JP2017200740A - 液体吐出ユニット及び液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ファンにより発生する吸気流に含まれるＵＶインクミストを硬化し、アンプ基板などへの影響を低減する。【解決手段】本発明の液体吐出ユニット／液体吐出装置は、光を照射することで硬化する光硬化型樹脂を含む液体を吐出する液体吐出ヘッドと、液体吐出ヘッドに電気的に接続される回路基板と、吐出された液体に対して光を照射する第１の光照射装置と、回路基板に送風を行うファンと、ファンにより発生する吸気流に、ファンより上流側において光を照射する第２の光照射装置と、を備える。第２の光照射装置により、ファンにより発生する吸気流に含まれるＵＶインクミストを硬化するので、アンプ基板などへの影響を低減できる。【選択図】図５

Description

本発明は、液体吐出ユニット及び液体吐出装置に関する。液体吐出ユニットは、ノズルから液体を吐出する液体吐出ヘッドに機能部品、機構が一体化したものであり、液体の吐出に関連する部品の集合体である。液体吐出装置は、液体吐出ユニットを備え、液体吐出ヘッドを駆動させて液体を吐出させる装置である。

ノズルから液体を吐出する液体吐出ヘッド（例えば、インクジェットヘッドなど）を駆動する回路は、液体吐出用のヘッド駆動信号を生成・増幅するアンプなどの回路基板を備えている。このような回路基板は使用時に発熱するため、その発熱部を冷却する手段としてゴミなどをフィルタで減少させた送風手段を設け、回路基板を空冷する技術が用いられている。

例えば、特許文献１には、処理の実行に伴って発熱する発熱装置を冷却する冷却装置が開示されている。この冷却装置は、温度検出器により発熱装置の発熱部の温度をモニタリングし、防塵フィルタの目詰まりの有無／度合いを判定する。そのため、フィルタの交換時期を適切に把握することができる。

しかし、フィルタを用いてゴミなどを除去するといった従来技術では、所定の冷却風量を得るためにフィルタをある程度粗い目にしなければならず、未硬化のＵＶインクミストのような細かい粒子は、フィルタを多量に通過する。また、ＵＶインクミストは、溶剤成分などを含むことも多く、これら溶剤成分によって液体吐出ヘッドに接続される回路基板が故障するという問題があった。

そこで、本発明の目的は、ファンにより発生する吸気流に含まれる光硬化型樹脂を含むミスト（例えば、ＵＶインクミスト）を硬化し、回路基板などへの影響を低減できる液体吐出ユニット／液体吐出装置を提供することである。

上記課題は、光を照射することで硬化する光硬化型樹脂を含む液体を吐出する液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドに電気的に接続される回路基板と、吐出された前記液体に対して光を照射する第１の光照射装置と、前記回路基板に送風を行うファンと、
前記ファンにより発生する吸気流に、前記ファンより上流側において光を照射する第２の光照射装置と、を備える液体吐出ユニットによって解決される。

また上記課題は、光を照射することで硬化する光硬化型樹脂を含む液体を吐出する液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドに電気的に接続される回路基板と、吐出された前記液体に対して光を照射する第１の光照射装置と、前記回路基板に送風を行うファンと、前記ファンにより発生する吸気流に、前記ファンより上流側において光を照射する第２の光照射装置と、を備え、前記液体吐出ヘッドを駆動させて前記液体を吐出させる液体吐出装置によって解決される。

本発明の液体吐出ユニット／液体吐出装置は、ファンにより発生する吸気流に光を照射する第２の光照射装置を備えるので、吸気流に含まれるＵＶインクミストを硬化し、回路基板などへの影響を低減できる。

本発明の一実施形態に係る液体吐出装置であるＵＶ−ＩＪ（インクジェット）印字装置の斜視図である。 図１に示す装置の正面図である。 従来の液体吐出ユニットを示す斜視図である。 図３に示す液体吐出ユニットの断面を示す模式図である。 第１の実施形態に係る液体吐出ユニットの断面を示す模式図である。 第２の実施形態に係る液体吐出ユニットの断面を示す模式図である。 第３の実施形態に係る液体吐出ユニットの断面を示す模式図である。 第４の実施形態に係る液体吐出ユニットの断面を示す模式図である。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係る液体吐出装置であるＵＶ−ＩＪ（インクジェット）印字装置の斜視図であり、図２はその装置の正面図である。

リニアアクチュエータ１０上に取り付けられたキャリッジ１５は、リニアアクチュエータ１０によってＸ軸方向に沿って移動される。また、キャリッジ１５には、Ｚ軸方向に移動可能なリニアアクチュエータが設けられており、キャリッジ１５はＺ軸方向へ移動可能となっている。キャリッジ１５には、液体吐出ヘッドであるインクジェットヘッド１６が複数備えられており、液体の吐出口であるノズルが形成された面（ノズル面）が記録媒体Ｐと相対する。各インクジェットヘッド１６は、例えばイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の着色成分（顔料もしくは染料）を含む各色のＵＶインク（紫外線などの光により硬化する光硬化型樹脂を含むインク）を吐出する。各インクジェットヘッド１６は、キャリッジ１５のＸ軸方向の移動にタイミングを合わせて記録媒体ＰにＵＶインクを吐出することで、記録媒体Ｐ上に画像を形成する。

キャリッジ１５のＸ軸方向における両端には、記録媒体Ｐ上に着弾したインクを硬化させるためのＵＶランプ１７ａ、１７ｂ（紫外線照射装置）が設けられている。図１には、イメージとして、右ＵＶランプ１７ａからのＵＶ照射光２４を描いている。このような拡散光タイプ以外にも、集光タイプのＵＶランプなど様々な光照射装置を目的に合わせて使用できる。

図１及び図２に示す液体吐出装置は、キャリッジ１５が右から左（Ｘ軸の負の方向）へ移動しながら印字することを想定している。キャリッジ１５は左方向へ移動しているためヘッド１６から吐出されたインクは記録媒体Ｐに着弾後、右ＵＶランプ１７ａからの光を受けて硬化する。一方、双方向印字により逆方向に移動しながら印字を行う際には、インクは記録媒体Ｐに着弾後、左ＵＶランプ１７ｂからの光をうけて硬化する。なお、ＵＶインクの硬化性が悪く、硬化に必要なＵＶ光の積算光量が大きい場合には、印字後に左右両方のＵＶランプ１７ａ、１７ｂを照射して硬化してもよい。

各ヘッド１６へのインク補給は、装置ベース１８内に設けられたメインのインクタンクからキャリッジ１５内に設けられたサブタンクへインクを送ることで行われる。このとき、装置ベース１８内に設けられた供給ポンプが用いられる。供給ポンプからサブタンク、そしてサブタンクからヘッドまで、各々インク供給チューブによって接続されている。サブタンク内は、エア配管、電磁弁、エア負圧形成用ポンプ及びそれらを制御するコントローラにより、インク吐出に適切な微少負圧に維持される。

またエア配管は、電磁弁を経由してエア加圧用圧力源にも接続されている。これは、例えば、ノズルにゴミや気泡が付着し、正常なインク吐出ができなくなった場合に、サブタンクを負圧から正圧に切替えることでヘッド１６のノズルから強制的にインクを排出させ、ゴミや気泡を押し流すために使用する。インクの排出の際は、ヘッド１６を廃液受け１９上に移動させてから行うとともに、廃液受け１９に設けられた、Ｙ軸方向に移動可能なワイパ２１を使用してノズル面を払拭（ワイピング）する。なお、ワイパ２１には、一般的にゴムやエラストマーなどの弾性を備えたものを用いる。ノズルから排出されたインクやワイピングにてふき取られたインクは、廃液受け１９を経由し装置ベース１８内に設けられた廃液タンクに回収される。

装置ベース１８上に設けられたリニアステージ２２は、記録媒体Ｐを保持しＹ軸方向に搬送する。また、リニアステージ２２は、ヘッド１６のノズル面に対向している。図１及び図２に示したリニアステージ２２の移動方向はＹ軸方向のみであるが、Ｚ軸周りに回転するθ補正機能を有するステージや、Ｙ軸、Ｘ軸周りに回転できるステージとすることで、様々な形状の記録媒体に対応することもできる。

リニアステージ２２の表面には、一定間隔で細かな穴が空いている。真空ポンプなどの真空圧発生源を用いてステージ２２の背面から吸引を行うことで、この穴に負圧が生じ、ステージ２２上に置いたフィルムなどの薄い記録媒体Ｐをステージ２２に吸着できる。

表面に画像や文字が記録される記録媒体Ｐはシート状のフィルム以外にも、板材（木材、金属、樹脂）のような厚みのあるものも使用できる。厚みの異なる記録媒体を用いる場合、キャリッジ１５をＺ軸方向に移動させることで記録媒体Ｐとヘッド１６及びＵＶランプ１７の適切な間隔を維持できる。

リニアステージ２２横に設けられた空吐出受け２６は、長時間空気に触れるなどして劣化したインクを廃棄（空吐出）するために用いられる（いわゆる、「捨てうち」）。これにより、新鮮なインクをノズルに供給し、印字品質を保つことができる。なお、空吐出は、印字開始時や印字途中に行われることが好ましい。また、空吐出受け２６の隣には、キャップ２８が設けられている。キャップ２８は、装置の使用後や、長期間使用しない場合にヘッド１６を覆うために用いられ、ノズル面とノズル面近傍のインクを保護する。

続いて、本発明の特徴部分の理解を容易にするため、従来の液体吐出ユニットの構成について説明する。

図３は、従来の液体吐出ユニットを示す斜視図である。液体吐出ユニットは、ガイドロッド２３に沿って往復するキャリッジ１５と、複数のインクジェットヘッド１６と、各インクジェットヘッド１６に電気的に接続された回路基板の一つであるアンプ基板２０と、ＵＶランプ１７などを備える。

各インクジェットヘッド１６には、インクを吐出するエネルギー発生源として、例えば、圧電アクチュエータ（積層型圧電素子又は薄膜型圧電素子）が含まれる。また、それに代えて、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いるサーマルアクチュエータや、振動板と対向電極からなる静電アクチュエータなどを用いることもできる。なお、各インクジェットヘッド１６には、インク供給機構を通じてＵＶインクが供給される。

各アンプ基板２０は、液体吐出装置内にあるコントローラの信号に基づき、駆動信号をインクジェットヘッド１６に印加する。具体的には、アンプ基板２０がキャリッジ１５の移動に同期して駆動信号をインクジェットヘッド１６に送ることで、インクジェットヘッド１６は適切なタイミングでインクを吐出し、記録媒体Ｐ上にインクを着弾させる。記録媒体Ｐに着弾したＵＶインクはＵＶランプ１７から照射されるＵＶ光によって硬化する。

アンプ基板２０は、駆動信号を生成する際、ヘッド駆動に必要なレベルまで信号を増幅するため、熱を生じる。アンプ基板２０の冷却手段として、キャリッジ１５には、吸気ファン３０と、吸気ファン３０の吸気側に取り付けられたフィルタ３１とが設けられている。吸気ファン３０により外気を吸い込み、各アンプ基板２０へ吹き付ける（送風を行う）ことで、冷却が行われる。また、フィルタ３１により、吸気流に含まれるゴミなどが除去される。なお、各アンプ基板２０にヒートシンクを設け、より冷却効果を高めてもよい。

図４は、図３に示す液体吐出ユニットの断面を示す模式図である。図４に示すように、インクジェットヘッド１６から吐出されたインク滴は、理想的には、インクジェットヘッド１６のノズル面に相対する記録媒体Ｐに全て着弾する。しかし、実際には、インク組成、ヘッド１６の状態、周囲の温度、駆動信号の形状（駆動波形）など様々な要因により、インクミストと呼ばれる微少なインク滴を発生することも多い。

インクミストは質量も小さいため、空気抵抗やキャリッジ１５の移動により生じた気流などの影響を大きく受けやすい。インクミストの中には、記録媒体Ｐに着弾することなく空気中を漂うものもある。これらインクミストの一部は、アンプ基板２０を空冷する吸気ファン３０により吸い込まれ（図中矢印Ｆ）、アンプ基板２０に吹き付けられる。

上述したように、吸気ファン３０の吸い込み側にはフィルタ３１を設けており、一定サイズ以上のチリやゴミは除去することができる。しかし、インクミストはサイズが小さく、一部を除き通過する。また、インクミストは硬化前の液体状態であるため、物に接触すると付着しやすく、一度付着すると落ちにくい。アンプ基板２０（及びヒートシンク）の表面がＵＶインクによって覆われた状態となってしまうため、アンプ基板２０（及びヒートシンク）の冷却効率が低下してしまう。さらにＵＶインクにはアンプ基板２０（及び基板上の部品）を侵食する溶剤成分などが含まれる場合があり、これらによって基板が劣化・故障してしまうという問題もある。

以下より、本発明の特徴部分について説明する。

図５は、本実施形態に係る液体吐出ユニットの断面を示す模式図である。図５において、図４と同一物には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。

図５に示すように、液体吐出ユニットは、フィルタ３１より上流側に光照射装置であるＵＶランプ３２を備える。ここで、記録媒体Ｐ上のインクを硬化させるためのＵＶランプ１７を第１の光照射装置と呼び、吸気ファン３０により発生する吸気流に光を照射するＵＶランプ３２を第２の光照射装置と呼ぶ。

このような構成とすることで、吸気ファン３０に吸引されつつあるＵＶインクミストは、ＵＶランプ３２により光を照射されるので、硬化した状態、すなわち樹脂の粉体に近い状態となる。液体状のインクミストに比べ、物体に接触した場合でも付着しにくくなり、冷却効率の低下を防ぐことができる。また、ＵＶインクの硬化反応によりアンプ基板２０（及び基板上の部品）を侵食する溶剤などの成分がなくなるため、アンプ基板２０の劣化・故障を低減できる。

（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態に係る液体吐出ユニットの断面を示す模式図である。図６において、図５と同一物には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。

本実施形態の液体吐出ユニットは、フィルタ３１の上流側で吸気流の通るダクト３３ａをさらに備え、そのダクト内部に、ＵＶランプ３２からＵＶインクミストを硬化させるための光を照射する。これにより、吸気流（すなわちインクミスト）の全てに光を照射でき、吸気流内のＵＶインクミストを硬化できる。

（第３の実施形態）
図７は、第３の実施形態に係る液体吐出ユニットの断面を示す模式図である。図７において、図６と同一物には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。

本実施形態の液体吐出ユニットは、ＵＶランプ３２からの光を透過しない材質（例えば、金属材料、黒色の樹脂など）で形成されたダクト３３ｂを備える。液体吐出装置本体や、その周辺機器には、ＵＶランプからの光（紫外線など）によって劣化しやすい部品が用いられている場合がある。ダクト３３ｂ外部へのＵＶランプ３２が照射するＵＶ光の漏れを防ぐことで、紫外線に弱い部品の劣化を防ぐことができる。

（第４の実施形態）
図８は、第４の実施形態に係る液体吐出ユニットの断面を示す模式図である。図８において、図６と同一物には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。

本実施形態の液体吐出ユニットは、ＵＶランプ３２の対面に照射光を反射する反射部材３４を設けたダクト３３ｃを備える。ダクト３３ｃ内でＵＶインクミストの硬化に用いられなかった光を反射させることで、ダクト３３ｃ内の照射光の総量を増加でき、インクミストに加わるエネルギーを増加できる。したがって、ＵＶインクミストのより一層の硬化を図ることができる。なお、ダクト内部の表面を研磨し、反射面を形成してもよい。

本実施形態（図８）では、ダクト３３ｃ内のＵＶランプ３２の対面（１面）にのみ反射面を設けたが、これに限定されない。例えば、万華鏡のように、ダクト内部の全ての面に反射部材（反射面）を設けてもよい。ＵＶインクミストの硬化に用いられなかったＵＶ光を反射し、再利用することで、ＵＶインクミストに加わるエネルギーを増加できる。

（第５の実施形態）
ＵＶランプ３２によりインクミストを十分に硬化させることができる場合、硬化したインクミストはアンプ基板２０などに付着しにくくなるので、フィルタ３１がなくても冷却効率の低下を抑制することができる。また、フィルタ３１をなくすことで、ファンの冷却風量をフルに用いることができるので、ファンの小型化や消費電力の削減ができる。

以上、実施形態を用いて本発明を詳細に説明した。これらの実施形態では、紫外線で硬化するＵＶインクの例で説明したが、これに限られるものではなく、可視光や赤外線、マイクロ波などの各種波長の光で硬化する樹脂材料を用いた液体と硬化手段を利用してもよい。

また、「液体吐出ユニット」とは、液体吐出ヘッドに機能部品、機構が一体化したものであり、液体の吐出に関連する部品の集合体である。ここで、一体化とは、例えば、液体吐出ヘッドと機能部品、機構が締結、接着、係合などで互いに固定されているもの、一方が他方に対して移動可能に保持されているものも含む。また、液体吐出ヘッドと、機能部品、機構が互いに着脱可能に構成されていてもよい。

また、「液体吐出装置」は、液体吐出ヘッド又は液体吐出ユニットを備え、液体吐出ヘッドを駆動させて、液体を吐出させる装置である。液体を吐出する装置には、液体が付着可能な受容体に対して液体を吐出することが可能な装置だけでなく、液体を、気中や液中に向けて吐出する装置も含まれる。この「液体吐出装置」には、液体が付着可能なものの給送、搬送、排紙に関わる手段、その他、前処理装置、後処理装置なども含むことができる。

例えば、「液体吐出装置」として、インクを吐出させて用紙に画像を形成する装置である画像形成装置や、立体造形物（三次元造形物）を造形するために、ステージ上に光硬化樹脂を含む造形液を吐出させる立体造形装置（三次元造形装置）がある。

上記「受容体」とは、液体が少なくとも一時的に付着可能なものであって、付着して固着するもの、付着して浸透するものなどを意味する。具体例としては、用紙、記録紙、記録用紙、フィルム、布などの被記録媒体、電子基板、圧電素子などの電子部品、粉体層（粉末層）、臓器モデル、検査用セルなどの媒体であり、特に限定しない限り、液体が付着するもの全てのものが含まれる。

上記「受容体」の材質は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、フィルム、ガラス、木材、セラミックスなど液体が一時的でも付着可能であればよい。

また、「液体」は、使用される環境下で粘度２０ｍＰａ・ｓ以下の流動性を有する状態を指し、加熱環境下で吐出を行う場合には、加熱環境で流動性を示せばよく、常温では流動性を示さない固体状態であってもよい。

１０ リニアアクチュエータ
１５ キャリッジ
１６ インクジェットヘッド
１７ａ、１７ｂ、３２ ＵＶランプ
１８ 装置ベース
１９ 廃液受け
２０ アンプ基板
２１ ワイパ
２２ リニアステージ
２３ ガイドロッド
２４ ＵＶ照射光
２６ キャップ
２８ 空吐出受け
３０ 吸気ファン
３１ フィルタ
３３ａ、３３ｂ、３３ｃ ダクト
Ｐ 記録媒体

特開２０１４−１６７９４９号公報

Claims (10)

1. 光を照射することで硬化する光硬化型樹脂を含む液体を吐出する液体吐出ヘッドと、
   前記液体吐出ヘッドに電気的に接続される回路基板と、
   吐出された前記液体に対して光を照射する第１の光照射装置と、
   前記回路基板に送風を行うファンと、
   前記ファンにより発生する吸気流に、前記ファンより上流側において光を照射する第２の光照射装置と、
   を備える液体吐出ユニット。
2. 前記回路基板は、前記液体吐出ヘッドに印加される駆動信号を増幅するアンプ基板であることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ユニット。
3. 前記ファンの吸気側にダクトを備え、前記第２の光照射装置の光を前記ダクト内部に照射することを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出ユニット。
4. 前記ダクトは、前記第２の光照射装置の光を透過しない材料を用いて形成されることを特徴とする請求項３に記載の液体吐出ユニット。
5. 前記第２の光照射装置の光が照射される前記ダクト内部の少なくとも１面が、照射光を反射する反射部となっていることを特徴とする請求項３又は４に記載の液体吐出ユニット。
6. 前記ファンの吸気側にフィルタが設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の液体吐出ユニット。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の液体吐出ユニットを備える液体吐出装置。
8. 光を照射することで硬化する光硬化型樹脂を含む液体を吐出する液体吐出ヘッドと、
   前記液体吐出ヘッドに電気的に接続される回路基板と、
   吐出された前記液体に対して光を照射する第１の光照射装置と、
   前記回路基板に送風を行うファンと、
   前記ファンにより発生する吸気流に、前記ファンより上流側において光を照射する第２の光照射装置と、を備え、
   前記液体吐出ヘッドを駆動させて前記液体を吐出させる液体吐出装置。
9. 吐出された前記液体が着弾する受容体を有し、前記第１の光照射装置は前記受容体に着弾した前記液体に対して光照射を行うことを特徴とする請求項７又は８に記載の液体吐出装置。
10. 前記液体は、顔料もしくは染料を含む光硬化型インクであり、前記受容体は、表面に画像や文字が記録される記録媒体であることを特徴とする請求項９に記載の液体吐出装置。