JP2020032569A - 液体噴射装置および液体噴射ヘッド - Google Patents
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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。
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>
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。
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。
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)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018159275A JP2020032569A (ja) | 2018-08-28 | 2018-08-28 | 液体噴射装置および液体噴射ヘッド |
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JP2018159275A Pending JP2020032569A (ja) | 2018-08-28 | 2018-08-28 | 液体噴射装置および液体噴射ヘッド |
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