JP2020146945A - 液体を吐出する装置 - Google Patents

Abstract

【課題】残留インクを確実に回収すること。【解決手段】液体吐出ヘッドから液体を回収する液体回収機構を備え、液体回収機構３０は、液体吐出ヘッド１２に接する第１の漏斗状部材（漏斗状部材３１１）と、第１の漏斗状部材の下方に配置された第２の漏斗状部材（漏斗状部材３１２）と、第２の漏斗状部材に設けられた吸引部３２と、第２の漏斗状部材から排出された液体を受けるトレー部３３と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、液体を吐出する装置に関する。

ＵＶ（ultraviolet）インクジェットプリンタでは、液体吐出ヘッドのノズル面に対する摩耗低減を考慮した非接触吸引式で、ノズル面の残留インクを回収する技術が考えられ既に知られている（例えば、特許文献１）。

特許文献１では、残留インクの回収には吸引ポンプが用いられているが、回収したインクが吸引ポンプまで逆流する恐れがあった。

本発明は、残留インクを確実に回収することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明の液体を吐出する装置は、液体吐出ヘッドから液体を回収する液体回収機構を備え、前記液体回収機構は、前記液体吐出ヘッドに接する第１の漏斗状部材と、前記第１の漏斗状部材の下方に配置された第２の漏斗状部材と、前記第２の漏斗状部材に設けられた吸引部と、前記第２の漏斗状部材から排出された液体を受けるトレー部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、残留インクを確実に回収することができる。

本発明に係る液体を吐出する装置の一例における全体構成を示す斜視図である。 一実施形態の液体回収機構を適用したＵＶインクジェットプリンタの基本構成を説明する模式図である。 一実施形態の液体回収機構がスタンバイ状態のときの回収部を説明する模式図である。 一実施形態の液体回収機構が残液回収を開始するときの回収部を説明する模式図である。 一実施形態の液体回収機構が吸引状態のときの回収部を説明する模式図である。 一実施形態の液体回収機構が吸引完了直後の回収部を説明する模式図である。 一実施形態の液体回収機構が残液回収終了時の回収部を説明する模式図である。

以下、実施形態について、図面を参照しながら説明する。説明の明確化のため、以下の記載および図面は、適宜、省略または簡略化がなされている。各図面において同一の構成または機能を有する構成要素および相当部分には、同一の符号を付し、その説明を省略する。

まず、本発明に係る液体を吐出する装置の一実施形態について、全体構成を説明する。
図１は、液体を吐出する装置の一例としてのＵＶインクジェットプリンタ（「インクジェット記録装置」とも称する）の全体構成を示す斜視図であって、図１（Ａ）は装置前面側から見た斜視図、図１（Ｂ）は装置背面側から見た斜視図である。

このＵＶインクジェットプリンタ１０は、キャリッジ２００と、記録媒体を載置するテーブル（「ステージ」とも称する）１３と、を備える。キャリッジ２００は、複数のノズルが設けられた複数の液体吐出ヘッドを備えたインクジェット方式のキャリッジであり、液体を記録ヘッドのノズルから吐出することによって画像を形成する。ノズルは、テーブル１３との対向面に設けられている。なお、本実施形態では、液体は、一例として紫外線硬化性を有する。

また、キャリッジ２００のテーブル１３との対向面には、紫外線を照射する光源である照射ユニット４００が設けられている。照射ユニット４００（照射部の一例）は、ノズルから吐出された液体を硬化させる波長の光を照射する。

左右の側板１８ａ，１８ｂにはガントリー（「ガイドロッド」とも称する）１９が架け渡されており、ガントリー１９は、キャリッジ２００をＸ方向（主走査方向）に移動可能に保持している。また、キャリッジ２００、ガントリー１９、及び側板１８ａ，１８ｂは一体となって、テーブル１３の下部に設けられたガイドレール２９に沿ってＹ方向（副走査方向）に移動可能となっている。更に、キャリッジ２００は、Ｚ方向（上下方向）に移動可能に保持されている。

次に、図２を参照して、液体吐出装置全体と一実施形態の液体回収機構と関係について説明する。図２は、一実施形態の液体回収機構をＵＶインクジェットプリンタに適用した基本構成を説明する模式図である。図２では、液体を吐出する装置の一例としてのＵＶインクジェットプリンタ１０（以降適宜「プリンタ」とも称する）について、装置本体１１、液体吐出ヘッド（以降適宜「ヘッド」とも称する）１２、テーブル１３、ガントリー１９、液体回収機構３０、キャリッジ２００を模式的に表し、テーブル１３にメディア（記録媒体）９を載せた状態を示している。

前述したように、プリンタの動作原理は、ガントリー１９のＹ（前後）方向移動と、キャリッジ２００のＸ（左右）方向移動とのみ合わせで、テーブル１３上に積載してあるメディア９表面に印刷を行う。印刷時メディア９表面とヘッド１２のノズル面との隙間をある一定範囲内にキープさせる必要があるため、メディア９の厚みに応じてキャリッジをＺ（上下）方向に調整する必要がある。

装置本体１１は、キャリッジ２００などを、所望の位置に移動させる駆動部と、装置全体を制御する制御部とを備える。制御部は、例えば、各種プログラムにより装置全体を制御する。ここでは詳細な説明を省略する。

液体回収機構３０は、回収部３１、および、吸引部としての吸引ポンプ３２を少なくとも有する。
プリンタは、液体回収機構３０の回収部３１を、液体吐出ヘッド１２を備えるキャリッジ２００の位置に基づいて移動させる移動手段を備える。移動手段は、残液（廃インク、廃液）を回収するときに、キャリッジ２００を移動させることなくキャリッジ２００を固定した状態で）、液体回収機構３０を所望の位置に移動させる。移動手段は制御部により制御される。
このようにすると、機構がシンプルとなる。また、液体吐出ヘッド１２の配置に制約されることなく、キャリッジ２００の位置を高さ原点に戻すことにより、液体吐出ヘッド１２と液体回収機構３０との隙間を管理することができる。

次に、一実施形態の液体回収機構の回収部３１について説明する。
図３は、残液回収前のスタンバイ状態の回収部３１を示す。図３（Ａ）は、正面から見た模式図、図３（Ｂ）は右側面から見た模式図である。
キャリッジ２００のＺ（上下）方向、液体回収機構３０のＸ（左右）方向は、制御部により原点位置でスタンバイする。

ここで、液体回収機構３０の構成例について説明する。
回収部３１は、第１の漏斗状部材としての漏斗状部材３１１と、第２の漏斗状部材としての漏斗状部材３１２を有する。漏斗状部材３１１は、液体吐出ヘッド１２に接するニップ部分３１８と、液体を受ける傾斜部３１１１と、傾斜部の下流に設けられて液体を排出する開口３１１２とを備える。ニップ部分３１８をノズル面１２１に接触させることで、漏斗状部材３１１内に空間Ａを形成する。
また漏斗状部材３１２は、液体を受ける傾斜部３１２１と、傾斜部の下流に設けられて液体を排出する開口３１２２とを備える。漏斗状部材３１２は、漏斗状部材３１１の下方に配置され、漏斗状部材３１１の底面（傾斜部３１１１の裏面側）と、傾斜部３１２１との間で空間Ｂを形成する。
なお、漏斗状部材は、少なくとも上方から流れてきた液体を受け、傾斜などで液体を開口３１１２、３１２２へと案内できる形状であればよく、形状は適宜変更可能である。
また、液体回収機構３０は、回収部３１が回収した液体を受けるトレー部（「トレー」とも称する）３３、回収部３１を保持する保持部３４、保持部３４を支持するブロック３５、および、回収部３１の移動方向を案内（規定）するリニアガイド３６を有する。

漏斗状部材３１１、３１２は、底部に、一方向弁３１３、３１４が設けられている。漏斗状部材３１１、３１２は、残液回収時にヘッド１２に対向する上開口部の開口面積（内径）が、底部の開口面積（内径）より大きい漏斗形状を有する。漏斗状部材３１１、３１２は、空気（気体）が流れる隙間を空けて重ねられ、各漏斗状部材３１１、３１２の上開口部を接合する接合部３１５を有する。

回収部３１は、空気を流入させる吸引入口（「吸引口」とも称する）３１６と、吸引入口３１６から送り込まれた空気を排出する吸引出口とを備える。
吸引入口３１６は、漏斗状部材３１１の上開口部の上部に設けられる。図３（Ｂ）では、接合部３１５（漏斗状部材３１１、３１２を接合する壁面）を漏斗状部材３１１の上開口部の上部まで伸長し、漏斗状部材３１１の上開口部より小さい開口面積（断面積）となるように形成されている。
吸引出口３１７は、接合部３１５（空間Ｂの一部のいずれかであれば場所は問わない）に設けられ、漏斗状部材３１１と漏斗状部材３１２との隙間を流れる空気が排出されるように形成されている。また、吸引出口３１７は、空気を吹き込み、残液回収のときの空気の流れとは逆の流れを作れるように形成される。逆の流れについては、図７を参照して後述する。

吸引ポンプ３２は、空気を吸引入口３１６から取り込み、吸引出口３１７から排出して、空気の流れを発生させる。また、吸引ポンプ３２は、空気の吸引により空気圧を発生させ（変化させ）、一方向弁を開閉させる。

吸引入口３１６の開口面積（断面積）は、漏斗状部材３１１、３１２の底部の開口面積（断面積）より大きい。
回収部３１は、空気が流れる方向（気流）に垂直する断面積が、吸引入口３１６の断面積より大きな箇所を少なくとも有することが好ましい。例えば、図３（Ｂ）では、漏斗状部材３１１の上開口部の開口面積が、空気が流れる方向に垂直する断面積の一つとなり、吸引入口３１６の断面積より大きい例を示している。このようにすると、吸引ポンプ３２で吸引する際に、風流速のメリハリを付けることができる。詳細には、液体が気流と共に流れることを防止するため、吸引入口を絞って強い気流を形成させ、それ以外の部分においては緩やかに空気が流れるようにできる。
また、漏斗状部材３１１、３１２の一方向弁３１３、３１４は、吸引出口３１７より低い位置に配置されるとよい。このようにすると、液体が吸引入口３１６へ逆流するリスクを低減することができる。

また、回収部３１は、前述した通り、二つの漏斗状部材３１１、３１２を重ねた二重漏斗構造としている。このようにすると、漏斗状部材３１１の存在により、漏斗状部材３１１から垂れ落ちた液体が漏斗状部材３１２の中央部となる底部（一番低い位置）に誘導されやすくなる。その結果、液体の逆流を防止する効果がより高まることが期待できる。

以下、液体回収機構３０がスタンバイ状態から残液回収を行うメカニズムの一例を説明する。その際、回収部３１内で空気が流れる方向などについて、図３に示す空間Ａ、空間Ｂ、空間Ｃを用いて説明する。図４から図７の各図は、図３と同様に、（Ａ）は、正面から見た模式図、（Ｂ）は右側面から見た模式図を表している。

図４は、液体回収機構３０が残液回収を開始する状態を示す。図中の矢印は、空気の流れを示す。
ヘッド１２のノズルから液体を適切な量を押し出して、吸引ポンプ３２により吸引を開始すると、吸引入口３１６→空間Ａ→空間Ｂ→吸引出口３１７の順で気流が発生する。その結果、押し出された廃インクは空間Ｃに落ちる。一方向弁は気圧で自動開閉する。

図５は、液体回収機構３０が残液を吸引開始後に回収部３１が移動した状態を示す。
回収部３１がＺ（左右）方向に移動することで、液体吐出ヘッド１２のノズル面の残留インクが順次回収され、空間Ｂに回収される。この間、漏斗状部材３１２の一方向弁３１４は、吸引ポンプ３２の吸引により空気圧が変動すると、開閉し、回収されたインクがトレー部３３に移動する。トレー部３３は、漏斗状部材３１２から排出された液体を受ける。

図６は、ヘッド１２のノズル面の残留インクが回収完了直後の状態を示す。回収された廃インクが漏斗状部材３１２の底部に溜まっている。

図７は、残液回収終了時を示す。吸引出口３１７から吹き込み方向（逆方向）に気流形成させることで、空間Ｂに溜めてあった廃インクが空間Ｃに流され、廃インクの回収を完了する。気圧で一方向弁が自動開閉する。
このようにして、廃インクを確実にトレー部３３に誘導する。

以上説明した通り、一実施形態の液体回収機構は、一つの吸引機構で、複数の液体吐出ヘッドに対して完全非接触式により残留インクを回収する。また、液体吐出ヘッドのノズルの多様な配置に対応可能であり、ノズルの配置による制限を受けない。さらに、二重漏斗構造により廃インクを吸引ポンプに逆流させることなく回収する。このようにして、廃インクを確実に回収することが可能になる。また、液体吐出ヘッドのノズル面の液滴を回収するメカ機構がシンプルになったため、低コストで高い信頼性を持つ非接触型の液体回収機構を提供することができる。
例えば、従来技術では、ヘッド毎に吸引機構が必要であり、液体吐出ヘッドのノズル面と吸引機構との隙間管理が難しく、プリンタの生産コストが高く、信頼性が低いという問題があった。また、一般的には強い吸引力が必要とするため吸引されたインクが吸引ポンプまで逆流する可能性があるという問題があった。一実施形態の液体回収機構を用いることにより、これらの問題を解消することができる。

「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッド又は液体吐出ユニットを備え、液体吐出ヘッドを駆動させて液体を吐出させる装置である。液体を吐出する装置には、液体が付着可能なものに対して液体を吐出することが可能な装置だけでなく、液体を気中や液中に向けて吐出する装置も含まれる。

本願において、「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッド又は液体吐出ユニットを備え、液体吐出ヘッドを駆動させて、液体を吐出させる装置である。液体を吐出する装置には、液体が付着可能なものに対して液体を吐出することが可能な装置だけでなく、液体を気中や液中に向けて吐出する装置も含まれる。

この「液体を吐出する装置」は、液体が付着可能なものの給送、搬送、排紙に係わる手段、その他、前処理装置、後処理装置なども含むことができる。

例えば、「液体を吐出する装置」として、インクを吐出させて用紙に画像を形成する装置である画像形成装置、立体造形物（三次元造形物）を造形するために、粉体を層状に形成した粉体層に造形液を吐出させる立体造形装置（三次元造形装置）がある。

また、「液体を吐出する装置」は、吐出された液体によって文字、図形等の有意な画像が可視化されるものに限定されるものではない。例えば、それ自体意味を持たないパターン等を形成するもの、三次元像を造形するものも含まれる。

上記「液体が付着可能なもの」とは、液体が少なくとも一時的に付着可能なものであって、付着して固着するもの、付着して浸透するものなどを意味する。具体例としては、用紙、記録紙、記録用紙、フィルム、布などの被記録媒体、電子基板、圧電素子などの電子部品、粉体層（粉末層）、臓器モデル、検査用セルなどの媒体であり、特に限定しない限り、液体が付着するすべてのものが含まれる。

上記「液体が付着可能なもの」の材質は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど液体が一時的でも付着可能であればよい。

また、「液体」は、ヘッドから吐出可能な粘度や表面張力を有するものであればよく、特に限定されないが、常温、常圧下において、または加熱、冷却により粘度が３０ｍＰａ・ｓ以下となるものであることが好ましい。より具体的には、水や有機溶媒等の溶媒、染料や顔料等の着色剤、重合性化合物、樹脂、界面活性剤等の機能性付与材料、ＤＮＡ、アミノ酸やたんぱく質、カルシウム等の生体適合材料、天然色素等の可食材料、などを含む溶液、懸濁液、エマルジョンなどであり、これらは例えば、インクジェット用インク、表面処理液、電子素子や発光素子の構成要素や電子回路レジストパターンの形成用液、３次元造形用材料液等の用途で用いることができる。

また、「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッドと液体が付着可能なものとが相対的に移動する装置があるが、これに限定するものではない。具体例としては、液体吐出ヘッドを移動させるシリアル型装置、液体吐出ヘッドを移動させないライン型装置などが含まれる。

また、「液体を吐出する装置」としては他にも、用紙の表面を改質するなどの目的で用紙の表面に処理液を塗布するために処理液を用紙に吐出する処理液塗布装置、原材料を溶液中に分散した組成液を、ノズルを介して噴射させて原材料の微粒子を造粒する噴射造粒装置などがある。

以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

１０ ＵＶインクジェットプリンタ
１１ 装置本体
１２ 液体吐出ヘッド（ヘッド）
１３ テーブル
１９ ガントリー
３０ 液体回収機構
３１ 回収部
３３ トレー部
３４ 保持部
３５ ブロック
３６ リニアガイド
１２１ ノズル面
３１１、３１２ 漏斗状部材
３１３、３１４ 一方向弁
３１５ 接合部
３１６ 吸引入口（吸引口）
３１７ 吸引出口
３１８ ニップ部分
３１１１、３１２１ 傾斜部
３１１２、３１２２ 開口
２００ キャリッジ

特開２０１６‐０００５１６号公報

Claims (6)

1. 液体吐出ヘッドから液体を回収する液体回収機構を備え、
   前記液体回収機構は、
   前記液体吐出ヘッドに接する第１の漏斗状部材と、
   前記第１の漏斗状部材の下方に配置された第２の漏斗状部材と、
   前記第２の漏斗状部材に設けられた吸引部と、
   前記第２の漏斗状部材から排出された液体を受けるトレー部と、を備えることを特徴とする液体を吐出する装置。
2. 前記第１の漏斗状部材及び前記第２の漏斗状部材を移動させる移動手段を、さらに備えることを特徴とする請求項１に記載の液体を吐出する装置。
3. 前記第１の漏斗状部材及び前記第２の漏斗状部材を含む回収部を備え、
   前記回収部は、空気を流入させる吸引入口と、前記空気を排出する吸引出口とを有し、前記空気が流れる方向に垂直する断面積が、前記吸引入口の断面積より大きな箇所を少なくとも有することを特徴とする請求項１または２に記載の液体を吐出する装置。
4. 前記第１の漏斗状部材は、底部に一方向弁を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の液体を吐出する装置。
5. 前記第２の漏斗状部材は、底部に一方向弁を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の液体を吐出する装置。
6. 前記第１の漏斗状部材及び前記第２の漏斗状部材を含む回収部を備え、
   前記回収部は、前記空気を流入させる吸引入口と、前記空気を排出する吸引出口とを有し、
   前記一方向弁の少なくとも１つは、前記吸引出口より低い位置に存在することを特徴とする請求項４または５に記載の液体を吐出する装置。