WO2023112559A1

WO2023112559A1 - インク吐出装置およびインク吐出制御方法

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Publication number: WO2023112559A1
Application number: PCT/JP2022/041737
Authority: WO
Inventors: 修平中谷
Original assignee: パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date: 2021-12-15
Filing date: 2022-11-09
Publication date: 2023-06-22

Abstract

インク吐出装置は、インク室およびインク室内のインクを吐出するノズルを備えるヘッド本体と、ヘッド本体に取り付けられる振動板と、振動板を振動させるパルス波形を有する電圧波形信号によってインクの吐出を制御する制御装置と、を備え、パルス波形は、インク室の体積が増大するように電圧値が中間電位から第１電位に変動した後に、インク室の体積が減少するように第１電位から第２電位に電圧値が変動するように形成され、制御装置は、パルス波形において電圧値が第１電位から第２電位まで変動する期間内の電圧値の変化率および電圧値の変化量を調整することで、インクの吐出を制御する。

Description

インク吐出装置およびインク吐出制御方法

　本開示は、インク吐出装置およびインク吐出制御方法に関する。

　特許文献１には、液体吐出ヘッドから液体を吐出させる電圧波形信号において、液体を振動させるための波形と液体を吐出させるための波形との間隔を調整する液体の吐出装置が開示されている。特許文献１に記載の吐出装置は、液体吐出ヘッドの共振周波数がばらついていても液体の吐出速度を安定させることができる。

特開２０１７－１０５０２１号公報

　本開示の一態様に係るインク吐出装置は、インク室およびインク室内のインクを吐出するノズルを備えるヘッド本体と、ヘッド本体に取り付けられる振動板と、振動板を振動させるパルス波形を有する電圧波形信号によってインクの吐出を制御する制御装置と、を備え、パルス波形は、インク室の体積が増大するように電圧値が中間電位から第１電位に変動した後に、インク室の体積が減少するように第１電位から第２電位に電圧値が変動するように形成され、制御装置は、パルス波形において電圧値が第１電位から第２電位まで変動する期間内の電圧値の変化率および電圧値の変化量を調整することで、インクの吐出を制御する。

　本開示の一態様に係るインク吐出制御方法は、インク室およびインク室内のインクを吐出するノズルを備えるヘッド本体と、ヘッド本体に取り付けられる振動板と、を備えるインク吐出装置を制御するインク吐出制御方法であって、インク室の体積が増大した後にインク室の体積が減少するように振動板を振動させるパルス波形を有する電圧波形信号を生成する手順と、パルス波形においてインク室の体積が減少する期間内の電圧値の変化率および電圧値の変化量を調整する手順と、を含む、インク吐出制御方法。

本開示の実施形態に係るインク吐出装置の構成を示す断面図飛翔観察装置を示す図パルス波形を示す図電圧波形信号を示す図電圧波形信号および圧力波を示す図電圧波形信号および圧力波を示す図電圧波形信号および圧力波を示す図電圧波形信号および圧力波を示す図パルス波形における電圧変動時間と吐出速度との関係を示す図第２の電圧変動時間に関する係数Ｋと引き込み時間との関係を示す図パルス波形における第１傾きとインクの吐出速度との関係を示す図パルス波形における第１傾きとインクの吐出体積との関係を示す図インクの吐出速度と吐出体積との関係を示す図電圧波形信号の変形例を示す図電圧波形信号の変形例を示す図パルス波形の変形例を示す図パルス波形の変形例を示す図

　近年、液体吐出ヘッドを用いて、電子デバイスの製造および製品の筐体に装飾を加えることが行われている。液体吐出ヘッドから吐出される液体には、用途に適した液体が用いられる。液体の種類に応じて、液体吐出ヘッドから液体を吐出させる電圧波形信号が適切に設定される。

　電圧波形信号が適切ではない場合、吐出された液体の体積および速度が適切にならない。その結果、液体の塗布量および印刷対象における位置のばらつきが生じ、印刷品質の低下を招く。

　本開示は、吐出されたインクの体積および速度を適切に調整することができるインク吐出装置を提供することを目的とする。

　以下、本開示の実施形態に係るインク吐出装置について説明する。図１は、インク吐出装置１の構成を示す断面図である。なお、以下では、図１の矢印にて示されるように、インク吐出装置１の高さ方向をＺ軸方向と称し、インク吐出装置１の幅方向をＸ軸方向と称し、インク吐出装置１の奥行き方向をＹ軸方向と称する。

　インク吐出装置１は、インクを吐出して対象物に印刷するものである。インクは、例えば、印刷用インクである。インクは、他の液体材料、例えば、はんだペースト、銀ペースト、捺印ペースト、蛍光体ペースト、または、細胞懸濁液でもよい。

　インク吐出装置１は、図示しない送液装置との間でインクが循環するように構成されている。つまり、送液装置からインク吐出装置１にインクが供給され、インク吐出装置１から吐出されなかったインクが送液装置へ還流する。なお、インク吐出装置１は、循環型ではなく、インク吐出装置１に供給されたインクが、インク吐出装置１の内部に留まる非循環型のものであってもよい。

　インク吐出装置１は、ヘッド本体１０、振動板２０、加圧部材３０、および、制御装置４０を備えている。

　ヘッド本体１０は、例えば、直方体状に形成されている。ヘッド本体１０は、第１本体部１１、第２本体部１２、および、ノズル板１３で構成される。図１に示すように、ノズル板１３、第２本体部１２，第１本体部１１の順に重畳されてヘッド本体１０が形成される。

　第１本体部１１は、例えば直方体状に形成され、ヘッド本体１０の上部を構成するものである。第１本体部１１は、後述の共通供給流路５１および共通排出流路５５を形成する。第１本体部１１は、例えば、ステンレス鋼などの合金鋼が切削加工されることにより形成されている。

　第２本体部１２は、例えば直方体状に形成され、ヘッド本体１０の下部を構成するものである。第２本体部１２は、後述の各ノズル５６に対応する供給流路５２、インク室５３および排出流路５４を形成する。第２本体部１２は、例えば、エッチングやプレス加工によって成型されたステンレス板が積層されることにより形成されている。

　ノズル板１３は、第２本体部１２の底面に配置されている。ノズル板１３は、例えば、ステンレス板がエッチングやプレス加工によって成型されることによって形成される。

　ヘッド本体１０は、１つの共通供給流路５１、複数の供給流路５２、複数のインク室５３、複数の排出流路５４、１つの共通排出流路５５、および、複数のノズル５６を備えている。なお、複数のノズル５６は、図１に示すＹ軸上にそって配列されている。以下では、Ｙ軸の正方向を配列方向と称する。供給流路５２、インク室５３、および、排出流路５４の組は、ノズル５６と１対１で対応している。すなわち、ヘッド本体１０は、供給流路５２、インク室５３、および、排出流路５４の組と、ノズル５６とは同数である。

　共通供給流路５１は、第１本体部１１に配列方向に沿って延びるように形成されている。共通供給流路５１には、送液装置からインクが供給される。共通供給流路５１は、複数の供給流路５２に接続されている。共通供給流路５１を流れるインクは、複数の供給流路５２それぞれに分流する。

　供給流路５２は、第２本体部１２に形成されている。供給流路５２に供給されたインクは、第１絞り流路５７を介してインク室５３に供給される。

　インク室５３は、第２本体部１２に形成されている。インク室５３の上壁は、振動板２０によって形成されている。インク室５３に供給されたインクのうち、ノズル５６から吐出されなかったインクは、第２絞り流路５８を介して排出流路５４に排出される。

　排出流路５４は、第２本体部１２に形成されている。排出流路５４に排出されたインクは、共通排出流路５５に排出される。

　共通排出流路５５は、第１本体部１１に配列方向に沿って延びるように形成され、複数の排出流路５４に接続されている。複数の排出流路５４から排出されたインクは、共通排出流路５５にて合流し、送液装置へ還流する。

　ノズル５６は、ノズル板１３に形成されている穴であり、インク室５３内のインクを外部に吐出する。なお、ノズル板１３の底面には、インクをはじく撥液性を有する撥液膜が形成されていてもよい。

　振動板２０は、第１本体部１１および第２本体部１２の間に位置し、インク室５３の上壁となるように配置されている。振動板２０は、薄板状の弾性体であり、インク室５３の内側および外側に向けて凸状となるように変形する。つまり、振動板２０は、インク室５３の体積（容積）を増大または減少させるように変形する。

　加圧部材３０は、振動板２０におけるインク室５３とは反対側の板面に取り付けられている。インク吐出装置１は、加圧部材３０を複数備える。加圧部材３０は、インク室５３と１対１で対応し、インク室５３と同数配置されている。加圧部材３０は、例えば、圧電素子である。

　加圧部材３０に後述する電圧波形信号Ｓが与えられて加圧部材３０が伸縮することで、振動板２０が変形する。振動板２０がインク室５３の体積が減少するように変形し、インク室５３内のインクが加圧されることで、インクがノズル５６から吐出する。

　制御装置４０は、インクの吐出を制御する。具体的には、制御装置４０は、後述する電圧波形信号Ｓを加圧部材３０に出力することによって、振動板２０を振動させる。

　図２は、インク吐出装置１および飛翔観察装置２を示す図である。飛翔観察装置２は、インク吐出装置１から吐出されたインクおよびノズル板１３の底面におけるノズル５６周辺を観察するものである。飛翔観察装置２は、光源部２ａ、撮像部２ｂ、および、制御部２ｃを備えている。

　光源部２ａは、ノズル５６周辺およびノズル５６から吐出されたインクに光を照射する。光源部２ａは、発光源（例えば発光ダイオード）、および、発光ダイオードが発した光の進行方向を調整する光学系を備えている。

　撮像部２ｂは、ノズル５６周辺およびノズル５６から吐出されたインクを撮像し、撮像されたノズル５６周辺およびインクの画像を生成する撮像装置である。撮像部２ｂは、生成した画像を制御部２ｃに出力する。

　制御部２ｃは、光源部２ａおよび撮像部２ｂを制御する。制御部２ｃは、具体的には、比較的短い間隔で点滅するストロボ発光をさせるように光源部２ａを制御する。また、制御部２ｃは、光源部２ａのストロボ発光のタイミングと同期させて、インク吐出装置１から吐出されたインクおよびノズル５６周辺を複数のタイミングで撮像するように撮像部２ｂを制御する。

　制御部２ｃは、撮像部２ｂから出力された複数の画像に基づいて、インク吐出装置１から吐出されたインクの速度および体積を算出する。制御部２ｃは、具体的には、複数の画像におけるインクの位置に基づいてインクの速度を算出する。また、制御部２ｃは、複数の画像におけるインクの面積に基づいてインクの体積を算出する。

　また、ノズル５６からインクが吐出されると、ノズル５６からインクのメニスカスが露出している状態となる。このインクのメニスカスは、インク吐出後においてインク室５３内のインクの圧力低下によってノズル５６内に引き込まれる。制御部２ｃは、撮像部２ｂから出力された複数の画像に基づいて、インクが吐出してから、ノズル５６から露出したインクのメニスカスがノズル５６内に引き込まれるまでの時間を算出する。

　なお、制御部２ｃがノズル５６からインクを吐出させるように、インク吐出装置１を制御してもよい。この場合、制御部２ｃが電圧波形信号Ｓを生成し、インク吐出装置１に出力する。

　次に、制御装置４０が出力する電圧波形信号Ｓについて説明する。図３は、本実施形態に係る電圧波形信号Ｓの一例を示す図である。

　図３に示す電圧波形信号Ｓは、パルス波形Ｗ１を含む。パルス波形Ｗ１は、ノズル５６からインクが吐出するように振動板２０を振動させる波形である。パルス波形Ｗ１は、インク室５３の体積が増大した後にインク室５３の体積が減少するように振動板２０を振動させる。具体的には、パルス波形Ｗ１は、電圧波形信号Ｓが定常状態であるときの電位である中間電位Ｖｍから電圧値が降下した後に上昇するように形成されている。

　さらに具体的には、パルス波形Ｗ１は、中間電位Ｖｍから電圧値が降下し（時刻ｔ１０）、電圧値が中間電位Ｖｍより低い第１電位Ｖ１に到達し（時刻ｔ１１）、第１電位Ｖ１で保持された後に電圧値が上昇する（時刻ｔ１２）ように形成されている。さらに、パルス波形Ｗ１は、中間電位Ｖｍより電圧値が高い第２電位Ｖ２に到達し（時刻ｔ１３）、第２電位Ｖ２で保持されるように形成されている。

　また、パルス波形Ｗ１は、電圧値が上昇した後に降下するように形成されている。パルス波形Ｗ１は、具体的には、電圧値が第２電位Ｖ２で保持された後に電圧値が降下し（時刻ｔ１４）、電圧値が中間電位Ｖｍに到達する（時刻ｔ１５）ように形成されている。

　パルス波形Ｗ１において電圧値が中間電位Ｖｍから第１電位Ｖ１まで降下することでインク室５３の体積が増大するように振動板２０が変形する。その後に電圧値が第２電位Ｖ２まで上昇することで、インク室５３の体積が減少するように振動板２０が変形し、インク室５３内のインクが加圧されてノズル５６から吐出する。

　制御装置４０は、第１傾きＳＲ１および電位差Ｖｄを調整することで、インクの吐出を制御する。第１傾きＳＲ１は、電圧値が第１電位Ｖ１から第２電位Ｖ２まで上昇する期間内の電圧値の変化率である。電位差Ｖｄは、第１電位Ｖ１から第２電位Ｖ２までの電圧値の変化量である。

　また、制御装置４０は、さらに、電圧変動時間Ｔ１、第２の電圧変動時間Ｔ２、および、第２傾きＳＲ２を調整することで、インクの吐出を制御してもよい。電圧変動時間Ｔ１は、パルス波形Ｗ１において電圧値が中間電位Ｖｍから第１電位Ｖ１に向けて変動を開始する時点（時刻ｔ１０）から電圧値が第１電位Ｖ１から第２電位Ｖ２に向けて変動を開始する時点（時刻ｔ１２）までの時間である。第２の電圧変動時間Ｔ２は、電圧値が第１電位Ｖ１から第２電位Ｖ２に向けて変動を開始する時点（時刻ｔ１２）から電圧値が第２電位Ｖ２から中間電位Ｖｍに向けて変動を開始する時点（時刻ｔ１４）までの時間である。第２傾きＳＲ２は、電圧値が第２電位Ｖ２から中間電位Ｖｍまで変動する期間内の電圧値の変化率である。

　図４は、本実施形態の電圧波形信号Ｓの他の一例を示す図である。図４に示す例では、電圧波形信号Ｓは、パルス波形Ｗ１および第２のパルス波形Ｗ２を有している。第２のパルス波形Ｗ２は、振動板２０の振動によってインク室５３内に発生する圧力波を共振させるための波形である。

　第２のパルス波形Ｗ２は、パルス波形Ｗ１の前に位置する。第２のパルス波形Ｗ２は、インク室５３の体積が変化するように振動板２０を振動させる。具体的には、第２のパルス波形Ｗ２は、電圧値が降下した後に上昇するように形成されている。さらに具体的には、第２のパルス波形Ｗ２は、中間電位Ｖｍから電圧値が降下し（時刻ｔ１）、電圧値が中間電位Ｖｍと第１電位Ｖ１との間の第３電位Ｖ３に到達し（時刻ｔ２）、第３電位Ｖ３で保持された後に電圧値が上昇し（時刻ｔ３）、中間電位Ｖｍに戻る（時刻ｔ４）ように形成されている。

　第２のパルス波形Ｗ２において電圧値が中間電位Ｖｍから第３電位Ｖ３まで降下することでインク室５３の体積が増大するように振動板２０が変形し、その後に電圧値が中間電位Ｖｍまで戻ることで、振動板２０が元の形状に戻る。

　制御装置４０は、さらに第３の電圧変動時間Ｔ３および待機時間Ｔ４を調整することで、インクの吐出を制御してもよい。第３の電圧変動時間Ｔ３は、第２のパルス波形Ｗ２において電圧値が中間電位Ｖｍから第３電位Ｖ３に向けて変動を開始する時点（時刻ｔ１）から電圧値が第３電位Ｖ３から中間電位Ｖｍに向けて変動を開始する時点（時刻ｔ３）までの時間である。待機時間Ｔ４は、第２のパルス波形Ｗ２における電圧値が第３電位Ｖ３から中間電位Ｖｍに向けて変動を開始する時点（時刻ｔ３）からパルス波形Ｗ１における電圧値が中間電位Ｖｍから第１電位Ｖ１に向けて変動を開始する時点（時刻ｔ１０）までの時間である。

　次に、パルス波形Ｗ１と第２のパルス波形Ｗ２とによって構成されている電圧波形信号Ｓと、振動板２０の振動によってインク室５３内に発生する圧力波Ｗｐと、ノズル５６から吐出されるインクとの関係を、図５Ａ～５Ｄを用いて説明する。

　図５Ａ～図５Ｄに太線で示される電圧波形信号Ｓにおいて、実線部分は加圧部材３０に出力された状態を示し、破線部分は加圧部材３０に出力されていない状態を示している。また、図５Ａ～図５Ｄに示されている実細線は、圧力波Ｗｐの波形を示している。

　図５Ａに示されるように、第２のパルス波形Ｗ２が出力され（時刻ｔ１）、電圧値が第３電位Ｖ３まで降下すると（時刻ｔ２）、振動板２０の変形によってインク室５３内に圧力波Ｗｐが生じる。

　そして、図５Ｂに示されるように、圧力波Ｗｐが共振するように第３の電圧変動時間Ｔ３が後述するように調整されることにより、圧力波Ｗｐの振幅が増幅される（時刻ｔ４～ｔ１０）。

　さらに、図５Ｃに示されるように、パルス波形Ｗ１が出力される（時刻ｔ１０）。続けて、電圧値が第１電位Ｖ１まで降下し（時刻ｔ１１）、その後に電圧値が上昇し（時刻ｔ１２）、電圧値が第２電位Ｖ２に到達する（時刻ｔ１３）。

　圧力波Ｗｐが共振するように待機時間Ｔ４および電圧変動時間Ｔ１が後述するように調整されることにより、圧力波Ｗｐの振幅がさらに増幅される（時刻１０～ｔ１２、ｔ１２～ｔ１４）。なお、図５Ｃの一点鎖線は、パルス波形Ｗ１において電圧値が第２電位Ｖ２に維持された状態のときに発生する圧力波Ｗｐを示している。

　電圧値の上昇（時刻ｔ１２～ｔ１３）に応じて、振動板２０がインク室５３内のインクを加圧することで、インクがノズル５６から吐出する。圧力波Ｗｐの振幅が増幅されることで、第１～３電位の値が比較的小さい値であっても、インクを効率よく吐出することができる。

　続けて、図５Ｄに示されるように、電圧値が第２電位Ｖ２から降下し（時刻ｔ１４）、中間電位Ｖｍに戻る（時刻ｔ１５）。第２の電圧変動時間Ｔ２は、後述するように圧力波Ｗｐの振幅を抑えるように、すなわち、圧力波Ｗｐの圧力値が上昇するタイミングで振動板２０が変形するように定められる。

　次に、吐出されたインクの速度である吐出速度、および、吐出されたインクの体積である吐出体積を制御するために行われる電圧波形信号Ｓの調整について説明する。電圧波形信号Ｓの調整は、例えば、インク吐出装置１が電子デバイスの製造に用いられる場合において、製造が開始される前に実行される。電子デバイスの製造に用いられるインクは、例えば、芳香族系の有機溶剤に高分子化合物が数％溶解したものである。

　まず、電圧波形信号Ｓにおいて電圧変動時間Ｔ１、第３の電圧変動時間Ｔ３、および、待機時間Ｔ４が調整される。電圧変動時間Ｔ１、第３の電圧変動時間Ｔ３、および、待機時間Ｔ４は、それぞれ、圧力波Ｗｐが共振するように調整される。圧力波Ｗｐが共振することで圧力波Ｗｐの振幅が大きくなると、吐出速度が大きくなる。よって、電圧変動時間Ｔ１、第３の電圧変動時間Ｔ３および待機時間Ｔ４は、吐出速度が最も大きくなるように調整される。また、電圧変動時間Ｔ１、第３の電圧変動時間Ｔ３および待機時間Ｔ４は、互いと同じ時間となるように調整される。

　図６は、電圧変動時間Ｔ１と吐出速度との関係の一例を示す図である。図６に示す例では、電圧変動時間Ｔ１が３．１（マイクロ秒：μｓ）であるときに、吐出速度が最も大きい。よって、この場合、電圧変動時間Ｔ１、第３の電圧変動時間Ｔ３、および、待機時間Ｔ４は、３．１（μｓ）に調整される。

　続いて、圧力波Ｗｐの振幅を抑えるように、すなわち、圧力波Ｗｐの圧力値が上昇するタイミングで振動板２０が変形するように第２の電圧変動時間Ｔ２が調整される。上記のように圧力波Ｗｐが共振するように、すなわち、ヘッド本体１０の共振周波数に合わせるように電圧変動時間Ｔ１が調整されている。よって、第２の電圧変動時間Ｔ２を電圧変動時間Ｔ１に係数Ｋを乗じた時間に定めることで、圧力波Ｗｐの圧力値が上昇するタイミングで振動板２０が変形するように第２の電圧変動時間Ｔ２を適切に調整することができる。

　圧力波Ｗｐの振幅を抑えられると、インク吐出後においてノズル５６から露出したインクのメニスカスがノズル５６内に引き込まれるまでの引き込み時間が小さくなる。よって、第２の電圧変動時間Ｔ２は、引き込み時間が最も短くなるように調整される。

　図７は、係数Ｋと引き込み時間との関係の一例を示す図である。図７に示す例では、係数Ｋが２．２であるときに、引き込み時間が最も小さい。よって、この場合、第２の電圧変動時間Ｔ２は、２．２×電圧変動時間Ｔ１（μｓ）に調整される。

　続いて、パルス波形Ｗ１における時刻ｔ１２から時刻ｔ１３までの第１傾きＳＲ１、および、第１電位Ｖ１と第２電位Ｖ２との電位差Ｖｄが調整される。

　図８は、吐出体積が４（ピコリットル：ｐＬ）である場合における第１傾きＳＲ１と吐出速度との関係の一例を示す図である。図８に示されるように、第１傾きＳＲ１が大きくなるほど、吐出速度は大きくなる。

　図９は、吐出速度が５（メートル毎秒：ｍ／ｓ）である場合における第１傾きＳＲ１と吐出体積の関係の一例を示す図である。図９に示されるように、第１傾きＳＲ１が変化しても、吐出体積の変化は比較的小さい。

　図１０は、吐出速度と吐出体積との関係の一例を示す図である。図１０において、実線は第１傾きＳＲ１が４０（Ｖ／μｓ）であるとき、破線は第１傾きＳＲ１が３０（Ｖ／μｓ）であるとき、一点鎖線は第１傾きＳＲ１が２０（Ｖ／μｓ）であるときの吐出速度と吐出体積との関係を示している。

　例えば、第１傾きＳＲ１が４０（Ｖ／μｓ）である状態で、電位差Ｖｄを変化させると、吐出速度および吐出体積は、第１傾きＳＲ１が４０（Ｖ／μｓ）である実線に沿って変化する。

　図８、９に示されている第１傾きＳＲ１、吐出速度および吐出体積の関係、並びに、図１０に示されている吐出速度および吐出体積の関係を用いて、第１傾きＳＲ１および電位差Ｖｄを調整することで、以下に示すように、吐出速度および吐出体積を個別に調整することができる。

　例えば、吐出体積を一定にして、吐出速度を大きくする場合、具体的には、吐出速度と吐出体積との関係を、第１傾きＳＲ１が２０（Ｖ／μｓ）の一点鎖線上にある点Ｐの状態から、吐出速度のみを大きくした、第１傾きＳＲ１が４０（Ｖ／μｓ）の実線上にある点Ｑの状態に調整する場合について説明する。点Ｐは、吐出速度が４（ｍ／ｓ）であり、吐出体積が３．９５（ｐＬ）である状態を示している。点Ｑは、吐出速度が４．４５（ｍ／ｓ）であり、吐出体積が３．９５（ｐＬ）である状態を示している。

　まず、第１傾きＳＲ１を２０（Ｖ／μｓ）から４０（Ｖ／μｓ）に調整する。上記のように、第１傾きＳＲ１を変化させると、吐出速度は比較的大きく変化するが、吐出体積の変化は比較的小さい。よって、吐出速度と吐出体積との関係は、点Ｐの状態から第１傾きＳＲ１が４０（Ｖ／μｓ）の実線上において点Ｑより吐出体積が僅かに小さい点Ｒの状態になる。

　さらに、電位差Ｖｄを僅かに大きくすることで、吐出速度と吐出体積との関係は、点Ｒの状態から、第１傾きＳＲ１が４０（Ｖ／μｓ）である実線に沿って吐出速度および吐出体積が僅かに大きくなるように変化して点Ｑの状態になる。

　また、例えば、吐出速度を一定にして、吐出体積を小さくする場合、具体的には、吐出速度と吐出体積との関係を、点Ｐの状態から、吐出体積のみを小さくした、第１傾きＳＲ１が４０（Ｖ／μｓ）の実線上にある点Ｓの状態に調整する場合について説明する。点Ｓは、吐出速度が４（ｍ／ｓ）であり、吐出体積が３．８０（ｐＬ）である状態を示している。

　まず、第１傾きＳＲ１を２０（Ｖ／μｓ）から４０（Ｖ／μｓ）に調整する。これにより、吐出速度と吐出体積との関係は、上記のように点Ｐの状態から点Ｒの状態になる。さらに、電位差Ｖｄを小さくすることで、吐出速度と吐出体積との関係は、点Ｒの状態から、第１傾きＳＲ１が４０（Ｖ／μｓ）である実線に沿って吐出速度および吐出体積が小さくなるように変化して点Ｓの状態になる。このように、第１傾きＳＲ１および電位差Ｖｄを調整することで、吐出速度および吐出体積を個別に調整することができる。

　本開示は、これまでに説明した実施の形態に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、各種変形を本実施の形態に施したものも、本開示の範囲内に含まれる。

　例えば、パルス波形Ｗ１における時刻ｔ１２から時刻ｔ１３まで期間内の第２傾きＳＲ２の大きさは、第１傾きＳＲ１の大きさより小さくするように調整してもよい。この場合、ヘッド本体１０の共振周波数にばらつきがあっても、圧力波Ｗｐの振幅を確実に抑えることができる（時刻ｔ１４以降）。なお、第１傾きＳＲ１は、正の傾きである。第２傾きＳＲ２は、負の傾きである。本開示では、傾きの大きさを比較する場合は、傾きの絶対値を比較する。

　また、図１１に示されるように、電圧波形信号Ｓは、２つの第２のパルス波形Ｗ２を有してもよい。具体的には、電圧波形信号Ｓは、第２のパルス波形Ｗ２ａの前にさらに第２のパルス波形Ｗ２ｂを有する。この場合、圧力波Ｗｐの振幅をさらに効率よく増幅させることができ、比較的低い電圧値でもインクを効率よく吐出することができる。また、電圧波形信号Ｓは、パルス波形Ｗ１の前に、３つ以上の第２のパルス波形Ｗ２を有するようにしてもよい。

　また、図１２に示されるように、第２のパルス波形Ｗ２ｃは、インク室５３の体積が増大した後に減少するように、電圧値が中間電位Ｖｍから上昇した後に降下するように形成されてもよい。この場合、第３電位Ｖ３ａは、ノズル５６からインクが吐出しない値に定められる。

　また、インク吐出装置１は、インクがノズルから吐出しないタイミング、すなわち、電圧波形信号Ｓが出力されないタイミングで、第２のパルス波形Ｗ２のみを出力してもよい。これによれば、第２のパルス波形Ｗ２によってインクのメニスカスが振動することで、ノズル５６からインクの溶媒が蒸発してインクの粘度が上昇することを抑制できる。よって、インクの粘度が変化することで、インクの吐出速度および吐出体積が変化することを抑制できる。

　また、図１３に示されるように、中間電位Ｖｍから電圧値が第１電位Ｖ１まで降下した後に中間電位Ｖｍに戻るようにパルス波形Ｗ１ａが形成されてもよい。この場合、電位差Ｖｄは、中間電位Ｖｍと第１電位Ｖ１との差となる。また、図１３に示す例では、パルス波形Ｗ１ａは、第２傾きＳＲ２を有さない。

　また、加圧部材３０の極性が上記の実施形態における加圧部材３０の極性と逆となるように定められてもよい。この場合、図１４に示されるように、パルス波形Ｗ１ｂは、電圧値が中間電位Ｖｍから上昇した後に低下するように形成される。また、パルス波形Ｗ１ｂは、電圧値が低下した後に上昇するように形成される。パルス波形Ｗ１ｂにおいて、第１電位Ｖ１ｂは中間電位Ｖｍより大きく、第２電位Ｖ２ｂは、中間電位Ｖｍより小さい。

　また、電圧変動時間Ｔ１、第３の電圧変動時間Ｔ３および待機時間Ｔ４は、互いと異なる時間となるように調整されてもよい。原理的には電圧変動時間Ｔ１、第３の電圧変動時間Ｔ３、待機時間Ｔ４は同じ時間になるが、実際は圧力波の遅れなどで異なる時間になることもある。また、インク吐出装置１を構成する部材の寸法などのばらつきや、インク吐出装置１の組み立て時のばらつきなどの影響で、各ノズル５６での共振周期がばらつく可能性があり、その場合、ピンポイントで共振するタイミングで波形を決めてしまうと、かえって各ノズル５６間の吐出特性のばらつきを発生させることがあるからである。

　また、第３電位Ｖ３は、第１電位Ｖ１と同じ電圧値、または、第１電位より大きい電圧値に定められてもよい。

　本開示のインク吐出装置によれば、吐出されたインクの体積および速度を適切に調整することができる。

　本発明は、インク吐出装置に広く利用可能である。

　１　インク吐出装置
　１０　ヘッド本体
　２０　振動板
　４０　制御装置
　５６　ノズル
　Ｓ　電圧波形信号
　Ｔ１　電圧変動時間
　Ｔ２　第２の電圧変動時間
　Ｔ３　第３の電圧変動時間
　Ｔ４　待機時間
　Ｗ１　パルス波形
　Ｗ２　第２のパルス波形

Claims

　インク室および前記インク室内のインクを吐出するノズルを備えるヘッド本体と、
　前記ヘッド本体に取り付けられる振動板と、
　前記振動板を振動させるパルス波形を有する電圧波形信号によって前記インクの吐出を制御する制御装置と、を備え、
　前記パルス波形は、前記インク室の体積が増大するように電圧値が中間電位から第１電位に変動した後に、前記インク室の体積が減少するように前記第１電位から第２電位に前記電圧値が変動するように形成され、
　前記制御装置は、前記パルス波形において前記電圧値が前記第１電位から前記第２電位まで変動する期間内の前記電圧値の変化率および前記電圧値の変化量を調整することで、前記インクの吐出を制御する、
　インク吐出装置。
　前記制御装置は、前記パルス波形において前記電圧値が前記中間電位から前記第１電位に向けて変動を開始する時点から前記電圧値が前記第１電位から前記第２電位に向けて変動を開始する時点までの電圧変動時間を調整することで、前記インクの吐出を制御する、
　請求項１に記載のインク吐出装置。
　前記パルス波形は、前記電圧値が前記第２電位から前記中間電位に変動するように形成されており、
　前記制御装置は、前記パルス波形において前記電圧値が前記第１電位から前記第２電位に向けて変動を開始する時点から前記電圧値が前記第２電位から前記中間電位に向けて変動を開始する時点までの第２の電圧変動時間を調整することで、前記インクの吐出を制御する、
　請求項１に記載のインク吐出装置。
　前記パルス波形は、前記電圧値が前記第２電位から前記中間電位に変動するように形成されており、
　前記制御装置は、前記パルス波形において前記電圧値が前記第１電位から前記第２電位に向けて変動を開始する時点から前記電圧値が前記第２電位から前記中間電位に向けて変動を開始する時点までの第２の電圧変動時間を調整することで、前記インクの吐出を制御する、
　請求項２に記載のインク吐出装置。
　前記制御装置は、前記第２の電圧変動時間が経過した時点から前記電圧値が前記第２電位から前記中間電位まで変動する期間内の前記電圧値の第２の変化率を、前記変化率より小さく調整することで、前記インクの吐出を制御する、
　請求項３に記載のインク吐出装置。
　前記制御装置は、前記第２の電圧変動時間が経過した時点から前記電圧値が前記第２電位から前記中間電位まで変動する期間内の前記電圧値の第２の変化率を、前記変化率より小さく調整することで、前記インクの吐出を制御する、
　請求項４に記載のインク吐出装置。
　前記電圧波形信号は、前記パルス波形の前に位置し、前記パルス波形によって前記インク室内に発生する圧力波を共振させる第２のパルス波形をさらに有し、
　前記第２のパルス波形は、前記インク室の体積が変化するように前記電圧値が前記中間電位から第３電位に変動したのちに、前記電圧値が前記第３電位から前記中間電位に変動するように形成され、
　前記制御装置は、前記第２のパルス波形において前記電圧値が前記中間電位から前記第３電位に向けて変動を開始する時点から前記電圧値が前記第３電位から前記中間電位に向けて変動を開始する時点までの第３の電圧変動時間を調整することで、前記インクの吐出を制御する、
　請求項１から６の何れか１項に記載のインク吐出装置。
　前記制御装置は、前記第２のパルス波形において前記電圧値が前記第３電位から前記中間電位に向けて変動を開始する時点から、前記パルス波形において前記電圧値が前記中間電位から前記第１電位に向けて変動を開始する時点までの待機時間を調整することで、前記インクの吐出を制御する、
　請求項７に記載のインク吐出装置。
　インク室および前記インク室内のインクを吐出するノズルを備えるヘッド本体と、前記ヘッド本体に取り付けられる振動板と、を備えるインク吐出装置を制御するインク吐出制御方法であって、
　前記インク室の体積が増大した後に前記インク室の体積が減少するように前記振動板を振動させるパルス波形を有する電圧波形信号を生成する手順と、
　前記パルス波形において前記インク室の体積が減少する期間内の電圧値の変化率および前記電圧値の変化量を調整する手順と、を含む、
　インク吐出制御方法。