JP4138981B2 - インクジェットプリントヘッドをクリーニングするための方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも一つのプリントヘッドノズルが形成されているノズル面を有するインクジェットプリントヘッドをクリーニングするための方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的なインクジェットプリントヘッドは、直線状に配列した個々のノズルが形成されている平面状ノズル面を含む。プリントヘッドはさらに、液体インクをノズルに供給すると共に、ノズルからインクの液滴が排出されるようにインク液内で圧力パルスを発生する手段を含む。ノズルは乾燥したインクや異物で詰まりやすいので、時折ノズルをクリーニングする必要がある。さらに、ノズルオリフィス開口部を囲むノズル面はほこり等で汚損することがあり、これは液滴形成プロセスを劣化させ、かつ／またはインク液滴が噴射される方向に悪影響を及ぼすことがある。この理由のため、少なくともノズル付近のノズル面もクリーニングする必要がある。
【０００３】
ＵＳ−Ａ−５，５７４，４８５は、ノズル面の前に配置され、クリーニング動作中に直線状に配列したノズルに沿って移動できるクリーニングヘッドを開示している。このクリーニングヘッドは、プリントヘッドの方を向いた吸込みノズルを持ち、吸込みノズル端とプリントヘッドのノズル面との間には小さい間隙が形成される。吸込みノズルは真空ポンプなどの吸込み装置に接続され、個々のプリントヘッドノズルと整列させることができる。クリーニングヘッドにクリーニング液が供給され、ノズル板に噴射される。このクリーニング液はインクを溶解するものであり、そのため、プリントヘッドノズルのゴミを取り除きクリーニングするために、吸込みノズルに吸い込まれる。
【０００４】
クリーニングヘッドはさらに、プリントヘッドのノズル面にも対面するように吸込みノズルに並置された超音波液体ワイパを有する。ワイパは管状超音波トランスデューサによって形成され、その前端部もまたノズル面との間に小さい間隙を形成する。管状トランスデューサは、例えば溶剤などのクリーニング液が間隙に供給されるときに通る供給溝を規定する。クリーニング液は、トランスデューサの端部とノズル面との間に液体ブリッジを形成する。この液体ブリッジは、液体の表面張力によって間隙内で安定化し、クリーニングヘッドをノズル配列に沿ってスキャンするときに、トランスデューサと一緒に移動するので、ノズル面がクリーニング液で拭われる。クリーニング効果を増強するために、超音波が液体ブリッジに形成されるようにトランスデューサを付勢する。
【０００５】
ＵＳ−Ａ−５，４１２，４１１は、タンク内のインクを使用してノズル面上を覆って掃除するように、プリントヘッドのノズル面全体をタンク内に含まれる液体インクに浸漬できるようにしたインクジェットプリンタを開示している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、インクジェットプリントヘッドを簡単にかつ効率的にクリーニングできる方法および装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的は、請求項１および６に記載する特徴によって達成される。
【０００８】
本発明では、吸込みノズルをノズル面の正面にノズル面とともに小さい間隙を形成するように配置し、インクをノズルプリントヘッドから吸い込み、インクが前記間隙内でノズル面と平行な方向に広がりまたは流入する段階を含み、間隙（４４）に開いているプリントヘッドノズル（１６）からインクが噴出するようにプリントヘッド（１０）を作動させることによって、ノズル面（２８）と吸込みノズル（３８）との間に液体ブリッジ（５４、５６）を形成するインクボリューム内で圧力波を発生させる。
【０００９】
したがって、本発明では、インク自体をノズルからゴミを除去するためだけではなく、ノズル面をクリーニングするためにも使用する。クリーニング液として使用するインクは、プリントヘッドノズルを経て直接供給されるので、クリーニング液用の別個の供給手段を設ける必要が無い。また、ノズルのクリーニングまたはゴミの除去、およびノズルオリフィスの周囲のノズル面のクリーニングを、一回の操作で非常に効率的に達成することができる。現在吸込みノズルの方を向いているプリントヘッドノズルを、インク液滴が間隙に活発に噴出されインクが間隙に蓄積できるように作動させるだけで、間隙におけるインクの広がりは大いに促進される。
【００１０】
本発明は、水性であろうと、溶剤方式またはホットメルトインク方式であろうと関係なく、あらゆる種類のインクジェットシステムのクリーニングに有効である。ホットメルトインク方式の場合、クリーニングは、インクが溶けている状態のときに行われる。
【００１１】
本発明の有用な詳細は、従属請求項に記載する。
【００１２】
プリントヘッドノズルを介して供給されたインクを間隙に広がりさせるために、幾つかの効果を単独で、または組み合わせて使用することができる。
【００１３】
例えば、そうした広がりは、間隙を十分に小さくし、かつ、一方ではプリントヘッドのノズル面と、他方では吸込みノズルの端面とのインクの濡れ角が十分に小さいときに発生する毛管作用によって、生じることができる。
【００１４】
インクの広がりを引き起こす別の方法は、吸込みノズルの口を包囲する端面を十分に大きく取り、それが複数のプリントヘッドノズルを覆うようにすることである。そうすると、空気が吸込みノズルに引き込まれるときに、吸込みノズルとプリントヘッドのノズル面との間の間隙に低圧ゾーンが形成されるので、複数のプリントヘッドノズルから一度にインクを吸い込む追加の力が生じ、インクは、間隙を通って吸込みノズルの口に向かって流れる。
【００１５】
請求項６に記載する装置は、この最後に示した効果を利用するのに適している。
【００１６】
吸込みノズルは、間隙に含まれるインクの圧力変動を発生させるために、振動器または超音波トランスデューサとして形成するか、またはそれと組み合わせられることができ、それによってクリーニング効果が増強される。
【００１７】
吸込みノズルをプリントヘッドノズルの配列に沿って走査すると、間隙に含まれるインクボリュームが吸込みノズルと一緒に移動するので、ノズルを含むノズル面のストリップ状部分がインクで拭かれる。吸込みノズルがプリントヘッドノズルの存在しない効果のない位置、例えばノズル列の一端まで移動し、吸い込み装置がさらにしばらく作動し続けると、インクは残されることなく、間隙から除去される。
【００１８】
ここで記述する方法および装置は、溶剤を使用するインクに適しているが、室温で固体であり、プリンタおよび／またはクリーニング装置が作動しているときにはその融点より高い温度、例えば約１００℃に維持されるホットメルトインクに特に有用でもある。この方法は、プリントヘッドから空気を除去するのにも使用することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の好適な実施例を添付の図面に関連して説明する。
【００２０】
図１に示すように、インクジェットプリントヘッド１０は、直線状に配列された等距離ノズル１６が形成された前面１４を有する溝板１２を含む。溝板１２の頂面には複数のインク溝１８を形成する。これらのインク溝は相互に平行に配列し、これらの各々をそれぞれのノズル１６に接続する。
【００２１】
溝板１２の頂面には、インク溝１８およびノズル１６の開放面を覆うように、隔膜２０を接合する。
【００２２】
アクチュエータ部材２２を隔膜２０の上に重ね、これは下向きに伸長する平行なフィンガとして構成した複数の圧電式アクチュエータ２４を形成し、フィンガの下端面を隔膜２０に接着する。各アクチュエータはインク溝１８の一つに対向する。
【００２３】
格納部材２６は、アクチュエータ部材２２を収納する。格納部材２６と隔膜２０の前面は、溝板１２の前面１４と面一にして、連続平面状ノズル面２８が形成されるようにする。
【００２４】
当業界者に一般に知られている通り、ここでは図示しないが、記録用紙は、直線状配列のノズルに直交する方向に、ノズル１６を通り過ぎて移動可能であり、インク溝１８に液体インクを供給するためにインク供給手段が設けられ、アクチュエータ２４を選択的に付勢するために電子制御手段が設けられ、それによって隔膜２０を撓ませてインク溝１８に含まれるインクボリュームを圧縮させて、インク液滴がノズル１６から排出され、印刷しようとする画像に従って記録紙上に沈着するようにする。例として、プリントヘッド１０は、ホットメルトインクで作動するのに適しているようになっていると仮定することができる。したがって、インクをその融点より高い温度に維持するために加熱手段（図示せず）を設ける。
【００２５】
インクジェットプリンタは、高い画像解像度を達成するために、ノズル１６を互い違いにずらして配列した複数のプリントヘッド１０を含むことができる。プリントヘッドは、記録用紙の幅全体にわたって伸長することができる。
【００２６】
キャリッジ３０は、ノズル面２８およびそこに形成されたノズル１６に対向するクリーニングヘッド３２を組み込んでいる。キャリッジ３０は、図１で矢印３４によって示される方向に移動可能であるので、クリーニングヘッド３２はノズル１６の配列を走査することができる。印刷動作中、キャリッジ３０は、記録用紙の移動経路より外側にある、プリントヘッド１０の一端の非作動位置に維持される。
【００２７】
図に示す実施例では、キャリッジ３０はプリントヘッド１０に直接取り付けられ、ガイドレール３６によって案内される。したがって、ノズル面２８に対するクリーニングヘッド３２の位置は、高い精度で規定される。代替実施例では、キャリッジ３０は、プリントヘッド１０とは分離した案内手段上に取り付けることができる。
【００２８】
また、全てのノズルを同時にクリーニングするために、キャリッジを矢印３４の方向とは直交する方向に移動することも可能である。
【００２９】
図２は、プリントヘッド３２およびノズル面２８に隣接する溝板１２の一部分の簡易断面図であり、ノズル１６によって規定される平面における断面を示す。
【００３０】
クリーニングヘッド３２は、吸込み装置４０に接続された吸込みノズル３８を含む。吸込みノズル３８は、ノズル面２８と平行に維持される比較的広範囲の端面４２を有し、ノズル面と吸込みノズルとの間に狭い間隙４４が形成される。吸込みノズル３８は溝４６を規定し、その一端は吸込み装置４０に接続され、他端は端面４２の口４８を規定する。口４８の幅は二つの隣接するノズル１６の間の距離より小さいが、端面４２は全体として複数のノズル１６にわたって伸長する。溝４６は、管状圧電式振動器５０または代替的に、ノズルの配列の方向に溝４６の両側に配置された二つの振動器によって取り囲まれる。
【００３１】
インク供給システムにおけるインクの静圧のため、ノズル１６に含まれるインクは、インクをノズルから外に押し出そうとする力を受ける。しかし、この力はインクの表面張力と平衡するので、ノズルオリフィスに凸状のメニスカスが形成される。
【００３２】
吸込み装置４０が作動すると、まず最初に、空気が吸込みノズルの口４８から内部に引き込まれる。空気の流れは狭い間隙４４で制限されるので、間隙４４内の空気の静圧および動圧は低下し、インクはノズル１６から吸い込まれる。さらに詳しくは、インクは、口４８に直接対向するノズルからだけでなく、吸込みノズルの端面４２によって規定される間隙４４に開いている他のノズルからも吸い込まれる。したがって、口４８からずれた位置のノズルから吸い込まれたインクは、間隙内を口４８に向かって流れる。その結果、インクボリュームまたは液体ブリッジ５４が間隙４４内に形成される。ノズル１６および間隙４４中を流れるインクは、ノズル１６をクリーニングするだけでなく、これらのノズルを包囲するノズル面２８の部分をクリーニングするのにも効果的である。ノズルの一つが、例えばノズルの一つにおけるインクの詰まりによって発生するインクに対する高い抵抗を示すと、上記システムは十分に機能しない。本発明では、クリーニングの場合、たとえ詰まったインクでも強制的にノズルから排出されることを確実にするように、ノズルを作動させる。
【００３３】
ノズル面２８は、インクで濡れない材料で作成するか、そうした材料で被覆する。それにもかかわらず、インクとノズル面との間の濡れ角は通常９０°より小さく、一般的に７０°程度であるので、インクは、液体ブリッジ５４を拡大し安定化する傾向のある毛管力を受ける。図示した実施例では、吸込みノズル３８の端面４２は、インクとの濡れ角がより小さい材料で形成するか、そうした材料で被覆するので、毛管力は増大する。
【００３４】
吸込み装置４０によって生成される吸込み圧力が低い場合、液体ブリッジ５４は、吸込みノズルの端面４２の表面全体に広がることがある。吸込み圧力が大きい場合、液体ブリッジ５４は、ノズル１６全体におけるインクの流れが溝４６内のインクの流れと等しい均衡状態に達するまで収縮する傾向がある。
【００３５】
振動器５０は液体ブリッジ５４に曝され、インク内に超音波を発生し、これによりクリーニング効果を増強する。
【００３６】
上述の通り、本発明では、インクが吸い込まれるノズル１６に対応するアクチュエータ２４が付勢される。これはインクの流量を増すだけでなく、特にノズル内部のクリーニング効果に貢献する圧力波をも発生する。
【００３７】
また、インク供給システムの全体的圧力を増加することによって、追加のインク流量を生じることも可能である。
【００３８】
キャリッジ３０を駆動して、ノズル面２８に沿って吸込みノズル３２を動かすと、毛管力および吸込み力により液体ブリッジ５４が吸込みノズル３８と一緒に移動するので、液体ブリッジ５４はノズル配列の長さ全体にわたってノズル面２８を拭く。
【００３９】
吸込み圧力がさらに増加すると、毛管力が液体ブリッジ５４を安定させるのに十分でなくなり、特に直線状に配列されたノズルの上下の領域から、すなわち図２の図面の平面の上下から空気が引き込まれる。図３に示すこの動作モードでは、液体ブリッジは多数の分離したスラグ５６に分割され、それらの間に気泡５８が挟まれる。この場合、間隙４４における圧力勾配が大きいので、インクはやはり、この間隙に開いている全てのノズル１６から効率的に吸い出され、スラグ５６は吸込みノズルの口４８の方向に急速に加速されるので、高い機械的クリーニング効果が達成される。
【００４０】
溝４６を通って流れ出るインクは知られている技術によって空気を分離して、廃棄するか濾過して再使用することができる。
【００４１】
ここでは本発明の特定の実施例を説明したが、特許請求の範囲内で様々な変形が可能なことを当業者は思いつくであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】説明のためにプリントヘッドの一部分を取り去った状態のインクジェットプリントヘッドおよびクリーニングヘッドの概略斜視図である。
【図２】クリーニングヘッドの動作モードを示す拡大部分断面図である。
【図３】図２に対応する断面図であるが、修正した動作モードを示す図である。
【符号の説明】
１０ インクジェットプリントヘッド
１６ ノズル
２８ ノズル面
３８ 吸込みノズル
４０ 吸込み装置
４２ 端面
４４ 間隙
４８ 口
５０ 振動器
５４ 液体ブリッジ
５６ スラグ

Claims (6)

1. 少なくとも一つのプリントヘッドノズル（１６）が形成されたノズル面（２８）を有するインクジェットプリントヘッド（１０）をクリーニングする方法において、吸込みノズル（３８）をノズル面の前に、ノズル面と共に小さい間隙（４４）を形成するように配置する段階と、プリントヘッドノズルからインクを吸い込み、インクが前記間隙（４４）内でノズル面（２８）と平行な方向に広がり、または流入する段階を含み、間隙（４４）に開かれたプリントヘッドノズル（１６）からインクが噴射するようにプリントヘッド（１０）を作動させることによって、ノズル面（２８）と吸込みノズル（３８）の間に液体ブリッジ（５４、５６）を形成するインクボリューム内で圧力波が生成されるようにした方法。
2. 吸込みノズル（３８）がノズル面（２８）全体にわたって走査される請求項１に記載の方法。
3. 間隙（４４）におけるインクの広がりがこの間隙の毛管作用によって引き起こされるかまたは促進される請求項１または２項に記載の方法。
4. インクが複数のプリントヘッドノズル（１６）から一度に吸い込まれるように構成した、複数のプリントヘッドノズル（１６）を有するプリントヘッドをクリーニングするための請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 複数のプリントヘッドノズル（１６）が形成されたノズル面（２８）を有するインクジェットプリントヘッド（１０）をクリーニングするための装置において、ノズル面（２８）の前にノズル面と共に小さい間隙（４４）を形成するように配置された吸込みノズル（３８）と、前記吸込みノズル（３８）を通してプリントヘッドノズル（１６）からインクを吸い込むための吸込み装置（４０）とを含み、前記吸込みノズル（３８）は、複数のプリントヘッドノズル（１６）を覆うことができる大きさを有すると共に前記吸込みノズルの口（４８）を取り囲みかつ前記ノズル面（２８）と平行に配列される端面（４２）を有し、間隙に開かれたプリントヘッドノズル（１６）だけを作動させる手段をさらに含む装置。
6. 吸込みノズル（３８）が、間隙（４４）に含まれるインク内で圧力波を発生するように配置された振動器（５０）を含む請求項５に記載の装置。

Images