JP5909859B2 - 液体噴射装置 - Google Patents
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特許文献1には、脱気されたインクを使用する旨記載されており、その脱気度は、インクが加熱される温度の飽和溶存酸素濃度の10%未満となっている。
特許文献2には、インク供給路を加熱して、脱気時のインクの温度を上昇させることにより、圧力損失を抑える技術が記載されている。
特許文献3には、脱気モジュールを加温するにより脱気効率を向上させる旨が記載されている。
これによれば、機能液の種類に関わらず、脱気機構部における機能液の粘度を一定に保つことによって、機能液の種類を変えても脱気機構部を通過する機能液の通過時間を一定に保つことができる。これにより、機能液に関わらず、脱気機構部によって一定の脱気度が得られ、液滴吐出精度を良好に維持することができる。
これによれば、機能液の種類に応じて、脱気処理前の機能液の温度を所定の温度まで加温することが可能となり、機能液の種類に関わらず一定の粘度にすることができる。これにより、機能液の種類を変えても脱気機構部を通過する機能液の通過時間を一定に保つことができる。また、脱気前、脱気中における機能液を加温することによって機能液の粘性を低下させることにより、脱気機構部での流路抵抗を低く抑えることができる。
これによれば、減圧ポンプの作用により減圧チャンバー内を減圧する(真空にする)ことによって、各脱気チューブ内を通過する機能液の溶存気体を脱気チューブの外部に排出させることができる。また、上述したように、本発明においては機能液の粘度が一定に保持されているので、機能液供給流路を介して脱気機構部内に供給された機能液が各脱気チューブ内に分流される際の流路抵抗の上昇を抑えることができる。また、機能液を複数の脱気チューブに分流させることによって機能液の脱気処理効率が高められる。
これによれば、上記温度に加温することにより、高粘度のUVインクであっても他の種類の機能液と同様の精度で脱気処理が行われるようになる。
これによれば、流量計によって機能液の流量を測定し、その測定結果に基づいて、加熱装置による機能液の加温温度の制御を行うことによって、機能液の種類に関わらず、脱気機構部内に送り込まれる機能液の粘度を一定に保つことができる。その結果、脱気機構部内における機能液の通過時間を一定に保つことができるので、機能液の種類に関わらず一定の脱気度で処理が行えるようになる。
最初に、液状体を液滴として吐出する液滴吐出法について説明する。液滴吐出法の吐出技術としては、帯電制御方式、加圧振動方式、電気機械変換方式、電気熱変換方式、静電吸引方式等が挙げられる。
帯電制御方式は、液伏体に帯電電極で電荷を付与し、偏向電極で液状体の飛翔方向を制御して吐出ノズル24から吐出させるものである。また、加圧振動方式は、液状体に30kg/cm2程度の超高圧を印加して吐出ノズル先端側に液状体を吐出させるものであり、制御電圧をかけない場合には液状体が直進して吐出ノズル24から吐出され、制御電圧をかけると液状体間に静電的な反発が起こり、液状体が飛散して吐出ノズル24から吐出されない。また、電気機械変換方式は、ピエソ素子(圧電素子)がパルス的な電気信号を受けて変形する性質を利用したもので、ピエゾ素子が変形することによって液状体を貯留した空間に可僥物質を介して圧力を与え、この空間から液状体を押し出して吐出ノズル24から吐出させるものである。
液体噴射装置1で利用する機能液としては様々なものが利用できるが、特に、高粘度であるUVインクを用いる場合に有効である。
UVインクは、ビヒクル、光重合開始剤および顔料の混合物に、消泡剤、重合禁止剤等の補助剤を添加して調合され、有機溶媒に溶解又は分散された状態になっている。ビヒクルは、光重合硬化性を有するオリゴマー、モノマー等を、反応性希釈剤により粘度調整して調合される。したがって、インクを硬化させる目的で溶媒を揮発させることはない。ビヒクルとしては、単官能あるいは多官能の重合性化合物が使用できる。より具体的には、ポリエステルアクリレート、エポキシアクリレート、ウレタンアクリレート等のオリゴマー(プレポリマー)を例示でき、インクとしての粘度を調整する反応性希釈剤もこれらの材料を用いることができる。
カテコール類としては、カテコール、4−メチルカテコール、4−tert−ブチルカテコール等を例示できる。ヒンダードアミン類としては、テトラメチルピペリジニル基を有する化合物等を例示できる。
フェノチアジン類としては、フェノチアジン等を例示できる。
縮合芳香族環のキノン類としては、ナフトキノン等を例示できる。
重合防止官能基としては、例えば、ヒドロキシフェニル基、ジヒドロキシフェニル基、テトラメチルピペリジニル基、縮合芳香族環等を例示できる。
次に、液滴吐出ヘッド20(図2参照)を備える液体噴射装置1の構成の全般について、図1を参照して説明する。図1は、液体噴射装置1の概略構成を示す外観斜視図である。
移動枠22を、Y軸走査機構によってY軸方向に移動させることで、液滴吐出ヘッド20をY軸方向に自在に移動させる。また、移動した位置に保持する。2個の移動枠22は、それぞれ独立して移動させたり保持したりすることも、2個の移動枠22を一緒に移動させたり保持したりすることも可能である。
ワーク機構部3は、ワーク載置台30と、X軸走査機構とを備えている。ワーク機構部3は、ワーク載置台30を、X軸走査機構によって、X軸方向に移動させることで、ワーク載置台30に載置されたワークWをX軸方向に自在に移動させる。また、移動した位置に保持する。
液滴吐出ヘッド20の検査や保守を実施する際には、ヘッドユニット21(液滴吐出ヘッド20)が、Y軸走査機構を用いて保守装置部7に臨む位置に移動させられる。また、実施する検査又は保守に対応する検査装置又は保守装置が、保守装置走査機構75によって、ヘッドユニット21(液滴吐出ヘッド20)に臨む位置に移動させられる。
検査シート載置台71は、ワーク載置台30の載置面と略平行な載置面を有し、当該載置面に、検査シートを吸着支持可能である。検査シート載置台71は、保守装置走査機構75によって、X軸方向に移動可能であって、任意の位置に保持可能に支持されている。
キャップ部材34は、液滴吐出ヘッド20のノズルプレート25(図2)を覆うことができる枠状の部材から構成され、その上面に設けられた当接部をノズルプレート25に当接させることにより、ノズルプレート25との間に空間を形成可能である。キャップ部材34の底面には排出チューブ44を介して不図示の吸引ポンプが接続されており、この吸引ポンプが駆動されることでノズルプレート25との間に形成される空間が減圧されて、各吐出ノズル24から機能液が吸引される。また、この吸引ポンプの作用によって、キャップ部材34内に排出された機能液が排出チューブ44を経て排出タンク35へと排出されるようになっている。
また、ワイプ部材(不図示)は、例えばエラストマー等の弾性部材から構成されており、ノズルプレート25を良好に払拭可能となっている。
次に、液滴吐出ヘッド20について、図2を参照して説明する。図2は、液滴吐出ヘッド20の概略構成を示す図である。図2(a)は、液滴吐出ヘッド20の概略構成を示す外観斜視図であり、図2(b)は、液滴吐出ヘッド20の構造を示す斜視断面図であり、図2(c)は、液滴吐出ヘッド20の吐出ノズル24の部分の構造を示す断面図である。図2に示したX軸、Y軸、及びZ軸は、液滴吐出ヘッド20が液体噴射装置1に装着された状態において、図1に示したX軸、Y軸、及びZ軸と一致している。
圧力室プレート51には、液滴吐出ヘッド20に供給される機能液Lが常に充填される液たまり55が形成されている。液たまり55は、振動板52と、ノズルプレート25と、圧力室プレート51の壁とに囲まれた空間である。機能液Lは、機能液供給部4から液滴吐出ヘッド20に供給され、振動板52の液供給孔53を経由して液たまり55に供給される。また、圧力室プレート51には、複数のヘッド隔壁57によって区切られた圧力室58が形成されている。振動板52と、ノズルプレート25と、2個のヘッド隔壁57とによって囲まれた空間が圧力室58である。
圧電素子59は、電極層と圧電材料とを積層した活性部を有している。圧電素子59は、電極層に駆動電圧を印加することで、活性部が長手方向(図2(b)又は(c)における振動板52の厚さ方向)に縮む。電極層に印加されていた駆動電圧が解除されることで、活性部が元の長さに戻る。
次に、ヘッド機構部2が備えるヘッドユニット21の概略構成について、図3を参照して説明する。図3は、ヘッドユニットの概略構成を示す平面図である。図3に示したX軸及びY軸は、ヘッドユニット21が液体噴射装置1に取り付けられた状態において、図1に示したX軸及びY軸と一致している。
次に、液体噴射装置1における液滴吐出ヘッド20からの吐出制御方法について、図4を参照して説明する。図4は、液滴吐出ヘッド20の電気的構成と信号の流れを示す説明図である。
図4に示すように、ヘッドドライバー20dは、FFCケーブルを介して各液滴吐出ヘッド20と電気的に接続されている。また、液滴吐出ヘッド20は、吐出ノズル24(図2参照)ごとに設けられた圧電素子59に対応して、シフトレジスクー(SL)85と、ラッチ回路(LAT)86と、レベルシフター(LS)87と、スイッチ(SW)88とを備えている。
次に、液体噴射装置1における脱気機構部10の概略構成とその周辺要素について説明する。
図5は、脱気機構部10およびその周辺要素を示す図である。図6は、脱気機構部10の概略構成を示す図である。図7は、脱気される状態を示す脱気チューブ122の部分拡大断面図である。
液体噴射装置1において、例えば、脱気されていない機能液Lを用いた場合には、機能液L中に気泡が溶存している状態のため、長時間の使用によって溶存気体Aが気泡へと成長し、機能液L中に浮遊している気泡はさらに成長することになる。これらの気泡が液滴吐出ヘッド20へ供給されると吐出不良が発生する虞がある。
そこで、本実施形態では、液滴吐出ヘッド20へ供給される前に機能液Lに対して脱気処理を行う脱気機構部10を設けた。ここで、機能液Lの溶存気体量は80〜90%とする。
真空チャンバー121には真空ポンプ(減圧ポンプ)P2が接続されており、この真空ポンプP2の作用によって真空チャンバー121内の真空状態が保たれることになる。本実施形態では、常に一定の出力で駆動され、5〜10kPaの範囲内で設定される。
このようにして、脱気モジュール120では各脱気チューブ122を通過する機能液Lに対して、機能液L中に溶解した溶存気体Aを除去する脱気処理を行う。
図8に示すように、一般的に、機能液Lの温度が高くなるにしたがって粘度が低下して流量が増加する。また、図9に示すように、機能液Lの温度が高くなるにしたがって溶存気体量(対飽和)も徐々に増加する。
加温する前、温度20℃、粘度16mPa・s、流量0.5cc/secであった機能液Lをヒーター130によって40℃にまで加温した場合、粘度が9mPa・sまで低下し、これに伴って流量が0.5cc/secから1cc/secまで上昇する。溶存気体量について着目すれば、加温前でも80%程度ある。
これにより、機能液Lの種類に関わらず、脱気チューブ122内を通過する時間を一定にすることができる。その結果、各種の機能液Lに対して所定の脱気度になるまで脱気処理を行うことができ、液滴吐出ヘッド20おける液滴の吐出精度を良好に維持することが可能になる。
また、液送ポンプP1の出力を一定に制御するとしたが、これに限られず、流量計140の計測結果に基づいて液送ポンプP1の出力を制御することにより、機能液Lの流量を制御するようにしてもよい。
Claims (4)
- 機能液を液滴として吐出する吐出ノズルを備える記録部と、
前記記録部に供給する前記機能液を貯留する機能液貯留部と、
前記記録部と前記機能液貯留部との間に配置され、前記機能液中の溶存気体を減圧除去する脱気機構部と、
前記機能液の種類に関わらず、前記脱気機構部における前記機能液の通過時間を一定に保つように駆動制御する制御部と、
前記機能液の流量を測定する流量計と、
を備え、
前記脱気機構部は、前記機能液の種類に応じて、脱気処理前あるいは脱気処理中の前記機能液の温度を所定の温度まで加温する加熱装置を有し、
前記制御部は、前記流量計の計測結果に基づいて、前記加熱装置による前記機能液の加温温度の制御を行う
ことを特徴とする液体噴射装置。 - 前記脱気機構部は、前記機能液の種類に関わらず、前記脱気機構部における前記機能液の粘度を一定に保つ機能を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の液体噴射装置。 - 前記脱気機構部は、チャンバーと、前記チャンバー内に設けられ前記機能液を通過させる複数の脱気チューブと、前記チャンバーに接続された減圧ポンプと、を有し、
各脱気チューブの流路径は、前記脱気機構部と前記機能液貯留部とを接続する機能液供給流路の流路径よりも小さい
ことを特徴とする請求項1から2のいずれか一項に記載の液体噴射装置。 - 前記機能液がUVインクであって、
前記加熱装置により40℃以上60℃未満まで加温される
ことを特徴とする請求項3に記載の液体噴射装置。
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