JP6529296B2 - 液体吐出装置および液体吐出ヘッド - Google Patents

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本発明は、吐出された液滴に伴って発生するミストを回収する機能を備えた液体吐出装置および液体吐出ヘッドに関する。
液体吐出ヘッドに設けられた吐出口から液体を吐出する液体吐出装置において、液滴を吐出するにあたり、吐出される液滴(主滴)に伴い、サテライトあるいはミストと呼ばれる主滴以外の微小な液滴も吐出される。このような微小な液滴(以下、ミストともいう)は、液体吐出ヘッドの吐出口が設けられた吐出口面(以下、フェイスともいう)や装置内の様々な場所に付着する。特に、フェイスへ付着した場合、ミスト同士が合体して大きな液滴となって吐出口を詰まらせ、吐出の信頼性を低下させる。また、装置内に設置された液体吐出ヘッドの位置センサの受光面やスケールなどに付着すると、液滴を正確な位置へ吐出することができなくなってしまう。
そこで特許文献1には、液体吐出ヘッドと、気流を吹出す吹出し口と、ミストを吸引する吸込み口とを、配列させて、記録する媒体から略等間隔に設置することでミストを含む気流を回収する方法が記載されている。
米国特許第20060238561号明細書
しかし、特許文献1のように、液体吐出ヘッドと気流を吹出す吹出し口とミストを吸引する吸込み口とを、記録する媒体から略等間隔に設置しても、拡散するミストを吸込み口で十分に回収することができない。その結果、ミストが液体吐出ヘッドに付着し、吐出口を詰まらせ、吐出の信頼性を低下させる。
そこで本発明は、ミストによって吐出口を詰まらせることなく、吐出の信頼性を低下させることのない液体吐出装置および液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。
本発明の液体吐出装置は、吐出口から媒体に対して液体を吐出する吐出手段と、前記吐出手段と前記媒体とを相対移動させる移動手段と、を備えた液体吐出装置において、前記吐出手段の前記媒体の相対移動における下流側、かつ前記媒体と対向する位置に、前記吐出手段吐出に伴って生じるミストを回収する回収手段を備え、前記回収手段は、前記媒体と対向する天井面を備えた凹部と、当該凹部内に形成される、ミストを回収する回収部および前記媒体の相対移動において前記回収部よりも下流側に配置され、前記媒体に対して前記媒体の相対移動における前記吐出手段が設けられる側に斜めにガスを吹出吹出し口と、を備え、前記媒体の相対移動における上流から下流に向かって、前記吐出手段、前記回収部、前記吹出し口はこの順に配されていることを特徴とする。
本発明によれば、ミストによって吐出口を詰まらせることなく、吐出の信頼性を低下させることのない液体吐出装置および液体吐出ヘッドを提供することができる。
液体吐出ヘッドおよびミスト回収機構を示した図である。 ミスト回収機構のミスト回収の様子を示した図である。 比較例として吸引だけでミストを回収する様子を示した図である。 ミスト回収手段とガス吹出し手段の位置を変えた構成を示した図である。 液体吐出ヘッドおよびミスト回収機構を示した模式図である。 ミスト回収機構を示した断面図である。 ミスト回収機構を示した断面図である。 ミスト回収機構を示した断面図である。 ミスト回収機構を示した断面図である。 ミスト回収機構を示した断面図である。 ミスト回収機構が一体となった液体吐出ヘッドを示した模式図である。 液体吐出ヘッドの断面模式図である。
以下、図面を参照して本発明の第1の実施形態を説明する。
(第1の実施形態)
図1(a)、(b)は、本発明を適用可能な液体吐出装置の液体吐出ヘッドおよびミスト回収機構を示した図である。図1(a)は、液体吐出ヘッド5およびミスト回収機構1の斜視図であり、図1(b)は、図1(a)のIb−Ib’における断面図である。液体吐出ヘッド5は、4色の色に対応した4つの液体吐出ヘッド5が設けられており、各液体吐出ヘッド5に対応してミスト回収機構1が設けられている。各ミスト回収機構1は、吸引装置100と吹出し装置200と接続されている。なお、ミスト回収機構1が吸引装置100と吹出し装置200と同等の機能を備えていてもよい。
媒体10に対して液体を吐出する際には、液体吐出ヘッド5は、記録素子基板6と対向する位置の媒体10と相対移動する。その際、液体吐出ヘッド5と媒体10との間には、矢印α方向へと流れる気流が生じ、記録素子基板6から吐出された液体の主滴と共に生じたミストも気流に乗って移動する。ミスト回収機構1は、液体吐出ヘッド5に対して、気流の下流側に設けられており、気流の上流側から下流方向にミスト回収手段2、ガス吹出し手段3の順番に設置されている。また、ミスト回収機構1のミスト回収手段2とガス吹出し手段3との間には、液体吐出ヘッド5の吐出口が設けられた吐出口面よりも媒体10から離れた位置に天井面40を配した凹部4が設けられている。本実施形態では、ミスト回収手段2は、負圧による気流の吸引を用いて吸引口20(回収部)からミスト9を吸引回収しており、ガス吹出し手段3は、不図示のポンプにより供給されたガスを吹出し口30から吹出すことができる。また、気流を吸引する吸引口20およびガスを吹出すガス吹出し口30は、凹部4の内側に設けられており、媒体10と対向可能に設けられている。
図2(a)から(c)は、本実施形態におけるミスト回収機構1のミスト回収の様子を示した図であり、液体吐出ヘッド5およびミスト回収機構1と媒体10間の断面模式図である。図2(a)から(c)に示すように、天井面40が、液体吐出ヘッド5の吐出口7が設けられた面よりも、媒体10からの距離が離れた位置に設けられることによって凹部4が形成されている。図2(a)において、液体吐出ヘッド5の吐出口から吐出された液体の主滴8に伴って生じたミスト9は、液体吐出ヘッド5と媒体10との相対移動により生じる気流によって下流側に移動する。図2(b)において、下流のミスト回収機構1の下に来たミスト9は、ガス吹出し手段3のガス吹出し口30からガスが吹出されることで生じる渦12によって巻き上げられて、更なる下流側への移動が抑制される。その後、図2(c)において、巻き上げられたミスト9は、凹部4に導入され、ミスト回収手段2の吸引によって生じる吸引口20へと向かう気流によって吸引口20でミスト9を回収可能となっている。以上が、本実施形態におけるミスト9を回収する手段の概要である。
このように本発明では、ミスト回収手段2による吸引とともに、ガス吹出し手段3によるガスの吹出しを用いてミスト9を回収する。
図3は、比較例としてミスト回収手段による吸引だけでミストを回収する様子を示した図である。液体の吐出に伴って生じたミストを吸引だけで回収する場合、ガス吹出し手段による渦は生じないことから、ミスト回収手段で回収しきれなかったミストが下流に流れるのを抑制する効果が無い。そのため、ミスト回収手段で回収しきれなかったミストは、下流側へと流れ出してしまう。また、このようにミストが下流側へ流れ出すのを防ぐために、ミスト回収手段によるガスの吸引量を多くすることが考えられる。しかしその場合、吸引口へと向かう気流が強くなり、ミストだけでなく、吐出した主滴もこの気流の影響を受けてしまい、主滴を所望の位置に吐出することができなくなる。
すなわち、不具合を生じることなく、ミストを十分に回収するためには、ミスト回収手段と合わせて、ガス吹出し手段を用いてミストを回収することが有効である。また、ミストを安定的に回収するためには、ガスの吹出し手段による渦を大きく安定的に発生させる必要がある。そのための手段としては、本発明の通り、ミスト回収手段2とガス吹出し手段3との間に、渦を発生させるための空間を形成するため、ミスト回収機構1とガス吹出し手段3との間に凹部4を設け、ミスト回収手段2とガス吹出し手段3とを凹部4の中に設ける。
図4(a)、(b)は、ミスト回収手段2とガス吹出し手段3の位置を検証するために、ミスト回収手段2とガス吹出し手段3との位置を変えてミスト9を回収する様子を示した模式図である。図4(a)は、ミスト回収手段2の吸引口20を凹部4の外に配置した図であり、図4(b)は、ガス吹出し手段3の吹出し口30を凹部4の外に配置した図である。
ミスト回収手段2の吸引口20を凹部4の外に配置した場合、凹部4内にガス吹出しによる渦が形成され、下流側に流れるミスト9は紙面から巻き上げられる。しかし、巻き上げられた多くのミスト9は凹部4内で滞留し、結果としてミスト回収機構1内へ付着が生じてしまう。また、一部のミスト9は、凹部4の外のミスト回収手段2が吸引することで生じる気流によってミスト回収手段2へと運ばれるが、極僅かな量でしかない。
よって、安定的にミスト9を回収するためには、ミスト回収手段2の吸引口20を凹部4内に配置する必要がある。
また、吹出し口30を、凹部4の外に配置した場合、吹出し口30から発生する気流は、凹部4の外で渦12を形成することになる。すなわち、凹部4の空間内ではない個所で渦を形成することになるため、大きな渦を形成することができない。その結果、浮遊するミスト9をミスト回収手段2の吸引口20へと導くことができず、液体吐出ヘッド5もしくはミスト回収機構1への付着が生じる。
よって、ガス吹出し口より発生する気流で大きな渦を形成し、効率的、安定的にミストを回収するためには、吹出し口30を凹部4内に配置する必要がある。
このように、ミスト回収機構のミスト回収手段とガス吹出し手段との間に天井を形成することで凹部を形成し、その凹部の中に、ミスト回収手段の吸引口と、ガス吹出し手段のガス吹出し口とを形成する。これによって、ミストによって吐出口を詰まらせることなく、吐出の信頼性を低下させることのない液体吐出装置および液体吐出ヘッドを実現することができた。
(第2の実施形態)
以下、図面を参照して本発明の第2の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第1の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成についてのみ説明する。
図5(a)から(c)は、本実施形態におけるミスト回収機構1を説明するための図であり、液体吐出ヘッド5およびミスト回収機構1を示した模式図である。ミスト回収機構1のミスト回収手段2とガス吹出し手段3との間に凹部4を形成し、その凹部4の中に吸引口20と、吹出し口30とを形成しても、吹出し口30からの吹出しが弱い場合、吹出した気流が媒体10に届かないことがある。その場合、図5(a)のように、渦12と媒体10との間からミスト9が、下流側へ流出することがある。このような流出を防止するためには、ガス吹出し口30から吹出されたに気流が媒体10まで届いている必要がある。それには、ガス吹出し口30からのガスの吹出し量を多く設定する必要がある。この場合、図5(b)のように、ガス吹出し口30から吹出した気流は、媒体10へと届き、ミストを回収することができるようになる。
しかしながら、ガスの吹出し量を多くすると、液体吐出ヘッド5およびミスト回収機構1と媒体10間に生じる気流が乱れやすく不安定な気流となる。気流の乱れが大きい場合には、液体吐出ヘッド5もしくはミスト回収機構1へのミスト9の付着が生じたり、ミスト回収機構1による回収が不十分となり、媒体10の移動方向の下流側へのミストの漏れが生じる可能性がある。
そこで本実施形態では、図5(c)のように、ガス吹出し手段3のガス吹出し口30を、凹部4の天井面40よりも、媒体10に近い位置に配置した。ガス吹出し口30を媒体10に近い位置に配置することにより、ガスの吹出し量を多くすることなく、効率的に気流を形成することで、ガス吹出し口30により生じる気流が媒体10に届きやすくなり、大きな渦12を形成することができる。これによって、更に効率的にかつ安定的にミストを回収することができる。
このように、ガス吹出し口を、凹部の天井部よりも、媒体に近い位置に配置して、効率的に気流を形成する。これによって、ミストによって吐出口を詰まらせることなく、吐出の信頼性を低下させることのない液体吐出装置および液体吐出ヘッドを実現することができた。
(第3の実施形態)
以下、図面を参照して本発明の第3の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第1の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成についてのみ説明する。
図6(a)は、本実施形態におけるミスト回収機構1を示した断面図であり、図6(b)、(c)は、本実施形態においてガス吹出しの角度を変えた際の、ミスト回収機構を示した模式図である。本実施形態のミスト回収機構1は、凹部4の天井面40が円弧状曲面で形成されている。
凹部4の天井面40を円弧状にすることで、ガス吹出し口30から吹出した気流が、凹部4内にて渦12を形成して、天井面40に当たりガス吹出し口30方向へと戻る際、円弧状に気流が形成されやすく、より効率的に渦12を形成することができる。これによって、安定的かつ効率的にミスト9を回収することができる。
また本実施形では、ガスが吹出す角度を、媒体10に向かって斜めに吹出すように構成している。ガスの吹出し口30からの吹出しを斜めにすることで、より凹部4内に気流の渦12が生じやすくなり、より少ない風量で効率的に大きな渦12を形成することができる。そのため、より好ましくは斜めに配置することが望ましいが、媒体10に向かって垂直方向にガスを吹出したとしても、凹部4内にガス吹出し口30が配置されていれば、凹部4内に渦12を形成し、ミスト9を回収することはできる。
図6(b)は、ガス吹出し方向が媒体10に対して角度が45度の場合であり、図6(c)は、ガス吹出し方向が媒体10に対して角度が30度の場合である。ガス吹出し方向と媒体10との角度が小さくなると、ガスの吹出し速度の水平方向成分が多くなり、気流による巻き上げ位置が、液体吐出ヘッド側(図中左側)にずれて、気流が吸引口20へと向かいづらくなってしまう。そのため、角度が30度では、ミスト9を十分に回収することができなかった。よって、ガス吹出し方向と媒体10の移動方向の角度は、45度以上とするのが望ましい。
このように、凹部の天井面を円弧状に形成し、かつガスの吹出し口30からガスが吹出す角度を、媒体に向かって斜めに吹出すように構成する。これによって、ミストによって吐出口を詰まらせることなく、吐出の信頼性を低下させることのない液体吐出装置および液体吐出ヘッドを実現することができた。
(第4の実施形態)
以下、図面を参照して本発明の第4の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第1の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成についてのみ説明する。
図7は、本実施形態におけるミスト回収機構を示した断面図である。本実施形態のミスト回収機構1は、凹部4の天井面40が平面で形成されており、ガスが吹出す角度を、媒体10に向かって斜めになるように構成している。
凹部4の天井面40を平面とした場合でも、図6(a)から(c)に示した円弧上に形成した場合と、渦12の大きさに変化はなく、渦12の大きさは天井面40の高さで規定されることがわかった。そのため、凹部4は、天井面40の高さが、液体吐出ヘッド5の吐出口7が形成された吐出面よりも高ければ問題はなく、大きな渦を安定的に効率的に形成することができる。
このように、凹部の天井面を平面で形成し、かつガスが吹出す角度を、媒体に向かって斜めになるように構成する。これによって、ミストによって吐出口を詰まらせることなく、吐出の信頼性を低下させることのない液体吐出装置および液体吐出ヘッドを実現することができた。
(第5の実施形態)
以下、図面を参照して本発明の第5の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第1の実施形態と同様であるため、以下では、特徴的な構成についてのみ説明する。
図8(a)、(b)は、本実施形態におけるミスト回収機構1を示した断面図である。本実施形態は、第3の実施形態の構成で、ミスト回収手段2の吸引口20の位置を変えた構成である。図8(a)は、吸引口20を、円弧状の天井面40の円弧に沿って移動する方向における中央部に配置したものであり、図8(b)は、吸引口20を、凹部4内のガス吹出し口30近傍に配置したものである。本実施形態のように、ミスト回収手段2の吸引口20の位置を変えても、効率的に渦12を形成し、ミスト9を回収することが出来ることを確認することができた。
特に、吸引口20の位置を、凹部4の中心よりも、ガス吹出し口30に近い位置に配置することにより、ガス吹出し口30により形成された渦12の流れが、理想的な円に近い流れとなり、効率的にミスト9を回収することが可能となる。そのため、より安定的に、効率的にミストを回収するためには、ミスト回収手段を凹部4の中心よりも、ガス吹出し口30に近い位置に配置することが好ましい。ただし、凹部4内にミスト回収手段2の吸引口20を配置しさえすれば、渦12を形成する場所を確保することができるため、ミスト9を回収する上では問題はない。
このように、ミスト回収機構のミスト回収手段(吸引口)とガス吹出し手段との間に曲面の天井面を形成することで凹部を形成し、吸引口を円弧状の天井面の円弧に沿って移動する方向における中央部或いはガス吹出し口近傍(中央部より吹出し口側)に配置する。これによって、ミストによって吐出口を詰まらせることなく、吐出の信頼性を低下させることのない液体吐出装置および液体吐出ヘッドを実現することができた。
(第6の実施形態)
以下、図面を参照して本発明の第6の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第1の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成についてのみ説明する。
図9は、本実施形態におけるミスト回収機構を示した断面図である。本実施形態は、ミスト回収手段2として、電極13を用いている。凹部4内で浮遊するミスト9は、一般的に負の電荷を帯びることが知られている。そこで、ミスト回収手段2として、例えば、正の電界を持つ電極を配置することで、ガス吹出し口30の気流により媒体10から巻き上げられたミスト9は、電極13による静電気力により引き付けられ、ミスト9を回収することができる。
なお、浮遊するミスト9の電荷の状況に合わせて、電極13に負の電界を持たせたり、正負を交互に配置する構成でもよい。
第1から第5の実施形態は、負圧により気流を吸引する方式をミスト回収手段として用いた例を説明してきたが、これらを本実施形態のように電極13に置き換えてミスト回収手段2として用いてもよい。
このように、ミスト回収機構のミスト回収手段とガス吹出し手段との間に曲面の天井面を形成することで凹部を形成し、その凹部の中に、ミスト回収手段として、電極を形成する。これによって、ミストによって吐出口を詰まらせることなく、吐出の信頼性を低下させることのない液体吐出装置および液体吐出ヘッドを実現することができた。
(第7の実施形態)
以下、図面を参照して本発明の第7の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第1の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成についてのみ説明する。
図10は、本実施形態におけるミスト回収機構1を示した断面図である。本実施形態のミスト回収機構1は、ミスト回収手段2の鉛直方向の下方に、液体落下防止用として、液体を受ける受け部14が設けられている。ミスト回収手段2により、吸引されたミスト9は、ミスト回収手段2内に回収されることになるが、一部のミスト9がミスト回収手段2の内部の壁に付着する。付着したミスト9は、下に落下し、媒体10の上に落下するなどの不具合が生じる虞がある。
そこで、本実施形態では、ミスト回収手段2の直下に、ミスト回収手段内部で回収しきれずに落下した液体を受ける受け部14を設けた。これにより、ミスト回収手段内部の壁に付着したミスト9が、下に落下した際も、受け部14に溜まることとなり、媒体10の上に落下することが無くなった。
このように、ミスト回収機構のミスト回収手段とガス吹出し手段との間に曲面の天井面を形成することで凹部を形成し、そのミスト回収手段の直下に、液体落下防止用として、液体を受ける受け部を形成する。これによって、ミストによって吐出口を詰まらせることなく、吐出の信頼性を低下させることのない液体吐出装置および液体吐出ヘッドを実現することができた。
(第8の実施形態)
以下、図面を参照して本発明の第8の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第1の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成についてのみ説明する。
図11(a)、(b)は、本実施形態におけるミスト回収手段、ガス吹出し手段、そして凹部が一体となった液体吐出ヘッドを示した模式図である。図11(a)は、液体吐出ヘッドの斜視図であり、図11(b)は、図11(a)のXIIb−XIIb’における断面図である。
本実施形態は、液体吐出ヘッド50がミスト回収機構を備えた構成となっている。液体吐出ヘッド50とミスト回収機構とは、別々で構成する必要はなく、図11(a)、(b)で示した通り、液体吐出ヘッド50内にミスト回収機構を有する構成でもよい。
図12は、本実施形態における液体吐出ヘッドの断面模式図である。吐出口7より発生したミスト9は、液体吐出ヘッド50と媒体10との相対運動により生じる気流により、媒体移動方向における下流側へ流され、ガスの吹出しにより形成される渦12により、媒体上から巻き上げられる。そして、巻き上げられたミスト9は、ミスト回収手段2により回収される。
このように、液体吐出ヘッドと一体化したミスト回収機構を形成し、ミスト回収機構のミスト回収手段とガス吹出し手段との間に天井面を形成することで凹部をする。これによって、ミストによって吐出口を詰まらせることなく、吐出の信頼性を低下させることのない液体吐出装置および液体吐出ヘッドを実現することができた。
1 ミスト回収機構
2 ミスト回収手段
4 凹部
5 液体吐出ヘッド
9 ミスト
12 渦
20 吸引口
30 吹出し口
40 天井面
10 媒体

Claims (11)

  1. 吐出口から媒体に対して液体を吐出する吐出手段と、前記吐出手段と前記媒体とを相対移動させる移動手段と、を備えた液体吐出装置において、
    前記吐出手段の前記媒体の相対移動における下流側、かつ前記媒体と対向する位置に、前記吐出手段吐出に伴って生じるミストを回収する回収手段を備え、
    前記回収手段は、
    前記媒体と対向する天井面を備えた凹部と、
    前記凹部内に形成される、ミストを回収する回収部と、
    前記媒体の相対移動において前記回収部よりも下流側に配置され、前記媒体に対して前記媒体の相対移動における前記吐出手段が設けられる側に斜めにガスを吹出吹出し口と、を有し、
    前記媒体の相対移動における上流から下流に向かって、前記吐出手段、前記回収部、前記吹出し口の順に配されている、
    ことを特徴とする液体吐出装置。
  2. 前記吹出し口は、前記媒体と対向可能であることを特徴とする請求項1に記載の液体吐出装置。
  3. 前記吹出し口は、前記天井面よりも短い距離で、前記媒体と対向可能であることを特徴とする請求項2に記載の液体吐出装置。
  4. 前記天井面は、円弧状の曲面であることを特徴とする請求項1ないし請求項3に記載の液体吐出装置。
  5. 前記吹出し口からガスを吹出す角度は、前記媒体に対して45度以上であることを特徴とする請求項に記載の液体吐出装置。
  6. 前記回収部は、負圧によってミストを吸引回収する吸引口であることを特徴とする請求項1ないし請求項のいずれか1項に記載の液体吐出装置。
  7. 前記回収部は、静電気によってミストを回収する電極を備えていることを特徴とする請求項1ないし請求項のいずれか1項に記載の液体吐出装置。
  8. 前記回収部の鉛直方向における下方に、液体を受ける受け部が設けられていることを特徴とする請求項1ないし請求項のいずれか1項に記載の液体吐出装置。
  9. 前記回収部は、円弧状曲面の円弧に沿って移動する方向における前記天井面の中央部に設けられていることを特徴とする請求項4に記載の液体吐出装置。
  10. 前記回収部は、円弧状曲面の円弧に沿って移動する方向における前記天井面の中央よりも前記吹出し口側に設けられていることを特徴とする請求項4に記載の液体吐出装置。
  11. 相対移動する媒体に対して吐出口から液体を吐出する液体吐出ヘッドにおいて、
    前記媒体の相対移動における下流側、かつ前記媒体と対向する位置に、吐出に伴って生じるミストを回収する回収手段を備え、
    前記回収手段は、
    前記媒体と対向する天井面を備えた凹部と、
    前記凹部内に形成される、ミストを回収する回収部と、
    前記媒体の相対移動において前記回収部よりも下流側に配置され、前記媒体に対して前記媒体の相対移動における前記吐出手段が設けられる側に斜めにガスを吹出吹出し口と、を有し、
    前記媒体の相対移動における上流から下流に向かって、前記吐出手段、前記回収部、前記吹出し口の順に配されている、
    ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
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