JP2012171309A - Liquid jetting apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インクジェット式記録装置などの液体噴射装置に関し、特に、圧力発生手段の駆動により圧力室内の液体をノズルから噴射する液体噴射装置に関するものである。 The present invention relates to a liquid ejecting apparatus such as an ink jet recording apparatus, and more particularly to a liquid ejecting apparatus that ejects liquid in a pressure chamber from a nozzle by driving a pressure generating unit.
液体噴射装置は液体噴射ヘッドを備え、この噴射ヘッドから各種の液体を噴射する装置である。この液体噴射装置としては、例えば、インクジェット式プリンターやインクジェット式プロッター等の画像記録装置があるが、最近ではごく少量の液体を所定位置に正確に着弾させることができるという特長を生かして各種の製造装置にも応用されている。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルタを製造するディスプレイ製造装置,有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイやFED(面発光ディスプレイ)等の電極を形成する電極形成装置,バイオチップ(生物化学素子)を製造するチップ製造装置に応用されている。そして、画像記録装置用の記録ヘッドでは液状のインクを噴射し、ディスプレイ製造装置用の色材噴射ヘッドではR(Red)・G(Green)・B(Blue)の各色材の溶液を噴射する。また、電極形成装置用の電極材噴射ヘッドでは液状の電極材料を噴射し、チップ製造装置用の生体有機物噴射ヘッドでは生体有機物の溶液を噴射する。 The liquid ejecting apparatus includes a liquid ejecting head and ejects various liquids from the ejecting head. As this liquid ejecting apparatus, for example, there is an image recording apparatus such as an ink jet printer or an ink jet plotter, but recently, various types of manufacturing have been made by taking advantage of the ability to accurately land a very small amount of liquid on a predetermined position It is also applied to devices. For example, a display manufacturing apparatus for manufacturing a color filter such as a liquid crystal display, an electrode forming apparatus for forming an electrode such as an organic EL (Electro Luminescence) display or FED (surface emitting display), a chip for manufacturing a biochip (biochemical element) Applied to manufacturing equipment. The recording head for the image recording apparatus ejects liquid ink, and the color material ejecting head for the display manufacturing apparatus ejects solutions of R (Red), G (Green), and B (Blue) color materials. The electrode material ejecting head for the electrode forming apparatus ejects a liquid electrode material, and the bioorganic matter ejecting head for the chip manufacturing apparatus ejects a bioorganic solution.
上記のプリンター等で使用される記録ヘッドでは、近年、画像向上等の要求に応えるため、ノズルから噴射されるインクの液量を小さくする傾向がある。このような微量の液滴を記録媒体に対して確実に着弾させるために、液滴の初速が比較的高く設定される。これにより、ノズルから噴射された液滴は、飛翔中に引き伸ばされて、先頭のメイン液滴(主液滴)とそれよりも後のサテライト液滴(副液滴)に分離する。このサテライト液滴の一部又は全部は、空気の粘性抵抗により速度が急激に低下し、記録媒体に到達することなくミスト化してしまうことがある。このことより、ミスト化したサテライト液滴(インクミスト)は、装置内を汚染し、記録ヘッドや電気回路等への付着によって動作不良を発生させたりする問題があった。 In recent years, recording heads used in the above printers tend to reduce the amount of ink ejected from nozzles in order to meet demands for image improvement and the like. In order to land such a small amount of droplets reliably on the recording medium, the initial velocity of the droplets is set to be relatively high. As a result, the droplets ejected from the nozzle are stretched during the flight, and separated into a leading main droplet (main droplet) and a satellite droplet (sub-droplet) after that. Some or all of the satellite droplets may suddenly decrease in speed due to the viscous resistance of air, and may become mist without reaching the recording medium. As a result, the mist of satellite droplets (ink mist) contaminates the inside of the apparatus and causes a malfunction due to adhesion to a recording head or an electric circuit.
このような不具合を防止すべく、ノズルから噴射される液滴を帯電させると共に、記録ヘッドのノズル形成面と、記録時の記録媒体を支持する支持部材(或いはプラテン又は基材)との間に電界を形成することで、液滴を支持部材に積極的に引き付けて記録媒体に着弾させようとする試みがなされている(例えば、特許文献1又は特許文献2参照)。
In order to prevent such problems, the droplets ejected from the nozzles are charged, and the nozzle forming surface of the recording head and the support member (or platen or substrate) that supports the recording medium during recording are used. Attempts have been made to actively attract droplets to a support member and land on a recording medium by forming an electric field (see, for example,
ところが、図8(a)の模式図に示すように、記録ヘッドのノズル64から噴射されたインクが記録媒体Pおよび支持部材65に向けて伸びる過程で、プラスに帯電した支持部材65からの静電誘導により、支持部材65に近い側の先頭部分(メイン液滴Mdとなる部分)にはマイナスの電荷が誘導される一方で、これとは反対のノズル64に近い側の後端部分にはプラスの電荷が誘導される。そして、図8(b)に示すように、ノズルから噴射されたインクがメイン液滴Mdと、第1のサテライト液滴Sd1と、第2のサテライト液滴(ミスト)Sd2に分離した場合、メイン液滴Mdはマイナスに帯電し、第2のサテライト液滴Sd2はプラスに帯電し、第1のサテライト液滴Sd1は無帯電となる。この場合、メイン液滴Mdと第1のサテライト液滴Sd1が記録媒体Pに着弾したとしても、第2のサテライト液滴Sd2は、プラスに帯電した支持部材65と反発して記録媒体のノズル形成面の近傍でミスト化して漂ってしまう。このミストの一部はノズル形成面に付着する。ノズル形成面にミストが付着した場合、ノズル形成面をワイピング部材によって定期的に払拭する必要性が生じる。また、ノズル形成面に付着しなかったミストは、当該ミストと極性の異なるプリンター構成部品に付着して汚染してしまう虞がある。
However, as shown in the schematic diagram of FIG. 8A, in the process in which the ink ejected from the
上記のようなことから、ノズルの近傍に電極を設け、ノズルからインクの噴射が開始されると当該電極の極性が、例えばプラスからマイナスに切り替えられ、ノズルから噴射されたインクがメイン液滴とサテライト液滴に分離したタイミングで、電極の極性をプラスに再度切り替える制御を行うことで、プラスに帯電したサテライト液滴をノズル形成面から遠ざける(記録媒体に向かわせる)ようにした構成も提案されている(例えば、特許文献3参照)。また、支持部材(基材)が例えばマイナスに帯電した状態でノズルからインクを噴射し、メイン液滴とサテライト液滴に分離したタイミングで、支持部材の極性をプラスに切り替えて、メイン液滴については慣性力により記録媒体に着弾させる一方、サテライト液滴やミストについては当該サテライト液滴やミストとは逆極性に帯電した支持部材に引き付けることで記録媒体に着弾させる構成も提案されている(例えば、特許文献4参照)。 As described above, when an electrode is provided near the nozzle and ink ejection starts from the nozzle, the polarity of the electrode is switched from, for example, positive to negative, and the ink ejected from the nozzle becomes the main droplet. A configuration has also been proposed in which the positively charged satellite droplet is moved away from the nozzle formation surface (directed toward the recording medium) by performing control to switch the polarity of the electrode to positive again at the timing of separation into satellite droplets. (For example, refer to Patent Document 3). Also, when the support member (base material) is negatively charged, for example, the ink is ejected from the nozzle and separated into the main droplet and the satellite droplet. Has also been proposed in which satellite droplets and mist are landed on a recording medium by attracting them to a support member charged with a polarity opposite to that of the satellite droplets and mist (for example, , See Patent Document 4).
ところが、近年、この種のプリンターでは、インクを噴射する駆動周波数がより高くなる傾向にあり、サテライト液滴が記録媒体に着弾する前にノズルから次のインクが噴射されるケースが生じる。このため、上記のようなインクの噴射タイミングやインクが分離するタイミングで電極の極性を切り替える構成では、サテライト液滴を記録媒体に確実に着弾させることが困難となるのに加えて、メイン液滴の飛翔への影響が生じ、着弾が不安定となる可能性があった。 However, in recent years, in this type of printer, the drive frequency for ejecting ink tends to be higher, and there is a case where the next ink is ejected from the nozzle before the satellite droplets land on the recording medium. For this reason, in the configuration in which the polarity of the electrode is switched at the ink ejection timing or the ink separation timing as described above, it is difficult to reliably land the satellite droplet on the recording medium. There was a possibility that the landing would be unstable due to the impact on the flight of the aircraft.
また、インクの帯電を防止するべく、ノズル形成面と支持部材との間に電界を形成しないようにする構成も考えられるが、当該構成においてノズルからインクを噴射した場合においても噴射されたインクが帯電することが判っている。即ち、例えば、図9に示すように、記録ヘッドの圧電振動子68の駆動電極69に対して駆動電圧を印加することで、圧力室70内のインクに圧力変動を生じさせ、この圧力変動を利用してノズル71から記録媒体Pに対してインクを噴射させる構成では、圧電振動子68の駆動電極69に正電圧が入力されたときに、圧電振動子68と圧力室70との間は絶縁されているので、圧力室70内のインクにおける圧電振動子68の近傍には静電誘導によりマイナスの電荷が誘導される。また、これとは反対側となるノズル71の近傍のインクにはプラスの電荷が誘導される。一般的な記録ヘッドではノズル形成面72が接地されているので、ノズル形成面72側にインクのプラス電荷が移動するが、上記のように、より高い駆動周波数でインクを噴射する構成においては、プラス電荷が残った状態でノズル71からインクが噴射される。その結果、ノズル71から噴射されたインクはプラスに帯電することになる。
Further, in order to prevent charging of the ink, a configuration in which an electric field is not formed between the nozzle forming surface and the support member is conceivable. It turns out to be charged. That is, for example, as shown in FIG. 9, by applying a driving voltage to the driving
さらに、ノズル71から噴射されたインクは、記録媒体Pに向けて飛翔している間、レナード効果によりプラスの帯電が強まる(マイナスに帯電した状態で噴射された場合は、マイナスが弱まる)傾向にある。即ち、インクが帯電している場合、液滴の中心部分にプラス電荷が集まる一方で、表層部分にマイナス電荷が集まる。そして、飛翔中における表層部分の蒸発や分裂により液滴が次第にプラスに偏っていく。
このように、ノズル形成面と支持部材との間に電界を形成しないようにする構成においてもノズルから噴射されたインクが帯電するため、ミストがノズル形成面やプリンターの構成部品に付着するという不具合が生じていた。
Further, the ink ejected from the
As described above, even in a configuration in which an electric field is not formed between the nozzle formation surface and the support member, the ink ejected from the nozzle is charged, so that mist adheres to the nozzle formation surface and the components of the printer. Has occurred.
以上のような現象は、圧電振動子には限られず、発熱素子等の、駆動電圧の印加により作動する他の圧力発生手段でも同様に生じる。 The phenomenon as described above is not limited to the piezoelectric vibrator, and similarly occurs in other pressure generating means that operate by applying a driving voltage, such as a heating element.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ノズルから噴射される液体の帯電を抑制して、装置内の汚染を防止することが可能な液体噴射装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a liquid ejecting apparatus capable of preventing contamination in the apparatus by suppressing charging of the liquid ejected from the nozzle. There is to do.
本発明の液体噴射装置は、上記目的を達成するために提案されたものであり、液体を噴射するノズルが形成されたノズル形成面、および、駆動信号の印加により駆動して前記ノズルに連通する圧力室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生手段を有し、当該圧力発生手段の駆動により前記ノズルから着弾対象に向けて液体を噴射させる液体噴射ヘッドと、
前記圧力発生手段を駆動する駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
前記駆動信号生成手段から生成される駆動信号の極性を反転して、当該反転後の駆動信号を前記ノズル形成面の少なくとも一部に印加する反転信号印加手段と、
を備えたことを特徴とする。
The liquid ejecting apparatus of the present invention has been proposed in order to achieve the above-described object, and is connected to the nozzle by being driven by application of a drive signal and a nozzle forming surface on which a nozzle for ejecting liquid is formed. A liquid ejecting head having pressure generating means for causing pressure fluctuation in the liquid in the pressure chamber, and ejecting the liquid from the nozzle toward the landing target by driving the pressure generating means;
Drive signal generating means for generating a drive signal for driving the pressure generating means;
An inversion signal applying means for inverting the polarity of the driving signal generated from the driving signal generating means and applying the inverted driving signal to at least a part of the nozzle forming surface;
It is provided with.
本発明によれば、圧力発生手段を駆動する駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、駆動信号生成手段から生成される駆動信号の極性を反転して、当該反転後の駆動信号をノズル形成面の少なくとも一部に印加する反転信号印加手段と、を備えるので、圧力発生手段の駆動電極に電圧が印加されることにより当該圧力発生手段が駆動する際に、静電誘導により生じるノズル近傍の液体の電荷が相殺され、当該ノズルから噴射される液滴の帯電が抑制される。このようにノズルから噴射される液滴を可及的に無帯電化することにより、記録媒体等の着弾対象に向けて飛翔する間に液滴が分離してサテライト液滴や、これよりも更に微小なミストが生じても、これらのミスト等の帯電が抑制されるので、これらのミスト等が装置内の構成部品(例えば、駆動モーター、駆動ベルト、リニアスケールなど)に付着することが低減される。その結果、ミストの付着による故障が抑制され、液体噴射装置の耐久性および信頼性が向上する。 According to the present invention, the drive signal generating means for generating the drive signal for driving the pressure generating means, and the polarity of the drive signal generated from the drive signal generating means are inverted, and the inverted drive signal is transferred to the nozzle forming surface. Inversion signal applying means for applying to at least a part of the liquid, and in the vicinity of the nozzle generated by electrostatic induction when the pressure generating means is driven by applying a voltage to the drive electrode of the pressure generating means. Are canceled out, and charging of the droplets ejected from the nozzle is suppressed. By making the droplets ejected from the nozzles as uncharged as possible in this way, the droplets are separated while flying toward the landing target such as a recording medium, so that the satellite droplets or even more. Even if a minute mist occurs, charging of these mists and the like is suppressed, so that these mists and the like are reduced from adhering to the components in the apparatus (for example, drive motor, drive belt, linear scale, etc.). The As a result, failure due to mist adhesion is suppressed, and durability and reliability of the liquid ejecting apparatus are improved.
上記構成において、前記ノズル形成面に印加される電圧の絶対値は、前記駆動信号の絶対値と等しい構成を採用することが望ましい。 In the above configuration, it is desirable to employ a configuration in which the absolute value of the voltage applied to the nozzle forming surface is equal to the absolute value of the drive signal.
当該構成によれば、ノズル形成面に印加される電圧の絶対値が、駆動信号の絶対値と等しいので、ノズル近傍の液体の誘導電荷をより確実に相殺することができる。 According to this configuration, since the absolute value of the voltage applied to the nozzle forming surface is equal to the absolute value of the drive signal, the induced charge of the liquid near the nozzle can be more reliably offset.
上記構成において、前記ノズル形成面が導電性を有し、
前記反転信号印加手段が、前記ノズル形成面に対して電圧を直接印加する構成を採用することができる。
In the above configuration, the nozzle forming surface has conductivity,
A configuration in which the inversion signal applying unit directly applies a voltage to the nozzle forming surface can be employed.
上記構成において、前記ノズル形成面が、前記圧力室内の液体と接触する位置に前記電極部を有し、
前記反転信号印加手段が、前記電極部に電圧を印加する構成を採用することができる。
In the above configuration, the nozzle forming surface has the electrode portion at a position in contact with the liquid in the pressure chamber,
A configuration in which the inversion signal applying unit applies a voltage to the electrode portion may be employed.
この構成によれば、ノズル形成面がシリコン単結晶基板や樹脂板などの非導電性材料から構成される場合においても、ノズルから噴射される液滴の帯電抑制効果が得られる。 According to this configuration, even when the nozzle formation surface is made of a non-conductive material such as a silicon single crystal substrate or a resin plate, the effect of suppressing charging of droplets ejected from the nozzle can be obtained.
以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下においては、本発明の液体噴射装置として、インクジェット式記録装置(以下、プリンター)を例に挙げて説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the embodiments described below, various limitations are made as preferred specific examples of the present invention. However, the scope of the present invention is not limited to the following description unless otherwise specified. However, the present invention is not limited to these embodiments. In the following, an ink jet recording apparatus (hereinafter referred to as a printer) will be described as an example of the liquid ejecting apparatus of the invention.
図1はプリンター1の構成を示す斜視図である。このプリンター1は、液体噴射ヘッドの一種である記録ヘッド2が取り付けられると共に、液体供給源の一種であるインクカートリッジ3が着脱可能に取り付けられるキャリッジ4と、記録動作時の記録ヘッド2の下方に配設されたプラテン5と、キャリッジ4を記録紙6(記録媒体および着弾対象の一種)の紙幅方向、即ち、主走査方向に往復移動させるキャリッジ移動機構7と、主走査方向に直交する副走査方向に記録紙6を搬送する搬送機構8と、を備えている。
FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of the
キャリッジ4は、主走査方向に架設されたガイドロッド9に軸支された状態で取り付けられており、キャリッジ移動機構7の作動により、ガイドロッド9に沿って主走査方向に移動するように構成されている。キャリッジ4の主走査方向の位置は、リニアエンコーダー10によって検出され、その検出信号、即ち、エンコーダーパルス(位置情報の一種)がプリンターコントローラー51(図4参照)に送信される。リニアエンコーダー10は位置情報出力手段の一種であり、記録ヘッド2の走査位置に応じたエンコーダーパルスEPを、主走査方向における位置情報として出力する。
The carriage 4 is attached while being supported by a
キャリッジ4の移動範囲内における記録領域よりも外側の端部領域には、キャリッジの走査の基点となるホームポジションが設定されている。本実施形態におけるホームポジションには、記録ヘッド2のノズル形成面(ノズルプレート24:図2参照)を封止するキャッピング部材11と、ノズル形成面を払拭するためのワイパー部材12とが配置されている。そして、プリンター1は、このホームポジションから反対側の端部へ向けてキャリッジ4が移動する往動時と、反対側の端部からホームポジション側にキャリッジ4が戻る復動時との双方向で記録紙6上に文字や画像等を記録する所謂双方向記録が可能に構成されている。
A home position serving as a base point for scanning of the carriage is set in an end area outside the recording area within the movement range of the carriage 4. A capping
プラテン5は、主走査方向に長尺な板状の部材であり、その表面には長手方向に沿って所定の間隔で複数の支持突起5aが突設されている。各支持突起5aはプラテン面よりも上方(記録動作時における記録ヘッド2側)へ突出している。各支持突起5aの上面は、記録紙6を支える当接面となり、記録紙6の背面(インクが着弾する記録面とは反対側の面)を部分的に支える。また、プラテン5の表面であって、各支持突起5aから外れた部分には、インク吸収材5bが敷設されている。このインク吸収材5bは、例えばフェルトやスポンジ等で作製された吸液性を有する多孔質部材から成る。
The platen 5 is a plate-like member that is long in the main scanning direction, and a plurality of
図2は、記録ヘッド2の構成を説明する要部断面図である。この記録ヘッド2は、ケース15と、このケース15内に収納される振動子ユニット16と、ケース15の底面(先端面)に接合される流路ユニット17と、を備えている。上記のケース15は、例えば、エポキシ系樹脂により作製され、その内部には振動子ユニット16を収納するための収納空部18が形成されている。振動子ユニット16は、圧力発生手段の一種として機能する圧電振動子20と、この圧電振動子20が接合される固定板21と、圧電振動子20に駆動信号を供給するフレキシブルケーブル22とを備えている。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part for explaining the configuration of the
図3は、振動子ユニット16の構成を説明する素子長手方向の断面図である。同図に示すように、この圧電振動子20は、共通内部電極39と個別内部電極40とで、圧電体41を挟んで交互に積層して形成された積層型の圧電振動子である。ここで、共通内部電極39は、全ての圧電振動子20に共通な電極であり、接地電位に設定される。また、個別内部電極40は、印加される駆動信号COMの駆動パルスDP(図5(a)参照)に応じて電位が変動する電極である。そして、本実施形態では、圧電振動子20における振動子先端から振動子長手方向(積層方向とは直交する方向)の半分程度まで若しくは3分の2程度までの部分が自由端部20aとなっている。また、圧電振動子20における残りの部分、即ち、自由端部20aの基端から振動子基端までの部分が基端部20bとなっている。
FIG. 3 is a cross-sectional view in the element longitudinal direction illustrating the configuration of the
自由端部20aには、共通内部電極39と個別内部電極40とが重なり合った活性領域(オーバーラップ部分)Aが形成されている。これらの内部電極39,40に電位差を与えると、活性領域Aの圧電体41が作動して変形し、自由端部20aが振動子長手方向に変位して伸縮する。そして、共通内部電極39の基端は、圧電振動子20の基端面部で共通外部電極42に導通している。一方、個別内部電極40の先端は、圧電振動子20の先端面部で個別外部電極43に導通している。なお、共通内部電極39の先端は圧電振動子20の先端面部よりも少し手前(基端面側)に位置しており、個別内部電極40の基端は自由端部20aと基端部20bの境界に位置している。
An active region (overlap portion) A in which the common
個別外部電極43(本発明における駆動電極に相当)は、圧電振動子20の先端面部と、圧電振動子20における積層方向の一側面である配線接続面(図3における上側の面)とに一連に形成された電極であり、配線部材としてのフレキシブルケーブル22の配線パターンと各個別内部電極40とを導通する。そして、この個別外部電極43の配線接続面側の部分は、基端部20b上から先端側に向けて連続的に形成されている。共通外部電極42は、圧電振動子20の基端面部と、上記の配線接続面と、圧電振動子20における積層方向の他側面である固定板取付面(図3における下側の面)とに一連に形成された電極であり、フレキシブルケーブル22の配線パターンと各共通内部電極39との間を導通する。そして、この共通外部電極42における配線接続面側の部分は個別外部電極43の端部よりも少し手前から基端面部側に向けて連続的に形成されており、固定部取付面側の部分は振動子の先端面部よりも少し手前の位置から基端側に向けて連続的に形成されている。
The individual external electrodes 43 (corresponding to the drive electrodes in the present invention) are arranged in series on the tip surface portion of the
上記の基端部20bは、活性領域Aの圧電体41の作動時においても伸縮しない非作動部である。この基端部20bの配線接続面側にはフレキシブルケーブル18が配置されており、基端部20b上で個別外部電極43及び共通外部電極42とフレキシブルケーブル22とが電気的に接続される。そして、このフレキシブルケーブル22を通して駆動信号が各個別外部電極43に印加される。
The
流路ユニット17は、流路形成基板23の一方の面にノズルプレート24を、流路形成基板23の他方の面に振動板25をそれぞれ接合して構成されている。この流路ユニット17には、リザーバー26(共通液室)と、インク供給口27と、圧力室28と、ノズル連通口29と、ノズル30とが設けられている。そして、インク供給口27から圧力室28及びノズル連通口29を経てノズル30に至る一連のインク流路が、各ノズル30に対応して形成されている。
The
上記ノズルプレート24は、ドット形成密度に対応したピッチ(例えば180dpi)で複数のノズル30が列状に開設されたステンレス等の金属製の薄手のプレートである。このノズルプレート24には、ノズル30を列設してノズル列(ノズル群)が複数設けられており、1つのノズル列は、例えば180個のノズル30によって構成される。このノズルプレート24のノズル30からインクが噴射される側の面が、本発明におけるノズル形成面に相当する。本実施形態におけるノズルプレート24は、後述する反転回路部58と電気的に接続されており、当該反転回路部58からの反転駆動信号COM′が印加される(図4参照)。この点の詳細については後述する。
The
上記振動板25は、支持板31の表面に弾性体膜32を積層した二重構造である。本実施形態では、金属板の一種であるステンレス板を支持板31とし、この支持板31の表面に樹脂フィルムを弾性体膜32としてラミネートした複合板材を用いて振動板25を作製している。この振動板25には、圧力室28の容積を変化させるダイヤフラム部33が設けられている。また、この振動板25には、リザーバー26の一部を封止するコンプライアンス部34が設けられている。
The
上記のダイヤフラム部33は、エッチング加工等によって支持板31を部分的に除去することで作製される。即ち、このダイヤフラム部33は、圧電振動子20の自由端部20aの先端面が接合される島部35と、この島部35を囲む薄肉弾性部36とからなる。上記のコンプライアンス部34は、リザーバー26の開口面に対向する領域の支持板31を、ダイヤフラム部33と同様にエッチング加工等によって除去することにより作製され、リザーバー26に貯留された液体の圧力変動を吸収するダンパーとして機能する。
The diaphragm 33 is produced by partially removing the
そして、上記の島部35には圧電振動子20の先端面が接合されているので、この圧電振動子20の自由端部20aを伸縮させることで圧力室28の容積を変動させることができる。この容積変動に伴って圧力室28内のインクに圧力変動が生じる。そして、記録ヘッド2は、この圧力変動を利用してノズル30からインクを噴射させるようになっている。
Since the tip surface of the
次に、プリンター1の電気的構成を説明する。
図4は、プリンター1の電気的な構成を説明するブロック図である。外部装置50は、例えばコンピューターやデジタルカメラなどの画像を取り扱う電子機器である。この外部装置50は、プリンター1と通信可能に接続されており、プリンター1において記録紙等の記録媒体に画像やテキストを印刷させるため、その画像等に応じた印刷データをプリンター1に送信する。
Next, the electrical configuration of the
FIG. 4 is a block diagram illustrating the electrical configuration of the
本実施形態におけるプリンター1は、搬送機構8、キャリッジ移動機構7、リニアエンコーダー10、記録ヘッド2、及び、プリンターコントローラー51を有する。
The
プリンターコントローラー51は、プリンターの各部の制御を行うための制御ユニットである。プリンターコントローラー51は、インターフェース(I/F)部54と、CPU55と、記憶部56と、駆動信号生成部57と、反転回路部58と、を有する。インターフェース部54は、外部装置50からプリンター1へ印刷データや印刷命令を送ったり、外部装置50がプリンター1の状態情報を受け取ったりする等プリンターの状態データの送受信を行う。CPU55は、プリンター全体の制御を行うための演算処理装置である。記憶部56は、CPU55のプログラムや各種制御に用いられるデータを記憶する素子であり、ROM、RAM、NVRAM(不揮発性記憶素子)を含む。CPU55は、記憶部56に記憶されているプログラムに従って、各ユニットを制御する。
The
CPU55は、リニアエンコーダー10から出力されるエンコーダーパルスEPからタイミングパルスPTSを生成するタイミングパルス生成手段として機能する。そして、CPU55は、このタイミングパルスPTSに同期させて印刷データの転送や、駆動信号生成部57による駆動信号COMの生成等を制御する。また、CPU55は、タイミングパルスPTSに基づいて、ラッチ信号LAT等のタイミング信号を生成して記録ヘッド2のヘッド制御部53に出力する。ヘッド制御部53は、プリンターコントローラー51からのヘッド制御信号(印刷データおよびタイミング信号)に基づき、記録ヘッド2の圧電振動子20に対する駆動信号COMの駆動パルスDP(図5(a)参照)の印加制御等を行う。
The
駆動信号生成部57は、駆動信号の波形に関する波形データに基づいて、アナログの電圧信号を生成する。また、駆動信号生成部57は、上記の電圧信号を増幅して駆動信号COMを生成して、記録ヘッド2のヘッド制御部53および反転回路部58にそれぞれ出力する。この駆動信号COMは、記録媒体に対する印刷処理(或いは記録処理又は噴射処理)時に記録ヘッド2の圧力発生手段である圧電振動子20に印加されるものであり、繰り返し周期である単位期間内に、例えば図5(a)に示す駆動パルスDPを少なくとも1つ以上含む一連の信号である。ここで、駆動パルスDPとは、記録ヘッド2のノズル30から液滴状のインクを噴射させるために、圧電振動子20に所定の動作を行わせるものである。
The
図5(a)は、駆動信号COMに含まれる駆動パルスDPの構成の一例を示す波形図である。なお、図5(a)において、縦軸は電位であり、横軸は時間である。また、駆動パルスDPは、基準電位(中間電位)Vbから最大電位(最大電圧)Vmaxまでプラス側に電位が変化して圧力室28を膨張させる膨張要素p1と、最大電位Vmaxを一定時間維持する膨張維持要素p2と、最大電位Vmaxから最小電位(最小電圧)Vminまでマイナス側に電位が変化して圧力室28を急激に収縮させる収縮要素p3と、最小電位Vminを一定時間維持する収縮維持(制振ホールド)要素p4と、最小電位Vminから基準電位Vbまで電位が復帰する復帰要素p5と、を含んでいる。
FIG. 5A is a waveform diagram showing an example of the configuration of the drive pulse DP included in the drive signal COM. In FIG. 5A, the vertical axis is the potential and the horizontal axis is the time. Further, the drive pulse DP maintains the expansion potential p1 that expands the
駆動パルスDPが圧電振動子20に印加されると次のように作用する。まず、膨張要素p1により圧電振動子20が収縮し、これに伴って圧力室28が基準電位Vbに対応する基準容積から最大電位Vmaxに対応する最大容積まで膨張する。これにより、ノズル30に露出しているメニスカスが圧力室側に引き込まれる。この圧力室28の膨張状態は、膨張維持要素p2の印加期間中に亘って一定に維持される。膨張維持要素p2の後に続いて収縮要素p3が圧電振動子20に印加されると、当該圧電振動子20が伸長し、これにより、圧力室28が上記最大容積から最小電位Vminに対応する最小容積まで急激に収縮する。この圧力室28の急激な収縮によって圧力室28内のインクが加圧され、これにより、ノズル30からは数pl〜数十plのインクが噴射される。この圧力室28の収縮状態は、収縮維持要素p4の印加期間に亘って短時間維持され、その後、制振要素p5が圧電振動子20に印加されて、圧力室28が最小電位Vminに対応する容積から基準電位Vbに対応する基準容積まで復帰する。
When the drive pulse DP is applied to the
反転回路部58(本発明における反転信号印加手段に相当)は、駆動信号生成部57からの駆動信号COMが入力され、当該駆動信号COMの極性を反転して反転駆動信号COM′を出力する。この反転回路部58の電圧利得は1となっている。このため、反転駆動信号COM′の電圧の絶対値は、駆動信号COMの電圧の絶対値と等しくなっている。そして、この反転駆動信号COM′は、記録ヘッド2のノズルプレート24に印加される。図5(b)は、駆動信号COM′に含まれる反転駆動パルスDP′の構成の一例を示す波形図である。反転駆動パルスDP′は、駆動パルスDPの極性を反転した波形を呈し、最大電位(最大電圧)Vimaxから最低電位(最低電圧)Viminの間のマイナスの範囲で変化する。そして、VimaxとViminとの電位差Vdは、駆動パルスDPのVmaxとVminとの電位差Vdと等しくなっている。
The inverting circuit unit 58 (corresponding to the inverting signal applying unit in the present invention) receives the driving signal COM from the driving
本発明に係るプリンター1では、ノズルプレート24に上記の反転駆動信号COM′を印加して、圧電振動子20を駆動する際の個別外部電極43の極性とは反対の極性にノズルプレート24を帯電させることで、記録ヘッド2のノズル30から噴射されるインクを無帯電化することに特徴を有している。
図6は、インク噴射時におけるインクの無帯電化について説明する模式図である。
インク噴射動作中における圧電振動子20の個別外部電極43には、上記の駆動信号COMが印加される。圧電振動子20と圧力室28との間は、振動板25の弾性体膜32によって絶縁されているので、圧力室28内のインクにおける圧電振動子20の近傍には静電誘導によりマイナスの電荷が誘導される。また、これとは反対側となるノズル30の近傍のインクにはプラスの電荷が誘導される。しかしながら、これと同時にノズルプレート24には駆動信号COMの極性が反転された反転駆動信号COM′が印加されるので、ノズルプレート24からノズル30の近傍のインクに負電荷が移動して、当該インクのプラス電荷が相殺される。これにより、ノズル30から噴射されるインクの帯電が抑制される。このようにノズル30から噴射されるインクを可及的に無帯電化することにより、記録紙6等の記録媒体に向けて飛翔する間にインクが分離してサテライト液滴や、これよりも更に微小なミストが生じても、これらのミスト等の帯電が抑制されるので、これらのミスト等がプリンター内の帯電しやすい構成部品(例えば、駆動モーター、駆動ベルト、リニアスケールなど)に付着することが低減される。その結果、ミストの付着による故障が抑制され、プリンター1の耐久性および信頼性が向上する。また、反転駆動信号COM′の電圧の絶対値と駆動信号COMの電圧の絶対値が等しいので、ノズル30の近傍のインクの電荷をより確実に相殺することができる。
なお、プラテン5が導電性を有する場合などで帯電する構成では、当該プラテン5を接地することが望ましい。
In the
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the non-charging of ink at the time of ink ejection.
The drive signal COM is applied to the individual
In the configuration where the platen 5 is electrically charged or the like, it is desirable to ground the platen 5.
ところで、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて種々の変形が可能である。 By the way, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made based on the description of the scope of claims.
図7は、本発明の第2の実施形態について説明する模式図である。
上記の第1の実施形態では、ノズルプレート24が導電性を有する材料から成り、上記の反転駆動信号COM′がノズルプレート24に対して直接的に印加される構成であったが、これには限られない。図7に示す第2の実施形態では、ノズルプレート24′が、シリコン単結晶基板や樹脂板などの非導電性材料、即ち、金属製のものと比較して電気を通し難い材料から構成されている。このため、ノズルプレート24′における圧力室28内のインクと接触する部分に、導電性を有する金属板等から成る電極部材60が設けられている。そして、この電極部材60に対して反転駆動信号COM′が印加される。当該構成によれば、ノズルプレート24が非導電性材料から構成される場合においても、ノズル30から噴射されるインクの帯電抑制効果が得られる。
FIG. 7 is a schematic diagram for explaining a second embodiment of the present invention.
In the first embodiment, the
なお、上記各実施形態では、圧力発生手段として、所謂縦振動型の圧電振動子20を例示したが、これには限られず、例えば、所謂撓み振動型の圧電振動子を採用することも可能である。この場合、図5(a)に例示した駆動信号COM(駆動パルスDP)の波形に関し、電位の変化方向、つまり上下が反転した波形となる。同様に、図5(b)に例示した反転駆動信号COM′(反転駆動パルスDP′)の波形も電位変化方向に反転した波形となる。その他、圧力発生手段としては、発熱によりインクを突沸させることで圧力変動を生じさせる発熱素子や、静電気力により圧力室の区画壁を変位させることで圧力変動を生じさせる静電アクチュエーターなど、電圧の印加により駆動される圧力発生手段を採用する構成においても本発明を適用することが可能である。
In each of the above embodiments, the so-called longitudinal vibration type
さらに、本発明は、圧力発生手段を用いて液体の噴射制御が可能な液体噴射装置であれば、プリンターに限らず、プロッター、ファクシミリ装置、コピー機等、各種のインクジェット式記録装置や、記録装置以外の液体噴射装置、例えば、ディスプレイ製造装置、電極製造装置、チップ製造装置等にも適用することができる。そして、ディスプレイ製造装置では、色材噴射ヘッドからR(Red)・G(Green)・B(Blue)の各色材の溶液を噴射する。また、電極製造装置では、電極材噴射ヘッドから液状の電極材料を噴射する。チップ製造装置では、生体有機物噴射ヘッドから生体有機物の溶液を噴射する。 Furthermore, the present invention is not limited to a printer as long as it is a liquid ejecting apparatus capable of controlling the ejection of liquid using a pressure generating means, and various ink jet recording apparatuses and recording apparatuses such as a plotter, a facsimile machine, and a copying machine. The present invention can also be applied to other liquid ejecting apparatuses such as a display manufacturing apparatus, an electrode manufacturing apparatus, and a chip manufacturing apparatus. In the display manufacturing apparatus, a solution of each color material of R (Red), G (Green), and B (Blue) is ejected from the color material ejecting head. Moreover, in an electrode manufacturing apparatus, a liquid electrode material is ejected from an electrode material ejection head. In the chip manufacturing apparatus, a bioorganic solution is ejected from a bioorganic ejecting head.
1…プリンター,2…記録ヘッド,5…プラテン,6…記録紙,20…圧電振動子,24…ノズルプレート,28…圧力室,30…ノズル,42…共通外部電極,43…個別外部電極,57…駆動信号生成部,58…反転回路部,60…電極部材
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記圧力発生手段を駆動する駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
前記駆動信号生成手段から生成される駆動信号の極性を反転して、当該反転後の駆動信号を前記ノズル形成面の少なくとも一部に印加する反転信号印加手段と、
を備えたことを特徴とする液体噴射装置。 A nozzle forming surface on which nozzles for ejecting liquid are formed, and pressure generating means that is driven by application of a drive signal to cause pressure fluctuations in the liquid in the pressure chamber that communicates with the nozzles. A liquid ejecting head that ejects liquid from the nozzle toward the landing target by driving;
Drive signal generating means for generating a drive signal for driving the pressure generating means;
An inversion signal applying means for inverting the polarity of the driving signal generated from the driving signal generating means and applying the inverted driving signal to at least a part of the nozzle forming surface;
A liquid ejecting apparatus comprising:
前記反転信号印加手段は、前記ノズル形成面に対して電圧を直接印加することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の液体噴射装置。 The nozzle forming surface has conductivity,
The liquid ejecting apparatus according to claim 1, wherein the inversion signal applying unit directly applies a voltage to the nozzle formation surface.
前記反転信号印加手段は、前記電極部に電圧を印加することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の液体噴射装置。 The nozzle forming surface has the electrode portion at a position in contact with the liquid in the pressure chamber,
The liquid ejecting apparatus according to claim 1, wherein the inversion signal applying unit applies a voltage to the electrode unit.
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