特開 2022-61890 インク吐出ヘッドのメンテナンス方法及びメンテナンス装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022061890

(43)【公開日】2022-04-19

(54)【発明の名称】インク吐出ヘッドのメンテナンス方法及びメンテナンス装置

(51)【国際特許分類】

   B41J 2/165 20060101AFI20220412BHJP

【ＦＩ】

B41J2/165 201

B41J2/165 211

B41J2/165 307

B41J2/165 207

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020170133

(22)【出願日】2020-10-07

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２８年度、国立研究法人科学技術振興機構、研究成果展開事業 共創の場形成支援（産学共創プラットフォーム共同研究推進プログラム）、「有機材料の極限機能創出と社会システム化をする基盤技術の構築及びソフトマターロボティクスへの展開に関する国立大学法人山形大学による研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】304036754

【氏名又は名称】国立大学法人山形大学

(74)【代理人】

【識別番号】110000383

【氏名又は名称】特許業務法人エビス国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】増市 幹雄

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 信行

(72)【発明者】

【氏名】時任 静士

【テーマコード（参考）】

2C056

【Ｆターム（参考）】

2C056EA14

2C056EC54

2C056JA13

2C056JB05

2C056JB15

2C056JC23

2C056KD10

(57)【要約】

【課題】ノズル面を傷付けることなく、インク飛翔への悪影響を無くして、ノズルの目詰まりや付着物を除去するメンテナンスを行う。
【解決手段】インク吐出ヘッドのメンテナンス方法は、洗浄槽内に注入した洗浄液に、インク吐出ヘッドのノズル面を浸漬する浸漬工程と、洗浄槽の洗浄液を排水して、洗浄槽内を吸引することで、ノズル面に付着した洗浄液を吸引除去すると共に、インク吐出ヘッドにおけるノズルの詰まり抜きを行う吸引工程と、ノズル面に吸液シートを接触させることで、ノズル面の残留液を吸液除去する吸液工程とを有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

洗浄槽内に注入した洗浄液に、インク吐出ヘッドのノズル面を浸漬する浸漬工程と、
前記洗浄槽の洗浄液を排水して、前記洗浄槽内を吸引することで、前記ノズル面に付着した洗浄液を吸引除去すると共に、前記インク吐出ヘッドにおけるノズルの詰まり抜きを行う吸引工程と、
前記ノズル面に吸液シートを接触させることで、前記ノズル面の残留液を吸液除去する吸液工程とを有することを特徴とするインク吐出ヘッドのメンテナンス方法。

【請求項2】

前記浸漬工程は、前記洗浄槽内に注入した洗浄液を前記ノズル面に掛け流しすることで行うことを特徴とする請求項１に記載されたインク吐出ヘッドのメンテナンス方法。

【請求項3】

前記吸液工程の後、
前記ノズル面を前記洗浄槽上に位置させ、前記インク吐出ヘッドによるインクの試し打ちを行うことを特徴とする請求項１又は２に記載されたインク吐出ヘッドのメンテナンス方法。

【請求項4】

インク吐出ヘッドのメンテナンス装置であって、
インク吐出ヘッドのノズル面を浸漬する洗浄液が注入される洗浄槽を備え、
前記洗浄槽には、槽内に洗浄液を注入する洗浄液注入流路と、槽内の洗浄液を排水すると共に槽内を吸引する排水・吸引流路が接続されていることを特徴とするインク吐出ヘッドのメンテナンス装置。

【請求項5】

前記洗浄槽は、洗浄液が注入される内槽と前記ノズル面に掛け流された洗浄液を受ける外槽の二槽構造になっていることを特徴とする請求項４に記載されたインク吐出ヘッドのメンテナンス装置。

【請求項6】

前記排水・吸引流路は、エジェクタを介して気液分離ボックスに接続されていることを特徴とする請求項４又は５に記載されたインク吐出ヘッドのメンテナンス装置。

【請求項7】

前記ノズル面の残留液を吸液除去する吸液シートを支持する吸液シートユニットを更に備えることを特徴とする請求項４～６のいずれか１項に記載されたインク吐出ヘッドのメンテナンス装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、インクジェットプリンタやディスペンサ装置におけるインク吐出ヘッドのメンテナンス方法及びメンテナンス装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

インクジェット装置やディスペンサ装置などの液材吐出装置は、印刷、塗装、液材の塗布・注入など、各種の分野で利用されている。特に近年、印刷型エレクトロニクス（Printed electronics）と呼ばれる分野では、液材として導電性インクを用いて回路パターンを形成する際に、インクジェット装置が用いられている。このような吐出装置は、用途に応じて、圧電方式、サーマル方式、エアパルス方式、波動方式など様々な駆動方式で液材（インク）を吐出するインク吐出ヘッドを備えている。

【0003】

また、前述した印刷型エレクトロニクスの分野では、インクを吐出させる対象のワークが３次元的な曲面を有することを想定して、全方位にインクを吐出させる技術（全方位インクジェット（ＯＩＪ）印刷技術など）が研究されている。このような技術では、インク吐出ヘッドの向きを３６０°変化させることができるように、インク吐出ヘッドを多軸多関節ロボットに保持させ、多軸多関節ロボットがインク吐出ヘッドの高さ、水平面内位置、角度をそれぞれ独立して制御している（下記特許文献１参照）。

【0004】

インク吐出ヘッドは、液材であるインクをノズルから各種方式で吐出させることから、ノズルの目詰まりが問題になる。一般には、これを解消するために、クリーニング機構が採用されている。従来のクリーニング機構は、インク吐出ヘッドのノズル周辺に付着した汚れを掻き落とすためのワイパーと、ノズル内の気泡や高粘度のインクをノズル側より吸い出すための機構、或いは供給側からインクを押し出す機構などの組み合わせが採用されている（下記特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第６４８２９１４号公報

【特許文献2】特開平３－９９８５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

従来のクリーニング機構は、導電性インクのように、インクが金属などの粒子を含んでいる場合、インク吐出ヘッドのノズル面に付いた粒子がワイパーの動作によって、ノズル面を擦ることになり、インク吐出ヘッドのノズル面が傷ついてしまう問題がある。そして、ノズル面に傷が付くと、その傷による毛管現象によって、インクの液滴が真っ直ぐ飛翔しない現象が確認されている。

【0007】

また、傷が生じないように、ノズル面に対するワイパーの接触圧を小さくすると、ワイパーの動作をだけではインクに含まれる粒子が除去しきれない場合がある。ノズル面やノズル出口付近にパーティクルや粒子が残存すると、これによってインクの飛翔不可や飛翔方向のばらつきなどの不具合が生じる可能性があった。

【0008】

本発明は、このような問題に対処することを課題としている。すなわち、ノズル面を傷付けることなく、インク飛翔への悪影響を無くして、ノズルの目詰まりや付着物を除去するメンテナンスを行うこと、などが本発明の課題である。

【課題を解決するための手段】

【0009】

このような課題を解決するために、本発明は、以下の構成を具備するものである。

【0010】

洗浄槽内に注入した洗浄液に、インク吐出ヘッドのノズル面を浸漬する浸漬工程と、前記洗浄槽の洗浄液を排水して、前記洗浄槽内を吸引することで、前記ノズル面に付着した洗浄液を吸引除去すると共に、前記インク吐出ヘッドにおけるノズルの詰まり抜きを行う吸引工程と、前記ノズル面に吸液シートを接触させることで、前記ノズル面の残留液を吸液除去する吸液工程とを有することを特徴とするインク吐出ヘッドのメンテナンス方法。

【0011】

インク吐出ヘッドのメンテナンス装置であって、インク吐出ヘッドのノズル面を浸漬する洗浄液が注入される洗浄槽を備え、前記洗浄槽には、槽内に洗浄液を注入する洗浄液注入流路と、槽内の洗浄液を排水すると共に槽内を吸引する排水・吸引流路が接続されていることを特徴とするインク吐出ヘッドのメンテナンス装置。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】インク吐出ヘッドのメンテナンス方法を示す説明図。

【図2】インク吐出ヘッドのメンテナンス装置を示す説明図。

【図3】浸漬工程（（ａ）参照）と吸引工程（（ｂ）参照）を説明する説明図。

【図4】吸液シートユニット及び吸液工程を示す説明図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明で、異なる図における同一符号は同一機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。

【0014】

図１に示すように、本発明の実施形態に係るインク吐出ヘッドのメンテナンス方法は、浸漬工程Ｓ１、吸引工程Ｓ２、吸液工程Ｓ３、試し打ち工程Ｓ４を有している。これらの工程において、浸漬工程Ｓ１と吸引工程Ｓ２を除く工程は必要に応じて省くことができる。

【0015】

前述した各工程を有するインク吐出ヘッドのメンテナンスは、インクジェット装置やディスペンサ装置がインク吐出ヘッドからインクを吐出させて一連の印刷動作を行う前に適宜行われるが、例えば、一連の印刷動作を実行した後で次の印刷動作を開始する前などにも行われる。ここでのメンテナンスは、インク吐出ヘッドのノズル面を対象にして行われ、ノズル面の付着物やノズルの詰まりを除去して、ノズルから吐出されるインクの飛翔状態を正常な状態に戻す。前述したように、全方位インクジェット印刷を行う際には、各方位で重力によるインクの飛翔状態が異なることから、これを補正するための補正工程が一連の印刷動作の前に行われるが、ここでのメンテナンスは、この補正工程の前段に行うことで、補正による効果を高めることができ、安定且つ正確なインクの飛翔状態を継続させることができる。

【0016】

図２を参照しながら、前述のメンテナンス方法を実行するための装置構成を説明する。全方位インクジェット印刷を行う場合を例にして説明すると、インク吐出ヘッドＨは、図示省略した多軸多関節ロボットのアーム先端に支持されて、任意の位置及び方向に移動可能になっており、メンテナンス時においても、多軸多関節ロボットに支持された状態で、インク吐出ヘッドＨのノズル面Ｈａに対する各工程の処理が行われる。

【0017】

メンテナンス方法を実行するための装置としては、洗浄槽１０と吸液シートユニット２０が支持面Ｆ上に配備されている。洗浄槽１０は、その上がメンテナンス時のインク吐出ヘッドＨの待機位置になっており、洗浄液が注入される内槽１１と、ノズル面Ｈａに掛け流され内槽１１から溢れた洗浄液を受ける外槽１２とからなる二槽構造になっている。吸液シートユニット２０は、ノズル面Ｈａに吸液シートＴを接触させるための機構を備えている。

【0018】

また、メンテナンス方法を実行するための装置としては、洗浄液供給部３０と気液分離ボックス４０を備えている。洗浄液供給部３０は、洗浄液が貯留される洗浄液タンク３１を備えている。洗浄液タンク３１は、流路（配管）ａと流路ｂを経由して洗浄槽１０の内槽１１に繋がっている。また、洗浄槽１０の内槽１１は、流路ｂと流路ｃと流路ｄを経由して気液分離ボックス４０に繋がっている。洗浄槽１０の外槽１２は、流路ｅを経由して気液分離ボックス４０に繋がっている。そして、流路ｃと流路ｄの間にエジェクタ５０が配備されている。

【0019】

前述した各流路は、流路ｃのバルブＶ３を閉じて、流路ａのバルブＶ１と流路ｂのバルブＶ２を開放することで、洗浄液タンク３１から洗浄槽１０の内槽１１に至る洗浄液注入流路が形成され、この洗浄液注入流路が内槽１１に接続されている。また、流路ａのバルブＶ１を閉じて、流路ｂのバルブＶ２と流路ｃバルブＶ３を開放することで、洗浄槽１０の内槽１１から気液分離ボックス４０に至る排水・吸引流路が形成され、この排水・吸引流路の一方が内槽１１に接続されている。流路ｅは、洗浄槽１０の外槽１２に溢れた洗浄液を例えば気液分離ボックス４０に排水する排水流路になっている。

【0020】

エジェクタ５０は、前述した排水・吸引流路における排水の流通を積極的に行うと共に、排水・吸引流路における吸引を行って、洗浄槽１０の内槽１１内を負圧に吸引する。エジェクタ５０によって排水又は吸引された内槽１１内の洗浄液と空気は、気液分離ボックス４０内で分離されて、洗浄液はボックス内に落ちて適宜ドレイン口から排水される。空気は、気液分離ボックス４０内で分離されて、適宜排気口から排気される。

【0021】

前述した各工程を具体的に説明する。浸漬工程Ｓ１では、バルブＶ１とバルブＶ２を開放して、バルブＶ３を閉じることで、洗浄液注入流路を形成し、洗浄液供給部３０を作動（加圧）することで、洗浄液タンク３１内の洗浄液を洗浄槽１０の内槽１１に充填注入する。そして、インク吐出ヘッドＨを洗浄槽１０上の待機位置に移動して、図３（ａ）に示すように、注入した洗浄液にインク吐出ヘッドＨのノズル面Ｈａを浸漬する。この浸漬状態は、ノズル面Ｈａの付着物が膨潤又は溶解するのに適する時間継続される。その間、洗浄液の内槽１１への注入は継続され、内槽１１内の洗浄液は、ノズル面Ｈａに掛け流されて、外槽１２に溢れ出る。外槽１２に溢れ出た洗浄液は、随時、流路ｅを通って気液分離ボックス４０などに排水される。

【0022】

吸引工程Ｓ２は、バルブＶ２とバルブＶ３を開放し、バルブＶ１を閉じることで、排水・吸引流路を形成し、エジェクタ５０を作動させることで、洗浄槽１０の内槽１１内の洗浄液を排水し、図３（ｂ）に示すように、内槽１１の上端に設けたシール材１３にインク吐出ヘッドＨの前面を接触させ、洗浄槽１０の内槽１１内を吸引して負圧状態にする。これによって、ノズル面Ｈａに付着した洗浄液や洗浄液で溶かされたものが吸引除去され、インク吐出ヘッドＨにおけるノズルの詰まり抜きが行われる。

【0023】

印刷動作前のメンテナンスでは、前述した吸引工程Ｓ２の後に後述する吸液工程Ｓ３が行われるが、一連の印刷動作が行われた後の待機時には、前述した浸漬工程Ｓ１と吸引工程Ｓ２を行った後に、再度内槽１１内を洗浄液で満たして、インク吐出ヘッドＨの前面を内槽１１の上端に設けたシール材１３に接触させた状態で待機させる。この際、シール材１３上にヘッドＨの前面を接触させることで、内槽１１をヘッドＨで塞ぎ、内槽１１内を密封状態にすることができ、内槽１１内に溜められた洗浄液の揮発を抑制することができる。

【0024】

吸液工程Ｓ３は、インク吐出ヘッドＨを吸液シートユニット２０上に移動させ、ノズル面Ｈａに吸液シートＴを接触させることで、ノズル面Ｈａの残留液を吸液除去する。この際、吸液シートＴがノズル面Ｈａの表面を擦らないことが求められる。

【0025】

図４は、吸液シートユニット２０の一構成例を示している。吸液シートユニット２０は、図４に示すように、支持枠２１上に両端がロール上に巻かれた吸液シートＴが支持されている。吸液シートＴは、未使用のロールＴ’から使用済みのロールＴ”の間でノズル面Ｈａの下に弛んだ状態又はテンションがかかった状態で引き出されており、接触ロール２２によって、吸液シートＴの一部がノズル面Ｈａに線状に接触している。接触ロール２２が、支持枠２１に対して図示矢印方向に移動することで、吸液シートＴとノズル面Ｈａとの接触位置が移動して、ノズル面Ｈａの全面が吸液シートＴと接触することになる。この際、ノズル面Ｈａと吸液シートＴは相対的に移動しないので、ノズル面Ｈａが吸液シートＴで擦られることはない。

【0026】

ノズル面Ｈａの全面が吸液シートＴに接触した１回の吸液工程毎に、使用済みの吸液シートＴは、使用済みロールＴ”に巻き取られ、未使用ロールＴ’から未使用の吸液シートＴがノズル面Ｈａの下に送り出される。この際には、ノズル面Ｈａは、吸液シートＴから離れている。

【0027】

試し打ち工程Ｓ４は、インク吐出ヘッドＨのノズル面Ｈａを洗浄槽１０上の待機位置に移動させ、インク吐出ヘッドＨによるインクの試し打ちを行う。洗浄槽１０上で試し打ちを行うことで、ノズルから吐出したインクを洗浄槽１０内に収めることができ、インク飛散による周囲の汚染を防ぐことができる。また、試し打ち用のターゲットを別途用意して、そのターゲットに向けて試し打ちを行うようにしても良い。

【0028】

試し打ち工程Ｓ４では、インクの飛翔確認を行うことが望ましい。インクの飛翔確認は、ノズルから吐出されるインクの飛翔状態をカメラ撮影（例えば、動画撮影）し、飛翔状態が正常であるか否かの確認を行う。この際使用するカメラは、一例としては、インク吐出ヘッドの動作制御を行うために、ヘッドに搭載しているカメラを使用することができるが、これに限らず、外部に固定されたカメラなどを使用しても良い。この飛翔状態が正常でないと確認された場合には、前述した工程Ｓ１～Ｓ４を繰り返して再度メンテナンスを実行し、飛翔状態が正常であると確認された場合には、メンテナンスを終了し、次の印刷動作に備える準備（軌道補正工程など）を行う。

【0029】

以上説明したように、本発明の実施形態に係るインク吐出ヘッドのメンテナンス方法及びメンテナンス装置によると、インク吐出ヘッドのノズル面を傷付けることなく、インク飛翔への悪影響を無くして、ノズルの目詰まりや付着物を除去することができる。

【0030】

特に、全方位インクジェット印刷を行う際には、各方位で重力によるインクの飛翔状態が異なることから、これを補正するための補正工程が印刷動作前に行われることになるが、本発明の実施形態に係るメンテナンス方法は、この補正工程の前段に行うことで、補正による効果を高めることができ、安定且つ正確なインクの飛翔状態を継続させることができる。

【0031】

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。

【符号の説明】

【0032】

１０：洗浄槽，１１：内槽，１２：外槽，１３：シール材，
２０：吸液シートユニット，２１：支持枠，２２：接触ロール，
３０：洗浄液供給部，３１：洗浄液タンク，
４０：気液分離ボックス，５０：エジェクタ，
Ｈ：インク吐出ヘッド，Ｈａ：ノズル面，Ｔ：吸液シート，ａ～ｅ：流路，
Ｖ１～Ｖ３：バルブ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】