JP4580201B2 - Piezoelectric element regeneration method and liquid ejection device - Google Patents
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Description
本発明は、変位性能が低下した圧電素子を再生して、本来の変位性能を回復させるための再生方法と、この再生方法によって圧電素子を再生する機能を備えた液体吐出装置とに関するものである。 The present invention relates to a reproducing method for regenerating a piezoelectric element having a lowered displacement performance and restoring the original displacement performance, and a liquid ejection apparatus having a function of regenerating a piezoelectric element by this reproducing method. .
近年、インクジェットプリンタやインクジェットプロッタ等の、インクジェット記録方式を利用した記録装置が、コンシューマ向けの小型プリンタ等だけでなく、例えば、電子回路の形成や液晶ディスプレイ用のカラーフィルタの製造、有機ELディスプレイの製造といった工業用途にも、広く利用されている。
インクジェット記録方式の記録装置においては、インクジェットヘッドを主走査方向に移動させると共に、記録紙や基板等を、上記主走査方向と交差する副走査方向に移動させながら、記録情報に応じてインクジェットヘッドを駆動させて、当該インクジェットヘッドのノズルの開口から断続的にインク滴を吐出させることにより記録が行われる。例えば、小型プリンタの場合は記録紙等の表面に文字や画像が記録され、工業用の記録装置の場合は基板等の表面に電子回路、液晶ディスプレイのカラーフィルタ、有機ELディスプレイの発光セル等が形成される。
In recent years, recording apparatuses using an inkjet recording method, such as inkjet printers and inkjet plotters, are not only small printers for consumers, but also, for example, formation of electronic circuits, manufacture of color filters for liquid crystal displays, organic EL display It is also widely used for industrial applications such as manufacturing.
In an ink jet recording system recording apparatus, an ink jet head is moved in a main scanning direction, and a recording paper, a substrate, or the like is moved in a sub scanning direction intersecting the main scanning direction, and the ink jet head is moved according to recording information. Recording is performed by driving and ejecting ink droplets intermittently from the nozzle openings of the inkjet head. For example, in the case of a small printer, characters and images are recorded on the surface of a recording paper or the like, and in the case of an industrial recording apparatus, an electronic circuit, a color filter of a liquid crystal display, a light emitting cell of an organic EL display, etc. It is formed.
ノズルの開口からインク滴を吐出させるためには、当該ノズルと連通する、内部にインクが充填される加圧室の容積を所定のタイミングで増減させることで、ノズル内に形成されるインクの液面のメニスカス(ノズルにおいて露出したインクの自由表面)を振動させてインク滴を発生させると共に、インク滴発生時のインクの運動エネルギーによって、ノズルの開口から吐出させることが行われる。また、加圧室の容積を増減させる手段としては、圧電素子および振動板を含み、圧電素子が変形して振動板が撓むことによって加圧室の容積を増減させる圧電アクチュエータや、加圧室内のインクを加熱して気化させることにより、加圧室内に気泡を発生させて、その容積を減少させるヒータ等が一般的に用いられる。しかし、工業用途では、水性のインクだけでなく、有機溶媒を用いたインクも使用されることから、上記手段としては、噴射できるインクの種類に制限が少なく、しかも、耐久性にも優れた圧電アクチュエータの活用が注目されている。 In order to eject ink droplets from the opening of a nozzle, the volume of a pressurizing chamber that communicates with the nozzle and is filled with ink is increased or decreased at a predetermined timing. The surface meniscus (the free surface of the ink exposed at the nozzle) is vibrated to generate ink droplets, and is ejected from the nozzle openings by the kinetic energy of the ink when the ink droplets are generated. The means for increasing / decreasing the volume of the pressurizing chamber includes a piezoelectric element and a diaphragm, and a piezoelectric actuator for increasing / decreasing the volume of the pressurizing chamber when the piezoelectric element is deformed and the diaphragm is bent. Generally, a heater or the like that reduces the volume by generating bubbles in the pressurizing chamber by heating and vaporizing the ink is generally used. However, in industrial applications, not only water-based inks but also inks using organic solvents are used. Therefore, there are few restrictions on the types of inks that can be ejected as the above means, and the piezoelectrics have excellent durability. The use of actuators has attracted attention.
圧電アクチュエータを用いたインクジェットヘッドにおいては、圧電素子の変位性能を向上して、インクの吐出特性を向上させるために、圧電素子を分極処理するのが一般的である。ところが、圧電素子の分極は、時間の経過と共に次第に失われて行き、変位性能も徐々に低下する傾向にある。
そこで、経年使用後においても、インクを所望の吐出特性でもって吐出させるべく、圧電素子の変位性能を維持するために、当該圧電素子を、インクジェットヘッドの使用時の任意の時点において、環境温度以上で、かつキュリー温度未満に加熱しながら、インク滴を吐出する際に印加する駆動電圧波形と同極性の電圧を印加することで、再分極させる方法が提案されている(特許文献1参照)。
In an inkjet head using a piezoelectric actuator, in order to improve the displacement performance of the piezoelectric element and improve the ink ejection characteristics, the piezoelectric element is generally polarized. However, the polarization of the piezoelectric element is gradually lost over time, and the displacement performance tends to gradually decrease.
Therefore, in order to maintain the displacement performance of the piezoelectric element so that the ink can be ejected with desired ejection characteristics even after aged use, the piezoelectric element is not less than the ambient temperature at any time when the inkjet head is used. In addition, a method of repolarization by applying a voltage having the same polarity as the drive voltage waveform applied when ejecting ink droplets while heating below the Curie temperature has been proposed (see Patent Document 1).
しかし、圧電素子を、例えば、電荷制御や注入エネルギー制御等の制御を行って駆動させる場合には、印加した電界の方向と逆方向に内部電界が形成されるため、分域に有効に作用する電界が低下する。また、低電界の領域(電界が0または弱い逆電界)でも、必要以上の逆電界が分域に作用する。そのため、単に駆動電圧波形と同極性の電圧を印加しただけでは、圧電素子の変位に及ぼす90°分域反転の寄与が大きくなり、また、場合によっては変位に無関係な180°分域反転も発生することから、1サイクル中の損失エネルギーが増加してしまい、十分な変位性能の回復が期待できないという問題がある。 However, when the piezoelectric element is driven by performing control such as charge control or injection energy control, an internal electric field is formed in a direction opposite to the direction of the applied electric field, so that the piezoelectric element works effectively in the domain. The electric field decreases. Further, even in a low electric field region (electric field is zero or weak reverse electric field), a reverse electric field more than necessary acts on the domain. Therefore, simply applying a voltage having the same polarity as the drive voltage waveform increases the contribution of the 90 ° domain inversion to the displacement of the piezoelectric element, and in some cases also causes a 180 ° domain inversion that is unrelated to the displacement. As a result, there is a problem in that loss energy during one cycle increases and sufficient displacement performance cannot be expected.
圧電素子に、その使用時の任意の時点において、駆動電圧波形と逆極性で、かつ、その電圧値の絶対値が圧電素子の抗電界の電圧値以上である電圧を印加して、内部電界を解消することによって、圧電素子の変位性能を回復する再生方法が提案されている(特許文献2参照)。
この再生方法によれば、上記のように、その使用時の任意の時点において、圧電素子の内部電界を解消できることから、その後、引き続いて、例えば圧電素子を駆動させるべく、駆動電圧波形を印加した際等に、内部電界を解消せずに再生処理する場合に比べて、より効率よく圧電素子を再分極させて、その変位性能を十分に回復させることが可能である。
Applying a voltage to the piezoelectric element that has a polarity opposite to that of the drive voltage waveform and an absolute value of the voltage value equal to or greater than the coercive electric field voltage of the piezoelectric element at any time during use, A regenerating method for recovering the displacement performance of the piezoelectric element by solving the problem has been proposed (see Patent Document 2).
According to this reproducing method, as described above, the internal electric field of the piezoelectric element can be eliminated at an arbitrary time point during use. Subsequently, for example, a driving voltage waveform is applied to drive the piezoelectric element. In some cases, the displacement performance can be sufficiently recovered by repolarizing the piezoelectric element more efficiently than in the case where the reproduction process is performed without eliminating the internal electric field.
ただし、インクジェットヘッド上に配列される複数の圧電素子においては、その駆動履歴の違いによって、上記の処理を行った際の、内部分極の解消状態にばらつきが生じるおそれがある。そこで、これら複数の圧電素子に、まず、駆動電圧波形と同極性の電圧を印加した後、引き続いて、駆動電圧波形と逆極性で、かつ、その電圧値の絶対値が圧電素子の抗電界の電圧値以上である電圧を印加して、内部電界を解消することも提案されている(例えば、特許文献3参照)。
特許文献3に記載の再生方法によれば、インクジェットヘッド上に配列される複数の圧電素子を、その駆動履歴の違いに関係なく、均一に、内部電界を解消して、その後、引き続いて、駆動電圧波形を印加した際等に、より効率よく、かつ均一に圧電素子を再分極させて、その変位性能を十分に、しかも均一に回復させることが可能である。
しかし、再生時には、まず駆動電圧波形と同極性の電圧を印加し、次いで逆極性の電圧を印加するという、急激な電圧の変化を伴うパルス波形の電圧を、インクジェットヘッド上の全ての圧電素子に、同時に印加する必要があることから、圧電素子の充放電に伴って、インクジェットヘッドの駆動回路を流れる電流値が大きくなる。そのため、特に、1つのインクジェットヘッド上に搭載される圧電素子の数が多くなるほど、駆動回路への負担が大きくなるという問題がある。
According to the reproduction method described in
However, during reproduction, a voltage having the same polarity as the drive voltage waveform is applied first, and then a reverse polarity voltage is applied. Since it is necessary to apply them simultaneously, the value of the current flowing through the drive circuit of the ink jet head increases with the charging and discharging of the piezoelectric element. Therefore, in particular, there is a problem that as the number of piezoelectric elements mounted on one inkjet head increases, the burden on the drive circuit increases.
また、圧電素子は、かかる急激な電圧の変化に伴って、駆動電圧波形と同極性の電圧が印加された変形状態から、逆極性の電荷が印加された、上記と逆方向の変形状態に急激に変形させられるため、圧電素子の負担も大きくなる。また、かかる急激な変形をした直後の圧電素子が慣性力によって振動し、それに伴って不必要なインク滴の吐出が発生して、インクの消費量を増加させるおそれもある。 In addition, the piezoelectric element suddenly changes from a deformed state in which a voltage having the same polarity as the driving voltage waveform is applied to a deformed state in the opposite direction to the above in which a charge of reverse polarity is applied. Therefore, the burden on the piezoelectric element is increased. In addition, the piezoelectric element immediately after such rapid deformation may vibrate due to inertial force, which may cause unnecessary ink droplet ejection, thereby increasing the ink consumption.
本発明の目的は、駆動回路や圧電素子への負担を低減すると共に、不必要なインク滴の吐出を防止しつつ、例えばインクジェットヘッド上に配列される複数の圧電素子の変位性能を、駆動履歴の違いに関係なく均一に、しかも十分に、回復させることができる再生方法と、この再生方法によって圧電素子を再生する機能を備えた液体吐出装置とを提供することにある。 The object of the present invention is to reduce the burden on the drive circuit and the piezoelectric element and prevent the ejection of unnecessary ink droplets, while the displacement performance of a plurality of piezoelectric elements arranged on an inkjet head, for example, It is an object of the present invention to provide a reproducing method that can be recovered uniformly and sufficiently regardless of the difference between the above and a liquid ejecting apparatus having a function of regenerating a piezoelectric element by this reproducing method.
請求項1記載の発明は、圧電素子に、駆動電圧波形と同極性の電圧V1を印加した後、当該電圧V1と逆極性で、かつ、その電圧値の絶対値が圧電素子の抗電界の電圧値以上である電圧V3を印加する工程を含む圧電素子の再生方法であって、圧電素子に印加する電圧を電圧V1から電圧V3に変化させる途中の段階で、圧電素子に、電圧V3と同極性で、かつ、その電圧値の絶対値がV2<V3である電圧V2を一定時間、印加することを特徴とする圧電素子の再生方法である。 According to the first aspect of the present invention, after the voltage V 1 having the same polarity as the drive voltage waveform is applied to the piezoelectric element, the polarity is opposite to that of the voltage V 1 , and the absolute value of the voltage value is the coercive electric field of the piezoelectric element. a method of reproducing a piezoelectric element including a step of applying a voltage V 3 is equal to or higher than the voltage value of the voltage applied to the piezoelectric element during the step of changing from voltages V 1 to the voltage V 3, the piezoelectric element, A method for regenerating a piezoelectric element, wherein a voltage V 2 having the same polarity as the voltage V 3 and an absolute value of the voltage value V 2 <V 3 is applied for a predetermined time.
請求項2記載の発明は、電圧V2を、圧電素子の分極方向の再反転が起こらない電圧値に設定する請求項1記載の圧電素子の再生方法である。
請求項3記載の発明は、
(1) 液体が充填される加圧室と、
(2) 加圧室に連通するノズルと、
(3) 圧電素子を含み、圧電素子の変形によって撓んで加圧室の容積を増減させることで、加圧室内の液体を、ノズルを通して液滴として吐出させるための圧電アクチュエータと、
を備える液体吐出装置の、上記圧電アクチュエータに組み込まれる圧電素子を再生する請求項1記載の圧電素子の再生方法である。
According to a second aspect of the invention, the voltage V 2, a method for regenerating a piezoelectric element according to claim 1, wherein the set to a voltage value which the polarization direction of the re-inversion of the piezoelectric element does not occur.
The invention described in
(1) a pressurized chamber filled with liquid;
(2) a nozzle communicating with the pressurizing chamber;
(3) a piezoelectric actuator that includes a piezoelectric element and flexes it by deformation of the piezoelectric element to increase or decrease the volume of the pressurizing chamber, thereby discharging the liquid in the pressurizing chamber as droplets through the nozzle;
The method for regenerating a piezoelectric element according to claim 1, wherein a piezoelectric element incorporated in the piezoelectric actuator of a liquid ejection apparatus comprising:
請求項4記載の発明は、圧電素子に印加する電圧を電圧V1から電圧V2まで変化させるのに要する時間t1と、電圧V2を印加する時間t2との和T1=t1+t2を、加圧室に液体が充填された状態での、圧電アクチュエータの固有振動周期T0に対する比T1/T0が、
0.15≦T1/T0≦0.3
を満足する範囲に設定する請求項3記載の圧電素子の再生方法である。
Fourth aspect of the present invention, the time t 1 required to change the voltage applied to the piezoelectric element from the voltages V 1 to the voltage V 2, the sum T 1 = t 1 and the time t 2 for applying the voltage V 2 + T 2 , the ratio T 1 / T 0 to the natural vibration period T 0 of the piezoelectric actuator in a state where the pressurized chamber is filled with the liquid is:
0.15 ≦ T 1 / T 0 ≦ 0.3
The method for regenerating a piezoelectric element according to
請求項5記載の発明は、圧電素子に印加する電圧を電圧V2から電圧V3まで変化させるのに要する時間t3と、上記時間T1との和T2=T1+t3を、圧電アクチュエータの固有振動周期T0に対する比T2/T0が、
0.2≦T2/T0≦0.6
を満足する範囲に設定する請求項4記載の圧電素子の再生方法である。
According to a fifth aspect of the invention, the time t 3 when required to change the voltage applied to the piezoelectric element from the voltage V 2 to the voltage V 3, the
0.2 ≦ T 2 / T 0 ≦ 0.6
The method for regenerating a piezoelectric element according to
請求項6記載の発明は、電圧V3を印加する時間T3を、加圧室に液体が充填された状態での、圧電アクチュエータの固有振動周期T0に対する比T3/T0が、
0.7≦T3/T0
を満足する範囲に設定する請求項3記載の圧電素子の再生方法である。
請求項7記載の発明は、電圧V3を一定時間、印加後、電圧V1と同極性または逆極性で、かつ、その電圧値の絶対値がV4<V5である電圧V4を一定時間、印加し、次いで電圧V1と同極性である電圧V5を印加する請求項3記載の圧電素子の再生方法である。
According to the sixth aspect of the present invention, the ratio T 3 / T 0 to the natural vibration period T 0 of the piezoelectric actuator in the state where the pressure chamber 3 is filled with the liquid is set as the time T 3 for applying the voltage V 3 .
0.7 ≦ T 3 / T 0
The method for regenerating a piezoelectric element according to
The invention of claim 7, wherein the time constant voltage V 3, after the application, with the same polarity or opposite polarity to the voltage V 1, and the absolute value of constant voltage V 4 is V 4 <V 5 of the voltage value time, applied, and then a method for regenerating a piezoelectric element according to
請求項8記載の発明は、電圧V4を、電圧V1と同極性で、かつ、圧電素子の分極方向の再反転が起こらない電圧値に設定する請求項7記載の圧電素子の再生方法である。
請求項9記載の発明は、電圧V5の電圧値の絶対値を、電圧V5=電圧V1に設定する請求項7記載の圧電素子の再生方法である。
請求項10記載の発明は、圧電素子に印加する電圧を電圧V3から電圧V4まで変化させるのに要する時間t4と、電圧V4を印加する時間t5との和T4=t4+t5を、加圧室に液体が充填された状態での、圧電アクチュエータの固有振動周期T0に対する比T4/T0が、
0.15≦T4/T0≦0.3
を満足する範囲に設定する請求項7記載の圧電素子の再生方法である。
The invention according to claim 8 is the method for regenerating a piezoelectric element according to claim 7, wherein the voltage V 4 is set to a voltage value that has the same polarity as the voltage V 1 and does not cause re-inversion of the polarization direction of the piezoelectric element. is there.
The invention of claim 9, wherein the absolute value of the voltage value of the voltage V 5, a method for regenerating a piezoelectric element according to claim 7 wherein the set voltage V 5 = voltage V 1.
The invention of claim 10 wherein is provided with a time t 4 when required the voltage applied to the piezoelectric element to change from the voltage V 3 to the voltage V 4, the
0.15 ≦ T 4 / T 0 ≦ 0.3
The method for regenerating a piezoelectric element according to claim 7, wherein the piezoelectric element is set in a range satisfying the above.
請求項11記載の発明は、圧電素子に印加する電圧を電圧V4から電圧V5まで変化させるのに要する時間t6と、上記時間T4との和T5=T4+t6を、圧電アクチュエータの固有振動周期T0に対する比T5/T0が、
0.2≦T2/T0≦0.6
を満足する範囲に設定する請求項10記載の圧電素子の再生方法である。
According to the eleventh aspect of the present invention, the sum T 5 = T 4 + t 6 of the time t 6 required to change the voltage applied to the piezoelectric element from the voltage V 4 to the voltage V 5 and the time T 4 is expressed as piezoelectric The ratio T 5 / T 0 to the natural vibration period T 0 of the actuator is
0.2 ≦ T 2 / T 0 ≦ 0.6
The method for regenerating a piezoelectric element according to claim 10, wherein the piezoelectric element is set in a range satisfying the above.
請求項12記載の発明は、液体吐出装置が、インクジェット記録方式の記録装置に組み込まれる圧電インクジェットヘッドであり、記録装置の電源投入直後、ノズルクリーニング時、記録紙の排紙時、および記録開始直前に、圧電素子の再生処理を行う請求項3記載の圧電素子の再生方法である。
請求項13記載の発明は、
(1) 液体が充填される加圧室と、
(2) 加圧室に連通するノズルと、
(3) 圧電素子を含み、圧電素子の変形によって撓んで加圧室の容積を増減させることで、加圧室内の液体を、ノズルを通して液滴として吐出させるための圧電アクチュエータと、
を備えると共に、圧電素子に駆動電圧を印加する駆動電源と、この駆動電源を制御して、圧電素子に駆動電圧を印加させる制御手段とを有し、この制御手段が、任意の時点で、圧電素子に、請求項1〜12のいずれかに記載の圧電素子の再生方法を実施して圧電素子を再生させるべく、駆動電源を制御する素子再生機能を有することを特徴とする液体吐出装置である。
According to a twelfth aspect of the present invention, the liquid ejecting apparatus is a piezoelectric ink jet head incorporated in a recording apparatus of an ink jet recording method, immediately after turning on the recording apparatus, at the time of nozzle cleaning, at the time of discharging the recording paper, and immediately before the start of recording. The method for regenerating a piezoelectric element according to
The invention according to claim 13
(1) a pressurized chamber filled with liquid;
(2) a nozzle communicating with the pressurizing chamber;
(3) a piezoelectric actuator that includes a piezoelectric element and flexes it by deformation of the piezoelectric element to increase or decrease the volume of the pressurizing chamber, thereby discharging the liquid in the pressurizing chamber as droplets through the nozzle;
A driving power source for applying a driving voltage to the piezoelectric element, and a control means for controlling the driving power source to apply the driving voltage to the piezoelectric element. A liquid ejecting apparatus having an element regeneration function of controlling a driving power source so as to cause the element to regenerate the piezoelectric element by performing the piezoelectric element regeneration method according to claim 1. .
請求項14記載の発明は、インクジェット記録方式の記録装置に組み込まれる圧電インクジェットヘッドであり、制御手段は、記録装置の電源投入直後、ノズルクリーニング時、記録紙の排紙時、および記録開始直前に、圧電素子の再生処理を行う請求項13記載の液体吐出装置である。 According to a fourteenth aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric ink jet head incorporated in an ink jet recording type recording apparatus, wherein the control means is immediately after turning on the recording apparatus, at the time of nozzle cleaning, at the time of discharging the recording paper, and immediately before the start of recording. The liquid ejection apparatus according to claim 13, wherein the piezoelectric element is regenerated.
請求項1記載の発明によれば、圧電素子に印加する電圧を電圧V1から電圧V3に変化させる途中の段階で、圧電素子に、電圧V3と同極性で、かつ、その電圧値の絶対値がV2<V3である電圧V2を一定時間、印加しているため、従来のように、電圧V1の印加後、すぐに電圧V3を印加する場合に比べて、V1−V2間およびV2−V3間の電位差を小さくすることができる。そのため、圧電素子の充放電に伴って、インクジェットヘッドの駆動回路を流れる電流値を小さくして、当該駆動回路への負担を低減することができる。また、圧電素子の急激な変形も緩和できるため、圧電素子の負担を軽減できる。さらに、圧電素子の変形速度を低下させることができるため、変形直後の圧電素子が慣性力によって振動し、それに伴って不必要なインク滴の吐出が発生して、インクの消費量が増加するのを抑制することもできる。 According to the first aspect of the present invention, in the middle of changing the voltage applied to the piezoelectric element from the voltage V 1 to the voltage V 3 , the piezoelectric element has the same polarity as the voltage V 3 and the voltage value absolute value a predetermined time the voltage V 2 is V 2 <V 3 is, since the applied, as in the prior art, after the application of the voltage V 1, as compared with the case of applying immediately a voltage V 3, V 1 The potential difference between −V 2 and V 2 −V 3 can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the load on the drive circuit by reducing the value of the current flowing through the drive circuit of the inkjet head as the piezoelectric element is charged and discharged. Moreover, since the rapid deformation of the piezoelectric element can be alleviated, the burden on the piezoelectric element can be reduced. Furthermore, since the deformation speed of the piezoelectric element can be reduced, the piezoelectric element immediately after the deformation vibrates due to inertial force, which causes unnecessary ink droplet ejection and increases the ink consumption. Can also be suppressed.
しかも、請求項1記載の発明によれば、前記特許文献3に記載された方法と同様に、圧電素子に、まず、駆動電圧波形と同極性の電圧V1を印加した後、上記のように電圧V2を経て、逆極性で、かつ、その電圧値の絶対値が圧電素子の抗電界の電圧値以上である電圧V3を印加していることから、例えばインクジェットヘッド上に配列される複数の圧電素子を、その駆動履歴の違いに関係なく、均一に、その内部電界を解消して、その後、引き続いて駆動電圧波形を印加した際等に、より効率よく、かつ均一に再分極させて、その変位性能を十分に、しかも均一に回復させることができる。
Moreover, according to the first aspect of the invention, as in the method described in
請求項2記載の発明によれば、電圧V2を、上記のように、電圧V3と同極性、つまり電圧V1と逆極性で、かつ、圧電素子の分極方向の再反転が起こらない電圧値に設定して、分極方向の再反転を防止しながら、電圧V1を印加した状態と逆方向に変形させた状態を一定時間、維持することによって、圧電素子に、上記電圧V1を印加して変形させた状態と逆方向の機械的応力を付与して、電圧V1を印加して変形させた状態において圧電素子内に発生する、残留分極を低下させる方向に生じるドメインの配向を、元の方向に戻すことができる。そのため、圧電素子の内部電界を、より効果的に、解消することができる。 According to the second aspect of the present invention, the voltage V 2 has the same polarity as the voltage V 3 as described above, that is, a voltage that is opposite to the voltage V 1 and does not cause re-inversion of the polarization direction of the piezoelectric element. set to a value, is applied while preventing the polarization direction of the re-inversion, time constant state of being deformed into a state opposite to the direction of applying the voltages V 1, by maintaining, in the piezoelectric element, the voltages V 1 and to impart mechanical stress of the deformed allowed state opposite direction, generated in the piezoelectric element in a state of being deformed by applying a voltage V 1, the orientation of the domain that occurs in the direction of lowering the residual polarization, It can be returned to the original direction. Therefore, the internal electric field of the piezoelectric element can be eliminated more effectively.
請求項3記載の発明によれば、インクジェットヘッドなどの液体吐出装置の圧電アクチュエータに組み込まれた圧電素子を、上記請求項1記載の発明の再生方法によって再生することができる。
上記の液体吐出装置において、圧電アクチュエータに組み込まれ、電圧V1が印加された圧電素子は、圧電効果によってその平面方向に生じる引張応力と、機械的な変形による圧縮応力の両方が作用している状態に置かれている。圧電素子に印加する電圧を、電圧V1から、電圧V2へ向けて徐々に変化させ始めると、当該圧電素子を含む圧電アクチュエータは、液体が充填された加圧室の体積変動を伴って、その固有振動周期T0で自由振動を開始する。そして、この自由振動に伴って、圧電素子に機械的に作用する応力が、まず圧縮側に、次いで引張側にと、周期的に作用しながら減衰する。
According to the invention described in
In the above liquid ejecting apparatus, the piezoelectric element incorporated in the piezoelectric actuator and applied with the voltage V 1 is subjected to both tensile stress generated in the plane direction due to the piezoelectric effect and compressive stress due to mechanical deformation. Is in a state. When the voltage applied to the piezoelectric element is gradually changed from the voltage V 1 toward the voltage V 2 , the piezoelectric actuator including the piezoelectric element is accompanied by a volume change of the pressurizing chamber filled with the liquid. Free vibration is started at the natural vibration period T 0 . With this free vibration, the mechanically acting stress on the piezoelectric element is attenuated while acting periodically on the compression side and then on the tension side.
ここにおいて、請求項4に記載したように、圧電素子に印加する電圧を電圧V1から電圧V2まで変化させるのに要する時間t1と、電圧V2を印加する時間t2との和T1=t1+t2を、上記固有振動周期T0に対する比T1/T0が、
0.15≦T1/T0≦0.3
を満足する範囲に設定すると、圧電素子に作用する応力がまだ圧縮側にある時間内に、印加電圧を電圧V2まで変化させることができる。そして、圧電素子に電圧V2を一定時間、印加する間、当該圧電素子に圧縮応力を作用させ続けることができる。そのため、圧電素子の内部電界を、より効果的に、解消することができる。
Here, as described in
0.15 ≦ T 1 / T 0 ≦ 0.3
Is set to a range that satisfies the above, the applied voltage can be changed to the voltage V 2 within a time period during which the stress acting on the piezoelectric element is still on the compression side. Then, it is possible a certain time the voltage V 2 to the piezoelectric element, while applying, to continue to act a compressive stress to the piezoelectric element. Therefore, the internal electric field of the piezoelectric element can be eliminated more effectively.
請求項5記載の発明によれば、圧電素子に印加する電圧を電圧V2から電圧V3まで変化させるのに要する時間t3と、上記時間T1との和T2=T1+t3を、上記固有振動周期T0に対する比T2/T0が、
0.2≦T2/T0≦0.6
を満足する範囲に設定しているため、電圧の変化に伴う圧電素子の、そして圧電アクチュエータの振動を、電圧が電圧V1から電圧V3まで変化することによって生じる、分極方向の反転に伴う圧電素子の変形による振動と打ち消し合わせて、不必要なインク滴の吐出と、それに伴うインクの消費量の増加とを、さらに抑制することができる。
According to the invention of claim 5, wherein the time t 3 when required to change the voltage applied to the piezoelectric element from the voltage V 2 to the voltage V 3, the
0.2 ≦ T 2 / T 0 ≦ 0.6
Therefore, the vibration of the piezoelectric element accompanying the change of the voltage and the vibration of the piezoelectric actuator are caused by the change of the voltage from the voltage V 1 to the voltage V 3. By canceling out vibration due to the deformation of the element, it is possible to further suppress the ejection of unnecessary ink droplets and the accompanying increase in ink consumption.
請求項6記載の発明によれば、電圧V3を印加する時間T3を、上記固有振動周期T0に対する比T3/T0が、
0.7≦T3/T0
を満足する範囲に設定しているため、時間T3が経過した後の圧電アクチュエータの圧電素子に、先に述べた自由振動と逆位相の駆動電圧波形を印加して駆動させることができ、圧電アクチュエータの共振を防いで、不必要なインク滴の吐出と、それに伴うインクの消費量の増加とを、さらに抑制することができる。また、圧電素子の内部電界をより確実に解消して、その後、引き続いて駆動電圧波形を印加した際等に、より効率よく再分極させて、その変位性能を十分に回復させることができる。
According to the sixth aspect of the present invention, the time T 3 for applying the voltage V 3 is determined by the ratio T 3 / T 0 to the natural vibration period T 0 .
0.7 ≦ T 3 / T 0
Due to the set in a range satisfying the, the piezoelectric element of the piezoelectric actuator after the time T 3, can be driven by applying a driving voltage waveform of the free oscillation phase opposite to previously mentioned, piezoelectric By preventing the resonance of the actuator, it is possible to further suppress unnecessary ink droplet ejection and the accompanying increase in ink consumption. In addition, when the internal electric field of the piezoelectric element is more reliably eliminated and then a drive voltage waveform is subsequently applied, the displacement performance can be sufficiently restored by repolarizing more efficiently.
請求項7記載の発明によれば、電圧V3を一定時間、印加して圧電素子の内部電界を解消した後、圧電素子に印加する電圧を、一旦、電圧V4を経て電圧V5に変化させることにより、先の、請求項1の場合と同様に駆動回路や圧電素子への負担を軽減しながら、当該圧電素子を、より効率よく再分極させて、その変位性能を十分に回復させることができる。また、圧電素子の変形速度を低下させることができるため、変形直後の圧電素子が慣性力によって振動し、それに伴って不必要なインク滴の吐出が発生して、インクの消費量が増加するのを抑制することもできる。 According to the seventh aspect of the invention, after the voltage V 3 is applied for a certain time to eliminate the internal electric field of the piezoelectric element, the voltage applied to the piezoelectric element is temporarily changed to the voltage V 5 via the voltage V 4. As described above, the piezoelectric element can be repolarized more efficiently and its displacement performance can be sufficiently restored while reducing the burden on the drive circuit and the piezoelectric element as in the case of the first aspect. Can do. In addition, since the deformation speed of the piezoelectric element can be reduced, the piezoelectric element immediately after deformation vibrates due to the inertial force, and as a result, unnecessary ink droplet ejection occurs, resulting in an increase in ink consumption. Can also be suppressed.
請求項8記載の発明によれば、電圧V4を、電圧V1と同極性、つまり電圧V3と逆極性で、かつ、圧電素子の分極方向の再反転が起こらない電圧値に設定して、分極方向の再反転を防止しながら、電圧V3を印加した状態と逆方向に変形させた状態を一定時間、維持することによって、圧電素子に、上記電圧V3を印加して変形させた状態と逆方向の機械的応力を付与して、電圧V3を印加して変形させた状態において圧電素子内に発生する、残留分極を低下させる方向に生じるドメインの配向を、元の方向に戻すことができる。そのため、圧電素子の内部電界を、より効果的に、解消することができる。 According to the eighth aspect of the present invention, the voltage V 4 is set to a voltage value that has the same polarity as the voltage V 1 , that is, a polarity that is opposite to the voltage V 3 and that does not cause re-inversion of the polarization direction of the piezoelectric element. while preventing the polarization direction of the re-inversion, time constant state of deforming the voltage V 3 to the applied status and reverse, by maintaining, in the piezoelectric element, it is deformed by applying the voltage V 3 Applying mechanical stress in the opposite direction to the state, and applying the voltage V 3 to deform the piezoelectric element, the domain orientation generated in the direction of reducing the remanent polarization is returned to the original direction. be able to. Therefore, the internal electric field of the piezoelectric element can be eliminated more effectively.
電圧V3が印加された圧電素子は、電圧V1が印加された場合と同様に、圧電効果によってその平面方向に生じる引張応力と、機械的な変形による圧縮応力の両方が作用している状態に置かれており、圧電素子に印加する電圧を、電圧V3から、電圧V4へ向けて徐々に変化させ始めると、圧電アクチュエータが、固有振動周期T0で自由振動を開始する。そして、この自由振動に伴って、圧電素子に機械的に作用する応力が、まず圧縮側に、次いで引張側にと、周期的に作用しながら減衰する。 State voltage V 3 piezoelectric element is applied, which as if the voltages V 1 is applied, the tensile stress occurring in the planar direction by the piezoelectric effect, both compressive stress due to mechanical deformation acting When the voltage applied to the piezoelectric element is gradually changed from the voltage V 3 toward the voltage V 4 , the piezoelectric actuator starts free vibration at the natural vibration period T 0 . With this free vibration, the mechanically acting stress on the piezoelectric element is attenuated while acting periodically on the compression side and then on the tension side.
したがって、請求項9に記載したように、圧電素子に印加する電圧を電圧V3から電圧V4まで変化させるのに要する時間t4と、電圧V4を印加する時間t5との和T4=t4+t5を、圧電アクチュエータの固有振動周期T0に対する比T4/T0が、
0.15≦T4/T0≦0.3
を満足する範囲に設定すると、先の、請求項4の場合と同様に、圧電素子に作用する応力がまだ圧縮側にある時間内に、印加電圧を電圧V2まで変化させることができる。そして、圧電素子に電圧V2を一定時間、印加する間、当該圧電素子に圧縮応力を作用させ続けることができるため、圧電素子の内部電界を、より効果的に、解消することができる。
Therefore, as described in claim 9, and the time t 4 when required the voltage applied to the piezoelectric element to change from the voltage V 3 to the voltage V 4, the sum T 4 and the time t 5 for applying a voltage V 4 = T 4 + t 5 , the ratio T 4 / T 0 to the natural vibration period T 0 of the piezoelectric actuator is
0.15 ≦ T 4 / T 0 ≦ 0.3
Is set in a range that satisfies the above, as in the case of
請求項10記載の発明によれば、圧電素子に印加する電圧を電圧V4から電圧V5まで変化させるのに要する時間t6と、上記時間T4との和T5=T4+t6を、上記固有振動周期T0に対する比T5/T0が、
0.2≦T2/T0≦0.6
を満足する範囲に設定しているため、電圧の変化に伴う圧電素子の、そして圧電アクチュエータの振動を、電圧が電圧V1から電圧V3まで変化することによって生じる、分極方向の反転に伴う圧電素子の変形による振動と打ち消し合わせて、不必要なインク滴の吐出と、それに伴うインクの消費量の増加とを、さらに抑制することができる。
According to the tenth aspect of the present invention, the sum T 5 = T 4 + t 6 of the time t 6 required to change the voltage applied to the piezoelectric element from the voltage V 4 to the voltage V 5 and the time T 4 is obtained. , the ratio T 5 / T 0 for the natural vibration period T 0 is,
0.2 ≦ T 2 / T 0 ≦ 0.6
Therefore, the vibration of the piezoelectric element accompanying the change of the voltage and the vibration of the piezoelectric actuator are caused by the change of the voltage from the voltage V 1 to the voltage V 3. By canceling out vibration due to the deformation of the element, it is possible to further suppress the ejection of unnecessary ink droplets and the accompanying increase in ink consumption.
請求項11〜13に記載したように、液体吐出装置が、インクジェット記録方式の記録装置に組み込まれる圧電インクジェットヘッドである場合に、上述した圧電素子の再生処理を、記録装置の電源投入直後、ノズルクリーニング時、記録紙の排紙時、および記録開始直前等の、記録を行うにあたって必要とされる待機時間中に行うようにすると、圧電インクジェットヘッドの稼働率を低下させることなしに、圧電素子の変位性能を常に良好な状態に維持することができる。そのため、例えば工業用途の記録装置においては、電子回路や、液晶ディスプレイのカラーフィルタ、有機ELディスプレイの発光セル等を、生産性を低下させることなく、所望の形状に、精度良く形成し続けることができる。また、コンシューマ向けの小型プリンタ等においては、上記の、通常の待機時間以外は待機時間を増加させて動作速度を低下させることなく、文字や画像などを記録し続けることができる。 When the liquid ejecting apparatus is a piezoelectric ink jet head incorporated in an ink jet recording type recording apparatus, the above-described piezoelectric element regeneration processing is performed immediately after the recording apparatus is turned on. If it is performed during the waiting time required for recording, such as at the time of cleaning, when the recording paper is discharged, and immediately before the start of recording, the operation rate of the piezoelectric element is reduced without reducing the operating rate of the piezoelectric inkjet head. The displacement performance can always be maintained in a good state. Therefore, for example, in a recording apparatus for industrial use, an electronic circuit, a color filter for a liquid crystal display, a light emitting cell for an organic EL display, etc., can be accurately formed in a desired shape without reducing productivity. it can. In addition, in a small printer for consumer use, it is possible to continue recording characters and images without increasing the standby time and reducing the operation speed other than the normal standby time.
以下に、本発明を、インクジェットプリンタやインクジェットプロッタ等の記録装置に組み込まれるインクジェットヘッドに適用した場合を例に挙げて説明する。
〈インクジェットヘッド〉
図1は、この例のインクジェットヘッドの一部を拡大した断面図である。また、図2(a)〜(c)は、上記例のインクジェットヘッドを用いて本発明の駆動方法を実施する過程を示す、インクジェットヘッドのノズルの部分をさらに拡大した断面図である。
Hereinafter, a case where the present invention is applied to an inkjet head incorporated in a recording apparatus such as an inkjet printer or an inkjet plotter will be described as an example.
<Inkjet head>
FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view of a part of the ink jet head of this example. 2A to 2C are cross-sectional views further enlarging the nozzle portion of the ink jet head, showing the process of carrying out the driving method of the present invention using the ink jet head of the above example.
図1を参照して、この例のインクジェットヘッドは、図においてその上面側に、インクを充てんするための加圧室11が面方向に複数個、所定のドットピッチで配列された、流路部材としての基板1と、この基板1の上面に、加圧室11を閉じるように積層された圧電アクチュエータ2と、圧電アクチュエータ2を動作させるための駆動回路3と、駆動回路3を制御して圧電アクチュエータ2を動作させるための制御手段4とを備えている。
Referring to FIG. 1, the ink jet head of this example has a flow path member in which a plurality of pressurizing
また、圧電アクチュエータ2は、基板1上に、この順に積層された、いずれも複数個の加圧室11を覆う大きさを有する振動板21と、共通電極22と、平板状の圧電セラミック層23(圧電素子)と、そして、それぞれの加圧室11に対応して分離形成した複数個の個別電極24とを備えている。
各加圧室11には、それぞれ、基板1の、圧電アクチュエータ2を積層した側と反対側である、図において下側の面に達する、インク滴吐出のためのノズル12が連通されている。また図示していないが、各加圧室11には、それぞれ、インクジェットプリンタのインク補給部からインクを供給するための共通供給路が、供給口を介して連通されている。
In addition, the
Each pressurizing
そして、インク補給部から、共通供給路と供給口とを介してインクを各加圧室11に充てんした状態で、共通電極22と、複数個の個別電極24のうち、インク滴を吐出させるノズル12に対応した個別電極24との間に、駆動回路3から、所定のパルス波形を有する駆動電圧を印加すると、それに応じて、圧電セラミック層23のうち、駆動電圧を印加した領域が変形することで、圧電アクチュエータ2の同領域が動作して、加圧室11の容積が所定のタイミングで増減される。そして、それに伴って、ノズル12内に形成されるインクの液面のメニスカスが振動して、ノズル12から、インク滴が吐出されて記録が行われる。
And the nozzle which discharges an ink drop among the
上記のうち基板1は、金属製の板材や、セラミック製の板材等を用いて形成される。例えば金属製の基板1は、圧延法等によって所定の厚みに形成された板材をエッチング加工して、加圧室11とノズル12とを形成することによって作製される。かかる基板1を形成する金属材料としては、例えば、Fe−Cr系合金、Fe−Ni系合金、WC−TiC計合金等が挙げられ、中でもインクに対する耐食性と、加工性とを考慮すると、Fe−Ni系合金が好ましい。
Of the above, the substrate 1 is formed using a metal plate, a ceramic plate, or the like. For example, the metal substrate 1 is manufactured by forming a pressurizing
圧電アクチュエータ2のうち、圧電セラミック層23は、例えば、圧電体グリーンシートを焼成したり、圧電材料の焼結体を薄板状に研磨したりして形成される。圧電セラミック層23を構成する圧電セラミックとしては、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛(PZT)や、当該PZTにランタン、バリウム、ニオブ、亜鉛、ニッケル、マンガンなどの酸化物の1種または2種以上を添加したもの、例えばPLZTなどの、PZT系の圧電材料を挙げることができる。また、マグネシウムニオブ酸鉛(PMN)、ニッケルニオブ酸鉛(PNN)、亜鉛ニオブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、チタン酸鉛、チタン酸バリウムなどを主要成分とするものを挙げることもできる。圧電体グリーンシートは、焼成によって上記いずれかの圧電材料となる化合物を含んでいる。
In the
また、振動板21は、例えば、モリブデン、タングステン、タンタル、チタン、白金、鉄、ニッケルなどの単体金属や、これら金属の合金、あるいはステンレス鋼などの金属材料によって形成することもできるが、特に、上で説明した圧電セラミック層23と同じ圧電セラミックによって形成されるのが好ましい。
また、振動板21と、共通電極22と、圧電セラミック層23とは、振動板21および圧電セラミック層23のもとになるセラミックグリーンシートと、共通電極のもとになる導電ペーストの層との積層体を、同時に焼結して形成されるのが好ましい。これにより、圧電セラミック層23の反り変形を矯正することができる。
The
Further, the
共通電極22を形成する金属としては、例えば、Ag、Pd、Pt、Rh、Au、Ni等の金属単体、もしくはこれらの金属を含む合金が挙げられ、特にAg−Pd系合金が好ましい。共通電極22は、上で説明したように、上記金属や合金の粉末を含む導電性のペーストを、振動板21および圧電セラミック層23のもとになるセラミックグリーンシートと同時に焼結して形成されるのが好ましく、その厚みは、十分な導電性を確保しつつ、圧電アクチュエータ2の変形を妨げない範囲として0.5〜8μmであるのが好ましく、1〜3μmであるのがさらに好ましい。
Examples of the metal forming the
個別電極24を形成する金属としては、上記と同様の金属または合金が挙げられ、特に電気抵抗および耐食性等を考慮するとAuが好ましい。個別電極の厚みは0.5〜5μmであるのが好ましく、0.5〜2μmであるのがさらに好ましい。個別電極24は、例えば上記Au等の導電性に優れた金属の粉末を含む導電性のペーストを、圧電セラミック層23の表面に、スクリーン印刷法などの印刷法によって所定の形状に印刷して形成したり、上記金属からなる薄板を、圧電セラミック層23の表面に、例えば接着剤を用いて接着して一体化したのち、フォトリソグラフ法を利用したエッチングなどによって所定の形状に形成したり、あるいは圧電セラミック層23の表面に、フォトリソグラフ法などを利用して、所定の形状の開口部を有するめっきレジスト層を形成し、上記金属をめっきしたのちレジスト層を除去して所定の形状に形成したりすることができる。
Examples of the metal forming the
圧電アクチュエータ2の総厚みは、駆動回路3から駆動電圧が印加された際に良好に変形させることを考慮すると、100μm以下、好ましくは80μm以下、より好ましくは65μm以下、特に50μm以下であるのが良い。また、十分な機械的強度を付与し、取り扱い時および動作時に破損するの防止することを考慮すると、3μm以上、好ましくは5μm以上、より好ましくは20μm以上であるのが良い。
The total thickness of the
基板1と圧電アクチュエータ2とは、例えば接着剤の層(図示せず)を介して接着して一体化することができる。接着剤としては、従来公知の種々の接着剤が挙げられるが、インクジェットヘッドの耐熱性や、インクに対する耐性を向上することを考慮すると、熱硬化温度が100〜250℃であるエポキシ樹脂系、フェノール樹脂系、ポリフェニレンエーテル樹脂系等の、熱硬化性の接着剤を使用するのが好ましい。これら接着剤の層を介して、基板1と圧電アクチュエータ2とを積層して、接着剤の熱硬化温度まで加熱することによって、インクジェットヘッドが製造される。
The substrate 1 and the
上記インクジェットヘッドの圧電アクチュエータ2のうち、共通電極22と、個別電極23とは、それぞれ駆動回路3に接続されており、駆動回路3は、制御手段4に接続されている。
制御手段4は、記録時には、例えば、ホストコンピュータから送信された文字や画像等の記録情報をもとに駆動回路3を制御して、当該駆動回路3により、共通電極22と、任意の個別電極23との間に、所定のパルス波形を有する駆動電圧を印加させる。そうすると、圧電アクチュエータ2の、駆動電圧が印加された領域が動作して、その領域に対応する加圧室11に連通したノズル12から、インク滴が吐出されて記録が行われる。
Of the
At the time of recording, for example, the
詳しくは、ノズル12内にインクの液面のメニスカスが形成された状態で、圧電アクチュエータ2を動作させて、加圧室11の容積を所定のタイミングで増減させる。そうすると、供給口、加圧室11、およびノズル12内のインクが振動を起こし、それに伴ってメニスカスが振動する。そして、振動の速度が結果的にノズル12の外方へ向かうことによって、メニスカスが外部へと柱状に押し出される。この押し出されたインクは、その形状からインク柱と呼ばれる。
Specifically, the
振動の速度は、やがてノズル12の内方向へ向かうが、インク柱はそのまま外方向に運動を続けるため、メニスカスから切り離される。そして、切り離されたインク柱は1〜2滴程度のインク滴にまとまり、それが記録紙等の方向に飛翔して、当該記録紙等の表面にドットを形成する。そして、このドットの集合によって、記録紙等の表面に、文字や画像等が記録される。
The speed of vibration eventually goes inward of the
圧電アクチュエータ2を動作させてインク滴を吐出させる駆動方法としては、いわゆる引き打ち式の駆動方法と、押し打ち式の駆動方法とがあり、このうち、引き打ち式の駆動方法においては、待機時に、図4(a)に示すように、圧電アクチュエータ2のうち圧電セラミック層23の、すべての加圧室11に対応する領域に駆動電圧を印加し続けて、いずれも充電された変形状態を維持することで、加圧室11の容積を減少させた状態を維持しておく。
As a driving method for operating the
記録を行うに際して、ノズル12からインク滴を吐出させる加圧室11においては、
(1) まず図4(a)のS1の時点で、圧電セラミック層23の該当する領域を放電させて変形解除状態として、加圧室11の容積を増加させることで、ノズル12内のメニスカスを加圧室11の側に引き込んだ後、
(2) 図4(a)のS2の時点で、再び、圧電セラミック層23の該当領域に充電して変形状態として、加圧室11の容積を減少させることによって、
ノズル12内のメニスカスを振動させて、前記のメカニズムによってインク滴を発生させると共に、ノズル12から吐出させる。また、この間、インク敵を吐出させない加圧室11においては、圧電セラミック層23の該当する領域の充電された変形状態を維持し続ける。
In the pressurizing
(1) First, at S1 in FIG. 4 (a), the corresponding region of the piezoelectric
(2) At the time of S2 in FIG. 4 (a), the corresponding region of the piezoelectric
The meniscus in the
そうすると、上記(1)(2)の操作を行った加圧室11に対応するノズル12のみから選択的にインク滴を吐出させて記録を行うことができる。
一方、押し打ち式の駆動方法においては、待機時には、図4(b)に示すように、圧電アクチュエータ2のうち圧電セラミック層23の、すべての加圧室11に対応する領域に駆動電圧を印加せずに、放電された変形解除状態を維持することで、加圧室11の容積を平常の状態に維持しておく。
Then, it is possible to perform recording by selectively ejecting ink droplets only from the
On the other hand, in the push-type driving method, at the time of standby, as shown in FIG. 4B, a driving voltage is applied to the area corresponding to all the
記録を行うに際して、ノズル12からインク滴を吐出させる加圧室11においては、図4(b)のS1の時点で、圧電セラミック層23の該当する領域に充電して変形状態として、加圧室11の容積を減少させることによってインク滴を発生させる。
また、この間、インク敵を吐出させない加圧室11においては、圧電セラミック層23の該当する領域の放電された変形解除状態を維持し続ける。そうすると、上の操作を行った加圧室11に対応するノズル12のみから選択的にインク滴を吐出させて記録を行うことができる。ドットの形成後は、図4(b)のS2の時点で、圧電セラミック層23の該当領域を放電させて変形解除状態とすることにより、待機状態に復帰させることができる。
In the pressurizing
Further, during this time, in the pressurizing
〈圧電素子の再生方法〉
制御手段4は、上で説明した、インク滴を吐出させて記録を行う動作が行われないものの、記録を行うにあたって必要とされる待機時間中、詳しくは、記録装置の電源投入直後、ノズルクリーニング時、記録紙の排紙時、および記録開始直前に、圧電アクチュエータ2の圧電セラミック層23に、所定の電圧波形の電圧を印加して、当該圧電セラミック層23内に生じた内部電界を解消して、当該圧電セラミック層2を再生させる素子再生機能を有している。
<Piezoelectric element regeneration method>
Although the
詳しくは、制御手段4は、上記の待機時間中に、駆動回路3を制御して、図2に示すように、まず、圧電セラミック層23に、電圧V1を印加する。なお、圧電アクチュエータ2が、前記のように引き打ち式の駆動方法で駆動される場合は、その待機時に印加し続けている駆動電圧でもって、この電圧V1に代えることができる。一方、押し打ち式の駆動方法の場合は、この電圧V1を新たに印加することになる。
Specifically, the control means 4 controls the
次に、制御手段4は、駆動回路3を制御して、圧電セラミック層23に印加している電圧を、電圧V1から、時間t1をかけて、電圧V1と逆極性で、かつ、電圧値の絶対値がV2<V3に設定された電圧V2まで変化させ、この電圧V2を時間t2の間、維持した後、さらに時間t3をかけて、電圧を、電圧V2から、電圧V1と逆極性で、かつ、その電圧値の絶対値が圧電素子の抗電界の電圧値以上に設定された電圧V3まで変化させ、そして、この電圧V3を時間T3の間、維持する。
Next, the
以上の操作を行うと、先に説明したメカニズムにより、駆動回路や圧電セラミック層23への負担を低減すると共に、不必要なインク滴の吐出を防止しながら、圧電セラミック層23内に発生した内部電界を効率よく解消することができる。そのため、例えば、押し打ち式の駆動方法の場合は、図に示すように、時間T3が経過した後、記録可能な待機状態に復帰させるべく、圧電セラミック層23に、電圧V1と同極性で、かつ図の例の場合は電圧値の絶対値が等しい電圧V5を印加することにより、圧電セラミック層23を良好に再分極させることができる。また、押し打ち式の駆動方法の場合は、電圧V5を一定時間、印加して、圧電セラミック層23を良好に再分極させた後、その印加を停止することで、待機状態に復帰させることができる。
When the above operation is performed, the mechanism described above reduces the burden on the drive circuit and the piezoelectric
なお、上記のうち電圧V2は、圧電素子の分極方向の再反転が起こらない電圧値に設定するのが好ましい。また、時間t1、t2の和T1=t1+t2は、加圧室に液体が充填された状態での、圧電アクチュエータの固有振動周期T0に対する比T1/T0が、
0.15≦T1/T0≦0.3
を満足する範囲に設定するのが好ましい。また、時間t3と、上記時間T1との和T2=T1+t3は、上記固有振動周期T0に対する比T2/T0が、
0.2≦T2/T0≦0.6
を満足する範囲に設定するのが好ましい。さらに、時間T3は、固有振動周期T0に対する比T3/T0が、
0.7≦T3/T0
を満足する範囲に設定するのが好ましい。
Of the above, the voltage V 2 is preferably set to a voltage value that does not cause re-inversion of the polarization direction of the piezoelectric element. Further, the sum T 1 = t 1 + t 2 of the times t 1 and t 2 is a ratio T 1 / T 0 to the natural vibration period T 0 of the piezoelectric actuator in a state where the pressurizing chamber is filled with liquid.
0.15 ≦ T 1 / T 0 ≦ 0.3
Is preferably set in a range that satisfies the above. Further, the sum T 2 = T 1 + t 3 of the time t 3 and the time T 1 has a ratio T 2 / T 0 to the natural vibration period T 0 .
0.2 ≦ T 2 / T 0 ≦ 0.6
Is preferably set in a range that satisfies the above. Furthermore, the time T 3 is a ratio T 3 / T 0 to the natural vibration period T 0 ,
0.7 ≦ T 3 / T 0
Is preferably set in a range that satisfies the above.
これらの設定を行うことにより、先に説明したように、ノズル12からインク滴が吐出されてインクの消費量が増加するのをさらに確実に防止しつつ、圧電セラミック層23の内部電界を、より一層、効率よく解消することが可能となる。
図3は、制御手段4による素子再生機能の別の例を示すグラフである。図の例において、制御手段4は、駆動回路3を制御して、圧電セラミック層23に印加している電圧を、電圧V1から、時間t1をかけて、電圧V1と逆極性で、かつ、電圧値の絶対値がV2<V3に設定された電圧V2まで変化させ、この電圧V2を時間t2の間、維持した後、さらに時間t3をかけて、電圧を、電圧V2から、電圧V1と逆極性で、かつ、その電圧値の絶対値が圧電素子の抗電界の電圧値以上に設定された電圧V3まで変化させ、そして、この電圧V3を時間T3の間、維持する。ここまでの工程は、図2の例と同様である。各電圧値の好適な範囲、および時間の好適な範囲も、図2の例と同様である。
By performing these settings, as described above, the internal electric field of the piezoelectric
FIG. 3 is a graph showing another example of the element regeneration function by the control means 4. In the example shown, the
時間T3が経過した後、制御手段4は、駆動回路3を制御して、圧電セラミック層23に印加している電圧を、電圧V3から、時間t4をかけて、図の例の場合は電圧V1と同極性で、かつ、電圧値の絶対値がV4<V5である電圧V4まで変化させ、この電圧V4を時間t5の間、維持した後、さらに時間t6をかけて、電圧を、電圧V4から、電圧V1と同極性で、かつ図の例の場合は電圧値の絶対値が等しい電圧V5まで変化させる。
After the time T 3 has elapsed, the control means 4 controls the
この操作を行うと、やはり先に説明したメカニズムにより、駆動回路や圧電セラミック層23への負担を低減すると共に、不必要なインク滴の吐出を防止しながら、圧電セラミック層23内に発生した内部電界を効率よく解消すると共に、圧電セラミック層23を良好に再分極させることができる。
この後、引き打ち式の駆動方法では、電圧V5を維持することにより、待機状態に復帰させることができる。また、押し打ち式の駆動方法の場合は、電圧V5を一定時間、印加して、圧電セラミック層23を良好に再分極させた後、その印加を停止することで、待機状態に復帰させることができる。
When this operation is performed, the internal mechanism generated in the piezoelectric
Thereafter, the pull-push driving method, by maintaining the voltage V 5, can be returned to the standby state. In the case of push and eject type drive method, the time constant voltage V 5, applied to, after well repolarization piezoelectric
なお、上記のうち電圧V4は、電圧V1と逆極性でもよい。また、時間t4、t5の和T4=t4+t5は、加圧室に液体が充填された状態での、圧電アクチュエータの固有振動周期T0に対する比T4/T0が、
0.15≦T4/T0≦0.3
を満足する範囲に設定するのが好ましい。また、時間t6と、上記時間T4との和T5=T4+t6は、圧電アクチュエータの固有振動周期T0に対する比T5/T0が、
0.2≦T2/T0≦0.6
を満足する範囲に設定するのが好ましい。
Of the above, the voltage V 4 may have a polarity opposite to that of the voltage V 1 . The sum T 4 = t 4 + t 5 of the times t 4 and t 5 is a ratio T 4 / T 0 to the natural vibration period T 0 of the piezoelectric actuator in a state where the pressurizing chamber is filled with liquid.
0.15 ≦ T 4 / T 0 ≦ 0.3
Is preferably set in a range that satisfies the above. Further, the sum T 5 = T 4 + t 6 of the time t 6 and the time T 4 has a ratio T 5 / T 0 to the natural vibration period T 0 of the piezoelectric actuator.
0.2 ≦ T 2 / T 0 ≦ 0.6
Is preferably set in a range that satisfies the above.
これらの設定を行うことにより、先に説明したように、ノズル12からインク滴が吐出されてインクの消費量が増加するのをさらに確実に防止しつつ、圧電セラミック層23の内部電界を、より一層、効率よく解消することが可能となる。
なお、本発明の用途は、以上で説明したインクジェットヘッドには限定されず、例えばマイクロポンプ等にも適用することが可能である。
By performing these settings, as described above, the internal electric field of the piezoelectric
The application of the present invention is not limited to the ink jet head described above, and can be applied to, for example, a micro pump.
11 加圧室
12 ノズル
2 圧電アクチュエータ
23 圧電セラミック層(圧電素子)
3 駆動電源
4 制御手段
V1〜V5 電圧
11
3 the
Claims (13)
(2) 加圧室に連通するノズルと、
(3) 圧電素子を含み、圧電素子の変形によって撓んで加圧室の容積を増減させることで、加圧室内の液体を、ノズルを通して液滴として吐出させるための圧電アクチュエータと、
を備える液体吐出装置の、上記圧電アクチュエータに組み込まれる圧電素子を再生する請求項1記載の圧電素子の再生方法。 (1) a pressurized chamber filled with liquid;
(2) a nozzle communicating with the pressurizing chamber;
(3) a piezoelectric actuator that includes a piezoelectric element and flexes it by deformation of the piezoelectric element to increase or decrease the volume of the pressurizing chamber, thereby discharging the liquid in the pressurizing chamber as droplets through the nozzle;
The method for regenerating a piezoelectric element according to claim 1, wherein a piezoelectric element incorporated in the piezoelectric actuator of a liquid ejection apparatus comprising:
0.15≦T1/T0≦0.3
を満足する範囲に設定する請求項3記載の圧電素子の再生方法。 The voltage applied to the piezoelectric element and the time t 1 required to change from voltages V 1 to the voltage V 2, the sum T 1 = t 1 + t 2 and the time t 2 for applying the voltage V 2, the pressure chamber The ratio T 1 / T 0 with respect to the natural vibration period T 0 of the piezoelectric actuator in the state filled with the liquid is
0.15 ≦ T 1 / T 0 ≦ 0.3
The method for regenerating a piezoelectric element according to claim 3, wherein the piezoelectric element is set in a range satisfying the above.
0.2≦T2/T0≦0.6
を満足する範囲に設定する請求項4記載の圧電素子の再生方法。 The sum T 2 = T 1 + t 3 of the time t 3 required to change the voltage applied to the piezoelectric element from the voltage V 2 to the voltage V 3 and the time T 1 with respect to the natural vibration period T 0 of the piezoelectric actuator. The ratio T 2 / T 0 is
0.2 ≦ T 2 / T 0 ≦ 0.6
The method for regenerating a piezoelectric element according to claim 4, wherein the value is set in a range satisfying the above.
0.7≦T3/T0
を満足する範囲に設定する請求項3記載の圧電素子の再生方法。 The ratio T 3 / T 0 with respect to the natural vibration period T 0 of the piezoelectric actuator in the state where the pressure chamber 3 is filled with the liquid is set as the time T 3 for applying the voltage V 3 .
0.7 ≦ T 3 / T 0
The method for regenerating a piezoelectric element according to claim 3, wherein the piezoelectric element is set in a range satisfying the above.
0.15≦T4/T0≦0.3
を満足する範囲に設定する請求項7記載の圧電素子の再生方法。 The sum of the time t 4 required to change the voltage applied to the piezoelectric element from the voltage V 3 to the voltage V 4 and the time t 5 to apply the voltage V 4 is T 4 = t 4 + t 5. The ratio T 4 / T 0 with respect to the natural vibration period T 0 of the piezoelectric actuator in the state filled with the liquid is
0.15 ≦ T 4 / T 0 ≦ 0.3
The method for regenerating a piezoelectric element according to claim 7, wherein the range is set in a range satisfying the above.
0.2≦T2/T0≦0.6
を満足する範囲に設定する請求項9記載の圧電素子の再生方法。 The sum T 5 = T 4 + t 6 of the time t 6 required to change the voltage applied to the piezoelectric element from the voltage V 4 to the voltage V 5 and the time T 4 is relative to the natural vibration period T 0 of the piezoelectric actuator. The ratio T 5 / T 0 is
0.2 ≦ T 2 / T 0 ≦ 0.6
The method for regenerating a piezoelectric element according to claim 9, wherein the piezoelectric element is set in a range satisfying the above.
(2) 加圧室に連通するノズルと、
(3) 圧電素子を含み、圧電素子の変形によって撓んで加圧室の容積を増減させることで、加圧室内の液体を、ノズルを通して液滴として吐出させるための圧電アクチュエータと、
を備えると共に、圧電素子に駆動電圧を印加する駆動電源と、この駆動電源を制御して、圧電素子に駆動電圧を印加させる制御手段とを有し、この制御手段が、任意の時点で、圧電素子に、請求項1〜11のいずれかに記載の圧電素子の再生方法を実施して圧電素子を再生させるべく、駆動電源を制御する素子再生機能を有することを特徴とする液体吐出装置。 (1) a pressurized chamber filled with liquid;
(2) a nozzle communicating with the pressurizing chamber;
(3) a piezoelectric actuator that includes a piezoelectric element and flexes it by deformation of the piezoelectric element to increase or decrease the volume of the pressurizing chamber, thereby discharging the liquid in the pressurizing chamber as droplets through the nozzle;
A driving power source for applying a driving voltage to the piezoelectric element, and a control means for controlling the driving power source to apply the driving voltage to the piezoelectric element. A liquid ejecting apparatus having an element regeneration function of controlling a drive power source so that the element can be regenerated by performing the piezoelectric element regeneration method according to claim 1.
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