(57)【要約】【課題】加圧液出しメンテナンス後に生じるノズルプレートの余剰インクを、ブレードやクリーニングクロスをノズルプレートに接触させることなく回収、除去することができるインク吐出装置を提供する。【解決手段】インク吐出ヘッド１及びインク供給系４を有するインク吐出装置において、ノズル孔２は、ノズルプレート３の厚さ方向の一方の端部に位置するヘッド本体１Ａへの連通口２ａと、ノズルプレート３の厚さ方向の他方の端部に位置する吐出口２ｂとを有し、ノズルプレート３の厚さ方向と直交する方向から切断したノズル孔２を囲むノズルプレートの部分の断面形状を、連通口２ａから吐出口２ｂに行くに従い減少する形状、すなわち下方へ截頭角錐状もしくは截頭円錐状に突出する形状に形成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘッド本体、該ヘッド本体に設けられたノズルプレート及び前記ノズルプレートに該ノズルプレートを厚さ方向に貫通するように形成されたインク吐出用のノズル孔を有するインク吐出ヘッドと、
前記ヘッド本体に接続され前記インク吐出ヘッドにインクを供給するとともに該インク吐出ヘッドのメニスカス制御が可能なインク供給系とを備えたインク吐出装置において、
前記ノズル孔は、前記ノズルプレートの厚さ方向の一方の端部に位置する前記ヘッド本体への連通口と、前記ノズルプレートの厚さ方向の他方の端部に位置する吐出口とを有し、
前記ノズルプレートの厚さ方向と直交する方向から切断した前記ノズル孔を囲む前記ノズルプレートの部分の断面形状は、前記連通口から前記吐出口に行くに従い減少する形状で形成されている、
ことを特徴とするインク吐出装置。
【請求項２】
前記ノズル孔を囲む前記ノズルプレート部分の形状は、截頭角錐状もしくは截頭円錐状を呈していることを特徴とする請求項１記載のインク吐出装置。
【請求項３】
前記截頭角錐状もしくは截頭円錐状を呈する前記ノズルプレート部分で前記ノズルプレートの厚さ方向の他方の端部に、前記インク吐出ヘッドのメンテナンス時に生じる余剰インクが集積されることを特徴とする請求項２記載のインク吐出装置。
【請求項４】
前記ノズルプレート部分で前記ノズルプレートの厚さ方向の他方の端部に集積された余剰インクが、前記インク供給系のメニスカス制御により前記ノズル孔を通して吸引されるようになっていることを特徴とする請求項３記載のインク吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インク吐出記録方式において、吐出ノズルからインクを吐出して、画像等を記録するインク吐出装置に関し、さらに詳しくは、インク吐出ヘッドの加圧液出しメンテナンスにより生じる余剰インクの回収、除去を行う際に、インク吐出ヘッドのノズルプレートに接触することなく余剰インクを回収、除去することができるインク吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に広く用いられているインク吐出記録方式によるインク吐出ヘッドのインク吐出方法には、インク液滴を吐出するために用いられる吐出エネルギー発生素子として、圧電素子を利用する方式と電気熱変換素子を利用する方式があり、いずれも電気信号によりインク液滴の吐出量や吐出タイミングを制御することが可能である。
また、近年の技術進歩に伴い、これらの方式によるインク吐出ヘッドを用いたプリンター、印刷機が多く使用されるようになり、その印字品質もより高品位なものが求められている。
【０００３】
従来のインク吐出装置におけるインク吐出ヘッドについて、図４及び図５を参照して説明する。
図４及び図５において、インク吐出ヘッド１１は、ヘッド本体１１Ａと、このヘッド本体１１Ａの下端に設けられた平板状のノズルプレート１３と、このノズルプレート１３にノズルプレート１３を厚さ方向に貫通するように形成されたインク吐出用のノズル孔１２とから構成されている。
このようなインク吐出ヘッド１１をインク吐出記録方式のプリンターや印刷機に用いた場合、印字開始前あるいは印字中の任意のタイミングにて、インク吐出ヘッド１１のノズル詰まり及びインク液滴の飛翔曲がり（ミスディレクション）を抑制するために、インク供給系内を加圧して、ノズル孔１２からインクを勢いよく噴出させる、いわゆる加圧液出しメンテナンスが行われる。また、加圧液出しメンテナンス後には、図４に示すように、インク吐出ヘッド１１のノズルプレート１３に余剰インク１５が残る。このため、ノズルプレート１３に余剰インク１５が付着した状態で印字を行うと、記録媒体へのインク付着等による、重大な品質低下を引き起こす原因となる。そのため、ノズルプレート１３の余剰インクを回収、除去する様々な手段が考案されている。
【０００４】
加圧液出しメンテナンス後のノズルプレートの余剰インクを回収、除去する方法として、たとえば、弾性体により構成されたブレードをノズルプレートに押し当て、ワイピングさせて余剰インクを掻き取って除去する方法や、クリーニングクロスをノズルプレートに押し当て、クリーニングクロスにインクを浸透させて余剰インクを吸収除去する方法などがある（例えば、特許文献１，２参照）。
また、インク吐出ヘッドよりインク液滴を吐出させる際、インクは瞬間的に前方へ突出すると同時に、ノズル孔周囲へと広がり、インク液滴を前進させる成分に対して抵抗力を作用させることがしばしばある。これを避けるため、一般にインク吐出ヘッドのノズルプレートのノズル孔周囲の表面は、フッ素処理等の手段により、撥インク性能を持たせている。
また、ヘッド本体１１Ａに接続されたインク供給系のメニスカス制御により、図４に示すようにノズルプレート１３に半球状に付着している余剰インク１５を吸引する。しかしながら、ノズルプレート１３は平板であるため、図５に示すように余剰インク１５の一部がノズルプレート１３の下面に残留してしまうという不具合が生じていた。
【特許文献１】特開２００２−１９７６号公報
【特許文献２】特開平１１−７８０３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のように加圧液出しメンテナンス後に生じるノズルプレートの余剰インクを、ブレードにより掻き取って除去する方法や、クリーニングクロスをノズルプレートに押し当て、クリーニングクロスにインクを浸透させて余剰インクを吸収除去する方法では、ブレードないしクリーニングクロスをノズルプレートに物理的に接触させる必要があり、ノズルプレートのノズル孔周囲を傷つけ、撥インク性能を低下させ、インク発射が正確に行われずミスディレクションを引き起こす原因となり、最悪の場合はインク不吐出を発生する。また、ブレードやクリーニングクロスに付着していた塵埃等により、ノズルプレートを汚染させ、インク吐出を阻害する原因ともなる。
【０００６】
本発明は上記のような従来の問題を解決するためになされたもので、加圧液出しメンテナンス後に生じるノズルプレートの余剰インクを、ブレードやクリーニングクロスをノズルプレートに接触させることなく回収、除去することができるインク吐出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】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、ヘッド本体、該ヘッド本体に設けられたノズルプレート及び前記ノズルプレートに該ノズルプレートを厚さ方向に貫通するように形成されたインク吐出用のノズル孔を有するインク吐出ヘッドと、前記ヘッド本体に接続され前記インク吐出ヘッドにインクを供給するとともに該インク吐出ヘッドのメニスカス制御が可能なインク供給系とを備えたインク吐出装置において、前記ノズル孔は、前記ノズルプレートの厚さ方向の一方の端部に位置する前記ヘッド本体への連通口と、前記ノズルプレートの厚さ方向の他方の端部に位置する吐出口とを有し、前記ノズルプレートの厚さ方向と直交する方向から切断した前記ノズル孔を囲む前記ノズルプレートの部分の断面形状は、前記連通口から前記吐出口に行くに従い減少する形状で形成されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１記載のインク吐出装置において、前記ノズル孔を囲む前記ノズルプレート部分の形状は、截頭角錐状もしくは截頭円錐状を呈していることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項２記載のインク吐出装置において、前記截頭角錐状もしくは截頭円錐状を呈する前記ノズルプレート部分で前記ノズルプレートの厚さ方向の他方の端部に、前記インク吐出ヘッドのメンテナンス時に生じる余剰インクが集積されることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項３記載のインク吐出装置において、前記ノズルプレート部分で前記ノズルプレートの厚さ方向の他方の端部に集積された余剰インクが、前記インク供給系のメニスカス制御により前記ノズル孔を通して吸入されるようになっていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように本発明のインク吐出装置によれば、ノズルプレートの厚さ方向と直交する方向から切断したノズル孔を囲むノズルプレートの部分の断面形状を、ノズル孔の連通口から吐出口に行くに従い減少する形状、すなわち截頭角錐状もしくは截頭円錐状を呈する形状で形成したので、加圧液出しメンテナンス後に生じる、ノズルプレートに付着した余剰インクがノズル孔の先端部分に集約され、そして、この集約された余剰インクはインク吐出ヘッドのメニスカス制御によりノズル孔より吸収される。その結果、加圧液出しメンテナンス後に生じるノズルプレートの余剰インクは、ブレードやクリーニングクロスをノズルプレートに接触させることなく回収、除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明にかかるインク吐出装置の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本発明にかかるインクジェット装置は、以下に説明する実施の形態に限定されるものではない。
【００１１】
（実施の形態１）
図１は本実施の形態１におけるインク吐出装置の実施の形態を示す構成図、図２は本実施の形態１におけるインク吐出装置の加圧液出しメンテナンス直後におけるインク吐出ヘッドへのインクの付着状態を示す説明図、図３は本実施の形態１におけるインク吐出装置の加圧液出しメンテナンス後のインク供給系のメニスカス制御による余剰インクの回収、除去状態を示す説明図である。
図１〜３において、インク吐出装置は、ヘッド本体１Ａ、このヘッド本体１Ａの下端に設けられたノズルプレート３及びノズルプレート３に該ノズルプレート３を厚さ方向に貫通するように形成されたインク吐出用のノズル孔２を有するインク吐出ヘッド１と、ヘッド本体１Ａにインク供給通路７を介して接続され、インク吐出ヘッド１にインクを供給するとともにインク吐出ヘッドのメニスカス制御が可能なインク供給系４とを備えて構成されている。
【００１２】
前記ノズル孔２は、ノズルプレート３の厚さ方向の一方の端部に位置するヘッド本体１Ａへの連通口２ａと、ノズルプレート３の厚さ方向の他方の端部に位置する吐出口２ｂとを有しており、そして、ノズルプレート３の厚さ方向と直交する方向から切断したノズル孔２を囲むノズルプレート３の部分の断面形状は、連通口２ａから吐出口２ｂに行くに従い減少する形状、すなわち、下方へ截頭角錐状もしくは截頭円錐状に突出する形状で形成されている。
【００１３】
上記のように構成されたインク吐出装置において、インク吐出記録方式による印字に際しては、インク供給系４によりインク吐出ヘッド１へインクが供給された状態で、インク吐出ヘッド１内の吐出エネルギー発生素子（圧電素子もしくは電気熱変換素子）を電気信号により所望のタイミングで駆動し、ノズル孔２よりインク液滴を吐出させることで記録媒体にパターン印字を行う。この場合、印字開始前あるいは印字中の任意のタイミングにて、インク吐出ヘッド１のノズル孔２の詰まり、およびインク液滴のミスディレクション抑制のために、インク供給系４内を加圧して、ノズル孔２からインクを勢いよく噴出させる、いわゆる加圧液出しメンテナンスが行われる。加圧液出しメンテナンス後には、インク吐出ヘッド１のノズルプレート３に余剰インク５が残り、ノズルプレート３に余剰インク５が付着した状態で印字を行うと、記録媒体へのインク付着等による、重大な品質低下を引き起こすことになる。
【００１４】
しかるに、本実施の形態におけるインク吐出装置では、ノズルプレート３の厚さ方向と直交する方向から切断したノズル孔２を囲むノズルプレート３の部分の断面形状は、連通口２ａから吐出口２ｂに行くに従い減少する形状、すなわち、下方へ截頭角錐状もしくは截頭円錐状に突出する形状になっているため、加圧液出しメンテナンスにより生じた余剰インク５は、図２に示すように、ノズルプレート３の截頭角錐状もしくは截頭円錐状を呈する突出先端へインクの自重で集積される。そして、インク供給系４によるメニスカス制御によってインク孔２を通してヘッド本体１Ａ内へ吸入される。この場合、図３に示すようにノズル孔２の吐出口２ｂに安定したメニスカス６を形成するためにインク供給系４内を若干の負圧状態とする。このため、加圧液出しメンテナンス後には、メニスカス制御のためインク供給系４内は負圧状態となり、その結果、図２に示すように加圧液出しメンテナンス後に生じるノズルプレート３の余剰インク５は、図３に示すように、インク孔２を通してヘッド本体１Ａ内へ吸入されるため、ブレードやクリーニングクロスをノズルプレートに接触させることなく、余剰インクを余すことなく確実に回収、除去することができる。
【００１５】
なお、インク供給系のメニスカス制御方法には、たとえばインクタンク内のインク液面と、インク吐出ヘッドのノズル面との水頭差を利用した方法や、インク供給経路内に圧力センサーおよびポンプを設置し、圧力センサー値を元に、ポンプ動作をフィードバック制御する方法などが上げられる。
また、本発明におけるインク吐出装置は、カラーフィルタの画素形成のための有色インクや、ＥＬディスプレイの発光層形成のための液滴や、ＩＣタグのアンテナ形成のための金属含有液滴などを吐出する事が出来る。すなわち記録媒体として、液晶表示装置等に用いるカラーフィルタ、有機エレクトロルミネッセンス素子、配線回路等を例示することができる。
【００１６】
次に、本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
図１に示すインク吐出装置を用いインク吐出を行った。インクには顔料１５ｗｔ％、樹脂１５ｗｔ％、アルコール系溶剤７０ｗｔ％の混合物を使用し、インク吐出ヘッドには圧電素子方式のインク吐出ヘッドを用い、印刷媒体として紙を使用した。インク供給系のメニスカス制御方法には水頭差方式を使用した。加圧液出しメンテナンス終了後、メニスカス安定化のため２分の待機時間を設けた後、インク吐出ヘッドの全てのノズルからインク液滴を吐出させるパターンを紙上に印字した。印字後パターンを確認したところ、ミスディレクションやノズル不吐出等の吐出異常は観察されなかった。さらに、一連の印字を１１０回繰り返し行ったが、印字後のパターンにミスディレクションやノズル不吐出等の吐出異常は観察されなかった。
【００１７】
次に、従来との比較例について説明する。
（比較例１）
ノズルプレートが下方へ截頭角錐状もしくは截頭円錐状に突出する形状を持たないインク吐出ヘッドを使用し、加圧液出しメンテナンス後に、ポリエステル繊維からなるクリーニングクロスにて、余剰インクを拭き取ったこと以外は実施例１と同様に印字を１１０回繰り返し行ったところ、３０％の確立で、印字後のパターンに吐出異常が観察された。吐出異常が発生した際に、インク吐出ヘッドのノズルプレートを観察したところ、クリーニングクロスからの汚染と見られる繊維状の異物の付着が確認された。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施の形態１におけるインク吐出装置の実施の形態を示す構成図である。
【図２】本実施の形態１におけるインク吐出装置の加圧液出しメンテナンス直後におけるインク吐出ヘッドへのインクの付着状態を示す説明図である。
【図３】本実施の形態１におけるインク吐出装置の加圧液出しメンテナンス後のインク供給系のメニスカス制御による余剰インクの回収、除去状態を示す説明図である。
【図４】従来におけるインク吐出ヘッドの加圧液出しメンテナンス直後におけるインク吐出ヘッドへのインクの付着状態を示す説明図である。
【図５】従来におけるインク吐出ヘッドのメニスカス制御が成された後のインク供給系のメニスカス制御による余剰インクの回収、除去状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００１９】
１……インク吐出ヘッド、１Ａ……ヘッド本体、２……ノズル孔、２ａ……連通口、２ｂ……吐出口、３……ノズルプレート、４……インク供給系、５……余剰インク、６……ノズル孔内部のメニスカス、７……インク供給通路。
【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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