(57)【要約】【課題】液体吐出ヘッドがノズルプレートの分極により吐出不良となった場合でも生産性を低下させることなく吐出動作を継続できる液体吐出装置及び液体吐出方法を提供する。【解決手段】ノズルプレート９と、液体を貯蔵するキャビティ１９と、液体と基材との間に静電電圧を印加して静電吸引力を発生させる静電電圧電源１８とを有する複数の液体吐出ヘッド２と、対向電極３とを備え、液体吐出ヘッド２と対向電極３との間に生じる静電吸引力により液体を吐出させる液体吐出装置１に、液体吐出ヘッド２の各々に対する静電電圧印加時間を計測する印加時間計測手段４と、液体を吐出する液体吐出ヘッド２に対する静電電圧印加時間が所定時間に達したときは他の液体吐出ヘッド２を選択するヘッド選択手段６と、静電電圧印加の対象を選択された液体吐出ヘッド２に切り替える電圧印加制御手段７とを設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体が供給される液体供給口及び前記液体供給口から供給された液体を基材に吐出する吐出口を有するノズルが設けられたノズルプレートと、前記液体供給口に連通し前記吐出口から吐出される液体を貯蔵するキャビティと、前記ノズル及び前記キャビティの内部の液体と前記基材との間に静電電圧を印加して静電吸引力を発生させる静電電圧印加手段と
を有する複数の液体吐出ヘッドと、
前記液体吐出ヘッドに対向する対向電極と、
を備え、前記液体吐出ヘッドと前記対向電極との間に生じる前記静電吸引力により液体を吐出させる液体吐出装置であって、
前記液体吐出ヘッドの各々に対する静電電圧印加時間を計測する印加時間計測手段と、
前記複数の液体吐出ヘッドのうち液体を吐出する液体吐出ヘッドに対する前記静電電圧印加時間が所定時間に達したときは他の液体吐出ヘッドを選択するヘッド選択手段と、
前記静電電圧印加手段による静電電圧印加の対象を前記ヘッド選択手段により選択された前記液体吐出ヘッドに切り替える切替手段と、
を備えることを特徴とする液体吐出装置。
【請求項２】
前記ノズルは前記ノズルプレートの吐出面から突出していないフラットなノズルであることを特徴とする請求項１記載の液体吐出装置。
【請求項３】
前記ノズルプレートの体積抵抗率は１０１５Ωｍ以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液体吐出装置。
【請求項４】
前記吐出口の開口径は１５μｍ未満であることを特徴とする請求項１〜請求項３いずれか一項に記載の液体吐出装置。
【請求項５】
前記キャビティの容積を変化させることにより液体に圧力を発生させ、前記吐出口にメニスカスを形成する圧力発生手段を備えることを特徴とする請求項１〜請求項４いずれか一項に記載の液体吐出装置。
【請求項６】
液体が供給される液体供給口及び前記液体供給口から供給された液体を基材に吐出する吐出口を有するノズルが設けられたノズルプレートと、前記液体供給口に連通し前記吐出口から吐出される液体を貯蔵するキャビティと、前記ノズル及び前記キャビティの内部の液体と前記基材との間に静電電圧を印加して静電吸引力を発生させる静電電圧印加手段と
を有する複数の液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドに対向する対向電極とを使用し、前記液体吐出ヘッドと前記対向電極との間に生じる前記静電吸引力により液体を吐出させる液体吐出方法であって、
前記液体吐出ヘッドの各々に対する静電電圧印加時間を計測する印加時間計測工程と、
前記複数の液体吐出ヘッドのうち液体を吐出する液体吐出ヘッドに対する前記静電電圧印加時間が所定時間に達したときは他の液体吐出ヘッドを選択するヘッド選択工程と、
前記静電電圧印加手段による静電電圧印加の対象を前記ヘッド選択工程において選択された前記液体吐出ヘッドに切り替える切替工程と、
を有することを特徴とする液体吐出方法。
【請求項７】
前記ノズルは前記ノズルプレートの吐出面から突出していないフラットなノズルであることを特徴とする請求項６記載の液体吐出方法。
【請求項８】
前記ノズルプレートの体積抵抗率は１０１５Ωｍ以上であることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の液体吐出方法。
【請求項９】
前記吐出口の開口径は１５μｍ未満であることを特徴とする請求項６〜請求項８いずれか一項に記載の液体吐出方法。
【請求項１０】
前記キャビティの容積を変化させることにより液体に圧力を発生させ、前記吐出口にメニスカスを形成する圧力発生手段を使用して液体を吐出させることを特徴とする請求項６〜請求項９いずれか一項に記載の液体吐出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出装置及び液体吐出方法に係り、特にフラットノズルを有する複数の液体吐出ヘッドを用いた液体吐出装置及び液体吐出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、液体吐出ヘッドの微小化されたノズルから低粘度の液体のみならず高粘度の液体を吐出させる技術として、ノズル内の液体を帯電させ、ノズルと液体の液滴の着弾を受ける対象物となる各種の基材との間に形成される電界から受ける静電吸引力により吐出させる静電吸引方式の液体吐出技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、この液体吐出技術と、ピエゾ素子の変形や液体内部での気泡の発生による圧力を利用して液体を吐出する技術とを組み合わせた電界アシスト方式を用いた液体吐出装置の開発が進んでいる（例えば、特許文献２〜５など参照）。この電界アシスト法は、メニスカス形成手段と静電吸引力を用いてノズルの吐出口に液体のメニスカスを隆起させることにより、メニスカスに対する静電吸引力を高め、液表面張力に打ち勝ってメニスカスを液滴化し吐出する方法である。
【０００４】
また、液体吐出ヘッドにアクチュエータユニットを交換可能に固定することにより、吐出不良などの問題が発生した場合に、アクチュエータユニットのみを交換することができる液体吐出装置も提案されている（例えば、特許文献６参照）。
【０００５】
上記のような静電吸引方式や電界アシスト方式の液体吐出ヘッドに、体積抵抗率１０１５Ωｍ以上である高抵抗の材質のノズルプレートを採用することで、吐出口が突出していないフラットな形状であっても、ノズル内の液体への静電電圧の印加によりヘッドと対向電極との間に電界が形成されてノズルの吐出孔に液体のメニスカスが形成され、そのメニスカスへ強い電界集中が起こり、メニスカスが集中電界による静電吸引力により液滴化されて吐出することを我々は既に見出している。
【０００６】
更に、圧力発生手段（ピエゾなど）によるメニスカス形成手段と組み合わせることで、印加する静電電圧を低電圧化できることも見出している。
【特許文献１】国際公開第０３／０７０３８１号パンフレット
【特許文献２】特開平５−１０４７２５号公報
【特許文献３】特開平５−２７８２１２号公報
【特許文献４】特開平６−１３４９９２号公報
【特許文献５】特開２００３−５３９７７号公報
【特許文献６】特開２００４−２２３８３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１〜特許文献５などに記載の静電吸引方式や電界アシスト方式の液体吐出ヘッドに、高抵抗の材質のノズルプレートやメニスカス形成手段との組み合わせを採用しても、長時間連続して静電電圧を印加し続けた場合、液滴の吐出が不安定になったり、液体の吐出が停止してしまうという問題があることが判明した。
【０００８】
この現象は、ノズルプレートのイオン分極によってメニスカス先端への集中電界強度が低下してしまい、液滴の吐出が不可能な状態になるというものである。この場合はノズルプレートのイオン分極を解消して初期状態に戻さなければ、再び液滴を吐出することができない。しかし、イオン分極の解消には時間がかかり、その間吐出動作ができないため生産性が低下するといった問題があった。
【０００９】
一方、特許文献６に記載のように、吐出不良の問題が発生するたびにアクチュエータユニットの交換を行うとすると、交換及び交換後の吐出条件の調整などに時間を要するという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は、液体吐出ヘッドがノズルプレートの分極により吐出不良となった場合でも、生産性を低下させることなく吐出動作を継続することが可能な液体吐出装置及び液体吐出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために請求項１に記載の発明は、液体が供給される液体供給口及び前記液体供給口から供給された液体を基材に吐出する吐出口を有するノズルが設けられたノズルプレートと、前記液体供給口に連通し前記吐出口から吐出される液体を貯蔵するキャビティと、前記ノズル及び前記キャビティの内部の液体と前記基材との間に静電電圧を印加して静電吸引力を発生させる静電電圧印加手段とを有する複数の液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドに対向する対向電極と、を備え、前記液体吐出ヘッドと前記対向電極との間に生じる前記静電吸引力により液体を吐出させる液体吐出装置であって、前記液体吐出ヘッドの各々に対する静電電圧印加時間を計測する印加時間計測手段と、前記複数の液体吐出ヘッドのうち液体を吐出する液体吐出ヘッドに対する前記静電電圧印加時間が所定時間に達したときは他の液体吐出ヘッドを選択するヘッド選択手段と、前記静電電圧印加手段による静電電圧印加の対象を前記ヘッド選択手段により選択された前記液体吐出ヘッドに切り替える切替手段と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、液体吐出ヘッドの各々に静電電圧が印加された時間を計測し、静電電圧印加時間が所定時間未満である液体吐出ヘッドを選択して、静電電圧印加の対象を選択した液体吐出ヘッドに切り替えることによって、ノズルプレートが分極する前に液体を吐出する液体吐出ヘッドを切り替えることができる。これにより、構成部品の交換や交換後の吐出条件の調整などに時間を要することなく、吐出不良の問題が発生する前に静電電圧印加の対象を切り替えて、生産性を低下させずに吐出動作を継続させることが可能となる。また、静電電圧印加時間が所定時間以上となったノズルプレートについては、静電電圧の印加を停止してノズルプレートの分極が回復するのを待ってから再び使用することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の液体吐出装置であって、前記ノズルは前記ノズルプレートの吐出面から突出していないフラットなノズルであることを特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、突出高さ３０μｍ以下のフラットなノズルを使用する場合でも、本発明を適用することができる。また、ノズルの突出量が小さいため、ノズルを破損させることなくワイプ操作を行うことが可能となる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の液体吐出装置であって、前記ノズルプレートの体積抵抗率は１０１５Ωｍ以上であることを特徴とする。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、ノズルプレートの体積抵抗率を１０１５Ωｍ以上とすることで、メニスカス先端に強い電界を生じさせることができ、液滴を効率よく安定的に吐出させることが可能となる。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３いずれか一項に記載の液体吐出装置であって、前記吐出口の開口径は１５μｍ未満であることを特徴とする。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、液体の吐出口を開口径１５μｍ未満とすることで、メニスカス先端部への電界集中が効果的に生じるため、液滴を効率よく安定的に吐出させることが可能となる。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４いずれか一項に記載の液体吐出装置であって、前記キャビティの容積を変化させることにより液体に圧力を発生させ、前記吐出口にメニスカスを形成する圧力発生手段を備えることを特徴とする。
【００２０】
請求項５に記載の発明によれば、圧力発生手段でメニスカスを形成することにより、液滴吐出に必要な静電電圧を低下させることが可能となる。また、液体吐出動作の制御を高電圧の静電電圧でなくメニスカスを隆起させるだけの圧力発生手段の駆動により行うことが可能となる。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、液体が供給される液体供給口及び前記液体供給口から供給された液体を基材に吐出する吐出口を有するノズルが設けられたノズルプレートと、前記液体供給口に連通し前記吐出口から吐出される液体を貯蔵するキャビティと、前記ノズル及び前記キャビティの内部の液体と前記基材との間に静電電圧を印加して静電吸引力を発生させる静電電圧印加手段とを有する複数の液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドに対向する対向電極とを使用し、前記液体吐出ヘッドと前記対向電極との間に生じる前記静電吸引力により液体を吐出させる液体吐出方法であって、前記液体吐出ヘッドの各々に対する静電電圧印加時間を計測する印加時間計測工程と、前記複数の液体吐出ヘッドのうち液体を吐出する液体吐出ヘッドに対する前記静電電圧印加時間が所定時間に達したときは他の液体吐出ヘッドを選択するヘッド選択工程と、前記静電電圧印加手段による静電電圧印加の対象を前記ヘッド選択工程において選択された前記液体吐出ヘッドに切り替える切替工程と、を有することを特徴とする。
【００２２】
請求項６に記載の発明によれば、液体吐出ヘッドの各々に静電電圧が印加された時間を計測し、静電電圧印加時間が所定時間未満である液体吐出ヘッドを選択して、静電電圧印加の対象を選択した液体吐出ヘッドに切り替えることによって、ノズルプレートが分極する前に液体を吐出する液体吐出ヘッドを切り替えることができる。これにより、構成部品の交換や交換後の吐出条件の調整などに時間を要することなく、吐出不良の問題が発生する前に静電電圧印加の対象を切り替えて、生産性を低下させずに吐出動作を継続させることが可能となる。また、静電電圧印加時間が所定時間以上となったノズルプレートについては、静電電圧の印加を停止してノズルプレートの分極が回復するのを待ってから再び使用することができる。
【００２３】
請求項７に記載の発明は、請求項６記載の液体吐出方法であって、前記ノズルは前記ノズルプレートの吐出面から突出していないフラットなノズルであることを特徴とする。
【００２４】
請求項７に記載の発明によれば、突出高さ３０μｍ以下のフラットなノズルを使用する場合でも、本発明を適用することができる。また、ノズルの突出量が小さいため、ノズルを破損させることなくワイプ操作を行うことが可能となる。
【００２５】
請求項８に記載の発明は、請求項６又は請求項７記載の液体吐出方法であって、前記ノズルプレートの体積抵抗率は１０１５Ωｍ以上であることを特徴とする。
【００２６】
請求項８に記載の発明によれば、ノズルプレートの体積抵抗率を１０１５Ωｍ以上とすることで、メニスカス先端に強い電界を生じさせることができ、液滴を効率よく安定的に吐出させることが可能となる。
【００２７】
請求項９に記載の発明は、請求項６〜請求項８いずれか一項に記載の液体吐出方法であって、前記吐出口の開口径は１５μｍ未満であることを特徴とする。
【００２８】
請求項９に記載の発明によれば、液体の吐出口を開口径１５μｍ未満とすることで、メニスカス先端部への電界集中が効果的に生じるため、液滴を効率よく安定的に吐出させることが可能となる。
【００２９】
請求項１０に記載の発明は、請求項６〜請求項９いずれか一項に記載の液体吐出方法であって、前記キャビティの容積を変化させることにより液体に圧力を発生させ、前記吐出口にメニスカスを形成する圧力発生手段を使用して液体を吐出させることを特徴とする。
【００３０】
請求項１０に記載の発明によれば、圧力発生手段でメニスカスを形成することにより、液滴吐出に必要な静電電圧を低下させることが可能となる。また、液体吐出動作の制御を高電圧の静電電圧でなくメニスカスを隆起させるだけの圧力発生手段の駆動により行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００３１】
請求項１又は請求項６記載の発明によれば、液体吐出ヘッドがノズルプレートの分極により吐出不良となった場合でも、生産性を低下させることなく吐出動作を継続することが可能となる。
【００３２】
請求項２又は請求項７記載の発明によれば、フラットなノズルを使用する場合にも、本発明を適用することが可能となる。また、ノズルを破損させることなくノズルプレート表面のワイプ操作を行うことが可能となる。
【００３３】
請求項３又は請求項８記載の発明によれば、液滴を効率よく安定的に吐出させることが可能となる。
【００３４】
請求項４又は請求項９記載の発明によれば、液体を吐出するのに必要な駆動電圧を低減することができる。
【００３５】
請求項５又は請求項１０記載の発明によれば、液滴吐出に必要な静電電圧を低下させることが可能となる。また、液体吐出動作の制御を圧力発生手段の駆動により行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
［第１の実施形態］
【００３７】
以下、本発明の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００３８】
図１は、本実施形態の液体吐出装置１の全体構成を示す断面模式図である。
【００３９】
図１に示すように、液体吐出装置１は、インクなどの帯電可能な液体の液滴を吐出する複数のライン方式の液体吐出ヘッド２と、液滴の着弾を受ける基材Ｋを支持する対向電極３と、印加時間計測手段４と、記憶手段５と、ヘッド選択手段６と、電圧印加制御手段７とを備えて構成されている。
【００４０】
まず、液体吐出装置１における複数の液体吐出ヘッド２の配置について説明する。
【００４１】
図２に示すように、液体吐出装置１には、基材Ｋの搬送方向に直交する方向に沿って設けられたライン方式の液体吐出ヘッド２が、４列に平行となるように並設されている。なお、本発明の液体吐出ヘッドは４列でなくとも複数並設されていればよい。
【００４２】
次に、各液体吐出ヘッド２の構成について説明する。
【００４３】
図１に示すように、液体吐出ヘッド２には、吐出面８、ノズルプレート９、帯電用電極１０、ボディ層１１及び可撓層１２が層状となるように設けられている。
【００４４】
吐出面８は液体吐出ヘッド２の対向電極３に対向する側に位置しており、吐出面８に開口された吐出口１３から対向電極３に支持された基材Ｋに液体が吐出されるようになっている。
【００４５】
ノズルプレート９は、石英ガラスによって構成されており、複数のノズル１４が穿孔されることによって形成されている。また、ノズルプレート９の体積抵抗率は１０１５Ωｍ以上とされている。これにより、吐出口１３に形成されるメニスカスの先端部では強い電界強度が得られるようになっている。
【００４６】
各ノズル１４は、液体の供給を受ける液体供給口１５と連通する大径部１６と、大径部１６の底面に開口されるとともに吐出口１３と連通する小径部１７との２段構造とされて
いる。
【００４７】
本実施形態では、液体供給口１５の開口面積が吐出口１３の開口面積の１０倍以上となるように構成されている。また、小径部１７の長さは長くなるほどメニスカス先端部の電界強度が大きくなるが、本実施形態では小径部１７の長さを１５μｍ以下としている。
【００４８】
また、ノズル１４の大径部１６及び小径部１７は、それぞれ断面形状が円形となっており、大径部１６及び小径部１７の各側面は、ノズル１４の内部を通過する液体と各側面との間に生じる抵抗を低減させるため、液体供給口１５から吐出口１３に向かってそれぞれテーパ状となるように、すなわち大径部１６及び小径部１７の各断面積がそれぞれ液体供給口１５から吐出口１３に向かって減少するように形成されている。
【００４９】
また、吐出口１３の開口径は小さくなるほどメニスカス先端部の電界強度が大きくなるが、本実施形態では吐出口１３の開口径を１５μｍ未満としている。これにより、吐出口１３に形成されるメニスカスの先端部の電界強度は１．５×１０７Ｖ／ｍ以上となり、吐出口１３から液滴が安定に吐出される。
【００５０】
また、各ノズル１４は、液体吐出ヘッド２の吐出面８から突出せず、或いはノズル１４が３０μｍ程度しか突出しないように形成されており、液体吐出ヘッド２はフラットな吐出面８を有するヘッドとして構成されている。
【００５１】
帯電用電極１０は、ＮｉＰなどの導電素材によって構成され、ノズルプレート９のうち吐出面８と反対側の面に設けられると共に、ノズル１４の大径部１６の内周面まで延設されている。このように、帯電用電極１０がノズル１４の内部を通過する液体に接する構成とすることにより、帯電用電極１０はノズル１４の内部を通過する液体を帯電させるようになっている。
【００５２】
また、帯電用電極１０には、静電吸引力を生じさせる静電電圧を印加する静電電圧印加手段としての静電電圧電源１８が電気的に接続されている。静電電圧電源１８から帯電用電極１０に静電電圧が印加されると、これにより、単一の帯電用電極１０がすべてのノズル１４内の液体に接触しているため、全ノズル１４内の液体が同時に帯電され、液体吐出ヘッド２と対向電極３との間、特に液体と基材Ｋとの間に静電吸引力が発生するようになっている。
【００５３】
ボディ層１１には、各ノズル１４の液体供給口１５に対応する位置に、液体供給口１５とほぼ等しい内径を有するキャビティ１９がそれぞれ形成され、吐出される液体を一時貯蔵するようになっている。
【００５４】
可撓層１２は、可撓性を有する金属薄板やシリコンなどによって構成され、液体吐出ヘッド２のうち吐出面８と反対側の面を覆って外界と画するようになっている。なお、ボディ層１１と可撓層１２との境界には、キャビティ１９に液体を供給するための図示しない流路が形成されている。
【００５５】
また、可撓層１２の上面であってキャビティ１９に対応する位置には、圧力発生手段として、圧電素子アクチュエータであるピエゾ素子２０が設けられている。なお、圧力発生手段は、本実施形態のような圧電素子アクチュエータのほか、静電アクチュエータやサーマル方式などを採用することも可能である。
【００５６】
また、各ピエゾ素子２０には、素子に駆動電圧を印加して素子を変形させるための駆動電圧電源２１がそれぞれ接続されている。
【００５７】
また、静電電圧電源１８及び駆動電圧電源２１には、ヘッド制御手段２２を介して、液体吐出装置１が備える切替手段としての電圧印加制御手段７が電気的に接続されており、各液体吐出ヘッド２の静電電圧電源１８及び駆動電圧電源２１は電圧印加制御手段７の制御を受けるようになっている。
【００５８】
次に、対向電極３は、基材Ｋを支持する平板状の対向電極であり、液体吐出ヘッド２の下方において、液体吐出ヘッド２の吐出面８に対して平行となるように所定距離離間されて配置されている。また、対向電極３と液体吐出ヘッド２との離間距離は、０．１〜３．０ｍｍ程度の範囲内で適宜設定される。
【００５９】
対向電極３は接地されており、常時接地電位に維持されている。これにより、静電電圧電源１８から帯電用電極１０に静電電圧が印加されると、吐出口１３の液体と対向電極３の液体吐出ヘッド２に対向する対向面との間に電界が生じるようになっている。
【００６０】
なお、液体吐出ヘッド２又は対向電極３には、液体吐出ヘッド２と基材Ｋとを相対的に移動させて位置決めするための図示しない位置決め手段が取り付けられており、これにより液体吐出ヘッド２の各ノズル１４から吐出された液滴は、基材Ｋの表面における任意の位置に着弾させることが可能となっている。
【００６１】
また、各液体吐出ヘッド２には、印加時間計測手段４、記憶手段５、ヘッド選択手段６及び切替手段としての電圧印加制御手段７がそれぞれ電気的に接続されている。
【００６２】
次に、本実施形態の液体吐出装置１の制御構成について説明する。
【００６３】
静電電圧電源１８は、液体の吐出時に帯電用電極１０に静電電圧を印加するようになっている。これにより、全ノズル１４の内部の液体が同時に帯電され、液体吐出ヘッド２と対向電極３との間、特に液体と基材Ｋとの間に静電吸引力が発生する。
【００６４】
駆動電圧電源２１は、液体の吐出時に、各ピエゾ素子２０に駆動電圧を印加することによりピエゾ素子２０を変形させて、ノズル１４の内部の液体に圧力を発生させ、吐出口１３に液体の吐出方向に凸状のメニスカスを形成させるようになっている。これにより、メニスカス先端部では非常に強い電界集中が生じる。そのため、電界の静電力によってメニスカスが引きちぎられ、ノズル１４の内部の液体から分離されて液滴となる。更に、液滴は静電力により加速され、対向電極３に支持された基材Ｋに引き寄せられて着弾する。その際、液滴は静電力の作用でより近い所に着弾しようとするため、基材Ｋに対する着弾の際の角度などが安定し正確に行われる。
【００６５】
ヘッド制御手段２２は、ＣＰＵ２３、ＲＯＭ２４及びＲＡＭ２５を備えて構成され、液体吐出ヘッド２の各構成部分を駆動制御するようになっている。
【００６６】
また、液体吐出装置１が備える印加時間計測手段４は、静電電圧電源１８による各帯電用電極１０への静電電圧印加時間を計測して、計測結果を記憶手段５に記憶するとともにヘッド選択手段６に出力するようになっている。
【００６７】
記憶手段５は、書き込み可能な不揮発性の記憶媒体であるフラッシュメモリなどで構成されており、印加時間計測手段４による計測結果を記憶するようになっている。
【００６８】
ヘッド選択手段６は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭを備えて構成され、ＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムを実行することにより、液体吐出動作を開始させる液体吐出ヘッド２を選択して、選択結果を電圧印加制御手段７に出力するようになっている。
【００６９】
すなわち、ヘッド選択手段６は、記憶手段５に記憶された印加時間計測手段４の計測結果に基づき、液体吐出処理の開始時に静電電圧印加時間が所定時間に達していない液体吐出ヘッド２を選択すると共に、液体を吐出する液体吐出ヘッド２に対する静電電圧印加時間が所定時間に達したときは、４列の液体吐出ヘッド２から他の液体吐出ヘッド２を選択するようになっている。
【００７０】
ここで、ヘッド選択手段６が液体吐出ヘッド２を選択する際に基準となる「所定時間」とは、静電電圧電源１８が帯電用電極１０に連続して静電電圧を印加することにより、ノズルプレート９が分極してメニスカス先端部の電界強度の低下により液滴の安定吐出が不可能になるまでの時間となっている。
【００７１】
図３に、静電電圧印加時間に対するメニスカス先端部の電界強度の変化を示す。図３に示すように、帯電用電極１０に所定時間連続して静電電圧を印加すると、ノズルプレート９が分極してメニスカス先端部の電界強度の低下により液滴の安定吐出が不可能になる。なお、電界強度が低下し始めるまでの所定時間は、ノズルプレート９の体積抵抗率によって相違する。
【００７２】
電圧印加制御手段７は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭを備えて構成され、ＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムを実行することにより、各液体吐出ヘッド２からの液体の吐出を制御するようになっている。すなわち、液体吐出ヘッド２が備えるヘッド制御手段２２を介して、駆動電圧電源２１及び静電電圧電源１８を駆動制御するようになっている。
【００７３】
具体的には、電圧印加制御手段７は、帯電用電極１０に所定時間連続して静電電圧が印加されると、静電電圧電源１８による静電電圧の印加を停止して液体の吐出動作を終了させるようになっている。
【００７４】
また、電圧印加制御手段７は、切替手段としての機能を果たすようになっており、ヘッド選択手段６により液体吐出動作を開始させる液体吐出ヘッド２が選択されると、静電電圧電源１８による静電電圧印加の対象を選択された液体吐出ヘッド２に切り替えるようになっている。
【００７５】
これにより、帯電用電極１０に所定時間連続して静電電圧が印加されるとノズルプレート９が分極してメニスカス先端部の電界強度が低下するが、メニスカス先端部の電界強度が低下し始める所定時間までに液体を吐出する液体吐出ヘッド２を切り替えて、液体の吐出不良などの問題を回避するようになっている。
【００７６】
また、電圧印加制御手段７は、ヘッド選択手段６により選択されなかった液体吐出ヘッド２に対して、液体吐出時と逆極性の静電電圧を印加することにより、ノズルプレート９の分極を回復させる構成とすることが望ましい。また、逆極性の電圧を印加する際には、ノズル１４からの液体の吐出を防止するために、メニスカスを凹形状にすることによって吐出を防止すればよい。
【００７７】
この際、液体吐出時に印加する静電電圧と、分極回復時に印加する逆極性の静電電圧とで、静電電圧値の時間による積分値の絶対値が等しくなるように逆極性の静電電圧を印加することが望ましい。
【００７８】
次に、液体吐出装置１を使用した本発明の液体吐出方法について、図４のフローチャートを参照して説明する。
【００７９】
ヘッド選択手段６は、液体吐出処理の開始時に静電電圧印加時間が所定時間に達していない液体吐出ヘッド２を選択して（ステップＳ１）、選択結果を電圧印加制御手段７に出力する。なお、４列の液体吐出ヘッド２のいずれにも未だ静電電圧が印加されていない場合は、いずれの液体吐出ヘッド２を選択してもよい。
【００８０】
続いて、電圧印加制御手段７は、ヘッド制御手段２２を介して、静電電圧電源１８による静電電圧印加の対象を、ヘッド選択手段６が選択した液体吐出ヘッド２に切り替える。
【００８１】
続いて、静電電圧電源１８が帯電用電極１０に静電電圧を印加すると、全ノズル１４の内部の液体が同時に帯電され、液体と基材Ｋとの間に静電吸引力が発生する。
【００８２】
続いて、選択された液体吐出ヘッド２の駆動電圧電源２１は、各ピエゾ素子２０に駆動電圧を印加することによりピエゾ素子２０を変形させて、ノズル１４の内部の液体に圧力を発生させ、吐出口１３に液体の吐出方向に凸状のメニスカスを形成させる。すると、メニスカス先端部で非常に強い電界集中が生じ、電界の静電力によってメニスカスが引きちぎられ、ノズル１４の内部の液体から分離されて液滴となる。更に、液滴は静電力により加速され、対向電極３に支持された基材Ｋに引き寄せられて着弾する（ステップＳ２）。
【００８３】
一方、印加時間計測手段４は、静電電圧電源１８による帯電用電極１０への静電電圧印加時間を計測して、計測結果を記憶手段５に記憶するとともにヘッド選択手段６に出力する。続いて、記憶手段５は印加時間計測手段４による計測結果を記憶する。
【００８４】
次に、帯電用電極１０に所定時間連続して静電電圧が印加されると（ステップＳ３）、電圧印加制御手段７は静電電圧電源１８による静電電圧の印加を停止して液体の吐出動作を終了させる（ステップＳ４）。
【００８５】
続いて、ヘッド選択手段６は、記憶手段５に記憶された印加時間計測手段４の計測結果に基づき、液体を吐出する液体吐出ヘッド２に対する静電電圧印加時間が所定時間に達したときは、４列の液体吐出ヘッド２から他の液体吐出ヘッド２を選択して、選択結果を電圧印加制御手段７に出力する（ステップＳ５）。
【００８６】
続いて、電圧印加制御手段７は液体吐出動作を継続するか否かを判断し（ステップＳ６）、継続する場合は、ヘッド制御手段２２を介して静電電圧電源１８及び駆動電圧電源２１を制御することにより、選択された液体吐出ヘッド２に液体吐出動作を行わせる（ステップＳ２）。一方、液体吐出動作を継続しない場合は処理を終了する。
【００８７】
なお、電圧印加制御手段７は、ヘッド制御手段２２を介して、ヘッド選択手段６により選択されなかった液体吐出ヘッド２の静電電圧電源１８に液体吐出時と逆極性の静電電圧を印加させることにより、ノズルプレート９の分極を回復させてもよい。また、逆極性の電圧を印加する際には、ノズル１４からの液体の吐出を防止するために、メニスカスを凹形状にすることによって吐出を防止すればよい。
【００８８】
このように本実施形態に係る液体吐出装置１及び液体吐出方法によれば、液体吐出ヘッド２の各々に静電電圧が印加された時間を計測し、静電電圧印加時間が所定時間未満である液体吐出ヘッド２を選択して、静電電圧印加の対象を選択した液体吐出ヘッド２に切り替えることにより、ノズルプレート９が分極する前に液体を吐出する液体吐出ヘッド２を切り替えることができる。これにより、構成部品の交換や交換後の吐出条件の調整などに時間を要することなく、吐出不良の問題が発生する前に静電電圧印加の対象を切り替えて、生産性を低下させずに吐出動作を継続させることが可能となる。また、静電電圧印加時間が所定時間以上となったノズルプレート９については、静電電圧の印加を停止してノズルプレート９の分極が回復するのを待ってから再び使用することができる。
【００８９】
また、突出高さ３０μｍ以下のフラットなノズル１４を使用する場合でも、本発明を適用することができる。また、ノズル１４を破損させることなくワイプ操作を行うことが可能となる。
【００９０】
また、ノズルプレート９の体積抵抗率を１０１５Ωｍ以上とすることで、メニスカス先端に強い電界を生じさせることができ、液滴を効率よく安定的に吐出させることが可能となる。
【００９１】
また、吐出口１３を開口径１５μｍ未満とすることで、メニスカス先端部への電界集中が効果的に生じるため、液滴を効率よく安定的に吐出させることが可能となる。
【００９２】
また、圧力発生手段としてのピエゾ素子２０でメニスカスを形成することにより、液滴吐出に必要な静電電圧を低下させることが可能となる。また、液体吐出動作の制御を高電圧の静電電圧でなくメニスカスを隆起させるだけの圧力発生手段の駆動により行うことが可能となる。
【００９３】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について、図５〜図８を参照して説明する。なお、本実施形態では第１の実施形態と異なる部分について説明し、同様の構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。
【００９４】
図５に示すように、本実施形態の液体吐出ヘッド２には、ドラム２６（図６及び図７参照）が備える図示しない回転機構を制御する回転制御手段２７が接続されている。
【００９５】
次に、本実施形態に係る液体吐出装置１における複数の液体吐出ヘッド２の配置について説明する。
【００９６】
図６に示すように、本実施形態の液体吐出装置１はドラム２６を備えている。ドラム２６の外周には、ドラム２６の長手方向に沿って設けられたライン方式の液体吐出ヘッド２が、４列に等間隔となるように並設されている。なお、本発明の液体吐出ヘッドは４列でなくとも複数設けられていればよい。
【００９７】
また、ドラム２６はヘッド移動機構として図示しない回転機構を備えており、この回転機構には回転制御手段２７が電気的に接続されている。これにより、ドラム２６を図示しない回転機構によって回転させると、ドラム２６の外周に取り付けられた４列の液体吐出ヘッド２のうちいずれか１列の液体吐出ヘッド２の吐出面８を対向電極３の側に向けることができるようになっている。
【００９８】
一方、図７は、本実施形態に係る液体吐出装置１における液体吐出ヘッド２の他の配置例である。図７に示すように、６列の液体吐出ヘッド２のそれぞれをドラム２６に回転可能に取り付けることにより、ドラム２６が回転する際にすべての液体吐出ヘッド２の吐出面８を常に対向電極３の側に向ける構成とすることもできる。
【００９９】
次に、本実施形態の液体吐出装置１の制御構成について説明する。
【０１００】
本実施形態の液体吐出装置１には、回転制御手段２７が設けられており、回転制御手段２７にはヘッド選択手段６及び電圧印加制御手段７が電気的に接続されている。
【０１０１】
ヘッド選択手段６は、選択結果を回転制御手段２７に出力するようになっている。
【０１０２】
回転制御手段２７は、ヘッド移動手段としての機能を果たすものであり、ヘッド選択手段６の選択結果に従って、選択された液体吐出ヘッド２の吐出面８が対向電極３の側に向くようにドラム２６を回転させるようになっている。
【０１０３】
電圧印加制御手段７は、回転制御手段２７による液体吐出ヘッド２の移動処理が終了した後に、ヘッド制御手段２２を介して、静電電圧電源１８による静電電圧印加の対象を選択された液体吐出ヘッド２、すなわち帯電用電極１０からの静電電圧印加時間が所定時間未満である液体吐出ヘッド２に切り替えるようになっている。
【０１０４】
次に、液体吐出装置１を使用した本発明の液体吐出方法について、図８のフローチャートを参照して説明する。
【０１０５】
ステップＳ１１は図４のステップＳ１と同様である。
【０１０６】
続いて、回転制御手段２７は、回転機構を制御してドラム２６を回転させ、ヘッド選択手段６により選択された液体吐出ヘッド２の吐出面８が対向電極３の側に向くように液体吐出ヘッド２を移動させる（ステップＳ１２）。
【０１０７】
続いて、電圧印加制御手段７は、ヘッド制御手段２２を介して、静電電圧電源１８による静電電圧印加の対象を選択された液体吐出ヘッド２に切り替えて、その液体吐出ヘッド２から液体を吐出させる（ステップS１３）。
【０１０８】
ステップＳ１４，ステップＳ１５は図４のステップＳ３，Ｓ４と同様である。
【０１０９】
続いて、ヘッド選択手段６は４列の液体吐出ヘッド２から他の液体吐出ヘッド２を選択する（ステップＳ１６）。続いて、電圧印加制御手段７は液体吐出動作を継続するか否かを判断する（ステップＳ１７）。その結果、液体吐出動作を継続する場合は、回転制御手段２７はヘッド選択手段６によりドラム２６を回転させて、選択された液体吐出ヘッド２の吐出面８が対向電極３の側に向くように液体吐出ヘッド２を移動させる（ステップＳ１２）。一方、液体吐出動作を継続しない場合は処理を終了する。
【０１１０】
このように本実施形態に係る液体吐出装置１及び液体吐出方法によれば、ヘッド選択手段６の選択結果に従って、選択された液体吐出ヘッド２の吐出面８が対向電極３の側に向くようにドラム２６を回転させることにより、選択された液体吐出ヘッド２、すなわち帯電用電極１０からの静電電圧印加時間が所定時間未満である液体吐出ヘッド２から液体を吐出させることが可能となる。
【０１１１】
以上詳細に説明したように、本発明の液体吐出装置及び液体吐出方法によれば、液体吐出ヘッドがノズルプレートの分極により吐出不良となった場合でも、生産性を低下させることなく吐出動作を継続することが可能となる。
【０１１２】
また、フラットなノズルを使用する場合にも、本発明を適用することが可能となる。また、ノズルを破損させることなくノズルプレート表面のワイプ操作を行うことが可能となる。
【０１１３】
また、液滴を効率よく安定的に吐出させることが可能となる。
【０１１４】
また、液滴吐出に必要な静電電圧を低下させることが可能となる。また、液体吐出動作の制御を圧力発生手段の駆動により行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】第１の実施形態に係る液体吐出装置の全体構成を示す概略構成図である。
【図２】第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドの配置例を示す正面図である。
【図３】静電電圧印加時間に対するメニスカス先端部の電界強度の変化を示すグラフである。
【図４】第１の実施形態に係る液体吐出方法を示すフローチャートである。
【図５】第２の実施形態に係る液体吐出装置の全体構成を示す概略構成図である。
【図６】第２の実施形態に係る液体吐出ヘッドの配置例を示す正面図である。
【図７】第２の実施形態に係る液体吐出ヘッドの他の配置例を示す正面図である。
【図８】第２の実施形態に係る液体吐出方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１１６】
１  液体吐出装置
２  液体吐出ヘッド
３  対向電極
４  印加時間計測手段
５  記憶手段
６  ヘッド選択手段
７  電圧印加制御手段
８  吐出面
９  ノズルプレート
１０  帯電用電極
１１  ボディ層
１２  可撓層
１３  吐出口
１４  ノズル
１５   液体供給口
１６   大径部
１７   小径部
１８   静電電圧電源
１９   キャビティ
２０   ピエゾ素子
２１   駆動電圧電源
２２   ヘッド制御手段
２６   ドラム
２７   回転制御手段
【図１】
2007216492.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2007216492.tif 000007
【図６】
2007216492.tif 000008
【図７】
2007216492.tif 000009
【図８】
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