(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重力方向下向きに開口するノズル孔を個別に有する複数のノズルと、水平方向に延びる第１の共通供給路と、該複数のノズル及び該第１の共通供給路に連通し水平方向に延びる第２の共通供給路と、該第１の共通供給路の両端に位置する第１のインク流通口及び第２のインク流通口と、該第２の共通供給路と連通する第３のインク流通口とが形成された本体と、該第１の共通供給路と該第２の共通供給路の間を第２の共通供給路と平行に延びるフィルタと、該ノズルに設けられノズルからインクを噴射させる圧電素子とを備え、更に前記第２の共通供給路は前記第１の共通供給路の重力方向下側に位置すると共に、前記第１の共通供給路より延在する延在部を有し、該延在部の重力方向上側全域には前記フィルタから続くフィルタ部が敷設され、前記第３のインク流通口は前記フィルタ部を介して前記延在部と連通するよう構成されたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
請求項１記載のインクジェットヘッドのパージ方法であって、
前記第１のインク流通口と第２のインク流通口間に圧力差を生じさせることにより行う前記第１の共通供給路に対する第１のパージ工程と、前記第１のインク流通口と第３のインク流通口間に圧力差を生じさせることにより行う前記第２の共通供給路に対する第２のパージ工程とを有することを特徴とするインクジェットヘッドのパージ方法。
【請求項３】
請求項２記載のインクジェットヘッドのパージ方法において、
前記第２のパージ工程の後に行われ、各ノズルを吸引パージする第３のパージ工程とを更に有することを特徴とするインクジェットヘッドのパージ方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットヘッドに関し、詳細にはインクジェットヘッドの構造及び該インクジェットヘッドのパージ方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開２０００−２９６６１３号公報の水平噴射型インクジェットヘッドを図７に示す。図において、複数のノズル１０２が重力方向に配列されている。当該複数のノズル１０２は、複数の吐出用ノズル１０２ａと、その上方に位置し、第１マニホールド１０３と直接連通する２つのダミーノズル１０２ｂと、第２マニホールド１０４と直接連通するダミーノズル１０２ｃとからなる。図示しないインクタンクから供給されたインクは、インク流路１０８、第１マニホールド１０３、フィルタ１０５、第２マニホールド１０４を介して、下側のダミーノズル１０２ｂを除く全ノズル１０２に供給される。図示しないエネルギ発生部材を駆動させると各ノズル１０２ａのノズル孔１０１から水平方向にインク滴が噴射され、被記録物にドット記録が行なわれる。
【０００３】
係るインクジェットヘッドでは、インク供給時にインク内に含まれる気泡は第２マニホールド１０３内で浮上し、ダミーノズル１０２ｂに集められる。また、誤ってフィルタ１０５を介して第２マニホールド１０４内へ侵入した気泡や、第２マニホールド１０４内部で発生した気泡は、第２マニホールド１０４内で浮上し、ダミーノズル１０２ｃに集められる。
【０００４】
そして、全ノズル１０２から一定周期で周知の吸引パージを行うことにより、ダミーノズル１０２ｂ、１０２ｃに溜まった気泡を効率よく排出できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、本発明者は、上記水平噴射型インクジェットヘッドの向きを変えて、下向印字を試みた。しかしながら、本構造のまま向きを変えたのでは、ダミーノズル１０２ｂ、１０２ｃが第１、第２マニホールド１０３、１０４よりも下方に位置することになるため、気泡をダミーノズル１０２ｂ、１０２ｃに集めることができず、ノズル孔１０１からの吸引パージのみで気泡を完全に除去することができなかった。
【０００６】
これは、当該インクジェットヘッドにおけるノズル密度が低いことに起因する。つまり、ノズル孔からの吸引パージは、ノズル密度の高い集積化ヘッドでは効果があるが、ノズル密度の低い非集積化ヘッドでは十分な効果が得られないのである。ノズル密度が小さいと、その分だけインクジェットヘッド内部のインク流路全体の容積が大きくなり、これに比例して必要とされるノズル内部圧力も大きくなる。しかしながら、ノズルからの吸引パージで発生できる圧力には限界があるため、十分な圧力を発生できず、気泡を完全に排出することができないのである。
【０００７】
そこで、加圧ポンプを利用してインクタンクから短時間に大量のインクを供給してノズル１０２内に停留している気泡を除去することも考えられるが、大量のインクが消費されるため不経済であると共に、インクジェットヘッドのノズル１０２に至るインク流路全体にわたって、高圧にも十分耐え得るような強固な構造が必要となり、生産性が低下し、コストが高くなるという問題点がある。
【０００８】
そこで本発明は、非集積化ヘッドであっても、大量のインクを消費することなく、簡単な構成で容易にパージが可能なヘッド構造及びパージ方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のインクジェットは、重力方向下向きに開口するノズル孔を個別に有する複数のノズルと、水平方向に延びる第１の共通供給路と、該複数のノズル及び該第１の共通供給路に連通し水平方向に延びる第２の共通供給路と、該第１の共通供給路の両端に位置する第１のインク流通口及び第２のインク流通口と、該第２の共通供給路と連通する第３のインク流通口とが形成された本体と、該第１の共通供給路と該第２の共通供給路の間を第２の共通供給路と平行に延びるフィルタと、該ノズルに設けられノズルからインクを噴射させる圧電素子とを備え、更に前記第２の共通供給路は前記第１の共通供給路の重力方向下側に位置すると共に、前記第１の共通供給路より延在する延在部を有し、該延在部の重力方向上側全域には前記フィルタから続くフィルタ部が敷設され、前記第３のインク流通口は前記フィルタ部を介して前記延在部と連通するよう構成されたことを特徴とする。
【００１０】
かかる構成では、第１のインク流通口を介して供給されたインクは、第１の共通供給路、フィルタ、第２の共通供給路を介して、各ノズルへ分配される。ここで、異物等が第１のインク流通口から供給されるインクに含まれていても、フィルタによってノズルへの侵入が防止される。
【００１１】
第１の共通供給路内のインクに含まれる気泡は、第２のインク流通口から直接外部へ排出され、第２の共通供給路内のインクに含まれる気泡は、第３のインク流通口から直接外部へ排出される。
【００１２】
このように、第１の共通供給路及び第２の共通供給路内のインクに含まれる気泡は、ノズルを介することなく外部へ排出されるため、当該気泡を確実に効率よく除去できる。特に、第２の共通供給路のうち、フィルタ面に付着している気泡も、第３のインク流通口から確実に除去される。また、ノズル孔からの吸引パージによらずに気泡除去が可能であるため、ノズル密度の低い非集積化ヘッドであっても、確実な気泡除去が可能である。
【００１３】
かかる構成では、気泡除去を各共通路毎に行うことが可能である。従って、気泡除去で必要とされる内部圧力を抑えることができ、インクジェットヘッド全体の構造を簡単にできる。また、気泡除去に伴い廃棄されるインク量を抑えることができるので、経済的である。
【００１５】
更に、かかる構成によれば、第２の共通供給路は第１の共通供給路の重力方向下側に位置しているため、第１の共通供給路に供給されたインクは、第２の共通供給路へ重力方向に供給される。また、第１の共通供給路から供給されたインクは、第２の共通供給路の延在部を通り、フィルタを介して、第３のインク流通口から外部へ排出される。ここで、第２の共通供給路は延在部を有するため、第３のインク流通口は第１の共通供給路と平行に延びるフィルタを介して第２の共通供給路と連通することができ、第３のインク流通口を介した第２の共通供給路内への異物進入が防止される。なお、第３のインク流通口を延在部の重力方向上側に形成することが好ましい。
【００１６】
更に、かかる構成によれば、各ノズルは重力方向下向きに開口するノズル孔を有することにより、ノズル孔からのインクは重力方向下向きに噴射され、下向き噴射型ヘッドを提供できる。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明のパージ方法であって、前記第１のインク流通口と第２のインク流通口間に圧力差を生じさせることにより行われる前記第１の共通供給路に対する第１のパージ工程と、前記第１のインク流通口と第３のインク流通口間に圧力差を生じさせることにより行われる前記第２の共通供給路に対する第２のパージ工程とを有することを特徴とする。
【００１８】
かかる構成によれば、第１の共通供給路内の気泡を排出した後に、第２の共通供給路内の気泡が排出される。
【００１９】
なお、第１のインク流通口と第２のインク流通口の圧力差は、第１のインク流通口を加圧して発生させても良いし、第２のインク流通口を負圧して発生させてもよいし、第１のインク流通口への加圧と第２のインク流通口への負圧を同時に行って発生させても良い。同様に、第１のインク流通口と第３のインク流通口の圧力差は、第１のインク流通口を加圧して発生させても良いし、第３のインク流通口を負圧して発生させてもよいし、第１のインク流通口への加圧と第３のインク流通口への負圧を同時に行って発生させても良い。
【００２０】
さらに、第１及び第２のパージ工程において、各インク流通口に設けられた開閉バルブを選択的に開閉制御した上で圧力差を生じさせるのが好ましい。
【００２１】
請求項３に記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記第２のパージ工程の後に行われ、各ノズルを吸引パージする第３のパージ工程を更に有することを特徴とする。かかる構成では、第１の共通供給路及び第２の共通供給路に対するパージは既に行われているため、第３のパージ工程ではノズル内部のみをパージすれば足り、低い圧力で効率的に気泡を排出できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態におけるインクジェット記録装置について添付の図面を参照しながら説明する。
【００２３】
図１は本発明の実施の形態によるインクジェット記録装置１の概略構成図、図２は概略ブロック図である。図１に示すように、インクジェット記録装置１は、インクジェットヘッド１０と、インクを保持するインクタンク４０と、第１廃インクタンク５０と、パージ機構６０とを備えている。インクジェット記録装置１は更に、図２に示すように、圧電ドライバ８０と、パージドライバ９０と、制御部１００とを備えている。インクジェットヘッド１０は、ノズル面１０aが下向きになるよう配置されている。制御部１００は圧電ドライバ８０及びパージドライバ９０を制御し、インクジェット記録装置１の各構成要素を駆動させる。尚、実際の装置においては、インクタンク４０の水位はノズル面１０ａよりも下方に位置する。
【００２４】
図３はインクジェットヘッド１０の断面斜視図、図４は図３のIV-IV線断面図である。図３及び図４に示すように、インクジェットヘッド１０は本体２０を有している。本体２０の内部には、図３に示すように、第１共通供給路１７、第２共通供給路１８、第１インク流通口３１，第２インク流通口３２，第３インク流通口３３、及び複数のノズル１５が形成されている。各ノズル１５は、図４に示すように、第２共通供給路１８と連通するリストリクタ１３と、リストリクタ１３に連通する圧力室１２と、ノズル面１０ａに下向きに開口するノズル孔１１とを有し、振動板１４と、ピエゾ圧電素子２１と、固定板２２とを備える。固定板２２は接着剤により本体２０に固定されている。振動板１４はリストリクタ１３を形成する壁の一部を形成し、ピエゾ圧電素子２１の一端にシリコン接着剤１９により貼り付けられている。また、ピエゾ圧電素子２１の他面は固定板２２に固定されている。
【００２５】
尚、本実施の形態におけるインクジェットヘッド１０は、７ｍｍ×１００ｍｍのノズル面１０ａに９６ノズル孔１１を形成した非集積化ヘッドである。
【００２６】
図５はインクジェットヘッド１０に形成されたインク流路を示す斜視図であり、図６は図５のVI-VI線断面図である。
【００２７】
図５及び図６に示すように、第１共通供給路１７は水平方向に形成され、第１インク流通口３１及び第２インク流通口３２は、第１共通供給路１７の上面左右両端に、第１共通供給路１７に連通して形成されている。第２共通供給路１８は第１共通供給路１７の下方に位置し、第２インク流通口３２側へ第１共通供給路１７よも片側長く形成された延在部１８ａを有する。第１共通供給路１７と第２共通供給路１８の間には、ノズル１５内への異物侵入を阻止するためのフィルタ１６が設けられている。第３インク流通口３３は延在部１８ａの上側に形成され、フィルタ１６のフィルタ部１６ａを介して第２共通供給路１８と連通する。また、図６に示すように、インク流通口３２，３３の上端部には、それぞれ選択的に開閉可能な開閉バルブ３６，３７が設けられている。
【００２８】
図１に示すように、第１インク流通口３１はインクタンク４０に接続されている。また、開閉バルブ３６，３７はそれぞれ吸引ポンプ４２、４３を介して第１廃インクタンク５０に接続されている。これによって、第２インク流通口３２と第１廃インクタンク５０，第３インク流通口３３と第１廃インクタンク５０が、選択的に連通／非連通される。
【００２９】
パージ機構６０は、キャップ６１と、第２廃インクタンク６２と、吸引ポンプ６３とを備える。キャップ６１は、インクジェットヘッド１０のノズル面１０ａに選択的にアクセス可能に構成されている。
【００３０】
尚、前記開閉バルブ３６，３７の開閉制御、吸引ポンプ４２，４３、６３の吸引駆動、及びキャップ６１のノズル面１０ａへのアクセスは、全て制御部１００からの信号に基づきパージドライバ９０によって制御される。
【００３１】
このような構成において、インクタンク４０内のインクは、第１インク流通口３１、第１共通供給路１７，フィルタ１６、第２共通供給路１８を介して各ノズル１５に供給される。ノズル１５に供給されたインクは、リストリクタ１３によってインク流量を調節されながら、加圧室１２及びノズル１１に供給される。圧電ドライバ８０からの電圧をピエゾ圧電素子２１に印加すると、ピエゾ圧電素子２１が変形し、印加されなければ元の状態に戻る。このピエゾ圧電素子２１の変位により振動板１４が変形し、加圧室１２内の容積が変化することでインク滴がノズル孔１１から吐出され、印刷が行われる。
【００３２】
次に、前記構成を有するインクジェットヘッド１０のパージ方法について説明する。パージは３段階で行われる。つまり、第１共通供給路１７をパージする第１段階、第２共通供給路１８をパージする第２段階、各ノズル１５をパージする第３段階に分けられる。以下、順に説明する。
【００３３】
第１段階ではまず、開閉バルブ３６を開状態にしてインクタンク４０と第１廃インクタンク５０とを第１共通供給路１７を介して連通させる一方、第３バルブ３７を閉状態にする。次に、吸引ポンプ４２で第２インク流通口３２を吸引して、第１インク流通口３１と第２インク流通口３２との間に差圧を発生させる。その結果、第１インク流通口側から第２インク流通口側へ第１共通供給路１７全体に亘ってインクが流れ、第１共通供給路１７に残留する気泡はインクと共に廃インク室５０に集められる。このときの吸引圧は、ノズル孔１１のメニスカスが破れない程度に抑える必要がある。例えば、ノズル孔１１の孔径が５０μｍの場合であれば、吸引圧力−３ｋＰa〜−６ｋＰａが好適である。
【００３４】
続く第２段階では、開閉バルブ３７を開状態にしてインクタンク４０と第１廃インクタンク５０とを第２共通供給路１８を介して連通させる一方、第２バルブ３６を閉状態にする。次に、吸引ポンプ４３で第３インク流通口３３を吸引して、第１インク流通口３１と第３インク流通口３３との間に差圧を発生させる。すると、第１共通供給路１７から第２共通供給路１８に向かってインクが流れ、第２共通供給路１８内の気泡は第３インク流通口３３の真下に位置するフィルタ部分１６ａに集められる。第３インク流通口３３の水平方向断面積は比較的小さいため、フィルタ部分１６a近傍のインク流速は極めて速くなり、気泡はフィルタ部分１６ａを通過して第１廃インクタンク５０へ排出される。この場合の吸引圧も、ノズル孔１１のメニスカスが破れない程度に抑える必要がある。吸引圧力の最大値は、ノズル孔１１の孔径、フィルタ径、及びフィルタの開口率により多少変わると考えられるが、実験では−３ｋＰaの吸引圧力が好適であった。
【００３５】
第３段階では、まず、パージ機構６０のキャップ６１でインクジェットヘッド１０のノズル面１０ａを覆い、開閉バルブ３６、３７を閉状態にする。そして、吸引ポンプ６３でノズル１５を直接吸引し、ノズル１５内部の気泡をインクと共に第２廃インクタンク６２へ排出する。このときに排出しなければならない気泡は、ノズル１５内部の気泡、つまりノズル孔１１，加圧室１２，リストリクタ１３内部の気泡に限定されるため、−５ｋＰａ〜−１５ｋＰａの比較的低い吸引圧で容易にパージ可能である。このときの排出インク量は、ノズル１５の全容積の３倍乃至５倍を目安にすれば十分である。
【００３６】
上述のように、本発明によれば、下向き印字ヘッドのパージ部位をフィルタ１６の上部の第１共通供給路１７と、フィルタ１６の下部の第２共通供給路１８，及びノズル１５の３つに分けたので、フィルタ１６の下面に付着している気泡であっても容易に除去することができ、かつパージ圧力を低く抑えることができた。また、第２共通供給路１８の延在部１８ａに第２インク流通口３３を設けたため、第２共通供給路１８内の気泡を第２インク流通口３３から直接外部に排出することができるため、非集積型ヘッドであっても、気泡除去を確実に行うことができ、パージの信頼性が上がった。
【００３７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものでなく、様々な実施形態が考えられる。
【００３８】
例えば、前記実施の形態では、吸引ポンプ４２で第２インク流通口３２を吸引することで、第１インク流通口３１と第２インク流通口３２間の差圧を発生させたが、ポンプ４２に代えて、第１インク流通口３１とインクタンク４０との間にポンプを設け、該ポンプにより第１流通口３１を加圧することにより差圧を発生させてもよい。また、第２インク流通口３２の吸引と第１流通口３１の加圧を併用することも可能である。
【００３９】
同様に、第１インク流通口３１と第３インク流通口３３間の差圧についても、第１流通口３１の加圧のみで発生させてもよいし、第３インク流通口３３の吸引と第１流通口３１の加圧を併用して発生させてもよい。なお、第１インク流通口３１の加圧で差圧を発生させる場合の加圧力は３ｋＰａ〜１０ｋＰａあれば、フィルタ部分１６ａの気泡を問題なく除去できる。また、第１インク流通口３１を加圧すれば、ノズル１５内の気泡が逆流してフィルタ１６近くまで引き寄せられる心配がなく、ノズル孔１１のメニスカスが壊れる心配もない。
【００４０】
また、上記実施の形態ではノズル孔１１は重力方向下向きに開口しているが、他の構成をそのままに、ノズル孔１１の開口方向のみを水平方向へ変えても、上記と同様の効果が得られる。
【００４１】
上記実施の形態では、第１インク流通口３１は主にインク供給口として、第２及び第３インク流通口３２，３３は主にインク排出口として使用されているが、本発明はこれに限定されない。必要であれば、第１インク流通口３１をインク流出口として使用することも可能である。また、第２、第３インク流通口３２，３３をインク供給口として使用することも可能である。このとき、第２インク流通口３２はフィルタ１６を介して第２共通供給路１８と連通しているため、インクに含まれる異物をフィルタで除去することができ、第２共通供給路１８内への異物侵入を防ぐことができる。
【００４２】
上記実施の形態では７ｍｍ×１００ｍｍのノズル面１０ａに９６ノズル孔１１を形成したの非集積化ヘッドについて説明したが、本発明はこれに限定されず、他のノズル密度を有する非集積化ヘッドにも応用可能である。他のノズル密度を有する非集積化としては、例えば４０×１００ｍｍのノズル面１０ａにノズル孔１１が３２×１２列形成されているものが挙げられる。また、集積化ヘッドにも応用可能である。集積化ヘッドとしては、例えば１ｃｍ２のノズル面に５０個近くのノズルが形成されたものや、隣接ノズルピッチが０．５ｍｍ以下で配列されたものが挙げられる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明のインクジェットヘッドによれば、ノズル孔からの吸引パージによらずに各共通供給路のインクに含まれる気泡を除去できるため、ノズル密度の低い非集積化ヘッドであっても、確実な気泡除去が可能である。また、気泡除去を各共通供給路毎に行うことができるため、必要とされる内部圧力を小さく抑えることができ、インクジェット全体の構造を簡単にできる。更に、気泡除去に伴い廃棄されるインク量を抑えることができるので、経済的である。
【００４４】
更に、本発明のインクジェットヘッドによれば、第１の共通供給路に供給されたインクは、第２の共通供給路へ重力方向に供給されるので、第２の共通供給路へのインク供給が円滑に行われる。また、第２の共通供給路は延在部を有するため、第３のインク流通口を、第１の共通供給路と平行に延びるフィルタを介して第２の共通供給路と連通させることができる。従って、第３のインク流通口を介した第２の共通供給路内への異物進入防止できるため、異物に起因した印刷不良の発生を防ぐことができる。
【００４５】
更に、本発明のインクジェットヘッドによれば、下向噴射型ヘッドを提供することができる。
【００４６】
本発明のインクジェットヘッドにおけるパージ方法によれば、パージは複数のパージ工程に分けて行われるため、インクジェットヘッドに加わる圧力を軽減することができ、インクジェットヘッド全体の構造を簡素にできると共に、パージに伴う廃インク量を抑えることができる。
【００４７】
更に、本発明のインクジェットヘッドにおけるパージ方法によれば、ノズル密度の低い非集積化ヘッドの場合であっても、第３のパージ工程で必要とされるノズル内部圧力を抑えることができ、高い圧力を要することなく効率的に気泡を排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のインクジェット記録装置の構成をしめす構成図。
【図２】本発明の実施の形態のインクジェット記録装置の概略ブロック図。
【図３】本発明の実施の形態のインクジェットヘッドの断面斜視図。
【図４】本発明の実施の形態のインクジェットヘッドを示す図３のIV-IV線断面図。
【図５】本発明の実施の形態のインクジェットヘッドのインク流路を示す概略斜視図。
【図６】図５のインク流路を示すVI-VI線断面図。
【図７】従来の水平噴射型インクジェットヘッドのインク流路を示す斜視図。
【符号の説明】
１・・インクジェット記録装置
１０・・インクジェットヘッド
１５・・ノズル
１６・・フィルタ
１７・・第１共通供給路
１８・・第２共通供給路
１８ａ・・延在部
２１・・ピエゾ圧電素子
３１・・第１インク流通口
３２・・第２インク流通口
３３・・第３インク流通口
５０・・廃インクタンク
４２、４３・・吸引ポンプ
６０・・パージ機構
【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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