JP2013199026A - Liquid droplet ejection apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液滴吐出装置に関し、特に、液滴吐出ヘッドの乾燥等を防ぐために行われる微駆動の頻度の制御に関する。 The present invention relates to a droplet discharge device, and more particularly to control of the frequency of fine driving performed to prevent drying or the like of a droplet discharge head.
<液体吐出装置>
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、これらの複合機等の画像形成装置として、例えばインク液滴を吐出する液滴吐出ヘッド(液体吐出ヘッド)からなる記録ヘッドを用いた液体吐出記録方式の画像形成装置としてインクジェット記録装置などが知られている。この液体吐出記録方式の画像形成装置は、インクジェットヘッドからインク滴を、搬送される用紙(紙に限定するものではなく、OHPなどを含み、インク滴、その他の液体などが付着可能なものの意味であり、被記録媒体あるいは記録媒体、記録紙、記録用紙などとも称される。)に対して吐出して、画像形成(記録、印字、印写、印刷も同義語で使用する。)を行なうものであり、インクジェットヘッドが主走査方向に移動しながら液滴を吐出して画像を形成するシリアル型画像形成装置と、インクジェットヘッドが移動しない状態で液滴を吐出して画像を形成するライン型ヘッドを用いるライン型画像形成装置がある。
<Liquid ejection device>
As an image forming apparatus such as a printer, a facsimile, a copying machine, a plotter, or a complex machine of these, for example, a liquid ejection recording type image forming using a recording head composed of a liquid droplet ejection head (liquid ejection head) that ejects ink droplets. As an apparatus, an ink jet recording apparatus or the like is known. This liquid discharge recording type image forming apparatus means that ink droplets from an inkjet head are transported on paper (not limited to paper, including OHP, and can be attached to ink droplets and other liquids). Yes, it is also ejected onto a recording medium or a recording medium, recording paper, recording paper, etc.) to form an image (recording, printing, printing, and printing are also used synonymously). A serial type image forming apparatus that forms an image by ejecting droplets while the inkjet head moves in the main scanning direction, and a line type head that forms images by ejecting droplets without moving the inkjet head There are line type image forming apparatuses using
なお、本願において、液体吐出記録方式の「画像形成装置」は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の媒体に液体を吐出して画像形成を行う装置を意味し、また、「画像形成」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与すること(単に液滴を媒体に着弾させること)をも意味する。また、「インク」とは、インクと称されるものに限らず、記録液、定着処理液、液体などと称されるものなど、画像形成を行うことができるすべての液体の総称として用い、例えば、DNA試料、レジスト、パターン材料、樹脂なども含まれる。また、「画像」とは平面的なものに限らず、立体的に形成されたものに付与された画像、また立体自体を3次元的に造形して形成された像も含まれる。 In the present application, the “image forming apparatus” of the liquid discharge recording method is an apparatus that forms an image by discharging liquid onto a medium such as paper, thread, fiber, fabric, leather, metal, plastic, glass, wood, ceramics, or the like. In addition, “image formation” means not only giving an image having a meaning such as a character or a figure to a medium but also giving an image having no meaning such as a pattern to the medium (simply It also means that a droplet is landed on a medium). “Ink” is not limited to ink, but is used as a general term for all liquids capable of image formation, such as recording liquid, fixing processing liquid, and liquid. DNA samples, resists, pattern materials, resins and the like are also included. In addition, the “image” is not limited to a planar one, but includes an image given to a three-dimensionally formed image, and an image formed by three-dimensionally modeling a solid itself.
<ピエゾ方式>
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の画像形成装置(画像記録装置)として使用するインクジェット記録装置におけるインクジェットヘッドは、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する吐出室(圧力室、加圧液室、液室、インク室、インク流路等とも称される。)と、この吐出室内のインクを加圧するエネルギーを発生するアクチュエータ手段(エネルギー発生手段)とを備えて、アクチュエータ手段を駆動することで吐出室内インクを加圧してノズルからインク滴を吐出させるものであり、記録の必要なときにのみインク滴を吐出するインク・オン・デマンド方式のものが主流である。
<Piezo method>
An inkjet head in an inkjet recording apparatus used as an image forming apparatus (image recording apparatus) such as a printer, a facsimile machine, a copying apparatus, or a plotter has a nozzle that ejects ink droplets and an ejection chamber (pressure chamber, pressurization) that communicates with the nozzle. A liquid chamber, a liquid chamber, an ink chamber, an ink flow path, etc.) and an actuator means (energy generating means) that generates energy for pressurizing the ink in the discharge chamber to drive the actuator means. Thus, the ink in the ejection chamber is pressurized and ink droplets are ejected from the nozzles, and an ink-on-demand system that ejects ink droplets only when recording is necessary is the mainstream.
インク・オン・デマンド方式のインクジェットヘッドは、インク滴(記録液体)を吐出させるためのアクチュエータ手段の種類により、幾つかの方式に大別される。 Ink-on-demand ink jet heads are roughly classified into several types depending on the type of actuator means for ejecting ink droplets (recording liquid).
例えば、特許文献1(特開平10−100401号公報)に記載されているように、液室の壁の一部を薄い振動板とし、これに対応して電気機械変換素子としての圧電素子を配置し、電圧印加に伴って発生する圧電素子の変形により振動板を変形させることで液室内の圧力を変化させて、インク滴を吐出させるピエゾ方式のもの、液室内部に発熱体素子を配置し、通電による発熱体の加熱によって気泡を発生させ、気泡の圧力によってインク滴を吐出させるバブルジェット(登録商標)方式のものが一般に良く知られている。 For example, as described in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 10-100401), a part of the wall of the liquid chamber is a thin diaphragm, and a piezoelectric element as an electromechanical conversion element is arranged correspondingly. A piezoelectric element that changes the pressure in the liquid chamber by deforming the diaphragm due to the deformation of the piezoelectric element that occurs when a voltage is applied, and discharges ink droplets. A heating element is placed inside the liquid chamber. In general, a bubble jet (registered trademark) system in which bubbles are generated by heating a heating element by energization and ink droplets are ejected by the pressure of the bubbles is well known.
それ以外にも、例えば特許文献2(特開平2−289351号公報)に記載されているように、液室の壁面を形成する振動板と、この振動板に対向して配置された液室外の個別電極とを備え、振動板と電極との間に電界を印加することで発生する静電力により振動板を変形させて、液室内の圧力/体積を変化させることによりノズルからインク滴を吐出させる静電型のものも提案されている。 In addition, as described in, for example, Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2-289351), a diaphragm that forms the wall surface of the liquid chamber, and a liquid chamber outside the liquid chamber that is disposed to face the diaphragm. An individual electrode is provided, and the diaphragm is deformed by an electrostatic force generated by applying an electric field between the diaphragm and the electrode, and ink droplets are ejected from the nozzle by changing the pressure / volume in the liquid chamber. An electrostatic type has also been proposed.
更にピエゾ方式のものには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、たわみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものが実用化されている。 In addition, a piezoelectric type that uses a longitudinal vibration mode piezoelectric actuator that extends and contracts in the axial direction of the piezoelectric element and a flexural vibration mode piezoelectric actuator that has been put into practical use.
前者は圧電素子の端を吐出させるインクジェット式面を振動板に当接させることにより圧力発生室の容積を変化させることができて、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反面、圧電素子をノズル開口の配列ピッチに一致させて櫛歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられた圧電素子を圧力発生室に位置決めして固定する作業が必要となり、製造工程が複雑であるという問題がある。 The former can change the volume of the pressure generation chamber by bringing an ink jet type surface that discharges the end of the piezoelectric element into contact with the diaphragm, so that a head suitable for high-density printing can be manufactured. Difficult process of cutting elements into a comb-teeth shape according to the arrangement pitch of nozzle openings, and the work of positioning and fixing the cut piezoelectric elements in the pressure generating chamber, which complicates the manufacturing process There is.
これに対して後者は、圧電材料のグリーンシートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し、これを焼成するという比較的簡単な工程で振動板に圧電素子を作り付けることができるものの、たわみ振動を利用する関係上、ある程度の面積が必要となり、高密度配列が困難であるという問題がある。 On the other hand, the latter can flexibly vibrate, although a piezoelectric element can be built on the diaphragm by a relatively simple process of sticking a green sheet of piezoelectric material according to the shape of the pressure generation chamber and firing it. There is a problem that a certain amount of area is required for the use of, and high-density arrangement is difficult.
後者の記録ヘッドの不都合を解消すべく、特許文献3(特開平05−286131号公報)に見られるように、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法により圧力発生室に対応する形状に切り分けて圧力発生室毎に独立するように圧電素子を形成したものが提案されている。これによれば圧電素子を振動板に貼付ける作業が不要となって、リソグラフィ法という精密で、かつ簡便な手法で圧電素子を作り付けることができるばかりでなく、圧電素子の厚みを薄くできて高速駆動が可能になるという利点がある。 In order to eliminate the disadvantages of the latter recording head, a uniform piezoelectric material layer is formed by a film forming technique over the entire surface of the diaphragm, as seen in Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 05-286131). In this proposal, a piezoelectric element is formed by cutting the piezoelectric material layer into a shape corresponding to the pressure generating chamber by lithography and forming an independent element for each pressure generating chamber. This eliminates the need to affix the piezoelectric element to the diaphragm, so that not only can the piezoelectric element be created by a precise and simple technique called lithography, but also the thickness of the piezoelectric element can be reduced. There is an advantage that high-speed driving is possible.
<バタフライ特性>
ところで、振動板に直接圧電材料層を形成した構成(ここでは薄膜ピエゾと呼ぶ)では、圧電材料層の厚さが薄く、駆動時の電界強度が強いため、電界強度に対して、いわゆるバタフライ特性を示すことが知られている(図21参照)。これは、駆動時の電界で分極が反転するために発生する。ここで図21は、圧電素子の印加電圧に対する変位量(たわみ量)の特性を示すグラフである。
<Butterfly characteristics>
By the way, in the configuration in which the piezoelectric material layer is directly formed on the diaphragm (herein referred to as a thin film piezo), the piezoelectric material layer is thin and the electric field strength at the time of driving is strong. Is known (see FIG. 21). This occurs because the polarization is reversed by the electric field during driving. Here, FIG. 21 is a graph showing the characteristic of the displacement amount (deflection amount) with respect to the applied voltage of the piezoelectric element.
圧電アクチュエータに電圧を印加する方法としては、一般的には、共通電極をGndに接地して、個別電極側に、圧電アクチュエータの動きを制御する駆動波形を印加するのが一般的である(図22参照)。 As a method of applying a voltage to a piezoelectric actuator, generally, a common electrode is grounded to Gnd, and a driving waveform for controlling the movement of the piezoelectric actuator is applied to the individual electrode side (see FIG. 22).
薄膜ピエゾの場合、図21のバタフライ特性にも見られるように、電界強度が大きくなると、変位が飽和する傾向があるので(これも電界強度が強い影響)、電界強度の低い電圧および、抗電界を超えずにバタフライ特性の反転しない逆電圧の部分を使う方法がある。その方が、バタフライ特性の傾きが大きいので、印加電圧に対して変位が大きく取れる。 In the case of a thin-film piezo, as seen in the butterfly characteristics of FIG. 21, when the electric field strength increases, the displacement tends to saturate (this also has the effect of strong electric field strength). There is a method of using a reverse voltage portion where the butterfly characteristic does not invert without exceeding. Since the slope of the butterfly characteristic is larger in that direction, a large displacement can be obtained with respect to the applied voltage.
インク等の液滴の吐出特性に関して、特許文献4(特開2006−321200号公報)には、バイアス電圧に対して特性のバラツキがあるとの記載があり(段落0004参照)、特性のバラツキに対応するため圧電対素子の変位量が同一となるバイアス電圧値を検出し検出値に応じてランク付けすることが記載されている(段落0044参照)。 Regarding the ejection characteristics of droplets of ink or the like, Patent Document 4 (Japanese Patent Laid-Open No. 2006-321200) describes that there is a characteristic variation with respect to the bias voltage (see paragraph 0004). In order to cope with this, it is described that a bias voltage value with the same displacement amount of the piezoelectric pair element is detected and ranked according to the detected value (see paragraph 0044).
特許文献4では、その電圧領域を使用するために、共通電極側にバイアス電圧を印加している。これにより、圧電材料層から見ると、逆電圧が印加される。
In
図23(a)にバイアス電圧V0と、駆動電圧V1および、図23(b)に圧電層にかかる電圧ΔV=V1−V0について図示している。図23には、圧電層にかかる電圧ΔVは単純にΔV=V1−V0となるので、共通電極側にバイアス電圧V0をかけておくことで、図23(b)に記載の圧電層の電圧ΔVとしては、ΔV=0付近の逆極性を含む変位効率の良い電圧範囲を使えることを示している。 FIG. 23A shows the bias voltage V0 and the drive voltage V1, and FIG. 23B shows the voltage ΔV = V1-V0 applied to the piezoelectric layer. In FIG. 23, since the voltage ΔV applied to the piezoelectric layer is simply ΔV = V1−V0, by applying a bias voltage V0 to the common electrode side, the voltage ΔV of the piezoelectric layer illustrated in FIG. Indicates that a voltage range with good displacement efficiency including a reverse polarity near ΔV = 0 can be used.
また、特許文献5では、駆動履歴により滴速度が低下することを防止する目的で、(目的は違うが)圧電アクチュエータの両電極にスイッチ回路を設けて、分極方向に電界を印加することにより当該圧電素子を駆動してノズルから液体を吐出する第1のモードと、圧電素子に対して圧電体の分極方向と逆向きに電界を印加することにより当該圧電素子を駆動してノズルから液体を吐出する第2のモードと、を切り替え可能にしている。(Fig.6がバタフライ特性の図だが、バタフライ特性は対称。)但し、回路構成が複雑であり、コストが高いものとなっている。
Further, in
<吐出を安定させるために行う微駆動>
ところで、薄膜ピエゾの液滴吐出ヘッドの場合も、吐出しないチャンネルに対して、メニスカスを振動させて(ここでは微駆動と呼ぶ)、吐出、特に1滴目の吐出を安定化することが必要である。
<Fine drive to stabilize discharge>
By the way, in the case of a thin film piezo droplet ejection head, it is necessary to stabilize the ejection, particularly the ejection of the first droplet, by vibrating the meniscus with respect to the non-ejection channel (herein referred to as fine driving). is there.
図24は、ドライバIC(Integrated Circuit)回路のブロック図であり、図25はその動作を説明するための図である。印刷周期内で、駆動波形の一部をドライバICにより圧電層への印加を制御して、大きさの異なる滴を吐出させている。共通電極側には、Gndへ接地している。 FIG. 24 is a block diagram of a driver IC (Integrated Circuit) circuit, and FIG. 25 is a diagram for explaining the operation thereof. Within the printing cycle, application of a part of the drive waveform to the piezoelectric layer by the driver IC is controlled to eject droplets having different sizes. The common electrode side is grounded to Gnd.
この例では、2ビットの階調信号(画像データ)をパラレルに転送し、シフトレジスタとラッチ回路により、時間軸のデータを各チャンネルの状態各チャンネルでの階調(大滴、中滴、小滴、不吐出)に変換する。各チャンネルは、その階調の制御信号に基付き、ドライバIC内のスイッチをON、OFFして、駆動波形電圧の一部を圧電素子に印加する。 In this example, 2-bit gradation signals (image data) are transferred in parallel, and the time axis data is converted into gradations (large droplets, medium droplets, small droplets) in each channel state by a shift register and a latch circuit. Droplet, non-ejection). Each channel applies a part of the drive waveform voltage to the piezoelectric element by turning on and off the switch in the driver IC based on the control signal of the gradation.
図8の例では、切換タイミングT1,T2,T3,T4に関して、次のようにスイッチ動作をしている(図中○囲み数字を以下の表では括弧に入れた数字で代用している)。
T1 T2 T3 T4
大滴 (1,1) ON ON OFF ON (1),(2),(3),(4)吐出
中滴 (1,0) OFF OFF OFF ON (3),(4)吐出
小滴 (0,1) OFF ON OF OFF (2)吐出
不吐出(0,0) OFF OFF ON OFF
In the example of FIG. 8, the switching operation is performed as follows with respect to the switching timings T1, T2, T3, and T4 (the circled numbers in the figure are substituted with the numbers in parentheses in the following table).
T1 T2 T3 T4
Large droplet (1, 1) ON ON OFF ON (1), (2), (3), (4) Discharge medium droplet (1, 0) OFF OFF OFF ON (3), (4) Discharge small droplet (0 , 1) OFF ON OF OFF (2) Discharge Non-discharge (0, 0) OFF OFF ON OFF
この時、不吐出(0,0)は、必ずT3の期間ONするので、吐出しないチャンネルは必ず微駆動が入ることになる。 At this time, since the non-ejection (0, 0) is always ON for the period T3, the non-ejection channel is always finely driven.
上記したように微駆動がないと、ノズルのインクが増粘して吐出曲りや、速度低下によるドット位置ズレなど、安定吐出に課題を生じる。しかしながら、吐出しないチャンネルに常に微駆動を入れ続けることは、電力消費の面から好ましくない。ビジネス文書の場合、吐出するチャンネルが10%以下程度なので、残り90%の微駆動は印刷時の消費電力に占める割合が意外と大きい。 As described above, if there is no fine driving, the ink in the nozzles increases in viscosity, causing problems in stable ejection such as ejection bending and dot position deviation due to reduced speed. However, it is not preferable from the viewpoint of power consumption that the fine driving is continuously applied to the channel that does not discharge. In the case of business documents, since the number of channels to be discharged is about 10% or less, the remaining 90% of fine driving has a surprisingly large proportion of power consumption during printing.
つまり、微駆動は必要最小限の頻度で印加することが好ましい。しかしながら、この例のように、階調数が制約になる場合がある。 That is, it is preferable to apply the fine driving with the minimum frequency. However, as in this example, the number of gradations may be a constraint.
単純に、3ビットの階調信号にすれば、微駆動と、不吐出を分けて、5階調にするのは容易であるが、扱うデータ数が増えて、記録装置本体側のデータ処理が大規模になり処理速度の問題や、ドライバICのロジック部も大きくなるのでドライバICのコストの問題が発生する。 If a 3-bit gradation signal is simply used, it is easy to separate fine driving and non-ejection into 5 gradations, but the number of data to be handled increases, and data processing on the recording apparatus main body side becomes easier. Due to the large scale, the problem of processing speed and the logic part of the driver IC become large, which causes the problem of the cost of the driver IC.
制御信号の不吐出(0,0)のON,OFFを、印刷周期毎に変える方法も考えられるが、この例のように、中間電位(基準電位)にスルーアップしてから、吐出動作をする場合は、不吐出(0,0)でも印刷周期に1回程度は中間電位でドライバICをONする必要がある。これは、圧電層に充電された電荷がリークして基準電位が下がってしまうのを防止するためで、基準電位が下がってしまうと、次につないだ瞬間に電位が跳ね上がり、圧電層が動いて、メニスカスを壊したりして、ヘッドの吐出動作が不安定になる。 Although a method of changing ON / OFF of the non-ejection (0, 0) of the control signal for each printing cycle is also conceivable, as shown in this example, the ejection operation is performed after through-up to an intermediate potential (reference potential). In such a case, it is necessary to turn on the driver IC at an intermediate potential once in a printing cycle even in the case of non-ejection (0, 0). This is to prevent the electric charge charged in the piezoelectric layer from leaking and the reference potential from dropping, and when the reference potential drops, the potential jumps at the next connection and the piezoelectric layer moves. The meniscus is broken and the ejection operation of the head becomes unstable.
微駆動の時間と、充電時間を別途設けることも考えられるが、昨今は駆動周波数が上昇しており、余分な時間はヘッドの駆動周波数(印刷周期)の制約になり、印刷の生産性を下げる要因になる。 Although it may be possible to set a fine driving time and a charging time separately, the driving frequency has increased recently, and the extra time becomes a restriction on the driving frequency (printing cycle) of the head, thus reducing the printing productivity. It becomes a factor.
また、駆動波形自体の微駆動部分がある波形と、ない波形を、印刷周期毎に選択する方法も考えられるが、波形全体を入れ換える必要があるので、印刷周期毎のように短い時間間隔で実施するには、波形発生回路側に負荷がかかり、コストアップにつながる。 In addition, it is possible to select a waveform with a fine drive part of the drive waveform itself and a waveform with no fine drive for each print cycle. However, since the entire waveform needs to be replaced, it is performed at a short time interval as per the print cycle. For this reason, a load is applied to the waveform generation circuit side, which leads to an increase in cost.
本発明は、上述したような実情に鑑みてなされたものであって、階調信号数を増やさずに、低コストの回路構成で、微駆動頻度を変えて消費電力を低減する吐出安定性の高い液滴吐出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and has an ejection stability that reduces power consumption by changing the fine driving frequency with a low-cost circuit configuration without increasing the number of gradation signals. An object is to provide a high droplet discharge device.
上記目的を達成するために本発明は、複数のノズル開口と、各ノズル開口に連通する加圧液室を有する流路形成基板と、前記流路形成基板上に形成された圧電アクチュエータと、前記圧電アクチュエータの電圧印加をスイッチングするドライバICを備えた液滴吐出ヘドと、前記液滴吐出ヘッドに駆動波形電圧を印加する駆動波形発生手段と、前記圧電アクチュエータの反対側の電極にバイアス電圧を印加するバイアス信号回路と、を備え、前記バイアス信号回路は、一印刷周期内で、液滴を吐出させない前記圧電アクチュエータに、駆動波形電圧を印加するタイミングで、バイアス電圧を変化させることを特徴とする液滴吐出装置を提供する。 To achieve the above object, the present invention provides a plurality of nozzle openings, a flow path forming substrate having a pressurized liquid chamber communicating with each nozzle opening, a piezoelectric actuator formed on the flow path forming substrate, A droplet discharge head provided with a driver IC for switching voltage application of the piezoelectric actuator, drive waveform generating means for applying a drive waveform voltage to the droplet discharge head, and a bias voltage applied to an electrode on the opposite side of the piezoelectric actuator A bias signal circuit that changes the bias voltage at a timing when a drive waveform voltage is applied to the piezoelectric actuator that does not eject droplets within one printing cycle. A droplet discharge device is provided.
本発明によれば、階調信号数を増やさずに、低コストの回路構成で、微駆動頻度を変えて消費電力を低減する吐出安定性の高い液滴吐出装置を提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a droplet ejection apparatus with high ejection stability that reduces power consumption by changing the fine driving frequency with a low-cost circuit configuration without increasing the number of gradation signals. .
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
<インクジェット記録装置>
まず、本実施形態に係るインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置の一例について図1及び図2を参照して説明する。なお、図1は同記録装置の斜視説明図、図2は同記録装置の機構部の側面説明図である。
<Inkjet recording apparatus>
First, an example of an ink jet recording apparatus equipped with an ink jet head according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 1 is an explanatory perspective view of the recording apparatus, and FIG. 2 is an explanatory side view of a mechanism portion of the recording apparatus.
このインクジェット記録装置は、記録装置本体81の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載した本発明を実施したインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部82等を収納し、装置本体81の下方部には前方側から多数枚の用紙83を積載可能な給紙カセット(或いは給紙トレイでもよい。)84を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙83を手差しで給紙するための手差しトレイ85を開倒することができ、給紙カセット84或いは手差しトレイ85から給送される用紙83を取り込み、印字機構部82によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ86に排紙する。
This ink jet recording apparatus includes a carriage movable in the main scanning direction inside the recording apparatus
印字機構部82は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド91と従ガイドロッド92とでキャリッジ93を主走査方向に摺動自在に保持し、このキャリッジ93にはイエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(Bk)の各色のインク滴を吐出するインクジェットヘッドからなるヘッド94を複数のインク吐出口(ノズル)を主走査方向と交差する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。またキャリッジ93にはヘッド94に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ95を交換可能に装着している。
The
インクカートリッジ95は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッドへインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド94を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する1個のヘッドでもよい。
The
ここで、キャリッジ93は後方側(用紙搬送方向下流側)を主ガイドロッド91に摺動自在に嵌装し、前方側(用紙搬送方向上流側)を従ガイドロッド92に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ93を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ97で回転駆動される駆動プーリ98と従動プーリ99との間にタイミングベルト100を張装し、このタイミングベルト100をキャリッジ93に固定しており、主走査モータ97の正逆回転によりキャリッジ93が往復駆動される。
Here, the
一方、給紙カセット84にセットした用紙83をヘッド94の下方側に搬送するために、給紙カセット84から用紙83を分離給装する給紙ローラ101及びフリクションパッド102と、用紙83を案内するガイド部材103と、給紙された用紙83を反転させて搬送する搬送ローラ104と、この搬送ローラ104の周面に押し付けられる搬送コロ105及び搬送ローラ104からの用紙83の送り出し角度を規定する先端コロ106とを設けている。搬送ローラ104は副走査モータ107によってギヤ列を介して回転駆動される。
On the other hand, in order to convey the
そして、キャリッジ93の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ104から送り出された用紙83を記録ヘッド94の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材109を設けている。この印写受け部材109の用紙搬送方向下流側には、用紙83を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ111、拍車112を設け、さらに用紙83を排紙トレイ86に送り出す排紙ローラ113及び拍車114と、排紙経路を形成するガイド部材115,116とを配設している。
A printing receiving member 109 is provided as a paper guide member that guides the
記録時には、キャリッジ93を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド94を駆動することにより、停止している用紙83にインクを吐出して1行分を記録し、用紙83を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙83の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙83を排紙する。
At the time of recording, the
また、キャリッジ93の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド94の吐出不良を回復するための回復装置117を配置している。回復装置117はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ93は印字待機中にはこの回復装置117側に移動されてキャッピング手段でヘッド94をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
Further, a
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド94の吐出口(ノズル)を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜(不図示)に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
When a discharge failure occurs, the discharge port (nozzle) of the
<液滴吐出ヘッド(インクジェットヘッド)>
図3は、本発明の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの3方向からの断面図を示している。図3に示す液滴吐出ヘッドは、図1及び図2ではインクジェットヘッドと呼んでいたものであり、インク液滴を基板の面部に設けたノズルから吐出させるサイドシューター方式の例を示すもので図示している。
<Droplet ejection head (inkjet head)>
FIG. 3 shows sectional views from three directions of the droplet discharge head according to the embodiment of the present invention. The droplet discharge head shown in FIG. 3 is called an inkjet head in FIGS. 1 and 2, and shows an example of a side shooter system that discharges ink droplets from nozzles provided on the surface of the substrate. Show.
本実施例のインクジェットヘッドは、図3に示す通りインクを吐出するノズルを有するノズル基板141と、加圧液室138、流体抵抗部139ほかインク流路となる溝部と、振動板121に圧電層123などアクチュエータ部を形成した液室基板120と、圧電素子保護空間134を配した保護基板(サブフレーム)137の3枚の基板を重ねた積層構造となっている。
As shown in FIG. 3, the inkjet head of this embodiment includes a
液室基板120は、シリコン基板上にシリコン酸化膜を介してシリコンが張り合わされたSOI基板を用いている。本実施例における振動板はSOI基板のSi層表面にパイロ酸化法を適用し、シリコン酸化膜を形成し、その上に下電極122となる白金膜、圧電層(PZT)123、上電極124となる白金膜の多層構成からなるアクチュエータがシリコンをエッチングすることで形成した加圧液室128に対向する領域に形成されている。
The
さらに上下電極(下電極122と上電極124)と配線材料(引き出し配線130)との層間に配置する層間絶縁膜125、及び、引き出し配線130の材料を保護する為のパッシベーション膜(パッシベーション層131)が、アクチュエータ(圧電層(PZT)123)の上面及び側面を覆う様に配置されている。
Further, an
ノズル基板141は、厚さ30〜50ミクロンのSUS基板にプレス加工と研磨加工によりノズル孔142を形成している。液室基板120の加圧液室138と連通するようにそれぞれノズル孔142を有する。
In the
保護基板137は、共通液室136としてインク流路となる溝部と、圧電素子の保護及び変位を妨げない為の空間及び流路隔壁144の剛性を高め、液室全体を支えるために柱143を形成している。
The
次に、図3に示した液滴吐出ヘッドの作製方法、構成など実施例をあげて説明する。 Next, a manufacturing method and configuration of the droplet discharge head shown in FIG.
本実施例の作製方法を、図4ないし図14を用いて説明する。本実施例においてはシリコン基板に振動板材料及び圧電素子材料を成膜していくことでアクチュエータを作成していく。 A manufacturing method of this embodiment will be described with reference to FIGS. In this embodiment, an actuator is created by depositing a diaphragm material and a piezoelectric element material on a silicon substrate.
まず、厚み400umのシリコン基板の表面にシリコン酸化膜を0.2um及びシリコンを2.0umを張り合わせたSOI基板を用いる。SOI基板表面にパイロ(Wet)酸化法によりシリコン酸化膜を0.3um形成し(図4)、これを振動板層121とする。厚み400umのシリコン基板は液室基板120となる。
First, an SOI substrate in which 0.2 μm of silicon oxide film and 2.0 μm of silicon are bonded to the surface of a 400 μm thick silicon substrate is used. A silicon oxide film of 0.3 μm is formed on the surface of the SOI substrate by a pyro oxidation method (FIG. 4), and this is used as a
その後、圧電素子の下電極(共通電極)122となる白金(Pt)層をスパッタ法により0.2um成膜、パターニングする(図5)。更にゾルゲル法により圧電層123を2μm成膜し、さらに、上電極(個別電極)124となる白金(Pt)層を0.1um成膜する(図6)。その後、リソエッチ法により前記上電極及び圧電層をパターニングする(図6)。
Thereafter, a platinum (Pt) layer to be the lower electrode (common electrode) 122 of the piezoelectric element is deposited and patterned by sputtering (FIG. 5). Further, the
次に、プラズマCVD法により層間絶縁膜125を0.3um成膜、リソエッチ法により配線コンタクトを取る為のビアホール126を形成する(図7)。層間絶縁膜125は、次に形成する引き出し配線130と上電極124との導通部(ビアホール126)と、バイパス配線への導通部128、およびインク供給孔となる貫通部129をパターニングしている(図7)。
Next, an
更に、アルミ材料により、引き出し電極(引き出し配線130)を形成する(図8)。引き出し電極は、圧電体の駆動による振動板の振動による応力を受けるので、振動により断線しないように、やわらかいアルミ材料を使い、1um程度厚く積んでいる。 Further, an extraction electrode (extraction wiring 130) is formed of an aluminum material (FIG. 8). Since the extraction electrode receives stress due to vibration of the diaphragm due to driving of the piezoelectric body, a soft aluminum material is used and is thickly stacked so as not to be disconnected by vibration.
次に、アルミ配線保護の為のパッシベーション膜(パッシベーション層131)としてプラズマCVD法によるシリコン窒化膜を2um成膜、パターニングする(図9)。その後、振動板121のインク供給口となる部分を、事前にエッチングする(図10)。
Next, 2 μm of silicon nitride film is formed by plasma CVD as a passivation film (passivation layer 131) for protecting the aluminum wiring and patterned (FIG. 9). Thereafter, a portion to be an ink supply port of the
更に、金をメッキ法により積層して、個別電極のパッド部132と、バイパス配線133を同時に形成する(図11)。パッド部132を金で形成することで、図示しないドライバICとの電気的接続を低温のワイヤボンディングで接続している。また金は抵抗値が低く、バイパス配線として共通電極抵抗値を下げる効果が大きい。なお、パッド部132と形成工程を分けて、バイパス配線材料として、銅、アルミなどを使用することもできる。その場合は、バイパス配線133を腐食から保護する保護層が必要となるケースもある。
Further, gold is laminated by a plating method, and the
その後、別途ガラス基板にブラスト加工で柱143を形成した保護基板137を液室基板120に接合(図12)、液室基板120の保護基板接合面とは反対面を、所望の厚さまで研磨する(図13)。
Thereafter, a
保護基板137はシリコン基板にリソエッチ法で凹部を加工したものでも良いし、シリコン基板をTMAH、KOHなどのアルカリエッチング液を用いたウェットエッチングにより加工したものでも構わない。また樹脂モールドやメタルインジェクションモールドなどの成型部品でも構わない。
The
また、ドライバ回路をアクチュエータ基板上に一体形成する際に、パイロ酸化法で形成した酸化膜をLOCOS酸化法で形成し、酸化膜の形成領域を選択することで、駆動回路を同一基板上に形成することもできる。 In addition, when the driver circuit is integrally formed on the actuator substrate, an oxide film formed by a pyro-oxidation method is formed by a LOCOS oxidation method, and a driver circuit is formed on the same substrate by selecting an oxide film formation region. You can also
その後、シリコン基板の反対面にICPドライエッチングにより加圧液室138、流体抵抗部139及び供給部140となる凹部を形成する(図13)。
Thereafter, recesses to be the pressure
最後に、別途厚さ30〜50ミクロンのSUS基板にプレス加工と研磨加工によりノズル孔142を形成したノズル基板141を液室基板120の流路隔壁144形成面に接着、圧電素子の上電極124及び下電極122と接続されたアルミ配線部を駆動回路に接続することで液滴吐出ヘッドが完成する(図14)。
Finally, a
<実施例1>
図15、図16は、本実施例のドライバIC回路のブロック図と、その動作を説明するための図であり、従来例の図24、図25に対応している。印刷周期内で、駆動波形の一部をドライバICにより圧電層への印加を制御して、大きさの異なる滴を吐出させる。
<Example 1>
FIGS. 15 and 16 are a block diagram of the driver IC circuit of this embodiment and a diagram for explaining the operation, and correspond to FIGS. 24 and 25 of the conventional example. Within the printing cycle, application of a part of the drive waveform to the piezoelectric layer is controlled by the driver IC, and droplets having different sizes are ejected.
図17は、図16に基づいて、個別電極に印加される駆動波形V1と、共通電極に印加されるバイアス波形V0から、圧電層にかかる電圧ΔV=V1−V0を示したものである。 FIG. 17 shows the voltage ΔV = V1−V0 applied to the piezoelectric layer from the drive waveform V1 applied to the individual electrodes and the bias waveform V0 applied to the common electrode based on FIG.
図17に示す例では、2ビットの階調信号(画像データ)をパラレルに転送し、シフトレジスタとラッチ回路で、時間軸のデータを各チャンネルの状態各チャンネルでの階調(大滴、中滴、小滴、不吐出)に変換する。各チャンネルは、その階調の制御信号に基付き、ドライバIC内のスイッチをON、OFFして、駆動波形電圧の一部を圧電素子に印加する。 In the example shown in FIG. 17, 2-bit gradation signals (image data) are transferred in parallel, and the time axis data is converted into gradations in each channel (large droplets, medium drops) using a shift register and a latch circuit. Droplet, droplet, non-ejection). Each channel applies a part of the drive waveform voltage to the piezoelectric element by turning on and off the switch in the driver IC based on the control signal of the gradation.
図16の例では、切換タイミングT1,T2,T3,T4に関して、次のようにスイッチ動作をしている(図中○囲み数字を以下の表では括弧に入れた数字で代用している)。
T1 T2 T3 T4
大滴 (1,1) ON ON OFF ON (1),(2),(3),(4)吐出
中滴 (1,0) OFF OFF OFF ON (3),(4)吐出
小滴 (0,1) OFF ON OFF OFF (2)吐出
不吐出(0,0) OFF OFF ON OFF
In the example of FIG. 16, the switching operation is performed as follows with respect to the switching timings T1, T2, T3, and T4 (circled numbers in the figure are substituted with numbers in parentheses in the following table).
T1 T2 T3 T4
Large droplet (1, 1) ON ON OFF ON (1), (2), (3), (4) Discharge medium droplet (1, 0) OFF OFF OFF ON (3), (4) Discharge small droplet (0 , 1) OFF ON OFF OFF (2) Discharge Non-discharge (0, 0) OFF OFF ON OFF
この時、共通電極側にはバイアス電圧V0を基準とした電圧が印加されるが、一定電圧ではなく、期間T3において、その電圧値を変化させる波形を出力する。 At this time, a voltage based on the bias voltage V0 is applied to the common electrode side, but a waveform that changes the voltage value is output in the period T3 instead of a constant voltage.
図16では、印刷周期2周期分を示しているが、1周期目の印刷周期Aでは、バイアス電圧に微駆動波形が出力されており、2周期目の印刷周期Bには微駆動波形は出力されていない。これは、バイアス電圧波形を入れ換えているのではなく、バイアス電圧の微駆動波形を出力するかどうかをバイアス電圧回路で選択しているだけなので、駆動波形で微駆動有無を入れ換えるより容易に実現できる。 FIG. 16 shows two printing cycles. In the first printing cycle A, the fine driving waveform is output as the bias voltage, and in the second printing cycle B, the fine driving waveform is output. It has not been. This is more easily realized than switching the presence / absence of fine driving in the driving waveform because the bias voltage waveform is not switched but only the bias voltage circuit selects whether or not to output the bias voltage fine driving waveform. .
1周期毎に、微駆動波形を出力したり(印刷周期A)、しなかったり(印刷周期B)する場合は、微駆動の発生頻度は50%である。 When a fine drive waveform is output (print cycle A) or not (print cycle B) every cycle, the frequency of occurrence of fine drive is 50%.
また階調信号が不吐出(0,0)になったチャンネルは、T3の期間ONしているので、個別電極には、微駆動波形(1周期目)か、中間電位(2周期目)の電圧が印加されて、充電が実施される。これにより、圧電層の電荷リークによる基準電位の低下を防止できている。 In addition, since the channel in which the gradation signal is non-ejection (0, 0) is ON during the period T3, the individual electrode has a fine driving waveform (first cycle) or an intermediate potential (second cycle). A voltage is applied and charging is performed. As a result, a decrease in the reference potential due to the charge leakage of the piezoelectric layer can be prevented.
薄膜ピエゾの場合は圧電層が薄いため駆動時の電界強度で図21に示したバタフライ特性を示すので、電圧を印加すると、極性に関わらず、加圧液室138を収縮方向に変位する。つまり、加圧液室138を一旦膨張させてから収縮されて滴を吐出する所謂引き打ちを実現するには、中間電位(基準電位)に圧電層を充電し、それを維持することが、薄膜ピエゾの液滴吐出ヘッドを駆動するには非常に重要である。
In the case of a thin film piezo, since the piezoelectric layer is thin, the electric field strength at the time of driving shows the butterfly characteristic shown in FIG. 21, so that when a voltage is applied, the pressurized
大滴、中滴、小滴で吐出するチャンネルについては、共通電極にはバイアス電圧V0が印加されているので、図17に示したように、圧電層にかかる電圧ΔV=V1−V0は、図21で説明した0V付近の変位効率の良い電圧範囲で圧電層を変位させている。 For the channels ejected by large droplets, medium droplets, and small droplets, since the bias voltage V0 is applied to the common electrode, the voltage ΔV = V1−V0 applied to the piezoelectric layer as shown in FIG. The piezoelectric layer is displaced in the voltage range with good displacement efficiency near 0 V described in 21.
逆に言えば、効率の良い電圧範囲を使うことで、最大電圧振幅を抑えて、ドライバICの電源電圧仕様などを低く抑えることができる。高い耐圧や電圧精度の良い電源はコストアップにつながる。 In other words, by using an efficient voltage range, the maximum voltage amplitude can be suppressed and the power supply voltage specification of the driver IC can be suppressed low. A power supply with high withstand voltage and good voltage accuracy leads to an increase in cost.
本実施形態では、バイアス電圧回路側に微駆動波形を設けたことで、階調信号数を増やすことなく簡単な構成で、微駆動波形の印加される頻度を変えることが出来る。つまり、2ビットで疑似的な5階調(大滴、中滴、小滴、微駆動、微駆動なし充電)を実現している。これにより、微駆動を印加する頻度の調整が容易で、過剰な微駆動を回避して消費電力を抑えることが出来る。 In the present embodiment, by providing the fine drive waveform on the bias voltage circuit side, the frequency with which the fine drive waveform is applied can be changed with a simple configuration without increasing the number of gradation signals. In other words, two-bit pseudo five gradations (large droplet, medium droplet, small droplet, fine drive, and charge without fine drive) are realized. Thereby, it is easy to adjust the frequency of applying fine driving, and it is possible to avoid excessive fine driving and suppress power consumption.
また、共通電極側にバイアス電圧を印加することは、薄膜ピエゾのように、変位―電圧がタフライ特性を示して、電圧を高くすると線形性から外れて飽和気味になる圧電層を利用する場合に、0V付近の逆電界を含む変位効率の良い電圧範囲を使う上で有効である。なお、駆動波形を印加する電極(個別電極)と反対側の電極(共通電極)に、バイアス電圧をかけることは、片極性の電源で実現できる。 In addition, applying a bias voltage to the common electrode side is possible when using a piezoelectric layer that has a displacement-voltage that exhibits a butterfly characteristic and becomes saturated when the voltage is increased. This is effective in using a voltage range with good displacement efficiency including a reverse electric field in the vicinity of 0V. Note that applying a bias voltage to the electrode (common electrode) opposite to the electrode (individual electrode) to which the drive waveform is applied can be realized by a unipolar power source.
なお、駆動波形は、および、制御振動の波形の切り出し方はこれに限るものではない。また、本実施例では、2ビットで疑似的な5階調を作っているが、1ビットで疑似的な3階調(吐出、微駆動、微駆動なし充電)にすることも出来るし、3ビットで疑似的な9階調(3ビット8階調+1階調)など、階調信号数は2ビットに限るものではない。 Note that the method of cutting out the drive waveform and the waveform of the control vibration is not limited to this. In this embodiment, pseudo 5 gradations are created with 2 bits, but pseudo 3 gradations (discharge, fine driving, and charging without fine driving) can be made with 1 bit. The number of gradation signals is not limited to 2 bits, such as pseudo 9 gradations (3 bits, 8 gradations + 1 gradation).
<実施例2>
図18は、本発明のまた別の実施例を示すもので、バイアス電圧波形が、上記実施例1とは異なる。
<Example 2>
FIG. 18 shows another embodiment of the present invention, and the bias voltage waveform is different from that of the first embodiment.
バイアス電圧波形として出力する電圧は、種々の波形が選択できる。上記実施例1では、バイアス電圧波形を出力するために、バイアス信号回路とアンプ回路を必要としていたが、本実施例のような微駆動波形の場合、バイアス電圧(電位)から放電→充電することで、微駆動波形が発生できる。 Various waveforms can be selected as the voltage output as the bias voltage waveform. In the first embodiment, the bias signal circuit and the amplifier circuit are required to output the bias voltage waveform. However, in the case of the fine driving waveform as in the present embodiment, discharging from the bias voltage (potential) is charged. Thus, a fine driving waveform can be generated.
このように、実施例1及び2の技術的特徴は、バイアス電圧波形の回路構成によるものではなく、共通電極側配線にバイアス電圧波形を、特定頻度で発生させることに特徴がある。 As described above, the technical features of the first and second embodiments are not based on the circuit configuration of the bias voltage waveform, but are characterized in that the bias voltage waveform is generated in the common electrode side wiring at a specific frequency.
<実施例3>
次に、本実施例は、バイアス電圧に微駆動波形を発生させる頻度について、液滴吐出装置の機内温度、機内湿度に関するテーブル(図19)を作り、そのテーブルに基づいて、微駆動波形を発生させる。なお、機内の温度検出手段、湿度検出手段については、従来当業者によく知られているものを用いることができる。
<Example 3>
Next, in this embodiment, a table (FIG. 19) relating to the in-machine temperature and in-machine humidity of the droplet discharge device is created for the frequency with which the fine drive waveform is generated in the bias voltage, and the fine drive waveform is generated based on the table. Let As the temperature detection means and humidity detection means in the machine, those well known to those skilled in the art can be used.
使用するインク種により、最適な微駆動波形の印加頻度は変わるので、インクによって、テーブルの確率は変わってくる。図19に示すように、100%は、印刷周期について毎回、バイアス電圧に微駆動波形を発生させることを示している。90%は、9回発生させたら、1回は微駆動波形を発生させずにV0の直流電圧を保つことを意味する。80%は、5回に4回発生させる。70%は、10回に7回ランダムに発生させることを意味する。 The optimal fine drive waveform application frequency varies depending on the type of ink used, and the probability of the table varies depending on the ink. As shown in FIG. 19, 100% indicates that a fine drive waveform is generated in the bias voltage every time during the printing cycle. 90% means that if it is generated nine times, the DC voltage of V0 is maintained once without generating a fine driving waveform. 80% is generated 4 times in 5 times. 70% means that it is randomly generated 7 times in 10 times.
ノズルのインクは湿度が低いほど乾燥・増粘しやすいので、低湿度側では、微駆動発生頻度を高くする。また、低温側では、インク全体の粘度が上昇しているので、微駆動頻度を高くしている。 Since the ink in the nozzle is more likely to dry and thicken as the humidity is lower, the frequency of occurrence of fine driving is increased on the low humidity side. On the low temperature side, since the viscosity of the whole ink is increased, the fine driving frequency is increased.
このように、予め作成した、機内温度、機内湿度と、微駆動発生確率のテーブルにより、バイアス電圧に印加する微駆動波形の発生頻度を変えることで、必要最小限の微駆動を印加できる。これにより、ノズルのインク増粘が原因の噴射曲りや、吐出不良を防止して、画像品質を保って、信頼性の高い液滴吐出装置が低コストで提供できる。 As described above, the minimum necessary fine driving can be applied by changing the frequency of occurrence of the fine driving waveform to be applied to the bias voltage based on the table of the in-machine temperature, the in-machine humidity, and the fine driving occurrence probability prepared in advance. As a result, it is possible to provide a highly reliable liquid droplet ejection device at low cost while preventing jet bending and ejection failure due to ink thickening of the nozzle, maintaining image quality.
<実施例4>
図20は、図19の微駆動波形の発生頻度に対して、繰り返しパターンを決めておく制御方法を適用するための設定テーブルである。図20において“1”、“0”は、印刷周期10周期の微駆動発生パターンを示す。
1:バイアス電圧に微駆動波形出力する
0:バイアス電圧に微駆動波形出力しない(DC出力)
<Example 4>
FIG. 20 is a setting table for applying a control method for determining a repetitive pattern with respect to the frequency of occurrence of the fine drive waveform in FIG. In FIG. 20, “1” and “0” indicate fine driving generation patterns with a printing cycle of 10 cycles.
1: Output fine drive waveform to bias voltage 0: Do not output fine drive waveform to bias voltage (DC output)
本実施例によれば、予め微駆動波形発生パターンを決めておくことで制御が容易となる。発生パターンは、印刷周期に対して微駆動発生間隔ができるだけ均一になるように設定することが好ましい。このように設定した場合、印刷周期毎のノズル状態を均一化することが可能になる。例えば、発生確率30%の場合、(1110000000)よりも(1001001000)の方が好ましい。 According to the present embodiment, control is facilitated by determining a fine drive waveform generation pattern in advance. The generation pattern is preferably set so that the fine drive generation interval is as uniform as possible with respect to the printing cycle. When set in this way, the nozzle state for each printing cycle can be made uniform. For example, when the occurrence probability is 30%, (1001001000) is preferable to (11100000000).
<実施例5>
廉価タイプの個人用プリンタの場合、湿度センサを設けない場合もある。本実施例では、微駆動発生頻度を上記図19のテーブルから、温度だけに関して抜出し、各温度の最大頻度で微駆動波形を印加することを特徴とする。これにより、湿度センサを有しない液滴吐出装置においても、消費電力を低減することができる。
<Example 5>
In the case of an inexpensive personal printer, a humidity sensor may not be provided. This embodiment is characterized in that the fine drive occurrence frequency is extracted from the table of FIG. 19 only with respect to the temperature, and the fine drive waveform is applied at the maximum frequency of each temperature. Thereby, even in a droplet discharge device that does not have a humidity sensor, power consumption can be reduced.
<効果>
上述した実施形態による効果について述べる。上記実施形態によれば、バイアス電圧回路側に微駆動波形を設けたことで、階調信号数を増やすことなく簡単な構成で、微駆動波形の印加される頻度を変えることが出来る。これにより、微駆動を印加する頻度の調整が容易で、ノズル乾燥による画像劣化を防止して、画像品質を維持すると共に、過剰な微駆動を回避して消費電力を抑えることが出来る。
<Effect>
The effect by embodiment mentioned above is described. According to the embodiment, by providing the fine drive waveform on the bias voltage circuit side, the frequency with which the fine drive waveform is applied can be changed with a simple configuration without increasing the number of gradation signals. This makes it easy to adjust the frequency of applying fine driving, prevent image deterioration due to nozzle drying, maintain image quality, and avoid excessive fine driving to reduce power consumption.
また、共通電極側にバイアス電圧を印加することは、薄膜ピエゾのように、変位―電圧がバタフライ特性を示して、電圧を高くすると線形性から外れて飽和気味になる圧電層を利用する場合に、0V付近の逆電界を含む変位効率の良い電圧範囲を使う上で有効であり、片極性の電源で実現でき、低コストである。 In addition, applying a bias voltage to the common electrode side is possible when using a piezoelectric layer that exhibits a butterfly characteristic when the displacement-voltage is high, such as a thin-film piezo, and that appears to be saturated when the voltage is increased. This is effective in using a voltage range with good displacement efficiency including a reverse electric field in the vicinity of 0 V, and can be realized with a unipolar power source, and is low in cost.
なお、本発明は、インクジェットプリンタ、MFPを使用するデジタル印刷装置、オフィスやパーソナルで使用するプリンタ、MFPなどに利用することができる。応用分野として、インクジェット技術を利用する三次元造型技術などにも利用可能である。本発明は上述した実施形態にのみ限定して解釈されるものではない。 The present invention can be used for an inkjet printer, a digital printing apparatus using an MFP, a printer used in an office or a personal computer, an MFP, and the like. As an application field, it can also be used for three-dimensional molding technology using inkjet technology. The present invention is not construed as being limited to the above-described embodiments.
120 液室基板
121 振動板
122 下電極(共通電極)
123 圧電層(PZT)
124 上電極(個別電極)
125 層間絶縁膜
126 ビアホール
127 開口部
128 バイパス配線への導通部
129 貫通部
130 引き出し配線
131 パッシベーション層
132 個別電極のパッド部
133 バイパス配線
134 圧電素子保護空間
135 配線用空間
136 共通液室
137 保護基板(サブフレーム)
138 加圧液室
139 流体抵抗部
140 供給部
141 ノズル基板
142 ノズル孔
143 柱
144 流路隔壁
120
123 Piezoelectric layer (PZT)
124 Upper electrode (individual electrode)
DESCRIPTION OF
138 Pressurized
Claims (4)
各ノズル開口に連通する加圧液室を有する流路形成基板と、
前記流路形成基板上に形成された圧電アクチュエータと、
前記圧電アクチュエータの電圧印加をスイッチングするドライバICを備えた液滴吐出ヘッドと、
前記液滴吐出ヘッドに駆動波形電圧を印加する駆動波形発生手段と、
前記圧電アクチュエータの反対側の電極にバイアス電圧を印加するバイアス信号回路と、
を備え、
前記バイアス信号回路は、一印刷周期内で、液滴を吐出させない前記圧電アクチュエータに、駆動波形電圧を印加するタイミングで、バイアス電圧を変化させることを特徴とする液滴吐出装置。 A plurality of nozzle openings;
A flow path forming substrate having a pressurized liquid chamber communicating with each nozzle opening;
A piezoelectric actuator formed on the flow path forming substrate;
A droplet discharge head provided with a driver IC for switching voltage application of the piezoelectric actuator;
Drive waveform generating means for applying a drive waveform voltage to the droplet discharge head;
A bias signal circuit for applying a bias voltage to the opposite electrode of the piezoelectric actuator;
With
The liquid droplet ejection apparatus, wherein the bias signal circuit changes a bias voltage at a timing of applying a drive waveform voltage to the piezoelectric actuator that does not eject liquid droplets within one printing cycle.
前記バイアス信号回路は、検知した温度からあらかじめ作成したテーブルに基づいて一印刷周期内でバイアス信号回路の電圧を変化させる頻度を変更することを特徴とする請求項1記載の液滴吐出装置。 Having temperature detection means,
2. The liquid droplet ejection apparatus according to claim 1, wherein the bias signal circuit changes the frequency of changing the voltage of the bias signal circuit within one printing cycle based on a table prepared in advance from the detected temperature.
前記バイアス信号回路は、検知した温度及び湿度からあらかじめ作成したテーブルに基づいて一印刷周期内でバイアス信号回路の電圧を変化させる頻度を変更することを特徴とする請求項2記載の液滴吐出装置。 Having humidity detection means,
3. The droplet discharge device according to claim 2, wherein the bias signal circuit changes the frequency of changing the voltage of the bias signal circuit within one printing cycle based on a table prepared in advance from the detected temperature and humidity. .
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JP2012068059A JP2013199026A (en) | 2012-03-23 | 2012-03-23 | Liquid droplet ejection apparatus |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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US9981469B2 (en) | 2015-11-12 | 2018-05-29 | Ricoh Company, Ltd. | Liquid discharge apparatus and piezoelectric-actuator driving device |
CN111746117A (en) * | 2019-03-26 | 2020-10-09 | 东芝泰格有限公司 | Actuator drive circuit for liquid ejection device |
-
2012
- 2012-03-23 JP JP2012068059A patent/JP2013199026A/en active Pending
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JP2016049697A (en) * | 2014-08-29 | 2016-04-11 | 株式会社リコー | Piezoelectric actuator, droplet ejection device and image forming apparatus |
US9981469B2 (en) | 2015-11-12 | 2018-05-29 | Ricoh Company, Ltd. | Liquid discharge apparatus and piezoelectric-actuator driving device |
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