KR20170102805A

KR20170102805A - 잉크젯 헤드의 클리닝 장치, 클리닝 방법, 및, 인자 장치

Info

Publication number: KR20170102805A
Application number: KR1020170014750A
Authority: KR
Inventors: 슈헤이 나카타니; 히데히로 요시다; 마사히로 무로; 겐타로 구마자와
Original assignee: 파나소닉 아이피 매니지먼트 가부시키가이샤
Priority date: 2016-03-02
Filing date: 2017-02-02
Publication date: 2017-09-12
Also published as: TW201731704A; CN107150505B; CN107150505A; KR102635289B1; TWI694008B

Abstract

(과제) 확실하게 노즐 플레이트 표면의 잉크를 제거해, 잉크를 안정적으로 토출하는 잉크젯 헤드의 클리닝 장치, 클리닝 방법, 및, 인자 장치를 제공하는 것이다.
(해결 수단) 상기 과제를 해결하기 위해서, 잉크를 흡인하는 흡인구를 갖는 흡인부와, 잉크젯 헤드의 노즐 플레이트와 접촉하는 지지부를 갖고, 상기 잉크에 대한 상기 노즐 플레이트의 접촉각 α와 상기 잉크에 대한 상기 지지부의 접촉각 β와 상기 잉크에 대한 상기 흡인부의 접촉각 γ의 관계가, 접촉각 α>접촉각 β>접촉각 γ인 잉크젯 헤드의 클리닝 장치를 이용한다.

Description

잉크젯 헤드의 클리닝 장치, 클리닝 방법, 및, 인자 장치{CLEANING APPARATUS AND CLEANING METHOD OF INK-JET HEAD AND PRINTING APPARATUS}

본 발명은, 잉크젯 헤드의 클리닝 장치, 클리닝 방법, 및, 잉크젯 헤드를 이용한 인자 장치에 관한 것이다.

잉크젯 헤드의 노즐 플레이트는, 잉크를 토출하는 노즐 구멍을 갖고 있다. 이러한 잉크젯 헤드에 있어서는, 노즐 구멍으로부터 잉크를 토출했을 때에, 노즐 구멍의 주변에 여분의 잉크가 남지 않도록, 노즐 플레이트의 표면이 발(撥)잉크성이 유지되는 경우가 많다. 도 1(a)와 도 1(b)에 잉크젯 헤드의 구조를 나타낸다.

잉크젯 헤드는, 액적을 토출하는 복수의 노즐(100), 노즐에 연통하는 압력실(110), 상이한 노즐에 대응하는 압력실을 구획하는 격벽(111), 압력실의 일부를 이루는 다이어프램(112), 다이어프램을 진동시키는 압전 소자(130), 격벽을 지지하는 압전 부재(140), 압전 소자(130)에 전압을 인가하는 공통 전극(도시하지 않음)을 갖는다. 그 밖에 도시하지 않은 액체의 도입구를 갖는다.

또, 액체를 순환하는 종류의 잉크젯 헤드에 있어서는, 도시하지 않은 액체 주입구와 배출구를 갖고, 잉크를 흘리면서 잉크를 토출한다. 압전 소자(130)와 격벽을 지지하는 압전 부재(140)는, 하나의 압전 부재로부터 다이싱에 의해서 분리되어 있다. 잉크젯 헤드가 갖는 노즐(100)은, 직경 20μm~50μm이며, 100μm~500μm의 간격으로 100구멍~300구멍 늘어서 있다.

이와 같이 구성된 잉크젯 헤드는, 다음과 같이 동작한다. 압전 소자(130)의 이면측의 공통 전극(도시하지 않음)과, 압전 소자(130) 사이에 전압을 인가하면, 압전 소자(130)가 도 1(a)의 상태에서 도 1(b)의 상태로 변형된다. 압전 소자(130)가 변형되면(압전 소자(130)의 하부가 변형), 압력실(110)의 용적이 작아져, 액체에 압력을 가할 수 있다. 그 압력으로 액적(150)을 토출시키고 있다.

잉크젯 헤드의 구조로는, 박막의 압전 소자를 이용한 구조여도 된다. 도 2(a), 도 2(b)는, 박막형 잉크젯 헤드의 구조를 나타내는 도면이다. 도 2(a)에 액체를 토출하기 위한 노즐(200), 노즐에 연통하는 압력실(210), 압력실에 액체를 공급하는 공통 압력실(230)이 연결되어 있다. 압력실의 일부를 이루는 다이어프램(212)의 상부에 박막 압전 소자(220)가 구성되어 있다. 이와 같이 구성된 잉크젯 헤드는 다음과 같이 동작한다. 박막 압전 소자(220)에 전압을 인가하면, 박막 압전 소자(220)가 도 2(a)의 상태에서 도 2(b)의 상태로 변형된다. 박막 압전 소자(220)가 변형되면, 압력실(210)의 용적이 작아져 액체에 압력을 전달할 수 있다. 그 압력으로 액적(150)을 토출시키고 있다.

이러한 잉크젯 헤드에 대해, 노즐 플레이트 상의 노즐 구멍 근방에 부착된 잉크 등의 클리닝을 흡인 노즐로 흡인 클리닝하는 기술이 있다.

예를 들면, 도 3에는 종래 기술에서의 잉크 흡인 노즐을 나타내고 있다. 부압 생성 수단(3)에 연통된 국소 흡인 수단(4)을 노즐(2)이 배치된 헤드 본체(1)에 접촉시키면서 슬라이딩시켜 흡인 클리닝을 행하는 것이 나타나 있다(특허 문헌 1). 국소 흡인 수단(4)의 흡인용 개구(5)에서 노즐(2)을 클리닝한다. 국소 흡인 수단(4)에는, 흡인용 개구 이동 수단(6)으로 이동 가능하다. 국소 흡인 수단(4)은, 압력 변동 수단(8)으로, 흡인력을 제어할 수 있다.

또, 국소 흡인 수단(4)이 노즐(2)과 접촉하지 않도록 간극을 유지해 이동시켜 흡인 클리닝을 행하는 방법이 제안되어 있다(특허 문헌 2).

일본국 특허 공개 평 5-200128호 공보 일본국 특허 공개 2009-137210호 공보

그러나, 특허 문헌 1에 나타낸 방법에서는, 노즐과 흡인 수단이 접촉하므로, 노즐에 흠이 생길 가능성이 높아, 안정적인 토출을 할 수 없다.

특허 문헌 2에 나타낸 방법에서는, 노즐에 비접촉이므로, 플레이트 표면의 잉크를 제거하는 것이 불충분한 경우가 있다. 반대로, 너무 흡인해서, 노즐 내부의 잉크의 일부를 흡인해 버린다. 그 결과, 잉크의 토출이 불안정하게 된다.

따라서, 본원의 과제는, 확실하게 노즐 플레이트 표면의 잉크를 제거해, 잉크를 안정적으로 토출하는 잉크젯 헤드의 클리닝 장치, 클리닝 방법, 및, 인자 장치를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 잉크를 흡인하는 흡인구를 갖는 흡인부와, 잉크젯 헤드의 노즐 플레이트와 접촉하는 지지부를 갖고, 상기 잉크에 대한 상기 노즐 플레이트의 접촉각 α와 상기 잉크에 대한 상기 지지부의 접촉각 β와 상기 잉크에 대한 상기 흡인부의 접촉각 γ의 관계가, 접촉각 α>접촉각 β>접촉각 γ인 잉크젯 헤드의 클리닝 장치를 이용한다.

또, 상기 잉크젯 헤드의 클리닝 장치와, 상기 잉크젯 장치를 구비한 인자 장치를 이용한다.

또한, 상기 잉크젯 헤드의 클리닝 장치를, 잉크젯 헤드의 노즐 플레이트와 접촉시키고, 상기 클리닝 장치를, 상기 노즐 플레이트와 상대적으로 이동시켜, 상기 노즐 플레이트를 클리닝하는 잉크젯 헤드의 클리닝 방법을 이용한다.

본 발명의 잉크젯 헤드의 클리닝 장치, 잉크젯 헤드의 클리닝 방법, 및 잉크젯 헤드의 클리닝 장치를 구비한 인자 장치에 의하면, 노즐 플레이트 상에 잉크를 남기지 않고, 흡인하는 것이 가능해져, 인자 품질이 뛰어난 인자를 실현할 수 있다.

도 1의 (a)는 종래의 벌크형 잉크젯 헤드의 구조, (b)는 (a)의 박막형 잉크젯 헤드이며, 압전 소자에 전압이 인가되었을 때의 헤드 상태를 나타내는 도면.
도 2의 (a)는 종래의 박막형 잉크젯 헤드의 구조, (b)는 (a)의 박막형 잉크젯 헤드이며, 압전 소자에 전압이 인가되었을 때의 헤드 상태를 나타내는 도면.
도 3은 종래의 방법으로, 노즐 플레이트 상의 잉크를 흡인하는 모습을 나타내는 도면.
도 4의 (a)~(e)는 실시형태에서의 잉크 흡인의 흐름을 나타내는 도면.
도 5의 (a)~(f)는 구성 부재의 젖음성의 차이에 의해 잉크 액적의 흡인 상태의 차이를 나타내는 실시형태에서의 잉크젯 헤드 클리닝 장치의 단면도.
도 6의 (a)는 실시예에서의 잉크젯 헤드의 클리닝 장치의 모식도, (b)는 비교예 1~3에서의 잉크젯 헤드의 클리닝 장치의 모식도, (c)는 비교예 1~3에서 잉크 액적이 클리닝 장치의 밖으로 흘러넘치는 것을 나타내는 모식도.
도 7의 (a)~(b)는 실시예에서의 잉크젯 헤드의 클리닝에 의한 토출의 특성을 나타내는 도면.
도 8의 (a)~(b)는 실시형태 1에 있어서의 클리닝 프로세스를 나타내는 사시도, (c)~(d)는 실시형태 1에 있어서의 클리닝 프로세스를 나타내는 단면도.
도 9는 실시형태 1에 있어서의 클리닝 프로세스의 최종 단계를 나타내는 도면.
도 10은 실시형태 2에 있어서의 클리닝 장치를 나타내는 사시도.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다.

(실시형태 1)

실시형태의 잉크젯 헤드의 클리닝 장치, 잉크젯 헤드의 클리닝 방법, 및 잉크젯 헤드의 클리닝 장치를 구비한 인자 장치에 대해서 설명한다. 실시형태의 잉크젯 헤드의 구조는, 도 1에서 나타낸 벌크형 피에조의 헤드 구조와 동일하다.

<클리닝 장치를 이용한 잉크 액적 흡인 플로우>

도 4(a)~도 4(e)에는, 실시형태 1에서의 노즐 플레이트(404) 상에 부착된 잉크 액적(402)을, 클리닝 장치(403)를 이용하여 흡인하는 흐름을 나타내는 도면이다. 노즐 플레이트(404)는, 잉크젯 장치에서 노즐이 표면에 나오는 부분이다. 노즐 플레이트(404)로부터 잉크를 장시간 토출시키면, 노즐 플레이트(404)의 표면에 잉크 액적(402)이 나타난다(도 4(b)).

어느 타이밍에서, 노즐 플레이트(404)의 클리닝을 개시한다. 우선, 잉크젯 헤드의 클리닝 장치(403)가 노즐 플레이트 단부(A)의 직하까지 이동한다. 그 후, 클리닝 장치(403)가 상승해 클리닝 장치(403)의 노즐 지지부(도시하지 않음)가 노즐 플레이트에 접촉하여 정지한다(도 4(c)).

이 상태에서 클리닝 장치(403)에 연통하고 있는 진공 펌프(도시하지 않음)가 작동해, 소정의 흡인 유량으로 흡인하면서, 일정한 이동 속도로 노즐 플레이트 상을 소인(掃引)한다. 이 때 소인을 개시하는 노즐 플레이트 단부(A)와는 반대쪽의 노즐 플레이트의 단부(B)를 통과할 때까지 클리닝 장치(403)는 이동한다(도 4(d)). 노즐 플레이트 단부(B)를 통과하고 나서 클리닝 장치(403)는 하강하여, 잉크 액적(402)의 흡인 동작은 완료된다(도 4(e)).

이 일련의 동작에 있어서, 클리닝 장치(403)가 노즐 플레이트 단부(B)를 통과하지 않고, 노즐 플레이트 도중에 소인 동작을 끝내, 클리닝 장치(403)가 하강해버리면, 노즐 플레이트 상의 잉크 액적(402)은 미소하지만 남게 된다. 클리닝 장치(403)의 제1 흡인구보다 크기가 작은 잉크 액적이 흡인되지 않고 남게 된다.

따라서, 잉크 액적의 흡인시에는 클리닝 장치가 노즐 플레이트 단부를 통과할 때까지 이동시키는 것이 바람직하다고 할 수 있다.

또한, 클리닝 장치(403)와 노즐 플레이트(404)는 상대적으로 이동시키면 된다.

<클리닝 장치의 구성 부재>

도 5(a)~도 5(f)는, 클리닝 장치(403)로, 노즐 플레이트(404)를 청소할 때의 단면도이다. 클리닝 장치(403)의 상부에 위치하는 흡인부(503)로, 노즐 플레이트(404)를 청소하고 있다. 각각의 도면은, 잉크 액적(402)의 흡인 상태의 차이를 나타내고 있다.

도 5(a)~도 5(c)는 클리닝 전, 도 5(d)~도 5(f)는 클리닝 후이다.

잉크 액적(402)에 대한, 노즐 플레이트(404), 지지부(502), 흡인부(503)의 접촉각을, 각각 접촉각 α, 접촉각 β, 접촉각 γ로 한다. 흡인부(503)는, 잉크 액적(402)을 흡인하는 제1 흡인구(601)를 갖는다.

또한, 이 예에서는, 방향족계의 고분자 용액 잉크이다. 노즐 플레이트(404)는, 표면에 실리콘계의 발수막이 코팅되어 있고, 그 코팅에 있어서의 접촉각이다. 이하, 제1, 2 패턴은 비교예이며, 제3 패턴은 실시예이다.

접촉각의 측정은 KRUSS사 제조의 DSA100를 이용하여 측정했다.

또, 노즐 플레이트(404)에 대해, 지지부(502)는 접촉하여 소인하기 위해서, 지지부(502)의 경도는 노즐 플레이트(404)보다 유연한 것이 바람직하다. 너무 경도가 단단하면 노즐 플레이트(404)의 표면에 흠을 내어버린다.

<제1 패턴>

도 5(a)에서는, 접촉각 α>>접촉각 β=접촉각 γ인 상태이다. 구체적으로는 접촉각 α=66°, 접촉각 β=접촉각 γ=26°이다. 접촉각 α의 범위는 60~70°이다. 접촉각 β및 접촉각 γ의 범위는 15~30°이며, 바람직하게는 20~30°이다.

이 상태에서는 클리닝 장치(403)의 각 부재가 잉크 액적(402)에 대해 심하게 젖는 상태이며, 젖음성이 낮은 노즐 플레이트(404) 상에 부착되어 있는 잉크 액적(402)은 흡인부(503)로 이동하기 쉬운 상태이다.

그러나, 매우 젖기 쉽기 때문에 지지부(502)와 노즐 플레이트(404) 사이에 미량의 잉크 액적(402)이 모세관 현상으로 침입해가기 쉬운 상태이며, 노즐 플레이트(404) 상에 남기 쉽다(도 5(d)).

<제2 패턴>

도 5(b)는, 접촉각 α≥접촉각 β=접촉각 γ인 상태를 나타내고 있다. 구체적으로는 접촉각 α=66°, 접촉각 β=접촉각 γ=42°이다. 접촉각 α의 범위는 60~70°이다. 접촉각 β 및 접촉각 γ의 범위는 35~55°이며, 바람직하게는 40~50°일 수 있다. 이 상태는 클리닝 장치(403)의 각 부재가 잉크 액적(402)에 대해 그다지 젖지 않는 상태이며, 노즐 플레이트(404) 상에 부착되어 있는 잉크 액적(402)은 흡인부(503)로 이동하기 어려운 상태이다.

그 결과, 노즐 플레이트(404) 상에 잉크 액적(402)이 남게 되는 경우가 많다(도 5(e)).

<제3 패턴>

도 5(c)에는, 접촉각 α>접촉각 β>접촉각 γ인 상태를 나타내고 있다. 구체적으로는 접촉각 α=66°, 접촉각 β=42°, 접촉각 γ=26°이다. 접촉각 α는 60~70°이다. 접촉각 β는 35~55°이며, 바람직하게는 40~50°이다. 접촉각 γ는 15~30°이며, 바람직하게는 20~30°이다. 이 상태는, 흡인부(503)는 잉크 젖음성이 높기 때문에, 젖음성이 낮은 노즐 플레이트(404) 상의 잉크 액적(402)은 흡인부(503)로 이동하기 쉬운 상태이다. 그러나, 지지부(502)의 잉크의 젖음성은 그다지 높지 않으므로, 잉크 액적(402)은 지지부(502)에까지는 퍼지기 어렵다. 따라서, 잉크 액적(402)은 효율적으로 흡인되어, 노즐 플레이트(404) 상에는 잉크 액적(402)이 남기 어려운 상태가 된다(도 5(f)).

<제1 흡인구(601)>

여기서, 제1 흡인구(601)가 슬릿 형상으로 배치되어 있고, 그 폭은 약 0.5mm이다. 슬릿 폭이 1.0mm 정도로 크면 다 흡인할 수 없어, 노즐 플레이트(404) 상에 잉크 액적(402)이 남게 된다. 슬릿 폭이 0.2mm 정도로 작으면, 잔여 잉크 액적(402)은 없지만, 유로 저항이 커져, 흡인 유량을 늘릴 필요가 있다. 실험 결과, 슬릿 폭이 0.25mm에서 0.75mm 사이에서는 잔여 잉크 액적없이 흡인할 수 있음을 알았다.

<결과>

이상으로부터, 클리닝 장치(403)를 구성하는 부재의 젖음성은, 노즐 플레이트(404)에 대해, 지지부(502)의 젖음성이 높고, 흡인부(503)의 젖음성은 더욱 높은 것이 바람직한 것을 알 수 있다. 또한, 이 젖음성의 차이는, 부재의 종류를 바꿈으로써 실현되어도 무방하고, 동일한 부재이더라도, 표면 처리 등으로 실현시켜도 무방하다.

(실시예)

도 6(a)에는 실시예에서의 클리닝 장치(403)를 나타내고 있다.

클리닝 장치(403)는, 볼록 형상의 흡인부(503)가, 상부에 있고, 그 상부에 지지부(502)가 있다. 지지부(502)는, 라인형상이며 2개 있다. 지지부(502)는, 노즐 플레이트(404)에 접촉하는 부분이다. 접촉을 안정화하기 위해, 지지부(502)는, 적어도 2개 필요하다. 흡인부(503)에는, 잉크를 흡인하는 제1 흡인구(601)가 있다. 복수의 지지부(502) 사이에, 제1 흡인구(601)가 있다.

흡인부(503)의 하부에는, 하우징부(604)가 있다. 하우징부(604)는, 흡인부(503)의 전후에 있고, 평면대이다. 상면은 평면이 바람직하나, 경사, 곡면, 구면(球面)이어도 된다.

하우징부(604)에는, 지지부(502)와 연속하여, 가이드부(603)가 배치된다. 지지부(502)와 마찬가지로, 적어도 2개의 가이드부(603)가 필요하다.

또, 하우징부(604)는 외측으로부터 내측을 향해(복수의 가이드부(603) 사이의 내측을 향해) 완만하게 경사져 있고, 내측부에 제2 흡인구(602)가 배치되어 있다.

지지부(502)의 재료는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)을 이용하고 있다. 흡인부(503)의 재료는 폴리에테르에테르케톤(PEEK)을 이용하고 있다.

또한, 잉크에 대한 접촉각은, PTFE가 42°, PEEK가 26°이다. 노즐 플레이트(404)는, 실리콘계의 발수막이 코팅된 것이며, 그들의 접촉각보다 높다. 결과, 상기 제3 패턴에 상당한다. 이하의 비교예에 관해서도, 재질과, 어느 패턴인지를 표 1에 나타냈다.

지지부(502)는 흡인부(503)에 비해, 높이가 높게 되어 있고, 그 높이의 차는 0.05mm 정도이다. 하우징부(604)와 흡인부(503)의 높이의 차는 5mm 정도이다. 이것은 노즐 구멍으로부터 스며나오는 잉크 액적의 직경이 대체로 2~3mm이기 때문에, 이 크기를 흡수할 수 있도록 5mm 정도로 설정하고 있다. 노즐로부터 스며나오는 잉크 액적의 직경이 2~3mm이기 때문에, 하우징부(604)와 흡인부(503)의 높이의 차는 5mm가 아니어도 되고, 3mm 이상이면 된다.

가이드부(603)의 재료는 PTFE이다. 가이드부(603)는, 흡인부(503)로부터 하우징부(604)에 떨어진 잉크가 클리닝 장치(403)의 밖으로 넘치지 않도록 가이드하기 위해서 배치된다.

이 구조에 의해, 노즐 플레이트 상의 잉크 중, 제1 흡인구(601)에서 다 흡인할 수 없어, 하우징부(604)에 흘러떨어진 잉크도 효율적으로 제2 흡인구(602)로부터 흡인된다.

<시험>

실시예, 비교예의 클리닝 장치를 이용하여, 노즐 플레이트(404) 상의 잉크 액적의 흡인 시험과, 노즐 플레이트의 접촉에 의한 내구성 시험과, 다량의 잉크 액적을 흡인했을 때의 잉크 액적의 클리닝 장치 밖으로의 잉크 액적의 흘러넘침 시험을 행했다.

흡인 시험은, 흡인 유량은 약 5L/분, 소인 속도는 10mm/초로 행했다. 노즐 구멍으로부터 잉크 액적이 스며나오는 양은, 직경 1mm 정도의 잉크 액적량을 600구멍의 노즐로부터 스며나오게 하여 행했다.

노즐 플레이트(404)와의 접촉에 의한 내구성 시험은, 4만회 소인시킨 후의 노즐 플레이트 표면을 육안으로 관찰했다.

잉크 액적의 흘러넘침 시험은, 노즐 구멍으로부터 스며나오게 하는 잉크 액적량을, 직경 3~4mm 정도로 하여, 클리닝 장치 소인에 의한 잉크 액적 흡인을 행했다.

<평가 결과>

실시예에서는, 잉크 액적의 흡인 시험은 잔여 잉크 액적은 확인되지 않았다. 접촉각의 제3 패턴이기 때문이다.

또, 노즐 플레이트(404)와의 접촉에서의 내구성 시험은, 노즐 플레이트(404) 표면에 흠 등 물리적인 데미지는 확인할 수 없었다. 지지부(502)의 재질이기 때문이다. 또한, 데미지를 확인하기 위해서, 접촉각의 측정도 행했다. 클리닝 장치의 노즐 플레이트(404)의 접촉 부분과 비접촉 부분에서 측정치의 차이는 없고, 데미지 없음이라는 결과였다.

잉크 액적이 흘러넘침 시험에서는, 잉크 액적이 흘러넘침은 확인되지 않았다. 흡인부(503)와 하우징부(604)의 높이의 차가 크기 때문이다.

이하, 비교예 1~3에서의 클리닝 장치는, 실시예와 재질, 치수, 구조가 상이하다. 표 1에 재질, 치수, 시험 결과를 나타낸다. 도 6(b)에, 비교예 1~3에서의 클리닝 장치를 나타낸다. 실시예의 클리닝 장치와 비교하면, 하우징부(604)와 흡인부(503)의 높이의 차는 작고, 제2 흡인구(602)도 배치되지 않는다. 가이드부(603)도 없다.

(비교예 1)

잉크 액적의 흡인 시험은 잔여 잉크 액적이 노즐 플레이트 상에서 확인되었다. PTFE가 잉크 액적의 젖음성이 낮기 때문에, 노즐 플레이트 상의 잉크 액적을 다 흡인할 수 없었기 때문이다. 접촉각은 제2 패턴이어서 좋지 않다.

노즐 플레이트(404)의 접촉에서의 내구성 시험은 노즐 플레이트(404)의 표면에 흠 등 물리적인 데미지는 확인할 수 없었다. 표면의 접촉각의 측정 결과에서도, 클리닝 장치의 노즐 플레이트 접촉부와 비접촉부에서 측정치의 차이는 없고, 데미지 없음이라는 결과였다. 또한, PTFE의 로크웰 경도는 R스케일로 20이며, 노즐 플레이트에 대해 유연한 결과이다.

잉크 액적이 흘러넘침 시험에서는, 도 6(c)에 결과를 나타냈다. 흡인구로부터 다 흡인하지 못한 잉크(410)가 클리닝 장치 밖으로 흘러나오고 있음을 알 수 있었다. 이것은, 흡인부와 잉크 하우징부의 높이의 차가 작기 때문이라고 추정된다. 이하, 비교예 2, 3도 마찬가지이다.

(비교예 2)

잉크 액적의 흡인 시험은 잔여 잉크 액적이 노즐 플레이트 상에서 확인되었다. 단, 비교예 1보다는 잔여 액적이 생기기 어려운 상태였다. 그러나, 안정성이 부족해, 잔여 액적이 생기기 쉽다.

노즐 플레이트 접촉에서의 내구성 시험은 노즐 플레이트 표면에 흠이 확인되었다. PEEK의 로크웰 경도는 R스케일로 120이며, 노즐 플레이트 표면에 대해 단단하다는 결과였다.

잉크 액적의 흘러넘침 시험에서는, 제1 흡인구로부터 다 흡인하지 못한 잉크 액적이 클리닝 장치 밖으로 흘러나오고 있음을 알 수 있었다. 이것은, 흡인부와 잉크 하우징부의 높이의 차가 작기 때문이라고 추정된다.

(비교예 3)

잉크 액적의 흡인 시험은 잔여 잉크 액적은 확인되지 않았다.

노즐 플레이트 접촉에서의 내구성 시험은 노즐 플레이트 표면에 흠 등 물리적인 데미지는 확인할 수 없었다. 접촉각의 측정 결과도, 클리닝 장치의 노즐 플레이트 접촉부와 비접촉부에서 측정치의 차이는 없고, 데미지 없음이라는 결과였다.

잉크 액적의 흘러넘침 시험에서는, 제1 흡인구로부터 다 흡인하지 못한 잉크 액적이 클리닝 장치 밖으로 흐르기 흘러나오고 있음을 알 수 있었다.

(결과)

상기 결과로부터, 제3 패턴의 접촉각의 관계가 필요하다. 또한, 지지부(502)의 재질은 PTFE가 좋고, 흡인부(503)의 재질은 PEEK가 좋고, 흡인부(503)와 하우징부(604)의 높이의 차는 5mm 정도 있는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.

또, 내구성 시험에 관해서는, 노즐 플레이트와의 접촉부가 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)이더라도 노즐 플레이트 표면에 흠이 생기지 않는 것을 확인했다. 덧붙여 PET의 로크웰 경도(R스케일)는 56이다.

(실시예에서의 클리닝 장치에서의 잉크젯 헤드의 클리닝 성능의 확인)

동일한 사양의 헤드 1, 헤드 2로, 이하 시험을 했다.

도 7(a)에는 실시예에서의 구조의 클리닝 장치를 이용하여, 잉크젯 헤드의 클리닝 동작을 했을 때의, 토출 노즐의 유효 노즐 수의 추이를 나타내고 있다. 클리닝 동작 전의 유효 노즐 수에 비해, 클리닝 동작 후에는 유효 노즐 수가 증가하고 있음을 알 수 있다. 클리닝 동작을 함으로써, 노즐 구멍 내의 잉크가 리프레시되어, 노즐 막힘 등의 토출 불량이 해소되어, 유효 노즐 수가 증가하고 있다고 생각된다. 또한, 유효 노즐이란 노즐 막힘이나 비상 구부러짐이 없는 정상적인 노즐이다.

도 7(b)에는 클리닝 동작 후의, 잉크젯 헤드의 노즐로부터 토출되는 액적의 기재로의 착탄 위치의 불균일의 추이를 나타내고 있다. 클리닝 동작에 의해, 잉크 액적의 흡인 불량이 발생해, 노즐 플레이트 상에 잉크 액적이 남아 있으면, 착탄 위치가 불균일하게 될 우려가 있는데, 클리닝 동작에 의한 착탄 위치 불균일의 변화는 볼 수 없음을 알 수 있다.

(실시형태 2)

잉크 충전 초기의 단계에서, 헤드 본체(1)의 기포가 빠지지 않거나, 대상물로의 인쇄를 반복하는 동안에 노즐 플레이트(9)의 표면으로의 부착물 등이 발생한다.

또, 장기간 인쇄하지 않는 경우, 토출하지 않게 되는 노즐이나, 토출 방향이 구부러져 인쇄 위치 어긋남을 일으키는 노즐이 발생하게 된다. 이들 문제 노즐의 토출을 회복하기 위해서 클리닝을 실시한다.

클리닝 프로세스에 대해서, 이하 도면을 이용하여 상세하게 설명한다. 문제 노즐을 회복하기 위해서, 처음에는 노즐 표면이나 노즐 내에 축적되어 있는 기포, 건조된 잉크, 잉크 부착물 등을 제거해, 잉크의 통과성을 좋게 한다.

<퍼지>

우선, 도 8(a)에 나타내는 바와 같이, 퍼지를 실시하여 노즐(19) 내로부터 잉크를 배출시킨다. 도 8(a)는, 잉크젯 헤드(11)에 관해서는, 노즐(19)의 면만을 나타낸다. 도 8(b)도 마찬가지이다.

퍼지의 방법의 하나로는, 잉크젯 헤드(11)의 내압을 정압으로 하여, 노즐(19)로부터 잉크를 배출시키는 가압 퍼지가 있다.

잉크젯 헤드(11)의 내압은 ±수 kPa의 압력 변동이 있어도, 잉크의 표면장력에 의해서 노즐로부터의 액체 흘림이나 거품은 발생하지 않으므로, 압력 +10kPa를 5초간 유지하는 가압 퍼지 방법을 실시했다.

이에 의해, 잉크젯 헤드(11)의 노즐(19)의 구멍으로부터 잉크가 배출되어, 각각의 노즐(19)의 구멍 표면에 2~3mm 정도의 직경의 잉크 액적(80)이 발생했다.

또, 다른 퍼지 방법으로는, 노즐(19)의 면에 고무제의 캡을 대고 눌러, 노즐(19)의 면과 캡 사이의 밀폐 공간을 진공 흡인함으로써, 노즐(19)로부터 잉크를 배출하는 흡인 퍼지가 있다.

캡 내의 밀폐 공간을 흡인 속도 10L/min의 진공 펌프로 1초간 흡인하면, 직경 2~3mm 크기의 액적을 노즐(19)의 면에 배출할 수 있었다.

<클리닝>

다음에 노즐(19)로부터 배출한 잉크 액적(80)을 제거하기 위해서 노즐(19)의 면의 클리닝을 실시하는 과정을 설명한다. 도 8(a)~도 8(d)는, 클리닝 장치(61)가 잉크젯 헤드(11)의 노즐면의 좌단에서부터 우단까지 노즐면을 따라서 주행해, 노즐면을 클리닝하는 모습을 나타내고 있다.

도 8(a)에 있어서, 클리닝 장치(61)는 잉크젯 헤드(11)의 노즐면과 대향하고 있고, 조금 떨어진 위치로부터 노즐면을 향해 상승한다. 클리닝 장치(61)의 지지부(73) 상면에서 잉크젯 헤드(11)의 노즐면과 접촉한다. 이 때, 슬릿형상의 흡인구(72)를 갖는 평면부(71)와 노즐면 사이는, 지지부(73)의 높이에 의한 15μm의 갭이 확보되어 있다.

도 8(a)에서부터 도 8(b)로 클리닝 장치(61)가 나아가, 클리닝 장치(61)가, 노즐(19)의 면에 부착된 잉크 액적(80)과 접촉하면, 잉크 액적(80)은 모세관 현상에 의해, 노즐(19)의 면과 클리닝 장치(61)의 평면부(71) 사이의 갭에 퍼져간다.

도 8(c), 도 8(d)는, 잉크젯 헤드(11)에 부착된 잉크 액적(80)이 클리닝 장치(61)와 접촉하는 모습을 옆에서 본 도면이다. 잉크 액적(80)은, 클리닝 장치(61)의 경사면에서 최초 접촉하면, 머지않아 모세관 현상에 의해 잉크젯 헤드(11)와 클리닝 장치(61) 사이에 들어간다(도 8(c)). 잉크젯 헤드(11)와 클리닝 장치(61)의 평면부(71) 사이에는 일정 간격의 갭이 형성되어 있으므로, 잉크 액적(80)은, 도 8(d)에 나타낸 바와 같이, 갭 내를 채우도록 퍼져간다.

도 9는, 도 8(d)로부터 더욱 시간이 진행되었을 때의 모습을 나타낸 도면이다. 15μm의 갭은 2~3mm 크기의 액적에 비해 매우 작기 때문에, 잉크는 금세 갭 내를 채워, 흡인구(72)로부터 흡입된다.

이 때, 클리닝 장치(61)의 평면부(71)에, 노즐(19)의 면에 비해 발액성이 낮은 재료를 이용하고 있기 때문에, 잉크는 클리닝 장치(61)측으로 잉크는 이동하고, 흡인구(72)를 따라서 흡인, 배출된다.

잉크 액적(80)은 표면장력에 의해 노즐면에 부착되어 있고, 잉크 액적(80)을 흡인력에 의해서만 떼어내는 것은 곤란하며, 잉크 액적(80)이 끊어진 상태로 흡인된다. 따라서, 잉크 액적(80)을 흡인해도 흡인 흔적에는 직경 100μm 이하의 잔여 액적이 발생하거나 한다. 본 실시형태에서는, 노즐(19)의 면에 부착된 잉크 액적(80)을 잉크의 표면장력에 의해 흡인구(72)까지 끌어들임으로써 잔여 잉크 액적(80)의 발생을 억제하고 있다.

클리닝 장치(61)는, 노즐(19)의 면의 잉크 액적(80)을 제거하면서, 도 9에 나타내는 노즐면 종단까지 이동해 노즐면을 통과한 시점에서, 1개의 잉크젯 헤드(11)의 클리닝을 종료한다. 클리닝 장치(61)는 10~100mm/s의 주사 속도로 클리닝을 실시했는데, 어느 경우에도 잉크 잔사는 발생하지 않았다. 이상과 같은 클리닝 프로세스에 의해, 잉크젯 헤드(11)의 노즐면에 부착된 잉크 액적(80)을, 잔여 액적없이 제거할 수 있다.

(실시형태 3)

도 10은, 본 발명의 실시형태 3에 있어서의 클리닝 장치를 나타내는 사시도이다. 기재하지 않는 사항은 실시형태 1, 2와 동일하다. 실시형태 1, 2와 달리, 클리닝 장치(61)의 지지부(73) 상면에 복수의 에어 공급 구멍(75)을 형성하고 있다. 에어 공급 구멍(75)은 압력 에어를 도입하는 것이 효과적이지만, 관통 구멍이어도 된다.

잉크젯 헤드(11)의 노즐면과 클리닝 장치(61)를 근접시킨 상태에서, 흡인구(72)로부터 흡인하면, 에어 공급 구멍(75)의 아래에서부터 상방향으로 공기의 흐름이 생긴다. 이 공기의 흐름(정압)에 의해서, 노즐(19)의 면과 지지부(73) 상면 사이에 간극이 발생한다. 클리닝 장치(61)는 이 간극을 유지한 채로, 잉크젯 헤드(11)의 노즐면을 따라서 주행해, 클리닝을 실시한다.

여기서, 지지부(73)의 폭은 1mm, 지지부(73)의 높이는 15μm, 에어 공급 구멍(75)으로는 각각의 지지부(73)에 대해 직경 0.3mm의 관통 구멍을 4mm 피치로 2개소 배치했다. 에어 공급 구멍(75)의 중심으로부터 직경 2mm 정도의 범위에서 공기층이 형성되기 때문에, 에어 공급 구멍(75)과 흡인구(72)의 최단 거리를 2mm 이상으로 간격을 두면 된다.

이에 의하면, 지지부(73) 상면과 노즐면 사이에 공기층이 형성되어(정압), 직접 접촉하지 않는 것을 확인할 수 있었다. 클리닝을 실시한 바, 클리닝 장치(61)의 주사 속도 10~100mm/s 사이에서, 잉크 잔사없이 클리닝할 수 있다. 이상으로 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시형태 2에 의하면, 클리닝 장치(61)는 노즐면과 접촉하지 않기 때문에, 노즐면을 손상시키지 않고, 노즐면에 부착된 잉크 액적을 제거할 수 있다.

(전체적으로)

실시형태 1~3은, 조합할 수 있다. 실시형태 1의 클리닝 장치를, 실시형태 2, 3에서 이용해도 된다.

본 발명의 잉크젯 헤드의 클리닝 장치, 잉크젯 헤드의 클리닝 방법, 및 잉크젯 헤드의 클리닝 장치를 구비한 인자 장치는, 젖음성이 낮은 노즐 플레이트 상의 잉크 액적도 효율적으로 흡인할 수 있어, 잉크의 토출 성능을 향상시켜, OLED의 발광층의 잉크의 토출이나, UV 경화성 잉크 등을 이용하는 가식(加飾) 잉크의 토출 등에 적용할 수 있다.

1:헤드 본체
2:노즐
3:부압 생성 수단
4:국소 흡인 수단
5:흡인용 개구
6:흡인용 개구 이동 수단
8:압력 변동 수단
9:노즐 플레이트
11:잉크젯 헤드
19:노즐
20:직경
61:클리닝 장치
71:평면부
72:흡인구
73:지지부
75:에어 공급 구멍
80:잉크 액적
100:노즐
110:압력실
111:격벽
112:다이어프램
130:압전 소자
140:압전 부재
150:액적
200:노즐
210:압력실
212:다이어프램
220:박막 압전 소자
402:잉크 액적
403:클리닝 장치
404:노즐 플레이트
410:잉크
502:지지부
503:흡인부
601:제1 흡인구
602:제2 흡인구
603:가이드부
604:하우징부

Claims

잉크를 흡인하는 제1 흡인구를 갖는 흡인부와,
잉크젯 헤드의 노즐 플레이트와 접촉하는 지지부를 갖고,
상기 잉크에 대한 상기 노즐 플레이트의 접촉각 α와 상기 잉크에 대한 상기 지지부의 접촉각 β와 상기 잉크에 대한 상기 흡인부의 접촉각 γ의 관계가 하기 식 1인, 잉크젯 헤드의 클리닝 장치.
(식 1) 접촉각 α>접촉각 β>접촉각 γ
청구항 1에 있어서,
상기 지지부는 복수 있고, 상기 복수의 지지부 사이에 상기 흡인부가 배치된, 잉크젯 헤드의 클리닝 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 지지부에는 에어 공급 구멍이 있는, 잉크젯 헤드의 클리닝 장치
청구항 1에 있어서,
또한, 상기 흡인부의 하부에 위치하는 하우징부를 갖고,
상기 하우징부에 상기 잉크의 누설을 막는 복수의 가이드부가 있는, 잉크젯 헤드의 클리닝 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 하우징부는, 상기 복수의 가이드부의 내측으로 경사져 있는, 잉크젯 헤드의 클리닝 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 하우징부에, 상기 잉크를 흡인하는 제2 흡인구가 있는, 잉크젯 헤드의 클리닝 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 접촉각 β는 35°~55°이며, 상기 접촉각 γ는 15°~30°인, 잉크젯 헤드의 클리닝 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 흡인구는 슬릿형상인, 잉크젯 헤드의 클리닝 장치.
청구항 1에 기재된 잉크젯 헤드의 클리닝 장치와, 잉크젯 장치를 구비한 인자 장치.
도포 헤드의 복수의 노즐이 배치된 노즐면과, 클리닝 장치의 평면부를 근접시키는 공정과,
상기 노즐면과 상기 평면부를 평행 상태로 상기 복수의 노즐의 배열 방향으로 상대적으로 이동시키고, 상기 노즐면과 상기 평면부의 갭에, 상기 잉크를 모세관 현상에 의해 끌어들여, 상기 평면부에 배치된 흡인부에 의해, 상기 잉크를 흡인하는 흡인 공정을 포함하는, 도포 헤드의 클리닝 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 평면부에 1세트의 지지부가 있고, 상기 지지부와 상기 노즐면과 상기 평면부로, 상기 잉크를 모세관 현상에 의해 끌어들이는, 도포 헤드의 클리닝 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 1세트의 지지부와 상기 노즐면이 접촉함으로써, 상기 노즐면과 상기 평면부의 간격을 일정하게 하는, 도포 헤드의 클리닝 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 1세트의 지지부에 에어 공급 구멍을 형성하고, 상기 지지부와 상기 노즐면 사이를 정압으로 함으로써, 비접촉으로 상기 노즐면과 상기 평면부의 간격을 확보하는, 도포 헤드의 클리닝 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 도포 헤드로부터 상기 잉크를 내보내고, 상기 노즐면에 액적을 형성하는 퍼지 공정을 더 포함하는, 도포 헤드의 클리닝 방법.