JP2008023988A - Introducing liquid for ink-jet head, ink-jet head, and ink-jet recording apparatus - Google Patents
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- Ink Jet (AREA)
Abstract
Description
本発明は、インクジェット記録方法においてインクジェットヘッドへインクを導入する際に用いられるインクジェットヘッド用導入液およびこれを用いたインクジェットヘッド並びにインクジェット記録装置に関する。 The present invention relates to an inkjet head introduction liquid used when an ink is introduced into an inkjet head in an inkjet recording method, an inkjet head using the same, and an inkjet recording apparatus.
インクジェット記録方法は、インクジェットヘッドによりインクを吐出させてインク滴を形成し、これらの一部または全部を紙等の被記録材に付着させて記録を行うものである。このようなインクジェット記録方法においては、インクジェットヘッドのノズル部やインク流路内で目詰まりを起こさず、安定した吐出を行え、鮮明な色調で十分に高い濃度の記録ができるインクが必要である。 In the ink jet recording method, ink is ejected by an ink jet head to form ink droplets, and a part or all of these are adhered to a recording material such as paper to perform recording. In such an ink jet recording method, an ink that can perform stable ejection without causing clogging in the nozzle portion of the ink jet head or the ink flow path, and can record a sufficiently high density with a clear color tone is required.
ところで、インクジェットヘッドには、大きく分けてサーマル方式とピエゾ方式があり、さらに連続噴射型記録装置では吐出したインク液滴を電場で制御するような静電式などがある。詳しくは、サーマル方式では、インクをヒーターで瞬時に加熱してバブルを発生させ、このときの力を利用してインク液滴を吐出させる。ピエゾ方式では、圧電素子を振動させることによりインクに力を加えてインク液滴を吐出させる。ピエゾ方式でインクに力を加える手法としては、縦に振動する圧電素子でインクに力を加える方法と、たわみ振動するピエゾでインクに力を加える方法とがあり、これらにおいては圧電素子を積層することによりインクに加わる力を向上させることができる。このようなピエゾ方式のうち、高密度化、量産性を達成するためには、たわみ振動する圧電素子を使用したほうがよく、かつ積層ではないほうがよいと考えられる。 By the way, the ink jet head is roughly divided into a thermal method and a piezo method, and a continuous jet type recording apparatus includes an electrostatic type in which discharged ink droplets are controlled by an electric field. Specifically, in the thermal system, ink is instantaneously heated with a heater to generate bubbles, and ink droplets are ejected using the force at this time. In the piezo method, ink droplets are ejected by applying force to ink by vibrating a piezoelectric element. There are two methods for applying a force to ink with a piezo method: a method of applying a force to ink with a piezoelectric element that vibrates vertically, and a method of applying a force to ink with a piezoelectric element that flexibly vibrates. In these methods, piezoelectric elements are stacked. As a result, the force applied to the ink can be improved. Among such piezo methods, in order to achieve high density and mass productivity, it is better to use a piezoelectric element that flexibly vibrates, and it is better not to use lamination.
インクジェット記録方法においてインクの性能を十分に発揮するためには、特にピエゾ方式のインクジェットヘッドを使用する場合、振動によって発生した圧力波のロスを最小限にし、ノズル部まで効率よく力を伝達する必要があり、インクジェットヘッド内に気泡を残すことなく、完全にインクで満たされた状態を作り出すことが重要になる。インクジェットヘッド内に気泡が残留していると、吐出力が十分にインクに伝わらず、不吐出、噴射曲がり等の問題を生じ、インクジェット記録に要求される性能が満足されなくなってしまうからである。したがって、インクジェットヘッドへのインクの充填状態は、インクジェット記録の性能を左右する重要な要素であるといえる。 In order to fully demonstrate the ink performance in the ink jet recording method, especially when using a piezo ink jet head, it is necessary to minimize the loss of pressure waves caused by vibration and to transmit the force efficiently to the nozzle part. It is important to create a completely ink-filled state without leaving bubbles in the inkjet head. If bubbles remain in the inkjet head, the ejection force is not sufficiently transmitted to the ink, causing problems such as non-ejection and jet bending, and the performance required for inkjet recording is not satisfied. Therefore, it can be said that the ink filling state of the ink jet head is an important factor that affects the performance of ink jet recording.
そこで、これまでに、インクジェットヘッド内に気泡を残さずにインクを充填する方法として、ロスマイルス法による起泡直後の泡高さが2mm以下、5分後の泡高さが0mmであり、水と界面活性能を有し水よりも低揮発性の水溶性有機溶剤とを含む導入液を、インクジェットヘッドへのインクの導入に先立ちインクジェットヘッドへ充填することが提案されている(特許文献1参照)。
しかしながら、インクジェットヘッドは様々な素材からなる部材で形成され、また各部材接着部には段差や微小な隙間が存在するため、前記特許文献1に記載の導入液を導入した際にさえ、インク流路内に気泡が残ってしまうことがあり、結果として、インク充填時に気泡を完全除去することは困難であった。
However, since the ink jet head is formed of members made of various materials, and there are steps and minute gaps at each member bonding portion, even when the introduction liquid described in
そこで、本発明の主たる課題は、インク流路内の気泡を残留するのを抑制し、それによって、インクジェット記録方法においてインクを吐出する際に、吐出欠陥を防止し、吐出安定性を確保することを可能にするインクジェットヘッド用導入液、インクジェットヘッドおよびインクジェット記録装置を提供することにある。 Therefore, the main problem of the present invention is to suppress the remaining bubbles in the ink flow path, thereby preventing ejection defects and ensuring ejection stability when ejecting ink in the ink jet recording method. An ink jet head introduction liquid, an ink jet head, and an ink jet recording apparatus are provided.
本発明者らは、上記課題を解決すべく、インクジェットヘッドへのインクの導入に先立ち該インクジェットヘッドに導入液を充填するにあたり、導入液の濡れ性を高めることを目指し、鋭意検討を行った。その結果、これまで、一般に、ウィルヘルミ法などによって測定された寿命1000msec以上での表面張力が濡れ性の目安として着目されていたが、寿命10msecにおける表面張力と寿命1000msecにおける表面張力との差が特定範囲である導入液が、インク流路内の気泡の残留抑制に有効に作用することを見出した。つまり、表面寿命が短い時間での表面張力がインク流路内における濡れ性に大きく影響し、寿命10msecにおける表面張力と寿命1000msecにおける表面張力との差が本願範囲内であれば、導入液の導入時に気泡を持ち込まずに導入できる。したがって、インクと置換してもインク流路内に気泡が残留することなく、その後、吐出欠陥、インクの吐出安定性を確保することができる。
さらに、適用するインクジェットヘッドのインク流路部材の素材に応じて、該インク流路部材に対する接触角が25度以下となる導入液を用いることも、インク流路内の気泡を残留するのを抑制するためには重要であることを見出した。そして、これら要件を兼ね備えた導入液であれば、前記課題を一挙に解決することができることを見出し、本発明を完成したのである。
In order to solve the above problems, the inventors of the present invention conducted intensive studies with the aim of improving the wettability of the introduced liquid before filling the inkjet head with the introduced liquid before introducing the ink into the inkjet head. As a result, in general, surface tension at a lifetime of 1000 msec or more measured by the Wilhelmi method or the like has been paid attention as a measure of wettability, but the difference between the surface tension at a lifetime of 10 msec and the surface tension at a lifetime of 1000 msec is specified It was found that the introduction liquid in the range effectively acts to suppress the residual bubbles in the ink flow path. That is, the surface tension when the surface life is short greatly affects the wettability in the ink flow path. If the difference between the surface tension at the lifetime of 10 msec and the surface tension at the lifetime of 1000 msec is within the range of the present application, the introduction of the introduction liquid is performed. Sometimes it can be introduced without introducing bubbles. Therefore, even if the ink is replaced, bubbles do not remain in the ink flow path, and thereafter it is possible to ensure ejection defects and ink ejection stability.
Furthermore, depending on the material of the ink flow path member of the ink jet head to be applied, it is also possible to use an introduction liquid having a contact angle with respect to the ink flow path member of 25 degrees or less to suppress the remaining bubbles in the ink flow path. I found it important to do. Then, the present invention has been completed by finding that the introduction solution having these requirements can solve the above-mentioned problems all at once.
すなわち、本発明は以下の構成からなる。
(1)インクジェットヘッドへのインクの導入に先立ち該インクジェットヘッドに充填される導入液であって、下記式(1)
(2)水、界面活性剤および水溶性有機溶剤からなり、前記水溶性有機溶剤は、炭素数6〜8のジオール、および有機性値(OV)が150以上の多価アルコールアルキルエーテルから選ばれる少なくとも一種を含有する(1)に記載のインクジェットヘッド用導入液。
(3)前記水溶性有機溶剤は、その含有量が導入液全重量に対して、0.1〜35重量%である、(2)に記載のインクジェットヘッド用導入液。
(4)前記インク流路部材が、エポキシ樹脂、ステンレス鋼、ニッケル合金、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、およびシリコーン樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1種からなる(1)に記載のインクジェットヘッド用導入液。
(5)(1)〜(4)のいずれかに記載の導入液が充填されてなる、インクジェットヘッド。
(6)(1)〜(4)のいずれかに記載の導入液が充填されたインクジェットヘッドを備えてなることを特徴とするインクジェット記録装置。
(7)(1)〜(4)のいずれかに記載の導入液をインクジェットヘッドのインク流路内に充填する工程と、インク流路内に充填された前記導入液をインクと置換する工程とを含むインクジェットヘッドへのインク導入方法。
(8)(1)〜(4)のいずれかに記載の導入液をインクジェットヘッドのインク流路内に充填する工程と、インク流路内に充填された前記導入液をインクと置換する工程と、置換したインクをノズルから記録媒体の表面に吐出させる工程とを含むインクジェット記録方法。
That is, the present invention has the following configuration.
(1) An introduction liquid filled in the ink jet head prior to the introduction of the ink into the ink jet head, the following formula (1)
(2) It consists of water, a surfactant and a water-soluble organic solvent, and the water-soluble organic solvent is selected from diols having 6 to 8 carbon atoms and polyhydric alcohol alkyl ethers having an organic value (OV) of 150 or more. The introduction liquid for inkjet heads according to (1), containing at least one kind.
(3) The ink-jet head introduction liquid according to (2), wherein the content of the water-soluble organic solvent is 0.1 to 35% by weight with respect to the total weight of the introduction liquid.
(4) The ink-jet head introduction liquid according to (1), wherein the ink flow path member is at least one selected from the group consisting of epoxy resin, stainless steel, nickel alloy, polyimide resin, polycarbonate resin, and silicone resin. .
(5) An inkjet head filled with the introduction liquid according to any one of (1) to (4).
(6) An ink jet recording apparatus comprising an ink jet head filled with the introduction liquid according to any one of (1) to (4).
(7) A step of filling the introduction liquid according to any one of (1) to (4) into the ink flow path of the inkjet head, and a step of replacing the introduction liquid filled in the ink flow path with ink. A method for introducing ink into an inkjet head comprising:
(8) A step of filling the introduction liquid according to any one of (1) to (4) into the ink flow path of the ink jet head, and a step of replacing the introduction liquid filled in the ink flow path with ink. And a step of discharging the substituted ink from the nozzle onto the surface of the recording medium.
本発明によれば、インクジェット記録方法においてインクを吐出する際に、吐出欠陥を防止し、吐出安定性の向上を図ることができる、という効果がある。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when discharging ink in an inkjet recording method, there exists an effect that a discharge defect can be prevented and discharge stability can be aimed at.
本発明のインクジェットヘッド用導入液(以下、単に「本発明の導入液」と称する)は、インクジェットヘッドへのインクの導入に先立ち該インクジェットヘッドに充填される導入液である。つまり、本発明の導入液は、インクをインクジェットヘッド内へ導入する前にインクジェットヘッド内に充填し、その後にインクジェットヘッド内にインクを導入して導入液をインクに置換することによって、インクジェットヘッド内に気泡を残すことなく、インクを充填することを可能にするものである。そして、その結果、吐出欠陥を招くことなく、良好な吐出安定性でインクを吐出することを実現させるのである。 The introduction liquid for an inkjet head of the present invention (hereinafter simply referred to as “introduction liquid of the present invention”) is an introduction liquid filled in the inkjet head prior to the introduction of the ink into the inkjet head. That is, the introduction liquid of the present invention fills the ink jet head before introducing the ink into the ink jet head, and then introduces the ink into the ink jet head to replace the introduction liquid with the ink. The ink can be filled without leaving bubbles. As a result, the ink can be ejected with good ejection stability without causing ejection defects.
インクジェットヘッド内に充填した本発明の導入液をインクに置換する方法としては、特に制限されないが、例えば、インクジェットヘッドに、インクを内蔵するインクカートリッジを接続した状態で、インクジェットヘッドの吐出口側にキャップを被せてポンプでインクを吸引するか、あるいは、ポンプを用いてインクを輸送するか、あるいは、カートリッジもしくはサブタンクをエアーで加圧するなどしてインクを押出し輸送する、などの方法を採用することができる。 The method for replacing the introduction liquid of the present invention filled in the ink jet head with ink is not particularly limited. For example, in the state where the ink cartridge containing the ink is connected to the ink jet head, the ink jet head is disposed on the ejection port side. Adopting a method such as sucking ink with a pump with a cap, transporting ink using a pump, or extruding and transporting ink by pressurizing a cartridge or sub tank with air Can do.
すなわち、本発明のインクジェットヘッドへのインク導入方法は、導入液をインクジェットヘッドのインク流路内に充填し、次いでインク流路内に充填された前記導入液をインクと置換して、インクジェットヘッドにインクを導入する方法である。 That is, the method for introducing ink into the ink jet head of the present invention includes filling the ink into the ink flow path of the ink jet head, and then substituting the ink introduced into the ink flow path with ink to form the ink jet head. This is a method of introducing ink.
本発明の導入液は、下記式(1)
本発明において、表面寿命に対する表面張力、すなわち寿命10msecにおける表面張力および寿命1000msecにおける表面張力は、バブルプレッシャー法に代表されるようなキャピラリーを使用した動的表面張力の測定法にて測定されるものである。具体的には、キャピラリーから液中に気泡を発生させ、その気泡にかかる圧力から表面張力を測定し、気泡周波数(例えば、0.01〜10Hz)を変化させることで、動的表面張力を測定することができる。 In the present invention, the surface tension with respect to the surface lifetime, that is, the surface tension at a lifetime of 10 msec and the surface tension at a lifetime of 1000 msec are measured by a dynamic surface tension measurement method using a capillary as represented by the bubble pressure method. It is. Specifically, bubbles are generated in the liquid from the capillary, the surface tension is measured from the pressure applied to the bubbles, and the dynamic surface tension is measured by changing the bubble frequency (for example, 0.01 to 10 Hz). can do.
本発明の導入液は、適用するインクジェットヘッドのインク流路部材に対する接触角が25度以下となるものであることが重要である。好ましくは、インク流路部材に対する接触角は20度以下であるのがよい。インク流路部材に対する接触角が25度を超えると、充分な濡れ性が得られず、インク流路内の気泡を残留するのを抑制することができない。なお、インクジェットヘッドが異なる素材からなる複数のインク流路部材で構成されている場合には、全てのインク流路部材に対する接触角が前記範囲であることが肝要である。また、このような場合には、各部材を接着するために用いられる接着剤も、インク流路部材の1つであるものとする。 It is important that the introduction liquid of the present invention has a contact angle of 25 degrees or less with respect to the ink flow path member of the applied inkjet head. Preferably, the contact angle with respect to the ink flow path member is 20 degrees or less. If the contact angle with respect to the ink flow path member exceeds 25 degrees, sufficient wettability cannot be obtained, and it is not possible to suppress the bubbles remaining in the ink flow path. When the ink jet head is composed of a plurality of ink flow path members made of different materials, it is important that the contact angles with respect to all the ink flow path members are within the above range. In such a case, the adhesive used to bond the members is also one of the ink flow path members.
本発明において、インク流路部材に対する接触角は、接触角計(例えば、協和界面科学(株)製「CA−X型」など)を用いて測定することができる。 In the present invention, the contact angle with respect to the ink flow path member can be measured using a contact angle meter (for example, “CA-X type” manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.).
本発明の導入液は、水、界面活性剤および水溶性有機溶剤を必須成分とするものであることが好ましい。
必須成分としての水には、脱イオン水(純水)を使用することが望ましい。水の含有量は、導入液全重量に対して65〜95重量%であるのが好ましい。
The introduction liquid of the present invention preferably contains water, a surfactant and a water-soluble organic solvent as essential components.
As water as an essential component, it is desirable to use deionized water (pure water). The water content is preferably 65 to 95% by weight based on the total weight of the introduced liquid.
必須成分である界面活性剤としては、カチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、両イオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤等があるが、これらの中でも特に、アニオン性界面活性剤もしくは非イオン性界面活性剤が好ましい。界面活性剤の含有量は、導入液全重量に対して0.1〜5.0重量%であるのが好ましい。なお、界面活性剤は、1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。 The surfactant that is an essential component includes a cationic surfactant, an anionic surfactant, an amphoteric surfactant, a nonionic surfactant, and the like. Among these, an anionic surfactant is particularly preferable. Or a nonionic surfactant is preferable. The content of the surfactant is preferably 0.1 to 5.0% by weight with respect to the total weight of the introduced liquid. In addition, only 1 type may be sufficient as surfactant, and 2 or more types may be sufficient as it.
必須成分である水溶性有機溶剤は、炭素数6〜8のジオール、または有機性値(OV)が150以上の多価アルコールアルキルエーテルの少なくとも一方(以下「特定溶剤成分」と称することもある)を含有することが好ましい。前記炭素数6〜8のジオールは、その水酸基がどの位置にあってもよく、水酸基の位置は全ての組合せにおいて有効である。前記有機性値(OV)が150以上の多価アルコールアルキルエーテルの具体例としては、例えば、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、トリプロピレングリコールモノブチルエーテル等が挙げられる。導入液全重量に対する前記特定溶剤成分の割合は、特に制限されないが、0.1〜35重量%であるのが好ましい。また、前記特定溶剤成分は2種類以上であってもよく、その場合には、特定溶剤成分の導入液全重量に対する割合が0.1〜35重量%であるのがよい。なお、水溶性有機溶剤は、前記特定溶剤成分以外の他の溶剤を含有していてもよいが、その場合、当該他の溶剤の含有量は、前記特定溶剤成分の含有割合が前記範囲となる範囲内とすることが望ましい。 The water-soluble organic solvent which is an essential component is at least one of a diol having 6 to 8 carbon atoms or a polyhydric alcohol alkyl ether having an organic value (OV) of 150 or more (hereinafter sometimes referred to as “specific solvent component”). It is preferable to contain. The diol having 6 to 8 carbon atoms may have any hydroxyl group, and the hydroxyl group is effective in all combinations. Specific examples of the polyhydric alcohol alkyl ether having an organic value (OV) of 150 or more include diethylene glycol monobutyl ether, triethylene glycol monobutyl ether, dipropylene glycol monobutyl ether, and tripropylene glycol monobutyl ether. The ratio of the specific solvent component with respect to the total weight of the introduced liquid is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 35% by weight. Two or more types of the specific solvent component may be used. In this case, the ratio of the specific solvent component to the total weight of the introduced liquid is preferably 0.1 to 35% by weight. The water-soluble organic solvent may contain a solvent other than the specific solvent component. In that case, the content of the other solvent is within the above range. It is desirable to be within the range.
必須成分である水溶性有機溶剤の含有量は、導入液全重量に対して、0.1〜35重量%であるのが好ましく、0.5〜25重量%であるのがより好ましい。水溶性有機溶剤の含有量が0.1重量%未満であると、インク流路部材に対して接触角25度以下を達成することが困難になる場合が多くなり、一方、35重量%を超えると、導入液の粘度が高くなるために、導入液自体の充填が困難になる恐れがある。 The content of the water-soluble organic solvent that is an essential component is preferably 0.1 to 35% by weight, more preferably 0.5 to 25% by weight, based on the total weight of the introduced liquid. When the content of the water-soluble organic solvent is less than 0.1% by weight, it often becomes difficult to achieve a contact angle of 25 degrees or less with respect to the ink flow path member, while it exceeds 35% by weight. In addition, since the viscosity of the introduction liquid becomes high, it may be difficult to fill the introduction liquid itself.
本発明の導入液は、前述した必須成分のほかに、必要に応じて、本発明の効果を損なわない範囲で、例えば、粘度調整剤、pH調整剤、防腐防カビ剤等の各種添加剤を含有させることができる。なお、水溶性染料等の着色剤については、多量に存在すると起泡性が高くなる傾向があるので、基本的に含有させない方がよいが、本発明の効果を損なわない範囲であれば、視認性を得る目的で少量添加することは可能である。 In addition to the essential components described above, the introduction liquid of the present invention may contain various additives such as a viscosity adjusting agent, a pH adjusting agent, an antiseptic and antifungal agent, as necessary, as long as the effects of the present invention are not impaired. It can be included. For colorants such as water-soluble dyes, foaming tends to be high when present in large amounts, so it is better not to contain them basically. It is possible to add a small amount for the purpose of obtaining properties.
本発明においては、前記インク流路部材が、エポキシ樹脂、ステンレス鋼(SUS)、ニッケル合金、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、およびシリコン樹脂からなる群より選ばれる1種以上からなるものであることが望ましい。インク流路部材が前記群から選ばれる素材からなるものであり、導入液が前述した範囲の表面張力を有するものであれば、両者の接触角は容易に25度以下となる。勿論、本発明におけるインク流路部材は、前記群から選ばれるものに限定される訳ではない。 In the present invention, the ink flow path member is preferably made of at least one selected from the group consisting of epoxy resin, stainless steel (SUS), nickel alloy, polyimide resin, polycarbonate resin, and silicon resin. . If the ink flow path member is made of a material selected from the above group, and the introduced liquid has a surface tension in the above-described range, the contact angle between them is easily 25 degrees or less. Of course, the ink flow path member in the present invention is not limited to one selected from the above group.
本発明の導入液を充填するインクジェットヘッドは、特に制限されるものではないが、1つのヘッドに対して400ノズル以上を有するインクジェットヘッドであれば、本発明の効果がより顕著に現われるので、好適である。 The ink jet head filled with the introduction liquid of the present invention is not particularly limited. However, if the ink jet head has 400 nozzles or more per one head, the effect of the present invention appears more remarkably. It is.
本発明のインクジェットヘッドは、前述した本発明の導入液が充填されてなるのが好ましい。前記導入液は、上記したように、インクをインクジェットヘッド内へ導入する前にインクジェットヘッド内に充填する。導入液の充填においては、図1に示すように、導入液は、導入液カートリッジ(図示しない)からの配管とこの配管を接続するためのジョイント部11を介して前記インクジェットヘッド21に供給する。前記カートリッジとジョイント部11との間にはポンプ(図示しない)が配置してあり、導入液を輸送することができる。ポンプは、チューブポンプやギヤポンプ、電磁ポンプなど目的に合わせて使用することができる。
The ink jet head of the present invention is preferably filled with the introduction liquid of the present invention described above. As described above, the introduction liquid fills the inkjet head before introducing the ink into the inkjet head. In filling the introduction liquid, as shown in FIG. 1, the introduction liquid is supplied to the
導入液が充填された本発明のインクジェットヘッドは、吐出側(吐出用ノズル孔など)にはキャップを、インクの出入部には弁や栓などをして、大気連通箇所をなくし、導入液の漏れや蒸発を防止するようにしてもよい。また、本発明のインクジェットヘッドは、導入液を満たした状態で、インクカートリッジやキャップから外して単独で輸送することができるが、その際には、吐出用ノズル孔およびカートリッジとの接続口を、粘着テープまたはゴム等の蓋などでおおって、導入液の漏れや蒸発を抑制するようにしてもよい。 The inkjet head of the present invention filled with the introduction liquid has a cap on the discharge side (discharge nozzle hole and the like) and a valve and a plug on the ink entrance / exit so as to eliminate the place of communication with the atmosphere. Leakage and evaporation may be prevented. In addition, the ink jet head of the present invention can be transported independently by removing it from the ink cartridge or cap in a state where the introduction liquid is filled. It may be covered with a cover such as an adhesive tape or rubber to suppress leakage or evaporation of the introduced liquid.
図1に本発明のインクジェットヘッドの一例として、積層圧電素子8と個別電極9とを含む圧電アクチュエータを取り付ける前の状態のものを示す。図の例におけるインクジェットヘッド21は、1枚の基板1上に、加圧室2とそれに連通するノズル3とを含むドット形成部を複数個、配列したものである。
FIG. 1 shows an example of an ink jet head according to the present invention in a state before a piezoelectric actuator including a laminated piezoelectric element 8 and individual electrodes 9 is attached. The
また図2(a)は、上記例のインクジェットヘッド21において、圧電アクチュエータACを取り付けた状態での、1つのドット形成部を拡大して示す部分断面図、図2(b)は図2(a)の底面図である。図3は図2(a)のノズル3付近の拡大図である。ドット形成部のノズル3は、図1に白矢印で示す主走査方向(記録媒体の搬送方向)に複数列並んでいる。図の例では4列に並んでおり、同一列内のドット形成部間のピッチは150dpiであって、インクジェットヘッド21の全体として600dpiを実現している。
2A is an enlarged partial cross-sectional view showing one dot forming portion in a state where the piezoelectric actuator AC is attached in the
各ドット形成部は、基板1の上面側に形成した、平板形状を有する加圧室2と、上記基板1の下面側のノズル3と、これらを連通させるノズル流路4とを備える。前記加圧室2は、矩形部の幅方向の中央部に中心を有し、径が幅長さと等しく、かつ水平断面形状が半円形である端部を前記矩形部の長手方向の両端に備えている。加圧室2は、該加圧室2の他端側の端部の半円と中心が同じである円柱形の供給口5を介して共通流路6に連通している。前記ノズル3は、前記加圧室2の一端側の端部の半円と中心が同じで円錐台形を有している。前記ノズル流路4は、前記端部の半円と中心が同じで同径の円柱形を有している。また前記共通流路6は、基板1内に、各ドット形成部と連通させるように形成されている。なお、上記したインク流路は、少なくとも、前記共通流路6、加圧室2、およびノズル流路4から構成されている。
Each dot forming section includes a pressurizing
上記各部は、図の例では、加圧室2を形成した第1基板1aと、ノズル流路4の上部4aと供給口5とを形成した第2基板1bと、ノズル流路4の下部4bと共通流路6とを形成した第3基板1cと、ノズルプレートとしての、ノズル3を形成した第4基板1dとを、この順に積層し、一体化することで形成してある。
In the example shown in the figure, each of the above parts includes a
またノズル3は、図3に示すように、インク滴吐出側の先端の開口30を、基板1の下面側である第4基板1dの下側の表面1eに円形に形成してある。それと共にノズル3は、この先端側の開口30が、加圧室2側の開口31よりも小さくなるように、テーパー状(円錐状)に形成してある。
In addition, as shown in FIG. 3, the
第1基板1aと第2基板1bには、図1に示すように、第3基板1cに形成した共通流路6を、基板1の上面側で、インクカートリッジ(図示しない)からの配管と接続するためのジョイント部11を構成するための通孔11aを形成してある。さらに各基板1a〜1dは、例えば樹脂や金属などからなり、フォトリソグラフ法を利用したエッチングなどによって上記各部となる通孔を設けた、所定の厚みを有する板状体にて形成してある。
As shown in FIG. 1, the
基板1の上面側には、平面形状かつ横振動モードの薄板状の積層圧電素子8と、略矩形状の同じ平面形状を有する個別電極9とを、この順に積層することで圧電アクチュエータACを構成してある。前記積層圧電素子8は、該基板1とほぼ同じ大きさであり、共通電極7をその内部に有している。前記個別電極9は、各ドット形成部の加圧室2の中央部と重なる位置に個別に設けてある。
On the upper surface side of the
共通電極7、個別電極9は、共に金、銀、白金、銅、アルミニウムなどの導電性に優れた金属の箔や、これらの金属からなるめっき被膜、真空蒸着被膜などで形成してある。
圧電素子8を形成する圧電材料としては、例えばジルコン酸チタン酸鉛(PZT)や、当該PZTにランタン、バリウム、ニオブ、亜鉛、ニッケル、マンガンなどの酸化物の1種または2種以上を添加したもの、例えばPLZTなどの、PZT系の圧電材料を挙げることができる。また、マグネシウムニオブ酸鉛(PMN)、ニッケルニオブ酸鉛(PNN)、亜鉛ニオブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、チタン酸鉛、チタン酸バリウムなどを主要成分とするものを挙げることもできる。
Both the common electrode 7 and the individual electrode 9 are formed of a metal foil excellent in conductivity such as gold, silver, platinum, copper, and aluminum, a plating film made of these metals, a vacuum deposition film, or the like.
As a piezoelectric material for forming the piezoelectric element 8, for example, lead zirconate titanate (PZT) or one or more oxides of lanthanum, barium, niobium, zinc, nickel, manganese, etc. are added to the PZT. Examples thereof include PZT-based piezoelectric materials such as PLZT. In addition, lead magnesium niobate (PMN), lead nickel niobate (PNN), lead zinc niobate, lead manganese niobate, lead antimony stannate, lead titanate, barium titanate, etc. You can also.
圧電素子8は、例えば上記の圧電材料を焼結して形成した焼結体を薄板状に研磨した所定の平面形状を有するチップを、所定の位置に接着、固定したり、いわゆるゾル−ゲル法(またはMOD法)によって、圧電材料のもとになる有機金属化合物から形成したペーストを所定の平面形状に印刷し、乾燥、仮焼成、焼成の工程を経て形成する。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って、圧電材料の薄膜を所定の平面形状に形成したりすることによって、形成することができる。 The piezoelectric element 8 is formed by, for example, bonding and fixing a chip having a predetermined planar shape obtained by sintering a sintered body formed by sintering the above piezoelectric material into a thin plate shape at a predetermined position, or a so-called sol-gel method. (Or by the MOD method), a paste formed from an organometallic compound that is the basis of the piezoelectric material is printed in a predetermined plane shape, and is formed through drying, pre-baking, and baking processes. Alternatively, the piezoelectric material can be formed by forming a thin film of a piezoelectric material into a predetermined planar shape by a vapor phase growth method such as a reactive sputtering method, a reactive vacuum deposition method, or a reactive ion plating method.
圧電素子8の表面粗さは、焼成条件での粒子成長促進や、機械研磨、エッチング等を用いて表面加工をすることにより所望の表面粗さを得ることができる。前記圧電素子8の表面粗さは、例えば光干渉型表面粗さ測定装置(Veeco社製Wyko NT1100)を用いて測定を行い、平均表面粗さRaとして評価できる。 The surface roughness of the piezoelectric element 8 can be obtained by accelerating particle growth under firing conditions, surface processing using mechanical polishing, etching, or the like. The surface roughness of the piezoelectric element 8 is measured using, for example, an optical interference type surface roughness measuring device (Wyko NT1100 manufactured by Veeco) and can be evaluated as an average surface roughness Ra.
圧電素子8を、例えば横振動モードとして駆動するためには、圧電材料の分極方向を、前記圧電素子8の厚み方向、より詳しくは個別電極9から共通電極7に向かう方向に配向させる。そのためには、例えば高温分極法、室温分極法、交流電界重畳法、電界冷却法などの従来公知の分極法を採用することができる。また、分極後の圧電素子8をエージング処理してもよい。 In order to drive the piezoelectric element 8 in the transverse vibration mode, for example, the polarization direction of the piezoelectric material is oriented in the thickness direction of the piezoelectric element 8, more specifically in the direction from the individual electrode 9 to the common electrode 7. For this purpose, conventionally known polarization methods such as a high temperature polarization method, a room temperature polarization method, an alternating electric field superposition method, and an electric field cooling method can be employed. Moreover, you may age-treat the piezoelectric element 8 after polarization.
圧電材料の分極方向を上記の方向に配向させた圧電素子8は、共通電極7を接地した状態で、個別電極9から正の駆動電圧を印加することによって、分極方向と直交する面内で収縮する。このため、撓みが発生する際の力が加圧室2内のインクに圧力波として伝えられ、この圧力波によって、供給口5、加圧室2、ノズル流路4、およびノズル3内のインクが振動を起こす。そして振動の速度が、結果的にノズル3の外に向かうことによって、ノズル3内のインクメニスカスが、インク滴吐出側の先端の開口30から外部へと押し出されて、インク柱が形成される。振動の速度は、やがてノズル内方向に向かうが、インク柱はそのまま外方向に運動を続けるため、インクメニスカスから切り離されて1〜2滴程度のインク滴にまとまり、それが紙面の方向に飛翔して、紙面にドットを形成する。
The piezoelectric element 8 in which the polarization direction of the piezoelectric material is oriented in the above-described direction contracts in a plane orthogonal to the polarization direction by applying a positive drive voltage from the individual electrode 9 with the common electrode 7 grounded. To do. For this reason, the force when the bending occurs is transmitted to the ink in the pressurizing
インク滴が飛翔して減少した分のインクは、ノズル3内のインクメニスカスの表面張力によって、インクカートリッジから、当該インクカートリッジの配管、ジョイント部11、共通流路6、供給口5、加圧室2、およびノズル流路4を介してノズル3に再充填される。
The amount of ink that has decreased due to the flying ink droplets is reduced from the ink cartridge by the ink meniscus surface tension in the
基板1の下面側である第4基板1dの下側の表面1eには、前記のように、所定の平面形状を有する撥水処理されない領域A1を、ノズル3のインク滴吐出側の先端の、円形の開口30と重ねて設けてある。すなわち、この領域A1を除くそれ以外の表面1eに撥水層12を積層して撥水処理する。そして領域A1内は撥水層12を形成せずに、第4基板1dの表面を露出させて、撥水処理されていない状態としてある。
On the
撥水層12の厚みは、特に限定されないが、0.5〜2μmであるのが好ましい。撥水層12の厚みがこの範囲未満では、撥水性が低下して、インクの付着によるインク滴の吐出不良を生じるおそれがある。また、膜厚が2μmを超える撥水層12は膜形成が容易でない上、形成できたとしても、それ以上の効果が得られないおそれがある。
Although the thickness of the
本発明のインクジェットヘッド21は、引き打ち式および押し打ち式のいずれの駆動方法によって駆動しても良い。引き打ち式では、ドット形成の直前に加圧室2の容量を拡大させる方向に圧電素子8を変形させることで、ノズル内のインクメニスカスを引き込む。その後、加圧室2の容量を縮小させる方向に圧電素子8を変形させることで、インク滴をインクメニスカスから分離させて吐出させる。押し打ち式では、ドット形成時に、加圧室2の容量を縮小させる方向に圧電素子8を変形させることで、ノズル3内のインクメニスカスを押し出す。次いで、加圧室2の容量を拡大させる方向に圧電素子を変形させることで、インクメニスカスを引き込んで、インク滴をインクメニスカスから分離させて吐出させる。
The
本発明のインクジェット記録装置は、高速プリントを達成するため、前記インクジェットヘッド21がノズル数を600個以上有し、またその駆動周波数が15kHz以上であるのがよい。前記インクジェットヘッド21は記録媒体の搬送方向に直交しかつ水平方向に2個以上、好ましくは2〜8個、より好ましくは2〜4個配置してなるのがよい。また記録媒体の幅以上に複数個配置することによって、ラインヘッドとしても使用することができる。
In the ink jet recording apparatus of the present invention, in order to achieve high speed printing, the
本発明のインクジェット記録方法は、導入液をインクジェットヘッド21のインク流路4内に充填し、次いでインク流路内に充填された前記導入液をインクと置換し、この置換したインクをノズル3から記録媒体の表面に吐出させる記録方法である。
In the ink jet recording method of the present invention, the introduction liquid is filled into the
カラープリントを行う場合には、インクは前記インクジェットヘッド21と組み合わせて、多色セットを形成し、通常はイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの4色を含むインクセットを形成し、これらをセットとして、インクおよびインクジェットヘッド21を組み合わせたインクジェット記録装置とすることが好ましい。
When performing color printing, the ink is combined with the
以下、実施例および比較例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
なお、導入液の各物性は以下の方法で測定した。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to a following example.
Each physical property of the introduced liquid was measured by the following method.
<表面張力>
自動表面張力計(協和界面科学(株)製「BP−D4」)を用い、JIS K 3362に従い25℃にて表面張力を測定し、寿命10msecにおける表面張力Aおよび寿命1000msecにおける表面張力Bを求め、その差(A−B)を算出した。
<接触角>
接触角計(協和界面科学(株)製「CA−X型」)を用い、常温(25℃)環境下で、測定しようとする導入滴5μLを、シリンジから構成部材であるインク供給チューブ内面上に載せて測定した。
<Surface tension>
Using an automatic surface tension meter (“BP-D4” manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.), the surface tension is measured at 25 ° C. according to JIS K 3362, and the surface tension A at a lifetime of 10 msec and the surface tension B at a lifetime of 1000 msec are obtained. The difference (AB) was calculated.
<Contact angle>
Using a contact angle meter (“CA-X type” manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.), in a normal temperature (25 ° C.) environment, 5 μL of the introduced droplet to be measured is transferred from the syringe to the inner surface of the ink supply tube as a constituent member. Measured on the surface.
(インクジェットヘッドの作製)
インクジェットヘッド21としては、たわみ振動するピエゾでインクに力を加える方式のもので、周波数1〜40kHz、駆動電圧10〜30Vの範囲で駆動可能であり、400ノズル以上を有し、そのインク流路部材はステンレス鋼(SUS)からなるものを用いた。前記インクジェットヘッド21は、図1および図2(a)、(b)に示す構造を有し、その各寸法は、加圧室2の面積が0.2mm2、幅が200μm、深さが100μm、ノズル流路4の直径が200μm、長さが800μm、供給口5の直径が30μm、長さが40μm、ノズル3の長さが30μm、インク吐出側の開口30および加圧室2側の開口31の形状がそれぞれ半径10μmおよび20μmの円形であると共に、この各部位から構成されるドット形成部が1列あたり166個、全体(4列)で664個のドット形成部が基板1上に配列されたインクジェットヘッド21を用いた。
同一列内のドット形成部間のピッチは150dpiとし、また隣り合う各列を1/2ピッチずつずらすことで、全体として600dpiとした。
(Preparation of inkjet head)
The ink-
The pitch between the dot forming portions in the same row was 150 dpi, and the adjacent rows were shifted by ½ pitch to make 600 dpi as a whole.
(実施例1〜4および比較例1〜5)
表1に示す組成で各成分を十分に混合、攪拌した後、1.0μmのメンブランフィルタで濾過し、導入液を得た。なお、表1に示した各成分のうち、「アセチレンジオールのEO付加物」は、アセチレンジオールにエチレンオキサイドを10モル付加させた付加物(エアープロダクツ社製「サーフィノール465」)である。また、表1に示した各成分のうち、エチレングリコールモノブチルエーテルの有機性値(OV)は120であり、トリエチレングリコールモノブチルエーテルの有機性値(OV)は200である。得られた各導入液の物性は表1に示す通りであった。
次に、得られた導入液をインクジェットヘッド21に充填した。そして、25℃、50%RHの環境下で1ヶ月間放置した後、インクカートリッジを装着し、ポンプでインクを輸送して、導入液をインク(エプソン社製「ICC31」)に置換し、下記の評価を行った。結果を表1に示す。
(Examples 1-4 and Comparative Examples 1-5)
The components shown in Table 1 were sufficiently mixed and stirred, and then filtered through a 1.0 μm membrane filter to obtain an introduction solution. In addition, among each component shown in Table 1, “EO adduct of acetylenic diol” is an adduct obtained by adding 10 mol of ethylene oxide to acetylenic diol (“Surfinol 465” manufactured by Air Products). Moreover, among each component shown in Table 1, the organic value (OV) of ethylene glycol monobutyl ether is 120, and the organic value (OV) of triethylene glycol monobutyl ether is 200. Table 1 shows the physical properties of the obtained introduction liquids.
Next, the
〔吐出安定性(1)〕 周波数20kHz、駆動電圧20Vにて48時間連続吐出を行ったときのインクの飛翔状態を、任意に10ノズルを選択して高速度カメラにて撮影し、ラインを印画してこのラインを目視にて観察した。そして以下の基準で吐出安定性を評価した。
○:吐出速度が8m/s以上で、かつ、ラインに途切れがない。
△:吐出速度が8m/s以上だが、ラインに途切れがある。
×:吐出速度が8m/s未満である。
[Discharge stability (1)] When the nozzles are ejected continuously for 48 hours at a frequency of 20 kHz and a drive voltage of 20 V, the ink flying state is arbitrarily selected and photographed with a high-speed camera to print a line. This line was visually observed. The ejection stability was evaluated according to the following criteria.
A: The discharge speed is 8 m / s or more, and the line is not interrupted.
Δ: The discharge speed is 8 m / s or more, but the line is interrupted.
X: The discharge speed is less than 8 m / s.
〔吐出安定性(2)〕 周波数20kHz、駆動電圧20Vにて48時間連続吐出を行ったときのインク滴の吐出状態を、任意に50ノズルを選択して高速度カメラにて撮影し、1時間ごとにインクの着弾精度チェックパターンを印画して、以下の基準で吐出安定性を評価した。
○:吐出速度が8m/s以上であり、着弾精度が±10μm以内である。
△:吐出速度が8m/s以上だが、着弾精度が±10μmより悪い。
×:吐出速度が8m/s未満で、着弾精度が±10μm以上である。
[Discharge stability (2)] The ink droplet discharge state when 48 hours of continuous discharge was performed at a frequency of 20 kHz and a drive voltage of 20 V was arbitrarily selected from 50 nozzles and photographed with a high-speed camera for 1 hour. An ink landing accuracy check pattern was printed every time, and ejection stability was evaluated according to the following criteria.
A: The discharge speed is 8 m / s or more, and the landing accuracy is within ± 10 μm.
Δ: The discharge speed is 8 m / s or more, but the landing accuracy is worse than ± 10 μm.
X: The discharge speed is less than 8 m / s, and the landing accuracy is ± 10 μm or more.
〔吐出欠陥〕 周波数20kHz、駆動電圧20Vにて光沢紙にノズルチェックパターンを印画し、以下の基準で吐出欠陥を評価した。
○:不吐出ノズルが無く、着弾精度が±10μm以内である。
△:不吐出ノズルが無いが、着弾精度が±10μmより悪い。
×:不吐出ノズルがある。
[Discharge Defect] A nozzle check pattern was printed on glossy paper at a frequency of 20 kHz and a drive voltage of 20 V, and the discharge defect was evaluated according to the following criteria.
◯: There is no non-ejection nozzle, and the landing accuracy is within ± 10 μm.
Δ: There is no non-ejection nozzle, but the landing accuracy is worse than ± 10 μm.
X: There is a non-ejection nozzle.
表1に示すように、導入液の表面張力および接触角が本発明の範囲内である実施例1〜4は吐出安定性が良好であり、不吐出ノズルの発生もなく吐出欠陥が生じなかった。これに対して、導入液の表面張力および接触角が本発明の範囲外である比較例1〜5は、吐出安定性が悪いか、不吐出ノズルが発生した。 As shown in Table 1, Examples 1 to 4 in which the surface tension and the contact angle of the introduced liquid are within the range of the present invention have good discharge stability, no discharge nozzles were generated, and no discharge defects occurred. . On the other hand, Comparative Examples 1 to 5 in which the surface tension and the contact angle of the introduced liquid are outside the scope of the present invention have poor ejection stability or non-ejection nozzles.
1 基板
2 加圧室
3 ノズル
4 ノズル流路
5 供給口
6 共通流路
7 共通電極
8 圧電素子
9 個別電極
11 ジョイント部
12 撥水層
30 開口
A1 領域
AC 圧電アクチュエータ
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