(57)【要約】      （修正有）【課題】従来の記録ヘッドで、沈降性の微粒子を含有するインクを使用すると、ヘッド内部やノズル開口近辺に微粒子が沈降して付着し、インク滴吐出特性が変化したり、インク滴の飛翔方向をずらせてしまうことがあり、これらの原因で記録品質や塗膜品質が低下する。【解決手段】ノズル開口部前面に微粒子を含んだ液体層を形成する手段と、前記微粒子を含んでいない液体を、導入絞り部１４５を介して加圧室１４０内に供給し、前記加圧室１４０内で加圧して、前記ノズル開口部から前記微粒子の入った液体層２３０に圧力を作用させ、微粒子の入ったインク滴を吐出させる手段を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粒子を含まない第１の液体を、導入絞り部を介して加圧室内に供給し、加圧室内で加圧して、前記ノズル開口部から微粒子を含んだ第２の液体の液体層に圧力を作用させ、第２の液体を液滴として吐出させる手段と、ノズル開口部前面に微粒子を含んだ第２の液体の液体層を形成する手段とを備えることを特徴とするインクジェット式液滴吐出装置。
【請求項２】
前記第２の液体の液体層を形成する手段は、前記ノズル開口と所定のギャップを保持して配置され、ノズル開口の対向位置に液体層形成開口を有するインク層形成板と、前記ギャップに第２の液体を供給する液体供給手段を具備することを特徴とする請求項１記載のインクジェット式液滴吐出装置。
【請求項３】
前記第２の液体を液滴として吐出させる手段は、前記ノズル開口が設けられたオリフィス板と、該ノズル開口に連通し、その一面が可撓性の部材より成る加圧室と、該加圧室に第１の液体を導く導入絞り部と、該導入絞り部に第１の液体を供給する共通液室と、前記可撓性の部材に当接する圧電素子、該圧電素子を保持する固定基板、前記圧電素子に通電する電極等よりなる圧電素子ユニットを具備することを特徴とする請求項１または２記載のインクジェット式液滴吐出装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のインクジェット式液滴吐出装置を備えてなる記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は沈降性の微粒子を含有するインクを使用しても、高品位な画像を高信頼で記録可能なインクジェット式液滴吐出装置、及びこれらを搭載した記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット方式は、種々の液体を液滴としてノズル開口から吐出し、この液滴を被記録体に直接着弾させる方式である。このため、記録用紙に情報を記録するプリンタに限定することなく、プラスチックや金属等生産物への記録も可能である。また、液体としては、溶媒や分散液に染料や顔料を溶解、分散させた通常のインクに留まらず、プラスチックや金属等の微粒子を分散させた溶液も使用できる。このような特徴により、産業分野で、生産物へのマーキング装置や、所定箇所への高精度高速塗膜装置等への応用が進められている。
【０００３】
インクジェット方式には、液滴の吐出方法や液滴飛翔軌道の制御方法により、種々な方式があるが、少ないインクが無駄なく使用可能で、多数のノズルが集積可能なマルチノズル・オンデマンド型インクジェット方式が産業応用分野でも注目されている。
【０００４】
また、このオンデマンド型インクジェット方式のヘッドにも種々な方式がある。プッシュ型圧電素子方式のオンデマンド型インクジェットヘッドは、ノズル開口とインクの導入絞り部を有する加圧室を備え、導入絞り部からインクを加圧室内に導き、圧電素子の伸縮で加圧室の体積を縮小させ、ノズル開口からインク滴を吐出させる（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、前記ヘッドのように加圧室への導入絞り部は備えず、別経路からノズル開口部前面に液体を供給し、インク層を形成するとともに、ノズル開口から加圧室内にインクが満たされる。そして、圧電素子の駆動で加圧室の体積を縮小させ、ノズル開口から圧力をインク層に作用させ、該インク層のインクを伴ってインク滴として吐出させる構造のヘッドも開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２７０４０３号公報
【特許文献２】特公平３−５８９１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような従来のインクジェット方式の液滴吐出装置で、沈降性の微粒子を含有する液体を使用すると、導入絞り部や加圧室、またノズル開口近辺に、微粒子が沈降して付着する現象が見られる。
【０００８】
この様な沈降と付着は、ノズルの液滴吐出特性に影響を与え、液滴の速度や体積を変化させる。また、ノズル開口近辺への微粒子の付着凝集は、液滴の飛翔方向をずらせてしまうことがあり、これらの原因で記録品質や塗膜品質が低下することがあるという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記した従来の課題を解決し、高品位な画像や塗膜を高信頼で記録可能なインクジェット式液滴吐出装置、及びこれらを搭載したインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための本発明の請求項１の発明は、微粒子を含まない第１の液体を、導入絞り部を介して加圧室内に供給し、加圧室内で加圧して、前記ノズル開口部から微粒子を含んだ第２の液体の液体層に圧力を作用させ、第２の液体を液滴として吐出させる手段と、ノズル開口部前面に微粒子を含んだ第２の液体の液体層を形成する手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決するための本発明の請求項２の発明は、請求項１記載のインクジェット式液滴吐出装置において、前記第２の液体の液体層を形成する手段は、前記ノズル開口と所定のギャップを保持して配置され、ノズル開口の対向位置に液体層形成開口を有するインク層形成板と、前記ギャップに第２の液体を供給する液体供給手段を具備することを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決するための本発明の請求項３の発明は、請求項１または２記載のインクジェット式液滴吐出装置において、前記第２の液体を液滴として吐出させる手段は、前記ノズル開口が設けられたオリフィス板と、該ノズル開口に連通し、その一面が可撓性の部材より成る加圧室と、該加圧室に第１の液体を導く導入絞り部と、該導入絞り部に第１の液体を供給する共通液室と、前記可撓性の部材に当接する圧電素子、該圧電素子を保持する固定基板、前記圧電素子に通電する電極等よりなる圧電素子ユニットを具備することを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決するための本発明の請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のインクジェット式液滴吐出装置を備えてなる記録装置であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、沈降性の微粒子が、導入絞り部や加圧室には侵入しない構造であるため、微粒子の沈降に伴う液滴吐出特性の変動が起きにくい。またノズル開口前面は液体層で覆われ常に濡れており、ノズル開口近辺への微粒子の付着凝集が防止でき、また液体層形成開口がノズル開口より大きく設定できるため、液体層形成開口周辺に付着した微粒子凝集物による液滴吐出への影響が少ないため、液滴の飛翔方向のずれも起こりにくい。したがって、常に安定な液滴の吐出が可能になり、高品位な画像や塗膜形成を高信頼で記録可能なインクジェット式液滴吐出装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の一例について、図を参考にしながら説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一例となるインクジェット式液滴吐出装置の構成と動作を説明する図であり、図２は、ヘッド部の構造と動作を説明する部分斜視拡大図である。
【００１７】
本発明によるインクジェット式液滴吐出装置は、ヘッド部１０と、沈降性の微粒子を含んだ第２の液体を供給する第２の液体供給装置５０と、沈降性の微粒子を含んでいない第１の液体を供給する第１の液体供給装置６０を備える。そして、ヘッド部１０は液滴吐出本体部１００と液体層形成用液体供給部２００とを備える。
【００１８】
まず、第１の液体を吐出する液滴吐出本体部１００の構成と動作を説明する。
【００１９】
液滴吐出本体部１００は第１の液体の流路となる第１の流路ユニット１０１と、この第１の流路ユニット１０１を保持する図示されていないヘッドハウジング、そして圧電素子ユニット１０３を備える。このうち、流路ユニット１０１は、複数のノズル開口部１３１が設けられているオリフィス板１３０、流路を形成する流路形成板１４２、弾性変形可能なダイヤフラム形成板１２２がこの順に貼りつけられて成る。一方、圧電素子ユニット１０３は、棒状圧電素子を櫛歯状に分割することにより得られる複数の圧電素子１１０が圧電素子支持基板１１３に固着されている。そして、圧電素子１１０がダイヤフラム形成板１２２に当接することにより、ヘッド部１０には、ｎ個のノズルが構成される。
【００２０】
更に詳しく説明すると、各ノズルは、図２に示すように、オリフィス板１３０に所定ピッチで列状に配置したｎ個のノズル開口１３１を開口としている。そして、ノズル開口１３１を開口端とする加圧室１４０、この加圧室１４０に液体を導く導入絞り部１４５、この導入絞り部１４５に液体を供給する共通液室１５０で構成される。また、ダイヤフラム形成板１２２の貼りつけにより、加圧室１４０の少なくとも１壁面はダイヤフラム１２０で形成される。そして、ダイヤフラム１２０の加圧室１４０と反対面には、圧電素子ユニット１０３の圧電素子１１０の一端が取りつけられている。すなわち、圧電素子１１０の先端部がダイヤフラム１２０に突き当てられ、接着剤層（図示せず）を介してダイヤフラムに取りつけられている。各ノズルの構造は同一構造である。
【００２１】
各ノズル素子の圧電素子１１０は、圧電素子支持基板１１３に接着等で取りつけられ圧電素子ユニット１０３を構成する。そして圧電素子支持基板１１３はヘッドハウジングに対して固定されている。
【００２２】
なお、圧電素子１１０は、図２に示すように積層構造であり、複数の層状圧電素子１１１が層状電極１１２を介して積層されている。そして、層状電極１１２は、１つおきに圧電素子の側面に形成された共通電極１１２１と個別電極１１２２に接続される。共通電極１１２１と個別電極１１２２は圧電素子支持基盤１１３の上面に形成された共通電極１１２１と個別電極１１２２に接続され、更に、フレキシブルケーブル１６０のフレキシブルケーブル端子１６１に接続される。そして棒状圧電素子１１０の各層状圧電素子１１１は残留分極１１２３を有している。
【００２３】
次に第２の液体の液体層を形成する液体層形成用液体供給部２００の構成と動作を説明する。
【００２４】
ノズル開口１３１が形成されたオリフィス板１３０上に、オリフィス板１３０と所定のギャップを保持して液体層形成板２１０が配置される。この所定ギャップは流路形成板２２０をオリフィス板と液体層形成板２１０で挟むことで確保される。また、液体層形成板２１０にはノズル開口１３１の前方に液体層形成開口２１１が形成されている。例えば、ギャップＧは１００μｍ、ノズル開口１３１は直径３５μｍ、液体層形成開口２１１は直径１５０μｍ程度に設定されている。
【００２５】
また、オリフィス板１３０と液体層形成板２１０とは対向位置にある。オリフィス板１３０と液体層形成板２１０間のギャップは液体供給路形成板２２０を介在させることで構成し、このギャップが第２の液体の供給流路２２１を形成し、流入路２２２を経て第２の液体供給装置５０に連結されている。また、供給流路２２１は、回収路２２３を経て第２の液体を回収する回収部５５に連結されている。
【００２６】
以上の構造の液体層形成用液体供給部２００により、第２の液体供給装置５０から供給される液体は、流入路２２２を通り、供給流路２２１を経て、液体層形成開口２１１に溜まり、ノズル開口１３１の前面に液体層２３０を形成することが出来る。なお、供給流路２２１は回収路２２３を介して回収部５５に接続されているため、供給流路２２１内には第２の液体の流れがあり、供給流路２２１等での第２の液体に含まれる微粒子等の沈殿が防止される。また、供給流路２２１内の静圧は外気圧より負圧に保たれており、液体層２３０が適正に形成される。
【００２７】
一方、第１の液体供給装置６０から供給される第１の液体は、流入路１４７を経て導入絞り部１４５を通り、加圧室１４０とノズル開口１３１まで第１の液体が充填されている。加圧室１４０内の静圧は、第２の液体の供給流路２２１内の静圧に対してわずかに正圧に保つことで、第２の液体がノズル開口１３１から加圧室１４０に侵入することを防止することも可能である。
【００２８】
圧電素子１１０の共通電極１１２１に吐出駆動パルスを印加しておき、吐出すべきノズルの個別電極１１２２を図示していないスイッチング素子で接地すると、圧電素子に吐出駆動パルスが印加される。これにより、ダイヤフラム１２０が加圧室１４０側に変形し、加圧室１４０の体積を減少させる。これによりノズル開口１３１から第１の液体が液滴として吐出すると共に、第２の液体層２３０に吐出圧力が作用する。したがって、液体層２３０の第２の液体を伴い、第１及び第２の液体を含む液滴２０が吐出する。
【００２９】
このような本発明による液滴吐出装置によれば、沈降性の微粒子が導入絞り部１４５や加圧室１４０には侵入しない構造であるため、微粒子の沈降に伴う液体の吐出特性の変動が起こりにくい。また、ノズル開口１３１の前面は液体層２３０で覆われ常に濡れており、ノズル開口１３１近辺への微粒子の付着凝集が防止でる。また、液体層形成開口２１１がノズル開口１３１よりもかなり大きく設定されているため、液体層形成開口２１１周辺に微粒子等の凝集物が付着することがあっても、液体の吐出は液体層形成開口の中央部で起こるため、液滴吐出への影響が少ない。このため、液滴の飛翔方向のずれも起こりにくい。したがって、常に安定な液滴の吐出が可能である。
【００３０】
図３は本発明の他の例を示す液滴吐出装置の斜視図を示す。図２との違いは、第２の液体を円滑に供給するため、第２の液体の供給流路を共通流路３１２１と個別流路３２１に分けた点にある。共通流路３１１で流路が広くできており、液体供給量が改善できる。また個別流路３２１により、各のノズルに均等に液体が供給容易となる。
【００３１】
以上記載の例では、微粒子含有インク等の第２の液体に対して、粒子等の含有されていない、吐出特性の良好な第１の液体を液体吐出本体部１００で使用する例に付いて述べたが、第１の液体として、第２の液体の粒子含有量を少なくした液体や、濃度を薄めた液体を使用しても、液体吐出本体部１００での沈殿の問題が軽減されることは明らかである。
【００３２】
また、第１の液体と第２の液体の相違は、微粒子を含有するか否かの違いに留まらず、溶液の組成を変えることも可能である。例えば、液体吐出本体部１００で使用する液体の成分量や分子量を増加させることなどで、液体の粘度を増加させた上で本発明を実施してもよい。この場合には、第２の液体の液体吐出本体部１００への進入抑制に効果がある他、ノズル開口１３１からの第１の液体の吐出が抑えられ、液体層２３０への第２の液体の吐出圧力作用が主に働き、ノズル開口１３１からの第１の液体の吐出に伴う液滴２０の液濃度低下を防止することが可能である。このような効果は、２種インクを互いに混ざらない物性のインクにすることで、更に効果を発揮することもある。
【００３３】
このような２種インクの混ざりの現象を軽減または防止する例とは逆に、混ざりの現象を積極的に利用する変形例も実現可能である。すなわち、圧電素子１１０の共通電極１１２１に印加する吐出駆動パルス圧電の波形を変化させて、ノズル開口１３１から吐出させる第１の液体の量と、この吐出が第２の液体層２３０に作用する圧力を変化させる。これにより、液体層２３０の第２の液体を伴い液滴２０として吐出する現象を制御することが可能である。したがって、このような制御により、液滴２０を構成する第１の液体と第２の液体の割合が調節でき、液滴２０に含有される微粒子の濃度を制御することが可能である。
【００３４】
また、第２の液体の液体層を形成する手段の別の例としては、インク層形成板２１０を用いることなく、オリフィス板１３０のノズル開口１３１及びその周辺部をオリフィス板表面より凹ませて液溜めを形成し、この液溜めに第２の液体を供給して満たすことでも形成可能である。更に別の例としては、インク層形成板２１０を多孔質材料で形成し、該インク層形成板をオリフィス板１３０の表面に貼り付け、該多孔質材料を介して供給された第２の液体を、ノズル開口１３１の前方に形成された液体層形成開口２１１の部分に溜め、第２の液体の液体層を形成することも可能である。
【００３５】
本発明によるインクジェット式液滴吐出装置は、シリアル走査型インクジェット記録装置やライン走査型インクジェット記録装置に好適である。シリアル走査型インクジェット記録装置では、本発明による記録ヘッドの液体層形成板面を記録媒体に対向させて設置し、記録ヘッドを記録媒体の連続方向と交叉する横方向に、液滴を記録信号に応じて吐出しながら移動（主走査）させて一行分を記録し、その後連続記録媒体の連続方向に記録媒体を所定量紙送り（副走査）し、続いて次の行の画像を主走査して記録する。この主走査と副走査を繰り返して画像を記録する。またライン走査型インクジェット記録装置では、本発明による記録ヘッド多数を、記録媒体の幅方向に、幅いっぱいに記録媒体面に対向して配置し、液滴を記録信号に応じて噴射する。同時に記録媒体を連続記録媒体の長手方向に高速移動させて主走査する。この主走査と液滴の吐出制御で走査線への記録ドット形成の制御を行い、記録画像を記録媒体上に得る。このような本発明によるインクジェット記録装置によれば、高品位画像を高信頼で印刷することが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、記録用紙に液体記録するインクジェット記録装置に限定することなく、生産物へのマーキング装置や塗膜装置等の工業用液体分配装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一例となるインクジェット式液滴吐出装置の概略構成断面図。
【図２】図１の斜視図。
【図３】本発明の他の例となるインクジェット式液滴吐出装置の概略構成斜視図。
【符号の説明】
【００３８】
１０      記録ヘッド
２０      液滴
５０      第２の液体供給装置
５５      第２の液体回収部
６０      第１の液体供給装置
１００    液滴吐出本体部
１０１    第１の液体の流路ユニット
１０３    圧電素子ユニット
１１０    圧電素子
１１１    層状圧電素子
１１２    層状電極
１１２１  共通電極
１１２２  個別電極
１１２３  残留分極
１１３    圧電素子支持基板
１２０    ダイヤフラム
１２２    ダイヤフラム形成板
１３０    オリフィス板
１３１    ノズル開口
１４０    加圧室
１４２    流路形成板
１４５    導入絞り部
１４７    流入路
１５０    共通液室
１６０    フレキシブルケーブル
１６１    フレキシブルケーブル端子
２００    液体層形成用液体供給部
２１０    液体層形成板
２１１    液体層形成開口
２２０    流路形成板
２２１    供給流路
２２１１  供給共通流路
２２１２  供給個別流路
２２２    流入路
２２３    回収路
２３０    液体層
【図１】
2008126569.tif 000003
【図２】
2008126569.tif 000004
【図３】
2008126569.tif 000005