JP2005035295A - 圧電インクジェットヘッドの駆動方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 複数の加圧室２を覆う大きさの圧電セラミック層７ａ、７ｂ層を含む圧電アクチュエータＡＣを備えた圧電インクジェットヘッドにおいて、圧電セラミック層７ａ、７ｂに電界を印加する電極とその配線とを簡略化できる駆動方法を提供する。
【解決手段】 共通電極８ａ、８ｂにより、圧電セラミック層７ｂに分極方向と逆方向の電界を印加しながら、
(1) インク滴を吐出させる加圧室２では、個別電極１０と共通電極８ａとにより、圧電セラミック層７ａに分極方向と同方向の電界を印加して、圧電アクチュエータＡＣを加圧室２の方向に突出するように撓み変形させ、
(2) インク滴を吐出させない加圧室２では、個別電極１０と共通電極８ａとにより、圧電セラミック層７ａに分極方向と逆方向の電界を印加して、圧電アクチュエータＡＣを初期状態に維持して、
上記(1)の加圧室２に連通したノズル３から選択的にインク滴を吐出させてドット形成する。
【選択図】 図４
【解決手段】 共通電極８ａ、８ｂにより、圧電セラミック層７ｂに分極方向と逆方向の電界を印加しながら、
(1) インク滴を吐出させる加圧室２では、個別電極１０と共通電極８ａとにより、圧電セラミック層７ａに分極方向と同方向の電界を印加して、圧電アクチュエータＡＣを加圧室２の方向に突出するように撓み変形させ、
(2) インク滴を吐出させない加圧室２では、個別電極１０と共通電極８ａとにより、圧電セラミック層７ａに分極方向と逆方向の電界を印加して、圧電アクチュエータＡＣを初期状態に維持して、
上記(1)の加圧室２に連通したノズル３から選択的にインク滴を吐出させてドット形成する。
【選択図】 図４
Description
本発明は、圧電インクジェットヘッドの駆動方法に関し、特に、プリンター、コピア、ファクシミリ、および、それらの複合機などに好適に用いることができる、圧電インクジェットヘッドの駆動方法に関するものである。
オンデマンド型のインクジェットプリンタなどに用いる、圧電素子の電歪効果を駆動源とする圧電インクジェットヘッドは、例えば、インクが充填される加圧室を、板状の基板の片側の面に、その面方向に複数個、配列し、かつそれぞれの加圧室ごとにインク吐出のためのノズルを連通すると共に、この基板の、加圧室を配列した側の面に、圧電アクチュエータを積層した構造を有する。
また、圧電アクチュエータは、一般に、上記複数個の加圧室を覆う大きさを有する導電性の振動板と、それぞれの加圧室に対応して分離形成した複数個の圧電セラミック層と、同じくそれぞれの加圧室に対応して分離形成した複数個の個別電極とをこの順に積層して構成される。導電性の振動板は、個別電極と共に圧電セラミック層を挟んで、圧電セラミック層に電界を印加するための、共通電極としての機能を兼ねている。
上記の圧電インクジェットヘッドにおいては、それぞれの加圧室に対応する個別電極のうち、任意の１つまたは２つ以上の個別電極と、振動板との間に、圧電セラミック層の分極方向と同方向の電界を印加すると、その個別電極と振動板とで挟まれた圧電セラミック層が面方向に収縮する。そして、圧電セラミック層は振動板に固定されていることから、圧電アクチュエータの、電界が印加された領域が、上記の収縮に伴って加圧室の方向に突出するように撓み変形し、この撓み変形によって加圧室内のインクが圧縮されて、ノズルから、インク滴として吐出されて印字が行われる。
また、近時、インクジェットプリンタにおける印字の高画質化（高精細化）に伴うノズルピッチの微細化に対応するために、加圧室ごとに分離形成した複数個の圧電セラミック層に代えて、複数個の加圧室を覆う大きさを有する圧電セラミック層を用いた圧電インクジェットヘッドが実用化されている。
この圧電インクジェットヘッドにおいては、それぞれの加圧室に対応する個別電極のうち、任意の１つまたは２つ以上の個別電極と、振動板との間に、圧電セラミック層の分極方向と同方向の電界を印加すると、圧電セラミック層のうち、その個別電極と振動板とで挟まれた領域が、あたかも、分離形成した個々の圧電セラミック層と同様に、面方向に収縮する。そして、この収縮に伴って、圧電アクチュエータの、電界が印加された領域が、加圧室の方向に突出するように撓み変形し、この撓み変形によって加圧室内のインクが圧縮されて、ノズルから、インク滴として吐出されて印字が行われる。
この圧電インクジェットヘッドにおいては、それぞれの加圧室に対応する個別電極のうち、任意の１つまたは２つ以上の個別電極と、振動板との間に、圧電セラミック層の分極方向と同方向の電界を印加すると、圧電セラミック層のうち、その個別電極と振動板とで挟まれた領域が、あたかも、分離形成した個々の圧電セラミック層と同様に、面方向に収縮する。そして、この収縮に伴って、圧電アクチュエータの、電界が印加された領域が、加圧室の方向に突出するように撓み変形し、この撓み変形によって加圧室内のインクが圧縮されて、ノズルから、インク滴として吐出されて印字が行われる。
圧電セラミック層を２層、積層した、いわゆるバイモルフ型の圧電インクジェットヘッドが提案されている。
バイモルフ型の圧電インクジェットヘッドにおいては、第１の圧電セラミック層を面方向に収縮させるのと同時に、第２の圧電セラミック層を、その分極方向と逆方向の電界を印加して面方向に伸長させることにより、従来の、圧電セラミック層を１層のみ有する圧電インクジェットヘッド（「バイモルフ型」と対比して「ユニモルフ型」の圧電インクジェットヘッドと呼ばれる）に比べて、より低電圧の電界の印加によって、圧電アクチュエータを、加圧室の方向に良好に撓み変形させることができる。
バイモルフ型の圧電インクジェットヘッドにおいては、第１の圧電セラミック層を面方向に収縮させるのと同時に、第２の圧電セラミック層を、その分極方向と逆方向の電界を印加して面方向に伸長させることにより、従来の、圧電セラミック層を１層のみ有する圧電インクジェットヘッド（「バイモルフ型」と対比して「ユニモルフ型」の圧電インクジェットヘッドと呼ばれる）に比べて、より低電圧の電界の印加によって、圧電アクチュエータを、加圧室の方向に良好に撓み変形させることができる。
バイモルフ型の圧電インクジェットヘッドについては、例えば、特許文献１〜５に詳しい。
特開平４−３７１８４５号公報（請求項１、第００１１欄、第００１３欄〜第００１４欄、第００１６欄、図１、図２）
特開平８−１１８６３０号公報（請求項１、第００１４欄、第００３０欄〜第００３１欄、第００４０欄、図１、図２）
特開平８−１１８６６３号公報（請求項１、第００１３欄、第００２０欄〜第００２２欄、第００３１欄〜第００３４欄、第００４１欄〜第００４２欄、図１〜図３）
特開２０００−１４１６４７号公報（請求項１、第０００８欄〜第００１１欄、第００２９欄〜第００３６欄、図３〜図５）
特開２００１−７７４３８号公報（請求項１、第０００９欄、第００２１欄〜第００２２欄、第００６０欄〜第００７２欄、図１２〜図１５）
しかし、これらの特許文献に記載されたバイモルフ型の圧電インクジェットヘッドにおいては、いずれも、２層の圧電セラミック層を、ともに、それぞれの加圧室に対応して分離形成していることから、インクジェットプリンタにおける印字の高画質化（高精細化）に伴うノズルピッチの微細化に対応できないという問題がある。
ノズルピッチの微細化に対応するためには、第１および第２の圧電セラミック層として、複数個の加圧室を覆う大きさを有する圧電セラミック層を用いる必要がある。しかし、その場合には、圧電アクチュエータの構造が複雑化するという問題がある。
ノズルピッチの微細化に対応するためには、第１および第２の圧電セラミック層として、複数個の加圧室を覆う大きさを有する圧電セラミック層を用いる必要がある。しかし、その場合には、圧電アクチュエータの構造が複雑化するという問題がある。
すなわち、各先行技術文献に記載の圧電インクジェットヘッドにおける電極の構成を維持しつつ、２層の圧電セラミック層として、いずれも複数個の加圧室を覆う大きさを有する圧電セラミック層を用いる場合には、圧電アクチュエータＡＣを、図１１、図１２のいずれかの構造とすることが考えられる。
このうち、図１１の圧電アクチュエータＡＣは、基板９１上に、当該基板９１に遠い方から順に、それぞれの加圧室９２に対応して分離形成した第１の個別電極９０ａと、複数個の加圧室を覆う大きさを有する第１の圧電セラミック層９７ａと、それぞれの加圧室９２に対応して分離形成した第２の個別電極９０ｂと、複数個の加圧室を覆う大きさを有する第２の圧電セラミック層９７ｂと、複数個の加圧室９２を覆う大きさを有する共通電極９８ａと、同じく複数個の加圧室を覆う大きさを有する、共通電極９８ａをインクから保護するための保護層９９とを、この順に積層したものである。
このうち、図１１の圧電アクチュエータＡＣは、基板９１上に、当該基板９１に遠い方から順に、それぞれの加圧室９２に対応して分離形成した第１の個別電極９０ａと、複数個の加圧室を覆う大きさを有する第１の圧電セラミック層９７ａと、それぞれの加圧室９２に対応して分離形成した第２の個別電極９０ｂと、複数個の加圧室を覆う大きさを有する第２の圧電セラミック層９７ｂと、複数個の加圧室９２を覆う大きさを有する共通電極９８ａと、同じく複数個の加圧室を覆う大きさを有する、共通電極９８ａをインクから保護するための保護層９９とを、この順に積層したものである。
この圧電アクチュエータＡＣは、例えば第２の圧電セラミック層９７ｂのもとになる圧電体グリーンシートの片面に、導電ペーストを印刷して第２の個別電極９０ｂを形成し、その上に第１の圧電セラミック層９７ａのもとになる圧電体グリーンシートを積層した積層体を焼成して上記の３層を形成後、この積層体の片面に導電ペーストを印刷して第１の個別電極９０ａを形成し、反対面に導電ペーストを印刷して共通電極９８ａを形成することによって製造される。
ところが、第２の個別電極９０ｂは、上記の焼成工程において圧電体グリーンシートが膨張し、次いで大きく収縮することによって面方向の位置および形状が変化してしまう上、その変化を、焼成後に外部から確認することができない。
このため、導電ペーストを印刷して第１の個別電極９０ａを形成する際の位置合わせや、あるいは製造した圧電アクチュエータＡＣを基板１上に接着、固定する際の、両個別電極９０ａ、９０ｂと加圧室９２との位置合わせが難しいという問題がある。
このため、導電ペーストを印刷して第１の個別電極９０ａを形成する際の位置合わせや、あるいは製造した圧電アクチュエータＡＣを基板１上に接着、固定する際の、両個別電極９０ａ、９０ｂと加圧室９２との位置合わせが難しいという問題がある。
また、個々の、第２の個別電極９０ｂに配線するためには、図示していないが、導電ペーストを印刷して第２の個別電極９０ｂを形成する際に、同時に引き出し配線を印刷、形成するか、もしくは第１の圧電セラミック層９７ａにビアホールを形成して配線する必要がある。
しかし、前者の場合、引き出し配線を印刷するスペースが必要となるため、ノズルピッチの微細化に対応できないという問題がある。
しかし、前者の場合、引き出し配線を印刷するスペースが必要となるため、ノズルピッチの微細化に対応できないという問題がある。
また、後者の場合にはビアホールを形成する工程や配線をする工程が増加する分、製造工程が複雑化する上、圧電アクチュエータＡＣの構造がさらに複雑化するという問題がある。
図１２の圧電アクチュエータＡＣは、基板９１上に、当該基板９１に遠い方から順に、それぞれの加圧室９２に対応して分離形成した第１の個別電極９０ａと、複数個の加圧室を覆う大きさを有する第１の圧電セラミック層９７ａと、複数個の加圧室９２を覆う大きさを有する共通電極９８ｂと、複数個の加圧室を覆う大きさを有する第２の圧電セラミック層９７ｂと、それぞれの加圧室９２に対応して分離形成した第２の個別電極９０ｃと、上記第２の個別電極９０ｃをインクから保護するための保護層９９とを、この順に積層して圧電アクチュエータＡＣを構成したものである。
図１２の圧電アクチュエータＡＣは、基板９１上に、当該基板９１に遠い方から順に、それぞれの加圧室９２に対応して分離形成した第１の個別電極９０ａと、複数個の加圧室を覆う大きさを有する第１の圧電セラミック層９７ａと、複数個の加圧室９２を覆う大きさを有する共通電極９８ｂと、複数個の加圧室を覆う大きさを有する第２の圧電セラミック層９７ｂと、それぞれの加圧室９２に対応して分離形成した第２の個別電極９０ｃと、上記第２の個別電極９０ｃをインクから保護するための保護層９９とを、この順に積層して圧電アクチュエータＡＣを構成したものである。
かかる圧電アクチュエータＡＣは、前記と同様にして製造することができる。
そして、第１および第２の個別電極９０ａ、９０ｃはともに、圧電体グリーンシートの焼成後に印刷、形成できるため両者間相互、および加圧室９２との位置合わせが容易である。
しかし、個々の第２の個別電極９０ｃに配線するためには、図示していないが、やはり導電ペーストを印刷して第２の個別電極９０ｃを形成する際に、同時に引き出し配線をも印刷、形成するか、もしくは第１および第２の圧電セラミック層９７ａ、９７ｂにビアホールを形成して配線する必要がある。
そして、第１および第２の個別電極９０ａ、９０ｃはともに、圧電体グリーンシートの焼成後に印刷、形成できるため両者間相互、および加圧室９２との位置合わせが容易である。
しかし、個々の第２の個別電極９０ｃに配線するためには、図示していないが、やはり導電ペーストを印刷して第２の個別電極９０ｃを形成する際に、同時に引き出し配線をも印刷、形成するか、もしくは第１および第２の圧電セラミック層９７ａ、９７ｂにビアホールを形成して配線する必要がある。
そして、前者の場合には、前記と同様に引き出し配線を印刷するスペースが必要となるため、ノズルピッチの微細化に対応できないという問題がある。
また、後者の場合にはビアホールを形成する工程や配線をする工程が増加する分、製造工程が複雑化する上、圧電アクチュエータＡＣの構造がさらに複雑化するという問題がある。
また、後者の場合にはビアホールを形成する工程や配線をする工程が増加する分、製造工程が複雑化する上、圧電アクチュエータＡＣの構造がさらに複雑化するという問題がある。
しかも、両圧電セラミック層９７ａ、９７ｂにおけるビアホールの形成位置が、前記焼成工程において面方向に不規則にずれてしまい、位置合わせが難しいという問題もある。
本発明の目的は、２層の圧電セラミック層として、ともに複数個の加圧室を覆う大きさを有する圧電セラミック層を用いる圧電アクチュエータを備えた圧電インクジェットヘッドにおいて、両圧電セラミック層に電界を印加するための電極と、その電極への配線とを、従来に比べて簡略化することができる駆動方法を提供することにある。
本発明の目的は、２層の圧電セラミック層として、ともに複数個の加圧室を覆う大きさを有する圧電セラミック層を用いる圧電アクチュエータを備えた圧電インクジェットヘッドにおいて、両圧電セラミック層に電界を印加するための電極と、その電極への配線とを、従来に比べて簡略化することができる駆動方法を提供することにある。
上記課題を解決するため、発明者は、基板に遠い方から順に、いずれも複数個の加圧室を覆う大きさを有する、横振動モードの第１の圧電セラミック層、第１の共通電極、横振動モードの第２の圧電セラミック層、および第２の共通電極をこの順に積層するとともに、第１の圧電セラミック層上に、それぞれの加圧室に対応して複数個の個別電極を分離形成して、バイモルフ式の圧電アクチュエータを構成した。
この圧電アクチュエータによれば、個別電極は、圧電体グリーンシートの焼成後に印刷、形成できるため加圧室との位置合わせが容易である上、上記のように圧電アクチュエータの上面に露出しているため配線も容易である。
また、第１および第２の共通電極は位置合わせが不要である上、加圧室の形成領域外の任意の１箇所で配線接続すればよいため構造を簡略化することができ、しかも配線も容易である。
また、第１および第２の共通電極は位置合わせが不要である上、加圧室の形成領域外の任意の１箇所で配線接続すればよいため構造を簡略化することができ、しかも配線も容易である。
そこで、発明者は、上記圧電アクチュエータのうち、第１の圧電セラミック層の、任意の１つまたは２つ以上の加圧室に対応した領域を面方向に収縮させると共に、それと同期させて、第２の圧電セラミック層の同領域を面方向に伸長させることによって、圧電アクチュエータの該当する領域を、加圧室の方向に良好に撓み変形させるために、各電極によって両圧電セラミック層に印加する電界の極性とタイミングについてさらに検討した結果、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、板状の基板を備え、この基板の片側の面に、インクが充填される加圧室となる凹部が複数個、基板の面方向に配列されていると共に、基板の内部には、それぞれの凹部ごとに、加圧室に充填されるインクをインク滴として吐出させるためのノズルが連通されており、この基板の、凹部を形成した面には、
基板に遠い方から順に、いずれも上記複数個の加圧室を覆う大きさを有する、横振動モードの第１の圧電セラミック層、第１の共通電極、横振動モードの第２の圧電セラミック層、および第２の共通電極をこの順に積層するとともに、第１の圧電セラミック層上に、それぞれの加圧室に対応して複数個の個別電極を分離形成した圧電アクチュエータが配設された圧電インクジェットヘッドを駆動するための駆動方法であって、
待機時には、両圧電セラミック層に印加する電界をともに解除して、圧電アクチュエータを初期状態としておき、
ドット形成時には、第１および第２の共通電極を用いて、第２の圧電セラミック層に、当該層の分極方向と逆方向の電界を印加し、それと同期させて、
(1) ノズルを通してインク滴を吐出させる加圧室においては、当該加圧室に対応した個別電極と第１の共通電極とを用いて、第１の圧電セラミック層の、両電極間の領域に、当該層の分極方向と同方向の電界を印加することによって、圧電アクチュエータの該当する領域を、加圧室の方向に突出するように撓み変形させ、かつ
(2) ノズルを通してインク滴を吐出させない加圧室においては、当該加圧室に対応した個別電極と第１の共通電極とを用いて、第１の圧電セラミック層の、両電極間の領域に、当該層の分極方向と逆方向の電界を印加することによって、圧電アクチュエータの該当する、領域を前記初期状態と同じ状態に維持することによって、
上記(1)の加圧室に連通したノズルから選択的にインク滴を吐出させてドット形成することを特徴とする。
基板に遠い方から順に、いずれも上記複数個の加圧室を覆う大きさを有する、横振動モードの第１の圧電セラミック層、第１の共通電極、横振動モードの第２の圧電セラミック層、および第２の共通電極をこの順に積層するとともに、第１の圧電セラミック層上に、それぞれの加圧室に対応して複数個の個別電極を分離形成した圧電アクチュエータが配設された圧電インクジェットヘッドを駆動するための駆動方法であって、
待機時には、両圧電セラミック層に印加する電界をともに解除して、圧電アクチュエータを初期状態としておき、
ドット形成時には、第１および第２の共通電極を用いて、第２の圧電セラミック層に、当該層の分極方向と逆方向の電界を印加し、それと同期させて、
(1) ノズルを通してインク滴を吐出させる加圧室においては、当該加圧室に対応した個別電極と第１の共通電極とを用いて、第１の圧電セラミック層の、両電極間の領域に、当該層の分極方向と同方向の電界を印加することによって、圧電アクチュエータの該当する領域を、加圧室の方向に突出するように撓み変形させ、かつ
(2) ノズルを通してインク滴を吐出させない加圧室においては、当該加圧室に対応した個別電極と第１の共通電極とを用いて、第１の圧電セラミック層の、両電極間の領域に、当該層の分極方向と逆方向の電界を印加することによって、圧電アクチュエータの該当する、領域を前記初期状態と同じ状態に維持することによって、
上記(1)の加圧室に連通したノズルから選択的にインク滴を吐出させてドット形成することを特徴とする。
上記本発明の駆動方法によれば、(1)の加圧室においては、第１の圧電セラミック層の、当該加圧室に対応する個別電極と共通電極との間の領域を面方向に収縮させるとともに、第２の圧電セラミック層を面方向に伸長させることによって、圧電アクチュエータの該当する領域を、前述したバイモルフ型の機能により、従来のユニモルフ型のものに比べてより小さな印加電圧で、加圧室の方向に良好に撓み変形させることができる。
また(2)の加圧室においては、第１の圧電セラミック層の、当該加圧室に対応する個別電極と第１の共通電極との間の領域を、第２の圧電セラミック層とともに面方向に伸長させることによって、圧電アクチュエータの該当する領域を、両圧電セラミック層に印加する電界をともに解除した初期状態と同じ状態に維持することができる。
そして、それによって、(1)の加圧室に連通したノズルから、選択的にインク滴を吐出させてドット形成することができる。
そして、それによって、(1)の加圧室に連通したノズルから、選択的にインク滴を吐出させてドット形成することができる。
また、上記本発明の駆動方法においては、第１および第２の圧電セラミック層を同じ圧電材料にて同じ厚みに形成し、ドット形成時に、ノズルを通してインク滴を吐出させる加圧室において、当該加圧室に対応した個別電極と第１の共通電極とを用いて、第１の圧電セラミック層の、両電極間の領域に印加する電界の電位差Ｖ１と、ノズルを通してインク滴を吐出させない加圧室において、当該加圧室に対応した個別電極と第１の共通電極とを用いて、第１の圧電セラミック層の、両電極間の領域に印加する電界の電位差Ｖ２と、第２の圧電セラミック層に印加する電界の電位差Ｖ３とを、１／２Ｖ１＝Ｖ２＝Ｖ３に設定することが好ましい。
これにより、(1)の加圧室においては、圧電アクチュエータの該当する領域をさらに良好に撓み変形させることができると共に、(2)の加圧室においては、圧電アクチュエータの該当する領域を、両圧電セラミック層に印加する電界をともに解除した初期状態と同じ状態に維持することができる。
また、本発明の駆動方法においては、ドット形成時に、第２の圧電セラミック層に印加する、当該層の分極方向と逆方向の電界、この電界の印加と同期させて、第１の圧電セラミック層のうち、ノズルを通してインク滴を吐出させる加圧室に対応した領域に印加する、当該層の分極方向と同方向の電界、およびこれら電界の印加と同期させて、第１の圧電セラミック層のうち、ノズルを通してインク滴を吐出させない加圧室に対応した領域に印加する、当該層の分極方向と逆方向の電界の、印加を開始してから解除するまでの間のパルス幅を、いずれもノズル内のインクの体積速度の固有振動周期の１倍から５／４倍に設定することが好ましい。
また、本発明の駆動方法においては、ドット形成時に、第２の圧電セラミック層に印加する、当該層の分極方向と逆方向の電界、この電界の印加と同期させて、第１の圧電セラミック層のうち、ノズルを通してインク滴を吐出させる加圧室に対応した領域に印加する、当該層の分極方向と同方向の電界、およびこれら電界の印加と同期させて、第１の圧電セラミック層のうち、ノズルを通してインク滴を吐出させない加圧室に対応した領域に印加する、当該層の分極方向と逆方向の電界の、印加を開始してから解除するまでの間のパルス幅を、いずれもノズル内のインクの体積速度の固有振動周期の１倍から５／４倍に設定することが好ましい。
これにより、インクの吐出効率を向上することができる。
また、発明者は、前記圧電アクチュエータを備えた圧電インクジェットヘッドの他の駆動方法についても検討した結果、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、板状の基板を備え、この基板の片側の面に、インクが充填される加圧室となる凹部が複数個、基板の面方向に配列されていると共に、基板の内部には、それぞれの凹部ごとに、加圧室に充填されるインクをインク滴として吐出させるためのノズルが連通されており、この基板の、凹部を形成した面には、
基板に遠い方から順に、いずれも上記複数個の加圧室を覆う大きさを有する、横振動モードの第１の圧電セラミック層、第１の共通電極、横振動モードの第２の圧電セラミック層、および第２の共通電極をこの順に積層するとともに、第１の圧電セラミック層上に、それぞれの加圧室に対応して複数個の個別電極を分離形成した圧電アクチュエータが配設された圧電インクジェットヘッドを駆動するための駆動方法であって、
待機時には、複数個の個別電極の全てと、第１の共通電極とを用いて、第１の圧電セラミック層の、両電極間の全ての領域に、当該層の分極方向と同方向の電界を印加するとともに、第１の共通電極と第２の共通電極とを用いて、第２の圧電セラミック層に、当該層の分極方向と逆方向の、上記第1の圧電セラミック層に印加している電界とほぼ同強度の電界を印加することによって、圧電アクチュエータの、全ての加圧室に対応した領域を加圧室の方向に突出するように撓み変形させておき、
ドット形成時には、第２の圧電セラミック層に印加する電界を一旦、解除し、一定時間経過後に待機時と同じ電界を再印加するとともに、
(i) ノズルを通してインク滴を吐出させる加圧室においては、第２の圧電セラミック層に印加する電界の解除と同期させて、当該加圧室に対応した個別電極と第１の共通電極とを用いて、第１の圧電セラミック層の、両電極間の領域に印加する電界も解除して、圧電アクチュエータの該当する領域を一旦、初期状態とし、次いで第２の圧電セラミック層への電界の再印加と同期させて、第１の圧電セラミック層の上記領域に、当該層の分極方向と同方向の電界を、まず待機時の約２倍の強度で印加して、圧電アクチュエータの該当する領域を、加圧室の方向に、待機時よりも大きく突出するように撓み変形させたのち、一定時間が経過した時点で上記領域に印加する電界の強度を待機時に戻して、圧電アクチュエータの該当する領域を待機状態に復帰させ、かつ
(ii) ノズルを通してインク滴を吐出させない加圧室においては、第２の圧電セラミック層に印加する電界の解除と同期させて、当該加圧室に対応した個別電極と第１の共通電極とを用いて、第１の圧電セラミック層の、両電極間の領域に、当該層の分極方向と同方向の電界を、まず待機時の約２倍の強度で印加して、圧電アクチュエータの該当する領域の、加圧室の方向への撓み変形量を待機時と同じに維持したのち、第２の圧電セラミック層への電界の再印加と同期させて、上記領域に印加する電界の強度を待機時に戻して、圧電アクチュエータの該当する領域を待機状態に復帰させることによって、
上記(i)の加圧室に連通したノズルから選択的にインク滴を吐出させてドット形成することを特徴とする。
また、発明者は、前記圧電アクチュエータを備えた圧電インクジェットヘッドの他の駆動方法についても検討した結果、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、板状の基板を備え、この基板の片側の面に、インクが充填される加圧室となる凹部が複数個、基板の面方向に配列されていると共に、基板の内部には、それぞれの凹部ごとに、加圧室に充填されるインクをインク滴として吐出させるためのノズルが連通されており、この基板の、凹部を形成した面には、
基板に遠い方から順に、いずれも上記複数個の加圧室を覆う大きさを有する、横振動モードの第１の圧電セラミック層、第１の共通電極、横振動モードの第２の圧電セラミック層、および第２の共通電極をこの順に積層するとともに、第１の圧電セラミック層上に、それぞれの加圧室に対応して複数個の個別電極を分離形成した圧電アクチュエータが配設された圧電インクジェットヘッドを駆動するための駆動方法であって、
待機時には、複数個の個別電極の全てと、第１の共通電極とを用いて、第１の圧電セラミック層の、両電極間の全ての領域に、当該層の分極方向と同方向の電界を印加するとともに、第１の共通電極と第２の共通電極とを用いて、第２の圧電セラミック層に、当該層の分極方向と逆方向の、上記第1の圧電セラミック層に印加している電界とほぼ同強度の電界を印加することによって、圧電アクチュエータの、全ての加圧室に対応した領域を加圧室の方向に突出するように撓み変形させておき、
ドット形成時には、第２の圧電セラミック層に印加する電界を一旦、解除し、一定時間経過後に待機時と同じ電界を再印加するとともに、
(i) ノズルを通してインク滴を吐出させる加圧室においては、第２の圧電セラミック層に印加する電界の解除と同期させて、当該加圧室に対応した個別電極と第１の共通電極とを用いて、第１の圧電セラミック層の、両電極間の領域に印加する電界も解除して、圧電アクチュエータの該当する領域を一旦、初期状態とし、次いで第２の圧電セラミック層への電界の再印加と同期させて、第１の圧電セラミック層の上記領域に、当該層の分極方向と同方向の電界を、まず待機時の約２倍の強度で印加して、圧電アクチュエータの該当する領域を、加圧室の方向に、待機時よりも大きく突出するように撓み変形させたのち、一定時間が経過した時点で上記領域に印加する電界の強度を待機時に戻して、圧電アクチュエータの該当する領域を待機状態に復帰させ、かつ
(ii) ノズルを通してインク滴を吐出させない加圧室においては、第２の圧電セラミック層に印加する電界の解除と同期させて、当該加圧室に対応した個別電極と第１の共通電極とを用いて、第１の圧電セラミック層の、両電極間の領域に、当該層の分極方向と同方向の電界を、まず待機時の約２倍の強度で印加して、圧電アクチュエータの該当する領域の、加圧室の方向への撓み変形量を待機時と同じに維持したのち、第２の圧電セラミック層への電界の再印加と同期させて、上記領域に印加する電界の強度を待機時に戻して、圧電アクチュエータの該当する領域を待機状態に復帰させることによって、
上記(i)の加圧室に連通したノズルから選択的にインク滴を吐出させてドット形成することを特徴とする。
上記本発明の駆動方法によれば、待機時には、第１の圧電セラミック層の、全ての個別電極と第１の共通電極との間の領域を面方向に収縮させるとともに、第２の圧電セラミック層を面方向に伸長させることによって、圧電アクチュエータの全領域を、前述したバイモルフ型の機能により、従来のユニモルフ型のものに比べてより小さな印加電圧で、加圧室の方向に良好に撓み変形させた状態を維持することができる。
またドット形成時には、第２の圧電セラミック層の、面方向の伸長を一旦、解除した後、再び面方向に伸長させる操作を行うとともに、
(i)の加圧室においては、上記第２の圧電セラミック層の伸長の解除と同期させて、第１の圧電セラミック層の、当該加圧室に対応する個別電極と共通電極との間の領域の収縮を解除して、圧電アクチュエータの該当する領域を初期状態にすることで、ノズル部内のインクメニスカスを加圧室の方向に引き込む。
(i)の加圧室においては、上記第２の圧電セラミック層の伸長の解除と同期させて、第１の圧電セラミック層の、当該加圧室に対応する個別電極と共通電極との間の領域の収縮を解除して、圧電アクチュエータの該当する領域を初期状態にすることで、ノズル部内のインクメニスカスを加圧室の方向に引き込む。
次に第２の圧電セラミック層の再伸長と同期させて、第１の圧電セラミック層の上記領域を待機時よりも大きく収縮させて、圧電アクチュエータの該当する領域を、加圧室の方向に待機時よりも大きく突出するように撓み変形させることによってインクをノズル部から突出させる。ノズルの先端から突出したインクが略円柱状に見えることから、この突出状態のインクを、一般にインク柱と称する。次いで、一定時間経過後に、上記領域の収縮量を待機時に戻して、圧電アクチュエータの該当する領域を待機状態に復帰させることで、インクを加圧室に引き戻して、インク柱を分離してインク滴を発生させることができる。
また(ii)の加圧室においては、前記第２の圧電セラミック層の、伸長の解除と同期させて、第１の圧電セラミック層の、当該加圧室に対応する個別電極と共通電極との間の領域を、待機時よりも大きく収縮させて、圧電アクチュエータの該当する領域の、加圧室の方向への変形量を待機時と同程度に維持し、次いで第２の圧電セラミック層の再伸長と同期させて、上記領域の収縮量を待機時に戻して、圧電アクチュエータの該当する領域を待機状態に復帰させることで、ノズル部からのインク滴の吐出を防止することができる。
そしてそれによって、(i)の加圧室に連通したノズル部から、選択的にインク滴を吐出させてドット形成することができる。
また、上記本発明の駆動方法においては、ドット形成時に、第２の圧電セラミック層に印加していた電界を解除してから印加を再開するまでの間のパルス幅、それと同期させて、第１の圧電セラミック層のうち、ノズルを通してインク滴を吐出させる加圧室に対応した領域に印加していた電界を解除してから、待機時の約２倍の強度の電界の印加を開始するまでの間のパルス幅、およびこれらと同期させて、第１の圧電セラミック層のうち、ノズルを通してインク滴を吐出させない加圧室に対応した領域に、待機時の約２倍の強度の電界を印加してから、電界の強度を待機時に戻すまでの間のパルス幅を、いずれもノズル内のインクの体積速度の固有振動周期の１／２倍から３／４倍に設定するのが好ましい。
また、上記本発明の駆動方法においては、ドット形成時に、第２の圧電セラミック層に印加していた電界を解除してから印加を再開するまでの間のパルス幅、それと同期させて、第１の圧電セラミック層のうち、ノズルを通してインク滴を吐出させる加圧室に対応した領域に印加していた電界を解除してから、待機時の約２倍の強度の電界の印加を開始するまでの間のパルス幅、およびこれらと同期させて、第１の圧電セラミック層のうち、ノズルを通してインク滴を吐出させない加圧室に対応した領域に、待機時の約２倍の強度の電界を印加してから、電界の強度を待機時に戻すまでの間のパルス幅を、いずれもノズル内のインクの体積速度の固有振動周期の１／２倍から３／４倍に設定するのが好ましい。
これにより、インクの吐出効率を向上することができる。
図１は、本発明の駆動方法を実施するための、圧電インクジェットヘッドの一例において、圧電アクチュエータを取り付ける前の状態を示す平面図である。
図の例の圧電インクジェットヘッドは、１枚の基板１上に、加圧室２とそれに連通するノズル３とを含むドット形成部を複数個、配列したものである。
また、図２は、上記例の圧電インクジェットヘッドにおいて、圧電アクチュエータを取り付けた状態での、１つのドット形成部を拡大して示す断面図、図３は、１つのドット形成部を構成する各部の重なり状態を示す透視図である。
図の例の圧電インクジェットヘッドは、１枚の基板１上に、加圧室２とそれに連通するノズル３とを含むドット形成部を複数個、配列したものである。
また、図２は、上記例の圧電インクジェットヘッドにおいて、圧電アクチュエータを取り付けた状態での、１つのドット形成部を拡大して示す断面図、図３は、１つのドット形成部を構成する各部の重なり状態を示す透視図である。
各ドット形成部のノズル３は、図１に白矢印で示す主走査方向に複数列並んでいる。図の例では４列に並んでおり、同一列内のドット形成部間のピッチは９０ｄｐｉであって、圧電インクジェットヘッドの全体として３６０ｄｐｉを実現している。
各ドット形成部は、基板１の、図２において上面側に形成した、矩形状の中央部の両端に半円形の端部を接続した平面形状（図３参照）を有する加圧室２と、上記基板１の下面側の、加圧室２の一端側の端部の、半円の中心と重なる位置に形成したノズル３とを、上記端部の半円と同径の、断面円形のノズル流路４で繋ぐとともに、上記加圧室２の他端側の端部の、半円の中心と重なる位置に形成した供給口５を介して、加圧室２を、基板１内に、各ドット形成部を繋ぐように形成した共通供給路６（図１に破線で示す）に繋ぐことで構成してある。
各ドット形成部は、基板１の、図２において上面側に形成した、矩形状の中央部の両端に半円形の端部を接続した平面形状（図３参照）を有する加圧室２と、上記基板１の下面側の、加圧室２の一端側の端部の、半円の中心と重なる位置に形成したノズル３とを、上記端部の半円と同径の、断面円形のノズル流路４で繋ぐとともに、上記加圧室２の他端側の端部の、半円の中心と重なる位置に形成した供給口５を介して、加圧室２を、基板１内に、各ドット形成部を繋ぐように形成した共通供給路６（図１に破線で示す）に繋ぐことで構成してある。
また、上記各部は、図の例では、加圧室２を形成した第１基板１ａと、ノズル流路４の上部４ａと供給口５とを形成した第２基板１ｂと、ノズル流路４の下部４ｂと共通供給路６とを形成した第３基板１ｃと、ノズル３を形成した第４基板１ｄとを、この順に積層、一体化することで形成してある。
また、第1基板１ａと第２基板１ｂには、図１に示すように、第３基板１ｃに形成した共通供給路６を、基板１の上面側で、図示していないインクカートリッジからの配管と接続するためのジョイント部を構成するための通孔１１を形成してある。
また、第1基板１ａと第２基板１ｂには、図１に示すように、第３基板１ｃに形成した共通供給路６を、基板１の上面側で、図示していないインクカートリッジからの配管と接続するためのジョイント部を構成するための通孔１１を形成してある。
さらに、各基板１ａ〜１ｄは、樹脂や金属などからなり、フォトリソグラフ法を利用したエッチングなどによって、上記各部となる通孔を形成した、所定の厚みを有する板体にて形成してある。
また基板１の上面側には、当該基板１に遠い、図２において上方から順に、それぞれ複数個の加圧室２を覆う大きさを有する、横振動モードの第１の圧電セラミック層７ａ、第１の共通電極８ａ、横振動モードの第２の圧電セラミック層７ｂ、第２の共通電極８ｂ、および共通電極８ｂをインクから保護するための保護層９をこの順に積層するとともに、第１の圧電セラミック層７ａ上に、それぞれの加圧室２に対応して分離形成した複数個の個別電極１０を形成して、圧電アクチュエータＡＣを構成してある。
また基板１の上面側には、当該基板１に遠い、図２において上方から順に、それぞれ複数個の加圧室２を覆う大きさを有する、横振動モードの第１の圧電セラミック層７ａ、第１の共通電極８ａ、横振動モードの第２の圧電セラミック層７ｂ、第２の共通電極８ｂ、および共通電極８ｂをインクから保護するための保護層９をこの順に積層するとともに、第１の圧電セラミック層７ａ上に、それぞれの加圧室２に対応して分離形成した複数個の個別電極１０を形成して、圧電アクチュエータＡＣを構成してある。
圧電アクチュエータＡＣは、従来同様に、焼成によって薄板状の圧電体となる圧電体グリーンシートを用いて製造することができる。
例えば第２の圧電セラミック層７ｂのもとになる圧電体グリーンシートの片面に、導電ペーストを印刷して第１の共通電極８ａを形成し、その上に第１の圧電セラミック層７ａのもとになる圧電体グリーンシートを積層した積層体を焼成して上記の３層を形成後、かかる積層体の片面に導電ペーストを印刷して個別電極１０を形成し、反対面に導電ペーストを印刷して第２の共通電極８ｂを形成するとともに、保護層９を積層ことによって、圧電アクチュエータＡＣを製造することができる。
例えば第２の圧電セラミック層７ｂのもとになる圧電体グリーンシートの片面に、導電ペーストを印刷して第１の共通電極８ａを形成し、その上に第１の圧電セラミック層７ａのもとになる圧電体グリーンシートを積層した積層体を焼成して上記の３層を形成後、かかる積層体の片面に導電ペーストを印刷して個別電極１０を形成し、反対面に導電ペーストを印刷して第２の共通電極８ｂを形成するとともに、保護層９を積層ことによって、圧電アクチュエータＡＣを製造することができる。
上記の圧電アクチュエータＡＣにおいて、第１および第２の圧電セラミック層７ａ、７ｂを形成する圧電材料としては、例えばジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）や、当該ＰＺＴにランタン、バリウム、ニオブ、亜鉛、ニッケル、マンガンなどの酸化物の１種または２種以上を添加したもの、例えばＰＬＺＴなどの、ＰＺＴ系の圧電材料を挙げることができる。また、マグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ）、ニッケルニオブ酸鉛（ＰＮＮ）、亜鉛ニオブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、チタン酸鉛、チタン酸バリウムなどを主要成分とするものを挙げることもできる。圧電体グリーンシートは、焼成によって上記いずれかの圧電材料となる化合物を含んでいる。
両圧電セラミック層７ａ、７ｂをともに横振動モードとするためには、圧電材料の分極方向を、その厚み方向に配向させる。そのためには、例えば高温分極法、室温分極法、交流電界重畳法、電界冷却法などの従来公知の分極法を採用することができる。また、分極後の圧電セラミック層７ａ、７ｂをエージング処理してもよい。横振動モードの圧電セラミック層は、前記のように分極方向と同方向の電界を印加すると面方向に収縮し、分極方向と逆方向の電界を印加すると面方向に伸長する。
また、第１の共通電極８ａを形成する導電性のペーストとしては、例えば金、銀、白金、銅、アルミニウムなどの導電性に優れた金属の粉末を含むものを用いる。そして、かかる導電性のペーストの層を、前記のように圧電体グリーンシートとともに焼成することで、当該ペースト中の金属の粉末を焼結、ないしは溶融、一体化させて第１の共通電極８ａを形成する。
また、第２の共通電極８ｂと個別電極１０は、前記のように、上記と同様の導電性のペーストを印刷して形成することができる。ただしこれらの電極は前記の、導電性に優れた金属からなる箔やめっき被膜、真空蒸着被膜などによって形成してもよい。
上記圧電アクチュエータＡＣにおいては、個別電極１０を、圧電体グリーンシートの焼成後に形成できるため加圧室２との位置合わせが容易である上、当該個別電極１０が、上記のように圧電アクチュエータＡＣの上面に露出しているため配線も容易である。
上記圧電アクチュエータＡＣにおいては、個別電極１０を、圧電体グリーンシートの焼成後に形成できるため加圧室２との位置合わせが容易である上、当該個別電極１０が、上記のように圧電アクチュエータＡＣの上面に露出しているため配線も容易である。
また第１および第２の共通電極８ａ、８ｂは位置合わせが不要である上、加圧室２の形成領域外の任意の１箇所で配線接続すればよいため構造を簡略化することができる。また配線も容易である。
上記圧電アクチュエータＡＣを、基板１上に、接着剤を介して接着するなどして固定すると、圧電インクジェットヘッドが得られる。
上記圧電アクチュエータＡＣを、基板１上に、接着剤を介して接着するなどして固定すると、圧電インクジェットヘッドが得られる。
〈圧電インクジェットヘッドの駆動方法Ｉ〉
上記圧電インクジェットヘッドを駆動してドット形成するための、本発明の第１の駆動方法を、図４(a)〜(c)、図５(a)〜(c)を参照しつつ説明する。
なお、図５(a)〜(c)は、第１の駆動方法において、両圧電セラミック層７ａ、７ｂに印加する電界の、パルス波形の一例を示すグラフである。
上記圧電インクジェットヘッドを駆動してドット形成するための、本発明の第１の駆動方法を、図４(a)〜(c)、図５(a)〜(c)を参照しつつ説明する。
なお、図５(a)〜(c)は、第１の駆動方法において、両圧電セラミック層７ａ、７ｂに印加する電界の、パルス波形の一例を示すグラフである。
すなわち、図５(a)は、ノズル部３を通してインク滴を吐出させる前記(1)の加圧室２において、当該加圧室２に対応する個別電極１０と、第１の共通電極８ａとを用いて、第１の圧電セラミック層７ａの、両電極間の領域に印加する電界のパルス波形を示している。また、図５(b)は、インク滴を吐出させない前記(2)の加圧室２において、第１の圧電セラミック層７ａの上記領域に印加する電界のパルス波形を示している。さらに、図５(c)は、第１および第２の共通電極８ａ、８ｂを用いて、第２の圧電セラミック層７ｂに印加する電界のパルス波形を示している。
なおこれらの図では、両圧電セラミック層７ａ、７ｂの分極方向と同方向の電界を（＋）、逆方向の電界を（−）として表している。共通電極８ａは接地している。
上記の駆動方法において、待機時〔図５(a)〜(c)中の０点からＴ１まで、およびＴ２以降〕には、第１および第２の圧電セラミック層７ａ、７ｂに印加する電界をともに解除（電位差０Ｖ）して、圧電アクチュエータＡＣを初期状態としておく〔図４(a)〕。
上記の駆動方法において、待機時〔図５(a)〜(c)中の０点からＴ１まで、およびＴ２以降〕には、第１および第２の圧電セラミック層７ａ、７ｂに印加する電界をともに解除（電位差０Ｖ）して、圧電アクチュエータＡＣを初期状態としておく〔図４(a)〕。
この状態では、インクカートリッジから供給されたインクが、当該インクカートリッジの配管、ジョイント部１１、共通供給路６、供給口５、加圧室２、およびノズル流路４を満たすとともに、ノズル部３内にインクメニスカスを形成した状態で静止している。
なお図中の、両圧電セラミック層７ａ、７ｂ内に記載した白抜きの矢印は、それぞれ両層７ａ、７ｂの分極方向を示している。図では両層７ａ、７ｂの分極方向を同一方向に揃えているが、互いに逆方向であってもよい。
なお図中の、両圧電セラミック層７ａ、７ｂ内に記載した白抜きの矢印は、それぞれ両層７ａ、７ｂの分極方向を示している。図では両層７ａ、７ｂの分極方向を同一方向に揃えているが、互いに逆方向であってもよい。
そしてドット形成時には、第１および第２の共通電極８ａ、８ｂを用いて、第２の圧電セラミック層７ｂに、図４(b)、図４(c)中の第２の圧電セラミック層７ｂ内に黒矢印で示したように、当該層７ｂの分極方向と逆方向の、所定の電位差〔図５(c)中のＶ３〕の電界を、所定のパルス幅Ｗ１で印加する。
またそれと同時に、(1)の加圧室２においては、個別電極１０と第１の共通電極８ａとを用いて、図４(b)中の第１の圧電セラミック層７ａ内に黒矢印で示したように、当該層７ａの、両電極１０、８ａ間の領域に、その分極方向と同方向の、所定の電位差〔図５(a)中のＶ１〕の電界を、同じパルス幅Ｗ１で印加する。
またそれと同時に、(1)の加圧室２においては、個別電極１０と第１の共通電極８ａとを用いて、図４(b)中の第１の圧電セラミック層７ａ内に黒矢印で示したように、当該層７ａの、両電極１０、８ａ間の領域に、その分極方向と同方向の、所定の電位差〔図５(a)中のＶ１〕の電界を、同じパルス幅Ｗ１で印加する。
そうすると、第１の圧電セラミック層７ａの上記領域を面方向に収縮させるとともに、第２の圧電セラミック層７ｂを面方向に伸長させることによって、圧電アクチュエータＡＣの該当する領域を、バイモルフ型の機能により、従来のユニモルフ型のものに比べてより小さな印加電圧でもって、同図中の、加圧室２内に大きい白抜きの矢印で示した方向に突出するように、良好に撓み変形させることができる。
また、それと同時に、(2)の加圧室２においては、個別電極１０と第１の共通電極８ａとを用いて、図４(c)中の第１の圧電セラミック層７ａ内に黒矢印で示したように、当該層７ａの、両電極１０、８ａ間の領域に、上記と逆方向の、所定の電位差〔図５(b)中のＶ２〕の電界を、やはり同じパルス幅Ｗ１で印加する。
そうすると、第１の圧電セラミック層７ａの上記領域を、第２の圧電セラミック層７ｂとともに面方向に伸長させることによって、圧電アクチュエータＡＣの該当する領域を、前記初期状態と同じ状態に維持することができる。
そうすると、第１の圧電セラミック層７ａの上記領域を、第２の圧電セラミック層７ｂとともに面方向に伸長させることによって、圧電アクチュエータＡＣの該当する領域を、前記初期状態と同じ状態に維持することができる。
そして、圧電アクチュエータＡＣのうち(1)の加圧室２に対応する領域を選択的に撓み変形させて、インクを、ノズル部３を通して液滴状に吐出させることによってドット形成することができる。
所定のパルス幅Ｗ１の電界を印加した後は、再び待機状態に戻る〔図５(a)〜(c)のＴ２以降〕。
所定のパルス幅Ｗ１の電界を印加した後は、再び待機状態に戻る〔図５(a)〜(c)のＴ２以降〕。
また、連続してドット形成する場合は、所定のインターバルを置いて、上記パルス幅Ｗ１の電界の印加を繰り返し行えばよい。
両圧電セラミック層７ａ、７ｂに印加する電界の強度はとくに限定されないが、全く同じ圧電材料からなる同じ厚みの圧電セラミック層７ａ、７ｂの場合は、電位差Ｖ２、Ｖ３をともに、電位差Ｖ１のおよそ１／２程度とするのが好ましい。これにより、(1)の加圧室２においては、圧電アクチュエータＡＣの該当する領域をさらに良好に撓み変形させることができる。それと共に、(2)の加圧室２においては、圧電アクチュエータＡＣの該当する領域を、初期状態と同じ状態に維持することができる。
両圧電セラミック層７ａ、７ｂに印加する電界の強度はとくに限定されないが、全く同じ圧電材料からなる同じ厚みの圧電セラミック層７ａ、７ｂの場合は、電位差Ｖ２、Ｖ３をともに、電位差Ｖ１のおよそ１／２程度とするのが好ましい。これにより、(1)の加圧室２においては、圧電アクチュエータＡＣの該当する領域をさらに良好に撓み変形させることができる。それと共に、(2)の加圧室２においては、圧電アクチュエータＡＣの該当する領域を、初期状態と同じ状態に維持することができる。
上記駆動方法により、(1)の加圧室２に連通したノズル３を通してインクを吐出してドット形成する過程を、第１の圧電セラミック層７ａに印加する電界のパルス波形（図５(a)のパルス波形）と、かかるパルス波形が与えられた際の、ノズル３における、インクの体積速度の変化との関係を示す図６を参照しながら説明する。
図６中のＴ１より左側の待機状態においては、第１の圧電セラミック層７ａに電界ＶＰが印加されず（ＶＰ＝０）、また、図示していないが第２の圧電セラミック層７ｂにも電界が印加されていないため、加圧室２の容積は初期のままで、ノズル３におけるインクの体積速度は０を維持する。
図６中のＴ１より左側の待機状態においては、第１の圧電セラミック層７ａに電界ＶＰが印加されず（ＶＰ＝０）、また、図示していないが第２の圧電セラミック層７ｂにも電界が印加されていないため、加圧室２の容積は初期のままで、ノズル３におけるインクの体積速度は０を維持する。
ノズル３からインク滴を吐出させて、紙面にドットを形成するに際し、その直前のＴ１の時点で、第１の圧電セラミック層７ａにＶＰ＝Ｖ１の電界が印加されると共に、第２の圧電セラミック層７ｂにＶ３の電界が印加されることによって、圧電アクチュエータＡＣの該当する領域が、先に説明したように、加圧室２内に突出するように撓み変形すると、加圧室２の容積が一定量だけ減少するため、ノズル３内のインクは、その容積の減少分だけ、インクメニスカスがノズル３の外方側に押し出される。その際の、ノズル３内でのインクの体積速度は、図６のＴ１とＴ２の間の部分に示すように、(＋)の側に大きくなって最大となり、その後減少に転じ、さらに(−)の側に大きくなって最小となり、その後増加に転じ、やがて０に近づく。これは、太線の実線で示すインクの体積速度の固有振動周期Ｃ１に相当する。
ここまでの時点での、インクの動きをさらに説明すると、ノズル３内のインクは、まず、圧電アクチュエータＡＣの最初の撓みによって、ノズル３の外方に押し出される。次いで、インクの固有振動によって、ノズル３内のインクの体積速度が(−)の側に大きくなると、ノズル３の外方側に押し出されたインクに、ノズル内に後退する方向の力が加わる。しかし、ノズル３外に押し出されていたインクの先頭は、そのまま、押し出し方向に進行するため、インクが、インクメニスカスから、その押し出し方向に長く引き伸ばされて、インク柱が形成される。
次に、ノズル３でのインクの体積速度が０になるか、または０を過ぎたＴ２の時点で、第１の圧電セラミック層７ａへの電界の印加が停止される（ＶＰ＝０）と共に、第２の圧電セラミック層７ｂへの電界の印加も停止されて、圧電アクチュエータＡＣの撓みが解除される。この操作は、太線の一点鎖線で示すように、パルス幅Ｗ１が固有振動周期Ｃ１と近似している図５(a)のパルス波形を有する電界を、第１の圧電セラミック層７ａに印加すると共に、同じパルス幅Ｗ１を有する図５(c)のパルス波形を有する電界を、第２の圧電セラミック層７ｂに印加していることに相当する。
ノズル３内のインクの体積速度が０の時点で、ノズル３内のインクメニスカスは、加圧室２側に最も後退した位置にあるが、その後、インクの固有振動によって、再び、ノズル３の外方側に出ようとする。つまりＴ２の時点で、ノズル３内のインクメニスカスは、加圧室２側に最も後退した位置から、ノズル３の外方側に出ようとする運動途上にある。
そこで、このＴ２の時点で、圧電アクチュエータＡＣの撓みを解除して加圧室２の体積を増加させることによって、逆位相のインク振動を発生させると、インクメニスカスの上記運動が抑制され、インク柱が分離されて、インク滴が形成される。そして、形成されたインク滴が紙面に到達することによって、紙面にドットが形成される。
そこで、このＴ２の時点で、圧電アクチュエータＡＣの撓みを解除して加圧室２の体積を増加させることによって、逆位相のインク振動を発生させると、インクメニスカスの上記運動が抑制され、インク柱が分離されて、インク滴が形成される。そして、形成されたインク滴が紙面に到達することによって、紙面にドットが形成される。
上で説明したように、インク滴吐出のメカニズムを考慮すると、パルス幅Ｗ１は、ノズル３内でのインクの体積速度の固有振動周期Ｃ１と近似していることが好ましい。その具体的な範囲については特に限定されないが、パルス幅Ｗ１を、固有振動周期Ｃ１の１倍から５／４倍に設定するのが好ましい。この範囲内であれば、上で説明したメカニズムにより、ノズル３内のインクメニスカスから、より多くのインクを分離させて、インク滴として吐出させることができるため、インクの吐出効率を向上することができる。
〈圧電インクジェットヘッドの駆動方法II〉
前記圧電インクジェットヘッドを駆動してドット形成するための、本発明の第２の駆動方法を、図７(a)〜(c)、図８(a)(b)、図９(a)〜(c)を参照しつつ説明する。
なお図９(a)〜(c)は、第２の駆動方法において、両圧電セラミック層７ａ、７ｂに印加する電界のパルス波形の一例を示すグラフである。
前記圧電インクジェットヘッドを駆動してドット形成するための、本発明の第２の駆動方法を、図７(a)〜(c)、図８(a)(b)、図９(a)〜(c)を参照しつつ説明する。
なお図９(a)〜(c)は、第２の駆動方法において、両圧電セラミック層７ａ、７ｂに印加する電界のパルス波形の一例を示すグラフである。
すなわち図９(a)は、ノズル部３を通してインク滴を吐出させる前記(i)の加圧室２において、当該加圧室２に対応する個別電極１０と、第１の共通電極８ａとを用いて、第１の圧電セラミック層７ａの、両電極間の領域に印加する電界のパルス波形を示している。また図９(b)は、インク滴を吐出させない前記(ii)の加圧室２において、第１の圧電セラミック層７ａの上記領域に印加する電界のパルス波形を示している。さらに図９(c)は、第１および第２の共通電極８ａ、８ｂを用いて、第２の圧電セラミック層７ｂに印加する電界のパルス波形を示している。
なおこれらの図では、前記と同様に両圧電セラミック層７ａ、７ｂの分極方向と同方向の電界を（＋）、逆方向の電界を（−）として表している。共通電極８ａは接地している。
上記の駆動方法において、図９(a)〜(c)中のＴ３以前の待機時には、複数個の個別電極１０の全てと、第１の共通電極８ａとを用いて、第１の圧電セラミック層７ａの、両電極１０、８ａ間の全ての領域に、図７(a)中の第１の圧電セラミック層７ａ内に黒矢印で示したように、当該層７ａの分極方向（同図中の層７ａ内に白矢印で示す）と同方向の、所定の電位差〔図９(a)(b)中のＶ４〕の電界を印加する。
上記の駆動方法において、図９(a)〜(c)中のＴ３以前の待機時には、複数個の個別電極１０の全てと、第１の共通電極８ａとを用いて、第１の圧電セラミック層７ａの、両電極１０、８ａ間の全ての領域に、図７(a)中の第１の圧電セラミック層７ａ内に黒矢印で示したように、当該層７ａの分極方向（同図中の層７ａ内に白矢印で示す）と同方向の、所定の電位差〔図９(a)(b)中のＶ４〕の電界を印加する。
また、それとともに、第１および第２の共通電極８ａ、８ｂを用いて、第２の圧電セラミック層７ｂに、図７(a)中の第２の圧電セラミック層７ｂ内に黒矢印で示したように、当該層７ｂの分極方向（同図中の層７ｂ内に白矢印で示す）と逆方向の、所定の電位差〔図９(c)中のＶ５〕の電界を印加する。
両電界の電位差Ｖ４、Ｖ５はほぼ同強度とする。
両電界の電位差Ｖ４、Ｖ５はほぼ同強度とする。
そうすると第１の圧電セラミック層７ａの、全ての個別電極１０と第１の共通電極８ａとの間の領域を面方向に収縮させるとともに、第２の圧電セラミック層７ｂを面方向に伸長させることによって、圧電アクチュエータＡＣの全領域を、前述したバイモルフ型の機能により、従来のユニモルフ型のものに比べてより小さな印加電圧で、加圧室２内に大きい白抜きの矢印で示した方向に突出するように、良好に撓み変形させた状態を維持することができる。
この状態では、インクカートリッジから供給されたインクが、当該インクカートリッジの配管、ジョイント部１１、共通供給路６、供給口５、加圧室２、およびノズル流路４を満たすとともに、ノズル部３内にインクメニスカスを形成した状態で静止している。
そしてドット形成時には、前記Ｔ３の時点で、第１および第２の共通電極８ａ、８ｂを用いて第２の圧電セラミック層７ｂに印加していた電界を一旦、解除（電位差０Ｖ）して、当該層７ｂの面方向の伸長を解除したのち、その直後のＴ４の時点で再び待機時と同じ所定の電位差Ｖ５の電界を印加して、当該層７ｂを面方向に同量、伸長させる操作を行う。
そしてドット形成時には、前記Ｔ３の時点で、第１および第２の共通電極８ａ、８ｂを用いて第２の圧電セラミック層７ｂに印加していた電界を一旦、解除（電位差０Ｖ）して、当該層７ｂの面方向の伸長を解除したのち、その直後のＴ４の時点で再び待機時と同じ所定の電位差Ｖ５の電界を印加して、当該層７ｂを面方向に同量、伸長させる操作を行う。
また(i)の加圧室２においては、上記操作と同期させて、Ｔ３の時点で、当該加圧室２に対応した個別電極１０と第１の共通電極８ａとを用いて、第１の圧電セラミック層７ａの、両電極１０、８ａ間の領域に印加していた電界も解除（電位差０Ｖ）して、当該領域の面方向の収縮を解除する〔図７(b)〕。
そうすると圧電アクチュエータＡＣの該当する領域を初期状態にすることで、ノズル部３内のインクメニスカスを加圧室２の方向に引き込むことができる。
そうすると圧電アクチュエータＡＣの該当する領域を初期状態にすることで、ノズル部３内のインクメニスカスを加圧室２の方向に引き込むことができる。
次に、前記Ｔ４の時点で、個別電極１０と第１の共通電極８ａとを用いて、図７(c)中の第１の圧電セラミック層７ａ内に黒矢印で示したように、当該層７ａの、両電極１０、８ａ間の領域に、その分極方向と同方向の、所定の電位差〔図９(a)中のＶ６〕の電界を印加する。
電位差Ｖ６は、待機時の電位差Ｖ４の約２倍の強度とし、それにより第１の圧電セラミック層７ａの両電極１０、８ａ間の領域を、待機時よりも大きく面方向に収縮させて、第２の圧電セラミック層７ｂの面方向の伸長と合わせて、前述したバイモルフ型の機能により、圧電アクチュエータＡＣの該当する領域を、加圧室２内に大きい白抜きの矢印で示した方向に、待機時よりも大きく突出するように撓み変形させることによって、インクをノズル部３から柱状に吐出させる。
電位差Ｖ６は、待機時の電位差Ｖ４の約２倍の強度とし、それにより第１の圧電セラミック層７ａの両電極１０、８ａ間の領域を、待機時よりも大きく面方向に収縮させて、第２の圧電セラミック層７ｂの面方向の伸長と合わせて、前述したバイモルフ型の機能により、圧電アクチュエータＡＣの該当する領域を、加圧室２内に大きい白抜きの矢印で示した方向に、待機時よりも大きく突出するように撓み変形させることによって、インクをノズル部３から柱状に吐出させる。
そしてその直後の、図９(a)中のＴ５の時点で、両電極１０、８ａ間に印加している電界の強度を再びＶ４まで低下させて、第１の圧電セラミック層７ａの、両電極１０、８ａ間の領域の収縮量を待機時に戻すことによって、圧電アクチュエータＡＣの、該当する領域を待機状態に復帰させて、インクを加圧室２に引き戻すことでインク柱を分離してインク滴を発生させることができる。
また、(ii)の加圧室２においては、前記Ｔ３の時点で、個別電極１０と第１の共通電極８ａとを用いて、図８(a)中の第１の圧電セラミック層７ａ内に黒矢印で示したように、当該層７ａの、両電極１０、８ａ間の領域に、その分極方向と同方向の、所定の電位差〔図９(b)中のＶ７〕の電界を印加する。
電位差Ｖ７は、待機時の電位差Ｖ４の約２倍の強度とし、それにより第１の圧電セラミック層７ａの、両電極１０、８ａ間の領域を待機時よりも大きく面方向に収縮させて、第２の圧電セラミック層７ｂの面方向の伸長が解除されているのを補って、圧電アクチュエータＡＣの該当する領域の、加圧室２内に大きい白抜きの矢印で示した方向の撓み変形量を、待機時と同程度に維持することができる。
電位差Ｖ７は、待機時の電位差Ｖ４の約２倍の強度とし、それにより第１の圧電セラミック層７ａの、両電極１０、８ａ間の領域を待機時よりも大きく面方向に収縮させて、第２の圧電セラミック層７ｂの面方向の伸長が解除されているのを補って、圧電アクチュエータＡＣの該当する領域の、加圧室２内に大きい白抜きの矢印で示した方向の撓み変形量を、待機時と同程度に維持することができる。
そして前記Ｔ４の時点で、第２の圧電セラミック層７ｂに電界が印加されて、再び面方向に伸長するのと同期させて、当該層７ａの、両電極１０、８ａ間の領域に印加する電界の電位差を再びＶ４まで低下させる〔図９(b)〕。
そうすると、第１の圧電セラミック層７ａの、両電極１０、８ａ間の領域の、面方向の収縮量を待機時に戻して、第２の圧電セラミック層７ｂの面方向の伸長と合わせて、前述したバイモルフ型の機能により、圧電アクチュエータＡＣの該当する領域を待機状態に復帰させることができる〔図８(b)〕。
そうすると、第１の圧電セラミック層７ａの、両電極１０、８ａ間の領域の、面方向の収縮量を待機時に戻して、第２の圧電セラミック層７ｂの面方向の伸長と合わせて、前述したバイモルフ型の機能により、圧電アクチュエータＡＣの該当する領域を待機状態に復帰させることができる〔図８(b)〕。
このため、(ii)の加圧室２においては、当該ノズル部３内のインクメニスカスの静止状態を維持して、インク滴が吐出されるのを防止することができる。
そして、それによって、(i)の加圧室２に連通したノズル部３から、選択的にインク滴を吐出させてドット形成することができる。
連続してドット形成する場合は、所定のインターバルを置いて、上記一連の電界の印加を繰り返し行えばよい。
そして、それによって、(i)の加圧室２に連通したノズル部３から、選択的にインク滴を吐出させてドット形成することができる。
連続してドット形成する場合は、所定のインターバルを置いて、上記一連の電界の印加を繰り返し行えばよい。
上記駆動方法により、(i)の加圧室２に連通したノズル３を通してインクを吐出してドットを形成する過程を、第１の圧電セラミック層７ａに印加する電界のパルス波形（図９(a)のパルス波形）と、かかるパルス波形が与えられた際の、ノズル３における、インクの体積速度の変化との関係を示す図１０を参照しながら説明する。
図１０中のＴ３より左側の待機時においては、先に説明したように、第１の圧電セラミック層７ａに、継続的に、電界ＶＰ＝Ｖ４が印加されると共に、図示していないが、第２の圧電セラミック層７ｂに、継続的に、電界Ｖ５が印加されて、圧電アクチュエータＡＣが一定の形状に撓み続けており、加圧室２の容積が一定量、減少されている状態が維持されるため、この間、ヘッド内のインクは静止状態、すなわち、ノズル３におけるインクの体積速度は０を維持する。
図１０中のＴ３より左側の待機時においては、先に説明したように、第１の圧電セラミック層７ａに、継続的に、電界ＶＰ＝Ｖ４が印加されると共に、図示していないが、第２の圧電セラミック層７ｂに、継続的に、電界Ｖ５が印加されて、圧電アクチュエータＡＣが一定の形状に撓み続けており、加圧室２の容積が一定量、減少されている状態が維持されるため、この間、ヘッド内のインクは静止状態、すなわち、ノズル３におけるインクの体積速度は０を維持する。
ノズル３からインク滴を吐出させて、紙面にドットを形成するに際し、その直前のＴ３の時点で、第１の圧電セラミック層７ａへの電解の印加が停止される（ＶＰ＝０）と共に、第２の圧電セラミック層７ｂへの電解の印加も停止されて、圧電アクチュエータＡＣの撓みが解除されると、加圧室２の容積が一定量だけ増加するため、ノズル３内のインクは、その容積の増加分だけ、インクメニスカスが加圧室２の側に引き込まれる。その際の、ノズル内でのインクの体積速度は、図１０のＴ３とＴ４の間の部分に示すように一旦、(−)の側に大きくなった後、徐々に小さくなって、やがて０に近づく。これは、太線の実線で示すインクの体積速度の固有振動周期Ｃ２の、ほぼ半周期分に相当する。
そして、ノズルでのインクの体積速度が限りなく０に近づいたＴ４の時点で、第１の圧電セラミック層７ａにＶＰ＝Ｖ６の電界が印加されると共に、第２の圧電セラミック層７ｂに再びＶ５の電界が印加されて、圧電アクチュエータＡＣが撓み変形する。この操作は、太線の一点鎖線で示すように、パルス幅Ｗ２が固有振動周期Ｃ２の約半分である図９(a)のパルス波形を有する電界を、第１の圧電セラミック層７ａに印加すると共に、同じパルス幅Ｗ２を有する図９(c)のパルス波形を有する電界を、第２の圧電セラミック層７ｂに印加していることに相当する。
この電界の印加により、ノズル３内のインクは、インクメニスカスが加圧室２の側に最も大きく引き込まれた静止状態（Ｔ４の時点の、体積速度が０の状態）から、逆に(＋)の方向へ戻ろうとしているところに、圧電アクチュエータＡＣを撓ませて加圧室２の容積を減少させることによって当該加圧室２から押し出されたインクの圧力が加わることになる。このため、インクは、ノズル３の先端から大きく(＋)の側に突出してインク柱を形成する。そして、インク柱が伸びきった時点でインク滴として分離し、飛翔して、紙面に到達することによって、紙面にドットが形成される。
上で説明したように、インク的吐出のメカニズムを考慮すると、パルス幅Ｗ２は、ノズル３内でのインクの体積速度の固有振動周期Ｃ２の約半分ことが好ましい。その具体的な範囲については特に限定されないが、パルス幅Ｗ２を、固有振動周期Ｃ２の１／２倍から３／４倍に設定するのが好ましい。この範囲内であれば、上で説明したメカニズムにより、ノズル３内のインクメニスカスから、より多くのインクを分離させて、インク滴として吐出させることができるため、インクの吐出効率を向上することができる。
また、図９(a)のパルス波形のうち、両電極１０、８ａ間に印加している電界の強度をＶ６からＶ４まで低下させるＴ５のタイミングは、図１０に示すように、ノズル内のインクメニスカスが、インク滴の吐出後、さらに振動して、（−）から（＋）に戻ろうとするタイミングとほぼ同期させるのが好ましい。これにより、その後のインクメニスカスの振動を抑制することができる。
以下に本発明を、実施例に基づいて説明する。
圧電インクジェットヘッドの作製
図１〜図３に示す構造を有し、なおかつ加圧室２の面積が０．２ｍｍ２、幅が２００μｍ、深さが１００μｍ、ノズル部３の直径が２５μｍ、長さが３０μｍ、ノズル流路４の直径が２００μｍ、長さが８００μｍ、供給口５の直径が２５μｍ、長さが３０μｍ、第１の圧電セラミック層７ａの厚みが２０μｍ、第２の圧電セラミック層７ｂの厚みが２０μｍである圧電インクジェットヘッドを作製した。
圧電インクジェットヘッドの作製
図１〜図３に示す構造を有し、なおかつ加圧室２の面積が０．２ｍｍ２、幅が２００μｍ、深さが１００μｍ、ノズル部３の直径が２５μｍ、長さが３０μｍ、ノズル流路４の直径が２００μｍ、長さが８００μｍ、供給口５の直径が２５μｍ、長さが３０μｍ、第１の圧電セラミック層７ａの厚みが２０μｍ、第２の圧電セラミック層７ｂの厚みが２０μｍである圧電インクジェットヘッドを作製した。
上記圧電インクジェットヘッドの、１つの加圧室２に対応する個別電極１０と、第１の共通電極８ａとを用いて、第１の圧電セラミック層７ａの、上記両電極間に挟まれた領域に、図５(a)に示すパルス波形を有する、電位差Ｖ１＝２０Ｖの電界を印加し、またそれと同時に第１および第２の共通電極８ａ、８ｂを用いて、第２の圧電セラミック層７ｂに、図５(c)に示すパルス波形を有する、電位差Ｖ３＝１０Ｖの電界を印加して圧電アクチュエータＡＣを撓み変形させた。そしてその撓み量を、個別電極１０の中央部の変位量として、レーザードップラー振動計を用いて測定したところ０．１０μｍであった。
また、比較のため、第２の圧電セラミック層７ｂには電界を印加せずに、第１の圧電セラミック層７ａの上記領域にのみ、同じく電位差圧電Ｖ１＝２０Ｖの電界を印加してアクチュエータＡＣを撓み変形させて、その撓み変形量を測定したところ０．０７μｍであった。
そしてこのことから、バイモルフ型の構成とすることで、ユニモルフ型の約１．５倍の撓み性能が得られることが確認された。
そしてこのことから、バイモルフ型の構成とすることで、ユニモルフ型の約１．５倍の撓み性能が得られることが確認された。
また上記圧電インクジェットヘッドの、共通供給路６、供給口５、加圧室２、ノズル流路４、およびノズル部３に、実際にインクを充てんした状態で、１つの加圧室２に対応する個別電極１０と、第１の共通電極８ａとを用いて、第１の圧電セラミック層７ａの、上記両電極間に挟まれた領域に、図９(a)に示すパルス波形の電界を印加し、またそれと同時に第１および第２の共通電極８ａ、８ｂを用いて、第２の圧電セラミック層７ｂに、図９(c)に示すパルス波形の電界を印加して、ノズル部３からインク滴を吐出させたところ、その速度は約８ｍ／ｓであった。なお電界の強度は、Ｖ４＝Ｖ５＝１０Ｖ、Ｖ６＝２０Ｖとした。
また比較のため、第２の圧電セラミック層７ｂには電界を印加せずに、第１の圧電セラミック層７ａの上記領域にのみ、同じパルス波形の電界を印加して、引き打ち式の駆動方法により、ノズル部３からインク滴を吐出させたところ、その速度は約４ｍ／ｓであった。
そしてこのことから、バイモルフ型の構成とすることで、ユニモルフ型の約２倍の吐出性能が得られることが確認された。
そしてこのことから、バイモルフ型の構成とすることで、ユニモルフ型の約２倍の吐出性能が得られることが確認された。
１ 基板
２ 加圧室
３ ノズル
７ａ 第１の圧電セラミック層
７ｂ 第２の圧電セラミック層
８ａ 第１の共通電極
８ｂ 第２の共通電極
１０ 個別電極
ＡＣ 圧電アクチュエータ
２ 加圧室
３ ノズル
７ａ 第１の圧電セラミック層
７ｂ 第２の圧電セラミック層
８ａ 第１の共通電極
８ｂ 第２の共通電極
１０ 個別電極
ＡＣ 圧電アクチュエータ
Claims (5)
- 板状の基板を備え、この基板の片側の面に、インクが充填される加圧室となる凹部が複数個、基板の面方向に配列されていると共に、基板の内部には、それぞれの凹部ごとに、加圧室に充填されるインクをインク滴として吐出させるためのノズルが連通されており、この基板の、凹部を形成した面には、
基板に遠い方から順に、いずれも上記複数個の加圧室を覆う大きさを有する、横振動モードの第１の圧電セラミック層、第１の共通電極、横振動モードの第２の圧電セラミック層、および第２の共通電極をこの順に積層するとともに、第１の圧電セラミック層上に、それぞれの加圧室に対応して複数個の個別電極を分離形成した圧電アクチュエータが配設された圧電インクジェットヘッドを駆動するための駆動方法であって、
待機時には、両圧電セラミック層に印加する電界をともに解除して、圧電アクチュエータを初期状態としておき、
ドット形成時には、第１および第２の共通電極を用いて、第２の圧電セラミック層に、当該層の分極方向と逆方向の電界を印加し、それと同期させて、
(1) ノズルを通してインク滴を吐出させる加圧室においては、当該加圧室に対応した個別電極と第１の共通電極とを用いて、第１の圧電セラミック層の、両電極間の領域に、当該層の分極方向と同方向の電界を印加することによって、圧電アクチュエータの該当領域を加圧室の方向に突出するように撓み変形させ、かつ
(2) ノズルを通してインク滴を吐出させない加圧室においては、当該加圧室に対応した個別電極と第１の共通電極とを用いて、第１の圧電セラミック層の、両電極間の領域に、当該層の分極方向と逆方向の電界を印加することによって、圧電アクチュエータの該当領域を前記初期状態と同じ状態に維持することによって、
上記(1)の加圧室に連通したノズルから選択的にインク滴を吐出させてドット形成することを特徴とする圧電インクジェットヘッドの駆動方法。 - 第１および第２の圧電セラミック層を同じ圧電材料にて同じ厚みに形成し、ドット形成時に、ノズルを通してインク滴を吐出させる加圧室において、当該加圧室に対応した個別電極と第１の共通電極とを用いて、第１の圧電セラミック層の、両電極間の領域に印加する電界の電位差Ｖ１と、ノズルを通してインク滴を吐出させない加圧室において、当該加圧室に対応した個別電極と第１の共通電極とを用いて、第１の圧電セラミック層の、両電極間の領域に印加する電界の電位差Ｖ２と、第２の圧電セラミック層に印加する電界の電位差Ｖ３とを、１／２Ｖ１＝Ｖ２＝Ｖ３に設定する請求項１記載の圧電インクジェットヘッドの駆動方法。
- ドット形成時に、第２の圧電セラミック層に印加する、当該層の分極方向と逆方向の電界、この電界の印加と同期させて、第１の圧電セラミック層のうち、ノズルを通してインク滴を吐出させる加圧室に対応した領域に印加する、当該層の分極方向と同方向の電界、およびこれら電界の印加と同期させて、第１の圧電セラミック層のうち、ノズルを通してインク滴を吐出させない加圧室に対応した領域に印加する、当該層の分極方向と逆方向の電界の、印加を開始してから解除するまでの間のパルス幅を、いずれもノズル内のインクの体積速度の固有振動周期の１倍から５／４倍に設定する請求項１記載の圧電インクジェットヘッドの駆動方法。
- 板状の基板を備え、この基板の片側の面に、インクが充填される加圧室となる凹部が複数個、基板の面方向に配列されていると共に、基板の内部には、それぞれの凹部ごとに、加圧室に充填されるインクをインク滴として吐出させるためのノズルが連通されており、この基板の、凹部を形成した面には、
基板に遠い方から順に、いずれも上記複数個の加圧室を覆う大きさを有する、横振動モードの第１の圧電セラミック層、第１の共通電極、横振動モードの第２の圧電セラミック層、および第２の共通電極をこの順に積層するとともに、第１の圧電セラミック層上に、それぞれの加圧室に対応して複数個の個別電極を分離形成した圧電アクチュエータが配設された圧電インクジェットヘッドを駆動するための駆動方法であって、
待機時には、複数個の個別電極の全てと、第１の共通電極とを用いて、第１の圧電セラミック層の、両電極間の全ての領域に、当該層の分極方向と同方向の電界を印加するとともに、第１の共通電極と第２の共通電極とを用いて、第２の圧電セラミック層に、当該層の分極方向と逆方向の、上記第1の圧電セラミック層に印加している電界とほぼ同強度の電界を印加することによって、圧電アクチュエータの、全ての加圧室に対応した領域を加圧室の方向に突出するように撓み変形させておき、
ドット形成時には、第２の圧電セラミック層に印加する電界を一旦、解除し、一定時間経過後に待機時と同じ電界を再印加するとともに、
(i) ノズルを通してインク滴を吐出させる加圧室においては、第２の圧電セラミック層に印加する電界の解除と同期させて、当該加圧室に対応した個別電極と第１の共通電極とを用いて、第１の圧電セラミック層の、両電極間の領域に印加する電界も解除して、圧電アクチュエータの該当領域を一旦、初期状態とし、次いで第２の圧電セラミック層への電界の再印加と同期させて、第１の圧電セラミック層の上記領域に、当該層の分極方向と同方向の電界を、まず待機時の約２倍の強度で印加して、圧電アクチュエータの該当領域を、加圧室の方向に、待機時よりも大きく突出するように撓み変形させたのち、一定時間が経過した時点で上記領域に印加する電界の強度を待機時に戻して、圧電アクチュエータの該当領域を待機状態に復帰させ、かつ
(ii) ノズルを通してインク滴を吐出させない加圧室においては、第２の圧電セラミック層に印加する電界の解除と同期させて、当該加圧室に対応した個別電極と第１の共通電極とを用いて、第１の圧電セラミック層の、両電極間の領域に、当該層の分極方向と同方向の電界を、まず待機時の約２倍の強度で印加して、圧電アクチュエータの該当領域の、加圧室の方向への撓み変形量を待機時と同じに維持したのち、第２の圧電セラミック層への電界の再印加と同期させて、上記領域に印加する電界の強度を待機時に戻して、圧電アクチュエータの該当領域を待機状態に復帰させることによって、
上記(i)の加圧室に連通したノズルから選択的にインク滴を吐出させてドット形成することを特徴とする圧電インクジェットヘッドの駆動方法。 - ドット形成時に、第２の圧電セラミック層に印加していた電界を解除してから印加を再開するまでの間のパルス幅、それと同期させて、第１の圧電セラミック層のうち、ノズルを通してインク滴を吐出させる加圧室に対応した領域に印加していた電界を解除してから、待機時の約２倍の強度の電界の印加を開始するまでの間のパルス幅、およびこれらと同期させて、第１の圧電セラミック層のうち、ノズルを通してインク滴を吐出させない加圧室に対応した領域に、待機時の約２倍の強度の電界を印加してから、電界の強度を待機時に戻すまでの間のパルス幅を、いずれもノズル内のインクの体積速度の固有振動周期の１／２倍から３／４倍に設定する請求項４記載の圧電インクジェットヘッドの駆動方法。
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