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JP2013014121A - Inkjet recording apparatus - Google Patents

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JP2013014121A
JP2013014121A JP2011150400A JP2011150400A JP2013014121A JP 2013014121 A JP2013014121 A JP 2013014121A JP 2011150400 A JP2011150400 A JP 2011150400A JP 2011150400 A JP2011150400 A JP 2011150400A JP 2013014121 A JP2013014121 A JP 2013014121A
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JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric element
recording apparatus
ink jet
jet recording
driving
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2011150400A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mitsuru Shingyouchi
充 新行内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP2011150400A priority Critical patent/JP2013014121A/en
Publication of JP2013014121A publication Critical patent/JP2013014121A/en
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

【課題】吐出性能のばらつきを抑えて高画質化を図ることが可能なインクジェット記録装置を提供する。
【解決手段】ノズル孔2−1に連通する複数の加圧液室1−1−1にそれぞれ設けられた圧電素子1−4を駆動することにより各加圧液室内1−1−1に圧力を発生させ、発生した該圧力により各ノズル孔2−1からインク液滴を吐出するインクジェット式記録ヘッド53を有するインクジェット記録装置50において、各圧電素子1−4は基準電位から繰り返し出力される駆動波形の少なくとも一部をスイッチングすることにより駆動され、各圧電素子1−4の駆動回数を計数する計数手段を有し、駆動波形が基準電位にスルーアップした後の各圧電素子1−4の駆動回数を計数手段により計数し、この計数結果に応じて各圧電素子1−4の駆動状態を予め定められている何れかの形態に分類し、該形態に基づいて駆動波形のスルーダウンのタイミングを変化させる。
【選択図】図17
An inkjet recording apparatus capable of improving image quality by suppressing variation in ejection performance is provided.
A pressure is applied to each pressurized liquid chamber 1-1-1 by driving a piezoelectric element 1-4 provided in each of a plurality of pressurized liquid chambers 1-1-1 communicating with a nozzle hole 2-1. In the ink jet recording apparatus 50 having the ink jet recording head 53 that discharges ink droplets from the nozzle holes 2-1 by the generated pressure, each piezoelectric element 1-4 is repeatedly driven from a reference potential. The piezoelectric element 1-4 is driven by switching at least a part of the waveform, and has a counting means for counting the number of times of driving each piezoelectric element 1-4. The driving of each piezoelectric element 1-4 after the drive waveform has been slewed up to the reference potential The number of times is counted by the counting means, and the driving state of each piezoelectric element 1-4 is classified into any one of the predetermined forms according to the counting result, and the drive waveform is slewed down based on the form. To change the timing.
[Selection] Figure 17

Description

本発明は、インクジェットプリンタ、MFPを使用するデジタル印刷装置等のインクジェット記録装置に関する。   The present invention relates to an inkjet recording apparatus such as an inkjet printer and a digital printing apparatus using an MFP.

インクジェット記録装置は、記録時の騒音が極めて小さいこと、高速印字が可能であること、インクの自由度が高く安価な普通紙を使用できること等、多くの利点を有している。この中でも、記録が必要なときにのみインク液滴を吐出する、いわゆるインク・オン・デマンド方式が、記録に不要なインク液滴の回収を必要としないために現在では主流となってきている。   The ink jet recording apparatus has many advantages, such as extremely low noise during recording, high speed printing, and use of inexpensive plain paper with a high degree of ink freedom. Among these, the so-called ink-on-demand method, in which ink droplets are ejected only when recording is necessary, has become the mainstream at present because it does not require collection of ink droplets that are not necessary for recording.

プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像記録装置あるいは画像形成装置として用いるインクジェット記録装置に使用される液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドとしては、インク液滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する吐出室(加圧液室、圧力室、インク流路等とも称される)と、吐出室内のインクを加圧する圧力を発生させる圧力発生手段とを備え、圧力発生手段にて発生した圧力により吐出室内のインクを加圧することによってノズルからインク液滴を吐出させる。   An inkjet head, which is a droplet discharge head used in an image recording apparatus such as a printer, a facsimile machine, or a copying apparatus, or an ink jet recording apparatus used as an image forming apparatus, includes a nozzle that discharges ink droplets and a discharge that communicates with the nozzle. Chamber (also referred to as a pressurized liquid chamber, a pressure chamber, an ink flow path, etc.) and a pressure generating means for generating a pressure for pressurizing the ink in the discharge chamber, and the discharge chamber is configured by the pressure generated by the pressure generating means. Ink droplets are ejected from the nozzles by pressurizing the ink.

このような液滴吐出ヘッドとしては、圧力発生手段として圧電素子等の電気機械変換素子を用いて吐出室の壁面を形成している振動板を変形変位させることによりインク液滴を吐出させるピエゾ型のもの、吐出室内に配置した発熱抵抗体等の電気熱変換素子を用いてインクの膜沸騰でバブルを発生させインク液滴を吐出させるバブル型(サーマル型)のもの等がある。ピエゾ型のものにはD33方向の変形を利用した縦振動型、D31方向の変形を利用した横振動(ベントモード)型、さらには剪断変形を利用したシェアモード型等がある。その中で、近年の半導体プロセスやマイクロマシニング技術の進歩により、パターニング加工技術が確立されていてかつコストの低いSi基板に加圧室及びピエゾ素子を直接形成するアクチュエータ構成が考案されている。これによれば、圧電素子を振動板に貼り付ける作業が不要となり、リソグラフィ法という精密かつ簡便な手法で圧電素子を作り付けることができるばかりでなく、圧電素子の厚みを薄くできて高速駆動が可能となるという利点がある。   As such a droplet discharge head, a piezoelectric type that discharges ink droplets by deforming and displacing a diaphragm forming the wall surface of the discharge chamber using an electromechanical transducer element such as a piezoelectric element as a pressure generating means And a bubble type (thermal type) in which bubbles are generated by boiling an ink film and an ink droplet is ejected by using an electrothermal conversion element such as a heating resistor arranged in a discharge chamber. Piezoelectric types include a longitudinal vibration type using deformation in the D33 direction, a transverse vibration (vent mode) type using deformation in the D31 direction, and a shear mode type using shear deformation. Among them, an actuator configuration in which a pressurizing chamber and a piezo element are directly formed on a low-cost Si substrate has been devised due to recent advances in semiconductor processes and micromachining techniques, and a patterning technique has been established. This eliminates the need to attach the piezoelectric element to the diaphragm, and not only can the piezoelectric element be created by a precise and simple technique called a lithography method, but also the piezoelectric element can be reduced in thickness and driven at high speed. There is an advantage that it becomes possible.

「特許文献1」には、印刷動作が実行されていない期間に、圧電素子を構成する両電極間の電気的接続状態を制御した状態で圧電素子を保持することにより、圧電素子の残留分極の緩和を抑えるインクジェット式記録装置が開示されている。これにより、インク吐出特性が所定範囲内に維持されるため、印刷品質を安定させることができる。また「特許文献2」には、圧電体に対して液体吐出動作時に印加する駆動波形が、圧電体の抗電界を超えた電界強度を示す電圧を印加する高電位期と、高電位期とは電位が逆極性となる電圧を印加する逆電位期とを含んでいる液体吐出装置が開示されている。これにより、残留分極の進行を抑えてインク吐出特性を安定化させている。   In “Patent Document 1”, the residual polarization of the piezoelectric element is maintained by holding the piezoelectric element in a state in which the electrical connection state between both electrodes constituting the piezoelectric element is controlled during a period when the printing operation is not performed. An ink jet recording apparatus that suppresses relaxation is disclosed. Thereby, since the ink ejection characteristics are maintained within a predetermined range, the print quality can be stabilized. Further, in “Patent Document 2”, a high-potential period in which a driving waveform applied to a piezoelectric body during a liquid discharge operation applies a voltage indicating an electric field strength exceeding the coercive electric field of the piezoelectric body, A liquid ejecting apparatus including a reverse potential period in which a voltage having a reverse potential is applied is disclosed. Thereby, the progress of remanent polarization is suppressed and the ink ejection characteristics are stabilized.

「特許文献3」には、液滴の吐出回数を測定する吐出回数測定手段と吐出回数に応じて駆動信号の電圧を補正する電圧補正情報を有すると共に、吐出回数測定手段で測定した吐出回数と電圧補正テーブルとに基づいて駆動信号の電圧を補正して液滴の重量を補正する電圧補正手段とを有する液体噴射装置が開示されている。これにより、吐出回数に応じて電圧補正することにより、インク吐出特性を安定化している。また「特許文献4」には、画像形成装置において複数種類の駆動波形を切り替えて使用するときのスルーアップあるいはスルーダウンさせる波形を生成する機能について開示されている。   “Patent Document 3” includes a discharge number measuring unit that measures the number of times a droplet is discharged and voltage correction information that corrects the voltage of a drive signal in accordance with the number of discharges. A liquid ejecting apparatus having a voltage correcting unit that corrects the weight of the droplet by correcting the voltage of the drive signal based on the voltage correction table is disclosed. As a result, the ink ejection characteristics are stabilized by correcting the voltage according to the number of ejections. Further, “Patent Document 4” discloses a function for generating a waveform to be through-up or through-down when a plurality of types of drive waveforms are switched and used in an image forming apparatus.

上述のような薄膜からなる圧電素子を有するインクジェット記録ヘッドでは、圧電素子を連続的に駆動してノズル開口からインク液滴を吐出させると、インク吐出特性が徐々に低下してしまうという問題点がある。
図22は、100msの間25kHzでの連続吐出(2500滴)を行った後にそれぞれ0ms(連続)、100μs、1ms、100msの回復時間(印加電圧をGndにスルーダウン)を設けたときに、液滴速度Vjがどのように変化するかを観察したものである。連続吐出を行うと、薄膜ピエゾは分極が進み振動板の変位が小さくなるので液滴速度Vjが徐々に低下する。回復時間を与えると、その間に分極が緩和するので振動板の変位及び液滴速度Vjも回復するので、回復時間の長さにより液滴速度Vjの低下が小さくなる。この結果は、圧電素子は吐出履歴により影響を受け、吐出ばらつきが発生することを示している。このため、連続的に印刷動作を実行すると、吐出されるインク液滴の大きさにばらつきが生じ、印刷品質が安定しないという問題点がある。薄膜ピエゾではなくバルクを焼成したピエゾの場合も電圧印加による残留分極はあるが、薄膜ピエゾは膜厚が薄く強い電界強度で駆動するため、残留分極の影響が著しく顕著になる。
In an ink jet recording head having a piezoelectric element made of a thin film as described above, when ink droplets are ejected from the nozzle openings by continuously driving the piezoelectric element, the ink ejection characteristics gradually deteriorate. is there.
FIG. 22 shows that when continuous discharge (2500 drops) at 25 kHz was performed for 100 ms, and recovery times (applied voltage was slewed down to Gnd) of 0 ms (continuous), 100 μs, 1 ms, and 100 ms, respectively, This is an observation of how the drop velocity Vj changes. When continuous discharge is performed, the thin film piezo is polarized and the displacement of the diaphragm is reduced, so that the droplet velocity Vj gradually decreases. When the recovery time is given, the polarization is relaxed during that time, so that the displacement of the diaphragm and the droplet velocity Vj are also recovered. Therefore, the drop in the droplet velocity Vj is reduced by the length of the recovery time. This result indicates that the piezoelectric element is affected by the discharge history, and discharge variation occurs. For this reason, when the printing operation is continuously performed, the size of the ejected ink droplets varies, and there is a problem that the printing quality is not stable. In the case of a piezo obtained by firing a bulk instead of a thin film piezo, there is residual polarization due to voltage application. However, since the thin film piezo is driven with a thin electric field strength, the influence of the residual polarization becomes remarkably significant.

上述した「特許文献1」に開示された技術では、複数ある圧電素子の吐出履歴(駆動履歴)がヘッド内のインク吐出特性に差をもたらすことについては解決されていない。「特許文献2」に開示された技術では、駆動電圧に逆極性となる電圧を発生しなければならないため、ドライバICの耐圧が高くなることや逆極性用の電源電圧を用意する必要がある等、コストアップとなる。「特許文献3」に開示された技術では、電圧補正がヘッド全体に対する補正であり、ヘッド内のインク吐出特性に差をもたらすことについては解決されていない。「特許文献4」に開示された技術では、インク吐出特性の経時変化に対する問題点は解決されない。
本発明は上述の問題点を解消し、吐出性能のばらつきを抑えて高画質化を図ることが可能なインクジェット記録装置の提供を目的とする。
The technique disclosed in the above-mentioned “Patent Document 1” does not solve the problem that the ejection history (driving history) of a plurality of piezoelectric elements causes a difference in the ink ejection characteristics in the head. In the technique disclosed in “Patent Document 2”, a voltage having a reverse polarity must be generated as a drive voltage, so that the withstand voltage of the driver IC is increased and a power supply voltage for the reverse polarity needs to be prepared. This will increase costs. In the technique disclosed in “Patent Document 3”, voltage correction is correction for the entire head, and it does not solve the problem of causing a difference in ink ejection characteristics in the head. The technique disclosed in “Patent Document 4” does not solve the problem with respect to the temporal change in ink ejection characteristics.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an ink jet recording apparatus which can solve the above-described problems and can improve the image quality by suppressing variations in ejection performance.

請求項1記載の発明は、ノズル孔に連通する複数の加圧液室にそれぞれ設けられた圧電素子を駆動することにより前記各加圧液室内に圧力を発生させ、発生した該圧力により前記各ノズル孔からインク液滴を吐出するインクジェット式記録ヘッドを有するインクジェット記録装置において、前記各圧電素子は基準電位から繰り返し出力される駆動波形の少なくとも一部をスイッチングすることにより駆動され、前記各圧電素子の駆動回数を計数する計数手段を有し、前記駆動波形が前記基準電位にスルーアップした後の前記各圧電素子の駆動回数を前記計数手段により計数し、この計数結果に応じて前記各圧電素子の駆動状態を予め定められている何れかの形態に分類し、該形態に基づいて前記駆動波形のスルーダウンのタイミングを変化させることを特徴とする。   According to the first aspect of the present invention, pressure is generated in each of the pressurizing fluid chambers by driving piezoelectric elements respectively provided in the plurality of pressurizing fluid chambers communicating with the nozzle holes, and each of the pressurizing fluid chambers is generated by the generated pressure. In an ink jet recording apparatus having an ink jet recording head for ejecting ink droplets from nozzle holes, each piezoelectric element is driven by switching at least a part of a driving waveform repeatedly output from a reference potential, and each piezoelectric element Counting means for counting the number of times of driving of each piezoelectric element after the drive waveform has been slewed up to the reference potential, and counting the number of times the piezoelectric element is driven. The drive state is classified into one of predetermined forms, and the timing of through-down of the drive waveform is changed based on the form. And wherein the Rukoto.

請求項2記載の発明は、請求項1記載のインクジェット記録装置において、さらに前記各圧電素子は前記加圧液室の少なくとも一面を構成する振動板に圧電材層を成膜した薄膜ピエゾであることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the ink jet recording apparatus according to the first aspect, each of the piezoelectric elements is a thin film piezo in which a piezoelectric material layer is formed on a vibration plate constituting at least one surface of the pressurized liquid chamber. It is characterized by.

請求項3記載の発明は、請求項1または2記載のインクジェット記録装置において、さらに前記インクジェット式記録ヘッドを走査しつつ画像形成を行うシリアル型であり、前記駆動波形のスルーアップ及びスルーダウンは走査毎に行われることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the ink jet recording apparatus according to the first or second aspect, the image forming apparatus is a serial type that performs image formation while scanning the ink jet recording head. It is performed every time.

請求項4記載の発明は、請求項1ないし3の何れか1つに記載のインクジェット記録装置において、さらに前記計数結果に応じて前記駆動波形をスルーダウンする際に、少なくとも一部の前記圧電素子の駆動状態の形態は一旦スルーアップした後にスルーダウンすることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the ink jet recording apparatus according to any one of the first to third aspects, at least a part of the piezoelectric element when the drive waveform is slewed down according to the counting result. This driving state is characterized in that it is once through up and then through down.

請求項5記載の発明は、請求項4記載のインクジェット記録装置において、さらに前記スルーアップは前記駆動波形の最大値まで行われることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the ink jet recording apparatus according to the fourth aspect, the through-up is further performed up to the maximum value of the drive waveform.

請求項6記載の発明は、請求項1ないし5の何れか1つに記載のインクジェット記録装置において、さらに前記計数手段は前記圧電素子の駆動の有無を分類する手段であることを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in the ink jet recording apparatus according to any one of the first to fifth aspects, the counting means is a means for classifying whether or not the piezoelectric element is driven.

本発明によれば、残留分極が影響する吐出履歴における吐出ばらつきを小さくすることが可能となり、これにより形成される画像品質を安定化することができる。   According to the present invention, it is possible to reduce the discharge variation in the discharge history affected by the remanent polarization, thereby stabilizing the image quality formed.

本発明の一実施形態を適用可能なインクジェット記録装置の概略斜視図である。1 is a schematic perspective view of an ink jet recording apparatus to which an embodiment of the present invention can be applied. 本発明の一実施形態を適用可能なインクジェット記録装置の概略側面図である。1 is a schematic side view of an ink jet recording apparatus to which an embodiment of the present invention can be applied. 本発明の一実施形態に用いられる記録ヘッドの3面断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a recording head used in an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に用いられる記録ヘッドの製造工程を説明する概略図である。It is the schematic explaining the manufacturing process of the recording head used for one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に用いられる記録ヘッドの製造工程を説明する概略図である。It is the schematic explaining the manufacturing process of the recording head used for one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に用いられる記録ヘッドの製造工程を説明する概略図である。It is the schematic explaining the manufacturing process of the recording head used for one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に用いられる記録ヘッドの製造工程を説明する概略図である。It is the schematic explaining the manufacturing process of the recording head used for one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に用いられる記録ヘッドの製造工程を説明する概略図である。It is the schematic explaining the manufacturing process of the recording head used for one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に用いられる記録ヘッドの製造工程を説明する概略図である。It is the schematic explaining the manufacturing process of the recording head used for one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に用いられる記録ヘッドの製造工程を説明する概略図である。It is the schematic explaining the manufacturing process of the recording head used for one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に用いられる記録ヘッドの製造工程を説明する概略図である。It is the schematic explaining the manufacturing process of the recording head used for one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に用いられる記録ヘッドの製造工程を説明する概略図である。It is the schematic explaining the manufacturing process of the recording head used for one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に用いられる記録ヘッドの製造工程を説明する概略図である。It is the schematic explaining the manufacturing process of the recording head used for one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に用いられる記録ヘッドの製造工程を説明する概略図である。It is the schematic explaining the manufacturing process of the recording head used for one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に用いられる制御ブロック図である。It is a control block diagram used for one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に用いられる記録ヘッドの駆動波形を説明する概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a drive waveform of a recording head used in an embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に用いられる記録ヘッドの駆動波形を説明する概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a drive waveform of a recording head used in the first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態に用いられる記録ヘッドの駆動波形を説明する概略図である。It is the schematic explaining the drive waveform of the recording head used for the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に用いられる記録ヘッドの駆動波形を説明する概略図である。FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a drive waveform of a recording head used in a third embodiment of the present invention. 本発明の第4の実施形態に用いられる記録ヘッドの駆動波形を説明する概略図である。It is the schematic explaining the drive waveform of the recording head used for the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態に用いられる記録ヘッドの駆動波形を説明する概略図である。It is the schematic explaining the drive waveform of the recording head used for the 5th Embodiment of this invention. 連続吐出を行った後にそれぞれ所定の回復時間を設けたときに液滴速度Vjがどのように変化するかを観察した結果を示す線図である。It is a diagram which shows the result of having observed how the droplet velocity Vj changes, when each predetermined recovery time is provided after performing continuous discharge.

図1は、本発明の一実施形態を適用可能なインクジェット式記録ヘッドを搭載したインクジェット記録装置の概略斜視図を、図2は同概略側面図をそれぞれ示している。このインクジェット記録装置50は、主走査方向への移動が可能なキャリッジ52、キャリッジ52に搭載された本発明を実施したインクジェット式記録ヘッドである記録ヘッド53、記録ヘッド53にインクを供給するインクカートリッジ54等により構成される印字機構部55を装置本体51の内部に収納しており、装置本体51の下部には前方側から多数枚の用紙56を積載可能な給紙カセット(給紙トレイでもよい)57が着脱可能に取り付けられている。また、装置本体51の図2において左方である前面側には、用紙56を手差しにより給紙する際に使用される手差しトレイ58が設けられている。手差しトレイ58は、不使用時において図2に示すように装置本体51に対して密着する態位と、使用時には用紙56を載置可能となるように倒される態位とに変位自在に設けられている。インクジェット記録装置50は、給紙カセット57または手差しトレイ58から送られる用紙56を取り込み、印字機構部55によって所望の画像を伊56上に記録した後、画像記録後の用紙56を装置本体51の後面側に設けられた排紙トレイ59に排出する。   FIG. 1 is a schematic perspective view of an inkjet recording apparatus equipped with an inkjet recording head to which an embodiment of the present invention can be applied, and FIG. 2 is a schematic side view thereof. The ink jet recording apparatus 50 includes a carriage 52 that can move in the main scanning direction, a recording head 53 that is an ink jet recording head that implements the present invention and is mounted on the carriage 52, and an ink cartridge that supplies ink to the recording head 53. A printing mechanism 55 composed of 54 and the like is housed inside the apparatus main body 51, and a paper feed cassette (a paper feed tray) on which a large number of sheets 56 can be stacked from the front side in the lower part of the apparatus main body 51. ) 57 is detachably attached. Further, a manual feed tray 58 used for manually feeding the paper 56 is provided on the front side of the apparatus main body 51 on the left side in FIG. The manual feed tray 58 is provided so as to be displaceable between a position in close contact with the apparatus main body 51 as shown in FIG. 2 when not in use and a position in which the paper 56 is tilted so that the paper 56 can be placed when in use. ing. The ink jet recording apparatus 50 takes in the paper 56 sent from the paper feed cassette 57 or the manual feed tray 58, records a desired image on the I 56 by the printing mechanism 55, and then uses the paper 56 after the image recording on the apparatus main body 51. The paper is discharged to a paper discharge tray 59 provided on the rear side.

印字機構部55は、図示しない左右の側板に掛け渡された主ガイドロッド60及び従ガイドロッド61によってキャリッジ52を移動自在に保持しており、キャリッジ52にはイエロ(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(Bk)の各色インク液滴を吐出する記録ヘッド53を、複数のインク吐出口(ノズル)が主走査方向と交差する方向となるように配列した上で、インク液滴吐出方向が下方となるように装着している。また、キャリッジ52には記録ヘッド53に各色インクを供給するための各色に対応したインクカートリッジ54をそれぞれ交換可能に装着している。インクカートリッジ54は、上方に大気と連通する大気口を、下方に記録ヘッド53にインクを供給する供給口を、内部にインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛細管現象により記録ヘッド53に供給されるインクを僅かな負圧に維持している。また、ここでは各色毎に記録ヘッド53を設けているが、各色のインク液滴を吐出可能なノズルを有する単一の記録ヘッドを用いる構成でもよい。   The printing mechanism 55 holds a carriage 52 movably by a main guide rod 60 and a sub guide rod 61 that are stretched between left and right side plates (not shown). The carriage 52 is provided with yellow (Y) and cyan (C). , Magenta (M) and black (Bk) recording heads 53 that eject ink droplets of each color are arranged so that a plurality of ink ejection ports (nozzles) intersect the main scanning direction, and then the ink liquid It is mounted so that the droplet discharge direction is downward. Further, ink cartridges 54 corresponding to the respective colors for supplying the respective color inks to the recording head 53 are mounted on the carriage 52 in a replaceable manner. The ink cartridge 54 has an air port that communicates with the atmosphere above, a supply port that supplies ink to the recording head 53 below, and a porous body filled with ink inside. Due to this phenomenon, the ink supplied to the recording head 53 is maintained at a slight negative pressure. Here, the recording head 53 is provided for each color, but a configuration using a single recording head having nozzles capable of ejecting ink droplets of each color may be used.

キャリッジ52は、その用紙搬送方向下流側である後方側を主ガイドロッド60に摺動自在に支持されており、その用紙搬送方向上流側である前方側を従ガイドロッド61上に載置している。そして、キャリッジ52を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ62によって回転駆動される駆動プーリ63と従動プーリ64との間にキャリッジ52に固定されたタイミングベルト65を掛け渡している。この構成により、主走査モータ62が正逆回転することによりキャリッジ52が往復移動される。   The carriage 52 is slidably supported by the main guide rod 60 on the rear side, which is the downstream side in the paper conveyance direction, and the front side, which is the upstream side in the paper conveyance direction, is placed on the sub guide rod 61. Yes. In order to move and scan the carriage 52 in the main scanning direction, a timing belt 65 fixed to the carriage 52 is stretched between a driving pulley 63 and a driven pulley 64 that are rotationally driven by a main scanning motor 62. With this configuration, the carriage 52 is reciprocated as the main scanning motor 62 rotates forward and backward.

一方、給紙カセット57に積載した用紙56を記録ヘッド53の下方へと搬送するため、給紙カセット57から用紙56を分離給送する給紙ローラ66及びフリクションパッド67と、用紙56を案内するガイド部材68と、給紙された用紙56を反転させて搬送する搬送ローラ69と、搬送ローラ69の周面に押圧される搬送コロ70と、搬送ローラ69からの用紙56の送り出し角度を規定する先端コロ71とを設けている。搬送ローラ69は、副走査モータ72によってギヤ列を介して回転駆動される。   On the other hand, in order to convey the paper 56 stacked on the paper feed cassette 57 to the lower side of the recording head 53, the paper 56 is guided from the paper feed roller 57 and the friction pad 67 for separating and feeding the paper 56 from the paper feed cassette 57. The guide member 68, a conveyance roller 69 that reverses and conveys the fed paper 56, a conveyance roller 70 that is pressed against the peripheral surface of the conveyance roller 69, and a feeding angle of the paper 56 from the conveyance roller 69 are defined. A tip roller 71 is provided. The conveyance roller 69 is rotationally driven by a sub-scanning motor 72 via a gear train.

キャリッジ52の主走査方向の移動範囲に対応して、搬送ローラ69から送り出された用紙56を記録ヘッド53の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材73が設けられており、この用紙搬送方向下流側には用紙56を排紙方向へと送り出すために回転駆動される搬送ローラ74及び拍車75、用紙56を排紙トレイ59に送り出す排紙ローラ76及び拍車77、各ローラ74,76間に設けられ排紙経路を形成するガイド部材78,79が設けられている。   Corresponding to the range of movement of the carriage 52 in the main scanning direction, there is provided a printing receiving member 73 which is a paper guide member for guiding the paper 56 fed from the transport roller 69 on the lower side of the recording head 53. On the downstream side of the paper conveyance direction, a conveyance roller 74 and a spur 75 that are rotationally driven to send the paper 56 in the paper discharge direction, a paper discharge roller 76 and a spur 77 that send the paper 56 to the paper discharge tray 59, each roller 74, Guide members 78 and 79 are provided between 76 and form a paper discharge path.

上述の構成よりインクジェット記録装置50は、記録時にはキャリッジ52を移動させつつ画像信号に応じて記録ヘッド53を駆動することにより停止している用紙56にインクを吐出して1行分の記録を行い、用紙56を所定量搬送した後に次の行の記録を行う。そしてインクジェット記録装置50は、記録終了信号または用紙56の後端が記録領域に到達した信号を受け取ることにより、記録動作を終了させて用紙56を排紙トレイ59に排出させる。   With the above-described configuration, the ink jet recording apparatus 50 performs recording for one line by ejecting ink onto the stopped paper 56 by driving the recording head 53 according to the image signal while moving the carriage 52 during recording. After the paper 56 is conveyed by a predetermined amount, the next line is recorded. The ink jet recording apparatus 50 receives the recording end signal or the signal that the rear end of the paper 56 has reached the recording area, and thereby ends the recording operation and discharges the paper 56 to the paper discharge tray 59.

キャリッジ52の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、記録ヘッド53の吐出不良を回復させるためのキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段とを有する回復装置80が設けられている。キャリッジ52は、印字待機中において回復装置80側に移動されてキャップ手段によって記録ヘッド53をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥に起因する吐出不良を防止している。また、記録途中等に記録とは関係しないインクを吐出する(空吐出)ことにより、全ての吐出口のインク粘度を一定とさせ、安定した吐出性能を維持している。吐出不良が発生した場合等には、キャップ手段によって記録ヘッド53の吐出口(ノズル)を密封し、チューブを通して吸引手段により吐出口からインクと共に気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやごみ等をクリーニング手段により除去し、これにより吐出不良が回復する。また吸引されたインクは、本体下部に設けられた図示しない廃インク溜まりに排出され、廃インク溜まり内部に設けられたインク吸収体に吸収保持される。   A recovery device 80 having a cap unit, a suction unit, and a cleaning unit for recovering defective ejection of the recording head 53 is provided at a position outside the recording area on the right end side in the movement direction of the carriage 52. The carriage 52 is moved to the recovery device 80 side during printing standby, and the recording head 53 is capped by the cap unit, and the ejection port portion is kept in a wet state to prevent ejection failure due to ink drying. Further, by ejecting ink that is not related to recording during recording or the like (empty ejection), the ink viscosity at all ejection ports is made constant, and stable ejection performance is maintained. When ejection failure occurs, the ejection port (nozzle) of the recording head 53 is sealed by the cap unit, and bubbles and the like are sucked out together with the ink from the ejection port by the suction unit through the tube. Etc. are removed by the cleaning means, thereby recovering the ejection failure. The sucked ink is discharged into a waste ink reservoir (not shown) provided at the lower part of the main body, and is absorbed and held by an ink absorber provided inside the waste ink reservoir.

次に、本発明の一実施形態に用いられる上述した記録ヘッド53の構成を、3方向からの断面図である図3を用いて説明する。記録ヘッド53はアクチュエータを用いた液滴吐出ヘッドであり、インク液滴を基板の一面に設けたノズル孔から吐出させるサイドシュータ方式を採用している。記録ヘッド53は、インク液滴を吐出するノズル孔2−1を有するノズル基板2と、加圧液室1−1−1、流体抵抗部1−1−2、インク流路となる溝部、振動板1−2、圧電層である層間絶縁膜1−6等のアクチュエータ部を有する液室基板1と、圧電素子保護空間3−1を有する保護基板(サブフレーム)3との3枚の基板を重ね合わせた積層構造を呈している。   Next, the configuration of the above-described recording head 53 used in an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3 which is a sectional view from three directions. The recording head 53 is a droplet discharge head using an actuator, and employs a side shooter method in which ink droplets are discharged from nozzle holes provided on one surface of a substrate. The recording head 53 includes a nozzle substrate 2 having a nozzle hole 2-1 for ejecting ink droplets, a pressurized liquid chamber 1-1-1, a fluid resistance unit 1-1-2, a groove serving as an ink flow path, and vibration. Three substrates of a liquid chamber substrate 1 having an actuator such as a plate 1-2, an interlayer insulating film 1-6 that is a piezoelectric layer, and a protective substrate (subframe) 3 having a piezoelectric element protection space 3-1. It has a stacked structure.

第1の基板である液室基板1は、シリコン基板上にシリコン酸化膜を介してシリコンが張り合わされたSOI基板を用いている。振動板1−2は、SOI基板のシリコン層表面にパイロ酸化法を適用してシリコン酸化膜を形成し、その上に下電極となる白金膜1−3、圧電素子を構成する圧電材(PZT)1−4、上電極となる白金膜1−5の多層構造からなるアクチュエータが、シリコンをエッチングすることにより形成された加圧液室1−1−1に対向する領域に形成されている。さらに、各電極である各膜1−3,1−5と配線材料1−7との層間に層間絶縁膜1−6が、またアクチュエータの上面及び側面を覆うように配線材料1−7を保護するためのパッシベーション膜1−8がそれぞれ配置されている。   The liquid chamber substrate 1 which is the first substrate uses an SOI substrate in which silicon is bonded to a silicon substrate via a silicon oxide film. The diaphragm 1-2 is formed by applying a pyro-oxidation method to the silicon layer surface of the SOI substrate, forming a silicon oxide film thereon, a platinum film 1-3 serving as a lower electrode, and a piezoelectric material (PZT) constituting a piezoelectric element. 1-4) An actuator having a multilayer structure of a platinum film 1-5 serving as an upper electrode is formed in a region facing the pressurized liquid chamber 1-1-1 formed by etching silicon. Further, an interlayer insulating film 1-6 protects the wiring material 1-7 so as to cover the upper surface and side surfaces of the actuator between the films 1-3, 1-5 as the electrodes and the wiring material 1-7. A passivation film 1-8 is provided for the purpose.

第2の基板であるノズル基板2は、厚さ30〜50μmのステンレス基板にプレス加工と研磨加工とによりノズル孔2−1を設けており、液室基板1の一面に加圧液室1−1−1と連通するようにノズル孔2−1が配置される。第3の基板である保護基板3は、共通液室3−3として、インク流路となる溝部と、圧電素子の保護及び変位を妨げないための圧電素子保護空間3−1と、及び流路隔壁1−1−5の剛性を高めて液室全体を支えるための柱3−2とを有している。   The nozzle substrate 2 as the second substrate is provided with a nozzle hole 2-1 by pressing and polishing a stainless substrate having a thickness of 30 to 50 μm. The nozzle hole 2-1 is arranged so as to communicate with 1-1. The protective substrate 3 as the third substrate includes, as the common liquid chamber 3-3, a groove portion serving as an ink flow path, a piezoelectric element protection space 3-1 for preventing protection and displacement of the piezoelectric element, and a flow path. It has a column 3-2 for increasing the rigidity of the partition wall 1-1-5 and supporting the entire liquid chamber.

次に、本実施形態で示す記録ヘッド53の作製方法を説明する。
本実施形態では、シリコン基板である液室基板1に振動板材料及び圧電素子材料を成膜することによりアクチュエータを作成する。先ず、厚み400μmの<100>シリコン基板の表面にシリコン酸化膜を0.2μm、シリコンを2.0μmそれぞれ貼り合わせたSOI基板を用い、この表面にパイロ(Wet)酸化法によりシリコン酸化膜を0.3μm形成し、図4に示すようにこれを振動板1−2とする。その後、図5に示すように圧電素子の下電極となる白金膜(層)1−3をスパッタ法により0.2μm成膜してパターニングし、さらにゾルゲル法により圧電材1−4を2μm成膜し、さらに上電極となる白金膜(層)1−5を0.1μm成膜する。ここでは、圧電材1−4を2μm成膜しているが、1〜3μmの範囲で圧電材1−4の厚みを変えても駆動による液滴速度Vjの低下は確認されている。なお、圧電材1−4の厚さを変えると駆動条件は変わるので、各厚さに対して液滴速度Vjがノズル孔2−1から1mm先の位置でVj=7m/sになる駆動条件に揃えた場合の結果である。
Next, a method for manufacturing the recording head 53 shown in this embodiment will be described.
In this embodiment, an actuator is created by depositing a diaphragm material and a piezoelectric element material on the liquid chamber substrate 1 which is a silicon substrate. First, an SOI substrate in which a silicon oxide film of 0.2 μm and silicon of 2.0 μm are bonded to the surface of a <100> silicon substrate having a thickness of 400 μm is used, and a silicon oxide film is formed on this surface by a pyro oxidation method. 3 μm is formed, and this is used as a diaphragm 1-2 as shown in FIG. Thereafter, as shown in FIG. 5, a platinum film (layer) 1-3 serving as a lower electrode of the piezoelectric element is formed by patterning with a sputtering method of 0.2 μm, and further a piezoelectric material 1-4 is formed with a thickness of 2 μm by a sol-gel method. Further, a platinum film (layer) 1-5 serving as an upper electrode is formed to a thickness of 0.1 μm. Here, although the piezoelectric material 1-4 is formed to a thickness of 2 μm, the drop in the droplet velocity Vj due to driving is confirmed even if the thickness of the piezoelectric material 1-4 is changed in the range of 1 to 3 μm. Since the driving conditions change when the thickness of the piezoelectric material 1-4 is changed, the driving conditions in which the droplet velocity Vj is Vj = 7 m / s at a position 1 mm away from the nozzle hole 2-1 with respect to each thickness. It is the result when aligned.

その後、図6に示すようにリソエッチ法により白金膜1−5及び圧電材1−4をパターニングする。次に、プラズマCVD法により層間絶縁膜1−6を0.3μm成膜し、リソエッチ法により配線コンタクトを取るためのビアホールを形成する。層間絶縁膜1−6は、図7に示すように、次に形成する配線材料1−7と白金膜1−5との導通部1−6−2、バイパス配線1−10への導通部1−6−3、及びインク供給孔となる貫通部1−6−4をそれぞれパターニングしており、さらに図8に示すようにアルミ材料からなる配線材料1−7によって引き出し電極を形成する。この引き出し電極は、圧電材1−4の駆動による振動板1−2の振動による応力を受けるため、振動により断線しないように軟らかいアルミ材料を用いて1μm程度厚く積んでいる。   Thereafter, as shown in FIG. 6, the platinum film 1-5 and the piezoelectric material 1-4 are patterned by a lithoetch method. Next, an interlayer insulating film 1-6 is formed to a thickness of 0.3 μm by a plasma CVD method, and a via hole for making a wiring contact is formed by a lithoetch method. As shown in FIG. 7, the interlayer insulating film 1-6 includes a conductive portion 1-6-2 between the wiring material 1-7 to be formed next and the platinum film 1-5, and a conductive portion 1 to the bypass wiring 1-10. -6-3 and penetrating portions 1-6-4 serving as ink supply holes are patterned, respectively, and lead-out electrodes are formed of a wiring material 1-7 made of an aluminum material as shown in FIG. Since this lead electrode receives stress due to vibration of the diaphragm 1-2 driven by the piezoelectric material 1-4, the lead electrode is thickly stacked by using a soft aluminum material so as not to be disconnected by vibration.

次に、図9に示すように、アルミ配線保護のためのパッシベーション膜1−8としてプラズマCVD法によるシリコン窒化膜を2μm成膜してパターニングする。その後、図10に示すように、振動板1−2の貫通口1−2−1となる部分を事前にエッチングする。さらに図11に示すように、金をメッキ法により積層し、個別電極のパッド部1−9及びバイパス配線1−10を同時に形成する。パッド部1−9を金で形成することにより、図示しないドライバICとの電気的接続を低温のワイヤボンディングで接続することが可能となると共に、金は抵抗値が低いことからバイパス配線1−10として共通電極抵抗値を下げる効果が大きいという利点がある。なお、パッド部1−9とは形成工程を分け、バイパス配線1−10の材料として銅やアルミ等を使用することも可能である。この場合、バイパス配線1−10を腐食から保護するための保護層が必要となる場合もある。   Next, as shown in FIG. 9, as a passivation film 1-8 for protecting the aluminum wiring, a silicon nitride film by plasma CVD is formed to a thickness of 2 μm and patterned. Then, as shown in FIG. 10, the part used as the through-hole 1-2-1 of the diaphragm 1-2 is etched previously. Further, as shown in FIG. 11, gold is laminated by a plating method, and pad portions 1-9 of individual electrodes and bypass wiring 1-10 are formed simultaneously. By forming the pad portion 1-9 with gold, it is possible to connect an electrical connection with a driver IC (not shown) by low-temperature wire bonding, and since the resistance value of gold is low, the bypass wiring 1-10 is used. There is an advantage that the effect of reducing the common electrode resistance value is great. Note that the pad portion 1-9 is separated from the forming step, and copper, aluminum, or the like can be used as the material of the bypass wiring 1-10. In this case, a protective layer for protecting the bypass wiring 1-10 from corrosion may be necessary.

その後、図12に示すように、別途ガラス基板にブラスト加工法により柱3−2を形成した保護基板3を液室基板1に接合し、液室基板1の保護基板3が接合された面とは反対側の面を所望の厚さまで研磨する。保護基板3はシリコン基板にリソエッチ法で凹部を形成したもの、<110>シリコン基板をTMAH、KOH等のアルカリエッチング液を用いたウェットエッチングにより加工したものでもよく、さらに樹脂モールドやメタルインジェクションモールド等の成型部品でもよい。また、ドライバ回路をアクチュエータ基板である液室基板1上に一体成形する際に、パイロ酸化法により形成した酸化膜をLOCOS酸化法で形成し、酸化膜の形成領域を選択することにより駆動回路を同一基板上に形成することも可能である。   Thereafter, as shown in FIG. 12, the protection substrate 3 in which the pillar 3-2 is separately formed on a glass substrate by a blasting method is joined to the liquid chamber substrate 1, and the surface of the liquid chamber substrate 1 to which the protection substrate 3 is joined Polishes the opposite side to the desired thickness. The protective substrate 3 may be a silicon substrate formed with a recess by a litho-etch method, a <110> silicon substrate processed by wet etching using an alkaline etching solution such as TMAH, KOH, etc., and a resin mold, a metal injection mold, etc. The molded part may be used. Further, when the driver circuit is integrally formed on the liquid chamber substrate 1 which is an actuator substrate, an oxide film formed by a pyro oxidation method is formed by a LOCOS oxidation method, and a drive circuit is selected by selecting a region where the oxide film is formed. It is also possible to form on the same substrate.

その後図13に示すように、液室基板1の研磨面にICPドライエッチングにより加圧液室1−1−1、流体抵抗部1−1−2、及び供給部1−1−3となる凹部を形成する。そして最後に、図14に示すように、別途厚さ30〜50μmのステンレス基板にプレス加工と研磨加工とによりノズル孔2−1を形成したノズル基板2を液室基板1の流路隔壁1−1−5形成面に圧着し、圧電素子の各白金膜1−3.1−5に接続されたアルミ配線部を駆動回路に接続することにより、液滴吐出ヘッドである記録ヘッド53が完成する。   Thereafter, as shown in FIG. 13, concave portions that become the pressurized liquid chamber 1-1-1, the fluid resistance unit 1-1-2, and the supply unit 1-1-3 are formed on the polishing surface of the liquid chamber substrate 1 by ICP dry etching. Form. Finally, as shown in FIG. 14, the nozzle substrate 2 in which the nozzle holes 2-1 are formed on the stainless steel substrate having a thickness of 30 to 50 μm separately by pressing and polishing is used as the flow path partition 1-of the liquid chamber substrate 1. The recording head 53, which is a droplet discharge head, is completed by pressure bonding to the 1-5 forming surface and connecting the aluminum wiring portion connected to each platinum film 1-3.1-5 of the piezoelectric element to the drive circuit. .

図15は、記録ヘッド53を駆動する駆動回路のブロック図である。本実施形態では、2ビットの階調信号(画像データ)をそれぞれシリアルに本体から記録ヘッド53へと転送し、2個のシフトレジスタにより各ビットをシリアルからパラレルに変換している。そして、印字周期の始めにデータをラッチし、その階調データに基づいて制御信号MN0〜MN3の何れかを選択する。印字周期内のアナログスイッチのオンオフは、制御信号MN0〜MN3に基づいて選択される。   FIG. 15 is a block diagram of a drive circuit that drives the recording head 53. In this embodiment, a 2-bit gradation signal (image data) is serially transferred from the main body to the recording head 53, and each bit is converted from serial to parallel by two shift registers. Then, the data is latched at the beginning of the printing cycle, and one of the control signals MN0 to MN3 is selected based on the gradation data. On / off of the analog switch within the printing cycle is selected based on the control signals MN0 to MN3.

このような回路構成とすることにより、データの転送は1印字周期内に1度ですみ、またオンオフの切替が外部より入力される制御信号MN0〜MN3に基づくので切替時間の変更等が容易である。ただし、階調信号に基づき1印字周期内でアナログスイッチを切り替える回路構成はこれには限定されない。本発明では、所望のオンオフの切替が可能であれば、回路構成を限定するものではない。駆動電圧波形は記録装置本体のD/A回路からROMに記憶された波形を出力し、オペアンプ及びトランジスタの電圧電力増幅回路を介して記録ヘッド53に供給される。   By adopting such a circuit configuration, data transfer is required only once in one printing cycle, and on / off switching is based on control signals MN0 to MN3 input from the outside, so that switching time can be easily changed. is there. However, the circuit configuration for switching the analog switch within one printing cycle based on the gradation signal is not limited to this. In the present invention, the circuit configuration is not limited as long as desired on / off switching is possible. As the drive voltage waveform, the waveform stored in the ROM is output from the D / A circuit of the recording apparatus main body, and is supplied to the recording head 53 via the voltage power amplifier circuit of the operational amplifier and the transistor.

次に、図16を用いて記録ヘッド53の駆動波形について説明する。記録ヘッド53は図16に示すように、キャリッジ52の動きに合わせて画像データに基づいて共通の駆動波形をスイッチングすることにより、各ノズルに対応する各圧電素子に電圧を印加することで横振動モードで変形する圧電素子である圧電材1−4が縮み、これと密着している振動板1−2の全体が加圧液室1−1−1側に向けて凸形状となるように変形する。この加圧液室1−1−1の体積変化により、加圧液室1−1−1内の圧力を制御してノズル孔2−1よりインク液滴を用紙56に向けて吐出する。加圧液室1−1−1内の圧力変動周期に合わせた駆動波形を連続的に印加することを繰り返すことにより、ノズル孔2−1からインクを連続的に吐出することができる。   Next, the drive waveform of the recording head 53 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 16, the recording head 53 switches the common drive waveform based on the image data in accordance with the movement of the carriage 52, thereby applying a voltage to each piezoelectric element corresponding to each nozzle to cause lateral vibration. The piezoelectric material 1-4, which is a piezoelectric element that deforms in the mode, contracts, and the entire diaphragm 1-2 that is in close contact with the piezoelectric material 1-2 is deformed so as to be convex toward the pressurized liquid chamber 1-1-1. To do. The pressure in the pressurizing liquid chamber 1-1-1 is controlled by the volume change of the pressurizing liquid chamber 1-1-1, and ink droplets are ejected from the nozzle holes 2-1 toward the paper 56. Ink can be continuously ejected from the nozzle holes 2-1 by repeating the continuous application of the drive waveform in accordance with the pressure fluctuation period in the pressurized liquid chamber 1-1-1.

圧電材1−4の駆動では、一旦加圧液室1−1−1内の圧力を下げた後に再び圧力を上げて吐出を行う、いわゆる引き打ちが行われることが多い。これは連続吐出を行い易いためであるが、このときの駆動波形としては基準電位まで持ち上げて(スルーアップして)おいてそこから吐出するときの波形を繰り返すこととなる。本発明のように、記録ヘッド53をキャリッジ52に搭載し、キャリッジ52を走査しつつ作像を行うシリアル型のインクジェット記録装置50の場合には、キャリッジ52の加速区間あるいはその前に各圧電素子にスルーアップ電圧を印加し、各圧電素子の電位を基準電位まで上昇させる。印字終了時には各圧電素子の電位を基準電位からスルーダウンするが、キャリッジ52の折り返し時において毎回スルーダウンする方式もある。   In driving the piezoelectric material 1-4, so-called striking is often performed in which the pressure in the pressurized liquid chamber 1-1-1 is once lowered and then the pressure is increased again to perform discharge. This is because continuous discharge is easy to perform, but the drive waveform at this time is raised to the reference potential (through-up) and the waveform when discharged from there is repeated. In the case of the serial type ink jet recording apparatus 50 in which the recording head 53 is mounted on the carriage 52 and forms an image while scanning the carriage 52 as in the present invention, each piezoelectric element is in the acceleration section of the carriage 52 or before the acceleration section. A through-up voltage is applied to the piezoelectric element to raise the potential of each piezoelectric element to a reference potential. At the end of printing, the potential of each piezoelectric element is through-down from the reference potential, but there is also a method of through-down every time when the carriage 52 is turned back.

本発明の第1の実施形態では、各圧電素子の駆動回数である吐出回数を計数する計数手段を有し、吐出回数に応じて記録ヘッド53の駆動状体を吐出回数小、中、大の3段階に分類し、この分類に応じて図17に示すようにスルーダウンのタイミングを変化させ、このスルーダウンをキャリッジ52のスキャン毎(折り返し毎)に実施している。計数手段による計数はスルーアップしてからスルーダウンを始めるまで実施しているので、本実施形態ではスキャン毎(往路と復路とは別のスキャンとしている)に各ノズルの吐出回数を計数、具体的にはインクジェット記録装置50本体において画像データから直接的に計数している。   In the first embodiment of the present invention, there is a counting unit that counts the number of ejections that is the number of times each piezoelectric element is driven, and the drive-like body of the recording head 53 is set to a small, medium, or large number of ejections according to the number of ejections. According to this classification, the through-down timing is changed as shown in FIG. 17, and this through-down is performed for each scan of the carriage 52 (each return). Since the counting by the counting means is performed from through-up until the start of through-down, in this embodiment, the number of ejections of each nozzle is counted for each scan (the scan is different from the forward pass and the return pass). In the ink jet recording apparatus 50, the image data is directly counted from the image data.

本実施形態のような薄膜ピエゾの場合には圧電素子を基準電位に保持するだけでも分極を進めるため、できる限り頻繁に回復時間を設ける構成が望ましい。このため、駆動波形のスルーアップ及びスルーダウンをスキャン毎に実施している。また、スキャン毎に計数を行うことにより分極状態を均一にさせるための補正を詳細に実施することができ、残留分極が影響する吐出履歴における吐出ばらつきを小さくすることが可能となり、これにより形成される画像品質を安定化することができる。   In the case of the thin film piezo as in the present embodiment, since the polarization is advanced only by holding the piezoelectric element at the reference potential, it is desirable to provide a recovery time as frequently as possible. For this reason, the drive waveform is slewed up and down for each scan. In addition, the correction for making the polarization state uniform can be carried out in detail by counting each scan, and the discharge variation in the discharge history affected by the residual polarization can be reduced. Image quality can be stabilized.

また、薄膜ピエゾのインクジェット記録ヘッドでは、圧電材1−4の厚みが薄いため(本実施形態では2μm)に電界強度が高く、どうしても分極が進んでしまう。電圧印加を止めれば分極は回復するが、時間遅れがあるためにどうしても吐出履歴により吐出体積Mj及び吐出速度Vjが変化する。本発明では、吐出履歴(吐出回数)に応じてスルーダウンするタイミングを変えることにより、分極を揃えて各ノズルの吐出ばらつきの発生を抑制している。具体的には、図17に示すように吐出回数に応じて3段階(吐出回数小、中、大)に分類した圧電素子について、吐出動作と同様に駆動波形をスイッチングすることによりスルーダウンのタイミングを変化させている。ここで電圧印加を揃えるため、吐出回数が少ない圧電素子のグループはスルーダウンするまでの時間を長く設定し、吐出回数が多い圧電素子のグループはスルーダウンするまでの時間を短く設定している。なお駆動波形は共通であるため、グランドにスルーダウンした状態から基準電位まで駆動波形を戻す時間は、駆動波形が圧電素子に印加されないように全てをオフとしている。また、本実施形態では駆動状態である吐出回数を3段階に分類する構成としたが、分類は3段階以外であってもよい。   Further, in the thin film piezoelectric ink jet recording head, since the piezoelectric material 1-4 is thin (2 μm in this embodiment), the electric field strength is high, and the polarization is inevitably advanced. If the voltage application is stopped, the polarization is recovered, but due to the time delay, the discharge volume Mj and the discharge speed Vj change depending on the discharge history. In the present invention, by changing the timing of through-down according to the discharge history (the number of discharges), the polarization is aligned and the occurrence of discharge variation of each nozzle is suppressed. Specifically, as shown in FIG. 17, for the piezoelectric elements classified into three stages (low discharge number, medium and large) according to the number of discharges, the drive waveform is switched in the same manner as the discharge operation, thereby controlling the through-down timing. Is changing. Here, in order to make the voltage application uniform, a group of piezoelectric elements with a small number of ejections is set to have a long time until through-down, and a group of piezoelectric elements with a large number of ejections is set to have a short time to through-down. Since the drive waveform is common, the time for returning the drive waveform from the through-down state to the reference potential to the reference potential is all off so that the drive waveform is not applied to the piezoelectric element. In the present embodiment, the number of ejections in the driving state is classified into three stages, but the classification may be other than three stages.

次に、図18を用いて本発明の第2の実施形態を説明する。この第2の実施形態では、スルーダウンの際に一旦吐出しない電圧の傾きを持って圧電素子に印加される電圧をスルーアップしている。この構成により短い時間で残留分極を進めることができるので、各圧電素子の分極状態を揃えることができる。本実施形態では、図18に示すように、吐出回数に応じて3段階(吐出回数小、中、大)に分類した圧電素子について、各分類に応じてスルーアップ後の電圧保持時間を変化させている。ここで、吐出回数が少ない圧電素子のグループから順に電圧保持時間を長くすることにより、各圧電素子の分極状態を揃えて各ノズルの吐出ばらつきを抑制することができる。なお駆動波形は共通であるため、グランドにスルーダウンした状態から最大電圧電位まで駆動波形を戻す時間は、駆動波形が圧電素子に印加されないように全てをオフとしている。また、本実施形態では駆動状態である吐出回数を3段階に分類する構成としたが、分類は3段階以外であってもよい。   Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the second embodiment, the voltage applied to the piezoelectric element is slewed up with a slope of the voltage that is not discharged once during the slewing down. With this configuration, remanent polarization can be advanced in a short time, so that the polarization state of each piezoelectric element can be made uniform. In this embodiment, as shown in FIG. 18, the voltage holding time after through-up is changed according to each classification for piezoelectric elements classified into three stages (low discharge number, medium, large) according to the discharge number. ing. Here, by increasing the voltage holding time in order from the group of piezoelectric elements with the smallest number of ejections, it is possible to align the polarization state of each piezoelectric element and suppress the ejection variation of each nozzle. Since the drive waveform is common, the time for returning the drive waveform from the through-down state to the maximum voltage potential is all off so that the drive waveform is not applied to the piezoelectric element. In the present embodiment, the number of ejections in the driving state is classified into three stages, but the classification may be other than three stages.

次に、図19を用いて本発明の第3の実施形態を説明する。この第3の実施形態では、スルーダウンの際に一旦吐出しない電圧の傾きを持って吐出波形の最大電圧まで電圧をスルーアップしている。この構成により、吐出による電圧印加とより近い状態を作ることができるので、各圧電素子の分極状態を揃えることができる。本実施形態では、図19に示すように、吐出回数に応じて3段階(吐出回数小、中、大)に分類した圧電素子について、各分類に応じて最大電圧での保持時間を変化させている。ここで、吐出回数が少ない圧電素子のグループは、さらに最大電圧での保持時間を長くした後にスルーダウンすることにより、各圧電素子の分極状態を揃えて各ノズルの吐出ばらつきを抑制することができる。なお駆動波形は共通であるため、グランドにスルーダウンした状態から最大電圧電位まで駆動波形を戻す時間は、駆動波形が圧電素子に印加されないように全てをオフとしている。また、本実施形態では駆動状態である吐出回数を3段階に分類する構成としたが、分類は3段階以外であってもよい。   Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the third embodiment, the voltage is slewed up to the maximum voltage of the ejection waveform with a slope of the voltage that is not ejected once at the time of through-down. With this configuration, a state closer to the voltage application by ejection can be created, so that the polarization state of each piezoelectric element can be made uniform. In the present embodiment, as shown in FIG. 19, for the piezoelectric elements classified into three stages (low discharge number, medium and large) according to the number of discharges, the holding time at the maximum voltage is changed according to each classification. Yes. Here, a group of piezoelectric elements with a small number of ejections can further reduce the ejection variation of each nozzle by aligning the polarization state of each piezoelectric element by making a through-down after extending the holding time at the maximum voltage. . Since the drive waveform is common, the time for returning the drive waveform from the through-down state to the maximum voltage potential is all off so that the drive waveform is not applied to the piezoelectric element. In the present embodiment, the number of ejections in the driving state is classified into three stages, but the classification may be other than three stages.

次に、図20を用いて本発明の第4の実施形態を説明する。この第4の実施形態では、スルーダウンの際に一旦吐出しない電圧の傾きを持って吐出波形の最大電圧まで電圧を上げている。この構成により、吐出による電圧印加とより近い状態を作ることができるので、各圧電素子の分極状態を揃えることができる。本実施形態では、図20に示すように、吐出回数に応じて3段階(吐出回数小、中、大)に分類している。ここで、吐出回数が多い圧電素子のグループは、印刷区間終了後に基準電位よりスルーダウンし、吐出回数が中の圧電素子のグループは、基準電位から吐出波形の最大電圧まで一旦スルーアップした後にスルーダウンする。また吐出回数が少ない圧電素子のグループは、基準電位から吐出波形の最大電圧まで一旦スルーアップした後、最大電圧の印加時間を中グループよりも長く維持した後にスルーダウンする。この構成により、各圧電素子の分極状態を揃えて各ノズルの吐出ばらつきを抑制することができる。本実施形態のように、最大電圧まで一旦スルーアップする場合とすぐにスルーダウンする場合とを使い分ける方式であってもよい。なお駆動波形は共通であるため、グランドにスルーダウンした状態から基準電位まで駆動波形を戻す時間は、駆動波形が圧電素子に印加されないように全てをオフとしている。また、本実施形態では駆動状態である吐出回数を3段階に分類する構成としたが、分類は3段階以外であってもよい。   Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the fourth embodiment, the voltage is raised to the maximum voltage of the ejection waveform with a slope of the voltage that is not ejected once during the through-down. With this configuration, a state closer to the voltage application by ejection can be created, so that the polarization state of each piezoelectric element can be made uniform. In the present embodiment, as shown in FIG. 20, it is classified into three stages (low discharge number, medium and large) according to the discharge number. Here, a group of piezoelectric elements with a large number of ejections is slewed down from the reference potential after the end of the printing section, and a group of piezoelectric elements with a middle number of ejections is slewed up once from the reference potential to the maximum voltage of the ejection waveform. To go down. In addition, a group of piezoelectric elements with a small number of ejections is once slewed up from the reference potential to the maximum voltage of the ejection waveform, and then slewed down after the application time of the maximum voltage is maintained longer than that of the middle group. With this configuration, it is possible to align the polarization states of the piezoelectric elements and suppress the discharge variation of the nozzles. As in the present embodiment, a method may be used in which the case of once through up to the maximum voltage and the case of immediate through down are selectively used. Since the drive waveform is common, the time for returning the drive waveform from the through-down state to the reference potential to the reference potential is all off so that the drive waveform is not applied to the piezoelectric element. In the present embodiment, the number of ejections in the driving state is classified into three stages, but the classification may be other than three stages.

次に、図21を用いて本発明の第5の実施形態を説明する。この第5の実施形態では、吐出回数の分類を0回と1回以上との2種類に、すなわち駆動電圧をスルーアップした後にスルーダウンするまでの間に吐出を行ったか否かで分類している。この構成により、分類を含めた計数は各圧電素子毎にフラグを立てればよく、計数するためのカウンタが不要であるので簡単な手段で吐出履歴による吐出ばらつきを補正することができる。本実施形態では分類が2種類であるため、スローダウンも2種類である。なお駆動波形は共通であるため、グランドにスルーダウンした状態から基準電位まで駆動波形を戻す時間は、駆動波形が圧電素子に印加されないように全てをオフとしている。   Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the fifth embodiment, the number of discharges is classified into two types, 0 times and 1 or more times, that is, according to whether or not the discharge is performed after the drive voltage is slewed up and then slewed down. Yes. With this configuration, counting including classification only needs to set a flag for each piezoelectric element, and a counter for counting is unnecessary, so that ejection variation due to ejection history can be corrected with simple means. Since there are two types of classification in this embodiment, there are also two types of slowdown. Since the drive waveform is common, the time for returning the drive waveform from the through-down state to the reference potential to the reference potential is all off so that the drive waveform is not applied to the piezoelectric element.

1−1−1 加圧液室
1−2 振動板
1−4 圧電材(圧電素子)
2−1 ノズル孔
50 インクジェット記録装置
53 インクジェット式記録ヘッド(記録ヘッド)
1-1-1 Pressurized liquid chamber 1-2 Diaphragm 1-4 Piezoelectric material (piezoelectric element)
2-1. Nozzle hole 50 Inkjet recording device 53 Inkjet recording head (recording head)

特開2003−266682号公報JP 2003-266682 A 特開2006−231928号公報JP 2006-231928 A 特開2009−66948号公報JP 2009-66948 A 特開2009−29038号公報JP 2009-29038 A

Claims (6)

ノズル孔に連通する複数の加圧液室にそれぞれ設けられた圧電素子を駆動することにより前記各加圧液室内に圧力を発生させ、発生した該圧力により前記各ノズル孔からインク液滴を吐出するインクジェット式記録ヘッドを有するインクジェット記録装置において、
前記各圧電素子は基準電位から繰り返し出力される駆動波形の少なくとも一部をスイッチングすることにより駆動され、前記各圧電素子の駆動回数を計数する計数手段を有し、前記駆動波形が前記基準電位にスルーアップした後の前記各圧電素子の駆動回数を前記計数手段により計数し、この計数結果に応じて前記各圧電素子の駆動状態を予め定められている何れかの形態に分類し、該形態に基づいて前記駆動波形のスルーダウンのタイミングを変化させることを特徴とするインクジェット記録装置。
Pressure is generated in each of the pressurizing liquid chambers by driving the piezoelectric elements provided in the plurality of pressurizing liquid chambers communicating with the nozzle holes, and ink droplets are ejected from the respective nozzle holes by the generated pressure. In an ink jet recording apparatus having an ink jet recording head,
Each piezoelectric element is driven by switching at least a part of a driving waveform repeatedly output from a reference potential, and has counting means for counting the number of driving times of each piezoelectric element, and the driving waveform is set to the reference potential. The number of driving times of each piezoelectric element after the through-up is counted by the counting means, and the driving state of each piezoelectric element is classified into any one of the predetermined forms according to the counting result, An inkjet recording apparatus characterized in that the timing of through-down of the drive waveform is changed on the basis thereof.
請求項1記載のインクジェット記録装置において、
前記各圧電素子は前記加圧液室の少なくとも一面を構成する振動板に圧電材層を成膜した薄膜ピエゾであることを特徴とするインクジェット記録装置。
The inkjet recording apparatus according to claim 1, wherein
Each of the piezoelectric elements is a thin film piezo in which a piezoelectric material layer is formed on a vibration plate constituting at least one surface of the pressurized liquid chamber.
請求項1または2記載のインクジェット記録装置において、
前記インクジェット式記録ヘッドを走査しつつ画像形成を行うシリアル型であり、前記駆動波形のスルーアップ及びスルーダウンは走査毎に行われることを特徴とするインクジェット記録装置。
The inkjet recording apparatus according to claim 1 or 2,
2. An ink jet recording apparatus according to claim 1, wherein the ink jet recording head is a serial type that forms an image while scanning the ink jet recording head, and the drive waveform is slewed up and down every scanning.
請求項1ないし3の何れか1つに記載のインクジェット記録装置において、
前記計数結果に応じて前記駆動波形をスルーダウンする際に、少なくとも一部の前記圧電素子の駆動状態の形態は一旦スルーアップした後にスルーダウンすることを特徴とするインクジェット記録装置。
The inkjet recording apparatus according to any one of claims 1 to 3,
2. An ink jet recording apparatus according to claim 1, wherein when the drive waveform is through-down according to the counting result, at least a part of the drive state of the piezoelectric element is once through up and then down.
請求項4記載のインクジェット記録装置において、
前記スルーアップは前記駆動波形の最大値まで行われることを特徴とするインクジェット記録装置。
The inkjet recording apparatus according to claim 4.
The through-up is performed up to the maximum value of the drive waveform.
請求項1ないし5の何れか1つに記載のインクジェット記録装置において、
前記計数手段は前記圧電素子の駆動の有無を分類する手段であることを特徴とするインクジェット記録装置。
In the ink jet recording apparatus according to any one of claims 1 to 5,
The ink jet recording apparatus according to claim 1, wherein the counting means is means for classifying whether or not the piezoelectric elements are driven.
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