JP2010125705A - Liquid ejecting apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、インクジェット式記録ヘッド等の液体吐出ヘッドの駆動源として用いられる圧電素子を備えた液体吐出装置に関し、特に、ノズル間の吐出特性差を抑制することが可能な液体吐出装置に関する。 The present invention relates to a liquid ejection apparatus including a piezoelectric element used as a drive source for a liquid ejection head such as an ink jet recording head, and more particularly to a liquid ejection apparatus capable of suppressing a difference in ejection characteristics between nozzles. .
例えば、液体吐出装置は、液体を吐出可能な液体吐出ヘッドを備え、この液体吐出ヘッドから各種の液体を吐出する装置である。この液体吐出装置の代表的なものとして、例えば、液体吐出ヘッドとしてのインクジェット式記録ヘッド(以下、単に記録ヘッドという。)を備え、この記録ヘッドのノズルから液体状のインクを記録紙等の記録媒体(着弾対象物)に対して吐出・着弾させてドットを形成することで画像等の記録を行うインクジェット式プリンタ(以下、プリンタという。)等の画像記録装置を挙げることができる。また、近年においては、この画像記録装置に限らず、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造装置等、各種の製造装置にも液体吐出装置が応用されている。 For example, a liquid ejection apparatus is an apparatus that includes a liquid ejection head capable of ejecting liquid and ejects various liquids from the liquid ejection head. As a typical example of this liquid ejection apparatus, for example, an ink jet recording head (hereinafter simply referred to as a recording head) as a liquid ejection head is provided, and liquid ink is recorded on recording paper or the like from nozzles of this recording head. An image recording apparatus such as an ink jet printer (hereinafter referred to as a printer) that records an image or the like by ejecting and landing on a medium (landing target) to form dots can be given. In recent years, liquid ejecting apparatuses have been applied not only to this image recording apparatus but also to various manufacturing apparatuses such as a manufacturing apparatus for a color filter such as a liquid crystal display.
上記液体吐出ヘッドの一種である記録ヘッドには、インクを吐出するための駆動源として圧電素子を備えたものがある。この圧電素子は、圧電材料と電極材料を積層して構成されており、駆動電極と共通電極との間に電圧を印加することによって、伸縮変形、或いは、撓み変形する。この圧電素子を、ノズルに連通する圧力発生室の一部を区画する振動板に設け、駆動信号を印加して変形駆動させることによって振動板を変形させることができる。この振動板の変形によって圧力発生室の容積が変化して圧力発生室内のインクに圧力変動が生じ、この圧力変動を制御することによってノズルから液体状のインクを吐出(噴射)させることができる。 Some recording heads, which are a type of the liquid ejection head, include a piezoelectric element as a drive source for ejecting ink. This piezoelectric element is configured by laminating a piezoelectric material and an electrode material, and is stretched or deformed by applying a voltage between the drive electrode and the common electrode. The piezoelectric element can be deformed by being provided on a diaphragm that divides a part of a pressure generation chamber communicating with the nozzle and applying a drive signal for deformation driving. Due to the deformation of the vibration plate, the volume of the pressure generating chamber changes to cause a pressure fluctuation in the ink in the pressure generating chamber. By controlling this pressure fluctuation, liquid ink can be ejected (ejected) from the nozzle.
ところが、上記記録ヘッドを搭載したプリンタでは、ヘッド毎の個体差等により、圧電素子に同じ電圧を印加してもノズルから吐出されるインクの量(重量)がヘッド毎に異なる。このため、複数の記録ヘッド(ヘッドユニット)を備える液体吐出装置では、ノズルから吐出されるインクの量等の吐出特性に応じてランク分けを行い、このランクに基づいて記録ヘッドを組み合わせ、このランクに応じた駆動電圧を設定することが行われている(例えば、特許文献1参照)。 However, in a printer equipped with the recording head, the amount (weight) of ink ejected from the nozzle differs from head to head even when the same voltage is applied to the piezoelectric element due to individual differences between the heads. For this reason, in a liquid discharge apparatus including a plurality of print heads (head units), ranks are made according to discharge characteristics such as the amount of ink discharged from nozzles, and print heads are combined based on this rank. A drive voltage is set in accordance with (see, for example, Patent Document 1).
ところで、上記記録ヘッドでは、部品精度、組み立て精度、或いは、構造上の問題から、複数のノズルを列設して成るノズル列(ノズル群)内における一部のノズルで、他のノズルよりも吐出インク量が著しく低下する場合がある。この場合、この吐出インク量の低下により画質の低下を招く問題があった。そして、このような局所的に吐出特性の差異が生じる記録ヘッドでは、上記ランクに基づく記録ヘッドの組み合わせによっても解消できなかった。
また、上記ランクに基づく記録ヘッドの組み合わせを行う場合でも、ランク数を多くすると製造時に同ランクの記録ヘッドが揃うまで待たなければいけなくなり、製造効率が低下する。その一方で、製造効率を向上させるべくランク数を少なくすると、同じ液体吐出装置における異なる記録ヘッドのノズル間の吐出特性のバラツキが大きくなり、画質の低下を招く問題があった。
By the way, in the recording head described above, due to parts accuracy, assembly accuracy, or structural problems, some nozzles in a nozzle row (nozzle group) in which a plurality of nozzles are arranged are ejected more than other nozzles. The amount of ink may be significantly reduced. In this case, there is a problem that the image quality is deteriorated due to the decrease in the amount of ejected ink. In such a recording head in which a difference in ejection characteristics locally occurs, it cannot be solved even by a combination of recording heads based on the rank.
Even in the case of combining the print heads based on the ranks, if the number of ranks is increased, it is necessary to wait until the print heads of the same rank are prepared at the time of manufacture, and the manufacturing efficiency is lowered. On the other hand, if the number of ranks is reduced in order to improve the production efficiency, there is a problem in that the variation in ejection characteristics between nozzles of different recording heads in the same liquid ejection apparatus increases, leading to a reduction in image quality.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ノズル間の吐出特性差を抑制することが可能な液体吐出装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a liquid ejection apparatus capable of suppressing a difference in ejection characteristics between nozzles.
本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、液体を吐出するノズルを複数有し、駆動信号を圧電素子に供給して前記圧電素子を駆動することにより圧力発生室内のインクに圧力変動を生じさせ、この圧力変動によってノズルから液体を吐出する液体吐出ヘッドを備えた液体吐出装置であって、
圧電素子に対して圧電体の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、を切り替え可能なモード切替制御部を備え、
前記複数のノズルは、第1のノズルと、第1のノズルと同じ駆動信号が圧電素子に供給された場合に第1のノズルよりも少ない液体を吐出する第2のノズルとを備え、
前記モード切替制御部は、前記第1のノズルに対しては前記第1のモードで、前記第2のノズルに対しては前記第2のモードで、それぞれ吐出制御を行うことを特徴とする。
なお、分極方向に対する電界の方向に関し、第1モードでは圧電素子の駆動期間中において電界が常に分極方向と同一方向である必要は無く、電界が分極方向に対して逆向きになる期間があっても良い。要は、圧電素子の1回の駆動における期間の大部分で電界が分極方向と同一方向となっていれば良い。同様に、第2モードでは圧電素子の駆動期間中において電界が常に分極方向と逆方向である必要は無く、電界が分極方向に対して順方向となる期間があっても良い。要は、圧電素子の1回の駆動における期間の大部分で電界が分極方向と逆方向となっていれば良い。
The present invention has been proposed in order to achieve the above object, and has a plurality of nozzles for discharging a liquid, and supplies a drive signal to the piezoelectric element to drive the piezoelectric element so as to drive the ink in the pressure generating chamber. A liquid ejection device including a liquid ejection head that causes pressure fluctuations and ejects liquid from the nozzles by the pressure fluctuations,
A first mode in which an electric field is applied to the piezoelectric element in the polarization direction of the piezoelectric body to drive the piezoelectric element to discharge liquid from the nozzle, and a direction opposite to the polarization direction of the piezoelectric body with respect to the piezoelectric element A mode switching control unit capable of switching between a second mode in which the piezoelectric element is driven by applying an electric field to discharge the liquid from the nozzle;
The plurality of nozzles includes a first nozzle and a second nozzle that discharges less liquid than the first nozzle when the same drive signal as the first nozzle is supplied to the piezoelectric element,
The mode switching control unit performs discharge control in the first mode for the first nozzle and in the second mode for the second nozzle, respectively.
Regarding the direction of the electric field with respect to the polarization direction, in the first mode, the electric field does not always have to be in the same direction as the polarization direction during the driving period of the piezoelectric element, and there is a period in which the electric field is opposite to the polarization direction. Also good. In short, it is only necessary that the electric field is in the same direction as the polarization direction in most of the period of one driving of the piezoelectric element. Similarly, in the second mode, the electric field does not always have to be opposite to the polarization direction during the driving period of the piezoelectric element, and there may be a period in which the electric field is forward with respect to the polarization direction. In short, it is sufficient that the electric field is in the direction opposite to the polarization direction in most of the period of one driving of the piezoelectric element.
上記構成によれば、圧電体の分極方向に対して順方向の電界を印加して圧電素子を駆動する第1のモードと比較して、圧電体の分極方向に対して逆方向の電界を印加して圧電素子を駆動する第2のモードでは圧電素子の変位量がより大きくなるので、吐出される液体の量が相対的に少ないノズルに対しては第2のモードで吐出制御を行うことにより、ノズルから吐出される液体の量を増加させることが可能となる。これにより、ノズル間での吐出特性の差を抑制することができ、記録紙などの着弾対象物における画像等の画質への影響を低減することができる。 According to the above configuration, an electric field in a direction opposite to the polarization direction of the piezoelectric body is applied as compared with the first mode in which a forward electric field is applied to the polarization direction of the piezoelectric body to drive the piezoelectric element. In the second mode in which the piezoelectric element is driven, the displacement amount of the piezoelectric element becomes larger. Therefore, by performing ejection control in the second mode for a nozzle with a relatively small amount of ejected liquid. The amount of liquid discharged from the nozzle can be increased. Thereby, the difference in the ejection characteristics between the nozzles can be suppressed, and the influence on the image quality such as the image of the landing target such as the recording paper can be reduced.
また、本発明は、前液体を吐出するノズルを複数列設して構成されるノズル群を複数有し、駆動信号を圧電素子に供給して前記圧電素子を駆動することにより圧力発生室内のインクに圧力変動を生じさせ、この圧力変動によってノズルから液体を吐出する液体吐出ヘッドを備えた液体吐出装置であって、
圧電素子に対して圧電体の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、を切り替え可能なモード切替制御部を備え、
前記複数のノズル群は、第1のノズル群と、第1のノズル群と同じ駆動信号が圧電素子に供給された場合に第1のノズル群よりも少ない液体を吐出する第2のノズル群とを備え、
前記モード切替制御部は、前記第1のノズル群に対しては前記第1のモードで、前記第2のノズル群に対しては前記第2のモードで、それぞれ吐出制御を行うことを特徴とする。
In addition, the present invention has a plurality of nozzle groups configured by arranging a plurality of nozzles for discharging the previous liquid, and supplies the drive signal to the piezoelectric element to drive the piezoelectric element, thereby causing ink in the pressure generating chamber to A liquid ejection device including a liquid ejection head that causes pressure fluctuations and ejects liquid from the nozzles by the pressure fluctuations,
A first mode in which an electric field is applied to the piezoelectric element in the polarization direction of the piezoelectric body to drive the piezoelectric element to discharge liquid from the nozzle, and a direction opposite to the polarization direction of the piezoelectric body with respect to the piezoelectric element A mode switching control unit capable of switching between a second mode in which the piezoelectric element is driven by applying an electric field to discharge the liquid from the nozzle;
The plurality of nozzle groups includes a first nozzle group, a second nozzle group that discharges less liquid than the first nozzle group when the same drive signal as the first nozzle group is supplied to the piezoelectric element, and With
The mode switching control unit performs discharge control in the first mode for the first nozzle group and in the second mode for the second nozzle group, respectively. To do.
この構成によれば、複数のノズル群を有する液体吐出ヘッドにおいて吐出される液体の量が比較的少ないノズル群に対しては第2のモードで吐出制御を行うことにより、ノズル群間での吐出特性の差を抑制することができる。 According to this configuration, the ejection control between the nozzle groups is performed by performing the ejection control in the second mode for the nozzle group in which the amount of liquid ejected in the liquid ejection head having the plurality of nozzle groups is relatively small. Differences in characteristics can be suppressed.
また、上記構成において、前記圧電素子は第1の電極、圧電体層、及び、第2の電極をこの順で積層して構成され、前記圧電体層の分極方向は前記第1の電極側から前記第2の電極側に向かう方向であり、
駆動電圧を発生する駆動電圧供給源と、一定のバイアス電圧を発生するバイアス電圧供給源と、前記駆動電圧供給源及び前記バイアス電圧供給源から前記第1の電極及び前記第2の電極までの経路に配置された経路切替手段と、を備え、
前記経路切替手段は、前記第1モードでは前記駆動電圧供給源からの駆動電圧が前記第1の電極に供給されると共に前記バイアス電圧供給源からのバイアス電圧が前記第2の電極に供給される経路に切り替え、前記第2モードでは前記駆動電圧供給源からの駆動電圧が前記第2の電極に供給されると共に前記バイアス電圧供給源からのバイアス電圧が前記第1の電極に供給される経路に切り替える構成を採用することができる。
In the above configuration, the piezoelectric element is configured by laminating a first electrode, a piezoelectric layer, and a second electrode in this order, and the polarization direction of the piezoelectric layer is from the first electrode side. A direction toward the second electrode,
A drive voltage supply source for generating a drive voltage, a bias voltage supply source for generating a constant bias voltage, and a path from the drive voltage supply source and the bias voltage supply source to the first electrode and the second electrode And a path switching means arranged in
In the first mode, the path switching unit supplies a driving voltage from the driving voltage supply source to the first electrode and supplies a bias voltage from the bias voltage supply source to the second electrode. In the second mode, the driving voltage from the driving voltage supply source is supplied to the second electrode and the bias voltage from the bias voltage supply source is supplied to the first electrode. A configuration for switching can be employed.
そして、上記各構成において、前記バイアス電圧供給源は、吐出される液体の量に応じて前記バイアス電圧を変更する構成を採用することも可能である。 In each of the above configurations, the bias voltage supply source may employ a configuration in which the bias voltage is changed according to the amount of liquid to be ejected.
以下、本発明を実施するための最良の形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下の説明は、本発明の液体吐出ヘッドとして、インクジェット式プリンタ(本発明の液体吐出装置の一種)に搭載されるインクジェット式記録ヘッド(以下、単に記録ヘッドという)を例に挙げて行う。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In the embodiments described below, various limitations are made as preferred specific examples of the present invention. However, the scope of the present invention is not limited to the following description unless otherwise specified. However, the present invention is not limited to these embodiments. In the following description, an ink jet recording head (hereinafter simply referred to as a recording head) mounted on an ink jet printer (a kind of the liquid ejecting apparatus of the present invention) is taken as an example of the liquid ejecting head of the present invention. .
図1は、本実施形態の記録ヘッド1の構成を示す分解斜視図である。また、図2(a)は記録ヘッド1の平面図、図2(b)は(a)におけるA−A′線断面図、図2(c)は圧力発生室9の幅方向(圧電素子短尺方向)の要部断面図である。本実施形態における記録ヘッド1は、流路形成基板2、ノズルプレート3、弾性体膜4、絶縁体膜5、圧電素子6、及び、保護基板7等を積層して構成されている。
FIG. 1 is an exploded perspective view showing the configuration of the
流路形成基板2は、本実施形態では面方位(110)のシリコン単結晶基板からなり、この流路形成基板2には、複数の圧力発生室9がその幅方向に並設されている。また、流路形成基板2の圧力発生室9の長手方向外側の領域には連通部10が形成され、連通部10と各圧力発生室9とが、圧力発生室9毎に設けられたインク供給路11を介して連通されている。なお、連通部10は、後述する保護基板7のリザーバ部20と連通して各圧力発生室9の共通のインク室となるリザーバ21の一部を構成する。インク供給路11は、圧力発生室9よりも狭い幅で形成されており、連通部10から圧力発生室9に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。
In this embodiment, the flow
流路形成基板2の開口面側には、各圧力発生室9のインク供給路11とは反対側の端部に連通するノズル12が開設されたノズルプレート3が接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。このノズルプレート3は、図3に示すように、インクを噴射するノズル12を複数列設してノズル列13(ノズル群の一種)を構成し、このノズル列13をノズル列設方向とは直交する方向に複数(本実施形態においては2列)形成している。1つのノズル列13は、例えば、360dpiのピッチで開設された360個のノズルから成る。そして、本実施形態においては、図3に示すように、1つのノズル列13をA〜Cの3つのブロックに区分している。
On the opening surface side of the flow
一方、流路形成基板2の開口面とは反対側には、例えば二酸化シリコン(SiO2)からなる弾性膜4が形成され、この弾性膜4上には、酸化ジルコニウム(ZrO2)からなる絶縁体膜5が形成されている。また、この絶縁体膜5上には、下電極膜14(本発明における第2の電極の一種)と、圧電体層15と、上電極膜16(本発明における第1の電極の一種)とが形成され、これらが積層状態で圧電素子6(薄膜圧電素子)を構成している。ここで、圧電素子6は、下電極膜14、圧電体層15、及び上電極膜16を含む部分をいう。一般的には、圧電素子6の何れか一方の電極を共通電極(グラウンド電極)とし、他方の電極(正極又は個別電極)及び圧電体層15を圧力発生室9毎にパターニングして構成する。そして、パターニングされた何れか一方の電極及び圧電体層15から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部という。なお、本実施形態では、分極方向が上電極膜16から下電極膜14に向かう方向となるように圧電体層15が分極されている(図6における分極方向Pd)。また、下電極膜14は圧電素子6の共通電極とし、上電極膜16を圧電素子6の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合によってこれらを全体的に逆にする構成とすることもできる。何れの場合においても、圧力発生室9毎に圧電体能動部が形成されていることになる。また、このような各圧電素子6の上電極膜16には、例えば、金(Au)等からなるリード電極17がそれぞれ接続されている。
On the other hand, an
流路形成基板2上の圧電素子6側の面には、圧電素子6に対向する領域にその変位を阻害しない程度の大きさの空間となる圧電素子保持部19を有する保護基板7が接合されている。圧電素子6は、この圧電素子保持部19内に収容されるため、外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。さらに、保護基板7には、流路形成基板2の連通部10に対応する領域にリザーバ部20が設けられている。このリザーバ部20は、保護基板7を厚さ方向に貫通して圧力発生室9の並設方向に沿って設けられており、上述したように流路形成基板2の連通部10と連通されて各圧力発生室9の共通のインク室となるリザーバ21を構成している。
On the surface of the flow
また、保護基板7の圧電素子保持部19とリザーバ部20との間の領域には、保護基板7を厚さ方向に貫通する貫通孔22が設けられ、この貫通孔22内に下電極膜14の一部及びリード電極17の先端部が露出されている。そして、リード電極17には、プリンタ本体側のバイアス電圧供給源29からのバイアス電圧が印加され、また、下電極膜14には、プリンタ本体側の駆動電圧供給源30からの駆動電圧が印加される(何れも、図5を参照しながら後述する)。保護基板7上には、封止膜23及び固定板24とからなるコンプライアンス基板25が接合されている。封止膜23は、剛性が低く可撓性を有する材料(例えば、ポリフェニレンサルファイドフィルム)からなり、この封止膜23によってリザーバ部20の一方面が封止されている。また、固定板24は、金属等の硬質の材料(例えば、ステンレス鋼等)で形成される。この固定板24のリザーバ21に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部26となっているため、リザーバ21の一方面は可撓性を有する封止膜23のみで封止されている。
A through
上記構成の記録ヘッド1では、インク供給手段からインクを取り込み、リザーバ21からノズル12に至るまで内部をインクで満たした後、プリンタ本体側からの駆動電圧及びバイアス電圧の供給により、圧力発生室9に対応するそれぞれの下電極膜14と上電極膜16との間に吐出パルスP(図5参照)を印加し、弾性膜4、絶縁体膜5、下電極膜14及び圧電体層15を撓み変形させることにより圧力発生室9内の圧力が高まり、この圧力変動を制御することで、ノズル12からインクが吐出(噴射)される。
In the
図4は、プリンタの電気的な構成を説明するブロック図である。プリンタコントローラ36は、ROM37に記憶された制御プログラム等に従って各部を制御するCPU39と、各種データ処理のための制御プログラム等を記憶したROM37と、各種データ等を記憶するRAM38と、記録ヘッド1の圧電素子6を駆動するための駆動信号を発生する駆動信号発生回路40と、後述するノズル特性情報を記憶する不揮発性記憶素子41と、記録ヘッド1にデータを出力するインタフェース(I/F)部42とを相互に接続した状態で備えている。
FIG. 4 is a block diagram illustrating the electrical configuration of the printer. The
駆動信号発生回路40は、バイアス電圧供給源29と駆動電圧供給源30とを備えている(図6参照)。駆動電圧供給源30は、例えば、図5に例示する駆動電圧VPを発生する。この駆動電圧VPは、中間電位(基準電位)Vbを基準として上下に変化するパルス電圧となっている。一方、バイアス電圧供給源(DC電圧供給源)29は、一定のバイアス電圧(直流電圧)VCを発生する。このバイアス電圧は、少なくとも駆動電圧供給源30が発生する駆動電圧の中間電位Vbよりも低く設定される。駆動電圧供給源30が発生する駆動電圧VPが上電極膜16に印加されると共に、バイアス電圧供給源29が発生するバイアス電圧VCが下電極膜14に印加されることにより、圧電素子6には図5に示す吐出パルスPが印加される。この吐出パルスPは、圧力発生室9の容積の基準容積に対応する基準電位Vmから最低電位VLまで比較的緩やかな勾配で電位を降下させる電位下降要素p1と、最低電位VLを所定時間保持する第1電位ホールド要素p2と、最低電位VLから最高電位VHまで急勾配で電位を上昇させる電位上昇要素p3と、最高電位VHを所定時間保持する第2電位ホールド要素p4と、最高電位VHから基準電位Vmまで電位を下降させる復帰要素p5とを含んで構成されている。
The drive
電位下降要素p1が圧電素子6に供給されると、圧電素子6が圧力発生室9とは反対側に撓んで弾性膜4を変形させることにより圧力発生室9が比較的緩やかに膨張し圧力発生室9が減圧される。続いて、第1ホールド要素p2が供給されることで圧力発生室9の膨張状態が維持される。その後、電位上昇要素p3が供給されて圧電素子6が圧力発生室9側に撓み、圧力発生室9がごく短時間で収縮することにより、圧力発生室9内のインクが急激に加圧されてノズル12からインクが吐出される。その後、第2ホールド要素p4の後に続いて復帰要素p5が供給されて圧力発生室9が緩やかに膨張され、インクが吐出された後のノズル12におけるメニスカスの振動が収束される。
When the potential lowering element p1 is supplied to the
ところで、本発明に係るプリンタは、各ノズル12の吐出特性に応じて、圧電素子6に対して圧電体層15の分極方向Pdと同方向に電界を印加することにより圧電素子6を駆動する第1のモードと、圧電素子6に対して圧電体層15の分極方向Pdと逆向きに電界を印加することにより圧電素子6を駆動する第2のモードとを切り替えるように構成されている。以下、この点について説明する。
By the way, the printer according to the present invention drives the
図6は、駆動信号発生回路40から圧電素子6までの信号供給経路を示す簡易回路図であり、(a)は第1のモードにおける切り替え状態、(b)は第2のモードにおける切り替え状態をそれぞれ示している。同図に示すように、本実施形態におけるプリンタには、駆動電圧供給源30及びバイアス電圧供給源29から圧電素子6の上電極膜16及び下電極膜14までの経路を切り替える経路切替手段としてスイッチ回路31を設けている。本実施形態において、これらの経路及びスイッチ回路31は、上述した各ノズル列13のブロック(A〜C)毎にそれぞれ独立して設けられている。そして、上記スイッチ回路31は、モード切替制御部として機能するCPU39によって切り替えが制御されるようになっている。
6A and 6B are simplified circuit diagrams showing a signal supply path from the drive
本実施形態におけるプリンタの不揮発性記憶素子41には、各ノズル列13のブロックA〜C毎の平均吐出インク量がそれぞれ記憶されている。この平均吐出インク量は、例えば、製造時の検査工程でノズル12からインクを吐出したときのインク重量(吐出インク1滴あたりの重量、又は、所定回数吐出したときの総重量)について各ノズル列13のブロックA〜C毎に平均を算出したものである。CPU39は、本発明におけるモード切替制御部として機能し、各ノズル列13のブロックA〜C毎の平均吐出インク量を比較する。この吐出インク量の比較については、予め閾値を定めておき、この閾値と比較するようにしても良い。そして、CPU39は、平均吐出インク量が相対的に多い(或いは、閾値よりも多い)ブロックでは、モードを第1のモードに設定し、図6(a)に示すように、駆動電圧供給源30からの駆動電圧VPが個別電極(正極)としての上電極膜16に供給されると共にバイアス電圧供給源29からのバイアス電圧VCが共通電極(グラウンド電極)としての下電極膜14に供給される経路となるように、スイッチ回路31を切り替える。この第1のモードにおける吐出制御では、図5を用いて先述したように、駆動電圧供給源30からの駆動電圧VPが上電極膜16に印加されると共に、バイアス電圧供給源29からのバイアス電圧VCが下電極膜14に印加されることにより、圧電素子6には図5に示す吐出パルスPが印加される。この吐出パルスPは、全体的にプラス側の電圧となる。したがって、この第1モードでは、圧電素子6に対して圧電体膜15の分極方向Pdに電界が印加されることになる。
The
一方、平均吐出インク量が相対的に少ない(或いは、閾値よりも少ない)ブロックでは、モード切替制御部としてのCPU39は、モードを第2のモードに設定し、図6(b)に示すように、駆動電圧供給源30からの駆動電圧VPが下電極膜14に供給されると共にバイアス電圧供給源29からのバイアス電圧VCが上電極膜16に供給される経路となるように、スイッチ回路31を切り替える。この第2のモードでは、圧電素子6に印加される吐出パルスPは、極性が反転して全体的にマイナス側の電圧となる。換言すると、この第2モードでは、圧電素子6に対して圧電体膜15の分極方向とは逆の方向に電界が印加されることになる。
On the other hand, in a block where the average amount of ejected ink is relatively small (or smaller than the threshold value), the
ここで、図7は、圧電素子6の印加電圧に対する変位量(撓み量)の特性を示すグラフである。同図に示すように、印加電圧を変化させると、これに応じて圧電素子6の変位量は図において矢印で示す軌跡を描くように変化する。そして、同じ絶対値の電圧を印加した場合に、印加電圧をプラス側で変化させる構成、即ち、圧電体膜15の分極方向に対して順方向の電界を印加する第1のモードと比較して、印加電圧をマイナス側で変化させる構成、即ち、圧電体膜15の分極方向に対して逆方向の電界を印加する第2のモードでは圧電素子6の変位量がより大きくなることが分かった。具体的には、第2のモードでは、第1のモードの場合と比べて、十数%〜数十%くらい圧電素子6の変位量が大きくなる。
Here, FIG. 7 is a graph showing the characteristics of the displacement amount (deflection amount) with respect to the applied voltage of the
このため、吐出されるインクの量が比較的多いノズル12(本発明における第1のノズルに相当)に対しては第1のモードで、吐出されるインクの量が比較的少ないノズル12(本発明における第2のノズルに相当)に対しては第2のモードで、それぞれ吐出制御を行うことにより、ノズル間での吐出特性の差を抑制することができる。例えば、図8に例示すように、あるノズル列13において、ブロックA〜Cのうち、ブロックBに属するノズル12から吐出されるインクの量(平均値)が、他のブロックA,Cに属するノズル12から吐出されるインクの量(平均値)よりも相対的に低い場合(或いは、所定の閾値よりも低い場合)、ブロックA,Cに属するノズル12については第1のモードに設定して吐出制御を行い、ブロックBに属するノズル12については第2のモードに設定して吐出制御を行う。第2のモードでは、上述したように圧電体膜15の分極方向に対して逆方向の電界を印加して圧電素子6を駆動することにより、第1のモードと比べて圧電素子6の変位量を向上することが可能となる。これにより、図8において破線で示すように、ブロックBに属するノズル12から吐出されるインクの量を全体的に高めることができる。このため、ノズル間における吐出特性の差を可及的に抑制することができ、その結果、記録紙などの着弾対象物における画像等の画質への影響を低減することができる。
For this reason, in the first mode, for the
ここで、モードの切り替え制御に加え、バイアス電圧供給源29が発生するバイアス電圧VCを変更することにより、ノズル間での吐出特性をより近づけることができる。
図9は、バイアス電圧VCを変化させたときの圧電素子6の変位量を示すグラフである。同図に示すように、バイアス電圧VCを変化させることによって、圧電素子6の変位量が変化することが分かる。この例では、バイアス電圧VCを−2V〜−1Vに設定することで、最大の変位量が得られ、これよりもプラス側或いはマイナス側に変化させることで、変位量が低下する傾向にある。この特性を利用して、吐出インク量に応じてバイアス電圧VCを設定することにより、各ノズル12の吐出インク量の差を一層低減することができる。
Here, in addition to the mode switching control, by changing the bias voltage VC generated by the bias
FIG. 9 is a graph showing the amount of displacement of the
同様にして、駆動電圧供給源30が発生する駆動電圧VPの駆動電圧(最高電位から最低電位までの電位差)を変更することで、圧電素子6の変位量を調整してノズル間での吐出特性をより近づけることもできる。この場合、駆動電圧VPの駆動電圧を高める程、圧電素子6の変位量が大きくなるので、その分、ノズル12から吐出されるインクの量も増加し、逆に、駆動電圧VPの駆動電圧を低くする程、圧電素子6の変位量が小さくなるので、その分、ノズル12から吐出されるインクの量も低下する。
Similarly, by changing the drive voltage (potential difference from the highest potential to the lowest potential) of the drive voltage VP generated by the drive
ところで、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて種々の変形が可能である。 By the way, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made based on the description of the scope of claims.
例えば、駆動電圧VPの形状は、上記実施形態で例示したものには限られず、任意の波形を採用することができる。
また、上記実施形態では、薄膜圧電素子である圧電素子6を例示したが、これには限られず、他の構成の圧電素子にも適用することができる。
For example, the shape of the drive voltage VP is not limited to that illustrated in the above embodiment, and an arbitrary waveform can be adopted.
Moreover, in the said embodiment, although the
また、上記実施形態では、1つのノズル列13を複数のブロックに区分し、ブロックごとにモードを設定する構成を例示したが、これには限られない。例えば、駆動信号の供給経路及びスイッチ回路31をノズル毎にそれぞれ独立して設け、ノズル毎にモードを設定する構成を採用することもできる。この構成によれば、ノズル単位で吐出量を調整できるので、ノズル間の吐出特性をより確実に揃えることが可能となる。
In the above embodiment, the configuration in which one
さらに、記録ヘッド1が、ノズル列13(ノズル群)を複数有する構成では、ノズル列毎にモードを設定する構成を採用することもできる。即ち、この構成では、モード切替制御部としてのCPU39は、吐出されるインクの量(平均値)が比較的多いノズル列13(第1のノズル群に相当)に対しては第1のモードで、吐出されるインクの量(平均値)が比較的少ないノズル列13(第2のノズル群に相当)に対しては第2のモードで、それぞれ吐出制御を行う。この構成によれば、ノズル列間で吐出特性の差がある場合に、モードを適切に設定することによりノズル列間の吐出特性の差を抑制することが可能となる。
Further, in the configuration in which the
そして、本発明は、例示したプリンタに限らず、プロッタ、ファクシミリ装置、コピー機等、各種のインクジェット式記録装置や、記録装置以外の液体吐出装置、例えば、ディスプレー製造装置、電極製造装置、チップ製造装置等にも適用することができる。 The present invention is not limited to the exemplified printer, but various ink jet recording apparatuses such as plotters, facsimile apparatuses, and copiers, and liquid ejection apparatuses other than the recording apparatus, such as display manufacturing apparatuses, electrode manufacturing apparatuses, and chip manufactures. It can also be applied to devices and the like.
1…記録ヘッド,6…圧電素子,12…ノズル,13…ノズル列,14…下電極膜,15…圧電体膜,29…バイアス電圧供給源,30…駆動電圧供給源,31…スイッチ回路,39…CPU,40…駆動信号発生回路
DESCRIPTION OF
Claims (4)
圧電素子に対して圧電体の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、を切り替え可能なモード切替制御部を備え、
前記複数のノズルは、第1のノズルと、第1のノズルと同じ駆動信号が圧電素子に供給された場合に第1のノズルよりも少ない液体を吐出する第2のノズルとを備え、
前記モード切替制御部は、前記第1のノズルに対しては前記第1のモードで、前記第2のノズルに対しては前記第2のモードで、それぞれ吐出制御を行うことを特徴とする液体吐出装置。 A liquid that has a plurality of nozzles that discharge liquid, supplies a drive signal to the piezoelectric element, and drives the piezoelectric element to cause pressure fluctuation in the ink in the pressure generating chamber, and the liquid that discharges liquid from the nozzle by the pressure fluctuation A liquid discharge apparatus including a discharge head,
A first mode in which an electric field is applied to the piezoelectric element in the polarization direction of the piezoelectric body to drive the piezoelectric element to discharge liquid from the nozzle, and a direction opposite to the polarization direction of the piezoelectric body with respect to the piezoelectric element A mode switching control unit capable of switching between a second mode in which the piezoelectric element is driven by applying an electric field to discharge the liquid from the nozzle;
The plurality of nozzles includes a first nozzle and a second nozzle that discharges less liquid than the first nozzle when the same drive signal as the first nozzle is supplied to the piezoelectric element,
The mode switching control unit performs discharge control in the first mode for the first nozzle and in the second mode for the second nozzle, respectively. Discharge device.
圧電素子に対して圧電体の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、を切り替え可能なモード切替制御部を備え、
前記複数のノズル群は、第1のノズル群と、第1のノズル群と同じ駆動信号が圧電素子に供給された場合に第1のノズル群よりも少ない液体を吐出する第2のノズル群とを備え、
前記モード切替制御部は、前記第1のノズル群に対しては前記第1のモードで、前記第2のノズル群に対しては前記第2のモードで、それぞれ吐出制御を行うことを特徴とする液体吐出装置。 A plurality of nozzle groups configured by arranging a plurality of nozzles for discharging liquid, supplying a driving signal to the piezoelectric element to drive the piezoelectric element, thereby causing pressure fluctuation in the ink in the pressure generating chamber; A liquid discharge apparatus including a liquid discharge head for discharging liquid from a nozzle by this pressure fluctuation,
A first mode in which an electric field is applied to the piezoelectric element in the polarization direction of the piezoelectric body to drive the piezoelectric element to discharge liquid from the nozzle, and a direction opposite to the polarization direction of the piezoelectric body with respect to the piezoelectric element A mode switching control unit capable of switching between a second mode in which the piezoelectric element is driven by applying an electric field to discharge the liquid from the nozzle;
The plurality of nozzle groups includes a first nozzle group, a second nozzle group that discharges less liquid than the first nozzle group when the same drive signal as the first nozzle group is supplied to the piezoelectric element, and With
The mode switching control unit performs discharge control in the first mode for the first nozzle group and in the second mode for the second nozzle group, respectively. Liquid ejecting device.
駆動電圧を発生する駆動電圧供給源と、一定のバイアス電圧を発生するバイアス電圧供給源と、前記駆動電圧供給源及び前記バイアス電圧供給源から前記第1の電極及び前記第2の電極までの経路に配置された経路切替手段と、を備え、
前記経路切替手段は、前記第1モードでは前記駆動電圧供給源からの駆動電圧が前記第1の電極に供給されると共に前記バイアス電圧供給源からのバイアス電圧が前記第2の電極に供給される経路に切り替え、前記第2モードでは前記駆動電圧供給源からの駆動電圧が前記第2の電極に供給されると共に前記バイアス電圧供給源からのバイアス電圧が前記第1の電極に供給される経路に切り替えることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の液体吐出装置。 The piezoelectric element is configured by laminating a first electrode, a piezoelectric layer, and a second electrode in this order, and the polarization direction of the piezoelectric layer is changed from the first electrode side to the second electrode side. The direction towards
A drive voltage supply source for generating a drive voltage, a bias voltage supply source for generating a constant bias voltage, and a path from the drive voltage supply source and the bias voltage supply source to the first electrode and the second electrode And a path switching means arranged in
In the first mode, the path switching unit supplies a driving voltage from the driving voltage supply source to the first electrode and supplies a bias voltage from the bias voltage supply source to the second electrode. In the second mode, the driving voltage from the driving voltage supply source is supplied to the second electrode and the bias voltage from the bias voltage supply source is supplied to the first electrode. The liquid ejection apparatus according to claim 1, wherein the liquid ejection apparatus is switched.
The liquid discharge apparatus according to claim 3, wherein the bias voltage supply source changes the bias voltage according to an amount of liquid to be discharged.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2008303090A JP2010125705A (en) | 2008-11-27 | 2008-11-27 | Liquid ejecting apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017170652A (en) * | 2016-03-18 | 2017-09-28 | 株式会社リコー | Unit for ejecting droplet, droplet ejecting device, and control method for droplet ejecting head |
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2008
- 2008-11-27 JP JP2008303090A patent/JP2010125705A/en active Pending
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