JP2005119296A - Droplet discharging method and apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To discharge minute ink droplets at a sufficient flight speed even in the case of an ink liquid with high viscosity. <P>SOLUTION: In the droplet discharging method for discharging a liquid inside a pressure chamber as a droplet from a nozzle, by applying a drive waveform to an actuator for causing change in volume of the pressure chamber filled with the liquid, the volume of the pressure chamber is represented by V, the cross-sectional surface area of the nozzle is represented by A, the length of the nozzle is represented by 1<SB>o</SB>, the density of the liquid to be discharged is represented by ρ, the viscosity coefficient of the liquid to be discharged is represented by μ and the rate of transmission of a pressure wave transmitted through the liquid inside the pressure chamber is represented by c. These factors are set to satisfy the condition expressed by an inequality expression (1), c<SP>2</SP>/V<16π<SP>2</SP>μ<SP>2</SP>1<SB>o</SB>/(A<SP>3</SP>ρ<SP>2</SP>). <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、液滴吐出方法及び装置に係り、特に、インクジェット方式により高粘度のインク等の液体を微小液滴として十分な速度で吐出することのできる液滴吐出方法及び装置に関する。   The present invention relates to a droplet discharge method and apparatus, and more particularly, to a droplet discharge method and apparatus capable of discharging a liquid such as highly viscous ink as a fine droplet at a sufficient speed by an inkjet method.

インクジェット方式の液滴吐出装置は、記録ヘッドに形成されたノズルから記録媒体に向けて、インク等の液体を液滴として吐出し、画像等を記録するものである。インクジェット方式のインク液滴吐出装置におけるインク吐出方式には、様々なものがあるが、例えば、圧電セラミックスの変形によって圧力室の容積を変化させ、容積増大時にインク供給路から圧力室内にインクを導入し、圧力室の容積減少時に圧力室内のインクをノズルから液滴として吐出するものが知られている。   An ink jet type droplet discharge device records an image or the like by discharging a liquid such as ink as a droplet from a nozzle formed on a recording head toward a recording medium. There are various ink ejection methods in the ink jet ink droplet ejection device. For example, the volume of the pressure chamber is changed by deformation of piezoelectric ceramics, and ink is introduced from the ink supply path into the pressure chamber when the volume increases. In addition, there is known one that ejects ink in a pressure chamber as droplets from a nozzle when the volume of the pressure chamber decreases.

このようなインク液滴吐出装置においては、記録の解像度を高めるためには、小さい体積のインク液滴を吐出する必要があり、そのための様々な工夫が行われている。例えば、圧力室の容積を変化させるアクチュエータに、インクを吐出させるための駆動波形を印加した後、引き続き付加駆動波形を印加することにより、ノズルから飛び出しかけているインク液滴の一部をノズルから圧力室内へ引き戻すことにより、インク液滴を引きちぎり、飛翔するインク液滴を微小化するようにしたものが知られている(例えば、特許文献1等参照)。   In such an ink droplet discharge device, in order to increase the recording resolution, it is necessary to discharge a small volume of ink droplets, and various contrivances have been made for that purpose. For example, by applying a drive waveform for ejecting ink to an actuator that changes the volume of the pressure chamber, and subsequently applying an additional drive waveform, a part of the ink droplets that are ejected from the nozzle are removed from the nozzle. It is known that the ink droplets are torn off by pulling them back into the pressure chamber, and the flying ink droplets are miniaturized (see, for example, Patent Document 1).

また、上述したもののように、圧力室の容積を変化させるアクチュエータにインクを吐出させるための駆動波形を印加し、引き続きインク液滴を微小化させるための付加駆動波形を印加した後、さらに、インクのメニスカス面の振動状態を安定化させるための駆動波形を印加するようにして、その後に吐出するインクの液滴速度が低下するのを防止するようにしたものが知られている(例えば、特許文献2等参照)。
特開平11−170515号公報 特開平11−227203号公報
Further, as described above, after applying a drive waveform for ejecting ink to an actuator that changes the volume of the pressure chamber, and subsequently applying an additional drive waveform for miniaturizing ink droplets, an ink is further added. A driving waveform for stabilizing the vibration state of the meniscus surface is applied so as to prevent a drop speed of ink ejected thereafter from decreasing (for example, patents). Reference 2 etc.).
JP-A-11-170515 JP 11-227203 A

しかしながら、上記特許文献に記載されたものはいずれも圧力室内のインクが自然にある周期で振動(固有振動)を行うことが前提となっており、前記特許文献1に記載のものは、この固有振動を利用してインク液滴を小型化して吐出しており、また、前記特許文献2に記載のものは、この固有振動を利用して高温時で粘度が低いときに、前述したように後から印加する安定化波形(パルス)によってインクのメニスカス面を安定させるようにしており、いずれもメニスカス面の固有振動を前提とし、固有振動を利用して吐出タイミングを駆動波形で制御しているので、駆動波形を設計する上で、時間的制約と周期の制約があり、改善が望まれていた。   However, all of the above-described patent documents are based on the premise that the ink in the pressure chamber naturally vibrates (natural vibration) at a certain cycle. Ink droplets are ejected in a reduced size using vibration, and the one described in Patent Document 2 uses the natural vibration to cause the ink droplets at a high temperature and a low viscosity as described above. Since the ink meniscus surface is stabilized by the stabilization waveform (pulse) applied from the nozzle, both assume the natural vibration of the meniscus surface, and the ejection timing is controlled by the drive waveform using the natural vibration. In designing the drive waveform, there are time restrictions and period restrictions, and improvement has been desired.

一般に、液体の粘度が高くなると、その液体の流速に比例した抵抗力が大きくなる。従って、上述したような従来のインク液滴吐出装置で高粘度の場合にも低粘度の液体と同じようなアクチュエータの駆動条件で液滴を吐出すると、前記抵抗力の分だけ飛翔した液滴の速度が低下する。また、インクの粘度が高い場合、インク液滴を吐出した後のインクのリフィルが遅くなり、その結果、インクを吐出した後、初期状態に戻るまでの時間が長くなるため、記録(印字)速度が低下するという問題がある。   Generally, when the viscosity of a liquid increases, the resistance force proportional to the flow rate of the liquid increases. Accordingly, when a droplet is ejected under the same actuator driving conditions as a low-viscosity liquid even in the case of a high-viscosity ink using the conventional ink droplet ejection device as described above, The speed is reduced. Also, when the viscosity of the ink is high, the refilling of the ink after ejecting the ink droplets is delayed, and as a result, the time until the ink returns to the initial state after ejecting the ink becomes longer, so the recording (printing) speed There is a problem that decreases.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、高粘度の液体の場合にも、微小で十分な飛翔速度を持った液滴を効率良く吐出することのできる液滴吐出方法及び装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and in the case of a high-viscosity liquid, a droplet ejection method capable of efficiently ejecting a minute droplet having a sufficient flight speed and An object is to provide an apparatus.

前記目的を達成するために、請求項1記載の発明は、液体が充填された圧力室の容積を変化させるためのアクチュエータに駆動波形を印加することにより、圧力室内の液体をノズルより液滴として吐出させる液滴吐出方法であって、前記圧力室の容積をV、前記ノズルの断面積をA、前記ノズルの長さをl0 、吐出させる液体の密度をρ、吐出させる液体の粘性係数をμ及び前記圧力室内の液体中を伝達する圧力波の伝達速度をcとするとき、これらが次の不等式(1)
2 /V < 16π2 μ2 0 /(A3 ρ2 ) ・・・(1)
で表される条件を満たすように設定されていること特徴とする液滴吐出方法を提供する。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, by applying a drive waveform to an actuator for changing the volume of the pressure chamber filled with the liquid, the liquid in the pressure chamber is made a droplet from the nozzle. A droplet discharge method for discharging, wherein the volume of the pressure chamber is V, the cross-sectional area of the nozzle is A, the length of the nozzle is l 0 , the density of the liquid to be discharged is ρ, and the viscosity coefficient of the liquid to be discharged is When the transmission speed of μ and the pressure wave transmitted through the liquid in the pressure chamber is c, these are the following inequality (1)
c 2 / V <16π 2 μ 2 l 0 / (A 3 ρ 2 ) (1)
The droplet discharge method is characterized in that it is set so as to satisfy the condition represented by

ここでこの条件を満たすようにするためには、例えば、吐出させたい液体の物性値ρ、μ、cに対して、ヘッドの幾何学的条件A、l0 が この式(1)を満たすように設計すればよい。この条件を満たすことにより、液体のメニスカス面が振動することがなく、駆動波形を印加する際、メニスカス面の固有振動が支障となることがなく、時間的制約と周期の制約が全くないため、駆動波形を印加する時間を考慮する必要がなく、効率良く駆動を行うことができる。特に、本発明は、液体粘性係数μが30mPa・sec (30CP)以上の液体を吐出する場合に特に有効である。 In order to satisfy this condition, for example, the geometrical conditions A, l 0 of the head satisfy this equation (1) with respect to the physical property values ρ, μ, c of the liquid to be discharged. To design. By satisfying this condition, the liquid meniscus surface does not vibrate, and when applying the drive waveform, the natural vibration of the meniscus surface does not hinder, and there are no time restrictions and period restrictions. It is not necessary to consider the time for applying the drive waveform, and the drive can be performed efficiently. In particular, the present invention is particularly effective when a liquid having a liquid viscosity coefficient μ of 30 mPa · sec (30 CP) or more is ejected.

また、本発明の液滴吐出方法は、前記駆動波形は、前記ノズルの液体のメニスカス面を引き込むための第1の駆動波形と、前記ノズルから液体を液滴として吐出させるために液体柱を形成するための第2の駆動波形と、前記液体柱を引きちぎり微小液滴を形成するための第3の駆動波形と、前記液体柱が引きちぎれた後に前記メニスカス面を初期状態に戻すための第4の駆動波形を有して構成されることを特徴とする。   In the droplet discharge method of the present invention, the drive waveform includes a first drive waveform for drawing the meniscus surface of the liquid of the nozzle, and a liquid column for discharging the liquid as a droplet from the nozzle. A second drive waveform for tearing off the liquid column, a third drive waveform for forming microdroplets, and a fourth for returning the meniscus surface to the initial state after the liquid column is torn off. It is characterized by having the following drive waveform.

このように駆動波形を形成することにより、液体が高粘度の場合でも、液体を微小な液滴として十分な速度で吐出させることができ、吐出後メニスカス面を早期に安定させることができる。   By forming the drive waveform in this manner, even when the liquid has a high viscosity, the liquid can be discharged as a fine droplet at a sufficient speed, and the post-discharge meniscus surface can be stabilized at an early stage.

また、本発明の液滴吐出方法は、前記駆動波形が、前記第1の駆動波形を有する場合、前記第1の駆動波形が開始してから前記第2の駆動波形が開始するまでの時間t2 が、前記第1の駆動波形を開始してから前記メニスカス面の変位体積速度の絶対値が最大となるまでの時間ta より大であることを特徴とする。さらに、前記時間ta は、前記圧力室のコンプライアンスをC、液体流路のイナータンスをL、前記ノズル部における液体粘性抵抗をRとし、β=R/(2L)、γ=√{R2 /(4L2 )−1/(LC)}とするとき、次の式(2)
a ={1/(2γ)}log{(β+γ)/(β−γ)} ・・・(2)
で表されることが好ましい。
In the droplet discharge method of the present invention, when the drive waveform has the first drive waveform, the time t from the start of the first drive waveform to the start of the second drive waveform is t. 2, wherein the absolute value of the displacement volume velocity of the first of the meniscus surface from the start of the drive waveform is greater than the time t a up to a maximum. Further, the time t a, the compliance of the pressure chamber C, and the inertance of the liquid channel L, and the liquid viscosity resistance in the nozzle portion and R, β = R / (2L ), γ = √ {R 2 / When (4L 2 ) −1 / (LC)}, the following formula (2)
t a = {1 / (2γ)} log {(β + γ) / (β−γ)} (2)
It is preferable to be represented by

これにより、液体のメニスカス面の変化の加速度が吐出する方向になるところで液滴吐出のための駆動波形を開始することとなるため、効率の良い液滴の吐出が可能となる。   As a result, the drive waveform for droplet ejection is started where the acceleration of the change in the meniscus surface of the liquid is in the direction of ejection, so that efficient droplet ejection is possible.

また、本発明の液滴吐出方法において、前記第3の駆動波形によるメニスカス面での液体の変位体積速度は、前記第2の駆動波形によるメニスカス面での液体の変位体積速度よりも絶対値において小であることが好ましい。さらに、前記第4の駆動波形によるメニスカス面での液体の変位体積速度は、前記第3の駆動波形によるメニスカス面での液体の変位体積速度よりも絶対値において大であることが好ましい。   Further, in the droplet discharge method of the present invention, the displacement volume velocity of the liquid on the meniscus surface by the third drive waveform is an absolute value than the displacement volume velocity of the liquid on the meniscus surface by the second drive waveform. It is preferable that it is small. Furthermore, it is preferable that the displacement volume velocity of the liquid on the meniscus surface by the fourth driving waveform is larger in absolute value than the displacement volume velocity of the liquid on the meniscus surface by the third driving waveform.

これにより、高粘度の液体において、ある程度の液滴速度を持った微小液滴の吐出が可能となるとともに、吐出後メニスカス面を素早く初期状態に戻すことができるため、記録速度を高速化することが可能となる。   This makes it possible to discharge fine droplets with a certain droplet velocity in a high-viscosity liquid and to quickly return the meniscus surface after discharge to the initial state, thereby increasing the recording speed. Is possible.

また、前記目的を達成するために、請求項7記載の発明は、液体が充填される圧力室と、前記圧力室に設けられた液体を液滴として吐出するノズルと、前記圧力室の容積を変化させるアクチュエータと、前記アクチュエータに駆動波形を印加して前記圧力室の容積を変化させて前記ノズルより液滴を吐出させるアクチュエータ駆動手段とを備えた液滴吐出装置であって、前記圧力室の容積をV、前記ノズルの断面積をA、前記ノズルの長さをl0 、吐出させる液体の密度をρ、吐出させる液体の粘性係数をμ及び前記圧力室内の液体中を伝達する圧力波の伝達速度をcとするとき、これらが次の不等式(1)
2 /V < 16π2 μ2 0 /(A3 ρ2 ) ・・・(1)
で表される条件を満たすように設定されていること特徴とする液滴吐出装置を提供する。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 7 includes a pressure chamber filled with a liquid, a nozzle for discharging the liquid provided in the pressure chamber as droplets, and a volume of the pressure chamber. A droplet discharge device comprising: an actuator to be changed; and an actuator driving means for applying a drive waveform to the actuator to change the volume of the pressure chamber to discharge a droplet from the nozzle. The volume of V, the cross-sectional area of the nozzle A, the length of the nozzle l 0 , the density of the liquid to be ejected ρ, the viscosity coefficient of the liquid to be ejected μ, and the pressure wave transmitted through the liquid in the pressure chamber When the transmission speed is c, these are the following inequalities (1)
c 2 / V <16π 2 μ 2 l 0 / (A 3 ρ 2 ) (1)
The droplet discharge device is characterized in that it is set so as to satisfy the condition represented by:

ここでこの条件を満たすようにするためには、例えば、吐出させたい液体の物性値ρ、μ、cに対して、ヘッドの幾何学的条件A、l0 が この式(1)を満たすように設計すればよい。この条件を満たすことにより、液体のメニスカス面が振動することがなく、駆動波形を印加する際、メニスカス面の固有振動が支障となることがないため、駆動波形を印加する時間を考慮する必要がなく、効率良く駆動を行うことができる。 In order to satisfy this condition, for example, the geometrical conditions A, l 0 of the head satisfy this equation (1) with respect to the physical property values ρ, μ, c of the liquid to be discharged. To design. By satisfying this condition, the liquid meniscus surface does not vibrate, and the natural vibration of the meniscus surface does not hinder the application of the drive waveform, so it is necessary to consider the time for applying the drive waveform. And can be driven efficiently.

また、本発明の液滴吐出装置は、前記駆動波形は、前記ノズルの液体のメニスカス面を引き込むための第1の駆動波形と、前記ノズルから液体を液滴として吐出させるために液体柱を形成するための第2の駆動波形と、前記液体柱を引きちぎり微小液滴を形成するための第3の駆動波形と、前記液体柱が引きちぎれた後に前記メニスカス面を初期状態に戻すための第4の駆動波形を有して構成されることを特徴とする。   In the droplet discharge device of the present invention, the drive waveform includes a first drive waveform for drawing the meniscus surface of the liquid of the nozzle, and a liquid column for discharging the liquid from the nozzle as droplets. A second driving waveform for tearing off the liquid column, a third driving waveform for forming micro droplets, and a fourth for returning the meniscus surface to the initial state after the liquid column is torn off. It is characterized by having the following drive waveform.

このように駆動波形を形成することにより、液体が高粘度の場合でも、液体を微小な液滴として十分な速度で吐出させることができ、吐出後メニスカス面を早期に安定させることができる。   By forming the drive waveform in this manner, even when the liquid has a high viscosity, the liquid can be discharged as a fine droplet at a sufficient speed, and the post-discharge meniscus surface can be stabilized at an early stage.

また、本発明の液滴吐出装置は、前記駆動波形が、前記第1の駆動波形を有する場合、前記第1の駆動波形が開始してから前記第2の駆動波形が開始するまでの時間t2 が、前記第1の駆動波形を開始してから前記メニスカス面での液体の変位体積速度の絶対値が最大となるまでの時間ta より大であることを特徴とする。さらに、前記時間ta は、前記圧力室のコンプライアンスをC、液体流路のイナータンスをL、前記ノズル部における液体粘性抵抗をRとし、β=R/(2L)、γ=√{R2 /(4L2 )−1/(LC)}とするとき、次の式(2)
a ={1/(2γ)}log{(β+γ)/(β−γ)} ・・・(2)
で表されることが好ましい。
In the droplet discharge device of the present invention, when the drive waveform has the first drive waveform, the time t from the start of the first drive waveform to the start of the second drive waveform is t. 2, wherein the absolute value of the displacement volume velocity of the liquid in the meniscus surface from the start of the first driving waveform is greater than the time t a up to a maximum. Further, the time t a, the compliance of the pressure chamber C, and the inertance of the liquid channel L, and the liquid viscosity resistance in the nozzle portion and R, β = R / (2L ), γ = √ {R 2 / When (4L 2 ) −1 / (LC)}, the following formula (2)
t a = {1 / (2γ)} log {(β + γ) / (β−γ)} (2)
It is preferable to be represented by

これにより、液体のメニスカス面の変化の加速度が吐出する方向になるところで液滴吐出のための駆動波形を開始することとなるため、効率の良い液滴の吐出が可能となる。   As a result, since the drive waveform for droplet ejection is started where the acceleration of the change in the meniscus surface of the liquid is in the ejection direction, efficient droplet ejection is possible.

また、本発明の液滴吐出装置においては、前記第3の駆動波形によるメニスカス面での液体の変位体積速度は、前記第2の駆動波形によるメニスカス面での液体の変位体積速度よりも絶対値において小であることが好ましい。さらに、前記第4の駆動波形によるメニスカス面での液体の変位体積速度は、前記第3の駆動波形によるメニスカス面での液体の変位体積速度よりも絶対値において大であることが好ましい。   In the droplet discharge device of the present invention, the displacement volume velocity of the liquid on the meniscus surface by the third drive waveform is an absolute value than the displacement volume velocity of the liquid on the meniscus surface by the second drive waveform. Is preferably small. Furthermore, it is preferable that the displacement volume velocity of the liquid on the meniscus surface by the fourth driving waveform is larger in absolute value than the displacement volume velocity of the liquid on the meniscus surface by the third driving waveform.

以上説明したように、本発明に係る液滴吐出方法及び装置においては、高粘度の液体の場合であっても、ヘッドの幾何学的条件でメニスカス面が固有振動しない系に設定されているので、駆動波形の設計自由度が広がり、微小で十分な飛翔速度を持った液滴を効率良く吐出することが可能となる。   As described above, in the droplet discharge method and apparatus according to the present invention, even in the case of a high-viscosity liquid, the meniscus surface is set to a system that does not vibrate naturally due to the geometric conditions of the head. As a result, the degree of freedom in designing the drive waveform is widened, and it is possible to efficiently eject minute droplets having a sufficient flight speed.

以下、添付図面に従って本発明に係る液滴吐出方法及び装置について詳細に説明する。   Hereinafter, a droplet discharge method and apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明に係る液滴吐出装置の一実施形態の概略を示す要部断面図である。図1に示すように、本実施形態の液滴吐出装置10は、吐出するための液体を収容する圧力室12と、圧力室12の一端に設けられた液体を液滴として吐出するためのノズル14と、圧力室12の壁面に設けられた圧力室12の容積を可変にするためのアクチュエータ16と、画像信号に応じてアクチュエータ16に駆動波形を印加するアクチュエータ駆動手段18と、図示しない液体タンクと連通して液体タンクから圧力室12に液体を供給する液体供給路20等を有して構成される。   FIG. 1 is a cross-sectional view of an essential part showing an outline of an embodiment of a droplet discharge apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 1, a droplet discharge device 10 of this embodiment includes a pressure chamber 12 that stores a liquid to be discharged, and a nozzle that discharges the liquid provided at one end of the pressure chamber 12 as a droplet. 14, an actuator 16 for changing the volume of the pressure chamber 12 provided on the wall surface of the pressure chamber 12, an actuator driving means 18 for applying a driving waveform to the actuator 16 according to an image signal, and a liquid tank (not shown) And a liquid supply path 20 for supplying liquid from the liquid tank to the pressure chamber 12.

図1に示すように、本実施形態においては、圧力室12の容積を変化させてノズル14から液体を液滴として吐出させるための液体吐出圧力を発生する手段としてのアクチュエータ16は、圧力室12の壁面に剪断モードで駆動されるように配置された可動素子(圧電素子)によって構成されているが、アクチュエータ16は、このような圧電素子に限定されるものではなく、例えば、ノズル14に対向する圧力室12の他方の端部にピエゾ素子を設けて、ピエゾ素子の変形によって圧力室12の容積を変化させて、液体を液滴としてノズル14から吐出させるようにしてもよい。   As shown in FIG. 1, in the present embodiment, the actuator 16 as a means for generating a liquid discharge pressure for changing the volume of the pressure chamber 12 to discharge the liquid from the nozzle 14 as a droplet is the pressure chamber 12. However, the actuator 16 is not limited to such a piezoelectric element. For example, the actuator 16 is opposed to the nozzle 14. Alternatively, a piezoelectric element may be provided at the other end of the pressure chamber 12 and the volume of the pressure chamber 12 may be changed by deformation of the piezoelectric element so that the liquid is discharged from the nozzle 14 as a droplet.

アクチュエータ駆動手段18は、入力された画像信号に基づいて、後で詳述するように、所定の駆動波形をアクチュエータ16に印加し、アクチュエータ16の可動部を可動させることにより、圧力室12の容積を変化させて、ノズル14から液体を液滴として吐出するようにするものである。   The actuator driving means 18 applies a predetermined driving waveform to the actuator 16 based on the input image signal, and moves the movable portion of the actuator 16 to move the volume of the pressure chamber 12 as will be described in detail later. The liquid is discharged from the nozzle 14 as droplets.

なお、本実施形態で用いられる液体は、高粘度の液体である。この高粘度液体は、メニスカス面が振動することがなく、いわゆる自然な周期を有していないものであり、具体的には以下説明するような条件によって規定される。   Note that the liquid used in the present embodiment is a highly viscous liquid. The high-viscosity liquid does not vibrate the meniscus surface and does not have a so-called natural period, and is specifically defined by the conditions described below.

本実施形態の液滴吐出装置は、液体の粘度が高く、自然にはメニスカス面が振動しないような条件において、液体を微小な液滴として、かつ十分な吐出速度で吐出させるものであり、次に、このメニスカス面が振動しないための条件について説明する。   The liquid droplet ejection apparatus according to the present embodiment ejects the liquid as fine liquid droplets at a sufficient ejection speed under the condition that the viscosity of the liquid is high and the meniscus surface does not naturally vibrate. Next, conditions for preventing the meniscus surface from vibrating will be described.

図2(a)は、前述した圧力室12とノズル14の説明を簡単にするために単純化して、それぞれ円柱で表したものである。図2(a)に示すように、圧力室12の長さをl1 、圧力室12の底面積をS、ノズル14の長さをl0 、ノズル14の底面積をAとする。すると圧力室12の容積はV=Sl1 となる。 FIG. 2A is simplified to simplify the description of the pressure chamber 12 and the nozzle 14 described above, and each is represented by a cylinder. As shown in FIG. 2A, the length of the pressure chamber 12 is l 1 , the bottom area of the pressure chamber 12 is S, the length of the nozzle 14 is l 0 , and the bottom area of the nozzle 14 is A. Then, the volume of the pressure chamber 12 becomes V = Sl 1 .

また、圧力室12のコンプライアンスをC、液体流路のイナータンスをL、ノズル部での液体の粘性による抵抗をR、吐出させる液体の密度をρ、吐出させる液体の粘性係数をμ、前記圧力室内を伝達する圧力波の伝達速度をcとする。これらを用いると、圧力室12のコンプライアンスC、液体流路のイナータンスL、ノズル部での液体の粘性による抵抗Rは、それぞれ次のように表される。   Further, the compliance of the pressure chamber 12 is C, the inertance of the liquid flow path is L, the resistance due to the viscosity of the liquid at the nozzle portion is R, the density of the liquid to be discharged is ρ, the viscosity coefficient of the liquid to be discharged is μ, and the pressure chamber Let c be the transmission speed of the pressure wave that transmits. When these are used, the compliance C of the pressure chamber 12, the inertance L of the liquid flow path, and the resistance R due to the viscosity of the liquid at the nozzle portion are respectively expressed as follows.

すなわち、
C=Sl1 /ρc2 =V/ρc2 、L=ρl0 /A、R=8πμl0 /A2 となる。
That is,
C = Sl 1 / ρc 2 = V / ρc 2 , L = ρl 0 / A, R = 8πμl 0 / A 2 .

ここで、メニスカス面が振動しない条件を考えるために、図2(b)に示すような、LCR直列回路による集中定数モデルを用いて考えることとする。このとき、図2(b)のLCR直列回路を流れる電流をIとすると、次の減衰振動の方程式が得られる。   Here, in order to consider the condition that the meniscus surface does not vibrate, a lumped constant model using an LCR series circuit as shown in FIG. At this time, if the current flowing through the LCR series circuit of FIG. 2B is I, the following equation of damped oscillation is obtained.

L(d2 I/dt2 )+R(dI/dt)+(1/C)I=0
よく知られているように、この振動の周期Tは、次の式で表される。
L (d 2 I / dt 2 ) + R (dI / dt) + (1 / C) I = 0
As is well known, the vibration period T is expressed by the following equation.

T=4πL/√(4L/C−R2
これをインクのメニスカス面の振動の周期と考えると、メニスカス面が振動しない条件は、Tが実数としては存在しないこと、すなわち、4L/C−R2 <0である。
T = 4πL / √ (4L / C−R 2 )
Considering this as the period of vibration of the meniscus surface of the ink, the condition that the meniscus surface does not vibrate is that T does not exist as a real number, that is, 4L / C−R 2 <0.

これに上で示した値、C=V/ρc2 、L=ρl0 /A、R=8πμl0 /A2 を代入すると、次の不等式(1)が得られる。 Substituting the values shown above, C = V / ρc 2 , L = ρl 0 / A, and R = 8πμl 0 / A 2 , the following inequality (1) is obtained.

2 /V < 16π2 μ2 0 /(A3 ρ2 ) ・・・(1)
この不等式(1)が、液体のメニスカス面が全く振動しないための条件である。式(1)が成立するとき、図3(a)にメニスカス面の位置xと時間tの関係を示すように、液体のメニスカス面は全く振動せずに単純に減衰する。従って、このとき、メニスカス面は、刺激を与えても振動を行わない。
c 2 / V <16π 2 μ 2 l 0 / (A 3 ρ 2 ) (1)
This inequality (1) is a condition for preventing the liquid meniscus surface from vibrating at all. When the formula (1) is established, as shown in FIG. 3A, the relationship between the position x of the meniscus surface and the time t, the liquid meniscus surface is simply damped without any vibration. Accordingly, at this time, the meniscus surface does not vibrate even when a stimulus is applied.

一方、式(1)が不成立で次の不等式(1)’
2 /V > 16π2 μ2 0 /(A3 ρ2 ) ・・・(1)’
が成立するときは、図3(b)にメニスカス面の位置xと時間tの関係を示すように、液体のメニスカスは振動してしまう。
On the other hand, the following inequality (1) ′
c 2 / V> 16π 2 μ 2 l 0 / (A 3 ρ 2 ) (1) ′
Is established, the liquid meniscus vibrates as shown in FIG. 3B, which shows the relationship between the position x of the meniscus surface and time t.

また、上記集中定数法のモデルによって得られた減衰振動の方程式をメニスカス面での液体の変位体積速度をvとして、上記条件の下で解くことにする。   In addition, the equation of the damped oscillation obtained by the model of the lumped constant method is solved under the above conditions, where v is the displacement volume velocity of the liquid on the meniscus surface.

すなわち、
L(d2 v/dt2 )+R(dv/dt)+(1/C)v=0
において、初期条件を、t=0のとき、v=0、dv/dt=−1として解く。
That is,
L (d 2 v / dt 2 ) + R (dv / dt) + (1 / C) v = 0
The initial conditions are solved as v = 0 and dv / dt = −1 when t = 0.

このとき解は、β=R/(2L)、γ=√{R2 /(4L2 )−1/(LC)}とすると、v=1/2exp{−(β+γ)t}−1/2exp{−(β−γ)t}となる。 At this time, if β = R / (2L) and γ = √ {R 2 / (4L 2 ) −1 / (LC)}, then v = ½exp {− (β + γ) t} −1 / 2exp {-(Β-γ) t}.

この解vをグラフとして図4(a)に示す。図4(a)において、メニスカス面の変位体積速度vの絶対値が最も大きくなるtの値ta を求めると、次の式(2)のようになる。
a ={1/(2γ)}log{(β+γ)/(β−γ)} ・・・(2) ここで、当然のことであるが、対数logは自然対数である。また、図4(a)のグラフにおける変曲点、すなわち、メニスカス面での液体の変位体積速度の変化率(加速度)が増加から減少に変わる点のtの値tb を求めると、
b ={1/(2γ)}log{(β+γ)2 /(β−γ)2 }となる。
The solution v is shown as a graph in FIG. In FIG. 4A, when the value t a of the maximum value of the displacement volume velocity v of the meniscus surface is obtained, the following equation (2) is obtained.
t a = {1 / (2γ)} log {(β + γ) / (β−γ)} (2) Here, as a matter of course, the logarithm log is a natural logarithm. Further, when the inflection point in the graph of FIG. 4A, that is, the value t b of the point where the rate of change (acceleration) of the displacement volume velocity of the liquid at the meniscus surface changes from increase to decrease,
t b = {1 / (2γ)} log {(β + γ) 2 / (β−γ) 2 }.

また、図4(b)に、メニスカス面の変位x(=∫vdt)を示す。図4(b)に示すように、メニスカス面の変位xは、時間tの経過とともに、振動せずにある平衡状態へと向かって行く。   FIG. 4B shows the meniscus surface displacement x (= の vdt). As shown in FIG. 4B, the displacement x of the meniscus surface moves toward an equilibrium state without vibration as time t passes.

本実施形態は、上記のような構成で、上記不等式(1)によって表される、メニスカス面が振動しないという条件の下で、高粘度の液体を微小液滴として十分な吐出速度で吐出させるものである。以下、このような吐出のために、アクチュエータ駆動手段18がアクチュエータ16に印加する駆動波形について説明する。   The present embodiment is configured as described above, and discharges a high-viscosity liquid as a fine droplet at a sufficient discharge speed under the condition that the meniscus surface does not vibrate, represented by the inequality (1). It is. Hereinafter, a driving waveform applied to the actuator 16 by the actuator driving means 18 for such ejection will be described.

図5に、アクチュエータ16に印加される駆動波形とメニスカス面での液体の変位体積速度vとを対比して示す。図5に示すように、本実施形態における駆動波形は、第1の駆動波形W1、第2の駆動波形W2、第3の駆動波形W3、第4の駆動波形W4の4つの駆動波形から構成され、第1の駆動波形W1と第2の駆動波形W2の間、および第2の駆動波形W2と第3の駆動波形W3の間に、それぞれ駆動電圧を保持する保持部U1、U2を有している。   FIG. 5 shows a comparison between the driving waveform applied to the actuator 16 and the displacement volume velocity v of the liquid on the meniscus surface. As shown in FIG. 5, the drive waveform in the present embodiment is composed of four drive waveforms: a first drive waveform W1, a second drive waveform W2, a third drive waveform W3, and a fourth drive waveform W4. , Holding units U1 and U2 for holding drive voltages, respectively, between the first drive waveform W1 and the second drive waveform W2 and between the second drive waveform W2 and the third drive waveform W3. Yes.

第1の駆動波形W1は、ノズル14の液体のメニスカス面を内側へ引き込むために、液体を吸引するためのものである。第2の駆動波形W2は、液体を液滴としてノズル14から吐出させるために、液体柱を作成するために圧力室12の液体に圧力をかけて、ノズル14から液体を押し出すためのものである。第3の駆動波形W3は、ノズル14から押し出されて形成された液体柱を引きちぎり、微小な液滴を作成するためのものである。また、第4の駆動波形W4は、引きちぎれた後にメニスカス面を素早く初期状態に戻すためのものである。   The first drive waveform W1 is for sucking the liquid so as to draw the liquid meniscus surface of the nozzle 14 inward. The second drive waveform W2 is for applying a pressure to the liquid in the pressure chamber 12 to push out the liquid from the nozzle 14 in order to create a liquid column in order to discharge the liquid from the nozzle 14 as a droplet. . The third drive waveform W3 is for tearing the liquid column formed by being pushed out from the nozzle 14 to create a minute droplet. The fourth drive waveform W4 is for quickly returning the meniscus surface to the initial state after tearing.

以下、アクチュエータ駆動手段18による、上記駆動波形を用いたアクチュエータ16の駆動による液滴吐出動作について説明する。   Hereinafter, the droplet discharge operation by the actuator driving means 18 by driving the actuator 16 using the driving waveform will be described.

アクチュエータ16には、最初t=0からt=t1 まで第1の駆動波形W1が印加される。第1の駆動波形W1は、t=0における基準電圧E0 から電圧E1 まで直線的に変化するものであり、このとき、下に示す変位体積速度vは、一定値v1 となっている。 The actuator 16 is first applied with the first drive waveform W1 from t = 0 to t = t 1 . The first drive waveform W1 changes linearly from the reference voltage E 0 to the voltage E 1 at t = 0, and at this time, the displacement volume velocity v shown below is a constant value v 1 . .

上の駆動波形のグラフで、下向き(電圧が下がる側)は、ノズル14の液体を圧力室12側へ吸引し、上向き(電圧が上がる側)は、逆に圧力室12の液体をノズル14から押し出すように働くことを意味する。また、この駆動波形のグラフは、アクチュエータ16に印加される電圧の変化を示しているが、電圧変化と液体の液面の変化は対応しており、このグラフは同時に液体の液面の変位を示していると考えてもよい。   In the graph of the upper drive waveform, the downward direction (the voltage decreasing side) sucks the liquid in the nozzle 14 toward the pressure chamber 12 side, and the upward direction (the voltage increasing side) conversely draws the liquid in the pressure chamber 12 from the nozzle 14. It means working like an extrusion. The graph of this drive waveform shows the change in the voltage applied to the actuator 16, but the voltage change corresponds to the change in the liquid level, and this graph shows the displacement of the liquid level at the same time. You may think that it shows.

次に、時刻t1 からt2 までは駆動電圧を一定(電圧E1 )に保ち(保持部U1)、時刻t2 から第2の駆動波形W2を印加する。このとき、駆動電圧が一定に保たれているt1 〜t2 間においては、液体の体積の変位はないため変位体積速度は0である。 Next, the driving voltage is kept constant (voltage E 1 ) from time t 1 to t 2 (holding unit U1), and the second driving waveform W2 is applied from time t 2 . At this time, between t 1 and t 2 where the driving voltage is kept constant, the displacement volume velocity is zero because there is no displacement of the volume of the liquid.

なお、図5に示す例では、まず第1の駆動波形W1を印加することから始めているが、この第1の駆動波形W1を印加することは必ずしも必要ではない。第1の駆動波形W1の印加なしに、いきなり所定時刻t2 から第2の駆動波形W2を印加するようにしてもよい。 In the example shown in FIG. 5, the first drive waveform W1 is first applied, but it is not always necessary to apply the first drive waveform W1. Without application of the first driving waveform W1, it may be suddenly applying a second driving waveform W2 from a predetermined time t 2.

時刻t2 から時刻t3 までは第2の駆動波形W2を印加し、電圧をE1 からE2 まで直線的に大きく増加させる。これにより変位体積速度はv2 という大きな値をとり、液体の液面は大きく変化し、ノズル14から液体が押し出されて液体柱が形成される。 From time t 2 to time t 3 , the second drive waveform W2 is applied, and the voltage is increased greatly linearly from E 1 to E 2 . As a result, the displacement volume velocity takes a large value of v 2 , the liquid level of the liquid changes greatly, and the liquid is pushed out from the nozzle 14 to form a liquid column.

次に、時刻t3 から時刻t4 までのわずかな時間、電圧を一定に保つ(保持部U2)。このとき、変位体積速度はまた0となっている。その後時刻t4 から時刻t5 まで第3の駆動波形W3を印加し、電圧を下げる。このとき、変位体積速度はv3 という負の一定値をとっている。この第3の駆動波形W3により、液体が引き戻され、液体柱が引きちぎられて液滴が形成され、これが記録媒体に向かって飛翔して行く。 Then, a short time from time t 3 to time t 4, keeps the voltage constant (holding unit U2). At this time, the displacement volume velocity is also zero. Then the third drive waveform W3 is applied from time t 4 to time t 5, lowering the voltage. At this time, the displacement volume velocity is taking a negative constant value of v 3. By this third drive waveform W3, the liquid is pulled back, the liquid column is torn off, and a droplet is formed, which flies toward the recording medium.

引き続き最後に、時刻t5 からt6 まで第4の駆動波形W4を印加する。第4の駆動波形W4は、電圧をE3 から基準電圧E0 まで下げるものである。このとき、変位体積速度は負で絶対値が大きな値となっている。これにより液体はさらに引き戻され、液体柱が引きちぎられて液滴が形成されて吐出した後の液面が素早く安定化される。 Continuing Finally, applying a fourth driving waveform W4 from time t 5 to t 6. The fourth drive waveform W4 decreases the voltage from E 3 to the reference voltage E 0 . At this time, the displacement volume velocity is negative and has a large absolute value. As a result, the liquid is further pulled back, and the liquid surface is quickly stabilized after the liquid column is torn and droplets are formed and discharged.

本実施形態の液滴吐出装置10においては、アクチュエータ駆動手段18による、このような駆動波形によってアクチュエータ16が駆動され、高粘度な液体が微小な液滴として十分な速度で吐出される。ここで、前述したように、第1の駆動波形W1は印加されなくとも良いが、第1の駆動波形W1が印加された場合には、第1の駆動波形W1の印加が開始されてから第2の駆動波形W2が開始されるまでの時間t2 は次のように決定されることが好ましい。 In the droplet discharge device 10 of the present embodiment, the actuator 16 is driven by such a drive waveform by the actuator driving means 18, and a highly viscous liquid is discharged as a fine droplet at a sufficient speed. Here, as described above, the first drive waveform W1 may not be applied. However, when the first drive waveform W1 is applied, the first drive waveform W1 is applied after the first drive waveform W1 is applied. The time t 2 until the second drive waveform W2 is started is preferably determined as follows.

すなわち、図4(a)に示すように、液体の液面の変位速度vは、0<t<ta の範囲では減少しており、加速度は負であるのに対し、t>ta では変位速度vは増加に転じ、加速度は正となっている。また、液体の液面の変位加速度が正のときに押す力を加えて液体を液滴として吐出させるようにした方が効率が良いと考えられる。 That is, as shown in FIG. 4 (a), the displacement velocity v of the liquid surface of the liquid, 0 <t <and decreased in the range of t a, while the acceleration is negative, the t> t a The displacement speed v starts to increase and the acceleration is positive. In addition, it is considered more efficient to apply a pressing force when the liquid surface displacement acceleration is positive to discharge the liquid as droplets.

高粘度で液体の液面が振動しないという条件の下では、液体を液滴として吐出させるための第2の駆動波形W2の印加を開始する時間t2 を、t2 >ta とすることにより、図6(a)にメニスカス面速度vと時間tの関係を示すように、メニスカスの面位置の加速度が正であるので、効率的に液体を液滴として吐出させることができると考えられる。前に算出したように、ta ={1/(2γ)}log{(β+γ)/(β−γ)}であるので、t2 >ta という条件は、次の不等式(3)で表される。 Under the condition that the surface of the liquid at a high viscosity does not vibrate, the time t 2 to start the application of the second drive waveform W2 for discharging the liquid as droplets, by a t 2> t a As shown in the relationship between the meniscus surface velocity v and time t in FIG. 6A, the acceleration of the meniscus surface position is positive. Therefore, it is considered that the liquid can be efficiently discharged as droplets. As previously calculated, since a t a = {1 / (2γ )} log {(β + γ) / (β-γ)}, the condition that t 2> t a, the table with the following inequality (3) Is done.

2 > {1/(2γ)}log{(β+γ)/(β−γ)} ・・・(3)
一方、t2 <ta の場合は、図6(b)にメニスカス面速度vと時間tの関係を示すように、メニスカスの面位置の加速度が負であるため効率的な液滴の吐出が難しくなる。
t 2 > {1 / (2γ)} log {(β + γ) / (β−γ)} (3)
On the other hand, in the case of t 2 <t a, as shown the relationship between the meniscus surface velocity v and the time t in FIG. 6 (b), the discharge of the efficient droplet for acceleration of the surface position of the meniscus is negative It becomes difficult.

また、さらに、この中で、液体の液面の変位の加速度が最大のところが最も好ましいと考えられる。図4(a)のグラフからわかるように、この場合、加速度は変曲点tb において最大となる。そこで、液体を吸引し始めた直後から、液体を押し出し始めるまでの時間t2 を液体の液面の変位の加速度が最大となる変曲点の位置tb とするのがより好ましい。 Further, among these, it is considered most preferable that the acceleration of the displacement of the liquid surface of the liquid is maximum. As can be seen from the graph of FIG. 4A, in this case, the acceleration becomes maximum at the inflection point t b . Therefore, it is more preferable that the time t 2 from immediately after the liquid starts to be sucked until the liquid starts to be pushed out is the position t b of the inflection point at which the acceleration of the displacement of the liquid surface is maximum.

すなわち、前に算出したように、tb ={1/(2γ)}log{(β+γ)2 /(β−γ)2 }であるので、t2 は次の式で決められる時間にするのが最も好ましい。 That is, as previously calculated, t b = {1 / (2γ)} log {(β + γ) 2 / (β−γ) 2 }, so t 2 is set to a time determined by the following equation. Is most preferred.

2 = {1/(2γ)}log{(β+γ)2 /(β−γ)2
あるいは、第1の駆動波形W1を印加し終わった直後から第2の駆動波形W2を印加するまでの時間t2 −t1 を、次式に示すように、この加速度が最大となる変曲点tb とするようにしてもよい。
t 2 = {1 / (2γ)} log {(β + γ) 2 / (β−γ) 2 }
Alternatively, a time t 2 -t 1 from immediately after application of the first drive waveform W1 to application of the second drive waveform W2 is an inflection point at which this acceleration is maximum as shown in the following equation. it may be set to t b.

2 −t1 ={1/(2γ)}log{(β+γ)2 /(β−γ)2
このように、液体の体積の変位速度が最大となる点ta より遅い時間において液体を押し出すのが好ましく、さらに液体の体積の変位加速度が最大となる変位速度の変曲点tb に対応する時間において液体を押し出すのがより好ましい。
t 2 −t 1 = {1 / (2γ)} log {(β + γ) 2 / (β−γ) 2 }
Thus, it is preferable to push out the liquid at a time later than the point t a at which the displacement speed of the liquid volume becomes maximum, and further corresponds to the inflection point t b of the displacement speed at which the displacement acceleration of the liquid volume becomes maximum. More preferably, the liquid is extruded in time.

また、次に第2の駆動波形W2の印加で形成した液体柱を引きちぎり、微小液滴として、また十分な速度で飛翔させるためには、第3の駆動波形W3は、図5に示すグラフの傾きが、第2の駆動波形W2の傾きよりも、絶対値において小さくなるように設定することが好ましい。すなわち、図5の下の変位体積速度のグラフで言うと、第2の駆動波形W2に対応する変位体積速度v2 より第3の駆動波形W3に対応する変位体積速度v3 の方が、次の不等式(4)に示すように、絶対値において小となるようにする。 In order to tear the liquid column formed by the application of the second drive waveform W2 next and fly as a microdroplet at a sufficient speed, the third drive waveform W3 is a graph shown in FIG. Is preferably set to be smaller in absolute value than the slope of the second drive waveform W2. That is, in the graph of the displacement volume velocity at the bottom of FIG. 5, the displacement volume velocity v 3 corresponding to the third drive waveform W3 is less than the displacement volume velocity v 2 corresponding to the second drive waveform W2. As shown in inequality (4), the absolute value is made small.

|v2 | > |v3 | ・・・(4)
これは、|v2 |より|v3 |を大きくしてしまうと、高粘度の液体の場合には、液体柱から切り離されて吐出しようとしている液滴を逆に引き戻す力が大きくなってしまい、これから吐出する液滴の飛翔速度を小さくしてしまうからである。
| V 2 |> | v 3 | (4)
This is because if | v 3 | is made larger than | v 2 |, in the case of a high-viscosity liquid, the force for pulling back the droplets that are separated from the liquid column and are about to be discharged becomes larger. This is because the flying speed of the droplets to be discharged is reduced.

従って、これにより、高粘度の液体において、ある程度の液滴速度を持った微 小液滴の吐出が可能となる。   Accordingly, this makes it possible to discharge micro droplets having a certain droplet velocity in a highly viscous liquid.

また、第3の駆動波形W3と第4の駆動波形W4の関係は、図5のグラフの傾きが、第3の駆動波形W3の傾きよりも第4の駆動波形W4の傾きの方が絶対値で大きくなるように設定することが好ましい。すなわち、図5の下の変位体積速度のグラフで言うと、第3の駆動波形W3に対応する変位体積速度v3 よりも第4の駆動波形W4に対応する変位体積速度v4 の方が次の不等式(5)に示すように、絶対値において大きい方が好ましい。 Further, the relationship between the third drive waveform W3 and the fourth drive waveform W4 is such that the slope of the graph of FIG. 5 is the absolute value of the slope of the fourth drive waveform W4 than the slope of the third drive waveform W3. It is preferable to set so as to be large. That is, in the graph of the displacement volume velocity in the lower part of FIG. 5, the displacement volume velocity v 4 corresponding to the fourth drive waveform W4 is the next to the displacement volume velocity v 3 corresponding to the third drive waveform W3. As shown in inequality (5), the larger absolute value is preferable.

|v4 | > |v3 | ・・・(5)
これにより、液体柱を引きちぎり液体を液滴として吐出した後の液体のメニスカス面を安定化させ、初期状態に戻すことができる。なお、このとき、従来の低粘度の液体の場合には、液体の液面が振動しているため、早く押さえて安定させようとすると、逆に加振してしまい安定化につながらない場合もあるため、液体の液面の固有振動を考慮して液体を押さえる時間を決める必要があったが、今の場合、液体は高粘度で振動していないため、なるべく早く液体を押さえることが好ましい。
| V 4 |> | v 3 | (5)
As a result, it is possible to stabilize the meniscus surface of the liquid after tearing off the liquid column and ejecting the liquid as droplets, and to return to the initial state. At this time, in the case of a conventional low-viscosity liquid, the liquid surface of the liquid vibrates, so if you try to hold it down and stabilize it, it may vibrate in reverse and not stabilize. Therefore, it is necessary to determine the time for pressing the liquid in consideration of the natural vibration of the liquid surface. However, in this case, since the liquid does not vibrate with high viscosity, it is preferable to press the liquid as soon as possible.

すなわち、第3の駆動波形W3と第4の駆動波形W4との間の時間はできるだけ短い方がよい。このように、本実施形態によれば、高粘度の液体を用い、液体の液面が振動しない条件を設定しているため、上述したように、時間に対する制約が全くなく、時間を考慮する必要がないため、すぐに液体を押さえる第4の駆動波形W4を印加することにより、素早く液体の液面を安定化させることができる。その結果、すぐに引き続いて次の印字を行うことができ、印字スピードを高速化することが可能となる。   That is, the time between the third drive waveform W3 and the fourth drive waveform W4 should be as short as possible. As described above, according to the present embodiment, since a high-viscosity liquid is used and the condition that the liquid level of the liquid does not vibrate is set, as described above, there is no restriction on time and it is necessary to consider time. Therefore, the liquid level of the liquid can be quickly stabilized by applying the fourth drive waveform W4 that immediately suppresses the liquid. As a result, the next printing can be performed immediately and the printing speed can be increased.

また、第2の駆動波形W2と、第3の駆動波形W3との間で電圧を保持する保持部U2の時間t4 −t3 は、微小液滴を形成するためには、できるだけ短い方が好ましい。この時間が長いと吐出する液滴が大きくなってしまうからである。場合によっては、この時間を0として、保持部U2を全く設定しないようにしてもよい。 In addition, the time t 4 -t 3 of the holding unit U2 that holds the voltage between the second drive waveform W2 and the third drive waveform W3 is as short as possible in order to form microdroplets. preferable. This is because, if this time is long, the discharged droplets become large. In some cases, this time may be set to 0 and the holding unit U2 may not be set at all.

また、これとは逆に、保持部U2の時間、すなわち第3の駆動波形W3を開始する時間を早めたり、遅くしたり変化させることにより、液体柱を引きちぎる駆動波形の位置を変えて、液滴のサイズを調整して打滴変調を行うようにしてもよい。   On the contrary, by changing the position of the drive waveform that tears the liquid column by changing the time of the holding unit U2, that is, the time to start the third drive waveform W3, is advanced or delayed. Droplet modulation may be performed by adjusting the droplet size.

また、前に、第3の駆動波形W3は、図5に示すグラフの傾きが、第2の駆動波形W2の傾きよりも、絶対値において小さくなるように設定することが好ましいとしたが、引きちぎり効果を高めて微小液滴を作りやすくするためには、第2の駆動波形W2の傾きよりは小という条件を満たす中でなるべく大きい方が好ましい。すなわち、第3の駆動波形W3に対応する変位体積速度|v3 |は、なるべく早い(大きい)方が好ましい。 In addition, it is preferable that the third drive waveform W3 is set so that the slope of the graph shown in FIG. 5 is smaller in absolute value than the slope of the second drive waveform W2. In order to enhance the tearing effect and make it easy to produce microdroplets, it is preferable that the ratio is as large as possible while satisfying the condition that the slope of the second drive waveform W2 is smaller. That is, it is preferable that the displacement volume velocity | v 3 | corresponding to the third drive waveform W3 is as fast (large) as possible.

以上述べたように、本実施形態によれば、液体を液滴として吐出させる駆動波形に対する変位体積速度を、液体を引きちぎるための駆動波形に対する変位体積速度よりも大きくすることで、高粘度の液体を十分な速度を持った微小液滴として吐出することが可能となる。   As described above, according to the present embodiment, a high-viscosity liquid can be obtained by making the displacement volume velocity with respect to the driving waveform for ejecting liquid as droplets larger than the displacement volume velocity with respect to the driving waveform for tearing the liquid. Can be ejected as fine droplets having a sufficient speed.

また、メニスカス面を初期状態とするための駆動波形に対応する変位体積速度を、液体を引きちぎるための駆動波形に対応する変位体積速度よりも大きくすることで、メニスカス面が初期状態に戻るまでの時間を早くすることができ、すぐに次の印字が可能となるため、印字を高速化することができる。   In addition, by increasing the displacement volume velocity corresponding to the driving waveform for setting the meniscus surface to the initial state, the displacement volume velocity corresponding to the driving waveform for tearing the liquid is increased until the meniscus surface returns to the initial state. Since the time can be shortened and the next printing can be performed immediately, the printing can be speeded up.

以上、本発明の液滴吐出方法及び装置について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。   Although the liquid droplet ejection method and apparatus of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above examples, and various improvements and modifications may be made without departing from the spirit of the present invention. Of course it is good.

本発明に係る液滴吐出装置の一実施形態の概略を示す要部断面図である。It is principal part sectional drawing which shows the outline of one Embodiment of the droplet discharge apparatus which concerns on this invention. メニスカス面が振動しないための条件を求めるための説明図であり、図2(a)は、圧力室とノズルを単純化して示す説明図であり、図2(b)は、集中定数モデルのLCR回路を示す回路図である。FIG. 2A is an explanatory diagram for simplifying the pressure chamber and the nozzle, and FIG. 2B is an LCR of a lumped constant model. It is a circuit diagram which shows a circuit. (a)、(b)はそれぞれメニスカス面位置xと時間tの関係を示す線図である。(A), (b) is a diagram which shows the relationship between the meniscus surface position x and time t, respectively. 図4(a)は、振動しないための条件を解いて得られた液体の変位体積速度を示すグラフであり、図4(b)は、メニスカス面の変位を示すグラフである。FIG. 4A is a graph showing the displacement volume velocity of the liquid obtained by solving the condition for preventing vibration, and FIG. 4B is a graph showing the displacement of the meniscus surface. 本実施形態におけるアクチュエータの駆動波形とそれに対応する変位体積速度を示す線図である。It is a diagram which shows the drive waveform of the actuator in this embodiment, and the displacement volume velocity corresponding to it. (a)、(b)はそれぞれメニスカス面速度vと時間tの関係を示す線図である。(A), (b) is a diagram which shows the relationship between the meniscus surface velocity v and time t, respectively.

符号の説明Explanation of symbols

10…液滴吐出装置、12…圧力室、14…ノズル、16…アクチュエータ、18…アクチュエータ駆動手段、20…液体供給路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Droplet discharge apparatus, 12 ... Pressure chamber, 14 ... Nozzle, 16 ... Actuator, 18 ... Actuator drive means, 20 ... Liquid supply path

Claims (12)

液体が充填された圧力室の容積を変化させるためのアクチュエータに駆動波形を印加することにより、圧力室内の液体をノズルより液滴として吐出させる液滴吐出方法であって、
前記圧力室の容積をV、前記ノズルの断面積をA、前記ノズルの長さをl0 、吐出させる液体の密度をρ、吐出させる液体の粘性係数をμ及び前記圧力室内の液体中を伝達する圧力波の伝達速度をcとするとき、これらが次の不等式(1)
2 /V < 16π2 μ2 0 /(A3 ρ2 ) ・・・(1)
で表される条件を満たすように設定されていること特徴とする液滴吐出方法。
A droplet discharge method for discharging a liquid in a pressure chamber as a droplet from a nozzle by applying a drive waveform to an actuator for changing the volume of the pressure chamber filled with the liquid,
The volume of the pressure chamber is V, the sectional area of the nozzle is A, the length of the nozzle is l 0 , the density of the liquid to be discharged is ρ, the viscosity coefficient of the liquid to be discharged is μ, and the liquid in the pressure chamber is transmitted. When the transmission speed of the pressure wave is c, these are the following inequality (1)
c 2 / V <16π 2 μ 2 l 0 / (A 3 ρ 2 ) (1)
A droplet discharge method characterized by being set so as to satisfy the condition represented by
前記駆動波形は、前記ノズルの液体のメニスカス面を引き込むための第1の駆動波形と、前記ノズルから液体を液滴として吐出させるために液体柱を形成するための第2の駆動波形と、前記液体柱を引きちぎり微小液滴を形成するための第3の駆動波形と、前記液体柱が引きちぎれた後に前記メニスカス面を初期状態に戻すための第4の駆動波形を有して構成されることを特徴とする請求項1に記載の液滴吐出方法。   The drive waveform includes a first drive waveform for drawing the meniscus surface of the liquid of the nozzle, a second drive waveform for forming a liquid column for discharging liquid from the nozzle as droplets, A third driving waveform for tearing the liquid column to form micro droplets and a fourth driving waveform for returning the meniscus surface to the initial state after the liquid column is torn off are configured. The droplet discharge method according to claim 1. 前記駆動波形が、前記第1の駆動波形を有する場合、前記第1の駆動波形が開始してから前記第2の駆動波形が開始するまでの時間t2 が、前記第1の駆動波形を開始してから前記メニスカス面の変位体積速度の絶対値が最大となるまでの時間ta より大であることを特徴とする請求項2に記載の液滴吐出方法。 When the drive waveform has the first drive waveform, a time t 2 from the start of the first drive waveform to the start of the second drive waveform starts the first drive waveform. 3. The droplet discharge method according to claim 2, wherein a time ta until the absolute value of the displacement volume velocity of the meniscus surface reaches a maximum is set. 前記時間ta は、前記圧力室のコンプライアンスをC、液体流路のイナータンスをL、前記ノズル部における液体粘性抵抗をRとし、β=R/(2L)、γ=√{R2 /(4L2 )−1/(LC)}とするとき、次の式(2)
a ={1/(2γ)}log{(β+γ)/(β−γ)} ・・・(2)
で表されることを特徴とする請求項3に記載の液滴吐出方法。
The time t a is the compliance of the pressure chamber C, and the inertance of the liquid channel L, and the liquid viscosity resistance in the nozzle portion and R, β = R / (2L ), γ = √ {R 2 / (4L 2 ) -1 / (LC)}, the following formula (2)
t a = {1 / (2γ)} log {(β + γ) / (β−γ)} (2)
The droplet discharge method according to claim 3, wherein
前記第3の駆動波形によるメニスカス面での液体の変位体積速度は、前記第2の駆動波形によるメニスカス面での液体の変位体積速度よりも絶対値において小であることを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載の液滴吐出方法。   3. The liquid displacement volume velocity at the meniscus surface by the third drive waveform is smaller in absolute value than the liquid displacement volume velocity at the meniscus surface by the second drive waveform. The droplet discharge method according to any one of -4. 前記第4の駆動波形によるメニスカス面での液体の変位体積速度は、前記第3の駆動波形によるメニスカス面での液体の変位体積速度よりも絶対値において大であることを特徴とする請求項2〜5のいずれか1項に記載の液滴吐出方法。   The displacement volume velocity of the liquid on the meniscus surface by the fourth drive waveform is larger in absolute value than the displacement volume velocity of the liquid on the meniscus surface by the third drive waveform. The droplet discharge method according to any one of? 液体が充填される圧力室と、前記圧力室に設けられた液体を液滴として吐出するノズルと、前記圧力室の容積を変化させるアクチュエータと、前記アクチュエータに駆動波形を印加して前記圧力室の容積を変化させて前記ノズルより液滴を吐出させるアクチュエータ駆動手段とを備えた液滴吐出装置であって、
前記圧力室の容積をV、前記ノズルの断面積をA、前記ノズルの長さをl0 、吐出させる液体の密度をρ、吐出させる液体の粘性係数をμ及び前記圧力室内の液体中を伝達する圧力波の伝達速度をcとするとき、これらが次の不等式(1)
2 /V < 16π2 μ2 0 /(A3 ρ2 ) ・・・(1)
で表される条件を満たすように設定されていること特徴とする液滴吐出装置。
A pressure chamber filled with liquid, a nozzle for discharging the liquid provided in the pressure chamber as droplets, an actuator for changing the volume of the pressure chamber, and a drive waveform applied to the actuator to A droplet discharge device comprising actuator driving means for changing the volume and discharging droplets from the nozzle,
The volume of the pressure chamber is V, the sectional area of the nozzle is A, the length of the nozzle is l 0 , the density of the liquid to be discharged is ρ, the viscosity coefficient of the liquid to be discharged is μ, and the liquid in the pressure chamber is transmitted. When the transmission speed of the pressure wave is c, these are the following inequality (1)
c 2 / V <16π 2 μ 2 l 0 / (A 3 ρ 2 ) (1)
A droplet discharge device characterized by being set to satisfy the condition represented by
前記駆動波形は、前記ノズルの液体のメニスカス面を引き込むための第1の駆動波形と、前記ノズルから液体を液滴として吐出させるために液体柱を形成するための第2の駆動波形と、前記液体柱を引きちぎり微小液滴を形成するための第3の駆動波形と、前記液体柱が引きちぎれた後に前記メニスカス面を初期状態に戻すための第4の駆動波形を有して構成されることを特徴とする請求項7に記載の液滴吐出装置。   The drive waveform includes a first drive waveform for drawing the meniscus surface of the liquid of the nozzle, a second drive waveform for forming a liquid column for discharging liquid from the nozzle as droplets, A third driving waveform for tearing the liquid column to form micro droplets and a fourth driving waveform for returning the meniscus surface to the initial state after the liquid column is torn off are configured. The droplet discharge device according to claim 7. 前記駆動波形が、前記第1の駆動波形を有する場合、前記第1の駆動波形が開始してから前記第2の駆動波形が開始するまでの時間t2 が、前記第1の駆動波形を開始してから前記メニスカス面での液体の変位体積速度の絶対値が最大となるまでの時間ta より大であることを特徴とする請求項8に記載の液滴吐出装置。 When the drive waveform has the first drive waveform, a time t 2 from the start of the first drive waveform to the start of the second drive waveform starts the first drive waveform. The liquid droplet ejection apparatus according to claim 8, wherein the time is a time ta until the absolute value of the displacement volume velocity of the liquid on the meniscus surface becomes maximum. 前記時間ta は、前記圧力室のコンプライアンスをC、液体流路のイナータンスをL、前記ノズル部における液体粘性抵抗をRとし、β=R/(2L)、γ=√{R2 /(4L2 )−1/(LC)}とするとき、次の式(2)
a ={1/(2γ)}log{(β+γ)/(β−γ)} ・・・(2)
で表されることを特徴とする請求項9に記載の液滴吐出装置。
The time t a is the compliance of the pressure chamber C, and the inertance of the liquid channel L, and the liquid viscosity resistance in the nozzle portion and R, β = R / (2L ), γ = √ {R 2 / (4L 2 ) -1 / (LC)}, the following formula (2)
t a = {1 / (2γ)} log {(β + γ) / (β−γ)} (2)
The droplet discharge device according to claim 9, wherein
前記第3の駆動波形によるメニスカス面での液体の変位体積速度は、前記第2の駆動波形によるメニスカス面での液体の変位体積速度よりも絶対値において小であることを特徴とする請求項8〜10のいずれか1項に記載の液滴吐出装置。   The displacement volume velocity of the liquid on the meniscus surface by the third driving waveform is smaller in absolute value than the displacement volume velocity of the liquid on the meniscus surface by the second driving waveform. 10. The droplet discharge device according to any one of 10 to 10. 前記第4の駆動波形によるメニスカス面での液体の変位体積速度は、前記第3の駆動波形によるメニスカス面での液体の変位体積速度よりも絶対値において大であることを特徴とする請求項8〜11のいずれか1項に記載の液滴吐出装置。
9. The liquid displacement volume velocity on the meniscus surface by the fourth drive waveform is larger in absolute value than the liquid displacement volume velocity on the meniscus surface by the third drive waveform. The liquid droplet ejection apparatus according to any one of ˜11.
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