(57)【要約】【課題】ノズルプレートが電気絶縁体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、該記録ヘッドへイオン照射を行い、記録ヘッドの表面電位を変化させ、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、正または負のイオン照射が可能な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記録装置。さらに、表面電位センサを備え、記録ヘッド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、イオン照射量を制御するインクジェット記録装置。フルライン型インクジェット記録装置を含む。【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放射が可能なイオン放射ユニットを備え、該ユニットが、インクジェット記録ヘッドのノズルプレート面と対向し、該ユニットから放射される電気力線の立体角の範囲内にインクジェット記録ヘッドを移動した位置でイオン放射が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、
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、正または負のイオン放射が可能なイオン放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、該ユニットが、インクジェット記録ヘッドのノズルプレート面と対向し、該ユニットから放射される電気力線の立体角の範囲内にインクジェット記録ヘッドを移動した位置でイオン放射を行い、イオン放射位置の前後で表面電位を計測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３】
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ページ幅フルライン型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放射が可能なイオン放射ユニットを備え、該ユニットが、インクジェット記録ヘッドのノズルプレート面と対向し、該ユニットから放射される電気力線の立体角の範囲内にインクジェット記録ヘッドまたはイオン放射ユニットを移動してイオン放射を行うことを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項４】
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ページ幅フルライン型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放射が可能なイオン放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を備え、該ユニットが、インクジェット記録ヘッドのノズルプレート面と対向し、該ユニットから放射される電気力線の立体角の範囲内にインクジェット記録ヘッドまたはイオン放射ユニットを移動してイオン放射を行い、イオン放射位置の前後で表面電位を計測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５】
請求項１ないし請求項４いずれかにおけるイオン放射ユニットが、イオン放射と同時にエアー吹き付け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、特許技術文献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、特許技術文献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、特許技術文献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および微小なゴミ、微小な固着物など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】
さらに、プリンタの使用環境によっては、空気中に浮遊している微小なゴミや記録紙から発生する紙粉がインクジェット記録ヘッドの静電気により、ノズルプレート表面に付着して、インク滴の「ヨレ」や、吐出口を閉塞して「不吐出」などの印字不良も発生する。
【０００６】
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。
【０００７】
【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、
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放射が可能なイオン放射ユニットを備え、該ユニットが、インクジェット記録ヘッドのノズルプレート面と対向し、該ユニットから放射される電気力線の立体角の範囲内にインクジェット記録ヘッドを移動できるようにしたことを特徴とする。
【０００８】
さらに精度の高い帯電量制御のためには、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、
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、正または負のイオン放射が可能なイオン放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、該ユニットが、インクジェット記録ヘッドのノズルプレート面と対向し、該ユニットから放射される電気力線の立体角の範囲内にインクジェット記録ヘッドを移動できるようにしたことを特徴とする。
【０００９】
固定ヘッド型の場合は、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ページ幅フルライン型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放射が可能なイオン放射ユニットを備え、該ユニットが、インクジェット記録ヘッドのノズルプレート面と対向し、該ユニットから放射される電気力線の立体角の範囲内にインクジェット記録ヘッドを設置したことを特徴とするインクジェット記録装置とすればよい。
【００１０】
前記と同様、精度の高い帯電量制御を実現するためには、前記インクジェット記録装置において、
正または負のイオン放射が可能なイオン放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を備え、該ユニットが、インクジェット記録ヘッドのノズルプレート面と対向し、該ユニットから放射される電気力線の立体角の範囲内にインクジェット記録ヘッドを設置すればよい。
【００１１】
インクジェット記録ヘッドの帯電をより高速に行う目的では、イオン放射ユニットが、イオン放射と同時にエアー吹き付けできるようにしたインクジェット記録装置とすればよい。この装置では、エアー吹き付けによる記録ヘッド周りに付着したのゴミの除去にも効果が発揮される。
【００１２】
以上の構成の本発明では、インクジェット記録ヘッドの帯電・除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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
【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。
【００１７】
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はイオン放射ユニットであり、中央にコロナ放電用の電極（材質タングステン）２を備え、高電圧電源１００に接続されている。
【００１８】
高圧電源１００はさらに、プリンタ駆動用制御基板１０１と接続され、所定の電圧で放電を行うための電気信号を基板１０１から受け取る構成になっている。プリンタ制御用基板１０１は、キャリッジ９を駆動するためのモーター（不図示）、記録ヘッドへの電力供給、記録用紙を搬送するためのモーター（不図示）、記録ヘッドのインクを吸引するためのポンプ（不図示）、プリンタ本体の電源１０２、駆動用信号を出力するデータ処理基板１０３に接続されている。
【００１９】
該イオン放射ユニットは固定板３により記録装置のシャーシ等に固定されている。４はインクジェット記録ヘッド１２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。５はインクジェット記録ヘッド１２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。６および７はキャリッジ９のガイド軸であり、キャリッジ９はガイド軸に沿って、矢印Ａのように左右方向に移動して記録を行う。１０および１１はインクジェットカートリッジであり、１０が黒インク用、１１がカラーインク用である。８はプラテンであり、この上を記録用紙が搬送される。
【００２０】
図２は、図１におけるイオン放射ユニットの動作説明図である。インクジェット記録ユニット２０をイオン放射ユニット１４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１５を通じてイオン放射ユニットからインクジェット記録ヘッドのノズルプレート１６に向けて、コロナ放電によるイオン放射１７，１８，１９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。
【００２１】
イオンの放射範囲は電気力線で表示され、放射ユニットの放射源（点源）を頂点として、円錐状に拡散し記録ヘッド面で面積Ｓ（１７）の範囲を照射する。ω（１８）は立体角であり、円錐の辺ｒ（１９）を外辺とする立体の大きさを表す。ここで立体角ωは以下のように定義される。
ω＝Ｓ／ｒ２
（上式でＳが全球面４πｒ２であるときの立体角ωは４πである。）
【００２２】
電気力線の立体角により照射される面積Ｓは、放射ユニット１４と記録ヘッド１６との距離、それぞれの相対角度などによって調節し、ノズルプレート１６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の放電電圧は数キロボルトから８キロボルトの範囲であれば十分にノズルプレートの表面電位を制御可能である。８キロボルトを超えると記録ヘッドへ落雷する場合があるので注意が必要である。また、照射時間は数秒から１分の範囲で設定可能である。
【００２３】
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３０（放電のための電極針３２）と表面電位センサ４４を装備し、それぞれがケーブル３４によってイオン照射のコントローラ３３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。
【００２４】
ガイド軸４２，４３に沿ってキャリッジ３９を表面電位センサ４４の正面に位置させ、記録ヘッド３８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３３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３８をイオン照射ユニット３０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３０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。
【００２５】
次に図４に、ページ幅フルライン型インクジェット記録ヘッドを搭載した記録装置の一例を示す。
【００２６】
ここでフルライン型とはノズルが所定の解像度でページ幅分形成されている記録ヘッドの呼称であり、ページ幅分のノズル列が一体の基板に形成されたもの、ページ幅の数分の一の幅の記録ヘッドを多数連結したものを指す。
【００２７】
図４において、５０がイオン放射ユニットであり、記録ヘッド５７のページ幅分をカバーするために複数個取り付けてある。５２はワイパーブレードであり、ガイド溝５１に沿って矢印Ｃのように左右に移動可能で、記録ヘッド全体のクリーニング動作を行う。５３は記録に先立って記録ヘッドの予備吐出を行うために使用されるインク受けである。イオン放射ユニットとワイパーブレード機構、インク受けなどは一体化され、ギヤ機構５５により外部から矢印Ｂの前後方向に移動可能とすればよい。
【００２８】
インクジェット記録ヘッド５７はギヤ機構５４を介して記録装置本体に固定され、矢印Ａの方向に昇降できる。５８はイオン照射ユニット５０から放射される電気力線の範囲をしめし、記録ヘッド幅５９（点線に挟まれた領域）をカバーするようにしてある。
【００２９】
本装置の記録動作時は、ヘッドが固定された位置で印字が行われ、記録用紙５６は矢印Ｄの方向に搬送される。イオン放射ユニット５０によるイオン放射動作は、まず記録ヘッド５７を所定の位置まで上昇させ、イオン放射ユニットを記録ヘッドの真下へ移動させてから行う。イオン照射後は、イオン放射ユニットをヘッド下部から退避させ、その後記録ヘッド５７を所定の位置に下降させて印字を行う。
【００３０】
図５は、基本構成は図４と同じで、表面電位センサユニット６０を設置したインクジェット記録装置である。記録ヘッドがフルライン型である以外は、前述の図３の記録装置と同様なシーケンスで記録ヘッドの表面電位を制御する。
【００３１】
図６は、図２の基本的なイオン放射ユニットにエアー供給できるようにした実施形態のイオン放射ユニットである。本実施例では、イオン放射ユニット１４にコンプレッサなどのエアー供給装置に配管７０で接続される。エアーの記録ヘッドへの吹きつけは、イオンの電気力線１９の作用方向と等しく、電気力線と同軸にし、エアー流７１のように記録ヘッドへイオン放射と同時に吹き付ける。
【００３２】
供給するエアーの圧力は１ＭＰａ以下が適当であり、これ以上の圧力では、ノズルプレート表面に付着したインクミストも吹き飛ばしてしまうので好ましくない。エアーの流量は帯電速度、除電速度などに影響を与えるが（エアー吹き付けとイオン照射の併用は帯電・除電の速度を向上させる。）、通常は圧力と流量は比例するので、圧力管理だけでよい。また、エアーを吹き付けるインクジェット記録ヘッドは微細な吐出口を有するので、ノズルのゴミ詰まりの懸念があり、エアーのクリーン度に注意が必要である。クリーン度は本装置では、クラス１０以下となるように対策し、必要なら、エアーフィルターを使うとよい。
【００３３】
以上述べてきた本発明のインクジェット記録装置の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。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
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。
【００３６】
【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示す図
【図２】イオン放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示す図
【図４】ページ幅フルライン型インクジェット記録ヘッドを搭載した記録装置の主要部分を示す図
【図５】表面電位センサを備えたページ幅フルライン型インクジェット記録装置の主要部分を示す図
【図６】エアー吹き付け機構を備えたイオン放射ユニットの動作説明図
【符号の説明】
１，１４，３０，５０　イオン照射ユニット
２，３２　放電用電極針
３　イオン放射ユニット固定板
４，３５，５２　ワイパーブレード
５，３６　キャップ
６，７，４２，４３　ガイド軸
８，３７　プラテン
９，３９　キャリッジ
１０，４０　黒インク用インクジェットカートリッジ
１１，４１　カラーインク用インクジェットカートリッジ
１２，１６，３８　インクジェット記録ヘッド
１５　接続ケーブル
１７　イオン照射の電気力線円錐の辺（ｒ）
１８　イオン照射の電気力線円錐の立体角（ω）
１９　イオン照射の電気力線面積（Ｓ）
２０　インクジェット記録ヘッドユニット
３４　ケーブル
３３　コントローラ
４４，６０　表面電位センサユニット
５１　ガイド溝
５３　インク受け
５４，５５　ギヤ機構
５６　記録用紙
５７　ページ幅フルライン型インクジェット記録ヘッド
５８　イオンの電気力線照射範囲
５９　インクジェット記録ヘッドの幅
７０　エアー供給用配管
７１　エアー流
【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】
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【図６】
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