インクジェット技術はすでに完成された技術である(下書き)

インクジェット技術はすでに完成された技術である(下書き)

インクジェット技術については、技術情報があまり公開されていないこともあり、多くの誤解された内容を耳にします。

インクジェット技術はすでに完成された技術である?

家庭用プリンター

確かに、皆さんがお使いの家庭用プリンターにおいては、インクジェット技術は既に完成された技術と言えるかもしれません。

しかし、実際はどうでしょうか。
皆さんも、家庭用プリンターをお使いの中で、クリーニング機能を使用したことがあるのではないでしょうか。
このクリーニング機能は、インクジェットヘッドの目詰まり回復のために、ヘッド内部での液の排出や再充填などを行っています。

これはつまり、現状のインクジェットの家庭用プリンターでは、「液が吐出しなくなるノズルが発生する可能性がかなりの確率である」ということを表しています。
この対策として、ユーザー自身に不具合を解消してもらうために、クリーニング機能を備えているのです。

不安定吐出状態

液滴異常

産業用プリンター

産業用途にインクジェット技術を応用した際には、家庭用プリンターのようにはいきません。
例えば、産業用プリンターでは、「不吐出のノズルがあったためクリーニングボタンを押したが、実は30分前から不吐出が発生しており、この間に製造したパーツは全てNGです。」という訳にはいきません。

つまり、インクジェット技術を用いて何らかのデバイスを量産する際に最も大切なことは、「信頼性の確保」です。

産業用途にインクジェット技術を応用した際の信頼性確保は、インクジェットプリンタより非常に高いレベルが要求されます。

メンテナンス機構の必要性

信頼性確保の難しさ

そもそもインクジェット技術は微小な液滴を高速大量に作製し、オンデマンドで塗布する技術です。ピエゾ素子による微小な振動を利用する技術であるため、わずかな状態の変化によって吐出不具合が発生します。

そのため、インクジェット装置における課題の一つは「信頼性確保の難しさ」にあります。

例えば、インクジェット装置で連続運転を続けた場合、時間経過とともにインクジェットヘッド内やノズル面の状態が変化します。この変化した状態を修正せずに安定吐出状態を維持し続けることは困難です。

吐出状態の違い

信頼性の確保

信頼性を確保するためには、インクジェットヘッド内やノズル面の状態を良好に保つメンテナンス機構が必要になります。このため、どのようなメンテナンス機構を搭載するかは重要な問題であり、このメンテナンス機構の設計次第で、インクジェット安定吐出における信頼性が大きく異なります。

では、どのようなメンテナンス機構が良いのでしょうか?

メンテナンス機構の最適化

産業用プリンター

家庭用プリンターに見られる一般的なメンテナンス機構は、液をノズルから吸引排出する機構と、ワイパーによってノズル面をクリーニングする機構が含まれています。

実は、家庭用プリンターで使用されているメンテナンス機構をコピーするだけでは、多くの産業用プリンターにおいて信頼性が確保できません
これは、家庭用プリンターに搭載されているメンテナンス機構およびシーケンスが、あくまで画像印刷という用途・使用する液・搭載されているインクジェットヘッドに適したものでしかないためです。

産業用プリンターにおいては、使用する液やインクジェットヘッドそして用途に応じて、メンテナンス機構およびシーケンスを最適化する必要があります。

例えば、使用している液が乾燥しやすい液であれば、高頻度でメンテナンスシーケンスを実施する必要があります。ノズル面に溶質が付着しやすい液を用いている場合は、乾いたワイパーではなく、ウェットなワイパーの方が適しているかもしれません。

産業用プリンターのメンテナンス機構を最適化するためには、主に2つのことが重要になります。

産業用プリンターのメンテナンス

産業用プリンターでのメンテナンス機構の最適化

  • ①メンテナンスシーケンスの確立

    メンテナンス動作を実施することで、インクジェットヘッド内やノズル面の状態を良好に保つことがメンテナンスの実施目的ですので、それぞれの用途・液・インクジェットットヘッドに応じて確実に回復できるメンテナンスシーケンスの確立が重要になります。

    そのため、新たにインクジェット技術を応用したシステムを作製する場合は、目的に応じたメンテナンス機構とシーケンスを用意することが大切です。

    メンテナンスを実施する頻度が適切でなければ、継続使用することによって徐々に状態が悪くなる事態にもなりかねません。

  • ②メンテナンス機構の基礎評価

    適切に思われるメンテナンス動作であってもメンテナンス部材の劣化によって問題が起きるケースもあります。さらに、メンテナンスに用いる部材が適切でないため、ヘッドが短期間で劣化するケースもあります。

    最適なメンテナンス機構を設計するためには、そのための基礎評価が必要です。
    どのような動作が課題となるインクジェット吐出動作を招くか、どのようなメンテナンスシーケンスを実施すれば安定性が高い状態まで復旧できるかといったことを、使用する液や用途に応じて評価することが重要になります。


インクジェット技術の応用において忘れられがちなプロセスですが、信頼性の高い装置開発のためには、メンテナンス機構に対する研究開発は非常に重要なプロセスになってきます。

情報収集・課題解決

はじめは、どのような評価を実施すべきかわからない、どのような課題を抱えているか判断できないといった課題にぶつかるかもしれません。

当然、インクジェット技術やインクジェットの現象に関する理解があればあるほど、これらの評価・判断・対応が円滑に進みます。

情報収集・課題解決の対応策

情報収集・課題解決の対応策の図

情報収集・調査段階で、全体的な内容を知りたい方は「インクジェットセミナー」をお勧めしています。
また、プロジェクトの企画段階で、液やインクジェットヘッドも含めてメンテナンス機構についてのアドバイスをお求めの方は、「プロジェクトマネジメント」をご利用ください。
すでに、液やインクジェットヘッドの選定を終えており、吐出・描画時でのお困りごとがある方は、「受託実験サービス」をご利用ください。

情報収集・調査:インクジェットセミナー

当社ではメンテナンス機構設計に必要となるインクジェット全般の基礎技術を習得することを目的にしたセミナーを実施しています。
InkJet Academy® WEBセミナーでは、特に、Fコース「インクジェット吐出トラブルと対策事例」にて、信頼性確保のための対策についてご紹介しています。
また、InkJet実践研修セミナーでは、インクジェットの吐出メカニズムから吐出トラブルまで、実際の装置を用いながら体験・確認いただけます。自社の装置では、吐出トラブルを敢えて招くことは通常困難でしょうが、本セミナーでは、専門家による説明のもと、実際にトラブルに見舞われたときの対策方法を具体的に学ぶことができます。
インクジェットセミナー

InkJet Academy®WEB セミナー Fコース
「インクジェット吐出トラブルと対策事例」

本セミナーでは、インクジェット技術の基礎から応用までを効率的に学べます。特にFコースでは、信頼性低下を招くノズル目詰まり・吐出不良の原因を体系的に解説すると共に、その対策について具体的な方法を説明します。
「InkJet Academy®WEBセミナー (Fコース)」詳細はこちらから

InkJet実践研修 セミナー
 

インクジェット技術をものづくり等の産業分野に応用する際に必要となるインクジェットのノウハウを、実際の実技と講義によるセミナーで確実に習得し、あなたの研究開発で実践するためのプログラムです。

「InkJet実践研修セミナー」詳細はこちらから


プロジェクト企画の検討:プロジェクトマネジメント

メンテナンス機構を最適化するためには、ヘッドやインク、基材などの数多くの要素間を跨ぎ、プロジェクトの全体最適化が必要となります。
ほぼ全ての要素技術に精通している当社がまとめ役となって、プロジェクトの全体最適化を推進します。全体を俯瞰し、問題点の本質をあぶり出し、とるべき最良の解決策や方向性を示します。

当社では、このメンテナンス機構やその動作シーケンスのノウハウを有しているため、この部分の設計コンサルティングも行っています。

「プロジェクトマネジメント」詳細はこちらから

研究開発・試作の検討:受託実験サービス

安定吐出ができなければ、目的とするサンプルを試作することはできません。
そのため、研究目的に最適なヘッドを用いて、使用する液材料が安定吐出する駆動条件を見いだし、安定吐出可能かを確認する評価として、吐出評価を行います。

また、目的とするパターンを形成するためには、液材料と基材のマッチングが重要となり、液材料と基材の濡れ性や塗布条件など各種特性が大きく影響するため、多数のノウハウがあります。いざ目的とするパターン形状が得られたとしても、試作したサンプルから期待していた機能が得られないといったこともあります。
そのため、当社では、描画実験と試作の評価を実施しております。
 
受託実験サービス


吐出評価


描画実験・試作

吐出させたい液に対して選定した最適なインクジェットヘッドを用いて、実際に液を安定吐出することが可能かチェックする試験です。

各種パターニングにおける条件を振って、目的とするパターンを形成するために評価します。また、目的とするデバイス作製や指定位置への液材の塗布や分注をしてサンプルを試作します。

「吐出評価」詳細はこちらから

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