JP2016074176A - 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ことにより、ノズルが損傷し、吐出不良の原因となることを防止することができるインクジェットヘッドを提供する。
【解決手段】ノズル面３４にノズル孔を露出させたノズルガード２２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３２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場合、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恐れがある。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場合に、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は、ノズルプレートに細孔を設け、そこからインクを吐出している。ノズルプレートは、樹脂製であり、記録媒体との接触によって、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、ヘッドのノズル面に配置されたノズル列の両脇に、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、損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からなるノズル列が配置されたノズル面から突出して設けられ、前記ノズル面の内の前記ノズル列を含む一部分が露出する開口部を備えるノズルガードを有するインクジェットヘッドにおいて、前記ノズルガードの外縁部が接着剤によって、前記インクジェットヘッドの本体部に固定され、前記ノズル面と前記ノズルガードの間に扁平なシートが配置され、該シートの中央部には前記ノズル面の内の前記ノズル列を含む一部分が露出する貫通孔が設けられ、前記ノズルガードによって前記シートが前記開口から露出せずに覆われ、前記シートの外周部、前記本体部および前記ノズルガードが接着剤によって固定され、前記シートが前記本体部および前記ノズルガードに前記外周部で固定されることで、前記シートの変形が規制され、前記シートが前記ノズルガードの開口からはみ出さずに、前記ノズルガードが前記ノズル面と前記記録媒体との接触を防止することを特徴とするインクジェットヘッド。

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、前記インクジェットヘッドによって前記記録媒体に画像を記録するインクジェットプリンター。

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、ノズルガードを説明する概略図である。 図５は、インクジェットプリンターのブロック図である。

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インクジェットヘッド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、インクジェットヘッド９を複数台搭載して、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、インクジェットヘッド９のノズル面の汚れを拭き取るワイプユニット１０と、インクジェットヘッド９のノズル及びノズルの周囲の乾燥を防止する為にキャップするキャッピングユニット１２を備える。キャリッジ４の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む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の上に記録媒体５０を搬送するための搬送ローラー対３を備える。その搬送ローラー対３がモーター５によってキャリッジ４の移動方向に沿う水平軸回りに回転するように配置されている。そして、この搬送ローラー対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トローラーと、グリット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によってグリットローラーを回転させると、記録媒体５０はこのグリットローラーとピンチローラーに挟まれて搬送される。グリットローラーが、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、プラテン２、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にはキャリッジ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に配置されている。これにより、キャリッジ４の位置を検出可能とし、制御手段で位置を演算し、キャリッジ４に固定されている複数のインクジェットヘッド９の位置もそれに応じて取得できる。

さらに、インクジェットヘッド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とインクジェットヘッド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、インクジェットヘッド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、複数のインクジェットヘッド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、同色の記録を行うインクジェットヘッド９に供給される。

なお、インクジェットヘッド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。例えばインクジェットヘッド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インクジェット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。記録動作時にはインクジェットヘッド９がキャリッジレール１７に沿って記録媒体５０の上空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インクジェットヘッド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、インクジェットヘッド９のインクをノズルから外部に吸引することでインクジェットヘッド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、ノズル内の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。外気を導入することで圧力を変えることができる。

これらのうち、少なくともキャップ１１はインクジェットヘッド９毎に設けられている。ただし、キャップ駆動部、吸引ポンプ、大気開放弁は、インクジェットヘッド９毎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、モーター６によってキャリッジレール１７に沿って移動して、キャッピングユニット１２の上方に位置させる。その状態のインクジェットヘッド９に対して、キャップ駆動部はキャップ１１を上下方向に進退させ、キャップ１１がインクジェットヘッド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からインクジェットヘッド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、インクジェットヘッド９をワイプユニット１０の上方に移動させた状態で、インクジェットヘッド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、インクジェットヘッド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。インクジェットヘッド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、インクジェットヘッド９のノズルの周囲を覆う金属製のプレートである。キャップ１１は、本体２０にインクジェットヘッド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やエラストマーで、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内にインクジェットヘッド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。

バネ２４は、キャップ１１をキャップ台２５からインクジェットヘッド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。カム２６を回転させ、ベース２７に対してキャップ台２５を所定に位置に移動する。キャップ１１をインクジェットヘッド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。インクジェットヘッド９のノズル面側から見た図である。インクジェットヘッド９のノズル面、すなわちノズルプレート表面３４には、インクを吐出するノズルが列状に配列されたノズル列３０がある。そのノズル列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。ノズルガード２２の外縁部の全周とインクジェットヘッド９の側面を、そこから空気が漏れない様に、接着剤２３によって固定している。一点鎖線で示される当接位置３３は、キャップ１１の当接部２１とノズルガード２２が接する部分を示す。インクジェットヘッド９のノズル列３０を含むノズル面は、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生じる。その隙間を埋めるように点線で示されたシート３２がノズル列３０の長手方向に沿って配置されている。シート３２はノズルガード２２とノズルプレート表面３４の間に配置される。また、シート３２は当接位置３３に対応する位置に配置される。

インクジェットヘッド９のノズルの配置されているノズルプレート表面３４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、ノズルプレート表面３４には、接着剤等を付着させない方が良い。そのため、接着剤で開口部３１の縁を封止できないため、開口部３１の縁とノズルプレート表面３４の間には、微小な隙間が存在する。ノズルガード２２とノズルプレート表面３４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の縁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、その隙間を埋めるシート３２を配置する。シート３２は、インクの影響を受けにくい平らな薄板が良く、特に、合成ゴムなどの樹脂シートが好ましい。更に好ましくは弾性部材で構成され、ノズルプレート表面３４やノズルガード２２の表面の凹凸部分に対応して変形することで、その凹凸部分により形成される隙間を塞ぐことのできる物が好ましい。また、シート３２を弾性のある樹脂で作ることで、ノズル面に凹凸がある場合でも、その凹凸に対応して変形できるので、ノズルプレート表面３４とノズルガード２２間で形成される空間を塞ぐことができる。特にインクジェットヘッド９の構造が原因となり、ノズル面に凹凸が生じるような場合は、樹脂シートでシート３２を構成することが好ましい。ノズル面のノズル列が形成されている部分がノズルプレート表面３４から突出している場合は特に好ましい。例えば、ノズルプレート表面がポリイミドフィルムで構成され、そのフィルムが接着剤などでインクジェトヘッドのフレームやインクを吐出するためのアクチュエーター部分等に固定されている。そのような構成の場合に、アクチュエーター部分や接着部がフレームに対して突出していると、ノズル面に凹凸が表れる。また、ノズルガード２２の開口部３１よりアクチュエーター部分の方が長い場合に、凹凸ができるので、特に効果がある。

また、シート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変形量が制限され、インクが滲み出る量も少なくなる。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、その部分では、インクがはみ出してもノズル列３０まで到達しにくい。また、シート３２は樹脂製の場合に、インクの溶剤の影響で縮んだり伸びたり変形する場合がある。変形すると例えば、シート３２が開口部３１からはみ出すなどして、ノズル列３０に悪影響を及ぼす恐れがある。そのため、シート３２の外周とインクジェットヘッド９を固定する必要がある。この固定は固定部３５に接着剤を塗布し、シート３２の外周とインクジェットヘッド９を固定する。固定部３５はシート３２の外周に沿って点在する。固定部３５は、例えば１ｃｍ毎になどの所定の間隔で、接着剤によってインクジェットヘッド９に固定する。インクジェットヘッド９側は、ノズルプレート表面３４の縁と、インクジェットヘッド９の金属あるいは樹脂製の本体２０に接着剤が付着することになる。ノズルガード２２側は、裏側の表面に接着剤が付着する。ノズルガード２２、インクジェットヘッド９、シート３２が固定部３２に塗布した接着剤で固定さる。外周が固定されるの、シート３２が縮んだり伸びたりしても、変形が抑制されるのではみ出すことがない。シート３２の外周を全て固定しても良いが、好ましくは点在した固定部３５によって固定されることが好ましい。接着剤の量を少なくでき、接着剤によるシートの柔軟性を損なうことを防止できるからである。

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ワイプブレードが開口部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、縁に沿って移動させ、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。シート３２がはみ出ない様に開口部３１の幅は狭く加工される。そのため、ワイピングする場合にワイプブレードの位置精度を高める必要がある。しかし、開口部３１の吐出不良に影響がない位置に幅広化し、ワイプブレードを案内することで、位置精度を多少は落とすことが可能となる。

図４は、ノズルガードを説明する概略図である。ノズルガード２２と破線で示されているシート３２の配置の関係を説明する概略図である。ノズルガード２２のインクジェットヘッド９と対向する側、すなわち内側の複数個所で、点線で示された接着剤３６が広がっている。固定部３５に塗布された接着剤３６は、ノズルガード２２をインクジェットヘッド９に固定する際に、押圧される。そのため接着剤３６のように広がる。そして、ノズルガード２２、インクジェットヘッド９、シート３２の３部品を固定する。シート３２の外周で固定されるので、縮んでもノズル列３０には届かず、安定したインクの吐出ができる。また伸びても外周が固定されているので、開口３１から出て、ノズル列３０に悪影響を与える位置まで変形することはない。

図５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に格納されていう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、データの一時記憶等に用いられる。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４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４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。制御手段４０は、このセンサー出力に基づいてキャリッジ４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、インクジェットヘッド９を動作させる。インクジェットヘッド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、各々のインクジェットヘッド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、各インクジェットヘッド９のインク吐出もしくは不吐出のタイミングを生成し、インクジェットヘッド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、各インクジェットヘッド９へ転送する。吐出のタイミングはキャリッジ４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、搬送ローラー対３を含む。搬送ローラー対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。キャップ移動モーター駆動回路４８は、制御手段４０の制御によって動作する。キャップ移動モーター駆動回路４８は、はカム２６を駆動し、キャップ１１の昇降をさせることができる。

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のインクジェットヘッド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とインクジェットヘッド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。

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 搬送ローラー対
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 インクジェットヘッド
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 シート
５０ 記録媒体

Claims (5)

1. 記録媒体にインクを吐出する複数のノズルからなるノズル列が配置されたノズル面から突出して設けられ、前記ノズル面の内の前記ノズル列を含む一部分が露出する開口部を備えるノズルガードを有するインクジェットヘッドにおいて、
   前記ノズルガードの外縁部が接着剤によって、前記インクジェットヘッドの本体部に固定され、
   前記ノズル面と前記ノズルガードの間に扁平なシートが配置され、
   該シートの中央部には前記ノズル面の内の前記ノズル列を含む一部分が露出する貫通孔が設けられ、前記ノズルガードによって前記シートが前記開口から露出せずに覆われ、
   前記シートの外周部、前記本体部および前記ノズルガードが接着剤によって固定され、前記シートが前記本体部および前記ノズルガードに前記外周部で固定されることで、前記シートの変形が規制され、前記シートが前記ノズルガードの開口からはみ出さずに、前記ノズルガードが前記ノズル面と前記記録媒体との接触を防止することを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記シートの前記外周部、前記本体部および前記ノズルガードが、前記シートの外周に沿って点在する固定部において前記接着剤によって固定され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. 前記シートは弾性を有する樹脂製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. 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、前記インクジェットヘッドによって前記記録媒体に画像を記録するインクジェットプリンター。
5. 前記ノズル列の配列された方向に沿って移動しながらワイピングするワイプブレードをさらに有し、
   前記ノズルガードは、中央から一方の端部の方向に向かい前記開口部の幅が漸次広くなる部分と、該開口部の幅が漸次広くなる部分から他方の端部の方向に向かい幅が一定となる部分を有し、
   前記ワイプブレードは、前記一方の端部側からワイピングが行われ、前記ワイプブレードが前記開口部の幅が変化する部分の縁にそって案内され、前記ノズル面をワイピングすることを特徴とする請求項４に記載のインクジェットプリンター。

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