JP5560644B2 - インクジェット塗布装置 - Google Patents

Description

本発明は、ヘッドをクリーニングするクリーニング装置を備えるインクジェット画像形成装置に関する。

従来より、紙などの記録媒体に対して、インク等の液体を噴射（吐出）することで塗布を行うインクジェット塗布装置（インクジェット式画像形成装置）が知られている。
一般的に、インクジェット塗布装置の液体吐出ヘッドは、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する加圧室、（インク流路、加圧液室、圧力室、吐出室、液室等とも称される）と、加圧室内のインクを加圧する圧電素子などの電気機械変換素子、或いはヒータなどの電気熱変換素子、若しくはインク流路の壁面を形成する振動板とこれに対向する電極からなるエネルギー発生手段とを備えている。
そして、エネルギー発生手段で発生したエネルギーにより加圧室内のインクを加圧することによってノズルからインク滴を吐出させる。

また、特に産業用のインクジェット塗布装置では、液体吐出ヘッドのノズル面についたインク等の液体を除去するためのワイパーなどのヘッドクリーニング機構が付属されている。
産業用のインクジェット塗布装置には生産性を考慮して多数のヘッドが搭載されている場合が多いが、多数のヘッドをクリーニングするためにクリーニング機構は複雑な構造となる場合が多い。一般的には、１ヘッドにひとつのヘッドクリーニング機構を有し、同時あるいは選択されたヘッドがクリーニングされる。
なお、クリーニングの際は、ヘッドのノズル面に付着した液体はゴム製のワイパーで掻き取るか、布を当ててふき取る場合が多い。

ヘッドのクリーニングの方法として、他には、洗浄液が入った容器にヘッドの先端部を浸漬してノズル面に付着した液体状の付着物を除去する方法（特許文献１）、裏面から洗浄液を供給されるクリーニングシートによりクリーニングをする方法（特許文献２）、ノズル面に下方の斜めから洗浄液をノズル面に吹き付けて洗浄する方法（特許文献３）、チューブから洗浄液をクリーニング部材に供給してノズル面を洗浄する方法（特許文献４）、ブラシを回転させながらノズル面に押し当ててクリーニングを行う方法（特許文献５）があるが、いずれも複雑に過ぎる構成である。
さらに、図７は、従来のインクジェット塗布装置におけるヘッドクリーニング装置を示す図である。
図７（ａ）は、従来のヘッドクリーニング装置を示す概略正面図、（ｂ）は、概略側面図である。
図７に示すヘッドクリーニング装置は、インクジェットヘッド１０１の液体噴出口１０３が形成された一端面１０２に対して、完全非接触で縦方向に移動可能な洗浄移動ユニット１０４が、真空ノズル１０５に加え、空気や窒素等の気体をインクジェットヘッド１０１の一端面１０２に噴射供給するための気体噴射ノズル１０９を有している。かかる構成によれば、インクジェットヘッド１０１の一端面１０２に付着している膜材料の固化物やゴミ等の異物が、洗浄移動ユニット１０４の気体噴射ノズル１０９から噴射される気体によって、それらの異物等の剥離が促進されつつ、真空ノズル１０５から作用する負圧によって、それらの異物等が真空ノズル１０５内に吸引される。そして、この洗浄移動ユニット１０４が、このような動作を行ないつつ、矢印Ｘ方向に移動していくことにより、インクジェットヘッドの一端面（ノズル面）１０２の全域又は略全域の洗浄が行うことが出来る。

しかしながら、特に産業用のインクジェット塗布装置で使用されるインクの溶媒は水系のみではなく乾燥性の高い溶剤系のインクもよく使用される。また、微粒子や固形分が含まれる場合があり、そのような場合は、それが固着しないようにインクの溶媒などの洗浄液で湿らせた布でふき取る必要があり、図７の構成では、洗浄液を供給する機構を新たに追加する必要がある。その結果、構造が複雑となり高価なクリーニングユニットとなる問題がある。
そこで、本発明は、従来の既存のクリーニングユニットの構成に大きな変更を加えずに、微粒子や固形分を含むインクを用いるインクジェットヘッドのノズル面のクリーニングを可能にすることで、低コストを実現したインクジェット塗布装置を提供することを目的とする。

以上の課題を解決するために、請求項１の発明は、複数のノズルからなるノズル列を複数設けられたノズル面と、各ノズルに連通し、液体を充填された状態で電気−機械変換素子により圧力を加えられることで前記ノズルから液体を噴射又は滲ませる複数の圧力室と、を備えた噴射ヘッドと、前記ノズル面に付着した液体を拭き取り除去する除去部材と、を備え、前記ノズル列は、液体としてインクを吐出するためのインク吐出用ノズル列に加えて、前記インクとは異なる組成の、前記ノズル面を洗浄するための洗浄液を前記ノズル面に供給するための洗浄用ノズル列が、前記インク吐出用ノズル列に隣接して設けられており、前記洗浄用ノズル列に連通する圧力室には前記洗浄液を充填し、前記除去部材により前記ノズル面を洗浄する際に、前記洗浄用ノズル列の前記ノズルから前記洗浄液を滲ませて前記ノズル面上の全てのノズル列を覆うように前記洗浄液の皮膜を形成し、前記洗浄用ノズル列の前記洗浄液を充填した圧力室に与える圧力を、前記インク吐出用ノズル列からインクを噴射する際に加える圧力よりも小さい圧力とすることにより、前記洗浄用ノズル列の前記洗浄液を充填した圧力室に対応する前記ノズルから洗浄液を滲ませ、前記インク吐出用ノズル列の前記ノズル間のピッチと、前記洗浄用ノズル列のノズル間のピッチとは同一のピッチであるインクジェット塗布装置を特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１に記載のインクジェット塗布装置において、前記ノズル面に付着した液体又は固体の拭き取り除去は、前記噴射ヘッドが、前記記録媒体に対する液体の噴射を終了し、前記記録媒体上の領域外に移動した時に行うインクジェット塗布装置を特徴とする。
また、請求項３の発明は、請求項１に記載のインクジェット塗布装置において、前記洗浄用ノズル列は、前記除去部材が前記ノズル面をワイピングする際に、最初にワイピングされるノズル列であるインクジェット塗布装置を特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項１に記載のインクジェット塗布装置において、記洗浄液がジオール系、アミン系、ケトン系、ジケトン系のうちの少なくとも一つの有機溶剤であるインクジェット塗布装置を特徴とする。
また、請求項５の発明は、請求項１に記載のインクジェット塗布装置において、前記インク吐出用ノズル列と前記洗浄用ノズル列とが交互に配置されているインクジェット塗布装置を特徴とする。

以上のように構成したので、本発明によれば、従来の噴射ヘッドの圧力室に洗浄液を充填して、それをノズル面に滲ませてクリーニングをするように構成したので、従来の既存のクリーニングユニットの構成に大きな変更を加えずに、微粒子や固形分を含むインクを用いるインクジェットヘッドのノズル面のクリーニングを可能にすることで、低コストを実現したインクジェット塗布装置を提供することが出来る。

本発明の実施の形態に係るインクジェット塗布装置を説明する図。 本発明のインクジェットプリントヘッドのノズル列に対し平行に見たときの断面を示した図。 本発明のインクジェットヘッドのノズル面を示した図。 クリーニング時のノズル面の状態を示した図。 洗浄液を滲ませる際の波形の例を示す図。 本実施例のクリーニングシーケンスを示す図。 従来の産業用インクジェット塗布装置におけるヘッドクリーニング装置を示す図。

以下、本発明の実施の形態に関して添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るインクジェット塗布装置を説明する図である。
図１に示すインクジェット式塗布装置１は、架台１１上に、液滴を塗布する対象となる基板１３を載置したステージ１４を図中Ｙ軸方向に駆動するためのＹ軸駆動手段１２が設けられている。
ステージ１４には真空、静電気などによって基板１３を固定するための吸着手段（不図示）が付随している。
また、架台１１上に設けられたＸ軸支持部材１５には、Ｘ軸駆動手段１６が設けられ、これにＺ軸駆動手段１８を介して、インクジェットヘッド１０が搭載されたヘッドベース１９が取り付けられている。
Ｚ軸駆動手段１８は、ヘッドベース１９を図中Ｚ方向に駆動し、Ｘ軸駆動手段１６は、ヘッドベース１９を図中Ｘ方向に駆動する。
かかる構成により、ヘッドベース１９は、図中Ｘ方向、Ｚ方向に自在に移動可能であり、さらに基板１３を載置したステージ１４が、Ｙ方向が移動することで、インクジェットヘッド１０は、基板１３上の所望の箇所に自在に液滴を塗布することが可能となる。
インクジェットヘッド１０には図示されていないインクタンクからインク供給用パイプ２０によりインクが供給される。

ところで、インクジェットヘッド１０は液体を連続して塗布すると、吐出したインクの跳ね返りやインクと共に吐出されるミストと呼ばれる霧状の液体がノズル面に付着する。この付着した液体がノズル近傍に形成されると、ノズルから吐出したインクの飛翔方向が曲がったり、場合によっては付着した液体によってノズルが塞がれて不吐出が発生することがある。従って印刷中は定期的にインクジェットヘッドのノズル面をクリーニングする必要がある。
そのため、インクジェット塗布装置１は、ノズル面をクリーニングするためのクリーニングユニット２１を有している。
クリーニングユニット２１によるノズル面のクリーニングは、ヘッドの休止中のキャップもかねて、原点位置で行われる。印刷中にクリーニングを行う場合は、インクジェットヘッド１０は、クリーニング終了後にクリーニングユニット２１から再度ステージ１４に戻り基板１３に対する印刷を再開する。

次に、本発明に係るインクジェットプリントヘッドの構成について説明する。
図２は、本発明のインクジェットプリントヘッドのノズル列に対し平行に見たときの断面を示した図である。
図２に示すように、インクジェットヘッド１０は、複数の圧力室３３が形成された圧力室基板３２、各圧力室３３に対応したノズル３１を有するノズル板３０、圧力室基板の、ノズル３１と対向する側の面に積層された振動板３４、振動板３４上の各圧力室に対応した箇所に設けられた電気−機械変換素子３６から主に構成される。
図示されていないインク供給路より圧力室３３に供給されたインクは、振動板３４の圧力室３３に対峙した位置に密着層３５を介して取り付けられた電気−機械変換素子３６が伸縮して振動板３４が圧力室３３側に撓むことにより発生する圧力により、ノズル３１から吐出される。

以下の説明では、インクジェットヘッド１０のノズル３１が設けられた面を、ノズル面３７として説明する。
図３は本発明のインクジェットヘッドのノズル面を示した図である。
本発明の印ジェット塗布装置の特徴は、インクを吐出するためのノズル列に加えて、ノズル面を洗浄するための洗浄液を吐出するためのノズル列を設けたことにある。
従って、洗浄液を吐出するためのノズルに対応した圧力室には、別途設けられた図示しない洗浄液が、格納されたタンクから供給、充填されることになる
本実施例ではノズル列が２列と４列の例を示しているが、ノズル列及びノズル列が有するノズル数は制約をうけない。

図３（ａ）は、ノズル列が２列の場合を示す図である。
ノズル列が２列の場合、塗布インクが充填されているノズル列３１−１と、洗浄液が充填されているノズル列３１−２とが隣接して設けられている。
図３（ｂ）（ｃ）は、ノズル列が４列の場合を示す図である。
図３（ｂ）の場合、洗浄液が充填されるノズル列３１−２が、塗布インクが充填される３列のノズル列３１−１に隣接して設けられており、図３（ｃ）の場合、洗浄液が充填されるノズル列と塗布インクが充填されるノズル列が交互に設けられている。
印刷時には洗浄液が充填されているノズル列は負圧に保たれていて、液体がノズルから漏れ出すことはないが、クリーニング時に洗浄液を加圧することによりノズル列３１−２からノズル面に一定量を滲ませて、図で示す矢印方向にワイパーでワイピングすることによりノズル面に付着したインクや固形物を洗浄液と共に除去することが可能である。

また、ノズル列が４列の場合には、図３（ｂ）に示すように、２列のときと同様に最初にワイピングされるノズル列に洗浄液を充填しておいてもよく、また、インクの種類によっては図３（ｃ）に示すようにノズル列の途中にも洗浄液を充填したノズル列を設けることによりノズルのクリーニング効果が増すことになる。
このように本発明のクリーニング方法では、インクの種類によって洗浄液を充填するノズル列数と位置を任意に選択でき、場合によってはすべてのノズル列にインクを充填して印刷することももちろん可能である。

図４はクリーニング時のノズル面の状態を示した図である。
洗浄液が充填されたノズル列３１−２に１００ｋＰａの圧力を加えることによりノズルより洗浄液が滲み出して、インクや固形物などの付着物５１の付着したノズル面３７に皮膜５０が形成されている。また、クリーニングユニット２１に設けられたワイパー（除去部材）４０がノズル面３７の端部に押し当てられている。
ノズル列３１−２から滲み出した洗浄液の一部はノズル面から落下するが、クリーニングの際、インクジェットヘッド１０は、クリーニングユニット２１の上に移動しているため、下部に設けられたクリーニングユニット２１から吸引チューブ４２を通して排出される。ここではゴム製のワイパーを用いた例を記載したが、不織布などの塵の発生しないシート状のワイパーを使用しても同様の効果が得られる。
従来のクリーニングユニットで固形分の含有するインクや乾燥性の高いインクのクリーニングを実施する場合は、図７に示したようにクリーニングユニットから洗浄液を供給する機構が必要となり、構造が複雑となり高価なクリーニングユニットとなる。

産業用液体塗布の例として、金属アルコキシド系化合物からなるゾルゲル溶液をインクジェットヘッドで吐出させて薄膜を形成するプロセスにおいて本発明のクリーニング方法を実施した。
このゾルゲル液は水分と反応して固形分を析出し固着するために、ノズル面に付着したゾルゲル液は固着する前にクリーニングする必要がある。印刷中はノズル面の雰囲気はゾルゲル液で満たされているため、すぐにはノズル面での固着は発生しないが、印刷が終了しヘッドの待機位置に移動する場合は、速やかに洗浄する必要がある。
本実施例のインクジェットヘッドによる印刷が終了し印刷領域からインクジェットヘッドが離れたタイミングで洗浄液が充填されているノズル列に加圧を実施し、ノズル面に速やかに洗浄液の皮膜を形成し、クリーニングユニットに移動後にワイピングすることにより、ノズル面でのゾルゲル溶液の固形分析出による固着を防ぐことができた。
また洗浄液を滲ませるための加圧の手段としてはインクに圧力を加える方法もあるが、本実施例ではインクを吐出させるための波形を変えて洗浄液を滲ませた。このようにすることにより、特別な手段を準備せずに洗浄液を滲ませることが可能である。

図５は、洗浄液を滲ませる際の波形の例を示す図である。
ここでは通常の吐出で用いる吐出波形６０の駆動電圧Ｖ１に対して、滲ませ波形６１として電圧を１／２にすることにより洗浄液はノズルから吐出することなく、ノズル表面に滲み出る。
なお本実施例の洗浄液は、粘度・表面張力ならびに乾燥速度調整のために下記の有機溶剤を使用した。
・エチレングリコール
粘度：１７．１３ｍＰａ・ｓ、表面張力：４７．９９ｍＮ／ｍ
・ジエチレングリコールジメチルエーテル：
粘度：１．００ｍＰａ・ｓ、表面張力：２９．１７ｍＮ／ｍ
・エタノールアミン
粘度：１９．３３ｍＰａ・ｓ、表面張力：４８．１６ｍＮ／ｍ
・ジエチルケトン
粘度：０．４４ｍＰａ・ｓ、表面張力：２５．０９ｍＮ／ｍ
・アセチルアセトン
粘度：０．６９ｍＰａ・ｓ
・メトキシエタノール
粘度：１．５７ｍＰａ・ｓ、表面張力：３０．８４ｍＮ／ｍ

図６は、本実施例のクリーニングシーケンスを示す図である。
印刷開始の信号により印刷が開始されると（ステップＳ１０１）、インクジェットヘッド１０は、印刷領域に移動してインクの吐出を開始する（ステップＳ１０２）。
規定時間あるいは規定の吐出回数の動作を行うと（ステップＳ１０３）、ヘッド１０はノズル面３７の清掃のために、印刷途中にクリーニングユニット２１に移動を開始する（ステップＳ１０４）。
移動中に印刷領域からヘッド１０が出た時点で（ステップＳ１０５でＹｅｓ）、洗浄液が充填されたノズル列の洗浄液をノズル面に滲ませる目的で、対応する圧力室３３が加圧されて、ノズル面３７に洗浄液を滲ませる（ステップＳ１０６）。
ここで印刷領域を出てから洗浄液を滲ませるのは、洗浄液が印刷物に垂れるのを防ぐためである。
この状態で、ヘッド１０がクリーニングユニットに到達した時点で（ステップＳ１０７でＹｅｓ）、ヘッド１０における圧力室への加圧を終了する（ステップ１０８）。

次いで、クリーニングユニット２１のワイピング機構（除去部材）が上昇し（ステップＳ１０９）、ヘッドのノズル面３７を図４に示すようにワイプしてノズル面に付着したインク５１を洗浄液と共に除去する（ステップＳ１１０）。その後ワイパーを下降させてクリーニング動作が終了する（ステップＳ１１１）。
この時点で印刷がすべて終了していれば（ステップＳ１１２でＹｅｓ）、ヘッド１０はそのままキャッピングされて保管される。
印刷途中の場合には（ステップＳ１１２でＮｏ）、ヘッド１０は再度印刷領域に移動して、規定時間あるいは規定の吐出回数の動作を行う。そして、この印刷とクリーニング動作を印刷終了まで繰り返す。

１ インクジェット式塗布装置、１０ インクジェットヘッド、１１ 架台、１２ Ｙ軸駆動手段、１３ 基板、１４ ステージ、１５ Ｘ軸支持部材、１６ Ｘ軸駆動手段、１８ Ｚ軸駆動手段、１９ ヘッドベース、２０ インク供給用パイプ、２１ クリーニングユニット、３０ ノズル板、３１ ノズル、３２ 圧力室基板、３３ 圧力室、３４ 振動板、３５ 密着層、３６ 機械変換素子、３７ ノズル面、４０ ワイパー、４２ 吸引チューブ、５０ 皮膜、５１ 付着物、６０ 吐出波形、６１ 波形、１０１ インクジェットヘッド、１０２ 一端面、１０３ 液体噴出口、１０４ 洗浄移動ユニット、１０５ 真空ノズル、１０９ 気体噴射ノズル

特開２００５−００１３２７公報 特許第４０５８９６９号 特開２００６−２８９８０９公報 特許第２９６２９６４号 特開２００５−０７４６７１公報

Claims (5)

1. 複数のノズルからなるノズル列を複数設けられたノズル面と、各ノズルに連通し、液体を充填された状態で電気−機械変換素子により圧力を加えられることで前記ノズルから液体を噴射又は滲ませる複数の圧力室と、を備えた噴射ヘッドと、前記ノズル面に付着した液体を拭き取り除去する除去部材と、を備え、
   前記ノズル列は、液体としてインクを吐出するためのインク吐出用ノズル列に加えて、前記インクとは異なる組成の、前記ノズル面を洗浄するための洗浄液を前記ノズル面に供給するための洗浄用ノズル列が、前記インク吐出用ノズル列に隣接して設けられており、
   前記洗浄用ノズル列に連通する圧力室には前記洗浄液を充填し、前記除去部材により前記ノズル面を洗浄する際に、前記洗浄用ノズル列の前記ノズルから前記洗浄液を滲ませて前記ノズル面上の全てのノズル列を覆うように前記洗浄液の皮膜を形成し、
   前記洗浄用ノズル列の前記洗浄液を充填した圧力室に与える圧力を、前記インク吐出用ノズル列からインクを噴射する際に加える圧力よりも小さい圧力とすることにより、前記洗浄用ノズル列の前記洗浄液を充填した圧力室に対応する前記ノズルから洗浄液を滲ませ、
   前記インク吐出用ノズル列の前記ノズル間のピッチと、前記洗浄用ノズル列のノズル間のピッチとは同一のピッチであることを特徴とするインクジェット塗布装置。
2. 請求項１に記載のインクジェット塗布装置において、
   前記ノズル面に付着した液体の拭き取り除去は、前記噴射ヘッドが、前記記録媒体に対する液体の噴射を終了し、前記記録媒体上の領域外に移動した時に行うことを特徴とするインクジェット塗布装置。
3. 請求項１に記載のインクジェット塗布装置において、
   前記洗浄用ノズル列は、前記除去部材が前記ノズル面をワイピングする際に、最初にワイピングされるノズル列であることを特徴とするインクジェット塗布装置。
4. 請求項１に記載のインクジェット塗布装置において、
   前記洗浄液がジオール系、アミン系、ケトン系、ジケトン系のうちの少なくとも一つの有機溶剤であることを特徴とするインクジェット塗布装置。
5. 請求項１に記載のインクジェット塗布装置において、
   前記インク吐出用ノズル列と前記洗浄用ノズル列とが交互に配置されていることを特徴とするインクジェット塗布装置。

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