CN1498757A - 液滴喷出装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种液滴喷出装置及方法。可通过压电元件的发热迅速加热喷出用液体。该装置通过由通常驱动信号使压电元件发生机械变形，从开口喷出喷出用液体的液滴，向压电元件施加不会将液滴从开口喷出的并且为超声波频带的重复频率的加热用驱动信号。

Description

液滴喷出装置和方法
技术领域
本发明涉及使用压电元件将液滴喷出到对象物的液滴喷出装置及方法。
背景技术
在特开平11-138798号公报中公开了作为液滴喷出装置的一个应用例的喷墨打印机。该喷墨打印机通过将加热专用的加热用信号施加到压电元件(压电元件)上，而由压电单元的发热加热墨水，使其达到合适的温度。根据该喷墨打印机，无须复杂的头结构便可对墨水进行加热，并可避免因温度变化产生的墨水粘度变化给绘图带来的恶劣影响。
在上述喷墨打印机中，通过将加热用信号的重复频率设定为比头的共振频率还高，而使得从头中不能喷出墨水，或者在将上述重复频率设定在共振频率附近时，将加热用信号的振幅设定为喷不出墨水。但是，在上述现有技术中，由于分开设置头驱动信号产生单元和加热用信号产生单元，所以电路结构变复杂，由于只在图像形成区域外将加热用信号施加到压电元件(压电元件)，所以在图像形成区域内喷出时，因为头驱动条件，墨水的温度降低了，所以迅速加热墨水来快速消除因墨水的温度降低引起的恶劣影响(喷出不良)不充分，希望开发更有效的装置。如上所述，该现有技术公开在下面的公知文献中。
【特许文献1】特开平11-138798号公报
发明内容
本发明鉴于上述问题而作出，其目的如下：
(1)通过压电元件的发热而迅速加热喷出用液体。
(2)通过在喷出前迅速加热喷出用液体，抑制因喷出用液体的温度变化而引起的喷出性能降低。
为达到上述目的，作为本发明的液滴喷出装置之1，是通过由通常驱动信号使压电元件发生机械变形，从开口喷出喷出用液体的液滴的装置，采用了向压电元件施加不会将液滴从开口喷出的并且为超声波频带的重复频率的加热用驱动信号结构。
另外，作为本发明的液滴喷出装置之2，在所述装置之1中，采用在通过通常驱动信号的驱动将要喷出液滴之前向压电元件施加加热用驱动信号的结构。
作为本发明的液滴喷出装置之3，在所述装置之1中，采用在通过通常驱动信号的驱动喷出液滴期间向压电元件施加加热用驱动信号的构成。
作为本发明的液滴喷出装置之4，在所述第1-第3中任意一项的装置中，采用当由温度检测单元检测出的喷出用液体的温度低于规定的阈值温度时，向压电元件施加加热用驱动信号的构成。
作为本发明的液滴喷出装置之5，在所述第1-第4中任意一项的装置中，采用加热用驱动信号的重复频率是40kHz以上的构成。
作为本发明的液滴喷出装置之6，在所述第1-第5中任意一项的装置中，采用加热用驱动信号的振幅是通常驱动信号的一半以下的构成。
作为本发明的液滴喷出装置之7，在所述第1-第6中任意一项的装置中，采用喷出用液体是打印用的墨水的构成。
作为本发明的液滴喷出装置之8，在所述第1-第6中任意一项的装置中，采用喷出用液体是形成布线图案的导电性材料的构成。
作为本发明的液滴喷出装置之9，在所述第1-第6中任意一项的装置中，采用喷出用液体是形成显微透镜用的透明树脂的构成。
作为本发明的液滴喷出装置之10，在所述第1-第6中任意一项的装置中，采用喷出用液体是形成滤色镜的着色层用的树脂的构成。
作为本发明的液滴喷出装置之11，在所述第1-第6中任意一项的装置中，采用喷出用液体是电光物质的构成。
作为本发明的液滴喷出装置之12，在所述第1-第11中任意一项的装置中，采用电光物质是呈现电致发光的荧光性有机化合物的构成。
作为本发明的液滴喷出装置之13，在所述第1-第12中任意一项的装置中，采用在预备喷出(冲洗)工序前、工序内、工序后将加热用驱动信号施加到压电元件的构成。
另一方面，作为本发明的液滴喷出方法之1，是一种通过由通常驱动信号使压电元件发生机械变形，从开口喷出喷出用液体的液滴的方法，采用通过向压电元件施加不会将液滴从开口喷出的并且为超声波频带的重复频率的加热用驱动信号，来加热喷出用液体的结构。
另外，作为本发明的液滴喷出方法之2，是在所述方法之1中，采用在将要进行使液滴喷出的通常驱动之前进行加热驱动的构成。
作为本发明的液滴喷出方法之3，是在所述方法之1或之2中，采用在通常驱动期间进行加热驱动的构成。
作为本发明的液滴喷出方法之4，是在所述方法之1至3中任意一种方法中，采用当喷出用液体的温度低于规定的阈值温度时，进行加热驱动的构成。
作为本发明的液滴喷出方法之5，是在所述方法之1至4中任意一种方法中，采用加热驱动的重复频率是40kHz以上的构成。
作为本发明的液滴喷出方法之6，是在所述方法之1至5中任意一种方法中，采用以通常驱动振幅的一半以下的振幅进行加热驱动的构成。
作为本发明的液滴喷出方法之7，是在所述方法之1至6中任意一种方法中，采用喷出用液体是打印用的墨水的构成。
作为本发明的液滴喷出方法之8，是在所述方法之1至6中任意一种方法中，采用喷出用液体是形成布线图案的导电性材料的构成。
作为本发明的液滴喷出方法之9，是在所述方法之1至6中任意一种方法中，采用喷出用液体是形成显微透镜用的透明树脂的构成。
作为本发明的液滴喷出方法之10，是在所述方法之1至6中任意一种方法中，采用喷出用液体是形成滤色镜的着色层用的树脂的构成。
作为本发明的液滴喷出方法之11，是在所述方法之1至6中任意一种方法中，采用喷出用液体是电光物质的构成。
作为本发明的液滴喷出方法之12，是在所述方法之1的方法中，采用电光物质是呈现电致发光的荧光性有机化合物的构成。
作为本发明的液滴喷出方法之13，是在所述方法之1至12中任意一种方法中，采用在预备喷出(冲洗)工序前、工序内、工序后将加热用驱动信号施加到压电元件的构成。
附图说明
图1是表示本发明一实施例的液滴喷出装置的整体结构的立体图；
图2是表示本发明一实施例的喷出头7的详细结构的分解立体图；
图3是表示本发明一实施例的激励部23的详细结构的纵剖面图；
图4是表示本发明一实施例的液滴喷出装置的电功能结构的框图；
图5是表示本发明一实施例的通常驱动信号和加热用驱动信号的各波形(一周期)的模式图；
图6是表示本发明一实施例的通常驱动信号和加热用驱动信号的配置关系及冲洗驱动信号和加热用驱动信号的位置关系的模式图。
具体实施方式
下面，参照附图，说明本发明的液滴喷出装置和方法的一实施例。
【液滴喷出装置的整体构成】
图1是表示本实施例的液滴喷出装置的整体结构的立体图。如该图1所示，本液滴喷出装置A由主体B和控制计算机C构成。主体B由底座1、X方向驱动轴2、Y方向驱动轴3、X方向驱动电机4、Y方向驱动电机5、台6、喷出头7和控制装置8等构成，另一方面，控制计算机C包括键盘10、外部存储部11和显示部12等。
底座1是具有规定面积的方形平板，在其表面(上面)上设有彼此垂直配置的X方向驱动轴2和Y方向驱动轴3。X方向驱动轴2由丝杠等构成，由X方向驱动电机4进行旋转驱动。该X方向驱动电机4例如是步进电机，根据从控制装置8输入的驱动信号使X方向驱动轴2旋转，从而在底座1上使喷出头7沿X方向(主扫描方向)移动。
Y方向驱动轴3与上述X方向驱动轴一样，由丝杠构成，由Y方向驱动电机5进行旋转驱动。该Y方向驱动电机5例如是步进电机，根据从控制装置8输入的驱动信号使Y方向驱动轴3旋转，从而在底座1上使台6沿Y方向(副扫描方向)移动。台6是方形平板，其上在固定状态下装载对象物W。该对象物W是粘附从喷出头7喷出的液滴的对象，是各种用纸和基板等。
喷出头7利用压电元件的机械变形喷出存储在内部的喷出用液体的液滴，其详细结构将在后面描述。另外，喷出用液体可根据本液滴喷出装置A的用途使用各种液体，例如，可以是各种墨水、树脂或电光物质等。控制装置8在控制计算机C进行的控制下，控制·驱动所述X方向驱动电机4、Y方向驱动电机5和喷出头7。
另一方面，作为控制计算机C的构成要素的键盘10用于输入与将液滴喷出到对象物W的喷出有关的喷出条件等的各种设定信息。外部存储部11存储从该键盘10输入的各种设定信息，外部存储部11例如是硬盘装置。另外，显示部12屏幕显示已经存储在外部存储部11的所述各种设定信号和从键盘10输入的各种设定信息。
这样构成的本液滴喷出装置A在由控制计算机C进行的控制下，通过使X方向驱动电机4和Y方向驱动电机5工作，而任意设定对象物W和喷出头7的相对位置关系，同时，从喷出头7将液滴喷出到对象物W的任意位置上，并使其粘附。
【喷出头7的详细结构】
接着，图2是表示上述排除头7的详细结构的分解立体图。喷出头7由喷嘴形成板20、压力产生室形成板21、振动板22、激励部22和保护箱(casing)24等构成。
喷嘴形成板20是按规定的间隔形成多个喷出用开口20a的平板。压力产生室形成板21是下面被粘接在所述喷嘴形成板20的上面的平板，通过蚀刻加工形成压力产生室21a、侧壁(隔板)21b、贮存室21c和导入路径21d。对应于所述喷出用开口20a设置多个压力产生室21a，压力产生室是存储喷出前的喷出用液体的空间。侧壁21b用于分隔各个压力产生室21a。贮存室21c是用于将喷出用液体提供给各压力产生室21a的通路。另外，导入路径21d用于将喷出用液体从贮存室21c导入到各压力产生室21a。
振动板22是可弹性变形的薄板，粘接在压力产生室形成板21上面。即，喷嘴形成板20、压力室形成板21和振动板22具有通过粘接剂胶合的三层构造。在振动板22的上面设置激励部23，振动板22中对应于各压力产生室21a的部位通过激励部23内的压电元件相对表面沿垂直方向变形。另外，所述喷嘴形成板20、压力产生室形成板22、振动板22和激励部23作为整体被容纳在保护箱24内，而形成一体的喷出头7。
【激励部23的详细构成】
图3是表示所述激励部23的详细结构的纵剖面图。如图中所示，将压电元件30的一端粘接固定在对应于所述振动板22的各压力产生室21a的部位上。该压电元件30通过从外部施加的电压沿上下方向进行伸缩。压电元件30的另一端被粘接固定在固定基板31上，固定基板31被粘接固定在支撑物32上。将该支撑物32固定在振动板22上。
另外，将驱动用集成电路33粘接固定在所述固定基板31上。通过挠性电缆34将各种控制信号和驱动信号(通常驱动信号和加热用驱动信号)从控制装置8(参照图1)提供给该驱动用集成电路33。驱动用集成电路33根据上述控制信号选择性地输出各种驱动信号，经挠性电缆34将由驱动用集成电路33选择的各种驱动信号提供给各压电元件30。
即，本液滴喷出装置A的喷出头7根据从驱动用集成电路33选择性地提供给压电元件30的各种驱动信号，使压电元件30沿上下方向伸缩。并且，由于该压电元件30的伸缩位于压电元件30下方的振动板22的部位在上下方向即振动板22的表面上沿垂直方向变形，从而将存储在压力发生室21a中的喷出用液体L作为液滴D向对象物W喷出。
【电功能结构】
接着，参照图4说明本液滴喷出装置A的电功能结构。如图4所示，被设置在上述主体B上的控制装置8由运算控制部8a、驱动信号生成部8b构成，另一方面，设置在喷出头7内的驱动用集成电路33由切换信号生成部33a、开关电路33b和温度检测部33c等构成。
运算控制部8a根据从控制计算机C输入的所述设定信息和预先存储在内部的控制程序控制·驱动X方向驱动电机4和Y方向驱动电机5，同时，将生成驱动压电元件30用的各种驱动信号a的各种数据(驱动信号生成数据)输出到驱动信号生成部8b。另外，运算控制部8a根据上述控制程序生成选择数据b并输出到切换信号生成部30中。该选择数据b由指定为驱动信号a的施加对象的压电元件30用的喷嘴选择数据和指定施加到压电元件30上的驱动信号用的波形选择数据构成。
另外，本运算控制部8a构成为加入从温度检测部33c输入的温度检测信号c，生成所述波形选择数据。即，本运算控制部8a根据温度检测信号c对切换信号生成部33a选择指定通常驱动信号或加热用驱动信号的一种。
驱动信号生成部8b根据所述驱动信号生成用数据生成规定形状的各种驱动信号，即，通常驱动信号及加热用驱动信号并输出到开关电路33b。
图5是表示通常驱动信号和加热用驱动信号的各种波形(一个周期)的模式图。该图5中，(a)表示通常驱动信号ND的波形，(b)表示加热用驱动信号HD的波形。通常驱动信号ND的重复频率f被设定为10kHz，相反，加热用驱动信号HD的重复频率f最好大于超声波区域的40kHz，在本实施例中被设定为100kHz。该100kHz左右的重复频率f是可充分驱动(机械变形)压电元件30的频率，同时，是通过高速驱动压电元件30而产生反应性好的工作热量的频率。另外，虽然加热用驱动信号HD的振幅最好是不能从喷出用开口20a喷出液滴D的水平，例如小于通常驱动信号ND的振幅VHN的1/2，但是在本实施例中正好设定为通常驱动信号ND的振幅VHN的1/2(50％。
另一方面，切换信号生成部33a根据选择数据b生成指示导通/不导通各压电元件30的驱动信号a的切换信号，并输出到开关电路33b。对每个压电元件30设置开关电路33b，并将由切换信号指定的驱动信号输出到压电元件30。温度检测部33c检测驱动用集成电路33的动作温度，并作为温度检测信号c输出到运算控制部8a。
这里，如图3所示，将驱动用集成电路33粘接固定到固定基板31上，另一方面，也将根据驱动信号的工作而产生热(工作热量)的各压电元件30的另一端粘接固定在该固定基板31上。即，容纳温度检测部33c的驱动用集成电路33和各压电元件30经过热传导性好的固定基板31处于紧密的热耦合状态。因此，温度检测部33c检测的驱动用集成电路33的动作温度正确地反映了压电元件30的工作热量。另外，由于压电元件30夹着振动板22(薄板)而与喷出用液体紧密热耦合，所以温度检测部33c多少有点温度差，但是可大致正确地检测出喷出用液体L的温度来作为压电元件30的温度。
下面，参照图6详细说明这样构成的液滴喷出装置的动作。
首先，说明通常动作。
同步进行由运算控制部8a进行的X方向驱动电机4和Y方向驱动电机5的控制·驱动、向切换信号生成部33a输出选择数据b和由驱动信号生成部8b进行的向开关电路33b输出各种驱动信号。即，通过由运算控制部8a进行的控制·驱动动作X方向驱动电机4和Y方向驱动电机5，在适当设定喷出用头7和对象物W之间的相对位置的状态下，将通常驱动信号ND从驱动用集成电路33的开关电路33b连续施加到压电元件30中，将喷出用液体L从喷出用开口20a连续喷出(通常喷出)到对象物W中来作为液滴D。
在重复频率f是10kHz的重复频率下进行这种压电元件30的通常驱动。这时，虽然因压电元件30产生工作热量而加热喷出用液体L，但是由于将喷出用液体L的一部分作为液滴D喷出到对象物W中，所以通过液滴向外部放出所述工作热量的一部分，因此不能高效地加热喷出用液体L。并且，通过经固定基板31与压电元件30紧密热耦合的驱动用集成电路33内的温度检测部33c等价地检测这种喷出用液体L的温度上升来作为压电元件30的温度上升。
运算控制部8a根据从温度检测部33输入的温度检测信号c来把握喷出用液体L的温度，当该温度低于规定的阈值温度时，驱动信号生成部8b指示生成加热用驱动信号HD，同时，生成指示将该加热用驱动信号HD施加到压电元件30的选择数据b，并输出到切换信号生成部33a中。结果，将加热用驱动信号HD施加到压电元件30上，并在100kHz的重复频率f下在非喷出状态下驱动(加热驱动)压电元件30。并且，通过该非喷出且100kHz的高频进行的驱动来迅速上升喷出用液体L的温度。
图6(a)是表示通常驱动信号ND和加热用驱动信号HD的配置关系的模式图。如图所示，通过在通常驱动信号ND期间插入加热用驱动信号HD，而在通常驱动期间Tn期间插入加热驱动期间Th，来抑制喷出用液体L的温度降低。
通常，在液滴喷出装置中，在对象物W上进行通常驱动期间，即终止贯穿X方向的一条线的喷出后到进行下一条线的喷出之前的阶段中，为确保该下一条线的正常喷出性能，执行预备的喷出工序(冲洗(flushing)工序)。所述加热驱动期间Th可以被设定在这种冲洗工序内，在冲洗驱动信号期间施加或者在冲洗波形之前施加，可更有效地执行冲洗，或者在冲洗之后到喷出之前期间进行施加后，进行正常喷出。即，如图6(b)所示，本液滴喷出装置通过在通常喷出之前的冲洗工序前、工序内、工序后加热驱动压电元件30来抑制喷出用液体L的温度降低。
根据本实施例，若在通常喷出中喷出用液体L的温度低于阈值温度，则代替通常驱动，在非喷出状态且超声波区域的重复频率下驱动压电元件30，所以可迅速上升喷出用液体L的温度，而维持在规定的温度以上。因此，可有效防止因喷出用液体L的温度降低引起的喷出不良。另外，通过在冲洗工序前、工序内、工序后进行加热驱动，可实现喷出用液体L的加热，而不牺牲作为液滴喷出装置的动作效率。
本液滴喷出装置可应用于各种用途，例如可考虑下述应用。
(1)通过将作为喷出用液体L的墨水喷出到作为对象物W的纸或各种薄膜中，而应用于画图或者写字的打印装置中。
(2)通过将作为喷出用液体L的导电性液体喷出到作为对象物W的基板上，而应用于描绘电子电路的布线图的绘图装置。
(3)通过将作为喷出液体L的透明树脂喷出到作为对象物W的基板上，而应用于形成显微透镜的显微透镜制造装置。这时，粘附在基板上的透明树脂通过紫外线等的照射而固化，并最终在基板上形成显微透镜。
(4)通过将上色用树脂喷出到作为对象物W的基板上来作为喷出用液体L，而应用于形成滤色镜的着色层的滤色镜制造装置。
(5)通过将作为喷出用液体L的电光学物质，即呈现电致发光的荧光性有机化合物喷出到作为对象物W的基板上，而应用于形成有机电致发光(EL)显示板的有机EL显示板制造装置。
另外，在上述实施例中，虽然在冲洗工序前、工序内、工序后设定加热驱动期间Th，在该冲洗工序前、工序内、工序后加热驱动压电元件30，但是可以通过在通常驱动期间Tn内设定较短周期的加热驱动周期Th，来抑制喷出用液体L的温度降低。本实施例的加热用驱动信号HD的重复频率(100kHz)是通常驱动信号ND的重复频率(10kHz)的十倍，即，与通常驱动信号ND相比加热用驱动信号HD被设定为相当短周期的信号。因此，在通常驱动信号ND期间可容易地插入几个周期(即短周期)的加热用驱动信号HD。
如上所述，根据本发明，在通过由通常驱动信号使压电元件发生机械变形，从开口喷出喷出用液体的液滴，由于向压电元件施加不会将液滴从开口喷出的并且为超声波频带的重复频率的加热用驱动信号，即，由于压电元件不喷出液滴，且被超声波区域的重复频率驱动，所以可迅速加热喷出用液体，而可维持·设定到规定温度以上。因此，可有效地防止因喷出用液体的温度降低引起的喷出不良。

Claims (26)

1.一种液滴喷出装置，通过由通常驱动信号使压电元件发生机械变形，从开口喷出喷出用液体的液滴，其特征在于：
向压电元件施加不会将液滴从开口喷出的并且为超声波频带的重复频率的加热用驱动信号。
2.根据权利要求1所述的液滴喷出装置，其特征在于：在将要通过通常驱动信号的驱动喷出液滴之前向压电元件施加加热用驱动信号。
3.根据权利要求1或2所述的液滴喷出装置，其特征在于：在通过通常驱动信号的驱动喷出液滴期间向压电元件施加加热用驱动信号。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的液滴喷出装置，其特征在于：当由温度检测单元检测出的喷出用液体的温度低于规定的阈值温度时，向压电元件施加加热用驱动信号。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的液滴喷出装置，其特征在于：加热用驱动信号的重复频率在40kHz以上。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的液滴喷出装置，其特征在于：加热用驱动信号的振幅是通常驱动信号的一半以下。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的液滴喷出装置，其特征在于：喷出用液体是打印用墨水。
8.根据权利要求1-6中任意一项所述的液滴喷出装置，其特征在于：喷出用液体是形成布线图案的导电性材料。
9.根据权利要求1-6中任意一项所述的液滴喷出装置，其特征在于：喷出用液体是用于形成显微透镜的透明树脂。
10.根据权利要求1-6中任意一项所述的液滴喷出装置，其特征在于：喷出用液体是用于形成滤色镜着色层的树脂。
11.根据权利要求1-6中任意一项所述的液滴喷出装置，其特征在于：喷出用液体是电光物质。
12.根据权利要求11所述的液滴喷出装置，其特征在于：电光物质是呈现电致发光的荧光性有机化合物。
13.根据权利要求1-12中任意一项所述的液滴喷出装置，其特征在于：在预备喷出(冲洗)工序前、工序内、工序后向压电元件施加加热用驱动信号。
14.一种液滴喷出方法，是一种通过由通常驱动信号使压电元件发生机械变形，从开口喷出喷出用液体的液滴的方法，其特征在于：
通过向压电元件施加不会将液滴从开口喷出的并且为超声波频带的重复频率的加热用驱动信号，来加热喷出用液体。
15.根据权利要求14所述的液滴喷出方法，其特征在于：在将要进行使液滴喷出的通常驱动之前进行加热驱动。
16.根据权利要求14或15所述的液滴喷出方法，其特征在于：在通常驱动期间进行加热驱动。
17.根据权利要求14-16中任意一项所述的液滴喷出方法，其特征在于：当喷出用液体的温度低于规定的阈值温度时，进行加热驱动。
18.根据权利要求14-17中任意一项所述的液滴喷出方法，其特征在于：加热驱动的重复频率在40kHZ以上。
19.根据权利要求14-18中任意一项所述的液滴喷出方法，其特征在于：以通常驱动振幅的一半以下的振幅进行加热驱动。
20.根据权利要求14-19中任意一项所述的液滴喷出方法，其特征在于：喷出用液体是打印用的墨水。
21.根据权利要求14-19中任意一项所述的液滴喷出方法，其特征在于：喷出用液体是用于形成布线图案的导电性材料。
22.根据权利要求14-19中任意一项所述的液滴喷出方法，其特征在于：喷出用液体是用于形成显微透镜的透明树脂。
23.根据权利要求14-19中任意一项所述的液滴喷出方法，其特征在于：喷出用液体是用于形成滤色镜着色层用的树脂。
24.根据权利要求14-19中任意一项所述的液滴喷出装置，其特征在于：喷出用液体是电光物质。
25.根据权利要求24所述的液滴喷出装置，其特征在于：电光物质是呈现电致发光的荧光性有机化合物。
26.根据权利要求14-25中任意一项所述的液滴喷出装置，其特征在于：在预备喷出(冲洗)工序前、工序内、工序后向压电元件施加加热用驱动信号。
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