JPS6270464A

JPS6270464A - インクジエツトプリンタ用インク

Info

Publication number: JPS6270464A
Application number: JP60210620A
Authority: JP
Inventors: Masamitsu Uehara; 正光上原; Kiyohiko Takemoto; 清彦竹本
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1985-09-24
Filing date: 1985-09-24
Publication date: 1987-03-31

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の属する技術分野］本発明は、固体または高粘度液体をインク成分として用
い、加熱溶融して低粘度液体としてノズルより噴出させ
て印刷する固体インクジェットプリンタを安定に動作さ
せるためのインクに関するものである。

［従来技術］従来の固体インクジェットプリンタ用インクは、溶融状
態から冷却して固化する際に体積収縮を起こすために、
固体インクを加熱溶融させて印字させた後停止させ、冷
却すると、流路中のインクが収縮しインク噴射口よりイ
ンク中へ気泡を取り込んでしまう。この気泡は、再加熱
して再印字する際に流路中に残留したり膨張するため、
再印字できず、プリンタとしての信頼性を低下させる。

第１２図に従来の固体インクジェットプリンタ用インク
の一例として、パラフィン系ワックスを用いたインクの
体積変化の温度特性を示す。

［発明が解決しようとする問題点コ従来の固体インフジエラＩ・プリンタの欠点は、インク
の加熱溶融状態から冷却した際に、インクに体積収縮が
発生することである。すなわち、前記体積収縮によりイ
ンク噴出ノズル部のインク面から気泡を取り込んで、再
加熱後印字する場合印字不能となる致命的欠点を従来の
固体インクジェットプリンタ用インクは内在していた。

［問題点を解決するための手段］本発明は、加熱溶融状態から冷却する際に、体積膨張を
発生させて従来の前記致命的大小である気泡の取り込み
を防ぐインクに関するものである。

さらに本発明のインクでは、たとえば構成成分量を変え
ることにより、体積膨張の程度を任意にコントロールで
き、印字の信頼性をさらに高めることができることを特
徴とする。

［実施例］まず本発明に用いた固体インクジェットプリンタ用ヘッ
ドの構成について第１図を用いて説明する。

インク流路用の溝を有する基板・１と振動板２を接合し
、インク流路３とノズル４ならびにインク供給孔５が形
成され、インク流路に対応して振動板２の上に順次金属
板６、ピエゾ振動子７、薄膜電極８が接合され設置され
ている。薄膜電極８上には半田バンプ９が形成され、金
属板６と半田バンプ９とをスイッチ１０を介して駆動電
源１１が接続されている。固体インクを加熱融解させる
ためにシート電極１２ではさんだヒータ板］３が基板１
の下面に接着されており、シーｌ−電極１２はスイッチ
１４を介して電源１５に接続されているヘッドへのイン
クの供給は、インク供給孔５より方向１６に供給される
。

次に第２図を用いて本発明に用いた固体インクジェット
プリンタの動作例を説明する。ヘッドのインク供給側に
インクだめ１７が設置され、あらかじめ常温で固体とな
っていたインク１８をインクだめ１７の下部に設置しで
あるヒータブロック１つと電源２０、スイッチ２１によ
って温度１゛２に加熱溶融して低粘度に保っておく。次
に、スイッチ１４を閉じ、ヒータ板１３を加熱するとヘ
ッド全体が温度Ｔ１に加熱され溶融されたインク２２は
、低粘度となっているためヘッド流路内に均一に侵入し
、印字準備完了する。スイッチ１０を閉じ、ピエゾ振動
子７に電圧を加えるとピエゾ振動子７と接合されている
金属板６の相互作用で振動板２を凹に変形させ、低粘度
になっているインク２２を押し、インク滴２３を噴射方
向２４に噴射し印字を行なう。噴射後不足するインクは
供給口から供給方向２５に溶融インク１８が供給される
。

ここで本発明の目的をより明確にするために、第１３図
に従来の固体インクジェットプリンタ用インクの重大な
問題点であるプリンタ動作開始時および停止時に発生す
るノズル面のインクの不安定充填について説明する。

第１３図（ａ）において、プリンタ動作停止時にはスイ
ッチ１０．１４．２１を開け、ヘッドが冷却され、流路
内のインク２２は溶融時の温度Ｔ１よりＴ′１　　に、
インクだめ１７中のインクも温度ＴＺよりＴ’ｚ　　に
各々冷却され固化するが、この時インク材料の熱膨張率
が正で大きいためインクが冷却されるとともに収縮し、
同時に流路内のインク２２も冷却固化されて供給口５よ
り供給されないため、溶融時のノズル部のインク面２６
は、流路内部に引き込まれ同化時のインク面２７となる
。同様にインクだめ１７中のインクも溶融５一時のインク面１８はインクの冷却同化に伴いインク面２
８となる。第１３図（ｂ）、（Ｃ）は、各各ヘッド冷却
後および再加熱後の７不ル付近の状況を示したものであ
る。

第１３図（ｂ）において、温度Ｔ　／、　　に冷却する
間溶融時のインク面２６は流路内部方向２９へ後退し、
インク面２７で固化するが、通常インク面２７は凹凸の
多い不均一な面を形成したり、ノズル内部にインク残漬
３０を形成したりする。これらはプリンタ動作開始時固
化したインクを加熱溶融温度Ｔ１　に再加熱すると、第
１３図（Ｃ）に示すように互いに不均一にくっつき合っ
て気泡３２のとり込みが行なわれる。溶融後、インク面
３１は、インクの表面張力のため正常に戻るが気泡３２
は消えず、このため印字を開始するとインク滴が噴出で
きなかったり、噴射量が少ながったりして印字が非常に
不安定になる。

第３図に本発明の詳細な説明するためのノズル部でのイ
ンク面の状態を示す。（ａ）はインク温度Ｔ　／１　　
が高くインクは低粘度になっており、ノー〇− ズル部のインク面３３−１も正常なメニスカスを形成し
印字可能な状態である。（ｂ）はプリンタ停止状態であ
り、インクは温度Ｔｉに冷却され、固化している状態で
ある。ノズル部のインク面３３−２はインクが体積膨張
するために冷却時にノズルよりはみ出すように固化し、
凸形を呈する（ｃ）は（ｂ）を再加熱してインク温度Ｔ
′１　　にした状態である。冷却時のインク面３３−２
は適度な凸であるため再加熱中でもインク面３３−３は
ノズル中に大きく引き込まれることはなく正常なメニス
カスを形成しノズル部での気泡の取り込みもなく安定し
た印字の可能な状態である。

以下に上記の問題点を解決した要点を満たす本発明の実
施例の一部について説明する。

（実施例１）ニトロベンゼン　　　　　　　　１００ｇｎ−パラフィ
ン（炭素数２６）　　　　５ｇ黒色染料（Ｂｌａｃｋ　
　５）　　　　　　１ｇミリスチン酸　　　　　　　　
　　　２０ｇ第１表第１表に示す組成でインクを作成し、温度による体積変
化測定を行なった結果を第４図に示す。

図中曲線Ａはインク中の溶剤成分（ニトロベンゼン）に
対するミリスチン酸の溶解曲線を示し、曲線Ｂはインク
の体積変化を示す。これより前記インクは温度が低下す
ることにより、ミリスチン酸の溶解度が大きく低下し、
析出するために４０°Ｃ〜１０６Ｃ付近の間で約１５％
の体積膨張を示すことがわかった。２０°Ｃ以下ではミ
リスチン酸が微細粒子状でインク中に均一に分散してお
り非常に高粘度で流動しなかった。ミリスチン酸混入量
を大きくすると、冷却による体積膨張がより大きくなり
、固体状態となった。

第２図を用いて本発明の詳細な説明する。前記インクを
約６０°Ｃに加熱したまま、あらかじめヒータ板１３お
よびヒータ１９で約６０°Ｃに加熱しておいたインフジ
エラＩ・プリンタヘッドのインクだめ１７に注入し加圧
して流路中を溶融状態のインク２２で満たす。この状態
でピエゾ振動子７に電圧を与えインク滴２３を噴射し印
字させることができた。インク２２が低粘度であるため
にインク滴２３が噴出後、インクだめ１７中よりインク
を連続的に供給口より方向２５に供給することができた
。この時ピエゾ振動子７に電圧を与えない状態ではノズ
ル部のインク面２６は第３図（ａ）と同等の正常なメニ
スカスを形成していた。プリンタを停止させ、ヘッドを
冷却するとインク２２は膨張し始め、ノズル部のインク
面は凸になるが同時にインク２２の粘度が大きく上昇す
るためにノズル部よりインク２２がこぼれ落ちることは
なく、インク面２６は第３図（ｂ）のインク面３３−２
と同等の適度な凸状態で固定した。

次に再びヒータ板１３とヒータ１９でインクの温度Ｔ２
　≧Ｔ１としながら加熱を行ない、約６゜°Ｃに上昇し
てもインク面２６の形状は、第３図（ｃ）のインク面３
３−３と同等の正常なメニスカスを形成し、気泡の取り
込みもなくピエゾ振動子７に電圧を加えると安定に印字
した。

これはノズル部のインク面２６はインクの表面張力が大
きいことと、温度上昇に伴うインク体積の減少分だけ供
給孔から方向２５に供給されたためである。

本発明の効果を調べるために、使用した第１図に示した
ヘッドは、流路３を構成している基板１と振動板２に熱
膨張率が約８Ｘ１０−６／ｄｅｇのホウケイ酸ガラスを
用いであるため、１０°Ｃ〜６０°Ｃ間で温度変化をし
た場合流路の体積変化は高々的０．１５％で前記インク
の体積変化的１５％と比べて無視できるためインクの体
積変化のみについて考えればよい。

本実験の結果、冷却により体積膨張をするインクを用い
れば冷却時にノズル中への気泡の取り込みもなく安定し
た印字の行なえる固体インクジェットプリンタが製造で
きることがわかった。さらに本発明では、溶質であるｎ
−パラフィンやミリスチン酸量を調整することにより体
積変化率の温度依存性や粘度を調節できるためインクの
特性を比較的自由に変化させることができた。またニト
ロベンゼンを０−キシレンに変更しても同様の特性を得
ることができた。

（その他の実施例）ニトロベンゼン　　　　　　　　１００ｇｎ−パラフィ
ン（炭素数２６）　　　　３ｇ黒色染料（Ｂｌａｃｋ　
　５）　　　　　　Ｉｇ安息香酸　　　　　　　　　　
　　３０ｇ第２表ニトロベンゼン　　　　　　　　１００ｇｎ−パラフィ
ン（炭素数２６）　　　　Ｉｇ黒色染料（Ｂｌａｃｋ　
　５）　　　　　　１ｇレゾルシン　　　　　　　　　
　　３０ｇ第３表ニトロベンゼン　　　　　　　　１００ｇｎ−パラフィ
ン（炭素数２４）　　　　３ｇパルミチン酸　　　　　
　　　　　Ｌｏｇ黒色染料（Ｂｌａｃｋ　　５）　　　
　　　１．ｇ第４表ジオキサン　　　　　　　　　　１００ｇｎ−パラフィ
ン（炭素数２６）　　　　　１ｇステアリン酸　　　　
　　　　　　５０ｇ黒色染料（Ｂｌａｃｋ　　５）　　
　　　　Ｉｇ第５表トルエン　　　　　　　　　　　１００ｇｎ−パラフィ
ン（炭素数２４）　　　　　１ｇフルオレン　　　　　
　　　　　　５０ｇ黒色染料（Ｂｌａｃｋ　　５）　　
　　　　Ｉｇ第６表０−キシレン　　　　　　　　　１００ｇｎ−パラフィ
ン（炭素数２４）　　０．５ｇラウリン酸　　　　　　
　　　　１００ｇ黒色染料（Ｂｌａｃｋ　　５）　　　
　　　Ｉｇ第７表トルエン　　　　　　　　　　　１００ｇｎ−パラフィ
ン（炭素数２４）　　　　１ｇフェナントレン　　　　
　　　　　７０ｇ黒色染料（Ｂｌａｃｋ　　５）　　　
　　　Ｉｇ第８表第２表〜第８表に示す組成で作成したインクの体積変化
の温度特性を各々第６図〜第１１図に示す。これらのイ
ンクを用いて前記実施例１と同様な印字を行なったとこ
ろ、ノズルからの空気取り込みもなく前記実施例１と同
様の良好な結果が得られた。また、第２表中の安息香酸
、第３表中のレゾルシン、第４表中のパルミチン酸、第
５表中のステアリン酸、第６表中のフルオレン、第７表
中のラウリン酸、第８表中のフェナントレンの各各の濃
度を調整することにより、体積変化率の温度依存性や粘
度を調整でき、実施例］と同様の効果を得ることができ
た。

［発明の効果］以上述べてきたように、固体インクジェットプリンタに
おいては、高温で動作させることが不可欠であり、停止
時は必ず冷却される。一般に通常の物質は熱膨張係数が
正であるため、通常の材料でインクを構成しても冷却時
には必ずインク噴射孔より空気を取り込んで印字不能と
なる致命欠陥を発生するが、本発明インクでは冷却同化
時に体積膨張があり、空気を取り込まないために非常に
安定な印字をすることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明インクに用いた固体インクジェットプ
リンタ用ヘッドの説明図。第２図は、前記ヘッドの動作説明図。第３図は、本発明インクを用いたノズル部のインク面の
状況説明図。第４図〜第１１図は、それぞれ本発明インクの温度特性
の一例説明図。第１２図は、従来のインクの温度特性図。第１３図は、従来インクを用いたインクジェットヘッド
の停止状況説明図。１・・・基板２・・・振動板３・・・流路４・・・ノズル５・・・インク供給孔６・・・金属板７・・・ピエゾ振動子８・・・薄膜電極９・・・半田バンプ１０．１４．２１・・・スイッチ１１・・・駆動電源１２・・・シート電極１３・・・ヒータ板１５．２０・・・電源１６・・・供給方向１７・・中インクだめ１８・・・溶融時のインク１９・・・ヒータブロック２２・・・インク２３・・・インク滴２４・・・噴射方向２５・・・供給方向２６・・・インク面２７．２８．３１．３３−１３３−２．３３−３・・・インク面２９・・・流路内部方向３０・・・インク残よ３２・・・気泡以上

Claims

【特許請求の範囲】

固体ないし高粘度液体を加熱溶融して低粘度液体とし、
前記低粘度液体をインク成分として使用するインクジェ
ットプリンタ用インクにおいて、前記低粘度液体を冷却
する場合に体積増加をすることを特徴とするインクジェ
ツトプリンタ用インク。