JP2011504825A - 印刷開始時に自動クリーニングを行うインクジェット印刷ヘッド - Google Patents

Abstract

液体噴射（３）印刷ヘッド（Ｔ）であって、
−下部が、前記液体を噴射するためのノズルを少なくとも一つ備えたプレート（２）を含む、液体の雫発生器（１）と、
ー前記ノズルプレート（２）の下方に配置され、前記ノズルの軸（Ｚ）に対してオフセットしているソーティングブロック（５）と、
を含み、
前記ブロックおよび前記発生器が、第一の空間（９）を区画するとともに垂直面（ＹＺ）において角度αを形成することにより互いに関連した状態で固定され、
−印刷開始時に、前記ノズルを介した前記液体の噴射前に、前記第一の空間および／または前記角度における滞留液（１３）を吸引する手段（５０、５１）を含む、
液体噴射（３）印刷ヘッド（Ｔ）。
【選択図】図３

Description

本発明は、インク等の液体の噴射または滴による印刷技術に関する。

また、前記液体噴射状態フェーズでの液体噴射プリンターの始動の信頼性の向上に関する。

また、特に、印刷開始前の、インク等の液体が噴射される開口部付近に滞留する液体のクリーニングに関する。

好ましい適用分野は、インクジェット印刷である。

インクジェットプリンターの基礎原理は、較正された開口部を介して、液体（一般にインク）を強制的に通過させることである。

ノズルの個々のまたは統合されたアクチュエータは、インクをノズルの上流へ加圧する。インクは、印刷技術に依存して、毎秒数メータから数十メータの速度で噴射される。（ノズルを介した）自由表面へのインクの通過は、“ドロップオンデマンド”か“連続噴射”タイプの印刷技術のどちらが用いられているかに依り、インクの雫または噴射の直近において真空領域を形成する。ドロップオンデマンド技術に基づくプリンターでは、インクは、一般にノズルプレートの下流に壁がなく、平坦な表面のノズルプレートを介して射出される。雫の噴射により生じるドラフトは、微細な飛沫を運び、または、雫を偏向し、その結果ノズルプレートを汚す、空気渦または真空を発生せず、またはほとんど発生しない。連続噴射技術では、偏向された連続噴射の群は、一般に、噴射から数百ミクロンの距離にあるため、ノズルプレートまたはノズルプレートの下流の部品の汚染問題を受けにくい。

バイナリー連続噴射技術では、多数の噴射（噴射カーテンの形成）、および、雫ソーティング電極をノズルプレートおよび噴射カーテンにできる限り近く閉じ込めることにより、特に空力効果が顕著である。噴射カーテンの開始の過渡フェーズでは、ノズルプレートの表面と雫偏向電極を支持するブロックの表面とで形成される交差面で、強力な真空が生じる。この領域に存在する液体（インク、溶媒、クリーニング液）は、噴射に向かって押される。接触がある場合、噴射は偏向され、噴射の偏向方向が決定される。噴射は、確実に電極ブロックに向かって偏向され、事実上洗浄される。解決されるべき問題は、噴射カーテンの形成フェーズにおいて、ノズルプレートの下流（下方）にある機能部品を汚染しないことである。

従来、この問題は、噴射開始フェーズの間、電極ブロックをノズルプレートから離すことにより回避されている（例えば、特許文献１参照）。噴射がなされ、電極ブロックは、プリンタが、印刷または開始／メンテナンスフェーズで利用可能であるかに依り、噴射に近づくか、または遠ざかる、移動部位である。

Versamark社により実施されるようなバイナリー連続噴射も、同様の問題に直面する。電極ブロックが固定されているため、開始時の問題はより重大であり、商業的呼称が“まぶた”であり、特許文献２により保護されるコンセプトに基づき、メンテナンス装置により、間接的に扱われる。この“まぶた”コンセプトにより、クリーニングフェーズにおいて全体が密封される印刷ヘッドは、複雑で、高価で、機能の多い、メンテナンス回路を備える。このメンテナンス回路は、特許文献３に開示されている。

それでもなお、ノズルプレートの直下に位置する噴射に近い領域は、電極ブロックを短絡し得る不純物が蓄積可能な、印刷ヘッドの繊細な領域である。この領域のクリーニングの改善策の一つが、特許文献４に開示されている。

上述した先行技術の主な欠点は数多く、以下のようにカテゴリーで分類され、列挙できる。
１）印刷開始時に電極の移動システムを利用する装置：
−電極ブロックの移動を行うために用いられるアクチュエータのストロークが大きく、その配置が非常に正確である必要があり、
−誘導が複雑で、さらに液体が常に乾き易い環境にあり、移動電極の所望の移動を妨げ、
−前記移動システムの製造コストが高く、
−前記移動システムのサイズが大きい。
２）固定電極を利用する装置：
−開始時における、停滞した液体による噴射の偏向の問題の解決を目的とした、特別な動作が行われず、
−各開始時に、メンテナンス装置による、繊細な領域のクリーニングまたは清浄度の維持が必要であり、
−このクリーニング対策は、効果であり、時間がかかる。

米国特許 5’808’642 米国特許 6’247’781 米国特許 7’055’931 米国特許 7’178’897

本発明は、現存の印刷ヘッドの欠点の補償と、一般的に、印刷開始時において、インクの噴射箇所近くの滞留液により偏向されたインクジェットにより生じるソーティングブロックの汚染の回避とを、他の利点と共に提案する。

この目的を達成するために、本発明は、液体噴射印刷ヘッドであって、
−下部が、前記液体を噴射するためのノズルを少なくとも一つ備えたプレートを含む、液体の雫発生器と、
ー前記ノズルプレートの下方に配置され、前記ノズルの軸に対してオフセットしているソーティングブロックと、
を含み、
前記ソーティングブロックおよび前記発生器が、第一の空間を区画するとともに垂直面において角度αを形成することにより互いに関連した状態で固定され、
−印刷開始時における前記ノズルからの前記液体の噴射前に、前記第一の空間および／または前記角度における滞留液を吸引する手段を含み、
前記吸引手段は、前記ブロックの前記ノズルプレートに対向する表面に刻まれ、前記プレートに対して開口する少なくとも一つの溝を含み、印刷開始時に、滞留液を低圧力領域に対して吸引するように、前記溝のある領域が大気圧で配置され、他の領域が、低圧力で配置される、
液体噴射印刷ヘッドに関する。

現存する技術と比較すると、本発明は、印刷開始時に、非信頼性（または故障）の原因を具体的に取り扱うことにより、噴射（または噴射カーテン）の形成および維持の問題を解決する。さらに、本発明により、開始後に噴射部位付近に滞留しやすい液体が、吸引可能であり、ソーティングブロックの汚染を防止する。

本発明によるブロックまたはソーティングシステムは、ノズルにより噴射されたインクの選択的偏向装置であり、印刷滴およびリサイクルインク（印刷されない）をそれぞれの軌跡に配置する。言い換えれば、ソーティングブロックは、異なる液体の滴または噴射の一部を異なる軌跡に導く装置である。従って、ソーティングブロックは、一つまたは複数の液体噴射に静電気作用を働かせる少なくとも一つの電極を含む装置を含んでもよい。例えば、ソーティングシステムは、電極ブロックであってもよい（バイナリー噴射技術の場合等）。また、ソーティングシステムは、空気流技術による印刷ヘッドに存在するような送風手段を備えたブロックであってもよい。

本発明の第一の実施形態によれば、前記溝の一端が、大気圧で前記ブロックの端部において開口し、前記吸引手段が、前記溝の他の領域に接続された吸引ポンプを含み、前記印刷開始時における前記ポンプの作動で、滞留液を吸引する。

他の有利な実施形態によれば、電極の前記ブロックが、前記電極の下方に少なくとも一部が配置される液体回収ガターを含むとともに第二の空間を区画し、前記吸引手段が、
−前記ブロックに刻まれ、前記第一および第二の空間の各側に開口する煙突を形成する、少なくとも一つのチャネルと、
−前記ブロックの前記表面に刻まれ、一端が大気圧で前記ブロックの前記端部において開口し、ある領域が前記煙突と連通する前記溝と、
を含み、前記印刷ヘッドの開始により、強制的な真空で、前記第一の空間の滞留液が前記溝に吸引されて前記煙突に押し込まれ、前記ガターを介して回収および排出されるように、前記第二の空間の吸引が生じる。

有利な代替によれば、前記ブロックは、前記第一および前記第二の空間の間の前記垂直面に傾斜部が設けられ、前記煙突が、前記煙突と前記溝との間の前記連通長を低減するために、前記傾斜部にできる限り近く刻まれている。

他の有利な代替によれば、前記溝が、前記ブロックの前記端部からある距離で刻まれ、前記溝の直線部が、前記第一の空間の高さおよび前記ブロックの前記端部と前記溝との間の前記距離により区画される直線部より大きい。

噴射カーテンを発生可能な多数の配向ノズルを含む実施形態では、前記電極が前記噴射カーテンすべてに対して同一であり、前記煙突が前記電極の一端上に配置される。

電極ブロックは、前記ヘッドのノズルプレートの下方に固定されて適用される平面に加工された、少なくとも一つの溝を含むのが好ましい。

本発明の利点は、多数である。
−ソーティングブロックとして知られる電極ブロックが、滴発生器または噴射発生器と一体となり、特に噴射カーテン形成中における、ソーティングブロックの分離動作（先行技術による電極の移動システム）が不要である。
−ソーティングブロックおよび滴発生器は、密封手段がノズルの射出品質を劣化させてはいけない、言い換えれば、ノズルまわりのフローに干渉してはいけないために達成が難しい、密封制限なしで組み立て可能である。
−本発明による液体の吸引手段は、液体滞留領域を明確に乾かし、ヘッドのメンテナンスを簡略化し、優れた噴射開始の信頼性を提供する。
−溝の刻みと真空煙突による本実施形態による液体の吸引手段は、追加部品の必要なく、追加部品に固有の大きさの制限を回避して、印刷ヘッドに完全に一体化される。
−本発明による吸引機能のコストは、最大効果に対して低い。

本発明の他の特徴および利点は、以降の記述を読み、単に図例であり限定されない添付図面を参照することにより、明確になる。

本発明による印刷ヘッドTの一般図である。 先行技術による印刷ヘッドの開始フェーズを示す側面図である。 先行技術による印刷ヘッドの開始フェーズを示す側面図である。 本発明による印刷ヘッドの開始フェーズを示す断面図である。 本発明による印刷ヘッドの実施形態の平面図である。 本発明による印刷ヘッドの断面図である。 本発明による印刷ヘッドの断面の詳細図である。

本発明による印刷ヘッドＴは、ノズルプレート２を備えた雫発生器１を含む。印刷フェーズでは、発生器１に加圧されたインク３が、ノズル４から噴出し、噴射カーテンを形成する。ノズルプレート２の下流には、インクの流れ方向に沿って（Ｚ軸方向に沿って）、機能電極部６を含むソーティングブロック５が配置されている。この電極部６の機能は、噴射の一部を、異なる軌道にすることであり、その量は、リサイクルガター７で集められ、他は、印刷媒体８に向かう。

“下方”および“上方”とう表現は、下方（Ｚ軸に沿う噴射の流れ方向）に配向された印刷ヘッドと共に、すなわち、一部が本発明の電極ブロック５の直上にある前記上方発生器１と共に理解され得る。

ノズルプレート２とソーティングブロック５との間には、厚みが小さく、２つのエレメント２、５が接触する場合単に接触面となる空間９が、構造的に存在する。連続噴射印刷ヘッドの場合、一般的に、この空間９は、0.1mm前後である。

先行技術では、印刷ヘッドのメンテナンスフェーズの間、または作動時、液体が空間９に取り込まれる。表面張力が大きく、この小さい隙間に液体を維持するほど、取り込みが効果的となる。この取り込みは、プレート２とブロック５との間に形成される角度（図示する実施形態では直角）で生じ得る。

先行技術では、例えば開始フェーズでの噴射１０の形成は、Ｚ軸に沿うソーティングブロック５の垂直表面と、ノズルプレート２と、噴射カーッテン１０とで区切られた範囲に沿って空気を運び、渦１１を生じる。移動した空気は、矢印１２で示す真空を生じ、この真空は、滞留液１３を空間９に引き込むことができる（図２ａ）。この滞留液１３は、噴射１０と接触１４し、必然的にソーティングブロック５に向かって偏向される（図２ｂ）。これにより、導電性の液体に作用する電極の外表面が汚れるため、クラスター１５で示す発生した汚れは、ソーティングブロック５の正しい動作に悪影響を及ぼす。

この欠点を克服するため、図示する本発明の実施形態は、まず、ソーティングブロック５（図３）の（ＸＹ平面の）上面５Ｓに溝５０が加工される。この溝５０は、少なくとも噴射カーテン１０の長さと等しい（Ｘ軸に沿った）長さであるのが好ましい。溝５０の一端５００は、大気圧で配置される。この加圧は、例えば、溝５００をソーティングブロック５の側部まで伸ばすことにより実施されてもよい（図４）。

溝５０の他の領域５０１は、例えば真空ポンプに接続することで生じる真空に接続される。有利な実施形態では、真空は、溝５０と、噴射回収ガターとブロック５の下面５Ｉとの間に区画された他の空間７０とに開口する煙突を形成するチャネル５１を介して、他の区画された空間と接続することにより生じてもよい。このような圧抜きは、印刷の開始から、前記ガター７により区画される他の空間７０において生じる強制的な真空の恩恵を受けることができる。生じた真空は、溝５０において、Ｘ軸に沿う縦方向の空気流を生じ、縦方向の流れは、空間９から、Ｙ軸に沿う横方向に送り込まれる。空間９、または雫発生器１およびブロック５の間に形成される角度α内に取り込まれた液体の雫は、溝５０に沿って運ばれ、図３の矢印１６で示される経路に沿って、真空ポンプまたはガター７に運ばれる。

図示する実施形態では、生じる真空のレベルを変えることができる要素は、溝５０の直線部Sdrと、噴射１０に対向する電極ブロックの垂直壁５Ｖの溝５０から離れた幅Ｌで区画される直線部Sde、第一の空間９の高さＨ、およびガター７とブロックの下面５Ｉとにより区画された空間７０（図５）において得られる真空のレベルである。溝５０の直線部Sdrは、最大であるのが好ましく、横方向流成分が存在する場合、液体の十分な取り込み効果を生じるために、縦方向速度成分は、横方向成分より顕著に大きい必要がある。

図示する実施形態では、真空源は、0.6バール前後であり（相対圧力）、ＸＺ平面における溝の横断面は1mm²前後であり、ＸＺ平面における空間９の横断面は0.1mm²前後である。

好ましい代替実施形態では、ソーティングブロックが、構造的に、傾斜５２を含む場合、本発明の煙突５１は、この傾斜５２にできるだけ近く形成されるのが好ましく、言い換えれば、煙突５１と溝５０の直線部との間の最大接続長Lcを縮小し、同時に、煙突５１を空間７０に直接開口させる（図６）。

他の好ましい代替実施形態では、煙突５１は、電極端ELECまで一直線に加工される（図４）。

これまでに述べた本発明は、印刷開始前の、滞留液の吸入方法に関する。

提供される手段は、印刷時に、ソーティングブロック（図示された実施形態では、固定電極が埋め込まれた一体部）とインクを噴出するノズルプレートとの間の空間にあるどのような液体も吸引可能であることは言うまでもない。特に、煙突および回収ガターにより区画された空間により生じる強制的な真空による実施形態は、印刷開始時および動作時に、好ましくない滞留液を連続的に吸引し、ガターを介してリサイクル回路にインクを還元することができる。

Claims (8)

1. 液体噴射（３）印刷ヘッド（Ｔ）であって、
   −下部が、前記液体噴射のためのノズルを少なくとも一つ備えたプレート（２）を含む、液体の雫発生器（１）と、
   ー前記ノズルプレート（２）の下方に配置され、前記ノズルの軸（Ｚ）に対してオフセットしているソーティングブロック（５）と、
   を含み、
   前記ブロックおよび前記発生器が、第一の空間（９）を区画するとともに、垂直面（ＹＺ）において角度αを形成することにより互いに関連した状態で固定され、
   −印刷開始時における前記ノズルからの前記液体噴射前に、前記第一の空間および／または前記角度における滞留液を吸引する手段（５０、５１）を含み、
   前記吸引手段は、前記ブロックの前記ノズルプレート（２）に対向する表面（５Ｓ）に刻まれ、前記プレートに対して開口する少なくとも一つの溝（５０）を含み、印刷開始時に、滞留液を低圧力領域に向かって吸引するように、前記溝のある領域（５００）が大気圧で配置され、他の領域（５０１）が、低圧力で配置される、
   液体噴射（３）印刷ヘッド（Ｔ）。
2. 前記ソーティングブロック（５）が、一つまたは複数の前記液体噴射に静電気作用を働かせる、少なくとも一つの電極（６）を含む装置を含む、
   請求項１に記載の印刷ヘッド（Ｔ）。
3. 前記溝の一端（５００）が、大気圧で前記ブロック（５）の端部において開口し、前記吸引手段が、前記溝の他の領域に接続された吸引ポンプを含み、前記印刷開始時において前記ポンプの動作が開始し、滞留液を吸引する、
   請求項１または２に記載の印刷ヘッド（Ｔ）。
4. 電極の前記ブロックが、前記電極の下方に少なくとも一部が配置される液体回収ガター（７）を含むとともに第二の空間（７０）を区画し、
   前記吸引手段が、
   −前記ブロックに刻まれ、前記第一の空間（９）および第二の空間（７０）の各側に開口する煙突を形成する、少なくとも一つのチャネル（５１）と、
   −前記ブロックの前記表面（５Ｓ）に刻まれ、一端（５００）が大気圧で前記ブロックの前記端部において開口し、ある領域（５０１）が前記煙突（５１）と連通する、前記溝（５０）とを含み、前記印刷ヘッドの開始により、強制的な真空で、前記第一の空間の滞留液が前記溝に吸引されて前記煙突に押し込まれ、前記ガターを介して回収および排出されるように、前記第二の空間の吸引が生じる、
   請求項２に記載の印刷ヘッド（Ｔ）。
5. 前記ブロック（５）は、前記第一および前記第二の空間の間の前記垂直面（ＹＺ）に傾斜部（５２）が設けられ、前記煙突（５１）が、前記煙突と前記溝との間の前記連通長を低減するために、前記傾斜部（５２）に対してできる限り近く刻まれている、
   請求項４に記載の印刷ヘッド（Ｔ）。
6. 前記溝（５０）が、前記ブロックの前記端部から距離（Ｌ）で刻まれ、前記溝（５０）の直線部（Sdr）が、前記第一の空間の高さ（Ｈ）および前記ブロックの前記端部と前記溝との間の前記距離（Ｌ）により区画される直線部（Sde）より大きい、
   請求項４または５に記載の印刷ヘッド（Ｔ）。
7. 噴射（１０）カーテンを発生可能な多数の配向ノズルを含み、前記電極が前記噴射カーテンすべてに対して同一であり、前記煙突（５１）が前記電極（Elec）の一端上に配置される、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の印刷ヘッド（Ｔ）。
8. 前記ヘッドのノズルプレート（２）の下方に固定されて適用される平面（５Ｓ）に加工された、少なくとも一つの溝（５０）を含む、
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の印刷ヘッドに組み込まれる電極ブロック。

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