JP7067384B2 - 液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、および液滴吐出装置の液滴吐出制御方法 - Google Patents
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Description
図1は、実施形態1に係る液滴吐出装置の概略構成を示す説明図である。
図1は、印刷システム100を構成する液滴吐出制御装置としてのコンピューター1および液滴吐出装置としてのプリンター2の概略構成を説明する図である。プリンター2は、用紙、布、フィルム等の被記録媒体3に画像を印刷する。コンピューター1は、プリンター2と通信可能に接続される。そして、コンピューター1は、その画像に応じた印刷データをプリンター2に出力し、プリンター2は被記録媒体3に画像を印刷する。このコンピューター1には、アプリケーションプログラムやプリンタードライバー等のコンピュータープログラムがインストールされている。
図2は、コンピューター1およびプリンター2の概略構成を説明するブロック図である。まず、コンピューター1の構成について簡単に説明する。コンピューター1は、出力インターフェース11(出力IF)と、CPU12と、メモリー13とを有する。
図3は、実施形態1に係る液滴吐出ヘッド41の概略構成を説明する図である。液滴吐出ヘッド41は、ノズル74と液室72と流入路71と振動板415とアクチュエーター411と弾性体416とシール部材418とを有する。
図4は、実施形態1に係るヘッド制御部40の概略構成を説明するブロック図である。ヘッド制御部40は第1シフトレジスター402と、第2シフトレジスター403と、選択信号生成回路404と、ラッチ回路405と、信号選択回路406とを有する。
図5は、駆動信号に基づくアクチュエーター411の先端部412および振動板415の変位を示す説明図である。具体的には、スイッチ回路401より入力された駆動信号に基づいて実行されるアクチュエーター411のタイミングチャート(実線)および、アクチュエーター411の駆動に伴って変位する振動板415のタイミングチャート(破線)の一例である。図5の横軸は、経過時間を示し、縦軸は、アクチュエーター411の先端部412および振動板415の変位を示す。なお、アクチュエーター411の先端部412および振動板415の変位は、第2方向を正とした。このタイミングチャートはノズル74から液体を液滴として吐出する一連の液滴吐出制御を表す。
(ヘッドの概略構成)
図8は、実施形態2に係る液滴吐出ヘッド42の概略構成を説明する図である。実施形態2では、振動板425の構成が実施形態1と異なる。この構成の違いに伴い、実施形態2にはシール部材418および弾性体416が存在しない。なお、実施形態1と同一の構成部位については、同一の番号を使用し、重複する説明は省略する。実施形態2の振動板425は、流路形成基板414に固定され、液室72の壁面の一部を構成する。振動板425は、撓み変形可能な板状部材(ダイアフラム)で形成され、アクチュエーター411によって第1方向の力を付与されることで、第1方向へ撓み変形し、液室72の容積を縮小する。
図9Aから図9Dは、実施形態2に係る液滴吐出制御に伴う液滴吐出ヘッド42の時間変化を説明する図である。なお、ノズル74から液滴を吐出する一連の液滴吐出制御を示すタイミングチャートおよび、液滴吐出制御に伴うノズル74内のメニスカスの時間変化を説明する断面図は実施形態1と同様である(図5参照)。
上記実施形態1では、図3のように、弾性体416は板バネであるとして説明したが、シリコンやゴムで構成されたオーリングであっても構わない。この際、振動板415の凸部417と弾性体416との接触領域は、アクチュエーター411側から見て流路形成基板414の凹部の開口を囲うことが好ましい。
これにより、弾性体416がシール部材418の役割を果たすため、シール部材418が不要となり、液滴吐出ヘッド41の構成を簡素化できる。
図10Aおよび図10Bは、変形例2に係る液滴吐出ヘッド44の概略構成を説明する図である。なお、図10Bは、図10Aから制御部6がアクチュエーター411の先端部412を第1方向に変位させた状態を示す。
図11は、変形例3に係る液滴吐出ヘッド45の概略構成を説明する図である。上記実施形態1では、アクチュエーター411と振動板415は直接接触する構成とした。これに対して、変形例3のアクチュエーター411は、突起部452を介して振動板415と接触しても構わない。突起部452は、曲面を有した半球体である。突起部452は、例えば、セラミックで形成される。なお、この際、アクチュエーター411の先端部412は、突起部452を指す。これにより、アクチュエーター411の先端部412と振動板415との接触領域がずれることを抑制でき、吐出再現性を向上できる。
図12Aおよび図12Bは、変形例4に係る液滴吐出ヘッド46の概略構成を説明する図である。なお、図12Bは、図12Aから制御部6がアクチュエーター411の先端部412を第1方向に変位させた状態を示す。上記実施形態2では、振動板415の厚みは一定の構成としたが、変形例4の振動板465は、液室72と反対側の面にアクチュエーター411と接触する膜厚部466を有しても構わない。膜厚部466の厚みは、液室72の壁面を形成する振動板465の膜厚部466以外の部分の厚みに比べて厚い。これにより、アクチュエーター411の先端部412と振動板465との接触領域がずれることを抑制でき、吐出再現性を向上できる。
上記実施形態の液滴吐出ヘッドは、流入路71およびノズル74を有すると説明したが、さらに流出路に連通しても構わない。流出路の一方の開口は、液室72またはノズル74に連通される。また、流出路の他方の開口は、第1タンク7または第2タンク8へ連通する。
これにより、液室72内またはノズル74内の液体の増粘による吐出不良や、ノズル74の開口75から混入した気泡による吐出不良を抑制できる。
上記実施形態の液滴吐出ヘッドは、ノズル74と、液室72と、振動板415と、前記アクチュエーター411とを複数組備えても構わない。このようにすれば、上記と同様の効果を得ることができる。
上記実施形態のアクチュエーター411は、例えば、エアシリンダーやソレノイド、磁歪素子など、変位を発生する種々の素子によって構成されても構わない。このようにすれば、上記と同様の効果を得ることができる。
上記実施形態の液滴吐出ヘッドにおいて、液滴吐出ヘッドが液滴を連続吐出する(すなわち、図5のタイミングチャートを繰り返す)場合、期間t6において、制御部6はアクチュエーター411の先端部412をさらに第1方向に変位させ、2回目以降の吐出動作における期間t0を省略しても構わない。これにより、液滴の吐出間隔が短くなり、印刷速度を速くできる。
上記実施形態の液滴吐出ヘッドにおいて、初期状態におけるアクチュエーター411の先端部412の変位を中間電位としても構わない。この場合、一連の吐出動作における期間t0は省略される。また、プリンター2の起動からアクチュエーター411に駆動信号が入力されるまでの期間に、制御部6が、一連の吐出動作における期間t0を実行しても構わない。これにより、印刷データがプリンター2に入力されてから液滴を吐出するまでの時間を短縮できる。
上記実施形態1に係る搬送機構5は、被記録媒体搬送機構52および、キャリッジ移動機構51として説明したが、三次元駆動ステージであっても構わず、液滴吐出ヘッド41がラインヘッドである場合はキャリッジ移動機構51が省略されても構わない。
図13は、変形例11に係る液滴吐出ヘッド47の概略構成を説明する図である。変形例11では、固定板413に固定された拘束部479を備えている点で上記実施例1と異なる。拘束部479は、例えば、金属製のブロック材である。拘束部479は、振動板415の第2方向の変位を制限する。すなわち、振動板415が第2方向に変位する上限値を規定することができる。したがって、引き込み工程における液室72の圧力変化および、ノズル74の中心軸CのメニスカスMCの引き込み量の再現性が向上する。これにより、アクチュエーター411の先端部412と振動板465との衝突位置を一定に保つことができるため、吐出再現性を向上できる。なお、変形例11の拘束部479は、上記実施形態2に適用する場合でも同様の効果が得られる。
従って、気泡の発生を抑制し、高粘度液体を安定的に吐出可能な液滴吐出ヘッドを提供することができる。
従って、気泡の発生を抑制し、高粘度液体を安定的に吐出可能な液滴吐出ヘッドを提供することができる。
従って、気泡の発生を抑制し、高粘度液体を安定的に吐出可能な液滴吐出ヘッドを提供することができる。
Claims (10)
- 液体を液滴として吐出制御する制御部を備えた液滴吐出装置に装着される液滴吐出ヘッドであって、
前記液体を吐出するノズルと、
前記ノズルに連通する液室と、
前記液室に前記液体を供給する流入路と、
前記液室の壁面の一部を構成する振動板と、
前記振動板を介して前記液室に圧力を付与する伸縮可能なアクチュエーターと、
を備え、
前記液室の容積が縮小するように前記振動板が変位する方向を第1方向、前記液室の容積が拡大するように前記振動板が変位する方向を第2方向としたとき、
前記アクチュエーターの先端部が前記振動板と接触し、前記アクチュエーターが前記第1方向へ前記振動板を押圧する初期状態において、
前記制御部からの駆動信号に基づいて、
前記アクチュエーターの先端部が前記振動板に接触している状態で前記振動板を前記第2方向に変位させることにより、前記初期状態の前記ノズル内のメニスカスに比べて前記ノズル内のメニスカスを前記液室側に引き込み、
次いで、前記アクチュエーターの先端部が前記振動板から離間し、前記振動板をさらに前記第2方向に変位させ、
次いで、前記アクチュエーターの先端部が前記振動板に衝突することで、前記振動板を前記第1方向に変位させ、前記ノズルから前記液体を吐出させる、液滴吐出ヘッド。 - 前記振動板に前記第2方向の力を付与する弾性体を有する、請求項1に記載の液滴吐出ヘッド。
- 前記弾性体は、前記液室の壁面の一部を構成する、請求項2に記載の液滴吐出ヘッド。
- 前記振動板は、ダイアフラムである、請求項1に記載の液滴吐出ヘッド。
- 前記振動板は前記液室と反対側の面に前記アクチュエーターと接触する膜厚部を有する請求項4に記載の液滴吐出ヘッド。
- 前記ノズル内のメニスカスが前記初期状態に比べて前記液室側に引き込まれたとき、疑似ノズルの直径が前記ノズルの径の1/4以上2/3以下である請求項1ないし5のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
- 前記液室内ないし前記ノズル内の前記液体が前記ノズルの開口を介さず排出される流出路を有する請求項1ないし6に記載の液滴吐出ヘッド。
- 液体を吐出するノズルと、
前記ノズルに連通する液室と、
前記液室に前記液体を供給する流入路と、
前記液室の壁面の一部を構成する振動板と、
前記振動板を介して前記液室に圧力を付与する伸縮可能なアクチュエーターと、
を有する液滴吐出ヘッドと、
前記液滴吐出ヘッドに前記流入路を介して前記液体を供給する第1タンクと、
前記液滴吐出ヘッドと被記録媒体とを相対移動させる搬送機構と、
前記液滴吐出ヘッドおよび前記搬送機構を制御する制御部と、を備える液滴吐出装置の液滴吐出制御方法であって、
前記制御部は、
前記液室の容積が縮小するように前記振動板が変位する方向を第1方向、前記液室の容積が拡大するように前記振動板が変位する方向を第2方向としたとき、
前記アクチュエーターの先端部が前記振動板と接触し、前記アクチュエーターが前記第1方向へ前記振動板を押圧する初期状態形成工程と、
前記アクチュエーターの先端部が前記振動板と接触している状態で前記振動板を前記第2方向に変位させることにより、前記初期状態形成工程の前記ノズル内のメニスカスに比べて前記ノズル内のメニスカスを前記液室側に引き込む引き込み工程と、
前記アクチュエーターの先端部を前記振動板から離間させて、前記振動板をさらに前記第2方向に変位させる離間工程と、
次いで、前記アクチュエーターの先端部を前記振動板に衝突させることで、前記振動板を前記第1方向に変位させ、前記ノズルから前記液体を吐出させる吐出工程と、
を実行する液滴吐出装置の液滴吐出制御方法。 - 前記吐出工程において、
前記制御部は、前記アクチュエーターと前記振動板とを衝突させた後に、前記アクチュエーターと前記振動板とが接触した状態で、前記振動板をさらに前記第1方向に変位させ、前記液体を吐出する請求項8に記載の液滴吐出装置の液滴吐出制御方法。 - 請求項1ないし請求項7のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッドと、
前記液滴吐出ヘッドに流入路を介して液体を供給する第1タンクと、
前記液滴吐出ヘッドと被記録媒体とを相対移動させる搬送機構と、
前記液滴吐出ヘッドおよび前記搬送機構を制御する制御部と、を備える液滴吐出装置。
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