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JP2023145089A - liquid discharge head - Google Patents

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JP2023145089A
JP2023145089A JP2022052374A JP2022052374A JP2023145089A JP 2023145089 A JP2023145089 A JP 2023145089A JP 2022052374 A JP2022052374 A JP 2022052374A JP 2022052374 A JP2022052374 A JP 2022052374A JP 2023145089 A JP2023145089 A JP 2023145089A
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JP
Japan
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waveform
piezoelectric
liquid ejection
actuator
vibration
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Pending
Application number
JP2022052374A
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Japanese (ja)
Inventor
竜太郎 楠
Ryutaro Kusunoki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Tec Corp
Original Assignee
Toshiba Tec Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Tec Corp filed Critical Toshiba Tec Corp
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Abstract

【課題】簡易な駆動回路としても、特定の固有振動を抑制できる液体吐出ヘッドを提供すること【解決手段】実施形態の液体吐出ヘッドは、ノズルプレートと、圧力室と、アクチュエータと、駆動回路と、を備える。ノズルプレートは、液体を吐出するノズルを備える。圧力室は、前記ノズルに連通する。アクチュエータは、電気信号に応じて前記圧力室の容積を可変する。駆動回路は、前記アクチュエータを駆動する前記電気信号を生成する。前記電気信号に対する前記ノズル内の前記液体の周波数応答特性が第1ピーク周波数FA及び前記第1ピーク周波数FAよりも大きい第2ピーク周波数FBとし、前記電気信号の上限電圧VH及び下限電圧VLとし、nを1以上でNより小さい自然数としたときに、駆動回路は、前記アクチュエータの駆動波形の立ち上がり及び立ち下がりの少なくとも一方において、中間電圧VM=n・(VH-VL)/Nを時間t=1/FB/Nだけ保持して、N段のステップ波形要素を含む駆動波形を前記アクチュエータに出力する。【選択図】 図6[Problem] To provide a liquid ejection head that can suppress specific natural vibrations even when used as a simple drive circuit. [Solution] A liquid ejection head of an embodiment includes a nozzle plate, a pressure chamber, an actuator, and a drive circuit. , is provided. The nozzle plate includes nozzles that discharge liquid. A pressure chamber communicates with the nozzle. The actuator varies the volume of the pressure chamber in response to an electrical signal. A drive circuit generates the electrical signal that drives the actuator. A frequency response characteristic of the liquid in the nozzle with respect to the electric signal is a first peak frequency FA and a second peak frequency FB larger than the first peak frequency FA, and an upper limit voltage VH and a lower limit voltage VL of the electric signal, When n is a natural number greater than or equal to 1 and less than N, the drive circuit sets the intermediate voltage VM=n·(VH-VL)/N at time t=at at least one of the rise and fall of the drive waveform of the actuator. 1/FB/N is held, and a drive waveform including N step waveform elements is output to the actuator. [Selection diagram] Figure 6

Description

本発明の実施形態は、液体吐出ヘッドに関する。 Embodiments of the present invention relate to a liquid ejection head.

従来、圧電アクチュエータを用いて振動板を振動させる液体吐出ヘッドが知られている。この圧電アクチュエータは、例えば、ベース部材上に接合した積層型圧電部材をダイシングによって溝加工し、1つの圧電部材に対して所要数の圧電柱を所定の間隔で配置される櫛歯状に形成される。例えば圧電部材の圧電柱は、駆動波形を与えて振動板を駆動させる駆動圧電柱、駆動波形を与えないで単なる支柱として使用する非駆動圧電柱が交互に並ぶ。このような液体吐出ヘッドは、駆動圧電柱の上端面を振動板に接合し圧力室内のインク等の液体に振動を与え、圧力室から連通するノズルよりインク滴を吐出させる。この液体吐出ヘッドの駆動波形として、電圧が時間に対して斜めに立ち上がり、あるいは立ち下がる斜め波形要素を組み合わせたものが用いられている。 2. Description of the Related Art Liquid ejection heads that use piezoelectric actuators to vibrate a diaphragm are conventionally known. This piezoelectric actuator is produced by, for example, cutting a laminated piezoelectric member bonded onto a base member into grooves by dicing, and forming a comb-like shape in which a required number of piezoelectric columns are arranged at predetermined intervals for one piezoelectric member. Ru. For example, the piezoelectric pillars of the piezoelectric member are alternately arranged such as driving piezoelectric pillars that apply a driving waveform to drive the diaphragm, and non-driving piezoelectric pillars that do not apply a driving waveform and are used as mere supports. In such a liquid ejection head, the upper end surface of a driving piezoelectric pole is connected to a diaphragm to apply vibration to a liquid such as ink in a pressure chamber, and ink droplets are ejected from a nozzle communicating with the pressure chamber. As the drive waveform for this liquid ejection head, a combination of diagonal waveform elements in which the voltage rises or falls diagonally with respect to time is used.

このような斜めに電圧変化する波形要素の生成は、電圧の変化速度を一定に制御する必要があるため、駆動回路が複雑化する。しかしながら、駆動波形として、斜め波形要素を組み合わせたものを用いないと、特定の固有振動が顕著に生じ、この振動によって、液体のキャビテーションやインクミストの発生原因となる虞がある。 Generation of such a waveform element whose voltage changes obliquely requires controlling the speed of voltage change to be constant, which complicates the drive circuit. However, unless a combination of diagonal waveform elements is used as the drive waveform, certain natural vibrations will occur significantly, and this vibration may cause cavitation of the liquid or generation of ink mist.

特開2021-11108号公報Japanese Patent Application Publication No. 2021-11108

本発明は、簡易な駆動回路としても、特定の固有振動を抑制できる液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a liquid ejection head that can suppress specific natural vibrations even with a simple drive circuit.

実施形態の液体吐出ヘッドは、ノズルプレートと、圧力室と、アクチュエータと、駆動回路と、を備える。ノズルプレートは、液体を吐出するノズルを備える。圧力室は、前記ノズルに連通する。アクチュエータは、電気信号に応じて前記圧力室の容積を可変する。駆動回路は、前記アクチュエータを駆動する前記電気信号を生成する。前記電気信号に対する前記ノズル内の前記液体の周波数応答特性が第1ピーク周波数FA及び前記第1ピーク周波数FAよりも大きい第2ピーク周波数FBとし、前記電気信号の上限電圧VH及び下限電圧VLとし、nを1以上でNより小さい自然数としたときに、駆動回路は、前記アクチュエータの駆動波形の立ち上がり及び立ち下がりの少なくとも一方において、中間電圧VM=n・(VH-VL)/Nを時間t=1/FB/Nだけ保持して、N段のステップ波形要素を含む駆動波形を前記アクチュエータに出力する。 The liquid ejection head of the embodiment includes a nozzle plate, a pressure chamber, an actuator, and a drive circuit. The nozzle plate includes nozzles that discharge liquid. A pressure chamber communicates with the nozzle. The actuator varies the volume of the pressure chamber in response to an electrical signal. A drive circuit generates the electrical signal that drives the actuator. A frequency response characteristic of the liquid in the nozzle with respect to the electric signal is a first peak frequency FA and a second peak frequency FB larger than the first peak frequency FA, and an upper limit voltage VH and a lower limit voltage VL of the electric signal, When n is a natural number greater than or equal to 1 and less than N, the drive circuit sets the intermediate voltage VM=n·(VH-VL)/N at time t=at at least one of the rise and fall of the drive waveform of the actuator. 1/FB/N is held, and a drive waveform including N step waveform elements is output to the actuator.

実施形態に係る液体吐出ヘッドの構成を一部省略して示す斜視図。FIG. 1 is a perspective view showing a partially omitted configuration of a liquid ejection head according to an embodiment. 実施形態に係る液体吐出ヘッドの構成を一部省略して示す断面図。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a partially omitted configuration of a liquid ejection head according to an embodiment. 実施形態に係る液体吐出ヘッドの構成を一部省略して示す断面図。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a partially omitted configuration of a liquid ejection head according to an embodiment. 実施形態に係る液体吐出ヘッドを用いた液体吐出装置の構成を示す説明図。FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of a liquid ejection device using a liquid ejection head according to an embodiment. 実施形態に係る液体吐出装置の構成の一例を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a liquid ejection device according to an embodiment. 従来技術の駆動波形の波形要素の一例を示す説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of waveform elements of a drive waveform in the prior art. 従来技術の駆動波形の波形要素による圧力振動の一例を示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of pressure vibration caused by a waveform element of a drive waveform in the prior art. 従来技術の駆動波形の波形要素による流速振動の一例を示す説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of flow velocity vibration due to waveform elements of a drive waveform in the prior art. 従来技術の駆動波形の波形要素による特定の固有振動周波数の一例を示す説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of a specific natural vibration frequency due to a waveform element of a drive waveform in the prior art. 本実施形態の駆動波形の二段ステップ波形要素及び従来技術の駆動波形の斜め波形要素の一例を示す説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of a two-step waveform element of the drive waveform of the present embodiment and a diagonal waveform element of the drive waveform of the prior art. 本実施形態の駆動波形の二段ステップ波形要素による圧力振動及び従来技術の駆動波形の斜め波形要素による圧力振動の一例を示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of pressure vibration due to a two-step waveform element of the drive waveform of the present embodiment and a pressure vibration due to an oblique waveform element of the drive waveform of the conventional technology. 本実施形態の駆動波形二段ステップ波形要素による速振動及び従来技術の駆動波形の斜め波形要素による流速振動の一例を示す説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of velocity vibration caused by the two-step waveform element of the drive waveform of the present embodiment and flow velocity vibration caused by the diagonal waveform element of the drive waveform of the prior art. 本実施形態の二段ステップ波形要素を含む駆動波形及び従来技術の駆動波形の一例を示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of a drive waveform including a two-step waveform element according to the present embodiment and a drive waveform of a conventional technique. 本実施形態の二段ステップ波形要素を含む駆動波形による圧力振動及び従来技術の駆動波形の圧力振動の一例を示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of pressure vibration caused by a drive waveform including a two-step waveform element of the present embodiment and a pressure vibration of a drive waveform of a conventional technique. 本実施形態の二段ステップ波形要素を含む駆動波形による流速振動及び従来技術の駆動波形の流速振動の一例を示す説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of flow velocity vibration caused by a drive waveform including a two-step waveform element of the present embodiment and a flow velocity vibration of a drive waveform of a conventional technique. 本実施形態の駆動波形の三段ステップ波形要素及び従来技術の駆動波形の斜め波形要素の一例を示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of a three-step step waveform element of the drive waveform of the present embodiment and a diagonal waveform element of the drive waveform of the prior art. 本実施形態の駆動波形の三段ステップ波形要素による圧力振動及び従来技術の駆動波形の斜め波形要素による圧力振動の一例を示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of pressure vibration due to the three-step waveform element of the drive waveform of the present embodiment and pressure vibration due to the diagonal waveform element of the drive waveform of the prior art. 本実施形態の駆動波の形三段ステップ波形要素による流速振動及び従来技術の駆動波形の斜め波形要素による流速振動の一例を示す説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of flow velocity vibration due to the three-step step waveform element of the drive waveform of the present embodiment and flow velocity vibration due to the diagonal waveform element of the drive waveform of the prior art. 本実施形態の三段ステップ波形要素を含む駆動波形及び従来技術の駆動波形の一例を示す説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of a drive waveform including a three-step waveform element according to the present embodiment and a drive waveform of a conventional technique. 本実施形態の三段ステップ波形要素を含む駆動波形による圧力振動及び従来技術の駆動波形の圧力振動の一例を示す説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of pressure vibrations caused by a drive waveform including a three-step waveform element of the present embodiment and a pressure vibration of a drive waveform of a conventional technique. 本実施形態の三段ステップ波形要素を含む駆動波形による流速振動及び従来技術の駆動波形の流速振動の一例を示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of flow velocity vibration caused by a drive waveform including a three-step waveform element of the present embodiment and a flow velocity vibration of a drive waveform of a conventional technique.

以下に、実施形態に係る液体吐出ヘッド1及び液体吐出ヘッド1を用いた液体吐出装置100の構成を、図1乃至図5を参照して説明する。図1は、液体吐出ヘッド1の構成を一部省略して示す斜視図であり、図2は、液体吐出ヘッド1の構成を一部省略して示す断面図であり、図3は、液体吐出ヘッドの構成を一部省略して示す断面図である。図4は、液体吐出ヘッド1を用いた液体吐出装置100の構成を示す説明図であり、図5は、液体吐出装置100の構成の一例を示すブロック図である。なお、各図において説明のため、適宜構成を拡大、縮小または省略して示している。 Below, the configuration of a liquid ejection head 1 according to an embodiment and a liquid ejection apparatus 100 using the liquid ejection head 1 will be described with reference to FIGS. 1 to 5. FIG. 1 is a perspective view showing the structure of the liquid ejection head 1 with some parts omitted, FIG. 2 is a sectional view showing the structure of the liquid ejection head 1 with some parts omitted, and FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the head with some parts omitted. FIG. 4 is an explanatory diagram showing the configuration of a liquid ejection apparatus 100 using the liquid ejection head 1, and FIG. 5 is a block diagram showing an example of the configuration of the liquid ejection apparatus 100. In addition, in each figure, the structure is enlarged, reduced, or omitted as appropriate for explanation.

本実施形態に係る液体吐出ヘッド1は、例えば、液体としてのインクを吐出するインクジェットヘッドである。図1乃至図3に示すように、液体吐出ヘッド1は、ベース10と、アクチュエータ20と、振動板30と、流路プレート40と、複数のノズル51を有するノズルプレート50と、フレーム部材60と、駆動回路70と、を備える。 The liquid ejection head 1 according to this embodiment is, for example, an inkjet head that ejects ink as a liquid. As shown in FIGS. 1 to 3, the liquid ejection head 1 includes a base 10, an actuator 20, a diaphragm 30, a channel plate 40, a nozzle plate 50 having a plurality of nozzles 51, and a frame member 60. , and a drive circuit 70.

ベース10は、例えば、矩形板状に形成される。ベース10には、アクチュエータ20が接合される。 The base 10 is formed into a rectangular plate shape, for example. An actuator 20 is joined to the base 10.

アクチュエータ20は、例えば、複数の圧電柱21と、複数の圧電柱21と交互に配置された非駆動圧電柱22と、を備える圧電部材である。アクチュエータ20は、複数の圧電柱21及び複数の非駆動圧電柱22が所定の間隔で一方向に並ぶことで、櫛歯状に形成される。例えば、このようなアクチュエータ20は、ベース10に接合された積層型圧電部材を、ベース10側とは反対側の端面からダイシングによって溝23を加工して、1つの圧電部材に対して矩形の柱状に形成された複数の圧電素子を所定の間隔で形成する。そして、形成された複数の圧電素子は、電極等が設けられることで、圧電素子としての、交互に配置された複数の圧電柱21及び複数の非駆動圧電柱22を構成する。即ち、アクチュエータ20は、形成された複数の溝23により、一端側が複数に分割され、他端側(ベース10側)が連結する。即ち、複数の圧電柱21及び複数の非駆動圧電柱22は、一方向(第1方向)に沿って、溝23を挟んで交互に並列配置される。 The actuator 20 is, for example, a piezoelectric member including a plurality of piezoelectric columns 21 and non-driven piezoelectric columns 22 arranged alternately with the plurality of piezoelectric columns 21. The actuator 20 is formed into a comb-teeth shape by arranging a plurality of piezoelectric columns 21 and a plurality of non-driving piezoelectric columns 22 in one direction at predetermined intervals. For example, such an actuator 20 can be manufactured by cutting grooves 23 into a laminated piezoelectric member joined to the base 10 by dicing from the end face on the opposite side to the base 10 to form a rectangular columnar shape in one piezoelectric member. A plurality of piezoelectric elements are formed at predetermined intervals. The formed piezoelectric elements are provided with electrodes and the like, thereby forming a plurality of piezoelectric columns 21 and a plurality of non-driven piezoelectric columns 22 arranged alternately as piezoelectric elements. That is, the actuator 20 is divided into a plurality of parts at one end by the plurality of grooves 23 formed, and connected at the other end (base 10 side). That is, the plurality of piezoelectric columns 21 and the plurality of non-driven piezoelectric columns 22 are alternately arranged in parallel along one direction (first direction) with the grooves 23 in between.

なお、アクチュエータ20を構成する積層型圧電部材は、シート状の圧電材料を積層して焼結することで形成される。 Note that the laminated piezoelectric member constituting the actuator 20 is formed by laminating and sintering sheet-shaped piezoelectric materials.

具体例として、図1乃至図3に示すように、圧電柱21及び非駆動圧電柱22は、例えば駆動素子としての積層圧電体である。圧電柱21及び非駆動圧電柱22は、積層された複数の圧電体層211と、ベース10側のダミー層212と、各圧電体層211の主面に形成される内部電極221、222と、外部電極223、224と、を備える。なお、一例としては、圧電柱21及び非駆動圧電柱22は同じ構成である。 As a specific example, as shown in FIGS. 1 to 3, the piezoelectric pillar 21 and the non-driven piezoelectric pillar 22 are, for example, laminated piezoelectric bodies serving as driving elements. The piezoelectric pole 21 and the non-driven piezoelectric pole 22 include a plurality of laminated piezoelectric layers 211, a dummy layer 212 on the base 10 side, and internal electrodes 221 and 222 formed on the main surface of each piezoelectric layer 211. External electrodes 223 and 224 are provided. Note that, as an example, the piezoelectric pole 21 and the non-driven piezoelectric pole 22 have the same configuration.

圧電体層211は、例えばPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)系、または無鉛のKNN(ニオブ酸ナトリウムカリウム)系等の圧電材料から薄板状に構成される。複数の圧電体層211は厚さ方向(第2方向)に積層され、焼結することにより接着される。なお、ここで、複数の圧電体層211の積層方向(第2方向)は、複数の圧電柱21及び複数の非駆動圧電柱22の並び方向(第1方向)に対して直交する。 The piezoelectric layer 211 is formed in a thin plate shape from a piezoelectric material such as PZT (lead zirconate titanate) or lead-free KNN (sodium potassium niobate). The plurality of piezoelectric layers 211 are stacked in the thickness direction (second direction) and bonded together by sintering. Note that here, the stacking direction (second direction) of the plurality of piezoelectric layers 211 is perpendicular to the direction (first direction) in which the plurality of piezoelectric columns 21 and the plurality of non-driven piezoelectric columns 22 are arranged.

内部電極221、222は、銀パラジウムなどの焼成可能な導電性材料で所定形状に構成される導電膜である。内部電極221、222は各圧電体層211の主面の所定領域に形成される。内部電極221、222は、互いに異なる極である。例えば、図3に示すように、一方の内部電極221は、複数の圧電柱21及び複数の非駆動圧電柱22の並び方向(第1方向)、並びに、圧電体層211の積層方向(第2方向)の双方と直交する方向(第3方向)において、圧電体層211の一方の端部に至り、圧電体層211の他方の端部には至らない領域に形成される。他方の内部電極222は、図3に示すように、第3方向において、圧電体層211の一方の端部には至らず、圧電体層211の他方の端部に至る領域に形成される。内部電極221、222は圧電柱21、22の側面に形成される外部電極223、224にそれぞれ接続される。 The internal electrodes 221 and 222 are conductive films made of a sinterable conductive material such as silver palladium and formed into a predetermined shape. Internal electrodes 221 and 222 are formed in predetermined regions of the main surface of each piezoelectric layer 211. Internal electrodes 221 and 222 have different poles. For example, as shown in FIG. 3, one internal electrode 221 is arranged in the direction in which the plurality of piezoelectric columns 21 and the plurality of non-driven piezoelectric columns 22 are arranged (first direction), and in the stacking direction of the piezoelectric layers 211 (second direction). It is formed in a region that reaches one end of the piezoelectric layer 211 and does not reach the other end of the piezoelectric layer 211 in a direction (third direction) perpendicular to both of the piezoelectric layer 211 (the third direction). As shown in FIG. 3, the other internal electrode 222 is formed in a region that does not reach one end of the piezoelectric layer 211 but reaches the other end of the piezoelectric layer 211 in the third direction. The internal electrodes 221 and 222 are connected to external electrodes 223 and 224 formed on the side surfaces of the piezoelectric columns 21 and 22, respectively.

外部電極223、224は、複数の圧電柱21及び複数の非駆動圧電柱22の表面に形成され、内部電極221、222の端部を集めて構成される。例えば外部電極223、224は、圧電体層211の積層方向と直交する第3方向における一方の端面と他方の端面とに、それぞれ形成される。外部電極223、224はメッキ法やスパッタ法など既知の方法で、Ni、Cr、Auなどにより成膜される。外部電極223と外部電極224は、異なる極である。外部電極223と外部電極224とは、複数の圧電柱21及び複数の非駆動圧電柱22の異なる側面部にそれぞれ配置されている。なお、外部電極223と224とは、複数の圧電柱21及び複数の非駆動圧電柱22の同じ側面部のうち、異なる領域に取り回されていてもよい。 The external electrodes 223 and 224 are formed on the surfaces of the plurality of piezoelectric columns 21 and the plurality of non-driven piezoelectric columns 22, and are configured by collecting the ends of the internal electrodes 221 and 222. For example, the external electrodes 223 and 224 are formed on one end surface and the other end surface in a third direction perpendicular to the stacking direction of the piezoelectric layer 211, respectively. The external electrodes 223 and 224 are formed of Ni, Cr, Au, or the like by a known method such as plating or sputtering. External electrode 223 and external electrode 224 are different poles. The external electrodes 223 and 224 are arranged on different side surfaces of the plurality of piezoelectric columns 21 and the plurality of non-driven piezoelectric columns 22, respectively. Note that the external electrodes 223 and 224 may be arranged in different areas of the same side surface of the plurality of piezoelectric columns 21 and the plurality of non-driven piezoelectric columns 22.

本実施形態において一例として外部電極223を個別電極、外部電極224を共通電極とする。複数の圧電柱21及び複数の非駆動圧電柱22の個別電極となる外部電極223は、電極層が溝23によって分割され、互いに独立して配置される。共通電極となる外部電極224は、電極層が溝23よりもベース10側の領域で互いに連結され、例えば接地される。 In this embodiment, as an example, the external electrode 223 is an individual electrode, and the external electrode 224 is a common electrode. The external electrodes 223 serving as individual electrodes for the plurality of piezoelectric columns 21 and the plurality of non-driven piezoelectric columns 22 have electrode layers divided by grooves 23 and are arranged independently of each other. The external electrodes 224, which serve as common electrodes, have electrode layers connected to each other in a region closer to the base 10 than the groove 23, and are grounded, for example.

外部電極223、224は、例えば駆動回路70に接続される。例えば、個々の外部電極223、224は、配線により駆動回路70の後述すドライバ723を介して、駆動部としての制御部150に接続され、プロセッサ151による制御によって駆動制御可能に構成される。 The external electrodes 223 and 224 are connected to the drive circuit 70, for example. For example, the individual external electrodes 223 and 224 are connected to a control section 150 as a drive section via a driver 723 (described later) of the drive circuit 70 by wiring, and are configured to be drive controllable under the control of the processor 151.

ダミー層212は、圧電体層211と同材料である。ダミー層212は電極を片側にしか有さず、電界がかからないので変形しない。すなわち、ダミー層212は圧電体としては機能せず、アクチュエータ20をベース10に固定するベースとなり、あるいは組立中や組立後の精度を出すために研磨する研磨代となる。 The dummy layer 212 is made of the same material as the piezoelectric layer 211. The dummy layer 212 has an electrode on only one side and is not deformed because no electric field is applied thereto. That is, the dummy layer 212 does not function as a piezoelectric body, but serves as a base for fixing the actuator 20 to the base 10, or serves as a polishing allowance for polishing to improve accuracy during and after assembly.

一例として、各圧電柱21及び各非駆動圧電柱22は、圧電体層211の積層数を50層以下、各層の厚さを10μm~40μm、厚さと総積層数の積を1000μm未満とする。 As an example, each piezoelectric pole 21 and each non-driven piezoelectric pole 22 has a stacked number of piezoelectric layers 211 of 50 or less, a thickness of each layer of 10 μm to 40 μm, and a product of the thickness and the total number of stacked layers of less than 1000 μm.

圧電柱21及び非駆動圧電柱22は、外部電極223,224を介して内部電極221、222に電圧が印加されることで、圧電体層211の積層方向に沿って縦振動する。ここで言う縦振動とは、例えば「圧電定数d33で定義される厚み方向の振動」である。例えば、図2に示すように、1つおきに配される複数の圧電柱21が振動板30を挟んで圧力室31に対応して配置され、残りの非駆動圧電柱22は振動板30を挟んで隔壁部42に対向する位置に配置される。 The piezoelectric column 21 and the non-driven piezoelectric column 22 vibrate longitudinally along the stacking direction of the piezoelectric layer 211 by applying a voltage to the internal electrodes 221 and 222 via the external electrodes 223 and 224. The longitudinal vibration referred to here is, for example, "vibration in the thickness direction defined by the piezoelectric constant d33." For example, as shown in FIG. 2, a plurality of piezoelectric poles 21 arranged every other place are arranged corresponding to pressure chambers 31 with a diaphragm 30 in between, and the remaining non-driven piezoelectric poles 22 are arranged with a diaphragm 30 in between. It is arranged at a position opposite to the partition wall part 42 on both sides.

圧電柱21は、電圧が印加されることで縦振動し、振動板30を変位させる。即ち、圧電柱21は、圧力室31を変形させる。非駆動圧電柱22は、隔壁部42に対向する位置に配置される。非駆動圧電柱22には電圧を印加しない。 The piezoelectric pole 21 longitudinally vibrates when a voltage is applied, displacing the diaphragm 30. That is, the piezoelectric pole 21 deforms the pressure chamber 31. The non-driven piezoelectric pole 22 is arranged at a position facing the partition wall portion 42 . No voltage is applied to the non-driven piezoelectric pole 22.

振動板30は、複数の圧電柱21、22の圧電体層211の積層方向の一方側、即ち、ノズルプレート50側の面に接合される。振動板30は、例えば変形可能に構成される。振動板30は、アクチュエータ20の圧電柱21及び非駆動圧電柱22と、フレーム部材60と、に接合される。 The diaphragm 30 is bonded to one side of the plurality of piezoelectric columns 21 and 22 in the stacking direction of the piezoelectric layers 211, that is, to the surface on the nozzle plate 50 side. The diaphragm 30 is configured to be deformable, for example. The diaphragm 30 is joined to the piezoelectric pole 21 and the non-driven piezoelectric pole 22 of the actuator 20 and the frame member 60.

振動板30は、例えば、厚さ方向が圧電体層211の積層方向となるように配された平板状である。振動板30は、複数の圧電柱21及び複数の非駆動圧電柱22の並び方向に面方向が延びる。振動板30は、例えば金属板である。振動板30は、各圧力室31に対向するとともに個別に変位可能な複数の振動部位を有する。振動板30は、複数の振動部位が一体に連なって形成される。 The diaphragm 30 has, for example, a flat plate shape arranged so that the thickness direction is the lamination direction of the piezoelectric layers 211. The plane direction of the diaphragm 30 extends in the direction in which the plurality of piezoelectric columns 21 and the plurality of non-driven piezoelectric columns 22 are arranged. The diaphragm 30 is, for example, a metal plate. The diaphragm 30 has a plurality of vibrating parts that face each pressure chamber 31 and are individually movable. The diaphragm 30 is formed by integrally connecting a plurality of vibrating parts.

例えば、振動板30は、1枚の平板状に構成され、圧電柱21に接合された領域がそれぞれ個別に変位する。振動板30は、例えばSUS板で構成される。振動板30の厚さ寸法は、5μm~15μm程度に構成される。なお、振動板30は、複数の振動部位が、変位しやすいように、振動部位と隣接する部位あるいは互いに隣接する振動部位間に、折り目や段差が形成されていてもよい。 For example, the diaphragm 30 is formed into a single flat plate, and the regions joined to the piezoelectric columns 21 are individually displaced. The diaphragm 30 is made of, for example, a SUS plate. The thickness of the diaphragm 30 is approximately 5 μm to 15 μm. Note that the diaphragm 30 may have creases or steps formed between adjacent vibrating portions or between vibrating portions adjacent to each other so that the plurality of vibrating portions can be easily displaced.

振動板30は、圧電柱21の縦振動によって生じる圧電柱21の伸長と圧縮によって、当該圧電柱21に対向配置された部位が変位することで、圧力室31を変形させて、圧力室31の容積を変化させる。 The diaphragm 30 deforms the pressure chamber 31 by displacing the portion facing the piezoelectric column 21 due to the expansion and compression of the piezoelectric column 21 caused by the longitudinal vibration of the piezoelectric column 21. Change volume.

振動板30は、圧電柱21、22の第2方向の一方側の端面及びフレーム部材60の端面に、接合される。一例として、本実施形態において、振動板30の第2方向一方側の主面が流路プレート40に接合される。振動板30と流路プレート40との間にはインクが収容可能な圧力室31及びガイド流路34が形成される。振動板30の第2方向の他方側の主面が圧電柱21、22に接合される。また、振動板30の第2方向の他方側の主面がフレーム部材60の端面に接合される。 The diaphragm 30 is joined to one end surface of the piezoelectric columns 21 and 22 in the second direction and to the end surface of the frame member 60. As an example, in the present embodiment, the main surface of the diaphragm 30 on one side in the second direction is joined to the channel plate 40 . A pressure chamber 31 that can accommodate ink and a guide channel 34 are formed between the diaphragm 30 and the channel plate 40. The other main surface of the diaphragm 30 in the second direction is joined to the piezoelectric columns 21 and 22. Further, the other main surface of the diaphragm 30 in the second direction is joined to the end surface of the frame member 60.

振動板30は、フレーム部材60との間に、インクが収容可能な共通室32を形成する。振動板30は、一方側の主面が圧電柱21、22、フレーム部材60及び共通室32にそれぞれ面しているとともに、他方側の主面が圧力室31、隔壁部42、及びガイド流路34に、それぞれ面している。 The diaphragm 30 and the frame member 60 form a common chamber 32 that can accommodate ink. The diaphragm 30 has one main surface facing the piezoelectric columns 21 and 22, the frame member 60, and the common chamber 32, and the other main surface facing the pressure chamber 31, the partition wall 42, and the guide channel. 34, each facing 34.

振動板30は、厚さ方向に貫通するとともに圧力室31と共通室32とを連通させる開口33を複数有する。複数の開口33は、振動板30の厚さ方向で一方側に形成される複数の圧力室31と、振動板30の厚さ方向で他方側に形成される共通室32を連通する。振動板30は、圧電柱21の変形に伴って変形することにより、圧力室31の容積を変化させる。 The diaphragm 30 has a plurality of openings 33 that penetrate in the thickness direction and allow the pressure chamber 31 and the common chamber 32 to communicate with each other. The plurality of openings 33 communicate between the plurality of pressure chambers 31 formed on one side of the diaphragm 30 in the thickness direction and the common chamber 32 formed on the other side of the diaphragm 30 in the thickness direction. The diaphragm 30 changes the volume of the pressure chamber 31 by deforming as the piezoelectric column 21 deforms.

流路プレート40は、振動板30の一方側に接合される。流路プレート40は、ノズルプレート50と振動板30との間に配される。流路プレート40は、所定の流路35を形成する。流路プレート40は、振動板30の外縁部に接合される枠状部41と、複数の流路35を隔てる複数の隔壁部42と、ガイド流路34を形成するガイド壁43と、を備える。 The channel plate 40 is joined to one side of the diaphragm 30. The flow path plate 40 is arranged between the nozzle plate 50 and the diaphragm 30. The channel plate 40 forms a predetermined channel 35 . The channel plate 40 includes a frame portion 41 joined to the outer edge of the diaphragm 30, a plurality of partition walls 42 that separate the plurality of channels 35, and a guide wall 43 forming the guide channel 34. .

所定の流路35は、隔壁部42によって隔てられる複数の圧力室31と、共通室32と、振動板30の複数の開口33と、圧力室31及び開口33を連通する、隔壁部42によって隔てられる複数のガイド流路34と、を含む。 The predetermined flow path 35 is separated by a partition wall 42 that communicates the plurality of pressure chambers 31 separated by the partition wall 42, the common chamber 32, the plurality of openings 33 of the diaphragm 30, and the pressure chambers 31 and the openings 33. A plurality of guide channels 34 are included.

複数の圧力室31は、複数の圧電柱21及び複数の非駆動圧電柱22の並び方向である第1方向に並ぶ。一方向に並ぶ複数の圧力室31は、隔壁部42によって隔てられる。複数の圧力室31は、第2方向において、一方側が振動板30で閉塞される。複数の圧力室31は、振動板30の複数の圧電柱21及び複数の非駆動圧電柱22が設けられる側とは反対側に形成される。各圧力室31は、第2方向において、振動板30とは反対側に配されるノズルプレート50に形成されたノズル51に連通する。 The plurality of pressure chambers 31 are arranged in a first direction, which is the direction in which the plurality of piezoelectric columns 21 and the plurality of non-driven piezoelectric columns 22 are arranged. The plurality of pressure chambers 31 arranged in one direction are separated by a partition wall 42 . One side of the plurality of pressure chambers 31 is closed off by the diaphragm 30 in the second direction. The plurality of pressure chambers 31 are formed on the opposite side of the diaphragm 30 from the side where the plurality of piezoelectric columns 21 and the plurality of non-driven piezoelectric columns 22 are provided. Each pressure chamber 31 communicates with a nozzle 51 formed in a nozzle plate 50 arranged on the opposite side of the diaphragm 30 in the second direction.

複数の圧力室31は、ガイド流路34及び開口33を介して共通室32に連通する。圧力室31は共通室32からガイド流路34を経て供給される液体を保有し、圧力室31の一部を形成する振動板30の振動によって変形することで、ノズル51から液体を吐出する。 The plurality of pressure chambers 31 communicate with a common chamber 32 via a guide channel 34 and an opening 33. The pressure chamber 31 holds liquid supplied from the common chamber 32 through the guide channel 34, and is deformed by the vibration of the diaphragm 30 forming a part of the pressure chamber 31, thereby discharging the liquid from the nozzle 51.

共通室32は、フレーム部材60の内側に形成される。共通室32は、振動板30に設けられた複数の開口33及び複数のガイド流路34を通じて圧力室31に連通する。 The common chamber 32 is formed inside the frame member 60. The common chamber 32 communicates with the pressure chamber 31 through a plurality of openings 33 provided in the diaphragm 30 and a plurality of guide channels 34 .

開口33は、振動板30に形成される。複数の開口33は、共通室32と複数のガイド流路34を連通する。ガイド流路34は、開口33及び圧力室31を連通し、共通室32のインクを圧力室31に案内する。 The opening 33 is formed in the diaphragm 30. The plurality of openings 33 communicate the common chamber 32 and the plurality of guide channels 34 . The guide channel 34 communicates the opening 33 and the pressure chamber 31 and guides the ink in the common chamber 32 to the pressure chamber 31 .

隔壁部42は、第1方向に並ぶ複数の圧力室31間を隔てるとともに、第1方向に並ぶ複数のガイド流路34間を隔て、圧力室31及びガイド流路34の両側部を構成する壁部材である。隔壁部42は振動板30を介して、非駆動圧電柱22に対向配置され、非駆動圧電柱22によって支持される。 The partition wall portion 42 is a wall that separates the plurality of pressure chambers 31 arranged in the first direction, separates the plurality of guide channels 34 arranged in the first direction, and constitutes both sides of the pressure chambers 31 and the guide channels 34. It is a member. The partition wall portion 42 is arranged to face the non-driven piezoelectric pole 22 with the diaphragm 30 in between, and is supported by the non-driven piezoelectric pole 22 .

ノズルプレート50は、例えばSUS・Niなどの金属やポリイミドなどの樹脂材料からなる厚さ10μm~100μm程度の方形の板状に構成される。ノズルプレート50は圧力室31の一方側の開口を覆うように、流路プレート40の一方側に配置されている。ノズルプレート50には、厚さ方向に貫通する複数のノズル51が形成される。ノズル51は第3方向に沿って並び、ノズル列が形成される。各ノズル51は、複数の圧力室31に対応する位置にそれぞれ設けられている。 The nozzle plate 50 is made of a metal such as SUS/Ni or a resin material such as polyimide and has a rectangular plate shape with a thickness of about 10 μm to 100 μm. The nozzle plate 50 is arranged on one side of the channel plate 40 so as to cover the opening on one side of the pressure chamber 31 . A plurality of nozzles 51 are formed in the nozzle plate 50 to penetrate in the thickness direction. The nozzles 51 are arranged along the third direction to form a nozzle row. Each nozzle 51 is provided at a position corresponding to the plurality of pressure chambers 31, respectively.

フレーム部材60は振動板30の第1方向における他方側に配置される。フレーム部材60は圧電柱21、22とともに振動板30に接合される構造体である。フレーム部材60は圧電柱21、22の、振動板30の振動方向に直交する方向に設けられ、例えば本実施形態においてはアクチュエータ20の周りに配置される。フレーム部材60は、液体吐出ヘッド1の外郭を構成する。またフレーム部材60は、内部に液体の流路を形成していてもよい。本実施形態において、フレーム部材60は、振動板30の他方側に接合されるとともに、振動板30との間に共通室32を形成する。 The frame member 60 is arranged on the other side of the diaphragm 30 in the first direction. The frame member 60 is a structure that is joined to the diaphragm 30 together with the piezoelectric columns 21 and 22. The frame member 60 is provided on the piezoelectric columns 21 and 22 in a direction perpendicular to the vibration direction of the diaphragm 30, and is arranged around the actuator 20 in this embodiment, for example. The frame member 60 constitutes the outer shell of the liquid ejection head 1 . Further, the frame member 60 may have a liquid flow path formed therein. In this embodiment, the frame member 60 is joined to the other side of the diaphragm 30 and forms a common chamber 32 between the frame member 60 and the diaphragm 30 .

図5に示すように、駆動回路70は、データバッファ721、デコーダ722、ドライバ723を備えている。データバッファ721は、印字データを圧電柱21、22毎に時系列に保存する。デコーダ722は、圧電柱21、22毎に、データバッファ721に保存された印字データに基づいて、ドライバ723を制御する。ドライバ723は、デコーダ722の制御に基づき、各圧電柱21、22を動作させる駆動信号を出力する。駆動信号は、各圧電柱21、22に印加する電圧である。 As shown in FIG. 5, the drive circuit 70 includes a data buffer 721, a decoder 722, and a driver 723. The data buffer 721 stores print data for each piezoelectric pole 21 and 22 in chronological order. The decoder 722 controls the driver 723 for each piezoelectric pole 21, 22 based on the print data stored in the data buffer 721. The driver 723 outputs a drive signal to operate each piezoelectric pole 21, 22 under the control of the decoder 722. The drive signal is a voltage applied to each piezoelectric pole 21, 22.

具体例として、図3に示すように、駆動回路70は、一端が外部電極223、224に接続される配線フィルム71と、配線フィルム71に搭載されたドライバIC72と、配線フィルム71の他端に実装されたプリント配線基板と、を備える。例えば、ドライバIC72は、データバッファ721、デコーダ722、ドライバ723を有する。なお、データバッファ721、デコーダ722、ドライバ723の一部をドライバIC72が有し、残りの一部をプリント配線基板等が有する構成であってもよい。 As a specific example, as shown in FIG. 3, the drive circuit 70 includes a wiring film 71 whose one end is connected to the external electrodes 223 and 224, a driver IC 72 mounted on the wiring film 71, and a driver IC 72 mounted on the wiring film 71 at the other end. A mounted printed wiring board. For example, the driver IC 72 includes a data buffer 721, a decoder 722, and a driver 723. Note that the driver IC 72 may include a portion of the data buffer 721, the decoder 722, and the driver 723, and the remaining portion may be included in a printed wiring board or the like.

駆動回路70は、ドライバIC72により駆動電圧を外部電極223、224に印加することで、圧電柱21、22を駆動し、圧力室31の容積を増減させて、ノズル51から液滴を吐出させる。 The drive circuit 70 drives the piezoelectric columns 21 and 22 by applying a drive voltage to the external electrodes 223 and 224 using the driver IC 72, increases and decreases the volume of the pressure chamber 31, and causes droplets to be ejected from the nozzle 51.

配線フィルム71は、複数の個別電極である個別電極223及び共通電極224に接続される。例えば、配線フィルム71は、外部電極223、224の接続部に熱圧着等により固定されるACF(異方導電性フィルム)である。配線フィルム71は、例えば、ドライバIC72が実装されたCOF(Chip on Film)である。 The wiring film 71 is connected to a plurality of individual electrodes 223 and a common electrode 224. For example, the wiring film 71 is an ACF (anisotropic conductive film) that is fixed to the connecting portion of the external electrodes 223 and 224 by thermocompression bonding or the like. The wiring film 71 is, for example, a COF (Chip on Film) on which a driver IC 72 is mounted.

ドライバIC72は、配線フィルム71を介して外部電極223、224に接続される。なお、ドライバIC72は、配線フィルム71ではなく、ACP(異方導電ペースト)、NCF(非導電性フィルム)、及びNCP(非導電性ペースト)のような他の手段によって、外部電極223、224に接続されても良い。 The driver IC 72 is connected to the external electrodes 223 and 224 via the wiring film 71. Note that the driver IC 72 is connected to the external electrodes 223 and 224 not by the wiring film 71 but by other means such as ACP (anisotropic conductive paste), NCF (non-conductive film), and NCP (non-conductive paste). May be connected.

ドライバIC72は、各圧電柱21、22を動作させるための制御信号及び駆動信号を生成する。ドライバIC72は、液体吐出装置100の制御部150から入力された画像信号に従い、インクを吐出させるタイミング及びインクを吐出させる圧電柱21を選択するなどの制御のための制御信号を生成する。また、ドライバIC72は、制御信号に従って圧電柱21に印加する電圧、すなわち駆動信号(電気信号)を生成する。ドライバIC72が圧電柱21に駆動信号を印加すると、圧電柱21は、振動板30を変位させて圧力室31の容積を変化させるように駆動する。これにより、圧力室31に充填されたインクは、圧力振動を生じる。圧力振動により、圧力室31に設けられたノズル51からインクが吐出する。なお、液体吐出ヘッド1は、1画素に着弾するインク滴の量を変更することで階調表現を実現できるようにしてもよい。また、液体吐出ヘッド1は、インクの吐出回数を変えることで、1画素に着弾するインク滴の量を変更できるようにしてもよい。このように、ドライバIC72は、駆動信号を圧電柱21に印加する印加部の一例である。 The driver IC 72 generates control signals and drive signals for operating each piezoelectric pole 21, 22. The driver IC 72 generates a control signal for control such as selecting the timing for ejecting ink and the piezoelectric pole 21 for ejecting ink, in accordance with the image signal input from the control unit 150 of the liquid ejecting apparatus 100. Further, the driver IC 72 generates a voltage to be applied to the piezoelectric pole 21, that is, a drive signal (electric signal) according to the control signal. When the driver IC 72 applies a drive signal to the piezoelectric column 21, the piezoelectric column 21 is driven to displace the diaphragm 30 and change the volume of the pressure chamber 31. As a result, the ink filled in the pressure chamber 31 causes pressure vibrations. Ink is ejected from the nozzle 51 provided in the pressure chamber 31 due to the pressure vibration. Note that the liquid ejection head 1 may be configured to realize gradation expression by changing the amount of ink droplets that land on one pixel. Furthermore, the liquid ejection head 1 may be configured to be able to change the amount of ink droplets that land on one pixel by changing the number of times the ink is ejected. In this way, the driver IC 72 is an example of an application unit that applies a drive signal to the piezoelectric pole 21.

プリント配線基板は、各種電子部品やコネクタが搭載されたPWA(Printing Wiring Assembly)である。プリント配線基板は、液体吐出装置100の制御部150に接続される。 The printed wiring board is a PWA (Printing Wiring Assembly) on which various electronic components and connectors are mounted. The printed wiring board is connected to the control section 150 of the liquid ejection device 100.

以下、液体吐出ヘッド1を備える液体吐出装置100の一例について、図4及び図5を参照して説明する。液体吐出装置100は、例えば、インクジェット記録装置である。液体吐出装置100は、筐体111と、媒体供給部112と、画像形成部113と、媒体排出部114と、搬送装置115と、を備える。また、液体吐出装置100は、制御部150を備える。 Hereinafter, an example of the liquid ejection apparatus 100 including the liquid ejection head 1 will be described with reference to FIGS. 4 and 5. The liquid ejection device 100 is, for example, an inkjet recording device. The liquid ejection device 100 includes a housing 111 , a medium supply section 112 , an image forming section 113 , a medium discharge section 114 , and a transport device 115 . The liquid ejection device 100 also includes a control section 150.

液体吐出装置100は、媒体供給部112から画像形成部113を通って媒体排出部114に至る所定の搬送路Aに沿って、吐出対象物である印刷媒体として例えば用紙Pを搬送しながらインク等の液体を吐出することで、用紙Pに画像形成処理を行う液体吐出装置である。 The liquid ejection apparatus 100 conveys ink, etc., as a printing medium, which is an object to be ejected, along a predetermined transport path A from a medium supply section 112 to a medium discharge section 114 through an image forming section 113. This is a liquid ejecting device that performs an image forming process on paper P by ejecting liquid.

筐体111は、液体吐出装置100の外郭を構成する。筐体111の所定箇所に、用紙Pを外部に排出する排出口を備える。 The housing 111 constitutes the outer shell of the liquid ejection device 100. A discharge port for discharging the paper P to the outside is provided at a predetermined location of the casing 111.

媒体供給部112は複数の給紙カセットを備え、各種サイズの用紙Pを複数枚積層して保持可能に構成される。 The medium supply unit 112 includes a plurality of paper feed cassettes and is configured to be able to stack and hold a plurality of sheets P of various sizes.

媒体排出部114は、排出口から排出される用紙Pを保持可能に構成された排紙トレイを備える。 The medium ejection unit 114 includes a paper ejection tray configured to hold the paper P ejected from the ejection port.

画像形成部113は、用紙Pを支持する支持部117と、支持部117の上方に対向配置された複数のヘッドユニット130と、を備える。 The image forming section 113 includes a support section 117 that supports the paper P, and a plurality of head units 130 that are disposed opposite to each other above the support section 117.

支持部117は、画像形成を行う所定領域にループ状に備えられる搬送ベルト118と、搬送ベルト118を裏側から支持する支持プレート119と、搬送ベルト118の裏側に備えられた複数のベルトローラ120と、を備える。 The support unit 117 includes a conveyor belt 118 provided in a loop shape in a predetermined area where image formation is performed, a support plate 119 that supports the conveyor belt 118 from the back side, and a plurality of belt rollers 120 provided on the back side of the conveyor belt 118. , is provided.

支持部117は、画像形成の際に、搬送ベルト118の上面である保持面に用紙Pを支持するとともに、ベルトローラ120の回転によって所定のタイミングで搬送ベルト118を送ることにより、用紙Pを下流側へ搬送する。 During image formation, the support section 117 supports the paper P on a holding surface that is the upper surface of the conveyor belt 118, and also transports the paper P downstream by feeding the conveyor belt 118 at a predetermined timing by rotation of the belt roller 120. Transfer to the side.

ヘッドユニット130は、液体吐出ヘッド1と、液体吐出ヘッド1上にそれぞれ搭載された液体タンクとしての複数のインクタンク132と、液体吐出ヘッド1とインクタンク132とを接続する接続流路133と、供給ポンプ134と、を備える。 The head unit 130 includes a liquid ejection head 1 , a plurality of ink tanks 132 as liquid tanks each mounted on the liquid ejection head 1 , and a connection channel 133 that connects the liquid ejection head 1 and the ink tanks 132 . A supply pump 134 is provided.

本実施形態において、ヘッドユニット130は、複数設けられる。各ヘッドユニット130は、異なる色のインクが用いられる。例えば、複数のヘッドユニット130として、シアン、マゼンダ、イエロー、ブラックの4色の液体吐出ヘッド1と、これらの各色のインクをそれぞれ収容するインクタンク132を備える。インクタンク132は接続流路133によって液体吐出ヘッド1に接続される。 In this embodiment, a plurality of head units 130 are provided. Each head unit 130 uses ink of a different color. For example, the plurality of head units 130 include liquid ejection heads 1 of four colors, cyan, magenta, yellow, and black, and ink tanks 132 that respectively accommodate inks of these colors. The ink tank 132 is connected to the liquid ejection head 1 through a connection channel 133.

また、インクタンク132には、図示しないポンプなどの負圧制御装置が連結される。そして、液体吐出ヘッド1とインクタンク132との水頭値に対応して、負圧制御装置によりインクタンク132内を負圧制御することで、液体吐出ヘッド1の各ノズル51に供給されたインクを所定形状のメニスカスに形成させている。 Further, a negative pressure control device such as a pump (not shown) is connected to the ink tank 132. Then, the ink supplied to each nozzle 51 of the liquid ejection head 1 is controlled by controlling the internal pressure of the ink tank 132 by the negative pressure control device in accordance with the water head values of the liquid ejection head 1 and the ink tank 132. It is formed into a meniscus of a predetermined shape.

供給ポンプ134は、例えば圧電ポンプで構成される送液ポンプである。供給ポンプ134は、供給流路に設けられている。供給ポンプ134は、配線により制御部150に接続され、制御部150によって制御される。供給ポンプ134は、液体吐出ヘッド1に液体を供給する。 The supply pump 134 is, for example, a liquid pump configured with a piezoelectric pump. The supply pump 134 is provided in the supply flow path. The supply pump 134 is connected to the control unit 150 by wiring and is controlled by the control unit 150. The supply pump 134 supplies liquid to the liquid ejection head 1 .

搬送装置115は、媒体供給部112から画像形成部113を通って媒体排出部114に至る搬送路Aに沿って、用紙Pを搬送する。搬送装置115は、搬送路Aに沿って配置される複数のガイドプレート対121と、複数の搬送用ローラ122と、を備えている。 The conveyance device 115 conveys the paper P along a conveyance path A that extends from the medium supply section 112 through the image forming section 113 to the medium discharge section 114. The conveyance device 115 includes a plurality of guide plate pairs 121 arranged along the conveyance path A and a plurality of conveyance rollers 122.

複数のガイドプレート対121は、それぞれ、搬送される用紙Pを挟んで対向配置される一対のプレート部材を備え、用紙Pを搬送路Aに沿って案内する。 Each of the plurality of guide plate pairs 121 includes a pair of plate members disposed opposite to each other with the paper P to be transported interposed therebetween, and guides the paper P along the transport path A.

搬送用ローラ122は、制御部150の制御によって駆動されて回転することで、用紙Pを搬送路Aに沿って下流側に送る。なお、搬送路Aには用紙の搬送状況を検出するセンサが各所に配置される。 The conveyance roller 122 is driven and rotated under the control of the control unit 150 to convey the paper P along the conveyance path A to the downstream side. Note that sensors for detecting the conveyance status of the paper are arranged at various locations on the conveyance path A.

制御部150は、例えば、制御基板である。制御部150は、プロセッサ151、ROM(Read Only Memory)152、RAM(Random Access Memory)153、入出力ポートであるI/Oポート154、画像メモリ155を搭載している。 The control unit 150 is, for example, a control board. The control unit 150 is equipped with a processor 151, a ROM (Read Only Memory) 152, a RAM (Random Access Memory) 153, an I/O port 154 that is an input/output port, and an image memory 155.

プロセッサ151は、コントローラであるCPU(Central Processing Unit)等の処理回路である。プロセッサ151は、I/Oポート154を通して、液体吐出装置100に設けられるヘッドユニット130、駆動モータ161、操作部162、及び各種センサ163等を制御する。プロセッサ151は、画像メモリ155に保存した印字データを描画順に駆動回路70に送信する。 The processor 151 is a processing circuit such as a CPU (Central Processing Unit) that is a controller. The processor 151 controls the head unit 130, drive motor 161, operation section 162, various sensors 163, etc. provided in the liquid ejection apparatus 100 through the I/O port 154. The processor 151 transmits the print data stored in the image memory 155 to the drive circuit 70 in the order of drawing.

ROM152は、各種のプログラムなどを記憶する。RAM153は、各種の可変データや画像データなどを一時的に記憶する。I/Oポート154は、外部接続機器200等の外部からのデータの入力及び外部へのデータの出力をするインターフェイス部である。外部接続機器200からの印字データは、I/Oポート154を通じて制御部150へ送信され、画像メモリ155に保存される。 The ROM 152 stores various programs and the like. The RAM 153 temporarily stores various variable data, image data, and the like. The I/O port 154 is an interface section that inputs data from the outside, such as the external connection device 200, and outputs data to the outside. Print data from the externally connected device 200 is transmitted to the control unit 150 through the I/O port 154 and stored in the image memory 155.

以下、実施形態に係る液体吐出装置100に用いられる液体吐出ヘッド1の特性及び液体吐出ヘッド1の駆動波形について説明する。 Hereinafter, the characteristics of the liquid ejection head 1 used in the liquid ejection apparatus 100 according to the embodiment and the drive waveform of the liquid ejection head 1 will be described.

先ず、本実施形態の液体吐出ヘッド1の積層型圧電部材をアクチュエータ20とした液体吐出ヘッド1の特性について、図6乃至図9を用いて説明する。なお、図6乃至図9の駆動波形の波形要素の例は、従来技術の例である。 First, the characteristics of the liquid ejection head 1 of the present embodiment in which the laminated piezoelectric member is used as the actuator 20 will be described with reference to FIGS. 6 to 9. Note that the examples of waveform elements of the drive waveforms in FIGS. 6 to 9 are examples of the prior art.

先ず、液体吐出ヘッド1は、インクの流体的な振動による固有振動の他に、アクチュエータの構造的な振動による固有振動が顕著に生じる傾向がある。 First, in the liquid ejection head 1, in addition to the natural vibration caused by the fluid vibration of the ink, there is a tendency for the natural vibration caused by the structural vibration of the actuator to occur noticeably.

例えば、電気信号として、図6に実線で示す従来技術の駆動波形の波形要素のように、急峻に立ち下がる駆動波形の波形要素WAを液体吐出ヘッド1に印可すると、圧力室31に生じる圧力振動PAは、図7に実線で示すように、周期の長い圧力振動に周期の短い圧力振動が重畳して発生する。これは、急峻に立ち上がる駆動波形の波形要素を液体吐出ヘッド1に印加する場合も、同様に、周期の長い圧力振動に周期の短い圧力振動が重畳して発生する。また、波形要素WAによる圧力振動PA時における、ノズル51に発生する流速振動UAは、図8に実線で示すように、周期の短い流速振動が重畳して発生する。 For example, when a waveform element WA of a drive waveform that falls sharply, such as the waveform element WA of a drive waveform of the prior art shown by a solid line in FIG. As shown by the solid line in FIG. 7, PA occurs when pressure vibrations with a short period are superimposed on pressure vibrations with a long period. This also occurs when a waveform element of a drive waveform that rises steeply is applied to the liquid ejection head 1, as pressure vibrations with a short period are superimposed on pressure vibrations with a long period. Further, the flow velocity vibration UA generated in the nozzle 51 during the pressure vibration PA due to the waveform element WA is generated by superimposing flow velocity vibrations with short periods, as shown by the solid line in FIG.

図7の圧力振動PAから周波数スペクトル解析した結果を図9に実線で示す。図9から、圧力振動PAは、異なる2つの固有振動周波数として、第1固有振動周波数(第1ピーク周波数)FAと第2固有振動周波数(第2ピーク周波数)FBとを有していることがわかる。例えば、第1固有振動周波数FAは流体的な固有振動周波数であり、第1固有振動周波数FAよりも大きい第2固有振動周波数FBは構造的な固有振動周波数等の、インクを吐出する動作にとって望ましくない寄生振動である。ここで、例えば、周波数が大きい構造的な固有振動である第2固有振動周波数FBは、インクの吐出には不要であるばかりでなく、インクのキャビテーションやインクミストの発生原因となる虞がある。 The results of frequency spectrum analysis from the pressure vibration PA in FIG. 7 are shown in FIG. 9 by a solid line. From FIG. 9, it can be seen that the pressure vibration PA has two different natural vibration frequencies, a first natural vibration frequency (first peak frequency) FA and a second natural vibration frequency (second peak frequency) FB. Recognize. For example, the first natural vibration frequency FA is a fluid natural vibration frequency, and the second natural vibration frequency FB, which is larger than the first natural vibration frequency FA, is a structural natural vibration frequency that is desirable for the operation of ejecting ink. There is no parasitic vibration. Here, for example, the second natural vibration frequency FB, which is a structural natural vibration with a large frequency, is not only unnecessary for ink ejection, but also may cause ink cavitation and ink mist.

例えば、このような第2固有振動周波数FBを抑制するために、図6に破線で示すように、従来技術の駆動波形の波形要素WBのような、斜めに上がり下がりする斜め波形要素を用いて液体吐出ヘッド1を駆動すると、図7に破線で示す圧力振動PB及び図8に破線で示す流速振動UBのように、第2固有振動周波数FBを抑制できるため、インクのキャビテーションやインクミストの発生を低減できる。例えば、図7の圧力振動PBから周波数スペクトル解析すると、図9に破線で示すように、第2固有振動周波数FBが低減していることがわかる。 For example, in order to suppress such second natural vibration frequency FB, as shown by the broken line in FIG. When the liquid ejection head 1 is driven, the second natural vibration frequency FB can be suppressed as shown in the pressure vibration PB shown by the broken line in FIG. 7 and the flow velocity vibration UB shown by the broken line in FIG. 8, so that ink cavitation and ink mist are generated. can be reduced. For example, when frequency spectrum is analyzed from the pressure vibration PB in FIG. 7, it can be seen that the second natural vibration frequency FB is reduced, as shown by the broken line in FIG.

しかし、波形要素WBのような斜め波形要素は、第2固有振動周波数FBを抑制できるが、電圧を斜めに変化させる駆動波形生成部が必要になるため、駆動回路70が複雑になる。 However, although the diagonal waveform element such as the waveform element WB can suppress the second natural vibration frequency FB, it requires a drive waveform generation section that changes the voltage diagonally, making the drive circuit 70 complicated.

次に、本実施形態に係る液体吐出ヘッド1の駆動波形及び動作の一例を説明する。液体吐出ヘッド1の駆動回路70は、波形要素として、アクチュエータ20を駆動する駆動電圧の下限電圧VL及び上限電圧VHの間の電圧で所定時間保持する複数段ステップ波形を用いる。 Next, an example of the drive waveform and operation of the liquid ejection head 1 according to this embodiment will be explained. The drive circuit 70 of the liquid ejection head 1 uses, as a waveform element, a multi-stage step waveform that maintains a voltage between the lower limit voltage VL and the upper limit voltage VH of the drive voltage for driving the actuator 20 for a predetermined period of time.

具体的には、液体吐出ヘッド1は、急峻に立ち下がる駆動波形の波形要素WAに対するノズル51内のインクの周波数応答特性が第1ピーク周波数FA及び第1ピーク周波数FAよりも大きい第2ピーク周波数FBとなる。 Specifically, in the liquid ejection head 1, the frequency response characteristic of the ink within the nozzle 51 with respect to the waveform element WA of the driving waveform that falls sharply is a first peak frequency FA and a second peak frequency that is larger than the first peak frequency FA. Becomes FB.

実施形態の液体吐出ヘッド1の駆動回路70は、アクチュエータ20を駆動する電気信号として、電圧の立ち上がり及び立ち下がりにおいて複数段ステップ波形要素を含む駆動波形を生成する。以下の説明において、「複数段」を「N段」として説明する。ここで、Nは、2以上の自然数である。 The drive circuit 70 of the liquid ejection head 1 according to the embodiment generates a drive waveform including multi-stage step waveform elements at the rise and fall of the voltage as an electric signal for driving the actuator 20. In the following description, "multiple stages" will be explained as "N stages". Here, N is a natural number of 2 or more.

駆動回路70が生成する駆動信号の駆動波形は、例えば、電気信号の上限電圧VH及び下限電圧VLとしたときに、前記アクチュエータの駆動波形の立ち上がり及び立ち下がりの少なくとも一方の波形要素において、中間電圧VM=n・(VH-VL)/Nを時間t=1/FB/N=1/(FB・N)だけ保持して、N段ステップ波形を前記アクチュエータに出力する。 The drive waveform of the drive signal generated by the drive circuit 70 is, for example, an intermediate voltage in at least one of the rising and falling waveform elements of the drive waveform of the actuator, when the upper limit voltage VH and the lower limit voltage VL of the electric signal are set. VM=n·(VH−VL)/N is held for a time t=1/FB/N=1/(FB·N), and an N step waveform is output to the actuator.

ここで、Nは、ステップ波形の段数と同じであり、二段ステップ波形の場合のNは2であり、三段ステップ波形の場合のNは3である。また、ここで、nは、1以上N-1以下の自然数である。nは、例えば、下限電圧を0段目としたときの、求める中間電圧VNの段数である。具体例として、二段ステップ波形の場合のnは1であり、三段ステップ波形の場合のnは1及び2である。 Here, N is the same as the number of steps in the step waveform, and in the case of a two-step step waveform, N is 2, and in the case of a three-step step waveform, N is 3. Further, here, n is a natural number from 1 to N-1. For example, n is the number of stages of the intermediate voltage VN to be determined when the lower limit voltage is the 0th stage. As a specific example, n is 1 for a two step waveform, and n is 1 and 2 for a three step waveform.

次に、駆動波形の実施例として、図10乃至図15を用いて、駆動回路70が生成する二段ステップ波形要素を含む駆動波形の説明を行う。図10に示す駆動波形の波形要素WCは、立ち下がりにおいてN=2とした二段ステップ波形要素である。また、図10に示す駆動波形の例においては、電気信号の上限電圧VHをVとし、下限電圧VLを0とする例である。 Next, as an example of the drive waveform, a drive waveform including a two-stage step waveform element generated by the drive circuit 70 will be explained using FIGS. 10 to 15. The waveform element WC of the drive waveform shown in FIG. 10 is a two-step waveform element in which N=2 at the falling edge. Further, in the example of the drive waveform shown in FIG. 10, the upper limit voltage VH of the electric signal is set to V, and the lower limit voltage VL is set to 0.

電圧Vから電圧0まで駆動電圧を変化させる時に、VH=V、VL=0、N=2、n=1である。このため、波形要素WCの中間電圧VMは、
VM=n・(VH-VL)/N=1・(V-0)/2=V/2
となる。
When changing the driving voltage from voltage V to voltage 0, VH=V, VL=0, N=2, and n=1. Therefore, the intermediate voltage VM of the waveform element WC is
VM=n・(VH-VL)/N=1・(V-0)/2=V/2
becomes.

また、波形要素WCの中間電圧VMを印加する時間tは、
t=1/FB/N=1/FB/2=0.5/FB
となる。
Also, the time t for applying the intermediate voltage VM of the waveform element WC is:
t=1/FB/N=1/FB/2=0.5/FB
becomes.

このため、駆動波形の波形要素WCは、電圧がVから0へと立ち下がるときに、中間電圧として、V/2を0.5/FBの時間保持する。なお、電圧がVから0へと立ち上がる駆動波形の波形要素における中間電圧は、V/2であり、中間電圧を保持する時間は0.5/FBである。 Therefore, the waveform element WC of the drive waveform holds V/2 as an intermediate voltage for a time of 0.5/FB when the voltage falls from V to 0. Note that the intermediate voltage in the waveform element of the drive waveform where the voltage rises from V to 0 is V/2, and the time for holding the intermediate voltage is 0.5/FB.

このような波形要素WCによる圧力振動PCを、図11に実線で示す。図11からも明らかなように、圧力振動PCは、斜め波形要素WBによる圧力振動PBと略同じ挙動を示している。このことからも、駆動波形の波形要素WCが構造的な固有振動等の寄生振動となる第2固有振動周波数FBを十分に抑制できていることがわかる。 Pressure vibration PC caused by such a waveform element WC is shown by a solid line in FIG. As is clear from FIG. 11, the pressure vibration PC exhibits substantially the same behavior as the pressure vibration PB caused by the diagonal waveform element WB. This also shows that the waveform element WC of the drive waveform can sufficiently suppress the second natural vibration frequency FB, which is a parasitic vibration such as a structural natural vibration.

また、波形要素WCによる流速振動UCを、図12に実線で示す。図12からも明らかなように、流速振動UCは、斜め波形要素WBによる流速振動UBと略同じ挙動を示している。このことからも、駆動波形の波形要素WCが構造的な固有振動等の寄生振動となる第2固有振動周波数FBを十分に抑制できていることがわかる。 Further, the flow velocity vibration UC due to the waveform element WC is shown by a solid line in FIG. As is clear from FIG. 12, the flow velocity vibration UC exhibits substantially the same behavior as the flow velocity vibration UB caused by the diagonal waveform element WB. This also shows that the waveform element WC of the drive waveform can sufficiently suppress the second natural vibration frequency FB, which is a parasitic vibration such as a structural natural vibration.

次に、駆動回路70が生成するN段ステップ波形要素を用いた駆動波形の一例として、二段ステップ波形要素を電圧が下限電圧から上限電圧へと立ち上がるとき及び上限電圧から下限電圧へと立ち下がるときに用いた駆動波形WEの実施例を、図13に実線で示す。なお、図13に示す駆動波形WEの例においては、3つの吐出パルスWEa~WEcと、残留圧力振動を打ち消すWEdから成る。また、実施形態の駆動波形WEとの比較のために、従来技術の斜め波形要素を含む駆動波形WDを図13に破線で示す。 Next, as an example of a drive waveform using an N-stage step waveform element generated by the drive circuit 70, a two-stage step waveform element is used when the voltage rises from the lower limit voltage to the upper limit voltage and when the voltage falls from the upper limit voltage to the lower limit voltage. An example of the drive waveform WE used in this case is shown in FIG. 13 by a solid line. Note that the example of the drive waveform WE shown in FIG. 13 consists of three ejection pulses WEa to WEc and WEd for canceling residual pressure vibrations. Further, for comparison with the drive waveform WE of the embodiment, a drive waveform WD including a diagonal waveform element of the prior art is shown by a broken line in FIG.

また、中間電圧VMの保持時間TAは、例えば構造的な固有振動等、インクの吐出動作にとって望ましくない寄生振動である第2固有振動周波数FBに対し、TA=1/FB/2=0.5/FBである。また、流体的な固有振動等である第1固有振動周波数FAに対し、パルスWEa~WEdの幅TB=TE=0.5/FA、TC=TD=1/FAである。また、3つの吐出パルスWEa~WEcと、残留圧力振動を打ち消すWEdとにおいて、下限電圧は異なる電圧である。 Further, the holding time TA of the intermediate voltage VM is TA=1/FB/2=0.5 with respect to the second natural vibration frequency FB, which is a parasitic vibration that is undesirable for the ink ejection operation, such as a structural natural vibration. /FB. Further, with respect to the first natural vibration frequency FA, which is a fluid-like natural vibration, the widths of the pulses WEa to WEd are TB=TE=0.5/FA and TC=TD=1/FA. Furthermore, the lower limit voltages are different between the three ejection pulses WEa to WEc and WEd for canceling the residual pressure vibration.

二段ステップ波形要素を含む駆動波形WEによる圧力振動PEを図14に実線で示し、従来技術の駆動波形WDによる圧力振動PDを図14に破線で示す。図14に示すように、駆動波形WEによる圧力振動PEは、従来技術の駆動波形WDによる圧力振動PDと略同じ挙動を示している。このことからも、実施形態の二段ステップ波形要素を用いた駆動波形WEは、従来技術の斜め波形要素を用いた駆動波形WDと同様の圧力振動を生成できることがわかる。 The pressure vibration PE caused by the drive waveform WE including the two-step waveform element is shown by a solid line in FIG. 14, and the pressure vibration PD caused by the drive waveform WD of the prior art is shown by a broken line in FIG. As shown in FIG. 14, the pressure vibration PE caused by the drive waveform WE exhibits substantially the same behavior as the pressure vibration PD caused by the drive waveform WD of the prior art. This also shows that the drive waveform WE using the two-step waveform element of the embodiment can generate pressure vibrations similar to the drive waveform WD using the diagonal waveform element of the prior art.

また、二段ステップ波形要素を含む駆動波形WEによるノズルの流速振動UEを図15に実線で示し、従来技術の駆動波形WDによるノズルの流速振動UDを図15に破線を示す。図15に示すように、駆動波形WEによる流速振動UEは、従来技術の駆動波形WDによる流速振動UDと略同じ挙動を示している。このことからも、実施形態の二段ステップ波形要素を用いた駆動波形WEは、従来技術の斜め波形要素を用いた駆動波形WDと同様の流速振動を生成できることがわかる。 Further, the flow velocity vibration UE of the nozzle caused by the drive waveform WE including the two-step waveform element is shown by a solid line in FIG. 15, and the flow velocity vibration UD of the nozzle caused by the drive waveform WD of the prior art is shown by a broken line in FIG. As shown in FIG. 15, the flow velocity vibration UE caused by the drive waveform WE exhibits substantially the same behavior as the flow velocity vibration UD caused by the drive waveform WD of the prior art. This also shows that the drive waveform WE using the two-step waveform element of the embodiment can generate flow velocity oscillations similar to the drive waveform WD using the diagonal waveform element of the prior art.

次に、他の実施例の駆動波形として、図16乃至図21を用いて、駆動回路70が生成する三段ステップ波形要素を含む駆動波形の説明を行う。図16に示す駆動波形の三段ステップ波形要素としての波形要素WFは、立ち下がりにおいてN=3とした三段ステップ波形要素である。また、図16に示す駆動波形の例においては、電気信号の上限電圧VHをVとし、下限電圧VLを0とする例である。 Next, as a drive waveform of another embodiment, a drive waveform including a three-step waveform element generated by the drive circuit 70 will be explained using FIGS. 16 to 21. The waveform element WF as a three-step waveform element of the drive waveform shown in FIG. 16 is a three-step waveform element with N=3 at the falling edge. Further, in the example of the drive waveform shown in FIG. 16, the upper limit voltage VH of the electric signal is set to V, and the lower limit voltage VL is set to 0.

電圧Vから電圧0まで駆動電圧を変化させる時に、VH=V、VL=0、N=3、n=1、2である。このため、波形要素WFの2つ(N-1)の中間電圧VMのうち、低い電圧値側の中間電圧VMは、n=1であり、
VM=n・(VH-VL)/N=1・(V-0)/3=V/3
となり、高い電圧値側の中間電圧VMは、n=2であり、
VM=n・(VH-VL)/N=2・(V-0)/3=2V/3
となる。
When changing the drive voltage from voltage V to voltage 0, VH=V, VL=0, N=3, and n=1, 2. Therefore, among the two (N-1) intermediate voltages VM of the waveform element WF, the intermediate voltage VM on the lower voltage value side is n=1,
VM=n・(VH-VL)/N=1・(V-0)/3=V/3
Therefore, the intermediate voltage VM on the higher voltage value side is n=2,
VM=n・(VH-VL)/N=2・(V-0)/3=2V/3
becomes.

また、波形要素WFの中間電圧VMを印加する時間tは、
t=1/FB/N=1/FB/3=1/(3FB)
となる。
Moreover, the time t for applying the intermediate voltage VM of the waveform element WF is:
t=1/FB/N=1/FB/3=1/(3FB)
becomes.

このため、駆動波形の波形要素WFは、電圧がVから0へと立ち下がるときに、中間電圧として、Vから2V/3、V/3、0と、三段階に分けて電圧変化を行う。また、中間電圧としての2V/3、V/3の電圧を、それぞれ1/(3FB)の時間ずつ保持する。 Therefore, when the voltage falls from V to 0, the waveform element WF of the drive waveform changes the voltage in three stages from V to 2V/3, V/3, and 0 as an intermediate voltage. Further, voltages of 2V/3 and V/3 as intermediate voltages are each held for a time of 1/(3FB).

このような波形要素WFによる圧力振動PFを、図17に実線で示す。図17からも明らかなように、圧力振動PFは、斜め波形要素WBによる圧力振動PBと略同じ挙動を示している。このことからも、駆動波形の波形要素WFが構造的な固有振動等の寄生振動となる第2固有振動周波数FBを十分に抑制できていることがわかる。 Pressure vibration PF caused by such a waveform element WF is shown by a solid line in FIG. As is clear from FIG. 17, the pressure vibration PF exhibits substantially the same behavior as the pressure vibration PB caused by the oblique waveform element WB. This also shows that the waveform element WF of the drive waveform can sufficiently suppress the second natural vibration frequency FB, which is a parasitic vibration such as a structural natural vibration.

また、図11及び図17からも明らかなように、二段ステップ波形要素である波形要素WCの圧力振動PCに比べて、三段ステップ波形要素である波形要素WFの圧力振動PFのほうが、斜め波形要素WBによる圧力振動PBに、より近い挙動を示している。このことから、波形要素の段数を多くすることで、より、斜め波形要素WBに、圧力振動を近似させることができることがわかる。 Furthermore, as is clear from FIGS. 11 and 17, the pressure vibration PF of the waveform element WF, which is a three-step waveform element, is more diagonal than the pressure vibration PC of the waveform element WC, which is a two-step waveform element. The behavior is closer to the pressure vibration PB due to the waveform element WB. From this, it can be seen that by increasing the number of stages of the waveform elements, the pressure vibration can be more closely approximated to the diagonal waveform element WB.

また、波形要素WFによる流速振動UFを、図18に実線で示す。図18からも明らかなように、流速振動UFは、斜め波形要素WBによる流速振動UBと略同じ挙動を示している。このことからも、駆動波形の波形要素WFが構造的な固有振動等の寄生振動となる第2固有振動周波数FBを十分に抑制できていることがわかる。 Further, the flow velocity vibration UF due to the waveform element WF is shown by a solid line in FIG. As is clear from FIG. 18, the flow velocity vibration UF exhibits substantially the same behavior as the flow velocity vibration UB caused by the oblique waveform element WB. This also shows that the waveform element WF of the drive waveform can sufficiently suppress the second natural vibration frequency FB, which is a parasitic vibration such as a structural natural vibration.

また、図12及び図18からも明らかなように、二段ステップ波形要素である波形要素WCの流速振動UCに比べて、三段ステップ波形要素である波形要素WFの流速振動UFのほうが、斜め波形要素WBによる流速振動UBに、より近い挙動を示している。このことから、波形要素の段数を多くすることで、より、斜め波形要素WBに、流速振動を近似させることができることがわかる。 Furthermore, as is clear from FIGS. 12 and 18, the flow velocity vibration UF of the waveform element WF, which is a three-step waveform element, is more diagonal than the flow velocity vibration UC of the waveform element WC, which is a two-step waveform element. The behavior is closer to the flow velocity vibration UB due to the waveform element WB. From this, it can be seen that by increasing the number of stages of the waveform elements, the flow velocity vibration can be more approximated to the oblique waveform element WB.

次に、駆動回路70が生成するN段ステップ波形要素を用いた駆動波形の一例として、三段ステップ波形要素を電圧が下限電圧から上限電圧へと立ち上がるとき及び上限電圧から下限電圧へと立ち下がるときに用いた駆動波形WGの実施例を、図19に実線で示す。なお、図19に示す駆動波形WGの例においては、3つの吐出パルスWGa~WGcと、残留圧力振動を打ち消すWGdから成る。また、実施形態の駆動波形WGとの比較のために、従来技術の斜め波形要素を含む駆動波形WDを図19に破線で示す。 Next, as an example of a drive waveform using an N-stage step waveform element generated by the drive circuit 70, a three-stage step waveform element is used when the voltage rises from the lower limit voltage to the upper limit voltage and when the voltage falls from the upper limit voltage to the lower limit voltage. An example of the drive waveform WG used in this case is shown in FIG. 19 by a solid line. Note that the example of the drive waveform WG shown in FIG. 19 consists of three ejection pulses WGa to WGc and WGd for canceling residual pressure vibrations. Further, for comparison with the drive waveform WG of the embodiment, a drive waveform WD including a diagonal waveform element of the prior art is shown by a broken line in FIG.

また、中間電圧VMの保持時間TAは、例えば構造的な固有振動等、インクの吐出動作にとって望ましくない寄生振動である第2固有振動周波数FBに対し、一つの段あたり、TA=1/FB/N=1/(3FB)である。また、流体的な固有振動等である第1固有振動周波数FAに対し、パルスWGa~WGdの幅TB=TE=0.5/FA、TC=TD=1/FAである。また、3つの吐出パルスWGa~WGcと、残留圧力振動を打ち消すWGdとにおいて、下限電圧は異なる電圧である。 In addition, the holding time TA of the intermediate voltage VM is determined per stage as TA=1/FB/ N=1/(3FB). Furthermore, with respect to the first natural vibration frequency FA, which is a fluid-like natural vibration, the widths of the pulses WGa to WGd are TB=TE=0.5/FA and TC=TD=1/FA. Furthermore, the lower limit voltages are different between the three ejection pulses WGa to WGc and WGd for canceling residual pressure vibration.

三段ステップ波形要素を含む駆動波形WGによる圧力振動PGを図20に実線で示し、従来技術の駆動波形WDによる圧力振動PDを図20に破線で示す。図20に示すように、駆動波形WGによる圧力振動PGは、従来技術の駆動波形WDによる圧力振動PDと略同じ挙動を示している。このことからも、実施形態の三段ステップ波形要素を用いた駆動波形WGは、従来技術の斜め波形要素を用いた駆動波形WDと同様の圧力振動を生成できることがわかる。 The pressure vibration PG caused by the drive waveform WG including the three-step waveform element is shown by a solid line in FIG. 20, and the pressure vibration PD caused by the drive waveform WD of the prior art is shown by a broken line in FIG. As shown in FIG. 20, the pressure vibration PG caused by the drive waveform WG exhibits substantially the same behavior as the pressure vibration PD caused by the drive waveform WD of the prior art. This also shows that the drive waveform WG using the three-step waveform element of the embodiment can generate pressure vibrations similar to the drive waveform WD using the diagonal waveform element of the prior art.

また、三段ステップ波形要素を含む駆動波形WGによるノズルの流速振動UGを図21に実線で示し、従来技術の駆動波形WDによるノズルの流速振動UDを図21に破線を示す。図21に示すように、駆動波形WGによる流速振動UGは、従来技術の駆動波形WDによる流速振動UDと略同じ挙動を示している。このことからも、実施形態の三段ステップ波形要素を用いた駆動波形WGは、従来技術の斜め波形要素を用いた駆動波形WDと同様の流速振動を生成できることがわかる。 Further, the flow velocity vibration UG of the nozzle caused by the drive waveform WG including the three-step waveform element is shown by a solid line in FIG. 21, and the flow velocity vibration UD of the nozzle caused by the drive waveform WD of the prior art is shown by a broken line in FIG. As shown in FIG. 21, the flow velocity vibration UG caused by the drive waveform WG exhibits substantially the same behavior as the flow velocity vibration UD caused by the drive waveform WD of the prior art. This also shows that the drive waveform WG using the three-step waveform element of the embodiment can generate flow velocity oscillations similar to the drive waveform WD using the diagonal waveform element of the prior art.

上述したように、液体吐出ヘッド1は、アクチュエータ20を駆動するための駆動回路70が生成する駆動信号としての駆動波形の電圧をN段階に分割して変化させ、各中間電圧の保持時間を1/f2/Nとする。これにより、液体吐出ヘッド1は、インク吐出動作にとって望ましくない寄生振動である第2固有振動周波数FBを抑制することができる。この効果は、複数段NとしてN=2およびN=3について実施例で示したが、Nが4以上の場合も同様の効果が得られる。 As described above, the liquid ejection head 1 divides and changes the voltage of the drive waveform as a drive signal generated by the drive circuit 70 for driving the actuator 20 into N stages, and holds each intermediate voltage for 1 time. /f2/N. Thereby, the liquid ejection head 1 can suppress the second natural vibration frequency FB, which is a parasitic vibration that is undesirable for the ink ejection operation. Although this effect has been shown in the embodiment for N=2 and N=3 as a plurality of stages N, the same effect can be obtained when N is 4 or more.

また、駆動回路70は、斜め波形要素を含む駆動波形を生成することなく、複数段ステップ波形要素を含む駆動波形を生成すればよい。よって、駆動回路70の構成は斜め波形要素を含む波形要素を生成する駆動回路よりも簡単な構成でよい。駆動回路70及び液体吐出ヘッド1は、コストを増加させることなく、寄生振動を抑制することができる。 Further, the drive circuit 70 may generate a drive waveform including a multi-stage step waveform element without generating a drive waveform including a diagonal waveform element. Therefore, the configuration of the drive circuit 70 may be simpler than that of a drive circuit that generates waveform elements including diagonal waveform elements. The drive circuit 70 and the liquid ejection head 1 can suppress parasitic vibrations without increasing cost.

即ち、実施形態の液体吐出ヘッド1によれば、電圧を斜めに変化させる駆動波形生成部が不要な低コストの駆動回路70で、インクのキャビテーションやインクミストの発生を低減できる。 That is, according to the liquid ejection head 1 of the embodiment, the generation of ink cavitation and ink mist can be reduced with the low-cost drive circuit 70 that does not require a drive waveform generating section that changes the voltage diagonally.

上述したように一実施形態に係る液体吐出ヘッド1によれば、所定時間、中間電圧を印加する複数段ステップ波形要素を含む波形要素とすることで、簡易な駆動回路70としても、特定の固有振動を抑制できる。 As described above, according to the liquid ejection head 1 according to one embodiment, by using a waveform element including a multi-step waveform element that applies an intermediate voltage for a predetermined period of time, the drive circuit 70 can also be used as a Vibration can be suppressed.

なお、実施形態は、例として提示したものであり、上述した例に限定されない。例えば、上述した圧電柱21、22の具体的な構成や、流路の形状、流路プレート40、ノズルプレート50、フレーム部材60を含む各種部品の構成や位置関係は上述した例に限られるものではなく、適宜変更可能である。また、ノズル51や圧力室31の配列も上記に限られるものではない。たとえばノズル51を2列以上配列してもよい。また複数の圧力室31の間に、ダミー室を形成してもよい。 Note that the embodiments are presented as examples, and are not limited to the examples described above. For example, the specific configuration of the piezoelectric columns 21 and 22 described above, the shape of the flow path, the configuration and positional relationship of various parts including the flow path plate 40, nozzle plate 50, and frame member 60 are limited to the example described above. Rather, it can be changed as appropriate. Further, the arrangement of the nozzles 51 and the pressure chambers 31 is not limited to the above. For example, the nozzles 51 may be arranged in two or more rows. Further, a dummy chamber may be formed between the plurality of pressure chambers 31.

また、上述した例では、液体吐出ヘッド1及び液体吐出装置100において、吐出する液体は印字用のインクの説明をしたが、液体は上述したインクに限られるものではなく、透明光沢インク、赤外線又は紫外線等を照射したときに発色するインク、又はその他の特殊インクなども吐出可能である。さらに、液体吐出ヘッド1は、インク以外の液体を吐出することができるものであっても良い。なお、液体吐出ヘッド1が吐出する液体は、懸濁液などの分散液であっても良い。液体吐出ヘッド1が吐出するインク以外の液体としては例えば、プリント配線基板の配線パターンを形成するための導電性粒子を含む液体、人工的に組織又は臓器などを形成するための細胞などを含む液体、接着剤などのバインダー、ワックス、又は液体状の樹脂などが挙げられる。このため、液体吐出装置は、例えば3Dプリンタ、産業用の製造機械、医療用途等にも用いることが可能である。 Further, in the above-mentioned example, in the liquid ejection head 1 and the liquid ejection device 100, the liquid ejected is ink for printing, but the liquid is not limited to the above-mentioned ink, but transparent glossy ink, infrared rays, infrared rays, etc. Ink that develops color when irradiated with ultraviolet light or other special inks can also be ejected. Furthermore, the liquid ejection head 1 may be capable of ejecting liquid other than ink. Note that the liquid ejected by the liquid ejection head 1 may be a dispersion liquid such as a suspension. Examples of liquids other than ink ejected by the liquid ejection head 1 include liquids containing conductive particles for forming wiring patterns on printed wiring boards, and liquids containing cells for forming artificial tissues or organs. , binders such as adhesives, waxes, liquid resins, and the like. Therefore, the liquid ejection device can also be used in, for example, 3D printers, industrial manufacturing machines, medical applications, and the like.

以上説明した少なくともひとつの実施形態の液体吐出ヘッドによれば、所定時間、中間電圧を印加する複数段ステップ波形要素を含む波形要素とすることで、簡易な駆動回路としても、特定の固有振動を抑制できる。 According to the liquid ejection head of at least one embodiment described above, by using a waveform element including a multi-stage step waveform element that applies an intermediate voltage for a predetermined period of time, a specific natural vibration can be generated even as a simple drive circuit. It can be suppressed.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and their modifications are included within the scope and gist of the invention, as well as within the scope of the invention described in the claims and its equivalents.

1…液体吐出ヘッド、10…ベース、20…アクチュエータ、21…圧電柱、22…非駆動圧電柱、23…溝、30…振動板、31…圧力室、32…共通室、33…開口、34…ガイド流路、35…流路、40…流路プレート、41…枠状部、42…隔壁部、43…ガイド壁、50…ノズルプレート、51…ノズル、60…フレーム部材、70…駆動回路、71…配線フィルム、72…ドライバIC、100…液体吐出装置、111…筐体、112…媒体供給部、113…画像形成部、114…媒体排出部、115…搬送装置、117…支持部、118…搬送ベルト、119…支持プレート、120…ベルトローラ、121…ガイドプレート対、122…搬送用ローラ、130…ヘッドユニット、132…インクタンク、133…接続流路、134…供給ポンプ、150…制御部、151…プロセッサ、154…I/Oポート、155…画像メモリ、161…駆動モータ、162…操作部、163…種センサ、200…外部接続機器、211…圧電体層、212…ダミー層、221…内部電極、222…内部電極、223…外部電極(個別電極)、224…外部電極(共通電極)、721…データバッファ、722…デコーダ、723…ドライバ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Liquid ejection head, 10...Base, 20...Actuator, 21...Piezoelectric pole, 22...Non-driven piezoelectric pole, 23...Groove, 30...Vibration plate, 31...Pressure chamber, 32...Common chamber, 33...Opening, 34 ...Guide channel, 35... Channel, 40... Channel plate, 41... Frame-shaped part, 42... Partition part, 43... Guide wall, 50... Nozzle plate, 51... Nozzle, 60... Frame member, 70... Drive circuit , 71... Wiring film, 72... Driver IC, 100... Liquid ejection device, 111... Housing, 112... Medium supply section, 113... Image forming section, 114... Medium discharge section, 115... Transport device, 117... Support section, DESCRIPTION OF SYMBOLS 118... Conveyance belt, 119... Support plate, 120... Belt roller, 121... Guide plate pair, 122... Conveyance roller, 130... Head unit, 132... Ink tank, 133... Connection channel, 134... Supply pump, 150... Control unit, 151... Processor, 154... I/O port, 155... Image memory, 161... Drive motor, 162... Operation unit, 163... Seed sensor, 200... External connection device, 211... Piezoelectric layer, 212... Dummy layer , 221...internal electrode, 222...internal electrode, 223...external electrode (individual electrode), 224...external electrode (common electrode), 721...data buffer, 722...decoder, 723...driver.

Claims (5)

液体を吐出するノズルを備えるノズルプレートと、
前記ノズルに連通する圧力室と、
電気信号に応じて前記圧力室の容積を可変するアクチュエータと、
前記アクチュエータを駆動する前記電気信号を生成するとともに、前記電気信号に対する前記ノズル内の前記液体の周波数応答特性が第1ピーク周波数FA及び前記第1ピーク周波数FAよりも大きい第2ピーク周波数FBとし、前記電気信号の上限電圧VH及び下限電圧VLとし、nを1以上でNより小さい自然数としたときに、前記アクチュエータの駆動波形の立ち上がり及び立ち下がりの少なくとも一方において、中間電圧VM=n・(VH-VL)/Nを時間t=1/FB/Nだけ保持して、N段のステップ波形要素を含む駆動波形を前記アクチュエータに出力する、駆動回路と、を備える液体吐出ヘッド。
a nozzle plate including a nozzle that discharges liquid;
a pressure chamber communicating with the nozzle;
an actuator that changes the volume of the pressure chamber according to an electrical signal;
generating the electric signal that drives the actuator, and having a frequency response characteristic of the liquid in the nozzle with respect to the electric signal as a first peak frequency FA and a second peak frequency FB higher than the first peak frequency FA; When the upper limit voltage VH and lower limit voltage VL of the electric signal are set, and n is a natural number greater than or equal to 1 and smaller than N, the intermediate voltage VM=n・(VH -VL)/N for a time t=1/FB/N and outputs a drive waveform including N step waveform elements to the actuator.
前記アクチュエータは、積層型圧電部材により形成され、前記圧力室の容積を変える複数の圧電柱及び前記複数の圧電柱と交互に配置され、前記圧力室の容積を変えない複数の非駆動圧電柱を有する、
請求項1に記載の液体吐出ヘッド。
The actuator is formed of a laminated piezoelectric member, and includes a plurality of piezoelectric columns that change the volume of the pressure chamber and a plurality of non-driven piezoelectric columns that are arranged alternately with the plurality of piezoelectric columns that do not change the volume of the pressure chamber. have,
The liquid ejection head according to claim 1.
前記ステップ波形要素は、二段である、請求項1又は請求項2に記載の液体吐出ヘッド。 The liquid ejection head according to claim 1 or 2, wherein the step waveform element has two stages. 前記ステップ波形要素は、中間電圧VM=(VH-VL)/2であり、中間電圧VMを保持する時間t=0.5/FBである、請求項3に記載の液体吐出ヘッド。 4. The liquid ejection head according to claim 3, wherein the step waveform element has an intermediate voltage VM=(VH-VL)/2, and a time t for holding the intermediate voltage VM=0.5/FB. 前記第1ピーク周波数FAは、前記液体の固有振動周波数であり、
前記第2ピーク周波数FBは、前記アクチュエータの固有振動周波数である、請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
The first peak frequency FA is the natural vibration frequency of the liquid,
The liquid ejection head according to any one of claims 1 to 4, wherein the second peak frequency FB is a natural vibration frequency of the actuator.
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