JP5285742B2 - 液体吐出装置及びその吐出制御方法並びにインクジェット装置 - Google Patents
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Description
ここでは、圧力発生素子として圧電素子を用いるインクジェットヘッド及びこれを搭載したインクジェット装置について説明する。図1は実施形態に係るインクジェットヘッド10(「液体吐出ヘッド」に相当)の内部構造を示す断面図である。同図では1つのイジェクタ20のみを図示するが、インクジェットヘッド10は複数のイジェクタ20を有する。イジェクタ20は、液滴の吐出口としてのノズル22と、ノズル22に連通する圧力室24と、圧力室24内の液体(本例の場合、インク)に吐出エネルギーを与えるための圧力変化を発生させる圧力発生素子30と、を含んで構成される。
図4は回路制御素子60が故障した場合の説明図である。図4のように、回路制御素子60内に故障したスイッチ62Bがあると、このスイッチ62Bに繋がる圧力発生素子30Bは、吐出を望まない場合でも動作し続けてしまう。
図5は第1実施例に係る駆動波形の例である。この駆動波形は、記録媒体上における1画素のドット記録を担う一記録周期の波形である。なお、「一記録周期」という用語は、当該分野において「一印字周期」、「一印刷周期」と呼ばれる場合がある。
ピエゾジェット方式のインクジェットヘッドの場合、1ノズルの吐出機構(イジェクタ20)は、ノズル孔(吐出口)に連通する圧力室に圧電素子が設けられ、この圧電素子を駆動して圧力室内の液に圧力変動を与え、ノズル孔から液滴の吐出を行う仕組みとなっている。図5に示す主波形は、基準電位から電圧を下げると、圧力室が膨張するため、圧力は低下し、ノズル内のメニスカスは圧力室の方向(吐出方向と反対向きの方向)に引き込まれる。この「引き」波形要素b1の印加によりメニスカスの引き込み動作が開始された後、引き電圧を一定に維持すると(波形要素b2)、振動系の固有振動周期でメニスカスが振動する。このメニスカス振動によって丁度吐出方向の速度が最大となるときに、圧力室を収縮させれば(波形要素b3)、最も加速されるところで、液滴を吐出することができる。このようなメニスカスの動きと、駆動波形による引き押しのサイクルを合わせることで効率的な吐出が可能である。
図6は、図5に例示した駆動波形を用いた場合における副波形、主波形の選択パターンと吐出状態(吐出する/しない)の関係をパターン分けして表にまとめたものである。図6に示すように、印刷すべき画像内容において、ノズルに対応する画像情報がない場合には、ラッチ1、2で副波形及び主波形をともにオフにする。これにより、当該ノズルから液滴が吐出しない状態となる。
本明細書内で使用する「不吐出」、「吐出しない」という用語は、装置の用途に応じて
次の3つのいずれかの状態を意味するものとして解釈する必要がある。
第1実施例の技術思想をより一般的に記述すると、同じ方向の電圧変化を(2n+1)×(Tc/2)だけ離せば、圧力波はキャンセルする(ただし、nは0以上の整数)。図5は、副波形の波形要素a1と、主波形の波形要素b1は、同じ形の電圧変化であり、n=0の場合に該当する。
第1実施例(図5)及び第2実施例(図7)では、主波形が1パルスのみの構成であったが、本発明はマルチパルスにも適用することができる。図8にその例を示す。図8は、第3実施例に係る駆動波形の例である。図8の例において、図5の例と同一又は類似する要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。また、圧力室系の固有周期Tcは、4μsであるとする。
第1実施例〜第3実施例で例示したように、主波形の前に副波形を入れている場合、副波形部分で吐出しないように構成する。図5、図7、図8で示した三角波形による副波形の場合、副波形単独で圧力発生素子30に印加されても、吐出することはない。これは、三角波のパルス幅と圧力室系の共振の周期との関係から、圧力波が効率的に発生しないためである。圧力波が効率的に発生しない波形として、三角波形以外の手段も可能である。
図11は第5実施例に係る駆動波形の波形図である。図11において、図10の構成例と同一の要素には同一の符号を付した。図11の駆動波形は、副波形Aの立ち上げ部分がS字カーブに沿う構成となっている。このような構成を採用しても、圧力波の発生効率を下げることができる。
図12は第6実施例に係る駆動波形の波形図である。図12の例では、副波形Aの電圧立ち上げ部分(波形要素a2)で、主波形Bの電圧立ち上げ部分(波形要素b3)の圧力波をキャンセルするように波形が設計されている。なお、ヘッドの圧力室系の固有周期Tcは4μsとしている。
図13は第7実施例に係る駆動波形の波形図である。図13に示す駆動波形は、副波形Aのパルスを主波形Bのパルスと反対方向の電圧変化とし、主波形Bに対して副波形Aを固有周期Tc分手前に置く構成となっている。なお、固有周期Tc=4μsとしている。
図14は第8実施例に係る駆動波形の波形図である。図14に示す駆動波形は、主波形Bが印加される前に、副波形Aが存在する。この副波形Aは、基準電位Vref(=15V)から電位Va1(=28V)に電圧を上昇させる立ち上げの波形要素a5と、波形要素a5に続いて電位Va(=28V)を保持する波形要素a6と、波形要素a6に続いて電位Va1から電位Va2(=4V)まで電圧を下げる立ち下げの波形要素a7と、波形要素a7に続いて電位Va2から基準電位Vrefまで電圧を上昇させる波形要素a8と、基準電位Vref(=15V)を保持する波形要素a9とを含んで構成される。
第1実施例〜第8実施例で説明した技術思想を必要に応じて適宜組み合わせる構成も可能である。例えば、図7、図8、図12で説明した駆動波形の副波形の電圧立ち上がり部分に図10や図11のような構成を適用することができる。また、図12〜図14で説明した副波形と主波形の組み合わせを、図8のように複数組み繋ぎ合わせる構成も可能である。
図16は、本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッドの駆動装置が適用されたインクジェット記録装置の構成例を示すブロック図である。インクジェットヘッド10は、複数個のヘッドモジュール12a、12bを組み合わせて構成される。ここでは、説明を簡単にするために、2つのヘッドモジュール12a、12bを図示したが、1つのプリントヘッドを構成するヘッドモジュールの数は特に限定されない。
給紙部112には、枚葉紙である記録媒体124が積層されており、給紙部112の給紙トレイ150から記録媒体124が一枚ずつ処理液付与部114に給紙される。本例では、記録媒体124として、枚葉紙(カット紙)を用いるが、連続用紙(ロール紙)から必要なサイズに切断して給紙する構成も可能である。
処理液付与部114は、記録媒体124の記録面に処理液を付与する機構である。処理液は、描画部116で付与されるインク中の色材(本例では顔料)を凝集させる色材凝集剤を含んでおり、この処理液とインクとが接触することによって、インクは色材と溶媒との分離が促進される。
描画部116は、描画ドラム(「描画胴」或いは「ジェッティング胴」とも言う)170、用紙抑えローラ174、及びインクジェットヘッド172M,172K,172C,172Yを備えている。各色のインクジェットヘッド172M,172K,172C,172Y及びその制御装置として、図1で説明したインクジェットヘッド10の構成と図16で説明したヘッド制御部70の構成が採用されている。
乾燥部118は、色材凝集作用により分離された溶媒に含まれる水分を乾燥させる機構であり、乾燥ドラム(「乾燥胴」とも言う)176、及び溶媒乾燥装置178を備えている。乾燥ドラム176は、処理液ドラム154と同様に、その外周面に爪形状の保持手段(グリッパー)177を備え、この保持手段177によって記録媒体124の先端を保持できるようになっている。
定着部120は、定着ドラム(「定着胴」とも言う)184、ハロゲンヒータ186、定着ローラ188、及びインラインセンサ190で構成される。定着ドラム184は、処理液ドラム154と同様に、その外周面に爪形状の保持手段(グリッパー)185を備え、この保持手段185によって記録媒体124の先端を保持できるようになっている。
定着部120に続いて排紙部122が設けられている。排紙部122は、排出トレイ192を備えており、この排出トレイ192と定着部120の定着ドラム184との間に、これらに対接するように渡し胴194、搬送ベルト196、張架ローラ198が設けられている。記録媒体124は、渡し胴194により搬送ベルト196に送られ、排出トレイ192に排出される。搬送ベルト196による用紙搬送機構の詳細は図示しないが、印刷後の記録媒体124は無端状の搬送ベルト196間に渡されたバー(不図示)のグリッパーによって用紙先端部が保持され、搬送ベルト196の回転によって排出トレイ192の上方に運ばれてくる。
図18は、インクジェット記録装置100のシステム構成を示す要部ブロック図である。インクジェット記録装置100は、通信インターフェース270、システムコントローラ272、プリント制御部274、画像バッファメモリ276、ヘッドドライバ278、モータドライバ280、ヒータドライバ282、処理液付与制御部284、乾燥制御部286、定着制御部288、メモリ290、ROM292、エンコーダ294等を備えている。
上記実施形態では、記録媒体124に直接インク滴を打滴して画像を形成する方式(直接記録方式)のインクジェット記録装置を説明したが、本発明の適用範囲はこれに限定されず、一旦、中間転写体上に画像(一次画像)を形成し、その画像を転写部において記録紙に対して転写することで最終的な画像形成を行う中間転写型の画像形成装置についても本発明を適用することができる。
上述の実施形態では、停止したヘッドに対して記録媒体を搬送する構成を例示したが、本発明の実施に際しては、停止した記録媒体(被描画媒体)に対してヘッドを移動させる構成も可能である。
「記録媒体」は、インクジェットヘッドから吐出された液滴によってドットが記録される媒体の総称であり、印字媒体、被記録媒体、被画像形成媒体、受像媒体、被吐出媒体など様々な用語で呼ばれるものが含まれる。本発明の実施に際して、記録媒体の材質や形状等は、特に限定されず、連続用紙、カット紙、シール用紙、OHPシート等の樹脂シート、フィルム、布、不織布、配線パターン等が形成されるプリント基板、ゴムシート、その他材質や形状を問わず、様々な媒体に適用できる。
なお、インクジェットヘッドにおける各ノズルから液滴を吐出させるための吐出用の圧力(吐出エネルギー)を発生させる手段は、ピエゾアクチュエータ(圧電素子)に限らない。圧電素子の他、静電アクチュエータ、サーマル方式(ヒータの加熱による膜沸騰の圧力を利用してインクを吐出させる方式)におけるヒータ(加熱素子)や他の方式による各種アクチュエータなど様々な圧力発生素子(吐出エネルギー発生素子)を適用し得る。ヘッドの吐出方式に応じて、相応のエネルギー発生素子が流路構造体に設けられる。
サーマル方式のイジェクタを備えた液体吐出ヘッドの場合、実際の吐出を行う駆動用の波形部(主波形)を印加する前に、吐出しない程度の副波形を与えることで、後続の主波形を印加しても吐出しない構成を実現できる。
上記の実施形態では、グラフィック印刷用のインクジェット記録装置への適用を例に説明したが、本発明の適用範囲はこの例に限定されない。例えば、電子回路の配線パターンを描画する配線描画装置、各種デバイスの製造装置、吐出用の機能性液体として樹脂液を用いるレジスト印刷装置、カラーフィルター製造装置、マテリアルデポジション用の材料を用いて微細構造物を形成する微細構造物形成装置など、液状機能性材料を用いて様々な形状やパターンを描画するインクジェット装置に広く適用できる。
上記に詳述した発明の実施形態についての記載から把握されるとおり、本明細書は少なくとも以下に示す発明を含む多様な技術思想の開示を含んでいる。
Claims (14)
- 液滴を吐出する吐出口となる複数のノズルと、
前記複数の前記ノズルから液滴を吐出させる吐出エネルギーを発生させる手段として各ノズルのそれぞれに対応して設けられている圧力発生素子と、
前記各ノズルに対応する複数の前記圧力発生素子のそれぞれに接続される複数のスイッチを含んだ回路制御素子と、
前記各圧力発生素子に繋がる前記複数のスイッチの一端に供給する電圧波形を出力する電圧波形生成手段と、
前記複数のスイッチの開閉を制御する制御信号を出力するスイッチ制御手段と、
を備え、
前記電圧波形生成手段で生成される前記電圧波形は、前記制御信号に基づく前記スイッチの開閉制御によって当該電圧波形の一部が前記圧力発生素子に印加された場合に、当該一部の波形部分が印加された圧力発生素子に対応するノズルから液体が吐出される一方、前記電圧波形の全体が前記圧力発生素子に印加された場合に、当該電圧波形全体が印加された圧力発生素子に対応するノズルから液体が吐出されない波形であることを特徴とする液体吐出装置。 - 前記電圧波形は、前記ノズルから液体を吐出させる吐出駆動用の主波形部と、前記主波形部との組み合わせによって吐出を抑制する吐出抑制用の副波形部と、を含むことを特徴とする請求項1に記載の液体吐出装置。
- 前記副波形部は、前記主波形部に先行する波形部分であることを特徴とする請求項2に記載の液体吐出装置。
- 前記副波形部の印加によって発生する圧力波が、前記主波形部の印加によって発生する圧力波の少なくとも一部を打ち消すように、前記副波形部と前記主波形部とが組み合わされて前記電圧波形が形成されていることを特徴とする請求項2又は3に記載の液体吐出装置。
- 前記ノズルと、前記ノズルに連通する圧力室と、前記圧力室に対応して設けられた前記圧力発生素子と、を含んで構成されるイジェクタを複数備えた液体吐出ヘッドを有し、
前記圧力室内に充填される液体を含んだ圧力室系の固有周期をTcとするとき、
前記副波形部を構成する波形要素のうち電圧の立ち下げ、又は立ち上げのいずれかの電圧変化をもたらす第1波形要素と、前記主波形部を構成する波形要素のうち前記第1波形要素と同じ方向の電圧変化をもたらす第2波形要素とが、(2n+1)×(Tc/2)の時間間隔だけ離れていること(ただし、nは0以上の整数)を特徴とする請求項4に記載の液体吐出装置。 - 前記副波形部の電圧振幅は、前記主波形部の電圧振幅以上であることを特徴とする請求項2から5のいずれか1項に記載の液体吐出装置。
- 前記副波形部の最低電圧は、前記主波形部の最低電圧以下であることを特徴とする請求項2から6のいずれか1項に記載の液体吐出装置。
- 前記ノズルと、前記ノズルに連通する圧力室と、前記圧力室に対応して設けられた前記圧力発生素子と、を含んで構成されるイジェクタを複数備えた液体吐出ヘッドを有し、
前記圧力室内に充填される液体を含んだ圧力室系の固有周期をTcとするとき、
前記副波形部を構成する波形要素のうち電圧の立ち下げ、又は立ち上げのいずれかの電圧変化をもたらす第1波形要素と、前記主波形部を構成する波形要素のうち前記第1波形要素と逆方向の電圧変化をもたらす第2波形要素とが、(n+1)×Tcの時間間隔だけ離れていること(ただし、nは0以上の整数)を特徴とする請求項4に記載の液体吐出装置。 - 前記電圧波形は、1記録周期内に複数の前記主波形部と、複数の前記副波形部と、を含んでいることを特徴とする請求項2から8のいずれか1項に記載の液体吐出装置。
- 前記副波形部の電圧立ち上げ部分は、ステップ状に電圧を段階的に上昇させる波形要素で構成されていることを特徴とする請求項2から9のいずれか1項に記載の液体吐出装置。
- 前記副波形部の電圧立ち上げ部分は、S字カーブに沿うように電圧を変化させる波形要素で構成されていることを特徴とする請求項2から9のいずれか1項に記載の液体吐出装置。
- 前記副波形部が前記圧力発生素子に印加されると、当該圧力発生素子に対応するノズル内部に気泡が巻き込まれ、当該気泡によって、後続の前記主波形部の印加による吐出を抑止することを特徴とする請求項3に記載の液体吐出装置。
- 請求項1から12のいずれか1項に記載の液体吐出装置と、
前記ノズルから吐出された液滴を付着させる媒体を搬送する媒体搬送手段と、
を備えたことを特徴とするインクジェット装置。 - 液滴を吐出する吐出口となる複数のノズルと、前記複数の前記ノズルから液滴を吐出させる吐出エネルギーを発生させる手段として各ノズルのそれぞれに対応して設けられている圧力発生素子と、前記各ノズルに対応する複数の前記圧力発生素子のそれぞれに接続される複数のスイッチを含んだ回路制御素子と、前記回路制御素子に接続され、前記圧力発生素子に繋がる前記スイッチの一端に供給する電圧波形を出力する電圧波形生成手段と、前記複数のスイッチの開閉を制御する制御信号を出力するスイッチ制御手段と、を備えた液体吐出装置の吐出制御方法であって、
前記電圧波形の全体が前記圧力発生素子に印加された場合に、前記ノズルから液体が吐出されないように構成された前記電圧波形を前記スイッチの一端に供給し、
前記制御信号により前記スイッチの開閉制御を行うことによって前記電圧波形の一部を前記圧力発生素子に印加し、当該一部の波形部分が印加された圧力発生素子に対応するノズルから液体の吐出を行うことを特徴とする液体吐出装置の吐出制御方法。
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