JPH07164640A

JPH07164640A - インクジェット記録装置

Info

Publication number: JPH07164640A
Application number: JP5314701A
Authority: JP
Inventors: Shuzo Matsumoto; 修三松本; Taeko Murai; 妙子村井; Michio Umezawa; 道夫梅沢; Tetsuo Hirota; 哲郎廣田; Osamu Naruse; 修成瀬; Tsutomu Sasaki; 勉佐々木; Hideyuki Makita; 秀行牧田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1993-12-15
Filing date: 1993-12-15
Publication date: 1995-06-27

Abstract

(57)【要約】【目的】無駄なインク廃棄をしないヘッド構造システ
ムを有すること。【構成】インク滴１０を吐出させるためのエネルギー
発生手段としては、積層型圧電素子７を用いている。該
圧電素子７は、複数の加圧液室３の各々に対応して独立
に駆動可能である。加圧液室３は、その双方向が各々別
に独立している共通液室１ａ，１ｂと連通している。加
圧液室３のほぼ中央部にはノズル４が設けられていて、
インク滴１０を吐出する。インク供給は、共通液室１
ａ，１ｂから複数の加圧液室３へ行うが、各々の加圧液
室３の双方向に接続している。共通液室１ａ，１ｂによ
り双方向よりインクの供給が行われる。各共通液室１
ａ，１ｂは、それぞれインク連通路を介してインクタン
クに接続している。各々の共通液室間のインクに圧力差
を与える圧力発生手段を設け、インクの無駄な廃棄をな
くす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェット記録装
置に関し、より詳細には、インクの無駄な廃棄をなく
し、インク充填が困難なヘッド形状でも確実なインク供
給ができるようにしたインクジェット記録装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のインクジェット記録装置について
記載した公知文献としては、例えば、特開平４−３６６
６４３号公報がある。この公報のものは、キャリッジ下
方に独立した複数のタンクでインクを供給し、タンク間
でインクを移動し、インク消費せずに気泡を排出するも
のである。また、特開昭５８−５７９６０号公報のもの
は、マルチノズルに共用する共通液室に、複数の供給系
路を設けたものである。

【０００３】印字信号の入力により液滴を形成する、い
わゆるオンデマンド型のインクジェット式印字ヘッドの
方式は、液滴形成のエネルギー源として、圧電素子を用
いるものと、ヒータによる熱を用いるものの２通りが主
流となっている。前者は、インク溜部を形成する圧力室
の壁の一部を圧電素子の伸縮による変形によって変位さ
せることで、圧力室のインク圧を変化させ、ノズル開口
よりインクを液滴として飛翔させるものであり、後者
は、インク溜部内に配置した微小ヒータによりインクを
瞬間的に気化させ、その気化時の膨張圧力によりインク
液を生成し、飛翔させるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、従来の
インクジェット記録装置における印字ヘッドは、ともに
インク圧の変化によってインク滴を飛翔させるため、加
圧液室内に気泡が侵入すると、発生するインク圧の変化
を生じることとなり、正常な印字動作が不能となる。そ
こで、印字ヘッド内に気泡が侵入したり、あるいはヘッ
ド内で気泡が発生したりする場合には、これを除去する
動作が必要となる。通常、これらの手段としては、ノズ
ル開口部にキャップを当接し、吸引ポンプ等によりキャ
ップ内に負圧を作用させて、インクとともに吸引排出す
る方法がとられる。また、供給側より加圧することによ
り、同様に、ノズル開口よりインクとともに加圧排出す
る方法も知られている。

【０００５】しかし、いずれにしても、これらの手段
は、気泡排出をインクの排出・廃棄によって実行するた
め、インクの無駄な消費は免れない。また、インクの多
大な廃棄は、その廃棄処理システムにも大きな負担を与
えることになる。すなわち、廃インクを貯溜する廃イン
ク溜の大型化あるいは交換頻度の増大，インク漏れの可
能性の増加等である。この気泡排出動作は（これ以外に
も）、特に、プリンタの初めの立上げ時の初期インク充
填時やインクカートリッジの交換時には行われることと
なる。また、ノズル数が著しく多い、いわゆるフルマル
チタイプのものでは、これらの動作によるインク廃棄量
が膨大な量となるため、商品化を達成するためには改善
が必須となる。同様に、ホットメルトタイプのヘッド
等、インク充填やヘッド内でのインク品質の維持が困難
であるものも新たな改善が望まれる。

【０００６】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たもので、無駄なインク廃棄をしないヘッド構造システ
ムを有するインクジェット記録装置を提供することを目
的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、（１）互いに間隔をあけて配設された複
数の加圧液室と、該加圧液室の各々に接続されてインク
滴を吐出する記録吐出口と、前記加圧液室の各々に配置
された液滴を吐出させるエネルギー発生手段と、前記加
圧液室各々の双方向に接続し、インクを供給する各々独
立した共通液室と、該共通液室に接続し、インクを供給
する供給路とを有するインクジェット記録装置におい
て、前記各々の共通液室間のインクに圧力差を与える圧
力発生手段を備えたこと、更には、（２）前記記録吐出
口の閉塞を可能とするキャッピング手段を設置し、該キ
ャッピング手段の動作により前記記録吐出口を閉塞した
状態で、前記圧力発生手段を動作させることで、前記各
々の共通液室間に圧力差を与え、前記共通液室および前
記平行流路内のインクに強制的な流れを生じさせるこ
と、更には、（３）前記（２）において、前記記録吐出
口をキャッピング手段で閉塞した状態で、前記圧力発生
手段を動作させることで、前記各々の共通液室間に圧力
差を与えたのちに、前記キャッピング手段による閉塞状
態を解除して前記記録吐出口より強制的なインク排出を
行うこと、更には、（４）前記（１）において、前記エ
ネルギー発生手段の動作により、記録吐出口からのイン
ク吐出時には、前記各々独立した共通液室の双方から記
録吐出口部へのインク供給を行うこと、更には、（５）
前記（１）において、インクを貯溜するインクタンクか
ら記録ヘッドへのインク供給および記録ヘッドからイン
クタンクへのインク流入のインク循環系を形成し、イン
クタンクにはインクを所定のインク物性に維持させるた
めに、検出器の信号に応じ調整液を添加するインク特性
維持機構を有することを特徴としたものである。

【０００８】

【作用】複数の加圧液室は、互いに間隔をあけて配設さ
れており、該加圧液室の各々にインク滴を吐出する記録
吐出口が接続されている。エネルギー発生手段は、前記
加圧液室の各々に配置された液滴を吐出させるためのも
ので、積層型圧電素子が用いられている。共通液室は、
前記加圧液室の各々と双方向に接続され、各々独立して
インクを供給する。前記共通液室間のインクに圧力差を
与えるために、圧力発生手段を設けることにより、ヘッ
ド内に侵入又は発生した気泡の排出や初期インク充填等
の動作において、インクの無駄な廃棄をすることがなく
なる。

【０００９】

【実施例】実施例について、図面を参照して以下に説明
する。図１（ａ）,（ｂ）は、本発明によるインクジェ
ット記録装置の一実施例を説明するための構成図で、図
（ａ）は流路長手方向の断面図で、図（ｂ）は流路配設
（ピッチ）方向の断面図である。図中、１ａ，１ｂは共
通液室、２ａ，２ｂは流体ダイオード、３（３ａ〜３
ｃ）は加圧液室、４はノズル、５は流路板、６は振動
板、７は圧電素子（ＰＺＴ）、８は基板、９は接着剤
層、１０は噴射滴（インク滴）である。なお、図中の矢
印は、共通液室１ａ，１ｂから加圧液室３への液供給を
示している。

【００１０】インク滴１０を吐出させるためのエネルギ
ー発生手段としては、積層型の圧電素子７を用いてい
る。該圧電素子は、複数の加圧液室３の各々に対応して
独立に駆動可能である。加圧液室３は、その双方向が各
々別に独立している共通液室１ａ，１ｂと連通してい
る。また、加圧液室３のほぼ中央部にはノズル４が設け
られていて、インク滴１０を吐出する。印写動作時で
は、加圧液室３は、駆動信号に応じて電圧印加された圧
電素子７の変位によって加圧され、記録吐出口（ノズル
４）よりインク滴１０を吐出する。インク滴１０の吐出
後は、圧電素子７の初期状態への変位の復帰と、ノズル
４のメニスカスによる表面張力により、加圧液室３内
は、吐出したインクに見合った量のインクが供給され
る。

【００１１】このインク供給は、共通液室１ａ，１ｂか
ら複数の加圧液室３へ行うが、各々の加圧液室３の双方
向に接続している。共通液室１ａ，１ｂにより双方向よ
りインクの供給が行われる。各共通液室１ａ，１ｂは、
それぞれインク連通路を介してインクタンクに接続され
ている。したがって、各加圧液室３ａ〜３ｃへのインク
供給は、双方向の共通液室１ａ，１ｂから行われる。こ
れは、インク滴吐出後のインクのリフィルが双方向より
行われることから、リフィルタイムの短縮化を可能とす
る。これにより、滴吐出の駆動周波数の高周波対応が可
能となる。

【００１２】このヘッドにおいて、ヘッド内に気泡が侵
入したり発生した場合は、従来と同様に、ノズル面にイ
ンク吸引用のキャップを当接して、キャップに連通した
吸引ポンプ装置によりキャップ内に負圧を作用させて、
インクとともに気泡を吸引排出することもできる。しか
し、インクの初期充填時や重大なトラブルの発生時に
は、ノズルからインクを排出・廃棄することなくヘッド
内の気泡を排除し、ヘッドの液室内をインクで完全に満
たすことができる。

【００１３】図２は、本発明における加圧液室の構成図
で、図中、３（３ａ〜３ｅ）は加圧液室、１１，１２は
インク供給口、１３はダミー流路で、その他、図１と同
じ作用をする部分は同一の符号を付してある。各々の加
圧液室３の双方向に接続している共通液室１ａ，１ｂ
は、共にインク供給口１１，１２を介してインク連通路
に接続している。ここで、少くとも一方のインク連通路
中には圧力発生器が配設されている。例えば、インク供
給口１２側のインク連通路中にはインク加圧供給源があ
って、共通液室１ｂ側のインク圧を上昇させることによ
り、共通液室１ｂ→加圧液室３→共通液室１ａへと矢印
で示すインクの流れができる。これにより、ヘッド内、
すなわち加圧液室３や共通液室１ａ，１ｂ内に滞在して
いる気泡は、インクの流れとともにインク供給口１１よ
り排出される。

【００１４】これと同様に、インク供給口１１側のイン
ク連通路中にインク吸引源を配置させ、共通液室１ａ側
のインク圧を降下させることにより、前述と同様のイン
ク流を生じさせて気泡排出を行うこともできる。このよ
うに、各々の共通液室１ａ，１ｂ間に圧力差を与えるこ
とで、記録ヘッド内にインク流を生じさせることができ
る。

【００１５】インク供給口１１より気泡とともに排出さ
れたインクは、インク連通路を通過してインクタンク内
に導かれる。したがって、この動作によって多量のイン
ク流出を行っても、インクはヘッドからインクタンクへ
の循環系が形成されているため、廃棄されずにすむ。各
々の共通液室１ａ，１ｂ間は、加圧液室３のみで連通し
ているだけでなく、図に示すように、エネルギー発生手
段７を有していないダミー流路１３で連通しても、ここ
では各々独立とみなすことができる。

【００１６】図３は、本発明における加圧液室の他の実
施例を示す構成図で、図中、３（３ｆ〜３ｊ）は加圧液
室で、その他、図２と同じ作用をする部分は同一の符号
を付してある。複数群の加圧液室３ａ〜３ｅ，３ｆ〜３
ｊに対応した共通液室１ａ，１ｂであっても応用するこ
とができる。すなわち、共通液室１ｂの中央部にインク
供給口１２を設け、該共通液室１ｂの両側に複数の加圧
液室３ａ〜３ｅ，３ｆ〜３ｊを配置し、該加圧液室の一
方の連通路で接続されており、前記加圧液室の他方の連
通路は、各々両側の共通液室１ａ，１ａと接続されてい
る。前記両側に設けられた加圧液室３の各々は、互い違
いになるように配列されている。すなわち、一方の加圧
液室３ａ〜３ｅの間に対応する位置に、他方の加圧液室
３ｆ〜３ｊがくるように配列されている。

【００１７】図４（ａ）〜（ｃ）は、インク循環や経路
を示す図で、図中、２１は記録ヘッド、２２はキャッピ
ング手段、２３は圧力発生器（加圧供給源）、２４はト
ラップ体（フィルタ体）、２５はインクタンク、２６は
連通路、２７はインクで、その他、図１と同じ作用をす
る部分は同一の符号を付してある。

【００１８】加圧供給源である圧力発生器（各種ポンプ
が応用可）２３が動作すると、該圧力発生器２３から連
通路２６を経て記録ヘッド２１の一方の共通液室１６が
加圧される。これにより、インクの流れは矢印のように
記録ヘッド２１からインクタンク２５に流入し、再び記
録ヘッド２１に流入する循環系を形成する。記録ヘッド
２１からインク２７とともに流出した気泡は、インクタ
ンク２５内でインク自由表面へと排出される。インクタ
ンク２５内は、この流出してきた気泡が再び記録ヘッド
２１に送ることがないように、トラップ体，多孔質やメ
ッシュ状のフィルタ体２４等によりトラップされる。

【００１９】圧力発生器の動作によって共通液室間に差
圧を与える場合は、図４（ａ）に示すように、キャッピ
ング手段２２で記録吐出口部４を閉塞するようにする。
該キャッピング手段２２は、記録吐出口４に当接する面
の全て、あるいは吐出口部の周囲を囲むようにして、ゴ
ム部材等の粘弾性体で覆われている。キャップの形状
は、図４（ｃ）に示すように、記録吐出開口部に直接当
接しないように、ニゲ部を与えてもよいが、好適には、
図４（ａ）のように、吐出口に直接蓋をするような形態
が良い。これにより、ニゲ部の空気がヘッド内に流入す
ることを防止する。このキャッピング動作によって記録
吐出口からのインクの流出や気泡の流入を防止できる。
キャッピングの動作は、圧力発生器の動作前にキャッピ
ング動作を行い、吐出口部を閉塞し、圧力発生器の動作
終了後にキャッピングの吐出口部の開放動作を行う。

【００２０】ヘッド形態によっては、その後、吐出口近
傍に滞溜して排出されなかった気泡および吐出口部近傍
の品質の劣下したインクを除去する目的で、記録吐出口
からの強制的なインク排出を前述の一連の気泡排出動作
に引き続いて行う。これは、図４（ｂ）のように、前述
のキャッピング動作を開放した状態で、加圧供給源であ
る圧力発生器２３を動作させることで、インク２７の流
れの一部を記録吐出口４からのインク流出に与えるもの
である。また、従来のように、吸引ポンプに連通したキ
ャップにより、強制吸引することも可能である。いずれ
にしても、事前にヘッド内のインクを十分に循環移動さ
せているので、吐出口近傍を除き、十分気泡の除去が済
んでいるので、外部へのインク流出は最小限度でよい。

【００２１】図５は、インク循環経路の他の例を示す図
で、図中の参照番号は図４と同じである。共通液室間に
差圧を与える圧力発生器２３としては、負圧吸引源を配
置してもよい。また、組合わせての使用も可能である。
気泡排出動作後の記録ヘッドとしての印写動作時には、
加圧液室へのインクリフィルは、相方の共通液室から供
給可能とすることで、インクリフィルの高速化を図るこ
とができ、高周波駆動を可能とする。このためには、圧
力発生器内のバブル機構等の開放等がなされていて、ヘ
ッドとインクタンク間に圧力発生器を介しても、インク
通路が完全に連通していることが必要となる。

【００２２】また、図２に示すヘッド形状のように、イ
ンク供給の流れを双方のインク供給口から双方の共通液
室に行わず、一方の共通液室は、他方の共通液室からダ
ミー流路を介してインク供給がなされ、これにより各加
圧液室にインク供給されるようにしてもよい。

【００２３】図６は、インク循環経路の更に他の例を示
す図で、図中、３１は調整液、３２はバルブ、３３はセ
ンサ（粘度検出器）、３４はコントローラで、その他、
図４と同じ作用をする部分は同一の符号を付してある。
図４及び図５で説明したように、本発明のインクジェッ
ト記録装置では、ヘッドとインクタンク間でインク循環
系を基本的に形成している。従来のように、記録吐出口
からの無駄な大量のインク廃棄がなくなったので、イン
クタンクの使用期間が長期化する。しかし、これによ
り、インク粘度の変化等、インクの変質や劣下がおきる
可能性も大きくなる。

【００２４】そこで、インクタンク内には、粘度検出器
等のセンサ３３を配置し、その検出データに応じてコン
トローラ３４により調整液３１（バルブ３２の開閉動
作）を設けることにより、長期に渡っての安定したイン
ク品質の確保を可能とすることもできる。また、このヘ
ッドとインクタンク間のインク循環により、ヘッド内の
インク品質の維持に関しても効果的になる。さらに、圧
力発生器の動作によるインク流の発生時に、インク滴吐
出のためのエネルギー発生手段の駆動を併用して、より
気泡の流動を容易化する手段等との組合わせによる効力
を発揮できる。

【００２５】また、ヘッド形態としては、前述したよう
に、フルマルチタイプ等、非常に多数のノズルを配置し
たヘッドやホットメルトタイプのヘッド等への適応が特
に効果的となる。また、滴吐出のためのエネルギー発生
手段としては、圧電素子以外にも熱発生素子、磁界や電
界による吐出エネルギー発生素子等の応用も可能であ
る。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によると、以下のような効果がある。（１）請求項１,２に対応する効果：ヘッド内に侵入ま
たは発生した気泡の排出や初期インク充填等の動作にお
いて、インクの無駄な廃棄をすることがなくなる。ま
た、インク充填が困難なヘッド形状でも、確実にインク
の供給が可能である。（２）請求項３に対応する効果：ノズル近傍に滞留した
気泡および品質劣化インクの除去を最小限のインク排
出，インク廃棄で実行できる。（３）請求項４に対応する効果：加圧液室へのインクの
供給能力を高めることができ、インク滴吐出の高周波数
駆動での応答性が向上する。（４）請求項５に対応する効果：インク品質が長期間に
渡って維持できるようになり、安定したインク滴吐出が
可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるインクジェット記録装置の一実
施例を説明するための構成図である。

【図２】本発明における加圧液室の構成図である。

【図３】本発明における加圧液室の他の実施例を示す
構成図である。

【図４】本発明におけるインク循環経路を示す図であ
る。

【図５】本発明におけるインク循環経路の他の例を示
す図である。

【図６】本発明におけるインク循環経路の更に他の例
を示す図である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ…共通液室、２ａ，２ｂ…流体ダイオード、
３（３ａ〜３ｃ）…加圧液室、４…ノズル、５…流路
板、６…振動板、７…圧電素子（ＰＺＴ）、８…基板、
９…接着剤層、１０…噴射滴（インク滴）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者廣田哲郎東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内 (72)発明者成瀬修東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内 (72)発明者佐々木勉東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内 (72)発明者牧田秀行東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに間隔をあけて配設された複数の加
圧液室と、該加圧液室の各々に接続されてインク滴を吐
出する記録吐出口と、前記加圧液室の各々に配置された
液滴を吐出させるエネルギー発生手段と、前記加圧液室
各々の双方向に接続し、インクを供給する各々独立した
共通液室と、該共通液室に接続し、インクを供給する供
給路とを有するインクジェット記録装置において、前記
各々の共通液室間のインクに圧力差を与える圧力発生手
段を備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項２】前記記録吐出口の閉塞を可能とするキャ
ッピング手段を設置し、該キャッピング手段の動作によ
り前記記録吐出口を閉塞した状態で、前記圧力発生手段
を動作させることで、前記各々の共通液室間に圧力差を
与え、前記共通液室および前記平行流路内のインクに強
制的な流れを生じさせることを特徴とする請求項１記載
のインクジェット記録装置。
【請求項３】前記記録吐出口をキャッピング手段で閉
塞した状態で、前記圧力発生手段を動作させることで、
前記各々の共通液室間に圧力差を与えたのちに、前記キ
ャッピング手段による閉塞状態を解除して前記記録吐出
口より強制的なインク排出を行うことを特徴とする請求
項２記載のインクジェット記録装置。
【請求項４】前記エネルギー発生手段の動作により、
記録吐出口からのインク吐出時には、前記各々独立した
共通液室の双方から記録吐出口部へのインク供給を行う
ことを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装
置。
【請求項５】インクを貯溜するインクタンクから記録
ヘッドへのインク供給および記録ヘッドからインクタン
クへのインク流入のインク循環系を形成し、インクタン
クにはインクを所定のインク物性に維持させるために、
検出器の信号に応じ調整液を添加するインク特性維持機
構を有することを特徴とする請求項１記載のインクジェ
ット記録装置。