JP3596599B2 - 液滴噴射方法、及び液滴噴射装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術の分野】
本発明は、ノズル開口から微量な液を液滴として吐出する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、捺染装置やマイクロデスペンサ等の液滴噴射手段として、微量の液を比較的高い精度で目的の位置に吐出することができるインクジェット記録ヘッドが応用されている。
【０００３】
一方、吐出の効率の向上を図るためにノズル開口数を増加させることが行われているが、、ノズル開口間で１回の噴射による液の量に最大±１０％程度のばらつきが生じるため、所定の面積に一定量の液を注入する等の特別な用途では、同一領域への噴射回数を複数回にして液量を調整することが必要となり、作業能率が低下するという問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような問題を解消するため、ノズル開口、圧力発生室、及び圧力発生手段などの噴射手段を構成する部品をより高い精度で製造することも考えられるが、コストが急激に上昇するという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは噴射手段の精度に関わりなく、複数のノズル開口から一定量の液滴を吐出することができる液滴噴射方法を提案することである。
また本発明の他の目的は、前記方法を実施するのに適した液滴噴射装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような課題を達成するために本発明においては、所定のピッチで複数配列されたノズル開口のそれぞれに連通する圧力発生室と、前記圧力発生室に外部から被噴射液を供給する共通の液室と、各圧力発生室の圧力を変化させて液の吸引と前記ノズル開口から液滴を吐出させる圧力発生手段とからなる液滴噴射ヘッドを用いて液滴を噴射する方法において、１吐出周期が、駆動エネルギにより噴射された液滴によるメニスカスの運動エネルギを利用できるように同一の駆動エネルギを複数回、印加することができる時間に設定され、
各ノズル開口をそれぞれＩＤデータにより特定して、補正データに基づいて前記圧力発生手段への複数回の駆動エネルギの印加時点を選択して前記各ノズル開口の液滴量を調整しつつ液滴を噴射させるようにした。
【０００６】
【作用】
各ノズル開口をＩＤデータにより特定し、各ノズル開口の吐出液量に応じて複数の同一の駆動エネルギの印加時点を調整して、ノズル開口間での液量のばらつきを高い精度で補正する。
【０００７】
【発明の実施の態様】
そこで以下に本発明の詳細を図示した実施例に基づいて説明する。
図１は、液滴噴射装置の一実施例を示すものであって、後述する液滴噴射手段を搭載したキャリッジ１は、フレーム２の機構室３に収容された図示ない駆動モータにより矢印Ａの方向に往復動可能に構成され、柔軟な液供給チューブ４を介してタンク５の液を噴射手段に供給できるように構成されている。
【０００８】
フレーム２の下方には噴射手段のノズル開口と対向するように被塗布体Ｐを支持するステージ６が、その両側を基台７のガイド部材８にキャリッジ１の移動方向（図中矢印Ｂで示す方向）に移動可能に設けられている。
【０００９】
図２（イ）、（ロ）は、それぞれ前述の液噴射手段の一実施例を示すものであって、流路形成板１２に形成された凹部や貫通孔を、ノズルプレート１０で、また他方の面を弾性板１３に封止して、ノズル開口１１に連通する圧力発生室１５、液リザーバ１６、及び圧力発生室１５と液リザーバ１６とを接続する液供給口１７を形成し、弾性板１３に圧電振動子２０の伸長変位、収縮変位を受けるようにホルダ１９に収容されている。
【００１０】
圧電振動子２０は、充電状態では収縮し、また充電状態から放電状態に移る時点で伸長するように構成され、先端を圧力発生室１５に対向するように弾性板１３に当接させた状態で他端を基台２１に固定されている。なお、図中符号２２は、液供給チューブ４によりリザーバ１６に液を供給する導入管を、また符号２３は圧電振動子２０に駆動信号を供給するフレキシブルケーブルをそれぞれ示す。
【００１１】
図３は、吐出装置の一実施例を示すものであって、被吐出体と吐出手段のノズル開口との相対位置に対応して所定の周期で吐出指令を出力する吐出制御手段３０と、圧力発生手段である圧電振動子２０に後述する複数種類の駆動信号を出力する駆動信号発生手段３１と、液滴を吐出させるべきノズル開口に関係する圧電振動子２０−１〜２０−３に、ＩＤデータ記憶手段３２、補正データ記憶手段３３のデータを参照して最適な駆動信号を印加するために、スイッチング手段３４−１〜３４−３をオンとする信号を出力する駆動信号印加手段３５とから構成されている。
【００１２】
駆動信号発生手段３１は、図４に示したように１吐出周期に圧電振動子２０の変位量が異なる複数、この実施例では３種類の信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を一定の周期で出力するように構成されている。
【００１３】
そして、駆動信号Ｓ２は、１回の吐出で発生する液滴の液量が基準量、例えば１０ピコリットルのノズル開口の圧電振動子に、また駆動信号Ｓ１は、１滴の液量が多目、例えば１０．５ピコリットルのノズル開口の圧電振動子に、さらに駆動信号Ｓ３は、１滴の液量が少なめ目、例えば９．５ピコリットルのノズル開口の圧電振動子に印加される信号で、駆動信号Ｓ１、及び駆動信号Ｓ３は基準の駆動信号Ｓ２の駆動電圧Ｖ２に対して異なる電圧Ｖ１、Ｖ２に設定されている。このため、圧電振動子に印加される駆動エネルギが調整可能となり、ノズル開口等の流路特性や、圧電振動子２０の圧電定数や、変位特性などにばらつきが存在するとしても、駆動信号Ｓ１、Ｓ２のいずれかを適宜選択することにより、１回の吐出でほぼ基準液量の液滴を吐出させることが可能となる。
【００１４】
なお、駆動信号が台形波状、もしくは三角波状の信号として構成されている場合には、圧電振動子が液滴を吐出させるエネルギは、駆動信号の電圧だけではなく、電圧の変化速度、つまり単位時間当りに増減する電圧を変えることにより調整することができる。
【００１５】
ＩＤデータ記憶手段３２は、噴射手段のノズルプレート１０に設けられている複数のノズル開口のそれぞれを特定するためのＩＤデータを格納して構成されている。
【００１６】
補正データ記憶手段３３は、ＩＤデータにより特定されるノズル開口から１回に吐出される液滴の液量が基準値となる駆動信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３のいずれかを選択するデータを格納して構成されている。
【００１７】
この実施例において、基準の駆動信号Ｓ１により圧電振動子２０−１、２０−２、２０−３をそれぞれ駆動し、それぞれの液滴の液量を測定する。
その結果、圧電振動子２０−１、２０−２、２０−３の駆動によりノズル開口から吐出される液滴の液量が、それぞれ１０．５ピコリットル、１０．０ピコリットル、及び９．５ピコリットルであることが判明すると、これらのノズル開口のＩＤデータに対応させて補正データ記憶手段３３に、圧電振動子２０−１には駆動信号Ｓ１、圧電振動子２０−２には駆動信号Ｓ２、及び圧電振動子２０−３には駆動信号Ｓ３を印加するように指令するデータを格納する。
【００１８】
このようにして全てのノズル開口に対する補正データの格納が終了した段階で、吐出指令が入力すると、吐出制御手段３０は、駆動信号発生手段３１を作動させて１吐出周期の間に駆動信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３をシリアルに出力させる。
【００１９】
同時に駆動信号印加手段３５を作動させて、ＩＤデータ記憶手段３２及び補正データ記憶手段３３のデータに基づいて、駆動信号Ｓ１が出力される時点ではスイッチング手段３４−１をオンにし、また駆動信号Ｓ２が出力される時点ではスイッチング手段３４−２をオンにし、さらに駆動信号Ｓ３が出力される時点ではスイッチング手段３４−３をオンにする。
【００２０】
これにより、圧電振動子２０−１は基準値よりも弱いエネルギを発生して、基準信号Ｓ２が印加された場合の液量１０．５ピコリットルよりも少ない１０．０ピコリットルの液滴を、また圧電振動子２０−３は、基準信号Ｓ２が印加された場合の液量９．５ピコリットルよりも多い１０．０ピコリットルの液滴を吐出するから、すべてのノズル開口から基準量である１０．０ピコリットルの液滴を吐出させることができる。
【００２１】
このようにして、所定箇所への液の噴射が終了した時点で、キャリッジ１やステージ６を駆動して被塗布体Ｐを移動させると、吐出制御手段３０が吐出信号を出力して上述の工程を繰返す。
【００２２】
なお、上述の実施例のおいては、１吐出周期に１滴の液滴を吐出する場合について説明したが、図５に示したように相互の駆動信号によるメニスカスが干渉しない程度の周期で、駆動信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を１セットとして、これを１吐出周期内で複数セット繰返すと、各ノズル開口からの液量を基準値以外の値に調整することができるから、１吐出周期内での液量をきめ細かく調整することができる。
【００２３】
また、上述の実施例においては、各ノズル開口の液量に応じて圧力発生手段に独立した駆動信号を印加するようにしているが、図６に示したように１吐出周期に前述の駆動エネルギの異なる駆動信号Ａ、Ｂを対として、これらを複数回Ａ−１、Ｂ−１〜Ａ−４、Ｂ−４を、相互の信号によるメニスカスの運動が停止しない間隔で発生させ、いずれのタイミングで圧電振動子に供給するかをモード１〜モード５として規定しておくと、基準量の液滴を吐出するノズル開口の圧電振動子に例を採ると、３６ピコリットルから４０ピコリットルまでを１ピコリットル刻みで調整することができる。
【００２４】
すなわち、標準量を３８ピコリットルとすると、３６ピコリットルしか吐出出来ないノズル開口の圧電振動子にはモード５で、また４０ピコリットルも吐出するノズル開口の圧電振動子に対してはモード１で駆動信号を印加するように補正データ記憶手段３３のデータを調整しておくことにより、各ノズル開口間での液量のばらつきを補正することできる。
【００２５】
さらには、これら複数のモードをダイナミックに選択することにより、ノズル開口間での液量のばらつきを修正しつつ、１滴の液量を任意の値に調整することができる。
【００２６】
同様に図７に示したように１吐出周期に駆動エネルギが同一の駆動信号Ｃを、相互の信号によるメニスカスの運動が停止しない一定周期で複数、この実施例では４個を発生させ、圧電振動子２０に印加するタイミングを選択することにより、液量を調整することができる。
【００２７】
すなわち、モード２のように直前の液滴噴射によるメニスカスがほぼ平定するまでの時間Ｔ０が経過した時点（ｔ１）で次の駆動信号Ｃ２を印加した場合には、図８（イ）に示したように直前の駆動信号Ｃ１による液滴と同等のものが吐出されるが、モード３のように直前の液滴噴射に起因するメニスカスの運動が圧力発生室側に向かう時点（ｔ２）で次の駆動信号Ｃ４を印加すると、図８（ロ）に示したように液滴噴射後のメニスカスの運動エネルギを利用することになり、メニスカスが大きく運動し、結果として噴射される液滴の量が多くなる。
【００２８】
このような液滴噴射装置は、図９に示したように基板４０の表面をバンク材４１により一定の面積で区画し、各区画された各領域４２に規定量の液状染料４３を注入してから、溶媒を揮散させてフィルタを形成する目的に最適な手段となる。
【００２９】
また、上述の実施例においては、被塗布体に液滴を供給する場合について説明したが、液としてインクを使用することにより、印刷媒体に所定の画像や文字を高い品質で印刷することができる。
【００３０】
なお、上述の実施例においては圧力発生室の容積を圧電振動子により変化させて液滴を吐出させるようにしているが、圧力発生室に加熱素子を内蔵して液を気化させ、気化時の圧力により液を吐出させるものに適用しても同様の作用を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の噴射装置の一実施例を示す図である。
【図２】図（イ）、（ロ）は、それぞれ同上噴射装置に使用する噴射手段の一実施例を示す組立斜視図と断面図である。
【図３】本発明の噴射装置の一実施例を示すブロック図である。
【図４】駆動信号の一実施例を示す図である。
【図５】本発明の他の実施例を示す波形図である。
【図６】本発明の他の実施例を示す波形図である。
【図７】本発明の他の実施例を示す波形図である。
【図８】図（イ）、（ロ）は、それぞれ同上実施例における液滴量の変化を説明するための図である。
【図９】図（イ）、（ロ）は、それぞれ本発明の液滴噴射装置が適用される被塗布物の一例を示す斜視図と断面図である。
【符号の説明】
１ キャリッジ
２ フレーム
３ 液供給チューブ
５ タンク
６ ステージ
１０ ノズルプレート
１１ ノズル開口
１２ 流路形成板
１３ 弾性板
１５ 圧力発生室
１６ 液リザーバ
２０、２０−１〜２０−３ 圧電振動子

Claims (2)

1. 所定のピッチで複数配列されたノズル開口のそれぞれに連通する圧力発生室と、前記圧力発生室に外部から被噴射液を供給する共通の液室と、各圧力発生室の圧力を変化させて液の吸引と前記ノズル開口から液滴を吐出させる圧力発生手段とからなる液滴噴射ヘツドを用いて液滴を噴射する方法において、
   １吐出周期が、駆動エネルギにより噴射された液滴によるメニスカスの運動エネルギを利用できるように同一の駆動エネルギを複数回、印加することができる時間に設定され、
   各ノズル開口をそれぞれＩＤデータにより特定して、補正データに基づいて前記圧力発生手段への複数回の駆動エネルギの印加時点を選択して前記各ノズル開口の液滴量を調整しつつ液滴を噴射させる液滴噴射方法。
2. 所定のピッチで複数配列されたノズル開口のそれぞれに連通する圧力発生室と、前記圧力発生室に外部から被噴射液を供給する共通の液室と、各圧力発生室の圧力を変化させて液の吸引と前記ノズル開口から液滴を吐出させる圧力発生手段とからなる液滴噴射ヘツドと、
   １吐出周期に、駆動エネルギにより噴射された液滴によるメニスカスの運動エネルギを利用できるように同一の駆動エネルギとなる駆動信号を複数回発生させる駆動信号発生手段と、
   前記各ノズル開口をそれぞれ特定するＩＤデータを格納したＩＤデータ記憶手段と、前記各ノズル開口の液滴量を補正する補正データを格納した補正データ記憶手段と、
   液滴噴射指令信号に基づいて液滴を吐出すべき前記ノズル開口のＩＤデータにより特定して、補正データに基づいて前記圧力発生手段への複数回の駆動信号の印加時点を選択して印加する駆動信号印加手段とからなる液滴噴射装置。

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