JP2007203664A - 液体吐出方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 安定して8pl程度以下の吐出を可能とし、より広範かつ確実な吐出量制御を実現する。
【解決手段】 アクチュエータを駆動する駆動手段と駆動回路とを備え、前記駆動手段は、基準電位から液室を膨張させてメニスカスを引き込ませる第一の信号と、液室を収縮させる第二の信号と、液室を膨張させる第三の信号と、基準電位に戻す第四の信号とから構成され、前記第一の信号の入力開始時から、第二の信号の入力開始時までの時間tsをヘルムホルツ周期Tcに対して、0.45Tc≦ts≦1.85Tcに設定する。
【選択図】 図1
【解決手段】 アクチュエータを駆動する駆動手段と駆動回路とを備え、前記駆動手段は、基準電位から液室を膨張させてメニスカスを引き込ませる第一の信号と、液室を収縮させる第二の信号と、液室を膨張させる第三の信号と、基準電位に戻す第四の信号とから構成され、前記第一の信号の入力開始時から、第二の信号の入力開始時までの時間tsをヘルムホルツ周期Tcに対して、0.45Tc≦ts≦1.85Tcに設定する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、液滴を吐出する吐出口とこれに連通する個別液室を備え、この個別液室の一部を構成する振動板に、時間とともに推移する変位を与えるにより液滴を吐出させる液体吐出装置に関する。
本発明は、紙、布、革、不織布等に印刷する機器や、基板、板材、固体物等に液体を付着させるパターニング装置や塗装装置等に適用可能である。
インクジェット記録方法および装置に関する微小液滴化技術については種々の提案がなされているが、その中でも吐出口径が20μm前後というサイズの吐出口から1.5pl程度の微小液滴を吐出させる技術が特許文献1に示されている。
特許文献1の請求項はヘルムホルツ周期をもとにその有効範囲を示すものとなっており、主パルス信号の電位降下波形の電位降下開始時間から電位上昇波形の電位上昇開始時までの時間tsは、ヘルムホルツ周期Tcに対して、(1/4)Tc < ts <(3/4)Tcに設定されていることが独立クレームとして記述されている。
しかしながら、発明者が吐出口径が30μm前後という大口径の吐出口を備えたノズルにおいて鋭意検討した結果、tsが0.45Tc未満であると、吐出が不安定になり、印刷画像の品質や、パターニング精度の悪化を引き起こすことが発覚した。また、特許文献1では、排除されている範囲ts=(3/4)Tcにおいても、1plという微小液滴を安定して吐出させることが可能であることも発覚した。
特登録3425113号公報
そこで本発明の目的は、吐出口径が30μmの場合やこれよりも大きい吐出口の場合にも8pl程度以下の液滴を、安定して吐出可能なインクジェット記録装置、パターニング装置および塗装装置を提供することである。
本発明による液体吐出装置は、吐出口と、該吐出口および共通液室に連通する個別液室と、該個別液室を膨張または収縮させるアクチュエータとからなる液体吐出ヘッドと、前記アクチュエータを駆動する駆動手段と駆動回路とを備え、前記駆動手段は、基準電位から液室を膨張させてメニスカスを引き込ませる第一の信号と、液室を収縮させる第二の信号と、液室を膨張させる第三の信号と、基準電位に戻す第四の信号とから構成され、前記第一の信号の入力開始時から、第二の信号の入力開始時までの時間tsをヘルムホルツ周期Tcに対して、0.45Tc≦ts≦1.85Tcに設定することを特徴とすることで、8pl程度以下の液滴を安定して吐出することが可能となる。
上述のように本発明の液体吐出装置は、メニスカスの引き込み行程を充分ゆっくり行なう第1の信号に続く第2の信号〜第3の信号の一連の動作に続いて、(1)生成させる細い液柱のサイズ(太さ、長さ)の制御と、(2)個別液室を膨張させることによる前記液柱サイズ(長さ)のリサイズ(短化引き千切り)制御の2段階制御によって、安定して8pl程度以下の吐出を可能とし、より広範かつ確実な吐出量制御が実現できる。
図4は、本発明が適用可能なインクジェット記録装置の斜視図である。記録装置に挿入された被記録媒体Pは、送りローラ109,110によって記録ヘッドユニット100の記録可能領域へ搬送される。記録ヘッドユニット100は、2つのガイド軸107,102によって、それらの延在方向(主走査方向)に沿って移動可能にガイドされており、記録領域を往復走査する。記録ヘッドユニット100の走査方向が主走査方向であり、被記録媒体Pの搬送方向が副走査方向となる。記録ヘッドユニット100には、複数色のインク液滴を吐出するための記録ヘッドと、それぞれの記録ヘッドにインクを供給するためのインクタンク101が搭載されている。この例のインクジェット記録装置における複数色のインクは、ブラック(Bk)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の4色である。各色の位置は順不同である。
記録ヘッドユニット100が移動可能な領域の右端の下部には、回復系ユニット112が配備されており、非記録動作時に記録ヘッドの吐出口部を回復処理したりする。
本例の場合、ブラック、シアン、マゼンタ、イエローの各色インク(Bk,C,M,Y)のインクタンクが全て独立に交換可能な構成となっている。記録ヘッドユニット100には、Bkのインク液滴,Cのインク液滴,Mのインク液滴,Yのインク液滴を吐出する記録ヘッド群と、Bk用インクタンク101B、C用インクタンク101C、M用インクタンク101M、Y用インクタンク101Yが搭載される。各インクタンクは記録ヘッド群と接続され、記録ヘッド群の吐出口に連通するノズル流路内にインクを供給する。この例以外にも例えば、各色用のインクタンクを任意の組み合わせで一体構造としてもよい。
図5は記録ヘッド100の平面図、図6は記録ヘッド100内の吐出口2の位置の断面図である(図5中の一点鎖線C−C位置)。
この例のインクジェット記録装置は記録ヘッド100の各吐出口2に対応して圧電素子を含むアクチュエータ5を配置し、そのアクチュエータ5に記録情報に対応する駆動信号を印加することによって吐出口2から液滴を吐出させる記録方式を採用している。これに電力を供給するための電極配線(不図示)が設けられている。
(比較例1)
つぎに本発明に係る比較例1について図をもとに説明する。図5および図6に示す液体吐出ヘッドを作製した(共通液室は不図示)。吐出口は直径30μmの丸穴である。本例の液体吐出ヘッドのヘルムホルツ周期Tcは20μsであった。
つぎに本発明に係る比較例1について図をもとに説明する。図5および図6に示す液体吐出ヘッドを作製した(共通液室は不図示)。吐出口は直径30μmの丸穴である。本例の液体吐出ヘッドのヘルムホルツ周期Tcは20μsであった。
まず吐出口径が30μmと大きいため、メニスカスが静定している状態から個別液室を収縮させて吐出させると、28pl以上の大きな液滴しか吐出できない。
そこで、30μmと大きい吐出口から小液滴吐出を実現するために細い液柱を形成する必要がある。具体的な方法としては、図2(a)〜(b)に示すように、メニスカスを充分ゆっくり引き込ませてから、メニスカスの中心底部に圧力を負荷してこの部分に隆起部を形成する(個別液室を一旦膨張させた後に収縮させればよい[第1の信号〜第2の信号])。
図2(b)の実現はおよそ放物曲面状に引き込まれたメニスカスに対して個別液室側から加圧すれば、必然的にメニスカスの中心底部に高圧部が発生してこの部分のみを隆起できる(飛行するロケットの先端部に最も高圧部が形成されるように)。
この後、個別液室を収縮させる工程と個別液室を膨張させる工程の一連の動作によって、(1)生成させる細い液柱のサイズ(太さ、長さ)の制御と、(2)個別液室を膨張させることによる前記液柱サイズ(長さ)のリサイズ(短化引き千切り)制御の2段階制御によって[第2の信号〜第3の信号]、より広範かつ確実な吐出量制御が実現できる(図2(c))。
特許文献1には、「アクチュエータ10を必ずしも減圧側に変形させる必要はない」と記されているが、より広範かつ確実な吐出量制御を実現するためには、積極的に上記(2)の個別液室を膨張させる動作は有用である。
また特許文献1に記載されているような、「慣性力によって先端部の一部が分断」されることに依存する方法では、温度変化によってインクの物性が変化した場合等には吐出量が簡単に変動してしまう。
図1は、本例の駆動電圧波形を表わしており、t1乃至t7は各部の時間である。
本比較例では、図7に示すように、第一の信号の入力開始時から第二の信号の入力開始時までの時間tsを、ヘルムホルツ周期Tcに対して、
t1+t2=ts=0.1Tc=2μs
となる条件で駆動した。その結果この波形では吐出しなかった。
t1+t2=ts=0.1Tc=2μs
となる条件で駆動した。その結果この波形では吐出しなかった。
(比較例2)
本比較例2では、図7に示すように、第一の信号の入力開始時から第二の信号の入力開始時までの時間tsを、ヘルムホルツ周期Tcに対して、
t1+t2=ts=0.2Tc=4μs
となる条件で駆動した。その結果この波形でも吐出しなかった。
本比較例2では、図7に示すように、第一の信号の入力開始時から第二の信号の入力開始時までの時間tsを、ヘルムホルツ周期Tcに対して、
t1+t2=ts=0.2Tc=4μs
となる条件で駆動した。その結果この波形でも吐出しなかった。
本実施例1では、図7に示すように、第一の信号の入力開始時から第二の信号の入力開始時までの時間tsを、ヘルムホルツ周期Tcに対して、
t1+t2=ts=0.45Tc=9μs
となる条件で駆動した。ただし、t1=3μs、t2=6μsとした。その結果、吐出口から微小な液滴が安定して吐出された。画像ピクセル幅が0.75μmなる分解能の画面から液滴直径を求め、これをもとに計算した吐出量は1plであった。
t1+t2=ts=0.45Tc=9μs
となる条件で駆動した。ただし、t1=3μs、t2=6μsとした。その結果、吐出口から微小な液滴が安定して吐出された。画像ピクセル幅が0.75μmなる分解能の画面から液滴直径を求め、これをもとに計算した吐出量は1plであった。
t1=3μsで液室を膨張させているため、メニスカスの引き込み行程が充分ゆっくり行なわれ、安定して吐出することが可能となった。
また、実施例1の駆動電圧波形を入力して、振動板上に構成されたピエゾ層の上に構成されている電極表面の面外方向への変位をレーザー・ドップラー方式により測定した。ピエゾ層、電極層ともに薄い構成を取っている為に、電極表面の面外変位はほぼ等しく振動板の面外変位を示していると解釈できる。
測定した電極表面の面外変位量(≒振動板の面外変位量)の時刻歴線図δ(t)を図3に示す(個別液室中央位置)。ただし、面外変位δの正数は、個別液室が膨張する方向に振動板が変位していることを表わす。
測定された変位時刻歴線図における時間軸にて1番早く出現する第1山頂変位δU1から、1番早く出現する第1谷部変位δL1までの収縮量|δL1-δU1| は、充分確保されており、メニスカス部に充分な吐出速度を付加できたので、吐出したと考える。
本実施例2では、図7に示すように、第一の信号の入力開始時から第二の信号の入力開始時までの時間tsを、ヘルムホルツ周期Tcに対して、
t1+t2=ts=0.75Tc=15μs
となる条件で駆動した。ただし、t1=10μs、t2=5μsとした。その結果、吐出口から微小な液滴が安定して吐出された。画像ピクセル幅が0.75μmなる分解能の画面から液滴直径を求め、これをもとに計算した吐出量は1plであった。
t1+t2=ts=0.75Tc=15μs
となる条件で駆動した。ただし、t1=10μs、t2=5μsとした。その結果、吐出口から微小な液滴が安定して吐出された。画像ピクセル幅が0.75μmなる分解能の画面から液滴直径を求め、これをもとに計算した吐出量は1plであった。
本実施例の結果から、特許文献1以外の範囲においても、1plの微小液滴を安定して吐出させることが可能であることが分かる。
レーザー・ドップラー方式により測定された変位時刻歴線図における時間軸にて1番早く出現する第1山頂変位δU1から、1番早く出現する第1谷部変位δL1までの収縮量|δL1-δU1| は、充分確保されており、メニスカス部に充分な吐出速度を付加できたので、吐出したと考える。
本実施例3では、図7に示すように、第一の信号の入力開始時から第二の信号の入力開始時までの時間tsを、ヘルムホルツ周期Tcに対して、
t1+t2=ts=0.75Tc=15μs
となる条件で吐出させた。ただし、t1=9μs、t2=6μsとした。画像ピクセル幅が0.75μmなる分解能の画面から液滴直径を求め、これをもとに計算した吐出量は3plであった。
t1+t2=ts=0.75Tc=15μs
となる条件で吐出させた。ただし、t1=9μs、t2=6μsとした。画像ピクセル幅が0.75μmなる分解能の画面から液滴直径を求め、これをもとに計算した吐出量は3plであった。
レーザー・ドップラー方式により測定された変位時刻歴線図における時間軸にて1番早く出現する第1山頂変位δU1から、1番早く出現する第1谷部変位δL1までの収縮量|δL1-δU1| は、充分確保されており、メニスカス部に充分な吐出速度を付加できたので、吐出したと考える。
本実施例4では、図7に示すように、第一の信号の入力開始時から第二の信号の入力開始時までの時間tsを、ヘルムホルツ周期Tcに対して、
t1+t2=ts=Tc=20μs
となる条件で吐出させた。ただし、t1=10μs、t2=10μsとした。画像ピクセル幅が0.75μmなる分解能の画面から液滴直径を求め、これをもとに計算した吐出量は5plであった。
t1+t2=ts=Tc=20μs
となる条件で吐出させた。ただし、t1=10μs、t2=10μsとした。画像ピクセル幅が0.75μmなる分解能の画面から液滴直径を求め、これをもとに計算した吐出量は5plであった。
レーザー・ドップラー方式により測定された変位時刻歴線図における時間軸にて1番早く出現する第1山頂変位δU1から、1番早く出現する第1谷部変位δL1までの収縮量|δL1-δU1| は、充分確保されており、メニスカス部に充分な吐出速度を付加できたので、吐出したと考える。
本実施例5では、図7に示すように、第一の信号の入力開始時から第二の信号の入力開始時までの時間tsを、ヘルムホルツ周期Tcに対して、
t1+t2=ts=Tc=32μs
となる条件で吐出させた。ただし、t1=19μs、t2=13μsとした。画像ピクセル幅が0.75μmなる分解能の画面から液滴直径を求め、これをもとに計算した吐出量は7plであった。
t1+t2=ts=Tc=32μs
となる条件で吐出させた。ただし、t1=19μs、t2=13μsとした。画像ピクセル幅が0.75μmなる分解能の画面から液滴直径を求め、これをもとに計算した吐出量は7plであった。
レーザー・ドップラー方式により測定された変位時刻歴線図における時間軸にて1番早く出現する第1山頂変位δU1から、1番早く出現する第1谷部変位δL1までの収縮量|δL1-δU1| は、充分確保されており、メニスカス部に充分な吐出速度を付加できたので、吐出したと考える。
本実施例6では、図7に示すように、第一の信号の入力開始時から第二の信号の入力開始時までの時間tsを、ヘルムホルツ周期Tcに対して、
t1+t2=ts=Tc=37μs
となる条件で吐出させた。ただし、t1=24μs、t2=13μsとした。画像ピクセル幅が0.75μmなる分解能の画面から液滴直径を求め、これをもとに計算した吐出量は8plであった。
t1+t2=ts=Tc=37μs
となる条件で吐出させた。ただし、t1=24μs、t2=13μsとした。画像ピクセル幅が0.75μmなる分解能の画面から液滴直径を求め、これをもとに計算した吐出量は8plであった。
レーザー・ドップラー方式により測定された変位時刻歴線図における時間軸にて1番早く出現する第1山頂変位δU1から、1番早く出現する第1谷部変位δL1までの収縮量|δL1-δU1| は、充分確保されており、メニスカス部に充分な吐出速度を付加できたので、吐出したと考える。
本実施例においては、t2、t4、t6の区間における駆動電圧をそれぞれ一定電圧で保持したが、一定電圧でなくても吐出することは言うまでもなく、適切に調整することで吐出量調整を行なうこともできる。
また、本実施例においてはアクチュエータに正の電圧を与えることにより、個別液室が膨張するタイプの液体吐出ヘッドを用いたが、アクチュエータに正の電圧を与えることにより、個別液室が収縮するタイプの液体吐出ヘッドにも適用可能であることは言うまでもない。
1 オリフィスプレート
2 吐出口
3 個別液室
4 振動板
5 アクチュエータ
6 基体
7 オリフィス連通口
10 液柱
11 主滴
12 サテライト滴
100 記録ヘッドユニット
101 インクタンク
102 ガイド軸
106 被記録媒体
107 ガイド軸
109 送りローラ
110 送りローラ
112 回復系ユニット
120 クリーニング手段
2 吐出口
3 個別液室
4 振動板
5 アクチュエータ
6 基体
7 オリフィス連通口
10 液柱
11 主滴
12 サテライト滴
100 記録ヘッドユニット
101 インクタンク
102 ガイド軸
106 被記録媒体
107 ガイド軸
109 送りローラ
110 送りローラ
112 回復系ユニット
120 クリーニング手段
Claims (1)
- 吐出口と、該吐出口および共通液室に連通する個別液室と、該個別液室を膨張または収縮させるアクチュエータとからなる液体吐出ヘッドと、前記アクチュエータを駆動する駆動手段と駆動回路とを備え、
前記駆動手段は、基準電位から液室を膨張させてメニスカスを引き込ませる第一の信号と、液室を収縮させる第二の信号と、液室を膨張させる第三の信号と、基準電位に戻す第四の信号とから構成され、
前記第一の信号の入力開始時から、第二の信号の入力開始時までの時間tsをヘルムホルツ周期Tcに対して、0.45Tc≦ts≦1.85Tcに設定することを特徴とする液体吐出ヘッド。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006027270A JP2007203664A (ja) | 2006-02-03 | 2006-02-03 | 液体吐出方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006027270A JP2007203664A (ja) | 2006-02-03 | 2006-02-03 | 液体吐出方法および装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007203664A true JP2007203664A (ja) | 2007-08-16 |
Family
ID=38483530
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006027270A Withdrawn JP2007203664A (ja) | 2006-02-03 | 2006-02-03 | 液体吐出方法および装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007203664A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011051214A (ja) * | 2009-09-01 | 2011-03-17 | Fujifilm Corp | インクジェットヘッドの駆動方法及び装置 |
-
2006
- 2006-02-03 JP JP2006027270A patent/JP2007203664A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011051214A (ja) * | 2009-09-01 | 2011-03-17 | Fujifilm Corp | インクジェットヘッドの駆動方法及び装置 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20090407 |