JP4199881B2

JP4199881B2 - インクジェット噴射ヘッド及びインクジェット記録装置

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Publication number: JP4199881B2
Application number: JP22437599A
Authority: JP
Inventors: 寛河上; 陽斉藤; 和広島田; 健富沢
Original assignee: Seiren Co Ltd
Current assignee: Seiren Co Ltd
Priority date: 1999-07-02
Filing date: 1999-07-02
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2019-07-02
Also published as: JP2001018390A; US6347859B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット記録装置に関し、更に詳しくは、インク液滴を布帛等の記録媒体に対し噴射させ印写画像の形成を行うためのインクジェット噴射ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクを使った記録手段において、インクジェット記録方式がある。
この記録方式は軽量且つ小型化が可能で、また騒音が少ないことなどから、その印写記録の記録媒体についても広範囲のものが対象となっている。
特にインクジェット記録方式を布帛の染色に適用したインクジェット捺染は、従来の繊維の捺染加工ではなし得ない繊細で多色な柄を、記録媒体上に明確に現出することが可能であり、また、製版等の工程負荷を大きく削減できる点から極めて有用である。
このようなことで、インクジェット捺染は、多品種・少ロット生産にも対応できる高品質な捺染技術として今日、注目されている。
【０００３】
ところで、インクジェット記録方式としては、記録媒体である布帛面に対してノズルを備えたインクジェット噴射ヘッドを、布帛の巻き取り方向（移送方向）と垂直に走査させて印写画像を形成するものが、一般的に採用されている。
現時点において重要な課題は、高生産及び高品質の要請の折り、インクジェット噴射ヘッドからのインクを的確に布帛面に到達させ且つ印写画像品位の向上を図ることである。
そのためには、インク液滴を連続して常に安定した状態で吐出できるための吐出安定性を向上させることが極めて重要である。
【０００４】
しかし、実際の印写画像形成においては、吐出されるインク液滴の飛翔方向にズレが生じたり、インクが吐出不良になることによって、記録媒体面に未印刷部分が発生し、プリントされる印写画像品位を著しく低下させる問題がある。
このような欠陥の発生要因の一つとして、記録媒体上に存在する埃・塵・ゴミ等の異物がノズル部やその周辺部への付着する問題点がある。
また、皺や浮きが発生した状態の記録媒体とノズル部との接触・衝突によって、ノズル部やその周辺部の破損が生じることが挙げられる。
その対策として、例えば特開平５−３３００４１号に示されるように、インクの吐出口が形成されているヘッド基板ノズル面を、ヘッド基板を囲うマスク板の表面より５μｍ〜５００μｍ窪ませる方法が提案されている。
これにより記録媒体との接触やワイピンク後の紙粉・異物等の再付着からノズル及びその周辺部を保護することが一応可能となった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このようなマスク板を備えたものは、インクが飛翔する際に生ずるインクミストやノズルから漏洩するインクがノズル面に溜まり易いという問題がある。
そして、異物の付着を避けるために窪みを大きくした場合、この問題は更に大きな問題となる。
また、布帛の場合、毛羽などを取り除きノズル詰りを防止する為に行なわれるノズル面の洗浄という手段は、溶液を使用するためにマスク板やノズル面に不要液滴を生じやすいという問題がある。
そして、付着した液滴が溜まると、インクの飛翔通路を妨害したり、不用意に溜まった液滴が塊となって布帛面に到達し、大きく印写画像品位を低下させる問題がある。
すなわち、ノズルを保護するために設けたマスク板が、却ってインクジェット噴射ヘッドの欠点として作用することになる。
【０００６】
このようなことから、マスク板やノズル面にインクが付着することは避けられないものの、一旦、マスク板やノズル面に付着したインクにおいては、それが溜まる前に、スムーズにマスク板やノズル面から離脱してやることが必要である。
しかしながら、上記の方法では異物の付着を防止する効果はあるものの、マスクやノズル面にインクが付着することや液滴の溜まりを防止することまではできない。
本発明は、このような技術的問題点を背景になされたものである。
【０００７】
すなわち、本発明の目的は、インクジェット記録方式のインクジェット噴射ヘッドにおいて、ノズル面を記録媒体との接触・衝突や異物等の付着から確実に保護するとともに、マスク板（ノズル保護プレート）やノズル面にインク液滴が溜まることを防止することである。
結果的に、ノズルからのインクのスムーズな飛翔を保証して、吐出安定性を上げ、結果的に印写画像品位の向上を図ることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のインクジェッド噴射ヘッドは、（１）、布帛面に対して、走査させながらノズルからインクを噴射して印写画像を形成するインクジェット噴射ヘッドであって、複数のノズルを有するノズル面から、ベース片を介して、０．４ｍｍ〜２．５ｍｍの間隔を保って支持されたノズル保護プレートに、副走査方向に沿ってインクの吐出通路となるスリットを形成したインクジェット噴射ヘッドにおいて、前記スリットをノズル領域より下方に延長するように形成し、前記ノズル保護プレートの副走査方向の上端又は下端を、一方向もしくは複数方向に傾斜させ、前記ノズル保護プレートの上端及び下端の各終端を、それぞれ前記ノズル保護プレートの両側部に沿って配置された前記ベース片に連結することにより、前記ノズル保護プレートに付着した液滴が前記ベース片に誘導され、該ベース片を伝って下方に流れ、最終的にノズル保護プレートから離脱されるようにしたインクジェット噴射ヘッドに存する。
【０００９】
そして、（２）、ノズル保護プレートの副走査方向の上端又は下端が、５°〜４５°で一方向に傾斜している上記（１）記載のインクジェット噴射ヘッドに存する。
【００１０】
そしてまた、（３）、ノズル保護プレートの副走査方向の上端又は下端が、５°〜４５°で山形状に傾斜している上記（１）記載のインクジェット噴射ヘッ
【００１１】
そしてまた、（４）、スリットの主走査方向の幅が、０．４ｍｍ〜１．５ｍｍであることを特徴とする、請求項１記載のインクジェット噴射ヘッド。
【００１２】
そしてまた、（５）、スリットの主走査方向の幅が、０．４ｍｍ〜１．５ｍｍである上記（１）記載のインクジェット噴射ヘッドに存する。
【００１５】
そしてまた、（６）、ノズル保護プレートが親水化処理されている上記（１）〜（５）のいずれか１のインクジェット噴射ヘッドに存する。
【００１７】
そしてまた、（７）、上記（１）〜（６）のいずれか１項記載のインクジェット噴射ヘッドを備えたインクジェット記録装置に存する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明のインクジェット記録方式は、記録媒体である布帛面に対して、ノズルを備えたインクジェット噴射ヘッドを布帛の巻き上げ方向（移送方向）に対して、垂直方向（図２の矢印Ｘ方向）に走査させながらインクを噴射し、その後、布帛の巻き上げを行い、再度、布帛の巻き上げ方向とは垂直方向に走査させながらインクを噴射し、以後、これを繰り返して、布帛面に印写画像を記録していく方式である。
【００１９】
そして、インクジェット噴射ヘッドと、それを走査するための図示しない駆動装置と、インクを噴射させるノズルの制御を行う図示しない制御装置とにより、インクジェット記録装置が構成されている。
なお、以下、布帛の巻き上げ方向を「副走査方向」、布帛の巻き上げ方向と垂直方向を「主走査方向」と呼ぶ。
【００２０】
ここで、インクジェット噴射ヘッド２について簡単に説明すると、図３に示すように、インクジェット噴射ヘッド２には圧力室２２とインクジェットノズル（オリフィスともいう）２１とがあり、また圧力室を構成する隔壁の一部に圧電素子２３が配設されている。
圧力室２２には図示しないインク供給部がつながっており、適宜、また図示しないインク貯蔵部からそのインク供給部を通してインクが補給される。
そして圧電素子２３にパルス電圧が加わることにより、圧力室２２に充填されているインクがノズル２１を介して前方に吐出されるのである。
【００２１】
インクジェット噴射ヘッド２には、通常、このようなノズル２１が複数個並んで群となり配設されている。
また、そのノズル群Ｎも、複数個、列となって並んで配設されることも可能である。
本発明のインクジェット噴射ヘッド２は、主として、上記のようなインクジェット噴射ヘッド２に、ノズル保護プレート１を備えるものである。
【００２２】
図２に示すように、ノズル保護プレート１は、ノズル面２４から一定の間隔Ｌ（図３参照）をおいて支持するためのベース片１Ａを備える。
このベース片１Ａは、ノズル保護プレート１と一体化したものでもよいが、間隔Ｌを変更して汎用的に使用するために、ノズル保護プレート１に固着手段（例えばビス、ネジ、リベット等）で固着したり、接着剤で貼り付けたりすることも可能である。
【００２３】
またノズル噴射ヘッド表面にノズル保護プレート１を、固定する方法についても同様に、固着手段（例えばビス、ネジ、リベット等）を使ってヘッド表面に取り付けたり、接着剤により貼り付けることも可能である。
ノズル保護プレート１は、金属板材でも合成樹脂板材でもよく、ベース片１Ａと一体に成形することも可能である。
さて、ノズル保護プレート１には、ノズル２１からの吐出インクの吐出通路（飛翔経路）となる開口部が形成されている。
この開口部は、副走査方向に沿った複数のスリット１１として形成される。
【００２４】
図４は、斜めに配置されたノズル群Ｎの各ノズル２１に対応するように、７つのスリット１１が列設されているノズル保護プレート１を示す。
ノズル２１から吐出されたインクは、このスリットを通じて飛翔し布帛面に到達する。
【００２５】
〔ノズル保護プレートとノズル面との間隔〕
ところで、毛羽のような毛足の長いものを有する記録媒体に対し印写画像形成を行う場合に、ノズル面２４とノズル保護プレート１との間隔（図３でいう間隔Ｌ）をできるだけ拡大することが、該ノズル面への異物の付着を防止する上で有効である。
しかし、間隔を開け過ぎると、それに応じて、ノズル面２４と布帛面との間隙を大きくしなければならないため、インク液滴の飛翔の振れが生じてシャープな印写画像が現出できない。
また、間隔Ｌを短くし過ぎると、ノズル保護プレート１とノズル面２４との間隙に液滴が保持され停滞する現象が生じる。
【００２６】
〔実験１〕
本発明者らは、このことについて実験（実験１）を行った。
すなわち、ノズル保護プレート１とノズル面２４との間隙Ｌを順次変えながら、ノズルに対して洗浄液を吹きつけるいわゆる洗浄を行い、ノズル保護プレート１とノズル面２４の間隙にある不要液滴の落下状態を観察した。
なお、ノズル保護プレートの厚み０．３ｍｍ、副走査方向下端部の傾斜角１２°とした。
また、ノズル保護プレート１とノズル面２４との間隔Ｌを順次変えながら、ノズル保護プレートを布帛面に対して１．５ｍｍの間隔になるように配置し、一定長さを印写して、印写後の布帛面の印写画像品位を観察した。
【００２７】
なお、印写条件は次の通りとした。
▲１▼インク；イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックからなる４色の分散染料インク
▲２▼記録装置；シリアル走査型インクジェット染色機
▲３▼記録媒体；ポリエステル平織布帛
その実験結果を表１に示す。
【００２８】
【表１】

【００２９】
実験結果から、ノズル保護プレート１とノズル面２４との間隙Ｌは、０．４ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲が好ましく、０．６ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲が更に好ましいことが分かった。
【００３０】
〔開口部（スリット）の幅〕
ノズル保護プレート１に開けられたスリット１１の幅Ｗが狭過ぎると、ノズルの洗浄実施後に液滴の膜（いわゆる「液膜」）が形成されて滞り易くなる。
一方、スリット１１の幅Ｗが広過ぎると、液膜はできにくくなるものの、ノズル面２４に異物（例えば毛羽等）が付着し易くなる。
そのため、ノズル保護プレート１に形成されている各スリット１１の主走査方向における幅Ｗは、ノズル面２４への異物付着を防止し、スリット１１に液膜が形成されない様な幅に設定するのが好ましい。
【００３１】
〔実験２〕
本発明者らは、このことについて実験（実験２）を行った。
すなわち、ノズル保護プレート１に形成されているスリット１１の幅Ｗを順次変えた場合において、実験１と同様にノズルに対する洗浄を行い、スリット１１の液膜形成状態を観察した。
なお、ノズル保護プレートの厚み０．３ｍｍ、ノズル保護プレート１とノズル面２４との間隔Ｌは０．６ｍｍとした。
また、ノズル保護プレート１に形成されているスリット１１の幅Ｗを順次変えた場合において、ノズル保護プレート１を布帛面に対して１．５ｍｍの間隔、ノズル保護プレート１とノズル面２４との間隔Ｌを０．６ｍｍの間隔にて走査し、一定長さを印写して、ノズル面への毛羽付着状態を観察した。
【００３２】
なお、印写条件は次の通りとした。
▲１▼インク；イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックからなる４色の反応染料インク
▲２▼記録装置；シリアル走査型インクジェット染色機
▲３▼記録媒体；ナイロン立毛布帛
その実験結果を表２に示す。
【００３３】
【表２】

【００３４】
実験結果から、スリットの幅Ｗは、０．４ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲が好ましく、０．６ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲が更に好ましいことが分かった。
【００３５】
〔ノズル保護プレートの上下端面の形状〕
図４のノズル保護プレート１は、その上端１２（すなわち副走査方向でいう上端）が右傾斜に形成され、下端１３（すなわち副走査方向でいう下端）が、山形状に形成されているものである。
この場合、上端の傾斜部や下端の山形部の終端は、ベース片１Ａに連結されるような構造になっている。
そのため、ノズル保護プレート１に付着した液滴は、ベース片に効率良く案内されて流れる。
【００３６】
図５は、その液滴の流れ方向を示したものである。
ノズル保護プレート１に付着した液滴は、上端においては、右方向に流れて移動し、スリット領域に付着した液滴は、先ず下方に流れ、その後、下端の山形状に沿って左右に分かれて流れる。
もちろん、これらの液滴の移動は、図６に示すように、ノズル保護プレート１の表側又は裏側の両面を伝わって行われる。
【００３７】
このように、液滴の多くは、上端１２と下端１３でベース片１Ａに向かって移動し、その後、ベース片１Ａを伝って下方に流れ、最終的にノズル保護プレート１から離脱される。
本発明においては、ノズル保護プレート１の液滴の流れを有効に助けるため、図４以外の図７に示すような、上端１２又は下端１３の形状を有するものが採用される。
【００３８】
なお、図７はスリットを略して流れのみを模式的に示した。
（Ａ）上端が右下がり傾斜で、且つ下端が右下がり傾斜である。
（Ｂ）上端が左下がり傾斜で、且つ下端が右下がり傾斜である。
（Ｃ）上端が傾斜がなく平行で、且つ下端が右下がり傾斜である。
（Ｄ）上端が右下がり傾斜で、且つ下端がやや不等辺な山形状である。
（Ｅ）上端が等辺の山形状で、且つ下端も等辺の山形状である。
（Ｆ）上端が傾斜がなく平行で、且つ下端が等辺の山形状である。
【００３９】
以上のような、上端１２又は下端１３を形成することにより、図示（矢印）の如く、液滴の流れが促されることになる。
このように、ノズル保護プレート１の上端１２又は下端１３（すなわち副走査方向でいう上端又は下端）が、一方向に傾斜する〔主走査方向に対する角度α（５°〜４５°）が好ましい〕ように形成されたり、上端面又は下端面が山形状に傾斜する〔主走査方向に対する角度α（５°〜４５°）が好ましい〕よう形成されたりすることで、上端１２又は下端１３に集結した液滴は、その傾斜によりベース片１Ａへ誘導されて、最後には、ノズル保護プレート１より離脱し、ノズル噴射ヘッド面を伝って他所へ落下することになる。
【００４０】
したがって、ノズル領域（後述する）に位置するノズル保護プレート１とノズル面の間に、インク液滴が溜まるということが、殆どなくなり、また、ノズル領域以外に保持されている残留液滴についても印刷実施中に飛び散ったりして、記録媒体を汚すことが防止される。
これらの構造は、ノズル２１から吐出するインクに対してのみではなく、先述したように、洗浄する際の洗浄液等によるノズルの洗浄実施後に、ノズル保護プレート１に付着する残留液滴に対しても同様のことがいえるため、洗浄効果を十分、発揮できる。
【００４１】
〔開口部（スリット）の長さ〕
ここで、開口部（スリット１１）は、ノズル領域Ｚ（ノズル群Ｎが位置している領域）より下方に延長するように形成することが好ましい。
例えば、図４の例においても、また図８の例においても、ノズル群Ｎが位置している領域（すなわちノズル領域Ｚ）に対応する以外の部分に下方に延長して開口部（スリット１１）が形成されている。
このように構成することで、一時的に開口部（スリット１１）のノズル領域Ｚに液膜が形成されたとしても、自重により下方へ移動しノズル領域Ｚとは異なった部分に液膜ができる。
また、この液膜のインク液滴も振動等によりやがてノズル保護プレート１から離脱することになる。
【００４２】
〔ノズル保護プレートの表面処理〕
本発明のインクジェット噴射ヘッド２のノズル保護プレート１においては、その表面に親水化処理を施すことが好ましい。
親水化処理の方法としては、ＳｉＯ_２，ＺｒＯ_２，ＴｉＯ_２，Ａｌ_２Ｏ_３等の酸化膜やＣｒ，Ｎｉ等の金属膜をスパッタリング、真空蒸着、メッキ処理などにより形成する方法、界面活性剤等の親水基を有する化合物や、親水基および疎水基を持つ染料を吸着させる方法が挙げられる。
これらの方法は、ノズル保護プレート１が金属でも、高分子でも、材質に関係なく、行われる。
その他、ノズル保護プレート１そのものを親水性を示す金属などで構成する方法、金属表面を研磨粒子を用い粗面化する物理的加工方法、ノズル保護プレート１が高分子材料の場合、プラズマ処理、コロナ放電処理、紫外線処理等の表面改質処理方法、などがある。
【００４３】
このような処理により、ノズル保護プレート表面の液滴の表面張力が低下し、玉状になることを防止することができる。
その液滴がノズル保護プレート１の上端１２又は下端１３に導かれれば、あとは上記同様、その上端１２又は下端１３の傾斜によりベース片１Ａを伝ってノズル保護プレート１から離脱していくことになる。
【００４４】
以上、本発明の実施の形態を述べてきたが、本発明は、その目的に沿う限り、種々の変形例が可能である。
例えば、ノズル保護プレート１の開口部１１の形状は、主走査方向に沿ってやや傾斜して形成されることも当然可能であり、ノズル群Ｎの配置の仕方も適宜選択できる。
具体的には、図９に示す如く、５つのノズル２１を有するノズル群Ｎが３群になって、３つの列設された各スリット１１に対応するように位置させることが可能である。
【００４５】
また具体的には、図１０に示す如く、５つのノズル２１を有するノズル群Ｎが２群になって、２つの列設された各スリット１１（ここでのスリットは、主走査方向に対して傾斜している）に対応するように位置させることが可能である。
また、図１１に示す如く、４つのノズル２１を有するノズル群Ｎが３群になって、４つの列設された各スリット１１（ここでのスリットも、主走査方向に対して傾斜している）を跨ぐように位置させることが可能である。
このように、ノズル保護プレート１の開口部のスリット１１を、任意に、列設することにより、ノズル群の配設の自由度が増す利点がある。
【００４６】
【発明の効果】
以上の構成により、ノズル配列に関わりなく、また記録媒体の種類によらず異物の付着や記録媒体との接触・衝突からノズル面を確実に保護できる。
また、ノズル面の保護効果がある上、不要な液滴が効率よく排除できる。
その結果、吐出安定性が向上でき、結果的に印写画像品位が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明のノズル保護プレートを示す外観図である。
【図２】図２は、ノズル保護プレートが取り付けられたインクジェット噴射ヘッドを示す。
【図３】図３は、ノズル保護プレートが取り付けられたインクジェット噴射ヘッドの断面を示す図である。
【図４】図４は、ノズルの保護プレートの平面図を示す。
【図５】図５は、ノズル保護プレートにおけるインクの流れ方向を示す正面図である。
【図６】図６は、ノズル保護プレートにおけるインクの流れ方向を示す一部断面図である。
【図７】図７は、本発明のノズル保護プレートの上端及び下端の形状を示す図である。
【図８】図８は、ノズル保護プレートの開口部（スリット）の延長長さを説明する図である。
【図９】図９は、ノズル保護プレートとノズル群の位置関係を示す図である。
【図１０】図１０は、ノズル保護プレートとノズル群の位置関係を示す図である。
【図１１】図１１は、ノズル保護プレートとノズル群の位置関係を示す図である。
【符号の説明】
１…ノズル保護プレート
１Ａ…ベース片
１１…スリット
１２…上端
１３…下端
２…インクジェット噴射ヘッド
２１…ノズル
２２…インク室（圧力室）
２３…圧電素子
２４…ノズル面
Ｌ…間隔
Ｎ…ノズル群
Ｗ…幅
Ｚ…ノズル領域

Claims

布帛面に対して、走査させながらノズルからインクを噴射して印写画像を形成するインクジェット噴射ヘッドであって、複数のノズルを有するノズル面から、ベース片を介して、０．４ｍｍ〜２．５ｍｍの間隔を保って支持されたノズル保護プレートに、副走査方向に沿ってインクの吐出通路となるスリットを形成したインクジェット噴射ヘッドにおいて、
前記スリットをノズル領域より下方に延長するように形成し、
前記ノズル保護プレートの副走査方向の上端又は下端を、一方向もしくは複数方向に傾斜させ、
前記ノズル保護プレートの上端及び下端の各終端を、それぞれ前記ノズル保護プレートの両側部に沿って配置された前記ベース片に連結することにより、前記ノズル保護プレートに付着した液滴が前記ベース片に誘導され、該ベース片を伝って下方に流れ、最終的にノズル保護プレートから離脱されるようにしたことを特徴とするインクジェット噴射ヘッド。
ノズル保護プレートの副走査方向の上端又は下端が、５°〜４５°で一方向に傾斜していることを特徴とする、請求項１記載のインクジェット噴射ヘッド。
ノズル保護プレートの副走査方向の上端又は下端が、５°〜４５°で山形状に傾斜していることを特徴とする、請求項１記載のインクジェット噴射ヘッド。
スリットが複数個、列設されていることを特徴とする、請求項１記載のインクジェット噴射ヘッド。
スリットの主走査方向の幅が、０．４ｍｍ〜１．５ｍｍであることを特徴とする、請求項１記載のインクジェット噴射ヘッド。
ノズル保護プレートが親水化処理されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項記載のインクジェット噴射ヘッド。
上記請求項１〜６のいずれか１項記載のインクジェット噴射ヘッドを備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。