JP2019000999A

JP2019000999A - インクジェット記録装置およびインクジェット記録方法

Info

Publication number: JP2019000999A
Application number: JP2017115115A
Authority: JP
Inventors: 井上　智博; Tomohiro Inoue; 智博井上; 滋郎橋爪; Shigeo Hashizume; 孝磨佐藤; Koma Sato; 加藤　学; Manabu Kato; 加藤　　学
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2017-06-12
Filing date: 2017-06-12
Publication date: 2019-01-10
Anticipated expiration: 2037-06-12
Also published as: JP7045805B2

Abstract

【課題】印字に使用する記録インク粒子に作用する空気抵抗を印字に使用しないダミーインク粒子で低減する場合、記録インク粒子の印字位置や前方を飛翔する記録インク粒子の飛翔パターンにより空気抵抗は変化するため、印字パターン毎にダミーインク粒子の帯電量や配置の決定に時間を要する問題があった。【解決手段】印字領域の最上位に付着する記録インク粒子よりも偏向量が大きく、かつ印字領域外を飛翔するダミーインク粒子を記録インク粒子よりも早いタイミングで生成させ、記録インク粒子がダミーインク粒子の後流内を飛翔するようにする。【選択図】図１

Description

本発明は、ノズルよりインクを噴出することでインク粒子を形成し印字を行うインクジェット記録装置およびインクジェット記録方法に関する。

ノズルよりインクを噴出してインク粒子を形成後、インク粒子を帯電・偏向させて、インク粒子の偏向方向に対して、およそ直角方向に移動する被印字物に二次元マトリクスの文字等を記録するインクジェット記録装置において、記録に使用するインク粒子が近接して飛翔する場合、クーロン力や空気抵抗による相互干渉が生じる。これらの相互干渉により、インク粒子の飛翔軌跡がズレることによる印字品質の劣化（印字歪）を抑制する技術として、特許文献１がある。特許文献１には、印字に使用しないインク粒子を、印字に使用するインク粒子間に飛翔させることで、印字に使用するインク粒子に作用する空気抵抗により生ずる速度低下を低減し、印字に使用するインク粒子が所定の印字位置からずれる印字歪を低減する点が開示されている。

特開平０８−１１８６５４号公報

特許文献１では、印字に使用するインク粒子（以後、記録インク粒子）に作用する空気抵抗は、記録インク粒子の前方を飛翔する記録インク粒子の飛翔パターンにより変化するため、印字パターン毎に印字に使用しないインク粒子（以後、ダミー粒子）の帯電量や配置を決定する必要があり、その決定に時間を要する問題があった。

本発明は、上記背景技術に鑑み、その一例を挙げるならば、インク粒子を吐出するノズルと、吐出したインク粒子を帯電させる帯電電極と、帯電したインク粒子が電界中を飛翔する際にインク粒子の飛翔方向を偏向させる偏向電極とを備え、インク粒子は、印字に用いられる記録インク粒子と、印字に用いられないダミーインク粒子からなり、飛翔方向が偏向された記録インク粒子を被印字物の印字領域内に付着させて印字を行うインクジェット記録装置であって、帯電電極および偏向電極によって、被印字物の印字領域の最上位に付着する記録インク粒子よりも偏向量が大きく、かつ印字領域外を飛翔する第１のダミーインク粒子を、記録インク粒子よりも早いタイミングで複数生成する構成とする。

本発明によれば、記録インク粒子より先行して飛翔するダミーインク粒子の後流が形成した伴流層内を記録インク粒子が飛翔するため、記録インク粒子の飛翔パターンに依存せずに、記録インク粒子に作用する空気抵抗や、記録インク粒子間の空気抵抗の差を低減できるので、記録インク粒子の偏向方向および印字対象の搬送方向の印字歪を低減できる。

実施例におけるインクジェット記録装置のインク循環系およびインク粒子の飛翔形態を示す図である。実施例におけるインクジェット記録装置で被印字物に５行５列の２次元マトリクスの文字を印字する場合の被印字物上でのドット配列を示す図である。実施例におけるインクジェット記録装置のインク粒子への帯電電圧パターンの第１の例を示す図である。実施例におけるインクジェット記録装置のインク粒子の飛翔状態の説明図である。実施例におけるインクジェット記録装置のインク粒子への帯電電圧パターンの第２の例を示す図である。実施例におけるインクジェット記録装置の装置外観の概略図である。実施例におけるインクジェット記録装置の装置内部の概略図である。実施例におけるインクジェット記録装置の回路構成図である。

以下、本発明の実施例について、図面を用いて詳細に説明する。

まず、図６を用いて本実施例におけるインクジェット記録装置の外観構成について説明する。図６において、インクジェット記録装置は、制御系や循環系を収納した本体６００とインク粒子を噴出する印字ヘッド６１０と、本体６００と印字ヘッド６１０を結ぶケーブル６２０で構成されている。ケーブル６２０の長さは一般的に２〜６ｍである。本体６００には、ユーザが印字内容や印字仕様等の入力及び制御内容や装置運転状況等の表示が可能なタッチパネル式液晶パネル６３０が備えられている。印字ヘッド６１０の内部には、インク粒子を形成するノズルやインク粒子を帯電・偏向するための電極類が納められており、ステンレスのカバーで覆われている。印字ヘッド６１０の先端にはインク粒子が通過可能な開口部６４０が形成されている。また、本体６００の下部には開閉可能な扉６７０が設けられており、ここから内部メンテナンスを行うことができるようになっている。

つぎに、本体６００の内部構成について図７を用いて説明する。図７において、本体６００の上部には制御回路６４５等の電気系部品が配置されている。本体下部６８０には、電磁弁ユニット６５０、ポンプユニット６５５等の循環系制御部品が配置されており、本体下部６６０にはノズルに供給するインクを貯めたインク容器１が納められている。扉６７０を開くことで、インク容器１を本体６００から引き出せるようになっており、インクの補給、廃棄等のメンテナンスが容易にできるように構成されている。

つぎに、インクジェット記録装置の制御回路６４５について図８を用いて説明する。図８において、ＣＰＵ３００は、本実施例におけるインクジェット記録装置の制御を司る中央演算処理装置である。ＲＯＭ３１０は、ＣＰＵ３００が動作するのに必要なプログラムや制御データを記憶する読み出し専用のメモリである。ＲＡＭ３０５は、プログラム実行途上でＣＰＵ３００が扱うデータ等を一時的に記憶する書き換え可能なメモリである。バスライン３８０はＣＰＵ３００からのデータ、アドレス信号、コントロール信号全てを含む信号ラインである。インターフェース回路３１５は、データ、アドレス信号、コントロール信号等の入出力を仲介する。

ポンプ制御回路３２０は、ＣＰＵ３００からの命令に基づいて後述する供給ポンプ２、回収ポンプ１４の動作制御を行う。電磁弁制御回路３４０は、ＣＰＵ３００からの命令に基づいて後述する供給弁３３、回収弁２５、３４等のすべての電磁弁の動作制御を行う。

励振源３７０はノズル動作条件に基づいた励振信号を作成し、後述するノズル６にある圧電アクチュエータ（図示せず）を駆動する。記録信号源３６０は入力された印字データに基づいて各インク粒子の記録信号及び印字有無情報を作成後、ＲＡＭ３０５に保存し、ＣＰＵ３００からの命令に基づいて後述する帯電電極７に記録信号を印加する。
つぎに、本実施例におけるインクジェット記録装置の動作について図１から図５を用いて説明する。

図１は、本実施例におけるインクジェット記録装置のインク循環系およびインク粒子の飛翔形態を示す図である。図１において、インクのインク容器１への流入やインク容器１からの流出は、インク容器１に接続されたインク供給流路２１、インク回収流路２２、２３を通して行われる。

インク供給流路２１には、インク容器１、インクを圧送する供給ポンプ２、流路の開閉を行う供給弁３３、インク圧力を調節する調圧弁３、供給インクの圧力を計測する圧力計４、異物を除去するフィルタ５があり、インク容器１のインクを所定の圧力にてノズル６に供給するようになっている。なお、供給弁３３は、二方型電磁弁である。ノズル６から吐出したインクは、励振信号に同期して連続的に分断し、インク粒子８を形成する。

インク粒子８のうち印字に使用される記録インク粒子８Ｂは、帯電電極７に記録信号を付与することで帯電された後、偏向電界中を飛翔する。偏向電界は、一対の偏向電極である、５〜６ｋＶの高電圧が印加された高圧電極９と接地されたグランド電極１０との間に形成されており、インク粒子８は、その帯電量に応じた経路を飛翔する。印字に使用する記録インク粒子８Ｂは、ガター１１Ａを越え、被印字物１２に付着する飛翔経路２１０と飛翔経路２２０で挟まれた領域を飛翔する。そして記録インク粒子８Ｂの偏向方向に概ね直角方向に搬送される被印字物１２上に付着し、二次元マトリクスで構成される文字等の印字が行われる。

ダミーインク粒子８Ａは、飛翔経路２００を飛翔し、ガター１１Ａに取り込まれる。またダミーインク粒子８Ｃは、飛翔経路２３０を飛翔し、ガター１１Ｂに取り込まれる。ガター１１Ａ、１１Ｂは、図１に示すようにインク回収流路２２，２３が接続されている。インク回収流路２２，２３は、インクの回収中に混入した異物を取り除くフィルタ１３、ガター１１Ａ、１１Ｂに負圧を発生させる回収ポンプ１４、インク回収流路の開閉を行う回収弁２５、３４が備えられており、ガター１１Ａ、１１Ｂで取り込まれたインクをインク容器１に送って回収するようになっている。回収弁２５、３４は電磁式二方弁であり、インク回収時は開放され、インク回収流路２２、２３と連通している。

ここで、図２に示す、偏向方向に５ドット、搬送方向に５ドットで構成される５行５列の二次元マトリクスで構成される文字を、被印字物１２上に印字する場合の記録信号（帯電電圧）について図３を用いて説明する。

図３は、本実施例におけるインクジェット記録装置のインク粒子への帯電電圧パターンの例を示す図である。図３において、まず印字を行う前に伴流形成モード１４０を行う。伴流形成モード１４０では、ダミーインク粒子８Ａとダミーインク粒子８Ｃを交互に形成する。ダミーインク粒子８Ａには、飛翔経路２００を飛翔する帯電電圧Ｖ０：１０１で帯電する。またダミーインク粒子８Ｃには、飛翔経路２３０を飛翔する帯電電圧Ｖ６：１０２で帯電する。なお本実施例の場合、インク粒子は７０ｋＨｚで発生させているので、帯電電圧Ｖ０：１０１と帯電電圧Ｖ６：１０２を交互に１４．３μｓ間隔で切り替えながら帯電電極に与える。

ダミーインク粒子８Ａ、８Ｃを所定数飛翔させた後に、記録インク粒子８Ｂを飛翔させる印字モード１５０に切り替える。印字モード１５０では、インク粒子８の発生タイミングに同期させて、５段階に変化させた帯電電圧Ｖ１〜Ｖ５を帯電電極７に印加することで、記録インク粒子８Ｂを形成し、図２に示す、５ドット構成の第一列（Ｃ１）の印字を行う。

帯電電圧Ｖ１で帯電した記録インク粒子は、飛翔経路２１０を飛翔後、被印字物１２に到達し、二次元マトリクス文字のＲ１行に付着する。また、帯電電圧Ｖ５で帯電した記録インク粒子は、飛翔経路２２０を飛翔後、被印字物１２に到達し、二次元マトリクス文字のＲ５行に付着する。同様に帯電電圧Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４で帯電した記録インク粒子８Ｂは、飛翔経路２１０と飛翔経路２２０の間の領域を飛翔後、二次元マトリクス文字のＲ２，Ｒ３，Ｒ４行に付着するように設定されている。本実施例では、帯電電圧は、Ｖ６＞Ｖ５＞Ｖ４＞Ｖ３＞Ｖ２＞Ｖ１＞Ｖ０のように設定している。

第二列（Ｃ２）以降は、第一列目（Ｃ１）と同様に５段階に変化させた帯電電圧を帯電電極７に４回繰り返し与えることで、印字を行う。

以上の構成によるインク粒子の飛翔状態の説明図を図４に示す。図４に示すように、記録インク粒子８Ｂは、ダミーインク粒子８Ａ、８Ｃの後流により予め形成された伴流層（空気の流れ）内を飛翔することとなり、印字パターンによらず、空気抵抗が小さくなる。そして、第一列目（Ｃ１）と第二列目（Ｃ２）以降の印字を行う記録インク粒子８Ｂの受ける空気抵抗との差も低減できる。その結果、静電界中の飛翔時間やノズル６から被印字物１２までの飛翔時間がほぼ同じとなり、偏向方向および搬送方向の位置ずれによる印字歪を低減できる。

なお、ダミーインク粒子８Ａ、８Ｃの発生数は、記録インク粒子８Ｂの飛翔領域に、空気抵抗を低減するのに十分な伴流層を形成すればよく、１０００個程度以上のダミーインク粒子を飛翔させることが望ましいが、その個数を規定するものではない。

また、ダミーインク粒子は、図５のように帯電電圧Ｖ０：１０１を最初に印加した複数のダミーインク粒子の後に、帯電電圧Ｖ６：１０２を印加した複数のダミーインク粒子としてもよく、また、その順番を逆にしてもよいし、ランダムに行ってもよい。また帯電電圧Ｖ０、Ｖ６においてもガター１１で回収できる範囲で変化させてもよい。

また、ダミーインク粒子８Ａ、８Ｃのうち、ダミーインク粒子８Ｃのみを用いて伴流層を形成するようにしてもよい。

また、以上の実施例では、被印字物の印字領域において偏向方向の印字領域外（上下方向：Ｖ６＞Ｖ５、Ｖ０＜Ｖ１）にダミーインク粒子を偏向させるようにしたが、偏向方向においては印字領域内（Ｖ５〜Ｖ１）であって、被印字物の搬送方向において被印字物がない印字領域外にダミーインク粒子を飛翔させるようにしてもよい。また、被印字物上にダミーインク粒子による印字を許容する場合には、偏向方向において印字領域内（Ｖ５〜Ｖ１）であり被印字物の搬送方向においても被印字物があるタイミングでダミーインク粒子を飛翔させるようにしてもよい。

以上のように、本実施例では、インク粒子を吐出するノズルと、吐出したインク粒子を帯電させる帯電電極と、帯電したインク粒子が電界中を飛翔する際にインク粒子の飛翔方向を偏向させる偏向電極とを備え、インク粒子は、印字に用いられる記録インク粒子と、印字に用いられないダミーインク粒子からなり、飛翔方向が偏向された記録インク粒子を被印字物の印字領域内に付着させて印字を行うインクジェット記録装置であって、帯電電極および偏向電極によって、被印字物の印字領域の最上位に付着する記録インク粒子よりも偏向量が大きく、かつ印字領域外を飛翔する第１のダミーインク粒子を、記録インク粒子よりも早いタイミングで複数生成する構成とする。

また、さらに、帯電電極および偏向電極によって、被印字物の印字領域の最下位に付着する記録インク粒子よりも偏向量が小さく、かつ印字領域外を飛翔する第２のダミーインク粒子を、記録インク粒子よりも早いタイミングで複数生成する構成とする。

また、ノズルからインクを吐出し、連続的に発生するインク粒子を帯電、偏向することにより、被印字物の印字領域内に記録インク粒子を付着させて印字を行うインクジェット記録方法であって、記録インク粒子が飛翔する領域にダミーインク粒子を用いて空気の流れを作り、その流れの中に記録インク粒子を飛翔させる構成とする。

また、空気の流れは、記録インク粒子の前方かつ上下方向にダミーインク粒子を飛翔させることで生成する。

これにより、記録インク粒子より先行して飛翔するダミーインク粒子の後流が形成した伴流層内を記録インク粒子が飛翔するため、記録インク粒子の飛翔パターンに依存せずに、記録インク粒子に作用する空気抵抗や、記録インク粒子間の空気抵抗の差を低減できるので、記録インク粒子の偏向方向および印字対象の搬送方向の印字歪を低減できる。

１：インク容器、２：供給ポンプ、６：ノズル、７…帯電電極、８…インク粒子、８Ａ、８Ｃ：ダミーインク粒子、８Ｂ：記録インク粒子、９、１０：偏向電極、１１、１１Ａ、１１Ｂ：ガター、１４：回収ポンプ、２１：インク供給流路、２２、２３：インク回収流路

Claims

インク粒子を吐出するノズルと、吐出したインク粒子を帯電させる帯電電極と、帯電したインク粒子が電界中を飛翔する際にインク粒子の飛翔方向を偏向させる偏向電極とを備え、前記インク粒子は、印字に用いられる記録インク粒子と、印字に用いられないダミーインク粒子からなり、飛翔方向が偏向された記録インク粒子を被印字物の印字領域内に付着させて印字を行うインクジェット記録装置であって、
前記帯電電極および偏向電極によって、前記被印字物の印字領域の最上位に付着する記録インク粒子よりも偏向量が大きく、かつ印字領域外を飛翔する第１のダミーインク粒子を、前記記録インク粒子よりも早いタイミングで複数生成することを特徴とするインクジェット記録装置。
請求項１に記載のインクジェット記録装置であって、
さらに、前記帯電電極および偏向電極によって、前記被印字物の印字領域の最下位に付着する記録インク粒子よりも偏向量が小さく、かつ印字領域外を飛翔する第２のダミーインク粒子を、前記記録インク粒子よりも早いタイミングで複数生成することを特徴とするインクジェット記録装置。
請求項２に記載のインクジェット記録装置であって、
前記第１のダミーインク粒子と前記第２のダミーインク粒子とを交互に生成することを特徴とするインクジェット記録装置。
請求項２に記載のインクジェット記録装置であって、
前記第１のダミーインク粒子と前記第２のダミーインク粒子のうち何れか一方を連続で生成することを特徴とするインクジェット記録装置。
ノズルからインクを吐出し、連続的に発生するインク粒子を帯電、偏向することにより、被印字物の印字領域内に記録インク粒子を付着させて印字を行うインクジェット記録方法であって、
前記記録インク粒子が飛翔する領域にダミーインク粒子を用いて空気の流れを作り、その流れの中に前記記録インク粒子を飛翔させることを特徴とするインクジェット記録方法。
請求項５に記載のインクジェット記録方法であって、
前記空気の流れは、前記記録インク粒子の前方かつ上下方向に前記ダミーインク粒子を飛翔させることで生成することを特徴とするインクジェット記録方法。
請求項５に記載のインクジェット記録方法であって、
前記空気の流れは、前記被印字物の印字領域の最上位に付着する記録インク粒子よりも偏向量が大きく、かつ印字領域外を飛翔する第１のダミーインク粒子を、前記記録インク粒子よりも早いタイミングで複数飛翔させることで生成することを特徴とするインクジェット記録方法。
請求項７に記載のインクジェット記録方法であって、
前記空気の流れは、さらに、前記被印字物の印字領域の最下位に付着する記録インク粒子よりも偏向量が小さく、かつ印字領域外を飛翔する第２のダミーインク粒子を、前記記録インク粒子よりも早いタイミングで複数飛翔させることで生成することを特徴とするインクジェット記録方法。
請求項８に記載のインクジェット記録方法であって、
前記第１のダミーインク粒子と前記第２のダミーインク粒子とを交互に飛翔させることを特徴とするインクジェット記録方法。
請求項８に記載のインクジェット記録方法であって、
前記第１のダミーインク粒子と前記第２のダミーインク粒子のうち何れか一方を連続で飛翔させることを特徴とするインクジェット記録方法。