特開 2023-124131 液体吐出装置、液体吐出システム、液体吐出方法およびプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023124131

(43)【公開日】2023-09-06

(54)【発明の名称】液体吐出装置、液体吐出システム、液体吐出方法およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   B41J 2/015 20060101AFI20230830BHJP

   B41J 2/14 20060101ALI20230830BHJP

   B41J 2/01 20060101ALI20230830BHJP

   B05C 5/00 20060101ALI20230830BHJP

   B05C 11/10 20060101ALI20230830BHJP

【ＦＩ】

B41J2/015 101

B41J2/14 301

B41J2/01 451

B05C5/00 101

B05C11/10

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022027732

(22)【出願日】2022-02-25

(71)【出願人】

【識別番号】000006747

【氏名又は名称】株式会社リコー

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】有田 俊介

【テーマコード（参考）】

2C056

2C057

4F041

4F042

【Ｆターム（参考）】

2C056EA23

2C056EB07

2C056EB30

2C056EB59

2C056EC08

2C056EC38

2C056FA04

2C056FB01

2C056HA38

2C057AF99

2C057AJ10

2C057AL25

2C057AM16

2C057AR08

2C057BA08

4F041AA07

4F041AB01

4F041BA01

4F041BA10

4F041BA13

4F041BA22

4F041BA36

4F042AA09

4F042BA08

4F042BA12

4F042BA21

4F042CB03

4F042CB08

4F042DH09

(57)【要約】

【課題】吐出ヘッドの駆動回路規模が大きくなることを抑制しつつ、吐出ヘッドの駆動電圧を可変にすること。
【解決手段】本発明の一態様に係る液体吐出装置は、駆動電圧に応じて変形する圧電部材を用いてノズル孔から液体を吐出する吐出ヘッドと、前記吐出ヘッドによる前記液体の吐出を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記吐出ヘッドによる前記液体の吐出周期よりも短い変形周期で前記圧電部材を変形させる。
【選択図】図１０

【特許請求の範囲】

【請求項1】

駆動電圧に応じて変形する圧電部材を用いてノズル孔から液体を吐出する吐出ヘッドと、
前記吐出ヘッドによる前記液体の吐出を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記吐出ヘッドによる前記液体の吐出周期よりも短い変形周期で前記圧電部材を変形させる、液体吐出装置。

【請求項2】

前記駆動電圧は、第１電位と第２電位との間における中間電位と、前記第１電位と、の間の電位差である、請求項１に記載の液体吐出装置。

【請求項3】

前記駆動電圧の電位を前記第１電位側に変化させる第１可変部と、
前記駆動電圧の電位を前記第２電位側に変化させる第２可変部と、を有し、
前記制御部は、前記第２可変部により前記駆動電圧の電位を前記第１電位から前記第２電位側に変化させている際に、前記駆動電圧の電位が前記第２電位になる前に、前記第１可変部により前記駆動電圧の電位を前記第１電位側に変化させる、請求項２に記載の液体吐出装置。

【請求項4】

前記吐出ヘッドは、前記圧電部材に接続する弁体の駆動により前記ノズル孔を開閉することによって、前記液体を前記ノズル孔から吐出し、
前記弁体は、前記圧電部材が前記駆動電圧に応じて変形することにより駆動される、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。

【請求項5】

前記吐出ヘッドは、複数のノズル孔と、前記複数のノズルごとに設けられた前記圧電部材と、を有し、
前記制御部は、前記複数のノズル孔ごとに設けられた前記圧電部材のそれぞれを、前記吐出周期よりも短い周期により変形させる、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の液体吐出装置。

【請求項6】

前記駆動電圧は、前記第１電位と前記第２電位との間における中間電位と、前記第１電位と、の間の電位差であり、
複数の前記ノズル孔それぞれを示すノズル孔情報と、前記駆動電圧の電位が前記第１電位から前記中間電位へ移行する移行時間と、の対応情報を格納する格納部を有し、
前記制御部は、前記ノズル孔情報に基づき前記格納部を参照して取得される前記移行時間に基づき、前記複数のノズル孔ごとに設けられた前記圧電部材を変形させる、請求項５に記載の液体吐出装置。

【請求項7】

前記制御部は、前記吐出ヘッドの温度および前記液体吐出装置の内部温度の少なくとも１つに基づいて前記圧電部材を変形させる、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の液体吐出装置。

【請求項8】

請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の液体吐出装置と、
前記液体吐出装置が有する前記吐出ヘッドを移動させる移動機構と、を有し、
前記制御部は、前記移動機構により移動される前記吐出ヘッドの位置に基づき、前記吐出ヘッドに前記液体を吐出させる、液体吐出システム。

【請求項9】

前記移動機構は、所定の周期信号に基づいて前記吐出ヘッドを移動させ、
前記制御部は、前記周期信号に基づいて取得される前記吐出周期よりも短い前記変形周期により前記圧電部材を変形させる、請求項８に記載の液体吐出システム。

【請求項10】

前記制御部は、前記移動機構による前記吐出ヘッドの移動方向と、前記周期信号と、に基づいて取得される前記吐出周期よりも短い前記変形周期により前記圧電部材を変形させる、請求項９に記載の液体吐出システム。

【請求項11】

液体吐出装置による液体吐出方法であって、前記液体吐出装置が、
吐出ヘッドにより、駆動電圧に応じて変形する圧電部材を用いてノズル孔から液体を吐出し、
制御部により、前記吐出ヘッドによる前記液体の吐出を制御し、
前記制御部は、前記吐出ヘッドによる前記液体の吐出周期よりも短い変形周期で前記圧電部材を変形させる、液体吐出方法。

【請求項12】

吐出ヘッドにより、駆動電圧に応じて変形する圧電部材を用いてノズル孔から液体を吐出し、
制御部により、前記吐出ヘッドによる前記液体の吐出を制御し、
前記制御部は、前記吐出ヘッドによる前記液体の吐出周期よりも短い変形周期で前記圧電部材を変形させる、
処理を液体吐出装置に実行させるプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、液体吐出装置、液体吐出システム、液体吐出方法およびプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、駆動電圧に応じて変形する圧電部材を用いてノズル孔から液体を吐出する吐出ヘッドを有する液体吐出装置が知られている。このような液体吐出装置は、対象物表面の塗装や、記録媒体への画像形成等の様々な用途において使用される。

【0003】

また、吐出ヘッドが有する圧電部材の駆動電圧を可変にするために、駆動電圧に応じて変形する圧電部材に電圧を印加するための一対の電極の一方の電極に、正の極性を持った電圧を印加する駆動電圧印加手段と、一対の電極の他方の電極に所定の電圧を印加する電源制御手段と、を有する構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載の構成では、一対の電極のそれぞれに電圧を印加するため、吐出ヘッドの駆動回路規模が大きくなる場合がある。

【0005】

本発明は、吐出ヘッドの駆動回路規模が大きくなることを抑制しつつ、吐出ヘッドの駆動電圧を可変にすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様に係る液体吐出装置は、駆動電圧に応じて変形する圧電部材を用いてノズル孔から液体を吐出する吐出ヘッドと、前記吐出ヘッドによる前記液体の吐出を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記吐出ヘッドによる前記液体の吐出周期よりも短い変形周期で前記圧電部材を変形させる。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、吐出ヘッドの駆動回路規模が大きくなることを抑制しつつ、吐出ヘッドの駆動電圧を可変にできる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態に係る液体吐出システムの全体構成を例示する図である。

【図2】第１実施形態に係る液体吐出装置の構成を例示するブロック図である。

【図3】吐出ヘッドを例示する斜視図である。

【図4】図３の平面Ｕにより切断した圧電部材変形前の断面図である。

【図5】図３の平面Ｕにより切断した圧電部材変形後の断面図である。

【図6】制御部のハードウェア構成例のブロック図である。

【図7】駆動波形生成回路の構成を例示する図である。

【図8】制御部の機能構成を例示するブロック図である。

【図9】格納部に格納される対応情報を例示する図である。

【図10】駆動波形を例示するタイミングチャートである。

【図11】制御部による処理を例示するフローチャートである。

【図12】第２実施形態に係る液体吐出装置の構成を例示するブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本発明の実施形態に係る液体吐出装置について図面を参照しながら詳細に説明する。但し、以下に示す形態は、本実施形態の技術思想を具現化するための液体吐出装置を例示するものであって、以下に限定するものではない。また、実施形態に記載されている構成部の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさ、位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。また、以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており詳細説明を適宜省略する。

【0010】

以下に示す図においてＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸により方向を示す場合があるが、Ｚ軸に沿うＺ方向は鉛直方向を示し、Ｘ軸に沿うＸ方向はＺ方向に交差する方向を示し、Ｙ軸に沿うＹ方向は、Ｘ方向およびＺ方向の両方に交差する方向を示すものとする。但し、これらのことは、液体吐出装置の使用時における向きを制限するものではなく、液体吐出装置の向きは任意である。

【0011】

［第１実施形態］
＜液体吐出システム１００の全体構成例＞
図１および図２を参照して液体吐出システム１００の全体構成を説明する。図１は、実施形態に係る液体吐出システム１００の全体構成を例示する図である。図２は、第１実施形態に係る液体吐出装置１０の構成を例示するブロック図である。

【0012】

図１および図２に示すように、液体吐出システム１００は、液体吐出装置１０と、ロボット２０と、を有する。また、液体吐出装置１０は、吐出ヘッド１と、制御部２と、を有する。図１では、ロボット２０、制御部２および対象物２００は、載置台３００上に載置され、液体吐出装置１０は、吐出ヘッド１が対象物２００の面に向き合うように配置されている。

【0013】

液体吐出システム１００は、液体吐出装置１０により吐出ヘッド１から液体を対象物２００に吐出するシステムである。本実施形態では特に、液体吐出システム１００は、インクジェット方式により吐出ヘッド１から吐出した液体を対象物２００の表面に付与することにより、対象物２００の表面を塗装する塗装システムである。液体は、塗料またはインク等である。但し、液体吐出システム１００および液体吐出装置１０は、塗装用途に限らず、用紙やフィルム等の記録媒体に液体により画像形成（印刷）する用途等にも適用できる。

【0014】

対象物２００は、例えば車やトラック、航空機のボディ等の非浸透性の面を有する物体である。ここで、非浸透性とは、表面に付与された液体が内部に浸透していかない性質をいう。但し、対象物２００の面は、非浸透性を有する面に限らず、浸透性を有する面であってもよい。また対象物２００の面は、平面状に限らず、曲率を有する面であってもよい。

【0015】

ロボット２０は、多軸駆動可能なロボットアームであり、液体吐出装置１０が有する吐出ヘッド１を移動させる移動機構の一例である。ロボット２０は、吐出ヘッド１を保持し、ＸＹＺ空間における所望の位置に移動させる。液体吐出システム１００は、ロボット２０を駆動させることにより、対象物２００上の所望の位置に吐出ヘッド１から吐出した液体を付与できる。

【0016】

制御部２は、例えばＰＣ（Personal Computer）等により構築される制御装置である。制御部２は、吐出ヘッド１およびロボット２０と有線または無線を介して相互に通信可能に接続している。制御部２は、ロボット２０に搬送指令Ｃｍを与え、ロボット２０に吐出ヘッド１を移動させる。また制御部２は、ロボット２０から送信される吐出ヘッド１の位置情報Ｐｓに基づき、駆動電圧Ｅを含む駆動波形Ｄｒを吐出ヘッド１に印加して、吐出ヘッド１に含まれる複数のノズル孔１２のそれぞれから液体を吐出させる。

【0017】

＜吐出ヘッド１の構成例＞
図３から図５を参照して、吐出ヘッド１の構成を説明する。図３は、吐出ヘッド１を例示する斜視図である。図４および図５は、図３のＹＺ平面である平面Ｕにより切断した吐出ヘッド１の断面図である。図４は、吐出ヘッド１が有する圧電部材の変形前における状態、図５は、圧電部材の変形後における状態をそれぞれ示している。

【0018】

図３から図５に示すように、吐出ヘッド１は、ノズル板１１と、ノズル板１１に形成された複数のノズル孔１２と、液室１３と、圧電部材１４と、弁体１５と、封止部材１６と、を有する。圧電部材１４、弁体１５および封止部材１６は、液室１３の内部に設けられている。

【0019】

図４および図５は、吐出ヘッド１が有する１つのノズル孔１２に対応する断面構成を示しているが、複数のノズル孔１２それぞれの構成はいずれも同じである。

【0020】

吐出ヘッド１は、圧電部材１４に接続する弁体１５の駆動によりノズル孔１２を開閉させることによって、ノズル孔１２から液体を吐出する、いわゆるバルブジェット方式の吐出ヘッドである。

【0021】

圧電部材１４は、駆動電圧Ｅに応じて変形する部材である。圧電部材１４は、チタン酸バリウムやジルコン酸バリウムのような強誘電性セラミックスを含んで構成される。図４および図５では、圧電部材１４は、駆動電圧Ｅの電位が高い場合には充電することによりＺ方向に伸長し、駆動電圧Ｅの電位が低い場合には放電することによりＺ方向に収縮するように伸縮変形する。

【0022】

弁体１５は、Ｚ方向に延伸するニードル状部材であり、金属材料等を含んで構成される。弁体１５の一端は圧電部材１４に接続し、他端はノズル孔１２に向き合っている。弁体１５は、圧電部材１４が駆動電圧Ｅに応じて変形することにより駆動され、例えば圧電部材１４の伸縮変形に応じてＺ方向に進退移動する。圧電部材１４が伸長した場合には、弁体１５は正のＺ方向に移動し、弁体１５の他端は、ノズル孔１２を閉塞する。圧電部材１４が収縮した場合には、弁体１５は負のＺ方向（矢印５１の方向）に移動し、弁体１５の他端はノズル孔１２を開放する。

【0023】

封止部材１６は、液室１３の内部に供給される液体を封止する部材である。液室１３内におけるノズル板１１と封止部材１６との間の空間には、加圧された液体である加圧液体Ｐが供給される。

【0024】

図４のようにノズル孔１２が閉塞されていると、液体は吐出ヘッド１から吐出されない状態になる。一方、図５のようにノズル孔１２が開放されると、加圧液体Ｐの一部がノズル孔１２を通って液室１３の内部から外部に吐出される。

【0025】

吐出ヘッド１は、例えば２ｋＨｚ程度の周波数によりノズル孔１２を開閉させることにより、ノズル孔１２から吐出された液体が滴化した液滴Ｑを吐出する。但し、吐出ヘッド１は、滴化した液体だけでなく、液体を連続吐出することもできる。

【0026】

＜制御部２の構成例＞
（ハードウェア構成例）
図６は、制御部２のハードウェア構成を例示するブロック図である。制御部２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）２２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）２３と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）／ＳＳＤ（Solid State Drive）２４と、接続Ｉ／Ｆ（Interface）２５と、吐出周期信号生成回路２６と、変形周期信号生成回路２７と、駆動波形生成回路２８と、を有する。これらは、システムバスＢを介して相互に電気的に接続している。

【0027】

ＣＰＵ２１は、ＲＡＭ２３を作業領域として使用し、ＲＯＭ２２に格納されているプログラムを実行することにより、制御部２全体の動作を制御する。

【0028】

ＲＯＭ２２は、ＣＰＵ２１への記録動作等の制御を実行するためのプログラムおよびその他の固定データを格納する不揮発性のメモリである。ＲＡＭ２３は、各種のデータを一時格納する揮発性のメモリである。

【0029】

ＨＤＤ／ＳＳＤ２４は、対象物２００の表面に塗装する塗装データや対象物２００のボディの形状情報等を格納する不揮発性のメモリである。ＨＤＤ／ＳＳＤ２４に格納されている情報は、ＣＰＵ２１により読み出され、プログラム実行時に使用されることもある。

【0030】

接続Ｉ／Ｆ２５は、外部機器に接続するためのインターフェースである。ここでの外部機器には、ロボット２０や吐出ヘッド１等が挙げられる。

【0031】

吐出周期信号生成回路２６は、ロボット２０の動作に同期した吐出周期で吐出ヘッド１に液体を吐出させるための吐出周期信号を生成する電気回路である。吐出周期信号生成回路２６は、ロボット２０の動作に対応した周期信号に基づいて吐出周期信号を生成できる。

【0032】

変形周期信号生成回路２７は、吐出周期よりも短い変形周期により圧電部材１４を変形させるための変形周期信号を生成する電気回路である。変形周期は吐出周期よりも十分に短い周期であることが好ましく、例えば吐出周期の１／１０の周期等が好ましい。

【0033】

駆動波形生成回路２８は、吐出ヘッド１に液体を吐出させるための駆動電圧Ｅを含む駆動波形Ｄｒを生成するための電気回路である。

【0034】

（駆動波形生成回路２８の構成例）
図７は、駆動波形生成回路２８の構成を例示する図である。駆動波形生成回路２８は、デジタル駆動波形生成回路２８０と、Ｐｃｈ－ＭＯＳＦＥＴ２８１と、Ｎｃｈ－ＭＯＳＦＥＴ２８２と、を有する。Ｐｃｈ－ＭＯＳＦＥＴ２８１およびＮｃｈ－ＭＯＳＦＥＴ２８２は、それぞれゲートＧ、ソースＳおよびドレインＤを有する。

【0035】

デジタル駆動波形生成回路２８０は、塗装データと、変形周期信号生成回路２７により生成された変形周期信号と、に基づいて、アナログ信号である駆動波形Ｄｒの元となるデジタル駆動波形を生成する電気回路である。

【0036】

デジタル駆動波形生成回路２８０は、変形周期信号に同期してデジタル駆動波形を生成し、生成したデジタル駆動波形をＰｃｈ－ＭＯＳＦＥＴ２８１およびＮｃｈ－ＭＯＳＦＥＴ２８２の各ゲートＧに出力する。この際、Ｐｃｈ－ＭＯＳＦＥＴ２８１およびＮｃｈ－ＭＯＳＦＥＴ２８２が同時にオンとならないように、Ｐｃｈ－ＭＯＳＦＥＴ２８１およびＮｃｈ－ＭＯＳＦＥＴ２８２の各ゲートＧにデジタル駆動波形を出力するタイミングに２００ｎｓ以上８００ｎｓ以下程度の時間差を与えることが好ましい。

【0037】

Ｐｃｈ－ＭＯＳＦＥＴ２８１は、駆動電圧Ｅの電位を第１電位Ｈ側に変化させる第１可変部に対応し、Ｎｃｈ－ＭＯＳＦＥＴ２８２は、駆動電圧Ｅの電位を第２電位Ｌ側に変化させる第２可変部に対応する。

【0038】

Ｐｃｈ－ＭＯＳＦＥＴ２８１がオン（ゲートＧへの入力電圧がＨｉｇｈ）となり、Ｎｃｈ－ＭＯＳＦＥＴ２８２がオフ（ゲートＧへの入力電圧がＬｏｗ）となると、最大電圧端子ＶＨから吐出ヘッド１の圧電部材１４へ電流が流れる。これにより、圧電部材１４は充電して伸長する。

【0039】

逆に、Ｐｃｈ－ＭＯＳＦＥＴ２８１がオフ（ゲートＧへの入力電圧がＬｏｗ）となり、Ｎｃｈ－ＭＯＳＦＥＴ２８２がオン（ゲートＧへの入力電圧がＨｉｇｈ）となると、吐出ヘッド１の圧電部材１４から最小電圧端子ＶＬへ電流が流れる。これにより、圧電部材１４は放電して収縮する。

【0040】

（機能構成例）
図８は、制御部２の機能構成を例示するブロック図である。制御部２は、塗装データ生成部２０１と、搬送指令部２０２と、入出力部２０３と、格納部２０４と、同期制御部２０５と、駆動波形生成部２０６と、を有する。

【0041】

制御部２は、塗装データ生成部２０１および搬送指令部２０２の各機能をＣＰＵ２１がＲＯＭ２２に格納されたプログラムを実行すること等により実現し、入出力部２０３の機能を接続Ｉ／Ｆ２５等により実現できる。また制御部２は、格納部２０４の機能をＲＡＭ２３およびＨＤＤ／ＳＳＤ２４等により実現し、同期制御部２０５の機能を吐出周期信号生成回路２６および変形周期信号生成回路２７等により実現し、駆動波形生成部２０６の機能を駆動波形生成回路２８等により実現できる。

【0042】

なお、制御部２は、上記以外の機能構成部を有してもよい。また制御部２以外の構成部が、制御部２が有する上記各機能のうちの一部を有してもよい。制御部２以外の構成部には、ロボット２０や吐出ヘッド１、外部ＰＣ等が挙げられる。制御部２と、制御部２以外の構成部と、の分散処理により、制御部２が有する上記各機能のうちの一部を実現してもよい。また制御部２は、ＣＰＵ２１により実現される機能の少なくとも一部をＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）またはＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の電気回路により実現することもできる。

【0043】

塗装データ生成部２０１は、対象物２００に合わせて生成した塗装データＰｔを搬送指令部２０２および駆動波形生成部２０６に出力する。塗装データＰｔは、液体吐出装置１０により対象物２００に塗装するための元となるデジタルデータである。塗装データＰｔは、１色の液体により対象物２００に塗装するためのものであってもよいし、多色の液体により対象物２００に塗装するためのものであってもよい。また塗装データＰｔは、絵柄や文字等を含む画像を形成する元データとなる画像データであってもよい。

【0044】

搬送指令部２０２は、ロボット２０に搬送を行わせるために生成した搬送指令Ｃｍを、入出力部２０３を介してロボット２０に出力する。なお、搬送は移動の一例である。ロボット２０は、搬送指令Ｃｍに応答して、自身が有する各種モータを駆動させ、吐出ヘッド１を搬送する。またロボット２０は、自身が有するロータリーエンコーダ等のセンサにより検出した吐出ヘッド１の位置情報Ｐｓを制御部２に送信する。

【0045】

入出力部２０３は、制御部２と、ロボット２０および吐出ヘッド１と、の間において信号およびデータの入出力を行う機能を有する。

【0046】

格納部２０４は、ロボット２０から制御部２に送信される吐出ヘッド１の位置情報Ｐｓをタイムスタンプとともに一時保持する。位置情報Ｐｓおよびタイムスタンプは、同期制御部２０５等により参照される。

【0047】

また格納部２０４は、複数のノズル孔１２それぞれを示すノズル孔情報と、駆動波形における駆動電圧Ｅの電位が第１電位Ｈから中間電位Ｍへ移行する移行時間としての第１移行時間と、の対応関係を示す対応情報２０７を格納する。第１電位Ｈは、例えば駆動電圧ＥがＨｉｇｈ状態となる電位である。中間電位Ｍは、基準になる電位であり、例えば液体吐出装置１０の電源投入後最も長く維持されている電位である。対応情報２０７は駆動波形生成部２０６等により参照される。

【0048】

同期制御部２０５は、ロボット２０の動作と、吐出ヘッド１による吐出と、を同期させるための制御を行う。例えば、同期制御部２０５は、ロボット２０から送信される吐出ヘッド１の位置情報Ｐｓを、入出力部２０３を介して入力する。また、同期制御部２０５は、位置情報Ｐｓに基づいて、吐出ヘッド１による吐出開始位置および終了位置を決定し、また吐出ヘッド１が吐出開始位置まで搬送された際に、吐出ヘッド１の搬送速度を算出する。さらに同期制御部２０５は、搬送速度に基づいて、吐出周期信号と、吐出周期信号に同期した変形周期信号と、を生成し、駆動波形生成部２０６に出力する。本実施形態では、同期制御部２０５の機能は、吐出周期信号生成回路２６および変形周期信号生成回路２７により実現されるが、これに限らずＣＰＵ２１により実現されてもよい。

【0049】

駆動波形生成部２０６は、同期制御部２０５により生成された変形周期信号と、塗装データ生成部２０１により生成された塗装データＰｔと、に基づいて生成した駆動波形Ｄｒを吐出ヘッド１に出力する。駆動波形Ｄｒは、吐出ヘッド１が有する複数のノズル孔１２と対をなす圧電部材１４に対して個別に入力され、複数のノズル孔１２それぞれから液滴Ｑが吐出される。

【0050】

（対応情報２０７の一例）
ここで、吐出ヘッド１は、製造誤差等により、複数のノズル孔１２それぞれからの液体吐出特性にばらつきが生じる場合がある。液体吐出特性には、液体の吐出速度、吐出される液体量等が挙げられる。複数のノズル孔１２ごとの液体吐出特性のばらつきにより、複数のノズル孔１２それぞれに対して同じ駆動波形Ｄｒを印加して液体を吐出させると、塗装品質や画像形成品質が低下する場合がある。

【0051】

上記液体吐出特性のばらつきは、駆動波形Ｄｒにおける駆動電圧Ｅを調整することにより補償できる。このため、本実施形態では、複数のノズル孔１２ごとの液体吐出特性を予め吐出実験等によって把握し、実験結果に基づいて該液体吐出特性のばらつきを抑制するための情報を複数のノズル孔１２それぞれに対応づけ、対応情報２０７として格納部２０４に格納しておく。液体吐出装置１０は、吐出ヘッド１から液滴Ｑを吐出させる際に、対応情報２０７を参照して複数のノズル孔１２に対をなす圧電部材１４への駆動電圧Ｅを変化させて異ならせる。これにより、複数のノズル孔１２の液体吐出特性のばらつきを補償し、塗装品質や画像形成品質の低下を抑制する。

【0052】

図９は、格納部２０４により格納される対応情報２０７を例示する図である。制御部２は、ノズル孔情報に基づき対応情報２０７を参照して取得される第１移行時間に基づいて、複数のノズル孔１２ごとに設けられた圧電部材１４を変形させることができる。

【0053】

図９において、ノズル孔情報Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、・・・、Ｎｎは、複数のノズル孔１２を示す情報、例えば複数のノズル孔１２の識別情報である。ノズル孔情報Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、・・・、Ｎｎのそれぞれに対応して、駆動電圧可変フラグ、中間電位Ｍ、第１電位Ｈから中間電位Ｍへの第１移行時間、および中間電位Ｍから第１電位Ｈへの第２移行時間が規定される。

【0054】

駆動電圧可変フラグは、駆動電圧Ｅを変化させない場合には０となり、駆動電圧Ｅを変化させる場合には１となる。

【0055】

中間電位Ｍは、第１電位Ｈと第２電位Ｌとの間の電位である。本実施形態では、第１移行時間を規定し、変形周期に応じて中間電位Ｍを略中心にして電位を変化させることにより、駆動電圧Ｅを可変とする。この中間電位Ｍについては、別途図１０においても詳述する。

【0056】

第１電位Ｈから中間電位Ｍへの第１移行時間、および中間電位Ｍから第１電位Ｈへの第２移行時間は、例えば変形周期信号におけるパルス数を用いて規定される。例えば３つのパルス数により第１移行時間を規定した場合には、第１移行時間は、変形周期の３倍に対応する時間となる。

【0057】

対応情報２０７は、例えば生産工場における液体吐出装置１０の製造時に取得され、格納部２０４に格納される。

【0058】

＜液体吐出システム１００の動作例＞
（駆動波形例）
図１０は、駆動波形Ｄｒを例示するタイミングチャートである。図１０は、吐出周期信号Ｓｓ、変形周期信号Ｆｓ、Ｎｃｈ－ＭＯＳＦＥＴ２８２のゲートに入力されるＮｃｈゲート信号Ｎｇ、Ｐｃｈ－ＭＯＳＦＥＴ２８１のゲートに入力されるＰｃｈゲート信号Ｐｇおよび駆動波形Ｄｒを示している。

【0059】

図１０において、横軸は時間軸であり、各信号の時間軸は対応している。期間Ｔ１では、駆動電圧Ｅを変化させない駆動波形Ｄｒが生成されており、期間Ｔ２では、駆動電圧Ｅを変化させた駆動波形Ｄｒが生成されている。

【0060】

期間Ｔ１より前の期間では、Ｐｃｈゲート信号Ｐｇはオン（Ｈ）、Ｎｃｈゲート信号Ｎｇはオフ（Ｌ）である。圧電部材１４は充電して伸長し、ノズル孔１２は弁体１５により閉塞されており、液滴Ｑは吐出されない状態である。

【0061】

期間Ｔ１では、吐出周期信号Ｓｓの立ち上がり時に、Ｐｃｈゲート信号Ｐｇはオフ（Ｌ）、Ｎｃｈゲート信号Ｎｇはオン（Ｈ）となる。これにより、圧電部材１４は放電して収縮し、ノズル孔１２は弁体１５により開放され、ノズル孔１２から液滴Ｑが吐出される。

【0062】

一方、期間Ｔ２では、吐出周期信号Ｓｓの立ち上がり時に、Ｐｃｈゲート信号Ｐｇはオフ（Ｌ）、Ｎｃｈゲート信号Ｎｇはオン（Ｈ）となる。これにより、圧電部材１４は放電して収縮し、ノズル孔１２は弁体１５により開放され、ノズル孔１２から液滴Ｑが吐出される。駆動波形生成部２０６は、対応情報２０７に規定された第１移行時間の間、放電状態を維持する。第１移行時間の間に、電位は第１電位Ｈと第２電位Ｌとの間の中間電位Ｍ近傍になる。その後、変形周期信号Ｆｓに応じてＰｃｈゲート信号Ｐｇはオン（Ｈ）、Ｎｃｈゲート信号Ｎｇはオフ（Ｌ）となることにより、圧電部材１４は充電して伸長する。さらに次の変形周期信号Ｆｓの立ち上がり時に、Ｐｃｈゲート信号Ｐｇはオフ（Ｌ）、Ｎｃｈゲート信号Ｎｇはオン（Ｈ）となることにより、圧電部材１４は放電して収縮する。

【0063】

変形周期は吐出周期に応じて十分に短いため、駆動電圧Ｅの電位は、第２電位Ｌまで低下する前に第１電位Ｈ側に変化し、変形周期に応じて中間電位Ｍを略中心に振動するように変化する。この結果、第１電位Ｈと中間電位Ｍとの間の電位差に対応する駆動電圧Ｅ２が得られる。駆動電圧Ｅ１は、第１電位Ｈと第２電位Ｌとの間の電位差に対応する駆動電圧Ｅ１と比較して小さい。

【0064】

以上のように、液体吐出装置１０では、第１移行時間を規定し、駆動電圧Ｅの電位を変形周期に応じて変化させることにより、圧電部材１４に印加される駆動電圧Ｅを可変にすることができる。複数のノズル孔１２ごとの第１移行時間の適正値は、液体吐出装置１０の製造時における吐出実験等によって取得できる。なお、本実施形態では、第２電位Ｌを中間電位Ｍに変化させる場合を例示したが、第１電位Ｈを中間電位Ｍに変化させる場合にも、Ｐｃｈゲート信号ＰｇおよびＮｃｈゲート信号Ｎｇを制御することにより同様に行うことができる。

【0065】

（制御部２による処理例）
図１１は、液体吐出システム１００に塗装動作を行わせるための制御部２による処理を例示するフローチャートである。制御部２は、例えば液体吐出装置１０の操作部を介して、ユーザによる塗装開始操作入力を受け付けたタイミングに図１１の処理を開始する。

【0066】

まず、ステップＳ１１１において、制御部２は、ロボット２０から送信された吐出ヘッド１の位置情報Ｐｓを、入出力部２０３を介して入力する。

【0067】

続いて、ステップＳ１１２において、制御部２は、位置情報Ｐｓをタイムスタンプとともに格納部２０４により一時保持する。タイムスタンプは、ＣＰＵ２１の外部に設けたインターバルタイマ回路により生成してもよいし、ＣＰＵ２１に内蔵されたタイマを使用して生成してもよい。

【0068】

続いて、ステップＳ１１３において、制御部２は、予め定められた位置情報Ｐｓの取得周期に対応する時間を経過したか否かを判定する。

【0069】

ステップＳ１１３において経過していないと判定した場合には（ステップＳ１１３、ＮＯ）、制御部２は、ステップＳ１１３の処理を再度行う。一方、経過したと判定した場合には（ステップＳ１１３、ＹＥＳ）、制御部２は、ステップＳ１１４において、ロボット２０から送信された吐出ヘッド１の位置情報Ｐｓを、入出力部２０３を介して入力する。

【0070】

続いて、ステップＳ１１５において、制御部２は、位置情報Ｐｓに基づいて、吐出ヘッド１が塗装開始位置まで搬送されたか否かを判定する。

【0071】

ステップＳ１１５において搬送されていないと判定した場合には（ステップＳ１１５、ＮＯ）、制御部２は、ステップＳ１１９に処理を移行する。一方、搬送されたと判定した場合には（ステップＳ１１５、ＹＥＳ）、制御部２は、ステップＳ１１６において、位置情報Ｐｓが格納部２０４により一時保持した位置情報Ｐｓに等しいか否かを判定する。

【0072】

ステップＳ１１６において等しくないと判定した場合には（ステップＳ１１６、ＮＯ）、制御部２は、ステップＳ１１９に処理を移行する。一方、等しいと判定した場合には（ステップＳ１１６、ＹＥＳ）、制御部２は、ステップＳ１１７において、同期制御部２０５により、吐出ヘッド１の搬送速度、吐出周期および変形周期を算出する。

【0073】

続いて、ステップＳ１１８において、制御部２は、吐出周期に基づき吐出周期信号Ｓｓを生成し、変形周期に基づき変形周期信号Ｆｓを生成する。

【0074】

続いて、ステップＳ１１９において、制御部２は、位置情報Ｐｓをタイムスタンプとともに格納部２０４により一時保持する。

【0075】

続いて、ステップＳ１２０において、制御部２は、吐出ヘッド１が塗装終了位置まで搬送されたか否かを判定する。

【0076】

ステップＳ１２０において搬送されていないと判定した場合には（ステップＳ１２０、ＮＯ）、制御部２は、ステップＳ１１３以降の処理を再度行う。一方、搬送されたと判定した場合には（ステップＳ１２０、ＹＥＳ）、制御部２は処理を終了する。

【0077】

以上のようにして、制御部２は、液体吐出システム１００に塗装動作を行わせることができる。

【0078】

＜液体吐出装置１０および液体吐出システム１００の作用効果＞
以上説明したように、液体吐出装置１０は、駆動電圧Ｅに応じて変形する圧電部材１４を用いてノズル孔１２から液滴Ｑ（液体）を吐出する吐出ヘッド１と、吐出ヘッド１による液滴Ｑの吐出を制御する制御部２と、を有する。制御部２は、吐出ヘッド１による液滴Ｑの吐出周期よりも短い変形周期で圧電部材１４を変形させる。吐出周期よりも短い変形周期で圧電部材１４を変形させることにより、駆動電圧Ｅの電位は、第２電位Ｌまで低下する前に第１電位Ｈ側に変化し、変形周期に応じて中間電位Ｍを略中心に振動するように変化する。これにより、第１電位Ｈと第２電位Ｌとの間の電位差に対応する駆動電圧Ｅ１とは異なる駆動電圧であって、第１電位Ｈと中間電位Ｍとの間の電位差に対応する駆動電圧Ｅ２を得ることができる。液体吐出装置１０では、駆動電圧Ｅを可変にするための電気回路を新たに設けないため、吐出ヘッド１の駆動回路規模が大きくなることを抑制しつつ、吐出ヘッド１の駆動電圧を可変にすることができる。

【0079】

また液体吐出装置１０は、駆動電圧Ｅの電位を第１電位Ｈ側に変化させるＰｃｈ－ＭＯＳＦＥＴ２８１（第１可変部）と、駆動電圧Ｅの電位を第２電位Ｌ側に変化させるＮｃｈ－ＭＯＳＦＥＴ２８２（第２可変部）と、を有する。制御部２は、Ｎｃｈ－ＭＯＳＦＥＴ２８２により駆動電圧Ｅの電位を第１電位Ｈから第２電位Ｌ側に変化させている際に、駆動電圧Ｅの電位が第２電位Ｌになる前に、Ｐｃｈ－ＭＯＳＦＥＴ２８１により駆動電圧Ｅの電位を第１電位Ｈ側に変化させる。これにより、液体吐出装置１０は、第２電位Ｌまで低下する前に、駆動電圧Ｅの電位を第１電位Ｈ側に変化させることができ、駆動電圧Ｅ１よりも小さい駆動電圧Ｅ２を得ることができる。

【0080】

また本実施形態では、吐出ヘッド１は、圧電部材１４に接続する弁体１５の駆動によりノズル孔１２を開閉することによって、液滴Ｑをノズル孔１２から吐出し、弁体１５は、圧電部材１４が駆動電圧Ｅに応じて変形することにより駆動される。この構成により、液滴Ｑを長い距離飛翔させること等が可能なバルブジェット方式の吐出ヘッド１において、吐出ヘッド１の駆動回路規模が大きくなることを抑制しつつ、吐出ヘッド１の駆動電圧を可変にすることができる。但し、本実施形態は、バルブジェット方式の吐出ヘッド１に限定されず、各種の吐出方式の吐出ヘッドに対しても適用可能である。

【0081】

また本実施形態では、吐出ヘッド１は、複数のノズル孔１２と、複数のノズル孔１２ごとに設けられた圧電部材１４と、を有し、制御部２は、複数のノズル孔１２ごとに設けられた圧電部材１４のそれぞれを、吐出周期よりも短い周期により変形させる。複数のノズル孔１２を有する吐出ヘッド１では、製造誤差等によって複数のノズル孔１２ごとで液体吐出特性がばらつく場合があり、このようなばらつきは、液体吐出装置１０による塗装品質や画像形成品質等を低下させる。複数のノズル孔１２ごとに設けられた圧電部材１４のそれぞれを、吐出周期よりも短い周期で変形させることにより、複数のノズル孔１２それぞれに対応する圧電部材１４に印加する駆動電圧Ｅを異ならせることができる。この結果、複数のノズル孔１２ごとでの液体吐出特性のばらつきを補償し、液体吐出装置１０による塗装品質や画像形成品質等の低下を抑制することができる。

【0082】

また本実施形態では、駆動電圧Ｅは、第１電位Ｈと第２電位Ｌとの間における中間電位Ｍと、第１電位Ｈと、の間の電位差であり、複数のノズル孔１２それぞれを示すノズル孔情報と、駆動電圧Ｅの電位が第１電位Ｈから中間電位Ｍへ移行する第１移行時間（移行時間）と、の対応情報２０７を格納する格納部２０４を有する。制御部２は、ノズル孔情報に基づき格納部２０４を参照して取得される第１移行時間に基づき、複数のノズル孔１２ごとに設けられた圧電部材１４を変形させる。これにより、複数のノズル孔１２ごとでの液体吐出特性のばらつきを補償し、液体吐出装置１０による塗装品質や画像形成品質等の低下を抑制することができる。

【0083】

また本実施形態では、液体吐出システム１００は、液体吐出装置１０と、吐出ヘッド１を移動させるロボット２０（移動機構）と、を有する。制御部２は、ロボット２０により移動される吐出ヘッド１の位置に基づき、吐出ヘッド１に液滴Ｑを吐出させる。液体吐出システム１００は、ロボット２０を駆動させることにより吐出ヘッド１のＸＹＺ空間内の所望の位置に移動させることができるため、様々な形状を有する対象物２００の表面に液滴Ｑを付与し、塗装や画像形成を行うことができる。

【0084】

また本実施形態では、ロボット２０は、所定の周期信号に基づいて吐出ヘッド１を移動させ、制御部は、この周期信号に基づいて取得される吐出周期よりも短い変形周期により圧電部材１４を変形させる。これにより、液体吐出システム１００は、ロボット２０の動作に同期させつつ、吐出ヘッド１の駆動電圧Ｅを可変にすることができる。

【0085】

また本実施形態では、制御部２は、ロボット２０による吐出ヘッド１の移動方向と、周期信号と、に基づいて取得される吐出周期よりも短い変形周期により圧電部材１４を変形させる。これにより、液体吐出システム１００は、ロボット２０の動作に対する同期精度を向上させつつ、吐出ヘッド１の駆動電圧Ｅを可変にすることができる。

【0086】

［第２実施形態］
次に第２実施形態に係る液体吐出装置について説明する。なお、第１実施形態と同一の構成部には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。

【0087】

図１２は、第２実施形態に係る液体吐出装置１０ａの構成を例示するブロック図である。液体吐出装置１０ａは、吐出ヘッド１ａを有する。吐出ヘッド１ａは、温度センサ１７を有する。

【0088】

ここで、吐出ヘッド１ａは、圧電部材１４を駆動させること等によって温度上昇し、液体の粘度特性等を変化させる場合がある。液体の粘度特性等が変化すると、駆動波形Ｄｒが適正でなくなり、吐出ヘッド１による所望の液体吐出特性が得られなくなる。

【0089】

本実施形態では、温度センサ１７は、吐出ヘッド１ａの温度を検出し、温度情報Ｔｈを制御部２に出力する。制御部２は、温度情報Ｔｈに応じて圧電部材１４を変形させることにより、駆動波形Ｄｒにおける駆動電圧Ｅを変化させる。これにより、吐出ヘッド１ａの温度上昇等によって液体の粘度特性等が変化した場合にも、駆動波形Ｄｒを適正化できるため、液体吐出装置１０ａは、吐出ヘッド１による所望の液体吐出特性を得ることができる。

【0090】

温度センサ１７が設けられる位置に特段の制限はないが、吐出ヘッド１ａにおいて発熱しやすい圧電部材１４の近傍に設置されることが好ましい。また液体吐出装置内の温度変化によっても液体の粘度特性等が変化する場合がある。このため、温度センサ１７を吐出ヘッド１ａ以外の場所に設け、液体吐出装置１０ａは、液体吐出装置１０ａの内部温度に応じて圧電部材１４を変形させることもできる。これにより、液体吐出装置１０ａ内の温度上昇等によって液体の粘度特性等が変化した場合にも、駆動波形Ｄｒを適正化でき、液体吐出装置１０ａは、吐出ヘッド１による所望の液体吐出特性を得ることができる。

【0091】

以上、実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されない。すなわち、本発明の範囲内で種々の変形および改良が可能である。

【0092】

実施形態において、吐出ヘッド１から吐出される液体は、水や有機溶媒等の溶媒、染料や顔料等の着色剤、重合性化合物、樹脂、界面活性剤等の機能性付与材料、ＤＮＡ、アミノ酸やたんぱく質、カルシウム等の生体適合材料、天然色素等の可食材料、などを含む溶液、懸濁液、エマルジョンなどでもよい。これらは例えば、インクジェット用インク、塗装用塗料、表面処理液、電子素子や発光素子の構成要素や電子回路レジストパターンの形成用液、３次元造形用材料液等の用途で用いることができる。

【0093】

対象物２００は、液体が付着して固着するもの、付着して浸透するものなどを意味する。具体例としては,車体、建材、用紙、記録紙、記録用紙、フィルム、布などの被記録媒体、電子基板、圧電素子などの電子部品、粉体層（粉末層）、臓器モデル、検査用セルなどの媒体であり、特に限定しない限り、液体が付着するすべてのものが含まれる。

【0094】

また実施形態は、液体吐出方法も含む。例えば液体吐出方法は、液体吐出装置による液体吐出方法であって、前記液体吐出装置が、吐出ヘッドにより、駆動電圧に応じて変形する圧電部材を用いてノズル孔から液体を吐出し、制御部により、前記吐出ヘッドによる前記液体の吐出を制御し、前記制御部は、前記吐出ヘッドによる前記液体の吐出周期よりも短い変形周期で前記圧電部材を変形させる。このような液体吐出方法により、上述した液体吐出装置と同様の効果を得ることができる。

【0095】

また実施形態は、プログラムも含む。例えばプログラムは、吐出ヘッドにより、駆動電圧に応じて変形する圧電部材を用いてノズル孔から液体を吐出し、制御部により、前記吐出ヘッドによる前記液体の吐出を制御し、前記制御部は、前記吐出ヘッドによる前記液体の吐出周期よりも短い変形周期で前記圧電部材を変形させる、処理を液体吐出装置に実行させる。このようなプログラムにより、上述した液体吐出装置と同様の効果を得ることができる。

【0096】

実施形態の各機能は、一又は複数の処理回路によって実現することが可能である。ここで、本明細書における「処理回路」とは、電子回路により実装されるプロセッサのようにソフトウェアによって各機能を実行するようプログラミングされたプロセッサや、上記で説明した各機能を実行するよう設計されたASIC(Application Specific Integrated Circuit)、DSP（digital signal processor）、FPGA（field programmable gate array）や従来の回路モジュール等のデバイスを含むものとする。

【符号の説明】

【0097】

１ 吐出ヘッド
１１ ノズル板
１２ ノズル孔
１３ 液室
１４ 圧電部材
１５ 弁体
１６ 封止部材
１７ 温度センサ
２ 制御部
２１ ＣＰＵ
２２ ＲＯＭ
２３ ＲＡＭ
２４ ＨＤＤ／ＳＳＤ
２５ 接続Ｉ／Ｆ
２６ 吐出周期信号生成回路
２７ 変形周期信号生成回路
２８ 駆動波形生成回路
２８０ デジタル駆動波形生成回路
２８１ Ｐｃｈ－ＭＯＳＦＥＴ（第１可変部）
２８２ Ｎｃｈ－ＭＯＳＦＥＴ（第２可変部）
２０１ 塗装データ生成部
２０２ 搬送指令部
２０３ 入出力部
２０４ 格納部
２０５ 同期制御部
２０６ 駆動波形生成部
２０７ 対応情報
１０ 液体吐出装置
１００ 液体吐出システム
２００ 対象物
３００ 載置台
Ｃｍ 搬送指令
Ｐ 加圧液体
Ｑ 液滴
Ｐｓ 位置情報
Ｄｒ 駆動波形
Ｅ、Ｅ１、Ｅ２ 駆動電圧
Ｓｓ 吐出周期信号
Ｆｓ 変形周期信号
Ｎｇ Ｎｃｈゲート信号
Ｐｇ Ｐｃｈゲート信号
Ｐｔ 塗装データ
Ｔ１、Ｔ２ 期間
Ｔｈ 温度情報

【先行技術文献】

【特許文献】

【0098】

【特許文献1】特開２００８－２２１５７８号公報

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】