JP3867776B2

JP3867776B2 - Inkjet device

Info

Publication number: JP3867776B2
Application number: JP2001351287A
Authority: JP
Inventors: 高雄梅田; 治町田
Original assignee: リコープリンティングシステムズ株式会社
Priority date: 2001-11-16
Filing date: 2001-11-16
Publication date: 2007-01-10
Anticipated expiration: 2021-11-16
Also published as: JP2003145783A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、記録媒体上に、インク滴からなるパターンを形成するインクジェット装置に係わり、特に、乾燥性を有する溶媒を含む液体インクを用いた場合において、環境条件や休止時間（インクの不吐出時間）の長さに関わらず、再吐出可能なノズルの目詰まりのない高信頼な記録可能なインクジェット装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット式印字ヘッドで吐出する液体インクには、使用する溶媒によって水性インク（溶媒は水）、ＵＶインク（溶媒は光重合開始剤とアクリレート）、溶剤インク（溶媒はＭＥＫ（メチルエチルケトンや低級アルコール）、油性インク（溶媒は炭化水素やシリコーン）に分けられる。油性インクを除く、他のインクに用いる溶媒は揮発性である。このため、水性インクや溶剤インク、ＵＶインク等の液体インクを用いたインクジェット装置において、インクジェットヘッドの信頼性を低下させる要因の一つに、液体インク中に含まれる溶媒の蒸発によるインク粘度の増加に基づくノズルの目詰まりがある。
【０００３】
図５はインクジェットヘッド１の断面図である。ＰＺＴ等の圧電素子３に駆動電源２から電圧が印加されると、圧電素子が変位し、これによって振動板４が変形してインク室５内のインクが加圧され、オリフィスプレート６に設けられたノズル（開口部）８からインク滴９が吐出する。
【０００４】
最近、パーソナルインクジェットプリンタ等で用いられる水性インクは染料や顔料等の色素、溶媒としての水、湿潤剤、ＰＨ調整剤等の混合物である。通常、インクジェット装置が非稼働時は、ヘッドのノズル開口部は、キャッピング（図示せず）機構によりふさがれ、ノズル開口部８からの水分蒸発は抑制されるが、稼働時（印刷中）はインク吐出に備え、常に開放された状態にある。このため、印刷データ内容によっては、複数のノズルのうち、インクが吐出しない期間が長いものがあり、これらのノズルにおいては、ノズル内のインク表面（メニスカス）１０から水分の蒸発２３が始まるとインクの粘度が高くなり、インクが吐出できにくくなり、最終的に、目詰まりが生じることになる。
【０００５】
上述した目詰まりを解決する方法として、特開２０００−７９６９６号公報には、インクジェット装置とは別体に加湿器を設け、前記加湿器からパイプにより加湿空気をインクジェットヘッドのノズルの近傍に供給するとともに、供給された加湿空気を排出するためのパイプ及びパイプ内の加湿空気を装置外部に排出するファンを有する構成が提案されている。これにより、インク吐出ノズル周辺は常に適度な湿度が維持され、そのノズル付近のインクの乾燥が防止されるとしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の構成においては以下の問題がある。
（１）加湿器からパイプによりインクジェット装置内に送りこまれた加湿空気は、ノズル近傍だけでなく装置内部にも滞留するため、湿度上昇による装置の動作不良、例えば、結露や電気系統の絶縁不良等が懸念されるため、加湿空気を装置の外部に排出する排気機構が不可欠となる。このため、部品点数が増え、これに伴って装置が大きく複雑になり、装置コストも高くなるという問題がある。
（２）加湿空気がヘッドのノズル列に近接して設けられたインクの希釈媒体蒸気の吐き出し口から記録媒体である用紙にも向かって吐き出されるため、用紙の膨潤や吸湿変形が生じ、記録画質の不良が生じるという問題がある。
（３）加湿空気の供給であるため、インクが水性インクの場合に限られる。
（４）インクジェットヘッドには加湿空気供給ホースが接続されているため、スキャン動作により記録媒体にインクパターンを記録する際、上記加湿空気供給ホースも、併せてスキャン動作する必要がある。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、排出装置が不要な簡単な構成で、かつ用紙の膨潤や吸湿変形による記録画質不良を生じさせることなくノズル詰まりの発生を防止し、高信頼な印刷を行うことのできるインクジェット装置を提供することにある。さらに、インクも水性インクだけでなく、溶剤インク等の蒸発する溶媒を用いた液体インクを用いる場合にも適用可能なインクジェット装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の請求項１記載の発明は、インク吐出信号に基づいてインクを吐出するノズルをオリフィスプレートに配列したライン型インクジェットヘッドによって、前記ノズルの配列方向に対して直角方向に搬送される記録媒体上にインク滴からなるパターンを形成するインクジェット装置において、前記ライン型インクジェットヘッドのノズル近傍であってかつオリフィスプレートの表面に、前記ノズルの配列に対して記録媒体の搬送方向の上流側には気流遮蔽体を設け、下流側には溶媒保持体を設け、該溶媒保持体から蒸発した溶媒がノズル近傍に留まるようにしたことを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決する本発明の請求項２記載の発明は、請求項１記載のインクジェット装置において、前記溶媒保持体の材料がレーヨン、ポリエステル、もしくはこれらの繊維を混合したもの、あるいは金属繊維等からなる不織布であることを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決する本発明の請求項３記載の発明は、請求項１記載のインクジェット装置において、前記溶媒保持体の材料が、高吸水性ポリマーからなる繊維あるいはシートであることを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決する本発明の請求項４記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか一項に記載のインクジェット装置において、前記溶媒保持体に溶媒を補充する手段を有することを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決する本発明の請求項５記載の発明は、請求項４記載のインクジェット装置において、前記溶媒保持体に溶媒を補充する手段は前記ライン型インクジェットヘッドの非記録領域に設けられ、前記ライン型インクジェットヘッドの非記録時にのみ前記溶媒保持体に溶媒を補給することを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決する本発明の請求項６記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか一項に記載のインクジェット装置において、前記ノズルの開口部の中心と前記溶媒保持体との距離が０．３〜１ｍｍであることを特徴とする。
【００１５】
上記課題を解決する本発明の請求項７記載の発明は、請求項１ないし６のいずれか一項に記載のインクジェット装置において、前記溶媒保持体に湿度センサを設け、該センサの出力に基づいて前記溶媒保持体内の水分の消耗量を算出し、これに基づいて前記溶媒保持体に溶媒を補充することを特徴とする。
【００１６】
上記課題を解決する本発明の請求項８記載の発明は、請求項１記載のインクジェット装置において、前記ノズル近傍の相対湿度を６０％ＲＨ以上とすることを特徴とする。
【００１７】
以上の構成により、水性インクを用いる場合、低湿環境になってインクジェットヘッドのノズル近傍空間の水蒸気濃度が、ノズル近傍に設けられた水の吸収保持体中の水（水蒸気）濃度よりも低くなると、両者の溶媒の濃度差に基づく濃度拡散現象により、上記水の吸収保持体から水蒸気がノズル開口部近傍の限られた空間に自然に放出される。ヘッドのオリフィスプレート面と記録媒体の距離は通常、１〜１．５ｍｍに設定されるため、極めて狭い空間となり、基本的には、その温度での飽和蒸気状態となる。このため、ノズル開口部近傍の湿度が高くなり、メニスカス表面からの水分の乾燥を防止することができる。このように、水蒸気がノズル開口部近傍の限られた空間のみに自然放出されるため、加湿空気供給ホースや排気装置が不要となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
検討の結果、ノズルの目詰まり現象はノズル開口部近傍空間１１（図５参照）での湿度と密接な関係のあることがわかった。図６は、１２８個のノズルが一列に並んだライン型インクジェットヘッドに水性顔料インク（インク粘度：７ｃｐｓ）を充填し、インクジェットヘッドの駆動時のインク滴の吐出特性の環境依存性を測定した結果である。横軸は相対湿度、縦軸はノズルからインク滴を吐出させた後、１０分間休止し、再度圧電素子を駆動した時の吐出ノズル率を示す。
【００１９】
ノズル径（約３０〜５０μｍ）のばらつきやノズルの汚れ程度の差があるものの、ノズル開口部近傍空間１１（図４参照）の相対湿度が６０％ＲＨ（relativehumidity）以上であれば、吐出ノズル率は１００％（１２８ノズルの全数吐出）であるが、湿度の低下とともに吐出ノズル率が低下し、相対湿度３０％ＲＨでは、ほとんど不吐出となることがわかった。プリンタが使用される環境として、冬季では相対湿度が３５％ＲＨに近くなるため、不吐出ノズルが増加し、印刷の信頼性が大幅に低下する。
【００２０】
インクジェット装置の記録方式として、インクジェットヘッドが記録媒体の搬送方向と直角方向に左右に移動しながら、インク滴を吐出して記録媒体に記録する“シリアル走査”と、インクジェットヘッドが静止した状態で、ライン状に配置されたノズルから、ヘッドに対して直角方向に搬送される記録媒体にインク滴を吐出して記録する“ライン走査”方式がある。シリアル走査方式の場合は、ヘッドが記録媒体の外側に移動した位置にて、増粘度化したインクを高頻度でかつ、強制的に吐出させることができるので、相対湿度が５０％ＲＨ程度の環境下でも吐出ノズル率１００％を確保できるが、インクをムダに消耗するという問題がある。一方、ヘッドが静止した状態で記録するライン走査方式では、強制吐出という操作は適用できず、より深刻な問題となる。
【００２１】
一方、インクジェットヘッドのノズルの目詰まりは、インク中の溶媒（溶剤、水等）が蒸発し、インク中の固形物（顔料や発光材料、金や銀等のメタル粉末）が、直径数十ミクロンのノズルの出口に固着することに起因する。よって、これを防ぐ方法は、オリフィスプレートの表面のノズル開口部でのインク中の溶剤の蒸発を低減、好ましくは防止することに尽きる。溶媒の蒸発は、ノズル内のインク表面（メニスカス）の溶媒濃度とノズルの外側の空間の溶媒濃度との差、いわゆる濃度勾配によって生じる。従って、ノズルの外側の空間における溶媒蒸気濃度をノズル内のメニスカス表面近傍の溶媒蒸気濃度に近づけるか、あるいは少なくとも相対湿度が６０％ＲＨ以上の環境を整えれば、インク中の溶媒の蒸発を低減、あるいは防止することができる。このため、ノズル開口部に近接して、インク中に含まれる溶媒を吸収保持し、かつ保持された溶媒が蒸発して大気中に放出される機能を有する保持体、例えば、スポンジや不織布等のマットを配置し、少なくともインクジェット装置の稼働中は保持体内に溶媒が所定量含まれているように適時溶媒を補充する構成とするとよい。
【００２２】
以下、本発明の具体例を説明する。
【００２３】
図１は本発明の第１の例となるインクジェットヘッドの構成を説明する概略断面図、図２は平面図を示す。ＰＺＴ等の圧電素子３に駆動電源２から電圧が印加されると、圧電素子が変位し、これによって振動板４が変形してインク室５内のインクが加圧され、オリフィスプレート６に設けられたノズル（開口部）８からインク滴９が吐出する。オリフィスプレート６は１００μｍの厚みを持つステンレスやＦｅ−４２Ｎｉ等の材質よりなり、この表面を酸処理した後、撥インク処理層７として、フッ素系の高分子膜が形成されている。好ましくは、これに加えてノズル８の内部に深さ１０μｍ程度まで、フッ素系の高分子膜を入り込ませることが望ましい。
【００２４】
図２に示すように、オリフィスプレート６の表面であって、ライン状に配列された複数のノズル８の列を挟んだ両側には溶媒の保持体１２ａ、１２ｂを設ける。ここでは、溶媒の保持体１２として、レーヨン及びまたはポリエステル等の高分子繊維や、金属繊維からなる不職布のシートを用いている。一般に、プリンタ等の用途では、オリフィスプレート６のノズル面と記録媒体１３の印刷面との間隙を１〜１．５ｍｍとするため、不職布のシート１２の厚みは０．５ｍｍ〜１．０ｍｍとし、記録媒体面と接触しないようにする必要がある。また、保持体１２への溶媒１６の補給は、溶媒１６を貯蔵するタンク１５からチューブ１９を介して毛管現象あるいはポンプ（図示せず）により行なわれる。保持体１２ａ、１２ｂの領域の一部には湿度センサ１８が設けられており、センサ出力値に基づきＣＰＵ（図示せず）が保持体１２内の水分の消耗量を算出し、この結果に基づき必要に応じて図１及び図２の矢印２８の方向にチューブ１９を移動させ、保持体１２ａ、１２ｂに連結することにより、溶媒１６の補給を行なう。チューブ１９の途中には開閉弁１７を設けており、非供給時の溶媒１６の蒸発を防止できる構成となっている。
【００２５】
保持体１２として不職布のシートを用いた場合には、シートに空隙が存在するため、この空隙内に溶媒が保持され、これがノズル開口部近傍空間１１に蒸気となって放出される。その結果、空間１１の湿度は、基本的にヘッド設置環境温度での飽和蒸気圧レベルとなる。なお、ノズル８の中心とシート１２との距離Ｌは短すぎるとインク吐出の障害となり、離れすぎると空間１１の湿度の調節が難しくなり、適切な条件が存在する。実験の結果、距離Ｌは０．３〜１ｍｍが好ましいことがわかった。
【００２６】
以上の構成とすることにより、ノズルでの溶媒の乾燥によるインクの増粘度化を防止でき、ノズルの目詰まりのない高信頼な記録ができる。さらに、保持体１２において、空間１１と対向しない面には、空隙が露出しないように金属箔やプラスチックシートよりなる被覆材１４を設けることにより、溶媒の蒸発領域を空間１１と対向する面のみとすることができ、溶媒の消費量を低減できる効果がある。
【００２７】
なお、溶媒１６としては、使用するインクの溶媒を用いるのが好ましい。例えば、インクとして水性インクを用いた場合、インクジェットプリンタで用いる水性インクの構成は色材（染料や顔料）が２〜５％、溶媒としての水が８０％、エチレングリコールやグリセリンが１０％であるから、上記構成のインクジェットヘッドにおいて水性インクを用いた場合には、タンク１５内に貯蔵する溶媒１６は水でよい。
【００２８】
次に、本発明の第２の例について図３を用いて説明する。先の例では、オリフィスプレート６の表面上のライン状に配列された複数のノズル８の列を挟んだ両側に保持体１２ａ、１２ｂを設けたが、本例では、ノズル８の列に対して記録媒体１３の搬送方向下流側に保持体１２ｂのみを設置し、反対側（上流側）にはプレート状の気流遮蔽体２４を設けている。記録媒体１３が高速で搬送されると、オリフィスプレート６と記録媒体１３との距離が１．０〜１．５ｍｍと狭いため、この空間で気流が生じる。気流が保持体に流れないように遮蔽することにより、保持体から蒸発した溶媒が気流によって外部に流れるのを防ぎ、蒸発した溶媒がノズル開口部近傍の空間１１に留まるようにできる。さらに、保持体の個数を削減することができ、かつ、ノズル部での溶媒の乾燥を低減することができる効果がある。
【００２９】
なお、本例においても第１の例と同様に、保持体１２ｂの領域の一部には湿度センサ（図示せず）が設けられており、センサ出力値に基づきＣＰＵ（図示せず）が保持体１２ｂ内の水分の消耗量を算出し、この結果に基づき必要に応じて矢印２８の方向にチューブ１９を移動させ、保持体１２ａ、１２ｂに連結することにより、溶媒１６の補給を行なう。チューブ１９の途中には開閉弁１７を設けており、非供給時の溶媒１６の蒸発を防止できる構成となっている。
【００３０】
前述した第１の例、及び第２の例においては、ノズル８に接して設けた溶媒の保持体１２として、レーヨン及びまたはポリエステル等の高分子繊維や、金属繊維からなる不職布のシートを用いた例を説明したが、本発明の構成を更に有効に機能させるためには、保持体１２として高吸水性ポリマー材料を用いるとよい。高吸水性ポリマーは、水に対して高い吸着・吸収能力を備えるとともに、この吸収した水分を保水する機能を持ち、粉末状、繊維状、フィルム状のものが製造されている。
【００３１】
一例として、アクリル繊維の加水分解物系の繊維状高吸水性ポリマー（日本エクスラン製、商品名：ランシール）を用い、厚み０．１ｍｍのシート状の保持体１２を作成した。図１に示す本発明のインクジェットヘッドに保持体１２として前述したシート状の高吸水性ポリマーを用いたところ、高吸水性ポリマーからの水分の蒸散作用によりノズル開口部近傍空間１１を高湿に保つことができた。実験の結果、冬季環境でも、ノズル近傍空間１１の相対湿度を６５〜７６％ＲＨ、夏季環境で７６〜８５％ＲＨにできることがわかった。なお、このシートは吸水によって最大１ｍｍの厚みとなるため、記録媒体が搬送中に、保持体に接触しないようにヘッドと記録媒体間の距離を設定する必要がある。
【００３２】
以上述べたように、高吸水性ポリマー材料は、前述した第１の例、及び第２の例で使用したレーヨン及びまたは、ポリエステル等の高分子繊維や金属繊維からなる不職布のシートに比べて、保水効果があるため補充周期を長くすることができる。例えば、インクジェット装置の起動時に吸水することにより数時間は補充なしでも対応することができるため、装置が簡単にして、かつノズルでの水分の乾燥によるインクの増粘度化を防止でき、ノズルの目詰まりのない高信頼な記録ができる効果がある。当然の事ながら、高吸水性ポリマーからなる保持体は、図３に示すインクジェットヘッドにも適用できることは言うまでもない。
【００３３】
更に、本発明の第３の例について図４を用いて説明する。本構成のインクジェット装置は、記録時にライン記録型のインクジェットヘッド１が位置する記録ステーションと、非記録時にインクジェットヘッド１を非記録領域に退避させる保全ステーションを有する。記録ステーションにおいては、インクジェットヘッド１はノズル８側の面に記録媒体１３が対向し、搬送される構成となっている。よって、記録媒体１３の搬送に同期して、インクジェットヘッド１に記録信号が送られ、これに基づく圧電素子の変位に連動した振動板の変形によりインクがノズル８から吐出し、記録媒体１３上にインクによる文字・画像が形成される。非記録時、すなわち記録休止時、あるいは定期的にライン記録型のインクジェットヘッド１が清掃期間に入る場合、インクジェットヘッド１が矢印２１の方向に移動し、保全ステーションに移動する。
【００３４】
インクジェットヘッド１のノズル８の列の両側には保持体２２ａ、２２ｂのみ、あるいは保持体２２ａ、２２ｂと被覆材（図示せず）が設けられており、保持体２２ａ、２２ｂの端部には夫々チューブ２９と連通するコネクタ（図示せず）が設けられている。また、保全ステーションには、溶媒２６が貯蔵されているタンク２５が設置されており、コネクタと連結されるチューブ２９を介して保持体２２ａ、２２ｂへ溶媒２６を供給する構成となっている。なお、チューブ１９の途中には開閉弁２７を設けており、溶媒２６の補給量を調節できる構成となっている。
【００３５】
上記構成において、保全ステーションへの移動時（矢印３０の方向）に、インクジェットヘッド１のノズル８の表面がブレード２０と接触することにより、ノズル８を含めたヘッド面が清掃され、保全ステーションに至る。保全ステーションでは、インクジェットヘッド１に設けられた保持体２２ａ、２２ｂの端部のコネクタとチューブ２９が連結し、これによってタンク１５より開閉弁１７を介して保持体２２ａ、２２ｂに溶媒２６が供給される。なお、溶媒２６が保持体２２ａ、２２ｂに供給される前に、ノズル８からインクの吐出（パージ）操作を行っても良い。その後、再び、インクジェットヘッド１が記録ステーションの方向（矢印３１）へ移動し、再び、記録動作に入る。
【００３６】
以上示した各例では１色分のインクジェットヘッドについて説明したが、複数のインクジェットヘッドを用いてカラー印刷を行う場合においても、それぞれのインクジェットヘッドに対して同様の対応を取ることができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、従来のように水蒸気を発生させる加湿器や、ヘッドに供給された加湿空気を排出する排出機構を必要とせず、インクジェットヘッドのノズル近傍にインク溶媒の吸収保持体を設けるだけの簡単な構成で、インクジェットヘッドのノズル開口部近傍の空間でのインク中の溶媒の蒸発を防止できるので、低湿度環境下においてノズルからインクが吐出しない時間が続いても、インクの増粘度化を防止することができるため、ノズルの目詰まりがなく、高信頼な印刷が可能となる。
【００３８】
また、オリフィスプレートと記録媒体との距離が１．０〜１．５ｍｍと狭いため、この空間で気流が生じるが、本発明のように、気流遮蔽板を設け、気流が保持体に流れないように遮蔽することにより、保持体から蒸発した溶媒が気流によって外部に流れるのを防ぎ、蒸発した溶媒がノズル開口部近傍の空間に留まるようにすることが可能となる。さらに、保持体の個数を削減することができ、かつ、ノズル部での溶媒の乾燥を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の例となるインクジェットヘッドの構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の例となるインクジェットヘッドの溶媒供給時の概略を示す平面図である。
【図３】本発明の第２の例となるインクジェットヘッドの構成を示す断面図である。
【図４】本発明の第３の例となるインクジェット装置の構成を示す概略平面図である。
【図５】従来のインクジェットヘッドの構成を示す断面図である。
【図６】相対湿度と吐出ノズル率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１はインクジェットヘッド、３は圧電素子、４は振動板、５はインク室、６はオリフィスプレート、７は撥インク処理層、８はノズル、９はインク滴、１０はメニスカス、１１はノズル開口部近傍の空間、１２ａ、１２ｂ、２２ａ、２２ｂは保持体、１３は記録媒体、１５、２５はタンク、１７、２７は開閉弁、１８は湿度センサ、１９、２９はチューブ、２０はブレード、２４は気流遮蔽体である。[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to an ink jet apparatus that forms a pattern of ink droplets on a recording medium, and in particular, when a liquid ink containing a solvent having a drying property is used, environmental conditions and rest time (ink non-ejection time). The present invention relates to a highly-reliable ink jet apparatus that does not clog nozzles that can be re-discharged regardless of the length of the nozzles.
[0002]
[Prior art]
The liquid ink discharged by the ink jet print head, an aqueous ink by the solvent used (solvent water), UV ink (solvent photopolymerization initiator and acrylate), solvent ink (solvent MEK (methyl ethyl ketone N'ya lower alcohol) Oil-based inks (solvents are hydrocarbons and silicones) Other than oil-based inks, other inks are volatile, so liquid inks such as water-based inks, solvent inks, and UV inks were used. In an ink jet apparatus, one factor that reduces the reliability of an ink jet head is nozzle clogging based on an increase in ink viscosity due to evaporation of a solvent contained in liquid ink.
[0003]
FIG. 5 is a cross-sectional view of the inkjet head 1. When a voltage is applied to the piezoelectric element 3 such as PZT from the driving power source 2, the piezoelectric element is displaced, whereby the vibration plate 4 is deformed and the ink in the ink chamber 5 is pressurized and provided in the orifice plate 6. Ink droplets 9 are ejected from the nozzles (openings) 8.
[0004]
Recently, water-based inks used in personal inkjet printers and the like are mixtures of dyes such as dyes and pigments, water as a solvent, wetting agents, pH adjusting agents and the like. Normally, when the ink jet device is not in operation, the nozzle opening of the head is blocked by a capping (not shown) mechanism, and moisture evaporation from the nozzle opening 8 is suppressed, but ink is in operation (during printing). In preparation for discharge, it is always open. For this reason, depending on the contents of the print data, some of the plurality of nozzles have a long ink non-ejection period. In these nozzles, when the water evaporation 23 starts from the ink surface (meniscus) 10 in the nozzles, the ink is discharged. The viscosity of the ink becomes high, and it becomes difficult to eject ink, and finally clogging occurs.
[0005]
As a method for solving the above-mentioned clogging, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-79696 discloses that a humidifier is provided separately from the ink jet apparatus, and humidified air is supplied from the humidifier to the vicinity of the nozzles of the ink jet head through a pipe. In addition, a configuration has been proposed that includes a pipe for discharging the supplied humidified air and a fan for discharging the humidified air in the pipe to the outside of the apparatus. As a result, an appropriate humidity is always maintained around the ink discharge nozzle, and drying of the ink near the nozzle is prevented.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional configuration described above has the following problems.
(1) Humidified air sent from the humidifier into the inkjet device through a pipe stays not only in the vicinity of the nozzle but also inside the device, so that the device malfunctions due to increased humidity, for example, condensation or electrical system insulation failure, etc. Therefore, an exhaust mechanism that exhausts humidified air to the outside of the apparatus is indispensable. For this reason, there is a problem that the number of parts increases, and accordingly, the apparatus becomes large and complicated, and the apparatus cost increases.
(2) Since the humidified air is discharged from the discharge port of the diluted medium vapor of the ink provided in the vicinity of the nozzle row of the head toward the recording medium, the recording medium is swollen and the moisture absorption is deformed. There is a problem that a defect occurs.
(3) Since the humidified air is supplied, the ink is limited to the case where the ink is a water-based ink.
(4) Since the humidified air supply hose is connected to the inkjet head, when the ink pattern is recorded on the recording medium by the scanning operation, the humidified air supply hose needs to be scanned together.
[0007]
Accordingly, an object of the present invention is to perform a highly reliable printing with a simple configuration that does not require a discharge device, and prevents occurrence of nozzle clogging without causing poor recording image quality due to paper swelling or moisture absorption deformation. An object of the present invention is to provide an ink jet apparatus that can be used. Further, the ink also well aqueous ink, there applicable inkjet apparatus even when using a liquid ink using a solvent which evaporates such solvent ink and provide child.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The invention of claim 1, wherein the present invention to solve the above problems, the ink by discharging to the line type inkjet head having an array of nozzles in the orifice plate on the basis of the ink ejection signal, in a direction perpendicular to the arrangement direction of the nozzle In an ink jet apparatus that forms a pattern of ink droplets on a recording medium to be conveyed, in the vicinity of the nozzles of the line type ink jet head and on the surface of an orifice plate in the recording medium conveying direction with respect to the nozzle array. An airflow shield is provided on the upstream side, and a solvent holder is provided on the downstream side so that the solvent evaporated from the solvent holder stays in the vicinity of the nozzle .
[0010]
The invention of claim 2, wherein the present invention for solving the above-mentioned problem, in the ink jet apparatus of claim 1 Symbol placement, as the material of the solvent carrier were mixed rayon, polyester, or these fibers, or metal fibers It is the nonwoven fabric which consists of.
[0011]
Invention according to claim 3 of the present invention for solving the above-mentioned problem, in the ink jet apparatus of claim 1 Symbol placement, materials of the solvent carrier is characterized in that it is a fiber or sheet formed of superabsorbent polymer .
[0012]
According to a fourth aspect of the present invention for solving the above-mentioned problems, in the ink jet apparatus according to any one of the first to third aspects, the solvent holding body is provided with a means for replenishing the solvent. .
[0013]
The invention according to claim 5 of the present invention for solving the above-described problems is the ink jet apparatus according to claim 4 , wherein the solvent replenishing means is provided in a non-recording area of the line type ink jet head, The solvent is supplied to the solvent holder only when the line type ink jet head is not recording.
[0014]
The invention according to claim 6 of the present invention for solving the above-mentioned problem is the ink jet apparatus according to any one of claims 1 to 5 , wherein the distance between the center of the opening of the nozzle and the solvent holder is zero. 3 to 1 mm.
[0015]
According to a seventh aspect of the present invention for solving the above-mentioned problems, in the ink jet apparatus according to any one of the first to sixth aspects, a humidity sensor is provided in the solvent holding body, and based on an output of the sensor. The consumption amount of water in the solvent holding body is calculated, and the solvent holding body is replenished based on the calculated amount.
[0016]
The invention of claim 8, wherein the present invention for solving the above-mentioned problem, in the ink jet apparatus of claim 1 Symbol mounting, characterized in that the relative humidity of the nozzle near the 60% RH or more.
[0017]
With the above configuration, when water-based ink is used, when the water vapor concentration in the space near the nozzle of the inkjet head becomes lower than the water (water vapor) concentration in the water absorption holder provided in the vicinity of the nozzle due to a low humidity environment, Due to the concentration diffusion phenomenon based on the concentration difference between the two solvents, water vapor is naturally released from the water absorption holding body into a limited space near the nozzle opening. Since the distance between the orifice plate surface of the head and the recording medium is normally set to 1 to 1.5 mm, the space is extremely narrow, and basically a saturated vapor state at that temperature. For this reason, the humidity in the vicinity of the nozzle opening is increased, and the drying of moisture from the meniscus surface can be prevented. Thus, since water vapor is spontaneously released only in a limited space near the nozzle opening, a humidified air supply hose and an exhaust device are not required.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As a result of the examination, it was found that the nozzle clogging phenomenon is closely related to the humidity in the space 11 near the nozzle opening (see FIG. 5). FIG. 6 shows the result of measuring the environmental dependence of the ejection characteristics of ink droplets when the inkjet head is driven by filling a line-type inkjet head with 128 nozzles in a line with aqueous pigment ink (ink viscosity: 7 cps). It is. The abscissa represents the relative humidity, and the ordinate represents the ejection nozzle ratio when the ink droplets are ejected from the nozzles and then rested for 10 minutes and the piezoelectric element is driven again.
[0019]
Although there is a variation in nozzle diameter (about 30 to 50 μm) and a difference in the degree of contamination of the nozzle, if the relative humidity of the nozzle opening vicinity space 11 (see FIG. 4) is 60% RH (relativehumidity) or more, the discharge nozzle ratio Was 100% (total ejection of 128 nozzles), but it was found that the ejection nozzle rate decreased with decreasing humidity, and almost no ejection was achieved at a relative humidity of 30% RH. As an environment in which the printer is used, since the relative humidity is close to 35% RH in the winter season, non-ejection nozzles are increased, and printing reliability is greatly reduced.
[0020]
As a recording method of the ink jet apparatus, the ink jet head moves left and right in the direction perpendicular to the conveyance direction of the recording medium, and ejects ink droplets to record on the recording medium. There is a “line scanning” method in which ink droplets are ejected from a nozzle arranged in a line on a recording medium conveyed in a direction perpendicular to the head. In the case of the serial scanning method, the increased viscosity ink can be forcibly ejected at a high frequency at the position where the head has moved to the outside of the recording medium, so that the relative humidity is about 50% RH. Although the discharge nozzle ratio of 100% can be ensured even underneath, there is a problem that ink is wasted. On the other hand, in the line scanning method in which recording is performed while the head is stationary, the operation of forced ejection cannot be applied, which is a more serious problem.
[0021]
On the other hand, clogging of the nozzles of the inkjet head is caused by evaporation of the solvent (solvent, water, etc.) in the ink, and solid matter (pigment, luminescent material, metal powder such as gold or silver) in the ink is tens of microns in diameter. This is caused by sticking to the nozzle outlet. Therefore, the method for preventing this is to reduce, preferably prevent, evaporation of the solvent in the ink at the nozzle opening on the surface of the orifice plate. The evaporation of the solvent is caused by a difference between the solvent concentration on the ink surface (meniscus) in the nozzle and the solvent concentration in the space outside the nozzle, that is, a so-called concentration gradient. Therefore, if the solvent vapor concentration in the space outside the nozzle is brought close to the solvent vapor concentration in the vicinity of the meniscus surface in the nozzle, or at least an environment having a relative humidity of 60% RH or more is prepared, the evaporation of the solvent in the ink is reduced. Or can be prevented. For this reason, in the vicinity of the nozzle opening, the holder contained in the ink is absorbed and held, and the held solvent evaporates and is released into the atmosphere, such as a sponge or a nonwoven fabric. It is preferable that a mat is disposed and the solvent is replenished in a timely manner so that a predetermined amount of the solvent is contained in the holding body at least during operation of the ink jet apparatus.
[0022]
Hereinafter, specific examples of the present invention will be described.
[0023]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of an ink jet head as a first example of the present invention, and FIG. 2 is a plan view. When a voltage is applied to the piezoelectric element 3 such as PZT from the driving power source 2, the piezoelectric element is displaced, whereby the vibration plate 4 is deformed and the ink in the ink chamber 5 is pressurized and provided in the orifice plate 6. Ink droplets 9 are ejected from the nozzles (openings) 8. The orifice plate 6 is made of a material such as stainless steel or Fe-42Ni having a thickness of 100 μm. After the surface is acid-treated, a fluorine-based polymer film is formed as the ink repellent treatment layer 7. Preferably, in addition to this, it is desirable that a fluorine-based polymer film is inserted into the nozzle 8 to a depth of about 10 μm.
[0024]
As shown in FIG. 2, solvent holders 12 a and 12 b are provided on both sides of the surface of the orifice plate 6 across a row of a plurality of nozzles 8 arranged in a line. Here, as the solvent holding body 12, a sheet of unwoven cloth made of polymer fibers such as rayon and / or polyester, or metal fibers is used. Generally, in applications such as printers, the gap between the nozzle surface of the orifice plate 6 and the printing surface of the recording medium 13 is set to 1 to 1.5 mm, so that the thickness of the non-work cloth sheet 12 is 0.5 mm to 1.0 mm. It is necessary to avoid contact with the recording medium surface. Further, the replenishment of the solvent 16 to the holding body 12 is performed by a capillary phenomenon or a pump (not shown) through a tube 19 from a tank 15 that stores the solvent 16. A humidity sensor 18 is provided in a part of the area of the holding bodies 12a and 12b, and a CPU (not shown) calculates the amount of water consumption in the holding body 12 based on the sensor output value, and based on this result. If necessary, the solvent 19 is replenished by moving the tube 19 in the direction of the arrow 28 in FIGS. 1 and 2 and connecting it to the holding bodies 12a and 12b. An opening / closing valve 17 is provided in the middle of the tube 19 to prevent evaporation of the solvent 16 when not supplied.
[0025]
When a sheet of unemployed cloth is used as the holding body 12, since a gap exists in the sheet, the solvent is held in the gap, and this is discharged as vapor into the space 11 near the nozzle opening. As a result, the humidity of the space 11 basically becomes the saturated vapor pressure level at the head installation environment temperature. In addition, if the distance L between the center of the nozzle 8 and the sheet 12 is too short, ink ejection is obstructed. If the distance L is too far, it is difficult to adjust the humidity of the space 11, and appropriate conditions exist. As a result of the experiment, it was found that the distance L is preferably 0.3 to 1 mm.
[0026]
With the above configuration, it is possible to prevent the ink from increasing in viscosity due to drying of the solvent at the nozzle, and to perform highly reliable recording without clogging the nozzle. Further, in the holding body 12, a coating material 14 made of a metal foil or a plastic sheet is provided on the surface that does not face the space 11 so as not to expose the gap, so that the solvent evaporation region is only on the surface that faces the space 11. It is possible to reduce the consumption of the solvent.
[0027]
As the solvent 16, it is preferable to use the solvent of the ink to be used. For example, when water-based ink is used as the ink, the composition of the water-based ink used in the ink jet printer is 2 to 5% for coloring materials (dyes and pigments), 80% for water as a solvent, and 10% for ethylene glycol and glycerin. Therefore, when the water-based ink is used in the ink jet head having the above configuration, the solvent 16 stored in the tank 15 may be water.
[0028]
Next, a second example of the present invention will be described with reference to FIG. In the previous example, the holding bodies 12 a and 12 b are provided on both sides of the row of the plurality of nozzles 8 arranged in a line on the surface of the orifice plate 6. Only the holding body 12b is installed on the downstream side in the conveyance direction of the recording medium 13, and a plate-shaped airflow shield 24 is provided on the opposite side (upstream side). When the recording medium 13 is conveyed at a high speed, the distance between the orifice plate 6 and the recording medium 13 is as narrow as 1.0 to 1.5 mm, so that an air flow is generated in this space. By shielding the airflow from flowing to the holder, the solvent evaporated from the holder can be prevented from flowing to the outside by the airflow, and the evaporated solvent can remain in the space 11 near the nozzle opening. Furthermore, there is an effect that the number of holding bodies can be reduced and the drying of the solvent in the nozzle portion can be reduced.
[0029]
In this example, as in the first example, a humidity sensor (not shown) is provided in a part of the region of the holding body 12b, and the CPU (not shown) holds based on the sensor output value. The amount of moisture consumption in the body 12b is calculated, and the tube 16 is moved in the direction of the arrow 28 as necessary based on the result, and the solvent 16 is replenished by connecting to the holding bodies 12a and 12b. An opening / closing valve 17 is provided in the middle of the tube 19 to prevent evaporation of the solvent 16 when not supplied.
[0030]
In the first and second examples described above, a sheet of unemployed cloth made of polymer fibers such as rayon and polyester, or metal fibers is used as the solvent holder 12 provided in contact with the nozzle 8. Although the used example was demonstrated, in order to make the structure of this invention function more effectively, it is good to use a highly water-absorbing polymer material as the support body 12. FIG. The highly water-absorbing polymer has a high adsorption / absorption capability for water and also has a function of retaining the absorbed moisture, and is produced in powder, fiber, or film form.
[0031]
As an example, a sheet-like holding body 12 having a thickness of 0.1 mm was prepared using a hydrolyzate-based fibrous superabsorbent polymer (manufactured by Nippon Exlan, trade name: Lanseal). When the above-described sheet-like superabsorbent polymer is used as the holder 12 in the inkjet head of the present invention shown in FIG. 1, the nozzle opening vicinity space 11 is kept at a high humidity by the transpiration of water from the superabsorbent polymer. I was able to. As a result of the experiment, it was found that the relative humidity of the nozzle vicinity space 11 can be 65 to 76% RH even in the winter environment and 76 to 85% RH in the summer environment. Since the sheet has a maximum thickness of 1 mm due to water absorption, it is necessary to set the distance between the head and the recording medium so that the recording medium does not come into contact with the holding body during conveyance.
[0032]
As described above, the highly water-absorbing polymer material is used in the first example and the second example described above as compared to the rayon and / or unwoven cloth sheet made of polymer fiber such as polyester or metal fiber. In addition, since there is a water retention effect, the replenishment cycle can be lengthened. For example, by absorbing water at startup of an ink jet device, it is possible to cope with replenishment for several hours without replenishment, so that the device can be simplified and the increase in ink viscosity due to moisture drying at the nozzle can be prevented. There is an effect that highly reliable recording without clogging can be achieved. Of course, it goes without saying that the holding body made of the superabsorbent polymer can also be applied to the ink jet head shown in FIG.
[0033]
Further, a third example of the present invention will be described with reference to FIG. Ink jet device of this configuration has a recording station inkjet head 1 is you location position of the line recording type during recording, a maintenance station for retracting the inkjet head 1 in the non-recording area at the time of non-recording. In the recording station, the inkjet head 1 is configured such that the recording medium 13 faces the surface on the nozzle 8 side and is conveyed. Accordingly, a recording signal is sent to the inkjet head 1 in synchronization with the conveyance of the recording medium 13, and ink is ejected from the nozzle 8 due to the deformation of the diaphragm linked to the displacement of the piezoelectric element based on the recording signal. Ink characters and images are formed. At the time of non-recording, that is, when recording is paused or when the line recording type inkjet head 1 enters the cleaning period periodically, the inkjet head 1 moves in the direction of the arrow 21 and moves to the maintenance station.
[0034]
Only the holding bodies 22a and 22b, or holding bodies 22a and 22b and a covering material (not shown) are provided on both sides of the row of nozzles 8 of the inkjet head 1, and the ends of the holding bodies 22a and 22b are respectively provided. A connector (not shown) communicating with the tube 29 is provided. The maintenance station is provided with a tank 25 in which a solvent 26 is stored, and is configured to supply the solvent 26 to the holding bodies 22a and 22b through a tube 29 connected to the connector. An opening / closing valve 27 is provided in the middle of the tube 19 so that the replenishment amount of the solvent 26 can be adjusted.
[0035]
In the above configuration, when the surface of the nozzle 8 of the inkjet head 1 comes into contact with the blade 20 when moving to the maintenance station (in the direction of the arrow 30), the head surface including the nozzle 8 is cleaned and reaches the maintenance station. . At the maintenance station, the connectors at the ends of the holding bodies 22a and 22b provided in the inkjet head 1 are connected to the tube 29, whereby the solvent 26 is supplied from the tank 15 to the holding bodies 22a and 22b via the on-off valve 17. The In addition, before the solvent 26 is supplied to the holding bodies 22a and 22b, an ink discharge (purging) operation from the nozzle 8 may be performed. Thereafter, the inkjet head 1 again moves in the direction of the recording station (arrow 31) and starts the recording operation again.
[0036]
In each of the examples described above, the ink-jet head for one color has been described. However, when color printing is performed using a plurality of ink-jet heads, the same correspondence can be taken for each ink-jet head.
[0037]
【The invention's effect】
As described above, the present invention does not require a humidifier that generates water vapor or a discharge mechanism that discharges humidified air supplied to the head as in the prior art, and absorbs the ink solvent near the nozzles of the inkjet head. With a simple configuration that only provides a holding body, it is possible to prevent evaporation of the solvent in the ink in the space near the nozzle opening of the inkjet head, so even if the time when ink is not ejected from the nozzle in a low humidity environment continues, Since the increase in the viscosity of the ink can be prevented, the nozzles are not clogged, and highly reliable printing is possible.
[0038]
Further, since the distance between the orifice plate and the recording medium is as narrow as 1.0 to 1.5 mm, an air flow is generated in this space. However, as in the present invention, an air flow shielding plate is provided so that the air flow does not flow to the holding body. By shielding the liquid, the solvent evaporated from the holding body can be prevented from flowing to the outside by the air flow, and the evaporated solvent can remain in the space near the nozzle opening. Furthermore, the number of holders can be reduced, and drying of the solvent at the nozzle portion can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of an ink jet head as a first example of the present invention.
FIG. 2 is a plan view schematically showing the ink jet head according to the first example of the present invention when a solvent is supplied.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an inkjet head according to a second example of the invention.
FIG. 4 is a schematic plan view showing the configuration of an ink jet apparatus as a third example of the invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional inkjet head.
FIG. 6 is a graph showing the relationship between relative humidity and discharge nozzle rate.
[Explanation of symbols]
1 is an inkjet head, 3 is a piezoelectric element, 4 is a diaphragm, 5 is an ink chamber, 6 is an orifice plate, 7 is an ink-repellent treatment layer, 8 is a nozzle, 9 is an ink droplet, 10 is a meniscus, and 11 is a nozzle opening. Neighboring spaces, 12a, 12b, 22a and 22b are holders, 13 is a recording medium, 15 and 25 are tanks, 17 and 27 are open / close valves, 18 is a humidity sensor, 19 and 29 are tubes, 20 is a blade, 24 is It is an airflow shield.

Claims

Inkjet that forms a pattern of ink droplets on a recording medium that is conveyed in a direction perpendicular to the nozzle arrangement direction by a line-type inkjet head in which nozzles that eject ink based on an ink ejection signal are arranged on an orifice plate In the device
An airflow shield is provided near the nozzles of the line-type inkjet head and on the surface of the orifice plate, upstream of the nozzle array in the recording medium conveyance direction, and a solvent holder is provided downstream. An ink jet apparatus characterized in that the solvent evaporated from the solvent holder remains in the vicinity of the nozzle .

The solvent carrier materials rayon, those mixed polyester, or these fibers, or claim 1 Symbol mounting of the ink jet device characterized in that it is a nonwoven fabric made of metal fiber or the like.

The material of the solvent carrier is, the inkjet apparatus of claim 1 Symbol mounting, characterized in that a fiber or sheet formed of superabsorbent polymer.

The inkjet apparatus according to any one of claims 1 to 3 ,
An ink jet apparatus comprising means for replenishing the solvent holder with a solvent.

The inkjet apparatus according to claim 4 .
An ink jet apparatus characterized in that means for replenishing the solvent holding body with a solvent is provided in a non-recording area of the line type ink jet head, and the solvent holding body is replenished only when the line type ink jet head is not recording. .

Ink jet apparatus according to any one of claims 1 to 5 distance between the center and the solvent Nakadachiho bearing member of the opening of the nozzle is characterized in that it is a 0.3 to 1 mm.

A humidity sensor is provided in the solvent holder, the amount of water consumption in the solvent holder is calculated based on the output of the sensor, and the solvent is replenished based on the calculated amount. 1 to an ink jet apparatus according to any one of claims 6.

In the ink jet apparatus of claim 1 Symbol placement,
An ink jet apparatus, wherein a relative humidity in the vicinity of the nozzle is 60% RH or more.