JP5125004B2 - Method for discharging minute ink droplets - Google Patents
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Description
本発明は、インク圧力室のインクの加減圧を行うことで、インク圧力室に連通するノズルからインク滴を吐出させるインクジェットヘッドの駆動方法に関するものである。特に、微小なインク滴を吐出させることに適した駆動方法に関する。 The present invention relates to a method for driving an ink jet head that ejects ink droplets from nozzles communicating with an ink pressure chamber by increasing and decreasing the pressure of the ink in the ink pressure chamber. In particular, the present invention relates to a driving method suitable for discharging minute ink droplets.
従来から、ドットを記録したい時にだけ圧電素子に駆動電圧波形を印加してインク滴を吐出させるドロップオンデマンド方式のインクジェット技術が知られている。このような方式によるインクジェットプリンタでは、限られた色数のインクによりメディア上に形成されるドットの集まりで、あらゆる色を表現するため、特にハイライトの部分で粒状感が目立つという欠点があった。そこで、粒状感の無い高画質のプリントを作成するため、ドットの大きさを小さくできる吐出インク滴の小インク滴化が検討されている。さらに、近年では、インクジェット技術を用いて、導電性インクによるパターニングで回路基板を作成したり、様々な種類の薄膜を形成するということも検討され、吐出インク滴の小インク滴化は、高密度配線や、極薄い均一な薄膜の形成に有効と期待されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a drop-on-demand ink jet technique is known in which a drive voltage waveform is applied to a piezoelectric element and ink droplets are ejected only when dots are to be recorded. Ink jet printers of this type have the disadvantage that graininess is particularly noticeable in highlights because all colors are represented by a collection of dots formed on a medium with a limited number of colors. . Therefore, in order to create a high-quality print without graininess, it has been studied to reduce the size of the ejected ink droplets that can reduce the size of the dots. Furthermore, in recent years, it has also been studied to create circuit boards by patterning with conductive ink using inkjet technology, and to form various types of thin films. It is expected to be effective for the formation of wiring and extremely thin uniform thin films.
吐出インク滴を小インク滴化するには、ノズル開口の径を小さくする方法が容易である。しかし、ノズル開口を小さくすると、高精度化で製造コストは高くなり、異物やインクの固着などでノズル開口の詰まりが発生し易くなり、不吐出の要因となる。 In order to make the discharged ink droplets into small ink droplets, it is easy to reduce the diameter of the nozzle openings. However, if the nozzle opening is made smaller, the accuracy is increased and the manufacturing cost is increased, and the nozzle opening is likely to be clogged due to adhesion of foreign matter or ink, which causes non-ejection.
一方、ノズル開口のインク面(以下、メニスカスという)の振動制御によるインク滴の吐出方法は、ノズル開口の大きさよりも小さなインク滴を吐出させることが可能である。 On the other hand, the ink droplet ejection method based on vibration control of the ink surface of the nozzle opening (hereinafter referred to as meniscus) can eject ink droplets smaller than the size of the nozzle opening.
従来、メニスカスを急激に引き込んで止めることにより、メニスカスの中心にインクの跳ね返りを生じさせ、それをそのまま吐出させることで小インク滴吐出を実現する方法がある(例えば、特許文献1参照)。また、メニスカスを大きく引き込んだ後、少し押し出すことにより、メニスカスの中心部だけから細いインク柱を生じさせ、それを吐出させることで小インク滴吐出を実現する方法がある(例えば、特許文献2参照)。さらに、メニスカスを引いた後に押し出してノズル開口からインク柱を生じさせた後、メニスカスを再び引き込むことで、吐出しようとしているインク量を減らし、吐出するインク滴を小さくする方法がある(例えば、特許文献3、特許文献4参照)。
Conventionally, there is a method of realizing small ink droplet ejection by causing ink to bounce at the center of the meniscus by suddenly pulling and stopping the meniscus and ejecting it as it is (see, for example, Patent Document 1). In addition, there is a method of realizing small ink droplet ejection by causing a thin ink column to be generated only from the center of the meniscus by slightly pushing out the meniscus and then ejecting it slightly (see, for example, Patent Document 2). ). Furthermore, after pulling out the meniscus and extruding it to generate an ink column from the nozzle opening, there is a method of reducing the amount of ink to be ejected and reducing the ejected ink droplets by pulling in the meniscus again (for example, patents)
しかし、これらの従来方法では、1mm程度の距離を安定して飛行させるために必要なインク滴の平均速度5m/s程度以上が得られるインク滴量は、直径30μmのノズル開口で1pl(ピコリットル)程度が限度である。一方、インクジェット技術を用いた導電性インクによる高密度配線のような産業用途では、さらなるインク滴の微小化が求められている。 However, in these conventional methods, the amount of ink droplets that can obtain an average droplet speed of about 5 m / s or more necessary for stable flight over a distance of about 1 mm is 1 pl (picoliter) at a nozzle opening with a diameter of 30 μm. ) Degree is the limit. On the other hand, in industrial applications such as high-density wiring using conductive ink using ink jet technology, further miniaturization of ink droplets is required.
本発明は、上記のような問題を鑑みてなされたものであり、インクジェット技術によるサブピコリットルの微小インク滴の吐出方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a method for ejecting sub-picoliter minute ink droplets by ink jet technology.
本発明は上記目的を達成するために、インク加圧室と、インクの加減圧手段を備え、その加減圧手段に電気信号を印加して、前記インク圧力室のインクの加減圧を行うことで、インク圧力室に連通するノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェットヘッドの駆動方法において、発生させた第1のインク柱の先端が分離して、微小インク滴を形成する第一工程と、ノズル開口から押し出されて再びノズル開口に戻る第2のインク柱を発生させ、前記微小インク滴と分離したインク柱またはインク滴に追いついて合体し、ノズル開口内に引き戻すように、インクの圧力室のインク体積速度を制御する第二工程とからなることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention includes an ink pressurizing chamber and an ink pressurizing / depressurizing unit, and applying an electric signal to the pressurizing / depressurizing unit to increase / decrease the ink in the ink pressure chamber. In a method of driving an ink jet head that ejects ink droplets from a nozzle opening communicating with an ink pressure chamber, a first step in which the tip of the generated first ink column is separated to form minute ink droplets, and a nozzle opening A second ink column that is pushed out from the nozzle and returned to the nozzle opening again, catches up with the ink column or ink droplet separated from the minute ink droplets, merges, and pulls back into the nozzle opening. And a second step of controlling the volume velocity.
次に、前記第一工程は、メニスカスに跳ね返りを生じさせる程メニスカスを急激に引き込む工程からなることを特徴とする。 Next, the first step includes a step of drawing the meniscus abruptly so as to cause the meniscus to rebound.
そして、前記第一工程は、メニスカスに跳ね返りを生じさせる程メニスカスを急激に引き込む工程と、メニスカスの引き込みをさらに行う工程からなるものであることを特徴とする。 The first step includes a step of drawing the meniscus abruptly enough to cause the meniscus to rebound, and a step of further drawing the meniscus.
また、前記第一工程は、メニスカスを引き込む工程と、押し出す工程と、再びメニスカスを引き込む工程からなることを特徴とする。 The first step includes a step of drawing a meniscus, a step of pushing out, and a step of drawing the meniscus again.
さらに、前記第一工程で発生させたインク柱を吐出させると、先頭のインク滴よりも大きなインク滴が、少なくとも1つは連なって飛行することを特徴とする。 Furthermore, when the ink column generated in the first step is ejected, at least one ink droplet larger than the leading ink droplet flies continuously.
さらに、少なくともノズル開口周辺部が、インクに対して接触角30度以下であるノズルプレートを備えたインクジェットヘッドを用いてインク滴を吐出させることを特徴とする。 Furthermore, at least the periphery of the nozzle opening is characterized by ejecting ink droplets using an ink jet head provided with a nozzle plate having a contact angle of 30 degrees or less with respect to the ink.
さらに、インク粘度の変化に応じて、前記第二工程の制御量や制御タイミングを変化させることを特徴とする。 Furthermore, the control amount and the control timing of the second step are changed according to the change of the ink viscosity.
さらに、温度調節機構を設け、インクの温度をほぼ一定に保つことを特徴とする。 Furthermore, a temperature adjustment mechanism is provided to keep the temperature of the ink substantially constant.
本発明によれば、第一工程で形成した微小インク滴の後ろから飛ぼうとするインク柱またはインク滴を、第二工程で発生させたインク柱と合体させ、ノズル開口内に引き戻すため、微小なインク滴だけを飛行させることができる。そのため、サブピコリットルの微小インク滴の吐出を可能とし、導電性インクによる高密度配線などを実現できる。また、本発明による微小インク滴の吐出原理は、圧力室の固有振動周期に影響されないので、インク圧力室の容積が大きく固有振動周期が長い、大インク滴の吐出に適したインクジェットヘッドにおいても微小インク滴の吐出が可能となり、一つのヘッドで100倍以上の体積差を持ったインク滴を打ち分けることができる。 According to the present invention, the ink column or ink droplet that is about to fly from the back of the minute ink droplet formed in the first step is combined with the ink column generated in the second step and pulled back into the nozzle opening. Only ink droplets can fly. Therefore, sub-picoliter minute ink droplets can be discharged, and high-density wiring using conductive ink can be realized. In addition, since the ejection principle of the micro ink droplet according to the present invention is not affected by the natural vibration period of the pressure chamber, the ink head is large even in an ink jet head suitable for ejecting a large ink droplet having a large volume of the ink pressure chamber and a long natural vibration period. Ink droplets can be ejected, and ink droplets having a volume difference of 100 times or more can be separated by one head.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施例を適用するインクジェットヘッドの構成を示す斜視図である。インク流路形成部材11に、インク圧力室12が形成され、インク圧力室12の一端は、ノズルプレート13に開けられたノズル開口14と連通している。インク圧力室12の他端は、インクに加わった圧力が低下するのを抑えるためにインク流路が絞られた箇所であるリストリクタ15を経て、共通インク流路16に連通している。
FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of an inkjet head to which an embodiment of the present invention is applied. An
インク圧力室12のインクの加減圧手段は、積層構造の圧電素子17による。圧電素子17は、積層方向に設けた圧電素子支持基板18に固定され、d33方向の圧電伸縮を利用して圧力を発生させる。圧電素子17は、正電極19に印加する電圧が下がって放電されれば縮んでインク圧力室を減圧し、正電極19に印加する電圧が上がって充電されれば伸びてインク圧力室を加圧という動作をする。正電極19は各圧電素子共通の電極となっており、圧電素子支持基板18の片面に配され、図示していない駆動電圧発生回路に接続されている。負電極20は、各圧電素子個別の電極となっており、圧電素子支持基板18のもう一方の面に配され、図示していない駆動ノズル選択回路を通して接地されている。駆動ノズル選択回路には、図示していないダイオードが、図示していない駆動ノズル選択スイッチと並列に、接地方向に電流が流れるように入っており、駆動ノズルの選択状況に寄らず、圧電素子の充電だけはされる状態にある。圧電素子支持基板18とインク流路形成部材11とはお互い、図示していないハウジングに固定されており、相対的に殆ど動かないようになっている。
The pressure increasing / decreasing means for the ink in the
圧電素子17の、圧電素子支持基板18に固定されていない方の面は、弾性膜21に固定されている。弾性膜21はインク圧力室12の壁の一部を形成しており、圧電素子17の伸縮で弾性膜21が変形すると、インク圧力室12の体積が変化するような構造となっている。
The surface of the
本発明を適用したインクジェットヘッドは上記のような構造で、複数のノズル開口14が1/100インチ間隔で1列に並んでいる。
The inkjet head to which the present invention is applied has the above-described structure, and a plurality of
次に、インクジェットヘッドのインク滴吐出原理について説明する。 Next, the ink droplet ejection principle of the inkjet head will be described.
圧電素子17の負電極20に接続されている図示していない駆動ノズル選択回路によって、インク滴を吐出させるノズルのみ接地され、正電極19に印加された電圧により、圧電素子の充放電が行われる。接地されていない圧電素子は放電が行われない。非駆動時には、正電極19に直流電圧が印加され、圧電素子17は充電されて自然長よりも積層方向に延びた状態となり、弾性膜21をインク圧力室12に押し込む。駆動時に正電極19の印加電圧が低下すると、接地している圧電素子のみ放電が行われ、積層方向に縮む。その結果、弾性膜21は引っ張られて圧力室12が減圧し、共通インク流路16からリストリクタ15を通ってインクがインク圧力室12に供給される。続いて正電極19の印加している電圧が上昇すると、接地されて放電していた圧電素子が充電され、積層方向に伸びて、弾性膜21をインク圧力室12に押し込む。それにより圧力室12のインクが加圧され、圧力室12に連通したノズル14よりインクが押し出され、インク滴22となる。
Only a nozzle for ejecting ink droplets is grounded by a drive nozzle selection circuit (not shown) connected to the
なお、本発明を適用したインクジェットヘッドでは、ノズル開口14の流体抵抗がリストリクタ15の流体抵抗よりも大きく、ノズル開口14のイナータンス(液体の慣性成分)がリストリクタ15のイナータンスよりも小さくなるように設計されている。よって、インク圧力室12内の流体の体積加速度(変化率)が小さくなるように圧電素子17を放電して、インク圧力室12の体積をゆっくりと変化させると、流体抵抗が支配的となり、ノズル開口14が外部から空気を引き込むよりも、相対的に流体抵抗の小さいリストリクタ15からインク圧力室12にインクが流れ易くなる。逆に、インク圧力室12内の流体の体積加速度(変化率)が大きくなるように圧電素子17を充電して、インク圧力室12の体積を急激に変化させると、イナータンスが支配的となり、リストリクタ15から共通インク流路16にインクが戻るよりも、イナータンスの小さいノズル開口14からインク滴が吐出し易くなる。また、ノズル開口14はインク滴22が吐出される側(外部)の口径に比べてインク圧力室12側の口径が広くなるように作られているため、インク圧力室12が減圧過程である場合には、加圧過程である場合よりも、メニスカスに作用する表面張力が大きくなり、インク圧力室12の減圧過程では空気を引き込み難く、インク圧力室12の加圧過程ではインク滴を吐出し易くなっている。
In the ink jet head to which the present invention is applied, the fluid resistance of the
圧電素子の正電極19に印加する駆動電圧を、短い時間で上下させたり、同じ時間でも大きく上下させると、インク圧力室12のインク体積速度は速くなり、吐出するインク滴の速度が速くなる。圧電素子の正電極19に印加する駆動電圧を、長い時間で上下させたり、同じ時間でも小さく上下させると、インク圧力室12のインク体積速度は遅くなり、吐出するインク滴の速度が遅くなる。このように、圧電素子の正電極19に印加する駆動電圧波形により、インク圧力室のインク体積速度の制御を行うことができる。
If the drive voltage applied to the
図10は、小インク滴を吐出させることを目的とした本発明を検討する過程で、発明者らが実施した圧電素子の正電極19に印加する駆動電圧波形の検討例である。工程A乃至工程Eが第一工程であり、工程F乃至工程Gが第二工程である。工程Aにおいてメニスカスを引き込み、工程Bで一定期間電圧を保持し、工程Cでメニスカスを押し出してインク柱を発生させる。工程Dで一定期間電圧を保持し、工程Eでメニスカスを引き込み、吐出しようとするインク柱の量を減らして極細インク柱とし、小インク滴を吐出させる。工程Fで一定期間電圧を保持し、工程Gで、工程Eにより低下した電圧を元の電圧まで上昇させる。
FIG. 10 is an example of examining the drive voltage waveform applied to the
上記駆動電圧波形により、図5に示すように、第一工程によって発生させた極細インク柱(図5(2))は、時間の経過と共に先頭が微小インク滴に分離され、分離された微小インク滴は飛行を開始する(図5(3))。一方、微小インク滴よりもノズル開口14側に存在するインク柱は、小インク滴あるいは小インク滴や微小インク滴の複数インク滴となって飛行を開始する(図5(4)、(5))。飛行を開始した複数のインク滴の集まりが小インク滴であり、記録メディアのほぼ同じ位置に着弾し、小ドットを形成する。
As shown in FIG. 5, the ultra fine ink column (FIG. 5 (2)) generated in the first step is separated into minute ink droplets with the passage of time, and the separated minute ink is generated. The droplet starts to fly (FIG. 5 (3)). On the other hand, the ink column existing on the
工程Gは、工程Gの時間Gtを長くしたり、工程Gの電圧Gvを小さくしたりすることで、工程Gによって多くのインクがノズルより押し出されることのないようにしたり、工程Gを第一工程で生じた残留振動と逆位相の振動が生じるようなタイミングで印加するなど、残留振動を打ち消すように設定する。そのため、メニスカスの振動は抑えられ、従来の方式では、第二工程によって、先に発生させたインク柱やインク滴と合体してノズル開口に引き戻す程大きなインク柱が生じることはない。 In the process G, by increasing the time Gt of the process G or decreasing the voltage Gv of the process G, the process G prevents a large amount of ink from being pushed out from the nozzle, or the process G is the first. The residual vibration is set so as to cancel, for example, it is applied at a timing at which a vibration having a phase opposite to that of the residual vibration generated in the process is generated. For this reason, the vibration of the meniscus is suppressed, and in the conventional system, the ink column and ink droplets that have been generated in the second step and combined with the previously generated ink column and ink droplets are not large enough to be pulled back to the nozzle opening.
これに対して、図2は、本発明による、圧電素子17の正電極19に印加する駆動電圧波形の一実施例である。工程A又は工程A乃至工程Cが第一工程であり、工程D乃至工程Eが第二工程である。工程Aにおいてメニスカスを急激に引き込み、工程Bで引き込みを止めることでメニスカスの跳ね返りにより極細インク柱を発生させる。工程Cで、工程Eに必要な電位差が得られるまで電圧を下げる。工程Cにより、第一工程で発生させる極細インク柱をより細いものにするには、工程Bの時間Btを0.5μs〜4μs程度とすることで、吐出しようとするインク柱のインク量を減らすことができる。工程Dで一定期間電圧を保持し、工程Eで、ノズル開口14から押し出されて再びノズルに戻るインク柱を発生させる。
On the other hand, FIG. 2 shows an embodiment of the drive voltage waveform applied to the
上記駆動電圧波形により、図6に示すように、第一工程によって発生させた極細インク柱(図6(2))は、時間の経過と共に先頭が微小インク滴に分離され、分離された微小インク滴80は飛行を開始する(図6(3))。一方、微小インク滴80よりもノズル開口14側に存在するインク柱81は、小インク滴あるいは小インク滴や微小インク滴の複数インク滴となって飛行を開始しようとするが、第二工程によって発生させたインク柱82で、飛行しようとする、先頭の微小インク滴よりもノズル側に存在するインク柱81に追いついて合体し(図6(4))、一緒にノズル開口内に引き戻す(図6(5))ことにより、極細インク柱の先頭から分離した微小インク滴のみを飛行させることが可能となる(図6(6))。
With the drive voltage waveform, as shown in FIG. 6, the ultrafine ink column (FIG. 6 (2)) generated in the first step is separated into fine ink droplets with the passage of time, and the separated fine ink is separated. The
一方、上記駆動電圧波形はインクの物性(粘度や表面張力)によって図7に示す挙動を示すこともある。すなわち、第一工程によって発生させた極細インク柱90(図7(3))は、時間の経過と共に先頭が微小インク滴91に分離され(図7(4))、分離された微小インク滴91は飛行を開始する(図7(5))。一方、微小インク滴91よりもノズル開口14側に存在するインク柱92は、小インク滴あるいは小インク滴93や微小インク滴94の複数インク滴となって飛行を開始するが、第二工程によって発生させたインク柱95で、飛行しようとする、先頭の微小インク滴91よりもノズル側に存在する小インク滴93、微小インク滴94に追いついて合体し(図7(7)〜(8))、一緒にノズル開口内に引き戻す(図7(9))ことにより、極細インク柱の先頭から分離した微小インク滴のみを飛行させることが可能となる(図7(10))。
On the other hand, the drive voltage waveform may show the behavior shown in FIG. 7 depending on the physical properties (viscosity and surface tension) of the ink. That is, the ultra fine ink column 90 (FIG. 7 (3)) generated in the first step is separated into the
ここで、工程Cは、図6及び図7のいずれの場合であっても、極細インク柱の先頭から微小インク滴が分離される位置を、ノズル開口14に近い位置とし、第二工程によって発生させたインク柱が、微小インク滴の後ろから飛ぼうとするインク滴と合体しやすくする役割も担っている。
Here, the process C occurs in the second process with the position where the minute ink droplets are separated from the head of the ultrafine ink column being a position close to the
工程Dの時間Dtと、工程Eの時間Etと、工程Eの電圧Evは、第二工程によって発生させるインク柱が、第一工程によって発生させる極細インク柱の先頭から分離される微小インク滴に追いつかない程度に、Dtを長くして第二工程によって発生させるインク柱の発生タイミングを遅くしたり、Etを長く、Evを小さくして第二工程によって発生させるインク柱の体積速度を遅くする。なおかつ、第一工程によって発生させた極細インク柱の先頭が微小インク滴に分離した後の、微小インク滴よりもノズル側に存在するインク柱又はインク滴に追いついて合体し、ノズル開口内に引き戻せる程に、Dtを短くして第二工程によって発生させるインク柱の発生タイミングを早くしたり、Etを短く、Evを大きくして第二工程によって発生させるインク柱の体積速度を速くする。これら双方の条件を満たすDt、Et、Evに設定することにより、本発明が成立する。 The time Dt of the process D, the time Et of the process E, and the voltage Ev of the process E are applied to the minute ink droplets that are separated from the head of the extra fine ink column generated by the first process. To the extent that it cannot catch up, Dt is lengthened to delay the generation timing of the ink column generated by the second step, or Et is lengthened and Ev is decreased to decrease the volume velocity of the ink column generated by the second step. In addition, after the head of the ultra fine ink column generated in the first step is separated into fine ink droplets, the ink columns or ink droplets that are present on the nozzle side with respect to the fine ink droplets are caught up and merged and pulled into the nozzle openings. To the extent that it can be returned, Dt is shortened, the generation timing of the ink column generated in the second step is advanced, or Et is shortened and Ev is increased to increase the volume velocity of the ink column generated in the second step. The present invention is established by setting Dt, Et, and Ev that satisfy both of these conditions.
図8は、工程Eの時間Etと、工程Eの電圧Evの関係を示す図である。時間Etが長過ぎると、第二工程で発生させるインク柱は、第一工程で形成した微小インク滴の後ろから飛行しようとするインク柱又はインク滴に追いつけなくなり、ノズル開口内に引き戻すことが出来ないで、第一工程で形成した微小インク滴の後ろから飛行しようとするインク柱又はインク滴が小インク滴になって飛行してしまう。時間Etが短過ぎると、第二工程で発生させたインク柱も飛行して大インク滴となるか、第一工程で発生させる極細インク柱の先頭にまで追いついて合体してノズル開口内に引き戻してしまい、インク滴が飛行しなくなる。電圧Evが小さ過ぎると、第二工程で発生させるインク柱は、第一工程で形成した微小インク滴の後ろから飛行しようとするインク柱又はインク滴に追いつけなくなり、ノズル開口内に引き戻すことができないで、第一工程で形成した微小インク滴の後ろから飛行しようとするインク柱又はインク滴が小インク滴になって飛行してしまう。電圧Evが大き過ぎると、第二工程で発生させたインク柱も飛行してしまい大インク滴となるか、第一工程で発生させる極細インク柱の先頭にまで追いついて合体し、ノズル開口内に引き戻してしまい、インク滴が飛行しなくなる。図8の斜線部分は適正領域を示す。工程Eの時間Etと電圧Evを適正に設定することで、第一工程で発生させる極細インク柱の先頭が微小インク滴に分離した後の、微小インク滴よりもノズル側に存在するインク柱又はインク滴に、第二工程で発生させたインク柱が追いついて合体し、一緒にノズル開口内に引き戻すため、微小インク滴だけを飛行させることが可能となる。 FIG. 8 is a diagram illustrating a relationship between the time Et of the process E and the voltage Ev of the process E. If the time Et is too long, the ink columns generated in the second step cannot catch up with the ink columns or ink droplets to fly from behind the minute ink droplets formed in the first step, and can be pulled back into the nozzle openings. However, the ink column or ink droplet which is going to fly from behind the minute ink droplet formed in the first step becomes a small ink droplet and flies. If the time Et is too short, the ink column generated in the second step also flies to become a large ink droplet, or catches up to the head of the ultra fine ink column generated in the first step and merges it back into the nozzle opening. And ink droplets will not fly. If the voltage Ev is too small, the ink column generated in the second step cannot catch up with the ink column or ink droplet that is about to fly from behind the minute ink droplet formed in the first step, and cannot be pulled back into the nozzle opening. Thus, the ink column or ink droplet that is about to fly from behind the minute ink droplet formed in the first step becomes a small ink droplet and flies. If the voltage Ev is too large, the ink column generated in the second step will also fly and become a large ink drop, or catch up to the head of the ultra fine ink column generated in the first step and merge into the nozzle opening. It will be pulled back and the ink droplet will not fly. A hatched portion in FIG. 8 indicates an appropriate area. By appropriately setting the time Et and the voltage Ev of the process E, the ink column or the ink column existing on the nozzle side from the micro ink droplet after the head of the ultra fine ink column generated in the first process is separated into the micro ink droplets or Since the ink column generated in the second step catches up with the ink droplet and merges with it, it is pulled back into the nozzle opening together, so that only the minute ink droplet can fly.
図8の適正領域は、工程Dの時間Dtが短くなるとグラフ下方に下がり、工程Dの時間Dtが長くなるとグラフ上方に上がる。また、工程Dの時間Dtの値により適正領域の幅も変化し、適正領域はDtが長過ぎても短過ぎても消失する場合がある。 The appropriate region in FIG. 8 falls below the graph when the time Dt of the process D becomes short, and rises above the graph when the time Dt of the process D becomes long. In addition, the width of the appropriate region also changes depending on the value of the time Dt of the process D, and the appropriate region may disappear even if Dt is too long or too short.
気温の変化等でインクの温度が変化すると、インクの粘度は変化し、図8に示した適正領域の値が変化するため、適正領域内となるように工程Dの時間Dtと、工程Eの時間Etと、工程Eの電圧Evのうち何れかひとつの値、もしくは複数の値を変えるか、インクの粘度変化を一定範囲内に保つ必要がある。そのため、温度変化やインクの粘度変化によって、設定値が適性領域から外れることのないようにDtやEtやEvの値を変化させる電気回路や、インクの粘度を一定範囲内に保つ温度調節機構を設けることが望ましい。 When the temperature of the ink changes due to a change in temperature or the like, the viscosity of the ink changes, and the value of the appropriate area shown in FIG. 8 changes, so that the time Dt of the process D and the process E It is necessary to change any one value or a plurality of values of the time Et and the voltage Ev of the process E, or to keep the ink viscosity change within a certain range. Therefore, an electric circuit that changes the values of Dt, Et, and Ev so that the set value does not deviate from the appropriate range due to a change in temperature or a change in ink viscosity, or a temperature adjustment mechanism that keeps the ink viscosity within a certain range. It is desirable to provide it.
本発明において、工程Aの電圧Av=23.6V、工程Aの時間At=0.2μs、工程Bの時間Bt=3μs、工程Cの時間Ct=1μs、工程Dの時間Dt=20μs、工程Eの電圧Ev=39.4V、工程Eの時間Et=20μsという駆動電圧波形で、粘度10mPa・s、表面張力31mN/mというインクを用いた場合、図6の挙動を示し、これによって直径38μmのノズル開口から、0.4plの微小インク滴を、7m/sでノズル開口面から1.5mm程度、安定して飛行させることができた。また、0.5plの微小インク滴を、14m/sもの高速で、ノズル開口面から2mm程度の距離を安定して飛行させることもできた。なお、工程Eの時間Etを短くすることで、工程Cを無くしても本発明は実施可能である。工程Cを設ける利点は、第一工程によって発生させる極細インク柱をより細いものにすることが可能となる点や、工程Eの電圧Evを大きく出来るため工程Eの時間Etをヘルムホルツ振動周期に合わせてインク滴吐出後の残留振動を少なくすることが可能となる点である。また、インクの物性を変更することで、図7の挙動を示すようにもできる。 In the present invention, the voltage Av = 23.6 V in the process A, the time At = 0.2 μs in the process A, the time Bt = 3 μs in the process B, the time Ct = 1 μs in the process C, the time Dt = 20 μs in the process D, and the process E When an ink having a viscosity of 10 mPa · s and a surface tension of 31 mN / m is used with a drive voltage waveform of a voltage Ev of 39.4 V, a time E of process E = 20 μs, and a surface tension of 31 mN / m, the behavior of FIG. From the nozzle opening, it was possible to stably fly a 0.4 pl minute ink droplet at a rate of about 1.5 mm from the nozzle opening surface at 7 m / s. Further, it was possible to stably fly a 0.5 pl ink droplet at a high speed of 14 m / s and a distance of about 2 mm from the nozzle opening surface. It should be noted that the present invention can be implemented without the step C by shortening the time Et of the step E. The advantage of providing the process C is that the ultra-thin ink column generated in the first process can be made thinner, and the voltage Ev of the process E can be increased, so that the time Et of the process E is matched with the Helmholtz oscillation period. Thus, it is possible to reduce residual vibration after ink droplet ejection. Also, the behavior of FIG. 7 can be shown by changing the physical properties of the ink.
図3は、本発明による、圧電素子の正電極19に印加する駆動電圧波形の、他の実施例である。工程A乃至工程Eが第一工程であり、工程F乃至工程Gが第二工程である。工程Aにおいてメニスカスを引き込み、工程Bで一定期間電圧を保持し、工程Cでメニスカスを押し出してインク柱を発生させる。工程Dで一定期間電圧を保持し、工程Eでメニスカスを引き込み、吐出しようとするインク柱の量を減らして極細インク柱とする。極細インク柱とするためには、工程Dの時間Dtは、4μs程度以下であることが望ましい。工程Fで一定期間電圧を保持し、工程Gで、ノズルから押し出されて再びノズルに戻るインク柱を発生させる。
FIG. 3 shows another embodiment of the drive voltage waveform applied to the
第一工程によって発生させた極細インク柱(図6(2)、図7(3))は、時間の経過と共に先頭が微小インク滴に分離され(図7(4))、分離された微小インク滴は飛行を開始する(図6(3)、図7(5))。一方、微小インク滴よりもノズル側に存在するインク柱は、小インク滴あるいは小インク滴や微小インク滴の複数インク滴となって飛行を開始しようとするが、第二工程によって発生させたインク柱で、飛行しようとする、先頭の微小インク滴よりもノズル開口14側に存在するインク柱又はインク滴に追いついて合体し(図6(4)、図7(7)〜(8))、一緒にノズル開口14内に引き戻す(図6(5)、図7(9))ことにより、極細インク柱の先頭から分離した微小インク滴のみを飛行させることが可能となる(図6(6)、図7(10))。
The very fine ink columns (FIGS. 6 (2) and 7 (3)) generated in the first step are separated into minute ink droplets with the passage of time (FIG. 7 (4)), and the separated minute ink is separated. The droplet starts to fly (FIGS. 6 (3) and 7 (5)). On the other hand, the ink column existing on the nozzle side from the minute ink droplets starts to fly as a small ink droplet or a plurality of ink droplets of small ink droplets and minute ink droplets, but the ink generated by the second step It catches up with the ink column or ink droplet that is closer to the
工程Fの時間Ftと、工程Gの時間Gtと、工程Gの電圧Gvは、第二工程によって発生させるインク柱が、第一工程によって発生させる極細インク柱の先頭から分離される微小インク滴に追いつかない程に、Ftを長くして第二工程によって発生させるインク柱の発生タイミングを遅くしたり、Gtを長く、Gvを小さくして第二工程によって発生させるインク柱の体積速度を遅くする。なおかつ、第一工程によって発生させた極細インク柱の先頭が微小インク滴に分離した後の、微小インク滴よりもノズル開口14側に存在するインク柱又はインク滴に追い着いて合体し、ノズル開口内に引き戻せる程に、Ftを短くして第二工程によって発生させるインク柱の発生タイミングを早くしたり、Gtを短く、Gvを大きくして第二工程によって発生させるインク柱の体積速度を速くする。これら双方の条件を満たすFt、Gt、Gvに設定することにより、本発明が成立する。
The time Ft of the process F, the time Gt of the process G, and the voltage Gv of the process G are applied to the minute ink droplets that are separated from the head of the extra fine ink column generated by the first process. To the extent that it cannot catch up, the generation timing of the ink column generated by the second step is increased by increasing Ft, or the volume velocity of the ink column generated by the second step is decreased by increasing Gt and decreasing Gv. In addition, after the head of the ultra fine ink column generated in the first step is separated into fine ink droplets, they catch up with the ink columns or ink droplets existing on the
図9は、工程Gの時間Gtと、工程Gの電圧Gvの関係を示す図である。時間Gtが長過ぎると、第二工程で発生させるインク柱は、第一工程で形成した微小インク滴の後ろから飛行しようとするインク柱又はインク滴に追いつけなくなり、ノズル開口内に引き戻すことが出来ないで、第一工程で形成した微小インク滴の後ろから飛行しようとするインク柱又はインク滴が小インク滴になって飛行してしまう。時間Gtが短過ぎると、第二工程で発生させたインク柱も飛行して大インク滴となるか、第一工程で発生させる極細インク柱の先頭にまで追いついて合体してノズル開口内に引き戻してしまい、インク滴が吐出しなくなる。電圧Gvが小さ過ぎると、第二工程で発生させるインク柱は、第一工程で形成した微小インク滴の後ろから飛行しようとするインク柱又はインク滴に追いつけなくなり、ノズル開口内に引き戻すことができないで、第一工程で形成した微小インク滴の後ろから飛行しようとするインク柱又はインク滴が小インク滴になって飛行してしまう。電圧Gvが大き過ぎると、第二工程で発生させたインク柱も飛行してしまい大インク滴となるか、第一工程で発生させる極細インク柱の先頭にまで追いついて合体し、ノズル開口内に引き戻してしまい、インク滴が飛行しなくなる。図9の斜線部分は適正領域を示す。工程Gの時間Gtと電圧Gvを適正に設定することで、第一工程で発生させる極細インク柱の先頭が微小インク滴に分離した後の、微小インク滴よりもノズル開口14側に存在するインク柱又はインク滴に、第二工程で発生させたインク柱が追いついて合体し、一緒にノズル開口14内に引き戻すため、微小インク滴だけを飛行させることが可能となる。
FIG. 9 is a diagram illustrating a relationship between the time Gt of the process G and the voltage Gv of the process G. If the time Gt is too long, the ink column generated in the second step cannot catch up with the ink column or ink droplet to fly from behind the minute ink droplet formed in the first step, and can be pulled back into the nozzle opening. However, the ink column or ink droplet which is going to fly from behind the minute ink droplet formed in the first step becomes a small ink droplet and flies. If the time Gt is too short, the ink column generated in the second step also flies to become a large ink droplet, or catches up to the head of the ultra fine ink column generated in the first step and merges it back into the nozzle opening. As a result, ink droplets cannot be discharged. If the voltage Gv is too small, the ink column generated in the second step cannot catch up with the ink column or ink droplet that is about to fly from behind the minute ink droplet formed in the first step, and cannot be pulled back into the nozzle opening. Thus, the ink column or ink droplet that is about to fly from behind the minute ink droplet formed in the first step becomes a small ink droplet and flies. If the voltage Gv is too large, the ink column generated in the second step will also fly and become a large ink drop, or catch up to the head of the ultra fine ink column generated in the first step and merge into the nozzle opening. It will be pulled back and the ink droplet will not fly. A hatched portion in FIG. 9 indicates an appropriate area. By appropriately setting the time Gt and the voltage Gv of the process G, the ink that is present on the
図9の適正領域は、工程Fの時間Ftが短くなるとグラフ下方に下がり、工程Fの時間Ftが長くなるとグラフ上方に上がる。また、工程Fの時間Ftの値により適正領域の幅も変化し、適正領域はFtが長過ぎると消失する場合がある。 The appropriate region in FIG. 9 falls below the graph when the time Ft of the process F becomes short, and rises above the graph when the time Ft of the process F becomes long. Further, the width of the appropriate region also changes depending on the value of the time Ft in the process F, and the appropriate region may disappear if Ft is too long.
本発明では、工程Aの時間At=2.8μs、工程Bの時間Bt=2.2μs、工程Cの電圧Cv=23V、工程Cの時間Ct=2.2μs、工程Dの時間Dt=0μs、工程Eの時間Et=2μs、工程Fの時間Ft=0μs、工程Gの電圧Gv=23V、工程Gの時間Gt=2μsという駆動電圧波形で、粘度10mPa・s、表面張力31mN/mというインクを用いて、直径28μmのノズルから、0.2plの微小インク滴を、7m/sで、ノズル面から1.5mmの距離を安定して飛行させることができた。 In the present invention, the time A of the process A = 2.8 μs, the time Bt of the process B = 2.2 μs, the voltage Cv of the process C = 23 V, the time Ct of the process C = 2.2 μs, the time D of the process D = 0 t. An ink having a viscosity of 10 mPa · s and a surface tension of 31 mN / m with a driving voltage waveform of a process Et time Et = 2 μs, a process F time Ft = 0 μs, a process G voltage Gv = 23 V, and a process G time Gt = 2 μs. Using a nozzle having a diameter of 28 μm, a 0.2 pl micro ink droplet could be stably fly at a distance of 1.5 mm from the nozzle surface at 7 m / s.
図4は、本発明による、圧電素子の正電極19に印加する駆動電圧波形のさらに他の実施例である。工程A乃至工程Cが第一工程であり、工程D乃至工程Eが第二工程である。工程Aにおいてメニスカスを引き込み、工程Bで一定期間電圧を保持し、工程Cでメニスカスを押し出して細いインク柱を発生させる。工程Dで一定期間電圧を保持し、工程Eで、ノズル開口14から押し出されて再びノズル開口14に戻るインク柱を発生させる。
FIG. 4 shows still another embodiment of the drive voltage waveform applied to the
第一工程で発生させた細いインク柱(図6(2)、図7(3))は、時間の経過と共に先頭が微小インク滴に分離され(図7(4))、分離された微小インク滴は飛行を開始する(図6(3)、図7(5))。一方、微小インク滴よりもノズル側に存在するインク柱は、中インク滴あるいは中インク滴や小インク滴の複数インク滴となって飛行を開始しようとするが、第二工程で発生させたインク柱で、飛行しようとする、微小インク滴よりもノズル側に存在するインク柱又はインク滴に追いついて合体し(図6(4)、図7(7)〜(8))、一緒にノズル開口14内に引き戻す(図6(5)、図7(9))ことにより、極細インク柱の先頭から分離した微小インク滴のみを飛行させることが可能となる(図6(6)、図7(10))。 The thin ink column (FIGS. 6 (2) and 7 (3)) generated in the first step is separated into fine ink droplets with the passage of time (FIG. 7 (4)), and the separated micro ink is separated. The droplet starts to fly (FIGS. 6 (3) and 7 (5)). On the other hand, the ink column present on the nozzle side of the minute ink droplets starts to fly as a medium ink droplet or a plurality of ink droplets of medium ink droplets and small ink droplets, but the ink generated in the second step It catches up with the ink column or ink droplet existing on the nozzle side with respect to the minute ink droplet to fly by the column and merges (FIG. 6 (4), FIGS. 7 (7) to (8)), and the nozzle opening together. 14 (FIG. 6 (5), FIG. 7 (9)), it becomes possible to fly only the minute ink droplets separated from the head of the ultrafine ink column (FIG. 6 (6), FIG. 7 (FIG. 7). 10)).
工程Dの時間Dtと、工程Eの時間Etと、工程Eの電圧Evは、第二工程によって発生させるインク柱が、第一工程によって発生させる極細インク柱の先頭から分離される微小インク滴に追いつかない程度に、Dtを長くして第二工程によって発生させるインク柱の発生タイミングを遅くしたり、Etを長く、Evを小さくして第二工程によって発生させるインク柱の体積速度を遅くする。尚且つ、第一工程によって発生させた極細インク柱の先頭が微小インク滴に分離した後の、微小インク滴よりもノズル側に存在するインク柱又はインク滴に追い着いて合体し、ノズル開口内に引き戻せる程に、Dtを短くして第二工程によって発生させるインク柱の発生タイミングを早くしたり、Etを短く、Evを大きくして第二工程によって発生させるインク柱の体積速度を速くする。これら双方の条件を満たすDt、Et、Evに設定することにより、本発明が成立する。 The time Dt of the process D, the time Et of the process E, and the voltage Ev of the process E are applied to the minute ink droplets that are separated from the head of the ultra fine ink column generated by the first process. To the extent that it cannot catch up, Dt is lengthened to delay the generation timing of the ink column generated by the second step, or Et is lengthened and Ev is decreased to decrease the volume velocity of the ink column generated by the second step. In addition, after the head of the extra fine ink column generated in the first step is separated into fine ink droplets, they catch up with the ink columns or ink droplets existing on the nozzle side with respect to the fine ink droplets, and merge. The Dt is shortened so that the ink column is generated in the second step, and the generation timing of the ink column generated in the second step is shortened, or the Et column is shortened and Ev is increased to increase the volume velocity of the ink column generated in the second step. . The present invention is established by setting Dt, Et, and Ev that satisfy both of these conditions.
図8は、工程Eの時間Etと、工程Eの電圧Evの関係を示す図である。実施例1と同様に、図8の適正領域内となるように、工程Eの時間Etと電圧Evを設定する。 FIG. 8 is a diagram illustrating a relationship between the time Et of the process E and the voltage Ev of the process E. Similarly to the first embodiment, the time Et and the voltage Ev of the process E are set so as to be within the appropriate region of FIG.
図8の適正領域は、工程Dの時間Dtが短くなるとグラフ下方に下がり、工程Dの時間Dtが長くなるとグラフ上方に上がる。また、工程Dの時間Dtの値により適正領域の幅も変化し、Dtが長過ぎると適正領域は無くなり、短過ぎると適正領域は無くなる場合がある。 The appropriate region in FIG. 8 falls below the graph when the time Dt of the process D becomes short, and rises above the graph when the time Dt of the process D becomes long. In addition, the width of the appropriate region also changes depending on the value of the time Dt of the process D. If the Dt is too long, the appropriate region may be lost, and if it is too short, the appropriate region may be lost.
本発明は、ノズルプレート13面の少なくともノズル開口14周辺部を、インクに対する接触角が30度以下となるように、濡れ性の高いインクを用いたり、ノズル面に親インク処理を行う等し、ノズル開口14の周辺にインクを溜まらせた方が実施し易い。その理由について、以下説明する。
In the present invention, at least the periphery of the
図11及び図12はインク溜まり55の有無によるインクの挙動の相違を示す説明図である。図11はノズル開口14の周辺にインク溜まり55がある場合を示し、図12はノズル開口14の周辺にインク溜まりがない場合を示す。そして、図11及び図12のいずれも、本発明の第1工程の駆動波形のみを印加した場合のノズル開口14近傍の様子を示している。
11 and 12 are explanatory diagrams showing the difference in the behavior of the ink depending on the presence or absence of the ink reservoir 55. 11 shows a case where there is an ink reservoir 55 around the
図11の(a)〜(e)及び図12の(a)〜(e)に示したように、第一工程で形成する微小インク滴50、60は、ノズル開口14内に引っ張り込んだメニスカスの中心部から吐出が起こる(図11(c)、(d)、図12(c)、(d))ため、ノズル開口14の周辺のインク溜まりの有無にかかわらず、微小インク滴50、60として吐出される。すなわち、微小インク滴50、60は溜まっているインクの影響を殆ど受けず、インク溜まり55が存在していても、インク溜まりが存在していない場合と同じように飛んで行く。
As shown in FIGS. 11A to 11E and FIGS. 12A to 12E, the
一方、第一工程で形成した微小インク滴50、60の後ろから飛ぼうとするインク柱、インク溜まり55の有無によって、その挙動が大きく相違する。インク溜まり55が存在していると、図11の(f)〜(h)に示したように、溜まっているインクから、インク柱51に対しインクが供給される上に、溜まっているインクの粘性により引っ張られるため、インク柱51はノズル開口14側のインクから切り離されにくく、結果的にインク滴として吐出されにくくなる。これに対して、インク溜まりが存在していない場合は、図12の(f)〜(h)に示すように、インク柱61はノズル開口14側のインクと容易に切り離され、吐出してしまう。よって、インク溜まり55が存在すると、インク溜まりが存在しない場合に比べて、第二工程で発生させるインク柱によって引き戻せる限界点(図8、9に示した適正領域の範囲)が広くなる。すなわち、インク溜まりが存在している場合に、微小液滴の後ろから飛ぼうとするインク柱又はインク滴を、第二工程で引き戻すことが可能な限界点を図11(h)、インク溜まりが存在していない場合に、微小液滴の後ろから飛ぼうとするインク柱又はインク滴を、第二工程で引き戻す事が可能な限界点を図12(g)とし、それぞれノズル開口から、引き戻そうとしているインク柱又はインク滴の頭までの距離をh及びh’とすると、h>h’であり、インク溜まりが存在している方がより遠くまで引き戻すことができる。時間経過に関しても、図11(h)>図12(g)であり、インク溜まりが存在している方がより遅くまで引き戻す機会がある。
On the other hand, the behavior differs greatly depending on the presence of the ink column and the ink reservoir 55 that are to fly from behind the
以上説明したように、ノズル開口14の周辺部をインクに対して接触角30度以下としてノズル開口14の周辺にインク溜まりを設けることにより、飛行させたい微小液滴は問題なく吐出させ、なおかつ後から飛行しようとするインク柱又はインク滴は第二工程により引き戻し易くなる。なお、接触角が30度以上である場合には、本発明に好適なインク溜まりが生じない。すなわち、接触角が大きいとインク溜まりに偏りが生じてインク滴の吐出方向が曲がったり、不吐出になったりする。
As described above, by providing an ink reservoir around the
上述したように、ノズル開口14の周辺部がインクに対して接触角30度以下になるように連続吐出を行うと、どんどんインクが滲み出して、吐出不良に至る程インクが溜まることがある。これを回避するため、図13に示したように、ノズル開口14の周りに障壁70を設け、インク溜まりAもしくはインク溜まりBのようにして、インクの濡れ広がりを抑えるようにすると良い。
As described above, when continuous ejection is performed so that the peripheral portion of the
なお、上述した各実施例においては、電極垂直方向の圧電素子の変位(d33モード)を吐出に用いる駆動電圧波形について述べたが、電極水平方向の圧電素子の変位(d31モード)を吐出に用いるインクジェットヘッドや、たわみモード(シェアーモードやベンドモードなど)の変位を吐出に用いるインクジェットヘッドに対しても本発明は適用可能である。 In each of the above-described embodiments, the drive voltage waveform using the displacement of the piezoelectric element in the vertical direction (d33 mode) for ejection has been described. However, the displacement of the piezoelectric element in the horizontal direction of the electrode (d31 mode) is used for ejection. The present invention can also be applied to an inkjet head or an inkjet head that uses a displacement in a deflection mode (such as a shear mode or a bend mode) for ejection.
また、本発明は、圧電素子の伸縮で圧力を発生させてインク滴を吐出させるインクジェットヘッドの駆動方法について述べたが、気泡の膨張力、静電気力、磁力などの方法で、インク体をインク滴にして飛行させるインク滴吐出装置全般に適用可能である。 In addition, the present invention has described a method for driving an ink jet head that discharges ink droplets by generating pressure by expansion and contraction of a piezoelectric element. However, the ink body is removed from the ink body by a method such as bubble expansion force, electrostatic force, or magnetic force. Thus, the present invention can be applied to all ink droplet ejection devices that fly.
更に、本発明では、インクの粘度等の物性が変化した際には、前記第二工程の制御量や制御タイミングを変化させる機構を設け、常に適正領域に入るように制御を行うか、インクの粘度等の物性があまり変化しないように、温度調節機構を設け、インクの温度をほぼ一定に保つことが望ましい。 Furthermore, in the present invention, when a physical property such as the viscosity of the ink changes, a mechanism for changing the control amount and the control timing of the second step is provided so that the control is always performed so that the ink enters the appropriate region. It is desirable to provide a temperature adjustment mechanism and keep the temperature of the ink substantially constant so that physical properties such as viscosity do not change so much.
例えば、インクの物性が変化すると、同じ駆動波形を使用しても図8で示した適正領域から外れる可能性がある。これを防ぐために、図14に示すように、インクの粘度変化に応じて駆動電圧波形を変化させる構成を付加してもよい。具体的には、プリンタ側の印刷制御を行うプリントコントロール部の駆動電圧発生回路内のFPGA(Field Programmable Gate Array)に波形テーブルを設けておき、この波形テーブルには、所定の温度毎のインクの物性及び駆動電圧波形の関係を規定したデータを予め格納しておく(波形テーブルはROMに格納しておいてもよい)。なお、駆動電圧波形は波形テーブル内でデジタル化されて保存されている。上位装置にて展開された印刷データは、プリントコントロール部の駆動電圧発生回路内にあるFPGAへ入力される。FPGAにおいて、印刷データのうち駆動波形に関しては後述する駆動電圧発生回路を経てプリントヘッド部の圧電素子の正電極19に出力される。一方、印刷の要否にかかるプリントデータはFPGAから直接、駆動ノズル選択回路へ出力される。これによって、最適な駆動波形に制御してインクを吐出することができる。
For example, if the physical properties of the ink change, even if the same drive waveform is used, there is a possibility that it will deviate from the appropriate region shown in FIG. In order to prevent this, as shown in FIG. 14, a configuration for changing the drive voltage waveform in accordance with the change in the viscosity of the ink may be added. Specifically, a waveform table is provided in an FPGA (Field Programmable Gate Array) in a drive voltage generation circuit of a print control unit that performs print control on the printer side. In this waveform table, ink at each predetermined temperature is stored. Data defining the relationship between physical properties and drive voltage waveforms is stored in advance (the waveform table may be stored in ROM). The drive voltage waveform is digitized and stored in the waveform table. The print data developed by the host device is input to the FPGA in the drive voltage generation circuit of the print control unit. In the FPGA, the drive waveform of the print data is output to the
以下、駆動電圧発生回路内の制御について説明する。インクの粘度はインクの温度により変化するため、インクジェットヘッドにはサーミスタを装着して、インクジェットヘッドの温度、すなわちインクの温度に関するデータをFPGAへ入力する。FPGAでは、サーミスタから入力された温度データと、予め保持している波形テーブルとを照らし合わせ、当該波形テーブルから駆動電圧波形を決定し、数ビットのデジタルパラレルデータとして、D/Aコンバータへ出力する。D/Aコンバータでは、入力されたデジタルパラレルデータを連続する電流変化に変換して、電流/電圧コンバータへ出力する。更に、電流/電圧コンバータにて電流変化を電圧変化に変換し、電圧変化をアンプで所望の電圧と電流にまで増幅した上で、プリントヘッド部へ出力する。 Hereinafter, control in the drive voltage generation circuit will be described. Since the viscosity of the ink varies depending on the temperature of the ink, a thermistor is attached to the inkjet head, and data relating to the temperature of the inkjet head, that is, the temperature of the ink is input to the FPGA. In the FPGA, the temperature data input from the thermistor is compared with the waveform table held in advance, the drive voltage waveform is determined from the waveform table, and is output to the D / A converter as several bits of digital parallel data. . The D / A converter converts the input digital parallel data into a continuous current change and outputs it to the current / voltage converter. Furthermore, the current change is converted into a voltage change by a current / voltage converter, and the voltage change is amplified to a desired voltage and current by an amplifier, and then output to the print head unit.
以上説明した制御回路において、駆動電圧波形は、インクの温度が下がった場合に電圧変化量を大きくし、インクの温度が上がった場合は電圧変化量を小さくするように制御するとよい。 In the control circuit described above, the drive voltage waveform may be controlled so that the voltage change amount is increased when the ink temperature is decreased, and the voltage change amount is decreased when the ink temperature is increased.
あるいは、図15に示すように、インクの物性を変化させないように、インクジェットヘッドの温度変化を小さくするよう制御して、図8に示す適正領域から外れないようにする方法もある。基本的な制御回路は図14の構成と同様であるが、図15ではFPGAの波形テーブルを温度比較器に替え、プリントヘッド部にペルチェ素子を装着している。そして、インクジェットヘッドに取り付けられたサーミスタで得た温度データを、温度比較器で設定温度と比較し、設定よりも高ければ、インクジェットプリントヘッドに取り付けられたペルチェ素子を、ヘッドが冷却する方向に温度移動が起こるように動作させ、設定温度よりも低ければヘッドが加熱する方向に温度移動が起こるように動作させ、インクジェットヘッドの温度、ひいてはインクの物性が一定となるようにコントロールする。 Alternatively, as shown in FIG. 15, there is a method of controlling the temperature change of the ink jet head to be small so as not to change the physical properties of the ink so that it does not deviate from the appropriate region shown in FIG. The basic control circuit is the same as that shown in FIG. 14, but in FIG. 15, the FPGA waveform table is replaced with a temperature comparator, and a Peltier element is mounted on the print head. Then, the temperature data obtained by the thermistor attached to the inkjet head is compared with the set temperature by a temperature comparator. If the temperature data is higher than the set value, the temperature of the Peltier element attached to the inkjet print head is lowered in the direction in which the head cools. If the temperature is lower than the set temperature, the operation is performed so that the temperature moves in the direction in which the head is heated, and the temperature of the ink jet head and thus the physical properties of the ink are controlled to be constant.
なお、本発明は、インク柱の先頭から微小インク滴が分離した(図5(3))後、後ろに少なくとも1つは、先頭部分から分離された微小インク滴よりも大きいインク滴が飛行するような(図5(4)、(5))飛び方をする場合に適用すると、大きいインク滴がノズル開口14内に回収でき、飛行するインク滴は小さいものとなるため、微小インク滴化の効果を高めることができる。そのような飛び方をさせるには、第一工程で発生させるインク柱を細くすることが有効である。その理由は、単位体積当たりの表面積が大きいため、インク柱が球になりやすく、インク柱の先頭で微小インク滴が分離されるからである。また、インクの粘度や表面張力を大きくすると、インク柱が途中で切れずに延び、インク柱の先端では球になり易くなるため、そのような飛び方が得られ易い。
In the present invention, after the minute ink droplets are separated from the head of the ink column (FIG. 5 (3)), at least one ink droplet larger than the minute ink droplet separated from the head portion flies back. When applied in such a way (FIGS. 5 (4) and 5 (5)), large ink droplets can be collected in the
11 インク流路形成部材
12 インク圧力室
13 ノズルプレート
14 ノズル開口
15 リストリクタ
16 共通インク流路
17 圧電素子
18 圧電素子支持基板
19 正電極
20 負電極
21 弾性膜
22 インク滴
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Ink flow
Claims (7)
6. The method for ejecting fine ink droplets according to claim 1, wherein a temperature adjusting mechanism is provided to keep the temperature of the ink substantially constant.
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