JP2017185705A - インクジェットヘッド記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 実施の形態は、ワイパーによる擦り動作によって撥液層の撥液性が劣化することを防止することができるインクジェットヘッド記録装置を提供することが課題である。【解決手段】 実施形態のインクジェットヘッド記録装置は、ノズルプレートと、圧力室と、圧力発生手段と、インク供給手段と、塗布膜積層体とを有する。ノズルプレートは、インクを吐出させる複数のノズルが形成されている。圧力室は、前記ノズルに各々連通する。圧力発生手段は、前記圧力室内のインクを前記ノズルから吐出させる。インク供給手段は、前記圧力室にインクを供給する。塗布膜積層体は、前記ノズルプレートの液滴吐出方向面に形成され、撥液性を示す撥液領域と親液性を示す親液領域とを分散配置させた状態で塗布された塗布膜を厚さ方向に複数積層させている。【選択図】図６

Description

本発明の実施形態は、インクジェットヘッド記録装置に関する。

インク滴を吐出し画像形成を行うインクジェットヘッド記録装置では、ノズルからインクを液滴として吐出させるため、ノズル表面の表面特性がインク滴の吐出特性に大きな影響を与える。ノズルの周辺部にインクが付着すると、液滴の吐出方向が定まらないほか、ノズル径が縮小して液滴の吐出量（液滴の大きさ）が減少したり、あるいは液滴吐出速度が不安定になる等の不具合が生じる。そのため、一般に、ノズル表面に撥液層を形成し、ノズル周辺部のインクの付着を防止することにより液滴の吐出特性を向上することが行われている。撥液層には、フッ素系樹脂や、ダイヤモンドライクカーボン、ノンフッ素樹脂などが使用されている。これらの撥液層には表面に撥液性を示す構造(撥液構造)がある。

特開２００６−１８２０３８号公報 特開２００４−２７６５６８号公報 特開２０１５−４４９８３号公報

インクジェットヘッド記録装置では、ノズルプレート表面に付着したインクをブレードなどのワイパーによる擦り動作によってワイプして除去している。上記従来構成の装置で使用されている撥液層の撥液構造は、ワイパーによる擦り動作によって剥離する可能性がある。例えば、撥液性が優れたフッ素系樹脂は擦過性が弱く、インクジェットヘッドのノズルに必要な撥液層の撥液性と擦過性とを両立することは困難である。そのため、長期の使用時には、ワイパーによる擦り動作によって撥液層の撥液性が劣化する可能性がある。

実施形態の課題は、従来技術の課題を改善するために、ワイパーによる擦り動作によって撥液層の撥液性が劣化することを防止することができるインクジェットヘッド記録装置を提供することにある。

実施形態のインクジェットヘッド記録装置は、ノズルプレートと、圧力室と、圧力発生手段と、インク供給手段と、塗布膜積層体とを有する。ノズルプレートは、インクを吐出させる複数のノズルが形成されている。圧力室は、前記ノズルに各々連通する。圧力発生手段は、前記圧力室内のインクを前記ノズルから吐出させる。インク供給手段は、前記圧力室にインクを供給する。塗布膜積層体は、前記ノズルプレートの液滴吐出方向面に形成され、撥液性を示す撥液領域と親液性を示す親液領域とを分散配置させた状態で塗布された塗布膜を厚さ方向に複数積層させている。

図１は、第１の実施形態のインクジェットヘッド記録装置で使用されるインクジェットヘッドの概略構成を示す斜視図である。 図２は、インクジェットヘッドの分解斜視図である。 図３は、図１のＦ３−Ｆ３線断面図である。 図４は、インクジェットヘッドの要部構成を示す斜視図である。 図５は、インクジェットヘッドのノズルプレートの平面図である。 図６は、インクジェットヘッドのノズルプレート上に塗布された塗布膜積層体を示す要部の縦断面図である。 図７は、塗布膜積層体の作用を示すもので、（Ａ）は撥液性が維持されている塗布膜積層体の状態を示す要部の縦断面図、（Ｂ）は撥液性が劣化した塗布膜積層体の状態を示す要部の縦断面図、（Ｃ）は撥液性が劣化した塗布膜を剥離して撥液性を回復した塗布膜積層体の状態を示す要部の縦断面図である。 図８は、インクジェットヘッドのノズルプレートの表面を洗浄する洗浄装置の概略構成を示すブロック図である。 図９は、インクジェットヘッドのノズルプレートの変形例を示す平面図である。

以下に、一つの実施の形態について、図１から図７を参照して説明する。図１は、一つの実施の形態に係るインクジェットヘッド記録装置で使用されるインクジェットヘッド１０を示す斜視図である。図２は、インクジェットヘッド１０の分解斜視図である。図３は、図１のＦ３−Ｆ３線断面図である。図４は、インクジェットヘッドの要部構成を示す斜視図である。

図１に示すように、インクジェットヘッド１０は、いわゆるサイドシュータ型のインクジェットヘッドである。インクジェットヘッド１０は、インクジェットプリンタに搭載され、チューブのような部品を介してインクタンクに接続されている。このようなインクジェットヘッド１０は、ヘッド本体１１と、ユニット部１２と、一対の回路基板１３とを備えている。

ヘッド本体１１は、インクを吐出するための装置である。ヘッド本体１１は、ユニット部１２に取り付けられている。ユニット部１２は、ヘッド本体１１と前記インクタンクとの間の経路の一部を形成するマニホールドや、前記インクジェットプリンタの内部に取り付けるための部材を含んでいる。一対の回路基板１３は、ヘッド本体１１にそれぞれ取り付けられている。

図３に示すように、ヘッド本体１１は、ベースプレート１５と、ノズルプレート１６と、枠部材１７と、一対の駆動素子１８（図３には一つのみ示す）とを備えている。ベースプレート１５は、基材の一例である。ヘッド本体１１の内部には、インクが供給されるインク室１９が形成されている。

図２に示すように、ベースプレート１５は、例えばアルミナのようなセラミクスによって矩形の板状に形成されている。ベースプレート１５は、平坦な実装面２１を有している。実装面２１に、複数の供給孔２２と、複数の排出孔２３とが開口している。

供給孔２２は、ベースプレート１５の中央部において、ベースプレート１５の長手方向に並んで設けられている。図３に示すように、供給孔２２は、ユニット部１２の前記マニホールドのインク供給部１２ａに連通している。供給孔２２は、インク供給部１２ａを介して前記インクタンクに接続されている。前記インクタンクのインクは、供給孔２２からインク室１９に供給される。

図２に示すように、排出孔２３は、供給孔２２を挟むように二列に並んで設けられている。図３に示すように、排出孔２３は、ユニット部１２の前記マニホールドのインク排出部１２ｂに連通している。排出孔２３は、インク排出部１２ｂを介して前記インクタンクに接続されている。インク室１９のインクは、排出孔２３から前記インクタンクに回収される。このように、インクは前記インクタンクとインク室１９との間で循環する。

図３に示すように、ノズルプレート１６は、例えば表面に後述する撥液性機能を付与したポリイミド製の矩形状のフィルムによって形成されている。ノズルプレート１６は、ベースプレート１５の実装面２１に対向している。ノズルプレート１６に、複数のノズル２５が設けられている。複数のノズル２５は、ノズルプレート１６の長手方向に沿って二列に並んでいる。

枠部材１７は、例えばニッケル合金によって矩形の枠状に形成されている。枠部材１７は、ベースプレート１５の実装面２１とノズルプレート１６との間に介在している。枠部材１７は、実装面２１とノズルプレート１６とにそれぞれ接着されている。すなわち、ノズルプレート１６は、枠部材１７を介してベースプレート１５に取り付けられている。インク室１９は、ベースプレート１５と、ノズルプレート１６と、枠部材１７とに囲まれて形成されている。

駆動素子１８は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）によって形成された板状の二つの圧電体によって形成されている。前記二つの圧電体は、分極方向がその厚さ方向に互いに逆向きになるように貼り合わされている。

一対の駆動素子１８は、ベースプレート１５の実装面２１に接着されている。一対の駆動素子１８は、二列に並ぶノズル２５に対応して、インク室１９の中に平行に配置されている。図３に示すように、駆動素子１８は、断面台形状に形成されている。駆動素子１８の頂部は、ノズルプレート１６に接着されている。

駆動素子１８に、複数の溝２７が設けられている。溝２７は、駆動素子１８の長手方向と交差する方向にそれぞれ延びており、駆動素子１８の長手方向に並んでいる。図５に示すように複数の溝２７は、ノズルプレート１６の複数のノズル２５に対向している。本実施形態の駆動素子１８は、図４に示すように溝２７にインクを吐出する駆動流路となる複数の圧力室５１を配置している。

複数の溝２７に、それぞれ電極２８が設けられている。電極２８は、例えばニッケル薄膜をフォトレジストエッチング加工することによって形成されている。電極２８は、溝２７の内面を覆っている。

図２に示すようにベースプレート１５の実装面２１から駆動素子１８に亘って、複数の配線パターン３５が設けられている。これらの配線パターン３５は、例えばニッケル薄膜をフォトレジストエッチング加工することによって形成されている。

配線パターン３５は、実装面２１の一つの側端部２１ａおよび他方の側端部２１ｂからそれぞれ延びている。なお、側端部２１ａ，２１ｂは、実装面２１の縁のみならずその周辺の領域を含む。このため、配線パターン３５は、実装面２１の縁よりも内側に設けられても良い。

以下、一つの側端部２１ａから延びる配線パターン３５について代表して説明する。なお、他方の側端部２１ｂの配線パターン３５の基本的な構成は、一つの側端部２１ａの配線パターン３５と同じである。

配線パターン３５は、第１の部分３５ａと、第２の部分３５ｂとを有している。図３に示すように、配線パターン３５の第１の部分３５ａは、実装面２１の側端部２１ａから駆動素子１８に向かって直線状に延びている部分である。第１の部分３５ａは、互いに平行に延びている。配線パターン３５の第２の部分３５ｂは、第１の部分３５ａの端部と、電極２８とに跨る部分である。第２の部分３５ｂは、電極２８にそれぞれ電気的に接続されている。

一つの駆動素子１８において、複数の電極２８のうち幾つかの電極２８は、第１の電極群３１を構成する。複数の電極２８のうち他の幾つかの電極２８は、第２の電極群３２を構成する。

第１の電極群３１と第２の電極群３２とは、駆動素子１８の長手方向の中央部を境に分かれている。第２の電極群３２は、第１の電極群３１と隣り合っている。第１および第２の電極群３１，３２は、例えば１５９個の電極２８をそれぞれ含んでいる。

図１に示すように、一対の回路基板１３は、基板本体４４と、一対のフィルムキャリアパッケージ（ＦＣＰ）４５とをそれぞれ有している。なお、ＦＣＰは、テープキャリアパッケージ（ＴＣＰ）とも称される。

基板本体４４は、矩形状に形成された剛性を有するプリント配線板である。基板本体４４に、種々の電子部品やコネクタが実装される。また、基板本体４４に、一対のＦＣＰ４５がそれぞれ取り付けられている。

一対のＦＣＰ４５は、複数の配線が形成されるとともに柔軟性を有する樹脂製のフィルム４６と、前記複数の配線に接続されたＩＣ４７とをそれぞれ有している。フィルム４６は、テープオートメーテッドボンディング（ＴＡＢ）である。ＩＣ４７は、電極２８に電圧を印加するための部品である。ＩＣ４７は、樹脂によってフィルム４６に固定されている。

図３に示すように、一方のＦＣＰ４５の端部は、異方性導電性フィルム（ＡＣＦ）４８によって、第１の配線パターン３５の第１の部分３５ａに、熱圧着接続されている。他方のＦＣＰ４５の端部は、ＡＣＦ４８によって、第２の配線パターン３６の第１の部分３６ａに、熱圧着接続されている。これにより、ＦＣＰ４５の前記複数の配線は、第１および第２の配線パターン３５，３６に電気的に接続される。

ＦＣＰ４５が第１および第２の配線パターン３５，３６に接続されることで、ＩＣ４７が、ＦＣＰ４５の前記配線を介して電極２８に電気的に接続される。ＩＣ４７は、フィルム４６の前記配線を介して電極２８に電圧を印加する。

ＩＣ４７が電極２８に電圧を印加すると、駆動素子１８がシェアモード変形することにより、当該電極２８が設けられた溝２７の容積が増減させられる。これにより、溝２７の中のインクの圧力が変化し、当該インクがノズル２５から吐出される。

また、本実施形態では、図３に示すようにノズルプレート１６の液滴吐出方向面（図３中でノズルプレート１６の上面）には、撥液性機能を実現する塗布膜積層体５２が形成されている。この塗布膜積層体５２は、図６に示すように１平面内に撥液性を示す撥液領域５３と親液性を示す親液領域５４とを分散配置させた状態で塗布された塗布膜５５を厚さ方向に複数層（本実施形態では６層）積層させたものである。

次に、上記構成の塗布膜積層体５２について説明する。塗布膜積層体５２は、例えば特開２０１５−４４９８３号公報に開示されている「撥水撥油材料」を塗布膜５５として使用している。この塗布膜５５は、親液領域５４が撥液領域５３の最表面に分散して形成される。撥水撥油材料は、撥液領域５３に親液領域５４を分散させてある。この撥水撥油材料は、撥水性組成物に対して親水性組成物を適宜の割合で混合することによって生産することが可能である。親水性組成物の混合割合は、撥水性組成物に対して５０％以下であればよいが、少なくとも撥水撥油材料の表面において親液領域５４の面積が２％以上になるように混合する必要がある。

本実施形態では、撥水撥油材料の塗布膜５５をノズルプレート１６の上面に塗布することにより、親液領域５４と撥液領域５３が最表面に分散して存在する１層の塗布膜５５が形成される。この塗布膜５５を複数回、塗布する作業を繰り返すことで、図６に示すように上記塗布膜５５を複数層に積層した塗布膜積層体５２が形成されている。

また、本実施形態のインクジェットヘッド記録装置では、図８に示すようにノズルプレート１６の表面を洗浄する洗浄装置５６を有する。図８は、インクジェットヘッド１０のノズルプレート１６の表面を洗浄する洗浄装置５６の概略構成を示すブロック図である。この洗浄装置５６は、ワイピング機構５７と、撥液性劣化検知部５８と、制御部５９と、駆動スイッチ６０とを具備する。

ここで、ワイピング機構５７は、例えばノズルプレート１６の表面に接離可能に当接するブレードなどのワイパー６１（図７（Ｂ）参照）を有する。撥液性劣化検知部５８は、ノズルプレート１６の表面の汚れ具合を検出する。この撥液性劣化検知部５８は、例えば、インクジェットヘッド記録装置で印刷される紙媒体などの使用枚数をカウントするカウンターや、使用後の経過時間を計測するタイマーなどのデータが使用可能である。そして、例えば紙媒体などの使用枚数のカウント数や、使用後の経過時間の計測値が予め定めた設定値を超えた場合にノズルプレート１６の表面が汚れた状態と判断し、ノズルプレート１６の撥液性劣化を検知する。

制御部５９には、ワイピング機構５７を駆動する駆動スイッチ６０と、撥液性劣化検知部５８とが接続されている。そして、制御部５９では、駆動スイッチ６０がオン操作された場合や、撥液性劣化検知部５８によるノズルプレート１６の表面の汚れ具合の検出時に、ワイピング機構５７を駆動する。ここで、インクジェットヘッド記録装置の通常の使用時には、このワイピング機構５７は、非動作状態で待機位置で保持されている。

また、ワイピング機構５７の駆動時には、制御部５９からの制御信号に基づいてワイパー６１が待機位置から使用位置に移動される。このとき、図７（Ｂ）に示すようにワイパー６１は、ノズルプレート１６の上の塗布膜積層体５２の最表面の塗布膜５５に当接させる。この状態で、制御部５９からの制御信号に基づいてワイパー６１をノズルプレート１６の塗布膜５５の表面に沿って摺動させる。このとき、ワイパー６１によるワイピング動作（擦り動作）によって塗布膜積層体５２の最表面の塗布膜５５を剥離する。このように撥液性が劣化した塗布膜積層体５２の最表面の塗布膜５５をワイパー６１のワイピング動作により、剥離することで、図７（Ｃ）に示すように２層目の新しい塗布膜５５が、塗布膜積層体５２の最表面に露出される。これにより、ノズルプレート１６の上面の汚れを除去する。

次に、上記構成の塗布膜積層体５２が塗布されたノズルプレート１６を有するインクジェットヘッド記録装置の作用の一例について、図７（Ａ）〜（Ｃ）を参照して説明する。ノズルプレート１６は、インクジェットヘッド記録装置の使用開始の初期は、塗布膜積層体５２の最表面の塗布膜５５によってノズル２５の周辺部にインク６２が付着することが防止されている。図７（Ａ）は、ノズル２５の周辺部に飛散したインク６２が塗布膜５５によって撥液された状態を示している。

インクジェットヘッド記録装置の使用開始後、時間が経過すると塗布膜積層体５２の最表面の塗布膜５５による撥液性が徐々に低下する。図７（Ｂ）は、この塗布膜５５による撥液性が低下した状態を示している。そして、撥液性劣化検知部５８によるノズルプレート１６の表面の汚れ具合の検出時には、上述した通りワイピング機構５７が駆動される。このとき、ワイパー６１をノズルプレート１６の塗布膜５５の表面に沿って摺動させ、ワイパー６１によるワイピング動作によって塗布膜積層体５２の最表面の塗布膜５５を剥離する。

これにより、図７（Ｃ）に示すように２層目の新しい塗布膜５５が、塗布膜積層体５２の最表面に露出される。これにより、塗布膜積層体５２の最表面の塗布膜５５（２層目の新しい塗布膜５５）により、ノズル２５の周辺部に飛散したインク６２の撥液性が回復する。

なお、必要に応じて手動により、駆動スイッチ６０をオン操作することで、ワイピング機構５７を駆動して塗布膜積層体５２の最表面の塗布膜５５を剥離するようにしてもよい。この場合も、新しい塗布膜５５を塗布膜積層体５２の最表面に露出させることができ、ノズル２５の周辺部に飛散したインク６２の撥液性を回復させることができる。

本実施形態では、図６に示すように１平面内に撥液領域５３と親液領域５４とを分散配置させた状態で塗布された塗布膜５５を厚さ方向に複数層（本実施形態では６層）積層させた塗布膜積層体５２をノズルプレート１６の液滴吐出方向面に設けている。これにより、塗布膜積層体５２の最表面の塗布膜５５の撥液性が劣化したときに、ワイピング機構５７を駆動することで、最表面の劣化した塗布膜５５を剥がすことができる。このとき、撥液性が劣化していない塗布膜５５を塗布膜積層体５２の最表面に露出させることができるので、ノズル２５の周辺部に飛散したインク６２の撥液性を回復させることができる。その結果、ワイパー６１による擦り動作によって撥液層の撥液性が劣化することを防止することができ、インクジェットヘッド記録装置の使用時の液滴吐出特性を高品質に維持することができる。

図９は、インクジェットヘッド１０のノズルプレート１６の変形例を示す平面図である。本変形例は、駆動素子１８の複数の溝２７に対し、ノズルプレート１６のノズル２５を対応させて形成した部分と、ノズルプレート１６のノズル２５を形成していない部分（ノズルなし部分）とを１つ置きに配置したものである。なお、複数のノズル２５は、千鳥状に並べて配置してもよい。本変形例のノズルプレート１６の液滴吐出方向面にも、第１の実施形態と同様の構成の撥液性機能を実現する塗布膜積層体５２が形成されている。

本変形例の構成によれば、ワイピング機構５７を駆動してノズルプレート１６の表面の塗布膜積層体５２の最表面の劣化した塗布膜５５を剥離しても、新たな撥液構造の塗布膜５５が現れる。これにより、ノズルプレート１６の表面に付着したインク６２を除去してもノズルプレート１６の最表面の塗布膜５５の撥液性が劣化しないので、ノズル２５から吐出される液滴の飛行曲がり等の吐出不良を防止することができる。

これらの実施形態によれば、ワイプによって撥液層の撥液性が劣化することを防止することができるインクジェットヘッド記録装置を提供することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…インクジェットヘッド、１１…ヘッド本体、１２…ユニット部、１２ａ…インク供給部、１２ｂ…インク排出部、１３…回路基板、１５…ベースプレート、１６…ノズルプレート、１７…枠部材、、１８…駆動素子、１９…インク室、２１…実装面、２１ａ…側端部、２１ｂ…側端部、２２…供給孔、２３…排出孔、２５…ノズル、２７…溝、２８…電極、３１…電極群、３２…電極群、３５…配線パターン、３５ａ…第１の部分、３５ｂ…第２の部分、３６…配線パターン、３６ａ…第１の部分、４４…基板本体、４５…フィルムキャリアパッケージ、４６…フィルム、４８…異方性導電性フィルム、５１…圧力室、５２…塗布膜積層体、５３…撥液領域、５４…親液領域、５５…塗布膜、５６…洗浄装置、５７…ワイピング機構、５８…撥液性劣化検知部、５９…制御部、６０…駆動スイッチ、６１…ワイパー、６２…インク。

Claims (4)

1. インクを吐出させる複数のノズルが形成されたノズルプレートと、
   前記ノズルに各々連通する複数の圧力室と、
   前記圧力室内のインクを前記ノズルから吐出させる圧力発生手段と、
   前記圧力室にインクを供給するインク供給手段と、
   前記ノズルプレートの液滴吐出方向面に形成され、撥液性を示す撥液領域と親液性を示す親液領域とを分散配置させた状態で塗布された塗布膜を厚さ方向に複数積層させた塗布膜積層体と
   を有するインクジェットヘッド記録装置。
2. 前記塗布膜積層体は、表面の前記塗布膜の撥液性の劣化時に前記塗布膜積層体の表面をワイプすることで最外層の前記塗布膜を除去し、２層目の前記塗布膜を露出させることで前記塗布膜積層体の撥液性を回復することを特徴とした請求項１に記載のインクジェットヘッド記録装置。
3. 前記ノズルプレートをワイピングするワイピング機構と、
   前記塗布膜積層体の撥液性の劣化を検知する撥液性劣化検知部と、
   前記撥液性劣化検知部による前記塗布膜積層体の劣化の検知時に前記ワイピング機構を駆動する制御部とを具備することを特徴とした請求項１または２のいずれかに記載のインクジェットヘッド記録装置。
4. 前記制御部は、前記ワイピング機構を駆動する駆動スイッチを有することを特徴とした請求項３に記載のインクジェットヘッド記録装置。