JP2009241500A - ノズルプレート、液体吐出ヘッドおよび画像形成装置 - Google Patents

ノズルプレート、液体吐出ヘッドおよび画像形成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】ワイピング時の余剰インクおよびゴミの除去性が良いこと。
【解決手段】液体を吐出する複数のノズル12が形成されているノズルプレート10であって、液体吐出側表面のノズル12の周辺に、破線状(または島状)で複数の凸部30a、30bが形成されているノズルプレートを提供する。例えば、ワイピング方向Wに対して傾斜した形状を有する凸部30aと、ワイピング方向Wに対して平行な形状を有する凸部30bとを形成する。
【選択図】図1

Description

本発明は、液体を吐出するノズルが形成されているノズルプレート、液体吐出ヘッドおよび画像形成装置に関する。
ノズルプレートに形成された複数のノズルからインクを記録媒体に向かって吐出することにより、高解像および高品質な画像を安いランニングコストで形成することが可能である。ノズルプレートを備えた液体吐出ヘッドには、圧電素子の変位を利用した圧電方式、発熱素子で生じる熱エネルギーを利用したサーマル方式などがある。
特許文献1には、ノズルの配列方向に沿って波形状の壁(クレータ部)を形成した構造が開示されている。掻取られた紙粉やインクカスがクレータ部の壁の凸部によって狭い凹部に寄せ集められる。
特開平9−99558号公報
特許文献1に開示された構造では、波形状の壁の凹部にゴミが寄せ集められるけれども、構造上、ノズルの周辺にゴミが残留することになり、完全には除去されないという課題がある。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ワイピング時の余剰インクおよびゴミの除去性が良いノズルプレート、液体吐出ヘッドおよ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、本発明は、液体を吐出する複数のノズルが形成されているノズルプレートであって、液体吐出側表面の前記ノズルの周辺には、破線状または島状で複数の凸部が形成されていることを特徴とするノズルプレートを提供する。
本明細書において、「破線状」は、直線または曲線が複数の部分に分断されている形状をいう。分断されている各部分が凸部である。「破線状」の凸部の形成方法は、予め分断された形状で形成した場合、および、実際に線を分断して形成した場合のいずれであってもよい。また、本明細書において、「島状」は、「破線状」ではないが、凸部同士が互いに離間して独立している形状が含まれる。独立している各部分が凸部である。「島状」の凸部の具体的な形状は、特に円や楕円には限定されない。「破線状」および「島状」の凸部には、長手方向(長さ方向)および短手方向(幅方向)を有する形状(例えば線分形状)が含まれる。
本発明によれば、液体吐出側表面(「吐出面」ともいう)のノズルの周辺に破線状または島状で複数の凸部が形成されているので、ワイピング時にノズルを保護するとともに、吐出面上の余剰インクおよびゴミをノズルの周辺に残留しないように移動させることが可能となる。
また、前記凸部は、当該ノズルプレートのワイピング方向に対して傾斜した形状で形成されていることを特徴とするノズルプレートを提供する。
本発明によれば、ワイピング時に余剰インクおよびゴミをノズルから遠ざける方向に円滑に移動させることができるとともに、ワイピング方向に対して垂直な形状で凸部を形成する場合と比較して、ワイピング部材および凸部自体に与えるダメージを小さくすることができる。
また、前記凸部は、当該ノズルプレートのワイピング方向に対して平行な形状で形成されていることを特徴とするノズルプレートを提供する。
本発明によれば、ワイピング時に余剰インクおよびゴミをワイピング方向に沿って円滑に移動させることができるとともに、ワイピング部材および凸部自体に与えるダメージを小さくすることができる。
また、前記凸部は、当該ノズルプレートのワイピング方向に対して傾斜した第1の線と前記ワイピング方向に対して平行な第2の線とによって構成される格子形状から、前記第1の線と前記第2の線との交差部分を欠いた形状で形成されていることを特徴とするノズルプレートを提供する。
格子形状の凸部を吐出面上に形成する場合には凸部形成時に線と線との交差部分が高くなり易く、ワイピング時にワイピング部材および凸部自体にダメージを与え易いけれども、本発明によれば、交差部分を欠いた形状で形成されているので、ワイピング時にワイピング部材および凸部自体に与えるダメージを少なくすることができる。
また、本発明は、液体を吐出する複数のノズルが形成されているノズルプレートであって、液体吐出側表面の前記ノズルの周辺には、当該ノズルプレートのワイピング方向に対して傾斜した形状を有する凸部が形成されていることを特徴とするノズルプレートを提供する。
本発明によれば、吐出面のノズル周辺に傾斜した形状を有する凸部が形成されているので、ワイピング時にノズルを保護するとともに、吐出面上の余剰インクおよびゴミをノズルから遠ざける方向に円滑に移動させることができる。また、ワイピング方向に対して垂直な形状で凸部を形成する場合と比較して、ワイピング部材および凸部自体に与えるダメージを小さくすることができる。
また、前記凸部は、前記ワイピング方向における前記ノズル間に配置されていることを特徴とするノズルプレートを提供する。
本発明によれば、ワイピング時にノズルにゴミが入ることを確実に防御できる。
また、前記凸部として、当該ノズルプレートのワイピング方向に対して一方の側方に傾斜した形状の第1の凸部と他方の側方に傾斜した形状の第2の凸部とが形成されていることを特徴とするノズルプレートを提供する。
本発明によれば、ワイピング時に吐出面上の余剰インクおよびゴミを両側方に分散させて移動させることができる。
また、前記第1の凸部および前記第2の凸部は、前記ワイピング方向において、前記ノズル間に配置されているとともに交互に形成されていることを特徴とするノズルプレートを提供する。
本発明によれば、ワイピング時にノズルにゴミが入ることを容易に防御できるとともに、吐出面上の余剰インクおよびゴミを両側方に分散させて移動させることができる。
また、前記ノズルが前記ワイピング方向に沿って複数列配列されており、互いに隣接するノズル列のうち一方のノズル列に前記第1の凸部が形成されて他方のノズル列に前記第2の凸部が形成され、前記第1の凸部および前記第2の凸部が各ノズル列において前記ノズル間に配置されていることを特徴とするノズルプレートを提供する。
本発明によれば、吐出面上の余剰インクおよびゴミをノズル列間またはノズル列の外側に円滑に移動させることができる。
また、前記ノズルは、前記ワイピング方向に沿って配列されており、前記凸部は、前記ノズル列の前記ノズル間と前記ノズル列の外側とに分布して配置されていることを特徴とするノズルプレートを提供する。
本発明によれば、ワイピング時に吐出面上の余剰インクおよびゴミをノズルからより遠くに移動させることができる。
また、前記凸部は、前記ワイピング方向に対して傾斜した第1の線と前記ワイピング方向に対して平行な第2の線とによって構成される格子形状で形成されていることを特徴とするノズルプレートを提供する。
また、前記凸部は、繰り返し折れ曲がりながら前記ノズル間を通る波線形状で形成されていることを特徴とするノズルプレートを提供する。
また、前記凸部は、硬化可能な樹脂材料で形成されていることを特徴とするノズルプレートを提供する。
また、前記凸部は、表面に丸みを有する形状で形成されていることを特徴とするノズルプレートを提供する。
また、前記ノズルプレートを備えたことを特徴とする液体吐出ヘッドを提供する。
また、前記液体吐出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。
本発明によれば、ワイピング時の余剰インクおよびゴミの除去性が良い。
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。
〔第1実施形態〕
図1(A)は、第1実施形態のノズルプレートの一例を示す平面図である。図1(B)は、図1(A)の1B−1B線に沿った断面図である。ノズルプレート10には、液体を吐出するノズル12(吐出口)がノズルプレート10を貫通して形成されている。なお、図1(B)における上側が液体吐出側であり、ノズル12を通過する液体は図1(B)の下から上に向かって吐出される。
ノズルプレート10の液体吐出側表面(吐出面)には、複数の凸部30(30a、30b)が線を分断した形状(破線状)で突設されている。
本例では、ノズルプレート10のワイピング方向Wに対して傾斜した線41とワイピング方向Wに対して平行な線42とによって構成される格子形状から、線41、42同士の交差部分43を欠いた形状で形成されている。凸部30が吐出面上で互いに交差することがない形状で形成されているので、吐出面を不図示のワイピング部材(例えばブレード)によってワイピングするとき、ワイピングによって吐出面上で移動する余剰インクは、ノズル12の近傍に残留することなく、凸部30間の隙間43(破断部)を通って吐出面外に向って移動する。すなわち余剰インクおよびゴミの除去性が向上する。これにより、記録媒体から生じる紙粉やインクから生じる凝集体などが、ワイピング時に余剰インクとともにノズル12の近傍からすみやかに除去されることになる。
本例では、ワイピング方向Wに対して平行(傾斜角度θ=0度)な形状の凸部30a(以下「平行凸部」という)、および、ワイピング方向Wに対して鋭角(0度<傾斜角度θ<90度)を持って傾斜した形状の凸部30b(以下「斜め凸部」という)が、ノズルプレート10の吐出面に突設されている。適切な傾斜角度θは、ワイピング部材の材質、ワイピング条件などにより異なるが、0度〜75度程度である。もしもワイピング方向Wに対して垂直な形状(傾斜角度θ=90度)の凸部が存在すると、インクの除去性が悪くなり、また、ワイピング部材および凸部自体に生じるダメージが大きい。本例では、平行凸部30aおよび斜め凸部30bが形成されていることにより、ワイピング時にワイピング部材および凸部30自体のダメージが低減される。ワイピング時、平行凸部30aによって、ワイピング方向Wに沿ってインクが移動するとともに、斜め凸部30bによってノズル12周辺から離れる方向(図1(A)では右斜め上方向)にインクが移動するので、余剰インクおよびゴミが吐出面から円滑に掃き出される。
また、凸部30(30aおよび30b)は、吐出面上でノズル12を囲んで突設されているので、ワイピング時におけるノズル12の近傍でのインクの流動性を確保しつつ、ノズル12への異物の混入が防御される。
さらに、凸部30(30a、30b)は、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂等の硬化性樹脂で形成されており、硬化前の樹脂の表面張力によって表面が丸みを帯びた曲面形状で形成されている。凸部30の幅方向(短手方向)に沿った断面は、図1(B)に示した例において、略半円球状である。実際には、硬化前の液体状の樹脂の体積や表面張力の大きさなどにより形状が異なるが、表面が曲面形状である。凸部30は表面に丸みを有する曲面形状なので、ワイピング時におけるワイピング部材および凸部30自体に与えるダメージが極めて小さくなる。
本例のノズルプレート10の吐出面には撥液性を有する撥液膜14が成膜されている。凸部30は、吐出面のうちで撥液膜14の一部を除去(または改質)することにより親液化された部分(親液部)に形成されている。このような凸部30の形成方法については、後に詳説する。
インクジェット記録装置に適用されるノズルプレートの具体的な寸法例として、例えば、ノズル12の直径r:10〜50μm、ノズル12の長さL:10〜100μm、撥液膜14の膜厚t:数nm〜5μm、ノズル12のピッチP:40〜1000μmとする。ノズル12の縁から凸部30までの距離dは10〜100μm、凸部30の高さhは10〜50μm、凸部30の幅Wは10〜300μmの範囲で適宜設計される。
〔第2実施形態〕
図2は、第2実施形態のノズルプレートの一例を示す平面図である。図2において、図1に示した部分と同じ部分には同じ符号を付してある。斜め凸部30e、30fの幅方向における断面形状は、第1実施形態における凸部30a、30bと同様である。ここでは第1実施形態のノズルプレートと異なる部分のみを説明する。
図2に示すノズルプレートの吐出面には、ワイピング方向Wに対して、ノズル12を挟んで対称な形状で島状の斜め凸部30c、30d、30e、30fが凸設されている。符号30cの斜め凸部は、ワイピング方向Wに対して一方の側方(図の右方向)に傾斜した形状を有する。また、符号30dの斜め凸部は、ワイピング方向Wに対して他方の側方(図の左方向)に傾斜した形状を有する。なお、ワイピング部材が一方向(図の上から下へ向う方向)のみで摺動する場合、符号30eおよび30fの斜め凸部は省略可能である。本例では、斜め凸部30c〜30fの傾斜角度θは略45度である。
〔第3実施形態〕
図3は、第3実施形態のノズルプレートの一例を示す平面図である。図3において、図1に示した部分と同じ部分には同じ符号を付してある。斜め凸部30gの幅方向における断面形状は、第1実施形態における凸部30a、30bと同様である。ここでは図1に示したノズルプレート10と異なる部分のみを説明する。
図3において、ワイピング方向Wに沿って配列されたノズル12の列間(R1−R2間、および、R2―R3間)に、島状の斜め凸部30gが配置されている。本例の傾斜角度θは約45度である。
〔第4実施形態〕
図4は、第4実施形態のノズルプレートの一例を示す平面図である。図4において、図1に示した部分と同じ部分には同じ符号を付してある。斜め凸部30h、30iの幅方向における断面形状は、第1実施形態における凸部30a、30bと同様である。ここでは図1に示したノズルプレート10と異なる部分のみを説明する。
図4において、ワイピング方向Wに沿って配列されたノズル12とノズル12との間には、島状の斜め凸部(第1の斜め凸部30h、第2の斜め凸部30i)が配置されている。本例では、ノズル12のワイピング方向Wの上流側の波線44を分断した破線状の斜め凸部30h、30iが形成されているということもできる。本例の傾斜角度θは約45度である。
第1の斜め凸部30hは、ワイピング方向Wに対して一方の側方(図4では上側)に傾斜しており、第2の斜め凸部30iは、ワイピング方向Wに対して他方の側方(図4では下側)に傾斜している。本実施形態では、ノズル12間に斜め凸部30h、30iが形成されているので、各ノズル12の上流のゴミは、ノズル12に入らないで、ノズル列間(R1―R2間、R2―R3間)を余剰インクとともに移動することになる。
図5〜図8は、ノズル列が2列である場合を示す。
図5では、互いに隣接するノズル列R1、R2のうち、第1のノズル列R1に第1の斜め凸部30hが形成されて、第2のノズル列R2に第2の斜め凸部30iが形成されている。また、斜め凸部30h、30iは、それぞれノズル列R1、R2において、ノズル12とノズル12との間に配置されている。これにより、ワイピング方向Wに対して斜め方向(図中の上側と下側:ノズル列R1、R2の外側)に、ゴミを送り出すことができる。
なお、第1のノズル列R1に第2の斜め凸部30iを形成し、第2のノズル列R2に第1の斜め凸部30hを形成する場合には、ワイピング方向Wに沿ったノズル列間(中央)に、ゴミを送り出すことができる。
図6では、各ノズル列R1、R2において、ノズル12とノズル12との間隙ごとに、第1の斜め凸部30hと第2の斜め凸部30iとが交互に形成されている。これにより、ワイピング方向Wに対して斜め方向(図中の上側と下側:R1、R2の外側)と、ワイピング方向Wに沿った方向(図中の中央:R1−R2間)とに、ゴミを送り出すことができる。
要するに、図5の構造はゴミをノズル12の配置領域から側方へ追い出すようになっており、図6の構造はゴミをまんべんなく散らしながら追い出すようになっている。
図7に示す構造は、図5に示した構造に対して、ノズル列R1、R2の外側に斜め凸部30h、30iを追加した構造である。第1のノズル列R1のさらに外側(図の上側)に第1の斜め凸部30hを形成し、第2のノズル列R2のさらに外側(図の下側)に第2の斜め凸部30iを形成した。また、図8では、図6の構造に対して、ノズル列R1、R2の外側に斜め凸部30h、30iを追加した構造である。これらの構造では、ノズル12からより遠くまでゴミを送り出すことができる。
図9〜図12は、ノズル例が1列である場合を示す。
図9に示す構造では、同じ形状の斜め凸部30iがノズル12の間隙に形成されている。これにより、ワイピング方向Wに対して一方の斜め方向(図中の下側)に、ゴミを送り出すことができる。
図10に示す構造では、ノズル12の間隙ごとに第1の斜め凸部30hと第2の斜め凸部30iとが交互に形成されている。これにより、ワイピング方向Wに対して両方の斜め方向(図中の上側と下側)に、ゴミを送り出すことができる。
図11に示す構造は、図9に示した構造に対して、ノズル列の外側に斜め凸部30h、30iを追加した構造である。図12に示す構造は、図10に示した構造に対して、ノズル列の外側に斜め凸部30hを追加した構造である。これらの構造では、ノズル12からより遠くまでゴミを送り出すことができる。
〔第5実施形態〕
図13は、第5実施形態のノズルプレートの一例を示す平面図である。図13において、図1に示した部分と同じ部分には同じ符号を付してある。斜め凸部30j、30kの幅方向における断面形状は、第1実施形態における斜め凸部30a、30bと同様である。ここでは図1に示したノズルプレート10と異なる部分のみを説明する
ノズル12の間隔が狭くノズル12間に凸部を形成することが困難である場合、図13に示すように、ノズル列の一方の側方(図の上側)に第1の斜め凸部30jを形成し、ノズル列の他方の側方(図の下側)に第2の斜め凸部30kを形成する。斜め凸部30j、30kは、ワイピング方向Wの斜め下流側にむけて傾斜した形状としている。これにより、ノズル12の近傍から外側へ効率的にゴミを送り出すことができる。本例の傾斜角度θは約45度である。
〔第6実施形態〕
図14は、第6実施形態のノズルプレートの一例を示す平面図である。図14において、図1に示した部分と同じ部分には同じ符号を付してある。凸部30mの幅方向における断面形状は、第1実施形態における凸部30a、30bと同様である。ここでは図1に示したノズルプレート10と異なる部分のみを説明する。
図14は、ノズル12間に、線分形状の平行凸部30mを形成した場合を示す。平行凸部30mは、ワイピング方向Wに対して平行な形状を有する。
図15は、ノズル12間に、略円形状の凸部30nを形成した場合を示す。なお、円形状には特に限定されない。ワイピング方向Wの上流側の部分31がワイピング方向Wに向って丸みを有する形状であることが、好ましい。
〔第7実施形態〕
図16は、第7実施形態のノズルプレートの一例を示す平面図である。図16において、図1に示した部分と同じ部分には同じ符号を付してある。凸部30pの幅方向における断面形状は、第1実施形態における凸部30a、30bと同様である。ここでは図1に示したノズルプレート10と異なる部分のみを説明する。
本実施形態では、ワイピング方向に対して傾斜した線41と、ワイピング方向Pに対して平行な線42とによって構成されている格子形状で、凸部30pが形成されている。
〔第8実施形態〕
図17は、第8実施形態のノズルプレートの一例を示す平面図である。図17において、図1に示した部分と同じ部分には同じ符号を付してある。凸部30qの幅方向おける断面形状は、第1実施形態における凸部30a、30bと同様である。ここでは図1に示したノズルプレート10と異なる部分のみを説明する。
本実施形態では、ワイピング方向Wに沿って配列されているノズル12の間を縫うようにして繰り返し折れ曲がりながら通る連続曲線(波線形状)として、凸部30qが形成されている。この樹脂による波線形状の凸部30qは、ワイピング方向Wに対しては、ワイパに因るダメージが少ない適当な角度で斜めに形成されている。本例では、傾斜角度θが約45度の斜め線分を折り返し、各折り返し部分を円弧状に繋いだ形態となっている。傾斜角度θは、鋭角(0度<θ<90度)であり、60度以内が好ましい。
〔ノズルプレートの製造方法〕
図18及び図19は、ノズルプレートの製造方法の一例の説明に用いる説明図である。図18は断面図によるもの、図19はノズルプレートを吐出方向から見た平面図によるものである。図18(A)は図19(A)中の2A−2A線に沿う断面を表しており、図18(B−1),(B−1)は図19(B)中の2B−2B線に沿う断面を表し、図18(C)は図19(C)中の2C−2C線に沿う断面を表している。本例では、図1に示したノズルプレート10を製造する。
<工程1>:ノズル及び撥液膜を形成する工程
まず、図18(A)に示すように、ノズル12を有するノズルプレート10の液体吐出側表面に撥液膜14を形成する。ノズル12を有するノズルプレート10と撥液膜14を得るための具体的な手段としては、各種工法が選択できる。例えば、シリコンの基板をエッチングしてノズル12を形成した後、撥液膜14を塗布或いは蒸着によって形成する。また、別の工法として、電鋳によってノズル12を有するノズルプレート10を作成し、これに撥液膜14を塗布或いは共析めっきで形成する態様も可能である。その他各種工法が選択できるため、必要な精度、コスト等の観点から適宜の工法を採用すればよい。
<工程2>:ノズル周辺の撥液膜の一部を除去し、当該一部の濡れ性を良くする工程
次に、図18(B−1)に示すように、ノズル12周辺の撥液膜14の一部(後に凸部を形成する部分)を除去する。除去部16は、撥液膜14が存在する部分より濡れ性が良くなる。
撥液膜14の一部を除去する手段としては、例えば、レーザ光で除去する態様、或いは、除去部以外をマスクしてプラズマ処理(酸素プラズマなど)や紫外線照射によって除去する態様などがある。レーザ光源としては、エキシマレーザ、炭酸ガス(CO)レーザ、YAGレーザなど、各種レーザ光源を選択することができる。プラズマ処理、若しくは紫外線照射を行う態様では、除去部に対応した位置に開口を有するマスク部材を用い、該マスク部材を介して酸素プラズマ、や紫外線を照射することにより、開口を通して露出する撥液膜の一部が除去される。レーザで除去する場合は、マスク部材が不要であるという利点がある。その一方、酸素プラズマや紫外線を利用する場合は、マスク部材の作成の必要があり、かつノズル12とマスク部材の位置合わせが必要であるが、面内一括処理が可能であるという利点がある。ノズルプレートのサイズ、生産量などから効率の良い方法を選択すればよい。
また、撥液膜14の一部を除去する態様以外にも、当該一部の塗れ性を良くする(親液化する)方法として、撥液膜14を部分的に改質する態様(図18(B−2))、或いは、後に樹脂を付与したい場所に樹脂が塗れるように中間膜(図示せず)を設ける、という方法がある。
図18(B−2)の符号17は、撥液膜14の改質部を表している。撥液膜14の一部を選択的に改質する手段としては、例えば、マスク部材26を用いた酸素プラズマ処理を適用できる。
<工程3>:撥液膜を除去した部分(濡れ性が良くなるように改質した部分)に樹脂を付与する工程
上記した工程2に続いて、図18(C)に示すように、撥液膜14の除去部16(または改質部17)に樹脂30を付与する。樹脂30を付与する手段は、ディスペンサーで液体状の樹脂を塗布する態様、インクジェット式の吐出ヘッドによって樹脂液滴を飛ばして塗布する態様などがある。なお、シートなどの媒体に樹脂を塗布し、該シートを介して樹脂をノズルプレート10上に転写することで濡れ性の良い部分にのみ樹脂を付与することもできる。この方法は、面内一括で処理できるという長所はあるが、撥液膜14上にも樹脂が残ったり、ノズル12内に樹脂が入り込んだりするなどの問題が生じる可能性があるため、ノズル内に充填剤を埋めておくなど、相応の工夫が必要である。
また、ノズルプレートを樹脂の液に漬ける(浸漬)という方法もあるが、当該方法も面内一括で処理できるという反面、ノズル内に樹脂が入り込むため、ノズル内に充填剤を埋めておくなどの工夫が必要である。
その他、スクリーン印刷法によって樹脂を付与する方法もある。この方法は面内一括で処理できるが、必要な部分にのみ選択的に樹脂を付着させるためマスクが必要となる。
当該工程3において付与する樹脂30には、熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂など、次の工程4で硬化可能な樹脂材料を用いる。例えば、インク吐出用ヘッドの場合、耐インク性などの点から、エポキシ系の樹脂が好ましく、光硬化性エポキシ樹脂、いわゆるエポキシ系のネガレジストを採用できる。具体的な商品としては、化薬マイクロケム株式会社製のSU−8(特に、永久膜用の化学増幅型ネガレジストSU-8 3000シリーズ)、東京応化工業株式会社製のMEMS用永久フォトレジストTMMRTMS2000などがある。なお、耐インク性ではポリイミドも良いが、高温での熱処理が必要となる。
<工程4>:樹脂を硬化させる工程
次に、上記した工程3によって付与した樹脂30を硬化させる処理を行う。光硬化性樹脂を用いた場合は当該樹脂の硬化作用に適した光を照射し、熱硬化性樹脂を用いた場合には、当該樹脂の硬化作用に適した温度の加熱を行う。樹脂30が硬化することにより、ノズル周囲に硬化した樹脂としての凸部30が形成され、該凸部30がノズル12を保護する段差部となる。
光硬化性樹脂を用いた場合、加熱が不要なため、例えば、既にヘッドとして組み上がっている場合でもヘッドにダメージや部材の熱膨張係数の差による反りを起こさせることなく、硬化させることが可能である。したがって、熱硬化性樹脂に比べて、光硬化性樹脂を用いる態様がより好ましい。
上記の工程1〜4を経る本実施形態の製造方法で凸部30を形成することにより、以下のような作用効果が得られる。
(1)硬化前の樹脂の表面張力により、樹脂は丸みを帯びた形状になるため(図18(C)参照)、これを硬化させることで丸みを帯びた凸部30(凸部構造体)が得られる。このため、吐出面のワイピング時にワイパ(クリーニングワイパ)が当該丸みを帯びた凸部30に当たっても、ワイパにダメージを与えず、かつ樹脂の凸部30にもダメージが少ない。
この点、特許文献1のように、凸部を金属で、かつ、角があるような形にするとワイパ(クリーニングワイパ)が削れるという問題がある。また、ワイパがダメージを受けるだけでなく、ワイパの削り屑がノズル12に入ると吐出に悪影響を与えるという欠点もある。かかる技術課題は本発明の実施形態によって解決される。
(2)紙ジャム時に紙が樹脂の凸部に当たる、あるいはワイピングなどにより、樹脂が剥離した場合、樹脂を再塗布し硬化させるだけで修理が可能である。簡単、安価に修復できる。
なお、凸部30の寸法(幅W、高さh、ノズル12からの距離d)は、ワイピング時のワイパの固さ、ワイピング条件、ノズル径、ノズルピッチなどの寸法、ノズルへのダメージ、インクの除去性の実験から求める。
分断された破線状または島状の凸部を形成する場合、線が重なる(交差する)部分がない。格子形状の凸部を形成する場合には、線が重なる(交差する)部分がある場合には、ディスペンサーで線書きする場合は2度書きさせることになり、凸部30の高さが盛り上がって大きくなってワイピング時のワイパによりダメージを受けやすくなる。
また、マスクを用いて(スクリーン印刷の手法で)樹脂を付与する場合は、連続した直線上ではマスクが形成しにくい(マスクの強度が低下する)ため、破線の方が望ましい。
図18および図19で説明した樹脂による凸部30の場合、樹脂自体の撥液性は、撥液膜14部分よりも劣るため、液に対して比較的濡れやすい。その濡れやすさを利用することでノズル近傍からの液の除去性を良くすることも可能である。
その一方で、ワイピング時のインク除去性が問題となる(凸部30の周辺に液が残りやすい)場合は、図20に示すように、ノズル12の部分をマスク部材42(例えば、メタルマスク)で隠して、例えば、蒸着などの手法により撥液膜44を形成すればよい。こうすることで、樹脂の凸部30上にも撥液膜44が形成され、ノズルプレート全体のインク除去性が向上する。
なお、撥液膜44の材料によっては、樹脂の凸部30以外の撥液膜14上にもさらに撥液膜44が追加形成される場合もあり得るが、通常は撥液膜14の撥液性によって当該撥液膜14の上には更なる撥液膜44は形成されにくい。この場合、樹脂の凸部30上のみに撥液膜44が形成される。
図18および図19で説明した製造方法では、ノズルプレート10の吐出面側に一様に撥液膜14を形成した後に、その一部を除去または改質することを説明したが(図18の(B−1)、(B−2))、このような段階的な工程に代えて、撥液膜14形成時に撥液膜形成部と非形成部とをパターニングする態様も可能である。すなわち、撥液膜形成時において、後の工程で樹脂を付与する部分に撥液膜が存在しないように成膜する。
図21は撥液膜形成時にパターニングを行う例を示す工程図である。
まず、図21(A)に示したように、ノズル12が形成されたノズルプレート10の吐出面側について、後の工程で樹脂を付与したい部分にレジスト(感光性樹脂)50を形成しておく。
次いで、共析めっきや蒸着などで撥液膜14を形成した後に(図21(B))、レジスト50を除去する(図21(C))。
かかる製造方法によれば、レジスト50をパターニングする工程は増えるが、撥液膜14を除去する工程が無くなる。また、撥液膜14を後から除去する場合は除去が不十分であると、後の工程で樹脂の付与が困難になるという問題があるが、図21で説明した製造方法によれば、確実に撥液膜がない部分を形成できる。ただし、レジスト50が形成された基板に撥液膜14を形成するために(図21(B))、レジスト材料と撥液膜の成膜方法の整合を取る必要があり、採用できる撥液膜の成膜方法に制限が生じ得る。
また、基板において樹脂を付与する部分をあらす(粗面化する)と樹脂の密着性が向上する。樹脂の付与前に、当該樹脂を付与する部分をあらしても良いし、撥液膜14を形成する前に、基板の全面(吐出面側)をあらしておいても良い。
なお、撥液膜形成後に、基板を部分的にあらす処理を行うことは比較的難しいため、撥液膜形成前に基板表面をあらしておく態様が好ましい。撥液膜の形成前に基板面をあらしておくと、撥液膜そのものの密着性も向上するという利点がある。基板の表面をあらす手段には、ブラスト処理、エッチングなどを用いることができる。
上述した各実施形態に係るノズルプレートの凸部製造方法は、ノズル12を形成したノズルプレート10をヘッドに組み付けた後に実施することができる。したがって、ヘッドの組み立てまで最適なプロセスを選択することができるとともに、ヘッド製造後における凸部の修理、修復、交換なども容易である。凸部の修理、修復の際には、破損した部分を局所的に修復することも可能であるし、凸部の一部又は全体を除去した後に、再形成することも可能である。
もちろん、各実施形態に係るノズルプレートの凸部製造方法は、ヘッドへの組み付け前のノズルプレート10についても同様の工程を適用できるため、ノズルプレートの製造方法として利用できる。
〔インクジェット記録装置の構成例1〕
次に、上述したノズルプレートを備えたインクジェットヘッドを用いる画像形成装置の例について説明する。
図22は、本発明に係る画像形成装置の一実施形態を示すインクジェット記録装置の全体構成図である。同図に示すように、このインクジェット記録装置110は、黒(K),シアン(C),マゼンタ(M),イエロー(Y)の各インクに対応して設けられた複数のインクジェット記録ヘッド(以下、ヘッドという。)112K,112C,112M,112Yを有する印字部112と、各ヘッド112K,112C,112M,112Yに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵/装填部114と、記録媒体たる記録紙116を供給する給紙部118と、記録紙116のカールを除去するデカール処理部120と、前記印字部112のノズル面(インク吐出面)に対向して配置され、記録紙116の平面性を保持しながら記録紙116を搬送するベルト搬送部122と、印字部112による印字結果を読み取る印字検出部124(「検出手段」に相当)と、記録済みの記録紙(プリント物)を外部に排紙する排紙部126とを備えている。
インク貯蔵/装填部114は、各ヘッド112K,112C,112M,112Yに対応する色のインクを貯蔵するインクタンクを有し、各タンクは所要の管路を介してヘッド112K,112C,112M,112Yと連通されている。また、インク貯蔵/装填部114は、インク残量が少なくなるとその旨を報知する報知手段(表示手段、警告音発生手段)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。
図22では、給紙部118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。
複数種類の記録媒体(メディア)を利用可能な構成にした場合、メディア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、使用される記録媒体の種類(メディア種)を自動的に判別し、メディア種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118から送り出される記録紙116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120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130で記録紙116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。
ロール紙を使用する装置構成の場合、図22のように、裁断用のカッター(第1のカッター)128が設けられており、該カッター128によってロール紙は所望のサイズにカットされる。なお、カット紙を使用する場合には、カッター128は不要である。
デカール処理後、カットされた記録紙116は、ベルト搬送部122へと送られる。ベルト搬送部122は、ローラ131、132間に無端状のベルト133が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部112のノズル面及び印字検出部124のセンサ面に対向する部分が水平面(フラット面)をなすように構成されている。
ベルト133は、記録紙116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穴(不図示)が形成されている。図22に示したとおり、ローラ131、132間に掛け渡されたベルト133の内側において印字部112のノズル面及び印字検出部124のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバ134が設けられており、この吸着チャンバ134をファン135で吸引して負圧にすることによって記録紙116がベルト133上に吸着保持される。なお、吸引吸着方式に代えて、静電吸着方式を採用してもよい。
ベルト133が巻かれているローラ131、132の少なくとも一方にモータ(図284中符号188)の動力が伝達されることにより、ベルト133は図22上の時計回り方向に駆動され、ベルト133上に保持された記録紙116は図22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133上にもインクが付着するので、ベルト133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136が設けられている。ベルト清掃部136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、吸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、或いはこれらの組合せなどがある。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線速度を変えると清掃効果が大きい。
なお、ベルト搬送部122に代えて、ローラ・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・ニップ搬送すると、印字直後に用紙の印字面をローラ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。
ベルト搬送部122により形成される用紙搬送路上において印字部112の上流側には、加熱ファン140が設けられている。加熱ファン140は、印字前の記録紙116に加熱空気を吹き付け、記録紙116を加熱する。印字直前に記録紙116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112の各ヘッド112K,112C,112M,112Yは、当該インクジェット記録装置110が対象とする記録紙116の最大紙幅に対応する長さを有し、そのノズル面には最大サイズの記録媒体の少なくとも一辺を超える長さ(描画可能範囲の全幅)にわたりインク吐出用のノズルが複数配列されたフルライン型のヘッドとなっている(図23参照)。
ヘッド112K,112C,112M,112Yは、記録紙116の送り方向に沿って上流側から黒(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の色順に配置され、それぞれのヘッド112K,112C,112M,112Yが記録紙116の搬送方向と略直交する方向に沿って延在するように固定設置される。
ベルト搬送部122により記録紙116を搬送しつつ各ヘッド112K,112C,112M,112Yからそれぞれ異色のインクを吐出することにより記録紙116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ノズル列を有するフルライン型のヘッド112K,112C,112M,112Yを色別に設ける構成によれば、紙送り方向(副走査方向)について記録紙116と印字部112を相対的に移動させる動作を1回行うだけで(すなわち1回の副走査で)、記録紙116の全面に画像を記録することができる(このような記録方式をシングルパス方式という。)。これにより、記録ヘッドが紙搬送方向と直交する方向に往復動作するシャトル(シリアル)スキャン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。
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合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、特別色インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタなどのライト系インクを吐出するインクジェットヘッドを追加する構成も可能である。また、各色ヘッドの配置順序も特に限定はない。
図22に示した印字検出部124は、印字部112の打滴結果を撮像するためのイメージセンサ(ラインセンサ又はエリアセンサ)を含み、該イメージセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まりや着弾位置誤差などの吐出特性をチェックする手段として機能する。各色のヘッド112K,112C,112M,112Yにより印字されたテストパターン又は実技画像が印字検出部124により読み取られ、各ヘッドの吐出判定が行われる。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124の後段には後乾燥部142が設けられている。後乾燥部142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。
多孔質のペーパーに染料系インクで印字した場合などでは、加圧によりペーパー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142の後段には、加熱・加圧部144が設けられている。加熱・加圧部144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145で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。
こうして生成されたプリント物は排紙部126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110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126A、126Bへと送るために排紙経路を切り換える不図示の選別手段が設けられている。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)148によってテスト印字の部分を切り離す。また、図22には示さないが、本画像の排出部126Aには、オーダー別に画像を集積するソーターが設けられる。
〔ヘッドの構造〕
次に、ヘッドの構造について説明する。色別の各ヘッド112K,112C,112M,112Yの構造は共通しているので、以下、これらを代表して符号150によってヘッドを示すものとする。
図23(A) はヘッド150の構造例を示す平面透視図であり、図23(B) はその一部の拡大図である。また、図24はヘッド150の他の構造例を示す平面透視図、図25は記録素子単位となる1チャネル分の液滴吐出素子(1つのノズル151に対応したインク室ユニット)の立体的構成を示す断面図(図23中のA−A線に沿う断面図)である。
記録紙116上に印字されるドットピッチを高密度化するためには、ヘッド150におけるノズルピッチを高密度化する必要がある。本例のヘッド150は、図23に示したように、インク吐出口であるノズル151と、各ノズル151に対応する圧力室152等からなる複数のインク室ユニット(液滴吐出素子)153を千鳥でマトリクス状に(2次元的に)配置させた構造を有し、これにより、ヘッド長手方向(紙送り方向と直交する方向)に沿って並ぶように投影(正射影)される実質的なノズル間隔(投影ノズルピッチ)の高密度化を達成している。
記録紙116の送り方向(矢印S方向;副走査方向)と略直交する方向(矢印M方向;主走査方向)に記録紙116の全幅Wmに対応する長さ以上のノズル列を構成する形態は
本例に限定されない。例えば、図23(A) の構成に代えて、図24に示すように、複数のノズル151が2次元に配列された短尺のヘッドモジュール150’を千鳥状に配列して繋ぎ合わせることで記録紙116の全幅に対応する長さのノズル列を有するラインヘッドを構成してもよい。
各ノズル151に対応して設けられている圧力室152は、その平面形状が概略正方形となっており(図23(A)、(B) 参照)、対角線上の両隅部の一方にノズル151への流出口が設けられ、他方に供給インクの流入口(供給口)154が設けられている。なお、圧力室152の形状は、本例に限定されず、平面形状が四角形(菱形、長方形など)、五角形、六角形その他の多角形、円形、楕円形など、多様な形態があり得る。
図25に示したように、ヘッド150は、ノズルプレート10、流路板60、及び振動板156等を積層接合した構造から成る。
本例のノズルプレート10は、既述した製造方法を用いて吐出側表面に凸部(図25において図示せず、図1の符号30参照)と撥液膜が形成されたものである。このノズルプレート10は、ヘッド150のノズル面(インク吐出面)150Aを構成し、各圧力室152にそれぞれ連通する複数のノズル151が2次元的に形成されている。
流路板60は、圧力室152の側壁部を構成するとともに、共通流路155から圧力室152にインクを導く個別供給路の絞り部(最狭窄部)としての供給口154を形成する流路形成部材である。なお、説明の便宜上、図25では簡略的に表示しているが、流路板60は一枚又は複数の基板を積層した構造である。
振動板156は、圧力室152の一壁面(図25の上面)を構成するとともに、ステンレス鋼(SUS)やニッケル(Ni)導電層付きのシリコン(Si)などの導電性材料から成り、各圧力室152に対応して配置される複数のアクチュエータ(ここでは、圧電素子)158の共通電極を兼ねる。なお、樹脂などの非導電性材料によって振動板を形成する態様も可能であり、この場合は、振動板部材の表面に金属などの導電材料による共通電極層が形成される。
振動板156の圧力室152側と反対側(図25において上側)の面には、各圧力室152に対応する位置に圧電体159が設けられており、該圧電体159の上面(共通電極を兼ねる振動板156に接する面と反対側の面)に個別電極157が形成されている。この個別電極157と、これに対向する共通電極(本例では振動板156が兼ねる)と、これら電極間に挟まれるように介在する圧電体159とによりアクチュエータ158として機能する圧電素子が構成される。圧電体159には、チタン酸ジルコン酸鉛やチタン酸バリウムなどの圧電材料が好適に用いられる。
各圧力室152は供給口154を介して共通流路155と連通されている。共通流路155はインク供給源たるインクタンク(不図示)と連通しており、インクタンクから供給されるインクは共通流路155を介して各圧力室152に分配供給される。
アクチュエータ158の個別電極157と共通電極間に駆動電圧を印加することによってアクチュエータ158が変形して圧力室152の容積が変化し、これに伴う圧力変化によりノズル151からインクが吐出される。インク吐出後、アクチュエータ158の変位が元に戻る際に、共通流路155から供給口154を通って新しいインクが圧力室152に再充填される。
上述した構造を有するインク室ユニット153を図26に示す如く主走査方向に沿う行方向及び主走査方向に対して直交しない一定の角度ψを有する斜めの列方向とに沿って一定の配列パターンで格子状に多数配列させることにより、本例の高密度ノズルヘッドが実現されている。
すなわち、主走査方向に対してある角度ψの方向に沿ってインク室ユニット153を一定のピッチdで複数配列する構造により、主走査方向に並ぶように投影されたノズルのピッチPはd× cosψとなり、主走査方向については、実質的に各ノズル151が一定のピッチPで直線状に配列されたものと等価的に取り扱うことができる。このような構成により、主走査方向に並ぶように投影されるノズル列が1インチ当たり2400個(2400ノズル/インチ)におよぶ高密度のノズル構成を実現することが可能になる。
なお、印字可能幅の全幅に対応した長さの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には、(1)全ノズルを同時に駆動する、(2)ノズルを片方から他方に向かって順次駆動する、(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等が行われ、用紙の幅方向(用紙の搬送方向と直交する方向)に1ライン(1列のドットによるライン又は複数列のドットから成るライン)を印字するようなノズルの駆動を主走査と定義する。
特に、図26に示すようなマトリクス状に配置されたノズル151を駆動する場合は、上記(3)のような主走査が好ましい。すなわち、ノズル151-11 、151-12 、151-13、151-14 、151-15 、151-16を1つのブロックとし(他にはノズル151-21 、…、151-26を1つのブロック、ノズル151-31 、…、151-36を1つのブロック、…として)、記録紙116の搬送速度に応じてノズル151-11 、151-12 、…、151-16を順次駆動することで記録紙116の幅方向に1ラインを印字する。
一方、上述したフルラインヘッドと用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(1列のドットによるライン又は複数列のドットから成るライン)の印字を繰り返し行うことを副走査と定義する。
そして、上述の主走査によって記録される1ライン(或いは帯状領域の長手方向)の示す方向を主走査方向といい、上述の副走査を行う方向を副走査方向という。すなわち、本実施形態では、記録紙116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。
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の変形によってインク滴を飛ばす方式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、ピエゾジェット方式に代えて、ヒータなど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など、各種方式を適用できる。
〔インク供給系の構成〕
図27はインクジェット記録装置110におけるインク供給系の構成を示した概要図である。インクタンク160はヘッド150にインクを供給する基タンクであり、図22で説明したインク貯蔵/装填部114に設置される。すなわち、図27のインクタンク160は、図22のインク貯蔵/装填部114と等価のものである。インクタンク160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変える場合には、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、インク種類に応じた吐出制御を行うことが好ましい。
図27に示したように、インクタンク160とヘッド150の中間には、異物や気泡を除去するためにフィルタ162が設けられている。フィルタ・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とすることが好ましい。図27には示さないが、ヘッド150の近傍又はヘッド150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110には、ノズル151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164と、ノズル面150Aの清掃手段としてのクリーニングワイパ166とが設けられている。これらキャップ164及びクリーニングワイパ166を含むメンテナンスユニット(回復手段)は、不図示の移動機構によってヘッド150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ヘッド150下方のメンテナンス位置に移動される。
キャップ164は、図示せぬ昇降機構によってヘッド150に対して相対的に昇降変位される。電源OFF時や印刷待機時にキャップ164を所定の上昇位置まで上昇させ、ヘッド150に密着させることにより、ノズル面150Aをキャップ164で覆う。
クリーニングワイパ166は、ゴムなどの弾性部材で構成されており、図示せぬワイパ移動機構によりヘッド150のノズル面150A(ノズルプレート表面)に摺動可能である。ノズルプレート表面にインク液滴又は異物が付着した場合、クリーニングワイパ166をノズルプレートに摺動させることでノズル面を拭き取る。
印字中又は待機中において、特定のノズルの使用頻度が低くなり、ノズル近傍のインク粘度が上昇した場合、その劣化インクを排出すべくキャップ164(インク受けとして兼用)に向かって予備吐出(空打ち)が行われる。
ヘッド150は、ある時間以上吐出しない状態が続くと、ノズル近傍のインク溶媒が蒸発してノズル近傍のインクの粘度が高くなってしまい、吐出駆動用のアクチュエータ158が動作してもノズル151からインクを吐出できなくなる。したがって、この様な状態になる手前で(アクチュエータ158の動作によってインク吐出が可能な粘度の範囲内で)、アクチュエータ158を動作させ、粘度上昇したノズル近傍のインクを吐出させる「予備吐出」が行われる。
また、ノズル面150Aの清掃手段として設けられているクリーニングワイパ166等のワイパによってノズルプレート表面の汚れを清掃した後に、このワイパ摺擦動作によってノズル151内に異物が混入するのを防止するためにも予備吐出が行われる。
その一方で、ノズル151や圧力室152に気泡が混入したり、ノズル151内のインクの粘度上昇があるレベルを超えたりすると、上記空打ちではインクを吐出できなくなる。このような場合、ヘッド150のノズル面150Aに吸引手段たるキャップ164を当接させて、吸引ポンプ167で圧力室152内のインク(気泡が混入したインク又は増粘インク)を吸引する。かかる吸引動作によって吸引除去されたインクは回収タンク168へ送られる。回収タンク168に集められたインクは、再利用してもよいし、再利用不能な場合は廃棄してもよい。
上記の吸引動作は、圧力室152内のインク全体に対して行われるためインク消費量が大きいため、粘度上昇が少ない場合はなるべく予備吐出による回復を行うことが好ましい。なお、上記の吸引動作は、ヘッド150へのインク初期装填時、或いは長時間の停止後の使用開始時にも行われる。
〔制御系の説明〕
図28は、インクジェット記録装置110のシステム構成を示すブロック図である。同図に示したように、インクジェット記録装置110は、通信インターフェース170、システムコントローラ172、画像メモリ174、ROM175、モータドライバ176、ヒータドライバ178、プリント制御部180、画像バッファメモリ182、ヘッドドライバ184等を備えている。
通信インターフェース170は、ホストコンピュータ186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(画像入力手段)である。通信インターフェース170にはUSB(Universal Serial Bus)、IEEE1394、イーサネット(登録商標)、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(不図示)を搭載してもよい。
ホストコンピュータ186から送出された画像データは通信インターフェース170を介してインクジェット記録装置110に取り込まれ、一旦画像メモリ174に記憶される。画像メモリ174は、通信インターフェース170を介して入力された画像を格納する記憶手段であり、システムコントローラ172を通じてデータの読み書きが行われる。画像メモリ174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磁気媒体を用いてもよい。
システムコントローラ172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、所定のプログラムに従ってインクジェット記録装置110の全体を制御する制御装置として機能するとともに、各種演算を行う演算装置として機能する。すなわち、システムコントローラ172は、通信インターフェース170、画像メモリ174、モータドライバ176、ヒータドライバ178等の各部を制御し、ホストコンピュータ186との間の通信制御、画像メモリ174及びROM175の読み書き制御等を行うとともに、搬送系のモータ188やヒータ189を制御する制御信号を生成する。
ROM175には、システムコントローラ172のCPUが実行するプログラム及び制御に必要な各種データ(画像形成用の吐出波形、空打ち用の吐出波形のデータを含む)などが格納されている。ROM175は、書換不能な記憶手段であってもよいし、EEPROMのような書換可能な記憶手段であってもよい。本例のROM175は書換可能なEEPROMで構成され、各色ヘッドのヘッド別の稼動履歴情報やノズルごとの吐出履歴情報を記憶する履歴情報記憶手段として兼用される。
画像メモリ174は、画像データの一時記憶領域として利用されるとともに、プログラムの展開領域及びCPUの演算作業領域としても利用される。
モータドライバ176は、システムコントローラ172からの指示に従って搬送系のモータ188を駆動するドライバ(駆動回路)である。ヒータドライバ178は、システムコントローラ172からの指示に従って後乾燥部142等のヒータ189を駆動するドライバである。
プリント制御部180は、システムコントローラ172の制御に従い、画像メモリ174内の画像データ(元画像のデータ) 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、生成した印字データ(ドットデータ)をヘッドドライバ184に供給する制御部である。
本例のプリント制御部180は、ROM175に記憶されている画像形成用の吐出波形と空打ち用の吐出波形、及び描画用の画像データとを組み合わせて、各ヘッドの駆動制御信号を生成する。例えば、描画すべき画像の画像形成波形データにおける画像間の余白部分に空打ちのデータを挿入する。或いは、形成画像に影響を与えないような一定の規則で、描画すべき画像の画像形成波形データの中に、空打ちのデータを分散させて挿入する。
プリント制御部180には画像バッファメモリ182が備えられており、プリント制御部180における画像データ処理時に画像データやパラメータなどのデータが画像バッファメモリ182に一時的に格納される。なお、図28において画像バッファメモリ182はプリント制御部180に付随する態様で示されているが、画像メモリ174と兼用することも可能である。また、プリント制御部180とシステムコントローラ172とを統合して1つのプロセッサで構成する態様も可能である。
画像入力から印字出力までの処理の流れを概説すると、印刷すべき画像のデータは、通信インターフェース170を介して外部から入力され、画像メモリ174に蓄えられる。この段階では、例えば、RGBの画像データが画像メモリ174に記憶される。
インクジェット記録装置110では、インク(色材) による微細なドットの打滴密度やドットサイズを変えることによって、人の目に疑似的な連続階調の画像を形成するため、入力されたデジタル画像の階調(画像の濃淡)をできるだけ忠実に再現するようなドットパターンに変換する必要がある。そのため、画像メモリ174に蓄えられた元画像(RGB)のデータは、システムコントローラ172を介してプリント制御部180に送られ、該プリント制御部180において閾値マトリクスや誤差拡散などを用いたハーフトーン化処理によってインク色ごとのドットデータに変換される。
すなわち、プリント制御部180は、入力されたRGB画像データをK,C,M,Yの4色のドットデータに変換する処理を行う。こうして、プリント制御部180で生成されたドットデータは、画像バッファメモリ182に蓄えられる。
ヘッドドライバ184は、プリント制御部180から与えられる印字データ(すなわち、画像バッファメモリ182に記憶されたドットデータ)に基づき、ヘッド150の各ノズル151に対応するアクチュエータ158を駆動するための駆動信号を出力する。ヘッドドライバ184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。
ヘッドドライバ184から出力された駆動信号がヘッド150に加えられることによって、該当するノズル151からインクが吐出される。記録紙116の搬送速度に同期してヘッド150からのインク吐出を制御することにより、記録紙116上に画像が形成される。
上記のように、プリント制御部180における所要の信号処理を経て生成されたドットデータに基づき、ヘッドドライバ184を介して各ノズルから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。
印字検出部124は、図22で説明したように、イメージセンサを含むブロックであり、記録紙116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、光学濃度など)を検出し、その検出結果をプリント制御部180及びシステムコントローラ172に提供する。
プリント制御部180は、必要に応じて印字検出部124から得られる情報に基づいてヘッド150に対する各種補正を行うとともに、必要に応じて予備吐出や吸引、ワイピング等のクリーニング動作(ノズル回復動作)を実施する制御を行う。
例えば、印字検出部124により、ヘッド150の吐出不良が検出されたときに、予備吐出を自動で行うように制御する。或いはまた、印字検出部124により、ヘッド150の吐出不良が検出されたときに、当該吐出不良が検出されたヘッド(112C、112M、112Y、112K)、又は、そのヘッドにおける吐出不良のあるノズル列、若しくは、吐出不良のノズルのみについて、予備吐出を自動で行うように制御する態様も可能である。
上記実施形態では、記録紙116などの記録媒体に直接インク滴を打滴して画像を形成する方式(直接記録方式)のインクジェット記録装置を説明したが、本発明の適用範囲はこれに限定されない。
〔インクジェット記録装置の構成例2〕
図29はインクジェット記録装置の他の構成例を示す要部構成図である。図29に示すインクジェット記録装置210の形態は、直接記録媒体に画像形成を行うのではなく、一旦、中間転写体212上に画像(一次画像)を形成し、その画像を転写部214において記録紙116に対して転写することで最終的な画像形成を行う画像形成装置である。図29中、図22と同一又は類似する要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
図29に示すインクジェット記録装置210においては、中間転写体212として無端状のベルト部材が用いられている。中間転写体212は、非浸透媒体(例えば、ポリイミドフィルム、ウレタンゴム、シリコンゴムなど)で構成される。中間転写体212の表面側(インクが付与される側)の層のみが非浸透媒体で構成されていてもよい。
図29において、中間転写体212は、3つのローラ216、218、220の外側に巻き掛けられた構造となっている。第1ローラ216は駆動モータ(不図示)の動力が伝達される駆動ローラであり、他のローラ(第2ローラ218及び第3ローラ220)は中間転写体212の移動に応じて回転を行う従動ローラである。駆動モータの駆動により第1ローラ216が回転すると、その回転に応じて中間転写体212は図190において反時計回りの方向(以下、「転写体回転方向」という。)に回転する。
第1ローラ216及び第2ローラ218間における中間転写体212の表面(外周面)に対向する位置には、黒(K)、シアン(C)、マゼンダ(M)、イエロー(Y)の各色に対応した複数のヘッド112K、112C、112M、112Yが転写体回転方向上流側から順番に配置される。また、これら色インク用のヘッド群の上流側には、インク色材の凝集又は硬化を促進するための処理液(インクの流動性を低下させる「液状材料」に相当)を吐出するための処理液用吐出ヘッド211(「処理材吐出ヘッド」に相当)が配置される。
この処理液用吐出ヘッド211もインク用のヘッド112K、112C、112M、112Yと同様の構成から成るフルライン型のラインヘッドであり、ヘッド(112K、112C、112M、112Y、211)を中間転写体212の幅方向に移動させることなく、転写体回転方向に中間転写体212とヘッド(112K、112C、112M、112Y、211)を相対的に移動させる動作を1回行うだけで中間転写体212の全面に画像を記録でき、記録速度を向上させることができる。
処理液は、描画すべき画像内容に応じて必要量が制御されて打滴される。空打ちによる打滴位置に限定して処理液を付与してもよい。
中間転写体212を挟んで各ヘッド(112K、112C、112M、112Y、211)に対向する位置には、中間転写体212の支持部材としてプラテン224が配置される。プラテン224によって中間転写体212の表面のうち少なくとも各ヘッド(112K、112C、112M、112Y、211)に対向する位置の平面性が保たれた状態で、各ヘッドから吐出が行われる。
イエローのヘッド112Yより転写体回転方向下流側には、溶媒除去ローラ250が中間転写体212の表面に接触するように配置される。この溶媒除去ローラ250は、中間転写体212上に付与されたインクの溶媒に接触することによって余剰溶媒を回収する溶媒除去手段である。当該溶媒除去ローラ250は、例えば、多孔質部材により構成され、中間転写体212上から液を吸収除去する。
本例の溶媒除去ローラ250は、中間転写体212上に空打ちされた液滴を除去する吸引手段として兼用される。多孔質部材の毛細管力による吸い込みに限らず、ポンプ等を利用した吸気による吸収除去を行う吸引機構を採用しても良い。
なお、図示の例では、インク用のヘッド群の最下流側に1つの溶媒除去ローラ250が設けられているが、各色ヘッド(112K、112C、112M、112Y)の下流側にそれぞれ溶媒除去ローラ250を配置する態様もある。本態様は、各ヘッドから付与されるインクの溶媒量が多い場合に特に好適であり、余剰溶媒を確実に回収することができる。
溶媒除去ローラ250より転写体回転方向下流側には、中間転写体212から記録紙116に対して画像の転写が行われる転写部214が配置される。転写部214には中間転写体212を挟んで第3ローラ220に対向する位置にニップローラ228が設けられ、記録紙116の裏面側(記録面とは反対側)からニップローラ228により所定のニップ圧が加えられる。
こうして、転写部214を通して記録紙116上に画像(二次画像)が転写形成され、生成されたプリント物(画像が形成された記録紙116)は、不図示のプリント排出部から排出される。
図29に例示したように、中間転写方式のインクジェット記録装置についても本発明を適用することができる。
〔変形例1〕
図29の実施形態では、処理液を先に打滴し、その後、インクを打滴する構成を説明したが、処理液とインクの打滴順は本例に限定されず、先にインクを打滴し、その後に処理液を打滴する態様でもよく、或いは処理液とインクを同時に媒体上に付着させる態様などもあり得る。
〔変形例2〕
図29では、インク用のヘッド群の最上流に1つの処理液用吐出ヘッド211のみを配置した構成であるが、各色のヘッド112K,112M,112C,112Yの上流側(又は下流側)にそれぞれ処理液用の吐出ヘッドを配置する構成も可能である。かかる構成により、インクの色ごとに適切な処理液量の付与が可能である。
〔変形例3〕
図29ではインクジェット方式の吐出ヘッド(211)によって処理液を付与しているが、吐出ヘッドに代えて、グラビアローラ等の塗布ローラに代表される塗布手段(図示せず)によって処理液を付与する態様も可能である。
〔変形例4〕
図29の溶媒除去ローラ250に代えて、又はこれと組み合わせて、図示せぬ加熱手段及び/又は乾燥手段を設ける態様も可能である。
加熱手段、乾燥手段としては、赤外線、マイクロウエーブ、温風を発生させる装置(手段)や、発熱体を接触させる態様などを適用できる。
これらの加熱手段、乾燥手段は、中間転写体212上に空打ちされた液滴を乾燥させる手段として兼用される。
〔インクジェット記録装置の構成例3〕
図30はインクジェット記録装置の他の構成例を示す要部構成図である。図30中、図29と同一又は類似する要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。図30に示すインクジェット記録装置260は、紫外線硬化型インク(いわゆるUVインク)を用いる中間転写方式のインクジェット記録装置である。
このインクジェット記録装置260は、ヘッド群の後段に、紫外線光源262が配置されている。この紫外線光源262は、中間転写体212上に付着したインクに紫外線を照射してインクを硬化させるための手段として機能する。
各ヘッド112K,112M,112C,112Yから吐出されたインクが中間転写体212上に付着することによって、中間転写体212上に一次画像が形成される。この一次画像は、中間転写体212の移動とともに、紫外線光源262から紫外線の照射を受ける。
中間転写体212上のインクは紫外線によって重合硬化し、インク硬化物の状態で中間転写体212上に駆り固定される。
紫外線の照射量(エネルギー密度と照射時間)は、インクを硬化させるために必要なエネルギーを付与する観点から制御される。
紫外線光源262は、例えば、中間転写体212の幅方向に沿って複数の紫外線LED素子がライン状に並べられて配置され、これら紫外線LED素子列の下方に集光用のシリンドリカルレンズ、若しくはマイクロレンズアレイが配置された構造を有する。LEDに代えて、LD(レーザダイオード)を用いる構成も可能である。
紫外線LED素子群から発せられる光は、シリンドリカルレンズの作用によって紙送り方向に略直交する方向に沿って線状に集光され、中間転写体212上に照射される。シリンドリカルレンズに代えて、これと同様の集光パワーをもつ、光屈折面形状の非球面を1面以上有するレンズ群を用いることも可能である。
紫外線LED素子群を選択的に発光させたり、各素子の発光量を制御することより、紫外線の照射エリアについて所望の照射範囲及び光量(強度)分布を実現することができる。
インク打滴範囲及びインク量に応じて紫外線LED素子の発光位置及び発光量を適切に制御して必要最小限の発光を行うことにより、ヘッドへの悪影響(ノズル内インクの硬化など)を極力抑制する。
本例の紫外線光源262は、中間転写体212上に空打ちされた液滴を硬化させるエネルギー線照射手段として兼用される。
〔変形例5〕
なお、エネルギー線には、可視光や紫外線、X線を含む電磁波、電子線などが含まれ、エネルギー線硬化型インクの代表的な例としては、上記の紫外線硬化型インクの他、電子線硬化型インク(いわゆるEBインク)がある。
EBインクを用いる場合には、紫外線光源262に代えて、電子線照射装置(不図示)が配置される。すなわち、使用されるインク種に応じてエネルギー線照射手段の具体的構成が選択される。
〔変形例6〕
図29、図30に示した無端状ベルトによる中間転写体212に代えて、ドラム状の中間転写体(中間転写ドラム)を用いる態様も可能である。
〔変形例7〕
上記実施形態では、記録媒体の全幅に対応する長さのノズル列を有するページワイドのフルライン型ヘッドを用いたインクジェット記録装置を説明したが、本発明の適用範囲はこれに限定されず、シリアル型(シャトルスキャン型)ヘッドなど、短尺の記録ヘッドを移動させながら、複数回のヘッド走査により画像記録を行うインクジェット記録装置についても本発明を適用できる。
また、「画像形成装置」という用語の解釈においては、写真プリントやポスター印刷などのいわゆるグラフィック印刷の用途に限定されず、レジスト印刷装置、電子回路基板の配線描画装置、微細構造物形成装置など、画像として把握できるパターンを形成し得る工業用途の装置も包含する。
なお、本発明における液体吐出ヘッドの構成例として、被吐出媒体の全幅に対応する長さにわたって複数のノズルを配列させたフルライン型のヘッドを用いることができる。この場合、被吐出媒体の全幅に対応する長さに満たないノズル列を有する比較的短尺の記録ヘッドモジュールを複数個組合せ、これらを繋ぎ合わせることで全体として媒体の全幅に対応する長さのノズル列を構成する態様がある。
フルライン型のヘッドは、通常、被吐出媒体の送り方向(搬送方向)と直交する方向に沿って配置されるが、搬送方向と直交する方向に対して、ある所定の角度を持たせた斜め方向に沿ってヘッドを配置する態様もあり得る。
被吐出媒体と液体吐出ヘッドを相対的に移動させる搬送手段は、停止した(固定された)ヘッドに対して被吐出媒体を搬送する態様、停止した被吐出媒体に対してヘッドを移動させる態様、或いは、ヘッドと被吐出媒体の両方を移動させる態様の何れをも含む。
「被吐出媒体」は、液体吐出ヘッドのノズル(吐出口)から吐出される液滴の付着を受ける媒体であり、インクジェットプリンターにおける印字媒体、被画像形成媒体、被記録媒体、受像媒体、被吐出媒体、中間転写体、記録媒体の搬送ベルト等の搬送手段などが含まれる。媒体の形態や材質については、特に限定されず、連続用紙、カット紙、シール用紙、OHPシート等の樹脂シート、フイルム、布、配線パターン等が形成されるプリント基板、ゴムシート、金属シート、その他材質や形状を問わず、様々な媒体を含む。
インクジェットヘッドを用いてカラー画像を形成する場合は、複数色のインク(記録液)の色別に記録ヘッドを配置してもよいし、1つの印字ヘッドから複数色のインクを吐出可能な構成としてもよい。
(A)第1実施形態のノズルプレートの一例を示す平面図、(B)は図1(A)の1B―1B線に沿った断面図 第2実施形態のノズルプレートの一例を示す平面図 第3実施形態のノズルプレートの一例を示す平面図 第4実施形態のノズルプレートの第1の例を示す平面図 第4実施形態のノズルプレートの第2の例を示す平面図 第4実施形態のノズルプレートの第3の例を示す平面図 第4実施形態のノズルプレートの第4の例を示す平面図 第4実施形態のノズルプレートの第5の例を示す平面図 第4実施形態のノズルプレートの第6の例を示す平面図 第4実施形態のノズルプレートの第7の例を示す平面図 第4実施形態のノズルプレートの第8の例を示す平面図 第4実施形態のノズルプレートの第9の例を示す平面図 第5実施形態のノズルプレートの一例を示す平面図 第6実施形態のノズルプレートの一例を示す平面図 第6実施形態のノズルプレートの他の例を示す平面図 第7実施形態のノズルプレートの一例を示す平面図 第8実施形態のノズルプレートの一例を示す平面図 ノズルプレートの製造方法の説明に用いる工程図 図18の平面図 樹脂の上にさらに撥液膜を形成する例を示した説明図 撥液膜形成時にパターニングを行う例を示す工程図 本発明の一実施形態によるインクジェット記録装置の全体構成図 ヘッドの構造例を示す平面透視図 フルライン型ヘッドの他の構造例を示す平面透視図 図23中のA−A線に沿う断面図 図23に示したヘッドのノズル配列を示す拡大図 インク供給系の構成図 本実施形態に係る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 中間転写型インクジェット記録装置の構成例を示す要部構成図 中間転写型インクジェット記録装置の他の構成例を示す要部構成図
符号の説明
10…ノズルプレート、12…ノズル、14…撥液膜、30(30a〜30q)…凸部、110,210,260…インクジェット記録装置、112…印字部、112K,112C,112M,112Y…液体吐出ヘッド、114…インク貯蔵/装填部、116…記録紙、122…ベルト搬送部(搬送手段)、150…液体吐出ヘッド、151…ノズル、166…ワイパ、211…処理液吐出ヘッド

Claims (16)

  1. 液体を吐出する複数のノズルが形成されているノズルプレートであって、
    液体吐出側表面の前記ノズルの周辺には、破線状または島状で複数の凸部が形成されていることを特徴とするノズルプレート。
  2. 前記凸部は、当該ノズルプレートのワイピング方向に対して傾斜した形状で形成されていることを特徴とする請求項1に記載のノズルプレート。
  3. 前記凸部は、当該ノズルプレートのワイピング方向に対して平行な形状で形成されていることを特徴とする請求項1に記載のノズルプレート。
  4. 前記凸部は、当該ノズルプレートのワイピング方向に対して傾斜した第1の線と前記ワイピング方向に対して平行な第2の線とによって構成される格子形状から、前記第1の線と前記第2の線との交差部分を欠いた形状で形成されていることを特徴とする請求項1に記載のノズルプレート。
  5. 液体を吐出する複数のノズルが形成されているノズルプレートであって、
    液体吐出側表面の前記ノズルの周辺には、当該ノズルプレートのワイピング方向に対して傾斜した形状を有する凸部が形成されていることを特徴とするノズルプレート。
  6. 前記凸部は、前記ワイピング方向における前記ノズル間に配置されていることを特徴とする請求項2ないし5のうちいずれか1項に記載のノズルプレート。
  7. 前記凸部として、当該ノズルプレートのワイピング方向に対して一方の側方に傾斜した形状の第1の凸部と他方の側方に傾斜した形状の第2の凸部とが形成されていることを特徴とする請求項1に記載のノズルプレート。
  8. 前記第1の凸部および前記第2の凸部は、前記ワイピング方向において前記ノズル間に配置されているとともに交互に形成されていることを特徴とする請求項7に記載のノズルプレート。
  9. 前記ノズルが前記ワイピング方向に沿って複数列配列されており、互いに隣接するノズル列のうち一方のノズル列に前記第1の凸部が形成されて他方のノズル列に前記第2の凸部が形成され、前記第1の凸部および前記第2の凸部が各ノズル列において前記ノズル間に配置されていることを特徴とする請求項7に記載のノズルプレート。
  10. 前記ノズルは、前記ワイピング方向に沿って配列されており、前記凸部は、前記ノズル列の前記ノズル間と前記ノズル列の外側とに分布して配置されていることを特徴とする請求項2ないし9のうちいずれか1項に記載のノズルプレート。
  11. 前記凸部は、前記ワイピング方向に対して傾斜した第1の線と前記ワイピング方向に対して平行な第2の線とによって構成される格子形状で形成されていることを特徴とする請求項5に記載のノズルプレート。
  12. 前記凸部は、繰り返し折れ曲がりながら前記ノズル間を通る波線形状で形成されていることを特徴とする請求項5に記載のノズルプレート。
  13. 前記凸部は、硬化可能な樹脂材料で形成されていることを特徴とする請求項1ないし12のうちいずれか1項に記載のノズルプレート。
  14. 前記凸部は、表面に丸みを有する形状で形成されていることを特徴とする請求項1ないし13のうちいずれか1項に記載のノズルプレート。
  15. 請求項1ないし14のうちいずれか1項に記載のノズルプレートを備えたことを特徴とする液体吐出ヘッド。
  16. 請求項15に記載の液体吐出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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