JP5784660B2 - インクジェット装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、インクを循環させる流路に駆動電極が設けられ、この駆動電極に電界をかけることによりインク吐出口からインクを吐出させるインクジェットヘッドを備えたインクジェット装置に関する。

従来、インク流路の先端にインクのノズルを設け、このノズルからインク滴を吐出させ、画像を形成するようにしたインクジェットヘッドでは、しばらくインクの吐出が行われないと、細いノズル内でインクが乾燥する。すなわち、ノズル内に増粘化したインクが滞留することに起因するノズルの目詰まりやインクの吐出不良を生じることがある。このため、種々の乾燥防止方法がある。代表的な方法としては、インクジェットが非印字領域に達した時に、ノズルにノズルキャップを被せて外気と遮断する方法がある。また、内部にインク吸収パッドが設けられたノズルキャップを被せた後に、外部に設けた吸引手段によりノズル内のインクを吸引する方法がある（例えば、特許文献１参照）。

さらに、ノズルの目詰まりやインクの吐出不良を防止する方法として、圧力発生手段により各ノズルのインクメニスカスを微振動させる空駆動動作を、印刷動作に先立って行われるキャリッジの移動期間中に行うようにする技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特公昭６３−１５９１１号公報 特開２００５−９６２７２号公報

しかしながら、インクジェットヘッドのノズルにノズルキャップを被せるだけの方法は、ノズルキャップの気密性が余程保たれていないとノズルの乾燥を防止することが出来ず、ノズル乾燥防止方法としては不十分である。吸引手段によりノズル内のインクを外部に向けて吸引する方法は、ノズル内で乾燥により固まったインクを勢い良く吸引する必要があり、インクの消費量が多くなるという問題点がある。

このように、インクジェットヘッドでは、印字の休止時間が長くなるとノズルにおけるインク粘度の増加によりノズルの目詰まりが生じる。また、目詰まりに至らずとも印字休止時間の長さによって、インク滴の吐出が正常に行われず、画質が劣化するという問題があった。

この問題に対しては、印刷とは関係のない予備吐出を行うことにより、ノズルの増粘したインクを排出する手法が知られているが、この方法では予備吐出による余剰なインクの消費が多くなる問題がある。

また、メニスカスに微振動させる空駆動を行うことにより、ノズルのインク増粘を低減する方法では、増粘したインクは外部に排出されるわけではないため、ヘッドが使用される状態遷移によってはノズルの目詰まりを十分に除去することは出来ない。この空駆動処理が、インクジェットヘッドをホ−ムポジションから印刷位置に移動させる期間中である加減速領域のみでおこなわれ、しかも印刷状態に応じた空駆動処理が行われないため、予備吐出の間隔をそれ以上長く出来ないという問題もあった。

本発明の実施の形態によるインクジェット装置は、インクを循環させる複数の流路を有し、前記複数の流路それぞれに対応してノズルが設けられているインクジェットヘッドを備えたインクジェット装置であって、前記インクジェットヘッドに連通してインク循環系を構成するインク循環設備を有し、前記インク循環系は、前記ノズルの圧力を調整可能に構成され、ノズル圧力を適正圧力からメニスカスが後退する圧力に減圧して、前記ノズル内のインクを、ノズルに対応しインクを循環させる前記複数の流路を介して、前記インク循環系の下流に流し出すことを特徴とする。

本発明の一実施形態に係るインクジェット装置の構成図である。 本発明の一実施形態に用いる圧力判断手段の判断機能を説明する図である。 本発明の一実施形態によりノズル内の増粘したインク等が排出される状態を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態におけるインクヘッドジェット１を備えたインクジェット装置の構成を示している。インクジェットヘッド１は、詳細な構成の図示は省略したが、特開２００９−２０２７５号公報で説明されているような構成であり、インクを循環させる複数の流路を有し、これら各流路の内面に薄膜状の駆動電極がそれぞれ設けられ、図示下面部分には、複数の流路それぞれに対応したインク吐出口（以下、ノズルと呼ぶ）が設けられている。そして、この駆動電極に電界をかけることによりノズルからインク滴を吐出させるものである。

インクジェットヘッド１は、上流インクタンク３と管路部材４を介して連結され、下流側インクタンク５とも管路部材６を介して連結している。下流側インクタンク５は管路部材２０を介して送液ポンプ１３の吸い込み側に連結し、この送液ポンプ１３の吐出側は管路部材１８、フィルタ１７、管路部材１６を順次介して上流側インクタンク３と連結している。これらの相互に連結されたインク循環設備は、インクジェットヘッド１の前述した流路と連通しており、この流路とともにインク循環系２を構成する。

インク循環系２を構成する管路部材２０には、供給インクタンク１４との間に、送液ポンプ２３が設けられている。この送液ポンプ２３は、正転により供給インクタンク１４内のインクをインク循環系２へ供給し、逆転によりインク循環系２からインクを供給インクタンク１４へ戻し、インク循環系２の負圧値を高めるように機能する。したがって、このポンプ２３は、インク循環系２の負圧値を調整する負圧調整手段としても機能する。

上流側インクタンク３には、管路部材７を介して圧力計８が取りつけられ、上流側インクタンク３内の圧力Ａをモニターする。また、下流側インクタンク５にも、管路部材９を介して圧力計１０が取り付けられており、下流側インクタンク５内の圧力Ｂをモニターする。これら上流側の圧力計８と下流側の圧力計１０は、演算器１１に接続されており、各々の圧力計８，１０でモニターリングされた圧力デ−タＡ，Ｂは演算器１１に送信され、演算処理が実行される。演算器１１は、後述する演算式により、インクジェットヘッド１のノズル部分の圧力Ｙを求める。したがって、この演算器１１は、インク循環系２から検出される圧力に基づき、予め設定された演算式により、ノズル部分の圧力Ｙを求める演算手段として機能する。

演算器１１は、比較器１２と接続されており、演算器１１で演算処理されたデ−タＹは比較器１２に送信される。比較器１２は、演算器１１により求められた値Ｙが、予め設定された基準値に対して正圧か負圧かを判断する圧力判断手段として機能する。この比較器１２の判断結果は、ポンプ１３に対する正転／逆転指令として出力される。

ここで、基準値とは、インクノズルの、インクを吐出していないときの適正圧力（以下、適性ノズル圧力ともいう）である。これに対し、演算手段１１により求められた値Ｙは、インク循環系２から検出された圧力に基づき求められた現状のノズル部分の圧力である。

本実施の形態では、この基準値を負圧側に変化できるように構成したことが特徴の一つである。

図２に比較器１２のブロック図を記す。演算器１１により処理されたデ−タＹは、図２で示すように２つの比較部を有し、適正ノズル圧力Pｎ＋Δ及びＰｎ−Δと比較される。そして、データＹが適正ノズル圧力Pｎ＋Δに対して正圧の場合は、比較器１２より送液ポンプ１３を逆転させる指示を出しインクの減少動作を行う。すなわち、デ−タＹが適正ノズル圧力Ｐｎ＋Δに対し正圧の間、送液ポンプ１３を逆転させてインクの減少動作を行い、ノズルに対する負圧を高めるように動作する。デ−タＹが適正ノズル圧力Ｐｎと同じになったとき（データＹ＝Ｐｎ）、送液ポンプ１３を停止させ、インクの減少動作を停止する。

これに対し、デ−タＹが適正ノズル圧力Ｐｎ−Δに対して負圧の場合、比較器１２より送液ポンプ１３を正転させる指示を出し、インクの補給動作を行う。すなわち、データＹが適正ノズル圧力Ｐｎ−Δよりも負圧（インクがノズルから滴下されていることを意味する）の間、送液ポンプ１３を正転させてインクの補給動作を行う。データＹが適正ノズル圧力Ｐｎと同じ（データＹ＝Ｐｎ）になったとき送液ポンプ１３が停止し、インクの補給動作を停止する。

なお、図２の比較器１２のブロック図において、送液ポンプ１３を正転及び逆転させる際にΔ（ヒステリシス）を付加させているが、これは、送液ポンプ１３を正転させる場合、正転させる前の状態に戻すように、基準値（Ｐｎ−Δ）で送液ポンプ１３を駆動させており、送液ポンプ１３を逆転させる場合も、逆転させる前の状態に戻るように、基準値（Ｐｎ+Δ）で送液ポンプ１３を駆動させるようにしている。

ここで、図１の構成では、通常のインクジェットヘッド１が吐出しないとき、適正ノズル圧力Ｐｎは、インクジェットヘッド１に対する上流側管路抵抗をＲＵ、下流側管路抵抗をＲＬとし、流路抵抗比ＲＵ：ＲＬ＝１：ｒとした場合、Ｐ１（上流側圧力源の単位体積当たりのエネルギ−）とＰ２（下流側圧力源の単位体積当たりのエネルギ−）との関係が、Ｐ１・ｒ／（１+ｒ）+Ｐ２／（１+ｒ）＝Ｐｎ（適正ノズル圧力≒−１ｋＰａ）となるように制御されている。図１の実施形態では、上流側インクタンク３と下流側インクタンク４の液面高さをノズル面（インクジェットヘッドの図示下面）の高さに合せているので、Ｐ１、Ｐ２は各々のインクタンクの空気圧Ａ，Ｂに等しい。周囲温度やインクの種類が変わって流路抵抗が変化しても、ノズル近傍圧力は変化しない。

したがって、演算手段１１における演算式は以下のように定める。

上記演算式により、インク循環系２における実際の圧力Ａ，Ｂに基づき、インクノズル部分の圧力がデータＹとして求められる。そして、比較器１２により基準値Ｐｎと比較され、基準値に対して正圧か負圧かが判断される。以下、この基準値Ｐｎについて説明する。

インクジェットヘッド１を搭載したインクジェット式印刷装置（図示せず）が、長期間使用されない時や、印字の休止時間が長い場合は、比較器１２の基準値（適正ノズル圧力Ｐｎ）を、より負圧側に変化させる。すなわち、通常のインクジェットヘッド１が吐出しない時の基準値は、前述のように、Ｐｎ＝−１ｋＰａと設定されている。これを、図３に示すようにメニスカスが後退する圧力に合せる。例えば、比較器１２に基準値として、適正ノズル圧力Ｐｎを−４ｋＰａに設定する。このように設定すると、データＹは、−４ｋＰａになるまで基準値に対する正圧状態を維持するので、この間、送液ポンプ２３は逆転し続け、インクの減少動作を行う。このインクの減少動作によりインクが下流側に引っ張られ、その際、ノズル孔内に存在する気泡や増粘したインクは、図３Ａ〜Ｅで示すように流動させられ、ノズル孔内からインク循環の流れによって下流側インクタンク５へ送液される。

図３Ａ〜Ｅは、上述したインク減少動作による負圧増大時の、インクジェットヘッド１のノズル孔内におけるメニスカスの挙動を示す図である。図３Ａに示すメニスカスは、図３Ｂに示すように後退し始め、その後、図３Ｃ、図３Ｄのように後退が進行する。その際ノズル孔内に存在する気泡や増粘したインクを流動させ、図３Ｅのようにノズル孔内からインク循環の流れによって、下流側インクタンク５へ送液される。増粘したインクは下流側インクタンク５内で薄められ、またはフィルタ１７でトラップされるので、インクジェットヘッド１に再び戻ってくることはない。その後、圧力を通常の適正な負圧（−１ｋＰａ）に戻すことで印字可能とする。

このような構成をとることにより、ノズル孔内に存在する気泡や増粘したインク・固着したインクを流動させ、ノズル孔内から除去することができる。この結果、常にノズル孔内が新鮮なインクで濡れている状態となり、増粘したインクによるノズル孔の目詰まりや不吐出、吐出方向の歪み等が生じないインクジェットヘッド１を得ることができる。

このように、インクジェットヘッドを搭載したインクジェット式印刷装置が長期間使用されないときや印字待機状態が長いときに、負圧値を制御し、通常の負圧値(−１ｋＰａ)よりも大きい負圧(−４ｋＰａ)にすることにより、ノズル孔内のインクのメニスカスを移動させ、これによりノズル孔内に固着した増粘インクを確実に流動化させ、インク循環によって下流側へ排出させることができる。したがって、常にノズル孔内がインクで濡れている状態となり、増粘したインクによるノズル孔の目詰まりや不吐出、また吐出方向の歪み等が生じない。

なお、インクジェット式印刷装置が長期間使用されないことや、印字待機状態が長いことの判断は、例えば、タイマーなどにより吐出口からインクが吐出されない時間を測定し、このインクが吐出されない時間が予定値を越えることにより、圧力判断手段の基準値を負圧側に変化させるようにすればよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１・・・インクジェットヘッド
２・・・インク循環系
３・・・上流側のインクタンク
４，６，１３，１６，１７，１８，２０・・・インク循環設備
５・・・下流側のインクタンク
８，１０・・・圧力計
１１・・・演算手段
１２・・・圧力判断手段
２３・・・負圧調整手段（ポンプ）

Claims (5)

1. インクを循環させる複数の流路を有し、前記複数の流路それぞれに対応してノズルが設けられているインクジェットヘッドを備えたインクジェット装置であって、
   前記インクジェットヘッドに連通してインク循環系を構成するインク循環設備を有し、
   前記インク循環系は、前記ノズルの圧力を調整可能に構成され、
   ノズル圧力を適正圧力からメニスカスが後退する圧力に減圧して、前記ノズル内のインクを、ノズルに対応しインクを循環させる前記複数の流路を介して、前記インク循環系の下流に流し出すインクジェット装置。
2. 前記インク循環系は、上流側インクタンクと、第１の管路部材と、前記インクジェットヘッドの複数の流路と、第２の管路部材と、下流側インクタンクと、第１の送液ポンプと、フィルタとからなる請求項１に記載のインクジェット装置。
3. 前記インク循環系にインクを供給し、前記インク循環系からインクを戻す第２の送液ポンプを更に有する請求項２に記載のインクジェット装置。
4. 前記ノズル圧力の減圧は、前記第２の送液ポンプを、前記インク循環系のインクを減少させる方向に稼働させることにより行う請求項３に記載のインクジェット装置。
5. 前記上流側インクタンクの内圧を検出する第１の圧力計と、
   前記下流側インクタンクの内圧を検出する第２の圧力計と、
   第１及び第２の圧力計が検出した圧力から前記インクジェットヘッドのノズル圧力を演算する演算器とを有し、
   前記演算器の演算結果がＰｎ−Δより小さいときは前記第２の送液ポンプを前記インク循環系にインクを供給する向きに駆動し、
   前記演算器の演算結果がＰｎ＋Δより大きいときは前記第２の送液ポンプを前記インク循環系からインクを戻す向きに駆動するとともに、
   Ｐｎの値は適正なノズル圧力と、メニスカスが後退する圧力とに設定可能である請求項４に記載のインクジェット装置。

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