JP5521088B2 - Inkjet recording system manufacturing method and recording apparatus - Google Patents
Inkjet recording system manufacturing method and recording apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- JP5521088B2 JP5521088B2 JP2013094264A JP2013094264A JP5521088B2 JP 5521088 B2 JP5521088 B2 JP 5521088B2 JP 2013094264 A JP2013094264 A JP 2013094264A JP 2013094264 A JP2013094264 A JP 2013094264A JP 5521088 B2 JP5521088 B2 JP 5521088B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ink
- piezoelectric element
- jet recording
- ink jet
- pressurizing chamber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Description
本発明は、優れたインク充填性を有するインクジェット記録システムの製造方法および該製造方法により得られたインクジェット記録システムを用いた記録装置に関する。 The present invention relates to a manufacturing method of an ink jet recording system having excellent ink filling properties and a recording apparatus using the ink jet recording system obtained by the manufacturing method.
近年、インクジェット記録技術は目覚しく進歩しており、高精細な極めて写真に近似した画像が得られるようになった。これによってインクジェットの記録は多くの分野で使用されるようになった。それに伴い、高精細画像を得られることに加えて、印画速度の向上が望まれるようになってきた。印画速度を向上させるには、ノズルの数を増やし、さらに1ヘッドの単位時間当たりのインク液滴を多く吐出させる方法がある。この方法では駆動周波数としては15kHz以上が望まれ、1ヘッドの単位時間当たりに使用されるインクを、インクカートリッジから過不足なく供給しなければならない。
しかし、インクジェットヘッドにおいて、そのヘッドに設けられたインク流路の濡れ性が悪いと、インクを充填する際に、インク流路内に気泡を生じさせてしまう危険がある。さらに、この気泡は、流路の壁面に強固に付着していて、インク吸引による排出操作を行っても、容易に排出することができない。インク流路内に気泡が残留すると、具体的には、噴射不能のほか、ドット抜けや印字の乱れ等のトラブルが発生し、印字品質を低下させるといった問題がある。
In recent years, ink jet recording technology has advanced remarkably, and it has become possible to obtain high-definition and extremely similar images. As a result, ink jet recording has been used in many fields. Accordingly, in addition to obtaining high-definition images, it has been desired to improve the printing speed. In order to improve the printing speed, there is a method of increasing the number of nozzles and ejecting more ink droplets per unit time of one head. In this method, the driving frequency is preferably 15 kHz or more, and the ink used per unit time of one head must be supplied from the ink cartridge without excess or deficiency.
However, in an ink jet head, if the wettability of the ink flow path provided in the head is poor, there is a risk that bubbles are generated in the ink flow path when the ink is filled. Further, the bubbles are firmly attached to the wall surface of the flow path, and cannot be easily discharged even if a discharging operation by ink suction is performed. If air bubbles remain in the ink flow path, specifically, there are problems such as inability to eject, troubles such as missing dots and disordered printing, and deterioration of printing quality.
上記問題を解決するために、従来、樹脂材料を用いたヘッド構成部材の濡れ性を改良するために、酸処理やプラズマ処理で親水性を付与する、あるいは酸処理で親水性を付与した充填材を含有させる手法等が提案されてきた(例えば、特許文献1参照)。また、一方では、圧電素子の靭性強度を高めるために積層型の圧電素子において各層を焼成して形成する方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。しかし、特許文献1に示されているような、インクと圧電素子が直接接する構成ではこれら親水処理をすることにより、圧電素子が腐食・劣化してしまう。また、特許文献2に示される圧電素子はセラミック等の焼成部材であるため、表面は微細な凹凸構造となっており、インクが充填されにくい。圧力を発生させる圧電素子表面にインクが充填されず気泡が残ると、発生した圧力がインクに十分伝わらず、インクの飛翔曲がり、吐出速度の低下、あるいは不吐出といった吐出不良の原因となる。
また本発明者がインクの充填される過程を詳細に観察したところによると、時間経過によって充填率が良くなる、つまり充填してから安定するまでに時間を要するということが判明した。
In order to solve the above problems, conventionally, a filler that has been imparted hydrophilicity by acid treatment or plasma treatment or has been imparted hydrophilicity by acid treatment in order to improve the wettability of a head component using a resin material. There have been proposed a method of containing selenium (see, for example, Patent Document 1). On the other hand, in order to increase the toughness strength of the piezoelectric element, a method has been proposed in which each layer is baked and formed in a laminated piezoelectric element (see, for example, Patent Document 2). However, in a configuration in which the ink and the piezoelectric element are in direct contact as shown in
Further, according to a detailed observation of the ink filling process by the present inventor, it has been found that the filling rate is improved with the passage of time, that is, it takes time to stabilize after filling.
本発明の課題は、加圧室壁面の一部が圧電素子で構成されたインクジェット記録ヘッドを備えたインクジェット記録システムの製造方法において、インクの充填性を改善し、充填率が迅速に高まるインクジェット記録システムの製造方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an inkjet recording system having an inkjet recording head in which a part of a pressurizing chamber wall surface is made of a piezoelectric element. It is to provide a method for manufacturing a system.
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、圧電素子の平均傾斜Δaと前記圧電素子とインクとの接触角が所定の範囲にあり、前記圧電素子の平均傾斜と接触角との関係式が所定の値以上であることにより、インクジェット記録ヘッドにインクを充填する速度が改善され、充填率が迅速に高まるインクジェット記録システムを実現できるという新たな事実を見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the inventor has found that the average inclination Δa of the piezoelectric element and the contact angle between the piezoelectric element and the ink are within a predetermined range, and the average inclination and the contact angle of the piezoelectric element are The fact that the relational expression is equal to or greater than a predetermined value has improved the speed at which the ink jet recording head is filled with ink, and found a new fact that an ink jet recording system in which the filling rate is rapidly increased can be realized, thereby completing the present invention. It came to do.
すなわち、本発明のインクジェット記録システムの製造方法および記録装置は、以下の構成を有する。
(1)ノズルが設けられた加圧室の壁面の一部が圧電素子で形成され、前記圧電素子を作動・変形させて前記加圧室の中のインクに圧力波を作用させて、前記ノズルからインク滴を吐出させるインクジェット記録ヘッドを備えたインクジェット記録システムの製造方法であって、前記圧電素子の平均傾斜Δaが100〜1000mradであり、かつ前記圧電素子を形成する圧電材料の平滑化された表面にインクを直接接触させた状態においての接触角θが45度以下である場合において、圧電素子が下記式(1)を満足すればインク充填性を有すると評価する評価工程を含むことを特徴とするインクジェット記録システムの製造方法。
(式中、Δaは前記平均傾斜Δa(rad)、θは前記接触角θを表す。)
(2)前記インクジェット記録ヘッドは、複数のドット形成部からなり、該ドット形成部は前記加圧室とそれに連通する前記ノズルを有し、前記加圧室は基板と内部に共通電極が形成された前記圧電素子とから構成されており、前記圧電素子に駆動電圧を印加するための個別電極が前記圧電素子の前記加圧室に対向する位置に配設されていることを特徴とする前記(1)記載のインクジェット記録システムの製造方法。
(3)前記接触角θが5〜45度であることを特徴とする前記(1)記載のインクジェット記録システムの製造方法。
(4)前記インクは、少なくとも、水、着色剤、水溶性有機溶剤および界面活性剤からなることを特徴とする前記(1)記載のインクジェット記録システムの製造方法。
(5)前記着色剤は、顔料からなることを特徴とする前記(4)記載のインクジェット記録システムの製造方法。
(6)前記インクジェット記録ヘッドはノズルを500個以上有し、前記記録ヘッドを記録媒体の搬送方向に対して直交する水平方向に2個以上配置してなる前記(1)〜(5)のいずれかに記載のインクジェット記録システムの製造方法。
(7)前記(1)〜(6)のいずれかに記載の製造方法により得られたインクジェット記録システムを用いたことを特徴とする記録装置。
That is, the manufacturing method and recording apparatus of the inkjet recording system of the present invention have the following configurations.
(1) A part of the wall surface of the pressurizing chamber provided with the nozzle is formed of a piezoelectric element, and the piezoelectric element is actuated and deformed to cause a pressure wave to act on the ink in the pressurizing chamber. A method of manufacturing an ink jet recording system including an ink jet recording head that discharges ink droplets from a piezoelectric material, wherein the piezoelectric element has an average inclination Δa of 100 to 1000 mrad, and the piezoelectric material forming the piezoelectric element is smoothed An evaluation step of evaluating that the piezoelectric element has ink filling properties when the contact angle θ in a state where the ink is in direct contact with the surface is 45 degrees or less satisfies the following formula (1): A method for manufacturing an inkjet recording system.
(In the formula, Δa represents the average inclination Δa (rad), and θ represents the contact angle θ).
(2) The ink jet recording head includes a plurality of dot forming sections, and the dot forming section includes the pressurizing chamber and the nozzle communicating with the pressurizing chamber, and the pressurizing chamber has a common electrode formed inside the substrate. The piezoelectric element, and an individual electrode for applying a driving voltage to the piezoelectric element is disposed at a position facing the pressurizing chamber of the piezoelectric element. 1) A method for producing the inkjet recording system according to the above.
(3) The method of manufacturing an ink jet recording system according to (1), wherein the contact angle θ is 5 to 45 degrees.
(4) The method for producing an ink jet recording system according to (1), wherein the ink comprises at least water, a colorant, a water-soluble organic solvent, and a surfactant.
(5) The method for manufacturing an ink jet recording system according to (4), wherein the colorant comprises a pigment.
(6) Any of the above (1) to (5), wherein the ink jet recording head has 500 or more nozzles, and two or more recording heads are arranged in a horizontal direction orthogonal to the conveyance direction of the recording medium. A method for manufacturing the ink jet recording system according to
(7) A recording apparatus using the inkjet recording system obtained by the manufacturing method according to any one of (1) to (6).
本発明によれば、圧電素子の平均傾斜Δaと前記圧電素子とインクとの接触角が所定の範囲にあり、前記圧電素子の平均傾斜と接触角との関係式が所定の値以上であるので、インクジェット記録ヘッドにインクを充填する速度が改善され、充填率が迅速に高まるインクジェット記録システムを実現することができる。 According to the present invention, the average inclination Δa of the piezoelectric element and the contact angle between the piezoelectric element and the ink are within a predetermined range, and the relational expression between the average inclination of the piezoelectric element and the contact angle is a predetermined value or more. In addition, an ink jet recording system can be realized in which the ink filling speed of the ink jet recording head is improved and the filling rate is rapidly increased.
以下に、本発明に係るインクジェット記録システムについて詳細に説明をする。
本発明に係るインクジェット記録システムは、ノズルが設けられた加圧室の壁面の一部が圧電素子で形成され、この圧電素子を作動・変形させて前記加圧室の中のインクに圧力波を作用させて、前記ノズルからインク滴を吐出させるインクジェット記録ヘッドを備えたインクジェット記録システムであって、前記圧電素子の平均傾斜Δaが100〜1000mradであり、かつインクとの接触角が45度以下、更に上記式(1)を満足する。前記接触角は5〜45度であるのが好ましい。
The ink jet recording system according to the present invention will be described in detail below.
In the ink jet recording system according to the present invention, a part of the wall surface of the pressurizing chamber provided with the nozzle is formed of a piezoelectric element, and this piezoelectric element is operated and deformed to generate a pressure wave on the ink in the pressurizing chamber. An ink jet recording system comprising an ink jet recording head that causes ink droplets to be ejected from the nozzles, wherein the piezoelectric element has an average inclination Δa of 100 to 1000 mrad, and a contact angle with the ink of 45 degrees or less, Furthermore, the above formula (1) is satisfied. The contact angle is preferably 5 to 45 degrees.
本発明によれば、インクジェット記録ヘッドに対するインクの充填性は、インクに直接接し、圧力波を発生させる圧電素子表面の平均傾斜と関連のあることがわかった。すなわち、前記圧電素子の平均傾斜Δaが1000mradを超えると、インクが所望の充填率に達するまでにかかる時間が長くなる。これは平均傾斜が大きいと圧電素子表面の微細な深い構造の中にインクが入り込むのに時間がかかるためと推察される。本発明の範囲であれば、所望の充填率に到達するまでの時間は短くなる。ここで、充填率は、前記インクジェット記録ヘッドが有する全ノズル数に対して印字のできたノズル数の割合をいう。
ここで、図5を用いて、圧電素子表面の平均傾斜Δaと充填率の関係をさらに説明する。図5の横軸は圧電素子表面の平均傾斜Δa(mrad)を、縦軸は充填率を示し、インクを充填してから、5秒後の充填率と、10秒後の充填率を図示している。インクの接触角は45度である。図5に示すように平均傾斜が一定値より大きくなると、インクの充填率が低下するが、特に5秒後の充填率が低下するのが分かる。よって、より早くインクを充填させるには圧電素子の平均傾斜Δaが1000mrad以下である必要がある。また、圧電素子の平均傾斜Δaが100mrad未満であると、圧電素子の生産性が落ちるため、圧電素子の平均傾斜Δaは100mrad〜1000mradである必要があり、100mrad〜800mradが好ましい。
According to the present invention, it has been found that the ink filling property of the ink jet recording head is related to the average inclination of the surface of the piezoelectric element that directly contacts the ink and generates the pressure wave. That is, when the average inclination Δa of the piezoelectric element exceeds 1000 mrad, it takes a long time for the ink to reach a desired filling rate. This is presumably because if the average inclination is large, it takes time for the ink to enter the fine deep structure on the surface of the piezoelectric element. Within the scope of the present invention, the time required to reach the desired filling rate is shortened. Here, the filling rate refers to the ratio of the number of nozzles capable of printing to the total number of nozzles of the ink jet recording head.
Here, the relationship between the average inclination Δa of the piezoelectric element surface and the filling rate will be further described with reference to FIG. The horizontal axis in FIG. 5 represents the average inclination Δa (mrad) of the surface of the piezoelectric element, the vertical axis represents the filling rate, and the filling rate after 5 seconds and the filling rate after 10 seconds are illustrated. ing. The contact angle of ink is 45 degrees. As shown in FIG. 5, when the average slope becomes larger than a certain value, the ink filling rate decreases, but it can be seen that the filling rate after 5 seconds in particular decreases. Therefore, in order to fill ink more quickly, the average inclination Δa of the piezoelectric elements needs to be 1000 mrad or less. Moreover, since productivity of a piezoelectric element falls that the average inclination (DELTA) a of a piezoelectric element is less than 100 mrad, the average inclination (DELTA) a of a piezoelectric element needs to be 100 mrad-1000 mrad, and 100 mrad-800 mrad are preferable.
また、インクの充填性は、圧電素子とインクの接触角とも関連があることがわかった。すなわち、前記接触角が45度を超えると、インクが所望の充填率に達するまでにかかる時間が長くなる。しかし、接触角が45度以下では、小さくなるに従い、充填率が高くなるのに必要な時間が短くなる。ただし接触角が非常に小さい場合はノズル表面に対する濡れ性も高くなり、充填率が下がる虞があるので、5〜45度であるのが好ましい。 It was also found that the ink filling property is related to the contact angle between the piezoelectric element and the ink. That is, when the contact angle exceeds 45 degrees, it takes a long time for the ink to reach a desired filling rate. However, when the contact angle is 45 degrees or less, the time required for the filling rate to increase becomes shorter as the contact angle becomes smaller. However, when the contact angle is very small, the wettability with respect to the nozzle surface becomes high and the filling rate may be lowered.
また、インクの充填性は、前記圧電素子の平均傾斜Δaと前記接触角閘とが上記式(1)を満たすことにより、充填率が迅速に高くなる。上記式(1)の範囲外であると、充填率を高めるのに時間を要する。これは、cosθがインクの圧電素子表面を濡らす濡れ速度に関連し、これにcos(Δa)を乗じることにより、図4に示すように、その速度の圧電素子の平均面方向の速度成分kを取り出すことになる。よって上記式(1)は圧電素子表面をインクが充填する速度に関する実験式といえる。なお、図4で、mは前記濡れ速度、nは圧電素子平均面に対する法線方向、8は圧電素子を示す。 In addition, the filling rate of the ink is rapidly increased when the average inclination Δa of the piezoelectric element and the contact angle 閘 satisfy the above formula (1). If it is out of the range of the above formula (1), it takes time to increase the filling rate. This is related to the wetting speed at which cos θ wets the piezoelectric element surface of the ink, and by multiplying this by cos (Δa), as shown in FIG. 4, the velocity component k in the average surface direction of the piezoelectric element is obtained as shown in FIG. I will take it out. Therefore, the above equation (1) can be said to be an experimental equation relating to the speed at which ink fills the surface of the piezoelectric element. In FIG. 4, m represents the wetting speed, n represents a normal direction with respect to the piezoelectric element average surface, and 8 represents the piezoelectric element.
(インク)
本発明におけるインクは、少なくとも、水、着色剤、水溶性有機溶剤、界面活性剤からなり、その他に必要に応じてpH調整剤、防腐防カビ剤等を添加することができる。前記界面活性剤は、その添加量を調整することにより、所望のインクの表面張力を得ることができ、これにより前記圧電素子との接触角を所望のものに調整することができる。
(ink)
The ink in the present invention comprises at least water, a colorant, a water-soluble organic solvent, and a surfactant, and in addition, a pH adjuster, an antiseptic and fungicide can be added as necessary. By adjusting the addition amount of the surfactant, it is possible to obtain a desired surface tension of the ink, thereby adjusting a contact angle with the piezoelectric element to a desired value.
着色剤としては、直接染料、酸性染料、塩基性染料等の染料および顔料のいずれも用いることができる。本発明においては、耐水性および耐光性等の点から好ましくは顔料を用いるのがよい。
顔料の成分としては、不溶性アゾ顔料、溶性アゾ顔料、フタロシアニンブルー、イソインドリノン、キナクリドン、ジオキサジンバイオレット、ベリノン・ベタリンのような有機顔料、カーボンブラック、二酸化チタン等の無機顔料といった着色剤顔料成分や、白土、タルク、クレー、ケイソウ土、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、酸化チタン、アルミナホワイト、シリカ、カオリン、水酸化アルミニウムのような体質顔料等が挙げられる。
具体的な有機顔料としては、以下に例示する。マゼンタの顔料としては、C.I.ピグメントレッド2、C.I.ピグメントレッド3、C.I.ピグメントレッド5、C.I.ピグメントレッド6、C.I.ピグメントレッド7、C.I.ピグメントレッド15、C.I.ピグメントレッド16、C.I.ピグメントレッド48:1、C.I.ピグメントレッド53:1、C.I.ピグメントレッド57:1、C.I.ピグメントレッド122、C.I.ピグメントレッド123、C.I.ピグメントレッド139、C.I.ピグメントレッド144、C.I.ピグメントレッド149、C.I.ピグメントレッド166、C.I.ピグメントレッド166、C.I.ピグメントレッド177、C.I.ピグメントレッド178、C.I.ピグメントレッド222等が挙げられる。
顔料の全液媒体に対する含有量としては、1〜10wt(質量)%が好ましく、さらに好ましくは、3〜7wt%である。
As the colorant, any of direct dyes, acid dyes, basic dyes and other dyes and pigments can be used. In the present invention, a pigment is preferably used from the viewpoint of water resistance and light resistance.
As pigment components, colorant pigment components such as insoluble azo pigments, soluble azo pigments, phthalocyanine blue, isoindolinone, quinacridone, dioxazine violet, organic pigments such as verinone / betalin, and inorganic pigments such as carbon black and titanium dioxide And extender pigments such as white clay, talc, clay, diatomaceous earth, calcium carbonate, barium sulfate, titanium oxide, alumina white, silica, kaolin, and aluminum hydroxide.
Specific organic pigments are exemplified below. Examples of magenta pigments include C.I. I.
As content with respect to the whole liquid medium of a pigment, 1-10 wt (mass)% is preferable, More preferably, it is 3-7 wt%.
また顔料をインク溶媒中に分散させるために水溶性樹脂を使用し、好ましくはスチレン−アクリル−アクリル酸アルキルエステル共重合体、スチレン−アクリル酸共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸−アクリル酸アルキルエステル共重合体、スチレン−メタクリル酸共重合体、スチレン−メタクリル酸アルキルエステル共重合体、スチレン−マレイン酸ハーフエステル共重合体、ビニルナフタレン−アクリル酸共重合体、ビニルナフタレン−マレイン酸共重合体等のような水溶性樹脂である。
水溶性樹脂の全液媒体に対する含有量としては、0.1〜10wt%が好ましく、さらに好ましくは、1〜5wt%である。これらの水溶性樹脂は、二種類以上併用することも可能である。
In addition, a water-soluble resin is used to disperse the pigment in the ink solvent, and preferably a styrene-acrylic-acrylic acid alkyl ester copolymer, a styrene-acrylic acid copolymer, a styrene-maleic acid copolymer, a styrene- Maleic acid-acrylic acid alkyl ester copolymer, styrene-methacrylic acid copolymer, styrene-alkyl methacrylate ester copolymer, styrene-maleic acid half ester copolymer, vinyl naphthalene-acrylic acid copolymer, vinyl naphthalene -A water-soluble resin such as a maleic acid copolymer.
As content with respect to the whole liquid medium of water-soluble resin, 0.1-10 wt% is preferable, More preferably, it is 1-5 wt%. Two or more of these water-soluble resins can be used in combination.
顔料の分散方法としては、ボールミル、サンドミル、ロールミル、アジテータ、超音波ホモジナイザー、湿式ジェットミル、ペイントシェーカー等を用いることができる。
顔料分散体は、分散時での異物やゴミ、粗大粒子等を除去するために遠心分離装置を使用したり、フィルターをして濾過することも好ましく行われる。
As a method for dispersing the pigment, a ball mill, a sand mill, a roll mill, an agitator, an ultrasonic homogenizer, a wet jet mill, a paint shaker, or the like can be used.
The pigment dispersion is preferably filtered using a centrifugal separator or filtering to remove foreign matters, dust, coarse particles and the like during dispersion.
本発明における顔料粒子の平均粒径は、30〜300nmが好ましく、さらに好ましくは50〜150nmである。前記平均粒径は、例えば動的光散乱式粒径分布測定装置(HORIBA社製、LB−550)を用いて計測することができる。 The average particle size of the pigment particles in the present invention is preferably 30 to 300 nm, more preferably 50 to 150 nm. The average particle size can be measured using, for example, a dynamic light scattering type particle size distribution measuring device (LB-550, manufactured by HORIBA).
本発明においてインクに使用される界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル類、アセチレングリコール類、ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレンブロックコポリマー類等のノニオン性界面活性剤が好ましく用いられる。 Examples of the surfactant used in the ink in the present invention include nonionic surfactants such as polyoxyethylene alkyl ethers, polyoxyethylene alkyl allyl ethers, acetylene glycols, and polyoxyethylene / polyoxypropylene block copolymers. Is preferably used.
本発明における水溶性有機溶剤は、エチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコール、へキシレングリコール、オクタンジオール、チオジグリコール、2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、2−エチル−2−メチル−1,3−プロパンジオール、2,4−ペンタンジオール、1,5−ペンタンジオール、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジオールトリメチロールプロパン、2−メチル−1,3−プロパンジオール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、エチレングリコール、グリセリン、2−ピロリドン等が挙げられる。 The water-soluble organic solvent in the present invention is ethylene glycol monobutyl ether, triethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol, hexylene glycol, octanediol, thiodiglycol, 2-butyl-2- Ethyl-1,3-propanediol, 3-methyl-1,5-pentanediol, 2-ethyl-2-methyl-1,3-propanediol, 2,4-pentanediol, 1,5-pentanediol, 2 , 2-dimethyl-1,3-propanediol trimethylolpropane, 2-methyl-1,3-propanediol, diethylene glycol, propylene glycol, butanediol, ethylene glycol, glycerin, 2-pyrrole Don and the like.
(インクジェット記録ヘッド)
本発明に係るインクジェット記録ヘッドの一例において、図1に積層圧電素子8と個別電極9とを含む圧電アクチュエータを取り付ける前の状態を示す。
図の例におけるインクジェット記録ヘッドは、1枚の基板1上に、加圧室2とそれに連通するノズル3とを含むドット形成部を複数個、配列したものである。
また図2(a)は、上記例のインクジェット記録ヘッドにおいて、圧電アクチュエータを取り付けた状態での、1つのドット形成部を拡大して示す断面図、図2(b)は1つのドット形成部を構成する各部の重なり状態を示す透視図である。図3は図2(a)のノズル3付近の拡大図である。
(Inkjet recording head)
In one example of the ink jet recording head according to the present invention, FIG.
The ink jet recording head in the illustrated example has a plurality of dot forming portions including a pressurizing
2A is an enlarged cross-sectional view showing one dot forming portion in a state where the piezoelectric actuator is attached in the ink jet recording head of the above example, and FIG. 2B is a diagram showing one dot forming portion. It is a perspective view which shows the overlapping state of each part which comprises. FIG. 3 is an enlarged view of the vicinity of the
ドット形成部のノズル3は、図1に白矢印で示す主走査方向(記録媒体の搬送方向)に複数列並んでいる。図の例では4列に並んでおり、同一列内のドット形成部間のピッチは150dpiであって、インクジェット記録ヘッドの全体として600dpiを実現している。
各ドット形成部は、基板1の、図2(a)において上面側に形成した、矩形部の幅方向の中央部に中心を有し、径が幅長さと等しく、かつ水平断面形状が半円形である端部を前記矩形部の長手方向の両端に備えた、平板形状を有する加圧室2と、上記基板1の下面側の、加圧室2の一端側の端部の半円と中心が同じで円錐台形のノズル3とを、前記端部の半円と中心が同じで同径の円柱形のノズル流路4を介して連通させると共に、上記加圧室2の他端側の端部の半円と中心が同じである円柱形の供給口5を介して、加圧室2を、基板1内に、各ドット形成部と連通させるように形成した共通流路6(図1に破線で示す)に繋ぐ構成となっている。
The
Each dot forming portion is formed on the upper surface side of the
上記各部は、図の例では、加圧室2を形成した第1基板1aと、ノズル流路4の上部4aと供給口5とを形成した第2基板1bと、ノズル流路4の下部4bと共通流路6とを形成した第3基板1cと、ノズルプレートとしての、ノズル3を形成した第4基板1dとを、この順に積層し、一体化することで形成してある。
またノズル3は、図3に示すように、インク滴吐出側の先端の開口30を、基板1の下面側である第4基板1dの下側の表面1eに円形に形成してある。それと共にノズル3は、この先端側の開口30が、加圧室2側の開口31よりも小さくなるように、テーパー状(円錐状)に形成してある。
In the example shown in the figure, each of the above parts includes a
In addition, as shown in FIG. 3, the
第1基板1aと第2基板1bには、図1に示すように、第3基板1cに形成した共通流路6を、基板1の上面側で、インクカートリッジ(図示しない)からの配管と接続するためのジョイント部11を構成するための通孔11aを形成してある。さらに各基板1a〜1dは、例えば樹脂や金属などからなり、フォトリソグラフ法を利用したエッチングなどによって上記各部となる通孔を設けた、所定の厚みを有する板状体にて形成してある。
As shown in FIG. 1, the
基板1の上面側には、該基板1とほぼ同じ大きさであり、共通電極7をその内部に有する、平面形状かつ横振動モードの薄板状の積層圧電素子8と、各ドット形成部の加圧室2の中央部と重なる位置に個別に設けた、略矩形状の同じ平面形状を有する個別電極9とを、この順に積層することで圧電アクチュエータACを構成してある。
On the upper surface side of the
共通電極7、個別電極9は、共に金、銀、白金、銅、アルミニウムなどの導電性に優れた金属の箔や、これらの金属からなるめっき被膜、真空蒸着被膜などで形成してある。
Both the
圧電素子8を形成する圧電材料としては、例えばジルコン酸チタン酸鉛(PZT)や、当該PZTにランタン、バリウム、ニオブ、亜鉛、ニッケル、マンガンなどの酸化物の1種または2種以上を添加したもの、例えばPLZTなどの、PZT系の圧電材料を挙げることができる。また、マグネシウムニオブ酸鉛(PMN)、ニッケルニオブ酸鉛(PNN)、亜鉛ニオブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、チタン酸鉛、チタン酸バリウムなどを主要成分とするものを挙げることもできる。
As a piezoelectric material for forming the
圧電素子8は、例えば上記の圧電材料を焼結して形成した焼結体を薄板状に研磨した所定の平面形状を有するチップを、所定の位置に接着、固定したり、いわゆるゾル−ゲル法(またはMOD法)によって、圧電材料のもとになる有機金属化合物から形成したペーストを所定の平面形状に印刷し、乾燥、仮焼成、焼成の工程を経て形成したり、あるいは反応性スパッタリング法、反応性真空蒸着法、反応性イオンプレーティング法などの気相成長法によって、圧電材料の薄膜を所定の平面形状に形成したりすることによって、形成することができる。
The
圧電素子8の平均傾斜は、焼成条件での粒子成長促進や、機械研磨、エッチング等を用いて表面加工をすることにより所望の平均傾斜を得ることができる。前記圧電素子8の平均傾斜は、例えば光干渉型表面粗さ測定装置(Veeco社製Wyko NT1100)を用いて測定を行うことができる。
The average inclination of the
圧電素子8を、例えば横振動モードとして駆動するためには、圧電材料の分極方向を、前記圧電素子8の厚み方向、より詳しくは個別電極9から共通電極7に向かう方向に配向させる。そのためには、例えば高温分極法、室温分極法、交流電界重畳法、電界冷却法などの従来公知の分極法を採用することができる。また、分極後の圧電素子8をエージング処理してもよい。
In order to drive the
圧電材料の分極方向を上記の方向に配向させた圧電素子8は、共通電極7を接地した状態で、個別電極9から正の駆動電圧を印加することによって、分極方向と直交する面内で収縮する。このため、撓みが発生する際の力が加圧室2内のインクに圧力波として伝えられ、この圧力波によって、供給口5、加圧室2、ノズル流路4、およびノズル3内のインクが振動を起こす。そして振動の速度が、結果的にノズル3の外に向かうことによって、ノズル3内のインクメニスカスが、インク滴吐出側の先端の開口30から外部へと押し出されて、インク柱が形成される。振動の速度は、やがてノズル内方向に向かうが、インク柱はそのまま外方向に運動を続けるため、インクメニスカスから切り離されて1〜2滴程度のインク滴にまとまり、それが紙面の方向に飛翔して、紙面にドットを形成する。
The
インク滴が飛翔して減少した分のインクは、ノズル3内のインクメニスカスの表面張力によって、インクカートリッジから、当該インクカートリッジの配管、ジョイント部11、共通流路6、供給口5、加圧室2、およびノズル流路4を介してノズル3に再充填される。
The amount of ink that has decreased due to the flying ink droplets is reduced from the ink cartridge by the ink meniscus surface tension in the
基板1の下面側である第4基板1dの下側の表面1eには、前記のように、所定の平面形状を有する撥水処理されない領域A1を、ノズル3のインク滴吐出側の先端の、円形の開口30と重ねて設けてある。すなわち、この領域A1を除くそれ以外の表面1eに撥水層12を積層して撥水処理すると共に、領域A1内は撥水層12を形成せずに、第4基板1dの表面を露出させて、撥水処理されていない状態としてある。
On the
撥水層12の厚みは、特に限定されないが、0.5〜2μmであるのが好ましい。撥水層12の厚みがこの範囲未満では、撥水性が低下して、インクの付着によるインク滴の吐出不良を生じるおそれがある。また、膜厚が2μmを超える撥水層12は膜形成が容易でない上、形成できたとしても、それ以上の効果が得られないおそれがある。
Although the thickness of the
本発明に係るインクジェット記録ヘッドは、ドット形成の直前に加圧室2の容量を拡大させる方向に圧電素子8を変形させることで、ノズル内のインクメニスカスを引き込み、その後、加圧室2の容量を縮小させる方向に圧電素子8を変形させることで、インク滴をインクメニスカスから分離させて吐出させる引き打ち式、およびドット形成時に、加圧室2の容量を縮小させる方向に圧電素子8を変形させることで、ノズル3内のインクメニスカスを押し出し、次いで、加圧室2の容量を拡大させる方向に圧電素子を変形させることで、インクメニスカスを引き込んで、インク滴をインクメニスカスから分離させて吐出させる押し打ち式のいずれの駆動方法によって駆動しても良い。
The ink jet recording head according to the present invention pulls the ink meniscus in the nozzle by deforming the
本発明の記録装置は、高速プリントを達成するため、前記記録ヘッドがノズル数を500個以上、好ましくは1000〜3000個有し、またその駆動周波数が15kHz以上であり、かつ前記記録ヘッドが記録媒体の搬送方向に対して垂直でかつ水平方向に2個以上、好ましくは2〜8個、より好ましくは2〜4個繋げてなるのがよい。また記録媒体の幅以上に複数個繋げることによって、ラインヘッドとしても使用することができる。
インクジェット記録ヘッドへのインクの初期充填においては、図1に示すように、インクは、インクカートリッジ(図示しない)からの配管とこの配管を接続するためのジョイント部11との間に、ポンプ(図示しない)を配置しジョイント部11を介して、前記記録ヘッドに供給が行われる。ポンプは、チューブポンプやギヤポンプ、電磁ポンプなど目的に合わせて使用することができる。
In the recording apparatus of the present invention, in order to achieve high-speed printing, the recording head has 500 or more nozzles, preferably 1000 to 3000 nozzles, the driving frequency is 15 kHz or more, and the recording head performs recording. Two or more, preferably 2-8, more preferably 2-4, may be connected in the horizontal direction perpendicular to the medium transport direction. Moreover, it can be used as a line head by connecting a plurality more than the width of the recording medium.
In the initial filling of the ink into the ink jet recording head, as shown in FIG. 1, the ink is pumped (not shown) between a pipe from an ink cartridge (not shown) and a joint portion 11 for connecting the pipe. The recording head is supplied through the joint portion 11. The pump can be used according to the purpose, such as a tube pump, a gear pump, or an electromagnetic pump.
カラープリントをする場合には、インクは記録ヘッドと組み合わせて、多色セットを形成し、通常はイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの4色を含むインクセットを形成し、これらをセットとして、本発明におけるインク及び記録ヘッドを組み合わせた記録装置とすることが好ましい。 In the case of color printing, the ink is combined with the recording head to form a multicolor set, and usually an ink set including four colors of yellow, magenta, cyan, and black is formed. It is preferable to use a recording apparatus that combines the ink and the recording head.
以下、実施例および比較例を挙げて、本発明のインクジェット記録システムの製造方法および記録装置をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。 Hereinafter, the production method and recording apparatus of the ink jet recording system of the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to the following examples.
(インクの作製)
本発明にかかるインクは、インクNo.1〜10について表1に示す処方にて作製した。作製方法は次の通りである。表1に示す各材料を総量が500gに成るようにビーカーに入れ、スターラーにて800rpmで30分攪拌後、10μmメンブランフィルターで濾過した。なお、界面活性剤はオルフィンE1010 [アセチレンジオールのEO(エチレンオキシド)付加物、日信化学工業社製]を使用した。
The ink according to the present invention is ink no. It produced with the prescription shown in Table 1 about 1-10. The manufacturing method is as follows. Each material shown in Table 1 was put into a beaker so that the total amount was 500 g, stirred with a stirrer at 800 rpm for 30 minutes, and then filtered with a 10 μm membrane filter. As the surfactant, Olfine E1010 [EO (ethylene oxide) adduct of acetylenic diol, manufactured by Nissin Chemical Industry Co., Ltd.] was used.
(インクジェット記録ヘッドの作製)
図1および図2(a)、(b)に示す構造を有し、なおかつ加圧室2の面積が0.2mm2、幅が2200μm、深さが100μm、ノズル流路4の直径が200μm、長さが800μm、供給口5の直径が30μm、長さが40μm、ノズル3の長さが30μm、インク吐出側の開口30および加圧室2側の開口31の形状がそれぞれ半径10μmおよび20μmの円形であると共に、この各部位から構成されるドット形成部が1列あたり166個、全体(4列)で664個のドット形成部が基板1上に配列されたインクジェット記録ヘッドを用いた。
同一列内のドット形成部間のピッチは150dpiとし、また隣り合う各列を1/2ピッチずつずらすことで、全体として600dpiとした。
用いた圧電素子の平均傾斜および圧電素子を形成する圧電材料の平滑化された表面に対する前記インクの接触角は、表2に示す通りであった。
(Preparation of inkjet recording head)
1 and 2 (a) and 2 (b), the area of the pressurizing
The pitch between the dot forming portions in the same row was 150 dpi, and the adjacent rows were shifted by ½ pitch to make 600 dpi as a whole.
Table 2 shows the average inclination of the used piezoelectric element and the contact angle of the ink with respect to the smoothed surface of the piezoelectric material forming the piezoelectric element.
(評価方法)
前記で得られたインクおよびインジェット記録ヘッド、そしてこれらを搭載した記録装置を用いて、インク液滴を連続的に吐出させ、吐出状態を調べた。評価は、以下のようにして行った。すなわち、表1に示すインクNo.1〜10のいずれかを表2に示す平均傾斜Δaのいずれかの圧電素子が組み込まれたインクジェット記録ヘッドに、インクタンクからギヤポンプを使用し圧力200kPaで加圧充填し、充填から5秒後に駆動電圧20V、駆動周波数15kHzで連続的に吐出させて、5秒後および10秒後の充填率を評価した。
Using the ink and the inkjet recording head obtained above, and a recording apparatus equipped with these, ink droplets were continuously ejected, and the ejection state was examined. Evaluation was performed as follows. That is, the ink Nos. Any one of 1 to 10 is pressure-filled from an ink tank with a pressure of 200 kPa using a gear pump into an ink jet recording head incorporating any piezoelectric element having an average inclination Δa shown in Table 2, and is driven 5 seconds after filling. By continuously discharging at a voltage of 20 V and a drive frequency of 15 kHz, the filling rate after 5 seconds and after 10 seconds was evaluated.
なお、本実施例における圧電素子の平均傾斜および接触角は下記の方法により測定した。
(接触角測定)
インクの接触角は、協和界面科学株式会社製接触角測定装置を用いて測定した。
(平均傾斜測定)
圧電素子表面の平均傾斜Δaは、光干渉型表面粗さ測定装置(Veeco社製Wyko NT1100)を用いてVSIモードで測定した。
In addition, the average inclination and contact angle of the piezoelectric element in this example were measured by the following methods.
(Contact angle measurement)
The contact angle of the ink was measured using a contact angle measuring device manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.
(Average slope measurement)
The average inclination Δa of the surface of the piezoelectric element was measured in the VSI mode using an optical interference type surface roughness measuring device (Wyko NT1100 manufactured by Veeco).
(評価結果)
表2に示すように、平均傾斜および接触角が本発明の範囲内にあって、上記式(1)の値が本発明の範囲外である場合、5秒後および10秒後での充填率は低い(比較例1、5)。また、接触角および上記式(1)の値が本発明の範囲外である場合も、5秒後および10秒後での充填率は低い(比較例2〜4)。また、平均傾斜および上記式(1)の値が本発明の範囲外である場合も、5秒後および10秒後での充填率は低い(比較例6、7)。上記式(1)の値が本発明の範囲内であっても、平均傾斜が本発明の範囲外である場合(比較例8)、接触角が本発明の範囲外である場合(比較例9)も、5秒後および10秒後での充填率は低い。
これに対して、平均傾斜、接触角および上記式(1)の値が本発明の範囲内にある場合、充填率は5秒後および10秒後においても1.0(100%)を示した。
(Evaluation results)
As shown in Table 2, when the average inclination and the contact angle are within the range of the present invention and the value of the above formula (1) is outside the range of the present invention, the filling rate after 5 seconds and after 10 seconds. Is low (Comparative Examples 1 and 5). Moreover, also when a contact angle and the value of said Formula (1) are outside the range of this invention, the filling rate after 5 second and 10 second is low (Comparative Examples 2-4). Also, when the average slope and the value of the above formula (1) are outside the range of the present invention, the filling rate after 5 seconds and after 10 seconds is low (Comparative Examples 6 and 7). Even if the value of the above formula (1) is within the range of the present invention, the average slope is outside the range of the present invention (Comparative Example 8), and the contact angle is outside the range of the present invention (Comparative Example 9). ), The filling rate after 5 seconds and after 10 seconds is low.
On the other hand, when the average inclination, the contact angle, and the value of the above formula (1) are within the range of the present invention, the filling rate was 1.0 (100%) even after 5 seconds and after 10 seconds. .
1 基板
2 加圧室
3 ノズル
4 インク流路
5 供給口
6 共通流路
7 共通電極
8 圧電素子
9 個別電極
11 ジョイント部
12 撥水層
30 開口
A1 領域
AC 圧電アクチュエータ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記圧電素子の平均傾斜Δaが100〜1000mradであり、かつ前記圧電素子を形成する圧電材料の平滑化された表面にインクを直接接触させた状態においての接触角θが45度以下である場合において、圧電素子が下記式(1)を満足すればインク充填性を有すると評価する評価工程を含むことを特徴とするインクジェット記録システムの製造方法。
(式中、Δaは前記平均傾斜Δa(rad)、θは前記接触角θを表す。) A part of the wall surface of the pressurizing chamber provided with the nozzle is formed of a piezoelectric element, and the piezoelectric element is operated and deformed to cause a pressure wave to act on the ink in the pressurizing chamber. A method of manufacturing an ink jet recording system including an ink jet recording head for discharging
In the case where the average inclination Δa of the piezoelectric element is 100 to 1000 mrad, and the contact angle θ in a state where the ink is in direct contact with the smoothed surface of the piezoelectric material forming the piezoelectric element is 45 degrees or less. An ink jet recording system manufacturing method comprising an evaluation step of evaluating that the piezoelectric element has ink filling properties if the piezoelectric element satisfies the following formula (1).
(In the formula, Δa represents the average inclination Δa (rad), and θ represents the contact angle θ).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013094264A JP5521088B2 (en) | 2013-04-26 | 2013-04-26 | Inkjet recording system manufacturing method and recording apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013094264A JP5521088B2 (en) | 2013-04-26 | 2013-04-26 | Inkjet recording system manufacturing method and recording apparatus |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006286207A Division JP5314846B2 (en) | 2006-10-20 | 2006-10-20 | Evaluation method of piezoelectric element |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013166381A JP2013166381A (en) | 2013-08-29 |
JP5521088B2 true JP5521088B2 (en) | 2014-06-11 |
Family
ID=49177193
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013094264A Active JP5521088B2 (en) | 2013-04-26 | 2013-04-26 | Inkjet recording system manufacturing method and recording apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5521088B2 (en) |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08108535A (en) * | 1994-10-13 | 1996-04-30 | Fuji Electric Co Ltd | Ink jet recording head and hydrophilic treating method therefor |
JPH1191118A (en) * | 1997-09-19 | 1999-04-06 | Minolta Co Ltd | Ink-jet recording head and its manufacture |
JP2005022909A (en) * | 2003-06-30 | 2005-01-27 | Kyocera Corp | Green sheet, its producing method, multilayer piezoelectric body, piezoelectric actuator, and inkjet recording head |
-
2013
- 2013-04-26 JP JP2013094264A patent/JP5521088B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2013166381A (en) | 2013-08-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7686434B2 (en) | Inkjet recording system | |
EP3409474B1 (en) | Ink jet driving apparatus and ink jet driving method | |
US20130194345A1 (en) | Cleaning filling liquid, cartridge, cleaning filling method, and inkjet recording device | |
JP7028178B2 (en) | Inkjet heads, their manufacturing methods, and inkjet printers | |
JP5174383B2 (en) | Recording liquid and image forming apparatus using the same | |
JP5580874B2 (en) | Recording liquid and image forming apparatus using the same | |
JP2001164158A (en) | Water base ink composition, ink cartridge, recording unit, ink jet recording equipment and ink jet recording method | |
JP2008173942A (en) | Image forming device and image forming method | |
JP5514932B2 (en) | Inkjet recording system manufacturing method and recording apparatus | |
JP2009039911A (en) | Manufacturing method of liquid jetting head | |
JP5314845B2 (en) | Evaluation method of piezoelectric element | |
JP5521088B2 (en) | Inkjet recording system manufacturing method and recording apparatus | |
JP5314846B2 (en) | Evaluation method of piezoelectric element | |
JP5480992B2 (en) | Inkjet recording system manufacturing method and recording apparatus | |
JP4927648B2 (en) | Introducing liquid for inkjet head, inkjet head and inkjet recording apparatus | |
JP5314854B2 (en) | Evaluation method of piezoelectric element | |
JP2008110585A (en) | Inkjet recording head and recorder | |
US7810913B2 (en) | Inkjet recording system and recording apparatus | |
JP2008126496A (en) | Inkjet recording system and recorder | |
JP5314853B2 (en) | Ink jet ink and ink jet recording system | |
JP2013163341A (en) | Liquid droplet ejection head, ink cartridge and image forming apparatus | |
JP2008110584A (en) | Inkjet recording system and recorder | |
JP2009248354A (en) | Inkjet recording device | |
JP2008150526A (en) | Inkjet ink and inkjet recording system | |
JP2019217706A (en) | Liquid jet head, and liquid jet device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140204 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140212 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140311 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140407 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5521088 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |