JP2009248354A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像の裏抜けを防止することができ、画像の長期安定性および定着性に優れたインクジェット記録装置を提供する。
【解決手段】インクジェット記録装置１は、概略、記録媒体としての普通紙Ｐをセットするための給紙カセット２と、普通紙Ｐを帯電するための帯電ローラ６と、普通紙Ｐを搬送するための搬送ベルト８と、普通紙Ｐに水性インクを噴射して印字するための記録ヘッドユニット１２とを備えている。普通紙Ｐの表面電位は、帯電ローラ６によって、水性インクに含有されている顔料の帯電極性とは逆の極性（正）に帯電される。このインクジェット記録装置１に使用される水性インクは、導電率が０．０５Ｓ／ｍ未満であり、顔料は負に帯電している。
【選択図】図１

Description

本発明は、複写機やプリンタ、ファクシミリなどのインクジェット記録装置に関する。

インクジェット記録装置は、ヘッドのノズルから微小なインク滴を噴射させ、記録媒体に直接記録させる簡易で高速な印字を可能とする記録装置である。このインクジェット記録装置は低騒音、低ランニングコストといった利点から広く普及し、普通紙に印字可能なカラープリンタも市場に投入されている。

ところで、近年、カラーインクジェットプリンタの高速化が進み、それに伴い、普通紙に印字された画像の乾燥速度が速く、かつ、鮮明な印字画像の得られるインクジェット記録用の水性インクが提案されている。具体的には、印字画像の乾燥性を向上させるために、水性インクに界面活性剤を添加するといった工夫が種々されている。

また、特許文献１では、水性インクの分散安定および印字品質を満たすために、導電率を０．０５〜０．７５Ｓ／ｍに設定した水性インクが記載されている。

特開平１１−３５８６１号公報

しかしながら、乾燥速度の速い水性インクは、普通紙への浸透性を向上させる一方、着色剤が普通紙の厚み方向に侵入することで裏抜けが大きくなる。その結果、画像のにじみや裏抜けの発生による画像濃度の低下という不具合があった。

また、特許文献１の水性インクでは、画像の裏抜けの発生により画像濃度が低下するなどの画像不良が起きることがあった。

それゆえに、本発明の主たる目的は、画像の裏抜けを防止することができ、画像の長期安定性および定着性に優れたインクジェット記録装置を提供することである。

請求項１に係る発明は、ノズルから水性インクを噴射して記録媒体に印字するインクジェット記録装置であって、水性インクの導電率が０．０５Ｓ／ｍ未満であることを特徴とする、インクジェット記録装置である。

請求項１の発明では、水性インクの導電率を０．０５Ｓ／ｍ未満と小さく設定しているため、水性インク内を電荷が流れにくくなり、水性インクに含有されている顔料が帯電しやすくなる。したがって、記録媒体の表面電位が顔料の帯電極性とは逆の極性に帯電している場合には、水性インクを記録媒体に噴射すると、記録媒体の表面に顔料が引き付けられて記録媒体の表面上には顔料のみが残り、水性インクに含有されている溶媒が記録媒体の厚み方向に侵入する。これにより、画像の裏抜けが防止される。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明に従属する発明であって、水性インクに含有される水の導電率が０．０４００Ｓ／ｍ以下であることを特徴とする、インクジェット記録装置である。

請求項２の発明では、水性インクに含有される水の導電率が０．０４００Ｓ／ｍ以下に設定されているため、水性インクの分散安定性が良くなる。また、インクの分散が不安定な場合、熱によるインクの焼付けを行うと、コゲーション（インクの不純物が焦げ付く現象）が起きることがあるが、このコゲーション問題を解消できる。

請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に係る発明に従属する発明であって、記録媒体の電位を水性インクに含有されている顔料の帯電極性とは逆の極性に帯電させる帯電手段を備えていることを特徴とする、インクジェット記録装置である。

請求項３の発明では、帯電手段によって、記録媒体の表面電位を顔料の帯電極性とは逆の極性に均等にむらなく帯電させるため、画像の裏抜けが確実に防止できる。

本発明によれば、水性インクの導電率を０．０５Ｓ／ｍ未満と小さく設定しているので、顔料が帯電しやすくなり、記録媒体の表面電位が顔料の帯電極性とは逆の極性に帯電している場合には、記録媒体の表面に顔料が引き付けられて記録媒体の表面上に顔料が残る。したがって、画像の裏抜けを防止することができる。この結果、画像の長期安定性および定着性に優れたインクジェット記録装置を得ることができる。

本発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための最良の形態の説明から一層明らかとなろう。

（インクジェット記録装置）
図１は本発明に係るインクジェット記録装置の一例を示す概略構成図である。インクジェット記録装置１は、概略、記録媒体としての普通紙Ｐをセットするための給紙カセット２と、普通紙Ｐを帯電するための帯電ローラ６と、普通紙Ｐを搬送するための搬送ベルト８と、普通紙Ｐに水性インクを噴射して印字するための記録ヘッドユニット１２と、記録ヘッドユニット１２をカバーするためのキャッピング部材１６とを備えている。

このインクジェット記録装置１は、給紙ローラ（図示せず）によって、給紙カセット２から普通紙Ｐを引き出して給紙する。普通紙Ｐは、搬送ローラ４によって帯電ローラ６に送り込まれる。普通紙Ｐは帯電ローラ６によって、普通紙Ｐの表面電位を水性インクの顔料の帯電極性とは逆の極性に帯電させる。帯電ローラ６によって帯電された普通紙Ｐは、駆動ローラなどのローラ１０ａ，１０ｂ，１０ｃによって駆動されている搬送ベルト８によって搬送され、記録ヘッドユニット１２に搭載されている複数の記録ヘッド１４によって水性インクが噴射されて印字される。印字された普通紙Ｐは、印刷物として排出ローラ（図示せず）によって機外に排出されて排紙トレイ（図示せず）上に積載される。

（記録ヘッド）
図２は圧電タイプのインクジェット記録ヘッド１４の平面図、図３はその断面図、図４はドット形成部ＤＦの拡大透視図である。なお、図２は、後述の圧電アクチュエータＡＣを取り付ける前の状態を示す平面図である。

記録ヘッド１４は、基板２１に複数のドット形成部ＤＦを設けたものである。ドット形成部ＤＦは、図２に白矢印で示す主走査方向に４列並んでおり、各ドット形成部ＤＦは、加圧室２２、ノズル２３、ノズル流路２４、供給口２５、および共通流路２６にて構成されている。

加圧室２２は基板２１の上面側に形成されており、長円形の平面形状を有している。ノズル２３は基板２１の下面側に形成されており、円形の平面形状を有し、加圧室２２の一端部と重なる位置に形成されている。ノズル流路２４も円形の平面形状を有し、加圧室２２の一端部と重なる位置に形成されている。このノズル流路２４は加圧室２２とノズル２３とを繋いでいる。供給口２５は円形の平面形状を有し、加圧室２２の他端部と重なる位置に形成されている。共通流路２６は基板２１内に広範囲にわたって配設されており、各ドット形成部ＤＦの供給口２５介して加圧室２２に繋がっている。

基板２１は、第１基板２１ａと第２基板２１ｂと第３基板２１ｃ第４基板２１ｄとを順に積層して作成している。第１基板２１ａには、積層前に予め、加圧室２２や後述のジョイント部３１の上部３１ａとなる通孔が形成されている。同様に、第２基板２１ｂには、ノズル流路２４の上部２４ａや供給口２５やジョイント部３１の下部３１ｂとなる通孔が形成されている。第３基板２１ｃには、ノズル流路２４の下部２４ｂや共通流路２６となる通孔が形成されている。第４基板２１ｄには、ノズル２３となる通孔が形成されている。各基板２１ａ〜２１ｄ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通孔が形成されている。

ノズル２３は、図５に示すように、インク滴吐出側の先端の開口４０を、基板２１の下面（第４基板２１ｄの下面）２１ｅに形成している。開口４０は円形の平面形状を有している。さらに、ノズル２３は、先端側の開口４０が加圧室２２側の開口４１より小さくなるようにテーパー状になっている。下面２１ｅには、開口４０とその近傍の領域Ａ１を除いて、撥水層３２が形成されている。撥水層３２の厚みは、特に限定されないが、０．５〜２μｍに設定することが好ましい。厚さが０．５μｍ未満の場合には、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からである。また、厚さが２μｍを超える場合には、撥水層３２の膜形成が困難となり、製造コストが上昇するからである。

第１基板２１ａと第２基板２１ｂにはそれぞれ、図２に示すように、ジョイント部３１の上部３１ａおよび下部３１ｂを構成するための通孔が形成されている。このジョイント部３１は、基板２１の上面側で、第３基板２１ｃに形成した共通流路２６と、図示していないインクカートリッジからの配管とを繋ぐためのものである。

基板２１の上面の略全面には、共通電極２７と、共通電極２７上に貼り付けた圧電素子２８とが設けられている。圧電素子２８は横振動モードの薄板状の積層タイプのものである。圧電素子２８の上面には略矩形状の個別電極２９が複数設けられている。個別電極２９は、各ドット形成部ＤＦの加圧室２２の中央部と重なる位置に個別に配設されている。これら電極２７，２９および圧電素子２８は圧電アクチュエータＡＣを構成している。

共通電極２７と個別電極２９は、金、銀、白金、銅、アルミニウムなどの導電性に優れた金属箔や、これらの金属からなるめっき被膜または真空蒸着被膜などで形成されている。

圧電素子２８の材料としては、例えばジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）や、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を１種類または２種類以上添加したもの（例えばＰＬＺＴなど）が用いられる。あるいは、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成分とする圧電材料も用いることができる。

そして、圧電素子２８は、これらの圧電材料を焼結して焼結体を形成した後、焼結体を研磨して薄板化することにより形成される。あるいは、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印刷、乾燥、仮焼成、焼成することにより形成される。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り形成される。

形成された圧電素子２８は、例えば横振動モードとして駆動するため、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用いて、圧電素子２８の厚み方向、より詳しくは個別電極２９から共通電極２７に向かう方向に分極させる。さらに、必要に応じて圧電素子２８をエージング処理する。

圧電素子２８は、共通電極２７を接地した状態で、個別電極２９に正の駆動電圧を印加すると、分極方向と直交する面内で収縮する。このため、加圧室２２の上側内壁が加圧室内側に凹状に撓み、加圧室２２の容積が減少する。これによって加圧室２２内の水性インクの圧力が上がり、加圧室２２内の圧力上昇は、供給口２５、ノズル流路２４、およびノズル２３内の水性インクに伝わる。この結果、ノズル２３内のインクメニスカスがインク滴吐出側の先端の開口４０から外部へ押し出され、インク柱が形成される。

次に、個別電極２９に負の駆動電圧を印加すると、圧電素子２８は分極方向と直交する面内で膨張する。このため、加圧室２２の上側内壁が加圧室外側に凸状に撓み、加圧室２２の容積が拡大する。これによって加圧室２２内の水性インクの圧力が下がり、加圧室２２内の圧力低下は、供給口２５、ノズル流路２４、およびノズル２３内の水性インクに伝わる。この結果、ノズル２３内のインクメニスカスは開口４０から内部へ引き込まれる。しかしながら、開口４０から押し出された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、それが普通紙Ｐの方向に飛翔して、普通紙面にドットを形成する。

インク滴が飛翔して減少した分の水性インクは、ノズル２３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、インクカートリッジの配管、ジョイント部３１、共通流路２６、供給口２５、加圧室２２、およびノズル流路２４を介してノズル２３に再充填される。

なお、圧電インクジェット記録ヘッド１４は、引き打ち方式および押し打ち方式のいずれの駆動方法によって駆動してもよい。引き打ち方式とは、ドット形成の直前に加圧室２２の容量を拡大させる方向に圧電素子２８を変形させることで、ノズル２３内のインクメニスカスを引き込み、その後、加圧室２２の容量を縮小させる方向に圧電素子２８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方式をいう。また、押し打ち方式とは、ドット形成時に、加圧室２２の容量を縮小させる方向に圧電素子２８を変形させてノズル２３内のインクメニスカスを押し出し、次いで、加圧室２２の容量を拡大させる方向に圧電素子２８を変形させてインクメニスカスを引き込み、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方法をいう。

（水性インク）
このインクジェット記録装置１に使用される水性インクは、例えば、以下のようにして作成される。すなわち、界面活性剤が０．５ｗｔ％、ヘキシレングリコールが５ｗｔ％、２−ピロリドンが５ｗｔ％、グリセリンが１０ｗｔ％、顔料分散液が２０ｗｔ％、イオン交換水が残量となるように組成したものを混合し、十分に撹拌した後に、孔径５μmのフィルタで濾過して水性インクを得る。ここで、イオン交換水の導電率は０．０４００Ｓ／ｍ以下に設定する。これによって、水性インクの分散安定性を良くすることができる。また、インクの分散が不安定な場合、熱によるインクの焼付けを行うと、コゲーション（インクの不純物が焦げ付く現象）が起きることがあるが、このコゲーション問題も解消できる。得られた水性インクの導電率は０．０５Ｓ／ｍ未満で、粘度は３．０ｍＰａ・ｓであった。本実施形態では、界面活性剤としてオルフィンＥ１０１０ (アセチレンジオールのＥＯ付加物、日信化学工業社製)を使用した。イオン交換水は、純水製造装置「ピュアポート」ＰＰ−１０１型（ＳＢ−５３２０−０１）で精製した水を用いた。

また、前記顔料分散液は以下のようにして作成する。すなわち、着色剤（Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１２２）が３０ｗｔ％、水溶性樹脂が１５ｗｔ％、グリセリンが１０ｗｔ％、イオン交換水が４５ｗｔ％となるように組成したものを混合し、０．５ｍｍのジルコニアビーズを用いてボールミルにて平均粒子径が１００ｎｍになるまで分散する。本実施形態では、平均粒子径について、顔料分散液をイオン交換水にて５倍希釈し、動的光散乱式粒径分布測定装置（ＨＯＲＩＢＡ社製、ＬＢ−５５０）にて確認した。また、水溶性樹脂としてジョンクリル６１（アクリルースチレン系樹脂、ジョンソン社製）を使用した。こうして、マゼンタ顔料分散液を作成した。

得られた水性インクは導電率が０．０５Ｓ／ｍ未満と小さいため、水性インク内を電荷が流れにくく、水性インクに含有されている顔料が帯電しやすくなる。本実施形態の場合、顔料は負に帯電している。一方、普通紙Ｐの表面電位は、帯電ローラ６によって、水性インクに含有されている顔料の帯電極性とは逆の極性（正）に均等にむらなく帯電されている。したがって、記録ヘッド１４によって、水性インクが普通紙Ｐに噴射されると、普通紙Ｐの表面に顔料が引き付けられて普通紙Ｐの表面上には顔料のみが残り、水性インクに含有されている溶媒は普通紙Ｐの厚み方向に侵入する。これにより、画像の裏抜けを確実に防止することができる。

以上のように、インクジェット記録装置１は、導電率が０．０５Ｓ／ｍ未満の水性インクを使用して印字しているので、画像の裏抜けを防止することができ、画像の長期安定性および定着性を達成することができる。

前記水性インクを使用した圧電インクジェット記録ヘッド１４を用いて画像の裏抜けの評価を行った。記録ヘッド１４の加圧室２２の面積は０．２ｍｍ²、幅は２００μｍ、深さは１００μｍ、ノズル流路２４の直径は２００μｍ、長さは８００μｍ、供給口２５の直径は３０μｍ、長さは４０μｍ、ノズル２３の長さは３０μｍ、開口４０は半径１０μｍの円形とした。また、基板１に設けたドット形成部ＤＦは、１列が１６６個、全体（４列）で６６４個配列した。同一列内のドット形成部ＤＦの配列ピッチは１５０ｄｐｉとし、隣り合う各列を１／４ピッチずつずらして全体として６００ｄｐｉとした。

水性インクは、表１に示すように、導電率が異なる４つのイオン交換水を使用して４種類のインク（インク１〜インク４）を作成した。作成したインクを用いてベタ画像（６００ｄｐｉ）を印字した後、この画像の反射濃度をグレタグ濃度計で測定し、画像の裏抜けの評価を行った。評価結果を表１に示す。なお、イオン交換水の導電率は、株式会社堀場製作所製カスタニーＡＣＴ導電率メーターＥＳ−１４を用い、水温が２５℃で測定した。また、普通紙Ｐは帯電ローラ６によって２ｋＶの電圧が印加され、正に帯電した。

画像の裏抜け評価は、裏抜けが認められなかった場合を○、裏抜けが若干認められた場合を△、裏抜けが完全に認められた場合を×とした。

インク１の導電率は０．０１００Ｓ／ｍ、インク２の導電率は０．０４８０Ｓ／ｍ、インク３の導電率は０．０５１０Ｓ／ｍ、インク４の導電率は０．０８００Ｓ／ｍであった。そして、インク１およびインク２の場合には、裏抜けが認められなかった。しかし、インク３およびインク４の場合には、裏抜けが認められた。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々に変形される。

本発明に係るインクジェット記録装置の一例を示す概略構成図である。 図１に示した記録ヘッドの平面図である。 図１に示した記録ヘッドの断面図である。 ドット形成部ＤＦの拡大透視図である。 ノズルの拡大断面図である。

符号の説明

１ インクジェット記録装置
６ 帯電ローラ
１２ 記録ヘッドユニット
１４ インクジェット記録ヘッド
２２ 加圧室
２３ ノズル
ＡＣ 圧電アクチュエータ

Claims (3)

1. ノズルから水性インクを噴射して記録媒体に印字するインクジェット記録装置であって、
   前記水性インクの導電率が０．０５Ｓ／ｍ未満であることを特徴とする、インクジェット記録装置。
2. 前記水性インクに含有される水の導電率が０．０４００Ｓ／ｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載のインクジェット記録装置。
3. 前記記録媒体の電位を前記水性インクに含有されている顔料の帯電極性とは逆の極性に帯電させる帯電手段を備えていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のインクジェット記録装置。

Images