JP2010214851A - Liquid discharging device and ink-jet recording device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インクジェット式記録装置の高解像度化、吐出不良補完を実現する記録ヘッドとして利用される液体吐出装置およびそれを備えたインクジェット式記録装置に関するものである。 The present invention relates to a liquid ejecting apparatus used as a recording head that realizes higher resolution of an ink jet recording apparatus and complements ejection defects, and an ink jet recording apparatus including the liquid ejecting apparatus.
記録ヘッドの吐出口からインクを吐出させて紙等の被記録材に付着させるインクジェット記録方式の一つとしては、加熱により管内のインクに気泡を発生させてインクを噴射するサーマル式、および電圧を加えると変形する圧電素子(ピエゾ素子)を用い、ピエゾ素子に電圧を加えて、変形させることでインクを管外へと噴出させるピエゾ式などの、インク滴に圧力を加える方法によりインクを噴射させる方法が採用されている。 As one of the ink jet recording methods in which ink is ejected from the ejection port of the recording head and adhered to a recording material such as paper, a thermal method in which bubbles are generated in the ink in the tube by heating and the ink is ejected, and a voltage is used. Ink is ejected by a method of applying pressure to ink droplets, such as a piezo type that uses a piezoelectric element (piezo element) that deforms when applied and applies voltage to the piezo element to eject the ink out of the tube by deformation. The method is adopted.
このような吐出方法の記録ヘッドを用いたインクジェット式記録装置においては、異物による吐出口の目詰まりやインク内に混入した気泡などにより吐出不良が発生することがある。 In an ink jet recording apparatus using a recording head of such an ejection method, ejection failure may occur due to clogging of ejection ports due to foreign matters or bubbles mixed in ink.
従来から、この吐出不良の課題に対して、吐出不良の検知方法、不吐出補完方法、制御方法および種々の吐出量制御方法、装置が提案されている。 Conventionally, a discharge failure detection method, a non-discharge complementing method, a control method, and various discharge amount control methods and apparatuses have been proposed for this discharge failure problem.
特許文献1には、異常なプリント素子に加えるべき画像データを移動して他のプリント素子の画像データに重畳し、プリントを補完させることにより画像欠陥のない画像を得ようとする構成が開示されている。 Patent Document 1 discloses a configuration in which image data to be added to an abnormal print element is moved, superimposed on image data of another print element, and an image without an image defect is obtained by complementing the print. ing.
特許文献1の画像補完方法は、不吐出等の異常ノズルによる画像欠陥を低減するため、不吐出のノズルに対する補完印字を達成するものである。しかし、特許文献1に開示されるマルチスキャン方式によれば、補完記録を行うノズルは重畳されたデータを印字することになり、印字速度を低下せざるを得ない。 The image complementing method of Patent Document 1 achieves complementary printing for non-ejection nozzles in order to reduce image defects caused by abnormal nozzles such as non-ejection. However, according to the multi-scan method disclosed in Patent Document 1, the nozzle that performs complementary recording prints the superimposed data, and the printing speed has to be reduced.
また、インクジェットプリンタは年々高解像度化しており、記録ヘッドの液体を吐出する吐出口配列の解像度は600dpi、1200dpiと高解像度化している。それに伴い、画像を形成する吐出インク滴のサイズに関しては、15pl(ピコリットル)程度から5pl、2plと年々小滴化する傾向にある。 Inkjet printers are increasing in resolution year by year, and the resolution of the ejection port array for ejecting the liquid of the recording head is increased to 600 dpi and 1200 dpi. Accordingly, the size of the ejected ink droplets for forming an image tends to be reduced year by year from about 15 pl (picoliter) to 5 pl and 2 pl.
ピエゾ方式の記録ヘッドの場合には、吐出口毎にピエゾ素子を備えた構造となるため、ヘッド構造が複雑であり、吐出口配列の解像度の高解像度化に伴い、ピエゾ素子を小型化するとインクを押し出すために必要な体積変化が得られにくいという問題がある。 In the case of a piezo type recording head, the structure is provided with a piezo element for each ejection port, so the head structure is complicated, and the ink is reduced when the piezo element is miniaturized as the resolution of the ejection port array increases. There is a problem in that it is difficult to obtain a volume change necessary for extruding.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、不吐出の補完を容易に可能とする、また、高解像度化を可能とする液体吐出装置およびそれを備えたインクジェット式記録装置を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a liquid ejection apparatus that can easily compensate for non-ejection and can achieve high resolution, and an ink jet recording apparatus including the liquid ejection apparatus. It is intended to do.
本発明の液体吐出装置は、圧力室および該圧力室に連通し該圧力室内の液体を外部に吐出する液体吐出口を有する液体吐出部材と、前記圧力室内の圧力を高め、前記液体吐出口から液体を吐出させる圧力付与手段とを備えた液体吐出装置であって、
前記液体吐出部材の前記液体吐出口が設けられている部分が薄板材により形成されており、
前記薄板材の、前記液体吐出口の外周に、前記薄板材を変形させることにより前記液体吐出口の形状を変形させて該液体吐出口から吐出される液滴の吐出方向を変化させる圧電手段を備えていることを特徴とするものである。
The liquid discharge device of the present invention includes a liquid discharge member having a pressure chamber and a liquid discharge port that communicates with the pressure chamber and discharges the liquid in the pressure chamber to the outside, and increases the pressure in the pressure chamber from the liquid discharge port. A liquid ejecting apparatus comprising pressure applying means for ejecting liquid,
The portion of the liquid discharge member provided with the liquid discharge port is formed of a thin plate material,
Piezoelectric means for changing the discharge direction of liquid droplets discharged from the liquid discharge port by deforming the thin plate material on the outer periphery of the liquid discharge port of the thin plate material to change the shape of the liquid discharge port. It is characterized by having.
前記圧電手段は、1つの圧電素子からなるものであってもよいが、前記液体吐出口の外周の、周方向の異なる位置に配置された、個別に制御可能な複数の圧電素子からなるものであることが好ましい。 The piezoelectric means may be composed of a single piezoelectric element, but is composed of a plurality of individually controllable piezoelectric elements arranged at different positions in the circumferential direction on the outer periphery of the liquid discharge port. Preferably there is.
前記複数の圧電素子は、前記複数の圧電素子に共通して、前記薄板材側から順に形成された、第1の電極層および圧電体膜と、該圧電体膜上に、前記複数の圧電素子の圧電素子毎に応じてパターン形成された第2の電極層とからなるものであることが好ましい。 The plurality of piezoelectric elements are common to the plurality of piezoelectric elements, and are formed in order from the thin plate material side, the first electrode layer and the piezoelectric film, and the plurality of piezoelectric elements on the piezoelectric film. The second electrode layer is preferably formed in a pattern according to each piezoelectric element.
本発明のインクジェット式記録装置は、本発明の液体吐出装置が複数、列設されてなる記録ヘッドを備えたことを特徴とするものである。 An ink jet recording apparatus according to the present invention includes a recording head in which a plurality of liquid ejection apparatuses according to the present invention are arranged in a line.
本発明の液体吐出装置は、液体吐出部材の液体吐出口が設けられている薄板材の、液体吐出口の外周に、薄板材を変形させることにより液体吐出口の形状を変形させて液体吐出口から吐出される液滴の吐出方向を変化させる圧電手段を備えているので、被記録媒体への打滴の際に、吐出口直下のみならず、吐出口の変形量の許容範囲において、所望の位置に滴下させることができる。このような液体吐出装置が複数列設されてなる記録ヘッドによれば、隣接する液体吐出口が不吐出となった場合に、その不吐出となった吐出口が打滴すべき箇所への打滴を正常な吐出口からの打滴で補完することができる。また、吐出口直下位置と異なる位置への打滴が可能となることから、1つの吐出口から複数箇所への打滴を行うことにより高解像度化を測ることも可能となる。 The liquid discharge device according to the present invention changes the shape of the liquid discharge port by deforming the thin plate material on the outer periphery of the liquid discharge port of the thin plate material provided with the liquid discharge port of the liquid discharge member. Since the piezoelectric means for changing the discharge direction of the liquid droplets discharged from the recording medium is desired, not only directly under the discharge port but also within the allowable range of the deformation amount of the discharge port when droplets are ejected onto the recording medium. It can be dropped at a position. According to such a recording head in which a plurality of liquid ejection devices are arranged, when an adjacent liquid ejection port fails to eject, the ejection port that has failed to eject ink to a location where droplets should be ejected. The droplets can be supplemented with droplets ejected from normal ejection openings. In addition, since it is possible to eject droplets to a position different from the position immediately below the ejection port, it is possible to measure high resolution by performing droplet ejection from a single ejection port to a plurality of locations.
本発明のインクジェット式記録装置は、上記本発明の液体吐出装置が複数、列設されてなる記録ヘッドを備えているので、ある液体吐出装置が不吐出となった場合、近隣の正常な液体吐出装置により不吐出となった液体吐出装置による打滴を補完させることができ、不吐出の容易な補完が可能となる。また、1つの液体吐出装置から、同一ライン上で偏向により2打滴行う等の処理により列設された液体吐出装置の数で通常得られる解像度よりも高解像度な画像を得ることができる。 Since the ink jet recording apparatus of the present invention includes a recording head in which a plurality of the liquid ejecting apparatuses of the present invention are arranged in a row, if a certain liquid ejecting apparatus fails to eject, the adjacent normal liquid ejecting apparatus It is possible to supplement the droplet ejection by the liquid ejection device that has failed to eject by the device, and it is possible to easily complement the ejection failure. Further, from one liquid ejecting apparatus, an image having a resolution higher than that normally obtained by the number of liquid ejecting apparatuses arranged in a line such as by performing two droplets by deflection on the same line can be obtained.
以下、図面を参照して本発明の具体的な実施の形態について説明する。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<第1実施形態の液体吐出装置>
図1は本発明の第1実施形態の液体吐出装置1の要部を示す概略断面図であり、図2は、図1の液体吐出装置1の一部を拡大して示した拡大図である。また、図3は図2に拡大された液体吐出装置1の一部の底面図である。各図において視認しやすくするため、構成要素の縮尺は実際のものとは適宜異ならせてある。
<Liquid Discharge Device of First Embodiment>
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a main part of a liquid ejection apparatus 1 according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view showing a part of the liquid ejection apparatus 1 in FIG. . FIG. 3 is a partial bottom view of the liquid ejection apparatus 1 enlarged in FIG. In order to facilitate visual recognition in each figure, the scale of the constituent elements is appropriately changed from the actual one.
本実施形態の液体吐出装置1は、圧力室11および該圧力室11に連通し圧力室11内の液体(インク)12を外部に吐出する液体吐出口13を有する液体吐出部材10と、圧力室11内の圧力を高め、液体吐出口13から液体12を吐出させる圧力付与手段20とを備えている。なお、圧力室は図示しないインク貯留部に接続されており、そのインク貯留部から適宜インクが供給される。
The liquid ejection apparatus 1 according to the present embodiment includes a
圧力付与手段20として、本実施形態においては液体吐出部材10の圧力室11に対応して設けられた圧力室駆動用の圧電素子(以下において、圧力室駆動用の圧電素子20)を備えているが、ヒータ等の液体を発泡させる手段を備えていてもよい。
In the present embodiment, the
液体吐出部材10は、基板15にドライエッチングもしくはウエットエッチングにより圧力室11、該圧力室11に連通する流路14を形成し、この基板15に液体吐出口13を有する薄板材(ノズルプレート)16が貼り付けられて構成されている。ノズルプレート16は、振動しやすい、可撓性のある材料で形成することが好ましい。また、基板15の加工により圧力室11の上壁面を構成すると共に圧電素子20の伸縮を圧力室11へ伝達する振動板(ダイヤフラム)18が形成されており、圧力駆動用の圧電素子20は振動板18の上に配置形成されている。
The
本実施形態の液体吐出装置1は、さらに、吐出口13を有するノズルプレート16の、吐出口13の外周にノズルプレート16を変形させることにより吐出口13の形状を変形させて吐出口13から吐出される液滴の吐出方向を変化させる吐出口駆動用の圧電手段30を備えている。
The liquid discharge apparatus 1 of the present embodiment further discharges from the
本実施形態においては、吐出口駆動用の圧電手段30は、ノズルプレート16の外面の吐出口13の外周に周方向の異なる位置に、個別に制御可能な複数の圧電素子30A〜30Dからなる(図3参照)。圧電素子30A〜30Dは、4つの素子30A〜30Dに共通してノズルプレート16側から形成された第1の電極層31および圧電体膜32と、この圧電体膜32上、4つの素子30A〜30Dのそれぞれに対応してパターン形成された第2の電極層33A〜33Dとからなる。ここでは、第2の電極層33A〜33Dは断続的なリング状に配置されている。言い換えると、本実施形態においては、パターン形成された第2の電極層33A〜33Dの形状により、圧電素子30A〜30Dは特定され、互いに分離されたものとなる。
In the present embodiment, the piezoelectric means 30 for driving the discharge port includes a plurality of
圧力駆動用の圧電素子20は、振動板18上に、下部電極層21と圧電体膜22と上部電極層23とが順次積層された素子であり、圧電体膜22は、下部電極層21と上部電極層23とにより膜厚方向に電界が印加されるようになっている。
The
液体吐出装置1では、圧電素子20に印加する電界強度を増減させて圧電素子20を伸縮させ、これによって圧力室11からの液体12の吐出や吐出量の制御が行われる。なお、圧力付与手段としては、加熱により管内のインクに気泡を発生させてインクを噴射するサーマル式のインクジェットのように、ヒータを備えていてもよい。
In the liquid ejection device 1, the electric field strength applied to the
基板15としては、熱伝導率、加工性が良いことからシリコン基板が好ましく、特には、シリコン基板上にSiO2膜とSi活性層とが順次積層されたSOI基板等の積層基板が好適に用いられる。また、振動板18と圧力室駆動用圧電素子20の下部電極層21との間に、格子整合性を良好にするためのバッファ層や、電極と基板との密着性を良好にするための密着層等を設けても構わない。
As the
圧力室11が形成される基板15と、振動板18とは一体であっても、別体であってもよく、基板と別体で構成する場合には、基板としては、シリコンのみならず,ガラス,ステンレス(SUS),イットリウム安定化ジルコニア(YSZ),アルミナ,サファイヤ,及びシリコンカーバイド等を用いることができる。
The
吐出口駆動用圧電素子30A〜30Dの第1の電極層31、圧力室駆動用圧電素子20の下部電極層21の主成分としては、特に制限なく、Ir、Au,Pt,IrO2,RuO2,LaNiO3,及びSrRuO3等の金属又は金属酸化物、及びこれらの組合せが挙げられる。
The
吐出口駆動用圧電素子30A〜30Dの第2の電極層33、圧力室駆動用圧電素子20の上部電極層23の主成分としては、特に制限なく、第1の電極層31および下部電極層21で例示した材料、Al,Ta,Cr,及びCu等の一般的に半導体プロセスで用いられている電極材料、及びこれらの組合せが挙げられる。
The main components of the second electrode layer 33 of the discharge port driving
各電極層31、33、21、23の厚みは特に制限なく、50〜500nmであることが好ましい。
The thickness of each
吐出口駆動用圧電素子30A〜30Dの圧電体膜32、圧力室駆動用圧電素子20の圧電体膜22の膜厚は特に制限なく、10nm〜100μmの薄膜が好ましく、100nm〜20μmの薄膜が特に好ましい。
The film thicknesses of the
圧電体膜32、22の成膜方法は特に制限されないが、スパッタ法、プラズマCVD法、MOCVD法、及びPLD法等の気相法;ゾルゲル法及び有機金属分解法等の液相法;及びエアロゾルデポジション法等が挙げられる。
The film formation method of the
なお、吐出口駆動用の圧電素子30A〜30Dはノズルプレート16に、圧力室駆動用の圧電素子20は振動板18上にいずれも直接、蒸着等による成膜で形成することが好ましいが、バルク体の圧電体を薄く研磨し電極を備えて構成された圧電素子を薄板材に貼り付けてもよい。しかしながら、非常に微細な構造を構成する必要があることから、蒸着等により直接成膜形成することが容易であり好ましい。
In addition, it is preferable that the
圧電体膜32、22の組成は特に制限されず、下記一般式(P)で表される1種又は2種以上のペロブスカイト型酸化物からなる(不可避不純物を含んでいてもよい)ことが好ましい。
The composition of the
一般式ABO3・・・(P)
(A:Aサイトの元素であり、Pb,Ba,Sr,Bi,Li,Na,Ca,Cd,Mg,K,及びランタニド元素からなる群より選ばれた少なくとも1種の元素を含む。
B:Bサイトの元素であり、Ti,Zr,V,Nb,Ta,Cr,Mo,W,Mn,Mg,Sc,Co,Cu,In,Sn,Ga,Zn,Cd,Fe,Ni,Hf,及びAlからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素を含む。
O:酸素。
Aサイト元素とBサイト元素と酸素元素のモル比は1:1:3が標準であるが、これらのモル比はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で基準モル比からずれてもよい。)
上記一般式(P)で表されるペロブスカイト型酸化物としては、
チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、ジルコニウム酸鉛、チタン酸鉛ランタン、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛、ニッケルニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛、亜鉛ニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛等の鉛含有化合物、及びこれらの混晶系;
チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウムバリウム、チタン酸ビスマスナトリウム、チタン酸ビスマスカリウム、ニオブ酸ナトリウム、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸リチウム等の非鉛含有化合物、及びこれらの混晶系が挙げられる。
General formula ABO 3 (P)
(A: Element of A site, including at least one element selected from the group consisting of Pb, Ba, Sr, Bi, Li, Na, Ca, Cd, Mg, K, and lanthanide elements.
B: Element of B site, Ti, Zr, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Mg, Sc, Co, Cu, In, Sn, Ga, Zn, Cd, Fe, Ni, Hf , And at least one element selected from the group consisting of Al.
O: oxygen.
The molar ratio of the A site element, the B site element, and the oxygen element is 1: 1: 3 as a standard, but these molar ratios may deviate from the reference molar ratio within a range where a perovskite structure can be taken. )
As the perovskite oxide represented by the general formula (P),
Lead titanate, lead zirconate titanate (PZT), lead zirconate, lead lanthanum titanate, lead lanthanum zirconate titanate, lead zirconium niobate titanate titanate, lead zirconium niobate titanate titanate, titanium titanate zinc niobate Lead-containing compounds such as lead acid, and mixed crystal systems thereof;
Examples thereof include lead-free compounds such as barium titanate, barium strontium titanate, bismuth sodium titanate, bismuth potassium titanate, sodium niobate, potassium niobate, lithium niobate, and mixed crystal systems thereof.
電気特性がより良好となることから、上記一般式(P)で表されるペロブスカイト型酸化物は、Mg,Ca,Sr,Ba,Bi,Nb,Ta,W,及びLn(=ランタニド元素(La,Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,及びLu))等の金属イオンを、1種又は2種以上含むものであることが好ましい。 Since the electrical characteristics become better, the perovskite oxide represented by the general formula (P) is composed of Mg, Ca, Sr, Ba, Bi, Nb, Ta, W, and Ln (= lanthanide element (La , Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu)).
図4および図5は、液体吐出装置1の吐出口駆動用圧電手段30の駆動形態を示す吐出口近傍の断面図である。図4は、図3に示す4つの圧電素子30A〜30Dのうち、1つの圧電素子30Dにのみ電圧を印加したときの駆動形態を示し、図5は、4つの圧電素子30A〜30Dの全ての同一の電圧を印加したときの駆動形態を示すものである。
4 and 5 are cross-sectional views in the vicinity of the ejection port showing the driving mode of the ejection port driving piezoelectric means 30 of the liquid ejection device 1. FIG. 4 shows a drive mode when a voltage is applied only to one
図4に示すように、1つの圧電素子30Dにのみ電圧を印加した場合、この圧電素子30D近傍のノズルプレート16を変形させ、吐出口を変形させて、液体12の吐出方向を直下方向A1から斜め方向A2へと変化させることができる。その変化量は、圧電素子30Dへの印加電圧により制御することができる。
As shown in FIG. 4, when a voltage is applied only to one
圧電素子30A〜30Dの圧電体膜32は、その伸縮方向が、膜面内方向となるように形成されており、電圧が印加されることにより、ノズルプレートの吐出口13の周囲を上向きに、あるいは下向きに反らせる内部応力が働く。圧電素子30A〜30Dに電圧を印加する、すなわちそれぞれの上下電極層に電圧を印加して圧電体膜32に電界を加えることによる圧電体膜の伸縮に伴い、吐出口の形状を変化させることができる。圧電体膜32を上に凸、下に凸のいずれの方向に反るか、印加電圧の正負により制御することができる。
The
また、圧電素子30A〜30Dに同時に同一の電圧を印加した場合、図5に示すように、吐出口の周囲が全体的に下に反るように制御することもできる。このようにすれば、吐出口13の口径d0(図2参照)をd1へと大きくすることができ、吐出量(液滴サイズ(体積))の調整を容易に行うことが可能となる。
Further, when the same voltage is simultaneously applied to the
なお、液滴体積Vdは以下のように表される。
Vd=πr2・v/2f
ここで、rは吐出口半径、vは液滴速度、fは圧力共振周波数である。
The droplet volume Vd is expressed as follows.
Vd = πr 2 · v / 2f
Here, r is a discharge port radius, v is a droplet velocity, and f is a pressure resonance frequency.
すなわち、液滴体積Vdは吐出口半径の2乗に比例するので口径を大きくすることにより、液滴体積を容易に大きくすることができる。 That is, since the droplet volume Vd is proportional to the square of the ejection port radius, the droplet volume can be easily increased by increasing the aperture.
なお、このような吐出口周りの変形を十分なものにするためには、図2に示すように、流路14の直径Dが圧電素子の内周径Dinと外周径との間に位置するようにとなるように形成することが好ましい。
In order to make the deformation around the discharge port sufficient, as shown in FIG. 2, the diameter D of the
図3に示すように、本実施形態においては吐出口駆動用の圧電手段として、4つの圧電素子30A〜30Dが断続的なリング状に配置されているが、圧電素子の数、配置はこの形態に限るものではなく、液体吐出口13から吐出される液滴の吐出方向を変化させることができる構成であればよい。例えば、図3に示す圧電素子30A〜30Dの1つのみを備えるものであってもよいし、隣接する2つ、あるいは対向する2つの素子を備えるものであってもよい。さらには、隣接する2つの素子が繋がった長さの1つの素子を備えるものとしてもよい。各圧電素子の形状は、必ずしも周方向に沿った円弧状である必要はないが、図3に示すような円弧状であることが好ましい。また、円弧の長さは、1つの圧電素子のみを備える場合であってもその中心角が90°以下であることが好ましく、2つ以上の圧電素子を備える場合には各素子の中心角が90°より小さく、略同一の角度であることが好ましい。圧電素子の数、配置は液滴の偏向目的(高解像度化、あるいは不吐出ノズルの補完)、および方法(どちら方向に隣接するノズルを補完するかなど)に応じて定めることができる。例えば、所定の一方向にのみ吐出方向を変化させればよい場合に圧電素子を1つのみ備えればよい。自由に吐出方向を変化させたい場合には少なくとも3つ、あるいは4つ以上の圧電素子を備えることが好ましい。
As shown in FIG. 3, in this embodiment, four
なお、特開平7−156408号公報には、吐出口の近傍に圧電素子を備えることにより、吐出する液滴サイズを変化させる方法が提案されている。具体的には、サーマル式のインクジェットにおいて、吐出口近傍を圧力室側に凸、あるいは外側に凸とさせることによりヒータと吐出口との間の体積を変化させて液滴サイズを変化させる方法が提案されている。しかしながら、特開平7−156408号公報には、本発明のような液体吐出口からの液体吐出方向を変化させるという思想は何ら記載も示唆もなく、本発明のような不吐出ノズルの補完、高解像度化等の効果を得ることができない。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-156408 proposes a method of changing the size of ejected droplets by providing a piezoelectric element in the vicinity of the ejection port. Specifically, in thermal ink jet, there is a method of changing the droplet size by changing the volume between the heater and the discharge port by making the vicinity of the discharge port convex toward the pressure chamber or outward. Proposed. However, Japanese Patent Laid-Open No. 7-156408 has no description or suggestion of the idea of changing the liquid discharge direction from the liquid discharge port as in the present invention. Effects such as resolution cannot be obtained.
「記録ヘッド」
図6を参照して上記液体吐出装置が複数列設されてなる記録ヘッド3について説明する。図6は、記録ヘッドおよび被記録媒体(記録紙116)の一部を示す断面図である。図6の記録ヘッド3は、多数の液体吐出装置(ノズル)1a,1b,1c,…がX方向に列設されて構成されてなるものであり、図6は記録ヘッド3のY方向に垂直な断面の一部を示している。各ノズル1a,1b,1c,…は、それぞれ上述の液体吐出装置1に相当する。図6において各要素は液体吐出装置1の同一符号(アルファベットを除いた符号)の要素と同等である。
"Recording head"
With reference to FIG. 6, a description will be given of a recording head 3 in which a plurality of liquid ejection devices are provided. FIG. 6 is a cross-sectional view showing a part of the recording head and the recording medium (recording paper 116). 6 includes a large number of liquid ejection devices (nozzles) 1 a, 1 b, 1 c,... Arranged in the X direction, and FIG. 6 is perpendicular to the Y direction of the recording head 3. A part of the cross section is shown. Each of the
図6に示すように、記録ヘッド3は、多数の圧力室11a,11b,11c,…およびそれぞれの圧力室11a,11b,11c,…にそれぞれ連通し圧力室11a,11b,11c,…内の液体を外部に吐出する多数の液体吐出口13a,13b,13c,…を有し、それぞれの圧力室毎に対応して設けられた圧力室駆動用の圧電素子20a,20b,20c,…を備えている。圧力室11a,11b,11c,…は共通の基板15'に設けられてなり、同様に液体吐出口13a,13b,13c,…は共通の薄板材(ノズルプレート)16'に設けられてなり、基板15’およびノズルプレート16’は、上記実施形態の液体吐出部材10が多数列設された連結液体吐出部材10’を構成している。
As shown in FIG. 6, the recording head 3 communicates with a number of
各液体吐出口13a,13b,13c,…の外周にはそれぞれから吐出される液滴の吐出方向を変化させる吐出口駆動用の圧電手段30a,30b,30c,…を備えている。本実施形態において、圧電手段30a,30b,30c,…は、それぞれ図3に示すような4つの圧電素子から形成されている。
.. Are provided on the outer periphery of each of the
記録ヘッド3における不吐出のノズルの補完方法および高解像度化方法について説明する。図6において、ノズル1aについて模式的に示すように、吐出口駆動用の圧電素子を駆動しない状態では、液滴12aは吐出口13aの直下に打滴される。記録紙116のX方向位置において吐出口13a,13b,…のそれぞれ直下をXa1,Xb1,…とする。ここで、例えばノズル1bの吐出口13bが不吐出となった場合、ノズル1bにより打滴すべき情報を、隣接ノズル1aにより補完する。ノズル1aの吐出口駆動用圧電手段30aの圧電素子30D(図4参照)に所定の電圧を印加することにより液滴の吐出方向(飛翔方向)を変化させ、ノズル1bにより打滴すべきXb1の位置への打滴を行う。このようにして、隣接ノズルにより不吐出ノズルの打滴を補完することにより、ノズルの不吐出によりプリント画像に生じる筋の発生を抑制し、高画質の画像をプリントすることができる。
A method for complementing non-ejection nozzles in the recording head 3 and a method for increasing the resolution will be described. In FIG. 6, as schematically shown for the nozzle 1a, the
またノズル形状になんらかの問題があり、液滴が直下に吐出されない場合も、吐出口駆動用圧電手段30の圧電素子30A〜D(図4参照)に所定の電圧を印加することにより液滴の吐出方向(飛翔方向)を変化させ吐出方向を補正し、本来あるべき液滴着弾場所に修正することができる。この場合、事前に各色のヘッドから、モニター専用の全ノズル吐出パターンをプリントし、このパターンを読み取り装置により読み取り、補正情報をインクジェット記録装置に与えておけばよい。
Further, even when there is some problem in the nozzle shape and the liquid droplet is not discharged directly below, the liquid droplet is discharged by applying a predetermined voltage to the
また、全てのノズルについて、ノズル配置周期毎の打滴に加えて、X方向にノズル配置周期の半周期となる位置に打滴させることにより、高解像度化を測ることができる。具体的には、図6において、ノズル1aについて模式的に示すようにノズル1aにより、ノズル直下の位置Xa1への打滴に加えてノズル配置周期の半周期となる位置Xa2にも打滴を行うように制御する。これによりノズルの数を増加させることなく、2倍の解像度を得ることができる。すなわち、本実施形態の記録ヘッドによれば、圧力室駆動用の圧電素子の小型化により、インク押し出しに必要な体積変化が得られないという問題を解決することができる。すなわち、インク押し出しに必要な体積変化が得られる圧電素子のサイズを保ったまま、解像度を上げることができる。 Further, for all nozzles, in addition to droplet ejection for each nozzle arrangement cycle, droplets can be ejected to a position that is a half cycle of the nozzle arrangement cycle in the X direction, whereby high resolution can be measured. Specifically, in FIG. 6, as schematically shown for the nozzle 1 a, the nozzle 1 a applies droplets to a position X a2 that is a half cycle of the nozzle arrangement cycle in addition to droplets to the position X a1 immediately below the nozzle. Control to do. This makes it possible to obtain twice the resolution without increasing the number of nozzles. That is, according to the recording head of this embodiment, it is possible to solve the problem that the volume change necessary for ink extrusion cannot be obtained due to the miniaturization of the piezoelectric element for driving the pressure chamber. That is, the resolution can be increased while maintaining the size of the piezoelectric element that can obtain the volume change necessary for ink extrusion.
なお、記録ヘッドは、圧力室はX方向に多数列を備えるのみならず、Y方向にも複数列備えていてもよい。 In the recording head, the pressure chambers may include not only multiple rows in the X direction but also multiple rows in the Y direction.
「インクジェット式記録装置」
図7および図8を参照して、上記実施形態の記録ヘッド3を備えたインクジェット式記録装置の構成例について説明する。図7は装置全体図であり、図8は部分上面図である。
"Inkjet recording device"
With reference to FIG. 7 and FIG. 8, a configuration example of an ink jet recording apparatus including the recording head 3 of the above embodiment will be described. FIG. 7 is an overall view of the apparatus, and FIG. 8 is a partial top view.
図示するインクジェット式記録装置100は、インクの色ごとに設けられた複数のインクジェット式記録ヘッド(以下、単に「ヘッド」という)3K,3C,3M,3Yを有する印字部102と、各ヘッド3K,3C,3M,3Yに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵/装填部114と、記録紙116を供給する給紙部118と、記録紙116のカールを除去するデカール処理部120と、印字部102のノズル面(インク吐出面)に対向して配置され、記録紙116の平面性を保持しながら記録紙116を搬送する吸着ベルト搬送部122と、印字部102による印字結果を読み取る印字検出部124と、印画済みの記録紙(プリント物)を外部に排紙する排紙部126とから概略構成されている。
The illustrated ink
印字部102をなすヘッド3K,3C,3M,3Yが、各々上記実施形態の記録ヘッド3である。
Each of the
デカール処理部120では、巻き癖方向と逆方向に加熱ドラム130により記録紙116に熱が与えられて、デカール処理が実施される。
In the
ロール紙を使用する装置では、図7のように、デカール処理部120の後段に裁断用のカッター128が設けられ、このカッター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128は、記録紙116の搬送路幅以上の長さを有する固定刃128Aと、該固定刃128Aに沿って移動する丸刃128Bとから構成されており、印字裏面側に固定刃128Aが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃128Bが配置される。カット紙を使用する装置では、カッター128は不要である。
In the apparatus using roll paper, as shown in FIG. 7, a
デカール処理され、カットされた記録紙116は、吸着ベルト搬送部122へと送られる。吸着ベルト搬送部122は、ローラ131、132間に無端状のベルト133が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部102のノズル面及び印字検出部124のセンサ面に対向する部分が水平面(フラット面)となるよう構成されている。
The decurled and cut
ベルト133は、記録紙116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(図示略)が形成されている。ローラ131、132間に掛け渡されたベルト133の内側において印字部102のノズル面及び印字検出部124のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバ134が設けられており、この吸着チャンバ134をファン135で吸引して負圧にすることによってベルト133上の記録紙116が吸着保持される。
The
ベルト133が巻かれているローラ131、132の少なくとも一方にモータ(図示略)の動力が伝達されることにより、ベルト133は図7上の時計回り方向に駆動され、ベルト133上に保持された記録紙116は図7の左から右へと搬送される。
The power of a motor (not shown) is transmitted to at least one of the
縁無しプリント等を印字するとベルト133上にもインクが付着するので、ベルト133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136が設けられている。
Since ink adheres to the
吸着ベルト搬送部122により形成される用紙搬送路上において印字部102の上流側に、加熱ファン140が設けられている。加熱ファン140は、印字前の記録紙116に加熱空気を吹き付け、記録紙116を加熱する。印字直前に記録紙116を加熱しておくことにより、インクが着弾後に乾きやすくなる。
A
印字部102は、最大紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドを紙送り方向と直交方向(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8を参照)。各印字ヘッド3K,3C,3M,3Yは、インクジェット式記録装置100が対象とする最大サイズの記録紙116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
記録紙116の送り方向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ヘッド3K,3C,3M,3Yが配置されている。記録紙116を搬送しつつ各ヘッド3K,3C,3M,3Yからそれぞれ色インクを吐出することにより、記録紙116上にカラー画像が記録される。
印字検出部124は、印字部102の打滴結果を撮像するラインセンサ等からなり、ライン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等の吐出不良を検出する。
The
各ヘッド3K,3C,3M,3Yは、上記実施形態のノズル1(1a,1b,1c……)を備えており、各吐出口からの液滴(インク滴)の飛翔方向を偏向することができるので、隣接ノズルが目詰まり等により吐出不良となった場合に、正常なノズルにより補完して打滴する。例えば、一ライン毎にその直前のラインで検出された吐出不良ノズルについて、隣接する正常なノズルによる補完を行うよう制御する。
Each of the
印字検出部124の後段には、印字された画像面を乾燥させる加熱ファン等からなる後乾燥部142が設けられている。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方が好ましいので、熱風を吹き付ける方式が好ましい。
A
後乾燥部142の後段には、画像表面の光沢度を制御するために、加熱・加圧部144が設けられている。加熱・加圧部144では、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145で画像面を加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。
A heating /
こうして得られたプリント物は、排紙部126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式記録装置100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126A、126Bへと送るために排紙経路を切り替える選別手段(図示略)が設けられている。
大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列にプリントする場合には、カッター148を設けて、テスト印字の部分を切り離す構成とすればよい。
インクジェット式記録装置100は、以上のように構成されている。
The printed matter obtained in this manner is outputted from the
When the main image and the test print are simultaneously printed on a large sheet of paper, the
The ink
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、適宜設計変更可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and the design can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
上記実施形態においては、不吐出になったノズルの代わりに隣接する正常なノズルで不吐出ノズルの打滴を補完するとして説明したが、全てのノズルについて、ノズル配置周期毎の打滴に加えて、同一方向(例えばX方向)にノズル配置周期の半周期となる位置に打滴させることにより、高解像度化を測ることができる。 In the above embodiment, it has been described that droplet ejection from a non-ejection nozzle is complemented by an adjacent normal nozzle instead of a non-ejection nozzle, but for all nozzles, in addition to droplet ejection for each nozzle arrangement cycle The high resolution can be measured by ejecting droplets in the same direction (for example, the X direction) at a position that is a half cycle of the nozzle arrangement cycle.
「設計変更例」
以下、他の形態の液体吐出装置について説明する。以下において、図1に示す液体吐出装置と同一の要素については同一符号を付し詳細な説明を省略する。
`` Design change example ''
Hereinafter, other forms of liquid ejection devices will be described. In the following, the same elements as those of the liquid ejecting apparatus shown in FIG.
図9は第2の液体吐出装置5の概略構成を示す図、図10は液体吐出装置5の吐出口近傍を示す底面図である。液体吐出装置5は、吐出口周囲に設けられている圧電素子50が、連続的なリング状に形成されている点で図1に示す液体吐出装置と異なる。
FIG. 9 is a diagram showing a schematic configuration of the second
また、本例においては、圧電素子50は、吐出口を駆動させるものではなく、センサとして用いられるものであり、この圧電素子50には電流検出手段55が接続されている。液体吐出装置5から液体を吐出する際に発生する吐出口近傍の微小な振動を圧電素子50により検出することによって液体の吐出が正常になされたか否かを検知することができる。例えば、インク吐出時には、不吐出時と比較してより振幅の高い交流電流が検出されるので、ある閾値を設け、検出信号の振幅と比較し、吐出、不吐出を判断することができる。なお、圧電素子50の代わりに、上述の液体吐出装置1の吐出口13の外周に備えられている、断続的なリング状の複数の圧電素子30A〜30Dを備えた構成としても、同様にセンサとして用いることが可能である。
Further, in this example, the
図11は第3の液体吐出装置6の概略構成を示す図である。
液体吐出装置6は、上記第2の液体吐出装置5と同様に、吐出口周囲にリング状の圧電素子50を備えている。また、ここで圧電素子50は、交流電源60に接続されている。
FIG. 11 is a diagram showing a schematic configuration of the third liquid ejection device 6.
Similar to the second
本例では、圧電素子50は、吐出口13におけるメニスカス(液面位置M)揺らしに用いられる。すなわち、圧電素子50に交流電圧を印加し、ノズル開口近傍のインクを振動させるために用いられる。メニスカス揺らしによりノズル開口近傍の外気にさらされ増粘したインクを拡散させ、目詰まりによるインク吐出不良を抑制することができる。圧力室駆動用の圧電素子20によってもメニスカス揺らしは可能であるが、吐出口周囲の圧電素子50によりメニスカス揺らしを行えば、より自由度の高い波形設計が可能となる。メニスカス揺らしに好適な波形は、インクをノズルから吐出させない程度の微振動を与える大きさであり、圧力共振の周波数を含むものである。
In this example, the
なお、図1に示した本発明の実施形態の液体吐出装置1においても、吐出口駆動用の圧電素子30A〜30DをメニスカスMの微調整やメニスカス揺らしなどに用いることが可能である。
In the liquid ejection apparatus 1 according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1, the
図12は第4の液体吐出装置7の概略構成を示す図であり、図13はその駆動形態の一つを示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a schematic configuration of the fourth
液体吐出装置7は、上記第2、第3の液体吐出装置5と同様に、吐出口周囲にリング状の圧電素子50を備えている。ここで圧電素子50は、吐出口駆動用の圧電手段である。また、液体吐出装置7は、圧力室駆動用の圧電素子20へ電圧を印加するための電源70、圧電素子50へ電圧を印加する電源71、および両電源70、71を制御する制御手段72を備えている。
Similarly to the second and third
制御手段72は、吐出口駆動用の圧電素子50および圧力室駆動用の圧電素子20の駆動タイミングなどを制御するものであり、両者の動作を連動させることにより、圧力室11の形状、メニスカスの制御をより精度よく行うことができる。具体的には、両圧電素子の制御を組み合わせることによって、インクの液滴サイズの制御、圧力室内への気泡混入防止などを行うことができる。
The control means 72 controls the drive timing of the
例えば、図13に示すように、液滴吐出後に、駆動側の圧力室11の体積を大きく(振動板18を上に凸と)することによって、液滴の切れを良くする際に、吐出口駆動用の圧電素子50で何もしない場合、液体の液面が大きく引き込まれて気泡が混入される懸念があるが、圧電素子50により吐出口13を上に凸にする(圧力室側に反らせる)ことにより、気泡の混入を防止することができる。
For example, as shown in FIG. 13, after the droplet is discharged, the discharge port is used to improve the breakage of the droplet by increasing the volume of the
図14に、液体吐出装置7における、圧力室駆動用の圧電素子20および吐出口駆動用の圧電素子50圧電素子の駆動波形の例を示す。それぞれ縦軸は電圧であり、横軸は時間である。
FIG. 14 shows examples of drive waveforms of the
ステップIは圧力室駆動用の圧電素子20に電圧を印加して振動板18を下に凸とした状態であり、次のステップIIにおいて振動板18を平坦側に戻すことにより、インク貯留部からインクを圧力室へと吸入する。5μs(マイクロ秒)の後に、ステップIIIにおいて、振動板18が下に押され、インクが吐出される。次にステップIVにおいて振動板18を上に凸にして、液滴を切る。それと同時に、吐出口駆動用の圧電素子50に電圧を印加し、吐出口を上に凸にする。ステップVにおいて、振動板18を下に凸の状態に戻す。この際、再吐出しない状態の速度で戻す。その後に続くステップVIは、次の吐出待ち状態にある。
Step I is a state in which a voltage is applied to the
上記のような制御により、液滴の切れを良くすると同時に、圧力室内への気泡の混入を防止することができる。 By controlling as described above, it is possible to improve the breakage of the droplets and at the same time prevent the bubbles from entering the pressure chamber.
メニスカスの制御と圧電素子20および50の制御は、インク粘度や吐出周波数などにより異なるため、適宜設定する必要があるが、両者を組み合わせて制御することにより、広いロバスト設計が可能となる。
The meniscus control and the control of the
1,1a,1b,1c,… 液体吐出装置(ノズル)
3,3K,3C,3M,3Y 記録ヘッド
5、6、7、 液体吐出装置
10 液体吐出部材
10’ 連結液体吐出部材
11,11a,11b,11c,… 圧力室
12 液体(インク)
12a 液滴
13,13a,13b,13c,… 液体吐出口
14 流路
15、15’ 基板
16、16’ 薄板材(ノズルプレート)
20,20a,20b,20c,… 圧力付与手段(圧電素子)
21 下部電極層
22 圧電体膜
23 上部電極層
30,30a,30b,30c,… 吐出口駆動用圧電手段
30A〜30D 吐出口駆動用圧電素子
31 第1の電極層
32 圧電体膜
33 第2の電極層
33D 圧電素子
50 圧電素子
55 電流検出手段
60 交流電源
70 圧力室駆動用圧電素子用の電源
71 吐出口駆動用圧電素子用の電源
72 制御手段
100 インクジェット式記録装置
116 記録紙
1, 1a, 1b, 1c, ... Liquid discharge device (nozzle)
3, 3K, 3C, 3M,
20, 20a, 20b, 20c, ... Pressure applying means (piezoelectric element)
21
Claims (4)
前記液体吐出部材の前記液体吐出口が設けられている部分が薄板材により形成されており、
前記薄板材の、前記液体吐出口の外周に、前記薄板材を変形させることにより前記液体吐出口の形状を変形させて該液体吐出口から吐出される液滴の吐出方向を変化させる圧電手段を備えていることを特徴とする液体吐出装置。 A liquid ejection member having a pressure chamber and a liquid ejection port that communicates with the pressure chamber and ejects the liquid in the pressure chamber to the outside; and a pressure applying unit that increases the pressure in the pressure chamber and ejects the liquid from the liquid ejection port. A liquid ejection device comprising:
The portion of the liquid discharge member provided with the liquid discharge port is formed of a thin plate material,
Piezoelectric means for changing the discharge direction of liquid droplets discharged from the liquid discharge port by deforming the thin plate material on the outer periphery of the liquid discharge port of the thin plate material to change the shape of the liquid discharge port. A liquid ejecting apparatus comprising the liquid ejecting apparatus.
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