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JP2006175760A - LIQUID DISCHARGE HEAD DRIVING DEVICE AND IMAGE FORMING DEVICE - Google Patents

LIQUID DISCHARGE HEAD DRIVING DEVICE AND IMAGE FORMING DEVICE Download PDF

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JP2006175760A
JP2006175760A JP2004372405A JP2004372405A JP2006175760A JP 2006175760 A JP2006175760 A JP 2006175760A JP 2004372405 A JP2004372405 A JP 2004372405A JP 2004372405 A JP2004372405 A JP 2004372405A JP 2006175760 A JP2006175760 A JP 2006175760A
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JP
Japan
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drive
liquid
voltage
pulse
recording
Prior art date
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Pending
Application number
JP2004372405A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinji Tanaka
田中  慎二
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
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Abstract


【課題】 大きなドット若しくは大きなドットに相当するドット群を得るために、複数回の駆動パルス印加を行なうと、長期間の駆動で電極上の絶縁膜が損傷を受けアクチュエータの機能が維持できなくなる。
【解決手段】 1駆動周期内で3つの駆動パルスを順次印加するとき、各駆動パルスの間の区間(時間間隔)Td31,Td32において、駆動パルス電圧と同極性で、かつ、0より大きく、駆動パルスの電位Vpより小さい電圧Vp31d及びVp32dを印加する駆動波形を印加する。
【選択図】図3

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a large dot or a dot group corresponding to a large dot, when a drive pulse is applied a plurality of times, an insulating film on the electrode is damaged by long-term driving, and the function of the actuator cannot be maintained.
When three drive pulses are sequentially applied within one drive cycle, the drive pulse voltage has the same polarity as the drive pulse voltage and is greater than 0 in sections (time intervals) Td31 and Td32 between the drive pulses. A drive waveform for applying voltages Vp31d and Vp32d smaller than the pulse potential Vp is applied.
[Selection] Figure 3

Description

本発明は液体吐出ヘッドの駆動装置、液体吐出装置及び画像形成装置に関し、特に静電型アクチュエータを用いる液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び画像形成装置に関する。   The present invention relates to a liquid ejection head driving apparatus, a liquid ejection apparatus, and an image forming apparatus, and more particularly to a liquid ejection head, a liquid ejection apparatus, and an image forming apparatus that use an electrostatic actuator.

例えば、プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の画像形成装置としては、記録液の液滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する液室(吐出室、圧力室、加圧室、インク流路等とも称される。)と、この液室の壁面を形成する振動板の少なくとも一部を構成する可変電極と、この可変電極に対向する対向電極とを有し、電極間に電圧が印加されることによって可変電極(振動板)を静電力で変位させて、振動板の機械的な復元力によって液室内に圧力を発生させることでノズルから液滴が吐出される静電型アクチュエータを含む静電型液体吐出ヘッドを記録ヘッドとして搭載したものがある。   For example, as an image forming apparatus such as a printer, a facsimile machine, a copying apparatus, a plotter, etc., a nozzle that discharges a recording liquid droplet and a liquid chamber (discharge chamber, pressure chamber, pressurizing chamber, ink flow path) communicating with the nozzle are used. And a variable electrode constituting at least a part of the diaphragm forming the wall surface of the liquid chamber, and a counter electrode facing the variable electrode, and a voltage is applied between the electrodes. In this way, the variable electrode (vibrating plate) is displaced by an electrostatic force, and pressure is generated in the liquid chamber by the mechanical restoring force of the vibrating plate, thereby including an electrostatic actuator that discharges droplets from the nozzle. Some have an electric liquid discharge head mounted as a recording head.

このような記録液吐出方式の画像形成装置において、高画質画像を形成するためには、階調記録が不可欠であり、そのため、従前から、多値記録(中間調記録)を行なう方法として、濃度の異なる同色系のインクを複数有して、濃度を変化させる濃度変調方式、微小なドットをほぼ同じ位置に複数形成し、これによりドットの大きさを変調させるドット数変調方式、複数の容量(滴体積)のインク滴を打ち分け、ドットの大きさを変調させるドット径変調方式などで液体吐出ヘッドを駆動することが行なわれている。   In such a recording liquid discharge type image forming apparatus, gradation recording is indispensable for forming a high-quality image. Therefore, as a method for performing multi-value recording (halftone recording), a density has been conventionally used. A density modulation method that changes the density by using a plurality of inks of the same color of different colors, a dot number modulation method that modulates the dot size by forming a plurality of minute dots at substantially the same position, and a plurality of capacities ( The liquid discharge head is driven by a dot diameter modulation method that divides ink droplets (droplet volume) and modulates the size of the dots.

これらの変調方式のうち、ドット数変調方式は複数のドットで一つのドットを代替するため、ドット形状がいびつになって画質が十分でない。また、濃度変調方式は、技術的に達成難易度は低いが、増大させたインク色の数に応じて一定数のノズルを割り当てる必要があり、それだけヘッドのコストが上がるか、もしくは各色のノズルの割り当て数を減らす結果、印刷速度が低下することは避けられない。これらに対して、滴体積の異なる液滴を打ち分けるドット径変調方式は、ヘッドコストを上げることなく、画質と印刷速度を両立させるのに有効な中間調記録方式である。   Among these modulation methods, the dot number modulation method substitutes one dot with a plurality of dots, so that the dot shape becomes irregular and the image quality is not sufficient. In addition, although the density modulation method is technically difficult to achieve, it is necessary to assign a certain number of nozzles according to the increased number of ink colors, which increases the cost of the head or the nozzles of each color. As a result of reducing the number of assignments, it is inevitable that the printing speed will decrease. On the other hand, the dot diameter modulation method that separates droplets having different droplet volumes is a halftone recording method that is effective in achieving both image quality and printing speed without increasing the head cost.

そこで、静電型液体吐出ヘッドを用いてドット径変調方式で駆動する駆動装置としては、従来、例えば特許文献1に記載されているように、複数回のパルス状の駆動電圧を印加し、液室内の圧力変動が正圧となる時間毎に振動板を復元させ、大きな滴を吐出させ或いは吐出させた後に飛翔中に合体させて大きな滴にするものが知られている。
特開2002−113863号公報
Therefore, as a driving device that drives by a dot diameter modulation method using an electrostatic liquid discharge head, conventionally, as described in, for example, Patent Document 1, a plurality of pulsed driving voltages are applied, and a liquid is applied. It is known that the diaphragm is restored every time when the pressure fluctuation in the room becomes positive pressure, and a large droplet is ejected or ejected, and then combined into a large droplet during flight.
JP 2002-113863 A

上述したドット数変調方式、あるいはドット径変調方式では、大きなドット若しくは大きなドットに相当するドット群を得るために、複数回の駆動パルス印加が必要である。一方で、静電型アクチュエータは電極間への電圧印加により駆動するが、長期駆動を行うと、電圧印加により電極上に設けられた絶縁膜が損傷を受け、静電型アクチュエータの機能が維持できなくなってしまうという課題がある。   In the dot number modulation method or the dot diameter modulation method described above, a plurality of drive pulse applications are required to obtain a large dot or a dot group corresponding to a large dot. On the other hand, the electrostatic actuator is driven by applying a voltage between the electrodes. However, if it is driven for a long time, the insulating film provided on the electrode is damaged by the voltage application, and the function of the electrostatic actuator can be maintained. There is a problem of disappearing.

したがって、1つの駆動パルス印加により吐出する通常の大きさのドットに対して大きなドットを吐出する割合が多い場合、静電型アクチュエータの耐久性(印字回数)が低下してしまうことは避けられないが、静電アクチュエータにおいても耐久性の確保は最重要項目であり、これ無くして液体吐出ヘッドとして実用化することは困難である。   Therefore, when the ratio of ejecting large dots to a normal size of dots ejected by applying one drive pulse is large, it is inevitable that the durability (number of times of printing) of the electrostatic actuator is reduced. However, ensuring durability is the most important item even in an electrostatic actuator, and it is difficult to put it to practical use as a liquid discharge head without it.

この対策として、絶縁膜の経時的な絶縁破壊に起因する静電型アクチュエータの損傷を防ぐために、絶縁膜の厚みを厚くする、もしくは印加電圧を下げれば良いのであるが、両者は相反する対策であり、結果的には印加電圧を上げる、もしくは絶縁膜を薄くすることになる。さらに、静電型アクチュエータを液体吐出ヘッドのアクチュエータ手段として利用する場合、液滴を吐出するための十分な吐出力が必要であり、上記の対策では仕様を満足できない場合もあるという課題がある。   As a countermeasure, in order to prevent damage to the electrostatic actuator due to the dielectric breakdown of the insulating film over time, the thickness of the insulating film can be increased or the applied voltage can be lowered. As a result, the applied voltage is increased or the insulating film is thinned. Furthermore, when an electrostatic actuator is used as actuator means of a liquid discharge head, there is a problem that a sufficient discharge force for discharging droplets is required, and the above measures may not satisfy the specifications.

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、静電型アクチュエータの絶縁膜損傷を防ぎ、耐久性の低下を回避した液体吐出ヘッドの駆動装置、及びこの駆動装置を備えた液滴吐出装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and a liquid discharge head drive device that prevents damage to the insulating film of an electrostatic actuator and avoids a decrease in durability, and a droplet discharge device including the drive device. An object is to provide an image forming apparatus and an image forming apparatus.

上記の課題を解決するため、本発明に係る液滴吐出ヘッドの駆動装置は、1駆動周期内で複数の駆動パルスを含む駆動波形を印加するとき、複数の駆動パルス間の内の少なくとも1区間は前後の駆動パルスと同極性で0ではない電位である駆動波形を印加する手段を備えている構成とした。   In order to solve the above-described problem, when a driving waveform including a plurality of driving pulses is applied in one driving cycle, the droplet ejection head driving device according to the present invention applies at least one section among the plurality of driving pulses. Is configured to include means for applying a drive waveform having the same polarity as the previous and subsequent drive pulses and a non-zero potential.

本発明に係る液体吐出装置及び画像形成装置は、本発明に係る液体吐出ヘッドの駆動装置を備えた構成とした。   The liquid ejection apparatus and the image forming apparatus according to the present invention are configured to include the liquid ejection head driving apparatus according to the present invention.

本発明に係る液滴吐出ヘッドの駆動装置、液体吐出装置及び画像形成装置によれば、1駆動周期内で複数の駆動パルスを含む駆動波形を印加するとき、複数の駆動パルス間の内の少なくとも1区間は前後の駆動パルスと同極性で0ではない電位である駆動波形を印加するので、静電型アクチュエータの絶縁膜損傷が低減して耐久性が向上し、信頼性が向上する。   According to the droplet discharge head drive device, liquid discharge device, and image forming apparatus according to the present invention, when a drive waveform including a plurality of drive pulses is applied within one drive cycle, at least one of the plurality of drive pulses is applied. In one section, a driving waveform having the same polarity as the preceding and following driving pulses and a non-zero potential is applied, so that damage to the insulating film of the electrostatic actuator is reduced, durability is improved, and reliability is improved.

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。まず、本発明を適用する静電型液体吐出ヘッドの構成について図1を参照して説明する。なお、図1は同ヘッドの液室短手方向(ノズルの並び方向)の断面説明図である。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. First, the configuration of an electrostatic liquid discharge head to which the present invention is applied will be described with reference to FIG. FIG. 1 is an explanatory cross-sectional view of the head in the lateral direction of the liquid chamber (nozzle arrangement direction).

この液体吐出ヘッドは、記録液の液滴を吐出するノズル1を形成したノズル板2と、このノズル1が連通する液室3を形成する流路板4と、液室3の壁面を形成する可変電極である導電層5a及び絶縁層5bからなる振動板5と、この可変電極である振動板5に所定のギャップ(空隙)10をおいて対向する対向電極6を設けた支持基板7とを備えている。なお、対向電極6の表面には絶縁膜6bを形成している。ここで、可変電極である振動板5と対向電極6によって静電型アクチュエータが構成される。   This liquid discharge head forms a nozzle plate 2 on which nozzles 1 for discharging recording liquid droplets are formed, a flow path plate 4 that forms a liquid chamber 3 that communicates with the nozzles 1, and a wall surface of the liquid chamber 3. A diaphragm 5 composed of a conductive layer 5a and an insulating layer 5b as variable electrodes, and a support substrate 7 provided with a counter electrode 6 facing the diaphragm 5 as a variable electrode with a predetermined gap (gap) 10 therebetween. I have. An insulating film 6 b is formed on the surface of the counter electrode 6. Here, the diaphragm 5 and the counter electrode 6 which are variable electrodes constitute an electrostatic actuator.

なお、振動板5は全体を可変電極とすることもできるし、上述したように複層構造にして一部を可変電極とすることもできる。また、振動板5はシリコン基板の異方性エッチングなどで流路板4と一体形成することもできるし、犠牲層エッチングを用いて支持基板7と一体に形成することもできる。   Note that the diaphragm 5 can be a variable electrode as a whole, or a multi-layer structure as described above, and a part of the diaphragm 5 can be a variable electrode. Further, the vibration plate 5 can be formed integrally with the flow path plate 4 by anisotropic etching of a silicon substrate, or can be formed integrally with the support substrate 7 using sacrificial layer etching.

この液体吐出ヘッドにおいては、可変電極である振動板5と対向電極6との間に駆動回路Vから所定の駆動パルスを印加することによって、振動板5と対向電極6との間に静電力が生じて、振動板5が対向電極6側に当接するまで変位し(破線図示の状態)、駆動パルスが立ち下がることによって静電力が消失することにより、振動板5が自身の復元力によって液室6側に復元するので、この振動板5の機械的な力によって液室6内の記録液(以下「インク」ともいう。)が加圧されて、ノズル1から液滴8(又は液滴8a、8b,8cなど連続する複数の液滴)が吐出され、被記録媒体11に着弾する。   In this liquid discharge head, an electrostatic force is generated between the diaphragm 5 and the counter electrode 6 by applying a predetermined drive pulse from the drive circuit V between the diaphragm 5 which is a variable electrode and the counter electrode 6. As a result, the diaphragm 5 is displaced until it comes into contact with the counter electrode 6 (the state shown in the broken line), and the electrostatic force disappears when the drive pulse falls, so that the diaphragm 5 is liquidated by its own restoring force. 6, the recording liquid (hereinafter also referred to as “ink”) in the liquid chamber 6 is pressurized by the mechanical force of the vibration plate 5, and the droplet 8 (or droplet 8 a) is discharged from the nozzle 1. , 8b, 8c, etc.) are ejected and land on the recording medium 11.

ここで、1印字周期内(1駆動周期内)に3つの駆動パルス(パルス電圧)を印加することで、通常の大きさの3ドット、あるいは3滴分に相当する大きなドットを被記録媒体に付着させる駆動波形(以下、「トリプルパルス」という。)について説明する。
図2(a)に示すように、1駆動周期内で、3つの駆動パルスを印加するとき、各駆動パルスの印加時間をそれぞれPw31,Pw32,Pw33とし、各パルス間の間隔時間をTd31,Td32とする。また、Pw**における電圧値はVp**、Td**における電圧値はVp**dと表記することとする。
Here, by applying three driving pulses (pulse voltage) within one printing cycle (within one driving cycle), three dots of a normal size or large dots corresponding to three drops are applied to the recording medium. A drive waveform (hereinafter referred to as “triple pulse”) to be attached will be described.
As shown in FIG. 2A, when three drive pulses are applied within one drive cycle, the application time of each drive pulse is Pw31, Pw32, Pw33, and the interval time between each pulse is Td31, Td32 And The voltage value at Pw ** is expressed as Vp **, and the voltage value at Td ** is expressed as Vp ** d.

一方、図2(b)におけるシングルパルスのパルス幅はPw11、そのときの電圧値をVp11とする。   On the other hand, the pulse width of the single pulse in FIG. 2B is Pw11, and the voltage value at that time is Vp11.

ここで、図2(a)のトリプルパルスにおいて、Vp31=Vp32=Vp33=Vp,Pw31=Pw32=Pw33=Pwであり、図2(b)のシングルパルスがVp11=Vp,Pw11=Pwであれば、静電型アクチュエータにトリプルパルスを印加し続ける場合は、シングルパルスを印加し続ける場合に比べて、3倍早くアクチュエータとしての機能が低下することになる。   Here, in the triple pulse in FIG. 2A, if Vp31 = Vp32 = Vp33 = Vp, Pw31 = Pw32 = Pw33 = Pw, and the single pulse in FIG. 2B is Vp11 = Vp, Pw11 = Pw When the triple pulse is continuously applied to the electrostatic actuator, the function as the actuator is deteriorated three times faster than when the single pulse is continuously applied.

つまり、半導体では電極間に設けられた絶縁層に関して経時的絶縁破壊という現象があり、電極間に印加された或る一定電圧Vsにより絶縁膜は何らの損傷を受けない場合でも、この一定電圧Vsを長時間印加し続けると絶縁膜が損傷するというものである。   That is, in a semiconductor, there is a phenomenon called dielectric breakdown over time with respect to an insulating layer provided between electrodes, and even if the insulating film is not damaged at all by a certain constant voltage Vs applied between the electrodes, this constant voltage Vs. If the voltage is applied for a long time, the insulating film is damaged.

このことを考慮すると、トリプルパルスはシングルパルスに比べて、(同電圧の)電圧印加時間が3倍長いために絶縁膜の損傷が早いものと考えられる。しかしながら、静電型アクチュエータの耐久試験を行ったところ、トリプルパルス駆動によって絶縁膜の損傷が早まるのは、電圧印加時間が長いためではなく、パルス電圧のON,OFFの回数が多いためであることが明らかとなった。つまり、図2(c)のようなシングルパルスではあるが、パルス幅が図2(a)の各パルスの3倍である駆動波形を用いると、図2(b)のシングルパルス駆動の場合と同程度の耐久性を有することが確認された。   Considering this, the triple pulse is considered to be damaged earlier because the voltage application time (of the same voltage) is three times longer than that of the single pulse. However, when the durability test of the electrostatic actuator was conducted, the damage to the insulating film was accelerated by triple pulse driving not because the voltage application time was long but because the number of times the pulse voltage was turned on and off was large. Became clear. That is, although a single pulse as shown in FIG. 2C is used, a drive waveform whose pulse width is three times that of each pulse shown in FIG. 2A is used. It was confirmed to have the same degree of durability.

これより、静電型アクチュエータの絶縁膜損傷に依存する耐久性は、電圧印加時間ではなく電圧印加の際のON,OFF回数と、ON,OFF時の遷移電圧差に大きく依存するものと考えられる。   From this, it is considered that the durability depending on the insulation film damage of the electrostatic actuator greatly depends not on the voltage application time but on the number of ON / OFF times when the voltage is applied and the transition voltage difference between the ON and OFF times. .

したがって、トリプルパルスを印加する場合、例えば、図3(a)ないし(c)に示すように、複数の駆動パルスの間の少なくとも1区間におけるパルス間の時間間隔Td31,Td32において、駆動パルス電圧Vpと同極性で、かつ、0より大きく、電位Vpより小さい電圧Vpdを印加することで、耐久性を向上できることになる。   Therefore, when a triple pulse is applied, for example, as shown in FIGS. 3A to 3C, in the time intervals Td31 and Td32 between pulses in at least one section between a plurality of drive pulses, the drive pulse voltage Vp The durability can be improved by applying a voltage Vpd having the same polarity and greater than 0 and smaller than the potential Vp.

図3(a)の駆動波形は、3つの駆動パルスの間隔Td31,Td32のいずれでも、駆動パルス電圧Vpと同極性で、かつ、0より大きく、電圧Vpより小さい電圧Vp31d及びVp32dを印加する波形としたものである。   The drive waveform in FIG. 3A is a waveform in which voltages Vp31d and Vp32d having the same polarity as the drive pulse voltage Vp, greater than 0, and less than the voltage Vp are applied at any of the three drive pulse intervals Td31 and Td32. It is what.

また、図3(b)の駆動波形は、3つの駆動パルスの間隔Td31,Td32の内、間隔Td31で、駆動パルス電圧Vpと同極性で、かつ、0より大きく、電圧Vpより小さい電圧Vp31dを印加し、間隔Td32では電圧Vp32dを「0」とする波形としたものである。   Further, the drive waveform of FIG. 3B is a voltage Vp31d having the same polarity as the drive pulse voltage Vp and greater than 0 and less than the voltage Vp at the interval Td31 among the intervals Td31 and Td32 of the three drive pulses. The voltage Vp32d is set to “0” at the interval Td32.

さらに、図3(c)の駆動波形は、3つの駆動パルスの間隔Td31,Td32の内、間隔Td32で、駆動パルス電圧Vpと同極性で、かつ、0より大きく、電圧Vpより小さい電圧Vp32dを印加し、間隔Td31では電圧Vp31dを「0」とする波形としたものである。   Further, the drive waveform of FIG. 3C is a voltage Vp32d having the same polarity as the drive pulse voltage Vp and having a polarity greater than 0 and smaller than the voltage Vp at the interval Td32 among the intervals Td31 and Td32 of the three drive pulses. The voltage Vp31d is set to “0” at the interval Td31.

つまり、このような駆動波形を印加することによって、電圧印加の際のON,OFF回数は変わらないが、ON,OFF時の遷移電圧差を小さくすることができ、これによって耐久性(印字回数)の低下を防ぐことができる。もちろん、このとき吐出される滴速度Vjが、シングルパルス駆動の場合の速度と変わってしまうと好ましくないため、電圧Vp31d,Vp32dは或る値以下に制限される。   That is, by applying such a drive waveform, the number of ON / OFF times at the time of voltage application does not change, but the transition voltage difference at ON / OFF can be reduced, thereby improving durability (number of times of printing). Can be prevented. Of course, it is not preferable that the droplet velocity Vj ejected at this time is different from the velocity in the case of single pulse driving, and thus the voltages Vp31d and Vp32d are limited to a certain value or less.

このように、複数の駆動パルスの間の少なくとも1区間でパルス電圧と同極性でかつ0より大きい電位の駆動波形を印加することによる作用効果は、例えば図4(a)に示すように1つの駆動パルスの電位を低く(Vpd´)したり、同図(b)に示すようにすべての駆動パルスに電位Vpdの下駄を履かせたりすることによっては得られてない。   As described above, for example, as shown in FIG. 4 (a), the effect of applying a drive waveform having the same polarity as the pulse voltage and a potential higher than 0 in at least one section between the plurality of drive pulses is one. It cannot be obtained by lowering the potential of the drive pulse (Vpd ′) or by putting clogging on the potential Vpd on all the drive pulses as shown in FIG.

つまり、図4(a)の駆動波形では、2つ目の駆動パルスによって振動板を十分に撓めることができず、結局、吐出効率が落ちることになる。このことは、静電型アクチュエータのδ(変位量)−Vp(電圧値)特性(図5参照)が非線形であるために生じる。   That is, in the drive waveform of FIG. 4A, the diaphragm cannot be sufficiently bent by the second drive pulse, and eventually the discharge efficiency is lowered. This occurs because the δ (displacement) -Vp (voltage value) characteristic (see FIG. 5) of the electrostatic actuator is non-linear.

具体的に説明すると、図5における変位量δは、図6における可変電極短辺長中心YAでの変位量である。電圧Vcの印加により、振動板が電極間の実効Gap(eff-Gap)の1/3変位すると、電圧Vc以上の電圧では非連続的に変位が増大する。このような、非線形性の結果として、静電型アクチュエータの可変電極に蓄えられるエネルギー(復元力)は、電位差を一定とすると、電圧値が高くなる程大きくなる。   More specifically, the displacement amount δ in FIG. 5 is the displacement amount at the variable electrode short side center YA in FIG. When the diaphragm is displaced by 1/3 of the effective gap (eff-Gap) between the electrodes by applying the voltage Vc, the displacement increases discontinuously at a voltage equal to or higher than the voltage Vc. As a result of such non-linearity, the energy (restoring force) stored in the variable electrode of the electrostatic actuator becomes larger as the voltage value becomes higher if the potential difference is constant.

したがって、図3(a)における2つ目の駆動パルスの電位Vpd´=電圧差Vp−Vpdと、図4(a)における2つ目のパルスの電位=電圧差Vp−Vpdが同じであっても、可変電極に蓄えられるエネルギー(復元力)は、図4(a)の場合の方が小さくなるため、図4(a)の駆動波形では十分な吐出滴速度Vjが得られなくなるのである。   Therefore, the potential Vpd ′ = voltage difference Vp−Vpd of the second drive pulse in FIG. 3A and the potential of the second pulse = voltage difference Vp−Vpd in FIG. However, since the energy (restoring force) stored in the variable electrode is smaller in the case of FIG. 4A, a sufficient ejection droplet velocity Vj cannot be obtained with the drive waveform of FIG. 4A.

また、図4(b)に示す駆動波形を用いて滴吐出を行うと、滴速度を落とさずに吐出する条件が得られないことが分かった。この場合は明確な説明ではないが、全てのパルスにおいて可変電極の戻りを制限することで、結局、吐出効率を落としているものと推測される。   Further, it has been found that when droplet ejection is performed using the drive waveform shown in FIG. 4B, conditions for ejecting without reducing the droplet velocity cannot be obtained. In this case, although it is not a clear explanation, it is presumed that the discharge efficiency is eventually lowered by restricting the return of the variable electrode in all pulses.

一方で、ドライバICの規格制限を考慮すると、図3(a)〜(c)の駆動波形を用いる場合、可変電極の戻り力を大きくするために、3つのパルスの電圧値は同一になるようにして、パルス間電圧Vp31d、Vp32dを変化させると良い。   On the other hand, in consideration of the limitation of the driver IC standard, when the drive waveforms shown in FIGS. 3A to 3C are used, the voltage values of the three pulses are the same in order to increase the return force of the variable electrode. Then, the pulse voltages Vp31d and Vp32d may be changed.

次に、具体的な実施例について説明する。
〔実施例1〕
先ず、試作した静電型アクチュエータの作製プロセスを図7ないし図9を参照して概略説明する。
図7(a)に示すように、図示しないSi基板に熱酸化膜30を形成し、その上に対向電極(固定電極)の導電層となるポリシリコン(PolySi)31を0.5μm厚みで積層する。次に、図7(b)に示すように、後述するように、駆動時に両電極は可変電極側に設けられる凸部を介してのみ接触するのであるが、この凸部と凸部に対応する部分を電気的にフロートにするためのスリット32を形成する。
Next, specific examples will be described.
[Example 1]
First, a manufacturing process of a prototype electrostatic actuator will be schematically described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 7A, a thermal oxide film 30 is formed on a Si substrate (not shown), and a polysilicon (PolySi) 31 serving as a conductive layer of a counter electrode (fixed electrode) is laminated thereon with a thickness of 0.5 μm. To do. Next, as shown in FIG. 7B, as will be described later, both electrodes are in contact with each other only through a convex portion provided on the variable electrode side during driving, and correspond to the convex portion and the convex portion. A slit 32 is formed to electrically float the portion.

その後、図7(c)に示すように、絶縁膜となるHTO33を0.2μm厚さで積層する。このとき、スリット32の部分でも他の部分同様、積層したHTO33の厚みは同じなので、スリット32の部分では段差が生じ、その後積層される材料層でも段差が残ることになるが、この段差は図示していない。   Thereafter, as shown in FIG. 7C, an HTO 33 serving as an insulating film is laminated to a thickness of 0.2 μm. At this time, since the thickness of the laminated HTO 33 is the same in the slit 32 portion as in the other portions, a step occurs in the slit 32 portion, and a step remains in the material layer to be laminated thereafter. Not shown.

次に、図7(d)に示すように、両電極間のギャップ空間(空隙)を形成するために犠牲層34としてポリシリコンを0.4μm厚みで積層した後、図7(e)に示すように、両電極同士を当接させる部分となる凸部を形成するため、犠牲層34の凸部に相当する部分に凹部35を深さ0.06μmエッチングする。   Next, as shown in FIG. 7D, after sacrificial layer 34 is laminated with a thickness of 0.4 μm in order to form a gap space (gap) between both electrodes, as shown in FIG. 7E. Thus, in order to form a convex portion that becomes a portion where the two electrodes are brought into contact with each other, the concave portion 35 is etched to a depth of 0.06 μm in a portion corresponding to the convex portion of the sacrificial layer 34.

この後さらに、図8(a)に示すように、犠牲層34上に絶縁膜となるHTO35を0.2μm厚で成膜する。ここでも、凹部35では他の部分同様、積層したHTO35の厚みは同じなので、凹部35の部分では段差が生じ、その後積層される材料層でも段差が残ることになるが、この段差は図示していない。   Thereafter, as shown in FIG. 8A, an HTO 35 serving as an insulating film is formed on the sacrificial layer 34 to a thickness of 0.2 μm. Again, since the thickness of the stacked HTO 35 is the same in the concave portion 35 as in the other portions, a step occurs in the concave portion 35, and a step remains in the laminated material layer. This step is illustrated. Absent.

次に、図8(b)に示すように、可変電極の導電層となるポリシリコン37を0.2μm厚みで積層し、図8(c)に示すように、凸部を電気的にフロートにするためのスリット38を形成している。   Next, as shown in FIG. 8 (b), polysilicon 37 serving as a conductive layer of the variable electrode is laminated with a thickness of 0.2 μm, and the protrusions are electrically floated as shown in FIG. 8 (c). A slit 38 is formed.

さらに、図8(d)に示すように、ポリシリコン37上に、引張内部応力を有するSi38を0.12μm厚みで、その上に図9(a)に示すようにHTO39を0.6μm厚みで順次積層形成している。ここでも、スリット38の部分に積層される材料には段差が生じるが図示していない。 Further, as shown in FIG. 8 (d), Si 3 N 4 38 having a tensile internal stress is 0.12 μm thick on the polysilicon 37, and an HTO 39 is formed thereon as shown in FIG. 9 (a). Sequentially stacked with a thickness of 6 μm. Again, there is a step in the material laminated on the slit 38, but this is not shown.

この後、図9(b)に示すように、犠牲層34を除去するための除去孔(図示せず)を通じて犠牲層であるポリシリコン34をICPにより除去し、空隙(Gap空間)10を形成する。このとき、前述した凹部35に対応する部分が凸部41として形成されることになる。最後に、図9(c)に示すように、接液層である樹脂ポリイミド層42を1μm厚みに積層して、可変電極5と対向電極6とがギャップ3を介して対向する静電型アクチュエータを完成し、これに図示しないが流路板やノズル板を順次積層して、複数集積した液体吐出ヘッドとした。   Thereafter, as shown in FIG. 9B, the polysilicon 34 as the sacrificial layer is removed by ICP through a removal hole (not shown) for removing the sacrificial layer 34 to form a gap (gap space) 10. To do. At this time, a portion corresponding to the concave portion 35 described above is formed as the convex portion 41. Finally, as shown in FIG. 9C, an electrostatic actuator in which a resin polyimide layer 42 as a liquid contact layer is laminated to a thickness of 1 μm so that the variable electrode 5 and the counter electrode 6 face each other with a gap 3 therebetween. Although not shown in the drawings, a flow path plate and a nozzle plate are sequentially laminated to obtain a liquid discharge head in which a plurality of liquid discharge heads are integrated.

なお、導電層であるポリシリコン31,37は伝導率を上げるため、Asを注入している。また、可変電極の短辺長=60μm,可変電極の長辺長=1200μmとした。   Note that polysilicon is implanted into the polysilicon layers 31 and 37, which are conductive layers, in order to increase the conductivity. Further, the short side length of the variable electrode = 60 μm and the long side length of the variable electrode = 1200 μm.

そして、パラメータが同一である上述の静電型アクチュエータを用いて、駆動条件を変え、可変電極を振動させるだけの振動耐久試験を行った。アクチュエータの耐久性の良否判断は、アクチュエータの振動耐久試験を行なった後、アクチュエータから可変電極1を除去し、可変電極(振動板)5,固定電極(対向電極)6に形成されたHTO(絶縁膜、酸化膜)36,33の損傷の有無により評価した。   Then, using the above-described electrostatic actuator having the same parameters, a vibration durability test was performed in which the driving conditions were changed and the variable electrode was vibrated. To determine whether the actuator is durable or not, after performing a vibration durability test of the actuator, the variable electrode 1 is removed from the actuator, and the HTO (insulation) formed on the variable electrode (vibrating plate) 5 and the fixed electrode (counter electrode) 6 Evaluation was made based on the presence or absence of damage to the films 36 and 33.

なお、本実施例における耐久試験は、液滴を吐出しながら行なった訳では無いが、本実施例の耐久試験の結果は、液滴を吐出しながら行なう耐久試験の結果に直接繋がるものである。従って、液滴吐出ヘッドにおけるアクチュエータの耐久性も本実施例から直接判断することができる。   In addition, although the endurance test in the present embodiment was not performed while discharging droplets, the result of the endurance test in this embodiment is directly linked to the result of the endurance test performed while discharging droplets. . Therefore, the durability of the actuator in the droplet discharge head can also be determined directly from this embodiment.

駆動波形は図2(b)の駆動波形(パルス間電圧が0V)であるシングルパルスである。駆動条件と耐久試験結果を表1に示している。また、アクチュエータの駆動時に、酸化膜(絶縁膜)に最も電界が加わるのは、両電極同士が最も接近した状態、つまり凸部を介して両電極が接触した状態である。そこで、印加したパルス電圧のパルス幅と共に、当接時間をも表1に示している。   The drive waveform is a single pulse having the drive waveform (voltage between pulses is 0 V) in FIG. Table 1 shows driving conditions and durability test results. In addition, when the actuator is driven, the electric field is most applied to the oxide film (insulating film) in a state where the two electrodes are closest to each other, that is, in a state where the two electrodes are in contact with each other through the convex portion. Therefore, the contact time is shown in Table 1 together with the pulse width of the applied pulse voltage.

Figure 2006175760
Figure 2006175760

この結果から、試験後の酸化膜の損傷は試験Bのサンプルが最も大きく、次に試験Aであり、試験C,D,Eの酸化膜損傷は小さく、それらの差異は判断し難いものであった。   From this result, the damage of the oxide film after the test is the largest in the sample of test B, and then the test A, the oxide film damage of tests C, D, and E is small, and the difference between them is difficult to judge. It was.

これらの試験AとEの比較と試験BとEの比較と試験D,Eの比較より、酸化膜の損傷は、トータル当接時間(概ね電圧印加時間の合計)でなく、印加したパルス数に大きく依存していることが分かる。また、当然ではあるが、試験B,Cの比較より駆動電圧の大きさも酸化膜の損傷に影響を与えることが分かる。   From the comparison between these tests A and E, the comparison between tests B and E, and the comparison between tests D and E, the oxide film damage is not the total contact time (approximately the total voltage application time) but the number of applied pulses. It turns out that it depends greatly. Of course, it can be seen from the comparison of tests B and C that the magnitude of the drive voltage also affects the damage to the oxide film.

〔実施例2〕
図2(a)の駆動波形を用いた振動耐久試験(試験F)と、図3(a)の本発明に係る駆動波形を用いた振動耐久試験G(試験G)を行なって、耐久性を比較した。なお、駆動周波数12.5kHz(1印字周期80μs)、試験F,G共にVp31=Vp32=Vp33=63V,Pw31=Pw32=Pw33=6μs、Td31=Td32=10μsとして、試験FではVp31d=Vp32d=0V、試験GではVp31d=Vp32d=31.5Vとした。このときの条件及び結果を表2に示している。
[Example 2]
The vibration durability test (test F) using the drive waveform of FIG. 2A and the vibration durability test G (test G) using the drive waveform of the present invention of FIG. Compared. Note that the drive frequency is 12.5 kHz (1 printing cycle 80 μs), both test F and G are Vp31 = Vp32 = Vp33 = 63 V, Pw31 = Pw32 = Pw33 = 6 μs, Td31 = Td32 = 10 μs, and Vp31d = Vp32d = 0 V in test F In Test G, Vp31d = Vp32d = 31.5V. Table 2 shows the conditions and results at this time.

Figure 2006175760
Figure 2006175760

試験Gでは試験Fに対して、Td31,Td32間において余分な電圧が印加されているが、酸化膜(HTO)の損傷は明らかに試験Fの方が大きく、本発明に係る駆動波形である図3(a)に示す駆動波形の効果が確認できた。   In test G, an extra voltage is applied between Td31 and Td32 with respect to test F, but damage to the oxide film (HTO) is clearly greater in test F, and is a driving waveform according to the present invention. The effect of the drive waveform shown in 3 (a) was confirmed.

〔実施例3〕
静電型インクジェットヘッドに同一の静電型アクチュエータを用いて、駆動条件を変え、インク吐出評価を行った。なお、ここでは、トリプルパルス駆動により、インク滴が被記録媒体に達する前に複数滴が大きな1滴、あるいはノズルから大きな1滴として吐出される条件、つまりドット径変調方式の条件で評価したが、ドット数変調方式の条件でも結論は同じである。
Example 3
Using the same electrostatic actuator for the electrostatic ink jet head, the drive conditions were changed, and ink ejection was evaluated. Note that, here, the evaluation is performed under the condition that a plurality of droplets are ejected as one large droplet or one large droplet from the nozzle before reaching the recording medium by triple pulse driving, that is, under the condition of the dot diameter modulation method. The conclusion is the same for the conditions of the dot number modulation method.

図2(b)の駆動波形(シングルパルス)を用いた場合の、インク滴速度(Vj),インク滴体積(Mj)と駆動電圧パルス幅(Pw11)の相関関係を図10に示している。なお、駆動電圧はVp11=73Vである。   FIG. 10 shows the correlation among the ink droplet velocity (Vj), the ink droplet volume (Mj), and the driving voltage pulse width (Pw11) when the driving waveform (single pulse) in FIG. 2B is used. The drive voltage is Vp11 = 73V.

また、図2(a)の通常のトルプルパルス駆動波形を用いて大滴を形成した場合の、同じくインク滴速度(Vj),インク滴体積(Mj)と駆動電圧パルス幅(Pw33)の相関関係を図11に示している。また、このときの駆動波形条件を表3に示している。   In addition, when large droplets are formed using the normal torque pulse driving waveform of FIG. 2A, the correlation between the ink droplet velocity (Vj), the ink droplet volume (Mj), and the driving voltage pulse width (Pw33) is also shown. It is shown in FIG. Table 3 shows the drive waveform conditions at this time.

Figure 2006175760
Figure 2006175760

ここで重要なのは、シングルパルス駆動における滴速度Vjに対して、同じ駆動電圧で同等の滴速度Vjを形成可能な条件が有るかどうかである。   What is important here is whether or not there is a condition capable of forming an equivalent drop velocity Vj with the same drive voltage with respect to the drop velocity Vj in the single pulse drive.

次に、本発明に係る図3(a)に示すトルプルパルス駆動波形を用いて大滴を形成した場合の、インク滴速度(Vj),インク滴体積(Mj)と駆動電圧パルス幅(Pw33)の相関関係を図12に示している。また、このときの駆動波形条件を表4に示している。   Next, the ink droplet velocity (Vj), ink droplet volume (Mj), and drive voltage pulse width (Pw33) in the case where a large droplet is formed using the torpulle pulse driving waveform shown in FIG. The correlation is shown in FIG. Table 4 shows the drive waveform conditions at this time.

Figure 2006175760
Figure 2006175760

ここでも重要なのは、シングルパルス駆動における滴速度Vjに対して、同じ駆動電圧で同等の滴速度Vjを形成可能な条件が有るかどうかである。表4に見るように、図2(a)の駆動波形の場合と比べて、設定を多少変更する必要があるが、図3(a)の駆動波形でも滴速度Vjを変えることなく、大きなインク滴が吐出可能であることが分かる。   Here, what is important is whether or not there is a condition capable of forming an equivalent drop velocity Vj with the same drive voltage with respect to the drop velocity Vj in the single pulse drive. As shown in Table 4, it is necessary to slightly change the setting as compared with the case of the drive waveform of FIG. 2A. However, even with the drive waveform of FIG. It can be seen that the droplet can be ejected.

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの駆動装置を搭載した本発明に係る画像形成装置の一例について図13及び図14を参照して説明する。なお、図13は本発明に係る画像形成装置の全体構成を説明する側面説明図、図14は同装置の要部平面説明図である。
この画像形成装置は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材であるガイドロッド101とガイドレール102とでキャリッジ103を主走査方向に摺動自在に保持し、主走査モータ104でタイミングベルト105を介して図14で矢示方向(主走査方向)に移動走査する。
Next, an example of the image forming apparatus according to the present invention on which the liquid ejection head driving device according to the present invention is mounted will be described with reference to FIGS. FIG. 13 is an explanatory side view for explaining the overall configuration of the image forming apparatus according to the present invention, and FIG. 14 is an explanatory plan view of the main part of the apparatus.
In this image forming apparatus, a carriage 103 is slidably held in a main scanning direction by a guide rod 101 and a guide rail 102 which are horizontally mounted on left and right side plates (not shown), and a timing belt 105 is slid by a main scanning motor 104. 14 is moved and scanned in the direction indicated by the arrow (main scanning direction) in FIG.

このキャリッジ103には、例えば、それぞれイエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(Bk)のインク滴を吐出する本発明に係る液滴吐出ヘッドからなる4個の記録ヘッド107を複数のインク吐出口を主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。   On this carriage 103, for example, four recording heads 107 each comprising a droplet discharge head according to the present invention for discharging yellow (Y), cyan (C), magenta (M), and black (Bk) ink droplets, respectively. Are arranged in a direction crossing the main scanning direction and the ink droplet discharge direction is directed downward.

記録ヘッド107を構成する液体吐出ヘッドとしては、前述したように静電型液体吐出ヘッドを用いている。なお、異なる色を吐出する複数のノズル列を備えた1又は複数の液体吐出ヘッドで記録ヘッドを構成することもできる。   As described above, the electrostatic liquid discharge head is used as the liquid discharge head constituting the recording head 107. Note that the recording head can also be configured by one or a plurality of liquid ejection heads provided with a plurality of nozzle rows that eject different colors.

キャリッジ103には、記録ヘッド107に各色のインクを供給するための各色のサブタンク108を搭載している。このサブタンク108にはインク供給チューブ109を介して図示しないメインタンク(インクカートリッジ)からインクが補充供給される。   The carriage 103 is equipped with a sub tank 108 for each color for supplying each color ink to the recording head 107. Ink is supplied to the sub tank 108 from a main tank (ink cartridge) (not shown) via an ink supply tube 109.

一方、給紙カセット110などの用紙積載部(圧板)111上に積載した用紙112を給紙するための給紙部として、用紙積載部111から用紙112を1枚ずつ分離給送する半月コロ(給紙ローラ)113及び給紙ローラ113に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド114を備え、この分離パッド114は給紙ローラ113側に付勢されている。   On the other hand, as a paper feeding unit for feeding paper 112 stacked on a paper stacking unit (pressure plate) 111 such as a paper feeding cassette 110, a half-moon roller (separately feeding paper 112 one by one from the paper stacking unit 111) A separation pad 114 made of a material having a large friction coefficient is provided opposite to the sheet feeding roller 113 and the sheet feeding roller 113, and the separation pad 114 is urged toward the sheet feeding roller 113 side.

そして、この給紙部から給紙された用紙112を記録ヘッド107の下方側で搬送するための搬送部として、用紙112を静電吸着して搬送するための搬送ベルト121と、給紙部からガイド115を介して送られる用紙112を搬送ベルト121との間で挟んで搬送するためのカウンタローラ122と、略鉛直上方に送られる用紙112を略90°方向転換させて搬送ベルト121上に倣わせるための搬送ガイド123と、押さえ部材124で搬送ベルト121側に付勢された先端加圧コロ125とを備えている。また、搬送ベルト121表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ126を備えている。   As a transport unit for transporting the paper 112 fed from the paper feed unit below the recording head 107, a transport belt 121 for electrostatically attracting and transporting the paper 112, and a paper feed unit A counter roller 122 for transporting the paper 112 fed through the guide 115 while sandwiching it between the transport belt 121 and the paper 112 fed substantially vertically upward is changed by about 90 ° and copied on the transport belt 121. A conveying guide 123 for adjusting the pressure and a tip pressure roller 125 urged toward the conveying belt 121 by a pressing member 124. In addition, a charging roller 126 that is a charging unit for charging the surface of the conveyance belt 121 is provided.

ここで、搬送ベルト121は、無端状ベルトであり、搬送ローラ127とテンションローラ128との間に掛け渡されて、副走査モータ131からタイミングベルト132及びタイミングローラ133を介して搬送ローラ127が回転されることで、図14のベルト搬送方向(副走査方向)に周回するように構成している。なお、搬送ベルト121の裏面側には記録ヘッド107による画像形成領域に対応してガイド部材129を配置している。   Here, the conveyance belt 121 is an endless belt, is stretched between the conveyance roller 127 and the tension roller 128, and the conveyance roller 127 is rotated from the sub-scanning motor 131 via the timing belt 132 and the timing roller 133. By doing so, it is configured to circulate in the belt conveyance direction (sub-scanning direction) of FIG. A guide member 129 is disposed on the back side of the conveyance belt 121 in correspondence with the image forming area formed by the recording head 107.

また、図14に示すように、搬送ローラ127の軸には、スリット円板134を取り付け、このスリット円板134のスリットを検知するセンサ135を設けて、これらのスリット円板134及びセンサ135によってエンコーダ136を構成している。   Further, as shown in FIG. 14, a slit disk 134 is attached to the shaft of the transport roller 127, and a sensor 135 that detects the slit of the slit disk 134 is provided. An encoder 136 is configured.

帯電ローラ126は、搬送ベルト121の表層に接触し、搬送ベルト121の回動に従動して回転するように配置され、加圧力として軸の両端に各2.5Nをかけている。   The charging roller 126 is arranged so as to contact the surface layer of the conveyor belt 121 and rotate following the rotation of the conveyor belt 121, and applies 2.5N to both ends of the shaft as a pressing force.

また、キャリッジ103の前方側には、図14に示すように、スリットを形成したエンコーダスケール142を設け、キャリッジ103の前面側にはエンコーダスケール142のスリットを検出する透過型フォトセンサからなるエンコーダセンサ143を設け、これらによって、キャリッジ103の主走査方向位置を検知するためのエンコーダ144を構成している。   Further, as shown in FIG. 14, an encoder scale 142 having slits is provided on the front side of the carriage 103, and an encoder sensor composed of a transmissive photosensor that detects the slits of the encoder scale 142 on the front side of the carriage 103. The encoder 144 for detecting the position of the carriage 103 in the main scanning direction is configured by these.

さらに、記録ヘッド107で記録された用紙112を排紙するための排紙部として、搬送ベルト121から用紙112を分離するための分離部と、排紙ローラ152及び排紙コロ153と、排紙される用紙112をストックする排紙トレイ154とを備えている。   Further, as a paper discharge unit for discharging the paper 112 recorded by the recording head 107, a separation unit for separating the paper 112 from the conveying belt 121, a paper discharge roller 152 and a paper discharge roller 153, and paper discharge A paper discharge tray 154 for stocking the paper 112 to be printed.

また、背部には両面給紙ユニット161が着脱自在に装着されている。この両面給紙ユニット161は搬送ベルト121の逆方向回転で戻される用紙112を取り込んで反転させて再度カウンタローラ122と搬送ベルト121との間に給紙する。   A double-sided paper feeding unit 161 is detachably attached to the back. The double-sided paper feeding unit 161 takes in the paper 112 returned by the reverse rotation of the transport belt 121, reverses it, and feeds it again between the counter roller 122 and the transport belt 121.

さらに、図14に示すように、キャリッジ103の走査方向の一方側の非印字領域には、記録ヘッド107のノズルの状態を維持し、回復するための維持回復機構191を配置している。   Further, as shown in FIG. 14, a maintenance / recovery mechanism 191 for maintaining and recovering the state of the nozzles of the recording head 107 is disposed in a non-printing area on one side of the carriage 103 in the scanning direction.

この維持回復機構191は、記録ヘッド107の各ノズル面をキャピングするための各キャップ192a〜192d(区別しないときは「キャップ192」という。)と、ノズル面をワイピングするためのブレード部材であるワイパーブレード193と、増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行なうときの液滴を受ける空吐出受け194などを備えている。   The maintenance and recovery mechanism 191 includes caps 192a to 192d for capping each nozzle surface of the recording head 107 (referred to as “cap 192” when not distinguished) and a wiper that is a blade member for wiping the nozzle surface. A blade 193 and a blank discharge receptacle 194 for receiving droplets when performing blank discharge for discharging droplets that do not contribute to recording in order to discharge the thickened recording liquid are provided.

このように構成した画像形成装置においては、給紙部から用紙112が1枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙112はガイド115で案内され、搬送ベルト121とカウンタローラ122との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド123で案内されて先端加圧コロ125で搬送ベルト121に押し付けられ、略90°搬送方向を転換される。   In the image forming apparatus configured as described above, the sheets 112 are separated and fed one by one from the sheet feeding unit, and the sheet 112 fed substantially vertically upward is guided by the guide 115, and includes the conveyance belt 121 and the counter roller 122. The leading end is guided by the conveying guide 123 and pressed against the conveying belt 121 by the leading end pressure roller 125, and the conveying direction is changed by approximately 90 °.

このとき、図示しない制御回路によって高圧電源から帯電ローラ126に対してプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返すように、つまり交番する電圧が印加され、搬送ベルト121が交番する帯電電圧パターン、すなわち、周回方向である副走査方向に、プラスとマイナスが所定の幅で帯状に交互に帯電されたものとなる。このプラス、マイナス交互に帯電した搬送ベルト121上に用紙112が給送されると、用紙112が搬送ベルト121に静電力で吸着され、搬送ベルト121の周回移動によって用紙112が副走査方向に搬送される。   At this time, a positive voltage output and a negative output are alternately repeated from the high voltage power supply to the charging roller 126 by a control circuit (not shown), that is, an alternating voltage is applied, and a charging voltage pattern in which the conveying belt 121 alternates, that is, In the sub-scanning direction, which is the circumferential direction, plus and minus are alternately charged in a band shape with a predetermined width. When the paper 112 is fed onto the conveyance belt 121 charged alternately with plus and minus, the paper 112 is attracted to the conveyance belt 121 by electrostatic force, and the paper 112 is conveyed in the sub-scanning direction by the circular movement of the conveyance belt 121. Is done.

そこで、キャリッジ103を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド107を駆動することにより、停止している用紙112にインク滴を吐出して1行分を記録し、用紙112を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙112の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙112を排紙トレイ154に排紙する。   Therefore, by driving the recording head 107 according to the image signal while moving the carriage 103, ink droplets are ejected onto the stopped paper 112 to record one line, and after the paper 112 is conveyed by a predetermined amount, Record the next line. Upon receiving a recording end signal or a signal that the trailing edge of the paper 112 has reached the recording area, the recording operation is finished, and the paper 112 is discharged onto the paper discharge tray 154.

また、両面印刷の場合には、表面(最初に印刷する面)の記録が終了したときに、搬送ベルト121を逆回転させることで、記録済みの用紙112を両面給紙ユニット161内に送り込み、用紙112を反転させて(裏面が印刷面となる状態にして)再度カウンタローラ122と搬送ベルト121との間に給紙し、タイミング制御を行って、前述したと同様に搬送ベル121上に搬送して裏面に記録を行った後、排紙トレイ154に排紙する   In the case of double-sided printing, when recording on the front surface (surface to be printed first) is completed, the recording belt 112 is fed into the double-sided paper feeding unit 161 by rotating the conveyor belt 121 in the reverse direction. The paper 112 is reversed (with the back surface being the printing surface), and is fed again between the counter roller 122 and the conveyor belt 121. The timing is controlled, and the sheet is conveyed onto the conveyor bell 121 as described above. After recording on the back side, the sheet is discharged to the discharge tray 154.

また、印字(記録)待機中にはキャリッジ103は維持回復機構191側に移動されて、キャップ192で記録ヘッド107のノズル面がキャッピングされて、ノズルを湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、キャップ192で記録ヘッド107をキャッピングした状態でノズルから記録液を吸引し(「ノズル吸引」又は「ヘッド吸引」という。)し、増粘した記録液や気泡を排出する回復動作を行い、この回復動作によって記録ヘッド107のノズル面に付着したインクを清掃除去するためにワイパーブレード193でワイピングを行なう。また、記録開始前、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出する空吐出動作を行う。これによって、記録ヘッド107の安定した吐出性能を維持する。   Further, during printing (recording) standby, the carriage 103 is moved to the maintenance / recovery mechanism 191 side, the nozzle surface of the recording head 107 is capped by the cap 192, and the nozzles are kept in a wet state. To prevent. In addition, the recording liquid is sucked from the nozzle in a state where the recording head 107 is capped with the cap 192 (referred to as “nozzle suction” or “head suction”), and a recovery operation is performed to discharge the thickened recording liquid or bubbles. Wiping is performed by the wiper blade 193 in order to clean and remove ink adhering to the nozzle surface of the recording head 107 by this recovery operation. In addition, an idle ejection operation for ejecting ink not related to recording is performed before the start of recording or during recording. Thereby, the stable ejection performance of the recording head 107 is maintained.

次に、この画像形成装置の制御部の概要について図15を参照して説明する。なお、同図は同制御部の全体ブロック説明図である。
この制御部200は、装置全体の制御を司るCPU201と、CPU201が実行するプログラム、その他の固定データを格納するROM202と、画像データ等を一時格納するRAM203と、装置の電源が遮断されている間もデータを保持するための不揮発性メモリ(NVRAM)204と、画像データに対する各種信号処理、並び替え等を行う画像処理やその他装置全体を制御するための入出力信号を処理するASIC205とを備えている。
Next, an outline of the control unit of the image forming apparatus will be described with reference to FIG. This figure is an overall block diagram of the control unit.
The control unit 200 includes a CPU 201 that controls the entire apparatus, a ROM 202 that stores programs executed by the CPU 201 and other fixed data, a RAM 203 that temporarily stores image data, and the like, while the apparatus is powered off. 1 includes a non-volatile memory (NVRAM) 204 for holding data, an image processing for performing various signal processing and rearrangement on image data, and an ASIC 205 for processing input / output signals for controlling the entire apparatus. Yes.

また、この制御部200は、パーソナルコンピュータ等の画像処理装置(あるいはデータ処理装置)であるホスト側とのデータ、信号の送受を行うためのI/F206と、記録ヘッド107を駆動するための駆動波形を生成する駆動波形生成部207と、記録ヘッド107を駆動制御するヘッドドライバ208と、主走査モータ104を駆動するための主走査モータ駆動部211と、副走査モータ131を駆動するための副走査モータ駆動部213と、帯電ローラ126に対してACバイアス電圧を供給するACバイアス供給部214と、環境温度及び/又は環境湿度を検出する環境センサ218、図示しない各種センサからの検知信号を入力するためのI/O216などを備えている。   The control unit 200 also has an I / F 206 for transmitting and receiving data and signals to and from the host, which is an image processing apparatus (or data processing apparatus) such as a personal computer, and a drive for driving the recording head 107. A drive waveform generation unit 207 that generates a waveform, a head driver 208 that drives and controls the recording head 107, a main scanning motor drive unit 211 that drives the main scanning motor 104, and a sub-scan motor 131 that drives the sub-scanning motor 131. Inputs detection signals from a scanning motor driving unit 213, an AC bias supply unit 214 that supplies an AC bias voltage to the charging roller 126, an environmental sensor 218 that detects environmental temperature and / or environmental humidity, and various sensors (not shown). I / O 216 and the like are provided.

また、この制御部200には、この装置に必要な情報の入力及び表示を行うための操作パネル217が接続されている。   The control unit 200 is connected to an operation panel 217 for inputting and displaying information necessary for the apparatus.

ここで、制御部200は、パーソナルコンピュータ等の画像処理装置、イメージスキャナなどの画像読み取り装置、デジタルカメラなどの撮像装置などのホスト側からの画像データを含む印刷データ(印字データ)等をケーブル或いはネットを介してI/F206で受信する。   Here, the control unit 200 transmits print data (print data) including image data from the host side such as an image processing apparatus such as a personal computer, an image reading apparatus such as an image scanner, an imaging apparatus such as a digital camera, or the like. The data is received by the I / F 206 via the net.

そして、CPU201は、I/F206に含まれる受信バッファ内の印刷データを読み出して解析し、ASIC205にて必要な画像処理、データの並び替え処理等を行ってヘッドドライバ208に画像データを転送する。なお、画像出力するためのドットパターンデータの生成は、例えばROM202にフォントデータを格納して行っても良いし、ホスト側のプリンタドライバで画像データをビットマップデータに展開してこの装置に転送するようにしても良い。   The CPU 201 reads and analyzes the print data in the reception buffer included in the I / F 206, performs necessary image processing, data rearrangement processing, and the like in the ASIC 205, and transfers the image data to the head driver 208. The dot pattern data for image output may be generated by storing font data in the ROM 202, for example, or the image data is developed into bitmap data by a host-side printer driver and transferred to this apparatus. You may do it.

駆動波形生成部207は、駆動パルスのパターンデータをD/A変換するD/A変換器等で構成され、1の駆動パルス及び前述した条件を満たす複数の駆動パルスで構成される駆動波形をヘッドドライバ208に対して出力する。   The drive waveform generation unit 207 includes a D / A converter that performs D / A conversion on the drive pulse pattern data, and has a drive waveform composed of one drive pulse and a plurality of drive pulses that satisfy the above-described conditions. Output to the driver 208.

ヘッドドライバ208は、シリアルに入力される記録ヘッド107の1行分に相当する画像データ(ドットパターンデータ)に基づいて駆動波形生成部207から与えられる駆動波形を構成する駆動パルスを選択的に記録ヘッド7の振動板と対向電極との間に印加してヘッドを駆動する。   The head driver 208 selectively records a drive pulse constituting a drive waveform supplied from the drive waveform generation unit 207 based on image data (dot pattern data) corresponding to one line of the recording head 107 input serially. The head is driven by being applied between the diaphragm of the head 7 and the counter electrode.

この制御部では駆動波形生成部207及びヘッドドライバ208によって液体吐出ヘッドである記録ヘッドに対して駆動波形を印加する本発明に係る駆動装置を構成している。したがって、安定して大滴を形成することができ、高画質での階調記録が可能になり、印刷速度と画質を両立することができる。   This control unit constitutes a drive device according to the present invention in which a drive waveform is applied to a recording head, which is a liquid ejection head, by a drive waveform generation unit 207 and a head driver 208. Therefore, large droplets can be formed stably, gradation recording with high image quality is possible, and both printing speed and image quality can be achieved.

本発明を適用する静電型液体吐出ヘッドの一例を示す液室短手方向に沿う断面説明図である。FIG. 5 is a cross-sectional explanatory view along the lateral direction of the liquid chamber showing an example of an electrostatic liquid discharge head to which the present invention is applied. 同ヘッドの駆動に用いる比較例に係る駆動波形を構成する駆動パルスの異なる例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example from which the drive pulse which comprises the drive waveform which concerns on the comparative example used for the drive of the head differs. 本発明に係る駆動装置で生成出力するトリプルパルスからなる駆動波形の異なる例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example from which the drive waveform which consists of the triple pulse produced | generated and output with the drive device which concerns on this invention differs. 同ヘッドの駆動に用いる他の比較例に係る駆動波形を構成する駆動パルスの異なる例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example from which the drive pulse which comprises the drive waveform which concerns on the other comparative example used for the drive of the head differs. 印加電圧と振動板の変位特性(空隙の変化)の関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between the applied voltage and the displacement characteristic (change of a space | gap) of a diaphragm. 同じく静電型アクチュエータの模式的説明図である。It is a typical explanatory view of an electrostatic actuator similarly. 静電型アクチュエータの製造工程の説明に供する説明図である。It is explanatory drawing with which it uses for description of the manufacturing process of an electrostatic actuator. 同じく図7の工程に続く工程の説明に供する説明図である。FIG. 8 is also an explanatory diagram for explaining a process subsequent to the process of FIG. 7. 同じく図8の工程に続く工程の説明に供する説明図である。FIG. 9 is also an explanatory diagram for explaining a process subsequent to the process of FIG. 8. 図2(b)の駆動波形を用いた場合の滴速度、滴吐出量−パルス幅の測定結果の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the measurement result of the drop velocity at the time of using the drive waveform of FIG.2 (b), drop discharge amount-pulse width. 図2(c)の駆動波形を用いた場合の滴速度、滴吐出量−パルス幅の測定結果の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the measurement result of drop velocity at the time of using the drive waveform of FIG.2 (c), drop discharge amount-pulse width. 図2(a)の駆動波形を用いた場合の滴速度、滴吐出量−パルス幅の測定結果の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the measurement result of the drop velocity at the time of using the drive waveform of Fig.2 (a), drop discharge amount-pulse width. 本発明に係る画像形成装置の全体構成を説明する側面説明図である。1 is an explanatory side view illustrating an overall configuration of an image forming apparatus according to the present invention. 同画像形成装置の要部平面説明図である。FIG. 2 is an explanatory plan view of a main part of the image forming apparatus. 同画像形成装置の制御部の概要を説明するブロック図である。2 is a block diagram illustrating an overview of a control unit of the image forming apparatus. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1…ノズル
2…ノズル板
3…液室
4…流路板
5…振動板
6…対向電極
207…駆動波形生成部
208…ドライバ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Nozzle 2 ... Nozzle plate 3 ... Liquid chamber 4 ... Flow path plate 5 ... Vibration plate 6 ... Counter electrode 207 ... Drive waveform generation part 208 ... Driver

Claims (3)

記録液の液滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する液室と、この液室の壁面を形成する振動板の少なくとも一部を構成する可変電極と、この可変電極に対向する対向電極とを有し、前記電極間に駆動パルスが印加されることによって前記振動板が変位して機械的な力により前記ノズルから液滴を吐出する液体吐出ヘッドを駆動する駆動装置において、1駆動周期内で複数の駆動パルスを含む駆動波形を印加するとき、前記複数の駆動パルス間の内の少なくとも1区間は前後の駆動パルスと同極性で0ではない電位である駆動波形を印加する手段を備えていることを特徴とする液体吐出ヘッドの駆動装置。   A nozzle that ejects a droplet of the recording liquid, a liquid chamber that communicates with the nozzle, a variable electrode that forms at least a part of a diaphragm that forms a wall surface of the liquid chamber, and a counter electrode that faces the variable electrode, And a driving device that drives a liquid discharge head that discharges liquid droplets from the nozzles by a mechanical force when a driving pulse is applied between the electrodes. When applying a driving waveform including a plurality of driving pulses, at least one section among the plurality of driving pulses is provided with means for applying a driving waveform having the same polarity as the preceding and following driving pulses and a non-zero potential. A drive device for a liquid discharge head. 記録液の液滴を吐出させる液体吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置において、請求項1に記載の液体吐出ヘッドの駆動装置を備えていることを特徴とする液滴吐出装置。   A liquid droplet ejection apparatus equipped with a liquid ejection head for ejecting recording liquid droplets, comprising the liquid ejection head drive device according to claim 1. 記録液の液滴を吐出させる液体吐出ヘッドを搭載し、被記録媒体に画像を形成する画像形成装置において、請求項1に記載の液体吐出ヘッドの駆動装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。
An image forming apparatus that mounts a liquid discharge head that discharges recording liquid droplets and forms an image on a recording medium, comprising the liquid discharge head drive device according to claim 1. Forming equipment.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008062546A (en) * 2006-09-08 2008-03-21 Seiko Epson Corp Liquid droplet ejection head, liquid droplet ejection head driving method, and liquid droplet ejection apparatus
JP2017001240A (en) * 2015-06-08 2017-01-05 東芝テック株式会社 Inkjet head and inkjet recording apparatus
US10201971B2 (en) 2015-06-29 2019-02-12 Toshiba Tec Kabushiki Kaisha Liquid-tolerant liquid droplet ejecting apparatus

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