JP4218035B2 - 液体噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体噴射ヘッドのノズル開口から被処理物に向けて液滴を吐出する液体噴射装置に関する。

従来の液体噴射装置の代表例としては、画像記録用のインクジェット式記録ヘッドを備えたインクジェット式記録装置がある。その他の液体噴射装置としては、例えば液晶ディスプレー等のカラーフィルタ製造に用いられる色材噴射ヘッドを備えた装置、有機ＥＬディスプレー、面発光ディスプレー（ＦＥＤ）等の電極形成に用いられる電極材（導電ペースト）噴射ヘッドを備えた装置、バイオチップ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッドを備えた装置、精密ピペットとしての試料噴射ヘッドを備えた装置等が挙げられる。

液体噴射装置の代表例であるインクジェット式記録装置は、印刷時の騒音が比較的小さく、しかも小さなドットを高い密度で形成できるため、昨今においてはカラー印刷を含めた多くの印刷に使用されている。

このようなインクジェット式記録装置は、一般に、キャリッジ上に搭載されて記録紙等の記録媒体（被処理物）の幅方向（ヘッド走査方向）に往復移動するインクジェット式記録ヘッドと、記録媒体をヘッド走査方向と直交する方向（送り方向）に移動させる送り機構と、を備えており、さらに、記録ヘッドに対向して配置され、送り機構により搬送される記録媒体を裏面から支持して記録ヘッドに対する記録媒体の位置を規定するプラテンを備えている。

このインクジェット式記録装置においては、印刷データに対応して記録ヘッドより記録媒体に対してインク滴を吐出させることで印刷が行われる。そして、キャリッジ上に搭載される記録ヘッドを、例えばブラック、イエロー、シアン、マゼンタの各色のインクの吐出が可能なものとすることにより、ブラックインクによるテキスト印刷ばかりでなく、各インクの吐出割合を変えることにより、フルカラー印刷を可能としている。

このインクジェット式記録装置を用いて記録媒体の縁部に余白を残すことなく記録媒体の表面の全体に対して印刷（いわゆる四辺縁無し印刷）を施す場合、記録媒体及びキャリッジの位置ずれに対する余裕を考慮して、記録媒体のサイズよりもやや広い領域に対して印刷を行うようにしている。

すなわち、記録媒体の左右の側縁（送り方向に延在する縁）の部分に余白を残すことなく印刷を施すために、印刷時における記録ヘッドの走査範囲を、記録媒体の側縁よりも外側に外れる位置まで設定可能とされている。

さらに、記録媒体の前後縁（ヘッド走査方向に延在する縁）の部分に余白を残すことなく印刷を施す際には、記録媒体の印刷開始時においては記録媒体の前縁よりも前側に外れる領域までを印刷対象領域に指定すると共に、記録媒体の印刷終了時においては記録媒体の後縁よりも後側に外れる領域までを印刷対象領域に指定する。

そして、記録媒体から外れた領域に向けて吐出されたインク滴は、記録ヘッドに対向して記録媒体の背面側に配置された吸収部材（スポンジ、ベルイータ等）で吸収するようにしている。
特開２００２−８６７５７号公報

上述したように、記録媒体の縁部に余白を残すことなく印刷を施す場合には、記録媒体の縁部から前後又は左右に外れた領域にまでインク滴が吐出されることになり、記録媒体の裏面側に回り込んだインクミストが記録媒体の裏面縁部に付着して記録媒体を汚損してしまうという問題があった。とくに、記録媒体に両面印刷を施す場合や、葉書のような両面を使用する記録媒体に印刷を施す場合において問題であった。また、ミスト化したインクが機内を汚損し、電気回路やリニアスケールへのインクミストの付着によって動作不良が発生したり、インクカートリッジに堆積してユーザーの手を汚すという問題もあった。

また、一般に、記録媒体を送り方向に送るための送り機構は、記録媒体を挟み込んで送るように互いに対向配置されたローラを備えている。対向配置されたローラの一方は、金属ローラ表面にアルミナを焼き付けて摩擦力を向上させた構造からなる駆動ローラであり、他方のローラはプラスチックで形成された従動ローラである。

そして、一般に、これらのローラと記録媒体との接触／剥離や、オートシートフィーダから記録媒体を供給する際の次の記録媒体とのこすり合わせ、或いは記録媒体の供給経路内での構造部材との接触などによって、印刷領域に送られた時点では記録媒体が帯電している。そして、このように記録媒体が帯電していると、上述した記録媒体裏面へのインクミストの付着が起こりやすくなる。

このような問題を解消するために、帯電した記録媒体を除電するために除電ブラシ等の除電手段を設ける方法も考えられるが、この場合、除電手段の設置位置が、必然的に、一対のローラからなる送り機構よりも、送り方向の下流側となり、送り機構から印刷領域までの距離が長くなる。このため、記録媒体の送り精度の悪化や、記録媒体の浮き上がり等の問題が発生しやすくなってしまう。また、除電ブラシにより紙等の記録媒体をこすることにより紙粉等が発生してノズルに付着し、インク滴の吐出性能が悪化するという問題もある。

また、近年の高画質化の要求に応えるために、記録ヘッドから吐出されるインク滴のサイズがますます小さくなっている。小さなサイズのインク滴は空気の粘性抵抗によって速度が急速に低下するので、記録媒体から外れた領域に向けて記録ヘッドから吐出されたインク滴が、吸収部材に到達せずにミスト化する可能性がある。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたものであって、その目的とするところは、被処理物から外れた領域に向けて液体噴射ヘッドから吐出された液滴のミスト化を防止することができる液体噴射装置を提供することにある。

本発明による液体噴射装置は、ノズル開口が形成されたノズルプレートを有し、前記ノズル開口に連通する圧力室内の液体に圧力変動を生じさせて前記ノズル開口から液滴を吐出させる液体噴射ヘッドと、前記液体噴射ヘッドをヘッド走査方向に走査させる走査機構と、被処理物から外れた領域に向けて吐出された液滴を吸収する吸収部材と、前記ノズルプレートと前記吸収部材との間に電位差を発生させる電位差発生手段と、を備え、前記吸収部材上に前記被処理物が無い状態で、液滴がミスト化しない速度で前記ヘッドを走査しながら液滴を前記吸収部材に吐出することを特徴とする。
好ましくは、前記電位差発生手段は、前記吸収部材に電圧を印加すると共にノズルプレートを接地することで前記ノズルプレートと前記吸収部材との間に電位差を発生させる。
好ましくは、前記被処理物を保持するための保持手段をさらに備え、該保持手段は、処理中の前記被処理物を周囲から電気的に絶縁された状態で保持する。
好ましくは、前記保持手段は、処理中の前記被処理物に接触する各部材の表面に、絶縁材料を有する。
上記課題を解決するために、本発明の参考例による液体噴射装置は、ノズル開口が形成されたノズルプレートを有し、前記ノズル開口に連通する圧力室内の液体に圧力変動を生じさせて前記ノズル開口から液滴を吐出させる液体噴射ヘッドと、前記液体噴射ヘッドをヘッド走査方向に走査させる走査機構と、前記液体噴射ヘッドから噴射された液滴が付与される被処理物を前記ヘッド走査方向に対して直交する送り方向に搬送する送り機構と、前記液体噴射ヘッドに対向して配置され、前記送り機構により搬送される前記被処理物をその裏面から支持して前記液体噴射ヘッドに対する前記被処理物の位置を規定するプラテンであって、周囲から電気的に絶縁されているプラテンと、処理中の前記被処理物の裏面側であって前記液体噴射ヘッドに対向する領域にて前記プラテンに設けられ、前記被処理物から外れた領域に向けて吐出された液滴を吸収する吸収部材と、前記吸収部材又は前記吸収部材に隣接する部材の少なくとも一方と前記ノズルプレートとの間に電位差を発生させる電位差発生手段と、を備えたことを特徴とする。

また、好ましくは、前記電位差発生手段は、前記吸収部材及び前記吸収部材に隣接する部材の少なくとも一方に電圧を印加し、前記ノズルプレートを接地する。

また、好ましくは、前記電位差発生手段は、前記吸収部材及び前記吸収部材に隣接する部材の少なくとも一方を接地し、前記ノズルプレートに電圧を印加する。

また、好ましくは、前記吸収部材に隣接する部材は、前記ヘッド走査方向に沿って延在する導電性部分と、前記送り方向に沿って延在する導電性部分と、を有する。

また、好ましくは、前記吸収部材に隣接する部材は格子状である。

また、好ましくは、前記吸収部材は導電性材料を含む。

また、好ましくは、前記吸収部材は、ポリエチレン又はポリウレタンに導電性材料を混入させて発泡形成されたものである。

また、好ましくは、前記吸収部材は、ポリエチレン又はポリウレタンの発泡材に導電性材料をメッキにて付与したものである。

また、好ましくは、前記吸収部材は、電解質液体を含有している。

また、好ましくは、前記電解質液体は、前記液体噴射ヘッドより吐出された液体である。

また、好ましくは、処理中の前記被処理物を電気的に浮いた状態に保持する保持手段を有する。

また、好ましくは、前記保持手段は、処理中の前記被処理物に接触する各部材の少なくとも表面に設けられた絶縁材料を有する。

また、好ましくは、前記吸収部材は、前記被処理物に接触しないように配置されており、前記吸収部材に隣接する部材は、前記被処理物に接触しないように配置されている。

また、好ましくは、前記電位差発生手段は、前記液体噴射ヘッドからの液滴の吐出方向に電界を発生させる。

上記課題を解決するために、本発明の参考例による液体噴射装置は、ノズル開口が形成されたノズルプレートを有し、前記ノズル開口に連通する圧力室内の液体に圧力変動を生じさせて前記ノズル開口から液滴を吐出させる液体噴射ヘッドと、前記液体噴射ヘッドをヘッド走査方向に走査させる走査機構と、前記液体噴射ヘッドから噴射された液滴が付与される被処理物を前記ヘッド走査方向に対して直交する送り方向に搬送する送り機構と、処理中の前記被処理物の裏面側であって前記液体噴射ヘッドに対向する領域に配置され、前記被処理物から外れた領域に向けて吐出された液滴を吸収する吸収部材と、前記吸収部材又は前記吸収部材に隣接する部材の少なくとも一方と前記ノズルプレートとの間に電位差を発生させる電位差発生手段と、を備えている。

以上述べたように本発明による液体噴射装置によれば、電位差発生手段によって、吸収部材とノズルプレートとの間に電位差を発生させることにより、ノズル開口から吐出された、電荷を持つ液滴に対して、吸収部材の方向へ向かうクーロン力が作用するので、被処理物から外れた領域に向けて液体噴射ヘッドから吐出された液滴のミスト化を確実に防止することができる。

以下、本発明による液体噴射装置の一実施形態としてのインクジェット式記録装置について、図面を参照して説明する。

本実施形態によるインクジェット式記録装置は、ノズル開口に連通する圧力室に対応して設けられた圧力発生素子により、圧力室内のインクに圧力変動を生じさせてノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッドの一種）を備えている。圧力発生素子としては、例えば圧電振動子を用いることができる。

図１及び図２は、本実施形態によるインクジェット式記録装置の概略構成を示した斜視図であり、図３は同インクジェット式記録装置のプラテン及びその周囲を拡大して示した図である。図１中符号１はキャリッジであり、このキャリッジ１はキャリッジモータ２により駆動されるタイミングベルト３を介して、ガイド部材４に案内されてプラテン５の軸方向に往復移動されるように構成されている。プラテン５は、記録紙６（被処理物の一種）をその裏面から支持して記録ヘッド１２に対する記録紙６の位置を規定する。

キャリッジ１、キャリッジモータ２、タイミングベルト３、及びガイド部材４は、インクジェット式記録ヘッド１２をキャリッジ１と共にヘッド走査方向に走査させる走査機構を構成している。

インクジェット式記録ヘッド１２は、複数のノズル開口１２ａのそれぞれに連通する複数の圧力室１２ｂを有し、キャリッジ１の記録紙６に対向する側に搭載されている。また、キャリッジ１には、記録ヘッド１２にインクを供給するインクカートリッジ７が着脱可能に装着されている。

インクジェット式記録装置の非印刷領域であるホームポジション(図１中、右側)にはキャップ部材１３が配置されており、このキャップ部材１３はキャリッジ１に搭載された記録ヘッド１２がホームポジションに移動した時に、記録ヘッド１２のノズル形成面に押し当てられてノズル形成面との間に密閉空間を形成するように構成されている。そして、キャップ部材１３の下方には、キャップ部材１３により形成された密閉空間に負圧を与えるためのポンプユニット１０が配置されている。

キャップ部材１３の印刷領域側の近傍には、ゴムなどの弾性板を備えたワイピング手段１１が記録ヘッド１２の移動軌跡に対して例えば水平方向に進退できるように配置されていて、キャリッジ１がキャップ部材１３側に往復移動するに際して、必要に応じて記録ヘッド１２のノズル形成面を払拭することができるように構成されている。

本実施形態によるインクジェット式記録装置は、さらに、記録ヘッド１２により印刷処理が行われる記録紙６をヘッド走査方向に対して直交する送り方向に間欠的に搬送する送り機構を備えている。

図３に示したように送り機構は、記録紙６を挟み込んでプラテン５上へ送るために互いに対向配置された給紙ローラ１４ａ、１４ｂと、印刷された記録紙６を排出するために互いに対向配置された排紙ローラ１５ａ、１５ｂと、を備えている。なお、給紙ローラ１４ａ及び排紙ローラ１５ａは従動ローラであり、給紙ローラ１４ｂ及び排紙ローラ１５ｂは駆動ローラである。

図３から分かるようにプラテン５は、給紙方向（送り方向）Ｆと平行な方向に延びる複数のインク受け縦開口５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆと、給紙方向Ｆに対して直交するヘッド走査方向に延びる複数のインク受け横開口５ａ、５ｂとが形成されている。

複数のインク受け縦開口５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆのうち、一対のインク受け開口５ｃはＡ３サイズの記録紙６の左右端がそれぞれ真上を通過するように配置されており、一対のインク受け開口５ｄはＢ４サイズの記録紙６の左右端がそれぞれ真上を通過するように配置されており、一対のインク受け開口５ｅはＡ４サイズの記録紙６の左右端がそれぞれ真上を通過するように配置されており、一対のインク受け開口５ｆはＢ５サイズの記録紙６の左右端がそれぞれ真上を通過するように配置されている。

また、複数のインク受け横開口５ａ、５ｂは、給紙側に配置されている給紙側インク受け開口５ａと、排紙側に配置されている排紙側インク受け開口５ｂとからなる。

これらのインク受け開口５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆには、いずれも、記録ヘッド１２から吐出されたインクを吸収する吸収部材１６が配置されている。

本実施形態においては、吸収部材１６は導電性材料を含んでおり、例えば、ポリエチレン又はポリウレタンにカーボン等の導電性材料を混入させて発泡形成されている。或いは、ポリエチレン又はポリウレタンの発泡材に導電性材料をメッキにて付与して吸収部材１６を形成することもできる。

また、吸収部材１６にＮａＣｌ、ＫＣｌなどの電解質水溶液或いは水を含有させて導電性を付与することもできる。水のみを含有させた場合でも、大気中のＣＯ_２などを取り込み、導電性を有する電解質となる。

更に簡便な方法としては、インクそのものを電解質として用いることもできる。この場合、初回の縁無し印刷の実施前に、記録紙６が無い状態で、インク滴がミスト化しないようキャリッジ１をゆっくり走査しながら、記録ヘッド１２よりインク滴を吸収部材１６に吐出し、吸収部材１６にインクを含有させ、導電性を付与することもできる。

そして、本実施形態によるインクジェット式記録装置は、図４に示したように、導電性の吸収部材１６にプラスの電圧を印加するための電源２０及びその配線２１と、ノズルプレート１７を接地するための配線２２とを備えている。これらの電源２０及び配線２１、２２は、ノズルプレート１７と吸収部材１６との間に電位差を発生させる電位差発生手段を構成する。

この電位差発生手段によって吸収部材１６にプラスの電圧を印加すると共にノズルプレート１７を接地することにより、図５及び図６に示したように吸収部材１６にプラスの電荷が誘起されると共にノズルプレート１７にマイナスの電荷が誘起される。これにより、図５及び図６に矢印で示したように吸収部材１６からノズルプレート１７へ向かう電気力線が発生する。

また、ノズルプレート１７にマイナスの電荷が誘起されることにより、ノズル開口１２ａのインクメニスカス部分にもマイナスの電荷が誘起される。この電荷量は平行平板コンデンサの式を用いて簡単に計算することができる。インク滴はノズル開口１２ａの面積分のマイナス電荷を持ってノズル開口１２ａから吐出され、ノズルプレート１７と吸収部材１６との間に発生している電界により、吸収部材１６の方向へのクーロン力を受ける。

このようにノズル開口１２ａから吐出されたインク滴は吸収部材１６の方向へのクーロン力を受けるので、記録紙６の縁部６ａをはみ出した領域に向けてサイズの小さいインク滴を吐出した場合においても、インク滴を吸収部材１６まで確実に到達させることができる。これにより、記録紙６から外れた領域に向けて吐出されたインク滴のミスト化を確実に防止することができる。このため、記録紙６の縁部６ａに余白を残すことなく印刷を施す場合においても、記録紙６の裏面縁部へのインクミストの付着や、インクミストによる機内の汚損を防止することができる。

また、記録紙６の抵抗が湿気等によって減少し、記録紙６が導電性を有していて記録紙６の一端がグランド（Ｇｎｄ）に接地されている場合には、電圧を印加された吸収部材１６と記録紙６との間に電界が発生し、記録紙６とノズルプレート１７との間には電界が発生しない。このため、ノズルプレート１７及びインク滴に十分な電荷が誘起されず、上述した電位差発生手段によるミスト化防止効果を十分に発揮することができない。

そこで、上記実施形態の一変形例としては、処理中の記録紙６を電気的に浮いた状態に保持するための保持手段を設けることが好ましい。好ましくは、この保持手段は、図７に示したように処理中の記録紙６に接触する各部材、例えば給紙ローラ１４ａ、１４ｂの少なくとも表面に設けられた絶縁材料１８ａ、１８ｂを有する。

このように保持手段１８ａ、１８ｂによって処理中の記録紙６を電気的に浮いた状態に保持することによって、記録紙６は単に誘電体として作用することになる。ここで、図７に示したようにノズルプレート１７と記録紙６との間の距離をＬ１とし、記録紙６と吸収部材１６の表面との距離をＬ２として、電源２０に３ｋＶの電圧を印加した場合、例えばＬ１＝２．０ｍｍ、Ｌ２＝１．０ｍｍであれば、記録紙６の電位は約２ｋＶになる。従って、記録紙６の有無に関わらず、ノズルプレート１７及びインク滴に十分な電荷を誘起させることができる。

また、上記実施形態の他の変形例（本発明の参考例）としては、図８及び図９に示したように、吸収部材１６の上面に導電性材料から成る格子状部材２３を隣接配置して、この格子状部材２３に対して電源２０からプラスの電圧を印加することもできる。格子状部材２３は、ヘッド走査方向に沿って延在する導電性部分２３ａと、送り方向に沿って延在する導電性部分２３ｂと、を有する。

本変形例の場合には、必ずしも吸収部材１６を導電性にする必要はなく、例えば、スポンジ、ベルイータ等で吸収部材１６を形成することができる。或いは、図４に示した実施形態と同様に吸収部材１６を導電性部材として、格子状部材２３及び吸収部材１６の両方に電圧を印加することもできる。

本変形例においては、格子状部材２３側に引き寄せられたインクミストは、格子状部材２３の表面に付着して吸収部材１６上に流れ落ちるか、或いは吸収部材１６上に直接付着する。

また、上記実施形態の他の変形例としては、電位差発生手段により発生させる電界の向きを逆にすることもできる。即ち、図１０に示したように、ノズルプレート１７ではなく吸収部材１６を接地すると共に、電源２０によりノズルプレート１７にプラスの電圧を印加しても良い。或いは、ノズルプレート１７を接地し、吸収部材１６にマイナスの電圧を印加しても良い。

本発明による液体噴射装置の一実施形態としてのインクジェット式記録装置の概略構成を示した斜視図。 本発明による液体噴射装置の一実施形態としてのインクジェット式記録装置の概略構成を示した他の斜視図。 図１及び図２に示したインクジェット式記録装置のプラテン及びその周囲を拡大して示した図。 図１及び図２に示したインクジェット式記録装置の電位差発生手段及びその周囲を拡大して示した断面図。 図１及び図２に示したインクジェット式記録装置の電位差発生手段によって生じる電気力線の様子を示した図。 図５の一部を拡大して示した図。 図４に示した実施形態の一変形例を示した断面図。 図４に示した実施形態の他の変形例（本発明の参考例）を示した平面図。 図８に示した変形例を示した断面図。 図４に示した実施形態の他の変形例を示した断面図。

符号の説明

１ キャリッジ
５ プラテン
６ 記録紙（被処理物）
１２ インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）
１４ａ、１４ｂ 給紙ローラ
１６ 吸収部材
１７ ノズルプレート
１８ａ、１８ｂ 絶縁材料
２０ 電源
２１、２２ 配線
２３ 格子状部材

Claims (4)

1. ノズル開口が形成されたノズルプレートを有し、前記ノズル開口に連通する圧力室内の液体に圧力変動を生じさせて前記ノズル開口から液滴を吐出させる液体噴射ヘッドと、
   前記液体噴射ヘッドをヘッド走査方向に走査させる走査機構と、
   被処理物から外れた領域に向けて吐出された液滴を吸収する吸収部材と、
   前記ノズルプレートと前記吸収部材との間に電位差を発生させる電位差発生手段と、を備え、
   前記吸収部材上に前記被処理物が無い状態で、液滴がミスト化しない速度で前記ヘッドを走査しながら液滴を前記吸収部材に吐出することを特徴とする液体噴射装置。
2. 前記電位差発生手段は、前記吸収部材に電圧を印加すると共にノズルプレートを接地することで前記ノズルプレートと前記吸収部材との間に電位差を発生させることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。
3. 前記被処理物を保持するための保持手段をさらに備え、該保持手段は、処理中の前記被処理物を周囲から電気的に絶縁された状態で保持することを特徴とする請求項１又は２に記載の液体噴射装置。
4. 前記保持手段は、処理中の前記被処理物に接触する各部材の表面に、絶縁材料を有することを特徴とする請求項３に記載の液体噴射装置。

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