特開 2023-168017 駆動制御装置、ヘッドユニット、液体吐出装置

(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】P2023168017

(43)【公開日】2023-11-24

(54)【発明の名称】駆動制御装置、ヘッドユニット、液体吐出装置

(51)【国際特許分類】

   B41J 2/14 20060101AFI20231116BHJP

   B41J 2/015 20060101ALI20231116BHJP

   B41J 2/01 20060101ALI20231116BHJP

【ＦＩ】

B41J2/14

B41J2/015 101

B41J2/01 401

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022079612

(22)【出願日】2022-05-13

(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】100107423

【弁理士】

【氏名又は名称】城村 邦彦

(74)【代理人】

【識別番号】100120949

【弁理士】

【氏名又は名称】熊野 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100182453

【弁理士】

【氏名又は名称】野村 英明

(72)【発明者】

【氏名】紀伊國 敬

(72)【発明者】

【氏名】塚本 竜児

【テーマコード（参考）】

2C056

2C057

【Ｆターム（参考）】

2C056EA07

2C056EC08

2C056EC18

2C056EC37

2C056EC38

2C056EC42

2C056FA02

2C056FA04

2C056HA19

2C056KA01

2C056KA08

2C057AF30

2C057AG01

2C057AG44

2C057AM15

2C057AM16

2C057AM17

2C057AM18

2C057BA08

2C057BA10

2C057BA15

2C057BF04

(57)【要約】

【課題】液体吐出速度の変動を抑制する。
【解決手段】液体吐出ヘッドの吐出口１４を開閉する開閉弁１７の駆動を制御する駆動制御装置であって、開閉弁１７を駆動させる駆動体に印加する印加電圧の駆動パルスを生成する駆動パルス生成部を備え、駆動パルス生成部は、開閉弁１７の開放時間と開閉弁１７の駆動速度とが異なる複数の駆動パルスを生成可能であり、開閉弁１７の開放時間に応じて、開閉弁１７の閉鎖動作時の駆動速度を変更する。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体吐出ヘッドの吐出口を開閉する開閉弁の駆動を制御する駆動制御装置であって、
前記開閉弁を駆動させる駆動体に印加する印加電圧の駆動パルスを生成する駆動パルス生成部を備え、
前記駆動パルス生成部は、前記開閉弁の開放時間と前記開閉弁の駆動速度とが異なる複数の駆動パルスを生成可能であり、
前記開閉弁の開放時間に応じて、前記開閉弁の閉鎖動作時の駆動速度を変更することを特徴とする駆動制御装置。

【請求項2】

前記開閉弁の開放時間が長い場合は、前記開放時間が短い場合に比べて、前記開閉弁の閉鎖動作時の駆動速度を速くする請求項１に記載の駆動制御装置。

【請求項3】

前記開閉弁の開放時間に応じて、前記開閉弁の開放動作時と閉鎖動作時のそれぞれの駆動速度を個別に制御する請求項１又は２に記載の駆動制御装置。

【請求項4】

液体吐出ヘッドの吐出口を開閉する開閉弁の駆動を制御する駆動制御装置であって、
前記開閉弁を駆動させる駆動体に印加する印加電圧の駆動パルスを生成する駆動パルス生成部を備え、
前記駆動パルス生成部は、前記開閉弁を開放状態で維持する印加電圧の保持時間と前記開閉弁を駆動させるときの印加電圧のスルーレートとが異なる複数の駆動パルスを生成可能であり、
前記開閉弁を開放状態で維持する印加電圧の保持時間に応じて、前記開閉弁を閉鎖動作時に駆動させるときの印加電圧のスルーレートを変更することを特徴とする駆動制御装置。

【請求項5】

前記開閉弁を開放状態で維持する印加電圧の保持時間が長い場合は、前記保持時間が短い場合に比べて、前記開閉弁を閉鎖動作時に駆動させるときの印加電圧のスルーレートを大きくする請求項４に記載の駆動制御装置。

【請求項6】

前記開閉弁を開放状態で維持する印加電圧の保持時間に応じて、前記開閉弁の開放動作時と閉鎖動作時のそれぞれの印加電圧のスルーレートを個別に制御する請求項４又は５に記載の駆動制御装置。

【請求項7】

液体を吐出する吐出口を開閉する開閉弁を有する液体吐出ヘッドと、
前記開閉弁の駆動を制御する駆動制御装置とを備えるヘッドユニットであって、
前記駆動制御装置は、第１駆動パルスによって前記開閉弁を駆動させて液体を吐出する動作と、前記開閉弁を開放状態で保持する開放時間が前記第１駆動パルスよりも長く、前記開閉弁の閉鎖動作時の駆動速度が前記第１駆動パルスよりも速くなるような第２駆動パルスによって前記開閉弁を駆動させて液体を吐出する動作とを選択的に実行することを特徴とするヘッドユニット。

【請求項8】

前記第２駆動パルスは、前記開閉弁を開放状態で保持する開放時間が前記第１駆動パルスよりも長く、前記開閉弁の開放動作時と閉鎖動作時のそれぞれの駆動速度が前記第１駆動パルスよりも速くなるパルスである請求項７に記載のヘッドユニット。

【請求項9】

液体を吐出する吐出口を開閉する開閉弁を有する液体吐出ヘッドと、
前記開閉弁の駆動を制御する駆動制御装置とを備えるヘッドユニットであって、
前記駆動制御装置は、第１駆動パルスによって前記開閉弁を駆動させて液体を吐出する動作と、前記開閉弁の開放状態を維持する印加電圧の保持時間が前記第１駆動パルスよりも長く、前記開閉弁の閉鎖動作時の印加電圧のスルーレートが前記第１駆動パルスよりも大きい第２駆動パルスによって前記開閉弁を駆動させて液体を吐出する動作とを選択的に実行することを特徴とするヘッドユニット。

【請求項10】

前記第２駆動パルスは、前記開閉弁の開放状態を維持する印加電圧の保持時間が前記第１駆動パルスよりも長く、前記開閉弁の開放動作時と閉鎖動作時のそれぞれの印加電圧のスルーレートが前記第１駆動パルスよりも大きいパルスである請求項９に記載のヘッドユニット。

【請求項11】

請求項１又は４に記載の駆動制御装置と、
前記液体吐出ヘッドと、
前記液体吐出ヘッドに加圧した液体を供給する液体供給手段と、
を備えることを特徴とする液体吐出装置。

【請求項12】

請求項７又は９に記載のヘッドユニットと、
前記液体吐出ヘッドに加圧した液体を供給する液体供給手段と、
を備えることを特徴とする液体吐出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、駆動制御装置、ヘッドユニット及び液体吐出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

液体吐出装置として、液体が吐出される吐出口を開閉弁によって開閉する弁型ノズルタイプと称されるものが知られている。

【0003】

例えば、特許文献１（特開２００９－１２１８８号公報）においては、液体の吐出動作を制御する駆動波形のパルス幅を、環境条件などに応じて最適な値に変更することにより、環境変動などにより液体吐出量が変動する問題を改善する方法が提案されている。

【0004】

しかしながら、上記特許文献１の方法を弁型ノズルタイプの液体吐出装置に適用すると、開閉弁を駆動させる駆動波形のパルス幅を変更した場合に、液体の吐出速度も変化してしまうため、液体が対象物に着弾する位置がずれ、所望の位置に液体を付着させることができなくなる問題が生じる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明においては、液体吐出速度の変動を抑制することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の課題を解決するため、本発明は、液体吐出ヘッドの吐出口を開閉する開閉弁の駆動を制御する駆動制御装置であって、前記開閉弁を駆動させる駆動体に印加する印加電圧の駆動パルスを生成する駆動パルス生成部を備え、前記駆動パルス生成部は、前記開閉弁の開放時間と前記開閉弁の駆動速度とが異なる複数の駆動パルスを生成可能であり、前記開閉弁の開放時間に応じて、前記開閉弁の閉鎖動作時の駆動速度を変更することを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、液体吐出速度の変動を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッドの斜視図である。

【図2】本発明の一実施形態に係るヘッドユニットを示す図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る液体吐出モジュールを示す断面図である。

【図4】本発明の一実施形態に係る液体供給手段の一例を示す概略構成図である。

【図5】（ａ）～（ｃ）はニードル弁の開閉動作によるインクの吐出を示す図、（ｄ）はその時の駆動パルスを示す図である。

【図6】（ａ）～（ｇ）はニードル弁の開放時間が短い場合のニードル弁の動作を示す図、（ｈ）はその時のニードル弁の変位量の変化を示す図、（ｉ）はその時の印加電圧の変化を示す図である。

【図7】（ａ）～（ｇ）はニードル弁の開放時間が長い場合のニードル弁の動作を示す図、（ｈ）はその時のニードル弁の変位量の変化を示す図、（ｉ）はその時の印加電圧の変化を示す図である。

【図8】本発明の他の実施形態に係るニードル弁の制御を示す図である。

【図9】液体吐出装置の斜視図である。

【図10】従来の液体吐出ヘッドにおけるニードル弁の制御を示す図である。

【図11】従来の液体吐出ヘッドにおけるニードル弁の制御を示す図である。

【図12】駆動パルス幅とインク吐出速度と関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下の説明においては、本発明の一実施形態に係る駆動制御装置として、液体吐出ヘッドに設けられた開閉弁の駆動を制御する駆動制御装置を説明する。また、この液体吐出ヘッドは、液体としてのインクを吐出する。

【0010】

図１は、液体吐出ヘッドの全体斜視図である。

【0011】

液体吐出ヘッド１０は、ハウジング１１を備える。ハウジング１１は、金属又は樹脂から成る。また、ハウジング１１は、その上部に電気信号の通信のためのコネクタ２９を備える。また、ハウジング１１の左右には、インクをヘッド内に供給するための供給ポート１２と、インクをヘッドから排出するための回収ポート１３が設けられている。

【0012】

図２は、ヘッドユニットを示す図で、液体吐出ヘッドの図１のＡ－Ａ矢視断面を示す図でもある。

【0013】

ヘッドユニット６０は、液体吐出ヘッド１０と駆動制御装置４０とを有する。

【0014】

液体吐出ヘッド１０は、ノズル板１５を有する。ノズル板１５は、ハウジング１１に接合されている。ノズル板１５は、インクを吐出するノズル１４を備える。ハウジング１１は、流路１６を備えている。流路１６は、供給ポート１２側からのインクを、ノズル板１５上を経て回収ポート１３側へ送る経路である。インクは、流路１６上を図２中の矢印ａ１～ａ３で示される方向へ送られる。

【0015】

供給ポート１２と回収ポート１３との間には、液体吐出モジュール３０が配置されている。液体吐出モジュール３０は、流路１６内のインクをノズル１４から吐出する。液体吐出モジュール３０の数はノズル１４の数に対応しており、本例においては、１列に並べた８個のノズル１４に対応する８個の液体吐出モジュール３０を備える構成が示されている。なお、ノズル１４及び液体吐出モジュール３０の数及び配列は、上記に限るものではない。例えば、ノズル１４及び液体吐出モジュール３０の数は、複数ではなく１個であってもよい。また、ノズル１４及び液体吐出モジュール３０の配列は、１列ではなく複数列であってもよい。

【0016】

上記の構成により、供給ポート１２は加圧した状態のインクを外部から取り込み、インクを矢印ａ１方向へ送り、インクを流路１６に供給する。流路１６は、供給ポート１２からのインクを矢印ａ２方向へ送る。そして、回収ポート１３は、流路１６に沿って配置したノズル１４から吐出しなかったインクを矢印ａ３方向へ排出する。

【0017】

液体吐出モジュール３０は、ノズル１４を開閉するニードル弁１７と、ニードル弁１７を駆動する圧電素子１８とを備える。

【0018】

ハウジング１１は、圧電素子１８の上端部と対向する位置に規制部材１９を備えている。この規制部材１９は、圧電素子１８の上端部に当接しており、圧電素子１８の固定点をなしている。

【0019】

ここで、ノズル１４は吐出口の一例で、ノズル板１５は吐出口形成部材の一例で、ニードル弁１７は開閉弁の一例で、圧電素子１８は駆動体の一例である。

【0020】

圧電素子１８を作動してニードル弁１７を上方向へ動かした場合は、ニードル弁１７によって閉じていたノズル１４が開いた状態になり、ノズル１４からインクを吐出する。また、圧電素子１８を作動してニードル弁１７を下方向へ動かした場合は、ニードル弁１７の先端部がノズル１４に当接してノズル１４が閉じた状態になり、ノズル１４からインクは吐出しなくなる。なお、ノズル１４からのインクの吐出効率が低下しないようにするため、液体の吐出対象物に対してインクを吐出している期間は、回収ポート１３からのインクの排出を一時的に行わないようにしてもよい。

【0021】

図３は、液体吐出ヘッドを構成する液体吐出モジュール単体の説明図である。図３（ａ）は、液体吐出モジュールの全体断面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＢ部の拡大図である。

【0022】

流路１６は、ハウジング１１に設けられる複数の液体吐出モジュール３０に共通の流路である。

【0023】

ニードル弁１７は、その先端に弾性部材１７ａを備えている。ニードル弁１７の先端をノズル板１５に押し付けた際に、弾性部材１７ａが圧縮されることにより、ニードル弁１７がノズル１４を閉鎖する。また、ニードル弁１７とハウジング１１との間には、軸受部２１が設けられている。また、軸受部２１とニードル弁１７との間には、Ｏリングなどのシール部材２２が設けられている。

【0024】

ハウジング１１の内側の空間内には、圧電素子１８が収容されている。保持部材２３は、中央空間２３ａ内に圧電素子１８を保持している。圧電素子１８とニードル弁１７とは同軸上に保持部材２３の先端部２３ｂを介して連結されている。保持部材２３の先端部２３ｂ側はニードル弁１７に連結され、保持部材２３の後端部２３ｃ側はハウジング１１に取り付けられた規制部材１９によって固定されている。

【0025】

駆動制御装置４０によって圧電素子１８に電圧が印加されることで、圧電素子１８が収縮し、圧電素子１８が保持部材２３を介してニードル弁１７を引っ張る。これにより、ニードル弁１７がノズル１４から離間してノズル１４を開放する。これにより、流路１６に加圧供給したインクがノズル１４から吐出される。また、圧電素子１８に電圧を印加していないときは、ニードル弁１７がノズル１４を閉鎖している。この状態では、流路１６にインクが加圧供給されていても、ノズル１４からインクが吐出することはない。

【0026】

駆動制御装置４０は、駆動パルス生成部である波形発生回路４１と増幅回路４２とを有する。波形発生回路４１が後述する駆動パルス波形を生成し、増幅回路４２が必要な値まで電圧値を増幅する。そして、増幅された電圧が圧電素子１８に印加される。この電圧の印加により、駆動制御装置４０は、ニードル弁１７の開閉を制御し、液体吐出ヘッドからのインクの吐出を制御する。ただし、波形発生回路４１が十分な値の電圧を印加できる場合には増幅回路４２は省略してもよい。

【0027】

波形発生回路４１は、圧電素子１８に印加する電圧の時間経過に伴う波形である駆動パルスを生成する。波形発生回路４１は、外部のＰＣ又は装置内部のマイコンから印刷データが入力され、この入力データに基づいて駆動パルスを生成する。波形発生回路４１は、圧電素子１８に印加する電圧を変更でき、複数の駆動パルスを生成できる。前述のように、波形発生回路４１が駆動パルスを生成することにより、圧電素子１８が駆動パルスに従って伸縮し、ニードル弁１７を開閉移動させる。

【0028】

図４は、液体供給手段の一例を示す概略構成図である。

【0029】

液体吐出装置は、各液体吐出ヘッド１０ａ～１０ｄから吐出されるインク９０ａ～９０ｄを収容する密閉容器としてのタンク３１ａ～３１ｄを備えている。なお、以下の説明において、これら各インクを総称する場合はインク９０と記す。また、各タンクを総称する場合は、タンク３１と記す。

【0030】

タンク３１と液体吐出ヘッド１０の注入口（図１、図２に示される供給ポート１２）は、それぞれチューブ３２を介して接続されている。また、タンク３１は、エアーレギュレータ３３を含むパイプ３４を介してコンプレッサ３５に接続されている。コンプレッサ３５は、タンク３１に加圧空気を供給する。これにより、液体吐出ヘッド１０内のインク９０は加圧状態になり、前述のニードル弁を開けばノズル１４からインク９０が吐出する。ここで、コンプレッサ３５、エアーレギュレータ３３を含むパイプ３４、タンク３１、及びチューブ３２は、液体吐出ヘッド１０に対してインク９０を加圧供給する液体供給手段の一例である。

【0031】

次に、駆動制御装置４０が圧電素子１８に電圧を印加してニードル弁１７を駆動させる様子について図５を用いて説明する。図５（ａ）～（ｃ）は、ニードル弁１７の開閉の様子を示す図で、図５（ｄ）は、その際のニードル弁１７の変位量を示すもので、横軸に時間ｔ［ｓ］、縦軸にニードル弁の変位量Ｃ［ｍｍ］を示している。ここで言うニードル弁の変位量とは、図５（ａ）のニードル弁１７がノズル板１５に接触し、ニードル弁１７がノズル１４を閉じた位置を０として、そこからニードル弁１７が図５（ａ）の上方向である開き方向へ移動した量を示すものである。

【0032】

なお、駆動制御装置４０は、圧電素子１８に対して電圧のパルスである駆動パルスを印加して圧電素子１８を伸縮させ、開閉弁を駆動させる。この駆動パルスは、ニードル弁の変位量と比例関係にある。つまり、駆動制御装置４０が形成する時間ｔに対する駆動パルスは、図５（ｄ）の時刻ｔの変化に対するニードル弁の変位量の推移と同様の形状の波形をなす。このため、以降の説明では、図５（ｄ）などに示す変位量Ｃの波形が駆動パルスの波形である（駆動パルスの波形と等しい）ものとして説明する。

【0033】

圧電素子１８への印加電圧を０Ｖにした状態においては、図５（ａ）に示すように、圧電素子１８が伸張してニードル弁１７がノズル板１５に当接する。これにより、ニードル弁１７がノズル１４を閉じる。図５（ｄ）および以降の図では、ニードル弁１７がノズル１４を閉じた状態をニードル弁１７の変位量０とし、この位置からのニードル弁１７の変位量として変位量Ｃを示している。また本実施例では、ノズル１４を閉じるときは電圧を０Ｖとしているが、後述の所定電圧よりも小さな電圧であれば０Ｖ以外としてもよい。

【0034】

また圧電素子１８に電圧を印加することにより、圧電素子１８が収縮する。これにより、図５（ｂ）に示さえるように、ニードル弁１７が図５（ｂ）の上方向へ移動し、ニードル弁１７とノズル板１５との間に隙間領域５０が形成される。そして、圧電素子１８に対する電圧の印加をやめることにより、あるいは印加する電圧を小さくすることにより、図５（ｃ）に示すように、再びニードル弁１７がノズル板１５に接触してノズル１４を閉じる。

【0035】

以上のニードル弁１７による開閉動作の区間として、図５（ｄ）に示すように、ニードル弁１７の変位量が大きくなっていく上り区間Ｄ１と、ニードル弁１７の変位量が最大変位量Ｃｍａｘ＊０．６～最大変位量Ｃｍａｘの範囲で保持される保持区間Ｄ２と、ニードル弁１７の変位量が小さくなっていく下り区間Ｄ３との三つの区間に分けられる。

【0036】

液体吐出ヘッドのハウジング１１内のインク９０は、コンプレッサ３５（図４参照）により加圧されているため、図５（ｂ）に示されるように、ニードル弁１７が上方へ移動してノズル１４が開放されると、ニードル弁１７とノズル板１５との間の隙間領域５０にインク９０が進入する。そして、ニードル弁１７の変位量が大きくなる上記上り区間Ｄ１と、その後の上記保持区間Ｄ２において、インク９０に付与される液圧によりノズル１４からインク９０が吐出され始める。その後、ニードル弁１７が下方へ移動し始めると、上記下り区間Ｄ３において、隙間領域５０のインク９０が、コンプレッサ３５による液圧のほか、移動するニードル弁１７の加圧力を受けることにより、ノズル１４からさらに押し出されて吐出される。

【0037】

上記のように、ニードル弁１７の駆動によりノズル１４を開閉する構成においては、インク９０に付与される液圧のほか、ニードル弁１７の閉鎖動作に伴う加圧力が、インク吐出に寄与する。

【0038】

ここで、インク吐出に対する液圧の寄与率とニードル弁加圧力の寄与率は、ノズル１４を開放するニードル弁１７の開放時間に応じて異なる。

【0039】

具体的に、小さい液滴を吐出する場合は、ニードル弁１７の時間が短く設定されるため、インク吐出に対する寄与率は、液圧よりも、ニードル弁加圧力の方が支配的である。すなわち、ノズル１４が短時間開放される場合は、開放後すぐにノズル１４が閉鎖されるので、液室（図５（ｂ）に示されるニードル弁１７とノズル板１５との間の隙間領域５０）内のインク９０に対して液圧が伝播する前に、インク９０がニードル弁１７の閉鎖動作に伴う加圧力によって押し出される。従って、この場合は、主に、高速駆動するニードル弁１７によってインクが押し出されるので、インク９０の吐出速度が速くなる。

【0040】

これに対して、大きい液滴を吐出する場合は、ニードル弁１７の開放時間が長く設定されるため、小さい液滴が形成される場合とは異なり、インク吐出に対する寄与率は、ニードル弁加圧力よりも、液圧の方が支配的である。すなわち、この場合は、ノズル１４が長い時間開放されるので、液室内のインク９０に対して液圧が十分に伝播し、伝播した液圧によりインク９０が押し出される。なお、この場合も、液室内のインク９０は、ニードル弁１７の閉鎖動作に伴う加圧力を受けるが、ニードル弁１７の加圧力を受けてインク９０が押し出されるよりも先に液圧によってインク９０が押し出されるため、液圧による吐出動作が支配的になり、結果的にインク９０の吐出速度は遅くなる。

【0041】

図１０と図１１に、従来の液体吐出ヘッドにおけるニードル弁の開閉動作の一例を示す。図１０は、開放時間が短い場合のニードル弁の開閉動作を示す図であり、（ａ）～（ｇ）はニードル弁の動作、（ｈ）はニードル弁の変位量の変化、（ｉ）は圧電素子に印加される印加電圧の変化を示す。一方、図１１は、開放時間が長い場合のニードル弁の開閉動作を示す図であり、（ａ）～（ｇ）はニードル弁の動作、（ｈ）はニードル弁の変位量の変化、（ｉ）は圧電素子に印加される印加電圧の変化を示す。また、各図の（ｈ）及び（ｉ）における（ａ）～（ｇ）のタイミングは、ニードル弁の各動作（ａ）～（ｇ）に対応している。

【0042】

まず、開放時間が短い場合について説明する。この場合、ニードル弁１７によってノズル１４が閉鎖された状態（図１０（ａ））から圧電素子に電圧が印加されると、ニードル弁１７が開放動作を開始する（図１０（ｂ））。これにより、ニードル弁１７とノズル１４との間に隙間領域５０が形成され、その隙間領域５０にインク９０が進入する（図１０（ｂ）、（ｃ））。そして、隙間領域５０内のインク９０に液圧が伝播し始めるが、開放時間が短い場合は、すぐにニードル弁１７の閉鎖動作が開始される（図１０（ｄ））。すなわち、ニードル弁１７の変位量が最大となってから、すぐに印加電圧を下げることによりニードル弁１７の閉鎖動作が開始されるので、隙間領域５０のインク９０に液圧が伝播しきる前に、高速移動するニードル弁１７の閉鎖動作によってインク９０に加圧力が付与される（図１０（ｄ）、（ｅ））。このため、インク９０の吐出量が速くなる。

【0043】

これに対して、開放時間が長い場合は、ニードル弁１７が開放状態となってからニードル弁１７の閉鎖動作が開始されるまでの時間が長いので（図１１（ｃ）、（ｄ））、液室内のインク９０に対して液圧が十分に伝播する。従って、この場合は、主に伝播された液圧によってインク９０がノズル１４から押し出されるので（図１１（ｄ）、（ｅ）、（ｆ））、インク９０の吐出速度が遅くなる。

【0044】

このように、ニードル弁の開放時間が長い場合は、開放時間が短い場合に比べて、インク吐出速度が遅くなる傾向にある。また、ニードル弁の開放時間は、ニードル弁を駆動させる圧電素子（駆動体）への印加電圧の駆動パルス幅に対応するので、駆動パルス幅を変化させるとインク吐出速度も変化する。

【0045】

図１２は、駆動パルス幅とインク吐出速度との関係を示す図である。図１２に示される３つのグラフのうち、●にてプロットされたものは最も大きい駆動パルス幅のグラフ、▲にてプロットされたものは中程度の駆動パルス幅のグラフ、■にてプロットされたグラフは最も小さい駆動パルス幅のグラフである。

【0046】

図１２に示されるように、駆動パルス幅が大きくなると（図１２中の下側のグラフほど）、インク吐出速度は遅くなり、反対に、駆動パルス幅が小さくなると（図１２中の上側のグラフほど）、インク吐出量が速くなる傾向にある。

【0047】

このように、従来の液体吐出ヘッドにおいては、液滴のサイズに応じてニードル弁の開放時間又は駆動パルス幅を変化させると、インクの吐出速度も変化してしまう。このため、液滴の大きさに応じてインクが対象物に着弾する位置がずれ、所望の位置にインクを付着させることができなくなる問題がある。

【0048】

そこで、本発明においては、上記のようなインクの吐出速度の変動を抑制するため、下記のような開閉弁（ニードル弁）の制御方法を採用している。以下、本発明に係る開閉弁の制御方法について、上記実施形態に係る液体吐出ヘッドを例に説明する。

【0049】

上述のように、インクの吐出速度には、液圧のほか、ニードル弁の閉鎖動作が影響する。従って、ニードル弁の閉鎖動作時の駆動速度を変更すれば、インクの吐出速度を変更でき、吐出速度の変動を抑制することが可能である。斯かる点に着目し、本発明においては、開閉弁（ニードル弁）の開放時間に応じて、開閉弁の駆動速度を変更するようにしている。

【0050】

そのため、上記本発明の実施形態においては、ニードル弁１７の駆動を制御する駆動制御装置４０（図３参照）が、複数の駆動パルスを生成可能な波形発生回路４１（駆動パルス生成部）を有している。波形発生回路４１は、ニードル弁１７の開放時間とニードル弁１７の駆動速度とを異ならせる複数の駆動パルスを生成可能である。

【0051】

図６と図７に、駆動制御装置４０（波形発生回路４１）によって制御されるニードル弁の動作（ａ）～（ｇ）、ニードル弁の変位量の変化（ｈ）、及び、ニードル弁を駆動させる圧電素子に印加される印加電圧の変化（ｉ）を示す。図６が、開放時間が短い場合の制御を示す図であり、図７が、開放時間が長い場合の制御を示す図である。また、各図の（ｈ）及び（ｉ）における（ａ）～（ｇ）のタイミングは、ニードル弁の各動作（ａ）～（ｇ）に対応している。

【0052】

図６に示される開放時間が短い場合と、図７に示される開放時間が長い場合とでは、ニードル弁を開放状態で維持する開放時間が異なっているため、ニードル弁を開放状態で維持する印加電圧の保持時間も異なっている（図６及び図７のＤ２又はＥ２に示される区間参照）。なお、本実施形態におけるニードル弁の「開放状態」及び「開放時間」とは、ニードル弁１７の変位量が最大変位量Ｃｍａｘ＊０．６～最大変位量Ｃｍａｘの範囲で保持される状態及びその状態が維持される保持区間Ｄ２の時間（図６（ｈ）及び図７（ｈ）参照）、あるいは、圧電素子に印加される印加電圧が最大電圧Ｖｍａｘ＊０．６～最大電圧Ｖｍａｘの範囲で保持される状態及びその状態が維持される保持区間Ｅ２の時間（図６（ｉ）及び図７（ｉ）参照）を意味する。

【0053】

また、図６及び図７に示されるように、本実施形態においては、開放時間に応じて、閉鎖動作時のニードル弁の駆動速度及び印加電圧のスルーレートを異ならせている（ 図６及び図７のＤ３又はＥ３に示される区間参照）。なお、ここでいう閉鎖動作時のニードル弁の「駆動速度」及び「印加電圧のスルーレート」とは、ニードル弁１７の変位量が最大変位量Ｃｍａｘ＊０．６よりも下回った場合（区間Ｄ３）における駆動速度（単位時間当たりのニードル弁変位量）、及び、 圧電素子に印加される印加電圧が最大電圧Ｖｍａｘ＊０．６よりも下回った場合（区間Ｅ３）における印加電圧のスルーレート（単位時間当たりの印加電圧変化量）のことである。

【0054】

図６（ｈ）及び図７（ｈ）に示される閉鎖動作時のニードル弁の変位量は、区間Ｄ３において駆動速度が一定である（時間に対して比例する）例であるが、区間Ｄ３において駆動速度を変化させてもよい。その場合、区間Ｄ３におけるニードル弁の変位量を区間Ｄ３の時間で除した値を閉鎖動作時の駆動速度としてもよい。また、図６（ｉ）及び図７（ｉ）に示される閉鎖動作時の印加電圧は、区間Ｅ３において、単位時間あたりの印加電圧の変化量が時間に応じて低下する例である。このような場合、印加電圧のスルーレートは、区間Ｅ３における印加電圧の変化量を区間Ｅ３の時間で除した値を閉鎖動作時のスルーレートとしてもよい（区間Ｅ３におけるスルーレートの平均値としてもよい）。

【0055】

具体的に、本実施形態においては、図７に示される開放時間が長い場合に、図６に示される開放時間が短い場合に比べて、閉鎖動作時の印加電圧のスルーレートを大きくし、ニードル弁の閉鎖動作時の駆動速度を速くしている。そのため、本実施形態においては、駆動制御装置４０の波形発生回路４１が、ニードル弁の開放時間が相対的に短い場合（図６の場合）にニードル弁を駆動させる第１駆動パルスと、この第１駆動パルスよりもニードル弁の開放時間が長く、かつ、ニードル弁の閉鎖動作時の駆動速度が速くなるような第２駆動パルス（図７の場合）とを選択的に生成可能に構成されている。また、言い換えれば、波形発生回路４１は、上記第１駆動パルス（図６の場合）と、第１駆動パルスに比べてニードル弁を開放状態で維持する印加電圧の保持時間が長く、かつ、ニードル弁の閉鎖動作時の印加電圧のスルーレートが大きくなるような第２駆動パルス（図７の場合）とを選択的に生成可能に構成されている。

【0056】

このように、本実施形態においては、開放時間が長い場合におけるニードル弁の駆動速度（閉鎖速度）を速くすることにより、ニードル弁によって押し出されるインクの速度も速くなるので、ノズル１４から吐出されるインクの吐出速度を速めることができる。これにより、開放時間が長い場合のインク吐出速度の低下を抑制でき、ニードル弁の開放時間の変化に伴うインクの吐出速度の変動を抑制できる。従って、本実施形態に係る制御方法によれば、対象物に対するインク着弾位置のばらつきを低減できるようになる。また、ニードル弁の閉鎖動作時における印加電圧のスルーレートを大きくすることにより、開放時間が長い場合の印加電圧の制御周期（駆動パルス幅）を短くでき、ニードル弁の開閉動作を短周期で制御できるようになる。

【0057】

続いて、上記実施形態（第１実施形態）とは異なる他の実施形態（第２実施形態）について説明する。以下、主に上記実施形態とは異なる部分について説明し、同じ部分については適宜説明を省略する。

【0058】

図８は、本発明の他の実施形態における、ニードル弁の動作、ニードル弁の変位量の変化、及び、圧電素子に印加される印加電圧の変化を示す図である。また、図８は、開放時間が長い場合の制御を示し、開放時間が短い場合の制御は、上記実施形態（第２実施形態）の制御（図６に示される制御）と同じであるので図示省略する。

【0059】

図８に示される本発明の他の実施形態においては、開放時間が短い場合（図６の場合）に比べて、開放時間が長い場合（図８の場合）に、閉鎖動作時のニードル弁の駆動速度を速くするほか、開放動作時のニードル弁の駆動速度も速くしている。すなわち、本実施形態においては、波形発生回路４１が、ニードル弁の開放時間が相対的に短い場合（図６の場合）にニードル弁を駆動させる第１駆動パルスと、この第１駆動パルスよりもニードル弁の開放時間が長く、かつ、ニードル弁の開放動作時と閉鎖動作時の両方における駆動速度が速くなるような第２駆動パルス（図８の場合）とを選択的に生成可能に構成されている。言い換えれば、波形発生回路４１は、上記第１駆動パルスと、第１駆動パルスに比べてニードル弁を開放状態で維持する印加電圧の保持時間が長く、かつ、ニードル弁の開放動作と閉鎖動作時の両方における印加電圧のスルーレートが大きくなるような第２駆動パルス（図８の場合）とを選択的に生成可能に構成されている。なお、ここでいう開放動作時のニードル弁の「駆動速度」及び「印加電圧のスルーレート」は、ニードル弁１７の変位量が最大変位量Ｃｍａｘ＊０．６に達する前（区間Ｄ１）における駆動速度（単位時間当たりのニードル弁変位量）、及び、 圧電素子に印加される印加電圧が最大電圧Ｖｍａｘ＊０．６に達する前（区間Ｅ１）における印加電圧のスルーレート（単位時間当たりの印加電圧変化量）のことである。

【0060】

図８（ｈ）に示される開放動作時のニードル弁の変位量は、区間Ｄ１において駆動速度が一定である（時間に対して比例する）例であるが、区間Ｄ１において駆動速度を変化させてもよい。その場合、区間Ｄ１におけるニードル弁の変位量を区間Ｄ１の時間で除した値を開放動作時の駆動速度としてもよい。また、図８（ｉ）に示される開放動作時の印加電圧は、区間Ｅ１において、単位時間あたりの印加電圧の変化量が時間に応じて低下する例である。このような場合、印加電圧のスルーレートは、区間Ｅ１における印加電圧の変化量を区間Ｅ１の時間で除した値を開放動作時のスルーレートとしてもよい（区間Ｅ１におけるスルーレートの平均値としてもよい）。

【0061】

このように、図８に示される実施形態においては、閉鎖動作時のニードル弁の駆動速度に加えて、開放動作時のニードル弁の駆動速度を速くすることにより、開放時間が長い場合における印加電圧の制御周期（駆動パルス幅）をさらに短くできる。このため、より一層短い周期でニードル弁の開閉動作を制御できるようになる。また、ニードル弁の開放時間（ニードル弁を開放状態で維持する印加電圧の保持時間）に応じて、ニードル弁の開放動作時と閉鎖動作時のそれぞれの駆動速度（印加電圧のスルーレート）を個別に制御できるようにしてもよい。なお、ニードル弁の駆動速度を速くすると、ニードル弁を駆動させる圧電素子などの駆動体の発熱量が多くなるため、その熱がインクに伝達されるとインクの粘度が増してインクの吐出特性が変化する可能性がある。そのため、駆動体を放熱する放熱手段あるいは駆動体を冷却する冷却手段を設けることが好ましい。

【0062】

次に、以上の駆動制御装置を有するヘッドユニットを備えた液体吐出装置について、図９を用いて説明する。

【0063】

図９に示される液体吐出装置１００は、対象物の一例である液体の吐出対象物２００に対向して設置されている。液体吐出装置１００は、Ｘ軸レール１０１と、このＸ軸レール１０１と交差するＹ軸レール１０２と、Ｘ軸レール１０１及びＹ軸レール１０２と交差するＺ軸レール１０３を備える。

【0064】

Ｙ軸レール１０２は、Ｘ軸レール１０１がＹ方向に移動可能なように、Ｘ軸レール１０１を保持する。また、Ｘ軸レール１０１は、Ｚ軸レール１０３がＸ方向に移動可能なように、Ｚ軸レール１０３を保持する。そして、Ｚ軸レール１０３は、キャリッジ１がＺ方向に移動可能なように、キャリッジ１を保持する。ここで、キャリッジ１は、ヘッドユニットの一例であり、前述の駆動制御装置と液体吐出ヘッドを備えている。

【0065】

液体吐出装置１００は、キャリッジ１をＺ軸レール１０３に沿ってＺ方向に動かす第１のＺ方向駆動部９２と、Ｚ軸レール１０３をＸ軸レール１０１に沿ってＸ方向に動かすＸ方向駆動部７２を備える。また、液体吐出装置１００は、Ｘ軸レール１０１をＹ軸レール１０２に沿ってＹ方向に動かすＹ方向駆動部８２を備える。さらに、液体吐出装置１００は、キャリッジ１に対してヘッド保持体７０をＺ方向に動かす第２のＺ方向駆動部９３を備える。

【0066】

キャリッジ１は、ヘッド保持体７０を備えている。ヘッド保持体７０は、保持体の一例である。また、キャリッジ１は、図９に示される第１のＺ方向駆動部９２からの動力によりＺ軸レール１０３に沿ってＺ方向へ移動可能である。ヘッド保持体７０は、図９に示される第２のＺ方向駆動部９３からの動力によりキャリッジ１に対してＺ方向へ移動可能である。

【0067】

上記構成の液体吐出装置１００は、キャリッジ１をＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の方向に動かしながら、ヘッド保持体７０に設けられるヘッドから液体の一例であるインクを吐出し、液体の吐出対象物２００に描画を行う。ここで、キャリッジ１及びヘッド保持体７０のＺ方向への移動は、Ｚ方向と平行である必要はなく、少なくともＺ方向の成分を含んでいれば斜めの移動であってもよい。

【0068】

なお、図９において液体の吐出対象物２００の表面形状は平面として示されているが、液体の吐出対象物２００の表面形状は、車、トラックの車体、航空機の機体などのように鉛直に近い面、もしくは曲率半径の大きい面でもよい。

【0069】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

【0070】

「液体」にはインクだけでなく塗料を含む。

【0071】

以上の説明では、駆動制御装置が圧電素子などの駆動体に電圧を印加して開閉弁を開閉する実施例ついて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、空圧又は油圧により開閉弁を開閉してもよい。この場合、駆動制御装置が生成する駆動パルスは、空圧又は油圧による加圧機構により設定される圧力で駆動させるための駆動波形である。

【0072】

本願において、「液体吐出装置」は、液体吐出ヘッド又はヘッドユニットを備え、液体吐出ヘッドを駆動させて、液体を吐出させる装置である。液体吐出装置には、液体が付着可能なものに対して液体を吐出することが可能な装置だけでなく、液体を気中又は液中に向けて吐出する装置も含まれる。

【0073】

この「液体吐出装置」は、液体が付着可能なものの給送、搬送、排紙に係わる手段、その他、前処理装置、後処理装置なども含むことができる。

【0074】

例えば、「液体吐出装置」として、インクを吐出させて用紙に画像を形成する装置である画像形成装置、立体造形物（三次元造形物）を造形するために、粉体を層状に形成した粉体層に造形液を吐出する立体造形装置（三次元造形装置）がある。

【0075】

また、「液体吐出装置」は、吐出された液体によって文字、図形などの有意な画像が可視化されるものに限定されるものではない。例えば、それ自体意味を持たないパターンなどを形成するもの、三次元像を造形するものも含まれる。

【0076】

上記「液体が付着可能なもの」とは、前述した液体の吐出対象物のことであり、液体が少なくとも一時的に付着可能なものであって、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、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。

【0077】

上記「液体が付着可能なもの」の材質は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど液体が一時的でも付着可能であればよい。

【0078】

また、「液体吐出装置」は、液体吐出ヘッドと液体が付着可能なものとが相対的に移動する装置があるが、これに限定するものではない。具体例としては、液体吐出ヘッドを移動させるシリアル型装置、液体吐出ヘッドを移動させないライン型装置などが含まれる。

【0079】

また、「液体吐出装置」としては他にも、用紙の表面を改質するなどの目的で用紙の表面に処理液を塗布するために処理液を用紙に吐出する処理液塗布装置、原材料を溶液中に分散した組成液を、ノズルを介して噴射させて原材料の微粒子を造粒する噴射造粒装置などがある。

【0080】

なお、本願の用語における、画像形成、記録、印刷、造形などはいずれも同義語とする。

【0081】

以上説明した本発明の態様をまとめると、本発明には、少なくとも下記の構成を備える加熱装置、定着装置、画像形成装置が含まれる。

【0082】

［第１の構成］
第１の構成は、液体吐出ヘッドの吐出口を開閉する開閉弁の駆動を制御する駆動制御装置であって、前記開閉弁を駆動させる駆動体に印加する印加電圧の駆動パルスを生成する駆動パルス生成部を備え、前記駆動パルス生成部は、前記開閉弁の開放時間と前記開閉弁の駆動速度とが異なる複数の駆動パルスを生成可能であり、前記開閉弁の開放時間に応じて、前記開閉弁の閉鎖動作時の駆動速度を変更する駆動制御装置である。

【0083】

［第２の構成］
第２の構成は、前記第１の構成において、前記開閉弁の開放時間が長い場合は、前記開放時間が短い場合に比べて、前記開閉弁の閉鎖動作時の駆動速度を速くする駆動制御装置である。

【0084】

［第３の構成］
第３の構成は、前記第１の構成又は第２の構成において、前記開閉弁の開放時間に応じて、前記開閉弁の開放動作時と閉鎖動作時のそれぞれの駆動速度を個別に制御する駆動制御装置である。

【0085】

［第４の構成］
第４の構成は、液体吐出ヘッドの吐出口を開閉する開閉弁の駆動を制御する駆動制御装置であって、前記開閉弁を駆動させる駆動体に印加する印加電圧の駆動パルスを生成する駆動パルス生成部を備え、前記駆動パルス生成部は、前記開閉弁を開放状態で維持する印加電圧の保持時間と前記開閉弁を駆動させるときの印加電圧のスルーレートとが異なる複数の駆動パルスを生成可能であり、前記開閉弁を開放状態で維持する印加電圧の保持時間に応じて、前記開閉弁を閉鎖動作時に駆動させるときの印加電圧のスルーレートを変更する駆動制御装置である。

【0086】

［第５の構成］
第５の構成は、前記第４の構成において、前記開閉弁を開放状態で維持する印加電圧の保持時間が長い場合は、前記保持時間が短い場合に比べて、前記開閉弁を閉鎖動作時に駆動させるときの印加電圧のスルーレートを大きくする駆動制御装置である。

【0087】

［第６の構成］
第６の構成は、前記第４又は第５の構成において、前記開閉弁を開放状態で維持する印加電圧の保持時間に応じて、前記開閉弁の開放動作時と閉鎖動作時のそれぞれの印加電圧のスルーレートを個別に制御する駆動制御装置である。

【0088】

［第７の構成］
第７の構成は、液体を吐出する吐出口を開閉する開閉弁を有する液体吐出ヘッドと、前記開閉弁の駆動を制御する駆動制御装置とを備えるヘッドユニットであって、前記駆動制御装置は、第１駆動パルスによって前記開閉弁を駆動させて液体を吐出する動作と、前記開閉弁を開放状態で保持する開放時間が前記第１駆動パルスよりも長く、前記開閉弁の閉鎖動作時の駆動速度が前記第１駆動パルスよりも速くなるような第２駆動パルスによって前記開閉弁を駆動させて液体を吐出する動作とを選択的に実行するヘッドユニットである。

【0089】

［第８の構成］
第８の構成は、前記第７の構成において、前記第２駆動パルスは、前記開閉弁を開放状態で保持する開放時間が前記第１駆動パルスよりも長く、前記開閉弁の開放動作時と閉鎖動作時のそれぞれの駆動速度が前記第１駆動パルスよりも速くなるパルスのヘッドユニットである。

【0090】

［第９の構成］
第９の構成は、液体を吐出する吐出口を開閉する開閉弁を有する液体吐出ヘッドと、前記開閉弁の駆動を制御する駆動制御装置とを備えるヘッドユニットであって、前記駆動制御装置は、第１駆動パルスによって前記開閉弁を駆動させて液体を吐出する動作と、前記開閉弁の開放状態を維持する印加電圧の保持時間が前記第１駆動パルスよりも長く、前記開閉弁の閉鎖動作時の印加電圧のスルーレートが前記第１駆動パルスよりも大きい第２駆動パルスによって前記開閉弁を駆動させて液体を吐出する動作とを選択的に実行するヘッドユニットである。

【0091】

［第１０の構成］
第１０の構成は、前記第９の構成において、前記第２駆動パルスは、前記開閉弁の開放状態を維持する印加電圧の保持時間が前記第１駆動パルスよりも長く、前記開閉弁の開放動作時と閉鎖動作時のそれぞれの印加電圧のスルーレートが前記第１駆動パルスよりも大きいパルスのヘッドユニットである。

【0092】

［第１１の構成］
第１１の構成は、前記第１から第６のいずれか１つの構成の駆動制御装置と、前記液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドに加圧した液体を供給する液体供給手段と、を備える液体吐出装置である。

【0093】

［第１２の構成］
第１２の構成は、前記第７から第１０のいずれか１つの構成のヘッドユニットと、前記液体吐出ヘッドに加圧した液体を供給する液体供給手段と、を備える液体吐出装置である。

【符号の説明】

【0094】

１０ 液体吐出ヘッド
１４ ノズル（吐出口）
１７ ニードル弁（開閉弁）
１８ 圧電素子（駆動体）
４０ 駆動制御装置
４１ 波形発生回路（駆動パルス生成部）
６０ ヘッドユニット
１００ 液体吐出装置

【先行技術文献】

【特許文献】

【0095】

【特許文献1】特開２００９－１２１８８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】