特開 2023-17200 液体吐出ヘッド、液体吐出装置および駆動制御装置

(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】P2023017200

(43)【公開日】2023-02-07

(54)【発明の名称】液体吐出ヘッド、液体吐出装置および駆動制御装置

(51)【国際特許分類】

   B41J 2/015 20060101AFI20230131BHJP

   B41J 2/01 20060101ALI20230131BHJP

【ＦＩ】

B41J2/015 101

B41J2/01 401

B41J2/01 451

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021121298

(22)【出願日】2021-07-26

(71)【出願人】

【識別番号】000006747

【氏名又は名称】株式会社リコー

(72)【発明者】

【氏名】大戸井 慶人

【テーマコード（参考）】

2C056

2C057

【Ｆターム（参考）】

2C056EB07

2C056EB39

2C056EC03

2C056EC07

2C056EC38

2C056FA15

2C056FB09

2C057AF71

2C057AG44

2C057AL03

2C057AL13

2C057AM03

2C057AM16

2C057AN07

2C057AR04

2C057AR08

2C057BF04

(57)【要約】

【課題】ノズルの吐出ばらつきを低減することが可能な液体吐出ヘッドを提供する。
【解決手段】
液体を吐出するノズルを開閉する弁体と、前記弁体を駆動する駆動体と、前記駆動体を駆動するための駆動波形を出力する制御部とを備える液体吐出ヘッドにおいて、前記制御部は、前記駆動波形と基準駆動波形とを比較し、この比較結果に基づいて補正値を算出し、前記補正値に基づき前記駆動体に印加する電流値を可変して、前記駆動波形を前記基準駆動波形に近づくように補正する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体を吐出するノズルを開閉する弁体と、
前記弁体を駆動する駆動体と、
前記駆動体を駆動するための駆動波形を出力する制御部と
を備える液体吐出ヘッドにおいて、
前記制御部は、
前記駆動波形と基準駆動波形とを比較し、この比較結果に基づいて補正値を算出し、前記補正値に基づき前記駆動体に印加する電流値を可変して、前記駆動波形を前記基準駆動波形に近づくように補正する
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。

【請求項2】

前記電流値の可変により前記駆動波形の傾きを補正することを特徴とする請求項１記載の液体吐出ヘッド。

【請求項3】

前記駆動体は、前記弁体の開閉方向と同方向に伸縮が可能な圧電素子であり、前記駆動波形に基づき前記伸縮を行うことを特徴とする請求項１または２記載の液体吐出ヘッド。

【請求項4】

前記ノズルを複数備え、それぞれの前記ノズルに対して前記弁体および前記駆動体を設けることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。

【請求項5】

請求項１乃至４のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッドを備えることを特徴とする液体吐出装置。

【請求項6】

液体を吐出するノズルを開閉する弁体と前記弁体を駆動する駆動対象とを備える液体吐出ヘッドの前記駆動対象に印加する駆動波形と基準駆動波形とを比較する比較部と、
前記比較部の比較結果に基づいて補正値を算出する補正値算出部と、
前記補正値に基づき前記駆動対象に印加する電流値を可変し、前記駆動波形を前記基準駆動波形に近づくように補正する駆動波形生成部と
を備えることを特徴とする駆動制御装置。

【請求項7】

前記電流値の可変により前記駆動波形の傾きを補正することを特徴とする請求項６記載の駆動制御装置。

【請求項8】

請求項６または７記載の駆動制御装置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、液体吐出ヘッド、液体吐出装置および駆動制御装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、ノズルに連通するキャビティに吐出液体を加圧供給するとともに、ピンでノズルを閉塞可能とし、このピンをアクチュエータでノズルに対して離接可能とし、このアクチュエータを制御装置で制御する構成とすることで、ピンがノズルから離間している間だけ、加圧供給されている吐出液体がノズルから液滴として吐出される液滴吐出ヘッドを開示している。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本発明の目的は、ノズルの吐出ばらつきを低減することが可能な液体吐出ヘッドを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0004】

本発明は、液体を吐出するノズルを開閉する弁体と、前記弁体を駆動する駆動体と、前記駆動体を駆動するための駆動波形を出力する制御部とを備える液体吐出ヘッドにおいて、前記制御部は、前記駆動波形と基準駆動波形とを比較し、この比較結果に基づいて補正値を算出し、前記補正値に基づき前記駆動体に印加する電流値を可変して、前記駆動波形を前記基準駆動波形に近づくように補正することを特徴とする。

【発明の効果】

【0005】

本発明によれば、ノズルの吐出ばらつきを低減することが可能な液体吐出ヘッドを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッドの全体斜視図。

【図2】本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッドの内部構成図。

【図3】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。

【図4】圧電素子に印加する駆動波形の説明図。

【図5】駆動波形の補正例を示す説明図。

【図6】本発明の実施形態に係る駆動制御装置の一例を示すブロック図。

【図7】本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッドの一例を示すブロック図。

【図8】駆動波形の生成から印加までのフロー図。

【図9】駆動波形補正処理の一例を示すフロー図。

【図10】本発明に係る液体吐出装置の一例を示す全体斜視図。

【図11】印刷装置のキャリッジの全体斜視図。

【図12】印刷装置の制御系の一例を示したブロック図。

【図13】本発明の変形例に係る液体吐出装置の説明図。

【図14】同変形例における液体吐出装置の拡大斜視図。

【発明を実施するための形態】

【0007】

本発明の実施形態を、図面を用いて以下に説明する。

【0008】

図１は、本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッドの全体斜視図である。

【0009】

液体吐出ヘッド３００（以下、ヘッドと称する）は、ハウジング３１０およびコネクタ３５０などを備える。ハウジング３１０は金属または樹脂からなり、ハウジング３１０の左右には、液体をヘッド内に供給するための液体供給ポート３１１と、液体をヘッドから排出するための液体回収ポート３１３を備えている。また、コネクタ３５０は、ヘッド３００の制御信号を通信するための端子であり、本実施形態ではハウジング３１０の上部に設けている。

【0010】

図２は、本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッドの内部構成図であり、図１のＡ－Ａ線矢視断面図である。

【0011】

ヘッド３００において、ハウジング３１０は液体を吐出するノズル３０２を備えたノズル板３０１を保持している。また、ハウジング３１０は、液体供給ポート３１１側からの液体を、ノズル板３０１上を経て液体回収ポート３１３側へ送る流路を兼ねた液室３１２を備える。

【0012】

液体供給ポート３１１と液体回収ポート３１３との間には、液室３１２内の液体をノズル３０２から吐出するための液体吐出モジュール３３０を配置している。液体吐出モジュール３３０の数はノズル３０２の数に対応しており、本実施形態では１列に並べた８個のノズル３０２に対応する８個の液体吐出モジュール３３０を備えた構成を示している。

【0013】

上記の構成において、液体供給ポート３１１は、加圧した状態の液体を外部から取り込み、液体を矢印ａ１の方向へ送り、液室３１２へ供給する。液室３１２は、液体供給ポート３１１からの液体をノズル板３０１に沿って矢印ａ２方向へ送る。そして、液体回収ポート３１３は、液室３１２に沿って配置したノズル３０２から吐出しなかった液体を矢印ａ３方向へ排出する。

【0014】

液体吐出モジュール３３０は、ノズル３０２を開閉するニードル弁３３１と、ニードル弁３３１を駆動する圧電素子３３２を備える。ハウジング３１０は、圧電素子３３２の上端部と対向する位置に規制部材３１４を備える。この規制部材３１４が圧電素子３３２の上端部に当接していることで、圧電素子３３２の固定点、すなわち圧電素子３３２が変位（伸縮動作）する際の基点をなす。

【0015】

上記の構成において、圧電素子３３２を駆動してニードル弁３３１を上方向へ動かした場合は、ニードル弁３３１によって閉じていたノズル３０２が開いた状態になり、ノズル３０２から液体を吐出する。また、圧電素子３３２を駆動してニードル弁３３１を下方向へ動かした場合は、ニードル弁３３１の先端部がノズル３０２に当接してノズル３０２が閉じた状態になり、ノズル３０２から液体は吐出しなくなる。

【0016】

なお、被液体付与物に対して液体を吐出している期間中は、ノズル３０２からの液体の吐出効率が低下しないようにするため、液体回収ポート３１３からの液体の排出を一時的に行わないようにしてもよい。

【0017】

また、図２ではノズル３０２および液体吐出モジュール３３０を８個備えたヘッド構成に基づき説明したが、ノズル３０２および液体吐出モジュール３３０の数および配列は上記に限るものではない。例えば、ノズル３０２および液体吐出モジュール３３０の数は、９個以上であってもよく、また複数ではなく１個であってもよい。また、ノズル３０２および液体吐出モジュール３３０の配列は、１列ではなく、複数列で配置してもよい。

【0018】

上述のように本実施形態において、ノズル板３０１は、ノズル３０２を複数備え、それぞれのノズル３０２に対してニードル弁３３１および圧電素子３３２を設ける。これにより、被液体付与物への液体付与を高速で行うことができる。ここで、ニードル弁３３１は弁体の一例であり、圧電素子３３２は駆動体（または駆動対象）の一例である。

【0019】

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。

【0020】

液体吐出モジュール３３０は、ノズル３０２を開閉するニードル弁３３１と、ニードル弁３３１を駆動する圧電素子３３２とを備える。ノズル板３０１はハウジング３１０に接合している。また、液室３１２はハウジング３１０に設けた複数の液体吐出モジュール３３０に共通の流路である。

【0021】

ニードル弁３３１の先端には弾性部材３３１ａを備えており、ニードル弁３３１の先端をノズル板３０１に押し付けた際に、弾性部材３３１ａがノズル３０２を確実に閉塞するようにしている。また、ニードル弁３３１とハウジング３１０との間には軸受部３２１を設けるとともに、軸受部３２１とニードル弁３３１との間にはＯリングなどのシール部材３１５を設けている。

【0022】

ハウジング３１０の空間３２２内には圧電素子３３２を収容している。保持部材３３３の中央空間３３３ａが圧電素子３３２を保持しており、圧電素子３３２とニードル弁３３１とは同軸上に保持部材３３３の先端部３３３ｂを介して連結している。すなわち、保持部材３３３は、圧電素子３３２を収容する中央空間３３３ａを有し、先端部３３３ｂ側はニードル弁３３１と連結し、後端部３３３ｃ側はハウジング３１０に取り付けた規制部材３１４により固定してある。

【0023】

ここで、圧電素子３３２は、電圧印加手段２００によって電圧を印加したときに、ノズル３０２が開く方向にニードル弁３３１を駆動する。したがって、圧電素子３３２に電圧を印加していないときは、ニードル弁３３１がノズル３０２を閉塞しているので、液室３１２に液体が加圧供給されていても、ノズル３０２から液体が吐出することはない。そして、圧電素子３３２に電圧を印加することで、圧電素子３３２が収縮し、保持部材３３３を介してニードル弁３３１を引っ張るので、ニードル弁３３１がノズル３０２から離間してノズル３０２を開放する。これにより、液室３１２に加圧供給した液体をノズル３０２から吐出する。

【0024】

上記構成のヘッドにおいては、圧電素子３３２の変位量（伸縮量）が大きいほど大液滴、高粘度の液体の吐出が可能になる。圧電素子３３２の大きな変位量を得るためには、長さの長い圧電素子を用いればよい。しかし、そのような圧電素子は一般的なマイクロピエゾ駆動方式を採用した圧電素子に比べて、静電容量が非常に大きくなり、それに伴い圧電素子の静電容量の絶対値のばらつきも大きくなる。

【0025】

図４は、圧電素子に印加する駆動波形の説明図である。

【0026】

上記構成のヘッド３００においては、図示のように液体吐出で用いる実際の駆動波形（破線）が狙いの駆動波形（実線）と一致しない場合がある。このような駆動波形のずれは、圧電素子３３２の個体差（静電容量ばらつき等）、ニードル弁３３１および圧電素子３３２周りのメカ構成のばらつき、液体の乾燥、ノズル３０２部分での流体クロストーク等が要因となり発生する。特に液体の乾燥および流体クロストークに起因する駆動波形のずれに対しては、リアルタイムによる補正が必要である。

【0027】

そこで本発明は、実際の駆動波形と狙いの駆動波形とを比較し、両者の立ち下がりの電位差Ｖｔｆ（ｎ）および立ち上がりの電位差Ｖｔｒ（ｎ）を監視する。そして、電位差Ｖｔｆ（ｎ）または電位差Ｖｔｒ（ｎ）が一定の閾値Ｖｔｈを超えた場合は、実際の駆動波形を狙いの駆動波形に近づくように補正する。

【0028】

図５は、駆動波形の補正例を示す説明図である。

【0029】

後述する制御部は、狙いの駆動波形（実線）と実際（補正なし）の駆動波形（破線）とを比較し、両者の電位差Ｖｔｆ（ｎ）または電位差Ｖｔｒ（ｎ）が一定の閾値Ｖｔｈを超えた場合は、その電位差に基づき補正値を算出する。そして、制御部が算出した補正値を、例えばＶｔｆ（ｎ＋１）の電圧値にフィードバックして補正ありの駆動波形（一点鎖線）を生成し、駆動波形を狙いの駆動波形に近づける。

【0030】

駆動波形の傾きを破線状態から一点鎖線状態に変える場合は、圧電素子３３２に印加する電流値を可変して、圧電素子３３２に充電／放電する電流値を制御する。これにより、駆動波形の傾きを補正する。なお、駆動波形の傾き補正は、プロットしている狙いの点に１度で補正できない場合は、任意の回数で補正するようにしてもよい。

【0031】

図６は、本発明の実施形態に係る駆動制御装置の一例を示すブロック図である。

【0032】

上述の駆動波形の補正は、図６に示した駆動制御装置９０２を用いて行う。駆動制御装置９０２に接続する駆動対象３０００は、上述の実施形態においては圧電素子３３２に相当するが、駆動対象３０００は圧電素子３３２以外のものとしてもよい。

【0033】

駆動制御装置９０２は、駆動波形生成部９０２１、駆動波形増幅部９０２２、フィルタ／インピーダンス変換部９０２３、ＡＤ変換部９０２４、比較部９０２５および補正値算出部９０２６を備える。

【0034】

駆動波形生成部９０２１は、駆動波形を生成し、生成した駆動波形信号を駆動波形増幅部９０２２および比較部９０２５へ送信する。また、駆動波形生成部９０２１は、補正値算出部９０２６から補正値情報を受信した場合は、補正値情報に基づき駆動波形を補正する。

【0035】

駆動波形増幅部９０２２は、駆動波形生成部９０２１から受信した駆動波形信号の電圧および電流を増幅し、駆動対象３０００およびフィルタ／インピーダンス変換部９０２３に対して駆動信号を出力する。

【0036】

フィルタ／インピーダンス変換部９０２３は、駆動波形増幅部９０２２から受信した駆動信号に対してフィルタ／インピーダンス変換を行い、変換後の信号をＡＤ変換部９０２４に出力する。

【0037】

ＡＤ変換部９０２４は、フィルタ／インピーダンス変換部９０２３から受信した信号に対してＡＤ変換を行い、変換後の信号を比較部９０２５に出力する。

【0038】

比較部９０２５は、駆動波形生成部９０２１から受信した駆動波形信号と、ＡＤ変換部９０２４から受信した信号とを比較する。具体的には、駆動波形生成部９０２１から受信した駆動波形信号が、比較の基準駆動波形（狙いの駆動波形）となり、ＡＤ変換部９０２４から受信した信号が、駆動対象３０００に印加した実際の駆動波形となる。比較部９０２５は、駆動波形生成部９０２１から受信した基準駆動波形の電圧と、ＡＤ変換部９０２４から受信した駆動波形の電圧とを比較する。そして、比較部９０２５は、比較結果を補正値算出部９０２６に送信する。

【0039】

補正値算出部９０２６は、比較部９０２５から受信した比較結果に基づいて補正値を算出し、算出した補正値情報を駆動波形生成部９０２１へ送信する。

【0040】

図７は、本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッドの一例を示すブロック図である。

【0041】

図７において、駆動制御装置９０２は図６と同じであるため、同一符号を付しその説明は省略する。本図では、図６に示した駆動対象３０００をヘッド３００としている点が異なる。図示のように、駆動制御装置９０２は駆動波形に基づく出力信号をヘッド３００の圧電素子３３２に印加する。

【0042】

上記構成の駆動制御装置９０２を、図２に示した液体吐出ヘッド３００の圧電素子３３２それぞれに備えることで、ノズル毎に吐出特性を補正することが可能になり、液体の吐出量、液滴のサイズ等をノズル毎で調整することが可能になる。ここで、駆動制御装置９０２は、本発明における制御部の一例でもある。

【0043】

図８は、駆動波形の生成から印加までのフロー図である。

【0044】

駆動制御装置９０２の動作が開始すると、まず駆動波形を生成する（ステップＳ１）。駆動波形の生成は、駆動制御装置９０２を構成する駆動波形生成部９０２１が行う。次にステップＳ１で生成した駆動波形を増幅する（ステップＳ２）。駆動波形の増幅は、駆動制御装置９０２を構成する駆動波形増幅部９０２２が行う。そして、ステップＳ２で増幅した駆動波形を駆動対象に印加し、駆動対象の動作を制御する（ステップＳ３）。以下、ステップＳ３の詳細をさらに説明する。

【0045】

図９は、駆動波形補正処理の一例を示すフロー図であり、本実施形態においては、駆動波形補正処理を図８のステップＳ３（駆動波形印加）の中で実行する場合の一例として説明する。

【0046】

駆動対象３０００に対する駆動波形の印加が開始すると、駆動波形の補正ループに入る（ステップＳ３１）。駆動波形補正処理フローは、図４に示すような駆動波形の立ち下がりの電位差Ｖｔｆ（ｉ）および立ち上がりの電位差Ｖｔｒ（ｉ）について、ｉが０からｎ－１となるまで、所定の時間間隔で合計ｎ回だけステップＳ３２からＳ３７の処理を繰り返す。次に、上述のステップＳ２（駆動波形増幅）で得た駆動波形に対してＡＤ変換処理を実行する（ステップＳ３２）。ここでのＡＤ変換処理は、駆動制御装置９０２を構成するＡＤ変換部９０２４が行う。

【0047】

次に、ＡＤ変換処理後の駆動波形と、比較の基準として使用する駆動波形（以下、基準駆動波形と称する）との比較処理を行う（ステップＳ３３）。駆動波形の比較処理は、駆動制御装置９０２を構成する比較部９０２５が行う。

【0048】

比較処理では、比較対象の駆動波形と基準駆動波形との電位差Ｖｔｆ（ｉ）またはＶｔｒ（ｉ）が閾値Ｖｔｈを超えていないかを判断する（ステップＳ３４）。ここでＶｔｆ（ｉ）またはＶｔｒ（ｉ）が閾値Ｖｔｈを超えている（Ｙｅｓ）と判断した場合は、補正値の算出を行う（ステップＳ３５）。補正値算出は、駆動制御装置９０２を構成する補正値算出部９０２６が行う。

【0049】

次に、ステップＳ３５で算出した補正値に基づきＶｔｆ（ｉ）をＶｔｆ（ｉ＋１）（またはＶｔｒ（ｉ）をＶｔｒ（ｉ＋１））に補正し、駆動波形を生成しなおす（ステップＳ３６）。補正値に基づく駆動波形の生成は、駆動制御装置９０２を構成する駆動波形生成部９０２１が行う。

【0050】

そして、補正後の駆動波形を駆動対象に対して出力する（ステップＳ３７）。その後、ｉ＜ｎの場合はステップＳ３２に戻り、ｉの値に１を加算し、再びステップＳ３７までのフローを繰り返す。そして、所定の時間間隔で合計ｎ回だけステップＳ３２からＳ３７の処理を繰り返したら、すなわちｉ＝ｎとなったら、駆動波形の補正ループを出る（ステップ３８）。なお、ステップＳ３４において、Ｖｔｆ（ｉ）またはＶｔｒ（ｉ）が閾値Ｖｔｈを超えていない（Ｎｏ）と判断した場合は、駆動波形の補正を行わずにステップＳ３７（駆動波形出力）へ進み、駆動波形を駆動対象に対して出力する。

【0051】

上述のように、本実施形態は、液体を吐出するノズル３０２を開閉するニードル弁３３１と、ニードル弁３３１を駆動する圧電素子３３２と、圧電素子３３２を駆動するための駆動波形を出力する制御部（駆動制御装置）９０２とを備える液体吐出ヘッド３００において、制御部５００は、上述の駆動波形と基準駆動波形とを比較し、この比較結果に基づいて補正値を算出し、この補正値に基づき圧電素子３３２に印加する電流値を可変して、駆動波形を基準駆動波形に近づくように補正する。

【0052】

また、上述のように、電流値の可変により駆動波形の傾きを補正する。また、本実施形態では、駆動波形の電圧の立ち下がり部分と立ち上がり部分でリアルタイムに駆動波形を基準駆動波形に近づくように補正する。

【0053】

また、上述のように、圧電素子３３２は、ニードル弁３３１の開閉方向と同方向に伸縮が可能な圧電素子３３２であり、駆動波形に基づき伸縮を行う。

【0054】

これにより、圧電素子３３２の伸縮の量やタイミングを狙いの量やタイミングに近づけることができき、ノズル３０２からの液体の吐出特性を狙いの特性に近づけることができる。そして、ノズル３０２の吐出ばらつきを低減することが可能な液体吐出ヘッド３００を提供することができる。

【0055】

また、上述のように、ノズル３０２を複数備え、それぞれのノズル３０２に対してニードル弁３３１および圧電素子３３２を設ける。

【0056】

これにより、ノズル３０２毎に吐出特性を補正することが可能になり、液体の吐出量、液滴の大きさ等をノズル３０２毎で調整することができる。

【0057】

図１０は、本発明に係る液体吐出装置の一例を示す全体斜視図である。

【0058】

印刷装置１０００は、被液体付与物の一例である被描画物１００に対向して設置している。印刷装置１０００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およびＹ軸レール１０２と交差するＺ軸レール１０３を備える。

【0059】

Ｙ軸レール１０２は、Ｘ軸レール１０１がＹ方向（正側および負側）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（正側および負側）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（正側および負側）に移動可能なように、キャリッジ１を保持する。

【0060】

印刷装置１０００は、キャリッジ１をＺ軸レール１０３に沿ってＺ方向へ動かす第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方向へ動かすＸ方向駆動部７２とを備える。また、印刷装置１０００は、Ｘ軸レール１０１をＹ軸レール１０２に沿ってＹ方向へ動かすＹ方向駆動部８２を備える。さらに、印刷装置１０００は、キャリッジ１に対してヘッド保持体７０をＺ方向へ動かす第２のＺ方向駆動部９３を備える。

【0061】

上記構成の印刷装置１０００は、キャリッジ１をＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向に動かしながら、ヘッド保持体７０に設けた液体吐出ヘッドから液体の一例であるインクを吐出し、被描画物１００に描画を行う。なお、キャリッジ１およびヘッド保持体７０のＺ方向の移動は、必ずしもＺ方向に平行であることを意味するものではなく、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。

【0062】

なお、図において被描画物１００の表面形状は平面としているが、被描画物１００の表面形状は、車やトラックの車体、航空機の機体などのように鉛直に近い面、曲率半径の大きい面、もしくは多少の凹凸を有する面であってもよい。

【0063】

図１１は、図１０に示した印刷装置のキャリッジの全体斜視図であり、キャリッジ１を被描画物１００側から見たものである。

【0064】

キャリッジ１はヘッド保持体７０を備えている。また、キャリッジ１は、図１０に示した第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（正側および負側）へ移動可能である。

【0065】

ヘッド保持体７０は、図１０に示した第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（正側および負側）へ移動可能である。また、ヘッド保持体７０は液体吐出ヘッド３００を取り付けるためのヘッド固定板７０ａを備えている。

【0066】

本実施形態では、図１乃至図３で説明したヘッド３００を、ヘッド固定板７０ａに６個取り付けた構成を例示しており、６個のヘッド３００ａ～３００ｆを積層状に並べて設けている。

【0067】

ヘッド３００ａ～３００ｆは、それぞれ複数のノズル３０２を備えている。なお、ヘッド３００ａ～３００ｆで用いるインクの色の種類や数は、ヘッド毎に異なる色としてもよいし、すべて同じ色としてもよい。例えば、印刷装置１０００が、単色を用いる塗装装置である場合は、ヘッド３００ａ～３００ｆで用いるインクは同色でよい。また、ヘッド３００を構成するヘッドの数は６つに限るものではない。６つより多くてもよく、また、６つより少なくてもよい。

【0068】

液体吐出ヘッド３００は、図示のように各ヘッドのノズル列が水平面（Ｘ－Ｚ面）と交差し、かつ複数のノズル３０２の配列方向をＸ軸に対して傾けた状態でヘッド固定板７０ａに固定する。この状態でノズル３０２は、重力方向と交差する方向（Ｚ方向正側）にインクを吐出する。

【0069】

図１２は、印刷装置の制御系の一例を示したブロック図である。

【0070】

印刷装置１０００は、コントローラ９０１、ヘッド駆動制御部９０２等を備える。また、コントローラ９０１には、コンピュータ９０３を接続している。コンピュータ９０３は、カラープロファイルやユーザの設定に応じて画像処理を行うＲＩＰ（Routing Information Protocol）部９０３１、被描画物１００（図１参照）に描画する画像データをスキャン（キャリッジ１のＸ軸方向の移動）毎の画像データに分解するレンダリング部９０３２等を備える。また、コンピュータ９０３には、被描画物１００に描画する画像データや座標データの設定や、描画モードの選択等を行う入力装置９０３３を接続している。入力装置９０３３は、キーボード、マウス、タッチパネル等からなり、ユーザからの入力を受け付ける。

【0071】

コントローラ９０１は、システム制御部９０１１、画像データ格納部９０１２、メモリ制御部９０１３、吐出周期信号生成部９０１４およびキャリッジ制御部９０１５等を備える。システム制御部９０１１は、コンピュータ９０３から画像データや指令を受信し、液体吐出装置１０００の全体動作を制御する。

【0072】

画像データ格納部９０１２は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等のメモリを備え、コンピュータ９０３から受信した画像データ等を格納する。メモリ制御部９０１３は、画像データ格納部９０１２を制御する。

【0073】

液体吐出装置１０００は、Ｘ軸に沿って設置したリニアエンコーダの各スリットを光学的に検出するエンコーダセンサ１０９を備えている。吐出周期信号生成部９０１４は、このエンコーダセンサ１０９の出力信号と、コンピュータ９０３から受信した画像データの解像度を示す情報とから、液体の吐出周期信号を生成する。

【0074】

キャリッジ制御部９０１５は、エンコーダセンサ１０９の出力信号に基づきキャリッジ１の位置情報を算出して、Ｘ方向駆動部７２の速度を制御する。なお、本例においては、システム制御部９０１１にてキャリッジ１の移動速度の変化量を算出している。そしてシステム制御部９０１１は、この移動速度変化量に基づきキャリッジ１の速度制御を行う。

【0075】

以上のようにコントローラ９０１は、システム制御部９０１１、画像データ格納部９０１２、メモリ制御部９０１３、吐出周期信号生成部９０１４およびキャリッジ制御部９０１５等を備えている。コントローラ９０１は、演算処理装置および記憶装置を有し、記憶装置内に事前に記録されているプログラムを演算処理装置が実行することで、これら各機能部を実現する。

【0076】

次にヘッド駆動制御部９０２を説明する。液体吐出ヘッド３００の駆動を制御するヘッド駆動制御部９０２は、図７で説明した駆動制御装置であるため、詳細は省略する。ヘッド駆動制御部９０２は、コントローラ９０１の吐出周期信号生成部９０１４からの吐出周期信号を、図７に示した駆動波形生成部９０２１が受信する構成となっており、吐出周期信号に基づきヘッド駆動制御部９０２は動作する。

【0077】

なお、図１２に示したシステム構成は一例であり、これに限るものではない。例えば、ＲＩＰ部９０３１とレンダリング部９０３２は、コンピュータ９０３に設けるのではなく、コントローラ９０１のシステム制御部９０１１に設ける構成としてもよい。

【0078】

以降は、本発明に基づく変形例を説明する。

【0079】

図１３は、本発明の変形例に係る液体吐出装置の説明図、図１４は、同変形例における液体吐出装置の拡大斜視図である。

【0080】

液体吐出装置１０００は、キャリッジ１を往復直線移動させるリニアレール４０４と、リニアレール４０４を適宜所定の位置へ移動させ、その位置で保持する多関節ロボット４０５とを備えている。

【0081】

多関節ロボット４０５は、複数の関節によって人間の腕のように自由な動きを可能としたロボットアーム４０５ａを備えており、ロボットアーム４０５ａの先端を自由に移動させ、且つ、正確な位置に配置することができる。

【0082】

多関節ロボット４０５としては、例えば、６つの軸、すなわち６つの関節を備えた６軸制御型の産業用ロボットを用いることができる。６軸型の多関節ロボットによれば予め動作に関する情報をティーチングしておくことで、きわめて正確、且つ、迅速にリニアレール４０４を被描画物７０２（航空機）の所定位置に対峙させることができる。ロボット４０５は、６軸に限定されるものではなく、５軸、７軸など適宜の軸数を備えた多関節ロボットを用いることができる。

【0083】

ロボット４０５のロボットアーム４０５ａはフォーク状の支持部材４２４を備えている。この支持部材４２４の左側の枝部４２４ａの先端には垂直リニアレール４２３ａを、右側の枝部４２４ｂの先端には垂直リニアレール４２３ｂを平行になるようにして取り付けている。

【0084】

そして、キャリッジ１を移動可能に保持したリニアレール４０４の両端を、２つの垂直リニアレール４２３ａ、４２３ｂにそれぞれ架け渡すようにして支持させている。

【0085】

キャリッジ１は、図１１等で説明した実施形態の構成を備えるものであり、被描画物７０２に向けて液体を吐出するヘッド（図示省略）を備えている。ヘッドとしては、図１１等で説明したヘッド３００や、例えば、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック、ホワイトなどの各色の液体を吐出する複数のヘッド３００、または複数のノズル列を有するヘッド３００を備えている。このキャリッジ１の各ヘッド３００またはヘッド３００の各ノズル列に対しては、インクタンク３３０から各色の液体が供給される。

【0086】

キャリッジ１は、リニアレール４０４上を移動することで第１の軸の方向へ動き、このリニアレール４０４が垂直リニアレール４２３ａ、４２３ｂ上を移動することで第１の軸と交差する第２の軸の方向へ動くことが可能である。

【0087】

また、図示しないがキャリッジ１には、前述の第１の軸および第２の軸と交差する第３の軸の方向（本変形例では被描画物７０２に向けての液体吐出方向）にてキャリッジ１を移動させる第１の駆動手段を備えている。また、キャリッジ１は、前述のヘッドを、キャリッジ１に対して第３の軸の方向にて移動させる第２の駆動手段を備えている。

【0088】

この液体吐出装置１０００は、ロボット４０５によりリニアレール４０４を被描画物７０２の描画領域に移動させ、描画データに応じてキャリッジ１をリニアレール４０４に沿って移動しながらヘッド３００を駆動して、描画を行う。

【0089】

そして、１ライン分の描画が終了したときに、垂直リニアレール４２３ａ、４２３ｂを駆動することにより、キャリッジ１のヘッド３００をあるラインから次のラインに移動させる。この動作を繰り返して、被描画物７０２の所要の描画領域に描画することが可能となる。

【0090】

なお、本発明において、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。

【0091】

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。

【0092】

また、本発明に係る液体吐出装置は、上述の印刷装置の形態に限るものではない。例えば、複数の関節によって人間の腕のように自由な動きを可能とした多関節ロボットのロボットアームの先端に、本発明の液体吐出ヘッドを取り付けた形態でもよい。

【0093】

また、ドローンなどの無人航空機、または壁面を登ることが可能なロボットに本発明の液体吐出ヘッドを搭載して、塗装可能な無人航空機、あるいは塗装可能なクライミングロボットの形態としてもよい。

【0094】

以上説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。

【0095】

第１の態様は、液体を吐出するノズル（例えばノズル３０２）を開閉する弁体（例えばニードル弁３３１）と、前記弁体を駆動する駆動体（例えば圧電素子３３２）と、前記駆動体を駆動するための駆動波形を出力する制御部（例えば駆動制御装置９０２）とを備える液体吐出ヘッド（例えばヘッド３００）において、前記制御部は、前記駆動波形と基準駆動波形とを比較し、この比較結果に基づいて補正値を算出し、前記補正値に基づき前記駆動体に印加する電流値を可変して、前記駆動波形を前記基準駆動波形に近づくように補正することを特徴とするものである。

【0096】

また、第２の態様は、第１の態様において、前記電流値の可変により前記駆動波形の傾きを補正することを特徴とするものである。

【0097】

また、第３の態様は、第１の態様または第２の態様において、前記駆動体（例えば圧電素子３３２）は、前記弁体（例えばニードル弁３３１）の開閉方向と同方向に伸縮が可能な圧電素子であり、前記駆動波形に基づき前記伸縮を行うことを特徴とするものである。

【0098】

第１の態様乃至第３の態様によれば、ノズルの吐出ばらつきを低減することが可能な液体吐出ヘッドを提供することができる。

【0099】

また、第４の態様は、第１の態様乃至第３の態様のいずれかにおいて、前記ノズル（例えばノズル３０２）を複数備え、それぞれの前記ノズルに対して前記弁体（例えばニードル弁３３１）および前記駆動体（例えば圧電素子３３２）を設けることを特徴とするものである。

【0100】

第４の態様によれば、ノズル毎に吐出特性を補正することが可能になり、液体の吐出量、液滴の大きさ等をノズル毎で調整することができる。

【符号の説明】

【0101】

３００ 液体吐出ヘッド
３０２ ノズル
３３１ ニードル弁（弁体）
３３２ 圧電素子（駆動体）
９０２ ヘッド駆動制御部（駆動制御装置）
９０２１ 駆動波形生成部
９０２２ 駆動波形増幅部
９０２５ 比較部
９０２６ 補正値算出部
１０００ 印刷装置（液体吐出装置）

【先行技術文献】

【特許文献】

【0102】

【特許文献1】特開２０１０－２４１００３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】

【図13】

【図14】