JP2020124872A - Control device and inkjet recording device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、制御装置及びインクジェット記録装置に関する。 Embodiments of the present invention relate to a control device and an inkjet recording device.
ピエゾ方式のインクジェットヘッドは、ピエゾアクチュエータを駆動させることでインク室の容積を増加及び減少させる。これにより、インクジェットヘッドは、インク室内の液体を吐出する。インクジェットヘッドは、ピエゾアクチュエータを駆動させるために、ＦＥＴ（field effect transistor）などのスイッチを用いるなどして、ピエゾアクチュエータが備える２つの電極間にかける電圧を切り替える。例えば、インクジェットヘッドは、当該電極間に電圧をかけることで、ピエゾアクチュエータを駆動させ、インク室の容積を膨張させる。そして、インクジェットヘッドは、当該電極間の電位差を等電位にすることで、インク室の容積を減少させる。このようにインク室の容積が減少することによって液体の圧力が上昇し、インク室内から液体が吐出される。 A piezo system inkjet head increases or decreases the volume of an ink chamber by driving a piezo actuator. As a result, the inkjet head ejects the liquid in the ink chamber. The inkjet head uses a switch such as a FET (field effect transistor) to drive the piezo actuator and switches the voltage applied between two electrodes of the piezo actuator. For example, the inkjet head drives a piezo actuator by applying a voltage between the electrodes to expand the volume of the ink chamber. Then, the inkjet head reduces the volume of the ink chamber by making the potential difference between the electrodes equal. As the volume of the ink chamber decreases in this way, the pressure of the liquid rises and the liquid is ejected from the ink chamber.
ピエゾアクチュエータは、電極と電極との間に圧電体が挟まれた構造をしている。したがって、ピエゾアクチュエータは、電気的にキャパシタと等価である。すなわち、ピエゾアクチュエータは、電極間に電圧がかかることで電荷を充電する。そして、ピエゾアクチュエータは、充電した電荷を放電することで、電極間の電位差が等電位となる。 The piezo actuator has a structure in which a piezoelectric body is sandwiched between electrodes. Therefore, the piezo actuator is electrically equivalent to a capacitor. That is, the piezo actuator charges electric charges by applying a voltage between the electrodes. Then, the piezo actuator discharges the charged electric charge so that the potential difference between the electrodes becomes equal.
従来、ピエゾ方式のインクジェットヘッドは、インク室の容積を膨張及び収縮させる度に、ピエゾアクチュエータに充電した電荷をグラウンドに放電する。放電される電荷は再利用されないため、消費電力が大きい。放電する電荷を再利用することができれば、消費電力を抑えることができると考えられる。 Conventionally, a piezo type inkjet head discharges the electric charge charged in the piezo actuator to the ground each time the volume of the ink chamber is expanded or contracted. Since the discharged electric charge is not reused, power consumption is large. It is considered that the power consumption can be suppressed if the discharged charges can be reused.
本発明の実施形態が解決しようとする課題は、消費電力を抑えた制御装置及びインクジェット記録装置を提供することである。 The problem to be solved by the embodiments of the present invention is to provide a control device and an inkjet recording device with reduced power consumption.
実施形態の制御装置は、電圧源、等価キャパシタ、圧力室及び制御部を備える。電圧源は、充電可能である。等価キャパシタは、第１の電極、第２の電極、及び前記第１の電極と前記第２の電極とに挟まれた圧電体によって構成され、電荷の充放電とともに前記圧電体が変形する。圧力室は、前記圧電体の変形によって容積が変化する。圧力室は、液体を収容する。制御部は、複数の前記等価キャパシタを前記電圧源に並列接続して充電する。制御部は、複数の前記等価キャパシタを前記電圧源に直列接続することで、前記等価キャパシタに蓄えられた電荷を前記電圧源に放電して前記電圧源を充電するとともに、前記圧電体の変形によって前記液体を前記圧力室から吐出させる。 The control device according to the embodiment includes a voltage source, an equivalent capacitor, a pressure chamber, and a control unit. The voltage source is rechargeable. The equivalent capacitor is composed of a first electrode, a second electrode, and a piezoelectric body sandwiched between the first electrode and the second electrode, and the piezoelectric body is deformed as charges are charged and discharged. The volume of the pressure chamber changes due to the deformation of the piezoelectric body. The pressure chamber contains a liquid. The control unit connects the plurality of equivalent capacitors to the voltage source in parallel and charges the voltage source. The control unit connects a plurality of the equivalent capacitors to the voltage source in series to discharge the electric charge accumulated in the equivalent capacitor to the voltage source to charge the voltage source, and by the deformation of the piezoelectric body. The liquid is discharged from the pressure chamber.
以下、実施形態に係るインクジェット記録装置について図面を用いて説明する。なお、実施形態の説明に用いる各図面は、説明のため、各部の縮尺を適宜変更して示している場合がある。また、実施形態の説明に用いる各図面は、説明のため、構成を省略して示している場合がある。また、図中、同一の符号を付している部分は、同一又は同等の部分であることを示す。
図１は、実施形態に係るインクジェット記録装置１の構成の一例を示す模式図である。
インクジェット記録装置１は、インクなどの液体状の記録材を用いて画像形成媒体Ｓなどに画像を形成する。インクジェット記録装置１は、一例として、複数の液体吐出部２と、液体吐出部２を移動可能に支持するヘッド支持機構３と、画像形成媒体Ｓを移動可能に支持する媒体支持機構４と、を備える。画像形成媒体Ｓは、例えば、シート状の紙などである。
Hereinafter, an inkjet recording apparatus according to an embodiment will be described with reference to the drawings. It should be noted that the drawings used for the description of the embodiments may be illustrated by appropriately changing the scale of each part for the sake of description. Further, the drawings used for the description of the embodiments may be illustrated with the configuration omitted for the sake of description. Further, in the drawings, the parts having the same reference numerals indicate the same or equivalent parts.
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of an inkjet recording apparatus 1 according to the embodiment.
The inkjet recording apparatus 1 forms an image on the image forming medium S or the like using a liquid recording material such as ink. The inkjet recording apparatus 1 includes, as an example, a plurality of liquid ejection units 2, a head support mechanism 3 that movably supports the liquid ejection units 2, and a medium support mechanism 4 that movably supports the image forming medium S. Prepare The image forming medium S is, for example, sheet-shaped paper.
図１に示すように、複数の液体吐出部２が、所定の方向に並列して配置された状態でヘッド支持機構３に支持される。ヘッド支持機構３は、ローラ３ａに掛けられたベルト３ｂに取り付けられている。インクジェット記録装置１は、ローラ３ａを回転させることで、ヘッド支持機構３を、画像形成媒体Ｓの搬送方向に対して直交する主走査方向Ａに移動させることが可能である。液体吐出部２は、インクジェットヘッド１０及び液体供給装置２０を一体に備える。液体吐出部２は、インクなどの液体Ｉをインクジェットヘッド１０から吐出させる吐出動作を行う。インクジェット記録装置１は、一例として、ヘッド支持機構３を主走査方向Ａに往復移動させながら液体吐出動作を行うことで、対向して配置される画像形成媒体Ｓに所望の画像を形成するスキャン方式である。あるいは、インクジェット記録装置１は、ヘッド支持機構３を移動させずに液体吐出動作を行うシングルパス方式であっても良い。この場合、ローラ３ａ及びベルト３ｂを設けるには及ばない。またこの場合、ヘッド支持機構３は、例えばインクジェット記録装置１の筐体などに固定される。 As shown in FIG. 1, the plurality of liquid ejection units 2 are supported by the head support mechanism 3 in a state of being arranged in parallel in a predetermined direction. The head support mechanism 3 is attached to a belt 3b that is wound around a roller 3a. The inkjet recording apparatus 1 can move the head support mechanism 3 in the main scanning direction A orthogonal to the transport direction of the image forming medium S by rotating the roller 3a. The liquid ejection unit 2 integrally includes an inkjet head 10 and a liquid supply device 20. The liquid ejecting section 2 performs an ejecting operation of ejecting a liquid I such as ink from the inkjet head 10. As an example, the inkjet recording apparatus 1 performs a liquid ejection operation while reciprocally moving the head support mechanism 3 in the main scanning direction A, thereby forming a desired image on the image forming medium S that is arranged to face the scanning method. Is. Alternatively, the inkjet recording apparatus 1 may be of a single-pass type in which the liquid ejection operation is performed without moving the head support mechanism 3. In this case, it is not necessary to provide the roller 3a and the belt 3b. In this case, the head support mechanism 3 is fixed to, for example, the housing of the inkjet recording device 1.
複数の液体吐出部２のそれぞれは、例えば、ＣＭＹＫ（cyan, magenta, yellow, and key(black)）の４色のインクのいずれかに対応する。すなわち、複数の液体吐出部２は、それぞれがシアンインク、マゼンタインク、イエローインク又はブラックインクのいずれかに対応する。そして、複数の液体吐出部２のそれぞれは、対応する色のインクを吐出する。 Each of the plurality of liquid ejection units 2 corresponds to, for example, any one of the four color inks of CMYK (cyan, magenta, yellow, and key(black)). That is, each of the plurality of liquid ejection units 2 corresponds to any one of cyan ink, magenta ink, yellow ink, and black ink. Then, each of the plurality of liquid ejection units 2 ejects the ink of the corresponding color.
図２は、インクジェットヘッド１０の一例を示す斜視図である。インクジェットヘッド１０は、ノズル１０１、ヘッド基板１０２、駆動回路１０３、及びマニホールド１０４を備える。インクジェットヘッド１０は、制御装置の一例である。 FIG. 2 is a perspective view showing an example of the inkjet head 10. The inkjet head 10 includes a nozzle 101, a head substrate 102, a drive circuit 103, and a manifold 104. The inkjet head 10 is an example of a control device.
ノズル１０１は、ヘッド基板１０２上に設けられる。ノズル１０１は、ヘッド基板１０２の長手方向に沿って一列に並んでいる。ノズル１０１は、駆動回路１０３から与えられる駆動信号に応じて液体Ｉの液滴を吐出する。 The nozzle 101 is provided on the head substrate 102. The nozzles 101 are arranged in a line along the longitudinal direction of the head substrate 102. The nozzle 101 ejects liquid droplets of the liquid I in response to a drive signal provided from the drive circuit 103.
駆動回路１０３は、ノズル１０１から液体Ｉの液滴を吐出させるための駆動信号を出力する。駆動回路１０３は例えばドライバＩＣ（integrated circuit）である。駆動回路１０３は、例えば、波形データに基づいて駆動信号を生成する。 The drive circuit 103 outputs a drive signal for ejecting liquid droplets of the liquid I from the nozzle 101. The drive circuit 103 is, for example, a driver IC (integrated circuit). The drive circuit 103 generates a drive signal based on the waveform data, for example.
マニホールド１０４は、液体供給口１０５及び液体排出口１０６を備える。液体供給口１０５は、インクジェットヘッド１０内に液体Ｉを供給するための供給口である。また、液体排出口１０６は、インクジェットヘッド１０内から液体Ｉが排出される排出口である。液体供給口１０５から供給された液体Ｉのうち、ノズル１０１から吐出されなかった液体Ｉが、液体排出口１０６から排出される。 The manifold 104 includes a liquid supply port 105 and a liquid discharge port 106. The liquid supply port 105 is a supply port for supplying the liquid I into the inkjet head 10. The liquid discharge port 106 is a discharge port through which the liquid I is discharged from the inside of the inkjet head 10. Of the liquid I supplied from the liquid supply port 105, the liquid I not discharged from the nozzle 101 is discharged from the liquid discharge port 106.
図３は、インクジェット記録装置１に用いられる液体供給装置２０の概略図である。液体供給装置２０は、インクジェットヘッド１０に液体Ｉを供給する装置である。液体供給装置２０は、例えば、供給側液体タンク２１、排出側液体タンク２２、供給側圧力調整ポンプ２３、輸送ポンプ２４、及び排出側圧力調整ポンプ２５を備える。これらは、液体Ｉを流すことができるチューブなどによって接続される。 FIG. 3 is a schematic diagram of the liquid supply apparatus 20 used in the inkjet recording apparatus 1. The liquid supply device 20 is a device that supplies the liquid I to the inkjet head 10. The liquid supply device 20 includes, for example, a supply-side liquid tank 21, a discharge-side liquid tank 22, a supply-side pressure adjusting pump 23, a transport pump 24, and a discharge-side pressure adjusting pump 25. These are connected by a tube or the like through which the liquid I can flow.
供給側液体タンク２１は、チューブなどを介して液体供給口１０５に接続されている。供給側液体タンク２１は、液体供給口１０５にインクを供給する。
排出側液体タンク２２は、チューブなどを介して液体排出口１０６に接続されている。排出側液体タンク２２は、液体排出口１０６から排出された液体Ｉを一時的に貯留する。
The supply side liquid tank 21 is connected to the liquid supply port 105 via a tube or the like. The supply side liquid tank 21 supplies ink to the liquid supply port 105.
The discharge side liquid tank 22 is connected to the liquid discharge port 106 via a tube or the like. The discharge side liquid tank 22 temporarily stores the liquid I discharged from the liquid discharge port 106.
供給側圧力調整ポンプ２３は、供給側液体タンク２１の圧力を調整する。
輸送ポンプ２４は、チューブを介して、排出側液体タンク２２に貯留されたインクを供給側液体タンク２１に還流させる。
排出側圧力調整ポンプ２５は、排出側液体タンク２２の圧力を調整する。
The supply-side pressure adjustment pump 23 adjusts the pressure of the supply-side liquid tank 21.
The transport pump 24 circulates the ink stored in the discharge side liquid tank 22 to the supply side liquid tank 21 via the tube.
The discharge side pressure adjustment pump 25 adjusts the pressure of the discharge side liquid tank 22.
次に、インクジェットヘッド１０についてさらに詳細に説明する。
図４は、インクジェットヘッド１０に適用可能なヘッド基板１０２の平面図である。図４ではノズルプレート１０９の図中左下を部分的に不図示としヘッド基板１０２の内部構造を図示している。図５は図４に示すヘッド基板１０２のＡ−Ａ線断面図である。図６は、図４に示すヘッド基板１０２の斜視図である。
Next, the inkjet head 10 will be described in more detail.
FIG. 4 is a plan view of the head substrate 102 applicable to the inkjet head 10. In FIG. 4, the lower left part of the nozzle plate 109 in the drawing is partially not shown to show the internal structure of the head substrate 102. FIG. 5 is a sectional view of the head substrate 102 shown in FIG. FIG. 6 is a perspective view of the head substrate 102 shown in FIG.
ヘッド基板１０２は、図４及び図５に示すように、圧電部材１０７、流路部材１０８、ノズルプレート１０９、枠部材１１０、及び板壁１１１を備える。また、流路部材１０８には、液体供給穴１１２と液体排出穴１１３とが形成されている。流路部材１０８とノズルプレート１０９と枠部材１１０と板壁１１１とで囲まれ、液体供給穴１１２が形成されている空間は、液体供給路１１４である。また、流路部材１０８とノズルプレート１０９と枠部材１１０と板壁１１１とで囲まれ、液体排出穴１１３が形成されている空間は、液体排出路１１７である。液体供給穴１１２は、液体供給路１１４に連通している。液体排出穴１１３は、液体排出路１１７に連通している。液体供給穴１１２は、マニホールド１０４の液体供給口１０５と流体的に接続している。液体排出穴１１３は、マニホールド１０４の液体排出口１０６と流体的に接続している。 As shown in FIGS. 4 and 5, the head substrate 102 includes a piezoelectric member 107, a flow path member 108, a nozzle plate 109, a frame member 110, and a plate wall 111. Further, a liquid supply hole 112 and a liquid discharge hole 113 are formed in the flow path member 108. A space surrounded by the flow path member 108, the nozzle plate 109, the frame member 110, and the plate wall 111 and in which the liquid supply hole 112 is formed is a liquid supply path 114. Further, a space surrounded by the flow path member 108, the nozzle plate 109, the frame member 110, and the plate wall 111 and in which the liquid discharge hole 113 is formed is a liquid discharge path 117. The liquid supply hole 112 communicates with the liquid supply passage 114. The liquid discharge hole 113 communicates with the liquid discharge path 117. The liquid supply hole 112 is fluidly connected to the liquid supply port 105 of the manifold 104. The liquid discharge hole 113 is fluidly connected to the liquid discharge port 106 of the manifold 104.
圧電部材１０７は、液体供給路１１４から液体排出路１１７までに渡る複数の長溝を有する。これらの長溝は、圧力室１１５或いは空気室１１６の一部となる。圧力室１１５と空気室１１６は、それぞれ一つおきに形成される。すなわち、圧電部材１０７は、圧力室１１５と空気室１１６とが交互に形成される。空気室１１６は、長溝の両端を板壁１１１で塞ぐことにより形成される。板壁１１１で長溝の両端を塞ぐことにより、液体供給路１１４および液体排出路１１７の液体Ｉが空気室１１６に流入しないようにする。板壁１１１の圧力室１１５に接する箇所は溝が形成される。これにより、液体Ｉは、液体供給路１１４から、液体供給路１１４側の板壁１１１に形成された溝を通り、圧力室１１５に流入する。そして、液体Ｉは、圧力室１１５から、液体排出路１１７側の板壁１１１に形成された溝を通り、液体排出路１１７に排出される。 The piezoelectric member 107 has a plurality of long grooves extending from the liquid supply passage 114 to the liquid discharge passage 117. These long grooves become a part of the pressure chamber 115 or the air chamber 116. The pressure chamber 115 and the air chamber 116 are formed alternately. That is, in the piezoelectric member 107, the pressure chambers 115 and the air chambers 116 are alternately formed. The air chamber 116 is formed by closing both ends of the long groove with the plate walls 111. By closing both ends of the long groove with the plate wall 111, the liquid I in the liquid supply passage 114 and the liquid discharge passage 117 is prevented from flowing into the air chamber 116. A groove is formed in a portion of the plate wall 111 that is in contact with the pressure chamber 115. As a result, the liquid I flows from the liquid supply path 114 into the pressure chamber 115 through the groove formed in the plate wall 111 on the liquid supply path 114 side. Then, the liquid I is discharged from the pressure chamber 115 to the liquid discharge passage 117 through the groove formed in the plate wall 111 on the liquid discharge passage 117 side.
圧電部材１０７には、図６〜図８に示すように、配線電極１１９（１１９ａ、１１９ｂ、…、１１９ｇ、…）が形成されている。なお、図７及び図８は、圧力室１１５の状態を示す図である。圧力室１１５と空気室１１６の圧電部材内面には、後述する電極１２０が形成されている。配線電極１１９は、電極１２０と駆動回路１０３とを電気的に接続する。流路部材１０８、枠部材１１０及び板壁１１１は、例えば、誘電率が小さく、かつ圧電部材との熱膨張率の差が小さい材料で構成されることが好ましい。これらの材料としては、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などを用いることが可能である。 Wiring electrodes 119 (119a, 119b,..., 119g,...) Are formed on the piezoelectric member 107 as shown in FIGS. 7 and 8 are diagrams showing the state of the pressure chamber 115. Electrodes 120, which will be described later, are formed on the inner surfaces of the piezoelectric members of the pressure chamber 115 and the air chamber 116. The wiring electrode 119 electrically connects the electrode 120 and the driving circuit 103. The flow path member 108, the frame member 110, and the plate wall 111 are preferably made of, for example, a material having a small dielectric constant and a small difference in coefficient of thermal expansion from the piezoelectric member. As these materials, for example, alumina (Al 2 O 3 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), silicon carbide (SiC), aluminum nitride (AlN), lead zirconate titanate (PZT), etc. may be used. It is possible.
圧電部材１０７は、図７及び図８に示すように、圧電部材１０７ａと圧電部材１０７ｂを積層することにより形成される。圧電部材１０７ａと圧電部材１０７ｂの分極方向は、板厚方向に沿って互いに反対向きとなっている。圧電部材１０７には、液体供給路１１４から液体排出路１１７へ繋がる複数の長溝が並列に形成されている。 As shown in FIGS. 7 and 8, the piezoelectric member 107 is formed by stacking a piezoelectric member 107a and a piezoelectric member 107b. The polarization directions of the piezoelectric member 107a and the piezoelectric member 107b are opposite to each other along the plate thickness direction. In the piezoelectric member 107, a plurality of long grooves that are connected from the liquid supply passage 114 to the liquid discharge passage 117 are formed in parallel.
各長溝の内面には、電極１２０（１２０ａ、１２０ｂ、…、１２０ｇ、…）が形成されている。長溝と長溝を覆うノズルプレート１０９の一面とで囲まれた空間が、圧力室１１５及び空気室１１６となる。図７の例であれば、１１５ｂ、１１５ｄ、１１５ｆ、…の符号で示した空間それぞれが圧力室１１５であり、１１６ａ、１１６ｃ、１１６ｅ、１１６ｇ、…の符号で示した空間それぞれが空気室１１６である。 Electrodes 120 (120a, 120b,..., 120g,...) Are formed on the inner surface of each long groove. A space surrounded by the long groove and one surface of the nozzle plate 109 covering the long groove serves as a pressure chamber 115 and an air chamber 116. In the example of FIG. 7, each of the spaces denoted by the symbols 115b, 115d, 115f,... Is a pressure chamber 115, and each of the spaces denoted by 116a, 116c, 116e, 116g,... Is an air chamber 116. is there.
上述したように、圧力室１１５と空気室１１６は交互に並んでいる。電極１２０は、配線電極１１９を通して駆動回路１０３に接続される。圧力室１１５の隔壁を構成する圧電部材１０７は、各長溝の内面に設けた電極１２０によって挟まれている。圧電部材１０７及び電極１２０はアクチュエータ１１８を構成する。 As described above, the pressure chambers 115 and the air chambers 116 are alternately arranged. The electrode 120 is connected to the drive circuit 103 through the wiring electrode 119. The piezoelectric member 107 forming the partition of the pressure chamber 115 is sandwiched by the electrodes 120 provided on the inner surface of each long groove. The piezoelectric member 107 and the electrode 120 form an actuator 118.
駆動回路１０３は、駆動信号によりアクチュエータ１１８に電界を印加する。アクチュエータ１１８は、印加される電界によって、図８に示すアクチュエータ１１８ｄ及びアクチュエータ１１８ｅのように、圧電部材１０７ａと圧電部材１０７ｂとの接合部を頂部としてせん断変形する。アクチュエータ１１８が変形することにより、圧力室１１５の容積は変化する。圧力室１１５の容積の変化により、圧力室１１５の内部にある液体が加圧あるいは減圧される。この加圧あるいは減圧により、液体がノズル１０１から吐出される。圧電部材１０７としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）などが使用可能である。 The drive circuit 103 applies an electric field to the actuator 118 by a drive signal. The actuator 118 is shear-deformed by the applied electric field, such as the actuator 118d and the actuator 118e shown in FIG. The deformation of the actuator 118 changes the volume of the pressure chamber 115. The liquid inside the pressure chamber 115 is pressurized or depressurized by the change in the volume of the pressure chamber 115. The liquid is ejected from the nozzle 101 by this pressurization or pressure reduction. As the piezoelectric member 107, for example, lead zirconate titanate (PZT:Pb(Zr,Ti)O 3 ), lithium niobate (LiNbO 3 ), lithium tantalate (LiTaO 3 ) and the like can be used.
電極１２０は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）との２層構造である。電極１２０は、例えばメッキ法によって、長溝内に均一に成膜される。なお、電極１２０の形成方法としては、メッキ法以外に、スパッタ法、蒸着法を用いることも可能である。長溝は、例えば、長手方向１.５〜２.５ｍｍ、深さ１５０．０〜３００．０μｍ、幅３０．０〜１１０．０μｍの形状で、７０〜１８０μｍのピッチで平行に配列されている。前述したように、長溝は、圧力室１１５又は空気室１１６の一部となる。圧力室１１５と空気室１１６とは、交互に並んでいる。 The electrode 120 has, for example, a two-layer structure of nickel (Ni) and gold (Au). The electrode 120 is uniformly formed in the long groove by, for example, a plating method. As a method of forming the electrode 120, a sputtering method or a vapor deposition method can be used other than the plating method. The long grooves have a shape of, for example, 1.5 to 2.5 mm in the longitudinal direction, a depth of 150.0 to 300.0 μm, a width of 30.0 to 110.0 μm, and are arranged in parallel at a pitch of 70 to 180 μm. As described above, the long groove becomes a part of the pressure chamber 115 or the air chamber 116. The pressure chambers 115 and the air chambers 116 are alternately arranged.
ノズルプレート１０９は、圧電部材１０７の上に接着されている。ノズルプレート１０９の圧力室１１５の長手方向の中央部にはノズル１０１が形成されている。ノズルプレート１０９の材質は、例えば、ステンレスなどの金属材料、単結晶シリコンなどの無機材料、或いは、ポリイミドフィルムなどの樹脂材料である。なお、本実施形態では、一例として、ノズルプレート１０９の材料はポリイミドフィルムであるものとする。 The nozzle plate 109 is bonded onto the piezoelectric member 107. A nozzle 101 is formed at the center of the pressure chamber 115 of the nozzle plate 109 in the longitudinal direction. The material of the nozzle plate 109 is, for example, a metal material such as stainless steel, an inorganic material such as single crystal silicon, or a resin material such as a polyimide film. In the present embodiment, as an example, the material of the nozzle plate 109 is a polyimide film.
上述したインクジェットヘッド１０は、圧力室１１５の一端に液体供給路１１４があり、他端に液体排出路１１７があり、圧力室１１５の中央部にノズル１０１がある。なお、インクジェットヘッド１０は、この構成例に限定されるものではない。例えば、インクジェットヘッドは、圧力室１１５の一端にノズルがあり、他端に液体供給路があってもよい。 In the inkjet head 10 described above, the liquid supply passage 114 is provided at one end of the pressure chamber 115, the liquid discharge passage 117 is provided at the other end, and the nozzle 101 is provided at the center of the pressure chamber 115. The inkjet head 10 is not limited to this configuration example. For example, the inkjet head may have a nozzle at one end of the pressure chamber 115 and a liquid supply path at the other end.
次に、本実施形態に係るインクジェットヘッド１０の動作原理について説明する。
図７は、配線電極１１９ａ〜配線電極１１９ｇを介して、電極１２０ａ〜電極１２０ｇにグラウンド電圧を印加した状態のヘッド基板１０２を示している。図７は、電極１２０ａ〜電極１２０ｇが同電位であるため、アクチュエータ１１８ａ〜アクチュエータ１１８ｈには電界がかからない。このため、アクチュエータ１１８ａ〜アクチュエータ１１８ｈは変形していない。
Next, the operation principle of the inkjet head 10 according to the present embodiment will be described.
FIG. 7 shows the head substrate 102 in a state in which a ground voltage is applied to the electrodes 120a to 120g via the wiring electrodes 119a to 119g. In FIG. 7, since the electrodes 120a to 120g have the same potential, no electric field is applied to the actuators 118a to 118h. Therefore, the actuators 118a to 118h are not deformed.
図８は、電極１２０ｄのみに電圧Ｖ１を印加し、その他の電極１２０にグラウンド電圧を印可した状態のヘッド基板１０２を示している。図８に示す状態では、電極１２０ｄと両隣の電極１２０ｃ及び電極１２０ｅとの間に電位差が生じる。アクチュエータ１１８ｄ及びアクチュエータ１１８ｅは、印加される電位差により、圧力室１１５ｄの容積を膨張させるようにせん断変形する。なお、アクチュエータ１１８の変形量は、圧電部材１０７を挟み込む電極間の電位差が大きいほど大きくなる。そのため、電極１２０ｄの電圧がＶ１から下がると、アクチュエータ１１８ｄ及びアクチュエータ１１８ｅの変形量が減少し、膨張した圧力室１１５ｄの容積が減少する。圧力室１１５ｄの容積が減少すると、圧力室１１５ｄ内の液体の圧力が増加して、ノズル１０１ｄから液滴が吐出される。例えば、電極１２０ｄの電圧がＶ１からグラウンド電圧に戻ると、アクチュエータ１１８ｄ及びアクチュエータ１１８ｅは、図８の状態から図７の状態に戻る。 FIG. 8 shows the head substrate 102 in a state where the voltage V1 is applied only to the electrode 120d and the ground voltage is applied to the other electrodes 120. In the state shown in FIG. 8, a potential difference is generated between the electrode 120d and the adjacent electrodes 120c and 120e. The actuator 118d and the actuator 118e undergo shear deformation so as to expand the volume of the pressure chamber 115d due to the applied potential difference. The amount of deformation of the actuator 118 increases as the potential difference between the electrodes sandwiching the piezoelectric member 107 increases. Therefore, when the voltage of the electrode 120d drops from V1, the deformation amount of the actuator 118d and the actuator 118e decreases, and the volume of the expanded pressure chamber 115d decreases. When the volume of the pressure chamber 115d decreases, the pressure of the liquid in the pressure chamber 115d increases and droplets are ejected from the nozzle 101d. For example, when the voltage of the electrode 120d returns from V1 to the ground voltage, the actuators 118d and 118e return from the state of FIG. 8 to the state of FIG. 7.
アクチュエータ１１８ｄは、圧電体である圧電部材１０７を電極１２０ｃと電極１２０ｄが挟み込んだ構造をしている。他のアクチュエータも同様の構造である。このような構造をしていることから、アクチュエータ１１８は、電気的にキャパシタと等価である。すなわち、アクチュエータ１１８は、電極１２０間に電圧がかかることで、変形すると同時に電荷を蓄える（充電する）。このとき、圧力室１１５の容積は、増加する。そして、アクチュエータ１１８は、蓄えた電荷を放電することにより、電極１２０間の電位差が低下して変形量が小さくなる。このとき、圧力室１１５の容積は減少し、ノズル１０１から液滴が吐出される。 The actuator 118d has a structure in which a piezoelectric member 107, which is a piezoelectric body, is sandwiched between an electrode 120c and an electrode 120d. The other actuators have the same structure. With such a structure, the actuator 118 is electrically equivalent to a capacitor. That is, the actuator 118 accumulates (charges) electric charges at the same time as being deformed by applying a voltage between the electrodes 120. At this time, the volume of the pressure chamber 115 increases. Then, the actuator 118 discharges the accumulated electric charge to reduce the potential difference between the electrodes 120 and reduce the deformation amount. At this time, the volume of the pressure chamber 115 is reduced and droplets are ejected from the nozzle 101.
以上のように、ノズル１０１から液滴を吐出させるためには、その度にアクチュエータ１１８を充放電させる必要がある。従来のインクジェット記録装置は、アクチュエータから充電された電荷をグラウンドへ放電しているため電力効率が悪い。アクチュエータ１１８が放電する電荷を再利用することができれば、従来よりもインクジェット記録装置１の消費電力を抑えることができる。そこで、アクチュエータ１１８が放電する電荷を回生する方法について、以下に示す（Ａ１）〜（Ａ７）の７ステップに分けて説明する。当該説明には、図９〜図１８を用いる。図９、図１１、図１３〜図１６及び図１８は、電荷の回生について説明するための回路図である。図１０、図１２及び図１７は、圧力室１１５及びアクチュエータ１１８の状態を示す図である。なお、図９、図１１、図１３〜図１６及び図１８に示すキャパシタＣ１は、それぞれが１つの圧力室１１５に対応するアクチュエータ１１８を示す。１つの圧力室１１５につき、容積を増加又は減少させるためのアクチュエータ１１８は２つである。したがって、各キャパシタＣ１は、並列に接続された２つのアクチュエータ１１８（等価キャパシタ）の静電容量を合成したものを示す。なお、キャパシタＣ１の数は、ｎ個であるとする（ｎは、自然数。）。また、図９、図１１、図１３〜図１６及び図１８に示す電圧源Ｅ１は、直流電圧Ｖ２を出力する。なお、図９、図１１、図１３〜図１６及び図１８に示す各素子は、説明のために理想的な特性を示すものであるとする。 As described above, in order to eject the liquid droplets from the nozzle 101, it is necessary to charge and discharge the actuator 118 each time. The conventional ink jet recording apparatus has poor power efficiency because the electric charge charged from the actuator is discharged to the ground. If the charge discharged by the actuator 118 can be reused, the power consumption of the inkjet recording apparatus 1 can be suppressed more than before. Therefore, a method of regenerating the electric charge discharged by the actuator 118 will be described in the following seven steps (A1) to (A7). 9 to 18 are used for the description. FIG. 9, FIG. 11, FIG. 13 to FIG. 16 and FIG. 18 are circuit diagrams for explaining charge regeneration. 10, 12 and 17 are diagrams showing the states of the pressure chamber 115 and the actuator 118. The capacitors C1 shown in FIGS. 9, 11, 13 to 16 and 18 each represent an actuator 118 corresponding to one pressure chamber 115. There are two actuators 118 for increasing or decreasing the volume per one pressure chamber 115. Therefore, each capacitor C1 represents a combination of the electrostatic capacities of the two actuators 118 (equivalent capacitors) connected in parallel. Note that the number of capacitors C1 is n (n is a natural number). The voltage source E1 shown in FIGS. 9, 11, 13 to 16 and 18 outputs a DC voltage V2. Note that each element shown in FIGS. 9, 11, 13 to 16 and 18 has ideal characteristics for the sake of explanation.
（Ａ１）図９は、動作開始前の状態を示す。このとき、圧力室１１５は、図１０に示すように、アクチュエータ１１８が変形していない状態である。図９の状態では、全てのキャパシタＣ１が並列に接続されている。また、電圧源Ｅ１と接続するスイッチＳＷ１が開いているため、キャパシタＣ１は、充電も放電もしない。 (A1) FIG. 9 shows a state before the operation is started. At this time, in the pressure chamber 115, as shown in FIG. 10, the actuator 118 is not deformed. In the state of FIG. 9, all the capacitors C1 are connected in parallel. Further, since the switch SW1 connected to the voltage source E1 is open, the capacitor C1 is neither charged nor discharged.
（Ａ２）図１１は、スイッチＳＷ１が閉じた状態を示す。電圧源Ｅ１に並列に接続された各キャパシタＣ１への充電が開始される。そして、各キャパシタＣ１の電極間電圧は、電圧源Ｅ１の出力電圧と同じＶ２となる。キャパシタＣ１が充電されることで、図１２に示すようにアクチュエータ１１８が変形して、圧力室１１５の容積は増加した状態となる。 (A2) FIG. 11 shows a state in which the switch SW1 is closed. The charging of each capacitor C1 connected in parallel to the voltage source E1 is started. The inter-electrode voltage of each capacitor C1 is V2, which is the same as the output voltage of the voltage source E1. When the capacitor C1 is charged, the actuator 118 is deformed as shown in FIG. 12, and the volume of the pressure chamber 115 is increased.
（Ａ３）図１３は、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ２を開いた状態を示す。この状態では、各キャパシタＣ１は、充電された状態が保持される。このとき、圧力室１１５の状態は図１２に示す状態のままである。 (A3) FIG. 13 shows a state in which the switches SW1 and SW2 are opened. In this state, each capacitor C1 is kept charged. At this time, the state of the pressure chamber 115 remains as shown in FIG.
（Ａ４）図１４は、並列接続されていたキャパシタＣ１を直列接続にした状態を示す。このように直列接続されたキャパシタＣ１の両端の電位差はＶ３となる。キャパシタＣ１の数はｎ個であるので、Ｖ３＝ｎＶ２である。図１４の状態のとき、圧力室１１５の状態は図１２に示す状態のままである。 (A4) FIG. 14 shows a state in which the capacitors C1 connected in parallel are connected in series. The potential difference between both ends of the capacitor C1 connected in series in this way is V3. Since the number of capacitors C1 is n, V3=nV2. In the state of FIG. 14, the state of the pressure chamber 115 remains as shown in FIG.
（Ａ５）図１５は、スイッチＳＷ３が閉じた状態を示す。スイッチＳＷ３が閉じることで、直列接続されたキャパシタＣ１は、電圧源Ｅ１と直列接続される。これにより、直列接続されたキャパシタＣ１の両端の電位差Ｖ３が電圧源Ｅ１の電圧Ｖ２より高いので、キャパシタＣ１に充電された電荷が電圧源Ｅ１に流れ込む。電圧源Ｅ１は、流れ込む電荷を蓄える。すなわち、電圧源Ｅ１は、充電される。ここで電圧源Ｅ１に充電された電荷は、（Ａ２）のステップにおいてキャパシタＣ１の充電に用いられる。また、キャパシタＣ１に充電された電荷が電圧源Ｅ１に流れ込むことで、アクチュエータ１１８が変形する。これにより、圧力室１１５の容積は減少して、ノズル１０１から液滴が吐出される。 (A5) FIG. 15 shows a state in which the switch SW3 is closed. By closing the switch SW3, the capacitor C1 connected in series is connected in series with the voltage source E1. As a result, the potential difference V3 across the capacitors C1 connected in series is higher than the voltage V2 of the voltage source E1, so that the charges charged in the capacitor C1 flow into the voltage source E1. The voltage source E1 stores the electric charge that flows in. That is, the voltage source E1 is charged. The electric charge charged in the voltage source E1 is used to charge the capacitor C1 in the step (A2). In addition, the electric charge charged in the capacitor C1 flows into the voltage source E1, and the actuator 118 is deformed. As a result, the volume of the pressure chamber 115 is reduced and droplets are ejected from the nozzle 101.
（Ａ６）図１６は、スイッチＳＷ３を閉じてから十分な時間が経過した後、スイッチＳＷ３を開いた状態を示す。これにより、直列接続されたｎ個のキャパシタＣ１の両端の電位差は、Ｖ２となり、各キャパシタＣ１の端子間電圧は、Ｖ４となる。なお、キャパシタＣ１の数はｎ個であるので、Ｖ４＝Ｖ２／ｎである。したがって、このときの圧力室１１５の状態は、図１７に示すように、図１０に示す状態より少し容積が大きい状態である。なお、ここで、「十分な時間が経過した後」とは、キャパシタＣ１の両端の電位差が安定した後のことをいう。 (A6) FIG. 16 shows a state in which the switch SW3 is opened after a sufficient time has passed since the switch SW3 was closed. As a result, the potential difference across the n capacitors C1 connected in series becomes V2, and the voltage across the terminals of each capacitor C1 becomes V4. Since the number of capacitors C1 is n, V4=V2/n. Therefore, the state of the pressure chamber 115 at this time is, as shown in FIG. 17, a state in which the volume is slightly larger than the state shown in FIG. Here, “after a sufficient time has elapsed” means after the potential difference between both ends of the capacitor C1 is stabilized.
（Ａ７）図１８は、直列接続されていたキャパシタＣ１を並列接続に戻した状態を示す。また、図１８は、スイッチＳＷ４を閉じた状態を示す。各スイッチＳＷ４が閉じられていることで、各キャパシタＣ１は、グラウンドと短絡する。これにより、各キャパシタＣ１に残っている電荷が放電される。これにより、圧力室１１５は、容積が減少し、図１７に示す状態から図１０に示す状態に変化する。 (A7) FIG. 18 shows a state in which the capacitor C1 connected in series is returned to the parallel connection. Further, FIG. 18 shows a state in which the switch SW4 is closed. Since each switch SW4 is closed, each capacitor C1 is short-circuited to the ground. As a result, the electric charge remaining in each capacitor C1 is discharged. As a result, the pressure chamber 115 has a reduced volume and changes from the state shown in FIG. 17 to the state shown in FIG.
以上のように（Ａ１）〜（Ａ７）のステップが繰り返されることで、その度にノズル１０１から液滴が吐出される。また、以上のように（Ａ１）〜（Ａ７）を繰り返すことで、各キャパシタＣ１から放電された電荷は、電圧源Ｅ１に充電される。そして、電圧源Ｅ１に充電された電荷は、各キャパシタＣ１を充電する際に再利用される。 By repeating the steps (A1) to (A7) as described above, a droplet is ejected from the nozzle 101 each time. By repeating (A1) to (A7) as described above, the electric charge discharged from each capacitor C1 is charged in the voltage source E1. Then, the electric charge charged in the voltage source E1 is reused when charging each capacitor C1.
以上の（Ａ１）〜（Ａ７）のステップを実現する実施形態の回路２００の構成について図１９を用いて説明する。図１９は、実施形態に係るインクジェットヘッド１０が備える回路２００及び制御回路３００の回路図である。 The configuration of the circuit 200 of the embodiment that realizes the above steps (A1) to (A7) will be described with reference to FIG. FIG. 19 is a circuit diagram of the circuit 200 and the control circuit 300 included in the inkjet head 10 according to the embodiment.
回路２００は、電圧源Ｅ２、スイッチＳＷ５及び複数の回路２０１を備える。なお、回路２００は、例えば、インクジェットヘッド１０が備える圧力室１１５の数だけ回路２０１を備える。ただし、図１９〜図２３に示す回路２００は、回路２０１を、回路２０１−１、回路２０１−２及び回路２０１−ｍの３つのみ図示し、残りを省略している。ここで、ｍは、圧力室１１５の数を示す自然数である。したがって、回路２００は、ｍ個の回路２０１を備える。 The circuit 200 includes a voltage source E2, a switch SW5, and a plurality of circuits 201. The circuit 200 includes as many circuits 201 as the pressure chambers 115 of the inkjet head 10. However, in the circuit 200 shown in FIGS. 19 to 23, only three circuits 201, the circuit 201-1, the circuit 201-2, and the circuit 201-m are illustrated and the rest are omitted. Here, m is a natural number indicating the number of pressure chambers 115. Therefore, the circuit 200 includes m circuits 201.
電圧源Ｅ２は、直流電圧を出力する電圧源である。また、電圧源Ｅ２は、充電が可能である。電圧源Ｅ２の負極は、スイッチＳＷ５の一端と接続している。そして、スイッチＳＷ５の他端は、グラウンドと接続している。 The voltage source E2 is a voltage source that outputs a DC voltage. Further, the voltage source E2 can be charged. The negative electrode of the voltage source E2 is connected to one end of the switch SW5. The other end of the switch SW5 is connected to the ground.
回路２０１は、回路２０１の外部と接続する導線Ｗ１〜導線Ｗ３を備える。
導線Ｗ１は、電圧源Ｅ２の正極と接続している。
回路２０１−１の導線Ｗ２は、電圧源Ｅ２の正極と接続している。回路２０１−ｋ１（２≦ｋ１≦ｍ）の導線Ｗ２は、回路２０１−ｋ２（ｋ２＝ｋ１−１）の導線Ｗ３と接続している。
回路２０１−ｍの導線Ｗ３は、電圧源Ｅ２の正極と接続している。
The circuit 201 includes conductors W1 to W3 that are connected to the outside of the circuit 201.
The conducting wire W1 is connected to the positive electrode of the voltage source E2.
The conductor W2 of the circuit 201-1 is connected to the positive electrode of the voltage source E2. The conductor W2 of the circuit 201-k1 (2≦k1≦m) is connected to the conductor W3 of the circuit 201-k2 (k2=k1-1).
The conductor W3 of the circuit 201-m is connected to the positive electrode of the voltage source E2.
また、回路２０１は、スイッチＳＷ６〜スイッチＳＷ９及びキャパシタＣ２を備える。
スイッチＳＷ６〜スイッチＳＷ９は、例えば、ＦＥＴである。スイッチＳＷ６の一端は、導線Ｗ１と接続している。スイッチＳＷ６の他端は、スイッチＳＷ７の一端と接続している。スイッチＳＷ７の他端は、導線Ｗ３と接続している。また、スイッチＳＷ６の他端は、スイッチＳＷ８の一端とも接続している。スイッチＳＷ８の他端は、グラウンドと接続している。また、スイッチＳＷ６の他端は、キャパシタＣ２の一端とも接続している。キャパシタＣ２の他端は、スイッチＳＷ９の一端と接続している。スイッチＳＷ９の他端は、グラウンドと接続している。また、キャパシタＣ２の他端は、導線Ｗ２とも接続している。なお、上記キャパシタＣ２の一端は、第１の電極の一例である。また、上記キャパシタＣ２の他端は、第２の電極の一例である。
The circuit 201 also includes switches SW6 to SW9 and a capacitor C2.
The switches SW6 to SW9 are, for example, FETs. One end of the switch SW6 is connected to the conducting wire W1. The other end of the switch SW6 is connected to one end of the switch SW7. The other end of the switch SW7 is connected to the conducting wire W3. The other end of the switch SW6 is also connected to one end of the switch SW8. The other end of the switch SW8 is connected to the ground. The other end of the switch SW6 is also connected to one end of the capacitor C2. The other end of the capacitor C2 is connected to one end of the switch SW9. The other end of the switch SW9 is connected to the ground. The other end of the capacitor C2 is also connected to the conductor W2. The one end of the capacitor C2 is an example of the first electrode. The other end of the capacitor C2 is an example of the second electrode.
以上より、スイッチＳＷ６は、第１の電極を前記電圧源に接続する第１のスイッチの一例である。また、スイッチＳＷ７は、第１の電極を他のキャパシタＣ２の第２の電極に接続する第２のスイッチの一例である。また、スイッチＳＷ８は、第１の電極をグラウンドに接続する第３のスイッチの一例である。 As described above, the switch SW6 is an example of the first switch that connects the first electrode to the voltage source. The switch SW7 is an example of a second switch that connects the first electrode to the second electrode of the other capacitor C2. The switch SW8 is an example of a third switch that connects the first electrode to the ground.
キャパシタＣ２のそれぞれは、図９などに示すキャパシタＣ１と同様に、１つの圧力室１１５に対応する。すなわち、キャパシタＣ２のそれぞれは、並列に接続された２つのアクチュエータ１１８（等価キャパシタ）の静電容量を合成したものを示す。 Each of the capacitors C2 corresponds to one pressure chamber 115, like the capacitor C1 shown in FIG. 9 and the like. That is, each of the capacitors C2 represents a combination of the electrostatic capacities of the two actuators 118 (equivalent capacitors) connected in parallel.
また、回路２００は、制御回路３００と接続している。制御回路３００は、スイッチＳＷ５〜スイッチＳＷ９を制御するなどして、回路２００を制御する。制御回路３００は、制御部の一例である。 The circuit 200 is also connected to the control circuit 300. The control circuit 300 controls the circuit 200 by, for example, controlling the switches SW5 to SW9. The control circuit 300 is an example of a control unit.
回路２００及び制御回路３００の動作について、図１９〜図２３を用いて説明する。図２０〜図２３は、実施形態に係るインクジェットヘッド１０が備える回路２００の回路図である。なお、回路２００及び制御回路３００の動作について、以下に示す（Ｂ１）〜（Ｂ５）の５ステップに分けて説明する。 The operation of the circuit 200 and the control circuit 300 will be described with reference to FIGS. 20 to 23 are circuit diagrams of a circuit 200 included in the inkjet head 10 according to the embodiment. The operation of the circuit 200 and the control circuit 300 will be described in the following five steps (B1) to (B5).
（Ｂ１）制御回路３００は、回路２００を制御して図１９に示す状態にする。すなわち、制御回路３００は、スイッチＳＷ６及びスイッチＳＷ７を開いた状態にし、スイッチＳＷ５、スイッチＳＷ８及びスイッチＳＷ９を閉じた状態にする。なお、このとき、キャパシタＣ２は、充電されていない状態であるものとする。図１９に示す状態では、各キャパシタＣ２の電極間には電圧がかかっていない。したがって、図１９に示す状態ではキャパシタＣ２は、充放電しない。なお、（Ｂ１）のステップは、前述の（Ａ１）のステップにあたる。 (B1) The control circuit 300 controls the circuit 200 to the state shown in FIG. That is, the control circuit 300 brings the switch SW6 and the switch SW7 into the open state, and brings the switch SW5, the switch SW8 and the switch SW9 into the closed state. At this time, the capacitor C2 is not charged. In the state shown in FIG. 19, no voltage is applied between the electrodes of each capacitor C2. Therefore, in the state shown in FIG. 19, the capacitor C2 is neither charged nor discharged. The step (B1) corresponds to the step (A1) described above.
（Ｂ２）制御回路３００は、回路２００を制御して図２０に示す状態にする。すなわち、制御回路３００は、スイッチＳＷ７及びスイッチＳＷ８を開いた状態にし、スイッチＳＷ５、スイッチＳＷ６及びスイッチＳＷ９を閉じた状態にする。この状態では、各キャパシタＣ２が、並列に電圧源Ｅ２と接続する。これにより、各キャパシタＣ２に対して充電が行われる。ここで、電圧源Ｅ２が充電されている状態である場合には、電圧源Ｅ２に充電されている電荷が各キャパシタＣ２の充電に用いられる。なお、（Ｂ２）のステップは、前述の（Ａ２）のステップにあたる。 (B2) The control circuit 300 controls the circuit 200 to the state shown in FIG. That is, the control circuit 300 brings the switch SW7 and the switch SW8 into the open state, and brings the switch SW5, the switch SW6 and the switch SW9 into the closed state. In this state, each capacitor C2 is connected in parallel with the voltage source E2. As a result, each capacitor C2 is charged. Here, when the voltage source E2 is in a charged state, the electric charge charged in the voltage source E2 is used to charge each capacitor C2. The step (B2) corresponds to the step (A2) described above.
（Ｂ３）制御回路３００は、回路２００を制御して図２１に示す状態にする。すなわち、制御回路３００は、スイッチＳＷ５、スイッチＳＷ６、スイッチＳＷ８及びスイッチＳＷ９を開いた状態にし、スイッチＳＷ７を閉じた状態にする。この状態では、各キャパシタＣ２が直列に接続される。なお、（Ｂ３）のステップは、前述の（Ａ４）のステップにあたる。 (B3) The control circuit 300 controls the circuit 200 to the state shown in FIG. That is, the control circuit 300 sets the switch SW5, the switch SW6, the switch SW8, and the switch SW9 to the open state, and sets the switch SW7 to the closed state. In this state, the capacitors C2 are connected in series. The step (B3) corresponds to the step (A4) described above.
（Ｂ４）制御回路３００は、回路２００を制御して図２２に示す状態にする。すなわち、制御回路３００は、スイッチＳＷ６、スイッチＳＷ８及びスイッチＳＷ９を開いた状態にし、スイッチＳＷ５及びスイッチＳＷ７を閉じた状態にする。この状態では、直接に接続されたキャパシタＣ２が、電圧源Ｅ２に接続する。これにより、直列に接続されたキャパシタＣ２に蓄えられた電荷が放電される。そして、放電された電荷は、電圧源Ｅ２に流入する。電圧源Ｅ２は、流入した電荷を蓄える。これにより、電圧源Ｅ２の充電が行われる。また、キャパシタＣ２に蓄えられた電荷が放電されると共に、圧力室１１５の容積が減少して、ノズル１０１から液滴が吐出される。なお、（Ｂ４）のステップは、前述の（Ａ５）のステップにあたる。 (B4) The control circuit 300 controls the circuit 200 to be in the state shown in FIG. That is, the control circuit 300 sets the switch SW6, the switch SW8, and the switch SW9 to the open state, and sets the switch SW5 and the switch SW7 to the closed state. In this state, the directly connected capacitor C2 is connected to the voltage source E2. As a result, the electric charge stored in the capacitor C2 connected in series is discharged. Then, the discharged charges flow into the voltage source E2. The voltage source E2 stores the inflowing electric charge. As a result, the voltage source E2 is charged. In addition, the electric charge stored in the capacitor C2 is discharged, the volume of the pressure chamber 115 is reduced, and a droplet is ejected from the nozzle 101. The step (B4) corresponds to the step (A5) described above.
（Ｂ５）制御回路３００は、回路２００を制御して図２３に示す状態にする。すなわち、制御回路３００は、スイッチＳＷ６及びスイッチＳＷ７を開いた状態にし、スイッチＳＷ５、スイッチＳＷ８及びスイッチＳＷ９を閉じた状態にする。この状態では、各キャパシタＣ２の両電極がグラウンドと接続する。これにより、各キャパシタＣ２に残っている電荷が放電される。なお、（Ｂ５）のステップは、前述の（Ａ７）のステップにあたる。 (B5) The control circuit 300 controls the circuit 200 to bring it to the state shown in FIG. That is, the control circuit 300 brings the switch SW6 and the switch SW7 into the open state, and brings the switch SW5, the switch SW8 and the switch SW9 into the closed state. In this state, both electrodes of each capacitor C2 are connected to the ground. As a result, the electric charge remaining in each capacitor C2 is discharged. The step (B5) corresponds to the step (A7) described above.
インクジェットヘッド１０は、上記の（Ｂ１）〜（Ｂ５）のステップを実行する度にノズル１０１から液滴を吐出させる。 The inkjet head 10 causes a droplet to be ejected from the nozzle 101 each time the steps (B1) to (B5) are executed.
実施形態のインクジェットヘッド１０は、複数のアクチュエータ１１８を電圧源Ｅ２に並列接続することで、アクチュエータ１１８を充電する。同時に、アクチュエータ１１８が変形して圧力室１１５の容積が増加する。その後、インクジェットヘッド１０は、複数のアクチュエータ１１８を電圧源Ｅ２に直列接続する。これにより、直列接続された複数のアクチュエータ１１８に蓄えられた電荷が放電されて電圧源Ｅ２に流入する。同時に、アクチュエータ１１８が変形して圧力室１１５の容積が減少する。このとき、圧力室１１５内の液体の圧力が上昇して、ノズル１０１から液滴が吐出される。また、電圧源Ｅ２は、流入する電荷によって充電が行われる。ここで電圧源Ｅ２に充電された電荷は、アクチュエータ１１８の充電に用いられる。
以上のように、実施形態のインクジェットヘッド１０は、アクチュエータ１１８から放電される電荷を再利用して、アクチュエータ１１８を充電する。これにより、実施形態のインクジェットヘッド１０は、従来よりも少ない電力消費で圧力室１１５の容積を増減させることができる。
The inkjet head 10 of the embodiment charges the actuator 118 by connecting the plurality of actuators 118 to the voltage source E2 in parallel. At the same time, the actuator 118 deforms and the volume of the pressure chamber 115 increases. Then, the inkjet head 10 connects the plurality of actuators 118 to the voltage source E2 in series. As a result, the electric charges stored in the plurality of actuators 118 connected in series are discharged and flow into the voltage source E2. At the same time, the actuator 118 deforms and the volume of the pressure chamber 115 decreases. At this time, the pressure of the liquid in the pressure chamber 115 rises and droplets are ejected from the nozzle 101. Further, the voltage source E2 is charged by the inflowing electric charge. The electric charge charged in the voltage source E2 here is used to charge the actuator 118.
As described above, the inkjet head 10 of the embodiment charges the actuator 118 by reusing the electric charge discharged from the actuator 118. As a result, the inkjet head 10 of the embodiment can increase or decrease the volume of the pressure chamber 115 with less power consumption than conventional.
実施形態のインクジェットヘッド１０は、アクチュエータ１１８に充電された電荷を電圧源Ｅ２に放電させた後、アクチュエータ１１８に残った電荷をグラウンドに放電する。これにより、圧力室１１５の容積は、減少する。このため、アクチュエータ１１８に電荷が充電された際の圧力室１１５の容積の増加量が大きくなるので、吐出効率が向上する。 The inkjet head 10 of the embodiment discharges the electric charge charged in the actuator 118 to the voltage source E2, and then discharges the electric charge remaining in the actuator 118 to the ground. As a result, the volume of the pressure chamber 115 is reduced. For this reason, the amount of increase in the volume of the pressure chamber 115 when the actuator 118 is charged is large, and the ejection efficiency is improved.
実施形態のインクジェットヘッド１０は、スイッチの制御によって、上記動作を実行する。このため、実施形態のインクジェットヘッド１０は、大きな電力を使わずに上記動作の制御が可能である。 The inkjet head 10 of the embodiment executes the above operation by controlling the switch. Therefore, the inkjet head 10 of the embodiment can control the above operation without using a large amount of electric power.
上記の実施形態は以下のような変形も可能である。
実施形態のインクジェット記録装置１は、画像形成媒体Ｓに、インクによる二次元の画像を形成するインクジェットプリンタである。しかしながら、実施形態のインクジェット記録装置は、これに限られるものではない。実施形態のインクジェット記録装置は、例えば、３Ｄプリンタ、産業用の製造機械、又は医療用機械などであっても良い。実施形態のインクジェット記録装置が３Ｄプリンタ、産業用の製造機械、又は医療用機械などである場合には、実施形態のインクジェット記録装置は、例えば、素材となる物質、又は素材を固めるためのバインダなどをインクジェットヘッドから吐出させることで、立体物を形成する。
The above embodiment can be modified as follows.
The inkjet recording apparatus 1 of the embodiment is an inkjet printer that forms a two-dimensional image with ink on the image forming medium S. However, the inkjet recording apparatus according to the embodiment is not limited to this. The inkjet recording device according to the embodiment may be, for example, a 3D printer, an industrial manufacturing machine, or a medical machine. When the inkjet recording apparatus according to the embodiment is a 3D printer, an industrial manufacturing machine, a medical machine, or the like, the inkjet recording apparatus according to the embodiment may be, for example, a material to be a material or a binder for hardening the material. Is ejected from the inkjet head to form a three-dimensional object.
実施形態のインクジェット記録装置１は、液体吐出部２を４つ備え、それぞれの液体吐出部２が使用する液体Ｉは、シアン、マゼンタ、イエロー又はブラックのインクである。しかしながら、インクジェット記録装置が備える液体吐出部２の数は４つに限定しないまた、インクジェット記録装置が備える液体吐出部２の数は複数ではなく１つでも良い。また、それぞれの液体吐出部２が使用するインクの色及び特性などは限定しない。
また、液体吐出部２は、透明光沢インク、赤外線又は紫外線等を照射したときに発色するインク、又はその他の特殊インクなども吐出可能である。さらに、液体吐出部２は、インク以外の液体を吐出することができるものであっても良い。なお、液体吐出部２が吐出する液体は、懸濁液などの分散液であっても良い。液体吐出部２が吐出するインク以外の液体としては例えば、プリント配線基板の配線パターンを形成するための導電性粒子を含む液体、人工的に組織又は臓器などを形成するための細胞などを含む液体、接着剤などのバインダ、ワックス、又は液体状の樹脂などが挙げられる。
The inkjet recording apparatus 1 according to the embodiment includes four liquid ejecting sections 2, and the liquid I used by each of the liquid ejecting sections 2 is cyan, magenta, yellow, or black ink. However, the number of liquid ejecting units 2 included in the inkjet recording apparatus is not limited to four, and the number of liquid ejecting units 2 included in the inkjet recording apparatus may be one instead of plural. In addition, the color and characteristics of the ink used by each liquid ejection unit 2 are not limited.
The liquid ejection unit 2 can also eject transparent glossy ink, ink that develops color when irradiated with infrared rays or ultraviolet rays, or other special ink. Further, the liquid ejecting unit 2 may be capable of ejecting a liquid other than ink. The liquid ejected by the liquid ejecting unit 2 may be a dispersion liquid such as a suspension liquid. As the liquid other than the ink ejected by the liquid ejecting section 2, for example, a liquid containing conductive particles for forming a wiring pattern of a printed wiring board, a liquid containing cells for artificially forming a tissue or an organ, or the like. , A binder such as an adhesive, a wax, or a liquid resin.
インクジェットヘッド１０は、回路２００に代えて、（Ａ１）〜（Ａ７）に示すような動作が可能な他の回路を備えていても良い。 The inkjet head 10 may include, in place of the circuit 200, another circuit capable of performing the operations shown in (A1) to (A7).
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 While some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and the gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the scope equivalent thereto.
１……インクジェット記録装置、１０……インクジェットヘッド、１０７……圧電部材、１１５……圧力室、１１８……アクチュエータ、１２０……電極、２００……回路、３００……制御回路、Ｃ１，Ｃ２……キャパシタ、Ｅ１，Ｅ２……電圧源、ＳＷ１〜ＳＷ９……スイッチ 1... Inkjet recording device, 10... Inkjet head, 107... Piezoelectric member, 115... Pressure chamber, 118... Actuator, 120... Electrode, 200... Circuit, 300... Control circuit, C1, C2... ...Capacitors, E1, E2...Voltage sources, SW1-SW9...Switches
Claims (5)
第１の電極、第２の電極、及び前記第１の電極と前記第２の電極とに挟まれた圧電体によって構成され、電荷の充放電とともに前記圧電体が変形する等価キャパシタと、
前記圧電体の変形によって容積が変化する、液体を収容する圧力室と、
複数の前記等価キャパシタを前記電圧源に並列接続して充電し、
複数の前記等価キャパシタを前記電圧源に直列接続することで、前記等価キャパシタに蓄えられた電荷を前記電圧源に放電して前記電圧源を充電するとともに、前記圧電体の変形によって前記液体を前記圧力室から吐出させる、
制御部と、を備える制御装置。 Rechargeable voltage source,
An equivalent capacitor configured by a first electrode, a second electrode, and a piezoelectric body sandwiched between the first electrode and the second electrode, and the piezoelectric body deforming with charge/discharge of electric charge;
A pressure chamber containing a liquid, the volume of which changes due to the deformation of the piezoelectric body;
Charging the plurality of equivalent capacitors in parallel with the voltage source,
By connecting a plurality of the equivalent capacitors in series to the voltage source, the charges accumulated in the equivalent capacitor are discharged to the voltage source to charge the voltage source, and the liquid is deformed by the deformation of the piezoelectric body. Discharge from the pressure chamber,
A control device comprising: a control unit.
前記第１の電極を他の等価キャパシタの前記第２の電極と接続する第２のスイッチと、をさらに備え、
前記制御部は、
前記第１のスイッチを閉じることで前記等価キャパシタを充電し、
前記第２のスイッチを閉じることで前記等価キャパシタを直列接続する、請求項１に記載の制御装置。 A first switch connecting the first electrode to the voltage source;
A second switch connecting the first electrode with the second electrode of another equivalent capacitor,
The control unit is
Charging the equivalent capacitor by closing the first switch,
The control device according to claim 1, wherein the equivalent capacitors are connected in series by closing the second switch.
前記制御部は、前記第３のスイッチを閉じることで、前記等価キャパシタに蓄えられている電荷をグラウンドに放電する、請求項３に記載の制御装置。 Further comprising a third switch connecting the first electrode and the ground,
The control device according to claim 3, wherein the control unit discharges the electric charge stored in the equivalent capacitor to the ground by closing the third switch.
第１の電極、第２の電極、及び前記第１の電極と前記第２の電極とに挟まれた圧電体によって構成され、電荷の充放電とともに前記圧電体が変形する等価キャパシタと、
前記圧電体の変形によって容積が変化する、液体を収容する圧力室と、
前記圧力室に液体を供給する液体供給装置と、
複数の前記等価キャパシタを前記電圧源に並列接続して充電し、
複数の前記等価キャパシタを前記電圧源に直列接続することで、前記等価キャパシタに蓄えられた電荷を前記電圧源に放電して前記電圧源を充電するとともに、前記圧電体の変形によって前記液体を前記圧力室から吐出させる、
制御部と、を備えるインクジェット記録装置。 Rechargeable voltage source,
An equivalent capacitor configured by a first electrode, a second electrode, and a piezoelectric body sandwiched between the first electrode and the second electrode, and the piezoelectric body deforming with charge/discharge of electric charge;
A pressure chamber containing a liquid, the volume of which changes due to the deformation of the piezoelectric body;
A liquid supply device for supplying a liquid to the pressure chamber,
Charging the plurality of equivalent capacitors in parallel with the voltage source,
By connecting a plurality of the equivalent capacitors in series to the voltage source, the charges accumulated in the equivalent capacitor are discharged to the voltage source to charge the voltage source, and the liquid is deformed by the deformation of the piezoelectric body. Discharge from the pressure chamber,
An inkjet recording apparatus comprising: a controller.
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