JP2014144596A - Liquid discharge device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体吐出装置に関する。 The present invention relates to a liquid ejection apparatus.
特許文献1には、液体吐出装置として、ノズルからインクの液滴を吐出するインクジェットヘッドが開示されている。このインクジェットヘッドは、流路ユニットと圧電アクチュエータを備えている。流路ユニットには、複数のノズル、及び、これら複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室を含む、インク流路が形成されている。圧電アクチュエータは、複数の圧力室を覆う2層の圧電層と、上層の圧電層の上面において複数の圧力室にそれぞれ対応して配置された複数の個別電極と、2層の圧電層の間に配置された共通電極とを有する。 Patent Document 1 discloses an ink jet head that ejects ink droplets from nozzles as a liquid ejecting apparatus. This inkjet head includes a flow path unit and a piezoelectric actuator. In the flow path unit, an ink flow path including a plurality of nozzles and a plurality of pressure chambers respectively communicating with the plurality of nozzles is formed. The piezoelectric actuator includes two piezoelectric layers covering a plurality of pressure chambers, a plurality of individual electrodes respectively disposed corresponding to the plurality of pressure chambers on the upper surface of the upper piezoelectric layer, and between the two piezoelectric layers. And a common electrode disposed.
ある1つの個別電極と共通電極の間に所定の電圧が印加されると、この個別電極と共通電極に挟まれた、上層の圧電層の活性部(以下、圧電素子ともいう)が面方向に収縮する。これに伴って、この個別電極に対応する圧力室と対向する領域において、2層の圧電層が圧力室側に凸となるように撓む。このときの圧力室の容積変化によって圧力室内のインク圧力が上昇し、圧力室に連通するノズルからインクの液滴が吐出される。 When a predetermined voltage is applied between one individual electrode and a common electrode, an active portion (hereinafter also referred to as a piezoelectric element) of an upper piezoelectric layer sandwiched between the individual electrode and the common electrode is arranged in a plane direction. Shrink. Accordingly, in the region facing the pressure chamber corresponding to the individual electrode, the two piezoelectric layers are bent so as to protrude toward the pressure chamber. The ink pressure in the pressure chamber rises due to the change in volume of the pressure chamber at this time, and ink droplets are ejected from the nozzles communicating with the pressure chamber.
ところで、特許文献1に開示されているような圧電アクチュエータにおいて、隣接する2つの圧力室のそれぞれにおいて圧電アクチュエータが変位したときに、2つの圧力室間でクロストークと呼ばれる現象が生じることが知られている。図10は、隣接する2つの圧力室間のクロストークを説明する図である。図10(a)は、2つの圧力室102に対応する2つの圧電素子101の両方に電圧が印加されていない状態を示しており、圧電アクチュエータ100(圧電層103,104)は、2つの圧力室102と対向する部分においてそれぞれ変位が生じていない。図10(b)は、一方の圧力室102に対応する圧電素子101にのみ電圧が印加されている状態を示し、圧電アクチュエータ100は、前記一方の圧力室102と対向する部分において圧力室102側に変位している。図10(c)は、2つの圧力室102に対応する2つの圧電素子101の両方に電圧が印加されている状態を示し、圧電アクチュエータ100は、2つの圧力室102と対向する2つの部分においてそれぞれ圧力室102側に変位している。
Incidentally, in the piezoelectric actuator as disclosed in Patent Document 1, it is known that a phenomenon called crosstalk occurs between two pressure chambers when the piezoelectric actuator is displaced in each of two adjacent pressure chambers. ing. FIG. 10 is a diagram for explaining crosstalk between two adjacent pressure chambers. FIG. 10A shows a state in which no voltage is applied to both of the two
図10(c)のように、2つの圧力室102に対応する2つの圧電素子101を同時に駆動した場合、圧電アクチュエータ100の一方の圧力室102と対向する部分が圧力室102側に凸となるように変位することによって、他方の圧力室102においては、圧電アクチュエータ100に圧力室102とは反対側に変位しようとする力が生じる。そのため、図10(b)のように一方の圧電素子101のみを駆動した場合と比べて、図10(c)では、各圧力室102における圧電アクチュエータ100の変位量が小さくなる。つまり、隣接する2つの圧力室102について圧電素子101を同時に駆動した場合は、1つの圧力室102に対応する圧電素子101のみを駆動した場合と比べて、各圧力室102に連通するノズルから吐出される液体の量が少なくなる。
As shown in FIG. 10C, when two
一方で、インクジェットプリンタなどの一般的な液体吐出装置において、複数のノズルから液体を同時に吐出させるのは、短時間に多量の液体を吐出する場合であることが多い。例えば、インクジェットプリンタにおいて、高い濃度でベタ印字を行う場合に、多数のノズルから同時にインクを吐出させて多量のインクを記録用紙に着弾させる。この場合、各ノズルのインク吐出量も多い方が当然好ましい。逆に、1つのノズルからインクを吐出させて細い線を形成する場合には、そのノズルのインク吐出量が多いと線が太くなってしまうことから、そのノズルの吐出量は少ない方が好ましい。しかしながら、実際には、複数のノズルから同時に液体を吐出させる場合は、前述した隣接する圧力室間のクロストークの影響によって、1つのノズルから液体を吐出させる場合よりも、各ノズルの吐出量は少なくなるという、本来望ましい形態とは逆となっていた。 On the other hand, in a general liquid ejecting apparatus such as an ink jet printer, the liquid is ejected simultaneously from a plurality of nozzles in many cases when a large amount of liquid is ejected in a short time. For example, when performing solid printing at a high density in an inkjet printer, a large amount of ink is landed on a recording sheet by simultaneously ejecting ink from a large number of nozzles. In this case, it is naturally preferable that the amount of ink discharged from each nozzle is large. Conversely, when a thin line is formed by ejecting ink from one nozzle, the line becomes thicker if the amount of ink ejected from that nozzle is large. Therefore, it is preferable that the amount of ejection from that nozzle be small. However, in actuality, when discharging liquid from a plurality of nozzles simultaneously, the discharge amount of each nozzle is smaller than when discharging liquid from one nozzle due to the influence of the crosstalk between the adjacent pressure chambers described above. It was the opposite of the originally desirable form of fewer.
本発明の目的は、隣接する2つの圧力室に対応する2つの圧電素子をそれぞれ駆動したときの各ノズルの吐出量を、何れか一方の圧電素子のみを駆動した場合のノズルの吐出量よりも大きくすることである。 It is an object of the present invention to set the discharge amount of each nozzle when driving two piezoelectric elements corresponding to two adjacent pressure chambers, rather than the discharge amount of nozzles when only one of the piezoelectric elements is driven. To make it bigger.
第1の発明の液体吐出装置は、それぞれ液体を吐出する複数のノズルと、前記複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室とを有する流路構造体と、前記流路構造体に、所定の一平面に沿って平面的に設けられ、且つ、前記複数の圧力室にそれぞれ対応する複数の圧電素子を有する圧電アクチュエータと、前記複数の圧電素子を個別に駆動する駆動装置と、を備え、
前記複数の圧力室は、前記圧電アクチュエータの一方の面側に配置された複数の第1圧力室と、前記圧電アクチュエータの他方の面側に配置された複数の第2圧力室と、を含み、前記複数の第1圧力室と前記複数の第2圧力室とが、前記所定の一平面に平行な配列方向に沿って、所定のピッチで交互に配列され、
前記複数の第1圧力室と前記複数の第2圧力室が、前記圧電アクチュエータによって共通に覆われており、前記駆動装置により、前記配列方向において隣接する前記第1圧力室と前記第2圧力室にそれぞれ対応する、2つの前記圧電素子が駆動されたときの、前記圧電アクチュエータの、前記隣接する2つの圧力室をそれぞれ覆う2つの部分が、前記所定の一平面と直交する方向において互いに逆方向に変位することを特徴とするものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a liquid discharge apparatus including a plurality of nozzles that discharge liquid and a plurality of pressure chambers that respectively communicate with the plurality of nozzles. A piezoelectric actuator provided in a plane along one plane and having a plurality of piezoelectric elements respectively corresponding to the plurality of pressure chambers, and a driving device for individually driving the plurality of piezoelectric elements,
The plurality of pressure chambers include a plurality of first pressure chambers disposed on one surface side of the piezoelectric actuator, and a plurality of second pressure chambers disposed on the other surface side of the piezoelectric actuator, The plurality of first pressure chambers and the plurality of second pressure chambers are alternately arranged at a predetermined pitch along an arrangement direction parallel to the predetermined one plane,
The plurality of first pressure chambers and the plurality of second pressure chambers are commonly covered by the piezoelectric actuator, and the driving device is adjacent to the first pressure chamber and the second pressure chamber in the arrangement direction. When the two piezoelectric elements corresponding to each of the two piezoelectric elements are driven, two portions of the piezoelectric actuator that respectively cover the two adjacent pressure chambers are opposite to each other in a direction perpendicular to the predetermined plane. It is characterized in that it is displaced.
本発明において、「圧電素子を駆動する」とは、対応するノズルからインクを吐出させるために圧電素子に印加する電圧を変化させることを言う。また、電圧が印加されていない状態から所定の電圧を印加して圧電変形を生じさせる場合だけでなく、既に所定の電圧が印加されている状態から、その電圧印加を解除して変形を戻す場合も含む。 In the present invention, “driving the piezoelectric element” means changing a voltage applied to the piezoelectric element in order to eject ink from the corresponding nozzle. Also, not only when a predetermined voltage is applied from a state where no voltage is applied to cause piezoelectric deformation, but also when the predetermined voltage is already applied and then the voltage application is released to return the deformation. Including.
本発明では、配列方向において隣接する第1圧力室と第2圧力室とが、圧電アクチュエータを挟んで互いに反対側に配置されている。また、圧電アクチュエータは、隣接する2つの圧力室の間で、それぞれに対応する圧電素子を駆動したときの変位が逆方向となる。そのため、2つの圧力室に対応する2つの圧電素子を同時に駆動した場合に、2つの圧力室の間で生じるクロストークによって、各圧力室における圧電アクチュエータの変位を増大させることができる。あるいは、一方の圧力室に対応する圧電素子のみを駆動した場合に、前記クロストークによって、前記一方の圧力室における圧電アクチュエータの変位を抑制することができる。これにより、隣接する2つの圧力室に対応する2つの圧電素子をそれぞれ駆動したときの各ノズルの吐出量を、何れか一方の圧電素子のみを駆動した場合のノズルの吐出量よりも大きくすることが可能である。 In the present invention, the first pressure chamber and the second pressure chamber which are adjacent in the arrangement direction are arranged on opposite sides of the piezoelectric actuator. Further, the displacement of the piezoelectric actuator when the corresponding piezoelectric element is driven between the two adjacent pressure chambers is in the opposite direction. Therefore, when the two piezoelectric elements corresponding to the two pressure chambers are driven simultaneously, the displacement of the piezoelectric actuator in each pressure chamber can be increased by the crosstalk generated between the two pressure chambers. Alternatively, when only the piezoelectric element corresponding to one pressure chamber is driven, the displacement of the piezoelectric actuator in the one pressure chamber can be suppressed by the crosstalk. Thereby, the discharge amount of each nozzle when driving two piezoelectric elements corresponding to two adjacent pressure chambers is made larger than the discharge amount of nozzles when only one of the piezoelectric elements is driven. Is possible.
第2の発明の液体吐出装置は、前記第1の発明において、前記圧電アクチュエータは、圧電材料で形成された少なくとも2層の圧電層を有する圧電体と、前記圧電体に、前記複数の圧力室とそれぞれ対向するように設けられた複数の個別電極と、前記2層の圧電層の間において、前記複数の個別電極と共通に対向するように設けられた共通電極と、を備え、
1つの前記個別電極と前記共通電極とに挟まれる前記圧電体の部分が、1つの前記圧電素子を構成し、前記隣接する2つの圧力室にそれぞれ対応する2つの前記個別電極は、前記共通電極を挟んで互いに反対側に配置されていることを特徴とするものである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided the liquid ejecting apparatus according to the first aspect, wherein the piezoelectric actuator includes a piezoelectric body having at least two piezoelectric layers formed of a piezoelectric material, and the piezoelectric body includes the plurality of pressure chambers. A plurality of individual electrodes provided so as to face each other, and a common electrode provided so as to face the plurality of individual electrodes in common between the two piezoelectric layers,
The portion of the piezoelectric body sandwiched between one individual electrode and the common electrode constitutes one piezoelectric element, and the two individual electrodes respectively corresponding to the two adjacent pressure chambers are the common electrode It is characterized by being arranged on the opposite sides with respect to each other.
2層の圧電層の間に共通電極が配置された上で、隣接する第1圧力室と第2圧力室にそれぞれ対応する2つの個別電極が、共通電極を挟んで反対側に配置されている。つまり、隣接する2つの圧力室に対応する2つの圧電素子が、共通電極を挟んで反対側に配置される。この構成では、個別電極と共通電極とに挟まれる圧電素子に電圧が印加されたときに、圧電体の変形が2つの圧力室の間で逆になり、圧電アクチュエータの変位も逆方向となる。 A common electrode is disposed between the two piezoelectric layers, and two individual electrodes respectively corresponding to the adjacent first pressure chamber and the second pressure chamber are disposed on opposite sides of the common electrode. . That is, two piezoelectric elements corresponding to two adjacent pressure chambers are arranged on the opposite side with the common electrode interposed therebetween. In this configuration, when a voltage is applied to the piezoelectric element sandwiched between the individual electrode and the common electrode, the deformation of the piezoelectric body is reversed between the two pressure chambers, and the displacement of the piezoelectric actuator is also reversed.
第3の発明の液体吐出装置は、前記第1又は第2の発明において、前記流路構造体の、前記配列方向において隣接する2つの前記第1圧力室の間には、前記第2圧力室と前記圧電アクチュエータを挟んで対向する第1空洞部が形成され、前記流路構造体の、前記配列方向において隣接する2つの前記第2圧力室の間には、前記第1圧力室と前記圧電アクチュエータを挟んで対向する第2空洞部が形成されていることを特徴とするものである。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the liquid ejection device according to the first or second aspect, wherein the second pressure chamber is provided between the two first pressure chambers adjacent to each other in the arrangement direction of the flow path structure. And a first cavity that opposes the piezoelectric actuator and between the two second pressure chambers adjacent to each other in the arrangement direction of the flow path structure. A second cavity portion facing the actuator is formed.
本発明では、流路構造体の、隣接する第1圧力室の間の位置に第2圧力室と対向する第1空洞部が設けられている。つまり、圧電アクチュエータを挟んで、第2圧力室と反対側に第1空洞部が存在する。従って、第2圧力室に対応する圧電素子の変形が、流路構造体によって阻害されない。同様に、圧電アクチュエータを挟んで、第1圧力室と反対側に第2空洞部が存在するため、第1圧力室に対応する圧電素子の変形が、流路構造体によって阻害されない。 In this invention, the 1st cavity part facing a 2nd pressure chamber is provided in the position between adjacent 1st pressure chambers of a flow-path structure. That is, the first cavity exists on the opposite side of the second pressure chamber with the piezoelectric actuator interposed therebetween. Therefore, the deformation of the piezoelectric element corresponding to the second pressure chamber is not hindered by the flow path structure. Similarly, since the second cavity exists on the opposite side of the first pressure chamber across the piezoelectric actuator, deformation of the piezoelectric element corresponding to the first pressure chamber is not hindered by the flow path structure.
第4の発明の液体吐出装置は、前記第3の発明において、前記第1圧力室と前記第1空洞部とを隔てる第1隔壁部と、前記第2圧力室と前記第2空洞部とを隔てる第2隔壁部とが、前記配列方向においてずれて配置されていることを特徴とするものである。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the liquid ejection device according to the third aspect, wherein the first partition wall that separates the first pressure chamber from the first cavity, the second pressure chamber, and the second cavity. The separated second partition wall portion is arranged so as to be shifted in the arrangement direction.
圧電アクチュエータは、第1隔壁部と第2隔壁部との間では、これら2つの隔壁部によって挟まれるために変形が拘束される。この挟まれる幅が大きいほど圧電アクチュエータを拘束する力が強くなり、第1圧力室と第2圧力室の間のクロストークは抑制される。本発明では、第1隔壁部と第2隔壁部の位置が、圧力室の配列方向にずれていることで、圧電アクチュエータの、第1隔壁部及び第2隔壁部によって挟まれる幅が小さくなって、2つの隔壁部による変形拘束力が弱まる。従って、隣接する2つの圧力室間におけるクロストークを積極的に生じさせて、各圧力室における圧電アクチュエータの変位に及ぼす影響を大きくすることができる。 Since the piezoelectric actuator is sandwiched between the two partition walls between the first partition wall and the second partition wall, deformation is restricted. The larger the sandwiched width, the stronger the force that restrains the piezoelectric actuator, and the crosstalk between the first pressure chamber and the second pressure chamber is suppressed. In the present invention, since the positions of the first partition wall and the second partition wall are shifted in the arrangement direction of the pressure chambers, the width of the piezoelectric actuator sandwiched between the first partition wall and the second partition wall is reduced. The deformation restraining force by the two partition walls is weakened. Therefore, it is possible to positively generate crosstalk between two adjacent pressure chambers, and to increase the influence on the displacement of the piezoelectric actuator in each pressure chamber.
本発明によれば、隣接する2つの圧力室に対応する2つの圧電素子をそれぞれ駆動したときの各ノズルの吐出量を、何れか一方の圧電素子のみを駆動した場合のノズルの吐出量よりも大きくすることが可能となる。 According to the present invention, the discharge amount of each nozzle when driving two piezoelectric elements corresponding to two adjacent pressure chambers is larger than the discharge amount of nozzles when only one of the piezoelectric elements is driven. It becomes possible to enlarge.
次に、本発明の実施の形態について説明する。本実施形態は、液体吐出装置としてのインクジェットプリンタに本発明を適用した一例である。図1は、本実施形態に係るインクジェットプリンタの概略平面図である。図2は、インクジェットプリンタの電気的構成を概略的に示すブロック図である。尚、以下の説明では、図1の紙面手前側を上方、図1の紙面向こう側を下方と定義し、適宜、「上」「下」の方向語を使用して説明する。図1、図2に示すように、インクジェットプリンタ1は、プラテン2と、キャリッジ3と、インクジェットヘッド4と、搬送機構5と、制御装置6等を備えている。
Next, an embodiment of the present invention will be described. This embodiment is an example in which the present invention is applied to an ink jet printer as a liquid ejection apparatus. FIG. 1 is a schematic plan view of the ink jet printer according to the present embodiment. FIG. 2 is a block diagram schematically showing an electrical configuration of the ink jet printer. In the following description, the front side in FIG. 1 is defined as the upper side, and the other side of the paper in FIG. 1 is defined as the lower side. As shown in FIGS. 1 and 2, the inkjet printer 1 includes a
プラテン2の上面には、被記録媒体である記録用紙100が載置される。プラテン2の上方には、図1に示す走査方向に沿って平行に延びる2本のガイドレール10,11が設けられている。キャリッジ3は、2本のガイドレール10,11に取り付けられている。また、キャリッジ3には無端ベルト14が連結されている。キャリッジ駆動モータ15によって無端ベルト14が駆動されることで、キャリッジ3は2本のガイドレール10,11にガイドされながら走査方向に往復移動する。
On the upper surface of the
キャリッジ3には、走査方向に並ぶ4つのインクジェットヘッド4が搭載されている。4つのインクジェットヘッド4は、キャリッジ3とともに走査方向に移動する。各インクジェットヘッド4の下面(図1における紙面向こう側の面)には、搬送方向に沿って千鳥状に配列された複数のノズル57が形成されている。
Four ink jet heads 4 arranged in the scanning direction are mounted on the
プリンタ1のプリンタ本体1aにはカートリッジホルダ9が設けられている。カートリッジホルダ9には、ブラック、イエロー、シアン及びマゼンタの、4色のインクがそれぞれ貯留された4つのインクカートリッジ17が装着される。キャリッジ3に搭載された4つのインクジェットヘッド4と、カートリッジホルダ9の4つのインクカートリッジ17とは、図示しないチューブによってそれぞれ接続されている。各インクジェットヘッド4は、対応するインクカートリッジ17から供給されるインクを、複数のノズル57から、プラテン2に載置された記録用紙100に向けて吐出する。
A cartridge holder 9 is provided in the printer
搬送機構5は、搬送方向にプラテン2を挟むように配置された2つの搬送ローラ18,19を有する。2つの搬送ローラ18は、図2に示す搬送モータ20により同期して駆動される。搬送機構5は、2つの搬送ローラ18,19によって、プラテン2に載置された記録用紙100を搬送方向に搬送する。
The
図2に示す制御装置6は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、及び、各種制御回路を含むASIC(Application Specific Integrated Circuit)等を備える。図2に示すように、制御装置6には、後述するインクジェットヘッド4のドライバIC45、キャリッジ駆動モータ15、搬送モータ20等、プリンタ1の様々な装置あるいは駆動部と接続されている。また、制御装置6は、操作パネル30、及び、外部機器であるPC31と接続されている。
2 includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) including various control circuits, and the like. As shown in FIG. 2, the
制御装置6は、ROMに格納されたプログラムに従い、CPU及びASICにより下記の印刷処理を実行する。即ち、制御装置6は、PC31から送信された印刷指令に基づいて、インクジェットヘッド4、キャリッジ駆動モータ15、及び、搬送モータ20等を制御して、記録用紙100に画像や文字等を印刷させる。より詳細には、プラテン2上に載置された記録用紙100に対して、キャリッジ3を走査方向に移動させつつ、キャリッジ3に搭載された4つのインクジェットヘッド4から4色のインクをそれぞれ吐出させる。また、2つの搬送ローラ18,19によって記録用紙100を搬送方向に所定量搬送する。上記の、インクジェットヘッド4によるインク吐出動作と搬送機構5による記録用紙100の搬送動作とを、交互に繰り返して実行させることによって、記録用紙100に画像等を印刷する。尚、上述の説明では、制御装置6は、CPUとROMとRAMとASICとを備えたものとして説明したが、本発明はこれに限るものではなく、制御装置6はいかなるハードウェア構成で実現してもよい。例えば、2以上のCPUや、2以上のASICに機能を分担して実現してもよい。
The
次に、インクジェットヘッド4について詳細に説明する。尚、4つのインクジェットヘッド4の構成は同じであるので、以下では、そのうちの1つの構成について説明する。図3は、図1のインクジェットヘッドの走査方向から見た側面図、図4は、インクジェットヘッドの分解斜視図、図5は、図3のV-V線断面図である。図3〜図5に示すように、インクジェットヘッド4は、第1流路部材41と、第2流路部材42と、ノズルプレート43と、圧電アクチュエータ44と、ドライバIC45等を備えている。
Next, the
第1流路部材41と第2流路部材42は、共に、矩形板状の部材である。2つの流路部材41,42の間に、圧電アクチュエータ44が挟まれるように配置されている。
Both the first
第1流路部材41の、圧電アクチュエータ44と反対側の面には、第1インク供給口51aが形成されている。第1流路部材41の内部には搬送方向に延びる第1マニホールド52aが形成されており、第1マニホールド52aは第1インク供給口51aに接続されている。また、第1流路部材41の圧電アクチュエータ44側の面には、搬送方向に並ぶ複数の第1圧力室53aが形成されている。尚、第1流路部材41の、隣接する第1圧力室53aの間の部分には、第1ダミー圧力室54a(第1空洞部)が形成されている。図5に示すように、第1圧力室53aと第1ダミー圧力室54aは、第1隔壁部55aで隔てられている。また、第1圧力室53aと第1ダミー圧力室54aは、共に、長円の平面形状を有する。つまり、同じ形状を有する第1圧力室53aと第1ダミー圧力室54aとが、搬送方向に沿って交互に所定のピッチPで配列されている。
A first
複数の第1圧力室53aは第1マニホールド52aとそれぞれ連通している。一方、複数の第1ダミー圧力室54aは第1マニホールド52aとは連通しておらず、これら第1ダミー圧力室54aにはインクは供給されない。また、第1流路部材41の長手方向に沿う端面には、複数の第1圧力室53aにそれぞれ連通する複数の開口56aが形成されている。
The plurality of
第2流路部材42は、圧電アクチュエータ44を挟んで、第1流路部材41の流路構造とほぼ対称となる流路構造を有する。即ち、第2流路部材42の、圧電アクチュエータ44と反対側の面には第2インク供給口51bが形成されている。第2流路部材42の内部においては、第2インク供給口51bに接続された第2マニホールド52bが搬送方向に沿って延びている。また、第2流路部材42の圧電アクチュエータ44側の面には、第2マニホールド52bにそれぞれ連通する複数の第2圧力室53bと、第2マニホールド52bに連通しない複数の第2ダミー圧力室54bとが、搬送方向に沿って、第1圧力室53aと第2ダミー圧力室54aの配列ピッチと同じピッチPで交互に配列されている。図5に示すように、第2圧力室53bと第2ダミー圧力室54bは第2隔壁部55bで隔てられている。尚、第1流路部材41の第1隔壁部と第2流路部材42の第2隔壁部55bとが相対向しており、両隔壁部55a,55bの間に圧電アクチュエータ44が挟まれている。また、第2流路部材42の長手方向に沿う端面には、複数の第1圧力室53aにそれぞれ連通する複数の開口56bが形成されている。
The second
但し、第1流路部材41の第1圧力室53aと第2流路部材42の第2圧力室53bは、搬送方向にピッチPだけずれている。つまり、複数の第1圧力室53aと複数の第2圧力室53bは、搬送方向に沿ってピッチPで配列されている。また、別の言い方をすれば、第1流路部材41の第1圧力室53aは、圧電アクチュエータ44を挟んで、第2流路部材42の第2ダミー圧力室54bと対向している。また、第2流路部材42の第2圧力室53bは、圧電アクチュエータ44を挟んで、第1流路部材41の第1ダミー圧力室54aと対向している。また、第1流路部材41の複数の開口56aと、第2流路部材42の複数の開口56bも、対応する第1圧力室53aと第2圧力室53bの配置関係に応じて搬送方向にピッチPだけずれており、これらの開口56a,56bは、搬送方向に沿って千鳥状に配列されている。
However, the
図3、図4に示すように、ノズルプレート43には、搬送方向に沿って千鳥状に2列に配列された複数のノズル57が形成されている。ノズル57の搬送方向における配列ピッチは、第1圧力室53aと第2圧力室53bの配列ピッチPに等しい。ノズルプレート43は、第1流路部材41の複数の開口56a及び第2流路部材42の複数の開口56bと、ノズルプレート43の複数のノズル57とが連通するように、第1流路部材41の端面と第2流路部材42の端面に接合される。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
尚、本実施形態の第1流路部材41、第2流路部材42、及び、ノズルプレート43が、本発明の「流路構造体」に相当する。
The first
圧電アクチュエータ44は、2層の圧電層61,62からなる圧電体60と、複数の第1個別電極63aと、複数の第2個別電極63bと、共通電極64を有する。圧電アクチュエータ44は全体的に平板状の形状を有する。この圧電アクチュエータ44は、複数の第1圧力室53aが配置された第1流路部材41の一表面、及び、複数の第2圧力室53bが配置された第2流路部材42の一表面とそれぞれ平行となるように、第1流路部材41と第2流路部材42の間において平面的に配置されている。
The
圧電体60の2層の圧電層61,62は、それぞれ、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との固溶体である、強誘電性のチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)を主成分とする圧電材料からなる。一方の圧電層61は、第1流路部材41に、複数の第1圧力室53a及び複数の第1ダミー圧力室54aを共通に覆うように接合されている。他方の圧電層62は、第2流路部材42に、複数の第2圧力室53b及び複数の第2ダミー圧力室54bを共通に覆うように接合されている。つまり、2層の圧電層61,62が、その両側に分けて配置された複数の第1圧力室53aと複数の第2圧力室53bを共通に覆った構造となっている。
The two
圧電層62の、圧電層61とは反対側の面(第2流路部材42側の面)には、複数の第1圧力室53aとそれぞれ対向する複数の第1個別電極63aが形成されている。また、圧電層61の、圧電層62とは反対側の面(第1流路部材41側の面)には、複数の第2圧力室53bとそれぞれ対向する複数の第2個別電極63bが形成されている。図5に示すように、第1圧力室53aの、圧電アクチュエータ44を挟んで反対側には第2ダミー圧力室54bが存在するために、第1圧力室53aと対向する第1個別電極63aは第2流路部材42とは接触しない。また同様に、第2圧力室53bの、圧電アクチュエータ44を挟んで反対側に第1ダミー圧力室54aが存在するために、第2圧力室53bと対向する第2個別電極63bは第1流路部材41とは接触しない。
A plurality of first
共通電極64は、2層の圧電層61,62の間においてほぼ全面的に形成されている。これにより、共通電極64は、圧電層62に形成された複数の第1個別電極63aと、圧電層61に形成された複数の第2個別電極63bの、両方と共通に対向している。別の言い方をすれば、第1個別電極63aと第2個別電極63bとが、共通電極64を挟んで反対側に配置された構成となっている。尚、共通電極64の電位は、常に、グランド電位に保持されている。
The
圧電層61,62のうちの、個別電極63a,63bと共通電極64に挟まれる部分は、後述するドライバIC45によって個別電極63a,63bに所定の電圧が印加されたときに、圧電変形が生じる部分である。以下、圧電層61,62のうちの上記部分を圧電素子65と称する。さらに、第1個別電極63aと共通電極64に挟まれた、圧電層62の圧電素子65を、特に第1圧電素子65aと称する。また、第2個別電極63bと共通電極64に挟まれた、圧電層61の圧電素子65を、特に第2圧電素子65bと称する。尚、複数の圧力室53a,53bに対応する複数の圧電素子65a,65bは、それぞれ厚み方向に分極されている。
Of the
ドライバIC45(駆動装置)は、多数の配線が形成された配線部材であるCOF66(Chip On Film)に実装されている。COF66は、圧電アクチュエータ44の一方の面に接合され、複数の個別電極63a,63bとそれぞれ電気的に接続されている。また、COF66は、図2に示す制御装置6にも接続されている。このCOF66により、ドライバIC45は、制御装置6と圧電アクチュエータ44の両方と電気的に接続される。ドライバIC45は、制御装置6から送られた制御信号に基づいて、複数の圧電素子65a,65bを個別に駆動する。より詳細には、ドライバIC45は、圧電素子65に設けられた個別電極63に所定の電圧を印加することによって、圧電素子65に圧電変形を生じさせる。
The driver IC 45 (driving device) is mounted on a COF 66 (Chip On Film) which is a wiring member in which a large number of wirings are formed. The
ドライバIC45によって圧電素子65が駆動されるときの圧電アクチュエータ44の動作について説明する。ドライバIC45から、ある圧電素子65の個別電極63に所定の電圧が印加されると、圧電素子65に厚み方向の電界が作用する。この電界の方向は、圧電素子65の分極方向に一致することから、圧電素子65は面方向に収縮する。この圧電素子65の収縮により、圧電アクチュエータ44(圧電体60)の、圧力室53と対向する部分が圧力室53側に凸となるように撓む。このとき、圧力室53内の容積が変化することによって、圧力室53内のインクに圧力(吐出エネルギー)が付与されるため、圧力室53に連通するノズル57からインクが吐出される。
The operation of the
ここで、図5rに示すように、圧電アクチュエータ44を挟んで、第1圧力室53aと反対側に第2ダミー圧力室54bが配置され、また、第2圧力室53bと反対側に第1ダミー圧力室54aが配置されている。そのため、第1圧力室53aに対応する第1圧電素子65aの変形が、第2流路部材42によって阻害されることはなく、また、第2圧力室53bに対応する第2圧電素子65bの変形が、第1流路部材41によって阻害されることもない。
Here, as shown in FIG. 5r, a second
尚、上記の圧電アクチュエータ44の駆動方式では、圧電素子65が変形していない待機状態から、圧電素子65に電圧を印加して圧力室53側に圧電アクチュエータ44を変位させ、圧力室53の容積を減少させることにより、ノズル57からインクを吐出させている。上記方式は、一般に「押し打ち」とも称される。尚、この押し打ちに対して、引き打ちと呼ばれる駆動方式も知られているが、引き打ち駆動への適用については、本実施形態とは別の実施形態として後で説明する。
In the above-described driving method of the
ところで、本実施形態では、搬送方向に沿ってピッチPで配列された、第1流路部材41の複数の第1圧力室53aと、第2流路部材42の複数の第2圧力室53bとが、圧電アクチュエータ44を挟んで互いに反対側に配置されている。そのため、電圧が印加されたときに第1圧電素子65aと第2圧電素子65bの変形が逆となる。従って、圧電アクチュエータ44の、2つの圧力室53a,53bをそれぞれ覆う2つの部分が変位する方向も逆方向となる。
By the way, in this embodiment, a plurality of
図6は、圧電アクチュエータの動作説明図である。図6(a)は、第1圧電素子65aと第2圧電素子65bの両方が駆動されていない(電圧が印加されていない)状態を示す。このとき、第1圧力室53aと第2圧力室53bの両方において、圧電アクチュエータ44は変形していない。
FIG. 6 is an operation explanatory diagram of the piezoelectric actuator. FIG. 6A shows a state where both the first
図6(b)は、第2圧電素子65bのみ駆動されている状態を示す。図6(c)は、第1圧電素子65aと第2圧電素子65bの両方が駆動されている状態を示す。図6(c)に示すように、第1圧電素子65aが駆動された場合は、圧電アクチュエータ44(2層の圧電層61,62)の第1圧力室53aと対向する部分が、図中上下方向(圧力室53の配置平面と直交する方向)において、上方に凸となるように変形する。また、図6(b),(c)に示すように、第2圧電素子65bが駆動された場合は、圧電アクチュエータ44の第2圧力室53bと対向する部分が、下方に凸となるように変形する。
FIG. 6B shows a state in which only the second
ここで、図6(c)のように、第1圧電素子65aと第2圧電素子65bの両方が同時に駆動されたときには、一方の圧力室53において圧電アクチュエータ44が一方向に変位したときに、クロストークの作用で、他方の圧力室53における圧電アクチュエータ44に、前記一方向とは逆方向に変位しようとする力が働く。このとき、本実施形態の構成では、このクロストークによって変位が促進される方向は、何れの圧力室53においても圧力室53側に凸となる方向(容積減少方向)となり、2つの圧力室53a,53b内における圧電アクチュエータ44の変位が共に増大する。圧力室53内の圧電アクチュエータ44の変位が大きくなれば、圧力室53内のインクに大きなエネルギーが付与される。従って、2つの圧電素子65a,65bを同時に駆動したときに、隣接する2つの圧力室53a,53b間のクロストークによって各ノズル57の吐出量は減少せず、逆に、図6(b)の一方の圧電素子65のみが駆動された場合と比べて吐出量を多くすることが可能となる。
Here, as shown in FIG. 6C, when both the first
従って、記録用紙100に多量のインクを着弾させてベタ印字を行う場合のように、複数のノズル57の全てから同時にインクを吐出させるときの各ノズル57の吐出量を、記録用紙100に細い線を形成する場合のように、1つのノズル57のみからインクを吐出させる場合と比べて、大きくすることができる。
Accordingly, the discharge amount of each
次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。 Next, modified embodiments in which various modifications are made to the embodiment will be described. However, components having the same configuration as in the above embodiment are given the same reference numerals and description thereof is omitted as appropriate.
1]前記実施形態では、圧電アクチュエータ44の駆動方式として、押し打ち駆動を例に挙げた(図6参照)。しかし、圧電アクチュエータ44の駆動方式としては、上記の押し打ち駆動の他にも、圧力室53の容積が増大する方向に圧電アクチュエータ44を一旦変位させてから、次に、圧力室53の容積が減少する方向に変位させる、いわゆる、引き打ちという方式も知られている。本発明は、引き打ち駆動に対しても適用することができる。
1] In the above-described embodiment, the driving method of the
図7に、引き打ちで駆動した場合の圧電アクチュエータの動作を示す。図7(a)は、ノズル57からインクを吐出しない待機状態を示す。待機状態では、第1個別電極63aと第2個別電極63bの両方に所定電圧が印加されている。そのため、圧電アクチュエータ44の、第1圧力室53aと対向する部分と第2圧力室53bと対向する部分が、それぞれ、圧力室53側へ凸となるように変位した状態となっている。図7(b)は、第2圧電素子65bのみ駆動されている状態を示す。図7(c)は、第1圧電素子65aと第2圧電素子65bの両方が駆動されている状態を示す。ノズル57からインクを吐出させる際のドライバIC45による圧電素子65の駆動は、次のようになる。
FIG. 7 shows the operation of the piezoelectric actuator when driven by pulling. FIG. 7A shows a standby state in which ink is not ejected from the
図7(a)のように個別電極63に電圧が印加されている状態から、ドライバIC45により、個別電極63の電位を、一旦、共通電極64と同じグランド電位に切り換える。すると、圧電素子65の変形が解消されて、圧力室53側に凸となるように変位していた圧電アクチュエータ44が平坦な形状となり、図7(b)、(c)のように、待機状態と比べて圧力室53内の容積が増大する。その後、再び、ドライバIC45により個別電極63に電圧を印加すると、図7(a)の状態に戻り圧力室53の容積が減少する。ここで、圧力室53の容積増大→容積減少の切り換えのタイミングを適切に設定することによって、容積増大時に発生する圧力波と容積減少時に発生する圧力波とを重畳させる。これにより、圧力室53内に大きな圧力波が発生し、圧力室53に連通するノズル57からインクが押し出されて吐出される。尚、この変更形態においても、圧電素子65の駆動(電圧印加/電圧印加解除)の際の、圧電アクチュエータの変位の方向は、2つの圧力室53a,53bの間で逆方向となる。
As shown in FIG. 7A, the potential of the individual electrode 63 is once switched to the same ground potential as that of the
ところで、図7(b)のように、一方の圧力室53(ここでは第2圧力室53b)に対応する第2圧電素子65bのみが駆動される場合、第2圧電素子65bへの電圧印加が一旦解除されたときに、圧電アクチュエータ44の、第2圧力室53bと対向する部分が、下方(第2圧力室53b側)に凸となった状態から平坦な状態になろうとする。ここで、第1圧力室53aと第2圧力室53bは、圧電アクチュエータ44を挟んで反対側に配置されているために、圧電アクチュエータ44の変位の方向は逆方向となる。また、圧電アクチュエータ44の第1圧力室53aと対向する部分は、上方に凸となったままである。その影響で、圧電アクチュエータ44の、第2圧力室53bと対向する部分には下向きに変位しようとする力が働くため、完全に平坦な状態まで戻りきることができない。一方、図7(c)のように、隣接する2つの圧力室53a,53bにそれぞれ対応する2つの圧電素子65a,65bの両方について同時に電圧印加が解除される場合には、上とは違い、第1圧力室53aと第2圧力室53bのそれぞれで圧電アクチュエータ44が平坦な状態まで戻りきる。従って、一方の圧電素子65のみを駆動した場合のノズル57の吐出量が抑えられ、両方の圧電素子65a,65bを同時に駆動した場合の各ノズル57の吐出量よりも少なくなる。
By the way, when only the second
2]前記実施形態の図5に示すように、圧電アクチュエータ44は、第1圧力室53aと第1ダミー圧力室54aとを隔てる第1隔壁部55aと、第2圧力室53bと第2ダミー圧力室54bとを隔てる第2隔壁部55bとに挟まれている。つまり、圧電アクチュエータ44の第1圧力室53aと第2圧力室53bとの間の部分は、第1隔壁部55aと第2隔壁部55bとの間で挟まれることで、その変形が拘束される。この挟まれる幅が大きいほど、第1圧力室53aと第2圧力室53bの間で圧電アクチュエータ44の変形を拘束する力が強くなり、第1圧力室53aと第2圧力室53bの間のクロストークが抑制される。言い換えれば、第1隔壁部55aと第2隔壁部55bによって挟まれる幅を調整することにより、第1圧力室53aと第2圧力室53bとの間のクロストークの程度を変えることが可能である。
2] As shown in FIG. 5 of the above-described embodiment, the
例えば、図8(a)に示すように、第1隔壁部55aと第2隔壁部55bとが、圧力室53の配列方向において位置がずれていてもよい。これにより、圧電アクチュエータ44の、第1隔壁部55a及び第2隔壁部55bによって挟まれる幅が小さくなって、2つの隔壁部55a,55bによる変形拘束力が弱まる。従って、隣接する2つの圧力室53a,53bの間でクロストークを積極的に生じさせて、各圧力室53における圧電アクチュエータ44の変位に及ぼす影響を大きくすることができる。また、図8(b)に示すように、第1隔壁部55aの幅と第2隔壁部55bの幅が異なっていてもよい。
For example, as illustrated in FIG. 8A, the first
また、第1隔壁部55aの幅と第2隔壁部55bの幅をそれぞれ大きくし、且つ、両者が対向する幅(圧電アクチュエータ44が挟まれる幅)を大きくすることにより、クロストークをほとんど生じさせないようにすることも可能である。これにより、2つの圧電素子65a,65bを同時に駆動した場合と、一方の圧電素子65のみを駆動した場合とで、ノズル57の吐出量をほぼ等しくすることが可能となる。
Further, by increasing the width of the first
3]圧電アクチュエータ44の構成は、前記実施形態のものには限られない。例えば、圧電体60が2層の圧電層からなる構成には限られず、3層以上の圧電層によって構成されていてもよい。
3] The configuration of the
また、圧電体60が、複数の圧力室53を共通に覆うように配置されていることは必須ではない。例えば、図9の構成では、複数の第1圧力室53aと複数の第2圧力室53bを共通に覆うように、非圧電材料(例えば、金属材料や金属酸化物等)からなる振動板70が設けられている。そして、この振動板70の両面に、複数の第1圧力室53aに対応した複数の第1圧電素子75aと、複数の第2圧力室53bに対応した複数の第2圧電素子75bとが、分けて配置された構成であってもよい。
Further, it is not essential that the
1 インクジェットプリンタ
4 インクジェットヘッド
41 第1流路部材
42 第2流路部材
43 ノズルプレート
44 圧電アクチュエータ
45 ドライバIC
53a 第1圧力室
53b 第2圧力室
54a 第1ダミー圧力室
54b 第2ダミー圧力室
55a 第1隔壁部
55b 第2隔壁部
57 ノズル
60 圧電体
61,62 圧電層
63 個別電極
64 共通電極
65 圧電素子
75 圧電素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
53a
Claims (4)
前記流路構造体に、所定の一平面に沿って平面的に設けられ、且つ、前記複数の圧力室にそれぞれ対応する複数の圧電素子を有する圧電アクチュエータと、
前記複数の圧電素子を個別に駆動する駆動装置と、を備え、
前記複数の圧力室は、前記圧電アクチュエータの一方の面側に配置された複数の第1圧力室と、前記圧電アクチュエータの他方の面側に配置された複数の第2圧力室と、を含み、
前記複数の第1圧力室と前記複数の第2圧力室とが、前記所定の一平面に平行な配列方向に沿って、所定のピッチで交互に配列され、
前記複数の第1圧力室と前記複数の第2圧力室が、前記圧電アクチュエータによって共通に覆われており、
前記駆動装置により、前記配列方向において隣接する前記第1圧力室と前記第2圧力室にそれぞれ対応する、2つの前記圧電素子が駆動されたときの、前記圧電アクチュエータの、前記隣接する2つの圧力室をそれぞれ覆う2つの部分が、前記所定の一平面と直交する方向において互いに逆方向に変位することを特徴とする液体吐出装置。 A flow path structure having a plurality of nozzles each discharging liquid and a plurality of pressure chambers respectively communicating with the plurality of nozzles;
A piezoelectric actuator provided in the flow path structure in a plane along a predetermined plane and having a plurality of piezoelectric elements respectively corresponding to the plurality of pressure chambers;
A drive device for individually driving the plurality of piezoelectric elements,
The plurality of pressure chambers include a plurality of first pressure chambers disposed on one surface side of the piezoelectric actuator, and a plurality of second pressure chambers disposed on the other surface side of the piezoelectric actuator,
The plurality of first pressure chambers and the plurality of second pressure chambers are alternately arranged at a predetermined pitch along an arrangement direction parallel to the predetermined one plane,
The plurality of first pressure chambers and the plurality of second pressure chambers are commonly covered by the piezoelectric actuator,
The two adjacent pressures of the piezoelectric actuator when the two piezoelectric elements respectively corresponding to the first pressure chamber and the second pressure chamber adjacent in the arrangement direction are driven by the driving device. 2. A liquid ejecting apparatus according to claim 2, wherein two portions respectively covering the chamber are displaced in directions opposite to each other in a direction orthogonal to the predetermined plane.
圧電材料で形成された少なくとも2層の圧電層を有する圧電体と、
前記圧電体に、前記複数の圧力室とそれぞれ対向するように設けられた複数の個別電極と、
前記2層の圧電層の間において、前記複数の個別電極と共通に対向するように設けられた共通電極と、を備え、
1つの前記個別電極と前記共通電極とに挟まれる前記圧電体の部分が、1つの前記圧電素子を構成し、
前記隣接する2つの圧力室にそれぞれ対応する2つの前記個別電極は、前記共通電極を挟んで互いに反対側に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の液体吐出装置。 The piezoelectric actuator is
A piezoelectric body having at least two piezoelectric layers formed of a piezoelectric material;
A plurality of individual electrodes provided on the piezoelectric body so as to respectively face the plurality of pressure chambers;
A common electrode provided so as to face the plurality of individual electrodes in common between the two piezoelectric layers;
A portion of the piezoelectric body sandwiched between one individual electrode and the common electrode constitutes one piezoelectric element,
The liquid ejecting apparatus according to claim 1, wherein the two individual electrodes respectively corresponding to the two adjacent pressure chambers are arranged on opposite sides of the common electrode.
前記流路構造体の、前記配列方向において隣接する2つの前記第2圧力室の間には、前記第1圧力室と前記圧電アクチュエータを挟んで対向する第2空洞部が形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の液体吐出装置。 Between the two first pressure chambers adjacent to each other in the arrangement direction of the flow path structure, a first cavity portion is formed which is opposed to the second pressure chamber with the piezoelectric actuator interposed therebetween,
A second cavity portion is formed between the two second pressure chambers adjacent to each other in the arrangement direction of the flow path structure so as to oppose the first pressure chamber and the piezoelectric actuator. The liquid ejection apparatus according to claim 1, wherein the liquid ejection apparatus is a liquid ejection apparatus.
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- 2013-01-30 JP JP2013015102A patent/JP2014144596A/en active Pending
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