JP7468021B2 - 液体を吐出する装置、ヘッド駆動制御装置 - Google Patents

液体を吐出する装置、ヘッド駆動制御装置 Download PDF

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Description

本発明は液体を吐出する装置、ヘッド駆動制御装置に関する。
液体吐出ヘッドは、製造上のばらつきなどにより、ノズル間で、液体の吐出速度、吐出量にばらつきが生じる。
従来、ランプ状の駆動波形の立下り部(駆動波形の放電期間)を圧電素子に印加する他方の端子をGNDに固定する時間をスイッチで調整して、圧電素子の変位量を調整した後、駆動波形の立ち上がり部ではダイオードによってGNDに固定することで圧電素子を元の変位量に戻すようにして、複数ノズル間で吐出量(吐出液滴重量)を揃えるようにしたものが知られている(特許文献1)。
特許第3753075号公報
ところで、特許文献1に開示の構成にあっては、順方向電流はダイオードを通すことで駆動波形の調節を行うため、液体吐出後の圧力室の残留振動を抑制する制振波形を印加しようとすると、駆動しない圧電素子が制振波形の電位まで変位することになる。そのため、残留振動を抑制する制振波形を印加することができないという課題がある。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、制振波形を印加でき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、
液体を吐出するヘッドと、
前記ヘッドの圧電素子に対する駆動電圧波形の印加/非印加を選択するスイッチング手段と、を備え、
前記駆動電圧波形は、時系列で、前記ヘッドの圧力室の液体を加圧して吐出させる吐出波形と、前記吐出波形の後に配置され、前記圧力室の残留振動を抑制する制振波形とを含み、
前記スイッチング手段は、
前記吐出波形及び前記制振波形の各立下り波形要素の部分で第1スイッチ手段をオン状態にする手段と、
前記第1スイッチ手段と並列に、前記吐出波形及び前記制振波形の各立下り波形要素に対して逆方向になる向きに接続されたダイオードと、を備え
前記吐出波形の立ち上がり波形要素の部分では前記第1スイッチ手段をオフ状態にする
構成とした。
本発明によれば、制振波形を印加することができる。
本発明の第1実施形態に係る液体を吐出する装置としての印刷装置の概略説明図である。 同印刷装置の吐出ユニットの説明図である。 同実施形態におけるヘッドモジュールの一例の分解斜視説明図である。 同ヘッドモジュールのノズル面側から見た分解斜視説明図である。 同実施形態におけるヘッドの一例をノズル面側から見た外観斜視説明図である。 同じくノズル面と反対側から見た外観斜視説明図である。 同じく分解斜視説明図である。 同じく流路構成部材の分解斜視説明図である。 図8の要部拡大斜視説明図である。 同じく流路部分の断面斜視説明図である。 本発明の第1実施形態におけるヘッド駆動制御装置のブロック説明図である。 同じくヘッドドライバのスイッチ部分の説明図である。 同じく作用説明に供する説明図である。 本発明の第2実施形態におけるヘッドドライバのスイッチ部分の説明図である。 同じく作用説明に供する説明図である。 本発明の第3実施形態におけるヘッドドライバのスイッチ部分の説明図である。 同じく作用説明に供する説明図である。 本発明の第4実施形態におけるヘッドドライバのスイッチ部分の説明図である。 本発明の第5実施形態におけるヘッドドライバのスイッチ部分の作用説明に供する説明図である。 本発明の第6実施形態におけるヘッドドライバのスイッチ部分の作用説明に供する説明図である。 本発明の第7実施形態におけるヘッドドライバのスイッチ部分の作用説明に供する説明図である。
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。本発明の第1実施形態に係る液体を吐出する装置としての印刷装置について図1及び図2を参照して説明する。図1は同印刷装置の概略説明図、図2は同印刷装置の吐出ユニットの説明図である。
液体を吐出する装置500は、印刷装置であり、搬入手段501と、案内搬送手段503と、印刷手段505と、乾燥手段507と、搬出手段509などを備えている。
搬入手段501は、ウェブ状のシート材Pを搬入する。案内搬送手段503は、搬入手段501から搬入されたシート材Pを印刷手段505に案内搬送する。印刷手段505は、シート材Pに対して液体を吐出して画像を形成する印刷を行う。乾燥手段507は、シート材Pを乾燥する。搬出手段509は、シート材Pを搬出する。
シート材Pは搬入手段501の元巻きローラ511から送り出され、搬入手段501、案内搬送手段503、乾燥手段507、搬出手段509の各ローラによって案内、搬送されて、搬出手段509の巻取りローラ591にて巻き取られる。
このシート材Pは、印刷手段505において、搬送ガイド部材559上をヘッドユニット550に対向して搬送され、ヘッドユニット550から吐出される液体によって画像が印刷される。
ここで、ヘッドユニット550には、2つのヘッドモジュール100A、100Bを共通ベース部材552に備えている。
そして、ヘッドモジュール100の搬送方向と直交する方向におけるヘッド1の並び方向をヘッド配列方向とするとき、ヘッドモジュール100Aのヘッド列1A1,1A2で同じ色の液体を吐出する。同様に、ヘッドモジュール100Aのヘッド列1B1、1B2を組とし、ヘッドモジュール100Bのヘッド列1C1、1C2を組とし、ヘッド列1D1、1D2を組として、それぞれ所要の色の液体を吐出する。
次に、本実施形態におけるヘッドモジュールの一例について図3及び図4を参照して説明する。図3は同ヘッドモジュールの分解斜視説明図、図4は同ヘッドモジュールのノズル面側から見た分解斜視説明図である。
ヘッドモジュール100は、液体を吐出する液体吐出ヘッドである複数のヘッド1と、複数のヘッド1を保持するベース部材103とを備えている。
また、ヘッドモジュール100は、放熱部材104と、複数のヘッド1に対して液体を供給する流路を形成しているマニホールド105と、フレキシブル配線部材101と接続するプリント基板(PCB)106と、モジュールケース107とを備えている。
次に、第1実施形態におけるヘッドの一例について図5ないし図10を参照して説明する。図5は同ヘッドをノズル面側から見た外観斜視説明図、図6は同じくノズル面と反対側から見た外観斜視説明図、図7は同じく分解斜視説明図、図8は同じく流路構成部材の分解斜視説明図、図9は図8の要部拡大斜視説明図、図10は同じく流路部分の断面斜視説明図である。
ヘッド1は、ノズル板10と、流路板(個別流路部材)20と、振動板部材30と、共通流路部材50と、ダンパ部材60と、共通流路部材70、フレーム部材80と、配線部材(フレキシブル配線基板)45などを備えている。配線部材45にはヘッドドライバ(ドライバIC)410が実装されている。
ノズル板10には、液体を吐出する複数のノズル11を有している。複数のノズル11は、二次元状にマトリクス配置されている。
個別流路部材20は、複数のノズル11に各々連通する複数の圧力室(個別液室)21と、複数の圧力室21に各々通じる複数の個別供給流路22と、複数の圧力室21に各々通じる複数の個別回収流路23とを形成している。1つの圧力室21及びこれに通じる個別供給流路22と個別回収流路23を併せて個別流路25と称する。
振動板部材30は、圧力室21の変形な可能な壁面である振動板31を形成し、振動板31には圧電素子42が一体に設けられている。また、振動板部材30には、個別供給流路22に通じる供給側開口32と、個別回収流路23に通じる回収側開口33とが形成されている。圧電素子42は、振動板31を変形させて圧力室21内の液体を加圧する圧力発生手段である。
なお、個別流路部材20と振動板部材30とは、部材として別部材であることに限定さるものではない。例えば、SOI(Silicon on Insulator)基板を使用して個別流路部材20及び振動板部材30を同一部材で一体に形成することができる。つまり、シリコン基板上に、シリコン酸化膜、シリコン層、シリコン酸化膜の順に成膜されたSOI基板を使用し、シリコン基板を個別流路部材20とし、シリコン酸化膜、シリコン層及びシリコン酸化膜とで振動板31を形成することができる。この構成では、SOI基板のシリコン酸化膜、シリコン層及びシリコン酸化膜の層構成が振動板部材30となる。このように、振動板部材30は個別流路部材20の表面に成膜された材料で構成されるものを含む。
共通流路部材50は、共通流路支流部材であり、2以上の個別供給流路22に通じる複数の共通供給流路支流52と、2以上の個別回収流路23に通じる複数の共通回収流路支流53とを交互に隣接して形成している。
共通流路部材50には、個別供給流路22の供給側開口32と共通供給流路支流52を通じる供給口54となる貫通孔と、個別回収流路23の回収側開口33と共通回収流路支流53を通じる回収口55となる貫通孔が形成されている。
また、共通流路部材50は、複数の共通供給流路支流52に通じる1又は複数の共通供給流路本流56の一部56aと、複数の共通回収流路支流53に通じる1又は複数の共通回収流路本流57の一部57aを形成している。
ダンパ部材60は、共通供給流路支流52の供給口54と対面する(対向する)供給側ダンパ62と、共通回収流路支流53の回収口55と対面する(対向する)回収側ダンパ63を有している。
ここで、共通供給流路支流52及び共通回収流路支流53は、同じ部材である共通流路部材50に交互に並べて配列された溝部を、変形可能な壁面を形成するダンパ部材60で封止することで構成している。
共通流路部材70は、共通流路本流部材であり、複数の共通供給流路支流52に通じる共通供給流路本流56と、複数の共通回収流路支流53に通じる共通回収流路本流57を形成する。
フレーム部材80には、通供給流路本流56の一部56bと、共通回収流路本流57の一部57bが形成されている。共通供給流路本流56の一部56bはフレーム部材80に設けた供給ポート81に通じ、共通回収流路本流57の一部57bはフレーム部材80に設けた回収ポート82に通じている。
このヘッド1においては、液体は共通供給流路本流56から共通供給流路支流52を通り、供給口54から圧力室21へ供給され、ノズル11から液体が吐出される。ノズル11から吐出されない液体は、回収口55から共通回収流路支流53を通り、共通回収流路本流57に流れ、回収ポート82から外部の循環装置を経て供給ポート81を通じて、再度、共通供給流路本流56に供給される。
次に、本発明の第1実施形態におけるヘッド駆動制御装置について図11を参照して説明する。図11は同ヘッド駆動制御装置のブロック説明図である。
ヘッド駆動制御装置400は、ヘッド制御部401と、駆動波形生成部402及び波形データ格納部403と、ロータリエンコーダ405の出力から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と、ヘッドドライバ410とを備えている。
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、共通駆動波形Vcom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を生成出力する。
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100の各ノズル11からの液体吐出の有無を制御するマスク信号MNを生成する。マスク信号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、印写データSDと、トリミングデータTDと、カウンタクロック信号CCKと、生成したマスク信号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、ヘッド制御部401からの各種信号に基づいて、共通駆動波形Vcomの内、ヘッド100の各圧電素子42に与える波形部分を選択する選択手段である。
このヘッドドライバ410は、シフトレジスタ411、レジスタ412、セレクタ413、レベルシフタ414、及びスイッチアレイ415を備える。
また、ヘッドドライバ410は、シフトレジスタ421、レジスタ422、カウンタ428を備える。
シフトレジスタ411は、ヘッド制御部401から転送される印写データSDを入力する。レジスタ412は、シフトレジスタ411の各レジスト値を保存する。
同様に、シフトレジスタ421は、ヘッド制御部401からトリミングデータTDを入力する。レジスタ422は、シフトレジスタ421の各レジスト値を保存する。
セレクタ413は、選択手段であり、レジスタ412に保存された値(印写データSD)とマスク信号MNとから結果を出力する。
また、セレクタ413は、レジスタ422に保存された値(トリミングデータTD)と、カウンタ428からの出力信号(カウント値)とを入力する。
そして、セレクタ413は、液体を吐出するノズル11について、共通駆動波形Vcomに含まれる吐出波形Pa及び制振波形Pbについて、レジスタ422に保持されているトリミングデータTDに従って、カウンタ428のカウント結果がトリミングデータTDの値Tになったときに第1スイッチ手段S1をオフ状態にする信号を出力する。
レベルシフタ414は、セレクタ413のロジックレベル電圧信号をスイッチアレイ415の第1スイッチ手段S1が動作可能なレベルへとレベル変換する。
スイッチアレイ415は、共通駆動波形Vcomの通過/非通過(遮断)、すなわち、圧電素子42に対する駆動電圧波形の印加/非印加を選択するスイッチング手段430で構成される。なお、各圧電素子42のスイッチング手段430に接続された側と反対側は、GND又はほぼ一定の電圧であるCOMに接続されている。
本実施形態では、スイッチング手段430の第1スイッチ手段S1は、レベルシフタ414を介して与えられるセレクタ413の出力でオン(ON)/オフ(OFF)するスイッチング素子としてのアナログスイッチである。第1スイッチ手段S1は、本実施形態では、共通駆動波形Vcomの通過/非通過(遮断)も行う手段となる。
この第1スイッチ手段S1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42の個別電極に接続されている。また、第1スイッチ手段S1には、駆動波形生成部402からの共通駆動波形Vcomが入力されている。
したがって、レベルシフタ414を介して与えられるセレクタ413の出力に応じて適切なタイミングで第1スイッチ手段S1のオン/オフが切り替えられることにより、共通駆動波形Vcomから各ノズル11に対応する圧電素子42に印加される波形部分が選択される。その結果、ノズル11から吐出される滴の大きさなどが制御され、異なるサイズの滴が吐出される。
吐出タイミング生成部404は、ロータリエンコーダ405の検出結果から、シート材P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、シート材Pの移動に応じて回転するエンコーダホイールと、エンコーダホイールのスリットを読取るエンコーダセンサで構成される。
次に、ヘッドドライバの駆動電圧波形の調節を行うスイッチ部分について図12及び図13を参照して説明する。図12は同ヘッドドライバのスイッチ部分の説明図、図13は同じく作用説明に供する説明図である。
本実施形態は、ノズル11のメニスカスの引き込み工程を実施した後に、メニスカスの押し出し工程を実施することにより液体を吐出させる。例えば、圧電素子のd33モードを用いて、駆動電圧波形の立下り(放電)でメニスカスの引き込み、駆動電圧波形の立ち上り(充電)でメニスカスの押し出しを行う(d33モードによる引き打ち)場合である。あるいは、圧電素子のd31モードを用いて、駆動電圧波形の立ち上り(充電)でメニスカスの引き込み、駆動電圧波形の立下り(放電)でメニスカスの押し出しを行う場合であっても、メニスカスの引き込み工程を実施する前に、メニスカスの押し出し工程を実施することにより液滴の吐出を行う(d31モードによる押し打ち)場合である。
そこで、本実施形態では、例えば、図13(a)に示す駆動電圧波形である共通駆動波形Vcomを入力する。
共通駆動波形Vcomは、圧力室21の液体を加圧して吐出させる吐出波形Paと、液体吐出後の圧力室21の残留振動を抑制する制振波形Pbとを含む。
吐出波形Paは、立下り波形要素a1と、保持波形要素b1と、立ち上がり波形要素c1とを含む。立下り波形要素a1は、基準電位Veから電位V1まで立ち下がって圧力室21を膨張させる。保持波形要素b1は、立下り波形要素a1で立ち下がった電位V1を保持する。立ち上がり波形要素c1は、保持波形要素b1で保持された電位V1から基準電位Veまで立ち上がって圧力室21を収縮させ、液体を吐出させる。
制振波形Pbは、吐出波形要素Paの立ち上がり波形要素c1で立ち上がった基準電位Veを保持する保持波形要素d1と、立下り波形要素a2と、保持波形要素b2と、立ち上がり波形要素c2とを含む。立下り波形要素a2は、保持波形要素d1で保持された基準電位Veから電位V2(V2>V1)まで立ち下がって圧力室21を膨張させる。保持波形要素b2は、立下り波形要素a1で立ち下がった電位V2を保持する。立ち上がり波形要素c2は、保持波形要素b2で保持された電位V2から基準電位Veまで立ち上がって圧力室21を収縮させる。制振波形Pbでは液体は吐出されない。
本実施形態では、スイッチング手段430は、第1スイッチ手段S1とダイオードDの並列回路を含む。共通駆動波形Vcomは、第1スイッチ手段S1とダイオードDの並列回路に入力され、圧電素子42の個別電極側にトリミング後の駆動波形Vtが印加される。
第1スイッチ手段S1は、圧電素子42に対する駆動電圧波形の印加/非印加の選択と、吐出波形Paのトリミングとを行う手段である。
第1スイッチ手段S1と並列に接続されたダイオードDは、アノード側が第1スイッチ手段S1の共通駆動波形Vcomの入力側に、カソード側が圧電素子42の個別電極側にそれぞれ接続されている。したがって、ダイオードDは、吐出波形及び制振波形の各立下り波形要素に対して逆方向になる向きに接続されている。
このように構成した第1実施形態において、マスク信号MNは、図13(c)に示すように、OFF状態及びON状態を設定している。
つまり、吐出波形Paの立下り波形要素a1の立下り開始以前の時点t1からON状態に遷移する。その後、カウンタ428により第1スイッチ手段S1のOFF制御が入る時点t2、t3又はt4でOFF状態に遷移する。
また、マスク信号MNは、制振波形Pbの立下り波形要素a2の立下り開始以前の保持波形要素d1の時点t5でON状態に遷移し、立下り波形要素a2の終了より後の保持波形要素b2の時点t6でOFF状態に遷移する。
吐出波形Paの立下り波形要素a1及び制振波形Pbの立下り波形要素a2は、マスク信号MNがON状態のとき、第1スイッチ手段S1を通過する。つまり、ヘッド制御部401は、吐出波形Pa及び制振波形Pbの各立下り波形要素a1、s2の部分で第1スイッチ手段S1をオン状態にする手段である。
また、吐出波形Pa、制振波形Pbの立ち上がり波形要素c1、c2は、ダイオードDに対して順方向になるので、第1スイッチ手段S1がOFF状態でも、ダイオードDを介して圧電素子42に与えられる。
これにより、圧電素子42に対しては、図13(b)に示すような駆動波形Vtが与えられることになる。
ここで、マスク信号MNが時点t4でON状態からOFF状態に遷移する場合には、圧電素子42に与えられる駆動波形Vtの立下り電位は、吐出波形Paの立下り波形要素a1の立下り終了電位と同じになる。これにより、圧電素子42が大きく放電して、吐出される液滴の速度や重量は相対的に大きくなる。
マスク信号MNが時点t3でON状態からOFF状態に遷移する場合には、圧電素子42に与えられる駆動波形Vtの立下り電位は、吐出波形Paの立下り波形要素a1の立下り終了電位よりも高い電位になる。これにより、圧電素子42が中位まで放電して、吐出される液滴の速度や重量は相対的に中程度となる。
マスク信号MNが時点t2でON状態からOFF状態に遷移する場合には、圧電素子42に与えられる駆動波形Vtの立下り電位は、時点t3で遷移する場合よりも更に高い電位になる。これにより、圧電素子42が少し放電して、吐出される液滴の速度や重量は相対的に小さくなる。
このように、吐出波形Paの立下り波形要素a1を通過させるマスク信号MNのON時間(スイッチOFFタイミング)を変化させることで調節を行うことができる。
このとき、吐出波形Paの立下り波形要素a1に対して、予めON状態にしておいた第1スイッチ手段S1のOFFタイミング(時点t2~t4)を調整することにより、液滴の吐出特性の調整を行う。
そして、吐出波形Paの立ち上り波形要素c1は、第1スイッチ手段S1をON状態にする必要がなく、ダイオードDを通して圧電素子42に充電を行うことができる。
一方、制振波形Pbの立下り波形要素a2に対して、第1スイッチ手段S1を再びON状態にすることで、圧電素子42の放電を行うことができる。
制振波形Pbの立ち上り波形要素c2は、第1スイッチ手段S1をON状態にする必要がなく、ダイオードDを通して圧電素子42に充電を行うことができる。
これにより、結果として、吐出波形Paの電圧を調整した波形と、その後の制振波形Pbとを、圧電素子42に印加することができる。第1スイッチ手段S1をON状態にする必要が無く、ダイオードDを通して圧電素子42の充電を行うので、通常、吐出波形Paの立ち上り波形要素c1が圧電素子の電位と等しくなるタイミングを合わせて第1スイッチ手段S1をON状態にして充電を行わないといけない煩雑さがなくなる利点もある。
また、個別端子側(スイッチ側)に、GNDではなく、駆動波形を印加する構成とした場合、前記特許文献1の構成ではトリミングできないのに対し、本実施形態によれば、個別端子からスイッチを介して圧電素子に制振波形を印加しながらトリミングすることができる。
次に、本発明の第2実施形態について図14及び図15を参照して説明する。図14は同実施形態におけるヘッドドライバのスイッチ部分の説明図、図15は同じく作用説明に供する説明図である。
本実施形態では、図15(a)に示す駆動電圧波形である共通駆動波形Vcomを入力する。
共通駆動波形Vcomは、吐出波形Paと、制振波形Pbとを含む。
吐出波形Paは、立下り波形要素a1と、保持波形要素b1と、立ち上がり波形要素c1とを含む。立下り波形要素a1は、基準電位Veから電位V1まで立ち下がって圧力室21を膨張させる。保持波形要素b1は、立下り波形要素a1で立ち下がった電位V1を保持する。立ち上がり波形要素c1は、保持波形要素b1で保持された電位V1から電位V3(V3>Ve)まで立ち上がって圧力室21を収縮させ、液体を吐出させる。
制振波形Pbは、吐出波形要素Paの立ち上がり波形要素c1で立ち上がった電位V3を保持する保持波形要素d1と、立下り波形要素a2とを含む。立下り波形要素a2は、保持波形要素d1で保持された電位V3から基準電位Veまで立ち下がって圧力室21を膨張させる。制振波形Pbでは液体は吐出されない。
本実施形態では、スイッチング手段430は、第1スイッチ手段S1とダイオードDとの並列回路と、この並列回路に直接接続された第2スイッチ手段S2とを含む。そして、共通駆動波形Vcomは、第2スイッチ手段S2を介して、第1スイッチ手段S1とダイオードDとの並列回路とに入力し、圧電素子42の個別電極側にトリミング後の駆動波形Vtを印加する。
第2スイッチ手段S2は、圧電素子42に対する駆動電圧波形の印加/非印加を選択する手段である。なお、本実施形態では、第1スイッチ手段S1の前段側に第2スイッチ手段S2を配置しているが、第1スイッチ手段S1の後段側に第2スイッチ手段S2を配置することもできる。
第1スイッチ手段S1はトリミング用スイッチ手段であり、前記第1実施形態と同様なトリミングデータTDとカウンタ428のカウント値に基づいてON/OFF制御される。
第1スイッチ手段S1と並列に接続されたダイオードDは、アノード側が第1スイッチ手段S1の共通駆動波形Vcomの入力側に、カソード側が圧電素子42の個別電極側にそれぞれ接続されている。したがって、ダイオードDは、駆動電圧波形の立下り波形要素に対して逆方向になる向きに接続されている。
このように構成した第2実施形態において、マスク信号MNは、図15(c)に示すように、OFF状態及びON状態を設定している。
つまり、マスク信号MNは、吐出波形Paの立下り波形要素a1の立下り開始以前の時点t1からON状態に遷移する。その後、カウンタ428により第1スイッチ手段S1のOFF制御が入る時点t2、t3又はt4でOFF状態に遷移する。
また、マスク信号MNは、制振波形Pbの立下り波形要素a2の立下り開始以前の保持波形要素d1の時点t5でON状態に遷移し、立下り波形要素a2の終了より後の時点t6でOFF状態に遷移する。
吐出波形Paの立下り波形要素a1及び制振波形Pbの立下り波形要素a2は、マスク信号MNがON状態のとき、第1スイッチ手段S1を通過する。また、吐出波形Paの立ち上がり波形要素c1は、ダイオードDに対して順方向になるので、第2スイッチ手段S2がOFF状態でも、ダイオードDを介して圧電素子42に与えられる。
これにより、圧電素子42に対しては、図13(b)に示すような駆動波形Vtが与えられることになる。
ここで、吐出波形Paの立下り波形要素a1を通過させるマスク信号MNのON時間(スイッチOFFタイミング:t2~t4)を変化させることで調節を行うことができることは前記第1実施形態と同様である。
また、制振波形Pbの立下り波形要素a2に対して、第1スイッチ手段S1を再びON状態にすることで、圧電素子42の放電を行うことができる。
そして、本実施形態では、前記第1実施形態と異なり、第2スイッチ手段S2はトリミング用スイッチ手段を兼ねておらず、トリミングとは関係なく、駆動電圧波形の印加/非印加を切り替えることができる。
これにより、共通駆動波形Vcomが複数の吐出パルスを含み、1又は2以上の吐出パルスを選択することで、例えば、滴サイズ(大滴、中滴、小滴)を打ち分け、階調(不吐出及び小、中、大滴)表現を行うことができる。
さらに、駆動電圧波形を印加したくない圧電素子42については、第2スイッチ手段S2をOFF状態にして圧電素子42を完全に切り離すことができる。
これにより、トリミング用の第1スイッチ手段S1がOFF状態になっている場合でも、基準電位Veより高電圧が第1スイッチ手段S1に印加された場合に、並列のダイオードDを通して圧電素子42が充電されてしまうことを防止できる。
つまり、図15(a)に示す共通駆動波形Vcomの吐出波形Paのように基準電位Veより高い電位まで立ち上がり波形c1を立ち上げる波形を使用することができる。
次に、本発明の第3実施形態について図16及び図17を参照して説明する。図16は同実施形態におけるヘッドドライバのスイッチ部分の説明図、図17は同じく作用説明に供する説明図である。
本実施形態は、ノズル11のメニスカスの引き込み工程を実施した後に、メニスカスの押し出し工程を実施することにより液滴の吐出を行う場合であっても、圧電素子のd31モードを用いて、駆動電圧波形の立上り(充電)でメニスカスの引き込み、駆動電圧波形の立下り(放電)でメニスカスの押し出しを行う(d31モードによる引き打ち)場合である。あるいは、圧電素子のd33モードを用いて、駆動電圧波形の立下り(放電)でメニスカスの引き込み、駆動電圧波形の立上り(充電)でメニスカスの押し出しを行う場合であっても、メニスカスの引き込み工程を実施する前に、メニスカスの押し出し工程を実施することにより液滴の吐出を行う(d33モードによる押し打ち)場合である。
そこで、本実施形態では、例えば、図17(a)に示す駆動電圧波形である共通駆動波形Vcomを入力する。
共通駆動波形Vcomは、吐出波形Paと、制振波形Pbとを含む。
吐出波形Paは、立ち上がり波形要素c11と、保持波形要素b11と、立下り波形要素a11とを含む。立ち上がり波形要素c11は、基準電位Veから電位V11まで立ち上がって圧力室21を膨張させる。保持波形要素b11は、立ち上がり波形要素c11で立ち上がった電位V11を保持する。立下り波形要素a11は、保持波形要素b11で保持された電位V11から電位V12(V12<Ve)まで立ち下がって圧力室21を収縮させ、液体を吐出させる。
制振波形Pbは、吐出波形Paの立下り波形要素a11で立ち下がった電位V12を保持する保持波形要素d11と、立ち上がり波形要素c12を含む。立ち上がり波形要素a2は、保持波形要素d11で保持された電位V12から基準電位Veまで立ち上がって圧力室21を膨張させる。制振波形Pbでは液体は吐出されない。
本実施形態でも、スイッチング手段430は、第1スイッチ手段S1とダイオードDとの並列回路と、この並列回路に直接接続された第2スイッチ手段S2とを含む。そして、共通駆動波形Vcomは、第2スイッチ手段S2を介して、第1スイッチ手段S1とダイオードDとの並列回路とに入力し、圧電素子42の個別電極側にトリミング後の駆動波形Vtを印加する。
第2スイッチ手段S2は、圧電素子42に対する駆動電圧波形の印加/非印加を選択する手段である。なお、本実施形態では、第1スイッチ手段S1の前段側に第2スイッチ手段S2を配置しているが、第1スイッチ手段S1の後段側に第2スイッチ手段S2を配置することもできる。
第1スイッチ手段S1はトリミング用スイッチ手段であり、前記第1実施形態と同様なトリミングデータTDとカウンタ428のカウント値に基づいてON/OFF制御される。
第1スイッチ手段S1と並列に接続されたダイオードDは、カソード側が第1スイッチ手段S1の共通駆動波形Vcomの入力側に、アノード側が圧電素子42の個別電極側にそれぞれ接続されている。したがって、ダイオードDは、駆動電圧波形の立ち上がり波形要素に対して逆方向になる向きに接続されている。
このように構成した第3実施形態において、マスク信号MNは、図17(c)に示すように、OFF状態及びON状態を設定している。
つまり、吐出波形Paの立ち上がり波形要素c11の立下り開始以前の時点t1からON状態に遷移する。その後、カウンタ428により第2スイッチ手段S2のOFF制御が入る時点t2、t3又はt4でOFF状態に遷移する。
また、マスク信号MNは、制振波形Pbの立ち上がり波形要素c12の立ち上がり開始以前の保持波形要素d11の時点t5でON状態に遷移し、立ち上がり波形要素c12の終了より後の時点t6でOFF状態に遷移する。
吐出波形Paの立ち上がり波形要素c11及び制振波形Pbの立ち上がり波形要素c12は、マスク信号MNがON状態のとき、第1スイッチ手段S1を通過する。また、吐出波形Paの立下り波形要素a11は、ダイオードDに対して順方向になるので、第1スイッチ手段S1がOFF状態でも、ダイオードDを介して圧電素子42に与えられる。
これにより、圧電素子42に対しては、図17(b)に示すような駆動波形Vtが与えられることになる。
ここで、吐出波形Paの立ち上がり波形要素c11を通過させるマスク信号MNのON時間(スイッチOFFタイミング:t2~t4)を変化させることで調節を行うことができることは前記第1実施形態と同様である。
また、制振波形Pbの立ち上がり波形要素c12に対して、第1スイッチ手段S1を再びON状態にすることで、圧電素子42の放電を行うことができる。
そして、本実施形態でも、前記第1実施形態と異なり、第2スイッチ手段S2はトリミング用スイッチ手段を兼ねておらず、トリミングとは関係なく、駆動電圧波形の印加/非印加を切り替えることができる。
これにより、共通駆動波形Vcomが複数の吐出パルスを含み、1又は2以上の吐出パルスを選択することで、例えば、滴サイズ(大滴、中滴、小滴)を打ち分け、階調(不吐出及び小、中、大滴)表現を行うことができる。
さらに、駆動電圧波形を印加したくない圧電素子42については、第2スイッチ手段S2をOFF状態にして、圧電素子42を駆動電圧波形の供給路から完全に切り離すことができる。
これにより、トリミング用の第1スイッチ手段S1がOFF状態になっている場合でも、基準電位Veより低い電圧が第1スイッチ手段S1に印加された場合に、並列のダイオードDを通して圧電素子42が充電されてしまうことを防止できる。
次に、本発明の第4実施形態について図18を参照して説明する。図18は同実施形態におけるヘッドドライバのスイッチ部分の説明図である。
本実施形態では、複数の圧電素子42の共通の正電極に駆動電圧波形である共通駆動波形Vcomを印加し、個別の負電極側にスイッチング手段430を接続している。スイッチング手段430は、第1スイッチ手段S1及びダイオードDの並列回路と、この並列回路と直列接続した第2スイッチ手段S2とを含む。
前述した第2実施形態における図15(a)に示すような共通駆動波形Vcomを使用する場合、ダイオードDは、アノード側を第1スイッチ手段S1の駆動電圧波形の入力側になり、カソード側が駆動電圧波形の入力側と反対側になるように設ける。
そして、マスク信号MNは、吐出波形Paの立下り波形要素a1の開始時点より前からカウンタにより第1スイッチ手段S1のOFF制御が入るまでの間、第1スイッチ手段S1をON状態にする。また、マスク信号MNは、制振波形Pbの立下り波形要素a2の開始時点より前の保持波形要素d1の時点から立下り波形要素a2の終了以降までの間、第1スイッチ手段S1をON状態にする。
なお、本実施形態では、前記第1実施形態における図13(a)に示すような共通駆動波形Vcomを使用する場合、第1スイッチ手段S1を削除してもよく、前記第3実施形態における図17(b)に示すような共通駆動波形Vcomを使用する場合、ダイオードDの向きを逆にすれば良い。
次に、本発明の第5実施形態について図19を参照して説明する。図19は同実施形態におけるヘッドドライバのスイッチ部分の作用説明に供する説明図である。
本実施形態におけるヘッドドライバのスイッチ部分は、前記第1実施形態(図12)と同じである。
本実施形態では、図19(a)に示すような共通駆動波形Vcomを使用している。共通駆動波形Vcomは、時系列で並ぶ3つの吐出波形Pa1~Pa3と制振波形Pbとを含む。吐出波形Pa1~Pa3及び制振波形Pbの波形要素は、前記第1実施形態で説明したと同様である。
そして、マスク信号MNによって第1スイッチ手段S1のオン/オフを制御することで、共通駆動波形Vcomに含まれる吐出波形Pa1~Pa3と制振波形Pbの通過/非通過を選択して、階調制御を行っている。
つまり、不吐出とするときには、図19(b)に示すように、吐出波形Pa3と制振波形Pbとの間で第1スイッチ手段S1をON状態にする。
小滴を吐出させるときには、図19(c)に示すように、吐出波形Pa3の立ち上がり波形要素a1と制振波形Pbの立下り波形要素a2で第1スイッチ手段S1をON状態にする。これにより、吐出波形Pa3が圧電素子42に与えられて液滴が吐出される。
中滴を吐出させるときには、図19(d)に示すように、吐出波形Pa2、Pa3の各立ち上がり波形要素a1と制振波形Pbの立下り波形要素a2で第1スイッチ手段S1をON状態にする。これにより、吐出波形Pa2、Pa3が順次圧電素子42に与えられて2つの滴が順次吐出され、例えば飛翔中に一滴に合体する。
大滴を吐出させるときには、図19(e)に示すように、吐出波形Pa1~Pa3の各立ち上がり波形要素a1と制振波形Pbの立下り波形要素a2で第1スイッチ手段S1をON状態にする。これにより、吐出波形Pa1~Pa3が順次圧電素子42に与えられて3つの滴が吐出され、例えば飛翔中に一滴に合体する。
なお、吐出波形Pa1~Pa3の各立下り波形要素a1で第1スイッチ手段S1をON状態からOFF状態にするタイミングを変更することで、前記第1実施形態で説明したような調節を行う。
次に、本発明の第6実施形態について図20を参照して説明する。図20は同実施形態におけるヘッドドライバのスイッチ部分の作用説明に供する説明図である。
本実施形態におけるヘッドドライバのスイッチ部分は、前記第2実施形態(図14)と同じである。
本実施形態では、図20(a)に示すような共通駆動波形Vcomを使用している。共通駆動波形Vcomは、時系列で並ぶ3つの吐出波形Pa1~Pa3と制振波形Pbとを含む。吐出波形Pa1~Pa3及び制振波形Pbの波形要素は、前記第2実施形態で説明したと同様である。
そして、マスク信号MNによって第1スイッチ手段S1のオン/オフを制御することで、共通駆動波形Vcomに含まれる吐出波形Pa1~Pa3と制振波形Pbの通過/非通過を選択し、階調制御を行っている。
つまり、不吐出とするときには、図20(c)に示すように、制振波形Pbの立下り波形要素a2が終了した後の基準電位Veで第1スイッチ手段S1をON状態にして補充電を行う。
小滴を吐出させるときには、図20(e)に示すように、吐出波形Pa3の立ち上がり波形要素a1と制振波形Pbの立下り波形要素a2で第1スイッチ手段S1をON状態にする。これにより、吐出波形Pa3が圧電素子42に与えられて液滴が吐出される。
また、中滴を吐出させるときには、図20(f)に示すように、吐出波形Pa2、Pa3の各立ち上がり波形要素a1と制振波形Pbの立下り波形要素a2で第1スイッチ手段S1手段をON状態にする。これにより、吐出波形Pa2、Pa3が順次圧電素子42に与えられて2つの滴が順次吐出され、例えば飛翔中に一滴に合体する。
大滴を吐出させるときには、図20(g)に示すように、吐出波形Pa1~Pa3の各立ち上がり波形要素a1と制振波形Pbの立下り波形要素a2で第1スイッチ手段S1をON状態にする。これにより、吐出波形Pa1~Pa3が順次圧電素子42に与えられて3つの滴が吐出され、例えば飛翔中に一滴に合体する。
なお、吐出波形Pa1~Pa3の各立下り波形要素a1で第1スイッチ手段S1をON状態からOFF状態にするタイミングを変更することで、前記第1実施形態で説明したような調節を行う。
一方、第2スイッチ手段S2について、不吐出のノズルについては、図20(b)に示すように、スイッチング手段430に基準電位Veよりも高い電位が印加される部分においてOFF状態にする(駆動電圧波形全域でOFF状態でも良い)。また、小、中、大滴を吐出するノズルについては、図20(b)に示すように、駆動電圧波形全域でON状態にする。
次に、本発明の第7実施形態について図21を参照して説明する。図21は同実施形態におけるヘッドドライバのスイッチ部分の作用説明に供する説明図である。
本実施形態におけるヘッドドライバのスイッチ部分は、前記第2実施形態(図14)と同じである。
本実施形態では、図21(a)に示すような共通駆動波形Vcomを使用している。共通駆動波形Vcomは、時系列で並ぶ3つの吐出波形Pa1~Pa3と制振波形Pbとを含む。吐出波形Pa1~Pa3及び制振波形Pbの波形要素は、前記第2実施形態で説明したと同様である。
そして、不吐出、小滴、中滴、大滴のノズルについては、共通で、図21(f)に示すように、各吐出波形Paの立下り波形要素a1と制振波形Pbの立下り波形要素a2に対して第1スイッチ手段S1をON状態にする。
一方、不吐出のノズルについては、図21(b)に示すように、基準電位Veで第2スイッチ手段S2をON状態にして補充電を行う。
また、小滴のノズルについては、図21(c)に示すように、吐出波形Pa3と制振波形Pbに跨って第2スイッチ手段S2をON状態にする。中滴のノズルについては、図21(d)に示すように、吐出波形Pa2、Pa3と制振波形Pbに跨って第2スイッチ手段S2をON状態にする。大滴のノズルについては、図21(e)に示すように、吐出波形Pa1~Pa3と制振波形Pbに跨って第2スイッチ手段S2をON状態にする。
つまり、滴サイズに応じて第2スイッチ手段S2をオン/オフ制御することで階調表現を行っている。
なお、以上の実施形態において、トリミングは、普通、複数ノズルの滴速度や滴重量を合わせることだけでなく、他よりも滴サイズを大きくするなど、他と揃える場合以外も含むものである。
本願において、吐出される液体は、ヘッドから吐出可能な粘度や表面張力を有するものであればよく、特に限定されないが、常温、常圧下において、または加熱、冷却により粘度が30mPa・s以下となるものであることが好ましい。より具体的には、水や有機溶媒等の溶媒、染料や顔料等の着色剤、重合性化合物、樹脂、界面活性剤等の機能性付与材料、DNA、アミノ酸やたんぱく質、カルシウム等の生体適合材料、天然色素等の可食材料、などを含む溶液、懸濁液、エマルジョンなどであり、これらは例えば、インクジェット用インク、表面処理液、電子素子や発光素子の構成要素や電子回路レジストパターンの形成用液、3次元造形用材料液等の用途で用いることができる。
液体を吐出するエネルギー発生源として、圧電アクチュエータ(積層型圧電素子及び薄膜型圧電素子)以外の容量型アクチュエータを使用するものも含まれる。
また、「液体を吐出する装置」には、液体が付着可能なものに対して液体を吐出することが可能な装置だけでなく、液体を気中や液中に向けて吐出する装置も含まれる。
この「液体を吐出する装置」は、液体が付着可能なものの給送、搬送、排紙に係わる手段、その他、前処理装置、後処理装置なども含むことができる。
例えば、「液体を吐出する装置」として、インクを吐出させて用紙に画像を形成する装置である画像形成装置、立体造形物(三次元造形物)を造形するために、粉体を層状に形成した粉体層に造形液を吐出させる立体造形装置(三次元造形装置)がある。
また、「液体を吐出する装置」は、吐出された液体によって文字、図形等の有意な画像が可視化されるものに限定されるものではない。例えば、それ自体意味を持たないパターン等を形成するもの、三次元像を造形するものも含まれる。
上記「液体が付着可能なもの」とは、液体が少なくとも一時的に付着可能なものであって、付着して固着するもの、付着して浸透するものなどを意味する。具体例としては、用紙、記録紙、記録用紙、フィルム、布などの被記録媒体、電子基板、圧電素子などの電子部品、粉体層(粉末層)、臓器モデル、検査用セルなどの媒体であり、特に限定しない限り、液体が付着するすべてのものが含まれる。
上記「液体が付着可能なもの」の材質は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど液体が一時的でも付着可能であればよい。
また、「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッドと液体が付着可能なものとが相対的に移動する装置があるが、これに限定するものではない。具体例としては、液体吐出ヘッドを移動させるシリアル型装置、液体吐出ヘッドを移動させないライン型装置などが含まれる。
また、「液体を吐出する装置」としては、他にも、用紙の表面を改質するなどの目的で用紙の表面に処理液を塗布するために処理液を用紙に吐出する処理液塗布装置、原材料を溶液中に分散した組成液を、ノズルを介して噴射させて原材料の微粒子を造粒する噴射造粒装置などがある。
なお、本願の用語における、画像形成、記録、印字、印写、印刷、造形等はいずれも同義語とする。
1 ヘッド
10 ノズル板
11 ノズル
20 個別流路部材
21 圧力室
22 個別供給流路
23 個別回収流路
30 振動板部材
42 圧電素子
50 共通流路部材
100 ヘッドモジュール
400 ヘッド駆動制御装置
401 ヘッド制御部
402 駆動波形生成部
403 波形データ格納部
410 ヘッドドライバ
413 セレクタ
415 スイッチアレイ
430 スイッチング手段
S1 第1スイッチ手段
S2 第2スイッチ手段
D ダイオード
500 印刷装置(液体を吐出する装置)
550 ヘッドユニット

Claims (4)

  1. 液体を吐出するヘッドと、
    前記ヘッドの圧電素子に対する駆動電圧波形の印加/非印加を選択するスイッチング手段と、を備え、
    前記駆動電圧波形は、時系列で、前記ヘッドの圧力室の液体を加圧して吐出させる吐出波形と、前記吐出波形の後に配置され、前記圧力室の残留振動を抑制する制振波形とを含み、
    前記スイッチング手段は、
    前記吐出波形及び前記制振波形の各立下り波形要素の部分で第1スイッチ手段をオン状態にする手段と、
    前記第1スイッチ手段と並列に、前記吐出波形及び前記制振波形の各立下り波形要素に対して逆方向になる向きに接続されたダイオードと、を備え
    前記吐出波形の立ち上がり波形要素の部分では前記第1スイッチ手段をオフ状態にする
    ことを特徴とする液体を吐出する装置。
  2. 前記スイッチング手段は、前記第1スイッチ手段及び前記ダイオードの並列回路と直列に接続された第2スイッチ手段を含み、
    少なくとも前記駆動電圧波形の基準電位より高い電位が印加されるときに前記第1スイッチ手段をオフ状態にする手段を備えている
    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. 吐出する滴サイズに応じて前記第2スイッチ手段をオン/オフ制御する
    ことを特徴とする請求項に記載の液体を吐出する装置。
  4. 液体を吐出するヘッドの圧電素子に対する駆動電圧波形の印加/非印加を選択するスイッチング手段を備え、
    前記駆動電圧波形は、時系列で、前記ヘッドの圧力室の液体を加圧して吐出させる吐出波形と、前記吐出波形の後に配置され、前記圧力室の残留振動を抑制する制振波形とを含み、
    前記スイッチング手段は、
    前記吐出波形及び前記制振波形の各立下り波形要素の部分で第1スイッチ手段をオン状態にする手段と、
    前記第1スイッチ手段と並列に、前記吐出波形及び前記制振波形の各立下り波形要素に対して逆方向になる向きに接続されたダイオードと、を備え
    前記吐出波形の立ち上がり波形要素の部分では前記第1スイッチ手段をオフ状態にする
    ことを特徴とするヘッド駆動制御装置。
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