JP2019130821A - 液体吐出装置 - Google Patents
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Abstract
Description
FFCが長大化すると、FFCにおける配線は、他の配線に流れる電流によりクロストークなどの影響を受けやすくなる。そこで、同じ列の駆動信号及びグランドの信号を、互いに異なるFFCに振り分けて割り当て、互いに対向するようにした技術が提案されている(例えば特許文献1参照)。
また、上記技術では、1枚のFFCでみたときに、駆動信号の供給配線とグランドの配線ラインとが隣り合わせに配置されるので、2つの配線でみれば、電流の向きが逆方向となり、磁界が打ち消し合うので、相互インダクタンスの影響は低減するようにみえる。
ただし、複数の駆動信号の供給配線と複数のグランド配線とが交互に並べられると、ある駆動信号の供給配線とグランド配線信号とのペアに対して、他の配線のペアから受ける相互インダクタンスの影響が全て方向となり、むしろ他の配線のペアからの相互インダクタンスの影響の総和が大きくなる。
相互インダクタンスの影響が大きくなると、圧電素子に供給される駆動信号にオーバーシュートやアンダーシュートが発生し、電圧が目的値からのずれが大きくなり、目的とする量のインクを正確に吐出することができなくなるだけでなく、圧電素子に過大な電圧が印加されることよって、圧電素子の特性を劣化させてしまう、という課題があった。
この態様に係る液体吐出装置によれば、第1配線、第2配線、第3配線および第4配線において、相互インダクタンスによる電圧変化が抑えられるので、液体の吐出に不具合等が抑えられる。
液体の吐出量などの条件に応じて刻々と変化する液体吐出装置においては、相互インダクタンスの影響を、圧電素子を駆動する前に予想することは困難である。このため、駆動信号を相互インダクタンスの影響を予想して、その影響を予め打ち消す方向に補正する構成は採用し難い。上記構成において、第1配線に流れる電流量を予想することが困難であるが、上記構成では、そもそも相互インダクタンスによる電圧変化が抑えられる。
このインクジェットプリンター1は、液体の一例であるインクを媒体Pに吐出することで、該媒体Pの表面に画像を印刷する。媒体Pは、インクの吐出対象となる用紙やフィルムなどである。インクジェットプリンター1は、国際標準規格でA3以上の大判サイズの媒体Pに印刷が可能な印刷装置(LFP:Large Format Printer)であり、図に示されるように、筐体12と脚部14とを有する。
なお、複数の液体容器16には、同種類のインクを貯留する構成としてもよい。
この図に示されるように、インクジェットプリンター1の内部では、制御モジュール10と、搬送機構70と、キャリッジCaと、移動機構80とが収容される。キャリッジCaは、本実施形態では、2個のプリントヘッド50からなるヘッドモジュール5を搭載する。
制御モジュール10は、外部のホストコンピューターから画像データが供給されたときに、該画像データで規定された画像を媒体Pに印刷するため、インクジェットプリンター1における各要素(プリントヘッド50、搬送機構70、移動機構80)を制御する。
なお、ヘッドモジュール5には、制御モジュール10から各種の駆動信号や制御信号などが可撓性を有するFFC(Flexible Flat Cable)190を介して供給される。本実施形態に係るインクジェットプリンター1は、上述したように大判印刷に対応するので、キャリッジCaの稼働領域が長大化する。
キャリッジCaの稼働領域が長大化すると、FFC190も長大化させる必要がある。本実施形態では、インクジェットプリンター1が印刷可能な媒体PのサイズをA3以上としているが、その上限値については75インチを目途としている。媒体Pのサイズが75インチを超えると、FFC190における各配線のインピーダンス成分が大きくなりすぎて、駆動信号の電圧降下が大きくなり、印刷精度や印刷安定性が低下し、インクの誤吐出等が生じる可能性が高くなるためである。
また、ヘッドモジュール5には、FFC190のほか、液体容器16から各色のインクがチューブを介して供給されるが、該チューブについては図示が省略されている。
このため、1個のプリントヘッド50において、ノズルは2m個であり、ノズルの列数は「2」である。また、本実施形態では、2個のプリントヘッド50を有するので、ヘッドモジュール5でみたときに、ノズルの総数は4m個となり、ノズルの列数は「4」となる。
例えば列L1に属するノズルN1からは、ブラック(Bk)のインクが吐出され、列L2に属するノズルN2からは、シアン(C)のインクが吐出され、列L3に属するノズルN3からは、マゼンタ(M)のインクが吐出され、列L4に属するノズルN4からは、イエロー(Y)のインクが吐出される。
また、列L1、L2は、図3において左側のプリントヘッド50に属し、列L3、L4は、図において右側のプリントヘッド50に属する。
本実施形態では、ノズル板52において、列L1に属するm個のノズルN1と、列L2に属するm個のノズルN2とは、各列において1インチあたり300個以上の密度で1インチ以上の長さで設けられる。すなわち、ノズルNは、列L1およびL2の2列で600個以上設けられる。
また、図5に示されるように、流路基板32の面F1には、2つの流路326が形成される。2つの流路326のうち一方は、流路RA1と、列L1に属するノズルN1に一対一に対応する流路322と、を連結する流路であり、2つの流路326のうち他方は、流路RA2と、列L2に属するノズルN2に一対一に対応する流路322と、を連結する流路である。
流路基板32および圧力室基板34は、例えば、半導体製造技術を利用してシリコン(Si)の単結晶基板を加工することで製造される。なお、流路基板32および圧力室基板34の製造には公知の材料や製法が任意に採用され得る。
圧力室Cは、例えば、X方向を長手方向としてY方向を短手方向とする空間である。1個のプリントヘッド50には、2m個のノズルNに一対一に対応するように、2m個の圧力室Cが設けられる。図5に示されるように、ノズルN1に対応して設けられた圧力室Cは、流路322および流路326を介して流路RA1に連通するとともに、流路324を介してノズルN1に連通する。また、ノズルN2に対応して設けられた圧力室Cは、流路322および流路326を介して流路RA2に連通するとともに、流路324を介してノズルN2に連通する。
振動部36は、圧電素子37の変形に連動して振動する。振動部36が振動すると、圧力室C内の圧力が変動する。そして、圧力室C内の圧力が増減することで、圧力室Cに充填されたインクが、流路324およびノズルNを経由して吐出される。本実施形態では、例えば駆動信号により、1秒間に30000回以上、ノズルNからインクが吐出されるように、圧電素子37が駆動される。
なお、インクを吐出させるための物理的な機構である吐出部は、圧力室C、流路322、ノズルN、振動部36および圧電素子37によって構成される。
ヘッドドライバーDRは、印刷データSIに基づいて各圧電素子37の一端に、駆動信号を供給するか否かを切り替える。
ここで、印刷データSIとは、ノズルNから吐出されるインクによって媒体Pに形成させるドットの大きさを規定するデータである。本実施形態においてドットの大きさを、大、中、小、なしの4種類(階調)で規定する場合を想定すると、印刷データSIが、各ノズルNについて2ビットで規定されることなる。
なお、本実施形態では、駆動信号は、制御モジュール10において生成されるが、本発明はこのような態様に限定されるものではなく、駆動信号は、ヘッドドライバーDRにおいて生成されてもよい。
また、各圧電素子37の他端は、後述する信号により共通の電位Vbsに保たれる。
筐体部40の面FBには、Y方向に延在する溝状の凹部42が形成される。保護部材38およびヘッドドライバーDRは、凹部42の内側に収容される。保護部材38の領域Eに接合された配線部材64は、凹部42の内側を通過するようにY方向に延在する。
流路RB1および流路RB2は、圧力室Cに供給されるインクを貯留するリザーバーQとして機能する。
また、図5に示されるように、保護部材38およびヘッドドライバーDRは、流路RB11と流路RB21との間の空間に設けられる。
同様に、液体容器16から導入口432に供給されたインクは、流路RB22および流路RB21を経由して流路RA2に流入する。そして、流路RA2に流入したインクの一部は、流路326および流路322を経由して、ノズルN2に対応する圧力室Cに供給される。ノズルN2に対応する圧力室Cに充填されたインクは、例えば、流路324をZ方向の正側に流動し、圧電素子37の変位によってノズルN2から吐出される。
また、流路基板32の面F1には、2つの吸振体54が設けられ、流路RA1またはRA2と、流路326と流路322とを閉塞する。吸振体54は、リザーバーQ内のインクの圧力変動を吸収する可撓性のフィルムであり、リザーバーQの壁面を構成する。
また、本実施形態では、各列のノズルNから吐出されるインクを異なる種類(色)としているが、同じ種類であってもよい。
この図に示されるように、インクジェットプリンター1は、制御モジュール10とヘッドモジュール5とがFFC190を介して接続された構成となっている。
第2に、制御部110は、搬送機構70および移動機構80の制御に同期して、ノズルNから吐出させるインクの量を規定する印刷データSI、印刷周期等を規定する制御信号LATおよびCHを、ブロックB1、B2、B3、B4毎にFFC190を介して供給する。
第3に、制御部110は、搬送機構70および移動機構80の制御に同期して、駆動信号Com1を規定するデータD1、駆動信号Com2を規定するデータD2、駆動信号Com3を規定するデータD3、および、駆動信号Com4を規定するデータD4をそれぞれ出力する。
同様に、駆動回路120bは、データD2に基づき駆動信号Com2を生成し、駆動回路120cは、データD3に基づき駆動信号Com3を生成し、駆動回路120dは、データD4に基づき駆動信号Com4を生成する。
なお、駆動信号Com1〜Com4を区別しない場合には、括弧を付して駆動信号(Com)と表記する場合がある。
なお、信号Vbs1〜Vbs4を区別しない場合には、括弧を付して信号(Vbs)と表記する場合がある。
なお、電流の流れる方向でいえば、信号Vbs1〜Vbs4は、ヘッドモジュール5から定電圧生成回路130に向かう方向となるが、便宜的に信号Vbs1〜Vbs4がヘッドモジュール5に供給される、と表現する場合がある。
また、FFC190において、駆動信号Com1〜Com4および信号Vbs1〜Vbs4を供給する配線については、後述するように、制御モジュール10側からみれば、
Com1−Vbs1−Vbs2−Com2−Com3−Vbs3−Vbs4−Com4
という順序で配列している。
なお、ブロックB1〜B4の各々については同一なので、以下においては便宜的に1個のブロックB1について代表して説明することにする。
選択制御部510は、選択部520の各々における選択をそれぞれ制御する。詳細には、選択制御部510は、制御部110から供給される印刷データSIを、m個のノズルNの各々に対応して一旦蓄積するとともに、各選択部520に対し、印刷データSIにしたがって、駆動信号Com1を選択(オン)するか、非選択(オフ)かを制御信号LAT、CHで規定される期間にわたって指示する。
なお、ブロックB1に対応するm個の圧電素子37の他端は共通接続されて、信号Vbs1が供給される。
この図に示されるように、制御信号LAT、CHによって印刷期間Taおよび制御期間T1、T2、T3、T4が規定される。
ここで、印刷期間Taとは、制御信号LATが出力されてから次の制御信号LATが出力されるまでの期間をいい、1つのノズルNから吐出されるインクによって、4階調のいずれかを表現するために必要な単位期間をいう。制御期間T1は、制御信号LATが出力されてから1番目の制御信号CHが出力されるまでの期間であり、制御期間T2は、1番目の信号CHが出力されてから2番目の制御信号CHが出力されるまでの期間であり、制御期間T3は、2番目の制御信号CHが出力されてから3番目の制御信号CHが出力されるまでの期間であり、制御期間T4は、3番目の制御信号LATが出力されてから次の制御信号LATが供給されるまでの期間である。
本実施形態において台形波形Adp1は、仮に圧電素子37の一端に供給されたとしたならば、該圧電素子37に対応するノズルNから大量のインクを吐出させる波形である。台形波形Adp2は、仮に圧電素子37の一端に供給されたとしたならば、該圧電素子37に対応するノズルNから中量のインクを吐出させる波形である。台形波形Adp3は、仮に圧電素子37の一端に供給されたとしたならば、該圧電素子37に対応するノズルNから小量のインクを吐出させる波形である。台形波形Bdpは、ノズルN付近のインクを微振動させてインクの粘度の増大を防止するための波形である。このため、仮に台形波形Bdpが圧電素子37の一端に供給されたとしても、該圧電素子37に対応するノズルNからインクが吐出されない。
上述したように1つのノズルに対応する印刷データSIは2ビットで4階調のいずれかが規定される。
あるノズルNに対応する印刷データSIが、(1、1)であって、大ドットのサイズを規定する場合、選択制御部510は、該ノズルNに対応する選択部520を、制御期間T1においてオンさせ、制御期間T2、T3およびT4においてオフさせる。このため、該ノズルNに対応する圧電素子37の一端には、制御期間T1において台形波形Adp1が供給されるので、該ノズルNからは大量のインクが吐出されて、結果的に媒体Pに大ドットが形成される。
また、あるノズルNに対応する印刷データSIが、(0、1)であって、中ドットのサイズを規定する場合、選択制御部510は、該ノズルNに対応する選択部520を、制御期間T2においてオンさせ、制御期間T1、T3およびT4においてオフさせる。このため、該ノズルNに対応する圧電素子37の一端には、制御期間T2において台形波形Adp2が供給されるので、該ノズルNからは中量のインクが吐出されて、結果的に媒体Pに中ドットが形成される。
一方、あるノズルNに対応する印刷データSIが、(1、0)であって、小ドットのサイズを規定する場合、選択制御部510は、該ノズルNに対応する選択部520を、制御期間T3においてオンさせ、制御期間T1、T2およびT4においてオフさせる。このため、該ノズルNに対応する圧電素子37の一端には、制御期間T3において台形波形Adp3が供給されるので、該ノズルNからは小量のインクが吐出されて、結果的に媒体Pに小ドットが形成される。
なお、あるノズルNに対応する印刷データSIが、(0、0)であって、ドットなしを規定する場合、選択制御部510は、該ノズルNに対応する選択部520を、制御期間T4においてオンさせ、制御期間T1、T2およびT3においてオフさせる。このため、該ノズルNに対応する圧電素子37の一端には、制御期間T4において台形波形Bdpが供給されるので、圧力室が微振動するのみであり、該ノズルNからはインクが吐出されないでので、結果的に媒体Pにドットが形成されない。
すなわち、ブロックB2(B3、B4)には、列L2(L3、L4)対応するm個のノズルNで形成すべきドットを規定する印刷データSIが供給されるとともに、駆動信号Com2および信号Vbs2(駆動信号Com3および信号Vbs3のペア、駆動信号Com4および信号Vbs4のペア)が供給される。
図9では、列L1に属するノズルN1および圧電素子37の1組を第1吐出部と称し、これらの第1吐出部のm組をまとめて第1吐出部群と称している。吐出部は、上述したように、インクを吐出させるための物理的な機構でみたときには、圧力室C、流路322、ノズルN、振動部36および圧電素子37によって構成されるが、ここでは、電気的な等価回路を説明するために、圧電素子37と、該圧電素子37との対応するノズルNとのみを図示している。
同様に、列L2に属するノズルN2および圧電素子37の1組を第2吐出部と称し、これらの第2吐出部のm組をまとめて第2吐出部群と称し、列L3に属するノズルN3および圧電素子37の1組を第3吐出部と称し、これらの第3吐出部のm組をまとめて第3吐出部群と称する。列L4に属するノズルN4および圧電素子37の1組を第4吐出部と称し、これらの第4吐出部のm組をまとめて第4吐出部群と称する。
なお、FFC190では、駆動信号Com1が第1配線1941を介して供給される。同様に、信号Vbs1が第2配線1942を、駆動信号Com2が第3配線1943を、信号Vbs2が第4配線1944を、駆動信号Com3が第5配線1945を、信号Vbs3が第6配線1946を、駆動信号Com4が第7配線1947を、信号Vbs4が第8配線1948を、それぞれ介して供給される。
したがって、第1吐出部群において、m個の圧電素子37のうち、選択部520のオンによって駆動される圧電素子37の個数が多いほど、第1配線1941に流れる電流量は大きくなる一方、選択部520のオフによって駆動される圧電素子37の個数が少ないほど、第1配線1941に流れる電流量は小さくなる。
なお、信号Vbs1における電流の向きについては、上述したようにヘッドモジュール5からFFC190に向かう方向である。このため、FFC190において、第1配線1941を介して駆動信号Com1がヘッドモジュール5に供給されると、信号Vbs1は、該駆動信号Com1の戻り電流となって第2配線1942を介して制御モジュール10に帰ってくる。したがって、第1配線1941に流れる電流量と、第2配線1942に流れる電流量とはほぼ同一であって、流れる方向が互いに逆向きとなる。
したがって、第2吐出部群においても、m個の圧電素子37のうち、選択部520のオンによって駆動される圧電素子37の個数が多いほど、第3配線1943に流れる電流量は大きくなる一方、選択部520のオフによって駆動される圧電素子37の個数が少ないほど、第3配線1943に流れる電流量は小さくなる。
なお、FFC190において、第3配線1943に流れる電流量と、第4配線1944に流れる電流量とはほぼ同一であって、流れる方向が互いに逆向きとなる。
同様に、第5配線1945に流れる電流量と、第6配線1946に流れる電流量とはほぼ同一であって、流れる方向が互いに逆向きとなり、第7配線1947に流れる電流量と、第8配線1948に流れる電流量とはほぼ同一であって、流れる方向が互いに逆向きとなる。
Com1−Vbs1−Com2−Vbs2−Com3−Vbs3−Com4−Vbs4
という順序で配列している。
H=I/2πr…(1)
すなわち、磁界Hは、電流Iに比例し、導体Hからの距離に反比例する。
ここで説明を簡略化するために、FFCにおける配線間隔を「1」として、ある一の配線が、他の一の配線により受ける磁界の大きさ(影響度)について考察する。
ただし、同じペア同士の駆動信号(Com)と信号(Vbs)とは、上述したように電流がほぼ同一であって、電流の向きが逆となるので、影響度については「0」としている。例えば駆動信号Com1からみた信号Vbs1の影響度については「0」であり、その逆についても「0」である。
また、ある配線の信号からみた、他の配線の信号にうける影響度のうち、分母については、距離が離れるしたがって「1」、「2」、「3」、…、「7」という順で大きくなり、符号については、電流の向きが互いに逆向きであれば、負としている。
例えば、駆動信号Com2が、駆動信号Com4と信号Vbs4とのペアから受ける影響度は、「1/4」と「−1/5」との和である「1/20」となっている。また、例えば、駆動信号Com4が、駆動信号Com1と信号Vbs1とのペアから受ける影響度は、「1/6」と「−1/5」との和である「−1/30」となっている。
なお、図15の下欄は、比較例において、駆動信号Com1〜Com4の各々が、他のペアから受ける影響度の総和を示している。
ここで駆動信号Com1〜Com4の各々について着目している理由(信号Vbs1〜Vbs4の各々について着目していない理由)は、駆動信号Com1〜Com4は、上述したように台形波形であり、その電圧が変化したときに他の配線による磁界の影響(相互インダクタンス)によりオーバーシュートやアンダーシュートなどの波形乱れが発生しやすいのに対し、信号Vbs1〜Vbs4の各々は、そもそも電位Vbsで一定であるので、電圧変化によるオーバーシュート等を考慮しなくてもよいためである。
なお、図12の下欄は、本実施形態において、駆動信号Com1〜Com4の各々が、他のペアから受ける影響度の総和を示している。この下欄に示されるように、駆動信号Com1〜Com4の各々が、他のペアから受ける影響度の総和は、図15に示される比較例に比べて低減されている。
この理由は、例えば図13または図10において、ある駆動信号(Com)が供給される配線からみて、左または右方向に位置する他の2つ以上のペアによる影響度に着目すると、比較例では、図15を参照しても判るように、すべて正または負の一方のみとなり、影響度が絶対値で大きくなる方向にしかならないのに対し、本実施形態では、図12を参照しても判るように、必ず正負で現れて、相殺し合うためである。
また、圧電素子37に過大電圧が印加されると、ポーリング処理の電圧に対して逆の電圧が印加されることになり、圧電素子37の圧電体に応力集中が生じ、圧電体にクラックが生じるなどして、圧電素子37の特性が劣化し、電圧変化に伴う変位が正常でなくなるなどの不具合が発生する可能性がある。
ただし、本実施形態では、オーバーシュート等によって圧電素子37に過大電圧が印加されるという問題が回避されるので、上記のような圧電素子37の不具合が抑えられることができる。
また、ヘッドモジュール5におけるプリントヘッド50の個数については「2」に限られないし、ノズルの列数についてもは「4」に限られない。
Claims (5)
- 第1圧電素子が駆動することにより第1液体を吐出する第1吐出部を含む複数の圧電素子からなる第1吐出部群と、
第2圧電素子が駆動することにより第2液体を吐出する第2吐出部を含む複数の圧電素子からなる第2吐出部群と、
前記第1圧電素子を駆動させるために、前記第1圧電素子の一端に駆動信号を供給するための第1配線と、
前記第1圧電素子の他端の電位を保持するように所定の電位の信号を供給する第2配線と、
前記第2圧電素子を駆動させるために、前記第2圧電素子の一端に駆動信号を供給するための第3配線と、
前記第2圧電素子の他端の電位を保持するように所定の電位の信号を供給する第4配線と、
前記第2配線は、前記第1配線と前記第4配線との間に配され、
前記第4配線は、前記第2配線と前記第3配線との間に配され、
前記第1配線と前記第3配線の間には、前記第2配線および前記第4配線が配されている
ことを特徴とする液体吐出装置。 - 前記第1配線と、前記第2配線と、前記第3配線と、前記第4配線とは、1枚のフレキシブルフラットケーブルで構成される
ことを特徴とする請求項1記載の液体吐出装置。 - 前記第1配線は、前記第1圧電素子に対して駆動信号を供給する配線であって、
前記第1圧電素子に含まれる駆動対象となる圧電素子の数に応じて、前記第1配線を流れる電流量が変化する
ことを特徴とする請求項1または2記載の液体吐出装置。 - 第1吐出部群には300個以上の吐出部が含まれる
ことを特徴とする請求項3記載の液体吐出装置。 - A3以上の媒体に対し、
第1吐出部および第2吐出部は、相対的に移動しながら液体を吐出する
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の液体吐出装置。
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