JP2004025645A

JP2004025645A - Piezoelectric element drive device, liquid discharging device, and piezoelectric element driving method

Info

Publication number: JP2004025645A
Application number: JP2002185860A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Fukuda; 福田　達也
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2002-06-26
Filing date: 2002-06-26
Publication date: 2004-01-29

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric element drive device which can be improved driving precision of piezoelectric elements, and to provide a liquid discharging device and a piezoelectric element driving method. <P>SOLUTION: An ink jet device 1 is equipped with an integrally formed piezoelectric element plate having a plurality of operating parts which act on an external pressure chamber; a common electrode arranged at an external side of the piezoelectric element plate; driving electrodes of an orthologus multiple number to each operating part which are arranged at an external side counter to the external side; and a CPU 11 and a head driver 15 for impressing a considered driving voltage to between each driving electrode and the common electrode. The CPU 11 and the head driver 15 impress the driving voltage while shifting a timing in relation to two or more driving electrodes where corresponding operating parts overlap. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電圧を印加する電極の集積度の高い圧電素子を駆動する圧電素子駆動装置、液体吐出装置及び圧電素子駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電気信号を文字、図形等の画像へ変換し、紙材、布、プラスチック等の記録媒体へ記録するインクジェット装置等のプリンタ、印刷機、複写機等の画像記録装置の印字ヘッドには、インク吐出素子等の液体吐出素子である圧電素子が用いられている。この圧電素子は、圧電効果（ピエゾ効果）によって電気信号を機械的変位に変換し、負荷に作用し、駆動させるデバイスであって、例えば、チタン酸バリウム系、ジルコン酸チタン酸鉛系の圧電セラミック振動子等である。
【０００３】
図５は、従来の圧電素子駆動装置及び液体吐出装置を説明するための図であって、インクジェット装置１−２の記録ヘッド２０を液体吐出孔側から見た表面図である。
記録ヘッド２０は、複数のインクが充填された圧力室２２ａ〜２２ｇ（以下、これらの圧力室をまとめて「圧力室２２」という。以下、陽極２４及び作用部２３１において同じ。）を備える基板２１と、基板２１の端面に固着されている圧電素子板２３とを備えている。
【０００４】
圧電素子板２３の圧力室２２側の外側面には、個々の圧力室２２ａ〜２２ｇに対応して陽極２４ａ〜２４ｇと、陽極の間に陰極２５とが設けられ、この陰極に対向する反対側の外側面には、陰極２５が陽極２４と対向するように設けられている。陰極２５は、電位が同一（例えばアース）の共通電極であり、駆動電極である陽極２４に電圧が印加されることによって、圧電素子板２３内に陽極２４から陰極２５への電界が生じる。陽極２４及び陰極２５は、スクリーン印刷によってニッケルを配置し、金めっきを施したものであって、極間のピッチが（例えば０．５０８ｍｍとなるように）一定で配置されている。なお、他に蒸着、スパッタによって陽極２４及び陰極２５を生成しても良い。
圧電素子板２３は、図５において上下方向に分極されている一体構成の圧電素子である。
【０００５】
図６は、圧電素子板の理想的な作用を説明する図であって、図６（ａ）は、一の陽極に駆動電圧を印加した場合の圧電素子板内の理想的な電界、図６（ｂ）は、圧電素子板の理想的な機械的変位を示している。
インクジェット装置１−２の動作時に、これらの電極２４，２５に接続されている図示しないインクジェット装置１−２の制御部は、全ての陽極２４に各駆動信号を同じタイミングで出力することによって、個々の陽極２４に所定の駆動電圧（０値を含む）を印加している。図６（ａ）に示すように、この駆動電圧によって圧電素子板２３内には陽極２４から陰極２５への電界が生じ、図６（ｂ）に示すように、圧電効果により、一の陽極２４ａに対応する圧電素子板２３の作用部２３１ａが駆動電圧の値に応じて斜め方向に伸縮する。
【０００６】
作用部２３１ａは、対応する陽極２４ａに駆動電圧が印加された場合に圧電効果によって機械的変位の生じる圧電素子板２３の外側面の部分であって、この機械的変位によって、圧力室２２等の外部の作用対象に対して作用する部分である。全ての陽極２４ａ〜２４ｇに対応する圧電素子板２３の作用部２３１ａ〜２３１ｇ（２３１ｃ〜２３１ｇは、図示しない。）は、それぞれ駆動電圧の値に応じて伸縮し、対応する各圧力室２２ａ〜２２ｇに作用する。
【０００７】
図５に示すように、記録ヘッド２０は、この圧電素子板２３の作用部２３１ａ歪み（機械的変位）により、陽極２４ａに対応する圧力室２２ａの容積を変化させることで圧力室２２内に充填されているインクの振動流を発生させ、圧力室２２ａの一面に外部に開口するように設けられているノズル２２１ａからインク滴を噴出する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、実際には、図７（ａ）に示すように、陽極２４ａによる電界は、対応する作用部２３１ａだけでなく、近傍に位置する作用部２３１ｂにも影響を与えるという問題があった。また、近年、陽極２４間のピッチ（ノズル２２１のピッチ）は、解像度の向上を図るため、狭めることが要求され、陽極２４が密になるにつれ、この問題が一層顕在化していた。
つまり、二つの隣接する陽極２４ａ，２４ｂに同時に駆動電圧を印加した場合には、一の陽極２４ａが作り出す電界が他方の陽極２４ｂが作り出す電界に影響し、図７（ｂ）に示すように、陽極２４ｂに対応する圧電素子板２３の作用部分２３１ｂが理想（＃１破線）よりも大きな駆動（＃２実線）をしてしまうという問題があった。この結果、圧電素子板２３は、陽極２４ａが対応する圧力室２２ａのみならず、周辺の他の圧力室２２ｂにも干渉し、記録ヘッド２０は、設定以上のインクを吐出してしまうという問題があった。
【０００９】
本発明の課題は、圧電素子の駆動精度を向上することが可能な圧電素子駆動装置、液体吐出装置及び圧電素子駆動方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。すなわち、請求項１の発明は、外部に作用する複数の作用部（２３１）を有する、一体構成の圧電素子（２３）又は配列された複数の圧電素子と、前記圧電素子の外側面に配置されている共通電極（２５）と、この外側面に対向する外側面に配置され、個々の前記作用部に対応する複数の駆動電極（２４）と、個々の前記駆動電極及び前記共通電極間に所定の駆動電圧を印加する電圧印加手段（１０，２０）とを備え、前記電圧印加手段によって印加された駆動電圧に応じて前記作用部に機械的変位を生じさせる圧電素子駆動装置であって、前記電圧印加手段は、対応する前記作用部が重複する複数の前記駆動電極に対してタイミングをずらして駆動電圧を印加すること、を特徴とする圧電素子駆動装置（１）である。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１に記載の圧電素子駆動装置において、前記電圧印加手段は、隣接して配置されている複数の前記駆動電極に対してタイミングをずらして周期的に駆動電圧を印加すること、を特徴とする圧電素子駆動装置（１）である。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の圧電素子駆動装置において、前記電圧印加手段は、前記複数の駆動電極を規則的に間引いた形で分けられた複数のグループ毎にタイミングをずらして周期的に駆動電圧を印加すること、を特徴とする圧電素子駆動装置（１）である。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の圧電素子駆動装置において、前記電圧印加手段は、２つの前記駆動電極に同時に駆動電圧を印加した場合に、一方の前記駆動電極に対応する前記作用部において、一方の前記駆動電極によって生じる機械的変位に他方の前記駆動電極によって生じる機械的変位が重複し、全体の機械的変位が一定以上であるときに、前記２つの駆動電極に対してタイミングをずらして周期的に駆動電圧を印加すること、を特徴とする圧電素子駆動装置（１）である。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の圧電素子駆動装置と、前記複数の作用部に対応し、液体が充填され、この液体吐出のための吐出孔（２１１）がその一面に外部に開口するように配置されている複数の液体室（２２）とを備え、前記液体室は、対応する前記作用部の機械的変位による作用を受けてその容積が変化し、前記吐出孔から液体を吐出すること、を特徴とする液体吐出装置（１）である。
【００１５】
請求項６の発明は、外部に作用する複数の作用部を有する、一体構成の圧電素子又は配列された複数の圧電素子と、前記圧電素子の外側面に配置されている共通電極と、この外側面に対向する外側面に配置され、個々の前記作用部に対応する複数の駆動電極とを備え、前記個々の駆動電極及び前記共通電極間に印加された電圧に応じて前記個々の作用部に機械的変位を生じさせる圧電素子駆動方法であって、一の前記駆動電極及び前記共通電極間に所定の駆動電圧を印加する第１の電圧印加手順と、対応する前記作用部が前記一の駆動電極と重複する他の駆動電極及び前記共通電極間に前記第１の電圧印加手順とタイミングをずらして所定の駆動電圧を印加する第２の電圧印加手順とを備え、前記第１及び第２の電圧印加手順を周期的に行うこと、を特徴とする圧電素子駆動方法である。
【００１６】
請求項７の発明は、請求項６に記載の圧電素子駆動方法において、前記第１の電圧印加手順は、前記複数の駆動電極を規則的に間引いた形で分けられた複数のグループのうちの第１のグループに含まれる駆動電極及び前記共通電極間に所定の駆動電圧を印加し、前記第２の電圧印加手順は、前記第１のグループと異なる第２のグループに含まれる駆動電極及び前記共通電極間に、前記第１の電圧印加手順とタイミングをずらして所定の駆動電圧を印加すること、を特徴とする圧電素子駆動方法である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面等を参照しながら、本発明の実施の形態について、更に詳しく説明する。
（実施形態）
なお、前述した従来例と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
図１は、本発明による圧電素子駆動装置及び液体吐出装置を備えるインクジェット装置を示すブロック図である。
図１に示すように、インクジェット装置１は、制御部１０と、制御部１０に接続された記録ヘッド２０、ユーザインターフェイスである操作パネル３０、記録ヘッド２０の記録媒体に対する相対位置の移動を行う走査モータ４０等を備え、外部のホストコンピュータ２から受信した電気信号を記録媒体へ画像等として記録する画像記録装置である。
【００１８】
実施形態における圧電素子駆動装置及び液体吐出装置は、制御部１０及び記録ヘッド２０によって構成される。
制御部１０は、このインクジェット装置１全体を統括制御するＣＰＵ１１と、不揮発性の読み出し専用メモリであって、ＯＳ、実行環境等の必要な情報を格納しているＲＯＭ１２と、揮発性メモリであって、ＣＰＵ１１の作業領域として使用されるＲＡＭ１３と、入出力インターフェイスであるＩ／Ｏポート１４と、ヘッドドライバ１５と、走査モータ４０を駆動制御するモータドライバ１６とを備えている。ＣＰＵ１１、ＲＯＭ１２、ＲＡＭ１３及びＩ／Ｏポート１４は、互いに接続され、Ｉ／Ｏポート１４には、ヘッドドライバ１５、モータドライバ１６、外部のホストコンピュータ２等が接続されている。
【００１９】
制御部１０は、ＣＰＵ１１が所定のプログラムを実行することによって、ヘッドドライバ１５を介して、記録ヘッド２０の各圧力室２２ａ〜２２ｇ（作用部２３１ａ〜２３１ｇ）に対応する各陽極２４ａ〜２４ｇにそれぞれ所定の駆動信号を出力し、駆動電圧を印加する電圧印加手段を実現する。
【００２０】
図２は、本発明による圧電素子駆動装置、液体吐出装置の動作及び圧電素子駆動方法の実施形態を示すグラフであって、図２（ａ）は、制御部１０による駆動信号供給のタイミングを示し、図２（ｂ）は、従来の制御部による駆動信号供給のタイミングを示している。
図２（ｂ）に示すように、従来の制御部は、各駆動信号を同一のタイミングですべての陽極２４に供給する。
【００２１】
一方、図２（ａ）に示すように、制御部１０は、すべての陽極２４を規則的に間引いた形で分けられた３つのグループ毎に、タイミングをずらして各駆動信号（周波数；２ｋＨｚ、周期５００μｓ）を供給する。つまり、第１のグループの陽極２４ａ，２５ｄ，２５ｇに対しては、従来と同様のタイミング（遅延なし）で各駆動信号を供給し、第２のグループの陽極２４ｂ，２５ｅ及び第３のグループの陽極２４ｃ，２５ｆに対しては、それぞれ所定の時間（０．１〜０．５μｓ）ずつ遅延させた各駆動信号を供給する。
【００２２】
なお、本実施形態においては、レザードップラー振動計を用いて圧電素子板２３の振動検出の実験を事前に行った。
先ず、一の陽極２４ａ及び陰極２５間に駆動電圧を印加した場合に、これによって生じた電界が他のどの陽極２４ｂ，２４ｃ，…，まで影響を及ぼすかを調査するため、作用部２３１の振動検出を行った。すなわち、他のいずれの陽極２４ｂ，２４ｃ，…に対応する作用部２３１ｂ，２３１ｃ，…，にまで機械的変位を生じさせるか、各陽極２４ａ〜２４ｇに対応する作用部２３１ａ〜２３１ｇが重複するかを調査した。
【００２３】
駆動電圧を印加した電極２４ａから一定の影響を与える電極２４ｃまでの電極数（重複する作用部２３１の数）が３であると判明したため、全ての陽極２４ａ〜２４ｇを規則的に間引いて、この電極数である３のグループに分けた。なお、一定の影響とは、２つの陽極（一の陽極２４ａと他の陽極２４ｂ）に同時に駆動電圧を印加した場合に、
一の陽極２４ｂに対応する作用部２３１ｂにおいて、陽極２４ｂによって生じる機械的変位に陽極２４ａによって生じる機械的変位が重複し、全体の機械的変位が一定以上であって、圧力室２２ｂから所定の量以上のインクを吐出してしまう等、外部への作用が一定以上となる場合である。
【００２４】
また、同様の調査により、０．１〜０．５μｓのタイミングで各グループの駆動信号を遅延させた場合に、一の陽極２４ａによる電界が、対応する作用部２３１ａ以外の作用部２３１ｂ等へ与える影響が少ない等、駆動評価がよいと判明した。
【００２５】
図３は、記録ヘッドのインク吐出の動作を説明するための図であって、記録ヘッド２０をノズル側から見た表面図である。説明の便宜上、すべてのノズル２１１からインクを吐出する場合（すべての陽極２４ａ〜２５ｇに駆動電圧が印加された場合）の制御部１０の動作について説明する。なお、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示す記録ヘッド２０は、記録媒体に対して同一の位置にある。
制御部１０は、図２に示すように、複数の陽極２４を規則的に間引いた形で分けられた３つのグループ毎に、個々の陽極２４に対応した駆動信号を出力するタイミングを所定の時間（０．１〜０．５μｓ）ずつずらすことによって、３つのグループ毎に異なるタイミングで駆動電圧を印加する。
【００２６】
図３（ａ）に示すように、先ず、第１のグループに分けられた陽極２４ａ，２４ｄ，２４ｇに駆動電圧が印加され、ノズル２１１ａ，２１１ｄ，２１１ｇからインクが吐出される。図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示すように、その後、第２のグループの陽極２４ｂ，２５ｅ及び第３のグループの陽極２４ｃ，２５ｆにそれぞれ所定の時間遅延したタイミングで駆動電圧が印加され、ノズル２１１ｂ，２１１ｅ及びノズル２１１ｃ，２１１ｆから所定の時間遅延したタイミングでインクが吐出される。この結果、図３（ｄ）に示すように、見かけ上は、すべてのノズル２１１ａ〜２１１ｇから従来と同様にインクが吐出される。
【００２７】
図４は、圧電素子板の作用について説明する図である。
制御部１０は、隣接する陽極２４に対してタイミングをずらして駆動電圧を印加するため、図４に示すように、隣接する陽極２４ａ，２４ｂによる電界が同時に発生することはない。つまり、作用部２３１ｂにおいて、複数の陽極２４による機械的変位が重複することはない。なお、陽極２４ａに駆動電圧が印加された場合に作用部２３１ｂに変位が生じないのが理想であるが［図４（ｂ）、＃１］、実際には、作用部２３１ｂには、機械的変位が生じる［図４（ｂ）、＃２］。しかし、この機械的変位は、圧力室２２ｂからインクを吐出させるほどではない。
【００２８】
このように本実施形態によれば、制御部１０は、対応する作用部２３１が重複する複数の陽極２４に対してタイミングをずらして駆動電圧を印加するため、作用部２３１の圧力室２２への作用の精度（駆動精度）を向上することが可能であり、インクジェット装置１のインク吐出の精度を向上することが可能となった。また、制御部１０は、実験結果に基づいた所定の時間だけ駆動電圧印加のタイミングをずらすため、一層の精度の向上を図ることが可能となった。
【００２９】
（変形形態）
以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の均等の範囲内である。例えば、駆動電極である陽極２４ａ〜２５ｇを３つのグループに分けたが、２つのグループであってもよく、４以上のグループであってもよい。複数であれば、グループ数は限定されない。
また、本実施形態のようにグループ数が各陽極２４に対応する各作用部２３１の重複等の各陽極２４の電界による相互影響の調査結果に基づいて設定したものであれば、一層よい。
【００３０】
本発明による圧電素子駆動装置、液体吐出装置を構成する圧電素子として、一体構成の圧電素子板２３を用いたが、複数の作用部２３１を有する配列された複数の圧電素子であってもよい。例えば、各駆動電極（陽極）２４が配置された複数の圧電素子が配列されたものであってもよい。
また、インクジェット装置１は、１列に並んだ７つのノズル２１１ａ〜２１１ｇ、このノズル２１１ａ〜２１１ｇに対応する作用部２３１ａ〜２３１ｇ及び陽極２４ａ〜２４ｇを有する記録ヘッド２０を備えるが、このノズル２１１等の数及び列数は、これに限られるものではない。
【００３１】
本発明による圧電素子駆動装置を構成する制御部１０、圧電素子板２３、陽極（駆動電極）２４及び陰極（共通電極）２５、また、本発明による液体吐出装置を構成する制御部１０及び記録ヘッド２０を備えるインクジェット装置１について実施形態に記載したが、これに限られず、印刷機、複写機等の他の画像記録装置等、圧電素子駆動装置又は液体吐出装置を構成するこれら各部を備えた機器であってもよい。同様の効果を得ることが可能である。
【００３２】
【発明の効果】
以上詳しく説明したように、本発明によれば、対応する作用部が重複する複数の駆動電極に対してタイミングをずらして駆動電圧を印加するため、作用部の外部への作用精度である駆動精度を向上することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による圧電素子駆動装置及び液体吐出装置を備えるインクジェット装置を示すブロック図である。
【図２】本発明による圧電素子駆動装置、液体吐出装置の動作及び圧電素子駆動方法の実施形態を示すグラフである。
【図３】記録ヘッドのインク吐出の動作を説明するための図である。
【図４】圧電素子板の作用について説明する図である。
【図５】従来の圧電素子駆動装置及び液体吐出装置を説明するための図である。
【図６】圧電素子板の理想的な作用を説明する図である。
【図７】従来の圧電素子板の作用を説明する図である。
【符号の説明】
１，１−２　インクジェット装置
２　ホストコンピュータ
１０　制御部
１１　ＣＰＵ
１２　ＲＯＭ
１３　ＲＡＭ
１４　Ｉ／Ｏポート
１５　ヘッドドライバ
１６　モータドライバ
２０　記録ヘッド
２１　基板
２２　圧力室
２３　圧電素子板
２４　陽極
２５　陰極
３０　操作パネル
４０　走査モータ
２２１　ノズル
２３１　作用部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a piezoelectric element driving apparatus, a liquid ejection apparatus, and a piezoelectric element driving method for driving a piezoelectric element having a high degree of integration of electrodes to which a voltage is applied.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a print head of an image recording device such as an ink jet device that converts an electric signal into an image such as a character or a graphic and records the image on a recording medium such as paper, cloth, and plastic, a printing machine, and a copying machine includes: A piezoelectric element, which is a liquid ejection element such as an ink ejection element, is used. This piezoelectric element is a device that converts an electric signal into mechanical displacement by a piezoelectric effect (piezo effect), acts on a load, and drives the load. For example, a barium titanate-based or lead zirconate titanate-based piezoelectric ceramic A vibrator or the like.
[0003]
FIG. 5 is a diagram for explaining a conventional piezoelectric element driving device and a conventional liquid ejection device, and is a front view of the recording head 20 of the ink jet device 1-2 as viewed from the liquid ejection hole side.
The recording head 20 includes a substrate 21 having pressure chambers 22a to 22g filled with a plurality of inks (hereinafter, these pressure chambers are collectively referred to as “pressure chambers 22”; hereinafter, the same applies to the anode 24 and the action section 231). And a piezoelectric element plate 23 fixed to an end face of the substrate 21.
[0004]
On the outer surface of the piezoelectric element plate 23 on the pressure chamber 22 side, anodes 24a to 24g are provided corresponding to the individual pressure chambers 22a to 22g, and a cathode 25 is provided between the anodes. A cathode 25 is provided on the outer surface of the. The cathode 25 is a common electrode having the same potential (for example, ground). When a voltage is applied to the anode 24 as a drive electrode, an electric field is generated in the piezoelectric element plate 23 from the anode 24 to the cathode 25. The anode 24 and the cathode 25 are provided with nickel by screen printing and plated with gold, and are arranged with a constant pitch between the electrodes (for example, 0.508 mm). Alternatively, the anode 24 and the cathode 25 may be generated by vapor deposition or sputtering.
The piezoelectric element plate 23 is an integrated piezoelectric element that is vertically polarized in FIG.
[0005]
FIG. 6 is a diagram for explaining an ideal operation of the piezoelectric element plate. FIG. 6A shows an ideal electric field in the piezoelectric element plate when a driving voltage is applied to one anode. (B) shows an ideal mechanical displacement of the piezoelectric element plate.
During operation of the ink jet device 1-2, the control unit of the ink jet device 1-2 (not shown) connected to these electrodes 24 and 25 outputs each drive signal to all the anodes 24 at the same timing, thereby individually A predetermined drive voltage (including a zero value) is applied to the anode 24 of FIG. As shown in FIG. 6A, an electric field from the anode 24 to the cathode 25 is generated in the piezoelectric element plate 23 by the driving voltage, and as shown in FIG. The action part 231a of the piezoelectric element plate 23 corresponding to the above-mentioned state expands and contracts in an oblique direction according to the value of the drive voltage.
[0006]
The action portion 231a is a portion of the outer surface of the piezoelectric element plate 23 where mechanical displacement is caused by a piezoelectric effect when a driving voltage is applied to the corresponding anode 24a. This is a part that acts on an external object. The action parts 231a to 231g (231c to 231g are not shown) of the piezoelectric element plate 23 corresponding to all the anodes 24a to 24g expand and contract according to the value of the drive voltage, respectively, and correspond to the corresponding pressure chambers 22a to 22g. Act on.
[0007]
As shown in FIG. 5, the recording head 20 fills the pressure chamber 22 by changing the volume of the pressure chamber 22a corresponding to the anode 24a due to the strain (mechanical displacement) of the action part 231a of the piezoelectric element plate 23. This generates a vibrating flow of the ink, and ejects ink droplets from a nozzle 221a provided on one surface of the pressure chamber 22a so as to open to the outside.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in practice, as shown in FIG. 7A, there is a problem that the electric field generated by the anode 24a affects not only the corresponding action part 231a but also the action part 231b located in the vicinity. Further, in recent years, the pitch between the anodes 24 (the pitch of the nozzles 221) has been required to be narrowed in order to improve the resolution, and this problem has become more apparent as the anodes 24 become denser.
That is, when a driving voltage is simultaneously applied to two adjacent anodes 24a and 24b, the electric field generated by one anode 24a affects the electric field generated by the other anode 24b, and as shown in FIG. There is a problem that the working portion 231b of the piezoelectric element plate 23 corresponding to the anode 24b is driven (# 2 solid line) larger than ideal (# 1 broken line). As a result, the piezoelectric element plate 23 interferes not only with the pressure chamber 22a to which the anode 24a corresponds but also with other surrounding pressure chambers 22b, and the recording head 20 discharges more ink than set. there were.
[0009]
An object of the present invention is to provide a piezoelectric element driving device, a liquid ejection device, and a piezoelectric element driving method capable of improving the driving accuracy of a piezoelectric element.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention solves the above problem by the following means. In addition, in order to facilitate understanding, the description will be given with reference numerals corresponding to the embodiment of the present invention, but the present invention is not limited to this. That is, according to the first aspect of the present invention, an integrated piezoelectric element (23) or a plurality of arranged piezoelectric elements having a plurality of operating portions (231) acting externally, and a plurality of arranged piezoelectric elements are arranged on an outer surface of the piezoelectric element. A common electrode (25), a plurality of drive electrodes (24) disposed on the outer surface facing the outer surface, and corresponding to the individual acting portions, and a predetermined distance between the individual drive electrode and the common electrode. And a voltage applying means (10, 20) for applying a driving voltage of the piezoelectric element driving apparatus, wherein the piezoelectric element driving device causes a mechanical displacement of the action section according to the driving voltage applied by the voltage applying means. The voltage applying means applies a drive voltage to a plurality of the drive electrodes, the corresponding action portions of which overlap with each other, at a shifted timing, and is a piezoelectric element drive device (1).
[0011]
According to a second aspect of the present invention, in the piezoelectric element driving device according to the first aspect, the voltage applying means periodically applies a drive voltage to a plurality of the drive electrodes arranged adjacently at a shifted timing. And a piezoelectric element driving device (1).
[0012]
According to a third aspect of the present invention, in the piezoelectric element driving device according to the first or second aspect, the voltage applying means is provided for each of a plurality of groups in which the plurality of drive electrodes are regularly thinned out. A piezoelectric element driving device (1) characterized in that a driving voltage is periodically applied at a shifted timing.
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, in the piezoelectric element driving device according to any one of the first to third aspects, when the voltage applying unit applies a driving voltage to the two driving electrodes simultaneously, In the working portion corresponding to one of the drive electrodes, when the mechanical displacement caused by the one drive electrode overlaps with the mechanical displacement caused by the other drive electrode, and the total mechanical displacement is equal to or more than a certain value. And a drive voltage is periodically applied to the two drive electrodes with a shift in timing, thereby providing a piezoelectric element drive device (1).
[0014]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the piezoelectric element driving device according to any one of the first to fourth aspects, wherein the plurality of acting portions are filled with a liquid, and the liquid is discharged. A plurality of liquid chambers (22) arranged so that holes (211) are open to the outside on one surface thereof, wherein the liquid chambers have a volume that is affected by mechanical displacement of the corresponding working section. And the liquid is discharged from the discharge hole.
[0015]
The invention according to claim 6 is a piezoelectric element having a plurality of acting parts acting externally, a piezoelectric element of an integrated structure or a plurality of arranged piezoelectric elements, a common electrode arranged on the outer surface of the piezoelectric element, A plurality of drive electrodes arranged on the outer side surface facing the side surface and corresponding to the individual working portions, wherein the individual working portions are provided in accordance with a voltage applied between the individual drive electrodes and the common electrode. A piezoelectric element driving method for causing a mechanical displacement, wherein a first voltage application step of applying a predetermined driving voltage between one of the driving electrodes and the common electrode, and the corresponding action unit is the one driving A first voltage application procedure between the other drive electrode overlapping the electrode and the common electrode, and a second voltage application procedure for applying a predetermined drive voltage at a shifted timing, wherein the first and second voltage application procedures are performed. Perform voltage application procedure periodically When a piezoelectric element drive method comprising.
[0016]
According to a seventh aspect of the present invention, in the piezoelectric element driving method according to the sixth aspect, the first voltage application step includes a step of selectively dividing the plurality of drive electrodes into a plurality of groups. A predetermined driving voltage is applied between the driving electrodes included in the first group and the common electrode, and the second voltage applying step includes the driving electrodes included in the second group different from the first group and the driving electrodes included in the second group. A method for driving a piezoelectric element, characterized in that a predetermined drive voltage is applied between common electrodes at a timing shifted from the first voltage application procedure.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings and the like.
(Embodiment)
Note that the same reference numerals are given to portions that perform the same functions as those of the above-described conventional example, and redundant description will be omitted as appropriate.
FIG. 1 is a block diagram showing an ink jet apparatus including a piezoelectric element driving device and a liquid ejection device according to the present invention.
As shown in FIG. 1, the inkjet apparatus 1 includes a control unit 10, a print head 20 connected to the control unit 10, an operation panel 30 as a user interface, and a scan for moving the print head 20 relative to a print medium. The image recording apparatus includes a motor 40 and the like, and records an electric signal received from an external host computer 2 as an image or the like on a recording medium.
[0018]
The piezoelectric element driving device and the liquid ejection device according to the embodiment include a control unit 10 and a recording head 20.
The control unit 10 includes a CPU 11 that controls the entire inkjet apparatus 1, a ROM 12 that is a nonvolatile read-only memory, which stores necessary information such as an OS and an execution environment, and a volatile memory. , A RAM 13 used as a work area of the CPU 11, an I / O port 14 as an input / output interface, a head driver 15, and a motor driver 16 for driving and controlling the scanning motor 40. The CPU 11, the ROM 12, the RAM 13, and the I / O port 14 are connected to each other, and the I / O port 14 is connected to a head driver 15, a motor driver 16, an external host computer 2, and the like.
[0019]
When the CPU 11 executes a predetermined program, the control unit 10 controls the anodes 24a to 24g corresponding to the pressure chambers 22a to 22g (the action units 231a to 231g) of the recording head 20 via the head driver 15, respectively. A voltage application unit that outputs a predetermined drive signal and applies a drive voltage is realized.
[0020]
FIG. 2 is a graph showing the operation of the piezoelectric element driving device, the liquid ejection device, and the piezoelectric element driving method according to an embodiment of the present invention. FIG. FIG. 2B shows the timing of driving signal supply by the conventional control unit.
As shown in FIG. 2B, the conventional control unit supplies each drive signal to all the anodes 24 at the same timing.
[0021]
On the other hand, as shown in FIG. 2A, the control unit 10 shifts the timing of each drive signal (frequency: 2 kHz, 3 kHz) for each of three groups in which all the anodes 24 are regularly thinned out. (Period 500 μs). That is, the drive signals are supplied to the first group of anodes 24a, 25d, and 25g at the same timing (without delay) as in the related art, and the second group of anodes 24b, 25e and the third group of anodes 24b, 25e. To the anodes 24c and 25f, respective drive signals delayed by a predetermined time (0.1 to 0.5 μs) are supplied.
[0022]
In the present embodiment, an experiment for detecting the vibration of the piezoelectric element plate 23 was performed in advance using a laser Doppler vibrometer.
First, when a drive voltage is applied between one anode 24a and the cathode 25, the vibration of the action part 231 is examined in order to investigate which other anodes 24b, 24c,... Detection was performed. That is, whether to cause mechanical displacement to the working portions 231b, 231c,... Corresponding to any of the other anodes 24b, 24c,... Or to overlap the working portions 231a to 231g corresponding to the respective anodes 24a to 24g. investigated.
[0023]
Since the number of electrodes (the number of overlapping action portions 231) from the electrode 24a to which the drive voltage was applied to the electrode 24c having a certain influence was found to be 3, all the anodes 24a to 24g were thinned out regularly, and It was divided into three groups, which is the number of electrodes. The certain effect means that when a driving voltage is applied to two anodes (one anode 24a and another anode 24b) simultaneously,
In the working portion 231b corresponding to one anode 24b, the mechanical displacement caused by the anode 24b overlaps with the mechanical displacement caused by the anode 24b, so that the entire mechanical displacement is equal to or more than a certain value, and a predetermined amount is obtained from the pressure chamber 22b. This is the case where the action to the outside becomes more than a certain level, such as the above-mentioned ink being ejected.
[0024]
Further, according to the same investigation, when the drive signal of each group is delayed at a timing of 0.1 to 0.5 μs, the electric field generated by one anode 24a is applied to the operation unit 231b other than the corresponding operation unit 231a. The drive evaluation was found to be good, with little effect.
[0025]
FIG. 3 is a diagram for explaining the ink discharging operation of the recording head, and is a front view of the recording head 20 as viewed from the nozzle side. For convenience of explanation, the operation of the control unit 10 when ink is ejected from all the nozzles 211 (when a drive voltage is applied to all the anodes 24a to 25g) will be described. The recording head 20 shown in FIGS. 3A to 3C is located at the same position with respect to the recording medium.
As shown in FIG. 2, the control unit 10 sets a timing for outputting a drive signal corresponding to each anode 24 for a predetermined time for each of three groups in which a plurality of anodes 24 are regularly thinned out. (0.1 to 0.5 μs), drive voltages are applied at different timings for each of the three groups.
[0026]
As shown in FIG. 3A, first, a driving voltage is applied to the anodes 24a, 24d, 24g divided into the first group, and ink is ejected from the nozzles 211a, 211d, 211g. Then, as shown in FIGS. 3B and 3C, a drive voltage is thereafter applied to the anodes 24b and 25e of the second group and the anodes 24c and 25f of the third group at a timing delayed by a predetermined time, respectively. Then, ink is ejected from the nozzles 211b and 211e and the nozzles 211c and 211f at a timing delayed by a predetermined time. As a result, as shown in FIG. 3D, apparently, ink is ejected from all the nozzles 211a to 211g in the same manner as in the related art.
[0027]
FIG. 4 is a diagram illustrating the operation of the piezoelectric element plate.
Since the control unit 10 applies the drive voltage to the adjacent anodes 24 at a shifted timing, the electric fields by the adjacent anodes 24a and 24b are not generated at the same time as shown in FIG. That is, the mechanical displacements of the plurality of anodes 24 do not overlap in the action section 231b. It is ideal that no displacement occurs in the action section 231b when a drive voltage is applied to the anode 24a [FIG. 4B, # 1]. Displacement occurs [FIG. 4B, # 2]. However, this mechanical displacement is not so large that ink is ejected from the pressure chamber 22b.
[0028]
As described above, according to the present embodiment, the control unit 10 applies the drive voltage to the plurality of anodes 24 in which the corresponding operation units 231 overlap with the timing shifted, so that the control unit 10 applies the drive voltage to the pressure chamber 22 of the operation unit 231. The accuracy of operation (drive accuracy) can be improved, and the accuracy of ink ejection of the inkjet device 1 can be improved. Further, the control unit 10 shifts the timing of applying the drive voltage by a predetermined time based on the experimental result, so that it is possible to further improve the accuracy.
[0029]
(Modified form)
Various modifications and changes are possible without being limited to the embodiment described above, and these are also within the equivalent scope of the present invention. For example, the anodes 24a to 25g, which are drive electrodes, are divided into three groups, but may be two groups or four or more groups. If it is plural, the number of groups is not limited.
Further, it is more preferable that the number of groups is set based on the result of the investigation of the mutual influence of the electric field of each anode 24 such as the overlap of the action portions 231 corresponding to each anode 24 as in the present embodiment.
[0030]
Although the piezoelectric element plate 23 having an integral structure is used as the piezoelectric element constituting the piezoelectric element driving device and the liquid ejection device according to the present invention, a plurality of piezoelectric elements having a plurality of action portions 231 may be used. For example, a plurality of piezoelectric elements on which each drive electrode (anode) 24 is arranged may be arranged.
In addition, the inkjet apparatus 1 includes a recording head 20 having seven nozzles 211a to 211g arranged in one row, action parts 231a to 231g corresponding to the nozzles 211a to 211g, and anodes 24a to 24g. Is not limited to this.
[0031]
The control unit 10, the piezoelectric element plate 23, the anode (drive electrode) 24 and the cathode (common electrode) 25 that constitute the piezoelectric element driving device according to the present invention, and the control unit 10 and the recording head that constitute the liquid ejection device according to the present invention. Although the embodiment has been described with respect to the inkjet apparatus 1 including the inkjet printer 20, the invention is not limited to this, and other apparatuses such as a printing machine, a copying machine, and the like, each of which includes a piezoelectric element driving device or a liquid ejecting device, such as a printing machine, a device including these components. It may be. Similar effects can be obtained.
[0032]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the drive voltage is applied to a plurality of overlapping drive electrodes with the corresponding action portions shifted in timing, so that the drive accuracy, which is the action accuracy to the outside of the action portion, is applied. It became possible to improve.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an ink jet apparatus including a piezoelectric element driving device and a liquid ejection device according to the present invention.
FIG. 2 is a graph showing an operation of a piezoelectric element driving device, a liquid ejection device, and a piezoelectric element driving method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram for explaining an ink discharging operation of the recording head.
FIG. 4 is a diagram illustrating the operation of a piezoelectric element plate.
FIG. 5 is a view for explaining a conventional piezoelectric element driving device and a liquid ejection device.
FIG. 6 is a diagram illustrating an ideal function of a piezoelectric element plate.
FIG. 7 is a diagram illustrating the operation of a conventional piezoelectric element plate.
[Explanation of symbols]
1,1-2 Inkjet device 2 Host computer 10 Control unit 11 CPU
12 ROM
13 RAM
14 I / O port 15 Head driver 16 Motor driver 20 Recording head 21 Substrate 22 Pressure chamber 23 Piezoelectric element plate 24 Anode 25 Cathode 30 Operation panel 40 Scan motor 221 Nozzle 231 Working part

Claims

外部に作用する複数の作用部を有する、一体構成の圧電素子又は配列された複数の圧電素子と、前記圧電素子の外側面に配置されている共通電極と、この外側面に対向する外側面に配置され、個々の前記作用部に対応する複数の駆動電極と、個々の前記駆動電極及び前記共通電極間に所定の駆動電圧を印加する電圧印加手段とを備え、前記電圧印加手段によって印加された駆動電圧に応じて前記作用部に機械的変位を生じさせる圧電素子駆動装置であって、
前記電圧印加手段は、対応する前記作用部が重複する複数の前記駆動電極に対してタイミングをずらして駆動電圧を印加すること、
を特徴とする圧電素子駆動装置。Having a plurality of acting portions acting externally, a piezoelectric element of an integral configuration or a plurality of arranged piezoelectric elements, a common electrode disposed on the outer surface of the piezoelectric element, and an outer surface opposed to this outer surface A plurality of drive electrodes corresponding to the respective action portions, and a voltage application unit for applying a predetermined drive voltage between each of the drive electrodes and the common electrode, wherein the drive electrodes are applied by the voltage application unit. A piezoelectric element driving device that causes a mechanical displacement in the action portion according to a driving voltage,
The voltage applying unit applies a drive voltage at a different timing to a plurality of the drive electrodes having the corresponding acting portions overlapping;
A piezoelectric element driving device characterized by the above-mentioned.

請求項１に記載の圧電素子駆動装置において、
前記電圧印加手段は、隣接して配置されている複数の前記駆動電極に対してタイミングをずらして周期的に駆動電圧を印加すること、
を特徴とする圧電素子駆動装置。The piezoelectric element driving device according to claim 1,
The voltage applying unit periodically applies a drive voltage to the plurality of drive electrodes arranged adjacent to each other at a shifted timing;
A piezoelectric element driving device characterized by the above-mentioned.

請求項１又は請求項２に記載の圧電素子駆動装置において、
前記電圧印加手段は、前記複数の駆動電極を規則的に間引いた形で分けられた複数のグループ毎にタイミングをずらして周期的に駆動電圧を印加すること、
を特徴とする圧電素子駆動装置。The piezoelectric element driving device according to claim 1 or 2,
The voltage applying unit periodically applies a drive voltage by shifting the timing for each of a plurality of groups divided in a form in which the plurality of drive electrodes are regularly thinned out,
A piezoelectric element driving device characterized by the above-mentioned.

請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の圧電素子駆動装置において、
前記電圧印加手段は、２つの前記駆動電極に同時に駆動電圧を印加した場合に、一方の前記駆動電極に対応する前記作用部において、一方の前記駆動電極によって生じる機械的変位に他方の前記駆動電極によって生じる機械的変位が重複し、全体の機械的変位が一定以上であるときに、前記２つの駆動電極に対してタイミングをずらして周期的に駆動電圧を印加すること、
を特徴とする圧電素子駆動装置。The piezoelectric element driving device according to any one of claims 1 to 3,
The voltage applying unit is configured such that, when a driving voltage is simultaneously applied to the two driving electrodes, the mechanical displacement caused by one of the driving electrodes in the working portion corresponding to one of the driving electrodes causes the other of the driving electrodes When the mechanical displacements caused by the overlap are overlapped and the total mechanical displacement is equal to or more than a certain value, a drive voltage is periodically applied to the two drive electrodes by shifting the timing,
A piezoelectric element driving device characterized by the above-mentioned.

請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の圧電素子駆動装置と、
前記複数の作用部に対応し、液体が充填され、この液体吐出のための吐出孔がその一面に外部に開口するように配置されている複数の液体室とを備え、
前記液体室は、対応する前記作用部の機械的変位による作用を受けてその容積が変化し、前記吐出孔から液体を吐出すること、
を特徴とする液体吐出装置。A piezoelectric element driving device according to any one of claims 1 to 4,
A plurality of liquid chambers corresponding to the plurality of acting portions, filled with a liquid, and including a plurality of liquid chambers arranged so that a discharge hole for discharging the liquid is opened to the outside on one surface thereof,
The volume of the liquid chamber is changed by the action of the mechanical displacement of the corresponding action section, and the liquid is discharged from the discharge hole.
A liquid discharge device characterized by the above-mentioned.

外部に作用する複数の作用部を有する、一体構成の圧電素子又は配列された複数の圧電素子と、前記圧電素子の外側面に配置されている共通電極と、この外側面に対向する外側面に配置され、個々の前記作用部に対応する複数の駆動電極とを備え、前記個々の駆動電極及び前記共通電極間に印加された電圧に応じて前記個々の作用部に機械的変位を生じさせる圧電素子駆動方法であって、
一の前記駆動電極及び前記共通電極間に所定の駆動電圧を印加する第１の電圧印加手順と、
対応する前記作用部が前記一の駆動電極と重複する他の駆動電極及び前記共通電極間に前記第１の電圧印加手順とタイミングをずらして所定の駆動電圧を印加する第２の電圧印加手順とを備え、
前記第１及び第２の電圧印加手順を周期的に行うこと、
を特徴とする圧電素子駆動方法。Having a plurality of acting portions acting externally, a piezoelectric element of an integral configuration or a plurality of arranged piezoelectric elements, a common electrode disposed on the outer surface of the piezoelectric element, and an outer surface opposed to this outer surface A plurality of drive electrodes arranged and corresponding to the individual working parts, and a piezoelectric element for causing a mechanical displacement in the individual working parts according to a voltage applied between the individual drive electrodes and the common electrode. An element driving method,
A first voltage application procedure of applying a predetermined drive voltage between the one drive electrode and the common electrode;
A second voltage applying step of applying a predetermined driving voltage at a different timing from the first voltage applying step and the timing between the common electrode and another driving electrode corresponding to the one driving electrode and overlapping the one driving electrode; With
Periodically performing the first and second voltage application procedures;
A piezoelectric element driving method, comprising:

請求項６に記載の圧電素子駆動方法において、
前記第１の電圧印加手順は、前記複数の駆動電極を規則的に間引いた形で分けられた複数のグループのうちの第１のグループに含まれる駆動電極及び前記共通電極間に所定の駆動電圧を印加し、
前記第２の電圧印加手順は、前記第１のグループと異なる第２のグループに含まれる駆動電極及び前記共通電極間に、前記第１の電圧印加手順とタイミングをずらして所定の駆動電圧を印加すること、
を特徴とする圧電素子駆動方法。The piezoelectric element driving method according to claim 6,
The first voltage application step includes the steps of: applying a predetermined drive voltage between the drive electrode and the common electrode included in a first group of a plurality of groups in which the plurality of drive electrodes are regularly thinned out. And apply
The second voltage applying step includes applying a predetermined driving voltage between the driving electrodes and the common electrode included in a second group different from the first group at a timing shifted from the first voltage applying step. To do,
A piezoelectric element driving method, comprising: