JP2005161547A - Inkjet head and inkjet recording apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インクを吐出して記録媒体に向けて飛翔させるインクジェットヘッド、及び、このインクジェットヘッドを用いて画像データに対応した画像を記録媒体上に記録するインクジェット記録装置に関する。 The present invention relates to an inkjet head that ejects ink to fly toward a recording medium, and an inkjet recording apparatus that records an image corresponding to image data on the recording medium using the inkjet head.
インクジェット記録装置は、インクを吐出口から吐出し、画像データに対応した画像を記録媒体上に記録するものである。インクジェット記録装置としては、インクの吐出制御手段の違いに応じて、静電式、サーマル式、ピエゾ式等のものが知られている。 The ink jet recording apparatus ejects ink from an ejection port and records an image corresponding to image data on a recording medium. As an ink jet recording apparatus, an electrostatic type, a thermal type, a piezo type or the like is known according to a difference in ink ejection control means.
以下、静電式インクジェット記録装置を例に挙げて説明する。静電式インクジェット記録装置は、帯電した色材粒子(着色荷電粒子)を含むインクを用い、画像データに応じて、インクジェットヘッドの各々の吐出部に所定の電圧を印加することにより、静電力を利用してインクの吐出を制御し、画像データに対応した画像を記録媒体上に記録する。この静電式インクジェット記録装置としては、例えば特許文献1に開示のインクジェット記録装置が知られている。
Hereinafter, an electrostatic ink jet recording apparatus will be described as an example. The electrostatic ink jet recording apparatus uses ink containing charged color material particles (colored charged particles) and applies a predetermined voltage to each discharge portion of the ink jet head in accordance with image data, thereby generating electrostatic force. The ejection of ink is controlled using this, and an image corresponding to the image data is recorded on the recording medium. As this electrostatic ink jet recording apparatus, for example, an ink jet recording apparatus disclosed in
図12は、特許文献1に開示の静電式インクジェット記録装置のインクジェットヘッドの一例の構成概略図である。同図に示すインクジェットヘッド80は、特許文献1に開示のインクジェットヘッドの1つの吐出部のみを概念的に表したものであり、ヘッド基板82と、インクガイド84と、絶縁性基板86と、制御電極88と、対向電極90と、DCバイアス電圧源92と、パルス電圧源94とを備えている。
FIG. 12 is a schematic configuration diagram of an example of an ink jet head of the electrostatic ink jet recording apparatus disclosed in
ここで、インクガイド84はヘッド基板82の上に配置されており、絶縁性基板86には、インクガイド84の配置に対応する位置に貫通孔(吐出口)96が開孔されている。インクガイド84は、この貫通孔96を通過し、その凸状の先端部分84aが絶縁性基板86の記録媒体P側の表面よりも上部に突出している。また、ヘッド基板82と絶縁性基板86とは所定の間隔を離して配置されており、両者の間にはインクQの流路98が形成されている。
Here, the
制御電極88は、各々の吐出部毎に、絶縁性基板86の記録媒体P側の面の表面に、貫通孔96の周囲を取り囲むようにリング状に設けられている。また、制御電極88は、画像デ−タに応じてパルス電圧を発生するパルス電圧源94に接続され、このパルス電圧源94は、DCバイアス電圧源92を介して接地されている。
The
また、対向電極90は、インクガイド84の先端部分84aに対向する位置に配置され、接地されている。記録媒体Pは、対向電極90のインクガイド84側の面の表面に配置されている。すなわち、対向電極90は、記録媒体Pを支持するプラテンとして機能する。
The
記録時には、図示していないインクの循環機構により、制御電極88に印加される電圧と同極性に帯電した色材粒子を含むインクQが、インク流路98内を図中右側から左側へ向かって循環される。また、DCバイアス電圧源92によって、例えば1.5kVの高電圧が制御電極88に常時印加される。この時、インク流路98内のインクQの一部は、毛細管現象などによって絶縁性基板86の貫通孔96を通り、インクガイド84の先端部分84aに濃縮される。
At the time of recording, the ink Q including the color material particles charged with the same polarity as the voltage applied to the
バイアス電圧源92によって1.5kVにバイアスされた制御電極88に対し、パルス電圧源94から、例えば0Vのパルス電圧が印加されると、制御電極88には両電圧が重畳された1.5kVが印加される。この状態では、インクガイド84の先端部分84a近傍の電界強度は比較的低く、インクガイド84の先端部分84aに濃縮された色材粒子を含むインクQはインクガイド84の先端部分84aからは飛び出さない。
When, for example, a pulse voltage of 0 V is applied from the
一方、1.5kVにバイアスされた制御電極88に対し、信号電圧源94から、例えば500Vのパルス電圧が印加されると、制御電極88には両電圧が重畳された2kVが印加される。その結果、インクガイド84の先端部分84aに濃縮された色材粒子を含むインクQは、静電力によってその先端部分84aからインク液滴Rとして飛び出し、接地された対向電極90に引っ張られて記録媒体P上に付着し、色材粒子のドットが形成される。
On the other hand, when a pulse voltage of 500 V, for example, is applied from the
こうして、インクジェットヘッド80と対向電極90上に支持された記録媒体Pとを相対的に移動させながら色材粒子のドットによって記録を行うことにより、記録媒体Pに、画像データに対応する画像が記録される。
In this way, recording is performed with dots of color material particles while relatively moving the
ところで、静電式インクジェットヘッドでは、複数の吐出部をマトリクス状に配置してマルチチャンネルヘッドを構成した場合、各々の吐出部の制御電極(吐出電極)への信号配線の接続が次第に困難になる。このため、チャンネル数が多い場合には絶縁性基板を多層配線構造化して、吐出電極への信号配線を接続することが考えられる。従って、今後チャンネル数の増加とともに、絶縁性基板の厚さは次第に厚くなる傾向にある。 By the way, in the electrostatic ink jet head, when a plurality of ejection portions are arranged in a matrix and a multi-channel head is configured, it is gradually difficult to connect the signal wiring to the control electrode (ejection electrode) of each ejection portion. . For this reason, when the number of channels is large, it can be considered that the insulating substrate is formed into a multilayer wiring structure to connect the signal wiring to the ejection electrode. Therefore, as the number of channels increases in the future, the thickness of the insulating substrate tends to gradually increase.
ところが、絶縁性基板が厚くなると、貫通孔(吐出口)の開口径に比べてその長さが長くなるため、インクと貫通孔の内壁との間の抵抗が大きくなって、貫通孔からインクが吐出されにくくなる。また、絶縁性基板が厚くなると、インク流の速度によってはインクが貫通孔の中で滞留してしまうことがあり、これにより、インクガイド先端部分にインクが供給されにくくなる。その結果、吐出周波数に対する応答性が悪くなり、描画周波数を上げるに従って次第にドット径が小さくなるという問題があった。 However, as the insulating substrate becomes thicker, its length becomes longer than the opening diameter of the through-hole (discharge port), so the resistance between the ink and the inner wall of the through-hole increases, and the ink is discharged from the through-hole. It becomes difficult to be discharged. Further, when the insulating substrate is thick, the ink may stay in the through hole depending on the speed of the ink flow, which makes it difficult to supply the ink to the tip portion of the ink guide. As a result, there is a problem that the response to the discharge frequency is deteriorated, and the dot diameter is gradually reduced as the drawing frequency is increased.
また、描画周波数を上げた場合には、次のような問題も発生する。インクジェットヘッドを駆動して記録媒体に画像を記録する場合、吐出電極には、記録画像に応じて、図13に示すタイミングで描画信号電圧が印加される。吐出電極には、上述したように一定のバイアス電圧が印加されているため、図13に示すタイミングチャートにおいて、吐出電極に駆動電圧を印加しないとき(図中OFFの状態)は、吐出電極のバイアス電圧による静電気力により吐出口にインク中の色材粒子が補充される。一方、吐出電極に駆動電圧を印加したとき(図中ONの状態)は、色材粒子が十分に濃縮されたインクが吐出口からインク液滴として吐出する。高速に描画するためには、吐出電極に印加する駆動電圧のパルス幅を短くする必要があるが、それに伴って、吐出口にインク粒子が供給される時間も短くなる。その結果、吐出口へのインク粒子の供給が不十分となって、ドット径が小さくなり、安定にドット径を形成することができなくなる。 Further, when the drawing frequency is increased, the following problem also occurs. When the inkjet head is driven to record an image on a recording medium, a drawing signal voltage is applied to the ejection electrode at the timing shown in FIG. 13 according to the recorded image. Since a constant bias voltage is applied to the ejection electrode as described above, when no drive voltage is applied to the ejection electrode (OFF state in the figure) in the timing chart shown in FIG. The colorant particles in the ink are replenished to the discharge port by the electrostatic force due to the voltage. On the other hand, when a driving voltage is applied to the ejection electrode (ON state in the figure), the ink in which the color material particles are sufficiently concentrated is ejected as ink droplets from the ejection port. In order to draw at high speed, it is necessary to shorten the pulse width of the drive voltage applied to the ejection electrode, and accordingly, the time for supplying ink particles to the ejection port is also shortened. As a result, the supply of ink particles to the ejection port becomes insufficient, the dot diameter becomes small, and the dot diameter cannot be formed stably.
なお、静電式に限らず、絶縁性基板が厚くなった場合、すなわち貫通孔の長さが長くなった場合には、各種方式のインクジェットヘッドを用いるインクジェット記録装置においても同様の問題が発生する。
本発明の目的は、上記従来技術に基づく問題点を解消し、吐出口へのインクの供給性を向上させ、高速で連続的にインク液滴を吐出させても、所望のサイズのドットを安定して記録媒体に形成することができるインクジェットヘッド及びインクジェット記録装置を提供することにある。 The object of the present invention is to eliminate the problems based on the above-mentioned conventional technology, improve the ink supply to the ejection port, and stabilize the dots of the desired size even when ink droplets are ejected continuously at high speed. Thus, an inkjet head and an inkjet recording apparatus that can be formed on a recording medium are provided.
上記課題を解決するために、本発明の第1の態様は、静電力を利用してインクをインク液滴として吐出し、記録媒体に向けて飛翔させるインクジェットヘッドであって、前記インク液滴が吐出される吐出口が開口された吐出口基板と、前記吐出口基板と所定の間隔を離して配置されるヘッド基板と、前記ヘッド基板の前記吐出口と対向する位置に設けられ、前記インクを吐出させるための吐出電圧が印加される吐出電極とを備えるインクジェットヘッドを提供する。 In order to solve the above problems, a first aspect of the present invention is an ink jet head that ejects ink as ink droplets using electrostatic force and flies toward a recording medium. An ejection port substrate having an ejection port to be ejected; a head substrate disposed at a predetermined distance from the ejection port substrate; and a position facing the ejection port of the head substrate, An inkjet head including an ejection electrode to which an ejection voltage for ejection is applied is provided.
本発明のインクジェットヘッドは、前記吐出電極が、前記ヘッド基板の、前記吐出口基板と対向する側の面上、又は、前記ヘッド基板の内部に形成されていることが好ましい。 In the inkjet head according to the aspect of the invention, it is preferable that the ejection electrode is formed on a surface of the head substrate on a side facing the ejection port substrate or inside the head substrate.
また、本発明において、前記吐出電極は、第1吐出電極と第2吐出電極とから構成され、第1吐出電極及び第2吐出電極は、ほぼ同軸で、かつ、所定間隔離間して配置されることが好ましい。 In the present invention, the discharge electrode is composed of a first discharge electrode and a second discharge electrode, and the first discharge electrode and the second discharge electrode are arranged substantially coaxially and spaced apart from each other by a predetermined interval. It is preferable.
また、本発明のインクジェットヘッドにおいて、前記吐出電極はリング状の形状を有することが好ましい。 In the ink jet head of the present invention, it is preferable that the discharge electrode has a ring shape.
また、前記ヘッド基板は、前記吐出口と対向する位置の近傍に、前記インクを前記吐出口に誘導するためのインク誘導堰を備え、前記インク誘導堰に前記吐出電極が形成されていることが好ましい。 The head substrate includes an ink guide weir for guiding the ink to the discharge port in the vicinity of a position facing the discharge port, and the discharge electrode is formed on the ink guide weir. preferable.
本発明のインクジェットヘッドにおいて、前記インク誘導堰は傾斜面を有し、当該傾斜面にリング状の吐出電極が形成されていることが好ましい。 In the ink jet head of the present invention, it is preferable that the ink guide weir has an inclined surface, and a ring-shaped ejection electrode is formed on the inclined surface.
また、本発明のインクジェットヘッドは、前記吐出口基板の、前記ヘッド基板と対向する側の面に、前記吐出口と接続するインク誘導溝が形成されていることが好ましく、前記インク誘導溝は、その溝深さが前記吐出口に向かって深くなる形状を有することが好ましい。 In the inkjet head according to the aspect of the invention, it is preferable that an ink guide groove connected to the discharge port is formed on a surface of the discharge port substrate facing the head substrate. It is preferable that the groove depth is deeper toward the discharge port.
本発明のインクジェットヘッドは、前記ヘッド基板の、前記吐出口基板の前記吐出口と対向する位置に設けられ、先端が前記吐出口を貫通するインクガイドを備え、前記吐出電極は、前記インクガイドと前記ヘッド基板との接続部分の周囲を囲むように形成されることが好ましい。 The inkjet head of the present invention includes an ink guide that is provided at a position of the head substrate facing the discharge port of the discharge port substrate, and has a tip that penetrates the discharge port. The discharge electrode includes the ink guide and the ink guide. It is preferable to form so as to surround the periphery of the connection portion with the head substrate.
本発明のインクジェットヘッドは、前記吐出電極の内径と、前記吐出電極から前記インクガイドの先端までの距離との比が、1:0.5〜1:2の範囲内にあることが好ましい。 In the inkjet head according to the aspect of the invention, it is preferable that a ratio between the inner diameter of the ejection electrode and the distance from the ejection electrode to the tip of the ink guide is in a range of 1: 0.5 to 1: 2.
本発明のインクジェットヘッドは、更に、前記吐出電極から発生する電界を遮蔽するためのガード電極を備え、前記ガード電極は、前記吐出電極よりも前記記録媒体に近い位置に形成されることが好ましく、前記ガード電極は、前記吐出基板の内部に形成されることが好ましい。 The inkjet head of the present invention further includes a guard electrode for shielding an electric field generated from the ejection electrode, and the guard electrode is preferably formed at a position closer to the recording medium than the ejection electrode, The guard electrode is preferably formed inside the ejection substrate.
本発明のインクジェットヘッドは、更に、前記吐出電極に吐出電圧を印加するための電源を備え、前記吐出電極から前記電源に接続される配線が、前記ヘッド基板の、前記吐出口基板と対向する側の面と反対側の面に形成されていることが好ましい。 The inkjet head of the present invention further includes a power source for applying a discharge voltage to the discharge electrode, and a wiring connected to the power supply from the discharge electrode is a side of the head substrate facing the discharge port substrate. It is preferable that it is formed on the surface opposite to the surface.
上記課題を解決するために、本発明の第2の態様は、本発明の第1の態様に従うインクジェットヘッドを備えるインクジェット記録装置を提供する。 In order to solve the above problems, a second aspect of the present invention provides an ink jet recording apparatus including the ink jet head according to the first aspect of the present invention.
本発明のインクジェットヘッドは、吐出口基板ではなく、ヘッド基板に吐出電極を備えているので、吐出口基板を従来よりも薄くすることが可能となり、吐出口の長さを従来よりも短くすることができる。このため、インクと吐出口の内壁との間の抵抗も低減され、吐出口から速やかにインクを吐出することが可能となる。更には、インク流の速度によって、インクが貫通孔の中で滞留することも防止される。また、吐出電極をヘッド基板に設けているため、ヘッド基板と吐出口基板とによって画成される流路内のインクに、吐出電極にバイアス電圧を印加しておくことにより発生する、吐出電極から吐出口に向かう電界が作用し、インク中の色材粒子が速やかに吐出口に濃縮される。従って、画像記録時の吐出周波数の応答性が改善され、高速で連続的にドットを描画してもドット径が小さくなることを抑制することができるため、安定して所望のサイズのドットを描画することができる。 Since the inkjet head of the present invention is provided with ejection electrodes on the head substrate instead of the ejection port substrate, the ejection port substrate can be made thinner than before, and the length of the ejection port can be made shorter than before. Can do. For this reason, the resistance between the ink and the inner wall of the ejection port is also reduced, and ink can be ejected quickly from the ejection port. Further, the ink is prevented from staying in the through hole due to the speed of the ink flow. Further, since the discharge electrode is provided on the head substrate, the discharge electrode is generated by applying a bias voltage to the ink in the flow path defined by the head substrate and the discharge port substrate. An electric field directed toward the ejection port acts, and the colorant particles in the ink are quickly concentrated at the ejection port. Therefore, the response of the ejection frequency during image recording is improved, and even if dots are drawn continuously at high speed, the dot diameter can be prevented from becoming smaller, so that dots of a desired size can be drawn stably. can do.
また、吐出電極をヘッド基板に設けたことにより、吐出電極に接続される信号配線をヘッド基板の裏面(吐出口基板と対向する面と反対の面)に形成することが可能となる。このため、複数の吐出部をマトリクス状に配置してマルチチャンネルヘッドを構成する場合には、各々の吐出部の吐出電極に接続される信号配線をヘッド基板の裏面に多層構造で形成すればよく、吐出口基板を薄くしたまま、マルチチャンネルヘッドを実現することができる。 Further, by providing the ejection electrode on the head substrate, it is possible to form the signal wiring connected to the ejection electrode on the back surface of the head substrate (the surface opposite to the surface facing the ejection port substrate). For this reason, when a multi-channel head is configured by arranging a plurality of ejection portions in a matrix, signal wiring connected to the ejection electrodes of each ejection portion may be formed in a multilayer structure on the back surface of the head substrate. A multi-channel head can be realized while the discharge port substrate is made thin.
また、本発明のインクジェットヘッドは、インク誘導堰またはインク誘導溝を備えることができるので、ヘッド基板と吐出基板とによって形成される流路内のインクは、インク誘導堰またはインク誘導溝に沿って吐出口に速やかに誘導され、吐出口へのインクの供給性を一層向上させることができる。 In addition, since the ink jet head of the present invention can include an ink guide weir or an ink guide groove, the ink in the flow path formed by the head substrate and the discharge substrate is along the ink guide weir or the ink guide groove. The ink is promptly guided to the ejection port, and the ink supply to the ejection port can be further improved.
本発明のインクジェット記録装置は、本発明のインクジェットヘッドを備えるので、所望のサイズのドットを記録媒体に高速に且つ安定して形成することができ、高画質な画像を高速に描画することが可能である。 Since the ink jet recording apparatus of the present invention includes the ink jet head of the present invention, dots of a desired size can be formed on a recording medium at high speed and stably, and high quality images can be drawn at high speed. It is.
以下、本発明のインクジェットヘッド及びインクジェット記録装置について、添付の図面に示される好適な態様を基に、詳細に説明する。 Hereinafter, an ink jet head and an ink jet recording apparatus of the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
図1に、本発明のインクジェットヘッドの一例の概略構成を示す模式的断面図を、図2(A)および図2(B)に、図1のA−A線およびB−B線矢視図を、それぞれ示す。
同図に示す静電式のインクジェットヘッド10は、ヘッド基板12と、インクガイド14と、吐出口28を有する吐出口基板16とを有する。ヘッド基板12の下面(吐出口基板16と対面する面と反対の面)には、外部からの電界ノイズを遮蔽するためのシールド板22が配置されている。吐出口基板16は、絶縁基板32と、ガード電極20と、絶縁層34とを有し、絶縁基板32のヘッド基板12と対面する側と反対面上にガード電極20と絶縁層34とが順に積層されている。
ヘッド基板12と吐出口基板16とは、対面した状態で所定間隔離間して配置される。ヘッド基板12と吐出口基板16とによって、各吐出口28にインクを供給するインクの主流路30が画成され、主流路30と吐出口28(その吐出側の開口端まで)とによってインク流路が形成される。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of an example of the ink jet head of the present invention. FIGS. 2A and 2B are views taken along arrows AA and BB in FIG. Are shown respectively.
The electrostatic
The
また、インクジェットヘッド10の吐出部に対向する位置には、記録媒体Pを支持する対向電極24と、記録媒体Pの帯電ユニット26とが配置される。
Further, a
このようなインクジェットヘッド10は、顔料等の色材成分を含み、かつ、電荷を有する微粒子(以下、色材粒子とする)を、絶縁性の液体(キャリア液)に分散してなるインクQを静電力により吐出させるものであり、画像データに応じて吐出電極18に印加する駆動電圧をon/off(吐出on/off)することにより、画像データに応じてインク液滴を変調して吐出し、記録媒体P上に画像を記録する。
Such an
インクジェットヘッド10は、図2に示すように、より高密度な画像記録を行うために、各吐出部(ノズル(吐出口28))が二次元的に配列されたマルチチャンネル構造を有するものであるが、図1においては、構成を明瞭に示すため、1つの吐出部のみを示す。
なお、本発明のインクジェットヘッド10において、吐出電極の個数や物理的な配置等は自由に選択することができる。例えば、図示例のようなマルチチャンネル構造のみならず、吐出部の列を1列のみ有するものであってもよい。また、記録媒体Pの全域に対応する吐出部の列を有するいわゆる(フル)ラインヘッドでもよく、あるいは、ノズル列の方向と直交する方向に走査されるいわゆるシリアルヘッド(シャトルタイプ)であってもよい。また、本発明のインクジェットヘッドは、モノクロおよびカラーのどちらの記録装置にも対応可能である。
As shown in FIG. 2, the
In the
図示例のインクジェットヘッド10において、インクガイド14は、突状先端部分14aを有する所定厚みのセラミック製平板からなり、各吐出部毎にヘッド基板12の上に配置されている。
後述する吐出口基板16には、インク液滴Rを吐出するための吐出口28が貫通して形成されている。前記インクガイド14は、各吐出口28(吐出部)に対応して配置されており、吐出口28を通過し、その先端部分14aが吐出口基板16の記録媒体P側の表面(絶縁層34の図中上側の表面(以下、便宜的に、こちら側を上、他方を下とする))よりも上部に突出している。なお、インクガイド14の中央部分には、図中上下方向に毛細管現象によってインクQを先端部分14aに集めるインク案内溝となる切り欠きを形成しても良い。
In the
An
図示例において、インクガイド14の先端部分14aの側は、対向電極24側へ向かうに従って次第に細く略三角形(ないしは台形)に成形されている。なお、インクガイド14の形状は、インクQ、特に、インクQ内の帯電微粒子成分を吐出口基板16の吐出口28を通って先端部分14aに濃縮させることができれば、特に、制限的ではなく、例えば、先端部分14aは、突状でなくても良いなど適宜変更してもよいし、従来公知の形状とすることができる。
ここで、インクガイド14の最先端部は、金属が蒸着されていることが好ましく、最先端部に金属を蒸着することにより、インクガイド14の先端部分14aの誘電率が実質的に大きくなり、強電界を生じさせ易くなり、インクの吐出性を向上できる。
In the illustrated example, the
Here, it is preferable that the metal is deposited on the most distal portion of the
ヘッド基板12の吐出口基板16と対向する側と反対側の面(底面)には、好ましい態様として、外部からの電解ノイズを遮蔽するためのシールド板22が配置される。このシールド板22は、接地された導電性平板であり、吐出部の電界形成への悪影響を排除し、安定な描画性能を維持することができる。
On a surface (bottom surface) opposite to the side facing the
前述のように、ヘッド基板12と吐出口基板16とは、所定間隔離間して配置されており、両者の間隙によって、主流路30が形成されている。主流路30は、吐出口28(インクガイド14)にインクQを供給するためのインクリザーバ(インク室)として機能する。
なお、インクQは、画像記録時には、図示されていないインク循環機構によって、所定方向、図示例では主流路30内を図中右から左へ向かって所定の速度(例えば、200mm/sのインク流)で循環される。
As described above, the
The ink Q is recorded at a predetermined speed (for example, an ink flow rate of 200 mm / s) from the right to the left in the drawing in a predetermined direction, in the illustrated example, in the
吐出口基板16は、絶縁基板32の上面(ヘッド基板12と対向する側と反対面)に、ガード電極20と絶縁層34を積層して構成される。吐出口基板16には、インク液滴Rを吐出するための吐出口28が絶縁基板32を貫通して形成されている。吐出口基板16の各吐出口28には、先端を上方に突出してインクガイド14が挿通している。このような構造を有する吐出口基板16は、例えば、絶縁性の材料から成る絶縁基板32の上面にガード電極20を形成し、次いで、ガード電極20の上面及び絶縁基板32の上面の一部を覆うように絶縁層34を形成することによって作製することができる。
図1に示す本発明のインクジェットヘッドは、吐出電極18が主流路30に露出し、インクQと接液する構造を有しているので、インク液滴の吐出性を大幅に向上させている。この点については、後に、吐出の作用と共に詳述する。
The
The ink jet head of the present invention shown in FIG. 1 has a structure in which the
図1に示すように、本発明のインクジェットヘッド10のヘッド基板12には、吐出電極18が形成されている。吐出電極18は、ヘッド基板12の上面(吐出口基板16と対向する側の面)に、インクガイド14とヘッド基板12との接続部分の周囲を囲むようなリング状の円形電極として配置されている。吐出電極18と、インクガイド14と、吐出口28は、それらが略同軸になるように位置付けられている。ここでは、吐出電極18を、ヘッド基板12の表面上に形成して、主流路30に露出するように構成したが、これに限らず、図3に示すように、ヘッド基板12の内部に、吐出口と略同軸になるような位置に形成されていてもよい。吐出電極18は、信号電圧源33に接続されており、信号電圧源33は、画像デ−タや印字データ等の吐出データ(吐出信号)に応じた所定電位の駆動電圧(例えば、パルス電圧)を発生させることができる。
As shown in FIG. 1,
このような構造を有するヘッド基板は、例えば、インクガイド14が形成されたヘッド基板12上に、吐出電極18を、例えば、フォトリソグラフィを用いた半導体製造技術等を利用して形成することによって作製することができる。或いは、平坦な第1基板上に、フォトリソグラフィを用いた半導体製造技術等を利用して吐出電極18を形成した後、吐出電極18の中心部分にインクガイドを嵌入するための貫通孔を形成する。そして、第1基板の貫通孔に第2基板のインクガイドを挿入させつつ、第2基板上に第1基板を載置して、互いに張り合わせることによって作製することができる。
The head substrate having such a structure is produced, for example, by forming the
前述のように、図示例においては、吐出口28を2次元的に配列したマルチチャンネル構造を有するので、当然のことであるが、吐出電極18は、図2(B)に示すように、各吐出口28に対応して2次元的に配置されている。吐出電極18から信号電圧源33に接続される配線は、例えば、ヘッド基板12の下面に形成することができる。更に、配線を形成する層を積層化できるため、マルチチャンネル構造であっても、吐出電極18を吐出口基板16に形成する場合よりも、極めて容易に配線を形成することができる。
As described above, the illustrated example has a multi-channel structure in which the
ところで、従来のインクジェットヘッドは、例えば、図12に示すように、吐出電極88を吐出口基板86に設けているため、吐出電極88に駆動電圧を印加したときには、吐出電極88の上面からのみならず、吐出電極88の下面からも電界が発生することになる。すなわち、主流路を循環するインクQに、吐出口96からヘッド基板表面82に向かう方向の電界が作用することになる。吐出電極88の下面から、ヘッド基板面82に垂直な方向に発生する電界は、主流路を循環するインクQに含まれるインク粒子が吐出口96に向かうことを妨げるように作用する。このため、吐出電極88に駆動電圧を印加すると、吐出口96にインク粒子が濃縮することが妨げられ、吐出口96にインク粒子が十分濃縮されるまでに一定の時間が必要となる。
By the way, since the conventional inkjet head has the
しかしながら、図1に示す本発明のインクジェットヘッドは、吐出電極18をヘッド基板12に設けているので、吐出電極18の上面側から発生する電界だけをインク粒子に作用させることができる。すなわち、吐出口28にインク粒子が濃縮することを妨げるような電界が存在しないので、吐出口28に速やかにインク粒子を濃縮させることができる。
更に、吐出電極18を、吐出口基板16ではなく、ヘッド基板12に形成しているので、吐出口基板16の厚みを従来よりも薄くすることができる。このため、吐出口の長さを従来よりも短くでき、インクと吐出口の内壁との間の抵抗が低減され、吐出口から速やかにインクを吐出することが可能となる。更には、インク流の速度によって、インクが貫通孔の中で滞留してしまうことことも防止される。
However, since the inkjet head of the present invention shown in FIG. 1 has the
Furthermore, since the
なお、吐出電極18は、リング状の円形電極に限定されず、種々の形状の電極を用いることができる。好ましくは、インクガイド14のヘッド基板12との接続部分の外周を囲うように配置される囲繞電極が例示され(その一部を切り欠いてもよい)、中でも、略円形電極であることが好ましく、円形電極であることがより好ましい。
The
本発明においては、吐出電極18の内径と、吐出電極18の表面からインクガイド14の先端までの距離が、1:0.5〜1:2の範囲内にあることが好ましく、1:0.7〜1:1.7の範囲内にあることが、より一層好ましい。すなわち、吐出電極18の内径をrとし、吐出電極18の表面からインクガイド14の先端までの距離をhとしたときに、h/rが、0.5〜2の範囲内になるように、より好ましくは、0.7〜1.7の範囲内になるように、吐出電極18の内径、及び、吐出電極18の表面からインクガイドの先端までの距離の少なくとも一方を調整することが好ましい。これは、吐出電極18により形成される電界が収束し、最も強い電界を形成する領域が前記範囲となるからであり、吐出位置であるインクガイド先端を、前記範囲を満たすような位置に配置することにより、吐出電極18への印加電圧を従来よりも低くしても、インクガイドの先端から確実に液滴を吐出させることとが可能となる。すなわち、吐出電極への印加電圧の低電圧化を実現することが可能となる。
In the present invention, the inner diameter of the
ここで、略円形電極等のように一定の内径でない囲繞電極の内径としては、平均内径など実質的に内径と見なせる有効内径を用いれば良い。また、吐出電極として、平行電極を用いた場合には、上記吐出電極の内径としては平行電極の間隔とすればよく、略平行電極を用いた場合には、平均間隔など実質的に間隔と見なせる有効間隔とすれば良い。 Here, as the inner diameter of the surrounding electrode that is not a constant inner diameter, such as a substantially circular electrode, an effective inner diameter such as an average inner diameter that can be regarded as a substantially inner diameter may be used. Further, when a parallel electrode is used as the discharge electrode, the inner diameter of the discharge electrode may be the interval between the parallel electrodes, and when a substantially parallel electrode is used, it can be regarded as a substantially interval such as an average interval. The effective interval may be used.
ガード電極20は、吐出電極18よりも記録媒体Pに近い位置に設けられ、吐出電極18から発生する電気力線が、その吐出電極18に対応する吐出口28と隣接している吐出口に配置されているインクガイド先端部に到達しないように位置付けられている。ここでは、ガード電極20は、吐出口基板16の上面に形成されており、かつ、その表面は絶縁層34によって覆われている。図2(A)に示すように、ガード電極20は、金属板などの各吐出電極に共通なシート状の電極であり、2次元的に配列されている各吐出口28に対応する開口部36が穿孔されている。
ガード電極20は、隣接する吐出電極18間における電気力線を遮蔽して、隣接する吐出電極間における電界干渉を抑制することができる。ガード電極20には、所定電圧が印加され(接地による0Vを含む)、図示例においては、ガード電極20は接地されて0Vとされている。
The
The
ここで、ガード電極20は、吐出電極18から発生する電気力線の内、吐出部である、対応する吐出口28に配置されたインクガイドの先端部(以下、便宜的に「自チャンネル」とする)に作用する電気力線を確保しつつ、他の吐出電極18からの電気力線および他の吐出口28に配置されたインクガイド14の先端部(同「他チャンネル」とする)への電気力線を遮蔽するように設ける必要がある。
ガード電極20が無い場合、吐出電極18の内周部から生じる電気力線は、吐出電極18の内側に収束して自チャンネルに作用し、必要な電界を生じさせる。一方、吐出電極18の外周部から生じる電気力線は、外側に発散して他チャンネルに影響を及ぼし、電界干渉を生じる。
Here, the
In the absence of the
以上の点を考慮すれば、ガード電極20の開口部36の径は、自チャンネルへの電気力線を遮蔽しないように、自チャンネルの吐出電極18の内径よりも大きくするのが好ましい。すなわち、ガード電極20の吐出口28側の端部(以下、各部材の吐出口側端部を「内縁部」、逆側端部を「外縁部」とする)は、自チャンネルの吐出電極18の内縁部よりも、吐出口28から離間(後退)しているのが好ましい。
Considering the above points, the diameter of the
また、他チャンネルへの電気力線を効率的に遮蔽するためには、ガード電極20の開口部36の径は、自チャンネルの吐出電極18の外径よりも小さくするのが好ましい。すなわち、ガード電極20の内縁部は、自チャンネルの吐出電極18の外縁部より、吐出口28に近接(前進)しているのが好ましい。
上記構成を有することにより、吐出口28からの吐出安定性を十分に確保した上で、隣接するチャンネル間における電界干渉に起因するインク着弾位置のバラツキ等を好適に抑制して、安定して高画質な画像記録を行うことが可能となる。
In order to efficiently shield the lines of electric force to other channels, the diameter of the
By having the above-described configuration, the ejection stability from the
以上の例では、吐出電極18を円形電極として説明したが、吐出電極18が円形電極でない場合には、その形状に応じて、平均径など実質的に直径と見なせる有効径を考慮すればよい。あるいは、ガード電極20の開口部36を、吐出電極18の内周側形状または外周側形状と略相似形にし、吐出電極18の周方向の各位置において、その内縁部が、自チャンネルの吐出電極18の内縁部よりも吐出口28から離間(後退)し、同外縁部より吐出口28に近接(前進)するように、ガード電極20を設けてもよい(すなわち、ガード電極20の開口部36を形成してもよい)。
In the above example, the
また、以上の例では、ガード電極20は、シート状電極としているが、本発明はこれには限定されず、各吐出部間において、他チャンネルの電気力線を遮蔽できるように設けられていれば、どのようなものでも良い。例えば、ガード電極20は、各吐出部の間に網目状に設けられていても良いし、吐出部が電界干渉を生じない程十分離れている部分には設けられず、近接している吐出部の間にのみ設けられていても良い。
このような場合にも、自チャンネルの吐出電極18に対して、その内縁部が、吐出電極18の内縁部よりも吐出口28から離間し、吐出電極18の外縁部より吐出口28に近接するように、ガード電極20を形成すればよい。
In the above example, the
Even in such a case, the inner edge of the
前述のように、図1においては、インクジェットヘッド10のインク液滴Rの吐出面と対面するように、対向電極24が配置される。
対向電極24は、インクガイド14の先端部分14aに対向する位置に配置され、接地される電極基板24aと、電極基板24aの図中下側の表面、すなわちインクジェットヘッド10側の表面に配置される絶縁シート24bで構成される。
記録媒体Pは、対向電極24の図中下側の表面、すなわち絶縁シート24bの表面に、例えば静電吸着によって支持されており、対向電極24(絶縁シート24b)は、記録媒体Pのプラテンとして機能する。
As described above, in FIG. 1, the
The
The recording medium P is supported by, for example, electrostatic adsorption on the lower surface of the
少なくとも記録時には、帯電ユニット26によって、対向電極24の絶縁シート24bに保持された記録媒体Pは、吐出電極18に印加される駆動電圧(例えば、パルス電圧)と逆極性の所定の負の高電圧、例えば、−1.5kVに帯電される。
その結果、記録媒体Pは負帯電して負の高電圧にバイアスされ、吐出電圧18に対する実質的な対向電極として作用し、かつ、対向電極24の絶縁シート24bに静電吸着される。
At least during recording, the recording medium P held on the insulating
As a result, the recording medium P is negatively charged and biased to a negative high voltage, acts as a substantial counter electrode with respect to the
帯電ユニット26は、記録媒体Pを負の高電圧に帯電させるためのスコロトロン帯電器26aと、スコロトロン帯電器26aに負の高電圧を供給するバイアス電圧源26bとを有している。なお、本発明に用いられる帯電ユニット26の帯電手段としては、スコロトロン帯電器26aに限定されず、コロトロン帯電器、固体チャージャ、放電針などの種々の放電手段を用いることができる。
The charging
また、図示例においては、対向電極24を電極基板24aと絶縁シート24bとで構成し、記録媒体Pを、帯電ユニット26によって負の高電圧に帯電させることにより、バイアス電圧を印加して対向電極として作用させ、かつ、絶縁シート24bの表面に静電吸着させているが、本発明はこれに限定されず、対向電極24を電極基板24aのみで構成し、対向電極24(電極基板24a自体)を負の高電圧のバイアス電圧源に接続して、負の高電圧に常時バイアスしておき、対向電極24の表面に記録媒体Pを静電吸着させるようにしても良い。
また、記録媒体Pの対向電極24への静電吸着と、記録媒体Pへの負の高電圧への帯電または対向電極24への負のバイアス高電圧の印加とを別々の負の高電圧源によって行っても良いし、対向電極24による記録媒体Pの支持は、記録媒体Pの静電吸着に限られず、他の支持方法や支持手段を用いても良い。
In the illustrated example, the
Further, the electrostatic adsorption of the recording medium P to the
以下、インクジェットヘッド10におけるインク液滴Rの吐出作用を説明することにより、本発明について、より詳細に説明する。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail by explaining the operation of ejecting ink droplets R in the
図1に示すインクジェットヘッド10では、記録時に、図示しないポンプ等を含むインク循環機構により、吐出電極18に印加される電圧と同極性、例えば、正(+)に帯電した色材粒子を含むインクQを、主流路30の内部を矢印方向(図中右から左方向)に循環させる。
他方、記録に際して、記録媒体Pは、対向電極24に供給され、帯電ユニット26によって色材粒子の逆極性すなわち負の高電圧(一例として、−1500V)に帯電されて、バイアス電圧を帯電した状態で、対向電極24に静電吸着される。また、シールド板22は接地されている。
この状態で、記録媒体P(対向電極24)とインクジェットヘッド10とを、相対的に移動しつつ、供給された画像データに応じて信号電圧源33から各吐出電極18に駆動電圧(パルス電圧)を印加し、この駆動電圧の印加on/offによって吐出をon/offすることにより、画像データに応じてインク液滴Rを変調して吐出し、記録媒体P上に画像を記録する。
In the
On the other hand, at the time of recording, the recording medium P is supplied to the
In this state, the recording medium P (counter electrode 24) and the
ここで、吐出電極18に駆動電圧を印加していない状態(あるいは、印加電圧が低電圧レベルである状態)、すなわち、バイアス電圧のみが印加されている状態では、インクQには、バイアス電圧とインクQの色材粒子(荷電粒子)の荷電とのクーロン引力、色材粒子間のクーロン反発力、キャリア液の粘性、表面張力、誘電分極力等が作用し、これらが連成して、色材粒子やキャリア液が移動し、図1に概念的に示すように、吐出口28から若干盛り上がったメニスカス状となってバランスが取れている。
また、このクーロン引力等によって、色材粒子は、いわゆる電気泳動でバイアス電圧が帯電された記録媒体Pに向かって移動する。すなわち、吐出口28のメニスカスにおいては、インクQが濃縮された状態となっている。
Here, in a state where the drive voltage is not applied to the ejection electrode 18 (or in a state where the applied voltage is at a low voltage level), that is, in a state where only the bias voltage is applied, the ink Q has a bias voltage and The Coulomb attractive force with the charge of the color material particles (charged particles) of the ink Q, the Coulomb repulsion force between the color material particles, the viscosity of the carrier liquid, the surface tension, the dielectric polarization force, etc. act, and these are coupled to produce the color. The material particles and the carrier liquid move and are balanced in a meniscus shape slightly raised from the
In addition, the colorant particles move toward the recording medium P charged with a bias voltage by so-called electrophoresis due to the Coulomb attractive force or the like. That is, the ink Q is concentrated at the meniscus of the
この状態から、吐出電極18に駆動電圧が印加される。これにより、バイアス電圧に駆動電圧が重畳され、先の連成に、さらにこの駆動電圧の重畳によって連成された運動が起こり、静電力によって色材粒子およびキャリア液がバイアス電圧(対向電極)側、すなわち記録媒体P側に引っ張られ、前記メニスカスが成長して、その上部から略円錐状のインク液柱いわゆるテーラーコーンが形成される。また、先と同様に、色材粒子は電気泳動によってメニスカスに移動しており、メニスカスのインクQは濃縮され、色材粒子を多数有する、ほぼ均一な高濃度状態となっている。
From this state, a drive voltage is applied to the
駆動電圧の印加開始後、さらに有限な時間が経過すると、色材粒子の移動等により、電界強度の高いメニスカスの先端部分で、主に色材粒子とキャリア液の表面張力とのバランスが崩れ、メニスカスが急激に伸びて、曳糸と呼ばれる直径数μm〜数十μm程度の細長いインク液柱が形成される。
さらに有限な時間が経過すると曳糸が成長し、この曳糸の成長、レイリー/ウエーバー不安定性によって発生する振動、メニスカス内における色材粒子の分布不均一、メニスカスにかかる静電界の分布不均一等の相互作用によって曳糸が分断され、インク液滴Rとなって吐出/飛翔し、かつ、バイアス電圧にも引っ張られて、記録媒体Pに着弾する。なお、曳糸の成長および分断は、さらにはメニスカス(曳糸)への色材粒子の移動は、駆動電圧の印加中は連続して発生する。
また、駆動電圧の印加を終了(吐出off)した時点で、バイアス電圧のみが印加された先のメニスカスの状態に戻る。
When a finite time has passed after the start of the application of the drive voltage, the balance between the color material particles and the surface tension of the carrier liquid mainly breaks at the tip of the meniscus with high electric field strength due to the movement of the color material particles, The meniscus grows abruptly to form a slender ink liquid column having a diameter of about several μm to several tens of μm, which is called a kite string.
Further, when a finite time elapses, the silk thread grows, and the growth of the silk thread, vibration caused by Rayleigh / Weber instability, uneven distribution of colorant particles in the meniscus, uneven distribution of electrostatic field on the meniscus, etc. As a result of this interaction, the kite string is divided, ejected / flyed as ink droplets R, and pulled by the bias voltage to land on the recording medium P. It should be noted that the growth and splitting of the kite and the movement of the color material particles to the meniscus (spinner) occur continuously during the application of the drive voltage.
Further, when the application of the driving voltage is finished (discharge is turned off), the state returns to the state of the meniscus to which only the bias voltage is applied.
ここで、本発明のインクジェットヘッド10においては、吐出電極18は、上面が主流路30に露出しており、すなわち、主流路30において、インクQと接液している。
このように、主流路30および吐出口28(その開口端部まで)で形成されるインク流路においてインクQと接液する吐出電極18に駆動電圧を印加(吐出on)すると、吐出電極18に供給された電荷の一部がインクQに注入され、吐出口28と吐出電極18との間に位置するインクQの電導度が高くなる。また、吐出口28と吐出電極18との間に浮遊する帯電した色材粒子は、吐出電極18からの静電力によって吐出口28に向けて押し上げられる。その結果、本発明のインクジェットヘッド10においては、インクQは、吐出電極18に駆動電圧が印加された時(吐出on時)にのみ、著しく、インク液滴Rを吐出し易い状態となる(吐出性が向上する)。
Here, in the
As described above, when a drive voltage is applied to the
上記構成の静電式のインクジェットは、インク液滴を吐出するために吐出電極18に印加する駆動電圧を従来に比して大幅に低くしても、安定してインク液滴の吐出を行うことができる。本発明者の検討によれば、一例として、従来の静電式のインクジェットヘッドにおいて、バイアス電圧−1500Vで、1000Vの駆動電圧が必要であった場合であっても、上記構成のインクジェットヘッドによれば、400V程度の駆動電圧で、安定したインク液滴Rの吐出が可能であった。従って、本実施形態に示すインクジェットヘッドによれば、安価な電源を用い、低電圧の駆動電圧のon/offでインク液滴の吐出on/offを安定して制御することができる。
また、吐出性が向上することにより、記録媒体P(対向電極24)にかかるバイアス電圧を低くし、および/または、吐出性の低いインク(例えば、低電導度のインク)を用いた際でも、駆動電圧を上げることなく、吐出on時における十分なインク液滴の吐出性を確保した上で、安定した吐出を行うことができる。すなわち、吐出on時における吐出性を確保した上で、吐出off時における吐出性を低くすることができる。従って、本発明によれば、吐出on時と吐出off時における吐出性の差を従来よりも大幅に拡大して、より安定したインク液滴の吐出を行うことができる。
The electrostatic ink jet having the above configuration stably discharges ink droplets even when the driving voltage applied to the
In addition, by improving the discharge property, the bias voltage applied to the recording medium P (counter electrode 24) is lowered and / or even when using a low discharge property ink (for example, low conductivity ink) Without increasing the drive voltage, it is possible to perform stable ejection while ensuring sufficient ink droplet ejection properties when ejection is on. That is, it is possible to reduce the discharge performance when the discharge is turned off while ensuring the discharge performance when the discharge is turned on. Therefore, according to the present invention, it is possible to greatly expand the difference in dischargeability between when discharge is on and when discharge is off, and to discharge ink droplets more stably.
しかも、本発明によれば、駆動電圧を低くできるので、隣接する吐出電極18間における電界干渉も低減できる。さらに、上記構成によれば、インクの色材粒子の被膜化等に起因する吐出電極18とガード電極20との間における短絡および放電も防止できる。
In addition, according to the present invention, since the drive voltage can be lowered, the electric field interference between the
図4に、本発明のインクジェットヘッドの別の例の概念図を示す。
なお、図4に示すインクジェットヘッド110は、前記図1のインクジェットヘッド10とヘッド基板の構造が異なるのみであるので、同じ部材には同じ符号を付し、以下の説明は、異なる点を主に行う。
In FIG. 4, the conceptual diagram of another example of the inkjet head of this invention is shown.
The
図4のインクジェットヘッドは、図1に示すインクジェットヘッドの吐出電極18を、第1吐出電極18aと第2吐出電極18bの2層で構成した2層電極構造タイプのインクジェットヘッドである。インクジェットヘッド110は、ヘッド基板12上に、第1吐出電極18a、絶縁層35、第2吐出電極18b及びインクガイド14を有する。第1吐出電極18aと第2吐出電極18bは、いずれも、リング状の円形電極であり、インクガイド14とほぼ同軸で所定間隔離間して配置される。図4に示すように、第1吐出電極18aと第2吐出電極18bとの間には、両電極の接触を防止するために絶縁層35が形成されている。ここでは、第2吐出電極が、主流路30に露出しているが、更に、第2吐出電極の表面を保護するとともに平坦化するための絶縁層を第2吐出電極表面上に形成してもよい。
なお、第1吐出電極18a及び第2吐出電極18bは、リング状の円形電極に限定されず、インクガイド14とほぼ同軸に配置される電極であれば、例えば、略円形電極、分割円形電極、平行電極、略平行電極など、どのような形状の電極であってもよい。
図5(A)及び(B)に、図4のA−A線およびB−B線矢視図を、それぞれ示す。図5(A)に示すように、15個の吐出部は、行方向(副走査方向)の1行当り5個(1列、2列、3列、4列、5列)ずつ、かつ列方向(主走査方向)の1列当たり3個(A行、B行、C行)ずつマトリクス状に配置されている。
The inkjet head of FIG. 4 is a two-layer electrode type inkjet head in which the
The
FIGS. 5A and 5B are views taken along lines AA and BB in FIG. 4, respectively. As shown in FIG. 5A, the 15 ejection units are arranged in 5 rows (1 column, 2 columns, 3 columns, 4 columns, 5 columns) per row in the row direction (sub-scanning direction). Three (A row, B row, C row) are arranged in a matrix form per column in the direction (main scanning direction).
図5(A)に示すように、1列目に配置された3個の吐出部の第1吐出電極26は相互に接続されている。2〜5列目も同様である。また、図5(B)に示すように、A行目に配置された5個の吐出部の第2吐出電極28は相互に接続されている。B行およびC行も同様である。そして、第1吐出電極18aおよび第2吐出電極18bは、それぞれ画像データに応じた吐出電圧を出力する制御手段(図示省略)に接続されている。
As shown in FIG. 5A, the
また、A行目の5個の吐出部は、行方向に対して所定の間隔を離して配置されている。B行およびC行も同様である。また、B行目の5個の吐出部は、A行目の5個の吐出部に対して、列方向に所定の間隔を離して、かつ、行方向に対して、それぞれA行目の5個の吐出部とC行目の5個の吐出部との間に配置されている。同様に、C行目の5個の吐出部は、B行目の5個の吐出部に対して、列方向に所定の間隔を離して、かつ、行方向に対して、それぞれB行目の5個の吐出部とA行目の5個の吐出部との間に配置されている。 In addition, the five ejection units in the A row are arranged at a predetermined interval in the row direction. The same applies to the B and C rows. Further, the five ejection units in the B row are spaced apart from the five ejection units in the A row by a predetermined interval in the column direction, and 5 A in the A row in the row direction. It arrange | positions between one discharge part and the five discharge parts of C line. Similarly, the five discharge units in the C row are spaced apart from the five discharge units in the B row by a predetermined interval in the column direction, and each of the B row in the row direction. It arrange | positions between five discharge parts and the five discharge parts of A line.
このように、各行A、B、Cに含まれる5個の吐出部をそれぞれ行方向にずらして配置することにより、記録媒体Pに記録される1行は行方向に3分割される。 As described above, the five ejection units included in each of the rows A, B, and C are arranged so as to be shifted in the row direction, so that one row recorded on the recording medium P is divided into three in the row direction.
画像の記録時には、同一列に配置された3個の第1吐出電極26は同時かつ同一電圧レベルに駆動される。同様に、同一行に配置された5個の第2吐出電極28は同時かつ同一電圧レベルに駆動される。また、記録媒体Pに記録される1行は、行方向に対して、第2吐出電極18bの行数に相当する3つのグループに分割され、時分割で順次記録される。例えば、図5に示す例の場合、第2吐出電極28のA行目、B行目、C行目を順次記録することにより、記録媒体P上に1行分の画像が記録される。
At the time of recording an image, the three
以上の例では、ヘッド基板12に第1吐出電極18a及び第2吐出電極18bを設けた2層電極構造のインクジェットヘッドにしたが、これに限定されず、ヘッド基板12に3層以上の吐出電極を設けた多層の吐出電極の構造を有するインクジェットヘッドにしても良い。
In the above example, an inkjet head having a two-layer electrode structure in which the
図6に、本発明に従うインクジェットヘッドの更に別の例の概略構成図を示す。
インクジェットヘッド120は、吐出口基板16のヘッド基板12と対向する側の面に、インク流の上流側から貫通孔28に通じるインク誘導溝52が形成されている以外は、図1に示すインクジェットヘッドと同様の構造を有する。図6に示すインクジェットヘッドおいて、図1に示すインクジェットと同じ部材には同じ符号を付し、以下、異なる部分についてのみ説明する。なお、図6(A)は、インクジェットヘッド120の吐出部の概略断面図であり、図6(B)は、図6(A)に示すインクジェットヘッドの吐出部を上方から見たときの概略平面図である。
FIG. 6 shows a schematic configuration diagram of still another example of the ink jet head according to the present invention.
The
図6(A)に示すように、吐出口基板16のインク流路30側の面、すなわちヘッド基板12と対向する面には、インク流の上流側から吐出口28に通じるインク誘導溝52が形成されている。インク誘導溝52は、インク流の上流側から吐出口28に向かうに従って、その深さが次第に深くなるように所定角度で傾斜されている。インク誘導溝52は、各々の吐出部の吐出口28近傍にそれぞれ設けられている。
As shown in FIG. 6A, an
このように、吐出口28に通じるインク誘導溝52を設けることによって、インクQがインク誘導溝52に沿って吐出口28内部に誘導されるため、吐出口(インクガイド先端)へのインクの供給性を向上させることができる。従来のインクジェットヘッドでは、吐出電極18を吐出口基板16に設けていたため、このようなインク誘導溝52を形成するには、吐出電極を避けつつ、吐出口28に通じるようにする必要がある。しかし、図6に示す本発明のインクジェットヘッドは、ヘッド基板12に吐出電極18を設け、吐出口基板16には吐出電極18は存在していないので、インク誘導溝52を、吐出電極を避けつつ吐出口28に通じるように形成する必要がなく、従来よりも、インク誘導溝52を吐出口基板16に容易に形成することができる。
また、吐出電極18をヘッド基板12に設けたことにより、吐出口28からヘッド基板12の表面に向かうような電界(図中下向きの電界)が主流路30内のインク粒子に作用することはほとんどなくなり、主流路30を循環するインク粒子を吐出口28に速やかに凝集させることが可能となる。従って、本発明のインクジェットヘッドによれば、画像記録時の吐出周波数の応答性が改善され、高速で連続的にドットを描画しても安定して所望のサイズのドットを描画することが出来る。
In this way, by providing the
In addition, since the
インク誘導溝52は、図7に示すように、インク流方向にわたって一定の深さに形成してもよい。この場合、絶縁層32の表面とインク誘導溝52底面との段差によって、インク流路48からインク誘導溝52内部に供給されたインク流は一旦乱流となるため、これを整流とするために、インク誘導溝52の長さ(インク流方向の長さ)Lは、インク誘導溝52の深さDに対して6倍以上とするのが好ましく、より好ましくは8倍以上であるのがよい。
As shown in FIG. 7, the
なお、インク誘導溝52の長さ、幅、深さ、平面形状、断面形状等は何ら限定されないが、これらの設定に応じて、吐出口へのインクの供給性が変化するため、必要に応じて適宜設定するのが好ましい。
The length, width, depth, planar shape, cross-sectional shape, and the like of the
例えば、前述の通り、インク誘導溝52が傾斜されていない場合、インク誘導溝52の長さLは、その深さDの6倍以上とするのが好ましいが、インク誘導溝52が傾斜されている場合にはインク流の乱流が生じるのを低減することができるため、インク誘導溝52が傾斜されていない場合よりも、インク誘導溝の長さを短くすることができるという利点がある。
For example, as described above, when the
また、インク誘導溝52の幅は、吐出口28の直径とほぼ等しいことが好ましいが、吐出口28の直径よりも多少大きくても、または多少小さくても、インク誘導溝52がない場合と比べればインクの供給性を確実に向上させることができる。
In addition, the width of the
インク誘導溝52の形状は、上記実施形態のように、そのインク流の方向にわたって均一な幅であってもよいし、インク流の上流側に向かうに従ってその幅が狭くなっていてもよいし、吐出口28側に向かうに従ってその幅が狭くなっていてもよい。また、インク誘導溝52の断面形状は、その深さが深くなるに従って(底面に向かうに従って)次第に狭くなるような台形状もしくは逆三角形状であるのが好ましい。
The shape of the
また、インク誘導溝52は、1本の溝から構成してもよいし、貫通孔38に向かう複数の溝から構成されてもよい。また、インク誘導溝は、吐出口の上流側と下流側の両方に形成したが、上流側だけ、又は下流側だけに形成してもよい。
In addition, the
また、インク誘導溝52の形成手段も何ら限定されず、吐出口基板16の材質に応じて、例えばダイシング、レーザ加工、サンドブラスト等の従来公知の掘削手段がいずれも利用可能である。
Further, the means for forming the
図8に、本発明のインクジェットヘッドの更に別の例の概念図を、図9(A)及び(B)に、図8に示すインクジェットヘッドのインクガイド近傍の斜視図及びインクガイドの近傍の概略断面図を示す。
図8及び図9に示すインクジェットヘッド130は、主流路30を循環するインクを吐出口28に誘導するためのインク誘導堰50を有するとともに、このインク誘導堰50に半円形状の吐出電極(以下、半円形吐出電極という)18が形成されている以外は、図6のインクジェットヘッド120と同様の構造を有する。図8及び図9に示すインクジェットヘッド130において、図6に示すインクジェットヘッド120と同じ部材には同じ符号を付し、以下、図6に示すインクジェットヘッド120と異なる点についてのみ説明する。なお、図9では、説明の便宜上、ヘッド基板12、インクガイド14及びインク誘導堰50のみを示した。
FIG. 8 is a conceptual diagram of still another example of the ink jet head of the present invention. FIGS. 9A and 9B are a perspective view of the vicinity of the ink guide of the ink jet head shown in FIG. 8 and a schematic of the vicinity of the ink guide. A cross-sectional view is shown.
The
インク誘導堰50は、ヘッド基板12のインク流路48側の面、すなわちインク流路48の底面において、吐出口38に対応する位置に配置されたインクガイド14のインク流方向(矢印a方向)の上流側および下流側に備えられており、インク流方向に対して、吐出口38に対応する位置の近傍から吐出口38の中心に対応する位置に向かって、吐出口基板14に漸次近接するように傾斜した面(以下、傾斜面という)50aを有している。すなわち、インク誘導堰50は、ヘッド基板12の表面に対して所定の角度で交差するような傾斜面50aを有している。インク誘導堰50の傾斜面50aは、主流路30を循環するインクを吐出口28に誘導することができる。
The
インク誘導堰50の傾斜面50aには、図9に示すように、半円形吐出電極18a及び18bが形成されている。ここでは、半円形吐出電極18をインクガイドの傾斜面50aに形成したが、インクガイド14を支持している支持部の上面14bに吐出電極18aと18bとを電気的に接続するための電気配線を形成して、リング状の電極としてもよい。或いは、インク誘導堰50の傾斜面50a及び側壁面50b並びにインクガイド14の支持部の側壁面14bの全ての面に、金属などの導電性材料を蒸着等により形成することによって電極を構成してもよい。
As shown in FIG. 9,
また、ここでは、半円形吐出電極18a及び18bをインク誘導堰50の傾斜面50a上に形成して、主流路30を循環するインクQと接液するように構成したが、主流路30に露出しないように吐出電極18a及び18bをインク誘導堰40の内部に形成してもよい。
Here, the
また、インク誘導堰50は、インク流に直交する方向には、吐出口28と略同一の幅を有し、底面に垂直な壁面50bを有する形状とされている。また、インク誘導堰50は、吐出口28を塞ぐことなく、インクQの流路を確保するように、吐出口基板16の主流路30側の面、すなわち主流路30の上面から所定の間隔だけ離れて設けられている。このようなインク誘導堰50は、各々の吐出部にそれぞれ設けられている。
Further, the
このように、主流路30の底面(ヘッド基板12の吐出基板と対向する側の面)に、インク流方向に沿って、吐出口28に向かって傾斜する斜面を有するインク誘導堰50を設けることによって、吐出口28へ向かうインク流が形成され、インクQが吐出口28の主流路30側の開口部に誘導される。そのため、インクQを吐出口28内部へ好適に流入させることができ、インク液滴Rの吐出部となるインクガイド先端部分14aへのインクの供給性を向上させることができる。更には、インク誘導堰50の傾斜面50aに設けられた吐出電極18a及び18bからの静電気力よって、インクQに含まれる色材粒子が吐出口28に向けて押し上げられる。従って、画像記録時の吐出周波数の応答性が改善され、高速で連続的にドットを描画しても安定して所望のサイズのドットを描画することができる。
As described above, the
また、吐出口28内部でインクQが滞留するのを防ぐことができ、吐出口28の目詰まりを防止することができる。
ところで、図9において、吐出口28の、インク流の上流側に存在する吐出電極18aは、吐出電極18aに駆動電圧が印加された場合は、吐出口近傍へのインク粒子の供給を妨げる電界を形成する。一方、吐出口28の、インク流の下流側に存在する吐出電極18bは、吐出口近傍にインク粒子を押しとどめるように作用するため、吐出口28へのインク粒子の供給に対して良好な効果を奏する。したがって、インク誘導堰に吐出電極を形成する場合には、インク流の下流側には必ず設置し、インク流の上流側へは任意に吐出電極を設置することが好ましい。
また、ここでは、インク誘導堰に形成する吐出電極として半円形状の吐出電極としたが、この形状には限定されず、矩形状、半楕円形状など任意の形状にして平行電極とすることができる。平行電極に比べて円形電極の方が電界の収束効率が良好であるため、インクガイドの先端部に効率的に強い電界を形成するには、円形形状であることが好ましい。
In addition, the ink Q can be prevented from staying inside the
By the way, in FIG. 9, the
Here, the discharge electrode formed on the ink guide weir is a semicircular discharge electrode. However, the discharge electrode is not limited to this shape, and may be a parallel electrode having an arbitrary shape such as a rectangular shape or a semi-elliptical shape. it can. Since the circular electrode has better electric field convergence efficiency than the parallel electrode, it is preferably a circular shape to efficiently form a strong electric field at the tip of the ink guide.
インク誘導堰50のインク流方向の長さsは、隣接する吐出部と干渉しない範囲で、インクQを吐出口28へ好適に誘導できるように適宜設定されればよいが、図9(B)に示すように、インク誘導堰50の最高部の高さtに対し、3倍以上(s/t≧3)とするのが好ましく、8倍以上(s/t≧8)とするのがより好ましい。
The length s in the ink flow direction of the
インク誘導堰50のインク流と直交する方向の幅は、吐出口28と同等か、若干広いのが好ましい。また、インク誘導堰50の幅は、図示例のように均一なものには限定されず、幅が漸減するものや漸増するもの等であってもよい。また、その側壁面50bも、垂直面には限定されず、傾斜面等であってもよい。
The width of the
インク誘導堰50の傾斜面(インク誘導面)50aは、インクQを吐出口38に誘導するのに好適な形状とすればよく、一定の傾斜角を有する斜面であってもよいし、傾斜角が変化する面や、湾曲面であってもよい。また、その表面は、平滑面には限定されず、インク流方向に、あるいは吐出口38の中心部に向かって放射状に、1条以上の畝や溝等が形成されていてもよい。この場合、吐出電極18は、それらインク誘導堰50の傾斜面50aに応じた形状で形成することができる。
The inclined surface (ink guiding surface) 50a of the
また、インク誘導堰50の上部のインクガイド14との接続部分の近傍は、図示例のように段差を有することなく、滑らかにつながる形状としてもよい。
Further, the vicinity of the connection portion with the
図示例では、インク誘導堰50がインクガイド14の上流側および下流側に配置された形態としているが、吐出口38の上流側および下流側に斜面を有する台形状のインク誘導堰50を設け、その上部にインクガイド14を立設する形態としてもよいし、インクガイド14およびインク誘導堰50を一体的に形成してもよい。このように、インク誘導堰50は、インクガイド14と別々に、または、一体的に形成されて、ヘッド基板12に取り付けられてもよいし、あるいは、従来公知の掘削手段によりヘッド基板12を削り出して形成されてもよい。
In the illustrated example, the
なお、インク誘導堰50は、吐出口28の上流側に設けられていれば良いが、図示例のように、吐出口28の下流側にも、インク液滴Rの吐出方向の高さが吐出口28から遠ざかるに従って低くなるように設けられているのが好ましい。これにより、上流側のインク誘導堰50によって吐出口28に向かって誘導されたインクQが滑らかに下流側へ流れるので、インクQが乱流になることなく、インク流の安定を保つことができ、吐出安定性を保つことができる。
The
また、図8及び図9の例では、インク誘導堰50は、ヘッド基板12の上側の面上に配置されているが、図10に示すように、ヘッド基板12にインク流溝57を設け、インク流溝52の内部にインク誘導堰50が配置されてもよい。
8 and 9, the
図10に示す形態では、インク流方向(矢印a方向)に沿って、吐出口28に対応する位置を通過する所定深さのインク流溝57が設けられている。また、ヘッド基板12の上側の面の、インク流溝57以外の面と、吐出口基板16の下面との間隔は、図8及び図9における両者の間隔よりも狭くなっている。このように、インク流溝57を設けることによって、主流路30を流れるインクQの多くを選択的にインク流溝57に流すことができる。
In the form shown in FIG. 10, an
インク流溝57の吐出口28に対応する位置には、図8の例と同様の、インク流方向に沿って吐出口38に向かって傾斜する傾斜面を有するインク誘導堰50が設けられており、インク流溝57を流れるインクQは、インク誘導堰50によって吐出口28に誘導される。これにより、インクQを吐出口28の内部へ好適に流入させることができ、インクガイド先端部分14aへのインクの供給性を向上させることができる。
An
インク流溝57およびインク誘導堰50は、従来公知の切削手段によりヘッド基板12を加工して形成することができる。
以上の例では、インク誘導溝52を吐出口基板16に形成するとともに、インク誘導堰50をヘッド基板12に備える構造のインクジェットヘッドにしたが、インク誘導溝52を吐出口基板16に形成せずに、インク誘導堰50のみをヘッド基板12に備える構造にしてもよい。
The
In the above example, the
つぎに、本発明のインクジェットヘッドに用いられるインクについて説明する。
本発明のインクジェットヘッドで用いるインクQ(インク組成物)は、色材粒子(色材を含み、かつ、帯電した微粒子)をキャリア液に分散してなるものである。
また、インクQ中には、色材粒子ともに、印刷後の画像の定着性を向上させるための分散樹脂粒子を、適宜、含有させてもよい。
Next, the ink used for the inkjet head of the present invention will be described.
The ink Q (ink composition) used in the ink jet head of the present invention is obtained by dispersing coloring material particles (including coloring material and charged fine particles) in a carrier liquid.
In addition, the ink Q may appropriately contain dispersed resin particles for improving the fixability of the image after printing together with the color material particles.
キャリア液は、高い電気抵抗率(109 Ω・cm以上、好ましくは1010Ω・cm以上)を有する誘電性の液体(非水溶媒)であるのが好ましい。電気抵抗率の低いキャリア液の電気抵抗が低いと、吐出電極18によって印加される電圧により、キャリア液自身が電荷注入を受けて帯電してしまうため、色材粒子の濃縮がおこらない。また、電気抵抗率の低いキャリア液は、隣接する吐出電極18間での電気的導通を生じさせる懸念もあるため、本発明には不向きである。
The carrier liquid is preferably a dielectric liquid (nonaqueous solvent) having a high electric resistivity (10 9 Ω · cm or more, preferably 10 10 Ω · cm or more). When the electric resistance of the carrier liquid having a low electric resistivity is low, the carrier liquid itself is charged by charge injection due to the voltage applied by the
キャリア液として用いられる誘電性液体の比誘電率は、5以下が好ましく、より好ましくは4以下、さらに好ましくは3.5以下である。このような比誘電率の範囲とすることによって、キャリア液中の色材粒子に有効に電界が作用し、泳動が起こりやすくなる。
なお、このような誘電性液体の固有電気抵抗の上限値は1016Ωcm程度であるのが望ましく、比誘電率の下限値は1.9程度であるのが望ましい。誘電性液体の電気抵抗が上記範囲であるのが望ましい理由は、電気抵抗が低くなると、低電界下でのインクの吐出が悪くなるからであり、比誘電率が上記範囲であるのが望ましい理由は、誘電率が高くなると溶媒の分極により電界が緩和され、これにより形成されたドットの色が薄くなったり、滲みを生じたりするからである。
The relative dielectric constant of the dielectric liquid used as the carrier liquid is preferably 5 or less, more preferably 4 or less, and still more preferably 3.5 or less. By setting the relative dielectric constant in such a range, an electric field effectively acts on the colorant particles in the carrier liquid, and migration easily occurs.
Note that the upper limit value of the specific electric resistance of such a dielectric liquid is preferably about 10 16 Ωcm, and the lower limit value of the relative dielectric constant is preferably about 1.9. The reason why it is desirable that the electric resistance of the dielectric liquid is in the above range is that if the electric resistance is low, ink ejection under a low electric field is deteriorated, and that the relative dielectric constant is preferably in the above range. This is because when the dielectric constant increases, the electric field is relaxed by the polarization of the solvent, and the color of the dots formed thereby becomes light or causes blurring.
キャリア液として用いられる誘電性液体としては、好ましくは直鎖状もしくは分岐状の脂肪族炭化水素、脂環式炭化水素、または芳香族炭化水素、および、これらの炭化水素のハロゲン置換体がある。例えば、へキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、デカン、イソデカン、デカリン、ノナン、ドデカン、イソドデカン、シクロヘキサン、シクロオクタン、シクロデカン、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、アイソパーC、アイソパーE、アイソパーG、アイソパーH、アイソパーM、アイソパーL(アイソパー:エクソン社の商品名)、シェルゾール70、シェルゾール71(シェルゾール:シェルオイル社の商品名)、アムスコOMS、アムスコ460溶剤(アムスコ:スピリッツ社の商品名)、シリコーンオイル(例えば、信越シリコーン社製KF−96L)等を単独あるいは混合して用いることができる。
The dielectric liquid used as the carrier liquid is preferably a linear or branched aliphatic hydrocarbon, alicyclic hydrocarbon, or aromatic hydrocarbon, and halogen-substituted products of these hydrocarbons. For example, hexane, heptane, octane, isooctane, decane, isodecane, decalin, nonane, dodecane, isododecane, cyclohexane, cyclooctane, cyclodecane, benzene, toluene, xylene, mesitylene, Isopar C, Isopar E, Isopar G, Isopar H, Isopar M, Isopar L (isopar: trade name of Exxon),
このようなキャリア液に分散される色材粒子は、色材自身を色材粒子としてキャリア液中に分散させてもよく、定着性を向上させるための分散樹脂粒子中に含有させてもよい。分散樹脂粒子中に含有させる場合、顔料などは分散樹脂粒子の樹脂材料で被覆して樹脂被覆粒子とする方法などが一般的であり、染料などは分散樹脂粒子を着色して着色粒子とする方法などが一般的である。
色材としては、従来からインクジェットインク組成物、印刷用(油性)インキ組成物、あるいは静電写真用液体現像剤に用いられている顔料および染料であればどれでも使用可能である。
The color material particles dispersed in such a carrier liquid may be dispersed in the carrier liquid as the color material itself as the color material particles, or may be contained in the dispersed resin particles for improving the fixability. When contained in the dispersed resin particles, the pigment is generally coated with the resin material of the dispersed resin particles to obtain resin-coated particles, and the dye is a colored particle by dispersing the dispersed resin particles. Etc. are common.
As the color material, any pigments and dyes that have been conventionally used in inkjet ink compositions, printing (oil-based) ink compositions, or electrophotographic liquid developers can be used.
インクQにおいて、色材粒子の含有量(色材粒子あるいはさらに分散樹脂粒子の合計含有量)は、インク全体に対して0.5〜30重量%の範囲で含有されることが好ましく、より好ましくは1.5〜25重量%、さらに好ましくは3〜20重量%の範囲で含有されることが望ましい。色材粒子の含有量が少なくなると、印刷画像濃度が不足したり、インクQと記録媒体P表面との親和性が得られ難くなって強固な画像が得られなくなったりするなどの問題が生じ易くなり、一方、含有量が多くなると均一な分散液が得られにくくなったり、インクジェットヘッド10等でのインクQの目詰まりが生じやすく、安定なインク吐出が得られにくいなどの問題が生じるからである。
In the ink Q, the content of the color material particles (the total content of the color material particles or further dispersed resin particles) is preferably contained in the range of 0.5 to 30% by weight with respect to the whole ink, and more preferably. Is preferably contained in the range of 1.5 to 25% by weight, more preferably 3 to 20% by weight. If the content of the colorant particles is reduced, problems such as insufficient printed image density or difficulty in obtaining a strong image due to difficulty in obtaining the affinity between the ink Q and the surface of the recording medium P are likely to occur. On the other hand, when the content is increased, it becomes difficult to obtain a uniform dispersion, or the ink Q is easily clogged with the
色材として用いる顔料としては、無機顔料、有機顔料を問わず、印刷の技術分野で一般に用いられているものを使用することができる。具体的には、例えば、カーボンブラック、カドミウムレッド、モリブデンレッド、クロムイエロー、カドミウムイエロー、チタンイエロー、酸化クロム、ビリジアン、コバルトグリーン、ウルトラマリンブルー、プルシアンブルー、コバルトブルー、アゾ系顔料、フタロシアニン系顔料、キナクリドン系顔料、イソインドリノン系顔料、ジオキサジン系顔料、スレン系顔料、ペリレン系顔料、ぺリノン系顔料、チオインジゴ系顔料、キノフタロン系顔料、金属錯体顔料、等の従来公知の顔料を特に限定なく用いることができる。
色材として用いる染料としては、アゾ染料、金属錯塩染料、ナフトール染料、アントラキノン染料、インジゴ染料、カーボニウム染料、キノンイミン染料、キサンテン染料、アニリン染料、キノリン染料、ニトロ染料、ニトロソ染料、ペンゾキノン染料、ナフトキノン染料、フタロシアニン染料、金属フタロシアニン染料、等の油溶性染料が好ましく例示される。
As the pigment used as the color material, regardless of inorganic pigments or organic pigments, those generally used in the technical field of printing can be used. Specifically, for example, carbon black, cadmium red, molybdenum red, chrome yellow, cadmium yellow, titanium yellow, chromium oxide, viridian, cobalt green, ultramarine blue, Prussian blue, cobalt blue, azo pigment, phthalocyanine pigment Conventionally known pigments such as quinacridone pigments, isoindolinone pigments, dioxazine pigments, selenium pigments, perylene pigments, perinone pigments, thioindigo pigments, quinophthalone pigments, metal complex pigments, and the like are not particularly limited. Can be used.
As dyes used as coloring materials, azo dyes, metal complex dyes, naphthol dyes, anthraquinone dyes, indigo dyes, carbonium dyes, quinoneimine dyes, xanthene dyes, aniline dyes, quinoline dyes, nitro dyes, nitroso dyes, benzoquinone dyes, naphthoquinone dyes And oil-soluble dyes such as phthalocyanine dyes and metal phthalocyanine dyes.
また、キャリア液に分散された色材粒子の平均粒径は、0.1〜5μmが好ましく、より好ましくは0.2〜1.5μmであり、更に好ましくは0.4〜1.0μmである。この粒径はCAPA−500(堀場製作所(株)製商品名)により求めたものである。 The average particle diameter of the colorant particles dispersed in the carrier liquid is preferably 0.1 to 5 μm, more preferably 0.2 to 1.5 μm, and still more preferably 0.4 to 1.0 μm. . This particle size is determined by CAPA-500 (trade name, manufactured by Horiba, Ltd.).
色材粒子をキャリア液に分散させた後、荷電制御剤をキャリア液に添加することにより色材粒子を荷電して、荷電した色材粒子をキャリア液に分散してなるインクQとする。なお、着色微粒子の分散時には、必要に応じて、分散媒を添加してもよい。
荷電制御剤は、一例として、電子写真液体現像剤に用いられている各種のものが利用可能である。また、「最近の電子写真現像システムとトナー材料の開発・実用化」139〜148頁、電子写真学会編「電子写真技術の基礎と応用」497〜505頁(コロナ社、1988年刊)、原崎勇次「電子写真」16(No.2)、44頁(1977年)等に記載の各種の荷電制御剤も利用可能である。
After the colorant particles are dispersed in the carrier liquid, the charge material is added to the carrier liquid to charge the colorant particles, whereby the ink Q is obtained by dispersing the charged colorant particles in the carrier liquid. In addition, you may add a dispersion medium as needed at the time of dispersion | distribution of colored fine particles.
As an example of the charge control agent, various materials used in electrophotographic liquid developers can be used. Also, “Recent development and commercialization of electrophotographic development systems and toner materials”, pages 139 to 148, “The Basics and Applications of Electrophotographic Technology” edited by Electrophotographic Society, pages 497 to 505 (Corona Inc., published in 1988), Yuji Harasaki Various charge control agents described in “Electrophotography” 16 (No. 2), p. 44 (1977) can also be used.
なお、色材粒子は、吐出電極18に印加される駆動電圧と同極性であれば、正電荷および負電荷のいずれに荷電したものであってもよい。
また、色材粒子の荷電量は、好ましくは5〜200μC/g、より好ましくは10〜150μC/g、さらに好ましくは15〜100μC/gの範囲である。
The color material particles may be positively charged or negatively charged as long as they have the same polarity as the driving voltage applied to the
The charge amount of the color material particles is preferably in the range of 5 to 200 μC / g, more preferably 10 to 150 μC / g, and still more preferably 15 to 100 μC / g.
また、荷電制御剤の添加によって誘電性溶媒の電気抵抗が変化することもあるため、下記に定義する分配率Pを、好ましくは50%以上、より好ましくは60%以上、さらに好ましくは70%以上とする。
P=100×(σ1−σ2)/σ1
ここで、σ1は、インクQの電気伝導度、σ2は、インクQを遠心分離器にかけた上澄みの電気伝導度である。電気伝導度は、LCRメーター(安藤電気(株)社製AG−4311)および液体用電極(川口電機製作所(株)社製LP−05型)を使用し、印加電圧5V、周波数1kHzの条件で測定を行った値である。また遠心分離は、小型高速冷却遠心機(トミー精工(株)社製SRX−201)を使用し、回転速度14500rpm、温度23℃の条件で30分間行った。
以上のようなインクQを用いることによって、色材粒子の泳動が起こりやすくなり、濃縮しやすくなる。
In addition, since the electric resistance of the dielectric solvent may change due to the addition of the charge control agent, the distribution ratio P defined below is preferably 50% or more, more preferably 60% or more, and even more preferably 70% or more. And
P = 100 × (σ1−σ2) / σ1
Here, σ1 is the electrical conductivity of the ink Q, and σ2 is the electrical conductivity of the supernatant obtained by applying the ink Q to the centrifuge. The electrical conductivity was measured using an LCR meter (AG-4311 manufactured by Ando Electric Co., Ltd.) and an electrode for liquid (LP-05 type manufactured by Kawaguchi Electric Manufacturing Co., Ltd.) under the conditions of an applied voltage of 5 V and a frequency of 1 kHz. This is the measured value. Centrifugation was performed for 30 minutes using a small high-speed cooling centrifuge (Tomy Seiko Co., Ltd. SRX-201) under conditions of a rotational speed of 14500 rpm and a temperature of 23 ° C.
By using the ink Q as described above, migration of the color material particles is likely to occur and the concentration is facilitated.
インクQの電気伝導度は、100〜3000pS/cmが好ましく、より好ましくは150〜2500pS/cm、さらに好ましくは200〜2000pS/cmである。以上のような電気伝導度の範囲とすることによって、吐出電極に印加する電圧が極端に高くならず、隣接する記録電極間での電気的導通を生じさせる懸念もない。
また、インクQの表面張力は、15〜50mN/mの範囲が好ましく、より好ましくは15.5〜45mN/m、さらに好ましくは16〜40mN/mの範囲である。表面張力をこの範囲とすることによって、吐出電極に印加する電圧が極端に高くならず、ヘッド周りにインクが漏れ広がり汚染することがない。
さらに、インクQの粘度は0.5〜5mPa・secが好ましく、より好ましくは0.6〜3.0mPa・sec、さらに好ましくは0.7〜2.0mPa・secである。
The electrical conductivity of the ink Q is preferably 100 to 3000 pS / cm, more preferably 150 to 2500 pS / cm, and still more preferably 200 to 2000 pS / cm. By setting the electric conductivity in the above range, the voltage applied to the ejection electrode does not become extremely high, and there is no fear of causing electrical continuity between adjacent recording electrodes.
The surface tension of the ink Q is preferably in the range of 15 to 50 mN / m, more preferably 15.5 to 45 mN / m, and still more preferably 16 to 40 mN / m. By setting the surface tension within this range, the voltage applied to the ejection electrode does not become extremely high, and the ink does not leak around the head and become contaminated.
Furthermore, the viscosity of the ink Q is preferably 0.5 to 5 mPa · sec, more preferably 0.6 to 3.0 mPa · sec, and still more preferably 0.7 to 2.0 mPa · sec.
なお、本発明においては、従来のインクジェット方式のように、インク全体に力を作用させて、インクを記録媒体に向けて飛翔させるのではなく、主に、キャリア液に分散させた固形成分である色材粒子に力を作用させて、飛翔させる。
その結果、普通紙を初めとして、非吸収性のフィルム(例えばPETフィルム等)などの種々の記録媒体Pに画像を記録することができ、また、記録媒体P上で、滲みや流動を生じることなく、種々の記録媒体に対して、高画質な画像を得ることができる。
In the present invention, it is a solid component mainly dispersed in a carrier liquid, rather than causing the ink to fly toward the recording medium by applying a force to the entire ink as in the conventional ink jet system. A force is applied to the color material particles to fly.
As a result, images can be recorded on various recording media P such as plain paper and non-absorbing films (for example, PET film), and bleeding and flow are generated on the recording media P. Therefore, high-quality images can be obtained on various recording media.
図11に、本発明のインクジェットヘッドを利用する本発明のインクジェット記録装置の一実施例の概念図を示す。
同図に示すインクジェット記録装置60(以下、プリンタ60とする)、記録媒体Pに片面4色印刷を行う装置で、記録媒体Pの搬送手段、画像記録手段、および溶媒回収手段を有するものであり、これらを筐体61に収容して構成される。
また、搬送手段は、フィードローラ対62、ガイド64、ローラ66(66a,66bおよび66c)、搬送ベルト68、搬送ベルト位置検知手段69、静電吸着手段70、除電手段72、剥離手段74、定着・搬送手段76およびガイド78を有する。画像記録形成手段は、ヘッドユニット80、インク循環系82、ヘッドドライバ84、および記録媒体位置検出手段86を有する。さらに、溶媒回収手段は、排出ファン90および溶媒回収装置92を有する。
FIG. 11 shows a conceptual diagram of an embodiment of the ink jet recording apparatus of the present invention using the ink jet head of the present invention.
An inkjet recording apparatus 60 (hereinafter, referred to as a printer 60) shown in FIG. 1 is an apparatus that performs four-color printing on one side of a recording medium P, and includes a recording medium P conveying means, an image recording means, and a solvent recovery means. These are housed in a
The conveying means includes a
記録媒体Pの搬送手段において、フィードローラ対62は、筐体61の側面に設けられた搬入口61aに隣接して設けられた搬送ローラ対である。フィードローラ62は、図示しないストッカから供給された記録媒体Pを、搬送ベルト68(ローラ66aに支持される部分)に送り込む。ガイド64は、フィードローラ対62と搬送ベルト68を支持するローラ66aとの間に設けられ、記録媒体Pを搬送ベルト68に案内する。
In the conveyance means for the recording medium P, the
なお、フィードローラ対62の近傍には、記録媒体Pに付着した塵埃や紙粉等異物を除去する異物除去手段を設けるのが好ましい。
異物除去手段としては、公知の吸引除去、吹き飛ばし除去、静電除去等の非接触法や、ブラシ、ローラ等による接触法によるものの1以上を組み合わせて使用すればよい。また、フィードローラ対62を微粘着ローラとし、さらにフィードローラ対62のクリーナを設けて、フィードローラ対62による記録媒体Pのフィード時に塵埃・紙粉等の異物の除去を行っても良い。
It should be noted that a foreign matter removing means for removing foreign matter such as dust and paper dust adhering to the recording medium P is preferably provided in the vicinity of the
As the foreign matter removing means, one or more of non-contact methods such as known suction removal, blow-off removal, electrostatic removal, and contact methods using brushes, rollers, etc. may be used in combination. Alternatively, the
搬送ベルト68は、3つのローラ66に張架されるエンドレスベルトである。また、ローラ66a、66bおよび66cのうち少なくとも1つは、図示されない駆動源と連結されており、搬送ベルト68を回転させる。
搬送ベルト68は、ヘッドユニット80による画像記録時には、記録媒体Pの走査搬送手段に加え、記録媒体Pを保持するプラテンとして機能し、さらに、画像記録後、定着・搬送手段76まで搬送する。従って、搬送ベルト68は、寸法安定性に優れ、耐久性を有する材料で形成されるのが好ましく、例えば、金属、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、その他の樹脂およびそれらの複合体で形成される。
The
The
図示例においては、記録媒体Pは、静電吸着によって搬送ベルト68上に保持されるので、搬送ベルト68は、記録媒体Pを保持する側(表面)が絶縁性、ローラ66と接する側(裏面)が導電性を有する。また、図示例においては、ローラ66aは導電性ローラとされ、搬送ベルト68の裏面は、ローラ66aを介して接地されている。
すなわち、搬送ベルト68は、記録媒体Pを保持するとき、図1に示す電極基板24aと絶縁シート24bからなる対向電極24として機能するものである。
In the illustrated example, since the recording medium P is held on the
That is, the
このような搬送ベルト68としては、金属ベルトの表面側にフッ素樹脂コートを行ったもの等、金属ベルトに上記のいずれかの樹脂材料でコーティングしたベルト、接着材等で樹脂シートと金属ベルトを張り合わせたベルト、上記の樹脂から成るベルトの裏面に金属蒸着したベルト等、各種の方法により作製された、金属層と絶縁物層とを有するベルトを用いればよい。
また、搬送ベルト68の記録媒体Pに接する表面は平滑であるのが好ましく、これにより、記録媒体Pの良好な吸着性が得られる。
As such a
Further, it is preferable that the surface of the conveying
搬送ベルト68は、公知の方法により蛇行が抑制されているのが好ましい。蛇行抑制の方法としては、例えば、ローラ66cをテンションローラとし、搬送ベルト位置検知手段69の出力、すなわち搬送ベルト68の幅方向の検知位置に応じて、ローラ66cの軸をローラ66aおよびローラ66bの軸に対して傾けることにより、搬送ベルトの幅方向の両端でテンションを変えて蛇行を抑制する方法等が例示される。また、ローラ66をテーパ形やクラウン形、あるいはその他の形状とすることで、蛇行を抑制してもよい。
The
ここで、搬送ベルト位置検知手段69は、上述のように、搬送ベルトの蛇行などを抑制すると共に、画像記録時の記録媒体Pの走査搬送方向の位置を所定位置に規制するために、搬送ベルト68の幅方向の位置を検知するもので、フォトセンサ等の公知の検知手段が用いられる。
Here, as described above, the conveying belt
静電吸着手段70は、記録媒体Pに、ヘッドユニット80(本発明のインクジェットヘッド)に対する所定のバイアス電圧を印加すると共に、静電力により搬送ベルト68に吸着させて保持するために、記録媒体Pを所定の電位に帯電させるものである。
図示例おいては、静電吸着手段70は、記録媒体Pを帯電させるスコロトロン帯電器70aと、スコロトロン帯電器70aに接続される負の高圧電源70bとを有する。記録媒体Pは、フィードローラ対62および搬送ベルト68によって搬送されつつ、負の高圧電源70bに接続されたスコロトロン帯電器70aにより、負のバイアス電圧を帯電され、かつ、搬送ベルト68の絶縁層に静電吸着される。
The electrostatic attraction means 70 applies a predetermined bias voltage to the head unit 80 (the ink jet head of the present invention) to the recording medium P and attracts it to the conveying
In the illustrated example, the
なお、記録媒体Pを帯電する際の搬送ベルト68の搬送速度は、安定に帯電できる範囲であれば良く、画像記録時の搬送速度と同じでも異なっていても良い。また、記録媒体Pを複数回周回させることによって、同一の記録媒体Pに静電吸着手段を複数回作用させ、均一帯電を行っても良い。
なお、図示例では、静電吸着手段70で記録媒体Pの静電吸着および帯電を行っているが、静電吸着手段と帯電手段とを別々に設けてもよい。
In addition, the conveyance speed of the
In the illustrated example, the
静電吸着手段は、図示例のスコロトロン帯電器70aに限定されず、他にも、コロトロン帯電器、固体チャージャ、放電針等、種々の手段や方法が利用できる。また、後に詳述するように、ローラ66の少なくとも1つを導電性ローラとし、あるいは、記録媒体Pへの記録位置において搬送ベルト68の裏面側(記録媒体Pと逆側)に導電性プラテンを配置し、この導電性ローラ、または導電性プラテンを負の高圧電源に接続することにより、静電吸着手段70を構成してもよく、あるいは搬送ベルト68を絶縁性ベルトとし、導電性ローラを接地し、導電性プラテンを負の高圧電源に接続する構成としても良い。
The electrostatic attraction means is not limited to the illustrated
静電吸着手段70によって帯電された記録媒体Pは、搬送ベルト68によって後述するヘッドユニット80の位置まで搬送される。
ヘッドユニット80は、前記本発明のインクジェットヘッドを用いて、画像データに応じてインク液滴を吐出して、記録媒体Pに画像を記録する。ここで、本発明のインクジェットヘッドは、記録媒体Pの帯電電位をバイアス電圧とし、吐出電極18に駆動電圧を印加することにより、バイアス電圧に駆動電圧を重畳し、インク液滴Rを吐出し、記録媒体Pに画像を記録するのは、前述のとおりである。この際、搬送ベルト68の加熱手段を設け、記録媒体Pの温度を高めることで、記録媒体P上におけるインク液滴Rの定着を促進することができ、滲みをより一層抑制して画質の向上を図ることができる。
なお、ヘッドユニット80等による画像記録に関しては、後に詳述する。
The recording medium P charged by the electrostatic attraction means 70 is transported to the position of the
The
The image recording by the
画像が記録された記録媒体Pは、除電手段72により除電され、剥離手段74により搬送ベルト68より剥離されて定着・搬送手段76へ搬送される。
図示例において、除電手段72は、コロトロン除電器72aと、交流電源72bと、一端が接地された直流高圧電源72cとを有する、いわゆるACコロトロン除電器である。なお、除電手段は、これ以外にも、例えばスコロトロン除電器、固体チャージャ、放電針等の種々の手段や方法などが利用でき、また、上述の静電吸着手段70のように、導電性ローラや導電性プラテンを用いる構成も好適に使用される。
剥離手段74としては、剥離用ブレード、逆回転ローラ、エアナイフ等公知の技術が利用可能である。
The recording medium P on which the image is recorded is discharged by the discharging
In the illustrated example, the
As the peeling means 74, a known technique such as a peeling blade, a reverse rotation roller, an air knife or the like can be used.
搬送ベルト68から剥離された記録媒体Pは、定着・搬送手段76に送られ、インクジェットによって形成された画像が定着される。定着・搬送手段76としてヒートローラ76aおよび搬送ローラ76bからなるローラ対を用い、記録媒体Pを挟持搬送しつつ、記録された画像を加熱定着する。
画像が定着された記録媒体Pは、ガイド78に案内されて図示しない排紙ストッカに排紙される。
The recording medium P peeled off from the conveying
The recording medium P on which the image is fixed is guided by a
加熱定着手段としては、上述のヒートロール定着以外に、赤外線またはハロゲンランプやキセノンフラッシュランプによる照射、あるいはヒータを利用した熱風定着等の一般的な加熱定着を挙げることができる。また、加熱定着・搬送手段76においては、加熱手段は、加熱のみを行うものとし、搬送手段と加熱定着手段とを別々に設けてもよい。
なお、加熱定着の場合、記録媒体Pとして、コート紙やラミネート紙を用いた場合には、急激な温度上昇により紙内部の水分が急激に蒸発し紙表面に凹凸が発生する、ブリスターと呼ばれる現象が生じる可能性がある。これを防止するために、複数の定着器を配置し、記録媒体Pが徐々に昇温するように、各定着器の電力供給および記録媒体Pまでの距離の一方または両方を変えるのが好ましい。
Examples of the heat fixing means include general heat fixing such as irradiation with infrared rays or a halogen lamp or a xenon flash lamp, or hot air fixing using a heater, in addition to the heat roll fixing described above. In the heat fixing / conveying
In the case of heat fixing, when coated paper or laminated paper is used as the recording medium P, a phenomenon called blistering occurs in which the water inside the paper rapidly evaporates due to a rapid temperature rise and the paper surface is uneven. May occur. In order to prevent this, it is preferable to arrange a plurality of fixing devices and change one or both of the power supply of each fixing device and the distance to the recording medium P so that the temperature of the recording medium P gradually increases.
なお、プリンタ60においては、少なくともヘッドユニット80による画像記録から、定着・搬送手段76による定着を終了するまでは、記録媒体Pの画像記録面には何も接触しないように構成するのが好ましい。
また、定着・搬送手段76における定着の際の記録媒体Pの移動速度には、特に限定はなく、画像形成時の搬送ベルト68による搬送速度と同じであっても良いし、異なっていても良い。画像形成時の搬送速度と異なる場合には、定着・搬送手段76の直前に記録媒体Pの速度バッファを設けるのも好ましい。
The
Further, the moving speed of the recording medium P at the time of fixing in the fixing / conveying
以下、プリンタ60における画像記録について詳述する。
前述のように、プリンタ60の画像記録手段は、インクジェットを吐出するヘッドユニット80、ヘッドユニット80にインクQの供給および回収を行うインク循環系82、図示されないコンピュータ、RIP(Raster Image Processor)等の外部機器からの出力画像信号によりヘッドユニット80を駆動するヘッドドライバ84、記録媒体Pにおける画像記録位置を決定するために記録媒体Pを検出する記録媒体位置検出手段86を有して構成される。
Hereinafter, image recording in the
As described above, the image recording means of the
図11(B)は、ヘッドユニット80と、その周辺の記録媒体Pの搬送手段を模式的に示す斜視図である。
ヘッドユニット80は、フルカラー画像の記録を行うためのシアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)、黒(K)の4色のインク吐出に対応して、4つのインクジェットヘッド80aを有し、画像データを供給されたヘッドドライバ84からの信号に従って、インク循環系82によって供給されるインクQをインク液滴Rとして吐出して、搬送ベルト68によって所定速度で搬送されている記録媒体Pに画像を記録する。各色のインクジェットヘッド80aは、搬送ベルト68の搬送方向に配列されている。
なお、ヘッドユニット80の各色のインクジェットヘッド80aは、前記本発明のインクジェットヘッドである。
FIG. 11B is a perspective view schematically showing the
The
The ink jet heads 80a of the respective colors of the
図示例において、各インクジェットヘッド80aは、吐出口28が記録媒体Pの幅方向全域に配列されたラインヘッドであり、好ましくは、図2に示されるように、互いに千鳥状となるように配置された複数のノズル列を有する、マルチチャンネルヘッドである。
従って、図示例においては、搬送ベルト68に記録媒体Pを保持させた状態で、ヘッドユニット80に対して記録媒体Pを搬送し、1回通過させる、すなわち1回の走査搬送を行うのみで、記録媒体Pの全面に画像が形成される。従って、吐出ヘッドをシリアルスキャンする場合に比べて、高速での画像記録(描画)が可能となる。
In the illustrated example, the inkjet heads 80a are line heads in which the
Therefore, in the illustrated example, the recording medium P is transported to the
なお、本発明のインクジェットヘッドは、いわゆるシリアルヘッド(シャトルタイプ)にも利用可能であり、従って、プリンタ60も、この態様であってもよい。
この際においては、各インクジェットヘッドの吐出口28の列(単列でもマルチチャンネルでもよい)を搬送ベルト68の搬送方向と一致させてヘッドユニット80を構成し、ヘッドユニット80を記録媒体Pの搬送方向と直交する方向に走査する公知の走査手段を設ける。
画像記録は、通常のシャトルタイプのインクジェットプリンタと同様に行えばよく、吐出口28の列の長さに応じて、搬送ベルト68によって記録媒体Pを間欠的に搬送しつつ、この間欠搬送に同期して、停止時にヘッドユニット80を走査して、記録媒体Pの全面に画像を記録する。
このようにして、ヘッドユニット80によって記録媒体Pの全面に形成された画像は、前述のように、記録媒体Pが定着・搬送手段76によって挟持搬送されることにより、定着・搬送手段76によって定着される。
The ink jet head of the present invention can also be used for a so-called serial head (shuttle type). Therefore, the
In this case, the
The image recording may be performed in the same manner as a normal shuttle type ink jet printer, and the recording medium P is intermittently conveyed by the conveying
Thus, the image formed on the entire surface of the recording medium P by the
ヘッドドライバ84は、外部装置から画像データを受け取り、種々の処理を行うシステム制御部(図示せず)から画像データを受け取り、その画像データに基づいてヘッドユニット80を駆動する。
このシステム制御部は、コンピュータやRIP、画像スキャナ、磁気ディスク装置、画橡データ伝送装置等の外部装置から受け取った画像データに、色分解、適当な画素数や階調数への分割演算等を行って、ヘッドドライバ84がヘッドユニット80(インクジェットヘッド)を駆動するための画像データとする部位である。また、システム制御部は、搬送ベルト68による記録媒体Pの搬送タイミングに合わせたヘッドユニット80によるインクの吐出タイミングの制御を行う。吐出タイミングの制御は、記録媒体位置検出手段86からの出力や、搬送ベルト68または搬送ベルト68の駆動手段へ配置したエンコーダからの出力信号を利用して行われる。
なお、記録媒体位置検出手段86は、ヘッドユニット80によるインク液滴の吐出位置に搬送されてくる記録媒体Pを検出するためのもので、フォトセンサ等の公知の検出手段を用いることができる。
ここで、ヘッドドライバ84は、ラインヘッド適用時など、制御する吐出部の数(チャンネル数)が多数有る場合には、描画を分割し、公知の抵抗マトリクス型駆動法や抵抗ダイオードマトリクス型駆動法を用いてもよい。これにより、ヘッドドライバ84の使用IC数を低減することができ、コストを低下させると共に制御回路サイズを抑制することができる。
The
This system control unit performs color separation, division into appropriate numbers of pixels and gradations, etc. on image data received from external devices such as computers, RIPs, image scanners, magnetic disk devices, and thumbtack data transmission devices. This is a part that is used as image data for the
The recording medium position detection means 86 is for detecting the recording medium P conveyed to the ink droplet ejection position by the
Here, the
インク循環系82は、ヘッドユニット80の各色のインクジェットヘッド80aの主流路30(図2参照)にインクQを流すためのもので、4色(C、M、Y、K)の各色のインクタンク、ポンプおよび補給用インクタンク(図示せず)等を有するインク循環装置82aと、インク循環装置82aのインクタンクからヘッドユニット80の各色のインクジェットヘッドの主流路30に各色のインクQを供給するインク供給系82bと、ヘッドユニット80の各色のインクジェットヘッドの主流路30からインクをインク循環装置82aに回収するインク回収系82cとを有する。
The
インク循環系82は、インク循環装置82aによって、インクタンクからインク供給系80bを介してヘッドユニット80に各色毎にインクQを供給し、かつ、インク供給系80cを介してヘッドユニット80から各色毎にインクQをインクタンクに回収して循環させることができればどのようなものでも良い。
インクタンクは、各色のインクQを貯留しており、インクQがポンプで汲み出されてヘッドユニット80へ送られる。ヘッドユニット80からインクが吐出されることにより、インク循環系82で循環しているインクの濃度が低下するので、インク循環系82では、インク濃度検出器によってインク濃度を検出し、それ応じて補給用インクタンクから適宜インクを補充して、インク濃度を所定の範囲に保つのが望ましい。
The
The ink tank stores ink Q of each color, and the ink Q is pumped out by a pump and sent to the
また、インクタンクには、インクの固形成分の沈殿・濃縮を抑制するための攪拌装置や、インクの温度変化を抑制するためのインク温度管理装置が備えられるのが好ましい。この理由は、温度管理をしないと、環境温度の変化等によりインク温度が変化して、インクの物性が変化することによりドット径が変化し、高画質な画像が安定して形成できなくなる可能性があるからである。
攪拌装置としては回転羽、超音波振動子、循環ポンプ等が使用できる。
インクの温度制御装置としてはヘッドユニット80、インクタンク、配インク管系等に、ヒータやペルチェ素子等の発熱素子または冷却素子を配し、温度センサ、例えばサーモスタットにより制御する方法等、公知の方法が使用できる。温度制御装置をインクタンク内に配置する場合には、温度分布を一定にするように攪拌装置と共に配するのがよい。また、タンク内の濃度分布を一定に保つための攪拌装置は、インクの固形成分の沈澱・濃縮の抑制するための攪拌装置と共用しても良い。
Further, the ink tank is preferably provided with a stirring device for suppressing precipitation / concentration of the solid component of the ink and an ink temperature management device for suppressing temperature change of the ink. The reason for this is that if the temperature is not controlled, the ink temperature will change due to changes in the environmental temperature, etc., and the dot diameter will change due to changes in the ink properties, making it impossible to stably form high-quality images. Because there is.
As the stirring device, a rotary blade, an ultrasonic vibrator, a circulation pump, or the like can be used.
As the ink temperature control device, a known method such as a method in which a heating element such as a heater or a Peltier element or a cooling element is arranged in the
前述のように、プリンタ60は、排出ファン90および溶媒回収装置92からなる溶媒回収手段を有する。溶媒回収手段は、ヘッドユニット80から記録媒体P上に吐出されたインク液滴から蒸発するキャリア液、特にインク液滴によって形成された画像を定着する際に記録媒体Pから蒸発するキャリア液を回収する。
排出ファン90は、プリンタ60の筐体61内部の空気を吸い込んで溶媒回収装置92へ送るためのものである。
溶媒回収装置92は、溶媒蒸気吸収材を備えており、排出ファン90によって吸い込まれた溶媒蒸気を含む気体の溶媒成分をこの溶媒蒸気吸収材に吸着し、溶媒が吸着回収された後の気体をプリンタ60の筐体11外に排出する。溶媒蒸気吸収材としては、各種の活性炭などが好適に使用される。
As described above, the
The
The
上記では、C、M、Y、Kの4色のインクを用いてカラー画像を記録する静電式のインクジェット記録装置について説明したが、本発明はこれには制限されず、モノクロ用の記録装置であってもよいし、他の色、例えば淡色や特色のインクを任意の数だけ用いて記録するものであってもよい。その場合は、インク色数に対応する数のヘッドユニット80およびインク循環系82が用いられる。
In the above description, an electrostatic ink jet recording apparatus that records a color image using four color inks of C, M, Y, and K has been described. However, the present invention is not limited to this, and a monochrome recording apparatus Alternatively, recording may be performed using an arbitrary number of inks of other colors, for example, light colors or special colors. In that case, the number of
また、以上の例では、いずれも、インク中の色材粒子を正帯電させ、記録媒体あるいは記録媒体Pの背面の対向電極を負の高電圧にして、インク液滴Rを吐出するインクジェットについて説明したが、本発明はこれには限定されず、逆に、インク中の色材粒子を負に帯電させ、記録媒体または対向電極を正の高電圧にして、インクジェットによる画像記録を行っても良い。このように、着色荷電粒子の極性を上記の例と逆にする場合には、静電吸着手段、対向電極、インクジェットヘッドの駆動電極への印加電圧極性等を上記の例と逆にすれば良い。 In each of the above examples, the ink jet discharges ink droplets R by charging the color material particles in the ink positively and setting the opposite electrode on the back of the recording medium or recording medium P to a negative high voltage. However, the present invention is not limited to this, and conversely, the color material particles in the ink may be negatively charged, and the recording medium or the counter electrode may be set to a positive high voltage to perform image recording by inkjet. . Thus, when the polarity of the colored charged particles is reversed from the above example, the polarity of the voltage applied to the electrostatic adsorption means, the counter electrode, and the drive electrode of the inkjet head may be reversed from the above example. .
また、本発明のインクジェットヘッドおよび記録装置は、帯電した色材成分を含むインクを吐出するものに限定されるものではなく、荷電粒子を含む液体を吐出させる液体吐出ヘッドであれば特に制限されず、例えば、上記静電式インクジェット記録装置の他に、帯電粒子を利用して液滴を吐出して対象物を塗布する塗布装置に適用することができる。 Further, the ink jet head and the recording apparatus of the present invention are not limited to those that discharge ink containing charged color material components, and are not particularly limited as long as they are liquid discharge heads that discharge liquid containing charged particles. For example, in addition to the electrostatic ink jet recording apparatus described above, the present invention can be applied to a coating apparatus that applies charged objects by discharging droplets and applying an object.
以上、本発明の静電式のインクジェットヘッド、及び、それを用いるインクジェット記録装置について詳細に説明したが、本発明は上記実施態様に限定はされず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。 As described above, the electrostatic ink jet head of the present invention and the ink jet recording apparatus using the same have been described in detail. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various types can be made without departing from the gist of the present invention. Of course, improvements and changes may be made.
10、110、120、130、140 インクジェットヘッド
12 ヘッド基板
14 インクガイド
14a 先端部分
16 吐出口基板
18、18a、18b 吐出電極
20 ガード電極
22 シールド板
24 対向電極
24a 電極基板
24b 絶縁シート
26 帯電ユニット
26a スコロトロン帯電器
26b バイアス電圧源
28 吐出口
30 主流路
32 信号電圧源
34、35 絶縁層
36 開口部
50 インク誘導堰
50a 傾斜面
52 インク誘導溝
60 インクジェットプリンタ
62 フィードローラ
64 ガイド
66 ローラ
68 搬送ベルト
69 搬送ベルト位置検知手段
70 静電吸着手段
72 除電手段
74 剥離手段
76 定着・搬送手段
78 ガイド
80 ヘッドユニット
82 インク循環系
84 ヘッドドライバ
86 記録媒体位置検出手段
90 排出ファン
92 溶媒回収装置
P 記録媒体
Q インク
R インク液滴
10, 110, 120, 130, 140
Claims (15)
前記インク液滴が吐出される吐出口が開口された吐出口基板と、
前記吐出口基板と所定の間隔を離して配置されるヘッド基板と、
前記ヘッド基板の前記吐出口と対向する位置に設けられ、前記インクを吐出させるための吐出電圧が印加される吐出電極とを備えるインクジェットヘッド。 An inkjet head that discharges ink as ink droplets using electrostatic force and flies toward a recording medium,
An ejection port substrate having an ejection port through which the ink droplets are ejected; and
A head substrate disposed at a predetermined interval from the discharge port substrate;
An inkjet head comprising: an ejection electrode provided at a position facing the ejection port of the head substrate and applied with an ejection voltage for ejecting the ink.
前記吐出電極は、前記インクガイドと前記ヘッド基板との接続部分の周囲を囲むように形成される請求項1〜9のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。 An ink guide provided at a position of the head substrate facing the discharge port of the discharge port substrate, the tip of which penetrates the discharge port;
The inkjet head according to claim 1, wherein the ejection electrode is formed so as to surround a connection portion between the ink guide and the head substrate.
前記吐出電極から前記電源に接続される配線が、前記ヘッド基板の、前記吐出口基板と対向する側の面と反対側の面に形成されている請求項1〜13のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。 Furthermore, a power supply for applying a discharge voltage to the discharge electrode is provided,
The wiring connected to the said power supply from the said discharge electrode is formed in the surface on the opposite side to the surface opposite to the said discharge port board | substrate of the said head board | substrate. Inkjet head.
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