喷墨头的清洁装置、清洁方法以及打印装置与流程

本发明涉及喷墨头的清洁装置、清洁方法以及使用喷墨头的打印(印字)装置。

背景技术：

喷墨头的喷嘴板具有喷出墨水的喷嘴孔。在这样的喷墨头中，多数情况下喷嘴板的表面具有憎墨性，使得在从喷嘴孔喷出墨水时多余的墨水不会残留在喷嘴孔的周边。在图1(a)和图1(b)示出喷墨头的结构。

喷墨头具有喷出液滴的多个喷嘴100、与喷嘴连通的压力室110、将与不同的喷嘴对应的压力室隔开的隔板111、构成压力室的一部分的隔膜112、使隔膜振动的压电元件130、支承隔板的压电构件140、以及对压电元件130施加电压的公共电极(未图示)。此外，具有未图示的液体的导入口。

此外，在使液体循环的种类的喷墨头中，具有未图示的液体注入口和排出口，一边使墨水流动一边使墨水喷出。压电元件130和支承隔板的压电构件140通过划片(dicing)从一个压电构件分离。喷墨头具有的喷嘴100的直径为20μm～50μm，并以100μm～500μm的间隔排列有100孔～300孔。

像这样构成的喷墨头像以下那样动作。若在压电元件130的背面侧的公共电极(未图示)与压电元件130之间施加电压，则压电元件130从图1(a)的状态变形为图1(b)的状态。若压电元件130发生变形(压电元件130的下部变形)，则压力室110的容积减小，能够对液体施加压力。该压力使液滴150喷出。

作为喷墨头的结构，也可以是使用了薄膜的压电元件的结构。图2(a)、图2(b)是示出薄膜型喷墨头的结构的图。在图2(a)中，用于喷出液体的喷嘴200、与喷嘴连通的压力室210、以及向压力室供给液体的公共压力室230相连。在构成压力室的一部分的隔膜212的上部构成有薄膜压电元件220。像这样构成的喷墨头像以下那样动作。若对薄膜压电元件220施加电压，则薄膜压电元件220从图2(a)的状态变形为图2(b)的状态。若薄膜压电元件220发生变形，则压力室210的容积减小，能够对液体传递压力。通过该压力使液滴150喷出。

对于这样的喷墨头，存在如下技术，即，通过吸引喷嘴对附着于喷嘴板上的喷嘴孔附近的墨水等进行吸引清洁。

例如，在图3示出了现有技术的墨水吸引喷嘴。示出了如下内容，即，使与负压生成单元3连通的局部吸引单元4与配置有喷嘴2的头主体1接触的同时进行滑动来进行吸引清洁(专利文献1)。通过局部吸引单元4的吸引用开口5对喷嘴2进行清洁。局部吸引单元4能够通过吸引用开口移动单元6来进行移动。局部吸引单元4能够由压力变动单元8来控制吸引力。

此外，提出了如下方案，即，使局部吸引单元4不与喷嘴2接触而保持间隙地进行移动来进行吸引清洁(专利文献2)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平5-200128号公报

专利文献2：日本特开2009-137210号公报

但是，在专利文献1所示的方法中，由于喷嘴与吸引单元接触，因此在喷嘴产生划痕的可能性很高，不能进行稳定的喷出。

在专利文献2所示的方法中，由于不与喷嘴接触，所以存在板表面的墨水并未充分去除的情况。相反，会因过度吸引而致使吸引喷嘴内部的墨水的一部分。结果，墨水的喷出变得不稳定。

技术实现要素：

发明要解决的课题

因此，本申请的课题在于，提供一种可靠地除去喷嘴板表面的墨水并稳定地喷出墨水的喷墨头的清洁装置、清洁方法以及打印装置。

用于解决课题的技术方案

为了解决上述的课题，本发明使用的喷墨头的清洁装置具有：吸引部，具有吸引墨水的吸引口；以及支承部，与喷墨头的喷嘴板接触，上述喷嘴板对上述墨水的接触角α、上述支承部对上述墨水的接触角β、以及上述吸引部对上述墨水的接触角γ的关系为接触角α＞接触角β＞接触角γ。

此外，使用具备上述喷墨头的清洁装置和上述喷墨装置的打印装置。

进而，在本发明使用的喷墨头的清洁方法中，使上述喷墨头的清洁装置与喷墨头的喷嘴板接触，并使上述清洁装置与上述喷嘴板相对移动，从而对上述喷嘴板进行清洁。

发明效果

根据本发明的喷墨头的清洁装置、喷墨头的清洁方法、以及具备喷墨头的清洁装置的打印装置，能够不在喷嘴板上残留墨水地进行吸引，能够实现打印品质优异的打印。

附图说明

图1(a)是示出以往的体型(bulk-type)喷墨头的结构的图，图1(b)是示出在图1(a)的薄膜型喷墨头中对压电元件施加了电压时的头的状态。

图2(a)是示出以往的薄膜型喷墨头的结构的图，图2(b)是示出在图2(a)的薄膜型喷墨头中对压电元件施加了电压时的头的状态。

图3是示出通过以往的方法来吸引喷嘴板上的墨水的情况的图。

图4(a)～图4(e)是示出实施方式中的墨水吸引的流程的图。

图5(a)～图5(f)是由于构成构件的浸润性不同而示出墨水液滴的吸引状态的不同的实施方式中的喷墨头清洁装置的剖视图。

图6(a)是实施例中的喷墨头的清洁装置的示意图，图6(b)是比较例1～3中的喷墨头的清洁装置的示意图，图6(c)是示出在比较例1～3中墨水液滴溢出到清洁装置外的情况的示意图。

图7(a)～图7(b)是示出基于实施例中的喷墨头的清洁的喷出的特性的图。

图8(a)～图8(b)是示出实施方式1中的清洁过程的立体图，图8(c)～图8(d)是示出实施方式1中的清洁过程的剖视图。

图9是示出实施方式1中的清洁过程的最终阶段的图。

图10是示出实施方式2中的清洁装置的立体图。

符号说明

1头主体

2喷嘴

3负压生成单元

4局部吸引单元

5吸引用开口

6吸引用开口移动单元

8压力变动单元

9喷嘴板

11喷墨头

19喷嘴

20直径

61清洁装置

71平面部

72吸引口

73支承部

75空气供给孔

80墨水液滴

100喷嘴

110压力室

111隔板

112隔膜

130压电元件

140压电构件

150液滴

200喷嘴

210压力室

212隔膜

220薄膜压电元件

402墨水液滴

403清洁装置

404喷嘴板

410墨水

502支承部

503吸引部

601第一吸引口

602第二吸引口

603引导部

604框体部。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

(实施方式1)

对实施方式的喷墨头的清洁装置、喷墨头的清洁方法、以及具备喷墨头的清洁装置的打印装置进行说明。实施方式的喷墨头的结构与图1所示的体型压电的头结构相同。

<使用清洁装置的墨水液滴吸引流程>

图4(a)～图4(e)是示出使用清洁装置403对附着在实施方式1中的喷嘴板404上的墨水液滴402进行吸引的流程的图。喷嘴板404是喷墨装置中的表面露出有喷嘴的部分。若从喷嘴板404长时间喷出墨水，则会在喷嘴板404的表面出现墨水液滴402(图4(b))。

在某个定时开始进行喷嘴板404的清洁。首先，喷墨头的清洁装置403移动到喷嘴板端部a的正下方。此后，清洁装置403上升，清洁装置403的喷嘴支承部(未图示)与喷嘴板接触并停止(图4(c))。

在该状态下，与清洁装置403连通的真空泵(未图示)进行工作，一边以给定的吸引流量进行吸引，一边以恒定的移动速度在喷嘴板上进行扫掠。此时，清洁装置403一直移动到通过与开始进行扫掠的喷嘴板端部a相反一侧的喷嘴板的端部b为止(图4(d))。在通过喷嘴板端部b之后，清洁装置403下降，墨水液滴402的吸引动作结束(图4(e))。

在该一系列的动作中，若清洁装置403未通过喷嘴板端部b而在喷嘴板的中途结束扫掠动作并且清洁装置403下降，则喷嘴板上的墨水液滴402还是会残留一点。大小比清洁装置403的第一吸引口小的墨水液滴不会被吸引而残留。

因此，可以说，在吸引墨水液滴时，期望使清洁装置移动至通过喷嘴板端部为止。

另外，只要使清洁装置403和喷嘴板404相对移动即可。

<清洁装置的构成构件>

图5(a)～图5(f)是用清洁装置403对喷嘴板404进行清扫时的剖视图。通过位于清洁装置403的上部的吸引部503对喷嘴板404进行清扫。各图示出墨水液滴402的吸引状态的不同。

图5(a)～图5(c)是清洁前的图，图5(d)～图5(f)是清洁后的图。

将喷嘴板404、支承部502、吸引部503相对于墨水液滴402的接触角分别设为接触角α、接触角β、接触角γ。吸引部503具有对墨水液滴402进行吸引的第一吸引口601。

另外，在该例子中，是芳香族类的高分子溶液墨水。喷嘴板404在表面涂敷有硅类的憎水膜，是该涂层的接触角。以下，第一模式、第二模式是比较例，第三模式是实施例。

关于接触角的测定，使用kruss公司制造的dsa100来进行了测定。

此外，因为支承部502与喷嘴板404接触并进行扫掠，所以期望支承部502的硬度比喷嘴板404软。若硬度过硬，则会损伤喷嘴板404的表面。

<第一模式>

图5(a)是接触角α＞＞接触角β＝接触角γ的状态。具体地，接触角α＝66°，接触角β＝接触角γ＝26°。接触角α的范围为60～70°。接触角β和接触角γ的范围为15～30°，优选为20～30°。

该状态是清洁装置403的各构件相对于墨水液滴402非常浸润的状态，是附着在浸润性低的喷嘴板404上的墨水液滴402容易向吸引部503侧移动的状态。

但是，因为非常容易浸润，所以是微量的墨水液滴402通过毛细管现象而容易渐渐浸入到支承部502与喷嘴板404之间的状态，容易残留在喷嘴板404上(图5(d))。

<第二模式>

图5(b)示出接触角α≥接触角β＝接触角γ的状态。具体地，接触角α＝66°，接触角β＝接触角γ＝42°。接触角α的范围为60～70°。接触角β和接触角γ的范围为35～55°，优选为40～50°。该状态是清洁装置403的各构件相对于墨水液滴402而言不太浸润的状态，是附着在喷嘴板404上的墨水液滴402不易向吸引部503侧移动的状态。

结果，墨水液滴402残留在喷嘴板404上的情况很多(图5(e))。

<第三模式>

在图5(c)示出接触角α＞接触角β＞接触角γ的状态。具体地，接触角α＝66°，接触角β＝42°，接触角γ＝26°。接触角α为60～70°。接触角β为35～55°，优选为40～50°。接触角γ为15～30。，优选为20～30°。该状态是如下状态，即，因为吸引部503的墨水浸润性高，浸润性低的喷嘴板404上的墨水液滴402容易向吸引部503移动。但是，支承部502的墨水的浸润性不太高，所以墨水液滴402不易扩展到支承部502。因此，墨水液滴402被有效地吸引，成为在喷嘴板404上不易残留墨水液滴402的状态(图5(f))。

<第一吸引口601>

在此，第一吸引口601配置为狭缝形状，其宽度为大约0.5mm。若狭缝宽度大至1.0mm左右，则会不能吸净墨水液滴402而致使墨水液滴402残留在喷嘴板404上。若狭缝宽度小至0.2mm左右，则虽然没有墨水液滴402的残留，但是流路阻抗会增大，需要增加吸引流量。实验的结果可知，在狭缝宽度为0.25mm至0.75mm之间时，能够吸引得没有墨水液滴的残留。

<结果>

根据以上可知，关于构成清洁装置403的构件的浸润性，期望相对于喷嘴板404而言，支承部502的浸润性较高，且吸引部503的浸润性更高。另外，该浸润性的不同可以通过改变构件的种类来实现，即使是相同的构件，也可以通过表面处理等来实现。

(实施例)

在图6(a)示出实施例中的清洁装置403。

在清洁装置403中，凸状的吸引部503位于上部，在其上部具有支承部502。支承部502为线状，且具有两个。支承部502是与喷嘴板404接触的部分。为了使接触稳定化，需要至少两个支承部502。在吸引部503具有吸引墨水的第一吸引口601。在多个支承部502之间具有第一吸引口601。

在吸引部503的下部具有框体部604。框体部604位于吸引部503的前后，是平面台。上表面优选为平面，但也可以是倾斜、曲面、球面。

在框体部604，与支承部502连续地配置有引导部603。与支承部502同样地，需要至少两个引导部603。

此外，框体部604从外侧朝向内侧(朝向多个引导部603之间的内侧)缓慢地倾斜，在内侧部配置有第二吸引口602。

支承部502的材料使用聚四氟乙烯(ptfe)。吸引部503的材料使用聚醚醚酮(peek)。

另外，关于相对于墨水的接触角，ptfe为42°，peek为26°。喷嘴板404涂覆有硅类的憎水膜，比它们的接触角大。结果，相当于上述第三模式。关于以下的比较例，在表1中示出材质和是哪个模式。

与吸引部503相比，支承部502的高度高，其高度之差为0.05mm左右。框体部604与吸引部503的高度差为5mm左右。这是因为，从喷嘴孔渗出的墨水液滴的直径为大约2～3mm，因此设定为5mm左右，使得能够吸收该大小。因为从喷嘴渗出的墨水液滴的直径为2～3mm，所以框体部604与吸引部503的高度差也可以不是5mm，只要是3mm以上即可。

引导部603的材料为ptfe。引导部603是为了如下目的而配置的，即，对从吸引部503落到框体部604的墨水进行引导，使得不会洒露到清洁装置403外。

通过该结构，喷嘴板上的墨水中的未被第一吸引口601吸净而流落到框体部604的墨水也可有效地从第二吸引口602吸引。

<试验>

使用实施例、比较例的清洁装置进行了喷嘴板404上的墨水液滴的吸引试验、基于与喷嘴板的接触的耐久性试验、以及吸引了大量的墨水液滴时墨水液滴溢出到清洁装置外的墨水液滴的溢出试验。

以大约5l/分钟的吸引流量和10mm/秒的扫掠速度进行了吸引试验。来自喷嘴孔的墨水液滴的渗出量使直径为1mm左右的墨水液滴量从600孔的喷嘴渗出来进行。

基于与喷嘴板404的接触的耐久性试验，在扫掠了4万次以后对喷嘴板表面进行目视观察。

墨水液滴的溢出试验使从喷嘴孔渗出的墨水液滴量成为直径3～4mm左右，来进行了基于清洁装置扫掠的墨水液滴吸引。

<评价结果>

在实施例中，在墨水液滴的吸引试验中未确认到墨水液滴的残留。这是因为，是接触角的第三模式。

此外，在与喷嘴板404接触的耐久性试验中，在喷嘴板404表面未确认到划痕等物理损伤。这是因为支承部502的材质之故。进而，为了确认损伤，还进行了接触角的测定。在清洁装置的与喷嘴板404的接触部分和非接触部分中测定值并无不同，结果是没有损伤。

在墨水液滴的溢出试验中，未确认到墨水液滴的溢出。这是因为，吸引部503与框体部604的高度差较大。

以下，比较例1～3中的清洁装置的材质、尺寸、结构与实施例不同。在表1中示出材质、尺寸、试验结果。在图6(b)示出比较例1～3中的清洁装置。与实施例的清洁装置相比，框体部604与吸引部503的高度差较小，也未配置第二吸引口602。也没有引导部603。

(比较例1)

墨水液滴的吸引试验在喷嘴板上确认到了墨水液滴的残留。这是因为，对于ptfe而言，墨水液滴的浸润性低，未能将喷嘴板上的墨水液滴吸净。接触角为第二模式，不佳。

与喷嘴板404接触的耐久性试验在喷嘴板404的表面未确认到划痕等物理损伤。在表面的接触角的测定结果中，在清洁装置的喷嘴板接触部和非接触部中测定值并无不同，结果也是没有损伤。另外，ptfe的洛氏硬度按r级别为20，结果是比喷嘴板软。

在图6(c)示出墨水液滴的溢出试验的结果。可知，从吸引口未吸净的墨水410流出到清洁装置外。可推定，这是因为吸引部与墨水框体部的高度差较小的缘故。以下比较例2、3也是同样的。

(比较例2)

墨水液滴的吸引试验在喷嘴板上确认到了墨水液滴的残留。但是，与比较例1相比，是不易残留液滴的状态。但是，缺乏稳定性，容易产生液摘的残留。

与喷嘴板接触的耐久性试验在喷嘴板表面确认到了划痕。peek的洛氏硬度按r级别为120，结果比喷嘴板表面硬。

在墨水液滴的溢出试验中可知，从第一吸引口未吸净的墨水液滴流出到清洁装置外。可推定，这是因为吸引部与墨水框体部的高度差较小的缘故。

(比较例3)

墨水液滴的吸引试验未确认到墨水液滴的残留。

与喷嘴板接触的耐久性试验在喷嘴板表面未确认到划痕等物理损伤。关于接触角的测定结果，在清洁装置的喷嘴板接触部和非接触部中测定值也并无不同，结果是没有损伤。

在墨水液滴的溢出试验中可知，从第一吸引口未吸净的墨水液滴流出到清洁装置外。

[表1]

(结果)

根据上述的结果可知，需要第三模式的接触角的关系。进而可知，支承部502的材质是ptfe为宜，吸引部503的材质是peek为宜，吸引部503与框体部604的高度差期望为5mm左右。

此外，关于耐久性试验，确认了即使与喷嘴板的接触部为聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)，在喷嘴板表面也不会产生划痕。另外，pet的洛氏硬度(r级别)为56。

(实施例中的清洁装置的喷墨头的清洁性能的确认)

使用相同规格的头1、头2进行了以下试验。

在图7(a)示出使用实施例中的结构的清洁装置来进行喷墨头的清洁动作时的喷出喷嘴的有效喷嘴数的变化。可知，与清洁动作前的有效喷嘴数相比，清洁动作后的有效喷嘴数增加。可以认为，通过进行清洁动作，从而喷嘴孔内的墨水刷新(refresh)，消除了喷嘴堵塞等喷出不良，有效喷嘴数增加。另外，所谓有效喷嘴，是指没有喷嘴堵塞、飞行弯曲的正常的喷嘴。

在图7(b)中示出清洁动作后的、从喷墨头的喷嘴喷出的液滴到基材的落点位置的偏差的变化。若由于清洁动作而发生墨水液滴的吸引不良，致使在喷嘴板上残留有墨水液滴时，则落点位置有可能产生偏差，但是可知，并未观察到清洁动作所引起的落点位置偏差的变化。

(实施方式2)

在墨水填充的初始阶段时头主体1的气泡未被去除，或者在反复进行向对象物的印刷的期间会在喷嘴板9的表面产生附着物等。

此外，在长期不进行印刷的情况下，会产生不能喷出的喷嘴、喷出方向弯曲而发生印刷位置偏移的喷嘴。为了恢复这些不良喷嘴的喷出而实施清洁。

使用以下图对清洁过程进行详细说明。为了使不良喷嘴恢复，最开始除去积蓄在喷嘴表面、喷嘴内的气泡、干燥的墨水、墨水附着物等，从而使墨水的流动通畅。

<净化>

首先，如图8(a)所示，实施净化而从喷嘴19内排出墨水。图8(a)关于喷墨头11只示出了喷嘴19的面，图8(b)也一样。

作为净化的方法之一，存在如下的加压净化，即，将喷墨头11的内压设为正压而从喷嘴19排出墨水。

即使喷墨头11的内压有±几kpa的压力变动，由于墨水的表面张力，也不会产生来自喷嘴的滴液、泡沫，因此实施将压力+10kpa保持5秒钟的加压净化方法。

由此，墨水从喷墨头11的喷嘴19的孔排出，在每个喷嘴19的孔表面产生直径为2～3mm左右的墨水液滴80。

此外，作为另一种净化方法，存在吸引净化，即，用橡胶制的帽挡住喷嘴19的面，并对喷嘴19的面与帽之间的密闭空间进行真空吸引，从而从喷嘴19排出墨水。

若由吸引速度为10l/min的真空泵对帽内的密闭空间进行一秒钟的吸引，则能够将直径为2～3mm大的液滴排出到喷嘴19的面。

<清洁>

接下来，说明为了除去从喷嘴19排出的墨水液滴80而实施喷嘴19的面的清洁的过程。图8(a)～图8(d)示出清洁装置61沿着喷墨头11的喷嘴面从喷嘴面的左端移动到右端，对喷嘴面进行清洁的样子。

在图8(a)中，清洁装置61与喷墨头11的喷嘴面对置，从稍微离开的位置朝向喷嘴面上升。用清洁装置61的支承部73上表面与喷墨头11的喷嘴面接触。此时，在具有狭缝状的吸引口72的平面部71与喷嘴面之间确保了基于支承部73的高度的15μm的缝隙(gap)。

清洁装置61从图8(a)向图8(b)推进，若清洁装置61与附着于喷嘴19的面的墨水液滴80接触，则墨水液滴80由于毛细管现象而渐渐扩展至喷嘴19的面与清洁装置61的平面部71之间的缝隙。

图8(c)、图8(d)是从侧面观察附着于喷墨头11的墨水液滴80与清洁装置61接触的样子的图。若墨水液滴80在清洁装置61的斜面最初进行接触，则很快就由于毛细管现象而逐渐进入到喷墨头11与清洁装置61之间(图8(c))。由于在喷墨头11与清洁装置61的平面部71之间形成有固定间隔的缝隙，因此如图8(d)所示，墨水液滴80扩展而将缝隙内填满。

图9是示出从图8(d)进一步经过时间时的样子的图。因为15μm的缝隙与2～3mm大的液滴的大小相比极小，所以墨水会马上将缝隙内填满，并从吸引口72被吸入。

此时，因为清洁装置61的平面部71使用了憎液性比喷嘴19的面低的材料，所以墨水向清洁装置61侧移动，并沿着吸引口72被吸引、排出。

墨水液滴80由于表面张力而附着在喷嘴面，仅通过吸引力难以剥离墨水液滴80，墨水液滴80以破碎的状态被吸引。因此，即使吸引墨水液滴80，在吸引轨迹中也会产生直径为100μm以下的液滴残留。在本实施方式中，利用墨水的表面张力将附着在喷嘴19的面的墨水液滴80吸入至吸引口72，从而抑制产生墨水液滴80的残留。

清洁装置61一边除去喷嘴19的面的墨水液滴80，一边移动至图9所示的喷嘴面末端，并通过喷嘴面，至此一个喷墨头11的清洁结束。清洁装置61以10～100mm/s的扫描速度实施了清洁，在所有的情况下均未产生墨水残渣。通过如上所述的清洁过程，能够没有液滴残留地除去附着在喷墨头11的喷嘴面的墨水液滴80。

(实施方式3)

图10是示出本发明的实施方式3中的清洁装置的立体图。未记载的事项与实施方式1、2相同。与实施方式1、2不同，在清洁装置61的支承部73上表面设置有多个空气供给孔75。空气供给孔75可有效地导入压力空气，也可以是贯通孔。

若在使喷墨头11的喷嘴面与清洁装置61靠近的状态下，从吸引口72进行吸引，则从空气供给孔75的下方向上方向产生空气的流动。由于该空气的流动(静压)，在喷嘴19的面与支承部73上表面之间产生间隙。清洁装置61在保持该间隙的情况下沿着喷墨头11的喷嘴面移动，从而实施清洁。

在此，支承部73的宽度为1mm，支承部73的高度为15μm，作为空气供给孔75，对每个支承部73以4mm间距配置了两处直径为0.3mm的贯通孔。为了从空气供给孔75的中心起在直径2mm左右的范围形成空气层，只要使空气供给孔75与吸引口72的最短距离相隔2mm以上即可。

由此，能够确认，在支承部73上表面与喷嘴面之间形成了空气层(静压)，并未直接接触。在实施了清洁时，在清洁装置61的扫描速度为10～100mm/s之间时，能够无墨水残渣地进行清洁。像以上说明的那样，根据本发明的实施方式3，清洁装置61不与喷嘴面接触，因此能够不损伤喷嘴面地除去附着在喷嘴面的墨水液滴。

(总结)

能够对实施方式1～3进行组合。也可以在实施方式2、3中使用实施方式1的清洁装置。

产业上的可利用性

本发明的喷墨头的清洁装置、喷墨头的清洁方法、以及具备喷墨头的清洁装置的打印装置还能够有效地吸引浸润性低的喷嘴板上的墨水液滴，能够提高墨水的喷出性能，能够应用于oled的发光层的墨水的喷出、使用uv固化性墨水等的装饰墨水的喷出等。