JP5354378B2 - 画像形成装置 - Google Patents

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    • B41J2/16535Cleaning of print head nozzles using wiping constructions
    • B41J2/16538Cleaning of print head nozzles using wiping constructions with brushes or wiper blades perpendicular to the nozzle plate

Description

本発明は、ノズルの吐出口からインクを吐出して記録体上に画像を形成するインクジェット方式を採用した画像形成装置に関するものである。
この種の画像形成装置においては、インクが吐出される吐出口を有するノズルが記録ヘッドに設けられており、そのノズルの吐出口が開口した吐出口面に付着したインクをゴム製のブレードで拭き取るワイピング動作が行われる。
特許文献1には、吐出口面に撥インク層を形成して吐出口面に対しインクを濡れにくくして、吐出口面に付着したインクをブレードによるワイピング動作によって拭き取り易くすることが開示されている。
ワイピング動作時には、弾性変形することで吐出口面側から吐出口を介してノズル内部にブレードが入り込み、その入り込んだブレードの側面とブレード移動方向にある吐出口の縁近傍の撥インク層とが摺擦し合うため、吐出口の縁近傍の撥インク層が摩耗され易い。特に、吐出口面にインクの凝集物があるとワイピング動作時に拭い取られブレードに付着した凝集物が吐出口の縁近傍の撥インク層に擦り付けられ、凝集物が砥粒として作用し撥インク層の損傷が促進される。そのため、経時でワイピング動作が繰り返し行われていくと、ブレード移動方向にある吐出口の縁近傍の撥インク層が摩耗し除去され、吐出口の縁近傍にインクが濡れ易い領域が形成される。このように吐出口の縁近傍にインクが濡れ易い領域が形成されると、ノズルからのインク吐出時にインクが吐出口の縁近傍の濡れ易い領域に広がってインクの吐出方向が本来の吐出方向よりも曲がってしまい、良好な画像形成が行えなくなるといった問題が生じる。
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、ワイピングに伴う弾性体ブレードの移動方向にある吐出口の縁近傍の撥インク層の摩耗を低減できる画像形成装置を提供することである。
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、インクを吐出する吐出口が開口した吐出口面に撥インク層が形成されたノズルを有する記録ヘッドと、該吐出口面に当接して移動し、該吐出口面と摺擦し合って該吐出口面に付着したインクを拭い取るワイピング動作を行う弾性体ブレードと、を備えた画像形成装置において、前記吐出口が長孔形状であり、ワイピング動作時に前記弾性体ブレードを該吐出口の長軸方向に移動させるように構成したことを特徴とするものである。
また、請求項2の発明は、請求項1の画像形成装置において、上記ワイピング動作の累積回数を算出するワイピング動作累積回数算出手段と、該ワイピング動作時の前記弾性体ブレードの移動方向を、上記吐出口の長軸方向上の第1の位置から第2の位置に向かって前記弾性体ブレードが移動する第1の移動方向と、該第2の位置から該第1の位置に向かって該弾性体ブレードが移動する第2の移動方向とで、所定のワイピング動作累積回数に応じて変更する弾性体ブレード移動方向変更手段とを有すること特徴とする画像形成装置。
また、請求項3の発明は、請求項1または2の画像形成装置において、上記吐出口面に弾性体ブレード移動方向に対して直交する方向に撥インク性の異なる領域を設け、少なくとも吐出口の長軸方向端辺を含む領域は高撥インク性とし、それ以外は低撥インク性とすることを特徴とするものである。
また、請求項4の発明は、請求項3の画像形成装置において、上記記録ヘッドは上記ノズルを複数有しており、ワイピング動作時の上記弾性体ブレードの移動方向が該記録ヘッドのノズルチャンネル方向であることを特徴とするものである。
また、請求項5の発明は、請求項1、2、3または4の画像形成装置において、上記弾性体ブレードの移動方向側にある側面の、上記撥インク層と接する部分及びその近傍は高撥インク性を有する領域であり、それ以外は低撥インク性を有する領域であることを特徴とするものである。
また、請求項6の発明は、請求項1、2、3、4または5の画像形成装置において、環境に応じてワイピング動作累積回数算出手段によるワイピング動作の累積回数の算出方法を変更する算出方法変更手段を有することを特徴とするものである。
ここで、ワイピング動作時に吐出口の開口部分上にある弾性体ブレードは、弾性体ブレード移動方向に対して直交する方向にある吐出口のエッジを支点として両端支持張りのようにノズル内部に向かって撓む。このような両端支持張りのように撓む弾性体ブレードの撓み量は、弾性体ブレード移動方向に対して直交する方向における吐出口の開口幅が小さくなるほど少なくなる。
弾性体ブレードの撓み量が少なくなるほど、言い換えれば、ノズル内部に入り込んだ弾性体ブレードの入り込み量が少なくなるほど、ワイピング動作時に弾性体ブレード移動方向にある吐出口の縁近傍の撥インク層とノズル内部に入り込んだ弾性体ブレードの側面とが摺擦し合う摺擦時間が短くなる。
長孔形状の吐出口の開口幅は長軸方向よりも長軸方向に対して直交する方向のほうが小さい。このことから、弾性体ブレードの移動方向を吐出口の長軸方向にすることで、弾性体ブレードの移動方向を吐出口の長軸方向に対して直交する方向にした場合よりも、弾性体ブレード移動方向に対して直交する方向における吐出口の開口幅は小さくなる。
したがって、本発明のようにワイピング動作時の弾性体ブレードの移動方向を吐出口の長軸方向にすることで、弾性体ブレードの移動方向を吐出口の長軸方向に対して直交する方向にした場合よりも、上述した理由から上記入り込み量を少なくすることができる。よって、上記入り込み量が少なくなる分、弾性体ブレード移動方向にある吐出口の縁近傍の撥インク層とノズル内部に入り込んだ弾性体ブレードの側面とが摺擦し合う摺擦時間は短くなり、弾性体ブレード移動方向にある吐出口の縁近傍の撥インク層の摩耗を低減させることができる。
以上、本発明によれば、ワイピングに伴う弾性体ブレードの移動方向にある吐出口の縁近傍の撥インク層の摩耗を低減できるという優れた効果がある。
(a)図6(a)におけるA−A断面を示した模式図。(b)図6(b)におけるA−A断面を示した模式図。(c)図6(c)におけるA−A断面を示した模式図。 画像形成装置の機構部の全体構成を説明する概略構成図。 画像形成装置の機構部の要部平面説明図。 画像形成装置の制御部の全体ブロック説明図。 ノズルの吐出口の形状の一例を示した模式図。 (a)ノズル面に円形ノズルの円形形状の吐出口が形成された模式図。(b)ノズル面に楕円形ノズルの楕円形状の吐出口が吐出口の長辺側とワイパーブレードによるワイピング方向とが対向するように形成された模式図。(c)ノズル面に楕円形ノズルの楕円形状の吐出口が吐出口の短辺側とワイパーブレードによるワイピング方向とが対向するように形成された模式図。 (a)図6(a)におけるB−B断面を示した模式図。(b)図6(b)におけるB−B断面を示した模式図。(c)図6(c)におけるB−B断面を示した模式図。 (a)図6(a)に対応した円形ノズルを複数個並べて設けた場合の模式図。(b)図6(b)に対応した楕円形ノズルを複数個並べて設けた場合の模式図。(c)図6(c)に対応した楕円形ノズルを複数個並べて設けた場合の模式図。 ワイピング回数と撥インク層の削れ領域における接触角の大きさとの関係を示したグラフ。 (a)吐出口の形状が菱形形状のノズルを吐出口の短辺側がワイピング方向と対向する向きになるように形成した場合を示す模式図。(b)吐出口の形状がレーストラック形状のノズルを吐出口の短辺側がワイピング方向と対向する向きになるように形成した場合を示す模式図。 (a)図5中のY軸を通るY断面を示す模式図。(b)図5中のX軸を通るX断面でありメニスカスが保持された状態を示す模式図。(c)図5中のX軸を通るX断面でありメニスカスが崩壊した状態を示す模式図。 ワイピング動作前(初期)の接触角と、ワイピング動作後との撥インク層の削れ領域における接触角が同じ大きさのなった時(劣化後)とのメニスカス保持力について示したグラフ。 (a)ワイピング方向を吐出口の長軸方向で一方向だけにした場合の模式図。(b)ワイピング方向を吐出口の長軸方向で二方向にした場合の模式図。 ワイピング方向がノズルの吐出口長軸方向で二方向の場合のワイピング動作を制御する際の動作シーケンスのフローチャート。 画像形成装置の環境要因を考慮して、ワイピング方向がノズルの吐出口長軸方向で二方向の場合のワイピング動作を制御する際の動作シーケンスのフローチャート。 (a)ワイピング方向がノズル列方向の場合を示した模式図。(b)ワイピング方向に対して垂直方向で、高撥インク性領域と低撥インク性領域とを交互に縞状に設けた場合を示した模式図。 (a)ワイパーブレードに残インクがない場合を示した模式図。(b)ワイパーブレードに残インクがある場合を示した模式図。 (a)ワイピング方向がノズルチャンネル方向である場合を示した模式図。(b)ワイピング方向に対して直交する方向に高撥インク性領域と低撥インク性領域とを交互に縞状に設けた場合を示した模式図。 (a)ワイパーブレードが移動している様子を横から見た図。(b)ワイパーブレードが移動している様子を真正面から見た図。
以下、本発明を画像形成装置に適用した一実施例について説明する。図2は画像形成装置の機構部の全体構成を説明する概略構成図であり、図3は同機構部の要部平面説明図である。
本実施形態に係る画像形成装置はシリアル型画像形成装置であり、左右の側板221A、221Bに横架したガイド部材である主従のガイドロッド231、232でキャリッジ233を主走査方向に摺動自在に保持し、図示しない主走査モータによってタイミングベルトを介して矢示方向(キャリッジ主走査方向)に移動走査する。
このキャリッジ233には、イエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(K)の各色のインク滴を吐出するための本発明に係る液体吐出ヘッドからなる記録ヘッド234を、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。
また、キャリッジ233には、記録ヘッド234のノズル列に対応して各色のインクを供給するためのサブタンク235a、235b(区別しないときは「サブタンク235」という。)を搭載している。このサブタンク235には各色の供給チューブ236を介して、供給ユニット224によって各色のインクカートリッジ210から各色のインクが補充供給される。
一方、給紙トレイ202の用紙積載部(圧板)241上に積載した記録体である用紙242を給紙するための給紙部として、用紙積載部241から用紙242を1枚ずつ分離給送する半月コロ(給紙コロ)243及び給紙コロ243に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド244を備え、この分離パッド244は給紙コロ243側に付勢されている。
そして、この給紙部から給紙された用紙242を記録ヘッド234の下方側に送り込むために、用紙242を案内するガイド部材245と、カウンタローラ246と、搬送ガイド部材247と、先端加圧コロ249を有する押さえ部材248とを備えるとともに、給送された用紙242を静電吸着して記録ヘッド234に対向する位置まで搬送する搬送手段である搬送ベルト251を備えている。
この搬送ベルト251は、無端状ベルトであり、搬送ローラ252とテンションローラ253との間に掛け渡されて、ベルト搬送方向(副走査方向)に周回するように構成している。また、この搬送ベルト251の表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ256を備えている。この帯電ローラ256は、搬送ベルト251の表層に接触し、搬送ベルト251の回動に従動して回転するように配置されている。この搬送ベルト251は、図示しない副走査モータによってタイミングベルトを介して搬送ローラ252が回転駆動されることによってベルト搬送方向に周回移動する。
さらに、記録ヘッド234で記録された用紙242を排紙するための排紙部として、搬送ベルト251から用紙242を分離するための分離爪261と、排紙ローラ262及び排紙コロ263とを備え、排紙ローラ262の下方に排紙トレイ203を備えている。
また、装置本体の背面部には両面ユニット271が着脱自在に装着されている。この両面ユニット271は搬送ベルト251の逆方向回転で戻される用紙242を取り込んで反転させて再度、カウンタローラ246と搬送ベルト251との間に給紙する。また、この両面ユニット271の上面は手差しトレイ272としている。
さらに、キャリッジ233の走査方向一方側の非印字領域には、記録ヘッド234のノズルの状態を維持し、回復するための回復手段を含む本発明に係るヘッドの維持回復装置である維持回復機構281を配置している。この維持回復機構281には、記録ヘッド234の各ノズル面をキャピングするための各キャップ部材(以下「キャップ」という。)282a、282b(区別しないときは「キャップ282」という。)と、ノズル面をワイピングするためのブレード部材であるワイパーブレード283と、増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける空吐出受け284などを備えている。
また、キャリッジ233の走査方向他方側の非印字領域には、記録中などに増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける液体回収容器であるインク回収ユニット(空吐出受け)288を配置し、このインク回収ユニット288には記録ヘッド234のノズル列方向に沿った開口部289などを備えている。
このように構成したこの画像形成装置においては、給紙トレイ202から用紙242が1枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙242はガイド部材245で案内され、搬送ベルト251とカウンタローラ246との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド部材247で案内されて先端加圧コロ249で搬送ベルト251に押し付けられ、略90°搬送方向を転換される。
このとき、帯電ローラ256に対してプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返すように、つまり交番する電圧が印加され、搬送ベルト251が交番する帯電電圧パターン、すなわち、周回方向である副走査方向に、プラスとマイナスとが所定の幅で帯状に交互に帯電されたものとなる。このプラスとマイナスとが交互に帯電した搬送ベルト251上に用紙242が給送されると、用紙242が搬送ベルト251に吸着され、搬送ベルト251の周回移動によって用紙242が副走査方向に搬送される。
そして、キャリッジ233を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド234を駆動することにより、停止している用紙242にインク滴を吐出して1行分を記録し、用紙242を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙242の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙242を排紙トレイ203に排紙する。
次に、この画像形成装置の制御部の概要について図4を参照して説明する。同図は制御部400の全体ブロック説明図である。
制御部400は、装置全体の制御を司るCPU401と、CPU401が実行するプログラム、ワイパーブレード283のワイピング方向を変更する際に用いる所定回数閾値(環境温度対応も含む)、駆動波形データ、及び、その他の固定データを格納するROM402と、画像データ等を一時格納するRAM403と、装置の電源が遮断されている間もデータを保持するための不揮発性メモリ(NVRAM)404と、画像データに対する各種信号処理及び並び替え等を行う画像処理やその他装置全体を制御するための入出力信号を処理するASIC405とを備えている。
また、この制御部400は、ホスト側とのデータ、信号の送受を行うためのI/F406、記録ヘッド234の圧力発生手段を駆動制御するための駆動波形を生成する駆動波形生成部407、ヘッドドライバ408、主走査モータ410を駆動するための主走査モータ駆動部411、副走査モータ412を駆動するための副走査モータ駆動部413、帯電ローラ256にACバイアスを供給するACバイアス供給部415、維持回復機構281のモータ222を駆動するための維持回復機構駆動部417、搬送ベルト251の移動量及び移動速度に応じた検知信号を出力するエンコーダ421、及び、環境温度や環境湿度を検出する環境センサ422からの検知信号や図示しない各種センサからの検知信号を入力するためのI/O418などを備えている。
制御部400には、この装置に必要な情報の入力及び表示を行なうための操作/表示部5が接続されている。制御部400のCPU401が持つ機能の一つとしては、ワイピング動作の累積回数を算出するワイピング動作累積回数算出手段としての機能があり、CPU401で維持回復機構281の構成品である図示しないワイパーブレード283によるワイピングの累積回数をカウントし、カウントした結果を不揮発性メモリ(NVRAM)404に保持する。続いてカウントした結果をCPU401で解析処理を実行し、必要ならば主走査モータ410を駆動するための主走査モータ駆動部411によりキャリッジ233を制御してワイパーブレード283の移動方向の変更を行う。その際、維持回復機構281のモータ222を駆動するための維持回復機構駆動部417を同時に制御して、ワイパーブレード283の移動方向を変更したワイピング動作を行う。
ワイパーブレード移動方向変更手段440は、ワイピングの累積回数を保持する不揮発性メモリ(NVRAM)404と、主走査モータ410を駆動するための主走査モータ駆動部411とが構成要素となっている。
また、環境対応の機能として環境センサ422からの検知信号が入力されたI/O418からの情報をCPU401で解析し、必要があればROM402に保持されている所定の値を使って、CPU401内のワイピング累積回数を算出する手段の算出方法を変更する。
ワイピング動作の累積回数の算出方法を変更する算出方法変更手段441は、CPU401、ROM402、I/O418、及び、環境センサ422が構成要素となっている。
制御部400は、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置、イメージスキャナなどの画像読み取り装置、デジタルカメラなどの撮像装置などのホスト側からの印刷データ等をケーブルあるいはネットを介してI/F416で受信する。そして、CPU401は、I/F406に含まれる受信バッファ内の印刷データを読み出して解析し、ASIC405にて必要な画像処理、データの並び替え処理等を行い、記録ヘッド234の1行分に相当する画像データ(ドットパターンデータ)を、クロック信号に同期して、ヘッドドライバ408にシリアルデータで送出し、また所定のタイミングでラッチ信号や制御信号をヘッドドライバ408に送出する。そして、CPU401は、I/F406に含まれる受信バッファ内の印刷データを読み出して解析し、ASIC405にて必要な画像処理やデータの並び替え処理等を行ってヘッドドライバ408に画像データを転送する。
なお、画像出力するためのドットパターンデータの生成は、例えばROM402にフォントデータを格納して行っても良いし、ホスト側のプリンタドライバで画像データをビットマップデータに展開してこの装置に転送するようにしても良い。
駆動波形生成部407は、駆動波形のパターンデータをD/A変換するD/A変換器等で構成され、一つの駆動パルス(駆動信号)または複数の駆動パルス(駆動信号)で構成される駆動波形をヘッドドライバ408に対して出力する。
ヘッドドライバ408は、シリアルに入力される記録ヘッド234の1行分に相当する画像データ(ドットパターンデータ)に基づいて駆動波形生成部407から与えられる駆動波形を構成する駆動パルスを選択的に記録ヘッド234の圧力発生手段に印加して記録ヘッド234を駆動する。
さらに、制御部400は、帯電ローラ256に対してACバイアス供給部415から供給するACバイアスのON/OFF制御を行うことで、搬送ベルト251上の帯電パターン(付与電荷量)を制御する。
[構成例1]
図5は、本発明に係るノズルの吐出口の形状の一例であり、吐出口が楕円形状のノズルを示している。なお、以下、図5において吐出口のX軸方向(長軸方向)の点線枠内に含まれる領域を短辺側、Y軸方向(短軸方向)の点線枠内に含まれる領域を長辺側と記載する。図5に示すように、吐出口の短辺側では曲率が大きく、長辺側では曲率が小さくなっている。
図6は、一般的に用いられている吐出口が円形形状のノズル(以下、円形ノズル)と、吐出口が楕円形状のノズル(以下、楕円形ノズル)とを示したものである。なお、図6に示したそれぞれの吐出口の開口面積は、ほぼ同じ面積となっている。
図6(a)は、ノズル面11に円形ノズル10の円形形状の吐出口が形成されたものを示している。図6(b)は、ノズル面21に楕円形ノズル20の楕円形状の吐出口が、吐出口の長辺側とワイパーブレード283によるワイピング方向とが対向するように形成されたものを示している。図6(c)は、ノズル面31に楕円形ノズル30の楕円形状の吐出口が、吐出口の短辺側とワイパーブレード283によるワイピング方向とが対向するように形成されたものを示している。なお、図示していないがノズル面11,21,31には、シリコン樹脂等が含まれているような撥水性を有する膜などからなる撥インク層が形成されている。
また、図6(a)におけるA−A断面を図1(a)に、図6(b)におけるA−A断面を図1(b)に、図6(c)におけるA−A断面を図1(c)に示したものであり、図1(a)、図1(b)及び図1(c)それぞれに示されたL1,L2,L3は、ワイパーブレード283が各ノズル面に対して同じ当接圧Pで接触している場合における、撥インク層13,23,33表面からノズル内へのワイパーブレード283のはみ出し量を表している。さらに、図6(a)におけるB−B断面を図7(a)に、図6(b)におけるB−B断面を図7(b)に、図6(c)におけるB−B断面を図7(c)に示している。
図1及び図7に示すように、上記はみ出し量の大きさL1,L2,L3は、ワイパーブレード283の弾性により、L2>L1>L3となる。つまり、図6(c)のように、楕円形ノズル30の吐出口の短辺側がワイパーブレード283によるワイピング方向と対向する向きになるように形成されている場合が、上記はみ出し量を一番小さくすることができることがわかる。すなわち、ノズルの吐出口の曲率を大きくするほど上記はみ出し量を小さくすることができる。
このように上記はみ出し量が小さくなることで、図7の各図中に示された矢印方向に下流側ノズルエッジの撥インク層と摺擦し合いながらワイパーブレード283が移動する際に、下流側ノズルエッジの撥インク層とワイパーブレード283とが摺擦し合う時間を、ノズルの吐出口の曲率が大きいほど短くすることができる。そして、このように下流側ノズルエッジの撥インク層とワイパーブレード283とが摺擦し合う時間が短くなる分、下流側ノズルエッジの撥インク層の摩耗を低減させることができる。
[構成例2]
図8は、図6に示したようなノズルを複数個並べてワイピング動作をした場合について示したものである。すわなち、図8(a)は図6(a)に対応した円形ノズル41、図8(b)は図6(b)に対応した楕円形ノズル51、図8(c)は図6(c)に対応した楕円形ノズル61を、複数個並べて設け、複数回のワイピング動作によって撥インク層の削れ領域43、53、63を示したものである。図8(a)、図8(b)及び図8(c)から、撥インク層の削れ領域はワイパーブレード283のワイピング方向下流側、言い換えれば、下流側ノズルエッジ近傍に形成されるのがわかる。
図9は、図8(a)、図8(b)及び図8(c)それぞれに示すようにノズルを複数個並べてワイパーブレード283によるワイピング動作をした場合の、ワイピング回数と上記撥インク層の削れ領域における接触角の大きさとの関係を示したグラフである。なお、図9の凡例に書かれた楕円形1とは、図8(b)に示すようにノズル(の吐出口)を設けた場合のことであり、楕円形2とは、図8(c)に示すようにノズル(の吐出口)を設けた場合のことである。
図1や図7などを用いて説明したように、一回のワイピング動作での撥インク層とワイパーブレード283とが摺擦し合う時間が長いほど接触角の低下率(=接触角低下量/ワイピング回数)が大きいことがわかる。反対に一回のワイピング動作での撥インク層とワイパーブレード283とが摺擦し合う時間が短いほど接触角の低下率が小さいことがわかる。
すなわち、図9からわかるように、上記接触角が同じ大きさに到達するまでのワイピング回数は、図8(c)に示すようにノズルを設けた場合が一番多い。このことから、図8(a)や図8(b)などに示すようにノズルを設けた場合よりも、長期にわたってノズルの吐出口からのインクの吐出の安定性を維持することができる。
[変形例]
図10(a)及び図10(b)は、図8(c)に示すようにノズルを設ける場合のノズルの吐出口の形状を楕円形以外の形状にした例を示したものである。すなわち、図10(a)は吐出口の形状が菱形形状のノズルを吐出口の短辺側がワイパーブレード283によるワイピング方向と対向する向きになるように形成した場合であり、図10(b)は吐出口の形状がレーストラック形状のノズルを吐出口の短辺側がワイパーブレード283によるワイピング方向と対向する向きになるように形成した場合である。図10(a)及び図10(b)それぞれに示したようにノズルを設けた場合においても、これまでの説明からわかるように、図8(c)に示したようにノズルを設けた場合と同様の効果を得ることができる。
[構成例3]
図11は、図5に示した吐出口が楕円形形状の楕円形ノズルに、ノズル内圧Pとして正圧を印加した場合に形成されるメニスカスを表した断面図である。
図11(a)は図5中のY軸を通るY断面、図11(b)及び図11(c)は図5中のX軸を通るX断面であり、図11(a)中のθaは、吐出口の長辺側におけるノズル面1と吐出口から外側に出ているインクのメニスカス2との接触角を表し、図11(b)中のθbは、吐出口の短辺側におけるノズル面1と吐出口から外側に出ているインクのメニスカス2との接触角を表している。また、図11(d)に、ノズル内圧Pを変化させたときの接触角θa、接触角θbの変化の様子を示したものである。
図11(d)から、ノズル内圧Pが小さい時はノズル内圧Pが大きくなるにつれて接触角θbよりも接触角θaが大きくなっていき、ノズル内圧Pがある大きさになると、その関係が逆転して接触角θaよりも接触角θbが大きくなっていく挙動を示すことがわかる。そして、ノズル内圧Pを大きくしていくと接触角θa及び接触角θbは、徐々にノズル周辺の接触角(ノズル面に対するインクの接触角)に近づいていき、ノズル内圧Pが図11(d)中の領域(1)にある間は、図11(b)のようにメニスカス2はノズルエッジで保持されるが、ノズル内圧Pが領域(1)を超えて領域(2)になると図11(c)のようにメニスカス2はノズルエッジで保持されなくなりメニスカスが壊れてノズルプレート3上をインクが広がっていく。ここで、本実施形態においては、上記領域(1)と上記領域(2)との境となるノズル内圧Pを、正圧メニスカス保持力とする。正圧メニスカス保持力が小さくなると、インク吐出時にノズルプレート3上にインクが広がってしまう"ダレ"が生じ、吐出口から吐出されるインクの吐出方向が曲がってしまう不具合が発生する。
また、図11から、楕円形状のような、曲率が直交する方向(図5でX−Y方向)で異なる形状の吐出口の場合、吐出口の曲率の大きい部分(楕円形状の吐出口においては短辺側)で正圧メニスカス保持力が決まることがわかる。
図12は、図8(b)及び図8(c)それぞれに示すようにノズルを複数個並べてワイピング動作をした場合の、ワイピング動作前(初期)の接触角と、ワイピング動作後との撥インク層の削れ領域における接触角が同じ大きさのなった時(劣化後)とのメニスカス保持力について示したグラフである。なお、図12の凡例に書かれた楕円形1とは、図8(b)に示すようにノズル(の吐出口)を設けた場合のことであり、楕円形2とは、図8(c)に示すようにノズル(の吐出口)を設けた場合のことである。
図12からわかるように、ワイピング動作前(初期)においては、図8(b)に示すようにノズルを設けた場合と図8(c)に示しようにノズルを設けた場合とでメニスカス保持力が同じであることがわかる。ワイピング動作後(劣化後)においては、図8(c)のようにノズルを設けた場合のほうが図8(b)に示すようにノズルを設けた場合よりもメニスカス保持力を大きく維持することができるのがわかる。
[構成例4]
次に図13は、図8(c)に示したようにノズルを設けた場合において、ワイパーブレード283によるワイピング方向を変えた場合の撥インク層の削れ領域の形成されかたについて示したものである。
図11などを用いて説明したことなどからわかるように、メニスカス保持力は接触角の絶対値で決まるので、ノズルエッジ周辺に接触角の絶対値が小さい箇所があると、そこからメニスカスが破壊される。したがって、ワイパーブレード283によるワイピングを行う際に、ノズルエッジ周辺の接触角の絶対値が小さくなりにくい動作、言い換えれば、ノズルエッジ周辺の撥インク層の摩耗が小さくなるような動作を行えば、メニスカス保持力が低下し難くなると考えられる。
図13(a)にワイパーブレード283によるワイピング方向を吐出口の長軸方向で一方向だけ、すなわち、ワイピング動作時には図13(a)中左側から右側に向かう方向だけにワイパーブレード283を移動させる場合を示している。また、図13(b)にワイパーブレード283によるワイピング方向を吐出口の長軸方向で二方向、すなわち、ワイピング動作時には図13(b)中左側から右側に向かう方向と右側から左側に向かう方向とにワイパーブレード283を移動させる場合を示している。図13(b)からわかるように、ワイパーブレード283によるワイピング方向が吐出口の長軸方向で二方向であると、ノズルエッジ周辺の撥インク層の削れ領域63はノズルの吐出口長軸方向両端にある両方のノズルエッジの周辺に形成される。
つまり、図7を用いて説明したように、ワイパーブレード283によるワイピング方向に対して下流側のノズルエッジの撥インク層が削られることを考慮すると、ワイパーブレード283によるワイピング方向が吐出口の長軸方向で二方向の場合は、例えば、総ワイピング回数の半分ずつをノズルの吐出口長軸方向両端にある両方のノズルエッジ周辺に振り分けることができる。そのため、図13(c)に示すように、ワイパーブレード283によるワイピング方向がノズルの吐出口長軸方向で二方向の場合は、ワイパーブレード283によるワイピング方向がノズルの吐出口長軸方向で一方向だけの場合よりも、接触角の低下率(=接触角低下量/ワイピング回数)を小さくすることができる。
次に図14は、図13(b)に示すような、ワイパーブレード283によるワイピング方向がノズルの吐出口長軸方向で二方向の場合のワイピング動作を制御する際の動作シーケンスのフローチャートを示したものである。
図14では、まず、画像形成装置本体内に設けられた図示しないワイピング制御装置に画像形成装置本体から初めてワイピング動作命令が送られると(S1)、ワイピング制御装置内でワイピング総回数カウントのリセット(S2)とワイピング回数カウントのリセット(S3)とが行われる。そして上記ワイピング動作命令に応じた所定のワイピング動作(S4)を行ったあと、ワイピング制御装置内でワイピング回数のカウント(S5)とワイピング総回数のカウント(S6)とをそれぞれ1カウントずつカウントアップをさせる。つまり、ここではワイピングの累積回数をカウントしていることになる。次にワイピング総回数カウントNと、ノズル安定性が維持できなくなり吐出に重大な影響がでてくる接触角になるまでのワイピング回数として予め設定された所定回数との大小を比較し(S7)、ワイピング総回数カウントNが上記所定回数に達していれば(S7でYes)、ヘッド交換をユーザーに促す動作(S8)を行い、画像形成装置をストップさせる。ここで、ヘッド交換をユーザーに促す具体的な動作の例としては、画像形成装置に設けられた図示しない操作画面にその旨を表示させたり、画像形成装置と繋がっている図示しないホストコンピューターの操作画面に表示させたりする。一方、ワイピング総回数カウントNが上記所定回数に達していなければ(S7でNo)、ワイピング回数カウントnと、ワイピング方向を変えずに連続して動作させる回数として予め設定された所定回数との大小を比較する(S9)。ここで、上記所定回数は装置側や維持ユニット動作側の制約、例えば、無駄のない動作にする等々で適宜決められるものである。ワイピング回数カウントnが上記所定回数に達していれば(S9でYes)、ワイピング方向を変更し(S10)、ワイピング回数カウントnを0にリセットした後(S11)、次のワイピング動作命令を待つ(S12)。一方、ワイピング回数カウントnが上記所定回数に達していなければ(S9でNo)、ワイピング方向の変更を行わないで次のワイピング動作命令を待つ(S12)。
図15は、画像形成装置の環境要因を考慮して、図13(b)に示すような、ワイパーブレード283によるワイピング方向がノズルの吐出口長軸方向で二方向の場合のワイピング動作を制御する際の動作シーケンスのフローチャートを示したものである。
図15では、まず、画像形成装置本体内に設けられた図示しないワイピング制御装置に画像形成装置本体から初めてワイピング動作命令が送られると(S1’)、ワイピング制御装置内でワイピング総回数カウントのリセット(S2’)とワイピング回数カウントのリセット(S3’)とが行われる。そして上記ワイピング動作命令に応じた所定のワイピング動作(S4’)を行ったあと、ワイピング制御装置内でワイピング回数のカウント(S5’)とワイピング総回数のカウント(S6’)とをそれぞれカウントアップをさせる。つまり、ここではワイピングの累積回数をカウントしていることになる。
ここで、ワイピング回数のカウント(S5’)やワイピング総回数のカウント(S6’)などを行う際には、画像形成装置内(特に記録ヘッド234周り)の温湿度環境に応じて表1に示すようにワイピング回数カウント及びワイピング総回数カウントのカウント数を変化させる。例えば、高温低湿の乾燥環境では、ノズルプレート上に残ったインクは乾燥しやすく、研粒となる凝集物になりやすので、1回のワイピング動作による摩耗量はインクが乾燥しにくい環境の場合と比較して大きくなる。したがって高温低湿の場合には、1回のワイピング動作に対しワイピング回数のカウント(S5’)とワイピング総回数のカウント(S6’)とをそれぞれ表1に示すように2カウントずつ(k=2)カウントアップをさせる。これにより、制御で把握できる摩耗量の誤差を小さくすることでき、ヘッド交換のタイミングを正確にユーザーへ提示することができるようになる。なお、表1は一例であり、変数は自然数で示しているが、小数点を含む実数にすることも可能である。また、表1に示した温度と湿度それぞれにおける「高い」、「中間」、「低い」は、例えば、30℃〜40℃(代表値35℃)を温度が「高い」、15℃〜30℃(代表値23℃)を温度が「中間」、5℃〜15℃(代表値10℃)を温度が「低い」とし、70%〜100%(代表値80%)を湿度が「高い」、30%〜70%(代表値50%)を湿度が「中間」、0%〜30%(代表値10%)を湿度が「低い」として設定されるものである。
次にワイピング総回数カウントNと、ノズル安定性が維持できなくなり吐出に重大な影響がでてくる接触角になるまでのワイピング回数として予め設定された所定回数との大小を比較し(S7’)、ワイピング総回数カウントNが上記所定回数に達していれば(S7’でYes)、ヘッド交換をユーザーに促す動作(S8’)を行い、画像形成装置をストップさせる。ここで、ヘッド交換をユーザーに促す具体的な動作の例としては、画像形成装置に設けられた図示しない操作画面にその旨を表示させたり、画像形成装置と繋がっている図示しないホストコンピューターの操作画面に表示させたりする。一方、ワイピング総回数カウントNが上記所定回数に達していなければ(S7’でNo)、ワイピング回数カウントnと、ワイピング方向を変えずに連続して動作させる回数として予め設定された所定回数との大小を比較(S9’)する。ここで、上記所定回数は装置側や維持ユニット動作側の制約、例えば、無駄のない動作にする等々で適宜決められるものである。ワイピング回数カウントnが上記所定回数に達していれば(S9’でYes)、ワイピング方向を変更し(S10’)、ワイピング回数カウントnを0にリセットした後(S11’)、次のワイピング動作命令を待つ(S12’)。一方、ワイピング回数カウントnが上記所定回数に達していなければ(S9’でNo)、ワイピング方向の変更を行わないで次のワイピング動作命令を待つ(S12’)。
[構成例5]
次に図16は、ノズルプレート302上に撥インク性が異なる領域を設けた例を示したものである。
図16(a)は記録ヘッド234に対するワイパーブレード283のワイピング方向を示し、ワイパーブレード283によるワイピング方向がノズル列方向である。なお、本実施形態においては、ワイパーブレード283によるワイピング方向がノズル列方向であることをワイパー横ぶきとも記載する。
図16(b)はノズルプレート302上にワイパーブレード283のワイピング方向に対して垂直方向(ワイパーブレード283の長手方向)で、高撥インク性領域304と低撥インク性領域305とを交互に縞状に設け、特にノズル303の曲率が大きい部分(楕円形ノズルの短辺側)に高撥インク性領域304がかかるように構成した場合を示している。
図16(b)に示すように高撥インク性領域304と低発撥インク性領域とノズルプレート302に設けることで、何らかの理由でノズルプレート302上にインクが残っても、そのインクは高撥インク性領域304よりも低撥インク性領域305に存在しやすくなる。そのため、ノズルプレート302上で残インク306が乾燥し凝集物となっても、図17(b)に示すような残インクの凝集物をワイパーブレード283によるワイピングによって摩耗させたくない部分、言い換えれば、ノズルの吐出口の曲率が大きい部分のノズルエッジ周辺の撥インク層、に擦り付けながらワイピングしてしまう頻度を低くすることができ、図17(a)に示すようにノズルの吐出口の曲率が大きい部分のノズルエッジ周辺の撥インク層に残インクの凝集物を擦り付けることなくワイパーブレード283によるワイピングを行える頻度を高くすることができる。
[構成例6]
次に図18は、ノズルプレート502上に撥インク性が異なる領域を設けた別の例を示したものである。
図18(a)は記録ヘッド234に対するワイパーブレード283のワイピング方向を示し、ワイパーブレード283によるワイピング方向がノズルチャンネル方向である。なお、本実施形態においては、ワイパーブレード283によるワイピング方向がノズルチャンネル方向であることをワイパー縦ぶきとも記載する。
また、ノズルチャンネルとは1つのノズル列がm個のノズルで形成されるものとした場合、第1ノズルから第mノズルの各ノズルをそれぞれ意味するものであり、ノズルチャンネル方向とは、ノズル列における第1ノズルから第mノズルまでの並んでいる方向である。
図18(b)はノズルプレート502上にワイピング方向に対して直交する方向(ワイパーブレード283の長手方向)に高撥インク性領域504と低撥インク性領域505とを交互に縞状に設け、特にノズル503の曲率が大きい部分(楕円形ノズルの短辺側)に高撥インク性領域504がかかるようにしている場合を示している。
ここで、上述した構成例5では、図16(a)に示すようにワイパーブレード283によるワイピング方向がノズル列方向のワイパー横ぶきであるのに対して、本構成例においては、図18(a)に示すようにワイパーブレード283によるワイピング方向がノズルチャンネル方向のワイパー縦ぶきである。
本構成例のようにワイパーブレード283によるワイピングをワイパー縦ぶきにすることで、ノズル(の吐出口)の開口面積、ノズル(の吐出口)の総数及びノズル列の一列あたりのノズル(の吐出口)の数、が同じである場合、図18(b)に示すようにノズル列方向で隣り合うノズル503の曲率が大きい部分(楕円形ノズルの短辺側)間の距離Xを、構成例5のようにワイパー横ぶきにした場合よりも長くすることができる。このことから、本構成例のようにワイパー縦ぶきにしたほうが構成例5のようにワイパー横ぶきにした場合よりも、残インク506の残る可能性が低い領域である高撥インク性領域504を大きくとることができる。
ここで構成例5において一般的に高密度印字のためには、図16(b)に示すノズルチャンネル方向のノズル間距離Lを短くしなければならないが、本構成例においては、図18(b)に示す距離Xを高密度印字に関係なく長くすることが可能である。したがって、ノズル間距離L<距離Xの関係から、図16(b)と図18(b)とに示されるように、本構成例のほうが構成例5よりも撥インク性の異なる領域をそれぞれ大きくすることができる。
また、構成例5においては、高撥インク性領域304のノズルチャンネル方向の幅が楕円形ノズル303のノズルチャンネル方向の幅と同じであると、上述したようにノズル間距離Lを短くする必要があるため、ノズル面のほぼ全体が高撥インク領域304となってしまい、低撥インク領域305が無くなってしまう。そのため、構成例5では、図16(b)に示すように、高撥インク領域304のノズルチャンネル方向の幅は、楕円形ノズル303のノズルチャンネル方向の幅よりも細くなっている。
一方、本構成例では、上述したように距離Xを比較的自由に設定できるので、図18(b)に示すように、高撥インク領域504のノズル列方向の幅を楕円形ノズル503のノズル列方向の幅よりも大きい幅としても、ノズル面に低撥インク領域505を確保することができる。
よって、本構成例では、ノズル503の吐出口全体を高撥インク性領域504内に形成することができる。そのため、ノズルの吐出口のノズルエッジ全周に対して残インクが乾燥して凝集した凝集物がワイパーブレード283によるワイピングによって擦り付けられる頻度を低くすることができ、ノズル安定性すなわち吐出口からのインクの吐出の安定性をさらに長期にわたって維持することが可能となる。
[構成例7]
次に図19は、ワイパーブレード283上に撥インク性が異なる領域を設けた場合を示したものである。
図19(a)はワイパーブレード283が移動している様子を横から見た図であり、図19(b)は真正面から見た図である。
図19(a)及び図19(b)に示すように、ワイパーブレード283のワイピング方向両側面には、ワイパーブレード283のノズルエッジ周辺の撥インク層601と摺擦し合う部分とその付近とに高撥インク性領域604が設けられ、その高撥インク性領域604より上方(ノズルプレートから離れる方向)に低撥インク性領域603が設けられている。
ワイパーブレード283のワイピング方向両側面に高撥インク性領域604と低撥インク性領域603とを図19(a)や図19(b)などに示すように設けることで、ワイピング動作によってワイパーブレード283の高撥インク性領域604に付着した残インク602をワイパーブレード283の低撥インク性領域603に移すことなどができる。つまり、ワイパーブレード283のノズルエッジ周辺の撥インク層601と摺擦し合う部分側から残インク602を離すことが可能となる。これにより、ノズルの吐出口のノズルエッジ全周に対してワイパーブレード283に付着した残インクの凝集物がワイパーブレード283によるワイピングによって擦り付けられる頻度を低くすることができ、ノズル安定性すなわち吐出口からのインクの吐出の安定性を長期にわたって維持することが可能となる。
なお、上述した各構成例で用いられるノズルプレートとして例えばニッケル電鋳等からなるものを用いることができ、そのノズルプレート上のノズル面(吐出口が形成された吐出口面)にシリコン樹脂等が含まれる撥水性を有する膜をからなる撥インク層が形成されている。そして、本実施形態において撥インク層が摩耗するとは、ノズルプレート上から撥インク層が除去されてノズルプレート自身の表面が出てくることを意味する。
以上、本実施形態によれば、インクを吐出する吐出口が開口した吐出口面(ノズル面)に撥インク層が形成されたノズルを有する記録ヘッド234と、吐出口面に当接して移動し、吐出口面と摺擦し合って吐出口面に付着したインクを拭い取るワイピング動作を行う弾性体ブレードであるワイパーブレード283と、を備えた画像形成装置において、前記吐出口が長孔形状であり、ワイピング動作時にワイパーブレード283を吐出口の長軸方向に移動させるように構成した。これにより、ワイパーブレード283の移動方向を吐出口の長軸方向に対して直交する方向にした場合よりも、ワイピング動作時のノズル内部へのワイパーブレード283の入り込み量を少なくすることができる。よって、上記入り込み量が少なくなる分、ワイパーブレード移動方向にある吐出口の縁近傍の撥インク層とノズル内部に入り込んだワイパーブレード283の側面とが摺擦し合う摺擦時間は短くなり、ワイパーブレード移動方向にある吐出口の縁近傍の撥インク層の摩耗を低減させることができる。
また、本実施形態によれば、ワイピング動作の累積回数を算出するワイピング動作累積回数算出手段と、ワイピング動作時のワイパーブレード283の移動方向を、吐出口の長軸方向上の第1の位置から第2の位置に向かってワイパーブレード283が移動する第1の移動方向と、第2の位置から第1の位置に向かってワイパーブレード283が移動する第2の移動方向とで、所定のワイピング動作累積回数に応じて変更するワイパーブレード移動方向変更手段とを有することで、ワイパーブレード移動方向にある吐出口の縁近傍の撥インク層の摩耗速度を遅らせることができる。
また、本実施形態によれば、吐出口面にワイパーブレード移動方向に対して直交する方向に撥インク性の異なる領域を設け、少なくとも吐出口の長軸方向端辺を含む領域は高撥インク性とし、それ以外は低撥インク性とすることで、吐出口の長軸方向端辺を含む領域にインクを残留し難くすることができる。これにより、乾燥したインクの凝集物がワイピング動作時にワイパーブレード移動方向にある吐出口の縁近傍の撥インク層に擦りつけられて、その撥インク層の摩耗が促進されてしまうのを抑制することができる。
また、本実施形態によれば、記録ヘッド234は上記ノズルを複数有しており、ワイピング動作時のワイパーブレード283の移動方向が記録ヘッド234のノズルチャンネル方向である。これにより、上述したように低撥インク性領域を大きくすることができるので、吐出口の長軸方向端辺を含む領域にインクをより残留し難くすることができる。
また、本実施形態によれば、ワイパーブレード283の移動方向側にある側面の、撥インク層と接する部分及びその近傍は高撥インク性を有する領域であり、それ以外は低撥インク性を有する領域である。これにより、ワイパーブレード283の撥インク層と接する部分及びその近傍に摩耗材となる乾燥したインクの凝集物を残留し難くすることができ、乾燥したインクの凝集物がワイピング動作時にワイパーブレード移動方向にある吐出口の縁近傍の撥インク層に擦り付けられて、その撥インク層の摩耗が促進されてしまうのを抑制することができる。
また、本実施形態によれば、環境に応じてワイピング動作累積回数算出手段によるワイピング動作の累積回数の算出方法を変更する算出方法変更手段を有することで、上述したように、環境によらずワイピング動作毎のワイパーブレード移動方向にある吐出口の縁近傍の撥インク層の摩耗量を制御することができる。
1 ノズル面
2 メニスカス
3 ノズルプレート
5 操作/表示部
10 円形ノズル
11 ノズル面
13 撥インク層
20 楕円形ノズル
21 ノズル面
23 撥インク層
30 楕円形ノズル
31 ノズル面
33 撥インク層
41 円形ノズル
43 削れ領域
51 楕円形ノズル
61 楕円形ノズル
63 削れ領域
202 給紙トレイ
203 排紙トレイ
210 インクカートリッジ
221 側板
222 モータ
224 供給ユニット
231 ガイドロッド
233 キャリッジ
234 記録ヘッド
235 サブタンク
236 供給チューブ
241 用紙積載部
242 用紙
243 給紙コロ
244 分離パッド
245 ガイド部材
246 カウンタローラ
247 搬送ガイド部材
248 押さえ部材
249 先端加圧コロ
251 搬送ベルト
252 搬送ローラ
253 テンションローラ
256 帯電ローラ
261 分離爪
262 排紙ローラ
263 排紙コロ
271 両面ユニット
272 手差しトレイ
281 維持回復機構
282 キャップ
283 ワイパーブレード
288 インク回収ユニット
289 開口部
302 ノズルプレート
303 ノズル
304 高撥インク性領域
305 低撥インク性領域
306 残インク
400 制御部
407 駆動波形生成部
408 ヘッドドライバ
410 主走査モータ
411 主走査モータ駆動部
412 副走査モータ
413 副走査モータ駆動部
415 バイアス供給部
417 維持回復機構駆動部
421 エンコーダ
422 環境センサ
440 ワイパーブレード移動方向変更手段
441 算出方法変更手段
502 ノズルプレート
503 ノズル
504 高撥インク性領域
505 低撥インク性領域
506 残インク
601 撥インク層
602 残インク
603 低撥インク性領域
604 高撥インク性領域
特開2008−126643号公報

Claims (6)

  1. インクを吐出する吐出口が開口した吐出口面に撥インク層が形成されたノズルを有する記録ヘッドと、
    該吐出口面に当接して移動し、該吐出口面と摺擦し合って該吐出口面に付着したインクを拭い取るワイピング動作を行う弾性体ブレードと、を備えた画像形成装置において、
    前記吐出口が長孔形状であり、ワイピング動作時に前記弾性体ブレードを該吐出口の長軸方向に移動させるように構成したことを特徴とする画像形成装置。
  2. 請求項1の画像形成装置において、
    上記ワイピング動作の累積回数を算出するワイピング動作累積回数算出手段と、
    該ワイピング動作時の前記弾性体ブレードの移動方向を、上記吐出口の長軸方向上の第1の位置から第2の位置に向かって前記弾性体ブレードが移動する第1の移動方向と、該第2の位置から該第1の位置に向かって該弾性体ブレードが移動する第2の移動方向とで、所定のワイピング動作累積回数に応じて変更する弾性体ブレード移動方向変更手段とを有すること特徴とする画像形成装置。
  3. 請求項1または2の画像形成装置において、
    上記吐出口面に弾性体ブレード移動方向に対して直交する方向に撥インク性の異なる領域を設け、
    少なくとも吐出口の長軸方向端辺を含む領域は高撥インク性とし、それ以外は低撥インク性とすることを特徴とする画像形成装置。
  4. 請求項3の画像形成装置において、
    上記記録ヘッドは上記ノズルを複数有しており、ワイピング動作時の上記弾性体ブレードの移動方向が該記録ヘッドのノズルチャンネル方向であることを特徴とする画像形成装置。
  5. 請求項1、2、3または4の画像形成装置において、
    上記弾性体ブレードの移動方向側にある側面の、上記撥インク層と接する部分及びその近傍は高撥インク性を有する領域であり、それ以外は低撥インク性を有する領域であることを特徴とする画像形成装置。
  6. 請求項1、2、3、4または5の画像形成装置において、
    環境に応じてワイピング動作累積回数算出手段によるワイピング動作の累積回数の算出方法を変更する算出方法変更手段を有することを特徴とする画像形成装置。
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