JP4678158B2 - Droplet ejection head driving method, droplet ejection head, and droplet ejection apparatus - Google Patents

Droplet ejection head driving method, droplet ejection head, and droplet ejection apparatus Download PDF

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Description

本発明は、液滴吐出ヘッドの駆動方法、液滴吐出ヘッド、及び液滴吐出装置にかかり、特に、ピエゾ素子等の圧電素子を用いて液滴を吐出する液滴吐出ヘッドの駆動方法、該駆動方法を用いた液滴吐出ヘッド、及び該液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置に関する。   The present invention relates to a droplet ejection head driving method, a droplet ejection head, and a droplet ejection apparatus, and more particularly, a droplet ejection head driving method for ejecting droplets using a piezoelectric element such as a piezoelectric element, and the like. The present invention relates to a droplet discharge head using a driving method, and a droplet discharge apparatus including the droplet discharge head.

ピエゾ素子等の電気機械変換素子を用いて圧力室内に充填された液体に対して圧力波を発生させて、その圧力波によって圧力室と連通するノズルから液滴を吐出する液滴吐出ヘッドは一般的によく知られている。特に、インクの液滴を吐出して記録紙に画像を記録するインクジェット記録装置は広く普及しており、近年では高画質な画像を記録することが可能となっている。   A droplet discharge head that generates a pressure wave for a liquid filled in a pressure chamber using an electromechanical transducer such as a piezo element and discharges a droplet from a nozzle communicating with the pressure chamber by the pressure wave is generally used. Well known. In particular, inkjet recording apparatuses that record ink on recording paper by discharging ink droplets are widely used, and in recent years it has become possible to record high-quality images.

電気機械変換素子を用いた液滴吐出ヘッドでは、例えば、特許文献1に記載の技術のように、電気機械変換素子に複雑な駆動波形(アナログ波形)を印加することによってノズル部のメニスカス動作を高精度に制御することが可能である。しかしながら、このようなアナログ波形を用いた駆動回路では、コストが高くなってしまうので、装置全体のコストが増加してしまう。   In a droplet discharge head using an electromechanical conversion element, for example, as in the technique described in Patent Document 1, a meniscus operation of the nozzle portion is performed by applying a complicated drive waveform (analog waveform) to the electromechanical conversion element. It is possible to control with high accuracy. However, the drive circuit using such an analog waveform increases the cost, which increases the cost of the entire apparatus.

そこで、駆動波形に単純な矩形駆動波形を用いることが考えられる。例えば、特許文献2〜5には矩形駆動波形を用いたものが提案されている。このように矩形駆動波形を用いることで駆動回路のコストは大幅に減少させることができる。
特開2001−334659号公報 特許第1469531号 特開昭59−176060号公報 特許第3249719号 特開2001−018388号公報
Therefore, it is conceivable to use a simple rectangular drive waveform as the drive waveform. For example, Patent Documents 2 to 5 propose a rectangular drive waveform. In this way, the cost of the driving circuit can be greatly reduced by using the rectangular driving waveform.
JP 2001-334659 A Japanese Patent No. 1469531 JP 59-176060 A Japanese Patent No. 3249719 JP 2001-018388 A

しかしながら、従来の矩形駆動波形では、パルス幅の設定等によって滴体積の変調を行っていたが、パルス幅の設定による滴体積の変調で得られる滴径変調範囲が非常に狭く(例えば、6〜10pl)、高品位印刷と高速記録を行う場合には、広範囲な滴径変調範囲(例えば、2〜20pl)を得ることができない、という問題がある。   However, in the conventional rectangular drive waveform, the drop volume is modulated by setting the pulse width or the like, but the drop diameter modulation range obtained by the drop volume modulation by setting the pulse width is very narrow (for example, 6 to 6). 10 pl), when performing high-quality printing and high-speed recording, there is a problem that a wide droplet size modulation range (for example, 2 to 20 pl) cannot be obtained.

また、液滴を高周波で安定して吐出するためには、液滴吐出後の残響抑制が必要であるが、従来の矩形駆動波形の場合には、残響抑制部での電圧変化量や傾きを自由に設定することができないため、適切な残響抑制を行うことができない、という問題がある。   In addition, in order to stably discharge droplets at a high frequency, it is necessary to suppress reverberation after droplet discharge. However, in the case of a conventional rectangular drive waveform, the amount of voltage change and the slope at the reverberation suppression unit are reduced. Since it cannot be set freely, there is a problem that appropriate reverberation suppression cannot be performed.

また、サテライトやミストといった意図しない吐出の発生は、吐出直後の残響強度に依存し、残響抑制部での電圧変化量や傾きを自由に設定することができないため、サテライトやミストの発生の防止を確実に行うことができない、という問題がある。   In addition, the occurrence of unintentional discharge such as satellites and mists depends on the reverberation intensity immediately after discharge, and the voltage change amount and slope in the reverberation suppression unit cannot be set freely, thus preventing the occurrence of satellites and mists. There is a problem that it cannot be performed reliably.

さらに、吐出する液体としてインクを適用した場合には、インク溶媒の揮発のためノズル部のメニスカスではインクの粘度が増加する。この時、アナログ波形を用いた場合には、これを防止するためにメニスカスに微少振動を生じさせる微弱な駆動波形を印加することが可能であるが、矩形駆動波形では、アナログ波形のような微弱な駆動波形を印加することが難しく、インク粘度の増加による影響を防止することが困難であった。   Further, when ink is applied as the liquid to be ejected, the ink viscosity increases at the meniscus of the nozzle portion due to volatilization of the ink solvent. At this time, if an analog waveform is used, it is possible to apply a weak drive waveform that causes minute vibrations to the meniscus to prevent this, but a rectangular drive waveform is weak like an analog waveform. It is difficult to apply a simple driving waveform, and it is difficult to prevent the influence of an increase in ink viscosity.

本発明は、上記事実を考慮して成されたもので、十分な滴径変調範囲の確保、高周波での吐出安定性の確保、意図しない吐出の防止、及び液滴の粘度増加の抑制が可能な液滴吐出ヘッドの駆動方法、液滴吐出ヘッド、及び液滴吐出装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of the above facts, and it is possible to ensure a sufficient droplet diameter modulation range, ensure ejection stability at high frequencies, prevent unintentional ejection, and suppress the increase in droplet viscosity. An object of the present invention is to provide a liquid droplet ejection head driving method, a droplet ejection head, and a droplet ejection apparatus.

上記目的を達成するために請求項1に記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法は、電気機械変換素子に駆動信号を印加して当該電気機械変換素子を変形させることで圧力室に圧力変化を生じさせ、圧力室内に充填された液体を圧力室と連通するノズルから液滴として吐出する液滴吐出ヘッドの駆動方法であって、前記駆動信号として、電圧波形の電圧レベルが3値で且つ立ち上げ時間及び立ち下げ時間がそれぞれ1種類である矩形駆動波であって、第1の滴径の液滴を吐出するための第1駆動波形、第1の滴径よりも小さい第2の滴径の液滴を吐出するための第2駆動波形、及び液滴を吐出せずに液面を振動させるための第3駆動波形から選択された何れかの駆動波形を有する矩形駆動波を用い、3値の電圧レベルのうち最低電圧と最高電圧の電位差をV1、最高電圧と中間電圧の電位差をV2としたときに、V1とV2の電圧比V2/V1を0.25〜0.45の範囲で設定して電気機械変換素子に印加することを特徴としている。 In order to achieve the above object, the method of driving a droplet discharge head according to claim 1 causes a pressure change in the pressure chamber by applying a drive signal to the electromechanical transducer and deforming the electromechanical transducer. A method of driving a droplet discharge head for discharging a liquid filled in a pressure chamber as droplets from a nozzle communicating with the pressure chamber, wherein the voltage level of the voltage waveform is ternary and rises as the drive signal A rectangular driving wave having a single time and a falling time each having a first driving waveform for discharging a droplet having a first droplet diameter, and a second droplet diameter smaller than the first droplet diameter. Using a rectangular drive wave having one of the drive waveforms selected from the second drive waveform for ejecting the droplet and the third drive waveform for vibrating the liquid surface without ejecting the droplet, Of the lowest and highest voltage levels When the difference is V1, and the potential difference between the maximum voltage and the intermediate voltage is V2, the voltage ratio V2 / V1 between V1 and V2 is set in the range of 0.25 to 0.45 and applied to the electromechanical transducer. It is a feature.

請求項1に記載の発明によれば、電気機械変換素子に印加する駆動信号として電圧波形の電圧レベルが3値の矩形駆動波を用いる。このように矩形駆動波を用いることによって、駆動回路を安価にすることができる。また、矩形駆動波の電圧レベルを3値にすることによって、矩形駆動波の波形設計自由度を増加させることができる。なお、本明細書中において、「矩形駆動波」とは、立ち上げ時間及び立ち下げ時間がそれぞれ1種類である駆動波形のことを意味するものとする。矩形駆動波形としては、第1の滴径の液滴を吐出するための第1駆動波形、第1の滴径よりも小さい第2の滴径の液滴を吐出するための第2駆動波形、及び液滴を吐出せずに液面を振動させて液滴の粘度増加を抑制するための第3の駆動波形とすることが可能である。 According to the first aspect of the present invention, a rectangular driving wave whose voltage level is ternary is used as the driving signal applied to the electromechanical transducer. By using the rectangular drive wave in this way, the drive circuit can be made inexpensive. In addition, by setting the voltage level of the rectangular driving wave to three values, the degree of freedom in designing the rectangular driving wave waveform can be increased. In the present specification, the “rectangular drive wave” means a drive waveform having one type of rise time and one fall time. The rectangular driving waveform includes a first driving waveform for discharging a droplet having a first droplet diameter, a second driving waveform for discharging a droplet having a second droplet diameter smaller than the first droplet diameter, In addition, the third driving waveform for suppressing the increase in the viscosity of the droplet by vibrating the liquid surface without discharging the droplet can be obtained.

そして、3値の電圧レベルのうち最低電圧と最高電圧の電位差をV1、最高電圧と中間電圧の電位差をV2としたときに、V1とV2の電圧比V2/V1を0.25〜0.45の範囲に設定することで、十分な滴径変調範囲、高周波吐出安定性、サテライトやミストなどの意図しない吐出の抑制、及び液滴の粘度増加の抑制の全ての要求範囲を満足することが可能となる。   When the potential difference between the lowest voltage and the highest voltage among the three voltage levels is V1, and the potential difference between the highest voltage and the intermediate voltage is V2, the voltage ratio V2 / V1 between V1 and V2 is 0.25 to 0.45. By setting this range, it is possible to satisfy all the required ranges of sufficient droplet size modulation range, high frequency ejection stability, suppression of unintentional ejection such as satellite and mist, and suppression of increase in droplet viscosity It becomes.

この時、矩形駆動波の立上げ時間及び立ち下げ時間を液滴吐出ヘッドの固有周期の1/4以下に設定して電気機械変換素子に印加することによって、微小液滴を吐出する際に、高画質記録が可能な滴体積でノズルから液滴を吐出することが可能となる。 At this time, when discharging the minute droplets by setting the rise time and the fall time of the rectangular driving wave to 1/4 or less of the natural period of the droplet discharge head and applying it to the electromechanical conversion element, It is possible to eject droplets from the nozzles with a droplet volume that enables high-quality recording.

第1駆動波形としては、印加する電圧を中間電圧から最低電圧に変化させてメニスカスを圧力室側に引き込む第1電圧変化プロセスと、印加する電圧を最低電圧から最高電圧に変化させて圧力室の体積を収縮させて液滴を吐出させる第2電圧変化プロセスと、印加する電圧を最高電圧から中間電圧に変化させて圧力室内の残響を調整する第3電圧変化プロセスと、を含んだ駆動波形とすることができ、これによって第2の滴径よりも大きな滴体積を有する第1の滴径の液滴を吐出することが可能となる。 The first drive waveform includes a first voltage changing process in which the applied voltage is changed from the intermediate voltage to the lowest voltage and the meniscus is pulled to the pressure chamber side, and the applied voltage is changed from the lowest voltage to the highest voltage to change the pressure chamber A driving waveform including: a second voltage changing process for discharging a droplet by contracting a volume; and a third voltage changing process for adjusting a reverberation in a pressure chamber by changing an applied voltage from a highest voltage to an intermediate voltage. This makes it possible to discharge a droplet having a first droplet diameter having a larger droplet volume than the second droplet size.

また、第2駆動波形としては、、印加する電圧を中間電圧から最低電圧に変化させてメニスカスを圧力室側に引き込む第1電圧変化プロセスと、印加する電圧を最低電圧から中間電圧に変化させて液柱を形成する第4電圧変化プロセスと、印加する電圧を中間電圧から最低電圧に変化させてメニスカスを圧力室側に引き込んで液滴を吐出する第5電圧変化プロセスと、印加する電圧を最低電圧から中間電圧に変化させて圧力室内の残響を調整する第6電圧変化プロセスと、を含んだ駆動波形とすることができ、これによって第1の滴径よりも小さい第2の滴径の液滴を吐出することが可能となる。   The second drive waveform includes a first voltage changing process in which the applied voltage is changed from the intermediate voltage to the lowest voltage and the meniscus is pulled to the pressure chamber side, and the applied voltage is changed from the lowest voltage to the intermediate voltage. A fourth voltage changing process for forming a liquid column, a fifth voltage changing process for changing the applied voltage from the intermediate voltage to the lowest voltage, drawing the meniscus to the pressure chamber side, and discharging droplets; and applying the lowest voltage And a sixth voltage changing process for adjusting the reverberation in the pressure chamber by changing the voltage from the voltage to the intermediate voltage, whereby a liquid having a second droplet diameter smaller than the first droplet diameter can be obtained. It becomes possible to discharge droplets.

更に、第3駆動波形としては、印加する電圧を中間電圧から最高電圧に変化させてメニスカスに微小振動を発生開始させる第7電圧変化プロセスと、印加する電圧を最高電圧から中間電圧に変化させて圧力室内の残響を調整する第3電圧変化プロセスと、を含んだ駆動波形とすることができ、これによって液滴を吐出せずに液面を振動させて、液滴の粘度増加を抑制することが可能となる。   Furthermore, the third drive waveform includes a seventh voltage changing process in which the applied voltage is changed from the intermediate voltage to the highest voltage to start generating minute vibrations in the meniscus, and the applied voltage is changed from the highest voltage to the intermediate voltage. And a third voltage change process for adjusting the reverberation in the pressure chamber, thereby suppressing the increase in the viscosity of the droplets by vibrating the liquid surface without ejecting the droplets. Is possible.

そして、第1駆動波形の第1電圧変化プロセス開始から第2電圧変化プロセス開始までの時間及び第2駆動波形の第1電圧変化プロセス開始から第4電圧変化プロセス開始までの時間をそれぞれ液滴吐出ヘッドの固有周期の1/2に設定することによって、各電圧変化プロセスで発生した固有振動が重畳するので、液滴を効率的に吐出することが可能となる。また、第3駆動波形の第7電圧変化プロセス開始から第8電圧変化プロセス開始までの時間を液滴吐出ヘッドの固有周期に一致させることによって、各電圧変化プロセスによる振動が相殺されるので、圧力室内の残響を効果的に抑制することが可能となり、サテライトやミストなどの意図しない吐出を防止することができる。 Then, the time from the start of the first voltage change process to the start of the second voltage change process of the first drive waveform and the time from the start of the first voltage change process to the start of the fourth voltage change process of the second drive waveform are respectively ejected by droplets. By setting it to ½ of the natural period of the head, the natural vibration generated in each voltage change process is superimposed, so that it is possible to efficiently eject liquid droplets. Further, since the time from the start of the seventh voltage change process to the start of the eighth voltage change process of the third drive waveform is made to coincide with the natural period of the droplet discharge head, the vibration due to each voltage change process is offset, so that the pressure Reverberation in the room can be effectively suppressed, and unintended discharge of satellites and mists can be prevented.

本発明の液滴吐出ヘッドは、液体が充填される圧力室と、前記圧力室と連通するノズルと、駆動信号が印加されると変形して、前記圧力室に圧力波を発生させ、充填された液体を前記ノズルから液滴として吐出させる電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子を本発明の液滴吐出ヘッドの駆動方法で駆動信号を印加する駆動回路と、を含むことを特徴としている。 The droplet discharge head of the present invention is deformed when a pressure signal filled with a liquid, a nozzle communicating with the pressure chamber, and a drive signal is applied to generate a pressure wave in the pressure chamber and filled. An electromechanical conversion element that discharges the liquid as droplets from the nozzle, and a drive circuit that applies a drive signal to the electromechanical conversion element by the method of driving a liquid droplet ejection head according to the present invention . .

本発明の液滴吐出ヘッドによれば、電気機械変換素子に駆動信号を印加して変形させることで、圧力室に圧力波を発生させ、圧力室に充填された液体をノズルから液滴として吐出される。 According to the droplet discharge head of the present invention , a pressure signal is generated in the pressure chamber by applying a drive signal to the electromechanical conversion element and deformed, and the liquid filled in the pressure chamber is discharged as a droplet from the nozzle. Is done.

この時、電気機械変換素子は、駆動回路によって、本発明の液滴吐出ヘッドの駆動方法で駆動信号が印加されるので、上述したように、十分な滴径変調範囲の確保、高周波での吐出安定性の確保、意図しない吐出の防止、及び液滴の粘度増加の抑制が可能となる。 At this time, since the drive signal is applied to the electromechanical transducer by the driving method of the droplet discharge head of the present invention by the drive circuit, as described above, a sufficient droplet diameter modulation range is ensured and the discharge is performed at a high frequency. It is possible to ensure stability, prevent unintended discharge, and suppress increase in the viscosity of the droplet.

本発明の液滴吐出装置は、本発明の液滴吐出ヘッドを備えることを特徴としている。 The liquid droplet ejection apparatus of the present invention is characterized by including the liquid droplet ejection head of the present invention .

本発明の液滴吐出装置によれば、本発明の液滴吐出ヘッドを備えているので、上述したように、十分な滴径変調範囲の確保、高周波での吐出安定性の確保、意図しない吐出の防止、及び液滴の粘度増加の抑制が可能となる。 According to the liquid droplet ejection apparatus of the present invention, since the liquid droplet ejection head of the present invention is provided, as described above, a sufficient droplet diameter modulation range is ensured, ejection stability at high frequencies is ensured, and unintended ejection is performed. And the increase in the viscosity of the droplets can be suppressed.

以上説明したように本発明によれば、電気機械変換素子に印加する駆動信号として電圧波形の電圧レベルが3値の矩形駆動波を用い、最低電圧と最高電圧の電位差をV1、最高電圧と中間電圧の電位差をV2としたときに、V1とV2の電圧比V2/V1を0.25〜0.45の範囲で設定して電気機械変換素子に印加することで、特に、V1とV2の電圧比V2/V1を0.30〜0.35の範囲に設定することで、十分な滴径変調範囲の確保、高周波での吐出安定性の確保、意図しない吐出の防止、及び液滴の粘度増加の抑制が可能となる、という効果がある。   As described above, according to the present invention, a rectangular driving wave whose voltage waveform has a ternary voltage level is used as a driving signal applied to the electromechanical transducer, the potential difference between the lowest voltage and the highest voltage is V1, and the highest voltage and the intermediate voltage. By setting the voltage ratio V2 / V1 between V1 and V2 in the range of 0.25 to 0.45 and applying it to the electromechanical transducer when the voltage potential difference is V2, in particular, the voltage between V1 and V2 By setting the ratio V2 / V1 in the range of 0.30 to 0.35, a sufficient droplet diameter modulation range is ensured, ejection stability at high frequencies is ensured, unintentional ejection is prevented, and droplet viscosity is increased. There is an effect that it becomes possible to suppress this.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。なお、本実施の形態は、本発明をインクジェット記録装置に適用したものである。   Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In this embodiment, the present invention is applied to an ink jet recording apparatus.

図1は、本発明の実施の形態に係わるインクジェット記録装置の1ノズルあたりのヘッド構造を示す図である。   FIG. 1 is a diagram showing a head structure per nozzle of an ink jet recording apparatus according to an embodiment of the present invention.

ヘッド10は、インクタンク12、供給路14、圧力室16、ノズル18、及び電気機械変換素子としての圧電素子20を有している。   The head 10 includes an ink tank 12, a supply path 14, a pressure chamber 16, a nozzle 18, and a piezoelectric element 20 as an electromechanical conversion element.

インクタンク12には、インクが蓄えられ、インクタンク12に蓄えられたインクは、供給路14を介して圧力室16に充填され、圧力室16に連通したノズル18にインクが供給される。   Ink is stored in the ink tank 12, and the ink stored in the ink tank 12 is filled into the pressure chamber 16 via the supply path 14, and the ink is supplied to the nozzle 18 that communicates with the pressure chamber 16.

圧力室16の壁面の一部は振動板16Aからなり、該振動板16Aにピエゾ素子等の圧電素子20が設けられており、圧電素子20によって振動板16Aを変形させて振動させることで、圧力室16内に圧力波が発生する。すなわち、圧電素子20の振動によって発生する圧力波によって、圧力室16内に蓄えられたインクがノズル18から吐出され、圧力室16には供給路14を介してインクタンク12からインクが補給されるようになっている。   A part of the wall surface of the pressure chamber 16 is composed of a diaphragm 16A. A piezoelectric element 20 such as a piezoelectric element is provided on the diaphragm 16A. The piezoelectric element 20 deforms and vibrates the diaphragm 16A. A pressure wave is generated in the chamber 16. That is, ink stored in the pressure chamber 16 is ejected from the nozzle 18 by the pressure wave generated by the vibration of the piezoelectric element 20, and ink is supplied to the pressure chamber 16 from the ink tank 12 through the supply path 14. It is like that.

ノズル18は、例えば、記録紙幅方向に複数配列した記録ヘッドすることで、記録紙幅方向の画像を記録し、記録紙と記録ヘッドとを相対的に移動することで記録紙に画像を記録することができる。   For example, the nozzle 18 records an image in the recording paper width direction by using a plurality of recording heads arranged in the recording paper width direction, and records an image on the recording paper by relatively moving the recording paper and the recording head. Can do.

図2は、本発明の実施の形態に係わるインクジェット記録装置のヘッドを駆動する駆動回路を示す図である。   FIG. 2 is a diagram showing a drive circuit for driving the head of the ink jet recording apparatus according to the embodiment of the present invention.

本実施の形態では、複数のノズルを配列することで記録ヘッドが構成される。すなわち、圧電素子20を複数有しており、駆動回路30によって圧電素子20が駆動される。   In the present embodiment, a recording head is configured by arranging a plurality of nozzles. That is, a plurality of piezoelectric elements 20 are provided, and the piezoelectric elements 20 are driven by the drive circuit 30.

駆動回路30は、図2に示すように、複数の圧電素子20と圧電素子20への電圧の印加を制御するためのスイッチング回路22を含んで構成されており、各圧電素子20は、一端が接地されており、他端がスイッチング回路22に接続されている。   As shown in FIG. 2, the drive circuit 30 includes a plurality of piezoelectric elements 20 and a switching circuit 22 for controlling the application of voltage to the piezoelectric elements 20, and each piezoelectric element 20 has one end. The other end is connected to the switching circuit 22.

各スイッチング回路22は、3つのスイッチング素子22A、22B、22Cを含んで構成されており、図示しないコントローラから入力される制御信号に応じて各スイッチング素子22A、22B、22Cのオンオフが制御されるようになっている。   Each switching circuit 22 is configured to include three switching elements 22A, 22B, and 22C so that on / off of each switching element 22A, 22B, and 22C is controlled in accordance with a control signal input from a controller (not shown). It has become.

スイッチング回路22のスイッチング素子22Aは接地(GND)され、スイッチング素子22Bは基準電圧V0(図3におけるV2−V1)が印加され、スイッチング素子22Cは電圧V1が印加されるようになっている。すなわち、それぞれ制御信号を用いてスイッチング素子22AをオンすることによってGNDが圧電素子20に印加され、スイッチング素子22Bをオンすることによって基準電圧V0が圧電素子20に印加され、スイッチング素子22Cをオンすることによって電圧V1が印加される。従って、制御信号に応じてスイッチング素子22A、22B、22Cのオンオフを制御することで、圧電素子20に3値の電圧レベルが印加されるようになっている。なお、各電圧は、V1>V0>GNDとする。   The switching element 22A of the switching circuit 22 is grounded (GND), the reference voltage V0 (V2-V1 in FIG. 3) is applied to the switching element 22B, and the voltage V1 is applied to the switching element 22C. That is, GND is applied to the piezoelectric element 20 by turning on the switching element 22A using each control signal, and the reference voltage V0 is applied to the piezoelectric element 20 by turning on the switching element 22B, thereby turning on the switching element 22C. Thus, the voltage V1 is applied. Therefore, ternary voltage levels are applied to the piezoelectric element 20 by controlling on / off of the switching elements 22A, 22B, and 22C in accordance with the control signal. Each voltage is V1> V0> GND.

本実施の形態の駆動回路30では、3値の電圧レベルを用いてノズル18から吐出するインクの滴径を変更している。詳細には、大滴と小滴を吐出すると共に、インク粘度の増加を防止するために吐出しない程度に圧電素子20に電圧を印加するようになっている。   In the drive circuit 30 of the present embodiment, the droplet diameter of the ink ejected from the nozzles 18 is changed using three voltage levels. More specifically, a large droplet and a small droplet are ejected, and a voltage is applied to the piezoelectric element 20 to such an extent that it is not ejected in order to prevent an increase in ink viscosity.

図3には、上述の駆動回路30によって圧電素子20に印加される駆動信号の電圧波形の一例を示す。図3(A)は大滴を吐出するための大滴吐出用駆動波形を示し、図3(B)は小滴を吐出するための小滴吐出用駆動波形を示し、図3(C)は液滴を吐出せずにメニスカスに適度な微振動を発生させてインクの粘度増加を防止するための増粘防止用の予備波形を示す。   FIG. 3 shows an example of a voltage waveform of a drive signal applied to the piezoelectric element 20 by the drive circuit 30 described above. 3A shows a driving waveform for discharging a large drop for discharging a large drop, FIG. 3B shows a driving waveform for discharging a small drop for discharging a small drop, and FIG. FIG. 6 shows a preliminary waveform for preventing thickening to prevent an increase in ink viscosity by causing moderate fine vibrations in the meniscus without discharging droplets. FIG.

本実施の形態では、矩形駆動波の立ち上がり時間tr及び立ち下がり時間tfをそれぞれ1種類として、選択できる電圧レベルを3値に固定した駆動波形を用いており、電圧レベルを3値に設定することにより波形の設計自由度を増加している。なお、選択できる電圧レベルを4値以上に設定すれば、波形の設計自由度は更に増加するが、電圧レベルを4値以上に設定すると駆動回路コストが増加し、従来のアナログ波形に対してコスト的なメリットが損なわれてしまう。従って、駆動回路コストを低く抑え、かつ波形の設計自由度を確保するには、選択できる電圧レベルを3値とすることが最も有効となる。   In this embodiment, each of the rising time tr and the falling time tf of the rectangular driving wave is used as one type, and a driving waveform in which the selectable voltage level is fixed to three values is used, and the voltage level is set to three values. This increases the degree of freedom in waveform design. If the voltage level that can be selected is set to 4 or more, the degree of freedom in designing the waveform further increases. However, if the voltage level is set to 4 or more, the drive circuit cost increases, which is lower than the conventional analog waveform. The typical merit will be lost. Therefore, it is most effective to set the selectable voltage level to ternary in order to keep the drive circuit cost low and to ensure the freedom of waveform design.

具体的には、大滴吐出用駆動波形は、図3(A)に示すように、(1)の電圧変化プロセスで、中間電圧であるV0から最低電圧GNDに電圧を変化させて、圧力室16を膨張させることで、ノズル18内部にメニスカスの引き込みを行う。次に(2)の電圧変化プロセスで、最低電圧から最高電圧V1に電圧を変化させて、圧力室16を収縮させることで、ノズル18からインク滴の吐出を行う。そして、(3)の電圧変化プロセスで、最高電圧V1から中間電圧V0に電圧を変化させて、インク滴吐出後の圧力室16内の残響を調整するようになっている。   Specifically, as shown in FIG. 3A, the large droplet ejection driving waveform is obtained by changing the voltage from the intermediate voltage V0 to the lowest voltage GND in the voltage changing process of (1). By expanding 16, the meniscus is drawn into the nozzle 18. Next, in the voltage change process (2), the voltage is changed from the lowest voltage to the highest voltage V1, and the pressure chamber 16 is contracted, whereby ink droplets are ejected from the nozzle 18. Then, in the voltage change process (3), the voltage is changed from the maximum voltage V1 to the intermediate voltage V0 to adjust the reverberation in the pressure chamber 16 after ink droplet ejection.

小滴吐出用駆動波形は、図3(B)に示すように、(1)の電圧変化プロセスで、中間電圧V0から最低電圧GNDに電圧を変化させて、圧力室16を膨張させることで、ノズル18内部にメニスカスの引き込みを行う。次に(2)の電圧変化プロセスで、最低電圧GNDから中間電圧V0に電圧を変化させて、ノズル中央部に細い液柱を形成する。そして、(3)の電圧変化プロセスで、中間電圧V0から最低電圧GNDに電圧を変化させて、メニスカスを急激に引き戻すことにより微小液滴の吐出を行う。また、(4)の電圧変化プロセスで、最低電圧GNDから中間電圧V0に電圧を変化させて、液滴吐出後の圧力室16の残響を調整するようになっている。   As shown in FIG. 3B, the droplet ejection driving waveform is obtained by changing the voltage from the intermediate voltage V0 to the lowest voltage GND and expanding the pressure chamber 16 in the voltage changing process of (1). The meniscus is drawn into the nozzle 18. Next, in the voltage change process of (2), the voltage is changed from the lowest voltage GND to the intermediate voltage V0 to form a thin liquid column at the center of the nozzle. Then, in the voltage change process (3), the voltage is changed from the intermediate voltage V0 to the lowest voltage GND, and the meniscus is pulled back abruptly, thereby ejecting a fine droplet. Further, in the voltage change process (4), the voltage is changed from the lowest voltage GND to the intermediate voltage V0 to adjust the reverberation of the pressure chamber 16 after droplet discharge.

ここで、図4(A)〜(D)に小滴吐出用駆動波形が印加された場合の、ノズル18内での液体の挙動(特に、メニスカスの変化)を示す。小滴吐出用駆動波形が印加されると、図4(A)に示すように、当初はノズル18の開口部に位置していた略平坦状のメニスカスが、(1)の電圧変化プロセスによる圧力室16の容積増大によって圧力室16側へ引き込まれ、メニスカスの中央部がメニスカスの周辺部よりも大きく後退して、凹型のメニスカスが形成される(図4B)。この状態で、(2)の電圧変化プロセスによって圧力室16の容積が減少されると、図4(C)に示すように、メニスカスの中央部に、ノズル18(インク吐出口の内径)よりも細い液柱32が形成され、次いで、液柱32の先端部が分離して液滴34が形成される(図4(D)。この時の液滴の滴径は、形成された液柱32の太さとほぼ等しく、ノズル径よりも小さい。すなわち、こうした駆動方法(「メニスカス制御方式」あるいは「引き打ち方式」)を用いることにより、ノズル径よりも小さな液滴を吐出することが可能となる。   Here, FIGS. 4A to 4D show the behavior of the liquid in the nozzle 18 (particularly the change in meniscus) when the droplet ejection drive waveform is applied. When the droplet ejection driving waveform is applied, as shown in FIG. 4 (A), the substantially flat meniscus initially located at the opening of the nozzle 18 is the pressure due to the voltage change process of (1). As the volume of the chamber 16 increases, the chamber is pulled toward the pressure chamber 16, and the central portion of the meniscus is retracted more than the peripheral portion of the meniscus to form a concave meniscus (FIG. 4B). In this state, when the volume of the pressure chamber 16 is reduced by the voltage change process (2), as shown in FIG. 4C, the nozzle 18 (the inner diameter of the ink discharge port) is located at the center of the meniscus. A thin liquid column 32 is formed, and then the tip of the liquid column 32 is separated to form a droplet 34 (FIG. 4D) .The droplet diameter of the droplet at this time is the formed liquid column 32. In other words, by using such a driving method (“meniscus control method” or “strike method”), it is possible to discharge droplets smaller than the nozzle diameter. .

予備波形は、図3(C)に示すように、(1)の電圧変化プロセスで、中間電圧V0から最高電圧V1に電圧を変化させて、メニスカスに適度な微振動を発生させる。そして、(2)の電圧変化プロセスで最高電圧V1から中間電圧V0に電圧を変化させて、圧力室16内の不必要な残響を抑制するようになっている。   As shown in FIG. 3C, the preliminary waveform changes the voltage from the intermediate voltage V0 to the maximum voltage V1 in the voltage change process of (1) to generate an appropriate minute vibration in the meniscus. The voltage is changed from the highest voltage V1 to the intermediate voltage V0 in the voltage change process (2) to suppress unnecessary reverberation in the pressure chamber 16.

ここで、上述の大滴吐出用駆動波形、小滴吐出用駆動波形、及び予備波形の各駆動波形における各電圧レベルの印加時間の各種設定について説明する。   Here, various settings of the application time of each voltage level in the drive waveforms for the large droplet discharge, the small droplet discharge drive waveform, and the preliminary waveform will be described.

大滴吐出用駆動波形及び小滴吐出用駆動波形では、(1)の電圧変化プロセス時にヘッド10に発生する固有振動と、(2)の電圧変化プロセス時にヘッド10に発生する固有振動とが干渉して、メニスカスに大きな影響を及ぼす。   In the large droplet ejection driving waveform and the small droplet ejection driving waveform, the natural vibration generated in the head 10 during the voltage change process (1) interferes with the natural vibration generated in the head 10 during the voltage change process (2). It has a great influence on the meniscus.

そこで、大滴吐出用駆動波形及び小滴吐出用駆動波形では、それぞれ(1)の電圧変化プロセスの開始時から(2)の電圧変化プロセスを開始するまでの時間、すなわちパルス幅をそれぞれヘッド10の固有周期Tcの1/2としている。   Therefore, in the large droplet ejection driving waveform and the small droplet ejection driving waveform, the time from the start of the voltage change process (1) to the start of the voltage change process (2), that is, the pulse width is set for each head 10. ½ of the natural period Tc.

このように、大滴吐出用駆動波形及び小滴吐出用駆動波形のパルス幅をヘッド10の固有周期Tcの1/2とすることで、大滴吐出用駆動波形では、(1)の電圧変化プロセスによって発生したヘッド10の振動と、(2)の電圧変化プロセスで発生したヘッド10の振動とが重畳されるので、液滴を吐出させやすくすることができ、大滴の吐出効率を向上することができる。そして、小滴吐出用駆動波形も同様に、(1)の電圧変化プロセスによって発生したヘッド10の振動と、(2)の電圧変化プロセスで発生したヘッド10の振動とが重畳されるので、これによって小滴吐出用駆動波形では、細い液柱の発生に有利となり、微小滴を効率的に吐出することができる。   As described above, by setting the pulse width of the large droplet ejection driving waveform and the small droplet ejection driving waveform to ½ of the natural period Tc of the head 10, in the large droplet ejection driving waveform, the voltage change of (1) is performed. Since the vibration of the head 10 generated by the process and the vibration of the head 10 generated by the voltage change process (2) are superimposed, it is possible to facilitate the discharge of droplets and improve the discharge efficiency of large droplets. be able to. Similarly, the vibration waveform of the head 10 generated by the voltage change process (1) and the vibration of the head 10 generated by the voltage change process (2) are superimposed on the droplet ejection driving waveform. Therefore, the small droplet ejection driving waveform is advantageous for the generation of a thin liquid column, and the micro droplets can be ejected efficiently.

また、予備波形では、(1)の電圧変化プロセスの開始時から(2)の電圧変化プロセスを開始するまでの時間、すなわち、パルス幅がヘッド10の固有周期Tcとしている。   In the preliminary waveform, the time from the start of the voltage change process (1) to the start of the voltage change process (2), that is, the pulse width is the natural period Tc of the head 10.

このように、予備波形のパルス幅を固有周期Tcとすることで、(1)の電圧変化プロセスによって発生したヘッド10の振動と、(2)の電圧変動プロセスで発生したヘッド10の振動とが相殺されて、圧力室16内の残響を効果的に抑制することができる。   In this way, by setting the pulse width of the preliminary waveform to the natural period Tc, the vibration of the head 10 generated by the voltage change process of (1) and the vibration of the head 10 generated by the voltage fluctuation process of (2). By canceling out, the reverberation in the pressure chamber 16 can be effectively suppressed.

また、上述の大滴吐出用駆動波形、小滴吐出用駆動波形、及び予備波形の各波形では、最高電圧V1と最低電圧GNDの振幅である電位差V1と、最高電圧V1と基準電圧となる中間電圧V0との電位差V2との電圧比V2/V1を変化させることによって、滴径変調範囲、高周波吐出安定性、サテライト/ミストの発生状態、及びインク増粘防止効果が変化する。   In the large droplet ejection driving waveform, the small droplet ejection driving waveform, and the preliminary waveform, the potential difference V1 that is the amplitude of the highest voltage V1 and the lowest voltage GND, and the middle that becomes the highest voltage V1 and the reference voltage. By changing the voltage ratio V2 / V1 with the potential difference V2 from the voltage V0, the droplet diameter modulation range, high-frequency ejection stability, satellite / mist generation state, and ink thickening prevention effect are changed.

そこで、まず、表1に示すように、電圧比V2/V1を変化させて、滴径変調範囲、高周波吐出安定性、サテライト/ミストの発生状態、及びインク増粘防止効果についてそれぞれ調べた。   Therefore, first, as shown in Table 1, the voltage ratio V2 / V1 was changed, and the droplet diameter modulation range, the high-frequency ejection stability, the satellite / mist generation state, and the ink thickening prevention effect were examined.

Figure 0004678158
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表1の大滴吐出の「滴体積」は、15pl以上を「◎」、10plから15plまでを「○」、10pl以下を「×」として評価した。これは、画像記録装置で一般的に用いられる400〜600dpi程度の記録解像度に対応するには、通常、15pl以上の滴体積が必要とされるためである。また、小滴吐出の「滴体積」は、2pl以下を「◎」、2plから5plまでを「○」、5pl以上を「×」として評価した。これは、2pl以下の液滴で形成した記録ドットは人間の肉眼で認識することが困難となり、粒状感の低い高画質な記録が可能となるためである。また、大滴吐出及び小滴吐出の「高周波吐出」及び「サテライト」は、20kHzでの吐出状態の観察、着弾位置精度、及びドット形状測定等を行うことによって3段階に評価し、「増粘防止」は、予備波形の印加によって液滴の吐出が発生してしまう場合を「×」、適度なメニスカス振動が発生し、十分な増粘防止効果が得られる場合を「◎」とし、液滴の吐出はないが、増粘防止効果が少ない場合、或いは問題にならない程度の液滴(サテライトやミスト)の吐出があるものの増粘防止効果を得られる場合を「○」としてそれぞれ評価した。   The “drop volume” for large droplet discharge in Table 1 was evaluated as “◎” for 15 pl or more, “◯” for 10 pl to 15 pl, and “x” for 10 pl or less. This is because a droplet volume of 15 pl or more is usually required to cope with a recording resolution of about 400 to 600 dpi that is generally used in an image recording apparatus. The “drop volume” of small droplet ejection was evaluated as “評 価” when 2 pl or less, “◯” when 2 pl to 5 pl, and “x” when 5 pl or more. This is because the recording dots formed with droplets of 2 pl or less are difficult to recognize with the human eye, and high-quality recording with low graininess is possible. In addition, “high frequency ejection” and “satellite” for large droplet ejection and small droplet ejection are evaluated in three stages by observing the ejection state at 20 kHz, landing position accuracy, and dot shape measurement, etc. `` Prevention '' means `` X '' when droplet discharge occurs due to the application of the preliminary waveform, `` ◎ '' when moderate meniscus vibration occurs and sufficient thickening prevention effect is obtained, In the case where there is no discharge of water, but the effect of preventing thickening is small, or the case where there is discharge of liquid droplets (satellite or mist) to the extent that does not cause a problem, the case where the effect of preventing thickening can be obtained was evaluated as “◯”.

このように、表1から、電圧比V2/V1を0.25〜0.45の範囲内に設定することにより、滴径変調範囲、高周波吐出安定性、サテライト/ミストの発生状態、及びインク増粘防止効果の全ての要求を満足することが可能となることがわかる。また、さらに好ましい条件として、電圧比V2/V1を0.3〜0.35の範囲に設定することが望ましい。   Thus, from Table 1, by setting the voltage ratio V2 / V1 within the range of 0.25 to 0.45, the droplet diameter modulation range, high-frequency ejection stability, satellite / mist generation state, and ink increase It can be seen that it is possible to satisfy all the requirements for the anti-sticking effect. Further, as a more preferable condition, it is desirable to set the voltage ratio V2 / V1 within a range of 0.3 to 0.35.

従って、大滴吐出用駆動波形、小滴吐出用駆動波形、及び予備波形のそれぞれに対して、上述の電圧比V2/V1が0.25〜0.45の範囲内となるように各駆動波形を設定することによって、滴径変調範囲、高周波吐出安定性、サテライト/ミストの発生状態、及びインク増粘防止効果の全ての要求範囲を満足したインク吐出を行うことができる。   Accordingly, each drive waveform is set such that the voltage ratio V2 / V1 is within the range of 0.25 to 0.45 for each of the large droplet ejection drive waveform, the small droplet ejection drive waveform, and the preliminary waveform. Thus, it is possible to perform ink ejection satisfying all the required ranges of the droplet diameter modulation range, high-frequency ejection stability, satellite / mist generation state, and ink thickening prevention effect.

すなわち、大滴を吐出する際には、大きな滴体積の確保が可能となると同時に、圧力室16内の残響強度を適正化できると共に、高周波での吐出安定性を確保することができ、サテライトやミストの発生も防止することが可能となる。   That is, when discharging a large droplet, it is possible to secure a large droplet volume, and at the same time, it is possible to optimize the reverberation intensity in the pressure chamber 16 and to ensure discharge stability at a high frequency. Occurrence of mist can be prevented.

また、小滴吐出する際には、微小滴の吐出が可能となると同時に、圧力室16内の残響強度を適正化できると共に、高周波での吐出安定性を確保することができ、サテライトやミストの発生も防止することが可能となる。   In addition, when ejecting small droplets, micro droplets can be ejected, and at the same time, the reverberation intensity in the pressure chamber 16 can be optimized, and ejection stability at high frequencies can be ensured. Occurrence can also be prevented.

さらに、予備波形を用いて増粘防止を行う際には、インクを吐出することなく、メニスカスに微小振動を加えることができ、効果的に増粘防止を行うことが可能となる。   Further, when preventing the increase in viscosity using the preliminary waveform, it is possible to apply a minute vibration to the meniscus without ejecting ink, and it is possible to effectively prevent the increase in viscosity.

一方、上述のような大滴吐出用駆動波形、小滴吐出用駆動波形、及び予備波形は、上述の電圧比V2/V1の他に、各電圧変化プロセス時の電圧の立上げ時間tr及び立ち下げ時間tfによって、滴体積が変化する。特に、小滴吐出によって高精細な画像を記録する場合には、各電圧変化プロセス時の電圧の立上げ時間tf及び立ち下げ時間tfの影響が大きい。   On the other hand, the large droplet ejection driving waveform, the small droplet ejection driving waveform, and the preliminary waveform as described above are not limited to the voltage ratio V2 / V1 described above, and the voltage rise time tr and the rise time during each voltage changing process. The drop volume changes depending on the drop time tf. In particular, when a high-definition image is recorded by droplet ejection, the influence of the voltage rise time tf and the fall time tf during each voltage change process is large.

そこで、小滴吐出時に電圧の立上げ時間tr及び立ち下げ時間tfを変化させて、小滴の滴体積を測定した。   Therefore, the droplet volume of the droplet was measured by changing the voltage rise time tr and the fall time tf during droplet ejection.

図5は、電圧の立上げ時間tr及び立ち下げ時間tfの変化に伴う微小滴の滴体積の変化を測定した結果を示すグラフである。なお、図5では、ヘッド10の固有周期Tcが10μsのものを一例として測定した結果を示す。   FIG. 5 is a graph showing the result of measuring the change in the droplet volume of the microdroplet accompanying the change in the voltage rise time tr and the fall time tf. FIG. 5 shows the result of measurement using an example in which the natural period Tc of the head 10 is 10 μs.

高画質な画像記録を行うためには、微小滴の滴体積を少なくとも4pl以下にする必要がある。すなわち、図5から分かるように、4pl以下にするためには、電圧の立上げ時間tr及び立ち下げ時間tfを約2.5μs以下に設定する必要がある。ここで、図5では、ヘッド10の固有周期Tcが10μsであるので、他の固有周期のヘッドを用いた場合を考えると、電圧の立上げ時間tr及び立ち下げ時間tfを固有周期Tcの1/4に設定することで、微小滴の滴体積を4pl以下にすることができる。   In order to perform high-quality image recording, it is necessary that the droplet volume of the microdroplet be at least 4 pl or less. That is, as can be seen from FIG. 5, in order to make the voltage 4 pl or less, it is necessary to set the voltage rise time tr and the fall time tf to about 2.5 μs or less. Here, in FIG. 5, the natural period Tc of the head 10 is 10 μs. Therefore, considering the case of using a head with another natural period, the voltage rise time tr and the fall time tf are set to 1 of the natural period Tc. By setting to / 4, the droplet volume of the fine droplets can be reduced to 4 pl or less.

従って、電圧の立上げ時間tr及び立ち下げ時間tfをヘッド10の固有周期Tcの1/4とすることによって、微小滴の吐出を行うことができ、高画質な画像を記録することが可能となる。   Therefore, by setting the voltage rise time tr and the fall time tf to ¼ of the natural period Tc of the head 10, it is possible to eject microdroplets and record a high-quality image. Become.

ここで、上述のヘッド10を搭載した液滴吐出装置としてのインクジェット記録装置の一例について説明する。図6は、本発明の実施の形態に係わるインクジェット記録装置の一例を示す図である。   Here, an example of an ink jet recording apparatus as a droplet discharge apparatus equipped with the above-described head 10 will be described. FIG. 6 is a diagram showing an example of the ink jet recording apparatus according to the embodiment of the present invention.

インクジェット記録装置は、上述のヘッド10を搭載するキャリッジ36、キャリッジ36を主走査方向Xに走査するための主走査機構38、記録媒体としての記録用紙40を副走査方向Yに搬送するための副走査機構42を含んで構成されている。   The ink jet recording apparatus includes a carriage 36 on which the above-described head 10 is mounted, a main scanning mechanism 38 for scanning the carriage 36 in the main scanning direction X, and a sub scanning direction 40 for conveying a recording paper 40 as a recording medium in the sub scanning direction Y. A scanning mechanism 42 is included.

ヘッドはノズル面が記録用紙40と対向するようにキャリッジ36上に搭載され、主走査方向Xに搬送されながら記録用紙40に対して液滴としてインク滴を吐出することにより、一定のバンド領域44に対して記録を行う。次いで、記録用紙40を副走査方向Yに搬送し、再びキャリッジ36を主走査方向Xに搬送しながら次のバンド領域を記録する。   The head is mounted on the carriage 36 such that the nozzle surface faces the recording paper 40 and ejects ink droplets as droplets onto the recording paper 40 while being transported in the main scanning direction X, whereby a certain band region 44 is obtained. To record. Next, the recording paper 40 is conveyed in the sub-scanning direction Y, and the next band area is recorded while the carriage 36 is conveyed again in the main scanning direction X.

実際に、このようなインクジェット記録装置を用いて画像記録を行い、画像品質の評価を行った。インク滴を吐出する液滴吐出制御には、上記の実施の形態で述べた駆動方法を使用した。イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの4色のインクに対応させて、1色あたり260個のイジェクタを有するマトリクス状配列ヘッドをキャリッジ36上に並べて配置し、記録用紙有る上で4色のドットを重ね合わせることにより、フルカラー画像記録を行った。その結果、各イジェクタから安定した吐出を実現でき、極めて高い品質の画像記録を記録用紙全面にわたって実行することができた。   Actually, image recording was performed using such an ink jet recording apparatus, and the image quality was evaluated. The driving method described in the above embodiment was used for droplet discharge control for discharging ink droplets. A matrix-like array head having 260 ejectors per color is arranged side by side on the carriage 36 so as to correspond to four colors of yellow, magenta, cyan, and black, and the four color dots are superimposed on the recording paper. By combining them, full color image recording was performed. As a result, stable ejection from each ejector could be realized, and extremely high quality image recording could be performed over the entire recording paper.

なお、液滴吐出装置として説明した上記インクジェット記録装置では、ヘッド10をキャリッジ36によって搬送しながら記録を行う形態を説明したが、ノズルを記録媒体の全幅にわたって配置したライン型ヘッドを用いて、ヘッドを固定して記録媒体のみを搬送しながら記録を行う(この場合には、主走査のみとなる)など、別の装置形態に本発明を適用することも可能である。   In the above-described ink jet recording apparatus described as the droplet discharge apparatus, the form in which the recording is performed while the head 10 is conveyed by the carriage 36 has been described. It is also possible to apply the present invention to another apparatus form such as performing recording while transporting only the recording medium while fixing the image (in this case, only main scanning is performed).

また、上記の実施の形態では、インクジェット記録装置のヘッド10に本発明を適用した例を説明したが、これに限るものではなく、液滴を吐出する液滴吐出ヘッドあれば、他の装置に適用することも可能である。   In the above embodiment, the example in which the present invention is applied to the head 10 of the ink jet recording apparatus has been described. However, the present invention is not limited to this. It is also possible to apply.

例えば、上記実施の形態では、圧力発生手段として圧電アクチュエータを用いたが、静電力や磁気力を利用した電気機械変換素子や、沸騰現象を利用して圧力を発生させるための電気熱変換素子など、他の圧力発生手段を用いてもかまわない。また、圧電アクチュエータとしても、本実施の形態で使用した単板型の圧電アクチュエータの他に、縦振動タイプの積層型圧電アクチュエータなど、別の形態のアクチュエータを用いてもかまわない。   For example, in the above embodiment, a piezoelectric actuator is used as the pressure generating means. However, an electromechanical conversion element using electrostatic force or magnetic force, an electrothermal conversion element for generating pressure using a boiling phenomenon, or the like. Other pressure generating means may be used. Also, as the piezoelectric actuator, in addition to the single plate type piezoelectric actuator used in the present embodiment, an actuator of another form such as a longitudinal vibration type stacked piezoelectric actuator may be used.

また、上記の実施の形態では、記録紙上に着色インクを吐出して文字や画像などの記録を行うインクジェット記録装置を例に挙げて説明したが、本明細書におけるインクジェット記録装置とは、記録紙上への文字や画像の記録に限定されるものではない。すなわち、記録媒体は紙に限定されるわけではなく、また、吐出する液体も着色インクに限定されるものではない。例えば、高分子フィルムやガラス上に着色インクを吐出してディスプレイ用のカラーフィルタを作製したり、溶融状態のハンダを基板上に吐出して部品実装用のバンプを形成したりするなど、工業的に用いられる液的噴射装置一般に対して、本発明を利用することも可能である。   Further, in the above-described embodiment, the ink jet recording apparatus that records characters, images, and the like by discharging colored ink onto the recording paper has been described as an example. However, the ink jet recording apparatus in this specification refers to an ink jet recording apparatus on the recording paper. It is not limited to the recording of characters and images on That is, the recording medium is not limited to paper, and the liquid to be discharged is not limited to colored ink. For example, it is possible to produce color filters for displays by discharging colored ink onto polymer films or glass, or to form bumps for component mounting by discharging molten solder onto a substrate. It is also possible to use the present invention for the general liquid ejecting apparatus used in the above.

本発明の実施の形態に係わるインクジェット記録装置の1ノズルあたりのヘッド構造を示す図である。1 is a diagram showing a head structure per nozzle of an ink jet recording apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 本発明の実施の形態に係わるインクジェット記録装置のヘッドを駆動する駆動回路を示す図である。1 is a diagram illustrating a drive circuit that drives a head of an ink jet recording apparatus according to an embodiment of the present invention. 駆動回路によって圧電素子に印加される駆動信号の電圧波形の一例を示す。An example of the voltage waveform of the drive signal applied to a piezoelectric element by a drive circuit is shown. 小滴吐出用駆動波形が印加された場合の、ノズル内での液体の挙動を示す図である。It is a figure which shows the behavior of the liquid in a nozzle when the drive waveform for small droplet discharge is applied. ヘッドの固有周期Tcが10μsの時の電圧の立上げ時間及び立ち下げ時間の変化に伴う微小滴の滴体積の変化を測定した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having measured the change of the volume of a micro drop accompanying change of the rise time and fall time of the voltage when the natural period Tc of a head is 10 microseconds. 本発明の実施の形態に係わるインクジェット記録装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the inkjet recording device concerning embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 ヘッド
12 インクタンク
14 供給路
16 圧力室
18 ノズル
20 圧電素子
22 スイッチング回路
30 駆動回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Head 12 Ink tank 14 Supply path 16 Pressure chamber 18 Nozzle 20 Piezoelectric element 22 Switching circuit 30 Drive circuit

Claims (6)

電気機械変換素子に駆動信号を印加して当該電気機械変換素子を変形させることで圧力室に圧力変化を生じさせ、圧力室内に充填された液体を圧力室と連通するノズルから液滴として吐出する液滴吐出ヘッドの駆動方法であって、
前記駆動信号として、電圧波形の電圧レベルが3値で且つ立ち上げ時間及び立ち下げ時間がそれぞれ1種類である矩形駆動波であって、第1の滴径の液滴を吐出するための第1駆動波形、第1の滴径よりも小さい第2の滴径の液滴を吐出するための第2駆動波形、及び液滴を吐出せずに液面を振動させるための第3駆動波形から選択された何れかの駆動波形を有する矩形駆動波を用い、
3値の電圧レベルのうち最低電圧と最高電圧の電位差をV1、最高電圧と中間電圧の電位差をV2としたときに、V1とV2の電圧比V2/V1を0.25〜0.45の範囲で設定して電気機械変換素子に印加することを特徴とする液滴吐出ヘッドの駆動方法。
By applying a drive signal to the electromechanical conversion element and deforming the electromechanical conversion element, a pressure change is generated in the pressure chamber, and the liquid filled in the pressure chamber is discharged as a droplet from a nozzle communicating with the pressure chamber. A method of driving a droplet discharge head,
The drive signal is a rectangular drive wave whose voltage waveform has a ternary voltage level and one type of rise time and fall time, and is a first for discharging a droplet having a first droplet diameter. Select from a driving waveform, a second driving waveform for ejecting a droplet having a second droplet diameter smaller than the first droplet size, and a third driving waveform for vibrating the liquid surface without ejecting the droplet Using a rectangular drive wave having any of the drive waveforms
When the potential difference between the lowest voltage and the highest voltage is V1 and the potential difference between the highest voltage and the intermediate voltage is V2, the voltage ratio V2 / V1 between V1 and V2 is in the range of 0.25 to 0.45. A method for driving a droplet discharge head, characterized in that the droplet discharge head is set and applied to an electromechanical transducer.
前記第1駆動波形は、印加する電圧を中間電圧から最低電圧に変化させてメニスカスを前記圧力室側に引き込む第1電圧変化プロセスと、印加する電圧を最低電圧から最高電圧に変化させて前記圧力室の体積を収縮させて液滴を吐出させる第2電圧変化プロセスと、印加する電圧を最高電圧から中間電圧に変化させて前記圧力室内の残響を調整する第3電圧変化プロセスと、を含んで構成し、
前記第2駆動波形は、前記第1電圧変化プロセスと、印加する電圧を最低電圧から中間電圧に変化させて液柱を形成する第4電圧変化プロセスと、印加する電圧を中間電圧から最低電圧に変化させて前記メニスカスを前記圧力室側に引き込んで液滴を吐出する第5電圧変化プロセスと、印加する電圧を最低電圧から中間電圧に変化させて前記圧力室内の残響を調整する第6電圧変化プロセスと、を含んで構成し、
前記第3駆動波形は、印加する電圧を中間電圧から最高電圧に変化させてメニスカスに微少振動を発生開始させる第7電圧変化プロセスと、前記第3電圧変化プロセスと、を含んで構成することを特徴とする請求項1に記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
The first driving waveform includes a first voltage changing process in which an applied voltage is changed from an intermediate voltage to a minimum voltage to draw a meniscus toward the pressure chamber side, and an applied voltage is changed from a minimum voltage to a maximum voltage. A second voltage changing process for contracting the volume of the chamber and discharging droplets; and a third voltage changing process for adjusting the reverberation in the pressure chamber by changing the applied voltage from the highest voltage to an intermediate voltage. Configure
The second driving waveform includes the first voltage changing process, a fourth voltage changing process for forming a liquid column by changing the applied voltage from the lowest voltage to the intermediate voltage, and the applied voltage from the intermediate voltage to the lowest voltage. A fifth voltage change process for changing the pressure to draw the meniscus toward the pressure chamber and discharging a droplet, and a sixth voltage change for adjusting the reverberation in the pressure chamber by changing the applied voltage from the lowest voltage to an intermediate voltage. A process comprising,
The third drive waveform includes a seventh voltage change process for changing the applied voltage from an intermediate voltage to a maximum voltage to start generation of minute vibrations in the meniscus, and the third voltage change process. The method for driving a droplet discharge head according to claim 1 .
前記矩形駆動波の立上げ時間及び立ち下がり時間を前記液滴吐出ヘッドの固有周期の1/4以下に設定して電気機械変換素子に印加することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。 To claim 1 or claim 2, characterized in applying a start-up time and the fall time of the rectangular drive wave to the electromechanical conversion element is set to 1/4 or less of the natural periods of the droplet ejection heads A method of driving the liquid droplet ejection head as described. 前記第1駆動波形は、前記第1電圧変化プロセス開始から前記第2電圧変化プロセス開始までの時間、及び前記第2電圧変化プロセス開始から前記第3電圧変化プロセス開始までの時間を前記液滴吐出ヘッドの固有周期の1/2に設定し、
前記第2駆動波形は、前記第1電圧変化プロセス開始から前記第4電圧変化プロセス開始までの時間を前記固有周期の1/2に設定し、
前記第3駆動波形は、前記第7電圧変化プロセス開始から前記第8電圧変化プロセス開始までの時間を前記固有周期と一致するように設定することを特徴とする請求項2乃至請求項4の何れか1項に記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法。
The first driving waveform includes a time from the start of the first voltage change process to the start of the second voltage change process, and a time from the start of the second voltage change process to the start of the third voltage change process. Set to 1/2 of the natural period of the head,
The second drive waveform sets a time from the start of the first voltage change process to the start of the fourth voltage change process to ½ of the natural period,
The third drive waveform is either from the seventh voltage changing process starts of claims 2 to 4 and sets the time to start the eighth voltage changing process so as to coincide with the natural period A method for driving a droplet discharge head according to claim 1 .
液体が充填される圧力室と、
前記圧力室と連通するノズルと、
駆動信号が印加されると変形して、前記圧力室に圧力波を発生させ、充填された液体を前記ノズルから液滴として吐出させる電気機械変換素子と、
前記電気機械変換素子を請求項1乃至請求項4の何れか1項に記載の液滴吐出ヘッドの駆動方法で駆動信号を印加する駆動回路と、
を含む液滴吐出ヘッド。
A pressure chamber filled with liquid;
A nozzle communicating with the pressure chamber;
An electromechanical transducer that deforms when a drive signal is applied, generates a pressure wave in the pressure chamber, and discharges the filled liquid as droplets from the nozzle;
A driving circuit that applies a driving signal to the electromechanical transducer by the driving method of the droplet discharge head according to any one of claims 1 to 4 ,
Including a droplet discharge head.
請求項5に記載の液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置。 A droplet discharge device comprising the droplet discharge head according to claim 5 .
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