JP6212888B2 - 液体噴射装置および振動付与方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体への振動の付与に関する。

液体噴射装置の一種として、インクジェットプリンターが知られている。インクジェットプリンターは、ノズルからインクを噴射する。インクは、ノズル内において増粘することがある。この増粘は、例えば、乾燥や低温によって引き起こされる。インクが増粘すると、プリンターはインクの噴射を正常に実行しづらくなる。このようなノズル内のインクの増粘を抑制するために、ノズル内のインクのメニスカスを微振動させる手法が知られている。微振動とは、インクが噴射されない程度の振幅による振動のことである（例えば特許文献１）。

特許第４６３１２８５号公報

上記先行技術が有する課題は、硬化性インクを使用する場合に、ノズルが劣化しやすいことである。この硬化性とは、熱硬化性や光硬化性などを含む。硬化性インクはノズル内においても硬化することがあるので、単に微振動を加えた場合、ノズルが劣化してしまう場合がある。

図５は、メニスカスがノズル５００の外向きに変位した状態を模式的に示す。このようにメニスカスが変位しても、拡大図に示すように、ノズル５００の端面付近かつ内壁付近（以下、この部位を「境界付近」という）のインクはあまり移動しない。境界付近で移動しないインクは、メニスカスの変位によって薄膜化する場合がある。

インクが熱硬化性の場合、ノズル５００内のインクも、印刷媒体６００に着弾したインクを硬化させるための熱の影響を受ける場合がある。薄膜化したインクは、この影響を受けやすいので、硬化してノズル５００の内壁に固着することがある。インクがノズル５００の内壁に固着すると、ノズル５００の劣化を引き起こす。

この課題は、光硬化性など他の硬化性の場合においても共通である。さらに、インク以外の液体を噴射する場合においても共通である。この他、装置の小型化や、低コスト化、省資源化、製造の容易化、使い勝手の向上等が望まれていた。

本発明は、上記課題の少なくとも１つを解決するためのものであり、以下の形態で実現できる。

（１）本発明の一形態によれば、液体噴射装置が提供される。この液体噴射装置は、硬化性の液体を収容した圧力室を収縮させることによって、前記液体をノズルから噴射する噴射部と；前記ノズルに形成されたメニスカスの振動を、前記圧力室を収縮させることによって開始させる振動付与部とを備える。この形態によれば、硬化性の液体を使用する場合に、ノズルの劣化を抑制できる。圧力室を収縮させることによって振動を開始すると、硬化性の液体のメニスカスは初めにノズルの外部に向かって変位する（以下、この変位を「外変位」ともいう）。外変位は、ノズルの内部に向かう変位（以下「内変位」ともいう）に比べ、境界付近における薄膜の生成を引き起こしにくい。この結果、硬化性の液体がノズル内で硬化することが抑制され、ひいてはノズルの劣化が抑制される。

（２）上記形態の液体噴射装置において、前記振動付与部は、前記振動の開始から所定時間後に、前記圧力室の膨張を開始する。この形態によれば、振動のために圧力室を収縮させた後、更に収縮させることによって液体を噴射する場合に比べ、噴射を正常に実行しやすくなる。

（３）上記形態の液体噴射装置において、前記振動付与部は、前記圧力室を収縮させた後、前記メニスカスがノズルの外部に向かって変位している期間と、前記圧力室を膨張させる期間とが少なくとも一部で重複するように前記圧力室を膨張させる。この形態によれば、ノズルの劣化を更に抑制できる。外変位をしている期間と、圧力室を膨張させる期間とが少なくとも一部で重複すると、メニスカスの振幅が小さくなる。メニスカスの振幅が小さくなると、外変位も小さくなる。この結果、薄膜の生成が更に抑制され、ひいてはノズルの劣化が抑制される。

（４）上記形態の液体噴射装置において、前記振動付与部が前記圧力室を収縮させる時間および膨張させる時間は、前記メニスカスの固有周期の１／２であり；前記収縮と前記膨張との間の時間は、前記固有周期の１／４である。この形態によれば、ノズルの劣化を更に抑制できる。圧力室の膨張の期間と、メニスカスが外変位する期間とが一致するので、メニスカスの振幅が小さくなる。さらに、圧力室の収縮の期間と、メニスカスが内変位する期間とが一部で重複するので、メニスカスの振幅が小さくなる。この結果、ノズルの劣化が抑制される。

（５）上記形態の液体噴射装置において、前記液体は、保湿剤を含まない。この形態においては、硬化性の液体が保湿剤を含まないので、これまで述べた薄膜の形成の抑制が、ノズルの劣化に関して、より大きな効果をもたらす。

（６）上記形態の液体噴射装置において、前記液体を硬化させる硬化部を備える。この形態においては、硬化部の作用が、ノズル内部の液体にも及ぶ可能性があるので、これまで述べた薄膜の形成の抑制が、ノズルの劣化に関して、より大きな効果をもたらす。

本発明は、上記以外の種々の形態でも実現できる。例えば、振動を付与する方法、その方法を実現するためのプログラム、そのプログラムを記憶した一時的でない記憶媒体、液体噴射装置としてのプリンター等の形態で実現できる。

印刷システムの全体構成を示すブロック図。 ヘッドの断面図。 微振動時におけるピエゾ素子への印加電圧の波形を示すグラフ。 メニスカスの測定結果の一例を示すグラフ。 微振動によってメニスカスがノズルの外向きに変位した状態を示す図。

図１は、印刷システム２０の全体構成を示すブロック図である。印刷システム２０は、プリンター２１とコンピューター２２とを備える。プリンター２１は、レジン系のインクを噴射し、印刷媒体に画像を形成する。このインクは、熱硬化性であると共に保湿剤を含まない。プリンター２１は、搬送ユニット３０と、キャリッジユニット３５と、ヘッドユニット４０と、硬化ユニット５０と、センサー群６０と、コントローラー７０とを有する。プリンター２１は、コンピューター２２と通信可能に接続されている。コンピューター２２は、プリンタードライバーによって印刷データを生成し、生成した印刷データをプリンター２１に送信する。

コントローラー７０は、インターフェイス７１と、ＣＰＵ７２と、メモリー７３と、ユニット制御回路７４とを備え、プリンター２１における全体的な制御を行う。インターフェイス７１は、コンピューター２２との間でデータを送受信するためのものである。ＣＰＵ７２は、ユニット制御回路７４を介して各ユニットを制御する。メモリー７３は、ＣＰＵ７２のプログラムを格納する領域や作業領域等を提供する。センサー群６０は、プリンター２１内の状況を監視し、監視結果をコントローラー７０に入力する。

搬送ユニット３０は、印刷媒体を搬送する。キャリッジユニット３５は、ヘッドユニット４０を、印刷媒体の搬送方向と直交する方向に往復移動させる。ヘッドユニット４０は、印刷媒体に向けてインクを噴射するヘッド４１（図２と共に後述）を備える。硬化ユニット５０は、印刷媒体に着弾したインクを硬化させるためのものであり、具体的にはヒーターによって印刷媒体を加熱する。インクは、この加熱によって硬化して、印刷媒体に定着する。

図２は、ヘッド４１の断面図である。図２に示すように、ヘッド４１は、ノズルＮｚと、圧力室４１１と、共通インク室４１２と、インク供給路４１３と、ピエゾ素子ＰＺＴとをそれぞれ複数備える。

ノズルＮｚは、インクの噴射口として機能する。圧力室４１１は、ノズルＮｚ毎に設けられた空間であり、インクの圧力調整に用いられる。共通インク室４１２は、同種のインクを噴射するノズルＮｚそれぞれにインクを供給するための空間である。インク供給路４１３は、圧力室４１１と共通インク室４１２とを繋ぐ通路である。ピエゾ素子ＰＺＴは、圧力室４１１毎に設けられ、圧力室４１１内部の圧力を調整するために変形する。ヘッド４１は、これらの構成によって、インクをノズルＮｚから印刷媒体に向けて噴射したり、インクを微振動させたりする。

図３は、微振動時におけるピエゾ素子ＰＺＴへの印加電圧の波形を示すグラフである。グラフの縦軸は印加電圧、横軸は時間を示す。印加電圧の波形は、グラフの太線によって示される。ピエゾ素子ＰＺＴは、図２に示されるように薄膜タイプであり、印加電圧が増大すると、圧力室４１１が収縮するように変形する。

図３に示された正弦波の周期は、周期Ｔｃである。周期Ｔｃは、インクのメニスカスの固有周期である。このメニスカスは、ノズルＮｚにおいて形成される。この正弦波は、各時刻において、メニスカスが外変位するのか内変位するのかを示す。外変位とは、ノズルＮｚから外に飛び出る向きの変位のことである。図２に示された状態においては、上向きへの変位に相当する。内変位は、外変位と逆向きの変位である。

印加電圧は、図３にＰｗｃとして示されるように、０Ｔｃから１／４Ｔｃまでの間、直線的に増大する。この間の圧力室４１１の収縮によって、メニスカスは、正弦波によって示されるように、微振動を外変位から開始する。

正弦波によって示されるように、メニスカスは、１／４Ｔｃを過ぎると内変位に転じる。一方、印加電圧は、図３にＰｗｃとして示されるように、１／４Ｔｃから１／２Ｔｃまでの間、０Ｔｃから１／４Ｔｃまでと同じ傾きで少なくとも一部で重複する直線的に増大する。この間の圧力室４１１の収縮は、メニスカスの振幅を小さくする作用を及ぼす。この結果、内変位の絶対値が小さくなる。内変位の絶対値は、薄膜の形成を抑制するために小さい方が好ましい。

正弦波によって示されるように、メニスカスは、３／４Ｔｃまで内変位を継続する。一方、印加電圧は、図３にＰｗｈとして示されるように、１／２Ｔｃから３／４Ｔｃまでの間、一定値に保持される。この間の圧力室４１１の体積は、収縮によって小さくなったまま保持される。圧力室４１１の体積が小さくなると、メニスカスの振動中心が外向きに移動する。この結果、内変位の絶対値が小さくなる。

正弦波によって示されるように、メニスカスは、３／４Ｔｃから５／４Ｔｃまで外変位をする。一方、印加電圧は、図３にＰｗｄとして示されるように、３／４Ｔｃから５／４Ｔｃまでの間、直線的に低下する。この間の圧力室４１１の膨張は、メニスカスの振幅を小さくする作用を及ぼす。この結果、５／４Ｔｃ以降の内変位の絶対値が小さくなる。

５／４Ｔｃを過ぎると、印加電圧は初期値に保持される。これによって、インク噴射と次の微振動とに備えることができる。

図４は、メニスカスの測定結果の一例を示すグラフである。縦軸はメニスカスの変位、横軸は時間を示す。図３の正弦波と同じで、縦軸の上向きが外変位、縦軸の下向きが内変位に相当する。実線は本実施形態の場合を、破線は従来技術の場合を示す。この従来技術とは、図４に示されるように、初めに内変位させる手法を意味する。従来技術の場合、初めに大きく内変位させることによって、インクの増粘を抑制する効果は得られるものの、ノズルＮｚの境界付近（端面付近かつ内壁付近）に薄膜が生じやすくなる。

これに対して本実施形態の場合、初めに大きく外変位させることによって、インクの増粘を抑制する効果を得つつ、ノズルＮｚの境界付近に薄膜が生じることを抑制している。さらに、その後の内変位の絶対値を小さくすることによっても、ノズルＮｚの境界付近に薄膜が生じることを抑制している。この結果、ノズルＮｚの劣化が抑制される。ノズルＮｚの劣化の抑制は、印刷画質の劣化を抑制する。

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現できる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、或いは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことができる。その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することできる。例えば、以下のものが挙げられる。

ピエゾは、積層型でもよい。積層型ピエゾの場合、電圧を増大させると圧力室は膨張し、電圧を低下させると圧力室は収縮する。
微振動時におけるピエゾへの印加電圧の波形は、種々のものが考えられる。例えば、ＰｗｃとＰｗｈとの時間の合計が３／４Ｔｃである条件下において、ＰｗｃとＰｗｈとのそれぞれの時間を変更してもよい。この場合、Ｐｗｈの時間はゼロでもよい。
或いは、ＰｗｃとＰｗｈとの時間の合計が１／２ＴｃからＴｃまでの範囲であってもよい。
この他、Ｐｗｄの期間を、少なくとも一部が３／４Ｔｃから５／４Ｔｃまでに含まれる条件下において変更してもよい。

インクは、光硬化性などでもよいし、保湿剤を含んでもよい。
プリンター以外の装置、例えば以下の装置に本発明を適用してもよい。（１）ファクシミリ装置等の画像記録装置、（２）液晶ディスプレイ等の画像表示装置用のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射装置、（３）有機ＥＬディスプレイや面発光ディスプレイ(Field Emission Display;ＦＥＤ)等の電極形成に用いられる電極材噴射装置、（４）バイオチップ製造に用いられる生体有機物を含む液体を噴射する液体噴射装置、（５）精密ピペットとしての試料噴射装置、（６）潤滑油の噴射装置、（７）樹脂液の噴射装置、（８）時計やカメラ等の精密機械にピンポイントで潤滑油を噴射する液体噴射装置、（９）光通信素子等に用いられる微小半球レンズ（光学レンズ）などを形成するために紫外線硬化樹脂液等の透明樹脂液を基板上に噴射する液体噴射装置、（１０）基板などをエッチングするために酸性又はアルカリ性のエッチング液を噴射する液体噴射装置、（１１）他の任意の微小量の液滴を噴射する液体噴射ヘッドを備える液体噴射装置。

２０…印刷システム
２１…プリンター
２２…コンピューター
３０…搬送ユニット
３５…キャリッジユニット
４０…ヘッドユニット
４１…ヘッド
５０…硬化ユニット
６０…センサー群
７０…コントローラー
７１…インターフェイス
７２…ＣＰＵ
７３…メモリー
７４…ユニット制御回路
４１１…圧力室
４１２…共通インク室
４１３…インク供給路
５００…ノズル
６００…印刷媒体
Ｎｚ…ノズル
ＰＺＴ…ピエゾ素子

Claims (4)

1. 硬化性の液体を収容した圧力室を収縮させることによって、前記液体をノズルから噴射する噴射部と、
   印刷媒体に着弾した前記液体を硬化させる硬化部と、
   前記ノズルに形成されたメニスカスの振動を、前記圧力室を収縮させることによって開始させる振動付与部と、
   を備え、
   前記振動付与部は、前記振動の開始から所定時間後に、前記圧力室の膨張を開始し、
   前記振動付与部が前記圧力室を収縮させる時間および膨張させる時間は、前記メニスカスの固有周期の１／２であり、
   前記収縮と前記膨張との間の時間は、前記固有周期の１／４である
   液体噴射装置。
2. 請求項１に記載の液体噴射装置であって、
   前記振動付与部は、前記圧力室を収縮させた後、前記メニスカスが前記ノズルの外部に向かって変位している期間と、前記圧力室を膨張させる期間とが少なくとも一部で重複するように前記圧力室を膨張させる
   液体噴射装置。
3. 請求項１から請求項２の何れか１つに記載の液体噴射装置であって、
   前記液体は、保湿剤を含まない
   液体噴射装置。
4. 硬化性の液体を収容した圧力室を収縮させることによって、前記液体をノズルから噴射する噴射部と、印刷媒体に着弾した前記液体を硬化させる硬化部とを備えた液体噴射装置を用いて、前記ノズルに形成されたメニスカスに振動を付与する方法であって、
   前記メニスカスの振動を、前記圧力室を収縮させることによって開始させ、
   前記振動の開始から所定時間後に、前記圧力室の膨張を開始し、
   前記圧力室を収縮させる時間および膨張させる時間は、前記メニスカスの固有周期の１／２であり、
   前記収縮と前記膨張との間の時間は、前記固有周期の１／４である
   振動付与方法。

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