JP4677908B2

JP4677908B2 - 液体噴射装置

Info

Publication number: JP4677908B2
Application number: JP2006009144A
Authority: JP
Inventors: 恒延遠藤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-02-21
Filing date: 2006-01-17
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2026-01-17
Also published as: JP2006256306A

Description

本発明は液体噴射装置に関する。より詳細には、液体噴射ヘッドに装着されたノズルプレートの開口から吐出させた液体を被記録物に付着させる液体噴射装置に関する。

液体噴射装置では、被記録物の周縁部に余白を残すことなく液体を付着させる場合に、被記録物および液体噴射ヘッドの不可避な位置ずれを見込んで、被記録物の寸法よりもやや広い領域に対して液体が噴射される。このため、被記録物の両側縁部および前後端部の近傍では、被記録物の存在しない領域に対しても液体が吐出されることになる。被記録物に付着しない液体を放置すると、液体噴射装置自体はもとより、被記録物上の予期せぬ領域やユーザの手等も汚染することになるので、この余剰の液体を収集する技術が種々提案されている。

例えば、下記特許文献１には、被記録物に付着することなく飛来してプラテンに溜まる液体を、更に別の廃液容器に誘導する仕組みが提案されている。
特開平１１−３２０８９１号公報

上記特許文献１に記載された液体噴射装置では、余剰の液滴はプラテンに直接に受け止められる。ここで、プラテン表面にすでに液体が存在している状態で更に余剰の液滴を受け止めると、液滴が衝突したときの衝撃により飛沫が生じてプラテン周辺や被記録物を汚染する。そこで、この文献では、プラテンに貫通孔を設け、この貫通孔を介してプラテン内の液体を別途設けた廃液容器に誘導することが提案されている。

しかしながら、上記のような構造ではプラテンからの液体の排出が十分であるとはいえなかった。その理由は、まず、廃液の発生量は一定ではないので、ときとして排出が追いつかずにプラテン上に滞留する場合があるからである。このような場合、滞留した廃液に更に液滴が衝突すると、液体の飛沫が生じて周囲を汚染する等の問題が生じる。

また、プラテンからの液体の排出が遅れると、液体の媒質が蒸発してプラテン上に不揮発性成分が残る場合がある。このような場合、プラテン上に蓄積された不揮発成分が後に取り扱われる被記録物を汚染するという問題がある他、廃液のプラテン上の廃液流路表面に不整が生じるので廃液の流れが更に滞りやすくなるという問題も生じる。

そこで、前記した飛沫の発生を防止し、且つ、余剰の液体を吸収させる目的で、プラテン表面に多孔質材料による吸収部材を配置することが提案され、実施もされている。また、この種の吸収部材はそれ自体の液体吸収容量が小さいので、毛細管現象による液体の吸引力がより高く、且つ、吸収容量のより大きな廃液吸収材を更に装備させ、吸収部材の吸収した液体を廃液吸収材に順次吸引させて、吸収部材の液体による飽和を防止することも提案されている。

しかしながら、多孔質材料の吸収部材を用いた場合、吸収部材それ自体にも毛細管現象による液体保持力があり、一定量の液体が吸収部材内に保持され続ける。また、吸収部材の表面付近では保持された液体の揮発成分が蒸発し、不揮発成分だけが表面付近に集中的に蓄積される。このため、吸収部材が目詰まりを起こして、飛沫を生じることなく液体を受け止めるという吸収部材の所期の機能が失われる場合がある。また、吸収部材の表面に蓄積される不揮発成分は多くの場合色素成分を含むので、これによって次に供給された被記録物が汚染されるという問題も生じる。

そこで、上記課題を解決するために、本発明の第１の形態においては、ノズルプレートの開口から被記録物へ液体を吐出する液体噴射ヘッドと、液体が吐出される方向についてノズルプレートに対向して配され、被記録物へ着弾しなかった液体を吸収する吸収部材と、吸収部材よりも高い毛細管力を有し、吸収部材と少なくとも一部で接触することにより吸収部材に吸収された液体を保持する廃液吸収材と、吸収部材におけるノズルプレートに対向する面と、吸収部材における廃液吸収材と接触する一部との間に電位差を発生させて、液体中の溶質を電気泳動により前記廃液吸収材側へ引き付ける電位差発生手段とを備える。これにより、吸収部材の内部において、液体中に電荷を帯びて分散する染料、顔料等の溶質を廃液吸収材との接触部に向かって能動的に移動させることができる。従って、吸収部材の表面付近に上記溶質が高濃度に蓄積されることがなく、吸収部材の性能を劣化させることがない。

また、他の実施形態によると、この液体噴射装置は、電位差発生手段の一端と電気的に接続された一端側電極を更に備え、一端側電極は、吸収部材の一部を廃液吸収材に当接させて保持する。これにより、吸収部材の位置決めと良好な電気的接続とを簡単な構造で実現できる。

更に、他の実施形態によると、電位差発生手段の他端と電気的に接続された他端側電極を更に備え、他端側電極は、吸収部材におけるノズルプレートに対向する面に隣接して配される。これにより、吸収部材表面の電位が明確に規定され、溶質の吸引が最も効率よく行われる。

また更に、他の実施形態によると、電位差発生手段の他端と電気的に接続された他端側電極を更に備え、他端側電極は、吸収部材におけるノズルプレートに対向する面の裏面に隣接して配される。これにより、他端電極が帯電した液体で濡れることが少なくなり、同電極により形成された電界の劣化が抑制される。

また更に、更に他の実施形態によると、電位差発生手段の他端と電気的に接続された他端側電極を更に備え、他端側電極は、吸収部材内に埋設される。これにより、他端電極と吸収部材との接触が良好に保たれると共に、相互の位置決めが強固で、安定した性能を発揮することができる。

なお、ここでいう「溶質」とは、液体噴射装置で取り扱われる液体において最も含有量の多い物質である媒質を除くすべての組成物をいう。また、媒質に溶解した液体状の物質の他、媒質中で固体を保ったまま分散している物質も含む。

また、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本発明の実施形態のひとつとなり得る液体噴射装置の一例であるインクジェット式記録装置１１を概観する斜視図であり、カバーとしての上ケース２２を開いた状態で描かれている。同図に示すように、このインクジェット式記録装置１１は、装置の基部となる下ケース２０と、下ケース２０と共に筐体を形成する上ケース２２と、下ケース２０の後部に装着されたホッパー１０と、下ケース２０の前面に形成された排出トレー３０とを備えている。また、このインクジェット式記録装置１１は、下ケース２０内に水平に配置されたプラテン４００と、プラテン４００の上方に配置されたキャリッジ２００とを筐体の内側に備えている。

上記のようなインクジェット式記録装置１１では、ホッパー１０に収容された被記録物３００が、図示されていない搬入部により１枚ずつプラテン４００上に送り出され、更に、図示されていない排出部により排出トレー３０に送り出される。また、このインクジェット式記録装置１１では、プラテン４００の上方で、キャリッジ２００が被記録物３００の搬送方向と直交する方向に往復移動する。従って、被記録物３００の搬送とキャリッジ２００の往復移動を交互に行うことにより、被記録物３００の上面全体をキャリッジ２００で走査でき、被記録物３００上の任意の位置で記録動作が行える。

図２は、図１に示したインクジェット式記録装置１１の内部機構１２を、フレーム１００および側面部１１０、１１１ごと抜き出して示す斜視図である。同図に示すように、この内部機構１２は、後方に略鉛直に配置されたフレーム１００と、フレーム１００の両側端部から互いに平行に前方に向かって延在する１対の側面部１１０、１１１とによって画成される領域の内側に概ね形成されている。

同図に示す通り、この内部機構１２において、キャリッジ２００は、自身を貫通するガイド軸２２０に支持されている。ガイド軸２２０は、その端部を側面部１１０と側面部１１１とに支持され、フレーム１００に平行に配置されている。従って、キャリッジ２００はガイド軸２２０に沿って水平に移動できる。

キャリッジ２００の後方では、１対のプーリ２４２、２４４と、プーリ２４２、２４４に掛けわたされたタイミングベルト２３０がフレーム１００の前面に配置されている。一方のプーリ２４４はキャリッジモータ２４６により回転駆動される。また、タイミングベルト２３０はキャリッジ２００の後部に結合されている。従って、キャリッジモータ２４６の動作に応じてキャリッジ２００を往復移動させることができる。

また、キャリッジ２００は、インクカートリッジ２５０を装荷されると共に、その下面に記録ヘッド２１０を備えている。更に、記録ヘッド２１０は、インクを吐出するための開口を含む金属製のノズルプレート２６０を備えている。従って、インクは、キャリッジ２００から下方に向かって吐出される。

更に、キャリッジ２００は、テープ状の多芯ケーブル２７０を介して、フレーム１００後方の電子回路１２０に結合されている。多芯ケーブル２７０は、キャリッジ２００の移動に従って柔軟に撓むので、キャリッジ２００の往復移動を妨げることはない。

キャリッジ２００が通過する領域の下方には、プラテン４００が配置されている。プラテン４００は、キャリッジ２００の下を通過する被記録物３００を下方から支持して、ノズルプレート２６０と被記録物３００との間隔を一定に維持する。

また、プラテン４００の上面には陥没部４１０が形成されており、この陥没部４１０に吸収部材４２０が収容されている。吸収部材４２０は、被記録物３００の存在していない領域に対して記録ヘッド２１０から吐出されたインクを受け止める。

なお、インクジェット式記録装置１１の稼働時間が経過するにつれて吸収部材４２０にはインクが付着する。このインクが付着した吸収部材４２０に被記録物３００が接触すると被記録物３００がインクにより汚染される。そこで、プラテン４００の上面に突起状の部位を形成して被記録物３００を下方から持ち上げて支持させることにより、両者の間隔を保って接触を防止している。また、ノズルプレート２６０と吸収部材４２０との間には、３〜５ｍｍ程度の間隙が設けられている。

更に、プラテン４００に内蔵されている吸収部材４２０は、表面における吸収速度を重視して材料を選択されているので吸収容量に限りがある。そこで、より大きな廃液吸収材６００をプラテン４００の下方に配置し、これを吸収部材４２０と連通させている。廃液吸収材６００は、その吸収容量が重視されると共に、毛細管現象による吸収力の大きな材料が選択されている。従って、廃液吸収材６００は、吸収部材４２０から大量のインクを吸収することができる。

一方、プラテン４００の後方には搬送ローラ３１０が配置されている。搬送ローラ３１０は、フレーム１００の後方に配置された搬送モータ３２０により駆動され、図示されていない従動ローラと共働して被記録物３００をプラテン４００上に送り出す。前述の通り、キャリッジ２００は被記録物３００の搬送方向と直交する方向に往復移動できる。従って、被記録物３００の搬送とキャリッジ２００の往復移動を交互に行う一方で、キャリッジ２００下面の記録ヘッド２１０を断続的に作動させて、被記録物３００上の任意の領域に対してインクを吐出し、付着させることができる。

更に、この内部機構１２では、プラテン４００に対して側面部１１０側の側方に、キャップ部材５００が配置されている。キャップ部材５００は上下に移動でき、キャリッジ２００が側面部１１０に近いホームポジションで停止したときに上昇してノズルプレート２６０の表面を封止する。また、キャップ部材５００の内部はポンプユニット５１０に結合されている。ポンプユニット５１０は、ノズルプレート２６０表面に付着したインクを吸引できる。ポンプユニット５１０に吸引されたインクは、図示されていないパイプを介して、廃液吸収材６００に吸収される。

更に、プラテン４００とキャップ部材５００との間には、ワイピング手段５２０が配置されている。キャップ部材５００から開放されたキャリッジ２００がその上方を通過するとき、ワイピング手段５２０はノズルプレート２６０の下面を払拭して清浄にする。

図３は、上記のような内部機構１２を備えたインクジェット式記録装置１１において、吸収部材４２０に電界を形成する溶質収集機構１３の実施形態とその動作を説明する図である。同図に示すように、吸収部材４２０は、インクを吐出する開口２６２を備えたノズルプレート２６０の下方で、被記録物３００を支持するプラテン４００の内部に収容されている。また、吸収部材４２０の一部は、プラテン４００の底部に形成された孔を挿通されて下方に延在し、その下端近傍が廃液吸収材６００の上面に接している。

また、吸収部材４２０の上面には電極４３０が、吸収部材４２０の下端には電極４４０が、それぞれ吸収部材４２０に接して配置されている。ここで、電極４４０は、電位差発生手段７００の一端に接続されて電位差の印加に寄与するとともに、吸収部材４２０の下端を保持して、この下端を廃液吸収材６００に当接する位置に位置決めする。

一方、電位差発生手段７００の他端は電極４３０に電気的に結合されている。従って、両電極４３０と電極４４０との間には電位差発生手段７００の出力に応じた電位差Ｖが形成されている。この電位差Ｖにより、吸収部材４２０のノズルプレート２６０に面した上面と、廃液吸収材６００に接した下端の間には、電界Ｅが生じている。

上記のように形成された溶質収集機構１３を含むインクジェット式記録装置１１において、ノズルプレート２６０の開口２６２の直下に被記録物３００がある場合は、ノズルプレート２６０から吐出された液滴２６８は被記録物３００に付着する。しかしながら、被記録物３００の縁部に余白無くインクを付着させようとした場合、被記録物３００の側縁部並びに先端及び後端において、一部の開口２６２の直下に被記録物３００が存在しないことがある。このような場合、開口２６２から吐出されたインク２６４は、液滴２６６となって吸収部材４２０に直接受け止められ、やがて吸収される。

液体中の溶質は、イオン化によりその組成物固有の電荷を有する。また、液体中で電荷を有する物質は、液体に電界をかけることにより、電気泳動により自身の荷電と反対の極に向かって移動する。従って、電極４３０および電極４４０によって電界Ｅを形成するときに、インク中の溶質の電荷と電極４４０が逆の極性となるように選択しておくことにより、溶質は電極４４０に向かって移動する。このように、電位差発生手段７００により印加する電位差Ｖの極性をインクの溶質の組成に応じて適切に選択することにより、図中の吸収部材４２０内に黒丸の分布によって示すように、インク中の溶質を電気泳動により電極４４０に側に移動させることができる。

なお、吸収部材４２０の内部における有効な電気泳動は、吸収部材４２０に十分な量のインクが吸収されて電極４３０および電極４４０の間がインクの溶媒で結合された状態で発現する。一方、上記のインクジェット式記録装置１１が稼働し始めた当初は、吸収部材４２０に含まれているインクの量は僅かである。このため、稼働当初は有効な電気泳動が生じない場合がある。しかしながら、記録動作の継続により吸収部材４２０がある程度の量のインクを含むようになると、数十秒程度で吸収部材４２０内において溶媒が連続して存在するようになるので、溶質が電気泳動により吸収部材４２０の内部へ移動され、吸収部材４２０の表面に溶質が集中的に蓄積されることが防止される。また、吸収部材４２０に含まれるインクの量が更に増加して溶媒が電極４４０まで到達すると、電気泳動の効果により移動してきた溶質は廃液吸収材６００に順次吸収される。従って、吸収部材４２０に溶質が残ることがなく、溶質の蓄積による吸収部材４２０の性能低下が防止される。

また、上記のような溶質収集動作は、インクジェット式記録装置１１の記録動作が終了した直後に実行されると効率がよい。そこで、溶質収集機構１３の電位差発生手段７００を制御するタイマ（不図示）を設け、インクジェット式記録装置１１記録動作が終了した後数分から１時間程度の一定の期間、溶質収集機構１３を引き続き動作させ続けることが好ましい。これにより、インクジェット式記録装置１１の記録動作終了直後に吸収部材４２０からインクの溶質が取り除かれるので、その後長期間にわたって記録動作が実行されなかった場合でも、吸収部材４２０内に溶質成分が蓄積されることがない。

こうして、溶質を電極４４０側に移動させることにより、吸収部材４２０表面付近の溶質が減少する。これにより、インク中の揮発性成分が蒸発しても、吸収部材４２０の表面に不揮発性成分である溶質が蓄積されることがなくなる。また、吸収部材４２０の下端では、強力な吸収力を有する廃液吸収材６００により溶質は媒質ごと吸収される。従って、吸収部材４２０の下端に溶質が蓄積されることもない。なお、廃液吸収材６００としては、パルプ、化学繊維の圧縮体、または、それに高分子吸収材を混入させたものを好適に用いることができる。

図４は、溶質収集機構１３の他の実施形態とその動作を説明する図である。同図において、他の図面と共通の構成要素には同じ参照符号を付して重複する説明を省いている。同図に示すように、この溶質収集機構１３においても、電位差発生手段７００の一端は、電極４４０に接続されている。これに対して、電位差発生手段７００の他端に接続された電極４３１は、プラテン４００の陥没部４１０内で、吸収部材４２０自体に埋設されている点にその構成上の特徴がある。

この実施形態において、その余の構造は、図３に示した実施形態と共通している。このような構造により、この溶質収集機構１３でも、電位差発生手段７００の出力する電位差Ｖにより、吸収部材４２０の略上面と下端の間に電界Ｅが生じている。従って、吸収部材４２０に吸収されたインクにおいて、インク中の溶質を電極４４０側に移動させることができ、吸収部材４２０表面付近の溶質を減少させることができる。

図５は、溶質収集機構１３の更に他の実施形態とその動作を説明する図である。同図において、他の図面と共通の構成要素には同じ参照符号を付して重複する説明を省いている。同図に示すように、この溶質収集機構１３においても、電位差発生手段７００の一端は電極４４０に接続されている。これに対して、電位差発生手段７００の他端が接続される電極４３２は、プラテン４００の陥没部４１０の底に敷設された導電体により形成されている。換言すれば、吸収部材４２０のノズルプレート２６０に対向した面の裏面に電極４３２が配置されていることになる。

ここで、電極４３２は、プラテン４００の陥没部４１０の底部を略全面にわたって覆っており、略同形状の吸収部材４２０がその上に重ねて収容されている。このように吸収部材４２０の下面全体が電極４３２に触れているので、吸収部材４２０と電極４３２とが広い面積で電気的に接続されている。従って、仮に吸収部材４２０の内部構造に電気的に不連続な部分があったとしても、吸収部材４２０全体が電極４３２と略等しい均一な電位となる。一方、吸収部材４２０の、プラテン４００の底部から下方に延在する部分では、電極４３２から遠ざかるにつれて吸収部材４２０の電気抵抗の影響が大きくなる。従って、電位差Ｖによる電界Ｅが、吸収部材４２０の下垂部分内に形成される。

上記のように、この実施形態では独特の電界Ｅが形成されるが、吸収部材４２０の表面と吸収部材４２０の下端との間に電位差Ｖがあり、そこに電界Ｅが形成されていることに変わりはない。従って、吸収部材４２０に吸収されたインクにおいて、インク中の溶質を電極４４０側に移動させることができ、吸収部材４２０表面付近の溶質を減少させることができる。

なお、図３、図４および図５に示した各実施形態において、各電極４３０、４３１、４３２、４４０の材料としては、インクジェット式記録装置１１のインクに対して耐蝕性のある金属、例えば金、ステンレスまたはニッケル等、あるいは、銅等にこれらの金属をメッキしたものを例示することができる。また、電極４３０、４３１、４３２、４４０に用いる部材としては、これらの材料で形成された直径０．１ｍｍから０．５ｍｍ程度の線材あるいは板材を、０．５ｍｍから４ｍｍ程度の間隔で平行に並べたものあるいは格子状に組み合わせたものを使用できる。更に、電極４３０、４３１として用いる部材は、飛来したインクを吸収部材４２０の下部へと通過させるために十分な大きさの通過領域を有していることが好ましい。また、吸収部材４２０としては、ポリエチレン、ポリウレタン等の樹脂を発泡させたものが例示できるがこれらに限定されるものではない。

以上詳細に説明したように、このインクジェット式記録装置１１は、その吸収部材４２０内のインクに含まれる溶質を、電界を利用して廃液吸収材６００側に移動させる機能を有する。従って、吸収部材４２０の表面に溶質が蓄積されることがなく、被記録物３００への記録に寄与しなかった不要なインクを円滑に吸収、廃棄することができる。

なお、本発明の実施形態となり得る液体噴射装置の具体例として、液晶ディスプレイ用カラーフィルタの製造における色材噴射装置、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の製造における電極形成装置またはバイオチップ製造に使用する試料噴射ヘッド等をあげられるが、これらに限定されるわけではない。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加え得ることは当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

インクジェット式記録装置１１の全体を概観する斜視図。内部機構１２近傍を抜き出して示す斜視図。溶質収集機構１３の実施形態を示す図。溶質収集機構１３の他の実施形態を示す図。溶質収集機構１３の更に他の実施形態を示す図。

符号の説明

１０ホッパー、１１インクジェット式記録装置、１２内部機構、１３溶質収集機構、２０下ケース、２２上ケース、３０排出トレー、１００フレーム、１１０、１１１側面部、１２０電子回路、２００キャリッジ、２１０記録ヘッド、２２０ガイド軸、２３０タイミングベルト、２４２、２４４プーリ、２４６キャリッジモータ、２５０インクカートリッジ、２６０ノズルプレート、２６２開口、２６４インク、２６６、２６８液滴、２７０多芯ケーブル、３００被記録物、３１０搬送ローラ、３２０搬送モータ、４００プラテン、４１０陥没部、４２０吸収部材、４３０、４３１、４３２、４４０電極、５００キャップ部材、５１０ポンプユニット、５２０ワイピング手段、６００廃液吸収材、７００電位差発生手段

Claims

ノズルプレートの開口から被記録物へ液体を吐出する液体噴射ヘッドと、
液体が吐出される方向について前記ノズルプレートに対向して配され、前記被記録物を支持する支持部材と、
前記方向について前記ノズルプレートに対向して配され、前記支持部材に収容される収容部と、前記支持部材に形成された孔を介して前記収容部と一体的に形成され、前記支持部材の外に向かって延在する延在部とを有し、前記被記録物へ着弾しなかった液体を吸収する吸収部材と、
前記吸収部材よりも高い毛細管力を有し、前記延在部の前記孔における断面積よりも広い面積で、前記延在部と接触することにより前記吸収部材に吸収された液体を保持する廃液吸収材と、
前記吸収部材における前記ノズルプレートに対向する面と、前記延在部の前記廃液吸収材と接触する部分との間に電位差を発生させて、液体中の溶質を電気泳動により前記廃液吸収材の側へ引き付ける電位差発生手段と、
を備える液体噴射装置。
前記電位差発生手段の一端と電気的に接続された一端側電極を更に備え、
前記一端側電極は、前記延在部の先端部を前記廃液吸収材に当接させて保持する請求項１に記載の液体噴射装置。