JP2023020039A - Liquid discharge head and liquid discharging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体吐出ヘッドおよび液体を吐出する装置に関する。 The present invention relates to a liquid ejection head and an apparatus for ejecting liquid.
液体吐出ヘッドにおいて、ノズルを高密度化させるためにノズル形成層をアクチュエータとして駆動させ液体を吐出させる技術が考えられ既に知られている。
しかしながら、液体吐出後のノズル形成層に残留振動が発生し、次の液体を吐出する速度が変動して正常な画像が得られない不具合が発生する問題があった。
例えば、特許文献1には、個別液室内の振動を抑制する目的で、専用のダンパ室を設けることなくダンパを配置する構成が開示されているが、上述の問題を解決できていない。
2. Description of the Related Art In order to increase the density of nozzles in a liquid ejection head, a technique of driving a nozzle forming layer as an actuator to eject liquid has been devised and is already known.
However, there is a problem that residual vibration occurs in the nozzle forming layer after the liquid is ejected, and the speed at which the next liquid is ejected fluctuates, resulting in a problem that a normal image cannot be obtained.
For example,
本発明は、液体吐出後のノズル形成層に発生する残留振動を駆動波形により抑制させることを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to suppress residual vibration generated in a nozzle forming layer after ejection of a liquid by using a drive waveform.
上述した課題を解決するために、本発明の液体吐出ヘッドは、
圧電体層を有するノズル形成層と、
前記ノズル形成層を貫通するノズルと、
前記ノズルと連通する液室と、
駆動波形を印加して、前記圧電体層を駆動させる駆動回路と、を備え、
固有振動周期をTcとすると、
前記駆動波形は、前記液室の液体を前記ノズルから吐出させる駆動電圧を印加する第一波形と、前記駆動電圧の立上げ要素に対して、n×Tc(nは正の整数)のタイミングで、電圧立下げ要素を印加する第二波形とを有する。
In order to solve the above-described problems, the liquid ejection head of the present invention includes:
a nozzle forming layer having a piezoelectric layer;
a nozzle that penetrates the nozzle forming layer;
a liquid chamber communicating with the nozzle;
a drive circuit that applies a drive waveform to drive the piezoelectric layer,
Assuming that the natural vibration period is Tc,
The driving waveform is a first waveform for applying a driving voltage for ejecting the liquid in the liquid chamber from the nozzle, and a rising element of the driving voltage at a timing of n×Tc (n is a positive integer). , and a second waveform applying a voltage ramping component.
本発明によれば、液体吐出後のノズル形成層に発生する残留振動を駆動波形により抑制させることができる。 According to the present invention, it is possible to suppress the residual vibration generated in the nozzle forming layer after the liquid is ejected by using the drive waveform.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。また、各図面において同一の構成または機能を有する構成要素および相当部分には、同一の符号を付し、その説明を省略する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the present invention is not limited to the embodiments shown below, and can be changed within the scope of those skilled in the art, such as other embodiments, additions, modifications, deletions, etc. is also included in the scope of the present invention as long as the functions and effects of the present invention are exhibited. Further, in each drawing, constituent elements and corresponding portions having the same configuration or function are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
(液体吐出ヘッド)
図1は、本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッドの断面概略図である。図2は同液体吐出ヘッドの平面概略図であり、ノズル面側(液体が吐出される側とも称する)から見た図である。図1の矢印a方向から見た図が図2に該当し、図1は図2のA-A断面図である。
図1に示すように、本実施形態の液体吐出ヘッドは、ノズル形成層1と、液室形成基板2と、駆動回路92とを備えている。
(liquid ejection head)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a liquid ejection head according to an embodiment of the invention. FIG. 2 is a schematic plan view of the liquid ejection head, viewed from the nozzle surface side (also referred to as the liquid ejection side). 1 corresponds to FIG. 2, and FIG. 1 is a sectional view taken along line AA of FIG.
As shown in FIG. 1, the liquid ejection head of this embodiment includes a
ノズル形成層1は、振動層3、圧電体層である圧電アクチュエータ12、電極パッド90、第1の保護層81、第2の保護層82を有している。電極パッド90は回路接続部の一例である。
The
ノズル形成層1は、ノズル4を有しており、ノズル4から液体(例えばインク)が吐出される。ノズル形成層1の一部と液室形成基板2とによって形成された液室6内の液体が、圧電アクチュエータ12の駆動によってノズル4から吐出される。
The
振動層3は、圧電アクチュエータ12の駆動により振動する。振動層3の材料としては、特に制限されるものではないが、例えばAl2O3、SiN、SiO2、HTO(High Temperature Oxide)あるいはこれらの材料から数種類を積層した構成等を用いることができる。
The
液室形成基板2は、ノズル4と連通する液室6を有している。液室形成基板2と振動層3との間には回路保護層17が形成されている。回路保護層17は、駆動回路92や層間配線層95を保護する機能を有する。
The liquid
回路保護層17の材料としては、特に制限されるものではなく、例えばPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)系樹脂等が挙げられる。また、回路保護層17が形成される箇所としては、特に制限されるものではなく、例えば駆動回路92や層間配線層95を覆うように形成される。ノズル形成層1が回路保護層17を有しているとしてもよいし、液室形成基板2が回路保護層17を有しているとしてもよい。
The material of the
圧電アクチュエータ12は、下部電極21、圧電体22、上部電極23を有している。下部電極21を共通電極とし、上部電極23を個別電極としてもよいし、下部電極21を個別電極とし、上部電極23を共通電極としてもよい。
The
圧電体22としては、特に制限されるものではなく、例えばPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)等を用いることができる。
また、下部電極21及び上部電極23としては、特に制限されるものではなく、公知の電極材料を用いることができる。例えば、Pt等が挙げられる。
The
Moreover, the
圧電アクチュエータ12もしくは圧電体22は、ノズル4の近傍であって振動層3における液体が吐出される側(ノズル面側)に形成されている。振動層3上に圧電アクチュエータ12が形成されていると表記してもよい。圧電アクチュエータ12がこのような箇所に形成されることにより、液室6に吸引、導入された液体に圧力を加えてノズル4から吐出させる振動板が不要となる。
The
圧電アクチュエータ12は、接続電極94b、94cを介して駆動回路92と接続される。ここでは、例えば下部電極21が接続電極94bを介して駆動回路92と接続され、上部電極23が接続電極94cを介して駆動回路92と接続される。
The
図1に示すように、駆動回路92と接続されておらず、液体の吐出に寄与しない圧電アクチュエータ12aが設けられていてもよい。このような圧電アクチュエータ12aは、例えばノズル4を形成する際のノズル形成位置の目安とすることができる。
As shown in FIG. 1, a
駆動回路92は、電極パッド90と接続され、電極パッド90、接続電極94aを介して電源部から通電される。駆動回路92は、振動層3をはさんで電極パッド90とは反対側に形成されている。制限されるものではないが、駆動回路92は液室形成基板2に形成されていることが好ましい。この場合、駆動回路92を形成する際に作製しやすいという利点がある。
The
駆動回路92としては、特に制限されるものではないが、例えばcmos回路とすることができる。また、特に制限されるものではないが、駆動回路92は、電極パッド90側の部分と、圧電アクチュエータ12側の部分とを分けて図示されており、これらの部分は層間配線層95によって接続されている。層間配線層95は、例えば公知の電極材料を用いることができる。
The
電極パッド90(回路接続部)は、振動層3における液体が吐出される側(ノズル面側)に形成されており、接続電極94aを介して駆動回路92と接続される。ここでは、2つの接続電極94aが図示されているが、これに制限されるものではない。圧電アクチュエータ12における下部電極21と上部電極23に対応する2つの接続電極94b、94cを考慮して2つの接続電極94aを図示するものである。
The electrode pad 90 (circuit connection portion) is formed on the liquid ejection side (nozzle surface side) of the
図示するように、本実施形態では、液体が吐出される側(ノズル面側)に保護層81、82が形成されている。第1の保護層81は、電極パッド90の周囲に形成されるとともに電極パッド90の開口部85を形成する。第2の保護層82は、圧電アクチュエータ12上に形成される。第1の保護層81及び第2の保護層82が形成されることにより、例えば圧電アクチュエータ12、振動層3、電極パッド90のうちの少なくとも一つ以上を保護することができ、部材の劣化防止を図ることができる。
As illustrated, in the present embodiment,
本実施形態の液体吐出ヘッドは、第1の保護層81及び第2の保護層82の表面に形成された耐水膜88を有する。耐水膜88を有することにより、水の浸透をより遮断することができ、保護層を通して侵入する水分の影響によって圧電アクチュエータ12の性能が劣化する不具合をより抑制することができる。
なお、図2では耐水膜88の図示を省略している。
The liquid ejection head of this embodiment has a
2, illustration of the
本実施形態では、第1の保護層81と第2の保護層82とが連続していない。図示するように、第1の保護層81と第2の保護層82は、分離溝部86によって互いに離間しており、不連続となっている。このようにすることで、ノズル形成層1に圧電アクチュエータ12と電極パッド90(回路接続部)が形成された液体吐出ヘッドにおいて、電極パッド90の開口部85から吸湿することによって圧電アクチュエータ12の圧電性能が低下することを抑制できる。
In this embodiment, the first
なお、本実施形態の液体吐出ヘッドは、上述した構成に限られるものではない。本実施形態の液体吐出ヘッドは、圧電体層を有するノズル形成層1と、ノズル形成層を貫通するノズル4と、ノズル4と連通する液室6と、駆動波形を印加して、圧電体層を駆動させる駆動回路92と、を少なくとも備えるものであればよく、図1、2を参照して説明した他の構成要素を有していないものであってもよい。
Note that the liquid ejection head of this embodiment is not limited to the configuration described above. The liquid ejection head of this embodiment includes a
次に、本実施形態の液体吐出ヘッドが用いる駆動波形について説明する。
本実施形態は、個別液室を持たない構造の液体吐出ヘッドにおいて、吐出した際にノズル形成層に発生する残留振動の抑制に際して、駆動波形によりノズル形成層に発生する残留振動を抑制する。
Next, driving waveforms used by the liquid ejection head of this embodiment will be described.
The present embodiment suppresses residual vibration generated in the nozzle forming layer by a drive waveform when suppressing residual vibration generated in the nozzle forming layer during ejection in a liquid ejection head having a structure that does not have individual liquid chambers.
駆動回路が圧電体層に印加する駆動波形は、第一波形と第二波形とを有する。
第一波形は、圧電体層に、ノズルから液体を吐出させる駆動電圧を印加する波形部分である。
第二波形は、ノズル形成層に発生する残留振動を抑制する抑制電圧を印加する波形部分である。
駆動電圧は、抑制電圧より大きい振幅とするとよい。
The drive waveform applied to the piezoelectric layer by the drive circuit has a first waveform and a second waveform.
The first waveform is a waveform portion for applying a drive voltage to the piezoelectric layer to eject liquid from the nozzle.
The second waveform is a waveform portion for applying a suppression voltage for suppressing residual vibration generated in the nozzle forming layer.
The drive voltage should preferably have an amplitude greater than the suppression voltage.
本実施形態の駆動波形は、駆動電圧の立上げ要素に対して所定のタイミングで、抑制電圧を印加するように構成される。より詳細には、駆動波形は、抑制電圧の立下げ要素または立上げ要素を、駆動電圧の立上げ要素に対して所定のタイミングで印加するように配置したものとする。
所定のタイミングは、駆動電圧の立上げ要素を印加するタイミングと、固有振動周期とを用いて算出される。ここで、所定のタイミングは液体吐出ヘッドに駆動波形を印加する度に毎回算出してもよいし、液体吐出ヘッド製造時などに予め算出したうえで算出されたタイミングを液体吐出ヘッド内のメモリ等に記憶しておいてもよい。また、算出された所定のタイミングを有するような駆動波形をメモリ等に記憶しておいてもよい。
固有振動周期は、液室およびノズルに液体が充填された状態での圧電体層の1次固有振動周期とする。以下の説明では適宜、固有振動周期を「Tc」と記載する。
The drive waveform of this embodiment is configured to apply the suppression voltage at a predetermined timing with respect to the rising element of the drive voltage. More specifically, the drive waveform is arranged such that the fall element or rise element of the suppression voltage is applied at a predetermined timing to the rise element of the drive voltage.
The predetermined timing is calculated using the timing of applying the rising element of the drive voltage and the natural vibration period. Here, the predetermined timing may be calculated each time a drive waveform is applied to the liquid ejection head, or may be calculated in advance at the time of manufacturing the liquid ejection head and stored in a memory or the like in the liquid ejection head. may be stored in Further, a driving waveform having a calculated predetermined timing may be stored in a memory or the like.
The natural vibration period is the primary natural vibration period of the piezoelectric layer when the liquid is filled in the liquid chamber and the nozzle. In the following description, the natural vibration period is referred to as "Tc" as appropriate.
このようにすることで、新たにメカ機構を追加することなく、駆動波形によりノズル形成層に発生する残留振動を抑制することを可能にする。
以下に駆動波形の詳細について各実施形態で説明する。
By doing so, it is possible to suppress residual vibration generated in the nozzle forming layer due to the drive waveform without adding a new mechanical mechanism.
Details of the drive waveform will be described below in each embodiment.
実施形態1.
図3は実施形態1に係る駆動波形の一例を説明する図である。図3および後述する図5、7は、駆動波形を模式的に示したものであり、縦軸に電圧(ボルト)、横軸に時間(マイクロ秒)を示す。
実施形態1の駆動波形W1は、第一波形W11の駆動電圧の立上げ要素U11に対して、第二波形W12が、n×Tc(nは正の整数)のタイミングT12に、抑制電圧の立下げ要素D12を有する。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of drive waveforms according to the first embodiment. FIG. 3 and FIGS. 5 and 7, which will be described later, schematically show driving waveforms, where the vertical axis indicates voltage (volt) and the horizontal axis indicates time (microseconds).
In the driving waveform W1 of the first embodiment, the second waveform W12 causes the suppression voltage to rise at timing T12 of n×Tc (n is a positive integer) with respect to the driving voltage rising element U11 of the first waveform W11. It has a lowering element D12.
図3に示すように、第一波形W11が有する複数の波形要素のうち、駆動電圧の立上げの電圧変化をもたらす駆動電圧の立上げ要素U11と、第二波形W12が有する複数の波形要素のうち、駆動電圧の立上げ要素U11と異なる電圧変化をもたらす抑制電圧の立下げ要素D12とは、n×Tcの間隔で離れている。
図3では、駆動電圧の立上げ要素U11が開始するタイミングT11と、抑制電圧の立下げ要素D12が開始するタイミングT12との間隔(n×Tc)を示している。なお、抑制電圧の立下げ要素D12は、駆動電圧の立上げ要素U11の開始から終了までの範囲(図中の傾斜部分)に対して設けられることが好ましい。
As shown in FIG. 3, among the plurality of waveform elements that the first waveform W11 has, the drive voltage rising element U11 that causes a voltage change at the rise of the drive voltage and the plurality of waveform elements that the second waveform W12 has Among them, the rising element U11 of the driving voltage and the falling element D12 of the suppression voltage that causes a different voltage change are separated by an interval of n×Tc.
FIG. 3 shows the interval (n×Tc) between the timing T11 at which the rising element U11 of the driving voltage starts and the timing T12 at which the falling element D12 of the suppression voltage starts. In addition, it is preferable that the fall element D12 of the suppression voltage is provided in the range from the start to the end of the rise element U11 of the drive voltage (slanted portion in the drawing).
本実施形態の駆動波形の効果について説明する。
図4は、実施形態1の駆動波形の効果について説明する図であり、(a)は比較例の駆動波形の一例、(b)は本実施形態の駆動波形の一例、(c)は比較例と本実施形態との波形を印加したときのメニスカス変位を示している。図4では、比較例の値を実線、本実施形態の値を破線で示している。
図1のような液体吐出ヘッドの構成の場合、吐出後のノズル形成層に残留振動が発生する。
The effect of the drive waveform of this embodiment will be described.
4A and 4B are diagrams for explaining the effect of the driving waveform of the first embodiment, in which (a) is an example of the driving waveform of the comparative example, (b) is an example of the driving waveform of the present embodiment, and (c) is the comparative example. and the waveforms of this embodiment are applied. In FIG. 4, the values of the comparative example are indicated by a solid line, and the values of the present embodiment are indicated by a dashed line.
In the case of the configuration of the liquid ejection head as shown in FIG. 1, residual vibration occurs in the nozzle formation layer after ejection.
図3に示す駆動波形W1を用いると、駆動回路92は、駆動電圧の立上げ要素U11に対して、n×TcのタイミングT12で、抑制電圧の立下げ要素D12を印加することになる。これにより、液体吐出ヘッドは、吐出によって発生した振動を打ち消すことができ、ノズル形成層に発生する残留振動を抑制することができる。
このように、駆動波形W1は、ノズル形成層に発生する残留振動を抑制させることができる波形構成である。
When the drive waveform W1 shown in FIG. 3 is used, the
In this manner, the driving waveform W1 has a waveform configuration that can suppress the residual vibration generated in the nozzle formation layer.
実施形態2.
図5は実施形態2に係る駆動波形の一例を説明する図である。
実施形態2の駆動波形W2は、第一波形W21の駆動電圧の立上げ要素U21に対して、第二波形W22が、(m-0.5)×Tc(mは正の整数)のタイミングT22に、抑制電圧の立上げ要素U22を有する。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of drive waveforms according to the second embodiment.
In the driving waveform W2 of the second embodiment, the second waveform W22 is (m−0.5)×Tc (m is a positive integer) timing T22 with respect to the rising element U21 of the driving voltage of the first waveform W21. has a rise-up element U22 of the suppression voltage.
図5に示すように、駆動電圧の立上げの電圧変化をもたらす駆動電圧の立上げ要素U21と、駆動電圧の立上げ要素U21と同じ電圧変化をもたらす抑制電圧の立上げ要素U22とは、(m-0.5)×Tcの間隔で離れている。
図5では、駆動電圧の立上げ要素U21が開始するタイミングT21と、抑制電圧の立上げ要素U22が開始するタイミングT22との間隔((m-0.5)×Tc)を示している。なお、抑制電圧の立上げ要素U22は、駆動電圧の立上げ要素U11の開始から終了までの範囲に対して設けられることが好ましい。
As shown in FIG. 5, a drive voltage rise element U21 that causes a voltage change in the rise of the drive voltage and a suppression voltage rise element U22 that causes the same voltage change as the drive voltage rise element U21 are ( m−0.5)×Tc apart.
FIG. 5 shows the interval ((m−0.5)×Tc) between the timing T21 at which the rising element U21 of the driving voltage starts and the timing T22 at which the rising element U22 of the suppression voltage starts. It is preferable that the suppression voltage rising element U22 is provided for the range from the start to the end of the drive voltage rising element U11.
本実施形態の駆動波形の効果について説明する。
図6は、実施形態2の駆動波形の効果について説明する図であり、(a)は比較例の駆動波形の一例、(b)は本実施形態の駆動波形の一例、(c)は比較例と本実施形態との波形を印加したときのメニスカス変位を示している。図6では、比較例の値を実線、本実施形態の値を破線で示している。
The effect of the drive waveform of this embodiment will be described.
6A and 6B are diagrams for explaining the effect of the driving waveform of the second embodiment, in which (a) is an example of the driving waveform of the comparative example, (b) is an example of the driving waveform of the present embodiment, and (c) is the comparative example. and the waveforms of this embodiment are applied. In FIG. 6, the values of the comparative example are indicated by a solid line, and the values of the present embodiment are indicated by a broken line.
図5に示す駆動波形W2を用いると、駆動回路92は、駆動電圧の立上げ要素U21に対して、(m-0.5)×TcのタイミングT22で抑制電圧の立上げ要素U22を印加することになる。これにより、液体吐出ヘッドは、吐出によって発生した振動を打ち消すことができ、ノズル形成層に発生する残留振動を抑制することができる。
このように、駆動波形W2は、ノズル形成層に発生する残留振動を抑制させることができる波形構成である。
Using the drive waveform W2 shown in FIG. 5, the
In this manner, the driving waveform W2 has a waveform configuration that can suppress the residual vibration generated in the nozzle forming layer.
実施形態3.
図7は実施形態3に係る駆動波形の一例を説明する図である。
実施形態3の駆動波形W3は、第一波形W31の駆動電圧の立上げ要素U31に対して、第二波形W32が、n×TcのタイミングT32に、抑制電圧の立下げ要素D32を有し、かつ、(m-0.5)×TcのタイミングT33に、抑制電圧の立上げ要素U32を有する。
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of drive waveforms according to the third embodiment.
In the driving waveform W3 of the third embodiment, the second waveform W32 has a suppressing voltage falling element D32 at the timing T32 of n×Tc in contrast to the driving voltage rising element U31 of the first waveform W31, In addition, at timing T33 of (m−0.5)×Tc, there is a rising element U32 of the suppression voltage.
図7に示すように、駆動電圧の立上げ要素U31と、駆動電圧の立上げ要素U31と異なる電圧変化をもたらす抑制電圧の立下げ要素D32とは、n×Tcの間隔で離れている。また、駆動電圧の立上げ要素U31と、駆動電圧の立上げ要素U31と同じ電圧変化をもたらす抑制電圧の立上げ要素U32とは、(m-0.5)×Tcの間隔で離れている。
図7では、駆動電圧の立上げ要素U31が開始するタイミングT31に対して、抑制電圧の立下げ要素D12が開始するタイミングT32との間隔(n×Tc)と、抑制電圧の立上げ要素U32が開始するタイミングT32との間隔((m-0.5)×Tc)とを示している。なお、抑制電圧の立下げ要素D32と抑制電圧の立上げ要素U32とは、駆動電圧の立上げ要素U11の開始から終了までの範囲に対して設けられることが好ましい。
As shown in FIG. 7, the rising element U31 of the driving voltage and the falling element D32 of the suppression voltage that causes a voltage change different from that of the rising element U31 of the driving voltage are separated by an interval of n×Tc. Further, the rising element U31 of the drive voltage and the rising element U32 of the suppression voltage that causes the same voltage change as the rising element U31 of the drive voltage are separated by an interval of (m−0.5)×Tc.
In FIG. 7, the interval (n×Tc) between the timing T31 at which the rising element U31 of the driving voltage starts and the timing T32 at which the falling element D12 of the suppression voltage starts and the rising element U32 of the suppression voltage are The interval ((m−0.5)×Tc) from the start timing T32 is shown. It is preferable that the suppression voltage fall element D32 and the suppression voltage rise element U32 are provided for the range from the start to the end of the drive voltage rise element U11.
本実施形態の駆動波形の効果について説明する。
図8は、実施形態3の駆動波形の効果について説明する図であり、(a)は比較例の駆動波形の一例、(b)は本実施形態の駆動波形の一例、(c)は比較例と本実施形態との波形を印加したときのメニスカス変位を示している。図8では、比較例の値を実線、本実施形態の値を破線で示している。
The effect of the drive waveform of this embodiment will be described.
8A and 8B are diagrams for explaining the effect of the driving waveform of the third embodiment, in which (a) is an example of the driving waveform of the comparative example, (b) is an example of the driving waveform of the present embodiment, and (c) is the comparative example. and the waveforms of this embodiment are applied. In FIG. 8, the values of the comparative example are indicated by a solid line, and the values of the present embodiment are indicated by a broken line.
図7に示す駆動波形W3を用いると、駆動回路92は、駆動電圧の立上げ要素U21に対して、n×TcのタイミングT32で抑制電圧の立下げ要素D32を印加し、かつ、(m-0.5)×TcのタイミングT22で抑制電圧の立上げ要素U22を印加することになる。これにより、液体吐出ヘッドは、吐出によって発生した振動を打ち消すことができ、ノズル形成層に発生する残留振動を抑制することができる。
このように、駆動波形W3は、ノズル形成層に発生する残留振動を抑制させることができる波形構成である。
Using the driving waveform W3 shown in FIG. 7, the driving
In this manner, the driving waveform W3 has a waveform configuration that can suppress the residual vibration generated in the nozzle formation layer.
(液体を吐出する装置及び液体吐出ユニット)
次に、本発明に係る液体を吐出する装置の一例について図9及び図10を参照して説明する。図9は同装置の要部平面説明図、図10は同装置の要部側面説明図である。
(Device for ejecting liquid and liquid ejection unit)
Next, an example of an apparatus for ejecting liquid according to the present invention will be described with reference to FIGS. 9 and 10. FIG. FIG. 9 is an explanatory plan view of the essential parts of the device, and FIG. 10 is an explanatory side view of the essential parts of the same device.
この装置は、シリアル型装置であり、主走査移動機構493によって、キャリッジ403は主走査方向に往復移動する。主走査移動機構493は、ガイド部材401、主走査モータ405、タイミングベルト408等を含む。ガイド部材401は、左右の側板491A、491Bに架け渡されてキャリッジ403を移動可能に保持している。そして、主走査モータ405によって、駆動プーリ406と従動プーリ407間に架け渡したタイミングベルト408を介して、キャリッジ403は主走査方向に往復移動される。
This apparatus is a serial type apparatus, and a main
このキャリッジ403には、本発明に係る液体吐出ヘッド404及びヘッドタンク441を一体にした液体吐出ユニット440を搭載している。液体吐出ユニット440の液体吐出ヘッド404は、例えば、イエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(K)の各色の液体を吐出する。また、液体吐出ヘッド404は、複数のノズルからなるノズル列を主走査方向と直交する副走査方向に配置し、吐出方向を下方に向けて装着している。
The
液体吐出ヘッド404の外部に貯留されている液体を液体吐出ヘッド404に供給するための供給機構494により、ヘッドタンク441には、液体カートリッジ450に貯留されている液体が供給される。
The liquid stored in the
供給機構494は、液体カートリッジ450を装着する充填部であるカートリッジホルダ451、チューブ456、送液ポンプを含む送液ユニット452等で構成される。液体カートリッジ450はカートリッジホルダ451に着脱可能に装着される。ヘッドタンク441には、チューブ456を介して送液ユニット452によって、液体カートリッジ450から液体が送液される。
The
この装置は、用紙410を搬送するための搬送機構495を備えている。搬送機構495は、搬送手段である搬送ベルト412、搬送ベルト412を駆動するための副走査モータ416を含む。
This device has a
搬送ベルト412は用紙410を吸着して液体吐出ヘッド404に対向する位置で搬送する。この搬送ベルト412は、無端状ベルトであり、搬送ローラ413と、テンションローラ414との間に掛け渡されている。吸着は静電吸着、あるいは、エアー吸引などで行うことができる。
The
そして、搬送ベルト412は、副走査モータ416によってタイミングベルト417及びタイミングプーリ418を介して搬送ローラ413が回転駆動されることによって、副走査方向に周回移動する。
The conveying
さらに、キャリッジ403の主走査方向の一方側には搬送ベルト412の側方に液体吐出ヘッド404の維持回復を行う維持回復機構420が配置されている。
Further, on one side of the
維持回復機構420は、例えば液体吐出ヘッド404のノズル面(ノズルが形成された面)をキャッピングするキャップ部材421、ノズル面を払拭するワイパ部材422などで構成されている。
The maintenance/
主走査移動機構493、供給機構494、維持回復機構420、搬送機構495は、側板491A,491B、背板491Cを含む筐体に取り付けられている。
The main
このように構成したこの装置においては、用紙410が搬送ベルト412上に給紙されて吸着され、搬送ベルト412の周回移動によって用紙410が副走査方向に搬送される。
In this apparatus configured as described above, the
そこで、キャリッジ403を主走査方向に移動させながら画像信号に応じて液体吐出ヘッド404を駆動することにより、停止している用紙410に液体を吐出して画像を形成する。
Therefore, by driving the
このように、この装置では、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているので、高画質画像を安定して形成することができる。 As described above, since this apparatus includes the liquid ejection head according to the present invention, it is possible to stably form a high-quality image.
次に、本発明に係る液体吐出ユニットの一例について図11を参照して説明する。図11は同ユニットの要部平面説明図である。 Next, an example of the liquid ejection unit according to the invention will be described with reference to FIG. FIG. 11 is an explanatory plan view of the main part of the same unit.
この液体吐出ユニットは、前記液体を吐出する装置を構成している部材のうち、側板491A、491B及び背板491Cで構成される筐体部分と、主走査移動機構493と、キャリッジ403と、液体吐出ヘッド404で構成されている。
Among the members constituting the apparatus for ejecting the liquid, the liquid ejection unit includes a housing portion composed of
なお、この液体吐出ユニットの例えば側板491Bに、前述した維持回復機構420、及び供給機構494の少なくともいずれかを更に取り付けた液体吐出ユニットを構成することもできる。
A liquid ejection unit can also be constructed in which at least one of the maintenance/
次に、本発明に係る液体吐出ユニットの他の例について図12を参照して説明する。図12は同ユニットの正面説明図である。 Next, another example of the liquid ejection unit according to the present invention will be explained with reference to FIG. FIG. 12 is an explanatory front view of the same unit.
この液体吐出ユニットは、流路部品444が取付けられた液体吐出ヘッド404と、流路部品444に接続されたチューブ456で構成されている。
This liquid ejection unit comprises a
なお、流路部品444はカバー442の内部に配置されている。流路部品444に代えてヘッドタンク441を含むこともできる。また、流路部品444の上部には液体吐出ヘッド404と電気的接続を行うコネクタ443が設けられている。
Note that the
本願において、「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッド又は液体吐出ユニットを備え、液体吐出ヘッドを駆動させて、液体を吐出させる装置である。液体を吐出する装置には、液体が付着可能なものに対して液体を吐出することが可能な装置だけでなく、液体を気中や液中に向けて吐出する装置も含まれる。 In the present application, a "device that ejects liquid" is a device that includes a liquid ejection head or a liquid ejection unit, drives the liquid ejection head, and ejects liquid. Devices that eject liquid include not only devices that can eject liquid onto an object to which liquid can adhere, but also devices that eject liquid into air or liquid.
この「液体を吐出する装置」は、液体が付着可能なものの給送、搬送、排紙に係わる手段、その他、前処理装置、後処理装置なども含むことができる。 The "liquid ejecting device" can include means for feeding, transporting, and ejecting an object to which liquid can adhere, as well as a pre-processing device, a post-processing device, and the like.
例えば、「液体を吐出する装置」として、インクを吐出させて用紙に画像を形成する装置である画像形成装置、立体造形物(三次元造形物)を造形するために、粉体を層状に形成した粉体層に造形液を吐出させる立体造形装置(三次元造形装置)がある。 For example, as a "device that ejects liquid", an image forming device that ejects ink to form an image on paper, and powder is formed in layers to form a three-dimensional object (three-dimensional object). There is a three-dimensional modeling apparatus (three-dimensional modeling apparatus) that ejects a modeling liquid onto a formed powder layer.
また、「液体を吐出する装置」は、吐出された液体によって文字、図形等の有意な画像が可視化されるものに限定されるものではない。例えば、それ自体意味を持たないパターン等を形成するもの、三次元像を造形するものも含まれる。 Further, the "apparatus for ejecting liquid" is not limited to one that visualizes significant images such as characters and figures with the ejected liquid. For example, it includes those that form patterns that have no meaning per se, and those that form three-dimensional images.
上記「液体が付着可能なもの」とは、液体が少なくとも一時的に付着可能なものであって、付着して固着するもの、付着して浸透するものなどを意味する。具体例としては、用紙、記録紙、記録用紙、フィルム、布などの被記録媒体、電子基板、圧電素子などの電子部品、粉体層(粉末層)、臓器モデル、検査用セルなどの媒体であり、特に限定しない限り、液体が付着するすべてのものが含まれる。 The above-mentioned "substance to which a liquid can adhere" means a substance to which a liquid can adhere at least temporarily, such as a substance to which a liquid adheres and adheres, a substance which adheres and permeates, and the like. Specific examples include media such as recording media such as paper, recording paper, recording paper, film, and cloth, electronic components such as electronic substrates and piezoelectric elements, powder layers (powder layers), organ models, and test cells. Yes, and unless otherwise specified, includes anything that has liquid on it.
上記「液体が付着可能なもの」の材質は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス、壁紙や床材などの建材、衣料用のテキスタイルなど液体が一時的でも付着可能であればよい。 The materials of the above "things to which liquids can adhere" include paper, threads, fibers, fabrics, leather, metals, plastics, glass, wood, ceramics, building materials such as wallpaper and flooring, textiles for clothing, etc. However, it is sufficient if it can be attached.
また、「液体」は、インク、処理液、DNA試料、レジスト、パターン材料、結着剤、造形液、又は、アミノ酸、たんぱく質、カルシウムを含む溶液及び分散液なども含まれる。 The "liquid" also includes inks, treatment liquids, DNA samples, resists, pattern materials, binders, modeling liquids, and solutions and dispersions containing amino acids, proteins, and calcium.
また、「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッドと液体が付着可能なものとが相対的に移動する装置があるが、これに限定するものではない。具体例としては、液体吐出ヘッドを移動させるシリアル型装置、液体吐出ヘッドを移動させないライン型装置などが含まれる。 Further, the ``device for ejecting liquid'' includes a device in which a liquid ejection head and an object to which liquid can be adhered move relatively, but is not limited to this. Specific examples include a serial type apparatus in which the liquid ejection head is moved and a line type apparatus in which the liquid ejection head is not moved.
また、「液体を吐出する装置」としては他にも、用紙の表面を改質するなどの目的で用紙の表面に処理液を塗布するために処理液を用紙に吐出する処理液塗布装置、原材料を溶液中に分散した組成液をノズルを介して噴射させて原材料の微粒子を造粒する噴射造粒装置などがある。 In addition, as a "liquid ejecting device", there are other processing liquid coating devices that eject processing liquid onto the paper in order to apply the processing liquid to the surface of the paper for the purpose of modifying the surface of the paper, raw materials is dispersed in a solution, and sprays a composition liquid through a nozzle to granulate fine particles of the raw material.
「液体吐出ユニット」とは、液体吐出ヘッドに機能部品、機構が一体化したものであり、液体の吐出に関連する部品の集合体である。例えば、「液体吐出ユニット」は、ヘッドタンク、キャリッジ、供給機構、維持回復機構、主走査移動機構の構成の少なくとも一つを液体吐出ヘッドと組み合わせたものなどが含まれる。 A "liquid ejection unit" is a combination of functional parts and mechanisms integrated with a liquid ejection head, and is a collection of parts related to ejection of liquid. For example, the "liquid ejection unit" includes a combination of at least one of a head tank, a carriage, a supply mechanism, a maintenance/recovery mechanism, and a main scanning movement mechanism with a liquid ejection head.
ここで、一体化とは、例えば、液体吐出ヘッドと機能部品、機構が、締結、接着、係合などで互いに固定されているもの、一方が他方に対して移動可能に保持されているものを含む。また、液体吐出ヘッドと、機能部品、機構が互いに着脱可能に構成されていても良い。 Here, integration means, for example, that the liquid ejection head and functional parts or mechanisms are fixed to each other by fastening, adhesion, or engagement, or that one is held movably with respect to the other. include. Also, the liquid ejection head, the functional parts, and the mechanism may be configured to be detachable from each other.
例えば、液体吐出ユニットとして、図6で示した液体吐出ユニット440のように、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。また、チューブなどで互いに接続されて、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。ここで、これらの液体吐出ユニットのヘッドタンクと液体吐出ヘッドとの間にフィルタを含むユニットを追加することもできる。
For example, as a liquid ejection unit, there is a liquid ejection head and a head tank integrated like a
また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとキャリッジが一体化されているものがある。 Further, there is a liquid ejection unit in which a liquid ejection head and a carriage are integrated.
また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドを走査移動機構の一部を構成するガイド部材に移動可能に保持させて、液体吐出ヘッドと走査移動機構が一体化されているものがある。また、図7で示したように、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとキャリッジと主走査移動機構が一体化されているものがある。 Further, as a liquid ejection unit, there is one in which the liquid ejection head is movably held by a guide member constituting a part of the scanning movement mechanism, and the liquid ejection head and the scanning movement mechanism are integrated. Further, as shown in FIG. 7, there is a liquid ejection unit in which a liquid ejection head, a carriage, and a main scanning movement mechanism are integrated.
また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドが取り付けられたキャリッジに、維持回復機構の一部であるキャップ部材を固定させて、液体吐出ヘッドとキャリッジと維持回復機構が一体化されているものがある。 There is also a liquid ejection unit in which the liquid ejection head, the carriage, and the maintenance and recovery mechanism are integrated by fixing a cap member, which is a part of the maintenance and recovery mechanism, to a carriage to which the liquid ejection head is attached. .
また、液体吐出ユニットとして、図8で示したように、ヘッドタンク若しくは流路部品が取付けられた液体吐出ヘッドにチューブが接続されて、液体吐出ヘッドと供給機構が一体化されているものがある。 Further, as a liquid ejection unit, as shown in FIG. 8, there is a unit in which the liquid ejection head and the supply mechanism are integrated by connecting a tube to a liquid ejection head to which a head tank or a flow path component is attached. .
主走査移動機構は、ガイド部材単体も含むものとする。また、供給機構は、チューブ単体、装填部単体も含むものする。 It is assumed that the main scanning movement mechanism also includes a single guide member. Also, the supply mechanism includes a single tube and a single loading unit.
また、「液体吐出ヘッド」は、使用する圧力発生手段が限定されるものではない。例えば、上記実施形態で説明したような圧電アクチュエータ(積層型圧電素子を使用するものでもよい。)以外にも、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いるサーマルアクチュエータ、振動板と対向電極からなる静電アクチュエータなどを使用するものでもよい。 Also, the "liquid ejection head" is not limited to the pressure generating means to be used. For example, in addition to the piezoelectric actuator described in the above embodiment (which may use a laminated piezoelectric element), a thermal actuator using an electrothermal conversion element such as a heating resistor, and a vibration plate and a counter electrode may be used. An electrostatic actuator or the like may be used.
また、本願の用語における、画像形成、記録、印字、印写、印刷、造形等はいずれも同義語とする。 Further, the terms used in the present application, such as image formation, recording, printing, printing, printing, modeling, etc., are synonymous.
1 ノズル形成層
4 ノズル
6 液室
92 駆動回路
404 液体吐出ヘッド
D12、D32 抑制電圧の立下げ要素
U11、U21、U31 駆動電圧の立上げ要素
U22、U32 駆動電圧の立上げ要素
W1、W2、W3 駆動波形
W11、W21、W31 第一波形
W12、W22、W32 第二波形
1
Claims (5)
前記ノズル形成層を貫通するノズルと、
前記ノズルと連通する液室と、
駆動波形を印加して、前記圧電体層を駆動させる駆動回路と、を備え、
固有振動周期をTcとすると、
前記駆動波形は、前記液室の液体を前記ノズルから吐出させる駆動電圧を印加する第一波形と、前記駆動電圧の立上げ要素に対して、n×Tc(nは正の整数)のタイミングで、電圧立下げ要素を印加する第二波形とを有する
液体吐出ヘッド。 a nozzle forming layer having a piezoelectric layer;
a nozzle that penetrates the nozzle forming layer;
a liquid chamber communicating with the nozzle;
a drive circuit that applies a drive waveform to drive the piezoelectric layer,
Assuming that the natural vibration period is Tc,
The driving waveform is a first waveform for applying a driving voltage for ejecting the liquid in the liquid chamber from the nozzle, and a rising element of the driving voltage at a timing of n×Tc (n is a positive integer). , and a second waveform applying a voltage ramp-down component.
前記ノズル形成層を貫通するノズルと、
前記ノズルと連通する液室と、
駆動波形を印加して、前記圧電体層を駆動させる駆動回路と、を備え、
固有振動周期をTcとすると、
前記駆動波形は、前記液室の液体を前記ノズルから吐出させる駆動電圧を印加する第一波形と、前記駆動電圧の立上げ要素に対して、(m-0.5)×Tc(mは正の整数)のタイミングで、電圧立上げ要素を印加する第二波形とを有する
液体吐出ヘッド。 a nozzle forming layer having a piezoelectric layer;
a nozzle that penetrates the nozzle forming layer;
a liquid chamber communicating with the nozzle;
a drive circuit that applies a drive waveform to drive the piezoelectric layer,
Assuming that the natural vibration period is Tc,
The driving waveform includes a first waveform for applying a driving voltage for ejecting the liquid in the liquid chamber from the nozzle, and (m−0.5)×Tc (m is positive) with respect to the rising element of the driving voltage. and a second waveform that applies the voltage rise element at a timing of (integer of ).
前記ノズル形成層を貫通するノズルと、
前記ノズルと連通する液室と、
駆動波形を印加して、前記圧電体層を駆動させる駆動回路と、を備え、
固有振動周期をTcとすると、
前記駆動波形は、前記液室の液体を前記ノズルから吐出させる駆動電圧を印加する第一波形と、前記駆動電圧の立上げ要素に対して、n×Tc(nは正の整数)のタイミングで、電圧立下げ要素を印加し、(m-0.5)×Tc(mは正の整数)のタイミングで、電圧立上げ要素を印加する第二波形とを有する
液体吐出ヘッド。 a nozzle forming layer having a piezoelectric layer;
a nozzle that penetrates the nozzle forming layer;
a liquid chamber communicating with the nozzle;
a drive circuit that applies a drive waveform to drive the piezoelectric layer,
Assuming that the natural vibration period is Tc,
The driving waveform is a first waveform for applying a driving voltage for ejecting the liquid in the liquid chamber from the nozzle, and a rising element of the driving voltage at a timing of n×Tc (n is a positive integer). , a voltage falling element is applied, and a second waveform for applying a voltage rising element at a timing of (m−0.5)×Tc (m is a positive integer).
Priority Applications (1)
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