(57)【要約】【課題】  フルラインタイプの長尺ヘッドであっても温度上昇と温度ムラがなく、ゴミなどの進入がないインクジェット記録装置の提供。【解決手段】  液体吐出口と、素子基板と、ベース基板と、共通液室と、ヘッド液室を備えたヘッドにおいて、ヘッド液室には、液体流出口と、液体流入口があり、液体貯蔵タンクと、液体流路と、液体循環装置とを有し、ヘッドが吐出動作中であってもヘッド液室内で液体を連続的に循環可能であることを特徴とする液体吐出記録装置。【選択図】  図１
2006175651.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出するための吐出口と、液体に運動エネルギーを印加するための吐出エネルギー発生素子が複数設けられた素子基板と、該素子基板を支持するためのベース基板と、該ベース基板の開口部であって、複数の吐出エネルギー発生素子に液体を供給するための共通液室と、該ベース基板を挟んで、素子基板と反対側に設けられ，素子基板に供給する液体を保持するヘッド液室を備えた液体吐出ヘッドであって、
前記ヘッド液室には、少なくともヘッド長手方向両端部にそれぞれ設けられた液体流出口と、両端部以外の一箇所あるいは複数箇所に設けられた液体流入口があり、
前記液体吐出ヘッドへ供給する液体を貯蔵する液体貯蔵タンクと、該液体吐出ヘッドの液体流入口と液体流出口のそれぞれを前記液体貯蔵タンクと連結する液体流路と、該液体貯蔵タンクの液体をヘッド液室の液体流入口から液体流出口に連続的に流すことが可能な液体循環装置とを有し、該液体循環装置は、液体吐出ヘッドが吐出動作中であってもヘッド液室内で液体を連続的に循環可能であることを特徴とする液体吐出記録装置。
【請求項２】
前記液体流入口が、ヘッドのほぼ中央１箇所に設けられたことを特徴とする請求項１記載の液体吐出記録装置。
【請求項３】
前記液体流出口が、ヘッド長手方向両端部の間にほぼ等間隔で設けられており、かつ、液体流入口が前記各液体流出口間のほぼ中央にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項２記載の液体吐出記録装置。
【請求項４】
前記ヘッド液室に面し、前記ベース基板の開口部を覆っているフィルタを備え、前記素子基板に供給される液体が、該ヘッド液室から該フィルタを介して供給されることを特徴とした請求項１から３に記載の液体吐出記録装置。
【請求項５】
前記素子基板が前記ベース基板に複数備えられ、該ベース基板を挟んで各素子基板と反対側に設けられ、各素子基板に供給する液体を共有するヘッド液室を備えた吐出ヘッドであって、各素子基板に供給される液体が、ベース基板の開口部を覆っているそれぞれのフィルタを介することを特徴とした請求項１から３に記載の液体吐出記録装置。
【請求項６】
前記複数の素子基板が、前記ベース基板上で千鳥状に配列されていることを特徴とする請求項５に記載の液体吐出記録装置。
【請求項７】
前記素子基板あるいは複数の素子基板が配列された長手方向長さが、記録媒体幅にほぼ等しいことを特徴とする請求項１から６に記載の液体吐出記録装置。
【請求項８】
前記液体循環装置が、前記液体流入口経由でヘッドに液体を供給する液体供給手段、あるいは前記液体流出口経由でヘッドから液体を流出させる液体吸引手段もしくはその両方からなることを特徴とする請求項１から７に記載の液体吐出記録装置。
【請求項９】
前記液体循環装置による液体循環量が、１５ｍｌ／ｍｉｎ以上であることを特徴とする請求項１から８に記載の液体吐出記録装置。
【請求項１０】
前記液体がインクであることを特徴とする請求項１から９に記載のインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出記録装置に関し、より詳しくは記録ヘッドの吐出口列の長さが、記録媒体の幅とほぼ等しい長さを有し、記録ヘッドを記録媒体に対して１回のみ相対走査することによって、記録媒体ほぼ全面に画像記録を行なうフルラインタイプのヘッドを用いた、液体吐出記録装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、インクジェット記録装置のように微小の流路を経由してインクを流す記録装置においては、インク中のゴミやインクからの析出物が、流路やノズル部分の目詰まりを起こし、安定したインク供給が行なわれなくなり、良好な画像が得られないことがあった。これらのゴミや析出物を取り除くために、液体貯蔵タンク（インクタンク）からヘッドの共通液室などを介してノズルまでインクを供給するインク供給経路の途中や、共通液室を経由して再びインクタンクにインクを戻すインク経路の途中に、フィルタなどのゴミ除去装置をとりつけ、安定したインク供給を行なっていた。
【０００３】
一方記録媒体の幅とほぼ等しい長さの記録ヘッドを備えたフルラインタイプのインクジェット記録装置においては、記録ヘッドが長いために、各ノズルや共通液室内に気泡が溜まり、気泡の一部がノズル内に流入し、ゴミと同様な作用をおこし、良好な画像が得られない場合があり、ヘッドの共通液室天井部に気泡を集め、除去することによって目詰まりのない安定したインク供給を行なっていた。
【特許文献１】特開平０８−２４４２５０公報
【特許文献２】特開平１１−１９８４０３公報
【特許文献３】特開２００２−１４４５７６公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、インクジェット記録装置は、高精細化と高速化の傾向がますます強くなり、解像度では、１２００ｄｐｉ→２４００ｄｐｉ→４８００ｄｐｉと、年を追うごとに高解像度の製品が世の中に出されている．高解像度化に伴い、一回に吐出されるインク滴の大きさも、どんどん小さくなり、現在では２ｐｌというような非常に小さなインク滴を吐出可能な製品もある。これと同時に、インクを吐出するノズルの径もどんどん小径化しており、小さなごみでもノズルに引っかかり、不吐出となる可能性が以前にも増して高まっている。
【０００５】
一方解像度が上がりインク滴が小さくなると、単位面積当たりのインク吐出数を増加させる必要が生じるとともに、高速印字を実現するために、インクの吐出周波数を大幅に増大させる必要が生じる。それに伴い、一度に大量のインクを消費するフルラインタイプのインクジェットヘッドを用いる場合に特に顕著になるが、印字速度の高速化のために、印字中に大量のインクをヘッドへ供給する必要が生じる。
【０００６】
細かな異物をインク吐出ノズルに到達しないようにして、かつ、印字中のインク供給不足を生じないようにするために、インクタンクとインク吐出ノズルの間にフィルタをもうけた構成が特許文献１である。図１０に示したように、ヘッドの共通液室１４を挟んでインク供給上流側とインク排出下流側にそれぞれゴミ除去装置６、７のフィルター１が配置され、ヘッドの上流と下流にそれぞれポンプを備えた構成をとっている。
【０００７】
しかしながら、インク吐出ノズルの小径化により、インクタンクとインク吐出ノズルの間に設けられている異物除去のためのフィルタは、以前にも増して細かくする必要があり、従来１０μｍ程度の粗さであったものが、５μｍ程度の粗さののものに変更する必要が生じてきた。フィルタ部の圧力損失が増大し、印字中にインクタンクからインク吐出ノズルへインクが供給されなくなり、印字濃度の低下や、不吐出を生じるという課題があった。
【０００８】
また、ヘッドの往復運動によって複数の走査で画像を合成し、形成していくシリアルタイプのインクジェット記録装置では、画像を合成する際、同時に使用する吐出ノズル数を少なくし、走査回数を増やすことで連続印字によるヘッドの温度上昇を防ぐことができる。しかしながら高速で、印字媒体と記録ヘッドの一回のみの相対移動（１パス）で、印字を行うフルラインタイプのインクジェットヘッドを用いるインクジェット記録装置の場合は、１回の走査回数で画像を完成する必要があり、同時に使用するノズル数を減らすことができない。このため、連続印字によるヘッド温度上昇がさらに激しく生じることになる。特許文献２では、図１１に示したように、ヘッドの共通インク室２３に対してフィルタユニット３２，３３を設け、加熱装置を経由したインクをフィルタユニットに流入させ、ヘッドへのゴミの侵入や気泡の進入を防止している。しかし、加熱したインクをフィルタに流入させるため、ヘッドの温度はさらに上昇し、インクの吐出動作が安定して行なわれないという課題があった。加えてフルラインタイプのインクジェットヘッドでは、ヘッド自体が記録媒体幅と同じ長さであるため、ヘッドの共通液室内での温度差が生じやすい。吐出されたインクを補充するため、共通インク室にインクを流入させるインク供給口近傍では、低温のインクが流れ込むため比較的温度が低くなり、共通液室を経由してインクが排出されるインク供給口から遠い位置では、共通インク室内を通ったインクが、吐出エネルギーなどによりある程度暖められるため、温度が高くなる。図１２に示した特許文献３の構成では、波線矢印で示すように、高さの低い位置にある液供給口６３から液体を加圧流入させ、共通液室６０を経由したインクは、高い位置にある液供給口（排出口）６４から波矢印のように排出される。この構成では、共通液室内に溜まっている気泡が液室天井に沿って移動し、供給口（排出口）６４から液室外へ追い出される。気泡が原因の吐出不良には有効な構成であるものの、共通液室内での温度差が生じやすく、その結果記録画像に濃度ムラが発生するという課題があった。
【０００９】
上述の従来技術における各課題を解決するために、本発明の目的は、フルライン型のインクジェットヘッドを使用し、高解像や高速の印字を行なった場合であっても、ゴミや気泡による吐出不良が少なくかつインク供給不足のない安定したインク供給を可能としたインクジェット記録装置の提供である。
【００１０】
加えて、本発明の目的は、連続印字を行なった場合であっても、ヘッドの温度上昇とヘッド内の温度差を抑制した、液体吐出記録装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の液体吐出記録装置は、液体を吐出するための吐出口と、液体に運動エネルギーを印加するための吐出エネルギー発生素子が複数設けられた素子基板と、該素子基板を支持するためのベース基板と、該ベース基板の開口部であって、複数の吐出エネルギー発生素子に液体を供給するための共通液室と、該ベース基板を挟んで、素子基板と反対側に設けられ、素子基板に供給する液体を保持するヘッド液室を備えた液体吐出ヘッドであって、前記ヘッド液室には、少なくともヘッド長手方向両端部にそれぞれ設けられた液体流出口と、両端部以外の一箇所あるいは複数箇所に設けられた液体流入口があり、前記液体吐出ヘッドへ供給する液体を貯蔵する液体貯蔵タンクと、該液体吐出ヘッドの液体流入口と液体流出口のそれぞれを前記液体貯蔵タンクと連結する液体流路と、該液体貯蔵タンクの液体をヘッド液室の液体流入口から液体流出口に連続的に流すことが可能な液体循環装置とを有し、該液体循環装置は、液体吐出ヘッドが吐出動作中であってもヘッド液室内で液体を連続的に循環可能であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ヘッドが吐出動作中であっても、複数個の素子基板に共通しているヘッド液室内でインクを連続的に循環可能であるため、ヘッドの温度上昇を防ぐインクジェット記録装置を提供できる。また、フルラインタイプの長尺ヘッドであっても、ヘッド温度差が少ないインクジェット記録装置を提供可能である。さらに、ヘッド液室と吐出口の間に各素子基板ごとにフィルタを設けた構成となっているためフィルタの圧力損失増大が軽減された液体吐出記録装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１４】
まず、本発明の液体吐出記録装置のヘッドの構造について図１から図４を用いて説明する。
【００１５】
図１は、本発明の液体吐出記録装置のインク供給系の模式図、図２は、インクジェットヘッドを液吐出口側から見た斜視図、図３，４はヘッドの詳細図である。
【００１６】
本実施例のインクジェットヘッド１０３は、図２から図４に示すように、有効吐出幅が約２インチの長さを持つ４枚の素子基板１０１が、支持部材であるベース基板１１１に千鳥状に接着され、その両端部にある電極部でフレキシブル配線基板１０６とワイヤボンディングにより電気的に接続されている。本実施例では、４枚の素子基板を使用しているため、インクジェットヘッド１０３の有効吐出幅は、約８インチの長さを有する。これはＡ４サイズの記録紙の、短辺方向の長さとほぼ一致した長さになっている。記録用紙をその長手方向に搬送することによって、ヘッドを１走査することにより印字が可能なフルラインタイプのインクジェットヘッドである。また、各色ごとに同じインクジェットヘッドを有し、フルカラー印刷が可能なインクジェット記録装置を構成する。図４がヘッドの断面図である。素子基板１０１に、液体を吐出するための吐出口１０２が複数開口しており、これらの各吐出口１０２から吐出される液体の液滴によって記録を行うものである。また、素子基板１０１上には、各々の吐出口１０２に対応して吐出エネルギー発生素子としての不図示の発熱素子（電気熱変換素子または加熱ヒーター）が形成されており、発熱素子は通電加熱して液体を発泡させ、その運動エネルギーで液体を吐出口１０２から吐出させる。素子基板１０１の電極部とフレキシブル配線基板１０６とを接続しているワイヤボンディング部は、吐出口１０２から飛散した液滴や媒体上から跳ね返った液滴が電極部などに付着することによって、電極やその下地金属を腐食させるため、封止性およびイオン遮断性に優れたシリコン系樹脂等の封止剤１０７により被覆、封止し、液体による接続信頼性の低下が無いようにしてある。
【００１７】
また、各素子基板１０１の背面側には、図３（ｂ）および図４に示すように、それぞれフィルタ支持部材１５０を介してフィルタ部材１５１が取り付けられている。フィルタ部材１５１は、吐出口１０２を通過できないでふさいでしまうような大きさの粒径を持った異物を通過させないように、ステンレスの極細線を編みこんだものである。本実施例では、直径１０μｍ以上の異物が通過しないような目をもったフィルタ部材を用いている。この、フィルタ支持部材１５０とフィルタ部材１５１は、各素子基板１０１に対してそれぞれ同じ物が取り付けられている。フィルタ部材１５１の面積は、対応した素子基板１０１の全ての吐出ノズルが液吐出動作を行った時の最大液流量に対して、大きな圧力損失を生じない十分な大きさの面積を有している。フィルタ部材が各吐出口に対応して設けられた構成となっているため、液体供給時の圧力損失が生じず、吐出口１０２に十分な量の液体が安定して供給され、ノズルから一回の吐出で充分な量のインクが吐出され、印刷時の濃度低下や、不吐出を生じることがない。
【００１８】
また、図３（ｂ）および図４に示すように、吐出口１０２を備えた素子基板１０１は、ベース基板１１１に設けられている。ベース基板１１１の吐出口１０２に対応した部分にスリット状開口部１０４が設けられ、１つの素子基板１０１に対して１対１に対応して、液体を保持するための共通液室１１０が形成されている。共通液室１１０は、吐出口列の長さと略等しい長さで開口している。ベース基板１１１には、４つの素子基板１０１が千鳥状に設けられている。
【００１９】
各素子基板１０１にそれぞれ対応した４つのフィルタ部材１５１全てを覆うようにして、ヘッド液室部材１１２が接着され、各素子基板に共通したヘッド液室１０９を形成している。図３（ｄ），（ｅ）で示すように、ヘッド液室部材１１２のほぼ両端には、ヘッド液室１０９と連通するように設けられた液流出口１１３，１１４があり、ヘッド液室部材の略中央部に液流入口１１５が設けられている。
【００２０】
次に、本実施例のインク供給経路について図１を用いて説明する。
【００２１】
ヘッド液室部材１１２に設けられた液流入口１１５と、液流出口１１３、１１４は、それぞれ図１に示されるようにチューブ１６６、１６７ａ、１６７ｂと接続されている。
【００２２】
液貯蔵タンク１６１内のインクは、液供給ポンプ１６２によって液流入口１１５からヘッド液室１０９内へ供給される。液室１０９内のインクの一部は各素子基板１０１に対応したフィルタ部材１５１をそれぞれ通過した後、各共通液室１１０、スリット１０４を経由して各吐出口１０２から吐出される。一方ヘッド液室１０９内のインクで吐出に利用されなかったものは、液吸引ポンプの作用によって、液流出口１１３、１１４から排出され、チューブ１６７ｄを通って液貯蔵タンク１６１へと戻される構成になっている。液貯蔵タンク１６１内のインクは、再び液供給ポンプによってヘッドへ循環する構成となっている。
【００２３】
本実施例の液供給経路に用いられている液供給ポンプ１６２の構成を図５を用いて説明する。
【００２４】
図５（ａ）が液供給ポンプ１６２の外観図、図５（ｂ）が断面図である。
【００２５】
液供給ポンプ１６２は、インペラ１７６の回転によって液体に遠心力を与え、液体を圧送する遠心渦巻きポンプである。液流入口１７１と液流出口１７２が一体に設けられた上ケース１７７、Ｏリング１７９を挟み込んで、上ケース１７７と密着される下ケース１７８、さらに上ケース１７７と下ケース１７８の間で回転し、液体に遠心力を与えるインペラ１７６が、その下にある磁石で構成されたロータ１７４と一体化して配置されている。下ケース１７８の下側には、コイルで形成されたステータ１７５が配置されている。ステータ１７５のコイルが通電されると磁界を発生し、磁石でできたロータ１７４と一体化されたインペラ１７６が回転することによって圧力が発生する。液流入口１７１から液供給ポンプ内に液体を吸引し、ポンプ内を経て液流出口１７２から液体を排出するように動作する。液供給ポンプ１６２内の遠心渦巻きポンプは、ステータが通電されない状態で、ロータが静止している。上ケース１７７とインペラ１７６の間には液体が流れる充分な隙間があり、内部で自由に液体を流すことができる。また、ステ−タが通電され、ロータ１７４が一定の回転を行なっている時であっても、常に一定量の液体を流すわけではない。インペラの回転によって発生する圧力は、回転の前後で差があり、これによって液体の流量が変わってくる。しかし、ロータ１７４の高速回転によって、液体が圧送される動作原理で、同程度の流量を流すことが可能な、ダイヤフラムと逆止弁の組み合わせからなるダイヤフラムポンプや、チューブをローラでしごくことによって液を圧送するチューブポンプと比較して、本実施例で使用した遠心渦巻きポンプは、液体圧送時の脈流がほとんどないという特性を有している。
【００２６】
本実施例の液吸引ポンプ１６３の構成を、図６を用いて説明する。
【００２７】
液吸引ポンプ１６３は、２つの噛み合うギヤの回転によって液体を圧送するギヤポンプである。図６（ａ）が液吸引ポンプ１６３の外観図、図６（ｂ）が液吸引ポンプ１６３の動作原理の説明図である。  １８２は、ギヤを駆動するためのＤＣモータで、マグネット回転伝達部１８３を介して、ポンプヘッド１８１内の駆動ギヤ１８６へ駆動力を伝達する。図６（ｂ）に示すように、ケーシング１９０の中には、ポンプ液室１９１があり、ポンプ液室内部では、駆動ギヤ１８６と従動ギヤ１８７が噛み合っている。ギヤの噛み合い部の左右の位置には、液流入口１８８と液流出口１８９がある。ポンプ液室内壁は、各ギヤの回転によって、各歯先が描く２つの円状の軌跡に対して、ほとんど隙間のない形状に作られている。液流入口１８８は、ポンプヘッド１８１の側面に設けられた液流入口１８４と連通している。液流出口１８９は、ポンプヘッド１８１の液流入口１８４と反対側に開けられている液流出口に連通している。液吸引ポンプのＤＣモータ１８２が通電され、回転駆動力がマグネット回転伝達部１８３を介して駆動ギヤ１８６に伝達されると、駆動ギアは、従動ギヤ１８７と一緒に図６（ｂ）の矢印方向に回転を始める。各ギヤの歯先とケーシング１９０内のポンプ液室１９１の内壁間にはほとんど隙間がないため、各ギヤの歯の間に入った液体が、ポンプ液室内壁とギアの歯の間で保持され、矢印方向に搬送される。ギヤの噛み合い部では、各歯の間に、さらに噛み合う歯が存在するため、わずかな量の液体が搬送されるのみである。ケーシング１９０の内壁とギヤの歯の間で搬送される液体の量がはるかに多い。したがって、ポンプ液室１９１内で、液流入口１８８側が負圧、液流出口１８９側が正圧となり、液体が圧送されることになる。
【００２８】
ギアポンプは、ケーシング１９０の内壁と各ギヤの歯の間にはさまれた一定容積の液体を搬送することから、ポンプの前後が、ある一定値以下の圧力差の状態で、かつギヤの回転数が一定であれば、ポンプの前後の圧力差によらず、ほぼ一定の流量を流すことができるという特性がある。また、ギヤの歯の間とケーシング１９０の内壁とで形成される空間が非常に小さな空間であるため、前述の遠心渦巻きポンプと同様に、液体搬送時の脈絡は、ほとんど無視できるものである。同程度の流量を搬送することができるダイヤフラムポンプやチューブポンプに比較して、無視できるほど小さなものである。
【００２９】
液体の吐出を行なう時の動作について図１を用いて説明する。
【００３０】
本発明によるインクジェット記録装置が印字開始信号を受け取ると、液吸引ポンプ１６３と液供給ポンプ１６２は同時に回転を開始する。インクは、液貯蔵タンク１６１から液供給ポンプ１６２によって供給され、チューブ１６６、液流入口１１５を経由してヘッド液室１０９に供給される。ヘッド液室から液流出口１１３、１１４を経由し、液吸引ポンプの吸引力によって、チューブ１６７、１６８の順で形成される液体循環経路を通って、液貯蔵タンク１６１に戻ってくる。このとき、液吸引ポンプ１６３の流量が、１５ｍｌ／ｍｉｎになるように、ＤＣモータ１８２へ電圧がかけられる。
【００３１】
液吸引ポンプ１６３のみによって送液動作が行われた場合、液吸引ポンプ１６３の吸引力と、液貯蔵タンク１６１から液流入口１１５までのインク供給経路内の配管抵抗負圧が、インクジェットヘッド１０３に大きくかかることになる。インジェットヘッド１０３にかかる負圧が大きくなりすぎると、吐出口１０２に形成されたメニスカスがインクジェットヘッド１０３内に引き込まれ、破壊される。その結果、吐出口１０２からヘッド内に空気が進入し、インクジェットヘッド１０３は吐出不能な状態になってしまう。インクジェットヘッド１０３内の負圧増大を防ぐため、液吸引ポンプ１６３の動作と同時に、液供給ポンプ１６２も動作を開始させる。ヘッド１０３内の負圧を適正に保つように、その回転条件を決定している。ヘッド液室１０９内の圧力が、大気圧に対しー２５〜−５０ｍｍＨ２Ｏ程度になるように、ポンプの回転数を決定する。このとき、液供給ポンプ１６２が動作を開始しても、液体の流量は液吸引ポンプ１６３の回転数によって決定され、液体は、液体循環経路内で、１５ｍｌ／ｍｉｎの流量で循環する。液体循環経路内では、フィルタなどの大きな圧力損失を発生させるものは何もない。液体を循環させる際、液吸引ポンプ１６３と液吸引ポンプ１６２の動作によって、ヘッド液室内１０９の圧力が適正に保たれているため、吐出口１０２からインクが漏れたり、逆に、外部からヘッド内へ空気を吸い込むことはない。
【００３２】
また、図１０で示したようなフルラインヘッドでは、共通液室１４の端からインクが流入し、共通液室１４を挟んで反対側からインクが流出していく。ヘッド内でインクが流れる距離は、ヘッドの全幅に等しい。これに対して、図１に示すような本実施例のインクジェットヘッド１０３では、ヘッド液室１０９のほぼ中央部に設けられた液流入口１１５に対し、ヘッド液室１０９の両端部の２箇所に液流出口１１３、１１４が設けられている。液流入口１１５からヘッド液室１０９に流れ込んだ液体は、液流出口１１３方向と液流出口１１４方向の２方向にほぼ半分ずつ分かれて流れることになる。すなわち、ヘッド液室１０９内の液体が流れる長さが、インクジェットヘッド１０３全幅の、ほぼ半分の長さですむことになる。
【００３３】
液流入口から液流出口までの距離が、フルラインヘッド全幅長の１／２であるため、液流入口からヘッド液室１０９内に流入したインクが、ヘッド液室１０９に存在し、液流出口から流出するまでの滞在時間も１／２となる。よって、フルラインヘッドを使用して高速印字や連続印字を行なう場合であっても、ヘッドの温度上昇をより抑えることができ、インクの安定した吐出動作を可能とした。また、ヘッド液室１０９内で液体の流れる長さが１／２になるため、液室内での温度差が少なくなり、その結果濃度ムラのない良好な記録画像を得ることができる。
【００３４】
具体的に印字のための画像データがインクジェットヘッド１０３に伝えられた場合について説明する。
【００３５】
画像データがインクジェットヘッド１０３へ伝えられると、素子基板１０１内に設けられた発熱素子に電圧が印加され、発熱素子に接する液体が膜沸騰圧力により吐出口１０２より吐出される。吐出されるインクは、ヘッド液室１０９を通過中のものである。ヘッド液室１０９内にある各素子基板ごとの各フィルタ部材１５１をそれぞれ通過して、共通液室１１０、スリット１０４を通り、吐出口１０２へと供給される。ひとつの素子基板１０１内で、全吐出口１０２から連続してインクを吐出するような画像データが来た場合、フィルタ部１５１を通過するインクの量は最大になる。本実施例では各吐出口１０２から吐出される一つの液滴の大きさが４ｐｌであり、吐出口は１２００ｄｐｉの解像度で配列されている。ひとつの素子基板１０１に対する有効印字幅が約２インチであることから、ひとつの素子基板１０１内で吐出口１０２の総数は２４００個となる。各吐出口の液滴吐出周波数が１６ｋＨｚとなるようにヘッドを駆動すると、ひとつの素子基板１０１での最大の液滴吐出量は、１０．３６８ｍｌ／ｍｉｎとなる。各素子基板１０１に対応するフィルタ部１５１の有効面積は、幅３．５ｍｍ×長さ６０ｍｍ＝２１０ｍｍ２であり、本実施例で用いているフィルタ部１５１では、インク流量１０．３６８ｍｌ／ｍｉｎのときの圧力損失がほぼ１２．５ｍｍＨ２Ｏ（０．１２３ｋＰａ）であり、液滴の吐出に対し影響があるとされている圧力損失２００ｍｍＨ２Ｏ（１．９６ｋＰａ）に対し、十分小さな値であり、ほとんど問題ない。これは、インクジェットヘッド１０３内にあるすべての素子基板１０１に対して、同様である。
【００３６】
インクジェットヘッド１０３内の４つの素子基板を全て使用し、全素子基板１０１の全吐出口１０２で、液滴吐出を行うと、ヘッド全体の液体吐出量は４倍になり、４１．４７２ｍｌ／ｍｉｎとなる。液吸引ポンプ１６３は、定流量ポンプであり、一定の駆動条件で駆動し続けている。液吸引ポンプ１６３の液体循環量は、１５ｍｌ／ｍｉｎのままである。しかし、液供給ポンプ１６２は、前後の圧力差によって流量が変わる遠心渦巻きポンプである。液供給ポンプ１６２の液体循環量は、インクジェットヘッド１０３側が液滴吐出により負圧となるために、流量が増加し、５６．４７２ｍｌ／ｍｉｎとなる。
【００３７】
このように、印字動作を行うときに、同時にヘッド液室１０９内で、液体を循環させることで、フルラインヘッドで高速印字を行ない、多くの吐出口１０２が同時に作動するような場合、吐出動作によって温度上昇したヘッド液室内の液体を入れ替えることによって、インクジェットヘッド１０３の温度上昇を防止することが可能になる。さらに、本実施例では、液貯蔵タンク１６１に密接したペルチェ素子によって、タンクを冷却することにより、液貯蔵タンク１６１内の液体温度を下げることが可能である。タンク冷却装置１６９は、吐出動作を行っている間常に動作させる必要はなく、連続印字時、液貯蔵タンク１６１内の液体温度がある一定以上になった場合に、動作するよう制御する。連続印字が続いた場合であっても、冷却された液体がインクジェットヘッド１０３内を循環することによって、ヘッドの温度上昇を防止することができ、長時間の安定した印字動作を可能とする。また、外気温が高く、液貯蔵タンク１６１内の液体温度がある一定値以上になった場合には、タンク冷却装置１６９の能力と、１５ｍｌ／ｍｉｎの循環量のみでは十分に、インクジェットヘッド１０３を冷却することができない場合がある。そのときは、液吸引ポンプ１６３による液体循環量を、３０ｍｌ／ｍｉｎ、さらには、６０ｍｌ／ｍｉｎと増していき、同時に液供給ポンプ１６２の液循環量も同様に増していくように制御する。このように、液循環量を増しても、循環経路内には、フィルタのような大きな圧力損失を生じるものが何もないので、常に、ヘッド液室１０９内をほぼ大気圧にコントロールすることが可能であり、液循環中に吐出口１０２から液体が漏れたり、逆に外部からヘッド内へ空気を吸い込んで、吐出不良を生じることがない。
【００３８】
インクジェットヘッド１０３をインク供給系と接続した直後や、吐出動作をしばらく行わなかった時には、印字動作を開始する前に液供給ポンプ１６２により加圧回復動作を行う。液供給ポンプ１６２を、吐出動作を行うときの回転数よりはるかに大きな回転数で動作させ、ヘッド液室内の圧力が０．０４ＭＰａ程度になるまで加圧する。このとき、液吸引ポンプ１６３は動作を停止しており、液体をほとんど流さない状態となっている。加圧された液体は、吐出口１０２からインクジェットヘッド１０３内に残留する空気などといっしょに排出され、インクジェットヘッド１０３内全体が液体で満たされた状態になる。
【００３９】
一般的にインクジェットヘッドの両端部は、ノズル列方向へと熱が逃げていくため、昇温しにくくなっている。また、図１０のように液流入口と液流出口がヘッド液室の両端でそれぞれ１つしかない場合では、端部にある液流入口側から温度の低い液体が供給され、ヘッド液室内を通過することで温められ、反対側の端部にある液排出口側から液体が流出していく。液流入側に対し、液流出側の温度が高くなる。これら２つの現象を組み合わせた場合、実際に、液流入側の端部の温度が他の部分に比較して極端に低くなっていることが確認できている。これに対して、本実施例では図１で示したように、両端部以外の、ノズル列方向に熱が逃げていかないヘッド液室ほぼ中央部にひとつの液流入口を設け、両端部に２箇所液流出口を設けることで、液流入口を端部に設けた場合のような極端な温度低下を引き起こすことがない。本実施例の構成をとることによって、ヘッド内の温度分布が良好になり、濃度変化のない良好な印字が可能となる。
【実施例２】
【００４０】
本発明のインクジェット記録装置の第２の実施例について、図７を用いて説明する。
【００４１】
図７は、本発明の第二の実施例におけるインク供給系を示すものである。
【００４２】
液貯蔵タンクとインクジェットヘッド１０３の間にサブタンク２０１が設けられ、インク循環経路を構成している。サブタンクくみ上げポンプ２００によって、液貯蔵タンク１６１から、チューブ１６５ａ、チューブ１６５ｂを介してサブタンク２０１へ液体をくみ上げる。サブタンク２０１の側面には、ドレイン２０６が設けられ、液貯蔵タンク１６１からくみ上げられた液体が、一定量以上になると自動的にドレイン２０６から流れ出し、チューブ２０７によって液貯蔵タンク１６１へ戻り、インクを循環可能としている。サブタンクくみ上げポンプ２００を常時運転することによって、サブタンク内の液面高さを常に一定に保つようにしても良い。あるいは、液体が吐出されることによってサブタンク２０１の液面高さが下がった場合、ドレイン２０６から液体が流れ出す位置から１０ｍｍ程度液面が下がったことを検知可能な液面検知センサを設け、液面の低下を検知した時、ある一定時間だけサブタンクくみ上げポンプ２００を運転するようにしてもよい。本実施例では、サブタンク２０１内の液体がドレイン２０６から流れ出すときの液面高さは、インクジェットヘッド１０３の吐出口１０２の高さより、２５ｍｍ低い位置になるように、インクジェットヘッドとサブタンク２０１に設けられたドレイン２０６の高さが決定されている。
【００４３】
また、サブタンク２０１には、加圧モータ２０２とその軸２０３の反対側の端部に羽根車２０５が取り付けられ、軸２０３は軸受け２０４によって、支持されている。加圧モータ２０２はＤＣモータであり、電圧を印加することによって回転し。軸２０３によって羽根車２０５に回転駆動量が伝達され、サブタンク２０１内の液体をチューブ１６６へ送り出す圧力が発生し、加圧ポンプを形成している。また、加圧モータ２０２が停止しているときであっても、第一の実施例での液供給ポンプ１６２と同様に、羽根車で構成された遠心渦巻きポンプであるので、ポンプ前後の圧力差によって液体が自由に流れることが可能である。チューブ１６６は、インクジェットヘッド１０３のほぼ中央部に設けられた液流入口１１５に接続され、一方、インクジェットヘッド１０３のほぼ両端に設けられた液流出口１１３，１１４とチューブ１６７ａ，１６７ｂが接続され、その合流点１６７ｃを経由し、チューブ１６７ｄ、液吸引ポンプ１６３、チューブ１６８を介して、サブタンク２０１へ液体を回収している。液吸引ポンプ１６３はギヤポンプである。液貯蔵タンク１６１の底部には、ペルチェ素子によるタンク冷却装置１６９が配設されている。
【００４４】
インクジェットヘッド１０３から液体の吐出動作を行う際には、第一の実施例と同様に、液吸引ポンプ１６３と加圧モータ２０２が同時に回転を開始する。インクは、サブタンク２０１、チューブ１６６、液流入口１１５、ヘッド液室１０９、液流出口１１３，１１４、チューブ１６７ａ、チューブ１６７ｂ、合流点１６７ｃ、チューブ１６７ｄ、液吸引ポンプ１６３、チューブ１６８の順で形成される液体循環経路を通って、サブタンク２０１に戻る。このとき、液吸引ポンプ１６３の流量が、１５ｍｌ／ｍｉｎになるように、液吸引ポンプ１６３のＤＣモータ１８２へ電圧がかけられる。
【００４５】
インクジェットヘッド１０３内のヘッド液室１０９内の圧力が、大気圧に対しー２５〜−５０ｍｍＨ２Ｏ程度になるように、加圧モータ２０２の回転数を決定する。このとき、加圧モータ２０２が動作を開始しても、液体の流量は液吸引ポンプ１６３の回転数によって決定され、前記液体循環経路内で、液体は１５ｍｌ／ｍｉｎの流量で循環する。このとき、液体循環経路内では、フィルタなどの大きな圧力損失を発生させるものは何もなく、液吸引ポンプ１６３と加圧モータ２０２の動作によって、ヘッド液室内１０９の圧力が適正に保たれているため、液体を循環させることで、吐出口１０２からインクが漏れ出したり、逆に、空気を吸い込んだりすることはない。
【００４６】
また、第一の実施例と同様に、インクジェットヘッド１０３をインク供給系と接続した直後や、吐出動作をしばらく行わなかったときには、印字動作を開始する前に加圧モータ２０２により加圧回復動作を行う。加圧モータ２０２を吐出動作を行うときの回転数よりはるかに大きな回転数で動作させ、ヘッド液室内の圧力が０．０４ＭＰａ程度になるまで加圧する。このとき、液吸引ポンプ１６３は動作を停止しており、液体をほとんど流さない状態となっているので、加圧された液体は、吐出口１０２からインクジェットヘッド１０３内に残留する空気などといっしょに排出され、インクジェットヘッド１０３内全体が液体で満たされた状態になる。
【００４７】
吐出動作によって、サブタンク２０１内の液体が消費された場合、サブタンクくみ上げポンプ２００が常時運転されており、吐出で消費される液体より多い量の液体が液貯蔵タンク１６１より供給されているため、サブタンク２０１内液面高さは常に一定となっている。また、タンク冷却装置１６９によって、冷却された液貯蔵タンク１６１内の液体がサブタンク２０１に供給されているため、インクジェットヘッド１０３で暖められたインクのみが、再度インクジェットヘッド１０３へ循環されるのではなく、冷却された液体が混ざった状態でインクジェットヘッド１０３へ供給される構成となっている。
【００４８】
また、本実施例では、サブタンク２０１の液面高さがインクジェットヘッド１０３の吐出口１０２の高さより、２５ｍｍ下がった位置に設定されているので、ヘッドが吐出動作を行わず、液体の循環動作も行われない場合には、吐出口１０２に、−２５ｍｍＨ２Ｏという、ヘッド１０３にとって適正な負圧のみがかかるように構成されている。よって吐出動作を行わないときであっても、吐出口１０２から空気を吸い込んだり、吐出口１０２から液体が漏れることがない。
【実施例３】
【００４９】
本発明のインクジェット噴射記録装置の第３実施例について、図８を用いて説明する。
【００５０】
本実施例では、第一、第二の実施例で用いられていた、液体を循環させる液吸引ポンプ１６３がない構成になっている。ヘッド１０３のほぼ両端に設けられた液流出口１１３，１１４から排出されたインクは、チューブ１６７ａ，１６７ｂと、その合流点１６７ｃを経由し、チューブ１６７ｄ、二方弁２０８、を経由し、先端がサブタンク２０１の液面高さからδ（デルタ）下がった位置に達する位置までチューブ２０７に差し込まれたチューブ１６８を介して、液貯蔵タンク１６１へ液体を回収する。
【００５１】
チューブ１６８の先端が、サブタンク液面高さよりδだけ低い位置にあるので、その水頭差によってサブタンク内の液体は、インクジェットヘッド１０３を通過して循環することが可能な構成となっている。サブタンク液面は、第二の実施例と同様に、インクジェットヘッド１０３の吐出口１０２の高さより２５ｍｍ低い位置になるようにドレイン２０６の高さが決められており、チューブ１６８の先端はサブタンク液面高さよりさらに低い位置になるように配置されている。ヘッド１０３にかかる負圧が大きすぎないよう、加圧モータ２０２に電圧を若干印加し、インクジェットヘッド１０３に対してわずかな正圧をかけることで、圧力を調整する。インクジェットヘッド１０３内のヘッド液室１０９内の圧力が、大気圧に対しー２５〜−５０ｍｍＨ２Ｏ程度になるように、加圧モータ２０２の回転数を決定する。このとき、加圧モータ２０２が動作を開始すると、加圧モータ２０２を動作させていないときに比較して、若干液体の循環量が増加することになるが、前記液体循環経路内では、フィルタなどの大きな圧力損失を発生させるものは何もなく、ヘッド液室内１０９の圧力が水頭差と加圧モータ２０２の動作によって適正に保たれているため、液体を循環させることで、吐出口１０２からインクが漏れたり、逆に、空気を吸い込むことがない。
【００５２】
また、インクジェットヘッド１０３が吐出動作を行わず、ヘッド内を液体が循環する必要がない時は、二方弁２０８を閉じ、循環を停止する。循環を開始する時は、二方弁２０８を開く動作と、加圧モータ２０２を回転させる動作を同時に行う。
【００５３】
ヘッド１０３をインク供給系と接続した直後や、吐出動作をしばらく行わなかった時は、印字動作を開始する前に加圧モータ２０２によって加圧回復動作を行う。吐出動作を行うときの回転数よりはるかに大きな回転数で加圧モータ２０２を動作させ、ヘッド液室内の圧力が０．０４ＭＰａ程度になるまで加圧する。このとき、二方弁２０８を閉じた状態とし、加圧された液体が、吐出口１０２からインクジェットヘッド１０３内に残留する空気と一体となって排出され、インクジェットヘッド１０３内全体が液体で満たされた状態になる。
【００５４】
第二の実施例と異なり、ヘッドからの吸引動作をポンプで行わず、供給経路内の水頭差で行うために、ギヤポンプの寿命を気にする必要がなく、より高信頼性を求める装置に適したインク供給系の構成となっている。また、インクジェットヘッド１０３を通過して暖められた液体は、すべて液貯蔵タンク１６１へ回収されることとなる。液貯蔵タンク１６１の下には、タンク冷却装置１６９が配置されており、サブタンク２０１へはタンク冷却装置１６９で冷却された液体のみが供給されるので、インクジェットヘッド１０３へは、第二の実施例と比較して、より低温の液体を供給することが可能であり、より冷却効率の高いインク供給系を提供することが可能となる。
【実施例４】
【００５５】
本発明の液体噴射記録装置の第４の実施例について図９を用いて説明する。
【００５６】
本実施例は、Ａ３幅の用紙に対応し、有効印字範囲が約３００ｍｍのさらに長尺のインクジェットヘッド１０３’に対応した場合である。インクジェットヘッド１０３’に対し、液体流入口を二箇所、液体流出口を三箇所設けたもので、図示するように、ヘッド１０３の両端部とほぼ中央部にインク流出口を設け、それぞれの中間位置にインク流入口を設けた構成となっている。それぞれの、インク流入口とインク流出口に接続されたチューブは、一まとめに結合され、第１〜第３までの実施例で示したインク供給系に接続される。このように、さらに長尺のインクジェットヘッドの場合であっても、液体流入口や流出口の位置を細かく分割し、印字中もインクジェットヘッド内で液体を循環させることによって、インクジェットヘッド内の温度分布を抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明のインクジェット記録装置のインク供給系
【図２】本発明のインクジェット記録装置のヘッド斜視図
【図３】インクジェットヘッド詳細図
【図４】ヘッド断面図
【図５】本発明に用いる液供給ポンプ（遠心ポンプ）
【図６】本発明に用いる液吸引ポンプ（ギアポンプ）
【図７】サブタンクを用いた本発明の一例
【図８】二方弁を用いた本発明の一例
【図９】本発明に用いるインクジェットヘッドの一例
【図１０】特許文献１記載の従来例
【図１１】特許文献２記載の従来例
【図１２】特許文献３記載の従来例
【符号の説明】
【００５８】
１０１  素子基板
１０２  吐出口
１０３  インクジェットヘッド
１０４  スリット
１０６  フレキシブル配線基板
１０９  ヘッド液室
１１０  共通液室
１１１  ベース基板
１１２  ヘッド液室部材
１１３，１１４，１８９，１７２  液流出口
１１５，１８８，１７１，１８４  液流入口
１５０  フィルタ指示部材
１５１  フィルタ部材
１６１  液貯蔵タンク
１６２  液供給ポンプ
１６３  液吸引ポンプ
１６５〜１６８、２０７  チューブ
１６９  タンク冷却装置
【図１】
2006175651.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006175651.tif 000009
【図８】
2006175651.tif 000010
【図９】
2006175651.tif 000011
【図１０】
2006175651.tif 000012
【図１１】
2006175651.tif 000013
【図１２】
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