JP2008119844A - Ink jet apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インク噴射装置の駆動方法及びその装置に関するものである。 The present invention relates to a driving method and an apparatus for an ink ejecting apparatus.
今日、産業用パターニング方法としては、フォトリソ工程が広く採用されている。しかし、フォトリソ工程は工程数が多く、しかも装置コストが莫大であるとともに材料の使用効率が極めて低いという欠点を持ち合わせている。 Today, a photolithography process is widely used as an industrial patterning method. However, the photolithography process has the disadvantages that the number of processes is large, the apparatus cost is enormous, and the material use efficiency is extremely low.
そこで、近年産業用として着目されるようになったのが、インクジェット方式によるパターニングである。インクジェットはパターニング箇所に直接描画するため、材料の使用効率が極めて高いとともに工程数も少なくてすむ等、ランニングコストの安さなどから産業用として有望なパターニング技術である。 Therefore, in recent years, patterning by an ink jet method has attracted attention for industrial use. Inkjet is a promising patterning technique for industrial use because of its low running cost, such as the fact that the material is used very efficiently and the number of steps is reduced because it draws directly on the patterning part.
インクジェットの方式としては特公昭５３−１２１３８号広報に記載されているカイザー型、あるいは特公昭６１−５９９１４号広報に開示されているサーマルジェット型が広く知られている。このうち前者は小型化が難しく、後者は高熱をインクに加えるためにインクの耐熱性に対する要求が必要とされており、産業用として安定にしかもコンパクトに装置化する点で問題を抱えている。 As the ink jet system, a Kaiser type described in Japanese Patent Publication No. 53-12138 or a thermal jet type disclosed in Japanese Patent Publication No. 61-59914 is widely known. Of these, the former is difficult to reduce in size, and the latter is required to have high heat resistance in order to apply high heat to the ink, and has a problem in that it can be stably and compactly used for industrial purposes.
以上のような欠点を同時に解決する新たな方法として提案されたのが、特開昭６３−２４７０５１号広報に開示されている圧電セラミックスを利用したせん断モード型である。図５に示すように、せん断モード型のインク噴射装置500は、底壁501、天壁502及びそのせん断モードアクチュエータ壁503からなる。そのアクチュエータ壁503は、底壁501に接着され、且つ矢印511方向に分極された下部壁507と、天壁502に接着され、且つ矢印509方向に分極された上部壁505とからなっている。隣接する２個のアクチュエータ壁503は一対となって、そのインク流路506を形成している。さらに、インク流路の間にはインクが存在しない空気室からなる508が形成されている。
As a new method for solving the above drawbacks at the same time, a shear mode type using a piezoelectric ceramic disclosed in Japanese Laid-Open Patent Publication No. 63-247051 has been proposed. As shown in FIG. 5, the shear mode type
各インク流路506の一端には、ノズル510を有するオリフィスプレート512が接着されて、各アクチュエータ壁503の両側面には電極513、514が金属化層として設けられている。具体的にはインク流路506側のアクチュエータ壁には電極514が設けられ、空気室508側のアクチュエータ壁には電極513が設けられている。空気室508に面している電極513はアクチュエータ駆動信号を与える制御回路520に接続され、インク流路506内に設けられている電極514はアースに接続されている。
An
各空気室508の電極514に制御回路520が電圧を印加することによって、各アクチュエータ壁503がインク流路506の容積を増加する方向にせん断ひずみ変形を起こす。例えば図６に示すように空気室508の電極513に電圧Vが印加されると、アクチュエータ壁505、507にそれぞれ分極方向と直交する矢印方向に電界が発生し、アクチュエータ壁505、507がインク流路506の容積を増加する方向にせん断ひずみ変形を起こす。このときノズル510付近を含むインク流路内の圧力が減少し、インク供給側のインク共通流路（不図示）からインクが供給される。
When the
このとき、インク流路内の流体力学的共振周波数をFrとし、その固有周期Tr＝１／Frとした時、電圧印加時間をTr／２とする。電圧時間をこの時間にすることにより元々せん断ひずみとして得られる変形量（非共振）に比べて系の共振を利用するために変形量を増大することが可能となる。 At this time, when the hydrodynamic resonance frequency in the ink flow path is Fr and the natural period Tr = 1 / Fr, the voltage application time is Tr / 2. By setting the voltage time to this time, the amount of deformation can be increased in order to use the resonance of the system as compared with the amount of deformation (non-resonant) originally obtained as a shear strain.
電圧印加時間Tr／２後に空気室508の電極513に印加されている電圧を０Vに戻す。すると、アクチュエータ505、507が変形前の（真っ直ぐな）状態よりもさらにインク流路が縮まるように変形し、インクに圧力が加えられる。これにより、インクがノズル方向に流れを生じインク液滴がノズルから噴射される。
インク流路の容積を増減させて該インク流路内のインクを加圧する加圧手段と、前記加圧手段に駆動電圧を印加して前記ノズルから複数のインク滴を連続して吐出させる駆動手段とを備えるインクジェット噴射装置によって、目的とする液滴を得ることができる。 Pressurizing means for pressurizing ink in the ink flow path by increasing / decreasing the volume of the ink flow path, and driving means for applying a driving voltage to the pressurizing means to continuously discharge a plurality of ink droplets from the nozzles A target droplet can be obtained by an ink jet ejecting apparatus comprising:
従来、この種のインク噴射装置500では、前記インク流路506の形状、駆動電圧等により、噴射されるインク液滴の体積が決まる。しかしながら、上述した構成のインク噴射装置の駆動方法では、インク滴をノズル510から噴射するタイミングは前述のように比較的高い圧力を、インクに与えることができる。しかし、この時点でのメニスカスは、ノズル510の内部に後退している。従って、前述した噴射時のインクの高い圧力も、その一部をノズル出口までメニスカスを押し戻すのに費やしてしまい、インク滴噴射に寄与する部分は少ない。このためインク量が多く必要な場合、必要なインク滴体積が得られないという欠点があった。
Conventionally, in this type of
さらに、この駆動では、インクが噴射された後、インク流路506の電極513、514に対して新たな電圧パルスを与えなければ、インク流路506内の圧力はTrを周期として暫く変動し続ける。これが残留振動である。このPZTの残留圧力変動があるために、高周波数ではインク噴射速度が変動し、着弾位置ずれが生じたり、噴射状態が不安定になったりするという欠点があった。これに対し特開昭６２−２９９３４３号公報では、噴射させるための第1のパルス（パルス幅をT）に続いて非噴射の第２のパルスを印加して、インク流路内の残留振動を低減することを試みている。これによれば、噴射パルスの印加によってインクを噴射後、パルス幅がTで、噴射パルスと位相が逆の非噴射の第２のパルスを噴射パルスの立ち下がりからT時間後に印加する。このとき電圧値は残留振動の振幅に応じて、その振動をちょうど打ち消すように設定する。この非噴射パルスを印加することにより、噴射後のインク流路内の残留振動を打ち消すことを試みている。
Further, in this drive, after the ink is ejected, unless a new voltage pulse is applied to the
しかしながら、前記インク噴射装置の駆動方法によって液滴を噴射して基板に着弾させる工程においては、前記ノズルの各々の噴射状態が安定であっても、１つの前記インク噴射装置に対して複数のノズルから同時に噴射させる場合、ノズル毎に作製誤差に起因したインク流路内のインクと加圧手段との連成系における流体力学的共振周波数、さらにノズル径のばらつきがあるために、吐出特性のばらつきが発生し、ノズル間で液滴噴射速度及び噴射量が変動してしまう。つまり、前記インク噴射装置によって噴射されて基板上に着弾した液滴（ドット）において、着弾位置及び着弾形状のばらつきが大きくなるという問題があった。 However, in the step of ejecting droplets by the driving method of the ink ejecting apparatus and landing on the substrate, a plurality of nozzles for one ink ejecting apparatus even if the ejection state of each of the nozzles is stable In the case of simultaneous ejection from the nozzles, there are variations in ejection characteristics due to variations in hydrodynamic resonance frequency and nozzle diameter in the coupled system of ink in the ink flow path and pressure means due to manufacturing errors for each nozzle. Occurs, and the droplet ejection speed and ejection amount vary between nozzles. That is, there has been a problem that variations in the landing position and landing shape of the droplets (dots) ejected by the ink ejecting apparatus and landed on the substrate are increased.
上記課題に対して、特開２０００−２５１６７８では、前記インク噴射装置を構成する複数ノズルから液滴を基板上に着弾させる工程と、各ノズル毎に基板上に着弾された液滴（ドット）の着弾位置と目標の着弾位置とのずれ量を基に、前記インク噴射装置と基板の相対位置を制御する工程により、前記ずれ量を補正することを試みている。また、このような複数ノズルを噴射させて基板上にドットを形成する工程では、ノズル毎の噴射量を測定し、電圧補正によって噴射量を制御することが試みられている。しかしながら実際には、ノズル毎に噴射量を測定することは困難な面が大きかった。 With respect to the above problem, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-251678 discloses a step of landing droplets on a substrate from a plurality of nozzles constituting the ink ejecting apparatus, and a droplet (dot) landing on the substrate for each nozzle. Based on the deviation amount between the landing position and the target landing position, an attempt is made to correct the deviation amount by a step of controlling the relative position between the ink ejecting apparatus and the substrate. Further, in the step of forming dots on the substrate by ejecting such a plurality of nozzles, an attempt is made to measure the ejection amount for each nozzle and control the ejection amount by voltage correction. However, in practice, it is difficult to measure the injection amount for each nozzle.
本発明は、前記インク噴射装置によって複数ノズルを噴射させて基板上にドットを形成させる工程において、着弾位置ずれを低減し、かつ、ノズル毎の噴射量測定をすることなく着弾形状を制御し、ノズル間のドットの形状を均一に制御することができるインク噴射装置を提供することを目的とする。 In the process of ejecting a plurality of nozzles by the ink ejecting apparatus to form dots on the substrate, the present invention reduces the impact position deviation and controls the impact shape without measuring the ejection amount for each nozzle, An object of the present invention is to provide an ink ejecting apparatus capable of uniformly controlling the shape of dots between nozzles.
この目的を達成するために本発明では、インクが充填されるインク流路と、インク室に連通するノズルと、前記インク流路の容積を増減させて該インク流路内のインクを加圧する加圧手段と、前記加圧手段に駆動電圧を印加して前記ノズルから複数のインク滴を連続して吐出させる駆動手段とを備えるインクジェット噴射装置であって、
１ドット当たりの描画命令に対して噴射パルス信号を前記加圧手段に連続して印加するとともに、前記インク流路内のインクと加圧手段との連成系における流体力学的共振周波数をFrとし、その固有周期Tr＝１／Frとした時、同じパルス幅で駆動する一連のノズル群の平均の固有周期をTrmとすると、１ドット当たりの描画に対して印加する駆動パルスのパルス幅T1mを（０．８〜１．２）×Ｎ×Trm／２（Ｎ=１,３,５）として、前記加圧手段に印加する駆動電圧V1を前記ノズル毎の流体力学的共振周波数Fr値に応じて、電圧補正値を±1Vの範囲として前記ノズル毎に設定することによって、複数ノズルにおいて吐出させるインク滴の噴射量を均一に制御することを特徴としている。
In order to achieve this object, according to the present invention, an ink flow path filled with ink, a nozzle communicating with the ink chamber, and a volume of the ink flow path are increased or decreased to pressurize the ink in the ink flow path. An ink jet ejecting apparatus comprising: a pressure unit; and a driving unit configured to apply a driving voltage to the pressurizing unit to continuously discharge a plurality of ink droplets from the nozzle,
An ejection pulse signal is continuously applied to the pressurizing means in response to a drawing command per dot, and the hydrodynamic resonance frequency in the coupled system of the ink in the ink flow path and the pressurizing means is Fr. When the natural period Tr is 1 / Fr and the average natural period of a series of nozzles driven with the same pulse width is Trm, the pulse width T1m of the drive pulse applied to drawing per dot is (0.8 to 1.2) × N × Trm / 2 (N = 1, 3, 5), and the drive voltage V1 applied to the pressurizing means is determined according to the hydrodynamic resonance frequency Fr value for each nozzle. Thus, by setting the voltage correction value within a range of ± 1 V for each nozzle, the ejection amount of ink droplets ejected from a plurality of nozzles can be controlled uniformly.
また、前記複数ノズルにおいては、ノズルのコンダクタンスのばらつきがあり、前記ノズル毎のノズルのコンダクタンスに応じて、前記ノズル毎に前記駆動電圧V1を設定する必要がある。本発明では、予め、駆動パルスのパルス幅T1mに対してパラメータをノズル径Rとして、液滴噴射速度、及び噴射量についての電圧依存の関係式、噴射速度Ｘ＝ＡＶ＋Ｂ、噴射量Ｙ＝ＣＶ＋Ｄ （Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄ：定数、Ｖ：電圧）を求めておいて、この関係式を用いることで、目的とする液滴噴射速度、及び噴射量を得るための駆動電圧を算出している。つまり、前記複数ノズルにおいて、前記１ドット当たりの描画に対して印加する駆動パルスのパルス幅がT1mであって、流体力学的共振周波数FrにFr1,Fr2,Fr3,・・・のようなばらつきがあり、ノズル径RにR1,R2,R3,・・・のようなばらつきがあるとき、前記流体力学的共振周波数Fr とノズル径Rの値に依存する前記液滴噴射速度、及び噴射量と電圧の関係式によって、各ノズルに印加される駆動電圧はV1,V2,V3,・・・のように求められる。すなわち、ノズル毎の、流体力学的共振周波数Fr及び、ノズル径Rの実測値によって前記加圧手段に印加する駆動電圧をノズル毎に最適化することができる。 Further, there is a variation in nozzle conductance among the plurality of nozzles, and it is necessary to set the drive voltage V1 for each nozzle in accordance with the nozzle conductance for each nozzle. In the present invention, with respect to the pulse width T1m of the drive pulse, the parameter is the nozzle diameter R, and the droplet ejection speed and the voltage-dependent relational expression for the ejection amount, the ejection speed X = AV + B, the ejection amount Y = CV + D ( A, B, C, D: constants, V: voltage) are obtained, and by using this relational expression, a driving voltage for obtaining a target droplet ejection speed and ejection amount is calculated. . In other words, in the plurality of nozzles, the pulse width of the driving pulse applied to the drawing per dot is T1m, and the hydrodynamic resonance frequency Fr has variations such as Fr1, Fr2, Fr3,. Yes, when the nozzle diameter R has variations such as R1, R2, R3,..., The droplet ejection speed, the ejection amount and the voltage depending on the values of the hydrodynamic resonance frequency Fr and the nozzle diameter R The drive voltage applied to each nozzle can be obtained as V1, V2, V3,. That is, the drive voltage applied to the pressurizing means can be optimized for each nozzle by the measured values of the hydrodynamic resonance frequency Fr and the nozzle diameter R for each nozzle.
このように、本発明では、噴射させる各ノズルの流体力学的共振周波数Frに基づいて噴射量均一補正を実施した後、さらに、各ノズルのコンダクタンス（本発明では、ノズル径Ｒ）に基づいて、ノズル毎に最適駆動電圧を印加することによって再補正を行なって、ノズル間のドット形状を制御することを特徴としている。 As described above, in the present invention, after performing the ejection amount uniform correction based on the hydrodynamic resonance frequency Fr of each nozzle to be ejected, further, based on the conductance of each nozzle (in the present invention, the nozzle diameter R), It is characterized in that the dot shape between the nozzles is controlled by performing re-correction by applying an optimum driving voltage for each nozzle.
これにより、ノズル間の共振周波数Fr及び、ノズルのコンダクタンスのばらつきによるノズル間の噴射状態の変動を抑制することが可能となり、１つの前記インク噴射装置に対して複数のノズルから液滴を同時に噴射して着弾させる工程においても、ノズル毎の着弾位置、及び着弾形状のばらつきを効果的に低減することが可能となる。 This makes it possible to suppress fluctuations in the ejection state between the nozzles due to variations in the resonance frequency Fr between the nozzles and the conductance of the nozzles, and simultaneously ejects droplets from a plurality of nozzles to one ink ejecting apparatus. Even in the landing process, it is possible to effectively reduce variations in landing positions and landing shapes for each nozzle.
上述したように、本発明の請求項１のインク噴射装置によれば、インクが充填されるインク流路と、インク室に連通するノズルと、前記インク流路の容積を増減させて該インク流路内のインクを加圧する加圧手段と、
前記加圧手段に駆動電圧を印加して前記ノズルから複数のインク滴を連続して吐出させる駆動手段とを備えるインクジェット噴射装置であって、
１ドット当たりの描画命令に対して複数の噴射パルス信号を前記加圧手段に連続して印加するとともに、
前記インク流路内のインクと加圧手段との連成系における流体力学的共振周波数をFrとし、その固有周期Tr＝１／Frとした時、同じパルス幅で駆動する一連のノズル群の平均の固有周期をTrmとすると、１ドット当たりの描画に対して印加する噴射するための駆動パルスのパルス幅T1mを(０．８〜１．２)×Ｎ×Trm／２ (Ｎ＝１,３,５)として、正の電源からパルス幅T1mの駆動電圧V1を印加する時、前記ノズル毎の流体力学的共振周波数Fr値に応じて、電圧補正値を±1Vの範囲として前記ノズル毎に前記駆動電圧V1を設定することによって、噴射量を均一に制御することができる。
As described above, according to the ink ejecting apparatus of the first aspect of the present invention, the ink flow path filled with ink, the nozzle communicating with the ink chamber, and the volume of the ink flow path are increased or decreased to increase the ink flow. A pressurizing means for pressurizing the ink in the path;
An inkjet ejecting apparatus comprising: a driving unit configured to apply a driving voltage to the pressurizing unit to continuously discharge a plurality of ink droplets from the nozzle;
A plurality of ejection pulse signals are continuously applied to the pressurizing means in response to a drawing command per dot,
When the hydrodynamic resonance frequency in the coupled system of the ink in the ink flow path and the pressurizing means is Fr, and its natural period Tr = 1 / Fr, an average of a series of nozzle groups that are driven with the same pulse width Is a natural period of Trm, the pulse width T1m of the drive pulse for jetting applied to drawing per dot is (0.8 to 1.2) × N × Trm / 2 (N = 1, 3). 5), when a drive voltage V1 having a pulse width T1m is applied from a positive power source, the voltage correction value is set to a range of ± 1 V for each nozzle according to the hydrodynamic resonance frequency Fr value for each nozzle. By setting the drive voltage V1, the injection amount can be controlled uniformly.
請求項２のインク噴射装置によれば、請求項1に記載の噴射量均一補正を実施した後、さらに、前記ノズル毎のノズルのコンダクタンスに応じて、前記駆動電圧V1を再補正制御することよって、ノズル間のドット形状を制御することができる。 According to the ink ejecting apparatus of the second aspect, after performing the ejection amount uniform correction according to the first aspect, the drive voltage V1 is further corrected and controlled again according to the conductance of the nozzle for each nozzle. The dot shape between the nozzles can be controlled.
請求項３インク噴射装置によれば、前記加圧手段単体（インク未充填状態）の共振周波数をfrとした時に、請求項１に記載の駆動パルスのパルス幅T1mを前記流体力学的共振周波数Fr値に代わって前記加圧手段単体の共振周波数fr値によって設定することができる。 According to a third aspect of the present invention, the drive pulse width T1m according to the first aspect is set to the hydrodynamic resonance frequency Fr, where fr is a resonance frequency of the pressurizing unit alone (no ink filling state). Instead of the value, it can be set by the resonance frequency fr value of the pressing means alone.
このように、上述のインク噴射装置によれば、実施するインクにおいて噴射量（及び、前記噴射速度）についての電圧依存の関係式を求める過程を経れば、ノズル毎の噴射量を測定することなく、噴射量が制御できる。つまり、前記流体力学的共振周波数Fr値（あるいは前記加圧手段単体の共振周波数fr値）、及びノズル径Ｒの測定を行なうのみで、前記加圧手段に印加する最適駆動電圧を設定することができる。各ノズル毎に最適駆動電圧を印加することによって、ノズル毎に噴射量（及び、噴射速度）が制御できるので、ノズル間の共振周波数Fr及び、ノズル径Ｒのばらつきによるノズル間の噴射状態の変動を抑制することが可能となり、１つの前記インク噴射装置に対して複数のノズルから液滴を同時に噴射して着弾させる工程においても、ノズル毎の着弾位置、及び着弾形状のばらつきを効果的に低減し、ドット形状を制御することができ、特に産業用の描画に適したインクの噴射が可能となる。 As described above, according to the above-described ink ejecting apparatus, if a process of obtaining a voltage-dependent relational expression for the ejection amount (and the ejection speed) in the ink to be performed is performed, the ejection amount for each nozzle is measured. The injection amount can be controlled. That is, the optimum drive voltage to be applied to the pressurizing means can be set only by measuring the hydrodynamic resonance frequency Fr value (or the resonance frequency fr value of the pressurizing means alone) and the nozzle diameter R. it can. By applying the optimum drive voltage for each nozzle, the injection amount (and injection speed) can be controlled for each nozzle, so the fluctuation of the injection state between nozzles due to the variation in the resonance frequency Fr between nozzles and the nozzle diameter R. Even in the step of simultaneously ejecting droplets from a plurality of nozzles to land on one ink ejecting apparatus, it is possible to effectively reduce variations in landing positions and landing shapes for each nozzle. In addition, it is possible to control the dot shape, and it becomes possible to eject ink particularly suitable for industrial drawing.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本インク噴射装置500は、図５に示す従来のインクジェトヘッド500と同様に、底壁501、天壁502及びその間のせん断モードアクチュエータ壁503からなる。そのアクチュエータ壁503は、底壁501に接着され、且つ矢印511方向に分極された下部壁507と、天壁502に接着され、且つ矢印509方向に分極された上部壁505とからなっている。隣接する２個のアクチュエータ壁は一対となって、そのインク流路506を形成している。さらに、インク流路の間にはインクが存在しない空気室からなる508が形成されている。
The
各インク流路506の一端には、ノズル510を有するオリフィスプレート512が接着されて、各アクチュエータ壁503の両側面には電極513、514が金属化層として設けられている。具体的にはインク流路506側のアクチュエータ壁には電極514が設けられ、空気室508側のアクチュエータ壁には電極513が設けられている。空気室508に面している電極513はアクチュエータ駆動信号を与える制御回路520に接続され、インク流路506内に設けられている電極514はアースに接続されている。
An
本インク噴射装置500の具体的な寸法の一例を述べる。インク流路506の長さLが８．０ｍｍである。ノズル510の寸法は、インク噴射側の径が２５μｍ、インク流路側の径が４０μｍ、長さが５０μｍである。また、実験に使用したインクの粘度は２５℃における粘度は１.８ｍPa・ｓ、表面張力は４５ｍN/mである。このインク流路内のインクと加圧手段との連成系における流体力学的共振周波数をFrとし、その固有周期Tr＝１／FrとするとTr＝２６μｓｅｃであった。このときFrはインピーダンスアナライザーによって計測している。
An example of specific dimensions of the
次に空気室508内の電極513に印加する駆動波形を図１に示す。駆動波形は、インク液滴を噴射するための噴射パルス信号Ａからなり、噴射パルス信号Ａの電圧値V1は１５Ｖである。好ましい実施の形態において、噴射パルス信号Ａの幅T1は、インク流路内のインクと加圧手段との連成系における流体力学的共振周波数をFrとし、その固有周期Tr＝１／Frとした時、第１の噴射パルス信号Ａの幅T1を１／（２・Ｆｒ）とする。すなわち、T1＝１３μsecである。
Next, a driving waveform applied to the
次に、図２に示す制御回路520は充電回路201と放電回路202とパルスコントロール回路203から構成されている。
Next, the
入力端子204と205は、それぞれ空気室内の電極513に与える電圧をＥ（Ｖ）、０（Ｖ）にするためのパルス信号を入力する入力端子である。充電回路201は、抵抗R101、R102、R103、R104、R105、トランジスタTR101、TR102から構成されている。
The
入力端子204にオン信号（＋５Ｖ）が入力されると、抵抗R101を介し、トランジスタTR101が導通し、正の電源101から抵抗R103を介し電流がトランジスタTR101のコレクタからエミッタ方向に流れる。したがって、正の電源101に接続されている抵抗R104及びR105にかかる電圧の分圧が上昇し、トランジスタTR102のベース流れる電流が増加し、トランジスタTR102のエミッタとコレクタ間が導通する。正の電源101から１５Ｖの電圧がトランジスタTR102のコレクタ及びエミッタ、抵抗R120を介して空気室508内の電極513に印加される。このタイミングが、図３に示すタイミングチャートにおけるTm1である。入力端子205にオン信号が入力されると、抵抗R106を介し、トランジスタTR103が導通し、抵抗R120を介して空気室508内の電極513をアースする。制御回路520の充電回路201の入力端子204に入力される駆動波形10の入力信号11は、図３に示すタイミングチャート（A）のように、通常オフ状態であり、噴射するための所定のタイミングTm1にてオンされ、タイミングTm2にてオフされる。放電回路202の入力端子205に入力される入力信号12は、図３に示すタイミングチャート（B）に示すように、入力信号11がオン状態の時にはオフ状態となり、入力信号11がオフのときにオン状態となる。放電回路は圧電素子に蓄電された電荷を素早く放電させるための機構回路である。具体的には、圧電素子であるコンデンサー513に正の電源101によって蓄えられた電荷をトランジスタTR103を通して放電する働きを持っている。
When an ON signal (+5 V) is input to the
次に、充電回路201の入力端子204及び放電回路202の入力端子205に入力される上記タイミングTm1、Tm2を有するパルス信号を発生するパルスコントロール回路203について説明する。
Next, the pulse control circuit 203 that generates the pulse signals having the timings Tm1 and Tm2 input to the
実際に、印加される電圧を示したものが図３（Ｃ）であり、電圧の立ち上がり時間と立ち下がり時間に波形のなまりが発生してしまう。だが、波形のなまりが２μｓ以下にコントロールすると波形のなまりの影響（吐出効率の減少）は少なくなってくる。制御上は、この波形のなまりを２μｓ以下に制御し、かつ駆動電圧の１／２電圧のパルス幅を制御するようにタイミングを設定する。ただし、本実験においてはこの波形のなまりは０．２μｓであり、これを考慮して前記噴射パルスのパルス幅T1に０．２μｓを付加する。 Actually, the applied voltage is shown in FIG. 3C, and a rounded waveform occurs in the rise time and fall time of the voltage. However, if the rounding of the waveform is controlled to 2 μs or less, the influence of the rounding of the waveform (decrease in ejection efficiency) is reduced. In terms of control, the timing is set so that the rounding of this waveform is controlled to 2 μs or less, and the pulse width of ½ voltage of the drive voltage is controlled. However, in this experiment, the rounding of this waveform is 0.2 μs, and considering this, 0.2 μs is added to the pulse width T1 of the ejection pulse.
パルスコントロール回路203には、各種の演算処理を実施するCPU210が設けられ、CPU210には描画データや各種のデータを記録するRAM211とパルスコントロール回路203の制御プログラム及び前記Tm1、Tm2のタイミングでオンあるいはオフ信号を発生するシーケンスデータを記録しているROM212が接続されている。
The pulse control circuit 203 is provided with a
また、CPU210は各種のデータのやりとりを実行するためのＩ／Ｏバス213に接続され、当該Ｉ／Ｏバス213には、描画データ受信回路214とパルスジェネレータ215及び216が接続されている。パルスジェネレータ215の出力は充電回路201の入力端子に、パルスジェネレータ216の出力は放電回路202の入力端子に接続されている。
The
ここで、パルスジェネレータ215及び216及び、充電回路201及び放電回路202はインク噴射装置のノズル数と同じ数だけ設けられている。上述の実施の形態では、一つのノズルについて説明しているが、他のノズルに対しても同様の制御を行うものとする。
Here, the
ただし、このインク噴射装置500においては、ノズル毎に作製誤差に起因したインク流路内のインクと加圧手段との連成系における流体力学的共振周波数、及びノズルのコンダクタンスのばらつきが存在する。したがって、本実施の形態では、各々の流体力学的共振周波数、及びノズルのコンダクタンスに応じて、ノズル毎に同様の制御を行うものとする。
However, in the
上記した本実施の形態にて駆動した場合の噴射テストの結果を図４の表を参照して説明する。 The result of the injection test when driving in the above-described embodiment will be described with reference to the table of FIG.
この時、図１に図示している駆動波形、つまり噴射パルスを印加した場合の結果であり、パラメータとして噴射パルスＡのパルス幅T1mとノズル径Ｒを取っている。また、使用したインクについては２５℃における粘度は１.８ｍPa・ｓ、表面張力は４５ｍN/mであり、インク粘度としては比較的粘度の低い液体を使用した。 At this time, the driving waveform shown in FIG. 1, that is, the result when the injection pulse is applied, the pulse width T1m of the injection pulse A and the nozzle diameter R are taken as parameters. The ink used had a viscosity at 25 ° C. of 1.8 mPa · s, a surface tension of 45 mN / m, and a liquid having a relatively low viscosity was used.
図４は、噴射パルスＡのパルス幅T1m（＝Ｎ×Trm／２）に対応し前記ノズル（ノズル径Ｒ）よりインク液滴が噴射された時の噴射速度、及び噴射量についての電圧依存の関係式、噴射速度Ｘ＝ＡＶ＋Ｂ、噴射量Ｙ＝ＣＶ＋Ｄ （Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄ：定数、Ｖ：電圧）を図４に示している。ここで、駆動周波数は５００Ｈｚとし、駆動電圧は１０V〜２０Ｖとして噴射速度、及び噴射量について評価した。 4 corresponds to the pulse width T1m (= N × Trm / 2) of the ejection pulse A, and the voltage dependence of the ejection speed and ejection amount when the ink droplet is ejected from the nozzle (nozzle diameter R). FIG. 4 shows the relational expression, injection speed X = AV + B, injection amount Y = CV + D (A, B, C, D: constant, V: voltage). Here, the driving frequency was 500 Hz, the driving voltage was 10 V to 20 V, and the ejection speed and the ejection amount were evaluated.
噴射パルスＡのパルス幅T1mが１２．６μｓ（＝１×｛Trm／２＋０．２｝）である場合（このとき波形なまりを考慮して０．２μsを加える）、ノズル径Ｒの値によって前記の電圧依存の関係式における係数Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄの値は変化する。また、同様にパルス幅T1mが３７．８μｓ（＝３×｛（Trm／２）＋０．２｝）である場合も、ノズル径Ｒの値によって前記電圧依存の関係式の係数は変化する。さらに、流体力学的共振周波数Frが異なる場合においても上記と同様である。つまり、図４（a）に示しているように、流体力学的共振周波数Fr及び、ノズル径Ｒに対して係数Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄは固有である。 When the pulse width T1m of the ejection pulse A is 12.6 μs (= 1 × {Trm / 2 + 0.2}) (in this case, 0.2 μs is added in consideration of the waveform rounding), the above-mentioned value depends on the value of the nozzle diameter R. The values of the coefficients A, B, C, and D in the voltage-dependent relational expression change. Similarly, when the pulse width T1m is 37.8 μs (= 3 × {(Trm / 2) +0.2}), the coefficient of the voltage-dependent relational expression changes depending on the value of the nozzle diameter R. Furthermore, the same applies to the case where the hydrodynamic resonance frequency Fr is different. That is, as shown in FIG. 4A, the coefficients A, B, C, and D are unique to the hydrodynamic resonance frequency Fr and the nozzle diameter R.
したがって、今回の実施例では、図４（b）に示したように、噴射パルスＡのパルス幅T1mが１２．６μｓである場合に、測定した流体力学的共振周波数Fr及び、ノズル径Ｒに対応する電圧依存の関係式を抽出し、ノズル毎に最適駆動電圧を印加することによって、ノズル毎に噴射量を制御して、ノズル間の噴射量を均一にすることができた。 Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 4B, when the pulse width T1m of the ejection pulse A is 12.6 μs, it corresponds to the measured hydrodynamic resonance frequency Fr and the nozzle diameter R. By extracting the voltage-dependent relational expression and applying the optimum drive voltage for each nozzle, the injection amount was controlled for each nozzle, and the injection amount between the nozzles could be made uniform.
さらに、データは記載していないが、上記のインク噴射装置によって複数ノズルを噴射させて基板上にドットを形成させる工程を実施した場合に、その着弾評価において、噴射量を一定にすることによりドット形状を均一にできるという結果が得られた。 Furthermore, although data is not described, when a step of forming a dot on a substrate by ejecting a plurality of nozzles by the above-described ink ejecting apparatus is performed, in the landing evaluation, the amount of ejection is made constant. The result that the shape can be made uniform was obtained.
以上、一実施例の形態を詳細に説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。 As mentioned above, although the form of one Example was demonstrated in detail, this invention is not limited to this embodiment.
また、上記実施の形態は、圧電素子の分極方向を逆にし、インク室側を正の電源を接続し、空気室側をアースに接続してもかまわない。 In the above embodiment, the polarization direction of the piezoelectric element may be reversed, the ink chamber side may be connected to a positive power supply, and the air chamber side may be connected to ground.
さらに、インクへの加圧部をインク流路の一部に設ける構造でもよい。つまり、本実施例は、インクへの加圧構造や加圧の電源供給構造等限定されるものではない。 Furthermore, the structure which provides the pressurization part to an ink in a part of ink channel may be sufficient. That is, the present embodiment is not limited to a pressure structure for ink, a power supply structure for pressure, and the like.
１０ 駆動波形
５００ インクジェットヘッド
５０３ アクチュエータ壁
５０６ インク流路
５０７ 空気室
５２０ 制御回路
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記加圧手段に駆動電圧を印加して前記ノズルから複数のインク滴を連続して吐出させる駆動手段とを備えるインクジェット噴射装置であって、
１ドット当たりの描画命令に対して噴射パルス信号を前記加圧手段に連続して印加するとともに、
前記インク流路内のインクと加圧手段との連成系における流体力学的共振周波数をFrとし、その固有周期Tr＝１／Frとした時、同じパルス幅で駆動する一連のノズル群の平均の固有周期をTrmとすると、１ドット当たりの描画に対して印加する噴射するための駆動パルスのパルス幅T1mを０．８×Ｎ×Trm／２以上１．２×Ｎ×Trm／２以下 (Ｎ＝１,３,５)として、正の電源からパルス幅T1mの駆動電圧V1を印加する時、前記ノズル毎の流体力学的共振周波数Fr値に応じて、電圧補正値を±1Vの範囲として前記ノズル毎に前記駆動電圧V1を設定することによって、噴射量を均一に制御する手段を備えたことを特徴とするインク噴射装置。 An ink channel filled with ink, a nozzle communicating with the ink chamber, and a pressurizing unit that pressurizes the ink in the ink channel by increasing or decreasing the volume of the ink channel;
An inkjet ejecting apparatus comprising: a driving unit configured to apply a driving voltage to the pressurizing unit to continuously discharge a plurality of ink droplets from the nozzle;
While continuously applying an ejection pulse signal to the pressurizing means in response to a drawing command per dot,
When the hydrodynamic resonance frequency in the coupled system of the ink in the ink flow path and the pressurizing means is Fr, and its natural period Tr = 1 / Fr, an average of a series of nozzle groups that are driven with the same pulse width Is the natural period of Trm, the pulse width T1m of the drive pulse for ejection applied to the drawing per dot is 0.8 × N × Trm / 2 or more and 1.2 × N × Trm / 2 or less ( N = 1, 3, 5), when applying a driving voltage V1 having a pulse width T1m from a positive power supply, the voltage correction value is in the range of ± 1 V according to the hydrodynamic resonance frequency Fr value for each nozzle. An ink ejecting apparatus comprising: means for uniformly controlling an ejection amount by setting the drive voltage V1 for each nozzle.
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| JP2010143174A (en) * | 2008-12-22 | 2010-07-01 | Konica Minolta Ij Technologies Inc | Inkjet recording device |
| US8342623B2 (en) | 2009-12-09 | 2013-01-01 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Methods of adjusting ink ejection characteristics of inkjet printing apparatus and driving the inkjet printing apparatus |
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