JP2003080698A - Apparatus for driving ink-jet head - Google Patents

Apparatus for driving ink-jet head

Info

Publication number
JP2003080698A
JP2003080698A JP2001275724A JP2001275724A JP2003080698A JP 2003080698 A JP2003080698 A JP 2003080698A JP 2001275724 A JP2001275724 A JP 2001275724A JP 2001275724 A JP2001275724 A JP 2001275724A JP 2003080698 A JP2003080698 A JP 2003080698A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
waveform
printing operation
electric field
ink
field strength
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001275724A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Maki Ito
マキ 伊藤
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.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2001275724A priority Critical patent/JP2003080698A/en
Publication of JP2003080698A publication Critical patent/JP2003080698A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus for driving an ink-jet type recording head by which fluctuation of displacement of a piezoelectric element can be rapidly suppressed. SOLUTION: The apparatus for driving the ink-jet type recording head in which a pressure room is contracted by loading an electric voltage on the piezoelectric body to discharge an ink is provided. When printing operation is performed, a driving wave shape exhibiting an electric field strength exceeding resistance to the electric field strength of the piezoelectric body is loaded on the piezoelectric body (A). When the printing operation is not performed, a continuous pulse wave shape being an opposite polarity to the driving wave shape during printing operation is loaded on the piezoelectric body (B). It is possible to rapidly suppress fluctuation of the displacement of the piezoelectric element and to obtain a stable discharging characteristics.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電体素子に印加
する電圧制御によりインクを吐出するインクジェット式
記録ヘッドの駆動装置に係り、特に、印刷動作以外の時
に各圧電体素子の残留分極を調整し、素子間のばらつき
を防止する駆動装置に関する。また、かかる駆動装置を
備えたプリンタ、及びインクジェット式記録ヘッドの駆
動方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a drive device for an ink jet recording head which ejects ink by controlling a voltage applied to a piezoelectric element, and more particularly, adjusts remanent polarization of each piezoelectric element at times other than printing operation. However, the present invention relates to a drive device that prevents variations between elements. Further, the present invention relates to a printer provided with such a driving device and a method for driving an inkjet recording head.

【0002】[0002]

【従来の技術】オンデマンド型のインクジェット式記録
ヘッドは、圧電体素子や発熱素子によりインク圧力を発
生させる圧力室と、圧力室にインクを供給するインク室
と、圧力室からのインクを吐出するノズルとを備えてい
る。そして、印字信号に対応する上記素子に駆動信号を
印加して圧力を発生させ、インク滴をノズルから記録媒
体に飛翔させる。特に圧電体素子を用いたインクジェッ
ト式記録ヘッドは、熱を使わないのでインクの劣化が生
じにくく、目詰まりしにくいなどの長所を有している。
2. Description of the Related Art An on-demand type ink jet recording head has a pressure chamber for generating ink pressure by a piezoelectric element or a heating element, an ink chamber for supplying ink to the pressure chamber, and an ink discharge from the pressure chamber. And a nozzle. Then, a drive signal is applied to the element corresponding to the print signal to generate a pressure, and the ink droplet is ejected from the nozzle to the recording medium. In particular, the ink jet recording head using the piezoelectric element has advantages that the ink is not easily deteriorated because it does not use heat, and clogging is less likely to occur.

【0003】この圧電体素子を用いたインクジェット式
記録ヘッドにおいて、圧電体膜によるインクの吐出特性
を向上させるため、予め圧電体膜に分極処理を行なうこ
とが知られている。
In an ink jet recording head using this piezoelectric element, it is known that the piezoelectric film is subjected to a polarization treatment in advance in order to improve the ink ejection characteristics of the piezoelectric film.

【0004】図6に分極処理の概念を説明するため、圧
電体膜の電界強度(E)に対する歪み(S)の特性を示
す。分極処理が行われていない場合には、電界強度E=
0のとき歪みS=0である。この状態で圧電体素子を駆
動すると、電界強度Eの上昇に伴って図の太線Lに沿っ
て歪みSが上昇する。一方、予め分極処理が行われてい
た場合には、電界強度E=0のとき、既に分極により歪
みSは0を超えている。この状態で圧電体素子を駆動す
ると、電界強度Eの上昇に伴って図の太線Hに沿って歪
みSが上昇する。このように電界強度E=0から同じ電
界強度をかけた場合でも、予め分極処理をした場合の方
が、分極処理しない場合に比べて高い歪みが得られる。
FIG. 6 shows characteristics of strain (S) with respect to electric field strength (E) of the piezoelectric film in order to explain the concept of polarization treatment. When the polarization process is not performed, the electric field strength E =
When 0, the distortion S = 0. When the piezoelectric element is driven in this state, the strain S increases along the thick line L in the figure as the electric field strength E increases. On the other hand, when the polarization process has been performed in advance, the strain S has already exceeded 0 due to polarization when the electric field strength E = 0. When the piezoelectric element is driven in this state, the strain S increases along the thick line H in the figure as the electric field strength E increases. As described above, even when the same electric field strength is applied from the electric field strength E = 0, a higher strain can be obtained when the polarization processing is performed in advance than when the polarization processing is not performed.

【0005】この分極処理によって生じた分極は時間の
経過に伴って次第に失われる。特開平9−141866
号公報は、経年使用後においてもインクを所望の吐出量
で吐出させるため、インク吐出時の分極方向と同極性を
有する電圧により、圧電素子部材を再分極させることを
開示している。
The polarization generated by this polarization process is gradually lost over time. JP-A-9-141866
The publication discloses re-polarizing the piezoelectric element member with a voltage having the same polarity as the polarization direction at the time of ink ejection, in order to eject the ink at a desired ejection amount even after long-term use.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記分
極処理は抗電界より小さい範囲で駆動する場合には有効
であるが、圧電体薄膜を用いる場合には駆動の電界強度
が抗電界より十分に大きくなり、分極処理はその効果を
十分に示さない。一方、圧電体薄膜は残留分極が比較的
早く減じられる傾向にあるので、駆動履歴のある素子と
駆動履歴のない素子との間で分極に差が生じ、却って素
子間のばらつきが生じてしまう。
However, the above-mentioned polarization treatment is effective in the case of driving in a range smaller than the coercive electric field, but when the piezoelectric thin film is used, the electric field strength of the driving is sufficiently larger than the coercive electric field. The polarization treatment does not show its effect sufficiently. On the other hand, since the residual polarization of the piezoelectric thin film tends to be reduced relatively quickly, a difference in polarization occurs between an element having a driving history and an element having no driving history, which in turn causes variations among the elements.

【0007】かかる問題点を解決するため、駆動波形と
逆極性の波形を加えることによって分極を消去し、素子
間のばらつきを抑制することが考えられる。
In order to solve such a problem, it can be considered to add a waveform having a polarity opposite to that of the drive waveform to erase the polarization and suppress the variation between the elements.

【0008】しかし、分極がドメインの回転を伴ってい
る場合、ドメインの回転が遅いため分極消去に時間を要
するという更なる問題がある。
However, when the polarization is accompanied by the rotation of the domain, there is a further problem that it takes time to eliminate the polarization because the rotation of the domain is slow.

【0009】そこで、本発明は、圧電体素子の変位のば
らつきを迅速に抑制することのできるインクジェット式
記録ヘッドの駆動装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a driving device for an ink jet type recording head which can quickly suppress variations in displacement of piezoelectric elements.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明による駆動装置
は、圧電体への電圧の印加によって圧力室を収縮させイ
ンクを吐出させるインクジェット式記録ヘッドの駆動装
置であって、印刷動作時に、前記圧電体の抗電界強度を
超えた電界強度を示す駆動波形を前記圧電体に印加し、
印刷動作以外の時に、前記印刷動作時の駆動波形とは逆
極性の連続的なパルス波形を前記圧電体に印加する。こ
れにより、素子間での分極のばらつきを迅速に解消する
ことができ、安定した吐出特性を得ることができる。
A drive device according to the present invention is a drive device for an ink jet recording head that contracts a pressure chamber to eject ink by applying a voltage to a piezoelectric body. A drive waveform showing an electric field strength exceeding the coercive electric field strength of the body is applied to the piezoelectric body,
At other times than the printing operation, a continuous pulse waveform having a polarity opposite to that of the driving waveform during the printing operation is applied to the piezoelectric body. As a result, it is possible to quickly eliminate the variation in polarization between the elements and obtain stable ejection characteristics.

【0011】上記駆動装置において、前記印刷動作以外
の時間に印加する前記波形は、前記圧電体の抗電界強度
以上の電界強度を示す波形であることが望ましい。これ
により分極のばらつきを効果的に解消することができ
る。
In the above driving device, it is preferable that the waveform applied during a time other than the printing operation is a waveform showing an electric field strength equal to or higher than a coercive electric field strength of the piezoelectric body. This makes it possible to effectively eliminate variations in polarization.

【0012】上記駆動装置において、前記印刷動作以外
の時間に印加する前記波形は、インクを吐出させない波
形であることが望ましい。
In the above driving device, it is preferable that the waveform applied during a time other than the printing operation is a waveform that does not eject ink.

【0013】上記駆動装置において、前記印刷動作以外
の時間に印加する前記波形は、前記印刷動作時の駆動波
形によって示される最大の電界強度以下の絶対値の電界
強度を示す波形であることが望ましい。これによりイン
クの吐出を抑制することができる。
In the above driving device, it is preferable that the waveform applied at a time other than the printing operation is a waveform showing an electric field strength of an absolute value equal to or less than the maximum electric field strength shown by the driving waveform during the printing operation. . This makes it possible to suppress ink ejection.

【0014】上記駆動装置において、前記印刷動作以外
の時間に印加する前記波形の周波数は、1[Hz]以上
50[kHz]以下であることが望ましい。これによ
り、分極のばらつきを迅速に解消することができる。
In the above driving device, it is desirable that the frequency of the waveform applied during a time other than the printing operation is 1 [Hz] or more and 50 [kHz] or less. As a result, it is possible to quickly eliminate the variation in polarization.

【0015】上記駆動装置において、前記印刷動作以外
の時間に印加する前記波形の印加時間は、0.1[se
c]以上であることが望ましい。これにより、分極のば
らつきを効果的に解消することができる。
In the above driving device, the application time of the waveform applied at a time other than the printing operation is 0.1 [se].
c] or more is desirable. This makes it possible to effectively eliminate the variation in polarization.

【0016】上記駆動装置において、前記印刷動作以外
の時間に印加する前記波形は、プリンタ電源投入直後、
ヘッド表面のクリーニング前後、インクカートリッジ交
換時、排紙後のいずれかの時間に印加することが望まし
い。
In the above driving device, the waveform applied at a time other than the printing operation is
It is desirable to apply the voltage before or after cleaning the head surface, at the time of exchanging the ink cartridge, or after the paper is discharged.

【0017】上記駆動装置は、圧電体薄膜に電圧を印加
するものであることが望ましい。薄膜の圧電体は抗電界
以上で駆動されるので、本発明の効果が高く発揮され
る。
It is desirable that the driving device applies a voltage to the piezoelectric thin film. Since the thin film piezoelectric body is driven by a coercive electric field or more, the effect of the present invention is exerted highly.

【0018】本発明のインクジェット式記録装置は、上
記の駆動装置を備え、当該駆動装置によりインクジェッ
ト式記録ヘッドを駆動して記録を行なうものである。
The ink jet recording apparatus of the present invention is provided with the above driving device, and the ink jet recording head is driven by the driving device to perform recording.

【0019】本発明のプリンタは、上記のインクジェッ
ト式記録装置によりインクを吐出して記録を行なうもの
である。
The printer of the present invention is for recording by ejecting ink by the above-mentioned ink jet recording apparatus.

【0020】本発明のインクジェット式記録ヘッドの駆
動方法は、圧電体への電圧の印加によって圧力室を収縮
させインクを吐出させるインクジェット式記録ヘッドの
駆動方法であって、印刷動作時に、前記圧電体の抗電界
強度を超えた電界強度を示す駆動波形を前記圧電体に印
加し、印刷動作以外の時に、前記印刷動作時の駆動波形
とは逆極性の連続的なパルス波形を前記圧電体に印加す
るものである。
A method of driving an ink jet recording head of the present invention is a method of driving an ink jet recording head in which a pressure chamber is contracted by applying a voltage to a piezoelectric material to eject ink, and the piezoelectric material is used during a printing operation. A drive waveform showing an electric field strength exceeding the coercive electric field strength of is applied to the piezoelectric body, and a continuous pulse waveform having a polarity opposite to that of the drive waveform during the print operation is applied to the piezoelectric body during a printing operation other than the printing operation. To do.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照して説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0022】(インクジェットプリンタの全体構成)図
1は、本実施形態の駆動装置が使用されるプリンタの構
造を説明する斜視図である。このプリンタには、本体2
に、トレイ3、排出口4および操作ボタン9が設けられ
ている。さらに本体2の内部には、インクジェット式記
録ヘッド1、供給機構6、制御回路8が備えられてい
る。制御回路8が本発明の駆動装置を備えている。
(Overall Structure of Inkjet Printer) FIG. 1 is a perspective view for explaining the structure of a printer in which the driving device of this embodiment is used. This printer has a main unit 2
The tray 3, the outlet 4, and the operation button 9 are provided in the. Further, inside the main body 2, an inkjet recording head 1, a supply mechanism 6, and a control circuit 8 are provided. The control circuit 8 comprises the drive device according to the invention.

【0023】インクジェット式記録ヘッド1は、後述の
圧電体素子を備えている。インクジェット式記録ヘッド
1は、制御回路8から供給される吐出信号に対応して、
ノズルからインクを吐出可能に構成されている。
The ink jet recording head 1 has a piezoelectric element described later. The inkjet recording head 1 responds to the ejection signal supplied from the control circuit 8,
Ink can be ejected from the nozzle.

【0024】本体2は、プリンタの筐体であって、用紙
5をトレイ3から供給可能な位置に供給機構6を配置
し、用紙5に印字可能なようにインクジェット式記録ヘ
ッド1を配置している。トレイ3は、印字前の用紙5を
供給機構6に供給可能に構成され、排出口4は、印刷が
終了した用紙5を排出する出口である。
The main body 2 is the housing of the printer, and the supply mechanism 6 is arranged at a position where the paper 5 can be supplied from the tray 3, and the ink jet recording head 1 is arranged so that the paper 5 can be printed. There is. The tray 3 is configured to be able to supply the paper 5 before printing to the supply mechanism 6, and the discharge port 4 is an outlet for discharging the paper 5 after printing.

【0025】供給機構6は、モータ600、ローラ60
1・602、その他の図示しない機械構造を備えてい
る。モータ600は、制御回路8から供給される駆動信
号に対応して回転可能になっている。機械構造は、モー
タ600の回転力をローラ601・602に伝達可能に
構成されている。ローラ601および602は、モータ
600の回転力が伝達されると回転するようになってお
り、回転によりトレイ3に載置された用紙5を引き込
み、ヘッド1によって印刷可能に供給するようになって
いる。
The supply mechanism 6 includes a motor 600 and a roller 60.
1, 602, and other mechanical structures (not shown). The motor 600 is rotatable in response to the drive signal supplied from the control circuit 8. The mechanical structure is configured to be able to transmit the rotational force of the motor 600 to the rollers 601, 602. The rollers 601 and 602 are configured to rotate when the rotational force of the motor 600 is transmitted, and the rotation causes the sheet 5 placed on the tray 3 to be drawn and supplied by the head 1 in a printable manner. There is.

【0026】制御回路8は、図示しないCPU、RO
M、RAM、インターフェース回路などを備え、図示し
ないコネクタを介してコンピュータから供給される印字
情報に対応させて、駆動信号を供給機構6に供給した
り、吐出信号をインクジェット式記録ヘッド1に供給し
たりできるようになっている。また、制御回路8は操作
パネル9からの操作信号に対応させて動作モードの設
定、リセット処理などが行えるようになっている。
The control circuit 8 includes a CPU, RO (not shown).
M, a RAM, an interface circuit, etc. are provided, and a drive signal is supplied to the supply mechanism 6 or an ejection signal is supplied to the ink jet recording head 1 in accordance with print information supplied from a computer through a connector (not shown). You can do it. Further, the control circuit 8 can perform operation mode setting, reset processing and the like in response to an operation signal from the operation panel 9.

【0027】(インクジェット式記録ヘッドの構成)図
2は、上記駆動装置により駆動されるインクジェット式
記録ヘッドの構造の説明図である。インクジェット式記
録ヘッド1は、図に示すように、ノズル板10、圧力室
基板20および振動板30を備えて構成されている。こ
のヘッドは、オンデマンド形のピエゾジェット式ヘッド
を構成している。
(Structure of Inkjet Recording Head) FIG. 2 is an explanatory view of the structure of an inkjet recording head driven by the driving device. As shown in the figure, the ink jet recording head 1 includes a nozzle plate 10, a pressure chamber substrate 20, and a vibration plate 30. This head constitutes an on-demand type piezo jet head.

【0028】圧力室基板20は、圧力室(キャビティ)
21、側壁(隔壁)22、リザーバ23および供給口2
4を備えている。圧力室21は、シリコン等の基板をエ
ッチングすることにより形成されたインクなどを吐出す
るために貯蔵する空間となっている。側壁22は圧力室
21間を仕切るよう形成されている。リザーバ23は、
インクを共通して各圧力室21に充たすための流路とな
っている。供給口24は、リザーバ23から各圧力室2
1にインクを導入可能に形成されている。
The pressure chamber substrate 20 is a pressure chamber (cavity).
21, side wall (partition wall) 22, reservoir 23 and supply port 2
It is equipped with 4. The pressure chamber 21 serves as a space for storing ink or the like formed by etching a substrate made of silicon or the like. The side wall 22 is formed so as to partition the pressure chambers 21. The reservoir 23 is
It is a flow path for commonly filling the pressure chambers 21 with ink. The supply port 24 extends from the reservoir 23 to each pressure chamber 2.
1 is formed so that ink can be introduced.

【0029】ノズル板10は、圧力室基板20に設けら
れた圧力室21の各々に対応する位置にそのノズル穴1
1が配置されるよう、圧力室基板20の一方の面に貼り
合わせられている。ノズル板10を貼り合わせた圧力室
基板20は、さらに筐体25に納められて、インクジェ
ット式記録ヘッド1を構成している。
The nozzle plate 10 is provided with nozzle holes 1 at positions corresponding to the respective pressure chambers 21 provided in the pressure chamber substrate 20.
1 is attached to one surface of the pressure chamber substrate 20. The pressure chamber substrate 20 to which the nozzle plate 10 is attached is further housed in the housing 25 to form the ink jet recording head 1.

【0030】振動板30は圧力室基板20の他方の面に
貼り合わせられている。振動板30には圧電体素子(図
示しない)が設けられている。振動板30には、インク
タンク口(図示せず)が設けられて、図示しないインク
タンクに貯蔵されているインクを圧力室基板20内部に
供給可能になっている。
The vibration plate 30 is attached to the other surface of the pressure chamber substrate 20. The vibration plate 30 is provided with a piezoelectric element (not shown). The vibrating plate 30 is provided with an ink tank port (not shown) so that ink stored in an ink tank (not shown) can be supplied into the pressure chamber substrate 20.

【0031】(層構造)図3に、上記インクジェット式
記録ヘッドのさらに具体的な構造を説明する断面図を示
す。この断面図は、一つの圧力室及び圧電体素子の断面
を拡大したものである。図に示すように、振動板30
は、絶縁膜31および下部電極32を積層して構成さ
れ、圧電体素子40は下部電極32上に圧電体薄膜層4
1及び上部電極42を積層して構成されている。このイ
ンクジェット式記録ヘッド1は、圧電体素子40、圧力
室21およびノズル穴11が一定のピッチで連設されて
構成されている。このノズル間のピッチは、印刷精度に
応じて適時設計変更が可能である。例えば400dpi
(dot per inch)になるように配置される。
(Layer Structure) FIG. 3 is a sectional view for explaining a more specific structure of the ink jet recording head. This sectional view is an enlarged sectional view of one pressure chamber and a piezoelectric element. As shown in the figure, the diaphragm 30
Is formed by laminating an insulating film 31 and a lower electrode 32, and the piezoelectric element 40 has a piezoelectric thin film layer 4 on the lower electrode 32.
1 and the upper electrode 42 are laminated. The ink jet recording head 1 is composed of a piezoelectric element 40, a pressure chamber 21 and a nozzle hole 11 which are continuously arranged at a constant pitch. The pitch between the nozzles can be changed in design according to the printing accuracy. For example, 400 dpi
It is arranged to be (dot per inch).

【0032】絶縁膜31は、導電性でない材料、例えば
二酸化珪素(SiO)により厚さ1μm程度に形成さ
れ、圧電体薄膜層の変形により変形し、圧力室21の内
部の圧力を瞬間的に高めることが可能に構成されてい
る。
The insulating film 31 is made of a material which is not conductive, for example, silicon dioxide (SiO 2 ) and has a thickness of about 1 μm. The insulating film 31 is deformed by the deformation of the piezoelectric thin film layer, and the pressure inside the pressure chamber 21 is instantaneously changed. It is configured to be able to increase.

【0033】下部電極32は、圧電体薄膜層に電圧を印
加するための一方の電極であり、導電性を有する材料、
例えば、白金(Pt)などにより厚さ0.2μm程度に
形成されている。下部電極32は、圧力室基板20上に
形成される複数の圧電体素子に共通な電極として機能す
るように絶縁膜31と同じ領域に形成される。ただし、
圧電体薄膜層41と同様の大きさに、すなわち上部電極
と同じ形状に形成することも可能である。
The lower electrode 32 is one electrode for applying a voltage to the piezoelectric thin film layer, and is made of a conductive material,
For example, platinum (Pt) or the like is formed to have a thickness of about 0.2 μm. The lower electrode 32 is formed in the same region as the insulating film 31 so as to function as an electrode common to the plurality of piezoelectric elements formed on the pressure chamber substrate 20. However,
It is also possible to form the piezoelectric thin film layer 41 in the same size, that is, in the same shape as the upper electrode.

【0034】上部電極42は、圧電体薄膜層に電圧を印
加するための他方の電極となり、導電性を有する材料、
例えば白金(Pt)又はイリジウム(Ir)で厚さ0.
1μm程度に形成されている。
The upper electrode 42 becomes the other electrode for applying a voltage to the piezoelectric thin film layer, and is made of a conductive material.
For example, platinum (Pt) or iridium (Ir) having a thickness of 0.
The thickness is about 1 μm.

【0035】圧電体薄膜層41は、例えばペロブスカイ
ト構造を持つチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の圧電
性セラミックスの結晶であり、振動板30上に所定の形
状で形成されている。圧電体薄膜層41の厚さは2μm
以下が好ましく、例えば1μm程度に形成される。この
圧電体薄膜の抗電界は、例えば2×10[V/m]程
度である。
The piezoelectric thin film layer 41 is, for example, a crystal of piezoelectric ceramics such as lead zirconate titanate (PZT) having a perovskite structure, and is formed on the diaphragm 30 in a predetermined shape. The thickness of the piezoelectric thin film layer 41 is 2 μm
The following is preferable, and the thickness is, for example, about 1 μm. The coercive electric field of this piezoelectric thin film is, for example, about 2 × 10 6 [V / m].

【0036】(印刷動作)上記インクジェット式記録ヘ
ッド1の構成において、印刷動作を説明する。制御回路
8から駆動信号が出力されると、供給機構6が動作し用
紙5がヘッド1によって印刷可能な位置まで搬送され
る。制御回路8から吐出信号が供給されず圧電体素子4
0に電圧が印加されていない場合、圧電体薄膜層41に
は変形を生じない。吐出信号が供給されていない圧電体
素子40が設けられている圧力室21には、圧力変化が
生じず、そのノズル穴11からインク滴は吐出されな
い。
(Printing Operation) The printing operation of the ink jet recording head 1 will be described. When the drive signal is output from the control circuit 8, the feeding mechanism 6 operates and the sheet 5 is conveyed by the head 1 to a printable position. No ejection signal is supplied from the control circuit 8 to the piezoelectric element 4.
When no voltage is applied to 0, the piezoelectric thin film layer 41 is not deformed. No pressure change occurs in the pressure chamber 21 provided with the piezoelectric element 40 to which the ejection signal is not supplied, and no ink droplet is ejected from the nozzle hole 11.

【0037】一方、制御回路8から吐出信号が供給され
圧電体素子40に一定電圧が印加された場合、圧電体薄
膜層41に変形を生じる。吐出信号が供給された圧電体
素子40が設けられている圧力室21ではその振動板3
0が大きくたわむ。このため圧力室21内の圧力が瞬間
的に高まり、ノズル穴11からインク滴が吐出される。
ヘッド中で印刷させたい位置の圧電体素子に吐出信号を
個別に供給することで、任意の文字や図形を印刷させる
ことができる。
On the other hand, when a discharge signal is supplied from the control circuit 8 and a constant voltage is applied to the piezoelectric element 40, the piezoelectric thin film layer 41 is deformed. In the pressure chamber 21 in which the piezoelectric element 40 to which the ejection signal is supplied is provided, the vibration plate 3 is
0 flexes greatly. Therefore, the pressure in the pressure chamber 21 is instantaneously increased, and ink droplets are ejected from the nozzle hole 11.
Arbitrary characters and figures can be printed by individually supplying the ejection signals to the piezoelectric element at the position where printing is desired in the head.

【0038】(駆動装置)図4は、本実施形態による駆
動装置の回路図である。図に示されるように、インクジ
ェットヘッドのノズルごと(圧力室ごと)に備えられた
圧電体薄膜素子40は、電気回路上コンデンサとして表
現され、各コンデンサの一方の電極は共通にされて当該
共通電極は接地されている。
(Drive Device) FIG. 4 is a circuit diagram of the drive device according to the present embodiment. As shown in the drawing, the piezoelectric thin film element 40 provided for each nozzle (each pressure chamber) of the inkjet head is expressed as a capacitor on an electric circuit, and one electrode of each capacitor is made common and the common electrode Is grounded.

【0039】駆動装置は、圧電体薄膜素子40を駆動さ
せるための駆動波形と、圧電体薄膜素子40に残留する
分極を消去する波形とを発生する波形発生回路81、波
形発生回路81からの駆動波形を各圧電体薄膜素子40
に選択的に伝達させるノズル選択回路82を備えてい
る。
The driving device drives from the waveform generating circuit 81 and the waveform generating circuit 81 that generate a driving waveform for driving the piezoelectric thin film element 40 and a waveform for eliminating polarization remaining in the piezoelectric thin film element 40. Waveforms for each piezoelectric thin film element 40
A nozzle selection circuit 82 for selectively transmitting to the nozzle.

【0040】(駆動信号)図5は、本実施形態による駆
動装置により圧電体素子に印加される電圧波形の例を示
す波形図である。特に図5(A)はインク吐出時の波
形、図5(B)は分極消去のための波形である。
(Drive Signal) FIG. 5 is a waveform diagram showing an example of a voltage waveform applied to the piezoelectric element by the drive device according to the present embodiment. Particularly, FIG. 5A shows a waveform at the time of ink ejection, and FIG. 5B shows a waveform for polarization elimination.

【0041】図5(A)に示すインク吐出時の波形は、
ここでは電位上昇期a1、電位維持期a2、電位下降期
a3を備えている。電位上昇期a1及び電位維持期a2
では、圧電体に電圧を印加して圧力室を収縮させること
により、インクをノズルから吐出させる。電位下降期で
は、圧力室を拡大させることにより、吐出されなかった
インクをノズル内に引き込むとともに、図示しないイン
クタンクから新たにインクを引き込む。インク吐出時の
波形における最大の電圧Vは、電位維持期a2に印加
され、例えば20〜30[V]である。この場合、圧電
体薄膜の膜厚を1μmとすると、電位維持期a2におけ
る圧電体の電界強度は、2×10〜3×10[V/
m]であり、本実施形態における圧電体の抗電界2×1
[V/m]の10倍程度高くなっている。
The waveform at the time of ink ejection shown in FIG.
Here, the potential rise period a1, the potential maintenance period a2, and the potential fall period a3 are provided. Potential rising period a1 and potential maintaining period a2
Then, by applying a voltage to the piezoelectric body to contract the pressure chamber, ink is ejected from the nozzle. In the potential lowering period, by expanding the pressure chamber, the ink that has not been ejected is drawn into the nozzle and the ink is newly drawn from the ink tank (not shown). The maximum voltage V 1 in the waveform during ink ejection is applied during the potential maintenance period a2 and is, for example, 20 to 30 [V]. In this case, assuming that the thickness of the piezoelectric thin film is 1 μm, the electric field strength of the piezoelectric in the potential maintaining period a2 is 2 × 10 7 to 3 × 10 7 [V /
m], and the coercive electric field 2 × 1 of the piezoelectric body in the present embodiment.
0 6 [V / m] which is about 10 times higher of.

【0042】図5(B)に示す分極消去のための波形
は、駆動波形と逆極性のパルス波形となっている。分極
消去のための波形において絶対値が最大である電位−V
が印加されている時の圧電体薄膜の電界強度(の絶対
値)は、抗電界以上であることが望ましい。そして、上
記インク吐出時の駆動波形における最大の電界強度以下
であることが望ましい。また、分極消去のための波形は
インクが吐出されないような波形であることが望まし
い。インクが吐出されるか否かは最大電位−Vにおけ
る電界強度だけで決まるわけではなく、波形の傾きによ
っても変わってくる。最大電位−Vが印加されている
時の圧電体膜の電界強度は、好ましい例では−5×10
[V/m]から−1×10[V/m]程度に設定さ
れる。
The waveform for polarization elimination shown in FIG. 5B is a pulse waveform having a polarity opposite to that of the drive waveform. Potential with the maximum absolute value in the waveform for polarization elimination -V
The electric field strength (absolute value) of the piezoelectric thin film when 2 is applied is preferably equal to or higher than the coercive electric field. Then, it is desirable that the electric field strength is equal to or less than the maximum electric field strength in the drive waveform at the time of ink ejection. Further, it is desirable that the waveform for erasing polarization is a waveform that does not eject ink. Whether or not the ink is ejected is not determined only by the electric field strength at the maximum potential −V 2, but also depends on the slope of the waveform. The electric field strength of the piezoelectric film when the maximum potential −V 2 is applied is −5 × 10 5 in a preferable example.
6 [V / m] to -1 × 10 7 [V / m].

【0043】なお、図5(B)に示した分極消去の波形
は、駆動波形と逆極性の電圧のみを印加する波形である
が、これに限らず、例えば駆動波形と同極性の電圧を印
加した後に、駆動波形と逆極性であって抗電界以上の電
界強度を示す電圧を印加するような波形でも良い。
The polarization erasing waveform shown in FIG. 5B is a waveform in which only a voltage having a polarity opposite to that of the drive waveform is applied, but the waveform is not limited to this. For example, a voltage having the same polarity as the drive waveform is applied. After that, a waveform having a polarity opposite to that of the drive waveform and having a field strength equal to or higher than the coercive electric field may be applied.

【0044】以上説明したような分極消去のための波形
を、印刷動作以外の時間に連続的に印加することによ
り、分極がドメイン回転を伴うような圧電体薄膜でも、
分極消去を速やかに行なうことができる。特に1[H
z]以上50[kHz]以下の周波数で連続的に印加す
ることが好ましく、50[Hz]以上25[kHz]以
下がより好ましい。また、印加時間は0.1[sec]
以上60[min]以下が好ましく、1[sec]以上
30[min]以下がより好ましい。
By continuously applying the waveform for polarization elimination as described above at times other than the printing operation, even a piezoelectric thin film whose polarization is accompanied by domain rotation,
Polarization can be erased quickly. Especially 1 [H
It is preferable to continuously apply at a frequency of z] or more and 50 [kHz] or less, and more preferably 50 [Hz] or more and 25 [kHz] or less. The application time is 0.1 [sec]
It is preferably 60 [min] or less and more preferably 1 [sec] or more and 30 [min] or less.

【0045】上記の波形を印加するタイミングは、プリ
ンタ電源投入直後、ヘッド表面のクリーニング前後、イ
ンクカートリッジ交換時、排紙後など、インクジェット
ヘッドによるインク吐出時以外の時間、特にインク吐出
前が好ましい。
The above-mentioned waveform is preferably applied at a time other than when the ink is ejected from the ink jet head, particularly before the ink ejection, such as immediately after the power supply to the printer is turned on, before and after the cleaning of the head surface, when the ink cartridge is replaced, and after the paper is ejected.

【0046】(実施例)厚さ1μm、抗電界強度2×1
[V/m]、30[V]印加した時の変位量が44
0nmである圧電体薄膜を備えたインクジェット式記録
ヘッドを、図5(A)に示すような駆動波形で、最大電
位V=30[V]、周波数20.5[kHz]で30
分間連続駆動させた後に、30[V]印加時の変位量を
測定したところ、402nmであった。
(Example) Thickness 1 μm, coercive electric field strength 2 × 1
0 6 [V / m], displacement amount when applying 30 [V] is 44
An ink jet type recording head provided with a piezoelectric thin film of 0 nm has a driving waveform as shown in FIG. 5A and has a maximum potential V 1 = 30 [V] and a frequency of 20.5 [kHz] 30.
After continuously driving for 30 minutes, the displacement amount at the time of applying 30 [V] was measured and was 402 nm.

【0047】このインクジェット式記録ヘッドに対し、
図5(B)に示すような分極消去のための波形を、最大
電位−V=−10[V]、周波数20.5[kHz]
で30分間連続印加した後に、30[V]印加時の変位
量を測定したところ、435nmまで回復した。
For this ink jet recording head,
A waveform for polarization elimination as shown in FIG. 5B has a maximum potential of −V 2 = −10 [V] and a frequency of 20.5 [kHz].
After 30 minutes of continuous application, the displacement amount when 30 [V] was applied was measured, and it was recovered to 435 nm.

【0048】[0048]

【発明の効果】本発明のインクジェット式記録ヘッド駆
動装置および駆動方法によれば、圧電体素子の変位のば
らつきを迅速に抑制することのできるインクジェット式
記録ヘッドの駆動装置を提供することができる。
According to the ink jet recording head driving device and the driving method of the present invention, it is possible to provide the ink jet recording head driving device which can quickly suppress the variation in the displacement of the piezoelectric element.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本実施形態の駆動装置が使用されるプリンタの
構造を説明する斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view illustrating a structure of a printer in which a driving device according to an exemplary embodiment is used.

【図2】上記駆動装置により駆動されるインクジェット
式記録ヘッドの構造の説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a structure of an ink jet recording head driven by the driving device.

【図3】上記インクジェット式記録ヘッドのさらに具体
的な構造を説明する断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a more specific structure of the inkjet recording head.

【図4】本実施形態による駆動装置の回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram of the driving device according to the present embodiment.

【図5】本実施形態による駆動装置により圧電体素子に
印加される電圧波形の例を示す波形図である。
FIG. 5 is a waveform diagram showing an example of a voltage waveform applied to the piezoelectric element by the driving device according to the present embodiment.

【図6】圧電体膜の電界強度(E)に対する歪み(S)
の特性を示すグラフである。
FIG. 6 is a strain (S) with respect to the electric field strength (E) of the piezoelectric film.
It is a graph which shows the characteristic of.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…ノズル板、 20…圧力室基板、 30…振動
板、 31…絶縁膜、32…下部電極、 40…圧電体
素子、 41…圧電体薄膜層、 42…上部電極、 2
1…圧力室
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Nozzle plate, 20 ... Pressure chamber substrate, 30 ... Vibration plate, 31 ... Insulating film, 32 ... Lower electrode, 40 ... Piezoelectric element, 41 ... Piezoelectric thin film layer, 42 ... Upper electrode, 2
1 ... Pressure chamber

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 圧電体への電圧の印加によって圧力室を
収縮させインクを吐出させるインクジェット式記録ヘッ
ドの駆動装置であって、 印刷動作時に、前記圧電体の抗電界強度を超えた電界強
度を示す駆動波形を前記圧電体に印加し、 印刷動作以外の時に、前記印刷動作時の駆動波形とは逆
極性の連続的なパルス波形を前記圧電体に印加する、駆
動装置。
1. A drive device for an ink jet recording head that contracts a pressure chamber by applying a voltage to a piezoelectric body to eject ink, wherein an electric field strength exceeding a coercive electric field strength of the piezoelectric body is generated during a printing operation. A drive device which applies the drive waveform shown to the piezoelectric body, and applies a continuous pulse waveform having a polarity opposite to that of the drive waveform during the printing operation to the piezoelectric body, except during the printing operation.
【請求項2】 請求項1において、 前記印刷動作以外の時間に印加する前記波形は、前記圧
電体の抗電界強度以上の電界強度を示す波形である、駆
動装置。
2. The drive device according to claim 1, wherein the waveform applied during a time other than the printing operation is a waveform indicating an electric field strength equal to or higher than a coercive electric field strength of the piezoelectric body.
【請求項3】 請求項1又は請求項2において、 前記印刷動作以外の時間に印加する前記波形は、インク
を吐出させない波形である、駆動装置。
3. The drive device according to claim 1, wherein the waveform applied during a time other than the printing operation is a waveform that does not eject ink.
【請求項4】 請求項1又は請求項2において、 前記印刷動作以外の時間に印加する前記波形は、前記印
刷動作時の駆動波形によって示される最大の電界強度以
下の絶対値の電界強度を示す波形である、駆動装置。
4. The waveform according to claim 1 or 2, wherein the waveform applied during a time other than the printing operation indicates an electric field strength of an absolute value equal to or less than a maximum electric field strength indicated by a drive waveform during the printing operation. Drive, which is corrugated.
【請求項5】 請求項1乃至請求項4の何れか一項にお
いて、 前記印刷動作以外の時間に印加する前記波形の周波数
は、1[Hz]以上50[kHz]以下である、駆動装
置。
5. The driving device according to claim 1, wherein a frequency of the waveform applied during a time other than the printing operation is 1 [Hz] or more and 50 [kHz] or less.
【請求項6】 請求項1乃至請求項5の何れか一項にお
いて、 前記印刷動作以外の時間に印加する前記波形の印加時間
は、0.1[sec]以上である、駆動装置。
6. The drive device according to claim 1, wherein an application time of the waveform applied during a time other than the printing operation is 0.1 [sec] or more.
【請求項7】 請求項1乃至請求項6の何れか一項にお
いて、 前記印刷動作以外の時間に印加する前記波形は、プリン
タ電源投入直後、ヘッド表面のクリーニング前後、イン
クカートリッジ交換時、排紙後のいずれかの時間に印加
する駆動装置。
7. The waveform according to any one of claims 1 to 6, wherein the waveform applied at a time other than the printing operation is immediately after the printer power is turned on, before and after cleaning the head surface, when the ink cartridge is replaced, and when the paper is discharged. Drive device to apply at some later time.
【請求項8】 請求項1乃至請求項7の何れか一項にお
いて、 圧電体薄膜に電圧を印加する駆動装置。
8. The drive device according to claim 1, wherein a voltage is applied to the piezoelectric thin film.
【請求項9】 請求項1乃至請求項8の何れか一項に記
載の駆動装置を備え、当該駆動装置によりインクジェッ
ト式記録ヘッドを駆動して記録を行なうインクジェット
式記録装置。
9. An ink jet recording apparatus comprising the drive device according to claim 1, wherein the drive device drives an ink jet recording head to perform recording.
【請求項10】 請求項9に記載のインクジェット式記
録装置によりインクを吐出して記録を行なうプリンタ。
10. A printer for performing recording by ejecting ink by the ink jet recording apparatus according to claim 9.
【請求項11】 圧電体への電圧の印加によって圧力室
を収縮させインクを吐出させるインクジェット式記録ヘ
ッドの駆動方法であって、 印刷動作時に、前記圧電体の抗電界強度を超えた電界強
度を示す駆動波形を前記圧電体に印加し、 印刷動作以外の時に、前記印刷動作時の駆動波形とは逆
極性の連続的なパルス波形を前記圧電体に印加する、駆
動方法。
11. A method for driving an ink jet recording head, wherein a pressure chamber is contracted and ink is ejected by applying a voltage to a piezoelectric body, the electric field strength exceeding a coercive electric field strength of the piezoelectric body during a printing operation. A driving method in which the driving waveform shown in the table is applied to the piezoelectric body, and a continuous pulse waveform having a polarity opposite to that of the driving waveform at the time of the printing operation is applied to the piezoelectric body at the time other than the printing operation.
JP2001275724A 2001-09-11 2001-09-11 Apparatus for driving ink-jet head Pending JP2003080698A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001275724A JP2003080698A (en) 2001-09-11 2001-09-11 Apparatus for driving ink-jet head

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001275724A JP2003080698A (en) 2001-09-11 2001-09-11 Apparatus for driving ink-jet head

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003080698A true JP2003080698A (en) 2003-03-19

Family

ID=19100538

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001275724A Pending JP2003080698A (en) 2001-09-11 2001-09-11 Apparatus for driving ink-jet head

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2003080698A (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006068970A (en) * 2004-08-31 2006-03-16 Kyocera Corp Reproduction method of piezoelectric element and liquid discharging apparatus
US7753497B2 (en) 2004-09-14 2010-07-13 Fuji Xerox Co., Ltd. Piezoelectric element, liquid droplet ejection head, and liquid droplet ejection apparatus
JP2011046088A (en) * 2009-08-27 2011-03-10 Kyocera Corp Using method of liquid ejection head and recorder
JP2012201096A (en) * 2011-03-28 2012-10-22 Kyocera Corp Inkjet head and recoding apparatus
JP2014058078A (en) * 2012-09-14 2014-04-03 Ricoh Co Ltd Method for driving droplet ejection head, droplet ejection head and image forming apparatus
CN103770466A (en) * 2014-01-23 2014-05-07 珠海纳思达企业管理有限公司 Piezoelectric ink gun driving and controlling method
JP2014172314A (en) * 2013-03-11 2014-09-22 Ricoh Co Ltd Droplet discharge head, voltage control method, and image formation device

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006068970A (en) * 2004-08-31 2006-03-16 Kyocera Corp Reproduction method of piezoelectric element and liquid discharging apparatus
JP4580201B2 (en) * 2004-08-31 2010-11-10 京セラ株式会社 Piezoelectric element regeneration method and liquid ejection device
US7753497B2 (en) 2004-09-14 2010-07-13 Fuji Xerox Co., Ltd. Piezoelectric element, liquid droplet ejection head, and liquid droplet ejection apparatus
JP2011046088A (en) * 2009-08-27 2011-03-10 Kyocera Corp Using method of liquid ejection head and recorder
JP2012201096A (en) * 2011-03-28 2012-10-22 Kyocera Corp Inkjet head and recoding apparatus
JP2014058078A (en) * 2012-09-14 2014-04-03 Ricoh Co Ltd Method for driving droplet ejection head, droplet ejection head and image forming apparatus
JP2014172314A (en) * 2013-03-11 2014-09-22 Ricoh Co Ltd Droplet discharge head, voltage control method, and image formation device
CN103770466A (en) * 2014-01-23 2014-05-07 珠海纳思达企业管理有限公司 Piezoelectric ink gun driving and controlling method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2007281031A (en) Actuator device, liquid discharge head and liquid discharge device
JP4266568B2 (en) DRIVE DEVICE, LIQUID DISCHARGE DEVICE, AND DRIVE METHOD
JP4374551B2 (en) Liquid discharge head, liquid discharge apparatus, and liquid discharge head driving method
JP2007049025A (en) Actuator, liquid spray head and liquid spraying device
JP2000141647A (en) Ink-jet recording apparatus
JP2009066948A (en) Liquid jetting apparatus
JP2002001952A (en) Ink jet head and ink jet type recording device
JPWO2003022582A1 (en) Liquid discharge head driving method and liquid discharge device
JP2003080698A (en) Apparatus for driving ink-jet head
JP3821231B2 (en) Liquid ejecting head driving method and liquid ejecting apparatus
JP2010105300A (en) Liquid discharge apparatus
US6805420B2 (en) Drive unit for liquid ejection head and liquid ejection apparatus provided with such unit
JP3324429B2 (en) Ink jet recording device
JP2009233946A (en) Liquid ejection device
JP5183547B2 (en) Recording device
JP2004066496A (en) Liquid ejection head and liquid ejector
JP5854191B2 (en) Liquid ejecting head control method, control apparatus, and liquid ejecting apparatus
US8684484B2 (en) Image forming method, image forming apparatus and inkjet head
JP2010105299A (en) Liquid discharge apparatus, and liquid discharge head
CN113665246B (en) Liquid ejection head and liquid ejection apparatus
JP4075262B2 (en) Inkjet head
JP2019199056A (en) Liquid jet device and driving method for the same
EP4105027A1 (en) Inkjet head
JP4398121B2 (en) Inkjet head driving apparatus, inkjet head driving method, and inkjet printer
JP3740851B2 (en) Inkjet recording head

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040415

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20051214

A131 Notification of reasons for refusal

Effective date: 20060202

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

A521 Written amendment

Effective date: 20060327

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

A02 Decision of refusal

Effective date: 20061207

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02