JP2014043069A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高記録品位の記録が可能なインクジェット記録装置を提供すること。
【解決手段】インクを吐出した直後の吐出口をワイパがワイピングするように、吐出口からインクを吐出しながらワイピングを行なう。
【選択図】図７

Description

本発明は、インクなどの液体を吐出可能な液体吐出ヘッドを用いて画像を記録する液体吐出記録装置に関する。

液体吐出記録装置には、電気熱変換体（ヒータ）やピエゾ素子などを用いて、インクなどの液体を吐出可能な液体吐出ヘッドが用いられている。このような電気熱変換体を用いた液体吐出ヘッドは、産業用途への展開に伴い新たな問題が顕在化してきている。それは、液体吐出ヘッドの耐久性・寿命向上に伴う、記録安定性の確保である。液体吐出ヘッドのインクを吐出するノズルおよびその近傍は、均一な材料特性をもたせることが理想である。これはノズル近傍の濡れ性を一定にしてインクの吐出を安定させるためである。その１つとして液体吐出ヘッドのインクを吐出する吐出口を有する吐出口面を樹脂コーティングする方法がある。この方法は、複数の材料から構成されている吐出口面の場合に有効な方法であり、更にコーティングする樹脂に撥水機能を有する樹脂を選定することで、吐出口面に付着したインクを容易に取り除きやすくする性能を発揮する。本件では以下この樹脂を撥水剤と称する。

液体吐出ヘッドの特性上、長時間連続記録の途中では回復動作が必要となる。この回復動作によって、記録中に液体吐出ヘッドのノズルを有する面についたゴミによるインク不吐や、ミスト状になって付着したインクによるインク不吐やインク液滴の落下を防いでいる。この回復動作には、吐出口面をエアで吹いたり、インク吸収部材を接触させたり、ワイパによって吐出口面を払拭する等の動作がある。

特開２００３−１４５７８１号公報 特開２００３−３４１１０４号公報 特開２００６−６２１２７号公報

しかしワイパで払拭する場合のように、吐出口面に直接的に触れる回復動作の場合、回復動作の回数を重ねるごとに、吐出口面にコーティングされた撥水剤がインクとともに剥がれ落ちることがある。また吐出口面にインクが付着することで、長時間吐出口面とインクとが接触しているためインクが固着して通常の回復動作では取れにくくなり、吐出口面の均一な材料特性を保てなくなることで、記録が不安定化になり、記録物の品位低下につながっていた。

よって本発明は、高記録品位の記録が可能なインクジェット記録装置を提供することを目的とする。

そのため本発明のインクジェット記録装置は、液体吐出ヘッドに設けられた複数の吐出口からインクを吐出して記録を行なう記録手段と、前記液体吐出ヘッドの前記吐出口を備えた吐出口面を払拭することで、前記液体吐出ヘッドの吐出状態を回復させる回復手段と、前記液体吐出ヘッドによるインクの吐出を制御する制御手段と、を備えたインクジェット記録装置において、前記複数の吐出口は、前記回復手段が前記吐出口面を払拭する方向に並んで配置され、前記制御手段は、前記回復手段が前記吐出口面の払拭を開始する位置から最も近い吐出口から順番に、前記吐出口からインクを吐出させるように前記記録手段を制御し、前記記録手段によりインクを吐出させながら前記回復手段により前記吐出面を払拭させることを特徴とする。

本発明によればインクジェット記録装置の制御手段は、吐出口が回復手段によって払拭される直前にインクの吐出を行い、吐出口が回復手段によって払拭された後にインクの吐出を停止する。これによって、高記録品位の記録が可能なインクジェット記録装置を実現することができる。

（ａ）、（ｂ）は、液体吐出ヘッドの分解斜視図である。 フルラインタイプのインクジェット記録装置の概略正面図である。 液体吐出ヘッドにおけるノズル近傍部分の一部切欠き斜視図である。 （ａ）から（ｅ）はインクが吐出される様子を、順を追って示した断面図である。 液体吐出ヘッドの吐出口面Ｈにインクが付着した状態を示している。 （ａ）、（ｂ）は、吐出口面をワイパで拭いている状態を示した図である。 （ａ）、（ｂ）は、液体吐出ヘッドの吐出口面をワイパで拭いている状態を示した図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

図１（ａ）、（ｂ）は、本実施形態を適用可能な液体吐出ヘッド１１０の分解斜視図である。本実施形態の液体吐出ヘッド１１０は、インクジェット記録装置に用いられ、液体のインクを吐出するための液体吐出ヘッド１１０としての適用例である。吐出エレメント１１１は、後述する電気熱変換体（気泡発生素子）、共通液室、流路、吐出口などを備えており、電気配線基板が配置されたセラミックプレート１１２と接続されている。吐出エレメント１１１内の共通液室は、流路形成部材の内部に設けられた複数の流路に接続され、また流路形成部材のインク供給口には不図示のインクタンクからインクが供給される。複数のノズルは、吐出エレメント１１１の左右両側面部及び上面部を覆う流路形成部材２２０、流路、吐出口、電気熱変換体（気泡発生素子）などによって列状に形成されている。そして液体導入口１３０ａから共通液室内に供給されたインクは、不図示の制御部によって、それぞれのノズルの吐出口から吐出される。なおこの液体吐出ヘッド１１０は、個々のヒータに電流を供給するため、金属ワイヤによって制御基盤１１３と結合されると共に、液体吐出ヘッド１１０へインクを供給するためのユニット１５０が取り付けられる。

図２は、液体吐出ヘッド１１０を用いて画像を記録可能なフルラインタイプのインクジェット記録装置１２０の概略正面図である。記録装置１２０には、紙等の記録媒体Ｗを矢印Ｙ１の搬送方向に搬送するための搬送部１２１、その搬送部１２１に記録媒体を供給するための給送部１２２を備えられている。また本実施形態の記録装置１２０には６つの液体吐出ヘッド１１０が交換可能に装着され、対応するインクカートリッジ１２３からイエロー（Ｙ），淡マゼンタ（ＬＭ），マゼンタ（Ｍ），淡シアン（ＬＣ），シアン（Ｃ），ブラック（Ｋ）のインクが供給される。６つの液体吐出ヘッド１１０は、記録媒体Ｗの搬送方向にずれて配備され、また、それぞれの液体吐出ヘッド１１０におけるノズル列は、記録媒体Ｗの搬送方向に対して交差する方向（本実施形態においては、直交する方向）に延在する。

回復ユニット１２４は、液体吐出ヘッド１１０のインクの吐出状態を良好に維持するための回復処理を行う。その回復処理は、例えば画像の記録に寄与しないインクを吐出口から吸引排出または加圧排出させる処理や、画像の記録に寄与しないインクを吐出口から吐出させる処理（予備吐出）や、液体吐出ヘッド１１０の吐出口面（吐出口を備える面）のワイピング等を含む。パネル部１２５は、記録装置１２を操作可能なオペレーションパネルである。

図３は、液体吐出ヘッド１１０におけるノズル近傍部分の一部切欠き斜視図であり、図４は、液体吐出ヘッド１１０におけるノズル近傍部分の一部断面、吐出過程の説明図である。ヒータボード５０２には、インクを加熱発泡させるためのヒータ（電気熱変換体）１０１が複数配置されている。ヒータ１０１としては、チッ化タンタル等の抵抗体が用いられ、例えばその厚さは０．０１〜０．５μｍ、その抵抗値は、単位正方形当たり１０〜３００Ωである。ヒータ１０１には、通電のためのアルミニウム等の電極（図示せず）が接続されており、その電極の一方には、ヒータ１０１に対する通電を制御するためのスイッチングトランジスタ（不図示）が接続されている。スイッチトランジスタは、制御用のゲート素子等の回路からなるＩＣによって駆動制御され、記録装置からの信号に応じてヒータを制御する。

ヒータ１０１は、複数の流路１０２のそれぞれに形成されている。それぞれの流路１０２の一端は、対応する吐出口１０３に連通され、それぞれの流路１０２の他端は、共通液室１０９に連通されている。流路１０２は、ヒータボード５０２、ノズル壁１０６、厚さ５〜１０μｍ程度のノズル土手、および厚さ２μｍ程度の天板ノズルによって囲まれた管状を成している。本実施形態においてノズル壁５２０、天板ノズル１０８は、感光性エポキシ樹脂により形成されている。

この液体吐出ヘッド１１０の吐出口面Ｈは、感光性樹脂とシリコンとからなっている。吐出口面Ｈに対して撥水性をもつ樹脂、いわゆる撥水剤をコーティングする方法として、溶媒に撥水性のある樹脂を溶解して適度な濃度に調整し、この溶液を均一な凹凸をもったプラスチックシート上にのせる。そして液体吐出ヘッドの吐出口面Ｈをこのプラスチックシート上に押し当て、均一に塗布し、乾燥させて溶媒を蒸発させ、液体吐出ヘッド１１０の吐出口面Ｈに密着させる。撥水剤としては、シリコン、フッ素を含む樹脂で、例えばノベックＥＧＣ−１７２０、ＥＧＣ−２７０２（住友スリーエム製）、ＸＣ９８−Ｂ２４７２（ＧＥ東芝シリコーン製）及びＫＰ８０１Ｍ、Ｘ７１−１３０（信越化学工業製）、サイトップＣＴＸ−８００シリーズ（旭硝子製）が挙げられる。

フッ素を含む化合物が撥水性を示す理由は、立体的に水素についで小さな原子であり，電気陰性度が最も高く，炭素との結合力（Ｃ−Ｆ：１１６ｋｃａｌ／ｍｏｌ） が水素やフッ素原子以外のハロゲン原子 (Ｃ−Ｈ：９９．５ｋｃａｌ／ｍｏｌ； Ｃ−Ｃｌ：７８ｋｃａｌ／ｍｏｌ)に比べ強く，炭素−フッ素結合の結合距離（Ｃ−Ｆ＝１．３２Ａ）は炭素−塩素結合距離（Ｃ−Ｃｌ：１．７７Ａ）より短く、柔軟性がなく、分極率が低い等の性質に起因する。

図４（ａ）から（ｅ）は、ノズルからインクが吐出される様子を、順を追って示した断面図である。図４（ａ）は、ヒータ１０１が通電されず、流路１０２内のインクが加熱される前の状態である。吐出口１０３付近のインクはメニスカスを形成している。図４（ｂ）および図４（ｃ）は、ヒータ１０１が通電され、その発熱によりインクが加熱されることによって、インクの膜沸騰を伴って発泡Ｂが生じた状態である。このとき、気泡Ｂの発生に基づく圧力の伝播方向は、可動弁１０４が弁台座を支点として変位することにより、インクの吐出方向に導かれる。流路１０２内のインクは、発泡によって生じた圧力によって吐出口１０３から押し出され、気泡Ｂの成長に伴って図４（ｃ）のような液柱を形成する。図４（ｄ）、（ｅ）は、ヒータ１０１によるインクの加熱が終了して、気泡Ｂが収縮過程にある常体である吐出口１０３付近のインクは、気泡Ｂの収縮に伴って流路１０２に引き込まれる。液柱の先端部分には吐出方向への慣性力が働いているため、その液柱は、流路１０２内のインクから切り離される。その切り離された液柱は、インクの表面張力によって液滴Ｄｍを形成し、記録媒体に向かって飛翔し記録媒体に到達する。

図５は、液体吐出ヘッド１１０の吐出口面Ｈにインクが付着した状態を示している。図のように、吐出口の近傍の吐出口面にもインクは付着する。このような場合、吐出の過程で形成される液柱が、吐出口面に付着したインクと接触することがあり、接触すると液柱が付着したインクの方向に曲げられてしまうことがある。このような場合、吐出されたインクは所望の位置からずれた位置に着弾することになる。

図６（ａ）、（ｂ）は、従来の液体吐出ヘッドの吐出口面Ｈをワイパで拭いている状態を示した図であり（ａ）は払拭前、（ｂ）は払拭後を示した図である。なお、図６に示すように吐出口１８は、吐出口面Ｈに形成され、ワイパ１７の移動方向（ワイパ１７により払拭する方向）に並んで配置されている。吐出口面をワイパで払拭することにより、吐出口面に弱い力で付着したゴミＧ２は除去できるが、強固に付着したゴミＧ１は除去できず、払拭後の吐出口面にゴミＧ１は残存してしまう。このように残存したゴミＧ１は、記録の際に障害となってしまう。

図７（ａ）、（ｂ）は、本実施形態における液体吐出ヘッド１１０の吐出口面Ｈをワイパ１７で拭いている状態を示した図である。本実施形態では、吐出口面Ｈをワイピングするワイパ１７が到達する直前の吐出口１８からインクを吐出させ、ワイパ１７による吐出口１８の払拭が完了したら吐出を停止させるように、制御手段により液体吐出ヘッドの制御を行なう。つまり、ワイパ１７が吐出口面Ｈのワイピングを開始する位置から最も近い吐出口１８から順番に、吐出口からインクを吐出させる。これによって、吐出されたインクＭがワイパ１７に集まり、固着しかけたインクＧ２や、取れにくいゴミＧ１を、インクＭが含有する界面活性剤の効果によって溶解させて拭き取り易くする。このようにすることで、ワイパ１７と吐出口面Ｈとの強い摩擦を要することなく、吐出口面Ｈに付着したゴミＧ１、Ｇ２を効率的に除去することが可能となる。なお、ワイパ１７の拭き速度は１２０±３０ｍｍ／ｓｅｃ、進入量は１．０±０．５ｍｍが望ましく、本発明の効果を最大限に発揮することができる。

更に液体吐出ヘッド１１０の吐出口面Ｈをワイパ１７で拭く際に、角度θをつけて進入させることで、インクＭとともに除去された固着インクＧ２、ゴミＧ１を任意の方向に押し流すように排出することできる。また、吐出口面Ｈに対して角度θでワイパが進入することで、直角でワイパ１７が進入するよりも吐出口面Ｈに対して必要以上に大きな力をかけることなく効率的にインク、ゴミ等（Ｇ１，Ｇ２）の除去かでき、ワイパと吐出口面双方に対してダメージが少ない。

更にワイパによる吐出口面の払拭開始から終了までのインク吐出量について、ワイパ１７の拭き始め（払拭開始時）はパルス値およびインク吐出回数を増やして多くのインクを吐出させ、ワイパ１７の拭き終わり（払拭終了時）は、より少ないインクを吐出させる。これによって、拭き始めのドライに近い状態のヘッドの吐出口面Ｈへのダメージを低減できるとともにより効率的な異物除去が可能となる。

なお、本実施形態では吐出口面を払拭するワイパが１つの構成を説明したが、これに限定するものではなく、複数のワイパ（例えばワイパを複数枚直列に配置する構成）を備えていてもよい。

このように、インクを吐出した直後の吐出口をワイパがワイピングするように、吐出口からインクを吐出しながらワイピングを行なう。これによって、高記録品位の記録が可能なインクジェット記録装置を実現することができた。

１７ ワイパ
１０３ 吐出口
１１０ 液体吐出ヘッド
１２０ インクジェット記録装置
Ｈ 吐出口面
Ｍ インク

Claims (4)

1. 液体吐出ヘッドに設けられた複数の吐出口からインクを吐出して記録を行なう記録手段と、前記液体吐出ヘッドの前記吐出口を備えた吐出口面を払拭することで、前記液体吐出ヘッドの吐出状態を回復させる回復手段と、前記液体吐出ヘッドによるインクの吐出を制御する制御手段と、を備えたインクジェット記録装置において、
   前記複数の吐出口は、前記回復手段が前記吐出口面を払拭する方向に並んで配置され、
   前記制御手段は、前記回復手段が前記吐出口面の払拭を開始する位置から最も近い吐出口から順番に、前記吐出口からインクを吐出させるように前記記録手段を制御し、前記記録手段によりインクを吐出させながら前記回復手段により前記吐出面を払拭させることを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 前記回復手段は、ワイパを複数枚直列に並べた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. 前記液体吐出ヘッドは複数の前記吐出口を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインクジェット記録装置。
4. 前記回復手段が前記吐出口面の払拭開始時の前記吐出口からの前記インクの量よりも、前記回復手段が前記吐出口面の払拭終了時の前記吐出口からの前記インクの量が少ないことを特徴とする請求項３に記載のインクジェット記録装置。

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