JP2009208336A - インクジェット記録ヘッドの吐出検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】物流用無色透明インクを用いて容易かつ安価に検査可能にするインクジェット記録ヘッドの吐出検査方法、及び記録用着色インクを充填することない、すなわち物流用無色透明インクへの置換工程を必要としないインクジェット記録ヘッドの製造方法を提供する。
【解決手段】着色剤を含まない無色透明インクを用いて吐出検査を行うインクジェット記録ヘッドの吐出検査方法において、インクジェット記録ヘッドから前記無色透明インクを感熱紙面上に吐出し、前記無色透明インクが着弾することにより発色したインク着弾部を検査することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの吐出検査方法。
【選択図】図３

Description

本発明はインクジェット記録装置に搭載されるインクジェット記録ヘッドの吐出検査方法に関する。

普及が著しいインクジェット記録装置は、近年において、高い画像描写性や高速印刷が求められ、そのキーデバイスであるインクジェット記録ヘッドは、ノズル数の増大、色数の増加、液滴の小型化など、技術的進歩を遂げている。

ところで、インクジェット記録ヘッドの物流においては、吐出ノズル及びインク流路を外気に晒さないように保護する目的で、物流用無色透明インクを充填する方法が多く用いられる。前記物流用無色透明インクは、染料や顔料といった着色剤を含まないのが通常である。

物流環境下において、インクジェット記録ヘッドに着色剤を含む記録用着色インクを充填した場合、インク中の水分や溶剤の蒸発によって、前記染料や顔料などの着色剤が吐出ノズル及び流路に増粘して固着する懸念がある。着色剤の固着は、客先着荷時、インクジェット記録装置内でのインク吸引がスムーズにできない、或いはノズルに付着した着色剤の固着物が吐出液滴の紙面への着弾点精度を著しく低下させるなどの問題を発生させる。特に前述した近年のインクジェット記録ヘッドの特徴である、多ノズル、多色、小液滴といった高性能化は、着色剤の固着に対してより影響を受けやすい。

一方、図３に示すように、インクジェット記録ヘッドの製造工程においてはその吐出性能を検査するために、市場で使用される記録用着色インクをインクジェット記録ヘッドに充填し実際に印字をしてその印字物を装置での画像認識又は目視により良否判定する。その後、インクジェット記録ヘッドに充填された記録用着色インクを前述の物流用無色透明インクに置換して、梱包され、出荷となる。

図５（ａ）にインクジェット記録ヘッドのインク導入路及び吐出ノズルの概略を示す。

図５（ａ）において、インク供給部１１からインクカートリッジ接続フィルタ１２を経て充填された記録用着色インク５１は、流路部１３を経て吐出ノズルユニット１４へ流れ、吐出ノズルユニット１４から共通液室１６を経て、複数のノズル１８へ到達する。ノズル１８内で急加熱により発生させた泡（バブル）やピエゾ素子の駆動などによる外力が加わるとノズル１８内のインクは流抵抗の小さいノズル１８外部へと押しやられ、インク滴となって紙面等の記録媒体へ着弾する。ノズル１８内には共通液室１６側から新たにインクが供給され次の吐出に備える。このプロセスの繰り返しにより印字を行う。

インクジェット記録ヘッドへ充填された記録用着色インクを物流用無色透明インクに置換する方法としては、図６（ａ）、（ｂ）に示すような方法が好んで用いられる。

図６（ａ）は、インクカートリッジ接続フィルタ１２側より物流用無色透明インク５２を例えばモーター４３などの駆動力とピストンシリンダ４２により加圧供給し、吐出ノズル１８から記録用着色インク５１を追い出す方法を示す。

図６（ｂ）は、吐出ノズル１８に吸引キャップ６１を密着させ、吸引キャップ６１内部を例えば真空ポンプ６２によって吸引することで、記録用着色インク５１及び物流用無色透明インク５２を吸引する方法を示す。

図５（ｂ）に複数色の記録用着色インクを搭載するインクジェット記録ヘッドのインクカートリッジ接続フィルタ１２から吐出ノズルユニット１４までのインク流路構成を示す。

前記図６（ａ）の置換方法では、加圧インク供給ユニット４１はそれぞれのインクカートリッジ接続フィルタ１２に接続され、置換動作中の各色間での相互作用は発生しない。そのため各色毎に安定した流量を確保することができる。その反面、投資コストが増大する欠点がある。

また、前記図６（ｂ）の置換方法では、吸引キャップ６１が吐出ノズルユニット１４全体を密封して吸引するため、各色間での相互作用、例えば各色の流抵抗の相違により流量の偏りが発生することが問題となる。その一方で投資コストは抑えることができる。

前述したように、インクジェット記録ヘッドはその製造工程において、記録用着色インクを充填して吐出検査を行い、出荷に際しては物流用無色透明インクに置換される。また、基本的にはインクジェット記録ヘッドのインク流路を通過する物流用無色透明インクの総流量が大きいほど置換性は向上する。しかしながら、前記記録用着色インクから物流用無色透明インクへの置換は前記のような置換方法を用いても完全には置換されない場合がある。

例えば、図５（ａ）において、インクの吐出ノズル１８やインクカートリッジ接続フィルタ１２の圧力損失によって流量が上がらずに、インク総流量が十分に確保できないことが原因のひとつとして挙げられる。

また、インクジェット記録ヘッドのインクカートリッジ接続部から吐出ノズルまでのインク流路は、図５（ｂ）にも示す通り入り組んだ構造となっており、インクの流れに対し、淀みが生じる部分がある。インクの置換を行う際、インク流路の大部分が物流用無色透明インクで置換されたあともその淀み部分では記録用着色インクが残留することがあり、このことも置換が不完全となることの原因として挙げられる。

物流用無色透明インクへの置換が不完全であった場合、品質的観点からは次のような問題がある。すなわち、前述の図３に示す製造プロセスで出荷されるインクジェット記録ヘッドは、その流路及びインク吐出ノズルには僅かながら記録用着色インクを含んだ物流用無色透明インクが充填されている。物流工程において、インクジェット記録ヘッドの流路及び吐出ノズルに充填された物流用無色透明インクから徐々に水分や溶剤が蒸発していくにつれ、僅かに残留した記録用着色インクの濃度は上がっていく。特に吐出ノズル近傍において記録用着色インクが濃縮され、その着色剤が固着すると、前述したようなインクジェット記録装置でのインク吸引不良や吐出インクの紙面への着弾点精度低下を招くことになる。

上記物流用無色透明インクへの置換が不完全となることを未然に防止するためには、例えば時間を掛けて物流用無色透明インクの総流量を確保する、或いは残留した記録用着色インクが全体に拡散した後に再度物流用無色透明インクで置換する方法がある。しかし、いずれも相応の時間を要することになり、製造コストの観点から好ましいものではない。

また、前記置換に要する物流用無色透明インクの使用量は、インクジェット記録ヘッドのインク流路の受容容積に比較すれば相当多く、総使用量の大部分がインクジェット記録ヘッドの外部へと流れていく廃インクとなる。したがって、物流用無色透明インクの総使用量分のコスト及び廃インクの処理コストが問題となる。

前記課題を解決する方法として、インクジェット記録ヘッドの吐出検査に記録用着色インクを用いず、物流用無色透明インクを用いる方法がある。前記方法では、記録用着色インクを吐出検査時に充填しないため、記録用着色インクが流路や吐出ノズルに残留することが無い。また、記録用着色インクから物流用無色透明インクへ置換する工程を省略することができるため、時間的、コスト的にも有利である。

例えば特許文献１には、着弾した無色透明インク滴のｐＨに反応して発色するインク受容層を有する特殊フィルムを用いた無色透明インクの視認化方法が提案されている。前記方法では、無色透明インクでもインク着弾点が発色するため、無色透明インクで吐出検査を行うことができる。しかし、無色透明インクのｐＨと特殊フィルムのインク受容層との組み合わせが限られること、また、特殊フィルムのコスト面から更なる改良が望まれる。

また、特許文献２には、インクジェット記録ヘッドから無色透明インクを平坦な透明部材へ着弾させ、光源と対峙する画像認識装置にて着弾物の影を認識する方法が提案されている。しかし、透明部材上に着弾した無色透明インクの位置や大きさが変化すること、また、目視による認識、判定ができないことから、改善の余地がある。
特開２０００−１６８１０６号公報 特開平１１−３４２６０３号公報

本発明の目的は、無色透明インクを用いて容易かつ安価に検査可能にするインクジェット記録ヘッドの吐出検査方法を提供することである。また、記録用着色インクを充填することなく、すなわち物流用無色透明インクへの置換工程を必要としないインクジェット記録ヘッドの製造方法を提供することである。

本発明におけるインクジェット記録ヘッドの吐出検査方法は、着色剤を含まない無色透明インクを用いて吐出検査を行うインクジェット記録ヘッドの吐出検査方法において、インクジェット記録ヘッドから前記無色透明インクを感熱紙面上に吐出し、前記無色透明インクが着弾することにより発色したインク着弾部を検査することを特徴とする。

また、前記無色透明インクは、有機溶媒を含むことを特徴とする。

また、本発明におけるインクジェット記録ヘッドの製造方法は、前記インクジェット記録ヘッドの吐出検査方法により吐出検査する工程を含むことを特徴とする。

本発明によれば、感熱紙上に無色透明インクを吐出することにより、その吐出液滴の着弾状態を検査することができる。その結果、記録用着色インクを使用しないため、物流中の着色剤固着の懸念のない、客先着荷時から十分に高性能を発揮できるインクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置を提供することができる。

また、本発明におけるインクジェット記録ヘッドの製造方法では、記録用着色インクから物流用無色透明インクへの置換工程が必要ない。その結果、置換に要する時間、コスト及び物流用無色透明インク使用量の大幅削減、並びにそれに伴う廃インク発生量及び処理費用の大幅削減が達成される。

本発明のインクジェット記録ヘッドの吐出検査方法は、インクジェット記録ヘッドから無色透明インクを感熱紙面上に吐出し、前記無色透明インクが着弾することにより発色したインク着弾部を検査することを特徴とする。

本発明のインクジェット記録ヘッドの吐出検査方法について図面を参照して説明する。

図２は感熱紙の一般的な構造を示した模式図である。基紙２５の上に感熱層２１が形成されている。感熱層２１の中には主にロイコ染料である発色剤２２、主にフェノール化合物である顕色剤２４が、感熱層２１の基材である保持剤２３の中に含まれている。その他、増感剤（不図示）なども含まれる。感熱紙が発色する基本原理は、感熱層２１に印加された熱（およそ１００℃〜１５０℃）により発色剤２２、顕色剤２４等が溶解し、発色剤２２が酸性の顕色剤２４と反応することによる。

図１は、インクジェット記録ヘッドから吐出された無色透明インク液滴が、感熱紙上に着弾した際の発色機構を示す模式図である。インクジェット記録ヘッド（不図示）から無色透明インク３１を吐出して、感熱紙上の感熱層２１に着弾させる。すると、無色透明インク３１によって、感熱紙の感熱層２１の保持剤２３が溶解する。すると、保持剤２３で保護されていた発色剤２２と顕色剤２４が、保持剤２３を失うことにより接触、反応しやすい状態となり、時間の経過とともに発色に至る。

前記無色透明インクは、前記感熱層に含まれる保持剤を溶解可能なものであれば特に限定されないが、保持剤の溶解性などの観点から有機溶媒を含むことが好ましい。

前記有機溶媒としては、イソプロピルアルコール、エタノール、アセトンなどを用いることができる。

前記感熱紙としては、市販の感熱紙を用いることができる。好ましくは、以下の条件を満たす感熱紙である。

（１）発色する温度域が広く、またその温度域でのコントラストや発色面積に著しい差がない。

（２）発色までの反応時間が短く、かつ発色後のコントラストや発色面積に著しい変化がない。

（３）発色部（インク着弾部）が周囲の非発色部とのコントラストが高いこと、発色部のエッジ部がシャープであること、かつ発色部の中で濃度ムラがない。

（４）インクの受容性に優れ、にじみが少ない。

前記条件を満たす感熱紙としては、例えば、ＦＡＸ用超高感度感熱紙「Ｆ５０ＶＪ」（商品名、富士写真フィルム社製）、プロッタ用ノーマル紙「Ｆ８０ＴＡＰ」（商品名、富士写真フィルム社製）が挙げられ、本発明に用いる感熱紙として好ましい。

また、前記インク着弾部に、熱を印加することにより、発色までの時間を短縮することができるため好ましい。

図１において、発熱ユニット３２によって低温の熱を印加すると、無色透明インク３１が着弾して感熱層２１の保持剤２３が溶解した部分のみ発色剤２２と顕色剤２４の反応が促進され、短時間で発色に至る。

発熱ユニット３２に印加する温度は、５０℃〜７０℃が好ましい。前記温度域においては、加熱後遅くとも数秒以内には、インク液滴着弾部のみ発色に至る。また、前記温度域ではインク液滴の着弾していない部分の感熱紙が、加温直後に発色に至ることがない。

なお、前述の通り、本発明においては無色透明インクに含まれる有機溶媒によって感熱紙の発色剤と顕色材が反応し易い状態になっており、前記熱を印加しない常温領域においても時間を経れば発色に至る。検査に要する時間の制約がなければ、加熱をしないで検査する方法でも良い。

前記インクジェット記録ヘッドから吐出する無色透明インクの液滴の体積、吐出速度は、通常の記録用着色インクを用いて吐出検査する際の条件で行うことができる。

また、発色部の検査方法としては、発色した印字物を目視で判定しても、或いは通常の記録用着色インクを用いて吐出検査する際にインク着弾部の観察に用いる画像認識装置による自動判定でも、いずれの方法でもよい。なお、目視による判定の場合は、発色部と非発色部のコントラスト、発色部のエッジのシャープネス等については、より緩和できる。

前記インクジェット記録ヘッドの吐出検査方法を利用したインクジェット記録ヘッドの製造方法として、図４にあるような、インクジェット記録ヘッドの吐出検査工程フローが挙げられる。

従来の吐出検査工程フローを示す図３に対して、記録用着色インクから物流用無色透明インクへの置換工程が不要である。この工程設定によれば、物流用無色透明インクへの置換装置及び置換用の物流用無色透明インク、及び廃インクの処理システムが不要となる。また、記録用着色インクを一切使用しないため、インクジェット記録ヘッドへのインク付着による外観不良及びその手直し作業も必要ない。さらにインクジェット記録ヘッドには純粋に物流用無色透明インクしか存在しないため、物流時の着色剤の固着は発生しない。

また、本発明のインクジェット記録ヘッドを搭載したインクジェット記録装置についても、インクジェット記録ヘッド内には物流用無色透明インクのみが充填されている。したがって、着色剤の固着が発生せず、インク吸引不良や吐出インクの紙面への着弾点精度低下が生じず、好ましい。

以下に、本発明における実施例を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

［実施例１］
本実施例では、無色透明インクとしてイソプロピルアルコールを用いた。また、感熱紙にはＦＡＸ用超高感度感熱紙「Ｆ５０ＶＪ」（商品名、富士写真フィルム社製）を用い、インクジェット記録ヘッドの吐出検査を行った。感熱紙の下には発熱ユニットが設置してあり、前記感熱紙の加熱を５０℃〜７０℃の範囲で行った。

インクジェット記録ヘッドに前記無色透明インクを充填後、前記感熱紙上に無色透明インクの液滴を吐出した。このとき、インク着弾部は数秒で発色し、目視で吐出状態を確認可能であった。

また、吐出検査後のインクジェット記録ヘッドは、記録用着色インクを含まないため、無色透明インクへの置換工程は不要であり、物流時にも着色剤の固着は発生せず、良好なインク吸引、インク吐出性能を示した。

［実施例２］
感熱紙に、プロッタ用ノーマル紙「Ｆ８０ＴＡＰ」（商品名、富士写真フィルム社製）
を用いたこと以外は実施例１と同様に行った。その結果、インク着弾部は数秒で発色し、目視で吐出状態を確認可能であった。

また、実施例１同様吐出検査後のインクジェット記録ヘッドは、記録用着色インクを含まないため、無色透明インクへの置換工程は不要であり、物流時にも着色剤の固着は発生せず、良好なインク吸引、インク吐出性能を示した。

本発明におけるインクジェット記録ヘッドから吐出された無色透明インク液滴が、感熱紙上に着弾した際の発色機構を示す模式図である。 感熱紙の一般的な構成を示す模式図である。 従来のインクジェット記録ヘッドの吐出検査工程フロー図である。 本発明におけるインクジェット記録ヘッドの吐出検査工程フロー図である。 （ａ）インクジェット記録ヘッドのインク導入路を示す模式断面図である。 （ｂ）複数色を搭載するインクジェット記録ヘッドのインク導入路を示す立体図である。 （ａ）インクジェット記録ヘッドに充填された記録用着色インクを物流用無色透明インクに置換する方法を示す模式図である。 （ｂ）インクジェット記録ヘッドに充填された記録用着色インクを物流用無色透明インクに置換する別の方法を示す模式図である。

符号の説明

１１ インク供給部
１２ インクカートリッジ接続フィルタ
１３ 流路部
１４ 吐出ノズルユニット
１６ 共通液室
１７ 吐出ノズル面
１８ 吐出ノズル
２１ 感熱層
２２ 発色材
２３ 保持材
２４ 顕色材
２５ 基材
３１ 吐出インク滴
３２ 発熱ユニット
４１ 加圧インク供給ユニット
４２ ピストンシリンダ
４３ 駆動モーター
５１ 記録用着色インク
５２ 物流用無色透明インク
６１ 吸引キャップ
６２ 真空ポンプ

Claims (5)

1. 着色剤を含まない無色透明インクを用いて吐出検査を行うインクジェット記録ヘッドの吐出検査方法において、
   インクジェット記録ヘッドから前記無色透明インクを感熱紙面上に吐出し、
   前記無色透明インクが着弾することにより発色したインク着弾部を検査することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの吐出検査方法。
2. 前記無色透明インクが、有機溶媒を含むことを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録ヘッドの吐出検査方法。
3. 前記インク着弾部に、熱を印加することを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェット記録ヘッドの吐出検査方法。
4. 前記インク着弾部を、目視又は画像認識装置により検査することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッドの吐出検査方法。
5. 請求項１から４のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッドの吐出検査方法により吐出検査する工程を含むことを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方法。