JP3159232B2 - インクジェット式記録装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ノズル開口から吐出し
たインクを記録用紙で受けたり、また一旦、中間媒体で
受けて画像を形成し、インクが或程度乾燥した時点で記
録用紙に転写する転写型等のインクジェット式記録装
置、より詳細には記録ヘッドの目詰まり防止のためのク
リーニング技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧力発生室と、これに連通するノズル
と、圧力発生室に圧力変化を誘起させる圧力発生素子と
を組みとし、これらを複数組み配置してなる記録ヘッド
を用い、圧力発生素子に印刷データを供給してインク滴
を発生させ、これを記録用紙に飛翔させて印刷を行うイ
ンクジェット式プリンタは、ワイヤインパクト式のプリ
ンタに比較して可動部が少ないため、騒音が低く、しか
も小型軽量であるという特徴を有する反面、液体である
インクを用いて記録用紙に画像を形成するため、記録用
紙の紙質によっては滲みが生じて印刷品質の低下を招く
という不都合を抱えている。このような問題を解消する
ため、例えば米国特許第４５３８１５６号明細書に示さ
れたようにインクジェット式記録ヘッドからのインク滴
を一旦ドラム状や帯状に形成された中間媒体で受け、こ
こで或程度インク溶媒を揮散させてから記録用紙に転写
するように構成した転写式インクジェットプリンタも提
案されている。このような転写方式を用いればインクや
記録用紙の紙質に関りなく滲みの発生を防止できて、高
い品質の印刷物を得ることができるという特徴がある。

【０００３】ところで、このような中間媒体に形成され
たインク像を記録用紙に確実に転写するものにあって
は、１頁分の印刷データを短時間に印刷する必要上、記
録用紙方向に長く構成された記録ヘッドが用いられてい
るため、ノズル開口の乾燥を防止するためのキャッピン
グ手段もまた長くなる。しかしながら、サイズの大きな
キャッピング手段を確実に記録ヘッドに装着するには駆
動機構が複雑化するという問題がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような問
題に鑑みてなされたものであって、その目的とするとこ
ろは、キャピング手段を必要とすることなく、ノズルの
インク乾燥を防止することができる新規なインクジェッ
ト式記録装置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような問題を解消す
るために本発明においては、ノズル開口に連通するとと
もに造膜可能なインクを収容する圧力発生室と、該圧力
発生室にインク滴を飛翔させる圧力変化を与える圧力発
生手段とを有するインクジェット式記録ヘッドと、印刷
に適した速度でインク滴を発生させるように前記圧力発
生手段を駆動するヘッド駆動手段と、非インク滴吐出時
に前記ノズルプレートのノズル開口近傍を常温以上で、
かつ前記インクに膜を形成させるに足る温度に加熱する
加熱手段と、を備えるようにした。

【０００６】

【作用】ノズルプレートが極めて薄く、かつノズル開口
の面積も小さいため、加熱手段によりノズル開口のメニ
スカスが急速に加熱される。これによってノズル開口近
傍のインクが極めて薄い膜を形成し、圧力発生室側のイ
ンク溶媒の蒸発を阻止することになる。膜が形成されて
いる状態で圧力発生手段を作動させると、圧力発生室か
らの圧力を受けて膜がインク滴と共に吹き飛ばされ、ノ
ズル開口が全開して印刷に必要なインク滴吐出のための
メニスカスを形成する。

【０００７】

【実施例】そこで以下に本発明の詳細を図示した実施例
に基づいて説明する。図１は本発明の一実施例を示すも
のであって、図中符号１は、インク滴を後述する中間媒
体に向けて噴射する記録ヘッドで、記録用紙の紙幅方向
に複数のノズル開口を配設して、１度のインク滴噴射動
作により、記録用紙の幅方向に複数のドットを形成でき
るよう、長尺状に構成されている。

【０００８】すなわち、図２は前述した記録ヘッド１の
一実施例を示すものであって、図中符号１１は、ノズル
プレートで、最大サイズの記録用紙の横幅の領域をカバ
ーできる程度に、ノズル開口１２を２０００個程度、直
線状や上下方向にずらせて千鳥状に配置されている。な
お、行方向に複数ドット分のピッチ、例えば５ドット分
の間隔でノズルを複数、例えば４００個配列し、後述す
る転写ドラム３の１回転毎に記録ヘッドを１ドット分ず
つ移動させて複数、例えば５回転で１頁分の画像形成が
可能となる記録ヘッドを利用することもできる。

【０００９】１３は、スペーサで、隣接するノズル開口
を隔てるように、プリンタにセットされた時、水平方向
に等間隔で並ぶ圧力発生室１４、１４、１４‥‥を形成
するように通孔を穿設して構成されている。１５は、振
動板で、圧力発生室１４に対向する部分を薄肉部として
形成され、インク供給部材１６に支持されている。１７
は、圧電振動子で、可及的に低い駆動電圧で縦振動モー
ドでの振動を発生するように電極と圧電振動材料をサン
ドイッチ状に形成して構成され、ノズル開口１２、１
２、１２‥‥の数と同数のものを基台１８に固定して、
先端が振動板１５に当接するように配置されている。こ
の圧電振動子１７は、駆動信号を受けると、インク滴を
転写ドラム３の表面に６ｍ／ｓ以上程度の速度で衝突さ
せる程度のエネルギを供給できるモードと、ノズル開口
に形成された膜とともにインク滴を噴射することができ
る程度のエネルギを供給できるモードを備えている。こ
のモードは前記モードと同一の場合もある。

【００１０】このよう長尺状の記録ヘッド１の全体にイ
ンクをスムースに供給するために、チューブ等のインク
流路４、５によりインクタンク６に接続されていて、開
閉弁７やポンプ８によりインクタンク６から循環的にイ
ンクの供給を受け、インク供給路１９、１９を介して圧
力発生室１４にインクを供給するように構成されてい
る。また記録ヘッド１が長尺状に構成されている関係
上、記録ヘッド１は保持部材９に搭載されていて、駆動
手段２０が図中符号Ｃ方向に回転することにより、他端
に設けられたバネ２１と協同して図中符号Ｇ、Ｆで示す
方向、つまり紙幅方向に微小量往復移動し、インク滴の
吐出位置を変更できるように構成されている。

【００１１】３は、前述の記録ヘッド１からのインク滴
を受ける中間媒体で、この実施例では記録ヘッドからの
インク滴を受け止めることができる程度の長さを有する
ドラムとして構成され、表面には形成されたインク像を
記録用紙に容易に転写できるように、シリコンゴムの層
が設けられている。また伝導機構２２、２３を介してモ
ータ２４に接続され、図中矢印Ｈの方向にインク滴の噴
射タイミングに合わせて一定速度で回転するように構成
されている。２５は、押圧ローラで、中間媒体３の上方
に軸受けに支持されて転写媒体３に接離可能に配置さ
れ、中間媒体３にインク像が形成された時点で記録用紙
２６をバネ２７、２７の反発力により図中符号Ｉで示す
方向に押圧するように構成されている。

【００１２】ところで、記録ヘッド１の近傍には図３に
示したように加熱装置３０がノズル開口に対向する位置
に昇降可能に配置されている。この加熱装置３０は、記
録ヘッド１のノズル開口１２を、インクが造膜する程度
の温度、この実施例では４０乃至８０°Ｃ程度に昇温さ
せる能力を備えている。なお、図中符号６０は、パルス
モータ６１により駆動されてガイド部材６２に沿って記
録ヘッド１のノズル開口をクリーニングするクリーニン
グ装置を示す。

【００１３】図３は、前述の加熱装置を中心に示すもの
であって、図中符号３０は、前述の加熱装置で、内部に
発熱線を収容して放射熱によりノズルプレートのノズル
開口近傍を急速加熱するように構成されている。これの
下端は昇降機構３２に取り付けられていて記録ヘッド１
のノズル開口に対向する位置と、インク滴が中間媒体に
到達するのを阻害しない位置に移動可能に設置されてい
る。

【００１４】３４は、休止判定手段で、制御装置３５か
らの信号により印刷動作が休止状態になった時点を判定
して後述する温度制御手段３６、及び昇降手段３７に信
号を出力するものである。温度制御手段３６は、ノズル
開口近傍の温度をインクの造膜に適した温度となるよう
にヒータの温度を調整するものであり、また昇降制御手
段３７は、休止判定手段３４からの信号により加熱装置
３０をノズル開口に対向する位置まで昇降させ、膜が形
成された時点で加熱装置３０をノズル開口から待避させ
るものである。なお、図中符号３８は、記録ヘッド１か
らインク滴を発生させる信号を出力するヘッド駆動手段
を示す。

【００１５】この実施例において、外部装置から印字指
令が入力すると、モータ２４により転写ドラム３を図中
符号Ｈ方向に回転駆動する。転写ドラム３が定常速度に
到達した段階で、印刷データに一致して対応する圧電振
動子１７に印刷のためのインク滴を発生させるに十分な
駆動信号がヘッド駆動手段３８から供給される。これに
より記録ヘッド１からインク滴が噴射され、印刷すべき
画像と鏡像関係にあるインク像が転写ドラム３に形成さ
れる。このようにして転写ドラム３が１回転すると駆動
手段２０に信号が出力され、記録ヘッド１が紙幅方向、
例えば図中符号Ｆ方向に所定距離移動して前述と同様に
して印刷データに対応した位置にインク像が形成され
る。

【００１６】印刷データに対応するインク像が転写ドラ
ム３に形成された段階で、図示しない給紙カセットから
記録用紙２６が転写領域、つまり押圧ローラ２５の下部
に供給され、ついで押圧ローラ２５がバネ２７、２７に
より記録用紙２６を転写ドラム３に押圧する。これによ
り転写ドラム３表面で半乾燥状態になったインク像の移
動速度に一致して記録用紙２６が送り出されるから、イ
ンク像がその粘着力で記録用紙２６に転写される。

【００１７】このようにして所定の印刷データの印刷が
終了すると、休止判定手段３４から信号が出力するた
め、昇降制御手段３７により加熱装置３０が記録ヘッド
１のノズル開口に対向する位置（図３において点線によ
り示す位置）に移動させられ、同時に温度制御手段３６
により電力が供給される。このようにして所定温度に発
熱した加熱装置３０がノズル開口に対向すると、ノズル
プレート１１が加熱装置３０からの放射熱を受ける。も
とよりノズルプレート１１は、厚さ５０乃至１００μｍ
という極めて薄い金属板で構成されているから、加熱装
置３０とほぼ同一の温度まで急速に昇温する（図４
Ｉ）。そして、ノズル開口１２の直径が３０乃至６０μ
ｍ程度と極めて小さいため、ここに形成されているメニ
スカスがノズルプレートからの伝導熱と、正面の加熱装
置からの放射熱とを受けて急激に温度が上昇する。この
ため、例えばインクが 顔料 １．５ｗｔ％ 糖分 ２０ｗｔ％ 樹脂エマルジョン １５ｗｔ％ 界面活性剤 ３ｗｔ％ ジエチレングリコール ６ｗｔ％ 水 残部 なる組成で構成されている場合には、メニスカスの表面
のインク溶媒が急速に蒸発してエマルジョンが最初に膜
化し、この中に糖分を取り込むようにして膜を形成す
る。この結果、極めて緻密な膜が形成されることになる
（図４ ＩＩ）。

【００１８】すなわち、図５に示したように例えば加熱
装置３０の温度を８０°Ｃに設定すると、瞬時にノズル
プレート１１の表面の温度は、この温度とほぼ同じとな
るが、圧力発生室側は、印刷動作時と同程度の低温に維
持されている。そして加熱初期には圧力発生室側ヘの距
離に対する温度勾配が極めて大きく、時間とともに温度
勾配がなだらかになる。ノズルプレート１１の表面温度
が４０°Ｃになるように加熱装置３０の温度を設定する
と、距離に対する温度勾配が小さくなる。そしてノズル
プレート１１の表面温度が高い程、距離に対する温度勾
配が大きくなる。

【００１９】このため、ノズルプレート１１の温度を或
程度高く、好ましくは環境温度より１０乃至１５°Ｃ程
度高い温度、つまりノズルプレート表面と裏面との間に
温度勾配が生じる程度に加熱装置３０の温度を設定する
と、ノズル開口近傍だけが短時間に極めて高い温度に昇
温しすることになるから、薄い膜が形成されることにな
る。そして膜が或程度（数１０μｍ程度）の厚みまで成
長すると、膜によりインク溶媒の蒸発が阻止される。そ
して温度上昇の領域が圧力発生室側に進行しても膜厚は
殆ど変化しないことが確認された。

【００２０】このようにして所定時間が経過すると、昇
降制御手段３７は加熱装置３０を降下させて記録ヘッド
１と対向する位置から加熱装置３０を待避させ、また温
度制御手段３６は電力を断つ。この膜４１は、インクを
構成しているエマルジョン、及び糖分が膜化したもので
あるため、気密性が高く膜４１より圧力発生室側に存在
するインクの溶媒の蒸発を阻止する（図４ ＩＩＩ）。
この状態で放置すると、膜４１がインクの蒸発を阻止す
るととともに、たとえ微小量のインク溶媒が蒸発して膜
４１近傍Ｂのインク濃度が上昇すると、拡散により溶媒
が供給されるため、膜よりも内側のインクは、濃度が一
定に維持されることになる。したがって特にキャップを
装着することなく、放置してもノズル開口からインクが
蒸発するのを防止することができる。

【００２１】次に印刷を行うべく圧電振動子１７にイン
ク吐出が可能な程度の信号を印加すると、印刷動作時と
同様にして圧力発生室１４にインク吐出を吐出させるに
足る圧力が発生する。そして前述したようにノズル開口
１２に形成されている膜４１は、極めて薄いため、ノズ
ルプレート１１との粘着力が極めて小さく、また自身の
引っ張り強度や、硬度が大きいため、圧力発生室１４か
らの圧力に抗することができず、吐出したインク滴４２
とともに膜４１全体が吹き飛ばされる（図４IV）。これ
によりノズル開口１２は全開し、インク滴吐出後にメニ
スカス４０の形成できるため、造膜前と同様に以後印刷
が可能となる。

【００２２】一方、上記のように加熱装置を用いない場
合には、前述した温度勾配が形成されず、インク溶媒が
徐々に蒸発するため形成される膜の膜厚が厚くなり、し
かも膜自体の溶媒含有率が高いため、ノズル開口に対し
て大きな粘着力を有する。このため印刷のために圧電振
動子に供給するエネルギ程度ではノズル開口からインク
と共に膜を吐出させることが不可能であった。この状態
を解消するためにはいわゆるクリーニング手段などによ
り機械的手段を適用して除去しなければならなかった。

【００２３】このことからもノズルプレートを室温以上
に加熱して積極的にインクを造膜させることは、キャッ
ピング手段の代用となるばかりでなく、目詰り防止にも
極めて有効な手段となることが確認できた。

【００２４】なお、上述の実施例においては造膜させる
ための加熱手段を別に設けたが、転写型インクジェット
プリンタのように転写ドラム３に形成されたインク像の
乾燥を促進するため、例えば図６に示したように転写ド
ラム３にヒータ５０を内蔵したり、また転写ドラムの近
傍にヒータを有する場合にはこれら既設のヒータを造膜
のための加熱手段として用い、温度制御手段５２により
ノズルプレートの温度が造膜に必要な温度となるように
制御するようにしても同様の作用を奏することは明らか
である。

【００２５】さらに、この実施例においては転写型イン
クジェット式記録装置に例を採って説明したが、記録用
紙にインクを直接噴射する形式の記録装置にも適用でき
ることは明らかであり、また記録ヘッドを記録用紙の幅
方向に走査しながら印刷するシリアルプリンタの記録ヘ
ッドに適用しても同様の作用を奏することは明らかであ
る。さらにまたこの実施例においてはインク滴形成の圧
力を圧電振動子により発生させているが、インクを瞬間
的に気化させ、その時に衝撃圧力でインク滴を発生させ
るいわゆるバブルジェット式インクジェット記録装置に
適用しても同様の作用を奏することは明らかである。

【００２６】

【発明の効果】以上、説明したように本発明において
は、ノズル開口に連通するとともに造膜可能なインクを
収容する圧力発生室と、圧力発生室にインク滴を飛翔さ
せる圧力変化を与える圧力発生手段とを有するインクジ
ェット式記録ヘッドと、印刷に適した速度でインク滴を
発生させるように圧力発生手段を駆動するヘッド駆動手
段と、非インク滴吐出時にノズルプレートのノズル開口
近傍を常温以上で、かつインクに膜を形成させるに足る
温度に加熱する加熱手段とを備えたので、休止時に加熱
手段によりノズル開口を加熱すると、ノズル開口近傍の
インクが極めて薄く固化して膜を形成し、圧力発生室側
のインク溶媒の蒸発を阻止するキャップ手段を構成し、
また膜が形成されている状態で圧力発生手段を作動させ
ると、圧力発生室からの圧力を受けて膜がインク滴と共
に吹き飛ばされてキャップを外した状態となり、キャッ
プ手段及びこれの着脱手段を不要とすることができる。
そして、このように強制的に形成した膜は、印刷時と同
程度のエネルギによりノズル開口から除去できるため、
目詰り防止手段としても利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す装置の概要図である。

【図２】同上装置に使用するインクジェット式記録ヘッ
ドの一実施例を示す図である。

【図３】本発明の一実施例を示す構成図である。

【図４】図（I）乃至（IV）はそれぞれ同上装置の動作
を示す説明図である。

【図５】ノズル開口近傍の温度分布を示す図である。

【図６】本発明の他の実施例を示す構成図である。

【符号の説明】

１ インクジェット式記録ヘッド ３ 転写ドラム １１ ノズルプレート １２ ノズル開口 １４ 圧力発生室 ２５ 押圧ローラ ３０ 加熱装置 ４０ メニスカス ４１ インク膜

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズル開口に連通するとともに造膜可能
   なインクを収容する圧力発生室と、該圧力発生室にイン
   ク滴を飛翔させる圧力変化を与える圧力発生手段とを有
   するインクジェット式記録ヘッドと、 印刷に適した速度でインク滴を発生させるように前記圧
   力発生手段を駆動するヘッド駆動手段と、 非インク滴吐出時に前記ノズルプレートのノズル開口近
   傍を常温以上で、かつ前記インクに膜を形成させるに足
   る温度に加熱する加熱手段と、 を備えてなるインクジェット式記録装置。
2. 【請求項２】 前記加熱手段はインク滴吐出経路に進退
   可能に設けられている請求項１のインクジェット式記録
   装置。
3. 【請求項３】 ノズル開口に連通するとともに造膜可能
   なインクを収容する圧力発生室と、該圧力発生室にイン
   ク滴を飛翔させる圧力変化を与える圧力発生手段とを記
   録用紙の幅方向に複数配設してなるインクジェット式記
   録ヘッドと、 該インクジェット式記録ヘッドからのインク滴を受ける
   転写媒体と、 該転写媒体に記録用紙を圧接する押圧手段と、 印刷に適した速度でインク滴を発生させるように前記圧
   力発生手段を駆動するヘッド駆動手段と、 非インク滴吐出時に前記ノズルプレートのノズル開口近
   傍を常温以上で、かつ前記インクに膜を形成させるに足
   る温度に加熱する加熱手段と、 を備えてなるインクジェット式記録装置。
4. 【請求項４】 前記加熱手段はインク滴吐出経路に進退
   可能に設けられている請求項３のインクジェット式記録
   装置。
5. 【請求項５】 前記加熱手段は、前記転写媒体に収容さ
   れている請求項３のインクジェット式記録装置。
6. 【請求項６】 前記造膜可能なインクは、樹脂エマルジ
   ョンと糖分を含有してなることを特徴とする請求項１ま
   たは請求項３のインクジェット式記録装置。
7. 【請求項７】 前記膜は、樹脂エマルジョンと糖分によ
   り形成されていることを特徴とする請求項１または請求
   項３記載のインクジェット式記録装置。
8. 【請求項８】 前記謨は、前記圧力発生手段の駆動でノ
   ズル開口から除去可能であることを特徴とする請求項１
   または請求項３記載のインクジェット式記録装置。