JP2005125763A - Image forming apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance ink ejection efficiency without requiring a restriction member by preventing up/down movement of a pressure chamber at the time of ejecting ink. <P>SOLUTION: The image forming apparatus is arranged to generate a rotational moment between the piezoelectric element 50a of an ejection nozzle 56a and the piezoelectric element 50b of a non-ejection nozzle 56b by applying a voltage Vapush to the piezoelectric element 50a of the ejection nozzle 56a and applying a voltage Vbpull including a waveform component for driving reversely to the piezoelectric element 50a of the ejection nozzle 56a to the piezoelectric element 50b of the non-ejection nozzle 56b located in the vicinity thereof (e.g. adjacently thereto). Consequently, up/down movement of the pressure chamber 54a of the ejection nozzle 56a is prevented and ink ejection efficiency of the pressure chamber 54a can be enhanced. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は画像形成装置に係り、特にインクを記録媒体に吐出して、記録媒体に画像を形成するインクジェットプリンタ等の画像形成装置に関する。   The present invention relates to an image forming apparatus, and more particularly to an image forming apparatus such as an ink jet printer that discharges ink onto a recording medium to form an image on the recording medium.

インクジェットプリンタは、記録ヘッドを画像形成データに応じて駆動し、記録ヘッドのノズルからインクを吐出させて記録紙に画像を形成する。記録ヘッドのインク吐出手段としては、ピエゾアクチュエータ方式のものがあり、圧力室の振動板を圧電素子(ピエゾ素子)によって変形させて圧力室に圧力を与え、圧力室のノズルからインクを吐出させる。   An ink jet printer drives a recording head in accordance with image formation data, and ejects ink from nozzles of the recording head to form an image on recording paper. As the ink ejection means of the recording head, there is a piezo actuator type, which deforms the diaphragm of the pressure chamber by a piezoelectric element (piezo element) to apply pressure to the pressure chamber, and ejects ink from the nozzle of the pressure chamber.

積層型の圧電素子を用いたインクジェットプリンタにおいては、インク吐出時に圧電素子に電圧を印加すると、圧電素子は積層方向に伸びるが、この動きにより圧力室体積が増減するだけでなく、圧力室全体が上下動する恐れがあり、後者が支配的な場合、インクの吐出能力が充分得られない恐れがある。これを防止する為に圧電素子の振動板の加圧側と反対側と、圧力室の側面の壁とを拘束部材にて固定し、効率よく圧力室を伸縮変形させる構成とする。しかし、拘束部材を正確に位置決めしないと吐出能力が安定しないため、これを行なうためには製作コストがかかる問題があった。   In an inkjet printer using a stacked piezoelectric element, when a voltage is applied to the piezoelectric element during ink ejection, the piezoelectric element extends in the stacking direction. This movement not only increases or decreases the pressure chamber volume, but also the entire pressure chamber. If the latter is dominant, there is a risk that the ink ejection capability may not be sufficiently obtained. In order to prevent this, the side opposite to the pressure side of the diaphragm of the piezoelectric element and the side wall of the pressure chamber are fixed by a restraining member, and the pressure chamber is efficiently expanded and contracted. However, if the restraining member is not accurately positioned, the discharge capacity is not stable, and there is a problem that manufacturing cost is required to do this.

一方、インクを吐出するノズルの圧電素子に駆動エネルギーを与える際にインクを吐出しないノズルの圧電素子にインクを吐出させない程度の駆動エネルギーを与えて、インクを吐出させないノズルの圧力室への気泡の入り込みを防止する技術が知られている(特許文献1参照)。
特開平11−157076号公報
On the other hand, when driving energy is applied to the piezoelectric element of the nozzle that discharges ink, driving energy that does not discharge ink is applied to the piezoelectric element of the nozzle that does not discharge ink. A technique for preventing entry is known (see Patent Document 1).
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-157076

しかし、特許文献1のインクジェットプリンタはインクを吐出しない圧力室への気泡の入り込みは防止できても、前記拘束部材の必要性がなくなるわけではない。   However, even if the ink jet printer of Patent Document 1 can prevent bubbles from entering a pressure chamber that does not eject ink, the necessity of the restraining member is not eliminated.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、拘束部材を用いずにインク吐出時の圧力室の不要な上下動を防止してインク吐出効率を向上できる画像形成装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and provides an image forming apparatus capable of improving ink ejection efficiency by preventing unnecessary vertical movement of a pressure chamber during ink ejection without using a restraining member. Objective.

本発明は前記目的を達成するために、ライン状又は2次元状に配列されたノズルと、前記各ノズルに対応して配設された圧力室と、駆動信号が印加されることにより、前記圧力室内に圧力を付与して前記ノズルからインクを吐出させる圧電素子と、からなる画像形成装置において、インク吐出時に、インク吐出ノズル近傍の非吐出ノズルの圧電素子に、前記吐出ノズルの圧電素子と逆方向に駆動する駆動成分を含んだ駆動信号を与えることを特徴としている。   In order to achieve the above object, the present invention applies the pressure signal by applying nozzles arranged in a line or two-dimensionally, pressure chambers arranged corresponding to the nozzles, and a drive signal. In an image forming apparatus comprising a piezoelectric element that applies pressure to the chamber and discharges ink from the nozzle, during ink discharge, the piezoelectric element of the non-discharge nozzle near the ink discharge nozzle is opposite to the piezoelectric element of the discharge nozzle. A drive signal including a drive component that drives in a direction is given.

本発明によれば、インク吐出ノズル近傍の非吐出ノズルの圧電素子に、吐出ノズルの圧電素子と逆方向に駆動する駆動信号を与えるので、拘束部材を用いずにインク吐出時の圧力室の上下動を防止でき、効率よく圧力室を伸縮運動させることができる。   According to the present invention, since the drive signal for driving in the direction opposite to the piezoelectric element of the ejection nozzle is given to the piezoelectric element of the non-ejection nozzle in the vicinity of the ink ejection nozzle, the upper and lower sides of the pressure chamber during ink ejection are not used. It is possible to prevent movement, and to efficiently extend and contract the pressure chamber.

請求項2に記載された本発明によれば、非吐出ノズルの圧電素子に与えられる駆動信号の駆動波形は、吐出ノズルの圧電素子の駆動信号の駆動波形と少なくとも一部分が逆位相であり、インク吐出時の圧力室の上下動を防止でき、効率よく圧力室を伸縮運動させることができる。   According to the second aspect of the present invention, the drive waveform of the drive signal applied to the piezoelectric element of the non-ejection nozzle is at least partially in phase with the drive waveform of the drive signal of the piezoelectric element of the ejection nozzle, and the ink The pressure chamber can be prevented from vertically moving during discharge, and the pressure chamber can be efficiently expanded and contracted.

請求項3に記載された本発明によれば、非吐出ノズルの圧電素子に与えられる駆動信号の大きさは、前記吐出ノズルからの距離に応じて定められるので、インク吐出時の圧力室の上下動を防止でき、効率よく圧力室を伸縮運動させることができる。   According to the third aspect of the present invention, the magnitude of the drive signal given to the piezoelectric element of the non-ejection nozzle is determined according to the distance from the ejection nozzle. It is possible to prevent movement, and to efficiently extend and contract the pressure chamber.

請求項4に記載された本発明によれば、画像形成に寄与しないダミーの圧電素子が最外側のノズルの外側に設けられているので、最外側のノズルの圧力室の上下動を防止でき、効率よく圧力室を伸縮運動させることができる。   According to the present invention described in claim 4, since the dummy piezoelectric element that does not contribute to image formation is provided outside the outermost nozzle, the vertical movement of the pressure chamber of the outermost nozzle can be prevented, The pressure chamber can be expanded and contracted efficiently.

なお、圧力室の「吐出効率」とは、「圧力室加圧時の圧力室の体積変化量」に対する「液滴の吐出体積」の比を示すものであり、吐出効率が良好であるほど液滴の吐出体積が圧力室の体積変化量に近づく。   The “discharge efficiency” of the pressure chamber indicates the ratio of “volume of droplet discharge” to “volume change of the pressure chamber during pressurization of the pressure chamber”. The droplet discharge volume approaches the volume change amount of the pressure chamber.

また、本明細書において「記録」とは、文字を含む広い意味で画像を形成する概念を表すものとする。また、「記録媒体」は、ヘッドによって画像が形成される媒体(被画像形成媒体、被記録媒体、受像媒体、記録紙など呼ばれるもの)であり、連続用紙、カット紙、シール用紙、OHPシート等の樹脂シート、フイルム、布、その他材質や形状を問わず、様々な媒体を含むものとする。   Further, in this specification, “recording” represents the concept of forming an image in a broad sense including characters. A “recording medium” is a medium on which an image is formed by a head (an image forming medium, a recording medium, an image receiving medium, a recording paper, etc.), such as continuous paper, cut paper, sticker paper, OHP sheet, etc. Regardless of the resin sheet, film, cloth, and other materials and shapes, various media are included.

本発明によれば、吐出ノズル近傍の非吐出ノズルの圧電素子を吐出ノズルの圧電素子と逆方向に駆動する駆動信号を与えるのでインク吐出時に加圧方向と異なる方向の圧力室の上下動を防止でき、拘束部材を用いなくとも効率よく圧力室を伸縮運動させることができる。   According to the present invention, a drive signal for driving the piezoelectric element of the non-ejection nozzle near the ejection nozzle in the opposite direction to the piezoelectric element of the ejection nozzle is provided, so that the vertical movement of the pressure chamber in a direction different from the pressurizing direction is prevented during ink ejection The pressure chamber can be efficiently expanded and contracted without using a restraining member.

以下、添付図面に従って本発明に係る画像形成装置の実施の形態について詳説する。図1は画像形成装置が適用される画像形成装置10の構成を模式的に示す側面図である。   Hereinafter, an embodiment of an image forming apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a side view schematically showing a configuration of an image forming apparatus 10 to which the image forming apparatus is applied.

画像形成装置10は、記録ヘッド12と、この記録ヘッド12に対向して配置され、記録紙16の平面性を保持しながら記録紙16を搬送するベルト搬送部18と、記録紙16を供給する給紙部20と、画像形成済みの記録紙を外部に排出する排紙部22と、を備えている。   The image forming apparatus 10 supplies a recording head 12, a belt conveyance unit 18 that is disposed to face the recording head 12, conveys the recording paper 16 while maintaining the flatness of the recording paper 16, and the recording paper 16. A paper feed unit 20 and a paper discharge unit 22 for discharging the recording paper on which an image has been formed to the outside are provided.

記録ヘッド12は、記録紙16の紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドを紙送り方向と直交方向に固定配置した、いわゆるフルライン型ヘッドで構成されている。記録紙16の搬送方向(矢印A)に沿って上流側からブラック(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の順に各色インクに対応した記録ヘッド12K、12C、12M、12Yが配置されている。これら各記録ヘッドの下面には、搬送方向と直交方向に千鳥でマトリクス状に複数配置されたノズルが備えられ、記録紙16を搬送しつつノズルからそれぞれの色インクを記録紙16に吐出することにより記録紙16上にカラー画像などを形成する。   The recording head 12 is a so-called full-line head in which a line-type head having a length corresponding to the paper width of the recording paper 16 is fixedly arranged in a direction orthogonal to the paper feeding direction. Recording heads 12K, 12C, 12M corresponding to the respective color inks in the order of black (K), cyan (C), magenta (M), yellow (Y) from the upstream side along the conveyance direction (arrow A) of the recording paper 16. 12Y is arranged. Underneath these recording heads, a plurality of nozzles arranged in a staggered matrix in a direction orthogonal to the transport direction are provided, and each color ink is ejected from the nozzles onto the recording paper 16 while transporting the recording paper 16. As a result, a color image or the like is formed on the recording paper 16.

給紙部20にはロール紙26が着脱自在にセットされている。給紙部20近傍には、ロール紙26から記録紙16を引き出す引き出しローラ21、21が設けられている。引き出しローラ21のローラの少なくとも一つにはモータ114(図3参照)の動力が伝達され、引き出された記録紙16は図1上の右から左へと搬送される。なお、符号24はローラ21、21間に設置された裁断用のカッターであり、このカッター24によってロール紙26から引き出された記録紙16は所望のサイズにカットされる。   A roll paper 26 is detachably set in the paper supply unit 20. In the vicinity of the paper feeding unit 20, drawer rollers 21 and 21 for pulling out the recording paper 16 from the roll paper 26 are provided. The power of the motor 114 (see FIG. 3) is transmitted to at least one of the drawing rollers 21, and the drawn recording paper 16 is conveyed from right to left in FIG. Reference numeral 24 denotes a cutting cutter installed between the rollers 21 and 21, and the recording paper 16 drawn from the roll paper 26 by the cutter 24 is cut into a desired size.

ベルト搬送部18は、ローラ30、32、34、36間に無端状のベルト38が巻き掛けられた構造をなし、少なくとも記録ヘッド12に対向する部分が平面をなすように構成されている。このベルト38は、記録紙16の幅よりも広い幅寸法を有し、記録紙16を搬送する。ベルト38が巻かれているローラ30、32、34、36の少なくとも一つにはモータ116(図3参照)の動力が伝達され、ベルト38は図1上の反時計回り方向に駆動されて、ベルト38上に吸着された記録紙16は図1の右から左へと搬送される。   The belt conveyance unit 18 has a structure in which an endless belt 38 is wound between rollers 30, 32, 34, and 36, and is configured such that at least a portion facing the recording head 12 forms a flat surface. The belt 38 has a width that is wider than the width of the recording paper 16 and conveys the recording paper 16. The power of the motor 116 (see FIG. 3) is transmitted to at least one of the rollers 30, 32, 34, and 36 around which the belt 38 is wound, and the belt 38 is driven counterclockwise in FIG. The recording paper 16 adsorbed on the belt 38 is conveyed from right to left in FIG.

符号82は記録紙の位置および大きさなどを読み取る記録紙検出部、符号84は記録紙16へのインク吐出タイミング決定用の記録位置検出部、符号88は記録紙16の紙詰まりや次紙の供給タイミング決定用の記録紙終端検出部である。さらに、画像形成装置10にはこれら各検出部の検出結果をもとに画像形成装置10を統括して制御する後述のシステムコントローラが設けられている。このシステムコントローラは中央演算処理装置(CPU)及びその周辺回路などから構成され、たとえば記録紙16搬送のための各モータの駆動信号や制御信号、記録ヘッド12の画像形成信号などを生成する。   Reference numeral 82 is a recording paper detection section for reading the position and size of the recording paper, reference numeral 84 is a recording position detection section for determining ink ejection timing to the recording paper 16, and reference numeral 88 is a paper jam of the recording paper 16 or the next paper. It is a recording paper end detection unit for determining supply timing. Further, the image forming apparatus 10 is provided with a system controller, which will be described later, for controlling the image forming apparatus 10 based on the detection results of these detection units. This system controller is composed of a central processing unit (CPU) and its peripheral circuits, and generates, for example, drive signals and control signals for each motor for conveying the recording paper 16 and image forming signals for the recording head 12.

図2に示すように記録ヘッド12はノズルプレート42、隔壁43、振動板44、積層型の圧電素子50などから構成されている。ノズルプレート42、隔壁43、振動板44によって囲まれた空間部によって圧力室54が形成されている。圧力室54の底部に相当するノズルプレート42には、貫通されたノズル56が形成されている。振動板44は圧力室54の上面を塞ぐように取り付けられ、その上面に圧電素子50が配置されている。   As shown in FIG. 2, the recording head 12 includes a nozzle plate 42, a partition wall 43, a diaphragm 44, a laminated piezoelectric element 50, and the like. A pressure chamber 54 is formed by a space surrounded by the nozzle plate 42, the partition wall 43, and the vibration plate 44. A nozzle 56 that penetrates is formed in the nozzle plate 42 corresponding to the bottom of the pressure chamber 54. The diaphragm 44 is attached so as to close the upper surface of the pressure chamber 54, and the piezoelectric element 50 is disposed on the upper surface.

圧電素子50は、圧電体の薄板と内部電極とが交互に積み重ねられて接合された構造を持つ積層型の圧電素子である。   The piezoelectric element 50 is a laminated piezoelectric element having a structure in which piezoelectric thin plates and internal electrodes are alternately stacked and joined.

また、圧電素子50の自由端側の端部(図2において上端)には図示しないフレキシブル基板が接続されている。フレキシブル基板には、圧電素子50の個別電極に対応する配線パターンが形成されており、該フレキシブル基板を介して一括で外部に配線する。なお、フレキシブル基板は柔軟性のある樹脂素材からなり、複数の圧電素子50に架け渡されて接続されている。   In addition, a flexible substrate (not shown) is connected to an end portion (upper end in FIG. 2) on the free end side of the piezoelectric element 50. A wiring pattern corresponding to the individual electrode of the piezoelectric element 50 is formed on the flexible substrate, and wiring is collectively performed to the outside through the flexible substrate. The flexible substrate is made of a flexible resin material, and is stretched over and connected to the plurality of piezoelectric elements 50.

本例の振動板44は圧電素子50のコモン電極を兼ねている。コモン電極(共通電極)については、接着剤を介して金属性の振動板44に電気接続する。なお、接着剤による導通は、表面粗さの効果で導通させてもよいし、導電性接着剤を使用してもよい。   The diaphragm 44 of this example also serves as a common electrode of the piezoelectric element 50. The common electrode (common electrode) is electrically connected to the metallic diaphragm 44 through an adhesive. In addition, conduction | electrical_connection by an adhesive agent may be conducted by the effect of surface roughness, and a conductive adhesive agent may be used.

圧電素子50の個別電極に対して電圧を印加すると圧電素子50内部の圧電体の薄板に電位差が生じ、圧電素子50は積層方向(図2上で上下方向)に変形する。圧電素子50の変形に伴い振動板44が下方向に撓み、圧力室54を収縮し、これによりノズル56からインクが吐出される。   When a voltage is applied to the individual electrodes of the piezoelectric element 50, a potential difference is generated in the piezoelectric thin plate inside the piezoelectric element 50, and the piezoelectric element 50 is deformed in the stacking direction (vertical direction in FIG. 2). As the piezoelectric element 50 is deformed, the vibration plate 44 bends downward and contracts the pressure chamber 54, whereby ink is ejected from the nozzle 56.

図3は画像形成装置10のシステム構成を示す要部ブロック図である。画像形成装置10は通信インターフェース100、システムコントローラ102、プリント制御部104、ヘッドドライバ106などを備えている。   FIG. 3 is a principal block diagram showing the system configuration of the image forming apparatus 10. The image forming apparatus 10 includes a communication interface 100, a system controller 102, a print control unit 104, a head driver 106, and the like.

通信インターフェース100は、ホストコンピュータ120から送られてくる画像データを受信するインターフェース部である。通信インターフェース100にはUSB、IEEE1394、イーサネット、無線ネットワークなどのシリアルインターフェースやセントロニクスなどのパラレルインターフェースを適用できる。ホストコンピュータ120から送出された画像データは通信インターフェース100を介して画像形成装置10に取り込まれ、一旦画像メモリ110に記憶される。画像メモリ110は入力された画像データを一旦格納する記憶手段であり、システムコントローラ102を通じて画像データの読み書きが行われる。   The communication interface 100 is an interface unit that receives image data sent from the host computer 120. For the communication interface 100, a serial interface such as USB, IEEE 1394, Ethernet, and wireless network, and a parallel interface such as Centronics can be applied. Image data sent from the host computer 120 is taken into the image forming apparatus 10 via the communication interface 100 and temporarily stored in the image memory 110. The image memory 110 is a storage unit that temporarily stores input image data. The image data is read and written through the system controller 102.

システムコントローラ102は通信インターフェース100、画像メモリ110、モータドライバ112などを制御する制御部である。すなわち、システムコントローラ102は、中央演算処理装置(CPU)及びその周辺回路等から構成され、ホストコンピュータ120との間の通信制御、画像メモリ110の読み書き制御などを行うとともに、モータ114、116による記録紙12の搬送を制御する制御信号などを生成する。   The system controller 102 is a control unit that controls the communication interface 100, the image memory 110, the motor driver 112, and the like. That is, the system controller 102 includes a central processing unit (CPU) and its peripheral circuits, and performs communication control with the host computer 120, read / write control of the image memory 110, and recording by the motors 114 and 116. A control signal for controlling the conveyance of the paper 12 is generated.

モータドライバ112は、システムコントローラ102からの指示にしたがってモータ114、116を駆動するドライバである。   The motor driver 112 is a driver that drives the motors 114 and 116 in accordance with instructions from the system controller 102.

プリント制御部104はセンサ部108からの検出結果をもとに、ヘッドドライバ106、カッター24などの各部を制御する制御部である。プリント制御部104は、システムコントローラ102の制御に従い、画像メモリ110内の画像データから記録制御用の信号を生成するための各種加工などの処理を行い、生成した記録制御信号(記録データ)をヘッドドライバ106に供給する。ヘッドドライバ106はプリント制御部104から与えられる記録データに基づいて、記録ヘッド12の各色(K、C、M、Y)の記録ヘッドを駆動する。   The print control unit 104 is a control unit that controls each unit such as the head driver 106 and the cutter 24 based on the detection result from the sensor unit 108. The print control unit 104 performs processing such as various processes for generating a recording control signal from the image data in the image memory 110 according to the control of the system controller 102, and uses the generated recording control signal (recording data) as a head. Supplied to the driver 106. The head driver 106 drives the recording head of each color (K, C, M, Y) of the recording head 12 based on the recording data given from the print control unit 104.

また、プリント制御部104は、後述する図4で示すように、吐出ノズル56aに隣接するノズル56bの圧電素子50bに与える駆動信号をヘッドドライバ106に与える。   Further, as shown in FIG. 4 described later, the print control unit 104 gives a drive signal to the head driver 106 to be given to the piezoelectric element 50b of the nozzle 56b adjacent to the ejection nozzle 56a.

プリント制御部104に備えられたセンサ部108は、前述した記録紙検出部82、記録位置検出部84、記録紙終端検出部88を含むブロックであり、これら各検出部によって検出された検出結果はプリント制御部104に提供される。プリント制御部104では、各検出部によって検出された検出結果をもとに所定の演算処理が行なわれ、これら処理結果をシステムコントローラ102に提供する。すなわち、記録紙検出部82における検出結果をもとに、カッター24による記録紙12のカットタイミングなどが決定される。   The sensor unit 108 provided in the print control unit 104 is a block including the recording paper detection unit 82, the recording position detection unit 84, and the recording paper end detection unit 88 described above, and the detection results detected by these detection units are as follows. Provided to the print controller 104. The print control unit 104 performs predetermined arithmetic processing based on the detection results detected by each detection unit, and provides the processing results to the system controller 102. That is, the cutting timing of the recording paper 12 by the cutter 24 is determined based on the detection result in the recording paper detection unit 82.

つぎに、上記の如く構成された記録ヘッド12のインク吐出動作を説明する。   Next, the ink ejection operation of the recording head 12 configured as described above will be described.

図4では中央のノズルを吐出ノズル56a、この吐出ノズル56aに前後左右両側で隣接するノズルを非吐出ノズル56bとし、吐出ノズル56aと非吐出ノズル56bに対応する圧電素子を符号50a、50b、振動板を符号44a、44bとする。また、駆動電圧は画像形成パターンに基づいた駆動波形を有する駆動電圧パルスとして印加される。   In FIG. 4, the central nozzle is the discharge nozzle 56a, the nozzles adjacent to the discharge nozzle 56a on both the front, rear, left, and right sides are non-discharge nozzles 56b. The plates are denoted by reference numerals 44a and 44b. The drive voltage is applied as a drive voltage pulse having a drive waveform based on the image forming pattern.

画像形成パターンに基づいて画像形成を行なうため、システムコントローラによって圧電素子50aに駆動電圧を印加する。図5に示すように電圧波形Vaは、インクを吐出させるノズル56aの圧電素子50aに印加される駆動電圧であり、電圧波形Vbは、インクを吐出しない非吐出ノズル56bの圧電素子50bに印加される駆動電圧を示す。   In order to form an image based on the image formation pattern, a drive voltage is applied to the piezoelectric element 50a by the system controller. As shown in FIG. 5, the voltage waveform Va is a drive voltage applied to the piezoelectric element 50a of the nozzle 56a that ejects ink, and the voltage waveform Vb is applied to the piezoelectric element 50b of the non-ejection nozzle 56b that does not eject ink. Drive voltage.

図4において、吐出ノズル56aの圧電素子50aに駆動電圧を印加すると、圧電素子50aが図4で上下方向に伸び変形して振動板44aが下方向に撓み、吐出ノズル56aの圧力室54aが収縮されインクを吐出する。この電圧Vapushの印加とほぼ同時に電圧Vbpullを隣接の非吐出ノズル56bの圧電素子50bに印加すると、圧電素子50bは図4の上下方向に縮み変形して振動板44bが上方向に撓む。吐出ノズル56aおよび非吐出ノズル56bの間に位置する振動板44aと44bとの両境界部分に回転モーメントMが付与され、圧力室54aの上下動を防止する。   In FIG. 4, when a driving voltage is applied to the piezoelectric element 50a of the discharge nozzle 56a, the piezoelectric element 50a extends and deforms in the vertical direction in FIG. 4, the vibration plate 44a bends downward, and the pressure chamber 54a of the discharge nozzle 56a contracts. The ink is ejected. When the voltage Vbpull is applied to the piezoelectric element 50b of the adjacent non-ejection nozzle 56b almost simultaneously with the application of the voltage Vapush, the piezoelectric element 50b is contracted and deformed in the vertical direction in FIG. 4 and the diaphragm 44b is bent upward. A rotational moment M is applied to both boundary portions of the diaphragms 44a and 44b located between the discharge nozzle 56a and the non-discharge nozzle 56b, thereby preventing the pressure chamber 54a from moving up and down.

ここで、図5に示した電圧波形Vbは、駆動波形の一部を利用して振動板44aに回転モーメントを発生させる位相であればよいので完全な逆位相でなくてもよい。   Here, the voltage waveform Vb shown in FIG. 5 may be a phase that generates a rotational moment in the diaphragm 44a by using a part of the drive waveform, and may not be a completely opposite phase.

また、電圧波形Vbは電圧波形Vaの駆動方法と逆の成分を一部含むものでもよい。   Further, the voltage waveform Vb may include a part of a component opposite to the driving method of the voltage waveform Va.

なお、非吐出ノズル56bの圧電素子50bに印加される電圧波形Vbの最大電圧は、圧力室54内部に気泡が混入されない程度またはインクを吐出させない程度の駆動電圧にする。図6(a)に示すようにノズルプレート42bに対してノズル56bから外側にインクが略半球分だけ突出する場合、あるいは図6(b)に示すようにノズルプレート42bから圧力室54bの内側に気泡が突出する場合を越えた場合にはアクシデンタルドロップや圧力室54への気泡の混入となる。このときのノズル56の内側と外側での圧力差をΔP(インクの表面張力をT、ノズル半径をrとした時、ΔP=2T/r)とすると、内圧−外圧≧ΔPでインク漏れが発生し、外圧−内圧≧ΔPで気泡が圧力室54内に混入する。実際には、インクとノズルとの接触角やノズル形状などの影響が発生するため、少なくとも圧力差ΔPが2T/rの半分程度に収まるような程度の駆動電圧を与える。   Note that the maximum voltage of the voltage waveform Vb applied to the piezoelectric element 50b of the non-ejection nozzle 56b is set to a driving voltage that does not allow bubbles to enter the pressure chamber 54 or eject ink. As shown in FIG. 6A, when the ink protrudes from the nozzle 56b to the outside by the amount of approximately a hemisphere with respect to the nozzle plate 42b, or from the nozzle plate 42b to the inside of the pressure chamber 54b as shown in FIG. 6B. If the bubbles exceed the protruding case, an accidental drop or bubbles are mixed into the pressure chamber 54. If the pressure difference between the inner side and the outer side of the nozzle 56 at this time is ΔP (ΔP = 2 T / r where T is the surface tension of the ink and r is the nozzle radius), ink leakage occurs when the internal pressure-external pressure ≧ ΔP. Then, bubbles are mixed into the pressure chamber 54 when external pressure-internal pressure ≧ ΔP. Actually, since an influence such as a contact angle between the ink and the nozzle and a nozzle shape occurs, a driving voltage is applied so that at least the pressure difference ΔP falls within about 2T / r.

本実施の形態の画像形成装置によれば、吐出ノズルと非吐出ノズル間に位置する振動板44に回転モーメントを付与して圧力室54aの上下動を防止して、インクの吐出効率を向上できる。これによってより高粘度のインクも使用できるほか、ヘッド高密度化を図ることもできる。   According to the image forming apparatus of the present embodiment, a rotational moment is applied to the vibration plate 44 positioned between the discharge nozzle and the non-discharge nozzle to prevent the pressure chamber 54a from moving up and down, thereby improving the ink discharge efficiency. . As a result, ink with higher viscosity can be used, and the head density can be increased.

圧電素子は積層圧電体が圧力室ごとに機械的に分離されている形態に限定されず、積層圧電体の電極パターンで圧力室ごとに個別駆動する形態やユニモルフ構造(単板圧電素子)でもよい。   The piezoelectric element is not limited to a form in which the laminated piezoelectric body is mechanically separated for each pressure chamber, and may be a form in which each laminated pressure body is individually driven by an electrode pattern of the laminated piezoelectric body or a unimorph structure (single plate piezoelectric element). .

また、吐出ノズルから前後左右に1個離れた非吐出ノズルに限らず吐出ノズルから前後左右2個以上離れた非吐出ノズルに逆駆動の駆動電圧を加えてもよい。   Further, the reverse drive voltage may be applied to the non-ejection nozzles that are separated from the ejection nozzle by one or more in the front-rear and left-right directions.

すなわち、図4を用いた説明では、吐出ノズル56aと隣接する非吐出ノズル56bの圧電素子50bを吐出ノズル56aの圧電素子50aに対して逆方向に駆動させる例を説明したが、吐出ノズル56aの近傍にあって吐出ノズル56aと隣接しない非吐出ノズルの圧電素子(図4において図示せず)を吐出ノズル56aの圧電素子50aに対して逆方向に駆動させる態様も可能である。   That is, in the description using FIG. 4, the example in which the piezoelectric element 50b of the non-discharge nozzle 56b adjacent to the discharge nozzle 56a is driven in the opposite direction with respect to the piezoelectric element 50a of the discharge nozzle 56a has been described. A mode is also possible in which a piezoelectric element (not shown in FIG. 4) of a non-discharge nozzle that is in the vicinity and is not adjacent to the discharge nozzle 56a is driven in the opposite direction with respect to the piezoelectric element 50a of the discharge nozzle 56a.

図7に示したとおり、吐出ノズル56aの圧力室54a(同図の中央)に対応して設けられた圧電素子50aに図5で説明した電圧波形Va(駆動波形)のPush波形を加えて図7の下向きの力F0 を発生させるとき、当該吐出ノズル56aに隣接する左右の非吐出ノズル56bに対応した各圧電素子50bには、それぞれF0 と逆向き(上向き)の力F2 、F3 を発生させるべく、電圧波形Vb(図5参照)のpull波形を加えることを図4で説明した。   As shown in FIG. 7, a push waveform of the voltage waveform Va (driving waveform) described in FIG. 5 is added to the piezoelectric element 50a provided corresponding to the pressure chamber 54a (center of the drawing) of the discharge nozzle 56a. When the downward force F0 is generated, the piezoelectric elements 50b corresponding to the left and right non-discharge nozzles 56b adjacent to the discharge nozzle 56a generate forces F2 and F3 opposite to F0 (upward), respectively. Therefore, adding the pull waveform of the voltage waveform Vb (see FIG. 5) has been described with reference to FIG.

このとき、記録ヘッド12にかかる力のモーメントを釣り合わせることにより、記録ヘッド12に曲げの応力がかからないようにすることが、高精度な吐出のために重要である。図7に示したように、吐出ノズル56aと隣接する非吐出ノズル56bの圧電素子56bを駆動する場合、隣接ノズル間距離をL2 、L3 (L2 =L3 =ノズルピッチ)とおくと、F2 ×L2 =F3 ×L3 とすることが望ましい。   At this time, it is important for high-precision ejection to balance the moment of force applied to the recording head 12 so that the recording head 12 is not subjected to bending stress. As shown in FIG. 7, when driving the piezoelectric element 56b of the non-ejection nozzle 56b adjacent to the ejection nozzle 56a, if the distance between the adjacent nozzles is set to L2 and L3 (L2 = L3 = nozzle pitch), F2 × L2 = F3 × L3 is desirable.

同様に、隣接しない圧電素子を駆動する場合、その距離に応じてモーメントが釣り合うように力を設定することが望ましい。例えば、図8において、吐出ノズル56aと隣接しないL1 の距離にある非吐出ノズル56b-1に対応した圧電素子50b-1と、隣接するL3 の距離にある非吐出ノズル56bに対応した圧電素子50bとを駆動してF0 と逆向きの力F1 、F3 を発生させる場合、F1 ×L1 =F3 ×L3 となるように力を設定することが望ましい。ここで、L1 =2 ×L3 が成り立てば、F1 =F3 /2となる。   Similarly, when driving non-adjacent piezoelectric elements, it is desirable to set the force so that the moments are balanced according to the distance. For example, in FIG. 8, the piezoelectric element 50b-1 corresponding to the non-ejection nozzle 56b-1 at a distance L1 not adjacent to the ejection nozzle 56a and the piezoelectric element 50b corresponding to the non-ejection nozzle 56b at a distance L3 adjacent. Are driven to generate forces F1 and F3 opposite to F0, it is desirable to set the force so that F1 * L1 = F3 * L3. Here, if L1 = 2 × L3 holds, F1 = F3 / 2.

以上の関係から、吐出ノズルからの距離と圧電素子への駆動信号の大きさ(電圧値)の関係は、図9に示すように、ほぼ反比例(L×F=一定) となる。   From the above relationship, the relationship between the distance from the discharge nozzle and the magnitude (voltage value) of the drive signal to the piezoelectric element is almost inversely proportional (L × F = constant) as shown in FIG.

また、複数のノズルが千鳥で2次元状に並んでいる場合、吐出ノズルの前後左右に限らず斜め方向に隣接するノズルの圧電素子に逆駆動の駆動電圧を与えても良い。さらに、吐出ノズル56aからの距離に応じて圧電素子50bの駆動電圧の大きさを変えてもよい(図9参照)。   In addition, when a plurality of nozzles are arranged in a two-dimensional pattern in a staggered manner, a reverse drive voltage may be applied to the piezoelectric elements of the nozzles adjacent to each other in an oblique direction, not limited to the front, rear, left and right of the discharge nozzle. Furthermore, the magnitude of the driving voltage of the piezoelectric element 50b may be changed according to the distance from the discharge nozzle 56a (see FIG. 9).

また、最外側に位置するノズルの振動板に対して回転モーメントを付与する為に、画像形成に寄与しないダミーの圧電素子を最外側に位置するノズルの外側に設けてもよい。図10にその一例を示す。   In order to give a rotational moment to the diaphragm of the nozzle located on the outermost side, a dummy piezoelectric element that does not contribute to image formation may be provided outside the nozzle located on the outermost side. An example is shown in FIG.

図10は、2次元マトリクス状に圧力室が配置された記録ヘッドの平面模式図である。同図の一点鎖線で囲んだ範囲130は、印字を行うためのインク吐出に使用されるノズル(画像形成に寄与するノズル)の圧力室に対応した圧電素子50-va が配置された領域(以下「有効ノズル範囲」という。)である。この有効ノズル範囲130の外側(同図の点線で囲んだ外周部の範囲140)には、画像形成に寄与しないダミーの圧電素子50-dm が配置されている。   FIG. 10 is a schematic plan view of a recording head in which pressure chambers are arranged in a two-dimensional matrix. A range 130 surrounded by an alternate long and short dash line is an area where the piezoelectric element 50-va corresponding to the pressure chamber of a nozzle (nozzle that contributes to image formation) used for ink ejection for printing (hereinafter referred to as an area) is arranged. "Effective nozzle range"). A dummy piezoelectric element 50-dm that does not contribute to image formation is disposed outside the effective nozzle range 130 (outer peripheral range 140 surrounded by a dotted line in the figure).

有効ノズル範囲130内の最外側に位置するノズルからの吐出の際に、ダミーの圧電素子50-dm を駆動することにより、モーメントを釣り合わせることができるのは、上述の説明から明白である。   It is apparent from the above description that the moments can be balanced by driving the dummy piezoelectric element 50-dm during ejection from the nozzle located at the outermost side in the effective nozzle range 130.

本発明の実施の形態に係る画像形成装置を示す側面図1 is a side view showing an image forming apparatus according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に係る画像形成装置としての記録ヘッドを示す断面図Sectional drawing which shows the recording head as an image forming apparatus which concerns on embodiment of this invention 本発明の実施の形態に係る画像形成装置の制御ブロック図Control block diagram of image forming apparatus according to an embodiment of the present invention 本発明の実施の形態に係る画像形成装置の作用を示す断面図Sectional drawing which shows the effect | action of the image forming apparatus which concerns on embodiment of this invention 本発明の実施の形態に係る画像形成装置の圧電素子に印加する駆動電圧を示す説明図Explanatory drawing which shows the drive voltage applied to the piezoelectric element of the image forming apparatus which concerns on embodiment of this invention ノズルの吐出限界と気泡混入限界を示す説明図Explanatory drawing showing nozzle discharge limit and bubble mixing limit 吐出ノズルと隣接する非吐出ノズルを駆動する場合の作用を示す説明図Explanatory drawing which shows an effect | action at the time of driving the non-discharge nozzle adjacent to a discharge nozzle 吐出ノズルと隣接しない非吐出ノズルを駆動する場合の作用を示す説明図Explanatory drawing which shows the effect | action when driving the non-discharge nozzle which is not adjacent to the discharge nozzle 吐出ノズルからの距離と圧電素子への駆動信号の大きさの関係を示すグラフGraph showing the relationship between the distance from the discharge nozzle and the magnitude of the drive signal to the piezoelectric element ダミーの圧電素子の配置例を示す平面模式図Plane schematic diagram showing an example of the arrangement of dummy piezoelectric elements

符号の説明Explanation of symbols

10…画像形成装置、12…記録ヘッド、16…記録紙、44a,44b…振動板、50,50a,50b…圧電素子、50-dm …ダミーの圧電素子、54,54a,54b…圧力室、56,56a,56b…ノズル、

DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Image forming apparatus, 12 ... Recording head, 16 ... Recording paper, 44a, 44b ... Diaphragm, 50, 50a, 50b ... Piezoelectric element, 50-dm ... Dummy piezoelectric element, 54, 54a, 54b ... Pressure chamber, 56, 56a, 56b ... nozzle,

Claims (4)

ライン状又は2次元状に配列されたノズルと、
前記各ノズルに対応して配設された圧力室と、
駆動信号が印加されることにより、前記圧力室内に圧力を付与して前記ノズルからインクを吐出させる圧電素子と、からなる画像形成装置において、
インク吐出時に、インク吐出ノズル近傍の非吐出ノズルの圧電素子に、前記吐出ノズルの圧電素子と逆方向に駆動する駆動成分を含んだ駆動信号を与えることを特徴とする画像形成装置。
Nozzles arranged in a line or two-dimensional shape;
A pressure chamber disposed corresponding to each nozzle;
In an image forming apparatus comprising: a piezoelectric element that applies a drive signal to apply pressure in the pressure chamber to discharge ink from the nozzle;
An image forming apparatus, wherein a drive signal including a drive component for driving in a direction opposite to the piezoelectric element of the discharge nozzle is given to the piezoelectric element of the non-discharge nozzle in the vicinity of the ink discharge nozzle during ink discharge.
前記非吐出ノズルの圧電素子に与えられる駆動信号の駆動波形は、吐出ノズルの圧電素子の駆動信号の駆動波形と少なくとも一部分が逆位相であることを特徴とする請求項1に記載された画像形成装置。   2. The image formation according to claim 1, wherein the drive waveform of the drive signal applied to the piezoelectric element of the non-ejection nozzle is at least partially in phase with the drive waveform of the drive signal of the ejection nozzle piezoelectric element. apparatus. 前記非吐出ノズルの圧電素子に与えられる駆動信号の大きさは、前記吐出ノズルからの距離に応じて定められることを特徴とする請求項1または請求項2に記載された画像形成装置。   3. The image forming apparatus according to claim 1, wherein the magnitude of the drive signal given to the piezoelectric element of the non-ejection nozzle is determined according to a distance from the ejection nozzle. 4. 画像形成に寄与しないダミーの圧電素子が最外側のノズルの外側に設けられる請求項1ないしは請求項3のいずれか1項に記載された画像形成装置。

4. The image forming apparatus according to claim 1, wherein a dummy piezoelectric element that does not contribute to image formation is provided outside the outermost nozzle.

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