JP2005262641A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 顔料インクの付着を防止して撥インク膜の耐久性を向上できるインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット記録装置を提供することを課題とする。
【解決手段】 インクを吐出させるための吐出口と、該吐出口に連通するインク流路と、該インク流路の内部にインク吐出圧力発生素子とを複数有し、前記吐出圧力発生素子が発生するエネルギーによって記録ヘッドから顔料インクを吐出させるインクジェット記録装置において、ノズル開孔−周辺部に顔料表面電荷と反対極性の誘導電荷を発生させる手段を有する。または、圧力、歪み、光、熱のいずれかの外力によって、前記ノズル開孔−周辺部に電荷の分極が発生する材料を配置する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板の表面に圧電素子を形成して、圧電素子の変位によりインクを吐出させるインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置に関する。

従来のインクジェット式記録装置は、一般的に、圧力発生室を形成した流路形成基板に、インク滴を吐出するための複数のノズル開口を穿設したノズルプレートが接着剤によって接合された構造となっている。このノズルプレートの表面には、インクが付着するのを防止する撥インク膜が設けられている。（例えば、特許文献１、２参照）。

このような撥インク膜が設けられていても、インクの付着を完全に防止することは難しいため、所定のタイミングでノズルプレートの表面をワイピングすることによってインクを除去している。このように、ノズルプレートの表面に撥インク膜を設けると共にその撥インク膜の表面をワイピングすることにより、インクを完全に除去している（例えば、特許文献３参照）。

しかしながら、インクとして顔料インクが用いられている場合、ワイピングの際に、顔料インクに含まれる顔料粒子が撥インク膜の表面にキズを付けてしまうため、撥インク膜の耐久性が悪いという問題があり、ノズルプレートの撥インク性が低下し、結果として吐出安定性が損なわれるという問題が生じることがある。

特開平７−１３８７６３号公報

特開２００３−２２０７０４号公報 特開昭６２−１１３５５３号公報

本発明の目的は、上述したような問題点に着目し、顔料インクの付着を防止して撥インク膜の耐久性を向上できるインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット記録装置を提供することを課題とする。

本発明は、インクを吐出させるための吐出口と、該吐出口に連通するインク流路と、該インク流路の内部にインク吐出圧力発生素子とを複数有し、前記吐出圧力発生素子が発生するエネルギーによって記録ヘッドから顔料インクを吐出させるインクジェット記録装置において、ノズル開孔−周辺部に顔料表面電荷と反対極性の誘導電荷を発生させる手段を有する。

または、圧力、歪み、光、熱のいずれかの外力によって、前記ノズル開孔−周辺部に電荷の分極が発生する材料を配置する。

これにより、前記ノズル開孔−周辺部が顔料粒子表面と反対に帯電されるために、前記ノズル開孔−周辺部と顔料粒子とを電気的に反発させて、ノズル開孔−周辺部の表面への顔料インクの付着が防止され、顔料粒子が撥インク膜表面にキズを付けてしまうのを防ぐ。また、誘導電荷を発生させたり、外力により電荷の分極を発生させることにより、顔料粒子の付着を防止する効果があるため、ワイプ等によるノズルプレートの磨耗や劣化の影響を受けずに効果を持続できる。

本発明にかかるインクジェット記録装置によれば、前記ノズルプレート表面が顔料粒子表面と反対に帯電されるために、前記ノズルプレートと顔料粒子とを電気的に反発させて、ノズルプレートの表面への顔料インクの付着が防止され、顔料粒子が撥インク膜表面にキズを付けてしまうのを防ぐ。また、電圧、外力により顔料粒子の付着を防止する効果があるため、ノズルプレートの磨耗や劣化の影響を受けない。

以下、本発明の実施例に付いて図を参考にしながら説明する。

図１に、本発明によるインクジェット記録装置の記録時の記録装置断面を示す。

図２は、インクジェット記録装置の記録ヘッドモジュール単体をノズル開孔側から見た斜視拡大図である。

ヘッドモジュール１は、オンデマンドインクジェット方式の記録ヘッドモジュールであり、金属等導電部材のノズルプレート２にノズル孔３を開口としており、ノズル開孔−周辺部４が形成されている。ノズル孔３を開口端とするインク加圧室５、このインク加圧室５にインクを導くインク流入孔（図示せず）、このインク流入孔にインクを供給するマニホールド（図示せず）を備える。また、インク加圧室５には、インク加圧室５の体積を記録信号に応じて変化させる圧電素子等のアクチュエータ６が取り付けられている。ヘッドモジュール１は、所定ピッチで列状に配置されたｎ個のノズル孔から構成されている。各ノズルの構造は同一構造である。各ノズルの圧電素子６には、インク粒子吐出制御信号作成装置７からの駆動信号が供給されるようになっており、記録信号に応じて各ノズル孔３からインク粒子１２が吐出される。

ノズルプレート２は導体で接地されており、記録紙１１の下にある用紙背面電極９には電圧制御源８からの電圧が印加されているので、ノズルプレート２と用紙背面電極９間には電界が形成され、ノズルプレート２には用紙背面電極９に印加した電圧極性と逆極性の誘導電荷が生じる。

顔料インクに含まれる顔料粒子の表面は、樹脂材料や界面活性剤によりコーティングされているため、負又は正の電荷に帯電しており、顔料粒子表面が負に帯電している場合には、ノズルプレートに発生する誘導電荷が負になるように、用紙背面電極９に正の電圧を印加することで、ノズルプレート２と顔料粒子とを電気的に反発させることが可能となる。従って、ノズル孔３から吐出させた顔料インクがノズル開孔−周辺部４に強固に付着することを抑えることが可能となる。言い換えるならば、あたかも撥インク膜のような効果を奏する。

従って、本発明によるインクジェット記録装置においては、ノズルプレートに付着するインクを簡単にワイプして除去することが可能となり、従って、ワイプ力の強さを低減したり回数を減らすことが出来、ノズルプレート自体の磨耗や劣化を低減することが可能となる。

ノズル開孔−周辺部４と用紙背面電極９の間の電束密度Ｄは、１．７７×１０^−７（Ｃ／ｍ^２）以上の場合に、料粒子の付着を抑えられることが分かった。また、本発明では水性顔料を使用したが，その場合、２．２１×１０^−５（Ｃ／ｍ^２）以下になるように電圧を印加すると、吐出粒子は、画像が乱れる程には電界の影響を受けないため、有効であることが分かった。

用紙背面電極９に印加する電圧としては、直流電圧と交流電圧の双方を使用可能である。

直流電圧の場合は、若干では有るが、電極への吸着等が起こり得る。交流電圧の場合は、吐出周波数以上の電圧を印加すると非常に有効である。この場合、インク粒子は殆ど帯電せず、従って、用紙背面電極９への顔料粒子の吸着、吐出粒子が電界の影響を大きく受けて画像が乱れたり、電極への顔料以外のゴミの付着等が殆ど無くなる。従って、交流電圧は直流電圧よりも好適である。

また、顔料インクとは、樹脂材料や界面活性剤等でコーティングされた顔料粒子を含有するインクのことである。この顔料粒子の材質としては、例えば、無機顔料、有機顔料等を挙げることができる。

このような顔料インクに含まれる顔料粒子の表面は、樹脂材料や界面活性剤によりコーティングされているため、負又は正の電荷に帯電している。なお、本実施形態では、顔料粒子の表面が負に帯電した顔料インクを用いた。

また、実施例ではノズルプレート全体に誘導電荷が発生するように構成されているが、ノズル開孔−周辺部４にのみに誘導電荷が発生するように、ノズルプレート、用紙背面電極を配置することでも効果があり、範囲を限定するものではない。

なお、本実施例は、従来の一般的な偏向インクジェット方式と異なり常に一定電圧を印加することで、上記した本発明の効果を奏する。これに対して、偏向インクジェットの場合、偏向時で直流電圧を印加した時に限定して本発明のような効果が現れるものの、充分な効果を奏するには常に電圧を印加する必要があり、これは偏向インクジェットの思想に反するものである。また、偏向インクジェット方式は交流電圧を用いることはできない。また、吐出時以外の休止時、ワイプ時、洗浄時に電圧を印加することは偏向インクジェット方式はできない。

図３は、本発明によるインクジェット記録装置の第２の実施例である。

ノズルキャップ１３装着時の断面を示したものである。ヘッドモジュール１は所定ピッチで列状に配置されたｎ個のノズル孔から構成されている。ノズルキャップ１３はｎ個のノズル開孔−周辺部４を覆うように配置される。ノズルキャップ１３の内側には、対向電極１０が配置され、ノズルプレート２とは０．５ｍｍ以上の隙間があるように配置されるとともに、電圧制御源８からの電圧が印加されているので、これら電極間には電界が形成され、ノズル開孔−周辺部４は対向電極１０に印加した電圧極性と逆極性の誘導電荷が生じる。

顔料インクに含まれる顔料粒子の表面は、樹脂材料や界面活性剤によりコーティングされているため、負又は正の電荷に帯電しており、顔料粒子表面が負に帯電している場合には、ノズル開孔−周辺部４に発生する誘導電荷が負になるように、対向電極１０に正の電圧を印加することで、ノズル開孔−周辺部４と顔料粒子とを電気的に反発させることができる。従って、ノズル孔３から吐出させた顔料インクがノズルプレート２の表面に付着することを抑えることができる。

このように構成されたインクジェット記録装置においては、電界により電荷を発生させるため、ワイプ等によるノズルプレート２の磨耗や劣化の影響を受けないという効果がある。

ノズルプレート２と対向電極１０の間の電束密度Ｄは、１．７７×１０^−７（Ｃ／ｍ^２）以上にすると顔料粒子の強固な付着（固着）を抑える効果が得られるため有効なことを確認した。

この効果は、対向電極１０に電圧を印加したキャップ状態において特に有効であるが、さらに、対向電極１０に電圧を印加したキャップ状態で吸引ポンプ（図示せず）によりノズルを吸引清掃することで、ノズルプレート２への顔料粒子１４の付着させずにノズルプレート２を清掃できる効果があり、この効果は、インクでなく洗浄液によりノズルプレート２を洗浄する方法も同様に効果がある。

また、キャップ時にキャップ内にインク又は、インク洗浄液を満たした状態で、対向電極１０に電圧を印加することにより、誘導電荷により帯電したノズルプレート２と電気的に反発させた顔料粒子１４をインク又は、インク洗浄液中に分散させる効果があるためより有効である。

第２の実施例においては、ノズルキャップに対向電極を設ける構成としたが、吐出休止時、ノズル吸引時、ノズル洗浄時、ノズルワイプ時の少なくとも一つの時点において、ノズル開孔−周辺部４に対向した電極を設けた構成であれば効果があり、ノズル開孔−周辺部４に対向した電極は第２の実施例であるノズルキャップに限定されるものではない。

対向電極１０に印加する電圧としては、直流電圧を印加することも有効であるが、１０ｋＨｚ以上の交流電圧を印加することが特に有効である。交流電圧を用いた場合には、対向電極への顔料粒子の吸着、ノズルプレート２や対向電極１０への顔料以外のゴミの付着等が無いため、直流電圧を用いるより有効である。

第３の実施例としては、圧力、歪み、光、熱のいずれかの外力によって、ノズル開孔−周辺部４に電荷の分極が発生する材料を配置し、外力によってノズル開孔−周辺部４に電荷の分極を発生させ、顔料粒子表面と同極性の電荷を発生させる。

これにより、電荷の分極によりノズル開孔−周辺部４に発生した顔料粒子表面と同極性の電荷により、ノズル開孔−周辺部４と顔料粒子１４とを電気的に反発させることが可能となる。この実施例においては、ノズル開孔−周辺部４に電荷を発生させるために、ノズル開孔−周辺部４に対して対向する電極を必要としないため、装置がコンパクトにできるという効果がある。

このように構成されたインクジェット記録装置においては、外力によりノズル開孔−周辺部４に電荷を発生させるため、ワイプ等によるノズル開孔−周辺部４の磨耗や劣化の影響を受けずに効果が持続するという効果がある。

ここで、本実施形態に係るノズル開孔−周辺部４と顔料インクとの関係について、図４を参照しながら説明する。

なお、図４は、本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの要部断面図である。

本実施形態のノズル開孔−周辺部４は、図４に示すように、顔料粒子１４の表面が負の電荷に帯電した顔料インクを用いたので、ノズル開孔−周辺部４が同極性の誘導電荷が発生するように、対向電極に電圧を印加した。このため、ノズル開孔−周辺部４と顔料粒子表面とが電気的に反発して、ノズル開孔−周辺部４の表面への顔料インクの付着を防止することができる。

本実施の形態では、ノズル開孔−周辺部４にのみ圧力、歪み、光、熱のいずれかの外力によって、電荷の分極が発生する材料を配置した構成としたが、もちろんノズル開孔−周辺部４のみに限定させるもので無く、全体が同様の材料で構成していても効果がある。

また、顔料インクとは、樹脂材料や界面活性剤等でコーティングされた顔料粒子１４を含有するインクのことである。この顔料粒子１４の材質としては、例えば、無機顔料、有機顔料等を挙げることができる。

このような顔料インクに含まれる顔料粒子１４の表面は、樹脂材料や界面活性剤によりコーティングされているため、負又は正の電荷に帯電している。なお、本実施形態では、顔料粒子１４の表面が負に帯電した顔料インクを用いた。

また、本実施形態では、ノズルプレート２への顔料粒子の付着を防止することに効果があるが、同時に顔料以外のインク組成物も顔料粒子と同じく帯電するものについては付着を防止する効果もある。

なお、本実施形態では、顔料粒子１４の表面が負の電荷に帯電した顔料インクを用いたが、これに限定されず、顔料粒子１４の表面が正の電荷に帯電した顔料インクを用いてもよい。この場合には、ノズルプレート２を逆に帯電させるようにすれば良い。

本発明により、ノズルプレート２には撥インク膜を設けずとも、インクが強固に付着するのを防止する効果が得られる。なお、ノズルプレート表面に撥インク膜を設けた構成でとしても、本発明の効果が損なわれることはなく、撥インク膜を設けた構成では電荷による反発に加えて、撥インク膜の構造による反発の相乗効果が得られる。

また、この場合には、特に撥インク膜の種類を限定するものではない。

以上、本発明の各実施形態を説明したが、インクジェット式記録ヘッドの基本的構成は上述したものに限定されず、一般的なインクジェット装置に適用可能である。

インクジェット記録装置の実施の形態を示す断面図の一例である。 インクジェット記録装置の他の実施の形態を示す断面図の一例である。 インクジェット記録装置の記録ヘッドモジュール単体をノズル開孔側から見た斜視拡大図である。 インクジェット記録装置の実施の形態の効果を説明する断面図の拡大図である。

符号の説明

１はヘッドモジュール、２はノズルプレート、３はノズル開孔、４はノズル開孔−周辺部、５はインク加圧室、６は圧電素子、７はインク粒子吐出制御信号作成装置、８は電圧制御回路、９は用紙背面電極、１０は対向電極、１１は記録紙、１２はインク粒子、１３はノズルキャップ、１４は顔料粒子である。

Claims (5)

1. インクを吐出させるためのノズル開孔と、該ノズル開孔に連通するインク流路と、該インク流路の内部にインク吐出圧力発生素子とを複数有し、前記吐出圧力発生素子が発生するエネルギーによって記録ヘッドから顔料インクを吐出させるインクジェット記録装置において、ノズル開孔−周辺部に顔料表面電荷と反対極性の誘導電荷を発生させる手段を有することを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 前記誘導電荷を発生させる手段として、交流電圧を用いたことを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置。
3. 吐出休止時、ノズル吸引時、ノズル洗浄時、ノズルワイプ時の少なくとも一つの時点において、前記ノズル開孔−周辺部に対向した電極を設けたことを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置。
4. 前記誘導電荷を発生させる手段として、ノズルプレート表面にかかる電束密度Ｄが、１．７７×１０^−７（Ｃ／ｍ^２）以上になるようにしたことを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置。
5. インクを吐出させるためのノズル開孔と、該ノズル開孔に連通するインク流路と、該インク流路の内部にインク吐出圧力発生素子とを複数有し、前記吐出圧力発生素子が発生するエネルギーによって記録ヘッドから顔料インクを吐出させるインクジェット記録装置において、圧力、歪み、光、熱のいずれかの外力によって、前記ノズル開孔−周辺部に電荷の分極が発生する材料を配置したことを特徴とするインクジェット記録装置。
   

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