CN103240991B - 液体喷射装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供液体喷射装置及其控制方法，其能够实现产生微振动的微振动用的驱动信号的波形等产生微振动的要素的优化，从而获得良好的增稠抑制效果。所述液体喷射装置具备记录头和控制单元，所述记录头具备：填充有油墨的压力产生室；通过驱动信号的供给而使压力产生室内的液体产生压力变化的压电元件；随着所述压力变化而喷出压力产生室内的液体喷嘴开口，所述控制单元向压电元件供给微振动用的驱动信号，该微振动用的驱动信号包括使压力产生室膨胀的膨胀要素和使压力产生室收缩的收缩要素，且用于在不从喷嘴开口喷出油墨的条件下在压力产生室内产生油墨的微振动，所述微振动用的驱动信号被形成为，所述膨胀要素的倾斜度大于所述收缩要素的倾斜度。

Description

液体喷射装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种液体喷射装置及其控制方法，尤其是应用于通过微振动驱动信号而在喷嘴开口附近的压力产生室内使液体振动以对该液体进行搅拌的情况时较为有用的液体喷射装置及其控制方法。

背景技术

作为液体喷射装置，例如存在一种具备如下的喷墨式记录头的喷墨式记录装置，所述喷墨式记录头具备：多个压力产生室，其通过由压电元件构成的压力产生单元而产生用于油墨滴喷出的压力；油墨供给通道，其从共用的歧管向各个压力产生室分别供给油墨；喷嘴开口，其被形成在各个压力产生室上并喷出油墨滴（例如，参照专利文献1）。

在所涉及的喷墨式记录装置中，对压力产生室内的油墨施加喷出能量以使油墨滴从喷嘴开口向外部喷出，并喷落在纸张等介质的预定位置处，所述压力产生室与对应于印字信号的喷嘴开口连通。

因此，在这种喷墨式记录装置中，喷嘴开口面对大气。因此，由于经由喷嘴开口的水分的蒸发而使油墨增稠。其结果为，产生因发生了增稠的油墨而对油墨滴的喷出特性造成负面影响的情况。即，即使仅存在一部分发生了增稠的油墨，经由喷嘴开口的油墨滴的喷出量以及喷出速度也将发生变化，从而产生如产生喷落的偏差这种不良现象。

因此，在现有技术所涉及的常用的喷墨式记录装置中，进行了如下研究，即，通过如下方式而多少对增稠进行了抑制，所述方式包括：1）在油墨增稠之前，通过使喷墨式记录头移动至介质以外的部分处并适当喷出油墨从而将喷嘴开口附近的油墨常时维持在新鲜的状态；或2）在不喷出油墨滴的情况下，通过作为压力产生单元的PZT（锆钛酸铅）等而使压力产生室产生微振动，由此对压力产生室内的油墨进行搅拌。

但是，存在如下问题，即，1）在油墨被增稠前，使喷墨式记录头移动至介质以外的部分处并适当喷出油墨的方法中，油墨被无谓地浪费；2）在使压力产生室产生微振动以对压力产生室内的油墨进行搅拌从而抑制增稠的方法中，由于微振动用的驱动信号中的膨胀要素（用于使压力产生室内的容积增大从而吸入油墨的要素；以下相同）和收缩要素（用于使压力产生室内的容积缩小从而喷出油墨的要素；以下相同）的倾斜度通常相同，因此即使油墨进行振动，也无法明确是否成为用于防止增稠的适当的微振动。

另外，这种问题不仅存在于喷射油墨的喷墨式记录头中，在喷射其他液体的液体喷射头中也同样存在。

专利文献1：日本特开2002-355961号公报

发明内容

本发明鉴于上述现有技术，其目的在于，提供一种液体喷射装置及其控制方法，其能够实现产生微振动的微振动用的驱动信号的波形等产生微振动的要素的优化，从而获得良好的增稠抑制效果。

达成上述目的的本发明的结构为如下的结构，即，为了实现通过微振动而进行的增稠抑制的优化，而以从对微振动用的驱动信号的波形、喷嘴开口的形状等进行了研究后的结果所得到的见解为基础的结构。另外，微振动模式是指，以如下内容为目的而执行的记录头的驱动模式，即，通过向压力产生单元供给包括使压力产生室膨胀的膨胀要素和使压力产生室收缩的收缩要素的驱动信号，而在不从喷嘴开口喷出油墨的条件下使压力产生室内的油墨产生微振动，从而对喷嘴开口附近的油墨进行搅拌以防止油墨的增稠。

图5及图6为表示通过微振动而实施的对油墨的搅拌状况的模拟实验中所使用的、微振动用的驱动信号的波形图。图5所示的驱动信号S₂₂为，形成有收缩要素E₂₃、和与保持要素E₂₂连续的膨胀要素E₂₁的单脉冲。此处，收缩要素E₂₃的倾斜度被形成为膨胀要素E₂₁的倾斜度的5倍。具体而言，收缩要素E₂₃、保持要素E₂₂、膨胀要素E₂₁分别为2μs、1μs、10μs。此外，最大电位与最小电位之间的差为16V。在所涉及的驱动信号S₂₂中，与吸入相比挤压较强。

另一方面，图6所示的驱动信号S₂₃为，形成有膨胀要素E₃₁、和与保持要素E₃₂连续的收缩要素E₃₃的单脉冲。此处，膨胀要素E₃₁的倾斜度被形成为收缩要素E₃₃的倾斜度的5倍。具体而言，膨胀要素E₃₁、保持要素E₃₂、收缩要素E₃₃分别为2μs、1μs、10μs。此外，最大电位与最小电位之间的差为16V。在所涉及的驱动信号S₂₃中，与挤压相比吸入较强。

图7图示了通过驱动信号S₂₂而产生微振动的情况下的模拟实验结果，图8图示了通过驱动信号S₂₃而产生微振动的情况下的模拟实验结果，且图7及图8为按照（a）、（b）、（ｃ）的顺序以时间序列图示了不同时刻的状态的图。另外，在案件提交书中附上的附图中，油墨的粘度按照蓝色→淡蓝色→绿色→红色部分的顺序而增高（以下，在表示模拟实验结果的图9～图12中也相同）。

在使用了驱动信号S₂₂的情况下，如图7所示，在图中作为红色部分而表示的顶端的增稠部，通过收缩要素E₂₃，从而如（a）所示这样从喷嘴开口13A突出，通过膨胀要素E₂₁，从而如（b）所示这样从喷嘴开口13A被吸入至内部，而使顶端部被拉断，由此如（ｃ）所示这样从喷嘴开口13A被喷出。这样，无法达成微振动的目的。

另一方面，在使用了驱动信号S₂₃的情况下，如图8所示，在图中作为红色部分而表示的顶端的增稠部，通过膨胀要素E₃₁，从而如（a）所示这样暂时被吸入，虽然如（b）所示这样通过收缩要素E₃₃而将要从喷嘴开口13A被挤出，但在（ｃ）中再次被吸入至喷嘴开口13A的内部。因此，在这种情况下，能够良好地实施对增稠部的搅拌。

图9图示了通过与图7相同波形的驱动信号S₂₂而产生微振动的情况下的模拟实验结果，图10图示了通过与驱动信号S₂₃相同波形的驱动信号S₂₃而产生微振动的情况下的模拟实验结果。与图7及图8所示的模拟实验使用单脉冲的驱动信号S₂₂、S₂₃来产生微振动的模拟实验结果相对，在图9及图10的情况下，设定为50Hz的信号。此外，最大电位与最小电位之间的差为12V，并且图示了1ms后的状态。

可知如下内容，即，当参照图9时，在喷嘴开口13A的顶端部处残留有高粘度的油墨，与此相对，参照图10时，高粘度的油墨被吸入至喷嘴开口13A的压力产生室侧从而被实施良好的搅拌。

根据所涉及的模拟实验结果可知，在微振动模式中增强吸入而减弱挤压是较为恰当的。

图11及图12为模拟了因喷嘴开口的形状而产生的搅拌效果的不同的图，且均按照（a）、（b）的顺序经过了时间。图11为将喷嘴开口13B的形状设定为两级喷嘴形状的情况。图12为将喷嘴开口13A的形状设定为直径朝向开口顶端而逐渐减小的锥形形状的情况。当对图11和图12进行比较时，可知在图12的情况下，高粘度的油墨扩散得较深，从而获得了良好的搅拌效果。其结果为，在由微振动所产生的搅拌效果中，喷嘴开口优选为锥形形状。

基于上述见解的本发明的方式为一种液体喷射装置，其特征在于，具备液体喷射头和控制单元，所述液体喷射头具备：压力产生室，所述压力产生室内填充有液体；压力产生单元，所述压力产生单元通过驱动信号的供给而使所述压力产生室内的液体产生压力变化；喷嘴开口，所述喷嘴开口随着所述压力变化而喷出所述压力产生室内的液体，所述控制单元向所述压力产生单元供给微振动用的驱动信号，该微振动用的驱动信号包括使所述压力产生室膨胀的膨胀要素和使所述压力产生室收缩的收缩要素，且用于在不从所述喷嘴开口喷出液体的条件下在所述压力产生室内产生所述液体的微振动，所述微振动用的驱动信号被形成为，所述膨胀要素的倾斜度大于所述收缩要素的倾斜度。

根据本方式，由于与由收缩要素所产生的挤压相比急剧地实施由膨胀要素所产生的液体的吸入，因此能够如图8所示这样，通过微振动而将高粘度化的液体部分吸入至与喷嘴开口相反的压力产生室侧，从而能够良好地维持经由喷嘴开口的液体的喷出特性。

此处，优选为，所述微振动驱动信号中的所述膨胀要素的倾斜度与所述收缩要素的倾斜度之间的关系为，（膨胀要素的倾斜度）≥2×（收缩要素的倾斜度）。其原因在于，在这种情况下，能够随着由微振动所产生的对液体的搅拌，而可靠地将发生了增稠的液体吸入至压力产生室侧。

优选为，所述液体喷射头为，具有供被填充在压力产生室内的液体进行循环的循环路径的液体喷射头。其原因在于，在这种情况下，随着液体循环而使喷嘴开口附近的液体常时被替换，并与由微振动所产生的液体的搅拌效果相结合，从而能够有效地抑制喷嘴开口附近的压力产生室内的液体的粘度上升。

此外，优选为，所述液体喷射头的喷嘴开口被形成为，直径朝向开口而逐渐减小的锥形形状。其原因在于，如图12所示这样，能够在喷嘴开口的形状的方面使由微振动所产生的对液体的搅拌效果最优化。

本发明的另一方式为一种液体喷射装置的控制方法，其特征在于，所述液体喷射装置具备液体喷射头，所述液体喷射头具备：压力产生室，所述压力产生室内填充有液体；压力产生单元，所述压力产生单元通过驱动信号的供给而使所述压力产生室内的液体产生压力变化；喷嘴开口，所述喷嘴开口随着所述压力变化而喷出所述压力产生室内的液体，在所述液体喷射装置的控制方法中，以如下方式进行控制，即，通过如下这种微振动用的驱动信号，从而在不从所述喷嘴开口喷出液体的条件下使所述压力产生室内的液体产生微振动，在所述微振动用的驱动信号中，使所述压力产生室膨胀的膨胀要素的倾斜度大于使所述压力产生室收缩的收缩要素的倾斜度。

根据本发明，由于与由收缩要素所产生的挤压相比急剧地实施由膨胀要素所产生的液体的吸入，因此如图8所示，能够将液体的高粘度化的部分引入至压力产生室的内部侧，从而良好地维持经由喷嘴开口的液体的喷出特性。

附图说明

图1为本发明的实施方式所涉及的喷墨式记录装置的概要立体图。

图2为表示本发明的实施方式中的记录头的剖视图。

图3为表示图1中的喷墨式记录装置的控制***的框图。

图4为表示本发明的实施方式中所使用的微振动用的驱动信号的波形图。

图5为表示模拟实验中所使用的微振动用的一个驱动信号的波形图。

图6为表示模拟实验中所使用的微振动用的另一个驱动信号的波形图。

图7为表示使用了图5中的驱动信号的模拟实验结果的图片。

图8为表示使用了图6中的驱动信号的模拟实验结果的图片。

图9为使用高频率的微振动用的一个驱动信号的模拟实验结果。

图10为使用高频率的微振动用的另一个驱动信号的模拟实验结果。

图11为使用了两级形状喷嘴开口的微振动时的模拟实验结果。

图12为使用了锥形形状喷嘴开口的微振动时的模拟实验结果。

具体实施方式

以下，根据附图来对本发明的实施方式进行详细说明。

图1为，作为本发明的一个实施方式所涉及的液体喷射装置的一个示例的喷墨式记录装置的概要立体图。如该图所示，本方式所涉及的喷墨式记录装置I具有详细内容将在后文进行叙述的喷墨式记录头（以下，也简称为记录头）1A及1B，并且以可拆装的方式设置有墨盒2A及2B，所述墨盒2A及2B构成向记录头1A、1B供给油墨的供给单元。搭载了记录头1A及1B的滑架3以在轴向上移动自如的方式而设置在被安装于装置主体4上的滑架轴5上。该记录头1A及1B分别喷出黑色油墨组合物及彩色油墨组合物。

此外，在滑架轴5的一个端部附近设置有驱动电机6，在驱动电机6的轴的顶端部处，设置有于外周面上具有槽的第一滑轮6A。并且，在滑架轴5的另一个端部附近，以旋转自如的方式设置有与驱动电机6的第一滑轮6A相对应的第二滑轮6B，在上述第一滑轮6A和第二滑轮6B之间以环状悬挂有由橡胶等弹性部材构成的同步齿形带7。

而且，通过使驱动电机6的驱动力经由同步齿形带7而被传递至滑架3，从而使搭载了记录头1A及1B的滑架3沿着滑架轴5而进行移动。另一方面，在装置主体4上沿着滑架3而设置有压纸滚筒8。该压纸滚筒8能够通过未图示的供纸电机的驱动力而进行旋转，通过供纸辊等而被供给的纸张等作为记录介质的记录薄片S被卷绕在压纸滚筒8上从而被输送。

此处，对被搭载于上述这种喷墨式记录装置I中的喷墨式记录头进行说明。图2为，表示本发明的实施方式中的喷墨式记录头的一个示例的剖视图。

图2所示的喷墨式记录头10为具有纵振动型的压电元件的类型，在流道基板11上并排设置有多个压力产生室12，流道基板11的厚度方向（图中的上下方向）上的两侧通过喷嘴板14和振动板15而被密封，所述喷嘴板14以与各个压力产生室12相对应的方式而具有喷嘴开口13。此处，喷嘴开口13被形成为，直径朝向开口而逐渐减小的锥形形状。

此外，在流道基板11上形成有歧管17，所述歧管17分别经由油墨供给口16而与每个压力产生室12连通，并成为多个压力产生室12的共用的油墨室。歧管17面对着油墨供给通道24的一侧（图中的下端侧）的开口部，所述油墨供给通道24贯穿罩盖23和振动板15并导入油墨。油墨供给通道24的另一侧（图中的上端侧）的开口部经由流道25而被连通于贮留了油墨的墨盒26。

另一方面，在振动板15的压力产生室12的相反侧，于与各个压力产生室12相对应的区域内分别抵接有压电元件18的顶端。这些压电元件18以将压电材料19和电极形成材料20及21在纵向上交错夹持成三明治状的方式而层叠，且无助于振动的非活性区域经由固定基板22而被固定在罩盖23上。另外，固定基板22、振动板15、流道基板11以及喷嘴板14通过罩盖23而被一体地固定。

在以这种方式构成的喷墨式记录头10中，油墨经由与墨盒26连通的流道25及油墨供给通道24而被供给至歧管17，并经由油墨供给口16而被分配至各个压力产生室12内。通过在所涉及的状态下对压电元件18施加电压从而使压电元件18收缩。由此，振动板15与压电元件18一起发生变形（向图中的上方被拉起）从而压力产生室12的容积被扩大，进而油墨被吸入到压力产生室12内。而且，在将油墨填满至到达喷嘴开口13的内部之后，根据从控制部110（参照图3）的驱动信号产生部113（参照图3）送出的喷出用的驱动信号，而解除被施加于压电元件18的电极形成材料20及21的电压时，压电元件18将拉伸而恢复至初始的状态。由此，由于振动板15也进行位移而恢复至初始的状态，因此压力产生室12收缩，从而内部压力增高而使油墨滴从喷嘴开口13被喷出。即，在本方式中，设置有纵振动型的压电元件18以作为使压力产生室12产生压力变化的压力产生单元。

并且，在本方式中，采用了利用作为外部的驱动源的泵27而使油墨循环的强制循环方式。这种情况下的油墨循环通过如下的路径而实施，所述路径为，从贮留了油墨的墨盒26起经由流道25及油墨供给通道24而到达歧管17内，并经由油墨供给口16、压力产生室12、循环用流通通道28、作为其他液体贮留部的一种的歧管29、油墨供给通道30、流道25以及泵27而返回至墨盒26的路径。此处，循环用流通通道28与喷嘴开口13并排的方式而被形成在与压力产生室12相比靠喷嘴开口侧的位置处，并且使从压力产生室12排出的油墨的一部分分流。如此，压力产生室12与歧管29之间被连通。此外，歧管29面对油墨供给通道30的一侧（图中的下端侧）的开口部，所述油墨供给通道30贯穿振动板15及罩盖23并使通过泵27而被吸取的油墨流通，并且油墨供给通道30的另一侧（图中的上端侧）的开口部经由流道25而被连通于泵27及墨盒26。

图3为表示喷墨式记录装置I的控制***的框图。如该图所示，在喷墨式记录装置I内，设置有实施对喷墨式记录装置I的控制的控制部110。控制部110具备：CPU（中央处理器）111、装置控制部112以及驱动信号产生部113，所述驱动信号产生部113产生对作为容性负载的压电元件18进行驱动的喷出用的驱动信号S1及微振动用的驱动信号S2。

更详细而言，当表示滑架3（参照图1）的移动的信号从CPU111被输入至装置控制部112时，装置控制部112使驱动电机6进行驱动从而使滑架3沿着滑架轴5而进行移动，并且来自CPU111的、表示记录薄片S（参照图1）的输送的信号被输入至装置控制部112，从而装置控制部112对供纸辊9进行驱动从而对记录薄片S进行输送。同时，在本方式中，泵27被驱动，从而油墨经由上述的循环路径而进行循环。

另一方面，在驱动信号产生部113中，从CPU111接收用于产生喷出用的驱动信号S1及微振动用的驱动信号S2的数据，且对处于喷出模式还是微振动模式进行判断，并将驱动信号S1或S2中的某一个向喷墨式记录头10送出。其结果为，驱动信号产生部113选择性地将驱动信号S1、S2施加于喷墨式记录头10的各个压电元件18，从而喷出油墨、或产生微振动。此处，喷墨式记录头10中，未图示的驱动IC（集成电路）从CPU111被供给头控制信号，从而选择性地使各个压电元件18进行驱动。

图4为表示本方式中的微振动用的驱动信号的波形图。如该图所示，本方式中的微振动用的驱动信号S₂₁包括：膨胀要素E₁₁，其用于吸入油墨；收缩要素E₁₃，其与保持预定的膨胀状态的保持要素E₁₂连续并用于挤出油墨。此处，膨胀要素E₁₁的倾斜度被形成为收缩要素E₁₃的倾斜度的2倍。即，以与挤压相比吸入较强的方式而构成。

其结果为，由于在本方式的微振动模式中，与通过收缩要素E₁₃而实施的挤出动作相比，急剧地实施通过膨胀要素E₁₁而向压力产生室12内吸入油墨的动作，因此能够通过微振动，而将高粘度化的油墨吸入至与喷嘴开口13相反的压力产生室12侧。其结果为，在喷嘴开口13的附近部分处高粘度化的油墨被良好地搅拌，从而能够良好地维持经由喷嘴开口13的油墨的喷出特性。

并且，由于本方式中的记录头10经由循环用流通通道28而使被填充至压力产生室12内的油墨进行循环，因此随着该油墨循环而使喷嘴开口13附近的油墨常时被替换，从而与由微振动所产生的对油墨的搅拌效果相结合，能够更加有效地抑制喷嘴开口13附近处的压力产生室12内的油墨的粘度上升。此外，由于在本方式中的记录头10中，喷嘴开口13的直径被形成为朝向开口端而逐渐减小的锥形形状，因此从喷嘴开口13的形状的方面出发也能够使由微振动所产生的油墨的搅拌效果最优化。

虽然在上文中，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明当然并不限定于上述内容。例如，关于微振动模式中的膨胀要素与收缩要素之间的关系，只要前者相对于时间轴的倾斜度（变化率）大于后者相对于时间轴的倾斜度，便被包含于本发明的技术思想的范围内。

此外，虽然上述实施方式所涉及的喷墨式记录头为，具有交错层叠压电材料和电极形成材料并使之在轴向上进行伸缩的纵振动型的致动器的头，但同样也可以应用于如下的头中，即，作为使压力产生室产生压力变化的压力产生单元而具有作为薄膜型的致动器的压电元件的头、具有通过粘贴印刷电路基板等方法而形成的作为厚膜型的致动器的压电元件的头等。并且，作为压力产生单元，可以使用如下的制动器，即，在压力产生室内配置发热元件，通过由发热元件的发热而产生的气泡，而从喷嘴开口喷出液滴的、所谓的发泡式的致动器；使振动板和电极之间产生静电，通过静电力而使振动板发生变形，从而从喷嘴开口喷出液滴的、所谓的静电式致动器等。

并且，本发明为广泛地以全部液体喷射头作为对象的发明，其当然也能够应用于喷射油墨以外的液体的液体喷射头。作为其他的液体喷射头，例如可列举出：打印机等图像记录装置中所使用的各种记录头；液晶显示器等的滤色器的制造中所使用的颜色材料喷射头；有机EL（电致发光）显示器、FED（面发光显示器）等的电极形成中所使用的电极材料喷射头；生物芯片（chip）制造中所使用的生物体有机物喷射头等。

符号说明

I…喷墨式记录装置；10…喷墨式记录头；12…压力产生室；13…喷嘴开口；17、29…歧管；18…压电元件；24、30…油墨供给通道；25…流道；26…墨盒；27…泵；28…循环用流通通道；110…控制部；111…CPU；113…驱动信号产生部；S₂₁、S₂₂、S₂₃…微振动用的驱动信号；E₁₁、E₂₁、E₃₁…膨胀要素；E₁₃、E₂₃、E₃₃…收缩要素。

Claims (4)

1.一种液体喷射装置，其特征在于，

具备液体喷射头和控制单元，所述液体喷射头具备：压力产生室，所述压力产生室内填充有液体；压力产生单元，所述压力产生单元通过驱动信号的供给而使所述压力产生室内的液体产生压力变化；喷嘴开口，所述喷嘴开口随着所述压力变化而喷出所述压力产生室内的液体，所述控制单元向所述压力产生单元供给微振动用的驱动信号，该微振动用的驱动信号包括使所述压力产生室膨胀的膨胀要素和使所述压力产生室收缩的收缩要素，且用于在不从所述喷嘴开口喷出液体的条件下在所述压力产生室内产生所述液体的微振动，

所述微振动用的驱动信号被形成为，所述膨胀要素的倾斜度大于所述收缩要素的倾斜度，

所述微振动用的驱动信号中的所述膨胀要素的倾斜度与所述收缩要素的倾斜度之间的关系为，

(膨胀要素的倾斜度)≥2×(收缩要素的倾斜度)。

2.如权利要求1所述的液体喷射装置，其特征在于，

所述液体喷射头为，具有供被填充在压力产生室内的液体进行循环的循环路径的液体喷射头。

3.如权利要求1或权利要求2所述的液体喷射装置，其特征在于，

所述液体喷射头的喷嘴开口被形成为，直径朝向开口而逐渐减小的锥形形状。

4.一种液体喷射装置的控制方法，其特征在于，

所述液体喷射装置具备液体喷射头，所述液体喷射头具备：压力产生室，所述压力产生室内填充有液体；压力产生单元，所述压力产生单元通过驱动信号的供给而使所述压力产生室内的液体产生压力变化；喷嘴开口，所述喷嘴开口随着所述压力变化而喷出所述压力产生室内的液体，

在所述液体喷射装置的控制方法中，

以如下方式进行控制，即，通过如下这种微振动用的驱动信号，从而在不从所述喷嘴开口喷出液体的条件下使所述压力产生室内的液体产生微振动，在所述微振动用的驱动信号中，使所述压力产生室膨胀的膨胀要素的倾斜度大于使所述压力产生室收缩的收缩要素的倾斜度，

所述微振动用的驱动信号中的所述膨胀要素的倾斜度与所述收缩要素的倾斜度之间的关系为，

(膨胀要素的倾斜度)≥2×(收缩要素的倾斜度)。