JPH0825651A - 記録ヘッドのインク吸引回復方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 種類の異なる複数のインクを同時にそれぞれ
安定した量で吸引回復することが可能な記録ヘッドのイ
ンク吸引回復方法を提案する。 【構成】 複数種類のインクを吐出口別に吐出するイン
クジェット記録ヘッド（１）のインク吐出口面（１Ａ）
にキャップ部材（６）を封着し、インク吐出口（２）か
ら複数種類のインクを同時に吸引可能な記録ヘッドのイ
ンク吸引回復装置において、吸引のための負圧を０．３
ａｔｍないし０．３ａｔｍより低負圧とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は記録ヘッドのインク吸引
回復方法に関し、詳しくは、複数種類のインクをひとつ
のインク吐出面から吐出せしめてカラー記録を行う記録
ヘッドのインク吸引回復方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来この種のインクジェット記録ヘッド
においては、インク供給系に気泡が侵入したり、あるい
はインク吐出口周りにインクの染料等が固着したりし
て、インクの吐出が不可能となる現象を回避するため
に、種々の回復操作が行われている。一般的には、イン
ク吐出口面からポンプ等により強制的にインクを吸引し
てインク液路内の気泡や、固形化したインクを除去して
回復操作を行っている。かかる吸引回復方法は、基本的
には単一のインク供給路から供給されるインクを同一形
状の複数のインク吐出口から吐出させる記録ヘッドに適
用されるもので、吸引量を規定して吸引を行うことによ
り回復の目的を達成することが可能である。しかし、近
年、複数種類のインクをひとつの記録ヘッドから吐出す
ることが可能なインクジェット記録ヘッドが開発されて
いるものの、かかる記録ヘッドの吸引回復においては、
ひとつのキャップを介して全インク吐出口から一括して
吸引回復する方法が採られているために、例えば、色調
の異なるインクを安定して吸引回復する技術について
は、未だに確立されていないのが現状である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】複数の色調が異なるイ
ンクを対応するインク吐出口から一括して吸引回復を行
おうとする場合、各種類の異なるインクのインク液路お
よびその対応する吐出口の形状等が基本的に異なる上、
インクの粘度、表面張力等のインク物性やインク残量の
差によっても吸引状態が変動する。このために特定種類
のインクの吸引量が多くなり、そのインクにより記録で
きる記録枚数が減少したり、あるいは特定種類のインク
吸引量が少なくなり安定した回復が得られなくなる等の
弊害が生じる。特に、インク液路の形状等によって生じ
る複数種類のインク間の吸引量の比は、液路の形状や供
給系の管径を最適化することによって改善できるが、イ
ンク残量に起因するタンク負圧変化による吸引量の変動
は、記録ヘッドの設計にかかわる問題のみでは回避でき
ない。

【０００４】一般的に吸引回復時におけるインクの吸引
量は、記録ヘッドとキャップとの間のリークを考えなけ
れば、ポンプの吸引体積にて一義的に決まり、吸引圧力
や吸引速度の影響を受けないものであるが、複数種類の
インクを一括にて吸引する場合においては、インク吐出
孔やインク液路での圧力損失やインク残量の相違による
インク供給側の負圧の差異等によって、インクの種類に
よって吸引量が異なる。すなわち、ポンプの吸引体積を
一定にしたとしても、特定のインクの液路で流体抵抗が
高い場合は、その種類のインクの吸引量が少なくなり、
安定して吸引回復が行えなくなる。またインク残量が減
少した場合においても、一般的にはインクタンク側の負
圧が高くなり、吸引量が少なくなってしまう。

【０００５】例えば、ブラックインクとカラーインクと
が同一吐出面のインク吐出口から吐出されて記録が行わ
れる記録ヘッドでは、一方のカラーインク側でのインク
残量が減少した場合、上述したように、カラーインク側
の吸引量が減少するため、相対的にブラックインクの吸
引量が増し、ブラックインクにて記録できる記録枚数が
減少してしまう。特にインク終了間際においてはタンク
の負圧が極めて高くなるため、このような状態で吸引回
復を繰り返した場合は、残量の多いインクの方が大方吸
引されてしまうという問題が発生する。

【０００６】このように、複数種類のインクを一括して
吸引回復する場合には、全体の吸引量が一定であって
も、吸引し易いインクのみが多量に吸引されてしまうた
め、安定した吸引バランスを保つことは難しいという問
題があった。

【０００７】本発明の目的は、かかる従来の問題の解決
を図るべく、種類の異なる複数のインクを同時にそれぞ
れ安定した量に保って吸引回復することが可能な記録ヘ
ッドのインク吸引回復方法を提案することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明は、複数種類のインクをインク吐出口別に
吐出するインクジェット記録ヘッドのインク吐出口面に
キャップ部材を封着し、該キャップ部材を介して前記イ
ンク吐出口から前記複数種類のインクを同時に吸引可能
な記録ヘッドのインク吸引回復方法であって、前記吸引
のための負圧を０．３ａｔｍないし０．３ａｔｍより低
負圧とすることを特徴とするものである。

【０００９】

【作用】本発明によれば、吸引圧力を０．３ａｔｍない
しこれより低負圧とすることによって、複数種類のイン
クの吸引を片寄ることなく安定して行わせることが可能
となった。すなわち、吸引負圧をこのように高めること
により、最も液路断面積の小さいインク吐出口群でのイ
ンク流速を速め、該箇所での圧力損失を支配的なものと
することによって、インク液路やフィルタおよびインク
タンク側における圧力変動を無視できる状態とすること
を可能とするものである。なお、ここで「０．３ａｔｍ
ないしこれより低負圧とする」とは、大気圧１．０ａｔ
ｍに対して０．３ａｔｍ以上減圧すること、すなわち０
〜０．７ａｔｍの気圧にすることを言う。

【００１０】

【実施例】以下に、図面に基づいて本発明の実施例を詳
細かつ具体的に説明するが、まずその説明に先立ち、本
発明にかかる原理をその具現化のための装置の構成に合
わせて述べることとする。

【００１１】図１は本発明の適用が可能な記録ヘッド回
復装置の基本的構成の概要を示す。ここで、１は記録ヘ
ッド、１Ａはそのインク吐出口面、２は異なる種類のイ
ンク別にインクの吐出が可能なインク吐出口である。そ
の配列については後述する実施例のところで述べること
とする。本例の場合、ブラックインク（Ｂｋ）とシアン
インク（Ｃ），マゼンタインク（Ｍ）およびイエローイ
ンク（Ｙ）の４種類の色別インクを吐出するインク吐出
口２が所定の間隔を保った状態で一例に配置されてい
る。３は記録ヘッド１と一体型のカートリッジ式インク
タンクであり、本例ではＢｋ，Ｃ，Ｍ，Ｙの４種類のイ
ンクを個別に収容するタンク部が一体に設けられてい
て、個々のタンク部には多孔質体が圧縮装填されてい
る。４Ｂｋ，４Ｃ，４Ｍおよび４Ｙはインクタンク３か
らそれぞれのインクを記録ヘッド１に供給するインク供
給路、５はインクタンク３と共に記録ヘッド１が固定さ
れているベースプレートである。

【００１２】なお、ベースプレート５はアルミニウム等
で形成されるものでベースプレート５上には記録ヘッド
１を駆動するために、これと電気的に接続されるパッド
を具えた回路基板（不図示）が設けられている。このよ
うな構成になる記録ヘッド１では記録装置側から送給さ
れてくる画像記録情報に従って不図示のエネルギ発生素
子が選択的に駆動され、各色別にインク吐出口２からイ
ンクが吐出されて記録が行われる。６は記録ヘッド１の
インク吐出面１Ａに周囲部６Ａが封着するキャップ部
材、７は吸引回復時にキャップ内腔部６Ｂを介してイン
クの吸引を行うインク吸引管である。８Ａはインク内腔
部６Ｂを介して各インク吐出口２に発生する吸引圧力を
検出する圧力検知センサ、８Ｂは各インク供給路４Ｂ
ｋ，４Ｃ，４Ｍおよび４Ｙごとにその内部圧力の検知が
可能な圧力検知センサである。なお、各インク供給路４
Ｂｋ〜４Ｙのインクタンク３側の供給口にはそれぞれ図
２に示すようにフィルタ９が設けられている。

【００１３】図２は上述のような構成になる記録ヘッド
１およびそのインクタンク３とキャップ部材６との接続
状態を模式的に示す。このように記録ヘッド１のインク
吐出面１Ａにキャップ部材６が封着され、キャップ部材
６を介して吸引回復動作が行われるものである。

【００１４】そこでいま、インク吐出口２でのインク吸
引時のインク速度をＶ１、吐出にかかわる吐出口断面積
をＳ１、吸引圧力をＰ１とし、インク供給路４における
インク吸引速度、断面積および圧力をそれぞれＶ２，Ｓ
２およびＰ２とする。なお、１度の吸引時間をＴとする
と、かかる吸引時間Ｔおよび吐出口断面積Ｓ１、インク
供給路断面積Ｓ２はそれぞれ設計的要素であるが、イン
クの吸引が定常流で行われると考えた場合、１度のイン
ク吸引量Ｃは次式で表される。

【００１５】

【数１】 Ｃ＝Ｖ１・Ｓ１・Ｔ＝Ｖ２・Ｓ２・Ｔ …（１） すなわちインク吐出口２におけるインク吸引量Ｃはそこ
でのインク速度Ｖ１に比例する。

【００１６】一方、流体の流れにかかわるベルヌーイの
定律式から

【００１７】

【数２】

【００１８】ここで、ｇｃは重力加速度、ρは流体（イ
ンク）密度である。

【００１９】よって、式（１）と（２）とから

【００２０】

【数３】

【００２１】式（３）から明らかなようにインク吐出口
２における速度Ｖ１は圧力差（Ｐ１−Ｐ２）によって左
右されることが分る。

【００２２】そこで、吸引側の圧力（負圧）Ｐ１を十分
大きく保ち、圧力Ｐ２が圧力Ｐ１に比して無視できる程
度であれば、吸引速度Ｖ１はほぼ圧力Ｐ１の平方根に比
例すると考えてよく、吸引速度Ｖ１の変動が少ないこと
から安定した吸引量を得ることが可能となる。

【００２３】また吸引圧力Ｐ１を高くしｖ１を速くする
ことによって、インク吐出口２での圧力損失を支配的要
因となす一方で、インク供給路４内の圧力Ｐ２を小さく
して吸引バランスが安定した状態に保たれるようにする
ことも可能である。すなわち、圧力損失はｖ１の２乗に
比例して増大するため、ｖ１を速めることによってイン
ク吐出口２での圧力損失を高めると共にＰ２を小さくす
ることが可能である。そして、このようにすることによ
ってｖ１の変動を低くすることが可能となる。

【００２４】なお、上記現象は、一般的にインク流れが
定常流になった場合に関してのものであり、非定常流に
関しては単純に適用できないが、インク吐出口２のよう
にその液体流路の断面積が非常に小さい場合は瞬時的に
は定常状態とみなすことができるため、上記概念の適用
が許されてよい。

【００２５】そこで、このようにインク吸引量のバラン
スを実効的に均一に保つためには、インク吐出口２から
吸引される吸引圧力Ｐ１をできるだけ大きくし、圧力Ｐ
１を圧力Ｐ２に対してできるだけ大きくすることが有効
である。実際に吸引圧力をどのように設定するかは、イ
ンクジェット記録ヘッドの使用によって異なるが、特に
吐出口断面積Ｓ１と吐出口数によって決まる吐出部での
圧力損失とインクタンク３側におけるインク残量に基づ
く負圧特性との関係が重要である。また吸引圧力Ｐ１は
高い程好ましいが、高い吸引圧力を実現するためにイン
ク吸引量Ｃを必要以上に増大させることになってしまい
記録可能な被記録材の枚数を低下させることになり好ま
しくない。

【００２６】本出願人らの検討結果によれば、キャップ
部材６内の負圧を０．３ａｔｍないしこれより大きく減
圧すれば、基本的にインク吸引量Ｃのバラツキを小さく
押さえることができ実効的に問題がなくなることを確認
した。勿論かかる負圧の減圧度は高ければ高い程インク
吸引量Ｃのバラツキが小さくなりより好ましい。またこ
のようなインク吸引圧力Ｐ１の立上がりの波形も重要で
ある。圧力Ｐ１の立上がりが鈍い場合には、吸引初期の
インク流速が低くなるためにインク吐出口２近傍での圧
力損失が小さくなり、インクの吸引量Ｃがインク吐出口
２の断面積Ｓ１に影響されず、インク液路やフィルタ９
での圧力損失およびタンク負圧によって左右されてしま
い安定した吸引バランスが保たれなくなる。

【００２７】上述したように、本発明は吸引回復の圧力
および圧力の立上がりの波形を規制することによって複
数種類のインク吸引動作時に安定した回復を行うことを
特徴としているので、その規制数値に関しては記録ヘッ
ド１における各色のインク吐出口数や吐出口面積および
タンク特性によって異なるので、下記の実験によって求
めた。

【００２８】本実験には図１に示す形態の記録ヘッド１
を用いたが、Ｂｋの色調のインクを吐出させるインク吐
出口の断面積Ｓ１は８００μｍ、その数は６４、また、
カラーの色調のインクを吐出させるインク吐出口の断面
積は５００μｍでその数はそれぞれ２４個（イエロ，シ
アン，マゼンタ）であり、インク供給は多孔質体にイン
クを吸収せしめて負圧を発生させるようにしたインクタ
ンクにより行った。

【００２９】なお、各インク吐出口群の間には８吐出口
分の間隔が保たれている。

【００３０】なお、この場合圧力Ｐ１およびＰ２はイン
ク吐出口面積に比して十分な断面積を有するインク供給
路４を利用して０．１ｍｍの圧力測定用チューブをそれ
ぞれ検出位置にまで導いて測定した。また、インク残量
（％）およびインク吸引量Ｃは個々のインクタンク重量
の実測値を元にして求めた。さらにまた、吸引ポンプの
吸引負圧（Ｐ１に対応する）は０．５ａｔｍを目安に、
また、吸引負圧の立上がり時間は一定の０．６ｓｅｃを
目安として設定した。なお、測定対象とする以外のイン
クタンクにおけるインク残量はいずれの場合も９０％以
上の状態に保たれているようにした。また、フィルタ９
にはボアサイズが８μｍのものを使用すると共に、各タ
ンクには無圧縮多孔質体を４倍に圧縮して収容し、イン
ク量としてはＢｋインクタンクに１２ｇのＢｋインク
を、カラーインクタンクにはそれぞれのカラーインクを
６ｇを注入して満タンクとした。

【００３１】図３は本発明吸引回復動作が可能なカラー
インクジェット記録装置の構成例を示す。ここで、１０
はヘッド１およびインクタンク３が一体型のカートリッ
ジ式インクジェットヘッド１１を搭載するキャリッジ、
１２Ａ，１２Ｂはキャリッジ１０の移動を案内するガイ
ド軸、１３はキャリッジ１０を移動させるためのタイミ
ングベルト、１４はその駆動モータである。また、１５
は不図示の被記録材（記録シート）を記録ヘッド１のイ
ンク吐出面１Ａ対向位置に保持するプラテンである。１
６は回復用の吸引ポンプであり、吸引ポンプ１６は記録
領域外でインク吐出面１Ａに密接して回復動作にかかわ
るキャップ部材６を介しインク吐出口からインクの吸引
を行う。１７はインク吐出面１Ａを掃拭するブレード、
１８はブレード保持部材、１９は一連の回復動作にかか
わるモータ、２０はモータ１９の駆動力を上述の回復手
段側に伝達可能な伝達ギアである。

【００３２】図４はキャップ部材６を介してインク吐出
口からの吸引を行う吸引ポンプ１６の構成を模式的に示
すもので、ここで、２１はモータ１２によってシリンダ
２２内を往復動するピストンであり、ピストン２１の矢
印で示す方向のストロークによりシリンダ２２内に負圧
を発生させ、その負圧を負圧供給管２３を介して図２に
示したキャップ部材６の内腔部６Ｂに供給する。

【００３３】上述のような記録ヘッドおよびカラーイン
クジェット記録装置により実測した関係数値を表１〜表
３に示す。なお、表１はタンク別インク残量（％）とイ
ンク供給路内圧力Ｐ２（ｍｍＡｑ）および１回の吸引量
Ｃ（ｇ）の測定値、表２は吸引圧力Ｐ１（負圧：ａｔ
ｍ）を変化させた場合のタンク別インク残量（％）と圧
力Ｐ３（ｍｍＡｑ）および１回の吸引量Ｃ（ｇ）の測定
値を、また、表３は圧力Ｐ１の異なる立上がり時間（ｍ
ｓｅｃ）に対するインク残量（％）と圧力Ｐ２（ｍｍＡ
ｑ）および１回の吸引量Ｃ（ｇ）の測定値をそれぞれ示
すものである。

【００３４】なお、図５は吸引圧力Ｐ１の測定波形の一
例を示すもので、この場合、圧力センサ８Ａ，８Ｂには
ダイヤフラム式のものを使用した。これらのセンサは１
ａｔｍの圧力変動を１Ｖの電圧変化として出力するもの
であり、該電圧変化をオシロスコープにて記録したもの
である。なお、負圧の極大値はポンプ１６のピストン２
１ストローク量を変えることにより、また、圧力の立上
がりはピストンの移動速度を変えることによって変化す
ることができる。図５において、初期圧は大気圧の１ａ
ｔｍであり、ポンプの吸引によって０．４ａｔｍまで、
すなわち−０．６ａｔｍの負圧を実現していることを示
している。またこのような圧力までの立上がり時間はこ
の図の場合０．６ｓｅｃである。

【００３５】表１および表２に示すように、インク残量
が少なくなると、タンク３側の負圧が高くなるためにイ
ンク流速Ｖ２が小さくなってインク供給路４における圧
力Ｐ２の負圧値が高くなり、このために吸引量Ｃが小さ
くなる。なお、表１においては、吸引圧力を０．５ａｔ
ｍに設定しているため、インク残量が少なくなっても圧
力ｐ２および吸引量Ｃの変動はほとんどない。しかし、
表２に示すように吸引圧力を大気圧に対して−０．１ａ
ｔｍ，−０．２ａｔｍ，−０．３ａｔｍと変化させた場
合、吸引圧が低くなるにしたがって、インク残量Ｃが少
なくなると圧力Ｐ２値が高くなることにより吸引量Ｃが
減少することがわかる。すなわち、表１および表２から
吸引圧力Ｐ１を大気圧に対して−０．３ａｔｍ以下の低
負圧とすることによってインク残量の変化にかかわらず
吸引量Ｃの変動をほとんど無視できる程度に保つことが
できる。すなわち、各色のインク残量がそれぞれ異なっ
ても、１回のポンプにて安定して各色のインクを吸引、
回復できることを示している。

【００３６】また表３のように負圧の立上がり特性を変
えた場合のインク吸引量Ｃの変化を見ると、圧力Ｐ１の
−０．３ａｔｍまでの立上がり時間が長い程、インク残
量の変化に対して吸引量のバラツキが大きくなる。な
お、立上がり時間が５００ｍｓｅｃ以下であれば、吸引
量Ｃのバラツキが小さくなり実効的には問題がない。

【００３７】以上記載したように、ポンプ１６の吸引負
圧を０．３ａｔｍないしこれより低負圧とすること、さ
らには該圧力（負圧）までの立上がり時間を０．５ｓｅ
ｃ以下にすることによってインク吸引量の変動を実効的
に問題ない程度に押えることができる。

【００３８】

【表１】

【００３９】

【表２】

【００４０】

【表３】

【００４１】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、複数種類のインクをインク吐出口別に吐出するイン
クジェット記録ヘッドのインク吐出口面にキャップ部材
を封着し、該キャップ部材を介して前記インク吐出口か
ら前記複数種類のインクを同時に吸引可能な記録ヘッド
のインク吸引回復方法であって、前記吸引のための負圧
を０．３ａｔｍないし０．３ａｔｍより低負圧とするこ
とにより、インクタンク内のインク残量が変化しても安
定したインク吸引回復動作を複数のインクタンク間でバ
ランスよく実施することができる。そのために十分な回
復が得られず、あるいは特定色のみの吸引が行われるこ
とによって記録枚数が減少するという問題の解消を図る
ことができる。

【００４２】また、負圧発生のための常圧からの立上が
り時間を０．５ｓｅｃ以下とすることで、より一層上述
の効果を確実なものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の適用が可能なカートリッジ式のインク
ジェット記録ヘッドとそのキャップ部材とを模式的に示
す斜視図である。

【図２】本発明による吸引回復動作の原理的説明図であ
る。

【図３】本発明の適用が可能なインクジェット記録装置
の構成例を示す斜視図である。

【図４】本発明に使用される吸引ポンプの基本的構成を
示す断面図である。

【図５】本発明にかかる吸引時の吸引圧力の変化を示す
波形図である。

【符号の説明】

１ 記録ヘッド １Ａ インク吐出口面 ２ インク吐出口 ３ （カートリッジ式）インクタンク ４，４Ｂｋ，４Ｃ，４Ｍ，４Ｙ インク供給路 ６ キャップ部材 ６Ｂ キャップ内腔部 ７ インク吸引管 ８Ａ，８Ｂ 圧力検知センサ ９ フィルタ １０ キャリッジ １１ インクジェットヘッド １６ 回復用吸引ポンプ ２１ ピストン ２２ シリンダ ２３ 負圧供給管 Ｐ１ 吸引圧力 Ｐ２ インク供給路内圧力 Ｖ１，Ｖ２ インク吸引速度 Ｓ１，Ｓ２ 断面積

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数種類のインクをインク吐出口別に吐
   出するインクジェット記録ヘッドのインク吐出口面にキ
   ャップ部材を封着し、該キャップ部材を介して前記イン
   ク吐出口から前記複数種類のインクを同時に吸引可能な
   記録ヘッドのインク吸引回復方法であって、前記吸引の
   ための負圧を０．３ａｔｍないし０．３ａｔｍより低負
   圧とすることを特徴とする記録ヘッドのインク吸引回復
   方法。
2. 【請求項２】 常圧から前記０．３ａｔｍの負圧とする
   までの立上がり時間が０．５ｓｅｃ以下であることを特
   徴とする請求項１に記載の記録ヘッドのインク吸引回復
   方法。