(57)【要約】      （修正有）【課題】ノズル周辺に残留するインク滴を検出することによって、残留インクを完全に除去できるまでクリーニング動作を繰り返し行うことができ、更に印字動作中にノズル周辺にインク滴が付着した場合に、その付着を検知して吐出不良を未然に防ぐ、または吐出不良の発生を早期に発見できるインクジェット式記録装置を提供すること。【解決手段】インクジェットヘッドのノズル近傍に第一の電極５１と第二の電極５２ａ〜５２ｄとを備え、ノズル近傍にインク滴が付着した時に第一の電極と第二の電極間の静電容量が変化するように電極を配置した。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドと、
前記ノズルの近傍に設けられた第一の電極および第二の電極と、
前記ノズル近傍にインク滴が付着した時に、前記第一の電極と前記第二の電極間の静電容量の変化を検出する静電容量検知手段と、を備えたインクジェット式記録装置。
【請求項２】
前記第一の電極が前記ノズルの外周を囲むようなリング形状であり、前記第二の電極が前記第一の電極の外周を囲むようなに配置されていることを特徴とする請求項１記載のインクジェット式記録装置。
【請求項３】
前記第一の電極と前記第二の電極が前記複数のノズルにそれぞれ配置され、
前記各ノズルの前記第一の電極は同じ電位が与えられるように結線され、前記各ノズルの前記第二の電極も同様に同じ電位が与えられるように結線されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のインクジェット式記録装置。
【請求項４】
前記第一の電極と前記第二の電極が前記複数のノズルにそれぞれ配置され、
前記各ノズルの前記第一の電極は同じ電位が与えられるように結線され、前記各ノズルの前記第二の電極は個々のノズルに対して個別の信号を与えられるように個別に配線されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のインクジェット式記録装置。
【請求項５】
複数のノズルからインクを吐出することで印刷を行なうインクジェットヘッド記録装置の、前記ノズル近傍に付着したインク滴を除去するクリーニング動作を行なうインクジェット記録装置のクリーニング方法において、
前記ノズル近傍に第一の電極と第二の電極を設け、前記クリーニング動作後に前記第一の電極と前記第二の電極の間に生じる静電容量の変化を検知するクリーニング時検知工程と、
前記クリーニング時検知工程においてインク滴が付着していることを検知したら、再び前記クリーニング動作を行なう再クリーニング工程と、を有するインクジェット記録装置のクリーニング方法。
【請求項６】
複数のノズルからインクを吐出することで印刷を行なうインクジェットヘッド記録装置の、前記ノズル近傍に付着したインク滴を除去するクリーニング動作を行なうインクジェット記録装置のクリーニング方法において、
前記ノズル近傍に第一の電極と第二の電極を設け、前記印刷動作中に前記第一の電極と前記第二の電極の間に生じる静電容量の変化を検知する印刷時検知工程と、
前記印刷時検知工程においてインク滴が付着していることを検知したら、印刷動作を中断して行なうクリーニング工程と、を有するインクジェット記録装置のクリーニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、プリンタ、ファックス等に適用されて、複数ノズルからインクを吐出させるインクジェット式記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数のノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドを用いて被記録媒体に文字や画像を記録するインクジェット式記録装置が知られている。かかるインクジェット式記録装置では、ノズル周辺にインク滴やゴミが付着すると、ノズルから吐出するインクの飛翔方向が曲がるなどして印字品質を悪くさせ、更にはノズル内へ空気が混入して、吐出ができなくなるなどの吐出不良を引き起こす。このため、ノズル内の空気や周辺のインク滴やゴミの排除を目的とした、クリーニング動作が行われる。
【０００３】
クリーニング動作の一つとして、キャップを用いてノズルからインクを吸引する方法が知られている。特公平３−６１５９３号公報においてはこの動作方法として、キャップをノズル面に密着させ、キャップ内を負圧にすることによりノズルからインクを吸引し、次にキャップ内を大気に開放してから、キャップ内のインクを排出し、最後にキャップをノズル面から引き離すという工程で提案されている。
【０００４】
また、上記のようなキャップを用いて吸引を行うクリーニング動作ではキャップを開放した時にノズル面にインク溜まりが残るため、残留したインクの除去を目的として弾性体の素材で残留インクをふき取るワイピング動作が行われる。
【０００５】
また、その他のノズル面の残留インクを除去する方法として、キャップ内に多孔質シートを敷き、これをノズル面に近づけることにより、残留インクを毛細管現象で吸い取る方法が特公平３−４３０６６号公報で提案されている。
【特許文献１】特公平３−６１５９３号公報
【特許文献２】特公平３−４３０６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のようなワイピング動作や多孔質シートをノズル面に近づける方法のみでは、ノズル面の残留インクを完全に除去することは難しく、キャップ素材やワイプ素材の劣化により、同じクリーニング動作でも残留インク滴の除去率が低下するなどの課題がある。
【０００７】
更に印字動作中のノズル周辺へのインク滴やゴミの付着はいつ発生するか予測できないため、一度吐出不良が発生すると次のクリーニング動作までは吐出不良のままで印字を行うこととなり、印字品質を落としてしまう。
【０００８】
また、吐出不良のままの印字を極力抑えるために頻繁にクリーニング動作を行うと、全体の印字時間が長くなってしまうという課題がある。
【０００９】
本発明は、ノズル周辺に残留するインク滴を検出することによって、残留インクを完全に除去できるまでクリーニング動作を繰り返し行うことができ、更に印字動作中にノズル周辺にインク滴が付着した場合に、その付着を検知して吐出不良を未然に防ぐ、または吐出不良の発生を早期に発見できるインクジェット式記録装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は
インクを複数ノズルから吐出するインクジェットヘッドにおいて、前記インクジェットヘッドのノズル近傍に第一の電極と第二の電極とを備え、ノズル近傍にインク滴が付着した時に第一の電極と第二の電極間の静電容量が変化するように電極を配置したことを特徴とするインクジェット式記録装置である。
【００１１】
本発明の第２の態様は、前記第一の電極がノズルの外周を囲むようなリング形状であり、前記第二の電極が前記第一の電極の外周を囲むようなに配置されていることを特徴とした第１の態様のインクジェット式記録装置である。
【００１２】
本発明の第３の態様は、前記第一の電極と前記第二の電極が前記インクジェットの複数ノズルにそれぞれ配置され、各ノズルの第一の電極は同じ電位が与えられるように結線され、各ノズルの第二の電極も同様に同じ電位が与えられるように結線されたことを特徴とする第１の態様と第２の態様のインクジェット式記録装置である。
【００１３】
本発明の第４の態様は、前記第一の電極と前記第二の電極が前記インクジェットの複数ノズルにそれぞれ配置され、各ノズルの第一の電極は同じ電位が与えられるように結線され、各ノズルの第二の電極は個々のノズルに対して信号を与えられるように個別に配線されていることを特徴とする第１の態様と第２の態様のインクジェット式記録装置である。
【００１４】
本発明の第５の態様は、前記第一の電極と前記第二の電極の間に生じる静電容量の変化を検知する手段を有し、クリーニング動作後にノズル近傍にインク滴が付着していることを検知したら、再びクリーニング動作を行うことを特徴とした第１の態様と第２の態様と第３の態様と第４の態様のインクジェット式記録装置である。
【発明の効果】
【００１５】
上述したように本発明のインクジェット式記録装置は、ノズル近傍に二つの電極を設け、その電極間の静電容量からインク滴が付着していることを検知することができる。
【００１６】
そのため、クリーニング動作後にノズル近傍にインク滴が付着していないことを確認でき、クリーニングが不完全で印字開始直後から吐出不良が発生することを未然に防止することができる。
【００１７】
また、印字動作中に吐出不良が発生した場合は、そのインク吐出がしぶきとなってノズル近傍に付着することから、電極間の静電容量変化を検知して早期に吐出不良を検知することができる。吐出不良を検知したら印字動作を一時中断し、クリーニング動作によって不良ノズルを回復することにより、印字品質を高めることができる。
【００１８】
さらに、必要な時にクリーニング動作を行えばよく、従来のように定期的にクリーニング動作を繰り返す必要が無いので、全体の印字時間の短縮が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドの分解図を図１に、また、断面図を図２に示す。図１及び図２に示すように、圧電セラミックプレート２０１には、複数の溝２０２が並設され、各溝２０２は、側壁２０３で分離されている。各溝２０２の長手方向一端部は圧電セラミックプレート２０１の一端面まで延設されており、他端部は、他端面までは延びておらず、深さが徐々に浅くなっている。また、各溝２０２内の両側壁２０３の開口側表面には、長手方向に亘って、駆動電界印加用の電極２０５が形成されている。
【００２１】
圧電セラミックプレート２０１の溝２０２の開口側には、カバープレート２０７が接着剤２０９を介して接合されている。カバープレート２０７には、各溝２０２の浅くなった他端部と連通する凹部となるインク室２１１と、このインク室２１１の底部から溝２０２とは反対方向に貫通するインク供給口２１２とを有する。
【００２２】
また、圧電セラミックプレート２０１とカバープレート２０７との接合体の溝２０２が開口している端面には、ノズルプレート２１５が接合されており、ノズルプレート２１５の各溝２０２に対向する位置にはノズル開口２１７が形成されている。
【００２３】
なお、圧電セラミックプレート２０１のノズルプレート２１５とは反対側でカバープレート２０７とは反対側の面には、例えば、駆動ＩＣ等を有する駆動回路が実装された配線基板２２０が固着されている。そして、配線基板２２０には、各電極２０５とボンディングワイヤ２２１等で接続された配線２２２が形成され、この配線２２２を介して電極２０５に駆動電圧を印加できるようになっている。
【００２４】
このように構成されるインクジェットヘッドでは、インク供給口２１２から各溝２０２内にインクを充填し、所定の溝２０２の両側の側壁２０３に電極２０５を介して所定の駆動電界を作用させると、側壁２０３が変形して所定の溝２０２内の容積が変化し、これにより、溝２０２内のインク滴がノズル開口２１７から吐出する。
【００２５】
さらに、インクジェット式記録装置には、インクジェットヘッドのクリーニング動作を行うメンテナンスユニットが搭載されている。図３は本発明の実施形態に係るメンテナンスユニットの構成図である。
【００２６】
メンテナンスユニット３０は、インクジェットヘッド２０のノズル面２１を覆うことができるキャップ４０と、そのキャップ４０をノズル面２１に押し当てるために上下動作をさせる図示しない移動機構と、キャップ４０内に負圧を発生させるポンプ３１と、キャップ４０内の圧力を大気圧に戻すための大気開放バルブ３２と、ノズル面２１に残ったインク滴を拭い去るためのワイパー３３から構成されている。
【００２７】
このメンテナンスユニット３０を動作させて、初めてインクジェットヘッド２０を取付けた時にノズル内にインクを充填する、いわゆる初期充填動作が行われる。また、起動時、印刷開始前等の所定のタイミング、あるいは任意のタイミングで、インクジェットヘッド２０のノズル面２１に付着したゴミ等やインク滴の除去や、ノズル詰まりを回復する、いわゆるクリーニング動作が行われる。
【００２８】
この初期充填動作、及びクリーニング動作は、以下のような手順で行われる。
【００２９】
インクジェットヘッド２０をメンテナンスユニット３０上に移動し、キャップ４０は移動機構によりノズル面２１に押し当てられるように上方向に移動する（キャッピング動作）。この時キャップ４０の押し当てによって空気がノズル内に混入しないように、大気開放バルブ３２を開放しておく。次に大気開放バルブ３２を閉じた状態でポンプ３１を動作させ、キャップ４０内を負圧にすることによりノズルからインクを吸引する（インク吸引動作）。所定量のインクを吸引した後ポンプ３１を停止し、さらに負圧が緩和されるまでこの状態を保持する。ポンプ３１停止直後に大気開放を行うとキャップ４０内のインクがノズル側に逆流し、空気やゴミが混入する恐れがあるためである。次に大気開放バルブ３２を開けてキャップ４０内の圧力を大気圧に戻す（大気開放動作）。大気開放バルブ３２を開けた状態で、ポンプ３１を動作させ、キャップ４０内に残留したインクを吸い出す（エア吸引動作）。最後にワイパー３３のワイプ先端をノズル面２１にあてた状態で移動させ、ノズル面２１に残ったインク滴を拭き取る（ワイピング動作）。
【００３０】
ここで、図４を参照して、ノズルプレート２１５に設けられたインク滴付着を検出する電極構造について説明する。図４に示すように各ノズル開口２１７を囲むようなリング状の第一の電極５１が形成され、グランド電位に接続されている。第二の電極５２は第一の電極５１をさらに囲むように形成され、個別に静電容量検知手段に接続される。
【００３１】
図５は図４のノズル開口部２１７の断面１００を拡大した断面図である。ノズルプレート２１５はポリイミドフィルムのベース材５３と銅箔が接着されたものを使用し、銅箔部をパターン状にエッチングして第一の電極５１と第二の電極５２を形成する。さらに同様のポリイミドフィルムをカバーレイ５４として銅箔上に接着する。ノズル開口部２１７はエキシマレーザ装置を用いて形成し、また、図示しないが、ノズルプレート２１５のカバーレイ５４表面には、インクの付着等を防止するための撥水性を有する撥水膜が設けられている。
【００３２】
また、図５はノズル近傍にインク滴５５が付着した状態も併せて示している。インク滴５５が付着していない状態では、第一の電極５１と第二の電極５２の間には初期的に静電容量Coを持っている。このCoは第一と第二の電極長さと電極間距離、媒体のポリイミドフィルム等で決定される値である。ここにインク滴５５が付着すると、インクを媒体とする静電気容量Ciが加わり、CoからCiに容量が変化したことでインク滴の付着を検知することができる。
【００３３】
図６は静電容量検知手段の構成を示す。図６では各ノズルの電極間容量の初期値をコンデンサCo、インク滴付着によるものをコンデンサCiとして等価的に表している。アナログスイッチ６１により第二の電極５２ａから５２ｄの内の１つを選択し、波形発生手段６８で発生させた矩形電圧波形を、駆動IC６２を介して与えられるようにした。更に駆動IC６２の電源電流を測定するため、抵抗６３を電源に挿入し、その抵抗６３の両端の電圧差を電圧差検出手段６４で検出し、積分回路６５を通し、A/Dコンバータ６６でデジタル値に変換してからCPU６７で読み取る構成とした。
【００３４】
駆動IC６２から矩形電圧波形を与えることにより、選択されたコンデンサCoには電流の充放電が繰り返し行われ、ノズル近傍にインク滴が付着している場合はコンデンサCoとCiに充放電が行われる。ここで駆動IC６２の電源電流はコンデンサに充電する電流と駆動IC６２自体が消費する電流が加算された値である。アナログスイッチ６１を何れの第二の電極５２とも接続せず、未接続の電極６９を選択することによりIC６２単体の消費電流が求められるので、個々の第二の電極を選択したときの電流値からIC６２単体の電流値を差し引くことで更に精度を上げることができる。各ノズルの初期の静電容量CoをCPU６７で記憶した上で、アナログスイッチ６１で順次第二の電極５２aから５２ｄを選択し、各ノズルの静電容量がCoからCo+Ciに変化したかどうかを調べることにより、インク滴の付着を検知することができる。加えてインク滴が付着しているノズルの特定を行うこともできる。
【００３５】
以上のようにインク滴が付着していることを検知できるので、初期充填動作後やクリーニング動作後にノズル近傍にインク滴が付着していないことを確認でき（クリーニング時検知工程）、クリーニングが不完全で印字開始直後から吐出不良が発生することを未然に防止することができる（再クリーニング工程）。また、印字動作中にインク滴の付着を検知した場合は（印刷時検知工程）、印字動作を一時中断し、クリーニング動作によって不良ノズルを回復し、これにより印字品質の悪化を最小限に食い止めることができる（クリーニング工程）。
【００３６】
更に図７と図８は第二の電極５２を一つにまとめて、静電容量検知手段に入力した場合の実施例である。第二の電極５２を一つにまとめたことで、ノズルプレート２１５に形成するの配線構造を単純化し、静電容量検知手段のアナログスイッチ部を省くことができる。この場合、初期的な静電容量は個々のノズルの静電容量を合算した値(Co×ノズル数n)になり、インク滴が付着した場合はインク滴による容量Ciを加算した値が検出される。
【００３７】
その他、ノズル近傍にインク滴が付着することによって二つの電極間の容量が変化するものであれば、他の電極形状や配置でも構わない。また、容量を検知できる手段であれば他の静電容量検知手段であっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドの概要を示す分解斜視図
【図２】本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドの概要を示す断面図
【図３】本発明の実施形態に係るメンテナンスユニットの構成図
【図４】本発明の実施形態に係るノズルプレート上の電極配線図
【図５】本発明の実施形態に係るノズル開口部の断面図
【図６】本発明の実施形態に係る静電容量検知手段のブロック図
【図７】本発明の他の実施形態に係るノズルプレート上の電極配線図(電極構成違い)
【図８】本発明の他の実施形態に係る静電容量検知手段のブロック図(電極構成違い)
【符号の説明】
【００３９】
２１５  ノズルプレート
２１７  ノズル開口
２０  インクジェットヘッド
５１  第一の電極
５２  第二の電極
５５  ノズル近傍のインク滴
６０  静電容量検知手段
【図１】
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【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】
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【図８】
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