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JP2004322318A - Droplet discharging apparatus and method - Google Patents

Droplet discharging apparatus and method Download PDF

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JP2004322318A
JP2004322318A JP2003115838A JP2003115838A JP2004322318A JP 2004322318 A JP2004322318 A JP 2004322318A JP 2003115838 A JP2003115838 A JP 2003115838A JP 2003115838 A JP2003115838 A JP 2003115838A JP 2004322318 A JP2004322318 A JP 2004322318A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
droplet
drive signal
cavity
waveform
discharge
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2003115838A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hirotsuna Miura
弘綱 三浦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2003115838A priority Critical patent/JP2004322318A/en
Publication of JP2004322318A publication Critical patent/JP2004322318A/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To decrease a voltage level of a drive signal and to suppress discharging unevenness of liquid droplets in a liquid droplet discharging device. <P>SOLUTION: The liquid droplet discharging device discharges a discharge liquid stored in a cavity as liquid droplets from a nozzle by mechanically deforming an actuator by a predetermined drive signal. A waveform of the drive signal is set so that the drive signal vibrates the cavity precedently, and moreover makes the liquid droplets discharged in a state in which the liquid droplets are synchronized with the vibration. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液滴吐出装置及び方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
周知のように、プリンタ等に応用される液滴吐出装置には、圧電素子をアクチュエータとし、当該圧電素子に所定波形形状の駆動信号を印加することによってキャビティに貯留された吐出用液体を液滴としてノズルから吐出させるものがある。
【0003】
そして、上記駆動信号の波形形状は、一般に吐出用液体に関係する機械的な固有共振周期(例えばキャビティや圧電素子の固有共振周期)のばらつきを考慮して、この固有共振周期と共振しないように設計されている。このような駆動信号の設計思想については、例えば特開20002−096467号公報に開示されている。
【0004】
【特許文献1】
特開20002−096467号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記駆動信号は、上記特許文献にも記載されているように、いくつかの部位(波形部)から構成された一種のパルス信号であり、液滴を吐出するための吐出パルス部と、これに続く波形部であってキャビティ内における吐出用液体の揺動を抑制する制振パルス部とから形成されている。また、吐出パルス部は、所定の基準電圧から所定の電圧勾配で立ち上がる充電波形部と、一定の高電圧を保持する吐出前平坦波形部と、所定の電圧勾配で立ち下がると共に液滴を吐出する放電波形部(吐出波形部)とから形成されている。圧電素子は、充電波形部で充電された電荷を吐出波形部で放電することにより変形してノズルから液滴を吐出させる。
【0006】
しかしながら、従来の駆動信号は、吐出用液体に関係する機械的な固有共振周期と共振しないように設計されているために、圧電素子が与えた振動の一部がうち消されて、所望の吐出エネルギーを得るためには、吐出波形部における電圧変化幅(つまり駆動信号の電圧レベル)を大きく取る必要がある。このため、従来の液滴駆動装置では、圧電素子を駆動する駆動回路に広い駆動電圧範囲のものを採用する必要があり、この結果、液滴吐出装置のコスト高を招くという問題点がある。また、例えば高粘度の材料を吐出できなくなる。高粘度を吐出するために圧電素子の最大振幅を大きくなるように改造すると振動周期が長くなり、微小な液滴が打てなくなるという問題も生じる。
【0007】
また、このように電圧レベルの大きな駆動信号を圧電素子に印加した場合、当然にその発熱が大きくなる。そして、この熱によって液滴の大きさにばらつき(吐出ばらつき)が生じるという問題もある。このような吐出ばらつきは、特に高粘度の吐出用液体を液滴として吐出させる場合に発生するものである。例えばEL(エレクトロ・ルミネッセンス)パネルの製造において、液体状の発光物質を液滴吐出装置を用いて基板上に吹き付けることによって画素を形成する場合、上記発光物質は極めて粘度が高いために吐出ばらつきが生じ易く、この結果として各画素を形成する発光物質の量にばらつきが生じて、ELパネルの表示性能が低下する。
【0008】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、駆動信号の電圧レベルを低減すると共に、液滴吐出装置における液滴の吐出ばらつきを抑制することを目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、所定の駆動信号でアクチュエータを機械的に変形させることによってキャビティに貯留された吐出用液体をノズルから液滴として吐出させる液滴吐出装置及び方法において、駆動信号がキャビティを先行して振動させ、かつこの振動に同期した状態で液滴を吐出させるように波形設定される、という手段を採用する。
【0010】
このような手段によれば、より小さなレベルの駆動信号によって液滴を吐出することが可能となり、これによってアクチュエータの発熱を抑制することが可能となる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。図1は、本実施形態に係わる液滴吐出装置の機能構成を示すブロック図である。この図に示すように、本液滴吐出装置は、制御装置1、X−Y駆動装置2及び吐出ヘッド3から構成されている。制御装置1は、I/F1a、RAM1b、ROM1c、演算制御部1d、駆動信号生成部1e、発振回路1f及びI/F1gを備えている。
【0012】
I/F1aは、外部から入力される描画対象画像の画像情報や各種設定情報を受信するものである。RAM1bは、上記画像情報や各種設定情報、及び演算制御部1dのワークデータを一時的に記憶するものである。ROM1cは、演算制御部1dが処理する制御プログラム、吐出ヘッド3を駆動するための駆動信号COMの波形を示す駆動波形データ及び制御プログラムの実行に必要な各種制御データ、等々を記憶するものである。
【0013】
演算制御部1dは、上記画像情報や各種設定情に基づいて制御プログラムを実行することにより、液滴の吐出パターンを示す吐出パターンデータ、X−Y駆動部2を駆動するためのモータ駆動信号を生成してI/F1gに出力すると共に、上記画像情報に基づいてROM1cから駆動波形データを取得して駆動信号生成部1eに出力する。
【0014】
ここで、上記吐出パターンデータは、描画対象画像に対応するドットパターンデータ、すなわち吐出ヘッド3に対して何れの圧電素子3eに駆動信号COMを印加するかを指定するものである。この吐出パターンデータは、1ワードが吐出ヘッド3に備えられた圧電素子3eの個数(=液滴が吐出する吐出ノズルの個数)に相当するビット数からなるシリアルデータである。例えば吐出ヘッド3が180個の吐出ノズルを有する場合には、180ビット・シリアルデータである。
【0015】
駆動信号生成部1eは、D/Aコンバータ等から構成されており、上記波形データ(デジタル信号)を駆動信号COM(アナログ信号)に変換してI/F1gに出力する。発振回路1fは、所定周波数のクロックを生成するものである。I/F1gは、このクロックに同期させて吐出パターンデータ、クロック及び駆動信号COM並びにモータ駆動信号を吐出ヘッド3やX−Y駆動部2に同期出力する。
【0016】
一方、X−Y駆動装置2は、X軸モータ2a及びY軸モータ2bを備えている。X軸駆動モータ2aは、例えばステッピングモータであり、制御装置1から入力されるモータ駆動信号に基づいて、吐出対象物が装着されたステージをに対して吐出ヘッド3をX方向(主走査方向)に移動させる。Y軸駆動モータ2bは、例えばステッピングモータであり、制御装置1から入力されるモータ駆動信号に基づいて上記ステージをY方向(副走査方向)に移動させる。上記ステージは、例えば方形状の平板であり、その上面には吐出対象物が固定されている。対象物は、吐出ヘッド3から吐出された液滴を付着させる対象物であり、各種の用紙や基板等である。
【0017】
吐出ヘッド3は、シフトレジスタ3a、ラッチ回路3b、レベルシフタ3c、スイッチ回路3d及び圧電素子3eを備えている。
【0018】
シフトレジスタ3aは、I/F1gから入力される吐出パターンデータd(シリアルデータ)をパラレルデータに変換し、当該パラレルデータをラッチ回路3bに出力する。ラッチ回路3bは、パラレルデータをI/F1gから入力される基準クロックでラッチすることにより同期合わせしてレベルシフタ3cに出力する。レベルシフタ3cは、ラッチ回路3bから入力されたパラレルデータを電圧変換し選択信号としてスイッチ回路3dに出力する。
【0019】
スイッチ回路3dは、I/F1gから入力される駆動信号COMをレベルシフタ3cから入力される選択信号に基づいて選択的に圧電素子3eに印加する。圧電素子3eは、液滴が吐出する吐出孔に対応して設けられており、駆動信号COMの印加を受けて機械的に変形することにより吐出ノズルから液滴を吐出させるものである。
【0020】
例えば180個の吐出ノズルを有する吐出ヘッド3の場合、吐出ノズルは、各々個別のキャビティに設けられ、各キャビティに圧電素子3eがそれぞれ設けられる。すなわち、圧電素子3eは、各キャビティ毎に設けられ、キャビティの一部を機械的に変形させることにより内部の吐出揺液体に圧力を加えて吐出ノズルから液滴として吐出させる。
【0021】
上記吐出用液体(つまり液滴)は、本液滴吐出装置の用途に応じて種々のものが適用される。この吐出用液体は、例えば本液滴吐出装置を印刷装置をして用いる場合には各種の印刷用インクとなり、パターン配線装置として用いる場合には配線パターンを形成する導電性材料となり、マイクロレンズ形成装置として用いる場合にはマイクロレンズを形成するための透明樹脂となり、カラーフィルタ製造装置として用いる場合にはカラーフィルタの着色層を形成するための樹脂となる。
【0022】
また、有機EL基板製造装置として用いる場合、吐出用液体は、発光画素を形成する電気光学物質(エレクトロルミネセンスを呈する蛍光性有機化合物)となる。この電気光学物質は、粘度50cpsあり、上述した各種吐出用液体の中でもっとも粘度が高い。このような高粘度の吐出用液体を吐出するためには、駆動信号COMの電圧レベルを高く設定する必要がある。
【0023】
続いて、図2を参照して上記駆動信号COMの波形について説明する。なお、この図2に示す駆動信号COMは、キャビティの固有共振周期Tcが7μsecであり、また圧電素子3eの固有共振周期Taが約3.5μsecである吐出ヘッド3に対して設計されたものである。
【0024】
この図に示すように、この駆動信号COMは、先行共振パルス部と、この先行共振パルス部に続く吐出パルス部と、この吐出パルス部に続く制振パルス部とから形成されている。先行共振パルス部は、キャビティを振動させるように波形が設定されている。吐出パルス部は、キャビティの振動に共振した状態で液滴を吐出させるように波形が設定されている。また、制振パルス部は、液滴を吐出した後にキャビティの振動を制振させ得るように波形が設定されている。一般的な駆動信号は吐出パルス部と制振パルス部とから形成されるが、本液滴吐出装置の駆動信号COMは、先行共振パルス部を備えることを特徴としている。
【0025】
さらに詳しく説明すると、先行共振パルス部は、2.2μsecの期間で基準電圧(バイアス電圧)である3.0Vから中間電圧である23.5Vまで一定勾配で立ち上がる立上り部h1と、23.5Vを2.0μsecの期間維持する平坦部h2と、2.2μsecの期間で23.5Vから3.0Vまで一定勾配で立ち下がる立下り部h3と、3.0Vを2.0μsecの期間維持する平坦部h4とから形成されている。なお、この先行共振パルス部の電圧レベル(=23.5V−3.0V)は、液滴が吐出しないように設定されている。
【0026】
先行共振パルス部の全時間幅t1〜t5は、理論的にはキャビティの固有共振周期Tcに設定されるが、キャビティの振動における基本周期はキャビティに関係する他の機械要素の影響によって純粋に固有共振周期Tcとはならないので、これらの事情から固有共振周期Tcに対して多少調整してある。また、立上り部h1及び立下り部h3の時間幅幅t1〜t2,t3〜t4は、理論的には圧電素子3eの固有共振周期Taの半分であるTa/2に設定されるが、これについても圧電素子3eの振動における基本周期は圧電素子3eを支持する機械要素の影響によって純粋に固有共振周期Taとはならないので、当該固有共振周期Taに対して調整してある。また、本実施形態に用いた駆動信号生成部の応答速度で実現可能な範囲の値としている。多少Ta/2から駆動波形がずれても効果が減るが致命的ではない。
【0027】
吐出パルス部は、3.5μsecの期間で3.0Vから最高電圧である30Vまで一定勾配で立ち上がる立上り部h5と、30Vを2.5μsecの期間維持する平坦部h6と、2.0μsecの期間で30Vから最低電圧である0Vまで一定勾配で立ち下がる立下り部h7とから形成されている。上記立上り部h5は、圧電素子3eに電荷を充電させるための充電波形部であり、一方、最高電圧から最低電圧まで立ち下がる立下り部h7は、液滴を吐出させるための吐出波形部であり、つまり圧電素子3eの電荷を放電させるための放電波形部である。なお、この吐出パルス部電圧レベル(=23.5V−3.0V)も、単独では液滴が吐出しないように設定されている。
【0028】
このような吐出パルス部における立上り部h5は、上記全時間幅t1〜t5を有する先行共振パルス部に引き続くものなので、圧電素子3eへの印加によって生じるキャビティの振動に同期するタイミングとなる。また、この立上り部h5に2.5μsecの平坦部h6を挟んで続く立下り部h7も、キャビティの振動に同期するタイミングとなる。
【0029】
さらに、制振パルス部は、0Vを3.6μsecの期間維持する平坦部h8と、2.2μsecの期間で0Vから23.5Vまで一定勾配で立ち上がる立上り部h9と、23.5Vを3.3μsecの期間維持する平坦部h10と、3.3μsecの期間で23.5Vから3.0Vまで一定勾配で立ち下がる立下り部h11とから形成されている。
【0030】
次に、このように構成された本液滴吐出装置の動作について詳しく説明する。最初に、演算制御部1dは、外部から提供される画像情報や設定情報に基づいて制御プログラムを実行することにより、液滴の吐出パターンを示す吐出パターンデータ及びX−Y駆動装置2を駆動するためのモータ駆動信号を生成すると共に、画像情報に基づいてROM1cから波形データを取得する。
【0031】
上記吐出パターンデータは演算制御部1dからI/F1gに供給され、モータ駆動信号も同じくI/F1gに供給される。一方、波形データは、演算制御部1dから駆動信号生成部1eに供給されることにより駆動信号COMに変換された後にI/F1gに供給される。そして、このような3つの信号は、I/F1gによって同期が取られた後に吐出ヘッド3あるいはX−Y駆動装置2にそれぞれ出力される。
【0032】
すなわち、吐出パターンデータはシフトレジスタ3aに、モータ駆動信号は、X軸モータ2a及びY軸モータ2bに、また駆動信号COMはスイッチ回路3dにそれぞれ供給される。この結果、吐出ヘッド3は、吐出対象物に対するX方向とY方向との相対位置が走査状に順次移動すると共に、駆動信号COMによって各圧電素子3eが駆動されることによって各キャビティ内に貯留された吐出揺液体を各吐出ノズルから液滴として順次吐出して、吐出対象物上に描画画像に対応した画像を描画(記録)する。
【0033】
そして、このような圧電素子3eによる液滴の吐出において、本液滴吐出装置では、駆動信号COMが上述したように形状設定されているので、従来よりも小さな電圧レベルに設定されているのにも拘らず、高粘度の吐出用液体を安定して吐出することができる。
【0034】
すなわち、吐出パルス部の前に配置されている先行共振パルス部によって、キャビティ(より正確にはキャビティ内の吐出用液体)が先行して振動する。そして、このキャビティの振動に同期するタイミングで吐出パルス部(より正確には充電波形部h5及び放電波形部h7)が圧電素子3eに印加されるので、キャビティの振動を利用して吐出ノズルから液滴を吐出することができる。
【0035】
しかも、先行共振パルス部の立上り部h1及び立下り部h3並びに吐出パルス部の立上り部h5及び立下り部h7は、圧電素子3eに共振するように波形設定されているので、圧電素子3eを効率良く振動させることができる。
【0036】
したがって、このような駆動信号COMによれば、吐出パルス部の電圧レベルが小さくても圧電素子3e及びキャビティを効率良く振動させて、キャビティ内の吐出用液体を吐出ノズルから液滴として吐出させることができる。これによって圧電素子3eの発熱を抑制することが可能となるので、この発熱に起因する吐出ばらつきを抑制することも可能となる。
【0037】
ここで、本実施形態で用いた圧電素子は、製造工程上で選別することによって固有共振周期Taのばらつきを抑えている。またノズル間の固有共振周期Tcのばらつきは吐出に影響ない程度である。ただし、ノズルごとに各固有共振周期Ta,Tcにあわせて駆動波形を調整してノズル間ばらつきを抑える構成にしてもよい。この場合は一つの駆動信号COMをスイッチ回路で選択するのではなく、一つ一つの圧電素子を独立の信号で制御する。
【0038】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形が考えられる。
(1)上記実施形態では吐出パルス部の前に1つの先行共振パルス部を配置したが、複数の先行共振パルス部を配置するようにしても良い。先行共振パルス部の個数を増やすことにより、より大きなキャビティの振動が得られるので、吐出パルス部の電圧レベルをさらに低減することができる。
【0039】
(2)また、上記実施形態では先行共振パルス部の立上り部h1及び立下り部h3に加えて、吐出パルス部の立上り部h5及び立下り部h7も圧電素子3eが共振するように設定した。しかし、本発明は、先行共振パルス部によってキャビティを振動させ、この振動に共振するように吐出パルス部を印加することにより液滴吐出に要するエネルギーの低減を図ることを主な特徴とするものなので、立上り部h1,及び立下り部h3,立上り部h5及び立下り部h7を必ずしも圧電素子3eが共振するように設定する必要はない。逆に同じ圧電素子の能力なら、より高粘度のインクが吐出可能になった。
【0040】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、駆動信号がキャビティを先行して振動させ、かつこの振動に同期した状態で液滴を吐出させるように波形設定されるので、より小さなレベルの駆動信号によって液滴を吐出することが可能となり、これによってアクチュエータの発熱を抑制することが可能となる。そして、この結果として、吐出ばらつきを抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係わる液滴吐出装置の機能構成を示すブロック図である。
【図2】本発明の一実施形態における駆動信号の波形を示す波形図である。
【符号の説明】
1…… 制御装置
1a……I/F
1b……RAM
1c……ROM
1d……演算制御部
1e……駆動信号生成部
1f……発振回路
1g……I/F
2…… X−Y駆動装置
2a……X軸モータ
2b……Y軸モータ
3…… 吐出ヘッド3
3a……シフトレジスタ
3b……ラッチ回路
3c……レベルシフタ
3d……スイッチ回路
3e……圧電素子
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a droplet discharge device and method.
[0002]
[Prior art]
As is well known, a droplet discharge device applied to a printer or the like includes a piezoelectric element as an actuator, and a drive signal having a predetermined waveform shape is applied to the piezoelectric element to drop a discharge liquid stored in a cavity into a droplet. There is one that discharges from a nozzle.
[0003]
The waveform shape of the drive signal is generally adjusted so as not to resonate with the natural resonance period in consideration of the variation in the mechanical natural resonance period (for example, the natural resonance period of the cavity or the piezoelectric element) related to the liquid for ejection. Designed. The design concept of such a drive signal is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-09467.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-2000-094677
[Problems to be solved by the invention]
By the way, as described in the above-mentioned patent document, the drive signal is a kind of pulse signal composed of several parts (waveform parts), and includes a discharge pulse part for discharging droplets, It is formed of a waveform part following this and a vibration suppression pulse part for suppressing the oscillation of the ejection liquid in the cavity. In addition, the discharge pulse section includes a charge waveform section that rises at a predetermined voltage gradient from a predetermined reference voltage, a flat waveform section before discharge that maintains a constant high voltage, and a droplet that falls at a predetermined voltage gradient and discharges droplets. It is formed from a discharge waveform portion (discharge waveform portion). The piezoelectric element is deformed by discharging the charge charged in the charging waveform portion by discharging in the discharge waveform portion, and causes the nozzle to discharge droplets.
[0006]
However, since the conventional drive signal is designed not to resonate with the mechanical natural resonance period related to the liquid for ejection, a part of the vibration given by the piezoelectric element is canceled out, and the desired ejection is performed. In order to obtain energy, it is necessary to increase the voltage change width (that is, the voltage level of the drive signal) in the ejection waveform portion. Therefore, in the conventional droplet driving device, it is necessary to employ a driving circuit having a wide driving voltage range for the driving circuit for driving the piezoelectric element. As a result, there is a problem that the cost of the droplet discharging device is increased. In addition, for example, a high-viscosity material cannot be discharged. If the piezoelectric element is modified so as to increase the maximum amplitude in order to discharge a high viscosity, the oscillation cycle becomes longer, and there is also a problem that minute droplets cannot be ejected.
[0007]
Further, when a drive signal having such a large voltage level is applied to the piezoelectric element, the heat generation naturally increases. There is also a problem that the size of the droplets varies (discharge variation) due to the heat. Such ejection variation occurs particularly when ejecting a high-viscosity ejection liquid as droplets. For example, in the manufacture of an EL (electroluminescence) panel, when a pixel is formed by spraying a liquid luminescent material onto a substrate using a droplet discharge device, the luminescent material has an extremely high viscosity, so that a discharge variation occurs. It easily occurs, and as a result, the amount of the luminescent material forming each pixel varies, and the display performance of the EL panel is reduced.
[0008]
The present invention has been made in view of the above points, and has as its object to reduce the voltage level of a drive signal and to suppress variation in the ejection of droplets in a droplet ejection device.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, in a droplet discharge apparatus and method for discharging a discharge liquid stored in a cavity as a droplet from a nozzle by mechanically deforming an actuator with a predetermined drive signal, Means is adopted in which the drive signal causes the cavity to vibrate in advance, and the waveform is set so that the droplet is ejected in a state synchronized with the vibration.
[0010]
According to such a means, it is possible to discharge a droplet by a drive signal of a smaller level, and thereby it is possible to suppress heat generation of the actuator.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram illustrating a functional configuration of a droplet discharge device according to the present embodiment. As shown in this figure, the present droplet discharge device includes a control device 1, an XY drive device 2, and a discharge head 3. The control device 1 includes an I / F 1a, a RAM 1b, a ROM 1c, an arithmetic control unit 1d, a drive signal generation unit 1e, an oscillation circuit 1f, and an I / F 1g.
[0012]
The I / F 1a receives image information and various setting information of a drawing target image input from the outside. The RAM 1b temporarily stores the image information, various setting information, and work data of the arithmetic control unit 1d. The ROM 1c stores a control program processed by the arithmetic and control unit 1d, drive waveform data indicating a waveform of a drive signal COM for driving the ejection head 3, various control data necessary for executing the control program, and the like. .
[0013]
The arithmetic control unit 1d executes a control program based on the image information and various setting information to output ejection pattern data indicating a droplet ejection pattern and a motor drive signal for driving the XY drive unit 2. It generates and outputs it to the I / F 1g, acquires drive waveform data from the ROM 1c based on the image information, and outputs it to the drive signal generator 1e.
[0014]
Here, the ejection pattern data specifies dot pattern data corresponding to the image to be drawn, that is, which piezoelectric element 3e is to be applied to the ejection head 3 to which the drive signal COM is applied. The ejection pattern data is serial data in which one word is composed of the number of bits corresponding to the number of piezoelectric elements 3 e provided on the ejection head 3 (= the number of ejection nozzles from which droplets are ejected). For example, when the ejection head 3 has 180 ejection nozzles, the data is 180-bit serial data.
[0015]
The drive signal generation unit 1e is composed of a D / A converter or the like, converts the waveform data (digital signal) into a drive signal COM (analog signal), and outputs the same to the I / F 1g. The oscillation circuit 1f generates a clock having a predetermined frequency. The I / F 1g synchronously outputs the ejection pattern data, the clock, the drive signal COM, and the motor drive signal to the ejection head 3 and the XY drive unit 2 in synchronization with the clock.
[0016]
On the other hand, the XY drive device 2 includes an X-axis motor 2a and a Y-axis motor 2b. The X-axis drive motor 2a is, for example, a stepping motor, and moves the ejection head 3 relative to the stage on which the ejection target is mounted in the X direction (main scanning direction) based on a motor drive signal input from the control device 1. Move to The Y-axis drive motor 2b is, for example, a stepping motor, and moves the stage in the Y direction (sub-scanning direction) based on a motor drive signal input from the control device 1. The stage is, for example, a rectangular flat plate, and an ejection target is fixed on an upper surface thereof. The target object is an object to which droplets ejected from the ejection head 3 are to be attached, such as various types of paper and substrates.
[0017]
The ejection head 3 includes a shift register 3a, a latch circuit 3b, a level shifter 3c, a switch circuit 3d, and a piezoelectric element 3e.
[0018]
The shift register 3a converts the ejection pattern data d (serial data) input from the I / F 1g into parallel data, and outputs the parallel data to the latch circuit 3b. The latch circuit 3b latches the parallel data with a reference clock input from the I / F 1g and outputs the data to the level shifter 3c in synchronization. The level shifter 3c converts the parallel data input from the latch circuit 3b into a voltage and outputs it as a selection signal to the switch circuit 3d.
[0019]
The switch circuit 3d selectively applies the drive signal COM input from the I / F 1g to the piezoelectric element 3e based on the selection signal input from the level shifter 3c. The piezoelectric element 3e is provided corresponding to the ejection hole from which the droplet is ejected, and ejects the droplet from the ejection nozzle by being mechanically deformed in response to the application of the drive signal COM.
[0020]
For example, in the case of the ejection head 3 having 180 ejection nozzles, the ejection nozzles are provided in individual cavities, respectively, and the piezoelectric element 3e is provided in each cavity. That is, the piezoelectric element 3e is provided for each cavity, and applies a pressure to the internal ejection shaking liquid by mechanically deforming a part of the cavity to eject the liquid as droplets from the ejection nozzle.
[0021]
Various liquids are applied to the discharge liquid (that is, droplets) according to the application of the present droplet discharge device. This discharging liquid becomes various printing inks, for example, when the present droplet discharging apparatus is used as a printing apparatus, and becomes a conductive material for forming a wiring pattern when used as a pattern wiring apparatus. When used as an apparatus, it is a transparent resin for forming a microlens, and when used as a color filter manufacturing apparatus, it is a resin for forming a colored layer of a color filter.
[0022]
When used as an organic EL substrate manufacturing apparatus, the liquid for ejection is an electro-optical material (a fluorescent organic compound exhibiting electroluminescence) for forming a luminescent pixel. This electro-optical material has a viscosity of 50 cps, and is the highest viscosity among the above-described various ejection liquids. In order to discharge such a high-viscosity discharge liquid, it is necessary to set the voltage level of the drive signal COM high.
[0023]
Subsequently, the waveform of the drive signal COM will be described with reference to FIG. The drive signal COM shown in FIG. 2 is designed for the ejection head 3 in which the natural resonance period Tc of the cavity is 7 μsec and the natural resonance period Ta of the piezoelectric element 3e is about 3.5 μsec. is there.
[0024]
As shown in this figure, the drive signal COM is formed of a preceding resonance pulse section, an ejection pulse section following the preceding resonance pulse section, and a vibration suppression pulse section following the ejection pulse section. The waveform of the preceding resonance pulse portion is set so as to vibrate the cavity. The waveform of the ejection pulse section is set so as to eject droplets in a state resonating with the vibration of the cavity. The waveform of the vibration damping pulse section is set so that the vibration of the cavity can be damped after discharging the droplet. A general drive signal is formed from a discharge pulse section and a vibration suppression pulse section, and the drive signal COM of the present droplet discharge apparatus is characterized by including a preceding resonance pulse section.
[0025]
More specifically, the leading resonance pulse portion includes a rising portion h1 and a rising portion h1 rising from a reference voltage (bias voltage) of 3.0 V to an intermediate voltage of 23.5 V with a constant gradient in a period of 2.2 μsec. A flat portion h2 for maintaining a period of 2.0 μsec, a falling portion h3 which falls at a constant gradient from 23.5 V to 3.0 V in a period of 2.2 μsec, and a flat portion for maintaining 3.0 V for a period of 2.0 μsec. h4. Note that the voltage level (= 23.5V-3.0V) of the preceding resonance pulse portion is set so as not to discharge the droplet.
[0026]
The total time width t1 to t5 of the preceding resonance pulse portion is theoretically set to the natural resonance period Tc of the cavity, but the fundamental period in the vibration of the cavity is purely unique due to the influence of other mechanical elements related to the cavity. Since the resonance period does not become Tc, the natural resonance period Tc is slightly adjusted from these circumstances. Further, the time widths t1 to t2 and t3 to t4 of the rising portion h1 and the falling portion h3 are theoretically set to Ta / 2 which is half of the natural resonance period Ta of the piezoelectric element 3e. Also, since the fundamental period of the vibration of the piezoelectric element 3e does not become the purely natural resonance period Ta due to the influence of the mechanical element supporting the piezoelectric element 3e, the fundamental period is adjusted with respect to the natural resonance period Ta. In addition, the value is in a range that can be realized by the response speed of the drive signal generation unit used in the present embodiment. Even if the drive waveform slightly deviates from Ta / 2, the effect is reduced, but is not fatal.
[0027]
The discharge pulse portion includes a rising portion h5 that rises at a constant gradient from 3.0 V to a maximum voltage of 30 V during a period of 3.5 μsec, a flat portion h6 that maintains 30 V for a period of 2.5 μsec, and a 2.0 μsec period. The falling portion h7 falls at a constant gradient from 30V to the lowest voltage 0V. The rising part h5 is a charging waveform part for charging the piezoelectric element 3e with electric charge, while the falling part h7 falling from the highest voltage to the lowest voltage is a discharging waveform part for discharging droplets. That is, it is a discharge waveform portion for discharging the electric charge of the piezoelectric element 3e. The voltage level of the ejection pulse portion (= 23.5V-3.0V) is also set so that a droplet is not ejected by itself.
[0028]
The rising portion h5 in such a discharge pulse portion follows the preceding resonance pulse portion having the entire time widths t1 to t5, and therefore has a timing synchronized with the vibration of the cavity caused by the application to the piezoelectric element 3e. Further, a falling portion h7 following the rising portion h5 with a 2.5 μsec flat portion h6 interposed therebetween also has a timing synchronized with the vibration of the cavity.
[0029]
Further, the damping pulse section includes a flat portion h8 for maintaining 0 V for a period of 3.6 μsec, a rising portion h9 for rising from 0 V to 23.5 V with a constant gradient in a period of 2.2 μsec, and a rising portion h9 for 23.5 V for 3.3 μsec. And a falling portion h11 that falls at a constant gradient from 23.5 V to 3.0 V in a period of 3.3 μsec.
[0030]
Next, the operation of the present droplet discharging apparatus thus configured will be described in detail. First, the arithmetic control unit 1d drives the XY driving device 2 and the ejection pattern data indicating the ejection pattern of the droplet by executing a control program based on image information and setting information provided from the outside. And generates waveform data from the ROM 1c based on the image information.
[0031]
The ejection pattern data is supplied from the arithmetic control unit 1d to the I / F 1g, and the motor drive signal is also supplied to the I / F 1g. On the other hand, the waveform data is supplied from the arithmetic control unit 1d to the drive signal generation unit 1e, converted into the drive signal COM, and then supplied to the I / F 1g. These three signals are output to the ejection head 3 or the XY driving device 2 after being synchronized by the I / F 1g.
[0032]
That is, the ejection pattern data is supplied to the shift register 3a, the motor drive signal is supplied to the X-axis motor 2a and the Y-axis motor 2b, and the drive signal COM is supplied to the switch circuit 3d. As a result, the relative position of the discharge head 3 in the X direction and the Y direction with respect to the discharge target sequentially moves in a scanning manner, and is stored in each cavity by driving each piezoelectric element 3e by the drive signal COM. The discharged oscillating liquid is sequentially discharged as droplets from each discharge nozzle, and an image corresponding to the drawn image is drawn (recorded) on the discharge target.
[0033]
In the droplet discharge by the piezoelectric element 3e, in the present droplet discharge device, the drive signal COM is set in the shape as described above. Nevertheless, a high-viscosity ejection liquid can be ejected stably.
[0034]
That is, the cavity (more precisely, the ejection liquid in the cavity) vibrates prior to the preceding resonance pulse portion disposed before the ejection pulse portion. The ejection pulse portions (more precisely, the charging waveform portion h5 and the discharging waveform portion h7) are applied to the piezoelectric element 3e at a timing synchronized with the vibration of the cavity. Drops can be ejected.
[0035]
Moreover, the rising portion h1 and the falling portion h3 of the preceding resonance pulse portion and the rising portion h5 and the falling portion h7 of the ejection pulse portion are set to have waveforms so as to resonate with the piezoelectric element 3e. It can be vibrated well.
[0036]
Therefore, according to such a drive signal COM, even when the voltage level of the ejection pulse portion is small, the piezoelectric element 3e and the cavity are efficiently vibrated, and the ejection liquid in the cavity is ejected as droplets from the ejection nozzle. Can be. As a result, heat generation of the piezoelectric element 3e can be suppressed, so that it is also possible to suppress ejection variations caused by the heat generation.
[0037]
Here, the variation in the natural resonance period Ta is suppressed by selecting the piezoelectric elements used in the present embodiment in the manufacturing process. Further, the variation of the natural resonance period Tc between the nozzles is such that the ejection is not affected. However, a configuration may be adopted in which the drive waveform is adjusted in accordance with each of the natural resonance periods Ta and Tc for each nozzle to suppress variation between nozzles. In this case, one drive signal COM is not selected by a switch circuit, but each piezoelectric element is controlled by an independent signal.
[0038]
Note that the present invention is not limited to the above embodiment, and for example, the following modifications can be considered.
(1) In the above embodiment, one preceding resonance pulse section is arranged before the ejection pulse section, but a plurality of preceding resonance pulse sections may be arranged. By increasing the number of preceding resonance pulse sections, a larger cavity vibration can be obtained, so that the voltage level of the ejection pulse section can be further reduced.
[0039]
(2) In the above embodiment, in addition to the rising part h1 and the falling part h3 of the preceding resonance pulse part, the rising part h5 and the falling part h7 of the ejection pulse part are set so that the piezoelectric element 3e resonates. However, the present invention is characterized by reducing the energy required for droplet ejection by vibrating the cavity by the preceding resonance pulse portion and applying the ejection pulse portion so as to resonate with the vibration. , The rising part h1, the falling part h3, the rising part h5, and the falling part h7 do not necessarily need to be set so that the piezoelectric element 3e resonates. Conversely, with the same piezoelectric element capability, higher viscosity ink can be ejected.
[0040]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the driving signal is set to have a waveform that causes the cavity to vibrate in advance and ejects the liquid droplets in a state synchronized with the vibration, the driving signal having a smaller level This makes it possible to discharge droplets, thereby suppressing heat generation of the actuator. Then, as a result, it is possible to suppress the ejection variation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a functional configuration of a droplet discharge device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a waveform diagram showing a waveform of a drive signal according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 ... Control device 1a ... I / F
1b RAM
1c ROM
1d ... Calculation control unit 1e ... Drive signal generation unit 1f ... Oscillation circuit 1g ... I / F
2 XY drive device 2a X-axis motor 2b Y-axis motor 3 Discharge head 3
3a shift register 3b latch circuit 3c level shifter 3d switch circuit 3e piezoelectric element

Claims (8)

所定の駆動信号でアクチュエータを機械的に変形させることによってキャビティに貯留された吐出用液体をノズルから液滴として吐出させる液滴吐出装置であって、
前記駆動信号は、キャビティを先行して振動させ、かつこの振動に同期した状態で液滴を吐出させるように波形設定されることを特徴とする液滴吐出装置。
A droplet discharge device that discharges a discharge liquid stored in a cavity as a droplet from a nozzle by mechanically deforming an actuator with a predetermined drive signal,
The droplet discharge device is characterized in that the drive signal is set to have a waveform so as to vibrate the cavity in advance and discharge droplets in a state synchronized with the vibration.
前記駆動信号は、アクチュエータの充電波形部あるいは放電波形部のうち、少なくても何れか一方がアクチュエータに共振するように波形設定されることを特徴とする請求項1記載の液滴吐出装置。2. The droplet discharge device according to claim 1, wherein the drive signal is set to have a waveform such that at least one of a charge waveform portion and a discharge waveform portion of the actuator resonates with the actuator. 前記駆動信号は、
キャビティを振動させる先行共振パルス部と、
該先行共振パルス部に続く波形部であって、キャビティの振動に同期した状態で液滴を吐出させる吐出パルス部と
を有することを特徴とする請求項1または2記載の液滴吐出装置。
The drive signal is
A pre-resonance pulse section for vibrating the cavity;
3. The droplet discharge device according to claim 1, further comprising: a discharge pulse portion which is a waveform portion following the preceding resonance pulse portion and discharges the droplet in a state synchronized with the vibration of the cavity.
前記駆動信号は、液滴を吐出した後にキャビティの振動を制振させる制振パルス部を有することを特徴とする請求項1〜3いずれかに記載の液滴吐出装置。The droplet discharge device according to any one of claims 1 to 3, wherein the drive signal includes a vibration suppression pulse unit that suppresses vibration of the cavity after discharging the droplet. 所定の駆動信号でアクチュエータを機械的に変形させることによってキャビティに貯留された吐出用液体をノズルから液滴として吐出させる液滴吐出方法であって、
前記駆動信号は、キャビティを先行して振動させ、かつこの振動に同期した状態で液滴を吐出させるように波形設定されることを特徴とする液滴吐出方法。
A droplet discharge method for discharging a discharge liquid stored in a cavity as a droplet from a nozzle by mechanically deforming an actuator with a predetermined drive signal,
The droplet discharge method is characterized in that the drive signal is set to have a waveform such that the cavity is vibrated in advance and the droplet is discharged in synchronization with the vibration.
前記駆動信号は、アクチュエータの充電波形部あるいは放電波形部のうち、少なくても何れか一方がアクチュエータに共振するように波形設定されることを特徴とする請求項5記載の液滴吐出方法。6. The droplet discharging method according to claim 5, wherein the drive signal is set to have a waveform such that at least one of a charge waveform portion and a discharge waveform portion of the actuator resonates with the actuator. 前記駆動信号は、
キャビティを振動させる先行共振パルス部と、
該先行共振パルス部に続く波形部であって、キャビティの振動に同期した状態で液滴を吐出させる吐出パルス部と
を有することを特徴とする請求項5または6記載の液滴吐出方法。
The drive signal is
A pre-resonance pulse section for vibrating the cavity;
7. The droplet discharging method according to claim 5, further comprising: a discharging pulse portion which is a waveform portion following the preceding resonance pulse portion and discharges the droplet in a state synchronized with the vibration of the cavity.
前記駆動信号は、液滴を吐出した後にキャビティの振動を制振させる制振パルス部を有することを特徴とする請求項5〜7いずれかに記載の液滴吐出方法。8. The droplet discharging method according to claim 5, wherein the driving signal includes a vibration damping pulse unit for damping the vibration of the cavity after discharging the droplet.
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