液体喷出头及其驱动电路、喷墨或3D打印机、分注装置的制作方法

液体喷出头及其驱动电路、喷墨或3d打印机、分注装置
技术领域
1.本发明的实施方式涉及液体喷出头驱动电路和液体喷出头。


背景技术：

2.已知将规定量的液体供给到规定位置的液体喷出头。液体喷出头搭载于例如喷墨打印机、3d打印机、分注装置等。喷墨打印机从喷墨头喷出墨水的液滴，在记录介质的表面形成图像等。3d打印机从造型材料喷出头喷出造型材料的液滴并使其固化，而形成三维造型物。分注装置喷出试样的液滴并向多个容器等供给规定量。
3.液体喷出头具有多个喷出液体的通道。各通道具备喷出液体的喷嘴、与喷嘴连通的压力室、以及致动器。液体喷出头从多个通道之中选择喷出液体的通道，对致动器提供驱动信号而使其驱动。当驱动致动器时，充满液体的压力室的容积改变，从喷嘴喷出液体。
4.具有多个通道的液体喷出头存在例如由压力振动造成的通道间的串扰的问题、由驱动多个通道时的电流集中造成的电压降落的问题等。作为对策，例如有在周围的通道间错开驱动定时的方法。不过，为了实现通道间的驱动定时的延迟，存在必须分别准备每个延迟量的驱动波形及其布线模式的问题。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题在于，提供能够实现通道间的驱动定时的延迟的液体喷出头驱动电路和液体喷出头。
6.本发明的实施方式的液体喷出头驱动电路具备公共波形生成部、选择部以及输出部。公共波形生成部在从喷嘴喷出液体的通道的驱动动作区间内生成比该驱动动作区间短的周期的重复波形。选择部选择使重复波形的一部分通过的区间。输出部在所选择的区间中使重复波形的一部分通过，并提供给对通道进行驱动的静电电容性的致动器作为驱动波形。
7.本发明的实施方式的液体喷出头具备：多个通道，分别具有喷出液体的喷嘴和致动器；液体供给部，对所述通道供给液体；以及上述液体喷出头驱动电路。
8.本发明的实施方式的喷墨打印机在记录介质的表面形成图像，并搭载有上述液体喷出头。
9.本发明的实施方式的3d打印机形成三维造型物，并搭载有上述液体喷出头。
10.本发明的实施方式的分注装置向多个容器供给规定量的试样，并搭载有上述液体喷出头。
附图说明
11.图1是具备根据实施方式的喷墨头的喷墨打印机的整体构成图。
12.图2是上述喷墨头的立体图。
13.图3是上述喷墨头的致动器的剖视图。
14.图4是根据实施方式的喷墨头驱动电路的模块构成图。
15.图5是上述喷墨头驱动电路内的选择驱动电路的详细图。
16.图6是上述选择驱动电路内的选择电路的详细图。
17.图7是上述喷墨头驱动电路的动作的时间图。
18.图8是上述喷墨头驱动电路的动作的时间图。
19.附图标记说明
20.10喷墨打印机；100～103喷墨头；2喷嘴头部；25喷嘴；31驱动ic；5致动器；51压力室；52空气室；6喷墨头驱动电路；61公共波形生成部；62定时生成部；63图像生成部；64选择驱动电路；7选择部；71开关。
具体实施方式
21.以下，参照附图对根据实施方式的液体喷出头进行详细说明。需要说明的是，在各图中，相同构成标注有相同的附图标记。
22.作为搭载有实施方式的液体喷出头的图像形成装置的一例，对在记录介质上印刷图像的喷墨打印机10进行说明。图1示出喷墨打印机10的概要构成。喷墨打印机10在壳体11的内部配置有：盒12，收纳作为记录介质的一例的片材s；片材s的上游输送通道13；输送带14，输送从盒12内取出的片材s；多个喷墨头100～103，朝向输送带14上的片材s喷出墨水的液滴；片材s的下游输送通道15；排出托盘16；以及控制基板17。作为用户接口的操作部18配置于壳体11的上部侧。
23.在片材s上进行印刷的图像数据例如由作为外部连接设备的计算机200生成。用计算机200生成的图像数据通过电缆201、连接器202、203送到喷墨打印机10的控制基板17。
24.拾取辊204从盒12向上游输送通道13逐张供给片材s。上游输送通道13由进给辊对131、132和片材引导板133、134构成。片材s经由上游输送通道13送到输送带14的上表面。图中的箭头104示出从盒12到输送带14的片材s的输送路径。
25.输送带14是在表面形成有多个贯通孔的网状环形带。驱动辊141、从动辊142、143这3根辊旋转自如地支承输送带14。电机205通过使驱动辊141旋转而使输送带14旋转。电机205是驱动装置的一例。图中的105示出输送带14的旋转方向。在输送带14的背面侧配置负压容器206。负压容器206与用于减压的风扇207连结。风扇207通过所形成的气流使负压容器206内成为负压，使片材s吸附保持于输送带14的上表面。图中的106示出气流的流动。
26.作为液体喷出头的一例的喷墨头100～103配置成隔着例如1mm的微小间隙与吸附保持于输送带14上的片材s对置。喷墨头100～103向片材s分别喷出墨水的液滴。喷墨头100～103在片材s通过下方时印刷图像。各喷墨头100～103除了喷出的墨水的颜色不同之外是相同的结构。墨水的颜色例如是青色、品红色、黄色、黑色。
27.喷墨头100～103分别经由墨水流路311～314与墨罐315～318和墨水供给压力调整装置321～324连结。各墨罐315～318配置于各喷墨头100～103的上方。待机时，为了不从喷墨头100～103的喷嘴25(参照图2)漏出墨水，各墨水供给压力调整装置321～324将各喷墨头100～103内相对于大气压调整为负压、例如-1.2kpa。当形成图像时，各墨罐315～318的墨水通过墨水供给压力调整装置321～324供给到各喷墨头100～103。
28.形成图像后，从输送带14向下游输送通道15传送片材s。下游输送通道15由进给辊
对151、152、153、154以及规定片材s的输送路径的片材引导板155、156构成。片材s经由下游输送通道15从排出口157向排出托盘16传送。图中的箭头107示出片材s的输送路径。
29.接下来，对喷墨头100～103的构成进行说明。以下，参照图2～图3对喷墨头100进行说明，但喷墨头101～103也是与喷墨头100相同的结构。
30.如图2所示，喷墨头100具备作为液体喷出部的一例的喷嘴头部2、作为印刷布线基板的一例的柔性印刷布线板3。喷嘴头部2具备：喷嘴板21、致动器基板22、将形成于致动器基板22的压力室51和空气室52的开口部密封的密封部件23、以及形成于密封部件23的墨水供给口24。墨水供给口24经由墨水流路311连接到图1的墨水供给压力调整装置321。
31.柔性印刷布线板3与喷嘴头部2的致动器基板22以及作为中继基板的打印基板4连接。柔性印刷布线板3搭载有作为驱动器芯片的驱动用ic(integrated circuit：集成电路)31(以下，称为驱动ic)。驱动ic31暂时保存经由打印基板4传送来的来自喷墨打印机10的控制基板17的打印数据，并将驱动信号提供给各通道，以在规定的定时喷出墨水。
32.喷嘴板21例如是用聚酰亚胺等树脂或不锈钢等金属形成的矩形形状的板。喷出墨水的喷嘴25在喷嘴板21的表面形成多个。喷嘴密度例如设定在150～1200dpi的范围内。
33.致动器基板22例如是用绝缘性的陶瓷形成的矩形形状的基板。如图3所示，在致动器基板22上，沿着第一方向例如x方向交替地形成多个墨水的压力室51和空气室52。压力室51与喷嘴25连通。压力室51例如经由形成于致动器基板22或密封部件23的公共墨水室(未图示)与墨水供给口24连通。即，喷嘴头部2通过墨水供给口24向各通道的压力室51供给墨水。也就是说，喷嘴头部2兼作液体喷出部和液体供给部。另一方面，与压力室51相邻配置的空气室52是不与喷嘴25和公共墨水室(未图示)连通的封闭空间。压力室51和空气室52例如通过将在极化方向相反的方向(作为一例为对置方向)上层叠的2片压电部件26、27在第二方向例如z方向上切割成例如矩形的槽状而形成在致动器基板22上。即，压力室51与空气室52之间以在第三方向例如y方向上层叠的压电部件26、27为侧壁进行分隔。
34.电极53一体地形成于压力室51的底面和两个侧面。压力室51的电极53与作为布线部件的单独布线54连接。电极55一体地形成于空气室52的底面和两个侧面。空气室52的电极55与作为布线部件的公共布线56连接。即，压力室51的电极53与单独布线54的连接点是致动器5的一个端子。空气室52的电极55与公共布线56的连接点是致动器5的另一个端子。电极53、55、单独布线54以及公共布线56例如用镍薄膜形成。单独布线54连接到驱动ic31(即，各通道的驱动电路)。驱动ic31对各通道的致动器5分别提供驱动电压作为驱动信号。电压v1和电压v2作为驱动电压的电源提供给驱动ic31。公共布线56例如接地(gnd)。通过该构成，提供驱动电压的致动器5在与压电部件26、27的极化轴交叉(最好是正交)的方向上被施加电场，作为致动器5的x方向的侧壁的压电部件26、27以剪切(shear)模式在x方向上对称地变形。
35.即，墨水的压力室51是被夹在使用压电部件26、27的柱状的一对致动器5之间而形成的。通过对该柱状的致动器5的两壁、即压力室51的内侧的壁和外侧的壁提供电位差、对使用压电部件26、27的静电电容性的致动器5进行充电/放电，从而使致动器5变形。由此，压力室51的容积发生变化，其结果是，压力室51内的墨水压力发生变化。通过调整该变化的大小和定时，从而从喷嘴25喷出墨水。
36.图4是驱动ic31内的喷墨头驱动电路6的模块构成图。喷墨头驱动电路6具备公共
波形生成部61、定时生成部62、图像生成部63以及选择驱动电路64。
37.公共波形生成部61生成详情后述的重复波形作为公共波形。向选择驱动电路64送出公共波形。定时生成部62将波形通过脉冲及组选择信号送出到选择驱动电路64，并且使得与公共波形生成部61及图像生成部63的动作的定时同步。图像生成部63生成每个通道的图像数据，并将其送出到选择驱动电路64。按每个通道生成的图像数据包含是否从该通道喷出墨水以及在喷出墨水的情况下形成的点的灰度信息。
38.选择驱动电路64的详细电路构成如图5所示，按每个通道(ch1～ch n)具备选择部7和输出部。选择部7例如是选择器等选择电路。选择电路的一例是8选1选择电路。输出部例如是开关71。开关71的一例是cmos模拟开关。来自图像生成部63的图像数据(ch1 image～ch n image)分别输入到对应的通道的选择部7。另外，来自定时生成部62的波形通过脉冲和组选择信号分别输入到各通道的选择部7。选择部7基于图像数据和组选择信号，从准备了多个的波形通过脉冲之中选择一个。然后，选择部7输出基于所选择的波形通过脉冲的通过信号。通过信号对开关71的接通/断开(on/off)进行控制。在开关71为接通的期间，公共波形通过开关71，对致动器5提供驱动电压。即，公共波形的一部分通过开关71，成为驱动波形而提供给致动器5。
39.作为一例，选择部7使用图6所示的8选1选择电路。对输入图像数据的输入b0和输入b1分别提供例如2位的信号。作为一例，当不喷出墨水时，对输入b0和输入b1提供“0，0”的信号，当是低灰度的点时，提供“1，0”的信号，当是高灰度的点时，提供“1，1”的信号。将该通道分配到a组或b组中的哪一组的组选择信号提供给输入b2。作为一例，当是a组时，提供“1”的1位的信号，当是b组时，提供“0”的1位的信号。将详情后述的波形通过脉冲分别提供给8选1选择电路的输入a0～a3和输入b0～b3。作为选择部7的8选1选择电路基于提供给输入b0～b2的各信号，从这多个波形通过脉冲之中选择一个。然后，输出基于所选择的波形通过脉冲的通过信号，将其提供到开关71。
40.如图7的时间图所示，公共波形包含构成牵引脉冲部的第一驱动波形元素和构成抵消脉冲部的第二驱动波形元素。第一驱动波形元素和第二驱动波形元素分别成为充放电波形的变化部为三角波的重复。作为一例，当将电压v1设为正电压、将电压v2设为负电压、将电压v3设为0v(＝gnd)时，构成牵引脉冲部的第一驱动波形元素为在负电压v2与电压v3(＝0v)之间振动的三角波，构成抵消脉冲部的第二驱动波形元素为在电压v3(＝0v)与正电压v1之间振动的三角波。三角波的重复周期设为比喷出墨水的通道的驱动动作区间短的周期。优选设为比喷出1滴墨水的驱动动作区间短的周期。更优选设为比不包含抵消脉冲部的牵引脉冲部的驱动动作区间短的周期。因而，在通过多滴的合计来形成1点的多滴方式的情况下，设为比喷出1滴墨水的驱动动作区间短的周期。三角波的重复周期的优选的一个例子是1mhz。即，是以500ns上升并以500ns下降的三角波。
41.关于波形通过脉冲，在组a和组b的各组中准备了多种脉冲串。组a的脉冲串是图7所示的波形a3通过脉冲和波形a1通过脉冲。各通过脉冲例如分别提供给图6的8选1选择电路的输入a1、a3，如前所述，选择部7选择其中之一。同样地，组b的脉冲串是图7所示的波形b3通过脉冲和波形b1通过脉冲。各通过脉冲例如分别提供给图6的8选1选择电路的输入b1、b3，如前所述，选择部7选择其中之一。需要说明的是，8选1选择电路能够在组a和组b的各组中选择4种脉冲串。图7的时间图图示出其中形成高灰度的点的通过脉冲(波形a3、b3)和形
成低灰度的点的通过脉冲(波形a1、b1)这两种。关于同一组内的多个波形通过脉冲，脉冲的宽度和间隔相互不同。形成高灰度的点的波形a3通过脉冲和波形b3通过脉冲的脉冲宽度和间隔虽然是相同的，但因为是不同的组，因此驱动定时相互处于延迟的关系。形成低灰度的点的波形a1通过脉冲和波形b1通过脉冲也是同样的。另一方面，相同的组的波形a3通过脉冲和波形a1通过脉冲在驱动定时上没有延迟，但脉冲的宽度是不同的。通过这样改变脉冲宽度，从而能够调节驱动电压。组b的波形b3通过脉冲和波形b1通过脉冲也是同样的。
42.接下来，特别是参照图5和图7对喷墨头驱动电路6的动作进行说明。需要说明的是，作为一例，以下的说明对分别将奇数编号的通道(ch1，3
……
n-1)分配到组a、将偶数编号的通道(ch2，4
……
n)分配到组b来使其驱动的动作进行说明。而且，作为一例，假设通道1(ch1)和通道2(ch2)打印高灰度的点，通道3(ch3)和通道4(ch4)打印低灰度的点，通道5(ch5)不打印。
43.公共波形生成部61生成三角波作为重复波形，并将其送出到选择驱动电路64。图像生成部63基于从喷墨打印机10的控制基板17送来的数据生成各通道的图像数据，并将其送出到选择驱动电路64。定时生成部62使公共波形生成部61和图像生成部63的动作的定时同步，并且将波形通过脉冲和组选择信号送出到选择驱动电路64。
44.各通道的选择部7基于图像数据和组选择信号来选择波形通过脉冲。例如对于通道1(ch1)，向输入b2提供选择组a的信号，向输入b0和输入b1提供形成高灰度的点的信号。由此，通道1(ch1)的选择部7选择按a组的驱动定时形成高灰度的点的波形a3通过脉冲。
45.选择部7将按照所选择的波形a3通过脉冲的通过信号提供给作为输出部的开关71。在波形a3通过脉冲的情况下，在构成牵引脉冲部的第一驱动波形元素的区间内，在三角波的下降沿的部分脉冲启动(on)，使开关71接通(on)。在脉冲启动的期间，开关71维持接通的状态，将致动器5朝着电压v2充负电。由此，压力室51的两侧壁向外侧变形，压力室51的容积扩张。之后，脉冲关断(off)，开关71断开(off)，但即使开关71断开，静电电容性的致动器5也保持开关71断开的瞬间的驱动波形的电压。接下来，在三角波的上升沿的部分，脉冲开启，开关71接通。在脉冲开启的期间，开关71维持接通的状态，将致动器5放电。通过该放电，向外侧发生了变形的致动器5复原，发生了扩张的压力室51收缩至原来的容积，墨水从喷嘴25喷出。
46.接下来，在构成抵消脉冲部的第二驱动波形元素的区间内，在三角波的上升沿的部分脉冲开启，使开关71接通。在脉冲开启的期间，开关71维持接通的状态，将致动器5朝向电压v1正充电。通过该充电，压力室51的两侧壁向内侧变形，压力室51的容积收缩。通过该收缩，使残余振动衰减。接下来，在三角波的下降沿的部分脉冲开启，将开关71接通。在脉冲开启的期间，开关71维持接通，将致动器5放电。需要说明的是，在反复驱动致动器5的情况下，例如也可以在第二驱动波形元素之后以电压v3(＝0v)形成平坦部分，在此将脉冲开启，使致动器5复位(放电)为0v。这样，通道1(ch1)使作为公共波形的重复波形的一部分通过，并通过作为驱动波形的波形a3进行驱动。
47.同样地，通道2(ch2)通过波形b3进行驱动。不过，属于组b的通道2(ch2)相对于属于组a的通道1(ch1)延迟驱动。在三角波的周期例如为1mhz的情况下，在图7的时间图中，组b以1000ns的延迟量进行驱动。即、本实施方式将多个通道分组，在相同的组中允许同时驱动，在不同的组中避免同时驱动。若像这样地在通道间进行延迟，则能够抑制由压力振动造
成的串扰。以奇数编号和偶数编号进行了分组的原因是，相邻的通道间的串扰最大。通道间的串扰有经由墨水流路的串扰、由于机械性结合的串扰、电耦合(由于公共阻抗的串扰等)等，均是有效的。而且，能够抑制使多个通道同时驱动时的电流集中所造成的电压降落。不过，虽然作为优选的一例以奇数编号和偶数编号进行了分组，但不限于此。能够通过来自定时生成部62的组选择信号来自由设定将哪个通道分为哪个组。当然，组的数量也不限于组a和组b这2个，还可以设为3个以上。
48.同样地，通道3(ch3)通过波形a1进行驱动。由于使波形a1通过脉冲的脉冲宽度短于波形a3通过脉冲的脉冲宽度，因此，与致动器的充电/放电时间更短相应地，压力室51的容量变化更少。即，减少从喷嘴25喷出的墨水的液量来打印低灰度的点。同样地，通道4(ch4)也根据波形b1按组b的驱动定时进行驱动，打印低灰度的点。
49.关于不喷出墨水的通道5(ch)，例如提供无脉冲的波形a0通过脉冲(未图示)。组b也同样地，对不喷出墨水的通道提供例如无脉冲的波形b0通过脉冲(未图示)。作为变形例也可以是，在进行先导动作的情况下，即在需要对不喷出墨水的通道的致动器5提供微振动的情况下，如图8所示，仅在第二驱动波形元素的区间中提供以不喷出墨水的低电压使其驱动的短脉冲宽度的波形a0通过脉冲/波形b0通过脉冲。即，喷出墨水的驱动波形和提供微振动而不喷出墨水的波形都能够根据例如三角波等重复波形来生成。
50.根据上述实施方式，通过形成为使用重复波形的公共波形、且喷出墨水的各个通道使公共波形的一部分通过而作为驱动波形的构成，从而即使不分别准备例如每个延迟量的驱动波形及其布线图案，也能够实现通道间的驱动定时的延迟。
51.作为三角波的变形例，也可以在第一驱动波形元素和第二驱动波形元素的区间之间，三角波的周期不同。另外，也可以使第一驱动波形元素和第二驱动波形元素的三角波的振幅相同。需要说明的是，作为公共波形的优选的一个例子而列举了三角波的例子，但不限于三角波。例如也可以是指数函数形式的重复波形。另外，将牵引的驱动波形举为一例，但也可以是牵引以外的驱动波形。而且，也可以是多滴的驱动波形。
52.喷墨头100不限于将压力室51和空气室52交替地配置的剪切模式型的致动器5。例如，也可以形成为将喷嘴25和致动器5这两者在喷嘴板21的面上配置有多个的构成。也可以是其它按需滴定压电方式的致动器5。
53.在上述实施方式中，将喷墨打印机10的喷墨头100作为液体喷出装置的一例进行了说明，但液体喷出装置也可以是3d打印机的造型材料喷出头、分注装置的试样喷出头。
54.本发明的实施方式是作为示例而提出的，并非旨在限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其它各种方式进行实施，能够在不脱离发明的宗旨的范围内进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变形被包括在发明的范围和宗旨中，同样地被包括在权利要求书所记载的发明及其均等的范围内。