JP2014117844A - 空吐出受けと画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化しても空吐出によるミストの外部飛散を最小限に抑えることができる空吐出受けを提供する。
【解決手段】記録ヘッドから吐出された液滴を収容する空吐出受けであって、液滴入り口から筐体内部へ延伸する壁面を備えた通路壁を有する吐出液滴導入通路と、前記吐出液滴導入通路の液滴進行方向の下流側の筐体内部に位置する斜面を有した誘導部片と、前記吐出液滴導入通路の通路壁の外周領域に形成され、筐体内部の天面と前記通路壁の自由端とにより上下域を画定されたミスト気流回流空間と、前記ミスト気流回流空間の側面に形成されたミスト回収口とを備えて構成され、前記ミスト回収口の上端が筐体内部の天面より下に、その下端が前記通路壁の下端より上に位置している。
【選択図】図２

Description

本発明は、画像形成装置に関し、詳細には、インクジェット式記録装置における記録ヘッドのインク滴（液滴）吐出口をフラッシングするに際して供される空吐出受けに関するものである。

プリンタ、ファクシミリ、複写装置、これらの機能を併せ持つ複合機等の画像形成装置として、例えばインク滴を吐出する記録ヘッドを備えたインクジェット式記録装置（液体吐出記録方式画像形成装置）が知られている。このような液体吐出方式画像形成装置において、記録ヘッドは、圧力発生室で加圧したインクをノズルから記録材（記録媒体、用紙ともいう）に吐出させて画像記録を行う。その関係上、ノズルからの溶媒の蒸発に起因するインク粘度の上昇や、インクの固化、塵埃の付着、更には気泡の混入などで吐出不良の状態となり、記録不良を起こすという問題を抱えている。そこで、記録ヘッドの吐出状態を正常に保つために、維持回復動作が必要である。維持回復動作には、キャップ部材により記録ヘッドのノズルを封止し、負圧でノズルからインクを吸引排出（ヘッド吸引）する吐出回復動作のほか、ヘッド吸引後のワイピングと空吐出とがある。ワイピングは、記録ヘッドのノズル面に付着しインク滴の飛翔状態を変化させる原因となる残留インクを払拭部材で拭き取る動作である。また、空吐出は、ワイピング後、ノズルのメニスカスを正常な状態に戻すために、画像形成に寄与しないインク滴を吐出する動作である。

空吐出を行うと、インク滴からは、比較的大粒でほぼ直線的に空吐出受けに到達する主滴の他に、主滴よりも小さな所謂サテライト滴やミストが生じる。ミストは主滴やサテライト滴と同じくインク滴に由来するものであるが、微細化して空気中を浮遊するものであって、主滴やサテライト滴と性状が大きく異なり、空吐出受けから漏れ出て、機内を汚染し、画像品質の劣化や装置の故障を招く原因となっている。

このような問題に対する従来の解決手段として、例えば特許文献１では、インク滴の吐出によって周囲空気を引きずることで発生した気流を空吐出受けのフィルタ付き開口壁側に誘導して、気流に乗ったミストをフィルタで回収することを提案している。これによって、外部へミストが飛散するのを防止する。しかしながら、特許文献１に開示の構成では、空吐出受けにフィルタ部を設けるためコスト高になり、またフィルタ目詰まりによる寿命があるため交換を要するといった問題もある。

ここで、インクジェット式記録装置には、記録ヘッドが主走査方向に移動しながらインク滴を吐出して画像を形成するシリアル型画像形成装置と、ライン状に並べられた記録ヘッドが移動しない状態でインク滴を吐出するライン型ヘッドを用いるライン型画像形成装置がある。シリアル型の記録装置では、ヘッド数も少なく、全体として空吐出回数も少ないが、ライン型の記録装置、特に大型機になると、マシン寿命までの空吐出回数も多く、交換頻度が増大してしまう。そのため、ライン型において空吐出受けの小型化を狙うと、寿命がすぐにきてしまう。

また、特許文献１の構成において、気流を壁側に誘導しても、全ての気流が壁側に行くわけでなく、上昇して、空吐受けの開口部から流出するものもあり、そのような気流に沿って、ミストも開口部から流出する。特に空吐出受けが小型化した場合、空吐出受けの内部が圧力上昇し易く、直ぐに上昇気流が発生して、より多くのミストが開口部から外部へ飛散し易くなる。一般に、記録ヘッドの短手方向では、２列のノズル列が並んでいるだけなので、空吐出による下降気流の影響が強く、ミストは飛散し難い。一方、記録ヘッドの長手方向では、多数のノズルのうち、端のノズルの空吐出による下降気流の影響だけとなり、短手方向に比べてミストが飛散し易い。したがって、特許文献１の構成において、気流をヘッド長手方向の外側へ誘導する場合、フィルタに付着しないミストはそのまま上昇気流に乗って、ヘッド長手方向の開口部の端から流出し、その量も多めである。

本発明の課題は、小型化しても空吐出によるミストの外部飛散を最小限に抑えることができる空吐出受けを提供することである。

上記課題は、記録ヘッドから吐出された液滴を収容する空吐出受けであって、液滴入り口から液滴進行方向に沿って筐体内部へ延伸する壁面を備えた通路壁を有する吐出液滴導入通路と、前記吐出液滴導入通路の液滴進行方向の下流側の筐体内部に位置する斜面を有した誘導部片と、前記吐出液滴導入通路の通路壁の外周領域に形成され、筐体内部の天面と前記通路壁の自由端とにより上下域を画定されたミスト気流回流空間と、前記ミスト気流回流空間の側面に形成されたミスト回収口とを備えて構成され、前記ミスト回収口の上端が筐体内部の天面より下に、その下端が前記通路壁の下端より上に位置していることにより、解決される。

空吐出された液滴によって発生する下降気流は、空吐出受けの筐体の内表面にぶつかって、液滴に由来したミストを伴って筐体内部全体に渦巻状に拡散しながらエネルギー減衰する。本発明によれば、その際、エネルギー減衰空間としてのミスト気流回流空間において、気流エネルギーを効率良く減衰させるとともに、そのエネルギーを最大限利用して、ミストの外部飛散を抑制してミスト回収口を介してミストを回収することができる。そして、空吐出により発生した気流よりも大きな流量を伴う吸引手段や大容量収容室を必要としないで済む。

本発明の一例に係るインクジェット式記録装置全体の概略構成図である。 本発明の一例に係る空吐出受けの概略断面図である。 ミスト回流口の取り付け位置の違いによるミスト気流の外部漏出を確認するシミュレーション結果の図であり、ａがミスト回収口を下寄りにしたものであり、ｂが本発明の構成にかかるものである。 回収液滴のポンプ吸引を説明する概念図である。 図４の断面線Ｘ−Ｘの断面図である。 図４の断面線Ｙ−Ｙの断面図である。

本発明の一例を以下に説明する。図１において、給紙トレイ１０１に積載された用紙１００は、給紙コロ１０２によって、点線で示された搬送経路に搬送される。搬送経路に搬送された用紙１００は、タイミング合わせ兼スキュー補正ローラ（所謂レジストローラ）対１０３を経由して、ベルト搬送ユニット１０４へ搬送される。

ベルト搬送ユニット１０４は、所定のタイミングにて駆動される搬送ローラ１０５とテンションローラ１０６とこれらローラに巻回されている無端状搬送ベルト１０７によって構成されている。ベルト搬送ユニット１０４で用紙１００を保持するには、静電吸着や空気吸引による吸着等による手段や、その他の公知の手段を用いることができる。用紙１００は、ベルト搬送ユニット１０４に搬送されて、記録ヘッドユニット１０８下を通過して、画像が形成される。

記録ヘッドユニット１０８で画像形成された用紙１００上には、画像を構成する未乾燥インクが付着している。この未乾燥インクを乾燥するために、図示はしないが、デカーラユニット１０９までの間に、ヒータや温風などの乾燥機構を設けることもできる。記録ヘッドユニット１０８にて画像形成後、用紙１００はデカーラユニット１０９に搬送されて、デカールされる。デカーラユニット１０９を通過した用紙１００は、そのまま排紙の場合、分離爪１１０によって、搬送経路１１１を経て、排紙ローラ１１２へ搬送されて排紙される。反転排紙もしくは裏面印字する場合は、図示の位置から反時計回りに切り替えられた分離爪１１０から、搬送経路１１３を通過し、ガイド部材１１４を経て、叩きコロ１１５に送られる。叩きコロ１１５に送られた用紙１００は、回転方向を切り替えた叩きコロ１１５によって、逆向きに搬送され、そのまま反転排紙の場合は、第２分離爪１１６を経て、搬送経路１１７を通過して、排紙ローラ１１２へ送られて排紙される。裏面印字する場合は、叩きコロ１１５によって逆向き搬送された用紙は、図示の位置から反時計回りに切り替えられた第２分離爪１１６と両面反転ローラ１１８の間を経て、搬送経路１１９を通過して、レジストローラ対１０３へ送られる。

記録ヘッドユニット１０８は、インク滴を吐出する複数のノズルを用紙幅相当分の長さに配列したノズル列を有するライン型液体吐出ヘッドから構成されている。記録ヘッドユニット１０８は、イエロー（Ｙ）とマゼンタ（Ｍ）のための記録ヘッド１０８my、シアン（Ｃ）とブラック（Ｋ）のための記録ヘッド１０８kcをそれぞれ備えている。記録ヘッドユニット１０８は、各ヘッドが奇数列と偶数列に千鳥配列されている。なお、シリアル型画像形成装置として記録ヘッドをキャリッジに搭載する構成とすることも可能である。

また、記録ヘッドユニット１０８の性能を維持回復するため、維持回復ユニット２００が備えられている。維持回復ユニット２００は、記録ヘッドユニット１０８のインクを吸引するキャップ２０１、吸引した際にヘッドに付着したインクを払拭するワイパー２０２、並びに空吐出のインクを収容する空吐出受け３００を備えている。維持回復をする際に、記録ヘッドユニット１０８が上昇し、維持回復ユニット２００が各記録ヘッドの下まで移動して、維持回復動作が行われる。また、維持回復ユニット２００のキャップ２０１は、待機時には、記録ヘッド１０８kcの湿度を保つ保湿キャップも担っており、一方、記録ヘッド１０８myは、別の保湿キャップユニット２０３によって湿度が保たれる。非印刷時には、記録ヘッドユニット１０８が上昇して、維持回復ユニット２００と保湿キャップユニット２０３は各記録ヘッドの下まで移動して、保湿キャッピングを行う。

図２は本発明の一実施形態に係る空吐出受けの概略を、記録ヘッドの短手方向（長手方向に直交する方向）を紙面に合わせて示した断面図である。液滴たるインク滴３０１が記録ヘッドのノズル板１０８ａのノズル孔１０８ｂから下向きに吐出される。インク滴３０１は、気流３０２を発生させながら、筐体表面の液滴入り口３０３と該入り口から液滴進行方向に沿って空吐出受け３００の筐体内部へ延伸する壁面を有する通路壁３０４とで画定される吐出液滴導入通路３０５を通過する。通路壁３０４の内側壁面は液滴進行方向に沿って延伸するが、厳密に液滴進行方向に平行でなくともよく、液滴の進行を妨げないように延伸している。インク滴３０１は空吐出の際に、主滴、サテライト滴、ミストに分かれる。主滴やサテライト滴は、吐出液滴導入通路３０５の液滴進行方向の下流側、即ち、下方に位置する誘導部片３０６の着弾斜面３０７に衝突し、しかる後に空吐出受け３００内部のインク溜り部３０９に流れ落ちる。一方、ミストは気流３０２に引っ張られて、誘導部片３０６の着弾斜面３０７に誘導され、空吐出受け３００内部にある液滴収容室３１０に入る。ミストを含んだ気流は、液滴収容室３１０において渦巻き状の気流３１２となり、拡散しながらエネルギー減衰する。

誘導部片３０６の頂点３０８は、吐出液滴導入通路３０５の通路壁３０４の下端位置３２０とほぼ同じ高さ位置にあることが気流をスムーズに誘導するのに望ましい。頂点３０８が、吐出液滴導入通路３０５内に突出していると、吐出液滴の進入を妨げることになり、また下端位置３２０より低すぎると、頂点３０８から始まる着弾斜面３０７に誘導され液滴収容室３１０を進む気流が渦巻き状になり難く、乱れがちになるからである。液滴収容室３１０内で渦巻き状となりエネルギー減衰した気流３１２に含まれたミストは、液滴収容室３１０の側面に形成されたミスト回収口３４０に導かれ、ミスト回収室３５０へ集められる。この際、ミストの外部飛散を防止するためのエネルギー減衰空間として、ミスト気流回流空間３２５を形成することが重要である。ミスト気流回流空間３２５は、吐出液滴導入通路３０５の通路壁３０４の外周領域に形成された空間であり、液滴収容室３１０の天面３１１と通路壁３０４の自由端、即ち、下端位置３２０によって上下域を画定されている。ミスト気流回流空間３２５が、通路壁３０４の下端位置３２０よりも高い位置にあることで、ミストを含んだ気流３１２は吐出液滴導入通路３０５に戻り難くなる。逆に言えば、ミスト気流回流空間３２５がない場合、あるいはミスト気流回流空間３２５の高さが十分でない場合、効率的な減衰効果が得られず、吐出液滴導入通路３０５からミストが逆流して外部飛散することになる。

更に、ミスト気流回流空間３２５にミスト回収口３４０を設けることにより、連続的に吐出される液滴による連続的な気流が混合し適度にエネルギー減衰した状態のミスト含有気流がミスト回収口３４０に導かれる。ミスト回収口３４０に繋がるミスト回収室３５０は、図５に関連して後で説明するように、複数の記録ヘッドに共通した連続空間として形成されているので、大気開放に近似した状態となっており、ミストはここに集められる。

なお、ミスト回収口３４０はミスト気流回流空間３２５の側面に、即ち、その上端が液滴収容室３１０の天面３１１と同じか、それより低く、その下端が津路壁３０４の下端位置３２０より上に位置する。ミスト回収口３４０が、液滴収容室３１０の天面３１１と通路壁３０４の下端位置３２０の間を外れて形成されると、図３ａに示すように、十分エネルギー減衰しないままミスト含有気流がミスト回収口３４０に至る。そのため、ミスト回収口３４０を通ってミスト回収室３５０へミストが導かれず、ミスト気流回流空間３２５から吐出液滴導入通路３０５へ流れ、かなりの割合でミストが外部飛散する。ミスト回収口３４０がミスト気流回流空間３２５の側面に位置することで、図３ｂに示すように、ミスト回収口３４０を通ってミスト回収室３５０へ導かれ、外部飛散が抑制される。

ちなみに、ミスト回収口３４０を介したミスト放出がうまく行われないと、ミスト含有気流がミスト気流回流空間３２５、液滴収容室３１０中で回流を続けて滞留する。そうすると、小型化して空吐出受け内に小さな空間しか確保できない構成においては、後続するミスト含有気流が液滴収容室３１０に入り込むことによって液滴収容室３１０内が圧力上昇する。その結果、吐出液滴導入通路３０５において逆流が発生して、吐出液滴導入通路３０５から外部へミスト飛散を引き起こしてしまう。本発明者等の実験によると、ミスト飛散の防止には、液滴収容室３１０の圧力上昇を１０Pa以下に、特にできるだけ０Pa近くに押さえ込む必要があることが分かった。そのような低い圧力上昇に押さえるために、吐出液滴による気流の強さや量に適合したミスト気流回流空間３２５の容量とミスト回収口３４０の開口径が個々のケースで具体的に設定される。ミスト気流回流空間３２５の容量は、必要な開口径を有したミスト回収口３４０の設定位置の確保にもつながり、また、有効なエネルギー減衰のための空間高さとも関係する。ミスト気流回流空間３２５の容量とミスト回収口３４０の開口径の適切な設定により、持続的、効率的にミストを回収することが可能である。

なお、インク溜り部３０９に流れ落ちた主滴、サテライト滴は、液滴回収口３６０を通って回収されてもよく、以下、これについて説明する。図４において、インク溜り部３０９に流れ落ちた後、主滴、サテライト滴は、液滴収容室３１０の底面に形成された液滴回収口３６０から、付設されたインク吸引ポンプ４００によって吸引される。液滴回収口３６０は主滴を主とした廃液が通るものであり、ミスト回収のために圧力の点よりも流量確保を主眼として、より大きな管径で且つ流路抵抗も小さいミスト回収口３４０とは条件的に大きく異なる。液滴回収口３６０は、重力による流れを利用できる室底面にあり、溜まった廃液を効率よく排出する機能が求められ、インク吸引ポンプ４００で吸引する際に、低流量でも強い吸引圧を発生させる高抵抗の、したがって狭めの開口断面であることが必要である。両方の回収口が穴形状であるならば、ミスト回収径Ｂ＞液滴回収径Ａである。つまり、ミスト回収口３４０の開口面積は液滴回収口３６０の開口面積よりも大きい。開口面積を大きくすることで、流路抵抗を格段に下げることができる。また、液滴回収口３６０は複数設けても問題ないが、吸引効率を高めるため各液滴収容室３１０毎に１つ設けるのが望ましい。

図４のＸ−Ｘ断面線、Ｙ−Ｙ断面線で切って見た状態を図５、図６に示す。つまり、図５、図６は記録ヘッドのノズル列方向（ヘッド長手方向）での断面図であり、複数の記録ヘッドの、したがって夫々のノズル板１０８ａx、１０８ａy、１０８ａzに対する空吐出受け３００の形態を表している。複数の記録ヘッド夫々に各１つの空吐出受けを対応させる態様（１ヘッド用空吐出受け）であってもよいが、本例のように共通の空吐出受けで複数の記録ヘッドに対応させれば、ミスト回収室３５０を大気開放状態に近似させることが容易なので有利である。

図５、図６において、複数の記録ヘッドに対して夫々別々に吐出液滴導入通路３０５、液滴収容室３１０、ミスト気流回流空間３２５、ミスト回収口３４０、液滴回収口３６０が存在する。その一方、各ミスト回収口３４０から繋がるミスト回収室３５０は複数の記録ヘッドに対して共通になって大容量化しており、ミスト気流回流空間３２５でエネルギー減衰したミストを更に減衰させて回収することができる。大容量化したミスト回収室３５０は装置内の空きスペースに応じて有効にレイアウトすることもできる。

また、各液滴収容室３１０の底面に形成された液滴回収口３６０夫々から流れ落ちる主滴、サテライト滴は、共通のインク吸引ポンプ４００によって、連結構造である液滴回収通路４１０を通って一箇所に回収される。

ちなみに、インク滴やミストが接する可能性のある表面部分は撥インク性（撥水性）に構成されていてもよい。具体的には、吐出液滴導入通路３０５の通路壁３０４、着弾斜面３０７を含む誘導部片３０６、液滴収容室３１０、ミスト回収口３４０、ミスト回収室３５０、液滴回収口３６０、液滴回収通路４１０のそれぞれである。それによってインクが表面に固着、堆積することを防止している。撥インク性は、例えばフッ素樹脂のような材料自体の疎水性やフッ素加工による表面加工などによって付与される。

以上のような構成により、多数の記録ヘッドを有するライン型液体吐出ヘッドであっても、大型化を抑制しつつ低コストで高効率で信頼性の高い空吐回収が可能となる。

１０８ａ ノズル板
１０８ｂ ノズル孔
３００ 空吐出受け
３０１ インク滴
３０３ 液滴入り口
３０４ 通路壁
３０５ 吐出液滴導入通路
３０６ 誘導部片
３０７ 着弾斜面
３０９ インク溜り部
３１０ 液滴収容室
３１１ 天面
３２５ ミスト気流回流空間
３４０ ミスト回収口
３５０ ミスト回収室
３６０ 液滴回収口

特開２００９−１３７２２７号公報

Claims (8)

1. 記録ヘッドから吐出された液滴を収容する空吐出受けであって、液滴入り口から液滴進行方向に沿って筐体内部へ延伸する壁面を備えた通路壁を有する吐出液滴導入通路と、前記吐出液滴導入通路の液滴進行方向の下流側の筐体内部に位置する斜面を有した誘導部片と、前記吐出液滴導入通路の通路壁の外周領域に形成され、筐体内部の天面と前記通路壁の自由端とにより上下域を画定されたミスト気流回流空間と、前記ミスト気流回流空間の側面に形成されたミスト回収口とを備えて構成され、前記ミスト回収口の上端が筐体内部の天面より下に、その下端が前記通路壁の下端より上に位置している、空吐出受け。
2. 前記ミスト回収口がミスト回収室に繋がることを特徴とする請求項１に記載の空吐出受け。
3. 複数の記録ヘッドに対して夫々別々に吐出液滴導入通路、ミスト気流回流空間、ミスト回収口が形成され、各ミスト回収口から繋がるミスト回収室は複数の記録ヘッドに対して共通して備えられていることを特徴とする請求項２に記載の空吐出受け。
4. 前記筐体内部の底面に液滴回収口を設けることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の空吐出受け。
5. 前記ミスト回収口の開口面積が前記液滴回収口の開口面積よりも大きいことを特徴とする請求項４に記載の空吐出受け。
6. 前記液滴回収口にはインク吸引ポンプが付設されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の空吐出受け。
7. 液滴もしくはミスト気流と接する表面に撥インク性が与えられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の空吐出受け。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の空吐出受けを備えた画像形成装置。