JP2016013683A - インクジェットヘッドおよびインクジェットプリンター - Google Patents

Abstract

【課題】 インクジェットヘッドのノズルと記録媒体が接触すると、ノズルが損傷し、吐出不良の原因となる。【解決手段】 ノズル面にノズル孔を露出させたノズルガードを配置することで、ノズルと記録媒体の接触を防止した。さらに、ノズルガードとノズル面の間にプレートを挿入し、ノズルガードとノズル面の間にインクが入り込みにくくし、また、はみ出すインクの量を少なくした。【選択図】 図３

Description

本発明は、インクを吐出することによって画像を記録するインクジェットヘッドと、そのインクジェットヘッドを搭載したインクジェットプリンターに関する。

インクジェットヘッドから、紙や樹脂フィルムなどの記録媒体にインクを吐出し、画像を記録するインクジェットプリンターが知られている。インクジェットプリンターは、高画質化、耐久性、信頼性などの性能の向上が求められている。インクジェットヘッドのノズル面に異物が付着していると、その影響でインクが吐出されないなどの吐出不良が生じる場合がある。そのため、一般的なインクジェットプリンターでは、インクジェットヘッドのノズル面に付着したインクを弾性体のワイプブレードで定期的に拭き取り、付着物を除去している。

また、インクジェットヘッドは記録媒体に対して数ミリメートルの間隔を隔て、記録媒体の幅方向に往復移動する。記録媒体が歪むなどの異常搬送があると、インクジェトヘッドと記録媒体が接触してしまう。インクジェットヘッドのノズルプレートは、樹脂製のプレートに細孔のノズルが設けられている。記録媒体とインクジェットヘッドが接触することで、ノズルに再生不可能な傷が生じる場合がある。傷により吐出不良が生じると、インクジェットヘッドを交換するしかなくなる。そのため、ノズルをガードするガード部材を備える構成が考えられている。

例えば、従来の技術として特許３２３３１６４号公報があげられる。この技術はヘッドのノズル面のノズル列の両脇を凸状のガード部材を配置することで、記録媒体が接触した場合であっても直接ノズルに当たりにくくして傷を防止するものである。

特許第３２３３１６４号公報

従来の技術では、ノズルのガード部材は、ノズル列の両側の夫々に板状のプレートを固定したものである。そのため、ノズル面をキャップで密封しようとした場合に、ノズルプレートとガード部材の境界部分に段差があるため、キャップとの間に隙間ができ、密封が困難であるという問題があった。また、ノズル面だけにキャップを当てようとする場合に、狭小の位置にキャップを当てる必要があり、高精度の位置決めが必要となり、装置が複雑化してしまうなどの問題があった。また、ガード部材の表面をワイプしないことで、その表面に付着したインクが固化して積層した場合に記録媒体などを汚す恐れもあった。

このような問題に対して、本発明のインクジェットヘッドは、記録媒体にインクを吐出する複数のノズルを列状に配置したノズルプレートと、前記ノズルプレートを固定する本体部と、前記ノズルプレートから前記ノズルが前記インクを吐出する方向に突出して設けられ、前記列状に配置された前記ノズルが露出する位置に開口部を有し、前記記録媒体との接触を防止するノズルガードと、を有するインクジェットヘッドにおいて、前記ノズルプレートは前記本体部の前記記録媒体に対向する面に固定され、前記開口部は、前記列状に配置された前記ノズルの周囲を取り囲み、前記ノズルガードの前記ノズルが露出する位置に設けられ、前記本体部の前記記録媒体に対向する面の前記ノズルプレートの外側の部分と前記ノズルガードの裏面が第１の接着剤で固定され、前記ノズルプレートと前記ノズルガードの間であって、前記列状に配置された前記ノズルに沿って前記ノズルの両側に緩衝プレートが配置されていることを特徴とする。

また、本発明のインクジェットプリンターは、上述のインクジェットヘッドと、記録媒体を搬送する搬送手段と、前記インクジェトヘッドを搭載し、前記記録媒体の搬送方向に交差する方向に移動するキャリッジと、を有し、前記記録媒体に前記インクジェットヘッドからインクを吐出して画像を記録することを特徴とする。

本発明によって、ノズル面はキャップによって容易に密封できるインクジェットヘッド、およびそのインクジェトヘッドを搭載するインクジェットプリンターを提供できる。

図１は、インクジェットプリンターの概略図である。 図２は、キャップ機構を説明する概略図である。 図３は、ノズル面とキャップの位置関係を説明する図である。 図４は、インクジェットプリンターのブロック図である。 図５は、ノズル面とキャップの位置関係の第２の例を説明する図である。 図６は、ノズルプレートとキャップの位置関係の第２の例を説明する図である。

図面を用いて本発明の実施形態を説明する。図１は、インクジェットプリンターの概略図である。本実施形態のインクジェットプリンター１は、図１に示すように、記録媒体５０を水平に配置して図１の紙面奥から手前方向に搬送し、インクジェット方式の記録ヘッド９からインクを吐出して、記録媒体５０の表面に記録データに応じた画像や文字などを記録する。記録媒体５０は、紙、樹脂フィルムなどである。この紙面奥から手前方向を副走査方向と呼ぶ。

インクジェットプリンター１は、記録ヘッド９を複数搭載して記録媒体５０の搬送方向と交差する方向、例では直交する方向、に往復走査するキャリッジ４と、記録ヘッド９のノズル面を払拭するワイプユニット１０と、記録ヘッド９をキャップするキャッピングユニット１２を備える。往復走査の方向を主走査方向と呼ぶ。また、インクジェットプリンター１は、記録データの受信や記録動作の制御を含めた装置全体の制御を行う制御手段を備える。また、記録媒体５０を搬送する搬送部を備える。搬送部は、図１の紙面奥行き方向に延ばされた略平板状のプラテン２上に、副走査方向に記録媒体５０を搬送する。搬送部は、モーター５によって主走査方向に沿う水平軸回りに回転する複数の搬送ローラ対３を備える。そして、この搬送ローラ対３は、回転軸と平行な回転軸回りに回転自在に支持されたグリッドローラーと、グリッドローラーに付勢され連れ回るピンチローラーを備える。モーター５によってグリッドローラーを回転させる。記録媒体５０はこのグリッドローラーとピンチローラーに挟まれて搬送される。グリッドローラーが、回転することで副走査方向に記録媒体５０が搬送される。

キャリッジ４は、搬送部、ワイプユニット１０、およびキャッピングユニット１２の上方で、記録媒体５０の搬送方向と直交する方向に延在されたキャリッジレール１７に沿って移動可能に設けられている。また、キャリッジ４をキャリッジレール１７上で位置制御および速度制御可能に往復移動させるモーター６を備える。モーター６はキャリッジレール１７に沿って配置された無端ベルト７を駆動する。無端ベルト７はキャリッジ４が固定されている。無端ベルト７はキャリッジ４の移動方向の両端側に配置されたプーリーに掛け回されている。また、リニアスケール８がキャリッジレール１７に沿って設けられ、このリニアスケール８の目盛を検出するリニアセンサー１６がキャリッジ４に備わる。キャリッジ４の位置を検出可能とし、キャリッジ４の定位置に固定されている複数の記録ヘッド９の位置がそれに応じて検出できる。

さらに、記録ヘッド９に記録用のインクを供給する着脱可能なインクカートリッジ１４を備え、インクカートリッジ１４と記録ヘッド９は、インクを供給するインクチューブ１５によって接続されている。

本実施形態では、インクカートリッジ１４には、カラー記録を行うための複数色のインクが備えられ、配管としての複数のインクチューブ１５を介して、色ごとに、記録ヘッド９に供給できるようになっている。なお、インクカートリッジ１４の内部には各々のインクに対応した複数のインクタンクが備えられ、各々のインクは各々対応するインクタンクに収容されている。

キャリッジ４は、下面側に、インクの色や記録範囲などに応じて、複数の記録ヘッド９が設けられ、インクチューブ１５から供給されるインクは、同色の記録を行う記録ヘッド９に供給される。

なお、記録ヘッド９の詳細は図示しないが、各ノズルにインクを供給するインク室や、記録媒体と対向するノズル面には複数のインク吐出孔が設けられている。ノズルは、吐出機構の構成や記録画素ピッチなどに応じて適宜の個数及び配列ピッチで設けることができる。例えば、２５６個などの多数のノズルを配列することができる。例えば記録ヘッド９は、記録素子として圧電素子を用いてもよいし、記録素子としてヒータを用いた記録ヘッドであっても良い。

モーター６の位置制御、速度制御は、制御手段の制御信号に応じて行われる。記録動作時には記録ヘッド９が記録媒体５０上を所定速度で往復移動するように、モーター６が制御される。また、モーター６はクリーニング動作時にはワイプユニット１０の所定のワイピング位置に記録ヘッド９を移動できるようになっている。また、キャッピングユニット１２は、記録ヘッド９のインクをノズルから外部に吸引することで記録ヘッド９のノズル孔の内部をクリーニングする。また未使用時にキャップすることでインクの乾燥を防止する。キャッピングユニット１２の概略構成は、キャップ１１、キャップ駆動部、吸引ポンプ、廃インクボトル１３、大気開放弁を有する。大気開放弁はノズル面をキャップ１１で密閉した状態で、外気を導入する弁である。

これらのうち、少なくともキャップ１１は記録ヘッド９ごとに設けられている。ただし、キャップ駆動部、吸引ポンプ、大気開放弁は、記録ヘッド９ごとの動作が共通化できる場合には、複数のキャップ１１に対して１台設ける構成としてもよい。

キャップ駆動部は、キャップ１１の上下方向の位置を選択的に切り換えるための上下動を行うものであり、例えば、機械的、電磁的、流体的な適宜の昇降手段からなる。そのため、キャップ駆動部は、モーター６によってキャリッジレール１７上を移動してキャッピングユニット１２の上方に位置した状態の記録ヘッド９に対して、キャップ１１を上下方向に進退させ、キャップ１１が記録ヘッド９のノズル面を密閉する状態と、それを解除する状態とを切り換えることができるようになっている。

吸引ポンプは、キャップの密閉空間内の空気、インクなどの内容物を吸引して、外部に排出するためのものであり、例えば、ロータリポンプなどを採用することができる。インクカートリッジ１４から記録ヘッド９までインクを通液させるための通液手段として、吸引ポンプを用いることもできる。吸引ポンプは、吸引口がキャップ１１に接続され、排出口が廃インクボトル１３に接続されている。

ワイプユニット１０は、記録ヘッド９をワイプユニット１０の上方に移動させた状態で、記録ヘッド９のノズル面に対してワイプブレードを相対移動させることで、記録ヘッド９のノズル面を払拭して清掃する。

図２は、キャップ機構を説明する概略図である。記録ヘッド９には、ノズルガード２２が接着剤２３で固定されている。ノズルガード２２は、記録ヘッド９のノズルの周囲を覆う金属製のプレートである。ノズルガード２２の周縁は折曲がり、折曲がった部分が記録ヘッド９の側面に沿う形状である。接着剤２３は、折曲がった部分に付けられ、記録ヘッド９とノズルガード２２を固定する。キャップ１１は、本体２０に記録ヘッド９に当接する当接部２１が設けられている。当接部２１は柔軟性のある樹脂でできている。キャップ１１内には、多孔質の樹脂製のシートのインク受１９が配置されている。インク受１９は、キャップ１１内に記録ヘッド９がインクを吐出した場合に、インクが飛び散らない様に受ける。また、本体２０には、外部と連通する点線で示されている吸引孔２９が設けられ、チューブ１８を介して廃インクボトル１３に接続されている。吸引ポンプ２８はキャップ内からインクや空気を吸う。また、吸引ポンプ２８はチューブ１８の途中に配置されている。チューブ１８の他方の端は、廃インクボトル１３に接続され、吸引されたインク等はこの廃インクボトル１３に収容される。キャップ１１はノズルガード２２に当接し密閉空間を作る。ノズルガード２２は密閉空間ができるように記録ヘッド９に接着剤によって固定されている。

バネ２４は、キャップ１１をキャップ台２５から記録ヘッド９の方向に付勢する。キャップ台２５とベース２７の間にカム２６が備わる。キャップ台２５を、カム２６を回転させ、ベース２７に対して離れる方向の所定の位置に移動することで、キャップ１１を記録ヘッド９方向に移動させることができる。これにより当接部２１がノズルガード２２に当接し、密閉できる。当接部２１は、キャップ台２５の移動と、バネ２４の付勢により、変形してノズルガード２２と接する。

図３は、ノズル面とキャップの位置関係を説明する図である。記録ヘッド９のノズル面には、ノズルが列状に配列されたノズル列３０を取り囲むように開口部３１を備えるノズルガード２２が配置されている。ノズル面はノズル列の配置されたノズルプレートの表面である。このノズル列は複数の列であっても良い。ノズルガード２２の周囲の全周は接着剤２３によって、記録ヘッド９の本体に固定され、接着部は密閉されて固定されている。二重のリング状の一点鎖線で示される当接位置３３は、当接部２１とノズルガード２２が接する部分を示す。記録ヘッド９のノズル列３０を含むノズル面は、記録ヘッド９の本体、接着剤２３、ノズルガード２２およびキャップ１１によって密閉される。ノズルガード２２は接着剤２３によって周囲が固定されているため、開口部３１付近はノズル面との間に微小な隙間がある。これは、開口部３１付近には、接着剤２３が無く、その部分を接着していないためである。その隙間を埋めるように緩衝プレート３２がノズル列３０の長手方向に沿って、その両側に配置されている。緩衝プレート３２はノズルガード２２の下に配置される。緩衝プレート３２は当接位置３３に対応する位置に配置される。例では、開口部３１の両端方向には緩衝プレート３２が存在しないが、この部分も緩衝プレート３２を配置しても良い。緩衝プレート３２は１枚で構成しても良い。

記録ヘッド９のノズル面は撥水層が設けられ、インクの濡れ広がりを防止している。そのため、ノズル面には、接着剤等を付着させない方が良い、そのため、開口部３１とノズル面の間には、微小な隙間が存在する。ノズルガード２２とノズル面の間に微小空間が存在する為、その部分にインクが入り込む恐れがある。インクが、微小空間に入り込むと、キャップ１１によって密閉した時に当接部２１がノズルガード２２を押すことで、開口部３１からインクがはみ出し、ノズル列３０まで到達し、ノズルのメニスカスを壊したり、増粘したインクがノズルに入り込んだりして、吐出不良の原因となる。それを防止するために、隙間を埋めるための緩衝プレート３２を配置する。緩衝プレート３２は、インクの影響を受けにくいステンレス、チタンなどの金属製の薄板またはエラストマー、ポリイミドなどの樹脂フィルムなどが好ましい。

また、緩衝プレート３２を配置することで、ノズルガード２２がキャップ１１によって押された場合の移動量が制限され、インクが出る量も少なくなる。好ましくは、ノズルガード２２を、ノズル列３０を挟むように両側に配置し、ノズルガード２２のキャップ１１によって押された場合の移動量を、ノズル列の両側で規制することである。ノズル列３０の先端側と後端側は開口部３１までの距離が他の部分より長く構成されているので、インクがはみ出してもノズル列３０まで到達しない。図は、片方の端部の周囲のみ離れた構成の場合を記載しているが、両端側が同様の構成をすることができる。また、ノズル列３０の先端側と後端側の数個のノズルは、記録ヘッド９をキャリッジ８に装着する際の、他の記録ヘッドとのズレを調整するために、画像形成に未使用としているので、吐出不良を生じさせることはない。

開口部３１の長手方向の一方の端部部分は、開口の幅を広くしている。ノズル面をワイプする場合に、ノズル面を払拭するブレードが開口部３１の幅より狭く加工されている。そのワイプブレードの位置が多少ずれていても、ノズル列３０の部分を払拭できるように案内する為である。また、外観から容易に配置方向が判別できるという効果もある。

図４は、インクジェットプリンターのブロック図である。制御手段４０は、演算、制御、判別、設定などの処理動作を実行するＣＰＵを備える制御手段である。制御手段４０はＲＯＭ４１に格納されている制御プログラムに従って動作する。ＲＡＭ４２は、記録データのバッファや制御手段４０による処理のワークエリア等として用いられる。キャリッジ移動モーター駆動回路４３は制御手段４０の制御によって動作し、キャリッジ８を移動させるモーター６を駆動する。リニアセンサー１６は、キャリッジ８の位置を検出するセンサーである。キャリッジレール１７に沿って配置されたリニアスケール８の目盛をリニアセンサー１６で検出する。このセンサー出力に基づいてキャリッジ８の位置を演算して取得する。ヘッド駆動回路４４は制御手段４０によって制御される。ヘッド駆動回路４４を介して、記録ヘッド９を動作させる。記録ヘッド９が複数搭載されている場合、制御部４０及びヘッド駆動回路４４は、各々の記録ヘッド９を個別に駆動させることができる。ヘッド駆動回路４４は制御手段４０から入力された情報に基づいて、各記録ヘッド９のインク吐出もしくは不吐出のタイミングを生成し、記録ヘッド９を駆動させる。インク吐出をさせる場合は、オン波形を生成し、不吐出させる場合には、オフ波形を生成し、各記録ヘッド９へ転送する。吐出のタイミングはキャリッジ８の位置に応じて決められる。

記録媒体搬送手段４５は、制御手段４０の制御によって動作する。記録媒体搬送手段４５は、モーター５、搬送ローラ対３を含む。搬送ローラ対３を動作させて記録媒体５０を搬送する。ワイプブレード移動モーター駆動回路４６は制御手段４０の制御によって動作する。ワイプブレード移動モーター駆動回路４６はワイプブレードによってノズル面を払拭するため、ワイプブレードを移動させるモーターを駆動する。吸引ポンプ駆動回路４７は、制御手段４０の制御によって動作する。吸引ポンプ駆動回路４７は、吸引ポンプ２８を駆動する。

制御手段４０の制御によってインクジェットプリンター１の各機能が制御される。また、制御手段４０に予めワイピング動作条件、キャッピングの動作条件などの情報を格納しておくことで、所定のワイピング、キャッピングの動作を行うことができる。上記ワイピング条件の例として、ワイプブレード１８の移動速度及びワイプブレード１８の記録ヘッド９のノズル面３０の擦摺回数などが挙げられる。また、キャッピング条件の例として、キャップ１１と記録ヘッド９の当接力を所定の圧にするためのカム２６の位置に応じたモーターの回転数などである。

図５は、ノズル面とキャップの位置関係の第２の例を説明する図である。図６は、ノズルプレートとキャップの位置関係の第２の例を説明する図である。この２つの図を用いて説明する。ノズルガード２２は、接着剤２３によって周縁部が固定されている。さらに、ノズルガード２２と記録ヘッド９の間が第２の接着エリアとなっている。ここに第２の接着剤５０を用いて記録ヘッド９の本体部とノズルガード２２の裏面を固定する。この接着エリアは、ノズル列３０の配置されたノズルプレート５１の側壁、緩衝プレート３２の裏面および側壁、ノズルガード２２の裏面、記録ヘッド９の本体部に囲まれている。夫々は第２の接着剤５０によって固定されている。図６では、ノズルガード２２と記録ヘッド９の本体部の間に配置されたノズルプレート５１の外縁６０を実線で示している。二重のリング状の一点鎖線で示される当接位置３３は、当接部２１の当接する位置を示している。ノズルプレート５１は第２の接着エリアを設けるために少し小型化されている。そのため、キャップが移動して当接部２１がノズルガード２２に当接する。このときのキャップの移動方向、すなわち接離方向の延長線上にノズルプレート５１が無いことが好ましい。キャップによる押圧で内部の微小空間が歪み、圧力差が生じ、インク等の移動を防止するためである。ノズルプレート５１の外側に当接部２１が当接する構成である。さらに好ましくは、緩衝プレート３２の外側に当接することである。このようにすることで、第２の接着剤５０によって固定されているので、当接部２１によってノズルガード２２を押しても撓まないからである。

また、緩衝プレート３２の開口部３１から離れている部分に当接部２１が当接するので、ノズルガード２２が撓みにくくなっている。また、第２の接着剤５０によって密閉性が保たれる場合は、接着剤２３を用いなくとも良い。工程が減るので製造しやすくなる。

本発明はインクジェットヘッドを備えるプリンターに利用できる。

１ インクジェットプリンター
２ プラテン
３ 搬送ローラ対
４ キャリッジ
５ モーター
６ モーター
７ 無端ベルト
８ リニアスケール
９ 記録ヘッド
１０ ワイプユニット
１１ キャップ
１２ キャッピングユニット
１３ 廃インクボトル
１４ インクカートリッジ
１５ インクチューブ
１６ リニアセンサー
１７ キャリッジレール
２１ 当接部
２２ ノズルガード
２３ 接着剤
２４ バネ
２５ キャップ台
２６ カム
２７ ベース
２８ 吸引ポンプ
２９ 吸引孔
３０ ノズル列
３２ プレート
５０ 記録媒体

Claims (7)

1. 記録媒体にインクを吐出する複数のノズルを列状に配置したノズルプレートと、前記ノズルプレートを固定する本体部と、前記ノズルプレートから前記ノズルが前記インクを吐出する方向に突出して設けられ、前記列状に配置された前記ノズルが露出する位置に開口部を有し、前記記録媒体との接触を防止するノズルガードと、を有するインクジェットヘッドにおいて、
   前記ノズルプレートは前記本体部の前記記録媒体に対向する面に固定され、
   前記開口部は、前記列状に配置された前記ノズルの周囲を取り囲み、前記ノズルガードの前記ノズルが露出する位置に設けられ、
   前記本体部の前記記録媒体に対向する面の前記ノズルプレートの外側の部分と前記ノズルガードの裏面が第１の接着剤で固定され、
   前記ノズルプレートと前記ノズルガードの間であって、前記列状に配置された前記ノズルに沿って前記ノズルの両脇側に緩衝プレートが配置されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記ノズルガードは、前記本体部の形状に沿って前記本体部の前記記録媒体に対向する面の外周から前記ノズルが前記インクを吐出する方向に対して反対側に曲がり、前記ノズルガードの該曲がった先端部分に第２の接着剤を付着させ、前記ノズルガードの外周の全周が前記記録ヘッドの前記本体部に前記第２の接着剤によって固定されていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. 前記ノズルは、キャップが前記ノズルガードに当接することで密閉され、前記緩衝プレートは、前記キャップの当接位置に対応する位置であって前記列状に配置された前記ノズルに沿って前記ノズルの両脇側に夫々配置された薄板であ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ヘッド。
4. 前記キャップと前記ノズルガードの当接位置は、該当接位置における前記キャップの接離方向の延長線上に前記ノズルプレートが含まれない位置であることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか1項に記載のインクジェットヘッド。
5. 前記緩衝プレートは、前記ノズルが露出する開口を備える１枚の薄板であ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ヘッド。
6. 前記緩衝プレートの外縁の一部は、前記本体部の前記記録媒体に対向する面の前記ノズルプレートの前記外側の部分と前記ノズルガードの裏面とに前記第１の接着剤で固定されていることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載のインクジェットヘッド。
7. 請求項１に記載のインクジェットヘッドと、
   記録媒体を搬送する搬送手段と、
   前記インクジェットヘッドを搭載し、前記記録媒体の搬送方向に交差する方向に移動するキャリッジと、
   を有し、前記記録媒体に前記インクジェットヘッドからインクを吐出して画像を記録するインクジェットプリンター。

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