JP2005349572A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 コストを抑えつつ優れたクリーニング性能、耐久性を確保する。
【解決手段】 シリコンポリエーテルウレタン熱可塑性エラストマにシリコンポリマーを６％〜１２％の割合で重合した材質よりなるワーパーブレードは、クリーニング性能、耐久性、量産性、コストの全ての性能において優れている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、インクジェット記録装置に関し、特に、インクジェット記録装置においてインクを吐出するヘッドの吐出口部を清掃するワイパーブレードに関する。

インクジェット記録装置は、プリンタ、複写機、ファクシミリ等の機器や、コンピューター、ワードプロセッサ等の複合型電子機器等に使用され、画像情報に基づき記録媒体に所望の画像を形成する。

インクジェット記録装置は、記録ヘッドから記録媒体に向けてインクを吐出して記録を行い、高精細かつ高速の記録が可能であるとともに、記録ヘッドのコンパクト化が容易であり、普通紙への記録が容易であり、ランニングコストが安く、騒音が少なく、また、多色のインクによるフルカラー画像記録が容易である等の利点を有する。

通常、インクジェット記録装置は、記録ヘッドの吐出性能を維持、回復するための回復手段を備え、回復手段は、不使用時に吐出口内のインクが乾燥したり、ゴミ付着で吐出口が塞がれたり、吐出口内に気泡が混入するなどしてインク吐出不良（不吐出を含む）が生じることを防止する。

一般に、回復手段は、吐出口部の吐出口面に付着したインク滴を拭き取り除去するワイピング手段を含み、ワイピング手段は、基部を固定した板形状のゴム状弾性材から成るワイパーブレードの先端部を記録ヘッドの吐出口面に摺擦させることにより、吐出口面を拭き取り清掃する。ワイパーブレードは、吐出口面とオーバーラップした際に、適宜撓みを生じ、その先端部が吐出口面に対して適切な接触角度と接触圧力で摺擦することで、吐出口面に付着したインク等の異物を拭い去る。

従来、ワイパーブレードの材質として、ポリエーテルウレタンゴム（例えば、特許文献１および特許文献２）、撥水性付与物質を含むポリエーテルウレタン（例えば、特許文献３）、水素化ニトリルゴム（例えば、特許文献４）、ポリプロピレンやポリエチレンなどのオレフィン系重合体の熱可塑性エラストマ（例えば、特許文献５）、ポリエーテルウレタン熱可塑性エラストマ（例えば、特許文献６）が採用されていた。

特開平５−８４０３号公報 特開２００１−１０５６１４号公報 特開平５-２０１０１４号公報 特開平２−２８９３５７号公報 特開平７−２７６６５４号公報 特開２００２−６７３３８号公報 特開２００１−７１５１３号公報

しかしながら、特許文献５記載のワイパーブレードは耐久性が低く、ワイピング動作の繰り返しにより、先端摺接部に削ずれが生じ、クリーニング性能が低下する。一方、特許文献４記載のワイパーブレードは、特許文献５のワイパーブレードよりも耐久性に優れるが、長時間に使用によりクリーニング性能が低下する。

また特許文献１、特許文献２および特許文献６に記載のワイパーブレードは、性能は良好であるが、コストが高いという問題がある。

本発明はこのような従来の問題点を解消すべく創案されたもので、コストを抑えつつ優れたクリーニング性能、耐久性を確保することを目的とする。

本発明によれば、コストを抑えつつ優れたクリーニング性能、耐久性を確保し得る。

本発明は、インクを吐出する記録ヘッドの吐出口面を清掃するワイパーブレードを備えたインクジェット記録装置において、前記ワイパーブレードを、シリコンポリマーを重合したポリエーテルウレタン熱可塑性エラストマのよって形成したものである。

これによって、コストを抑えつつ優れたクリーニング性能、耐久性を確保し得る。

本発明に係るインクジェット記録装置において、前記シリコンポリマーの重合割合を４〜１６％として良好な結果を得ており、重合割合を６〜１２％としたときに特に優れた効果が得られた。また、前記ワイパーブレードのゴム硬度は、７０〜９０度が好適である。

本発明に係るインクジェット記録装置のワイパーブレードは、シリコンポリマーを重合したポリエーテルウレタン熱可塑性エラストマのシートを切断加工し、同材料の射出成形後に切断加工し、あるいは、同材料を射出成形して形成される。

次に、本発明に係るインクジェット記録装置の好適な実施例を図面に基いて説明する。

図１は本発明に係るインクジェット記録装置の実施例１の構成を示す模式的斜視図である。図１では、構成を明瞭化するために、記録信号を処理したり、記録手段（記録ヘッド）や各種駆動源（モータ）等の駆動、制御のめの電気基板、並びに外装などは省略されている。

図１において、インクジェット記録装置は装置本体１００を有し、装置本体１００内には記録媒体に向かってインクを吐出する記録手段（記録ヘッド）１が設けられている。記録手段（記録ヘッド）１はキャリッジ２に搭載され、キャリッジ２は装置本体１００に設置された２本のガイドレール３、４に沿って主走査方向に往復移動可能に案内支持されている。

装置本体１００の一端部にはキャリッジ２を移動させるためのキャリッジモータ５が装着されており、他端部にはアイドルプーリ６が配設されている。キャリッジモータ５にはモータプーリ７が装着され、モータプーリ７とアイドルプーリ６との間に、ガイドレール３、４と平行に、タイミングベルト８が張り渡されている。アイドルプーリ６近傍には、モータプーリ７から離間する方向にアイドルプーリ６を付勢するテンションばね９が設けられ、これによってタイミングベルト８には所定の張力が与えられている。タイミングベルト８はキャリッジ２に連結され、これによって、キャリッジ２をガイドレール３、４に沿って駆動し得る。

キャリッジモータ５を正転、逆転すると、キャリッジ２はガイドレール３、４に沿って往復移動し、キャリッジモータ５の回転量制御によってキャリッジ２の位置、すなわち記録ヘッド１を位置設定し得る。

記録ヘッド１は、キャリッジ２の移動に際して吐出口から被記録材１０に向けて選択的にインクを吐出し、画像を記録する。

なお図１の記録ヘッド１は、吐出インクを供給するためのインクタンクを一体化した交換可能なインクカートリッジとして構成されている。

装置本体１００内には、記録ヘッド１の吐出口面５１と対向する位置に、被記録材１０の全幅を略カバーする長さのプラテン１１が、ガイドレール３、４と平行に設けられている。

プラテン１１は、記録位置において。被記録材１０の変形を防止しつつ、被記録材１０を正しい記録位置に保持するとともに、被記録材１０と吐出口面５１との間隙を適正に維持する。

プラテン１１の記録位置よりも通紙上流側（搬送方向上流側）の位置には、ガイドレール３、４と平行な搬送ローラ１２およびピンチローラ１３が配設されている。ピンチローラ１３は搬送ローラ１２に圧接されて、搬送ローラ１２の被記録材１０との摩擦力を確保する。搬送ローラ１２は回転駆動され、摩擦力によって被記録材１０を搬送する。

被記録材１０は、記録ヘッド１と対向する記録部を通過する際に画像が記録され、その後搬送ローラ１２と同期駆動される排紙ローラ１５によって装置本体１００の外に排出される。排紙ローラ１５には拍車（不図示）が圧接され、排紙ローラ１５は高い摩擦力で被記録材１０を排出する。

記録ヘッド１は、記録信号（画像情報）に応じてエネルギーを印加することにより、複数の吐出口からインクを選択的に吐出するインクジェット記録ヘッドである。

記録ヘッド１は電気熱変換体を備え、電気熱変換体の熱エネルギーによって膜沸騰を生じさせ、膜沸騰による気泡の成長、収縮によって生じる圧力変化を利用して、吐出口からインクを吐出する。

電気熱変換体は各吐出口に対応して設けられ、記録信号に応じて対応する電気熱変換体にパルス電圧が印加されて、対応する吐出口からインクを吐出する。

記録ヘッド１移動範囲の一端部（図１右端部）における、記録領域外の位置には、記録ヘッド１のインク吐出性能を回復維持するための回復装置１６が設けられている。

回復装置１６は、記録ヘッド１が回復装置１６の位置に来たときに、吐出口面５１に対向するキャップ１７を有し、キャップ１７は、吐出口面５１に接近、離反する方向に移動可能である。

キャップ１７は、吐出口面５１に密着して、記録ヘッド１を封止でき、吸引ポンプなどによってキャップ１７内に負圧を発生し得る。この負圧によって、記録ヘッド１の吐出口内における増粘インク、気泡、ゴミなどをインクとともに吸い出すことができ、記録ヘッド１のインク吐出性能を回復維持させるためのものである。

キャップ１７は、吐出口面５１に対して接近、離間する方向に移動し、記録ヘッド１の封止、開放が可能である。

非記録時には、キャップ１７は、吐出口面５１を覆い、吐出口（図示省略）内のインク乾燥やゴミ侵入を防止する。

回復装置１６には、キャップ１７よりも、記録ヘッド１移動範囲の中央寄りの位置、すなわち記録領域寄りの位置に、ワイパーブレード２０が設けられている。ワイパーブレード２０は、記録ヘッド１が回復装置１６の近傍で移動するときに、吐出口面５１に接触して、吐出口面５１を拭き取る。

ワイパーブレード２０は、記録ヘッド１に対して前後進し得るホルダー２１によって保持され、記録ヘッド１のワイピングが可能な位置にまで記録ヘッド１に接近し、また記録ヘッド１から離間する。

図２はワイパーブレード２０の斜視図である。ワイパーブレード２０は２枚のワイパーブレード３０、３１を平行に配列してなり、ワイパーブレード３１には２個の拭き取り部３１ａ、３１ｂが形成されている。

ワイパーブレード３０、３１は、固定部材３５によってブレードホルダ３３に固定されており、また、ワイパーブレード３０、３１間にブレードスペーサ３４が挿入されて、ワイパーブレード３０、３１の間隙が適性値に設定される。

図２における矢印ＭＣは記録ヘッド１の往復移動方向を示し、ワイパーブレード３０、３１はその幅方向が、往復移動方向に対して直交するように配置されている。

記録ヘッド１がワイパーブレード２０の位置に至ったとき、ワイパーブレード３０、３１は吐出口面５１に接触して、ワイピングを実行する。

なお、記録ヘッド１を固定した状態で、ワイパーブレード２０を矢印ＭＳ方向に移動させ、あるいは、ワイパーブレード２０、記録ヘッド１の両者を相対的に移動しても同様のワイピングを行い得る。

かつて、ワイパーブレード３０、３１の材質としては、汎用のゴム材料である、シリコンゴム、ＮＢＲなどが使用されていたが、耐磨耗性が低く、短時間で先端に削ずれが発生し、クリーニング性能の維持が困難である。

耐磨耗性の関しては、ウレタンゴムが優れており、ウレタンゴムにはエステル系ウレタンゴムとエーテル系ウレタンゴムが存在する。そのうちエステル系ウレタンゴムは加水分解性が著しいため、インクジェット記録装置に不適である。そのためエーテル系ウレタンゴムが多く使用されていた。

エーテル系ウレタンゴムにはポリエーテルウレタンゴムとポリエーテルウレタンエラストマがあり、ポリエーテルウレタンゴムは熱硬化姓、ポリエーテルウレタンエラストマは熱可塑性である。

ポリエーテルウレタンゴムは、ポリオールとイソシアネートを成型して３次元的に架橋重合反応をさせ、硬化して得られ、再可塑は行わない。

ポリエーテルウレタン熱可塑性エラストマは、ポリオールとイソシアネートを直鎖状に重合反応させたペレットに、熱を加えて溶融し成型する。

そこで、ポリエーテルウレタン熱可塑性エラストマを主たる材料とする材質（Ａ〜Ｄ）とその他の材質（Ｆ〜Ｉ）とを、クリーニング性能、耐久性、量産性、コストについて比較する比較試験を行った。

材質Ａ：ポリエーテルウレタン熱可塑性エラストマに対して、シリコンポリマーを４％の割合で重合し、ゴム硬度７５度にしたもの。

材質Ｂ：ポリエーテルウレタン熱可塑性エラストマに対して、シリコンポリマーを８％の割合で重合したもの、ゴム硬度７０度にしたもの。

材質Ｃ：ポリエーテルウレタン熱可塑性エラストマに対して、シリコンポリマーを８％の割合で重合したもの、ゴム硬度９０度にしたもの。

材質Ｄ：ポリエーテルウレタン熱可塑性エラストマに対して、シリコンポリマーを１６％の割合で重合したもの、ゴム硬度７５度にしたもの。

材質Ｅ：ポリエーテルウレタンゴムをゴム硬度７５度にしたもの。

材質Ｆ：ポリエーテルウレタン熱可塑性エラストマをゴム硬度７０度にしたもの（シリコンポリマーを含まず）。

材質Ｇ：水素化ニトリルゴムで、ゴム硬度６５度にしたもの。

材質Ｈ：ＥＰＤＭを含有したオレフィン系重合体熱可塑性エラストマで、ゴム硬度７５度にしたもの。

材質Ｉ：ＥＰＤＭゴムをゴム硬度７５度にしたもの。

表１は、以上の材質Ａ〜Ｉを一覧表示したものである

以上の材質Ａ〜Ｉにつき、表２に示す試験条件で比較試験を行った。

試験装置のインクジェット記録装置においては、ワイパーブレード３０を実際に装着してワイピング動作を行った。

試験結果の評価において、ワイパーブレード３０に要求される性能であるクリーニング性能、耐久性、量産性、コストを評価項目とした。

クリーニング性能は、初期特性で記録ヘッドに付着したインクや紙粉などをきれいに拭き取る性能である。

耐久性は、ワイピング動作を繰り返した際に、初期のクリーニング特性が低下することなく、ワイパーブレード３０の拭き取り部（先端部）が磨耗せず、記録ヘッド１の吐出口面５１に傷等のダメージを与えない状態を維持する性能である。

量産性は、製造上不良品の発生がほとんどないことである。

また、コストは、ワイパーブレードの製造に要するコストであり、時間に置き換えることもできる。

クリーニング性能については、記録ヘッド１の吐出口面５１のインクをきれいに除去でき、かつ、印刷に問題がない場合「優（◎）」、記録ヘッド１の吐出口面５１に若干インク残りが発生じるが、印刷に問題がない場合「良（○）」、インク残りが発生し印刷不良が発生する場合「不可（×）」と評価した。

耐久性については、ワイピング1０，０００回でワイパーブレードの拭き取り部が磨耗せず、吐出口面５１のインクをきれいに除去でき、かつ、印刷に問題がない場合「優（◎）」、ワイピング1０，０００回でワイパーブレードの拭き取り部が磨耗せず、吐出口面５１に若干のインク残りは発生するが、印刷に問題がない場合「良（○）」、ワイピング1０，０００回でワイパーブレードの拭き取り部が磨耗し、吐出口面５１にインク残りが発生し、印刷不良が発生した場合「不可（×）」と評価した。

なお、材質Ｇは、ワイパーブレード拭き取り部の磨耗は発生しなかったが、インク残りによる印刷不良が発生したので「不可（×）」と評価した。また、材質Ｉは、クリーニング性能で不可とされたため、耐久性の評価は行わなかった。

量産性については、製造条件（成形時間、温度など）を所定範囲から逸脱させ、所望のワイパーブレードが製造されるか否かを評価し、所定の製造条件のときとほとんど差がない場合「優（◎）」、所定の製造条件のときと差は生じるが許容範囲の場合「良（○）」、許容範囲を逸脱するものがある場合「不可（×）」とした。また、材質Ｉは、クリーニング性能で不可とされたため、量産性の評価は行わなかった。

コストについては、原材料を０．５ｍｍ厚のシートに加工する時間で比較し、材質Ａを基準「優（◎）」とし、材質Ａの３倍以上の製造時間を要する材質を「不可（×）」とした。材質Ａ〜Ｄは、射出成形サイクルが約４０秒であり、すべて「優（◎）」である。材質Ｅは硬化に約３０分を要し、材質Ｇは、硬化に約１５分を要したため、いずれも「不可（×）」である。一方、材質Ｆはそり変形が大きく、比較的長い冷却時間を要し、加工時間は約２分程度であり、「可（△）」と評価した。また、材質Ｉは、クリーニング性能で不可とされたため、コストの評価は行わなかった。

材質Ａ〜Ｉの評価結果は表３に示すとおりである。

表３の結果から、材質Ａ〜Ｄはクリーニング性能、耐久性、量産性、コストの全てを満足しており、材質Ｅ〜Ｉはいずれかの特性において問題があることが分かる。

また、量産性に関して、材質Ａ（シリコンポリマー４％）は、これより多くのシリコンポリマー含有するものより劣るものの充分使用可能範囲であった。

さらに、表４に示すように、シリコンポリマーを含むシリコンポリエーテルウレタン熱可塑性エラストマの材質Ｊ〜Ｍについて、表２と同一条件による比較試験を行った。

材質Ｊは、ポリエーテルウレタン熱可塑性エラストマに対して、シリコンポリマーを１２％の割合で重合したものであるが、耐久性に関して、これより少なくシリコンポリマー含有するものより劣るものの、充分使用可能範囲であるという試験結果を得た。

材質Ｋは、シリコンポリマーを含むシリコンポリエーテルウレタン熱可塑性エラストマであって、ゴム硬度８５度であるが、耐久性に関して、材質Ａ、Ｄ（ゴム硬度７５度）の材質と差がなく、良好な性能を有するという試験結果を得た。

材質Ｌ、Ｍは、それぞれシリコンポリマーを６％、１２％の割合で重合したシリコンポリエーテルウレタン熱可塑性エラストマであり、ゴム硬度はいずれも８０度であるが、材質Ｂ、Ｃ（シリコンポリマー８％）とほぼ同等の性能を有するという試験結果を得た。

以上の比較試験より、シリコンポリエーテルウレタン熱可塑性エラストマにシリコンポリマーを６％〜１２％の割合で重合した材質よりなるワーパーブレードは、クリーニング性能、耐久性、量産性、コストの全ての性能において優れており、シリコンポリマーの重合割合を４％〜１６％に広げたときには、６％〜１２％の重合割合の材質よりも劣るものの充分優れた性能を有する。

さらに、シリコンポリマーを含むシリコンポリエーテルウレタン熱可塑性エラストマよりなるワーパーブレードは、ゴム硬度７０〜９０のときに優れた性能を有する。

なお、材質Ｊ〜Ｍはクリーニング性能、量産性、コストに関して、材質Ａ〜Ｄと同等であった。

なお、ワーパーブレード３０のためのシートの成形方法は、押し出し成形、射出成形のいずれの方法を採用してもよい。さらに、シートを所望の形状に切断加工する方法は、金型プレス、ビク型、シャーリングなど公知の方法を単独で採用し、あるいは組み合わせて採用してもよい。

次に、本発明に係るインクジェット記録装置の実施例２におけるワイパーブレードを図面に基いて説明する。

図３は、ワイパーブレードを示す斜視図である。

図３において、ワイパーブレード４０は先端に楔状の拭き取り部４１が形成された従来公知（例えば特許文献７）の形状を有する。拭き取り部４１を設けたことによる効果は、特許文献７に詳細に記載されているとおり、記録ヘッドの吐出口面に吐出口を含む凹部があってもワイパーブレードの先端部が凹部内へ追随して良好に拭き取ることができるというものである。

拭き取り部４１は、主走査方向における装置本体１００の端部に向かう方向（矢印ＭＣ１方向）突出しており、記録ヘッド１をワイパーブレード４０に対して、装置本体１００中央部方向（矢印ＭＣ２方向）に移動することにより、拭き取り動作を行う。

なお、記録ヘッド１を固定した状態でワイパーブレード４０を矢印ＭＣ２方向に移動し、あるいは、ワイパーブレード４０、記録ヘッド１の両者を相対的に移動しても同様のワイピングを行い得る。

ワイパーブレード４０を射出成形によって形成し、ワイパーブレード検討試験機（図示省略）を使用して、実施例１と同様の実験を行い、同様の結果を得た。

但し、材質Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｉは、射出成形ができないため試験対象から除外した。材質Ｆは、射出成形条件の検討は行ったが、先端部が異形であるためか、そりと変形が大きく、検討可能な形状のものが得られなかった。

実施例２は射出成形が可能であるため、拭き取り先端部を異形にすることが可能で、１個のワイパーブレードで、ノズル部とその周辺をクリーニングする構成をとることや、接触角度を任意に設定することも可能となる。

以上の実施例では記録ヘッド１を被記録材１０に対して相対移動させながら記録するシリアル記録方式を例に挙げて説明したが、本発明は、被記録材１０の全幅または一部をカバーする長さのラインタイプの記録ヘッドを用いて副走査のみで記録するライン記録方式など、記録方式の種類に関わらず種々のインクジェット記録装置に適用可能なものであり、同様の効果を達成し得る。

また、本発明は、１個の記録ヘッドを用いて記録するインクジェット記録装置の他、異なる色のインクで記録するカラー記録装置、あるいは同一色彩の異なる濃度で記録する階調記録装置、さらには、これらを組み合わせた記録装置のように複数の異なるインクを用いて記録するインクジェット記録装置にも、同様に適用することができ、同様の効果を達成し得る。

さらに、本発明は、記録ヘッドとインクタンクを一体化し、一体交換可能なインクジェットカートリッジを用いる構成、記録ヘッドとインクタンクを別体にし、その間をインク供給用のチューブ等で接続する構成など、記録ヘッドとインクタンクの配置構成がどのような場合にも同様に適用でき、同様の効果が得られる。

本発明を適用したインクジェット記録装置の実施例の構成を示す模式的斜視図 ワイパーブレードの斜視図 ワイパーブレードの斜視図

符号の説明

１：記録ヘッド
２０：ワイパーブレード
３０：ワイパーブレード
３１：ワイパーブレード3
４０：ワイパーブレード

Claims (7)

1. インクを吐出する記録ヘッドの吐出口部を清掃するワイパーブレードを備えたインクジェット記録装置において、
   前記ワイパーブレードが、シリコンポリマーを重合したポリエーテルウレタン熱可塑性エラストマのよって形成されていることを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 前記シリコンポリマーの重合割合が６〜１２％であ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装置。
3. 前記シリコンポリマーの重合割合が４〜１６％であ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装置。
4. 前記ワイパーブレードのゴム硬度が、７０〜９０度であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
5. 前記ワイパーブレードは、シリコンポリマーを重合したポリエーテルウレタン熱可塑性エラストマのシートを、切断加工して形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
6. 前記ワイパーブレードは、シリコンポリマーを重合したポリエーテルウレタン熱可塑性エラストマの射出成形部材を切断加工して形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
7. 前記ワイパーブレードは、射出成形で形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
   

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