CN102233728A - 液体喷射设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液体喷射设备。喷射脉冲(DP)包括按以下顺序连接的以下要素：其电压发生变化以使压力室膨胀的膨胀要素(p1)；将素数膨胀要素的后端电位保持固定时间的膨胀保持要素(p2)；以及其电压发生变化以使压力室收缩的收缩要素；并且，膨胀要素的始端至终端的时间(t1)以及收缩要素的始端至终端的时间(t2)分别被设定在以下的范围内：Tc/3≤t1≤Tc...(A)，Tc/3≤t2≤Tc...(B)。

Description

液体喷射设备

2010年3月30日申请的日本专利申请号2010-77521的全部公开内容通过参考被合并于此。

技术领域

本发明涉及被构成为通过使用喷射脉冲驱动压力产生装置来从喷嘴喷射液体的液体喷射设备。

背景技术

有如下构成的液体喷射设备：其通过向压力产生元件(例如，压电振子或发热元件等)施加喷射驱动脉冲来驱动该压力产生元件，由此使压力室内的液体产生压力变化，并利用该压力变化来从与压力室连通的喷嘴喷射液体。例如，专利第3412682号公报所公开的打印机使用包括以下过程的驱动脉冲(驱动波形)：准备将喷嘴的弯月面最大限度地向压力室侧吸进的膨胀过程；保持该状态直到墨滴的喷射定时的保持(hold)过程；通过压力室的收缩来使墨滴喷射的第一收缩过程；以及减少由喷射动作的反作用造成的弯月面的拉入的第二收缩过程。即，在通过膨胀过程将弯月面吸进压力室侧后，通过使压力室侧收缩，能够利用弯月面的吸入的反作用来使墨滴喷射。

但是，在液体喷射设备中，存在容易产生所喷出的液滴的行进方向后端部分如尾巴那样延伸的现象(以下称为尾锚(tail drag))的倾向。当产生这样的尾锚时，可能会造成着陆对象上的着陆形状(点形状)不规则(杂乱)。即，期望着陆形状为根据图像质量或设备的性能而指定的大小的圆形或椭圆形，但当整个尾部或其一部分从液滴主体分离而作为附属(satellite)液滴飞出时，也有可能着陆到着陆对象物的与液滴主体不同的位置上。这样的着陆形状的不规则会导致例如通过打印机向记录纸记录图像时的图像质量的下降。

发明内容

作为本发明之一，液体喷射设备包括：液体喷射头，所述液体喷射头具有：压力室，液体被填充至所述压力室；喷嘴，所述喷嘴与该压力室连通并喷射液体；以及压力产生装置，所述压力产生装置使所述压力室内的液体产生压力变化；喷射脉冲产生部，所述喷射脉冲产生部产生驱动所述压力产生装置的喷射脉冲；所述喷射脉冲按以下顺序包括以下要素：其电压发生变化以使所述压力室膨胀的第一电压变化要素；将所述第一电压变化要素的后端电位保持固定时间的保持要素；和其电压发生变化以使通过所述第一电压变化要素而膨胀了的压力室收缩的第二电压变化要素；所述第一电压变化要素的始端至终端的时间t1以及第二电压变化要素的始端至终端的时间t2分别被设定在以下的范围内：

Tc/3≤t1≤Tc  ...(A)，

Tc/3≤t2≤Tc  ...(B)。

附图说明

图1是用于说明根据本发明的打印机的内部构成的立体图；

图2是用于说明根据本发明的印刷系统的构成的框图；

图3是根据本发明的记录头的主要部分截面图；

图4是用于说明根据本发明的喷射脉冲的构成的波形图；

图5A～图5D是用于说明通过根据本发明的喷射脉冲从喷嘴喷射液体的情形的模式图；

图6A～图6D是用于说明通过未经改进的喷射脉冲从喷嘴喷射液体的情形的模式图；

图7是用于说明根据本发明的第二实施方式中的喷射脉冲的构成的波形图。

具体实施方式

下面参考附图对用于实施本发明的方式进行说明。此外，在以下描述的实施方式中，作为本发明优选的具体例，进行了各种限定，但本发明的范围不限于这些方式，除非在以下的说明中特别对本发明进行了限定。另外，下面将喷墨式记录设备(以下为打印机)作为本发明液体喷射设备的例子进行说明。

第一实施方式

图1例示的打印机1向记录纸、布、薄膜等记录介质喷射作为液体的一种的墨水。记录介质是成为液体喷射并着陆的对象的着陆对象。该打印机1包括：托架4，作为液体喷射头的一种的记录头2被安装在该托架4上，并且墨盒3(液体供给源的一种)可装卸地被安装至该托架4上；压纸卷筒5，其配置在记录头2的下方；托架移动机构6，其使托架4在作为着陆对象的一种的记录纸8的纸宽方向上移动；线性编码器7，其随着托架4的移动而输出编码器脉冲；以及送纸机构9，其使记录纸8向送纸方向移动。

上述的托架移动机构6包括：导向轴11，其被架设在打印机1的主扫描方向(纸宽方向)上；托架移动马达12，其被配置在主扫描方向的一侧；驱动滑轮13，其与该托架移动马达12的旋转轴连接，并通过托架移动马达12被旋转驱动；自由转动滑轮14，其被配置在与驱动滑轮13的相反侧的主扫描方向的另一侧；以及正时带15，其被架设在驱动滑轮13和自由转动滑轮14之间并与托架4连接。托架移动马达12起到托架移动机构6中的驱动源的功能，例如可采用脉冲马达或DC马达。由起到控制装置的功能的控制部25(参考图2)控制该托架移动马达12d的旋转速度和旋转方向等。并且，当托架移动马达12旋转时，驱动滑轮13以及正时带15旋转，托架4沿着导向轴11在记录纸8的宽度方向上移动。即，安装在该托架4上的记录头2在控制部25的控制下在主扫描方向上往复移动。另外，线性编码器7输出与托架4的扫描位置相应的编码器脉冲(位置控制信号)，作为主扫描方向上的位置信息。

上述的送纸机构9包括：作为送纸驱动源的送纸马达16、以及通过该送纸马达16被旋转驱动的送纸辊17。本实施方式的送纸辊17由上下一对辊构成。即，由位于下侧的驱动辊和位于上侧的从动辊(没有图示)构成。驱动辊以使上端部分从压纸卷筒5的上表面露出的状态被配置在压纸卷筒5内，从动辊配置在该露出的部分之上。并且，通过从动辊和驱动辊夹持记录纸8，并在该挟持状态下通过旋转驱动辊来使记录纸8向送纸方向移动。

图2是用于说明打印机1的电气构成的框图。

该打印机大致由打印机控制器20和打印引擎21构成。打印机控制器20包括：外部接口(外部I/F)22，其在与主计算机等外部设备之间进行数据的收发；RAM 23，其存储各种数据等；ROM 24，其存储有用于各种数据处理的控制例程等；控制部25，其进行各部的控制；振荡电路26，其产生时钟信号；驱动信号产生电路27(本发明中的喷射脉冲产生部的一种)，其产生向记录头2提供的驱动信号；以及内部接口(内部I/F)28，用于向记录头2输出点(dot)模式数据或驱动信号等。

控制部25除进行各部的控制之外，还将从外部设备通过外部I/F 22接收的印刷数据转换成点模式数据，并将该点模式数据通过内部I/F 28输出到记录头2侧。该点模式数据由通过将灰度数据(gradation data)译码(翻译)而得的打印数据构成。另外，控制部25基于来自振荡电路26的时钟信号，向记录头2提供锁存信号或通道信号等。包含在这些锁存信号或通道信号中的锁存脉冲或通道脉冲规定构成驱动信号的各脉冲的供给定时。

驱动信号产生电路27被控制部25控制，产生用于驱动压电振子30的驱动信号。本实施方式中的驱动信号产生电路27被构成为：产生在一个记录周期内包含喷射脉冲和微振动脉冲等的驱动信号COM，喷射脉冲用于喷射墨滴(液滴的一种)从而在记录纸8上形成点，所述微振动脉冲用于通过使在喷嘴50(参考图3)露出的墨水(液体的一种)的自由表面、即弯月面产生微振动来搅拌墨水。

接着，对打印引擎21侧的构成进行说明。打印引擎21包括：记录头2、托架移动机构6、送纸机构9、以及线性编码器7。记录头2包括：移位寄存器(SR)31、锁存器32，译码器33、电平转换器(LS)34、开关35、以及压电振子30。来自打印机控制器20的点模式数据SI与来自振荡电路26的时钟信号CK同步地被顺序地传送给移位寄存器31。该点模式数据是2比特的数据，例如由表示四等级的记录等级(喷射等级)的等级信息构成，该四等级包括：不记录(微振动)、小点、中点、大点。具体地说，不记录被表示为等级信息“00”、小点被表示为等级信息“01”、中点被表示为等级信息“10”、大点被表示为等级信息“11”。

移位寄存器31与锁存器32电连接，当来自打印机控制器20的锁存信号(LAT)被输入到锁存器32时，锁存移位寄存器31的点模式数据。被锁存在该锁存器32的点模式数据被输入到译码器33。该译码器33翻译2比特的点模式数据，生成脉冲选择数据。该脉冲选择数据通过将各比特分别对应到构成驱动信号COM的各脉冲上来构成。并且，根据各比特的内容、例如“0”、“1”来选择针对压电振子30的喷射脉冲的提供或不提供。

并且，译码器33以锁存信号(LAT)或者通道信号(CH)的接收为契机，将脉冲选择数据输出给电平转换器34。在此情况下，脉冲选择数据从高位比特依次被输入到电平转换器3。该电平转换器34起到电压放大器的功能，当脉冲选择数据为“1”时，输出被升压到能够驱动开关35的电压、例如几十伏左右的电压的电信号。经电平转换器34升压后的“1”的脉冲选择数据被提供给开关35。来自驱动信号产生电路27的驱动信号COM被提供给该开关35的输入侧，压电振子30连接在开关35的输出侧。

并且，脉冲选择数据控制开关35的工作，即控制驱动信号中的驱动脉冲向压电振子30的提供。例如，在向开关35输入的脉冲选择数据为“1”的期间，开关35处于连接状态，对应的喷射脉冲被提供给压电振子30，压电振子30的电位水平随着该喷射脉冲的波形而发生变化。另一方面，在脉冲选择数据为“0”的期间，不从电平转换器34输出用于使开关35工作的电信号。因此，开关35处于切断状态，不向压电振子30提供喷射脉冲。

进行上述动作的译码器33、电平转换器34、开关35、控制部25、以及驱动信号产生电路27起到喷射控制装置的功能，其基于点模式数据从驱动信号中选择需要的喷射脉冲并施加(提供)给压电振子30。其结果是，压电振子30进行扩张或收缩，随着该压电振子30伸缩，压力室48(参考图3)膨胀或收缩，由此从喷嘴50喷射与构成点模式数据的等级信息相应的量的墨滴。

图3是用于说明上述记录头2的构成的主要部分截面图。该记录头2包括：壳体37、被容纳在该壳体37内的振子单元39、以及与壳体37的底面(前端面)接合的流路单元38等。上述的壳体37例如由环氧系树脂制成，并在其内部形成有用于容纳振子单元39的容纳中空部40。振子单元39包括：作为压力产生装置的一种而发挥功能的压电振子30、与该压电振子30接合的固定板41、以及用于向压电振子30提供驱动信号等的柔性电缆42。压电振子30是通过将包括交替层叠的压电体层和电极层的压电板切割成梳齿状而制成的层叠型，并且是可在与层积方向(电场方向)垂直的方向上伸缩的(电场横向效应型)的纵向振动模式的压电振子。

流路单元38通过在流路形成基板43的一个面上接合喷嘴板44、并在流路形成基板43的另一个面上接合振动板45而构成。在该流路单元38中设置有：储存室46(共用液室)、墨水供给口47、压力室48、喷嘴连通口49、以及喷嘴50。并且，从墨水供给口47经由压力室48和喷嘴连通口49到达至喷嘴50的一系列的墨水流路与各喷嘴50相对应地形成。

上述喷嘴板44是多个喷嘴50以与点形成密度对应的间距(例如180dpi)成列地穿设在其上的不锈钢等金属制薄板。在该喷嘴板44上排列喷嘴50从而设置了多个喷嘴列(喷嘴组)，一个喷嘴列例如包括180个喷嘴50。

上述振动板45具有在支撑板51的表面层叠了弹性体膜52的双层构造。在本实施方式中，使用复合板材制作了振动板45，该复合材料是通过将作为金属板的一种的不锈钢板作为支撑板51、并将树脂薄膜作为弹性体膜52层叠在该支撑板51的表面上而形成。在该振动板45上设置有使压力室48的容积发生变化的隔膜部53。另外，在该振动板45上设置有密封储存室46的一部分的柔性部54。

上述隔膜部53通过蚀刻加工等将支撑板51部分地除去而制成。即，该隔膜部53包括：岛部55，压电振子30的自由端部的前端面被接合到该岛部55上；以及围绕该岛部55的薄弹性部56。上述柔性部54通过与隔膜部53同样地利用蚀刻加工等除去与储存室46的开口面相对的区域的支撑板51而制成，起到吸收被储存在储存室46中的液体的压力变动的缓冲器(damper)的功能。

并且，由于压电振子30的前端面接合在上述的岛部55上，因此通过使该压电振子30的自由端部伸缩，能够改变压力室48的容积。随着该容积变动，压力室48内的墨水产生压力变动。并且，记录头2利用该压力变动从喷嘴50喷射墨滴。

图4是用于说明上述驱动信号产生电路27产生的驱动信号COM中包含的喷射脉冲DP的构成的波形图。喷射脉冲DP被构成为包括：膨胀要素P1(相当于本发明中的第一电压变化要素)，其电位从与压力室48的容积的膨胀和伸缩的基准容积对应的基准电位VB以固定斜率上升到膨胀电位VH，以使压力室48从基准容积膨胀到膨胀容积；膨胀保持要素p2(相当于本发明中的保持要素)，其以将压力室48的膨胀状态维持固定时间的膨胀电位VH固定；收缩要素p3(相当于本发明中的第二电压变化要素)，其电位从膨胀电位VH以固定斜率下降到收缩电位VL，以使压力室48收缩到收缩容积；收缩保持要素p4，其以维持压力室48的收缩状态的收缩电位VL固定；以及复原要素p5，其电压从收缩电位VL以固定斜率上升到基准电位VB，以使压力室48膨胀柄复原到基准容积。

上述喷射脉冲DP最适于例如紫外线固化型墨水那样具有8mPa·s以上且30mPa·s以下的高粘度区域的粘度的液体的喷射(下面，将喷射这种高粘度墨水为前提进行说明)。具体地，当将压力室48内的墨水所产生的振动的亥姆霍兹周期(固有振动周期)设为Tc时，膨胀要素p1的始端至终端的时间宽度t1与收缩要素p3的始端到终端的时间宽度t2被设定为满足以下各式的值。

Tc/3≤t1≤Tc  ...(A)

Tc/3≤t2≤Tc  ...(B)

此外，收缩要素p3的时间宽度t2优选设定为满足下式的值。

Tc/2≤t2≤Tc  ...(C)

在本实施方式中，被设定为t2＝3Tc/4。

这里，上述的Tc一般能够用下式(1)表示。

$\mathrm{Tc}=2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{}}((\mathrm{Mn}+\mathrm{Ms})/(\mathrm{Mn}\×\mathrm{Ms}\×(\mathrm{Cc}+\mathrm{Ci})))...\left(1\right)$

在上述式(1)中，Mn是喷嘴50中的惯量(inertance)(每单位截面积的墨水的质量)，Ms是墨水供给口47处的惯量，Cc是压力室48的柔量(表示每单位压力的容积变化、柔软程度)，Ci是墨水的柔量(Ci＝体积V/〔密度ρ×声速c²〕)。

在将各时间宽度t1、t2设定为超过Tc的值的情况下，当通过喷射脉冲DP驱动压电振子30来从喷嘴50喷射墨水时，无法使压力室48内的墨水产生足够的压力变动，不能得到期望的喷射特性(在设计和规格上作为目标的墨水重量或飞翔速度等)。此时有必要将喷射脉冲DP的驱动电压Vd(最低电位VL至最高电位VH的电位差)设定得更高。相反地，在将各时间宽度t1、t2设定为小于Tc/3的情况下，在与压力变动相应地在喷嘴50内移动的弯月面中靠近喷嘴50内壁且强烈受墨水自身粘性的影响的部分、即边界层无法追随压力变动，弯月面的中央部和边界层之间的速度差变大，从喷嘴50喷射墨水时的尾锚变得细长。通过设定收缩要素p3的时间宽度t2以使其满足上述式(C)，不用过高地设定喷射脉冲DP的驱动电压Vd，能够更可靠地确保期望的飞翔特性。

图5A～图5D是用于说明从上述喷射脉冲DP被施加到压电振子30直到从喷嘴50喷射墨水为止的弯月面的动作的模式图。此外，图中的箭头表示弯月面的移动方向，箭头的长度表示弯月面的移动速度的粗略的大小。另外，在图中，上侧是压力室48侧，下侧是喷射侧(着陆对象侧)。

首先，压电振子30在膨胀要素p1下收缩，压力室从与基准电位VB对应的基准容积膨胀到由最高电位VH规定的膨胀容积(膨胀工序)。由此，如图5A所示，弯月面向压力室48侧被显著吸进。这里，由于膨胀要素p1的时间宽度t1被设定为满足上述式(A)，因此能够使弯月面的边界层追随中央部并将整个弯月面吸进压力室48侧。该压力室48的膨胀状态在膨胀保持要素p2的整个供应期间那被维持(膨胀维持工序)。在整个弯月面被吸入越过喷嘴50中内径固定的笔直部50a与向压力室48侧内径逐渐变大的锥形部50b之间的边界的程度的定时，通过向压电振子30施加收缩要素p3，压电振子30伸长，压力室48的容积从膨胀容积收缩到由最低电位VL规定的收缩容积(收缩工序)。通过压力室48的所述收缩，压力室48内的墨水被加压。由此，如图5B所示，弯月面朝向与压力室48侧相反一侧的喷射侧被挤出，易追随压力变动的弯月面的中心部分隆起为柱状(下面，将该部分称为柱状部)。这里，由于收缩要素p3的时间宽度t2被设定成满足上述式(B)(优选满足上述式(C))，因此能够抑制弯月面的中央部(柱状部)和边界层的移动速度差，并向喷射侧挤出整个弯月面(图5C)。

压力室48的收缩状态在收缩保持要素p4的整个供应期间内被维持。之后，如图5D所示，柱状部向喷射侧显著延伸。该柱状部在基部与弯月面分离，所述分离后的部分从喷嘴50作为墨滴被喷射。此外，接在收缩保持要素p4之后，在弯月面在由墨滴的喷射引起的反作用下被暂时向压力室48侧吸入后再次向喷射侧被挤出的定时，复原要素p5被施加到压电振子30。由此，压力室48从收缩容积膨胀到基准容积(复原工序)。其结果是，可抑制弯月面的残余振动。

如此，通过使用本发明涉及的喷射脉冲DP进行喷射动作，即使在使用高粘度墨水的情况下，也能够确保期望的喷射特性，并能够抑制在墨滴的行进方向后端部产生的尾锚比以往变得细长。即使在该尾部从墨滴主体分离了的情况下，也能够防止细雾等的产生，从而能够抑制点的分离。

相对于此，在将膨胀要素p1的时间宽度t1和收缩要素p3的时间宽度t2均设定为小于Tc/3(例如Tc/4)的情况下，如图6所示，到膨胀工序以及膨胀维持工序为止与上述喷射驱动脉冲DP的情况相同(图6A)，但在收缩工序中，压力室48在收缩要素p3下从膨胀容积急剧收缩到收缩容积，因此如图6A和图6C所示，边界层无法追随易追随压力变动的弯月面中心部的柱状部，如图6D所示，与本发明涉及的喷射脉冲DP的情况相比，柱状部变得细长。因此，当柱状部在基部与弯月面分离并从喷嘴50作为墨滴被喷射时，尾巴部分从墨滴主体分离，并且所述分离的部分容易变成细雾。如果该雾化的部分着陆到记录纸8等着陆对象上的离开墨滴主体分的位置，就有可能产生对所记录的图像等图像质量造成恶劣影响等的问题。

但是，本发明不限定于上述的实施方式，可基于权利要求书中记载的内容进行各种变形。

在上述实施方式中，将图4所示的喷射脉冲DP作为本发明中的喷射脉冲的一个例子进行了说明，但喷射脉冲的形状不限于此。

第二实施方式

在第二实施方式中，只要没有提及是与第一实施方式不同的构成，就是与第一实施方式同样的构成。

例如，图7是例示第二实施方式中的喷射脉冲DP’的构成的图。该第二实施方式中的喷射脉冲DP’包括：膨胀要素p1，其电位从与压力室48的收缩容积对应的基准电位VB上升到膨胀电位VH，以使压力室48从收缩容积膨胀到膨胀容积；膨胀保持要素p2，是以将压力室48的膨胀状态维持固定时间的膨胀电位VH固定；收缩要素p3，其电位从膨胀电位VH下降到基准电位VB，以使压力室48收缩到收缩容积。并且，与上述第一实施方式中的喷射脉冲DP相比，上述喷射脉冲DP’的不同点在于：膨胀要素p1的始端至终端的电位差与收缩要素p3的始端至终端的电位差相等，均为喷射脉冲DP’的驱动电压Vd’；以及不具有收缩保持要素p4和复原要素p5。关于其他构成，由于与上述第一实施方式相同，因此省略其说明。

在本实施方式的喷射脉冲DP’中，膨胀要素p1的始端至终端的时间宽度t1以及收缩要素p3的始端至终端的时间宽度t2也被设定为满足上述各式(A)、(B)。在使用该喷射脉冲DP’来喷射高粘度墨水的情况下，也与上述第一实施方式的喷射脉冲DP一样，能够确保期望的喷射特性，并能够抑制在墨滴的行进方向后端部产生的尾锚比以往变得细长。

另外，在上述各实施方式中，作为压力产生装置，例示了所谓纵向振动型的压电振子30，但不限于此，例如也可以采用所谓挠性振动型的压电振子。此时，所例示的驱动信号变为电位的变化方向、即上下颠倒了的波形。

并且，本发明只要是可使用喷射脉冲进行喷射控制的液体喷射设备即可，不限于打印机，也能够应用于绘图机、传真设备、复印机等各种喷墨式记录设备或者记录设备以外的液体喷射设备，例如也能够应用于显示器制造设备、电极制造设备、芯片制造置等。并且，在显示器制造设备中，从色材喷射头喷射R(红)、G(绿)、B(蓝)各种色材的溶液。另外，在电极制造设备中，从电极材料喷射头喷射液状的电极材料。在芯片制造设备中，从生物有机物喷射头喷射生物有机物的溶液。

Claims (3)

1.一种液体喷射设备，包括：

液体喷射头，所述液体喷射头具有：压力室，液体被填充至所述压力室；喷嘴，所述喷嘴与该压力室连通并喷射液体；以及压力产生装置，所述压力产生装置使所述压力室内的液体产生压力变化；

喷射脉冲产生部，所述喷射脉冲产生部产生驱动所述压力产生装置的喷射脉冲；

所述喷射脉冲按以下顺序包括以下要素：

其电压发生变化以使所述压力室膨胀的第一电压变化要素；

将所述第一电压变化要素的后端电位保持固定时间的保持要素；和

其电压发生变化以使通过所述第一电压变化要素而膨胀了的压力室收缩的第二电压变化要素；

所述第一电压变化要素的始端至终端的时间t1以及第二电压变化要素的始端至终端的时间t2分别被设定在以下的范围内：

Tc/3≤t1≤Tc  ...(A)，

Tc/3≤t2≤Tc  ...(B)。

2.如权利要求1所述的液体喷射设备，其中，

所述第二电压变化要素的时间t2被设定为满足下式：

Tc/2≤t2≤Tc  ...(C)。

3.如权利要求1所述的液体喷射设备，其中，

喷射时的所述喷嘴中的液体的粘度为8mPa·s以上且30mPa·s以下。

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