JP2021154520A - 液体吐出ヘッドにおける液体除去方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 液体流路に連通するバッファ室を設けた液体流路構成での液体吐出ヘッドにおいては、上記液体除去方法での液体除去が困難であった。【解決手段】 液体供給系に接続される接続口と、前記接続口を介して前記液体供給系から供給された液体を吐出する吐出口とを備えた液体流を有する液体吐出ヘッドの前記液体流路に充填された液体を除去する液体吐出ヘッドにおける液体除去方法であって、前記吐出口から前記液体流路内を吸引する第一の工程と、前記接続口から前記液体流路内を減圧吸引し、かつ吐出口から気体を流入する第二の工程を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、インクなどの液体を吐出する液体吐出ヘッドの内部に充填された純水などの液体を、液体流路内から除去する液体吐出ヘッドにおける液体除去方法に関する。

従来、液体吐出ヘッドは保管時や物流時において液体吐出装置のキャリッジに搭載された状態で梱包される。この際、液体吐出ヘッドの液体流路内は空の状態、すなわち空気で満たされた状態となっている。これにより、液体吐出ヘッド内に物流インクなどを充填する場合と比較して、液体吐出ヘッドの梱包簡素化や記録用インクの使用量抑制（液体記録ヘッド使用開始時における物流インクから記録用インクへの置換に使用する）が可能になるとされている。

製造ラインにおいては、工場出荷前の印字検査を通過した液体吐出ヘッドは、印字検査に使用した記録用インクを純水に置換し、その後、液体流路内の当該純水を除去、乾燥して空の状態にする。

特許文献１には、液体吐出ヘッドの液体流路内を減圧し、かつ液体吐出ヘッドの吐出口から外部の気体を流入することによって液体流路内の液体を除去する技術が開示されている。

特開２０１８−１２２７２号公報

液体吐出ヘッドは、一般にインクを貯留する共通液室と、共通液室に貯留されたインクを吐出する複数の吐出口を有している。実使用において複数の吐出口から連続吐出を行うと、吐出およびリフィルによるインクの連続的な動きにより、共通液室内のインクに振動が生じ、この影響でインク吐出が乱れて印字品位を損ねてしまうことがある。

このような共通液室内のインク振動を吸収してインク吐出を安定化させる対策として
共通液室内に連通するバッファ室としての空間を設け、このバッファ室内に空気層を確保する手段がとられる。

しかしながら、液体流路に連通するバッファ室を設けた液体流路構成での液体吐出ヘッドにおいては、上記液体除去方法による液体流路内に滞留する純水の完全な除去が困難であった。

流動解析によると、吐出口から供給された気体はノズル直後で乱流を生じるものの、流入気体の気流がバッファ室全域には届きにくいことが分かった。

また、効率的に乾燥させるため、供給する気体を高温化すると、樹脂部品で成型して形成された記録素子基板が熱の影響で塑性変形してしまう。記録素子基板には吐出口を備える記録素子が高精度に接着接合されているため、昇温してこれが熱変形すると液体吐出精度が悪化してしまう。

本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、液体吐出ヘッドに充填された純水などの液体を、効率よく除去することが可能な液体吐出ヘッドにおける液体除去方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明では、液体供給系に接続される接続口と、前記接続口を介して前記液体供給系から供給された液体を吐出する吐出口とを備えた液体流路を有する液体吐出ヘッドの前記液体流路に充填された液体を除去する液体吐出ヘッドにおける液体除去方法であって、前記吐出口から前記液体流路内を吸引する第一の工程と、前記接続口から前記液体流路内を減圧吸引し、かつ吐出口から気体を流入する第二の工程を有することを特徴とする。

本発明によれば、液体流路に連通するバッファ室としての空間が設けられた液体吐出ヘッドに対し、液体吐出ヘッドに充填された純水などの液体を、効率よく除去することが可能となる。

液体吐出ヘッドにおける液体除去方法を示す概略図である。 液体吸引装置の要部を示す概略図である。 第一実施形態における液体吸引手順を示すフローチャートである。 第一実施形態における減圧乾燥装置を示す概略構成図である。 第一実施形態における減圧乾燥手順を示すフローチャートである。 液体流路における吸引時間と減圧値の変化を示すグラフである。 第一実施形態における液体吸引条件を示す図である。 第二実施形態における減圧乾燥条件を示す図である。 第二実施形態における減圧乾燥装置の概略図である。 ヒータ設定温度に対する吐出口面温度を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明による液体吐出ヘッドにおける液体除去方法を詳細に説明する。

（第１実施例）
まず、本発明による液体吐出ヘッドにおける液体除去方法により純水が除去される液体吐出ヘッド１０の構成について説明する。図１（ａ）は、液体吐出ヘッド１０の概略構成図を示す。発明の理解を容易にするため、一つのインク流路についてのみを示している。図１に示す液体吐出ヘッドは、インクジェット方式でインクを吐出するよう構成されている。即ち、インク供給系に接続される接続口１１と、インク供給系から供給されたインクを吐出する吐出ユニット１６を備えている。なお、接続口１１と吐出ユニット１６とは流路１２を介して接続されている。接続口１１にはフィルタ（不図示）が設けられており、インク供給系から供給されるインクは、このフィルタを通過して流路１２に流れ込む。吐出ユニット１６は、流路１４を介して供給されたインクを貯留する共通液室１３と、共通液室に貯留されたインクを外部に吐出する複数の吐出口１５とを有している。各吐出口内には、インク吐出駆動源（不図示）が設けられている。このインク吐出駆動源は、インクを急加熱して泡（バブル）を発生させ、それに伴う圧力でインクを吐出するためのヒータや機械的変位でインクを吐出するための圧力を発生させるピエゾ素子である。

本実施形態においては、接続口１１、流路１２、共通液室１３および吐出口１５により液体流路１８が形成される。接続口１１と吐出口１５とはこの液体流路１８によって連通している。共通液室内にはバッファ室１４が設けられている。これは液体流路１８に連通する閉塞空間であり、記録素子基板と一体的に樹脂成型で形成したり、異部材を接合して形成したりする。

液体吐出ヘッド１０は、保管時や物流時には、液体吐出装置のキャリッジに搭載された状態で梱包される。この際、液体吐出ヘッドの液体流路内は空の状態、つまり空気で満たされた状態となっている。液体吐出ヘッド１０は製造工程で印字検査が行われ、当該検査がなされた後、液体流路内を空の状態にされる。

前記印字検査は、液体吐出ヘッド１０に記録用インクを充填して行う。その後、検査でＯＫと判断された液体吐出ヘッドについては、液体流路のインクを純水に置換する。接続口１１から液体流路１８に純水を注入し、この流入時の圧力によって吐出口１５から記録用インクを排出する。この純水置換は、所定流量で純水を流入したり、また純水と空気を交互に間欠流入したりしてもよい。

次に、液体流路内にある純水を除去する液体除去方法を説明する。

図１は、本発明における液体除去方法を説明する説明図であり、図１（ａ）は液体吸引、図１（ｂ）は、減圧乾燥を示す。図中矢印は、各工程における気体の流れ方向を示す。
本発明における液体除去方法は、まず、第一の工程で前記吐出口１５から前記液体流路内を吸引して液体吐出ヘッド１０の液体流路内に滞留している純水を吸引する。

続けて第二の工程で前記接続口１１から前記液体流路内を吸引し、かつ吐出口１５から気体を流入することによって液体流路１８から液体を除去、乾燥する。

＜液体吸引＞
図２は液体吸引を説明する装置の要部を示す概略図である。当該装置はノズルユニット２０、受け台２２及び吸引ユニット２１で構成される。ノズルユニット２０には液体吐出ヘッド１０で使用するインクの色数に対応したノズル数が配置されている（４色：Ｂｋ／Ｃ／Ｍ／Ｙ）。
（ａ）は初期状態、液体吐出ヘッド１０が受け台２２の上に投入された様子。
（ｂ）はノズルユニット２０および吸引ユニット２１が液体吐出ヘッド方向に移動する様子。

ノズルユニットが下降して液体吐出ヘッド１０の接続口１１に当接する。また、吐出口側は吸引可能な吸引部２１で吐出口面を覆うようにキャッピングする。
（ｃ）は液体吸引の様子。

吸引部２１を駆動して液体流路内を吸引することによって純水置換後の液体流路内に滞留している純水を吐出口側から除去する。この時、図１（ｂ）矢印方向で示したような吸引が行われている。

図３は液体吸引工程の手順を示すフローチャートである。

この液体吸引では、吸引部２１を駆動して、液体流路内を吸引する。前記吸引では、例えば図１（ａ）に示したバッファ室のような、液体流路１８に連通する空間で構造上抜けにくいような箇所に滞留している液体を吸引除去できればよい。

図７は、液体吸引条件の一例である。図中、密閉吸引：５ｓは液体吐出ヘッド内の液体、空吸引１：３ｓ、空吸引２：２ｓは密閉吸引前後に装置配管内に滞留している液体を除去するものである。またブローは液体流路内および配管内に残った液体を排出するものである。エアブローの圧力およびブロー時間は、それぞれ０．０７〜０．０９ＭＰａ、５ｓ以上で液体吸引可能であったが、これは適宜実験的に設定すればよい。

＜減圧乾燥＞
図４は、減圧乾燥装置を示す概略構成図である。

液体吐出ヘッド１０に対し、接続口面側にはノズルユニット３０、吐出口面側にはエア供給部材３１が設けられている。ノズルユニットは真空容器３３に連通している。真空容器３３には真空発生源としての真空ポンプ３６および圧力計３４、大気開放弁３５が設けられて、バルブ３８を介してノズルユニット３０に連通している。

エア供給部材３１は液体吐出ヘッド１０の吐出口から液体流路を乾燥させる気体を流入する部材である。気体は活性炭フィルタ４３等を介したクリーンエアーを使用する。また、流入する気体については、圧力計４０や流量計（不図示）で確認しながら、適宜で調整する。

図５は、減圧乾燥の手順を示すフローチャートである。

この減圧乾燥ではまず、減圧吸引可能なノズルユニットが下降して接続口に当接し、真空発生源を駆動して液体流路内の減圧吸引を開始する。また、エア供給部材が上昇し、液体吐出ヘッドの吐出口面に近接し、エア供給部材から気体を供給する。ここにおいて、液体吐出ヘッドの吐出口は解放されているので液体流路内は密閉されていないが、液体吐出ヘッドでは、接続口における圧力損失と比較して吐出口における圧力損失が顕著に高い値になっている。このため圧力損失の小さい接続口から減圧吸引されると、圧力損失の小さい接続口と圧力損失の大きい吐出口との圧力損失の差によって、液体流路内が減圧される。減圧吸引された液体流路では、図６に示すように、吸引開始から数秒後には高い減圧値をほぼ一定に保つことができ、内部が減圧されていることが分かる。

また、上記したように吐出口からエアを供給することにより、図１（ｃ）で示したような気体の流れが生じている。

なお、吸引部による吸引の際の真空度や吸引時間については、液体吐出ヘッドにおける液体流路の体積や作業環境によっても異なるため、適当な値を実験値に基づいて決定すればよい。例えば真空度を６５ｋＰａ以上とし、吸引時間は真空度６５ｋＰａ到達から２５秒以上とする。こうした数値は加熱方法、液体流路の体積、作業環境などによって変わるため、適宜実験的に決定すればよい。

以上説明したように、本発明の第一実施形態による液体吐出ヘッドにおける液体除去方法によれば、液体吐出ヘッドはまず、第一の液体吸引工程で液体吐出ヘッドの液体流路内に滞留する純水を吸引除去され、続いて第二の減圧乾燥工程で、接続口から減圧吸引し、かつ吐出口から気体を流入することによって液体流路が乾燥される。

これにより、例えば本実施形態図１に示すように、インクの吐出によって生じる共通液室内のインクの振動を抑制するためのバッファ室などが設けられていても、当該バッファ室を含む液体流路から効率的に純水を除去することが可能となる。

（第２実施例）
次に、本発明による液体吐出ヘッドにおける液体除去方法の第２の実施形態について説明する。

本発明においては、吐出口から前記液体流路内を吸引する第一の工程と、接続口から前記液体流路内を減圧吸引し、かつ吐出口から気体を流入する第二の工程を有する液体吐出ヘッドにおける液体除去方法であって、前記第二の工程における前記気体を加熱して流入することにより、液体流路を乾燥することを特徴とする。

図９は、第二実施形態における減圧乾燥装置を示す概略構成図である。

液体吐出ヘッドの吐出口面から気体を供給するエア供給部材３１の内部にヒータ５１を内蔵している。前記エア供給部材３２のヒータ５１は予め所定の温度に温調器５０で設定されている。これは周囲に熱が逃げにくいよう供給エアを加熱するため、またはその輻射熱で液体吐出ヘッド１０を加熱するためである。本発明では液体吐出ヘッドに近接するエア供給部材のヒータ５１で気体を加熱しているが、この気体は予め加熱した高温エアを使用してもよい。

図１０は、前記ヒータ設定温度に対する吐出口面温度の変化を示した昇温グラフである。ヒータ設定温度としては、水分を蒸発する１００℃以上とする。なお、液体吐出ヘッド１０の構成部材の熱変形などを考慮して、構成部材の荷重たわみ温度以下とすることが好ましい。本実施例における検討によると、ヒータの設定温度が１５０℃以上になると樹脂部品で成型した記録素子基板が熱変形して液体吐出ヘッドの吐出着弾精度に影響してしまう懸念があるため、液体吐出ヘッドの吐出口表面温度が１００℃以下になるよう設定した。図８は、第二実施形態における減圧乾燥条件である。

以上説明したように、本発明の第二実施形態による液体吐出ヘッドにおける液体除去方法によれば、液体吐出ヘッドはまず、第一の液体吸引工程で、液体吐出ヘッドの液体流路内に滞留する純水を吸引除去され、続いて第二の減圧乾燥工程で、接続口から減圧吸引し、かつ吐出口から加熱した気体を流入することによって液体流路が乾燥される。液体流路内は減圧され、かつ高温気体が流入されることによって気化が促進される。これにより、効率的な液体流路からの純水除去が可能となる。

１０ 液体吐出ヘッド
１１ 接続口
１２ 流路
１３ 共通液室
１４ 空間
１５ 吐出口
１６ 吐出ユニット
１７ 記録素子
１８ 液体流路
２０ ブローノズル
２１ 吸引部
２２ 受け台
３０ 吸引部
３１ エア供給部材
３２ 受け治具
３３ 真空容器
３４、４０ 圧力計
３５ 大気開放弁
３６ 真空ポンプ
３７ デジタル圧力計
３８、４２ バルブ
３９ 除電器
４１ レギュレータ
４３ 活性炭フィルタ
５０ 温調器
５１ ヒータ

Claims (5)

1. 液体供給系に接続される接続口と、前記接続口を介して前記液体供給系から供給された液体を吐出する吐出口とを備えた液体流を有する液体吐出ヘッドの前記液体流路に充填された液体を除去する液体吐出ヘッドにおける液体除去方法であって、
   前記吐出口から前記液体流路内を吸引する第一の工程と、
   前記接続口から前記液体流路内を減圧吸引し、かつ吐出口から気体を流入する第二の工程と、
   を有することを特徴とする液体吐出ヘッドにおける液体除去方法。
2. 前記吐出口から吸引することにより、前記液体流路内に滞留する液体を除去することを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドにおける液体除去方法。
3. 少なくとも前記第二の工程で乾燥可能な液量を吸引することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液体吐出ヘッドにおける液体除去方法。
4. 前記液体流路内を減圧吸引しながら、前記液体流路を加熱することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドにおける液体除去方法。
5. 前記吐出口から流入する気体を加熱することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１に記載の液体吐出ヘッドにおける液体除去方法。
   
   

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