JP2008132701A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】紫外線硬化型インクを用いながら、内部でインクが増粘することがなく長寿命なインクジェット記録ヘッドを提供する。
【解決手段】インクジェット記録ヘッド１０内部で空気との接触が遮断されたインクが滞留する部分を酸素透過性に富むシリコン樹脂膜などの酸素透過膜１２で覆い、インク中の酸素濃度を上げることで増粘を防ぐことができる。酸素透過膜１２はノズルプレート３０に設けられたノズルプレート開口部３１を塞ぐ形でノズルプレート３０に代わって壁面を構成し、内側では共通流路１４の壁面の一部を構成する形でインクに接触し、外気中から酸素をインクに供給する。酸素透過膜１２が設けられた部位はザグリプレート３２にもザグリ開口部３６が設けられ、外気との接触を妨げない構造となっている。
【選択図】図１

Description

本発明はインクジェット記録ヘッドに関し、特に紫外光硬化型インクを用いるインクジェット記録ヘッドに関する。

近年、インクジェットプリンタに代表される液滴吐出装置では高画質記録と高速記録の両立が求められている。特に、インクの滲みや裏写りが発生しやすい普通紙に対しても、高い画質で記録を実行できる液滴吐出装置が強く求められている。

しかし、従来用いられてきた水性インクは普通紙に対しては乾燥性・耐水性が悪く、また非浸透紙に対しては定着性がないため、これに代えて紫外線硬化型インクを用いる試みがなされている。この紫外線硬化型インクとしては、アクリル系組成物を中心としたラジカル重合型紫外線硬化型インクとカチオン重合型紫外線硬化型インクがある。

上記のカチオン重合型紫外線硬化型インクは酸素阻害作用をうけることがないが、重合反応の性質上、分子レベルの水分（湿度）の影響を受けやすい。そのため、環境湿度が高い状況下では硬化しにくいか、又は硬化しないため、インクジェット記録用としては使いにくい。

一方、ラジカル重合型紫外線硬化型インクは、その重合メカニズム上、酸素が介在した環境では酸素阻害作用を受けるため硬化性が落ちる。したがってこれを補うために硬化性を増感させると、ヘッド内部で空気との接触が遮断された状態で長時間放置された場合、重合がすすみ増粘しやすい。

ヘッド内に充填された紫外線硬化型のインクが増粘すると、インク流路の流路抵抗が非常に大きくなるため、必要量の液滴を吐出させづらくなり、また各イジェクタに対して十分なインク供給を行うことができなくなり、安定な液滴吐出を実行することが困難となってしまう。

すなわち、図４に示すようにインクジェット記録ヘッド１００においては共通流路１１４から供給されたインクが圧力室１２４でピエゾ素子１２６の作動によって振動した振動板１２８に加圧され、ノズル１２２から液滴となって吐出されるが、特に共通流路１１４で滞留したインクが酸素の不在により増粘し、圧力室１２４への供給、吐出されたインクのリフィルなどに支障を来す虞がある。

これに対して、インク流路への外部からの紫外線を遮断し、インク流路内での紫外線硬化型インク増粘を防ぐ構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）が、空気との長時間遮断による増粘には対応できていない。

また、光硬化型インクを用いるインクジェットプリンタにおいて、光硬化型樹脂分と反応開始剤とが別々に保存され、別々のノズルから吐出され印字される構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし上記例では光硬化型樹脂分と反応開始剤とを別々に保存／吐出する系をそれぞれ設ける必要があり、装置の複雑化／大型化／コスト増大の原因となってしまう。

さらに、インク製造時にインク中の溶存酸素濃度を所定の値に調整したインク及びプリンタの構成が開示されている（例えば、特許文献３参照）が、使用中のインクに関して酸素濃度変動を解消することはできない。このため担保できるのは出荷時の性能であり、実際に使用中のインク増粘に対しては対応できない。

そこで本発明では紫外線硬化型インクを使用した場合に生じる上記問題点を解決し、普通紙に対しては耐水性に優れ、非浸透紙に対しては定着性のよい紫外線硬化型インクを用いながら、内部でインクが増粘することがなく長寿命なインクジェット記録ヘッドを提供することを目的とする。
特開２００４−２８４２１０号公報 特開２００１−１５０７９４号公報 特開２００４−１９６９３６号公報

本発明は上記事実を考慮し、紫外線硬化型インクを用いながら、内部でインクが増粘することがなく長寿命なインクジェット記録ヘッドを提供することを目的とする。

請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドは、圧力室内の紫外光硬化型のインクをノズルより吐出するインクジェット記録ヘッドであって、前記圧力室に前記インクを補充するインク流路の少なくとも一面を酸素透過性のある膜で構成し、前記膜の一部は外気に接していることを特徴とする。

上記構成の発明では、酸素阻害によって酸素が遮断された部位のインクの増粘が懸念される部分を酸素透過性に富む膜で覆い、インク中の酸素濃度を維持することでインクの増粘を防ぐことができる。

請求項２に記載のインクジェット記録ヘッドは、前記膜はシリコン樹脂製であることを特徴とする。

上記構成の発明では、酸素阻害によって酸素が遮断された部位のインクの増粘が懸念される部分を酸素透過性に富むシリコン樹脂膜で覆い、インク中の酸素濃度を維持することでインクの増粘を防ぐことができる。

請求項３に記載のインクジェット記録ヘッドは、前記膜に紫外光遮蔽性を有する素材を含有させたことを特徴とする。

上記構成の発明では、インク中の酸素濃度を維持するため酸素透過性に富む膜で覆われた部位からの紫外線漏れによるインク増粘を紫外光遮蔽性を有する素材で防ぐことができる。

請求項４に記載のインクジェット記録ヘッドは、前記素材は酸化チタンであることを特徴とする。

上記構成の発明では、インク中の酸素濃度を維持するため酸素透過性に富む膜で覆われた部位からの紫外線漏れによるインク増粘を紫外光遮蔽性を有する素材である酸化チタンで防ぐことができる。

請求項５に記載のインクジェット記録ヘッドは、前記膜に補強材を設けたことを特徴とする。

上記構成の発明では、酸素透過のための膜が印字装置本体の振動等を受けて微動し、その振動波がノズルのメニスカスを乱すことにならないように補強材を設け、正確にインク滴の吐出を行うことができる。

本発明は上記構成としたので、紫外線硬化型インクを用いながら、内部でインクが増粘することがなく長寿命なインクジェット記録ヘッドとすることができた。

＜第１実施形態＞
図１には本発明の第１実施形態に係るインクジェット記録ヘッドが示されている。

図１に示すようにインクジェット記録ヘッド１０は、共通流路１４から供給されるインクを、１面が振動板２８によって形成された圧力室２４に溜め、振動板２８に設けられたピエゾ素子２６が図示しない制御部からの吐出信号によって作動し、振動板２８を振動させることによって圧力室２４内のインクを加圧するイジェクタ２０が所定の間隔で配列され、構成されている。

加圧された圧力室２４内のインクはノズル２２から液滴となって吐出され、普通紙やインクジェット専用紙などに着弾し、所望の画像を形成する。形成されたインク画像は図示しない紫外線照射手段にて紫外線が照射され、硬化することによって用紙上に定着され、画像として出力される。

このような紫外線硬化型インクを用いるインクジェット記録ヘッド１０においては、装置を長期間使用しなかった場合、酸素阻害によって酸素が遮断された部位のインクの増粘が懸念される。

すなわちインクジェット記録ヘッド１０内では特に共通流路１４付近のインク増粘が問題となる。前述のように紫外線硬化型インクは酸素が介在した環境では酸素阻害作用を受けるため硬化性が落ちるが、これを補うために硬化性を増感させると、インクジェット記録ヘッド１０内部で空気との接触が遮断された状態でインクが長時間放置された場合、インク内で重合がすすみ増粘しやすい。

この増粘したインクを用いると共通流路１４などのインク流路の流路抵抗が非常に大きくなるため、必要量の液滴を吐出させづらくなり、また各イジェクタ２０に対して十分なインク供給を行うことができなくなり、吐出間隔が短くなると吐出されたインクのリフィルが正常に行われないなど、高周波で安定な液滴吐出を実行することが困難となってしまう。

そこで本発明はこれらのインクジェット記録ヘッド１０内部で空気との接触が遮断されたインクが滞留する部分を酸素透過性に富むシリコン樹脂膜などの酸素透過膜１２で覆い、インク中の酸素濃度を上げることで増粘を防ぐことができる。

図１に示すように酸素透過膜１２はノズルプレート３０に設けられたノズルプレート開口部３１を塞ぐ形でノズルプレート３０に代わって壁面を構成し、内側では共通流路１４の壁面の一部を構成する形でインクに接触し、外気中から酸素をインクに供給する。

ノズルプレート３０の外側はノズル２２の表面を保護するためザグリプレート３２が設けられているが、酸素透過膜１２が設けられた部位はこのザグリプレート３２にもザグリ開口部３６が設けられ、外気との接触を妨げない構造となっている。

これにより図１のように酸素透過膜１２を透過した酸素が共通流路１４のインク中に供給され、硬化性を増感した紫外線硬化型インクであっても酸素阻害作用により長時間放置されても増粘する虞はない。

＜第２実施形態＞
図２には本発明の第２実施形態に係るインクジェット記録ヘッドが示されている。

図２（Ｂ)に示すようにインクジェット記録ヘッド１１は、共通流路１４から供給されるインクを、１面が振動板２８によって形成された圧力室２４に溜め、振動板２８に設けられたピエゾ素子２６が図示しない制御部からの吐出信号によって作動し、振動板２８を振動させることによって圧力室２４内のインクを加圧するイジェクタ２０が所定の間隔で配列され、構成されている点は第１実施形態と同様である。

本実施形態は第１実施形態のイジェクタ２０を１列に配置したラインヘッド、もしくは行×列配置のマトリクスヘッドに適用したものである。

ノズル２２の並び方向（図中斜め矢印）にインク流路となる共通流路１４が連通し、各イジェクタ２０の支流上一部のザグリプレート３２に酸素供給のためザグリ開口部３６が開口している。この構造によりザグリ開口部３６から酸素透過膜１２を透過してインクに酸素が供給され、共通流路１４内でのノズル並び方向の酸素阻害による紫外線硬化型インクの重合進行による増粘を防ぐことができる。

ザグリプレート３２は、用紙がジャムを起こした際等に直接ノズル２２に接触して起こる物理的な損傷からノズル２２の表面を護るため、通常は金属板で作られるが、板厚を厚くするなどの方法でザグリプレート３２の強度を確保できる場合は、酸素供給のためのザグリ開口部３６をノズル開口部３４と連結し、一体開口部３５として両者を一体化すればさらに酸素供給効果を高めることができる。

＜第３実施形態＞
図３には本発明の第３実施形態に係るインクジェット記録ヘッドが示されている。

図３に示すようにインクジェット記録ヘッド１３は、共通流路１４から供給されるインクを、１面が振動板２８によって形成された圧力室２４に溜め、振動板２８に設けられたピエゾ素子２６が図示しない制御部からの吐出信号によって作動し、振動板２８を振動させることによって圧力室２４内のインクを加圧するイジェクタ２０が所定の間隔で配列され、構成されている点は第１および第２実施形態と同様である。

図３のように本実施形態では第１および第２実施形態の酸素透過膜１２に換えて紫外線遮蔽酸素透過膜１６を設けている。

第１および第２実施形態の酸素透過膜１２は、本来であれば金属製のザグリプレート３６とノズルプレート３０で覆われ、遮光されていた共通流路１４の一部をシリコン樹脂などの酸素透過性素材からなる酸素透過膜１２で置き換えた構成となっているため、この酸素透過膜１２が紫外線に対して遮光性を十分に備えていない場合、酸素透過膜１２を透過した紫外線により、酸素透過膜１２直近のインクは紫外線曝射による硬化・増粘を起こす虞がある。

そこで本実施形態ではシリコン樹脂などの酸素透過性素材中に酸化チタンなどの紫外光遮蔽物質を分散させ、紫外線遮蔽酸素透過膜１６として上記の問題を回避する。

すなわち紫外線遮蔽酸素透過膜１６で共通流路１４の一面を構成し、酸素を透過しながら外部の紫外線を遮蔽することで、共通流路１４内のインクに酸素を供給しつつ外部の紫外線による影響を避けることができる。これにより共通流路１４内での酸素阻害による紫外線硬化型インクの重合進行による増粘を防ぎながら外部の紫外線によるインクの硬化をも防ぐことができる。

なお、本実施形態では紫外線遮蔽酸素透過膜１６としてシリコン樹脂などの酸素透過性素材中に酸化チタンなどの紫外光遮蔽物質を分散させたが、酸素透過性を妨げない限りにおいては酸素透過素材の表面にＵＶフィルタ効果のあるコーティングを施す／別途ＵＶフィルタ層を設けるなどの方法を用いてもよい。

＜第４実施形態＞
本発明は図２（Ａ）に示すように、元来は金属製のザグリプレート３２／ノズルプレート３０に開口部を設け、ノズルプレート３０を酸素透過膜１２／紫外線遮蔽酸素透過膜１６で置き換えた構成であるため、開口部の強度が低下する可能性が考えられる。

このためザグリプレート３２の板厚を厚くするなどの対策が考えられるが、これに換えてザグリ開口部３６を単純な形状ではなく開口部の強度を維持する梁部材として一部を残す／メッシュ構造として強度を保つ等の形状として、開口部強度を維持してもよい。

これによりザグリ開口部３６の開口面積を大きく取りつつ、インクジェット記録ヘッド１０の共通流路１４、特にイジェクタ２０近辺の強度を保つことができる。

＜まとめ＞
以上のように、本発明に係る液滴吐出ヘッドは紫外線硬化型インクを用いながら、内部でインクが増粘することがなく長寿命なインクジェット記録ヘッドとすることができる。

以上、本発明の実施例について記述したが、本発明は上記の実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは言うまでもない。

また本発明は電気機械変換器（具体的にはピエゾアクチュエータや静電アクチュエータ）を用いたインクジェット記録ヘッドだけでなく、サーマル方式など他の吐出原理を用いたインクジェット記録ヘッドにも適用可能である。

本発明の第１形態に係るインクジェット記録ヘッドを示す図である。 本発明の第２形態に係るインクジェット記録ヘッドを示す図である。 本発明の第３形態に係るインクジェット記録ヘッドを示す図である。 従来のインクジェット記録ヘッドを示す図である。

符号の説明

１０ インクジェット記録ヘッド
１２ 酸素透過膜
１４ 共通流路
１６ 紫外線遮蔽酸素透過膜
２２ ノズル
２４ 圧力室
２６ ピエゾ素子
２８ 振動板
３０ ノズルプレート
３１ ノズルプレート開口部
３２ ザグリプレート
３４ ノズル開口部
３５ 一体開口部
３６ ザグリ開口部

Claims (5)

1. 圧力室内の紫外光硬化型インクをノズルより吐出するインクジェット記録ヘッドであって、
   前記圧力室に前記インクを補充するインク流路の少なくとも一面を酸素透過性のある膜で構成し、
   前記膜の一部は外気に接していることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. 前記膜はシリコン樹脂製であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
3. 前記膜に紫外光遮蔽性を有する素材を含有させたことを特徴とする請求項１乃至請求項２の何れか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
4. 前記素材は酸化チタンであることを特徴とする請求項３に記載のインクジェット記録ヘッド。
5. 前記膜に補強材を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。

Images