CN102171049A - 喷出装置 - Google Patents

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村田真朗
柴智志
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Abstract

一种喷出装置，能够控制油墨罐的反压力。在油墨罐(11)内配置多孔质体(10)，多孔质体(10)的下端与油墨(21)接触，利用毛细管力使油墨(21)在多孔质体(10)内部上升。多孔质体(10)的上端不浸入油墨(21)中，在贮存于油罐(11)中的油墨(21)中，上升力得到最大限度的发挥。从而不会从位于油墨罐11下方的喷头3漏出油墨(21)。而且油墨(21)积存在多孔质体(10)下方，与多孔质体(10)接触的油墨(21)的量很少，因此油墨(21)的成分不容易恶化。

Description

喷出装置
技术领域
本发明涉及将喷出液(油墨)喷出以进行印刷的液滴喷出装置。
背景技术
有一种从喷嘴喷出液滴来进行印刷的喷墨喷出装置，这种装置通常是用专用流路将印刷头与油墨罐连接，将经过该流路而贮存在油墨罐内的油墨向印刷头供给。
供给的油墨由于设置在印刷头内的压力发生装置(譬如在请求式喷墨头上是加热器或压电元件等促动器)所发生的压力波的作用而作为油墨滴被从喷嘴孔推出。
此时，为了使油墨滴良好地从喷嘴孔喷出，要使印刷头不工作时喷嘴孔部分的油墨弯液面(油墨表面状态)(インクメニスカス)保持稳定。为了维持弯液面，必须对油墨施加能与油墨滴因重力而自由落体时的力抗衡的力。
然而，在上述的请求式印刷头上，虽然具备喷射液滴的机构，但完全不具备在印刷头不工作时防止油墨通过印刷头漏出的机构。因而要采用施加压力(反压力)来防止油墨漏出的方法。
但是，在喷墨喷出装置上，必要的反压力的最小控制范围是大约10mmH2O以下，并且与外部空气压力的差别极小。因此，传统的采用真空泵等的系统很难精确地调节这种压力范围。
作为传统的提供反压力的技术，有很多是在油墨罐内设置网眼状的多孔质体(参照以下专利文献1～4)。
这种技术是将油墨被多孔质体吸收时由多孔质体的细孔产生的毛细管力作为反压力来保持油墨，能够通过细孔尺寸、材质、形状等来控制毛细管力。但是这种方法的反压力控制精度差，而且由于大量的油墨含在多孔质体中，因此油墨的成分会被吸附在多孔质体上。
作为提供反压力的其它方法，也有不采用上述那种多孔质体的例子(对照专利文献5)。这种技术是在贮存的油墨的气液界面部分设置可升降的可动盖，且在该盖子的部分产生负压，从而直接保持油墨。然而，这种方法是用负压来保持的，因此需要另外设置将可动盖向上推的弹簧机构，会成为装置结构上的制约因素。
专利文献1：日本专利第2683187号公报
专利文献2：日本专利第3163864号公报
专利文献3：日本专利第3513979号公报
专利文献4：日本专利申请特开2007-62189号公报
专利文献5：日本专利申请特开2006-123562号公报
发明内容
本发明正是为了解决上述问题，目的在于提供一种能够精确地控制油墨罐内的反压力的技术。
为了实现上述目的，本发明的喷出装置具有：喷头、油墨罐、以及阀装置，一旦打开所述阀装置，所述喷头便与所述油墨罐连通，而一旦关闭所述阀装置，所述喷头就与所述油墨罐阻断，其特征在于，在所述油墨罐内配置具有多孔质体的吸引部件，在所述油墨罐内，在贮存了油墨的贮液状态下，所述吸引部件的至少一部分与所述油墨罐的内壁面接触，且由于静止摩擦力而固定在所述油墨罐上，并利用毛细管力使所述油墨上升到所述多孔质体的中途为止。
本发明的喷出装置的特征在于，在所述喷头上，在比所述油墨罐更靠下方的位置上设置喷出口，在打开所述阀装置时，所述油墨罐内的所述油墨通过所述阀装置向所述喷头移动，所述油墨在所述多孔质体内上升的高度被设定成以下状态：能够产生比关闭所述阀装置时更小、从而将所述油墨向上方吸引的吸引力，且所述油墨不会从所述喷出口漏出。
本发明的喷出装置的特征在于，当所述油墨罐内的所述油墨达到一定的量时，所述吸引部件由于所述摩擦力而处于静止状态，而当所述油墨罐内的所述油墨量减少了一定量以上时，所述吸引力就变得比所述静止摩擦力大，所述吸引部件向下方移动。
本发明的喷出装置的特征在于，在所述油墨罐中设置使所述油墨罐的内部空间与露出所述喷出口的外部空气连通的外部连通口。
发明的效果
油墨罐内的反压力能够以最小控制压力范围1mmH2O来进行控制。由于反压力得到了精确控制，因此能够防止油墨从喷出口漏出，使弯液面也得以稳定。由于弯液面稳定，使从喷出口喷出的液滴喷出量和击中位置精度等液滴喷出状态也变得稳定。由于与多孔质体接触的油墨量减少，因此油墨成分不易变质。
附图说明
图1(a)是印刷装置的侧视图，(b)是印刷装置的俯视图。
图2是表示本发明的喷出装置一例的剖视图。
图3是表示喷头的一例的剖视图。
(符号说明)
1印刷装置，2喷出装置，3喷头，10多孔质体，11油墨罐，15吸引部件，18阀装置(阀门)，20喷出单元，21油墨，36喷出口
具体实施方式
图1(a)、(b)是印刷装置的侧视图和俯视图。印刷装置1具有台子7和配置在台子7上的可动臂8。
在台子7的侧方铺设着轨道37，可动臂8由于图中未示的移动装置的作用而沿着轨道37的铺设方向往返移动。在图1(a)中，省略了轨道37、可动臂8、以及将可动臂8装载在轨道37上的装置。
在可动臂8上设有1个或多个喷出装置2。喷出装置2分别具有喷头3。在喷头3上设有图中未示的喷出口，各喷头3的喷出口分别在可动臂8的底面上露出。
从台子7的表面到喷头3的底面为止的高度比处理对象、亦即基板6的厚度大，喷头3与可动臂8一同在台子7上移动而不会与配置在台子7上的基板6接触。
各喷出装置2具有喷出单元20，喷头3与喷出单元20连通。与一个喷出单元20连通的喷头3的数量既可以是1个，也可以是多个，本实施例中的印刷装置1则具有多个(此处为4个)喷出单元20，各喷出单元20上分别连通多个喷头3(此处为2个)。另外，在印刷装置1上可以设置多个喷出单元20，也可以设置1个。
各喷出单元20的构造相同，在图2的喷出装置模式剖视图中示出了一个喷出单元20，用以取代对多个喷出单元20的说明，喷出单元20具有油墨罐11。
在油墨罐11的顶板上设有外部连通口47，在底面上分别设有导入口45和导出口46。在外部连通口47、导入口45、导出口46，分别连通由
与外部连通口47连通的流路13的另一端与喷出装置2的外部空气(此处为大气)连通，如后所述，至少是在将油墨贮存在油墨罐11中时和将油墨从喷头3喷出的期间，油墨罐11的内部空间与外部空气连通。
在喷出装置2的外部设有主油墨罐4。
与导入口45连通的流路9的另一端与主油墨罐4连通，而与导出口46连通的流路12的另一端则与喷头3连通，并且在这些流路9、12的中途设有阀门(阀装置)17、18。
油墨贮存在主油墨罐4内，一旦将主油墨罐4与导入口45之间的阀门17打开，油墨罐11便与主油墨罐4连通，主油墨罐4内的油墨即经过流路9、阀门17和导入口45进入油罐11内。相反，一旦将阀门17关闭，油墨的导入即停止。图2中的符号21表示进入油墨罐11内部且被贮存的油墨。
另外，一旦将喷头3与导出口46之间的阀门18打开，油墨罐11内的油墨21便经过导出口46、阀门18、以及流路12而向喷头3供给，而一旦将该阀门18关闭，油墨罐11与喷头3之间即被阻断，油墨21的供给停止。
在油墨罐11的内部配置着吸引部件15。吸引部件15具有成形为柱状的多孔质体10和覆盖多孔质体10的侧面的环状密封部件16，密封部件16固定在多孔质体10上。
多孔质体10的两个底面露出，在露出的两个底面中，一个向上，另一个向下。导入口45设置在油墨罐11的底面上，因此一旦将油墨21从主油墨罐4向油墨罐11供给并贮存在油墨罐11内，多孔质体10的包含了底面的下部即与油墨21接触。
多孔质体10由譬如海绵状树脂、纤维状金属、形成有细孔的陶瓷等烧结体或无纺布等来构成，对于油墨21的可湿性很高(接触角度为θ＜45°)。
吸引部件15和油墨罐11的内部空间为柱状，由水平面形成的断面形状为相同形状，吸引部件15比油墨罐11的内部空间稍小，在吸引部件15的侧面与油墨罐11内壁面之间形成间隙19。
另外，吸引部件15的侧面(此处为密封部件16)和油墨罐11内壁面对于油墨21的可湿性也很高，吸引部件15的侧面与油墨罐11内壁面间的间隙19狭窄到能够利用毛细管力使油墨21上升的程度。因而，能够利用毛细管力使贮存在油墨罐11中的油墨21沿着多孔质体10的内部和吸引部件15与油墨罐11内壁面间的间隙19向上吸。
利用毛细管力使油墨21上升的高度(油墨21中除了因毛细管力而上升的部分以外的液面H以上的高度、水位差h)可以从毛细管力的理论公式(1)算出。
理论公式(1)h＝2Tcosθ/ρgr
上述理论公式(1)中，h为水位差(m)，T为油墨的表面张力(N/m)，θ为油墨与多孔质体10的接触角度，ρ为油墨密度(kg/m3)，g为重力加速度(m/s2)，r为毛细管的半径(m)。
图2的符号h1表示多孔质体10内的水位差，该图中的符号h2表示间隙19的水位差。
吸引部件15的侧面的一部分与油墨罐11的内壁面接触，多孔质体10由于静止摩擦力而被固定在油墨罐11上。吸引部件15的长度(多孔质体10两个底面间的距离)比从油墨罐11的底面到顶板的高度要短。即使当水位差h1、h2达到了用上述理论公式(1)求出的理论值后，也还是继续供给油墨21，而一旦油墨21的压力超过了静止摩擦力与吸引部件15的重量的总和，吸引部件15就被向上推。
吸引部件15被油罐11的内壁面围住，吸引部件15支承在油墨罐11的内壁面上，下端向下，保持着与油墨21接触的状态而上升。多孔质体10的下端脱离油墨罐11的底面，油墨21贮存在多孔质体10的下端与油墨罐11的底面之间的贮存空间41内。
当在贮存空间41内贮存了一定量的油墨21时，就在多孔质体10的上端到达油罐11的顶板而与之接触之前，将阀门17由打开状态变成关闭状态，以将主油墨罐4与油墨罐11之间阻断，停止从主油墨罐4向油墨罐11的油墨供给。吸引部件15停止上升，且由于静止摩擦力的作用而被固定在油墨罐11上。
如上所述，多孔质体10的下端全部与油墨21紧密接触，而且吸引部件与油墨罐11内壁面间的间隙19狭窄到能够产生毛细管力的程度，因此对贮存空间41的油墨21的液面H全部施加了利用毛细管力上升的力。
多孔质体10的长度被设定成使从液面H到多孔质体10的上端为止的高度比水位差h1、h2的理论值更大的程度，油墨21不能到达多孔质体10的上端，能够维持干燥状态。从而，能够对贮存空间41的油墨21始终作用最大的毛细管力。
在喷出油墨21时，将阀门17关闭，以将油墨罐11与主油墨罐4之间阻断，并将阀门18打开，以将油墨罐11与喷头3连通。图3是喷头3的局部放大剖视图，喷头3具有油墨室31、以及与油墨室31连通的喷出口36，而将喷头3与油墨罐11连通的流路12则在喷头3内与油墨室31连通。从油墨罐11向喷头3供给的油墨11被供给到油墨室31，并经过喷出口36而在喷头3外部的空气中露出。
喷出口36位于比油墨罐11更靠下方的位置，和与外部连通口47所连通的空气相同的空气(大气)连通。油墨罐11内的液面H位于在喷出口36内露出的油墨21的表面的上方，由于油墨21内不含气泡，因此油墨室31、贮存空间41、以及多孔质体10内的油墨21会因液面下方的油墨21的重量而被向下拉，使水位差h1、h2比理论值低。
多孔质体10、密封部件16和油墨罐11的内壁面被设定为对油墨21的可湿性很高，从而在将油墨罐11与喷头3连通后，水位差h1、h2不会变成零，并且一旦油墨21的下降的力与上升的力之间得到平衡，水位差h1、h2的减少就会停止。从而，对油墨21施加相当于水位差h1、h2的理论值与实际值之差大小的向上方吸的力。
不过，当在水位差h1、h2减少期间油墨21有可能从喷出口36漏出时，就将喷出装置2配置在基板6外侧的避让场所之后再变成喷头连通状态。一旦水位差h1、h2的停止减少且油墨21不再从喷出口36漏出时，就将喷出装置2配置在基板6上。
在油墨室31中设有加热器或压电元件等促动器35，一旦向促动器35通电以使之升温或变形，从而对油墨室31内的油墨21施加推压力，油墨21便从喷出口36喷出并击中基板6。
导出口46位于比多孔质体10的下端更靠下方的位置(此处为油墨罐11的底面)，一旦油墨21从喷出口36喷出而使油墨室31的油墨量下降，便从油墨罐11向油墨室31补充油墨21。
此时，由于未从主油墨罐4向油墨罐11补充油墨，因此贮存空间41内的油墨21的液面H下降，且对于因毛细管力而被多孔质体10吸引的油墨21施加一同下降的力。
一旦液面H下降，企图保持油墨21的毛细管力便增大，而一旦毛细管力超过了吸引部件15与油墨罐11之间的静止摩擦力，吸引部件15即向下方移动。从而即使没有油墨补充，吸收部件15也会向下方移动，吸引部件15的下端与油墨21的液面H接触的状态得以维持。
一旦液面H降低，与喷出口36内的喷出液21的表面之差就减小，将油墨21向下方拉的力也减少。另一方面，水位差h1、h2增加，由毛细管力形成的上升力减少，油墨21下降的力与上升的力之间得到平衡。从而，喷出口36内的油墨21的表面(弯液面)高度不变。
在吸引部件15下降时，在多孔质体10的下端到达导出口46或导入口45之前，将阀门18关闭以将喷头3与油墨罐11之间阻断，并将阀门17打开，以从主油墨罐4向油墨罐11补充油墨。导入口45位于多孔质体10的下方，因此至少多孔质体10的上方不会被油墨21浸湿，干燥状态得以维持。
导入口45如果是在比多孔质体10的上端更靠下方的位置，则也可以是位于多孔质体10的下端的上方，但在多孔质体10的侧面用密封部件16覆盖时，由于密封部件16与油墨罐11内壁面间的间隙很窄，因此如果导入口45与密封部件16相面对，就不能正常地导入油墨21。因此，最好是使导入口45位于比多孔质体10的下端更靠下方的位置。
以上说明的是用密封部件16覆盖多孔质体10侧面的结构，但本发明不限于这种结构，也可以使多孔质体10的侧面露出。然而，在吸引部件15升降时，如果多孔质体10的侧面露出，有可能因为摩擦而导致多孔质体10破损，因此最好是用密封部件16来保护多孔质体10的侧面。
本发明所用的多孔质体10具有海绵状构造，细孔在任意的方向连通而形成网眼状结构。其材质虽无特别限定，但必须具有不会溶解于油墨21、与油墨21接触也不会发生化学变化的特性。譬如聚烯烃树脂等有机树脂材料。
作为多孔质体10的条件的一例，当油墨罐11内径(半径)为10mm、贮存油墨体积为15ml时，可以是平均气孔径(半径)为63μm、平均气孔率为44.8％、部件的高度为10mm。
不过，当以上述一例为基准而将油墨罐11的截面积变更为n倍时，只要将平均气孔率设定为1/n倍即可。另外，在同样将贮存罐体积变更为n倍时，只要将平均气孔率设定为n倍即可。多孔质体10的条件可以从上述的毛细管力的理论公式(1)计算出。
多孔质体10的材质不限于树脂，也可以使用SUS(不锈钢)等金属，只要是能够耐受油墨21的材质即可。在这种情况下，油墨21与多孔质体10的接触角度可能与上述条件不同，但这时通过对多孔质体10实施表面处理，就能够发挥与上述条件同样的效果。
本发明中所用的油墨21没有特别限定，除添加了颜料、染料等着色剂的着色油墨21外，还可以使用分散或溶解了定向膜用材料、树脂材料、滤色材料、隔离粒子等的油墨。
对密封部件16无特别限定，只要是不会溶解于油墨21、并且与油墨21接触后不会发生化学变化的即可，具体可以使用硅树脂、氟树脂、聚烯烃树脂等耐溶剂性树脂。
以上是用静止摩擦力将吸引部件15固定在油墨罐11上的情况，但本发明不限于这种方法。也可以使吸引部件15的整个侧面与油墨罐11侧面紧密接触，或是利用固定部件或粘接剂等将吸引部件15机械地固定在油墨罐11上。在这种情况下，即使液面H上下移动，吸引部件15也不会升降，因此能够从主油墨罐4逐次补充适量的油墨21。

Claims (4)

1.一种喷出装置，具有：喷头、油墨罐、以及阀装置，一旦打开所述阀装置，所述喷头便与所述油墨罐连通，一旦关闭所述阀装置，所述喷头就与所述油墨罐阻断，其特征在于，
在所述油墨罐内配置具有多孔质体的吸引部件，
在所述油墨罐内，在贮存了油墨的贮液状态下，
所述吸引部件的至少一部分与所述油墨罐的内壁面接触，且由于静止摩擦力而固定在所述油墨罐上，并利用毛细管力使所述油墨上升到所述多孔质体的中途为止。
2.如权利要求1所述的喷出装置，其特征在于，在所述喷头上，在比所述油墨罐更靠下方的位置上设置喷出口，
在打开所述阀装置时，所述油墨罐内的所述油墨经过所述阀装置向所述喷头移动，
所述油墨在所述多孔质体内上升的高度被设定成以下状态：能够产生比关闭所述阀装置时更小而将所述油墨向上方吸引的吸引力，且所述油墨不会从所述喷出口漏出。
3.如权利要求2所述的喷出装置，其特征在于，当所述油墨罐内的所述油墨达到一定的量时，所述吸引部件由于所述摩擦力而处于静止状态，
当所述油墨罐内的所述油墨量减少了一定量以上时，所述吸引力就变得比所述静止摩擦力大，所述吸引部件向下方移动。
4.如权利要求1至3中任一项所述的喷出装置，其特征在于，在所述油墨罐中设置使所述油墨罐的内部空间与露出所述喷出口的外部空气连通的外部连通口。
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