JP6938185B2

JP6938185B2 - メンテナンス装置及び液体吐出装置

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Publication number: JP6938185B2
Application number: JP2017058089A
Authority: JP
Inventors: 木村　和久; 和久木村
Original assignee: Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 2017-03-23
Filing date: 2017-03-23
Publication date: 2021-09-22
Anticipated expiration: 2037-03-23
Also published as: JP2018158555A; US20180272717A1; CN108621573A; US20200086646A1; CN108621573B; US10556432B2; US11001063B2

Description

本発明の実施形態は、メンテナンス装置及び液体吐出装置に関する。

ノズルプレートに配された複数のノズルから記録媒体に対して選択的に液滴を吐出させる液体吐出装置が知られている。このような液体吐出装置において、ノズルの周辺に付着した液体や紙粉などのゴミを吸引して除去するメンテナンス装置が設けられている。例えば、複数のノズル列を備える液体吐出装置において、複数のノズル列に対向する共通の吸引口を有し、ノズル列の方向に移動しながらノズルの液滴を吸引する、サクション装置が設けられている。

特開平５−２０１０２８号公報

本発明が解決しようとする課題は、複数の液体の混色や混濁を防止することが可能な、メンテナンス装置及び液体吐出装置を提供することである。

実施形態に係るメンテナンス装置は、液体を吐出する液体吐出ヘッドに設けられた第１のノズルに対向する第１の吸引口を有する第１の吸引部と、前記液体吐出ヘッドに設けられた第２のノズルに対向する第２の吸引口を有する第２の吸引部と、前記第１の吸引口と前記第２の吸引口との間に配置された排出口を有し前記排出口から前記液体吐出ヘッドの前記第１のノズルと前記第２のノズルとの間に気体を噴射する排気部と、を有する吸引ヘッドを備える。

一実施形態にかかる液体吐出装置の構成を示すブロック図。同実施形態にかかるメンテナンス装置の斜視図。同メンテナンス装置のサクションヘッドを示す斜視図。同メンテナンス装置の斜視図。同メンテナンス装置の断面図。同メンテナンス装置を一部断面で示す側面図。同メンテナンス装置の一部を拡大して示す断面図。

以下、一実施形態にかかる液体吐出装置１及びメンテナンス装置１４について、図１乃至図７を参照して説明する。各図において説明のため、適宜構成を拡大、縮小または省略して示している。図１は液体吐出装置１のブロック図であり、図２はメンテナンス装置の斜視図である。図３及び図４はメンテナンス装置の一部を示す斜視図である。図５乃至図７はメンテナンス装置の一部を示す断面図である。

図１及び図２に示すように液体吐出装置１は例えばインクジェット記録装置であり、液体を収容する液体収容部であるインクタンク１１と、インクタンク１１に接続された液体吐出ヘッド１２と、液体吐出ヘッド１２とインクタンク１１とを通る循環路においてインクを循環させる循環ポンプ１３と、液体吐出ヘッド１２のメンテナンスを行うメンテナンス装置１４と、液体吐出ヘッド１２に対向する印字位置を含む搬送経路において記録媒体やメンテナンス装置を相対移動させる搬送装置１５と、インターフェース１６と、制御装置１７と、を備える。

液体吐出ヘッド１２は、インクタンク１１に接続され、インクタンク１１との間でインクを循環させる循環型のヘッドである。液体吐出ヘッド１２は、液体として例えばインクを吐出することで、対向して配置される記録媒体に所望の画像を形成する。

インクタンク１１は液体吐出ヘッド１２に供給される液体を保有する収容部である。本実施形態においてインクタンク１１は、異なる２種類の液体ＬＱ１，ＬＱ２をそれぞれ保有する２つのインク室１１ａ，１１ｂを備える。例えば液体ＬＱ１とＬＱ２とは異なる色のインクである。

図４乃至図７に示すように、液体吐出ヘッド１２は、ハウジング２１と、ノズルプレート２２と、ベースプレート２３と、マニフォルド２４と、マスクプレート２５と、カバーマスク２６と、一対の供給管２７ａ，２７ｂと、一対の回収管２８ａ、２８ｂと、を備える。

本実施形態において、複数のノズル孔３１が形成されたノズルプレート２２と、ベースプレート２３とによって液体吐出部を構成している。

ノズルプレート２２は、矩形の板状に構成されている。ノズルプレート２２はそれぞれ第１方向に配列された複数のノズル孔３１を有するノズル列３１ａ，３１ｂを備えている。

本実施形態において、２列のノズル列３１ａ，３１ｂは、異なる色のインクを保有するインク室１１ａ，１１ｂにそれぞれ接続され、異なる色のインクをそれぞれノズル孔３１から吐出する。

液体吐出部の一部であるベースプレート２３は、ノズルプレート２２の印刷面とは反対側に対向配置され、マスクプレート２５に支持される。ベースプレート２３の内部には、例えば、ノズルプレート２２のノズル列３１ａのノズル孔３１に連通する複数の圧力室３２ａ、と、ノズル列３１ｂのノズル孔３１に対向配置された複数の圧力室３２ｂと、これらの複数の圧力室３２ａ、３２ｂにそれぞれ連通する共通室３３ａ，３３ｂと、が形成されている。

各圧力室３２ａ，３２ｂに面する部位には、アクチュエータ３４が設けられている。アクチュエータ３４は、例えば圧電素子と振動板を積層したユニモルフ式の圧電振動板を備える。圧電素子は例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の圧電セラミック材料等で構成される。圧力室に面して電極が形成され、この電極が回路基板上の配線パターンに電気的に接続されている。

マニフォルド２４は、矩形のブロック状に構成され、ベースプレート２３に接合される。マニフォルド２４は、共通室に連通する流路である一対の供給路３５ａ，３５ｂ及び一対の回収路３６ａ，３６ｂを有し、所定のインク流路を形成する形状に構成されている。

マスクプレート２５は、ハウジング２１の一部を構成するフレーム状部材であり、マニフォルド２４の外周面の少なくとも一部を覆う。

カバーマスク２６はノズルプレート２２のノズル面２２ａ側の外周縁部と、マスクプレート２５の外周面の一部を覆うカバー部材である。カバーマスク２６の厚みによって、ノズル面２２ａと、サクション面４１ａとの間に、空気が流通可能な所定のギャップＧ１が形成される。

供給管２７ａ，２７ｂはインクタンク１１のインク室１１ａ，１１ｂから液体吐出ヘッド１２の一対の流路の上流側に連通する所定の流路を形成する管状部材である。循環ポンプ１３の動作により、インクタンク１１の液体ＬＱ１，ＬＱ２がそれぞれ供給管２７ａ，２７ｂを通って液体吐出ヘッド１２の一対の流路に送られる。

回収管２８ａ，２８ｂは、液体吐出ヘッド１２の一対の流路の下流側からインクタンク１１のインク室１１ａ，１１ｂにそれぞれ連通する所定の流路を形成する管状部材である。循環ポンプ１３の動作により、液体吐出ヘッド１２の一対の流路から回収管２８ａ，２８ｂを通ってインクタンク１１に液体ＬＱ１，ＬＱ２が送られる。

循環ポンプ１３は、例えば圧電ポンプで構成されている。循環ポンプ１３は、配線により駆動回路８４に接続され制御装置１７に設けられたプロセッサ８１の制御によって制御可能に構成されている。循環ポンプ１３は、循環路の液体を下流側に送る。

以上のように構成された液体吐出ヘッド１２は、ノズルプレート２２とベースプレート２３とマニフォルド２４とを組み付けた状態で、インクタンク１１のインク室１１ａ，１１ｂから、供給管２７ａ，２７ｂ、供給路３５ａ，３５ｂを通って各圧力室３２ａ，３２ｂへ至る供給側の流路と、各圧力室３２ａ，３２ｂから回収路３６ａ，３６ｂ、回収管２８ａ，２８ｂを通ってインクタンクのインク室１１ａ、１１ｂ至る回収側の流路と、の２系統の循環流路３０ａ，３０ｂを構成する。液体吐出ヘッド１２は、液体として例えば２列のノズル列３１ａ，３１ｂから２種類の液体ＬＱ１，ＬＱ２をそれぞれ吐出することで、対向して配置される記録媒体Ｓに所望の画像を形成する。

図２乃至図７に示すように、メンテナンス装置１４は、吸引ヘッドであるサクションヘッド４１と、サクションヘッド４１に接続される第１のサクションチューブ４２ａ，及び第２のサクションチューブ４２ｂ、及び排気チューブ４３と、サクションチューブ４２ａ，４２ｂを介してサクションヘッド４１に接続されたボトル４４と、連結チューブ４５を介してボトル４４に接続された吸引機構である吸引ポンプ４６と、排気チューブ４３を介してサクションヘッド４１に接続された排気ポンプ４７と、を備える。

サクションヘッド４１の液体吐出ヘッド１２側の表面は、ノズル面に対向配置されるサクション面４１ａと、サクション面の列方向の両側において液体吐出ヘッド１２から退避する方向に傾斜する傾斜面４１ｂと、を備える。

サクション面４１ａはノズルプレート２２の表面であるノズル面２２ａと平行な平面を形成し、一対のノズル列３１ａ，３１ｂに跨って第２方向に延びる。サクションヘッド４１の第２方向の両端部にはカバーマスク２６の端縁に係合して液体吐出ヘッド１２との位置を規制する規制壁４１ｃが形成されている。

サクションヘッド４１は内部に第１の吸引部である第１の吸引ノズル５１ａと、第２の吸引部である第２の吸引ノズル５１ｂと、排気部としての排気ノズル５３と、が形成されている。第１の吸引ノズル５１ａの一端はサクション面４１ａに開口するとともに第１のノズル列３１ａに対向する第１の吸引口５２ａを形成している。第１の吸引ノズル５１ａの他端は管継手４８ａを介してサクションチューブ４２ａに接続される。第２の吸引ノズル５１ｂの一端はサクション面４１ａに開口するとともに第２のノズル列に対向する第２の吸引口５２ｂを形成している。第１の吸引ノズル５１ａの他端は管継手４８ｂを介してサクションチューブ４２ｂに接続される。

排気ノズル５３の一端はサクション面に開口するとともに第１のノズル列と第２のノズル列との間に対向配置される排出口５３ａを形成している。排気ノズル５３の他端は管継手４８ｃを介して排気チューブ４３に接続される。

サクション面４１ａは、ノズル面２２ａと所定のギャップＧ１を介して配置されている。サクション面４１ａとノズルとのギャップＧ１，サクション面４１ａの幅寸法Ｘ１、各吸引口５２ａ，５２ｂ及び排出口５３ａなどの寸法設定は、吸引処理における空気の流れの条件を満たすように対応して設定されている。サクションヘッド４１は、搬送装置１５によって移動可能に構成されている。

吸引ポンプ４６及び排気ポンプ４７は、ボトル４４の内部を負圧にするためのポンプ、例えばダイヤフラム式ポンプなどであり、それぞれ吸込口４６ａ、４７ａ及び排気口４６ｂ，４７ｂを有している。吸引ポンプ４６の吸込口４６ａには連結チューブ４５によりボトル４４が接続されている。吸引ポンプ４６の排気口４６ｂは常時開放されている。一方、排気ポンプの４７の吸込口４７ａは開放され、排気口４７ｂは、排気チューブ４３と管継手４８ｃを介して排気ノズル５３に連通している。

搬送装置１５は、液体吐出ヘッド１２に対して、記録媒体やメンテナンス装置１４を相対的に移動する。例えば搬送装置１５はサクションヘッド４１を支持して、待機位置とメンテナンス位置とで往復移動させる移動機構を備える。また、搬送装置１５は、記録媒体を保持及び搬送する記録媒体移動機構を備える。また搬送装置１５は各種の印刷条件に応じて所定のタイミングで液体吐出ヘッド１２を移動させるヘッド移動機構を備える。

図１に示すインターフェース１６は、電源、表示装置、及び入力装置を備える。インターフェース１６は、制御部としてのプロセッサ８１へ接続されている。インターフェース１６は、ユーザが入力装置を操作することで、プロセッサ８１へ各種の動作の指示を行う。また、インターフェース１６は、プロセッサ８１の制御により各種の情報や画像を表示装置に表示する。

制御装置１７は、各部の動作を制御する制御部であるプロセッサ８１と、プログラムあるいは各種データ等を格納するメモリ８２と、アナログデータ（電圧値）をデジタルデータ（ビットデータ）に変換する回路であるＡＤ変換部８３と、各要素を駆動する駆動回路８４と、増幅回路と、を備える。

プロセッサ８１は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）を含み、制御部の中枢部分に相当する。プロセッサ８１は、オペレーティングシステムやアプリケーションプログラムに従って、液体吐出装置１の各種の機能を実現するべく、液体吐出装置１の各部を制御する。

プロセッサ８１は、各種駆動機構に接続される駆動回路８４を介して液体吐出装置１の各部の動作を制御する。

予めメモリ８２に記録された制御プログラムに基づく制御処理をプロセッサ８１が実行することによって、例えばプロセッサ８１は、液体吐出ヘッド１２や循環ポンプ１３の動作を制御することで、印字動作を制御する。

ノズル孔３１から液体である塗布材（吐出材料）を吐出して印刷を行う印刷処理として、プロセッサ８１は、印刷開始を指示する入力を検出すると、各種プログラムに応じて、液体吐出ヘッド１２や搬送装置１５の動作を制御し、液滴噴射動作を行わせる。

メモリ８２は例えば不揮発性メモリであって、制御装置１７上に実装されている。メモリ８２には、インクの循環動作、インクの供給動作、温度管理、液面管理、圧力管理などの制御に必要な情報として、各種制御プログラムや動作条件が記憶されている。

以上のように構成された液体吐出装置１の動作について説明する。プロセッサ８１は、例えばインターフェース１６においてユーザが操作入力部の操作による印刷指示を検出する。そして、印刷指示を検出すると、搬送装置１５を駆動して用紙Ｐを搬送するとともに、所定のタイミングで液体吐出ヘッド１２に対して印字信号を出力することで、液体吐出ヘッド１２を駆動する。液体吐出ヘッド１２は吐出動作として、画像データに応じた画像信号により、圧電素子を選択的に駆動してノズル孔３１からインクを吐出して、対向位置に保持された記録媒体に画像を形成する。

プロセッサ８１は、循環ポンプ１３を駆動することで、インクタンク１１と液体吐出ヘッド１２とを通る２系統の循環流路３０ａ，３０ｂで液体を循環させる。

メモリ８２は例えば不揮発性メモリであって、例えば制御装置１７である制御基板上に実装されている。メモリ８２には、インクの循環動作、インクの供給動作、圧力調整、温度管理、インクの液面管理などの制御に必要な情報として、各種制御プログラムや動作条件が記憶されている。

また、プロセッサ８１は、所定のタイミングで搬送装置を駆動し、メンテナンス装置をヘッド位置に移動するとともに、吸引ポンプ４６や排気ポンプ４７を駆動し、クリーニング処理を行う。

クリーニング処理において、サクションヘッド４１はカバーマスク２６に接触摺動しながら移動してノズル面２２ａ上の残留インク及びゴミ等を吸引ポンプによる負圧及び空気流により吸引クリーニングする。

具体的には、排気ポンプ４７の駆動により一対の吸引口５２ａ，５２ｂの間の排出口５３ａから、空気がノズル面２２ａの所定位置に吹付けられ、エアーカーテンが形成される。

このとき、吸引ノズル５１ａ、５１ｂの吸引口５２ａ，５２ｂと、ノズル面２２ａとの間に形成されたギャップＧ１を通って、傾斜面４１ｂによって形成される空間に空気が逃げる空気の流れが発生する。

この空気の流れとともに、第１のノズル列３１ａに付着した液体がゴミ等とともに吸引され、サクションチューブ４２ａを介してボトル４４に回収される。同様に、第２のノズル列３１ｂに付着した液体がゴミ等とともに吸引され、サクションチューブ４２ｂを介してボトル４４に回収される。

以上の様に構成されたメンテナンス装置１４及び液体吐出装置１は、異なるインクを吐出する複数のノズル列３１ａ，３１ｂにそれぞれ対応する２系統の吸引機構を設けたことにより、インクの混濁を防ぐことができる。また、複数の吸引口５２ａ，５２ｂの間に空気（気体）を吹付ける構成としたことにより、吸引口５２ａ，５２ｂの間にエアーカーテンを形成して吸引口５２ａ，５２ｂの間を隔てることで、液体の混濁を防止するとともに、空気の流れを形成することができる。

また、ノズル面２２ａに近接するサクション面４１ａの両側に、ノズル面２２ａから退避する方向に傾斜する傾斜面４１ｂを形成したことにより、空気の流れをスムーズにすることが可能となり、高い吸引力を得られる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。

例えば上記実施形態においては、吸引ポンプ４６と排気ポンプ４７とをそれぞれ設ける例を示したがこれに限られるものではない。たとえば排気ノズル５３を吸引ポンプ４６の排気口４６ｂに接続することで、排気用と吸気用のポンプを兼用することも可能である。

さらに、上記実施形態においては、２つの吸引ノズル５１ａ，５１ｂを共通のボトル４４に接続し、共通の吸引ポンプ４６に接続する例を示したがこれに限られるものではなく、各吸引ノズル５１ａ，５１ｂにそれぞれ個別にボトルやポンプを接続することも可能である。

例えば上記実施形態においては２種類の液体を吐出する２列のノズル列３１ａ、３１ｂを区別する例を示したが、これに限られるものではない。例えば３種類以上の液体を吐出する場合には、さらに異なる経路の吸引ノズルを形成することで、上記実施形態と同様の効果を得られる。

また、吐出する液体はインクに限られるものではなく、インク以外の液体を吐出することもできる。インク以外を吐出する液体吐出装置としては、例えばプリント配線基板の配線パターンを形成するための導電性粒子を含む液体を吐出する装置等であっても良い。

液体吐出ヘッド１２は、上記の他、例えば静電気で振動板を変形してインク滴を吐出する構造、あるいはヒータ等の熱エネルギーを利用してノズルからインク滴を吐出する構造等でもよい。

また、上記実施形態においては液体吐出装置１はインクジェット記録装置に用いられる例を示したが、これに限られるものではなく、例えば３Ｄプリンタ、産業用の製造機械、医療用途にも用いることが可能であり、小型軽量化及び低コスト化が可能である。

この発明の実施形態を説明したが、実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことが出来る。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
（１）
液体を吐出する液体吐出ヘッドに設けられた第１のノズルに対向する第１の吸引口を有する第１の吸引部と、前記液体吐出ヘッドに設けられた第２のノズルに対向する第２の吸引口を有する第２の吸引部と、を有する吸引ヘッドを備える、メンテナンス装置。
（２）
前記第１の吸引口と、前記第２の吸引口との間に配置された排出口を有し前記排出口から前記液体吐出ヘッドの前記第１のノズルと前記第２のノズルとの間に気体を噴射する排気部を備える、（１）記載のメンテナンス装置。
（３）
前記吸引ヘッドの前記第１の吸引部及び前記第２の吸引部は吸引ポンプに接続され、前記吸引ヘッドは、前記液体吐出ヘッドに対して、前記液体吐出ヘッドの複数の前記第１のノズルが並ぶノズル列の方向に沿って、相対移動する、（２）記載のメンテナンス装置。
（４）
前記吸引ヘッドの前記液体吐出ヘッド側の表面は、前記前記液体吐出ヘッドのノズル面に対向配置されるとともに前記第１の吸引口及び前記第２の吸引口が配されたサクション面と、前記サクション面の前記列方向の両側において前記液体吐出ヘッドから退避する方向に傾斜した傾斜面と、を備える、（３）に記載のメンテナンス装置。
（５）
（１）乃至（４）のいずれか記載のメンテナンス装置と、
複数の第１のノズルを有する第１ノズル列と、複数の前記第２のノズルを有する第２ノズル列とが形成されたノズルプレートを備える液体吐出ヘッドと、
を備える液体吐出装置。

１…液体吐出装置、１１…インクタンク、１１ａ…インク室、１１ｂ…インク室、１２…液体吐出ヘッド、１３…循環ポンプ、１４…メンテナンス装置、１５…搬送装置、１７…制御装置、２２…ノズルプレート、２２ａ…ノズル面、３１…ノズル孔、３１ａ…ノズル列、３１ｂ…ノズル列、３５ａ…供給路、３５ｂ…供給路、３６ａ…回収路、３６ｂ…回収路、４１…サクションヘッド、４１ａ…サクション面、４１ｂ…傾斜面、４１ｃ…規制壁、４２ａ…サクションチューブ、４２ｂ…サクションチューブ、４３…排気チューブ、４４…ボトル、４５…連結チューブ、４６…吸引ポンプ、４６ａ…吸込口、４６ｂ…排気口、４７…排気ポンプ、４７ａ…吸込口、４７ｂ…排気口、４８ａ、４８ｂ、４８ｃ…管継手、５１ａ…吸引ノズル、５１ｂ…吸引ノズル、５２ａ…吸引口、５２ｂ…吸引口、５３…排気ノズル、５３ａ…排出口。

Claims

液体を吐出する液体吐出ヘッドに設けられた第１のノズルに対向する第１の吸引口を有する第１の吸引部と、前記液体吐出ヘッドに設けられた第２のノズルに対向する第２の吸引口を有する第２の吸引部と、前記第１の吸引口と前記第２の吸引口との間に配置された排出口を有し前記排出口から前記液体吐出ヘッドの前記第１のノズルと前記第２のノズルとの間に気体を噴射する排気部と、を有する吸引ヘッドを備える、メンテナンス装置。
前記吸引ヘッドの前記第１の吸引部及び前記第２の吸引部は吸引ポンプに接続され、
前記吸引ヘッドは、前記液体吐出ヘッドに対して、前記液体吐出ヘッドの複数の前記第１のノズルが並ぶノズル列の方向に沿って、相対移動する、請求項１に記載のメンテナンス装置。
前記吸引ヘッドの前記液体吐出ヘッド側の表面は、前記前記液体吐出ヘッドのノズル面に対向配置されるとともに前記第１の吸引口及び前記第２の吸引口が配されたサクション面と、前記サクション面の前記ノズル列の方向の両側において前記液体吐出ヘッドから退避する方向に傾斜した傾斜面と、を備える、請求項２に記載のメンテナンス装置。
請求項１乃至３のいずれか記載のメンテナンス装置と、
複数の第１のノズルを有する第１ノズル列と、複数の前記第２のノズルを有する第２ノズル列とが形成されたノズルプレートを備える液体吐出ヘッドと、
を備える液体吐出装置。