JP7288494B2 - Inkjet head and inkjet printer - 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。 TECHNICAL FIELD 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 installed in ink jet printers include shear mode, shear wall, and side shooter type ink jet heads. A shear mode shear wall side shooter type ink jet head actuator includes, for example, a drive pressure chamber having a pair of side walls in which two piezoelectric members are laminated on a substrate so that the polarization directions thereof are opposite to each other. Then, a predetermined driving electric field is applied in a direction perpendicular to the polarization axis of the piezoelectric member to generate 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。 A piezoelectric member usually has a hysteresis that does not return to its original state even when the application of the driving electric field is stopped. Therefore, practically, a linear region with little hysteresis is used, or a piezoelectric material with little hysteresis is selected. This is because due to the hysteresis, even if the application of the driving electric field is stopped, the piezoelectric member retains a history of distortion in the previous operation direction (pressurization or decompression).

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, a piezoelectric material with a large hysteresis has the advantage of being distorted more as it is driven with a larger electric field, and being distorted in both the plus and minus directions, allowing the drive pressure chamber to be greatly pressurized and decompressed. However, in the shear mode share wall side shooter type ink jet head, the adjacent driving pressure chambers share the sidewall of the piezoelectric member, so the history of the distortion of the piezoelectric member immediately before may be in the positive direction or in the negative direction. In some cases. Furthermore, for example, even if pressure is reduced once and then pressurized, the amount of pressure reduction differs depending on whether the history of strain in the previous operation direction is in the positive direction or in the negative direction. The problem of token 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, it has been practically avoided to use a piezoelectric material with large hysteresis for the piezoelectric member of the actuator of the inkjet head.

特開2016-22645号公報JP 2016-22645 A 特開2004-136634号公報JP-A-2004-136634 特開2004-202706号公報Japanese Patent Application Laid-Open 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。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an inkjet head and an inkjet printer having an actuator that can be driven with a large strain by using a piezoelectric material with a large hysteresis for a piezoelectric member.

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、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備える。 前記駆動圧力室は、基板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、前記側壁の第1方向に接して配置される前記ノズルを形成したノズルプレートと、前記側壁の前記第1方向と異なる第2方向の両端側に位置するインク室に連通する開口により形成されている。前記空気室は、前記圧電部材で形成された複数の側壁と、前記側壁の第1方向に接して配置されるノズルプレートと、前記側壁の第2方向の両端側の開口を塞ぐカバー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, an inkjet head of an embodiment has a pair of side walls formed of a piezoelectric member, and has a driving pressure chamber communicating with a nozzle, and a driving pressure chamber provided on both sides of the driving pressure chamber via the side walls. and a drive circuit for applying a drive electric field to the piezoelectric member. The drive pressure chamber includes a plurality of sidewalls formed of the piezoelectric members arranged at intervals on the substrate, a nozzle plate formed with the nozzles disposed in contact with the sidewalls in the first direction, and the sidewalls. The ink chambers are formed by openings communicating with ink chambers located on both end sides in a second direction different from the first direction. The air chamber is formed by a plurality of side walls formed of the piezoelectric member, a nozzle plate arranged in contact with the side walls in the first direction, and covers closing openings on both end sides of the side walls in the second direction. It is The piezoelectric member is made of a lead-containing piezoelectric material having a piezoelectric constant d15 of 1000 pC/N or more at an electric field of 300 V/mm.

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、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備える。前記駆動圧力室は、基板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、前記側壁の第1方向に接して配置される前記ノズルを形成したノズルプレートと、前記側壁の前記第1方向と異なる第2方向の両端側に位置するインク室に連通する開口により形成されている。前記空気室は、前記圧電部材で形成された複数の側壁と、前記側壁の第1方向に接して配置されるノズルプレートと、前記側壁の第2方向の両端側の開口を塞ぐカバー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以上となる鉛含有圧電材料で形成されている。 An inkjet head of another embodiment has a pair of side walls made of a piezoelectric member, and includes a driving pressure chamber communicating with a nozzle, air chambers provided on both sides of the driving pressure chamber via the side walls, and a driving circuit for applying a driving electric field to the piezoelectric member. The drive pressure chamber includes a plurality of sidewalls formed of the piezoelectric members arranged at intervals on the substrate, a nozzle plate formed with the nozzles disposed in contact with the sidewalls in the first direction, and the sidewalls. The ink chambers are formed by openings communicating with ink chambers located on both end sides in a second direction different from the first direction. The air chamber is formed by a plurality of side walls formed of the piezoelectric member, a nozzle plate arranged in contact with the side walls in the first direction, and covers closing openings on both end sides of the side walls in the second direction. It is The piezoelectric member is made of a lead-containing piezoelectric material having a piezoelectric constant d15 of 400 pC/N or more when the electric field is 300 V/mm.

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。1 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of an inkjet printer equipped with an inkjet head according to an embodiment; FIG. 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。1 is a perspective view showing a schematic configuration of an inkjet head according to an embodiment; FIG. 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。3 is a partial cross-sectional view showing the internal structure of the inkjet head of the embodiment; FIG. 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。1 is a cross-sectional view showing the configuration of an inkjet head according to an embodiment; FIG. 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。4 is a cross-sectional view showing another configuration of the inkjet head of the embodiment; FIG. 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。4 is a hysteresis curve of a piezoelectric member used in the inkjet head of the 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。4 is a characteristic diagram showing the piezoelectric constant d15 of the piezoelectric material used for the piezoelectric member of the inkjet head of the embodiment; FIG. 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。FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a method for measuring the piezoelectric constant d15 of a 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。4 is a waveform diagram of drive voltage applied to the inkjet head of the embodiment. FIG. 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。4A and 4B are explanatory diagrams for explaining the operation of the inkjet head of the embodiment; FIG.

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, an inkjet head and an inkjet printer according to embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in each figure, the same structure is attached with the same code|symbol.

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。 An inkjet printer 100 that prints an image on a recording medium such as a sheet S will be described as an example of an inkjet printer equipped with the inkjet head of the embodiment. 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 that is an exterior body. Inside the housing 101 are cassettes 102A and 102B that store sheets S, which are examples of recording media, an upstream transport path 106 for the sheets S, a transport belt 110 that freely transports the sheets S on which images are to be printed, and sheets. Inkjet heads 10A to 10D for ejecting ink droplets toward S, downstream transport path 120 for sheet S, and discharge tray 123 are arranged. The inkjet printer 100 further includes an operation unit 144 including a display screen as a user interface, and a control substrate 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。 Data of an image to be formed on the sheet S by the inkjet printer 100 is generated by the computer 150, for example. Image data generated by computer 150 is input to inkjet printer 100 through cable 143 and connectors 141A and 141B. The inkjet heads 10A to 10D eject predetermined amounts of ink droplets of, for example, cyan, magenta, yellow, and black onto predetermined positions of the sheet S on the transport belt 110 to 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 sheets S of different sizes, for example. The upstream conveying path 106 is composed of feed roller pairs 105a, 105b and 105c and sheet guide plates 106a and 106b that define the sheet conveying path. The pickup roller 104 supplies the sheets S one by one from the cassette 102A to the upstream conveyance path 106 . The sheet S is conveyed by the rotating pair of feed rollers 105a and 105b, and after passing the pair of feed rollers 105a, is conveyed to the upper surface of the conveying belt 110 by the sheet guide plate 106a. An arrow R1 in the drawing indicates the 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 conveyance path 106 . The sheet S is transported by rotating feed roller pairs 105a, 105b, and 105c, and after passing the feed roller pair 105c, is transported to the upper surface of the transport belt 110 by sheet guide plates 106a and 106b. An arrow R2 in the drawing indicates the conveying 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 with a large number of through holes formed on its surface. The conveying belt 110 is rotatably supported by three rollers, a drive roller 112a and driven rollers 112b and 112c. The driving roller 112a is rotated by a motor 111, which is an example of a driving device. R3 in the drawing indicates the rotation direction of the conveyor belt 110 . A negative pressure container 113 is arranged on the back side of the conveying belt 110 . The upper surface of the negative pressure container 113 is in contact with the rear surface of the conveyor belt 110 . A large number of fine holes 114 are formed on the upper surface of the negative pressure container 113 . The negative pressure container 113 is connected to a decompression fan 115 , and the inside of the container is decompressed by the airflow generated by the fan 115 . R4 in the drawing indicates the flow of the air current. The sheet S is adsorbed and held on the upper surface of the conveying belt 110 by reducing the pressure in the negative pressure container 113 . The cassettes 102A and 102B, the upstream conveying path 106, and the conveying belt 110 constitute a recording medium conveying device that conveys the sheet S to a position facing the inkjet heads 10A to 10D. An image is formed on the sheet S sucked and held on the upper surface of the conveying belt 110 as it passes below the inkjet heads 10A to 10D.

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 sucked and held on the conveying belt 110 with a gap of, for example, 1 mm. The inkjet heads 10A to 10D have the same structure except that the colors of the inks ejected are different. Detailed structures 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。 Ink tanks 130A to 130D and ink supply pressure adjusting devices 131A to 131D are connected to the ink jet heads 10A to 10D through ink flow paths 135, respectively. When the ink is supplied in a circulating manner, the ink flow path 135 is provided with an outward path and a return path. The ink channel 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 that store ink. Further, maintenance units 132A-132D are arranged near the respective inkjet heads 10A-10D. For example, the maintenance unit 132A of the inkjet head 10A includes a cap 133 that protects the surfaces of the nozzles 25 of the inkjet head 10A, and a blade 134 that removes deposits remaining on the surfaces of the nozzles 25. FIG. The maintenance units 132B-132D of the other inkjet heads 10B-10D also 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。 Each ink tank 130A-130D is arranged above each inkjet head 10A-10D. In order to prevent ink from leaking from the nozzles 25 of the inkjet heads 10A to 10D during standby, each of the ink supply pressure adjusting devices 131A to 131D maintains a negative pressure in each of the inkjet heads 10A to 10D with respect to the atmospheric pressure. I'm trying to be The negative pressure is set to -1 kPa, for example. During image formation, the ink in each of the ink tanks 130A-130D is circulated and supplied to each of the inkjet heads 10A-10D by the ink supply pressure adjusting devices 131A-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 an image is formed is conveyed from the conveying belt 110 to the downstream conveying path 120 . The downstream conveying path 120 includes feed roller pairs 120a, 120b, 120c, and 120d and sheet guide plates 121a and 121b that define the conveying path of the sheet S. As shown in FIG. The sheet S is sent from the discharge port 122 to the discharge tray 123 by the feed roller pairs 120a, 120b, 120c, and 120d. An arrow R5 in the drawing indicates the transport path of the sheet S. FIG.

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。 Next, configurations of the inkjet heads 10A to 10D will be described with reference to FIGS. 2 to 5. FIG. 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 section 2, a flexible printed wiring board 3, and a drive circuit board 4. FIG. Further, the nozzle head section 2 includes a nozzle plate 21, a substrate 22, a frame member 23 forming a common ink chamber, and an ink supply section 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 resin such as polyimide or metal such as stainless steel. A plurality of nozzles 25, which are ejection holes for ejecting ink droplets, are provided on the surface of the nozzle plate 21. As shown in FIG. The nozzle density of the nozzle plate 21 is set within a range of, for example, 150 to 1200 dpi. The substrate 22 is a rectangular substrate made of insulating ceramics, for example.

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 surrounding the lower portion of the substrate 22, for example, symmetrically. An opening on the lower surface of the frame member 23 is sealed by the nozzle plate 21 . A space defined 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 an ink supply port 27 that is, for example, a circular opening. A supply ink chamber 26A in which an 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 an ink supply pipe 28 provided in the ink supply section 24 . The ink supply pipe 28 further communicates with an 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 an ink discharge port, which is, for example, 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 section 24 . The ink discharge pipe 29 further communicates with an ink supply pressure adjusting device 131A for circulation supply. The frame member 23, the ink supply section 24, the ink supply pipe 28, and the ink discharge pipe 29 are made of resin, for example. A support member 24a having a symmetrical structure with respect to the ink supply portion 24 is arranged at a symmetrical position with the substrate 22 interposed therebetween, except that the ink supply pipe 28 and the ink discharge pipe 29 are not provided. The ink supply section 24 and the support member 24a are each provided with a fixing member 24b that is 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 driving pressure chambers 5 constituting ink ejection channels and air chambers 51 constituting dummy channels are arranged on the surface of the substrate 22 positioned within the common ink chamber 26 (26A, 26B). The drive pressure chamber 5 and the air chamber 51 are partitioned by the piezoelectric members 6 (6A, 6B), which are side walls formed at a height contacting the surface of the nozzle plate 21. As shown in FIG. The driving pressure chamber 5 and the air chamber 51 are formed by rectangular grooves formed by cutting two piezoelectric members 6A and 6B laminated on the surface of the substrate 22 in the width direction of the substrate. The two piezoelectric members 6A and 6B are laminated in opposite polarization directions (opposing directions as an example). A piezoelectric material having a large hysteresis, which will be described later, is used for the piezoelectric members 6 (6A, 6B). The driving pressure chamber 5 and the air chambers 51 are arranged so that the air chambers 51 are positioned on both sides of the driving 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 short side walls of the air chamber 51 are arranged on both side surfaces of the substrate 22 . The lower end surface of the cover plate 7 is at the same height as the tip end surfaces of the piezoelectric members 6 (6A, 6B) forming the side walls, and the upper end surface of the cover plate 7 is at the same height as the common ink chamber 26 (26A, 26B). extends outside. The air chamber 51 forms a sealed space that is isolated from the common ink chamber 26 (26A, 26B) by the cover plate 7. As shown in FIG. The cover plate 7 is made 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 side of the common ink chamber 26A is an ink supply port, and the opening 71 of the cover plate 7 on the side of the common ink chamber 26B is an ink discharge port. be.

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, electrodes 61 are integrally formed on the upper surface and both side surfaces of the driving pressure chamber 5 as shown in FIG. An electrode 62 is subsequently formed. Wiring electrodes 63 and 64 are connected to the electrode 61 of the driving pressure chamber 5 and the electrode 62 of the air chamber 51, respectively. The electrodes 61 and 62 and the wiring electrodes 63 and 64 are made of nickel thin film, for example. In this case, the electrode 61 connected to the driving pressure chamber 5 is used as an individual electrode to apply a driving electric field, and the electrode 62 connected to the air chamber 51 is used as a common electrode and grounded, for example.

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, electrodes 61 are integrally formed on the upper surface and both side surfaces of the driving pressure chamber 5, and the side surfaces of the air chamber 51 are electrically connected, as shown in FIG. Separated electrodes 62 are formed respectively. Wiring electrodes 63 and 64 are connected to the electrode 61 of the driving pressure chamber 5 and the electrode 62 of the air chamber 51, respectively. The electrodes 61 and 62 and the wiring electrodes 63 and 64 are made of nickel thin film, for example. In this case, the electrode 61 connected to the driving pressure chamber 5 is used as a common electrode, for example grounded, and the electrode 62 connected to the air chamber 51 is used as an individual electrode to apply the driving electric field.

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 driving pressure chamber 5 and the wiring electrode 64 from the air chamber 51 are connected to the flexible printed wiring board 3, and further connected to the driving circuit board 4 serving as a driving circuit for the ejection operation. electrically connected. A driving IC (Integrated Circuit) 31 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 drive 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 that intersects (preferably, perpendicularly) the polarization axis of the piezoelectric members 6 (6A, 6B) so that the piezoelectric members 6 (6A, 6B) undergo shear mode deformation, and ink droplets are ejected from the nozzles 25. is configured as an independently driven actuator that ejects the

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)。
Next, the piezoelectric material used for the piezoelectric members 6 (6A, 6B) will be described.
FIG. 6 shows the relationship between the drive electric field E (V/mm) and the amount of strain ε when the piezoelectric members 6 (6A, 6B) are made of high-hysteresis material, middle-hysteresis material, and 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 indicated by the solid line, for example, the strain amount ε is zero (A0) in the initial state after the inkjet head 10A is manufactured. As the driving electric field E is applied in the plus 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 there is no hysteresis, the strain amount ε returns to the original zero (A0) when the driving electric field E (V/mm) is made zero. A 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。 Conversely, 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). Since the pull direction also 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 pull direction remains (distortion A4 ). The medium hysteresis material and the low hysteresis material also exhibit the same hysteresis characteristics as the high hysteresis material, although the amount of strain ε and 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, if a material with high hysteresis is used, ink is ejected with a large strain amount εT from the maximum value in the pulling direction (strain A3) to the maximum value in the pushing direction (strain A1). has the advantage of being able to On the other hand, the history of distortion (distortion A2, distortion A4) remaining when the driving electric field E (V/mm) is made zero is also large. In the conventional shear-mode share-wall side-shooter type inkjet head, adjacent drive pressure chambers share the side walls of the piezoelectric member, so even if the previous strain history of the piezoelectric member is in the positive direction (strain 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 driven, the amount of pressure reduction (distortion Since A2-A3 or distortion A4-A3) are different, the problem of crosstalk due to pressure propagation, for example, remains, although it is improved. Therefore, low hysteresis materials were selected, and large 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 ink jet head 10A shown in FIGS. 2 to 5, a material having a large hysteresis is selected from lead-containing piezoelectric materials and lead-free piezoelectric materials. Specifically, as shown in FIG. 7, a lead-containing piezoelectric material having a piezoelectric constant d15 of 1000 pC/N or more at an electric field of 300 V/mm is used. Note that "p" is the prefix pico in the SI unit system. A lead-containing piezoelectric material is, for example, lead zirconate titanate (PZT). Lead zirconate titanate (PZT) is a mixed crystal of lead titanate and lead zirconate. The magnitude of hysteresis differs depending on the type, composition ratio, and the like. Among them, lead zirconate titanate having a piezoelectric constant d15 of 1000 pC/N or more at an electric field of 300 V/mm is selected as a high hysteresis material and a 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 d15 , for example, in the case of a commercially available piezoelectric material, the value indicated by the manufacturer may be used. Alternatively, it may be actually measured. FIG. 7 shows an example of the piezoelectric constant d15 actually measured and obtained for the high hysteresis material (A-1), medium hysteresis material (A-2), and low hysteresis material (A-3). . As a measuring method, as shown schematically in FIG. A driving electric field E is applied. A driving electric field E of 5 V/mm, 300 V/mm, and 750 V/mm is applied, and the inclination (shear strain) at that time is measured by the laser Doppler vibrometer sensor 82 . The piezoelectric constant d15 , which indicates shear strain, can be obtained by dividing the amount of strain by the electric field. The formula and units are piezoelectric constant d 15 (m/V)=[induced strain (m/m)/applied 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。 As another example of the piezoelectric material, as shown in FIG. 7, a lead-free piezoelectric material having a piezoelectric constant d15 of 400 pC/N or more at an electric field of 300 V/mm is used. A lead-free piezoelectric material is, for example, potassium sodium niobate (KNN). Other niobate-based piezoelectric materials may be used. Alternatively, materials other than niobic acid, such as barium titanate (BaTiO 3 ), may be used. Also in the case of lead-free piezoelectric materials, the piezoelectric constant d15 may be the value indicated by the manufacturer, for example, in the case of commercially available piezoelectric materials. Alternatively, it may be actually measured. FIG. 7 shows an example of the piezoelectric constant d15 actually measured and obtained for the high hysteresis material (B-1), medium hysteresis material (B-2), and low hysteresis material (B-3). . Among them, a lead-free piezoelectric material having a piezoelectric constant d15 of 400 pC/N or more at an electric field of 300 V/mm is selected.

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 ink will be described. FIG. 9 shows waveforms of pulse voltages of (a) pressing, (b) pressing with pre-waveform, (c) pulling, and (d) pulling with pre-waveform. Further, FIG. 9 shows the strain displacement of the piezoelectric member 6 (6A, 6B) corresponding to the voltage waveform. Reference numerals A1 to A4 in the figure correspond to distortions 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 to apply a voltage in the positive direction (+) and then return it to the ground potential. In this case, the piezoelectric member 6 ( 6 A, 6 B) deforms in the pushing direction from the strain A 2 to the strain A 1 to pressurize the driving 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 strain A1 to strain A2. Since the driving pressure chamber 5 is repeatedly pressurized in a linear range from strain A1 to strain A2, the driving frequency can be maximized.

(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) Pressing with a pre-waveform applies a voltage in the negative direction (-) with a waveform so small that ink is not ejected, then in the positive direction (+), and then returns the voltage to the ground potential. . In this case, the piezoelectric member 6 (6A, 6B) is first deformed in the strain A3 direction and then deformed in the pushing direction of the strain A1 to pressurize the driving pressure chamber 5. FIG. After that, when the voltage returns to the ground potential, the piezoelectric member 6 (6A, 6B) also returns from strain A1 to strain A2. The pre-wavy pressing can increase the amount of strain compared to the pressing because it is once deformed 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) Pulling and striking involves first applying a voltage in the negative direction (-), then applying a voltage in the positive direction (+), and then returning the voltage to the ground potential. In this case, the piezoelectric members 6 ( 6 A, 6 B) are deformed sufficiently in the pulling direction of the strain A 3 and then deformed in the pushing direction of the strain A 1 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 strain A1 to strain A2. In the pulling stroke, ink can be ejected with a large strain amount ε T from the maximum value in the pulling direction (distortion A3) to the maximum value in the pushing direction (distortion A1). Pull-hitting is a preferable driving method that can obtain a large amount of strain and can drive at a relatively high frequency.

(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) In pre-waveform pull-off, voltage is applied in the plus direction (+) with a waveform so small that ink is not ejected, then in the minus direction (-), and then again in the plus direction (+). After applying the voltage, the voltage is returned to ground potential. In this case, the piezoelectric member 6 ( 6 A, 6 B) is first deformed in the strain A 1 direction and then deformed in the strain A 3 pulling direction to reduce the pressure in the driving pressure chamber 5 . Then, the drive pressure chamber 5 is pressurized by being deformed in the pushing direction of the strain A1. After that, when the voltage returns to the ground potential, the piezoelectric member 6 (6A, 6B) also returns from strain A1 to 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 performing a pull strike, which is a preferred driving method, will be described with reference to FIG. At the ground potential before applying the drive voltage, the piezoelectric member 6 (6A, 6B) retains the history of the previous ejection operation. In other words, when viewed from the driving 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 members 6 (6A, 6B) are deformed in the pulling direction, and the pressure in the driving pressure chamber 5 is reduced. Subsequently, when a voltage is applied in the positive direction (+), the piezoelectric members 6 ( 6 A, 6 B) are deformed in the pushing direction, the driving pressure chambers 5 are pressurized, and ink droplets are ejected from the nozzles 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 ink jet head 10A is a shear mode side shooter type ink jet head 10A equipped with independently driven actuators in which the air chambers 51 having less pressure propagation than the ink are arranged on both sides of the driving pressure chambers 5. , a lead-containing piezoelectric material having a piezoelectric constant d15 of 1000 pC/N or more at an electric field of 300 V/mm can be used. That is, even if a piezoelectric material having a large hysteresis is used and driven with a large strain, an ink ejection operation can be performed while suppressing crosstalk. For the same reason, a lead-free piezoelectric material having a piezoelectric constant d15 of 400 pC/N or more at an electric field of 300 V/mm can be used.

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。 Furthermore, according to the above-described embodiment, the state of the piezoelectric member 6 (6A, 6B) at the end of driving is always the same strain A2. No pre-driving required. As a result, not only crosstalk can be suppressed, but also the driving 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。 Furthermore, according to the above-described embodiment, although it is an example, the drive voltage that satisfies the desired performance of the piezoelectric members 6 (6A, 6B) using the low hysteresis material was 30 V, whereas the high hysteresis material was used. It was confirmed that the piezoelectric member 6 (6A, 6B) used satisfies 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。 In the above-described embodiment, the ink-circulating inkjet head 10A has been described as an example, but the ink-non-circulating inkjet head may also be used. Also, the inkjet head 10A may be installed in a 3D printer. In this case, the liquid modeling material and support material are 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。 Embodiments of the invention are provided by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be embodied in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and its equivalents.

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 section 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、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、を備え、
前記駆動圧力室は、基板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、前記側壁の第1方向に接して配置される前記ノズルを形成したノズルプレートと、前記側壁の前記第1方向と異なる第2方向の両端側に位置するインク室に連通する開口により形成され、
前記空気室は、前記圧電部材で形成された複数の側壁と、前記側壁の第1方向に接して配置されるノズルプレートと、前記側壁の第2方向の両端側の開口を塞ぐカバー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 driving pressure chamber having a pair of side walls made of a piezoelectric member and communicating with the nozzle; air chambers provided on both sides of the driving pressure chamber via the side walls; and applying a driving electric field to the piezoelectric member. a drive circuit;
The drive pressure chamber includes a plurality of sidewalls formed of the piezoelectric members arranged at intervals on the substrate, a nozzle plate formed with the nozzles disposed in contact with the sidewalls in the first direction, and the sidewalls. formed by openings communicating with ink chambers positioned on both end sides in a second direction different from the first direction,
The air chamber is formed by a plurality of side walls formed of the piezoelectric member, a nozzle plate arranged in contact with the side walls in the first direction, and covers closing openings on both end sides of the side walls in the second direction. has been
An inkjet head, wherein the piezoelectric member is made of a lead-containing piezoelectric material having a piezoelectric constant d15 of 1000 pC/N or more when an electric field of 300 V/mm is applied.
圧電部材で形成された一対の側壁を有し、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、を備え、
前記駆動圧力室は、基板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、前記側壁の第1方向に接して配置される前記ノズルを形成したノズルプレートと、前記側壁の前記第1方向と異なる第2方向の両端側に位置するインク室に連通する開口により形成され、
前記空気室は、前記圧電部材で形成された複数の側壁と、前記側壁の第1方向に接して配置されるノズルプレートと、前記側壁の第2方向の両端側の開口を塞ぐカバー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 driving pressure chamber having a pair of side walls made of a piezoelectric member and communicating with the nozzle; air chambers provided on both sides of the driving pressure chamber via the side walls; and applying a driving electric field to the piezoelectric member. a drive circuit;
The drive pressure chamber includes a plurality of sidewalls formed of the piezoelectric members arranged at intervals on the substrate, a nozzle plate formed with the nozzles disposed in contact with the sidewalls in the first direction, and the sidewalls. formed by openings communicating with ink chambers positioned on both end sides in a second direction different from the first direction,
The air chamber is formed by a plurality of side walls formed of the piezoelectric member, a nozzle plate arranged in contact with the side walls in the first direction, and covers closing openings on both end sides of the side walls in the second direction. has been
An inkjet head, wherein the piezoelectric member is formed of a lead-free piezoelectric material having a piezoelectric constant d15 of 400 pC/N or more when an electric field of 300 V/mm is applied.
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、この駆動電界とは逆極性の駆動電界を印加し前記駆動圧力室を加圧してインクを吐出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 driving circuit applies a driving electric field that decompresses the driving pressure chamber, and then applies a driving electric field having a polarity opposite to the driving electric field to pressurize the driving pressure chamber and apply a driving electric field that ejects ink . 3. The inkjet head according to claim 1 or 2, characterized by: 請求項1~3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;
a recording medium conveying device that conveys a recording medium to a position facing the inkjet head;
and a controller for controlling the inkjet head to eject ink onto a predetermined position of the recording medium.
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