JP7247637B2 - 液体噴射装置 - Google Patents
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Description
以下では、液体噴射装置の全体構成、循環経路の構成、上流側ダンパー部の構成、集合流路部材の構成、下流側ダンパー部の構成、液体噴射部の構成、および、液体の組成を順に説明する。液体噴射装置は、例えば、用紙などの媒体に液体の一例であるインクを噴射することによって印刷を行うインクジェット式のプリンターである。
図1および図2を参照して、液体噴射装置の全体構成を説明する。
以降の説明において、液体噴射装置が水平面上に置かれているものとして、重力が作用する鉛直方向をZ軸で示し、鉛直方向に対して垂直な水平面に沿う方向をX軸、および、Y軸で示す。X軸、Y軸およびZ軸は、互いに直交する。以下の説明では、X軸に沿う方向を幅方向、Y軸に沿う方向を奥行方向ともいうこともある。液体噴射装置における鉛直方向の一端側を上面側または上側ともいい、一端側とは反対の他端側を下面側もしくは下側ということもある。
筐体12は、一対の脚部11の上部に接合されている。繰出部13は、ロール体に巻き重ねられた媒体Mを、筐体12の内部に向けて繰り出す。案内部14は、筐体12から排出された媒体Mを、巻取部15に向けて案内する。
図2に示すように、液体噴射装置10は、サブタンク30、複数の液体噴射部80、および、循環経路31を備える。
サブタンク30の液位が第1液位L1未満であると判断されたとき、供給開閉弁22と供給ポンプ23とは、液体補給を開始する。サブタンク30の液位が第2液位L2以上であると判断されたとき、供給開閉弁22と供給ポンプ23とは、液体補給を停止する。これにより、サブタンク30の液位は、第1液位L1と第2液位L2との間に保たれる。
液体供給路32は、複数の液体噴射部80と、サブタンク30とに接続されている。各液体噴射部80は、液体供給路32に対して並列に接続されている。液体供給路32は、サブタンク30から各液体噴射部80に向けて液体を供給する。液体供給路32の上流端は、サブタンク30に接続されている。液体供給路32の下流端は、集合流路部材70の一部分であって、液体噴射部80に接続されている。
図3に示すように、ダイヤフラムポンプ40は、吸引側流路41、ポンプ部42、ダイヤフラム45、および、排出側流路47を備える。ポンプ部42は、吸引側流路41側の一方向弁43、ダイヤフラム室44、および、排出側流路47側の一方向弁46を備える。一方向弁は、例えば、ダックビル弁、アンブレラ弁、および、リーフ弁から選択される少なくとも一種である。本実施形態では、ダイヤフラムポンプ40が、2つのポンプ部42を備え、かつ、各ポンプ部42が一方向弁としてダックビル弁を備えた、二相タイプの例を説明する。
上流側ダンパー部60から液体供給路32を介して供給された液体は、集合流路部材70に設けられた集合流路71に送られる。
図7に示すように、液体噴射部80は液体を噴射可能な複数のノズル81と、液体供給路32を介してサブタンク30から供給された液体を複数のノズル81に供給するための共通液室82とを有している。
ノズル81から液体を噴射させるための機構としては、例えば通電によって収縮する圧電素子を備えるアクチュエーターを採用することができる。この場合には、圧電素子の収縮によって共通液室82とノズル81との間に設けられた液体室83の容積を変化させることによって、ノズル81から液体が噴射される。
〔インク組成物〕
本実施形態で用いるインク組成物は、ヒンダードアミン化合物を含有し、必要に応じて以下に列記する各成分も含むことができる。インク組成物は、上記液体噴射装置10において、液体供給路32を流通して、液体噴射部80に供給され、該液体噴射部80より噴射されるものである。
本実施形態で用いるインク組成物は、ヒンダードアミン化合物を含む。一般的に、インク組成物中の溶存酸素量が低いほど、酸素によるインクの重合(暗反応)抑制の効果が得られにくい。また、p-メトキシフェノール(MEHQ)等の重合禁止剤は、溶存酸素が少ないと重合禁止剤として働かない。そのため、ポンプ内でインク組成物が固着する傾向にある。ところが、ヒンダードアミン化合物は酸素が少なくても重合禁止剤として働くため、溶存酸素量が少ない場合でもポンプ内でインク組成物が固着することを抑制することができる。
ヒンダードアミン化合物の含有量は、インク組成物の総質量(100質量%)に対し、0.05~0.5質量%が好ましく、0.05~0.4質量%がより好ましく、0.05~0.2質量%がさらに好ましく0.06~0.2質量%が特に好ましい。含有量が0.05質量%以上であることにより、ポンプ内でインク組成物が固着することをより抑制することができ、耐久性により優れる。また、含有量が0.5質量%以下であることにより、溶解性により優れる。
本実施形態のインク組成物は、重合禁止剤としてヒンダードアミン化合物以外のものをさらに含んでもよい。その他の重合禁止剤として、以下に限定されないが、例えば、p-メトキシフェノール(ヒドロキノンモノメチルエーテル:MEHQ)、ヒドロキノン、クレゾール、t-ブチルカテコール、3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシトルエン、2,2’-メチレンビス(4-メチル-6-t-ブチルフェノール)、2,2’-メチレンビス(4-エチル-6-ブチルフェノール)、および4,4’-チオビス(3-メチル-6-t-ブチルフェノール)が挙げられる。
本実施形態のインク組成物は、光重合開始剤を含むことができる。光重合開始剤は、紫外線の照射による光重合によって、被記録媒体の表面に存在するインクを硬化させて印字を形成するために用いられる。本実施形態に係る液体噴射装置10は、放射線のなかでも紫外線(UV)を用いることにより、安全性に優れ、且つ光源のコストを抑えることができるものとなる。光重合開始剤としては、光(紫外線)のエネルギーによって、ラジカルやカチオンなどの活性種を生成し、重合性化合物の重合を開始させるものであれば制限はなく、光ラジカル重合開始剤や光カチオン重合開始剤を使用することができる。このなかでも、光ラジカル重合開始剤を使用することが好ましい。光ラジカル重合開始剤を用いると、酸素が少ない場合に重合が進行しやすい傾向にある。そのため、酸素が欠乏状態になりやすいポンプ内においてインク組成物が増粘する傾向にあり、本実施形態の液体噴射装置10が特に有用となる。
その他の光重合開始剤の含有量は、インク組成物の総質量(100質量%)に対し、5~20質量%が好ましい。含有量が当該範囲内であると、紫外線硬化速度を十分に発揮させ、かつ、光重合開始剤の溶け残りや光重合開始剤に由来する着色を避けることができる。
インク組成物は重合性化合物を含んでもよい。重合性化合物は、単独で、または光重合開始剤の作用により、光照射時に重合されて、印刷されたインク組成物を硬化させることができる。重合性化合物としては、特に限定されないが、具体的には、従来公知の、単官能、2官能、および3官能以上の多官能のモノマーおよびオリゴマーが使用可能である。重合性化合物は1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。以下これら重合性化合物について例示する。
単官能(メタ)アクリレートとしては、特に限定されないが、例えば、イソアミル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、デシル(メタ)アクリレート、イソミリスチル(メタ)アクリレート、イソステアリル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル-ジグリコール(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、ブトキシエチル(メタ)アクリレート、エトキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシプロピレングリコール(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシ-3-フェノキシプロピル(メタ)アクリレート、ラクトン変性可撓性(メタ)アクリレート、t-ブチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート、およびジシクロペンテニルオキシエチル(メタ)アクリレートが挙げられる。これらの中でも、フェノキシエチル(メタ)アクリレートが好ましい。
インク組成物は、色材をさらに含んでもよい。色材は、顔料および染料のうち少なくとも一方を用いることができる。
色材として顔料を用いることにより、インク組成物の耐光性を向上させることができる。顔料は、無機顔料および有機顔料のいずれも使用することができる。
イエローインクに使用される顔料としては、C.I.ピグメントイエロー 1、2、3、4、5、6、7、10、11、12、13、14、16、17、24、34、35、37、53、55、65、73、74、75、81、83、93、94、95、97、98、99、108、109、110、113、114、117、120、124、128、129、133、138、139、147、151、153、154、167、172、180が挙げられる。
上記の顔料を使用する場合、顔料の平均粒子径は300nm以下が好ましく、50~200nmがより好ましい。平均粒子径が上記の範囲内にあれば、インク組成物における噴射安定性や分散安定性などの信頼性に一層優れるとともに、優れた画質の画像を形成することができる。ここで、本明細書における平均粒子径は、動的光散乱法により測定される。
色材として染料を用いることができる。染料としては、特に限定されることなく、酸性染料、直接染料、反応性染料、および塩基性染料が使用可能である。前記染料として、例えば、C.I.アシッドイエロー 17,23,42,44,79,142、C.I.アシッドレッド 52,80,82,249,254,289、C.I.アシッドブルー 9,45,249、C.I.アシッドブラック 1,2,24,94、C.I.フードブラック 1,2、C.I.ダイレクトイエロー 1,12,24,33,50,55,58,86,132,142,144,173、C.I.ダイレクトレッド 1,4,9,80,81,225,227、C.I.ダイレクトブルー 1,2,15,71,86,87,98,165,199,202、C.I.ダイレクドブラック 19,38,51,71,154,168,171,195、C.I.リアクティブレッド 14,32,55,79,249、C.I.リアクティブブラック 3,4,35が挙げられる。
色材の含有量は、優れた隠蔽性および色再現性が得られるため、インク組成物の総質量(100質量%)に対して、1質量%以上20質量%以下が好ましい。
インク組成物が顔料を含む場合、顔料分散性をより良好なものとするため、分散剤をさらに含んでもよい。分散剤として、特に限定されないが、例えば、高分子分散剤などの顔料分散液を調製するのに慣用されている分散剤が挙げられる。その具体例として、ポリオキシアルキレンポリアルキレンポリアミン、ビニル系ポリマーおよびコポリマー、アクリル系ポリマーおよびコポリマー、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリウレタン、アミノ系ポリマー、含珪素ポリマー、含硫黄ポリマー、含フッ素ポリマー、およびエポキシ樹脂のうち一種以上を主成分とするものが挙げられる。高分子分散剤の市販品として、味の素ファインテクノ社製のアジスパーシリーズ、アベシア(Avecia)社やノベオン(Noveon)社から入手可能なソルスパーズシリーズ(Solsperse 36000等)、BYKChemie社製のディスパービックシリーズ、楠本化成社製のディスパロンシリーズが挙げられる。
インク組成物は、上記に挙げた添加剤以外の添加剤(成分)を含んでもよい。このような成分としては、特に制限されないが、例えば従来公知の、スリップ剤(界面活性剤)、重合促進剤、浸透促進剤、および湿潤剤(保湿剤)、並びにその他の添加剤があり得る。上記のその他の添加剤として、例えば従来公知の、定着剤、防黴剤、防腐剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、キレート剤、pH調整剤、および増粘剤が挙げられる。
(1)ダイヤフラムポンプ40から液体を供給される液体供給路32では、液体排出路33に比べて、液体の圧力が高く、また、液体での圧力の変動が大きい。この点、上流側ダンパー室61を構成する壁の一部分である可撓膜64がゴム弾性を有するため、相対的に高い圧力での変動は、上流側ダンパー部60によって抑制される。一方で、下流側ダンパー部75が樹脂フィルムによって形成された可撓壁76を有するため、相対的に低い圧力での変動は、下流側ダンパー部75によって抑制される。それゆえに、液体噴射装置10は、液体での圧力の変動を抑制することができる。
・液体噴射装置10は、加熱部48、および、脱気部49のうち少なくとも一方を省略された構成に変更可能である。
・フィルター部50は、上流側フィルター室53に空気を滞留させるように構成されて、液体での圧力の変動を緩和させるエアダンパーとして機能させることも可能である。
・液体噴射部80への液体供給路32の一部分を構成する側の壁の一部が樹脂フィルムの可撓壁76によって形成されていてもよい。なお、下流側ダンパー部75が液体供給路32の一部分を構成する場合、大気圧より圧力が高くなる。そのため、下流側ダンパー部75が液体排出路33の一部分を構成する場合の方が、さらに液体での圧力の変動を抑えることができる点で好ましい。
図8および図9を参照して、ノズルに連通した圧力室を循環経路31に含む構成をより詳しく説明する。なお、図8および図9に示す液体噴射部90は、図1および図7に示す液体噴射部80と代えることができる。そのため、図1における液体噴射部80以外の構成については同一の符号を付すことによって重複する説明は省略する。
[思想1]液体噴射装置は、液体を噴射するノズルを有する液体噴射部と、前記液体噴射部と接続されて該液体噴射部に前記液体を供給する液体供給路と、前記液体噴射部と接続されて該液体噴射部に供給される前記液体を排出する液体排出路と、前記液体噴射部に向けて前記液体を供給可能に前記液体供給路に設けられるポンプと、前記液体供給路における前記ポンプと前記液体噴射部との間に設けられて該液体供給路の一部を構成し、壁の一部がゴム弾性を有する可撓膜で構成される上流側ダンパー室を備える上流側ダンパー部と、前記上流側ダンパー部と前記液体噴射部との間となる前記液体供給路の一部および前記液体排出路の一部の少なくともいずれか一方を構成し、樹脂フィルムで形成される可撓壁を有する下流側ダンパー部と、を備える。
思想4によれば、流路部材に対するアタック性が高い液体を使用する場合であっても、可撓膜の劣化を抑制しつつ、可撓膜が適度な膨潤を維持できるため、可撓膜の機能が低下することを抑制できる。それゆえに、液体での圧力の変動をさらに抑制できる。
Claims (9)
- 液体を噴射するノズルを有する液体噴射部と、
前記液体噴射部と接続されて該液体噴射部に前記液体を供給する液体供給路と、
前記液体噴射部と接続されて該液体噴射部に供給される前記液体を排出する液体排出路と、
前記液体噴射部に向けて前記液体を供給可能に前記液体供給路に設けられるポンプと、
前記液体供給路における前記ポンプと前記液体噴射部との間に設けられて該液体供給路の一部を構成し、壁の一部がゴム弾性を有する弾性膜で構成される上流側ダンパー室を有する上流側ダンパー部と、
前記液体排出路の一部を構成し、壁の一部が可撓性を有する樹脂フィルムの膜で構成される下流側ダンパー室を有する下流側ダンパー部と、を備えることを特徴とする液体噴射装置。 - 液体を噴射するノズルを有する液体噴射部と、
前記液体噴射部と接続されて該液体噴射部に前記液体を供給する液体供給路と、
前記液体噴射部と接続されて該液体噴射部に供給される前記液体を排出する液体排出路と、
前記液体噴射部に向けて前記液体を供給可能に前記液体供給路に設けられるポンプと、
前記液体供給路における前記ポンプと前記液体噴射部との間に設けられて該液体供給路の一部を構成し、壁の一部がゴム弾性を有する弾性膜で構成される上流側ダンパー室を有する上流側ダンパー部と、
前記上流側ダンパー部と前記液体噴射部との間となる前記液体供給路の一部および前記液体排出路の一部の少なくともいずれか一方を構成し、樹脂フィルムで形成される可撓壁を有する下流側ダンパー部と、を備え、
前記下流側ダンパー部の前記可撓壁は前記液体が接する内層がポリオレフィン系の高分子材料によって形成され、外層がポリアミドまたはポリエチレンテレフタレートによって形成されていることを特徴とする液体噴射装置。 - 前記上流側ダンパー部は、
前記上流側ダンパー室に前記液体が流入する流入流路と、
前記上流側ダンパー室における前記流入流路の延びる方向とは異なる位置に開口し、該液体が該上流側ダンパー室から流出する流出流路と、を有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の液体噴射装置。 - 前記上流側ダンパー室は、環状の内壁を間に挟んで対向する一対の前記弾性膜で形成され、該弾性膜に対面する方向が水平方向となる姿勢で配置されており、前記流入流路は鉛直方向における前記上流側ダンパー室の中心よりも下方に開口し、前記流出流路は鉛直方向における該上流側ダンパー室の中心よりも上方に開口していることを特徴とする請求項3に記載の液体噴射装置。
- 液体を噴射するノズルを有する液体噴射部と、
前記液体噴射部と接続されて該液体噴射部に前記液体を供給する液体供給路と、
前記液体噴射部と接続されて該液体噴射部に供給される前記液体を排出する液体排出路と、
前記液体噴射部に向けて前記液体を供給可能に前記液体供給路に設けられるポンプと、
前記液体供給路における前記ポンプと前記液体噴射部との間に設けられて該液体供給路の一部を構成し、壁の一部がゴム弾性を有する弾性膜で構成される上流側ダンパー室を有する上流側ダンパー部と、
前記上流側ダンパー部と前記液体噴射部との間となる前記液体供給路の一部および前記液体排出路の一部の少なくともいずれか一方を構成し、樹脂フィルムで形成される可撓壁を有する下流側ダンパー部と、を備え、
前記上流側ダンパー部は、
前記上流側ダンパー室に前記液体が流入する流入流路と、
前記液体が前記上流側ダンパー室から流出する流出流路と、
を有し、
前記上流側ダンパー室は、環状の内壁を間に挟んで対向する一対の前記弾性膜で形成され、該弾性膜に対面する方向が水平方向となる姿勢で配置されており、前記流入流路は鉛直方向における前記上流側ダンパー室の中心よりも下方に開口し、前記流出流路は鉛直方向における該上流側ダンパー室の中心よりも上方に開口していることを特徴とする液体噴射装置。 - 前記下流側ダンパー部の前記可撓壁は前記液体が接する内層がポリオレフィン系の高分子材料によって形成され、外層がポリアミドまたはポリエチレンテレフタレートによって形成されていることを特徴とする請求項5に記載の液体噴射装置。
- 前記上流側ダンパー部の前記弾性膜はエチレンプロピレンジエンゴムによって形成されていることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の液体噴射装置。
- 前記液体が通過可能なフィルターと、該フィルターによって上流側フィルター室と下流側フィルター室に区画されるフィルター室と、を有し、前記液体供給路における前記ポンプと前記上流側ダンパー室との間となる位置に設けられて該液体供給路の一部を構成するフィルター部を備えることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の液体噴射装置。
- 前記液体を貯留し、貯留する該液体に加えられる圧力が、前記ノズルが開口するノズル面における外気の圧力よりも低く、かつ、前記ノズルに形成される気液界面が壊れない圧力に調整可能な液体貯留部を備え、
前記下流側ダンパー部は前記液体排出路の一部を構成するように設けられており、
前記液体供給路および前記液体排出路は前記液体貯留部と接続されて循環経路を構成することを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の液体噴射装置。
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