JP6546858B2 - インクジェット記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェット記録装置に関し、特に印字ヘッド部に関する。

荷電制御方式のインクジェット記録装置は、ポンプによって印字ヘッド内のノズルにインクを供給し、ノズル先端のオリフィスからインクを噴出させ、飛翔途中で粒子化したインクを帯電させて、その帯電量に応じてインクを飛翔させて印字する装置である。印字に使用しなかったインクは捕集してポンプで回収する。インクの帯電は、ノズルから噴出したインクが粒子化する位置に配置する帯電電極に電圧を印加することによって行われる。粒子毎に電圧値を変えることによって帯電量を変化させている。粒子化するインク径は0.1mm程度であるので、帯電電極の形状や配置する位置は高い精度が必要となる。

荷電制御方式のインクジェット記録装置の従来技術として、特開平９−１９３４０２号公報（特許文献１）がある。特許文献１には、ノズル部１を取り付けているベースに設けられた弾性体１０からの弾性力を受け、該弾性力１０により生じる押しつけ力をオリフィス部４に付与することで、容易にオリフィス部４を脱着することができること、また、オリフィス部４に位置決め部４ａを設けることにより、ノズル部１及び帯電電極５との位置決め調整を不要とすることができるインクジェット記録装置が開示されている。

特開平９−１９３４０２号公報

特許文献１に記載された構造には以下のような課題がある。

その一つは帯電電極が板金であるため、ばねで押し当てた際に変形する。帯電電極が変形すると、粒子に与える電荷量が不安定になって印字品質が低下することである。

もう一つは、ノズル本体にオリフィスと帯電電極を弾性体により押し当てる構造は、長期に使用することによって、汚れの付着や形状の変化等により取り付け位置の精度が悪くなり、印字品質が低下することである。

そこで、本発明は取り付け位置精度を高めて印字品質の安定したインクジェット記録装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するため、以下の構成を備える。

制御部とインク循環部とヘッドケーブルと印字ヘッドとを備えるインクジェット記録装置であって、前記印字ヘッドは、インクを連続的に粒子化して噴出するノズルと、前記ノズルにより噴出した粒子化されたインク粒子が通過するオリフィスと、前記オリフィスを通過したインク粒子を帯電させる帯電電極と、を備え、前記帯電電極は、ブロック状の帯電電極ブロックと、前記帯電電極ブロックと前記オリフィスとの間に配置され前記帯電電極ブロックを固定する帯電電極バックカバーと、前記帯電電極ブロックに対して前記帯電電極バックカバーとは反対側に配置され前記帯電電極ブロックを固定する帯電電極フロントカバーと、を備え、前記帯電電極ブロックと前記帯電電極バックカバーと前記帯電電極フロントカバーとが一体となり構成されており、前記帯電電極及び前記オリフィスと前記ノズルとは、一体となり構成されているインクジェット記録装置である。

本発明により、取り付け位置精度を高めて印字品質の安定したインクジェット記録装置を提供することが可能となる。

本発明の実施例１に係るインクジェット記録装置のノズル本体・オリフィス・帯電電極の構成・配置の例を示す図である。 本発明の一実施例に係るインクジェット記録装置全体構成の例を示す図である。 本発明の実施例１に係るインクジェット記録装置のノズル、ノズルからのインクビームの噴出方向を調整するノズルベース、及び、印字ヘッドベースの構成・配置を示す斜視図である。 本発明の実施例１に係るインクジェット記録装置のノズル、ノズルからのインクビームの噴出方向を調整するノズルベース、及び、印字ヘッドのベースの構成・配置を示す上面図である。 本発明の実施例１に係るインクジェット記録装置のノズル、ノズルからのインクビームの噴出方向を調整するノズルベース、及び、印字ヘッドのベースの構成・配置を示す側面図である。 本発明の実施例２に係るインクジェット記録装置のノズル、ノズルからのインクビームの噴出方向を調整するノズルベース、及び、印字ヘッドベースの構成・配置を示す斜視図である。

以下、実施例を図面により説明する。

図２は、本発明の一実施例に係るインクジェット記録装置１００の全体構成の例を示す図である。

インクジェット記録装置１００は装置本体の上部にある制御部１０１、下部にあるインク循環部１０２、被印字物に印字する印字ヘッド１０４、及び、印字ヘッドにインクや電気信号を送るヘッドケーブル１０３により構成されている。

制御部１０１は、電源、基板、操作パネルを有する。制御部１０１は、インクジェット記録装置による印字に必要な電源の供給、インクジェット記録装置による印字に必要な各種信号の送信、制御部外部のセンサー等からの信号受信等を行う。また、制御部１０１は、インクジェット記録装置の操作をするための操作パネルを有する。

インク循環部１０２は、印字に用いるインクを格納するインクタンク、インクタンクのインクを印字ヘッド１０４に供給するポンプ、及び、印字に使用しなかったインクを印字ヘッド１０４から回収するポンプ、インク粘度を調整する粘度計などを内蔵する。

ヘッドケーブル１０３は、ＩＪＰ装置本体からの配線・配管を束ねて保護し、ＩＪＰ装置本体と印字ヘッド１０４とを接続する。

印字ヘッド１０４は、ＩＪＰ装置本体から供給されるインクを粒子化し、電気信号によりインクを飛翔させて、被印字物に印字をする。

本実施例では、発明のポイント部分であるインクジェット記録装置１００の印字ヘッド部１０４に収容されているノズル部，オリフィス部，帯電電極の構成と配置を中心に説明する。

具体的には、図１、図３、図４、図５を用いノズル周りのオリフィス部と帯電電極の構成・配置の説明をする。

図１は、本発明の実施例１に係るインクジェット記録装置のノズル本体・オリフィス・帯電電極の構成・配置の例を示す図である。

図３は、本発明の実施例１に係るインクジェット記録装置のノズル、ノズルからのインクビームの噴出方向を調整するノズルベース、及び、印字ヘッドベースの構成・配置を示す斜視図である。

図４は、本発明の実施例１に係るインクジェット記録装置のノズル、ノズルからのインクビームの噴出方向を調整するノズルベース、及び、印字ヘッドのベースの構成・配置を示す上面図である。

図５は、本発明の実施例１に係るインクジェット記録装置のノズル、ノズルからのインクビームの噴出方向を調整するノズルベース、及び、印字ヘッドのベースの構成・配置を示す側面図である。

図１に示すように、ノズル本体１には電歪素子２とカウンタウェイト３，インク供給チューブ４とインク回収チューブ５が組み込まれている。
インク回収チューブ５は、装置を停止する際に、ノズル本体１に供給されていたインクをインクタンクにポンプで回収するためのチューブである。
このノズル本体１をノズルジャケット６に組み込み、ノズル本体固定ネジ７でノズルベース固定する。
ノズル本体１に対しては、Ｏリング８，オリフィス９，帯電電極バックカバー１０ｂ，帯電電極ブロック１０ａ，帯電電極フロントカバー１０ｃの順に組み込み、それらを帯電電極・オリフィス固定ネジ１１を４本用いて固定する。帯電電極ブロック１０ａは、中央部に断面が長方形のスリットがあいており、このスリットをインクビームが通過する。

また、帯電電極ブロック１０ａには、インクビームが通過する方向と垂直方向にも断面が長方形の縦スリットが存在する。この縦スリットは、図１の帯電電極ブロック１０ａの上面側にインクビームの進む方向を長手方向とするスリットであり、帯電電極ブロック１０ａ内を通過するインク粒子の形状を確認するために設けており、インクが通過するスリットよりも断面積は大きい。例えば図３に示すノズルベース２２よりＬＥＤ等により飛翔するインクに光を当て、それを縦スリットより確認することで、インク粒子が適切かどうか、を確認する。

帯電電極ブロック１０ａには、帯電配線１２を帯電配線固定ネジ１３で固定できるネジ穴が設けてあり、帯電電極ブロック１０ａに電圧を印加することによってインクに帯電させることができる。
これらの構成で組んだ部品をノズルクミと呼ぶ。

なお、オリフィス９は金属製であるので、帯電電極ブロック１０ａとオリフィス９を絶縁するため、帯電電極バックカバー１０ｂと帯電電極フロントカバー１０ｃは絶縁体で製作する。

印字を行う際には、ノズル本体１にインク供給チューブ４より所定の圧力で加圧したインクを供給し、オリフィス９中央部のインク噴出口からインクを噴出させる。この時、電歪素子２に電圧を加えてノズル本体１にある振動子を振動させることにより、ノズル本体１内のインクが振動を受け、インクは帯電電極ブロック１０ａ内の空間を飛翔中に粒子化する。粒子化されたインクは、帯電電極ブロック１０ａに加えられた電圧によって帯電する。その後、図示しない高電界形成部で発生する静電力によってインクの飛翔方向が決められ、被印字物上にインクが付着して印字が行われる。印字に使用されなかったインクは、ガターと呼ばれる回収パイプに入り、ポンプによってインクタンクに回収される。このように、印字に使用されなかったインクを回収するため、インクビームがガターに向かうように、ビーム調整機構によってノズルの向きを調整することが必要となる。ビーム調整機構については後述する。

上記のように、帯電電極ブロック１０ａでインクに帯電する際は、インクビームと帯電電極ブロックの内壁との距離が一定であることが重要となる。これは、インクビームと帯電電極との距離が変わると、インク粒子の帯電量が変化することによってインクの飛翔方向が変わり、印字品質が悪化するためである。

帯電電極バックカバー１０ｂは、中央部に穴があいており、帯電電極ブロック１０ａの凸部がはまり込む構造となっている。これにより帯電電極ブロック１０ａは帯電電極バックカバー１０ｂに固定される。
また、図１に示すように帯電電極バックカバー１０ｂのオリフィス側の面は四方に凸部を有する構造となっており、この凸部がオリフィス９の四方の凹部にはまり込む構造となっているため、これにより、帯電電極ブロック１０ａと同様オリフィス９も帯電電極バックカバー１０ｂに固定されることになる。
さらに、帯電電極ブロック１０ａの帯電電極フロントカバー１０ｃ側の面の凸部が帯電電極フロントカバー１０ｃの中央部の穴にはまるため、帯電電極ブロック１０ａは帯電電極フロントカバー１０ｃと固定される。

以上により、帯電電極（１０ａ、ｂ、ｃ）とオリフィス９は全て一体化して固定されることができる。

さらに、オリフィス９のノズル本体１側の面の凸部がＯリング８を介してノズル本体１の中央部の穴と嵌合されるため、ノズル本体１とも固定化される。

このため、イオンビームと帯電電極ブロック１０ａの内壁との距離は常に一定となり、安定的にインクに帯電することができ、安定した印字品質を提供することができる。また、インクビームの飛翔方向の調整が非常に簡易となる。

さらに、帯電電極ブロック１０ａはブロック体であるので、取り外しを繰り返しても形状が安定しており、インクビームとの距離を一定に保つことを可能とする。

図３，図４，図５にノズルクミをノズルベースに組付け、そのノズルクミを印字ヘッドのベースに組付けた状態を示す。ノズルクミがノズルベース１４にノズルジャケット固定ネジ１５により固定されている。ノズルベース１４にはインクビームの噴出方向を調整するための水平調整ネジ１６，水平調整バネ１７と垂直調整ネジ１８，垂直調整バネ１９が備わっている。そのノズルクミとノズルベースクミを印字ヘッドの土台となるベース２２にノズルベース固定ネジ２０，２１により固定する。

次に、インクビーム調整機構について説明する。
まず印字ヘッドのベース２２の面に対して水平方向の調整方法について、図３と図４を用いて説明する。

インクビームの水平方向の調整には、水平調整ネジ１６と水平調整バネ１７を用いる。水平方向の調整機構は、水平調整バネ１７に水平調整ネジ１６を通し、ノズルベース１４のネジ穴に水平調整ネジ１６を差し込む構成となっている。水平調整ネジ１６のネジ頭側は、印字ヘッドのベース２２に設けた支え部の頂部の切り欠き部を通っている。水平調整ネジ１６を回転させることにより、水平調整バネ１７の反力を受けながらベース２２の切り欠き部とノズルベース１４の距離を調整する。インク噴出口に近い位置にはベース２２の円柱状のボスが存在し、そのボスがノズル部の支点となり、水平調整ネジ１７を締めたり緩めたりすることでインクビームの水平方向を任意に定めることが可能となる。なお、インクビーム調整の際にはノズルベース固定ネジ２０，２１を緩め、調整が完了したのちノズルベース固定ネジ２０，２１を締めてノズルベース１４を固定する。

次に、印字ヘッドのベース２２の面に対して垂直方向の調整方法について、図４と図５を用いて説明する。

インクビームの垂直方向の調整には、垂直調整ネジ１８と垂直調整バネ１９を用いる。垂直方向の調整機構は、垂直調整バネ１８に垂直調整ネジ１９を通し、ノズルベース２２のネジ穴に垂直調整ネジ１８を差し込む構成となっている。垂直調整ネジ１８のネジ頭と垂直調整バネ１９によりノズルジャケット６の切り欠き部を挟み、垂直調整バネ１９の反力によりノズルジャケット６の切り欠き部とノズルベース１４の距離を調整する。ノズルジャケット６の図示しない中空円形ボスを支点に垂直調整ネジ１８を締めたり緩めたりすることでインクビームの垂直方向を任意に定めることが可能となる。なお、インクビーム調整の際にはノズルジャケット固定ネジ１５を緩め、調整が完了したのちノズルジャケット固定ネジ１５を締めてノズルベース１４を固定する。

ノズルクミとしてノズルに帯電電極が一体化されていることにより、インクビームの噴出方向の調整の際に帯電電極の調整が不要となる。また、ノズルと帯電電極とが一体化されているので、常に取り付け位置精度が高く、安定した印字品質を提供することが可能となる。また、帯電電極をブロック化することで、形状の変形を防止することになり、安定した印字品質の提供が可能となる。

本実施例は、ヘッドベース部１に２つのノズル部２を有する印字ヘッド１００を備える点を特徴とする。
図６は、２つのノズルクミとノズルベースを有する印字ヘッド部１０４を示す構成図の例である。

図６の印字ヘッド部１０４のうち、既に説明した図１，図３，図４，図５に示された同一の符号を付された構成と同一の機能を有する部分については、説明を省略する。また、同一符号のアポストロフィーの付いているものは追加したノズルベースクミの部品を示している。

なお、水平方向のインクビーム調整機構は２つの間で対称構造になっており、印字ヘッドの小型化を図っている。また、帯電電極ブロックも対称構造であるので、帯電配線の固定も容易になっている。

図６に示すように帯電電極の位置調整が印字ヘッドのベース２２にノズルベースクミを２つ設置している。ひとつの印字ヘッドに複数のノズルを設置した際の課題となるのは印字品質のバラツキである。この印字品質のバラツキの要因の一つにオリフィスから噴出されるインクビームの帯電量である。例えば、インクビームと帯電電極ブロック１０ａ内壁面との距離が異なることにより、インク粒子の帯電量が変化してインク粒子の偏向量が変わる。帯電電極ブロックの１０ａ内壁面とインクビームとの距離の精度を高くすることによって、印字品質の安定化を図ることができる。本実施例において帯電電極フロントカバー１０ｃ，帯電電極ブロック１０ａと帯電電極バックカバー１０ｂのそれぞれに位置決めをする機構を設けており、インク粒子の帯電量の安定化を図ることができているので、同一構造のノズルクミにも設けた場合においても、ノズルごとの印字品質のバラツキを低減することを可能としている。特に、複数のノズルにより印字するツインノズル形式では、シングルノズルの場合と比べてノズルごとの印字品質のばらつきによる影響が大きいことから、本願による効果はより顕著であるといえる。

また、オリフィスと帯電電極の位置関係の調整が不要なことから、帯電電極固有の調整機構等を設ける必要がないため印字ヘッドの小型化も可能となる。

なお、本実施例では２つのノズル部を有する印字ヘッドについて説明したが、３つ以上のノズルを有する印字ヘッドであっても同様な機構を設けることにより、同様の効果を得ることができる。

１・・・ノズル本体、２・・・電歪素子、３・・・カウンタウェイト、４・・・インク供給チューブ、５・・・インク回収チューブ，６・・・ノズルジャケット、７・・・ノズル本体固定ネジ、８・・・Ｏリング、９・・・オリフィス、１０a・・・帯電電極ブロック，１０ｂ・・・帯電電極バックカバー，１０ｃ・・・帯電電極フロントカバー、１１・・・帯電電極・オリフィス固定ネジ，１２・・・帯電配線、１３・・・帯電配線固定ネジ、１４・・・ノズルベース、１５・・・ノズルジャケット固定ネジ、１６・・・水平調整ネジ、１７・・・水平調整バネ、１８・・・垂直調整ネジ、１９・・・垂直調整バネ、２０，２１・・・ノズルベース固定ネジ、２２・・・ベース、１００・・・インクジェット記録装置、１０１・・・制御部、１０２・・・インク循環部、１０３・・・ヘッドケーブル、１０４・・・印字ヘッド部

Claims (7)

1. 制御部とインク循環部とヘッドケーブルと印字ヘッドとを備えるインクジェット記録装置であって、
   前記印字ヘッドは、
   インクを噴出するノズルと、
   前記ノズルにより噴出した粒子化されたインク粒子が通過するオリフィスと、
   前記オリフィスを通過したインク粒子を帯電させる帯電電極と、
   を備え、
   前記帯電電極は、ブロック状の帯電電極ブロックと、前記帯電電極ブロックと前記オリフィスとの間に配置され前記帯電電極ブロックを固定する帯電電極バックカバーと、前記帯電電極ブロックに対して前記帯電電極バックカバーとは反対側に配置され前記帯電電極ブロックを固定する帯電電極フロントカバーと、を備え、前記帯電電極ブロックと前記帯電電極バックカバーと前記帯電電極フロントカバーとが一体となり構成されており、
   前記帯電電極及び前記オリフィスと前記ノズルとは、一体となり構成されている
   インクジェット記録装置。
2. 請求項１記載のインクジェット記録装置であって、
   前記帯電電極および前記オリフィスと前記のノズルとは、前記帯電電極バックカバーにより固定されていることを特徴とするインクジェット記録装置。
3. 請求項２記載のインクジェット記録装置であって、
   前記帯電電極バックカバーは、両面に設けられている凸部がそれぞれ前記帯電電極ブロックおよび前記オリフィスの凹部に嵌合することにより固定されていることを特徴とするインクジェット記録装置。
4. 請求項１記載のインクジェット記録装置であって、
   前記帯電電極バックカバーは、前記帯電電極ブロックと前記オリフィスとを絶縁する絶縁体であることを特徴とするインクジェット記録装置。
5. 請求項１記載のインクジェット記録装置であって、
   前記帯電電極ブロックは、インク粒子を検査するためのスリットが設けられていることを特徴とするインクジェット記録装置。
6. 請求項１記載のインクジェット記録装置であって、
   請求項１に記載の一体化された前記帯電電極及び前記オリフィスと前記ノズルとの組合せを２以上備えることを特徴とするインクジェット記録装置。
7. 請求項６記載のインクジェット記録装置であって、
   前記２以上の前記一体化された前記帯電電極及び前記オリフィスと前記ノズルとの組合せは、線対称に構成されていることを特徴とするインクジェット記録装置。

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