JP2020032569A - 液体噴射装置および液体噴射ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】ノズルが形成された噴射面への液体の付着の抑制と、当該噴射面の磨耗の抑制とを両立する。【解決手段】液体を噴射するノズルが形成された領域であって表面が撥液膜である第１領域と、表面が前記撥液膜よりも硬質の硬質膜である第２領域とを含む噴射面を有する液体噴射ヘッドと、前記第２領域に接触した状態で当該噴射面に対して第１方向に相対移動し、前記噴射面に付着した前記液体を払拭する払拭部とを具備し、前記第１方向において、前記第１領域の長さは、前記払拭部のうち前記噴射面に接触する部分の長さよりも小さい液体噴射装置。【選択図】図２

Description

本発明は、液体噴射装置および液体噴射ヘッドに関する。

インク等の液体を複数のノズルから噴射する液体噴射ヘッドが従来から提案されている。例えば特許文献１には、ノズル孔が形成されたノズル基板のインク噴射面に付着したインクをブレードでワイピングする技術が開示されている。インク噴射面には、インクの付着を防止するために、撥液性を有するフッ素樹脂層が形成される。

特開２０１６−９７６０４号公報

しかし、撥液性を有するフッ素樹脂層は、軟質であり、ワイピングにより磨耗する恐れがある。ノズルが形成されたフッ素樹脂層が磨耗すると、インクの噴射量または噴射速度等の噴射特性に誤差が生じるという問題がある。

以上の課題を解決するために、本発明の好適な態様に係る液体噴射装置は、液体を噴射するノズルが形成された領域であって表面が撥液膜である第１領域と、表面が前記撥液膜よりも硬質の硬質膜である第２領域とを含む噴射面を有する液体噴射ヘッドと、前記第２領域に接触した状態で当該噴射面に対して第１方向に相対移動し、前記噴射面に付着した前記液体を払拭する払拭部とを具備し、前記第１方向において、前記第１領域の長さは、前記払拭部のうち前記噴射面に接触する部分の長さよりも小さい。

第１実施形態に係る液体噴射装置の構成を示すブロック図である。 液体噴射ヘッドを噴射面側からみた平面図である。 払拭部が噴射面に接触している状態における図２のIII−III線の断面図である。 第２実施形態に係る液体噴射ヘッドを噴射面側からみた平面図である。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る液体噴射装置１００を例示する構成図である。第１実施形態の液体噴射装置１００は、液体の例示であるインクを媒体１２に噴射するインクジェット方式の印刷装置である。第１実施形態では、酸化チタンやカーボンブラックを含む顔料インクが利用される。媒体１２は、典型的には印刷用紙であるが、樹脂フィルムまたは布帛等の任意の材質の印刷対象が媒体１２として利用される。図１に例示される通り、液体噴射装置１００には、インクを貯留する液体容器１４が設置される。例えば液体噴射装置１００に着脱可能なカートリッジ、可撓性のフィルムで形成された袋状のインクパック、または、インクを補充可能なインクタンクが液体容器１４として利用される。色彩が相違する複数種のインクが液体容器１４には貯留される。

図１に例示される通り、液体噴射装置１００は、制御ユニット２０と搬送機構２２と移動機構２４と液体噴射ヘッド２６と払拭部２８とを具備する。制御ユニット２０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の処理回路と半導体メモリー等の記憶回路とを含み、液体噴射装置１００の各要素を統括的に制御する。搬送機構２２は、制御ユニット２０による制御のもとで媒体１２をＹ方向に搬送する。

移動機構２４は、制御ユニット２０による制御のもとで液体噴射ヘッド２６をＸ方向に往復させる。Ｘ方向は、媒体１２が搬送されるＹ方向に交差する方向である。第１方向の例示がＸ方向であり、第２方向の例示がＹ方向である。第１実施形態の移動機構２４は、液体噴射ヘッド２６を収容する略箱型の搬送体２４２と、搬送体２４２が固定された搬送ベルト２４４とを具備する。なお、複数の液体噴射ヘッド２６を搬送体２４２に搭載した構成や、液体容器１４を液体噴射ヘッド２６とともに搬送体２４２に搭載した構成も採用され得る。

液体噴射ヘッド２６は、液体容器１４から供給されるインクを制御ユニット２０による制御のもとで複数のノズルＮから媒体１２に噴射する。搬送機構２２による媒体１２の搬送と搬送体２４２の反復的な往復とに並行して液体噴射ヘッド２６が媒体１２にインクを噴射することで、媒体１２の表面に所望の画像が形成される。なお、Ｘ-Ｙ平面に垂直な方向を以下ではＺ方向と表記する。液体噴射ヘッド２６によるインクの噴射方向がＺ方向に相当する。典型的には、鉛直方向がＺ方向である。Ｘ-Ｙ平面は、例えば媒体１２の表面に平行な平面である。

具体的には、液体噴射ヘッド２６は、液体を噴射するノズルＮが形成された噴射面Ｆを具備する。液体噴射ヘッド２６のうち媒体１２に対向する面が噴射面Ｆである。すなわち、液体噴射ヘッド２６のうちＺ方向の正側に位置する面が噴射面Ｆである。図２は、液体噴射ヘッド２６をＺ方向の負側からみた平面図である。図２に例示される通り、液体噴射ヘッド２６の噴射面Ｆには、Ｙ方向に配列された複数のノズルＮが形成される。第１実施形態の複数のノズルＮは、Ｘ方向に相互に間隔をあけて並設された複数のノズル列Ｌに区分される。各ノズル列Ｌは、Ｙ方向に沿って配列された複数のノズルＮの集合である。

図２に例示される通り、噴射面Ｆは、第１領域Ｅ1と第２領域Ｅ2とを含む。図２では、便宜的に第１領域Ｅ1を斜線で図示する。第１領域Ｅ1は、噴射面ＦのうちノズルＮが形成される領域である。第１実施形態では、ノズル列Ｌの複数のノズルＮが配列される領域が第１領域Ｅ1である。具体的には、第１領域Ｅ1は、ノズル列Ｌに沿ってＹ方向に延在する帯状の領域であり、ノズル列Ｌ毎に形成される。すなわち、噴射面Ｆには複数の第１領域Ｅ1が形成される。図２に例示される通り、複数の第１領域Ｅ1がＸ方向に相互に間隔をあけて形成される。他方、第２領域Ｅ2は、噴射面Ｆのうち第１領域Ｅ1以外の領域である。第１実施形態では、第２領域Ｅ2は、Ｘ方向に隣合う２個の第１領域Ｅ1の間においてＹ方向に延在する。図２に例示される通り、第１領域Ｅ1の間隔毎に第２領域Ｅ2が形成される。すなわち、第１領域Ｅ1と第２領域Ｅ2とが、Ｘ方向に交互に配列する。第１実施形態では、Ｘ方向における第１領域Ｅ1の長さＷ1は、Ｙ方向の全体にわたり一定である。Ｙ方向の任意の地点における第１領域Ｅ1の長さＷ1は、第１領域Ｅ1のうち当該地点のＸ方向における一方の端部から他方の端部までの距離である。

第１領域Ｅ1の表面は、撥液性のある撥液膜である。例えばフッ素化合物、フッ素樹脂、フッ素含有シリコンレジンまたはフッ素含有トリメトキシシラン等を含むフッ素含有膜が撥液膜として好適である。他方、第２領域Ｅ2の表面は、撥液膜よりも硬質の硬質膜である。例えばシリコンカーバイド、ダイヤモンドライクカーボン、酸化炭化シリコン、金属窒化物、または、高硬度金属等により硬質膜が形成される。

図１の払拭部２８は、液体噴射ヘッド２６の噴射面Ｆに付着したインクを払拭する動作を制御ユニット２０による制御のもとで実行する。払拭部２８は、噴射面Ｆが媒体１２に対向しない待機位置Ｐに液体噴射ヘッド２６が位置する状態において噴射面Ｆに対向するように設置される。第１実施形態の払拭部２８は、噴射面Ｆに接触する弾性体を含む。例えば弾性材料により長方形状に成形された板状部材で構成され、側面が噴射面Ｆに接触する。図２に例示される通り、Ｙ方向において、払拭部２８の長さは、噴射面Ｆの長さよりも大きい。噴射面Ｆが払拭部２８に接触した状態で、液体噴射ヘッド２６が払拭部２８に対して移動する。すなわち、第１領域Ｅ1および第２領域Ｅ2が延在するＹ方向に交差するＸ方向に払拭部２８が移動する。したがって、噴射面Ｆに付着したインクが払拭部２８により払拭される。

図３は、払拭部２８が噴射面Ｆに接触している状態における図２のIII−III線の断面図である。図３に例示される通り、Ｘ方向において、第１領域Ｅ1の長さＷ1は、払拭部２８のうち噴射面Ｆに接触する部分（以下「接触部分」という）の長さＷ0よりも小さい。Ｙ方向の任意の地点における接触部分の長さＷ0は、接触部分のうち当該地点のＸ方向における一方の端部から他方の端部までの距離である。第１実施形態では、第１領域Ｅ1の長さＷ1は、Ｙ方向の全体にわたり、接触部分の長さＷ0よりも小さい。ただし、第１領域Ｅ1のうちＹ方向においてノズルＮに対応する範囲Ｂにおいて、長さＷ1が長さＷ0より小さい構成であれば、第１領域Ｅ1のうち範囲Ｂ以外おける長さＷ1と長さＷ0との大小関係は任意である。

噴射面Ｆを全て撥液膜で形成する構成（以下「比較例１」という）では、噴射面Ｆへのインクの付着は抑制できるが、払拭部２８の接触により噴射面Ｆが磨耗するという問題がある。特に、噴射面Ｆのうちインクが付着しやすいノズルＮの周囲が、液体噴射ヘッド２６が移動するＸ方向に沿って磨耗する。特に、顔料インクを使用する場合、顔料インクが払拭部２８と噴射面Ｆとの間で研磨剤のように作用することで噴射面Ｆの摩耗が顕著である。他方、噴射面Ｆを全て硬質膜で形成する構成（以下「比較例２」という）では、噴射面Ｆの磨耗は抑制できるが、噴射面Ｆへのインクの付着が抑制できないという問題がある。それに対して、第１実施形態では、表面が撥液膜である第１領域Ｅ1と表面が硬質膜である第２領域Ｅ2とを噴射面Ｆが含むから、比較例１および比較例２と比較して、噴射面Ｆへの液体の付着の抑制と、当該噴射面Ｆの磨耗の抑制との両立が可能である。

第１実施形態では特に、噴射面Ｆが払拭部２８に対して移動するＸ方向において、第１領域Ｅ1の長さＷ1が、払拭部２８のうち接触部分の長さＷ0よりも小さい。したがって、図３に例示される通り、噴射面Ｆのうち第１領域Ｅ1を含む部分を払拭部２８が払拭する際に、払拭部２８が硬質膜である第２領域Ｅ2により支持される。すなわち、払拭部２８が第１領域Ｅ1に対して過度に押圧されることが抑制される。したがって、噴射面Ｆの磨耗を抑制できるという効果が顕著である。特に、噴射面Ｆが払拭部２８に対して移動するＸ方向においてノズルＮの周囲の磨耗が抑制できる。

また、第１領域Ｅ1の長さＷ1が接触部分の長さＷ0よりも小さい第１実施形態の構成は、噴射面の磨耗が顕著になる顔料インクを使用する場合に特に効果的である。ただし、液体噴射装置１００が噴射するインクは、顔料インクに限定されない。例えば染料インクを使用してもよい。

＜第２実施形態＞
第２実施形態を説明する。なお、以下の各例示において機能が第１実施形態と同様である要素については、第１実施形態の説明で使用した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。

図４は、第２実施形態に係る噴射面Ｆの平面図である。第１実施形態では、ノズル列Ｌ毎に第１領域Ｅ1が形成されたが、第２実施形態では、ノズルＮ毎に第１領域Ｅ1が形成される。図４に例示される通り、ノズルＮの周縁に沿って環状に第１領域Ｅ1が形成される。具体的には、第１領域Ｅ1の外形はノズルＮと同心の円形状である。なお、図４では、第１領域Ｅ1を円環状に形成したが、第１領域Ｅ1の形状は以上の例示に限定されない。他方、第２領域Ｅ2は、噴射面Ｆのうち第１領域Ｅ1以外の部分に形成される。第２実施形態の第２領域Ｅ2は、噴射面Ｆのうち第１領域Ｅ1以外の全体にわたり形成される。Ｘ方向における第１領域Ｅ1の長さＷ1は、第１実施形態と同様に、Ｙ方向の全体にわたり、接触部分の長さＷ0よりも小さい。第２実施形態における長さＷ1は、第１領域Ｅ1の外径である。

第２実施形態においても第１実施形態と同様の効果が実現される。第２実施形態では、特に、ノズルＮの周縁に沿って当該ノズルＮ毎に環状に第１領域Ｅ1が形成されるから、例えば、複数のノズルＮについて１個の第１領域Ｅ1を形成する構成と比較して、噴射面Ｆのうち第１領域Ｅ1を含む部分を払拭部２８が払拭する際に、払拭部２８が第１領域Ｅ1に当接しにくい。したがって、噴射面Ｆ（特に第１領域Ｅ1）の磨耗を抑制できるという効果が顕著である。

＜変形例＞
以上に例示した各形態は多様に変形され得る。前述の各形態に適用され得る具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された２以上の態様は、相互に矛盾しない範囲で適宜に併合され得る。

（１）第１実施形態では、ノズル列Ｌ毎にＹ方向に延在する第１領域Ｅ1を形成し、第２実施形態では、ノズルＮ毎に円環状の第２領域Ｅ2を形成したが、第１領域Ｅ1の形状は、第１領域Ｅ1のうちノズルＮに対応する範囲Ｂにおいて第１領域Ｅ1の長さＷ1が接触部分の長さＷ0よりも小さければ、任意である。例えば、ノズル列Ｌの複数のノズルＮのうち２以上のノズルＮを含むように第１領域Ｅ1を形成してもよいし、相互に隣接する２つのノズル列Ｌにおいて、Ｙ方向の位置が同じ２つのノズルＮを含むように第１領域Ｅ1を形成してもよい。

（２）前述の各形態において、相互に隣接する２つのノズル列ＬにおいてＹ方向のノズルＮの位置は、同じでも相違してもよい。前述の各形態では、複数のノズルＮがＹ方向に直線状に配列する構成を例示したが、複数のノズルＮの配列のパターンは任意である。

（３）前述の各形態では、液体噴射ヘッド２６を搭載した搬送体２４２を往復させるシリアル方式の液体噴射装置１００を例示したが、複数のノズルＮが媒体１２の全幅にわたり分布するライン方式の液体噴射装置にも本発明を適用することが可能である。以上の構成では、払拭部２８が液体噴射ヘッド２６に対して移動する。すなわち、払拭部２８が第２領域Ｅ1に接触した状態で噴射面Ｆに対してＸ方向に相対移動する構成であれば、液体噴射ヘッド２６が払拭部２８に対して移動してもよいし、払拭部２８が液体噴射ヘッド２６に対して移動してもよい。

（４）前述の各形態では、噴射面Ｆのうち第１領域Ｅ1以外の部分の全てにわたり第２領域Ｅ2を形成したが、噴射面Ｆのうち第１領域Ｅ1以外の一部に第２領域Ｅ2を形成してもよい。ただし、第１領域Ｅ1の周囲に第２領域Ｅ2が形成される構成が望ましい。

（５）前述の各形態で例示した液体噴射装置１００は、印刷に専用される機器のほか、ファクシミリ装置やコピー機等の各種の機器に採用され得る。もっとも、本発明の液体噴射装置の用途は印刷に限定されない。例えば、色材の溶液を噴射する液体噴射装置は、液晶表示パネル等の表示装置のカラーフィルターを形成する製造装置として利用される。また、導電材料の溶液を噴射する液体噴射装置は、配線基板の配線や電極を形成する製造装置として利用される。また、生体に関する有機物の溶液を噴射する液体噴射装置は、例えばバイオチップを製造する製造装置として利用される。

１００…液体噴射装置、１２…媒体、１４…液体容器、２０…制御ユニット、２２…搬送機構、２４…移動機構、２４２…搬送体、２４４…搬送ベルト、２６…液体噴射ヘッド、２８…払拭部。

Claims (5)

1. 液体を噴射するノズルが形成された領域であって表面が撥液膜である第１領域と、表面が前記撥液膜よりも硬質の硬質膜である第２領域とを含む噴射面を有する液体噴射ヘッドと、
   前記第２領域に接触した状態で当該噴射面に対して第１方向に相対移動し、前記噴射面に付着した前記液体を払拭する払拭部とを具備し、
   前記第１方向において、前記第１領域の長さは、前記払拭部のうち前記噴射面に接触する部分の長さよりも小さい
   液体噴射装置。
2. 前記第１領域は、前記第１方向に交差する第２方向に沿って複数の前記ノズルが配列された領域であって、当該第２方向に延在し、
   前記噴射面には、複数の前記第１領域が前記第１方向に相互に間隔をあけて形成され、
   前記第２領域は、前記間隔内において前記第２方向に延在する
   請求項１の液体噴射装置。
3. 前記第１領域は、前記ノズルの周縁に沿って当該ノズル毎に環状に形成される
   請求項１の液体噴射装置。
4. 前記液体は、顔料インクである
   請求項１から請求項３の何れかの液体噴射装置。
5. 液体を噴射するノズルが形成された領域であって表面が撥液膜である第１領域と、表面が前記撥液膜よりも硬質の硬質膜である第２領域とを含む噴射面を具備し、
   前記第２領域に接触した状態で前記噴射面に付着した前記液体を払拭する払拭部が前記第２領域に対して相対移動する第１方向において、前記第１領域の長さは、前記払拭部のうち前記噴射面に接触する部分の長さよりも小さい
   液体噴射ヘッド。

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