JP2007229960A - Liquid droplet discharge device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は液滴吐出装置に係り、特にメニスカスの引き押し制御により液滴を吐出する液滴吐出装置に関する。 The present invention relates to a droplet discharge device, and more particularly to a droplet discharge device that discharges droplets by pulling control of a meniscus.
液滴を吐出する方法として、いわゆるメニスカスの引き押し制御が知られている。具体的には、引き(プル)によってノズル内のメニスカス(液面)を一旦引っ込め、押し(プッシュ)によってノズル内の液体に吐出方向の速度を与えることによってノズルから液柱を突出させ、さらにノズル内の液体の速度を低下させることにより液柱から液滴を分離させる。このようにして液柱から分離した液滴は、紙などの被吐出媒体に着弾する。 As a method for ejecting droplets, so-called meniscus pulling control is known. Specifically, the meniscus (liquid level) in the nozzle is once retracted by pulling (pulling), the liquid in the nozzle is given a speed in the ejection direction by pushing (pushing), and the liquid column protrudes from the nozzle. The liquid droplets are separated from the liquid column by reducing the velocity of the liquid inside. The liquid droplets separated from the liquid column in this manner land on a medium to be ejected such as paper.
一方で、特許文献1には、メニスカスが膨張するように液体を瞬間的に加圧するピストンを設けるとともに、膨張したメニスカスから液滴を分離するためのヒータをノズル周りに設けたものが記載されている。
微小な液滴を吐出することが求められている。このような要求に応えるには、メニスカスの引き押し制御により液滴を吐出する方法が適している。引き押し制御では、ノズル径よりもさらに径が小さな液柱が成長し、この液柱から微小液滴が分離するようにできる。 There is a demand for discharging minute droplets. In order to meet such demands, a method of discharging droplets by meniscus pulling control is suitable. In the pulling control, a liquid column having a diameter smaller than the nozzle diameter grows, and fine droplets can be separated from the liquid column.
また、高粘度の液体を吐出することが求められている。高粘度の液体では、液柱の径と長さとのアスペクト比が大きくなって、一般に、多くのサテライト液滴が発生する。これは、低粘度の液体と比較して、主液滴の分離が困難になったためである。 Moreover, it is required to discharge a highly viscous liquid. In a high-viscosity liquid, the aspect ratio between the diameter and length of the liquid column is large, and generally many satellite droplets are generated. This is because it becomes difficult to separate the main droplets as compared with a low-viscosity liquid.
特許文献1に記載のものでは、ピストンによりメニスカスが膨張し、その膨張したメニスカスから、ノズル周りのヒータによって液滴が分離するようになっているので、一般に、ノズル径よりも大きな径の液滴がメニスカスから分離することになる。 In the device described in Patent Document 1, a meniscus is expanded by a piston, and a droplet is separated from the expanded meniscus by a heater around the nozzle. Therefore, in general, a droplet having a diameter larger than the nozzle diameter is used. Will separate from the meniscus.
ところで、メニスカスの引き押し制御により液滴吐出を行う液滴吐出装置において、そのノズル周りにヒータを設けると、実際には、以下のように液滴分離が困難になる。 By the way, in a droplet discharge apparatus that discharges droplets by pulling and controlling the meniscus, if a heater is provided around the nozzle, it is actually difficult to separate the droplets as follows.
図9に示すように、引き押し制御では、ノズル面50aから突出する液柱90の径はノズル51の径よりも小さくなり、ノズル51の内壁に設けたヒータ31によりノズル51内の液体の加熱を行うと、液柱90のうちでくびれるべき部分92(くびれ部分)の温度よりも、液柱90をクリップしているノズル50の内壁の近傍に位置する部分91(ノズル内壁近傍部分)の温度が高くなる。したがって、ノズル内壁近傍部分91からくびれ部分92に向けていわゆるマランゴニ対流が発生する。これにより、くびれ形状(凹形状)の形成が遅くなり、液滴の分離が困難になる。
As shown in FIG. 9, in the pulling control, the diameter of the
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、引き押し制御により液滴を吐出する場合において、液柱から液滴を容易に分離できる液滴吐出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 an object of the present invention is to provide a droplet discharge device that can easily separate a droplet from a liquid column when the droplet is discharged by pulling control.
前記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、所定のアクチュエータを用いて液滴吐出口内の液体の引きおよび押しを行って、前記液滴吐出口から液柱を突出させるとともに該液柱から液滴を分離させることにより液滴吐出を行う液滴吐出装置において、前記液滴吐出の一回ごとに前記アクチュエータに対して液滴吐出用の駆動波形を与える駆動手段と、前記液滴吐出口の内壁に設けられ、前記液体に温度変化を与える温度可変素子と、前記温度可変素子を用いて前記液柱内の温度分布を設定する温度分布設定手段であって、前記温度可変素子に対して前記液滴吐出用の駆動波形に対応させた入力信号を与えて、前記液柱のくびれ部分の温度よりも前記液滴吐出口の前記内壁の近傍に位置する部分の温度を低く設定する温度分布設定手段を備えたことを特徴とする液滴吐出装置を提供する。 In order to achieve the above-mentioned object, the invention according to claim 1 is characterized in that a liquid column is projected from the droplet discharge port by pulling and pushing the liquid in the droplet discharge port by using a predetermined actuator. In a droplet discharge apparatus that discharges a droplet by separating a droplet from a liquid column, a driving unit that applies a drive waveform for droplet discharge to the actuator for each droplet discharge; and the liquid A temperature variable element that is provided on an inner wall of a droplet discharge port and that changes the temperature of the liquid; and a temperature distribution setting unit that sets a temperature distribution in the liquid column using the temperature variable element, the temperature variable element Is supplied with an input signal corresponding to the droplet discharge driving waveform, and the temperature of the portion located near the inner wall of the droplet discharge port is set lower than the temperature of the constricted portion of the liquid column. Temperature distribution setting Providing a droplet discharge apparatus comprising the stage.
この発明によれば、液滴吐出口から突出した液柱のくびれ部分の温度よりも液滴吐出口の内壁の近傍に位置する部分の温度が低く設定されるので、液滴吐出口の内壁近傍の部分からくびれ部分に液体が流れるという従来の現象が生じなくなる。したがって、くびれ部分のくびれ形状(凹形状)の形成が速くなり、液柱からの液滴の分離が容易になる。 According to the present invention, the temperature of the portion located near the inner wall of the droplet discharge port is set lower than the temperature of the constricted portion of the liquid column protruding from the droplet discharge port, so the vicinity of the inner wall of the droplet discharge port The conventional phenomenon that the liquid flows from the portion to the constricted portion no longer occurs. Therefore, the formation of the constricted shape (concave shape) of the constricted portion is accelerated, and the separation of the liquid droplet from the liquid column is facilitated.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記温度可変素子は、前記液体を加熱する加熱素子であり、前記温度分布設定手段は、前記液滴吐出の一回ごとに、前記加熱素子による加熱の開始後且つ前記駆動波形の開始後であって、前記駆動波形の終了前に、前記加熱素子による加熱を停止することを特徴とする液滴吐出装置を提供する。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the temperature variable element is a heating element that heats the liquid, and the temperature distribution setting unit is configured to discharge the droplet each time. There is provided a droplet discharge device characterized in that heating by the heating element is stopped after the heating element starts heating and after the driving waveform starts, but before the driving waveform ends.
この発明によれば、温度可変素子として電気抵抗等の加熱素子を用いることにより、すなわち簡易な構成で、液滴の分離を容易にできる。 According to the present invention, the use of a heating element such as an electric resistance as the temperature variable element, that is, the liquid droplet can be easily separated with a simple configuration.
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記温度可変素子は、前記液体を冷却する冷却素子であり、前記温度分布設定手段は、前記液滴吐出の一回ごとに、前記駆動波形の開始後であって、前記駆動波形の終了前に、前記冷却素子による冷却を開始することを特徴とする液滴吐出装置を提供する。 According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the temperature variable element is a cooling element that cools the liquid, and the temperature distribution setting unit is configured to discharge the droplet every time. A droplet discharge device is provided in which cooling by the cooling element is started after the start of the drive waveform and before the end of the drive waveform.
この発明によれば、冷却素子を用いて積極的に冷却することにより、液柱のうちで液滴吐出口の内壁近傍に位置する部分の温度を直接冷却できるので、液滴の分離がより容易になる。 According to the present invention, by actively cooling using the cooling element, the temperature of the portion of the liquid column located near the inner wall of the droplet discharge port can be directly cooled, so that the separation of the droplet is easier. become.
請求項4に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記温度可変素子は、前記液体を加熱および冷却する加熱冷却素子であり、前記温度分布設定手段は、前記液滴吐出の一回ごとに、前記加熱冷却素子による加熱の開始後且つ前記駆動波形の開始後であって、前記駆動波形の終了前に、前記加熱冷却素子による冷却を開始することを特徴とする液滴吐出装置を提供する。 According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the temperature variable element is a heating / cooling element that heats and cools the liquid, and the temperature distribution setting means is a unit that discharges the liquid droplets. A droplet discharge device characterized by starting cooling by the heating / cooling element after the heating by the heating / cooling element and after the start of the driving waveform and before the end of the driving waveform each time I will provide a.
この発明によれば、加熱冷却素子を用いて加熱および冷却をすることにより、液滴の吐出が連続的に行われる場合でも、液滴吐出口内の液体の平均温度の大きな上昇や低下が生じないので、液滴吐出口内の液体の粘度が安定して、液滴の吐出が安定することになる。 According to the present invention, by heating and cooling using the heating / cooling element, the average temperature of the liquid in the droplet discharge port is not greatly increased or decreased even when droplets are continuously discharged. Therefore, the viscosity of the liquid in the droplet discharge port is stabilized, and the droplet discharge is stabilized.
本発明によれば、引き押し制御により液滴を吐出する場合において、液柱から液滴を容易に分離できる。 According to the present invention, when ejecting droplets by pulling control, the droplets can be easily separated from the liquid column.
以下、添付図面に従って、本発明の実施形態について、詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1(A)は、本発明に係る液滴吐出ヘッド50の全体構造の一例を示す平面透視図である。
FIG. 1A is a perspective plan view showing an example of the overall structure of a
図1(A)において、液滴吐出ヘッド50は、いわゆるフルライン型のヘッドであり、記録媒体16の搬送方向(図中に矢印Sで示す副走査方向)と直交する方向(図中に矢印Mで示す主走査方向)において、記録媒体16の幅Wmに対応する長さ(最大記録幅)にわたり、記録媒体16に向けて液体を吐出する多数のノズル51(液滴吐出口)を2次元的に配列させた構造を有している。
In FIG. 1A, a
液滴吐出ヘッド50は、ノズル51、ノズル51に連通する圧力室52、および、液体供給口53を含んでなる複数の圧力室ユニット54が、主走査方向Mおよび主走査方向Mに対して所定の鋭角θ(0度<θ<90度)をなす斜め方向の2方向に沿って配列されている。なお、図1(A)では、図示の便宜上、一部の圧力室ユニット54のみ描かれている。
In the
ノズル51は、具体的には、主走査方向Mに対して所定の鋭角θをなす斜め方向において、一定のピッチdで配列されており、これにより、主走査方向Mに沿った一直線上に「d×cosθ」の間隔で配列されたものと等価に取り扱うことができる。
Specifically, the
液滴吐出ヘッド50を構成する一吐出素子としての前述の圧力室ユニット54について、図1(A)中の1B−1B線に沿った断面図を図1(B)に示す。
FIG. 1B shows a cross-sectional view along the
図1(B)に示すように、各圧力室52は、液体供給口53を介して共通液室55と連通している。共通液室55は、図示を省略した液体供給源たるタンクと連通しており、そのタンクから供給される液体が共通液室55を介して各圧力室52に分配供給される。
As shown in FIG. 1B, each
圧力室52の天面を構成する振動板56の上には圧電体58aが配置され、この圧電体58aの上には個別電極57が配置されている。振動板56は、接地されており、共通電極として機能する。これらの振動板56、個別電極57および圧電体58aによって、液滴吐出力を発生する手段としての圧電アクチュエータ58が構成されている。
A
圧電アクチュエータ58の個別電極57に所定の駆動電圧が印加されると、圧電体58aが変形して圧力室52の容積が変化し、これに伴う圧力室52内の圧力の変化によって、ノズル51から液滴が吐出される。詳細には、圧電アクチュエータ58を用いて、ノズル51内の液体の引き(プル)および押し(プッシュ)を行って、ノズル51から液柱を突出させるとともに、液柱から液滴を分離させることにより、液滴吐出を行う。液滴吐出後、圧力室52の容積が元に戻ると、共通液室55から液体供給口53を通って新しい液体が圧力室52に供給される。
When a predetermined drive voltage is applied to the
ノズル51の内壁には、圧力室52からノズル51に供給された液体に対して温度変化を与える温度可変素子31が設けられている。この温度可変素子31を用いて、ノズル51の内壁近傍の液体に温度変化を与えることにより、ノズル51から突出する液柱内の温度分布が設定される。このような温度可変素子31を用いた液柱内の温度分布の設定については、後に詳説する。
A
温度可変素子31には、各種ある。温度可変素子31として、液体を加熱する加熱素子を用いる場合には、例えば電気抵抗によって、簡易に構成できる。温度可変素子31として、液体を冷却する冷却素子を用いる場合には、ノズル41の内壁近傍に位置する液体を直接冷却することができる。温度可変素子31として、液体を加熱および冷却する加熱冷却素子を用いる場合には、液滴の吐出が連続的に行われる場合でも、ノズル51内の液体の平均温度の大きな上昇や低下を生じさせないようにできる。冷却素子および加熱冷却素子としては、例えば、2種類の金属の接合部に電流を流すと一方の金属から他方の金属へ熱が移動するという効果(ペルチェ効果)を有するペルチェ素子を用いる。加熱冷却素子の場合には、電流方向を反転することにより熱の移動方向を切替可能なペルチェ素子を用いる。
There are various types of temperature
ノズル51が形成されているノズル板21は、絶縁層23を介して、圧力室52等が形成されている基板20に、固着されている。言い換えると、ノズル21と基板20との間には、絶縁層を兼ねた断熱層が形成されている。
The
ノズル板21は、金属からなり、このようなノズル板20を介して放熱が行われる。ノズル板21の表面(ノズル面)50aに、溝などの凹部、または、凸部を形成して、放熱を促進するようにしてもよい。
The
なお、図1(A)には、記録媒体16に高解像度の画像を高速で形成し得る構造として、複数のノズル51が2次元配列されている場合を例に示したが、本発明における液滴吐出ヘッドは、複数のノズル51が2次元配列された構造に特に限定されるものではなく、複数のノズル51が1次元配列された構造であってもよい。また、液滴吐出ヘッドを構成する吐出素子として図1(B)に示した圧力室ユニット54は、一例であって、このような場合に特に限定されない。例えば、圧力室52よりも下(すなわち圧力室52よりも吐出面50a側)に共通液室55を配置する代りに、圧力室52よりも上(すなわち吐出面50aとは反対側)に共通液室55を配置してもよい。また、例えば、圧電体58aを用いる代りに、発熱体を用いて、液滴吐出力を発生するようにしてもよい。
FIG. 1A shows an example in which a plurality of
図2は、本発明に係る液滴吐出ヘッド50を備えた画像形成装置100の一例の全体構成の概略を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing an outline of the overall configuration of an example of the image forming apparatus 100 including the
図2において、画像形成装置100は、主として、液滴吐出部12、通信インターフェース110、システムコントローラ112、メモリ114、152、搬送部116、搬送駆動部118、給液部122、給液駆動部124、プリント制御部150、吐出駆動部154、温度測定部156、および、温度分布設定部158を含んで構成されている。
In FIG. 2, the image forming apparatus 100 mainly includes a
本例では、K(黒)、C(シアン)、M(マゼンタ)及びY(イエロ)の各色のインクをそれぞれ吐出する4つの液滴吐出ヘッド50(50K、50C、50M、50Y)によって、液滴吐出部12が構成されている。
In this example, liquid is ejected by four droplet ejection heads 50 (50K, 50C, 50M, 50Y) that eject inks of K (black), C (cyan), M (magenta), and Y (yellow), respectively. A
通信インターフェース110は、ホストコンピュータ300から送信される画像データを受信する画像データ入力手段である。通信インターフェース110には、有線、又は、無線のインターフェースを適用することができる。通信インターフェース110によって画像形成装置100に取り込まれた画像データは、画像データ記憶用の第1のメモリ114に一旦記憶される。
The
システムコントローラ112は、マイクロコンピュータ及びその周辺回路等から構成され、所定のプログラムに従って画像形成装置100の全体を制御する主制御手段である。すなわち、システムコントローラ112は、通信インターフェース110、搬送駆動部118、プリント制御部150等の各部を制御する。
The
搬送部116は、紙などの記録媒体を搬送するためのローラやベルトなどによって構成されている。この搬送部116によって、液滴吐出ヘッド50と記録媒体とを相対的に移動させる。
The
搬送駆動部118は、システムコントローラ112からの指示に従って搬送部116を駆動するモータおよびその駆動回路によって構成されている。
The
給液部122は、インクを貯蔵するインク貯蔵手段としてのインクタンクおよび管路などによって構成されている。この給液部122によって、液滴吐出ヘッド50にインクが供給される。
The
給液駆動部124は、液滴吐出ヘッド50へインクが供給されるように給液部122を駆動するポンプおよびその駆動回路によって構成されている。
The liquid
プリント制御部150は、マイクロコンピュータ及びその周辺回路等から構成され、所定のプログラムに従って、給液駆動部124、吐出駆動部154、温度分布設定部158などを制御する。
The
プリント制御部150は、画像形成装置100に入力される画像データに基づいて、各液滴吐出ヘッド50が記録媒体に向けて液滴吐出(打滴)を行って記録媒体上にドットを形成するために必要なドットデータを生成する。すなわち、プリント制御部150は、システムコントローラ112の制御に従い、第1のメモリ114内の画像データから打滴用のドットデータを生成するための各種の加工、補正などの画像処理を行う画像処理手段として機能し、生成したドットデータを吐出駆動部154に供給する。
Based on the image data input to the image forming apparatus 100, the
プリント制御部150には第2のメモリ152が付随しており、プリント制御部150における画像処理時にドットデータ等が第2のメモリ152に一時的に格納される。
The
なお、図2において第2のメモリ152はプリント制御部150に付随する態様で示されているが、第1のメモリ114と兼用することも可能である。また、プリント制御部150とシステムコントローラ112とを統合して1つのプロセッサで構成する態様も可能である。
In FIG. 2, the
吐出駆動部154は、プリント制御部150から与えられるドットデータ(実際には第2のメモリ152に記憶されたドットデータである)に基づき、各液滴吐出ヘッド50に対して吐出用の駆動信号を出力する。詳細には、吐出駆動部154は、ノズル51からの液滴吐出の一回ごとに、液滴吐出ヘッド50内の複数の圧電アクチュエータ(図1(B)の58)に対してそれぞれ独立に、液滴吐出用の駆動波形を与える。
The
温度測定部156は、液滴吐出ヘッド50に供給されるインクの温度を測定する温度計等の周知の温度測定手段である。インクの温度を測定する代りに、大気の温度を測定するようにしてもよい。
The
温度分布設定部158は、所定の信号線を介して温度可変素子31を駆動し、液滴吐出ヘッド50のノズル51から突出する液柱内の温度分布を設定するものである。具体的には、液滴吐出ヘッド50のノズル51からの液滴吐出の一回ごとに吐出駆動部154から液滴吐出ヘッド50の圧電アクチュエータ58に対して液滴吐出用の駆動波形が与えられる際に、液滴吐出用の駆動波形に対応させた入力信号を液滴吐出ヘッド50の温度可変素子31に与えて、液柱のうちでくびれ部分の温度よりもノズル51の内壁近傍に位置する部分(ノズル内壁近傍部分)の温度を低く設定する。なお、温度分布設定の詳細については、温度可変素子31の各種類ごとに、後に詳細に説明する。
The temperature
なお、温度分布設定部158により、液柱の温度分布設定を行う際、温度測定部156によって測定された温度に基づいて、温度可変素子51に与える入力信号を変化させることが、好ましい。具体的には、温度測定部156によって測定されたインク(または大気)の温度に基づいて、加熱時間または/および冷却時間の長さを変化させる。
Note that when the temperature
また、液滴吐出ヘッド50の複数の圧電アクチュエータ58は吐出駆動部154によってそれぞれ個別に駆動されるが、液滴吐出ヘッド50の複数の温度可変素子31は温度分布設定部158によって複数のノズル51にわたって共通に制御される。これにより、温度分布設定部158と液滴吐出ヘッド50の温度可変素子31との間の配線構造を簡略化できる。その一方で、液滴吐出ヘッド50の温度可変素子31が温度分布設定部158によって各ノズル51毎に個別に制御されるようにしてよい。
The plurality of
以下、加熱素子を温度可変素子31として用いた第1実施形態、冷却素子を温度可変素子31として用いた第2実施形態、および、加熱冷却素子を温度可変素子31として用いた第3実施形態に分けて、それぞれの形態における要部構成と温度分布設定処理について説明する。
Hereinafter, the first embodiment using the heating element as the
[第1実施形態]
第1実施形態においては、温度可変素子31が、所定の電気抵抗を有する加熱素子(「ヒータ」ともいう)によって構成されている。
[First Embodiment]
In the first embodiment, the
図3(A)は、温度可変素子31としてヒータ31Hを設けた液滴吐出ヘッド50のノズル51およびその周辺部分を拡大して示す拡大平面透視図である。また、図3(A)の3B−3B線に沿った断面図を図3(B)に示し、図3(A)の3C−3C線に沿った断面図を図3(C)に示す。
FIG. 3A is an enlarged perspective plan view showing the
ノズル51の内壁であってノズル面50aの近傍には、環状のヒータ31Hが設けられている。
An
ヒータ31Hは、信号線32に接続している。ノズル51周辺に配置されたヒータ31Hの抵抗は、信号線32の抵抗と比べて高い。ヒータ31Hが加熱することにより、ヒータ31Hの近傍の液体の温度、すなわちノズル51の内壁の近傍に位置する液体の温度が、上昇する。
The
ノズル板21と基板20との間には2層の絶縁層23I、23Rが形成されている。ノズル板21側の絶縁層23Rは、基板20側の絶縁層23Iよりも薄い。ノズル板21側の絶縁層23Rを介してヒータ30Hの発熱がノズル板21から放熱される一方で、基板20側の絶縁層23Iは絶縁性および断熱性を有する。
Two insulating
図4は、図2の吐出駆動部154から液滴吐出ヘッド50の圧電アクチュエータ58に対して与えられる駆動信号211(アクチュエータの駆動信号)、液滴吐出ヘッド50のノズル51内における液体速度212(ノズル内の液体速度)、および、図2の温度分布設定部158から液滴吐出ヘッド50の温度可変素子としてのヒータ31Hに対して与えられる入力信号213(ヒータの入力信号)について、時系列の対応関係を示すタイミングチャートである。
4 shows a drive signal 211 (actuator drive signal) given to the
なお、図4において、アクチュエータの駆動信号211は、圧電アクチュエータ58が未変位の初期電圧を「0」として、引き側の電圧を負とした、相対電圧で示している。また、ノズル内の液体速度212は、ノズル51に対して液体の移動がない初期速度を「0」として、押し側への液体の移動を正、引き側への液体の移動を負とした、相対速度で示している。ヒータの入力信号213は、加熱がない初期電流を「0」として、加熱電流を正とした、相対電流で示している。
In FIG. 4, the
図4に示すアクチュエータの駆動信号211において、第1のプル駆動信号71と、第1のプッシュ駆動信号72と、第2のプル駆動信号73と、第2のプッシュ駆動信号74とが連続してなる1セットの駆動波形70が、圧電アクチュエータ58に与えられることによって、ひとつの液滴(主液滴である)が、ノズル51から吐出される。
In the
詳細には、図5(A)に示すように、第1のプル駆動信号71によってノズル51内のメニスカス79を一旦引っ込める。続いて、第1のプッシュ駆動信号72によってノズル51内の液体に対して吐出方向(図中の矢印Eの方向)の速度を与え、続いて、第2のプル駆動信号73によってノズル51内の液体の速度を低下させる。そうすると、図5(B)に示す状態を経て、図5(C)に示すようにノズル51から液柱80が突出した後、液柱80から主液滴が分離する。
Specifically, as shown in FIG. 5A, the
主液滴の各吐出ごとに1セットの駆動波形70が圧電アクチュエータ58に与えられることにより、図4に示すようにノズル内の液体速度212が変化する。
When one set of driving
図5(C)に示す液柱80のくびれ部分82の凹形状(くびれ形状)は、第2のプル駆動信号73が与えられた時点t2から駆動波形70の終了時点t3までの間に形成される。すなわち、ノズル内の液体速度212が最高点に達してから速度「0」となるまでの間に形成される。
The concave shape (constriction shape) of the
本実施形態における液柱80の温度分布設定処理では、ひとつの主液滴の吐出ごとに、第1のプル駆動信号71の付与時点t0(またはt0より所定時間だけ前)にヒータ31Hによる加熱を開始し、第1のプッシュ駆動信号72の付与時点t1から遅くとも駆動波形70の終了時点t3までの間に、ヒータ31Hによる加熱を停止する。
In the temperature distribution setting process of the
実際には、図5(A)に示すようにノズル51内のメニスカス79を最も引き込んだ状態から、液柱80が成長してノズル内の液体速度212が「0」となるまでの間に(すなわち液柱80に対して新たな液体供給がなくなって液柱80の体積が最も大きくなるときまでの間に)、ヒータ31Hによる加熱を停止する。
Actually, as shown in FIG. 5 (A), from the state in which the
なお、図4に示すヒータの入力信号213は、第1のプル信号71に同期させてヒータ31Hによる加熱を開始するとともに、第1のプッシュ駆動信号72に同期させてヒータ31Hによる加熱を停止させている場合を、実線で示している。このように、ヒータ31Hによる加熱は、第1のプッシュ駆動信号72に同期させて停止するか、あるいは、第2のプル信号73に同期させて停止することが、容易である。第2のプッシュ信号74に同期させる場合もある。
The
要するに、図5(C)に示すように液柱80の体積が最も大きい状態となる以前であって、くびれ部分82のくびれ形状が発現する前に、ヒータ31Hによる加熱の停止とノズル板51による放熱とにより、液柱80のノズル近傍部分81の温度をくびれ部分82の温度よりも低く設定する。
In short, as shown in FIG. 5C, before the constricted shape of the
より好ましくは、ノズル内の液体速度212の変化を、シミュレーションや実験などによって知得し、加熱停止タイミングを決定する。好ましくは、ノズル内の液体速度212が負から正に切り換わる時点(t1相当)からノズル内の液体速度212が最高となる時点(t2相当)までの間に、ヒータ31Hによる加熱を停止する。
More preferably, the change in the
[第2実施形態]
第2実施形態においては、温度可変素子31が、ペルチェ素子によって構成されている。
[Second Embodiment]
In the second embodiment, the
図6(A)は、温度可変素子31としてペルチェ素子31Pを設けた液滴吐出ヘッド50のノズル51およびその周辺部分を拡大して示す拡大透視図である。また、図6(A)の6B−6B線に沿った断面図を図6(B)に示し、図6(A)の6C−6C線に沿った断面図を図6(C)に示す。
6A is an enlarged perspective view showing the
ノズル51の内壁であってノズル面50aの近傍には、環状のペルチェ素子31Pが設けられている。
An
ペルチェ素子31Pは、2つの電極31a、31bを有する。これらの電極31a、31bは、それぞれ異なる信号線32a、32bに接続している。
The
ノズル板21と基板20との間には2層の絶縁層23I、23Rが形成されている。ノズル板21側の絶縁層23Rは、基板20側の絶縁層23Iよりも薄い。ノズル板21側の絶縁層23Rを介してペルチェ素子31Pの熱がノズル板21から外気に伝導する一方で、基板20側の絶縁層23Iは絶縁性および断熱性を有する。
Two insulating
図7は、図2の吐出駆動部154から液滴吐出ヘッド50の圧電アクチュエータ58に対して与えられる駆動信号211(アクチュエータの駆動信号)、液滴吐出ヘッド50のノズル51内における液体速度212(ノズル内の液体速度)、および、図2の温度分布設定部158から液滴吐出ヘッド50の温度可変素子としてのペルチェ素子31Pに対して与えられる入力信号214(ペルチェ素子の入力信号)について、時系列の対応関係を示すタイミングチャートである。
7 shows a drive signal 211 (actuator drive signal) given from the
なお、図7において、アクチュエータの駆動信号211およびノズル内の液体速度212は、図4に示した第1実施形態のものと同じである。本実施形態におけるペルチェ素子の入力信号214は、冷却がない初期電流を「0」として、冷却電流を負とした、相対電流で示している。
In FIG. 7, the
本実施形態における液柱80の温度分布設定処理では、ひとつの主液滴の吐出ごとに、第1のプル駆動信号71の付与時点t0にはペルチェ素子31Pによる冷却を行っておらず、第1のプッシュ駆動信号72の付与時点t1から遅くとも駆動波形70の終了時点t3までの間に、ペルチェ素子31Pによる冷却を開始する。
In the temperature distribution setting process of the
実際には、図5(A)に示すようにノズル51内のメニスカス79を最も引き込んだ状態から、液柱80が成長してノズル内の液体速度212が「0」となるまでの間に(すなわち液柱80に対して新たな液体供給がなくなって液柱80の体積が最も大きくなるときまでの間に)、ペルチェ素子31Pによる冷却を開始する。
Actually, as shown in FIG. 5 (A), from the state in which the
なお、図7に示すペルチェ素子の入力信号214は、第1のプッシュ駆動信号72に同期させてペルチェ素子31Pによる冷却を開始している場合を、実線で示している。このように、ペルチェ素子31Pによる冷却は、第1のプッシュ駆動信号72に同期させて開始するか、あるいは、第2のプル信号73に同期させて開始することが、容易である。第2のプッシュ信号74に同期させる場合もある。
The Peltier
要するに、図5(C)に示すように液柱80の体積が最も大きい状態となる以前であって、くびれ部分82のくびれ形状が発現する前に、ペルチェ素子31Pによる冷却とノズル板51による放熱とにより、液柱80のノズル近傍部分81の温度をくびれ部分82の温度よりも低く設定する。
In short, as shown in FIG. 5C, before the constricted shape of the
より好ましくは、ノズル内の液体速度212の変化を、シミュレーションや実験などによって知得し、冷却開始タイミングを決定する。好ましくは、ノズル内の液体速度212が負から正に切り換わる時点(t1相当)からノズル内の液体速度212が最高となる時点(t2相当)までの間に、ペルチェ素子31Pによる冷却を開始する。
More preferably, the change of the
また、ペルチェ素子31Pによる冷却は、次の主液滴の吐出制御を開始するまで、すなわち遅くとも次の駆動波形70の開始時点t0までに停止する。
Further, the cooling by the
[第3実施形態]
第3実施形態においては、温度可変素子31が、加熱および冷却を行うペルチェ素子によって構成されている。
[Third Embodiment]
In the third embodiment, the
図8は、図2の吐出駆動部154から液滴吐出ヘッド50の圧電アクチュエータ58に対して与えられる駆動信号211(アクチュエータの駆動信号)、液滴吐出ヘッド50のノズル51内における液体速度212(ノズル内の液体速度)、および、図2の温度分布設定部158から液滴吐出ヘッド50の温度可変素子としてのペルチェ素子31Pに対して与えられる入力信号215(ペルチェ素子の入力信号)について、時系列の対応関係を示すタイミングチャートである。
8 shows a drive signal 211 (actuator drive signal) given to the
なお、図8において、本実施形態におけるアクチュエータの駆動信号211およびノズル内の液体速度212は、図4に示した第1実施形態のものと同じである。本実施形態におけるペルチェ素子の入力信号215は、加熱および冷却がない初期電流を「0」として、加熱電流を正、冷却電流を負とした、相対電流で示している。
In FIG. 8, the
本実施形態における液柱80の温度分布設定処理では、ひとつの主液滴の吐出ごとに、第1のプル駆動信号71の付与時点t0(またはt0より所定時間前)にペルチェ素子31Pによる加熱を開始し、第1のプッシュ駆動信号72の付与時点t1から遅くとも駆動波形70の終了時点t3までの間に、ペルチェ素子31Pによる加熱停止および冷却開始を行う。
In the temperature distribution setting process of the
実際には、図5(A)に示すようにノズル51内のメニスカス79を最も引き込んだ状態から、液柱80が成長してノズル内の液体速度212が「0」となるまでの間に(すなわち液柱80に対して新たな液体供給がなくなって液柱80の体積が最も大きくなるときまでの間に)、ペルチェ素子31Pによる加熱停止および冷却開始を行う。
Actually, as shown in FIG. 5 (A), from the state in which the
なお、図8に示すペルチェ素子の入力信号215は、第1のプル信号71に同期させてペルチェ素子31Pによる加熱を開始するとともに、第1のプッシュ駆動信号72に同期させてペルチェ素子31Pによる加熱停止および冷却開始を行っている場合を、実線で示している。このように、ペルチェ素子31Pによる加熱停止および冷却開始は、第1のプッシュ駆動信号72に同期させて行うか、あるいは、第2のプル信号73に同期させて行うことが、容易である。第2のプッシュ信号74に同期させる場合もある。
The Peltier
要するに、図5(C)に示すように液柱80の体積が最も大きい状態となる以前であって、くびれ部分82のくびれ形状が発現する前に、ペルチェ素子31Pによる加熱停止および冷却開始とノズル板51による放熱とにより、液柱80のノズル近傍部分81の温度をくびれ部分82の温度よりも低く設定する。
In short, as shown in FIG. 5C, before the constricted shape of the
より好ましくは、ノズル内の液体速度212の変化を、シミュレーションや実験などによって知得し、加熱停止および冷却開始のタイミングを決定する。好ましくは、ノズル内の液体速度212が負から正に切り換わる時点(t1相当)からノズル内の液体速度212が最高となる時点(t2相当)までの間に、ペルチェ素子31Pによる冷却を開始する。
More preferably, the change in the
また、ペルチェ素子31Pによる冷却は、次の主液滴の吐出制御を開始するまで、すなわち遅くとも次の駆動波形の開始時点t0までに停止する。
Further, the cooling by the
第1実施形態乃至第3実施形態のいずれにおいても、図5(C)に示すように、ノズル51から突出した液柱80のくびれ部分82の温度よりもノズル51の内壁の近傍に位置する部分81(ノズル内壁近傍部分)の温度が低く設定されるので、ノズル内壁近傍部分81からくびれ部分82に液体が流れるという従来の現象が生じなくなるだけでなく、くびれ部分82からノズル内壁近傍部分81への液体の流れ821が発生する。したがって、くびれ部分82のくびれ形状(凹形状)の形成が速くなり、液柱80からの主液滴の分断が容易になる。
In any of the first to third embodiments, as shown in FIG. 5C, a portion located near the inner wall of the
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、本明細書において説明した例や図面に図示された例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の設計変更や改良を行ってよい。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described in detail, this invention is not limited to the example demonstrated in this specification and the example shown in drawing, In the range which does not deviate from the summary of this invention, various Design changes and improvements may be made.
21…ノズル板、31…温度可変素子(ヒータ、ペルチェ素子)、32…電極層、50…液滴吐出ヘッド、50a…ノズル面、51…ノズル(液滴吐出口)、52…圧力室、58…圧電アクチュエータ、70…駆動波形、71…第1のプル信号、72…第1のプッシュ信号、73…第2のプル信号、74…第2のプッシュ信号、150…プリント制御部、154…吐出駆動部、156…温度測定部、158…温度分布設定部、213…加熱素子としてのヒータの入力信号、214…冷却素子としてのペルチェ素子の入力信号、215…加熱冷却素子としてのペルチェ素子の入力信号
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記液滴吐出の一回ごとに前記アクチュエータに対して液滴吐出用の駆動波形を与える駆動手段と、
前記液滴吐出口の内壁に設けられ、前記液体に温度変化を与える温度可変素子と、
前記温度可変素子を用いて前記液柱内の温度分布を設定する温度分布設定手段であって、前記温度可変素子に対して前記液滴吐出用の駆動波形に対応させた入力信号を与えて、前記液柱のくびれ部分の温度よりも前記液滴吐出口の前記内壁の近傍に位置する部分の温度を低く設定する温度分布設定手段と、
を備えたことを特徴とする液滴吐出装置。 A liquid droplet is ejected by pulling and pushing the liquid in the liquid droplet ejection port using a predetermined actuator to cause the liquid column to protrude from the liquid droplet ejection port and to separate the liquid droplet from the liquid column. In the discharge device,
Driving means for providing a driving waveform for droplet ejection to the actuator for each droplet ejection;
A temperature variable element that is provided on the inner wall of the droplet discharge port and that changes the temperature of the liquid;
A temperature distribution setting means for setting a temperature distribution in the liquid column using the temperature variable element, giving an input signal corresponding to the droplet discharge drive waveform to the temperature variable element; Temperature distribution setting means for setting a temperature of a portion located near the inner wall of the droplet discharge port to be lower than a temperature of a constricted portion of the liquid column;
A droplet discharge apparatus comprising:
前記温度分布設定手段は、前記液滴吐出の一回ごとに、前記加熱素子による加熱の開始後且つ前記駆動波形の開始後であって、前記駆動波形の終了前に、前記加熱素子による加熱を停止することを特徴とする請求項1に記載の液滴吐出装置。 The temperature variable element is a heating element for heating the liquid,
The temperature distribution setting means performs heating by the heating element after the start of heating by the heating element and after the start of the driving waveform and before the end of the driving waveform for each droplet discharge. The droplet discharge device according to claim 1, wherein the droplet discharge device is stopped.
前記温度分布設定手段は、前記液滴吐出の一回ごとに、前記駆動波形の開始後であって、前記駆動波形の終了前に、前記冷却素子による冷却を開始することを特徴とする請求項1に記載の液滴吐出装置。 The temperature variable element is a cooling element that cools the liquid,
The temperature distribution setting means starts cooling by the cooling element after the start of the drive waveform and before the end of the drive waveform for each droplet discharge. 2. The droplet discharge device according to 1.
前記温度分布設定手段は、前記液滴吐出の一回ごとに、前記加熱冷却素子による加熱の開始後且つ前記駆動波形の開始後であって、前記駆動波形の終了前に、前記加熱冷却素子による冷却を開始することを特徴とする請求項1に記載の液滴吐出装置。 The temperature variable element is a heating / cooling element for heating and cooling the liquid,
The temperature distribution setting means uses the heating / cooling element after the start of heating by the heating / cooling element and after the start of the driving waveform and before the end of the driving waveform for each droplet discharge. The droplet discharge device according to claim 1, wherein cooling is started.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2006051204A JP2007229960A (en) | 2006-02-27 | 2006-02-27 | Liquid droplet discharge device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2006051204A JP2007229960A (en) | 2006-02-27 | 2006-02-27 | Liquid droplet discharge device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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Family Applications (1)
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JP2006051204A Pending JP2007229960A (en) | 2006-02-27 | 2006-02-27 | Liquid droplet discharge device |
Country Status (1)
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2006
- 2006-02-27 JP JP2006051204A patent/JP2007229960A/en active Pending
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