JP2005246663A - Liquid ejection head and driving method therefor - Google Patents

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伸一 堀井
Susumu Todo
晋 藤堂
Masato Nakamura
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To eliminate unevenness in printing density so as to prevent deterioration in image quality, by preventing the occurrence of a standing wave so as to prevent lack of the replenishment quantity of ink and the downsizing of an ink droplet. <P>SOLUTION: When f represents a driving frequency for driving a heating resistor and Lfn represents the length of a common channel wherein the standing wave is generated in the ink, the actual length L of the common channel is set not to correspond to Lfn. When L represents the length of the common channel and Fn (a suffix n represents an nth-order harmonic index) represents the number of vibrations generated in the ink in common channel by the standing wave, the driving frequency f for actually driving the heating resistor is set not to correspond to Fn. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、液体吐出手段を駆動することにより、液室内の液体をノズルから吐出させる液体吐出ヘッドにおいて、全ての液室と連通する共通の液体流路内の液体中に、定在波が発生しないようにした液体吐出ヘッド及び液体吐出ヘッドの駆動方法に係るものであり、詳しくは、液体吐出手段の駆動周波数との関係で、液体流路の長さを規定して定在波の発生を防止した液体吐出ヘッド、及び液体流路の長さとの関係で、液体吐出手段の駆動周波数を規定して定在波の発生を防止した液体吐出ヘッドの駆動方法に関するものである。   In the liquid discharge head which discharges the liquid in the liquid chamber from the nozzle by driving the liquid discharge means, a standing wave is generated in the liquid in the common liquid flow path communicating with all the liquid chambers. In particular, the liquid discharge head and the liquid discharge head driving method are described. More specifically, the length of the liquid flow path is defined in relation to the drive frequency of the liquid discharge means to generate a standing wave. The present invention relates to a method of driving a liquid discharge head that prevents the occurrence of standing waves by defining the drive frequency of the liquid discharge means in relation to the prevented liquid discharge head and the length of the liquid flow path.

液体吐出ヘッドの1つであるインクジェットプリンタのプリンタヘッドにおいて、従来のインクの流路構造としては、インク加圧室に連通するように、流路板によってインク流路を形成する技術が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2003−136737号公報
In a printer head of an ink jet printer, which is one of liquid ejection heads, a conventional ink channel structure is known in which an ink channel is formed by a channel plate so as to communicate with an ink pressurizing chamber. (For example, refer to Patent Document 1).
JP 2003-136737 A

上記の特許文献1の技術では、インク加圧室の入口部分が、各インク加圧室ごとの個別流路を形成している。また、インク流路は、全てのインク加圧室の各個別流路にインクを供給する共通流路を形成している。   In the technique disclosed in Patent Literature 1, the inlet portion of the ink pressurizing chamber forms an individual flow path for each ink pressurizing chamber. Further, the ink flow path forms a common flow path for supplying ink to the individual flow paths of all the ink pressurizing chambers.

そして、プリンタヘッドの個々のノズルでは、一般的に、発熱素子(発熱抵抗体等)を加熱して気泡を発生させ、その膨張による圧力によってインクを吐出させたり、ピエゾ素子に電気信号を加え、その力学的運動に伴う圧力によってインクを吐出させたりすることが行われる。   In each nozzle of the printer head, generally, a heating element (a heating resistor or the like) is heated to generate bubbles, and ink is ejected by pressure due to the expansion, or an electric signal is applied to the piezo element, Ink is ejected by the pressure accompanying the dynamic motion.

図7は、インク液室12(上記の特許文献1のインク加圧室に対応)を備えるプリンタヘッドを模式的に示す図であり、インクの吐出時の動作を時系列で説明する図である。
また、図8は、図7の時系列において、気泡圧力と気泡体積との関係を示すグラフである。
FIG. 7 is a diagram schematically showing a printer head provided with the ink liquid chamber 12 (corresponding to the ink pressurizing chamber of the above-mentioned Patent Document 1), and is a diagram for explaining operations at the time of ink ejection in time series. .
FIG. 8 is a graph showing the relationship between bubble pressure and bubble volume in the time series of FIG.

図7に示す発熱抵抗体13によってインクを吐出させるには、発熱抵抗体13を1〜数μ秒だけ加熱させる。すると、インクが急速に加熱され、インク温度は沸点を越えて上昇する(図7の〜t0参照)。そして、インク温度が自発核生成温度(300℃)に達すると、瞬間的に加熱面上に無数の気泡核が発生し(図7及び図8のt0参照)、インク中の過剰エネルギーが一気に放出されて爆発的に沸騰し、気泡圧力が上昇する(図7及び図8のt0〜t1参照)。気泡圧力は、一瞬にして最大の数十気圧にまで達し、断熱膨張と周囲から熱をもらう膨張が同時に起こり、気泡が急成長する(図7及び図8のt1〜t2参照)。   In order to eject ink by the heating resistor 13 shown in FIG. 7, the heating resistor 13 is heated for 1 to several microseconds. Then, the ink is heated rapidly, and the ink temperature rises beyond the boiling point (see ~ t0 in FIG. 7). When the ink temperature reaches the spontaneous nucleation temperature (300 ° C.), numerous bubble nuclei are instantaneously generated on the heating surface (see t0 in FIGS. 7 and 8), and excess energy in the ink is released at once. Then, it boils explosively and the bubble pressure rises (see t0 to t1 in FIGS. 7 and 8). The bubble pressure reaches a maximum of several tens of atmospheres in an instant, and adiabatic expansion and expansion receiving heat from the surroundings occur simultaneously, and bubbles rapidly grow (see t1 to t2 in FIGS. 7 and 8).

その後、気泡圧力が大気圧以下になり、膨張速度が遅くなるが、気泡体積が最大に達する。そのため、インクは、気泡の膨張の勢いで約10m/s程度まで加速されてノズルから飛び出し、気泡は、膨張に伴って減圧される(図7及び図8のt3参照)。すると、インクの慣性と、蒸気が凝縮(復水)して気泡が収縮することにより、伸びたインクの尾が切れ、インク液滴としてノズル18から吐出される(図7及び図8のt3〜t4参照)。また、気泡は、加熱面上で崩壊して消滅し(図7及び図8のt4参照)、今度は、インク液室12の毛管力を駆動力として、インクが補充される(図7のt4〜参照)。   Thereafter, the bubble pressure falls below atmospheric pressure and the expansion rate slows, but the bubble volume reaches a maximum. Therefore, the ink is accelerated up to about 10 m / s by the expansion moment of the bubbles and jumps out of the nozzle, and the bubbles are depressurized along with the expansion (see t3 in FIGS. 7 and 8). Then, due to the inertia of the ink and the vapor condensing (condensation) and the bubbles contract, the tail of the expanded ink is cut and ejected from the nozzle 18 as ink droplets (t3 in FIG. 7 and FIG. 8). t4). The bubbles collapse and disappear on the heating surface (see t4 in FIGS. 7 and 8), and this time, the ink is replenished with the capillary force of the ink liquid chamber 12 as the driving force (t4 in FIG. 7). ~reference).

ところで、プリンタヘッドには、ヘッドを被記録媒体の幅方向に移動させて印画を行うシリアルヘッドと、多数のヘッドを被記録媒体の幅方向に並べて配置し、印画幅分のヘッドを形成することで、帯状に(線状でなく)画像を形成するラインヘッドとがある。
ラインヘッドは、ヘッドの長さを目的の印刷物の幅以上とすることにより、ヘッドを動かすことなく(副走査をすることなく)画像を形成することができる。すなわち、ノズルが多く、副走査の必要がないため、高速に印画することができる。
By the way, in the printer head, a serial head that performs printing by moving the head in the width direction of the recording medium and a number of heads arranged in the width direction of the recording medium are formed to form a head corresponding to the printing width. Thus, there is a line head for forming an image in a band shape (not a line shape).
The line head can form an image without moving the head (without performing sub-scanning) by setting the length of the head to be equal to or larger than the width of the target printed matter. That is, since there are many nozzles and there is no need for sub-scanning, printing can be performed at high speed.

図9は、このようなラインヘッド10の一部を示す斜視図である。
図9に示すように、ラインヘッド10は、発熱抵抗体13を一方向に配列したヘッドチップ19と、ノズル18を形成したノズルシート17と、ノズル18に対応してインク液室12を形成するためのバリア層15とを備えている。また、共通流路部材20により、全てのインク液室12と連通するインクの共通流路21(上記の特許文献1のインク流路に対応)が形成されている。そして、ラインヘッド10の長さは、例えばA4プリンタ用では、少なくともA4サイズの短辺に相当する220mmの長さとなっている。
FIG. 9 is a perspective view showing a part of such a line head 10.
As shown in FIG. 9, the line head 10 forms a head chip 19 in which the heating resistors 13 are arranged in one direction, a nozzle sheet 17 on which nozzles 18 are formed, and an ink liquid chamber 12 corresponding to the nozzles 18. And a barrier layer 15 for the purpose. The common flow path member 20 forms a common ink flow path 21 (corresponding to the ink flow path of Patent Document 1) that communicates with all the ink liquid chambers 12. For example, for the A4 printer, the length of the line head 10 is 220 mm, which corresponds to at least the short side of the A4 size.

ここで、上記の特許文献1の技術では、図9に示すように、発熱抵抗体13の加熱による気泡の膨張時に、インク液室12の内部からインクの共通流路21側に、気泡圧力による圧力波が伝播されてしまうという問題がある。すなわち、気泡は均等に成長するため、気泡圧力は、インクをノズル18の方向に押し出して吐出する(下向きの矢印)以外に、共通流路21に向かってインクを押し戻す(右下向きの矢印)効果もある。そのため、共通流路21側に、圧力波が伝播されるのである。   Here, in the technique of the above-mentioned Patent Document 1, as shown in FIG. 9, when the bubble is expanded by heating the heating resistor 13, the bubble pressure is increased from the inside of the ink liquid chamber 12 to the ink common channel 21 side. There is a problem that pressure waves are propagated. That is, since the bubbles grow evenly, the bubble pressure has the effect of pushing the ink back toward the common flow path 21 (arrow pointing downward to the right), in addition to pushing the ink in the direction of the nozzle 18 and discharging it (arrow pointing downward). There is also. Therefore, a pressure wave is propagated to the common flow path 21 side.

この点に関し詳述すると、図9に示すように、発熱抵抗体13の加熱によって発生した気泡により、インク液室12内のインクは、共通流路21側に向かって瞬間的に圧縮され(右下向きの矢印)、その直後に解放される。このように、共通流路21側に向かう圧縮は、続いてその少し先のインクを瞬間的に圧縮し、解放する。そして、インクの各部分が隣接する部分を次々と圧縮し、解放することにより、圧力波が共通流路21に向かって進行することとなる。ここで、印画中は、ノズル18が連続的にインクを吐出する。そのため、連続的な圧力波が発生することとなり、共通流路21内のインク中には、圧力波の進行方向に沿った(進行方向に平行な)圧力の疎密波(縦波)が形成される。   This will be described in detail. As shown in FIG. 9, the ink in the ink liquid chamber 12 is instantaneously compressed toward the common flow path 21 by the bubbles generated by heating the heating resistor 13 (right side). (Down arrow), released immediately after. In this way, the compression toward the common flow path 21 side then instantaneously compresses and releases the ink slightly ahead. Then, by compressing and releasing the adjacent portions of the ink portions one after another, the pressure wave travels toward the common flow path 21. Here, during printing, the nozzle 18 continuously ejects ink. Therefore, a continuous pressure wave is generated, and in the ink in the common flow path 21, a pressure density wave (longitudinal wave) is formed along the pressure wave traveling direction (parallel to the traveling direction). The

図10は、ラインヘッド10における圧力波の伝播を示す平面図である。
図10に示すように、中央の発熱抵抗体13から発生した圧力波は、共通流路21に沿って伝播する。この共通流路21の形状は、一般に管状で、断面積に対して管長が長い。そして、共通流路21の内部では、拡散がないために減衰率が小さいので、圧力波は、やがて共通流路21の端部に達し、反射される。反射された圧力波は、逆方向に進行し、やがて反対側の端部で反射される。これは、圧力波が減衰するまで繰り返される。
FIG. 10 is a plan view showing pressure wave propagation in the line head 10.
As shown in FIG. 10, the pressure wave generated from the central heating resistor 13 propagates along the common flow path 21. The shape of the common channel 21 is generally tubular and has a long tube length with respect to the cross-sectional area. Since the attenuation rate is small because there is no diffusion inside the common channel 21, the pressure wave eventually reaches the end of the common channel 21 and is reflected. The reflected pressure wave travels in the opposite direction and is eventually reflected at the opposite end. This is repeated until the pressure wave decays.

ところで、ラインヘッド10は、図9に示すように、多くのノズル18を持ち、それらが個別にインクを吐出する。そのため、共通流路21には、多くのノズル18から様々なタイミングで多くの圧力波が送り込まれる。すると、結果的に、共通流路21内の合成波の周波数成分は、低周波から高周波までの広範なものとなる。そして、このうちのある条件を満たす周波数成分は、共通流路21内に定在波を発生させる。   By the way, the line head 10 has many nozzles 18 as shown in FIG. 9, and these individually eject ink. Therefore, many pressure waves are sent into the common flow path 21 from many nozzles 18 at various timings. Then, as a result, the frequency component of the composite wave in the common flow path 21 is wide from low frequency to high frequency. And the frequency component which satisfy | fills a certain condition among these generates a standing wave in the common flow path 21.

共通流路21内のインクという液体中を伝播する圧力波は、共通流路21の両端を固定端として反射するから、共通流路21の長さをL、圧力波の波長をλとすれば、定在波が発生する条件は、
L=n・λ/2 (ただし、nは自然数)
である。
Since the pressure wave propagating in the liquid called ink in the common flow path 21 is reflected with both ends of the common flow path 21 as fixed ends, the length of the common flow path 21 is L and the wavelength of the pressure wave is λ. The condition for generating a standing wave is
L = n · λ / 2 (where n is a natural number)
It is.

また、インク中の音速vと、圧力波の波長λと、圧力波の周波数fとの間には、
v=fλ
という関係がある。
したがって、定在波が発生する条件は、
L=n・v/(2f) (ただし、nは自然数)
と表すこともできる。なお、この周波数fは、インクを吐出する周波数や、その高調波に限らず、多くのノズル18から発せられる圧力波の合成波が持つ周波数成分である。
Also, between the sound velocity v in the ink, the pressure wave wavelength λ, and the pressure wave frequency f,
v = fλ
There is a relationship.
Therefore, the condition for generating a standing wave is
L = n · v / (2f) (where n is a natural number)
It can also be expressed as The frequency f is not limited to the frequency at which ink is ejected and its harmonics, but is a frequency component of the combined wave of pressure waves emitted from many nozzles 18.

上記の定在波が発生する条件において、n=1の場合は、共通流路21の両端が節、中央が腹となる。また、n=2の場合は、共通流路21の両端と中央が節、1/4と3/4の部分が腹となる。すなわち、共通流路21の端部では、固い壁面に阻まれることとなってインクが振動できない。また、共通流路21の端部以外の節の部分では、インクの振動が打ち消されて静止している。逆に、腹の部分では、インクが振動している。   In the condition where the standing wave is generated, when n = 1, both ends of the common flow path 21 are nodes and the center is an antinode. In the case of n = 2, both ends and the center of the common flow channel 21 are nodes, and 1/4 and 3/4 portions are antinodes. That is, the ink cannot vibrate at the end of the common channel 21 because it is blocked by a hard wall surface. In addition, at the portion of the node other than the end portion of the common flow path 21, the vibration of the ink is canceled and the stationary portion is stationary. Conversely, the ink vibrates in the belly portion.

したがって、腹の部分では、インク中の粒子の振動する速度(音響的粒子速度)が大きく、節の部分では小さい。そのため、粒子速度が大きい腹の部分では、粒子と粒子との間隔が離れ、密度が薄くなっている。言い換えれば、密度が低いので、激しく振動できるとも言える。逆に、粒子速度が小さい節の部分では、粒子同士が接近するので、密度が高くなっている。そして、密度が低ければ圧力も低く、密度が高い部分では圧力も高い。   Therefore, the velocity of vibration of the particles in the ink (acoustic particle velocity) is large in the antinode portion and small in the node portion. For this reason, in the antinode portion where the particle speed is high, the distance between the particles is increased and the density is reduced. In other words, since the density is low, it can be said that it can vibrate violently. On the other hand, in the portion of the node where the particle velocity is low, the particles are close to each other, so the density is high. The pressure is low when the density is low, and the pressure is high at the portion where the density is high.

共通流路21内の圧力差は、各インク液室12に対するインクの供給効率に影響を及ぼす。すなわち、高い圧力は、インク液室12へのインクの供給を促進するので、インクの供給効率が高く、低い圧力は、インクの供給を妨げる方向に作用するので、インクの供給効率が低くなる。そのため、共通流路21の低圧部にあるインク液室12では、インクをノズル18から吐出した後のインクの補充に時間がかかることとなる。特に、直径数μm〜十数μmという微細なノズル18へのインクの供給や、インク供給後のメニスカス(ノズル18におけるインクの液面)の維持は、ノズル18の毛管力とインク液室12の内圧との微妙なバランスの上に成り立っているため、共通流路21内の内圧変化が及ぼす影響は大きい。   The pressure difference in the common flow path 21 affects the ink supply efficiency to each ink liquid chamber 12. That is, the high pressure promotes the ink supply to the ink liquid chamber 12, so that the ink supply efficiency is high, and the low pressure acts in the direction of hindering the ink supply, so the ink supply efficiency is low. Therefore, in the ink liquid chamber 12 in the low pressure portion of the common flow path 21, it takes time to replenish the ink after the ink is ejected from the nozzle 18. In particular, the supply of ink to the fine nozzle 18 having a diameter of several μm to several tens of μm and the maintenance of the meniscus (ink liquid level at the nozzle 18) after the ink supply are performed by the capillary force of the nozzle 18 and the ink liquid chamber 12. Since it is based on a delicate balance with the internal pressure, the influence of the internal pressure change in the common flow path 21 is large.

そして、共通流路21内の圧力差がある程度以上に大きくなると、低圧部(定在波の腹の部分)では、次のインクの吐出時までに、インクの補充が完了しないという事態が起こり始める。すると、インクの補充量が不足し、ノズル18から吐出されるインク液滴のサイズが小さくなり、インク液滴の着弾によって形成されるドットも小さくなって印画濃度が薄くなる。特に、ラインヘッド10の場合は、ヘッドを走査しないため、個々のドットの濃度差が印画紙上でスジ状となって表現されてしまう。そのため、結果的に腹の部分では、濃度が薄く印画されることとなる。   When the pressure difference in the common flow path 21 becomes larger than a certain level, a situation in which replenishment of ink does not complete before the next ink discharge is started in the low pressure portion (the antinode portion of the standing wave). . Then, the ink replenishment amount is insufficient, the size of the ink droplet ejected from the nozzle 18 is reduced, the dots formed by the landing of the ink droplet are also reduced, and the printing density is reduced. In particular, in the case of the line head 10, since the head is not scanned, the density difference between individual dots is expressed as a streak on the photographic paper. As a result, the density is printed lightly in the belly portion.

図11は、共通流路21内に発生した定在波と印画濃度との関係を示す図であり、上述した定在波と印画濃度との関係をまとめたものである。
図11に示すように、インクの粒子速度が大きい腹の部分では、共通流路21内の圧力が低い。そのため、インクの供給効率が低くなり、インクの補充時間が長くなる結果、インクの補充量が不足し、インク液滴のサイズが小さくなり、印画濃度が薄くなる。また、インクの粒子速度が小さい節の部分では、共通流路21内の圧力が高いためにインクの供給効率が高くなり、インクの補充時間が短くなる結果、インクの補充量が充足し、インク液滴のサイズが大きくなり、印画濃度が濃くなる。
FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the standing wave generated in the common flow path 21 and the print density, and summarizes the relationship between the standing wave and the print density described above.
As shown in FIG. 11, the pressure in the common flow path 21 is low at the belly portion where the ink particle velocity is high. As a result, the ink supply efficiency is lowered and the ink replenishment time is increased. As a result, the ink replenishment amount is insufficient, the ink droplet size is reduced, and the print density is reduced. In addition, at the node portion where the ink particle velocity is low, the pressure in the common flow path 21 is high, so that the ink supply efficiency is increased, and the ink replenishment time is shortened. The droplet size increases and the print density increases.

このように、ある条件下では、インク液滴の吐出に伴う圧力波により、プリンタヘッド内にインクの疎密波による定在波が発生する。この定在波は、印画濃度のムラとなって印画紙上にスジ状に表現され、画質の劣化を引き起こす。そして、上記の特許文献1には、このような画質の劣化を防止することの開示はない。   In this way, under certain conditions, a standing wave due to an ink density wave is generated in the printer head due to a pressure wave accompanying the ejection of ink droplets. This standing wave becomes unevenness of the printing density and is expressed in a streak pattern on the printing paper, causing deterioration of the image quality. And the above-mentioned patent document 1 does not disclose prevention of such image quality deterioration.

したがって、本発明が解決しようとする課題は、定在波が発生しないようにして、インクの補充量が不足し、インク液滴のサイズが小さくなってしまうことを防止することにより、印画濃度のムラを解消して画質の劣化を防止することができる液体吐出ヘッド及び液体吐出ヘッドの駆動方法を提供することである。   Therefore, the problem to be solved by the present invention is to prevent the standing wave from being generated, to prevent the ink replenishment amount from being insufficient and the ink droplet size from being reduced, thereby reducing the print density. It is an object to provide a liquid discharge head that can eliminate unevenness and prevent deterioration of image quality and a method for driving the liquid discharge head.

本発明は、以下の解決手段によって、上述の課題を解決する。
本発明の1つである請求項1に記載の発明は、複数のエネルギー発生素子を一方向に配列したヘッドチップと、液滴を吐出するためのノズルを形成したノズルシートと、前記ヘッドチップの前記エネルギー発生素子の形成面と前記ノズルシートとの間に積層され、各前記ノズルに対応して液室を形成するための液室形成部材と、前記ヘッドチップの全ての前記液室と連通する液体の共通流路を形成するための共通流路部材とを備え、前記エネルギー発生素子を駆動して、前記液室内の液体を液滴として前記ノズルから吐出し、被記録媒体に着弾させて印画する液体吐出ヘッドであって、前記エネルギー発生素子を駆動する駆動周波数f(kHz)に対して、前記共通流路内の液体中に定在波が発生する共通流路の長さをLfn(mm)としたとき、前記共通流路の長さL(mm)が、Lfn(mm)と一致しないようにしたことを特徴とする。
The present invention solves the above-described problems by the following means.
According to a first aspect of the present invention, there is provided a head chip in which a plurality of energy generating elements are arranged in one direction, a nozzle sheet in which nozzles for discharging droplets are formed, and the head chip. A liquid chamber forming member that is stacked between the formation surface of the energy generating element and the nozzle sheet and that forms a liquid chamber corresponding to each nozzle, and communicates with all the liquid chambers of the head chip. A common flow path member for forming a common flow path for the liquid, and driving the energy generating element to discharge the liquid in the liquid chamber as droplets from the nozzle and land on the recording medium for printing. The length of the common flow path in which the standing wave is generated in the liquid in the common flow path with respect to the drive frequency f (kHz) for driving the energy generating element is Lfn (mm ) Can, the length of the common flow path L (mm), characterized in that so that they do not match the Lfn (mm).

上記の発明においては、エネルギー発生素子を駆動する駆動周波数fが決まっている場合に、共通流路の長さLが、定在波が発生する長さLfnと一致しないようにすることによって印画濃度のムラを解消している。特に、駆動周波数fにおける基本振動による定在波発生長さをLf1としたとき、共通流路の長さLをLf1より短くしておくことで、定在波の発生が原理的にあり得ない液体吐出ヘッドとすることができる。   In the above invention, when the drive frequency f for driving the energy generating element is determined, the print flow density L is set so that the length L of the common flow path does not coincide with the length Lfn at which the standing wave is generated. This eliminates unevenness. In particular, when the standing wave generation length due to the fundamental vibration at the driving frequency f is Lf1, it is impossible in principle to generate a standing wave by making the length L of the common flow path shorter than Lf1. A liquid discharge head can be obtained.

また、本発明の他の1つである請求項5に記載の発明は、複数のエネルギー発生素子を一方向に配列したヘッドチップと、液滴を吐出するためのノズルを形成したノズルシートと、前記ヘッドチップの前記エネルギー発生素子の形成面と前記ノズルシートとの間に積層され、各前記ノズルに対応して液室を形成するための液室形成部材と、前記ヘッドチップの全ての前記液室と連通する液体の共通流路を形成するための共通流路部材とを備え、前記エネルギー発生素子を駆動して、前記液室内の液体を液滴として前記ノズルから吐出し、被記録媒体に着弾させて印画する液体吐出ヘッドの駆動方法であって、前記共通流路の長さL(mm)に対して、前記共通流路内の液体中に定在波が発生する振動数をFn(kHz)(ただし、添字nは、n次の高調波指数)としたとき、前記エネルギー発生素子を駆動する駆動周波数f(kHz)が、Fn(kHz)と一致しないようにしたことを特徴とする。   The invention according to claim 5, which is another one of the present invention, includes a head chip in which a plurality of energy generating elements are arranged in one direction, a nozzle sheet on which nozzles for discharging droplets are formed, A liquid chamber forming member for forming a liquid chamber corresponding to each nozzle, which is laminated between the formation surface of the energy generating element of the head chip and the nozzle sheet; and all the liquids of the head chip A common flow path member for forming a common flow path for the liquid communicating with the chamber, and driving the energy generating element to discharge the liquid in the liquid chamber as droplets from the nozzle, to the recording medium A method of driving a liquid discharge head that lands and prints, wherein a frequency at which a standing wave is generated in the liquid in the common flow path is set to Fn (L) with respect to the length L (mm) of the common flow path. kHz) (however, the subscript n is When the next harmonic index), the drive frequency f for driving the energy generating element (kHz), characterized in that to not coincide with the Fn (kHz).

上記の発明においては、共通流路の長さLが決まっている場合に、エネルギー発生素子を駆動する駆動周波数fが、定在波が発生する振動数Fnと一致しないようにすることによって印画濃度のムラを解消している。なお、振動数Fnの添字nは、n次の高調波指数を意味し、n=1が基本振動である。   In the above invention, when the length L of the common flow path is determined, the print density is controlled by preventing the drive frequency f for driving the energy generating element from coincident with the frequency Fn at which a standing wave is generated. This eliminates unevenness. The subscript n of the frequency Fn means the nth-order harmonic exponent, and n = 1 is the fundamental vibration.

本発明の液体吐出ヘッドによれば、全ての液室と連通する液体の共通流路の長さが、共通流路内の液体中に定在波が発生する長さと一致していないので、液体中に定在波が発生せず、印画濃度のムラが解消され、画質の劣化が防止される。
また、本発明の液体吐出ヘッドの駆動方法によれば、ノズルから液体を吐出させるエネルギー発生素子の駆動周波数が、共通流路内の液体中に定在波が発生する振動数と一致しないように、エネルギー発生素子を駆動するので、液体中に定在波が発生せず、印画濃度のムラが解消され、画質の劣化が防止される。
According to the liquid ejection head of the present invention, the length of the common flow path of the liquid communicating with all the liquid chambers does not match the length at which standing waves are generated in the liquid in the common flow path. A standing wave does not occur in the image, and unevenness in the print density is eliminated, thereby preventing image quality deterioration.
Further, according to the driving method of the liquid discharge head of the present invention, the drive frequency of the energy generating element that discharges the liquid from the nozzle does not coincide with the frequency at which a standing wave is generated in the liquid in the common flow path. Since the energy generating element is driven, no standing wave is generated in the liquid, the unevenness of the print density is eliminated, and the deterioration of the image quality is prevented.

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本発明における液体吐出ヘッドは、下記実施形態では、A4サイズ(用紙幅210mm)用のライン方式のインクジェットプリンタにおけるラインヘッド10に相当する。そして、下記実施形態において、吐出する液体はインクであり、インクを収容する液室がインク液室12で、ノズルシート17に形成されたノズル18から吐出される微少量(例えば数ピコリットル)のインクがインク液滴である。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the following embodiment, the liquid discharge head in the present invention corresponds to the line head 10 in an A4 size (paper width 210 mm) line-type inkjet printer. In the following embodiment, the liquid to be discharged is ink, and the liquid chamber for storing the ink is the ink liquid chamber 12, and a very small amount (for example, several picoliters) discharged from the nozzle 18 formed on the nozzle sheet 17 is used. The ink is an ink droplet.

また、下記実施形態では、エネルギー発生素子として発熱抵抗体13を使用しており、この発熱抵抗体13は、インク液室12の一面(底壁部分)をも構成している。さらに、下記実施形態において、液室形成部材は、インク液室12の側壁を構成しているバリア層15に相当する。そして、インク液室12、発熱抵抗体13及びノズル18は、A4サイズの印画幅相当数だけあり、全てのインク液室12は、共通流路部材20によって形成されたインクの共通流路21で連通している。   In the following embodiment, the heating resistor 13 is used as an energy generating element, and the heating resistor 13 also constitutes one surface (bottom wall portion) of the ink liquid chamber 12. Furthermore, in the following embodiment, the liquid chamber forming member corresponds to the barrier layer 15 constituting the side wall of the ink liquid chamber 12. The ink liquid chambers 12, the heating resistors 13, and the nozzles 18 are equivalent to the number corresponding to the A4 size print width, and all the ink liquid chambers 12 are formed by the common flow path 21 of ink formed by the common flow path member 20. Communicate.

図1は、本実施形態のラインヘッド10を示す断面図である。
図1に示すように、ラインヘッド10は、複数のノズル18が等間隔で形成されたノズルシート17と、複数の発熱抵抗体13が一方向に配列されたヘッドチップ19とが、各インク液室12を構成するバリア層15を介して貼り合わされている。ここで、各ノズル18は、各インク液室12及び各発熱抵抗体13と対応している。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a line head 10 of this embodiment.
As shown in FIG. 1, the line head 10 includes a nozzle sheet 17 in which a plurality of nozzles 18 are formed at equal intervals, and a head chip 19 in which a plurality of heating resistors 13 are arranged in one direction. They are bonded together via a barrier layer 15 constituting the chamber 12. Here, each nozzle 18 corresponds to each ink liquid chamber 12 and each heating resistor 13.

また、ヘッドチップ19の上方には、共通流路部材20が配置されており、共通流路部材20によって形成されたインクの共通流路21は、全てのインク液室12と連通している。そして、共通流路部材20の中央部は、バルブ装置22を介してインクタンク41と接続されており、インクタンク41内のインクは、共通流路21から各インク液室12に供給される。   Further, a common flow path member 20 is disposed above the head chip 19, and a common flow path 21 of ink formed by the common flow path member 20 communicates with all the ink liquid chambers 12. The central portion of the common flow path member 20 is connected to the ink tank 41 via the valve device 22, and the ink in the ink tank 41 is supplied from the common flow path 21 to each ink liquid chamber 12.

図2は、ラインヘッド10の発熱抵抗体13を駆動するブロック図である。
図2に示すように、入力データに応じて、CPUの制御により、インク吐出用の駆動パルス制御回路が吐出駆動パルスを生成する。そして、この吐出駆動パルスにより、ヘッド駆動回路が発熱抵抗体13を加熱させる。
FIG. 2 is a block diagram for driving the heating resistor 13 of the line head 10.
As shown in FIG. 2, an ink ejection drive pulse control circuit generates ejection drive pulses under the control of the CPU in accordance with input data. Then, the head driving circuit heats the heating resistor 13 by this ejection driving pulse.

このように、印画に際しては、入力データに対応する吐出駆動パルスにより、図1に示す発熱抵抗体13が発熱し、インク液室12内のインクが局所的に加熱される。すると、この加熱によってインク液室12内に気泡が発生し、この気泡の圧力によってノズル18からインク液滴が吐出し、この吐出したインク液滴が被記録媒体である印画紙に着弾して文字、画像等が印画される。なお、インク液滴の吐出は、印画紙を紙送りをしながら行われる。   As described above, at the time of printing, the heating resistor 13 shown in FIG. 1 generates heat by the ejection drive pulse corresponding to the input data, and the ink in the ink liquid chamber 12 is locally heated. Then, bubbles are generated in the ink liquid chamber 12 by this heating, and ink droplets are ejected from the nozzles 18 by the pressure of the bubbles, and the ejected ink droplets land on the photographic paper that is the recording medium, and character Images are printed. The ink droplets are ejected while feeding the photographic paper.

ここで、駆動パルス制御回路によって生成される吐出駆動パルスは、所定の幅を有する矩形状のパルスである。そして、連続的にインク液滴を吐出させる場合には、この吐出駆動パルスを一定周期(吐出駆動パルス周期)で連続させることとなり、これが発熱抵抗体13の駆動周波数となる。そのため、インクは、この吐出駆動パルス周期の間に、インク液室12内に補充される必要がある。   Here, the ejection drive pulse generated by the drive pulse control circuit is a rectangular pulse having a predetermined width. When ink droplets are ejected continuously, this ejection drive pulse is made to continue at a constant period (ejection drive pulse period), which becomes the drive frequency of the heating resistor 13. Therefore, the ink needs to be replenished into the ink liquid chamber 12 during this ejection drive pulse cycle.

ところで、インク液滴の吐出に伴う圧力波により、ラインヘッド10の共通流路21内のインクに定在波が発生することがある。すなわち、定在波は、インク液滴を吐出する際の圧力波が振動源となって発生すると考えられる。また、印画紙を紙送りする際の振動がラインヘッド10に伝わり、たまたま定在波の発生振動数と一致してしまう偶然も考えられる。   By the way, a standing wave may be generated in the ink in the common flow path 21 of the line head 10 due to the pressure wave accompanying the ejection of the ink droplet. That is, it is considered that the standing wave is generated by the pressure wave generated when the ink droplet is ejected as a vibration source. Further, it is conceivable that the vibration when the photographic paper is fed is transmitted to the line head 10 and happens to coincide with the generated frequency of the standing wave.

この定在波は、印画濃度のムラを引き起こすので、原因はともあれ、定在波の発生する振動数を知ることが重要となる。そして、定在波の発生振動数は、印画試験によって確認することが可能である。そこで以下、ラインヘッド10で実際に印画を行うことにより、定在波の発生振動数を確認する試験方法について説明する。   Since this standing wave causes unevenness in the print density, it is important to know the frequency at which the standing wave is generated, regardless of the cause. The generated frequency of the standing wave can be confirmed by a printing test. Therefore, a test method for confirming the frequency of standing waves by actually printing with the line head 10 will be described below.

図3は、ラインヘッド10による印画試験の結果を示す図であり、図1に示すラインヘッド10で例えばベタ印刷を行い、発熱抵抗体13の駆動周波数を上げていった場合の印画濃度のムラ(濃淡)を示す図である。
図3に示すように、駆動周波数をfaからfgまで徐々に上げていくと、最初の駆動周波数faよりも高いある駆動周波数fbで印画濃度のムラ(濃淡)が出現している。この場合、ムラの部分が定在波の腹位置であると推測することができ、駆動周波数fbにおいて推定される定在波の形は、基本振動である。
FIG. 3 is a diagram showing the result of a printing test using the line head 10. For example, solid printing is performed when the line head 10 shown in FIG. 1 performs solid printing and the driving frequency of the heating resistor 13 is increased. It is a figure which shows (light / dark).
As shown in FIG. 3, when the drive frequency is gradually increased from fa to fg, the print density unevenness (light / dark) appears at a certain drive frequency fb higher than the initial drive frequency fa. In this case, it can be estimated that the uneven portion is the antinode position of the standing wave, and the shape of the standing wave estimated at the drive frequency fb is the fundamental vibration.

さらに駆動周波数を上げて行くと、駆動周波数fdで再びムラ(濃淡)が確認され、そこでも定在波が発生していると推測できる。また、このムラ(濃淡)の本数を数えることで、高調波指数nを推測することができる。なお、駆動周波数fdで推定される定在波の形は、2倍振動であり、同様に、駆動周波数ffで推定される定在波の形は、3倍振動である。   When the drive frequency is further increased, unevenness (shading) is confirmed again at the drive frequency fd, and it can be estimated that a standing wave is also generated there. Further, the harmonic index n can be estimated by counting the number of the unevenness (shading). Note that the shape of the standing wave estimated at the drive frequency fd is double vibration, and similarly, the shape of the standing wave estimated at the drive frequency ff is triple vibration.

このように、印画試験を行うことにより、発生する可能性のある定在波の振動数Fnを割り出すことができる。そこで、図1に示すラインヘッド10を駆動するに際しては、駆動周波数fを定在波の振動数Fnと一致させないようにすることで、共通流路21内のインクに定在波が発生しないラインヘッド10とすることができる。   Thus, by performing the printing test, it is possible to determine the frequency Fn of a standing wave that may be generated. Therefore, when the line head 10 shown in FIG. 1 is driven, a line in which no standing wave is generated in the ink in the common flow path 21 is obtained by making the driving frequency f not coincide with the frequency Fn of the standing wave. The head 10 can be obtained.

ここで、駆動周波数fは、定在波の振動数Fnと少しでも違っていれば、波が進行し、物理的には定在波と呼べなくなる。しかし、両者に多少の相違しかない場合、印画した画像によっては、目視確認できる程度に印画濃度のムラが残る恐れがある。そこで、印画濃度のムラを目視で確認できない程度について、モニターによる視覚試験を実施した。その結果、定在波の振動数Fnから5%以上外れた駆動周波数fで印画すれば、印画濃度のムラ(濃淡)を実質的に問題のない程度にまで軽減することができることが判明した。   Here, if the drive frequency f is slightly different from the frequency Fn of the standing wave, the wave travels and cannot be physically called a standing wave. However, if there is only a slight difference between the two, depending on the printed image, there is a possibility that unevenness in the print density remains to the extent that it can be visually confirmed. Therefore, a visual test using a monitor was conducted to such an extent that unevenness in the print density could not be visually confirmed. As a result, it has been found that if printing is performed at a driving frequency f that is 5% or more away from the frequency Fn of the standing wave, unevenness of the print density (shading) can be reduced to a level that is substantially free of problems.

したがって、定在波の振動数Fnが分かれば、図1に示す発熱抵抗体13の駆動周波数fを、
(Fn)×1.05≦f≦(Fn+1)×0.95 ・・・(1)式
とし、(1)式の範囲内で発熱抵抗体13を駆動することにより、共通流路21内のインクに定在波が発生しないラインヘッド10とすることができる。ただし、添字nは、n次の高調波指数である。
Therefore, if the frequency Fn of the standing wave is known, the drive frequency f of the heating resistor 13 shown in FIG.
(Fn) × 1.05 ≦ f ≦ (Fn + 1) × 0.95 (1) and by driving the heating resistor 13 within the range of the equation (1), The line head 10 can be configured such that no standing wave is generated in the ink. Note that the subscript n is an nth-order harmonic exponent.

また、定在波の振動数Fnから駆動周波数fを大きく外すほど好ましいことは自明である。そのため、特に、定在波の振動数FnとFn+1の中間値を駆動周波数fとすることが好ましい。すなわち、
f=((Fn)+(Fn+1))/2 ・・・(2)式
とすることが好ましい。
In addition, it is obvious that the larger the drive frequency f is from the frequency Fn of the standing wave, the better. Therefore, it is particularly preferable to set the driving frequency f to an intermediate value between the standing wave frequencies Fn and Fn + 1. That is,
f = ((Fn) + (Fn + 1)) / 2... (2)

図4は、定在波の振動数Fnと駆動周波数fとの関係を示す図である。
上記の通り、定在波の振動数Fnから最も外れた駆動周波数fは、定在波の振動数FnとFn+1の中間値である。しかし、定在波の振動数Fn及び振動数Fn+1の誤差等を考慮する必要もある。そこで、図4に示すように、上記の(2)式に範囲を持たせ、
f=((Fn)+(Fn+1))/2±((Fn)−(Fn+1))×0.1
として、この範囲内で発熱抵抗体13を駆動することにより、印画濃度のムラ(濃淡)のない安心できる駆動周波数fとすることができる。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the frequency Fn of the standing wave and the drive frequency f.
As described above, the drive frequency f farthest from the standing wave frequency Fn is an intermediate value between the standing wave frequencies Fn and Fn + 1. However, it is necessary to consider the error of the frequency Fn and the frequency Fn + 1 of the standing wave. Therefore, as shown in FIG. 4, the above equation (2) is given a range,
f = ((Fn) + (Fn + 1)) / 2 ± ((Fn) − (Fn + 1)) × 0.1
As a result, by driving the heating resistor 13 within this range, it is possible to obtain a safe driving frequency f with no unevenness (darkness) in print density.

次に、共通流路21(図1参照)の形状と定在波の振動数Fnとの関係について説明する。
共通流路21の形状が複雑であれば、計算で定在波の振動数Fnを求めることは困難であるため、上述したような印画試験を行うことによって定在波の振動数Fnを確認する必要がある。
Next, the relationship between the shape of the common channel 21 (see FIG. 1) and the frequency Fn of the standing wave will be described.
If the shape of the common channel 21 is complicated, it is difficult to obtain the standing wave frequency Fn by calculation. Therefore, the standing wave frequency Fn is confirmed by performing the printing test as described above. There is a need.

しかし、両端部が閉じた直線状であり、かつ断面形状が一様の共通流路21(図1参照)であれば、計算によって定在波の振動数Fnを求めることができる。すなわち、共通流路21の長さをL(mm)とし、共通流路21内のインク中の音速をv(m/s)とすれば、定在波が発生する振動数Fn(kHz)は、
(Fn)=n・v/(2L) (ただし、nは高調波指数) ・・・(3)式
で算出することができる。
However, if the common flow path 21 (see FIG. 1) has a linear shape with both ends closed and a uniform cross-sectional shape, the frequency Fn of the standing wave can be obtained by calculation. That is, if the length of the common channel 21 is L (mm) and the sound velocity in the ink in the common channel 21 is v (m / s), the frequency Fn (kHz) at which a standing wave is generated is ,
(Fn) = n · v / (2L) (where n is a harmonic index).

図5は、定在波の振動数Fnと管長Lnとの関係を示すグラフである。
本実施形態のラインヘッド10は、A4サイズ(用紙幅210mm)に対応したものであるので、共通流路21の長さLを220mmとし、インクの音速を1450m/sとすれば、上記の(3)式より、n次の高調波指数を持つ定在波の振動数Fn(kHz)と管長Ln(mm)との関係は、図5に示すグラフのようになる。ここで、L=220mmであるから、Ln=220mmの振動数Fnが避けるべき駆動周波数となる。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the standing wave frequency Fn and the tube length Ln.
Since the line head 10 of the present embodiment corresponds to the A4 size (paper width 210 mm), if the length L of the common flow path 21 is 220 mm and the sound velocity of ink is 1450 m / s, the above ( From the equation (3), the relationship between the frequency Fn (kHz) of a standing wave having an nth-order harmonic index and the tube length Ln (mm) is as shown in the graph of FIG. Here, since L = 220 mm, the frequency Fn of Ln = 220 mm is a driving frequency to be avoided.

また、上記の(1)式は、次のように変形することができる。すなわち、
(n・v/(2L))×1.05≦f≦((n+1)・v/(2L))×0.95 ・・・(4)式
となり、この範囲内の駆動周波数f(kHz)で発熱抵抗体13を駆動することにより、ラインヘッド10の共通流路21内のインクに定在波が発生しないようにすることができる。
Moreover, said (1) Formula can be deform | transformed as follows. That is,
(N · v / (2L)) × 1.05 ≦ f ≦ ((n + 1) · v / (2L)) × 0.95 (4) The drive frequency f (kHz) within this range By driving the heating resistor 13, it is possible to prevent a standing wave from being generated in the ink in the common flow path 21 of the line head 10.

そして、図5に示すグラフと、上記の(2)式〜(4)式とにより、定在波の振動数Fnと駆動周波数fとの関係が求められる。すなわち、図5に示すグラフにより、共通流路21の長さLが220mmの場合の定在波の振動数Fnが求められ、上記の(4)式により、±5%外れた使用可能な駆動周波数fが求められ、上記の(2)式及び(3)式により、最も外れた理想の駆動周波数fが求められる。   Then, the relationship between the frequency Fn of the standing wave and the driving frequency f is obtained from the graph shown in FIG. 5 and the above equations (2) to (4). That is, from the graph shown in FIG. 5, the frequency Fn of the standing wave when the length L of the common flow path 21 is 220 mm is obtained, and the usable drive deviated by ± 5% from the above equation (4). The frequency f is obtained, and the most deviated ideal drive frequency f is obtained by the above equations (2) and (3).

図6は、このような定在波の振動数Fnと、駆動周波数fとの関係を示す表である。
高調波指数n、定在波の振動数Fn、使用可能な駆動周波数f、及び理想の駆動周波数fの関係は、図6に示す通りであり、通常の駆動周波数を5〜20kHzの範囲内とした場合、図1に示すラインヘッド10であれば、5.6kHz、8.2kHz、11.5kHz、14.7kHz、又は18.0kHzで発熱抵抗体13を駆動することが理想的であると言える。
FIG. 6 is a table showing the relationship between the frequency Fn of such a standing wave and the drive frequency f.
The relationship among the harmonic index n, the standing wave frequency Fn, the usable drive frequency f, and the ideal drive frequency f is as shown in FIG. 6, and the normal drive frequency is within the range of 5 to 20 kHz. In this case, with the line head 10 shown in FIG. 1, it is ideal to drive the heating resistor 13 at 5.6 kHz, 8.2 kHz, 11.5 kHz, 14.7 kHz, or 18.0 kHz. .

また、印画速度に着目すると、駆動周波数fは、なるべく高くすることが好ましい。しかし、インク液室12(図1参照)に対するインクの補充時間を考慮すると、駆動周波数fの上限値が決まってくる。そこで、ある駆動周波数f(好ましくは上限値)に対して、定在波が発生しない共通流路21(図1参照)の長さとすることで、印画濃度のムラの発生を防止することができる。すなわち、駆動周波数fに対して、共通流路21内のインク中に定在波が発生する共通流路の長さがLfnであれば、共通流路21の長さLをLfnと一致しないようにする。   In view of the printing speed, it is preferable that the drive frequency f be as high as possible. However, considering the ink replenishment time for the ink chamber 12 (see FIG. 1), the upper limit value of the drive frequency f is determined. Therefore, by setting the length of the common flow path 21 (see FIG. 1) that does not generate a standing wave for a certain driving frequency f (preferably an upper limit value), it is possible to prevent occurrence of uneven printing density. . That is, if the length of the common flow path in which the standing wave is generated in the ink in the common flow path 21 with respect to the driving frequency f is Lfn, the length L of the common flow path 21 is not matched with Lfn. To.

そして、上述した駆動周波数fの決定と同様に、印画濃度のムラを目視で確認できない程度について、モニターによる視覚試験を実施したところ、定在波が発生する共通流路長さLfnから5%以上外れた長さとすれば、印画濃度のムラを実質的に問題のない程度にまで軽減することができることが判明した。   Then, similarly to the determination of the driving frequency f described above, a visual test using a monitor was performed to such an extent that the unevenness in the print density could not be visually confirmed. As a result, 5% or more from the common flow path length Lfn where a standing wave is generated. It has been found that if the length is out of the range, the unevenness of the print density can be reduced to a level where there is substantially no problem.

したがって、共通流路21の長さLを、
L≦0.95×Lfn 又は L≧1.05×Lfn ・・・(5)式
とすることにより、共通流路21内のインクに定在波が発生しないラインヘッド10とすることができる。特に、n=1の基本振動における定在波の発生する共通流路21の長さをLf1とすれば、Lf1よりも共通流路21の長さLを短く、例えば、
L≦0.95×Lf1
とすることにより、定在波の発生を完全に防止することができる。
Therefore, the length L of the common channel 21 is
By setting L ≦ 0.95 × Lfn or L ≧ 1.05 × Lfn (5), the line head 10 in which standing waves are not generated in the ink in the common flow path 21 can be obtained. In particular, if the length of the common flow path 21 where a standing wave is generated in the fundamental vibration of n = 1 is Lf1, the length L of the common flow path 21 is shorter than Lf1, for example,
L ≦ 0.95 × Lf1
By doing so, the generation of standing waves can be completely prevented.

なお、上述した駆動周波数fの場合と同様に、共通流路21が、両端部が閉じた直線状であり、かつ断面形状が一様であれば、計算によって定在波が発生する共通流路の長さLfn(mm)を求めることができる。すなわち、駆動周波数をf(kHz)とし、共通流路21内のインク中の音速をv(m/s)とすれば、定在波が発生する共通流路の長さLfn(mm)は、
Lfn=n・v/(2f) (ただし、nは自然数)
で算出することができる。
As in the case of the drive frequency f described above, if the common channel 21 is a straight line with both ends closed and the cross-sectional shape is uniform, a common channel in which standing waves are generated by calculation. The length Lfn (mm) can be obtained. That is, if the drive frequency is f (kHz) and the sound velocity in the ink in the common flow path 21 is v (m / s), the length Lfn (mm) of the common flow path where the standing wave is generated is
Lfn = n · v / (2f) (where n is a natural number)
Can be calculated.

したがって、上記の(5)式は、次のように変形することができる。すなわち、
L≦0.95×n・v/(2f) 又は L≧1.05×n・v/(2f)
となる。そして、共通流路21の長さL(mm)をこの範囲内とすることにより、共通流路21内のインクに定在波が発生しないラインヘッド10とすることができる。
Therefore, the above equation (5) can be modified as follows. That is,
L ≦ 0.95 × n · v / (2f) or L ≧ 1.05 × n · v / (2f)
It becomes. By setting the length L (mm) of the common flow path 21 within this range, the line head 10 in which standing waves are not generated in the ink in the common flow path 21 can be obtained.

このように、最初に共通流路21の長さLが決まっているか、発熱抵抗体13の駆動周波数fが決まっているならば、定在波が発生しないように、回避すべき駆動周波数や、回避すべき共通流路21の長さが分かる。
したがって、回避した長さLの共通流路21を備えるラインヘッド10とするか、回避した駆動周波数fでラインヘッド10の発熱抵抗体13を駆動することにより、定在波の発生による画質の劣化を防止することができる。
Thus, if the length L of the common flow path 21 is first determined or the driving frequency f of the heating resistor 13 is determined, the driving frequency to be avoided so as not to generate a standing wave, The length of the common flow path 21 to be avoided is known.
Therefore, by using the line head 10 having the common flow path 21 having the avoided length L or by driving the heating resistor 13 of the line head 10 at the avoided drive frequency f, the image quality is deteriorated due to the occurrence of standing waves. Can be prevented.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、例えば以下のような種々の変形が可能である。すなわち、
(1)本実施形態では、多数のヘッドを被記録媒体の幅方向に並べて配置したラインヘッドとしたが、ヘッドを被記録媒体の幅方向に移動させて印画を行うシリアルヘッドにも適用可能である。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications such as the following are possible. That is,
(1) In this embodiment, a line head in which a large number of heads are arranged in the width direction of the recording medium is used. However, the present invention can also be applied to a serial head that performs printing by moving the heads in the width direction of the recording medium. is there.

(2)本実施形態は、エネルギー発生素子として発熱抵抗体を用いたサーマル方式としたが、発熱抵抗体等の発熱素子に代えて、振動板と、この振動板の下側に空気層を介した2つの電極を設け、両電極間に電圧を印加して振動板をたわませた後、静電気力を開放して振動板を元に戻し、その際の弾性力を利用してインク液滴を吐出させる静電吐出方式にも適用可能である。また、両面に電極を有するピエゾ素子と振動板との積層体を用い、圧電効果によって振動板を変形させてインク液滴を吐出させるピエゾ方式にも適用可能である。   (2) In this embodiment, a thermal method using a heating resistor as an energy generating element is used. However, instead of a heating element such as a heating resistor, a diaphragm and an air layer are provided below the diaphragm. After applying the voltage between the two electrodes and bending the diaphragm, the electrostatic force is released and the diaphragm is returned to its original position. The present invention can also be applied to an electrostatic discharge method that discharges water. Further, the present invention can also be applied to a piezo method in which a laminated body of piezoelectric elements having electrodes on both surfaces and a diaphragm is used, and the diaphragm is deformed by the piezoelectric effect to eject ink droplets.

本発明の液体吐出ヘッド及び液体吐出ヘッドの駆動方法は、インクジェットプリンタのプリンタヘッドに適用して特に好適なものであるが、被記録媒体は印画紙に限ることなく、例えばフィルムに対して液体を吐出する医療用の液体吐出装置等に適用したり、染め物に対して染料を吐出する液体吐出装置等に適用したりすることもできる。
また、生体試料を検出するためのDNA含有溶液を吐出する液体吐出装置等に適用することも可能である。
The liquid discharge head and the liquid discharge head driving method of the present invention are particularly suitable when applied to a printer head of an ink jet printer. However, the recording medium is not limited to photographic paper, for example, a liquid is applied to a film. The present invention can be applied to a medical liquid ejecting apparatus for ejecting, or a liquid ejecting apparatus for ejecting a dye to a dyed product.
Further, the present invention can be applied to a liquid ejection device that ejects a DNA-containing solution for detecting a biological sample.

実施形態のラインヘッドを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the line head of embodiment. ラインヘッドの発熱抵抗体を駆動するブロック図である。It is a block diagram which drives the heating resistor of a line head. ラインヘッドによる印画試験の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the printing test by a line head. 定在波の振動数Fnと駆動周波数fとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the frequency Fn of a standing wave, and the drive frequency f. 定在波の振動数Fnと管長Lnとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the frequency Fn of a standing wave, and tube length Ln. 定在波の振動数Fnと駆動周波数fとの関係を示す表である。It is a table | surface which shows the relationship between the frequency Fn of a standing wave, and the drive frequency f. インク液室を備えるプリンタヘッドを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically a printer head provided with an ink liquid chamber. 気泡圧力と気泡体積との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between bubble pressure and bubble volume. ラインヘッドの一部を示す斜視図である。It is a perspective view which shows a part of line head. ラインヘッドにおける圧力波の伝播を示す平面図である。It is a top view which shows propagation of the pressure wave in a line head. 共通流路内に発生した定在波と印画濃度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the standing wave which generate | occur | produced in the common flow path, and printing density.

符号の説明Explanation of symbols

10 ラインヘッド
12 インク液室(液室)
13 発熱抵抗体(エネルギー発生素子)
15 バリア層(液室形成部材)
17 ノズルシート
18 ノズル
19 ヘッドチップ
20 共通流路部材
21 共通流路
10 Line head 12 Ink liquid chamber (liquid chamber)
13 Heating resistor (energy generating element)
15 Barrier layer (liquid chamber forming member)
17 Nozzle sheet 18 Nozzle 19 Head chip 20 Common flow path member 21 Common flow path

Claims (8)

複数のエネルギー発生素子を一方向に配列したヘッドチップと、
液滴を吐出するためのノズルを形成したノズルシートと、
前記ヘッドチップの前記エネルギー発生素子の形成面と前記ノズルシートとの間に積層され、各前記ノズルに対応して液室を形成するための液室形成部材と、
前記ヘッドチップの全ての前記液室と連通する液体の共通流路を形成するための共通流路部材と
を備え、
前記エネルギー発生素子を駆動して、前記液室内の液体を液滴として前記ノズルから吐出し、被記録媒体に着弾させて印画する液体吐出ヘッドであって、
前記エネルギー発生素子を駆動する駆動周波数f(kHz)に対して、前記共通流路内の液体中に定在波が発生する共通流路の長さをLfn(mm)としたとき、前記共通流路の長さL(mm)が、Lfn(mm)と一致しないようにした
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
A head chip in which a plurality of energy generating elements are arranged in one direction;
A nozzle sheet on which nozzles for discharging droplets are formed;
A liquid chamber forming member that is stacked between the formation surface of the energy generating element of the head chip and the nozzle sheet, and forms a liquid chamber corresponding to each nozzle;
A common flow path member for forming a common flow path for liquid communicating with all the liquid chambers of the head chip,
A liquid discharge head that drives the energy generating element to discharge the liquid in the liquid chamber as droplets from the nozzle and land on a recording medium;
When the length of the common flow path in which the standing wave is generated in the liquid in the common flow path is Lfn (mm) with respect to the drive frequency f (kHz) for driving the energy generating element, the common flow A liquid discharge head characterized in that the path length L (mm) does not coincide with Lfn (mm).
請求項1に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
前記エネルギー発生素子を駆動する駆動周波数f(kHz)に対して、前記共通流路内の液体中に定在波が発生する共通流路の長さをLfn(mm)としたとき、前記共通流路の長さL(mm)を、
L≦0.95×Lfn 又は L≧1.05×Lfn
とした
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
The liquid discharge head according to claim 1,
When the length of the common flow path in which the standing wave is generated in the liquid in the common flow path is Lfn (mm) with respect to the drive frequency f (kHz) for driving the energy generating element, the common flow The length L (mm) of the road is
L ≦ 0.95 × Lfn or L ≧ 1.05 × Lfn
A liquid discharge head characterized by that.
請求項1に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
前記エネルギー発生素子を駆動する駆動周波数f(kHz)に対して、前記共通流路内の液体中に、基本振動による定在波が発生する共通流路の長さをLf1(mm)としたとき、前記共通流路の長さL(mm)を、
L≦0.95×Lf1
とした
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
The liquid discharge head according to claim 1,
When the length of the common flow path in which the standing wave due to the fundamental vibration is generated in the liquid in the common flow path is Lf1 (mm) with respect to the drive frequency f (kHz) for driving the energy generating element. , The length L (mm) of the common flow path,
L ≦ 0.95 × Lf1
A liquid discharge head characterized by that.
請求項1に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
前記共通流路は、両端部が閉じた直線状であり、かつ断面形状が一様の流路であって、
前記エネルギー発生素子を駆動する駆動周波数をf(kHz)とし、前記共通流路内の液体中の音速をv(m/s)としたとき、前記共通流路内の液体中に定在波が発生する共通流路の長さLfn(mm)を、
Lfn=n・v/(2f) (ただし、nは自然数)
として求め、
前記共通流路の長さL(mm)を、
L≦0.95×n・v/(2f) 又は L≧1.05×n・v/(2f)
とした
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
The liquid discharge head according to claim 1,
The common flow channel is a straight channel having both ends closed and a uniform cross-sectional shape,
When the driving frequency for driving the energy generating element is f (kHz) and the sound velocity in the liquid in the common channel is v (m / s), a standing wave is generated in the liquid in the common channel. The length Lfn (mm) of the generated common flow path is
Lfn = n · v / (2f) (where n is a natural number)
As sought
The length L (mm) of the common flow path is
L ≦ 0.95 × n · v / (2f) or L ≧ 1.05 × n · v / (2f)
A liquid discharge head characterized by that.
複数のエネルギー発生素子を一方向に配列したヘッドチップと、
液滴を吐出するためのノズルを形成したノズルシートと、
前記ヘッドチップの前記エネルギー発生素子の形成面と前記ノズルシートとの間に積層され、各前記ノズルに対応して液室を形成するための液室形成部材と、
前記ヘッドチップの全ての前記液室と連通する液体の共通流路を形成するための共通流路部材と
を備え、
前記エネルギー発生素子を駆動して、前記液室内の液体を液滴として前記ノズルから吐出し、被記録媒体に着弾させて印画する液体吐出ヘッドの駆動方法であって、
前記共通流路の長さL(mm)に対して、前記共通流路内の液体中に定在波が発生する振動数をFn(kHz)(ただし、添字nは、n次の高調波指数)としたとき、前記エネルギー発生素子を駆動する駆動周波数f(kHz)が、Fn(kHz)と一致しないようにした
ことを特徴とする液体吐出ヘッドの駆動方法。
A head chip in which a plurality of energy generating elements are arranged in one direction;
A nozzle sheet on which nozzles for discharging droplets are formed;
A liquid chamber forming member that is stacked between the formation surface of the energy generating element of the head chip and the nozzle sheet, and forms a liquid chamber corresponding to each nozzle;
A common flow path member for forming a common flow path for liquid communicating with all the liquid chambers of the head chip,
A driving method of a liquid discharge head that drives the energy generating element to discharge the liquid in the liquid chamber as droplets from the nozzle and land on a recording medium,
The frequency at which a standing wave is generated in the liquid in the common flow path is Fn (kHz) with respect to the length L (mm) of the common flow path. ), The driving frequency f (kHz) for driving the energy generating element is not matched with Fn (kHz).
請求項5に記載の液体吐出ヘッドの駆動方法において、
前記共通流路の長さL(mm)に対して、前記共通流路内の液体中に定在波が発生する振動数をFn(kHz)(ただし、添字nは、n次の高調波指数)としたとき、前記エネルギー発生素子を駆動する駆動周波数f(kHz)を、
(Fn)×1.05≦f≦(Fn+1)×0.95
とした
ことを特徴とする液体吐出ヘッドの駆動方法。
The method of driving a liquid ejection head according to claim 5,
The frequency at which a standing wave is generated in the liquid in the common flow path is Fn (kHz) with respect to the length L (mm) of the common flow path. ), The drive frequency f (kHz) for driving the energy generating element is
(Fn) × 1.05 ≦ f ≦ (Fn + 1) × 0.95
A method of driving a liquid discharge head, characterized in that
請求項5に記載の液体吐出ヘッドの駆動方法において、
前記共通流路の長さL(mm)に対して、前記共通流路内の液体中に定在波が発生する振動数をFn(kHz)(ただし、添字nは、n次の高調波指数)としたとき、前記エネルギー発生素子を駆動する駆動周波数f(kHz)を、
f=((Fn)+(Fn+1))/2±((Fn)−(Fn+1))×0.1
とした
ことを特徴とする液体吐出ヘッドの駆動方法。
The method of driving a liquid ejection head according to claim 5,
The frequency at which a standing wave is generated in the liquid in the common flow path is Fn (kHz) with respect to the length L (mm) of the common flow path. ), The drive frequency f (kHz) for driving the energy generating element is
f = ((Fn) + (Fn + 1)) / 2 ± ((Fn) − (Fn + 1)) × 0.1
A method of driving a liquid discharge head, characterized in that
請求項5に記載の液体吐出ヘッドの駆動方法において、
前記共通流路は、両端部が閉じた直線状であり、かつ断面形状が一様の流路であって、
前記共通流路の長さをL(mm)とし、前記共通流路内の液体中の音速をv(m/s)としたとき、前記共通流路内の液体中に定在波が発生する振動数をFn(kHz)を、
(Fn)=n・v/(2L) (ただし、nは高調波指数)
として求め、
前記エネルギー発生素子を駆動する駆動周波数f(kHz)を、
(n・v/(2L))×1.05≦f≦((n+1)・v/(2L))×0.95
とした
ことを特徴とする液体吐出ヘッドの駆動方法。
The method of driving a liquid ejection head according to claim 5,
The common flow channel is a straight channel having both ends closed and a uniform cross-sectional shape,
When the length of the common channel is L (mm) and the speed of sound in the liquid in the common channel is v (m / s), a standing wave is generated in the liquid in the common channel. The frequency is Fn (kHz),
(Fn) = n · v / (2L) (where n is a harmonic index)
As sought
A drive frequency f (kHz) for driving the energy generating element is
(N · v / (2L)) × 1.05 ≦ f ≦ ((n + 1) · v / (2L)) × 0.95
A method of driving a liquid discharge head, characterized in that
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