インクジェット記録装置
【課題】チキソ性インクにより画像形成するインクジェット記録装置において、圧力室にインクを速やかに補給させることが可能インクジェット記録装置の提供。
【解決手段】せん断速度に応じて粘度が変化するチキソ性インクを吐出する複数のノズル９と、ノズルに各々連通する複数の圧力室１１と、圧力室に連通しインクを供給する共通圧力室１２，１３と、インクを貯蔵し共通圧力室に流体的に接続するインクタンクと、共通圧力室とインクタンクとの間のインクを循環させるインク循環手段とを有するインクジェット記録装置。
【解決手段】せん断速度に応じて粘度が変化するチキソ性インクを吐出する複数のノズル９と、ノズルに各々連通する複数の圧力室１１と、圧力室に連通しインクを供給する共通圧力室１２，１３と、インクを貯蔵し共通圧力室に流体的に接続するインクタンクと、共通圧力室とインクタンクとの間のインクを循環させるインク循環手段とを有するインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット記録に用いられるインクジェット式液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インクジェット記録装置は、記録紙への記録から記録紙以外の布、アルミ缶、コンパクトディスクなどの樹脂板への記録に適用され、その用途は拡大している。これら多種多様な記録媒体へインクジェット記録装置で記録するために、従来に比べ高粘度のインクを用いたいという要望が高まっている。高粘度のインクを用いることができれば、インクが記録媒体に付着したときにその粘性のために媒体上での広がりが抑えられ、インクジェット専用ではない記録媒体に記録を行った場合でもインクのにじみが低減される。そのため印字品質が向上し、インクジェット記録の用途をさらに広げることができる。
【０００３】
しかし、インクジェット記録で高粘度のインクを吐出させる場合、インク吐出のために高い圧力を必要とすること、吐出したインク量のインクをインクジェットヘッドへ供給するインクリフィルが遅れること、画像となるインク滴以外のインクミストが発生するなどの弊害が生じる。高いインク吐出圧力を得るためには高いヘッド駆動電圧が必要になるため、ヘッド駆動回路が高価になる。インクリフィルの遅れを防ぐためには駆動周波数を低下させなければならず、記録速度が低下する。また、インクミストの発生は、ミストが媒体に付着することによる印字品質の低下や、ミストが装置に付着することによる装置の汚染を招く。
【０００４】
特許文献１には、圧電素子を動作させて圧力室内のインクを吐出させるインクジェットヘッドにおいて、せん断速度を与えることにより粘度が低下するチキソ性のインクを用い、振動発生手段によりノズル内のインクに吐出に至らない程度の振動を与えてノズル内のインクの粘度を低下させる構成が記載されている。この構成により、ヘッド構造を変更することなく、小さい消費電力で５０ｍＰａｓ以下の高粘度のインクを用いて画像を記録できることが示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−６２２２３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
吐出しない程度の振動をノズル内のインクに与えてインクの粘度を低下させる特許文献１記載の構成では、インクジェットヘッドの圧力室に供給するインクの粘度については記載されていない。言い換えれば、インクを貯蔵するインクボトルとインクジェットヘッドとを接続するインクチューブ内のインク、インクジェットヘッドへの異物の侵入を防ぐために通常設けられているインクフィルタ内のインク、圧力室へ流体的に接続している共通インク流路内のインクなどを低粘度化する手段が講じられてない。そのため、インクボトルからノズルへ供給されるインクの流れが阻害されてインクリフィルの遅れが発生し、その結果、インクの吐出体積が減少するまたはインク不吐出が発生する恐れがある。
【０００７】
インクボトルからノズルへ供給されるインクの流れが阻害されるという課題は、５０ｍＰａｓを超える粘度のインクを用いた場合、顕著に発生すると考えられる。本発明は、高粘度のインクを用いた場合に顕著に発生すると考えられる上記の課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の実施形態におけるインクジェット記録装置は、せん断速度に応じて粘度が変化するチキソ性インクを吐出する複数のノズルと、ノズルに各々連通し内部にインク加圧手段を有する複数の圧力室と、複数の圧力室に連通しインクを供給する共通圧力室と、チキソ性インクを貯蔵し共通圧力室に流体的に接続するインクタンクと、インクタンクに貯蔵されたインクを共通圧力室を介してインクタンクに戻すインク循環手段とを有している。
【発明の効果】
【０００９】
チキソ性インクを用いて画像を記録するインクジェット記録装置において、インクタンクからインクジェットヘッドの共通圧力室までのインク供給経路にあるインクを循環させることによって、インクを低粘度化させる。低粘度化によって、圧力室にインクを速やかに補給させることが可能となり、吐出体積の減少や不吐出による印字不良の発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の好適な実施形態について説明する。なお、本発明でいうインクとは、文字や画像を形成する着色用の染料や顔料などの色材を含有する液体、電気回路の配線パターンを形成するための導電性微粒子を含有する液体など、インクジェット記録装置で記録媒体に対して吐出可能な液体のことをいう。また、本発明でいう記録媒体とは、その表面に文字や画像などの情報を記録するための紙やプラスチックフィルムや、電気回路の基板など、インクジェット記録装置で吐出した液体を付着させる部材のことをいう。
【００１１】
本発明では、チキソ性を有するインクを用いている。チキソ性とは、単にかき混ぜることによってゲルが流動性のゾルに変わり、これを放置すると再びゲルに戻る性質である。チキソ性インクは、せん断力を加えると粘度が低下し、せん断力を加えるのを止めて放置すると粘度が元に戻る性質を有している。一般にチキソ性インクに加える変形量をせん断力で表す代わりにせん断速度で表している。
【００１２】
本実施例で用いるチキソ性インクは、色材もしくは微粒子、溶媒、チキソ性付与剤およびその他の添加剤で構成されている。２５℃において、７．５［１／ｓ］のせん断速度を加えた場合に５０〜１０００ｍＰａｓとなり、７５０［１／ｓ］のせん断速度を加えた場合に粘度３０ｍＰａｓ以下の粘度範囲になるように調整されたチキソ性インクを用いている。
【００１３】
チキソ性インクの組成は、１）主溶媒が水であるもの、２）主溶媒が有機溶媒であるもの、３）主溶媒が重合性モノマーであるものに大別される。主溶媒が水であるものは、水、水系チキソ性付与剤、水溶性有機溶媒を主成分としている。主溶媒が有機溶媒であるものは、有機溶媒、油系チキソ性付与剤を主成分としている。溶媒が重合性モノマーであるものは、重合性モノマー、水系およびまたは油系チキソ性付与剤、重合開始剤を主成分としている。
【００１４】
水系チキソ性付与剤としてはキサンタンガム、ウェランガム、サクシノグリカン、グアーガム、ローカストビーンガム及びその誘導体、ヒドロキシエチルセルロース、アルギン酸塩類、メタクリル酸のアルキルエステルを主成分とする分子量１０万〜１５万の重合体、グリコマンナン、寒天やカラゲニン等の海藻より抽出されるゲル化能を有する増粘多糖類、架橋性アクリル酸重合体、ＨＬＢ８〜１２のノニオン系界面活性剤といったものが挙げられ、単独或いは混合して使用することができる。
【００１５】
油系チキソ性付与剤としてはべントナイト、シリカ系微粉末、アルミナ系粉末、ケイ酸アルミ類等の無機類、及びリシノール酸カルシウム、１２ヒドロキシステアリン酸類、モノステアリンアルミ、ステアリン酸アルミ、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウム、オクチル酸アルミの有機化合物類が挙げられ、単独或いは混合して使用することができる。
【００１６】
各チキソ性組成物はそれぞれ目的の性能を達成するために、着色剤、無機微粒子、金属微粒子、金属酸化物微粒子、有機化合物等を単独あるいは混合してインクとなる。
【００１７】
これらのインクには他の成分として樹脂、樹脂エマルジョン、ｐＨ調整剤、防腐防黴剤、防錆剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、酸素吸収剤、光安定化剤、などが必要に応じて添加される。
【００１８】
本実施の形態で用いたチキソ性インクジェット用油性インクの組成及び製法について説明する。チキソ性インクは、始めにベースインクと透明ゲル状物を作製し、次に希釈溶媒に透明ゲル状物を添加してゲル粒子を作製し、ゲル粒子をベースインクに添加して作製する。
【００１９】
ベースインクは、沸点２００℃以上の非水溶性有機溶媒のＩＰソルベント２８３５（イソパラフィン系炭化水素、出光石油化学）とＩＰＩＳ（イソステアリン酸イソプロピル、高級アルコール工業）、分散剤のＥＦＫＡ−４３００（エフカアディテブ）、顔料Ｐｒｉｎｔｅｘ４５（カーボンブラック、デグサ）の混合液である。ベースインクの作製は次のように行った。非水溶性有機溶媒のＩＰソルベント２８３５（６００重量部）とＩＰＩＳ（６００重量部）をステンレスタンクに入れ、ＥＦＫＡ−４３００（３００重量部）、およびＰｒｉｎｔｅｘ４５（５００重量部）をその溶媒に添加する。攪拌器を用いて、得られた液体を混合した後、ビーズミルにより顔料を分散させ混合液を作製する。次に、顔料凝集物等を除去するため３μｍのプリーツフィルターでろ過して、ベースインクを得る。
【００２０】
ゲル粒子の原料となる透明ゲル状物の組成と製法を説明する。透明ゲル状物は、パラフィン系溶媒としてモレスコホワイトＰ−４０（流動パラフィン、松村石油研究所）と、分鎖状脂肪族アルコールとしてリソノール１８ＳＰ（イソステアリルアルコール、高級アルコール工業）と、オクトープアルミＴ（オクチル酸アルミニウム、ホープ製薬）とからできている。透明ゲル状物を作製するために、始めにモレスコホワイトＰ−４０（４９．５重量部）とリソノール１８ＳＰ（４９．５重量部）を、２００ｍｌのビーカーに入れる。さらに、オクトープアルミＴ（１．０重量）を加えてホットスターラーを用いて１５０〜２００℃で加熱攪拌する。約３０分間の攪拌を行なうと、オクトープアルミＴが完全に溶解して、溶液は透明となる。さらに１５０〜２００℃で攪拌を続け、溶液が急激に増粘してゲル化したところで、加熱攪拌を停止する。こうして、透明ゲル状物を作製する。
【００２１】
上記ベースインク（２０重量部）、透明ゲル状物（５０重量部）、ＩＰソルベント２８３５（１５重量部）、ＩＰＩＳ（１５重量部）の組成でチキソ性インクを作製する。始めに、ＩＰソルベント２８３５とＩＰＩＳを混合した希釈溶媒に、透明ゲル状物を加えて攪拌器で混合して、ゲル粒子を形成する。ゲル粒子の平均粒子径が１μｍ以下になるまで攪拌し、ベースインクを加えて更に攪拌混合し、その後１μmメンブレンフィルターでろ過を行い、チキソ性インクジェット用油性インク組成物を作製する。
【００２２】
第１の実施形態の構成について説明する。なお、全ての実施形態で図面中同じ番号を付けた構成は同様な機能を備え、その構成を繰返して説明することは省略する。
【００２３】
図１は、本実施形態のインクジェット記録装置のインク供給系を示す図である。インク供給系は、インクタンク２、インク循環ポンプ３、インクフィルタ４、インクジェットヘッド１が、供給側インクチューブ６、排出側インクチューブ７を介して接続されている。このインク供給系は、矢印で示す方向に、インクがインクタンク２から発してインクタンク２に戻るように流体的に接続されたインク循環経路となっている。インクタンク２には、前述のチキソ性インクが貯蔵されている。インク循環ポンプ３は、インクタンク２からインクをインクジェットヘッド１へ送液するもので、周知のチューブポンプやギヤポンプなどである。インクフィルタ４は、インク循環ポンプ３を介して送られたチキソ性インク内の異物を除去している。供給側インクチューブ６は、インクタンク２からインクジェットヘッド１までチキソ性インクを送液する経路となっている。排出側インクチューブ７は、インクジェットヘッド１からインクタンク２にチキソ性インクを戻す経路となっている。インクタンク２には、空気チューブ８が気圧調整ポンプ５を介して接続されている。空気チューブ８と気圧調整ポンプ５からなる気圧調整手段は、インクジェットヘッド１からインクが漏れ出ないように、気圧を調整している。以下、チキソ性インクを単にインクとも呼ぶ。
【００２４】
図２はインクジェットヘッド１をインク吐出方向から見た図で、ノズルプレート１９を透過したインクジェットヘッド１の内部を示している。図３はインクジェットヘッド１のＡ−Ａ断面図である。図４はインクジェットヘッド１のＢ−Ｂ断面図である。図５は背面カバー２０をインク吐出方向から見た図である。
【００２５】
インクジェットヘッド１は、ノズルプレート１９、アクチュエータ１０、基板１７、枠部材１６、背面カバー２０、フレキシブル配線板１８で構成されている。ノズルプレート１９には、インクを吐出するための複数のノズル９が形成されている。ノズル９は、圧力室１１側の開口部がインク吐出側の開口部より大きくなるように形成されている。アクチュエータ１０は、ノズルプレート１９と基板１７とアクチュエータ１０で囲まれた圧力室１１の容積を可変させ、ノズル９からインク滴を吐出させる。基板１７には複数の供給側基板穴１４と複数の排出側基板穴１５が形成されている。ノズルプレート１９と基板１７で、アクチュエータ１０と枠部材１６とを挟んで封止し、その内部に供給側共通圧力室１２と排出側共通圧力室１３が形成されている。複数の圧力室１１の一端は供給側共通圧力室１２へ接続し、他端は排出側共通圧力室１３に接続されている。このインクジェットヘッド１は２つの圧力室列の間に供給側共通圧力室１２を備え、圧力室列の両外側に排出側共通圧力室１３を有している。背面カバー２０は、インク供給口２３を有するインク供給溝２１とインク排出口２４を有するインク排出溝２２が形成され、基板１７の圧力室１１を設けた面の反対側に接着されている。インク供給溝２１には溝内のインク圧力を検出する供給側圧力センサー２６が、インク排出溝２２には溝内のインク圧力を検出する排出側圧力センサー２７がそれぞれ設けられている。圧力センサー２６、２７は半導体ストレインゲージである。ストレインゲージに代えて、その他周知の小型センサーを用いることも可能である。フレキシブル配線板１８はヘッド駆動回路４０からのインクジェットヘッド１を駆動するための駆動信号をアクチュエータ１０に供給するために設けられている。
【００２６】
インク供給口２３には供給側インクチューブ６が、インク排出口２４には排出側インクチューブ７が流体的に接続されている。インク供給口２３、インク供給溝２１、供給側基板穴１４、供給側共通圧力室１２、圧力室１１、排出側共通圧力室１３、排出側基板穴１５、インク排出溝２２、インク排出口２４の順にインクは流れ、この経路はインク循環経路の一部を構成している。
【００２７】
アクチュエータ１０の間に形成された複数の圧力室１１の内面には各々電気的に独立な電極２５（２５ａ〜２５ｅ）が形成され、基板１７に形成された配線パターンを介してフレキシブル配線板１８に電気的に接続されている。絶縁膜が電極２５と基板１７の配線パターンの表面に形成され、電極２５からインクに電流が流れこむのを防止している。アクチュエータ１０は互いに分極方向が反対の圧電部材１０ａと１０ｂで構成され、分極方向に直交する電界が与えられるとせん断変形を生じて圧力室１１の容積を可変する。例えば、図4に示すように、電極２５ｃの電圧を高くして電極２５ｂと電極２５ｄの電圧を低くすると、圧力室１１ｃの容積が増加する。逆に、電極２５ｃの電圧を低くして電極２５ｂと電極２５ｄの電圧を高くすると、圧力室１１ｃの容積が減少する。
【００２８】
アクチュエータ１０を動作させるために、ヘッド駆動回路４０が電極２５に加える駆動信号の一例を図６に示す。図６（Ａ）はノズル９ａ〜９ｅのすべてからインクを吐出させる場合の駆動信号を示している。図６（Ｂ）はノズル９ａ〜９ｅのすべてからインクを吐出させない場合の駆動信号を示している。ヘッド駆動回路４０は、ノズル９からインクを吐出させる場合はインク吐出信号Ｓ１を発生し、ノズル９からインクを吐出させない場合はインク非吐出信号Ｓ２を発生する。
【００２９】
インクジェット記録装置の可動部を図７に示す。インクジェットヘッド１が固定されたキャリッジ２８は矢印Ｃで示すように左右に移動する。記録媒体３１が固定されたテーブル２９は矢印Ｄで示す奥行き方向に移動する。周知のインク吸引手段が設けられたノズルキャップ３０は矢印Ｅで示す上下方向に移動する。インクジェットヘッド１はキャリッジ２８の移動により主走査を行いテーブル２９の移動により副走査を行って印字する。印字休止中は、キャリッジ２８が右端に移動し、ノズルキャップ３０が上に移動してノズルプレート１９を覆い、インク中の溶剤の蒸発を防いでいる。
【００３０】
第１の実施形態の動作を説明する。初期状態では、キャリッジ２８は右端に位置しており、ノズルプレート１９はノズルキャップ３０で封止されている。この状態で、インク循環ポンプ３を起動させ、インク循環経路内のインクを流動させる。インク循環経路内のインクを流動させると、経路内のインクにせん断速度が生じてチキソ性インクは低粘度となる。なお、初期状態では、インク循環経路内のインクは高粘度なので、インク循環ポンプ３の流量を瞬時に大きくすると、インクフィルタ４に大きな圧力が発生して破損する恐れがある。そのため、インク循環ポンプ３の流量を徐々に上昇させ、所定の流量になったらその流量を維持するように制御している。流量を徐々に上昇させることにより、インクフィルタ４に生じる圧力を低減し、装置の信頼性を向上させることができる。これにより、インクタンク２から送液されるインクに７５０［１／ｓ］のせん断速度を加えるようにしている。
【００３１】
インク循環ポンプ３の流量が一定になったら、供給側圧力センサー２６と排出側圧力センサー２７が検出する圧力に基づき、ノズル９の圧力室１１側開口部での静的圧力ＰＳが所定の範囲内になるように気圧調整ポンプ５を制御している。ここで、静的圧力ＰＳとは、音響的な圧力振動が平準化された定常的な圧力のことを意味する。
【００３２】
静的圧力ＰＳは、供給側圧力センサー２６と排出側圧力センサー２７の各々が検出した静的圧力をＰ１とＰ２とするとき、ＰＳ＝（Ｐ１＋Ｐ２）／２で近似できる。
【００３３】
静的圧力ＰＳは、大気圧に対して１０００Ｐａ程度低い値に維持されている。なお、大気圧より低い静的圧力ＰＳの範囲は０〜２０００Ｐａ程度で設定可能である。静的圧力ＰＳが大気圧より高い場合にはノズル９からメニスカスが盛り上がってしまい、インク滴の吐出速度が低下する。また、静的圧力ＰＳが大気圧に対して低すぎる場合には、インクリフィルが阻害され、インク滴の吐出体積が減少したり、インク滴が吐出しないことがある。大気圧より低い範囲を０〜２０００Ｐａに保つために、気圧調整ポンプ５は、静的圧力ＰＳが大気圧に対して１０００Ｐａ程度低い値になるようにインクタンク２内の空気圧を調整している。
圧力が高い場合はインクタンク２内の空気を排出し、低い場合はインクタンク２内に空気を充填させている。
【００３４】
圧力室１１の上流側（インク供給溝２１）と下流側（インク排出溝２２）に各々圧力センサー２６、２７を設けることにより、ノズル付近の圧力室の静的圧力ＰＳを正確に推定することができる。なお、各圧力センサー２６、２７をインク供給溝２１とインク排出溝２２に設ける代わりに、図８に示すように、供給側共通圧力室１２と排出側共通圧力室１３内に各圧力センサー２６、２７を設けることも可能である。２つの圧力センサーを利用せずノズル付近の圧力室の静的圧力ＰＳを推定する場合、圧力室１１内の粘性圧力損失を推定する必要がある。しかし、チキソ性インクはせん断速度に依存して粘度が変化するため、粘性圧力損失を推定することは難しい。したがって、上流側と下流側に各々圧力センサーを設けることで、静的圧力ＰＳの推定精度を向上させ、静的圧力ＰＳを望ましい範囲に制御可能である。
【００３５】
ノズル９内のチキソ性インクを低粘度化するために、インクジェットヘッド１に駆動信号を与えてノズル９内のインクを流動させている。駆動信号はインク吐出信号Ｓ１を用いている。インクが低粘度化するとノズル９からインクが吐出するが、ノズルキャップ３０によりノズルプレート１９が封止されているので、吐出したインクがインクジェットヘッド１の周囲を汚染することはない。所定の時間インク吐出信号Ｓ１を与えてノズル９内のインクが低粘度化したら、駆動信号をインク非吐出信号Ｓ２に切り替える。インク非吐出信号Ｓ２は、ノズル９からインクを吐出させないが、ノズル９内のインクを流動させるので、ノズル９内のインクの低粘度状態が維持される。なお、ノズル９内のインクを低粘度化する他の方法として、ノズルキャップ３０に設けられたインク吸引手段によりノズル９内のインクを吸引し、圧力室１１内の低粘度化したインクをノズル９内に流入させても良い。その場合、インク吸引を行った後に再びノズル９内のインクが高粘度化するのを防止するため、予めインク吸引を行う前にインク非吐出信号Ｓ２を与えておくことが望ましい。
【００３６】
記録パターンの形成について説明する。キャリッジ２８とテーブル２９を記録媒体３１に対して相対的に移動させ、印字信号に従ってインクジェットヘッド１はノズル９から記録媒体３１にインクを吐出させる。ノズル９からインクを吐出させる場合はこのノズルに対応する圧力室１１の電極２５に対してインク吐出信号Ｓ１を与え、インクを吐出させない場合にはインク非吐出信号Ｓ２を与える。印字信号に従い記録媒体３１上の所望な位置にインク滴を付着させて記録パターンを形成する。
【００３７】
電極２５にインク吐出信号Ｓ１が与えられると、対応する圧力室１１に圧力振動が生じ、その圧力室１１に連通するノズル９からインクが吐出する。この時、圧力室１１内とノズル９内のインクは低粘度化されているので、高粘度のインクの吐出に必要な高いインク吐出圧力は必要ない。また、インクは低粘度状態で吐出するため、高粘度のインクの吐出に伴うインクミストの発生が抑制される。インクの吐出速度は、７ｍ／ｓとなるようにインク吐出信号Ｓ１の電圧とパルス幅を調整している。インクの吐出速度の範囲は５ｍ／ｓ以上で８ｍ／ｓ未満の範囲にあることが望ましい。吐出速度が５ｍ／ｓを下回ると、着弾位置精度が低下する可能性が大きくなる。逆に、吐出速度が８ｍ／ｓ以上になると、インクが低粘度でもインクミストが発生しやすくなる。
【００３８】
吐出したインクは記録媒体３１に着弾する。着弾した後には、せん断速度がインクに加わらないため、インクは記録媒体３１上で高粘度化する。高粘度化したインクは流動しにくいため記録媒体３１上でのインクのにじみが抑制され、印字品質を向上できる。
【００３９】
ノズル９からインクが吐出するとノズル９内のインクのメニスカスが後退し、インクの毛細管現象などの作用により圧力室１１からノズル９にインクが引き込まれてインクリフィルが行われる。その時、インク循環経路内のノズル９より下流側のインクの流量が減少してノズル９の圧力室側開口部における圧力が低下する。この低下する圧力はインク循環経路のノズル９より下流側における減少した流量分の粘性損失圧力に相当する。このインクジェット記録装置では、インク循環経路内のインクが低粘度化されるため、この粘性損失圧力が小さく、ノズル９の圧力室側開口部における圧力の低下は軽減される。ノズル９の圧力室側開口部における圧力の低下が大きい場合はインクリフィルが阻害されるが、このインクジェット記録装置ではノズル９の圧力室側開口部における圧力の低下が小さいため、インクリフィルが阻害されない。
【００４０】
印字信号がなくインクジェットヘッド１が待機状態にあるとき、電極２５にインク非吐出信号Ｓ２を与えている。インク非吐出信号Ｓ２の印加によって、インクがノズル９から吐出しない程度の圧力振動が対応する圧力室１１に生じ、圧力室１１に連通するノズル９内のインクが振動する。振動によってノズル９内のインクにせん断速度が生じてインクは低粘度状態に維持される。
【００４１】
第２の実施形態の構成について説明する。インクジェットヘッド１の構成が第２の実施形態と第１の実施形態とでは異なっている。第１の実施形態では圧力室１１内のインクがインク循環経路に含まれるが、第２の実施形態では圧力室１１内のインクがインク循環経路に含まれない。インクを吐出させる圧力室１１内のインクをインクの循環により低粘度化させるのではなく、インク吐出信号Ｓ１やインク非吐出信号Ｓ２などの駆動信号によりインクに振動を与えてインクを流動させ低粘度化させている。
【００４２】
図９はインクジェットヘッド１をインク滴５０の吐出方向（Ｆ方向）とノズル配列方向（Ｇ方向）に対して直交する方向から見た図である。図１０はインクジェットヘッド１のＡ−Ａ断面図である。
【００４３】
インクジェットヘッド１は、ノズルプレート１９、基板１７、枠部材１６、蓋部材３３、ヘッド駆動回路４０、フレキシブル配線板１８、インク圧力を検出する圧力センサー２６で構成されている。ノズルプレート１９にはインクを吐出する複数のノズル９が形成されている。基板１７には、圧力室１１となる複数の溝と隣接する溝どおしを分ける圧電体からなる複数のアクチュエータ１０とが形成されている。枠部材１６の内面には複数の圧力室１１の一端に連通する共通圧力室３４が形成されている。蓋部材３３にはインク供給口２３とインク排出口２４が形成され、共通圧力室３４のインク圧力を検出する圧力センサー２６が取り付けられている。基板１７の溝と枠部材１６で囲まれる部分が圧力室１１となり、基板１７、枠部材１６、蓋部材３３で囲まれる部分が共通圧力室３４となる。ヘッド駆動回路４０からの駆動信号はフレキシブル配線板１８を通してアクチュエータに設けられた電極２５に供給され、アクチュエータを動作させる。圧力センサー２６は半導体ストレインゲージを用いている。
【００４４】
インク供給口２３とインク排出口２４は各々供給側インクチューブ６と排出側インクチューブ７に流体的に接続されている。インク供給口２３、共通圧力室３４、インク排出口２４はインク循環経路の一部を構成している。
【００４５】
第２の実施形態の動作について説明する。なお、第１の実施形態と同一の説明は省略する。
【００４６】
第１の実施形態の動作と同様に初期状態からインク循環ポンプ３を起動させる。インク循環ポンプ３の流量が一定になったら、圧力センサー２６が検出する静的圧力ＰＳが大気圧に対して１０００Ｐａ程度低い値に維持するように気圧調整ポンプ５を制御している。なお、第１実施形態で説明したと同様に、大気圧より低い静的圧力ＰＳの範囲は０〜２０００Ｐａ程度で設定可能である。
【００４７】
印字動作中、ノズル９からインクが吐出するとノズル９内のインクのメニスカスが後退し、インクの毛細管現象により共通圧力室３４から圧力室１１を通ってノズル９にインクが引き込まれてインクリフィルが行われる。その時、インク循環経路内の共通圧力室３４より下流側のインク流量が減少して共通圧力室３４の圧力が低下する。この低下する圧力はインク循環経路の共通圧力室より下流側における減少した流量分の粘性損失圧力に相当する。このインクジェット記録装置では、インク循環経路内でインクにせん断力が加わりインクが低粘度化されるため、この粘性損失圧力が小さく、共通圧力室３４における圧力の低下が軽減される。共通圧力室３４における圧力の低下が小さいため、インクリフィルが阻害されない。
【００４８】
印字信号がなくインクジェットヘッド１が待機状態にあるとき、電極２５にインク非吐出信号Ｓ２を与えている。インク非吐出信号Ｓ２が与えられると、対応する圧力室１１にインクがノズル９から吐出しない程度の圧力振動が生じ、その圧力室１１内とノズル９内のインクが流動する。そのため、圧力室１１内とノズル９内のインクにせん断速度が生じてインクが低粘度状態に維持される。
【００４９】
第３の実施形態について説明する。図１１に示すように、インクは、インクタンク２、インクフィルタ４、インクジェットヘッド１、インク循環ポンプ３の順に送液され、インクが循環するようになっている。言い換えれば、インク循環ポンプ３がインクジェットヘッド１の下流側に設けられている点が第１の実施形態と異なっている。この構成では、初期状態からインク循環ポンプ３を起動させる時に、予め気圧調整ポンプ５によりインクタンク２内の圧力を十分に高めておく。それにより、インク循環ポンプ３の起動時にインクジェットヘッド１内の圧力が低下してノズル９から外部の空気が吸い込まれ、インクフィルタ４や供給側インクチューブ内のインクが流動しなくなる現象を防止することができる。インク循環によって第１実施例と同様に７５０［１／ｓ］のせん断速度をインクに加えるようにしている。
【００５０】
第４の実施形態について説明する。このインクジェット記録装置は、図１２に示すように、供給側インクタンク３５、供給側気圧調整ポンプ３７、排出側インクタンク３６、排出側気圧調整ポンプ３８とを備えている。供給側インクタンク３５と排出側インクタンク３６との間の圧力差により供給側インクタンク３５からインクフィルタ４を介してインクジェットヘッド１にインクが供給され、インクジェットヘッド１から排出されたインクは排出側インクタンク３６に一旦貯蔵される。排出側インクタンク３６に貯蔵されたインクはインク循環ポンプ３によりインク循環チューブ３９を介して供給側インクタンク３５に戻される。供給側インクタンク３５の内部圧力の調整を供給側気圧調整ポンプ３７で、排出側インクタンク３６の内部圧力の調整を排出側気圧調整ポンプ３８で行っている。供給側インクタンク３５、インクフィルタ４、インクジェットヘッド１、排出側インクタンク３６とインク循環ポンプ３の間でインク循環経路が構成される。インクジェットヘッド１は、第１の実施形態で説明した構成を用いている。第２の実施形態で説明したインクジェットヘッド１をこの第４実施形態に用いることも可能である。
【００５１】
供給側インクタンク３５と排出側インクタンク３６の内部の圧力を、インクジェットヘッド１のノズル９の圧力室側開口部における静的圧力ＰＳが大気圧に対して１０００Ｐａ程度低い値になるよう調整している。静的圧力ＰＳを大気圧に対して０〜２０００Ｐａ程度低い範囲に設定することが可能である。静的圧力ＰＳが高すぎる場合、供給側インクタンク３５と排出側インクタンク３６の内部の圧力を低下させ、静的圧力ＰＳが低すぎる場合、供給側インクタンク３５と排出側インクタンク３６の内部の圧力を上昇させるよう制御する。
【００５２】
インクジェットヘッド１に送られるインクの流量は、供給側インクタンク３５内部の圧力と排出側インクタンク３６の内部の圧力との差により調整される。このインクの流量を増加させる場合、供給側インクタンク３５の内部の圧力を増加させ、排出側インクタンク３６の内部の圧力を低下させる。インクの流量を低下させる場合、供給側インクタンク３５の内部の圧力を低下させ、排出側インクタンク３６の内部の圧力を上昇させる。インクの流量を適当な範囲に保つために、供給側インクタンク３５とインクフィルタ４との間に流量計６０を設けている。この流量計が検知する流量に基づいて供給側インクタンク３５と排出側インクタンク３６内部の圧力の制御し、送液しているインクに７５０［１／ｓ］のせん断速度が加わるようにしている。せん断速度が加わったインクは低粘度化し、インクジェットヘッド１のインク吐出にともなうノズル９へのインクリフィルを十分行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】第１実施形態のインク供給系を示す図。
【図２】第１実施形態のインクジェットヘッドをインク吐出方向から見た図。
【図３】第１実施形態のインクジェットヘッドの断面図。
【図４】第１実施形態のインクジェットヘッドの断面図。
【図５】第１実施形態の背面カバー２０をインク吐出方向から見た図。
【図６】第１実施形態のヘッド駆動回路が発生する駆動信号の一例を示す図。
【図７】第１実施形態のインクジェット記録装置の可動部を示す図。
【図８】第１実施形態のインクジェットヘッドをインク吐出方向から見た図。
【図９】第２実施形態のインクジェットヘッドを示す図。
【図１０】第２実施形態のインクジェットヘッドの断面図。
【図１１】第３実施形態のインク供給系を示す図。
【図１２】第４の実施形態のインク供給系を示す図。
【符号の説明】
【００５４】
１ インクジェットヘッド
２ インクタンク
３ インク循環ポンプ
５ 気圧調整ポンプ
６ 供給側インクチューブ
７ 排出側インクチューブ
８ 空気チューブ
９ ノズル
１０ アクチュエータ
１１ 圧力室
１２ 供給側共通圧力室
１３ 排出側共通圧力室
１４ 供給側基板穴
１５ 排出側基板穴
１６ 枠部材
１７ 基板
１８ フレキシブル配線板
１９ ノズルプレート
２０ 背面カバー
２１ インク供給溝
２２ インク排出溝
２３ インク供給口
２４ インク排出口
２５ 電極
２６ 供給側圧力センサー
２７ 排出側圧力センサー
２８ キャリッジ
２９ テーブル
３０ ノズルキャップ
３１ 記録媒体
３３ 蓋部材
３４ 共通圧力室
３５ 供給側インクタンク
３６ 排出側インクタンク
３７ 供給側気圧調整ポンプ
３８ 排出側気圧調整ポンプ
３９ インク還流チューブ
Ｓ１ インク吐出信号
Ｓ２ インク非吐出信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット記録に用いられるインクジェット式液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インクジェット記録装置は、記録紙への記録から記録紙以外の布、アルミ缶、コンパクトディスクなどの樹脂板への記録に適用され、その用途は拡大している。これら多種多様な記録媒体へインクジェット記録装置で記録するために、従来に比べ高粘度のインクを用いたいという要望が高まっている。高粘度のインクを用いることができれば、インクが記録媒体に付着したときにその粘性のために媒体上での広がりが抑えられ、インクジェット専用ではない記録媒体に記録を行った場合でもインクのにじみが低減される。そのため印字品質が向上し、インクジェット記録の用途をさらに広げることができる。
【０００３】
しかし、インクジェット記録で高粘度のインクを吐出させる場合、インク吐出のために高い圧力を必要とすること、吐出したインク量のインクをインクジェットヘッドへ供給するインクリフィルが遅れること、画像となるインク滴以外のインクミストが発生するなどの弊害が生じる。高いインク吐出圧力を得るためには高いヘッド駆動電圧が必要になるため、ヘッド駆動回路が高価になる。インクリフィルの遅れを防ぐためには駆動周波数を低下させなければならず、記録速度が低下する。また、インクミストの発生は、ミストが媒体に付着することによる印字品質の低下や、ミストが装置に付着することによる装置の汚染を招く。
【０００４】
特許文献１には、圧電素子を動作させて圧力室内のインクを吐出させるインクジェットヘッドにおいて、せん断速度を与えることにより粘度が低下するチキソ性のインクを用い、振動発生手段によりノズル内のインクに吐出に至らない程度の振動を与えてノズル内のインクの粘度を低下させる構成が記載されている。この構成により、ヘッド構造を変更することなく、小さい消費電力で５０ｍＰａｓ以下の高粘度のインクを用いて画像を記録できることが示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−６２２２３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
吐出しない程度の振動をノズル内のインクに与えてインクの粘度を低下させる特許文献１記載の構成では、インクジェットヘッドの圧力室に供給するインクの粘度については記載されていない。言い換えれば、インクを貯蔵するインクボトルとインクジェットヘッドとを接続するインクチューブ内のインク、インクジェットヘッドへの異物の侵入を防ぐために通常設けられているインクフィルタ内のインク、圧力室へ流体的に接続している共通インク流路内のインクなどを低粘度化する手段が講じられてない。そのため、インクボトルからノズルへ供給されるインクの流れが阻害されてインクリフィルの遅れが発生し、その結果、インクの吐出体積が減少するまたはインク不吐出が発生する恐れがある。
【０００７】
インクボトルからノズルへ供給されるインクの流れが阻害されるという課題は、５０ｍＰａｓを超える粘度のインクを用いた場合、顕著に発生すると考えられる。本発明は、高粘度のインクを用いた場合に顕著に発生すると考えられる上記の課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の実施形態におけるインクジェット記録装置は、せん断速度に応じて粘度が変化するチキソ性インクを吐出する複数のノズルと、ノズルに各々連通し内部にインク加圧手段を有する複数の圧力室と、複数の圧力室に連通しインクを供給する共通圧力室と、チキソ性インクを貯蔵し共通圧力室に流体的に接続するインクタンクと、インクタンクに貯蔵されたインクを共通圧力室を介してインクタンクに戻すインク循環手段とを有している。
【発明の効果】
【０００９】
チキソ性インクを用いて画像を記録するインクジェット記録装置において、インクタンクからインクジェットヘッドの共通圧力室までのインク供給経路にあるインクを循環させることによって、インクを低粘度化させる。低粘度化によって、圧力室にインクを速やかに補給させることが可能となり、吐出体積の減少や不吐出による印字不良の発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の好適な実施形態について説明する。なお、本発明でいうインクとは、文字や画像を形成する着色用の染料や顔料などの色材を含有する液体、電気回路の配線パターンを形成するための導電性微粒子を含有する液体など、インクジェット記録装置で記録媒体に対して吐出可能な液体のことをいう。また、本発明でいう記録媒体とは、その表面に文字や画像などの情報を記録するための紙やプラスチックフィルムや、電気回路の基板など、インクジェット記録装置で吐出した液体を付着させる部材のことをいう。
【００１１】
本発明では、チキソ性を有するインクを用いている。チキソ性とは、単にかき混ぜることによってゲルが流動性のゾルに変わり、これを放置すると再びゲルに戻る性質である。チキソ性インクは、せん断力を加えると粘度が低下し、せん断力を加えるのを止めて放置すると粘度が元に戻る性質を有している。一般にチキソ性インクに加える変形量をせん断力で表す代わりにせん断速度で表している。
【００１２】
本実施例で用いるチキソ性インクは、色材もしくは微粒子、溶媒、チキソ性付与剤およびその他の添加剤で構成されている。２５℃において、７．５［１／ｓ］のせん断速度を加えた場合に５０〜１０００ｍＰａｓとなり、７５０［１／ｓ］のせん断速度を加えた場合に粘度３０ｍＰａｓ以下の粘度範囲になるように調整されたチキソ性インクを用いている。
【００１３】
チキソ性インクの組成は、１）主溶媒が水であるもの、２）主溶媒が有機溶媒であるもの、３）主溶媒が重合性モノマーであるものに大別される。主溶媒が水であるものは、水、水系チキソ性付与剤、水溶性有機溶媒を主成分としている。主溶媒が有機溶媒であるものは、有機溶媒、油系チキソ性付与剤を主成分としている。溶媒が重合性モノマーであるものは、重合性モノマー、水系およびまたは油系チキソ性付与剤、重合開始剤を主成分としている。
【００１４】
水系チキソ性付与剤としてはキサンタンガム、ウェランガム、サクシノグリカン、グアーガム、ローカストビーンガム及びその誘導体、ヒドロキシエチルセルロース、アルギン酸塩類、メタクリル酸のアルキルエステルを主成分とする分子量１０万〜１５万の重合体、グリコマンナン、寒天やカラゲニン等の海藻より抽出されるゲル化能を有する増粘多糖類、架橋性アクリル酸重合体、ＨＬＢ８〜１２のノニオン系界面活性剤といったものが挙げられ、単独或いは混合して使用することができる。
【００１５】
油系チキソ性付与剤としてはべントナイト、シリカ系微粉末、アルミナ系粉末、ケイ酸アルミ類等の無機類、及びリシノール酸カルシウム、１２ヒドロキシステアリン酸類、モノステアリンアルミ、ステアリン酸アルミ、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウム、オクチル酸アルミの有機化合物類が挙げられ、単独或いは混合して使用することができる。
【００１６】
各チキソ性組成物はそれぞれ目的の性能を達成するために、着色剤、無機微粒子、金属微粒子、金属酸化物微粒子、有機化合物等を単独あるいは混合してインクとなる。
【００１７】
これらのインクには他の成分として樹脂、樹脂エマルジョン、ｐＨ調整剤、防腐防黴剤、防錆剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、酸素吸収剤、光安定化剤、などが必要に応じて添加される。
【００１８】
本実施の形態で用いたチキソ性インクジェット用油性インクの組成及び製法について説明する。チキソ性インクは、始めにベースインクと透明ゲル状物を作製し、次に希釈溶媒に透明ゲル状物を添加してゲル粒子を作製し、ゲル粒子をベースインクに添加して作製する。
【００１９】
ベースインクは、沸点２００℃以上の非水溶性有機溶媒のＩＰソルベント２８３５（イソパラフィン系炭化水素、出光石油化学）とＩＰＩＳ（イソステアリン酸イソプロピル、高級アルコール工業）、分散剤のＥＦＫＡ−４３００（エフカアディテブ）、顔料Ｐｒｉｎｔｅｘ４５（カーボンブラック、デグサ）の混合液である。ベースインクの作製は次のように行った。非水溶性有機溶媒のＩＰソルベント２８３５（６００重量部）とＩＰＩＳ（６００重量部）をステンレスタンクに入れ、ＥＦＫＡ−４３００（３００重量部）、およびＰｒｉｎｔｅｘ４５（５００重量部）をその溶媒に添加する。攪拌器を用いて、得られた液体を混合した後、ビーズミルにより顔料を分散させ混合液を作製する。次に、顔料凝集物等を除去するため３μｍのプリーツフィルターでろ過して、ベースインクを得る。
【００２０】
ゲル粒子の原料となる透明ゲル状物の組成と製法を説明する。透明ゲル状物は、パラフィン系溶媒としてモレスコホワイトＰ−４０（流動パラフィン、松村石油研究所）と、分鎖状脂肪族アルコールとしてリソノール１８ＳＰ（イソステアリルアルコール、高級アルコール工業）と、オクトープアルミＴ（オクチル酸アルミニウム、ホープ製薬）とからできている。透明ゲル状物を作製するために、始めにモレスコホワイトＰ−４０（４９．５重量部）とリソノール１８ＳＰ（４９．５重量部）を、２００ｍｌのビーカーに入れる。さらに、オクトープアルミＴ（１．０重量）を加えてホットスターラーを用いて１５０〜２００℃で加熱攪拌する。約３０分間の攪拌を行なうと、オクトープアルミＴが完全に溶解して、溶液は透明となる。さらに１５０〜２００℃で攪拌を続け、溶液が急激に増粘してゲル化したところで、加熱攪拌を停止する。こうして、透明ゲル状物を作製する。
【００２１】
上記ベースインク（２０重量部）、透明ゲル状物（５０重量部）、ＩＰソルベント２８３５（１５重量部）、ＩＰＩＳ（１５重量部）の組成でチキソ性インクを作製する。始めに、ＩＰソルベント２８３５とＩＰＩＳを混合した希釈溶媒に、透明ゲル状物を加えて攪拌器で混合して、ゲル粒子を形成する。ゲル粒子の平均粒子径が１μｍ以下になるまで攪拌し、ベースインクを加えて更に攪拌混合し、その後１μmメンブレンフィルターでろ過を行い、チキソ性インクジェット用油性インク組成物を作製する。
【００２２】
第１の実施形態の構成について説明する。なお、全ての実施形態で図面中同じ番号を付けた構成は同様な機能を備え、その構成を繰返して説明することは省略する。
【００２３】
図１は、本実施形態のインクジェット記録装置のインク供給系を示す図である。インク供給系は、インクタンク２、インク循環ポンプ３、インクフィルタ４、インクジェットヘッド１が、供給側インクチューブ６、排出側インクチューブ７を介して接続されている。このインク供給系は、矢印で示す方向に、インクがインクタンク２から発してインクタンク２に戻るように流体的に接続されたインク循環経路となっている。インクタンク２には、前述のチキソ性インクが貯蔵されている。インク循環ポンプ３は、インクタンク２からインクをインクジェットヘッド１へ送液するもので、周知のチューブポンプやギヤポンプなどである。インクフィルタ４は、インク循環ポンプ３を介して送られたチキソ性インク内の異物を除去している。供給側インクチューブ６は、インクタンク２からインクジェットヘッド１までチキソ性インクを送液する経路となっている。排出側インクチューブ７は、インクジェットヘッド１からインクタンク２にチキソ性インクを戻す経路となっている。インクタンク２には、空気チューブ８が気圧調整ポンプ５を介して接続されている。空気チューブ８と気圧調整ポンプ５からなる気圧調整手段は、インクジェットヘッド１からインクが漏れ出ないように、気圧を調整している。以下、チキソ性インクを単にインクとも呼ぶ。
【００２４】
図２はインクジェットヘッド１をインク吐出方向から見た図で、ノズルプレート１９を透過したインクジェットヘッド１の内部を示している。図３はインクジェットヘッド１のＡ−Ａ断面図である。図４はインクジェットヘッド１のＢ−Ｂ断面図である。図５は背面カバー２０をインク吐出方向から見た図である。
【００２５】
インクジェットヘッド１は、ノズルプレート１９、アクチュエータ１０、基板１７、枠部材１６、背面カバー２０、フレキシブル配線板１８で構成されている。ノズルプレート１９には、インクを吐出するための複数のノズル９が形成されている。ノズル９は、圧力室１１側の開口部がインク吐出側の開口部より大きくなるように形成されている。アクチュエータ１０は、ノズルプレート１９と基板１７とアクチュエータ１０で囲まれた圧力室１１の容積を可変させ、ノズル９からインク滴を吐出させる。基板１７には複数の供給側基板穴１４と複数の排出側基板穴１５が形成されている。ノズルプレート１９と基板１７で、アクチュエータ１０と枠部材１６とを挟んで封止し、その内部に供給側共通圧力室１２と排出側共通圧力室１３が形成されている。複数の圧力室１１の一端は供給側共通圧力室１２へ接続し、他端は排出側共通圧力室１３に接続されている。このインクジェットヘッド１は２つの圧力室列の間に供給側共通圧力室１２を備え、圧力室列の両外側に排出側共通圧力室１３を有している。背面カバー２０は、インク供給口２３を有するインク供給溝２１とインク排出口２４を有するインク排出溝２２が形成され、基板１７の圧力室１１を設けた面の反対側に接着されている。インク供給溝２１には溝内のインク圧力を検出する供給側圧力センサー２６が、インク排出溝２２には溝内のインク圧力を検出する排出側圧力センサー２７がそれぞれ設けられている。圧力センサー２６、２７は半導体ストレインゲージである。ストレインゲージに代えて、その他周知の小型センサーを用いることも可能である。フレキシブル配線板１８はヘッド駆動回路４０からのインクジェットヘッド１を駆動するための駆動信号をアクチュエータ１０に供給するために設けられている。
【００２６】
インク供給口２３には供給側インクチューブ６が、インク排出口２４には排出側インクチューブ７が流体的に接続されている。インク供給口２３、インク供給溝２１、供給側基板穴１４、供給側共通圧力室１２、圧力室１１、排出側共通圧力室１３、排出側基板穴１５、インク排出溝２２、インク排出口２４の順にインクは流れ、この経路はインク循環経路の一部を構成している。
【００２７】
アクチュエータ１０の間に形成された複数の圧力室１１の内面には各々電気的に独立な電極２５（２５ａ〜２５ｅ）が形成され、基板１７に形成された配線パターンを介してフレキシブル配線板１８に電気的に接続されている。絶縁膜が電極２５と基板１７の配線パターンの表面に形成され、電極２５からインクに電流が流れこむのを防止している。アクチュエータ１０は互いに分極方向が反対の圧電部材１０ａと１０ｂで構成され、分極方向に直交する電界が与えられるとせん断変形を生じて圧力室１１の容積を可変する。例えば、図4に示すように、電極２５ｃの電圧を高くして電極２５ｂと電極２５ｄの電圧を低くすると、圧力室１１ｃの容積が増加する。逆に、電極２５ｃの電圧を低くして電極２５ｂと電極２５ｄの電圧を高くすると、圧力室１１ｃの容積が減少する。
【００２８】
アクチュエータ１０を動作させるために、ヘッド駆動回路４０が電極２５に加える駆動信号の一例を図６に示す。図６（Ａ）はノズル９ａ〜９ｅのすべてからインクを吐出させる場合の駆動信号を示している。図６（Ｂ）はノズル９ａ〜９ｅのすべてからインクを吐出させない場合の駆動信号を示している。ヘッド駆動回路４０は、ノズル９からインクを吐出させる場合はインク吐出信号Ｓ１を発生し、ノズル９からインクを吐出させない場合はインク非吐出信号Ｓ２を発生する。
【００２９】
インクジェット記録装置の可動部を図７に示す。インクジェットヘッド１が固定されたキャリッジ２８は矢印Ｃで示すように左右に移動する。記録媒体３１が固定されたテーブル２９は矢印Ｄで示す奥行き方向に移動する。周知のインク吸引手段が設けられたノズルキャップ３０は矢印Ｅで示す上下方向に移動する。インクジェットヘッド１はキャリッジ２８の移動により主走査を行いテーブル２９の移動により副走査を行って印字する。印字休止中は、キャリッジ２８が右端に移動し、ノズルキャップ３０が上に移動してノズルプレート１９を覆い、インク中の溶剤の蒸発を防いでいる。
【００３０】
第１の実施形態の動作を説明する。初期状態では、キャリッジ２８は右端に位置しており、ノズルプレート１９はノズルキャップ３０で封止されている。この状態で、インク循環ポンプ３を起動させ、インク循環経路内のインクを流動させる。インク循環経路内のインクを流動させると、経路内のインクにせん断速度が生じてチキソ性インクは低粘度となる。なお、初期状態では、インク循環経路内のインクは高粘度なので、インク循環ポンプ３の流量を瞬時に大きくすると、インクフィルタ４に大きな圧力が発生して破損する恐れがある。そのため、インク循環ポンプ３の流量を徐々に上昇させ、所定の流量になったらその流量を維持するように制御している。流量を徐々に上昇させることにより、インクフィルタ４に生じる圧力を低減し、装置の信頼性を向上させることができる。これにより、インクタンク２から送液されるインクに７５０［１／ｓ］のせん断速度を加えるようにしている。
【００３１】
インク循環ポンプ３の流量が一定になったら、供給側圧力センサー２６と排出側圧力センサー２７が検出する圧力に基づき、ノズル９の圧力室１１側開口部での静的圧力ＰＳが所定の範囲内になるように気圧調整ポンプ５を制御している。ここで、静的圧力ＰＳとは、音響的な圧力振動が平準化された定常的な圧力のことを意味する。
【００３２】
静的圧力ＰＳは、供給側圧力センサー２６と排出側圧力センサー２７の各々が検出した静的圧力をＰ１とＰ２とするとき、ＰＳ＝（Ｐ１＋Ｐ２）／２で近似できる。
【００３３】
静的圧力ＰＳは、大気圧に対して１０００Ｐａ程度低い値に維持されている。なお、大気圧より低い静的圧力ＰＳの範囲は０〜２０００Ｐａ程度で設定可能である。静的圧力ＰＳが大気圧より高い場合にはノズル９からメニスカスが盛り上がってしまい、インク滴の吐出速度が低下する。また、静的圧力ＰＳが大気圧に対して低すぎる場合には、インクリフィルが阻害され、インク滴の吐出体積が減少したり、インク滴が吐出しないことがある。大気圧より低い範囲を０〜２０００Ｐａに保つために、気圧調整ポンプ５は、静的圧力ＰＳが大気圧に対して１０００Ｐａ程度低い値になるようにインクタンク２内の空気圧を調整している。
圧力が高い場合はインクタンク２内の空気を排出し、低い場合はインクタンク２内に空気を充填させている。
【００３４】
圧力室１１の上流側（インク供給溝２１）と下流側（インク排出溝２２）に各々圧力センサー２６、２７を設けることにより、ノズル付近の圧力室の静的圧力ＰＳを正確に推定することができる。なお、各圧力センサー２６、２７をインク供給溝２１とインク排出溝２２に設ける代わりに、図８に示すように、供給側共通圧力室１２と排出側共通圧力室１３内に各圧力センサー２６、２７を設けることも可能である。２つの圧力センサーを利用せずノズル付近の圧力室の静的圧力ＰＳを推定する場合、圧力室１１内の粘性圧力損失を推定する必要がある。しかし、チキソ性インクはせん断速度に依存して粘度が変化するため、粘性圧力損失を推定することは難しい。したがって、上流側と下流側に各々圧力センサーを設けることで、静的圧力ＰＳの推定精度を向上させ、静的圧力ＰＳを望ましい範囲に制御可能である。
【００３５】
ノズル９内のチキソ性インクを低粘度化するために、インクジェットヘッド１に駆動信号を与えてノズル９内のインクを流動させている。駆動信号はインク吐出信号Ｓ１を用いている。インクが低粘度化するとノズル９からインクが吐出するが、ノズルキャップ３０によりノズルプレート１９が封止されているので、吐出したインクがインクジェットヘッド１の周囲を汚染することはない。所定の時間インク吐出信号Ｓ１を与えてノズル９内のインクが低粘度化したら、駆動信号をインク非吐出信号Ｓ２に切り替える。インク非吐出信号Ｓ２は、ノズル９からインクを吐出させないが、ノズル９内のインクを流動させるので、ノズル９内のインクの低粘度状態が維持される。なお、ノズル９内のインクを低粘度化する他の方法として、ノズルキャップ３０に設けられたインク吸引手段によりノズル９内のインクを吸引し、圧力室１１内の低粘度化したインクをノズル９内に流入させても良い。その場合、インク吸引を行った後に再びノズル９内のインクが高粘度化するのを防止するため、予めインク吸引を行う前にインク非吐出信号Ｓ２を与えておくことが望ましい。
【００３６】
記録パターンの形成について説明する。キャリッジ２８とテーブル２９を記録媒体３１に対して相対的に移動させ、印字信号に従ってインクジェットヘッド１はノズル９から記録媒体３１にインクを吐出させる。ノズル９からインクを吐出させる場合はこのノズルに対応する圧力室１１の電極２５に対してインク吐出信号Ｓ１を与え、インクを吐出させない場合にはインク非吐出信号Ｓ２を与える。印字信号に従い記録媒体３１上の所望な位置にインク滴を付着させて記録パターンを形成する。
【００３７】
電極２５にインク吐出信号Ｓ１が与えられると、対応する圧力室１１に圧力振動が生じ、その圧力室１１に連通するノズル９からインクが吐出する。この時、圧力室１１内とノズル９内のインクは低粘度化されているので、高粘度のインクの吐出に必要な高いインク吐出圧力は必要ない。また、インクは低粘度状態で吐出するため、高粘度のインクの吐出に伴うインクミストの発生が抑制される。インクの吐出速度は、７ｍ／ｓとなるようにインク吐出信号Ｓ１の電圧とパルス幅を調整している。インクの吐出速度の範囲は５ｍ／ｓ以上で８ｍ／ｓ未満の範囲にあることが望ましい。吐出速度が５ｍ／ｓを下回ると、着弾位置精度が低下する可能性が大きくなる。逆に、吐出速度が８ｍ／ｓ以上になると、インクが低粘度でもインクミストが発生しやすくなる。
【００３８】
吐出したインクは記録媒体３１に着弾する。着弾した後には、せん断速度がインクに加わらないため、インクは記録媒体３１上で高粘度化する。高粘度化したインクは流動しにくいため記録媒体３１上でのインクのにじみが抑制され、印字品質を向上できる。
【００３９】
ノズル９からインクが吐出するとノズル９内のインクのメニスカスが後退し、インクの毛細管現象などの作用により圧力室１１からノズル９にインクが引き込まれてインクリフィルが行われる。その時、インク循環経路内のノズル９より下流側のインクの流量が減少してノズル９の圧力室側開口部における圧力が低下する。この低下する圧力はインク循環経路のノズル９より下流側における減少した流量分の粘性損失圧力に相当する。このインクジェット記録装置では、インク循環経路内のインクが低粘度化されるため、この粘性損失圧力が小さく、ノズル９の圧力室側開口部における圧力の低下は軽減される。ノズル９の圧力室側開口部における圧力の低下が大きい場合はインクリフィルが阻害されるが、このインクジェット記録装置ではノズル９の圧力室側開口部における圧力の低下が小さいため、インクリフィルが阻害されない。
【００４０】
印字信号がなくインクジェットヘッド１が待機状態にあるとき、電極２５にインク非吐出信号Ｓ２を与えている。インク非吐出信号Ｓ２の印加によって、インクがノズル９から吐出しない程度の圧力振動が対応する圧力室１１に生じ、圧力室１１に連通するノズル９内のインクが振動する。振動によってノズル９内のインクにせん断速度が生じてインクは低粘度状態に維持される。
【００４１】
第２の実施形態の構成について説明する。インクジェットヘッド１の構成が第２の実施形態と第１の実施形態とでは異なっている。第１の実施形態では圧力室１１内のインクがインク循環経路に含まれるが、第２の実施形態では圧力室１１内のインクがインク循環経路に含まれない。インクを吐出させる圧力室１１内のインクをインクの循環により低粘度化させるのではなく、インク吐出信号Ｓ１やインク非吐出信号Ｓ２などの駆動信号によりインクに振動を与えてインクを流動させ低粘度化させている。
【００４２】
図９はインクジェットヘッド１をインク滴５０の吐出方向（Ｆ方向）とノズル配列方向（Ｇ方向）に対して直交する方向から見た図である。図１０はインクジェットヘッド１のＡ−Ａ断面図である。
【００４３】
インクジェットヘッド１は、ノズルプレート１９、基板１７、枠部材１６、蓋部材３３、ヘッド駆動回路４０、フレキシブル配線板１８、インク圧力を検出する圧力センサー２６で構成されている。ノズルプレート１９にはインクを吐出する複数のノズル９が形成されている。基板１７には、圧力室１１となる複数の溝と隣接する溝どおしを分ける圧電体からなる複数のアクチュエータ１０とが形成されている。枠部材１６の内面には複数の圧力室１１の一端に連通する共通圧力室３４が形成されている。蓋部材３３にはインク供給口２３とインク排出口２４が形成され、共通圧力室３４のインク圧力を検出する圧力センサー２６が取り付けられている。基板１７の溝と枠部材１６で囲まれる部分が圧力室１１となり、基板１７、枠部材１６、蓋部材３３で囲まれる部分が共通圧力室３４となる。ヘッド駆動回路４０からの駆動信号はフレキシブル配線板１８を通してアクチュエータに設けられた電極２５に供給され、アクチュエータを動作させる。圧力センサー２６は半導体ストレインゲージを用いている。
【００４４】
インク供給口２３とインク排出口２４は各々供給側インクチューブ６と排出側インクチューブ７に流体的に接続されている。インク供給口２３、共通圧力室３４、インク排出口２４はインク循環経路の一部を構成している。
【００４５】
第２の実施形態の動作について説明する。なお、第１の実施形態と同一の説明は省略する。
【００４６】
第１の実施形態の動作と同様に初期状態からインク循環ポンプ３を起動させる。インク循環ポンプ３の流量が一定になったら、圧力センサー２６が検出する静的圧力ＰＳが大気圧に対して１０００Ｐａ程度低い値に維持するように気圧調整ポンプ５を制御している。なお、第１実施形態で説明したと同様に、大気圧より低い静的圧力ＰＳの範囲は０〜２０００Ｐａ程度で設定可能である。
【００４７】
印字動作中、ノズル９からインクが吐出するとノズル９内のインクのメニスカスが後退し、インクの毛細管現象により共通圧力室３４から圧力室１１を通ってノズル９にインクが引き込まれてインクリフィルが行われる。その時、インク循環経路内の共通圧力室３４より下流側のインク流量が減少して共通圧力室３４の圧力が低下する。この低下する圧力はインク循環経路の共通圧力室より下流側における減少した流量分の粘性損失圧力に相当する。このインクジェット記録装置では、インク循環経路内でインクにせん断力が加わりインクが低粘度化されるため、この粘性損失圧力が小さく、共通圧力室３４における圧力の低下が軽減される。共通圧力室３４における圧力の低下が小さいため、インクリフィルが阻害されない。
【００４８】
印字信号がなくインクジェットヘッド１が待機状態にあるとき、電極２５にインク非吐出信号Ｓ２を与えている。インク非吐出信号Ｓ２が与えられると、対応する圧力室１１にインクがノズル９から吐出しない程度の圧力振動が生じ、その圧力室１１内とノズル９内のインクが流動する。そのため、圧力室１１内とノズル９内のインクにせん断速度が生じてインクが低粘度状態に維持される。
【００４９】
第３の実施形態について説明する。図１１に示すように、インクは、インクタンク２、インクフィルタ４、インクジェットヘッド１、インク循環ポンプ３の順に送液され、インクが循環するようになっている。言い換えれば、インク循環ポンプ３がインクジェットヘッド１の下流側に設けられている点が第１の実施形態と異なっている。この構成では、初期状態からインク循環ポンプ３を起動させる時に、予め気圧調整ポンプ５によりインクタンク２内の圧力を十分に高めておく。それにより、インク循環ポンプ３の起動時にインクジェットヘッド１内の圧力が低下してノズル９から外部の空気が吸い込まれ、インクフィルタ４や供給側インクチューブ内のインクが流動しなくなる現象を防止することができる。インク循環によって第１実施例と同様に７５０［１／ｓ］のせん断速度をインクに加えるようにしている。
【００５０】
第４の実施形態について説明する。このインクジェット記録装置は、図１２に示すように、供給側インクタンク３５、供給側気圧調整ポンプ３７、排出側インクタンク３６、排出側気圧調整ポンプ３８とを備えている。供給側インクタンク３５と排出側インクタンク３６との間の圧力差により供給側インクタンク３５からインクフィルタ４を介してインクジェットヘッド１にインクが供給され、インクジェットヘッド１から排出されたインクは排出側インクタンク３６に一旦貯蔵される。排出側インクタンク３６に貯蔵されたインクはインク循環ポンプ３によりインク循環チューブ３９を介して供給側インクタンク３５に戻される。供給側インクタンク３５の内部圧力の調整を供給側気圧調整ポンプ３７で、排出側インクタンク３６の内部圧力の調整を排出側気圧調整ポンプ３８で行っている。供給側インクタンク３５、インクフィルタ４、インクジェットヘッド１、排出側インクタンク３６とインク循環ポンプ３の間でインク循環経路が構成される。インクジェットヘッド１は、第１の実施形態で説明した構成を用いている。第２の実施形態で説明したインクジェットヘッド１をこの第４実施形態に用いることも可能である。
【００５１】
供給側インクタンク３５と排出側インクタンク３６の内部の圧力を、インクジェットヘッド１のノズル９の圧力室側開口部における静的圧力ＰＳが大気圧に対して１０００Ｐａ程度低い値になるよう調整している。静的圧力ＰＳを大気圧に対して０〜２０００Ｐａ程度低い範囲に設定することが可能である。静的圧力ＰＳが高すぎる場合、供給側インクタンク３５と排出側インクタンク３６の内部の圧力を低下させ、静的圧力ＰＳが低すぎる場合、供給側インクタンク３５と排出側インクタンク３６の内部の圧力を上昇させるよう制御する。
【００５２】
インクジェットヘッド１に送られるインクの流量は、供給側インクタンク３５内部の圧力と排出側インクタンク３６の内部の圧力との差により調整される。このインクの流量を増加させる場合、供給側インクタンク３５の内部の圧力を増加させ、排出側インクタンク３６の内部の圧力を低下させる。インクの流量を低下させる場合、供給側インクタンク３５の内部の圧力を低下させ、排出側インクタンク３６の内部の圧力を上昇させる。インクの流量を適当な範囲に保つために、供給側インクタンク３５とインクフィルタ４との間に流量計６０を設けている。この流量計が検知する流量に基づいて供給側インクタンク３５と排出側インクタンク３６内部の圧力の制御し、送液しているインクに７５０［１／ｓ］のせん断速度が加わるようにしている。せん断速度が加わったインクは低粘度化し、インクジェットヘッド１のインク吐出にともなうノズル９へのインクリフィルを十分行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】第１実施形態のインク供給系を示す図。
【図２】第１実施形態のインクジェットヘッドをインク吐出方向から見た図。
【図３】第１実施形態のインクジェットヘッドの断面図。
【図４】第１実施形態のインクジェットヘッドの断面図。
【図５】第１実施形態の背面カバー２０をインク吐出方向から見た図。
【図６】第１実施形態のヘッド駆動回路が発生する駆動信号の一例を示す図。
【図７】第１実施形態のインクジェット記録装置の可動部を示す図。
【図８】第１実施形態のインクジェットヘッドをインク吐出方向から見た図。
【図９】第２実施形態のインクジェットヘッドを示す図。
【図１０】第２実施形態のインクジェットヘッドの断面図。
【図１１】第３実施形態のインク供給系を示す図。
【図１２】第４の実施形態のインク供給系を示す図。
【符号の説明】
【００５４】
１ インクジェットヘッド
２ インクタンク
３ インク循環ポンプ
５ 気圧調整ポンプ
６ 供給側インクチューブ
７ 排出側インクチューブ
８ 空気チューブ
９ ノズル
１０ アクチュエータ
１１ 圧力室
１２ 供給側共通圧力室
１３ 排出側共通圧力室
１４ 供給側基板穴
１５ 排出側基板穴
１６ 枠部材
１７ 基板
１８ フレキシブル配線板
１９ ノズルプレート
２０ 背面カバー
２１ インク供給溝
２２ インク排出溝
２３ インク供給口
２４ インク排出口
２５ 電極
２６ 供給側圧力センサー
２７ 排出側圧力センサー
２８ キャリッジ
２９ テーブル
３０ ノズルキャップ
３１ 記録媒体
３３ 蓋部材
３４ 共通圧力室
３５ 供給側インクタンク
３６ 排出側インクタンク
３７ 供給側気圧調整ポンプ
３８ 排出側気圧調整ポンプ
３９ インク還流チューブ
Ｓ１ インク吐出信号
Ｓ２ インク非吐出信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
せん断速度に応じて粘度が変化するチキソ性インクを吐出する複数のノズルと、前記ノズルに各々連通し内部にインク加圧手段を有する複数の圧力室と、前記複数の圧力室に連通し前記インクを供給する共通圧力室と、前記インクを貯蔵し前記共通圧力室に流体的に接続するインクタンクと、前記インクタンクに貯蔵された前記インクを前記共通圧力室を介して前記インクタンクに戻すインク循環手段とを有することを特徴としたインクジェット記録装置。
【請求項２】
前記圧力室の一端に連通する第１の共通圧力室と、前記圧力室の他端に連通する第２の共通圧力室とを有し、前記インクタンクから前記第１の共通圧力室に前記インクを流入させ、前記第２の共通圧力室から前記インクタンクに前記インクを流出させることを特徴とした請求項１記載のインクジェット記録装置。
【請求項３】
前記第１の共通圧力室内あるいはその上流側の前記インクの圧力を検出する第１の圧力検出手段と、前記第２の共通圧力室内あるいはその下流側の前記インクの圧力を検出する第２の圧力検出手段と、前記第１及び第２の共通圧力室の圧力を調整する圧力調整手段とを有し、
前記第１及び第２の圧力検出手段が検出する圧力に基づいて前記圧力調整手段を制御することを特徴とした請求項２記載のインクジェット記録装置。
【請求項１】
せん断速度に応じて粘度が変化するチキソ性インクを吐出する複数のノズルと、前記ノズルに各々連通し内部にインク加圧手段を有する複数の圧力室と、前記複数の圧力室に連通し前記インクを供給する共通圧力室と、前記インクを貯蔵し前記共通圧力室に流体的に接続するインクタンクと、前記インクタンクに貯蔵された前記インクを前記共通圧力室を介して前記インクタンクに戻すインク循環手段とを有することを特徴としたインクジェット記録装置。
【請求項２】
前記圧力室の一端に連通する第１の共通圧力室と、前記圧力室の他端に連通する第２の共通圧力室とを有し、前記インクタンクから前記第１の共通圧力室に前記インクを流入させ、前記第２の共通圧力室から前記インクタンクに前記インクを流出させることを特徴とした請求項１記載のインクジェット記録装置。
【請求項３】
前記第１の共通圧力室内あるいはその上流側の前記インクの圧力を検出する第１の圧力検出手段と、前記第２の共通圧力室内あるいはその下流側の前記インクの圧力を検出する第２の圧力検出手段と、前記第１及び第２の共通圧力室の圧力を調整する圧力調整手段とを有し、
前記第１及び第２の圧力検出手段が検出する圧力に基づいて前記圧力調整手段を制御することを特徴とした請求項２記載のインクジェット記録装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００８−１４９５９４（Ｐ２００８−１４９５９４Ａ）
【公開日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３４０７４６（Ｐ２００６−３４０７４６）
【出願日】平成１８年１２月１９日（２００６．１２．１９）
【出願人】（０００００３５６２）東芝テック株式会社 (5,631)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月１９日（２００６．１２．１９）
【出願人】（０００００３５６２）東芝テック株式会社 (5,631)
【Ｆターム（参考）】
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