JP6978160B2 - Inkjet heads and inkjet printers - Google Patents

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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Description

本発明の実施形態は、インクジェットヘッド及びインクジェットプリンタに関する。 Embodiments of the present invention relate to inkjet heads and inkjet printers.

インクジェットプリンタに搭載されるインクジェットヘッドには、シア(Shear)モード・シェアウォール・サイドシュータ型のインクジェットヘッドがある。シアモード・シェアウォール・サイドシュータ型のインクジェットヘッドのアクチュエータは、例えば基板上に2枚の圧電部材を分極方向が相反するように積層した一対の側壁を有する駆動圧力室を備える。そして、圧電部材の分極軸に直交する方向に所定の駆動電界を印加して側壁にせん断歪みを生じさせ、駆動圧力室内を加圧又は減圧後に加圧することによってインクを吐出させる。 Inkjet heads mounted on inkjet printers include Shear mode sharewall sideshooter type inkjet heads. The actuator of the shear mode share wall side shooter type inkjet head includes, for example, a drive pressure chamber having a pair of side walls in which two piezoelectric members are laminated so that the polarization directions are opposite to each other on a substrate. Then, a predetermined driving electric field is applied in a direction orthogonal to the polarization axis of the piezoelectric member to cause shear strain in the side wall, and the driving pressure chamber is pressurized or depressurized and then pressurized to eject ink.

圧電部材は、通常、駆動電界の印加を止めても元の状態に戻らないヒステリシスを有する。そのため、実用的には、ヒステリシスの少ない線形領域を使用したり、ヒステリシスの少ない圧電材料を選択したりしている。ヒステリシスのために、駆動電界の印加を止めても圧電部材に事前の動作方向(加圧又は減圧)の歪みの履歴が残ってしまうためである。 The piezoelectric member usually has a hysteresis that does not return to the original state even if the application of the driving electric field is stopped. Therefore, practically, a linear region having a small hysteresis is used, or a piezoelectric material having a small hysteresis is selected. This is because, due to hysteresis, even if the application of the driving electric field is stopped, the history of distortion in the operating direction (pressurization or depressurization) in advance remains in the piezoelectric member.

一方で、ヒステリシスの大きい圧電材料は、大電界で駆動させるほど大きく歪み、且つプラスマイナスの双方向に歪ませれば、駆動圧力室を大きく加圧及び減圧できる利点がある。しかしながら、シアモード・シェアウォール・サイドシュータ型のインクジェットヘッドは、隣り合う駆動圧力室が圧電部材の側壁を共有しているため、直前の圧電部材の歪みの履歴がプラス方向の場合もあればマイナス方向の場合もある。さらに、例えば一度減圧してから加圧するようにしても、直前の動作方向の歪みの履歴がプラス方向の場合とマイナス方向の場合とでは減圧量が違ってくる為、改善はされるものの依然としてクロストークの問題が残ってしまう。 On the other hand, the piezoelectric material having a large hysteresis has an advantage that the driving pressure chamber can be greatly pressurized and depressurized if it is distorted so much that it is driven by a large electric field and is distorted in both positive and negative directions. However, in the shear mode share wall side shooter type inkjet head, since the adjacent drive pressure chambers share the side wall of the piezoelectric member, the history of distortion of the immediately preceding piezoelectric member may be in the positive direction or in the negative direction. In some cases. Furthermore, for example, even if the pressure is reduced once and then the pressure is applied, the amount of pressure reduction differs depending on whether the history of distortion in the immediately preceding operating direction is in the positive direction or in the negative direction. The problem of talk remains.

このような理由から、実用的には、インクジェットヘッドのアクチュエータの圧電部材にヒステリシスの大きい圧電材料を用いることは避けられていた。 For this reason, practically, it has been avoided to use a piezoelectric material having a large hysteresis for the piezoelectric member of the actuator of the inkjet head.

特開2016−22645号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-22645 特開2004−136634号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-136634 特開2004−202706号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-202706

本発明が解決しようとする課題は、圧電部材にヒステリシスの大きい圧電材料を用いて大きな歪みで駆動させることのできるアクチュエータを備えたインクジェットヘッド及びインクジェットプリンタを提供することにある。 An object to be solved by the present invention is to provide an inkjet head and an inkjet printer provided with an actuator capable of driving a piezoelectric member with a piezoelectric material having a large hysteresis with a large strain.

上記課題を解決するために、実施形態のインクジェットヘッドは、圧電部材で形成された一対の側壁を有し、インク供給路及びノズルと連通する駆動圧力室と、前記駆動圧力室の両側に前記側壁を介して設けられた空気室と、前記圧電部材に駆動電界を印加する駆動回路と、を含む独立駆動型のアクチュエータを備える。前記駆動圧力室及び空気室は、基板の一面に間隔をあけて配列した前記圧電部材で形成された複数の側壁と、前記側壁に接して配置されるノズルプレートと、前記側壁の両端側に配置され、駆動圧力室に対応する箇所にインクの供給口及び排出口を有する一対のカバープレートにより形成されている。そして、圧電部材は、電界300V/mmのときの圧電定数d15が1000pC/N以上となる鉛含有圧電材料で形成されている。 In order to solve the above problems, the inkjet head of the embodiment has a pair of side walls formed of a piezoelectric member, a drive pressure chamber communicating with an ink supply path and a nozzle, and the side walls on both sides of the drive pressure chamber. It is provided with an independently drive type actuator including an air chamber provided via the above and a drive circuit for applying a drive electric field to the piezoelectric member. The drive pressure chamber and the air chamber are arranged on a plurality of side walls formed of the piezoelectric members arranged at intervals on one surface of the substrate, a nozzle plate arranged in contact with the side wall, and both ends of the side wall. It is formed by a pair of cover plates having an ink supply port and an ink discharge port at a location corresponding to the drive pressure chamber. The piezoelectric member, the piezoelectric constant d 15 when the electric field 300 V / mm is formed in the lead-containing piezoelectric material as a 1000pC / N or more.

他の実施形態のインクジェットヘッドは、圧電部材で形成された一対の側壁を有し、インク供給路及びノズルと連通する駆動圧力室と、前記駆動圧力室の両側に前記側壁を介して設けられた空気室と、前記圧電部材に駆動電界を印加する駆動回路と、を含む独立駆動型のアクチュエータを備える。前記駆動圧力室及び空気室は、基板の一面に間隔をあけて配列した前記圧電部材で形成された複数の側壁と、前記側壁に接して配置されるノズルプレートと、前記側壁の両端側に配置され、駆動圧力室に対応する箇所にインクの供給口及び排出口を有する一対のカバープレートにより形成されている。そして、圧電部材は、電界300V/mmのときの圧電定数d15が400pC/N以上となる鉛非含有圧電材料で形成されている。 The inkjet head of another embodiment has a pair of side walls formed of a piezoelectric member, and is provided with a drive pressure chamber communicating with an ink supply path and a nozzle, and both sides of the drive pressure chamber via the side walls. It includes an independently drive type actuator including an air chamber and a drive circuit for applying a drive electric field to the piezoelectric member. The drive pressure chamber and the air chamber are arranged on a plurality of side walls formed of the piezoelectric members arranged at intervals on one surface of the substrate, a nozzle plate arranged in contact with the side wall, and both ends of the side wall. It is formed by a pair of cover plates having an ink supply port and an ink discharge port at a location corresponding to the drive pressure chamber. The piezoelectric member, the piezoelectric constant d 15 when the electric field 300 V / mm is formed in the lead-free piezoelectric material which is a 400 pC / N or more.

実施形態のインクジェットヘッドを搭載したインクジェットプリンタの概略構成を示す縦断面図である。It is a vertical sectional view which shows the schematic structure of the inkjet printer equipped with the inkjet head of an embodiment. 実施形態のインクジェットヘッドの概略構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the schematic structure of the inkjet head of an embodiment. 実施形態のインクジェットヘッドの内部構造を示す部分断面図である。It is a partial cross-sectional view which shows the internal structure of the inkjet head of an embodiment. 実施形態のインクジェットヘッドの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the inkjet head of an embodiment. 実施形態のインクジェットヘッドの他の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other structure of the inkjet head of an embodiment. 実施形態のインクジェットヘッドに用いる圧電部材のヒステリシス曲線である。It is a hysteresis curve of the piezoelectric member used for the inkjet head of an embodiment. 実施形態のインクジェットヘッドの圧電部材に用いる圧電材料の圧電定数d15を示す特性図である。It is a characteristic diagram showing the piezoelectric constant d 15 of the piezoelectric material used for the piezoelectric member of the ink jet head of the embodiment. 圧電材料の圧電定数d15を測定する方法を説明する説明図である。It is an explanatory view for explaining a method of measuring the piezoelectric constant d 15 of the piezoelectric material. 実施形態のインクジェットヘッドに印加する駆動電圧の波形図である。It is a waveform diagram of the drive voltage applied to the inkjet head of an embodiment. 実施形態のインクジェットヘッドの動作を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the operation of the inkjet head of an embodiment.

以下、実施形態に従うインクジェットヘッド及びインクジェットプリンタについて、添付図面を参照しながら詳述する。なお、各図において、同一構成は同一の符号を付している。 Hereinafter, the inkjet head and the inkjet printer according to the embodiment will be described in detail with reference to the attached drawings. In each figure, the same configurations are designated by the same reference numerals.

実施形態のインクジェットヘッドを搭載したインクジェットプリンタとして、シートSなどの記録媒体に画像を印刷するインクジェットプリンタ100を例示して説明する。図1は、4つのインクジェットヘッド10A〜10Dを搭載したインクジェットプリンタ100の概略構成を示している。インクジェットプリンタ100は、例えば外装体である箱型の筐体101を備えている。筐体101の内部には、記録媒体の一例であるシートSを収納するカセット102A,102B、シートSの上流搬送路106、画像の印刷を行うシートSを搬送自在に保持する搬送ベルト110、シートSに向けてインク滴を吐出するインクジェットヘッド10A〜10D、シートSの下流搬送路120、及び排出トレイ123が配置されている。インクジェットプリンタ100は、さらに、ユーザーインターフェイスである表示画面等を含む操作部144、制御部としての制御基板140を備えている。 As an inkjet printer equipped with the inkjet head of the embodiment, an inkjet printer 100 that prints an image on a recording medium such as a sheet S will be described as an example. FIG. 1 shows a schematic configuration of an inkjet printer 100 equipped with four inkjet heads 10A to 10D. The inkjet printer 100 includes, for example, a box-shaped housing 101 which is an exterior body. Inside the housing 101, cassettes 102A and 102B for storing the sheet S, which is an example of a recording medium, an upstream transport path 106 for the sheet S, a transport belt 110 for freely transporting the sheet S for printing an image, and a sheet. Inkjet heads 10A to 10D for ejecting ink droplets toward S, a downstream transport path 120 for the sheet S, and an ejection tray 123 are arranged. The inkjet printer 100 further includes an operation unit 144 including a display screen and the like as a user interface, and a control board 140 as a control unit.

インクジェットプリンタ100がシートSに形成する画像のデータは、例えばコンピュータ150で生成される。コンピュータ150で生成された画像データは、ケーブル143、コネクタ141A,141Bを通してインクジェットプリンタ100に入力される。インクジェットヘッド10A〜10Dは、例えば、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックのインク滴を搬送ベルト110上のシートSの所定の位置に所定量吐出して、画像データに対応する画像をシートSに印刷する。 The image data formed on the sheet S by the inkjet printer 100 is generated by, for example, a computer 150. The image data generated by the computer 150 is input to the inkjet printer 100 through the cable 143 and the connectors 141A and 141B. For example, the inkjet heads 10A to 10D eject a predetermined amount of cyan, magenta, yellow, and black ink droplets at a predetermined position on the sheet S on the transport belt 110, and print an image corresponding to the image data on the sheet S. ..

カセット102A及びカセット102Bは、例えば異なるサイズのシートSを収容する。上流搬送路106は、送りローラ対105a、105b、105cと、シート搬送経路を規定するシート案内板106a、106bで構成されている。ピックアップローラ104は、カセット102AからシートSを一枚ずつ上流搬送路106へ供給する。シートSは、回転する送りローラ対105a、105bによって搬送され、送りローラ対105aを通過後、シート案内板106aによって搬送ベルト110の上面へ送られる。図中の矢印R1は、カセット102AからのシートSの搬送経路を示す。一方、ピックアップローラ109は、カセット102BからシートSを一枚ずつ上流搬送路106へ供給する。シートSは、回転する送りローラ対105a、105b、105cによって搬送され、送りローラ対105cを通過後、シート案内板106a、106bによって搬送ベルト110の上面へ送られる。図中の矢印R2は、カセット102BからのシートSの搬送経路を示す。 The cassette 102A and the cassette 102B accommodate, for example, different sized sheets S. The upstream transport path 106 is composed of a feed roller pair 105a, 105b, 105c and a seat guide plate 106a, 106b that defines a seat transport path. The pickup roller 104 supplies the sheets S one by one from the cassette 102A to the upstream transport path 106. The sheet S is conveyed by the rotating feed roller pairs 105a and 105b, and after passing through the feed roller pair 105a, is conveyed to the upper surface of the transfer belt 110 by the sheet guide plate 106a. The arrow R1 in the figure indicates a transport path of the sheet S from the cassette 102A. On the other hand, the pickup roller 109 supplies the sheets S one by one from the cassette 102B to the upstream transport path 106. The sheet S is conveyed by the rotating feed roller pairs 105a, 105b, 105c, and after passing through the feed roller pair 105c, is conveyed to the upper surface of the transfer belt 110 by the sheet guide plates 106a, 106b. An arrow R2 in the figure indicates a transport path of the sheet S from the cassette 102B.

搬送ベルト110は、表面に多数の貫通孔が形成された網状の無端ベルトである。搬送ベルト110は、駆動ローラ112a、従動ローラ112b、112cの3本のローラによって回転自在に支持されている。駆動ローラ112aは、駆動装置の一例であるモータ111によって回転される。図中R3は、搬送ベルト110の回転方向を示す。搬送ベルト110の裏面側には、負圧容器113が配置されている。負圧容器113の上面は、搬送ベルト110の裏面に接している。負圧容器113上面には、多数の微細孔114が形成されている。負圧容器113は、減圧用のファン115と連結しており、ファン115が形成する気流によって容器内が減圧される。図中R4は、気流の流れを示している。シートSは、負圧容器113が減圧されることによって搬送ベルト110の上面に吸着保持される。カセット102A、102B、上流搬送路106、及び搬送ベルト110によって、シートSをインクジェットヘッド10A〜10Dと対向する位置まで搬送する記録媒体搬送装置が構成されている。搬送ベルト110の上面に吸着保持されたシートSは、インクジェットヘッド10A〜10Dの下方を通過する際に、画像が形成される。 The conveyor belt 110 is a net-like endless belt having a large number of through holes formed on its surface. The transport belt 110 is rotatably supported by three rollers, a drive roller 112a, a driven roller 112b, and 112c. The drive roller 112a is rotated by a motor 111, which is an example of a drive device. In the figure, R3 indicates the rotation direction of the transport belt 110. A negative pressure container 113 is arranged on the back surface side of the transport belt 110. The upper surface of the negative pressure container 113 is in contact with the back surface of the transport belt 110. A large number of micropores 114 are formed on the upper surface of the negative pressure container 113. The negative pressure container 113 is connected to the decompression fan 115, and the inside of the container is depressurized by the air flow formed by the fan 115. In the figure, R4 indicates the flow of airflow. The sheet S is adsorbed and held on the upper surface of the transport belt 110 by depressurizing the negative pressure container 113. The cassettes 102A and 102B, the upstream transport path 106, and the transport belt 110 constitute a recording medium transport device that transports the sheet S to a position facing the inkjet heads 10A to 10D. When the sheet S attracted and held on the upper surface of the transport belt 110 passes below the inkjet heads 10A to 10D, an image is formed.

インクジェットヘッド10A〜10Dは、搬送ベルト110上に吸着保持されたシートSに対して例えば1mmの僅かな隙間を介して対向するように配置されている。インクジェットヘッド10A〜10Dは、吐出するインクの色が異なることを除けば、同じ構造になっている。インクジェットヘッド10A〜10Dの詳細な構造は後述する。 The inkjet heads 10A to 10D are arranged so as to face the sheet S attracted and held on the transport belt 110 with a slight gap of, for example, 1 mm. The inkjet heads 10A to 10D have the same structure except that the colors of the ejected inks are different. The detailed structure of the inkjet heads 10A to 10D will be described later.

各インクジェットヘッド10A〜10Dには、インクの流路135を介してインクタンク130A〜130D及びインク供給圧力調整装置131A〜131Dが夫々連結されている。インクを循環式で供給する場合は、インクの流路135に往路と復路が設けられる。インクの流路135は、例えば樹脂製チューブである。インクジェットヘッド10B〜10Dも同様である。インクタンク130A〜130Dは、インクを貯留した容器である。さらに、各インクジェットヘッド10A〜10Dの近傍に、メンテナンスユニット132A〜132Dが配置されている。例えばインクジェットヘッド10Aのメンテナンスユニット132Aは、インクジェットヘッド10Aのノズル25の表面を保護するキャップ133、ノズル25の表面に残留する付着物を除去するブレード134を備えている。他のインクジェットヘッド10B〜10Dのメンテナンスユニット132B〜132Dも、同様の構成である。 The ink tanks 130A to 130D and the ink supply pressure adjusting devices 131A to 131D are connected to the inkjet heads 10A to 10D via the ink flow path 135, respectively. When the ink is supplied in a circulating manner, an outward path and a return path are provided in the ink flow path 135. The ink flow path 135 is, for example, a resin tube. The same applies to the inkjet heads 10B to 10D. The ink tanks 130A to 130D are containers for storing ink. Further, maintenance units 132A to 132D are arranged in the vicinity of the inkjet heads 10A to 10D. For example, the maintenance unit 132A of the inkjet head 10A includes a cap 133 that protects the surface of the nozzle 25 of the inkjet head 10A, and a blade 134 that removes deposits remaining on the surface of the nozzle 25. The maintenance units 132B to 132D of the other inkjet heads 10B to 10D have the same configuration.

各インクタンク130A〜130Dは、各インクジェットヘッド10A〜10Dの上方に配置されている。待機時に、インクジェットヘッド10A〜10Dのノズル25からインクが漏れ出ないようにするために、各インク供給圧力調整装置131A〜131Dは、各インクジェットヘッド10A〜10D内を、大気圧に対して負圧になるようにしている。負圧は、例えば−1kPaに設定している。画像形成時においては、各インクタンク130A〜130Dのインクは、インク供給圧力調整装置131A〜131Dによって各インクジェットヘッド10A〜10Dに循環供給される。 The ink tanks 130A to 130D are arranged above the inkjet heads 10A to 10D. In order to prevent ink from leaking from the nozzles 25 of the inkjet heads 10A to 10D during standby, each ink supply pressure adjusting device 131A to 131D has a negative pressure in each of the inkjet heads 10A to 10D with respect to atmospheric pressure. I am trying to be. The negative pressure is set to, for example, -1 kPa. At the time of image formation, the ink in the ink tanks 130A to 130D is circulated and supplied to the inkjet heads 10A to 10D by the ink supply pressure adjusting devices 131A to 131D.

画像が形成されたシートSは、搬送ベルト110から下流搬送路120へ送られる。下流搬送路120は、送りローラ対120a、120b、120c、120dと、シートSの搬送経路を規定するシート案内板121a、121bで構成されている。シートSは、送りローラ対120a、120b、120c、120dによって、排出口122から排出トレイ123へ送られる。図中矢印R5は、シートSの搬送経路を示す。 The sheet S on which the image is formed is sent from the transport belt 110 to the downstream transport path 120. The downstream transport path 120 is composed of feed roller pairs 120a, 120b, 120c, 120d and seat guide plates 121a, 121b that define the transport path of the sheet S. The sheet S is fed from the discharge port 122 to the discharge tray 123 by the feed roller pairs 120a, 120b, 120c, 120d. In the figure, the arrow R5 indicates the transport path of the sheet S.

続いて、図2〜図5を参照しながら、インクジェットヘッド10A〜10Dの構成について説明する。なお、以下は、インクジェットヘッド10Aについて説明しているが、インクジェットヘッド10B〜10Dは、インクジェットヘッド10Aと同じ構造になっている。 Subsequently, the configuration of the inkjet heads 10A to 10D will be described with reference to FIGS. 2 to 5. Although the inkjet head 10A is described below, the inkjet heads 10B to 10D have the same structure as the inkjet head 10A.

図2〜図5は、シアモード・サイドシューター型のインクジェットヘッド10Aを示している。インクジェットヘッド10Aは、独立駆動型のアクチュエータを備える。図2〜図5に示すように、インクジェットヘッド10Aは、ノズルヘッド部2、フレキシブルプリント配線板3、駆動回路基板4を備えている。さらに、ノズルヘッド部2は、ノズルプレート21、基板22、共通インク室を形成する枠部材23、共通インク室にインクを供給するインク供給部24を備えている。 2 to 5 show a shear mode side shooter type inkjet head 10A. The inkjet head 10A includes an independently driven actuator. As shown in FIGS. 2 to 5, the inkjet head 10A includes a nozzle head portion 2, a flexible printed wiring board 3, and a drive circuit board 4. Further, the nozzle head unit 2 includes a nozzle plate 21, a substrate 22, a frame member 23 forming a common ink chamber, and an ink supply unit 24 for supplying ink to the common ink chamber.

ノズルプレート21は、例えばポリイミドなどの樹脂又はステンレスなどの金属で形成された矩形状のプレートである。ノズルプレート21の表面には、インク滴を吐出する吐出孔であるノズル25が複数穿設されている。ノズルプレート21のノズル密度は、例えば150〜1200dpiの範囲内に設定されている。基板22は、例えば絶縁性のセラミックスで形成された矩形状の基板である。 The nozzle plate 21 is a rectangular plate made of a resin such as polyimide or a metal such as stainless steel. A plurality of nozzles 25, which are ejection holes for ejecting ink droplets, are formed on the surface of the nozzle plate 21. The nozzle density of the nozzle plate 21 is set, for example, in the range of 150 to 1200 dpi. The substrate 22 is, for example, a rectangular substrate made of insulating ceramics.

枠部材23は、基板22の下方部分の周囲を例えば左右対称に囲う箱状に形成されている。枠部材23の下方面の開口は、ノズルプレート21によって封止されている。枠部材23、基板22及びノズルプレート21によって区画された空間は、共通インク室26(26A,26B)となる。共通インク室26は、基板22を挟んで2つの共通インク室26A,26Bを形成している。共通インク室26A側の枠部材23には、例えば円形の開口部であるインク供給口27が形成されている。インク供給口27が形成されている供給インク室26Aは、後述する複数の駆動圧力室5にインクを供給するインク供給路となる。インク供給口27は、インク供給部24に設けられたインク供給管28と連通している。インク供給管28は、さらにインク供給圧力調整装置131Aと連通している。一方、共通インク室26B側の枠部材23には、図示は省略するが、インク供給口27と同様に例えば円形の開口部であるインク排出口が形成されている。インク排出口は、インク供給部24に設けられたインク排出管29と連通している。インク排出管29は、循環供給のためさらにインク供給圧力調整装置131Aと連通している。枠部材23、インク供給部24、インク供給管28及びインク排出管29は、例えば樹脂で形成されている。また、インク供給管28及びインク排出管29を設けないことを除けばインク供給部24と対称構造の支持部材24aが基板22を挟んで対称位置に配置されている。インク供給部24及び支持部材24aには、インクジェットヘッド10Aを、インクジェットプリンタ100に取り付ける際に使用する固定部材24bが夫々設けられている The frame member 23 is formed in a box shape that surrounds the lower portion of the substrate 22 symmetrically, for example. The opening on the lower surface of the frame member 23 is sealed by the nozzle plate 21. The space partitioned by the frame member 23, the substrate 22, and the nozzle plate 21 becomes a common ink chamber 26 (26A, 26B). The common ink chamber 26 forms two common ink chambers 26A and 26B with the substrate 22 interposed therebetween. The frame member 23 on the common ink chamber 26A side is formed with, for example, an ink supply port 27 which is a circular opening. The supply ink chamber 26A in which the ink supply port 27 is formed serves as an ink supply path for supplying ink to a plurality of drive pressure chambers 5, which will be described later. The ink supply port 27 communicates with the ink supply pipe 28 provided in the ink supply unit 24. The ink supply pipe 28 further communicates with the ink supply pressure adjusting device 131A. On the other hand, although not shown, the frame member 23 on the common ink chamber 26B side is formed with, for example, an ink discharge port which is a circular opening like the ink supply port 27. The ink discharge port communicates with an ink discharge pipe 29 provided in the ink supply unit 24. The ink discharge pipe 29 further communicates with the ink supply pressure adjusting device 131A for circulation supply. The frame member 23, the ink supply unit 24, the ink supply pipe 28, and the ink discharge pipe 29 are made of, for example, resin. Further, except that the ink supply pipe 28 and the ink discharge pipe 29 are not provided, the ink supply unit 24 and the support member 24a having a symmetrical structure are arranged at symmetrical positions with the substrate 22 interposed therebetween. The ink supply unit 24 and the support member 24a are each provided with a fixing member 24b used when the inkjet head 10A is attached to the inkjet printer 100.

インクの吐出チャネルを構成する駆動圧力室5、及び、ダミーチャネルを構成する空気室51は、共通インク室26(26A,26B)内に位置する基板22の表面に複数配置されている。駆動圧力室5と空気室51は、ノズルプレート21の表面と接する高さに形成された側壁である圧電部材6(6A,6B)によって仕切られている。駆動圧力室5及び空気室51は、基板22の表面に積層した2枚の圧電部材6A,6Bを、基板幅方向に矩形状に切欠いた溝によって形成される。2枚の圧電部材6A,6Bは、分極方向が相反する方向(一例として対向方向)に積層されている。圧電部材6(6A,6B)には、後述するヒステリシスの大きい圧電材料が用いられる。駆動圧力室5及び空気室51は、駆動圧力室5の両側に空気室51が位置するように配列されている。各駆動圧力室5は、各ノズル25と1対1で連通するように配置されている。 A plurality of drive pressure chambers 5 constituting the ink ejection channel and air chambers 51 constituting the dummy channel are arranged on the surface of the substrate 22 located in the common ink chambers 26 (26A, 26B). The drive pressure chamber 5 and the air chamber 51 are partitioned by a piezoelectric member 6 (6A, 6B) which is a side wall formed at a height in contact with the surface of the nozzle plate 21. The drive pressure chamber 5 and the air chamber 51 are formed by two piezoelectric members 6A and 6B laminated on the surface of the substrate 22 formed by grooves notched in a rectangular shape in the width direction of the substrate. The two piezoelectric members 6A and 6B are laminated in directions in which the polarization directions are opposite to each other (for example, in opposite directions). For the piezoelectric member 6 (6A, 6B), a piezoelectric material having a large hysteresis, which will be described later, is used. The drive pressure chamber 5 and the air chamber 51 are arranged so that the air chambers 51 are located on both sides of the drive pressure chamber 5. Each drive pressure chamber 5 is arranged so as to communicate with each nozzle 25 on a one-to-one basis.

さらに、空気室51の短辺側の側壁を形成する2枚のカバープレート7が、基板22の両側面に夫々配置されている。カバープレート7の下端面は、側壁を形成している圧電部材6(6A,6B)の先端面と同じ高さであり、カバープレート7の上端面は、共通インク室26(26A,26B)の外にまで延びている。空気室51は、カバープレート7によって共通インク室26(26A,26B)とは遮断された密閉空間を形成している。カバープレート7は、例えば厚さ50μm程度のジルコニア板で形成される。一方、カバープレート7には、駆動圧力室5と左右の共通インク室26A,26Bとが連通するように、駆動圧力室5の形状に対応する溝状の開口71が形成されている。共通インク室26A側のカバープレート7の開口71はインク供給口であり、共通インク室26B側のカバープレート7の開口71はインク排出口であり、インクは循環式で駆動圧力室5に供給される。 Further, two cover plates 7 forming the side wall on the short side of the air chamber 51 are arranged on both side surfaces of the substrate 22, respectively. The lower end surface of the cover plate 7 is at the same height as the tip surface of the piezoelectric member 6 (6A, 6B) forming the side wall, and the upper end surface of the cover plate 7 is the common ink chamber 26 (26A, 26B). It extends to the outside. The air chamber 51 forms a closed space that is shielded from the common ink chambers 26 (26A, 26B) by the cover plate 7. The cover plate 7 is formed of, for example, a zirconia plate having a thickness of about 50 μm. On the other hand, the cover plate 7 is formed with a groove-shaped opening 71 corresponding to the shape of the drive pressure chamber 5 so that the drive pressure chamber 5 and the left and right common ink chambers 26A and 26B communicate with each other. The opening 71 of the cover plate 7 on the common ink chamber 26A side is an ink supply port, the opening 71 of the cover plate 7 on the common ink chamber 26B side is an ink discharge port, and ink is supplied to the drive pressure chamber 5 in a circulating manner. Ink.

使用するインクが例えば絶縁性インクの場合、図4に示すように、駆動圧力室5の上面及び両側面に一体的に電極61が形成され、空気室51の上面及び両側面にも同様に一体的に電極62が形成される。駆動圧力室5の電極61及び空気室51の電極62には、基板22の側面に沿って共通インク室26(26A,26B)の外にまで延びる配線電極63,64が夫々接続されている。電極61,62及び配線電極63,64は、例えばニッケル薄膜で形成される。この場合、駆動圧力室5に接続された電極61を個別電極として駆動電界を印加し、空気室51に接続された電極62を共通電極として例えば接地する。 When the ink used is, for example, an insulating ink, as shown in FIG. 4, electrodes 61 are integrally formed on the upper surface and both side surfaces of the drive pressure chamber 5, and are similarly integrated on the upper surface and both side surfaces of the air chamber 51. The electrode 62 is formed. Wiring electrodes 63 and 64 extending along the side surface of the substrate 22 to the outside of the common ink chambers 26 (26A and 26B) are connected to the electrodes 61 of the drive pressure chamber 5 and the electrodes 62 of the air chamber 51, respectively. The electrodes 61 and 62 and the wiring electrodes 63 and 64 are formed of, for example, a nickel thin film. In this case, a driving electric field is applied using the electrode 61 connected to the driving pressure chamber 5 as an individual electrode, and the electrode 62 connected to the air chamber 51 is used as a common electrode, for example, to be grounded.

使用するインクが例えば導電性を有する水性インクの場合、図5に示すように、駆動圧力室5の上面及び両側面に一体的に電極61が形成され、空気室51の側面には電気的に切り離された電極62が夫々形成される。駆動圧力室5の電極61及び空気室51の電極62には、基板22の側面に沿って共通インク室26(26A,26B)の外にまで延びる配線電極63,64が夫々接続されている。電極61,62及び配線電極63,64は、例えばニッケル薄膜で形成される。この場合、駆動圧力室5に接続された電極61を共通電極として例えば接地し、空気室51に接続された電極62を個別電極として駆動電界を印加する。 When the ink used is, for example, a conductive water-based ink, as shown in FIG. 5, electrodes 61 are integrally formed on the upper surface and both side surfaces of the drive pressure chamber 5, and the side surfaces of the air chamber 51 are electrically formed. The separated electrodes 62 are formed respectively. Wiring electrodes 63 and 64 extending along the side surface of the substrate 22 to the outside of the common ink chambers 26 (26A and 26B) are connected to the electrodes 61 of the drive pressure chamber 5 and the electrodes 62 of the air chamber 51, respectively. The electrodes 61 and 62 and the wiring electrodes 63 and 64 are formed of, for example, a nickel thin film. In this case, for example, the electrode 61 connected to the drive pressure chamber 5 is grounded as a common electrode, and the drive electric field is applied using the electrode 62 connected to the air chamber 51 as an individual electrode.

説明を図2に戻すと、駆動圧力室5からの配線電極63及び空気室51からの配線電極64は、フレキシブルプリント配線板3に接続され、さらに吐出動作の駆動回路となる駆動回路基板4と電気的に接続されている。フレキシブルプリント配線板3には、駆動用のIC(Integrated Circuit)31が搭載されている。駆動回路基板4は、インクジェットプリンタ100の制御基板140からの画像データを一時的にバッファに保存し、画像を形成する所定のタイミングでインク滴が吐出されるように電気信号を出力する。電気信号は、駆動電圧であるパルス電圧である。 Returning to FIG. 2, the wiring electrode 63 from the drive pressure chamber 5 and the wiring electrode 64 from the air chamber 51 are connected to the flexible printed wiring board 3 and are further connected to the drive circuit board 4 which is a drive circuit for the discharge operation. It is electrically connected. An IC (Integrated Circuit) 31 for driving is mounted on the flexible printed wiring board 3. The drive circuit board 4 temporarily stores image data from the control board 140 of the inkjet printer 100 in a buffer, and outputs an electric signal so that ink droplets are ejected at a predetermined timing for forming an image. The electric signal is a pulse voltage which is a driving voltage.

上記構成により、圧電部材6(6A,6B)の分極軸と交差(望ましくは、直交)する方向に駆動電界が印加されて圧電部材6(6A,6B)がシアモード変形し、ノズル25からインク滴を吐出する独立駆動型のアクチュエータが構成される。 With the above configuration, a driving electric field is applied in a direction intersecting (preferably orthogonal to) the polarization axis of the piezoelectric member 6 (6A, 6B), the piezoelectric member 6 (6A, 6B) is deformed in shear mode, and ink droplets are dropped from the nozzle 25. An independently driven actuator is configured to discharge.

続いて、圧電部材6(6A,6B)に用いる圧電材料について説明する。
図6は、高ヒステリシス材料、中ヒステリシス材料、及び低ヒステリシス材料で圧電部材6(6A,6B)を形成したときの駆動電界E(V/mm)と歪量εの関係を示している。例えば実線で示した高ヒステリシス材料について駆動電界E(V/mm)と歪量εの関係をみると、例えばインクジェットヘッド10Aの製造後の初期状態では歪量εはゼロ(A0)であるが、駆動圧力室5を加圧するために駆動電界Eをプラス方向(+)に印加していくと歪量εが押し方向に増加して最大値(歪みA1)に達する。ヒステリシスを有しなければ駆動電界E(V/mm)をゼロにすると歪量εは元のゼロ(A0)に戻るが、ヒステリシスを有しているので、元のゼロ(A0)には戻らず押し方向の歪みの履歴が残る(歪みA2)。
Subsequently, the piezoelectric material used for the piezoelectric member 6 (6A, 6B) will be described.
FIG. 6 shows the relationship between the driving electric field E (V / mm) and the strain amount ε when the piezoelectric member 6 (6A, 6B) is formed of the high hysteresis material, the medium hysteresis material, and the low hysteresis material. For example, looking at the relationship between the driving electric field E (V / mm) and the strain amount ε for the high hysteresis material shown by the solid line, for example, the strain amount ε is zero (A0) in the initial state after the manufacture of the inkjet head 10A. When the driving electric field E is applied in the positive direction (+) to pressurize the driving pressure chamber 5, the strain amount ε increases in the pushing direction and reaches the maximum value (strain A1). If the drive electric field E (V / mm) is set to zero without hysteresis, the strain amount ε returns to the original zero (A0), but since it has hysteresis, it does not return to the original zero (A0). The history of distortion in the pushing direction remains (distortion A2).

反対に、駆動圧力室5を減圧するために駆動電界Eをマイナス方向(−)に印加していくと歪量εが引き方向に増加して最大値(歪みA3)に達する。引き方向の場合も、ヒステリシスを有しているので、駆動電界E(V/mm)をゼロにしても歪量εはゼロ(A0)には戻らず引き方向の歪みの履歴が残る(歪みA4)。中ヒステリシス材料及び低ヒステリシス材料も、歪量ε及び歪みの履歴は相対的に小さくなるが、高ヒステリシス材料と同様のヒステリシス特性を示す。 On the contrary, when the driving electric field E is applied in the negative direction (−) to reduce the pressure in the driving pressure chamber 5, the strain amount ε increases in the pulling direction and reaches the maximum value (strain A3). Even in the pulling direction, since it has hysteresis, even if the driving electric field E (V / mm) is set to zero, the strain amount ε does not return to zero (A0) and the history of strain in the pulling direction remains (strain A4). ). The medium hysteresis material and the low hysteresis material also exhibit the same hysteresis characteristics as the high hysteresis material, although the strain amount ε and the strain history are relatively small.

図6を見れば明らかなように、高ヒステリシス材料を用いれば、最大で、引き方向の最大値(歪みA3)から押し方向の最大値(歪みA1)までの大きな歪量εでインクの吐出を行える利点がある。その反面、駆動電界E(V/mm)をゼロにしたときに残る歪みの履歴(歪みA2,歪みA4)も大きい。従来のシアモード・シェアウォール・サイドシュータ型のインクジェットヘッドは、隣り合う駆動圧力室が圧電部材の側壁を共有しているため、直前の圧電部材の歪みの履歴がプラス方向(歪みA2)の場合もあればマイナス方向(歪みA4)の場合もある。そのため、例えば一度減圧(歪みA3)してから駆動するようにしても直前の動作方向の歪みの履歴がプラス方向(歪みA2)の場合とマイナス方向(歪みA4)の場合とでは減圧量(歪みA2−A3又は歪みA4−A3)が違ってくる為、改善はされるものの依然として例えば圧力伝播に起因するクロストークの問題が残ってしまう。そのため、低ヒステリシス材料が選択され、大ヒステリシス材料や中ヒステリシス材料は避けられていた。 As is clear from FIG. 6, when a high hysteresis material is used, ink is ejected with a large strain amount ε T from the maximum value in the pulling direction (strain A3) to the maximum value in the pushing direction (strain A1). There is an advantage that can be done. On the other hand, the history of distortion (distortion A2, distortion A4) remaining when the driving electric field E (V / mm) is set to zero is also large. In the conventional shear mode share wall side shooter type inkjet head, since the adjacent drive pressure chambers share the side wall of the piezoelectric member, the history of distortion of the immediately preceding piezoelectric member may be in the positive direction (distortion A2). If there is, it may be in the negative direction (distortion A4). Therefore, for example, even if the pressure is reduced once (distortion A3) and then the drive is performed, the amount of pressure reduction (distortion) differs depending on whether the history of distortion in the immediately preceding operating direction is in the plus direction (distortion A2) or in the minus direction (distortion A4). Since A2-A3 or strain A4-A3) is different, although improvement is made, the problem of crosstalk due to, for example, pressure propagation still remains. Therefore, low hysteresis materials were selected, and large hysteresis materials and medium hysteresis materials were avoided.

一方、図2〜図5に示したシアモード・サイドシューター型のインクジェットヘッド10Aには、鉛含有圧電材料又は鉛非含有圧電材料の中からヒステリシスの大きい材料を選択して用いる。具体的には、図7に示すように、電界300V/mmのときの圧電定数d15が1000pC/N以上となる鉛含有圧電材料を用いる。なお、「p」は、SI単位系の接頭辞picoである。鉛含有圧電材料は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)である。チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)は、チタン酸鉛とジルコン酸鉛の混晶であるチタン酸ジルコン酸鉛は、鉛(Pb)に対するジルコニウム(Zr)やチタン(Ti)の組成比やドープ金属の種類や組成比などによってヒステリシスの大きさは異なる。その中から、電界300V/mmのときの圧電定数d15が1000pC/N以上のチタン酸ジルコン酸鉛を、高ヒステリシス材料及び中ヒステリシス材料として選択する。勿論、鉛含有圧電材料は、チタン酸ジルコン酸鉛に限らない。 On the other hand, for the shear mode side shooter type inkjet head 10A shown in FIGS. 2 to 5, a material having a large hysteresis is selected from the lead-containing piezoelectric material and the lead-free piezoelectric material. Specifically, as shown in FIG. 7, the piezoelectric constant d 15 when the electric field 300 V / mm is used lead-containing piezoelectric material as a 1000pC / N or more. Note that "p" is the prefix pico of the SI unit system. The lead-containing piezoelectric material is, for example, lead zirconate titanate (PZT). Lead zirconate titanate (PZT) is a mixed crystal of lead zirconate and lead zirconate. Lead zirconate titanate is a composition ratio of zirconium (Zr) and titanium (Ti) to lead (Pb) and a dope metal. The magnitude of hysteresis varies depending on the type and composition ratio. Among them, a lead zirconate titanate piezoelectric constant d 15 is equal to or higher than 1000pC / N when the electric field 300 V / mm, is selected as the high hysteresis material and medium hysteresis material. Of course, the lead-containing piezoelectric material is not limited to lead zirconate titanate.

圧電定数d15は、例えば市販の圧電材料の場合はメーカーが示す値を用いてもよい。或いは、実際に測定してもよい。図7には、高ヒステリシス材料(A−1)、中ヒステリシス材料(A−2)及び低ヒステリシス材料(A−3)について、実際に測定して求めた圧電定数d15の一例を示している。測定方法としては、図8に概略を示すように、例えば長さ1.5mm、幅1mm、高さ0.2mmの試験片8に電極80を形成し、固定台81に固定して電極80に駆動電界Eを印加する。駆動電界Eは、5V/mm、300V/mm、750V/mmとなるように印加し、そのときの傾き(せん断歪み)を、レーザードップラー振動計センサー82で測定する。せん断歪みを示す圧電定数d15は、歪量を電界で除して求めることができる。計算式と単位は、圧電定数d15(m/V)=[生じた歪み(m/m)/与えられた電界(V/m)]である。 For the piezoelectric constant d 15 , for example, in the case of a commercially available piezoelectric material, a value indicated by the manufacturer may be used. Alternatively, it may actually be measured. Figure 7 is a high hysteresis material (A-1), the middle hysteresis material (A-2) and low hysteresis material (A-3), shows actual examples of the measured piezoelectric constant d 15 was determined .. As a measuring method, as outlined in FIG. 8, for example, an electrode 80 is formed on a test piece 8 having a length of 1.5 mm, a width of 1 mm, and a height of 0.2 mm, and the electrode 80 is fixed to the fixing base 81 and attached to the electrode 80. A driving electric field E is applied. The drive electric field E is applied so as to be 5 V / mm, 300 V / mm, and 750 V / mm, and the inclination (shear strain) at that time is measured by the laser Doppler vibrometer sensor 82. The piezoelectric constant d 15 indicating the shear strain can be obtained by dividing the strain amount by an electric field. The calculation formula and unit are the piezoelectric constant d 15 (m / V) = [generated strain (m / m) / given electric field (V / m)].

また、圧電材料の他の例として、図7に示すように、電界300V/mmのときの圧電定数d15が400pC/N以上となる鉛非含有圧電材料を用いる。鉛非含有圧電材料は、例えば、ニオブ酸カリウムナトリウム(KNN)である。他のニオブ酸系の圧電材料であってもよい。また、チタン酸バリウム(BaTiO)などのニオブ酸系以外でもよい。鉛非含有圧電材料の場合も、圧電定数d15は、例えば市販の圧電材料の場合はメーカーが示す値を用いてもよい。或いは、実際に測定してもよい。図7には、高ヒステリシス材料(B−1)、中ヒステリシス材料(B−2)及び低ヒステリシス材料(B−3)について、実際に測定して求めた圧電定数d15の一例を示している。その中から、電界300V/mmのときの圧電定数d15が400pC/N以上の鉛非含有圧電材料を選択する。 Further, as another example of the piezoelectric material, as shown in FIG. 7, a lead-free piezoelectric material having a piezoelectric constant d 15 at an electric field of 300 V / mm of 400 pC / N or more is used. The lead-free piezoelectric material is, for example, sodium potassium niobate (KNN). Other niobate-based piezoelectric materials may be used. Further, it may be other than the niobic acid type such as barium titanate (BaTIO 3). Also in the case of the lead-free piezoelectric material, the piezoelectric constant d 15 may be a value indicated by the manufacturer in the case of a commercially available piezoelectric material, for example. Alternatively, it may actually be measured. Figure 7 is a high hysteresis material (B-1), the middle hysteresis material (B-2) and low hysteresis material (B-3), shows actual examples of the measured piezoelectric constant d 15 was determined .. Among them, the piezoelectric constant d 15 when the electric field 300 V / mm to select the 400 pC / N or more lead-free piezoelectric material.

続いて、インクを吐出させるために駆動電圧として印加するパルス電圧の波形について説明する。図9には、(a)押し打ち、(b)プリ波形付き押し打ち、(c)引き打ち、(d)プリ波形付き引き打ちのパルス電圧の波形を示している。さらに、図9には、電圧波形に対応する圧電部材6(6A,6B)の歪みの変位を示している。同図のA1〜A4の符号は、図6の歪みA1〜A4に対応している。 Next, the waveform of the pulse voltage applied as the drive voltage for ejecting the ink will be described. FIG. 9 shows the pulse voltage waveforms of (a) push-strike, (b) push-strike with pre-waveform, (c) pull-strike, and (d) pull-strike with pre-waveform. Further, FIG. 9 shows the displacement of the strain of the piezoelectric member 6 (6A, 6B) corresponding to the voltage waveform. The reference numerals A1 to A4 in the figure correspond to the strains A1 to A4 in FIG.

(a)押し打ちは、プラス方向(+)に電圧を印加した後、グランド電位に戻す。この場合、圧電部材6(6A,6B)が歪みA2から歪みA1の押し方向に変形して駆動圧力室5を加圧し、ノズル25からインクが吐出される。その後、電圧がグランド電位に戻ると圧電部材6(6A,6B)も歪みA1から歪みA2に戻る。押し打ちは、歪みA1から歪みA2までの線形の範囲で駆動圧力室5の加圧を繰り返し行うので、駆動周波数を最も早くすることができる。 (A) Pushing is performed by applying a voltage in the positive direction (+) and then returning to the ground potential. In this case, the piezoelectric members 6 (6A, 6B) are deformed from the strain A2 in the pushing direction of the strain A1 to pressurize the drive pressure chamber 5, and ink is ejected from the nozzle 25. After that, when the voltage returns to the ground potential, the piezoelectric member 6 (6A, 6B) also returns from the strain A1 to the strain A2. Since the push-pushing repeatedly pressurizes the drive pressure chamber 5 in a linear range from the strain A1 to the strain A2, the drive frequency can be made the fastest.

(b)プリ波形付き押し打ちは、一旦インクが吐出しない程度の小さい波形でマイナス方向(−)に電圧を印加してからプラス方向(+)に電圧を印加した後、電圧をグランド電位に戻す。この場合、圧電部材6(6A,6B)は、一旦歪みA3方向に向けて変形してから歪みA1の押し方向に変形して、駆動圧力室5を加圧する。その後、電圧がグランド電位に戻ると圧電部材6(6A,6B)も歪みA1から歪みA2に戻る。プリ波形付き押し打ちは、一旦歪みA3方向に向けて変形させる分、押し打ちに比べて歪量を大きくすることができる。 (B) Pushing with a pre-waveform is a small waveform that does not eject ink once, and after applying a voltage in the negative direction (-) and then in the positive direction (+), the voltage is returned to the ground potential. .. In this case, the piezoelectric member 6 (6A, 6B) is once deformed in the strain A3 direction and then deformed in the pushing direction of the strain A1 to pressurize the drive pressure chamber 5. After that, when the voltage returns to the ground potential, the piezoelectric member 6 (6A, 6B) also returns from the strain A1 to the strain A2. In the push-strike with pre-waveform, the amount of strain can be increased as compared with the push-strike by the amount of once deforming in the strain A3 direction.

(c)引き打ちは、先ずマイナス方向(−)に電圧を印加し、次にプラス方向(+)に電圧を印加した後、電圧をグランド電位に戻す。この場合、圧電部材6(6A,6B)は、歪みA3の引き方向に十分に変形してから歪みA1の押し方向に変形して、駆動圧力室5を加圧する。その後、電圧がグランド電位に戻ると圧電部材6(6A,6B)も歪みA1から歪みA2に戻る。引き打ちは、引き方向の最大値(歪みA3)から押し方向の最大値(歪みA1)までの大きな歪量εでインクの吐出を行うことができる。引き打ちは、大きな歪量が得られ、駆動周波数も比較的早くすることができる好ましい駆動方法である。 (C) In the pulling, a voltage is first applied in the negative direction (−), then a voltage is applied in the positive direction (+), and then the voltage is returned to the ground potential. In this case, the piezoelectric member 6 (6A, 6B) is sufficiently deformed in the pulling direction of the strain A3 and then deformed in the pushing direction of the strain A1 to pressurize the drive pressure chamber 5. After that, when the voltage returns to the ground potential, the piezoelectric member 6 (6A, 6B) also returns from the strain A1 to the strain A2. Ink can be ejected with a large strain amount ε T from the maximum value in the pulling direction (strain A3) to the maximum value in the pushing direction (strain A1). Pulling is a preferable driving method in which a large amount of distortion can be obtained and the driving frequency can be relatively fast.

(d)プリ波形付き引き打ちは、一旦インクが吐出しない程度の小さい波形でプラス方向(+)に電圧を印加してからマイナス方向(−)に電圧を印加し、再びプラス方向(+)に電圧を印加した後、電圧をグランド電位に戻す。この場合、圧電部材6(6A,6B)は、一旦歪みA1方向に向けて変形してから歪みA3の引き方向に変形して駆動圧力室5を減圧する。そして歪みA1の押し方向に変形して駆動圧力室5を加圧する。その後、電圧がグランド電位に戻ると圧電部材6(6A,6B)も歪みA1から歪みA2に戻る。 (D) With pre-waveform pulling, a voltage is applied in the positive direction (+) with a small waveform that does not eject ink once, then a voltage is applied in the negative direction (-), and then in the positive direction (+) again. After applying the voltage, the voltage is returned to the ground potential. In this case, the piezoelectric member 6 (6A, 6B) is once deformed in the strain A1 direction and then deformed in the pulling direction of the strain A3 to reduce the pressure in the drive pressure chamber 5. Then, the strain A1 is deformed in the pushing direction to pressurize the drive pressure chamber 5. After that, when the voltage returns to the ground potential, the piezoelectric member 6 (6A, 6B) also returns from the strain A1 to the strain A2.

次に、好ましい駆動方法である引き打ちを行ったときのアクチュエータの動きについて、図10を参照しながら説明する。駆動電圧を印加する前のグランド電位のとき、圧電部材6(6A,6B)には直前の吐出動作の履歴が残っている。すなわち、駆動圧力室5からみると押し方向の歪みの履歴が残っている。この状態からマイナス方向(−)に電圧を印加すると、圧電部材6(6A,6B)に引き方向の変形が生じて駆動圧力室5が減圧される。続いてプラス方向(+)に電圧を印加すると、圧電部材6(6A,6B)に押し方向の変形が生じて駆動圧力室5が加圧され、ノズル25からインク滴が吐出される。 Next, the movement of the actuator when pulling, which is a preferable driving method, will be described with reference to FIG. At the ground potential before applying the drive voltage, the piezoelectric member 6 (6A, 6B) has a history of the immediately preceding ejection operation. That is, when viewed from the drive pressure chamber 5, the history of distortion in the pushing direction remains. When a voltage is applied in the negative direction (−) from this state, the piezoelectric member 6 (6A, 6B) is deformed in the pulling direction, and the drive pressure chamber 5 is depressurized. Subsequently, when a voltage is applied in the positive direction (+), the piezoelectric member 6 (6A, 6B) is deformed in the pushing direction, the drive pressure chamber 5 is pressurized, and ink droplets are ejected from the nozzle 25.

以上説明した実施形態によれば、インクに比べて圧力伝播の小さい空気室51を駆動圧力室5の両側に配置した独立駆動型のアクチュエータを備えたシアモード・サイドシューター型のインクジェットヘッド10Aであるので、電界300V/mmのときの圧電定数d15が1000pC/N以上となる鉛含有圧電材料を用いることができる。すなわち、ヒステリシスの大きい圧電材料を用いて大きな歪みで駆動させても、クロストークを抑えたインクの吐出動作を行うことができる。同様の理由により、電界300V/mmのときの圧電定数d15が400pC/N以上となる鉛非含有圧電材料を用いることができる。 According to the embodiment described above, the shear mode side shooter type inkjet head 10A is provided with an independently driven actuator in which an air chamber 51 having a smaller pressure propagation than ink is arranged on both sides of the driving pressure chamber 5. A lead-containing piezoelectric material having a piezoelectric constant d 15 of 1000 pC / N or more when the electric field is 300 V / mm can be used. That is, even if a piezoelectric material having a large hysteresis is used and the ink is driven with a large strain, the ink ejection operation with suppressed crosstalk can be performed. For the same reason, the piezoelectric constant d 15 when the electric field 300 V / mm can be used lead-free piezoelectric material which is a 400 pC / N or more.

さらに、上述の実施形態によれば、圧電部材6(6A,6B)の駆動終了時の状態はいつも同じ歪みA2となるので、シェアウォール型のような直前の歪みの履歴のバラツキをなくすための予備駆動が必要ない。その結果、クロストークが抑えられるだけでなく、駆動周波数も速くすることができる。 Further, according to the above-described embodiment, the state at the end of driving of the piezoelectric member 6 (6A, 6B) is always the same strain A2, so that the variation in the history of the immediately preceding strain as in the share wall type can be eliminated. No pre-drive required. As a result, not only crosstalk can be suppressed, but also the drive frequency can be increased.

さらに、上述の実施形態によれば、一例であるが、低ヒステリシス材料を用いた圧電部材6(6A,6B)で所望の性能を満たす駆動電圧が30Vであったのに対し、高ヒステリシス材料を用いた圧電部材6(6A,6B)では駆動電圧が21Vで同じ性能を満たすことを確認した。 Further, according to the above-described embodiment, as an example, the piezoelectric member 6 (6A, 6B) using the low hysteresis material has a drive voltage of 30 V that satisfies the desired performance, whereas the high hysteresis material is used. It was confirmed that the piezoelectric member 6 (6A, 6B) used had the same performance at a drive voltage of 21V.

なお、上述の実施形態は、インク循環式のインクジェットヘッド10Aを一例に挙げて説明したが、インク非循環式のインクジェットヘッドであってもよい。また、インクジェットヘッド10Aは、3Dプリンタに搭載してもよい。この場合、液体状の造形材やサポート材をインクとして吐出する。 Although the above-described embodiment has been described by taking the ink circulation type inkjet head 10A as an example, the ink non-circulation type inkjet head may be used. Further, the inkjet head 10A may be mounted on a 3D printer. In this case, a liquid modeling material or support material is discharged as ink.

本発明の実施形態は、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。これらの新規な実施形態は、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。これらの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。 The embodiments of the present invention are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and variations thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.

10A インクジェットヘッド
2 ノズルヘッド部
21 ノズルプレート
25 ノズル
26 共通インク室
3 フレキシブル配線板
4 駆動回路基板
5 駆動圧力室
51 空気室
6 圧電部材
7 カバープレート
100 インクジェットプリンタ
10A Inkjet head 2 Nozzle head 21 Nozzle plate 25 Nozzle 26 Common ink chamber 3 Flexible wiring board 4 Drive circuit board 5 Drive pressure chamber 51 Air chamber 6 Piezoelectric member 7 Cover plate 100 Inkjet printer

Claims (4)

圧電部材で形成された一対の側壁を有し、インク供給路及びノズルと連通する駆動圧力室と、前記駆動圧力室の両側に前記側壁を介して設けられた空気室と、前記圧電部材に駆動電界を印加する駆動回路と、を含む独立駆動型のアクチュエータを備え、
前記駆動圧力室及び空気室は、基板の一面に間隔をあけて配列した前記圧電部材で形成された複数の側壁と、前記側壁に接して配置されるノズルプレートと、前記側壁の両端側に配置され、駆動圧力室に対応する箇所にインクの供給口及び排出口を有する一対のカバープレートにより形成されており、
前記圧電部材は、電界300V/mmのときの圧電定数d15が1000pC/N以上となる鉛含有圧電材料で形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
A drive pressure chamber having a pair of side walls formed of a piezoelectric member and communicating with an ink supply path and a nozzle, an air chamber provided on both sides of the drive pressure chamber via the side wall, and a drive to the piezoelectric member. Equipped with an independent drive type actuator including a drive circuit that applies an electric field,
The drive pressure chamber and the air chamber are arranged on a plurality of side walls formed of the piezoelectric members arranged at intervals on one surface of the substrate, a nozzle plate arranged in contact with the side wall, and both ends of the side wall. It is formed by a pair of cover plates having an ink supply port and an ink discharge port at a location corresponding to the drive pressure chamber.
The piezoelectric member, ink jet head, characterized in that the piezoelectric constant d 15 when the electric field 300 V / mm is formed in the lead-containing piezoelectric material to be 1000pC / N or more.
圧電部材で形成された一対の側壁を有し、インク供給路及びノズルと連通する駆動圧力室と、前記駆動圧力室の両側に前記側壁を介して設けられた空気室と、前記圧電部材に駆動電界を印加する駆動回路と、を含む独立駆動型のアクチュエータを備え、
前記駆動圧力室及び空気室は、基板の一面に間隔をあけて配列した前記圧電部材で形成された複数の側壁と、前記側壁に接して配置されるノズルプレートと、前記側壁の両端側に配置され、駆動圧力室に対応する箇所にインクの供給口及び排出口を有する一対のカバープレートにより形成されており、
前記圧電部材は、電界300V/mmのときの圧電定数d15が400pC/N以上となる鉛非含有圧電材料で形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
A drive pressure chamber having a pair of side walls formed of a piezoelectric member and communicating with an ink supply path and a nozzle, an air chamber provided on both sides of the drive pressure chamber via the side wall, and a drive to the piezoelectric member. Equipped with an independent drive type actuator including a drive circuit that applies an electric field,
The drive pressure chamber and the air chamber are arranged on a plurality of side walls formed of the piezoelectric members arranged at intervals on one surface of the substrate, a nozzle plate arranged in contact with the side wall, and both ends of the side wall. It is formed by a pair of cover plates having an ink supply port and an ink discharge port at a location corresponding to the drive pressure chamber.
The piezoelectric member, ink jet head, characterized in that the piezoelectric constant d 15 when the electric field 300 V / mm is formed in the lead-free piezoelectric material which is a 400 pC / N or more.
前記駆動回路は、前記駆動圧力室を減圧する駆動電界を印加した後に、前記駆動圧力室を加圧する駆動電界を印加することを特徴とする請求項1又は2に記載のインクジェットヘッド。 The inkjet head according to claim 1 or 2 , wherein the drive circuit applies a drive electric field that pressurizes the drive pressure chamber after applying a drive electric field that depressurizes the drive pressure chamber. 請求項1〜のいずれか1項に記載のインクジェットヘッドと、
前記インクジェットヘッドと対向する位置に記録媒体を搬送する記録媒体搬送装置と、
前記記録媒体の所定の位置にインクを吐出するように前記インクジェットヘッドを制御する制御部と、を備えるインクジェットプリンタ。
The inkjet head according to any one of claims 1 to 3 and the inkjet head.
A recording medium transport device that transports a recording medium to a position facing the inkjet head,
An inkjet printer including a control unit that controls the inkjet head so as to eject ink to a predetermined position on the recording medium.
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