JP2008221545A - インクジェット記録装置のキャップ部材 - Google Patents

Abstract

【課題】インクジェット記録ヘッドのノズル面に液体が残留することを抑制することで、インクジェット記録ヘッドから吐出された液体の着弾精度の低下を抑制する、インクジェット記録装置のキャップ部材を提供することにある。
【解決手段】キャップ部材１０は、凹部１１１及び凹部１１１の周囲の当接部１１２を備え、インクを吐出するインクジェット記録ヘッド６のノズル面６１に当接部１１２が当接した状態でノズル面６１を被覆するキャップ部材１０である。キャップ部材１０の当接部１１１は、耐薬品性を有するゴム部材で形成され、親水化処理されている。
【選択図】図２

Description

この発明は、液体を吐出するインクジェット記録ヘッドのノズル面に当接部が当接した状態でノズル面を被覆するインクジェット記録装置のキャップ部材に関する。

インクジェット記録装置は、液体である記録用のインクを吐出するインクジェット記録ヘッド（以下、記録ヘッドという。）を備え、記録ヘッド内の微細なノズルを通してノズル面から記録媒体にインクを吐出する。吐出されたインクが安定的に精度よく記録媒体に着弾するように、ノズル面にインクが付着又は残留することを防止する必要がある。このため、ノズル面は一般的に撥水処理されている。また、インクジェット記録装置では、非記録動作時にノズル内のインクの乾燥を防止する必要があり、非記録動作時にノズル面を被覆するキャップ部材を一般的に備えている。

キャップ部材は、ノズル面を被覆する場合、凹部の周囲の当接部をノズル面に当接させることで、凹部とノズル面とで形成される空間を密閉し、これによって、ノズル面の乾燥を防止する。

キャップ部材の凹部とノズル面とで形成される空間を密閉するためには、キャップ部材は、ガスを透過させないとともにノズル面に密着しやすいように弾力性を有する素材で形成されている必要がある。このため、従来のキャップ部材は、ガス透過性が低い塩素化ブチルゴム等の合成ゴムで形成されていた（例えば、特許文献１参照。）。

また、キャップ部材でノズル面を被覆する際、ノズル面の乾燥をより抑えるために、予めキャップ部材の凹部内に所定量のインクが吐出され、キャップ部材の凹部内が略飽和蒸気圧に保持される。このため、キャップ部材は、常にインクと接触した状態となる。

ところで、画像記録の色再現性の向上や耐褪色性の向上のために、インクの材料の多様化が進んでいる。また、インクジェット記録装置の生産装置への転用が進み、上述のような合成ゴムをも溶解するインク溶剤が使用されることがある。このため、キャップ部材は、耐薬品性を有する素材で形成されている必要がある。
特開平５−１３１６３９号公報

しかし、耐薬品性が高い素材ほど、撥水性が高い傾向がある。また、キャップ部材の凹部内にインクが吐出された場合に、キャップ部材の当接部にインクが付着する場合がある。当接部に付着したインクは、キャップ部材がノズル面を被覆した際に、ノズル面にも付着する。

従来のキャップ部材では、撥水性が高かったため、キャップ部材の撥水性とノズル面の撥水性との高低差が小さく、キャップ部材が離間した後のノズル面に、インクが残留することがある。ノズル面にインクが残留すると、インクの着弾精度が低下する。

この発明の目的は、記録ヘッドのノズル面に液体が残留することを抑制することで、記録ヘッドから吐出された液体の着弾精度の低下を抑制する、インクジェット記録装置のキャップ部材を提供することにある。

この発明のインクジェット記録装置のキャップ部材は、凹部及び凹部の周囲の当接部を備え、液体を吐出するインクジェット記録ヘッドのノズル面に当接部が当接した状態でノズル面を被覆するインクジェット記録装置のキャップ部材であって、当接部は、耐薬品性を有するゴム部材で形成され、親水化処理されている。

この構成では、ノズル面と当接する当接部が親水化処理されているので、キャップ部材がノズル面を被覆した状態から離間した際に、液体がキャップ部材に付着し、ノズル面に残留しない。

ゴム部材は、過酸化物で架橋したゴム部材であってもよい。この構成によれば、当接部が耐薬品性を有するので、当接部にインクが付着した場合でも当接部がインクに溶出することが抑制される。

ゴム部材は、フッ素ゴムであってもよい。この構成によれば、当接部の耐薬品性がより高くなる。

少なくとも当接部は、親水性を有する金属膜で被覆されていてもよい。この構成によれば、液体が当接部に付着し、ノズル面に残留しない。

液体が付着する全ての部分が、金属膜で被覆されていてもよい。この構成によれば、当接部が親水性を有するので、液体が当接部に付着し、ノズル面に残留しない。また、液体が付着する全ての部分が金属膜で被覆されているので、耐薬品性が高い金属膜で被覆することで、金属膜の下地には耐薬品性が低い素材を用いることができる。

この発明によれば、キャップ部材の当接部が親水化処理されていることで、キャップ部材がノズル面を被覆した状態から離間した後に、ノズル面に液体が残留することを抑制することができる。したがって、記録ヘッドから吐出された液体の着弾精度の低下を抑制することができる。

以下に、この発明を実施するための最良の形態について、図面に基づいて説明する。図１は、この発明の実施形態に係るキャップ部材１０を備えたインクジェット記録装置の概略の構成を示す正面図である。

インクジェット記録装置１は、ガントリ２、ヘッドユニット３、吸着盤４、ヘッド下限センサ５、及び、キャップ部材１０を備えている。

ガントリ２は、モータ７によって図１における矢印Ｘ方向に移動自在にされている。ヘッドユニット３は、ガントリ２に支持されている。ヘッドユニット３は、下部にインクジェット方式の記録ヘッド６を搭載している。記録ヘッド６は、下面にノズル面６１を有している。記録ヘッド６内には、この発明の液体であるインクが供給されるノズルが形成されており、ノズルの一端はノズル面６１に開口している。インクは、ノズルを通ってノズル面６１から吐出される。

ノズル面６１は、ポリイミドからなりノズル面６１の全面に撥水処理が施されている。一般的に、ノズル面６１に付着したインクとノズル面６１との接触角が８０度以上ある場合に、ゴムブレード等を用いたノズル面６１のワイピングにおいて、ノズル面６１に付着しているインクが拭き残しなく除去される。この実施形態では、ノズル面６１を撥水処理することで、ノズル面６１とインクとの接触角は１００度にされている。

吸着盤４は、上面が記録ヘッド６のノズル面６１より下方に位置するように配置されている。吸着盤４の上面に、記録媒体が配置される。この実施形態では、記録媒体として用紙Ｐが配置されている。なお、インクジェット記録装置１が生産装置として使用される場合は、記録媒体として、例えば液晶フィルタ基板が配置される。

キャップ部材１０は、ヘッドユニット３が吸着盤４上の記録位置から外れた所定の待機位置にある状態で、ノズル面６１に対向する位置に配置されている。キャップ部材１０は、モータ８によって上下動自在にされている。

キャップ部材１０は、ノズル面６１を被覆するキャッピング時に、上昇してノズル面６１に当接する。キャップ部材１０は、記録ヘッド６が用紙Ｐにインクを吐出する記録動作時に、下降してノズル面６１から離間する。記録動作時には、ガントリ２が吸着盤４の上方へ移動し、記録ヘッド６のノズル面６１からインクを吐出することによって所定の記録動作を行う。

ヘッド下限センサ５は、ガントリ２が待機位置から吸着盤４上へ移動する経路の途中で記録ヘッド６のノズル面６１の高さを検出する。ヘッド下限センサ５によって、ノズル面６１が所定の高さ以下であると検出された場合、ノズル面６１が用紙Ｐに当接又は衝突する虞があるため、直ちにインクジェット記録装置１が停止する。この実施形態では、ヘッド下限センサ５として、レーザ光を用いた変位センサが使用されている。具体的には、この実施形態では、ノズル面６１と用紙Ｐとの高さ方向の間隔が０．５ｍｍとなるように記録ヘッド６の高さが設定されており、ヘッド下限センサ５は、ノズル面６１と用紙Ｐとの高さ方向の間隔が０．３ｍｍ以下であるか否かを検出するように設定されている。

図２は、キャップ部材１０の構成を示す正面図である。

キャップ部材１０は、キャップ本体１１、インク吸収体１２、及び、インク排出管１３を備えている。

キャップ本体１１は、カップ状に形成されており、凹部１１１、及び、凹部１１１の周囲の部分であってノズル面６１に当接する部分である当接部１１２を有する。キャップ本体１１は、凹部１１１がノズル面６１に対向する向きに、キャップ保持部材９によって保持されている。キャップ保持部材９は、モータ８によって上下動される。インク吸収体１２は、キャップ本体１１の凹部１１１内に配置されている。インク排出管１３は、インク吸収体１２に溜められたインクをキャップ本体１１の外部へ排出する。

キャップ部材１０は、記録ヘッド６の非記録動作時、及び、ノズルの目詰まりを解消するために空吐出や予備吐出を行う回復動作時に、上昇することで当接部１１２がノズル面６１に当接してノズル面６１をキャッピングする。

キャップ部材１０がノズル面６１をキャッピングする場合、ノズル内のインクの乾燥を防ぐために、キャップ本体１１の当接部１１２がノズル面６１に密着することで、キャップ本体１１とノズル面６１とで形成される凹部１１１内の空間が、密閉される。キャッピング時には、予め凹部１１２内に所定量のインクが吐出され、凹部１１２内が略飽和蒸気圧に保持される。当接部１１２は、弾性変形することによってノズル面６１に密着する。

キャップ本体１１は、耐薬品性を有するゴム部材で形成されている。この実施形態では、キャップ本体１１は、フッ素系樹脂素材のパーフロロエラストマからなるカルレッツ（デュポン社製）で形成されている。カルレッツは、完全にフッ素化されており、優れた耐熱性及び耐薬品性を有する。キャップ本体１１の当接部１１２は、親水化処理されている。この実施形態では、当接部１１２に、Ｎｉ（ニッケル）メッキによる金属膜が成膜されている。当接部１１２におけるインクの接触角は、金属膜が成膜される前のカルレッツのままの状態では８０度であったが、上述の金属膜が成膜されたことで３０度にされている。

図３は、当接部１１２の撥水性の違いによるノズル面６１へのインクの残留度合いについて調べた実験結果を示す図である。

この実験では、ヘッド下限センサ５が、ノズル面６１と用紙Ｐとの高さ方向の間隔が０．４５ｍｍ以下となったことを検出するように設定変更されている。また、ゴムブレードによるノズル面６１のワイピング後に、ノズル面６１をキャップ部材１０で一旦キャッピングしてキャップ部材１０がノズル面６１から離間する動作を行い、その後にヘッドユニット３が記録位置に移動する、という工程を５００回繰り返し、ノズル面６１に残留するインクがあるか否かを確認した。

また、同様の条件において、キャップ本体１１のインクが付着し得る全ての部分に上述の金属膜が成膜された実施例２と、当接部１１２に金属膜が成膜されずカルレッツのままの状態の比較例と、についてもノズル面６１に残留するインクがあるか否かを確認した。さらに、各々の実験の前後でのノズル面６１の高さ変動について、マイクロゲージによって確認を行い、実験前後でのノズル面６１の高さに差がないことを確認した。

図３に示す検出回数は、ヘッド下限センサ５がノズル面６１上に高さ０．０５ｍｍ以上の残留インクを検出した回数である。図３に示すように、当接部１１２のみに金属膜が成膜された実施例１では、ノズル面６１に残留するインクが検出されず、良好な結果が得られた。また、実際の記録動作においても、不吐出の発生が軽減され、インクの着弾精度が高く維持された。実施例２についても同様に良好な結果が得られた。これに対して、当接部が親水化処理されていない比較例では、ノズル面６１に残留したインクが検出されることがあった。

この実験結果から、図４（Ａ）に示すようにキャップ部材１０の当接部１１２にインクＱが付着している状態で、図４（Ｂ）に示すようにキャップ部材１０がノズル面６１をキャッピングした場合でも、当接部１１２が親水化処理されているので、図４（Ｃ）に示すようにインクＱは当接部１１２に付着し、ノズル面６１にインクＱが残留することを防止することができることが確認できた。

実施例１ではキャップ本体１１の素材としてカルレッツを用いたが、過酸化物による架橋がなされたゴム部材を用いることもできる。これによれば、キャップ本体１１が耐薬品性を有するので、キャップ本体１１にインクが付着した場合でもキャップ本体１１がインクに溶出することが抑制される。キャップ本体１１の素材として、フッ素ゴムを用いれば、過酸化物による架橋がなされたゴム部材の中でも、キャップ本体１１の耐薬品性がより高くなる。

実施例１の構成において、キャップ本体１１の素材として、フッ素ゴムからなるバイトン(デュポン社製)を用いた場合、カルレッツと比較してインクに対する耐薬品性が若干劣るが、ノズル面６１におけるインクの接触角が７５度となり、実施例１との差異はほとんどなかった。これは、当接部１１２に金属膜が成膜されているので、当接部１１２の親水性に差がないためであると考えられる。このため、インクに対する耐薬品性があれば、キャップ本体１１の素材としてＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）やシリコン系の素材を用いることもできる。

また、実施例２においても、ノズル面６１に残留するインクが検出されず、良好な結果が得られた。これは、当接部１１２の親水性が実施例１と同じだからであると考えられる。

実施例２のように、キャップ本体１１のインクが付着し得る全ての部分に上述の金属膜が成膜されることで、キャップ本体１１の素材として耐薬品性が低い素材でも使用することができる。キャッピング時のノズル面６１との密着性を考慮すると、ゴム部材の中で硬度の低い素材を用いることが好ましいので、フッ素系素材に比べてゴム硬度の低い素材を選択できる。

但し、インクジェット記録装置１においては、キャップ本体１１はキャッピング時にノズル面６１への当接や弾性変形を繰り返すので、長期間の使用によって金属膜が磨耗又は剥離してゴム部材が露出した場合のことを考慮して、生産装置等の高い信頼性を必要とする装置や長期間にわたってメンテナンスが困難な装置においては、キャップ本体１１の素材として過酸化物で架橋したゴム部材を用いることが好ましく、特に耐薬品性に優れたフッ素形素材を用いると長期間の信頼性が確保される。

キャップ本体１１の素材として、特にパーフロロエラストマのような完全にフッ素化されたフッ素ゴムを用いた場合、一部に炭素−水素結合を有する従来のフッ素ゴムでは使用が難しかったエーテル類、アミン類、ケトン類、酸化剤、有機溶剤、燃料、酸、アルカリ等、ほとんどの薬品に対して安定性を示し、且つゴムの持つ弾力性を有するため、汎用性が高く好ましい。

上述の金属膜の素材として、Ｎｉ（ニッケル）に代えて、親水性及び耐薬品性を有する限りにおいて、他の素材を選択することもできる。但し、金属膜の成膜時の膜厚は、５μｍ未満だと耐久性に劣り、２０μｍを超えるとキャッピング時の弾性変形がしにくくなるので、５μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。

キャップ本体１１の当接部１１２の親水化処理として、金属膜を成膜する構成に代えて、当接部１１２プラズマ処理した後にインク中に所定時間浸漬することもできる。この構成によれば、当接部１１２におけるインクの接触角を約４０度にすることができ、ヘッド下限センサ５を用いた上述の実験と同じ実験においてノズル面６１へのインクの残留が確認されなかった。

当接部１１２を親水化処理するための別の手段として、当接部１１２の表面をサンドブラストによって荒らすこともできる。この場合、接触角の測定は困難であるが、実質的に０度に近くなり、ノズル面６１へのインクの残留が確認されなかった。この場合、使用するサンドブラストの研掃材として、粒径の小さいものほど好ましく、例えば＃２０００〜４０００（平均径２．６μｍ〜７．３μｍ）のものが使用される。また、当接部１１２に研掃材が残るとノズル面６１が傷付けられるので、サンドブラストの研掃材として、炭酸カルシウムや重曹を用いるのが好ましい。

当接部１１２を親水化処理するための手段は、キャップ本体１１の素材や、インクジェット記録装置１がメンテナンスを受ける間隔、要求されるインクの着弾精度の高さ等によって、選定することができる。

最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施形態に係るキャップ部材を備えたインクジェット記録装置の概略の構成を示す正面図である。 キャップ部材の構成を示す正面図である。 当接部の撥水性の違いによるノズル面へのインクの残留度合いについて調べた実験結果を示す図である。 （Ａ）はキャップ部材がノズル面を被覆する前の状態を示し、（Ｂ）はキャップ部材がノズル面を被覆した状態を示し、（Ｃ）はキャップ部材がノズル面から離間した後の状態を示す図である。

符号の説明

１ インクジェット記録装置
２ ガントリ
３ ヘッドユニット
４ 吸着盤
５ ヘッド下限センサ
６ インクジェット記録ヘッド
７，８ モータ
１０ キャップ部材
１１ キャップ本体
１２ インク吸収体
１３ インク排出管
６１ ノズル面
１１１ 凹部
１１２ 当接部
Ｐ 用紙（記録媒体）

Claims (5)

1. 凹部及び前記凹部の周囲の当接部を備え、液体を吐出するインクジェット記録ヘッドのノズル面に前記当接部が当接した状態で前記ノズル面を被覆する、インクジェット記録装置のキャップ部材であって、
   前記当接部は、耐薬品性を有するゴム部材で形成され、親水化処理されている、インクジェット記録装置のキャップ部材。
2. 前記ゴム部材は、過酸化物で架橋したゴム部材である請求項１に記載のインクジェット記録装置のキャップ部材。
3. 前記ゴム部材は、フッ素ゴムである請求項２に記載のインクジェット記録装置のキャップ部材。
4. 少なくとも前記当接部は、親水性を有する金属膜で被覆されている請求項１から３のいずれかに記載のインクジェット記録装置のキャップ部材。
5. 前記液体が付着する全ての部分が、前記金属膜で被覆されている請求項４に記載のインクジェット記録装置のキャップ部材。

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