JP2004160856A - インクジェット方法およびインクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】主剤と硬化剤等の少なくとも二液を、ヘッド内で混合させず、しかも両者の混合を確実化できるインクジェット方法を提供すること、および、そのようなインクジェット方法を実現するのに適したインクジェットヘッドを提供することを課題とする。
【解決手段】交互等に配列された二系統の吐出孔２Ａ、２Ｂを有するインクジェットヘッド１を用い、一方の吐出孔２Ａより一方のインクＡを流出させて、他方のインクＢを吐出する吐出孔２Ｂ上を被覆した後、他方のインクＢを駆動して吐出させることにより、両者が混合したインク（Ａ＋Ｂ）６の液滴を吐出させ、課題を解決することができた。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも二種類のインクのうち、一方をヘッド上に被覆しておき、他方のインクを吐出することにより、両インクを混合して吐出することが可能なインクジェット方法と、それに適したインクジェットヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット（＝インクジェット方法）は、対象物に非接触で画像や文字を形成することが可能なことから、電子情報の可視化手段として多用されている。また、有機ＥＬ素子やカラーフィルター等の電子部品の製造の際に、種々の層を定められた位置に形成する手段としても用いられており、これらのほかにも種々の用途に利用されている。
【０００３】
一般的なインクジェット用のインクは、着色剤、バインダ、および溶剤等からなるが、高度な接着性を要する場合や、印字された画像等の耐久性の要求度が高いときには、バインダとして、硬化タイプのものを使用することがあり、主剤と硬化剤の二種類、もしくはさらにその他の添加剤を用いることがある。これらは互いに反応し得るため、混合してからの使用可能な時間に制限があるだけでなく、次第に反応して、粘度が上昇し、インク供給用の配管やインクジェットヘッド内で詰まる欠点を有していた。従って、硬化タイプのバインダを使用して調製したインクや、硬化タイプの接着剤を対象物に付着させる場合、あるいは、これら以外でも、混合により、物性が変化しやすいものをインクジェット用のインクとして用いることは難しかった。
【０００４】
従来、二種類のものを混合してインクジェットに適用する場合に、インクジェットヘッドのインク吐出孔と溶媒吐出孔とを近接して配置し、吐出後、両吐出孔外でインクと溶媒との二液を混合する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。あるいは、インクジェットヘッドの吐出孔付近の内部で、二つの流路からインクと希釈剤を混合させてから、吐出する方法も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−１１９２８６号公報（第４頁、図３）
【特許文献２】
特開平９−１５６１３２号公報（第４頁、図２）
【０００６】
これらは、いずれもインクを希釈して濃度階調を得るためのものである。上記「特許文献１」に記載された方法を利用すれば、インクジェットヘッド外で混合させるので、硬化タイプのバインダを用いたとしても、主剤と硬化剤とを別々に吐出させれば、硬化による障害を避けることができるが、主剤と硬化剤とが単に接近しているのみであり、混合の確実性が低い。また、上記「特許文献２」に記載された方法を利用すると、濃度階調を得る方法としては有効であるものの、硬化タイプのバインダを用いる場合には、インクジェットヘッド内で、主剤と硬化剤とを混合するため、硬化による障害を避けられない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明においては、硬化タイプのバインダを用いる場合においても、主剤と硬化剤とをインクジェットヘッド内で混合させず、しかも両者の混合を確実化できるインクジェット方法を提供することを課題とするものである。また、本発明は、そのようなインクジェット方法を実現するのに適したインクジェットヘッドを提供することも課題とするものである。
【０００８】
【課題を解決する手段】
発明者の検討により、少なくとも二種類のインクＡ、Ｂの一方のインクを用いてヘッドの表面を被覆し、他方のインクを、先に被覆されているインクの層の下から吐出することにより、ヘッド内で、両者が反応することを防止出来る上、混合の確実性も増すことが判明し、本発明に到達することができた。
【０００９】
第１の発明は、二種類のインクＡ、Ｂのうち、インクＢを駆動してインクジェットヘッドの吐出孔より吐出させるのに先立って、前記インクジェットヘッドが有する前記吐出孔とは別の吐出孔より、前記インクＢとは異なるインクＡを駆動して前記インクジェットヘッドの表面に流出させることにより、前記インクＢを吐出する吐出孔上を少なくとも含む前記インクジェットヘッドの表面を前記インクＡで被覆し、その後、前記インクＢを駆動して吐出させることにより、前記インクＡおよび前記インクＢを吐出させることを特徴とするインクジェット方法に関するものである。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、前記インクＡおよび前記インクＢとして、互いに混合することにより生じる混合物の使用可能時間が短くなるものを用いることを特徴とするインクジェット方法に関するものである。
【００１１】
第３の発明は、第１または第２の発明において、前記インクＡおよび前記インクＢを吐出させた後、前記インクジェットヘッドの表面をクリーニングすることを含むインクジェット方法に関するものである。
【００１２】
第４の発明は、第１〜第３いずれかの発明において、前記インクＡまたは／およびインクＢが、複数のインクからなることを特徴とするインクジェット方法に関するものである。
【００１３】
第５の発明は、供給されたインクを吐出するためのインク駆動部を備えたインク加圧室との間が配管で連結された二系統の吐出孔を有しており、前記二系統の吐出孔の一方の系統の吐出孔からインクＡを流出させて、他方の系統の吐出孔上を少なくとも被覆した後、前記他方の系統の吐出孔から前記インクＡとは異なるインクＢを吐出するよう構成されたことを特徴とするインクジェットヘッドに関するものである。
【００１４】
第６の発明は、第５の発明において、前記二系統の各々の吐出孔が交互に配置されていることを特徴とするインクジェットヘッドに関するものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のインクジェット方法、およびそれに使用するのに適したインクジェットヘッドの概念図であり、また、図２は、インクどうしを混合する仕組みを説明するための説明図である。
【００１６】
図１（ａ）に斜視図を示すように、本発明のインクジェット方法を実施するの際に使用することが好ましいインクジェットヘッド１は、一方の面に吐出孔２を備えると共に、インクＡ用カートリッジ３ＡおよびインクＢ用カートリッジ３Ｂが装着されたものである。これら二つのインク用カートリッジには、各々異なるインクを収納することができる。
【００１７】
インクジェットヘッド１の下面の吐出孔２は、図１（ｃ）にインクジェットヘッド１の下面図を示すように、インクＡ用吐出孔２ＡとインクＢ用吐出孔２Ｂとが、一つおきに交互に繰り返して一列の直線状に配列されたものである。この構造は、インクジェットヘッド１の大きさを過大にせず、インクＡの流出およびインクＢの吐出を均一化できる点で好ましいが、インクＡ用吐出孔２Ａの列とインクＢ用吐出孔２Ｂの列とが互いに近接した別の列として配列する等により、いずれもが均一に配列されていれば、一列の直線状にこだわるものではない。
【００１８】
インクジェットヘッド１の下面の吐出孔２の周囲は、インクＡを均一に濡れ広がらせる目的で、インクＡに対する濡れ性の良い素材で構成されていることが好ましい。インクＡが均一に濡れ広がれば、インクＢ用吐出孔２ＢにおけるインクＢとの混合の際に、インクＡとインクＢとの混合比率が一定となるからである。このため、インクジェットヘッド１の下面の吐出孔２が設けてある区域は、インクＡに対する親インク性部７としてあることが好ましい。一例として、インクジェットヘッド１の下面を、表面を研磨したアルミニウム製の、インクＡに対する接触角が１０°以下の表面を有する素材で構成し、かつインク吐出孔２が設けてある区域（図中の親インク性部７）以外を、インクＡをはじく性質を有するフッ素系シリコーン等でコーティングしたものを挙げることができる。
【００１９】
図１（ｂ）に模式的かつ透視的に示すように、インクＡ用吐出孔２Ａの各吐出孔２Ａは、各々が配管４Ａを経由してインクＡ用カートリッジ３Ａと連結されて、インクＡの供給を受けるよう構成されており、また、インクＢ用吐出孔２Ｂの各吐出孔２Ｂは、各々配管４Ｂ（図では、配管４Ｂの下部は配管４Ａの後方に隠れている。）を経由してインクＢ用カートリッジ３Ｂと連結されて、インクＢの供給を受けるよう構成されており、即ち、各吐出孔２Ａおよび２Ｂは、二系統に分かれて構成されている。さらに、インクジェットヘッド１の内部には、各系統の吐出孔とインクカートリッジとの間に、図示しないが、インクを吐出させるためのインク駆動部を備えたインク加圧室を、吐出孔毎に有している。
【００２０】
図２は、インクＢが吐出されるインク吐出孔２Ｂ付近における、インクＡおよびインクＢが混合されて吐出される仕組みを断面的に示すもので、図２（ａ）に示すように、インクジェットヘッド１の図１の下面側を構成する素材（黒塗りの部分）に、所定の径のインクＢ用吐出孔２Ｂが形成されており、図２（ａ）中、上側に相当するインクジェットヘッド１内部に、インクＢ（符号；５Ｂ）が供給されている。
【００２１】
最初にインク駆動部を作動させてインクＡを駆動し、インクジェットヘッド１の下面の表面のインクＡ用吐出孔２Ａ（図２には表われない。）からインクＡを流出させ、少なくとも隣接するインクＢ用吐出孔２Ｂの開孔部を被覆するよう、インクジェットヘッド１の下面の表面に濡れ広がらせる（図２（ｂ））。濡れ広がったインクＡは、吐出孔２Ｂの開孔部においては、毛細管現象により吐出孔２Ｂ内に進入する（図２（ｃ））。
【００２２】
この状態で、インク駆動部を作動させて、インクＢをインク吐出用吐出孔２Ｂから吐出させようとすると、インクＢ用吐出孔２Ｂ内に進入していたインクＡと、吐出されるインクＢとが混合した混合インク（Ａ＋Ｂ）６が生じた後、（図２（ｄ））、インクジェットヘッド１より分離し、インク（Ａ＋Ｂ）６の液滴として吐出される（図２（ｅ）、図２（ｆ））。
【００２３】
吐出後、再び、毛細管現象および吐出後のインク引き込みにより、インクＡが吐出孔２Ｂ内に進入し（図２（ｃ））、以降は、インクＡ、Ｂの混合（図２（ｄ））、吐出（図２（ｅ）、図２（ｆ））、インクＡの引き込み（図２（ｃ））が順に繰り返される。
【００２４】
インクＡは、常にインクＢ用吐出孔２Ｂの周囲にあればよいので、インクＢの吐出毎に、インクＢの吐出に先立って、インクジェットヘッド１に定期的に供給する代りに、インクＡをインクジェットヘッド１の吐出孔が設けられた面を絶えず濡らすよう、インクＡを絶えずにじみ出させるようにしてもよい。なお、インクジェット方法を終了もしくは中断する際には、インクＡおよびインクＢの供給を停止させ、インクジェットヘッド１の下面の表面をクリーニングし、インクジェットヘッド１内のインクＢも除去することが好ましいが、仮にインクジェットヘッド１内のインクＢの除去を行なわなくても、吐出孔２の周囲に付着したインクをクリーニングして除去することが好ましい。クリーニングするには、布、織布、ゴム等でぬぐう等することが好ましい。
【００２５】
一般的な、二液の混合（二液混合）を伴なうインクジェット方法は、インクの希釈の目的で利用されることがほとんどで、その具体的方法も、別々に吐出したインクの液滴と溶媒の液滴とを吐出孔外で混合する方法を除けば、インクジェットヘッド内で混合するものが多い。本発明のインクジェット方法（二液混合を伴なうインクジェット方法）においては、少なくとも二種類のインクのうちの一方が、インクジェットヘッド１の外側に供給され、インクジェットヘッド１の表面に供給されたインク（上記の説明ではインクＡ）は、ごく一瞬、インクＢ用吐出孔２Ｂの開孔部に進入するものの、直ちに他方のインク（インクＢ）と共に吐出されるので、インクジェットヘッド１内で混合したまま滞留することが無い点が特徴である。
【００２６】
従って、本発明のインクジェット方法は、二液混合により、性質が変化しやすい混合系の素材の組合せに関して有効な方法である。しかも、二液混合して吐出後に、対象物に着弾するまでの時間は、インクの飛行速度；１０ｍ／ｓｅｃ、吐出孔と対象物とのギャップ；５００μｍと仮定すると、５０μｓｅｃであるので、混合後に進行する性質の変化を抑制することも可能になる。
【００２７】
上記のような特徴を活かし、本発明のインクジェット方法は、インクと溶媒との二液を用いたインク濃度の調整にも適用できることは勿論だが、次に（１）〜（５）に例示するような様々の二液を対象とすることができる。
【００２８】
二液の（１）は、二液混合型接着剤である。二液混合型接着剤は、例えば、エポキシ系二液混合型接着剤では、エポキシ基とアミン類の二成分、もしくはウレタン系二液混合型接着剤では、アルコール性水酸基とイソシアネート化合物の二成分、等からなり、二成分の各成分が別々の液体（通常は溶液）であり、これら二成分の反応により架橋し硬化する。塗布等により適用する際には、二成分のそれぞれの液体を使用前に混合して適用するが、使用中にも徐々に反応するため、インクジェットヘッド内で二成分を混合すると、詰まりやすい問題を有する。この点、本発明のインクジェット方法では、インクジェットヘッド内で混合したまま滞留することが無いため、問題が生じない。なお、二液（二成分）のうちのいずれをインクジェットヘッド１の表面に適用するかは、適宜に決めればよいが、上記の例であれば、使用割合の少ないアミン類もしくはイソシアネート化合物をインクジェットヘッド１の表面に適用することが好ましい。
【００２９】
二液の（２）は、分散型インクである。分散型インクは、有機溶剤もしくは水の中に、樹脂または／および微粒子が分散したもので、あるいは樹脂が有機溶剤もしくは水に溶解したものの中に微粒子が分散しているものもある。微粒子の素材は様々なものであり得るが、顔料（体質顔料を含む）もしくは金属等であることが多い。これらの分散型インクの使用時に、さらに溶媒もしくは希釈剤を添加すると、経時的に凝集、増粘、もしくはゲル化が進行しやすく、インクジェットヘッド内で二成分を混合すると、詰まりやすい問題を有するが、本発明のインクジェット方法では、インクと溶媒もしくは希釈剤とは、インク液滴が吐出される直前に混合されるので、支障が生じることなく、インク中に分散している樹脂または／および微粒子の濃度を調節することができる。
【００３０】
二液の（３）は、コロイド型インクである。コロイド型インクもまた、溶媒もしくは希釈剤をさらに添加すると、経時的にゲル化が進行しやすいので、インクジェットヘッド内で二成分を混合すると、詰まりやすい問題を有するが、本発明のインクジェット方法では、インクと溶媒もしくは希釈剤とは、インク液滴が吐出される直前に混合されるので、支障が生じることなく、濃度を調節することができる。
【００３１】
二液の（４）は、マイクロカプセル型インクである。このインクは、種々の物質を内包したマイクロカプセルが分散したものであるが、使用に際して、溶媒を添加してマイクロカプセル壁を破壊し、内包されていた物質を反応させるものである。塗布等により対象物に適用する際には、インクと溶媒とを使用前に混合してから適用するが、本発明にのインクジェット方法によれば、インクと溶媒とを、インク液滴が吐出される直前に混合するので、マイクロカプセルに内包されていた物質による反応をより有効に利用することができる。
【００３２】
二液の（５）は、重合等により硬化し得る硬化性インクと、その硬化を起こさせるか、補助もしくは促進するための配合剤を含むインクとの組合せである。後者における配合剤としては、触媒、重合開始剤、もしくは添加剤があり得る。塗布等により適用する際には、これらの配合剤を、使用前に硬化性インクと混合して適用するが、混合により反応が開始するため、インクジェットヘッド内で硬化性インクと配合剤を混合すると、詰まりやすい問題を有するほか、適用上の問題や適用後に反応する割合が低下する等の支障があり得る。本発明のインクジェット方法では、硬化性インクと配合剤とが、インク液滴が吐出される直前に混合されるので、このような支障が生じることがない。
【００３３】
以上においては、二液として準備されるインクを用いることを想定して説明を行なったが、インクの中には、三液以上として準備されるものもあり得る。
【００３４】
上記したインクジェットヘッド１を用いて、三液以上からなるインクを用いる場合には、予め混合しても支障の生じないインクどうしを混合した混合物とし、中間段階では一旦、二液の状態にしておき、二液とした一方をインクジェットヘッド１の下面の表面に濡れ広がらせ、他方を吐出させることにより、結果的に三液以上を混合して吐出させることができる。あるいは、インクジェットヘッド１の下面の表面に濡れ広がらせるためのインクとして、二液以上のインクを、別々に流出させ、流出後に濡れ広がらせる際に、液相互の拡散等により混合させることもできる。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、二種類のインクの一方をインクジェットヘッドの表面に供給し、他方のインクと共に吐出するので、インクジェットヘッド内で二種類のインクが混合したまま滞留することが無く、事前に二液を混合してから、吐出させる際の問題が生じることが無い上、二液は吐出の際に混合して吐出されるために、吐出孔外でインクと溶媒との二液を混合する場合にくらべ、混合が確実に行なえるインクジェット方法を提供することができる。
【００３６】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明の効果に加え、互いに混合することにより生じる混合物の使用可能時間が短くなる二液を用いても、吐出の際に混合するために、予め混合してから吐出されるのにくらべ、二液を適用できる時間を長くとることが可能なインクジェット方法を提供することができる。
【００３７】
請求項３の発明によれば、二種類のインクを吐出させた後に、インクジェットヘッドの表面をクリーニングすることを含むので、特に、終了や中断の際に、インクジェットヘッドの表面を被覆するインクが吐出孔に進入し、二液の混合による支障が起こることを、より的確に抑制することが可能なインクジェット方法を提供することができる。
【００３８】
請求項４の発明によれば、請求項１〜請求項３いずれかの発明の効果に加え、二種類のインクのいずれか、もしくは一方として、複数のインクを用いることにより、三液以上からなるインクを用いることが可能なインクジェット方法を提供することができる。
【００３９】
請求項５の発明によれば、二種類のインクを別系統でインクジェットヘッドに供給し、一方のインキで少なくとも他方のインクの吐出孔を被覆してから、他方のインクを吐出するよう構成したので、インクジェットヘッド内で二種類のインクが混合したまま滞留することが無く、二液を吐出の際に混合して吐出させるのに適したインクジェットヘッドを提供することができる。
【００４０】
請求項６の発明によれば、請求項５の発明の効果に加え、大きさが過大にならずに、一方のインクの流出および他方のインクの吐出を均一化することが可能なインクジェットヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインクジェットヘッドの概略図である。
【図２】本発明のインクジェット方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１ インクジェットヘッド
２ 吐出孔（２Ａ；インクＡ用吐出孔、２Ｂ；インクＢ用吐出孔）
３ インク用カートリッジ
４ 配管
５ インク（５Ａ；インクＡ、５Ｂ；インクＢ）
６ インク（Ａ＋Ｂ）
７ 親インク性部

Claims (6)

1. 二種類のインクＡ、Ｂのうち、インクＢを駆動してインクジェットヘッドの吐出孔より吐出させるのに先立って、前記インクジェットヘッドが有する前記吐出孔とは別の吐出孔より、前記インクＢとは異なるインクＡを駆動して前記インクジェットヘッドの表面に流出させることにより、前記インクＢを吐出する吐出孔上を少なくとも含む前記インクジェットヘッドの表面を前記インクＡで被覆し、その後、前記インクＢを駆動して吐出させることにより、前記インクＡおよび前記インクＢを吐出させることを特徴とするインクジェット方法。
2. 前記インクＡおよび前記インクＢとして、互いに混合することにより生じる混合物の使用可能時間が短くなるものを用いることを特徴とする請求項１記載のインクジェット方法。
3. 前記インクＡおよび前記インクＢを吐出させた後、前記インクジェットヘッドの表面をクリーニングすることを含む請求項１または請求項２記載のインクジェット方法。
4. 前記インクＡまたは／およびインクＢが、複数のインクからなることを特徴とする請求項１〜請求項３いずれか記載のインクジェット方法。
5. 供給されたインクを吐出するためのインク駆動部を備えたインク加圧室との間が配管で連結された二系統の吐出孔を有しており、前記二系統の吐出孔の一方の系統の吐出孔からインクＡを流出させて、他方の系統の吐出孔上を少なくとも被覆した後、前記他方の系統の吐出孔から前記インクＡとは異なるインクＢを吐出するよう構成されたことを特徴とするインクジェットヘッド。
6. 前記二系統の各々の吐出孔が交互に配置されていることを特徴とする請求項５記載のインクジェットヘッド。

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