JP2007090647A - Liquid delivery head - Google Patents

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JP2007090647A
JP2007090647A JP2005282600A JP2005282600A JP2007090647A JP 2007090647 A JP2007090647 A JP 2007090647A JP 2005282600 A JP2005282600 A JP 2005282600A JP 2005282600 A JP2005282600 A JP 2005282600A JP 2007090647 A JP2007090647 A JP 2007090647A
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piezoelectric
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Takeshi Mita
剛 三田
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Fujifilm Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid delivery head which enables the power consumption and heat generation to be inhibited in a head with the structure wherein delivery elements are arranged with high density. <P>SOLUTION: A printhead 50, which is equipped with a piezoelectric actuator 58 including a piezoelectric element for utilizing the displacement of a d<SB>33</SB>mode and makes ink droplets having the volume of 1 pl to 2 pl discharged from a nozzle 51 having the diameter of 20 μm to 30 μm by carrying out a resonance driving of the piezoelectric actuator 58 with a resonance frequency of 250 kHz to 750 kHz, has the shape such that the thickness t of the piezoelectric actuator 58 is 1.8 mm or more and 5.5 mm or less. With the printhead 50 having such a structure, the power consumption and heat generation of the piezoelectric actuator 58 is inhibited. The piezoelectric actuator 58 is equipped with an individual electrode 57 on the first surface and a common electrode 62 on the second surface. A piezoelectric activity part corresponding to each pressure chamber 52 is partitioned by the first trench 60 provided on the first surface. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、液体吐出ヘッドに係り、特にインクジェット記録装置などの液体吐出装置に用いられる液体吐出ヘッドの構造に関する。   The present invention relates to a liquid discharge head, and more particularly to a structure of a liquid discharge head used in a liquid discharge apparatus such as an ink jet recording apparatus.

記録媒体上に所望画像やドキュメントを出力する装置としてインクジェット記録装置がよく用いられる。インクジェット記録装置は、ヘッドに設けられたノズルからインク液滴を吐出させて記録媒体上に所望の画像を形成する。インクジェット記録装置に用いられるヘッドは記録画像の高品質化や記録速度の高速化を達成するために、微細化された多数のノズルが高密度に配置されている。また、記録媒体の全幅に対応する長さにわたりノズルが配列されたフルライン型ヘッドを備えるインクジェット記録装置では、ヘッドに対して記録媒体を1回だけ走査させることで記録媒体の全域に画像が形成されるシングルパス印字が可能であり、フルライン型ヘッドによるシングルパス印字によれば、生産性を向上させることができる。   An ink jet recording apparatus is often used as an apparatus for outputting a desired image or document on a recording medium. An ink jet recording apparatus forms a desired image on a recording medium by ejecting ink droplets from nozzles provided in a head. In a head used in an ink jet recording apparatus, a large number of miniaturized nozzles are arranged at a high density in order to achieve high quality recording images and high recording speed. In addition, in an inkjet recording apparatus having a full-line head in which nozzles are arranged over a length corresponding to the entire width of the recording medium, an image is formed on the entire area of the recording medium by scanning the recording medium once with respect to the head. Single pass printing is possible, and single pass printing with a full-line head can improve productivity.

特許文献1に記載された発明は、インクジェットヘッドのアクチュエータユニットの圧電シート上に形成されたランド部の変形を抑制する手段としてランド直下の圧力室の側壁にオーバーハング部が形成される構造を有し、ノズルを高密度配置したときに問題となるクロストークを抑制するように構成されている。   The invention described in Patent Document 1 has a structure in which an overhang portion is formed on the side wall of the pressure chamber directly below the land as a means for suppressing deformation of the land portion formed on the piezoelectric sheet of the actuator unit of the inkjet head. In addition, it is configured to suppress crosstalk, which becomes a problem when the nozzles are arranged at high density.

特許文献2、3に記載された発明は、高密度化するために、圧電体をはさんでノズルと対向方向に共通液室を設けた構造において、高密度化に伴う圧電効果や薄膜法で薄い電極を得るために配線に工夫が施されている。   The inventions described in Patent Documents 2 and 3 are based on the piezoelectric effect and thin film method associated with the increase in density in a structure in which a common liquid chamber is provided in a direction facing the nozzle across the piezoelectric body in order to increase the density. The wiring is devised to obtain a thin electrode.

特許文献4に記載された発明は、下部電極に圧電体前駆体膜を所定の形状にパターン形成し、このパターン形成された圧電体前駆体膜を結晶化させ圧電体薄膜を得て、薄膜化しても高い絶縁性及び十分な圧電特性が得られるように構成されている。   In the invention described in Patent Document 4, a piezoelectric precursor film is patterned on a lower electrode in a predetermined shape, and the piezoelectric precursor film thus formed is crystallized to obtain a piezoelectric thin film. Even so, high insulation and sufficient piezoelectric characteristics are obtained.

特許文献5に記載された発明は、インクジェットヘッドにおいてアクチュエータの幅を狭くしつつインクの吐出性能の低下を防止する技術が開示されている。
特開2005−59328号公報 特開2004−154987号公報 特許2004−1366号公報 特許2004−47814号公報 特許2004−188900号公報
The invention described in Patent Document 5 discloses a technique for preventing a decrease in ink discharge performance while narrowing the width of an actuator in an inkjet head.
JP 2005-59328 A JP 2004-154987 A Japanese Patent No. 2004-1366 Japanese Patent No. 2004-47814 Japanese Patent No. 2004-188900

しかしながら、高密度にノズルが配置されたライン型ヘッドには多数の駆動素子が備えられており、印字時における消費電力や発熱が問題となっている。特に駆動素子に圧電素子を用いるヘッドでは、大きな静電容量を持つ圧電素子を高い電圧で駆動すると消費電力、発熱とも大きくなる傾向にある。限られたヘッド面積でノズルを高密度に配置すると各圧電素子の大きさが小さくなるので、吐出に必要なエネルギーを得るために各圧電素子が薄膜化される。このように圧電素子の厚みを小さくすると該圧電素子の静電容量は大きくなるという関係があり、圧電素子を薄膜化すると発熱面、消費電力では不利になる。ヘッドの発熱量の増加はヘッド内に収容されるインクに悪影響を及ぼし吐出性能劣化の原因となり得る。また、消費電力の増加はヘッドに電力を供給する電源装置が大型化され、ヘッド及び装置の大型化やコストアップにつながる恐れがある。   However, a line-type head in which nozzles are arranged at high density includes a large number of drive elements, and power consumption and heat generation during printing are problematic. In particular, in a head using a piezoelectric element as a driving element, when a piezoelectric element having a large capacitance is driven at a high voltage, both power consumption and heat generation tend to increase. When the nozzles are arranged at high density with a limited head area, the size of each piezoelectric element is reduced, so that each piezoelectric element is thinned to obtain energy necessary for ejection. Thus, when the thickness of the piezoelectric element is reduced, the capacitance of the piezoelectric element is increased. When the piezoelectric element is thinned, heat generation and power consumption are disadvantageous. An increase in the amount of heat generated by the head can adversely affect the ink contained in the head and cause deterioration in ejection performance. Further, the increase in power consumption increases the size of the power supply device that supplies power to the head, which may lead to an increase in size and cost of the head and device.

特許文献1〜5に記載の発明では、高密度化されたヘッドにおけるクロストークや絶縁性能などの問題を解決する技術が開示されているが、消費電力や発熱を抑制する技術は開示されていない。   In the inventions described in Patent Documents 1 to 5, techniques for solving problems such as crosstalk and insulation performance in a high-density head are disclosed, but techniques for suppressing power consumption and heat generation are not disclosed. .

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、吐出素子が高密度配置された構造を有するヘッドにおいて消費電力及び発熱が抑制される液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is that it provides a liquid discharge head in which power consumption and heat generation are suppressed in a head having a structure in which discharge elements are arranged at high density.

上記目的を達成するために、本発明に係る液体吐出ヘッドは、液滴を吐出させるノズルと、前記ノズルに対応して設けられる圧力室と、前記圧力室に接合される加圧板と、前記加圧板に接合され、付与される電界の方向と略平行方向に変形する1層の圧電素子を含み、所定の共振周波数で共振駆動され、1回の駆動で少なくとも記録媒体に形成される最小サイズのドットとなる体積の液滴を吐出させる圧電アクチュエータと、を備え、前記圧電アクチュエータは、前記圧電素子の厚みが1.8mm以上5.5mm以下である構造を有することを特徴とする。   In order to achieve the above object, a liquid discharge head according to the present invention includes a nozzle that discharges droplets, a pressure chamber provided corresponding to the nozzle, a pressure plate joined to the pressure chamber, and the pressurizing plate. It includes a single-layer piezoelectric element that is bonded to the pressure plate and deforms in a direction substantially parallel to the direction of the applied electric field, and is resonance-driven at a predetermined resonance frequency and has a minimum size formed on at least a recording medium by one drive. And a piezoelectric actuator that discharges droplets of a volume that becomes dots, wherein the piezoelectric actuator has a structure in which the thickness of the piezoelectric element is 1.8 mm or more and 5.5 mm or less.

本発明によれば、1回の吐出で最小サイズのドットとなる体積の液滴を吐出させる液体吐出ヘッドにおいて、分極方向と略平行方向の電界を付与して電界と略同一方向の伸び変位であるd33モードの変位を利用して共振駆動される単層圧電素子を含む圧電アクチュエータは、その厚みが1.8mm以上5.5mm以下となるように構成されるので、d33モード以外の駆動に比べて消費電力を抑えることができ、更に、圧電アクチュエータの温度上昇を抑制することが可能になる。 According to the present invention, in a liquid discharge head that discharges a droplet of a volume that becomes a minimum-sized dot by one discharge, an electric field in a direction substantially parallel to the polarization direction is applied, and an extension displacement in the same direction as the electric field is applied. piezoelectric actuator comprising a single layer piezoelectric element is resonance driving by employing an d 33 mode of the displacement, since its thickness is configured to be 1.8mm or more 5.5mm or less, the drive other than the d 33 mode Compared to the above, power consumption can be suppressed, and further, the temperature rise of the piezoelectric actuator can be suppressed.

共振駆動には、圧力室と圧電アクチュエータとの共振周波数で圧電アクチュエータを動作させることで、吐出時などに圧力室や液体に発生する過渡現象が抑制される圧電アクチュエータの駆動方法がある。この共振周波数を高くすると、高い吐出周波数による液体吐出を実現することができる。   In the resonance driving, there is a driving method of the piezoelectric actuator in which a transient phenomenon generated in the pressure chamber or the liquid at the time of discharge is suppressed by operating the piezoelectric actuator at a resonance frequency between the pressure chamber and the piezoelectric actuator. When this resonance frequency is increased, liquid discharge with a high discharge frequency can be realized.

圧電アクチュエータ(圧電素子)にはPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)が好適に用いられる。   PZT (lead zirconate titanate) is preferably used for the piezoelectric actuator (piezoelectric element).

液体吐出ヘッドには、記録媒体の全幅(記録媒体の画像形成可能幅)に対応した長さを有する吐出孔列を備えたライン型ヘッドや、記録媒体の全幅に満たない長さを有する吐出孔列を備えた短尺ヘッドを記録媒体の幅の方向へ走査させるシリアル型ヘッドがある。   The liquid ejection head includes a line type head having an ejection hole array having a length corresponding to the entire width of the recording medium (image forming width of the recording medium), and an ejection hole having a length less than the entire width of the recording medium. There is a serial type head that scans a short head provided with a row in the width direction of a recording medium.

ライン型の液体吐出ヘッドには、記録媒体の全幅に対応する長さに満たない短尺の吐出孔列を有する短尺ヘッドを千鳥状に配列して繋ぎ合わせて、記録媒体の全幅に対応する長さとしてもよい。   The line type liquid discharge head has a length corresponding to the full width of the recording medium by arranging short heads having short discharge hole arrays that are less than the length corresponding to the full width of the recording medium in a staggered arrangement. It is good.

また、上記目的を達成するために、請求項2に記載の発明に係る液体吐出ヘッドは、液滴を吐出させるノズルと、前記ノズルに対応して設けられる圧力室と、前記圧力室に接合される加圧板と、前記加圧板に接合され、付与される電界の方向と略平行方向に変形する2層の圧電素子を含み、所定の共振周波数で共振駆動され、1回の駆動で少なくとも記録媒体に形成される最小サイズのドットとなる体積の液滴を吐出させる圧電アクチュエータと、を備え、前記圧電アクチュエータは、前記圧電素子の1層あたりの厚みが2.2mm以上5.5mm以下である構造を有することを特徴とする。   In order to achieve the above object, a liquid discharge head according to a second aspect of the present invention includes a nozzle that discharges liquid droplets, a pressure chamber provided corresponding to the nozzle, and a pressure chamber. A pressure plate, and a two-layer piezoelectric element that is bonded to the pressure plate and deforms in a direction substantially parallel to the direction of the applied electric field, is resonantly driven at a predetermined resonance frequency, and is at least a recording medium by one drive. A piezoelectric actuator that discharges droplets of a volume that is a minimum-sized dot formed on the piezoelectric actuator, and the piezoelectric actuator has a thickness of 2.2 mm or more and 5.5 mm or less per layer of the piezoelectric element It is characterized by having.

圧電アクチュエータには複数の圧電体と電極とを交互に積層させた積層型圧電素子を用いると、同じ駆動電圧を印加する場合に単層型圧電素子に比べて変位量を大きくすることが可能である。   When a piezoelectric actuator that uses multiple piezoelectric elements and electrodes stacked alternately is used, the amount of displacement can be increased compared to a single-layer piezoelectric element when the same drive voltage is applied. is there.

また、上記目的を達成するために、請求項3に記載の発明に係る液体吐出ヘッドは、液滴を吐出させるノズルと、前記ノズルに対応して設けられる圧力室と、前記圧力室に接合される加圧板と、前記加圧板に接合され、付与される電界の方向と略平行方向に変形する3層の圧電素子を含み、所定の共振周波数で共振駆動され、1回の駆動で少なくとも記録媒体に形成される最小サイズのドットとなる体積の液滴を吐出させる圧電アクチュエータと、を備え、前記圧電アクチュエータは、前記圧電素子の1層あたりの厚みが3.3mm以上5.5mm以下である構造を有することを特徴とする。   In order to achieve the above object, a liquid discharge head according to a third aspect of the invention includes a nozzle that discharges liquid droplets, a pressure chamber provided corresponding to the nozzle, and a pressure chamber. A pressure plate, and a three-layer piezoelectric element that is bonded to the pressure plate and deforms in a direction substantially parallel to the direction of the applied electric field, is driven to resonate at a predetermined resonance frequency, and is at least a recording medium by one drive. And a piezoelectric actuator that discharges droplets of a volume that is a minimum-sized dot formed on the piezoelectric actuator, and the piezoelectric actuator has a structure in which the thickness of each layer of the piezoelectric element is 3.3 mm or more and 5.5 mm or less It is characterized by having.

圧電アクチュエータに3層の圧電素子を積層した積層圧電素子を適用することで、単層や2層の圧電素子を適用する場合に比べて、同じ駆動電圧でより大きな変位を得ることができる。言い換えると、単層や2層の圧電素子に比べて低い駆動電圧で同じ変位量を得ることができる。   By applying a laminated piezoelectric element in which three layers of piezoelectric elements are laminated to the piezoelectric actuator, a larger displacement can be obtained with the same drive voltage than when a single-layer or two-layer piezoelectric element is applied. In other words, the same amount of displacement can be obtained with a lower driving voltage compared to a single-layer or two-layer piezoelectric element.

なお、4層以上の圧電素子を有する圧電アクチュエータを用いる態様も可能であるが、圧電素子の積層数が増えると圧電アクチュエータ全体の発熱量が大きくなるので、必要な変位量と発熱量とのバランスを考慮して圧電素子の積層数を決めるとよい。   Although an embodiment using a piezoelectric actuator having four or more layers of piezoelectric elements is possible, since the amount of heat generated by the piezoelectric actuator as a whole increases as the number of stacked piezoelectric elements increases, a balance between the required amount of displacement and the amount of heat generated is required. The number of stacked piezoelectric elements should be determined in consideration of the above.

請求項4記載の発明は、請求項1、2又は3記載の液体吐出ヘッドの一態様に係り、前記圧電アクチュエータは、前記加圧板と接合される第1の面及び前記第1の面と反対側の第2の面に駆動電圧を印加する電極を備えたことを特徴とする。   A fourth aspect of the invention relates to an aspect of the liquid ejection head according to the first, second, or third aspect, wherein the piezoelectric actuator is opposite to the first surface and the first surface that are joined to the pressure plate. An electrode for applying a driving voltage is provided on the second surface on the side.

第1の面に形成される電極及び第2の面に形成される電極に駆動電圧を印加すると、圧電アクチュエータが所定の方向に変形して圧力室に体積変化を生じさせ、この体積変化分の液体がノズルから吐出される。   When a driving voltage is applied to the electrode formed on the first surface and the electrode formed on the second surface, the piezoelectric actuator is deformed in a predetermined direction to cause a volume change in the pressure chamber. Liquid is ejected from the nozzle.

なお、請求項2及び請求項3に記載の積層型圧電素子を用いる態様では、各層の間にも電極が形成される。各層間に形成された電極は第1の面及び第2の面に形成される電極の何れか一方と適宜接続される。
請求項5に記載の発明は、請求項4記載の液体吐出ヘッドの一態様に係り、前記ノズル及び前記圧力室を複数備え、前記圧電アクチュエータは、前記第1の面に該第1の面を前記複数の圧力室に対応する領域に分割する第1の溝が形成され、前記第1の溝によって分割された領域に前記各圧力室に対応する個別電極を備えたことを特徴とする。
In the aspect using the multilayer piezoelectric element according to claim 2 and claim 3, electrodes are also formed between the layers. The electrodes formed between the respective layers are appropriately connected to either one of the electrodes formed on the first surface and the second surface.
A fifth aspect of the present invention relates to an aspect of the liquid ejection head according to the fourth aspect of the present invention, and includes a plurality of the nozzles and the pressure chambers, and the piezoelectric actuator includes the first surface on the first surface. A first groove is formed to be divided into regions corresponding to the plurality of pressure chambers, and individual electrodes corresponding to the pressure chambers are provided in the region divided by the first grooves.

複数の圧力室に対応する大きさの圧電素子に各圧力室に対応して個別電極を備えた構造を有するので、この個別電極が形成された領域が駆動電圧を印加することで変形する圧電活性部となる。   Since the piezoelectric element having a size corresponding to a plurality of pressure chambers is provided with an individual electrode corresponding to each pressure chamber, the piezoelectric activity in which the region where the individual electrode is formed is deformed by applying a driving voltage. Part.

請求項6に記載の発明は、請求項4又は5記載の液体吐出ヘッドの一態様に係り、前記圧電アクチュエータは、前記第2の面に前記複数の圧力室に共通の共通電極を備えたことを特徴とする。   The invention described in claim 6 relates to an aspect of the liquid discharge head according to claim 4 or 5, wherein the piezoelectric actuator includes a common electrode common to the plurality of pressure chambers on the second surface. It is characterized by.

圧電アクチュエータにd33モードの変位を利用した圧電素子が適用される態様では、圧電アクチュエータの第2の面側を固定する固定手段が該第2の面に設けられる。 In embodiments where the piezoelectric element using displacement in the d 33 mode piezoelectric actuator is applied, fixing means for fixing the second surface of the piezoelectric actuator is provided on a surface of the second.

請求項7に記載の発明は、請求項4、5又は6記載の液体吐出ヘッドの一態様に係り、前記圧電アクチュエータは、前記第2の面に第2の溝を備えたことを特徴とする。   A seventh aspect of the invention relates to an aspect of the liquid discharge head according to the fourth, fifth, or sixth aspect, wherein the piezoelectric actuator includes a second groove on the second surface. .

請求項7記載の発明によれば、第2の面に第2の溝を設けることで、第2の面の実質的な表面積が大きくなり、該圧電アクチュエータの放熱効果の向上が見込まれる。   According to the seventh aspect of the invention, by providing the second groove on the second surface, the substantial surface area of the second surface is increased, and the heat dissipation effect of the piezoelectric actuator is expected to be improved.

第1の面に形成される第1の溝に対応する形状、構造を有する第2の溝を設ける態様では、第1の面の形状(構造)と第2の面の形状(構造)が略同一になり該圧電アクチュエータが対象構造となるので、ヘッド製造における加熱プロセスによる反りや変形を抑制することができる。   In the aspect in which the second groove having the shape and structure corresponding to the first groove formed on the first surface is provided, the shape (structure) of the first surface and the shape (structure) of the second surface are substantially the same. Since the piezoelectric actuators are the same and have a target structure, warpage and deformation due to a heating process in head manufacture can be suppressed.

請求項8に記載の発明は、請求項4乃至7のうち何れか1項に記載の液体吐出ヘッドの一態様に係り、前記圧電アクチュエータは、前記第2の面に放熱部材を備えたことを特徴とする。   An eighth aspect of the present invention relates to one aspect of the liquid ejection head according to any one of the fourth to seventh aspects, wherein the piezoelectric actuator includes a heat radiating member on the second surface. Features.

請求項8記載の発明によれば、放熱部材を備えることで、更に発熱による昇温を防ぐことができる。   According to the invention described in claim 8, by providing the heat radiating member, it is possible to further prevent the temperature rise due to heat generation.

請求項9に記載の発明は、請求項1乃至8のうち何れか1項に記載の液体吐出ヘッドの一態様に係り、前記共振周波数は、250kHz以上750kHz以下の周波数を含むことを特徴とする。   A ninth aspect of the present invention relates to an aspect of the liquid ejection head according to any one of the first to eighth aspects, wherein the resonance frequency includes a frequency of 250 kHz to 750 kHz. .

請求項9記載の発明によれば、圧電アクチュエータの駆動に用いる共振周波数を250kHz以上750kHz以下とすることで、その直径が20μmから30μmのノズルから吐出体積が1plから2plの液滴を吐出させることができる。   According to the ninth aspect of the invention, by setting the resonance frequency used for driving the piezoelectric actuator to be 250 kHz or more and 750 kHz or less, a droplet having a discharge volume of 1 pl to 2 pl is discharged from a nozzle having a diameter of 20 μm to 30 μm. Can do.

本発明によれば、1回の吐出で最小サイズのドットとなる体積の液滴を吐出させる液体吐出ヘッドにおいて、分極方向と略平行方向の電界を付与して電界と略同一方向の伸び変位であるd33モードの変位を利用して共振駆動される単層圧電素子を含む圧電アクチュエータは、その厚みが1.8mm以上5.5mm以下となるように構成されるの、圧電アクチュエータの温度上昇を抑制することが可能になる。 According to the present invention, in a liquid discharge head that discharges a droplet of a volume that becomes a minimum-sized dot by one discharge, an electric field in a direction substantially parallel to the polarization direction is applied, and an extension displacement in the same direction as the electric field is applied. of a piezoelectric actuator including a single layer piezoelectric element is resonance driving by utilizing the d 33 mode of the displacement is configured such that a thickness of 1.8mm or more 5.5mm or less, the temperature rise of the piezoelectric actuator It becomes possible to suppress.

また、2層圧電素子を用いる態様では、各層の厚みは2.2mm以上5.5mm以下となるように構成され、3層圧電素子を用いる態様では、各層の厚みは3.3mm以上5.5mm以下となるように構成される。   In the embodiment using the two-layer piezoelectric element, the thickness of each layer is configured to be 2.2 mm or more and 5.5 mm or less. In the embodiment using the three-layer piezoelectric element, the thickness of each layer is 3.3 mm or more and 5.5 mm. It is comprised so that it may become the following.

〔インクジェット記録装置の全体構成〕
図1は本発明の実施形態に係るインクジェット記録装置の全体構成図である。同図に示したように、このインクジェット記録装置10は、インクの色ごとに設けられた複数の印字ヘッド12K,12C,12M,12Yを有する印字部12と、各印字ヘッド12K,12C,12M,12Yに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵/装填部14と、記録媒体(記録紙)16を供給する給紙部18と、記録媒体16のカールを除去するデカール処理部20と、前記印字部12のノズル面(インク吐出面)に対向して配置され、記録媒体16の平面性を保持しながら記録媒体16を搬送する吸着ベルト搬送部22と、印字部12による印字結果を読み取る印字検出部24と、印字済みの記録媒体16(プリント物)を外部に排紙する排紙部26と、を備えている。
[Overall configuration of inkjet recording apparatus]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an ink jet recording apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the inkjet recording apparatus 10 includes a print unit 12 having a plurality of print heads 12K, 12C, 12M, and 12Y provided for each ink color, and each print head 12K, 12C, 12M, An ink storage / loading unit 14 for storing ink to be supplied to 12Y, a paper feeding unit 18 for supplying a recording medium (recording paper) 16, a decurling unit 20 for removing curl of the recording medium 16, and the printing A suction belt conveyance unit 22 that is arranged to face the nozzle surface (ink ejection surface) of the unit 12 and conveys the recording medium 16 while maintaining the flatness of the recording medium 16, and a print detection that reads a printing result by the printing unit 12 And a paper discharge unit 26 for discharging the printed recording medium 16 (printed material) to the outside.

図1では、給紙部18の一例としてロール紙(連続用紙)のマガジンが示されているが、紙幅や紙質等が異なる複数のマガジンを併設してもよい。また、ロール紙のマガジンに代えて、又はこれと併用して、カット紙が積層装填されたカセットによって用紙を供給してもよい。   In FIG. 1, a magazine for rolled paper (continuous paper) is shown as an example of the paper supply unit 18, but a plurality of magazines having different paper widths, paper quality, and the like may be provided side by side. Further, instead of the roll paper magazine or in combination therewith, the paper may be supplied by a cassette in which cut papers are stacked and loaded.

複数種類の記録媒体を利用可能な構成にした場合、媒体の種類情報を記録したバーコード或いは無線タグなどの情報記録体をマガジンに取り付け、その情報記録体の情報を所定の読取装置によって読み取ることで、使用される記録媒体の種類を自動的に判別し、記録媒体の種類に応じて適切なインク吐出を実現するようにインク吐出制御(打滴制御)を行うことが好ましい。   When a plurality of types of recording media can be used, an information recording body such as a barcode or wireless tag that records the medium type information is attached to the magazine, and the information on the information recording body is read by a predetermined reader. Thus, it is preferable to automatically determine the type of recording medium to be used and perform ink ejection control (droplet ejection control) so as to realize appropriate ink ejection according to the type of recording medium.

給紙部18から送り出される記録媒体16はマガジンに装填されていたことによる巻きクセが残り、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部20においてマガジンの巻きクセ方向と逆方向に加熱ドラム30で記録媒体16に熱を与える。このとき、多少印字面が外側に弱いカールとなるように加熱温度を制御するとより好ましい。   The recording medium 16 delivered from the paper supply unit 18 retains curl due to having been loaded in the magazine. In order to remove this curl, heat is applied to the recording medium 16 by the heating drum 30 in the direction opposite to the curl direction of the magazine in the decurling unit 20. At this time, it is more preferable to control the heating temperature so that the printed surface is slightly curled outward.

ロール紙を使用する装置構成の場合、図1のように、裁断用のカッター(第1のカッター)28が設けられており、該カッター28によってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター28は、記録媒体16の搬送路幅以上の長さを有する固定刃28Aと、該固定刃28Aに沿って移動する丸刃28Bとから構成されており、印字裏面側に固定刃28Aが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃28Bが配置される。なお、カット紙を使用する場合には、カッター28は不要である。   In the case of an apparatus configuration that uses roll paper, a cutter (first cutter) 28 is provided as shown in FIG. 1, and the roll paper is cut into a desired size by the cutter 28. The cutter 28 includes a fixed blade 28A having a length equal to or greater than the conveyance path width of the recording medium 16, and a round blade 28B that moves along the fixed blade 28A. The fixed blade 28A is provided on the back side of the print. The round blade 28B is disposed on the printing surface side with the conveyance path interposed therebetween. Note that the cutter 28 is not necessary when cut paper is used.

デカール処理後、カットされた記録媒体16は、吸着ベルト搬送部22へと送られる。吸着ベルト搬送部22は、ローラ31、32間に無端状のベルト33が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部12のノズル面及び印字検出部24のセンサ面に対向する部分が水平面(フラット面)をなすように構成されている。   After the decurling process, the cut recording medium 16 is sent to the suction belt conveyance unit 22. The suction belt conveyance unit 22 has a structure in which an endless belt 33 is wound between rollers 31 and 32, and at least portions facing the nozzle surface of the printing unit 12 and the sensor surface of the printing detection unit 24 are horizontal ( Flat surface).

ベルト33は、記録媒体16の幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引孔(不図示)が形成されている。図1に示したとおり、ローラ31、32間に掛け渡されたベルト33の内側において印字部12のノズル面及び印字検出部24のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバ34が設けられており、この吸着チャンバ34をファン35で吸引して負圧にすることによってベルト33上の記録媒体16が吸着保持される。   The belt 33 has a width that is greater than the width of the recording medium 16, and a plurality of suction holes (not shown) are formed on the belt surface. As shown in FIG. 1, a suction chamber 34 is provided at a position facing the nozzle surface of the print unit 12 and the sensor surface of the print detection unit 24 inside the belt 33 spanned between the rollers 31 and 32. Then, the suction chamber 34 is sucked by the fan 35 to make a negative pressure, whereby the recording medium 16 on the belt 33 is sucked and held.

ベルト33が巻かれているローラ31、32の少なくとも一方にモータ(図1中不図示,図8中符号88として記載)の動力が伝達されることにより、ベルト33は図1上の時計回り方向に駆動され、ベルト33上に保持された記録媒体16は図1の左から右へと搬送される。   When the power of a motor (not shown in FIG. 1, not shown in FIG. 8) is transmitted to at least one of the rollers 31 and 32 around which the belt 33 is wound, the belt 33 rotates in the clockwise direction in FIG. , And the recording medium 16 held on the belt 33 is conveyed from left to right in FIG.

縁無しプリント等を印字するとベルト33上にもインクが付着するので、ベルト33の外側の所定位置(印字領域以外の適当な位置)にベルト清掃部36が設けられている。ベルト清掃部36の構成について詳細は図示しないが、例えば、ブラシ・ロール、吸水ロール等をニップする方式、清浄エアーを吹き掛けるエアーブロー方式、或いはこれらの組み合わせなどがある。清掃用ロールをニップする方式の場合、ベルト線速度とローラ線速度を変えると清掃効果が大きい。   Since ink adheres to the belt 33 when a borderless print or the like is printed, the belt cleaning unit 36 is provided at a predetermined position outside the belt 33 (an appropriate position other than the print area). Although details of the configuration of the belt cleaning unit 36 are not shown, for example, there are a method of niping a brush roll, a water absorbing roll, etc., an air blow method of blowing clean air, or a combination thereof. In the case where the cleaning roll is nipped, the cleaning effect is great if the belt linear velocity and the roller linear velocity are changed.

なお、吸着ベルト搬送部22に代えて、ローラ・ニップ搬送機構を用いる態様も考えられるが、印字領域をローラ・ニップ搬送すると、印字直後に記録媒体16の印字面をローラが接触するので画像が滲み易いという問題がある。したがって、本例のように、印字領域では画像面を接触させない吸着ベルト搬送が好ましい。   Although an embodiment using a roller / nip conveyance mechanism instead of the suction belt conveyance unit 22 is also conceivable, if the roller / nip conveyance is performed in the printing area, the roller contacts the printing surface of the recording medium 16 immediately after printing, so that the image is printed. There is a problem of easy bleeding. Therefore, as in this example, suction belt conveyance that does not bring the image surface into contact with each other in the print region is preferable.

吸着ベルト搬送部22により形成される記録媒体搬送路上において印字部12の上流側には、加熱ファン40が設けられている。加熱ファン40は、印字前の記録媒体16に加熱空気を吹き付け、記録媒体16を加熱する。印字直前に記録媒体16を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。   A heating fan 40 is provided on the upstream side of the printing unit 12 on the recording medium conveyance path formed by the suction belt conveyance unit 22. The heating fan 40 heats the recording medium 16 by blowing heated air onto the recording medium 16 before printing. By heating the recording medium 16 immediately before printing, the ink becomes easy to dry after landing.

印字部12は、最大紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドを記録媒体搬送方向と直交方向(主走査方向)に配置した、いわゆるフルライン型のヘッドとなっている(図2参照)。詳細な構造例は後述するが(図3乃至図5)、各印字ヘッド12K,12C,12M,12Yは、図2に示したように、本インクジェット記録装置10が対象とする最大サイズの記録媒体16の少なくとも一辺を超える長さにわたってインク吐出口(ノズル)が複数配列されたライン型ヘッドで構成されている。   The printing unit 12 is a so-called full line type head in which a line type head having a length corresponding to the maximum paper width is arranged in a direction (main scanning direction) orthogonal to the recording medium conveyance direction (see FIG. 2). Although a detailed structural example will be described later (FIGS. 3 to 5), each of the print heads 12K, 12C, 12M, and 12Y is a recording medium of the maximum size targeted by the inkjet recording apparatus 10 as shown in FIG. The line head includes a plurality of ink discharge ports (nozzles) arranged over a length exceeding at least one side of 16.

記録媒体16の送り方向(以下、記録媒体搬送方向という。)に沿って上流側から黒(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の順に各色インクに対応した印字ヘッド12K,12C,12M,12Yが配置されている。記録媒体16を搬送しつつ各印字ヘッド12K,12C,12M,12Yからそれぞれ色インクを吐出することにより記録媒体16上にカラー画像を形成し得る。   A print head corresponding to each color ink in the order of black (K), cyan (C), magenta (M), and yellow (Y) from the upstream side along the feeding direction of the recording medium 16 (hereinafter referred to as the recording medium conveyance direction). 12K, 12C, 12M, and 12Y are arranged. A color image can be formed on the recording medium 16 by ejecting the color inks from the print heads 12K, 12C, 12M, and 12Y while conveying the recording medium 16, respectively.

このように、紙幅の全域をカバーするフルラインヘッドがインク色ごとに設けられてなる印字部12によれば、副走査方向について記録媒体16と印字部12を相対的に移動させる動作を一回行うだけで(即ち1回の副走査で)、記録媒体16の全面に画像を記録することができる。これにより、印字ヘッドが主走査方向に往復動作するシャトル型ヘッドに比べて高速印字が可能であり、生産性を向上させることができる。   Thus, according to the printing unit 12 in which the full line head that covers the entire area of the paper width is provided for each ink color, the operation of relatively moving the recording medium 16 and the printing unit 12 in the sub-scanning direction is performed once. An image can be recorded on the entire surface of the recording medium 16 only by performing it (that is, by one sub-scan). Thereby, it is possible to perform high-speed printing as compared with a shuttle type head in which the print head reciprocates in the main scanning direction, and productivity can be improved.

なお、本例では、KCMYの標準色(4色)の構成を例示したが、インク色や色数の組み合わせについては本実施形態に限定されず、必要に応じて淡インク、濃インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタなどのライト系インクを吐出する印字ヘッドを追加する構成も可能である。   In this example, the configuration of KCMY standard colors (four colors) is illustrated, but the combination of ink colors and the number of colors is not limited to this embodiment, and light ink and dark ink are added as necessary. May be. For example, it is possible to add a print head that discharges light ink such as light cyan and light magenta.

図1に示したように、インク貯蔵/装填部14は、各印字ヘッド12K,12C,12M,12Yに対応する色のインクを貯蔵するタンクを有し、各タンクは不図示の管路を介して各印字ヘッド12K,12C,12M,12Yと連通されている。また、インク貯蔵/装填部14は、インク残量が少なくなるとその旨を報知する報知手段(表示手段、警告音発生手段)を備えるとともに、色間の誤装填を防止するための機構を有している。   As shown in FIG. 1, the ink storage / loading unit 14 has tanks that store inks of colors corresponding to the print heads 12K, 12C, 12M, and 12Y, and each tank is connected via a conduit (not shown). The print heads 12K, 12C, 12M, and 12Y communicate with each other. Further, the ink storage / loading unit 14 includes notifying means (display means, warning sound generating means) for notifying when the ink remaining amount is low, and has a mechanism for preventing erroneous loading between colors. ing.

印字検出部24は、印字部12の打滴結果を撮像するためのイメージセンサを含み、該イメージセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まりその他の吐出不良をチェックする手段として機能する。   The print detection unit 24 includes an image sensor for imaging the droplet ejection result of the print unit 12, and functions as a means for checking nozzle clogging and other ejection defects from the droplet ejection image read by the image sensor.

本例の印字検出部24は、少なくとも各印字ヘッド12K,12C,12M,12Yによるインク吐出幅(画像記録幅)よりも幅の広い受光素子列を有するラインセンサで構成される。このラインセンサは、赤(R)の色フィルタが設けられた光電変換素子(画素)がライン状に配列されたRセンサ列と、緑(G)の色フィルタが設けられたGセンサ列と、青(B)の色フィルタが設けられたBセンサ列と、からなる色分解ラインCCDセンサで構成されている。なお、ラインセンサに代えて、受光素子が二次元配列されて成るエリアセンサを用いることも可能である。   The print detection unit 24 of this example is composed of a line sensor having a light receiving element array that is wider than at least the ink ejection width (image recording width) by the print heads 12K, 12C, 12M, and 12Y. The line sensor includes an R sensor row in which photoelectric conversion elements (pixels) provided with red (R) color filters are arranged in a line, a G sensor row provided with green (G) color filters, The color separation line CCD sensor is composed of a B sensor array provided with a blue (B) color filter. Instead of the line sensor, an area sensor in which the light receiving elements are two-dimensionally arranged can be used.

印字検出部24は、各色の印字ヘッド12K,12C,12M,12Yにより印字されたテストパターンを読み取り、各印字ヘッドの吐出検出を行う。吐出判定は、吐出の有無、ドットサイズの測定、ドット着弾位置の測定などで構成される。   The print detection unit 24 reads the test pattern printed by the print heads 12K, 12C, 12M, and 12Y for each color, and detects the ejection of each print head. The ejection determination includes the presence / absence of ejection, measurement of dot size, measurement of dot landing position, and the like.

印字検出部24の後段には、後乾燥部42が設けられている。後乾燥部42は、印字された画像形成面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けたほうが好ましいので、熱風を吹き付ける方式が好ましい。   A post-drying unit 42 is provided following the print detection unit 24. The post-drying unit 42 is means for drying the printed image forming surface, and for example, a heating fan is used. Since it is preferable to avoid contact with the printing surface until the ink after printing is dried, a method of blowing hot air is preferred.

多孔質のペーパーに染料系インクで印字した場合などでは、加圧によりペーパーの孔を塞ぐことでオゾンなど、染料分子を壊す原因となるものと接触することを防ぐことで画像の耐候性がアップする効果がある。   When printing on porous paper with dye-based ink, the weather resistance of the image is improved by preventing contact with ozone or other things that cause dye molecules to break by pressurizing the paper holes with pressure. There is an effect to.

後乾燥部42の後段には、加熱・加圧部44が設けられている。加熱・加圧部44は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラ45で加圧し、画像形成面に凹凸形状を転写する。   A heating / pressurizing unit 44 is provided following the post-drying unit 42. The heating / pressurizing unit 44 is a means for controlling the glossiness of the image surface, and pressurizes with a pressure roller 45 having a predetermined surface uneven shape while heating the image surface, thereby forming an uneven shape on the image forming surface. Transcript.

こうして生成されたプリント物は排紙部26から排出される。本来プリントすべき本画像(目的の画像を印刷したもの)とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット記録装置10では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部26A、26Bへと送るために排紙経路を切り替える不図示の選別手段が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列に形成する場合は、カッター(第2のカッター)48によってテスト印字の部分を切り離す。カッター48は、排紙部26の直前に設けられており、画像余白部にテスト印字を行った場合に本画像とテスト印字部を切断するためのものである。カッター48の構造は前述した第1のカッター28と同様であり、固定刃48Aと丸刃48Bとから構成される。   The printed matter generated in this manner is outputted from the paper output unit 26. It is preferable that the original image to be printed (printed target image) and the test print are discharged separately. The ink jet recording apparatus 10 is provided with a sorting means (not shown) that switches the paper discharge path so as to select the print product of the main image and the print product of the test print and send them to the discharge units 26A and 26B. Yes. Note that when the main image and the test print are simultaneously formed in parallel on a large sheet, the test print portion is separated by a cutter (second cutter) 48. The cutter 48 is provided immediately before the paper discharge unit 26, and cuts the main image and the test print unit when the test print is performed on the image margin. The structure of the cutter 48 is the same as that of the first cutter 28 described above, and includes a fixed blade 48A and a round blade 48B.

また、図1には示さないが、本画像の排出部26Aには、オーダー別に画像を集積するソーターが設けられる。   Although not shown in FIG. 1, the paper output unit 26A for the target prints is provided with a sorter for collecting prints according to print orders.

〔印字ヘッドの構造の説明〕
次に、印字ヘッドの構造について説明する。インク色ごとに設けられている各印字ヘッド12K,12C,12M,12Yの構造は共通しているので、以下、これらを代表して符号50によって印字ヘッドを示すものとする。
[Description of print head structure]
Next, the structure of the print head will be described. Since the structures of the print heads 12K, 12C, 12M, and 12Y provided for the respective ink colors are common, the print heads are represented by reference numeral 50 in the following.

図3は、印字ヘッド50の概略構成を示す斜視透視図であり、図4は、印字ヘッド50を上面側から見た図、図5は、印字ヘッド50の立体構造を示す断面図(図3中、Aで示す方向からみた透視図)、図6は、印字ヘッド50をノズル形成面から見た図である。   3 is a perspective perspective view showing a schematic configuration of the print head 50, FIG. 4 is a view of the print head 50 as viewed from the upper surface side, and FIG. 5 is a cross-sectional view showing the three-dimensional structure of the print head 50 (FIG. 3). FIG. 6 is a view of the print head 50 as seen from the nozzle forming surface.

図3に示すように、印字ヘッド50は、インクを吐出させるノズル51と、各ノズル51から吐出させるインクが収容される圧力室52と、を含んだ複数の吐出素子がヘッドの長手方向に沿って1列に並べられた構造を有している。   As shown in FIG. 3, the print head 50 includes a plurality of ejection elements including nozzles 51 that eject ink and pressure chambers 52 that accommodate ink ejected from the nozzles 51 along the longitudinal direction of the head. Have a structure arranged in one row.

また、各圧力室52のノズル51が形成される面の反対側(ノズル形成面と対向する面)には供給口54が設けられており(図4、図5参照)、ノズル51からインクが吐出されると供給口54を介して各圧力室52と連通する共通液室55(図5参照)から圧力室52へインクが供給される(図4、図5参照)。   Further, a supply port 54 is provided on the opposite side of the surface of each pressure chamber 52 where the nozzle 51 is formed (the surface facing the nozzle forming surface) (see FIGS. 4 and 5), and ink is supplied from the nozzle 51. When ejected, ink is supplied to the pressure chamber 52 from the common liquid chamber 55 (see FIG. 5) communicating with each pressure chamber 52 via the supply port 54 (see FIGS. 4 and 5).

また、ノズル51が形成される面と直交する圧力室52の下面を形成する加圧板56には各圧力室52に対応して設けられる個別電極57を備えた圧電アクチュエータ58が接合されている(図5参照)。   A piezoelectric actuator 58 having individual electrodes 57 provided corresponding to each pressure chamber 52 is joined to a pressure plate 56 that forms the lower surface of the pressure chamber 52 orthogonal to the surface on which the nozzle 51 is formed ( (See FIG. 5).

本例に示す圧電アクチュエータ58は、d33モードの変位を利用した駆動方式によって駆動される圧電素子が適用される。また、圧電アクチュエータ58は複数の圧力室52に対応する大きさをもつ第1の面(図9に符号100で図示)を有し、該第1の面には該第1の面を各圧力室52に対応する領域(サイズ)に分割する第1の溝60が設けられ、この第1の溝60で分割された領域に個別電極57が設けられている。 The piezoelectric actuator 58 shown in the present embodiment, a piezoelectric element driven by a driving method which uses the displacement of d 33 mode is applied. Further, the piezoelectric actuator 58 has a first surface (indicated by reference numeral 100 in FIG. 9) having a size corresponding to the plurality of pressure chambers 52, and the first surface is attached to each pressure. A first groove 60 that is divided into a region (size) corresponding to the chamber 52 is provided, and an individual electrode 57 is provided in the region divided by the first groove 60.

この個別電極57が形成された領域が圧力室52内のインクに吐出力を付与する圧電活性部(図9に符号104で図示)として機能する。該圧電活性部は圧力室52の底面を構成する加圧板56と接合され、加圧板56を変形させることで圧力室52に体積変化を生じさせて、ノズル51からインク液滴を吐出させる。   The region where the individual electrode 57 is formed functions as a piezoelectric active portion (indicated by reference numeral 104 in FIG. 9) that applies ejection force to the ink in the pressure chamber 52. The piezoelectric active part is joined to a pressure plate 56 constituting the bottom surface of the pressure chamber 52, and the pressure plate 56 is deformed to cause a volume change in the pressure chamber 52, thereby ejecting ink droplets from the nozzle 51.

圧電アクチュエータ58の第1の面と反対側の第2の面(図9に符号102で図示)には、共通電極62が形成され、この第2の面側には圧電アクチュエータ58の第2の面側を固定する(拘束する)不図示の固定(拘束)部材が接合される。個別電極57と共通電極62に所定の駆動電圧(駆動信号)が印加されると、圧電アクチュエータ58は個別電極57側に伸び方向の変位が生じ、加圧板56を圧力室52側へ押すことで圧力室52内のインクが吐出される。なお、圧電アクチュエータ58の詳細な構造の説明は後述する。   A common electrode 62 is formed on a second surface (indicated by reference numeral 102 in FIG. 9) opposite to the first surface of the piezoelectric actuator 58, and the second surface of the piezoelectric actuator 58 is formed on the second surface side. A fixing member (not shown) that fixes (restrains) the surface side is joined. When a predetermined drive voltage (drive signal) is applied to the individual electrode 57 and the common electrode 62, the piezoelectric actuator 58 is displaced in the extending direction toward the individual electrode 57, and the pressure plate 56 is pushed toward the pressure chamber 52. Ink in the pressure chamber 52 is ejected. The detailed structure of the piezoelectric actuator 58 will be described later.

本例に示す印字ヘッド50は、圧力室52を構成する1つの壁面(ノズル形成面51A)にノズル51が形成され、該ノズル形成面51Aと略直交する面(図6では、圧力室52の下側の面)が加圧板56となっている。圧電アクチュエータ58は図6における上下方向に変形し、圧力室52の体積を減少させるように加圧板56が図6の上方向に変形すると、ノズル51からインクが吐出される。即ち、印字ヘッド50は圧電アクチュエータ58の変形方向に対してインクの吐出方向が略直交となるように構成されている。   In the print head 50 shown in this example, the nozzle 51 is formed on one wall surface (nozzle formation surface 51A) constituting the pressure chamber 52, and the surface (in FIG. 6, the pressure chamber 52 of the pressure chamber 52 is substantially orthogonal to the nozzle formation surface 51A). The lower surface is a pressure plate 56. The piezoelectric actuator 58 is deformed in the vertical direction in FIG. 6, and ink is ejected from the nozzle 51 when the pressure plate 56 is deformed in the upward direction in FIG. 6 so as to reduce the volume of the pressure chamber 52. That is, the print head 50 is configured such that the ink ejection direction is substantially orthogonal to the deformation direction of the piezoelectric actuator 58.

印字ヘッド50は、圧電アクチュエータ58を1回動作させたときに吐出させることできるインク液滴量の最小値が規定されている。即ち、所定の駆動電圧(駆動信号の最小構成単位)によって圧電アクチュエータ58を1回動作させると、ノズル51から1pl〜2plのインク液滴が吐出されるようにノズル51のサイズ(直径)、圧電アクチュエータ58の発生圧力が規定されている。このインク液滴の最少量(1pl〜2plのインク液滴)によって記録媒体上には最小サイズのドットが形成される。   The print head 50 defines a minimum ink droplet amount that can be ejected when the piezoelectric actuator 58 is operated once. That is, when the piezoelectric actuator 58 is operated once by a predetermined driving voltage (minimum constituent unit of the driving signal), the size (diameter) of the nozzle 51 and the piezoelectricity so that 1 pl to 2 pl of ink droplets are ejected from the nozzle 51. The pressure generated by the actuator 58 is defined. The minimum amount of ink droplets (1 pl to 2 pl ink droplets) forms a minimum size dot on the recording medium.

なお、図7に示す印字ヘッド50’のように、圧電アクチュエータ58の変形方向に対して略平行方向にインクを吐出させる態様も可能である。図7に示す印字ヘッド50’は、加圧板56と対向する面にノズル51が形成されており、圧電アクチュエータ58が図7における上方向に変形すると、インクは図7の上方向に吐出される。   Note that, as in the print head 50 ′ shown in FIG. 7, a mode in which ink is ejected in a direction substantially parallel to the deformation direction of the piezoelectric actuator 58 is also possible. The print head 50 ′ shown in FIG. 7 has a nozzle 51 formed on the surface facing the pressure plate 56. When the piezoelectric actuator 58 is deformed upward in FIG. 7, ink is ejected upward in FIG. .

〔制御系の説明〕
図8はインクジェット記録装置10のシステム構成を示す要部ブロック図である。インクジェット記録装置10は、通信インターフェース70、システムコントローラ72、メモリ74、モータドライバ76、ヒータドライバ78、プリント制御部80、画像バッファメモリ82、ヘッドドライバ84等を備えている。
[Explanation of control system]
FIG. 8 is a principal block diagram showing the system configuration of the inkjet recording apparatus 10. The inkjet recording apparatus 10 includes a communication interface 70, a system controller 72, a memory 74, a motor driver 76, a heater driver 78, a print control unit 80, an image buffer memory 82, a head driver 84, and the like.

通信インターフェース70は、ホストコンピュータ86から送られてくる画像データを受信するインターフェース部である。通信インターフェース70にはUSB(Universal Serial Bus)、IEEE1394、イーサネット(登録商標)、無線ネットワークなどのシリアルインターフェースやセントロニクスなどのパラレルインターフェースを適用することができる。この部分には、通信を高速化するためのバッファメモリ(不図示)を搭載してもよい。ホストコンピュータ86から送出された画像データは通信インターフェース70を介してインクジェット記録装置10に取り込まれ、一旦メモリ74に記憶される。メモリ74は、通信インターフェース70を介して入力された画像を一旦格納する記憶手段であり、システムコントローラ72を通じてデータの読み書きが行われる。メモリ74は、半導体素子からなるメモリに限らず、ハードディスクなど磁気媒体を用いてもよい。   The communication interface 70 is an interface unit that receives image data sent from the host computer 86. As the communication interface 70, a serial interface such as USB (Universal Serial Bus), IEEE 1394, Ethernet (registered trademark), a wireless network, or a parallel interface such as Centronics can be applied. In this part, a buffer memory (not shown) for speeding up communication may be mounted. The image data sent from the host computer 86 is taken into the inkjet recording apparatus 10 via the communication interface 70 and temporarily stored in the memory 74. The memory 74 is a storage unit that temporarily stores an image input via the communication interface 70, and data is read and written through the system controller 72. The memory 74 is not limited to a memory made of a semiconductor element, and a magnetic medium such as a hard disk may be used.

システムコントローラ72は、通信インターフェース70、メモリ74、モータドライバ76、ヒータドライバ78等の各部を制御する制御部である。システムコントローラ72は、中央演算処理装置(CPU)及びその周辺回路等から構成され、ホストコンピュータ86との間の通信制御、メモリ74の読み書き制御等を行うとともに、搬送系のモータ88やヒータ89を制御する制御信号を生成する。   The system controller 72 is a control unit that controls the communication interface 70, the memory 74, the motor driver 76, the heater driver 78, and the like. The system controller 72 includes a central processing unit (CPU) and its peripheral circuits, and performs communication control with the host computer 86, read / write control of the memory 74, and the like, and controls the motor 88 and heater 89 of the transport system. A control signal to be controlled is generated.

モータドライバ76は、システムコントローラ72からの指示にしたがってモータ88を駆動するドライバ(駆動回路)である。ヒータドライバ78は、システムコントローラ72からの指示にしたがって後乾燥部42等のヒータ89を駆動するドライバである。   The motor driver 76 is a driver (drive circuit) that drives the motor 88 in accordance with an instruction from the system controller 72. The heater driver 78 is a driver that drives the heater 89 such as the post-drying unit 42 in accordance with an instruction from the system controller 72.

プリント制御部80は、システムコントローラ72の制御に従い、メモリ74内の画像データから印字制御用の信号を生成するための各種加工、補正などの処理を行う信号処理機能を有し、生成した印字制御信号(印字データ)をヘッドドライバ84に供給する制御部である。プリント制御部80において所要の信号処理が施され、該画像データに基づいてヘッドドライバ84を介して印字ヘッド50のインク液滴の吐出量や吐出タイミングの制御(打滴制御)が行われる。これにより、所望のドットサイズやドット配置が実現される。   The print control unit 80 has a signal processing function for performing various processing and correction processing for generating a print control signal from image data in the memory 74 in accordance with the control of the system controller 72, and the generated print control. A control unit that supplies a signal (print data) to the head driver 84. Necessary signal processing is performed in the print controller 80, and the ejection amount and ejection timing (droplet ejection control) of the ink droplets of the print head 50 are performed via the head driver 84 based on the image data. Thereby, a desired dot size and dot arrangement are realized.

プリント制御部80には画像バッファメモリ82が備えられており、プリント制御部80における画像データ処理時に画像データやパラメータなどのデータが画像バッファメモリ82に一時的に格納される。なお、図8において画像バッファメモリ82はプリント制御部80に付随する態様で示されているが、メモリ74と兼用することも可能である。また、プリント制御部80とシステムコントローラ72とを統合して一つのプロセッサで構成する態様も可能である。   The print control unit 80 includes an image buffer memory 82, and image data, parameters, and other data are temporarily stored in the image buffer memory 82 when image data is processed in the print control unit 80. In FIG. 8, the image buffer memory 82 is shown in a form associated with the print control unit 80, but it can also be used as the memory 74. Also possible is an aspect in which the print controller 80 and the system controller 72 are integrated and configured with a single processor.

ヘッドドライバ84はプリント制御部80から与えられる印字データに基づいて各色の印字ヘッド12K,12C,12M,12Yのアクチュエータを駆動する。ヘッドドライバ84にはヘッドの駆動条件を一定に保つためのフィードバック制御系を含んでいてもよい。   The head driver 84 drives the actuators of the print heads 12K, 12C, 12M, and 12Y for each color based on the print data given from the print control unit 80. The head driver 84 may include a feedback control system for keeping the head driving conditions constant.

プログラム格納部90には各種制御プログラムが格納されており、システムコントローラ72の指令に応じて、制御プログラムが読み出され、実行される。プログラム格納部90はROMやEEPROMなどの半導体メモリを用いてもよいし、磁気ディスクなどを用いてもよい。外部インターフェースを備え、メモリカードやPCカードを用いてもよい。もちろん、これらの記録媒体のうち、複数の記録媒体を備えてもよい。なお、
プログラム格納部90は動作パラメータ等の記録手段(不図示)と兼用してもよい。
Various control programs are stored in the program storage unit 90, and the control programs are read and executed in accordance with instructions from the system controller 72. The program storage unit 90 may use a semiconductor memory such as a ROM or an EEPROM, or may use a magnetic disk or the like. An external interface may be provided and a memory card or PC card may be used. Of course, you may provide several recording media among these recording media. In addition,
The program storage unit 90 may also be used as a recording unit (not shown) for operating parameters and the like.

印字検出部24は、図1で説明したように、ラインセンサを含むブロックであり、記録媒体16に印字された画像を読み取り、所要の信号処理などを行って印字状況(吐出の有無、打滴のばらつきなど)を検出し、その検出結果をプリント制御部80に提供する。   As described in FIG. 1, the print detection unit 24 is a block including a line sensor, reads an image printed on the recording medium 16, performs necessary signal processing, etc. And the detection result is provided to the print control unit 80.

プリント制御部80は、必要に応じて印字検出部24から得られる情報に基づいて印字ヘッド50に対する各種補正を行う。   The print control unit 80 performs various corrections on the print head 50 based on information obtained from the print detection unit 24 as necessary.

〔圧電アクチュエータの説明、第1実施形態〕
次に、本発明に係る印字ヘッド50に適用される圧電アクチュエータ58について詳述する。図9(a)は、圧電アクチュエータ58の構造を示す断面図である。上述したように、圧電アクチュエータ58は、加圧板56(図3参照)と接合され、複数の圧力室52に対応するサイズを有する第1の面100と、共通電極62が形成される第1の面の反対側の第2の面102と、を有し、第1の面100に形成された第1の溝60によって各圧力室52(図7参照)に対応する圧電活性部104の区画が決められている。
[Description of Piezoelectric Actuator, First Embodiment]
Next, the piezoelectric actuator 58 applied to the print head 50 according to the present invention will be described in detail. FIG. 9A is a cross-sectional view showing the structure of the piezoelectric actuator 58. As described above, the piezoelectric actuator 58 is joined to the pressure plate 56 (see FIG. 3), and the first surface 100 having a size corresponding to the plurality of pressure chambers 52 and the common electrode 62 are formed. And a second surface 102 opposite to the surface, and a first groove 60 formed in the first surface 100 defines a section of the piezoelectric active portion 104 corresponding to each pressure chamber 52 (see FIG. 7). It has been decided.

圧電活性部104のサイズは圧力室52の底面と略同一とする態様が好ましい。もちろん、圧電活性部104のサイズを圧力室52の底面のサイズよりも小さくしてもよいし、大きくしてもよい。   A mode in which the size of the piezoelectric active portion 104 is substantially the same as the bottom surface of the pressure chamber 52 is preferable. Of course, the size of the piezoelectric active portion 104 may be smaller or larger than the size of the bottom surface of the pressure chamber 52.

本例に示す圧電アクチュエータ58はd33モードの変位を利用する圧電素子が適用される。即ち、d33モードの変位を利用した圧電素子は、分極方向と略平行方向の一方の端部が固定(拘束)され(本例では、共通電極側が固定されている)、分極方向と略平行方向の電界を与えて該分極方向と略平行方向の伸び変位を生じさせる。この伸び変位によって固定されている端部と反対側の端部に接合される圧力室52の1つの壁面を構成する加圧板56を変形(移動)させることで圧力室52に体積変化が生じ、この体積変化に応じた量のインクがノズル51から吐出される。 The piezoelectric actuator 58 shown in the present embodiment is applied is a piezoelectric element utilizing a displacement of d 33 mode. That is, in the piezoelectric element using the d 33 mode displacement, one end in a direction substantially parallel to the polarization direction is fixed (constrained) (in this example, the common electrode side is fixed), and substantially parallel to the polarization direction. A direction electric field is applied to cause an elongation displacement in a direction substantially parallel to the polarization direction. A volume change occurs in the pressure chamber 52 by deforming (moving) the pressure plate 56 constituting one wall surface of the pressure chamber 52 joined to the end opposite to the end fixed by the extension displacement, An amount of ink corresponding to the volume change is ejected from the nozzle 51.

また、図9(b)に示すように、圧電アクチュエータ58に複数の圧電体層110と電極112とを交互に積層した積層型圧電素子を適用してもよい。積層型圧電素子は、各圧電体層110に同一の駆動電圧が印加され、各層の変位量を足し合わせた変位量を得ることができる。図9(b)は、図9(a)に示す圧電活性部104が積層構造を有する場合の圧電活性部104を拡大して図示してある。   Further, as shown in FIG. 9B, a laminated piezoelectric element in which a plurality of piezoelectric layers 110 and electrodes 112 are alternately laminated on the piezoelectric actuator 58 may be applied. In the multilayer piezoelectric element, the same drive voltage is applied to each piezoelectric layer 110, and a displacement amount obtained by adding the displacement amounts of the respective layers can be obtained. FIG. 9B is an enlarged view of the piezoelectric active portion 104 when the piezoelectric active portion 104 shown in FIG. 9A has a laminated structure.

圧電アクチュエータ58の駆動方式には、圧力室52の共振周波数のn倍(但し、nは自然数)の周波数で圧電アクチュエータ58を駆動する、圧力室52の共振を利用した駆動方式が適用される。このような共振を利用した駆動方式では、圧電アクチュエータ58の共振周波数を一定値にする必要がある。   As a driving method of the piezoelectric actuator 58, a driving method using the resonance of the pressure chamber 52, in which the piezoelectric actuator 58 is driven at a frequency n times (where n is a natural number) the resonance frequency of the pressure chamber 52, is applied. In the drive system using such resonance, the resonance frequency of the piezoelectric actuator 58 needs to be a constant value.

33駆動の場合、その変位量は厚み(図9(a)に符号tで図示)によらず一定であり、圧電アクチュエータ58に与える電界(電圧)を小さくすることで、圧電アクチュエータ58の消費電力を抑えるとともに、電界の2乗に比例する発熱量を抑えることができる。本例に示す圧電アクチュエータ58は、発熱と共振周波数の観点から厚みt(mm)が規定されている。 In the case of d 33 drive, the amount of displacement is constant regardless of the thickness (indicated by the symbol t in FIG. 9A), and by reducing the electric field (voltage) applied to the piezoelectric actuator 58, the consumption of the piezoelectric actuator 58 is reduced. While suppressing electric power, the emitted-heat amount proportional to the square of an electric field can be suppressed. The piezoelectric actuator 58 shown in this example has a thickness t (mm) defined from the viewpoint of heat generation and resonance frequency.

ここで、圧電素子の共振周波数f(Hz)は、圧電アクチュエータ58の厚みt(mm)、圧電アクチュエータ58のコンプライアンスS33E(m/N)、圧電アクチュエータ58の密度ρ(kg/m)を用いて、次式〔数1〕で求められる。 Here, the resonance frequency f (Hz) of the piezoelectric element is defined by the thickness t (mm) of the piezoelectric actuator 58, the compliance S33E (m 2 / N) of the piezoelectric actuator 58, and the density ρ (kg / m 3 ) of the piezoelectric actuator 58. It is calculated | required by following Formula [Equation 1] using.

〔数1〕
f=1/(2×(S33E)1/2×ρ)
また、圧電アクチュエータ58の単位時間あたりの発熱ΔT(℃)は、駆動周波数(共振周波数)f、真空中の誘電率ε(=8.85×10−12F/m)、圧電アクチュエータ58の比誘電率ε1、圧電アクチュエータ58に与える電界E(V/m)、圧電アクチュエータ58の駆動時間s(sec)、比熱c(J/kg・K)、圧電アクチュエータ58の誘電損失tanδを用いて、次式〔数2〕で求められる。
[Equation 1]
f = 1 / (2 × (S33E) 1/2 × ρ)
Further, the heat generation ΔT (° C.) per unit time of the piezoelectric actuator 58 is the drive frequency (resonance frequency) f, the dielectric constant ε 0 (= 8.85 × 10 −12 F / m) in vacuum, Using the relative dielectric constant ε1, the electric field E (V / m) applied to the piezoelectric actuator 58, the driving time s (sec) of the piezoelectric actuator 58, the specific heat c (J / kg · K), and the dielectric loss tan δ of the piezoelectric actuator 58, It is obtained by the following equation [Equation 2].

〔数2〕
ΔT=(π×f×ε×ε×tanδ×E×s)/(ρ×c)
なお、圧電アクチュエータ58の厚みtは、電界E(単位厚みあたりの電圧)に含まれる。
[Equation 2]
ΔT = (π × f × ε 0 × ε 1 × tan δ × E 2 × s) / (ρ × c)
The thickness t of the piezoelectric actuator 58 is included in the electric field E (voltage per unit thickness).

図10には、上述した〔数1〕及び〔数2〕より求められた発熱ΔT及び共振周波数f(kHz)と、圧電アクチュエータ58の厚みt(m)と、関係を示す。   FIG. 10 shows the relationship between the heat generation ΔT and the resonance frequency f (kHz) obtained from the above [Equation 1] and [Equation 2], and the thickness t (m) of the piezoelectric actuator 58.

図10によれば、共振周波数f(◆のプロットで図示)が250kHz〜750kHzとなる圧電アクチュエータ58の厚みtは、次式〔数3〕を満たす。   According to FIG. 10, the thickness t of the piezoelectric actuator 58 at which the resonance frequency f (illustrated by a plot of ◆) is 250 kHz to 750 kHz satisfies the following equation [Formula 3].

〔数3〕
5.5(mm)≧t≧1.8(mm)
また、1時間連続駆動したときに圧電アクチュエータ58に生じる発熱ΔTが1℃以下(画像設計より規定)となる圧電アクチュエータ58の厚みt(■のプロットで図示)は、単層圧電素子を用いる場合には、次式〔数4〕を満たす。
[Equation 3]
5.5 (mm) ≧ t ≧ 1.8 (mm)
Further, the thickness t (illustrated by a plot of ■) of the piezoelectric actuator 58 at which the heat generation ΔT generated in the piezoelectric actuator 58 when continuously driven for 1 hour is 1 ° C. or less (specified by image design) is the case where a single-layer piezoelectric element is used Satisfies the following equation [Equation 4].

〔数4〕
t≧1.0(mm)
即ち、圧電アクチュエータ58に単層圧電素子を用いる場合には、圧電アクチュエータ58の厚みtは共振周波数fの条件から規定される。圧電アクチュエータ58に積層圧電素子を用いると、2層の圧電素子を用いると単層圧電素子を用いる場合に比べて発熱量は4倍となり、3層の圧電素子を用いると単層圧電素子を用いる場合に比べて発熱量は9倍となるので、圧電アクチュエータ58の厚みtを大きくする必要がある。なお、積層型圧電素子を用いる場合の圧電アクチュエータ58の厚みtは、各層の厚みを足し合わせたトータルの厚みである。
[Equation 4]
t ≧ 1.0 (mm)
That is, when a single-layer piezoelectric element is used for the piezoelectric actuator 58, the thickness t of the piezoelectric actuator 58 is defined from the condition of the resonance frequency f. When a multilayer piezoelectric element is used for the piezoelectric actuator 58, the amount of heat generated is four times that of a single-layer piezoelectric element when a two-layer piezoelectric element is used, and a single-layer piezoelectric element is used when a three-layer piezoelectric element is used. Since the heat generation amount is nine times that of the case, it is necessary to increase the thickness t of the piezoelectric actuator 58. Note that the thickness t of the piezoelectric actuator 58 in the case of using the laminated piezoelectric element is a total thickness obtained by adding the thicknesses of the respective layers.

図10によれば、2層の圧電素子を用いる場合(▲プロットで図示)、圧電アクチュエータ58の1層あたりの厚みtは、次式〔数5〕を満たす。   According to FIG. 10, when two layers of piezoelectric elements are used (shown by a plot), the thickness t per layer of the piezoelectric actuator 58 satisfies the following equation [Equation 5].

〔数5〕
2.2(mm)≦t≦5.5(mm)
また、3層の圧電素子を用いる場合(×のプロットで図示)、圧電アクチュエータ58の1層あたりの厚みtは、次式〔数6〕を満たす。
[Equation 5]
2.2 (mm) ≦ t ≦ 5.5 (mm)
In addition, when three layers of piezoelectric elements are used (illustrated by x plots), the thickness t per layer of the piezoelectric actuator 58 satisfies the following equation [Formula 6].

〔数6〕
3.3(mm)≦t≦5.5(mm)
但し、圧電アクチュエータ58の厚み(積層型圧電素子を用いる態様では1層あたりの厚み)tの上限(5.5mm)は、共振周波数fの条件から規定される。
[Equation 6]
3.3 (mm) ≦ t ≦ 5.5 (mm)
However, the upper limit (5.5 mm) of the thickness t of the piezoelectric actuator 58 (thickness per layer in the case of using the multilayer piezoelectric element) is defined by the condition of the resonance frequency f.

ここで、共振周波数fとインク吐出量(pl)との関係について説明する。図11に共振周波数fとインク吐出量(pl)との関係を示す。図11中、■プロットは、ノズル51の直径が25μmの場合に1pl〜2plのインクを吐出させる駆動電圧(最小構成単位の駆動電圧)を与えたときにノズル51から実際の吐出されたインク量を示している。■プロットに基づいて、ノズル51の直径が20μmの場合の共振周波数fとインク吐出量との関係が符号200で示す略直線のように求められる。即ち、ノズル51の直径が20μmの場合には、共振周波数fが略250kHzで2pl以下の体積を持つインク液滴が吐出される。   Here, the relationship between the resonance frequency f and the ink discharge amount (pl) will be described. FIG. 11 shows the relationship between the resonance frequency f and the ink discharge amount (pl). In FIG. 11, the ■ plot indicates the actual amount of ink ejected from the nozzle 51 when a driving voltage (driving voltage of the minimum structural unit) for ejecting 1 pl to 2 pl of ink is applied when the diameter of the nozzle 51 is 25 μm. Is shown. (3) Based on the plot, the relationship between the resonance frequency f and the ink discharge amount when the diameter of the nozzle 51 is 20 μm is obtained as a substantially straight line indicated by reference numeral 200. That is, when the nozzle 51 has a diameter of 20 μm, an ink droplet having a resonance frequency f of about 250 kHz and a volume of 2 pl or less is ejected.

また、◆プロットは、ノズル51の直径が30μmの場合に前記最小構成単位の駆動電圧を与えたときにノズル51から実際の吐出されたインク量を示す。◆プロットに基づいて、ノズル51の直径が30μmの場合の共振周波数fとインク吐出量との関係が符号202で示す略直線のように求められる。ノズル51の直径を30μmにすると共振周波数fが1MHzでも2plの体積を持つインク液滴を吐出可能であるが、この場合、圧電アクチュエータ58から高い圧力を発生させる必要がある。なお、同じ体積を有するインク液滴を吐出させる場合、ノズル51の直径が大きくなると高い発生圧力が必要になる。   The ♦ plot shows the actual amount of ink ejected from the nozzle 51 when the drive voltage of the minimum structural unit is applied when the diameter of the nozzle 51 is 30 μm. ◆ Based on the plot, the relationship between the resonance frequency f and the ink discharge amount when the diameter of the nozzle 51 is 30 μm is obtained as a substantially straight line indicated by reference numeral 202. If the nozzle 51 has a diameter of 30 μm, an ink droplet having a volume of 2 pl can be ejected even when the resonance frequency f is 1 MHz. In this case, it is necessary to generate a high pressure from the piezoelectric actuator 58. Note that when ink droplets having the same volume are ejected, a higher generated pressure is required as the diameter of the nozzle 51 increases.

図11に示す略直線204は、ノズル51の直径が20μの場合(符号200)と30μmの場合(符号202)に基づいて予測された、ノズル51の直径が25μmの場合の共振周波数fとインク液滴の吐出量との関係である。   A substantially straight line 204 shown in FIG. 11 indicates the resonance frequency f and ink when the nozzle 51 diameter is 25 μm, which is predicted based on the nozzle 51 diameter of 20 μ (reference numeral 200) and 30 μm (reference numeral 202). This is the relationship with the droplet discharge amount.

ノズル51の直径が25μmの場合、共振周波数fを750kHzにすると略1plの体積を有するインク液滴を吐出可能であり、これが実質的な限界点であると考えられる。   When the diameter of the nozzle 51 is 25 μm, an ink droplet having a volume of approximately 1 pl can be ejected when the resonance frequency f is 750 kHz, which is considered to be a substantial limit point.

即ち、ノズル51の直径を20μm〜30μmとすると、1plから2plの体積を持つインク液滴を吐出させる共振周波数は250kHz〜750kHzとなる。   That is, when the diameter of the nozzle 51 is 20 μm to 30 μm, the resonance frequency for ejecting ink droplets having a volume of 1 pl to 2 pl is 250 kHz to 750 kHz.

上記の如く構成された印字ヘッド50は、圧力室52内のインクに吐出力を与える圧電アクチュエータ58に、d33モードの変位を利用した共振駆動方式によって駆動される圧電素子が適用され、該圧電アクチュエータ58の厚みtは、1.8mm≦t≦5.5mmの条件を満たすように構成されるので、共振周波数fが250kHzから750kHzの共振駆動において、ノズル51から1回に吐出されるインク滴単独で記録媒体上にドットを形成し得る体積1pl〜2plを有するインク滴が吐出されるとともに、圧電アクチュエータ58の発熱を1℃以下に抑えることが可能になる。   In the print head 50 configured as described above, a piezoelectric element that is driven by a resonance driving method using a d33 mode displacement is applied to the piezoelectric actuator 58 that applies an ejection force to the ink in the pressure chamber 52. Since the thickness t of 58 is configured so as to satisfy the condition of 1.8 mm ≦ t ≦ 5.5 mm, the ink droplet alone ejected from the nozzle 51 at a time in the resonance drive with the resonance frequency f of 250 kHz to 750 kHz. Thus, ink droplets having a volume of 1 pl to 2 pl capable of forming dots on the recording medium are ejected, and heat generation of the piezoelectric actuator 58 can be suppressed to 1 ° C. or lower.

圧電アクチュエータ58に積層型圧電素子を適用する場合には、2層構造の圧電素子を用いる場合にその1層あたりの厚みtは、2.2mm≦t≦5.5の条件を満たし、3層構造の圧電素子を用いる場合にその1層あたりの厚みtは、3.3mm≦t≦5.5の条件を満たすように構成される。   When a multilayer piezoelectric element is applied to the piezoelectric actuator 58, when a two-layered piezoelectric element is used, the thickness t per layer satisfies the condition of 2.2 mm ≦ t ≦ 5.5. When a piezoelectric element having a structure is used, the thickness t per layer is configured to satisfy the condition of 3.3 mm ≦ t ≦ 5.5.

〔第2実施形態〕
次に、本発明の第2実施形態について説明する。図12は、本実施形態に係る印字ヘッドに適用される圧電アクチュエータ58’の立体構造を示す断面図(図9(a)に対応する図)である。また、図13は、図12の一部を拡大して図示した拡大図である。なお、図12及び図13中、図9(a)と同一又は類似する部分には同一の符号を付し、その説明は省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 12 is a cross-sectional view (corresponding to FIG. 9A) showing a three-dimensional structure of a piezoelectric actuator 58 ′ applied to the print head according to the present embodiment. FIG. 13 is an enlarged view illustrating a part of FIG. In FIG. 12 and FIG. 13, the same or similar parts as in FIG. 9A are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

図12に示すように、圧電アクチュエータ58’は、各圧力室に対応したサイズに分割する第1の溝60が形成される第1の面100と反対側の第2の面102に第1の溝60と同じ形状及び構造の第2の溝300が設けられている。即ち、圧電アクチュエータ58は第1の面100と第2の面102が対称な形状となっている。   As shown in FIG. 12, the piezoelectric actuator 58 ′ has a first surface on the second surface 102 opposite to the first surface 100 in which the first groove 60 divided into sizes corresponding to the pressure chambers is formed. A second groove 300 having the same shape and structure as the groove 60 is provided. That is, in the piezoelectric actuator 58, the first surface 100 and the second surface 102 are symmetrical.

このように、圧電アクチュエータ58’を対称構造にすることで、製造工程に加熱プロセスがあっても該圧電アクチュエータ58’が反らず、圧電アクチュエータ58’及び該圧電アクチュエータ58’を用いた印字ヘッドの形状が安定する。   In this way, by making the piezoelectric actuator 58 ′ symmetrical, the piezoelectric actuator 58 ′ does not warp even if there is a heating process in the manufacturing process, and the piezoelectric actuator 58 ′ and the print head using the piezoelectric actuator 58 ′ are used. The shape of is stable.

また、第2の面102に形成された第2の溝300によって第2の面102の表面積が拡大され、高い放熱効果を得ることができる。なお、本例では、第2の溝300を第1の面100に形成される第1の溝60に対応する形状、構造とする態様を示したが、第2の溝300は第1の溝60と異なる形状、構造とする態様も可能である。   Further, the surface area of the second surface 102 is increased by the second groove 300 formed in the second surface 102, and a high heat dissipation effect can be obtained. In this example, the second groove 300 has a shape and structure corresponding to the first groove 60 formed in the first surface 100. However, the second groove 300 is the first groove. An aspect having a shape and structure different from 60 is also possible.

更に、第2の面102に嵌合する形状を有する放熱板(金属板、セラミック板など)302を第2の面102に接合することで、より高い放熱効果を得ることができる。なお、第2の面102に金属(例えばSUS)の放熱板302を備える態様では、第2の溝300によって隔てられた共通電極62を放熱板302に導通させることで、第2の面に第2の溝300が設けられる態様において各圧電活性部104に対応する共通電極62を簡易な方法で導通させることが可能である(図13参照)。   Further, by joining a heat radiating plate (a metal plate, a ceramic plate, etc.) 302 having a shape fitted to the second surface 102 to the second surface 102, a higher heat radiating effect can be obtained. In the aspect in which the second surface 102 is provided with a metal (for example, SUS) heat dissipation plate 302, the common electrode 62 separated by the second groove 300 is electrically connected to the heat dissipation plate 302, so that the second surface has the second surface 102. In the embodiment in which the two grooves 300 are provided, the common electrode 62 corresponding to each piezoelectric active portion 104 can be made conductive by a simple method (see FIG. 13).

上記実施形態では、その長手方向にノズル51を1列に並べたノズル列を有する印字ヘッド50を示したが、本発明はノズル51が2次元状に配置されたマトリクス型ヘッドにも適用可能である。   In the above embodiment, the print head 50 having the nozzle row in which the nozzles 51 are arranged in the longitudinal direction is shown. However, the present invention is also applicable to a matrix type head in which the nozzles 51 are two-dimensionally arranged. is there.

上記実施形態では、記録媒体の全幅に対応する長さのノズル列を有するページワイドのフルライン型ヘッドを説明したが、本発明の適用範囲はこれに限定されず、短尺の記録ヘッドを往復移動させながら画像記録を行うシャトルヘッドについても本発明を適用可能である。   In the above embodiment, a page-wide full-line head having a nozzle row having a length corresponding to the entire width of the recording medium has been described. However, the scope of application of the present invention is not limited to this, and a short recording head is reciprocally moved. The present invention can also be applied to a shuttle head that records an image while the image is recorded.

本発明に係る液体吐出ヘッドは、記録媒体上にインクを吐出させて該記録媒体上に所望の画像を形成するインクジェット記録装置以外にも、レジストなどインク以外の液体で画像(立体形状)を形成する画像形成装置、ノズル(吐出孔)から薬液、水などを吐出されるディスペンサ等の液体吐出装置などにも広く適用可能である。   The liquid ejection head according to the present invention forms an image (three-dimensional shape) with a liquid other than ink, such as a resist, in addition to an ink jet recording apparatus that ejects ink onto a recording medium to form a desired image on the recording medium. The present invention can also be widely applied to image forming apparatuses, liquid discharge apparatuses such as dispensers that discharge chemicals, water, and the like from nozzles (discharge holes).

本発明に係る印字ヘッドを搭載したインクジェット記録装置の全体構成図1 is an overall configuration diagram of an ink jet recording apparatus equipped with a print head according to the present invention. 図1に示したインクジェット記録装置の印字部周辺の要部平面図FIG. 1 is a plan view of a main part around a printing unit of the ink jet recording apparatus shown in FIG. 本発明に係る印字ヘッドの構造例を示す透視斜視図FIG. 3 is a perspective view showing a structure example of a print head according to the present invention. 本発明に係る液体吐出ヘッドの動作を説明する図The figure explaining operation | movement of the liquid discharge head which concerns on this invention 図3に示す印字ヘッドの立体構造を示す断面図Sectional drawing which shows the three-dimensional structure of the print head shown in FIG. 図3に示す印字ヘッドの平面図Plan view of the print head shown in FIG. 図3に示す印字ヘッドの他の態様を説明する図The figure explaining the other aspect of the print head shown in FIG. 本実施形態に係るインクジェット記録装置のシステム構成を示す要部ブロック図Main part block diagram which shows the system configuration | structure of the inkjet recording device which concerns on this embodiment. 本発明の第1実施形態に係る印字ヘッドに用いられる圧電アクチュエータを説明する図The figure explaining the piezoelectric actuator used for the print head concerning a 1st embodiment of the present invention. 図9に示す圧電アクチュエータの厚みと共振周波数との関係を説明する図The figure explaining the relationship between the thickness of the piezoelectric actuator shown in FIG. 9, and the resonance frequency 図9に示す圧電アクチュエータの共振周波数とインク液滴の吐出量との関係を説明する図The figure explaining the relationship between the resonant frequency of the piezoelectric actuator shown in FIG. 9, and the discharge amount of an ink droplet 本発明の第2実施形態に係る印字ヘッドに用いられる圧電アクチュエータを説明する図The figure explaining the piezoelectric actuator used for the print head which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 図12に示す圧電アクチュエータの一部を拡大した拡大図An enlarged view of a part of the piezoelectric actuator shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

50…印字ヘッド、51…ノズル、52…圧力室、56…加圧板、57…個別電極、58,58’…圧電アクチュエータ、60…第1の溝、62…共通電極、300…第2の溝、302…金属板(放熱板)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 50 ... Print head, 51 ... Nozzle, 52 ... Pressure chamber, 56 ... Pressure plate, 57 ... Individual electrode, 58, 58 '... Piezoelectric actuator, 60 ... 1st groove | channel, 62 ... Common electrode, 300 ... 2nd groove | channel 302 ... Metal plate (heat sink)

Claims (9)

液滴を吐出させるノズルと、
前記ノズルに対応して設けられる圧力室と、
前記圧力室に接合される加圧板と、
前記加圧板に接合され、付与される電界の方向と略平行方向に変形する1層の圧電素子を含み、所定の共振周波数で共振駆動され、1回の駆動で少なくとも記録媒体に形成される最小サイズのドットとなる体積の液滴を吐出させる圧電アクチュエータと、
を備え、
前記圧電アクチュエータは、前記圧電素子の厚みが1.8mm以上5.5mm以下である構造を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
A nozzle for discharging droplets;
A pressure chamber provided corresponding to the nozzle;
A pressure plate joined to the pressure chamber;
A minimum of a piezoelectric element that is bonded to the pressure plate and that is deformed in a direction substantially parallel to the direction of the applied electric field, is resonantly driven at a predetermined resonance frequency, and is formed on at least a recording medium by one drive. A piezoelectric actuator that ejects droplets of a volume that is a size dot; and
With
The piezoelectric actuator has a structure in which a thickness of the piezoelectric element is 1.8 mm or more and 5.5 mm or less.
液滴を吐出させるノズルと、
前記ノズルに対応して設けられる圧力室と、
前記圧力室に接合される加圧板と、
前記加圧板に接合され、付与される電界の方向と略平行方向に変形する2層の圧電素子を含み、所定の共振周波数で共振駆動され、1回の駆動で少なくとも記録媒体に形成される最小サイズのドットとなる体積の液滴を吐出させる圧電アクチュエータと、
を備え、
前記圧電アクチュエータは、前記圧電素子の1層あたりの厚みが2.2mm以上5.5mm以下である構造を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
A nozzle for discharging droplets;
A pressure chamber provided corresponding to the nozzle;
A pressure plate joined to the pressure chamber;
A minimum of a piezoelectric element that is bonded to the pressure plate and that is deformed in a direction substantially parallel to the direction of the applied electric field and that is resonantly driven at a predetermined resonance frequency and is formed on at least a recording medium by a single drive. A piezoelectric actuator that ejects droplets of a volume that is a size dot; and
With
The piezoelectric actuator has a structure in which a thickness per layer of the piezoelectric element is 2.2 mm or more and 5.5 mm or less.
液滴を吐出させるノズルと、
前記ノズルに対応して設けられる圧力室と、
前記圧力室に接合される加圧板と、
前記加圧板に接合され、付与される電界の方向と略平行方向に変形する3層の圧電素子を含み、所定の共振周波数で共振駆動され、1回の駆動で少なくとも記録媒体に形成される最小サイズのドットとなる体積の液滴を吐出させる圧電アクチュエータと、
を備え、
前記圧電アクチュエータは、前記圧電素子の1層あたりの厚みが3.3mm以上5.5mm以下である構造を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
A nozzle for discharging droplets;
A pressure chamber provided corresponding to the nozzle;
A pressure plate joined to the pressure chamber;
A minimum of a piezoelectric element that is bonded to the pressure plate and that is deformed in a direction substantially parallel to the direction of an applied electric field and that is resonantly driven at a predetermined resonance frequency and formed on at least a recording medium by a single drive. A piezoelectric actuator that ejects droplets of a volume that is a size dot; and
With
The piezoelectric actuator has a structure in which a thickness per layer of the piezoelectric element is 3.3 mm or more and 5.5 mm or less.
前記圧電アクチュエータは、前記加圧板と接合される第1の面及び前記第1の面と反対側の第2の面に駆動電圧を印加する電極を備えたことを特徴とする請求項1、2又は3記載の液体吐出ヘッド。   The piezoelectric actuator includes an electrode for applying a driving voltage to a first surface bonded to the pressure plate and a second surface opposite to the first surface. Or the liquid discharge head of 3. 前記ノズル及び前記圧力室を複数備え、
前記圧電アクチュエータは、前記第1の面に該第1の面を前記複数の圧力室に対応する領域に分割する第1の溝が形成され、前記第1の溝によって分割された領域に前記各圧力室に対応する個別電極を備えたことを特徴とする請求項4記載の液体吐出ヘッド。
A plurality of nozzles and pressure chambers;
In the piezoelectric actuator, a first groove that divides the first surface into regions corresponding to the plurality of pressure chambers is formed on the first surface, and each of the regions is divided by the first groove. The liquid discharge head according to claim 4, further comprising an individual electrode corresponding to the pressure chamber.
前記圧電アクチュエータは、前記第2の面に前記複数の圧力室に共通の共通電極を備えたことを特徴とする請求項4又は5記載の液体吐出ヘッド。   6. The liquid discharge head according to claim 4, wherein the piezoelectric actuator includes a common electrode common to the plurality of pressure chambers on the second surface. 前記圧電アクチュエータは、前記第2の面に第2の溝を備えたことを特徴とする請求項4、5又は6記載の液体吐出ヘッド。   The liquid ejection head according to claim 4, wherein the piezoelectric actuator includes a second groove on the second surface. 前記圧電アクチュエータは、前記第2の面に放熱部材を備えたことを特徴とする請求項4乃至7のうち何れか1項に記載の液体吐出ヘッド。   The liquid ejection head according to claim 4, wherein the piezoelectric actuator includes a heat radiating member on the second surface. 前記共振周波数は、250kHz以上750kHz以下の周波数を含むことを特徴とする請求項1乃至8のうち何れか1項に記載の液体吐出ヘッド。

The liquid ejection head according to claim 1, wherein the resonance frequency includes a frequency of 250 kHz or more and 750 kHz or less.

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