JP2006159817A - Liquid droplet discharging device and driving method for liquid droplet discharging head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ノズルから液滴を吐出させる液滴吐出装置及び液滴吐出ヘッドの駆動方法に関するものである。 The present invention relates to a droplet discharge device that discharges droplets from a nozzle and a method for driving a droplet discharge head.
微小なインク滴を用いて画像を記録するためのインクジェット記録ヘッド(以下、単に記録ヘッドという場合がある)のようにノズルから液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドでは、圧力発生室内に圧力を付与することでノズルから液滴を吐出させ、記録紙等の記録媒体上に着弾させる。 A droplet discharge head that discharges droplets from a nozzle, such as an ink jet recording head (hereinafter sometimes simply referred to as a recording head) for recording an image using minute ink droplets, applies pressure to the pressure generating chamber. As a result, droplets are ejected from the nozzle and landed on a recording medium such as recording paper.
圧力発生室内に圧力を付与する圧力付与手段は様々であるが、その一つとして、例えば特許文献1に開示されているように、圧電素子を用いてインク滴の吐出圧を得るようにした方式がある。
There are various pressure applying means for applying pressure to the pressure generating chamber. As one of them, for example, as disclosed in
このインクジェット記録ヘッドの断面図を図12に示す。具体的には、図12に示すように、圧電材料より成るベースプレートaに複数の溝b,b,…を形成すると共に、各溝b,b,…を仕切っている隔壁c,c,…を、溝bの内部空間である圧力発生室(インクチャネル)dの深さ方向に分極し、この隔壁cの所定領域(例えば上側半分)に駆動電極eを形成する。また、この溝bの上部を閉塞するようにベースプレートa上にカバープレートfを取り付ける。尚、上記各溝b,b,…はダイヤモンドブレード等による切削加工により形成されている。また、駆動電極eはスパッタリング等によって形成されている。 A cross-sectional view of this ink jet recording head is shown in FIG. Specifically, as shown in FIG. 12, a plurality of grooves b, b,... Are formed in a base plate a made of a piezoelectric material, and partition walls c, c,. Then, it is polarized in the depth direction of the pressure generation chamber (ink channel) d which is the internal space of the groove b, and the drive electrode e is formed in a predetermined region (for example, the upper half) of the partition wall c. A cover plate f is attached on the base plate a so as to close the upper portion of the groove b. The grooves b, b,... Are formed by cutting with a diamond blade or the like. The drive electrode e is formed by sputtering or the like.
そして、画像信号に応じたパルス電圧を各駆動電極e,e,…に個別に印加することで、各駆動電極e,e,…間に電位差を与え、これによって上記分極方向に直交する電界を生じさせる。このときに生じる圧電剪断歪み効果により、各隔壁c,c,…が剪断変形する。この変形により、圧力発生室d内に圧力波が発生し、その圧力によりインク滴の吐出動作が行われるようになっている。 Then, by applying a pulse voltage corresponding to the image signal to each of the drive electrodes e, e,..., A potential difference is provided between the drive electrodes e, e,. Cause it to occur. The partition walls c, c,... Undergo shear deformation due to the piezoelectric shear strain effect generated at this time. Due to this deformation, a pressure wave is generated in the pressure generating chamber d, and the ink droplet ejection operation is performed by the pressure.
この各壁部c,c,…の剪断変形動作としては、圧力発生室dが拡張する方向に隔壁cが動作するように所定の駆動電極eに膨張パルス電圧を与えた後に、インク室dが収縮する方向に隔壁cが動作するように所定の駆動電極eに収縮パルス電圧を与える。これにより、圧力発生室d内のインクに圧力波を作用させ、この圧力発生室dから図示しないインクノズルを経てインク滴を吐出するようになっている。また、膨張パルス電圧と収縮パルス電圧は、同一の電圧値に設定されている。 As the shear deformation operation of each of the walls c, c,..., After an expansion pulse voltage is applied to a predetermined drive electrode e so that the partition wall c operates in a direction in which the pressure generating chamber d expands, the ink chamber d A contraction pulse voltage is applied to a predetermined drive electrode e so that the partition wall c operates in the contracting direction. As a result, a pressure wave is applied to the ink in the pressure generation chamber d, and ink droplets are ejected from the pressure generation chamber d via an ink nozzle (not shown). The expansion pulse voltage and the contraction pulse voltage are set to the same voltage value.
ここで、膨張パルス電圧のパルス幅はインク滴の吐出力に大きく影響し、AL(ALは、圧力発生室dの音響的共振周期の1/2)にこのパルス幅が一致したときにインク滴吐出力(吐出速度)は最大となる。また、収縮パルス電圧は、膨張パルス電圧の印加解除時、つまり、時間ALの経過後に印加される。このため、上述の如く膨張パルス電圧のパルス幅を設定することにより、上記膨張パルス電圧の印加時に発生したインク流入に伴う圧力波が、圧力発生室を片道伝播してインク吐出部付近で最大の正圧となり、これと同時に、収縮パルス電圧の印加による圧力発生室の急激な変化(圧力発生室の収縮)により発生した正圧と相俟って最も効率の良い吐出力が得られることが開示されている。(特許文献1参照)。 Here, the pulse width of the expansion pulse voltage greatly affects the ejection force of the ink droplet, and when this pulse width matches AL (AL is 1/2 of the acoustic resonance period of the pressure generating chamber d), the ink droplet The discharge force (discharge speed) is maximized. The contraction pulse voltage is applied when the application of the expansion pulse voltage is released, that is, after the time AL has elapsed. Therefore, by setting the pulse width of the expansion pulse voltage as described above, the pressure wave accompanying the ink inflow generated when the expansion pulse voltage is applied propagates one way through the pressure generation chamber and reaches the maximum near the ink discharge portion. At the same time, it is disclosed that the most efficient discharge force can be obtained in combination with the positive pressure generated by the rapid change of the pressure generation chamber (contraction of the pressure generation chamber) due to the application of the contraction pulse voltage. Has been. (See Patent Document 1).
また、収縮パルス電圧のパルス幅としては、インク吐出時の正圧の圧力波が圧力発生室内を往復伝播してノズル付近で最大となった時に電圧解除を行うことでインク吐出後の圧力波を効率的にキャンセルできるので、時間2ALが最も適していることが開示されている。(特許文献1参照)。 In addition, as the pulse width of the contraction pulse voltage, the pressure wave after ink ejection is reduced by releasing the voltage when the positive pressure wave during ink ejection propagates back and forth in the pressure generation chamber and becomes maximum near the nozzle. It is disclosed that time 2AL is most suitable because it can be canceled efficiently. (See Patent Document 1).
また、特許文献2にも、収縮パルス電圧のパルス幅は、2ALに一致させることが一般的であることが開示されている。
従来の駆動方法のように、収縮パルス電圧のパルス幅を2ALとすると、圧力発生室内の圧力波はキャンセルされる。従って、圧力発生室の圧力波によるメニスカスの振動は、この時点で大きく減衰し、この後に次のインク滴の吐出動作に入ることができる。 As in the conventional driving method, when the pulse width of the contraction pulse voltage is 2AL, the pressure wave in the pressure generating chamber is cancelled. Accordingly, the meniscus vibration due to the pressure wave in the pressure generation chamber is greatly attenuated at this point, and thereafter, the next ink droplet ejection operation can be started.
従来の駆動方法によるノズルにおけるメニスカス及び液滴吐出の様子を図6(b)に示す。図6(b)において、23はノズル、102はインク柱、101はインク滴、11は主滴、12はサテライト滴、Mはメニスカスを示している。なお図6について詳細な説明は、後述する。 FIG. 6B shows a state of meniscus and droplet discharge at a nozzle by a conventional driving method. In FIG. 6B, 23 indicates a nozzle, 102 indicates an ink column, 101 indicates an ink droplet, 11 indicates a main droplet, 12 indicates a satellite droplet, and M indicates a meniscus. A detailed description of FIG. 6 will be given later.
図6(b)において、発明者らの知見によると、上記従来技術のように収縮パルスのパルス幅を2ALとして、圧力波をキャンセルした場合、キャンセルを掛けた時点では、インク柱102はメニスカスMから分離していない(図6(b)の(5))。この状態でインク柱102がノズル23から離れる方向に伸びていくと、インク柱102にはインクの表面張力が作用するだけなので、インク柱102の切れは非常に悪く、主滴部分の速度に引っ張られてインク柱が長く伸びてしまう。その後、分離したインク滴101の長さも長くなり、先頭と後尾との速度差が大きくなる。このことにより、飛翔途中で、合体しようとする表面張力に打ち勝った時点で、インク滴101が所定の体積と吐出速度とを有する主滴11と、主滴11に比べて小さい体積と吐出速度とを有するサテライト滴12に分離しやすくなり、サテライト滴12が増加することが判明した。(図6(b)の(9)、(10)参照)。
In FIG. 6B, according to the knowledge of the inventors, when the pressure wave is canceled by setting the pulse width of the contraction pulse to 2AL as in the above-described prior art, the
このような現象は、表面張力が低いインクや粘度が高いインクを吐出させた場合により顕著に現れる。 Such a phenomenon appears more prominently when ink having low surface tension or ink having high viscosity is ejected.
また、上記の駆動方法では、吐出するインク滴の速度が高速になると、インク柱の吐出速度も大きくなるので、インク柱102が伸びやすくなる。従って、上記の様な駆動方法で吐出するインク滴の速度を高めると、インク滴101が長くなるので分裂し易くなり、サテライト滴12が増加する。
Further, in the above driving method, when the speed of the ejected ink droplet is increased, the ejection speed of the ink column is increased, so that the
このようなサテライト滴12が、主滴11の着弾位置に対してずれて着弾することで、画像品質を低下させる問題が生じる。
また、上述したインクジェット記録ヘッドでは、ノズル形成部材の吐出側の面のノズル付近に付着物があると、吐出するインクがこの付着物に接触して曲った方向に飛翔したり、付着物に引きずられて飛翔しなくなってノズル付近にインクだれが生じたりすることがある。サテライト滴12が記録ヘッド近傍を浮遊して、吐出側の面のノズル付近に付着し、上述の吐出不良を引き起こすことがあるという問題点がある。
Further, in the above-described ink jet recording head, if there is a deposit near the nozzle on the discharge side surface of the nozzle forming member, the ejected ink contacts the deposit and flies in a bent direction or is dragged by the deposit. In some cases, the ink stops flying and ink drips near the nozzles. There is a problem that the
また、サテライト滴12の量が増すと、結果として装置内のミストが増え、装置内の汚れの問題、最悪の場合は電気的接触部にミストが付着し、記録装置の動作不良を引き起こすという問題を派生する。
Further, when the amount of the
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、サテライト滴を低減し、安定に液滴を吐出することのできる液滴吐出装置及び液滴吐出ヘッドの駆動方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a droplet discharge device and a droplet discharge head driving method capable of reducing satellite droplets and stably discharging droplets. And
本発明の目的は、以下のような構成により達成される。 The object of the present invention is achieved by the following configurations.
(請求項1)
駆動信号の印加により動作する圧力付与手段と、圧力付与手段の動作によって容積が膨張または収縮する圧力発生室と、圧力発生室に連通したノズルとを有する液滴吐出ヘッドと、駆動信号を発生する駆動信号発生手段とを備え、駆動信号を圧力付与手段に印加することにより圧力発生室の容積を膨張または収縮させ、ノズルから液滴を吐出させる液滴吐出装置であって、駆動信号は、圧力発生室の容積を膨張させる第1の膨張パルスと、第1の膨張パルスに続いて圧力発生室の容積を収縮させる収縮パルスとを有し、第1の膨張パルスのパルス幅は、0.7AL〜1.3AL(ALは圧力発生室の音響的共振周期の1/2)であり、収縮パルスのパルス幅は、0.3AL〜1.5ALであることを特徴とする液滴吐出装置。
(Claim 1)
A droplet applying head having a pressure applying unit that operates by applying a driving signal, a pressure generating chamber whose volume expands or contracts by the operation of the pressure applying unit, and a nozzle that communicates with the pressure generating chamber, and a driving signal are generated. A droplet discharge device that expands or contracts the volume of the pressure generation chamber by applying the drive signal to the pressure applying unit, and discharges the droplet from the nozzle. A first expansion pulse for expanding the volume of the generation chamber; and a contraction pulse for contracting the volume of the pressure generation chamber following the first expansion pulse. The pulse width of the first expansion pulse is 0.7 AL. A droplet discharge device characterized in that it is ˜1.3 AL (AL is 1/2 of the acoustic resonance period of the pressure generating chamber), and the pulse width of the contraction pulse is 0.3 AL to 1.5 AL.
(請求項2)
駆動信号の印加により動作する圧力付与手段と、圧力付与手段の動作によって容積が膨張または収縮する圧力発生室と、圧力発生室に連通したノズルとを有する液滴吐出ヘッドと、駆動信号を発生する駆動信号発生手段とを備え、駆動信号を圧力付与手段に印加することにより圧力発生室の容積を膨張または収縮させ、ノズルから液滴を吐出させる液滴吐出装置であって、駆動信号は、圧力発生室の容積を膨張させる第1の膨張パルスと、第1の膨張パルスに続いて圧力発生室の容積を収縮させる収縮パルスとを有し、第1の膨張パルスのパルス幅は、0.7AL〜1.3AL(ALは圧力発生室の音響的共振周期の1/2)であり、収縮パルスのパルス幅は、2.5AL〜3.5ALであることを特徴とする液滴吐出装置。
(Claim 2)
A droplet applying head having a pressure applying unit that operates by applying a driving signal, a pressure generating chamber whose volume expands or contracts by the operation of the pressure applying unit, and a nozzle that communicates with the pressure generating chamber, and a driving signal are generated. A droplet discharge device that expands or contracts the volume of the pressure generation chamber by applying the drive signal to the pressure applying unit, and discharges the droplet from the nozzle. A first expansion pulse for expanding the volume of the generation chamber; and a contraction pulse for contracting the volume of the pressure generation chamber following the first expansion pulse. The pulse width of the first expansion pulse is 0.7 AL. A droplet discharge device characterized in that it is ˜1.3 AL (AL is 1/2 of the acoustic resonance period of the pressure generating chamber), and the pulse width of the contraction pulse is 2.5 AL to 3.5 AL.
(請求項3)
前記駆動信号は、前記収縮パルスに続いて前記圧力発生室の容積を膨張させる第2の膨張パルスを有することを特徴とする請求項1または2に記載の液滴吐出装置。
(Claim 3)
3. The droplet discharge device according to
(請求項4)
前記第1の膨張パルスの駆動電圧をVon(V)、前記第2の膨張パルスの駆動電圧をV2on(V)としたとき、|Von|≧|V2on|であることを特徴とする請求項3に記載の液滴吐出装置。
(Claim 4)
4. When the drive voltage of the first expansion pulse is Von (V) and the drive voltage of the second expansion pulse is V2on (V), | Von | ≧ | V2on | The droplet discharge device according to 1.
(請求項5)
駆動信号の印加により動作する圧力付与手段と、圧力付与手段の動作によって容積が膨張または収縮する圧力発生室と、圧力発生室に連通したノズルとを有する液滴吐出ヘッドの圧力付与手段に駆動信号を印加することにより、圧力発生室の容積を膨張または収縮させ、ノズルから液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドの駆動方法であって、駆動信号は、圧力発生室の容積を膨張させる第1の膨張パルスと、第1の膨張パルスに続いて圧力発生室の容積を収縮させる収縮パルスとを有し、第1の膨張パルスのパルス幅は、0.7AL〜1.3AL(ALは圧力発生室の音響的共振周期の1/2)であり、収縮パルスのパルス幅は、0.3AL〜1.5ALであることを特徴とする液滴吐出ヘッドの駆動方法。
(Claim 5)
Driving signal to the pressure applying means of the droplet discharge head having pressure applying means that operates by applying a driving signal, a pressure generating chamber whose volume expands or contracts by the operation of the pressure applying means, and a nozzle that communicates with the pressure generating chamber. Is applied to expand or contract the volume of the pressure generating chamber and discharge a droplet from the nozzle. The driving signal is a first method for expanding the volume of the pressure generating chamber. An expansion pulse and a contraction pulse for contracting the volume of the pressure generation chamber following the first expansion pulse, and the pulse width of the first expansion pulse is 0.7 AL to 1.3 AL (AL is the pressure generation chamber) 1), and the pulse width of the contraction pulse is 0.3 AL to 1.5 AL.
(請求項6)
駆動信号の印加により動作する圧力付与手段と、圧力付与手段の動作によって容積が膨張または収縮する圧力発生室と、圧力発生室に連通したノズルとを有する液滴吐出ヘッドの圧力付与手段に駆動信号を印加することにより、圧力発生室の容積を膨張または収縮させ、ノズルから液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドの駆動方法であって、駆動信号は、圧力発生室の容積を膨張させる第1の膨張パルスと、第1の膨張パルスに続いて圧力発生室の容積を収縮させる収縮パルスとを有し、第1の膨張パルスのパルス幅は、0.7AL〜1.3AL(ALは圧力発生室の音響的共振周期の1/2)であり、収縮パルスのパルス幅は、2.5AL〜3.5ALであることを特徴とする液滴吐出ヘッドの駆動方法。
(Claim 6)
Driving signal to the pressure applying means of the droplet discharge head having pressure applying means that operates by applying a driving signal, a pressure generating chamber whose volume expands or contracts by the operation of the pressure applying means, and a nozzle that communicates with the pressure generating chamber. Is applied to expand or contract the volume of the pressure generating chamber and discharge a droplet from the nozzle. The driving signal is a first method for expanding the volume of the pressure generating chamber. An expansion pulse and a contraction pulse for contracting the volume of the pressure generation chamber following the first expansion pulse, and the pulse width of the first expansion pulse is 0.7 AL to 1.3 AL (AL is the pressure generation chamber) And a contraction pulse has a pulse width of 2.5 AL to 3.5 AL.
請求項1に記載の発明によれば、以下の作用効果を奏する。第1の膨張パルスのパルス幅を、1ALの近傍である0.7AL〜1.3ALとし、引き続いて収縮パルスを印加することにより、第1の膨張パルスの印加開始時の圧力発生室の膨張による負の圧力波が1ALで反転し、正の圧力になったとき、収縮による正の圧力波を足し合わせた形で加えるので、液滴の吐出圧力(吐出速度)が高まり、最も効率の良い吐出力が得られる。
According to invention of
この状態から1ALを経過すると圧力波が反転して圧力発生室内が負圧になり、更に1ALを経過すると圧力波が反転して圧力発生室内が正圧になる。以降、1ALを経過する毎に圧力が反転しながら圧力波が減衰していく。収縮パルスの印加開始時から1ALを経過して圧力波が反転して圧力発生室内が負圧になると、吐出されたメニスカスを引き戻す力が働いて押し出された液柱をくびれさせて細くする作用が働く。これに前後して、収縮パルスのパルス幅を、0.3AL〜1.5ALとして、収縮パルスの印加を終了すると圧力発生室が膨張して、更にメニスカスを引き戻す力が働いて液柱を更に細らせ、メニスカスから液柱が早期に分離され、サテライト滴が生じにくくなる。すなわち、液柱の尾が長く伸びることが抑制されて、サテライトを低減できる。
When 1AL elapses from this state, the pressure wave reverses and the pressure generating chamber becomes negative pressure, and when 1AL elapses further, the pressure wave reverses and the pressure generating chamber becomes positive pressure. Thereafter, the pressure wave is attenuated while the pressure is reversed every
請求項2に記載の発明によれば、以下の作用効果を奏する。第1の膨張パルスのパルス幅を、1ALの近傍である0.7AL〜1.3ALとし、引き続いて収縮パルスを印加することにより、第1の膨張パルスの印加開始時の圧力発生室の膨張による負の圧力波が1ALで反転し、正の圧力になったとき、収縮による正の圧力波を足し合わせた形で加えるので、液滴の吐出圧力(吐出速度)が高まり、最も効率の良い吐出力が得られる。
According to invention of
この状態から1ALを経過すると圧力波が反転して圧力発生室内が負圧になり、更に1ALを経過すると圧力波が反転して圧力発生室内が正圧になる。以降、1ALを経過する毎に圧力が反転しながら圧力波が減衰していく。収縮パルスの印加開始時から3ALを経過して圧力波が反転して圧力発生室内が負圧になると、吐出されたメニスカスを引き戻す力が働いて押し出された液柱をくびれさせて細くする作用が働く。これに前後して、収縮パルスのパルス幅を、2.5AL〜3.5ALとして、収縮パルスの印加を終了すると圧力発生室が膨張して、更にメニスカスを引き戻す力が働いて液柱を更に細らせ、メニスカスから液柱が早期に分離され、サテライト滴が生じにくくなる。すなわち、液柱の尾が長く伸びることが抑制されて、サテライトを低減できる。
When 1AL elapses from this state, the pressure wave reverses and the pressure generating chamber becomes negative pressure, and when 1AL elapses further, the pressure wave reverses and the pressure generating chamber becomes positive pressure. Thereafter, the pressure wave is attenuated while the pressure is reversed every
請求項3に記載の発明によれば、以下の作用効果を奏する。収縮パルスに続いて圧力発生室の容積を膨張させる第2の膨張パルスを有するので、第2の膨張パルスの印加開始時の負の圧力がさらに付加されることにより、より振幅の大きい圧力波を発生させることができる。このことにより、サテライト滴の低減効果を高めることができる。
According to invention of
請求項4に記載の発明によれば、以下の作用効果を奏する。サテライト低減の観点からは、圧力波の振幅は大きいほど好ましい。しかし、第1の膨張パルスの駆動電圧をVon(V)、第2の膨張パルスの駆動電圧をV2on(V)としたとき、|Von|<|V2on|とすると、V2onが過度に大きくなりすぎてしまい、誤吐出や射出不安定を起こしやすくなる。|Von|≧|V2on|とすることにより、サテライト滴の低減と射出安定性の両立を図ることができる。
According to invention of
請求項5に記載の発明によれば、請求項1に記載の発明と同様に、最も効率の良い吐出力が得られ、かつ、サテライト滴を低減できる。
According to the invention described in
請求項6に記載の発明によれば、請求項2に記載の発明と同様に、最も効率の良い吐出力が得られ、かつ、サテライト滴を低減できる。
According to the invention described in
以下に本発明に関する実施の形態の例を示すが、本発明の態様はこれらに限定されるものではない。 Although the example of embodiment regarding this invention is shown below, the aspect of this invention is not limited to these.
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る液滴吐出装置が適用されるインクジェット記録装置の概略構成を示す図である。インクジェット記録装置1において、記録媒体Pは、搬送機構3の搬送ローラ対32に挟持され、更に、搬送モータ33によって回転駆動される搬送ローラ31により図示Y方向に搬送されるようになっている。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an ink jet recording apparatus to which a liquid droplet ejection apparatus according to the present invention is applied. In the
搬送ローラ31と搬送ローラ対32の間には、記録媒体Pの記録面PSと対向するように記録ヘッド2が設けられている。この記録ヘッド2は、記録媒体Pの幅方向に亘って掛け渡されたガイドレール4に沿って、不図示の駆動手段によって、上記記録媒体Pの搬送方向(副走査方向)と略直交する図示X−X’方向(主走査方向)に沿って往復移動可能に設けられたキャリッジ5に、ノズル面側が記録媒体Pの記録面PSと対向するように配置されて搭載されており、フレキシケーブル6を介して、駆動信号を生成するための回路が設けられる駆動信号発生手段100(図3参照)に電気的に接続されている。
The
かかる記録ヘッド2は、キャリッジ5の移動に伴って記録媒体Pの記録面PSを図示X−X’方向に移動し、この移動過程でインク滴を吐出することによって所望のインクジェット画像を記録するようになっている。
The
なお、図中、7はインク受け器であり、記録ヘッド2が非記録時のホームポジション等の待機位置に設けられている。記録ヘッド2がこの待機位置にある時、このインク受け器7に向けてインク滴を少量はき捨てるようにする。記録ヘッド2がこの待機位置において長期間作動停止している時は、図示しないが、記録ヘッド2のノズル面にキャップを被せることにより保護するようになっている。また、8は記録媒体Pを挟んで上記インク受け器7の反対位置に設けられたインク受け器であり、往復両方向で記録するとき、往動から復動に切り替えるときに、上記同様にはき捨てられたインク滴を受け入れる。
In the figure,
本発明に係る駆動方法は、液滴を吐出するためのノズルの開口と、このノズルの開口に連通する圧力発生室と、この圧力発生室内の圧力を変化させる圧力付与手段とを備えた液滴吐出ヘッドであれば、どのようなタイプの液滴吐出ヘッドにも適用でき、また、圧力発生室内に満たされる液体はどのような液体であっても良い。以下の説明では、圧力発生室内の容積を膨張又は収縮させることによって圧力を変化させる圧力付与手段を備え、圧力発生室内に満たされる液体としてインクを使用した液滴吐出ヘッドであるせん断モード(シェアモード)タイプのインクジェット記録ヘッド2を用いて説明する。
The driving method according to the present invention includes a nozzle opening for discharging a droplet, a pressure generating chamber communicating with the nozzle opening, and a pressure applying means for changing the pressure in the pressure generating chamber. Any liquid discharge head can be used as long as it is a discharge head, and any liquid can be filled in the pressure generating chamber. In the following description, a shear mode (shear mode) is a droplet discharge head that includes pressure applying means that changes pressure by expanding or contracting the volume in the pressure generating chamber and uses ink as the liquid that fills the pressure generating chamber. ) Type ink
せん断モードタイプの記録ヘッドでは、圧力発生室の隔壁を圧力付与手段である圧電素子により構成し、この圧電素子を変形することによりノズルからインク滴を吐出する。 In the shear mode type recording head, the partition wall of the pressure generating chamber is constituted by a piezoelectric element as pressure applying means, and ink droplets are ejected from the nozzle by deforming the piezoelectric element.
図2は、液滴吐出ヘッドの一態様であるせん断モードタイプのインクジェット記録ヘッドの概略構成を示す図であり、(a)は一部断面で示す斜視図、(b)はインク供給部を備えた状態の断面図である。 2A and 2B are diagrams showing a schematic configuration of a shear mode type ink jet recording head which is an embodiment of a droplet discharge head, in which FIG. 2A is a perspective view showing a partial cross-section, and FIG. 2B includes an ink supply unit. FIG.
なお、以下、圧力発生室に関する構成は、全圧力発生室で共通なので、個々の圧力発生室に関する構成を表示するアルファベットの添え字は省略して、総括的に表記する場合がある。 In the following description, since the configuration related to the pressure generation chamber is common to all the pressure generation chambers, the alphabetic suffixes indicating the configuration related to the individual pressure generation chambers may be omitted and may be collectively described.
図3(a)〜(c)はその動作を示す図である。 3A to 3C are diagrams showing the operation.
図2及び図3において100は駆動信号発生手段、2は記録ヘッド、21はインクチューブ、22はノズル形成部材、23はノズル、24はカバープレート、25はインク供給口、26は基板、27は隔壁、Lは圧力発生室の長さ、Dは圧力発生室の深さ、Wは圧力発生室の幅である。そして、インクチャネルである圧力発生室28が隔壁27、カバープレート24及び基板26によって形成されている。
2 and 3, 100 is a drive signal generating means, 2 is a recording head, 21 is an ink tube, 22 is a nozzle forming member, 23 is a nozzle, 24 is a cover plate, 25 is an ink supply port, 26 is a substrate, and 27 is a substrate. The partition, L is the length of the pressure generating chamber, D is the depth of the pressure generating chamber, and W is the width of the pressure generating chamber. A
記録ヘッド2は、図3に示すように、カバープレート24と基板26の間に、電気・機械変換手段であるPZT等の圧電材料からなる複数の隔壁27A、27B、27C、27Dで隔てられた圧力発生室28が多数並設されたせん断モードタイプの記録ヘッドである。図3では多数の圧力発生室28の一部である3本(28A、28B、28C)が示されている。圧力発生室28の一端(以下、これをノズル端という場合がある)はノズル形成部材22に形成されたノズル23につながり、他端(以下、これをマニホールド端という場合がある)はインク供給口25を経て、インクチューブ21によって図示されていないインクタンクに接続されている。そして、各圧力発生室28内の隔壁27表面には両隔壁27の上方から基板26の底面に亘って繋がる電極29A、29B、29Cが密着形成され、各電極29A、29B、29Cは駆動信号発生手段100に接続している。
As shown in FIG. 3, the
次に、記録ヘッド2の製造方法と構成材料について説明する。
Next, a manufacturing method and constituent materials of the
基板26上に互いに分極方向が異なる2枚の圧電材料27a、27bを接着剤を介して上下に貼り合わせ、その上側の圧電材料27aからダイヤモンドブレード等により、圧力発生室28となる複数の溝が全て同じ形状で平行に切削加工される。これにより隣接する圧力発生室28は、矢印の方向に分極された側壁27によって区画される。また、圧力発生室28は、圧力発生室28の出口側(図2における左側)の深溝部28aと、該深溝部28aから圧力発生室28の入口側(図2における右側)に行くに従って徐々に浅くなる浅溝部28bとを有している。
Two
各隔壁27は、ここでは図3の矢印で示すように分極方向が異なる2枚の圧電材料27a、27bによって構成されているが、圧電材料は例えば符号27aの部分のみであってもよく、隔壁27の少なくとも一部にあればよい。
Here, each
圧電材料27a,27bに使用される圧電材料としては、電圧を加えることにより変形を生じるものであれば特に限定されず、公知のものが用いられ、有機材料からなる基板であっても良いが、圧電性非金属材料からなる基板が好ましく、この圧電性非金属材料からなる基板として、例えば成形、焼成等の工程を経て形成されるセラミックス基板、又は塗布や積層の工程を経て形成される基板等がある。有機材料としては、有機ポリマー、有機ポリマーと無機物とのハイブリッド材料が挙げられる。
The piezoelectric material used for the
セラミックス基板としては、PZT(PbZrO3−PbTiO3)、第三成分添加PZTがあり、第三成分としてはPb(Mg1/3Nb2/3)O3、Pb(Mn1/3Sb2/3)O3、Pb(Co1/3Nb2/3)O3等があり、さらにBaTiO3、ZnO、LiNbO3、LiTaO3等を用いて形成することができる。 Ceramic substrates include PZT (PbZrO 3 —PbTiO 3 ) and third component added PZT. The third component includes Pb (Mg 1/3 Nb 2/3 ) O 3 , Pb (Mn 1/3 Sb 2 / 3 ) O 3 , Pb (Co 1/3 Nb 2/3 ) O 3, and the like, and further, BaTiO 3 , ZnO, LiNbO 3 , LiTaO 3, and the like can be used.
また、塗布や積層の工程を経て形成される基板として、例えば、ゾルーゲル法、積層基板コーティング等で形成することができる。 Moreover, as a board | substrate formed through the process of application | coating or lamination, it can form by the sol-gel method, laminated substrate coating, etc., for example.
圧電材料27aの上面には、全圧力発生室28に亘って深溝部28a上を覆うようにカバープレート24が接着剤を介して接着されると共に、各圧力発生室28の浅溝部28b上に、圧力発生室28内へのインク流入口77が形成されている。
On the upper surface of the
カバープレート24の接着後、ノズル23が開設された1枚のノズル形成部材22が接着剤を介して接着される。
After the
カバープレート24及び基板26の材料は、特に限定されず、有機材料からなる基板であっても良いが、非圧電性非金属材料からなる基板が好ましく、この非圧電性非金属材料からなる基板として、アルミナ、窒化アルミニウム、ジルコニア、シリコン、窒化シリコン、シリコンカーバイド、石英、分極されていないPZTの少なくとも1つから選ばれることが好ましい。有機材料としては、有機ポリマー、有機ポリマーと有機物とのハイブリッド材料が挙げられる。
The material of the
また、ノズル形成部材23の材料としては、ポリイミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、液晶ポリマー、アロマティックポリアミド樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリサルフォン樹脂等の合成樹脂のほか、ステンレス等の金属材料を用いることもできる。
Further, as the material of the
各圧力発生室28内には、その両側面から底面にかけて金属電極29が形成されており、この金属電極29は、浅溝部28bを通って圧電材料27aの後部側表面まで延びている。各金属電極29には、この後部側表面において異方導電性フィルム78を介してフレキシブルケーブル6が接着されており、駆動信号発生手段100から各金属電極29に駆動信号を印加することにより側壁27をせん断変形させ、その変形時の圧力により圧力発生室28内のインクをノズルプレート22に形成されたノズル23から吐出するようになっている。
In each
金属電極29に用いられる金属としては、白金、金、銀、銅、アルミニウム、パラジウム、ニッケル、タンタル、チタンを用いることができ、特に、電気的特性、加工性の点から、金、アルミニウム、銅、ニッケルが好ましく、めっき、蒸着、スパッタで形成される。 As the metal used for the metal electrode 29, platinum, gold, silver, copper, aluminum, palladium, nickel, tantalum, and titanium can be used. In particular, from the viewpoint of electrical characteristics and workability, gold, aluminum, copper Nickel is preferable and is formed by plating, vapor deposition, or sputtering.
せん断モードタイプの記録ヘッド2は、以上のように圧電材料27a,27bに圧力発生室28を形成して、その側壁27に金属電極29を形成するだけで、ヘッドの主要部分を構成できるので、製造が簡単で、多数の圧力発生室28を高密度に配置できるために、高精細な画像記録を行う上で好ましい態様である。
The shear mode
次に、吐出動作について説明する。 Next, the discharge operation will be described.
各隔壁27表面に密着形成された電極29A、29B、29Cに駆動信号発生手段100から駆動信号が印加されると、以下に例示する動作によってインク滴をノズル23から吐出する。なお、図3ではノズルは省略してある。
When a drive signal is applied from the drive signal generating means 100 to the
なお、かかる記録ヘッド2では、以上のように、隔壁27の変形によって圧力発生室28内のインクに正負の圧力が付与されるものであり、この隔壁27は圧力付与手段を構成している。
In the
(第1の実施の形態)
図4(a)は、本発明に係る第1の実施の形態の駆動方法を実現するための駆動信号及び駆動信号によって圧力発生室28内のインクに付与される圧力を示している。また、図4(b)は、本発明に係る第1の実施の形態の駆動方法によるノズルにおけるメニスカス及び液滴吐出の様子を示している。図4(a)〜(b)及び以下の説明中の括弧内の数字は、それぞれ時間的に対応している。
(First embodiment)
FIG. 4A shows a driving signal for realizing the driving method according to the first embodiment of the present invention and the pressure applied to the ink in the
図4(a)において、横軸はAL時間、縦軸は駆動電圧を表す。また、L1と点線は駆動信号、L2と実線は圧力を表す。 In FIG. 4A, the horizontal axis represents AL time, and the vertical axis represents drive voltage. L1 and the dotted line represent the drive signal, and L2 and the solid line represent the pressure.
図4(b)において、102はインク柱、101はインク滴、Mはメニスカスを示している。 In FIG. 4B, 102 indicates an ink column, 101 indicates an ink droplet, and M indicates a meniscus.
なお、本明細書において、「インク柱」とは、先端がノズル23の開口から突出しているが、後端はノズル23内のメニスカスMと繋がっていて、未だメニスカスMから分離していない状態のインクを指し、「インク滴」とは、後端がノズル23内のメニスカスから完全に分離している状態のインクを指す。
In this specification, the “ink column” means that the front end protrudes from the opening of the
(1)かかる記録ヘッド2は、図3(a)に示す状態において、電極29A及び29Cをアースに接続すると共に電極29Bに、矩形波からなる第1の膨張パルス(正電圧)を印加すると、まず、パルスの最初の立ち上がり(P1)によって、隔壁27B、27Cを構成する圧電材料27a、27bの分極方向に直角な方向の電界が生じ、27a、27bともに隔壁の接合面にズリ変形を生じ、図3(b)に示すように隔壁27B及び隔壁27Cは互いに外側に向けて変形し、圧力発生室28Bの容積が膨張する。これにより圧力発生室28B内のインクに負の圧力が生じてインクが流れ込む(Draw)。
(1) In the state shown in FIG. 3A, when the
なお、AL(Acoustic Length)とは、上述したように、圧力発生室の音響的共振周期の1/2である。このALは、電気・機械変換手段である隔壁27に矩形波のパルスを印加して吐出するインク滴の速度を測定し、矩形波の電圧値を一定にして矩形波のパルス幅を変化させたときに、インク滴の飛翔速度が最大になるパルス幅として求められる。本実施形態の記録ヘッド2のALは2.4(μs)であるが、この値は、ヘッドの構造やインクの密度等に依存して決まるものである。
In addition, AL (Acoustic Length) is 1/2 of the acoustic resonance period of the pressure generation chamber as described above. This AL measured the speed of ink droplets ejected by applying a rectangular wave pulse to the
また、パルスとは、一定電圧波高値の矩形波であり、0Vを0%、波高値電圧を100%とした場合に、パルス幅とは、電圧の0Vからの電圧の立ち上がり始め又は立ち下がり始めの10%から波高値電圧からの立ち下がり始め又は立ち上がり始めの10%との間の時間として定義する。更に、ここで矩形波とは、電圧の10%と90%との間の立ち上がり時間、立ち下がり時間のいずれもがALの1/2以内、好ましくは1/4以内であるような波形を指す。 A pulse is a rectangular wave having a constant voltage peak value. When 0V is 0% and a peak voltage is 100%, the pulse width is the start of rising or falling of the voltage from 0V. Is defined as the time between 10% of 10% and 10% of the start of falling from the peak voltage or 10% of rising. Furthermore, the rectangular wave here refers to a waveform in which both the rise time and fall time between 10% and 90% of the voltage are within ½ of AL, preferably within ¼. .
(2)圧力発生室28B内の圧力波は、1AL時間毎に反転を繰り返すので、この最初のP1の印加から1AL時間経過後に電位を0に戻す(P2)と、隔壁27B,27Cは膨張位置から図3(a)に示す中立位置に戻り、圧力発生室28B内のインクに高い圧力が掛かる。
(2) Since the pressure wave in the
引き続いて、矩形波からなる収縮パルス(負電圧)を印加する。まず収縮パルスの立ち下がり(P3)によって、図3(c)に示すように、隔壁27B及び27Cは互いに逆方向に変形し、圧力発生室28Bの容積が収縮する。この収縮により圧力発生室28B内のインクに更に高い圧力を掛け(Reinforce)、ノズル23の開口からインク柱102を突出させる。
Subsequently, a contraction pulse (negative voltage) composed of a rectangular wave is applied. First, as shown in FIG. 3C, the
(3)1AL時間経過すると、圧力発生室28B内のインクの圧力波は負圧に反転しているので、突出されたインク柱102の根元に、図4(b)中に矢視するようにくびれを生じる。この時点で、電位を0に戻し(P4)、隔壁27B、27Cを収縮位置から中立位置に戻すと、圧力発生室28Bの容積が膨張することで圧力発生室28B内のインクに高い負の圧力が掛かる。これにより、メニスカスMが引き込まれ、突出されたインク柱102の後端が引き戻され、インク柱の径が細くなる。また、この膨張による負圧により発生した圧力波と前記反転した負圧の圧力波は、位相が同じで、重なり合って強め合うため、圧力発生室28B内に振幅の大きな圧力波が生じる。
(3) When 1AL time has elapsed, the pressure wave of the ink in the
(5)更に1AL時間が経過すると、圧力波が反転して正圧となる。 (5) When 1 AL time further elapses, the pressure wave is reversed and becomes positive pressure.
(6)更に1AL時間が経過すると、インクの圧力波が反転して負圧になる。 (6) When 1AL time further elapses, the pressure wave of the ink is reversed and becomes negative pressure.
(6.5);上記(2)でインクに高い圧力を掛けてからおよそ3.5AL時間経過後、負圧が大きくなり、ノズル23の開口から突出しているインク柱102を強く引いてインク柱を細くし、しかる後にメニスカスMから分離させ、液滴101としてノズル23から吐出させる。
(6.5); After about 3.5 AL hours have passed since the high pressure was applied to the ink in (2) above, the negative pressure increased, and the
このような駆動方法は、いわゆるDRR(DrawーReleaseーReinforce)方式による駆動方法であり、第1の膨張パルスのパルス幅はインク滴の吐出力に大きく影響し、1ALにこのパルス幅が一致したときにインク滴吐出力(吐出速度)は最大となる。また、収縮パルスは、第1の膨張パルスの立ち下がり時(P2)、つまり、1ALの経過後に印加される。このため、上述の如く第1の膨張パルスのパルス幅を1ALに設定することにより、膨張パルスの立ち上がり時(P1)に発生した負の圧力波が、圧力発生室を伝播して正圧に反転すると同時に、膨張パルスの立ち下がり(P2)及び収縮パルスの立ち下がり(P3)による圧力発生室の収縮により発生した正圧が加わり、これらが相俟って最も効率の良い吐出力が得られる。よって、インク滴の吐出速度が速くなるという利点を有する。 Such a driving method is a driving method based on a so-called DRR (Draw-Release-Reinforce) method, and the pulse width of the first expansion pulse greatly affects the ejection force of the ink droplet, and this pulse width coincides with 1AL. Sometimes the ink droplet ejection force (ejection speed) is maximized. The contraction pulse is applied when the first expansion pulse falls (P2), that is, after the passage of 1AL. For this reason, by setting the pulse width of the first expansion pulse to 1AL as described above, the negative pressure wave generated at the rise (P1) of the expansion pulse propagates through the pressure generation chamber and is reversed to the positive pressure. At the same time, the positive pressure generated by the contraction of the pressure generating chamber due to the fall of the expansion pulse (P2) and the fall of the contraction pulse (P3) is applied, and in combination, the most efficient discharge force is obtained. Therefore, there is an advantage that the discharge speed of the ink droplet is increased.
また、収縮パルスのパルス幅を1ALとしているので、収縮パルスの印加を終了して電圧を0に戻すと圧力発生室が膨張して、この膨張により発生した負圧の圧力波は、前記第1の膨張パルス及び収縮パルスの印加開始時に発生した圧力波が反転して生ずる負圧の圧力波と重なり合って、メニスカスを引き戻す力が働いてインク柱を細らせ、早期に、インク柱102が短い状態でメニスカスMから分離してインク滴101として飛翔する。よって、主滴とサテライト滴の分裂が発生しにくくなり、サテライト量を低減できる。
Further, since the pulse width of the contraction pulse is 1AL, when the application of the contraction pulse is terminated and the voltage is returned to 0, the pressure generating chamber expands, and the negative pressure wave generated by the expansion is the first pressure wave. The pressure wave generated at the start of the application of the expansion pulse and the contraction pulse overlaps with the pressure wave of the negative pressure generated by reversing, and the force to pull back the meniscus acts to narrow the ink column, and the
この収縮パルスのパルス幅は、上記の実施形態では1ALとしたが、0.3AL〜1.5ALまたは2.5AL〜3.5AL時間の範囲内に設定すればよい。この範囲内に設定することにより、この収縮パルスの印加終了時に発生する負圧の圧力波を第1の膨張パルス及び収縮パルスの印加開始時に発生した圧力波と強め合うようにすることができ、サテライトが低減できる。特に、収縮パルスのパルス幅を0.3AL〜1.5ALに設定することにより早期に収縮パルスの印加終了時(P4)の大きな負の圧力を発生させる事ができるので、早期に、インク柱102が短い状態でメニスカスMから分離してインク滴101として飛翔させ、サテライト量を低減することができる。
Although the pulse width of the contraction pulse is 1 AL in the above embodiment, it may be set within the range of 0.3 AL to 1.5 AL or 2.5 AL to 3.5 AL time. By setting within this range, the pressure wave of the negative pressure generated at the end of the application of the contraction pulse can be strengthened with the pressure wave generated at the start of the application of the first expansion pulse and the contraction pulse, Satellites can be reduced. In particular, by setting the pulse width of the contraction pulse to 0.3 AL to 1.5 AL, it is possible to generate a large negative pressure at the end of application of the contraction pulse (P4) at an early stage. Can be separated from the meniscus M in a short state and fly as
収縮パルスのパルス幅を0.3ALより短くすると、ALよりもかなり短いため、液滴吐出力が小さくなり、駆動効率が低下する(駆動電圧の上昇)。また、収縮パルスのパルス幅を4ALとした場合は、早期にメニスカスを引き戻す効果を利用できず、サテライト量を低減する効果が小さくなる。 If the pulse width of the contraction pulse is shorter than 0.3 AL, it is considerably shorter than AL, so that the droplet discharge force is reduced and the driving efficiency is reduced (increasing driving voltage). Further, when the pulse width of the contraction pulse is 4AL, the effect of pulling back the meniscus cannot be used early, and the effect of reducing the amount of satellite becomes small.
また、第1の膨張パルスのパルス幅は、上記の実施形態では1ALとしたが、0.7AL〜1.3ALの範囲内に設定すればよい。この範囲を外れると圧力波による吐出効率が下がり、駆動電圧が大きく上昇する。 The pulse width of the first expansion pulse is 1AL in the above embodiment, but may be set within a range of 0.7AL to 1.3AL. Outside this range, the ejection efficiency due to pressure waves decreases and the drive voltage increases significantly.
また、図4(a)の駆動信号では、第1の膨張パルスの駆動電圧Von(V)と収縮パルスの駆動電圧Voff(V)の比を|Von|/|Voff|=2としている。このように|Von|>|Voff|の関係とすると、圧力発生室内へのインクの供給を促進する効果があり、特に、高粘度インクで高周波駆動を行う場合に好ましい。なお、この電圧Vonと電圧Voffの基準電圧は0とは限らない。この電圧Vonと電圧Voffは、それぞれ差分の電圧である。 In the drive signal of FIG. 4A, the ratio of the first expansion pulse drive voltage Von (V) and the contraction pulse drive voltage Voff (V) is set to | Von | / | Voff | = 2. Thus, the relationship | Von |> | Voff | has an effect of promoting the supply of ink into the pressure generating chamber, and is particularly preferable when high-frequency driving is performed with high-viscosity ink. Note that the reference voltage of the voltage Von and the voltage Voff is not always zero. The voltage Von and the voltage Voff are respectively differential voltages.
また、|Von|/|Voff|=2とすることがより好ましい。 Further, it is more preferable that | Von | / | Voff | = 2.
(第2の実施の形態)
図5(a)は、本発明に係る第2の実施の形態の駆動方法を実現するための駆動信号及び駆動信号によって圧力発生室28内のインクに付与される圧力を示している。また、図5(b)は、本発明に係る第2の実施の形態の駆動方法によるノズルにおけるメニスカス及び液滴吐出の様子を示している。図5(a)〜(b)及び以下の説明中の括弧内の数字は、それぞれ時間的に対応している。第2の実施形態の駆動信号は、第1の実施形態の駆動信号に第2の膨張パルスを付加したものである。
(Second Embodiment)
FIG. 5A shows a drive signal for realizing the drive method according to the second embodiment of the present invention and the pressure applied to the ink in the
図5(a)において、横軸はAL時間、縦軸は駆動電圧を表す。また、L1と点線は駆動信号、L2と実線は圧力を表す。 In FIG. 5A, the horizontal axis represents AL time, and the vertical axis represents drive voltage. L1 and the dotted line represent the drive signal, and L2 and the solid line represent the pressure.
(1)かかる記録ヘッド2は、図3(a)に示す状態において、電極29A及び29Cをアースに接続すると共に電極29Bに、矩形波からなる第1の膨張パルス(正電圧)を印加すると、まず、パルスの最初の立ち上がり(P1)によって、隔壁27B、27Cを構成する圧電材料27a、27bの分極方向に直角な方向の電界が生じ、27a、27bともに隔壁の接合面にズリ変形を生じ、図3(b)に示すように隔壁27B及び隔壁27Cは互いに外側に向けて変形し、圧力発生室28Bの容積が膨張する。これにより圧力発生室28B内のインクに負の圧力が生じてインクが流れ込む(Draw)。
(1) In the state shown in FIG. 3A, when the
(2)圧力発生室28B内の圧力波は、1AL時間経過毎に反転を繰り返すので、この最初のP1の印加から1AL時間経過後に電位を0に戻す(P2)と、隔壁27B,27Cは膨張位置から図3(a)に示す中立位置に戻り、圧力発生室28B内のインクに高い圧力が掛かる。
(2) Since the pressure wave in the
引き続いて、矩形波からなる収縮パルス(負電圧)を印加する。まず収縮パルスの立ち下がり(P3)によって、図3(c)に示すように、隔壁27B及び27Cは互いに逆方向に変形し、圧力発生室28Bの容積が収縮する。この収縮により、圧力発生室28B内のインクに更に高い圧力を掛け、ノズル23の開口からインク柱102を突出させる。
Subsequently, a contraction pulse (negative voltage) composed of a rectangular wave is applied. First, as shown in FIG. 3C, the
(3)1AL時間経過すると、圧力発生室28B内のインクの圧力波は負圧に反転しているので、突出されたインク柱102の根元に、図5(b)中に矢視するようにくびれを生じる。この時点で、電位を0に戻し(P4)、隔壁27B、27Cを収縮位置から中立位置に戻すと、圧力発生室28Bの容積が膨張することで圧力発生室28B内のインクに高い負の圧力が掛かる。
(3) When 1AL time has elapsed, the pressure wave of the ink in the
引き続いて、矩形波からなる第2の膨張パルス(正電圧)を印加する。まず第2の膨張パルスの立ち上がり(P5)によって、図3(b)のようにインクチャネル28Bの容積を膨張させ、インクに更に高い負の圧力を掛ける。これにより、メニスカスMが引き込まれ、突出されたインク柱102の後端が強く引き戻される。
Subsequently, a second expansion pulse (positive voltage) composed of a rectangular wave is applied. First, at the rising edge (P5) of the second expansion pulse, the volume of the
この膨張による負圧の圧力波がさらに付加されることにより、より振幅の大きな圧力波を発生させることができ、インク柱の径が大きく細められる。 By further adding a negative pressure wave due to the expansion, a pressure wave having a larger amplitude can be generated, and the diameter of the ink column is greatly reduced.
(5)更に1AL時間経過すると、圧力波が反転して正圧となる。 (5) When 1 AL time further elapses, the pressure wave is reversed and becomes positive pressure.
(6)更に1AL時間が経過すると、インクの圧力波が反転して負圧になる。この時点で、電位を0に戻し(P6)、隔壁27B、27Cを膨張位置から中立位置に戻すと、圧力発生室28Bの容積が収縮することで圧力発生室28B内のインクに高い正の圧力をかけ、圧力波をキャンセルする。しかる後にメニスカスMから分離させ、液滴101としてノズル23から吐出させる。
(6) When 1AL time further elapses, the pressure wave of the ink is reversed and becomes negative pressure. At this time, when the potential is returned to 0 (P6) and the
第2の実施形態では、収縮パルスに続いて圧力発生室の容積を膨張させる第2の膨張パルスを有するので、第2の膨張パルスの印加開始時の負の圧力がさらに付加されることにより、振幅の大きな圧力波を発生させることができる。メニスカスMは、この圧力波の振動を受けることにより、より早期にインク柱102が短い状態でメニスカスMから分離してインク滴101として飛翔する。よって、主滴とサテライト滴の分裂が発生しにくくなり、サテライト量をさらに低減できる。
In the second embodiment, since the second expansion pulse for expanding the volume of the pressure generation chamber is provided following the contraction pulse, a negative pressure at the start of application of the second expansion pulse is further added, A pressure wave having a large amplitude can be generated. When the meniscus M receives the vibration of the pressure wave, the meniscus M is separated from the meniscus M in an earlier state with the
また、図5(a)の駆動信号では、第1の膨張パルスの駆動電圧Von(V)と第2の膨張パルスの駆動電圧V2on(V)の比を|Von|/|V2on|=3.3としている。このように|Von|≧|V2on|とすることにより、第2の膨張パルスの立ち上がりの工程(P5)における過度の圧力波による誤吐出、射出不安定化を防止し、サテライト滴の低減と安定射出の両立を図ることができる。 5A, the ratio of the drive voltage Von (V) of the first expansion pulse to the drive voltage V2on (V) of the second expansion pulse is | Von | / | V2on | = 3. Three. Thus, by setting | Von | ≧ | V2on |, it is possible to prevent erroneous ejection and instability of ejection due to excessive pressure waves in the second expansion pulse rising step (P5), and to reduce and stabilize satellite droplets. It is possible to achieve both injections.
上記の実施形態では、第2の膨張パルスのパルス幅を略2ALとし、収縮パルスの印加開始(P3)から第2の膨張パルスの印加終了(P6)までの時間が、略3ALとなっている。このようにALの奇数倍とすることにより、圧力波をキャンセルし、短周期での安定射出を図ることができる。高周波駆動に対して好ましい態様である。 In the above embodiment, the pulse width of the second expansion pulse is approximately 2AL, and the time from the start of application of the contraction pulse (P3) to the end of application of the second expansion pulse (P6) is approximately 3AL. . Thus, by setting the odd multiple of AL, it is possible to cancel the pressure wave and achieve stable injection in a short cycle. This is a preferred mode for high frequency driving.
(従来技術の駆動方法)
次に、比較のため、従来技術の駆動方法を適用した場合について説明する。
(Prior art driving method)
Next, for comparison, a case in which a conventional driving method is applied will be described.
図6(a)は、従来技術に係る駆動方法を実現するための駆動信号及び駆動信号によって圧力発生室28内のインクに付与される圧力を示している。
FIG. 6A shows a driving signal for realizing the driving method according to the prior art and the pressure applied to the ink in the
図6(b)は、従来技術の駆動方法によるノズルにおけるメニスカス及び液滴吐出の様子を示している。図6(a)〜(b)及び以下の説明中の括弧内の数字は、それぞれ時間的に対応している。 FIG. 6B shows a state of meniscus and droplet discharge in the nozzle by the conventional driving method. The numbers in parentheses in FIGS. 6A to 6B and the following description correspond to each other in terms of time.
図6(a)において、横軸はAL時間、縦軸は駆動電圧を表す。また、L1と点線は駆動信号、L2と実線は圧力を表す。 In FIG. 6A, the horizontal axis represents AL time, and the vertical axis represents drive voltage. L1 and the dotted line represent the drive signal, and L2 and the solid line represent the pressure.
図6(b)において、11は主滴、12はサテライト滴、SLはサテライト長さを示している。 In FIG. 6B, 11 indicates the main droplet, 12 indicates the satellite droplet, and SL indicates the satellite length.
(1)かかる記録ヘッド2は、図3(a)に示す状態において、電極29A及び29Cをアースに接続すると共に電極29Bに、第1の膨張パルス(正電圧)を印加すると、まず、パルスの最初の立ち上がり(P1)によって、隔壁27B、27Cを構成する圧電材料27a、27bの分極方向に直角な方向の電界が生じ、27a、27bともに隔壁の接合面にズリ変形を生じ、図3(b)に示すように隔壁27B及び隔壁27Cは互いに外側に向けて変形し、圧力発生室28Bの容積が膨張する。これにより圧力発生室28B内のインクに負の圧力が生じてインクが流れ込む(Draw)。
(1) In such a
(2)圧力発生室28B内の圧力波は、1AL時間経過毎に反転を繰り返すので、この最初のP1の印加から1AL時間経過後に電位を0に戻す(P2)と、隔壁27B,27Cは膨張位置から図3(a)に示す中立位置に戻り、圧力発生室28B内のインクに高い圧力が掛かる。
(2) Since the pressure wave in the
引き続いて、収縮パルス(負電圧)を印加する。まず収縮パルスの立ち下がり(P3)によって、図3(c)に示すように、隔壁27B及び27Cは互いに逆方向に変形し、圧力発生室28Bの容積が収縮する。この収縮により、インクに更に高い圧力を掛け、ノズル23の開口からインク柱102を突出させる。
Subsequently, a contraction pulse (negative voltage) is applied. First, as shown in FIG. 3C, the
(3)1AL時間経過すると、圧力発生室28B内のインクの圧力波は負圧に反転しているので、突出されたインク柱102の根元に、図6(b)に矢視するようにくびれを生じる。
(3) When 1 AL time has elapsed, the pressure wave of the ink in the
(5)更に1AL時間経過すると、圧力波が反転して正圧となるので、電位を0に戻し(P4)、隔壁27B、27Cを収縮位置から中立位置に戻すと、圧力発生室28Bの容積が膨張することでメニスカスMが引き込まれ、突出されたインク柱102の後端が引き戻される。この膨張の負圧による圧力波と前記正圧の圧力波は、位相が180°ずれているので、相殺してキャンセルし合い、圧力波は早期に減衰することになる。この時点でインク柱102はメニスカスMから分離していない。
(5) When 1 AL time further elapses, the pressure wave reverses and becomes positive pressure. Therefore, when the potential is returned to 0 (P4) and the
(6)、(7)その後、インク柱102は、圧力波によるメニスカスの振動がほとんどない状態で伸び続ける。
(6), (7) Thereafter, the
(8)インクの表面張力により、自然にインク柱102が、メニスカスMから分離して長く尾の引いたインク滴101として飛翔する。
(8) Due to the surface tension of the ink, the
(9)(10)インク滴101が、主滴11とサテライト滴12に分離する。
(9) (10) The
従来技術のように収縮パルスのパルス幅を2ALとした場合では、圧力発生室内の正圧の圧力波と収縮パルスの印加終了時に発生する負圧の圧力波とが相殺し合い、メニスカスを引き戻す作用が働かないため、その後のメニスカスMからのインク柱102の分離は、圧力波によるメニスカスの振動が小さい状態で行われることとなり、きわめて遅くなる。このことによりインク柱102が伸び、サテライト量が多くなってしまう。図6中のSLはサテライト長さであり、この長さが長いほどサテライト量は多くなる。
When the pulse width of the contraction pulse is 2AL as in the prior art, the pressure wave of the positive pressure in the pressure generation chamber and the pressure wave of the negative pressure generated at the end of the application of the contraction pulse cancel each other, and the meniscus is pulled back. Since it does not work, the subsequent separation of the
次に、本発明の実施形態に係わる駆動方法の1例である時分割駆動について説明する。 Next, time-division driving, which is an example of the driving method according to the embodiment of the present invention, will be described.
前述のような少なくとも一部が圧電材料で構成された隔壁27によって隔てられた複数の圧力発生室28を有する記録ヘッド2を駆動する場合、一つの圧力発生室28の隔壁が吐出の動作をすると、隣の圧力発生室28が影響を受けるため、通常、複数の圧力発生室28のうち、互いに1本以上の圧力発生室28を挟んで離れている圧力発生室28をまとめて1つの組となすようにして、2つ以上の組に分割し、各組毎にインク吐出動作を時分割で順次行うように駆動制御される。例えば、全圧力発生室28を2つおきに選んで3相に分けて吐出する、いわゆる3サイクル吐出法が行われる。
When the
かかる3サイクル吐出動作について図7を用いて更に説明する。図7に示す例では、記録ヘッドは圧力発生室がA1、B1、C1、A2、B2、C2、A3、B3、C3の9つの圧力発生室28で構成されているとし、図4の駆動信号を例に挙げて説明する。また、このときのA、B、Cの各組の圧力発生室28の電極に印加される駆動信号のタイミングチャートを図8に示す。
Such a three-cycle discharge operation will be further described with reference to FIG. In the example shown in FIG. 7, it is assumed that the pressure generation chamber of the recording head is composed of nine pressure generation chambers A1, B1, C1, A2, B2, C2, A3, B3, and C3. Will be described as an example. Further, FIG. 8 shows a timing chart of drive signals applied to the electrodes of the
インク吐出時には、まずA組(A1、A2、A3)の各圧力発生室28の電極に電圧を掛け、その両隣の圧力発生室の電極を接地する。A組の圧力発生室に矩形波からなる第1の膨張パルス(正電圧)を掛けると、吐出したいA組の隔壁が外側に変形し、その圧力発生室28内に負圧が発生する。この負圧により、A組の圧力発生室28にインクが供給される。
At the time of ink ejection, first, voltage is applied to the electrodes of the
この状態を1ALの間保つと、圧力波が正圧に反転するので、このタイミングで電極を接地すると、隔壁の変形が元に戻り、高い圧力がA組の圧力発生室28内のインクに掛かる。更に、同じタイミングでA組の各圧力発生室の電極に矩形波からなる収縮パルス(負電圧)を掛けると、隔壁が内側に変形し、更に高い圧力がインクに掛かり、ノズルからインク柱が押し出される。1AL時間後、圧力波が反転して圧力発生室28内が負圧になる。このタイミングで電極を接地すると、隔壁の変形が元に戻り、強い圧力波が発生する。
If this state is maintained for 1 AL, the pressure wave is reversed to a positive pressure. Therefore, when the electrode is grounded at this timing, the deformation of the partition wall is restored and high pressure is applied to the ink in the
続いてB組(B1、B2、B3)の各圧力発生室28、更に続いてC組(C1、C2、C3)の各圧力発生室28へと上記同様に動作する。
Subsequently, the operation is performed in the same manner as described above for each
マルチドロップ吐出を行う場合には、吐出したいインク滴数分だけ、第1の膨張パルスと収縮パルスからなる吐出パルスを繰り返す。駆動信号発生手段100は、1つの画素周期内にインク滴を複数回連続して吐出させる駆動信号を出力する。 When performing multi-drop ejection, ejection pulses composed of the first expansion pulse and contraction pulse are repeated for the number of ink droplets to be ejected. The drive signal generating means 100 outputs a drive signal for ejecting ink droplets continuously a plurality of times within one pixel cycle.
ここで、同一の圧力発生室のノズルから連続してインク滴を吐出する際の、吐出パルスの間隔(前の吐出の収縮パルスの印加終了から次の吐出の第1膨張パルスの印加開始までの時間)は、ALの奇数倍とすることが好ましい。その理由は、本発明の駆動方法では、圧力波のキャンセルがされないため、前の吐出パルスの奇数AL後に次の吐出パルスを印加すると、前の吐出パルスの圧力波と次の吐出パルスによる圧力波とが逆位相となり、圧力波が後のインク吐出に与える影響を最小にすることができるためである。 Here, when ejecting ink droplets continuously from the nozzles of the same pressure generating chamber, the interval between ejection pulses (from the end of the application of the contraction pulse of the previous ejection to the start of the application of the first expansion pulse of the next ejection) Time) is preferably an odd multiple of AL. The reason is that in the driving method of the present invention, the pressure wave is not canceled, so that when the next discharge pulse is applied after the odd number AL of the previous discharge pulse, the pressure wave of the previous discharge pulse and the pressure wave due to the next discharge pulse are applied. This is because the phase is reversed and the influence of the pressure wave on the subsequent ink ejection can be minimized.
かかるせん断モードタイプのインクジェット記録ヘッドでは、隔壁27の変形は壁の両側に設けられる電極に掛かる電圧差で起こるので、インク吐出を行う圧力発生室の電極に負電圧を掛ける代わりに、図9に示すように、インク吐出を行う圧力発生室の電極を接地して、その両隣の圧力発生室の電極に正電圧を掛けるようにしても同様に動作させることができる。この後者の方法によれば、正電圧だけで駆動できるため、電源コストの点で好ましい態様である。
In such a shear mode type ink jet recording head, the deformation of the
なお、本発明の駆動方法は、吐出時のインク温度におけるインクの粘度が5cp以上15cp以下である場合に顕著な効果を発揮する。このようなインクは粘度が高く、流体抵抗が大きくなるので、インク柱がメニスカスから分離しにくくなる。従って、インク柱が長く伸びやすく、サテライトが発生しやすくなるからである。 Note that the driving method of the present invention exhibits a remarkable effect when the viscosity of the ink at the ink temperature at the time of ejection is 5 cp or more and 15 cp or less. Such ink has a high viscosity and a high fluid resistance, so that the ink column is difficult to separate from the meniscus. Therefore, the ink column is easily elongated for a long time, and satellites are easily generated.
また、粘度が高すぎると、ノズルからインクを円滑に吐出させることができず、駆動電圧が上昇してしまうため、インク粘度は15cp以下が好ましい。 Further, if the viscosity is too high, the ink cannot be smoothly ejected from the nozzles, and the drive voltage increases. Therefore, the ink viscosity is preferably 15 cp or less.
粘度の測定は、振動式粘度計Model VM−1A−L(山一電機工業株式会社)を用いて測定できる。また、密度計Model DA−110(京都エレクトロニクス)を用いて密度を測定し、振動式粘度計の読みとり値を密度で除算し、粘度とした。 The viscosity can be measured using a vibration viscometer Model VM-1A-L (Yamaichi Electronics Co., Ltd.). Further, the density was measured using a density meter Model DA-110 (Kyoto Electronics), and the reading value of the vibration viscometer was divided by the density to obtain the viscosity.
また、本発明の駆動方法は、25℃におけるインクの表面張力が20dyne/cm以上30dyne/cm以下である場合に顕著な効果を発揮する。このような表面張力が低いインクは、高粘度インクと同様にインク柱がメニスカスから分離しにくくなり、サテライトが発生しやすくなるからである。 Further, the driving method of the present invention exhibits a remarkable effect when the surface tension of the ink at 25 ° C. is 20 dyne / cm or more and 30 dyne / cm or less. This is because such an ink having a low surface tension makes it difficult to separate the ink column from the meniscus, as in the case of the high-viscosity ink, and satellites are easily generated.
また、インクの表面張力が低すぎると、ノズル形成部材22に対する濡れ性が高くなるので、吐出側の面のノズル23付近にインクが付着し易くなり、インク吐出が影響を受けやすい。吐出面のノズル23付近に付着物があると、吐出するインクがこの付着物に接触して曲った方向に飛翔してしまう。このため、インクの表面張力が20dyne/cm以上が好ましい。
If the surface tension of the ink is too low, the wettability with respect to the
表面張力は、表面張力計CBVP式A−3型(協和科学株式会社)を用いて測定できる。 The surface tension can be measured using a surface tension meter CBVP type A-3 (Kyowa Kagaku Co., Ltd.).
このようなインクとしては、油系インクや紫外線硬化インクが挙げられる。油系インクとは、炭素数15〜18の飽和炭化水素、または、炭素数15〜18の単価アルコール、もしくは、それらの誘導体を溶媒として、80質量%以上含有するインクを指す。油系インクは、耐水性の良好な画像が得られる利点がある。 Examples of such ink include oil-based ink and ultraviolet curable ink. The oil-based ink refers to an ink containing 80% by mass or more of a saturated hydrocarbon having 15 to 18 carbon atoms, a monohydric alcohol having 15 to 18 carbon atoms, or a derivative thereof as a solvent. Oil-based inks have the advantage that images with good water resistance can be obtained.
紫外線硬化インクとしては、カチオン重合性のインク、ラジカル重合性のインクを各々単独で使用することが可能であるが、両者を混合し、ハイブリッドインクとして使用することも可能である。 As the ultraviolet curable ink, a cation polymerizable ink and a radical polymerizable ink can be used singly, but they can be mixed and used as a hybrid ink.
紫外線硬化インクは、下記に示すようなエポキシ化合物、エポキシ化油、オキセタン化合物、非プロトン性溶媒、ラジカル重合性モノマー、色材、その他添加剤等を構成成分として含むことが好ましい。 The ultraviolet curable ink preferably contains an epoxy compound, an epoxidized oil, an oxetane compound, an aprotic solvent, a radical polymerizable monomer, a coloring material, other additives, and the like as described below as constituent components.
カチオン重合性の化合物としては、エポキシ化合物、エポキシ化油、オキセタン化合物等を用いることが出来る。また、ラジカル重合性化合物としては、ラジカル重合性モノマーを用いることが出来る。ラジカル重合性モノマーとしては、各種(メタ)アクリレートモノマーが使用出来る。例えば、イソアミルアクリレート、ステアリルアクリレート、ラウリルアクリレート、オクチルアクリレート、デシルアクリレート、イソミルスチルアクリレート、イソステアリルアクリレート、2−エチルヘキシル−ジグリコールアクリレート、2−ヒドロキシブチルアクリレート、2−アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸、ブトキシエチルアクリレート、エトキシジエチレングリコールアクリレート、メトキシジエチレングリコールアクリレート、メトキシポリエチレングリコールアクリレート、メトキシプロピレングリコールアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、イソボルニルアクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピルアクリレート、2−アクリロイキシエチルコハク酸、2−アクリロイキシエチルフタル酸、2−アクリロイキシエチル−2−ヒドロキシエチル−フタル酸、ラクトン変性可とう性アクリレート、t−ブチルシクロヘキシルアクリレート等の単官能モノマー、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、1,9−ノナンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ジメチロール−トリシクロデカンジアクリレート、ビスフェノールAのEO付加物ジアクリレート、ビスフェノールAのPO付加物ジアクリレート、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジアクリレート、ポリテトラメチレングリコールジアクリレート等の二官能モノマー、トリメチロールプロパントリアクリレート、EO変性トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート、グリセリンプロポキシトリアクリレート、カウプロラクトン変性トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールエトキシテトラアクリレート、カプロラクタム変性ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート等の三官能以上の多官能モノマーが挙げられる。 As the cationically polymerizable compound, an epoxy compound, an epoxidized oil, an oxetane compound, or the like can be used. Moreover, a radically polymerizable monomer can be used as the radically polymerizable compound. As the radical polymerizable monomer, various (meth) acrylate monomers can be used. For example, isoamyl acrylate, stearyl acrylate, lauryl acrylate, octyl acrylate, decyl acrylate, isomyristyl acrylate, isostearyl acrylate, 2-ethylhexyl-diglycol acrylate, 2-hydroxybutyl acrylate, 2-acryloyloxyethyl hexahydrophthalic acid , Butoxyethyl acrylate, ethoxydiethylene glycol acrylate, methoxydiethylene glycol acrylate, methoxypolyethylene glycol acrylate, methoxypropylene glycol acrylate, phenoxyethyl acrylate, tetrahydrofurfuryl acrylate, isobornyl acrylate, 2-hydroxyethyl acrylate, 2-hydroxypropyl acrylate, 2 Hydroxy-3-phenoxypropyl acrylate, 2-acryloylethyl succinic acid, 2-acryloylethyl phthalic acid, 2-acryloylethyl-2-hydroxyethyl-phthalic acid, lactone-modified flexible acrylate, t- Monofunctional monomers such as butylcyclohexyl acrylate, triethylene glycol diacrylate, tetraethylene glycol diacrylate, polyethylene glycol diacrylate, tripropylene glycol diacrylate, polypropylene glycol diacrylate, 1,4-butanediol diacrylate, 1,6- Hexanediol diacrylate, 1,9-nonanediol diacrylate, neopentyl glycol diacrylate, dimethylol-tricyclodecane diacrylate, bis Bifunctional monomers such as EO adduct diacrylate of Enol A, PO adduct diacrylate of bisphenol A, neopentyl glycol diacrylate hydroxypivalate, polytetramethylene glycol diacrylate, trimethylolpropane triacrylate, EO-modified trimethylolpropane Triacrylate, pentaerythritol triacrylate, pentaerythritol tetraacrylate, dipentaerythritol hexaacrylate, ditrimethylolpropane tetraacrylate, glycerin propoxytriacrylate, cowprolactone-modified trimethylolpropane triacrylate, pentaerythritol ethoxytetraacrylate, caprolactam-modified dipenta Three officials such as erythritol hexaacrylate And a polyfunctional monomer having a capacity higher than that of the polymer.
画像記録に紫外線硬化インクを用いると、画像記録後に紫外線を照射すれば紫外線硬化インクは硬化するので、長期間にわたって画像を消えずに維持することができ、インクジェットプリンタによる画像の品質を高めることができる。さらに、紫外線硬化インクを画像記録に用いれば、記録媒体がインク吸収性のよい記録媒体(例えば、紙など)でなくとも、インク吸収性のない記録媒体、あるいはインク吸収性の低い記録媒体であっても画像記録を行なうことができる。 When UV curable ink is used for image recording, the UV curable ink is cured if irradiated with UV after image recording, so that the image can be maintained without disappearing for a long period of time, and the image quality by the ink jet printer can be improved. it can. Further, when ultraviolet curable ink is used for image recording, even if the recording medium is not a recording medium with good ink absorption (for example, paper), the recording medium has no ink absorption or a recording medium with low ink absorption. Even image recording can be performed.
特に、紫外線硬化インクの場合、サテライトがノズル近傍などに付着した後、紫外線の漏れ光が照射されて、硬化してしまうと除去が困難になるので、サテライトを低減することは特に重要である。 In particular, in the case of ultraviolet curable ink, it is particularly important to reduce satellites, since it becomes difficult to remove the ultraviolet rays after being attached to the vicinity of the nozzles and then irradiated with ultraviolet leakage light and cured.
以上の実施形態では、圧力付与手段(隔壁S)が圧電素子により構成されるものを示した。本発明の駆動方法は、このように圧力付与手段が圧電素子により構成されるものである場合に、圧力発生室の容積を膨張させる制御が容易にできるために好ましい。 In the above embodiment, the pressure applying means (partition wall S) is constituted by a piezoelectric element. The driving method of the present invention is preferable because the control for expanding the volume of the pressure generating chamber can be easily performed when the pressure applying means is constituted by a piezoelectric element.
また、上記実施形態では、ALに比べて十分に短い立ち上がり時間及び立ち下がり時間を持った矩形波の駆動パルスを圧電素子に印加している。矩形波を用いることで、圧力波の音響的共振をより有効に利用した駆動を行なうことができる。台形波を使用する方法に比べてインク滴を吐出させる効率が良く、低い駆動電圧で駆動させることができる上に、簡単なデジタル回路で駆動回路を設計できる効果がある。また、パルス幅の設定が容易になるという利点を有する。 In the above embodiment, a rectangular-wave drive pulse having a sufficiently short rise time and fall time as compared with AL is applied to the piezoelectric element. By using the rectangular wave, it is possible to perform driving using the acoustic resonance of the pressure wave more effectively. Compared with a method using a trapezoidal wave, the ink droplets are ejected more efficiently, and can be driven with a lower drive voltage. In addition, the drive circuit can be designed with a simple digital circuit. In addition, the pulse width can be easily set.
また、上記実施形態例では、圧力付与手段として電界を印加することによりせん断モードで変形するせん断モード型の圧電素子を用いた。せん断モード型の圧電素子では、矩形波の駆動パルスをより効果的に利用することができ、駆動電圧が下げられ、より効率的な駆動が可能となるため好ましい。また、圧力発生室であるインクチャネルが隔壁を隔てて連続しているヘッドの例を示したが、インクチャネルとダミーチャネルとを交互に配列して、インクチャネルが1つおきに配置されており、インクチャネルからインクを吐出するようにしたダミーチャネル型ヘッドにも本発明は適用できる。この場合、インクチャネルの隔壁がせん断変形しても、隣接した他のインクチャネルに影響することがなく、インクチャネルの駆動が容易である。 In the above embodiment, a shear mode type piezoelectric element that deforms in a shear mode by applying an electric field is used as the pressure applying means. The shear mode type piezoelectric element is preferable because a rectangular-wave drive pulse can be used more effectively, the drive voltage is lowered, and more efficient drive is possible. In addition, an example of a head in which ink channels that are pressure generation chambers are continuous across a partition wall has been shown. However, ink channels and dummy channels are alternately arranged so that every other ink channel is arranged. The present invention can also be applied to a dummy channel head that discharges ink from an ink channel. In this case, even if the partition wall of the ink channel is shear-deformed, the ink channel is easily driven without affecting other adjacent ink channels.
但し、本発明はこれらに限られるものではなく、例えば、圧電素子を単板型の圧電アクチュエータや縦振動タイプの積層型圧電素子等、別の形態の圧電素子を用いてもかまわない。また、静電力や磁力を利用した電気機械変換素子や、沸騰現象を利用して圧力を付与させるための電気熱変換素子等、他の圧力付与手段を用いてもかまわない。 However, the present invention is not limited to these, and other types of piezoelectric elements such as a single plate type piezoelectric actuator and a longitudinal vibration type stacked piezoelectric element may be used as the piezoelectric element. Also, other pressure applying means such as an electromechanical conversion element using electrostatic force or magnetic force, or an electrothermal conversion element for applying pressure using a boiling phenomenon may be used.
また、以上の説明では、液滴吐出装置としてインクジェット記録装置の適用例を示し、液滴吐出ヘッドとして画像記録を行うためのインクジェット記録ヘッドを用いたが、本発明は、これに限定されるものではなく、液滴を吐出するためのノズルと、このノズルに連通する圧力発生室と、この圧力発生室内の圧力を変化させる圧力付与手段とを備え、圧力発生室内の液体を液滴としてノズルから吐出させる液滴吐出装置及び液滴吐出ヘッドの駆動方法として広く適用可能である。特に、液晶用カラーフィルターの作製用途など、サテライト付着のない高精細な印字を必要とする産業用途において有効である。 In the above description, an application example of an ink jet recording apparatus is shown as a liquid droplet ejection apparatus, and an ink jet recording head for performing image recording is used as a liquid droplet ejection head. However, the present invention is not limited to this. Rather, a nozzle for discharging droplets, a pressure generation chamber communicating with the nozzle, and a pressure applying means for changing the pressure in the pressure generation chamber, and the liquid in the pressure generation chamber as droplets from the nozzle The present invention can be widely applied as a droplet discharge device for discharging and a method for driving a droplet discharge head. In particular, it is effective in industrial applications that require high-definition printing with no satellite adhesion, such as liquid crystal color filter manufacturing applications.
(実施例1〜8)
図2に示すシェアモードタイプの記録ヘッド(ノズルピッチ:180dpi、ノズル数:256、ノズル径:23μm、AL:2.4μs、インク滴量:4pl)を2つ用意し、各ヘッドのノズル列が、相互に1/2ピッチずらされ、千鳥状に配置するように貼り合わせた。これにより、各ヘッドのそれぞれが180dpiのヘッドであるので、ノズルのピッチを互いに1/2ずらせることで、360dpiの記録ヘッドとして使用することが可能となり、ノズル数を増やし、高密度の記録ヘッドとすることができる。
(Examples 1-8)
Two share mode type recording heads (nozzle pitch: 180 dpi, number of nozzles: 256, nozzle diameter: 23 μm, AL: 2.4 μs, ink droplet amount: 4 pl) shown in FIG. 2 are prepared. They were attached so that they were shifted by 1/2 pitch from each other and arranged in a staggered manner. As a result, since each head is a 180 dpi head, it is possible to use it as a 360 dpi recording head by shifting the nozzle pitch by ½, increasing the number of nozzles and increasing the number of nozzles. It can be.
この2列ヘッド(ノズルピッチ:360dpi、ノズル数:512)の各列のチャネルを図9に示した駆動信号を基本として、3群に分け、以下の条件で3サイクル駆動を行った。インクは、アクリル系紫外線硬化インクを用いて、50℃に加熱して吐出させた。 The channels of each row of this two-row head (nozzle pitch: 360 dpi, number of nozzles: 512) were divided into three groups based on the drive signal shown in FIG. 9, and three-cycle drive was performed under the following conditions. The ink was discharged by heating to 50 ° C. using an acrylic ultraviolet curable ink.
駆動パルスは、第1の膨張パルスの駆動電圧Vonと収縮パルスの駆動電圧Voffの比(|Von|/|Voff|)を2とし、第1の膨張パルスのパルス幅を1ALに設定し、収縮パルスのパルス幅を以下に示す8通りに変化させた。 The drive pulse is contracted by setting the ratio (| Von | / | Voff |) of the drive voltage Von of the first expansion pulse to the drive voltage Voff of the contraction pulse to 2 and setting the pulse width of the first expansion pulse to 1AL. The pulse width of the pulse was changed in the following eight ways.
条件。 conditions.
インク:アクリル系紫外線硬化インク(粘度10cp(50℃における測定値)、表面張力28dyne/cm(25℃における測定値))。
Ink: Acrylic ultraviolet curable ink (
第1の膨張パルスと収縮パルスの駆動電圧比:|Von|/|Voff|=2。 Drive voltage ratio of the first expansion pulse and the contraction pulse: | Von | / | Voff | = 2.
第1の膨張パルスのパルス幅:1AL。 Pulse width of the first expansion pulse: 1AL.
収縮パルスのパルス幅:0.3AL(実施例1)、0.5AL(実施例2)、1.0AL(実施例3)、1.25AL(実施例4)、1.5AL(実施例5)、2.5AL(実施例6)、3.0AL(実施例7)、3.5AL(実施例8)。 Pulse width of contraction pulse: 0.3AL (Example 1), 0.5AL (Example 2), 1.0AL (Example 3), 1.25AL (Example 4), 1.5AL (Example 5) 2.5AL (Example 6), 3.0AL (Example 7), 3.5AL (Example 8).
駆動周期:55.2μs。 Drive cycle: 55.2 μs.
任意の1ノズルについて、駆動電圧(Von、Voff)を変化させながら(|Von|/|Voff|=2に固定)、インク滴の飛翔速度、サテライト長さ及び駆動電圧を下記の方法を用いて評価した。 For any one nozzle, while changing the driving voltage (Von, Voff) (fixed to | Von | / | Voff | = 2), the flying speed of the ink droplet, the satellite length, and the driving voltage are determined using the following method. evaluated.
なお、インク滴は、連続して20発のインク滴を吐出させ、20発目のインク滴について評価した。 In addition, as for the ink droplets, 20 ink droplets were ejected continuously, and the 20th ink droplet was evaluated.
飛翔速度、サテライト長さ測定:CCDカメラを用いたストロボ測定により、インク滴がノズル開口から約1mm飛翔した時点でのインク滴速度とサテライトの長さSLを測定した。サテライト長さSLが長いほどサテライト量は多くなる。 Measurement of flying speed and satellite length: The ink drop speed and the satellite length SL were measured by the strobe measurement using a CCD camera when the ink drop flew about 1 mm from the nozzle opening. The satellite amount increases as the satellite length SL increases.
駆動電圧評価:インク滴速度が6m/sになるときの駆動電圧(Von)を評価。
(比較例1〜2)
収縮パルスのパルス幅を以下に示す通りとした以外は実施例1〜8と同一とした。
Drive voltage evaluation: Evaluate the drive voltage (Von) when the ink droplet velocity is 6 m / s.
(Comparative Examples 1-2)
Examples 1 to 8 were the same except that the pulse width of the contraction pulse was as shown below.
収縮パルスのパルス幅:0.1AL(比較例1)、2.0AL(比較例2)の2通り。 Contraction pulse width: 0.1 AL (Comparative Example 1), 2.0 AL (Comparative Example 2).
実施例1〜8及び比較例2について、20発目のインク滴速度とサテライト長さの関係を図10に示す。比較例1では、インク滴速度が非常に遅く、不安定となるため、除外している。 FIG. 10 shows the relationship between the 20th ink drop velocity and the satellite length for Examples 1 to 8 and Comparative Example 2. In Comparative Example 1, since the ink droplet speed is very slow and unstable, it is excluded.
図10において、横軸はインク滴速度(m/s)、縦軸はサテライト長さ(μm)を表す。図中の◇で表された点及び線L1は実施例1、図中の○で表された点及び線L2は実施例2、図中の▲で表された点及び線L3は実施例3、図中の■で表された点及び線L4は実施例4、図中の△で表された点及び線L5は実施例5、図中の◆で表された点及び線L6は比較例2、図中の+で表された点及び線L7は実施例6、図中の●で表された点及び線L8は実施例7、図中のЖで表された点及び線L9は実施例8にそれぞれ対応している。 In FIG. 10, the horizontal axis represents the ink droplet velocity (m / s), and the vertical axis represents the satellite length (μm). The points and lines L1 represented by 中 in the figure are Example 1, the points and lines L2 represented by ○ in the figure are Example 2, and the points and lines L3 represented by ▲ in the figure are Example 3. In the figure, the point represented by ■ and the line L4 are Example 4, the point represented by Δ in the figure and the line L5 are Example 5, and the point represented by ◆ and the line L6 in the figure are comparative examples. 2. The point represented by + in the figure and the line L7 are Example 6. The point and line L8 represented by ● in the figure are Example 7. The point represented by Ж in the figure and the line L9 are implemented. Each corresponds to Example 8.
図10の実施例1〜8に示す通り、収縮パルスの印加終了時に発生する負圧の圧力波と第1の膨張パルス及び収縮パルスの印加開始時に発生した圧力波とが強め合うように収縮パルスのパルス幅を設定するとサテライトの低減に効果があることが確認された。特に、パルス幅が1AL付近に設定された実施例3と実施例4では、サテライト長さは、最も短くなっていた。比較例2では、圧力波を利用してメニスカスを引き戻す効果が得られないため、サテライト長さが長くなることが確認された。 As shown in Examples 1 to 8 in FIG. 10, the contraction pulse so that the pressure wave of negative pressure generated at the end of application of the contraction pulse and the pressure wave generated at the start of application of the first expansion pulse and contraction pulse are intensified. It has been confirmed that setting the pulse width of 1 is effective in reducing satellites. In particular, in Example 3 and Example 4 in which the pulse width was set near 1 AL, the satellite length was the shortest. In Comparative Example 2, it was confirmed that the satellite length was long because the effect of pulling back the meniscus using the pressure wave was not obtained.
図11において、横軸は収縮パルスのパルス幅(AL)、縦軸はインク滴速度が6m/sになるときの駆動電圧(V)を表す。図11の実施例2〜5に示す通り、収縮パルスのパルス幅を0.5AL〜1.5ALに設定することで、駆動効率向上(駆動電圧の低下)の効果が得られることが確認された。以上を総合して、0.5AL〜1.5ALに設定すれば、サテライトの低減と記録ヘッドの消費電力低減の両者を双方とも実現できる点で最も好ましいといえる。 In FIG. 11, the horizontal axis represents the pulse width (AL) of the contraction pulse, and the vertical axis represents the drive voltage (V) when the ink droplet velocity is 6 m / s. As shown in Examples 2 to 5 in FIG. 11, it was confirmed that the effect of improving the driving efficiency (decreasing the driving voltage) can be obtained by setting the pulse width of the contraction pulse to 0.5 AL to 1.5 AL. . In summary, the setting of 0.5 AL to 1.5 AL is the most preferable in that both the reduction of the satellite and the reduction of the power consumption of the recording head can be realized.
また、実施例1〜8の駆動信号について、図5に示したような第2の膨張パルス(第2の膨張パルスのパルス幅は、2ALと4ALの2通りとした)を付加した駆動信号で同様な評価を行ったところ、図10の第2の膨張パルスがない場合に比べて、サテライト長さが、約5%ほど短くなり、サテライト低減効果が大きくなることが確認できた。 Further, the drive signals of Examples 1 to 8 are drive signals to which a second expansion pulse as shown in FIG. 5 is added (the pulse width of the second expansion pulse is 2AL and 4AL). As a result of a similar evaluation, it was confirmed that the satellite length was shortened by about 5% compared to the case without the second expansion pulse in FIG. 10, and the satellite reduction effect was increased.
また、第2の膨張パルスの印加終了時のキャンセル効果により、短周期で駆動した際の吐出安定性が向上した。 In addition, due to the canceling effect at the end of application of the second expansion pulse, the ejection stability when driving in a short cycle is improved.
1 インクジェット記録装置
2 記録ヘッド
21 インクチューブ
22 ノズル形成部材
23 ノズル
24 カバープレート
25 インク供給口
26 基板
27 隔壁
28 圧力発生室
3 搬送機構
31 搬送ローラ
32 搬送ローラ対
33 搬送モータ
4 ガイドレール
5 キャリッジ
6 フレキシケーブル
7、8 インク受け器
100 駆動信号発生手段
P 記録媒体
PS 記録面
101 インク滴
102 インク柱
11 主滴
12 サテライト滴
M インクメニスカス
SL サテライト長さ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
駆動信号は、圧力発生室の容積を膨張させる第1の膨張パルスと、第1の膨張パルスに続いて圧力発生室の容積を収縮させる収縮パルスとを有し、
第1の膨張パルスのパルス幅は、0.7AL〜1.3AL(ALは圧力発生室の音響的共振周期の1/2)であり、
収縮パルスのパルス幅は、0.3AL〜1.5ALであることを特徴とする液滴吐出装置。 A droplet applying head having a pressure applying unit that operates by applying a driving signal, a pressure generating chamber whose volume expands or contracts by the operation of the pressure applying unit, and a nozzle that communicates with the pressure generating chamber, and a driving signal are generated. A droplet discharge device that includes a drive signal generating unit, expands or contracts the volume of the pressure generation chamber by applying a drive signal to the pressure applying unit, and discharges a droplet from the nozzle;
The drive signal includes a first expansion pulse that expands the volume of the pressure generation chamber, and a contraction pulse that contracts the volume of the pressure generation chamber following the first expansion pulse;
The pulse width of the first expansion pulse is 0.7 AL to 1.3 AL (AL is 1/2 of the acoustic resonance period of the pressure generating chamber),
A droplet discharge device, wherein the contraction pulse has a pulse width of 0.3 AL to 1.5 AL.
駆動信号は、圧力発生室の容積を膨張させる第1の膨張パルスと、第1の膨張パルスに続いて圧力発生室の容積を収縮させる収縮パルスとを有し、
第1の膨張パルスのパルス幅は、0.7AL〜1.3AL(ALは圧力発生室の音響的共振周期の1/2)であり、
収縮パルスのパルス幅は、2.5AL〜3.5ALであることを特徴とする液滴吐出装置。 A droplet applying head having a pressure applying unit that operates by applying a driving signal, a pressure generating chamber whose volume expands or contracts by the operation of the pressure applying unit, and a nozzle that communicates with the pressure generating chamber, and a driving signal are generated. A droplet discharge device that includes a drive signal generating unit, expands or contracts the volume of the pressure generation chamber by applying a drive signal to the pressure applying unit, and discharges a droplet from the nozzle;
The drive signal includes a first expansion pulse that expands the volume of the pressure generation chamber, and a contraction pulse that contracts the volume of the pressure generation chamber following the first expansion pulse;
The pulse width of the first expansion pulse is 0.7 AL to 1.3 AL (AL is 1/2 of the acoustic resonance period of the pressure generating chamber),
A droplet discharge device, wherein the contraction pulse has a pulse width of 2.5 AL to 3.5 AL.
駆動信号は、圧力発生室の容積を膨張させる第1の膨張パルスと、第1の膨張パルスに続いて圧力発生室の容積を収縮させる収縮パルスとを有し、
第1の膨張パルスのパルス幅は、0.7AL〜1.3AL(ALは圧力発生室の音響的共振周期の1/2)であり、
収縮パルスのパルス幅は、0.3AL〜1.5ALであることを特徴とする液滴吐出ヘッドの駆動方法。 Driving signal to the pressure applying means of the droplet discharge head having pressure applying means that operates by applying a driving signal, a pressure generating chamber whose volume expands or contracts by the operation of the pressure applying means, and a nozzle that communicates with the pressure generating chamber. Is a liquid droplet ejection head driving method for expanding or contracting the volume of the pressure generating chamber to eject liquid droplets from a nozzle,
The drive signal includes a first expansion pulse that expands the volume of the pressure generation chamber, and a contraction pulse that contracts the volume of the pressure generation chamber following the first expansion pulse;
The pulse width of the first expansion pulse is 0.7 AL to 1.3 AL (AL is 1/2 of the acoustic resonance period of the pressure generating chamber),
A method for driving a droplet discharge head, wherein the contraction pulse has a pulse width of 0.3 AL to 1.5 AL.
駆動信号は、圧力発生室の容積を膨張させる第1の膨張パルスと、第1の膨張パルスに続いて圧力発生室の容積を収縮させる収縮パルスとを有し、
第1の膨張パルスのパルス幅は、0.7AL〜1.3AL(ALは圧力発生室の音響的共振周期の1/2)であり、
収縮パルスのパルス幅は、2.5AL〜3.5ALであることを特徴とする液滴吐出ヘッドの駆動方法。 Driving signal to the pressure applying means of the droplet discharge head having pressure applying means that operates by applying a driving signal, a pressure generating chamber whose volume expands or contracts by the operation of the pressure applying means, and a nozzle that communicates with the pressure generating chamber. Is a liquid droplet ejection head driving method for expanding or contracting the volume of the pressure generating chamber to eject liquid droplets from a nozzle,
The drive signal includes a first expansion pulse that expands the volume of the pressure generation chamber, and a contraction pulse that contracts the volume of the pressure generation chamber following the first expansion pulse;
The pulse width of the first expansion pulse is 0.7 AL to 1.3 AL (AL is 1/2 of the acoustic resonance period of the pressure generating chamber),
A method for driving a droplet discharge head, wherein the contraction pulse has a pulse width of 2.5 AL to 3.5 AL.
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