JP2017074712A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高速度印字可能なインクジェット記録装置を実現する。【解決手段】インク液滴を噴射する噴射部と、前記インク液滴を帯電させる帯電電極と、帯電した前記インク液滴の飛翔方向を偏向させる偏向電極と、印字に使用しないインク液滴を回収する回収部を備えたインクジェット装置において、不要インク液滴を回収する手段の内壁に周方向の異径リングを形成したことにより、不要インク液滴が回収する手段の内壁に周方向に広がり、全体として、スラグ流れとしてインクが流れ、インクの回収量が増加することにより、高速のインクジェット記録装置が提供される。【選択図】 図１

Description

本発明は、インクジェット記録装置に関する。

インクジェット記録装置のうち、連続吐出型インクジェット装置は、家庭用又はオフィス用プリンタで使用されるオンデマンド型インクジェット装置に比較し、高信頼性及び高メンテナンス性を有した高安定な液滴吐出装置である。

産業用連続吐出型インクジェット記録装置は、最近生産ラインのライン速度の増加に対応して高速化のニーズが高まっている。高速化すると、インクの循環量が増加し、ガターからのインクの回収が追いつかず、溢れたり配管に詰まったりする問題があった。

そこで、従来、以下の特許文献１にも開示されるように、連続吐出型インクジェット記録装置では、ガターからの回収回路を流路抵抗が小さい回路と大きい回路に分岐させ、インクの粘度の違いにより流す回路を変更するような試みが行われてきた。

また、以下の特許文献２にも開示されるように、インクジェット記録装置では、液体の受け部に液体吸収材を置き、そこから液体誘導手段で排出するようなことも行われた。

また、以下の特許文献３にも開示されるように、連続吐出型インクジェット記録装置では、ガターの受け部内壁に撥水膜を施すことも行われた。

特開2008-137199号公報 特開2008-80585号公報 特開2006-103092号公報

しかしながら、上記特許文献に記載されているガター構造では、ガター内に飛び込んだインク液滴がガターの内壁に衝突した後、内壁を伝わって下流に流れるため、その液層の上を空気が流れる層状流（混相流体力学の専門用語）で流れてしまうことが頻繁に発生した。この層状流は、上層の空気の密度が下層の液に比べて小さいため高速となり、液の流量に比べて空気の流量が多くなり、インク液の流量が小さいことが問題となっていた。

そこで、本発明では、インクジェット装置、（又は、コンティニアス・インクジェット装置）におけるインク液を回収するガターに関する上記課題を解決し、もって、高速度印字のインクジェット記録装置を提供することをその目的とする。

本発明では、上述した目的を達成するため、インク液滴を噴射する噴射部と、前記インク液滴を帯電させる帯電電極と、帯電した前記インク液滴の飛翔方向を偏向させる偏向電極と、印字に使用しないインク液滴を回収する回収部を備えたインクジェット装置において、前記回収部の内壁に周方向の異径リングを形成したことを特徴とする。

本発明によれば、高速度で印字可能なインクジェット記録装置及び方法を実現することができる。

本発明の第１の実施例である連続吐出型インクジェット記録装置の要部構成図である。 本発明の第１の実施例である連続吐出型インクジェット記録装置の要部拡大図である。 本発明の第１の実施例である連続吐出型インクジェット記録装置の効果説明図である。 本発明の第１の実施例である連続吐出型インクジェット記録装置の要部断面図である。 本発明の第２の実施例である連続吐出型インクジェット記録装置の要部断面図である。 本発明の第３の実施例である連続吐出型インクジェット記録装置の要部断面図である。 本発明が適用されるインクジェット装置の全体概略構成図である。 本発明とは異なる従来例であり、本発明との比較のための要部構成図である。

連続吐出型インクジェット記録装置は、産業用として生産ライン上の飲料缶、瓶や商品を詰めた袋に直接、賞味期限やバーコードなどを印字するのに使用されている。また、高信頼性、高メンテナンス性、及び高安定性が要求される液体を利用した機能インク塗布やパターニングが必要な電子機器などの製造にも応用が可能である。また、本装置は３次元の造形、例えば３Ｄプリンタとしても使用できる。

連続吐出型インクジェット記録装置では、インクタンクに蓄えられた液体（インク）をポンプなどで加圧し、微細なノズルから連続的に噴出させる。そこへ、圧電素子等による加振により振動させ、噴出する液体に揺らぎを与え、吐出するインク柱を切断することで、インクの微小液滴を飛翔させる。このとき、インク柱を切断する液滴形成位置に帯電電極を近接配置し、インクの微小液滴に電界を付与することで、形成される液滴を帯電する。

帯電した液滴は、帯電電極の下流位置に配置された偏向電極に電圧が印加されることで発生する電界の中で、帯電有無やその大きさ（帯電量）により、その飛翔する方向が制御される。この方式においては、吐出後の液体（インク）への帯電量を制御して液体の偏向に用いていることから、液滴の吐出制御を１滴ごと行う必要がなく、装置の構成が簡単となる。また、連続して液滴吐出を行うため、ノズルづまりが発生し難く、高い信頼性を確保できる。またこの方式では、粒子の帯電量に応じて、粒子の偏向量を変化させて文字などを印字させる。帯電させない粒子は、直進し、ガターと呼ばれる回収装置に侵入し、回収され、再度ポンプで加圧されてインクとして循環利用される。

以下、添付図面を参照しながら詳細に説明する本発明の実施例では、回収部の内壁に周方向の異径リングを有することにより、ガターに侵入したインク液滴がこの溝にトラップされ、表面張力により溝内の周方向に広がり、ガター内半径方向にふさぐインクの塊となる。この塊の下流は、ガターの下流の回収ポンプで低圧となり、引っ張られてガター内を下流へ輸送される。同様に次々に、インクの塊が生成され、下流に移送される。このような、液の塊と空気の塊が互い違いに並んで輸送される流れを混相流体力学の専門用語でスラグ流と言う。この流れをスラグ流化することにより、インクが高速で下流に輸送されるようになり、高速印字に対応したインクジェット記録装置が提供される。

また、本発明では、前記に記載したインクジェット記録装置において、ガター内壁の溝は、出っ張りでも良い。

まず、本発明の実施例であるインジェット記録装置の全体構成について説明する。

図７は、本発明の実施例であるインジェット記録装置の全体構成図である。図７において、インクジェット記録装置は、インクジェット駆動部と、インク濃度制御部と、記録媒体搬送制御部を備えている。

インクジェット駆動部は、インクジェットヘッド３２と、液体貯蔵槽４３と、インクジェットヘッド３２内の圧電素子に交流電圧を供給する交流電源４７と、各液滴に帯電電荷を与える帯電電極及び液滴を偏向させる偏向電極に電圧を供給する制御電圧電源３３と、インクジェットヘッド３２に対する液体の供給を行うポンプ４６と、ガター１３で集めた不要なインクを回収するポンプ３６と、各部の動作を制御するメイン制御装置３７とを備えている。

また、インク濃度制御部は、インクジェットヘッド３２に供給する液体貯蔵槽４３内の液体の濃度を調整するものである。具体的には、液体貯蔵槽４３内の液体濃度を測定する手段である濃度測定器４０と、液体貯蔵槽４３内の液体を希釈するために使用する液体溶媒を貯蔵する溶媒貯蔵槽４１と、溶媒貯蔵槽４１内の溶媒をインクジェット駆動部の液体貯蔵槽４３に供給するポンプ４２と、それらを制御するためのインク濃度制御装置３９とを備える。

また、記録媒体搬送制御部は、記録媒体の搬送機構４５と、搬送制御装置４４とからなり、記録対象物をインク噴出方向と直角方向に移動させることができる。

そして、上記構成において、インクジェット駆動部のメイン制御装置３７は、記録するパターンデータ（図示せず）を外部から受信すると、液体供給／回収ポンプ４６、３６、圧電素子駆動交流電源４７、帯電電圧／偏向電圧を供給する制御電圧電源３３を制御することにより、記録するパターンデータに従って、帯電電極信号電圧を帯電電極部（ここでは図示せず）へ、偏向電極信号電圧を偏向電極（ここでは図示せず）へ出力する。これにより、液体（インク）の吐出を制御する。

また、インクジェット駆動部のメイン制御装置３７は、記録媒体搬送制御部の搬送制御装置４４と通信することで、印字体１６のハンドリングを行う。さらに、インクジェット駆動部のメイン制御装置３７は、インク濃度制御部のインク濃度制御装置３９と通信を行い、液体貯蔵槽４３内の液体濃度が所定の濃度であることを確認すると共に、所定の濃度の液体をインクジェットヘッド３２に供給するように制御を行う。

ただし、インクジェットヘッド３２内において、インク形成領域には液滴形状観測装置４９を設置し、これにより得られた情報をメイン制御装置３７にフィードバックし、このフィードバックした情報を基にして算出した適正入力値を圧電素子に入力することにより、均一なインクの吐出について、その安定化を図る構成であっても良い。

（第１の実施例）
以下に述べる本発明の実施例は、図７に示したインクジェット記録装置のうちの連続吐出型インクジェット記録装置に適用した場合の例である。

本発明の第１の実施例である連続吐出型インクジェット記録装置（又は、コンティニュアス・インクジェット装置）における、特に、インクジェットヘッドのノズルから印字体までの概略構造について、図１，２，３，４を用いて説明する。

図１は、本発明の第１の実施例の要部概略構成図であり、図７のインクジェットヘッド３２の内部構成を示す図である。図２はガター１３付近の詳細説明図、図３はガター１３付近の効果説明図、図４は図２のＡＡ断面矢視図である。

図１において、本発明の連続吐出型インクジェット記録装置のインクジェットヘッドは、液滴を吐出するインク室１を備えたノズルヘッド２と、形成した液滴を個別に帯電するための帯電電極３、８と、帯電した液滴を電界により偏向するための一対の偏向電極５、１１と、印字に使われなかった液滴を再使用するため、当該液滴を回収するガター１３とを備えている。偏向電極５、１１は互いに平行な対向面をもつように設置されている。このような構成においてガター１３には、周方向の溝２０が設けられている。図２はガター１３の拡大図であり、図３はガター１３付近の効果説明図である。図４は図２のＡＡ断面矢視図である。

図８は本発明とは異なる例（従来例）であり、本発明との比較のための比較例を示す図である。

図１に示した構成において、ノズルヘッド２のノズルから吐出した液柱７は、ノズルヘッド２におけるインク室１の上部から付与される振動により切断され、図示するように、液滴列を形成する。ここで、ノズルヘッド２の筐体全体は接地状態となっている。そして、形成された液滴は、帯電電極基板４、９上に形成され、液滴の飛翔方向と平行になるように近接して配置された帯電電極３、８により負に帯電される。

ここで、帯電電極３、８は、任意のタイミングで任意の電圧を帯電電圧コントローラ１４より液滴に投入（印加）することにより、個々の液滴を、目的とする印字形態に応じて帯電することができる構成となっている。

なお、このとき、液柱７の切断点（この液柱の切断により、液滴が形成される）は、液滴列に対応して設けられた帯電電極３、８上に位置するようになっている。また、帯電電極３、８は、液滴列がその幅方向（図の紙面に垂直な方向）における中心付近を通過するように配置されていることが好ましい。

ここで、帯電工程のインク飛翔方向の下部（上記帯電電極３、８の下方）には、電界により帯電液滴１２を任意の方向に偏向するための偏向電界を形成する、所謂、偏向電極が設置されている。これら偏向電極は、接地偏向電極５（第１偏向電極）と高電圧偏向電極１１（第２偏向電極）とから構成され、かつ、これらが互いに平行に向かい合う形で配置されており、電気力線は偏向電極面５、１１に垂直であり、互いに平行に形成される。

この偏向電界が形成された領域内を、帯電電極３、８を通過した後の液滴（帯電した液滴と帯電していない液滴とを含む）が飛翔することにより、帯電液滴１２は、偏向電界の影響により、帯電符号と逆の電極１１に接近する方向に偏向され、印字体１６に着弾し印字パターンを形成する。帯電量の多い液滴が正側電極に近づくため、大きな字を印字するためにインク入射線１’は接地した偏向電極５の面に近くの位置に設定される。

このとき、図８の従来例においては、ガター１３の内壁に衝突した液滴は、液層６’となって下流に流れていく。このとき、液層６’の上には空気層の流れ２２が生じ、空気ばかり流れて、液の流量が少ないことが問題となっていた。

図１に示す本発明の第１の実施例では、ガター１３は管状で曲がっており、その内壁に周方向異径リング、ここでは溝２０が設けられている。この溝の詳細を図２に、またその断面を図４に示す。図３に示すように、インク液滴が周方向溝２０にトラップされ、溝に沿って周方向に表面張力によって液が広がり、液がガターの断面を覆うまでたまる。その後、ガターの下流は、ポンプで引かれているため、圧力が低くなり、インクの塊６”には上流と下流での圧力差が働き、インクの塊６”は、溝から離れて下流に輸送されるようになる。次に内壁に衝突したインク滴は、同様に溝２０にトラップされ、同様にインクの塊になるまで成長し、同様に下流に輸送される。このようにして、インクの塊と空気の塊が交互に流れる状況は、スラグ流と呼ばれる。このように流れが層状流からスラグ流と変化することにより、インクの輸送流量が増加する効果がある。

溝２０の深さ寸法としては、例えば、ガター内径の１/５以下程度が好ましい。幅寸法は、ガター内径以下程度が望ましい。また、この実施例では、インク液滴が衝突する位置に溝が設けられているが、そこからずれた位置に設置しても良い。インク液滴が衝突する位置に溝を設けるとき、最も溝にトラップされやすい。

また、図１の例では、図の左側を接地偏向電極５として、右側を高電圧偏向電極１１として記載しているが、これらの偏向電極に印加される電圧は、これとは逆に偏向電極１１を接地し、偏向電極５を負電圧にしても良い。また、インク液滴を正に帯電する場合は、偏向電極の電圧が正負逆となるのは言うまでもない。

また、帯電電極３、８と偏向電極５、１１との間には、高電圧偏向電極１１からの電界の影響を遮断することを目的として、電界シールド部材１０が設置されている。この電界シールド部材１０は導電性の部材から構成されており、この電界シールド部材１０は、図１にも示すように、帯電電極３、８及びその周辺に対して高電圧による電界の影響を及ぼさないよう、接地状態にすることが好ましい。

また、帯電させたインク粒子をガターに侵入させて回収するようにしても良い。

このように構成することにより、回収するインク量を多く設定できる効果がある。

以上のように、本発明の第１の実施例によれば、高速度で印字可能なインクジェット記録装置を実現することができる。

（第２の実施例）
次に、本発明の第２の実施例について説明する。

図５は、本発明の第２の実施例の要部構成図である。図５に示していない他の構成は図１の例と同等の構成となっている。図５において、ガター１３の内壁には周方向に異径リングとして、突起２１が形成されている。このように構成すると、突起と内壁が作る隅角にインク液滴がトラップされ、表面張力によって、隅に沿って液が周方向に広がる。本発明の第２の実施例によれば、管の剛性強度を確保したまま、第１の実施例と同様な効果を得ることができる。

（第３の実施例）
次に、本発明の第３の実施例について説明する。
図６は、本発明の第３の実施例の要部構成図である。図６に示していない他の構成は図１の例と同等の構成となっている。ガター１３は、第１部材１３’と第２部材１３”の２部材を接合したものから構成され、その接合部に溝２０を設けてある。

本発明の第３の実施例によれば、第１の実施例と同様な効果を得ることができるほかガター１３の内壁に溝を形成する加工が容易になる効果がある。

また、溝２０を設けずに、接合部自体を異径リングとして機能させても良い。例えば第１部材１３’と第２部材１３”の内径を異ならしめることが考えられる。

以上のように、各実施例を用いて詳細に説明した、インク液を回収するガターの内壁に周方向の溝や突起等を形成することにより、インクの回収量を増加させ、高速印字が可能なインクジェット記録装置を提供できる効果がある。具体的には、インク液滴を噴射する噴射部であるノズルヘッド２と、前記インク液滴を帯電させる帯電電極３と、帯電した前記インク液滴の飛翔方向を偏向させる偏向電極１１と、印字に使用しないインク液滴を回収する回収部であるガター３を備えたインクジェット装置において、前記回収部の内壁に周方向の異径リングを形成したものを用いればよい。

ここで異径リングとは、インク液滴をトラップする作用を狙うものであり、完全なリング状（同心円で径が異なる外縁と内縁を持つもの）には限られない。流れを層状流からスラグ流と変化させることができるものであれば、各実施例と同種の効果を得ることができる。

１・・・インク室、１’・・・インク入射線、２・・・ノズルヘッド、２’・・・ノズル出口、３・・・帯電電極、４、９・・・帯電電極基板、５・・・偏向電極、６・・・液滴、６’・・・液層、６”・・・液スラグ、７・・・液柱、８・・・帯電電極、１０・・・電界シールド部材、１１、１１ａ・・・偏向電極、１２・・・液滴（帯電）、１３・・・ガター、１３’・・・ガター第１部材、１３”・・・ガター第２部材、１４・・・帯電電圧コントローラ、１５・・・偏向電圧コントローラ、１６・・・印字体、２０・・・溝、２１・・・突起、２２・・・空気の流れ、３２・・・インクジェットヘッド、３３・・・制御電圧電源、３６，４６・・・ポンプ、３７・・・メイン制御装置、３９・・・インク濃度制御装置、４０・・・濃度測定器、４１・・・溶媒貯蔵槽、４２・・・ポンプ、４３・・・液体貯蔵槽、４７・・・交流電源、４４・・・搬送制御装置、４５・・・搬送機構、４７・・・圧電素子駆動交流電源、４９・・・液滴形状観測装置

Claims (4)

1. インク液滴を噴射する噴射部と、前記インク液滴を帯電させる帯電電極と、帯電した前記インク液滴の飛翔方向を偏向させる偏向電極と、印字に使用しないインク液滴を回収する回収部を備えたインクジェット装置において、前記回収部の内壁に周方向の異径リングを形成したことを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 請求項１に記載したインクジェット記録装置において、該周方向の異径リングが溝であることを特徴とするインクジェット記録装置。
3. 請求項１に記載したインクジェット記録装置において、該周方向の異径リングが突起であることを特徴とするインクジェット記録装置。
4. 請求項１乃至３に記載したインクジェット記録装置において、該周方向の異径リングが接合部であることを特徴とするインクジェット記録装置。

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