(57)【要約】【課題】撥インク膜を侵すインクや、表面張力の小さい濡れやすいインク等を吐出させるような、撥インク膜が効かない場合でも、吐出時にノズルから溢れ出したり、しぶきが散る等してノズルの周りにインク溜まりが生じ、吐出不良を起こすような事の無いように、常にノズル近傍の濡れ状態を均一に保ち、長時間安定に液滴を吐出させるインクジェットプリントヘッドを提供する。【解決手段】ノズル面に、エッジ部がノズル近傍に来るようにプレートを貼り付け、ノズル近傍に溜まったインクを、ノズル面とプレートの間に生じる毛細管現象により、ノズル近傍より除去する。プレートにはインク吸収体を設けて、一旦そこにインクを溜め、溜まったインクはポンプ等により吸引する事により、長時間ノズル近傍のインク溜まりの発生を抑える事が出来る。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出させるノズルが、複数並んでいるインクジェットプリントヘッドにおいて、ノズル列から一定距離はなれた位置に、ノズル面のインクを除去するインク除去手段を備えることを特徴とするインクジェットプリントヘッド。
【請求項２】
前記インク除去手段は、インクを安定に吸引する吸引手段及びインクを安定に蓄積する蓄積手段からなることを特徴とする請求項１記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項３】
前記インク吸引手段は、ノズル面との間に毛細管現象が働くように取りつけられた板であることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項４】
インク蓄積手段は、吸引手段背面及びノズル面に接触して設けられたステンレスメッシュもしくは多孔質体よりなるインク吸収部材であることを特徴とする請求項２または３のいずれかに記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項５】
インク吸収手段及びインク蓄積手段として、エッジ部がノズル近傍に来るようにノズル表面に取り付けられた板状部材を設けることを特徴とする請求項１記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項６】
前記的インク除去手段は、ノズル列に沿って連続的に存在するインク吸収手段のエッジ部であることを特徴とする請求項１記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項７】
インクジェットプリントヘッドの起動時に、ノズル面を濡らす手段を設けることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項８】
前記ノズル表面と前記インク吸収手段に親インク処理が施してあることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のインクジェットプリントヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ノズルから液滴を吐出させるインクジェットプリントヘッドに関すし、特にノズル面を積極的に濡らして安定に吐出を行うインクジェットプリントヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ノズルから長時間液滴を吐出させていると、吐出時にノズルからインクが溢れ出して来たり、何かの拍子でしぶきが散ったりし、徐々にノズルの周りにインクが溜まって来て、溜まったインクに引っ張られたり、メニスカスが影響を受け、吐出方向が曲がってしまったり、溜まったインクがノズルを覆って吐出しなくなってしまったりといった不具合を引き起こす。
【０００３】
そのような不具合を生じさせないために、従来は、ノズル面を撥インク処理し、インクがノズルから溢れ出しにくくする方法や、逆にノズル面を親インク処理し、溢れたインクを広げて溜まらないようにするという対策が取られていた（例えば特許文献１または特許文献２参照）。しかしながら、撥インク処理が施されていても、しぶきが散ったりした場合のインクはノズル面に溜まり、撥インク処理によりノズル面を動き易くなっているがために近くのインクが合体して、インク溜まりが大きくなると吐出に不具合を生じさせる。親インク処理においては、溢れ出して来るインクがどんどん溜まって行き、最終的にはノズル面全面に吐出に不具合を生じさせる程の量のインクが溜まる。このように、どちらの方法もある程度の時間でメンテナンスを必要としていた。
【０００４】
そこで、ノズルの周りだけ撥インク処理を施してインクの溢れ出しを抑え、周辺部は全面親インク処理を施す事により、しぶき等で散ったインクは周辺部で広げてノズルに近付かないようにするという方法が考え出された（例えば特許文献３参照）。しかし、インクが固着してしまったり、汚れたり、清掃時に擦られる事による磨耗等で、撥インク性や親インク性は損なわれ易いため、そのような、撥インク膜や親インク膜に頼る方法では寿命が短いといった問題があった。
【０００５】
また、ノズル周辺に放射状に溝を設け、毛細管現象によりノズル周辺に付着したインクを吸収して除去する方法が開示されている（例えば特許文献４参照）。しかし、その溝はすぐにインクで一杯になり、用を成さなくなってしまう。溝をヘッドの端まで伸ばして、そこでインクをポンプ等で吸引する方法も考えられているが、溝の本数は限られているため、インクの回収能力が低い上に、溝が長くなるため、途中ゴミ等で溝が分断されてインクが流れなくなるという不具合が発生し易いという問題があった。
【０００６】
更に、ノズル間に溝を形成し、その溝内に多孔質体を充填する方法が開示されいるが、多孔質体の溝への充填は、非常に困難であり実用的ではなかった（例えば特許文献５参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭５５−６５５６４号公報
【特許文献２】
特開平２−５５１４０号公報
【特許文献３】
特開平６−３１６０７９号公報
【特許文献４】
特開平８−２３０１８５号公報
【特許文献５】
特公平３−３８９８６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、特に、近年使われる事が多くなってきた、撥インク膜を侵すインクや、表面張力の小さい濡れやすいインク等を吐出させるような、撥インク膜が効かない場合に対しても、吐出時にノズルから溢れ出したり、しぶきが散ったりして出来るインク溜まりを除去して、常にノズルの近傍の濡れ状態を安定に保つ事により、長時間安定に液滴を吐出させることを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、ノズル列から一定距離はなれた位置に、連続的なエッジを持つプレート等を貼り付ける事による連続的インク除去手段、及び、多孔質体等によりインクを安定に蓄積する蓄積手段を備えることで、ノズル近傍に溜まったインクを、ノズル面とプレートの間に生じる毛細管現象により、ノズル近傍より除去し、ノズル近傍は均一な濡れ状態を保つようにすることで達成される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一例となるインクジェットプリントヘッドを示す図である。インクジェットプリントヘッド１のノズル面２に、プレート３を貼り付ける。プレート３には、ノズル列４と重なる部分に、ノズル孔を塞がない大きさのスリット５が開けてある。このスリット５は、ノズルの近傍に溜まるインクを毛細管現象で吸い取るのが目的であるから、接着するのはプレート３の四隅程度で良く、スリット５の周辺は接着しない。ノズル面２とプレート３の間が常に濡れているのであれば、インクの表面張力によってノズル面２とプレート３は密着しているので、双方を位置決めピン等で動かないようにしておけば、接着しないことも可能である。
【００１１】
例えば、インクが粘度９ｍＰａ・ｓ、表面張力３１ｍＮ／ｍ程度で、ノズル面の材質がＳＵＳ３１６の場合、スリット５のエッジは、ノズル孔の端から２０μｍ〜１５０μｍ程度が望ましい。エッジが２０μｍ以下である場合はエッジ部に出来るインクの膜により吐出に影響が出てしまい、１５０μｍを越えてしまうとインク溜まりがスリットのエッジまで達せず、吸引されないで溜まってしまう場所が出て来る可能性がある。なお、この条件は、インクの種類やノズル面の接触角等によって変わるので、本発明によるプレートの設置位置は、この値に限定したものでは無い。
【００１２】
また、ノズル面２と、プレート３のノズル面側の面には、全面に、例えばコロイダルシリカを塗布する等の方法により、親インク処理を行うのが望ましい。少なくともノズルからスリットのエッジ部分までのノズル面は、親インク処理を行うのが良い。
【００１３】
プレート３には穴６が開けてあり、そこに、ステンレスメッシュや焼結体等、多孔質のインク吸収体７を嵌め込むとよい。その際、インク吸収体７はノズル面２に接するようにするのが望ましく、インク吸収体７のノズル列４側のエッジは、プレート３の穴６のノズル列４側のエッジ及びノズル面２に接する部分が存在するようにする。このようにしないと、ノズル面とプレートの間に吸い込まれたインクは、殆どがノズル面とプレートの間で保持され、インク吸収体にインクがスムーズに吸収されにくくなる。プレート３とインク吸収体７を接着しなければならない場合は、インク吸収体に染み込み難い粘度の高い接着剤で、インク吸収体７の、ノズル面２と接しない側を接着する。穴６とインク吸収体７は、無くても本発明の基本的な効果は発揮されるが、穴６とインク吸収体７が設けられている方が、より確実にオリフィス面のインク除去が可能となる。
【００１４】
ノズル面２とプレート３のギャップは、ノズル面が下向き或いは上向きで用いる場合は、ノズル近傍に溜まってはいけないインク膜厚以下にする必要があり、実験的に大体２０μｍ程度以下である。
【００１５】
図２に示したように、インク吸収体７がノズル列４よりも上にある場合は、「吸い上げられるインクの重さ＝インクを吸い上げる力」であるから、
【００１６】
【数１】
2004230745.tif 000003
【００１７】
より、ノズル面とプレートのギャップＧは下記の通りとなる。
【００１８】
【数２】
2004230745.tif 000004
【００１９】
インク吸収体７がノズル列４よりも下にある場合は、重力によってもインク溜まりはインク吸収体方向へ流れて行くので、ノズル面２とプレート３のギャップを、ノズル近傍に溜まってはいけないインク膜厚よりも多少広くすることが出来る。
【００２０】
図３は、本発明による他の例を示した図である。プリントヘッド３０５の、ノズル面３０１上のインク吸収体３０２を嵌め込む穴３０３の枠内に入る位置に貫通穴３０４を開け、吸引ポンプ３０６を繋いで、インク吸収体に溜まったインクを吸引出来るようにすることによって、ノズル近傍に溜まろうとするインクを、長時間に渡って回収し続ける事が可能となる。
【００２１】
なお、吸引を行うための穴は、図４に示したように、プレート４０１とインク吸収体４０２を、ノズル面からはみ出すような形とし、はみ出した部分４０３からインクの吸引を行うようにすれば、構造体が多く、穴を開ける場所の無いヘッドにも対応出来る。
【００２２】
このような構成により、ポンプで吸引を行った際に、インク吸収体５０２全域に渡って、染み込んでいるインクの吸引が行われ、図３及び図４に示した例で起こる、吸引穴５０９の近くのインクのみが吸引されるという事が無く、ノズル近傍に溜まろうとするインクの回収能力を上げる事が出来る上に、一回吸引を行えばインク吸収体全域のインクが吸引されるため、その後暫く、インク吸収体が再びインクで満たされるまで、インク吸収体のインクの吸引を行う必要が無い。
【００２３】
図５は、本発明によるさらに他の例を示した図である。図３の構成に加えて、最前面にカバー５０１を貼り付ける。カバー５０１とプレート５０４とを接着する等して、カバー５０１とプレート５０４の合わせ目から、インク吸収体を嵌め込む穴５０７に掛けて空気の抜けるような隙間を形成しないようにする。カバー５０１の大きさは、インク吸収体５０２を完全に覆う大きさであれば良い。図５に示したカバー５０１は、ノズル列５０３の周囲にまで及ぶ大きさとしてあり、プレート５０４に開けてあるスリット５０５と同じように、ノズル列５０３と重なる部分にスリット５０６が開けてあって、ノズルを塞がないように、又、液滴の吐出を妨げないようになっている。これにより、カバー５０１を、インク吸収体５０２だけを覆う大きさにした場合に比べて、ヘッド最前面に段差が出来ず、ノズルのキャッピングがし易くなる等の効果がある。カバー５０１を非常に薄い部材で作れば、インク吸収体５０２だけを覆う大きさにしてもノズルのキャッピングに対して大きな問題は無い。
【００２４】
ヘッド５１１の、ノズル面５０８上のインク吸収体５０２を嵌め込む穴５０７の枠内に入る位置で、吸引穴５０９の反対側の端に穴が来るように貫通穴５１０を開け、空気抜きを設ける。なお、この空気抜きは、ヘッド５１１に開けずに、穴５１２のようにカバー５０１側に開けても良いし、プレート５０４の枠５１３に切り欠きを設けるようにしても良い。
【００２５】
このような構成であれば、インク吸収体が無くても、プレート５０４とノズル面５０８の間に吸い込まれているインクを、空気抜きの穴５１０又は５１２から入って吸引穴５０９に抜ける風の流れによって回収する事が出来る。インク吸収体を無くす場合、プレート５０４に開ける穴５０７は、毛細管現象が働く程細くしてやると、プレート５０４とノズル面５０８の間に吸い込まれているインクを効率良く回収する事が出来る。もちろん、インク吸収体が設けられている場合は、インクの回収能力が向上する。
【００２６】
本発明は、主に毛細管現象を利用しているため、プレート５０４とノズル面５０８のギャップや、インク吸収体５０２が汚れていると効果が低減する。そこで、これらの洗浄が必要になるが、空気抜きの穴５１０又は５１２や、プレート５０４とノズル面５０８の境目等から洗浄液を注入して、プレート５０４とノズル面５０８のギャップと、インク吸収体５０２を洗浄液で満たした後、吸引穴５０９から吸引を行い、吸引を止めてから再び洗浄液で満たした後、吸引を行うという動作を繰り返す事により、これらの洗浄が可能となる。勿論、洗浄液を注入するための専用の穴を設けてもよい。プレート５０４とノズル面５０８の境目等から洗浄液を注入する場合は、吸引穴５０９から吸引を続けた状態で洗浄液を注入しても良い。インク吸収体のみ洗浄すれば良い場合は、吸引穴５０９から吸引を続けた状態で、空気抜きの穴５１０又は５１２から洗浄液を注入すれば洗浄時間が短縮出来る。
【００２７】
図６は、本発明によるさらに他の例を示す図である。図１の例に比べて、インク吸収手段であるプレート３と、インク蓄積手段であるインク吸収体７が一体構造のインク吸収体６０１となっており、ノズル面６０２へ貼り付けて、ノズル近傍に溜まるインクの吸収と蓄積を同時に行う構成となっている。
【００２８】
図７は、本発明によるさらに他の例を示した図である。図１の例に比べて、プレート７０１にはスリットが無く、プレート７０１をノズル面７０２に貼り付けた際に、プレート７０１のエッジ７０３がノズル列７０４の下に来るように貼り付けられた構成となっている。
【００２９】
図８は、本発明によるさらに他の例を示した図である。図１の例に比べて、プレート８０１には、スリットの代わりに、ノズル８０２の同心円上に来るように、ノズル径よりも大き目の穴８０３が開けてある。穴８０３の半径は、図１の例と同様、インクが粘度９ｍＰａ・ｓ、表面張力３１ｍＮ／ｍ程度で、ノズル面の材質がＳＵＳ３１６の場合、ノズルの半径よりも２０〜１５０μｍ程度大きい値に設定可能であるが、ノズル８０２の同心円上にインク吸収手段のエッジが構成されることの効果は、図１での例よりもさらに均一なインクの膜が、ノズル近傍に構成可能である事であり、その効果を出すためには、インクが粘度９ｍＰａ・ｓ、表面張力３１ｍＮ／ｍ程度で、ノズル面の材質がＳＵＳ３１６の場合、穴８０３の半径はノズルの半径よりも２０〜３５μｍ程度大きい値に設定するのが良い。このような構成は、ノズルの位置があちこちに散在している場合においても、本発明を容易に適用出来るという効果もある。
【００３０】
図９は、本発明によるさらに他の例を示した図である。図１の例の、穴６とインク吸収体７の無い構成に加え、プレート９０１を、ノズル列９０２よりも下方の任意の箇所で、折り曲げる等して、ノズル面とプレート９０１のギャップが徐々に広がるように設置されている。このような構成とする事により、インク吸収体が無い安価な構造でも、平らなプレートを貼り付けただけの構造に比べて、インクを蓄積出来る量を増す事が出来る。ノズル面とプレート９０１のギャップを徐々に広げる手段は、ノズル面にテーパーを付ける事でも実現可能である。ノズル面とプレート９０１のギャップを徐々に広げる箇所は、ノズル列９０２の上方であっても良い。
【００３１】
図１０は、本発明によるさらに他の例を示した図である。図１の例に比べて、インク吸収体１００１がノズル列１００２の両側に設けてある。このような構成にすることにより、インクを吸収する能力が、ノズル列の両側で等しくなり、インク吸収体が無いインク吸収能力の低い側に、インクが残り気味になる危険性が無くなる。
【００３２】
本発明においては、装置の起動時に濡らし動作を行うのが望ましい。具体的な手段としては、インクタンクの水頭をノズル面よりも高くしたり、インクタンクに空気を送り込む等して、ヘッド内のインクを加圧し、ノズルからインクを溢れ出させる事が考えられる。その際、ヘッドを駆動して液滴を吐出させると、よりノズル面を濡らす効果がある。別の手段としては、ノズルからインクの吸引を行う方法や、インクを染み込ませる事が出来る部材で、ノズル近傍を擦る方法や、ノズル近傍にインクを吹付ける方法等が考えられる。
【００３３】
ノズル近傍を濡らし、ノズルの近傍の濡れ状態を安定に保つ事で安定に液滴を吐出させる場合を例に取って例を示したが、本発明は、ノズル面に撥インク処理が施してあるヘッドに対しても適用可能であり、インク溜まりを除去する事で長時間安定に液滴を吐出させる効果がある。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、連続的なエッジを持つプレートとノズル面の間に生じる毛細管現象等によりインクを吸収するので、従来のような数点でのインク除去ではなく、線状にインク除去が行われるため、複数ノズルに渡って、どの個所でもインク溜まりが除去される上、単位時間当たりに除去出来るインクの量も多いインクジェットプリントヘッドが提供される。
【００３５】
更に、インク蓄積手段を設けることにより、多量のインクの除去出来るインクジェットプリントヘッドが提供される。
【００３６】
インクによって効果が異なり、種類を変えなければならない撥インク膜に頼らないので、同一のヘッドで、あらゆるインクを安定吐出可能なインクジェットプリントヘッドが提供される。
【００３７】
インク蓄積手段のひとつであるインク吸収体は、吸引手段背面及びノズル面に接触して設けることで、インク吸引手段とインク吸収体に連続して毛細管現象が生じるため、ノズル近傍から除去したインクを、スムーズにインク吸収体に蓄積させる事が出来る。
【００３８】
ノズル面と、プレートのノズル面側の全面に、親インク処理を行う事により、ノズル面とプレートの間に働くインク吸引の力が増すため、より早くノズル近傍のインク溜まりを除去する事が出来るインクジェットプリントヘッドが提供される。ノズルからスリットのエッジ部分までのノズル面に親インク処理を行う事により、インクが広がるため、ノズル近傍のインク膜厚が安定する上に、ノズル孔の端からスリットまでの距離が長くてもインク溜まりはスリットのエッジまで達して吸引されるため、スリットの加工精度が低くても良くなる。
【００３９】
装置の起動時には、ノズル面が乾いた状態になっているので、液滴の吐出を始めても、ノズル近傍に広がるインクが、インク除去手段に達するまではインク溜りが生じて、吐出に悪影響を及ぼす危険性がある上に、通常の吐出でノズルから溢れ出したインクがノズル面に広がっていく程度の力では、インク除去手段まで達しない場所が出来て、インク溜りが生じ、吐出に悪影響を及ぼす危険性があるが、起動時に濡らし動作を行う事で、そのような危険性を無くす事が出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例となるインクジェットヘッドの構成を示す概略斜視図。
【図２】プレートとノズル面のギャップの大きさについて説明する斜視図。
【図３】本発明の他の例となるインクジェットヘッドの構成を示す概略斜視図。
【図４】本発明の他の例となるインクジェットヘッドの構成を示す概略斜視図。
【図５】本発明の他の例となるインクジェットヘッドの構成を示す概略斜視図。
【図６】本発明の他の例となるインクジェットヘッドの構成を示す概略斜視図。
【図７】本発明の他の例となるインクジェットヘッドの構成を示す概略斜視図。
【図８】本発明の他の例となるインクジェットヘッドの構成を示す概略斜視図。
【図９】本発明の他の例となるインクジェットヘッドの構成を示す概略斜視図。
【図１０】本発明の他の例となるインクジェットヘッドの構成を示す概略斜視図。
【符号の説明】
１はヘッド、２はノズル面、３はプレート、４はノズル列、５はスリット、６はインク吸収体を嵌め込む穴、７はインク吸収体、３０１はノズル面、３０２はインク吸収体、３０３はインク吸収体を嵌め込む穴、３０４は貫通穴、３０５はヘッド、３０６は吸引ポンプ、４０１はプレート、４０２はインク吸収体、４０３はインク吸収体のはみ出し部、５０１はカバー、５０２はインク吸収体、５０３はノズル列、５０４はプレート、５０５はプレートのスリット、５０６はカバーのスリット、５０７はインク吸収体を嵌め込む穴、５０８はノズル面、５０９は吸引穴、５１０は空気抜きの貫通穴、５１１はヘッド、５１２は空気抜きの穴、５１３はプレートの枠、６０１はプレートとインク吸収体が一体構造となったインク吸収体、６０２はノズル面、７０１はプレート、７０２はノズル面、７０３はプレートのエッジ、７０４はノズル列、８０１はプレート、８０３は穴、９０１はプレート、９０２はノズル列、１００１はインク吸収体、１００２…ノズル列である。
【図１】
2004230745.tif 000005
【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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【図７】
2004230745.tif 000011
【図８】
2004230745.tif 000012
【図９】
2004230745.tif 000013
【図１０】
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