(57)【要約】【課題】ノズルプレートが電気絶縁材料からなるインクジェット記録ヘッドを備えたインクジェット記録装置において、イオン照射により記録ヘッドから吐出するインク液滴のヨレを防止する。【解決手段】ノズルプレートが電気絶縁材料からなるインクジェット記録ヘッドを搭載した記録装置において、正または不のイオン照射が可能なイオン照射ユニットを備え、該ユニットからのイオン照射により、インクジェット記録ヘッドの表面電位を可変できるようにした。さらに前記構成に加えて、表面電位センサを有し、該記録ヘッドの表面電位を計測し、その表面電位をイオン照射ユニットへフィードバックして、イオン照射ユニットからのイオン照射量を所定の値に制御できるインクジェット記録装置。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の吐出口が形成されたノズルプレートを有し、該ノズルプレートが電気絶縁材料からなるインクジェット記録ヘッドを搭載し、さらに、該インクジェット記録ヘッドの吐出機能を回復するための機構を備えたインクジェット記録装置において、
正または負のイオン照射が可能なイオン照射ユニットを備え、該ユニットからのイオン照射により、インクジェット記録ヘッドの表面電位を可変できるようにしたことを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項２】
複数の吐出口が形成されたノズルプレートを有し、該ノズルプレートが電気絶縁材料からなるインクジェット記録ヘッドを搭載し、さらに、該インクジェット記録ヘッドの吐出機能を回復するための機構を備えたインクジェット記録装置において、
正または負のイオン照射が可能なイオン照射ユニットとインクジェット記録ヘッドの表面電位を計測可能な表面電位センサユニットとを備え、該記録ヘッドの表面電位を計測し、その表面電位をイオン照射ユニットへフィードバックして、イオン照射ユニットからのイオン照射量を所定の値に制御することにより、記録ヘッドの表面電位を可変できるようにしたことを特徴とするインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリントシステムの画像出力端末として用いられるプリンタやプロッタ、あるいは複写機、ファクシミリなどのプリント装置に適したオンデマンド方式のインクジェット記録装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット記録装置に使用されるインクジェット記録ヘッドは、インク滴を吐出する際、インクの主滴以外にミストとよばれる微細な液滴が生成し、そのミストが記録ヘッドのノズルプレート表面に付着する。経験的には、吐出口周辺にミストが付着し、ミストの直径が吐出口直径より大きく成長してしまうと、インク主滴の吐出がミストに引っ張られ、インク主滴の直進性が損なわれて、記録すべきインクドットの正規な位置よりずれて記録紙に着弾することがある。これを当業者間では「ヨレ」と称しているが、この「ヨレ」を低減させるために、吐出口面を撥水性を有する材料で被覆して、インク滴の吐出口周辺への付着を抑制する技術が使われている（例えば、特許文献１参照。）。撥水性を有する材料としては、表面エネルギーが低く、皮膜性の良好な材料が良く、特にフッ素系樹脂の分散液が好適に用いられている。あるいは、ノズル開口面にＳｉＯ２層を蒸着により設け、そのＳｉＯ２層の上に、シラン化合物を被着させる方法もとられている（例えば、特許文献２参照。）。このような「ヨレ」を減少させる対策を記録ヘッドに施しても、フルページ分の記録、複数ページの記録などを連続的に行うと、ミストの付着は避けられず、印字品位に障害が出ることがある。そこで従来、インクジェット記録ヘッドのインク吐出口面に付着した付着物を除去するためのクリーニング部材を設け、適宜な時間間隔で吐出口面を拭いてクリーニング動作をする、いわゆる「回復機構」を設けて、印字品位の劣化を防止している（例えば、特許文献３参照。）。このクリーニング動作は、撥水処理が施されたインクジェット記録ヘッドのノズルプレート面に付着した不要なインク滴を除去するのに好適である。
【０００３】
【特許文献１】
特開平３−１８９１６１号公報
【特許文献２】
特開平７−１２５２１９号公報
【特許文献３】
特開平５−２０１０１４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、撥水処理が施されたインクジェット記録ヘッドにおいても長期間使用していくと、インクの化学作用により徐々に撥水性が低下する現象が見られる。この現象はインクのノズルプレートに対する接触角の低下として認められる。撥水性が低下して行くと一度の回復動作ではノズルプレートに付着したインクが除去しにくくなり、「ヨレ」の発生を招いて結果的に印字品位の劣化をもたらしてしまう。また、回復動作を繰り返すことによりノズルプレートの撥水処理面は機械的な損傷を受け撥水性の低下を招く。一方、印字品位の劣化を防ぐために、ノズルプレートの撥水性をより高くするという手段も採り得るが、インクの接触角が９０°以上になると、ノズルプレート上に付着したインクミストは、ある大きさまで合体成長して球状のインク滴となり、場合によっては印字中に記録媒体の記録面に落下して品位を損なってしまうという問題がある。いずれの場合も、ノズルプレートの撥水性を制御できない、すなわち、印字中は適度なぬれ性を有し、回復動作時は撥水性を高めるような状態には可変できないという根本的な問題である。さらにノズルプレートのインクに対する接触角は、インクのイオン性にも影響を受ける。通常、撥水処理面はフッ素系の皮膜で形成されているが、この材料は負に帯電しやすい。インクのイオン性がカチオン性であると、インクを吸引する力が作用し、接触角が低下してぬれやすくなってしまう問題がある。
【０００５】
そこで本発明は、以上のような課題を解決するものであって、その目的は、ノズルプレートの撥水性を電気的にコントロールして、常に理想的な状態を維持し、インクのイオン性に依存せず、印字品位の劣化のないインクジェット記録装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明のインクジェット記録装置は、以下の構成を備える。
【０００７】
（１）複数の吐出口が形成されたノズルプレートを有し、該ノズルプレートが電気絶縁材料からなるインクジェット記録ヘッドを搭載し、さらに、該インクジェット記録ヘッドの吐出機能を回復するための機構を備えたインクジェット記録装置において、
正または負のイオン照射が可能なイオン照射ユニットを備え、該ユニットからのイオン照射により、インクジェット記録ヘッドの表面電位を可変できるようにしたことを特徴とする。
【０００８】
（２）複数の吐出口が形成されたノズルプレートを有し、該ノズルプレートが電気絶縁材料からなるインクジェット記録ヘッドを搭載し、さらに、該インクジェット記録ヘッドの吐出機能を回復するための機構を備えたインクジェット記録装置において、
正または負のイオン照射が可能なイオン照射ユニットとインクジェット記録ヘッドの表面電位を計測可能な表面電位センサユニットとを備え、該記録ヘッドの表面電位を計測し、その表面電位をイオン照射ユニットへフィードバックして、イオン照射ユニットからのイオン照射量を所定の値に制御することにより、記録ヘッドの表面電位を可変できるようにした。
【０００９】
上記構成により、より正確な表面電位の制御が可能となり、インクジェット記録装置としての信頼性が高まる。
【００１０】
本発明では、インクジェット記録ヘッドの帯電を利用するもので、記録ヘッドのノズルプレートは体積抵抗率の大きな、電気絶縁材料が好ましい。また、体積抵抗率が低くても、最表面が撥水材料、とくにフッ素樹脂などで被覆され、インク滴吐出のための記録ヘッド素子と電気的に絶縁されていても良い。記録ヘッドのインク吐出部分が帯電すると、インクのノズルプレートに対する接触角が変化する。強い撥水性が必要な場合は、ノズルプレートを正または負の数ｋＶに帯電させると、インクの接触角が９０°以上になり、実質球状の液滴となったインクミストはノズルプレート表面への付着力が非常に低下し、ノズルプレート上を容易に移動できるようになる。この状態でノズルプレート表面をクリーニング部材により、ふき取る動作を行うと、ノズルプレート表面に付着していたインクミストは容易に除去することができる。また、印字中など、ノズルプレート表面に付着したインクミストが液滴として記録面に落下し、印字物を汚損させる場合がある。この印字物の汚損を避けるために、ノズルプレートをインクのイオン性と同じ極性に帯電させておくと、インクのノズルプレートに対する接触角は９０°以下になり、インクがぬれ拡がる状態にできるのでインクミストのボタ落ちを防止できる。
【００１１】
さらに、インクジェット記録ヘッドを長期間使用し、徐々にノズルプレートの撥水性が低下した場合でも、ノズルプレートを帯電させることにより、撥水性が復活する。とくにノズルプレート表面がフッ素系の材料で被覆されている場合は、強く負に帯電させることにより、Ｆ−イオンが活性化して撥水性が高まるので、印字品位の長期的な維持が可能となる。
【００１２】
ノズルプレートに用いる電気絶縁材料としては、体積抵抗率が１０１６Ω・ｃｍ以上であることが好ましく、ＰＳＦ（ポリサルフォン）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰＯ（ポリフェニレンオキシド）、ＰＰ（ポリプロピレン）などが使用可能である。また、ノズルを形成するために感光性材料を用いる場合は体積抵抗率が１０１６Ω・ｃｍ以上であれば問題なく使用できる。
【００１３】
ＰＴＦＥ（ポリ四フッ化エチレン）などのフッ素樹脂に代表される撥水剤は、体積抵抗率が１０１８Ω・ｃｍであり、本発明には好適な電気絶縁材料であり、先に示した樹脂材料からなるノズルプレートの表面を皮膜状に覆うことで本発明のノズルプレートの表面電位制御を可能とする優れた材料である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、具体的実施例に基づき本発明を詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明のインクジェット記録装置の主要部分である。図中、１はイオン照射ユニットであり、中央にコロナ放電用の電極（材質タングステン）を備え、高電圧電源（不図示）に接続されている。２はインクジェット記録ヘッド１０のノズルプレートを清拭するワイパーブレードであり、通常ポリウレタン系の弾性体を使用する。３はインクジェット記録ヘッド１０のキャップであり、プリンタを使用しないときに、ノズルからのインクの蒸発を抑制する。４および５はキャリッジ７のガイド軸であり、キャリッジ７はガイド軸４，５に沿って、矢印Ａのように左右方向に移動して記録を行う。８および９はインクジェットカートリッジであり、８が黒インク用、９がカラーインク用である。６はプラテンであり、この上を記録用紙が搬送される。
【００１６】
図２は、図１におけるイオン照射ユニット１の動作説明である。インクジェット記録ユニット１７をイオン照射ユニット１の真上に停止させ、高圧電源（不図示）に接続されたケーブル１２を通じてイオン照射ユニット１からインクジェット記録ヘッド１０のノズルプレート１４（１６はインクジェット記録ヘッドの吐出口列である。）に向けて、コロナ放電によるイオン照射１３を行う。電源の極性により正イオン、負イオンのいずれかを照射することができる。
【００１７】
イオンの照射範囲は図示したように、ノズルプレート１４の大きさを包含する範囲に設定するとよい。イオン照射ユニット１の放電電圧は数キロボルトから１０キロボルトの範囲であれば十分にノズルプレート１４の表面電位を制御可能である。また、照射時間は数秒から１分の範囲で設定可能である。
【００１８】
図３は表面電位センサを備えたインクジェット記録装置の主要部分である。図１の記録装置と基本構成は同じであるが、イオン照射ユニット２０と表面電位センサ２１を装備し、それぞれがケーブル２２によってイオン照射のコントローラ２３に接続されている。本装置の動作シーケンスは以下の通りである。
【００１９】
ガイド軸４，５に沿ってキャリッジ７を表面電位センサ２１の正面に位置させ、インクジェット記録ヘッド１０の表面電位を測定する。測定された表面電位はコントローラ２３へ伝送され、あらかじめ設定されたノズルプレート表面電位の設定値と比較する。続いて、記録ヘッド１０をイオン照射ユニット２０の正面へ移動させ、設定値より表面電位が低い場合は、帯電動作として、設定値と同じ極性のイオン照射をイオン照射ユニット２０から行う。また、設定値より高い場合は、除電動作として、設定値とは反対極性のイオン照射を行い、ノズルプレートの帯電量を調節する。
【００２０】
次に図４に、本発明のインクジェット記録装置のインクジェット記録ヘッドを正または負に帯電させた場合の表面電位の測定例を示す。測定は、（株）キーエンス社製、静電気センサＳＫ−０３０およびそのコントローラＳＫ−２００を用いた。測定精度は、±３０ｋＶの範囲で±５％である。比較のため、電気絶縁性の弱い材料で形成したインクジェット記録ヘッドの帯電特性も測定した。図４（Ａ），（Ｂ）が本発明の実施例であり、図４（Ｃ），（Ｄ）が比較例である。基本となるインクジェット記録ヘッドはキヤノン（株）製バブルジェット（Ｒ）カートリッジＢＣ−３０を用い、本発明では、ノズルプレートをポリサルフォン樹脂で形成し、さらにノズルプレート表面にフッ素系撥水剤（ＫＰ−８０１；信越化学工業製）を皮着させた。比較例ではＢＣ−３０のノズルプレートをポリイミド樹脂で形成したものを用いた。
【００２１】
（Ａ）は正に帯電させたときの表面電位の経時変化であり、ｔｉｍｅ＝０で帯電開始し、３秒後帯電を止め、その後の放電特性を測定した。＋５ｋＶで最大値に達したあと、徐々に放電して＋２ｋＶで安定した。（Ｂ）は同様に負に帯電させたときの表面電位の経時変化であり、ｔｉｍｅ＝０で帯電開始し、３秒後帯電を止め、その後の放電特性を測定した。−６ｋＶで最大値に達したあと、徐々に放電して−３ｋＶで安定した。負電位に帯電しやすいのはノズルプレートが電気抵抗の極めて高いフッ素系撥水剤で処理されているからである。−６ｋＶ付近ではインクが球状になりプレート上を容易に移動できることを確認した。
【００２２】
次に、比較としてポリイミド樹脂製のノズルプレートを有するインクジェット記録ヘッドの帯電特性を測定した。（Ｃ）および（Ｄ）の測定値をみると、帯電しても±２ｋＶ以下のピーク値であり、１０秒後にはほぼ帯電ゼロになることがわかる。（Ｃ）および（Ｄ）の状態ではノズルプレート上のインク滴は皿状に濡れ拡がった状態であり、接触角が変化することはなかった。
【００２３】
実用性能を確認するため、キヤノン（株）製バブルジェット（Ｒ）プリンタＢＪＦ６００に図３に示したものと同様な表面電位制御機構を組み込んだ記録装置を用意し、Ａ４用紙の上部５０％が黒べた部分、残りが文字部分となるような印字を連続的に行い、文字品位の劣化の度合いを評価した。ノズルプレートの表面電位は回復動作を行う場合は、−５ｋＶに設定し、印字中は＋２ｋＶとなるように設定した。ここで用いたインクはインクジェットカートリッジＢＪ−３０の標準インクであり、イオン性は負である。比較のため表面電位制御のない標準のプリンタＢＪＦ６００を用いて同様に評価した。表１に本発明のインクジェット記録装置、および従来のインクジェット記録装置による印字試験結果を示す。評価基準は、黒べた部分を印字した後の文字部にインクミストの汚損が見られた場合を×、汚損がない場合を○とした。また文字の「ヨレ」の程度を３段階に評価し、「ヨレ」が認められない場合を○、文字領域の１０％以上５０％未満に「ヨレ」が観察された場合を△、文字の５０％以上に「ヨレ」がある場合を×とした。
【００２４】
【表１】
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表１によれば、本発明の実施例では２，０００枚までの評価でインク汚損およびヨレが観察されず、長期的に良好な印字品位を維持できることがわかる。従来のプリンタでは、インク汚損が１５００枚から発生し、ヨレは１０００枚から見られ、印字枚数を増やしていくと、ヨレの程度が悪化して行くことがわかる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のインクジェット記録装置は、ノズルプレートの表面電位を制御することにより、常に理想的な印字状態を維持できる効果があり、ユーザーにとって信頼性の高い記録装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインクジェット記録装置の主要部分を表す図
【図２】イオン照射ユニットの動作説明図
【図３】表面電位センサを備えたインクジェット記録装置の主要部分を表す図
【図４】本発明のインクジェット記録装置の記録ヘッドの表面電位測定値を示す図
【符号の説明】
１  イオン照射ユニット
２  ワイパーブレード
３  キャップ
４，５  ガイド軸
６  プラテン
７  キャリッジ
８  黒インク用インクジェットカートリッジ
９  カラーインク用インクジェットカートリッジ
１０  インクジェット記録ヘッド
１２  ケーブル
１３  イオン照射
１４  ノズルプレート
１６  インクジェット記録ヘッドの吐出口列
２０  イオン照射ユニット
２１  表面電位センサ
２２  ケーブル
２３  コントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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