(57)【要約】【課題】  高粘度インクの材料の選択範囲を広げ、インク物性を安定に制御し、低粘度インクと同様の駆動条件で吐出を安定化できるインクジェット記録装置を提供する。【解決手段】  円筒管を用いてノズルを形成し、ノズル管外周に円筒型圧電素子を配置し、その外側に冷却機構を配置し、ノズル内の中央部にインク供給口から吐出口方向へ向けて加熱媒体を配置し、直接インクを加熱してインク物性の精密制御を行い、材料によらず同一の駆動条件で吐出する。【選択図】  図１
2008119843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
常温より高い温度で粘度が低くなる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、ノズル内の中央部にインク供給口から吐出口方向に向けて加熱媒体を配置し、直接インクを加熱することを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項２】
常温より高い温度で粘度が低くなる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、ノズル外周に円筒型圧電素子を配置したことを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置。
【請求項３】
常温より高い温度で粘度が低くなる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、円筒型圧電素子の外周に冷却機構を設けたことを特徴とする請求項１および２記載のインクジェット記録装置。
【請求項４】
前記請求項１および２記載のノズルが円筒型の管を用いることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項５】
前記請求項４記載の円筒型ノズル管がガラスであることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項６】
前記請求項４記載の円筒型ノズル管が金属であることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項７】
前記請求項４記載の円筒型ノズル管において、ノズル先端径がインク流路内の内径より小さく、吐出口へ向けてテーパー形状であることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項８】
常温より高い温度で粘度が低くなる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、ノズル管内部に配置された加熱媒体により、ノズル管ごとに温度を可変できることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項９】
常温より高い温度で粘度が低くなる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、常温でのインク粘度が20mPa・s以上であるインクを用いることを特徴と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、インク滴を吐出、飛翔させて記録媒体上に画像パターンを形成する記録装置に関し、特に高粘度のインクを用いるインクジェット記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノンインパクト方式のインクジェット記録装置は低騒音、写真画質の高速記録等の特徴によりコンピュータ等の記録印字方式としてオフィスや家庭において広く使用されている。
【０００３】
従来のインクジェット記録装置においては、圧力発生室の周辺部に電気機械変換手段、例えば圧電素子を配置し、分極処理された圧電素子に電圧パルスを印加して圧力発生室の体積を急激に減少させインク滴を吐出させる方法が広く用いられている。
【０００４】
他の圧力発生方式としては、圧力発生室内に配置された発熱媒体が加熱され、発生した気泡の圧力によりインク滴を吐出させるバブルジェット（登録商標）方式（サーマル方式）が用いられている。
【０００５】
これらのインクジェット記録装置においては、吐出安定化のため吐出口近傍でのメニスカスの安定制御や吐出量の均一化、高速記録時の安定性が求められている。
これらを達成するために、使用するインクにおいては水やアルコールを主成分とするインク組成物を用い、特に粘度に関しては、10mPs・s以下の低粘度インクが主に用いられている。
【０００６】
高粘度インクの使用に関しては、固体材料をインクとして用いるものとして、ホットメルトインクを用いたインクジェット記録方式が提案されている。これはインクとしてワックスを主成分に用い、100℃前後で加熱し、インクを溶解させて低粘度化し吐出させるものである。特にインク中に溶媒成分を含有しないため、吐出し着弾した後ににじみがない画像が形成される。しかし、下地によってはインク成分の下地への浸透性が悪い場合があり、所望の定着性能が得られない場合がある。
【０００７】
記録ヘッドとしては、ヘッド部全体やヘッドの一部を局所的に加熱するものであり、圧電素子の劣化や破壊を起こさないためにも、実際に使用する場合、分極処理温度より高い温度での使用を避けるため、加熱温度も限定されている。
【０００８】
また、最近ではインクジェットのオンデマンドや小液滴の高精度着弾性能の特徴からインクジェット記録方式を省材料、高精度パターニングのツールとして、産業用途へ展開する報告が多数なされている。
例えば、特開平06−071870には電気回路用基板への印刷に用いる方法が開示されている。
【０００９】
特開平07−072325には、液晶ディスプレイなどに用いられるカラーフィルターの形成方法に関して、赤（R）、緑（G）、青（B）の着色インクをインクジェットで吐出して画素を形成する方法が開示されている。
【００１０】
特開平10−12377には、高分子系の有機EL材料をインクジェットで塗布する方法が開示されている。
【００１１】
特開平11−297947には、半導体材料または誘電体材料をインクジェットで塗布し半導体素子を形成する方法が開示されている。
【００１２】
産業用途で使用するこれらの材料は主に有機高分子材料や金属等の微粒子であり、インクジェットヘッドを用いて吐出させるためには溶媒に溶解している状態、または分散している状態にするインク化が必須であり、合わせて低粘度に処方する必要がある。
【００１３】
インクを低粘度に処方する際、一般的にはインク中の固形分量に対して溶媒量が多量に存在する状態になり、このようなインクを吐出し着弾した場合、基板表面でのインクの乾燥を厳密に制御しないと、所望の機能や形状を形成することは難しい。
【特許文献１】特開平06−071870号公報
【特許文献２】特開平07−072325号公報
【特許文献３】特開平10−12377号公報
【特許文献４】特開平11−297947号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
インクジェットによる高精細画像の記録や産業用途でのニーズを考えた場合、使用できる材料の物性範囲を広げることや、材料の機能や形状の特性を獲得するために材料をそのまま、または少量の溶媒と混合した状態で吐出し着弾させる必要が生じてきている。
【００１５】
このような技術的なニーズに対応するために高粘度インクの記録装置としては、高粘度インクの物性を制御し、吐出量の一定化や着弾精度の向上が望まれている。
【００１６】
実際にこれまでインクジェット記録方式を産業用途に応用したものに関しては、インクの処方が困難であったり、特に粘度の観点で使用できる材料が限定される場合が多かった。
【００１７】
そこで、本発明は前記の課題を解決するためになされたものであり、その目的としては使用できるインク材料の選択範囲を広げ、インク物性を安定に制御し、低粘度インクと同様の駆動条件で吐出を安定化できるインクジェット記録装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の問題を解決するため本発明では、ノズル内の中央部にインク供給口から吐出口方向に向けて加熱媒体を配置し、直接インクを加熱することを特徴とするインクジェット記録装置である。
【００１９】
ノズルとしては、ガラスまたは金属製の円筒管を用い、その外周に円筒型圧電素子を配置する。さらに円筒型圧電素子の外側に過熱防止用の冷却機構を設ける。
【００２０】
ノズル管先端径はインク流路の内径より小さくテーパー形状であり、ノズル管ごとに温度を可変することができる。
【００２１】
（作用）
上記のように高粘度インクの記録装置において、円筒管を用いてノズルを形成しノズル管外周に円筒型圧電素子を配置し、その外側に冷却機構を配置し、ノズル内の中央部にはインク供給口から吐出口方向へ向けて加熱媒体を配置することにより、インク物性の精密制御が可能になり使用できる材料の選択範囲が広がり、かつ材料によらず同一の駆動条件でインク滴を安定に吐出することが可能になる。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように本発明によれば、高粘度インクの記録装置において、ノズル内の中央部にインク供給口から吐出口方向に向けて加熱媒体を配置し、直接インクを加熱する。ノズルとしては、ガラスまたは金属製の円筒管を用い、その外周に円筒型圧電素子を配置し、円筒型圧電素子の外側に過熱防止用の冷却機構を設ける。
【００２３】
ノズル管先端径はインク流路の内径より小さくテーパー形状であり、ノズル管内部に配置した加熱媒体によりノズル管ごとに温度を可変することができる。
【００２４】
これにより、インク物性の精密制御が可能になり使用できる材料の選択範囲が広がり、かつインク滴を材料によらず同一の駆動条件で安定に吐出することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明は、加熱によりインクの粘度が低下する高粘度インクを吐出するための記録装置に関するものである。本発明においては、高粘度インクの吐出を制御する課題に対して解決するものであるので、インクジェットヘッドを含む部分のみについて詳細に述べる。
【００２６】
以下に、本発明の実施の形態について説明する。
【００２７】
図１は、本発明の実施の形態に係わるインクジェットヘッドの断面図である。
【００２８】
図２は、本発明の実施の形態に係わる冷却機構を設けたインクジェットヘッドの概略図である。
【００２９】
インクジェットヘッドのノズルは、ガラス管または金属管を延伸して内径を120μmとし、さらに吐出口は内径を小さくするために延伸し内径を50μmに加工し、テーパー形状のノズル管を作製した。
【００３０】
金属管には、金属成分としてＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏを含有しているコバールを用いた。
【００３１】
ガラス管には石英を用いた。
【００３２】
ノズル管としては、ガラスでも金属のどちらでも構わない。
【００３３】
加熱媒体として、直径50から70μmの金属線をノズル管の内部に配置し、通電して使用した。
【００３４】
ノズル管の外周には、電極を取り付けた円筒型の圧電素子を配置した。圧電素子は120℃、1時間、3kV/mmの条件で分極処理を行った。
【００３５】
円筒型圧電素子の外側には、過熱防止のために冷却可能な機構を設けた。冷却機構としては、空冷や水冷の方式でも良く、圧電素子作製時の分極温度より低温に制御できるものであれば方法は選ばない。
【００３６】
高粘度インクの吐出性能に関しては、インク滴飛翔時の吐出状態を観察し、観察時のストロボタイミングによる飛行距離の計測からインク滴の吐出速度を求めた。
【００３７】
高粘度インクとして、下記のレジスト材料を用いてインクを処方した。
レジスト材料は、下記の組成のアクリル共重合体に溶剤を添加し、調合した。
アクリル共重合体は下記のモノマー組成からなるものであり、これをインクAとする。
【００３８】
N−メチロールアクリルアミド  ２０重量部
N、N−ジメチルアミノエチルメタクリレート  １０重量部
メタクリル酸メチル  ２５重量部
２−ヒドロキシエチルメタクリレート  ４０重量部
アクリル酸  ５重量部
上記アクリル共重合体２０重量部に下記の溶剤を添加しインクとした。
【００３９】
エチレングリコールモノエチルエーテル  １５重量部
エチレングリコール  ２０重量部
イソプロピルアルコール  ２重量部
純水  ４３重量部
以上の組成により処方したインクを、インクAとする。
【００４０】
インクAをBOHLIN社製レオメーターCVO−120HRで物性測定したところ、せん断速度10  1/ｓにおける粘度が24ｍPa・sであった。
【００４１】
インクBとして下記の組成で処方した。
【００４２】
N−メチロールアクリルアミド  ２０重量部
N、N−ジメチルアミノエチルメタクリレート  １０重量部
メタクリル酸メチル  ２５重量部
２−ヒドロキシエチルメタクリレート  ４０重量部
アクリル酸  ５重量部
上記アクリル共重合体８0重量部に下記の溶剤を添加しインクとした。
【００４３】
エチレングリコールモノエチルエーテル  ５重量部
エチレングリコール  ３重量部
イソプロピルアルコール  ２重量部
純水  １0重量部
以上の組成により処方したインクBをインクAと同様に物性測定したところ、せん断速度10  1/ｓにおいて粘度が1020ｍPa・sであった。
【００４４】
前記、インクAをノズル管に供給しノズル管内部に配置した金属線ヒーターにより60℃に加熱した。円筒型圧電素子の外側を水冷し（図２）、圧電素子部が50℃より上昇しないように冷却した。
【００４５】
円筒型圧電素子の電極に15Vの電圧を印加したところ、安定したインク滴の飛翔が観察された。この際、インク滴の吐出速度を計測したところ、5.7m/sであった。
【００４６】
次に、インクBをノズル管に供給しノズル管内部に配置した金属線ヒーターにより150℃に加熱した。円筒型圧電素子の外側を水冷し、圧電素子部が50℃より上昇しないように冷却した。
【００４７】
インクAと同様に円筒型圧電素子の電極に15Vの電圧を印加したところ、インク滴の飛翔が観察された。この際、インク滴の吐出速度を計測したところ、5.5m/sであった。
【００４８】
また、インクAを吐出時と同様の80℃に加熱（レオメーター付属のペルチェ素子ステージ上）してレオメーターにより物性測定したところ、せん断速度10  1/sにおいて粘度が12mPa・sであった。
【００４９】
インクBも同様に150℃に加熱して測定したところ、粘度が13.5mPa・sであった。
【００５０】
以上のように、物性が異なるインクを加熱制御することでノズル管内のインク物性を同一にでき、駆動条件を変更することなしに安定してインク滴を吐出することができた。
【００５１】
（比較例１）
実施例と同様にインクAおよびインクBをノズル管に供給した。但し、ノズル管内部に配置したヒーター加熱は行わなかった。
【００５２】
実施例と同様に15Vの電圧を印加したところ、インクAにおいては吐出初期にはインク滴の飛翔が観察されたが数秒後には飛翔が認められなくなった。
【００５３】
インクBにおいては、全くインク滴の飛翔は観察されなかった。
【００５４】
（比較例２）
実施例と同様にインクAおよびインクBをノズル管に供給し、吐出駆動を行った。
【００５５】
但し、ノズル管の外部から温風により実施例と同様の温度になるように加熱した。
【００５６】
インクAおよびインクBの両方において、インク滴の飛翔は観察されたが、吐出速度を計測したところインクAは2.2から4.5m/s、インクBは2.0ら3.8m/sとばらついており、さらに飛翔方向も一定しておらず不安定であった。
【００５７】
（比較例３）
実施例と同様にインクAおよびインクBをノズル管に供給し、吐出駆動を行った。
【００５８】
但し、ノズル管の先端径はインク供給管部と同一の内径とした。
【００５９】
インクAおよびインクBの両方において、インク滴の飛翔は観察されたが、吐出速度を計測したところインクAは2.5から3.8m/s、インクBは2.1ら3.1m/sと速度が遅く、かつばらついており、さらに飛翔方向も一定しておらず不安定であった。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】インクジェットヘッドの断面図。
【図２】冷却機構を設けたインクジェットヘッドの概略図。
【符号の説明】
【００６１】
１  加熱媒体
２  ノズル管
３  円筒型圧電振動子
４  冷却媒体導入口
【図１】
2008119843.tif 000003
【図２】
2008119843.tif 000004