JP2004243697A - クリーニング部材 - Google Patents

Abstract

【課題】多数回のワイピング動作においても、ワイピングの効果が持続するクリーニング部材を提供し、吐出口表面の劣化、ひいてはこれに起因する記録画像の劣化を防止する。
【解決手段】クリーニング部材としてのワイパーブレード５１２に帯電防止剤を含有させることにより、記録ヘッドの吐出口面にワイピングによる帯電を起こさず、吐出口近傍の凝集や付着が低減する。これにより、吐出口面の撥水性が維持され、吐出弊害が低減される。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はインクジェット記録方式における、記録ヘッドのインク吐出面をクリーニングするためのクリーニング部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般にインクジェット記録装置においては、インクジェット記録ヘッド（以下、単に記録ヘッドとも言う）からの安定した吐出を維持するために、インクを吐出させる吐出口が配列する吐出面を清浄化（クリーニング）する処理が行われている。そして、このようなクリーニング処理を行う為の機構に関しては、様々な提案がなされている。
【０００３】
直接吐出面に接触して残余のインクなどを取り除くためのクリーニング部材すなわちワイパーブレードについては、ワイパーブレードのゴム硬度を最適範囲に設定することで、クリーニング性能の向上を図っているものもある（例えば、特許文献１参照）。また、ワイパーブレードの最適材料として、具体的にエーテル系ポリウレタンゴムを開示し、更にこのエーテル系ポリウレタンゴムに撥水性能を付与することでワイピング性能の向上を図っているものもある（特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−０７６５１７号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平５−２０１０１４号公報
【０００６】
【特許文献３】
特許第２５７３９８６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した内容および特許文献においては、主に染料を色材としたインクを用いている記録ヘッドを対象としているものであった。これに対し、近年のインクジェット記録においては、顔料を使用する場合が増えて来ている。これは、顔料を用いることで、高い発色濃度や記録物の耐水性を向上することが出来るからであり、特に黒インクの色材として適用される機会が多い。
【０００８】
顔料インクを用いた場合、従来のワイパーブレードでは、長期に渡る使用によってインク吐出口面の撥水性に問題が生じる場合がある。この現象は、ワイピング動作により吐出口表面が帯電し、顔料インクの分散状態を壊すことで発生すると考えられている。一般に、顔料インクは、顔料の表面に化学修飾あるいは分散剤を添加することで顔料粒子を帯電させ、その電気的な反発力で分散状態を維持している。ワイパーブレードで吐出口表面をワイピングする際には、全ての吐出口表面がインクで覆われているわけではないため、ワイピングで生じる静電気によって吐出口表面が部分的に帯電する。そして、その影響で顔料の分散状態が破壊され、顔料の凝集や付着が発生すると考えられるのである。このような状況が生じると、付着した顔料はワイパーブレードによるワイピング動作で完全に除去することは困難であり、除去できなかった付着顔料を核に、顔料粒子が徐々に堆積して行き、吐出口表面の撥水性を劣化させるのである。また、この様に吐出口面の撥水性が低下すると、吐出口近傍にインク液が付着しやすく、吐出口から吐出するインク滴の吐出方向に影響を与えるなど、記録品位が低下する恐れも生じる。
【０００９】
本発明は上述の問題点を解消するためになされたものであり、その目的とするところは、多数回のワイピング動作においても、ワイピングの効果が持続するクリーニング部材を提供し、吐出口表面の劣化、ひいてはこれに起因する記録画像の劣化を防止することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そのために本発明では、液体の吐出口が設けられる吐出口面を摺擦するためのクリーニング部材において、帯電防止剤を含有することを特徴とする。
【００１１】
以上の構成によれば、記録ヘッドの吐出口面にワイピングによる帯電が起こらず、吐出口近傍の凝集や付着が低減されるので、吐出口面の撥水性も低下せずに、吐出弊害が低減される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本実施形態で適用するインクジェット記録装置の内部構成を示した外観斜視図である。
【００１４】
図１において、５０１はインクの吐出を行う記録ヘッドとインクを収容したインクタンクとを一体化させたインクジェットカートリッジ（以下、ＩＪＣと略記する）である。５０２はＩＪＣ５０１を保持するキャリッジであり、駆動モーター５０４の駆動力を伝達する駆動ベルト５０３の一部と連結し、互いに平行に配設された２本のガイドシャフト５０５及び５０６に摺動可能に支持されることにより、ＩＪＣ５０１を往復移動させることが可能となっている。ＩＪＣ５０１はインクの吐出を行いながら往復移動することにより、プラテン５０７上に送紙されてきた記録紙に対向して、記録を行う。１回の記録走査が終了すると記録紙が所定量だけ搬送される。そして、このようなＩＪＣ５０１の記録走査と記録紙の搬送とを交互に繰り返すことにより、記録紙上に順次所定の画像が形成されて行く。
【００１５】
５０８はヘッド回復装置である。このヘッド回復装置５０８は、ＩＪＣ５０１の移動経路の一端、例えばホームポジションと対向する位置に配設されている。ヘッド回復装置５０８にはキャップ部５１１が具備されており、非記録時には伝動機構５０９を介したモーター５１０の駆動力によって動作され、ＩＪＣ５０１の吐出口面に対しキャップ部５１１をあてがうことで、吐出口の保護と吐出口からの水分蒸発を防止する為のキャッピングを行うことが出来る。また、このキャッピング動作に関連させて、ヘッド回復装置５０８内に設けた適宜の吸引手段によるインク吸引、もしくはＩＪＣ５０１へのインク供給経路に設けた適宜の加圧手段によるインク圧送を行い、インクを吐出口より強制的に排出させることで、記録素子内の増粘インク等を除去すると言った吐出回復処理を行うことも出来る。
【００１６】
５１２はヘッド回復装置５０８の側面に配設されるワイパーブレードである。ワイパーブレード５１２はブレード保持部材５１３に片持ち状態で支持され、ヘッド回復装置５０８と同様、モーター５１０及び伝動機構５０９によって作動し、ＩＪＣ５０１の吐出口面との係合が可能となる。本実施形態では、記録動作中の適切なタイミングで、あるいはヘッド回復装置５０８を用いた吐出回復処理後に、ワイパーブレード５１２をＩＪＣ５０１の移動経路中に突出させると同時に、このワイパーブレード５１２に対してＩＪＣ５０１を移動動作させる。このようなワイピング動作によってＩＪＣ５０１の吐出口面が接触したワイパーブレード５１２によって摺擦させ、吐出口面における結露や濡れ、あるいは塵埃等が除去される。
【００１７】
本実施形態に好適に用いられるワイパーブレード材料例としては、前述した特許文献２に記載の材料が挙げられる。具体的には、ポリエーテルウレタンゴム、ポリエステルウレタンゴムなどがあるが、無論本発明は上記材料に限定されるものではない。また、上記特許文献２に記載のごとく、撥水効果のある物質をワイパーブレード５１２に同時に添加することも可能である。但し、本発明においては上記材料のみでワイパーブレード５１２が作成されるわけではない。従来から知られている上記材料と共に、帯電防止剤を添加することが本発明の特徴となる。
【００１８】
ここで、本実施形態に用いられる帯電防止剤について説明する。既に帯電防止の効果のある材料は、様々な化合物が提案されているが、大別すると下記の３種類に分類される。すなわち、
（１）金属繊維、金属酸化物を樹脂中に添加し、除電性を向上させるもの、
（２）イオン性の界面活性剤を樹脂表面に塗布、あるいは樹脂中に添加することで除電するもの、および
（３）電荷移動錯体を樹脂中に添加し、除電するもの
である。
【００１９】
ここで、本実施形態の構成において、最も有用に使用されるのは（３）に示した電荷移動錯体を用いるものと言える。（１）の場合、十分な除電性能を出すためには金属からなる無機粒子をかなり多く添加せざるを得ず、ワイパーブレードとしての特性（例えば弾性）を失う恐れがある。また、（２）の場合には、イオン性界面活性剤そのものにおいて除電効果の持続性に問題がある場合が多く、かつワイピング（ブリードアウト）することで逆に吐出口表面を汚染する場合がある。これらに対し、（３）に示す電荷移動錯体の添加による除電は、少量の添加で除電効果が持続し、かつブリードアウトによる問題も無い。このような電荷移動錯体の具体的例としては、特許文献３に記載されているようなホウ素含有高分子化合物が挙げられる。
【００２０】
以下に本実施形態で適用可能なワイパーブレード５１２の作成方法を説明する。
【００２１】
本実施形態では、一例として、イソシアネート含有ポリウレタンポリマーと、硬化材としてのポリエチレングリコールおよび１，４−ブタンジオールと、撥水性付与物質としてのＮ−ｎ−プロピル−Ｎ−２，３−ジヒドロキシプロピルパーフルオロオクチルスルホンアミドと、帯電防止剤としてのホウ素含有高分子化合物とヒドロキシルアミン錯体とを加熱、攪拌、混合し、あらかじめ加熱した遠心成形機に注入、加熱硬化を行い、ワイパーブレードの素材であるシート状成形物（厚さ１ｍｍ）を得る。そして、このシート状成形物を打ち抜きワイパーブレード５１２とした。
【００２２】
次に本実施形態で適用可能なインクジェット記録ヘッドの作成方法について説明する。
【００２３】
図２は、記録ヘッド内の記録素子の形成方法を説明するための工程図である。
【００２４】
図２（ａ）において、１は、シリコン基板などの基体である。記録素子を形成する場合、まず、各吐出口からインク滴を吐出する為のエネルギー発生手段である複数の電気熱変換素子２をこの基体１上に配置する（電極等は不図示）。ここで、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＢ−Ｂ´で切断した場合の断面図である。
【００２５】
図２（ｃ）は、図２（ｂ）で示した基体１上に、ポジ型レジストによりインク流路パターン形成材３を配置した図である。このインク流路パターン形成材３は、各吐出口へ供給するインクを一時保持する為の共通液室と、この共通液室から複数に分岐し、電気熱変換素子により膜沸騰を起こさせるインクの流路を構成するためのパターンに対応している。
【００２６】
図２（ｄ）は、図２（ｃ）で示したインク流路パターン３の上にネガ型レジストからなるノズル材料４と、フッ素およびシロキサン分子を含むネガ型レジストである撥水材料５を形成した図である。
【００２７】
図２（ｅ）は、図２（ｄ）の状態に対し、ホトリソグラフィーによりインク吐出口６およびこれに通じるインク路を形成した状態である。
【００２８】
図２（ｆ）は、図２（ｅ）の状態に対し、ノズル表面を適宜保護し、基体１の裏面よりシリコンの異方性エッチングによりインク供給口７を形成した図である。
【００２９】
図２（ｇ）は、図２（ｆ）の状態に対し、インク流路パターン形成材３を溶出させ、記録素子を完成させた状態である。
【００３０】
最後に、電気的実装及びインク供給部材を配置して、インクジェット記録ヘッドは完成する。
【００３１】
以下に、本実施形態で適用する顔料インクの調合方法について説明する。
【００３２】
まず、市販の酸性カーボンブラックに対し一般的な次亜鉛素酸処理を行い、得られた顔料粒子を十分に洗浄する。次に、得られた顔料ウエットケーキを水に再分散し、伝導度０．２μｓまで逆浸透膜で脱塩する。更に顔料濃度１０ｗｔ％まで濃縮した後、酸処理を行うことで、カーボンブラック表面に−ＣＯＯＮａ基が結合されたアニオン性の自己分散型顔料分散液を得る。次いで、以下の組成に調合し、加圧濾過し、黒色顔料インクを得る。
顔料分散液 ３０部
トリメチロールプロパン ６部
グリセリン ６部
ジエチレングリコール ６部
イソプロピルアルコール ４部
水 ４８部
【００３３】
本実施形態では、以上説明した、記録装置、ワイパーブレード５１２、記録ヘッドおよび顔料インクを用いて記録ヘッドのワイピング動作を行うものとする。
【００３４】
発明者らは、本実施形態の効果、即ちワイピイング効果の持続性を確認する為に以下のような、検討を行った。
【００３５】
まず、ワイパーブレード５１２の自由長（即ち固定されていない部分の長さ）を５ｍｍ、吐出口表面に対する侵入量（即ち、ワイパーブレード５１２と記録ヘッドとのオーバーラップ量）を２ｍｍに設定し、「キャップに対して１００発の吐出を行った後、１回のワイピングを行う」というシーケンスを連続して行う。そして、１万回、５万回および１０万回のそれぞれの時点で、吐出口表面に顔料インクを付着させ、動的接触角を測定する。この動的接触角とは吐出口表面の撥水性の目安となる値であり、前進接触角θａおよび後退接触角θｒとがある。そして一般には、両者の値が大きく、且つその差（θａ−θｒ）が小さいほど、液滴が付着した表面（ここでは吐出口面）の撥水性が高いことが知られている。
また本検討では、上述した帯電防止剤としてホウ素含有高分子化合物とヒドロキシルアミン錯体を用いたワイパーブレード５１２とともに、これを含まないワイパーブレードを同一形状で作成し、比較例としての評価を行った。
以下に表１として測定した結果を示す。
【００３６】
【表１】

【００３７】
「表１」によれば、帯電防止剤の有無は、ワイピング耐久試験後の、特に後退接触角に大きな差が現れている事がわかる。帯電防止剤を含まないワイパーブレード５１２については、ワイピング耐久試験前と後で接触角に大きな変化が現れている。また、特に後退接触角のみが変化したことにより、耐久後のθａ−θｒの値も大きくなり、このことはワイピング耐久試験によって吐出口面の撥水性が劣化したことを示している。よって、帯電防止剤を用いたワイパーブレード５１２の効果すなわち、本発明の有用性が確認されたことになる。
【００３８】
更に、発明者らは１０万回のワイピング試験後の吐出口表面に対して、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による観察も行った。この結果、帯電防止剤含有のワイパーブレード５１２でワイピングしたものには、比較的吐出口表面に顔料粒子の付着が見られなかったのに対し、帯電防止剤非含有のワイパーブレード５１２でワイピングしたものには、吐出口表面に多数の顔料粒子の付着が観察された。すなわちこの観点からも、吐出口面の撥水性において、両者の差が現れていることが確認された。
【００３９】
次いで、上記２つのワイパーブレード５１２をそれぞれ適用した記録装置を用いて実際の画像評価も行った。ここで行った評価は、ワイピング試験１０００回毎に、所定のパターンの記録を行い、これを１０万回のワイピングまで継続したものである。結果、帯電防止剤を含まないワイパーブレード５１２で試験したものは、吐出口表面に付着した多数の顔料粒子や撥水性低下の影響を受け、不吐出やヨレといった画像劣化が確認された。その一方で、帯電防止剤を含有するワイパーブレード５１２で試験したものについては、実質的な画像劣化は確認されなかった。
【００４０】
以上説明した様に、本実施形態によれば、帯電防止剤を添加してなるワイパーブレード５１２とすることで、吐出口近傍の帯電を防止し、これに伴う顔料粒子の凝集、付着を低減することが可能となった。そしてこの効果により、多数回のワイピング動作を行った後でも、吐出口面の撥水性を維持することが出来、長期にわたる安定した記録性能を維持する記録装置を提供することが可能となった。
【００４１】
尚、上記の実施形態では、キャリッジ５０２の記録主走査と記録紙の副走査とを交互に行うことで画像を形成して行くいわゆるシリアル型のインクジェット記録装置について説明して来たが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、記録幅分だけ記録素子を備えた、いわゆるラインヘッドに対しても、ワイパーブレードと記録ヘッドとの相対的な位置関係が上記実施形態のように保たれていれば、本発明は有効となる。
【００４２】
更に、以上の実施形態では特に効果が顕著であることから、色材として顔料を用いることを例に説明して来たが、本発明の効果は顔料インクのみに現れるものではない。色材として染料を用いた記録ヘッドに対しても本発明は有効であり、発明者は染料を吐出する記録ヘッドにおいても記録性能の安定性が向上することを確認した。更には、色材を含んだインクとしての液体を噴射する記録ヘッドのみならず、インクの処理（例えばプリント媒体に付与されるインク中の色材の凝固や不溶化など）に供され得る液体等のように、実際に液体を噴射する吐出口面をワイパーブレードのようなクリーニング部材によって、拭き取る構成であれば、本発明の効果は発揮されるのである。
【００４３】
本発明の実施態様の例を以下に列挙する。
【００４４】
〔実施態様１〕 液体の吐出口が設けられる吐出口面を摺擦するためのクリーニング部材において、帯電防止剤を含有することを特徴とするクリーニング部材。
【００４５】
〔実施態様２〕 前記吐出口面が、撥水処理されていることを特徴とする実施態様１に記載のクリーニング部材。
【００４６】
〔実施態様３〕 前記クリーニング部材が弾性体であることを特徴とする実施態様１または２に記載のクリーニング部材。
【００４７】
〔実施態様４〕 前記液体は、顔料を含有したインクであることを特徴とする実施態様１乃至３のいずれかに記載のクリーニング部材。
【００４８】
〔実施態様５〕 前記帯電防止剤が、ホウ素を含有する高分子化合物であることを特徴とする実施態様１乃至４のいずれかに記載のクリーニング部材。
【００４９】
〔実施態様６〕 インクを吐出するための吐出口を有してなる記録ヘッドを用いて記録を行うインクジェット記録装置において、前記記録ヘッドの前記吐出口が設けられた吐出口面を摺擦するために、実施態様１乃至５のいずれかに記載のクリーニング部材を備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明した様に本発明によれば、記録ヘッドの吐出口面にワイピングによる帯電が起こらず、吐出口近傍の凝集や付着が低減されるので、吐出口面の撥水性が低下せず、従ってまた吐出弊害が低減されることから、記録画像の品位低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態で適用するインクジェット記録装置の内部構成を示した外観斜視図である。
【図２】（ａ）〜（ｇ）は、記録ヘッド内の記録素子の形成方法を説明するための工程図である。
【符号の説明】
１ 基体
２ 電気熱変換素子
３ インク流路パターン
４ ノズル材料
５ 撥水材料
６ 吐出口
７ インク供給口
５０１ インクジェットカートリッジ（ＩＪＣ）
５０２ キャリッジ
５０３ 駆動ベルト
５０４ 駆動モータ
５０５、５０６ ガイドシャフト
５０７ プラテン
５０８ 回復装置
５０９ 伝動機構
５１０ モータ
５１２ ワイパーブレード
５１３ ブレード保持部材

Claims (1)

1. 液体の吐出口が設けられる吐出口面を摺擦するためのクリーニング部材において、帯電防止剤を含有することを特徴とするクリーニング部材。

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