JP2005271299A - インクジェット記録ヘッド及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズルプレートのノズル周辺に付着したインクを効果的に除去する。
【解決手段】インクを吐出するノズル５１を備えたインクジェット記録ヘッドであって、前記ノズル５１が形成されている吐出面６３に、同一材質から構成された所定の表面粗さを有する平滑面部９１と、前記平滑面部９１よりも表面粗さの粗い粗面部９２と、を設けたインクジェット記録ヘッド及び画像形成装置を提供する。
【選択図】 図７

Description

本発明は、インクジェット記録ヘッド及び画像形成装置に係り、特にノズルよりインクを吐出して記録媒体に記録を行うインクジェット記録ヘッド及び画像形成装置に関する。

インクジェット方式の画像形成装置（インクジェッド記録装置）は、記録ヘッドに備えられるノズルよりインクを吐出して記録媒体に記録を行う。すなわち、インクジェット記録装置により印刷を行う場合、記録ヘッドを記録媒体と相対的に移動させながら、印字信号に応じてノズルから記録媒体に向かってインクを吐出させる。そして記録媒体上にインク滴を着弾させ、そのインクドットによって記録媒体上に画像を形成する。従って、品質のよい印刷結果を得るためには、ノズルから安定したインク吐出が行われることが必要である。

ところで、ノズルは記録媒体に向かってインクを吐出するので、インク滴が記録媒体からノズルに向かって跳ね返る場合がある。この結果、記録ヘッドのノズルが形成されている吐出面（ノズルプレートの表面）にはインク滴が付着する。またノズルからのインク漏れ等によっても、ノズルプレートの表面にインクが付着する。

このようにノズルプレートの表面、特にノズル周辺部に付着したインク滴が、ノズルから吐出されるインクと接触すると、記録媒体に向かって吐出されるインク滴が所望の方向に飛翔しない現象が生じる。すなわち、ノズルから安定したインク吐出が行われなくなる。

そこでノズルから安定したインク吐出を行うようにするため、ノズルプレートの表面に対して撥液処理等が行われている。すなわち、ノズルプレートの表面に撥液処理を行い、ノズルプレートの表面に付着したインクをワイピング動作等により除去しやすくしている。しかしながら、撥液性領域ではインクに対する接触角が大きいために流動性が大きく、記録ヘッドの印字動作等の振動により、ノズル周辺部に付着したインク滴は他のインク滴と結合し大きくなる傾向がある。すなわち、ワイピング動作を頻繁に行わないと、ノズルの開口部にノズル周辺部に付着したインクが到達し、ノズルからのインク吐出を不安定にさせる。

そこで、ノズルプレートの表面に撥液性領域と親液性領域を設けたインクジェット記録ヘッド等が提案されている（例えば、特許文献１乃至３参照）。

特許文献１には、同一色のインクを吐出するノズル群の領域と、前記ノズル群間の領域の撥液処理が異なるインクジェット記録装置が開示されている。同文献によれば、ノズル群内を撥液処理し、ノズル群間を親液処理する方法等が例示される。また親液処理の方法として、酸処理、プラズマ処理等によってプラスチック性樹脂表面に極性基を精製させて表面を親液化させる方法や、酸化物微粒子が分散したゾルを塗布し表面に酸化物層を形成させる方法等が例示される。さらに撥液処理の方法として、ノズルプレートにフッ素系の撥液材を塗布する方法や、フッ素系高分子粒子（ＰＴＦＥ）等の撥水材を真空中で蒸着し表面に薄層を形成する方法等が例示される。

特許文献２には、ノズルプレート上に、ノズル列を含む撥液性領域と、撥液性領域に隣接し、ノズル列と平行の溝状の親液性領域をもつインクジェット記録ヘッドが開示されている。同文献によれば、撥液膜を形成後に、レーザーで撥水膜を除去することにより、溝状の親液性領域を形成している。

特許文献３には、ノズル列近傍領域を撥液処理し、ノズル列間を親液処理したインクジェット記録ヘッドが開示されている。同文献によれば、ノズルプレートの表面全体を撥液性材料でコーティングして撥液膜を形成した後、撥液膜をエッチングする方法が例示される。
特開平６−１２２２１０号公報 特開平６−２１０８５９号公報 特開２００１−３８９１７号公報

しかしながら、前記従来のインクジェット記録ヘッドは、ノズルプレートの表面に撥液性領域と親液性領域を設けるための処理工数がかかるものとなっていた。

特許文献１に記載されたインクジェット記録装置は、前述のとおり、撥液処理と親液処理を異なる方法で処理しなければならない。すなわちノズルプレートの表面加工するための処理工数がかかる。

また前記インクジェット記録装置は、同一色のインクを吐出するノズル群の領域と、前記ノズル群間の領域の撥液処理を異なるように構成する。すなわち、ノズルプレート上に付着したインクが他色のインクと混色するのを防止するには有効であるが、そもそもノズルプレート上に付着したインクの除去のしやすさは考慮されていない。

特許文献２に記載されたインクジェット記録ヘッドでは、ノズルプレート上に撥液膜を形成後、レーザーにより撥液膜を完全に除去しなければならない。

前記特許文献３に記載されたインクジェット記録ヘッドでは、ノズルプレート上に撥液膜を形成後、エッチングにより撥水膜を完全に除去しなければならない。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、インク吐出面のノズル周辺に付着したインクを効果的に除去することのできるインクジェット記録ヘッド及び画像形成装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、インクを吐出するノズルを備えたインクジェット記録ヘッドであって、前記ノズルが形成されている吐出面に、同一材質から構成された所定の表面粗さを有する平滑面部と、前記平滑面部よりも表面粗さの粗い粗面部とを設けたことを特徴とするインクジェット記録ヘッドを提供する。

これによれば、吐出面に付着したインクは平滑面部から粗面部に流れやすくなるので、ノズル周辺に付着したインクを効果的に除去することが可能となり、ノズルからのインク吐出が安定する。

また平滑面部と粗面部とを同一材質により構成したので、別々に撥液処理と親液処理を行ったり、撥液膜を完全に除去したりする従来の方法と比べて、吐出面に対する処理工数が低減する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドであって、前記平滑面部は撥液性を有するとともに、前記粗面部は親液性を有し、前記平滑面部は、前記ノズルの開口部と接する領域に形成され、前記粗面部は、前記平滑面部の外側の領域の少なくとも一部に前記平滑面部に接して形成されることを特徴とする。

このように、ノズル開口部周辺を撥液性を有する平滑面部で形成し、その外側に親液性を有する粗面部を形成したため、ノズル周辺に付着したインクは平滑面部から粗面部に流れやすくなる。その結果、ノズル周辺に付着したインクを効果的に除去することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のインクジェット記録ヘッドであって、前記ノズルの開口端と前記粗面部の一端までの距離が、１μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする。

ノズルの開口端と粗面部の一端までの距離を１μｍ以上１０μｍ以下にすることによって、ノズル開口部周辺に形成される平滑面部に付着したインクは粗面部に流れやすくなる。インク吐出後のノズル周辺部を観察した結果、ノズル周辺部に付着したインク滴は小さいもので幅１０μｍ程度だからである。その結果、ワイピング動作によって平滑面部に付着したインクを除去することが不要となる。

請求項４に記載の発明は、請求項２又は請求項３に記載のインクジェット記録ヘッドであって、前記粗面部は、その表面が隣接する前記平滑面部の表面に対し、少なくとも１０μｍ以下低くなるような高低差を有することを特徴とする。

このような高低差を設けたことにより、ワイピングブレードが粗面部を通過するとき、ワイピングブレードが粗面部の表面と接触し、粗面部がダメージを受けるのを低減する。

また、このような高低差により、ノズル周辺に付着したインクは側壁面を介して粗面部に流れやすくなる。従って、ワイピング動作によって粗面部に流れたインクを効率よく除去することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のインクジェット記録ヘッドであって、前記ノズルの開口端と前記粗面部の一端との距離は、前記高低差より大きいことを特徴とする。

ノズルの開口端と粗面部の一端との距離が、前記高低差より小さい場合に比べて、ノズル周辺部の構造が強くなり、ワイピング動作時にノズル周辺部が変形するのを防止することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドであって、前記粗面部が、ワイピング方向に並んだ２つのノズル間において、前記２つのノズル間の中心よりも前記ワイピング方向下流側にずらして形成されたことを特徴とする。

このように粗面部をワイピング方向下流側にずらして形成することにより、ワイピング動作時にワイピング方向下流側の領域に付着しているインクを除去しやすくする。

請求項７に記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドであって、前記粗面部が、ワイピング方向に対して、略平行な方向又は略斜めの方向に延在する形状に形成されたことを特徴とする。

このように粗面部を、ワイピング方向に対して、略平行な方向又は斜めの方向に延在する形状に形成したことにより、吐出面に付着したインクはワイピングブレードの移動とともにワイピング方向下流側に排除される。その結果、吐出面に付着したインクを効率よく排除することができ、ノズルからのインク吐出が安定する。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載のインクジェット記録ヘッドであって、前記粗面部は、前記ノズルの開口部と接する領域に形成された前記平滑面部と接する領域から前記吐出面の端部まで連続して形成されていることを特徴とする。

このように粗面部を吐出面の端部まで連続して形成したことにより、ワイピング動作により吐出面の端部までインクが流れる。そのため、端部に集まったインクを回収すれば良いので、インクの回収が容易になる。

請求項９に記載の発明は、請求項７又は請求項８に記載のインクジェット記録ヘッドであって、前記粗面部は、溝状の形状を有する溝状粗面部であることを特徴とする。

このように粗面部を溝状とすることにより、ワイピング動作によって下流側に除去されるインクの量が多くなる場合でも、粗面部からインクが溢れることがない。従って、効率よくインクを除去することができる。

請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドを備えたことを特徴とする画像形成装置を提供する。

本発明に係るインクジェット記録ヘッド及び画像形成装置によれば、インク吐出面のノズル周辺に付着したインクを効果的に除去することが可能となる。

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。

図１は本発明の実施形態に係るインクジェット記録装置の全体構成図である。同図に示したように、このインクジェット記録装置１０は、インクの色ごとに設けられた複数の印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙを有する印字部１２と、各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部１４と、記録紙１６を供給する給紙部１８と、記録紙１６のカールを除去するデカール処理部２０と、前記印字部１２のインク吐出面に対向して配置され、記録紙１６の平面性を保持しながら記録紙１６を搬送する吸着ベルト搬送部２２と、印字結果を読み取る印字検出部２４と、印画済みの記録紙（プリント物）を外部に排紙する排紙部２６と、を備えている。

図１では、給紙部１８の一例としてロール紙（連続用紙）のマガジンが示されているが、紙幅や紙質等が異なる複数のマガジンを併設してもよい。また、ロール紙のマガジンに代えて、又はこれと併用して、カット紙が積層装填されたカセットによって用紙を供給してもよい。

ロール紙を使用する装置構成の場合、図１のように、裁断用のカッター２８が設けられており、該カッター２８によってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター２８は、記録紙１６の搬送路幅以上の長さを有する固定刃２８Ａと、該固定刃２８Ａに沿って移動する丸刃２８Ｂとから構成されており、印字裏面側に固定刃２８Ａが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃２８Ｂが配置される。なお、カット紙を使用する場合には、カッター２８は不要である。

複数種類の記録紙を利用可能な構成にした場合、紙の種類情報を記録したバーコード或いは無線タグなどの情報記録体をマガジンに取り付け、その情報記録体の情報を所定の読取装置によって読み取ることで、使用される用紙の種類を自動的に判別し、用紙の種類に応じて適切なインク吐出を実現するようにインク吐出制御を行うことが好ましい。

給紙部１８から送り出される記録紙１６はマガジンに装填されていたことによる巻きクセが残り、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部２０においてマガジンの巻きクセ方向と逆方向に加熱ドラム３０で記録紙１６に熱を与える。このとき、多少印字面が外側に弱いカールとなるように加熱温度を制御するとより好ましい。

デカール処理後、カットされた記録紙１６は、吸着ベルト搬送部２２へと送られる。吸着ベルト搬送部２２は、ローラー３１、３２間に無端状のベルト３３が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部１２のノズル面及び印字検出部２４のセンサ面に対向する部分が平面（フラット面）をなすように構成されている。

ベルト３３は、記録紙１６の幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引孔（図示省略）が形成されている。図１に示したとおり、ローラー３１、３２間に掛け渡されたベルト３３の内側において印字部１２のノズル面及び印字検出部２４のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバ３４が設けられており、この吸着チャンバ３４をファン３５で吸引して負圧にすることによってベルト３３上の記録紙１６が吸着保持される。

ベルト３３が巻かれているローラー３１、３２の少なくとも一方にモータ（図示省略）の動力が伝達されることにより、ベルト３３は図１上の時計回り方向に駆動され、ベルト３３上に保持された記録紙１６は図１の左から右へと搬送される。

縁無しプリント等を印字するとベルト３３上にもインクが付着するので、ベルト３３の外側の所定位置（印字領域以外の適当な位置）にベルト清掃部３６が設けられている。ベルト清掃部３６の構成について詳細は図示しないが、例えば、ブラシ・ロール、給水ロール等をニップする方式、清浄エアーを吹き掛けるエアーブロー方式、或いはこれらの組み合わせなどがある。清掃用ロールをニップする方式の場合、ベルト線速度とローラー線速度を変えると清掃効果が大きい。

なお、吸着ベルト搬送部２２に代えて、ローラー・ニップ搬送機構を用いる態様も考えられるが、印字領域をローラー・ニップ搬送すると、印字直後に用紙の印字面をローラーが接触するので画像が滲み易いという問題がある。したがって、本例のように、印字領域では画像面を接触させない吸着ベルト搬送が好ましい。

吸着ベルト搬送部２２により形成される用紙搬送路上において印字部１２の上流側には、加熱ファン４０が設けられている。加熱ファン４０は、印字前の記録紙１６に加熱空気を吹き付け、記録紙１６を加熱する。印字直前に記録紙１６を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。

印字部１２は、最大紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドを、記録紙１６の搬送方向（副走査方向）に対して直交する方向（主走査方向）に配置した、いわゆるフルライン型のヘッドとなっている（図２参照）。詳細な構造例は後述するが（図３及び図４）、各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙは、図２に示したように、本インクジェット記録装置１０が対象とする最大サイズの記録紙１６の少なくとも一辺を超える長さにわたってインク吐出口（ノズル）が複数配列されたライン型ヘッドで構成されている。

記録紙１６の搬送方向に沿って上流側から黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の順に各色インクに対応した印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙが配置されている。記録紙１６を搬送しつつ各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙからそれぞれ色インクを吐出することにより記録紙１６上にカラー画像を形成し得る。

このように、紙幅の全域をカバーするフルラインヘッドがインク色ごとに設けられてなる印字部１２によれば、副走査方向について記録紙１６と印字部１２を相対的に移動させる動作を一回行うだけで（すなわち１回の副走査で）、記録紙１６の全面に画像を記録することができる。これにより、印字ヘッドが主走査方向に往復動作するシャトル型ヘッドに比べて高速印字が可能であり、生産性を向上させることができる。

なお、ここで主走査方向及び副走査方向とは、次に言うような意味で用いている。すなわち、記録紙の全幅に対応したノズル列を有するフルラインヘッドで、ノズルを駆動する時、（１）全ノズルを同時に駆動するか、（２）ノズルを片方から他方に向かって順次駆動するか、（３）ノズルをブロックに分割して、ブロックごとに片方から他方に向かって順次駆動するか、等のいずれかのノズルの駆動が行われ、用紙の幅方向（記録紙の搬送方向と直交する方向）に１ライン又は１個の帯状の印字をするようなノズルの駆動を主走査と定義する。そして、この主走査によって記録される１ライン又は１個の帯状ライン（帯状領域の長手方向）の示す方向を主走査方向という。

一方、上述したフルラインヘッドと記録紙とを相対移動することによって、上述した主走査で形成された１ライン又は１個の帯状の印字を繰り返し行うことを副走査と定義する。そして、副走査を行う方向を副走査方向という。結局、記録紙の搬送方向が副走査方向であり、それに直交する方向が主走査方向ということになる。

また本例では、ＫＣＭＹの標準色（４色）の構成を例示したが、インク色や色数の組み合わせについては本実施形態に限定されず、必要に応じて淡インク、濃インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンダなどのライト系インクを吐出する印字ヘッドを追加する構成も可能である。

図１に示したように、インク貯蔵／装填部１４は、各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙに対応する色のインクを貯蔵するタンクを有し、各タンクは図示を省略した管路を介して各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙと連通されている。また、インク貯蔵／装填部１４は、インク残量が少なくなるとその旨を通知する報知手段（表示手段、警告音発生手段等）を備えるとともに、色間の誤装填を防止するための機構を有している。

印字検出部２４は、印字部１２の打滴結果を撮像するためのイメージセンサー（ラインセンサー等）を含み、該イメージセンサーによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まりその他の吐出不良をチェックする手段として機能する。

本例の印字検出部２４は、少なくとも各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙによるインク吐出幅（画像記録幅）よりも幅の広い受光素子列を有するラインセンサーで構成される。このラインセンサーは、赤（Ｒ）の色フィルターが設けられた光電変換素子（画素）がライン状に配列されたＲセンサー列と、緑（Ｇ）の色フィルターが設けられたＧセンサー列と、青（Ｂ）の色フィルターが設けられたＢセンサー列と、からなる色分解ラインＣＣＤセンサーで構成されている。なお、ラインセンサーに代えて、受光素子が二次元配列されて成るエリアセンサーを用いることも可能である。

印字検出部２４は、各色の印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙにより印字されたテストパターンを読み取り、各ヘッドの吐出検出を行う。吐出判定は、吐出の有無、ドットサイズの測定、ドット着弾位置の測定などで構成される。

印字検出部２４の後段には、後乾燥部４２が設けられている。後乾燥部４２は、印字された画像面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けたほうが好ましいので、熱風を吹き付ける方式が好ましい。

多孔質のペーパに染料系インクで印字した場合などでは、加圧によりペーパの孔を塞ぐことでオゾンなど、染料分子を壊す原因となるものと接触することを防ぐことで画像の耐候性がアップする効果がある。

後乾燥部４２の後段には、加熱・加圧部４４が設けられている。加熱・加圧部４４は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラー４５で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。

このようにして生成されたプリント物は排紙部２６から排出される。本来プリントすべき本画像（目的の画像を印刷したもの）とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット記録装置１０では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部２６Ａ、２６Ｂへと送るために排紙経路を切り替える選別手段（図示省略）が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列に形成する場合は、カッター（第２のカッター）４８によってテスト印字の部分を切り離す。カッター４８は、排紙部２６の直前に設けられており、画像余白部にテスト印字を行った場合に本画像とテスト印字部を切断するためのものである。カッター４８の構造は前述した第１のカッター２８と同様であり、固定刃４８Ａと丸刃４８Ｂとから構成される。

また、図示を省略したが、本画像の排出部２６Ａには、オーダ別に画像を集積するソータが設けられている。

次に、印字ヘッド（インクジェット記録ヘッド）の構造について説明する。インク色ごとに設けられている各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙの構造は共通しているので、以下、これらを代表して符号５０によって印字ヘッドを示すものとする。

図３（ａ）は印字ヘッド５０の構造例を示す平面透視図であり、図３（ｂ）はその一部の拡大図である。また、図４はインク室ユニットの立体的構成を示す断面図（図３中４−４線に沿う断面図）である。記録紙面上に印字されるドットピッチを高密度化するためには、印字ヘッド５０におけるノズルピッチを高密度化する必要がある。本例の印字ヘッド５０は、図３及び図４に示したように、インク滴が吐出するノズル５１と、各ノズル５１に対応する圧力室５２等からなる複数のインク室ユニット５３を千鳥でマトリクス状に配置させた構造を有し、これにより見かけ上のノズルピッチの高密度化を達成している。

各ノズル５１に対応して設けられている圧力室５２は、その平面形状が概略正方形となっており、対角線上の両隅部にノズル５１と供給口５４が設けられている。圧力室５２は供給口５４を介して共通流路５５と連通されている。

圧力室５２の天面を構成している加圧板（共通電極）５６には個別電極５７を備えたアクチュエータ５８が接合されており、個別電極５７と共通電極５６に駆動電圧を印加することによってアクチュエータ５８が変形してノズル５１からインクが吐出される。インクが吐出されると、共通流路５５から供給口５４を通って新しいインクが圧力室５２に供給される。

なお、本発明の実施に際してノズルの配置構造は図示の例に限定されない。また、本実施形態では、ピエゾ素子（圧電素子）に代表されるアクチュエータ５８の変形によってインク滴を飛ばす方法が採用されているが、本発明の実施に際して、インクを吐出させる方式は特に限定されず、ピエゾ方式に代えて、ヒーター等の発熱体によってインクを加熱して気泡を発生させ、その圧力でインク滴を飛ばすサーマルジェット方式等、各種方式を適用できる。

図５はインクジェット記録装置１０におけるインク供給系の構成を示した概要図である。

インク供給タンク６０はインクを供給するための基タンクであり、図１で説明したインク貯蔵／装填部１４に設置される。インク供給タンク６０の形態には、インク残量が少なくなった場合に、不図示の補充口からインクを補充する方式と、タンクごと交換するカートリッジ方式とがある。使用用途に応じてインク種類を代える場合には、カートリッジ方式が適している。この場合、インクの種類情報をバーコード等で識別して、インク種類に応じて吐出制御を行うことが好ましい。なお、図５のインク供給タンク６０は、先に記載した図１のインク貯蔵／装填部１４と等価のものである。

図５に示したように、インク供給タンク６０と印字ヘッド５０の中間には、異物や気泡を除去するためにフィルター６２が設けられている。フィルター・メッシュサイズは、ノズル径と同等若しくはノズル径以下（一般的には、２０μｍ程度）とすることが好ましい。

なお、図５には示さないが、印字ヘッド５０の近傍又は印字ヘッド５０と一体にサブタンクを設ける構成も好ましい。サブタンクは、ヘッドの内圧変動を防止するダンパー効果及びリフィルを改善する機能を有する。

また、インクジェット記録装置１０には、ノズル５１（図５では図示省略）の乾燥防止又はノズル近傍のインク粘度上昇を防止するための手段としてのキャップ６４と、ノズル５１が形成されるインク吐出面６３の清掃手段としてのワイピングブレード（クリーニングブレード）６６とが設けられている。

メンテナンス位置において、ワイピングブレード６６は、印字ヘッド５０のインク吐出面６３上を図５に矢印で示すように往復運動するが、このときインク吐出面６３に接触しながら移動してインク吐出面６３上に付着したインクを除去する、いわゆるワイピング動作を行う。

これらキャップ６４及びワイピングブレード６６を含むメンテナンスユニットは、移動機構（図示省略）によって印字ヘッド５０に対して相対移動可能であり、必要に応じて所定の退避位置から印字ヘッド５０下方のメンテナンス位置に移動される。

キャップ６４は、図示せぬ昇降機構によって印字ヘッド５０に対して相対的に昇降変異される。電源ＯＦＦ時や印刷待機時にキャップ６４を所定の上昇位置まで上昇させ、印字ヘッド５０に密着させることにより、ノズル面をキャップ６４で覆う。

印字中又は待機中において、特定のノズル５１の使用頻度が低くなり、ある時間以上インクが吐出されない状態が続くと、ノズル近傍のインク溶媒が蒸発してインク粘度が高くなってしまう。このような状態になると、アクチュエータ５８が動作してもノズル５１からインクを吐出できなくなってしまう。

このような状態になる前に（アクチュエータ５８の動作により吐出が可能な粘度の範囲内で）アクチュエータ５８を動作させ、その劣化インク（粘度が上昇したノズル近傍のインク）を排出すべくキャップ６４（インク受け）に向かって予備吐出（パージ、空吐出、つば吐き）が行われる。

また、印字ヘッド５０内のインク（圧力室５２内）に気泡が混入した場合、アクチュエータ５８が動作してもノズルからインクを吐出させることができなくなる。このような場合には印字ヘッド５０にキャップ６４を当て、吸引ポンプ６７で圧力室５２内のインク（気泡が混入したインク）を吸引により除去し、吸引除去したインクを回収タンク６８へ送液する。この吸引動作は、初期のインクのヘッドへの装填時、或いは長時間の停止後の使用開始時にも粘度上昇（固化）した劣化インクの吸い出しが行われる。なお、吸引動作は圧力室５２内のインク全体に対して行われるので、インク消費量が大きくなる。したがって、インクの粘度上昇が小さい場合には予備吐出を行う態様が好ましい。

図６はインクジェット記録装置１０のシステム構成を示す要部ブロック図である。インクジェット記録装置１０は、通信インターフェース７０、システムコントローラ７２、画像メモリ７４、モータドライバ７６、ヒータードライバ７８、プリント制御部８０、画像バッファメモリ８２、ヘッドドライバ８４等を備えている。

通信インターフェース７０は、ホストコンピュータ８６から送られてくる画像データを受信するインターフェース部である。通信インターフェース７０にはＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４、イーサネット、無線ネットワークなどのシリアルインターフェースやセントロニクスなどのパラレルインターフェースを適用することができる。この部分には、通信を高速化するためのバッファメモリ（図示省略）を搭載してもよい。ホストコンピュータ８６から送出された画像データは通信インターフェース７０を介してインクジェット記録装置１０に取り込まれ、一旦画像メモリ７４に記憶される。画像メモリ７４は、通信インターフェース７０を介して入力された画像を一旦格納する記憶手段であり、システムコントローラ７２を通じてデータの読み書きが行われる。画像メモリ７４は、半導体素子からなるメモリに限らず、ハードディスクなどの磁気媒体を用いてもよい。

システムコントローラ７２は、通信インターフェース７０、画像メモリ７４、モータドライバ７６、ヒータードライバ７８等の各部を制御する制御部である。システムコントローラ７２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びその周辺回路等から構成され、ホストコンピュータ８６との間の通信制御、画像メモリ７４の読み書き制御等を行うとともに、搬送系のモータ８８やヒーター８９を制御する制御信号を生成する。

モータドライバ７６は、システムコントローラ７２からの指示にしたがってモータ８８を駆動するドライバ（駆動回路）である。ヒータードライバ７８は、システムコントローラ７２からの指示にしたがって後乾燥部４２等のヒーター８９を駆動するドライバである。

プリント制御部８０は、システムコントローラ７２の制御に従い、画像メモリ７４内の画像データから印字制御用の信号を生成するための各種加工、補正などの処理を行う信号処理機能を有し、生成した印字制御信号（印字データ）をヘッドドライバ８４に供給する制御部である。プリント制御部８０において所要の信号処理が施され、該画像データに基づいてヘッドドライバ８４を介して印字ヘッド５０のインク液滴の吐出量や吐出タイミングの制御が行われる。これにより、所望のドットサイズやドット配置が実現される。

ヘッドドライバ８４はプリント制御部８０から与えられる印字データに基づいて各色の印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙのアクチュエータを駆動する。ヘッドドライバ８４にはヘッドの駆動条件を一定に保つためのフィードバック制御系を含んでいてもよい。

印字検出部２４は、図１で説明したように、ラインセンサー（図示省略）を含むブロックであり、記録紙１６に印字された画像を読み取り、所要の信号処理などを行って印字状況（吐出の有無、打滴のばらつきなど）を検出し、その検出結果をプリント制御部８０に提供する。

プリント制御部８０は、必要に応じて印字検出部２４から得られる情報に基づいて印字ヘッド５０に対する各種補正を行う。

図７は、本発明に係る第１の実施形態のノズル５１周辺を示す断面図である。図７に示すように、ノズル（インク吐出口）５１は、ノズルプレート５９と、ノズルプレート５９の表面５９ａに形成される撥液膜９０によって構成される。撥液膜９０の表面はインク吐出面６３を形成し、ワイピングブレード６６（図５参照）により図７の矢印方向にワイピングされる。

撥液膜９０の表面には、面粗さの異なる平滑面部９１と粗面部９２が形成される。平滑面部９１はノズル５１の開口部と接する周辺部の領域に設けられ、さらにその外側の領域に平滑面部９１に接して粗面部９２が設けられる。なお粗面部９２は、平滑面部９１の全周に接して形成されるのではなく、一部のみ接して形成されてもよい。

図８（ａ）〜（ｃ）は、第１の実施形態における平滑面部９１と粗面部９２の形成手順を示す説明図である。図８（ａ）〜（ｃ）中、図７と共通する部分には同一の符号を付してある。図８（ａ）は，ノズルプレート５９の表面５９ａに撥液膜９０が形成される前の状態を示す。平滑面部９１と粗面部９２を形成するためには、図８（ｂ）に示すように、まずノズルプレート５９の表面５９ａに、インクに対し撥液性を有する平滑な撥液膜９０を形成する。撥液膜９０の形成方法として、スパッタ、蒸着、スピンコート、めっき、ラミネート等が用いられる。続いて、図８（ｃ）に示すように、撥液膜９０の一部の表面を荒らす。撥液膜９０の表面を荒らす方法として、機械的研磨、サンドブラスト、ウェットエッチング、ドライエッチング、レーザ加工、放電加工等が用いられる。これにより、平滑面部９１と粗面部９２が形成される。

なお図８（ａ）〜（ｃ）に示した平滑面部９１と粗面部９２の形成手順では、ノズルプレート５９の表面５９ａに撥液膜９０が形成される前の段階でノズル５１は形成されているが、撥液膜９０を形成し、そして平滑面部９１と粗面部９２を形成した後に、ノズル５１を形成することも可能である。

ところで表面の形状効果により、材質の表面を粗し、表面積を大きくすることで、表面に付着する液体の接触角が変わることが知られている。例えば、水で接触角が９０度以上の材質の表面を粗すと、より接触角が大きくなる（超撥水）。また、水で接触角が９０度以下の材質の表面を粗すと、より接触角が小さくなる（超親水）。

しかし、ノズルプレート５９の表面５９ａ上に撥液膜９０を形成しても、通常インクは水より表面張力が小さく、水で接触角が９０度以上となる膜でもインクでは９０度以下となることが多い。そのため撥液膜９０の表面を粗すと、表面の形状効果により、インクに対する接触角は小さくなる。従って、表面の粗された粗面部９２はインクに対する濡れ性が良くなり、粗面部９２は親液性を有することになる。そのため、インクは優先的に粗面部９２に流れることになる。これにより、ノズル周辺にインクが付着するのを防止できるので、ノズルのインク吐出方向が安定する。

なお平滑面部９１と粗面部９２の別の形成方法として、まず凹凸状の表面を有する膜をノズルプレート５９の表面５９ａに形成し、続いて、形成された膜の一部の表面を加工して平滑面部９１を形成する方法でもよい。この結果、前述と同様に、撥液性を有する平滑面部９１と、親液性を有する粗面部９２が形成される。

本実施形態におけるノズルプレート５９の表面５９ａは、前述の形成方法によって、撥液性を有する平滑面部９１と親液性を有する親液部９２とが同一材質で構成される。すなわち、撥液性を有する撥液膜９０の表面を単に粗すだけで、親液性を有する粗面部９２が形成される。従って、別々に撥液処理と親液処理を行ったり、撥液膜を完全に除去したりする従来の方法と比べて、ノズルプレート５９の表面５９ａに対する処理工数を低減することができる。

図９は、第１の実施形態において平滑面部９１に付着したインク滴が粗面部９２に流れる様子を示した説明図である。図９中、図７と共通する部分には同一の符号を付してある。図９において、平滑面部９１は撥液性を有し、粗面部９２は親液性を有する。平滑面部９１に付着したインク滴９８が粗面部９２の一端に触れると、インク滴９８は親液性を有する粗面部９２に流れやすくなる。すなわち、図９の矢印で示す方向にインク滴は流れやすくなる。

特に本実施形態においては、ノズル５１の開口端から粗面部９２の一端までの距離Ｗは１０μｍ以下となるように構成されることが望ましい。なお前記ノズルの開口端と前記粗面部の一端までの距離Ｗとは、図９に示すように、インク吐出面６３と略平行な方向を水平方向とした場合の水平距離をいう。

インク吐出後のノズル５１の周辺部を観察した結果、ノズル５１の周辺部に付着するインク滴９８は小さいもので幅１０μｍ程度である。そのため、前記距離Ｗが１０μｍ以下であれば、平滑面部９１に付着したインク滴９８は粗面部９２の一部に触れるので、インク滴９８が平滑面部９１から粗面部９２に優先的に流れるからである。従って、ワイピング動作を行わなくても、小さなインク滴９８を効果的にノズル５１の周辺部から除去することができる。

図１０は、第１の実施形態においてワイピングブレード６６がインク吐出面６３を移動する様子を示した説明図である。図１０中、図７と共通する部分には同一の符号を付してある。ワイピングブレード６６は、インク吐出面６３を図１０の矢印で示す方向に移動する。インク吐出面６３に付着したインク滴９８ａ、９８ｂは、ワイピングブレード６６の移動によって除去される。

本実施形態において、粗面部９２は、図１０に示すように、平滑面部９１と高低差（深さ）Ｈを有することが望ましい。ワイピングブレード６６が粗面部９２を通過するとき、ワイピングブレード６６と粗面部９２の表面が接触し、粗面部９２がダメージを受けるのを低減することができる。

特に本実施形態において、前記高低差Ｈは１０μｍ以下となるように構成されることが望ましい。平滑面部９１に付着したインク滴９８ｂは、ワイピング動作等により平滑面部９１の側壁面９３に流れこむ。ノズル５１の周辺部に付着するインク滴は、前述のとおり、小さいもので直径１０μｍ程度である。従って、前記高低差Ｈが１０μｍ以下であればインク滴は粗面部９２に触れ、粗面部９２に流れる。そのため、インク滴９８ｂが小さい場合でも、粗面部９２に流れたインクをワイピング動作によって効果的に除去することができる。

さらに本実施形態においては、ノズル５１の開口端から粗面部９２の一端までの距離Ｗは、平滑面部９１と粗面部９２の高低差Ｈより大きくなるように構成されることが望ましい。このようにすることにより、高低差Ｈが距離Ｗより大きい場合に比べてノズル５１の周辺部の構造が強くなり、ワイピング時にノズル５１の周辺部が変形するのを防止することができる。

図１１は、本発明に係る第２の実施形態のノズル５１周辺を示す断面図である。図１１中、図７と共通する部分には同一の符号を付してある。本実施形態においては、図１１に示すように、ノズル５１は撥液性を有する材質からなるノズルプレート５９によって構成される。

ノズルプレート５９の表面５９ａには、平滑面部９１がノズル５１の開口部と接する周辺部の領域に設けられ、さらにその外側の領域に平滑面部９１に接して粗面部９２が設けられる。粗面部９２は、ノズルプレート５９の撥液性を有する表面５９ａをエッチング等により加工して形成される。すなわち、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、平滑面部９１と粗面部９２は同一材質により構成される。

平滑面部９１は、ノズルプレート５９が撥液性を有する材質からなるので、撥液性領域となる。粗面部９２は、前述と同様に、表面の形状効果により親液性領域となる。

本実施形態では、前述の第１の実施形態と同様の効果を奏するとともに、さらに、ノズルプレート５９自体を撥液性を有する材質で形成するため、第１の実施形態のように最初に撥液膜を形成するという工程が不要となり、単にノズルプレート５９の表面５９ａを粗せばよいので、ノズルプレート５９に対する処理工数を削減することができる。

図１２は、本発明に係る第３の実施形態の印字ヘッド５０の平面図を示す。印字ヘッド５０は、図１２に示すように、千鳥の２次元マトリクス状に配列された複数のノズル５１を有する。

印字ヘッド５０に対するワイピング動作は、図１２における矢印で示すように、印字ヘッド５０の長手方向と略平行に行われる。なおワイピング動作は、本実施例に限定されるものでなく、例えば印字ヘッド５０の短手方向と略平行に行われるものであってもよい。。

印字ヘッド５０のインク吐出面６３には、ワイピング方向と略平行に、溝状の粗面部９２（９２ａ、９２ｂ、・・・）が各ノズル５１に近接して帯状に複数形成される。また、ノズル５１の周辺部には平滑面部９１が形成される。

平滑面部９１と粗面部９２の形成方法は、前述した第１の実施形態あるいは第２の実施形態のいずれの方法でもよい。平滑面部９１は撥液性領域であり、粗面部９２は親液性領域となるように形成される。

ノズル５１の周辺部に付着するインク滴は、撥液性を有する平滑面部９１から親液性を有する粗面部９２に流れやすい。そして、粗面部９２はワイピング方向と略平行な溝状に形成されており、ワイピング動作により粗面部９２に流出したインクは、溝状の粗面部９２に沿って印字ヘッド５０の長手方向端部へ向かって排除される。その結果、効率よくインクを除去することができる。

本実施形態においては、粗面部９２の溝幅は、図１２に示すような均一幅に限定されるものでない。例えば粗面部９２の溝幅をワイピング方向に沿って徐々に広げるように形成してもよい。この場合、ワイピング動作によって下流側に除去するインクの量が多くなる場合でも、粗面部９２からインクが溢れることがない。従って、効果的にインクを除去することができる。このときワイピング方向の下流側端部において、例えばスポンジ等によってインクを吸い取るようにすることが好ましい。

また粗面部９２の溝の深さは、一定である必要はない。例えば粗面部９２の溝の深さがワイピング方向に沿って徐々に深くなるように形成してもよい。この場合、ワイピング動作によって下流側に除去するインクの量が多くなる場合でも、粗面部９２からインクが溢れることがない。従って、前述と同様に、効果的にインクを除去することができる。

図１３は、本発明に係る第４の実施形態の印字ヘッド５０の平面図を示す。図１３中、図１２と共通する部分には同一の符号を付してある。図１３に示すように、印字ヘッド５０に備えられるノズル５１の配列及びワイピング方向は第３の実施形態と同様である。

インク吐出面６３は、図１３に矢印で示すワイピング方向に対し斜めの方向に、溝状の粗面部９２が帯状に複数形成される。すなわち、溝状の粗面部９２が印字ヘッド５０の短手方向の略中央部からワイピング方向に進むに従い印字ヘッド５０の短手方向の両端部に向かって広がっていく逆ハの字状に、略等間隔で、ワイピング方向の下流側端部まで形成される。

このように本実施形態では、印字ヘッド５０の短手方向の略中央部から両端部に向かう粗面部９２を設けている。これにより長尺ヘッドの場合であっても、ワイピング動作時にワイピング方向の下流側に大量のインクが流出することなく、各粗面部９２から印字ヘッドの５０の短手方向の端部に向かってインクが適宜流れる。そのため、効率よくインクを除去することができる。なお印字ヘッド５０の短手方向端部でのインクの回収は、スポンジ等によりインクを吸い取るようにすることが好ましい。

図１４は、本発明に係る第５の実施形態の印字ヘッド５０の断面図を示し、図１５は、その平面図を示す。図１４及び図１５中、図７と共通する部分には同一の符号を付してある。本実施形態においては、ノズル列の間に形成される粗面部９２の位置が異なる以外は、図７に示した第１の実施形態と共通する。

図１４及び図１５において、ノズル５１ａの開口端から粗面部９２ｃの一端までの距離Ｗａは、ノズル５１ｂの開口端から粗面部９２ｃの一端までの距離Ｗｂより大きい。すなわち粗面部９２ｃは、ノズル列間の中心に対して、図１４及び図１５の矢印で示すワイピング方向の下流側にずれて形成される。

このように粗面部９２をワイピング方向下流側にずらして形成することにより、ノズル５１の周辺部に付着するインクをノズル５１に入れることなく、粗面部９２に流出させ除去することができる。

また粗面部９２の面積を大きくすると、ワイピングブレードが粗面部９２に当たったり、記録紙１６（図１４及び図１５において不図示、図１に符号１６として表示）が詰まったり（ジャム等）したときに粗面部９２に記録紙１６が当たりやすくなったりして、粗面部９２が壊れやすくなる。そのため、ノズル列間に粗面部９２を設ける場合には、粗面部９２の幅に限界がある。その場合、ワイピング方向の下流側に粗面部９２を配置すると、ワイピング時に、特に平滑面部９１のノズル５１ａ、５１ｂのワイピング方向下流側の領域９１ａに付着しているインクを粗面部９２に流しやすくなる。

以上、本発明のインクジェット記録ヘッド及び画像形成装置について詳説に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってよいのはもちろんである。

本発明に係るインクジェット記録装置の概略を示す全体構成図である。 図１に示したインクジェット記録装置の印字部周辺の要部平面図である。 印字ヘッドの構造例を示す平面透視図である。 図３中４−４線に沿う断面図である。 図１に示したインクジェット記録装置のインク供給系の構成を示した概略図である。 図１に示したインクジェット記録装置のシステム構成を示す要部ブロック図である。 本発明に係る第１の実施形態のノズル周辺を示す断面図である。 第１の実施形態における平滑面部と粗面部の形成方法を示した説明図である。 第１の実施形態において平滑面部に付着したインク滴が粗面部に流れる様子を示した説明図である。 第１の実施形態においてノズルプレートがインク吐出面を移動する様子を示した説明図である。 本発明に係る第２の実施形態のノズル周辺を示す断面図である。 本発明に係る第３の実施形態の印字ヘッドの平面図である。 本発明に係る第４の実施形態の印字ヘッドの平面図である。 本発明に係る第５の実施形態の印字ヘッドの断面図である。 図１４に示した印字ヘッドの平面図である。

符号の説明

１０…インクジェット記録装置、５０…印字ヘッド、５１…ノズル、５９…ノズルプレート、９１…平滑面部、９２…粗面部

Claims (10)

1. インクを吐出するノズルを備えたインクジェット記録ヘッドであって、
   前記ノズルが形成されている吐出面に、同一材質から構成された所定の表面粗さを有する平滑面部と、
   前記平滑面部よりも表面粗さの粗い粗面部と、
   を設けたことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. 前記平滑面部は撥液性を有するとともに、前記粗面部は親液性を有し、
   前記平滑面部は、前記ノズルの開口部と接する領域に形成され、
   前記粗面部は、前記平滑面部の外側の領域の少なくとも一部に前記平滑面部に接して形成されることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
3. 前記ノズルの開口端と前記粗面部の一端までの距離が、１μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載のインクジェット記録ヘッド。
4. 前記粗面部は、その表面が隣接する前記平滑面部の表面に対し、少なくとも１０μｍ以下低くなるような高低差を有することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のインクジェット記録ヘッド。
5. 前記ノズルの開口端と前記粗面部の一端との距離は、前記高低差より大きいことを特徴とする請求項４に記載のインクジェット記録ヘッド。
6. 前記粗面部が、ワイピング方向に並んだ２つのノズル間において、前記２つのノズル間の中心よりも前記ワイピング方向下流側にずらして形成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
7. 前記粗面部が、ワイピング方向に対して、略平行な方向又は略斜めの方向に延在する形状に形成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
8. 前記粗面部は、前記ノズルの開口部と接する領域に形成された前記平滑面部と接する領域から前記吐出面の端部まで連続して形成されていることを特徴とする請求項７に記載のインクジェット記録ヘッド。
9. 前記粗面部は、溝状の形状を有する溝状粗面部であることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載のインクジェット記録ヘッド。
10. 請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の前記インクジェット記録ヘッドを備えたことを特徴とする画像形成装置。
    

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