JP5150391B2 - 印刷装置 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェット印刷装置の技術分野に係り、特に、インクジェットヘッドとリザーバタンクを一体にしたインクヘッドモジュールに関する。

液晶表示装置のスペーサの散布やカラーフィルタの作成に、インクジェット方式の印刷装置が用いられている。
ピエゾ式圧電素子をアクチュエータに利用し吐出液を吐出するインクジェット印刷装置で、液晶用カラーフィルターなどを製造する際に、吐出液中に含まれているマイクロバブルはアクチュエータなどの存在するチャンバーや吐出液の供給配管に留まり、インクの吐出不良を発生することがある。

また、インク中にマイクロバブルが混在したまま吐出すると、吐出ミス、吐出量不足、吐出曲がりなどが発生し、印刷不良を起こすおそれがある。
これを防止するため、PTFE等を用いた脱気装置を使用して、吐出液中のマイクロバブルを除去する方法がある
図３の印刷装置１１０は、吐出液１０５が多量に蓄液されたメインタンク１１１と、メインタンク１１１から液送される吐出液が少量蓄液されるリザーバタンク１１４と、吐出液中のマイクロバブルを除去する脱気装置１１６とを有している。

メインタンク１１１はガス供給系１２１に接続され、リザーバタンク１１４は真空排気系１３１に接続されており、真空排気系１３１によってリザーバタンク１１４の内部を減圧しながら、ガス供給系１２１からメインタンク１１１の内部に圧送ガスを供給し、メインタンク１１１の内部圧力を昇圧させると、メインタンク１１１内の吐出液１０５は、メインタンク１１１とリザーバタンク１１４とを接続する配管１２５の内部に圧送される。

脱気装置１１６は配管１２５の途中に設けられており、真空排気装置１５３によって脱気装置１１６の内部を真空排気しておき、脱気装置１１６の内部の多孔質チューブの中に吐出液１０５を流すと、圧力差によって吐出液１０５中に含まれているマイクロバブルが吐出液１０５から排出され、気体が除去された吐出液１０５がリザーバタンク１１４に供給される。
リザーバタンク１１４は、インクジェットヘッド１１５に接続されている。
インクジェットヘッド１１５の底面には、複数の吐出孔が設けられており、インクジェットヘッド１１５の内部には、吐出孔毎に圧電素子が設けられている。

リザーバタンク１１４からインクジェットヘッド１１５に吐出液１０５を供給しながら、制御装置１３４によって圧電素子を選択して電圧を印加すると、所望の吐出孔から吐出液を吐出させることができる。インクジェットヘッド１１５と対向する位置には基板１０３が配置されており、基板１０３表面の所定位置に吐出液が着弾される。
インクジェットヘッド１１５は複数設置されており、メインタンク１１１と脱気装置１１６は、複数のインクジェットヘッド１１５に対して吐出液を供給するように構成され、他方、リザーバタンク１１４はインクジェットヘッド１１５毎に設置されている。

上記のような脱気装置１１６の脱気能力は、脱気装置１１６の内部を流れる吐出液の流量に反比例する。
必要となる脱気装置の能力は、インクジェットヘッド１１５の吐出量、ノズル孔の数、駆動周波数等で決まるが、例えば1μリットル/sec〜60μリットル/secであり(Dimatix社製SX・3)、この様な低流速の場合にはマイクロバブル除去を目的とする脱気装置の能力は高くなくても済み、約80μリットル/secで酸素溶存濃度を約80％低減するような一般的なマイクロ脱気装置(例えば潤工社製MBS1600F )の様な小型タイプでも十分である。

しかし、流量が多い場合には、脱気装置１１６を流れる吐出液１０５から気体の溶存濃度を十分に低下させることができない。
特に、インクジェットヘッド１１５に吐出液１０５を多量に流し、内部洗浄を行うときや、インクジェットヘッド１１５から吐出する吐出液の種類を変更するために、印刷装置１１０内部の吐出液を他の吐出液と交換するときなどは、脱気装置１１６に短時間で大量の吐出液を流すため、印刷時の数十倍〜数千倍の流速になり、マイクロバブルを十分除去できない場合がある。

他方、脱気能力が大きい脱気装置を用いた場合は圧損が大きくなり、また、脱気能力を大きくする為に多孔質チューブの表面積を大きくすると、一般的にはその脱気装置内の吐出液量が多くなり、吐出液交換時の損失が大きくなる場合がある。

また、インクジェットヘッド１１５に吐出不良が生じた場合には、インクジェットヘッド１１５を交換する場合がある。従来の装置の場合、インクジェットヘッド１１５のみを取り外して交換する。この時、インクジェットヘッド１１５はインクが空の常態で交換され、吐出を開始する前にリザーバタンク１１４からインクジェットヘッド１１５内までをインクで満たす必要がある。この時、十分にインクを満たせないと一部にエアーがかんでしまい、吐出不良が生じる場合がある。また、リザーバタンク１１４からインクジェットヘッド１１５内までをインクで満たすため実機の装置で大量の吐出を行う必要がある。

本発明の課題は、インクジェットヘッドに供給される吐出液の溶存気体濃度を確実に低下させることができる技術を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、印刷装置の本体に対して脱着可能なインクヘッドモジュールであって、吐出液が蓄液されるリザーバタンクと、前記リザーバタンクから供給された前記吐出液を吐出するインクジェットヘッドと、前記リザーバタンクから前記インクジェットヘッドに供給される前記吐出液の移動経路の途中に設けられ、内部を流れる前記吐出液の脱気を行う補助脱気装置と、を有し、前記インクジェットヘッドと前記リザーバタンクと前記補助脱気装置はそれぞれ筺体に取り付けられ、前記本体に対して一緒に移動できるように構成されたインクヘッドモジュールと、前記リザーバタンクよりも多量の前記吐出液が蓄液されるメインタンクと、を有し、前記メインタンク内の前記吐出液が前記リザーバタンクに供給される印刷装置であって、前記メインタンクから前記印刷ヘッドモジュールに移動される前記吐出液の移動経路の途中に設けられ、内部を流れる前記吐出液の脱気を行う主脱気装置を有し、前記リザーバタンクには主真空排気系が接続され、前記リザーバタンクに蓄液された前記吐出液の脱ガスを行えるように構成された印刷装置である。

溶存気体によるマイクロバブルの発生を防止し、吐出液の吐出ミスを低コストで減少させることができる。
また、目詰まり等の場合にはインクヘッドモジュールを交換することで、インクジェットヘッドに気泡が侵入することを防止することができる。

本発明では、実機以外の箇所にインクヘッドモジュールをセットし、インクヘッドの吐出検査を行うことができる。さらに、インクヘッドモジュールと印刷装置本体の接続部分がリザーバタンクおよび補助脱気装置の上流であるため、インクヘッドモジュールの交換時に接続部に混入した気泡は、リザーバタンクおよび補助脱気装置で脱気されインクジェットヘッドに到達しない。また、別位置で検査されたインクジェットヘッドからインクを抜くことなくインクヘッドモジュールを交換すれば、本体での吐出検査を不必要とする、もしくは検査時間を短縮化することができる。このため、交換後、短時間で運転を開始でき、メンテナンス時間を大幅に短縮できる。

図２は、本発明の印刷装置１０の吐出液供給系を示す図面である。
この印刷装置１０は、メインタンク１１とインクヘッドモジュール１４を有している。
メインタンク１１の内部には、吐出液５が蓄液されている。メインタンク１１は、ガス供給系２１に接続されており、ガス供給系２１からメインタンク１１の吐出液５の液面よりも上部の空間に窒素ガスやアルゴンガス等の吐出液５と反応しないガスが供給されるように構成されている。

メインタンク１１には供給配管２５の一端が接続されている。供給配管２５の端部開口は吐出液５の内部に位置している。供給配管２５の他端は、インクヘッドモジュール１４に接続されており、ガス供給系２１から圧送ガスがメインタンク１１の内部に供給されると、メインタンク１１内部の吐出液５の液面上の空間の圧力が上昇し、吐出液５は供給配管２５を通ってインクヘッドモジュール１４に向けて圧送される。

供給配管２５のメインタンク１１とインクヘッドモジュール１４の間の位置には、主脱気装置１６が設けられている。
主脱気装置１６は、多孔質チューブ１７を有しており、吐出液５は、メインタンク１１から供給配管２５を通ってインクヘッドモジュール１４に到着する迄の間に多孔質チューブ１７の内部を流れるようになっている。
主脱気装置１６は、主脱気用真空排気系５３に接続されており、多孔質チューブ１７の周囲の雰囲気を真空排気できるように構成されている。

脱気用真空排気系５３によって多孔質チューブ１７の周囲雰囲気を真空排気しながら多孔質チューブ１７の内部に吐出液を流すと、多孔質チューブ１７の内部を流れる吐出液中の溶存気体が多孔質チューブ１７の周囲雰囲気に放出され、除去される。従って、溶存気体が除去された吐出液がインクヘッドモジュール１４に供給される。

インクヘッドモジュール１４の構成を説明すると、図１を参照し、インクヘッドモジュール１４は、筺体２と、リザーバタンク６と、補助脱気装置４と、インクジェットヘッド１５を有している。
リザーバタンク６と補助脱気装置４は筺体２の内部に配置されており、それぞれ筺体２に固定されている。インクジェットヘッド１５は筺体２の外部に配置されており、筺体２の下端に固定されている。

供給配管２５はリザーバタンク６に接続されており、主脱気装置１６によって脱気された吐出液はリザーバタンク６に供給され、蓄液される。リザーバタンク６に蓄液される吐出液は、メインタンク１１に蓄液される吐出液５よりも少量である。
リザーバタンク６の吐出液の液面よりも上部の空間には、ガス供給系２１と、主真空排気系３２と、微小圧真空排気系３１が接続されている。
符号３７ａ〜３７ｅは、リザーバタンク６とガス供給系２１等の間に設けられた開閉弁を示している。

主脱気装置１６と、ガス供給系２１と、微小圧真空排気系３１との間の開閉弁３７ｃ、３７ｄ、３７ａを閉じ、主真空排気系３２との間の開閉弁３７ｂを開け、主真空排気系３２によってリザーバタンク６内部の吐出液よりも上方の空間を真空排気すると、リザーバタンク６に蓄液された吐出液の脱気を行うことができる。
リザーバタンク６の液面よりも下方の部分は補助脱気装置４を介してインクジェットヘッド１５に接続されている。

主真空排気系３２とリザーバタンク６の間の開閉弁３７ｂを閉じて主真空排気系３２をリザーバタンク６から切り離し、リザーバタンク６と補助脱気装置４、ガス供給系２１、微小圧真空排気系３１の間の開閉弁３７ｅ、３７ｄ、３７ａを開け、微小圧真空排気系３１によって圧力制御しながら、ガス供給系２１によってリザーバタンク６の内部圧力を上昇させると、リザーバタンク６内の吐出液は、リザーバタンク６からインクジェットヘッド１５に向けて圧送される。

補助脱気装置４は、主脱気装置１６よりも小型であるが同じ構造を有しており、リザーバタンク６から圧送された吐出液は、補助脱気装置４の内部の多孔質チューブを流れてインクジェットヘッド１５に供給される。
補助脱気装置４には補助脱気用真空排気系５４が接続されており、補助脱気装置４によって多孔質チューブの周囲雰囲気を真空排気しながら多孔質チューブ内に吐出液を流すと、その吐出液は脱気され、マイクロバブルや溶存気体が除去された吐出液がインクジェットヘッド１５に供給される。

インクジェットヘッド１５の底面には、複数の吐出孔が設けられている。ガス供給系２１と微小圧真空排気系３１により、リザーバタンク６内の圧力は、インクジェットヘッド１５内の吐出液の液面が吐出孔表面と一致するように制御されており、吐出孔から吐出液が漏出しないようにされている。

インクジェットヘッド１５の内部には、吐出孔毎に圧電素子が設けられており、制御装置３４から入力される信号に従って圧電素子が動作すると、インクジェットヘッド１５の内部の吐出液は、吐出孔から吐出される。
インクジェットヘッド１５の下方には、台１９が配置されている。台１９上には、ガラス基板等の吐出対象物３が配置されており、吐出された吐出液は吐出対象物３上に着弾する。

リザーバタンク６からインクジェットヘッド１５の間は、インクで満たされている。ガス供給系２１と微小圧真空排気系３１により、リザーバタンク６からインクが供給され、かつ吐出孔からインクが重力で落下しない様にリザーバタンク６内の圧力が制御されている。リザーバタンク６には、主脱気装置１６を流れ、脱気された吐出液が補充される。

リザーバタンク６には、一枚の吐出対象物３に吐出する体積(0.1m1〜100ml、望ましくは5〜30 ml)を蓄液し、吐出液の交換時に吐出液が無駄にならないようにすると共に、リザーバタンク６の吐出液液面の上部は主真空排気系３２によって真空排気され、吐出液がリザーバタンク６内に蓄液されている間にも脱気される。

インクヘッドモジュール１４の筺体２は、印刷装置１０本体に設けられた移動装置(不図示)に取り付けられており、吐出対象物３の表面上を吐出対象物３の幅方向に往復移動できるように構成されている。吐出液の吐出後、吐出対象物３上で吐出液が着弾していない領域上に移動して吐出液を吐出すると、吐出対象物３の所望位置に吐出液を着弾させることができる。

インクヘッドモジュール１４が移動により、筺体２が移動すると、筺体２に取り付けられたインクジェットヘッド１５とリザーバタンク６と補助脱気装置４とは一緒に移動する。
本発明のインクヘッドモジュール１４では、インクジェットヘッド１５に供給する直前で吐出液の脱気を行っており、インクジェットヘッド１５内の吐出液にマイクロバブルは含有されておらず、吐出ミスや液滴量不足等のマイクロバブルに起因する不具合は生じない。

特に、吐出液の交換時等にリザーバタンク６内の吐出液にマイクロバブルが生じても、インクジェットヘッド１５に流入する前に、補助脱気装置４によってマイクロバブルは除去されるので、吐出ミスや液滴量不足が生じることはない。

また、インクジェットヘッド１５が故障したり、目詰まりした等でインクジェットヘッド１５を交換する場合には、新しいインクジェットヘッドを取り付ける際に、インクジェットヘッドとリザーバタンクの間に気泡が混入する場合があったが、本発明では、インクヘッドモジュール１４を別のインクヘッドモジュールに交換するので、インクヘッドモジュール１４と主脱気装置１６の間に気泡が混入しても、リザーバタンク６や補助脱気装置４によって除去され、インクジェットヘッド１５に気泡が侵入することはない。

なお、インクジェットヘッド１５の内部を洗浄する際には、リザーバータンク６内と、微小圧真空排気系３１、主真空排気系３２、主脱気装置１６との間の開閉弁３７ａ〜３７ｃを閉じ、ガス供給系２１と補助脱気装置４との間の開閉弁３７ｄ、３７ｅを開けてリザーバタンク６内の圧力を上昇させ、吐出液をインクジェットヘッド１５に圧送すると、吐出液が吐出孔から圧力で押し出され、異物や吐出液の固化物を排出することができる。

更に、予めメインタンク１１の内部に洗浄液を配置しておき、リザーバタンク６内の吐出液がインクジェットヘッド１５から全部排出された後、メインタンク１１からリザーバタンク６に洗浄液を移動させ、リザーバタンク６からインクジェットヘッド１５に洗浄液を圧送すると、洗浄液が吐出孔から押し出され、リザーバタンク６とインクジェットヘッド１５、およびそれらを接続する配管内部を洗浄することができる。

洗浄液による洗浄後は、メインタンク１１に異なる種類の吐出液を配置し、リザーバタンク６とインクジェットヘッド１５に、その吐出液を供給することができる。このような洗浄液には、洗浄後に配置する吐出液に含有されている液体を用いると良い。

なお、本発明で用いられる吐出液は例えば主成分が有機溶剤であり、顔料や微小粒子(スペーサ)が分散されているものが含まれる。
本発明では、少なくともメインタンク１１からインクジェットヘッド１５までの間、吐出液はモータによらずに移動されるので、スペーサ等が圧砕される恐れはない。

上記実施例では、インクジェットヘッド１５内部の吐出用素子として圧電素子を用いたが、発熱素子を用いて熱膨張した気泡で吐出液を吐出しても良い。
なお、上記ガス供給系２１の吐出液圧送用の圧力は１〜２００ｋＰａ、望ましくは１０〜８０ｋＰａが良い。微小圧真空排気系３１の圧力は、０〜−１００ｋＰａが良く、望ましくは−５〜４０ｋＰａが良い。また、主脱気装置１６と補助脱気装置４の真空圧は−５０〜−１００ｋＰａが良い。

本発明のインクヘッドモジュール１４は複数設置されており、一台のメインタンク１１から、一台の主脱気装置１６を介して、各インクヘッドモジュール１４に吐出液５が供給されるようになっている。
複数のインクヘッドモジュール１４の内部には、それぞれリザーバタンク６が配置されている。

インクヘッドモジュール１４には、コネクタ３５、３３ａ〜３３ｃが設けられており、主脱気装置１６とインクヘッドモジュール１４とを接続する供給配管２５は、コネクタ３５によってインクヘッドモジュール１４に接続されている。

使用済みで目詰まり等が生じたインクヘッドモジュール１４を新しいインクヘッドモジュールに交換する場合には、コネクタ３５の部分で供給配管２５をインクヘッドモジュール１４から取り外すと、別のインクヘッドモジュールのコネクタ部分を供給配管２５に接続してインクヘッドモジュールの交換を行うことができるので、インクヘッドモジュール１４内部の吐出液を排出しなくても、交換を行うことができる。

また、予め内部に吐出液を充満させておいたインクヘッドモジュールを装着すると、気泡が混入するおそれも少なくなる。
ガス供給系２１、微小圧真空排気系３１、主真空排気系３２とインクヘッドモジュール１４を接続する配管２８ａ〜２８ｃも、コネクタ３３ａ〜３３ｃの部分でインクヘッドモジュール１４に接続されており、着脱が容易になっている。

本発明のインクヘッドモジュールを説明するための図 本発明の印刷装置を説明するための図 従来技術の印刷装置を説明するための図

符号の説明

３……吐出対象物
４……補助脱気装置
５……吐出液
６……リザーバタンク
１０……印刷装置
１１……メインタンク
１４……インクヘッドモジュール
１５……インクジェットヘッド
１６……主脱気装置
２１……ガス導入系
３１……微小圧真空排気系
３２……主真空排気系

Claims (1)

1. 印刷装置の本体に対して脱着可能なインクヘッドモジュールであって、
   吐出液が蓄液されるリザーバタンクと、
   前記リザーバタンクから供給された前記吐出液を吐出するインクジェットヘッドと、
   前記リザーバタンクから前記インクジェットヘッドに供給される前記吐出液の移動経路の途中に設けられ、内部を流れる前記吐出液の脱気を行う補助脱気装置と、
   を有し、
   前記インクジェットヘッドと前記リザーバタンクと前記補助脱気装置はそれぞれ筺体に取り付けられ、前記本体に対して一緒に移動できるように構成されたインクヘッドモジュールと、
   前記リザーバタンクよりも多量の前記吐出液が蓄液されるメインタンクと、
   を有し、
   前記メインタンク内の前記吐出液が前記リザーバタンクに供給される印刷装置であって、
   前記メインタンクから前記印刷ヘッドモジュールに移動される前記吐出液の移動経路の途中に設けられ、内部を流れる前記吐出液の脱気を行う主脱気装置を有し、
   前記リザーバタンクには主真空排気系が接続され、前記リザーバタンクに蓄液された前記吐出液の脱ガスを行えるように構成された印刷装置。

Images