JP2019025776A - 液体吐出装置および液体吐出方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】圧力室内における液体の濃度の濃淡を抑制する技術を提供する。【解決手段】液体吐出装置は、液体を吐出するためのノズルに連通孔を介して連通する圧力室と、前記圧力室に前記液体を供給する供給流路と、前記圧力室の容積を変化させることにより、前記ノズルから前記液体を吐出させる容積変更部と、前記圧力室の壁面を構成し、前記連通孔に対してスライド移動可能なスライド部と、前記スライド部を前記連通孔に対してスライド移動させるためのアクチュエーターと、前記ノズルから前記液体を吐出させるたびに、前記アクチュエーターにより、前記スライド部を前記連通孔に対してスライド移動させる制御を行う制御部と、を備える。【選択図】図4
Description
本発明は、液体吐出装置および液体吐出方法に関する。
特許文献1には、液滴を吐出するノズルと、ノズルに連通する圧力室とを備え、圧力室内の圧力を変化させてノズルから液体を吐出する液体吐出装置が開示されている。
しかし、特許文献1の液体吐出装置では、圧力室内において液体の濃度の濃淡が生じた場合に、ノズルから吐出される液滴の濃度においても濃淡が生じる虞があった。このため、圧力室内における液体の濃度の濃淡を抑制する技術が望まれていた。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
(1)本発明の一形態によれば、液体吐出装置が提供される。この液体吐出装置は、液体を吐出するためのノズルに連通孔を介して連通する圧力室と、前記圧力室に前記液体を供給する供給流路と、前記圧力室の容積を変化させることにより、前記ノズルから前記液体を吐出させる容積変更部と、前記圧力室の壁面を構成し、前記連通孔に対してスライド移動可能なスライド部と、前記スライド部を前記連通孔に対してスライド移動させるためのアクチュエーターと、前記ノズルから前記液体を吐出させるたびに、前記アクチュエーターにより、前記スライド部を前記連通孔に対してスライド移動させる制御を行う制御部と、を備える。このような形態の液体吐出装置によれば、ノズルから液体を吐出させるたびに、スライド部を連通孔に対してスライド移動させることにより、スライド部内に形成された圧力室内の液体を攪拌することができるため、圧力室内における液体の濃度の濃淡を抑制することができる。
(2)上記形態の液体吐出装置において、前記スライド部は、前記アクチュエーターにより、前記供給流路に対してスライド移動可能であり、前記制御部は、前記アクチュエーターによって前記スライド部を前記供給流路に対してスライド移動させることにより、前記圧力室と前記供給流路との間の連通を遮断した状態において、前記ノズルから前記液体を吐出させてもよい。このような液体吐出装置によれば、圧力室と供給流路との間の連通を遮断した状態においてノズルから液体を吐出させることにより、容積変更部が圧力室内の液体に付与する圧力が供給流路から逃げることを抑制できる。
(3)上記形態の液体吐出装置において、さらに、前記圧力室から前記液体を排出する排出流路と、前記排出流路から排出された前記液体を前記供給流路に再供給する循環流路と、を備えてもよい。このような形態の液体吐出装置によれば、液体を効率的に利用することができる。
(4)上記形態の液体吐出装置において、前記圧力室を複数組備え、前記スライド部は、複数の前記圧力室の壁面を構成してもよい。このような形態の液体吐出装置によれば、複数の圧力室がスライド部に設けられているため、構造を簡素化することができる。
本発明は、上述した液体吐出装置としての形態以外にも、種々の形態で実現することが可能である。例えば、液体吐出装置によって実行される液体吐出方法や、液体吐出装置を制御するためのコンピュータープログラム、そのコンピュータープログラムが記録された一時的でない有形な記録媒体等の形態で実現することができる。
A.第1実施形態:
A1.液体吐出装置の構成:
図1は、本発明の第1実施形態における液体吐出装置100の概略構成を示す説明図である。液体吐出装置100は、タンク10と、加圧ポンプ20と、供給流路30と、ヘッド部200と、制御部40と、を備える。本実施形態では、液体吐出装置100は、溶質と溶媒とを含む液体を吐出する装置である。
A1.液体吐出装置の構成:
図1は、本発明の第1実施形態における液体吐出装置100の概略構成を示す説明図である。液体吐出装置100は、タンク10と、加圧ポンプ20と、供給流路30と、ヘッド部200と、制御部40と、を備える。本実施形態では、液体吐出装置100は、溶質と溶媒とを含む液体を吐出する装置である。
タンク10には液体が収容されている。液体としては、例えば、所定の粘度を有するインクが例示できる。所定の粘度としては、室温(25℃)にて50mPa・s以上40,000mPa・s以下が例示できる。タンク10内の液体は、加圧ポンプ20により供給流路30を通じてヘッド部200に供給される。加圧ポンプ20は、例えば、10kPaから10MPaの圧力を液体に付与する。ヘッド部200に供給された液体は、ヘッド部200により吐出される。ヘッド部200の動作は、制御部40により制御される。
制御部40は、CPUやメモリーを備えたコンピューターとして構成されており、メモリーに記憶された制御プログラムを実行することにより、種々の処理を実現する。制御プログラムは、一時的でない有形な種々の記録媒体に記録されていてもよい。
図2は、ヘッド部200の概略構成を示す説明図である。ヘッド部200は、ノズル211と、圧力室210と、容積変更部220と、スライド部230とを備える。
圧力室210は、液体が供給される部屋である。圧力室210は、液体を外部に吐出するためのノズル211に連通孔272を介して連通可能な構成となっている。圧力室210には、圧力室210に液体を供給する流路である供給流路30が接続されている。本実施形態では、供給流路30、ノズル211及び連通孔272が形成された部材のことを本体部材270という。
圧力室210の一壁面は、容積変更部220により構成されている。また、圧力室210の他の壁面は、連通孔272に対してスライド移動可能なスライド部230により構成されている。圧力室210から液体が漏洩することを抑制するために、容積変更部220とスライド部230との間には、円環状のシール部材215が配置されている。
容積変更部220は、圧力室210の容積を変化させて圧力室210内を加圧することにより、ノズル211から液体を吐出させる部材である。本実施形態では、容積変更部220は、振動板221と、ピエゾアクチュエーター222とを備える。ピエゾアクチュエーター222は、複数の圧電材料が積層された構成を有しており、各圧電材料へ電圧が印加されることによって、その積層方向の長さが変化する。
容積変更部220のピエゾアクチュエーター222は、振動板221と接しており、振動板221を変位させる。ピエゾアクチュエーター222は、制御部40により駆動される。制御部40は、ピエゾアクチュエーター222を制御することによって、振動板221を圧力室210の内部に向けて変位させることにより、圧力室210の容積を小さくし、圧力室210内の圧力を高める。そして、圧力室210内の圧力がノズル211内の液体のメニスカス耐圧を超えると、ノズル211から液体が吐出される。
スライド部230は、供給流路30と連通可能な第1孔231と、ノズル211と連通可能な第2孔233とを備える。スライド部230の第1孔231と第2孔233とは、いずれも断面が円形状となっており、スライド部230の第1孔231は、第2孔233に対して断面積が大きい構成となっている。
図3及び図4は、図2におけるIIIの方向から見たときの説明図である。つまり、図3及び図4は、圧力室210を容積変更部220側から見たときの状態を示す。図3は、圧力室210とノズル211とが連通している状態を示し、図4は、圧力室210とノズル211との間の連通が遮断されている状態を示す。なお、構成の理解を容易にする観点から、図3及び図4において、容積変更部220の記載を省略する。また、「連通」とは「流体が流通できるように連なっていること」を示す。
スライド部230は、連通孔272に対してスライド移動させるためのアクチュエーター240と接しており、本体部材270に対してスライド移動可能な部材である。本実施形態では、アクチュエーター240は、押込機構242(紙面右側)とバネ244(紙面左側)とを備え、スライド部230は、本体部材270に対して、紙面左右方向にスライド移動する。押込機構242は、制御部40により駆動される。
図3では、制御部40が押込機構242を制御することによって、押込機構242を縮ませることにより、バネ244を伸ばすとともに、本体部材270に対してスライド部230を紙面右側に移動させる。これにより、圧力室210側から見たときに、スライド部230の第2孔233がノズル211に通じる流路と重なる位置となる。このため、圧力室210とノズル211とが連通する。
図4では、制御部40が押込機構242を制御することによって、押込機構242をスライド部230に向かって伸ばすことにより、バネ244を縮めるとともに、本体部材270に対してスライド部230を紙面左側に移動させる。これにより、圧力室210側から見たときに、スライド部230の第2孔233がノズル211に通じる流路と重ならない位置となる。このため、圧力室210とノズル211とが遮断される。
ここで、本体部材270とスライド部230とが、ノズル211と圧力室210との間に形成されており、圧力室210とノズル211との間の連通を遮断可能な遮断部として機能する。なお、スライド部230の第1孔231は、第2孔233に対して断面積が大きい構成となっているため、スライド部230の本体部材270に対するスライド移動の有無にかかわらず、第1孔231は、供給流路30と連通している。
A2.液体吐出方法:
図5は、制御部40により実行される液体吐出方法の処理内容を表すタイミングチャートである。図5の横軸は、経過時間を示し、縦軸は、遮断部の開閉と、圧力室210の容積の変化とを示す。図5には、液体を一滴吐出する際の吐出制御処理が示されている。このため、液体を連続的に吐出する場合には、制御部40により、吐出制御処理が連続して繰り返し行われる。
図5は、制御部40により実行される液体吐出方法の処理内容を表すタイミングチャートである。図5の横軸は、経過時間を示し、縦軸は、遮断部の開閉と、圧力室210の容積の変化とを示す。図5には、液体を一滴吐出する際の吐出制御処理が示されている。このため、液体を連続的に吐出する場合には、制御部40により、吐出制御処理が連続して繰り返し行われる。
まず、図5に示す時間t0から時間t1までにおいて、制御部40は、ノズル211と圧力室210とを遮断した待機状態とする。具体的には、制御部40は、アクチュエーター240を制御することによって、本体部材270に対してスライド部230をスライド移動させることにより、ノズル211と圧力室210とを遮断した状態とする。なお、待機状態において、ノズル211には液体が満たされている。
次に、時間t1から時間t2にかけて、制御部40は、アクチュエーター240を制御することによって、本体部材270に対してスライド部230をスライド移動させる。これにより、時間t1から時間t2にかけて、制御部40は、ノズル211と圧力室210とを遮断した状態から、ノズル211と圧力室210とを連通した状態に移行させる。
そして、ノズル211と圧力室210とを連通させた状態において、時間t2から時間t3にかけて、制御部40は、液体吐出制御を行う。具体的には、制御部40は、容積変更部220を制御して圧力室210の容積を小さくすることにより、圧力室210に連通したノズル211から液体を吐出させる。この液体吐出制御において、制御部40は、圧力室210の容積を急激に減少させることにより、ノズル211内の液体の圧力をメニスカス耐圧を超える圧力とし、この結果として、液体をノズル211から吐出させる。本実施形態では、圧力室210の容積を急激に減少させた後、制御部40は、容積変更部220によって圧力室210内の容積を少しだけ大きくする処理を行う。このようにすることにより、ノズル211から吐出した液滴とノズル211内に留まっている液体とを分離することができるため、確実に液滴が吐出できる。
その後、時間t3から時間t4にかけて、制御部40は、アクチュエーター240を制御することによって、本体部材270に対してスライド部230をスライド移動させることにより、ノズル211と圧力室210とを遮断した状態にする。
そして、確実にノズル211と圧力室210とを遮断させるために、時間t4から時間t5において、制御部40は、待機時間を設ける。その後、時間t5から時間t6にかけて、制御部40は、容積変更部220を制御して圧力室210の容積を大きくすることによって、圧力室210内を減圧することにより、供給流路30から圧力室210に液体が流入する。本実施形態では、圧力室210とノズル211とを遮断した状態において、供給流路30から圧力室210に液体を流入させる。以上により、液体を一滴吐出する際の吐出制御処理が終了する。
上述したように、第1実施形態の液体吐出装置100によれば、圧力室210とノズル211とを遮断する際、スライド部230が連通孔272に対してスライド移動する。このため、スライド部230内に形成された圧力室210内の液体を攪拌することができる。この結果として、圧力室210内において液体の濃淡が生じている場合に、この濃淡を抑制できるとともに、圧力室210内に液体内の沈降成分が堆積することを抑制することができる。
また、第1実施形態の液体吐出装置100では、時間t5から時間t6において、供給流路30から圧力室210に液体を流入させるとき、圧力室210とノズル211とが遮断されている。このようにすることにより、ノズル211から圧力室210に気体が侵入することを抑制できる。この結果として、第1実施形態の液体吐出装置100によれば、圧力室210内に気体が侵入することによる圧力室210内の圧力変動が抑制でき、液体の吐出量を安定化させることができる。
また、圧力室210とノズル211とを遮断した状態において、液体を圧力室210に流入させるため、時間t5から時間t6までの間において、圧力室210の容積を大きくすることによって生じる減圧を利用して、液体を迅速に圧力室210へ供給できる。特に、圧力室210内の液体の粘度が高い場合、ノズル211から液体を吐出するために容積変更部220が減少させる圧力室210の容積は大きくなる。この結果として、液体吐出後に、容積変更部220が増加させる圧力室210の容積についても大きくなる。このような場合においても、第1実施形態の液体吐出装置100によれば、ノズル211から圧力室210に気体が侵入することを抑制できる。
また、圧力室210とノズル211とを遮断した状態において、液体を圧力室210に流入させるため、ノズル211から液体が漏れ出ることを考慮しなくて済むため、供給流路30内を高圧にした状態での圧力室210への液体の充填が可能となる。このため、圧力室210への液体の充填時間を短縮することができる。
B.第2実施形態:
図6は、第2実施形態における液体吐出装置100bの概略構成を示す説明図である。液体吐出装置100bは、第1実施形態の液体吐出装置100と同様に、タンク10と、加圧ポンプ20と、供給流路30と、ヘッド部200bと、制御部40とを備える。これらに加え、液体吐出装置100bは、排出流路50と、液体貯留部60と、負圧発生源70と、循環流路80と、を備える。
図6は、第2実施形態における液体吐出装置100bの概略構成を示す説明図である。液体吐出装置100bは、第1実施形態の液体吐出装置100と同様に、タンク10と、加圧ポンプ20と、供給流路30と、ヘッド部200bと、制御部40とを備える。これらに加え、液体吐出装置100bは、排出流路50と、液体貯留部60と、負圧発生源70と、循環流路80と、を備える。
排出流路50は、ヘッド部200bの圧力室210に接続されている。本実施形態では、圧力室210から吐出されなかった液体は、排出流路50を通じて液体貯留部60に排出される。液体貯留部60には、負圧発生源70が接続されている。負圧発生源70は、液体貯留部60内を負圧にすることにより、排出流路50を通じてヘッド部200bから液体を吸引する。負圧発生源70は、例えば、ポンプを用いて構成可能である。本実施形態において、加圧ポンプ20および負圧発生源70は、供給流路30と排出流路50とに差圧を発生させて供給流路30に液体を供給する液体供給部として機能する。なお、加圧ポンプ20および負圧発生源70のいずれか一方を省略して、加圧ポンプ20または負圧発生源70のいずれか単体で液体供給部を構成してもよい。
本実施形態では、液体貯留部60とタンク10とは、循環流路80によって接続されている。液体貯留部60に貯留された液体は、循環流路80を通じてタンク10に戻され、再び、加圧ポンプ20によってヘッド部200に供給される。つまり、循環流路80は、排出流路50から排出された液体を、供給流路30に再供給する機能を有する。循環流路80には、液体貯留部60から液体を吸引するためのポンプが備えられていてもよい。また、循環流路80には、異物除去フィルターや脱気モジュールが備えられていてもよい。なお、循環流路80を省略し、液体吐出装置100bを、液体を循環させない構成とすることも可能である。
図7は、ヘッド部200bを容積変更部220側から見た時の状態を示す説明図である。ここで、図7は、第1実施形態の図3と対応している。第2実施形態のヘッド部200bは、スライド部230の第1孔231bの断面が楕円形状となっており、スライド部230の本体部材270に対するスライド移動の有無にかかわらず、供給流路30および排出流路50が圧力室210と連通する構成となっている。
第2実施形態の液体吐出装置100bによれば、循環流路80を備えているので、液体を効率的に利用することができる。また、本実施形態の液体吐出装置100bは、圧力室210から吐出されなかった液体を、排出流路50を通じて排出することができるので、ヘッド部200b内に液体内の沈降成分が堆積することを抑制することができる。
C.第3実施形態:
図8は、第3実施形態におけるヘッド部200cの概略構成を示す説明図である。第3実施形態は、第1実施形態と比較して、押込機構242とバネ244との間に、複数の圧力室210を備える点で異なる。第3実施形態では、スライド部230がスライド移動する方向に沿って複数の圧力室210が配置されている。
図8は、第3実施形態におけるヘッド部200cの概略構成を示す説明図である。第3実施形態は、第1実施形態と比較して、押込機構242とバネ244との間に、複数の圧力室210を備える点で異なる。第3実施形態では、スライド部230がスライド移動する方向に沿って複数の圧力室210が配置されている。
第3実施形態では、ノズル211と圧力室210とを複数組備え、スライド部230は、複数の圧力室210の壁面を構成する。このようにすることにより、第3実施形態によれば、複数の圧力室210がスライド部230に設けられているため、構造を簡素化することができる。
第3実施形態では、全てのノズル211の吐出を同時に行う制御も可能であり、ノズル211ごとに液体の吐出の有無を制御することも可能である。以下、第3実施形態において、ノズル211ごとに液体の吐出の有無を制御する方法について説明する。
図9は、制御部40により実行される液体吐出方法の処理内容を表すタイミングチャートである。図9の横軸は、経過時間を示し、縦軸は、遮断部の開閉と、圧力室210の容積の変化とを示す。圧力室210の容積の変化は、液体を吐出するノズル211と、液体を吐出しないノズル211についてそれぞれ示す。ここで、液体を吐出するノズル211における容積変更部220の制御は第1実施形態と同じであるため、以下では、液体を吐出しないノズル211における容積変更部220の制御について説明する。
液体の吐出時において、制御部40は、ノズル211から液体を排出するために容積変更部220のピエゾアクチュエーター222が振動板221を押す動作をさせる。一方、液体の非吐出時において、制御部40は、ノズル211から液体を排出させないためにピエゾアクチュエーター222が振動板221を引っ張る動作をさせる。具体的には、液体を吐出しないノズル211に対応する容積変更部220を以下のように制御する。
時間t1から時間t4にかけて、制御部40は、アクチュエーター240を制御することによって、本体部材270に対してスライド部230をスライド移動させることにより、ノズル211と圧力室210とを連通した状態にする。このため、時間t1から時間t4において、液体を吐出しないノズル211に対応する圧力室210においても、一定量の液体が供給流路30から供給される。このため、時間t1から時間t5まで、制御部40は、容積変更部220を制御することにより、圧力室210の容積を徐々に大きくする。このようにすることにより、ノズル211内の液体の圧力がメニスカス耐圧を超えない圧力とすることができるため、液体がノズル211から吐出されることを、より確実に防止できる。そして、時間t5から時間t6にかけて、制御部40は、容積変更部220を制御することにより、圧力室210の容積を待機状態における容積まで小さくする。このようにすることにより、時間t1から時間t5にかけて圧力室210内に流入した液体を供給流路30に戻すことができる。但し、液体を吐出しないノズル211について、図9に示すような容積変化を行わなくてもよい。図9に示すような容積変化を行わないことにより、制御を簡便化することができる。
以上のように、第3実施形態によれば、スライド部230のスライド移動を一括制御した場合においても、ノズル211ごとに液体の吐出の有無を制御できる。
D.第4実施形態:
図10は、第4実施形態におけるヘッド部200dの概略構成を示す説明図である。第3実施形態は、スライド移動する方向に沿って複数の圧力室210を備えるが、第4実施形態は、スライド移動する方向と交わる方向に沿って複数の圧力室210を備える点が異なる。このような形態としても、圧力室210内の液体を攪拌することができる。
図10は、第4実施形態におけるヘッド部200dの概略構成を示す説明図である。第3実施形態は、スライド移動する方向に沿って複数の圧力室210を備えるが、第4実施形態は、スライド移動する方向と交わる方向に沿って複数の圧力室210を備える点が異なる。このような形態としても、圧力室210内の液体を攪拌することができる。
E.第5実施形態:
図11及び図12は、第5実施形態におけるヘッド部200eの概略構成を示す模式図である。第5実施形態は、第1実施形態と比較して、スライド部230の第1孔231eと第2孔233eの大きさが異なる。第5実施形態のヘッド部200eでは、第2孔233eは、第1孔231eに対して断面積が大きい構成となっている。このため、スライド部230eの本体部材270に対するスライド移動の有無にかかわらず、ノズル211に連通する流路が圧力室210と連通する構成となっている。図11は、圧力室210と供給流路30とが連通している状態を示し、図12は、圧力室210と供給流路30が遮断されている状態を示す。
図11及び図12は、第5実施形態におけるヘッド部200eの概略構成を示す模式図である。第5実施形態は、第1実施形態と比較して、スライド部230の第1孔231eと第2孔233eの大きさが異なる。第5実施形態のヘッド部200eでは、第2孔233eは、第1孔231eに対して断面積が大きい構成となっている。このため、スライド部230eの本体部材270に対するスライド移動の有無にかかわらず、ノズル211に連通する流路が圧力室210と連通する構成となっている。図11は、圧力室210と供給流路30とが連通している状態を示し、図12は、圧力室210と供給流路30が遮断されている状態を示す。
図11では、制御部40が押込機構242を制御することによって、押込機構242を縮ませることにより、バネ244を伸ばすとともに、本体部材270に対してスライド部230eを紙面右側に移動させる。これにより、圧力室210側から見たときに、圧力室210の第1孔231eが供給流路30と重なる位置となる。このため、圧力室210と供給流路30とが連通する。
図12では、制御部40が押込機構242を制御することによって、押込機構242をスライド部230に向かって伸ばすことにより、バネ244を縮めるとともに、本体部材270に対してスライド部230eを紙面左側に移動させる。これにより、圧力室210側から見たときに、圧力室210の第1孔231eが供給流路30と重なる位置となる。このため、圧力室210と供給流路30とが遮断される。
第5実施形態では、制御部40は、圧力室210と供給流路30との間の連通を遮断した状態において、ノズル211から液体を吐出させる。このようにすることにより、容積変更部220が圧力室210内の液体に付与する圧力が供給流路30から逃げることを抑制できる。この結果として、第5実施形態では、高粘度の液体の吐出が可能となるとともに、ピエゾアクチュエーター222の小型化が可能となる。
F.第6実施形態:
F1.液体吐出装置の構成:
図13は、第6実施形態におけるヘッド部200fの概略構成を示す説明図である。第6実施形態は、第5実施形態と比較して、押込機構242とバネ244との間に、スライド部230eのスライド方向に沿って複数の圧力室210が配置されている点が異なる。
F1.液体吐出装置の構成:
図13は、第6実施形態におけるヘッド部200fの概略構成を示す説明図である。第6実施形態は、第5実施形態と比較して、押込機構242とバネ244との間に、スライド部230eのスライド方向に沿って複数の圧力室210が配置されている点が異なる。
F2.液体吐出方法:
図14は、制御部40により実行される液体吐出方法の処理内容を表すタイミングチャートである。図14の横軸は、経過時間を示し、縦軸は、遮断部の開閉と、圧力室210の容積の変化とを示す。圧力室210の容積の変化は、液体を吐出するノズル211と、液体を吐出しないノズル211とについてそれぞれ示す。図14には、液体を一滴吐出する際の吐出制御処理が示されている。このため、液体を連続的に吐出する場合には、制御部40により、吐出制御処理が連続して繰り返し行われる。
図14は、制御部40により実行される液体吐出方法の処理内容を表すタイミングチャートである。図14の横軸は、経過時間を示し、縦軸は、遮断部の開閉と、圧力室210の容積の変化とを示す。圧力室210の容積の変化は、液体を吐出するノズル211と、液体を吐出しないノズル211とについてそれぞれ示す。図14には、液体を一滴吐出する際の吐出制御処理が示されている。このため、液体を連続的に吐出する場合には、制御部40により、吐出制御処理が連続して繰り返し行われる。
まず、図14に示す時間t0から時間t12において、制御部40は、アクチュエーター240を制御することによってスライド部230eを供給流路30に対してスライド移動させることにより、供給流路30と圧力室210とを遮断した状態とする。その後、時間t12から時間t14において、制御部40は、アクチュエーター240を制御することによって、供給流路30と圧力室210とを連通した状態とする。
液体を吐出するノズル211に対応する容積変更部220は、制御部40により液体吐出制御がなされる。具体的には、時間t11から時間t12にかけて、制御部40は、容積変更部220を制御して圧力室210の容積を小さくすることにより、圧力室210に連通したノズル211から液体を吐出させた後、容積変更部220によって、待機状態と同じ容積まで圧力室210内の容積を大きくする。つまり、制御部40は、圧力室210と供給流路30との間の連通を遮断した状態において、ノズル211から液体を吐出させる。このようにすることにより、容積変更部220が圧力室210内の液体に付与する圧力が供給流路30から逃げることを抑制できる。
一方、液体を吐出しないノズル211に対応する容積変更部220は、制御部40により以下の制御がなされる。具体的には、時間t11から時間t13にかけて、制御部40は、容積変更部220を制御することによって、ピエゾアクチュエーター222が振動板221を引っ張る動作をさせた後、圧力室210の容積を徐々に大きくする。このようにすることにより、供給流路30と圧力室210とが連通した状態である時間t12から時間t14までの間において、供給流路30から圧力室210に流入する液体の容積を確保することができる。また、液体を吐出するノズル211に対応する圧力室210へ供給流路30から液体が流入することによって供給流路30内の圧力が減少したタイミングにおいて、液体を供給流路30へ戻すことができる。このため、液体がノズル211から吐出されることをより確実に防止できる。但し、液体を吐出しないノズル211に関して、図14に示すような容積変化を行わなくてもよい。図14に示すような容積変化を行わないことにより、制御を簡便化することができる。
G.第7実施形態:
図15は、第7実施形態におけるヘッド部200gの概略構成を示す説明図である。第7実施形態は、第5実施形態(図11参照)と比較して、排出流路50とも接続されている点が異なる。第7実施形態では、スライド部230gは、排出流路50と圧力室210とを連通可能な第3孔235gを備える。スライド部230gが本体部材270に対してスライド移動することにより、排出流路50は、圧力室210に対する連通と遮断とが可能となる。第7実施形態において、制御部40は、圧力室210と排出流路50との間の連通を遮断した状態において、ノズル211から液体を吐出させる。このようにすることにより、容積変更部220が圧力室210内の液体に付与する圧力が排出流路50から逃げることを抑制できる。
図15は、第7実施形態におけるヘッド部200gの概略構成を示す説明図である。第7実施形態は、第5実施形態(図11参照)と比較して、排出流路50とも接続されている点が異なる。第7実施形態では、スライド部230gは、排出流路50と圧力室210とを連通可能な第3孔235gを備える。スライド部230gが本体部材270に対してスライド移動することにより、排出流路50は、圧力室210に対する連通と遮断とが可能となる。第7実施形態において、制御部40は、圧力室210と排出流路50との間の連通を遮断した状態において、ノズル211から液体を吐出させる。このようにすることにより、容積変更部220が圧力室210内の液体に付与する圧力が排出流路50から逃げることを抑制できる。
H.第8実施形態:
図16、図17及び図18は、第8実施形態におけるヘッド部200hの概略構成を示す模式図である。第8実施形態は、第7実施形態と比較して、スライド部230hにおける第1孔231hと、第2孔233hの断面形状が異なる。第1孔231hの断面は、円形状であり、第3孔235gよりも断面積が大きい。第2孔233hの断面は、楕円状である。
図16、図17及び図18は、第8実施形態におけるヘッド部200hの概略構成を示す模式図である。第8実施形態は、第7実施形態と比較して、スライド部230hにおける第1孔231hと、第2孔233hの断面形状が異なる。第1孔231hの断面は、円形状であり、第3孔235gよりも断面積が大きい。第2孔233hの断面は、楕円状である。
図16は、供給流路30及び排出流路50と圧力室210とが連通している状態を示し、待機状態を示す。図17は、供給流路30及び排出流路50と圧力室210とが遮断されている状態を示し、液体吐出時の状態を示す。図18は、供給流路30と圧力室210とが連通しており、排出流路50と圧力室210とが遮断されている状態を示し、液体を圧力室210へ流入させる状態を示す。図16、図17及び図18に示される状態は、いずれも、制御部40が押込機構242を制御することによって、本体部材270に対してスライド部230hを紙面左右方向に移動させることにより可能となる。
第8実施形態では、制御部40は、供給流路30及び排出流路50と圧力室210とが遮断されている状態(図17参照)において、ノズル211から液体を吐出させる。このようにすることにより、容積変更部220が圧力室210内の液体に付与する圧力が、供給流路30及び排出流路50から逃げることを抑制できる。
また、第8実施形態では、液体吐出後において、制御部40は、供給流路30と圧力室210とが連通しており、排出流路50と圧力室210とが遮断されている状態(図18参照)において、液体を圧力室210へ流入させる。このようにすることにより、供給流路30を高圧状態にすることができるため、圧力室210への液体の供給速度を早くすることができる。
I.その他の実施形態:
上述の実施形態におけるピエゾアクチュエーター222の代わりに、ソレノイドや磁歪素子など、種々のアクチュエーターを用いてもよい。また、アクチュエーターは、伸長する量を拡大させるために拡大変位機構を備えていてもよい。
上述の実施形態におけるピエゾアクチュエーター222の代わりに、ソレノイドや磁歪素子など、種々のアクチュエーターを用いてもよい。また、アクチュエーターは、伸長する量を拡大させるために拡大変位機構を備えていてもよい。
本発明は、インクを吐出する液体吐出装置に限らず、インク以外の他の液体を吐出する任意の液体吐出装置にも適用することができる。例えば、以下のような各種の液体吐出装置に本発明は適用可能である。
(1)ファクシミリ装置等の画像記録装置。
(2)液晶ディスプレイ等の画像表示装置用のカラーフィルターの製造に用いられる色材吐出装置。
(3)有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイや、面発光ディスプレイ(Field Emission Display、FED)等の電極形成に用いられる電極材吐出装置。
(4)バイオチップ製造に用いられる生体有機物を含む液体を吐出する液体吐出装置。
(5)精密ピペットとしての試料吐出装置。
(6)潤滑油の吐出装置。
(7)樹脂液の吐出装置。
(8)時計やカメラ等の精密機械にピンポイントで潤滑油を吐出する液体吐出装置。
(9)光通信素子等に用いられる微小半球レンズ(光学レンズ)などを形成するために紫外線硬化樹脂液等の透明樹脂液を基板上に吐出する液体吐出装置。
(10)基板などをエッチングするために酸性又はアルカリ性のエッチング液を吐出する液体吐出装置。
(11)他の任意の微小量の液滴を吐出させる液体吐出ヘッドを備える液体吐出装置。
(1)ファクシミリ装置等の画像記録装置。
(2)液晶ディスプレイ等の画像表示装置用のカラーフィルターの製造に用いられる色材吐出装置。
(3)有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイや、面発光ディスプレイ(Field Emission Display、FED)等の電極形成に用いられる電極材吐出装置。
(4)バイオチップ製造に用いられる生体有機物を含む液体を吐出する液体吐出装置。
(5)精密ピペットとしての試料吐出装置。
(6)潤滑油の吐出装置。
(7)樹脂液の吐出装置。
(8)時計やカメラ等の精密機械にピンポイントで潤滑油を吐出する液体吐出装置。
(9)光通信素子等に用いられる微小半球レンズ(光学レンズ)などを形成するために紫外線硬化樹脂液等の透明樹脂液を基板上に吐出する液体吐出装置。
(10)基板などをエッチングするために酸性又はアルカリ性のエッチング液を吐出する液体吐出装置。
(11)他の任意の微小量の液滴を吐出させる液体吐出ヘッドを備える液体吐出装置。
なお、「液滴」とは、液体吐出装置から吐出される液体の状態をいい、粒状、涙状、糸状に尾を引くものも含むものとする。また、ここでいう「液体」とは、液体吐出装置が消費できるような材料であればよい。例えば、「液体」は、物質が液相であるときの状態の材料であれば良く、粘性の高い又は低い液状態の材料、及び、ゾル、ゲル水、その他の無機溶剤、有機溶剤、溶液、液状樹脂、液状金属(金属融液)のような液状態の材料も「液体」に含まれる。また、物質の一状態としての液体のみならず、顔料や金属粒子などの固形物からなる機能材料の粒子が溶媒に溶解、分散または混合されたものなども「液体」に含まれる。液体の代表的な例としてはインクや液晶等が挙げられる。ここで、インクとは一般的な水性インクおよび油性インク並びにジェルインク、ホットメルトインク等の各種の液体状組成物を包含するものとする。
本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
10…タンク、20…加圧ポンプ、30…供給流路、40…制御部、50…排出流路、60…液体貯留部、70…負圧発生源、80…循環流路、100、100b…液体吐出装置、200、200b、200c、200d、200e、200f、200g、200h…ヘッド部、210…圧力室、211…ノズル、215…シール部材、220…容積変更部、221…振動板、222…ピエゾアクチュエーター、230、230e、230g、230h…スライド部、231、231b、231e、231h…第1孔、233、233e、233h…第2孔、235g…第3孔、240…アクチュエーター、242…押込機構、244…バネ、270…本体部材、272…連通孔
Claims (5)
- 液体吐出装置であって、
液体を吐出するためのノズルに連通孔を介して連通する圧力室と、
前記圧力室に前記液体を供給する供給流路と、
前記圧力室の容積を変化させることにより、前記ノズルから前記液体を吐出させる容積変更部と、
前記圧力室の壁面を構成し、前記連通孔に対してスライド移動可能なスライド部と、
前記スライド部を前記連通孔に対してスライド移動させるためのアクチュエーターと、
前記ノズルから前記液体を吐出させるたびに、前記アクチュエーターにより、前記スライド部を前記連通孔に対してスライド移動させる制御を行う制御部と、を備える液体吐出装置。 - 請求項1に記載の液体吐出装置であって、
前記スライド部は、前記アクチュエーターにより、前記供給流路に対してスライド移動可能であり、
前記制御部は、前記アクチュエーターによって前記スライド部を前記供給流路に対してスライド移動させることにより、前記圧力室と前記供給流路との間の連通を遮断した状態において、前記ノズルから前記液体を吐出させる、液体吐出装置。 - 請求項1または請求項2に記載の液体吐出装置であって、さらに、
前記圧力室から前記液体を排出する排出流路と、
前記排出流路から排出された前記液体を前記供給流路に再供給する循環流路と、を備える、液体吐出装置。 - 請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の液体吐出装置であって、
前記圧力室を複数組備え、
前記スライド部は、複数の前記圧力室の壁面を構成する、液体吐出装置。 - 液体吐出装置が実行する液体吐出方法であって、
前記液体吐出装置は、
液体を吐出するためのノズルに連通孔を介して連通する圧力室と、
前記圧力室に前記液体を供給する供給流路と、
前記圧力室の容積を変化させることにより、前記ノズルから前記液体を吐出させる容積変更部と、
前記圧力室の壁面を構成し、前記連通孔に対してスライド移動可能なスライド部と、
前記スライド部を前記連通孔に対してスライド移動させるためのアクチュエーターと、を備え、
前記ノズルから前記液体を吐出させるたびに、前記アクチュエーターにより、前記スライド部を前記連通孔に対してスライド移動させる、液体吐出方法。
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JP2017147645A JP2019025776A (ja) | 2017-07-31 | 2017-07-31 | 液体吐出装置および液体吐出方法 |
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