JP2020093497A - インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本実施形態に係るインクジェットヘッドを含むインクジェット記録装置1の構成の一例を示す模式図である。
インクジェット記録装置1は、インクなどの液体状の記録材を用いて画像形成媒体Sなどに画像を形成する。インクジェット記録装置1は、一例として、複数の液体吐出部2と、液体吐出部2を移動可能に支持するヘッド支持機構3と、画像形成媒体Sを移動可能に支持する媒体支持機構4と、を備える。画像形成媒体Sは、例えば、シート状の紙などである。
駆動回路103は、印加部の一例である。
図4は、インクジェットヘッド10に適用可能なヘッド基板102の平面図である。図4ではノズルプレート109の図中左下を部分的に不図示としヘッド基板102の内部構造を図示している。図5は図4に示すヘッド基板102のA−A線断面図である。図6は、図4に示すヘッド基板102の斜視図である。
図7は、配線電極119a〜配線電極119gを介して、電極120a〜電極120gにグランド電圧を印加した状態のヘッド基板102を示している。図7は、電極120a〜電極120gが同電位であるため、アクチュエーター118a〜アクチュエーター118hには電界がかからない。このため、アクチュエーター118a〜アクチュエーター118hは変形しない。
図9は、電極120dをグラウンド電圧とし、空気室116a、空気室116c、空気室116e及び空気室116gの電極120a、電極120c、電極120e及び電極120gに電圧V1を印加した状態のヘッド基板102を示している。図9に示す状態では、電極120dと、電極120dの両隣の電極120c及び電極120eとの間には、図8とは逆の電位差(逆の電界)が生じる。これらの電位差により、アクチュエーター118d及びアクチュエーター118eは、図8に示す形とは逆向きのせん断変形をする。なお、図9は、電極120b及び電極120fにも電圧V1を印加した状態を示している。これにより、アクチュエーター118b、アクチュエーター118c、アクチュエーター118f及びアクチュエーター118gは変形しない。アクチュエーター118b、アクチュエーター118c、アクチュエーター118f及びアクチュエーター118gが変形しなければ、圧力室115b及び圧力室115fは、収縮しない。
アクチュエーター118dにおいて、電極120dは、第1の電極の一例である。また、アクチュエーター118dにおいて、電極120cは、第2の電極の一例である。アクチュエーター118eにおいて、電極120dは、第1の電極の一例である。また、アクチュエーター118eにおいて、電極120eは、第2の電極の一例である。なお、他のアクチュエーター118についても同様に第1の電極及び第2の電極を備える。
なお、第1電圧源40は、第1の電圧源の一例である。また、第2電圧源41は、第2の電圧源の一例である。
駆動回路103は、まず、振動パルスの印加を開始する。振動パルスは、一例として、電圧が0、−V1、0の順で変化するsp幅の台形波である。なお、幅とは、パルスの印加開始から印加終了までの時間を示す。したがって、sp幅とは、パルスの印加開始から印加終了までの時間がspであることを示す。振動パルスの印加開始に伴い、電極120dの電圧は、0から−V1に変化する。そして、電極120dの電圧は、振動パルスの印加終了まで−V1に保持される。電極120dの電圧が0から−V1に立ち下がるまでの時間と、電極120dの電圧が−V1に保持される時間との合計は、時間spである。
振動パルスの印加開始により、圧力室115dの容積は収縮し、圧力室115d内の液体が加圧される。なお、振動パルスによる印加開始の加圧は、ノズル101から液滴が吐出しない程度の加圧とする。
振動パルスの印加終了及び1番目の吐出パルスの印加開始により、圧力室115dの容積が拡張され、圧力室115d内の液体は減圧される。
吐出パルスの印加終了により、圧力室115dの容積は収縮し、圧力室115d内の液体が加圧される。これにより、圧力室115d内の液体がノズル101から液滴として吐出される。
1番目の吐出パルスは、ノズル101から液体を吐出させる第1の吐出パルスの一例である。
2〜6番目の吐出パルスは、第1の吐出パルスより後に印可される、ノズル101から液体を吐出させる第2の吐出パルスの例である。
まず、2つの液滴を連続吐出させる駆動波形51−2について考える。振動パルスと1番目の吐出パルスにより発生した圧力室115内の圧力振動は、ノズル101から1滴目の液滴が吐出されることによって減衰する。また、当該圧力振動は、圧力室115内の粘性抵抗によって減衰する。ここで、1番目の吐出パルスの中心から2番目の吐出パルスの中心までの時間が時間2ULとなるタイミングで、最後の吐出パルスである2番目の吐出パルスを印加する。これにより、前述の要因などによって減衰した圧力振動に対して、圧力振動の減衰分を補うことができる。これにより、2滴目の液滴を吐出するための吐出力が得られる。圧力振動の減衰分と2番目の吐出パルスによる圧力振動の付加が同程度であれば、1滴目の液滴と2滴目の液滴の吐出速度はほぼ同じとなる。すなわち、2番目の吐出パルスは、2滴目の液滴吐出に必要な圧力振動を維持する役割を果たす。
上記の実施形態を実施するための一形態を実施例により説明する。実施例は、上記の実施形態の範囲を限定するものではない。
数値解析1では、実施例のインクジェットヘッド10が駆動波形51−5によって液滴を吐出した場合のシミュレーションを行った。このときの波形パラメーターは、UL=AL、sp=0.8AL、dpA=AL、cp=AL、電圧V1=15Vとした。また、表1に示す通り、dpBを0.6AL〜1.0ALまで0.1AL刻みで変化させてシミュレーションを行い、それぞれのdpBの場合の1〜5ドロップ目の液滴の速度を求めた。この結果を表1に示す。なお、途中で複数の液滴が合体した場合は、合体した複数の液滴の先頭の液滴の速度欄に合体後の液滴の速度を記載した。また、合体した複数の液滴の先頭以外の液滴の速度欄には「←」と記載した。さらに、最後の液滴と先頭の液滴との速度比も示す。ただし、1〜5ドロップ目の全ての液滴が合体している場合には速度比に代えて「合体」と記載した。
数値解析2では、spの値を0.9ALとした以外は数値解析1と同様にシミュレーションを行った。この結果を表2に示す。なお、dpAの終端で電圧をV1からV0に立ち下げる際に生じる圧力振動とspの始端の電圧V0から−V1に立ち下げる際に生じる圧力振動を同位相とするにはsp+0.2μs=ALとすれば良い。このため、spの値を0.9ALとした。
したがって、第1実施形態のインクジェットヘッド10は、複数の液滴を連続吐出させるのにかかる時間が従来よりも短い。すなわち、第1実施形態のインクジェットヘッド10は、駆動周波数が従来よりも向上する。
したがって、第1実施形態のインクジェットヘッド10は、従来よりも電圧V1をかなり低くすることができる。すなわち、第1実施形態のインクジェットヘッド10は、従来よりも消費電力が少ない。
これは、駆動波形51は、液滴吐出の前の振動パルスにより発生した圧力振動又は、液滴を吐出した際に発生した圧力振動に合わせて、圧力振動を強めるように次の吐出パルスが印加されるためである。これにより、液滴吐出に不足する分の吐出力を補っている。一方、図12の駆動波形50は、主液滴を1つ吐出するたびcp幅の台形波により圧力振動を打ち消しており、AL幅の台形波のみにより液滴吐出に足る吐出力を確保する必要があり、その結果、駆動波形50の電圧V1は表2に示す電圧値と比べかなり大きな値になっている。
第2実施形態に係るインクジェット記録装置1の構成は、第1実施形態の図1〜図6と同様である。したがって、当該部分についての説明を省略する。
第3電圧源42は、第3の電圧源の一例である。駆動回路103bは、印加部の一例である。
図13では、圧力室115dの容積が拡張している。
図13は、電極124c及び電極123eに印加する電圧を電圧−V1、その他の電極120、電極123及び電極124に印加する電圧をグラウンド電圧とした状態のヘッド基板102を示している。
図14では、圧力室115dの容積が収縮している。図14では、アクチュエーター118d及びアクチュエーター118eが図13に示す状態とは逆の形状に変形している。
図14は、電極124c及び電極123eに印加する電圧を電圧V1、その他の電極120、電極123及び電極124に印加する電圧をグラウンド電圧とした状態のヘッド基板102を示している。図14に示す状態において、電極120dとその両隣の電極124c及び電極123eとの間には、図13とは正負逆の電位差が生じる。これらの電位差により、アクチュエーター118d及びアクチュエーター118eは、図13に示す形とは逆向きのせん断変形をする。
また、第2実施形態のインクジェットヘッド10は、前述のように駆動波形の印加開始を第1実施形態に比べて前倒しする事が出来る。したがって、第2実施形態のインクジェットヘッド10は、液滴を7つ連続吐出させた場合でも液滴が合体しやすい波形パラメーターを選ぶことができ、連続吐出した7つの液滴の着弾位置ずれを小さくすることができる。
実施形態のインクジェット記録装置1は、画像形成媒体Sに、インクによる二次元の画像を形成するインクジェットプリンターである。しかしながら、実施形態のインクジェット記録装置は、これに限られるものではない。実施形態のインクジェット記録装置は、例えば、3Dプリンター、産業用の製造機械、又は医療用機械などであっても良い。実施形態のインクジェット記録装置が3Dプリンター、産業用の製造機械、又は医療用機械などである場合には、実施形態のインクジェット記録装置は、例えば、素材となる物質又は素材を固めるためのバインダーなどをインクジェットヘッドから吐出させることで、立体物を形成する。
また、液体吐出部2は、透明光沢インク、赤外線又は紫外線等を照射したときに発色するインク、又はその他の特殊インクなども吐出可能である。さらに、液体吐出部2は、インク以外の液体を吐出することができるものであっても良い。なお、液体吐出部2が吐出する液体は、懸濁液などの分散液であっても良い。液体吐出部2が吐出するインク以外の液体としては例えば、プリント配線基板の配線パターンを形成するための導電性粒子を含む液体、人工的に組織又は臓器などを形成するための細胞などを含む液体、接着剤などのバインダー、ワックス、又は液体状の樹脂などが挙げられる。
Claims (5)
- 液体を収容する圧力室と、
印加される駆動信号に応じて前記圧力室の容積を変化させるアクチュエーターと、
前記駆動信号を前記アクチュエーターに印加する印加部と、を備え、
前記駆動信号は、
前記圧力室に連通したノズルから液体を吐出させる第1の吐出パルスと、
前記第1の吐出パルスより後に印可され、前記圧力室に連通したノズルから液体を吐出させる第2の吐出パルスと、
前記第1の吐出パルスの前に印加され、前記第1の吐出パルス及び前記第2の吐出パルスとは正負逆の電位を持ち、液体の吐出を助長する圧力振動を液体に発生させる振動パルスと、を含み
前記第1の吐出パルス及び前記第2の吐出パルスの周期が前記圧力室内の液体の主音響共振周波数における半周期の1.5倍以上2.5倍以下であり、
前記第1の吐出パルスのパルス幅は、前記第2の吐出パルスのパルス幅より前記主音響共振周波数における半周期に近い、インクジェットヘッド。 - 前記アクチュエーターは、第1の電極及び第2の電極を備え、
前記印加部は、
前記第1の電極に第2の電圧源を接続し、前記第2の電極に第1の電圧源を接続することで前記アクチュエーターに前記第1の吐出パルス及び前記第2の吐出パルスを印加し、
前記第1の電極に前記第1の電圧源を接続し、前記第2の電極に前記第2の電圧源を接続することで前記アクチュエーターに前記振動パルスを印加する、請求項1に記載のインクジェットヘッド。 - 前記アクチュエーターは、第1の電極及び第2の電極を備え、
前記印加部は、
前記第1の電極をグラウンドと接続し、前記第2の電極に第3の電圧源を接続することで前記アクチュエーターに前記第1の吐出パルス及び前記第2の吐出パルスを印加し、
前記第1の電極をグラウンドと接続し、前記第2の電極に第2の電圧源を接続することで前記アクチュエーターに前記振動パルスを印加する、請求項1に記載のインクジェットヘッド。 - 前記振動パルスは、前記駆動信号に含まれる前記第2の吐出パルスのうちの最後に印可される前記第2の吐出パルスで吐出される液滴の速度が、前記第1の吐出パルスで吐出される液滴の速度以上となるような幅である、請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のインクジェットヘッド。
- インクジェットヘッドと、前記インクジェットヘッドに液体を供給するインク供給装置と、を備え、
前記インクジェットヘッドは、
液体を収容する圧力室と、
印加される駆動信号に応じて前記圧力室の容積を変化させるアクチュエーターと、
前記駆動信号を前記アクチュエーターに印加する印加部と、を備え、
前記駆動信号は、
前記圧力室に連通したノズルから液体を吐出させる第1の吐出パルスと、
前記第1の吐出パルスより後に印可され、前記圧力室に連通したノズルから液体を吐出させる第2の吐出パルスと、
前記第1の吐出パルスの前に印加され、前記第1の吐出パルス及び前記第2の吐出パルスとは正負逆の電位を持ち、液体の吐出を助長する圧力振動を液体に発生させる振動パルスと、を含み
前記第1の吐出パルス及び前記第2の吐出パルスの周期が前記圧力室内の液体の主音響共振周波数における半周期の1.5倍以上2.5倍以下であり、
前記第1の吐出パルスのパルス幅は、前記第2の吐出パルスのパルス幅より前記主音響共振周波数における半周期に近い、インクジェット記録装置。
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