JP2020108961A - 液体を吐出する装置、染色装置、ヘッド駆動方法 - Google Patents

液体を吐出する装置、染色装置、ヘッド駆動方法 Download PDF

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Abstract

【課題】変動する吐出周期でヘッドを駆動するときでも安定した吐出を行えるようにする。【解決手段】吐出タイミング生成部４０４からの吐出タイミングパルスｓｔｂを基準として、吐出タイミグパルスｓｔｂが入力されたときから時間ｔＤＬＹだけ遅延したタイミングで液体を吐出させる吐出パルス（印字波形）Ｐａをヘッド１に印加し、吐出パルスＰａの波形長分の印加が終了したことをトリガーとして、予め設定している微駆動周期ｔＶＩＢで微駆動パルス（微駆動波形）Ｐｂの印加を開始し、微駆動パルスＰｂの印加は、次の吐出タイミングパルスｓｔｂが与えられるまで繰り返す。【選択図】図５

Description

本発明は液体を吐出する装置、染色装置、ヘッド駆動方法に関する。
液体を吐出するヘッドを備える装置にあっては、所定の吐出タイミングでヘッドから液体を吐出させる必要がある。
従来、例えば、ヘッドを搭載したキャリッジの移動量、液体を付与する媒体の移動量に基づいて吐出タイミングを生成し、吐出タイミングを基準としてヘッドに吐出パルスを印加することが知られている（特許文献１）。また、駆動波形に液体を吐出しない程度に圧力発生素子を駆動する微駆動パルス（非吐出駆動パルス）を含み、液体を吐出しないノズルに対して微駆動パルスを与えることが知られている（特許文献２）。
また、給糸部から糸を供給し、移動する糸に対して液体を吐出して着色し、所要の処理処置を通過させて刺繍ヘッドまで糸を這い回し、糸を所要の色に着色しながら刺繍を施す刺繍機などの装置が知られている（特許文献３）。
特開２０１３−１３２７５２号公報 特許第４８１５３６３号公報 特表２０１８−５２６５４０号公報
ところで、糸などの線状部材を移動させながら、線状部材にヘッドから液体を吐出するとき、液体の吐出周期は線状部材の線速に比例するが、線状部材の線速は一定ではなく、線状部材を消費する側の消費量等に応じて異なる。また、ハンディプリンタのようにユーザが液体を吐出する装置を手動で移動させるときも、ユーザが装置を動かす速度は一定でなく、液体を付与する記録媒体の装置に対する相対移動速度は一定でない。
このように、被付与部材の移動速度が一定でない場合、吐出周期は一定ではなくなり、吐出周期が長くなると、ノズル内での液体増粘によって吐出不良が発生し易くなるという課題がある。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、変動する吐出周期でヘッドを駆動するときでも安定した吐出を行えるようにすることを目的とする。
上記の課題を解決するため、本発明に係る液体を吐出する装置は、
液体を吐出するノズルを有するヘッドと、
前記液体を付与する被付与部材の移動に応じて生成される吐出タイミングを基づいて、前記ヘッドに対して駆動波形を印加する駆動波形印加手段と、を備え、
前記駆動波形印加手段は、前記液体を吐出させる吐出パルスを印加した後、次の吐出タイミングになるまでの間に微駆動パルスを印加する
構成とした。
本発明によれば、変動する吐出周期でヘッドを駆動するときでも安定した吐出を行えるようにする。
本発明に係る液体を吐出する装置の一例の概略説明図である。 同装置の液体付与部の説明図である。 同液体付与部のヘッド列を下方から見た説明図である。 本発明の第１実施形態の説明に供するブロック説明図である。 同実施形態の吐出タイミングパルスと駆動波形の説明図である。 ヘッドのノズル面に対するデキャップ時間と微駆動周波数に応じた吐出安定性の関係の一例の説明に供する説明図である。 本発明に係る染色装置の一例の概略説明図である。
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。まず、本発明に係る液体を吐出する装置の一例について図１ないし図３を参照して説明する。図１は同装置の概略説明図、図２は同装置の液体付与部の説明図、図３は同液体付与部のヘッド列を下方から見た説明図である。
液体を吐出する装置１００は、インライン型刺繍装置であり、液体を付与する被付与部材である糸１０１が巻回された供給リール１０２と、液体付与部１０３と、定着部１０４と、後処理部１０５と、刺繍ヘッド１０６とを備えている。
供給リール１０２から引き出された糸１０１は、ローラ１０８、１０９で案内され、刺繍手段としての刺繍ヘッド１０６まで連続して這い回されている。
液体付与部１０３は、供給リール１０２から引き出されて搬送される糸１０１に所要の色の液体を吐出して付与する複数のヘッド１（１ａ〜１ｄ）と、各ヘッド１のメンテナンスを行う複数の個別維持ユニット２０（２０ａ〜２０ｄ）などで構成されるメンテナンスユニット２とを備えている。ヘッド１ａ〜１ｄは、例えば、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の色の液体を吐出する。
ここで、ヘッド１は、図３に示すように、液体を吐出する複数のノズル１１を配列したノズル列１０が形成されたノズル面１２を有する。各ヘッド１は、ノズル列（ノズル１１の配列）の方向が糸１０１の搬送方向になるように配置される。
定着部１０４は、液体付与部１０３から吐出された液体が付与された糸１０１に対する定着処理（乾燥処理）を行う。定着部１０４は、例えば赤外線照射手段、温風吹き付け手段などの加熱手段を備え、糸１０１を加熱して乾燥する。
後処理部１０５は、例えば、糸１０１を清掃する清掃手段、糸１０１の張力を調整する張力調整手段、糸１０１の移動量を検出する送り量検出手段、糸１０１の表面に潤滑剤を付与する潤滑剤付与手段などを含む。
刺繍ヘッド１０６は、糸１０１によって例えば布上にパターンを刺繍する。
なお、本実施形態では、液体を吐出する装置が刺繍装置である例で説明しているが、これに限るものではなく、本発明は、糸などの線状部材を使用する装置、例えば織機、ミシン等の装置、その他、一般的なシート材に画像を印刷する装置にも適用することができる。また、刺繍装置等の後工程がある装置だけでなく、後述するように、本発明は、糸などに染色して巻き取る染色装置などにも適用できる。また、線状部材以外の被付与部材に液体を吐出する装置にも適用できる。
また、「糸」とは、ガラス繊維糸、ウール糸、綿糸、合成糸、金属糸、ウール、綿、ポリマー、または金属の混合糸、ヤーン、フィラメント、あるいは液体を付与可能な線状部材（連続基材）であり、組紐、平紐なども含む。
次に、本発明の第１実施形態について図４を参照して説明する。図４は同実施形態における駆動波形印加手段に関わる部分の説明に供するブロック説明図である。
ヘッド１は、複数のノズル１１から液体を吐出させる圧力を発生する圧力発生素子としての複数の圧電素子１３を有している。
そして、ヘッド１に対して駆動波形を印加する駆動波形印加手段は、ヘッド制御部４０１、駆動波形生成部４０２、波形データ格納部４０３、ヘッドドライバ４１０と、吐出タイミングを生成するための吐出タイミング生成部４０４を備えている。
ヘッド制御部４０１は、吐出タイミングパルスｓｔｂを受信すると、駆動波形の生成のトリガーとなる吐出同期信号ＬＩＮＥを駆動波形生成部４０２へ出力する。また、ヘッド制御部４０１は、吐出同期信号ＬＩＮＥからの遅延量に当たる吐出タイミング信号ＣＨＡＮＧＥを駆動波形生成部４０２へ出力する。
駆動波形生成部４０２は、吐出同期信号ＬＩＮＥと、吐出タイミング信号ＣＨＡＮＧＥに基づいたタイミングで共通駆動波形Ｖｃｏｍを生成する。
ヘッド制御部４０１は、画像データを受け取り、この画像データをもとに、ヘッド１の各ノズル１１から吐出させる液体の大きさに応じて共通駆動波形信号Ｖｃｏｍの所定波形を選択するためのマスク制御信号ＭＮを生成する。マスク制御信号ＭＮは吐出タイミング信号ＣＨＡＮＧＥに同期したタイミングの信号である。
そして、ヘッド制御部４０１は、画像データＳＤと、同期クロック信号ＳＣＫと、画像データのラッチを命令するラッチ信号ＬＴと、生成したマスク制御信号ＭＮとを、ヘッドドライバ４１０に転送する。
ヘッドドライバ４１０は、シフトレジスタ４１１、ラッチ回路４１２、階調デコーダ４１３、レベルシフタ４１４、及びアナログスイッチアレイ４１５を備える。
シフトレジスタ４１１は、ヘッド制御部４０１から転送される画像データＳＤ及び同期クロック信号ＳＣＫを入力する。ラッチ回路４１２は、シフトレジスタ４１１の各レジスト値を、ヘッド制御部４０１から転送されるラッチ信号ＬＴによってラッチする。
階調デコーダ４１３は、ラッチ回路４１２でラッチした値（画像データＳＤ）とマスク制御信号ＭＮとをデコードして結果を出力する。レベルシフタ４１４は、階調デコーダ４１３のロジックレベル電圧信号をアナログスイッチアレイ４１５のアナログスイッチＡＳが動作可能なレベルへとレベル変換する。
アナログスイッチアレイ４１５のアナログスイッチＡＳは、レベルシフタ４１４を介して与えられる階調デコーダ４１３の出力でオン／オフするスイッチである。このアナログスイッチＡＳは、ヘッド１が備えるノズル１１毎に設けられ、各ノズル１１に対応する圧電素子１３の個別電極に接続されている。また、アナログスイッチＡＳには、駆動波形生成部４０２からの共通駆動波形信号Ｖｃｏｍが入力されている。また、上述したようにマスク制御信号ＭＮのタイミングが共通駆動波形Ｖｃｏｍのタイミングと同期している。
したがって、レベルシフタ４１４を介して与えられる階調デコーダ４１３の出力に応じて適切なタイミングでアナログスイッチＡＳのオン／オフが切り替えられることにより、共通駆動波形信号Ｖｃｏｍを構成する駆動波形の中から各ノズル１１に対応する圧電素子１３に印加される波形が選択される。その結果、ノズルから吐出される液滴の大きさが制御される。
吐出タイミング生成部４０４は、図１のローラ１０９の回転量を検出するロータリエンコーダ４０５の検出結果から、糸１０１が所定量移動される毎に吐出タイミングパルスｓｔｂを生成して出力する。ロータリエンコーダ４０５は、ローラ１０９と共に回転するエンコーダホイール４０５ａと、エンコーダホイール４０５ａのスリットを読取るエンコーダセンサ４０５ｂで構成している。
ここで、糸１０１は、下流側の刺繍ヘッド１０６による刺繍動作で消費されることによって搬送（移動）される。糸１０１が搬送されることで、糸１０１を案内しているローラ１０９が回転してロータリエンコーダ４０５のエンコーダホイール４０５ａが回転し、エンコーダセンサ４０５ｂから糸１０１の線速に比例したエンコーダパルスが生成出力され
このロータリエンコーダ４０５からのエンコーダパルスにより吐出タイミング生成部４０４で吐出タイミングパルスｓｔｂを生成して、ヘッド１の吐出タイミングとして使用する。糸１０１への液体の付与は糸１０１の動き始めから実施し、糸１０１の線速が変化してもエンコーダパルスに応じて吐出タイミングパルスｓｔｂの間隔が変わることで、液滴の着弾位置ずれを防ぐことができる。
次に、本実施形態の駆動波形について図５を参照して説明する。図５は同説明に供する吐出タイミングパルスと駆動波形の説明図である。
図５（ａ）に示す吐出タイミング生成部４０４からの吐出タイミングパルスｓｔｂを基準として、図５（ｂ）に示すように、吐出タイミグパルスｓｔｂが入力されたときから時間ｔＤＬＹだけ遅延したタイミングで液体を吐出させる吐出パルス（印字波形）Ｐａをヘッド１に印加する。
そして、吐出パルスＰａの波形長分の印加が終了したことをトリガーとして、微駆動周期（時間間隔）ｔＶＩＢ経過後から微駆動パルス（微駆動波形）Ｐｂの印加を開始する。微駆駆動パルスＰａは液体を吐出しない程度にノズル１１のメニスカスを振動させる駆動パルスである。
この微駆動パルスＰｂを印加する微駆動動作は、エンコーダパルスと同期している次の吐出タイミングパルスｓｔｂが生成されるか、駆動波形Ｖｃｏｍがスルーダウンされるまで、予め設定している微駆動周期（時間間隔）ｔＶＩＢで繰り返す。
吐出タイミングパルスｓｔｂが生成されたとき、微駆動パルスＰｂが印加されておらず、駆動波形Ｖｃｏｍが中間電位であれば、微駆動動作を停止し、吐出タイミングパルスｓｔｂから遅延時間ｔＤＬＹが経過した後に、吐出パルスＰａを印加し、再度、微駆動パルスＰｂを印加する微駆動動作を開始する。
また、吐出タイミングパルスｓｔｂが生成されたとき、微駆動パルスＰｂを印加中であれば、微駆動パルスＰｂの印加が終了し駆動波形Ｖｃｏｍが中間電位となった後、微駆動動作を終了し、この場合も吐出タイミングパルスｓｔｂから遅延時間ｔＤＬＹが経過した後に吐出パルスｐａを印加する。これは微駆動パルスＰｂの印加途中で印加波形を変えると、急激に駆動波形Ｖｃｏｍが変化し、異常吐出などの原因となるためである。
このように、前記液体を吐出させる吐出パルスを印加した後、次の吐出タイミングになるまでの間に微駆動パルスを印加する。これにより、線状部材の線速が不定で、変動する吐出周期でヘッドを駆動するときでも、ノズルの状態を良好に維持することができ、安定した吐出を行うことができる。
つまり、例えば、上記のようなインライン型刺繍装置においては、ヘッドからの液体の吐出周期は刺繍装置の糸の線速に比例しているが、刺繍装置の糸の線速は常に一定ではない。
また、刺繍ヘッド１０６の動作に基づいて被付与部材である糸１０１は移動する。そのため、刺繍装置の動作次第で糸の線速の差も大きい。例えば、刺繍装置の動作として、刺繍ヘッドが「刺繍位置を移動する動作」における糸の線速は、刺繍ヘッドが布に糸を縫い付ける「刺繍動作」における糸の線速の約５〜１０倍となる。
これにより、液体の吐出周期は一定ではなく、また、吐出周期が長い期間ではノズル近傍での液体の増粘により吐出不良が生じやすくなる。しかも、吐出不良を改善させるために実施する維持動作（空吐出、フラッシングなど）は、糸の搬送を停止してから行う必要があり、高頻度で維持動作を行うと、生産性が低下することになる。
そこで、微駆動パルスを与えて微駆動を行うことにより、ノズル内での増粘を抑制することができる。
ここで、吐出タイミングパルスｓｔｂから吐出パルスＰａを印加するまでの遅延時間ｔＤＬＹは、微駆動パルスＰｂの波形長以上とすることが好ましい。これにより、微駆動パルスＰｂの印加時に吐出パルスＰａの印加タイミングが生じることを防止できる。
また、遅延時間ｔＤＬＹは、微駆動パルスＰｂによる残留振動により、吐出速度が影響を受けない時間以上に設定することが好ましい。これにより、安定した吐出速度で吐出できる。
なお、遅延時間ｔＤＬＹは可変値とすることもできる。
また、上記実施形態では、微駆動パルス（微駆動波形）は駆動波形内の微駆動波形を使用しているが、微駆動専用の波形を生成して使用することもできる。
また、微駆動動作は全ヘッドのすべてのノズルを対象とするので、微駆動動作では上記実施形態におけるマスク制御信号ＭＮによるマスク制御を行わず、次の吐出タイミングまでマスクをＯＦＦにする制御を行うこともできる。
でもよい。
次に、ヘッドのノズル面に対するデキャップ時間と微駆動周波数に応じた吐出安定性の関係の一例について図６を参照して説明する。
図６の駆動周波数の欄内の数値は、それぞれ、「３」：正常吐出、「２」：１０ｃｈ／列以上のノズルで吐出異常（着弾位置ずれなど）、「１」：１０ｃｈ／列以上のノズルで吐出抜けを表している。
液体吐出ヘッドを使用する場合、乾燥によるノズル近傍の液体の増粘を防ぐため、ヘッドの非駆動時にはノズル面を維持機構のキャップによってキャッピングし、駆動時にはノズル面からキャップをデキャップする。印字時（吐出動作を行っているとき）はノズル面がデキャップされるため、液体を吐出しないノズルでは微駆動動作にて増粘を防ぎ、吐出安定性を向上させる。
ここで、一般的には印刷時の微駆動周期は吐出タイミング信号ｓｔｂと同期する。これに対し、上記のインライン型刺繍装置における糸に対する液体吐出（捺染）は、糸の動き始めから開始するため駆動周波数のばらつきが大きく（０〜数ｋＨｚ）なる。また、印刷時に多い駆動周波数の帯域も、数百Ｈｚと周波数は低い。図６の結果より、周囲温度が２５度のとき、１ｋＨｚの微駆動周期では２分で吐出抜けが発生するが、１０ｋＨｚの微駆動周期では６分以上正常吐出となる。
そこで、仮に対策として、エンコーダの解像度を上げ、駆動周波数を上げるとすると、対策としてはシンプルで、解像度に比例して駆動周波数が高くなることから、駆動周波数の低周波帯では吐出安定性が改善する。ただし、高周波帯でも解像度に比例して駆動周波数が高くなることから、ヘッドとヘッドドライバ駆動回路の発熱量の増加や、高周波微駆動動作での残留振動による吐出速度の変化など、副作用が生じる。
次に、本発明に係る染色装置の一例について図７を参照して説明する。図７は同染色装置の概略説明図である。
この染色装置１０００は、前記液体を吐出する装置１００における刺繍ヘッド１０６を、染色後の糸１０１を巻き取る巻取りリール１０７したものである。
この染色装置１０００は、供給リール１０２から糸１０１を供給して、液体付与部１０３から所要の色の液体を吐出付与して、糸１０１を目的色に染色して、染色した糸１０１を巻取りリール１０７に巻き取る。
なお、本発明に係る液体を吐出する装置は刺繍装置或いは染色装置に限定されるものではない。前述したようにユーザが手動で被付与部材である記録媒体に対して装置を移動させる小型プリンタ（ハンディプリンタ）などの液体を吐出する装置においても、ユーザが装置を動かす速度が一定でない。
そこで、例えば、特開２０１６−０００４８６号公報や特開２０１６−００７７７５号公報に開示されている構成で小型プリンタの位置をセンサ等で検出して、小型プリンタの位置に基づいて液体を吐出する液体を吐出する装置にも本発明を適用することができる。
１、１ａ〜１ｄ ヘッド
２ メンテナンスユニット
１００ 液体を吐出する装置
１０１ 糸
１０３ 液体付与部
４００ ヘッド制御部
４０１ 駆動波形生成部
４０２ 波形データ格納部
４０４ 吐出タイミング生成部
４０５ ロータリエンコーダ
４１０ ヘッドドライバ
１０００ 染色装置

Claims (6)

  1. 液体を吐出するノズルを有するヘッドと、
    前記液体を付与する被付与部材の移動に応じて生成される吐出タイミングを基づいて、前記ヘッドに対して駆動波形を印加する駆動波形印加手段と、を備え、
    前記駆動波形印加手段は、前記液体を吐出させる吐出パルスを印加した後、次の吐出タイミングになるまでの間に微駆動パルスを印加する
    ことを特徴とする液体を吐出する装置。
  2. 前記被付与部材の移動量が所定量になる毎に前記吐出タイミングが生成される
    ことを特徴とする請求項１に記載の液体を吐出する装置。
  3. 前記次の吐出タイミングになるまでの間、前記微駆動パルスを所定の時間間隔で印加し続ける
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の液体を吐出する装置。
  4. 前記被付与部材は刺繍手段に供給され、
    前記刺繍手段の動作に基づいて前記被付与部材が移動される
    ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の液体を吐出する装置。
  5. 液体を吐出するノズルを有するヘッドと、
    前記液体を付与する被付与部材の移動に応じて生成される吐出タイミングを基づいて、前記ヘッドに対して駆動波形を印加する駆動波形印加手段と、を備え、
    前記駆動波形印加手段は、前記液体を吐出させる吐出パルスを印加した後、次の吐出タイミングになるまでの間に微駆動パルスを印加する
    ことを特徴とする染色装置。
  6. 液体を吐出するノズルを有するヘッドに対して、前記液体を付与する被付与部材の移動に応じて生成される吐出タイミングに基づいて、駆動波形を印加するヘッド駆動方法であって、
    前記液体を吐出させる吐出パルスを印加した後、次の吐出タイミングになるまでの間に微駆動パルスを印加する
    ことを特徴とするヘッド駆動方法。
JP2019233035A 2018-12-28 2019-12-24 液体を吐出する装置、染色装置、ヘッド駆動方法 Pending JP2020108961A (ja)

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