JP7021536B2 - 液体吐出装置およびその制御方法 - Google Patents
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Description
この形態の液体吐出装置によれば、流路の流路抵抗を大きくするために流路の容積を減少させる第1制御においては、少なくとも、流路の容積の減少によって流路から液室に流入する液体を収容できる分だけ液室の容積が増大する。従って、流路の容積の減少に起因して、ノズルから液体が流出してしまうことが抑制される。また、流路の流路抵抗を小さくするために、流路の容積を増大させる第2制御においては、少なくとも、流路の容積の増大によって液室から流路に流出する液体の体積分だけ液室の容積が減少する。従って、流路の容積の増大に起因して、ノズルから外気が引き込まれてしまうことが抑制される。
この形態の液体吐出装置によれば、流入路の流路抵抗を大きくするために流入路の容積を減少させる第1供給弁制御において、流入路の容積の減少に起因して、ノズルから液体が流出してしまうことが抑制される。また、流入路の流路抵抗を小さくするために、流入路の容積を増大させる第2供給弁制御において、流入路の容積の増大に起因して、ノズルから外気が引き込まれてしまうことが抑制される。
この形態の液体吐出装置によれば、第1供給弁部と第2供給弁部の駆動部が共通化されているため、液体吐出装置の小型化が可能である。また、第1供給弁部と第2供給弁部の動作を簡易に同期させることができる。
この形態の液体吐出装置によれば、流出路の流路抵抗を大きくするために流出路の容積を減少させる第1排出弁制御において、流出路の容積の減少に起因して、ノズルから液体が流出してしまうことが抑制される。また、流出路の流路抵抗を小さくするために、流出路の容積を増大させる第2排出弁制御において、流出路の容積の増大に起因して、ノズルから外気が引き込まれてしまうことが抑制される。
この形態の液体吐出装置によれば、第1排出弁部と第2排出弁部の駆動部が共通化されているため、液体吐出装置の小型化が可能である。また、第1排出弁部と第2排出弁部の動作を簡易に同期させることができる。
この形態の液体吐出装置によれば、流入路および流出路の流路抵抗を大きくするためにそれらの容積を減少させる第1弁制御において、ノズルから液体が流出してしまうことが抑制される。また、流入路および流出路の流路抵抗を小さくするために、それらの容積を増大させる第2弁制御において、流入路および流出路の容積の増大に起因して、ノズルから外気が引き込まれてしまうことが抑制される。
この形態の液体吐出装置によれば、液体吐出装置の小型化が可能である。また、供給弁部と排出弁部の動作を簡易に同期させることができる。
この形態の液体吐出装置によれば、液室における液体の滞留を抑制することができ、液体の劣化を抑制することができる。
この形態の制御方法によれば、流路の流路抵抗を大きくするために流路の容積を減少させる第1制御において、流入路の容積の減少に起因して、ノズルから液体が流出してしまうことが抑制される。また、流入路の流路抵抗を小さくするために、流入路の容積を増大させる第2制御において、流入路の容積の増大に起因して、ノズルから外気が引き込まれてしまうことが抑制される。
図1は、第1実施形態における液体吐出装置100Aの全体構成を示す概略ブロック図である。液体吐出装置100Aは、タンク10と、圧力調整部15と、供給路30と、ヘッド部40Aと、制御部80と、を備える。
図7は、第2実施形態における液体吐出装置100Bの全体構成を示す概略ブロック図である。第2実施形態の液体吐出装置100Bは、以下に説明する点以外は、第1実施形態の液体吐出装置100A(図1)の構成ほぼ同じである。液体吐出装置100Bは、圧力調整部15の代わりに、加圧ポンプ20を備えており、ヘッド部40Aの代わりにヘッド部40Bを備えている。また、液体吐出装置100Bでは、さらに、排出路50と、液体貯留部70と、負圧発生源75と、循環路90と、が追加されている。
図13は、第3実施形態における液体吐出装置が備えるヘッド部40Cの内部構成を示す概略断面図である。図13は、ノズル41の中心軸と流入路31と流出路51とを通る切断面におけるヘッド部40Cの構成を模式的に表している。
図16および図17を参照して、第4実施形態の液体吐出装置が備えるヘッド部40Dの構成を説明する。図16は、第4実施形態におけるヘッド部40Dの内部構成を示す概略断面図である。図16は、ノズル41の中心軸と流入路31と流出路51とを通る切断面におけるヘッド部40Dの構成を模式的に表している。図17は、ヘッド部40Dの内部構成を模式的に表した概略斜視図である。
図22および図23を参照して、第5実施形態における液体吐出装置が備えるヘッド部40Eの構成を説明する。図22および図23はそれぞれ、ヘッド部40Eの内部構成を模式的に表した概略斜視図である。図22は、分解図であり、便宜上、連結部材65Eを分離させた状態を図示してある。図13は、使用時におけるヘッド部40Eの状態を示している。
図24を参照して、第6実施形態における液体吐出装置が備えるヘッド部40Fの構成を説明する。図24は、第6実施形態のヘッド部40Fの内部構成を模式的に表した概略斜視図である。第6実施形態の液体吐出装置の構成は、第2実施形態のヘッド部40Bの代わりに、第6実施形態のヘッド部40Fを有している点以外は、第2実施形態の液体吐出装置100Bの構成(図7)とほぼ同じである。第6実施形態のヘッド部40Fは、複数の供給弁部33が共通の駆動部35Fで駆動し、複数の排出弁部53が共通の駆動部55Fで駆動するように構成されている点以外は、第3実施形態のヘッド部40Cの構成(図13)とほぼ同じである。
図25とともに、図26A、図4B、図26B、図26Cを順に参照して、第7実施形態における吐出制御を説明する。図25は、第7実施形態における吐出制御のフローを示す説明図である。図26A~図26Cは、吐出ヘッドにおけるヘッド部の動作を示す概略図である。図4Bは、第1実施形態において参照した図である。
上記の各実施形態で説明した種々の構成は、例えば、以下のように変更することも可能である。以下に説明する他の実施形態の構成はいずれも、上記の各実施形態と同様に、発明を実施するための形態の一例として位置づけられる。
上記の各実施形態(第2実施形態を除く)では、供給弁部33は、流入路31の内壁面の一部として構成された流路壁部材34を撓み変形させることによって、流入路31の容積を変更している。これに対して、供給弁部33は、他の構成によって、流入路31の容積を変更してもよい。供給弁部33は、例えば、流入路31を横切るように変位して、流入路31の流路断面積を変更するシャッター壁部によって構成されていてもよい。この構成であっても、シャッター壁部が変位した分だけ、流入路31の容積が変化する。また、供給弁部33は、流入路31の内壁面全体を変形させて、流入路31の容積を変更してもよい。
上記の各実施形態(第1実施形態および第7実施形態を除く)では、排出弁部53は、流出路51の内壁面の一部として構成された流路壁部材54を撓み変形させることによって、流出路51の容積を変更している。これに対して、排出弁部53は、他の構成によって、流出路51の容積を変更してもよい。排出弁部53は、例えば、流出路51を横切るように変位して、流出路51の流路断面積を変更するシャッター壁部によって構成されていてもよい。この構成であっても、シャッター壁部が変位した分だけ、流出路51の容積が変化する。また、排出弁部53は、流出路51の内壁面全体を変形させて、流出路51の容積を変更してもよい。
上記の各実施形態では、駆動部35,55,60は、ピエゾアクチュエーターによって構成されている。これに対して、駆動部35,55,60は、ピエゾアクチュエーター以外のアクチュエーターによって構成されていてもよい。駆動部35,55,60は、例えば、エアシリンダーやソレノイド、磁歪素子などの他のアクチュエーターによって構成されてもよい。
上記の各実施形態では、液室駆動部43は、ピエゾアクチュエーターによって構成されている。これに対して、液室駆動部43は、ピエゾアクチュエーター以外のアクチュエーターによって構成されていてもよい。液室駆動部43は、エアシリンダーやソレノイド、磁歪素子などの他のアクチュエーターによって構成されてもよい。
上記の各実施形態で説明した制御部80によるヘッド部40A~40Eの制御は、あくまで一例であり、制御部80による制御の内容は、上記の各実施形態で説明した制御に限定されることはない。例えば、上記の第3実施形態において、第4実施形態で説明した吐出制御(図18,図19)や待機制御(図21)が実行されてもよい。上記の第1実施形態、第3実施形態において、第1供給弁制御と第2供給弁制御のうちのいずれか一方が実行されないものとしてもよい。また、第1供給弁制御や第2供給弁制御が、吐出制御や待機制御以外の制御において実行されてもよい。同様に、上記の第2実施形態、第3実施形態において、第1排出弁制御と第2排出弁制御のうちのいずれか一方が実行されないものとしてもよい。また、第1排出弁制御や第2排出弁制御が、吐出制御や待機制御以外の制御において実行されてもよい。上記の第4実施形態および第5実施形態において、第1弁制御と第2弁制御のいずれか一方が実行されないものとしてもよい。また、第1弁制御や第2弁制御が、吐出制御や待機制御以外の制御において実行されてもよい。第1弁制御や第2弁制御が、待機制御でのみ実行される構成でもよい。この場合、上記の第4実施形態および第5実施形態では、以下の吐出制御が実行されてもよい。流入路31および供給弁部33の容積を基準容積から最小容積へと減少させつつ、液室駆動部43によって液室42の容積を急激に低減させて、ノズル41から液体を吐出する。そして、液室42の容積を増加させて基準容積に戻しつつ、流入路31および供給弁部33の容積を増大させて基準容積に戻す。
上記の各実施形態で説明した第1供給弁制御および第2供給弁制御では、供給弁部33が駆動する期間と液室駆動部43が駆動する期間とが一致していなくてもよいし、重なり合っていなくてもよい。つまり、第1供給弁制御および第2供給弁制御では、液室駆動部43が液室42の容積を変動させる動作は、供給弁部33が流入路31の容積を変動させる動作に伴って実行されればよい。ここでの「伴って実行される」とは、「連動して実行される」ことを意味する。第1供給弁制御および第2供給弁制御において、供給弁部33の駆動期間の始期および終期と、液室駆動部43の駆動期間の始期および終期とは、流入路31と液室42との間を液体LQが移動する時間を考慮して適切に調整されて設定されればよい。第1排出弁制御および第2排出弁制御における排出弁部53の駆動期間の始期および終期と液室駆動部43の駆動期間の始期および終期についても同様である。また、第1弁制御および第2弁制御における供給弁部33の駆動期間の始期および終期と、排出弁部53の駆動期間の始期および終期と、液室駆動部43の駆動期間の始期および終期についても同様である。この「伴って」の用語の解釈に従えば、流入路31の容積を減少させるのに伴って、液室42の容積を増大させる第1供給弁制御には、流入路31の容積をわずかに低減させた後、液室42の容積をわずかに増大させる動作を交互に繰り返す制御態様が含まれる。また、流入路31の容積を増大させるのに伴って、液室42の容積を減少させる第2供給弁制御には、流入路31の容積をわずかに増大させた後、液室42の容積をわずかに減少させる動作を交互に繰り返す制御態様が含まれる。同様に、流出路51の容積を減少させるのに伴って液室42を増大させる第1排出弁制御には、流出路51の容積をわずかに低減させた後、液室42の容積をわずかに増大させる動作を交互に繰り返す制御態様が含まれる。また、流出路51の容積を増大させるのに伴って、液室42の容積を減少させる第2排出弁制御には、流出路51の容積をわずかに増大させた後、液室42の容積をわずかに減少させる動作を交互に繰り返す制御態様が含まれる。
上記の第1実施形態の液体吐出装置100Aにおいて、第2実施形態以降で説明したような液室42に接続される流出路51を設ける構成が適用されてもよい。
上記の第6実施形態において、排出弁部53のみが排出側共通駆動部55Fによって駆動し、供給弁部33が、第3実施形態のヘッド部40Cと同様に、供給弁部33ごとに設けられた駆動部35によって駆動する構成が適用されてもよい。逆に、供給弁部33のみが供給側共通駆動部35Fによって駆動し、排出弁部53が、第3実施形態のヘッド部40Cと同様に、排出弁部53ごとに設けられた駆動部55によって駆動する構成が適用されてもよい。
上記の各実施形態において、複数の流入路31や複数に流出路51には、供給弁部33や排出弁部53が設けられていないものが含まれていてもよい。また、上記の第4実施形態のヘッド部40Dを複数のノズル41から液体LQを吐出する構成にした場合において、供給弁部33と排出弁部53とが別々の駆動部によって駆動されるものが含まれていてもよい。第5実施形態のヘッド部40Eにおいても、複数組の供給弁部33と排出弁部53には、共通の駆動部60とは別の駆動部によって駆動されるものが含まれていてもよい。第6実施形態のヘッド部40Fにおいても、複数の供給弁部33には、供給側共通駆動部35Fとは別の駆動部によって駆動される供給弁部33が含まれていてもよいし、複数の排出弁部53には、排出側共通駆動部55Fとは別の駆動部によって駆動される排出弁部53が含まれていてもよい。
本発明は、インクを吐出する液体吐出装置に限らず、インク以外の他の液体を吐出する任意の液体吐出装置にも適用することができる。例えば、以下のような各種の液体吐出装置に本発明は適用可能である。
(1)ファクシミリ装置等の画像記録装置。
(2)液晶ディスプレイ等の画像表示装置用のカラーフィルターの製造に用いられる色材吐出装置。
(3)有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイや、面発光ディスプレイ(Field Emission Display、FED)等の電極形成に用いられる電極材吐出装置。
(4)バイオチップ製造に用いられる生体有機物を含む液体を吐出する液体吐出装置。
(5)精密ピペットとしての試料吐出装置。
(6)潤滑油の吐出装置。
(7)樹脂液の吐出装置。
(8)時計やカメラ等の精密機械にピンポイントで潤滑油を吐出する液体吐出装置。
(9)光通信素子等に用いられる微小半球レンズ(光学レンズ)などを形成するために紫外線硬化樹脂液等の透明樹脂液を基板上に吐出する液体吐出装置。
(10)基板などをエッチングするために酸性又はアルカリ性のエッチング液を吐出する液体吐出装置。
(11)他の任意の微小量の液滴を吐出させる液体吐出ヘッドを備える液体吐出装置。
上記実施形態において、ソフトウェアによって実現された機能及び処理の一部又は全部は、ハードウェアによって実現されてもよい。また、ハードウェアによって実現された機能及び処理の一部又は全部は、ソフトウェアによって実現されてもよい。ハードウェアとしては、例えば、集積回路、ディスクリート回路、または、それらの回路を組み合わせた回路モジュールなど、各種回路を用いることができる。
Claims (7)
- 液体吐出装置であって、
ノズルに連通し、液体を収容する液室と、
前記液室の容積を変更して前記ノズルから前記液体を吐出させる液室駆動部と、
前記液室に接続され、前記液体が流れる流路と、
前記流路の内壁面を変位させて前記流路の容積を変更することによって、前記流路の流路抵抗を変化させて、前記液室と前記流路との間の前記液体の流れを制御する弁部と、
前記液室駆動部と、前記弁部と、を制御する制御部と、
を備え、
前記流路は、前記液室に供給される前記液体が流れる流入路と、前記液室から排出される前記液体が流れる流出路と、を含み、
前記弁部は、前記流出路の内壁面を変位させて前記流出路の容積を変更する排出弁部を含み、
前記制御部は、
(i)前記弁部に前記流路の容積を減少させるのに伴って、前記液室の容積の変化量が前記流路の容積の減少によって前記流路から前記液室に流入する前記液体の体積以上になるように、前記液室駆動部に前記液室の容積を増大させる第1制御と、
(ii)前記弁部に前記流路の容積を増大させるのに伴って、前記液室の容積の変化量が前記流路の容積の増大によって前記液室から前記流路に流出する前記液体の体積以上になるように、前記液室駆動部に前記液室の容積を減少させる第2制御と、
のうちの少なくとも一方を実行し、
前記第1制御は、前記排出弁部に前記流出路の容積を減少させるのに伴って、前記液室の容積の変化量が前記流出路の容積の減少によって前記流出路から前記液室に流入する前記液体の体積以上になるように、前記液室駆動部に前記液室の容積を増大させる第1排出弁制御を含み、
前記第2制御は、前記排出弁部に前記流出路の容積を増大させるのに伴って、前記液室の容積の変化量が前記流出路の容積の増大によって前記流出路から前記液室に流入する前記液体の体積以上になるように、前記液室駆動部に前記液室の容積を減少させる第2排出弁制御を含む、液体吐出装置。 - 請求項1記載の液体吐出装置であって、
前記液室は、第1ノズルに連通している第1液室と、第2ノズルに連通している第2液室と、を含み、
前記液室駆動部は、前記第1液室の容積を変更する第1液室駆動部と、前記第2液室の容積を変更する第2液室駆動部と、を含み、
前記流入路は、前記第1液室に接続されている第1流入路と、前記第2液室に接続されている第2流入路と、を含み、
前記流出路は、前記第1液室に接続されている第1流出路と、前記第2液室に接続されている第2流出路と、を含み、
前記排出弁部は、前記第1流出路の容積を変更する第1排出弁部と、前記第2流出路の容積を変更する第2排出弁部と、を含み、
前記制御部は、前記第1制御および前記第2制御において、前記第1排出弁部に前記第1流出路の容積を変更させつつ、前記第2排出弁部に前記第2流出路の容積を変更させるのに伴って、前記第1液室駆動部に前記第1液室の容積を変更させつつ、前記第2液室駆動部に前記第2液室の容積を変更させ、
前記第1排出弁部と前記第2排出弁部とは、共通の駆動部が発生させる駆動力によって、前記第1流出路と前記第2流出路の容積を変更させる、液体吐出装置。 - 液体吐出装置であって、
ノズルに連通し、液体を収容する液室と、
前記液室の容積を変更して前記ノズルから前記液体を吐出させる液室駆動部と、
前記液室に接続され、前記液体が流れる流路と、
前記流路の内壁面を変位させて前記流路の容積を変更することによって、前記流路の流路抵抗を変化させて、前記液室と前記流路との間の前記液体の流れを制御する弁部と、
前記液室駆動部と、前記弁部と、を制御する制御部と、
を備え、
前記流路は、前記液室に供給される前記液体が流れる流入路と、前記液室から排出される前記液体が流れる流出路と、を含み、
前記弁部は、前記流入路の内壁面を変位させて前記流入路の容積を変更する供給弁部と、前記流出路の内壁面を変位させて前記流出路の容積を変更する排出弁部と、を含み、
前記制御部は、
(i)前記弁部に前記流路の容積を減少させるのに伴って、前記液室の容積の変化量が前記流路の容積の減少によって前記流路から前記液室に流入する前記液体の体積以上になるように、前記液室駆動部に前記液室の容積を増大させる第1制御と、
(ii)前記弁部に前記流路の容積を増大させるのに伴って、前記液室の容積の変化量が前記流路の容積の増大によって前記液室から前記流路に流出する前記液体の体積以上になるように、前記液室駆動部に前記液室の容積を減少させる第2制御と、
のうちの少なくとも一方を実行し、
前記第1制御は、前記供給弁部に前記流入路の容積を減少させつつ、前記排出弁部に前記流出路の容積を減少させるのに伴って、前記液室の容積の変化量が前記流入路の容積と前記流出路の容積の減少によって前記流入路と前記流出路とから前記液室に流入する前記液体の体積以上になるように、前記液室駆動部に前記液室の容積を増大させる第1弁制御を含み、
前記第2制御は、前記供給弁部に前記流入路の容積を増大させつつ、前記排出弁部に前記流出路の容積を増大させるのに伴って、前記液室の容積の変化量が前記流入路の容積と前記流出路の容積の増大によって前記流入路と前記流出路とから前記液室に流入する前記液体の体積以上になるように、前記液室駆動部に前記液室の容積を減少させる第2弁制御を含む、液体吐出装置。 - 請求項3記載の液体吐出装置であって、
前記供給弁部と前記排出弁部とは、共通の駆動部が発生させる駆動力によって、前記流出路の容積および前記流入路の容積を変更させる、液体吐出装置。 - 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の液体吐出装置であって、
前記流出路に排出された前記液体を前記流入路へと循環させるための循環路を備える、液体吐出装置。 - ノズルに連通し、液体を収容する液室と、前記液室の容積を変更して前記ノズルから前記液体を吐出させる液室駆動部と、前記液室に接続され、前記液体が流れる流路と、前記流路の内壁面を変位させて前記流路の容積を変更することによって、前記流路の流路抵抗を変化させて、前記液室と前記流路との間の前記液体の流れを制御する弁部と、を備える液体吐出装置の制御方法であって、
前記流路は、前記液室に供給される前記液体が流れる流入路と、前記液室から排出される前記液体が流れる流出路と、を含み、
前記弁部は、前記流出路の内壁面を変位させて前記流出路の容積を変更する排出弁部を含み、
前記制御方法は、
(i)前記弁部に前記流路の容積を減少させるのに伴って、前記液室の容積の変化量が前記流路の容積の減少によって前記流路から前記液室に流入する前記液体の体積以上になるように、前記液室駆動部に前記液室の容積を増大させる第1制御と、
(ii)前記弁部に前記流路の容積を増大させるのに伴って、前記液室の容積の変化量が前記流路の容積の増大によって前記液室から前記流路に流出する前記液体の体積以上になるように、前記液室駆動部に前記液室の容積を減少させる第2制御と、
のうちの少なくとも一方を実行する工程を備え、
前記第1制御は、前記排出弁部に前記流出路の容積を減少させるのに伴って、前記液室の容積の変化量が前記流出路の容積の減少によって前記流出路から前記液室に流入する前記液体の体積以上になるように、前記液室駆動部に前記液室の容積を増大させる第1排出弁制御を含み、
前記第2制御は、前記排出弁部に前記流出路の容積を増大させるのに伴って、前記液室の容積の変化量が前記流出路の容積の増大によって前記流出路から前記液室に流入する前記液体の体積以上になるように、前記液室駆動部に前記液室の容積を減少させる第2排出弁制御を含む、制御方法。 - ノズルに連通し、液体を収容する液室と、前記液室の容積を変更して前記ノズルから前記液体を吐出させる液室駆動部と、前記液室に接続され、前記液体が流れる流路と、前記流路の内壁面を変位させて前記流路の容積を変更することによって、前記流路の流路抵抗を変化させて、前記液室と前記流路との間の前記液体の流れを制御する弁部と、を備える液体吐出装置の制御方法であって、
前記流路は、前記液室に供給される前記液体が流れる流入路と、前記液室から排出される前記液体が流れる流出路と、を含み、
前記弁部は、前記流入路の内壁面を変位させて前記流入路の容積を変更する供給弁部と、前記流出路の内壁面を変位させて前記流出路の容積を変更する排出弁部と、を含み、
前記制御方法は、
(i)前記弁部に前記流路の容積を減少させるのに伴って、前記液室の容積の変化量が前記流路の容積の減少によって前記流路から前記液室に流入する前記液体の体積以上になるように、前記液室駆動部に前記液室の容積を増大させる第1制御と、
(ii)前記弁部に前記流路の容積を増大させるのに伴って、前記液室の容積の変化量が前記流路の容積の増大によって前記液室から前記流路に流出する前記液体の体積以上になるように、前記液室駆動部に前記液室の容積を減少させる第2制御と、
のうちの少なくとも一方を実行する工程を備え、
前記第1制御は、前記供給弁部に前記流入路の容積を減少させつつ、前記排出弁部に前記流出路の容積を減少させるのに伴って、前記液室の容積の変化量が前記流入路の容積と前記流出路の容積の減少によって前記流入路と前記流出路とから前記液室に流入する前記液体の体積以上になるように、前記液室駆動部に前記液室の容積を増大させる第1弁制御を含み、
前記第2制御は、前記供給弁部に前記流入路の容積を増大させつつ、前記排出弁部に前記流出路の容積を増大させるのに伴って、前記液室の容積の変化量が前記流入路の容積と前記流出路の容積の増大によって前記流入路と前記流出路とから前記液室に流入する前記液体の体積以上になるように、前記液室駆動部に前記液室の容積を減少させる第2弁制御を含む、制御方法。
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