送液装置

【課題】高粘度の液体を用いた安定印刷が可能な印刷装置を提供する。
【解決手段】一方の端部が液体供給源に接続され且つ他方の端部が液滴送出面に開口し且つ管壁が変形可能な複数の管路１と、複数の管路１の夫々の周面全周又は周面の一部を覆うように取付けられ且つ少なくとも管路１の管壁を収縮するように作動する圧電素子２と、圧電素子２の作動状態を制御する制御装置３とを備え、管路１に沿って圧電素子２を複数取付け、これを送液方向手前側から順次管路１の管壁を収縮するように作動させることにより、液滴送出面に開口している管路１の端部から液滴を絞り出すことができ、この絞り出された液滴を用いて、高粘度の液体でも安定印刷を行うことができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクなどの液体を用いた印刷装置に関し、特に高粘度の液体を用いた印刷装置に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
液滴吐出ヘッドを利用する液滴吐出型印刷装置は、家庭用の印刷装置として開発された技術であり、微小液滴を高精度に吐出することができる。この種の液滴吐出ヘッドの利点は、必要な量の液滴を、必要な部分だけに吐出、着弾させるところであり、印刷装置に止まらず、工業、医療の分野でも使用され、省エネルギー、省資源など環境負荷低減にも有効である。
液滴吐出ヘッドに代表される液滴吐出装置は、液滴を吐出するノズル、ノズルに連通し且つノズルから吐出される液体を加圧するための圧力室、圧力室に連通し且つ圧力室に供給される液体を貯留するための貯留室、圧力室に備えられ且つノズルから液滴を吐出するための圧電素子などのノズルアクチュエータ、圧電素子などのノズルアクチュエータを駆動制御する制御装置などを備えて構成される。
【０００３】
例えば、下記特許文献１では、液滴吐出型印刷装置に好適な圧電素子を備えたアクチュエータとして、基板上に絶縁膜を介して形成された下電極と、当該下電極上に形成された圧電体膜と、当該圧電体膜上に形成された上電極と、前記下電極、圧電体膜及び上電極を覆う層間絶縁膜又はパッシベーション膜とを備え、前記下電極がセグメント毎に独立し、当該セグメント間に形成されている絶縁膜を、層間絶縁膜又はパッシベーション膜に直接接触させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２１１７０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年、工業用、医療用、産業用などの様々な用途で液滴吐出型印刷装置が用いられている。これらの分野では、印刷用紙以外の記録媒体に対し、印刷用紙用インクとは異なる組成のインクなどの液体が用いられ、従来の液滴吐出型印刷装置では液滴の安定吐出が困難な場合がある。特に、高分子ポリマーインクなどの液体は、吐出された液滴の尾が切れにくく、液滴状を形成できない。これらのことから、液滴吐出型印刷装置では、高粘度の液体を用いた安定印刷が困難である。
本発明は、これらの諸問題に着目して開発されたものであり、高粘度の液体を用いた安定印刷が可能な印刷装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記諸問題を解決するため、本発明の印刷装置は、一方の端部が液体供給源に接続され且つ他方の端部が液滴送出面に開口し且つ管壁が変形可能な複数の管路と、前記複数の管路の夫々の周面全周又は周面の一部を覆うように取付けられ且つ少なくとも管路の管壁を収縮するように作動する圧電素子と、前記圧電素子の作動状態を制御する制御装置とを備えたことを特徴とするものである。
この印刷装置によれば、例えば管路に沿って圧電素子を複数取付け、これを送液方向手前側から順次管路の管壁を収縮するように作動させれば、液滴送出面に開口している管路の端部から液滴を絞り出すことができ、この絞り出された液滴を用いて、高粘度の液体でも安定印刷を行うことができる。
【０００７】
また、前記圧電素子を、管路の長手に沿って複数取付け、前記制御装置は、管路内の液体の送液方向手前側から順次管路の管壁を収縮するように圧電素子を作動することを特徴とするものである。
この印刷装置によれば、液滴送出面に開口指定管路の端部から液滴を絞り出し、この絞り出された液滴を用いて安定印刷を行うことができる。
【０００８】
また、前記制御装置は、前記圧電素子への印加電圧を変更することにより前記管路の他方の端部から送出される液滴の状態を制御することを特徴とするものである。
この印刷装置によれば、液滴送出面に開口している管路の端部からの液滴の状態を容易に制御することができ、これにより印刷状態を制御することが可能となる。
また、前記液滴送出面を、記録媒体への押付け面としたことを特徴とするものである。
この印刷装置によれば、スタンプ型の印刷装置を構成することができる。
また、前記液滴送出面を、転写ローラへの押付け面としたことを特徴とするものである。
この印刷装置によれば、転写型の印刷装置を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の印刷装置の第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１の印刷装置の送液構造の説明図である。
【図３】図２の送液構造によって送端部から液滴を送出する説明図である。
【図４】図２の送液構造によって送端部から液滴を送出する説明図である。
【図５】図２の送液構造によって送端部から液滴を送出する説明図である。
【図６】本発明の印刷装置の第２実施形態を示す説明図である。
【図７】本発明の印刷装置の第３実施形態を示す説明図である。
【図８】図７の印刷装置における液滴送出の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明の印刷装置の第１実施形態について説明する。
図１は、本実施形態の印刷装置の外形図である。この印刷装置１０は、スタンプ型の印刷装置であり、切替スイッチ１１により、「２」、「１」、「０」の３種類の文字をスタンプすることができる。
図２は、図１のスタンプ型印刷装置１０内での液滴送出の説明図である。図中の符号１は、インクなどの高粘度液体を送液するための管路である。この管路１は、後述するように端部から微小な液滴を送出するものであるから、管径は極細いものでよい。この管路１は、例えば図の右端部がインクなどの高粘度液体の液体供給源に接続されており、図の左端部は、スタンプ型印刷装置１０のスタンプ面、即ち記録媒体への押付け面に開口している。
【００１１】
この管路１は、管壁が変形可能であり、特に本実施形態では弾性変形可能となっている。この管壁の変形可能、或いは弾性変形可能な部分は、少なくとも後述する圧電素子の取付部分だけでもよいが、本実施形態では、管路１の全長にわたって変形可能、或いは弾性変形可能なものとした。
そして、管路１には、長手方向の３カ所に、所定の間隔をあけて、所定の幅を有するリング状の圧電素子２が取付けられている。この圧電素子２は、少なくとも電圧信号を印加すると、管路１の管壁を収縮するように作動するものであり、制御装置３からの駆動電圧信号が入力されると、その入力時のみ、管路１の管壁を収縮するように作動する。なお、圧電素子２は、必ずしも管路１の管壁全周を覆う必要はない。即ち、圧電素子２によって管路１の管壁が収縮すればよいので、管路の管壁の周囲の一部に取付けられていてもよい。また、本実施形態では、圧電素子２をリング状としたが、例えば管路１の管壁外周に膜状に成膜してもよい。圧電素子２の形態は、仕様に応じて、適宜設計してよい。また、圧電素子２の取付個数も３個に限らず、仕様に応じて、幾つ取付けてもよい。例えば、管路１の全長にわたって取付けても差し支えない。
【００１２】
制御装置３からは、例えば管路１内の液体を矢印方向、即ち図の右から左に送液する場合、最初に図の最も右側の圧電素子２に収縮駆動電圧信号を印加し、次いで図の中央の圧電素子２に収縮駆動電圧信号を印加し、次いで図の最も左側の圧電素子２に収縮駆動電圧信号を印加する。すると、管路１の管壁は、所謂蠕動運動のように、図の右側から収縮し、つまり絞られ、内部の液体が左から右に送液される。逆に、もし管路１内の液体を図の左から右に送液する場合には、最初に図の最も左側の圧電素子２に収縮駆動電圧信号を印加し、次いで図の中央の圧電素子２に収縮駆動電圧信号を印加し、次いで図の最も右側の圧電素子２に収縮駆動電圧信号を印加すればよい。
【００１３】
また、この送液装置では、管路１内の液体の送液速度、つまり流量を制御することも可能である。即ち、圧電素子２は、印加される駆動信号の電圧値が高いほど、変位が大きいので、収縮駆動電圧信号の電圧値を高く設定すれば、管路１の管壁の収縮量も大きくなる。管路１の管壁の収縮量は、即ち管路１内の断面積の収縮量であり、断面積が小さくなるほど、流速が大きくなるので、送液速度、即ち流量を大きくする場合には、収縮駆動電圧信号の電圧値を高くし、送液速度、即ち流量を小さくする場合には、収縮駆動電圧信号の電圧値を低くすればよい。なお、この技術を応用すれば、後述するように送端部（開放端部）から送出される液滴の量を制御することも可能である。
【００１４】
図３は、前記図２の管路１を上下方向に向け、上端部を開放して送端部としたものであり、図の右側は全ての圧電素子２に収縮駆動電圧信号を印加していない状態を示し、図の左側は全ての圧電素子２に印加している状態を示している。本実施形態の印刷装置では、圧電素子２に収縮駆動電圧信号を印加すると、管路１が収縮されて内部の液体が送液されるのであるが、送端部でこれを行うと、送端部の管路１が絞られて液滴として送出することができる。また、圧電素子２への駆動電圧信号の印加と停止を繰り返せば、図３の左側の状態と右側の状態を繰り返すことも可能である。更に、図３は、液滴を管路１から排出せず、液体が送端部から盛り上がった状態で保持しているが、例えば送端部を下向きにして液滴が滴下するようにすることも可能である。
【００１５】
このように本実施形態の印刷装置では、管路１の送端部（開放端部）から液滴を送出することができるので、図４のように、スタンプ型印刷装置のスタンプ面に開口する管路１を、例えばスタンプ面に向かってマトリックス状に配設し、このうち、印刷に必要な管路１の送端部のみから液滴を送出するようにすれば、このスタンプ面を記録媒体に押付けることで印刷、即ちスタンプを行うことができる。つまり、管路１の送端部の夫々が、画素に相当する。このとき、圧電素子２に印加する収縮駆動電圧信号の電圧値を変更すれば、液滴の量を制御することができ、所謂階調調整も可能となる。
【００１６】
更には、圧電素子２は、印加される電圧を調整することによって変位の方向を逆向きにすることができ、例えば図５に示すように、管路１を膨張するように作動させることも可能である。このように圧電素子２に膨張駆動電圧信号を印加すると、管路１が膨張し、この膨張した管路１では、送端部から液体が引き込まれたような状態となる。スタンプ型印刷装置のスタンプ面を記録媒体に押付けたとき、積極的に印刷したくない部位には、制御装置３から膨張駆動電圧信号を印加するようにすればよい。
従って、本実施形態のスタンプ型印刷装置で、切替スイッチ１１によって例えば「１」が選択された場合には、印刷すべき「１」の画素相当の管路１の圧電素子２に収縮駆動電圧信号を印加し、印刷すべきでない画素相当の管路１の圧電素子２には、収縮駆動電圧信号を印加しないか、又は膨張駆動電圧信号を印加し、その状態で、収縮駆動電圧信号の印加された圧電素子２相当の管路１の開放端部（送端部）のみから液滴を送出し、その液滴を記録媒体に押付けて印刷、即ちスタンプを行うことができる。
【００１７】
図６は、本発明の印刷装置の第２実施形態を示す外形図である。本実施形態の印刷装置は、前記図１の第１実施形態のスタンプ型印刷装置１０を６個、並べて配設し、これを同時に記録媒体１２に押付けてスタンプ印刷を行うものである。各スタンプ型印刷装置１０には、前記第１実施形態と同様に、例えば数値を切替える切替スイッチ１１が取付けられているが、例えば各スタンプ型印刷装置１０の圧電素子２を、図示しない制御装置によって統括的に制御するようにすれば、例えば記録媒体１２の数に応じて、スタンプ印刷される数値を１つずつ大きくすることも可能であり、そのようにすれば、所謂シリアル番号を記録媒体１２にスタンプ印刷することもできる。
【００１８】
図７は、本発明の印刷装置の第３実施形態を示す概略構成図である。本実施形態の印刷装置は、転写ローラ１３を介して記録媒体１２に印刷を行う転写型印刷装置である。図中の符号１４は、転写ローラ１３の表面にインクなどの液滴を付着させるアクチュエータローラ、符号１５は、転写ローラ１３に記録媒体１２を押付ける加圧ローラである。アクチュエータローラ１４の外周面には、前記第１実施形態の図４と同様の管路１がマトリックス状に配設されて開口しており、それら管路１の開口端部から、前記第１実施形態と同様にして、液滴を送出し、この送出された液滴を転写ローラ１３に付着し、その付着された液滴を記録媒体１２に転写して印刷を行う。
【００１９】
転写型印刷装置では、前記スタンプ型印刷装置と異なり、転写ローラ１３とアクチュエータローラ１４の接触時間が短い。例えば、図８ａに示すように、アクチュエータローラ１４の表面に送出された液滴が、転写ローラ１３に接触して、全て持ち去られた場合、同じ管路から改めて液滴を送出する所要時間は長い。一方、図８ｂに示すように、アクチュエータローラ１４の表面に送出された液滴が、転写ローラ１３に接触しても、少しだけ持ち去られ、多くが残るような場合、同じ管路から液滴を補充する所要時間は短くてすむ。連続して同じ印刷物を転写印刷するような場合には、同じ管路から液滴を送出し続けることになるので、そのような場合には図８ｂのようになるように管路からの液滴送出量を制御することで、繰り返し印刷のサイクルを短くすることが可能となる。
【００２０】
このように、本実施形態の印刷装置では、一方の端部が液体供給源に接続され且つ他方の端部が液滴送出面に開口し且つ管壁が変形可能な複数の管路１と、複数の管路１の夫々の周面全周又は周面の一部を覆うように取付けられ且つ少なくとも管路１の管壁を収縮するように作動する圧電素子２と、圧電素子２の作動状態を制御する制御装置３とを備え、管路１に沿って圧電素子２を複数取付け、これを送液方向手前側から順次管路１の管壁を収縮するように作動させることにより、液滴送出面に開口している管路１の端部から液滴を絞り出すことができ、この絞り出された液滴を用いて、高粘度の液体でも安定印刷を行うことができる。
【００２１】
また、圧電素子２への印加電圧を変更することにより管路１の送端部から送出される液滴の状態を制御することにより、印刷状態を制御することが可能となる。
また、液滴送出面を、記録媒体１２への押付け面とすれば、スタンプ型の印刷装置を構成することができる。
また、液滴送出面を、転写ローラ１３への押付け面とすれば、転写型の印刷装置を構成することができる。
【００２２】
なお、前記実施形態では、インクなどの液体を対象とする印刷装置について説明したが、対象とする液体は、この限りではなく、これ以外の他の液体（液体以外にも、機能材料の粒子が分散されている液状体、ジェルなどの流状体を含む）や液体以外の流体（流体として流して噴射できる固体など）でもよい。例えば、液晶ディスプレイ、ＥＬ（エレクトロルミネッサンス）ディスプレイ、面発光ディスプレイ、カラーフィルタの製造などに用いられる電極材や色材などの材料を分散又は溶解の形態で含む液状体、バイオチップ製造に用いられる生体有機物、精密ピペットとして用いられて試料となる液体であってもよい。更に、時計やカメラなどの精密機械にピンポイントで潤滑油、光通信素子などに用いられる微小半球レンズ（光学レンズ）などを形成するための紫外線硬化樹脂などの透明樹脂液、基板などをエッチングするために酸又はアルカリなどのエッチング液、ジェル、トナーなどの粉体を例とする固体であってもよい。そして、これらのうち何れか一種の液体に本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００２３】
１は管路、２は圧電素子、３は制御装置、１０はスタンプ型印刷装置、１１は切替スイッチ、１２は記録媒体、１３は転写ローラ、１４はアクチュエータローラ、１５は加圧ローラ

【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の端部が液体供給源に接続され且つ他方の端部が液滴送出面に開口し且つ管壁が変形可能な複数の管路と、前記複数の管路の夫々の周面全周又は周面の一部を覆うように取付けられ且つ少なくとも管路の管壁を収縮するように作動する圧電素子と、前記圧電素子の作動状態を制御する制御装置とを備えたことを特徴とする印刷装置。
【請求項２】
前記圧電素子を、管路の長手に沿って複数取付け、前記制御装置は、管路内の液体の送液方向手前側から順次管路の管壁を収縮するように圧電素子を作動することを特徴とする請求項１に記載の印刷装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記圧電素子への印加電圧を変更することにより前記管路の他方の端部から送出される液滴の状態を制御することを特徴とする請求項２に記載の印刷装置。
【請求項４】
前記液滴送出面を、記録媒体への押付け面としたことを特徴とする請求項１に記載の印刷装置。
【請求項５】
前記液滴送出面を、転写ローラへの押付け面としたことを特徴とする請求項１に記載の印刷装置。

【図１】