JP2007083560A

JP2007083560A - Ink ejection device and ink dryness prevention method at tip end of ink ejection head

Info

Publication number: JP2007083560A
Application number: JP2005275307A
Authority: JP
Inventors: Satoru Ishida; 悟石田; Teruhiko Kai; 輝彦甲斐; Kazuhiro Takada; 一広高田
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2005-09-22
Filing date: 2005-09-22
Publication date: 2007-04-05

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ink ejection device capable of suppressing the evaporation of the ink in ejection nozzles to prevent dryness, without increasing the quantity of ink consumption nor changing a blending ratio of ink. <P>SOLUTION: The ink ejection device comprises an ink ejection head part (1) having a plurality of ejection energy generating elements for generating energy for ejecting ink liquid droplets and a plurality of ink ejection nozzles for ejecting the ink liquid droplets, an ink tank (2) for holding ink, an ink supply passage (3) for supplying ink, an airtight chamber (4) provided surrounding at least the ink ejection head part, and a pressure mechanism (5) for pressurizing the airtight chamber. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、インク吐出記録方式によって、吐出ノズルからインクを吐出して、画像等を記録するインク吐出装置に関する。 The present invention relates to an ink ejection apparatus that records an image or the like by ejecting ink from ejection nozzles using an ink ejection recording method.

一般に広く用いられているインク吐出記録方式によるインク吐出ヘッドのインク吐出方法には、インク液滴を吐出するために用いられる吐出エネルギー発生素子として、圧電素子を利用する方式と電気熱変換素子を利用する方式があり、いずれも電気信号によりインク液滴の吐出量や吐出タイミングを制御することが可能である。 Ink discharge methods of ink discharge heads using the generally widely used ink discharge recording method use a method using a piezoelectric element and an electrothermal conversion element as a discharge energy generating element used to discharge ink droplets. In any case, it is possible to control the ejection amount and ejection timing of ink droplets by an electrical signal.

近年の技術進歩によりこれらの方式によるインク吐出ヘッドを用いたプリンター、印刷機が多く使用されるようになり、その印字品質もより高品位なものが求められている。しかしながら、上記のようなインク吐出記録方式を採用したプリンター、印刷機においてはインク吐出ヘッドの吐出ノズルにおいてインクが乾燥固化することによるインクの飛翔曲がりやノズル不吐出の発生が印字品質を低下させる一つの要因となっており、種々の吐出ノズル乾燥防止方法が考案されている。 Due to recent technological advances, printers and printing machines using these types of ink ejection heads are often used, and higher quality printing is required. However, in printers and printing presses that employ the ink discharge recording method as described above, the occurrence of ink flying bending or nozzle non-discharge due to the drying and solidification of the ink at the discharge nozzles of the ink discharge head is one of the factors that degrade the print quality. Various discharge nozzle drying prevention methods have been devised.

吐出ノズル乾燥防止の代表的な方法としては、インク吐出ヘッドが非印字領域もしくは待機位置に達したときに、吐出ノズルにノズルキャップ部材を密着させて、外気と遮断する方法がある。また上記ノズルキャップ部材に吸引手段を設け吐出ノズルよりインクを強制的に吸引する方法や、ノズルキャップ部材内部にインクを構成する水あるいは溶剤を保持する部材を設ける方法や、吐出ノズルを含むインク吐出ヘッド先端部を、インクを構成する水あるいは溶剤を満たした受け皿に浸す方法などがある。
特開平６−６４１８０号公報 As a typical method for preventing the discharge nozzle from drying, there is a method in which when the ink discharge head reaches a non-printing region or a standby position, a nozzle cap member is brought into close contact with the discharge nozzle to block it from outside air. The nozzle cap member is provided with suction means for forcibly sucking ink from the discharge nozzle, the nozzle cap member is provided with a member for holding water or solvent constituting the ink, and the ink discharge including the discharge nozzle There is a method of immersing the head tip in a tray filled with water or a solvent constituting the ink.
JP-A-6-64180

吐出ノズルにノズルキャップ部材を密着させる方法は、ノズルキャップの気密性が十分に保たれていないと外気と接することになりノズル乾燥を防止することはできず、ノズル乾燥防止方法としては十分とはいえない。また吸引手段により吐出ノズル内のインクを強制的に吸引する方法では、吐出ノズル内の乾燥固化物を取り除くため多量のインクを勢いよく吸引する必要があり、インクの消費量を増加させてしまう。またノズルキャップ部材にインクを構成する水あるいは溶剤を保持する部材を設ける方法や、インク吐出ヘッド先端部を、インクを構成する水あるいは溶剤を満たした受け皿に浸す方法では、吐出ノズル内に水または溶剤が進入し、インクの混合比を変化させ印字品質の低下を引き起こす。 The method of bringing the nozzle cap member into close contact with the discharge nozzle is in contact with the outside air if the airtightness of the nozzle cap is not sufficiently maintained, so that nozzle drying cannot be prevented. I can't say that. Further, in the method of forcibly sucking the ink in the discharge nozzle by the suction means, it is necessary to suck a large amount of ink vigorously in order to remove the dried solid matter in the discharge nozzle, which increases the ink consumption. In addition, when the nozzle cap member is provided with a member that holds the water or solvent that constitutes the ink, or when the tip of the ink ejection head is immersed in a tray filled with the water or the solvent that constitutes the ink, The solvent enters and changes the mixing ratio of the ink, causing a decrease in print quality.

本発明の課題は、インクの消費量を増加させることなく、またインク混合比を変化させることなく、吐出ノズル内のインクの蒸発を抑制し、乾燥を防止することができるインク吐出装置およびインク吐出ヘッドの先端部にあるインクの乾燥防止方法を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an ink ejection apparatus and an ink ejection that can suppress evaporation of ink in the ejection nozzle and prevent drying without increasing the ink consumption and without changing the ink mixing ratio. An object of the present invention is to provide a method for preventing drying of ink at the tip of a head.

請求項１に記載の発明は、
インク吐出ヘッドを有するインク吐出装置において、
インク吐出ヘッド部近傍を大気より陽圧に保つ手段を有することを特徴とするインク吐出装置である。 The invention described in claim 1
In an ink ejection apparatus having an ink ejection head,
An ink discharge apparatus having means for maintaining the vicinity of the ink discharge head portion at a positive pressure from the atmosphere.

請求項２に記載の発明は、
前記インク吐出ヘッド部近傍を大気より陽圧に保つ手段が、
前記インク吐出ヘッド部を囲むように設けられた気密室と、該気密室を加圧する加圧手段とを有することを特徴とする請求項１に記載のインク吐出装置である。 The invention described in claim 2
Means for maintaining the vicinity of the ink discharge head part at a positive pressure from the atmosphere,
The ink discharge apparatus according to claim 1, further comprising an airtight chamber provided so as to surround the ink discharge head portion, and a pressurizing unit that pressurizes the airtight chamber.

請求項３に記載の発明は、
インク吐出ヘッドからインクを吐出しないときに、該インク吐出ヘッド部近傍を大気より陽圧に保つことを特徴とするインク吐出ヘッドの先端部にあるインクの乾燥防止方法である。 The invention according to claim 3
A method for preventing drying of ink at a tip portion of an ink discharge head, wherein the vicinity of the ink discharge head portion is maintained at a positive pressure from the atmosphere when ink is not discharged from the ink discharge head.

以上のように本発明によれば、吐出ノズル内に形成されるメニスカス部の大気に接する側を大気より陽圧にすることによりメニスカス部からのインクを構成する水あるいは溶剤の蒸発を抑制し、ノズルの乾燥を防止することができる。従って、吐出ノズル内のインクを強制的に吸引する必要が無く、またインクを構成する水または溶剤にて吐出ノズルを浸す必要もないため、インクの消費量を増加させることなく、またインク混合比を変化させることもない。 As described above, according to the present invention, the side of the meniscus portion formed in the discharge nozzle that is in contact with the atmosphere is set to a positive pressure from the atmosphere to suppress the evaporation of water or solvent constituting the ink from the meniscus portion, Nozzle drying can be prevented. Therefore, there is no need to forcibly suck the ink in the discharge nozzle, and it is not necessary to immerse the discharge nozzle in the water or solvent constituting the ink. There is no change.

本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明によるインク吐出装置の実施形態を示す図である。図１において１はインク吐出ヘッド部、２はインクを保持するインクタンク、３はインクを供給するインク供給経路、４はインク吐出ヘッド部１を囲むように設けられた気密室、５は気密室４を加圧するための加圧機構、６はヘッドユニット１が通過するための気密室４に取り付けられた開閉機構、７は気密室４内圧力を大気圧に戻す場合に用いる大気解放弁、１０は印字領域、１１は非印字領域、２０は印刷媒体である。また図２は吐出ノズルの断面模式図である。図２において３０は吐出ノズル内インク、３１は吐出ノズル内インクのメニスカス部、３２はノズル内インク乾燥により発生したインク吐出ヘッドの先端にあるインク固化物である。 Embodiments of the present invention will be described. FIG. 1 is a view showing an embodiment of an ink ejection apparatus according to the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an ink discharge head portion, 2 denotes an ink tank for holding ink, 3 denotes an ink supply path for supplying ink, 4 denotes an airtight chamber provided so as to surround the ink discharge head portion 1, and 5 denotes an airtight chamber. A pressurizing mechanism for pressurizing 4, 6 is an opening / closing mechanism attached to the airtight chamber 4 through which the head unit 1 passes, and 7 is an air release valve used when returning the pressure in the airtight chamber 4 to atmospheric pressure, 10 Is a print area, 11 is a non-print area, and 20 is a print medium. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the discharge nozzle. In FIG. 2, 30 is the ink in the discharge nozzle, 31 is the meniscus portion of the ink in the discharge nozzle, and 32 is the solidified ink at the tip of the ink discharge head generated by drying the ink in the nozzle.

インク吐出記録方式による印字は、インクタンク２内のインクがインク供給経路３を経てインク吐出ヘッド１へ供給された状態で、インク吐出ヘッド１がヘッド移動機構（図示せず）により印字領域１０へ移動した後、インク吐出ヘッド１内の吐出エネルギー発生素子（圧電素子もしくは電気熱変換素子）を電気信号により所望のタイミングで駆動し、吐出ノズルよりインク液滴を吐出させ印刷媒体２０にパターンを印字する。非印字時にはインク吐出ヘッド１は非印字領域１１にて待機する。 In the printing by the ink ejection recording method, the ink in the ink tank 2 is supplied to the ink ejection head 1 through the ink supply path 3, and the ink ejection head 1 is moved to the printing area 10 by a head moving mechanism (not shown). After the movement, the ejection energy generating element (piezoelectric element or electrothermal conversion element) in the ink ejection head 1 is driven at a desired timing by an electrical signal, and ink droplets are ejected from the ejection nozzle to print a pattern on the printing medium 20. To do. At the time of non-printing, the ink ejection head 1 stands by in the non-printing area 11.

通常、非印字領域１１にインク吐出ヘッド１が位置する時、インクの吐出は行われないため吐出ノズル内のインクに流動は発生しない。そのため大気と接する吐出ノズル内インクのメニスカス部３１からはインクを構成する水または溶剤が自然乾燥により蒸発し、吐出ノズル周辺やノズル内部に乾燥個化したインク固化物３２が形成され、インク飛翔曲がりやノズル不吐出が発生する。 Normally, when the ink ejection head 1 is positioned in the non-printing area 11, no ink is ejected, so no flow occurs in the ink in the ejection nozzle. For this reason, the water or solvent constituting the ink evaporates by natural drying from the meniscus portion 31 of the ink in the discharge nozzle that is in contact with the atmosphere, and an ink solidified product 32 is formed in the periphery of the discharge nozzle and inside the nozzle, thereby forming the ink flying curve. And nozzle non-discharge occurs.

本発明では、インクの吐出が行われない非印字領域１１部に、少なくともヘッドユニット１を囲むような状態で設置された気密室４と、気密室４を加圧するためのたとえばダイヤフラムポンプ、ロータリーポンプ、ギアポンプ等の加圧機構５と、ヘッドユニット１が気密室４から印字領域１０に移動する場合に通過するための開閉機構６と、気密室４を大気圧に戻すための大気解放弁７を設け、ヘッドユニット１が非印字領域１１にある場合、開閉機構６を閉じ、加圧機構５により気密室４を大気より陽圧の状態に加圧する。すなわち吐出ノズル内に形成されるメニスカス部３１の大気に接する側を大気より陽圧にすることにより、メニスカス部からのインクを構成する水あるいは溶剤分子の持つ自然蒸発に必要なエネルギーを抑え込むことでインクを構成する水あるいは溶剤の蒸発を抑制し、インク固化物３２の形成を阻害することでインク吐出ヘッドのノズル乾燥を防止することができる。印字を行う場合は気密室４に取り付けられた大気解放弁７により気密室４を大気圧に戻し、開閉機構６を開けた上でインク吐出ヘッド１を印字領域１０へと移動し印字すればよい。 In the present invention, an airtight chamber 4 installed in a state surrounding at least the head unit 1 in a non-printing region 11 where ink is not discharged, and a diaphragm pump, a rotary pump, etc. for pressurizing the airtight chamber 4 A pressure mechanism 5 such as a gear pump, an opening / closing mechanism 6 for passing the head unit 1 when the head unit 1 moves from the hermetic chamber 4 to the printing region 10, and an atmospheric release valve 7 for returning the hermetic chamber 4 to atmospheric pressure. When the head unit 1 is in the non-printing area 11, the opening / closing mechanism 6 is closed, and the pressurizing mechanism 5 pressurizes the hermetic chamber 4 to a positive pressure from the atmosphere. That is, by setting the side of the meniscus portion 31 formed in the discharge nozzle in contact with the atmosphere to a positive pressure from the atmosphere, the energy necessary for natural evaporation of water or solvent molecules constituting the ink from the meniscus portion is suppressed. By suppressing the evaporation of water or solvent constituting the ink and inhibiting the formation of the ink solidified product 32, it is possible to prevent nozzle drying of the ink discharge head. When printing is performed, the air-tight chamber 4 is returned to atmospheric pressure by the air release valve 7 attached to the air-tight chamber 4, and the ink discharge head 1 is moved to the print area 10 after the opening / closing mechanism 6 is opened and printing is performed. .

インク吐出記録方式の場合、印字に最適な吐出ノズル内メニスカス部の形状を保持するため、通常メニスカス部は大気よりやや負圧になるよう制御されている。その制御方法には大別し、インク供給経路内にインク搬送手段、たとえばターボポンプ、ダイヤフラムポンプ、チュービングポンプ等と、インク供給圧力をモニタする圧力測定機構とを備え、インク供給圧力により制御する負圧制御方式と、大気解放されたインクタンクの液面とインク吐出ヘッドの吐出ノズル内メニスカス部との高さ調整により制御する水頭圧差方式とがある。 In the case of the ink discharge recording method, in order to maintain the shape of the meniscus portion in the discharge nozzle that is optimal for printing, the meniscus portion is normally controlled to be slightly negative pressure from the atmosphere. The control method is roughly divided into ink supply means such as a turbo pump, a diaphragm pump, a tubing pump, etc. in the ink supply path, and a pressure measuring mechanism for monitoring the ink supply pressure, and is controlled by the ink supply pressure. There are a pressure control method and a water head pressure difference method which is controlled by adjusting the height of the liquid level of the ink tank released to the atmosphere and the meniscus portion in the discharge nozzle of the ink discharge head.

本発明のようにインク吐出ヘッド内のメニスカス部を大気より陽圧にする場合、メニスカス部の圧力バランスを保つためには、負圧制御方式の場合はインク供給圧力測定機構により、メニスカス部を大気より陽圧にした場合の差圧分を測定しインク供給圧力にフィードバックすればよく、また水頭圧差制御の場合は大気より陽圧にした気密室にヘッドユニットとインクタンクを設置すればよい。 When the meniscus portion in the ink discharge head is set to a positive pressure from the atmosphere as in the present invention, in order to maintain the pressure balance of the meniscus portion, in the case of the negative pressure control method, the meniscus portion is What is necessary is to measure the differential pressure when the pressure is more positive and feed back to the ink supply pressure. In the case of the head pressure difference control, the head unit and the ink tank may be installed in an airtight chamber where the pressure is higher than the atmosphere.

なお、本発明のインク吐出装置は、カラーフィルタの画素形成のための有色インクや、ＥＬディスプレイの発光層形成のための液滴や、ＩＣタグのアンテナ形成のための金属含有液滴などを吐出することが出来る。 The ink ejection device of the present invention ejects colored ink for forming a pixel of a color filter, a droplet for forming a light emitting layer of an EL display, a metal-containing droplet for forming an antenna of an IC tag, and the like. I can do it.

次に本発明を実施例をもって具体的に説明する。図１に示すインク吐出記録装置を用い塗工を実施した。インクは顔料２０ｗｔ％、アルコール系溶剤８０ｗｔ％の混合物を使用し、インク吐出ヘッドには圧電素子方式のインク吐出ヘッドを用い、印刷媒体として紙を使用した。印字領域にて紙上にインク吐出ヘッドの全ての吐出ノズルからインク液滴を吐出する印字パターンを印字し、全ての吐出ノズルからインクが吐出されていることを確認した後、インク吐出ヘッドを非印刷領域に設置した気密室内に移動させ、気密室の圧力を大気圧＋１００ｋＰａとなるよう調節した状態で２時間放置した。その後再び前記印字パターンを印字したところ、インク飛翔曲がりやノズル不吐出の発生はなく、全ての吐出ノズルから良好なインク吐出が得られた。 Next, the present invention will be specifically described with reference to examples. Coating was performed using the ink discharge recording apparatus shown in FIG. A mixture of 20 wt% pigment and 80 wt% alcohol solvent was used as the ink, a piezoelectric element type ink discharge head was used as the ink discharge head, and paper was used as the printing medium. Print the print pattern that ejects ink droplets from all the ejection nozzles of the ink ejection head on the paper in the printing area, confirm that the ink is ejected from all the ejection nozzles, and then do not print the ink ejection head It moved to the airtight chamber | room installed in the area | region, and was left to stand for 2 hours in the state which adjusted the pressure of the airtight chamber to atmospheric pressure + 100kPa. Thereafter, when the printing pattern was printed again, no ink flying bending or nozzle non-ejection occurred, and good ink ejection was obtained from all ejection nozzles.

＜比較例＞
気密室を設置しない以外は実施例と同様に塗工を行った。実施例と同様に２時間放置後印字パターンを印字したところ、インク飛翔曲がりやノズル不吐出が多数確認された。 <Comparative example>
Coating was performed in the same manner as in Example except that no airtight chamber was installed. In the same manner as in the example, when the print pattern was printed after being left for 2 hours, many ink flying curves and nozzle non-ejection were confirmed.

本発明によるインク吐出装置の実施形態を示す図The figure which shows embodiment of the ink discharge apparatus by this invention 吐出ノズルの断面模式図Cross-sectional schematic diagram of the discharge nozzle

符号の説明Explanation of symbols

１・・・インク吐出ヘッド部
２・・・インクタンク
３・・・インク供給経路
４・・・気密室
５・・・加圧機構
６・・・開閉機構
７・・・大気解放弁
１０・・・印字領域
１１・・・非印字領域
２０・・・印刷媒体
３０・・・吐出ノズル内インク
３１・・・インクのメニスカス部
３２・・・インク固化物 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ink discharge head part 2 ... Ink tank 3 ... Ink supply path 4 ... Airtight chamber 5 ... Pressure mechanism 6 ... Opening / closing mechanism 7 ... Atmospheric release valve 10 ... -Print area 11-Non-print area 20-Print medium 30-Ink in discharge nozzle 31-Ink meniscus part 32-Ink solidified product

Claims

インク吐出ヘッドを有するインク吐出装置において、
インク吐出ヘッド部近傍を大気より陽圧に保つ手段を有することを特徴とするインク吐出装置。 In an ink ejection apparatus having an ink ejection head,
An ink discharge apparatus comprising means for maintaining the vicinity of the ink discharge head portion at a positive pressure from the atmosphere.

前記インク吐出ヘッド部近傍を大気より陽圧に保つ手段が、
前記インク吐出ヘッド部を囲むように設けられた気密室と、該気密室を加圧する加圧手段とを有することを特徴とする請求項１に記載のインク吐出装置。 Means for maintaining the vicinity of the ink discharge head part at a positive pressure from the atmosphere,
The ink discharge apparatus according to claim 1, further comprising: an airtight chamber provided so as to surround the ink discharge head portion, and a pressurizing unit that pressurizes the airtight chamber.

インク吐出ヘッドからインクを吐出しないときに、該インク吐出ヘッド部近傍を大気より陽圧に保つことを特徴とするインク吐出ヘッドの先端部にあるインクの乾燥防止方法。 A method for preventing drying of ink at a tip portion of an ink discharge head, wherein the vicinity of the ink discharge head portion is maintained at a positive pressure from the atmosphere when ink is not discharged from the ink discharge head.