JP2006015640A - Inkjet recorder - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、記録媒体に向けてインクを吐出して記録を行うインクジェット記録装置に関し、より具体的には、静圧方式でインクを吐出ヘッドに供給して記録を行うインクジェット記録装置に関する。 The present invention relates to an ink jet recording apparatus that performs recording by ejecting ink toward a recording medium, and more specifically to an ink jet recording apparatus that performs recording by supplying ink to an ejection head by a static pressure method.
インクジェット記録方式による記録装置(インクジェット記録装置)には、静電駆動方式、サーマルヘッド方式あるいは電気機械変換素子(ピエゾ)方式等が用いられている。このインクジェット記録装置に使用される記録体(インク)としては、一般に、溶媒中に着色粒子を分散させたものが用いられている。上述の記録方式を用い、記録用紙等の被記録体にインクを飛翔させることで、記録(印刷)が行われる。 An electrostatic drive system, a thermal head system, an electromechanical transducer (piezo) system, or the like is used for a recording apparatus (inkjet recording apparatus) using an inkjet recording system. As a recording material (ink) used in the ink jet recording apparatus, generally, a recording material in which colored particles are dispersed in a solvent is used. Recording (printing) is performed by using the recording method described above and causing ink to fly onto a recording medium such as recording paper.
静電式のインクジェット記録装置では、通常、インクを貯留するメインのインクタンク(メインタンク)と吐出ヘッドとの間でインクを循環させて、吐出ヘッドに一定量のインクを供給し、吐出ヘッドから被記録体にインクを吐出して描画を行っている。
インクタンクと吐出ヘッドとの間でインクを循環させる方法として、吐出ヘッドとインクタンクの高低差を利用してインクを循環する方法が知られている。例えば、特許文献1には、インクの供給と回収をインク室の配置位置の高低差で行なうインクジェット記録装置が開示されている。
In an electrostatic ink jet recording apparatus, normally, ink is circulated between a main ink tank (main tank) that stores ink and an ejection head, and a certain amount of ink is supplied to the ejection head. Drawing is performed by discharging ink onto a recording medium.
As a method of circulating ink between an ink tank and an ejection head, a method of circulating ink using a height difference between the ejection head and the ink tank is known. For example,
図6に、特許文献1に開示されているインクジェット記録装置のインク循環装置の概略構成を示す。
インク循環装置120は、インク回収容器114と、インク流量調整室116と、これらを接続する配管123a〜123dと、フィルタ125と、電磁弁126a、126bと、ポンプ124とを備える。インク流量調整室116は、インク吐出部112に供給するインク流量を調整するためのインク室であり、インク回収容器114は、循環するインクを溜めておくためのインク室である。フィルタ125はインク中の混入物を除去するために設けられ、電磁弁126a及び126bは、インクの流れをコントロールするために設けられている。このインク循環装置120においては、インク回収容器114に蓄えられているインクがポンプ124で吸い上げられ、フィルタ125を通過してインク流量調整室116に送り込まれる。インク流量調整室116に蓄えられたインクは、インク液量調整室116のインク液面とインク吐出部112との高低差で決まる位置エネルギーによる圧力で、インク吐出部112に向かって自然に流れる。
FIG. 6 shows a schematic configuration of an ink circulation device of the ink jet recording apparatus disclosed in
The
インク吐出部112を通過したインクは、インク吐出部112とインク回収容器114との高低差によって、インク回収容器114に向かって自然に流れる。このインク循環装置においては、インク吐出部112の上下に設けたインク流量調整室116とインク回収容器114の高低差によって、インク吐出部112に安定した量のインクを供給するとともに、インク回収容器114への安定したインクの回収を行なっている。
また、インク回収容器のインク量が不足している場合には、補給用インクタンク122からポンプ128によって、配管129及び131を通ってインク回収容器114へインクが供給される。
The ink that has passed through the
When the ink amount in the ink collection container is insufficient, ink is supplied from the
ところが、特許文献1に開示されているインクジェット記録装置においては、インク循環装置120のインク循環経路が密閉されているために、インク吐出部112からインクを連続して吐出したときに、吐出したインク量の分だけインク回収容器114又はインク流量調整室116の内圧が低下する。このため、大気圧とインク回収容器114の内圧との間、又は、大気圧とインク流量調整室116の内圧との間に圧力差が生じ、この差圧により、インク吐出部112からインクが吐出されにくくなるという問題がある。
However, in the ink jet recording apparatus disclosed in
また、このような差圧が生じた状態で、ポンプ124の駆動を停止し、インク流量調整室116へのインクの供給を停止した場合には、インク回収容器114又はインク流量調整室の内圧と大気圧との差圧により、記録ヘッドのインク吐出部112から空気が進入する恐れもある。
Further, when the drive of the
本発明は、上記従来技術の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、溶媒の蒸発を防止するとともに、吐出ヘッドからインクを連続して吐出してもインクを安定に循環させて吐出ヘッドに供給することができるインクジェット記録装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and an object thereof is to prevent evaporation of the solvent and to circulate the ink stably even when ink is continuously ejected from the ejection head. Another object of the present invention is to provide an ink jet recording apparatus that can be supplied to an ejection head.
上記目的を達成するために、本発明は、インクを吐出するための吐出ヘッドを有するインクジェット記録装置であって、前記インクが貯留されるメインタンクと、前記吐出ヘッドにインクを静圧方式で供給するための供給サブタンクと、前記メインタンク及び前記供給サブタンクのインク液面の上方に形成される空間同士を連通する連通配管とを含み、前記メインタンク、前記供給サブタンク及び前記吐出ヘッドとの間でインクを循環させるインク循環系を有し、前記インク循環系内を大気から密封可能に形成し、前記インク循環系の少なくとも一部に、前記インク循環系内を密封したときの当該インク循環系の内圧を調整する圧力調整体を備えることを特徴とするインクジェット記録装置を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention provides an ink jet recording apparatus having an ejection head for ejecting ink, wherein the ink is stored in a main tank, and ink is supplied to the ejection head in a static pressure manner. Between the main tank, the supply sub-tank, and the discharge head, the supply sub-tank for communicating with the main tank and a communication pipe that communicates the space formed above the ink liquid level of the supply sub-tank. An ink circulation system for circulating ink, wherein the ink circulation system is formed so as to be sealed from the atmosphere, and at least a part of the ink circulation system is sealed with the ink circulation system. Provided is an ink jet recording apparatus comprising a pressure adjusting body for adjusting an internal pressure.
本発明において、前記圧力調整体は、前記インク循環系の内圧を大気圧と等しくなるように調整するものであることが好ましく、前記インク循環系の内圧変動を吸収する可撓性部材を有することが好ましい。 In the present invention, the pressure adjusting body preferably adjusts the internal pressure of the ink circulation system to be equal to the atmospheric pressure, and has a flexible member that absorbs fluctuations in the internal pressure of the ink circulation system. Is preferred.
また、前記メインタンク、前記供給サブタンク及び前記連通配管の少なくとも一つに前記圧力調整体を備えることが好ましく、前記供給サブタンクは、鉛直方向において前記吐出ヘッドよりも高い位置に配置され、オーバーフローによって圧力ヘッドを一定に保ちつつ、前記吐出ヘッドにインクを供給することが好ましい。 Preferably, at least one of the main tank, the supply sub-tank, and the communication pipe is provided with the pressure adjusting body, and the supply sub-tank is disposed at a position higher than the discharge head in the vertical direction, and is pressurized by overflow. It is preferable to supply ink to the ejection head while keeping the head constant.
また、本発明のインクジェット記録装置において、前記インク循環系は、更に、前記メインタンクにインクを補充するための補充液タンクを含み、前記補充液タンクに補充されているインクの液面上方に形成される空間が前記連通配管と接続されていることが好ましく、少なくとも前記補充液タンクに前記圧力調整体を備えることが好ましい。 In the ink jet recording apparatus of the present invention, the ink circulation system further includes a replenishing liquid tank for replenishing the main tank with ink, and is formed above the liquid surface of the ink replenished in the replenishing liquid tank. It is preferable that the space to be connected is connected to the communication pipe, and it is preferable that at least the replenisher tank is provided with the pressure adjusting body.
本発明のインクジェット記録装置においては、前記インク循環系が、更に、吐出に寄与しないインクを前記吐出ヘッドから回収して貯留する回収サブタンクを有し、前記回収インクタンクは、鉛直方向において前記吐出ヘッドよりも低い位置に配置され、オーバーフローによって圧力ヘッドを一定に保ちつつ、前記吐出ヘッドからインクを回収し、前記連通配管が、前記回収サブタンクに貯留されているインクの液面上方の空間と接続されていることが好ましく、少なくとも前記回収サブタンクに前記圧力調整体を備えることが好ましい。 In the ink jet recording apparatus of the present invention, the ink circulation system further includes a recovery subtank that recovers and stores ink that does not contribute to ejection from the ejection head, and the recovered ink tank is disposed in the vertical direction in the ejection head. The ink is collected from the ejection head while keeping the pressure head constant by overflow, and the communication pipe is connected to a space above the liquid level of the ink stored in the collection sub tank. It is preferable that the pressure adjusting body is provided at least in the recovery sub tank.
本発明において、前記インクは、少なくとも色材を含む帯電した微粒子を絶縁性の分散媒に分散してなるインクであり、前記吐出ヘッドが、静電力を利用して前記インクを吐出する静電式のインクジェットヘッドであることが好ましい。 In the present invention, the ink is an ink obtained by dispersing charged fine particles including at least a coloring material in an insulating dispersion medium, and the discharge head discharges the ink using electrostatic force. The inkjet head is preferably used.
本発明のインクジェット記録装置は、大気から密閉可能に形成されたインク循環経路を有する前記インク循環系の構成部品の少なくとも一部に、インク循環系を密閉したときのインク循環系内の内圧調整する圧力調整体を備えるので、インクを連続して吐出してインク循環系内のインク総量が減少したとしても、その圧力調整体によってインク循環系内の内圧を調整して、インクタンクの内圧を常に大気圧と等しくすることができるので、連続してインクを吐出させても、インク循環系内で安定してインクを循環させて吐出ヘッドから安定してインクを吐出させることができる。 The ink jet recording apparatus of the present invention adjusts the internal pressure in the ink circulation system when the ink circulation system is sealed in at least a part of the components of the ink circulation system having the ink circulation path formed so as to be sealed from the atmosphere. Since the pressure regulator is provided, even if ink is continuously ejected and the total amount of ink in the ink circulation system is reduced, the internal pressure in the ink circulation system is adjusted by the pressure regulator so that the internal pressure of the ink tank is always maintained. Since the pressure can be equal to the atmospheric pressure, even if ink is continuously ejected, the ink can be circulated stably in the ink circulation system, and the ink can be ejected stably from the ejection head.
また、インク循環系のインク循環経路を大気から断たれた密閉空間としているので、蒸発したインク溶媒がインク循環系の外部に排出されることがほとんどなく、インク濃度を長期にわたって均一に保つことができる。 Further, since the ink circulation path of the ink circulation system is a sealed space cut off from the atmosphere, the evaporated ink solvent is hardly discharged outside the ink circulation system, and the ink concentration can be kept uniform over a long period of time. it can.
以下、本発明のインクジェット記録装置について、添付の図面に示される好適実施例を基に、詳細に説明する。 Hereinafter, the ink jet recording apparatus of the present invention will be described in detail based on a preferred embodiment shown in the accompanying drawings.
図1に、本発明のインクジェット記録装置の一構成例を概念的に示す。図1に示すように、インクジェット記録装置(以下、記録装置10という)10は、基本的に、吐出ヘッド(インクジェット記録ヘッド)12とインク循環系20を有する。記録装置10のインク循環系20は、色材を含む帯電した微粒子(以下、色材粒子とする)を絶縁性のキャリア液(分散媒)に分散してなるインクQを用い、このインクに静電力を作用させることによりインク液滴を吐出する静電式のインクジェット記録装置のインク循環系である。インク循環系20は、基本的に、メインタンク14、供給サブタンク16、回収サブタンク18、補充液タンク22、インク循環ポンプ24を有する。図示例では、補充液タンク22の上蓋22aが圧力調整体で形成されている場合について示しており、この圧力調整体は、インク循環系20の内圧を調整することができる。図示例では、圧力調整体である上蓋22aでインク循環系20の内圧を大気圧と等しくなるように調整し、少なくともメインタンク14と供給サブタンク16の内圧を大気圧と常に等しく調整することで、インク循環系20のインクを静圧方式で安定して循環させる。補充液タンク22及び圧力調整体については後で詳しく説明する。
FIG. 1 conceptually shows one structural example of the ink jet recording apparatus of the present invention. As shown in FIG. 1, an ink jet recording apparatus (hereinafter referred to as a recording apparatus 10) 10 basically includes an ejection head (ink jet recording head) 12 and an
インク循環系20のインク循環経路は、主に、メインタンク14のインクQを吐出ヘッド12に供給するインク供給経路と、吐出されなかったインクQを吐出ヘッド12から回収するインク回収経路とから構成される。インク供給経路は、インク循環ポンプ24、供給サブタンク16、インク供給流路32、34、36から主に構成される。また、インク回収経路は、回収サブタンク18と、インク回収流路38、44とから主に構成される。インク循環系20の内部は、大気から密封可能に形成されている。ここで、密封とは、系内の気体又は液体を系の外部に実質的に透過させない状態を意味する。このようにインク循環経路は密封されて大気から実質的に遮断されているので、インク中の揮発成分がインク循環経路の外部に排気されることが防止される。
インク循環系を構成するインク供給流路やインク回収流路は、例えば、パイプや可撓性を有するチューブなどから構成することができる。
The ink circulation path of the
The ink supply flow path and the ink recovery flow path that constitute the ink circulation system can be formed of, for example, a pipe or a flexible tube.
なお、図1に示した記録装置は、前述したように一構成例であり、本発明の記録装置10は、図に示した吐出ヘッド12及びインク循環系20以外にも、例えば、吐出ヘッド12を駆動してインク液滴を吐出させるドライバ、吐出ヘッド12と対面する所定の経路で、後述するノズル列方向(行方向)と直交する方向に記録媒体Pを搬送(走査搬送)するための走査搬送手段、吐出ヘッド12による画像記録に先立って記録媒体Pに所定のバイアス電圧を帯電させるための帯電手段(あるいは吐出ヘッド12の制御電極に対する対向電極)、帯電した記録媒体Pを除電するための除電手段、所定の経路で記録媒体Pを搬送する搬送手段、搬送される記録媒体Pを検出するためのセンサ、装置内に滞留するキャリア液等を排出するための溶媒排出手段など、公知の静電式のインクジェット記録装置が有する各種の構成要素を有しているのは、もちろんのことである。
The recording apparatus shown in FIG. 1 is an example of the configuration as described above, and the
また、本発明のインクジェット記録装置は、K(黒)のみなどの1色の画像記録を行うモノクロの記録装置であってもよく、また、Y(イエロー)、M(マゼンタ)、C(シアン)、およびKの4色のインクを用いて、記録媒体にフルカラー画像を描画する記録装置であってもよい。
また、吐出ヘッド12は静電式のインクジェットヘッドに限定されず、サーマルインクジェットヘッド、ピエゾ素子やマイクロマシン等によってインク室の振動板振動することによりインクを吐出するいわゆるピエゾタイプのインクジェットヘッド等、各種のインクジェットヘッドを好適に利用可能である。
In addition, the inkjet recording apparatus of the present invention may be a monochrome recording apparatus that records an image of one color such as K (black) alone, and Y (yellow), M (magenta), C (cyan). And a recording apparatus that draws a full-color image on a recording medium using four colors of inks K and K.
The
メインタンク14は、記録装置10のインク循環系20を循環するインクを主に貯留するための密閉型のインクタンクである。メインタンク14は、色材粒子の沈降/堆積を防止するための撹拌手段や、インク吐出の安定性を向上するための温度調節手段を有するのが好ましい。メインタンク14内には、インク中の混入物を除去するためのフィルタ28が配置されており、フィルタ28は、インク循環ポンプ24に接続されたインク供給流路32と接続されている。メインタンク14内のインクは、フィルタ28を介してポンプ24により吸い上げられて供給サブタンク16に供給される。インク循環ポンプ24による送液量は、供給サブタンク16から吐出ヘッド12へのインクQ供給量よりも多く設定される。
The
図1に示すように、供給サブタンク16は、鉛直方向において吐出ヘッド12よりも上方に配置される。供給サブタンク16に接続されたインク供給流路36の他端は、吐出ヘッド12のインク流入口12aに接続されている。供給サブタンク16には、インク供給流路32、34によってメインタンク14から供給されたインクQが貯留され、貯留されたインクQはインク供給流路36を介して吐出ヘッド12に供給される。供給サブタンク16と吐出ヘッド12の間のインク供給流路36の途中にはフィルタ29が設けられている。フィルタ29は、吐出ヘッド12に供給されるインクに含まれる異物を除去することができる。
As shown in FIG. 1, the
また、供給サブタンク16内にはオーバーフロー管62が配置されている。オーバーフロー管62により、供給サブタンク16内のインクが一定量に維持される。インク供給流路36の供給サブタンクへの接続位置はオーバーフロー管62の上端よりも下方であり、図示例では、インク供給流路36との接続部を供給サブタンク16の底面に設けている。
An
供給サブタンク16に貯留されたインクは、供給サブタンク16と吐出ヘッド12(又は回収サブタンク18)の高低差(落差)に応じた圧力で、重力落下によってインク供給流路36から吐出ヘッド12に供給される。また、供給サブタンク16では、循環ポンプ24により供給されたインクがオーバーフロー管62の高さを超えても、オーバーフロー管62からオーバーフローして排出されるので、供給サブタンク内のインク液面の高さは一定に保たれている。その結果、供給サブタンク16から吐出ヘッド12へのインクQの供給量および供給圧(圧力ヘッド)は一定に保たれ、いわゆる静圧系でインクが供給される。すなわち、供給サブタンク内のインクを、その圧力ヘッドによる一定の圧力で吐出ヘッドに流下している。
なお、供給サブタンク16内においてオーバーフロー管62から排出されたインクQは、インク回収流路42からメインタンク14に戻され、再度、循環に供される。
The ink stored in the
The ink Q discharged from the
回収サブタンク18は、吐出ヘッド12から吐出されなかったインクを貯留するためのインクタンクであり、吐出ヘッド12よりも鉛直方向において下方に配置される。回収サブタンク18の内部には、オーバーフロー管64が設けられており、オーバーフロー管64の下端が回収サブタンク18の底面においてインク回収流路44と接続されている。また、回収サブタンク18は、インク回収流路38で吐出ヘッド12のインク排出口12bと接続されている。
The
吐出ヘッド12から吐出されずに吐出ヘッド12のインク排出口12bから排出されたインクQは、吐出ヘッド12(又は供給サブタンク16)と回収サブタンク18との高低差(落差)に応じた圧力で、重力落下によってインク回収流路38から回収サブタンク18に供給される。回収サブタンク18において、オーバーフロー管64を超えたインクQは、インク回収流路44からメインタンク14に戻されて、再度、循環に供される。
また、回収サブタンク18のインク液面は、オーバーフロー管64によって一定に保たれる。これにより、吐出ヘッド12からのインク排出口12bにも、回収サブタンク18の液面の高さに応じた一定の圧量がかかる。すなわち、吐出ヘッド12の排出口12bに、一定の静圧をかけることができる。
The ink Q discharged from the
Further, the ink liquid level in the
記録装置10においては、このようにして一定の圧力ヘッドで供給サブタンク16から吐出ヘッド12へインクを供給するとともに、吐出ヘッド12から回収サブタンク18へのインク供給にも一定の圧力をかけている。これにより、吐出ヘッド12の内部に形成されたインク流路に係る圧力、すなわち吐出ヘッド12へのインク供給および排出を完全に静圧にすることができ、後述する吐出ヘッド12の吐出口に形成されるインクQのメニスカスを安定させることができる。
In the
補充液タンク22は、吐出により消費したインクをメインタンク14に補充するために用いられる。補充液タンク22は、インク供給流路46によってメインタンク14と接続されている。インク供給流路46の途中には切換弁48が設けられており、切換弁48を開放することにより補充液タンク22内のインクをメインタンク14に補充することができる。
補充液タンク22は、高濃度のインクを貯留するコンクインク補充タンクと、インクの希釈液を貯留する希釈液補充タンクの2つのタンクで構成しても良い。希釈液としては、例えば、後述するようなインクのキャリア液を用いればよい。
The
The replenishing
メインタンク14とインク循環ポンプ24との間のインク供給流路32の途中には、濃度センサ26が設けられている。濃度センサ26は、インク循環系を循環するインクの濃度を検出するために設けられている。濃度センサ28で常にインク濃度を監視し、インク濃度が高く又は低くなった場合に、補充液タンク22からメインタンク14にインクを補充したり、コンクインク補充タンクや希釈液タンクから、高濃度インクや希釈液をメインタンク14に供給してインク濃度を最適化することにより、常に最適濃度で記録媒体に画像を形成することが可能となる。
A
図1に示した記録装置10においては、補充液タンク22の上蓋22aが圧力調整体として構成されている。この圧力調整体から形成された上蓋22aは、インク循環系の内圧を調整することができ、これにより、インク循環経路内の内圧が大気圧と同じ圧力に維持することができる。
圧力調整体は、可撓性を有する柔軟な素材であり、インク及びそのインクに含まれる溶媒の揮発成分を実質的に通過させないような気密性の高い素材である。このような圧力調整体としては、例えば、プラスチックフィルムの薄膜が好ましく、ポリエステル、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアクリル酸メチル、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデンが好ましい。
In the
The pressure adjusting body is a flexible material having flexibility, and is a highly airtight material that does not substantially allow ink and a volatile component of a solvent contained in the ink to pass through. As such a pressure adjusting body, for example, a plastic film thin film is preferable, polyester, polybutylene terephthalate, polycarbonate, polyethylene, polyethylene terephthalate, polymethyl acrylate, polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyurethane, polyvinyl chloride, poly Vinylidene chloride and polyvinylidene fluoride are preferred.
また、上蓋22aは、補充液タンク22の上面を撓んだ状態で覆っている。これにより、補充液タンク22のインク液面上方の空間の体積変化に追従させることができる。すなわち、上蓋22aは、補充液タンク22のインク液面上方の空間の空気量が変化したときに、その変化に応じて収縮又は膨張することができる。上蓋22aは、可撓性を有する素材で形成されているので、収縮又は膨張後は元の状態に復元されない。それゆえ、上蓋22aは、補充液タンク22の空気量が変化しない限り、収縮又は膨張した状態が維持され、補充液タンクの内圧が大気圧と常に等圧に維持される。
The
図1に示すように、補充液タンク22、メインタンク14、供給サブタンク16及び回収サブタンク18のインク液面よりも上方に形成された空間同士が連通配管50によって接続されている。これにより、補充液タンク22、メインタンク14、供給サブタンク16及び回収サブタンク18のインク液面上方の空間のそれぞれの圧力(内圧)が同一に維持され、大気圧と等圧に維持される。上述したように、補充液タンク22の上蓋22aは、圧力調整体により形成されているので、インクの連続した吐出により、インク液面上方の空間が吐出インク分だけ減圧された場合であっても、その減圧に応じて補充液タンク22の上蓋22aが塑性変形する。このため、補充液タンク22、メインタンク14、供給サブタンク16及び回収サブタンク18の内圧が大気圧と常に等圧に維持される。このように圧力調整体により形成された上蓋22aにより、補充液タンク22、メインタンク14、供給サブタンク16及び回収サブタンク18のインク液面上の空間の圧力、すなわち、各タンクの内圧が大気圧と平衡になるように常に調整されるので、連続してインクを吐出しても、そのインクの吐出を安定させることができる。
As shown in FIG. 1, spaces formed above the ink liquid level of the replenishing
また、本発明の記録装置10は、インク循環系20を、その経路内のインクが外部と接触しないような密閉系としているので、インク循環系内で蒸発した溶媒がインク循環系を通じて外部に排出されることがなくなる。溶媒が蒸発する部分は、吐出ヘッドの吐出口(ノズル)だけとなるので、溶媒の蒸発を最小に抑制することができる。また、本発明においては、更に、記録装置を駆動していないときに、キャップ52を用いて吐出ヘッド12のノズル口を塞ぐことが好ましく、これにより吐出ヘッドのノズルからのインクの蒸発をも防止することができる。このような溶媒の蒸発を防止することにより、環境汚染を減少させることができる。
また、このようなキャップ52は、インク循環停止時や長時間描画を行わない間に、吐出ヘッド12の全ての吐出口を気密に密閉して、吐出口に残存するインクの蒸発による乾燥固着を防止することもできる。
Further, in the
Further, such a
図1においては、補充液タンク22の上蓋22aを圧力調整体として構成したが、補充液タンク22本体を圧力調整体として用いてもよい。また、供給サブタンク16、回収サブタンク18及びメインタンク14の少なくとも1つのタンクの上蓋部分やそれらタンクの一部分に圧力調整体を備えてもよく、それらのタンク本体を圧力調整体として用いてもよい。
また、図2に示すように、インク循環系20の各インクタンクのインク液面上方の空間同士を接続する連通配管50の途中に、圧力調整体としての空気袋(エアバッグ)51を接続し、このエアバッグ51で各インクタンクの内圧を大気圧と同じに維持させることもできる。また、このようなエアバッグを、メインタンク14、供給サブタンク16、回収サブタンク18及び補充液タンク22の少なくとも1つのタンクに接続してもよい。また、この連通配管50自体を圧力調整体として用いてもよい。
このように、本発明においては、メインタンク14、供給サブタンク16、回収サブタンク18、補充液タンク22及び連通配管50の少なくとも一つが圧力調整体を備えていれば良く、圧力調整体を備える形態としては、例えば、タンクの上蓋、タンクの一部、タンク本体、連通配管の全体又は一部、タンク又は連通配管に接続される空気袋、連通配管と空気袋の接続部位のいずれでもよい。
In FIG. 1, the
Further, as shown in FIG. 2, an
As described above, in the present invention, it is sufficient that at least one of the
ところで、上述したような圧力調整体を用いずにインク循環系20を構成し、インク循環系20のインク循環経路内を大気と連通しない密閉空間とした場合には、例えば、補充液タンク22からメインタンク14にインクを補充したときに、補充されたインクの分だけ補充液タンク22の内部が減圧され、インク循環系20に含まれる各タンクの内圧に差圧が発生する。また、インク循環ポンプ24を始動させた時も、始動直後はメインタンク14内が減圧されるため、インク循環系20に含まれる各タンクの内圧に差圧が発生する。このような差圧は、インク循環系20を循環するインクに脈動を発生させてインクの吐出を不安定にさせたり、吐出ヘッド12の吐出口の方が高圧となることにより吐出口からインクが吐出されなくなる恐れがある。
By the way, when the
このような場合であっても、本発明では、インク循環系20の一部、例えば、メインタンク14、供給サブタンク16、回収サブタンク18及び補充液タンク22の少なくとも一つのタンクの上面、それらのタンク自体、並びに、それらのタンク内のインク液面上方の空気室を接続する連通配管50を圧力調整体を用いて構成して、各タンクの空気を、補充液タンク22の空気室部分又はメインタンク14の空気室部分に大気圧と等圧状態を維持したまま速やかに供給することができるので、インク循環経路内のインクを安定して循環させることができ、吐出ヘッド12から安定してインクを吐出させることができる。
Even in such a case, according to the present invention, a part of the
本発明の記録装置10においては、供給サブタンク16および/または回収サブタンク18の高さを、適宜、設定することにより、吐出ヘッド12の吐出口に形成されるインクQのメニスカスの高さを高い自由度で選択させることも可能である。従って、前記メニスカスの状態や高さをコントロール可能にするために、供給サブタンク16および/または回収サブタンク18の高さを調節するための高さ調節手段を有することが好ましい。
なお、高さ調節手段は、互いに螺合するネジ軸とナットによる方法、シリンダやアクチュエータを用いる方法、カムを用いる方法等、鉛直方向の高さ調整が可能な各種の方法が利用可能である。
In the
As the height adjusting means, various methods capable of adjusting the height in the vertical direction, such as a method using a screw shaft and a nut that are screwed together, a method using a cylinder or an actuator, and a method using a cam can be used.
つぎに、吐出ヘッド12の構造について図3〜5を参照して詳細に説明する。
吐出ヘッド12は、インクに静電力を作用させてインク液滴として吐出する静電式のインクジェットヘッドである。
図示例において、吐出ヘッド12は、対応する記録媒体の幅(走査搬送方向と直交する方向のサイズ)に対して、全域に対応する吐出部の列(いわゆるノズル列)を有する、いわゆるラインヘッドであって、吐出部の列(後述する行方向)を記録媒体Pの幅方向に一致して、記録媒体の搬送方向(後述する列方向)に配列される。
なお、本発明のインクジェット記録装置は、このようなラインヘッドを用いるものに限定はされず、記録媒体Pを断続的に搬送しつつ、この搬送に同期して、記録ヘッドを搬送方向と直交方向する方向に走査する、いわゆるシャトルタイプの記録ヘッドを用いるインクジェット記録装置であってもよい。
Next, the structure of the
The
In the illustrated example, the
The ink jet recording apparatus of the present invention is not limited to the one using such a line head, and the recording head is intermittently transported, and the recording head is orthogonal to the transport direction in synchronization with the transport. It may be an ink jet recording apparatus that uses a so-called shuttle type recording head that scans in the direction of movement.
図3に吐出ヘッド12の概念図を示す。なお、図3において、(A)は一部断面斜視図を、(B)は断面図を、それぞれ示している。
記録装置10においては、負の高電圧に帯電(バイアス電圧を帯電)された記録媒体Pを吐出部の配列方向(後述する行方向)と直交する方向に走査搬送しつつ、記録画像すなわち供給された画像データに応じて吐出ヘッド12の各吐出部を変調駆動して吐出をon/offすることにより、インク液滴Rをオンデマンドで吐出して、記録媒体Pに目的とする画像を記録する。
FIG. 3 shows a conceptual diagram of the
In the
なお、吐出ヘッド12は、前述のように、記録媒体Pの幅に対応する吐出口の列を有するラインヘッドであり、図4に概念的に示すように、多数の吐出部を二次元的に配置したマルチチャンネル構造のインクジェットヘッドであるが、図3においては、構造を明瞭に示すために、吐出部の一部のみを示す。
As described above, the
吐出ヘッド12は、色材粒子(色材を含み、かつ帯電した微粒子)をキャリア液に分散してなるインクQに、静電力を作用させてインク液滴Rとして吐出する静電式のインクジェットヘッドで、ヘッド基板72と、吐出基板74と、インクガイド76とを備えている。
吐出ヘッド12において、ヘッド基板72と吐出基板74は、互いに対面して所定の間隔離間して配置され、その間に、各吐出口96にインクQを供給するためのインク流路78が形成される。インクQは、前記インク循環系によってインク流路78を含む所定の経路で循環され、記録時には、インク流路78内を所定方向に所定の速度(例えば、200mm/sのインク流)で、例えば、図中矢印方向に流される。
The
In the
ヘッド基板72は、すべての吐出部に共通なシート状の絶縁性基板であり、その表面には、電気的にフローティング状態である浮遊導電板80が設けられている。
浮遊導電板80には、画像の記録時に、後述する第1制御電極82および第2制御電極84に印加される駆動電圧に応じて誘起される誘導電圧が発生する。また、誘導電圧の電圧値は稼動チャンネル数に応じて自動的に変化する。この誘導電圧により、インク流路78内のインクQに含まれる色材粒子は付勢されて吐出基板74側に泳動し、すなわち、後述する吐出口96のインクQの濃縮が、より好適に行われる。
The
The floating
なお、浮遊導電板80は必須の構成要素ではなく、必要に応じて適宜設けるのが好ましい。また、浮遊導電板80は、インク流路78よりもヘッド基板72側に配置されていればよく、例えばヘッド基板72の内部に配置してもよい。また、浮遊導電板80は、吐出部が配置される位置よりもインク流路78の上流側に配置される方が好ましい。また、浮遊導電板80に所定の電圧を印加するようにしても良い。
The floating
他方、吐出基板74は、ヘッド基板72と同様に全ての吐出部に共通なシート状の絶縁性基板であり、絶縁性基板86と、第1制御電極82と、第2制御電極84と、ガード電極88と、絶縁層90,92および94とを備えている。また、吐出基板74には、各インクガイド76に対応する位置に、インクの吐出口96が貫通して開口しており、インクガイドの先端部分98を吐出基板74の表面から突出してインクガイド76が挿通している。前述のように、ヘッド基板72と吐出基板74とは離間して配置され、その間にインク流路78が形成される。
吐出ヘッド12においては、互いに対応する第1制御電極82、第2制御電極84、吐出口96、およびインクガイド76等によって、1つのインクの吐出部が構成される。
On the other hand, the
In the
第1制御電極82及び第2制御電極84は、それぞれ絶縁性基板86の図中上面および下面の表面に、各々に対応する吐出口96の周囲を囲むようにリング状に設けられた円形電極である(図4及び図5参照)。絶縁性基板86および第1制御電極82の表面には、その表面を保護するとともに平坦化する絶縁層92が被覆され、同様に、絶縁性基板86および第2制御電極84の表面には、その表面を平坦化するための絶縁層90が被覆されている。さらに、絶縁層92の上には、ガード電極88が形成され、ガード電極88および絶縁層92の上には、その表面を平坦化するための絶縁層94が形成される。
なお、第1制御電極82および第2制御電極84はリング状の円形電極に限定されず、インクガイド76に臨むように配置される電極であれば、例えば略円形電極、分割円形電極、平行電極、略平行電極など、どのような形状であっても良い。
The
Note that the
図4および図5に示すように、吐出ヘッド12において、インクガイド76、第1制御電極82および第2制御電極84、吐出口96等で構成される各吐出部は、マトリクス状に2次元的に配置されている。ここで、図4(A)は、図3(A)において、ガード電極88を含み、絶縁性基板86と平行な面で切断した場合の平面図である。また、図4(B)は、図3(A)において、第1制御電極82を含み、絶縁性基板86と平行な面で切断した場合の平面図である。また、図4(C)は、図3(A)において、第2制御電極84を含み、絶縁性基板86と平行な面で切断した場合の平面図である。
As shown in FIGS. 4 and 5, in the
具体的には、吐出ヘッド12は、図4(B)および(C)に示すように、行方向(図4横方向)に配列された吐出部の列を、列方向(走査搬送方向(図5縦方向))に3行(A行、B行、C行)有する。なお、図4においては、行方向に5個(1列、2列、3列、4列、5列)の、計15個のマトリクス状に配置された吐出部を示している。
吐出ヘッド12は、ラインヘッドであり、この行方向に記録媒体Pのサイズ全域に対応する吐出部の列(ノズル列)を有している。従って、記録装置10においては、記録媒体Pは行方向(吐出部(吐出口96)の配列方向=ノズル列方向)と直交する列方向に走査搬送されつつ、静電式インクジェットによって描画される。
各行の吐出部は、列方向に対して所定の間隔離間して配置される。また、各行は、吐出部を行方向に互いに1/3ピッチずらして、自身の吐出部が他行の吐出部の間(行方向の間)に位置するように配置される。
Specifically, as shown in FIGS. 4B and 4C, the
The
The ejection units in each row are arranged at a predetermined interval in the column direction. In addition, each row is arranged so that the ejection units are shifted from each other by 1/3 pitch in the row direction so that their ejection units are located between the ejection units of other rows (between the row directions).
図4(A)に示すように、ガード電極88は、吐出口96および制御電極に対応する領域が円形に開口するシート状の電極である。すなわち、ガード電極88は、各制御電極の間に形成される。
また、図4(B)に示すように、同じ列に配置された吐出部の第1制御電極82は、相互に接続され、かつ、図4(C)に示すように、同じ行に配置された吐出部の第2制御電極84は、相互に接続されている。
さらに、図示は省略するが、第1制御電極82および第2制御電極84は、それぞれ、駆動電圧(パルス電圧)を印加して、各電極を変調駆動してインク液滴Rの吐出をon/offするための、パルス電源に接続されている。
As shown in FIG. 4A, the
As shown in FIG. 4B, the
Further, although not shown, the
画像の記録時には、同一列に配置された第1制御電極82は同時かつ同一電圧レベルの駆動電圧が印加(on)される。同様に、同一行に配置された第2制御電極84は同時かつ同一電圧レベルに駆動電圧が印加(on)される。
また、記録媒体Pに記録される1行は、列方向に対して、第2制御電極84の行数に相当する3つのグループに分割され、A行、B行およびC行の各行によって、時分割で順次記録される。
例えば、図3に示す例の場合、第2制御電極84のA行目、B行目、C行目を所定のタイミングで順次onする。この駆動に対応して、第1制御電極82を画像データ(記録画像)に応じて変調駆動(on/off)することにより、時分割した3回の記録によって、記録媒体P上に1行分の描画が行われる。前述のように、記録媒体Pは、列方向に搬送されるので、行方向(副走査方向)に、各行の有する記録密度(吐出部密度)の3倍の記録密度の描画を行うことができる。
At the time of image recording, the
In addition, one row recorded on the recording medium P is divided into three groups corresponding to the number of rows of the
For example, in the example shown in FIG. 3, the A line, the B line, and the C line of the
なお、制御電極は、第1制御電極82および第2制御電極84の2層電極構造に限定されず、単層電極構造でもよいし、3層以上の電極構造としても良い。
The control electrode is not limited to the two-layer electrode structure of the
先にも述べたが、ガード電極88は、図4(A)に示すように、各吐出口96の周囲に形成された第1制御電極82および第2制御電極84に相当する部分がリング状に開口する、全ての吐出部に共通なシート状の電極である。すなわち、ガード電極88は、各制御電極間に配置される電極である。絶縁層92およびガード電極88の表面には、その表面を保護するとともに、平坦化する絶縁層94が被覆されている。
ガード電極88には所定の電圧が印加されており、隣接する吐出部のインクガイド76の間に生じる電界干渉を抑制する役割を果たす。
なお、ガード電極88は必須の構成要素ではない。また、吐出基板74には、第1制御電極82または第2制御電極84からのインク流路78方向への反発電界を遮蔽するために、第2制御電極84よりインク流路78側にシールド電極を設けても良い。
As described above, the
A predetermined voltage is applied to the
The
インクガイド76は、凸状の先端部分98を持つ所定厚みのセラミック製平板である。図示例においては、同一行の吐出部のインクガイド76は、ヘッド基板72上の浮遊導電板80の上に配置された同じ支持体の上に所定の間隔で配置される。インクガイド76は、吐出基板74に開孔された吐出口96を貫通し、先端部分98を吐出基板74の記録媒体P側の最表面(絶縁層94の図中上側の表面)よりも上部に突出している。
The
インクガイド76の先端部分98は、記録媒体Pの保持手段(図示しない)に向かって、漸次、細くなる略三角形状(ないしは台形状)に成形されている。
なお、先端部分98(最先端部)は、金属が蒸着されているのが好ましい。この先端部分98の金属蒸着は必須の要素ではないが、これにより、先端部分98の誘電率が実質的に大きくなり、強電界を生じさせ易くできるという効果がある。
The
In addition, it is preferable that the tip portion 98 (the most advanced portion) is deposited with metal. Although metal deposition of the
なお、インクガイド76の形状は、インクQ内の色材粒子を先端部分98に向けて泳動(すなわちインクQを濃縮)させることができれば、特に制限的ではなく、例えば先端部分98は凸状でなくても良い等、自由に変更してもよい。また、インクの濃縮を促進するために、毛細管現象によってインクQを先端部分98に集めるインク案内溝となる切り欠きを、インクガイド76の中央部分に図中上下方向に沿って形成しても良い。
The shape of the
前述のように、第2制御電極84は、所定のタイミングで1行ずつ、順次、on(駆動(高電圧レベル(例えば、400〜600V)またはハイインピーダンス状態))され、残りのすべての第2制御電極84はoff(非駆動(接地レベル(接地状態))にされる。また、第1制御電極82は、すべての列が同時に、画像データ(記録画像)に応じて、列単位でon(高電圧レベルまたは接地レベルにされる。これにより、各々の吐出部におけるインクの吐出/非吐出(インク吐出のon/off)が制御される。
As described above, the
すなわち、第2制御電極84がonで、かつ第1制御電極82がonの場合にはインクQがインク液滴Rとして吐出(吐出on)され、第1制御電極82および第2制御電極84の少なくとも一方がoffの場合にはインクは吐出されない(吐出off)。
そして、各々の吐出部から吐出されたインク液滴Rは、負のバイアス電圧を帯電された記録媒体Pに引き寄せられ、記録媒体Pの所定位置に付着して画像が形成される。
That is, when the
Then, the ink droplets R ejected from each ejection unit are attracted to the recording medium P charged with a negative bias voltage, and adhere to a predetermined position of the recording medium P to form an image.
上記のように、下層の第2制御電極84の行を順次onし、画像データに応じて上層の第1制御電極82をon/offした場合、第1制御電極82が画像データに応じてonされるため、列方向のそれぞれの吐出部を中心として、その両側の吐出部では、第1制御電極82が高電圧レベルまたは接地レベルに頻繁に変化する。この場合、画像の記録時にガード電極88を所定のガード電位、例えば接地レベル等にバイアスすることにより、隣接する吐出部の電界の影響を排除することができる。
As described above, when the row of the second
吐出ヘッド12では、第1制御電極82または第2制御電極84の一方、または両方で、インク吐出のon/offの制御を行うかは何ら制限的ではない。すなわち、制御電極側のインクon/offの時の電圧値と記録媒体P側の電圧値との差分が所定値よりも大きい場合にはインクが吐出され、所定値よりも小さい場合にはインクが吐出されないように、制御電極側および記録媒体P側の電圧を適宜設定すればよい。
In the
従って、吐出ヘッド12においては、図示例とは逆、すなわち第1制御電極82を1列毎に順次onし、画像データに応じて、第2制御電極84をonすることで、インク吐出をon/offすることも可能である。
この場合、列方向は第1制御電極82の1列毎にonされ、列方向のそれぞれの吐出部を中心として、その両側の列の吐出部の第1制御電極82は常に接地レベルになるため、この両側の列の吐出部の第1制御電極26がガード電極88の役割を果す。このように、上層の第1制御電極82で各列を順次オンし、画像データに応じて下層の第2制御電極84を駆動する場合には、ガード電極88を設けなくても、隣接する吐出部の影響を排除し、記録品質を向上させることができる。
Accordingly, in the
In this case, the column direction is turned on for each column of the
また、この態様では、インクQ中の色材粒子を正帯電させ、記録媒体側を負の高電圧に帯電させているが、これに限定されず、逆に、インク中の色材粒子を負に帯電させ、記録媒体P側を正の高電圧に帯電させても良い。このように、色材粒子の極性を本態様と逆にする場合には、対向電極、記録媒体Pの帯電ユニット、各々の吐出部の第1制御電極82および第2制御電極84への印加電圧極性等を上記の例と逆にすれば良い。
In this embodiment, the color material particles in the ink Q are positively charged and the recording medium side is charged to a negative high voltage. However, the present invention is not limited to this, and conversely, the color material particles in the ink are negatively charged. The recording medium P side may be charged to a positive high voltage. As described above, when the polarity of the color material particles is reversed from that of the present embodiment, the applied voltage to the counter electrode, the charging unit of the recording medium P, and the
前述のような色材粒子を含有するインクQを用いる静電式のインクジェットにおいては、従来のインクジェット方式のように、インク全体に力を作用させて、インクを記録媒体に向けて飛翔させるのではなく、主に、キャリア液に分散させた固形成分である色材粒子に力を作用させて、インクを飛翔させる。以下、吐出ヘッド12におけるインク液滴R吐出の作用を説明する。
なお、以下の例では、色材粒子は正荷電しており、従って、吐出onでは第1制御電極82および第2制御電極84には、正の駆動電圧が印加され、記録媒体Pには、負の高電圧(バイアス電圧)が帯電される。
In the electrostatic ink jet using the ink Q containing the colorant particles as described above, the force is applied to the entire ink to cause the ink to fly toward the recording medium as in the conventional ink jet system. Instead, a force is applied to the colorant particles, which are solid components dispersed in the carrier liquid, to cause the ink to fly. Hereinafter, the operation of discharging the ink droplet R in the
In the following example, the color material particles are positively charged. Therefore, when ejection is on, a positive drive voltage is applied to the
画像の記録時には、インクQは前述のインク循環系インク循環系によって循環され、インク流路78内を図中右側から左側(図3(B)中矢印方向)に向かって所定の速度で流れる。
また、前述のように、記録媒体Pは、負の高電圧に帯電されて、吐出ヘッド12に対面して走査搬送される。
記録媒体Pに帯電する負の高電圧は、静電式のインクジェットにおけるバイアス電圧として作用し、また、このバイアス電圧をする帯電された記録媒体Pは、吐出ヘッド12の制御電極に対する対向電極として作用するのは、前述のとおりである。
At the time of image recording, the ink Q is circulated by the above-described ink circulation system and the ink circulation system, and flows in the
Further, as described above, the recording medium P is charged to a negative high voltage, and is scanned and conveyed facing the
The negative high voltage charged on the recording medium P acts as a bias voltage in electrostatic ink jet, and the charged recording medium P having this bias voltage acts as a counter electrode for the control electrode of the
記録媒体Pが所定の位置に搬送されると、吐出ヘッド12には、記録媒体Pの搬送タイミングおよび画像データに応じて駆動信号が供給され、各吐出ヘッド12は、これに応じて、各行の第2制御電極84を順次駆動し、かつ、各列の第1制御電極82を画像データに応じて変調駆動し、インク吐出を画像データに応じて変調してon/offする。
When the recording medium P is transported to a predetermined position, a drive signal is supplied to the
ここで、第1制御電極82および第2制御電極84の少なくとも一方がoffであり、すなわちバイアス電圧のみが印加されている状態では、インクQには、バイアス電圧とインクQの色材粒子(荷電粒子)の荷電とのクーロン引力、色材粒子間のクーロン反発力、キャリア液の粘性、表面張力、誘電分極力等が作用し、これらが連成して、色材粒子やキャリア液が移動し、図3(B)に概念的に示すように、吐出口96から若干盛り上がったメニスカス状となってバランスが取れている。
また、このクーロン引力等によって、色材粒子は、いわゆる電気泳動でバイアス電圧が帯電された記録媒体Pに向かって移動する。すなわち、吐出口96のメニスカスにおいては、インクQが濃縮された状態となっている。
Here, when at least one of the
In addition, the colorant particles move toward the recording medium P charged with a bias voltage by so-called electrophoresis due to the Coulomb attractive force or the like. That is, the ink Q is concentrated in the meniscus of the
この状態から、インク液滴Rを吐出するための駆動電圧(パルス電圧)が印加される。すなわち、図示例においては、第1制御電極82および第2制御電極84の両方がonされると、前記バイアス電圧に駆動電圧が重畳され、先の連成に、さらにこの駆動電圧の重畳によって連成された運動が起こり、静電力によって色材粒子およびキャリア液がバイアス電圧(対向電極)側すなわち記録媒体P側に引っ張られ、メニスカスが成長して、その上部から略円錐状のインク液柱いわゆるテーラーコーンが形成される。また、先と同様に、色材粒子は電気泳動によってメニスカスに移動しており、メニスカスのインクQは濃縮され、色材粒子を多数有する、ほぼ均一な高濃度状態となっている。
From this state, a driving voltage (pulse voltage) for ejecting the ink droplet R is applied. That is, in the illustrated example, when both the
駆動電圧の印加開始後、さらに有限な時間が経過すると、色材粒子の移動等により、電界強度の高いメニスカスの先端部分で、主に色材粒子とキャリア液の表面張力とのバランスが崩れ、メニスカスが急激に伸びて曳糸と呼ばれる直径数〜数十μm程度の細長いインク液柱が形成される。 When a finite time has passed after the start of the application of the drive voltage, the balance between the color material particles and the surface tension of the carrier liquid mainly breaks at the tip of the meniscus with high electric field strength due to the movement of the color material particles, The meniscus grows abruptly to form an elongated ink liquid column having a diameter of about several to several tens of μm, which is called a kite string.
さらに有限な時間が経過すると曳糸が成長し、この曳糸の成長、レイリー/ウエーバー不安定性によって発生する振動、メニスカス内における色材粒子の分布不均一、メニスカスにかかる静電界の分布不均一等の相互作用によって曳糸が分断され、インク液滴Rとなって吐出/飛翔し、かつ、バイアス電圧にも引っ張られて、記録媒体Pに着弾する。
曳糸の成長および分断は、さらにはメニスカス(曳糸)への色材粒子の移動は、駆動電圧の印加中は連続して発生する。また、駆動電圧の印加を終了(第1制御電極82および第2制御電極84の少なくとも一方をoff)した時点で、バイアス電圧のみが印加された図3(B)のメニスカスの状態に戻る。
記録媒体P上におけるインクの1ドットは、通常、この1回(1パルス)の駆動電圧の印加によるものであり、従って、1ドットは、この1回の駆動電圧の印加によって曳糸から分断して吐出した複数のインク液滴Rによって形成される。
Further, when a finite time elapses, the silk thread grows, and the growth of the silk thread, vibration caused by Rayleigh / Weber instability, uneven distribution of colorant particles in the meniscus, uneven distribution of electrostatic field on the meniscus, etc. As a result of this interaction, the kite string is divided, ejected / flyed as ink droplets R, and pulled by the bias voltage to land on the recording medium P.
The growth and splitting of the kite string, and further the movement of the color material particles to the meniscus (punch kite) occur continuously during the application of the drive voltage. When the application of the drive voltage is finished (at least one of the
One dot of ink on the recording medium P is usually obtained by applying the drive voltage once (one pulse). Therefore, one dot is separated from the string by applying the drive voltage once. Formed by a plurality of ink droplets R ejected in this manner.
ここで、本発明の記録装置10に用いられるインクについて説明する。
インクQは、色材粒子をキャリア液に分散することにより得られる。キャリア液は、高い電気抵抗率(109 Ω・cm以上、好ましくは1010Ω・cm以上)を有する誘電性の液体(非水溶媒)であるのが好ましい。キャリア液の電気抵抗が低いと、制御電極に印加される駆動電圧により、キャリア液自身が電荷注入を受けて帯電してしまい、色材粒子の濃縮がおこらない。また、電気抵抗の低いキャリア液は、隣接する制御電極間での電気的導通を生じさせる懸念もあるため不向きである。
Here, the ink used for the
Ink Q is obtained by dispersing colorant particles in a carrier liquid. The carrier liquid is preferably a dielectric liquid (nonaqueous solvent) having a high electric resistivity (10 9 Ω · cm or more, preferably 10 10 Ω · cm or more). If the electric resistance of the carrier liquid is low, the carrier liquid itself is charged by charge injection due to the drive voltage applied to the control electrode, and the colorant particles do not concentrate. In addition, a carrier liquid having a low electrical resistance is not suitable because there is a concern of causing electrical conduction between adjacent control electrodes.
キャリア液として用いられる誘電性液体の比誘電率は、5以下が好ましく、より好ましくは4以下、さらに好ましくは3.5以下である。このような比誘電率の範囲とすることによって、キャリア液中の色材粒子に有効に電界が作用し、泳動が起こりやすくなる。
なお、このようなキャリア液の固有電気抵抗の上限値は1016Ωcm程度であるのが望ましく、比誘電率の下限値は1.9程度であるのが望ましい。キャリア液の電気抵抗が上記範囲であるのが望ましい理由は、電気抵抗が低くなると、低電界下でのインクの吐出が悪くなるからであり、比誘電率が上記範囲であるのが望ましい理由は、誘電率が高くなると溶媒の分極により電界が緩和され、これにより形成されたドットの色が薄くなったり、滲みを生じたりするからである。
The relative dielectric constant of the dielectric liquid used as the carrier liquid is preferably 5 or less, more preferably 4 or less, and still more preferably 3.5 or less. By setting the relative dielectric constant in such a range, an electric field effectively acts on the colorant particles in the carrier liquid, and migration easily occurs.
The upper limit value of the specific electric resistance of such a carrier liquid is preferably about 10 16 Ωcm, and the lower limit value of the relative dielectric constant is preferably about 1.9. The reason why it is desirable that the electric resistance of the carrier liquid is in the above range is that if the electric resistance is low, ink ejection under a low electric field is deteriorated, and the reason why the relative dielectric constant is preferably in the above range is the reason. This is because, when the dielectric constant increases, the electric field is relaxed by the polarization of the solvent, and the color of the dots formed thereby becomes thin or causes blurring.
キャリア液として用いられる誘電性液体としては、好ましくは直鎖状もしくは分岐状の脂肪族炭化水素、脂環式炭化水素、または芳香族炭化水素、および、これらの炭化水素のハロゲン置換体がある。例えば、へキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、デカン、イソデカン、デカリン、ノナン、ドデカン、イソドデカン、シクロヘキサン、シクロオクタン、シクロデカン、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、アイソパーC、アイソパーE、アイソパーG、アイソパーH、アイソパーL、アイソパーM(アイソパー:エクソン社の商品名)、シェルゾール70、シェルゾール71(シェルゾール:シェルオイル社の商品名)、アムスコOMS、アムスコ460溶剤(アムスコ:スピリッツ社の商品名)、シリコーンオイル(例えば、信越シリコーン社製KF−96L)等を単独あるいは混合して用いることができる。 The dielectric liquid used as the carrier liquid is preferably a linear or branched aliphatic hydrocarbon, alicyclic hydrocarbon, or aromatic hydrocarbon, and halogen-substituted products of these hydrocarbons. For example, hexane, heptane, octane, isooctane, decane, isodecane, decalin, nonane, dodecane, isododecane, cyclohexane, cyclooctane, cyclodecane, benzene, toluene, xylene, mesitylene, Isopar C, Isopar E, Isopar G, Isopar H, Isopar L, Isopar M (isopar: trade name of Exxon), Shellsol 70, Shellsol 71 (shellsol: trade name of Shell Oil), Amsco OMS, Amsco 460 Solvent (trade name of Amsco: Spirits), Silicone oil (for example, KF-96L manufactured by Shin-Etsu Silicone) or the like can be used alone or in combination.
このようなキャリア液に分散される色材粒子は、色材自身を色材粒子としてキャリア液中に分散させてもよいが、好ましくは、定着性を向上させるための分散樹脂粒子を含有させる。分散樹脂粒子を含有させる場合、顔料などは分散樹脂粒子の樹脂材料で被覆して樹脂被覆粒子とする方法などが一般的であり、染料などは分散樹脂粒子を着色して着色粒子とする方法などが一般的である。 The colorant particles dispersed in such a carrier liquid may be dispersed in the carrier liquid as the colorant itself as colorant particles, but preferably contain dispersed resin particles for improving fixability. When the dispersed resin particles are included, the pigment is generally coated with the resin material of the dispersed resin particles to form resin-coated particles, and the dye is colored with the dispersed resin particles to form colored particles. Is common.
色材としては、従来か流路クジェットインク組成物、印刷用(油性)インキ組成物、あるいは静電写真用液体現像剤に用いられている顔料および染料であればどれでも使用可能である。
色材として用いる顔料としては、無機顔料、有機顔料を問わず、印刷の技術分野で一般に用いられているものを使用することができる。具体的には、例えば、カーボンブラック、カドミウムレッド、モリブデンレッド、クロムイエロー、カドミウムイエロー、チタンイエロー、酸化クロム、ビリジアン、コバルトグリーン、ウルトラマリンブルー、プルシアンブルー、コバルトブルー、アゾ系顔料、フタロシアニン系顔料、キナクリドン系顔料、イソインドリノン系顔料、ジオキサジン系顔料、スレン系顔料、ペリレン系顔料、ぺリノン系顔料、チオインジゴ系顔料、キノフタロン系顔料、金属錯体顔料、等の従来公知の顔料を特に限定なく用いることができる。
色材として用いる染料としては、アゾ染料、金属錯塩染料、ナフトール染料、アントラキノン染料、インジゴ染料、カーボニウム染料、キノンイミン染料、キサンテン染料、アニリン染料、キノリン染料、ニトロ染料、ニトロソ染料、ペンゾキノン染料、ナフトキノン染料、フタロシアニン染料、金属フタロシアニン染料、等の油溶性染料が好ましく例示される。
As the coloring material, any of conventional pigments and dyes used in a flow channel kujet ink composition, a printing (oil-based) ink composition, or an electrophotographic liquid developer can be used.
As the pigment used as the color material, regardless of inorganic pigments or organic pigments, those generally used in the technical field of printing can be used. Specifically, for example, carbon black, cadmium red, molybdenum red, chrome yellow, cadmium yellow, titanium yellow, chromium oxide, viridian, cobalt green, ultramarine blue, Prussian blue, cobalt blue, azo pigment, phthalocyanine pigment Conventionally known pigments such as quinacridone pigments, isoindolinone pigments, dioxazine pigments, selenium pigments, perylene pigments, perinone pigments, thioindigo pigments, quinophthalone pigments, metal complex pigments, and the like are not particularly limited. Can be used.
As dyes used as coloring materials, azo dyes, metal complex dyes, naphthol dyes, anthraquinone dyes, indigo dyes, carbonium dyes, quinoneimine dyes, xanthene dyes, aniline dyes, quinoline dyes, nitro dyes, nitroso dyes, benzoquinone dyes, naphthoquinone dyes And oil-soluble dyes such as phthalocyanine dyes and metal phthalocyanine dyes.
さらに、分散樹脂粒子としては、例えば、ロジン類、ロジン変性フェノール樹脂、アルキッド樹脂、(メタ)アクリル系ポリマー、ポリウレタン、ポリエステル、ポリアミド、ポリエチレン、ポリブタジエン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニールアルコールのアセタール変性物、ポリカーボネート等を挙げられる。
これらのうち、粒子形成の容易さの観点から、重量平均分子量が2,000〜1000,000の範囲内であり、かつ多分散度(重量平均分子量/数平均分子量)が、1.0〜5.0の範囲内であるポリマーが好ましい。さらに、前記定着の容易さの観点から、軟化点、ガラス転移点または、融点のいずれか1つが40℃〜120℃の範囲内にあるポリマーが好ましい。
Further, as dispersed resin particles, for example, rosins, rosin-modified phenol resins, alkyd resins, (meth) acrylic polymers, polyurethane, polyester, polyamide, polyethylene, polybutadiene, polystyrene, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polyvinyl alcohol, acetal-modified Products, polycarbonate and the like.
Among these, from the viewpoint of ease of particle formation, the weight average molecular weight is in the range of 2,000 to 1,000,000 and the polydispersity (weight average molecular weight / number average molecular weight) is 1.0 to 5 Polymers in the range of 0.0 are preferred. Furthermore, from the viewpoint of ease of fixing, a polymer having any one of a softening point, a glass transition point, and a melting point within a range of 40 ° C. to 120 ° C. is preferable.
インクQにおいて、色材粒子の含有量(色材粒子あるいはさらに分散樹脂粒子の合計含有量)は、インク全体に対して0.5〜30重量%の範囲で含有されることが好ましく、より好ましくは1.5〜25重量%、さらに好ましくは3〜20重量%の範囲で含有されることが望ましい。色材粒子の含有量が少なくなると、印刷画像濃度が不足したり、インクQと記録媒体P表面との親和性が得られ難くなって強固な画像が得られなくなったりするなどの問題が生じ易くなり、一方、含有量が多くなると均−な分散液が得られにくくなったり、インクジェットヘッド等でのインクQの目詰まりが生じやすく、安定なインク吐出が得られにくいなどの問題が生じるからである。 In the ink Q, the content of the color material particles (the total content of the color material particles or further dispersed resin particles) is preferably contained in the range of 0.5 to 30% by weight with respect to the whole ink, and more preferably. Is preferably contained in the range of 1.5 to 25% by weight, more preferably 3 to 20% by weight. If the content of the colorant particles is reduced, problems such as insufficient printed image density or difficulty in obtaining a strong image due to difficulty in obtaining the affinity between the ink Q and the surface of the recording medium P are likely to occur. On the other hand, when the content is increased, it becomes difficult to obtain a uniform dispersion liquid, or the ink Q is easily clogged with an inkjet head or the like, and it is difficult to obtain stable ink discharge. is there.
また、キャリア液に分散された色材粒子の平均粒径は、0.1〜5μmが好ましく、より好ましくは0.2〜1.5μmであり、更に好ましくは0.4〜1.0μmである。この粒径はCAPA−500(堀場製作所(株)製商品名)により求めたものである。 The average particle diameter of the colorant particles dispersed in the carrier liquid is preferably 0.1 to 5 μm, more preferably 0.2 to 1.5 μm, and still more preferably 0.4 to 1.0 μm. . This particle size is determined by CAPA-500 (trade name, manufactured by Horiba, Ltd.).
色材粒子をキャリア液に分散させた後(必要に応じて、分散剤を使用しても可)、荷電制御剤をキャリア液に添加することにより色材粒子を荷電して、荷電した色材粒子をキャリア液に分散してなるインクQとする。なお、色材粒子の分散時には、必要に応じて、分散媒を添加してもよい。
荷電制御剤は、一例として、電子写真液体現像剤に用いられている各種のものが利用可能である。また、「最近の電子写真現像システムとトナー材料の開発・実用化」139〜148頁、電子写真学会編「電子写真技術の基礎と応用」497〜505頁(コロナ社、1988年刊)、原崎勇次「電子写真」16(No.2)、44頁(1977年)等に記載の各種の荷電制御剤も利用可能である。
After the colorant particles are dispersed in the carrier liquid (a dispersant may be used if necessary), the chargeant is added to the carrier liquid to charge the colorant particles, and the charged colorant The ink Q is obtained by dispersing particles in a carrier liquid. When dispersing the colorant particles, a dispersion medium may be added as necessary.
As an example of the charge control agent, various materials used in electrophotographic liquid developers can be used. Also, “Recent development and commercialization of electrophotographic development systems and toner materials”, pages 139 to 148, “The Basics and Applications of Electrophotographic Technology” edited by Electrophotographic Society, pages 497 to 505 (Corona Inc., published in 1988), Yuji Harasaki Various charge control agents described in “Electrophotography” 16 (No. 2), p. 44 (1977) can also be used.
なお、色材粒子は、制御電極に印加される駆動電圧と同極性であれば、正電荷および負電荷のいずれに荷電したものであってもよい。
また、色材粒子の荷電量は、好ましくは5〜200μC/g、より好ましくは10〜150μC/g、さらに好ましくは15〜100μC/gの範囲である。
The color material particles may be positively charged or negatively charged as long as they have the same polarity as the drive voltage applied to the control electrode.
The charge amount of the color material particles is preferably in the range of 5 to 200 μC / g, more preferably 10 to 150 μC / g, and still more preferably 15 to 100 μC / g.
また、荷電制御剤の添加によって誘電性溶媒の電気抵抗が変化することもあるため、下記に定義する分配率Pを、好ましくは50%以上、より好ましくは60%以上、さらに好ましくは70%以上とする。
P=100×(σ1−σ2)/σ1
ここで、σ1は、インクQの電気伝導度、σ2は、インクQを遠心分離器にかけた上澄みの電気伝導度である。電気伝導度は、LCRメーター(安藤電気(株)社製AG−4311)および液体用電極(川口電機製作所(株)社製LP−05型)を使用し、印加電圧5V、周波数1kHzの条件で測定を行った値である。また遠心分離は、小型高速冷却遠心機(トミー精工(株)社製SRX−201)を使用し、回転速度14500rpm、温度23℃の条件で30分間行った。
以上のようなインクQを用いることによって、荷電粒子の泳動が起こりやすくなり、濃縮しやすくなる。
In addition, since the electric resistance of the dielectric solvent may change due to the addition of the charge control agent, the distribution ratio P defined below is preferably 50% or more, more preferably 60% or more, and even more preferably 70% or more. And
P = 100 × (σ1−σ2) / σ1
Here, σ1 is the electrical conductivity of the ink Q, and σ2 is the electrical conductivity of the supernatant obtained by applying the ink Q to the centrifuge. The electrical conductivity was measured using an LCR meter (AG-4311 manufactured by Ando Electric Co., Ltd.) and an electrode for liquid (LP-05 type manufactured by Kawaguchi Electric Manufacturing Co., Ltd.) under the conditions of an applied voltage of 5 V and a frequency of 1 kHz. This is the measured value. Centrifugation was performed for 30 minutes using a small high-speed cooling centrifuge (Tomy Seiko Co., Ltd. SRX-201) under conditions of a rotational speed of 14500 rpm and a temperature of 23 ° C.
By using the ink Q as described above, migration of charged particles is likely to occur, and concentration is facilitated.
インクQの電気伝導度は、100〜3000pS/cmが好ましく、より好ましくは150〜2500pS/cm、さらに好ましくは200〜2000pS/cmである。以上のような電気伝導度の範囲とすることによって、制御電極に印加する電圧が極端に高くならず、隣接する記録電極間での電気的導通を生じさせる懸念もない。
また、インクQの表面張力は、15〜50mN/mの範囲が好ましく、より好ましくは15.5〜45mN/m、さらに好ましくは16〜40mN/mの範囲である。表面張力をこの範囲とすることによって、制御電極に印加する電圧が極端に高くならず、ヘッド周りにインクが漏れ広がり汚染することがない。
さらに、インクQの粘度は0.5〜5mPa・secが好ましく、より好ましくは0.6〜3.0mPa・sec、さらに好ましくは0.7〜2.0mPa・secである。
The electrical conductivity of the ink Q is preferably 100 to 3000 pS / cm, more preferably 150 to 2500 pS / cm, and still more preferably 200 to 2000 pS / cm. By setting the electric conductivity in the above range, the voltage applied to the control electrode does not become extremely high, and there is no fear of causing electrical continuity between adjacent recording electrodes.
The surface tension of the ink Q is preferably in the range of 15 to 50 mN / m, more preferably 15.5 to 45 mN / m, and still more preferably 16 to 40 mN / m. By setting the surface tension within this range, the voltage applied to the control electrode does not become extremely high, and the ink does not leak around the head to be contaminated.
Furthermore, the viscosity of the ink Q is preferably 0.5 to 5 mPa · sec, more preferably 0.6 to 3.0 mPa · sec, and still more preferably 0.7 to 2.0 mPa · sec.
このようなインクQは、一例として、色材粒子をキャリア液に分散して粒子化し、かつ、荷電調整剤を分散媒に添加して、色材粒子に荷電を生じさせることで、調製できる。具体的な方法としては、以下の方法が例示される。
(1)色材あるいはさらに分散樹脂粒子をあらかじめ混合(混練)した後、必要に応じて分散剤を用いてキャリア液に分散し、荷電調整剤を加える方法。
(2)色材、あるいはさらに分散樹脂粒子および分散剤を、キャリア液に同時に添加して、分散し、荷電調整剤を加える方法。
(3)色材および荷電調整剤、あるいはさらに分散樹脂粒子および分散剤を、同時にキャリア液に添加して、分散する方法。
As an example, such an ink Q can be prepared by dispersing color material particles in a carrier liquid to form particles, and adding a charge adjusting agent to the dispersion medium to cause the color material particles to be charged. Specific methods include the following methods.
(1) A method in which a color material or further dispersed resin particles are mixed (kneaded) in advance, and then dispersed in a carrier liquid using a dispersant as required, and a charge adjusting agent is added.
(2) A method in which a coloring material, or further dispersed resin particles and a dispersing agent are simultaneously added to a carrier liquid, dispersed, and a charge adjusting agent is added.
(3) A method in which a coloring material and a charge adjusting agent, or further dispersed resin particles and a dispersing agent are simultaneously added to a carrier liquid and dispersed.
以上、本発明のインクジェット記録装置ついて詳細に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよいのは、もちろんのことである。 The inkjet recording apparatus of the present invention has been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various improvements and modifications may be made without departing from the gist of the present invention. Of course.
例えば、以上の例は、本発明のインクジェット記録装置を、色材粒子(色材を含む荷電した粒子)をキャリア液に分散してなるインクを用いる濃縮タイプの静電式インクジェット記録装置に利用したものであるが、本発明は、これに限定はされず、荷電粒子を含有するインクを用いない、非濃縮タイプの静電式インクジェット記録装置にも好適に利用可能である。 For example, in the above example, the ink jet recording apparatus of the present invention is used for a concentration type electrostatic ink jet recording apparatus that uses ink in which color material particles (charged particles including a color material) are dispersed in a carrier liquid. However, the present invention is not limited to this, and can be suitably used for a non-concentrated electrostatic ink jet recording apparatus that does not use ink containing charged particles.
10 (インクジェット)記録装置
12 吐出ヘッド
12a インク流入口
12b インク排出口
14 メインタンク
16 供給サブタンク
18 回収サブタンク
20 インク循環系
22 補充液タンク
24 インク循環ポンプ
26 濃度センサ
28、29 フィルタ
32、34、36、46 インク供給流路
38、42、44 インク回収流路
48 切換弁
50 連通配管
62、64 オーバーフロー管
72 ヘッド基板
74 吐出基板
76 インクガイド
78 インク流路
80 浮遊導電板
82 第1制御電極
84 第2制御電極
86 絶縁性基板
88 ガード電極
90,92,94 絶縁層
96 吐出口
98 先端部分
114 インク回収容器
116 インク流量調整室
120 インク循環装置
122 補給用インクタンク
123a、123b、123c、123d、129、131 配管
125 フィルタ
126a、126b 電磁弁
124、128 ポンプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 (Inkjet)
Claims (10)
前記インクが貯留されるメインタンクと、前記吐出ヘッドにインクを静圧方式で供給するための供給サブタンクと、前記メインタンク及び前記供給サブタンクのインク液面の上方に形成される空間同士を連通する連通配管とを含み、前記メインタンク、前記供給サブタンク及び前記吐出ヘッドとの間でインクを循環させるインク循環系を有し、
前記インク循環系内を大気から密封可能に形成し、
前記インク循環系の少なくとも一部に、前記インク循環系内を密封したときの当該インク循環系の内圧を調整する圧力調整体を備えることを特徴とするインクジェット記録装置。 An inkjet recording apparatus having an ejection head for ejecting ink,
A main tank in which the ink is stored, a supply subtank for supplying ink to the ejection head in a static pressure manner, and a space formed above the ink liquid level of the main tank and the supply subtank communicate with each other. An ink circulation system that circulates ink between the main tank, the supply sub-tank, and the ejection head.
The inside of the ink circulation system is formed so as to be sealed from the atmosphere,
An ink jet recording apparatus comprising: a pressure adjusting body that adjusts an internal pressure of the ink circulation system when the inside of the ink circulation system is sealed in at least a part of the ink circulation system.
前記回収インクタンクは、鉛直方向において前記吐出ヘッドよりも低い位置に配置され、オーバーフローによって圧力ヘッドを一定に保ちつつ、前記吐出ヘッドからインクを回収し、
前記連通配管が、前記回収サブタンクに貯留されているインクの液面上方の空間と接続されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載のインクジェット記録装置。 The ink circulation system further includes a collection subtank for collecting and storing ink that does not contribute to ejection from the ejection head;
The recovery ink tank is disposed at a position lower than the ejection head in the vertical direction, and collects ink from the ejection head while keeping the pressure head constant by overflow,
The ink jet recording apparatus according to claim 1, wherein the communication pipe is connected to a space above a liquid level of ink stored in the recovery sub tank.
前記吐出ヘッドが、静電力を利用して前記インクを吐出する静電式のインクジェットヘッドであることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載のインクジェット記録装置。 The ink is an ink obtained by dispersing charged fine particles containing at least a coloring material in an insulating dispersion medium,
The inkjet recording apparatus according to claim 1, wherein the ejection head is an electrostatic inkjet head that ejects the ink using electrostatic force.
Priority Applications (1)
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