JP7788082B2 - Head control device, liquid ejection system, and head manufacturing method - Google Patents
Head control device, liquid ejection system, and head manufacturing methodInfo
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Description
本発明は、ヘッド制御装置、液体吐出システムおよびヘッド製造方法に関するものである。 The present invention relates to a head control device, a liquid ejection system, and a head manufacturing method.
特許文献1は、アクチュエータの制御によってピンをノズルに対して離接可能とすることで、ピンがノズルから離間している間だけ液体をノズルから液滴として吐出するようにした液滴吐出ヘッドを開示している。 Patent Document 1 discloses a droplet ejection head in which an actuator is used to control a pin to move toward and away from a nozzle, so that liquid is ejected as droplets from the nozzle only while the pin is away from the nozzle.
ヘッドに使用するアクチュエータには、アクチュエータの温度が高まるとアクチュエータの全長が縮む特性を有するものがある。このような縮む特性を有したアクチュエータをヘッドに組み込む際、ヘッドで使用する液体の温度仕様、またはヘッド設置場所の環境等を考慮せずに組み立ててしまうと、実際の液体吐出動作でアクチュエータに縮みが生じる場合がある。そして、アクチュエータに縮みが生じた場合はノズルを閉じることができなくなり、ノズルから液体が出つづける状態をまねいてしまう。 Some actuators used in heads have the property that their overall length shrinks as the temperature of the actuator rises. When incorporating an actuator with such a shrinking property into a head, if it is assembled without taking into consideration the temperature specifications of the liquid used in the head or the environment in which the head is installed, the actuator may shrink during actual liquid ejection operation. If the actuator shrinks, it will no longer be possible to close the nozzle, leading to a state in which liquid continues to leak from the nozzle.
本発明は、液体を吐出するノズルに対して該ノズルを閉じる位置と開く位置との間で移動する弁体と前記弁体を移動させるための動力を前記弁体に付与するアクチュエータとを有するヘッドと、温度測定手段とを備えるヘッドシステムを制御するためのヘッド制御装置であって、前記弁体は、前記アクチュエータへの第1駆動電圧により前記ノズルを閉じる方向に移動し、前記アクチュエータへの前記第1駆動電圧と異なる第2駆動電圧により前記ノズルを開く方向に移動する弁体であり、前記温度測定手段によって測定された温度が高いほど前記第1駆動電圧と共に前記第2駆動電圧を高くする制御手段を備えることを特徴とする。
The present invention is a head control device for controlling a head system comprising a head having a valve body that moves between a position that closes and a position that opens a nozzle that ejects liquid, and an actuator that applies power to the valve body to move the valve body, and a temperature measurement means, wherein the valve body moves in a direction that closes the nozzle by a first drive voltage to the actuator, and moves in a direction that opens the nozzle by a second drive voltage to the actuator that is different from the first drive voltage, and is characterized by comprising a control means that increases the second drive voltage together with the first drive voltage the higher the temperature measured by the temperature measurement means.
本発明によれば、温度によらず確実にノズルの閉じた状態を維持することが可能なヘッド制御装置およびヘッド製造方法を提供することができる。 The present invention provides a head control device and head manufacturing method that can reliably maintain the nozzle closed state regardless of temperature.
以下、図面を参照しながら、発明を実施するための形態を説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。 The following describes the embodiments of the invention with reference to the drawings. Note that in the description of the drawings, identical elements are designated by the same reference numerals, and duplicate explanations will be omitted.
<ヘッドの構成>
はじめに図1および図2を用いてヘッドの構成を説明する。図1は、本発明の実施形態に係るヘッドの全体斜視図である。図2は、本発明の実施形態に係るヘッドの全体断面図(図1のA-A線矢視断面図)である。
<Head configuration>
First, the configuration of the head will be described using Figures 1 and 2. Figure 1 is an overall perspective view of the head according to an embodiment of the present invention. Figure 2 is an overall cross-sectional view of the head according to an embodiment of the present invention (cross-sectional view taken along line A-A in Figure 1).
図1においてヘッド300は、ハウジング310、コネクタ350、液体供給ポート311および液体回収ポート313を主に備える。ハウジング310は、金属材料または樹脂材料からなる。コネクタ350は、液体を吐出するための駆動信号等、電気信号を伝送するための端子であり、本実施形態ではハウジング310の上部にコネクタ350を設けている。 In FIG. 1, the head 300 mainly comprises a housing 310, a connector 350, a liquid supply port 311, and a liquid recovery port 313. The housing 310 is made of a metal or resin material. The connector 350 is a terminal for transmitting electrical signals such as drive signals for ejecting liquid, and in this embodiment, the connector 350 is provided on the top of the housing 310.
液体供給ポート311と液体回収ポート313は、ハウジング310の左右に位置し、液体供給ポート311は液体をヘッド内に供給する。また、液体回収ポート313は液体をヘッドから排出する。次に図2に基づきヘッド300の内部構成を説明する。 The liquid supply port 311 and liquid recovery port 313 are located on the left and right sides of the housing 310. The liquid supply port 311 supplies liquid into the head. The liquid recovery port 313 discharges liquid from the head. Next, the internal structure of the head 300 will be explained with reference to Figure 2.
図2においてハウジング310は、その上部に電気信号を伝送するためのコネクタ350を備えており、下部に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312を備えている。 In Figure 2, the housing 310 has a connector 350 at its top for transmitting electrical signals, and a nozzle plate 301 at its bottom, which has nozzles 302 for ejecting liquid. The housing 310 also has a flow path 312 that sends liquid from the liquid supply port 311 over the nozzle plate 301 to the liquid recovery port 313.
さらに、ハウジング310は、液体供給ポート311と液体回収ポート313との間に、流路312内の液体をノズル302から吐出するための駆動ユニット330を収容している。駆動ユニット330についての詳細は後述するが、概略として駆動ユニット330は、ニードル弁331、圧電素子332および板バネ枠体333を備える。板バネ枠体333は圧電素子332を保持するとともに、圧電素子332の駆動により弾性変形して圧電素子332の駆動力をニードル弁331に伝える。ニードル弁331は、板バネ枠体333の弾性変形を受けてノズル302を開閉する。ここで、駆動ユニット330を構成するニードル弁331は「弁体」の一例であり、圧電素子332は「アクチュエータ」の一例であり、板バネ枠体333は「弾性部材」の一例である。また、ハウジング310は「筐体」の一例である。 Furthermore, the housing 310 accommodates a drive unit 330 between the liquid supply port 311 and the liquid recovery port 313 for ejecting the liquid in the flow path 312 from the nozzle 302. The drive unit 330 will be described in more detail below, but in brief, the drive unit 330 includes a needle valve 331, a piezoelectric element 332, and a leaf spring frame 333. The leaf spring frame 333 holds the piezoelectric element 332 and elastically deforms when driven by the piezoelectric element 332, transmitting the driving force of the piezoelectric element 332 to the needle valve 331. The needle valve 331 opens and closes the nozzle 302 in response to the elastic deformation of the leaf spring frame 333. Here, the needle valve 331 that constitutes the drive unit 330 is an example of a "valve," the piezoelectric element 332 is an example of an "actuator," and the leaf spring frame 333 is an example of an "elastic member." The housing 310 is also an example of a "casing."
駆動ユニット330は、ノズル302の数と一致しており、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個の駆動ユニット330を備えた構成を例示している。なお、ノズル302および駆動ユニット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および駆動ユニット330の数は、9個以上でもよいし、または複数ではなく1個であってもよい。また、ノズル302および駆動ユニット330の配列は、1列ではなく複数列で配置してもよい。 The number of drive units 330 corresponds to the number of nozzles 302, and in this embodiment, a configuration including eight drive units 330 corresponding to eight nozzles 302 arranged in a row is exemplified. Note that the number and arrangement of nozzles 302 and drive units 330 are not limited to those described above. For example, the number of nozzles 302 and drive units 330 may be nine or more, or there may be one instead of multiple. Furthermore, the nozzles 302 and drive units 330 may be arranged in multiple rows rather than a single row.
上記構成において、液体の流れとしては、加圧した状態の液体を液体供給ポート311が外部から取り込み、液体を矢印a1方向へ送り、液体を流路312に供給する。流路312は、液体供給ポート311からの液体を矢印a2方向へ送る。そして、液体回収ポート313は、流路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。 In the above configuration, the liquid flow is as follows: the liquid supply port 311 takes in pressurized liquid from the outside, sends the liquid in the direction of arrow a1, and supplies the liquid to the flow path 312. The flow path 312 sends the liquid from the liquid supply port 311 in the direction of arrow a2. The liquid recovery port 313 then discharges any liquid not ejected from the nozzles 302 arranged along the flow path 312 in the direction of arrow a3.
液体の吐出動作としては、圧電素子332を作動し、ニードル弁331が図において上方向へ変位すると、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、流路312を流れる液体がノズル302から吐出する。また、圧電素子332を作動し、ニードル弁331が下方向へ変位すると、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から液体が吐出しなくなる。なお、ノズル302から液体を吐出している期間は、ノズル302からの吐出効率を下げないようにするために、液体回収ポート313からの液体の排出は一時的に行わないようにしてもよい。 When the piezoelectric element 332 is activated and the needle valve 331 is displaced upward in the figure, the nozzle 302, which was closed by the needle valve 331, opens, and the liquid flowing through the flow path 312 is ejected from the nozzle 302. When the piezoelectric element 332 is activated and the needle valve 331 is displaced downward, the tip of the needle valve 331 abuts against the nozzle 302, closing the nozzle 302 and preventing liquid from being ejected from the nozzle 302. While liquid is being ejected from the nozzle 302, the liquid may be temporarily not discharged from the liquid recovery port 313 to prevent a decrease in the ejection efficiency from the nozzle 302.
本実施形態ではノズル板301とハウジング310とを別々の部材としたが、両者を一体的に単一の部材で形成してもよい。両者を単一の部材で形成する場合、ニードル弁331の先端とノズル板301とが当接する位置を境に、ニードル弁331が設けられる側の部位をハウジング310、ニードル弁331を設けない側の部位をノズル板301と定義する。 In this embodiment, the nozzle plate 301 and the housing 310 are separate components, but they may also be formed integrally as a single component. When both are formed as a single component, the position where the tip of the needle valve 331 abuts against the nozzle plate 301 is used as the boundary, and the area on the side where the needle valve 331 is provided is defined as the housing 310, and the area on the side where the needle valve 331 is not provided is defined as the nozzle plate 301.
<駆動ユニットの構成>
次に図3を用いて駆動ユニット330の構成を詳細に説明する。図3は、本発明の実施形態に係る駆動ユニット単体の説明図である。
<Configuration of drive unit>
Next, the configuration of the drive unit 330 will be described in detail with reference to Fig. 3. Fig. 3 is an explanatory diagram of the drive unit alone according to the embodiment of the present invention.
図3において駆動ユニット330は、ニードル弁331、圧電素子332および板バネ枠体333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、流路312はハウジング310に設けた複数の駆動ユニット330に共通の流路である。 In Figure 3, the drive unit 330 includes a needle valve 331, a piezoelectric element 332, and a leaf spring frame 333. The nozzle plate 301 is joined to the housing 310. The flow path 312 is a common flow path for multiple drive units 330 provided in the housing 310.
ニードル弁331は、その先端がノズル板301に設けたノズル302に対向しており、ニードル弁331の先端がノズル板301に当接することでノズル302を閉じる。本実施形態において、ニードル弁331は、その先端に弾性体331aを設けることでノズル302に対する密着性を上げ、より確実にノズル302を閉じるようにしている。ハウジング310は、軸受321を介してニードル弁331を支持しており、軸受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を装着して、流路312内から圧電素子332側への液体の流れ込みを防いでいる。 The tip of the needle valve 331 faces the nozzle 302 provided in the nozzle plate 301, and the nozzle 302 is closed when the tip of the needle valve 331 abuts against the nozzle plate 301. In this embodiment, the needle valve 331 is provided with an elastic body 331a at its tip, which increases adhesion to the nozzle 302 and more reliably closes the nozzle 302. The housing 310 supports the needle valve 331 via a bearing 321, and a sealing member 315 such as an O-ring is installed between the bearing 321 and the needle valve 331 to prevent liquid from flowing from the flow path 312 toward the piezoelectric element 332.
ハウジング310の内部に形成した空間322には、板バネ枠体333を配置している。板バネ枠体333は、ニードル弁保持部333a、枠部333b、伸縮部333c、空間333dおよび圧電素子保持部333e、333fを備える。ニードル弁保持部333aは、ニードル弁331の後端部を保持する。枠部333bは、例えば金属板からなり、中央部に空間333dを備えている。伸縮部333cは、枠部333bの一部に一体で形成した板バネであり、この部位が伸縮可能になっている。 A leaf spring frame 333 is disposed in space 322 formed inside housing 310. Leaf spring frame 333 includes a needle valve holding portion 333a, frame portion 333b, expandable portion 333c, space 333d, and piezoelectric element holding portions 333e and 333f. Needle valve holding portion 333a holds the rear end of needle valve 331. Frame portion 333b is made of, for example, a metal plate, and includes space 333d in the center. Expandable portion 333c is a leaf spring formed integrally with part of frame portion 333b, and this portion is expandable and contractible.
空間333dは、圧電素子332の設置スペースを形成する。圧電素子保持部333eは、枠部333bのニードル弁保持部333a後側から空間333dに向かって突出しており、圧電素子保持部333fは、枠部333bの圧電素子保持部333eと対面する部位において空間333dに向かって突出している。 Space 333d forms the installation space for piezoelectric element 332. Piezoelectric element holder 333e protrudes toward space 333d from the rear side of needle valve holder 333a of frame 333b, and piezoelectric element holder 333f protrudes toward space 333d at a position facing piezoelectric element holder 333e of frame 333b.
上記構成の板バネ枠体333に圧電素子332を取り付ける場合は、伸縮部333cの弾性変形を利用して板バネ枠体333を若干伸ばして空間333dを広げた状態にする。広げた状態の空間333dに圧電素子332を挿入したならば、板バネ枠体333を伸ばした状態から解放する。これにより、板バネ枠体333は、伸縮部333cが元に戻ろうとする復元力によって、圧電素子332の長手方向両端を、圧電素子保持部333eと圧電素子保持部333fとで挟み込むようにして保持する。従って、空間333dに圧電素子332を挿入したデフォルト状態においては、伸縮部333cが自然長よりも僅かに伸びた状態になる。 When attaching a piezoelectric element 332 to the leaf spring frame 333 configured as described above, the elastic deformation of the expansion/contraction portion 333c is used to slightly expand the leaf spring frame 333, widening the space 333d. Once the piezoelectric element 332 is inserted into the expanded space 333d, the leaf spring frame 333 is released from its expanded state. As a result, the leaf spring frame 333 holds both longitudinal ends of the piezoelectric element 332 between the piezoelectric element holding portions 333e and 333f due to the restoring force of the expansion/contraction portion 333c as it tries to return to its original shape. Therefore, in the default state where the piezoelectric element 332 is inserted into the space 333d, the expansion/contraction portion 333c is slightly expanded from its natural length.
なお、本実施形態において、弾性部材としての板バネ枠体333は、ニードル弁保持部333a、枠部333b、伸縮部333cおよび圧電素子保持部333e、333fを一体の部材で構成しているが、このうち一部の部位を別部材で構成してもよい。例えば、伸縮部333cをバネなどで構成し、バネを枠部333bに取り付けてもよい。 In this embodiment, the leaf spring frame 333 serving as the elastic member is configured such that the needle valve holding portion 333a, frame portion 333b, expandable portion 333c, and piezoelectric element holding portions 333e and 333f are integrated into a single member, but some of these portions may be configured as separate members. For example, the expandable portion 333c may be configured from a spring or the like, and the spring may be attached to the frame portion 333b.
ハウジング310に対する駆動ユニット330の取り付けは、例えばハウジング310に設けたネジ穴310aと規制部材314に設けたネジ穴314aとをネジ310bで締結することにより行う。つまり、規制部材314は、板バネ枠体333の圧電素子保持部333f側の端部を保持しており、ハウジング310は規制部材314を介して駆動ユニット330を保持する構成となっている。これにより、規制部材314は、板バネ枠体333の位置を規制し、圧電素子332の伸張によって板バネ枠体333が上側へ動かないように固定点をなしている。なお、ネジ310bによる締結は1箇所に限るものではない。例えば、図において右側にも同様のネジ穴を設け、規制部材314を左右から締結するようにしてもよい。ここで、ネジ穴310a、314aおよびネジ310bによる締結部は、「保持位置」の一例である。 The drive unit 330 is attached to the housing 310 by fastening a screw 310b through a screw hole 310a in the housing 310 and a screw hole 314a in the restricting member 314. In other words, the restricting member 314 holds the end of the leaf spring frame 333 on the piezoelectric element holding portion 333f side, and the housing 310 holds the drive unit 330 via the restricting member 314. The restricting member 314 thereby restricts the position of the leaf spring frame 333 and acts as a fixed point to prevent the leaf spring frame 333 from moving upward due to expansion of the piezoelectric element 332. Note that fastening with the screw 310b is not limited to one location. For example, a similar screw hole may be provided on the right side of the figure, allowing the restricting member 314 to be fastened from both the left and right. Here, the screw holes 310a, 314a, and the fastening points using the screw 310b are examples of "holding positions."
上記構成により、ニードル弁331および圧電素子332は、板バネ枠体333を介して同軸上、すなわち液体の吐出方向に直列に並んだ配置となる。そして、圧電素子332に駆動電圧を印加すると、圧電素子332が伸張する。圧電素子332が伸張すると、板バネ枠体333の伸縮部333cが弾性変形して当該伸張を吸収し、圧電素子332の先端部に設置したニードル弁保持部333aをノズル302側(図において下側)へ押す。このように、板バネ枠体333が圧電素子332の駆動により弾性変形して、圧電素子332の駆動力をニードル弁331に伝える。これにより、ニードル弁331の先端部(本実施形態では弾性体331a)がノズル302に当接してノズル302を閉じ、流路312に加圧供給した液体のノズル302からの吐出を止める。 With the above configuration, the needle valve 331 and piezoelectric element 332 are arranged coaxially, i.e., in series in the liquid ejection direction, via the leaf spring frame 333. When a drive voltage is applied to the piezoelectric element 332, the piezoelectric element 332 expands. As the piezoelectric element 332 expands, the expandable portion 333c of the leaf spring frame 333 elastically deforms to absorb the expansion and push the needle valve holder 333a installed at the tip of the piezoelectric element 332 toward the nozzle 302 (downward in the figure). In this way, the leaf spring frame 333 elastically deforms due to the drive of the piezoelectric element 332, transmitting the driving force of the piezoelectric element 332 to the needle valve 331. As a result, the tip of the needle valve 331 (elastic body 331a in this embodiment) abuts against the nozzle 302, closing the nozzle 302 and stopping the ejection of liquid supplied under pressure to the flow path 312 from the nozzle 302.
また、圧電素子332への駆動電圧の印加を停止すると、圧電素子332は収縮する。圧電素子332が収縮すると、伸縮部333cが弾性変形して当該収縮を吸収し、圧電素子332の先端部に設置したニードル弁保持部333aを後端側(図において上側)へ引っ張る。これにより、ニードル弁331の先端部(本実施形態では弾性体331a)がノズル302から離間してノズル302を開き、流路312に加圧供給した液体をノズル302から吐出する。 Furthermore, when the application of the drive voltage to the piezoelectric element 332 is stopped, the piezoelectric element 332 contracts. When the piezoelectric element 332 contracts, the expandable portion 333c elastically deforms to absorb the contraction and pulls the needle valve holder 333a installed at the tip of the piezoelectric element 332 toward the rear end (upward in the figure). As a result, the tip of the needle valve 331 (elastic body 331a in this embodiment) separates from the nozzle 302, opening the nozzle 302 and causing the liquid supplied under pressure to the flow path 312 to be ejected from the nozzle 302.
また、図3の構成においては、板バネ枠体333の一部に温度測定手段としてのサーミスタ334を設け、サーミスタ334により板バネ枠体333の温度を測定している。なお、サーミスタ334の設置場所は板バネ枠体333に限るものではない。サーミスタ334は、ハウジング310または圧電素子332等、他のヘッド構成部品に設けてもよい。 In addition, in the configuration shown in Figure 3, a thermistor 334 is provided as a temperature measurement means in part of the leaf spring frame 333, and the temperature of the leaf spring frame 333 is measured by the thermistor 334. Note that the location of the thermistor 334 is not limited to the leaf spring frame 333. The thermistor 334 may also be provided in other head components, such as the housing 310 or the piezoelectric element 332.
<駆動ユニットの収縮について>
次に図4を用いて圧電素子332の温度と駆動ユニット330の収縮量との関係を説明する。図4は、圧電素子温度と駆動ユニット収縮量の関係を示した説明図である。
<About drive unit contraction>
Next, the relationship between the temperature of the piezoelectric element 332 and the amount of contraction of the drive unit 330 will be described with reference to Fig. 4. Fig. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between the temperature of the piezoelectric element and the amount of contraction of the drive unit.
ヘッド300に使用する圧電素子332は、大きな変位量を発生することが可能な、いわゆる高変位タイプの圧電素子であり、この種の圧電素子の中には圧電素子の温度が高まると圧電素子の全長が縮む特性を有するものがある。この特性の圧電素子を用いる場合は、オーバーシュート(信号がローレベルからハイレベルへ変化する際、一時的に電圧が100%を超えてしまう現象)やリンギング(信号の振動)等による自己破壊を防ぐ配慮が必要である。そのため本実施形態では圧電素子332を板バネ枠体333で保持することで圧電素子332の自己破壊を防ぐようにしている。 The piezoelectric element 332 used in the head 300 is a so-called high-displacement type piezoelectric element capable of generating a large amount of displacement. Some piezoelectric elements of this type have the characteristic that their overall length shrinks as the temperature of the piezoelectric element rises. When using a piezoelectric element with this characteristic, care must be taken to prevent self-destruction due to overshoot (a phenomenon in which the voltage temporarily exceeds 100% when a signal changes from low level to high level) or ringing (signal vibration). For this reason, in this embodiment, the piezoelectric element 332 is held in place by a leaf spring frame 333 to prevent self-destruction of the piezoelectric element 332.
この板バネ枠体333は、圧電素子332を保持した状態では、上述のように自然長よりも僅かに伸びた状態になっている。しかし、圧電素子332の駆動による自己発熱等によって圧電素子332の温度が高まると圧電素子332の全長は縮み、圧電素子332の全長が縮むと、これに追従して板バネ枠体333も自然長に戻る方向へ縮む。そして、板バネ枠体333が縮むことにより、板バネ枠体333に取り付けたニードル弁331もノズル302から離れる方向へ動く。その結果、駆動ユニット330全体の長さが短くなる。 When the plate spring frame 333 holds the piezoelectric element 332, it is slightly extended from its natural length as described above. However, when the temperature of the piezoelectric element 332 rises due to self-heating caused by driving the piezoelectric element 332, the overall length of the piezoelectric element 332 shrinks. As the overall length of the piezoelectric element 332 shrinks, the plate spring frame 333 also shrinks in a direction returning to its natural length. As the plate spring frame 333 shrinks, the needle valve 331 attached to the plate spring frame 333 also moves in a direction away from the nozzle 302. As a result, the overall length of the drive unit 330 becomes shorter.
例えば図4においてヘッドA(実線)の場合は、圧電素子温度25°Cでは駆動ユニットは殆ど収縮しないが、圧電素子温度50°Cでは駆動ユニット全体の長さは約5μm縮んでしまう。 For example, in Figure 4, for head A (solid line), the drive unit barely shrinks at a piezoelectric element temperature of 25°C, but the overall length of the drive unit shrinks by approximately 5 μm at a piezoelectric element temperature of 50°C.
この傾向はヘッドAと異なる材料を用いたヘッドB(破線)の場合も同様であり、圧電素子温度25°Cでは駆動ユニットは殆ど収縮しないが、圧電素子温度40°Cでは駆動ユニット全体の長さは約5μm縮んでしまう。 This trend is also seen in the case of head B (dashed line), which uses a different material from head A. At a piezoelectric element temperature of 25°C, the drive unit barely shrinks, but at a piezoelectric element temperature of 40°C, the overall length of the drive unit shrinks by approximately 5 μm.
従って、図4のヘッドAを常温環境下で組み立て、例えば圧電素子の温度が50°C以上になるシステムに搭載して使用した場合は、圧電素子332の温度上昇に伴いニードル弁331がノズル302を閉じなくなるおそれがある。 Therefore, if head A in Figure 4 is assembled in a room temperature environment and used in a system in which the temperature of the piezoelectric element reaches 50°C or higher, there is a risk that the needle valve 331 will no longer close the nozzle 302 as the temperature of the piezoelectric element 332 rises.
<ヘッド制御装置のハードウエア構成>
次に図5を用いてヘッド制御装置のハードウエア構成を説明する。図5は、本発明の実施形態に係るヘッド制御装置のハードウエア構成の一例を示す説明図である。なお、図5に示すハードウエア構成は必要に応じて構成要素が追加または削除されてもよい。
<Hardware configuration of head control device>
Next, the hardware configuration of the head control device will be described with reference to Fig. 5. Fig. 5 is an explanatory diagram showing an example of the hardware configuration of a head control device according to an embodiment of the present invention. Note that components may be added or deleted from the hardware configuration shown in Fig. 5 as necessary.
図5においてヘッド制御装置902は、制御部9020、駆動波形増幅部9022およびAD変換部9023を備える。このうちの制御部9020は、駆動波形生成部9021、温度データ格納部9024および補正値算出部9025を備える。また、ヘッド制御装置902はヘッドシステム30との電気的な接続が可能であり、ヘッドシステム30はヘッド300およびサーミスタ334を備える。ここで、サーミスタ334は「温度測定手段」の一例である。 In FIG. 5, the head control device 902 includes a control unit 9020, a drive waveform amplifier 9022, and an AD converter 9023. Of these, the control unit 9020 includes a drive waveform generator 9021, a temperature data storage unit 9024, and a correction value calculator 9025. The head control device 902 can also be electrically connected to the head system 30, which includes the head 300 and thermistor 334. Here, the thermistor 334 is an example of a "temperature measurement means."
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へ送信する。また、駆動波形生成部9021は、補正値算出部9025から圧電素子332の駆動電圧補正値に関する補正値情報を受信した場合は、その補正値情報に基づき駆動波形を補正する。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、ヘッド300が有する圧電素子332に対して駆動電圧を印加する。AD変換部9023は、サーミスタ334から受信した信号に対してAD変換を行い、変換後の信号を温度データ格納部9024に出力する。 The drive waveform generation unit 9021 generates a drive waveform and transmits the generated drive waveform signal to the drive waveform amplification unit 9022. Furthermore, when the drive waveform generation unit 9021 receives correction value information related to the drive voltage correction value of the piezoelectric element 332 from the correction value calculation unit 9025, it corrects the drive waveform based on the correction value information. The drive waveform amplification unit 9022 amplifies the voltage and current of the drive waveform signal received from the drive waveform generation unit 9021 and applies a drive voltage to the piezoelectric element 332 of the head 300. The AD conversion unit 9023 performs AD conversion on the signal received from the thermistor 334 and outputs the converted signal to the temperature data storage unit 9024.
温度データ格納部9024は、例えば温度と、当該温度での駆動ユニット330の収縮量と、当該収縮量を補うようにするための駆動電圧値とを紐づけたテーブルを格納している。また、温度データ格納部9024は、駆動波形生成部9021から受信した駆動波形信号の情報と、AD変換部9023を介してサーミスタ334から受信した信号の情報を格納する。補正値算出部9025は、温度データ格納部9024から受信した情報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。 The temperature data storage unit 9024 stores a table that links, for example, temperature, the amount of contraction of the drive unit 330 at that temperature, and the drive voltage value required to compensate for that amount of contraction. The temperature data storage unit 9024 also stores information about the drive waveform signal received from the drive waveform generation unit 9021 and information about the signal received from the thermistor 334 via the AD conversion unit 9023. The correction value calculation unit 9025 calculates a correction value based on the information received from the temperature data storage unit 9024 and transmits the calculated correction value information to the drive waveform generation unit 9021.
上記構成のヘッド制御装置902を図2に示したヘッド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状態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、制御部9020は「制御手段」の一例である。 By providing a head control device 902 with the above configuration for each piezoelectric element 332 of the head 300 shown in Figure 2, it becomes possible to correct the ejection state for each nozzle, and to adjust the liquid ejection amount, droplet size, etc. for each nozzle. Here, the control unit 9020 is an example of a "control means."
なお、ヘッドシステム30が有するサーミスタ334の設置場所は特定の場所に限るものではない。サーミスタ334は、ハウジング310、圧電素子332または板バネ枠体333等のヘッド構成部品に設ける以外に、後述するシステム(印刷装置本体)側にヘッド300とは別の場所で備えてもよい。あるいは、サーミスタ334をヘッド300とシステムの両方に備えてもよい。この場合は、例えばヘッド300に備えたサーミスタでヘッド温度を測定し、システムに備えたサーミスタでシステム周囲の環境温度を測定し、複数のサーミスタの温度データに基づき駆動波形を生成する。 The location of the thermistor 334 in the head system 30 is not limited to a specific location. The thermistor 334 may be provided in a head component such as the housing 310, piezoelectric element 332, or leaf spring frame 333, or it may be provided in a location separate from the head 300 on the system (printing device main body) side, which will be described later. Alternatively, the thermistor 334 may be provided in both the head 300 and the system. In this case, for example, the head temperature is measured using a thermistor provided in the head 300, and the environmental temperature around the system is measured using a thermistor provided in the system, and a drive waveform is generated based on the temperature data from the multiple thermistors.
<アクチュエータ駆動電圧の説明>
次に、図6乃至図8を用いてアクチュエータ(圧電素子)の駆動電圧について説明する。図6乃至図8はアクチュエータ駆動電圧の説明図であり、図6および図7は液体吐出動作の実行中における駆動電圧の説明図、図8は液体吐出動作開始前における駆動電圧の説明図である。
<Explanation of actuator drive voltage>
Next, the drive voltage of the actuator (piezoelectric element) will be described with reference to Figures 6 to 8. Figures 6 to 8 are explanatory diagrams of the actuator drive voltage, Figures 6 and 7 are explanatory diagrams of the drive voltage during execution of a liquid ejection operation, and Figure 8 is an explanatory diagram of the drive voltage before the liquid ejection operation starts.
図6において圧電素子332に第1駆動電圧V1を印加した場合、圧電素子332は伸びた状態となる。圧電素子332が伸びた状態では、板バネ枠体333を介してニードル弁331がノズル板301側へ動き、ニードル弁331はノズル302を閉じる。また、第2駆動電圧V2(本実施形態では0V)とした場合は圧電素子332が縮んだ状態となるため、板バネ枠体333がニードル弁331をノズル板301から離れる方向へ動かし、ノズル302が開く。 In Figure 6, when a first drive voltage V1 is applied to the piezoelectric element 332, the piezoelectric element 332 expands. When the piezoelectric element 332 expands, the needle valve 331 moves toward the nozzle plate 301 via the leaf spring frame 333, and the needle valve 331 closes the nozzle 302. When a second drive voltage V2 (0 V in this embodiment) is applied, the piezoelectric element 332 contracts, and the leaf spring frame 333 moves the needle valve 331 away from the nozzle plate 301, opening the nozzle 302.
そして、サーミスタ334が高い温度を測定した場合は、第1駆動電圧V1をそれより高い電圧V1Hに補正する。つまり、サーミスタ334によって測定された温度が高いほど第1駆動電圧V1を高くする。なお、駆動電圧V1から駆動電圧V1Hへの補正は、図5に示した制御部9020が主となって実行する。第1駆動電圧V1をサーミスタ334によって測定された温度に応じて上記のように補正することで圧電素子332の縮みに伴う駆動ユニット330の収縮量を補うことが可能になり、温度によらず確実にノズルの閉じた状態を維持することができる。 If the thermistor 334 measures a high temperature, the first drive voltage V1 is corrected to a higher voltage V1H. In other words, the higher the temperature measured by the thermistor 334, the higher the first drive voltage V1 is. The correction from drive voltage V1 to drive voltage V1H is primarily performed by the control unit 9020 shown in Figure 5. By correcting the first drive voltage V1 as described above in accordance with the temperature measured by the thermistor 334, it becomes possible to compensate for the amount of contraction of the drive unit 330 that accompanies the contraction of the piezoelectric element 332, and the nozzle can be reliably maintained in a closed state regardless of the temperature.
上述のように本実施形態は、液体を吐出するノズル302に対してノズル302を閉じる位置と開く位置との間で移動するニードル弁331と、ニードル弁331を移動させるための動力をニードル弁331に付与する圧電素子332とを有するヘッド300と、サーミスタ334とを備えるヘッドシステム30を制御するためのヘッド制御装置902であって、ニードル弁331は、圧電素子332への第1駆動電圧V1によりノズル302を閉じる方向に移動し、圧電素子332への第1駆動電圧V1と異なる第2駆動電圧V2によりノズル302を開く方向に移動するニードル弁であり、サーミスタ334によって測定された温度が高いほど第1駆動電圧V1を高くする(駆動電圧V1Hにする)制御部9020を備える。 As described above, this embodiment provides a head control device 902 for controlling a head system 30 including a head 300 having a needle valve 331 that moves between a position that closes and a position that opens a nozzle 302 that ejects liquid, a piezoelectric element 332 that applies power to the needle valve 331 to move the needle valve 331, and a thermistor 334. The needle valve 331 moves in a direction that closes the nozzle 302 in response to a first drive voltage V1 applied to the piezoelectric element 332, and moves in a direction that opens the nozzle 302 in response to a second drive voltage V2 that is different from the first drive voltage V1 applied to the piezoelectric element 332. The head control device 9020 increases the first drive voltage V1 (to drive voltage V1H) as the temperature measured by the thermistor 334 increases.
また、上述のようにサーミスタ334を、ヘッド300のハウジング310、圧電素子332、または圧電素子332を保持する板バネ枠体333のいずれかの部材に備え、サーミスタ334はその部材の温度を測定する。 As described above, the thermistor 334 is provided in one of the components, the housing 310 of the head 300, the piezoelectric element 332, or the leaf spring frame 333 that holds the piezoelectric element 332, and the thermistor 334 measures the temperature of that component.
これらにより温度上昇による圧電素子332の収縮がもたらす駆動ユニット330の収縮量を補うことが可能になり、温度によらず確実にノズル302の閉じた状態を維持できる。 This makes it possible to compensate for the amount of contraction of the drive unit 330 caused by the contraction of the piezoelectric element 332 due to temperature rise, ensuring that the nozzle 302 remains closed regardless of temperature.
図7は図6の変形例である。第1駆動電圧V1のみを補正した場合、第2駆動電圧V2との電位差が補正前と補正後とで変わり(|V1-V2|<|V1H-V2|)、ノズル302からの液体の吐出特性(吐出量、吐出速度等)に影響を与える場合がある。本変形例では、サーミスタ334によって測定された温度に応じて、第1駆動電圧V1と共に第2駆動電圧V2も高くするようにしている。好ましくは、第1駆動電圧V1と第2駆動電圧V2との電位差が、補正前と補正後とで一定(|V1-V2|=|V1H-V2H|)となるように可変する。 Figure 7 is a modified example of Figure 6. If only the first drive voltage V1 is corrected, the potential difference with the second drive voltage V2 will change before and after correction (|V1-V2| < |V1H-V2|), which may affect the ejection characteristics (ejection volume, ejection speed, etc.) of the liquid from the nozzle 302. In this modified example, the second drive voltage V2 is increased along with the first drive voltage V1 according to the temperature measured by the thermistor 334. Preferably, the potential difference between the first drive voltage V1 and the second drive voltage V2 is varied so that it remains constant before and after correction (|V1-V2| = |V1H-V2H|).
上述のように本実施形態において、制御部9020は、サーミスタ334によって測定された温度が高いほど第1駆動電圧V1と共に第2駆動電圧V2を高くする。 As described above, in this embodiment, the control unit 9020 increases both the first drive voltage V1 and the second drive voltage V2 as the temperature measured by the thermistor 334 increases.
また、上述のように制御部9020は、第1駆動電圧V1と第2駆動電圧V2との電位差が一定となるように第1駆動電圧V1および第2駆動電圧V2を可変する。 Furthermore, as described above, the control unit 9020 varies the first drive voltage V1 and the second drive voltage V2 so that the potential difference between the first drive voltage V1 and the second drive voltage V2 is constant.
これらにより温度によらず確実にノズル302の閉じた状態を維持できるとともに、液体の吐出特性の変動も低減できる。 This ensures that the nozzle 302 remains closed regardless of temperature, while also reducing fluctuations in the liquid ejection characteristics.
図8は、液体吐出動作開始前における駆動電圧の説明図である。本実施形態のヘッドシステム30およびヘッド制御装置902は、用途によって使用環境が多岐にわたるものであり、使用環境によってはヘッドが正常に動作する温度範囲よりもヘッド温度が低くなってしまっている場合がある。この場合、高い電圧を最初から圧電素子332に印加すると圧電素子332を伸ばし過ぎてしまい、ニードル弁331のノズル板301に対する当接が過剰になり、ニードル弁331やノズル板301の変形や破損を招くおそれがある。 Figure 8 is an explanatory diagram of the drive voltage before the start of liquid ejection operation. The head system 30 and head control device 902 of this embodiment are used in a wide variety of environments depending on the application, and in some environments the head temperature may be lower than the temperature range in which the head operates normally. In this case, if a high voltage is applied to the piezoelectric element 332 from the beginning, the piezoelectric element 332 will stretch too much, causing the needle valve 331 to come into excessive contact with the nozzle plate 301, which may result in deformation or damage to the needle valve 331 or nozzle plate 301.
そこで、ヘッドが正常に動作する温度範囲よりもヘッド温度が低い場合、ヘッド制御装置902は圧電素子332に対して第1駆動電圧V1よりも低い電圧V1Lを印加する。電圧V1Lによる圧電素子332の駆動は、サーミスタ334によって測定された温度が正常動作可能な温度範囲(例えば30°C以上)になるまで続ける。 Therefore, when the head temperature is lower than the temperature range in which the head operates normally, the head control device 902 applies a voltage V1L, which is lower than the first drive voltage V1, to the piezoelectric element 332. Driving of the piezoelectric element 332 with voltage V1L continues until the temperature measured by the thermistor 334 falls within the temperature range in which the head can operate normally (for example, 30°C or higher).
なお、電圧V1Lで駆動している期間は、ヘッド300の流路312への液体の供給を停止し、ノズル302から液体を吐出しない状態で実施する。そして、ヘッド内部を加熱し、サーミスタ334によって測定された温度が例えば30°C以上になったならばヘッド制御装置902は圧電素子332に対して第1駆動電圧V1を印加してノズル302を閉じる。 Note that while the head 300 is being driven at voltage V1L, the supply of liquid to the flow path 312 is stopped and liquid is not ejected from the nozzle 302. The inside of the head is then heated, and when the temperature measured by the thermistor 334 reaches, for example, 30°C or higher, the head control device 902 applies the first drive voltage V1 to the piezoelectric element 332 to close the nozzle 302.
上述のように本実施形態において、サーミスタ334によって測定された温度が所定温度よりも低い場合は、温度が所定温度に達するまでヘッド300を第1駆動電圧V1よりも低い電圧V1Lで駆動する。 As described above, in this embodiment, if the temperature measured by the thermistor 334 is lower than a predetermined temperature, the head 300 is driven at a voltage V1L lower than the first drive voltage V1 until the temperature reaches the predetermined temperature.
これにより、ヘッド300が低温であることに起因して生じるニードル弁331のノズル板301への過剰な当接による変形や破損を防止することができる。 This prevents deformation or damage caused by excessive contact of the needle valve 331 with the nozzle plate 301 due to the low temperature of the head 300.
<システムの概略>
次に、上述のヘッドを搭載したシステムについて説明する。図9は、本発明の実施形態に係るシステムの全体斜視図である。ここに例示したシステムは、トラックの車体側面などに画像を形成する印刷装置である。
<System Overview>
Next, a system equipped with the above-described head will be described. Fig. 9 is an overall perspective view of the system according to an embodiment of the present invention. The system illustrated here is a printing device that forms an image on the side of a truck body or the like.
図9において印刷装置1000は、トラックの車体側面などの対象物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。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。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。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。 In Figure 9, the printing device 1000 is installed facing an object 100, such as the side of a truck body. The printing device 1000 has an X-axis rail 101, a Y-axis rail 102 that intersects with the X-axis rail 101, and a Z-axis rail 103 that intersects with the X-axis rail 101 and Y-axis rail 102. The Y-axis rail 102 holds the X-axis rail 101 so that it can move in the Y direction (positive and negative). The X-axis rail 101 holds the Z-axis rail 103 so that it can move in the X direction (positive and negative). The Z-axis rail 103 holds the carriage 1 so that it can move in the Z direction (positive and negative).
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と、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。 The printing device 1000 includes a first Z-direction drive unit 92 that moves the carriage 1 in the Z direction along the Z-axis rail 103, and an X-direction drive unit 72 that moves the Z-axis rail 103 in the X direction along the X-axis rail 101. The printing device 1000 also includes a Y-direction drive unit 82 that moves the X-axis rail 101 in the Y direction along the Y-axis rail 102, and a second Z-direction drive unit 93 that moves the head holder 70 in the Z direction relative to the carriage 1.
上記構成の印刷装置1000は、X軸レール101が一定間隔でY方向負側へ下降する毎に、キャリッジ1がX軸レール101上を左右(X方向負側および正側)に往復動作する。キャリッジ1の往復移動に伴い、ヘッド保持体70に設けたヘッドは対象物100を走査しながら液体の一例としてのインクを吐出し、対象物100に対して液体吐出処理の一例としての画像形成を行う。 In the printing device 1000 configured as described above, the carriage 1 moves back and forth on the X-axis rail 101 from side to side (negative and positive sides in the X direction) each time the X-axis rail 101 moves down toward the negative side in the Y direction at regular intervals. As the carriage 1 moves back and forth, the head provided on the head holder 70 ejects ink, an example of a liquid, while scanning the object 100, forming an image on the object 100, an example of a liquid ejection process.
ここで、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。なお、図において対象物100の表面形状は平面としているが、対象物100の表面形状は、鉛直に近い面、曲率半径の大きい面、または多少の凹凸を有する面であってもよい。また、システムの構成は、対象物100に対してヘッドを動かすものに限るものではない。ヘッドと対象物100とは相対的に移動が可能であればよく、対象物100をヘッドに対して動かす構成のものであってもよい。 Here, the movement of the carriage 1 and head holder 70 in the Z direction does not necessarily mean that it is parallel to the Z direction; it may be diagonal movement as long as it includes at least a component in the Z direction. Note that while the surface shape of the object 100 is shown as flat in the figure, the surface shape of the object 100 may also be a nearly vertical surface, a surface with a large radius of curvature, or a surface with some unevenness. Furthermore, the system configuration is not limited to one in which the head moves relative to the object 100. It is sufficient that the head and object 100 are capable of moving relative to each other, and the system may also be configured to move the object 100 relative to the head.
<キャリッジの構成>
次に図10を用いてキャリッジの構成を説明する。図10は、図9に示した印刷装置1000のキャリッジ1の全体斜視図であり、キャリッジ1を対象物100側から見たものである。
<Carriage configuration>
Next, the configuration of the carriage will be described with reference to Fig. 10. Fig. 10 is an overall perspective view of the carriage 1 of the printing device 1000 shown in Fig. 9, as seen from the target object 100 side.
図10においてキャリッジ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9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。ヘッド保持体70は、図9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。本実施形態では、8つのノズル302を有するヘッドを、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。なお、以下の説明においてヘッド300a~300fを総称する場合は「ヘッド300」と記す。 In FIG. 10, the carriage 1 is equipped with a head holder 70. The carriage 1 is movable in the Z direction (positive and negative) along the Z-axis rail 103 using power from the first Z-direction drive unit 92 shown in FIG. 9. The head holder 70 is movable in the Z direction (positive and negative) relative to the carriage 1 using power from the second Z-direction drive unit 93 shown in FIG. 9. The head holder 70 is equipped with a head fixing plate 70a for mounting the heads 300. In this embodiment, a configuration is illustrated in which six heads, each with eight nozzles 302, are mounted on the head fixing plate 70a, and the six heads 300a-300f are arranged in a stacked configuration. In the following description, the heads 300a-300f will be collectively referred to as "heads 300."
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。 The type and number of ink colors used by heads 300a-300f may be different for each head, or they may all be the same color. For example, if the printing device 1000 is a coating device that uses a single color, the inks used by heads 300a-300f may be the same color. Also, the number of heads making up head 300 is not limited to six. It may be more or less than six.
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、鉛直方向と交差する方向(Z方向正側)にインクを吐出する。 As shown in the figure, the heads 300 are fixed to the head fixing plate 70a with the nozzle rows of each head intersecting the horizontal plane (X-Z plane) and the arrangement direction of the multiple nozzles 302 tilted relative to the X axis. In this state, the nozzles 302 eject ink in a direction intersecting the vertical direction (positive Z direction).
<印刷装置のハードウエア構成>
次に、図11を用いて印刷装置1000のハードウエア構成を説明する。図11は、実施形態に係る印刷装置のハードウエア構成の一例を示す説明図である。なお、図11に示すハードウエア構成は、必要に応じて構成要素が追加または削除されてもよい。
<Hardware configuration of printing device>
Next, the hardware configuration of the printing device 1000 will be described using Fig. 11. Fig. 11 is an explanatory diagram showing an example of the hardware configuration of a printing device according to an embodiment. Note that components may be added or deleted from the hardware configuration shown in Fig. 11 as needed.
図11において印刷装置1000は、コントローラ901、ヘッド制御装置902およびヘッドシステム30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、対象物100に形成する画像の画像データを走査(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、対象物100に形成する画像の画像データおよび座標データの設定や、画像形成モードの選択、画像形成(印刷)範囲の設定、印刷指示等を行う入力装置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。 In FIG. 11, the printing device 1000 includes a controller 901, a head control device 902, and a head system 30. A computer 903 is connected to the controller 901. The computer 903 includes a RIP (Routing Information Protocol) unit 9031 that performs image processing according to the color profile and user settings, and a rendering unit 9032 that breaks down the image data of the image to be formed on the object 100 into image data for each scan (movement of the carriage 1 in the X-axis direction). An input device 9033 is also connected to the computer 903, which sets the image data and coordinate data of the image to be formed on the object 100, selects the image formation mode, sets the image formation (printing) range, and issues printing instructions. The input device 9033 includes a keyboard, mouse, touch panel, etc., and accepts input from the user.
コントローラ901は、システム制御部9011、データ格納部9012、メモリ制御部9013、吐出周期信号生成部9014、キャリッジ制御部9015およびメンテナンス制御部9016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、印刷装置1000の全体動作を制御する。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、印刷範囲データ等を格納する。メモリ制御部9013は、データ格納部9012を制御する。 The controller 901 includes a system control unit 9011, a data storage unit 9012, a memory control unit 9013, an ejection period signal generation unit 9014, a carriage control unit 9015, and a maintenance control unit 9016. The system control unit 9011 receives image data and commands from the computer 903 and controls the overall operation of the printing device 1000. The data storage unit 9012 includes memory such as ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory), and HDD (Hard Disk Drive), and stores image data, print range data, etc. received from the computer 903. The memory control unit 9013 controls the data storage unit 9012.
印刷装置1000は、例えばX軸レール101に沿って設置したリニアエンコーダを備える。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、例えばキャリッジ1や維持回復装置105等、X軸レール101上で移動可能な部材に設置し、当該部材のX軸上での位置情報を取得できるようにしている。吐出周期信号生成部9014は、キャリッジ1におけるエンコーダセンサ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、インクの吐出周期信号を生成する。 The printing device 1000 is equipped with a linear encoder installed, for example, along the X-axis rail 101. An encoder sensor 109 that optically detects each slit of the linear encoder is installed on a member that can move on the X-axis rail 101, such as the carriage 1 or the maintenance and recovery device 105, so that position information of that member on the X-axis can be obtained. The ejection period signal generation unit 9014 generates an ink ejection period signal from the output signal of the encoder sensor 109 on the carriage 1 and information indicating the resolution of the image data received from the computer 903.
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、Y方向駆動部82、第1のZ方向駆動部92および第2のZ方向駆動部93の駆動を制御する。メンテナンス制御部9016は、維持回復装置105におけるエンコーダセンサ109の出力信号に基づき、維持回復装置105の位置情報を算出するとともに、維持回復装置105の動作制御を行う。ここで、維持回復装置105は、キャリッジ1に搭載したヘッド300に対して所定のタイミングで空吐出、ワイピング、洗浄等のメンテナンスを実施する装置である。 The carriage control unit 9015 calculates position information for the carriage 1 based on the output signal of the encoder sensor 109 and controls the driving of the X-direction drive unit 72, Y-direction drive unit 82, first Z-direction drive unit 92, and second Z-direction drive unit 93. The maintenance control unit 9016 calculates position information for the maintenance and recovery device 105 based on the output signal of the encoder sensor 109 in the maintenance and recovery device 105, and controls the operation of the maintenance and recovery device 105. Here, the maintenance and recovery device 105 is a device that performs maintenance such as idle ejection, wiping, and cleaning at predetermined times on the head 300 mounted on the carriage 1.
以上のようにコントローラ901は、システム制御部9011、データ格納部9012、メモリ制御部9013、吐出周期信号生成部9014、キャリッジ制御部9015およびメンテナンス制御部9016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。 As described above, the controller 901 includes a system control unit 9011, a data storage unit 9012, a memory control unit 9013, an ejection period signal generation unit 9014, a carriage control unit 9015, and a maintenance control unit 9016. The controller 901 has an arithmetic processing unit and a storage device, and the arithmetic processing unit executes a program pre-recorded in the storage device to realize each of these functional units.
ヘッド制御装置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受信し、吐出周期信号に基づきヘッド300におけるインク吐出動作を制御する。また、ヘッド制御装置902は、サーミスタ334から受信する温度情報に基づきヘッド300の駆動波形を生成し、駆動波形に応じた駆動電圧をヘッド300(圧電素子332)に印加する。なお、ヘッド制御装置902およびヘッドシステム30の構成等は図5で説明したので、ここでの詳細な説明は省略する。 The head control device 902 receives an ejection period signal from the ejection period signal generation unit 9014 of the controller 901, and controls the ink ejection operation of the head 300 based on the ejection period signal. The head control device 902 also generates a drive waveform for the head 300 based on temperature information received from the thermistor 334, and applies a drive voltage corresponding to the drive waveform to the head 300 (piezoelectric element 332). Note that the configuration of the head control device 902 and head system 30 has been explained in Figure 5, so a detailed explanation will be omitted here.
なお、RIP部9031およびレンダリング部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。また、本実施形態では、キャリッジ1および維持回復装置105等の位置を検出するセンサとしてエンコーダセンサを例示したが、センサはこれに限るものではない。エンコーダセンサ以外に例えばプッシュセンサ等のメカニカルセンサでもよいし、レーザー光などを用いた光学式センサであってもよい。 The RIP unit 9031 and rendering unit 9032 may be provided in the system control unit 9011 of the controller 901, rather than in the computer 903. In addition, while this embodiment uses an encoder sensor as an example of a sensor for detecting the positions of the carriage 1 and the maintenance and recovery device 105, the sensor is not limited to this. Other than the encoder sensor, a mechanical sensor such as a push sensor may also be used, or an optical sensor using laser light, for example.
<実施形態の動作>
次に、印刷装置1000における印刷動作の一例を説明する。
<Operation of the embodiment>
Next, an example of the printing operation of the printing device 1000 will be described.
印刷装置1000は、コンピュータ903から印刷指示を受信すると、X軸レール101をY方向正側へ動かし、キャリッジ1が印刷開始位置と対向する位置となるように設定する。印刷を開始すると、キャリッジ1は印刷開始位置からX方向正側へX軸レール101上を移動し、キャリッジ1に搭載したヘッド300が吐出するインクによって対象物100に所望の画像を形成する。キャリッジ1のX方向正側への移動による1回目の走査が終了したならば、X軸レール101をY方向負側へ一定間隔だけ移動(改行)する。 When the printing device 1000 receives a print command from the computer 903, it moves the X-axis rail 101 toward the positive Y-axis direction, positioning the carriage 1 so that it faces the print start position. When printing begins, the carriage 1 moves on the X-axis rail 101 from the print start position toward the positive X-axis direction, and the head 300 mounted on the carriage 1 ejects ink to form the desired image on the target object 100. Once the first scan by moving the carriage 1 toward the positive X-axis direction is complete, the X-axis rail 101 is moved a fixed distance toward the negative Y-axis direction (line feed).
その後、キャリッジ1は、今度はX軸レール101上をX方向負側へ移動し、ヘッド300が吐出するインクによって対象物100に所望の画像を形成する。キャリッジ1のX方向負側への移動による2回目の走査が終了したならば、X軸レール101をさらにY方向負側へ一定間隔だけ移動する。以上の動作を印刷終了位置まで繰り返すことにより、印刷装置1000は対象物100への画像形成が完了する。 Then, the carriage 1 moves on the X-axis rail 101 in the negative X direction, and the desired image is formed on the object 100 using ink ejected by the head 300. Once the second scan by moving the carriage 1 in the negative X direction is complete, the X-axis rail 101 is further moved a fixed distance in the negative Y direction. By repeating the above operation until the printing end position, the printing device 1000 completes image formation on the object 100.
なお、キャリッジ1によるX方向の走査が終了する毎に、ヘッド300に対して維持回復装置105によるメンテナンス動作を実施するようにしてもよい。また、維持回復装置105は、キャリッジ1に搭載する構成であってもよいし、あるいはX軸レール101の端部に設置する構成であってもよい。 In addition, each time the carriage 1 finishes scanning in the X direction, the maintenance and recovery device 105 may perform maintenance operations on the head 300. The maintenance and recovery device 105 may be mounted on the carriage 1, or may be installed at the end of the X-axis rail 101.
<アクチュエータ駆動電圧制御の流れ>
次に、図12および図13を用いてアクチュエータ(圧電素子)駆動電圧の制御動作の一例を説明する。図12はアクチュエータ駆動電圧制御の一例を示すフローチャートであり、温度測定からヘッド駆動までの処理を表している。
<Flow of actuator drive voltage control>
Next, an example of the control operation of the actuator (piezoelectric element) drive voltage will be described with reference to Figures 12 and 13. Figure 12 is a flow chart showing an example of actuator drive voltage control, and shows the process from temperature measurement to head drive.
図12において、まず圧電素子332の駆動電圧制御のための温度測定が開始する(ステップS1)。温度は、ハウジング310、圧電素子332または板バネ枠体333等のヘッド構成部品に設けたサーミスタ334、あるいは印刷装置1000本体等のヘッド300とは別の場所に設けたサーミスタ334によって測定する。そしてサーミスタ334は温度データをヘッド制御装置902へ送信する。ヘッド制御装置902は、受信した温度データを、ヘッド制御装置902内の温度データ格納部9024に格納する(ステップS2)。 In Figure 12, temperature measurement for controlling the drive voltage of the piezoelectric element 332 begins first (step S1). The temperature is measured by a thermistor 334 provided in a head component such as the housing 310, piezoelectric element 332, or leaf spring frame 333, or by a thermistor 334 provided in a location separate from the head 300, such as the main body of the printing device 1000. The thermistor 334 then transmits the temperature data to the head control device 902. The head control device 902 stores the received temperature data in the temperature data storage unit 9024 within the head control device 902 (step S2).
次に、ヘッド制御装置902内の補正値算出部9025は、温度データ格納部9024に格納した温度データを基に駆動電圧の補正値を算出する(ステップS3)。温度データ格納部9024は、例えば温度と、当該温度での駆動ユニット330の収縮量と、当該収縮量を補うようにするための駆動電圧値とを紐づけたテーブルを格納している。そして、補正値算出部9025は、温度データ格納部9024のテーブルとサーミスタ334から受信した温度データとを照らし合わせて駆動電圧の補正値を算出し、算出した補正値の情報を駆動波形生成部9021へ送信する。 Next, the correction value calculation unit 9025 in the head control device 902 calculates a correction value for the drive voltage based on the temperature data stored in the temperature data storage unit 9024 (step S3). The temperature data storage unit 9024 stores a table that links, for example, temperature, the amount of contraction of the drive unit 330 at that temperature, and the drive voltage value required to compensate for that amount of contraction. The correction value calculation unit 9025 then compares the table in the temperature data storage unit 9024 with the temperature data received from the thermistor 334 to calculate a correction value for the drive voltage, and transmits information about the calculated correction value to the drive waveform generation unit 9021.
駆動波形生成部9021は補正値の情報を受信すると、その補正値の情報に基づいて駆動波形を生成(補正)する(ステップS4)。つまり、図6および図7において破線で示した駆動波形を生成する。そして、駆動波形生成部9021は、生成した駆動波形信号を、駆動波形増幅部9022を介してヘッド300へ送信する。これにより、ヘッド300は駆動波形の電圧に応じて動作する(ステップS5)。 When the drive waveform generation unit 9021 receives the correction value information, it generates (corrects) a drive waveform based on the correction value information (step S4). That is, it generates the drive waveform shown by the dashed lines in Figures 6 and 7. The drive waveform generation unit 9021 then transmits the generated drive waveform signal to the head 300 via the drive waveform amplifier unit 9022. As a result, the head 300 operates in accordance with the voltage of the drive waveform (step S5).
図13はアクチュエータ駆動電圧制御の一例を示すフローチャートであり、低温状態のヘッドを駆動するまでの処理を表している。 Figure 13 is a flowchart showing an example of actuator drive voltage control, illustrating the process up to driving the head in a low-temperature state.
図13において、図12との差異はステップS1(温度測定)とステップS2(温度データ格納)との間に、ヘッド300が使用温度範囲内かを判断するステップを追加した点である。つまり、ステップS1(温度測定)でのサーミスタ334によって測定された温度に基づき、ヘッド300が正常動作可能な温度範囲内かを判断する(ステップS11)。ステップS11での判断がNOの場合(正常動作可能な温度範囲内にない場合)は、図8で説明したように圧電素子332に対して第1駆動電圧V1よりも低い駆動電圧V1Lを印加する(ステップS12)。 Figure 13 differs from Figure 12 in that a step for determining whether the head 300 is within the operating temperature range has been added between step S1 (temperature measurement) and step S2 (temperature data storage). That is, based on the temperature measured by the thermistor 334 in step S1 (temperature measurement), it is determined whether the head 300 is within the temperature range in which it can operate normally (step S11). If the determination in step S11 is NO (not within the temperature range in which it can operate normally), a drive voltage V1L lower than the first drive voltage V1 is applied to the piezoelectric element 332 (step S12), as described in Figure 8.
駆動電圧V1Lの印加を続けながらサーミスタ334による温度測定を行い、ヘッド300が使用温度範囲内の温度に達したならば、ステップS2(温度データ格納)に移行する。ステップS2以降の処理は図12と同様であるため説明は省略する。低温状態のヘッドを駆動する際は以上のように駆動電圧制御を実施することで、ヘッドが低温であることに起因して生じるニードル弁331のノズル板301への過剰な当接による変形や破損を防止することができる。 While continuing to apply the drive voltage V1L, the thermistor 334 measures the temperature, and when the head 300 reaches a temperature within the operating temperature range, the process proceeds to step S2 (storing temperature data). The processing from step S2 onwards is the same as in Figure 12, so a detailed explanation will be omitted. By controlling the drive voltage as described above when driving a head in a low-temperature state, it is possible to prevent deformation or damage caused by excessive contact of the needle valve 331 with the nozzle plate 301 due to the head being at a low temperature.
<ヘッド制御装置の変形例>
図14は、本発明の実施形態に係るヘッド制御装置のハードウエア構成の他の例を示す説明図である。本変形例では図5のようなサーミスタ等の温度測定手段を用いずにヘッド300の駆動回数または駆動周波数からヘッド300の温度を算出する。つまり、ヘッド300を連続して駆動するときの累積の駆動回数が増えるほど圧電素子332の温度は上昇し、また、ヘッド300の駆動周波数が高いほど圧電素子332の温度は早く上昇すると考えられる。本変形例では上記の考えのもと、ヘッド300の駆動回数または駆動周波数からヘッド300の温度を算出(推定)している。なお、図14に示すハードウエア構成は、必要に応じて構成要素が追加または削除されてもよい。
<Modification of Head Control Device>
FIG. 14 is an explanatory diagram showing another example of the hardware configuration of a head control device according to an embodiment of the present invention. In this modification, the temperature of the head 300 is calculated from the number of times the head 300 is driven or the drive frequency, without using a temperature measurement device such as a thermistor as shown in FIG. 5. In other words, it is believed that the temperature of the piezoelectric element 332 rises as the cumulative number of times the head 300 is driven continuously increases, and that the temperature of the piezoelectric element 332 rises more quickly as the drive frequency of the head 300 increases. Based on the above considerations, in this modification, the temperature of the head 300 is calculated (estimated) from the number of times the head 300 is driven or the drive frequency. Note that components may be added or deleted from the hardware configuration shown in FIG. 14 as needed.
図14においてヘッド制御装置902は、制御部9020および駆動波形増幅部9022を備える。このうちの制御部9020は、駆動波形生成部9021、駆動情報取得部9026および補正値算出部9025を備え、ヘッド制御装置902はヘッド300との電気的な接続が可能である。 In FIG. 14, the head control device 902 includes a control unit 9020 and a drive waveform amplifier 9022. The control unit 9020 includes a drive waveform generator 9021, a drive information acquisition unit 9026, and a correction value calculation unit 9025, and the head control device 902 can be electrically connected to the head 300.
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および駆動情報取得部9026へ送信する。また、駆動波形生成部9021は、補正値算出部9025から圧電素子332の駆動電圧補正値に関する補正値情報を受信した場合は、その補正値情報に基づき駆動波形を補正する。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、ヘッド300が有する圧電素子332に対して駆動電圧を印加する。 The drive waveform generation unit 9021 generates a drive waveform and transmits the generated drive waveform signal to the drive waveform amplification unit 9022 and drive information acquisition unit 9026. Furthermore, when the drive waveform generation unit 9021 receives correction value information related to the drive voltage correction value of the piezoelectric element 332 from the correction value calculation unit 9025, it corrects the drive waveform based on the correction value information. The drive waveform amplification unit 9022 amplifies the voltage and current of the drive waveform signal received from the drive waveform generation unit 9021 and applies a drive voltage to the piezoelectric element 332 of the head 300.
駆動情報取得部9026は、駆動波形生成部9021から駆動波形信号を受信し、駆動波形信号よりヘッド300の駆動回数または駆動周波数の情報を取得する。そして、駆動情報取得部9026は、取得した駆動回数または駆動周波数の情報をもとに、ヘッド300の温度を算出する。補正値算出部9025は、駆動情報取得部9026から受信した情報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。そして、駆動情報取得部9026によって算出した温度が高いほど、第1駆動電圧V1が高くなるように制御部9020が駆動電圧を制御する。 The drive information acquisition unit 9026 receives a drive waveform signal from the drive waveform generation unit 9021 and acquires information on the number of times the head 300 is driven or the drive frequency from the drive waveform signal. The drive information acquisition unit 9026 then calculates the temperature of the head 300 based on the acquired information on the number of times the head is driven or the drive frequency. The correction value calculation unit 9025 calculates a correction value based on the information received from the drive information acquisition unit 9026 and transmits the calculated correction value information to the drive waveform generation unit 9021. The control unit 9020 then controls the drive voltage so that the first drive voltage V1 increases as the temperature calculated by the drive information acquisition unit 9026 increases.
上記構成のヘッド制御装置902を、図2に示したヘッド300の圧電素子332それぞれに備えることで、ノズル毎に吐出状態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、駆動情報取得部9026は「駆動情報取得手段」の一例である。 By providing the head control device 902 configured as described above for each of the piezoelectric elements 332 of the head 300 shown in Figure 2, it becomes possible to correct the ejection state for each nozzle, and to adjust the liquid ejection amount, droplet size, etc. for each nozzle. Here, the drive information acquisition unit 9026 is an example of a "drive information acquisition means."
上述のように本実施形態は、液体を吐出するノズル302に対してノズル302を閉じる位置と開く位置との間で移動するニードル弁331と、ニードル弁331を移動させるための動力をニードル弁331に付与する圧電素子332とを有するヘッド300を制御するためのヘッド制御装置902であって、ニードル弁331は、圧電素子332への第1駆動電圧V1によりノズル302を閉じる方向に移動し、圧電素子332への第1駆動電圧V1と異なる第2駆動電圧V2によりノズル302を開く方向に移動するニードル弁であり、ヘッド300の駆動回数または駆動周波数の情報を取得する駆動情報取得部9026と、駆動情報取得部9026が取得した駆動回数が大きいほど、または駆動周波数が高いほど第1駆動電圧V1を高くする(駆動電圧V1Hにする)制御部9020とを備える。これにより、温度によらず確実にノズル302の閉じた状態を維持できる。 As described above, this embodiment provides a head control device 902 for controlling a head 300 having a needle valve 331 that moves between a position that closes and a position that opens a nozzle 302 that ejects liquid, and a piezoelectric element 332 that applies power to the needle valve 331 to move the needle valve 331. The needle valve 331 moves in a direction that closes the nozzle 302 in response to a first drive voltage V1 applied to the piezoelectric element 332, and moves in a direction that opens the nozzle 302 in response to a second drive voltage V2 that is different from the first drive voltage V1 applied to the piezoelectric element 332. The head control device 902 also includes a drive information acquisition unit 9026 that acquires information on the number of times the head 300 is driven or the drive frequency, and a control unit 9020 that increases the first drive voltage V1 (to drive voltage V1H) the greater the drive count or the higher the drive frequency acquired by the drive information acquisition unit 9026. This ensures that the nozzle 302 remains closed regardless of temperature.
<システムの変形例>
図11において、印刷装置として例示したシステムでは、温度測定手段の一例であるサーミスタ334をヘッドシステム30内に設けた構成としたが、温度測定手段の設置場所はこれに限るものではない。例えばヘッド300の設置箇所やサイズを小さくするためにサーミスタ334をヘッド300ではなく、印刷装置1000内のヘッド近傍の箇所に設けてもよい。
<System Variations>
11, in the system exemplified as a printing apparatus, the thermistor 334, which is an example of a temperature measuring means, is provided inside the head system 30, but the location of the temperature measuring means is not limited to this. For example, in order to reduce the installation location and size of the head 300, the thermistor 334 may be provided in a location near the head inside the printing apparatus 1000, rather than in the head 300.
すなわち、サーミスタ334を、ヘッド300が搭載されたシステムであって液体を吐出する印刷装置1000側に備える。ヘッド300を搭載した印刷装置1000内でヘッド近傍の温度をサーミスタ334により検知することで、ヘッド300の温度をおおよそ把握することができる。 That is, the thermistor 334 is provided on the printing device 1000 side, which is a system equipped with the head 300 and ejects liquid. By using the thermistor 334 to detect the temperature near the head within the printing device 1000 equipped with the head 300, it is possible to roughly determine the temperature of the head 300.
また、サーミスタ334によって測定された温度が所定温度よりも低い場合は、温度が所定温度に達するまでヘッド300を第1駆動電圧V1よりも低い電圧V1Lで駆動する。これにより、本変形例でもヘッド300が低温であることに起因して生じるニードル弁331のノズル板301への過剰な当接による変形や破損を防止することができる。 Furthermore, if the temperature measured by the thermistor 334 is lower than a predetermined temperature, the head 300 is driven at a voltage V1L lower than the first drive voltage V1 until the temperature reaches the predetermined temperature. This makes it possible to prevent deformation or damage to the needle valve 331 due to excessive contact with the nozzle plate 301 caused by the head 300 being at a low temperature, even in this modified example.
<ヘッド組立装置の説明>
次に、図15を用いてヘッド300を組み立てる際に用いる組立装置について説明する。図15は、ヘッド組立装置の構成例を示すブロック図である。
<Explanation of head assembly device>
Next, an assembly device used when assembling the head 300 will be described with reference to Fig. 15. Fig. 15 is a block diagram showing an example of the configuration of the head assembly device.
上述の駆動電圧制御を行うことでヘッドは温度によらず確実にノズルの閉じた状態を維持することができるようになる。しかしながらヘッドシステム30およびヘッド制御装置902は、用途によって使用環境およびヘッド300で使用する液体の温度仕様等が多岐にわたる。従って、ヘッド制御装置902による駆動電圧制御だけではなく、ヘッド300を組み立てる段階からヘッド300で使用する液体の温度仕様やヘッド300を使用する環境を考慮して組み立てることが好ましい。特にヘッド300のハウジング310に対する駆動ユニット330の保持位置(ネジ穴310a、314aおよびネジ310bによる締結部)は、上記を考慮して調整しておくことが好ましい。 By performing the above-mentioned drive voltage control, the head can reliably maintain a closed nozzle state regardless of temperature. However, the head system 30 and head control device 902 vary widely depending on the application, including the operating environment and temperature specifications of the liquid used in the head 300. Therefore, it is preferable to assemble the head 300 taking into consideration not only drive voltage control by the head control device 902, but also the temperature specifications of the liquid used in the head 300 and the environment in which the head 300 will be used, from the assembly stage onwards. In particular, it is preferable to adjust the holding position of the drive unit 330 relative to the housing 310 of the head 300 (the fastening parts using screw holes 310a, 314a and screws 310b) taking the above into consideration.
そこで、図15に示すヘッド組立装置1500を用いてハウジング310に対する駆動ユニット330の保持位置を、ヘッド300で使用する液体の温度仕様、ヘッド300を使用する環境等に考慮して組み立てる。なお、図15に示した構成は一例であり、必要に応じて構成要素が追加または削除されてもよい。 The head assembly device 1500 shown in Figure 15 is used to assemble the drive unit 330 relative to the housing 310, taking into consideration the temperature specifications of the liquid used in the head 300, the environment in which the head 300 will be used, etc. Note that the configuration shown in Figure 15 is just one example, and components may be added or removed as needed.
図15においてヘッド組立装置1500は、入力装置1501、コンピュータ1502、ヘッド制御装置902およびヘッド300からなる。入力装置1501は、ヘッド300で使用する液体の温度仕様、ヘッド300を使用する環境温度等の情報を入力するための装置であり、キーボード、マウス、タッチパネル等からなり、作業者からの入力を受け付ける。コンピュータ1502は、入力装置1501から液体の温度仕様、ヘッド300の使用環境に関する情報や指示を受信する。また、コンピュータ1502は、入力装置1501から受信した情報をヘッド制御装置902(制御部9020)へ送信する。 In Figure 15, the head assembly device 1500 comprises an input device 1501, a computer 1502, a head control device 902, and a head 300. The input device 1501 is a device for inputting information such as the temperature specifications of the liquid used in the head 300 and the environmental temperature in which the head 300 is used, and comprises a keyboard, mouse, touch panel, etc., and accepts input from an operator. The computer 1502 receives information and instructions regarding the temperature specifications of the liquid and the environment in which the head 300 is used from the input device 1501. The computer 1502 also transmits the information received from the input device 1501 to the head control device 902 (control unit 9020).
ヘッド制御装置902は、例えば図5で説明したヘッド制御装置を用いることができる。ヘッド300は、ヘッド組立装置1500での組立対象物であるので、組み立てが完了する毎に別のヘッド300と入れ替わることになる。また、ヘッド制御装置902は、ヘッド300側に設けてもよいし、ヘッド組立装置1500側に設けてもよい。前者の場合はヘッド300の入れ替えと共にヘッド制御装置902もヘッド組立装置1500に対して入れ替わることになる。後者の場合は、複数のヘッド300の組立において、1つのヘッド制御装置902を共通で用いることになる。なお、ヘッド制御装置902およびヘッド300の構成は図5で説明したのでここでの説明は省略する。 The head control device 902 can be, for example, the head control device described in Figure 5. Because the head 300 is an object to be assembled by the head assembly device 1500, it is replaced with another head 300 each time assembly is completed. The head control device 902 may be provided on the head 300 side, or on the head assembly device 1500 side. In the former case, the head control device 902 will be replaced with the head assembly device 1500 when the head 300 is replaced. In the latter case, a single head control device 902 will be used in common when assembling multiple heads 300. The configurations of the head control device 902 and head 300 have been described in Figure 5, so a description thereof will be omitted here.
<ヘッド製造方法>
次に、ヘッド組立時の処理(作業)の流れを説明する。図16は、ヘッド製造工程の一例を示すフローチャートであり、ヘッドを組み立てる際に実施する処理を表している。
<Head manufacturing method>
Next, the flow of processes (work) during head assembly will be described. Figure 16 is a flowchart showing an example of a head manufacturing process, and represents the processes carried out when assembling a head.
図16において、まず作業者はヘッド300が使用する液体の温度仕様、ヘッド300を使用する環境温度等の情報を入力する(ステップS161)。情報の入力はヘッド組立装置1500の入力装置1501より作業者が入力することにより行う。作業者が入力した情報は、コンピュータ1502を経由してヘッド制御装置902が受信する。そして、ヘッド制御装置902は、受信した液体の温度仕様、ヘッド使用環境温度等の情報を、ヘッド制御装置902の温度データ格納部9024(図5参照)に格納する。 In Figure 16, first, the worker inputs information such as the temperature specifications of the liquid used by the head 300 and the environmental temperature in which the head 300 will be used (step S161). The information is input by the worker using the input device 1501 of the head assembly device 1500. The information input by the worker is received by the head control device 902 via the computer 1502. The head control device 902 then stores the received information such as the temperature specifications of the liquid and the environmental temperature in which the head will be used in the temperature data storage unit 9024 of the head control device 902 (see Figure 5).
次に、ヘッド制御装置902内の補正値算出部9025は、ステップS161で温度データ格納部9024に格納したデータを基に組立調整に用いる駆動電圧の補正値を算出する(ステップS162)。温度データ格納部9024は、例えば液体の温度仕様と、ヘッド使用環境温度と、各温度での駆動ユニット330の収縮量と、当該収縮量を補うようにするための駆動電圧値とを紐づけたテーブルを格納している。そして、補正値算出部9025は、温度データ格納部9024のテーブルと入力装置1501から受信した情報とを照らし合わせて組立調整に用いる駆動電圧の補正値を算出し、補正値の情報を駆動波形生成部9021へ送信する。 Next, the correction value calculation unit 9025 in the head control device 902 calculates a correction value for the drive voltage to be used for assembly adjustment based on the data stored in the temperature data storage unit 9024 in step S161 (step S162). The temperature data storage unit 9024 stores a table that links, for example, the liquid temperature specifications, the head usage environment temperature, the amount of contraction of the drive unit 330 at each temperature, and the drive voltage value to compensate for that amount of contraction. The correction value calculation unit 9025 then compares the table in the temperature data storage unit 9024 with the information received from the input device 1501 to calculate a correction value for the drive voltage to be used for assembly adjustment, and transmits the correction value information to the drive waveform generation unit 9021.
駆動波形生成部9021は、補正値の情報を受信すると、その補正値の情報に基づいて駆動波形を生成する(ステップS163)。駆動波形生成部9021は、生成した駆動波形信号を、駆動波形増幅部9022を介してヘッド300へ送信し、ヘッド300に組立調整用の駆動電圧を印加する。そして作業者は、組立調整用の駆動電圧を印加した環境下でヘッド300の組立てを行う(ステップS164)。 When the drive waveform generation unit 9021 receives the correction value information, it generates a drive waveform based on the correction value information (step S163). The drive waveform generation unit 9021 transmits the generated drive waveform signal to the head 300 via the drive waveform amplifier unit 9022, and applies a drive voltage for assembly adjustment to the head 300. The worker then assembles the head 300 in an environment where the drive voltage for assembly adjustment is applied (step S164).
これにより、ヘッド300のハウジング310と駆動ユニット330とを、実際の使用条件や使用環境に近い環境で位置決めすることが可能になるので、補正処理における制御回路の負荷を軽減できる。また、システム設置場所での初期調整の時間を削減することが可能になる。以下、組立調整の具体例を説明する。 This makes it possible to position the housing 310 and drive unit 330 of the head 300 under conditions and environments that are close to actual usage, thereby reducing the load on the control circuit during correction processing. It also makes it possible to reduce the time required for initial adjustments at the system installation site. Specific examples of assembly adjustments are described below.
例えばヘッド300を、温度30°C未満の環境で使用する用途のヘッドとして組み立てる場合は、図4に示したように温度に起因した駆動ユニットの収縮量は小さい。そのため、第1駆動電圧V1(図6の実線)を組立調整用の駆動電圧として用いてヘッド300を組み立てる。これにより、温度30°C未満の環境で正確にノズル開閉を行うことが可能なヘッドを製造(組立)できる。 For example, when assembling the head 300 for use in an environment with a temperature of less than 30°C, the amount of temperature-induced contraction of the drive unit is small, as shown in Figure 4. Therefore, the head 300 is assembled using the first drive voltage V1 (solid line in Figure 6) as the drive voltage for assembly adjustment. This makes it possible to manufacture (assemble) a head that can accurately open and close nozzles in an environment with a temperature of less than 30°C.
また、例えばヘッド300を、温度30°C以上50°C以下の環境で使用する用途のヘッドとして組み立てる場合は、温度に起因した駆動ユニットの収縮量が大きい。そのため、第1駆動電圧V1を用いて組立調整を行ったのでは、ニードル弁331がノズル302を閉じきらない状態となる可能性がある。この場合は、駆動電圧V1H(図6の破線)を組立調整用の駆動電圧として用いてヘッド300を組み立てる。これによりヘッド300を温度30°C以上50°C以下の環境に置いた場合でも正確にノズル開閉を行うことが可能なヘッドを製造(組立)できる。以上のような製造工程を取り入れることで、実使用環境に即した組立調整が可能となる。 Furthermore, for example, when assembling the head 300 for use in an environment with a temperature between 30°C and 50°C, the amount of shrinkage of the drive unit due to temperature is large. Therefore, if assembly adjustment is performed using the first drive voltage V1, there is a possibility that the needle valve 331 will not completely close the nozzle 302. In this case, the head 300 is assembled using drive voltage V1H (dashed line in Figure 6) as the drive voltage for assembly adjustment. This makes it possible to manufacture (assemble) a head that can accurately open and close the nozzle even when the head 300 is placed in an environment with a temperature between 30°C and 50°C. By incorporating the manufacturing process described above, assembly adjustment that is suited to the actual usage environment becomes possible.
<適用例>
以下、図17乃至図21を用いて本発明の実施形態に係るシステムの適用例を説明する。
<Application example>
An application example of the system according to the embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
≪第1適用例≫
図17は、本発明の実施形態に係るシステムの第1適用例を示す概略図であり、図17(a)は全体構成図、図17(b)は図17(a)の要部拡大図である。
<First application example>
17A and 17B are schematic diagrams showing a first application example of a system according to an embodiment of the present invention, in which FIG. 17A is an overall configuration diagram and FIG. 17B is an enlarged view of a main part of FIG. 17A.
例示したシステムは、例えば航空機の機体側面などに画像を形成する印刷装置である。印刷装置2000は、キャリッジ1を往復直線移動可能に支持するリニアレール404と、リニアレール404を適宜所定の位置へ動かし、その位置で保持する多関節ロボット405とを備える。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の先端を自由に動かし、正確な位置に配置することができる。 The illustrated system is a printing device that forms an image on, for example, the side of an aircraft fuselage. The printing device 2000 includes a linear rail 404 that supports a carriage 1 so that it can move linearly back and forth, and an articulated robot 405 that moves the linear rail 404 to a predetermined position as needed and holds it in that position. The articulated robot 405 includes a robot arm 405a that has multiple joints that allow it to move freely like a human arm, and the tip of the robot arm 405a can be moved freely and positioned accurately.
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を機体702の所定位置に対峙することができる。ロボット405は、6軸に限るものではなく、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。 The articulated robot 405 may be, for example, a six-axis controlled industrial robot with six axes, i.e., six joints. With a six-axis articulated robot, by teaching information about its operation in advance, the linear rail 404 can be positioned at a predetermined position on the machine body 702 with great accuracy and speed. The robot 405 is not limited to six axes, and articulated robots with an appropriate number of axes, such as five or seven, can also be used.
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。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が支持している。 The robot arm 405a of the robot 405 is equipped with a fork-shaped support member 424. A vertical linear rail 423a is attached to the tip of the left branch 424a of this support member 424, and a vertical linear rail 423b is attached to the tip of the right branch 424b so that they are parallel to each other. The two vertical linear rails 423a, 423b support both ends of the linear rail 404, which movably holds the carriage 1.
キャリッジ1は、上述のヘッドシステム30およびヘッド制御装置902などを備え、機体702に向けて液体を吐出するヘッドを備えている。ヘッドとしては、上述のヘッド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400から各色の液体を供給している。 The carriage 1 is equipped with the above-mentioned head system 30 and head control device 902, and is equipped with a head that ejects liquid toward the machine body 702. The head may be the above-mentioned head 300, or multiple heads 300 that eject liquid of each color, such as yellow, magenta, cyan, black, and white, or a head 300 with multiple nozzle rows. Liquid of each color is supplied from an ink tank 400 to each head 300 or each nozzle row of the head 300 of this carriage 1.
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の方向と交差する第2の方向へ動くことが可能である。また、キャリッジ1には、第1の方向および第2の方向と交差する第3の方向(本例では機体702に向けての液体吐出方向)にてキャリッジ1を動かす第1のスライド機構を備えている。また、キャリッジ1は、ヘッドをキャリッジ1に対して第3の方向にて動かす第2のスライド機構を備えている。 Carriage 1 moves in a first direction by moving on linear rail 404, and can move in a second direction intersecting the first direction by moving linear rail 404 on vertical linear rails 423a and 423b. Carriage 1 also has a first slide mechanism that moves carriage 1 in a third direction intersecting the first and second directions (in this example, the direction of liquid ejection toward machine body 702). Carriage 1 also has a second slide mechanism that moves the head relative to carriage 1 in the third direction.
印刷装置2000は、ロボット405によりリニアレール404を機体702の画像形成領域に動かし、画像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、画像形成を行う。そして、1ライン分の印刷が終了したときに、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動かす。この動作を繰り返して、機体702の所要の画像形成領域に画像形成することが可能となる。 The printing device 2000 uses the robot 405 to move the linear rail 404 to the image formation area of the machine body 702, and drives the head 300 while moving the carriage 1 along the linear rail 404 according to the image data to form an image. Then, when printing of one line is completed, the vertical linear rails 423a and 423b are driven to move the head 300 of the carriage 1 from one line to the next. By repeating this operation, it is possible to form an image in the required image formation area of the machine body 702.
≪第2適用例≫
図18は、本発明の実施形態に係るシステムの第2適用例を示す概略図である。
<Second Application Example>
FIG. 18 is a schematic diagram showing a second application example of the system according to the embodiment of the present invention.
例示したシステムは、例えばウォールクライミングロボットのような無人車両型の印刷装置である。印刷装置7000は、対象物(本例では建物の壁面)100を印刷装置7000の底部で吸引しながらローラ710を駆動して移動することが可能である。印刷装置7000は、インク等の液体を吐出するヘッド720を備えており、液体タンク730に収容した液体を、ケーブル740を介してヘッド720へ供給する。そして、印刷装置7000はヘッド720から対象物100に向けて液体を吐出し、対象物100の塗装部Pに液体を塗布する。 The illustrated system is an unmanned vehicle-type printing device, such as a wall-climbing robot. The printing device 7000 is capable of moving an object 100 (the wall of a building in this example) by driving a roller 710 while sucking it at the bottom of the printing device 7000. The printing device 7000 is equipped with a head 720 that ejects liquid such as ink, and supplies liquid contained in a liquid tank 730 to the head 720 via a cable 740. The printing device 7000 then ejects the liquid from the head 720 toward the object 100, applying the liquid to the painted area P of the object 100.
なお、本適用例は、液体タンク730を地上に設置し、ケーブル740を介して液体タンク730からヘッド720への液体の供給を行っているが、液体タンク730は印刷装置7000に備えてもよい。印刷装置7000に液体タンク730を備えることで、ケーブル740による移動範囲の制限をなくすことができ、印刷装置7000を自由に動かすことが可能になる。 In this application example, the liquid tank 730 is installed on the ground and liquid is supplied from the liquid tank 730 to the head 720 via the cable 740, but the liquid tank 730 may also be provided in the printing device 7000. By providing the liquid tank 730 in the printing device 7000, the movement range restriction imposed by the cable 740 can be eliminated, allowing the printing device 7000 to move freely.
そして、このような印刷装置7000のヘッド720に、上述したヘッドシステム30およびヘッド制御装置902を適用した場合にも、本発明の効果を得ることができる。 The effects of the present invention can also be achieved when the head system 30 and head control device 902 described above are applied to the head 720 of such a printing device 7000.
≪第3適用例≫
図19は、本発明の実施形態に係るシステムの第3適用例を示す概略図である。
<Third Application Example>
FIG. 19 is a schematic diagram showing a third application example of the system according to the embodiment of the present invention.
例示したシステムは、例えば路面走行ロボットのような無人車両型の印刷装置である。無人車両9000は、対象物(本実施形態では車道、歩道等の路面)100を、ホイール910を駆動して移動することが可能である。無人車両9000は、インク等の液体を吐出するヘッド920を備えており、液体タンク930に収容した液体を、ケーブル940を介してヘッド920へ供給する。そして、無人車両9000はヘッド920から対象物100に向けて液体を吐出し、対象物100の塗装部Pに液体を塗布し、例えば横断歩道、停止線、センターライン等を路面に形成する。 The illustrated system is an unmanned vehicle-type printing device, such as a road-traveling robot. The unmanned vehicle 9000 is capable of moving an object 100 (in this embodiment, a road surface such as a roadway or sidewalk) by driving wheels 910. The unmanned vehicle 9000 is equipped with a head 920 that ejects liquid such as ink, and liquid stored in a liquid tank 930 is supplied to the head 920 via a cable 940. The unmanned vehicle 9000 then ejects the liquid from the head 920 toward the object 100, applying the liquid to a painted area P of the object 100 and forming, for example, a crosswalk, a stop line, a center line, etc. on the road surface.
なお、本適用例は、液体タンク930を地上に設置し、ケーブル940を介して液体タンク930からヘッド920への液体の供給を行っているが、液体タンク930は無人車両9000に備えてもよい。無人車両9000に液体タンク930を備えることで、ケーブル940による移動範囲の制限をなくすことができ、無人車両9000を自由に動かすことが可能になる。 In this application example, the liquid tank 930 is installed on the ground and liquid is supplied from the liquid tank 930 to the head 920 via the cable 940, but the liquid tank 930 may also be provided on the unmanned vehicle 9000. By providing the liquid tank 930 on the unmanned vehicle 9000, the movement range restriction imposed by the cable 940 can be eliminated, allowing the unmanned vehicle 9000 to move freely.
そして、このような無人車両9000のヘッド920に、上述したヘッドシステム30およびヘッド制御装置902を適用した場合にも、本発明の効果を得ることができる。 Furthermore, the effects of the present invention can be obtained even when the above-described head system 30 and head control device 902 are applied to the head 920 of such an unmanned vehicle 9000.
≪第4適用例≫
図20は、本発明の実施形態に係るシステムの第4適用例を示す概略図である。
<Fourth Application Example>
FIG. 20 is a schematic diagram showing a fourth application example of the system according to the embodiment of the present invention.
例示したシステムは、例えば自動車の車体を塗装する塗装ロボット8000である。塗装ロボット8000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810を備え、ロボットアーム810の先端に液体を吐出するヘッド820を備えている。また、ロボットアーム810はヘッド820の近傍に3Dセンサ830を備えている。塗装ロボット8000としては、5軸、6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。塗装ロボット8000は、3Dセンサ830によって対象物(本実施形態では車体)100に対するヘッド820の位置を検知し、その検知結果に基づきロボットアーム810を動かして対象物100を塗装する。 The illustrated system is a painting robot 8000 that paints, for example, the body of an automobile. The painting robot 8000 is equipped with a robot arm 810 that has multiple joints that allow it to move freely like a human arm, and a head 820 that ejects liquid at the tip of the robot arm 810. The robot arm 810 also has a 3D sensor 830 near the head 820. The painting robot 8000 can be a multi-joint robot with an appropriate number of axes, such as five, six, or seven. The painting robot 8000 detects the position of the head 820 relative to the object (a car body in this embodiment) 100 using the 3D sensor 830, and moves the robot arm 810 based on the detection results to paint the object 100.
このような塗装ロボット8000のヘッド820に、上述したヘッドシステム30およびヘッド制御装置902を適用した場合にも、本発明の効果を得ることができる。 The effects of the present invention can also be obtained when the head system 30 and head control device 902 described above are applied to the head 820 of such a painting robot 8000.
≪第5適用例≫
図21は、本発明の実施形態に係るシステムの第5適用例を示す概略図である。
<Fifth Application Example>
FIG. 21 is a schematic diagram showing a fifth application example of the system according to an embodiment of the present invention.
例示したシステムは、例えばドローン(drone)のような無人航空機6000である。無人航空機6000は、自身に搭載した測距センサ等の検出器610の検出結果に基づき無人航空機6000の位置を制御する。無人航空機6000は、インク等の液体を吐出するヘッド620を備えており、液体タンク630に収容した液体を、ケーブル640を介してヘッド620へ供給する。そして、上記の位置制御に基づいて、無人航空機6000はヘッド620から対象物(本実施形態では建物の壁面)100に向けて液体を吐出し、対象物100の塗装部Pに液体を塗布する。 The illustrated system is an unmanned aerial vehicle 6000, such as a drone. The unmanned aerial vehicle 6000 controls its position based on the detection results of a detector 610, such as a distance sensor, mounted on the unmanned aerial vehicle 6000. The unmanned aerial vehicle 6000 is equipped with a head 620 that ejects liquid such as ink, and supplies liquid stored in a liquid tank 630 to the head 620 via a cable 640. Then, based on the above position control, the unmanned aerial vehicle 6000 ejects liquid from the head 620 toward an object 100 (the wall surface of a building in this embodiment), applying the liquid to a coating area P of the object 100.
なお、本適用例は、液体タンク630を地上に設置し、ケーブル640を介して液体タンク630からヘッド620への液体の供給を行っているが、液体タンク630は無人航空機6000に備えてもよい。無人航空機6000に液体タンク630を備えることで、ケーブル640による移動範囲の制限をなくすことができ、無人航空機6000を自由に動かすことが可能になる。 In this application example, the liquid tank 630 is installed on the ground and liquid is supplied from the liquid tank 630 to the head 620 via the cable 640, but the liquid tank 630 may also be provided on the unmanned aerial vehicle 6000. By providing the liquid tank 630 on the unmanned aerial vehicle 6000, the movement range restriction imposed by the cable 640 can be eliminated, allowing the unmanned aerial vehicle 6000 to move freely.
そして、このような無人航空機6000のヘッド620に、上述したヘッドシステム30およびヘッド制御装置902を適用した場合にも、本発明の効果を得ることができる。 Furthermore, the effects of the present invention can be obtained even when the above-described head system 30 and head control device 902 are applied to the head 620 of such an unmanned aerial vehicle 6000.
<補足>
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。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。
<Additional Information>
In the present invention, the liquid may be a solution, suspension, emulsion, or the like containing a solvent such as water or an organic solvent, a colorant such as a dye or a pigment, a polymerizable compound, a resin, a surfactant, or the like, a functional material such as DNA, an amino acid, a protein, or calcium, an edible material such as a natural colorant, etc. These can be used, for example, in inkjet inks, coating materials, surface treatment solutions, liquids for forming components of electronic elements or light-emitting elements, or electronic circuit resist patterns, and material liquids for three-dimensional modeling.
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。 The above is just one example, and the present invention offers unique advantages in each of the following aspects:
第1の態様は、液体を吐出するノズルに対して該ノズルを閉じる位置と開く位置との間で移動する弁体(例えばニードル弁331)と前記弁体を移動させるための動力を前記弁体に付与するアクチュエータ(例えば圧電素子332)とを有するヘッド(例えばヘッド300)と、温度測定手段(例えばサーミスタ334)とを備えるヘッドシステム(例えばヘッドシステム30)を制御するためのヘッド制御装置(例えばヘッド制御装置902)であって、前記弁体は、前記アクチュエータへの第1駆動電圧(例えば駆動電圧V1)により前記ノズルを閉じる方向に移動し、前記アクチュエータへの前記第1駆動電圧と異なる第2駆動電圧(例えば駆動電圧V2)により前記ノズルを開く方向に移動する弁体であり、前記温度測定手段によって測定された温度が高いほど前記第1駆動電圧を高くする(例えば駆動電圧V1Hにする)制御手段(例えば制御部9020)を備えることを特徴とするものである。 The first aspect is a head control device (e.g., head control device 902) for controlling a head system (e.g., head system 30) that includes a head (e.g., head 300) having a valve element (e.g., needle valve 331) that moves between a position that closes and a position that opens a nozzle that ejects liquid, and an actuator (e.g., piezoelectric element 332) that applies power to the valve element to move the valve element, and temperature measurement means (e.g., thermistor 334), wherein the valve element moves in a direction that closes the nozzle in response to a first drive voltage (e.g., drive voltage V1) applied to the actuator, and moves in a direction that opens the nozzle in response to a second drive voltage (e.g., drive voltage V2) that is different from the first drive voltage applied to the actuator, and is characterized by comprising control means (e.g., control unit 9020) that increases the first drive voltage (e.g., to drive voltage V1H) as the temperature measured by the temperature measurement means increases.
第2の態様は、第1の態様において前記温度測定手段(例えばサーミスタ334)を、前記ヘッド(例えばヘッド300)の筐体(例えばハウジング310)、前記アクチュエータ(例えば圧電素子332)、または前記アクチュエータを保持する弾性部材(例えば板バネ枠体333)のいずれかの部材に備え、前記温度測定手段は前記部材の温度を測定することを特徴とするものである。 The second aspect is the first aspect, characterized in that the temperature measurement means (e.g., thermistor 334) is provided in any of the following members: the casing (e.g., housing 310) of the head (e.g., head 300), the actuator (e.g., piezoelectric element 332), or the elastic member (e.g., leaf spring frame 333) that holds the actuator, and the temperature measurement means measures the temperature of the member.
第1の態様および第2の態様によれば、温度によらず確実にノズルの閉じた状態を維持できる。 According to the first and second aspects, the nozzle can be reliably maintained in a closed state regardless of temperature.
第3の態様は、第1の態様において、前記制御手段(例えば制御部9020)は、前記温度測定手段(例えばサーミスタ334)によって測定された温度が高いほど前記第1駆動電圧(例えば駆動電圧V1)と共に前記第2駆動電圧(例えば駆動電圧V2)を高くする(例えば駆動電圧V2Hにする)ことを特徴とするものである。 The third aspect is the first aspect, characterized in that the control means (e.g., control unit 9020) increases the first drive voltage (e.g., drive voltage V1) and the second drive voltage (e.g., drive voltage V2) (e.g., to drive voltage V2H) as the temperature measured by the temperature measurement means (e.g., thermistor 334) increases.
第4の態様は、第1の態様において、前記制御手段(例えば制御部9020)は、前記第1駆動電圧(例えば駆動電圧V1)と前記第2駆動電圧(例えば駆動電圧V2)との電位差が一定となるように前記第1駆動電圧および前記第2駆動電圧を可変することを特徴とするものである。 The fourth aspect is the first aspect, wherein the control means (e.g., control unit 9020) varies the first drive voltage (e.g., drive voltage V1) and the second drive voltage (e.g., drive voltage V2) so that the potential difference between them is constant.
第3の態様および第4の態様によれば、温度によらず確実にノズルの閉じた状態を維持できるとともに、液体の吐出特性の変動も低減できる。 The third and fourth aspects allow the nozzles to be reliably maintained in a closed state regardless of temperature, while also reducing fluctuations in the liquid ejection characteristics.
第5の態様は、第1の態様乃至第4の態様のいずれかにおいて、前記温度測定手段(例えばサーミスタ334)によって測定された温度が所定温度よりも低い場合は、前記温度が所定温度に達するまで前記ヘッド(例えばヘッド300)を前記第1駆動電圧(例えば駆動電圧V1)よりも低い電圧(例えば電圧V1L)で駆動することを特徴とするものである。 The fifth aspect is characterized in that, in any of the first to fourth aspects, if the temperature measured by the temperature measurement means (e.g., thermistor 334) is lower than a predetermined temperature, the head (e.g., head 300) is driven at a voltage (e.g., voltage V1L) lower than the first drive voltage (e.g., drive voltage V1) until the temperature reaches the predetermined temperature.
第5の態様によれば、ヘッドが低温であることに起因して生じる弁体のノズル板への過剰な当接による変形や破損を防止することができる。 The fifth aspect prevents deformation or damage caused by excessive contact of the valve body with the nozzle plate due to the head being at a low temperature.
30 ヘッドシステム
300 ヘッド
302 ノズル
331 ニードル弁
332 圧電素子
334 サーミスタ
902 ヘッド制御装置
9020 制御部
9021 駆動波形生成部
9022 駆動波形増幅部
9024 温度データ格納部
9025 補正値算出部
9026 駆動情報取得部
1000 印刷装置
30 Head system 300 Head 302 Nozzle 331 Needle valve 332 Piezoelectric element 334 Thermistor 902 Head control device 9020 Control unit 9021 Drive waveform generation unit 9022 Drive waveform amplification unit 9024 Temperature data storage unit 9025 Correction value calculation unit 9026 Drive information acquisition unit 1000 Printing device
Claims (8)
前記弁体は、前記アクチュエータへの第1駆動電圧により前記ノズルを閉じる方向に移動し、前記アクチュエータへの前記第1駆動電圧と異なる第2駆動電圧により前記ノズルを開く方向に移動する弁体であり、
前記温度測定手段によって測定された温度が高いほど前記第1駆動電圧と共に前記第2駆動電圧を高くする制御手段を備えることを特徴とするヘッド制御装置。 A head control device for controlling a head system including a head having a valve body that moves between a position for closing and a position for opening a nozzle that ejects liquid, and an actuator that applies power to the valve body to move the valve body, and a temperature measuring means,
the valve element is a valve element that moves in a direction to close the nozzle in response to a first drive voltage applied to the actuator, and moves in a direction to open the nozzle in response to a second drive voltage applied to the actuator that is different from the first drive voltage,
a control unit for controlling the second driving voltage together with the first driving voltage so that the higher the temperature measured by the temperature measuring unit is, the higher the head control device is;
前記弁体は、前記アクチュエータへの第1駆動電圧により前記ノズルを閉じる方向に移動し、前記アクチュエータへの前記第1駆動電圧と異なる第2駆動電圧により前記ノズルを開く方向に移動する弁体であり、
前記ヘッドの駆動回数または駆動周波数の情報を取得する駆動情報取得手段と、
前記駆動情報取得手段が取得した駆動回数が大きいほど、または駆動周波数が高いほど前記第1駆動電圧を高くする制御手段と、を備えることを特徴とするヘッド制御装置。 A head control device for controlling a head having a valve body that moves between a position for closing a nozzle and a position for opening a nozzle that ejects liquid, and an actuator that applies power to the valve body to move the valve body,
the valve element is a valve element that moves in a direction to close the nozzle in response to a first drive voltage applied to the actuator, and moves in a direction to open the nozzle in response to a second drive voltage applied to the actuator that is different from the first drive voltage,
a drive information acquisition means for acquiring information on the number of times the head is driven or the drive frequency;
a control unit that increases the first drive voltage as the number of drive times acquired by the drive information acquisition unit increases or as the drive frequency increases.
前記ヘッドは、
前記弁体と、前記アクチュエータと、前記アクチュエータを保持し、該アクチュエータの駆動により弾性変形して前記アクチュエータの駆動力を前記弁体に伝える弾性部材とを有する駆動ユニットと、
前記駆動ユニットを保持する筐体と、を備え、
前記第1駆動電圧および前記第2駆動電圧は、前記ヘッドで使用する液体の温度仕様、および前記ヘッドを使用する環境温度のうちの少なくとも一方に応じて設定するとともに、
前記筐体に対する前記駆動ユニットの保持位置を、前記設定によって求めた前記第1駆動電圧および前記第2駆動電圧に基づいて決定することを特徴とするヘッド製造方法。 A method for manufacturing a head of the head control device according to any one of claims 1 to 5 , comprising the steps of:
The head
a drive unit including the valve body, the actuator, and an elastic member that holds the actuator and is elastically deformed by driving the actuator to transmit the driving force of the actuator to the valve body;
a housing for holding the drive unit,
the first driving voltage and the second driving voltage are set in accordance with at least one of a temperature specification of the liquid used in the head and an environmental temperature in which the head is used;
a holding position of the drive unit relative to the housing being determined based on the first drive voltage and the second drive voltage obtained by the setting;
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