(57)【要約】【課題】結露により発生する水滴を簡易な構成で除去することが可能な記録ヘッドおよび記録装置を提供すること。【解決手段】記録ヘッドのフェイスプレートに、水蒸気を結露させる結露部と、吐出口から所定距離離れた位置で結露部で結露した水滴を回収する回収部と、を設け、結露部に、水滴を回収部へと案内する案内部を設ける。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出する吐出口と、
水蒸気を結露させる結露部と、
前記吐出口から所定距離離れた位置で、前記結露部で結露した水滴を回収する回収部と、
前記結露部で結露した水滴を前記回収部へと案内する案内部と、
を有することを特徴とする記録ヘッド。
【請求項２】
複数の前記吐出口が列を成して設けられた基板と、
前記基板の周囲に設けられた板部材と、を有し、
前記結露部は、前記板部材の一部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の記録ヘッド。
【請求項３】
前記板部材における前記基板の周囲は、撥水処理が施された撥水部が設けられており、
前記板部材の一部で、前記撥水部と隣接して、親水処理が施された前記案内部である親水部が設けられており、
前記結露部は、前記撥水部と前記親水部とを含み、
前記回収部は、前記親水部と隣接して設けられていることを特徴とする請求項２に記載の記録ヘッド。
【請求項４】
前記親水部から前記基板までの距離は、前記撥水部で保持可能な最大の水滴の径未満であることを特徴とする請求項３に記載の記録ヘッド。
【請求項５】
前記親水部から前記基板までの距離は、前記水滴の高さが前記板部材と記録媒体までの距離未満であることを特徴とする請求項４に記載の記録ヘッド。
【請求項６】
前記結露部は前記板部材において前記記録媒体の搬送方向の下流側であることを特徴とする請求項２ないし請求項５にいずれか１項に記載の記録ヘッド
【請求項７】
前記案内部は、前記板部材の一部で、前記撥水部と隣接して、親水処理が施された親水部である第１案内部と、
前記撥水部の一部で、前記親水部から延びて前記基板まで到達する、親水処理が施された第２案内部である複数のスリット部が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の記録ヘッド。
【請求項８】
前記板部材における前記基板の周囲は、撥水処理が施された撥水部が設けられ、
前記回収部は、前記撥水部と隣接して設けられ、
前記撥水部の一部には、前記回収部から延びて前記基板まで到達する、親水処理が施された、前記案内部である複数のスリット部が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の記録ヘッド。
【請求項９】
前記スリット部の幅は、所定の処理によって前記記録に影響のない状態とした水滴の径よりも小さいことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の記録ヘッド。
【請求項１０】
前記所定距離は、前記吐出口から、前記所定の処理で用いられる部材が当接する位置までの距離よりも長いことを特徴とする請求項９に記載の記録ヘッド。
【請求項１１】
液体を吐出口から記録媒体に吐出して記録を行う記録部と、
前記記録媒体からの水蒸気を結露させる結露部と、
前記吐出口から所定距離離れた位置で、前記結露部で結露した水滴を回収する回収部と、
前記結露部で結露した水滴を前記回収部へと案内する案内部と、
を有することを特徴とする記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を吐出して記録を行う記録ヘッドおよびそれを備えた記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
記録ヘッドの吐出口から液滴を吐出して記録を行う記録装置では、装置本体内の湿気によって、記録ヘッドの吐出口が形成された吐出口形成面に結露が生じることがある。結露が吐出口形成面に生じた場合、結露が吐出口から吐出される液滴に影響を与えることがあり、所望の記録結果が得られないという課題がある。
【０００３】
そこで特許文献１では、結露部材により結露させた水滴をワイパーで装置本体の外へ排出して除去することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−３７０７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の方法では、結露した水滴を除去するために構造の複雑化や大型化を招くという課題があった。
【０００６】
よって本発明は、結露により発生する水滴を簡易な構成で除去することが可能な記録ヘッドおよび記録装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そのため本発明の記録ヘッドは、液体を吐出する吐出口と、水蒸気を結露させる結露部と、前記吐出口から所定距離離れた位置で、前記結露部で結露した水滴を回収する回収部と、前記結露部で結露した水滴を前記回収部へと案内する案内部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、結露により発生する水滴を簡易な構成で除去することが可能な記録ヘッドおよび記録装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（ａ）は、インクジェット記録装置の要部を示した斜視図であり、（ｂ）は、記録装置の制御系のブロック図である。
【図２】記録ヘッドを示した分解斜視図である。
【図３】（ａ）は、インク供給系および回復処理系を示した図であり、（ｂ）は、インク供給系における気液分離室の近傍を示した図である。
【図４】（ａ）から（ｃ）は記録時に結露が発生する様子を段階的に示した図である。
【図５】記録ヘッドの吐出口面を示した図である。
【図６】記録ヘッドの吐出口面を示した図である。
【図７】親水処理スリット間の撥水処理部で成長する水滴を示した図である。
【図８】記録ヘッドの吐出口面を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第１の実施形態について説明する。  
図１（ａ）は、本発明を適用可能なインクジェット記録装置（液体吐出装置）１００の要部を示した斜視図であり、図１（ｂ）は、記録装置１００の制御系のブロック図である。インクジェット記録装置（以下、単に記録装置ともいう）１００は、インク（液体）を吐出する記録ヘッド（記録部）２０を着脱可能に搭載している。記録装置１００は、いわゆるフルラインタイプの記録装置であり、記録ヘッド２０は、搬送機構１１０で連続的に矢印Ａ方向に搬送される記録媒体Ｐに対して、固定された状態でインクを吐出して記録を行う。記録ヘッド２０は、イエロー（Ｙ），マゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ），ブラック（Ｂｋ）の各インクを吐出する記録ヘッド２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｂｋに分かれており、これによってカラー画像の記録を行うことができる。
【００１１】
記録装置１００には、記録ヘッド２０におけるインクの吐出状態を良好に維持するための回復処理に用いられる回復処理系１３０が備えられている。回復処理としては、記録ヘッド２０の吐出口におけるインクの乾燥を防止するキャッピング、記録に寄与しないインクを吐出口からキャップ内に吐出する予備吐出、記録ヘッド内のインクを加圧して吐出口からキャップ内に強制的に排出させる加圧回復等がある。さらに、吐出口からキャップ内にインクを吸引排出させる吸引回復動作、吐出口が形成される記録ヘッド２０の吐出口面をワイピングするワイピング動作等がある。
【００１２】
ＣＰＵ１０１は、記録装置１００の動作の制御処理やデータ処理等を実行する。ＲＯＭ１０２には、それらの処理手順等のプログラムが格納され、ＲＡＭ１０３は、それらの処理を実行するためのワークエリアなどとして用いられる。ＣＰＵ１０１は、記録ヘッド２０、搬送系１１０、インク供給系１２０、および回復処理系１３０をそれらに対応するドライバ２０Ａ，１１０Ａ，１２０Ａ，１３０Ａを介して制御する。ＣＰＵ１０１は、ホストコンピュータなどのホスト装置２００から入力した画像データに基づいて、記録ヘッド２０からインクを吐出することにより、記録媒体Ｐに画像を記録する。ＣＰＵ１０１は、記録ヘッド２０、搬送系１１０、インク供給系１２０、および回復処理系１３０を動作させることで、記録ヘッド２０の清掃時の制御を実行する。
【００１３】
図２は、記録ヘッド２０を示した分解斜視図である。記録ヘッド２０の主要部をなす吐出エレメント１１１は、その一側面がセラミック製のベースプレート１０６で支持されている。吐出エレメント１１１には、供給口、共通液室を含む天板、複数の吐出口、共通液室と吐出口との間を連通する複数のノズル、吐出エネルギー発生素子が備えられている。本実施形態の場合、吐出エネルギー発生素子として、電気熱変換体（ヒータ）が備えられている。吐出エレメント１１１の他側面には、電気配線基板１０７が配されており、その電気配線基板１０７は、吐出エレメント１１１上に設けられる配線（吐出エネルギー発生素子やその駆動素子用などの配線）の電極部と、ワイヤボンディングにより電気的に接続される。流路形成部材１０４は、吐出エレメント１１１に設けられた供給口に、内部の流路が接続するよう設置されている。フェイスプレート（板部材）１０５は、吐出エレメント１１１の複数の吐出口側が露出するよう枠状であり、ベースプレート１０６と流路形成部材１０４に接続され、キャッピングの際のキャップとフェイスプレートとが隙間無く密着するための平面性を確保する。
【００１４】
図３（ａ）は、記録装置１００におけるインク供給系および回復処理系を示した図であり、図３（ｂ）は、インク供給系における気液分離室４１の近傍を示した図である。記録ヘッド２０は、インク供給部２２Ａを備えており、インク供給部２２Ａは、装置使用状態の姿勢における記録ヘッド２０の下部に設けられている。インク供給部２２Ａは、気液分離室４１を途中に経由して、供給路Ｌ１によってインクタンク２８と接続されている。インクタンク２８は、装置使用状態の姿勢において記録ヘッド２０よりも低い位置に設けられており、この高低差による水頭差によって生じる負圧が記録ヘッド２０内のインクに付与される。
【００１５】
記録ヘッド２０には、複数の電極を用いて、記録ヘッド２０内におけるインクの液面が所定範囲内にあるか否かを検出する液面センサ４７が備えられている。また、インクタンク２８の上部には、大気に連通する連通口２８Ａが形成されている。供給路Ｌ１は、水平方向に延在する部分Ｌ１ａ，Ｌ１ｃと、上下方向に延在する部分Ｌ１ｂと、を備えており、部分Ｌ１ｂには開閉可能な第１の弁３１が備えられ、また部分Ｌ１ａと部分Ｌ１ｂとの間には、図３（ｂ）のような気液分離室４１が備えられている。記録ヘッド２０には、装置使用状態の姿勢における記録ヘッド２０の上部に圧力導入部２２Ｂが設けられている。圧力導入部２２Ｂは、圧力導入路Ｌ２によって圧力貯留室（以下、バッファという）４２に連通されており、その圧力導入路Ｌ２には第２の弁３２が備えられている。
【００１６】
バッファ４２は、空気（気体）を収容する閉空間としての気体室を形成可能であり、連通路Ｌ３によって気液分離室４１に連通されており、その連通路Ｌ３には開閉可能な第３の弁３３が備えられている。バッファ４２は、記録ヘッド２０の内部に導入する圧力を貯留可能である。
【００１７】
バッファ４２は、後述するポンプ４３を介して、連通路Ｌ４によって廃インクを回収するメンテナンスカートリッジ４４に連通されている。連通路Ｌ４には、ポンプモータによって正転および逆転可能なポンプ４３が備えられている。ポンプ４３は、チューブポンプであり、回転方向に応じてバッファ４２内を吸引または加圧し、また回転停止時は連通路Ｌ４を遮断する。バッファ４２の内部は、連通路Ｌ５によって大気と連通されており、連通路Ｌ５には、開閉可能な第４の弁３４が備えられている。またバッファ４２には、その内部の気体の圧力を検出するための圧力センサ４５が備えられている。さらにバッファ４２は、吸引路Ｌ６によってキャップ４６に連通されており、吸引路Ｌ６には開閉可能な第５の弁３５が備えられている。
【００１８】
キャップ４６は、回復ユニット（不図示）に備えられており、キャッピングモータ（不図示）によって移動可能に設けられている。
【００１９】
記録動作において、ＣＰＵ１０１は、第２の弁３２、第３の弁３３、第４の弁３４及び第５の弁３５を閉じて、第１の弁３１を開く。これにより記録ヘッド２０内のインクに、記録ヘッド２０とインクタンク２８の配備位置の高低差に対応する圧力（負圧）が付与され、記録ヘッド２０に形成された吐出口にインクのメニスカスが形成される。これによって、吐出口からのインクの漏出が抑制される。このように、記録ヘッド２０内のインクに所定の圧力（負圧）を付与した状態において、ＣＰＵ１０１は、ロール紙Ｐを矢印Ａ方向に搬送させつつ、記録データに基づいて記録ヘッド２０の吐出口からインクを吐出させることでロール紙に画像を記録する。
【００２０】
インク中の溶存空気および供給路Ｌ１内に侵入した空気などは、図３（ｂ）のように、気液分離室４１内において上方に分離される。その分離された空気は、記録ヘッド２０には供給されず、下方に分離されたインクだけが供給路Ｌ１の部分Ｌ１ａを通して記録ヘッド２０に供給される。これにより、供給路Ｌ１から記録ヘッド２０内への空気の侵入が抑制されて、空気の侵入に起因する記録ヘッド２０における吐出不良の発生が抑えられる。気液分離室４１内に溜まった空気は、非記録動作時に、ＣＰＵ１０１が第３の弁３３を開いて、ポンプ４３を回転させることにより、連通路Ｌ３、バッファ４２および連通路Ｌ４を通してメンテナンスカートリッジ４４内に排出される。
【００２１】
図４（ａ）から（ｃ）は、記録時に結露が発生する様子を段階的に示した図である。記録ヘッド２０から吐出されたインク滴６１は、搬送される記録媒体Ｐに着弾して画像を形成する。記録媒体Ｐに着弾したインク滴６１は、図４（ａ）のように、記録媒体Ｐに浸透するがインクに含まれる水分が蒸発する。蒸発したインクの水分の一部は、図４（ｂ）のように、記録ヘッド２０の吐出口面１０５に当たり結露が発生する。記録を継続するに伴い結露が多く発生すると、図４（ｃ）のように、吐出口面で水滴６４となり付着する。このとき、記録媒体の単位面積当たりにどれだけのインクが存在するか、どれだけの時間記録ヘッドの下に滞留しているかによって付着する水滴の量は変化する。
【００２２】
図５は、記録ヘッド２０の吐出口面を示した図である。吐出口面には、インクを吐出する複数の吐出口３１０を含むチップ３２０と、チップ３２０の周囲に不図示のキャップ４６と当接するフェイスプレート１０５と、が設けられている。また、フェイスプレート１０５におけるキャップ４６と当接する部分を含む、記録媒体搬送方向の上流側は、撥水処理が施された撥水処理部（撥水部）３５０となっている。更に、フェイスプレート１０５における撥水処理部３５０と隣接した記録媒体搬送方向下流には、親水処理が施された親水処理部（親水部）３６０が設けられている。また、吐出口３１０の搬送方向下流側のフェイスプレート１０５は、結露を発生させる結露部３３０であり、インクが着弾した後に発生する水蒸気が結露しやすい状態となっている。結露部３３０は、記録ヘッド２０の中でも相対的に低温であることが好ましく、ペルチェ素子や、冷却媒体を循環させて強制的に冷却させる構成の方がより本件を実施する場合には好ましい。
【００２３】
前述したとおり、フェイスプレート１０５とキャップ４６とが当接する部分は、撥水処理部３５０となっている。撥水処理部３５０における撥水状態は、フッ素コーティングや撥水剤を塗布することで得ることができる。フェイスプレート１０５とキャップ４６とが当接するキャップ当接部３４０が平坦な領域であり、撥水処理部３５０であることで、吸引や加圧など各種回復操作時のチップ３２０周囲に残るインク残滴を少なくすることができ回復性能を良好に維持することができる。
【００２４】
親水処理部３６０における親水状態は、撥水状態を維持する箇所をマスキングしたうえで、表面に界面活性剤を塗布するなどして親水性を高める処理を行うことで得ることができる。あるいは、先にフェイスプレート１０５の表面に界面活性剤を塗布するなどして親水性を高めた後、親水処理部３６０を維持する箇所をマスキングしたうえで、フッ素コーティングや撥水剤を塗布することで撥水処理部３５０の撥水状態を得ることができる。親水状態を得る手段は上記に限定されるものではない。
【００２５】
結露部３３０の、記録媒体搬送方向下流側には、回収部３７０が設けられている。回収部３７０は、キャップ当接部３４０から所定距離離れた位置（吐出口からの距離でもよい）で、親水処理部３６０と隣接して設けられており、液体を回収可能に設けられている。回収部３７０がキャップ当接部３４０から所定距離離れた位置に設けられる（回収部がキャップ当接部に含まれていない）ことで、キャッピング時の密閉性を確保している。回収部３７０は、液滴を回収（吸水）できるなら物や構造であれば限定はなく、溝状、スポンジ状、発泡材、繊維状、毛状（の何れか１つを含むことが許容される）などが挙げられる。また、液滴を回収できる吸水性のある材料で構成されても良い。吸水性のある材料としては例えば、多孔質の物質や、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリビニルアルコール、ポリビニルホルマール、セルロース等が挙げられる。
【００２６】
フェイスプレート１０５の結露部３３０において、吐出口３１０から親水処理部３６０までの距離は、結露した水滴３８０が成長し、撥水処理部３５０に対する水の表面張力および接触角に対応する水滴の径より短い（水滴の径未満の）距離になるように設定する。その値は、成長した水滴３８０が水滴として落ちてしまわない（撥水処理部で保持可能な）最大のサイズ、また、水滴３８０の高さがチップ３２０およびフェイスプレート１０５と記録媒体の距離である紙間より小さい値になるよう設定する。
【００２７】
一般的には、水滴３８０の体積をＶ、水滴の半径をｒ、水滴の高さをｈとすると、体積Ｖは、
Ｖ＝（４πｒ2ｈ）／３／２
で求められる。ここで、平面上の水滴における平面と水滴が接触する端点での接触角をθとし、端点と水滴の頂点とをむすぶ線と平面とがなす角度をθ1とすると、微小液滴形状は円の一部と仮定でき、幾何の定理より、接触角θは、
θ＝２θ1
が成り立つ。また、水滴の高さｈは、
ｈ＝ｒ×ｔａｎθ1
で求められ、ここから、
ｒ＝ｈ／ｔａｎθ1
であることから、水滴３８０の体積Ｖは、
Ｖ＝（４π／３）×（ｈ2／（ｔａｎθ1）2）×ｈ／２
となる。一例として、撥水処理部３５０がアモルファスフッ素樹脂で撥水処理され、その状態に対する水の接触角を９３°とし、紙間を１．５ｍｍとすると、記録媒体に付着しない水滴３８０の体積Ｖは、６．７ｍｍ3となる。よって、チップ３２０から親水処理部３６０までの距離は、体積Ｖが６．７ｍｍ3の水滴３８０ａの径に相当する距離とする。
【００２８】
そして、結露した水滴３８０が成長して、水滴３８０ａより大きく成長した場合、水滴３８０ｂの一部が親水処理部３６０にかかることから、水滴３８０ｂは、親水処理部３６０に案内され、親水処理部３６０全域に広がっていく。親水処理部３６０に広がった水滴は、最終的に回収部３７０まで案内されて回収される。このようにして、結露した水滴でサイズが大きくなったものは回収部３７０によって回収される。これによって、フェイスプレート１０５の表面で結露した水滴３８０は、水滴として落下するサイズまたは紙間より大きいサイズになるまで成長することがない。
【００２９】
このように、記録ヘッドのフェイスプレートに、水蒸気を結露させる結露部と、吐出口から所定距離離れた位置で、結露部で結露した水滴を回収する回収部とを設け、結露部に、水滴を回収部へと案内する案内部を設ける。これによって、記録品位を低下させることなく、且つキャップとの併用が可能な記録ヘッドおよび記録装置を実現することができた。
【００３０】
（第２の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第２の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第１の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成についてのみ説明する。
【００３１】
図６は、本実施形態における記録ヘッド２０の吐出口面を示した図である。本実施形態のフェイスプレート１０５は、チップ３２０と親水処理部３６０との間の撥水処理部３５０に、（親水処理部からチップに到達する長さの）搬送方向に延びる複数の親水処理スリット３９０が設けられている。親水処理スリット３９０は、表面に親水処理が施されたスリットでありその幅は、記録において不適切な量の液滴がスリット内に残らない（除去可能な）幅とする。また、親水処理スリット３９０間の幅は、撥水処理部３５０に対する水の表面張力から、水滴サイズは水滴として落ちるサイズより小さい値で、かつ紙間より小さい値になるよう設定する。また、スリットの深さは、数十ｎｍ程度とし、これは、キャッピングの際にキャップとフェイスプレート１０５との間の密着性に影響を与えない深さである。
【００３２】
図７は、親水処理スリット３９０間の撥水処理部３５０で成長する水滴を示した図である。親水処理スリット３９０間の撥水処理部３５０で水滴３８０が成長する場合、親水処理スリット３９０間を２Ｗとし、紙間をＬ、水滴の接触角をθとした場合、θ＝２θ1であり、Ｗ＜Ｌ÷ｔａｎθ1となる。
【００３３】
このように、キャップ当接部３４０を含むチップ周囲を撥水処理部とし、その撥水処理部と隣接して親水処理部を設け、更に親水処理部と隣接して回収部を設け、チップと親水処理部３６０との間の撥水処理部３５０に、親水処理スリット３９０を設ける。これによって、記録品位を低下させることなく、且つキャップとの併用が可能な記録ヘッドおよび記録装置を実現することができた。
【００３４】
（第３の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第３の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第１の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成についてのみ説明する。
【００３５】
図８は、本実施形態における記録ヘッド２０の吐出口面を示した図である。本実施形態のフェイスプレート１０５は、全面を撥水処理部３５０とし、チップ３２０と回収部３７０との間の撥水処理部３５０に、搬送方向に延びる複数の親水処理スリット３９０が設けられている。親水処理スリット３９０は、長さが異なるだけで、第２の実施形態と同様のものである。
【００３６】
このように、キャップ当接部３４０を含むチップ周囲を撥水処理部とし、撥水処理部と隣接して回収部を設け、チップと回収部との間の撥水処理部３５０に、親水処理スリット３９０を設ける。これによって、結露により発生する水滴を簡易な構成で除去することが可能な記録ヘッドおよび記録装置を実現することができた。
【符号の説明】
【００３７】
２０  記録ヘッド
１０５  フェイスプレート
３３０  結露部
３４０  キャップ当接部
３５０  撥水処理部
３６０  親水処理部
３９０  親水処理スリット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2019043042.tif 000007
【図６】
2019043042.tif 000008
【図７】
2019043042.tif 000009
【図８】
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