JP2012148534A - 液体噴射装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡易な構成により液体噴射時のサテライト滴の発生を抑制する。
【解決手段】液体噴射装置100が、圧力発生手段422により圧力室50内の圧力を変動させて圧力室50内の液体を液滴Bとしてノズル56から噴射する液体噴射部22と、圧力発生手段422を作動させる駆動信号COMを生成する駆動信号生成部64とを具備する。駆動信号COMは、圧力室50を加圧させ、ノズル56内の液体を突出させて液柱Pを形成する第1要素W1と、第1要素W1より後に圧力室50を加圧させ、液柱Pがノズル56内の液体と繋がった状態で、液体の液面Mのうち液柱P表面を除く部分Mbを、ノズル56内の液面Mとノズルの内面とが接する位置より液柱Pが突出する方向に突出させる第2要素E5とを含む。
【選択図】図6
【解決手段】液体噴射装置100が、圧力発生手段422により圧力室50内の圧力を変動させて圧力室50内の液体を液滴Bとしてノズル56から噴射する液体噴射部22と、圧力発生手段422を作動させる駆動信号COMを生成する駆動信号生成部64とを具備する。駆動信号COMは、圧力室50を加圧させ、ノズル56内の液体を突出させて液柱Pを形成する第1要素W1と、第1要素W1より後に圧力室50を加圧させ、液柱Pがノズル56内の液体と繋がった状態で、液体の液面Mのうち液柱P表面を除く部分Mbを、ノズル56内の液面Mとノズルの内面とが接する位置より液柱Pが突出する方向に突出させる第2要素E5とを含む。
【選択図】図6
Description
本発明は、インク等の液体を噴射する技術に関する。
圧電振動子や発熱素子等の圧力発生素子により圧力室内の圧力を変化させることで圧力室内の液体(例えばインク)を液滴としてノズルから噴射する液体噴射技術が従来から提案されている。圧力室内の液体が加圧されると、ノズル内の液体の基面から液柱が突出する。液柱の先端部は大きな主滴となって噴射され、液柱の尾部(液柱の後端部)は主滴よりも小さいサテライト滴となって噴射される。サテライト滴は着弾対象(例えば記録紙)上の意図しない場所に着弾して着弾位置の精度(例えば印字精度)を低下させたり、ミストとなって漂い液体噴射装置を汚染したりする。したがって、サテライト滴の発生は抑制される必要がある。
特許文献1では、単一の圧力室に、インク滴吐出用の圧電素子とサテライト滴防止用の圧電素子とを設けている。吐出の際には、インク滴吐出用の圧電素子を駆動してインクをノズルから押し出してインク柱を形成した後に、更にサテライト滴防止用の圧電素子を駆動してインク柱の後端部を押し出すことによりインク柱を断ち切って、サテライト滴の発生を抑制している。
特許文献1の技術では、インク滴吐出用の圧電素子に加えてサテライト滴防止用の圧電素子を設けているため、構造が複雑になるとともに、複数の圧電素子をそれぞれ別個に駆動する必要が生じる。以上の事情を考慮して、本発明は、簡易な構成により液体噴射時のサテライト滴の発生を抑制することを目的とする。
以上の課題を解決するために本発明が採用する手段を説明する。なお、本発明の理解を容易にするために、以下の説明では、本発明の要素と後述の実施形態の要素との対応を括弧書で付記するが、本発明の範囲を実施形態の例示に限定する趣旨ではない。
本発明の液体噴射装置は、圧力発生手段(例えば圧電振動子422)により圧力室(例えば圧力室50)内の圧力を変動させて前記圧力室内の液体を液滴(例えばインク滴B)としてノズル(例えばノズル56)から噴射する液体噴射部(例えば記録ヘッド22)と、前記圧力発生手段を作動させる駆動信号(例えば駆動信号COM)を生成する駆動信号生成部(例えば駆動信号生成部64)とを具備する液体噴射装置(例えば印刷装置100)であって、前記駆動信号は、前記圧力室を加圧させ、前記ノズル内の前記液体を突出させて液柱(例えばインク柱P)を形成する第1要素(例えば波形W1)と、前記第1要素より後に前記圧力室を加圧させ、前記液柱が前記ノズル内の前記液体と繋がった状態で、前記液体の液面(例えば液面M)のうち前記液柱の表面を除く部分(例えば基面Mb)を、前記ノズル内の前記液面と前記ノズルの内面とが接する位置より前記液柱が突出する方向に突出させる第2要素(例えば要素E5)とを含む。
以上の構成においては、第1要素の供給により基面から液柱を形成し、液柱がノズル内の液体と繋がった状態で第2要素を供給して、液体の液面のうち液柱の表面を除く部分(すなわち、液体の基面)を押し出すので、液柱の尾部が細くなるとともに、吐出面に戻ろうとする表面張力が基面に働いて、液柱が分断されやすくなる。したがって、液柱がノズル内の液体と繋がった状態で液体の基面を押し出さない構成と比較して、液滴形成時におけるサテライト滴の形成を抑制することが可能である。
なお、「第1要素より後に」とは、第1要素の直後と、第1要素の終端から所定の期間を隔たった後との両方を含む概念である。本明細書においては、一般的に、「要素より後に」とは、要素の直後と、要素の終点から所定の期間を隔たった後との両方を含む概念であり、また、「要素より前に」とは、要素の直前と、要素の始点から所定の期間を隔たった前との両方を含む概念である。
なお、「第1要素より後に」とは、第1要素の直後と、第1要素の終端から所定の期間を隔たった後との両方を含む概念である。本明細書においては、一般的に、「要素より後に」とは、要素の直後と、要素の終点から所定の期間を隔たった後との両方を含む概念であり、また、「要素より前に」とは、要素の直前と、要素の始点から所定の期間を隔たった前との両方を含む概念である。
本発明の好適な態様において、前記駆動信号は、前記第1要素の後かつ前記第2要素の前に、前記第1要素の終端の電位を維持する第3要素(例えば要素E4)を含む。以上の構成においては、第3要素の供給中には圧力発生手段が駆動されないので、液柱がノズル内の液体と繋がった状態で液柱を形成するのにより好適である。
本発明の好適な態様において、前記第1要素は、所定の基準電位(例えば基準電位VREF)から第1の方向に第1の電位差の電位変化を生じさせて前記圧力室を減圧させる減圧要素(例えば要素E1)と、前記第1の方向と逆方向に、前記第1の電位差より大きい第2の電位差(例えば電位の変化量Ae3)の電位変化を生じさせて前記圧力室を加圧させる加圧要素(例えば要素E3)とを含む。以上の構成においては、加圧要素による圧力室の加圧に先立ち減圧要素により圧力室を減圧するので、液面が一旦圧力室側に引き込まれるため、後の加圧要素による加圧の際により効率良く液柱を形成することが可能となる。さらに、第2の電位差が第1の電位差を上回るので、第2の電位差が第1の電位差以下である構成と比較して、より多くの量の液体を噴射することが可能である。
本発明の好適な態様において、前記駆動信号は、前記第1要素の後かつ前記第2要素の前に、前記圧力室を減圧させる第4要素(例えば要素E4a)を含む。以上の構成においては、第1要素の終了から第2要素の開始までの間に第1要素の終端電位が維持される構成と比較して、圧力室の過剰な振動が抑制され、かつ駆動信号の振幅が抑えられて消費電力が低減されるという利点がある。
本発明の好適な態様において、前記第4要素の勾配は、前記第2要素の電位変化の勾配よりも緩やかである。以上の構成においては、液体の液面の変動をより低減することが可能である。
本発明の好適な態様において、前記駆動信号は、前記第2要素より後に発生し、前記圧力室を減圧させる要素(例えば要素E7)とを更に含む。以上の構成においては、第2要素による加圧の後に圧力室が減圧される。
本発明の好適な態様において、前記第2要素の電位変化の幅(例えば電位の変化量Ae5)が、前記第1要素の電位変化の幅(例えば電位の変化量Ae3)の2/5以内である。以上の構成によれば、液体の基面を押し出すための2回目の加圧の程度が、液柱を突出させるための1回目の加圧の程度より小さく抑えられる。
本発明の好適な態様において、前記第1要素により形成される前記液柱の吐出面に対する高さ(例えば高さPL)が、前記ノズルの径(例えば径d)の2倍以上5倍以下であるときに、前記第2要素が開始する。以上の構成によれば、液柱が短すぎて液滴を形成することが困難であったり、液柱が長すぎて適当な大きさの液滴を形成することが困難であったりする状況を回避することが可能である。
本発明の好適な態様において、前記第2要素により突出された前記液面の吐出面に対する高さ(例えば高さh)が、前記ノズルの径の1/2以上3/2以下である。以上の構成によれば、サテライト滴の形成をより効果的に抑制することが可能である。
<A:第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態に係るインクジェット方式の印刷装置100の部分的な模式図である。印刷装置100は、微細なインク滴を記録紙200に噴射する液体噴射装置であり、キャリッジ12と移動機構14と用紙搬送機構16とを含む。キャリッジ12には、液体噴射部として機能する記録ヘッド22が設置されるとともに、記録ヘッド22に供給されるインクを貯留するインクカートリッジ24が着脱可能に搭載される。なお、印刷装置100の筐体(図示略)にインクカートリッジ24を固定して記録ヘッド22にインクを供給する構成も採用され得る。
図1は、本発明の第1実施形態に係るインクジェット方式の印刷装置100の部分的な模式図である。印刷装置100は、微細なインク滴を記録紙200に噴射する液体噴射装置であり、キャリッジ12と移動機構14と用紙搬送機構16とを含む。キャリッジ12には、液体噴射部として機能する記録ヘッド22が設置されるとともに、記録ヘッド22に供給されるインクを貯留するインクカートリッジ24が着脱可能に搭載される。なお、印刷装置100の筐体(図示略)にインクカートリッジ24を固定して記録ヘッド22にインクを供給する構成も採用され得る。
移動機構14は、案内軸32に沿ってキャリッジ12を主走査方向(図1の矢印が示す記録紙200の幅方向)に往復させる。キャリッジ12の位置は、リニアエンコーダー等の検出器(図示略)で検出されて移動機構14の制御に利用される。用紙搬送機構16は、キャリッジ12の往復に並行して記録紙200を副走査方向に搬送する。キャリッジ12の往復時に記録ヘッド22が記録紙200にインク滴を噴射することで所望の画像が記録紙200に記録(印刷)される。なお、キャリッジ12の往復の端点の近傍には、記録ヘッド22の吐出面を封止するキャップ34や、吐出面を払拭するワイパー36が設置される。
図2は、記録ヘッド22の断面図(主走査方向に垂直な断面)である。図2に示すように、記録ヘッド22は、振動ユニット42と収容体44と流路ユニット46とを具備する。振動ユニット42は、圧電振動子422とケーブル424と固定板426と含む。圧電振動子422は、圧電材料と電極とが交互に積層された縦振動型の圧電素子であり、ケーブル424を介して供給される駆動信号に応じて振動する。圧電振動子422を固定した固定板426が収容体44の内壁面に接合された状態で振動ユニット42は収容体44に収容される。
流路ユニット46は、相互に対向する基板462と基板464との間隙に流路形成板466を介挿した構造体である。流路形成板466は、圧力室50と供給路52と貯留室54とを含む空間を基板462と基板464との間隙に形成する。圧力室50は、振動ユニット42毎に隔壁で個別に区画されるとともに供給路52を介して貯留室54に連通する。各圧力室50に対応する複数のノズル(吐出口)56が基板462に列状に形成される。吐出面58は、基板462の圧力室50とは反対側の表面である。各ノズル56は、圧力室50を外部に連通させる貫通孔である。インクカートリッジ24から供給されるインクは貯留室54に貯留される。以上の説明から理解されるように、貯留室54から供給路52と圧力室50とノズル56とを経由して外部に至るインクの流路が形成される。
基板464は、弾性材料で形成された平板材である。基板464のうち圧力室50の反対側の領域には島状の島部48が形成される。圧力室の一部を構成する基板464および島部48が、圧電振動子422の駆動により変形して振動する振動板となる。島部48には圧電振動子422の先端面(自由端)が接合される。したがって、駆動信号の供給により圧電振動子422が駆動されると、島部48を介して基板464が変位することで圧力室50の容積が変化して圧力室50内のインクの圧力が変動する。すなわち、圧電振動子422は、圧力室50内の圧力を変動させる圧力発生手段として機能する。以上に説明した圧力室50内の圧力の変動に応じてノズル56からインク滴を噴射することが可能である。
図3は、印刷装置100の電気的な構成のブロック図である。図3に示すように、印刷装置100は、制御装置102と印刷処理部(プリントエンジン)104とを具備する。制御装置102は、印刷装置100の全体を制御する要素であり、制御部60と記憶部62と駆動信号生成部64と外部I/F(interface)66と内部I/F68とを含む。記録紙200に印刷される画像を示す印刷データが外部装置(例えばホストコンピューター)300から外部I/F66に供給され、内部I/F68には印刷処理部104が接続される。印刷処理部104は、制御装置102による制御のもとで記録紙200に画像を記録する要素であり、前述の記録ヘッド22と移動機構14と用紙搬送機構16とを含む。
記憶部62は、制御プログラム等を記憶するROMと、画像の印刷(ノズル56毎のインク滴の噴射)に必要な各種のデータを一時的に記憶するRAMとを含む。制御部60は、記憶部62に記憶された制御プログラムを実行することにより印刷装置100の各要素(例えば印刷処理部104の移動機構14や用紙搬送機構16)を統括的に制御する。また、制御部60は、外部装置300から外部I/F66に供給される印刷データを、記録ヘッド22の各ノズル56からのインク滴の噴射/非噴射を圧電振動子422毎に指示する噴射データDに変換する。駆動信号生成部64は、駆動信号COMを生成し内部I/F68を介して記録ヘッド22に供給する。駆動信号COMは、各圧電振動子422を駆動して圧力室50のノズル56からインク滴を噴射させる周期的な信号である。
図4は、記録ヘッド22の電気的な構成の模式図である。図4に示すように、記録ヘッド22は、相異なるノズル56(圧電振動子422)に対応する複数の駆動回路220を含む。駆動信号COMは複数の駆動回路220に共通に供給される。また、制御部60が生成した噴射データDは内部I/F68を介して各駆動回路220に供給される。
各駆動回路220は、噴射データDに応じて駆動信号COMを圧電振動子422に供給する。具体的には、噴射データDがインク滴の噴射を指示する場合、駆動回路220は、駆動信号COMを圧電振動子422に供給して駆動し、振動板(島部48および基板464)を振動させる。これにより、基板464を介して圧力室50内が加圧されて、インク滴がノズル56から記録紙200に噴射される。他方、噴射データDがインクの非噴射(噴射の停止)を指示する場合、駆動回路220は、駆動信号COMを圧電振動子422に供給しない。したがって、圧力室50のノズル56からインク滴は噴射されない。なお、噴射データDがインクの非噴射を指示する場合、駆動回路220は駆動信号COMを圧電振動子422に供給して圧電振動子422を駆動し、インク滴が噴射されない程度に振動板(島部48および基板464)を振動させてもよい。これにより、基板464を介して圧力室50内の液体およびノズル内の液体に微振動が付与される。この場合には、圧力室50内からインクが噴射されず適度に撹拌される。
図5は、駆動信号生成部64が生成する駆動信号COMの1周期の波形の一例である。図5の縦軸は電位、横軸は時間を意味し、時間は図の左から右方向へと進む。図5に示す通り、駆動信号COMは、電位VDHと電位VDLとの間で電位が変動する波形に成形される。駆動信号COMは、第1波形W1と第2波形W2と第3波形W3とを、以上の順番で連結した波形に成形される。
第1波形W1は、所定の基準電位VREFから高位側の電位VDHに上昇する要素E1と、電位VDHを維持する要素E2と、電位VDHから低位側の電位VLに低下する要素E3とを含む(VL<VREF<VDH)。要素E1が供給されると、圧電振動子422は圧力室50を減圧する。すなわち、圧力室50が膨張するように振動板(島部48および基板464)が変位する。次に、要素E2が供給されると、圧力室50内の圧力が要素E1の終端での圧力に維持された状態で圧電振動子422の動作(振動板の変位)が停止する。次に、要素E3が供給されると、圧電振動子422は圧力室50を加圧する。すなわち、圧力室50が収縮するように振動板(島部48および基板464)が変位する。
第2波形W2は、第1波形W1に後続するとともに第1波形W1と第3波形W3とを連結する波形部であり、第1波形W1(要素E3)の終端の電位VLを維持する要素E4からなる。したがって、圧力室50内の圧力の増加が停止される。
第3波形W3は、第2波形W2に後続する波形部であり、第2波形W2(要素E4)の終端の電位VLから更に低位側の電位VDLに低下する要素E5と(VDL<VL)、電位VDLを維持する要素E6と、電位VDLから基準電位VREFに上昇する要素E7とを含む。要素E5が供給されると、圧電振動子422は圧力室50が更に収縮するように振動板(島部48および基板464)を変位させ、圧力室50内の圧力を更に増加させる。次に、要素E6が供給されると、圧力室50内の圧力が要素E5の終端での圧力に維持された状態で圧電振動子422の動作が停止する。次に、要素E7が供給されると、圧電振動子422は圧力室50を減圧する。すなわち、圧力室50が膨張するように振動板(島部48および基板464)が変位する。
上述の通り、駆動信号COMは、加圧(第1波形W1の要素E3)→圧力維持(第2波形W2の要素E2)→加圧(第3波形W3の要素E5)という2段階に分離された加圧工程を実現する信号である。駆動信号COMにおける各要素の時間長や電位変化量は適宜に設定される。例えば、図5に示すように、要素E5の電位の変化量Ae5(Ae5=VL−VDL)は、要素E3の電位の変化量Ae3(Ae3=VDH−VL)を下回る。具体的には、要素E5の電位の変化量Ae5は、要素E3の電位の変化量Ae3の2/5以内に設定されると好ましい。
図6に、駆動信号COMの供給により圧力室50のノズル56からインク滴Bが噴射される様子を示す。図6は、ノズル56の断面図であり、圧力室50の圧力変動によりインクの液面Mが変位してインク滴Bが噴射される様子を時系列(時刻t1〜時刻t6)で示している。図6においては、図の上方が圧力室50の外部へ向かう方向であり、図の下方が圧力室50の内部へ向かう方向である。すなわち、図6の方向は、図2の方向と上下が反転している。また、図7は、図6の各時刻(時刻t1〜時刻t6)と駆動信号COM中の時刻との対応を示している。
時刻t1では、圧電振動子422に基準電位VREFの駆動信号COMが供給されているから、振動板(島部48および基板464)は変位しておらず圧力室50は加圧も減圧もされていない。そのため、インクの液面Mは表面張力により僅かに凹状となる(図6の時刻t1)。
時刻t1の後、高位側の電位VDHに上昇する要素E1が圧電振動子422に供給され、圧力室50が膨張して減圧される。この減圧により、インクの液面Mが圧力室50の内部へ向かう方向に引き込まれて吐出面58から後退する(図6の時刻t2)。
時刻t2の後、電位VDHを維持する要素E2が終端に至ると、低位側の電位VLに低下する要素E3が圧電振動子422に供給され、圧力室50が急激に収縮して加圧される。この加圧により、インクの液面Mが圧力室50の外部へ向かう方向(インク滴Bの噴射方向)に前進するとともに、ノズル56内のインクの基面Mb(インクの液面Mのうちインク柱Pの表面を除く部分)からインクが突出してインク柱Pが形成される(図6の時刻t3)。
時刻t3の後、要素E3が終端に至ると、要素E3の終端の電位VLを維持する要素E4が圧電振動子422に供給される。要素E4の供給により圧力室50への加圧は停止されるが、インク柱Pはノズル56から突出した際の慣性力によって更に伸長を続ける。時刻t3の後、時刻t4においてインク柱Pはインクの基面Mbと繋がっている(図6の時刻t4)。
インク柱Pがインクの基面Mbと繋がった状態で、より低位側の電位VDLに低下する要素E5が圧電振動子422に供給され、圧力室50が更に収縮して圧力室50内の圧力が増大する。この圧力の増大により、インクの基面Mbが吐出面58から押し出される(図6の時刻t5)。なお、要素E5は、インク柱Pの吐出面58に対する高さPLが、例えばノズル56の径dの2倍以上5倍以下(2d≦PL≦5d)であるときに開始すると好ましい。ノズル56の径dは、例えば10μm〜90μm程度である。また、要素E5の供給が開始されるのは、例えば要素E3の供給を開始した時刻の5〜15μ秒後である。
時刻t5において要素E5が終端に至ると、要素E5の終端の電位VDLを維持する要素E6が圧電振動子422に供給される。インク柱Pは依然として慣性力によって伸長を続けており、時刻t6において凸状の基面Mbとインク柱Pとが分断されて単一のインク滴Bが形成される(図6の時刻t6)。分断されたインク滴Bは慣性力に従って飛翔する。インク滴Bの飛翔速度は、例えば5〜10m/秒程度である。その後、基準電位VREFまで上昇する要素E7が圧電振動子422に供給され、圧力室50が減圧される。
第1実施形態の駆動信号COMの代わりに従来の駆動信号COM’を用いたインク滴Bの噴射動作を比較例として以下に示す。この比較例においては、インク柱Pの尾部の径が増大しインク柱Pが相当に伸長してしまうため、インク柱Pが分断されてインク滴B(主滴)が形成される際にサテライト滴Sも形成されてしまう。
図8に従来の駆動信号COM’を示す。図8に示す通り、駆動信号COM’は、電位VDHと電位VDLとの間で電位が変動する波形に成形され、所定の基準電位VREFから高位側の電位VDHに上昇する第1要素C1と、電位VDHを維持する第2要素C2と、電位VDHから低位側の電位VDLに低下する第3要素C3と、電位VDLを維持する第4要素C4と、電位VDLから基準電位VREFに上昇する第5要素C5とを含む。この変形例においては、基準電位VREFと電位VDHと電位VDLとは第1実施形態と同じ値に設定される。したがって、駆動信号COM’の振幅ACOMは駆動信号COMの振幅ACOMに等しい。
第1実施形態の第1波形W1(要素E1および要素E2)と同様に、第1要素C1と第2要素C2との供給で圧力室50が減圧された後、第3要素C3の供給で圧力室50が加圧される。第3要素C3の電位の変化量は駆動信号COM’の振幅ACOM(ACOM=VDH−VDL)に等しく、第1実施形態における第1波形W1の要素E3の電位の変化量Ae3(Ae3=VDH−VL)を上回る。したがって、第3要素C3による圧力室50の圧力変動の大きさは、第1波形W1の要素E3による圧力室50の圧力変動の大きさを上回る。第3要素C3が終端に至ると、第1実施形態の第3波形W3(要素E6および要素E7)と同様に、第4要素C4と第5要素C5との供給で圧力室50が減圧される。
図9は、従来の駆動信号COM’により圧力室50のノズル56からインク滴Bが噴射される様子を示す。図6と同様に、図9の方向は図2の方向と上下が反転している。また、図10は、図9の各時刻(時刻t1’〜時刻t5’)と駆動信号COM’中の時刻との対応を示している。なお、図9の時刻t1’〜時刻t3’の各々における液面Mの様子は、図6の時刻t1〜時刻t3の各々における液面Mの様子と同様であるから説明を省略する。
前述のように、駆動信号COM’の第3要素C3による圧力室50の圧力変動の大きさは、駆動信号COMの第1波形W1の要素E3による圧力室50の圧力変動の大きさを上回る。時刻t4’において第3要素C3が終端に至ると、第3要素C3の終端の電位VDLを維持する第4要素C4が圧電振動子422に供給される。時刻t4’において、インクの基面Mbは凹状となっている(図9の時刻t4’)。
第4要素C4の供給により圧力室50の加圧は停止されるが、インク柱Pは、ノズル56から突出した際の慣性力によって更に伸長を続け、時刻t5’において凹状の基面Mbとインク柱Pとが分断されてインク滴Bおよびサテライト滴Sが形成される(図9の時刻t6)。分断されたインク滴Bおよびサテライト滴Sは慣性力に従って飛翔する。サテライト滴Sは粒径および質量が小さいために減速しやすく、主滴であるインク滴Bの飛翔速度よりも低い飛翔速度にて飛翔するので、主滴よりも遅れて記録紙200に着弾し、意図しない場所にドットが形成されて印字精度を低下させる場合がある。また、記録紙200に着弾せずにミストとなって漂い印刷装置100を汚染する場合もある。
図11を参照して、サテライト滴Sの形成について説明する。図11では、比較例と第1実施形態とにおけるインク滴Bの噴射直前の状態を対比している。まず、インク柱Pが形成されている状態で基面Mbが押し出されない比較例の場合(図11(A))を説明する。表面張力は液面が小さくなる方向に働くので、ノズル56内の基面Mbには圧力室50の外部へ向かう方向(インク滴Bの噴射方向)の表面張力Fが働く。したがって、インク柱Pの尾部の径が増大して分断されにくくなり、インク柱Pと基面Mbとが連続した状態でインク柱Pが長く伸長する。インク柱Pの尾部の径が増大しているので、インク柱Pの先端部とノズル56の吐出面58との距離PLが相当に増大するまでインク柱Pが分断されない。距離PLが相当に増大した状態でインク柱Pが分断されると、インク柱Pの先端部からインク滴B(主滴)が形成されるだけでなく、インク柱Pの尾部からサテライト滴Sが形成されてしまう。
他方、第1実施形態の場合(図11(B))、インク柱Pが形成されている状態で基面Mbが押し出されることにより、圧力室50の内部へ向かう方向(突出した基面Mbが小さくなる方向)の表面張力Fが基面Mbに働くので、インク柱Pと基面Mbとが分断されやすくなる。したがって、インク柱Pは比較例ほどには伸長することなく分断され、インク滴Bの噴射の際のサテライト滴Sの形成が抑制される。なお、第3波形W3の要素E5により押し出されたインクの基面Mbの先端における吐出面58に対する高さhをノズル56の径dの1/2以上3/2以下((1/2)d≦h≦(3/2)d)とした場合にサテライト滴を抑制する効果が大きい。
以上に説明したように、第1実施形態では、要素E3の供給により形成されたインク柱Pが基面Mbと連続した状態で要素E5を供給して基面Mbを押し出す。
以上の構成によれば、図8の駆動信号COM’を供給してインク滴Bを噴射する場合(圧力を維持する工程を設けずに、1回の加圧工程でインク滴Bを噴射する場合)と比較して、インク柱Pが分断されやすくなることにより、インク滴Bの噴射時におけるサテライト滴Sの発生が抑制される。
また、2段階の加圧工程に対応した駆動信号COMを単一の圧電振動子422に供給して駆動するので、各段階の加圧ごとに圧電素子を設けて別個に駆動する構成と比較して、単一の圧電振動子を用いた簡易な構成によってインク滴噴射時のサテライト滴の発生を抑制することが可能である。
以上の構成によれば、図8の駆動信号COM’を供給してインク滴Bを噴射する場合(圧力を維持する工程を設けずに、1回の加圧工程でインク滴Bを噴射する場合)と比較して、インク柱Pが分断されやすくなることにより、インク滴Bの噴射時におけるサテライト滴Sの発生が抑制される。
また、2段階の加圧工程に対応した駆動信号COMを単一の圧電振動子422に供給して駆動するので、各段階の加圧ごとに圧電素子を設けて別個に駆動する構成と比較して、単一の圧電振動子を用いた簡易な構成によってインク滴噴射時のサテライト滴の発生を抑制することが可能である。
<B:第2実施形態>
本発明の第2実施形態を以下に説明する。第1実施形態では、第2波形W2が第1要素E1の終端の電位を維持した。第2実施形態では、第2波形W2が圧力室50を減圧させる要素を含む。なお、以下に例示する各態様において作用や機能が第1実施形態と同等である要素については、以上の説明で参照した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。
本発明の第2実施形態を以下に説明する。第1実施形態では、第2波形W2が第1要素E1の終端の電位を維持した。第2実施形態では、第2波形W2が圧力室50を減圧させる要素を含む。なお、以下に例示する各態様において作用や機能が第1実施形態と同等である要素については、以上の説明で参照した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。
図12を参照して、第2実施形態の駆動信号COMの1周期の波形を説明する。図5と同様、図12の縦軸は電位、横軸は時間を意味し、時間は図の左から右方向へと進む。駆動信号COMは、第1波形W1と第2波形W2と第3波形W3とを以上の順番で連結した波形に成形されている。また、第3波形W3の要素E5は、後述する第2波形W2の要素E4bの終端から電位が低下する波形となっている。
第2波形W2は、第1波形W1(要素E3)の終端の電位VLを維持する要素E4と、圧力室50を減圧させる方向に基準電位VREFまで電位が変化する要素E4aと、基準電位VREFを維持する要素E4bとを含む。電位が低下する要素E5の前かつ要素E3の後に、電位が上昇する要素E4aが設けられるから、要素E5が要素E4の終端の電位VLから低下する駆動信号COMの振幅ACOMよりも、第2実施形態の駆動信号COMの振幅ACOMaが小さく抑えられる。したがって、圧力室50の過剰な振動が抑制されるとともに、消費電力が削減される。しかも、インクを突出・噴射させるのに必要である、要素E3の電位の変化量Ae3(Ae3=VDH−VL)および要素E5の電位の変化量Ae5(Ae5=VL−VDL)が第1実施形態と同等に維持されているから、インク滴Bは図6で示した態様と同様に噴射される。
すなわち、第2実施形態によれば、サテライト滴Sの発生を抑制するという第1実施形態の効果が実現された上で、さらに圧力室50の過剰な振動の抑制および消費電力の削減という有利な効果が実現される。
すなわち、第2実施形態によれば、サテライト滴Sの発生を抑制するという第1実施形態の効果が実現された上で、さらに圧力室50の過剰な振動の抑制および消費電力の削減という有利な効果が実現される。
なお、要素E4aの電位変化の勾配は、図12に示すように、第1波形W1の要素E3の電位変化の勾配および第3波形W3の要素E5の電位変化の勾配よりも緩やかであると好ましい。この場合には、インクの液面Mの変動がより低減される。
要素E4aが到達し要素E4bが維持する電位は基準電位VREFに限定されず、より高位またはより低位の電位に設定されてもよい。また、第2波形W2が要素E4bを備えず、要素E4aの終了後直ちに第3波形W3(要素E5)が開始してもよい。すなわち、圧力室50を第1波形W1(要素E3)の終端での圧力より加圧する方向に電位を変化させない限りにおいて、第2波形W2は任意の波形に構成され得る。ただし、第1実施形態で述べたのと同様に、要素E5の電位の変化量Ae5が要素E3の電位の変化量Ae3を下回ると好ましい。具体的には、電位の変化量Ae5が電位の変化量Ae3の2/5以内に設定されると好ましい。
また、以上の例示から理解されるように、第1実施形態や第2実施形態の第2波形W2は、圧力室50内の圧力の増加を停止させる要素(第1波形W1の終端での電圧から増加させない要素)として包括され、圧力室50の圧力を維持する要素E4(第1実施形態)と、圧力室50内の圧力を低下させる要素E4a(第2実施形態)の少なくとも一方を含む概念である。
要素E4aが到達し要素E4bが維持する電位は基準電位VREFに限定されず、より高位またはより低位の電位に設定されてもよい。また、第2波形W2が要素E4bを備えず、要素E4aの終了後直ちに第3波形W3(要素E5)が開始してもよい。すなわち、圧力室50を第1波形W1(要素E3)の終端での圧力より加圧する方向に電位を変化させない限りにおいて、第2波形W2は任意の波形に構成され得る。ただし、第1実施形態で述べたのと同様に、要素E5の電位の変化量Ae5が要素E3の電位の変化量Ae3を下回ると好ましい。具体的には、電位の変化量Ae5が電位の変化量Ae3の2/5以内に設定されると好ましい。
また、以上の例示から理解されるように、第1実施形態や第2実施形態の第2波形W2は、圧力室50内の圧力の増加を停止させる要素(第1波形W1の終端での電圧から増加させない要素)として包括され、圧力室50の圧力を維持する要素E4(第1実施形態)と、圧力室50内の圧力を低下させる要素E4a(第2実施形態)の少なくとも一方を含む概念である。
<C:変形例>
以上の各形態は多様に変形される。具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された2以上の態様は適宜に併合され得る。
以上の各形態は多様に変形される。具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された2以上の態様は適宜に併合され得る。
(1)変形例1
駆動信号COMの波形は適宜に変更される。例えば、第1実施形態では第1波形W1の始めに高位側の電位VDHに上昇する要素E1と電位VDHを維持する要素E2とを設けた場合を例示したが、例えば、図13に示すように、第1波形W1が要素E1と要素E2とを備えず、低位側の電位VLに低下する要素E3が基準電位VREFから開始してもよい。また、この変形例は第2実施形態の駆動信号COMにも適用可能である。すなわち、図14に示すように、第1波形W1が要素E1と要素E2とを備えず、低位側の電位VLに低下する要素E3が基準電位VREFから開始してもよい。
駆動信号COMの波形は適宜に変更される。例えば、第1実施形態では第1波形W1の始めに高位側の電位VDHに上昇する要素E1と電位VDHを維持する要素E2とを設けた場合を例示したが、例えば、図13に示すように、第1波形W1が要素E1と要素E2とを備えず、低位側の電位VLに低下する要素E3が基準電位VREFから開始してもよい。また、この変形例は第2実施形態の駆動信号COMにも適用可能である。すなわち、図14に示すように、第1波形W1が要素E1と要素E2とを備えず、低位側の電位VLに低下する要素E3が基準電位VREFから開始してもよい。
(2)変形例2
第2波形W2を設けず、第1波形W1と第3波形W3とからなる駆動信号COMも採用し得る。すなわち、駆動信号COMが、電位を維持する要素E4および要素E4bならびに圧力室50内を減圧させる要素E4aのいずれをも有さず、第1波形W1の直後に第3波形W3を有してもよい。第2波形W2が設けられないので、駆動信号COMの1周期に要する期間が短縮され、より迅速に印字動作を実行することができる。以上の構成においては、要素E3の供給によって、ノズル56内のインクが突出されてインク柱Pが形成され、要素E5の供給によって、インク柱Pがノズル56内のインクと繋がった状態で基面Mbがインク柱Pが突出する方向に突出されるように、第1波形W1の要素E3の電位変化の勾配と第3波形W3の要素E5の電位変化の勾配とが相異なって設定される。
第2波形W2を設けず、第1波形W1と第3波形W3とからなる駆動信号COMも採用し得る。すなわち、駆動信号COMが、電位を維持する要素E4および要素E4bならびに圧力室50内を減圧させる要素E4aのいずれをも有さず、第1波形W1の直後に第3波形W3を有してもよい。第2波形W2が設けられないので、駆動信号COMの1周期に要する期間が短縮され、より迅速に印字動作を実行することができる。以上の構成においては、要素E3の供給によって、ノズル56内のインクが突出されてインク柱Pが形成され、要素E5の供給によって、インク柱Pがノズル56内のインクと繋がった状態で基面Mbがインク柱Pが突出する方向に突出されるように、第1波形W1の要素E3の電位変化の勾配と第3波形W3の要素E5の電位変化の勾配とが相異なって設定される。
(3)変形例3
以上の各形態では、基準電位VREFに対して負極性の電位の供給で圧力室50が加圧されるとともに正極性の電位の供給で圧力室50が減圧されるように圧電振動子422を動作させたが、圧電振動子422に供給される電位の極性と加圧/減圧との関係は反転され得る。例えば、負極性の電位の供給で圧力室50が減圧されるとともに正極性の電位の供給で圧力室50が加圧される構成では、図5の駆動信号COMの電位の高低を逆転させた波形が圧電振動子422の駆動に利用される。
以上の各形態では、基準電位VREFに対して負極性の電位の供給で圧力室50が加圧されるとともに正極性の電位の供給で圧力室50が減圧されるように圧電振動子422を動作させたが、圧電振動子422に供給される電位の極性と加圧/減圧との関係は反転され得る。例えば、負極性の電位の供給で圧力室50が減圧されるとともに正極性の電位の供給で圧力室50が加圧される構成では、図5の駆動信号COMの電位の高低を逆転させた波形が圧電振動子422の駆動に利用される。
(4)変形例4
以上の各形態では縦振動型の圧電振動子422を例示したが、圧力室50内の圧力を変化させる要素(圧力発生手段)の構成は以上の例示に限定されない。例えば、撓み振動型の圧電振動子や静電アクチュエーター等の振動体を利用することも可能である。また、本発明の圧力発生手段は、圧力室50に機械的な振動を付与する要素に限定されない。例えば、圧力室50の加熱で気泡を発生させて圧力室50内の圧力を変化させる発熱素子(ヒーター)を圧力発生手段として利用することも可能である。すなわち、本発明の圧力発生手段は、圧力室50内の圧力を変化させる要素として包括され、圧力を変化させる方法(ピエゾ方式/サーマル方式)や構成の如何は不問である。
以上の各形態では縦振動型の圧電振動子422を例示したが、圧力室50内の圧力を変化させる要素(圧力発生手段)の構成は以上の例示に限定されない。例えば、撓み振動型の圧電振動子や静電アクチュエーター等の振動体を利用することも可能である。また、本発明の圧力発生手段は、圧力室50に機械的な振動を付与する要素に限定されない。例えば、圧力室50の加熱で気泡を発生させて圧力室50内の圧力を変化させる発熱素子(ヒーター)を圧力発生手段として利用することも可能である。すなわち、本発明の圧力発生手段は、圧力室50内の圧力を変化させる要素として包括され、圧力を変化させる方法(ピエゾ方式/サーマル方式)や構成の如何は不問である。
(5)変形例5
以上の各形態の印刷装置100は、プロッターやファクシミリ装置,コピー機等の各種の機器に採用され得る。もっとも、本発明の液体噴射装置の用途は画像の印刷に限定されない。例えば、各色材の溶液を噴射する液体噴射装置は、液晶表示装置のカラーフィルターを形成する製造装置として利用される。また、液体状の導電材料を噴射する液体噴射装置は、例えば有機EL(Electroluminescence)表示装置や電界放出表示装置(FED:Field Emission Display)等の表示装置の電極を形成する電極製造装置として利用される。また、生体有機物の溶液を噴射する液体噴射装置は、生物化学素子(バイオチップ)を製造するチップ製造装置として利用される。
以上の各形態の印刷装置100は、プロッターやファクシミリ装置,コピー機等の各種の機器に採用され得る。もっとも、本発明の液体噴射装置の用途は画像の印刷に限定されない。例えば、各色材の溶液を噴射する液体噴射装置は、液晶表示装置のカラーフィルターを形成する製造装置として利用される。また、液体状の導電材料を噴射する液体噴射装置は、例えば有機EL(Electroluminescence)表示装置や電界放出表示装置(FED:Field Emission Display)等の表示装置の電極を形成する電極製造装置として利用される。また、生体有機物の溶液を噴射する液体噴射装置は、生物化学素子(バイオチップ)を製造するチップ製造装置として利用される。
また、以上の各形態では、記録ヘッド22を搭載したキャリッジ12が主走査方向に移動するシリアル型の印刷装置100を例示したが、記録紙の幅方向の全域にわたって複数のノズルが配列するように主走査方向に長尺状に構成されたライン型の記録ヘッドを利用した印刷装置にも本発明を適用することが可能である。
100……印刷装置、12……キャリッジ、14……移動機構、16……用紙搬送機構、22……記録ヘッド、24……インクカートリッジ、42……振動ユニット、422……圧電振動子、46……流路ユニット、462,464……基板、466……流路形成板、48……島部、50……圧力室、52……供給路、54……貯留室、56……ノズル、58……吐出面、102……制御装置、104……印刷処理部、60……制御部、62……記憶部、64……駆動信号生成部、66……外部I/F、68……内部I/F、220……駆動回路、200……記録紙、300……外部装置、B……インク滴、COM……駆動信号、d……ノズルの径、F……表面張力、M……液面、Mb……基面、P……インク柱、S……サテライト滴。
Claims (9)
- 圧力発生手段により圧力室内の圧力を変動させて前記圧力室内の液体を液滴としてノズルから噴射する液体噴射部と、前記圧力発生手段を作動させる駆動信号を生成する駆動信号生成部とを具備する液体噴射装置であって、
前記駆動信号は、
前記圧力室を加圧させ、前記ノズル内の前記液体を突出させて液柱を形成する第1要素と、
前記第1要素より後に前記圧力室を加圧させ、前記液柱が前記ノズル内の前記液体と繋がった状態で、前記液体の液面のうち前記液柱の表面を除く部分を、前記ノズル内の前記液面と前記ノズルの内面とが接する位置より前記液柱が突出する方向に突出させる第2要素とを含む
液体噴射装置。 - 前記駆動信号は、
前記第1要素の後かつ前記第2要素の前に、前記第1要素の終端の電位を維持する第3要素を含む
請求項1に記載の液体噴射装置。 - 前記第1要素は、
所定の基準電位から第1の方向に第1の電位差の電位変化を生じさせて前記圧力室を減圧させる減圧要素と、前記第1の方向と逆方向に、前記第1の電位差より大きい第2の電位差の電位変化を生じさせて前記圧力室を加圧させる加圧要素とを含む
請求項1または2に記載の液体噴射装置。 - 前記駆動信号は、
前記第1要素の後かつ前記第2要素の前に、前記圧力室を減圧させる第4要素を含む
請求項1から3のいずれか1項に記載の液体噴射装置。 - 前記第4要素の勾配は、前記第2要素の電位変化の勾配よりも緩やかである
請求項4に記載の液体噴射装置。 - 前記駆動信号は、
前記第2要素より後に発生し、前記圧力室を減圧させる要素を更に含む
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の液体噴射装置。 - 前記第2要素の電位変化の幅が、前記第1要素の電位変化の幅の2/5以内である
請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の液体噴射装置。 - 前記第1要素により形成される前記液柱の吐出面に対する高さが、前記ノズルの径の2倍以上5倍以下であるときに、前記第2要素が開始する
請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の液体噴射装置。 - 前記第2要素により突出された前記液面の吐出面に対する高さが、前記ノズルの径の1/2以上3/2以下である
請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の液体噴射装置。
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