JP2018103479A - Liquid injection device and control method for the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体流路内の液体の凍結による構成部材の損傷を抑制可能な液体噴射装置、および、液体噴射装置の制御方法に関する。 The present invention relates to a liquid ejecting apparatus capable of suppressing damage to structural members due to freezing of liquid in a liquid flow path, and a control method for the liquid ejecting apparatus.
液体噴射装置は液体噴射ヘッドを備え、この液体噴射ヘッドから各種の液体を噴射(吐出)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ー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 (discharges) various liquids from the liquid 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 that manufactures color filters such as liquid crystal displays, an electrode forming apparatus that forms electrodes such as organic EL (Electro Luminescence) displays and FEDs (surface emitting displays), and chips that manufacture biochips (biochemical elements) 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.
この種の液体噴射ヘッドは、導入口から共通液室(リザーバーあるいはマニホールドとも呼ばれる)及び圧力室を通ってノズルに至る液体流路を備えており、圧電素子や発熱素子等のアクチュエーター(駆動素子)の駆動によって圧力室内の液体に圧力変動を生じさせ、この圧力変動を利用してノズルから液滴を噴射させる。液体噴射ヘッドを搭載する一般的な液体噴射装置では、設置された環境によっては、液体が凍結する場合もある。液体噴射ヘッドの内部の液体流路における液体が凍結した場合には、凍結に伴う体積膨張により液体噴射ヘッドを構成している部材が破損することがある。このため、液体の凍結のおそれがある状況では、液体流路内の液体を排出して空気を導入することで、凍結時の体積膨張を緩和する構成が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この特許文献1に開示されている発明では、多数のノズルに対応する駆動素子の駆動により圧力室(圧力発生室内)の液体を一度に多量に排出させてインクの供給不足を意図的に生じさせることで、ノズルから圧力室内に空気を引き込むように構成されている。
This type of liquid ejecting head includes a liquid flow path from an inlet to a common liquid chamber (also called a reservoir or a manifold) and a pressure chamber to a nozzle, and an actuator (driving element) such as a piezoelectric element or a heating element. The pressure fluctuation is generated in the liquid in the pressure chamber by the driving of, and droplets are ejected from the nozzle by using the pressure fluctuation. In a general liquid ejecting apparatus equipped with a liquid ejecting head, the liquid may freeze depending on the installed environment. When the liquid in the liquid flow path inside the liquid ejecting head freezes, the members constituting the liquid ejecting head may be damaged due to volume expansion accompanying freezing. For this reason, in a situation where there is a risk of liquid freezing, a configuration has been proposed in which volume expansion during freezing is reduced by discharging the liquid in the liquid flow path and introducing air (for example, Patent Document 1). reference). In the invention disclosed in
しかしながら、近年の液体噴射装置では、液体噴射ヘッドから短時間により多くの液体を噴射することができるように設計されているため、液体噴射ヘッドの構造や環境条件によっては、上記特許文献1の方法では流路内に空気を十分に引き込むことができない場合があった。
However, recent liquid ejecting apparatuses are designed so that a large amount of liquid can be ejected from the liquid ejecting head in a short time. Therefore, depending on the structure of the liquid ejecting head and the environmental conditions, the method of
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、液体流路に空気をより確実に引き込むことが可能な液体噴射装置、および、液体噴射装置の制御方法を提供するものである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a liquid ejecting apparatus capable of more reliably drawing air into a liquid flow path, and a control method for the liquid ejecting apparatus. Is.
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、当該ノズルに連通する圧力室、および、当該圧力室内の液体に圧力変動を生じさせる駆動素子をそれぞれ複数備え、
前記圧力室から液体を排出して当該圧力室内に空気を導入する液体排出モードを実行可能であり、
前記複数のノズルは、前記液体排出モードにおいて液体を排出させる第1ノズルと、前記液体排出モードにおいて前記圧力室内に空気を導入する吸気用の第2ノズルと、を有することを特徴とする。
The liquid ejecting apparatus of the present invention has been proposed in order to achieve the above-described object, and includes a nozzle that ejects liquid, a pressure chamber that communicates with the nozzle, and a drive that causes pressure fluctuations in the liquid in the pressure chamber. Each with multiple elements,
A liquid discharge mode in which liquid is discharged from the pressure chamber and air is introduced into the pressure chamber can be executed;
The plurality of nozzles include a first nozzle that discharges liquid in the liquid discharge mode, and a second nozzle for intake that introduces air into the pressure chamber in the liquid discharge mode.
本発明によれば、吸気用の第2ノズルを液体排出用の第1ノズルとは別個に設けることにより、液体排出モードにおいて液体流路内に空気をより積極的に引き込むことができる。これにより、液体噴射ヘッドの構造や環境条件等に拘わらずより確実に液体流路内の液体を空気に置換することが可能となる。 According to the present invention, by providing the second nozzle for intake separately from the first nozzle for liquid discharge, air can be more actively drawn into the liquid flow path in the liquid discharge mode. This makes it possible to more reliably replace the liquid in the liquid flow path with air regardless of the structure of the liquid jet head, environmental conditions, and the like.
上記構成において、前記複数の圧力室にそれぞれ連通する共通液室を備え、
前記液体排出モードは、前記共通液室における液体の振動の周期に前記第1ノズルからの液体の排出動作を同期させることにより前記振動を励振させて前記第2ノズルから前記圧力室側に空気を導入する動作である構成を採用することが望ましい。
In the above-described configuration, a common liquid chamber communicating with each of the plurality of pressure chambers is provided,
In the liquid discharge mode, the vibration is excited by synchronizing the liquid discharge operation from the first nozzle with the period of the liquid vibration in the common liquid chamber, and air is supplied from the second nozzle to the pressure chamber side. It is desirable to adopt a configuration that is an operation to be introduced.
この構成によれば、共通液室における液体の振動の周期に第1ノズルからの液体の排出動作を同期させて振動を励振させることにより、この共通液室における液体の振動を利用して第2ノズルからの空気の導入をより促進させることが可能となる。これにより、さらに確実に液体流路内の液体を空気に置換することが可能となる。 According to this configuration, by synchronizing the liquid discharging operation from the first nozzle with the vibration period of the liquid in the common liquid chamber, the vibration is excited, so that the second liquid can be utilized by utilizing the liquid vibration in the common liquid chamber. It becomes possible to further promote the introduction of air from the nozzle. As a result, the liquid in the liquid flow path can be more reliably replaced with air.
また、上記構成において、前記共通液室の一部を区画し、可撓性を有するコンプライアンス部材を備える構成を採用することが望ましい。 Moreover, in the said structure, it is desirable to employ | adopt the structure which partitions off a part of said common liquid chamber and is provided with the compliance member which has flexibility.
この構成によれば、共通液室の一部が可撓性を有するコンプライアンス部材により区画されることで、このコンプライアンス部材の振動を利用してより大きな振動を得ることが可能となる。これにより、第2ノズルからの空気の導入をさらに促進させることが可能となる。 According to this configuration, since a part of the common liquid chamber is partitioned by the compliance member having flexibility, it is possible to obtain a larger vibration by using the vibration of the compliance member. Thereby, introduction of air from the second nozzle can be further promoted.
上記構成において、前記第1ノズルに対応する第1駆動素子を駆動する第1駆動波形と、前記第2ノズルに対応する第2駆動素子を駆動する第2駆動波形を生成する駆動波形生成回路を備え、
前記第1駆動波形は、前記第1駆動素子の駆動により前記圧力室内の液体を前記第1ノズルから噴射させる駆動波形であり、
前記第2駆動波形は、前記第2駆動素子の駆動により前記圧力室を収縮させて前記圧力室内の液体を加圧する力より前記圧力室を膨張させて前記圧力室の液体を減圧する力の方が大きい駆動波形であり、前記第1駆動波形が前記第1駆動素子に印加されるタイミングで前記第2駆動素子に印加される駆動波形である構成を採用することが望ましい。
In the above configuration, a drive waveform generation circuit that generates a first drive waveform for driving the first drive element corresponding to the first nozzle and a second drive waveform for driving the second drive element corresponding to the second nozzle. Prepared,
The first driving waveform is a driving waveform for ejecting the liquid in the pressure chamber from the first nozzle by driving the first driving element,
The second drive waveform is a force that expands the pressure chamber and depressurizes the liquid in the pressure chamber, rather than a force that contracts the pressure chamber and pressurizes the liquid in the pressure chamber by driving the second drive element. It is desirable to adopt a configuration in which the drive waveform is a large drive waveform, and the first drive waveform is a drive waveform applied to the second drive element at the timing of application to the first drive element.
この構成によれば、第1ノズルから液体を排出する第1駆動波形が第1駆動素子に印加されるタイミングで圧力室を減圧して第2ノズルから空気を引き込む第1駆動素子が第2駆動素子に印加されることにより、第2ノズルからの空気の導入を一層促進させることが可能となる。 According to this configuration, the first drive element that depressurizes the pressure chamber and draws air from the second nozzle at the timing when the first drive waveform for discharging the liquid from the first nozzle is applied to the first drive element is the second drive. By being applied to the element, introduction of air from the second nozzle can be further promoted.
上記構成において、前記第2駆動波形は、前記圧力室を膨張させる膨張要素と、前記膨張要素により膨張された前記圧力室を収縮させる収縮要素と、を有し、
前記膨張要素の電位変化率は、前記収縮要素の電位変化率よりも大きい構成を採用することが望ましい。
In the above configuration, the second drive waveform includes an expansion element that expands the pressure chamber, and a contraction element that contracts the pressure chamber expanded by the expansion element,
It is desirable to employ a configuration in which the potential change rate of the expansion element is larger than the potential change rate of the contraction element.
この構成によれば、圧力室を収縮させて当該圧力室内の液体を加圧する力より、圧力室を膨張させて当該圧力室の液体を減圧させる力が大きくなるので、第2ノズルからの空気の導入を促進させることが可能となる。 According to this configuration, the force that expands the pressure chamber and depressurizes the liquid in the pressure chamber is larger than the force that contracts the pressure chamber and pressurizes the liquid in the pressure chamber. The introduction can be promoted.
また、前記第2駆動波形において、前記圧力室を膨張させる波形要素の電位差は、前記圧力室を収縮させる波形要素の電位差よりも大きい構成を採用することもできる。 In the second drive waveform, a configuration in which the potential difference of the waveform element that expands the pressure chamber is larger than the potential difference of the waveform element that contracts the pressure chamber may be employed.
この構成によれば、圧力室を収縮させて当該圧力室内の液体を加圧する力より、圧力室を膨張させて当該圧力室の液体を減圧させる力が大きくなるので、第2ノズルからの空気の導入を促進させることが可能となる。 According to this configuration, the force that expands the pressure chamber and depressurizes the liquid in the pressure chamber is larger than the force that contracts the pressure chamber and pressurizes the liquid in the pressure chamber. The introduction can be promoted.
さらに、上記構成において、前記ノズルが形成されたノズル形成面を封止するキャップおよび当該キャップにより前記ノズル形成面を封止した状態で前記キャップ内の封止空間を減圧する減圧機構を有するキャッピング機構を備え、
前記キャッピング機構は、前記液体排出モードにおいて、前記第2ノズルを前記キャップの外部に配置する一方、前記第1ノズルを前記封止空間内に臨ませて前記キャップにより前記ノズル形成面を封止した状態で、前記減圧機構により前記第1ノズルから液体を排出させる構成を採用することができる。
Further, in the above configuration, a capping mechanism having a cap that seals the nozzle forming surface on which the nozzle is formed, and a pressure reducing mechanism that decompresses the sealing space in the cap in a state where the nozzle forming surface is sealed by the cap. With
In the liquid discharge mode, the capping mechanism arranges the second nozzle outside the cap, and seals the nozzle forming surface with the cap with the first nozzle facing the sealing space. In this state, it is possible to employ a configuration in which the liquid is discharged from the first nozzle by the pressure reducing mechanism.
この構成によれば、キャッピング機構を利用して第1ノズルから液体を排出させるとともに第2ノズルから空気を導入することにより、液体流路により高い流速の液体の流れを生じさせることができ、より確実かつより迅速に液体流路内の液体を空気に置換することが可能となる。 According to this configuration, by using the capping mechanism to discharge the liquid from the first nozzle and introducing air from the second nozzle, it is possible to generate a liquid flow at a high flow rate in the liquid flow path, It becomes possible to replace the liquid in the liquid channel with air reliably and more quickly.
また、本発明の液体噴射装置の制御方法は、液体を噴射するノズル、当該ノズルに連通する圧力室、および、当該圧力室内の液体に圧力変動を生じさせる駆動素子をそれぞれ複数備える液体噴射装置の制御方法であって、
前記圧力室から液体を排出して当該圧力室内に空気を導入する液体排出モードを実行可能であり、
前記液体排出モードは、複数のノズルのうちの第1ノズルから液体を排出させる一方、残りの第2ノズルから前記圧力室内に空気を導入することを特徴とする。
The liquid ejecting apparatus control method according to the present invention includes a liquid ejecting apparatus including a nozzle that ejects liquid, a pressure chamber that communicates with the nozzle, and a plurality of drive elements that cause pressure fluctuations in the liquid in the pressure chamber. A control method,
A liquid discharge mode in which liquid is discharged from the pressure chamber and air is introduced into the pressure chamber can be executed;
In the liquid discharge mode, the liquid is discharged from the first nozzle among the plurality of nozzles, while air is introduced into the pressure chamber from the remaining second nozzles.
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、液体噴射ヘッドの一種である記録ヘッド10を備えるプリンター1の構成を示す正面図である。また、図2は、プリンター1の電気的な構成について説明するブロック図である。このプリンター1は、フレーム2と、このフレーム2内に配設されたプラテン3とを備えており、搬送機構4(図2参照)によってプラテン3上に記録用紙、布帛、あるいは、樹脂シート等の記録媒体(液体の着弾対象物の一種)が搬送される。また、フレーム2内には、プラテン3と平行にガイドロッド5が架設されており、このガイドロッド5には、記録ヘッド10を搭載したキャリッジ6が摺動可能に支持されている。このキャリッジ6は、キャリッジ移動機構7(図2参照)の駆動により、ガイドロッド5に沿って記録媒体の搬送方向に直交する主走査方向に往復移動するように構成されている。このプリンター1は、プラテン3上に載置される記録媒体に対してキャリッジ6を主走査方向に相対移動させながら記録ヘッド10のノズル30(図3参照)からインク(本発明における液体の一種)を噴射させて、記録媒体上に当該インクを着弾させることにより文字や画像等の着弾パターンを形成(記録・印刷)する。
FIG. 1 is a front view illustrating a configuration of a
キャリッジ6には、インクを貯留したインクカートリッジ8(液体貯留部材の一種)を着脱可能に装着されている。インクとしては、例えば、水系の染料インクもしくは顔料インクや、これらの水系のインクよりも耐候性が高められた有機溶剤系(エコソルベント系)インクや、紫外線の照射による硬化する光硬化型インク等、周知の種々の組成のものを用いることができる。なお、本実施形態においては、インクカートリッジ8がキャリッジ6に搭載される構成を例示したが、これには限られず、インクカートリッジ8がプリンター1の本体側に配置され、インク供給チューブを介して記録ヘッド10に供給される構成を採用することも可能である。
An ink cartridge 8 (a type of liquid storage member) that stores ink is detachably mounted on the
プリンター1の非記録領域であるホームポジションには、キャリッジ6に搭載された記録ヘッド10のノズルプレート24のノズル形成面(プラテン3と対向する面。図3等参照。)を払拭するワイピング機構11が配設されている。このワイピング機構11は、ワイパー12を有しており、このワイパー12としては、例えばゴムやエラストマー等の弾性・可撓性を有する部材により構成される。このワイピング機構11は、ワイパー12を、その先端部がワイピング時において記録ヘッド10のノズル形成面に接触可能な位置に配置する。そして、ワイパー12の先端部がノズル形成面に接触した状態で両者を相対移動させることにより当該ワイパー12によってノズル形成面が払拭される。
At the home position, which is a non-recording area of the
このワイピング機構11に隣接して、上記ホームポジション若しくはその近傍に、キャッピング機構13が配設されている。キャッピング機構13は、記録ヘッド10のノズル形成面に当接し得るトレイ状の弾性部材からなるキャップ14(封止部材の一種)を有する。このキャッピング機構13では、キャップ14内の空間が封止空間として機能し、この封止空間内に記録ヘッド10のノズル30を臨ませた状態でノズル形成面に密着可能に構成されている。また、このキャップ14には、排液チューブ15を介してポンプユニット16が接続されており(図12参照)、このポンプユニット16の作動によってキャップ14の封止空間内を負圧化することができる。そして、記録ヘッド10のノズル30やインク流路の詰まりを解消するためのクリーニング処理においては、ノズル形成面への密着状態でポンプユニット16が作動され、封止空間(密閉空間)内が負圧化されると、ノズル30から記録ヘッド10内のインクや気泡が吸引されてキャップ14の封止空間内に排出される。なお、後述するように、キャッピング機構13は、ノズル形成面の一部のノズル30(吸気用ノズル30b)を除いて残りのノズル30(排出用ノズル30a)をキャップ14により封止した状態で吸引を行うことにより吸気用ノズル30bから記録ヘッド10の流路内に空気を導入する処理にも用いられる。この点の詳細については後述する。
A
図2に示されるように、本実施形態におけるプリンター1は、CPU17、記憶装置18、駆動信号発生回路19(本発明における駆動波形生成回路に相当)、入出力インターフェース20、搬送機構4、キャリッジ移動機構7、ワイピング機構11、キャッピング機構13、ポンプユニット16、温度センサー21、および記録ヘッド10を有する。入出力インターフェース20は、外部機器側からの印刷動作等の要求、印刷設定情報、印刷データ(画像データ)等を受けたり、プリンター1の状態情報を外部機器に出力したり各種データの送受信を行う。CPU17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り、記録ヘッド10による印刷動作(液体の噴射動作)等を制御する。記憶装置18は、CPU17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。駆動信号発生回路19は、駆動信号の波形に関する波形データに基づいて記録ヘッド10の圧電素子31を駆動するための駆動パルスを含む駆動信号を生成する。温度センサー21は、プリンター1の内部、特に、記録ヘッド10の近傍の温度を検出してCPU17に出力する。
As shown in FIG. 2, the
次に、本実施形態における記録ヘッド10の構成について説明する。
図3は記録ヘッド10の断面図であり、図4は図3における領域Xの拡大図である。また、図5は、図4におけるリザーバー43の周辺の拡大図である。本実施形態における記録ヘッド10は、固定板23、ノズルプレート24、連通板25、アクチュエーター基板26、コンプライアンス基板27、ホルダー28等の複数のヘッド構成部材が積層されて接着剤等によって接合されてユニット化されている。なお、以下においては、記録ヘッド10の各構成部材の積層方向を、適宜上下方向として説明する。
Next, the configuration of the
3 is a cross-sectional view of the
本実施形態におけるアクチュエーター基板26は、ノズルプレート24に形成されたノズル30と連通する圧力室33が形成された圧力室形成基板29と、各圧力室33内のインクに圧力変動を生じさせる駆動素子としての圧電素子31と、これらの圧力室形成基板29および圧電素子31を保護する保護基板32とを積層した状態で備えている。保護基板32の平面視における略中央部には、駆動IC38を実装したフレキシブル基板39が挿通される配線空部40が開設されている。この配線空部40内に、圧電素子31のリード電極が配置され、このリード電極にフレキシブル基板39の配線端子が電気的に接続される。このフレキシブル基板39を通じて駆動信号発生回路19から送られてくる駆動信号が圧電素子31に供給される。なお、フレキシブル基板39としては、駆動IC38を備えるものには限られず、当該駆動IC38が保護基板32の上部に所謂インターポーザーを介して別途配置される構成を採用することもできる。
The
アクチュエーター基板26の圧力室形成基板29は、シリコン単結晶基板から作製されている。この圧力室形成基板29には、圧力室33となる空間が各ノズル30に対応して複数列設されている。この圧力室33は、ノズル列に交差(本実施形態においては直交)する方向に長尺な空部である。この圧力室33の長手方向の一側の端部には、ノズル連通口34が連通し、他側の端部に個別連通口35が連通する。本実施形態における圧力室形成基板29には、圧力室33の列が2列形成されている。
The pressure
圧力室形成基板29の上面(連通板25側とは反対側の面)には、振動板36が積層され、この振動板36によって圧力室33の上部開口が封止されている。すなわち、振動板36により、圧力室33の一部が区画されている。この振動板36は、例えば、圧力室形成基板29の上面に形成された二酸化シリコン(SiO2)からなる弾性膜と、この弾性膜上に形成された酸化ジルコニウム(ZrO2)からなる絶縁体膜と、から成る。そして、この振動板36上における各圧力室33に対応する領域に圧電素子31がそれぞれ積層されている。
A
本実施形態の圧電素子31は、所謂撓みモードの圧電素子である。この圧電素子31は、例えば、振動板36上に、下電極層、圧電体層および上電極層(いずれも図示せず)が順次積層されてなる。このように構成された圧電素子31は、下電極層と上電極層との間に両電極の電位差に応じた電界が付与されると、上下方向に撓み変形する。本実施形態では、2列に形成された圧力室33の列に対応して、圧電素子31の列が2列形成されている。なお、下電極層および上電極層は、両側の圧電素子31の列から当該列の間の配線空部40内までリード電極として延在され、上述したようにフレキシブル基板39と電気的に接続されている。
The
保護基板32は、2列に形成された圧電素子31の列を覆うように振動板36上に積層されている。保護基板32の内部には、圧電素子31の列を収容可能な長尺な収容空間41が形成されている。この収容空間41は、保護基板32の下面側(振動板36側)から上面側(ホルダー28側)に向けて保護基板32の高さ方向途中まで形成された窪みである。本実施形態における保護基板32には、配線空部40の両側に収容空間41がそれぞれ形成されている。アクチュエーター基板26の下面には、このアクチュエーター基板26よりも広い面積を有する連通板25が接合される。
The
連通板25は、圧力室形成基板29と同様にシリコン単結晶基板から作製されている。本実施形態における連通板25には、圧力室33とノズル30とを連通するノズル連通口34、各圧力室に共通に設けられたリザーバー43(共通液室の一種。マニホールドとも呼ばれる。)、および、リザーバー43と圧力室33とを連通する個別連通口35が、例えば異方性エッチングにより形成されている。リザーバー43は、ノズル列方向に沿って延在する空部であり、本実施形態における連通板25においてノズルプレート24のノズル列毎に対応して2つ形成されている。なお、1つのノズル列に対して複数のリザーバーが設けられ、それぞれのリザーバーに異なる種類のインクが割り当てられる構成を採用することもできる。リザーバー43は、連通板25の下面側から異方性エッチングによって形成されている。このリザーバー43には、後述するようにホルダー28に設けられた液室空部51の導入口52を通じてインクが導入される。個別連通口35は、各圧力室33にそれぞれ対応してノズル列方向に沿って複数形成されている。この個別連通口35は、圧力室33の長手方向における他側(ノズル連通口34に連通する側とは反対側)の端部と連通する。
Similar to the pressure
図4及び図5に示されるように、リザーバー43は、ホルダー28の液室空部51と連通する第1のリザーバー部43aと、当該第1のリザーバー部43aと圧力室33とを連通する第2のリザーバー部43bと、から構成される。第1のリザーバー部43aは、ホルダー28の液室空部51の底面側の開口形状に倣った形状および寸法の開口を有する空部であり、連通板25の板厚方向を貫通した部分である。本実施形態においては、第1のリザーバー部43aの長手方向、すなわち、ノズル列方向の中央部に対応する位置にホルダー28の導入口52が配置されている(図6参照)。第2のリザーバー部43bは、連通板25の上面側に肉薄部43cを残して下面側から板厚方向の途中まで窪まされた部分であり、第1のリザーバー部43aに対してノズル列方向に交差する方向(本実施形態においては直交する方向)に隣接して形成されている。この第2のリザーバー部43bは、ノズル列方向において、第1のリザーバー部43aの一端から他端にかけて当該第1のリザーバー部43aに沿って延在している。また、第2のリザーバー部43bのノズル列方向に交差する方向における一端部は第1のリザーバー部43aと連通する一方、同方向の他端部は、連通板25に接合された圧力室形成基板29の圧力室33に連通する個別連通口35に連通するように形成されている。そして、リザーバー43の下面側の開口部は、コンプライアンス基板27のコンプライアンスシート44によって封止される。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
上記の連通板25の下面の略中央部分には、複数のノズル30が形成されたノズルプレート24が接合される。本実施形態におけるノズルプレート24は、連通板25およびアクチュエーター基板26よりも小さい外形の板材であり、シリコン単結晶基板から構成されている。このノズルプレート24は、連通板25の下面において、リザーバー43の開口から外れた位置であって、ノズル連通口34が開口した領域に、これらのノズル連通口34と複数のノズル30とがそれぞれ連通する状態で接着剤等により接合される。本実施形態におけるノズルプレート24には、複数のノズル30が列設されてなるノズル列が合計2条形成されている。本実施形態においては、1列のノズル列は、例えば400個のノズル30により構成されている。
A
また、連通板25の下面において、ノズルプレート24の周囲を囲むように、当該ノズルプレート24の外形に倣った形状の貫通開口46が中央部に形成されたコンプライアンス基板27が接合される。このコンプライアンス基板27の貫通開口46は、固定板23の貫通口23aと連通して、その内側にノズルプレート24が配置されるように構成されている。
In addition, on the lower surface of the
コンプライアンス基板27は、連通板25の下面に位置決めされて接合された状態で、連通板25の下面におけるリザーバー43の開口を封止する。本実施形態におけるコンプライアンス基板27は、図4および図5に示されるように、コンプライアンスシート44(コンプライアンス部材の一種)と、これを支持する支持板45とが接合されて構成されている。連通板25の下面には、コンプライアンス基板27のコンプライアンスシート44が接合されて、連通板25と支持板45との間にコンプライアンスシート44が挟まれた状態となる。コンプライアンスシート44は、可撓性を有する薄膜、例えばポリフェニレンサルファイド(PPS)等の合成樹脂材料により作製されている。支持板45は、コンプライアンスシート44よりも剛性が高く且つ厚みのあるステンレス鋼等の金属材料で形成されている。この支持板45のリザーバー43に対向する領域には、このリザーバー43の下面開口に倣った形状に支持板45の一部が除去されたコンプライアンス開口48が形成されている。このため、リザーバー43の下面側の開口は、可撓性を有するコンプライアンスシート44のみで封止されている。換言すると、コンプライアンスシート44は、リザーバー43の一部を区画している。
The
支持板45の下面におけるコンプライアンス開口48に対応する部分は、固定板23によって封止される。これにより、コンプライアンスシート44の可撓領域と、これに対向する固定板23との間には、コンプライアンス空間47が形成されている。そして、このコンプライアンス空間47におけるコンプライアンスシート44の可撓領域が、インク流路内、特にリザーバー43内の圧力変動に応じてリザーバー43側またはコンプライアンス空間47側に変位する。したがって、支持板45の厚みは、コンプライアンス空間47として必要な高さに応じて定められている。
A portion corresponding to the
アクチュエーター基板26及び連通板25は、ホルダー28に固定されている。ホルダー28は、平面視において連通板25と略同一形状を呈し、その下面側にはアクチュエーター基板26を収容する収容空部49が形成されている。そして、収容空部49にアクチュエーター基板26が収容された状態でホルダー28の下面が連通板25によって封止される。図3に示されるように、このホルダー28の平面視における略中央部分には、収容空部49と連通する挿通空部50が開設されている。この挿通空部50は、アクチュエーター基板26の配線空部40とも連通する。上記のフレキシブル基板39は、挿通空部50を通じて配線空部40に挿入されるように構成されている。また、ホルダー28の内部において、挿通空部50および収容空部49の両側には、連通板25のリザーバー43と連通する液室空部51が形成されている。また、ホルダー28の上面には、液室空部51と連通する導入口52がそれぞれ開設されている。液室空部51には、インクカートリッジ8から送られてきたインクが導入口52を通じて導入される。すなわち、インクカートリッジ8から送られてきたインクは、導入口52、液室空部51、およびリザーバー43へと導入され、リザーバー43から個別連通口35を通じて各圧力室33に供給される。
The
固定板23は、例えば、ステンレス鋼等の金属製の板材である。本実施形態における固定板23には、ノズルプレート24に対応する位置に、当該ノズルプレート24に形成されたノズル30を露出させるため、ノズルプレート24の外形に倣った形状の貫通口23aが厚さ方向を貫通する状態で形成されている。上述したように、この貫通口23aは、コンプライアンス基板27の貫通開口46と連通する。本実施形態では、この固定板23における固定板23の下面と貫通口23aにおけるノズルプレート24の露出部分とにより、ノズル形成面が構成されている。
The fixed
そして、上記構成の記録ヘッド10では、液室空部51からリザーバー43および圧力室33を通ってノズル30に至るまでの流路内がインクで満たされた状態で、駆動IC38からの駆動信号に従い圧電素子31が駆動されることにより、圧力室33内のインクに圧力振動が生じ、この圧力振動によって所定のノズル30からインクが噴射される。また、記録ヘッド10の記録動作(液体噴射動作)に伴ってインク流路内(リザーバー43内)で生じた圧力変動に伴って上記コンプライアンスシート44が変位する(撓む)ことで、当該圧力変動が吸収される。これにより、例えば、一のノズル30からインクを噴射させる際に圧力室33で生じた圧力変動が個別連通口35からリザーバー43に伝わり、さらに他のノズル30側の圧力室33に伝播することによる噴射特性(ノズル30から噴射されるインク滴の量や飛翔速度)の変動が抑制される。
In the
図6は、インク流路(本発明における液体流路に相当)内のインクの凍結による不具合を防止するために行われるインク排出モード(本発明における液体排出モードの一種)におけるインクや空気の流れについて説明する図であり、リザーバー43からノズル30に至るインク流路の模式図である。同図において、ハッチングで示す矢印はインクの流れを示し、白抜きの矢印は空気の流れ(あるいは空気に伴って移動するインクの流れ)を示している。インク排出モードは、上記構成のプリンター1において、例えば記録ヘッド10の周囲の温度(温度センサー21による検出温度)がインクの凍結のおそれがある温度に近づいた際に行われる。本実施形態におけるプリンター1では、同一ノズル列を構成するノズル30のうち、多数のノズル30(排出用ノズル30a)から一度に多くのインクを噴射させることで、インク供給経路において圧力損失を増大させてリザーバー43へのインクの供給不足を意図的に生じさせることにより、残りの一部のノズル(吸気用ノズル30b)からインク流路内に空気を引き込む動作が行われる。このようにインク排出モードが実行されてインク流路内のインクが空気に置換されることで、インクの凍結時における膨張によりヘッド構成部材に損傷が生じることが未然に防止される。
FIG. 6 shows the flow of ink and air in an ink discharge mode (a kind of liquid discharge mode in the present invention) performed to prevent problems due to freezing of ink in the ink flow path (corresponding to the liquid flow path in the present invention). FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an ink flow path from the
図7は、インク排出モードの際のインク供給経路(例えば、導入口52)におけるインクの流速(g/s)と圧力損失〔Pa〕との関係を示すグラフである。同図において、破線、一点鎖線、及び二点鎖線で示される直線は、インク流路からインクが排出されて空気に置換されるのに必要な圧力損失についての閾値を示している。Th1は、従来のインク排出モードにおける閾値であり、Th2およびTh3は、本願発明に係るインク排出モードにおける閾値である。同図に示されるように、インクの流速が高まるにつれて圧力損失が大きくなるが、その程度は、液体噴射ヘッドの種類(構造)や液体の組成(粘度)、環境温度・湿度等に応じて異なる。このため、従来のインク排出モードにおいて、例えばAの記録ヘッドでは、ある流速まで高めると圧力損失が閾値Th1を超えるのでインク流路からインクを排出することができるのに対し、BやCの記録ヘッドでは、流速を高めても圧力損失が閾値Th1を超え難く、上流からリザーバーへのインク供給不足の状態に至らずにインク流路内のインクを空気に置換することができない。このため、BやCの記録ヘッドでは、インクカートリッジ8のインクを無駄に消費してしまうことになる。 FIG. 7 is a graph showing the relationship between the ink flow rate (g / s) in the ink supply path (for example, the inlet 52) and the pressure loss [Pa] in the ink discharge mode. In the figure, the straight lines indicated by the broken line, the alternate long and short dash line, and the alternate long and two short dashes line indicate threshold values for the pressure loss necessary for the ink to be discharged from the ink flow path and replaced with air. Th1 is a threshold value in the conventional ink discharge mode, and Th2 and Th3 are threshold values in the ink discharge mode according to the present invention. As shown in the figure, the pressure loss increases as the ink flow rate increases. The degree of the pressure loss varies depending on the type (structure) of the liquid jet head, the composition (viscosity) of the liquid, the environmental temperature / humidity, and the like. . For this reason, in the conventional ink discharge mode, for example, in the recording head A, when the pressure loss is increased to a certain flow velocity, the pressure loss exceeds the threshold Th1, and thus the ink can be discharged from the ink flow path. In the head, even if the flow rate is increased, the pressure loss does not easily exceed the threshold value Th1, and the ink in the ink flow path cannot be replaced with air without reaching the state of insufficient ink supply from the upstream to the reservoir. For this reason, the B or C recording head wastes ink from the ink cartridge 8.
そこで、本発明に係るインク排出モードでは、上流からリザーバーへのインク供給不足の状態により達しやすいようにして、上記閾値を下げるように構成されている。以下、この点について説明する。 In view of this, the ink discharge mode according to the present invention is configured to lower the threshold value so that the ink discharge mode is more easily reached due to insufficient ink supply from the upstream to the reservoir. Hereinafter, this point will be described.
本実施形態におけるインク排出モードでは、リザーバー43毎のノズル列を構成している各ノズル30について、インクを排出する排出用ノズル30a(本発明における第1ノズルに相当)と、空気を吸引する吸気用ノズル30b(本発明における第2ノズルに相当)とが設定される。吸気用ノズル30bは、リザーバー43にインクが供給される導入口52からより遠い位置にあるノズル30とされる。例えば、図6に示されるように、所定のノズル列が400個のノズル30から構成される場合において、導入口52がリザーバー43の長手方向(ノズル列方向)の中央に位置する構成では、ノズル列の両端部に位置する1番目のノズル30と400番目のノズル30がそれぞれ吸気用ノズル30bとされ、残りの2番目から399番目のノズル30が排出用ノズル30aとされる。なお、同一ノズル列を構成している全ノズル30のうち、吸気用ノズル30bとして設定されるノズル30の数は、1つ以上、全ノズル数の30%以下であることが望ましい。このように、排出用ノズル30aと吸気用ノズル30bとをそれぞれ設定することにより、つまり、吸気用ノズル30bを排出用ノズル30aとは別個に設けることにより、インク排出モードにおいてインク流路内に空気をより積極的に引き込むことができる。これにより、インク流路からインクが排出されて空気に置換される圧力損失の閾値を下げることが可能となる。このため、記録ヘッドの種類や環境条件等に拘わらずインク排出モードによってより確実にインク流路内のインクを空気に置換することが可能となる。また、本実施形態においては、ノズル列の端部に吸気用ノズル30bが配置されることで、排出用ノズル30aから大量のインクが排出された場合において、排出されたインク(ミスト)が吸気用ノズル30bから再度インク流路内に取り込まれることが抑制される。
In the ink discharge mode in the present embodiment, for each
図8は、本願発明に係るインク排出モードについて説明する模式図であり、リザーバー43の内部におけるインクの圧力振動(以下、リザーバー振動)の周期(あるいはコンプライアンスシート44の固有振動周期とも言える)と、各ノズル30に対応する圧電素子31の駆動タイミング(排出用ノズル30aにおけるインクの噴射、非噴射(停止)、あるいは吸気用ノズル30bにおける吸気動作)についてのタイミングチャートとが対応付けて示されている。なお、同図におけるリザーバー振動の周期は、実際のものとは異なるが、説明の便宜のため単純化している。本実施形態におけるインク排出モードでは、排出用ノズル30aからインクを排出させる動作(以下、インク排出動作)と、排出用ノズル30aからのインクの排出を停止する動作(以下、休止動作)とを、リザーバー43における液体の圧力の振動周期に同期させて交互に繰り返すことで、つまり、インク排出動作をリザーバー振動の周期に同期させて断続的に繰り返すことで、当該リザーバー振動を励振させてより大きい振幅を得る。これにより、インク排出モードにおいて、リザーバー振動を利用して吸気用ノズル30bからインク流路内に空気をより積極的に引き込むことができる。つまり、インク排出動作の際に、リザーバー43内の液体がより大きく減圧されることになり、当該リザーバー43よりも上流からのインクの供給が圧力損失により追い付かない状態とすることができる。これにより、インク流路からインクが排出されて空気に置換される圧力損失の閾値をさらに下げることが可能となる。すなわち、図7において、従来の閾値Th1よりも低い閾値Th2とすることができる。このため、記録ヘッドの種類や環境条件等に拘わらずインク排出モードによってより確実にインク流路内のインクを空気に置換することが可能となる。なお、コンプライアンスシート44を必ずしも備えていなくてもよいが、コンプライアンスシート44を備える構成では、このコンプライアンスシート44の振動を利用してより大きな振動を得ることが可能となる。これにより、吸気用ノズル30bの空気の導入をさらに促進させることが可能となる。
FIG. 8 is a schematic diagram for explaining the ink discharge mode according to the present invention, and the period of ink pressure vibration (hereinafter referred to as reservoir vibration) inside the reservoir 43 (or the natural vibration period of the compliance sheet 44); A timing chart for driving timing of the
本実施形態におけるインク排出モードについてより具体的に説明すると、図8に示されるように、リザーバー振動の圧力が減少する期間において、圧力が最も低下する極小値に至る少し手前(直前の極大値側)のタイミングから極小値に至るまでの間に、排出用ノズル30aに対応する圧電素子31(本発明における第1駆動素子に相当)に噴射用駆動パルスPdを複数回連続的に印加することにより、同一ノズル列を構成する全排出用ノズル30aから同時にインクを排出させるインク排出動作が行われる。言い換えると、リザーバー43内の圧力が最も低くなるタイミングにあわせてさらに全排出用ノズル30aから同時にインクを排出させることで、リザーバー43へのインクの供給不足を引き起こし、吸気用ノズル30bからの空気の侵入を促進させる。このときの噴射用駆動パルスPdは、周知の種々の駆動パルスを用いることができるが、より多くのインクを噴射させることができるものがより望ましい。要するに、圧電素子31の駆動により圧力室33内を時間平均で加圧するものであって、電圧およびその変化率がより大きい駆動パルスを採用することが望ましい。また、インク排出動作の継続時間tに関し、リザーバー振動の周期をTrとした場合、例えば、t=Tr/3〜Tr/4に設定される。
More specifically, the ink discharge mode in the present embodiment will be described. As shown in FIG. 8, in the period in which the pressure of the reservoir vibration decreases, a little before the minimum value at which the pressure decreases most (just before the maximum value side). ) By continuously applying the ejection drive pulse Pd a plurality of times to the piezoelectric element 31 (corresponding to the first drive element in the present invention) corresponding to the
本実施形態においては、さらにインク排出動作に合わせて、吸気用ノズル30bに対応する圧電素子31(本発明における第2駆動素子に相当)に吸気用駆動パルスPvを印加することにより、当該吸気用ノズル30bに対応する圧力室33を減圧して空気を導入する動作を行う(以下、吸気動作)。
In the present embodiment, the intake drive pulse Pv is applied to the piezoelectric element 31 (corresponding to the second drive element in the present invention) corresponding to the
図9は、上記吸気用駆動パルスPvの構成を説明する波形図である。本実施形態における吸気用駆動パルスPvは、膨張要素p1、ホールド要素p2、および、収縮要素p3を有している。膨張要素p1は、圧力室33の基準容積(膨張又は収縮の基準となる容積)に対応する基準電位Ebから当該基準電位Ebよりも低い膨張電位Evまで所定の勾配で電位を降下させる波形要素である。また、ホールド要素p2は、膨張要素p1の終端電位である膨張電位Evを一定時間維持する波形要素である。収縮要素p3は、ホールド要素p2に続いて発生される波形要素であり、膨張電位Evから基準電位Ebまで一定勾配で電位が復帰する波形要素である。本実施形態において、膨張要素p1の電位差と収縮要素p3の電位差とは、ともに基準電位Ebと膨張電位Evとの差で等しいが、膨張要素p1の電位変化率(時間変化に対する電位変化の度合)は、収縮要素p3の電位変化率よりも大きく設定されている。このため、吸気用駆動パルスPvは、圧力室33を収縮させて圧力室33内の液体を加圧する力より圧力室33を膨張させて圧力室33内の液体を減圧させる方の力がより大きくなる駆動パルスとなっている。つまり、吸気用駆動パルスPvは、圧電素子31の駆動により圧力室33内を時間平均で減圧する駆動パルスである。
FIG. 9 is a waveform diagram illustrating the configuration of the intake drive pulse Pv. The intake drive pulse Pv in the present embodiment has an expansion element p1, a hold element p2, and a contraction element p3. The expansion element p1 is a waveform element that lowers the potential with a predetermined gradient from a reference potential Eb corresponding to a reference volume of the pressure chamber 33 (a volume serving as a reference for expansion or contraction) to an expansion potential Ev lower than the reference potential Eb. is there. The hold element p2 is a waveform element that maintains the expansion potential Ev, which is the terminal potential of the expansion element p1, for a predetermined time. The contraction element p3 is a waveform element generated following the hold element p2, and is a waveform element in which the potential returns with a constant gradient from the expansion potential Ev to the reference potential Eb. In this embodiment, the potential difference of the expansion element p1 and the potential difference of the contraction element p3 are both equal to the difference between the reference potential Eb and the expansion potential Ev, but the potential change rate of the expansion element p1 (degree of potential change with respect to time change). Is set larger than the potential change rate of the contraction element p3. Therefore, the intake drive pulse Pv has a greater force for expanding the
このような吸気用駆動パルスPvが圧電素子31に印加されると、まず、膨張要素p1により圧電素子31が基準電位Ebに対応する初期位置から圧力室33の外側(ノズルプレート24から離れる側)に撓み、圧力室33が基準電位Ebに対応する基準容積から膨張電位Evに対応する膨張容積まで急激に膨張する。この圧力室33の膨張により当該圧力室33の内部は減圧され、吸気用ノズル30bから圧力室33側に空気が引き込まれる。このタイミングにおいて排出用ノズル30aでは同時にインクの排出(噴射)が行われるので、リザーバー43内の圧力は負圧となり吸気用ノズル30bに対応する圧力室33からリザーバー43へのインクの引き込みとの相乗作用により、吸気用ノズル30bからの空気の導入を一層促進させることが可能となる。これにより、インク流路からインクが排出されて空気に置換される圧力損失の閾値をさらに下げることが可能となる。すなわち、図7において、従来の閾値Th2よりもさらに低い閾値Th3とすることができる。そして、圧力室33の膨張状態は、ホールド要素p2の印加期間中に亘って維持された後、収縮要素p3により圧電素子31が圧力室33の内側(ノズルプレート24に近づく側)に撓み、圧力室33が膨張電位Evに対応する膨張容積から基準容積まで比較的緩やかに復帰する。なお、本実施形態においては、インク排出動作に合わせて吸気動作が行われ、休止動作の際には吸気動作が行われない構成としたが、休止動作の際に吸気動作が継続して行われる構成を採用することもできる。
When such an intake drive pulse Pv is applied to the
図10は、吸気用駆動パルスPvの変形例である吸気用駆動パルスPv′の波形図である。この吸気用駆動パルスPv′は、第1収縮要素p11と、収縮ホールド要素p12と、膨張要素p13と、膨張ホールド要素p14と、第2収縮要素p15と、からなる。第1収縮要素p11は、基準電位Ebからこの基準電位Ebよりも高い収縮電位E1まで電位を上昇させる波形要素である。収縮ホールド要素p12は、第1収縮要素p11の終端電位である収縮電位E1を一定時間維持する。膨張要素p13は、収縮ホールド要素p12に続いて発生される波形要素であり、収縮電位E1から基準電位Ebよりも低い膨張電位E2まで電位を降下させる波形要素である。膨張ホールド要素p14は、膨張要素p13の終端電位である膨張電位E2を一定時間維持する。第2収縮要素p15は、膨張ホールド要素p14に続いて発生される波形要素であり、膨張電位E2から基準電位Ebまで一定勾配で電位が復帰する波形要素である。 FIG. 10 is a waveform diagram of an intake drive pulse Pv ′ that is a modification of the intake drive pulse Pv. The intake drive pulse Pv ′ includes a first contraction element p11, a contraction hold element p12, an expansion element p13, an expansion hold element p14, and a second contraction element p15. The first contraction element p11 is a waveform element that increases the potential from the reference potential Eb to the contraction potential E1 that is higher than the reference potential Eb. The contraction hold element p12 maintains the contraction potential E1, which is the terminal potential of the first contraction element p11, for a certain period of time. The expansion element p13 is a waveform element generated following the contraction hold element p12, and is a waveform element that lowers the potential from the contraction potential E1 to the expansion potential E2 lower than the reference potential Eb. The expansion hold element p14 maintains the expansion potential E2 that is the terminal potential of the expansion element p13 for a certain period of time. The second contraction element p15 is a waveform element generated following the expansion hold element p14, and is a waveform element in which the potential returns with a constant gradient from the expansion potential E2 to the reference potential Eb.
この吸気用駆動パルスPv′では、圧力室33を膨張させる波形要素である膨張要素p13の電位差(E1−E2)が、圧力室33を収縮させる波形要素である第1収縮要素p11の電位差(E1−Eb)および第2収縮要素p15の電位差(Eb−E2)よりも大きいことが特徴である。また、膨張要素p13の電位変化率は、各収縮要素p11、p15の電位変化率よりも大きく設定されている。このため、この吸気用駆動パルスPv′は、圧力室33を収縮させて圧力室33内の液体を加圧する力より圧力室33を膨張させて圧力室33内の液体を減圧させる方の力がさらに大きくなる駆動パルスとなっている。つまり、この吸気用駆動パルスPv′は、圧電素子31の駆動により圧力室33内を時間平均で減圧する駆動パルスである。そして、インク排出動作に合わせて、吸気用ノズル30bに対応する圧電素子31(本発明における第2駆動素子に相当)に吸気用駆動パルスPv′を印加することにより、圧力室33を膨張させて当該圧力室33を減圧させる力が大きくなるので、吸気用ノズル30bからの空気の導入をより効果的に促進させることが可能となる。
In the intake drive pulse Pv ′, the potential difference (E1−E2) of the expansion element p13 that is a waveform element that expands the
次に、本発明の他の実施形態について説明する。
図11は、本発明の第2の実施形態におけるインク排出モードについて説明する模式図であり、図8と同様にリザーバー振動の周期と、各ノズル30に対応する圧電素子31の駆動タイミングについてのタイミングチャートとが対応付けて示されている。上記第1の実施形態におけるインク排出モードでは、排出用ノズル30aのインク排出動作と休止動作とをリザーバー振動に同期させて交互に繰り返すことで、つまり、インク排出動作をリザーバー振動の周期に同期させて断続的に繰り返すことで、当該リザーバー振動を励振させる構成であったが、これには限られない。本実施形態におけるインク排出動作では、休止動作は行われずにインク排出動作に粗密が設けられることで、リザーバー振動が励振されるように構成されている。すなわち、排出用ノズル30aに対応する圧電素子31への噴射用駆動パルスPdの印加周波数が、リザーバー振動の極大から極小に向かって次第に密となる(高くなる)一方、リザーバー振動の極小から極大に向かって次第に粗となる(低くなる)ように設定されている。この噴射用駆動パルスPdの印加周波数に関し、最大周波数と最小周波数との差が30%以上であることが望ましい。これにより、インク排出モードにおいて、リザーバー振動を励振させることができ、リザーバー振動を利用して吸気用ノズル30bからインク流路内に空気をより積極的に引き込むことができる。また、この構成において、噴射用駆動パルスPdの駆動電圧(最大電位と最小電位との電位差)が、リザーバー振動の極大から極小に向かって次第に高くなる一方、リザーバー振動の極小から極大に向かって次第に低くなるように設定される構成を採用することもできる。これにより、さらに効果?的にリザーバー振動を励振させることができる。なお、吸気用ノズル30bに対応する圧電素子31への引用駆動パルスPvの印加周波数に関しては、噴射用駆動パルスPdの印加周波数に揃えてもよいし、一定であってもよい。
Next, another embodiment of the present invention will be described.
FIG. 11 is a schematic diagram for explaining the ink discharge mode according to the second embodiment of the present invention, and similarly to FIG. 8, the period of the reservoir vibration and the timing of the drive timing of the
図12は、本発明における第3の実施形態におけるインク排出モードについて説明する模式図であり、記録ヘッド10のノズル形成面がキャッピング機構13によって封止された状態を示す模式図である。上述したように、キャッピング機構13は、トレイ状のキャップ14を備え、当該キャップ14を記録ヘッド10のノズル形成面に当接する位置又は離隔する位置に変位させるように構成されている。そして、本実施形態においては、キャッピング機構13は、インク排出モードにおいて、吸気用ノズル30bをキャップ14の外部に配置する一方、排出用ノズル30aを封止空間内に臨ませてキャッピングすることができるように構成されている。すなわち、例えば、ノズル30からのインク溶媒の蒸発を防止するため、あるいは、記録ヘッド10内部の増粘したインクや気泡等を各ノズル30から排出して噴射能力を回復させるクリーニング動作を行うために行われる通常のキャッピングでは、図12において破線で示されるように、全てのノズル30(30a,30b)が封止空間53内に臨むようにキャッピングされる。これに対して、インク排出モードでは、キャッピング位置を通常時の位置からノズル列方向の一側(図中矢印の方向)にずらして吸気用ノズル30bのみがキャップ14の外部に配置されるようにキャッピングされる。この状態で、減圧機構として機能するポンプユニット16が作動されることにより、封止空間53内が減圧されて排出用ノズル30aを通じて記録ヘッド10内のインクが吸引されることによりインク流路のインクの流速が高まり、リザーバー43へのインクの供給が間に合わずリザーバー43内の液体に作用する圧力は負圧となり、これと同時に、キャップ14の外部に配置されポンプユニット16による減圧の作用を受けない吸気用ノズル30bからは空気がインク流路内に導入される。このキャッピング機構13を利用して排出用ノズル30aからインクを排出させるとともに吸気用ノズル30bから空気を導入することにより、インク流路により高い流速のインクの流れを生じさせることができ、より確実かつより迅速にインク流路内のインクを空気に置換することが可能となる。この際、吸気用ノズル30bに対応する圧電素子31に上記の吸気用駆動パルスPvが印加されるように構成してもよい。これにより、空気の導入をさらに効果的に促進させることができる。なお、本実施形態においては、ノズル列を構成する各ノズル30のうち、一方の端部に位置するノズル30が吸気用ノズル30bとして設定されることが望ましい。
FIG. 12 is a schematic diagram illustrating an ink discharge mode according to the third embodiment of the present invention, and is a schematic diagram illustrating a state where the nozzle forming surface of the
なお、上記各実施形態においては駆動素子として、所謂撓み振動型の圧電素子31を例示したが、これには限られず、例えば、所謂縦振動型の圧電素子を採用することも可能である。この場合、上記実施形態で例示した吸気用駆動パルスPv(Pv′)に関し、電位の変化方向、つまり上下(極性)が反転した波形となる。その他、アクチュエーターとしては、圧電素子に限られず、静電アクチュエーター等の他のアクチュエーターを採用することも可能である。
また、ノズルプレート24に形成された複数のノズル30のうち一部が、排出用ノズル30aでも吸気用ノズル30bでもないノズル30(ダミーノズル)であってもよいが、複数のノズル30の全てを排出用ノズル30aまたは吸気用ノズル30bとして作用させることが好ましい。
さらに、図10に示された吸気用駆動パルスPv′では、圧力室33を膨張させる波形要素である膨張要素p13の電位差(E1−E2)が、圧力室を収縮させる波形要素である第1収縮要素p11の電位差(E1−Eb)および第2収縮要素p15の電位差(Eb−E2)よりも大きく、且つ、膨張要素p13の電位変化率は、各収縮要素p11、p15の電位変化率よりも大きく設定されていた。しかし、膨張要素p13の電位差(E1−E2)が、第1収縮要素p11の電位差(E1−Eb)および第2収縮要素p15の電位差(Eb−E2)よりも吸気用ノズル30bから空気の導入できるだけ十分に大きければ、膨張要素p13の電位変化率を各収縮要素p11、p15の電位変化率と等しくすることもできる。
In each of the above-described embodiments, the so-called flexural vibration type
In addition, some of the plurality of
Further, in the intake drive pulse Pv ′ shown in FIG. 10, the potential difference (E1-E2) of the expansion element p13 that is a waveform element that expands the
そして、以上では、液体噴射ヘッドの一種であるインクジェット式記録ヘッド10(記録ヘッド10)を例に挙げて説明したが、本発明は、液体の凍結による構成部材の損傷のおそれがある他の液体噴射ヘッドおよびこれを備える液体噴射装置にも適用することができる。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイ、FED(面発光ディスプレイ)等の電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、バイオチップ(生物化学素子)の製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等を複数備える液体噴射ヘッド、および、これを備える液体噴射装置にも本発明を適用することができる。 In the above description, the ink jet recording head 10 (recording head 10), which is a kind of liquid ejecting head, has been described as an example. However, the present invention may be applied to other liquids that may cause damage to components due to freezing of the liquid. The present invention can also be applied to an ejection head and a liquid ejection apparatus including the ejection head. For example, a color material ejecting head used for manufacturing a color filter such as a liquid crystal display, an electrode material ejecting head used for forming an electrode such as an organic EL (Electro Luminescence) display, FED (surface emitting display), a biochip (biochemical element) The present invention can also be applied to a liquid ejecting head including a plurality of bio-organic matter ejecting heads and the like and a liquid ejecting apparatus including the same.
1…プリンター,2…フレーム,3…プラテン,4…搬送機構,5…ガイドロッド,6…キャリッジ,7…キャリッジ移動機構,8…インクカートリッジ,10…記録ヘッド,11…ワイピング機構,12…ワイパー,13…キャッピング機構13…キャップ,15…排液チューブ,16…ポンプユニット,17…CPU,18…記憶装置,19…駆動信号発生回路,20…入出力インターフェース,21…温度センサー,23…固定板,24…ノズルプレート,25…連通板,26…アクチュエーター基板,27…コンプライアンス基板,28…ホルダー,29…圧力室形成基板,30…ノズル,31…圧電素子,32…保護基板,33…圧力室,34…ノズル連通口,35…個別連通口,36…振動板,38…駆動IC,39…フレキシブル基板,40…配線空部,41…収容空間,43…リザーバー,44…コンプライアンスシート,45…支持板,46…貫通開口,47…コンプライアンス空間,48…コンプライアンス開口,49…収容空部,50…挿通空部,51…液室空部,52…導入口,53…封止空間
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記圧力室から液体を排出して当該圧力室内に空気を導入する液体排出モードを実行可能であり、
前記複数のノズルは、前記液体排出モードにおいて液体を排出する第1ノズルと、前記液体排出モードにおいて前記圧力室内に空気を導入する吸気用の第2ノズルと、を有することを特徴とする液体噴射装置。 A plurality of nozzles that eject liquid, a pressure chamber that communicates with the nozzle, and a plurality of drive elements that cause pressure fluctuations in the liquid in the pressure chamber,
A liquid discharge mode in which liquid is discharged from the pressure chamber and air is introduced into the pressure chamber can be executed;
The plurality of nozzles includes: a first nozzle that discharges liquid in the liquid discharge mode; and a second nozzle for intake that introduces air into the pressure chamber in the liquid discharge mode. apparatus.
前記液体排出モードは、前記共通液室における液体の振動の周期に前記第1ノズルからの液体の排出動作を同期させることにより前記振動を励振させて前記第2ノズルから前記圧力室側に空気を導入する動作であることを特徴とする請求項1に記載の液体噴射装置。 A common liquid chamber communicating with each of the plurality of pressure chambers;
In the liquid discharge mode, the vibration is excited by synchronizing the liquid discharge operation from the first nozzle with the period of the liquid vibration in the common liquid chamber, and air is supplied from the second nozzle to the pressure chamber side. The liquid ejecting apparatus according to claim 1, wherein the liquid ejecting apparatus is an introducing operation.
前記第1駆動波形は、前記第1駆動素子の駆動により前記圧力室内の液体を前記第1ノズルから噴射させる駆動波形であり、
前記第2駆動波形は、前記第2駆動素子の駆動により前記圧力室を収縮させて前記圧力室内の液体を加圧する力より前記圧力室を膨張させて前記圧力室の液体を減圧する力の方が大きい駆動波形であり、前記第1駆動波形が前記第1駆動素子に印加されるタイミングで前記第2駆動素子に印加される駆動波形であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の液体噴射装置。 A drive waveform generation circuit for generating a first drive waveform for driving the first drive element corresponding to the first nozzle and a second drive waveform for driving the second drive element corresponding to the second nozzle;
The first driving waveform is a driving waveform for ejecting the liquid in the pressure chamber from the first nozzle by driving the first driving element,
The second drive waveform is a force that expands the pressure chamber and depressurizes the liquid in the pressure chamber, rather than a force that contracts the pressure chamber and pressurizes the liquid in the pressure chamber by driving the second drive element. 4. The drive waveform applied to the second drive element at a timing at which the first drive waveform is applied to the first drive element, wherein the first drive waveform is applied to the first drive element. The liquid ejecting apparatus according to any one of the above.
前記膨張要素の電位変化率は、前記収縮要素の電位変化率よりも大きいことを特徴とする請求項4に記載の液体噴射装置。 The second drive waveform has an expansion element that expands the pressure chamber, and a contraction element that contracts the pressure chamber expanded by the expansion element,
The liquid ejecting apparatus according to claim 4, wherein a potential change rate of the expansion element is larger than a potential change rate of the contraction element.
前記キャッピング機構は、前記液体排出モードにおいて、前記第2ノズルを前記キャップの外部に配置する一方、前記第1ノズルを前記封止空間内に臨ませて前記キャップにより前記ノズル形成面を封止した状態で、前記減圧機構により前記第1ノズルから液体を排出させることを特徴とする請求項1から請求項7の何れか一項に記載の液体噴射装置。 A capping mechanism having a cap that seals the nozzle forming surface on which the nozzle is formed, and a pressure reducing mechanism that decompresses the sealing space in the cap in a state where the nozzle forming surface is sealed by the cap;
In the liquid discharge mode, the capping mechanism arranges the second nozzle outside the cap, and seals the nozzle forming surface with the cap with the first nozzle facing the sealing space. The liquid ejecting apparatus according to claim 1, wherein the liquid is discharged from the first nozzle by the pressure reducing mechanism in a state.
前記圧力室から液体を排出して当該圧力室内に空気を導入する液体排出モードを実行可能であり、
前記液体排出モードは、複数のノズルのうちの第1ノズルから液体を排出する一方、残りの第2ノズルから前記圧力室内に空気を導入することを特徴とする液体噴射装置の制御方法。 A control method of a liquid ejecting apparatus comprising a nozzle that ejects liquid, a pressure chamber communicating with the nozzle, and a plurality of drive elements that cause pressure fluctuations in the liquid in the pressure chamber,
A liquid discharge mode in which liquid is discharged from the pressure chamber and air is introduced into the pressure chamber can be executed;
In the liquid discharge mode, the liquid is discharged from the first nozzle of the plurality of nozzles, while air is introduced into the pressure chamber from the remaining second nozzles.
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