JP2015112724A - インク供給機構及びインク供給方法、液滴吐出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】インク供給機構80は、液滴吐出ヘッド50にインクを供給するためのインク供給機構であって、一方の端に設けられたインク流入口と、他方の端に設けられたインク排出口とを有する開放型のインク容器85と、インク排出口と液滴吐出ヘッド50との間に設けられた開閉バルブ87と、インク容器85のインク排出口側に設けられた圧力センサー86と、開閉バルブ87と圧力センサー86とが電気的に接続された制御部と、を備え、他方の端が鉛直方向において下方に位置するようにインク容器85が配置されることを特徴とする。
【選択図】図5
Description
上記特許文献1の液体吐出装置において、制御部は、負圧制御ユニットを駆動制御して、上記上部空間を大気開放したときに圧力センサーが検出した第一圧力を取得し、同じく軸負圧制御ユニットを駆動制御して、上部空間を大気開放状態から圧力変動させたときに圧力センサーが検出した第二圧力を取得している。また、第一圧力に対する第二圧力の圧力変動値に基づいて上部空間の体積を算出し、その算出結果から液体貯留容器における液体の液位を算出している。
加えて、圧力センサーを液滴吐出ヘッドの近傍に設ける構成となっていることから、キャリッジに液滴吐出ヘッドを取り付ける場合には、圧力センサーを設けるスペースを確保する必要があり、キャリッジにおいて複数の液滴吐出ヘッドを所望の位置に配置することが難しいという課題もあった。
この構成によれば、圧力調整弁によって液滴吐出ヘッドにインクが供給される際の圧力が調整されるので、インク供給機構における水頭圧の管理をそれほど厳しくしなくてもよい。言い換えれば、高精度な圧力センサーを用いずともインクの水頭圧管理が可能なインク供給機構を実現できる。
この構成によれば、インク貯留部を別に設けることで、収容可能なインク量を抑えてインク容器を小型化できるので、インク容器における水頭圧管理の幅を狭めることができる。言い換えれば、高精度な水頭圧管理を実現できる。また、インク容器の小型化を図ることができるので、液滴吐出ヘッドと共にインク容器をキャリッジに搭載することが容易となる。
この構成によれば、インク容器の管状の容器の部分までインクを充填すれば、透明部において充填されたインクの液位を実際に計測することが可能となる。当該液位を一定の値として設定すれば、当該液位における圧力センサーの出力値をキャリブレーションすることができる。なお、キャリブレーションを行う場合のインクの当該液位は、圧力センサーの圧力検出部から充填されたインクの液面までの高さを指す。
この構成によれば、インク中に含まれる気泡をインク排出口から開閉バルブの間の配管に留め易くなるので、気泡がインクと共に液滴吐出ヘッドへ流入することを低減できる。
この構成によれば、外光に対して反応性が高い、例えば紫外線硬化型のインクや紫外線によって成分が変化し易いインクなどを供給可能なインク供給機構を実現できる。
この方法によれば、開閉バルブを閉じた状態でインク容器へのインクの注入が行われるので、液滴吐出ヘッドはインク容器へのインクの注入時における水頭圧の変動の影響を受けない。したがって、インク容器へのインクの注入に際して、液滴吐出ヘッドのノズル面をキャッピングしなくてもよい。
この方法によれば、液滴吐出ヘッドへのインク供給時だけでなく、インク容器へのインク注入時の時間あたりのインクの流量を制御するので、例えば、液滴吐出ヘッドのノズル面をキャッピングしてノズルからインクを吸引するノズルの回復動作を行わせる場合には、ノズルからのインクの吸引量に応じて液滴吐出ヘッドに適正な速度でインクを供給することができる。同時に、インク容器へのインクの補充ができる。
この方法によれば、インク容器を空にすることなく、インク貯留部がほぼ空であることを管理することができる。
本適用例によれば、液滴吐出ヘッドへ安定的にインクが供給され、液滴吐出ヘッドからインクを液滴として安定的に吐出することが可能な液滴吐出装置を提供することができる。
この構成によれば、複数の液滴吐出ヘッドの近傍にインク供給機構のうちインク容器と、圧力センサーと開閉バルブとが設けられるので、インク供給経路の長さに起因する圧損を抑制してインクを安定的に複数の液滴吐出ヘッドに供給することができる。
また、キャリッジの交換により、複数の液滴吐出ヘッド、インク容器、圧力センサー及び開閉バルブを同時に交換してメンテナンスすることができる。
まず、本実施形態のインク供給機構を備えた液滴吐出装置について、図1〜図4を参照して説明する。図1は液滴吐出装置の構成を示す概略斜視図である。
また、ワークW上において液体(インク)が吐出される吐出領域(膜形成領域とも呼ぶ)の配置に応じて、ワークWを例えば90度旋回させることも可能である。
また、キャリッジ8には、液滴吐出ヘッド50に液体(インク)を供給するためのインク供給機構80(図4参照)の一部と、複数の液滴吐出ヘッド50の電気的な駆動制御を行うためのヘッドドライバー72(図4参照)とが設けられている。
移動台32がキャリッジ8を副走査方向(X軸方向)に移動させてヘッドユニット9をワークWに対して対向配置する。
また、液滴吐出装置10は、メンテナンス機構として、液滴吐出ヘッド50のノズルから吐出された液体(インク)を受けて、吐出された液体(インク)の重量を計測する重量測定装置(図示省略)や、吐出された液体(インク)の着弾状態を観察できる観察装置(図示省略)を備えていてもよい。そして、これらの構成を統括的に制御する制御部40を備えている。なお、図1では、上記メンテナンス機構を図示していない。
加圧部55を構成するキャビティプレート61には、複数のノズル58をそれぞれ仕切る隔壁部67と、液体(インク)が貯留されるキャビティ65とが形成されている。ノズルプレート56と振動板62との間で隔壁部67によってノズル58ごとに仕切られた空間が加圧室68となる。各隔壁部67には加圧室68とキャビティ65とを連通させるオリフィス(溝)66が形成されている。振動板62には、キャビティ65に通ずる液体供給口63が設けられている。液体供給口63は図2(a)に示した接続針52と繋がっており、液体(インク)をキャビティ65と各加圧室68とに充填することができる。また、振動板62には、各加圧室68に対応して圧電素子69が設けられている。このようなキャビティプレート61の構成は、2つのノズル列58a,58bのそれぞれに対応して形成されている。具体的には、2つのノズル列58a,58bに対応する各加圧室68が、キャビティ65を挟んで配列している。
このようなヘッドプレート9aにおける複数(12個)の液滴吐出ヘッド50の配置によれば、描画幅L0の4倍の長さの描画幅L1で、最大3種の異なる液体(インク)を吐出可能な構成となっている。
次に、本実施形態のインク供給機構について、図5〜図8を参照して説明する。図5はインク供給機構の構成を示す概略図である。なお、図5には、便宜上、液滴吐出ヘッドと吸引装置とを含めてインク供給機構を表している。
インク貯留部81は、液滴吐出ヘッド50に供給する液体(インク)を貯留しておくものであり、開閉バルブ82を介してインク容器85に繋がる配管83に接続されている。インク貯留部81は、例えば着脱可能なカートリッジ形式となっており、本実施形態では、2つのインク貯留部81を備え、交互に切り替えて使用する構成となっている。なお、インク貯留部81の数は、2つに限定されるものではなく、1つでもよいし、2つ以上でもよい。
インク容器85の容量はインク貯留部81の容積よりも小さく、インク容器85に注入されたインクの液位を液圧として圧力センサー86によって検出することが可能となっている。インクの液位を光センサーを用いて検出する場合に比べて、圧力センサー86を用いるので、インクが照明光などによって変質したり劣化したりすることを防ぐことが可能である。
開閉バルブ82,87は、電気的にインク供給流路の開閉を行う例えば電磁バルブである。開閉バルブ82,87及び圧力センサー86は、前述したインク供給用ドライバー73を介して電気的に制御部40に接続されている。すなわち、インク供給機構80は、開閉バルブ82,87の開閉を制御すると共に、圧力センサー86から出力されたインク容器85の液位に対応する信号を検知してインク容器85へのインクの注入などを制御する制御部40の機能を含むものである。また、インク貯留部81からインク容器85へインクを移送するための手段として、例えば、インク貯留部81内を加圧する場合、インク供給機構80は、インク貯留部81の圧力調整手段を含むものである。
吸引装置90は、液滴吐出ヘッド50のノズル面58pを封止(キャッピング)して、ノズル58から液滴吐出ヘッド50内のインクや気泡を吸引することにより、ノズル58の目詰まりなどを回復させる装置である。吸引装置90は、ノズル面58pを封止するキャップ91と、吸引したインクを回収する回収タンク92と、回収タンク92内の圧力を負圧にすることができる負圧手段94とを備えている。負圧手段94は例えばロータリーポンプなどを採用することができる。キャップ91は、ゴムなどの弾性部材からなる当接部材がノズル面58pにおける複数のノズル58を周回するように配置された受け皿状になっている。キャップ91と回収タンク92との間に開閉バルブ93が設けられている。
このような吸引装置90は、ノズル面58pを封止して吸引する動作だけでなく、ノズル面58pを封止せずに液滴吐出ヘッド50の複数のノズル58から予備的に吐出されたインクを受ける動作も可能である。吸引装置90は、液滴吐出ヘッド50ごとに設けられていてもよいし、キャリッジ8に搭載された複数の液滴吐出ヘッド50に対応して設けられていてもよい。
図6に示すように、インク容器85、圧力調整弁89はキャリッジ8に取り付けられている。インク容器85に付随する透明な筒状の容器84、圧力センサー86もまたキャリッジ8に取り付けられていることになる。
3つのインク容器85のそれぞれに異なる種類のインクが注入されていてもよいし、同じ種類のインクが注入されていてもよい。また、3つのインク容器85のうち1つのインク容器85に他と異なるインクを注入することもできる。
図7に示すように、インク容器85は、耐食性に優れ且つ遮光性を有する例えばステンレスなどからなる管状の容器である。インク容器85の一方の端には筒状の容器84が接続されている。容器84は、透明な例えばガラスやプラスチックなどからなる。容器84の端は大気に開放されている。インク容器85の一方の端側の側面にインク流入口85aが設けられている。インク流入口85aには配管83が接続されている。
本実施形態では、インク容器85の内径は例えば16mmであり、インク容器85の長さは例えば250mmである。ゆえに、インク容器85の容積は、およそ50cm3である。したがって、インク容器85に例えば1cm3のインクが注入されると液位が5mm上昇することになる。本実施形態では、第1の液位LL1と第2の液位LL2との差ΔLLは、10mmである。つまり、2cm3に相当するインク量の範囲で水頭圧が管理されている。
なお、容器84は、液位LLcを視認できれば、容器自体がすべて透明である必要はなく、長手方向の側面に延在する透明部を有していればよい。
次に、本実施形態のインク供給方法について、図9及び図10を参照して説明する。図9は液滴吐出ヘッドへのインク供給方法を説明する図、図10は液滴吐出ヘッドの吸引時におけるインク供給方法を説明する図である。
具体的には、制御部40は、液滴吐出装置10のキャリッジ8をステージ5に載置されたワークWと対向する位置に配置して、液滴吐出ヘッド50からインク1をワークWに吐出する主走査を行う(図1参照)。インク1は、インク容器85及び液滴吐出ヘッド50と、これらを繋ぐインク供給経路に予め充填されている。インク容器85においてインク1の液位が第1の液位LL1にあるときに開閉バルブ87が開かれると、インク容器85の水頭圧と、液滴吐出ヘッド50のキャビティ65の負圧状態とに応じて、インク1は圧力調整弁89を経由して液滴吐出ヘッド50に供給される。
制御部40(図4参照)は、圧力センサー86から出力される、インク容器85中のインク1の第1の液位LL1に対応する第1の信号と、第1の液位LL1よりも低い第2の液位LL2に対応する第2の信号とを検知し、第2の信号を検知したときに、インク容器85へのインクの注入を開始し、第1の信号を検知したときに、インク容器85へのインクの注入を停止する。つまり、インク容器85においてインク1は、第1の液位LL1と第2の液位LL2との間で液位が管理される。なお、第2の液位LL2は、固定されるものではなく、適宜設定することができる。
(1)インク供給機構80とそのインク供給方法によれば、制御部40は、圧力センサー86から出力される信号を検知して、インク容器85内のインク1の液位が第1の液位LL1と第2の液位LL2との間で管理されるように、インク容器85へのインク1の注入流量が制御される。したがって、インク容器85における水頭圧の変動が抑えられ、液滴吐出ヘッド50のノズル58内のメニスカス形状が安定し、ノズル58から安定した吐出量の液滴Dを吐出させることができる。
(2)制御部40は、インク容器85へのインク1の注入可能な時間に応じて、適切な流量でインク1をインク容器85に注入することができる。
(3)制御部40は、インク容器85へのインク1の注入回数からインク1の消費量を算出して、インク貯留部81におけるインク1の残量や、インク貯留部81がほぼ空であることを判断して知らせることができる。
(4)制御部40は、インク容器85へのインク1の供給時だけでなく、吸引装置90を用いた液滴吐出ヘッド50の吸引時にも圧力センサー86から出力される信号を検知して、吸引時に適したインク1の供給を行わせる。また、吸引時のインク1の消費量を算出して、液滴吐出ヘッド50の複数のノズル58の許容できない目詰まりを検知して知らせることもできる。
(5)インク供給機構80を備えた液滴吐出装置10は、液滴吐出ヘッド50のノズル58からワークWに対して所定量のインク1を液滴Dとして膜形成領域に精度よく吐出することができる。すなわち、膜形成領域に安定した機能性材料からなる薄膜を形成できる。
また、キャリッジ8には、複数の液滴吐出ヘッド50だけでなく、インク供給機構80のうち、インク容器85、圧力センサー86、開閉バルブ87、圧力調整弁89が設けられているので、液滴吐出ヘッド50を交換するときに、これらの構成(部品)も交換してメンテナンスすることができる。加えて、圧力センサー86はインク容器85に取り付けられており、圧力センサー86を液滴吐出ヘッド50の近傍に配置する必要がないので、ヘッドプレート9aにおける液滴吐出ヘッド50の配置を邪魔しない。
Claims (12)
- 液滴吐出ヘッドにインクを供給するためのインク供給機構であって、
一方の端に設けられたインク流入口と、他方の端に設けられたインク排出口とを有する開放型のインク容器と、
前記インク排出口と前記液滴吐出ヘッドとの間に設けられた開閉バルブと、
前記インク容器の前記インク排出口側に設けられた圧力センサーと、
前記開閉バルブと前記圧力センサーとが電気的に接続された制御部と、を備え、
前記他方の端が鉛直方向において下方に位置するように前記インク容器が配置されることを特徴とするインク供給機構。 - 前記開閉バルブと前記液滴吐出ヘッドとの間に圧力調整弁を備えることを特徴とする請求項1に記載のインク供給機構。
- 前記インク容器の容積よりも大きな容積のインク貯留部を備え、
インクは前記インク貯留部から前記インク流入口を経由して前記インク容器に注入されることを特徴とする請求項1または2に記載のインク供給機構。 - 前記インク容器は不透明であって、前記一方の端に前記インク容器と連通して設けられ、少なくとも長手方向に延在する透明部を有する管状の容器を備え、前記管状の容器が大気開放されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のインク供給機構。
- 前記開閉バルブは、前記インク流入口と前記インク排出口との間の高さに位置するように前記インク容器に対して配置され、前記インク排出口と前記開閉バルブとの間、及び前記開閉バルブと前記液滴吐出ヘッドとの間は、可撓性の配管で繋がれていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載のインク供給機構。
- 前記可撓性の配管は、遮光性を有していることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載のインク供給機構。
- 液滴吐出ヘッドにインクを供給するためのインク供給方法であって、
一方の端に設けられたインク流入口と、他方の端に設けられたインク排出口とを有する開放型のインク容器と、
前記インク排出口と前記液滴吐出ヘッドとの間に設けられた開閉バルブと、
前記インク容器の前記インク排出口側に設けられた圧力センサーと、
前記開閉バルブと前記圧力センサーとが電気的に接続された制御部と、を備え、
前記他方の端が鉛直方向において下方に位置するように前記インク容器が配置されたインク供給機構を用い、
前記制御部は、前記圧力センサーから出力される、前記インク容器中のインクの第1の液位に対応する第1の信号と、前記第1の液位よりも低い第2の液位に対応する第2の信号とを検知し、前記第2の信号を検知したときに、前記インク容器へのインクの注入を開始し、前記第1の信号を検知したときに、前記インク容器へのインクの注入を停止することを特徴とするインク供給方法。 - 前記制御部は、前記開閉バルブを閉じて前記液滴吐出ヘッドへのインク供給を停止している間に、
前記圧力センサーからの出力を検知して、前記インク容器へのインクの注入の要否を判定し、
前記第2の信号を検知した場合に、インク容器へのインクの注入を行うことを特徴とする請求項7に記載のインク供給方法。 - 前記制御部は、前記圧力センサーからの出力を検知し、前記インク容器に注入されるインクまたは前記インク容器から排出されるインクの単位時間あたりの流量を制御することを特徴とすることを特徴とする請求項7または8に記載のインク供給方法。
- 前記インク流入口を介して前記インク容器に繋がれたインク貯留部を有し、
前記制御部は、前記インク容器へのインク注入時に前記圧力センサーの出力を検知し、出力の変動が認められない場合、前記インク貯留部がほぼ空であると判定することを特徴とする請求項7乃至9のいずれか一項に記載のインク供給方法。 - 複数のノズルからインクを液滴として吐出可能な液滴吐出ヘッドと、
請求項1乃至6のいずれか一項に記載のインク供給機構とを備えたことを特徴とする液滴吐出装置。 - 複数の前記液滴吐出ヘッドが取り付けられたキャリッジを備え、
前記インク供給機構のうち少なくとも前記インク容器と前記圧力センサーと前記開閉バルブとが前記キャリッジに取り付けられていることを特徴とする請求項11に記載の液滴吐出装置。
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