JP2012135900A - 液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び液体噴射ヘッドの駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シェアドウォール方式の液体噴射ヘッドにおいて、圧電体のヒステリシスに基づいて液体の吐出の履歴に応じて吐出速度がばらつくのを一定にする。
【解決手段】駆動部８がチャンネルＮを周期的に選択し、この選択された期間に駆動電極Ｄに選択信号を供給して圧電体を駆動し、チャンネルＮに充填された液体をノズル７から吐出させる。この選択信号として、チャンネルＮを膨張させる第一波形と、第一波形の後にチャンネルＮを収縮させて液体を吐出させる第二波形と、チャンネルＮから液体を吐出させない程度に隔壁Ｋを変形させる第三波形を含むようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、ノズルから液体を吐出して被記録媒体に画像や文字、あるいは薄膜材料を形成する液体噴射ヘッド、液体噴射装置及びこれを駆動する駆動方法に関する。

近年、記録紙等にインク滴を吐出し、文字、図形を描画する、あるいは素子基板の表面に液体材料を吐出して機能性薄膜のパターンを形成するインクジェット方式の液体噴射ヘッドが利用されている。この方式は、インクや液体材料を液体タンクから供給管を介して液体噴射ヘッドに供給し、液体噴射ヘッドに形成した微小空間にこのインクを充填し、駆動信号に応じて微小空間の容積を瞬間的に縮小し溝に連通するノズルから液滴を吐出させる。

この種の液体噴射ヘッドとして、従来から、分極した圧電部材により隔壁を構成し、この隔壁により隣接するチャンネルを離隔するシェアドウォール方式が知られている。シェアドウォール方式の液体噴射ヘッドは、液体が充填されるチャンネルとこれに隣接するチャンネルの間に、分極処理が施された圧電体からなる隔壁が設置されている。チャンネルの端部にはノズルプレートが接合され、ノズルプレートにはチャンネルに連通するノズルが形成されている。隔壁の全部又は一部が圧電体から構成され、この圧電体の両側面に電極が設置されている。この電極に駆動信号を与えて隔壁を変形させ、チャンネル内の容積を変形させて内部に充填されたインク等の液体を吐出させる。従って、隔壁は隣接する２つのチャンネルにより共有されている。そのため、となり合うチャンネルから同時に液体を吐出させることができず、例えば隣接する３つのチャンネルを１チャンネルごとに順次繰り返して選択し、その選択期間に吐出信号又は非吐出信号を供給して駆動する。

図８は、この種の液体噴射ヘッドを駆動する駆動信号と隔壁の変形状態を表している（特許文献１）。図８には、隔壁５１ａ〜５１ｆにより仕切られた６個のインク室５０ａ〜５０ｆが示されている。各インク室５０ａ〜５０ｆにはインクが充填されている。各隔壁５１ａ〜５１ｆの両側面には電極ａ〜ｆが設置されている。この液体噴射ヘッドは、各インク室を、例えば１サイクル目のタイミングでインク室５０ａ、５０ｄを選択し、２サイクル目のタイミングでインク室５０ｂ、５０ｅを選択し、３サイクル目のタイミングでインク室５０ｃ、５０ｆを選択し、４サイクル目で上記１サイクル目と同じインク室を選択し、これを繰り返す（３サイクル駆動）。このように各インク室を周期的に選択することにより、すべてのインク室から独立してインクを吐出することができる。

図８に駆動信号が示されている。この駆動信号は、インク室５０ｂと５０ｅが選択される選択期間に電極ａ〜ｆに供給される選択波形を表している。電極ａ、ｂ、ｃに与えられる波形が吐出信号である。期間（Ａ）では、電極ａ、ｂ、ｃに電位差が無いので隔壁５１ａ、５１ｂは変形しない。期間（Ｂ）では、電極ｂに高電圧、電極ａ、ｃに低電圧が印加され（低電圧は、アース電位を含む）、インク室５０ｂの隔壁５１ａ、５１ｂは外側に変形し、インク室５０ｂの容積が増大してインク室５０ｂに外部からインクを引き込む。期間（Ｃ）では、電極ｂに低電圧、電極ａ、ｃに高電圧が印加されて隔壁５１ａ、５１ｂが内側に変形し、インク室５０ｂの容積が縮小してインクを吐出する。期間（Ｄ）では、電極ａ〜ｃに電位差が無いので隔壁５１ａ、５１ｂは変形せず、期間（Ａ）の状態に戻る。一方、電極ｄ、ｅ、ｆに与えられる波形は非吐出信号であり、期間（Ａ）〜期間（Ｄ）の間で電位差が無いので隔壁５１ｄ、５１ｅは変形せず、インクは吐出されない。

上記のとおり、３サイクルごとに選択される各インク室は、供給される選択波形に従って吐出信号が与えられたときにインクを吐出し、非吐出信号が与えられたときインクは吐出されない。また、吐出信号はインク室を囲む隔壁を一端外側に変形させてインクを取り込み、次に内側に変形させてインクを吐出させる二段階の駆動信号により構成されている。

特開２００７−４５１０７号公報

しかしながら、隔壁を構成する圧電体はヒステリシスを有し、圧電体から電界を取り去った後も隔壁に歪が残留する。この残留歪は、次の隔壁を変形させてインクを吐出させるときにインクの吐出速度に影響を与える。即ち、残留歪の影響で隔壁が若干外側に変形した状態から吐出動作を行うときと、隔壁が若干内側に変形した状態から吐出動作を行うときとでは液滴の吐出速度が異なる。そのために、インクの記録品質が低下した。

図９を用いて具体的に説明する。図９（ａ）は、図８に示すインク室５０ａ〜５０ｄのすべてから連続的にインクを吐出させる電極ａ〜ｄに与える駆動信号を表し、図９（ｂ）は、図８に示すインク室５０ｂのみからｃ２サイクルのときにのみインクを吐出させる電極ａ〜ｄに与える駆動信号を表す。横軸は時間の経過を表し、ｃ１サイクルからｃ４サイクルまで示されている。ｃ１サイクルとｃ４サイクルは同じインク室を選択する。各駆動信号の下部に示すグラフは、隔壁５１ａと５１ｂの変形状態を表し、隔壁５１ａは上方がインク室５０ｂの容積を増加させる方向、下方がインク室５０ｂを縮小させる方向であり、隔壁５１ｂは上方がインク室５０ｂを縮小させる方向であり、下方がインク室５０ｂを増加させる方向である。従って、２つのグラフの間隙はインク室５０ｂの容積を概念的に表す。なお、図では隔壁の立ち上がり時間や立下り時間は無視している。図中ｏｎは、当該電極が対応するインク室が選択され、このインク室から液体を吐出させる吐出信号を表し、ｏｆｆは、当該電極が対応するインク室が選択され、このインク室からインクを吐出させない非吐出信号を表す。

図９（ａ）に示されるように、ｃ２サイクルでインクを吐出した隔壁５１ａは、ｃ１サイクルでインク室５０ｂの容積を増加させる方向に変形したので、ｃ１サイクルの最後の時点でインク室５０ｂの容積を増加させる外側に若干変形している。またｃ２サイクルでインクを吐出した隔壁５１ｂはｃ３サイクルでインク室５０ｂの容積を増加させる方向に変形した後に、ｃ４サイクルでは隔壁５１ｂを変形させる電圧が印加されない。従って、ｃ４サイクルの最後の時点では、ｃ３サイクルで変化した状態が維持され、隔壁５１ｂはインク室５０ｂの容積を増加させる外側に若干変形している。次の図示しないｃ５サイクルでインク室５０ｂからインクを吐出させようとするときは、インク室５０ｂを囲む隔壁５１ａ及び５１ｂともに外側に若干変形した状態から吐出動作を行うことになる。

一方、図９（ｂ）に示されるように、ｃ２サイクルでインク室５０ｂからインクを吐出した後にすべてのインク室からインクを吐出させないときは、ｃ４サイクルの最後の時点で、隔壁５１ａと隔壁５１ｂとはともにインク室５０ｂの容積を縮小させる内側に若干変形している。次に図示しないｃ５サイクルでインク室５０ｂからインクを吐出させようとするときは、インク室５０ｂを囲む隔壁５１ａ及び５１ｂともに若干内側に変形した状態から吐出動作を行うことになる。

図９（ａ）と（ｂ）から理解できるように、前に行った吐出パターンの履歴に応じて次に吐出する際の隔壁の状態にばらつきが生じ、インク滴の吐出速度がばらついてしまう、という課題があった。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、前に行った吐出パターンの履歴に影響を受けないで、インク滴等の液体の吐出速度を安定させることができる液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び液体噴射ヘッドの駆動方法を提供するものである。

本発明による液体噴射ヘッドは、圧電体を有する隔壁により仕切られた複数のチャンネルと、前記チャンネルに連通するノズルと、前記圧電体に設置された駆動電極と、前記チャンネルを周期的に選択し、選択された期間に前記駆動電極に選択信号を供給して前記圧電体を駆動し、前記チャンネルに充填された液体を前記ノズルから吐出させる駆動部と、を備え、前記選択信号は、前記チャンネルを膨張させる第一波形と、前記第一波形の後に前記チャンネルを収縮させて液体を吐出させる第二波形と、前記チャンネルから液体を吐出させない程度に前記隔壁を変形させる第三波形を含むこととした。

また、前記選択信号は、前記ノズルから液体を吐出させる吐出信号を有し、前記吐出信号は、前記第一波形及び前記第二波形と、前記第一波形の直前に供給される前記第三波形を有することとした。

また、前記第三波形は、前記第一波形と同方向に前記隔壁を変形させることとした。

また、前記第三波形は、前記第一波形と逆方向に前記隔壁を変形させることとした。

また、前記選択信号は、前記ノズルから液体を吐出させる吐出信号と液体を吐出させない非吐出信号を有し、前記吐出信号は、前記第一波形及び前記第二波形を有し、前記非吐出信号は、前記第三波形を有することとした。

また、前記第三波形は、前記第二波形と同方向に前記隔壁を変形させることとした。

また、圧電体を有する隔壁により仕切られた複数のチャンネルと、前記チャンネルに連通するノズルと、前記圧電体に設置された駆動電極と、前記チャンネルを周期的に選択し、選択された期間に前記駆動電極に選択信号を供給して前記圧電体を駆動し、前記チャンネルに充填された液体を前記ノズルから吐出させる駆動部と、を備え、前記選択信号は、前記ノズルから液体を吐出させる吐出信号と液体を吐出させない非吐出信号を有し、前記選択された期間が終了する時点において当該選択されたチャンネルの隔壁が、前記吐出信号が供給されたときと前記非吐出信号が供給されたときの間で同じ方向に若干変形していることとした。

また、選択されたチャンネルの隔壁が当該チャンネルの容積を縮小させる内側に向けて若干変形していることとした。

本発明による液体噴射装置は、上記いずれかに記載の液体噴射ヘッドと、前記液体噴射ヘッドを往復移動させる移動機構と、前記液体噴射ヘッドに液体を供給する液体供給管と、前記液体供給管に前記液体を供給する液体タンクと、を備えることとした。

本発明の液体噴射ヘッドの駆動方法は、圧電体を有する隔壁により仕切られた複数のチャンネルと、前記チャンネルに連通するノズルと、前記圧電体に設置された駆動電極と、前記ノズルを周期的に選択し、選択された期間に前記駆動電極に選択信号を供給して前記圧電体を駆動し、前記チャンネルに充填された液体を前記ノズルから吐出させる駆動部と、を備え、前記駆動部は、前記選択信号として、前記チャンネルから液体を吐出させない程度に前記隔壁を変形させる第三波形を供給した後に、前記チャンネルを膨張させる第一波形を供給し、次に前記チャンネルを収縮させる第二波形を供給して前記ノズルから液体を吐出させることとした。

また、圧電体を有する隔壁により仕切られた複数のチャンネルと、前記チャンネルに連通するノズルと、前記圧電体に設置された駆動電極と、前記ノズルを周期的に選択し、選択された期間に前記駆動電極に選択信号を供給して前記圧電体を駆動し、前記チャンネルに充填された液体を前記ノズルから吐出させる駆動部と、を備え、前記選択信号は、選択された期間に前記ノズルから液体を吐出させる吐出信号と、前記選択された期間とは異なる選択期間に前記ノズルから液体を吐出させない非吐出信号を含み、前記駆動部は、前記吐出信号として前記チャンネルを膨張させる第一波形の後に前記チャンネルを収縮させる第二波形を供給し、前記非吐出信号として前記チャンネルから液体を吐出させない程度に前記隔壁を変形させる第三波形を供給することとした。

本発明の液体噴射ヘッドは、圧電体を有する隔壁により仕切られた複数のチャンネルと、そのチャンネルに連通するノズルと、圧電体に設置された駆動電極と、チャンネルを周期的に選択し、選択された期間に駆動電極に選択信号を供給してチャンネルを構成する隔壁の圧電体を駆動し、チャンネルに充填された液体をノズルから吐出させる駆動部と、を備え、選択信号は、チャンネルを膨張させる第一波形と、第一波形の後にチャンネルを収縮させて液体を吐出させる第二波形と、チャンネルから液体を吐出させない程度に隔壁を変形させる第三波形を含む。これにより、吐出動作を行う前の隔壁の変形状態を前の吐出に影響を受けないで一定とし、吐出される液滴の速度を安定させ、記録品質を向上させた。

本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッドのチャンネルに直交する方向模式的な部分縦断面図である。 本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッドの駆動信号を表す。 本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッドの模式的な部分分解斜視図である。 本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッドの駆動信号を表す。 本発明の第三実施形態に係る液体噴射ヘッドの選択信号を表す。 本発明の第三実施形態に係る液体噴射ヘッドの駆動信号のタイミングチャートである。 本発明の第四実施形態に係る液体噴射装置の模式的な斜視図である。 従来公知の液体噴射ヘッドの駆動波形と隔壁の変形状態を表す図である。 従来公知の液体噴射ヘッドの駆動信号のタイミングチャートである。

（第一実施形態）
図１〜図３は本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッド１を説明するための図であり、図１は液体噴射ヘッド１のチャンネルＮに直交する方向の模式的な部分縦断面図であり、図２は隔壁Ｋに設置した駆動電極Ｄに供給する駆動信号を表し、図３は液体噴射ヘッド１の模式的な部分分解斜視図である。

図１に示すように、液体噴射ヘッド１は、圧電体を有する隔壁Ｋ１〜Ｋ５により仕切られる複数のチャンネルＮ１〜Ｎ６と、隔壁Ｋ１〜Ｋ５の圧電体に設置された駆動電極Ｄ１〜Ｄ６と、各チャンネルＮ１〜Ｎ６に連通する図示しないノズルと、各々のチャンネルＮ１〜Ｎ６を周期的に選択し、その選択期間に選択信号を駆動電極Ｄ１〜Ｄ６に供給する駆動部８を備えている。

より具体的に説明する。チャンネルＮ２は２つの隔壁Ｋ１とＫ２により囲まれている。チャンネルＮ３は隔壁Ｋ２とＫ３により囲まれている。従って隔壁Ｋ２はチャンネルＮ２とチャンネルＮ３により共有されている。他の隔壁Ｋ及びチャンネルＮも同様である。チャンネルＮｍ（ｍは正の整数）を囲む２つの隔壁Ｋｍ−１、Ｋｍは、そのチャンネルＮｍ側の内側面にそれぞれ駆動電極Ｄｍを備え、この２つの駆動電極Ｄｍは電気的に接続している。駆動部８は、チャンネルＮｍの駆動電極Ｄｍに信号Ｓｍを供給する。

駆動部８は、各チャンネルＮ１〜Ｎ６を周期的に選択し、その選択期間にチャンネルＮ１〜Ｎ６のそれぞれに選択信号を供給する。選択信号は、当該選択されたチャンネルＮから液体を吐出させる吐出信号と、当該選択されたチャンネルＮから液体を吐出させない非吐出信号を含む。

図２（ａ）は、図１に示されるチャンネルＮ２が選択されたときの吐出信号を表し、図２（ｂ）は図１に示されるチャンネルＮ５が選択されたときの非吐出信号を表し、図２（ｃ）は、Ｃ２サイクルでチャンネルＮ２とＮ５から液体を吐出させ、他のチャンネルＮ１、Ｎ３、Ｎ４から液体を吐出させない場合の各駆動電極Ｄ１〜Ｄ５供給する各信号Ｓ１〜Ｓ５を表すタイミングチャートである。

図２（ａ）に示す吐出信号を説明する。吐出信号は、チャンネルＮ２の容積を膨張させる第一波形と、この第一波形の後にチャンネルＮ２の容積を収縮させてチャンネルＮ２に連通するノズルから液体を吐出させる第二波形と、この第一波形の直前に、チャンネルＮ２から液体を吐出させない程度に隔壁Ｋ１とＫ２を第一波形と同じ方向に変形させる第三波形を有している。

駆動部８は、選択された期間であるＣサイクルにチャンネルＮ２に対して吐出信号を供給する。即ち、駆動電極Ｄ１に信号Ｓ１、駆動電極Ｄ２に信号Ｓ２、駆動電極Ｄ３に信号Ｓ３を供給する。従って、隔壁Ｋ１には信号Ｓ１と信号Ｓ２の差電圧が、隔壁Ｋ２には信号Ｓ２と信号Ｓ３の差電圧がそれぞれ印加され、各隔壁Ｋ１、Ｋ２は外側に又は内側に変形する。

駆動部８は、Ｃサイクルの最初の期間ｔ０に各信号Ｓ１〜Ｓ３を供給する。各信号Ｓ１〜Ｓ３は同じ低電圧なので隔壁Ｋ１とＫ２には電界が印加されず、各隔壁Ｋ１、Ｋ２は変形しない。駆動部８は、次の期間ｔ１に第三波形を供給する。この第三波形は、信号Ｓ２が短い期間に高電圧に変化し次に低電圧に戻り、信号Ｓ１と信号Ｓ３は低電圧を維持する。その結果、隔壁Ｋ１とＫ２はこの短い期間に電界が印加されて外側に変形する。しかし、短期間であることと外側に向けた変形であることからチャンネルＮ２から液体は吐出されない。期間ｔ１の終了時には下部の模式図に示されるように、隔壁Ｋ１、Ｋ２は外側に若干変形する。これは圧電体のヒステリシス特性に基づく。

次に、駆動部８は期間ｔ２に第一波形を供給する。この第一波形は直前の第三波形よりも長く、信号Ｓ２が高電圧、信号Ｓ１とＳ３が低電圧を維持する。その結果、期間ｔ２の終了時までには隔壁Ｋ１とＫ２は電界が印加されて外側に大きく変形し、下部の模式図に示されるようにチャンネルＮ２の容積が大きく膨張する。この期間はチャンネルＮ２内に液体を吸引する。次に、駆動部８は期間ｔ３に第二波形を供給する。この第二波形は、期間ｔ２の概ね２倍の長さであり、信号Ｓ２が低電圧、信号Ｓ１と信号Ｓ３が高電圧を維持する。その結果、隔壁Ｋ１とＫ２は電界が印加されて内側に大きく変形し、下部の模式図に示されるように、チャンネルＮ２の容積が大きく収縮する。この期間にチャンネルＮ２内の液体をノズルから吐出する。次の期間ｔ４では、信号Ｓ１〜Ｓ３が同じ低電位となるので隔壁Ｋ１とＫ２には電界が印加されない。しかし、圧電体はヒステリシス特性を持っているので、その残留歪に基づいて隔壁Ｋ１とＫ２は先ほど大きく変形した方向、即ち内側に若干変形した状態を維持する。

このように、選択期間に第一波形と第二波形により液体の吐出動作を行うが、第一波形の前に第一波形と同極性の第三波形を挿入することにより隔壁Ｋ１及びＫ２を若干外側に揃えて変形させる。そのためＣサイクルに入る直前の隔壁Ｋ１やＫ２の変形状態に影響を受けることなく吐出動作を行うことができる。その結果、当該チャンネルＮ２の吐出履歴や隣接するチャンネルＮ１やＮ３の吐出履歴に影響を受けることなく、一定速度で液滴を吐出させることができる。

図２（ｂ）に示す非吐出信号を説明する。駆動部８は、選択された期間であるＣサイクルにチャンネルＮ５に対して非吐出信号を供給する。即ち、駆動電極Ｄ４に信号Ｓ４を、駆動電極Ｄ５に信号Ｓ５と、駆動電極Ｄ６に信号Ｓ６をそれぞれ供給する。各信号Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６はともに期間ｔ５で低電圧、期間ｔ６で高電圧、期間ｔ７で低電圧に変化する。従って、隔壁Ｋ４及びＫ５は電界が印加されず新たに変形しないので、Ｃサイクルの直前の状態を維持する。即ち、その下部の図に示すように、Ｃサイクルの直前において残留歪に基づく変形が無ければ、その変形が無い状態を維持し、残留歪により変形が存在する場合にはその変形が維持される。なお、非吐出信号の期間ｔ５は吐出信号の期間ｔ０と期間ｔ１と期間ｔ２の合計の期間と等しく、非吐出信号の期間ｔ６は吐出信号の期間ｔ３に等しく、非吐出信号の期間ｔ７は吐出信号の期間ｔ４に等しい。

図２（ｃ）はタイミングチャートを表し、横方向が経過時間であり縦方向に各信号Ｓ１〜Ｓ５を示す。駆動部８は、隣接するチャンネルを順次選択し、この選択期間に上記図２（ａ）に示す吐出信号や（ｂ）に示す非吐出信号を供給する。駆動部８は、最初のＣ１サイクルのタイミングでチャンネルＮ１とＮ４を選択し、以下、Ｃ２サイクルでチャンネルＮ２とＮ５、Ｃ３サイクルでチャンネルＮ３、Ｃ４サイクルでＣ１サイクルと同じチャンネルＮ１とＮ４を選択する。従って、各チャンネルは３周期に１回選択される。駆動部８は、各チャンネルを選択した選択期間に当該チャンネル内の駆動電極Ｄに吐出（図中、ｏｎで表す。）又は非吐出（図中、ｏｆｆで表す。）の種類に応じた波形を与え、吐出信号又は非吐出信号を構成する。図２（ｃ）の場合は、Ｃ２サイクルにおいてチャンネルＮ２とチャンネルＮ５に吐出信号を与え、その他のサイクル及びチャンネルには非吐出信号を与えている。

なお、本発明は３サイクル駆動に限定されず、３サイクル以上の周期で駆動しても良い。ただし、３サイクル周期の駆動は時間当たりの吐出回数を最大にすることができる。また、チャンネルの並び順に従って順次選択する駆動方法に限定されない。また、信号Ｓ１〜信号Ｓ６の波形は、隔壁Ｋ１〜Ｋ５を構成する圧電体の分極方向に応じて高電圧と低電圧を反転させてもよい。また、吐出信号の第一波形と第三波形の電圧の大きさは同一である必要はなく、要は直前の隔壁の変形を消去し、新に一定の変形状態にすることができればよい。

図３は、上記駆動信号により駆動する液体噴射ヘッド１の模式的な分解斜視図である。液体噴射ヘッド１は、表面に複数の溝３を形成したアクチュエータ基板２と、アクチュエータ基板２の表面に複数の溝３の開口部の一部を塞ぐように接合したカバープレート４と、アクチュエータ基板２及びカバープレート４の−ｙ方向の端面に接合したノズルプレート６を備えている。アクチュエータ基板２として垂直方向に分極した圧電体を使用することができる。例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）やチタン酸バリウム等の圧電体セラミックスを使用することができる。アクチュエータ基板２に形成した溝３はチャンネルＮを構成する。各チャンネルＮは圧電体から成る隔壁Ｋにより仕切られている。

各隔壁Ｋはその側辺に駆動電極Ｄを備えている。駆動電極Ｄは溝３の深さの略１／２よりも上部に設置されている。隔壁Ｋを挟む２つの駆動電極Ｄに電界を印加すると、隔壁Ｋは厚み滑り歪によりチャンネルＮの内側又は外側に変形する。カバープレート４は各チャンネルＮに液体を供給するための液体供給孔９を備えている。ノズルプレート６は複数のノズル７を有し、各ノズル７はアクチュエータ基板２に形成した各チャンネルＮに連通する。アクチュエータ基板２はそのｙ方向の端部上面に複数の端子電極を備え、各端子電極は隔壁Ｋの側面に形成した駆動電極Ｄに電気的に接続する。アクチュエータ基板２の端部上面に図示しないフレキシブル基板を設置して、駆動部８が生成した駆動信号を各駆動電極Ｄに伝達可能に構成されている。

（第二実施形態）
図４は本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッド１の駆動信号を表す。図４（ａ）は選択信号の内の吐出信号を示し、図４（ｂ）は、図１に示すチャンネルＮ１〜Ｎ５を駆動するための信号Ｓ１〜Ｓ５の一例を表すタイミングチャートである。第一実施形態と異なる点は吐出信号であり、非吐出信号は図２（ｂ）に示す第一実施形態と同様である。従って、以下、主に第一実施形態と異なる点について説明する。

図４（ａ）に示す吐出信号は、第一実施形態と同様に、チャンネルＮ２の容積を膨張させる第一波形と、この後にチャンネルＮ２の容積を収縮させてチャンネルＮ２に連通するノズルから液体を吐出させる第二波形と、この第一波形の直前にチャンネルＮ２から液体を吐出させない程度に隔壁Ｋ１とＫ２を第一波形と逆方向に変形させる第三波形を有している。

具体的に説明する。駆動部８は、選択された期間であるＣサイクルにチャンネルＮ２に対して吐出信号を供給する。即ち、駆動電極Ｄ１に信号Ｓ１、駆動電極Ｄ２に信号Ｓ２、駆動電極Ｄ３に信号Ｓ３の選択信号を供給する。駆動部８は、Ｃサイクルの最初の期間ｔ０に各信号Ｓ１〜Ｓ３を供給する。各信号は同じ低電圧なので隔壁Ｋ１とＫ２には電界が印加されず、各隔壁Ｋ１、Ｋ２は変形しない。駆動部８は、次の期間ｔ１に第三波形を供給する。この第三波形は、信号Ｓ１とＳ３は短い期間高電圧に変化し次に低電圧に戻り、信号Ｓ２は低電圧を維持する。その結果、隔壁Ｋ１と隔壁Ｋ２はこの短い期間に電界が印加されて内側に変形する。しかし短期間であることからチャンネルＮ２から液体は吐出されない。期間ｔ１の終了時には下部の模式図に示されるように、チャンネルＮ２の隔壁Ｋ１及びＫ２は内側に若干変形する。つまり第一実施形態の場合と逆方向に変形する。

次に、駆動部８は期間ｔ２に第一波形を供給する。この第一波形は第三波形よりも長く、信号Ｓ２が高電圧、信号Ｓ１とＳ３が低電圧を維持する。その結果、期間ｔ２の終了時までに隔壁Ｋ１とＫ２は電界が印加されて外側に大きく変形し、下部の模式図に示されるようにチャンネルＮ２の容積は大きく膨張し、チャンネルＮ２内に液体を吸引する。次に、駆動部８は期間ｔ３に第二波形を供給する。この第二波形は、期間ｔ２の概ね２倍の長さであり、信号Ｓ２が低電圧、信号Ｓ１と信号Ｓ３が高電圧を維持する。その結果、隔壁Ｋ１とＫ２は電界が印加されて内側に大きく変形し、下部の模式図に示されるように、チャンネルＮ２の容積が大きく収縮する。この期間にチャンネルＮ２内の液体をノズルから吐出する。次の期間ｔ４では、信号Ｓ１〜Ｓ３が同じ低電位となるので隔壁Ｋ１、Ｋ２には電界が印加されない。しかし、圧電体はヒステリシス特性を持っているので、その残留歪に基づいて隔壁Ｋ１とＫ２は先ほど大きく変形した方向、即ち内側に若干変形した状態を維持する。

図４（ｂ）のタイミングチャートに示されるように、駆動部８は、各チャンネルを３サイクル周期で選択し、その選択されたチャンネルに対し、選択信号として上記吐出信号又は第一実施形態の図２（ｂ）に示す非吐出信号を供給する。最初のＣ１サイクルでチャンネルＮ１とＮ４を選択し、以下、Ｃ２サイクルでチャンネルＮ２とＮ５を、Ｃ３サイクルでチャンネルＮ３を、Ｃ４サイクルでＣ１サイクルと同じチャンネルＮ１とＮ４を選択し、これを繰り返す。駆動部８は、各チャンネルを選択した選択期間に当該チャンネル内の駆動電極Ｄに吐出（図中、ｏｎで表す。）又は非吐出（図中、ｏｆｆで表す。）の種類に応じた波形を与え、吐出信号又は非吐出信号を構成する。図２（ｃ）の場合は、Ｃ２サイクルにおいてチャンネルＮ２とチャンネルＮ５に吐出信号を与え、その他のサイクル及びチャンネルには非吐出信号を与えている。

以上の通り、吐出信号は第一波形の前に第一波形と極性が反転する第三波形が挿入されているので、吐出動作を行う前に隔壁Ｋ１及びＫ２を若干内側に変形させる。そのため、Ｃ２サイクルに入る直前の隔壁Ｋ１、Ｋ２の変形状態が、内側や外側、或いは変形していな場合でもその直前の変形状態に影響を受けないで吐出動作を行うことができる。その結果、一定速度で液滴を吐出させることができる。

（第三実施形態）
図５は本発明の第三実施形態に係る液体噴射ヘッド１の選択信号を表す。上記第一及び第二実施形態と異なる点は、選択信号のうち非吐出信号に第三波形を挿入し、吐出速度を安定化させる点である。

図５は、図１に示されるチャンネルＮ５及びＮ２が選択された場合の選択波形を表し、図５（ａ）がチャンネルＮ５に供給される非吐出信号を、図５（ｂ）がチャンネルＮ２に供給される吐出信号を表す。駆動部８は、チャンネルＮ２及びＮ５を駆動するために、駆動電極Ｄｍに信号Ｓｍを供給する。即ち隔壁Ｋｍには信号Ｓｍと信号Ｓｍ＋１の差電圧が印加され、各隔壁Ｋｍは外側に又は内側に変形してチャンネルＮ２及びＮ５の容積を増大又は収縮させる。

図５（ａ）はチャンネルＮ５を駆動する非吐出信号を表す。非吐出信号はチャンネルＮ５から液体を吐出させない程度に隔壁Ｋ４とＫ５を変形させる第三波形を有している。具体的に説明する。駆動部８は、Ｃサイクルの期間ｔ５に各信号Ｓ４〜Ｓ６を低電圧に維持し、次の期間ｔ６に各信号Ｓ４〜Ｓ６を高電圧に維持する。従って、期間ｔ５及びｔ６では隔壁Ｋ４及びＫ５に電界が印加されず、同図の下部に示される模式図のように隔壁Ｋ４、Ｋ５は新たに変形しない。次に、駆動部８は期間ｔ６よりも短い期間ｔ７に第三波形を供給する。この第三波形は、信号Ｓ４及びＳ６が高電圧を維持し、信号Ｓ５が低電圧を維持する。その結果、同図の下部に示される模式図のように、期間ｔ７の終了時までにチャンネルＮ５の隔壁Ｋ４及びＫ５は若干内側に変形する。しかし、短期間であることからチャンネルＮ５から液体は吐出されない。次に、駆動部８は期間ｔ８に信号Ｓ４〜Ｓ６を低電圧に維持する。その結果、隔壁Ｋ４及びＫ５は新たに変形せず、チャンネルＮ５側の若干内側に変形した状態が維持される。これは圧電体のヒステリシス特性に基づく。

なお、隔壁Ｋ４及びＫ５がチャンネルＮ５側に変形することは、チャンネルＮ４及びチャンネルＮ６側からみると外側に変形することになる。即ち、この非吐出信号は隣接するチャンネルの隔壁を外側に変形させる。つまり、次に選択されるチャンネルの隔壁、又はその次に選択されるチャンネルの隔壁を、直前に選択された非吐出信号、又はその直前の前に選択された非吐出信号が外側に若干変形させたことを意味する。

図５（ｂ）はチャンネルＮ２を駆動する吐出信号を表す。吐出信号は、チャンネルＮ２の容積を膨張させる第一波形と、この第一波形の後にチャンネルＮ２の容積を収縮させてチャンネルＮ２に連通するノズルから液体を吐出する第二波形を有している。具体的に説明する。期間ｔ１に入る直前の隔壁Ｋ１及びＫ２は、上記非吐出信号を採用したことにより常に外側に若干変形している。駆動部８は、期間ｔ１において信号Ｓ１〜Ｓ３を低電圧に維持する。その結果、隔壁Ｋ１とＫ２には電界が印加されないので、若干外側に変形した隔壁の状態が維持される。駆動部８は次の期間ｔ２に第一波形を供給する。第一波形は、信号Ｓ２が高電圧を維持し、信号Ｓ１とＳ２が低電圧を維持する。その結果、隔壁Ｋ１とＫ２は電界が印加されて外側に大きく変化し、チャンネルＮ２内に液体を吸引する。次に、駆動部８は期間ｔ３に第二波形を供給する。この第二波形は、期間ｔ２の概ね２倍の長さであり、信号Ｓ１とＳ３が高電圧を、信号Ｓ２が低電圧を維持する。これにより、隔壁Ｋ１とＫ２は大きく内側に変形し、チャンネルＮ２の容積が大きく収縮する。この期間にチャンネルＮ２内の液体がノズルから吐出される。駆動部８は、次の期間ｔ４において、信号Ｓ１〜Ｓ３を同じ低電圧に維持する。そのため隔壁Ｋ１、Ｋ２に電界が印加されず、隔壁Ｋ１、Ｋ２は内側に若干変形した状態を維持する。なお、非吐出信号の期間ｔ５は吐出信号の期間ｔ１と期間ｔ２を加えた期間に等しく、非吐出信号の期間ｔ６と期間ｔ７を加えた期間が吐出信号の期間ｔ３に等しい。

なお、選択期間を終了した隔壁Ｋ１とＫ２がチャンネルＮ２側に変形することは、チャンネルＮ１及びチャンネルＮ３側からみると外側に変形することになる。即ち、吐出信号は隣接するチャンネルの隔壁を外側に変形させる。つまり、次に選択されるチャンネルの隔壁、又はその次に選択されるチャンネルの隔壁を、直前に選択された吐出信号、又はその直前の前に選択された吐出信号が外側に若干変形させることを意味する。従って、上記非吐出信号を考慮すれば、吐出信号及び非吐出信号は、次に選択されるチャンネルの隔壁を常に外側に若干変形させることになる。従って、常に一定の変形状態である隔壁から吐出動作を開始することができるので、吐出される液滴の速度を一定にすることができ、記録品質を向上させることができる。

図６は、第三実施形態の駆動信号により各チャンネルＮ１〜Ｎ４を駆動するときのタイミングチャートを表す。図６（ａ）は全チャンネルから吐出するタイミングチャートを表し、図６（ｂ）は、Ｃ２サイクルでチャンネルＮ２（信号Ｓ２に対応する位置のチャンネル）から液体を吐出し、他のすべてのチャンネルからは液体を吐出しないタイミングチャートを表す。各図の下部には、チャンネルＮ２を構成する両隔壁Ｋ１、Ｋ２の変形状態を模式的に表す。隔壁Ｋ１は破線よりも上側がチャンネルＮ２の容積を増加させる方向、即ち外側への変形を表し、隔壁Ｋ２は破線よりも下側がチャンネルＮ２の容積を増加させる方向、即ち外側への変形を表す。つまり、隔壁Ｋ１とＫ２の間の斜線で表される領域がチャンネルＮ２の容積を概念的に示している。なお、隔壁Ｋ１、Ｋ２の立ち上がり特性や立下り特性は無視している。

ここで、隔壁Ｋ１、Ｋ２は、一旦外側に変形させると、これを強制的に反転させない限り圧電体のヒステリシス特性に基づいて若干外側に変形した状態を維持する。同様に、隔壁Ｋ１、Ｋ２は、一旦内側に変形させると、これを強制的に反転させない限り若干内側に変形した状態を維持する。

そこで、例えばＣ５のサイクルでチャンネルＮ２をｏｎ動作、即ち吐出信号を与えて吐出動作を行う場合に、その直前のタイミングでの隔壁Ｋ１とＫ２の変形状態を調べる。すると、図６（ａ）の全ｏｎの場合は、隔壁Ｋ１はＣ４サイクルで最後に外側に変形し、隔壁Ｋ２はＣ３サイクルで最後に外側に変形する。従って、Ｃ５サイクルの直前では隔壁Ｋ１、隔壁Ｋ２ともに外側に若干変形している。また、図６（ｂ）の１個ｏｎ、他が全ｏｆｆの場合は、隔壁Ｋ１はやはりＣ４サイクルの最後に外側に変形し、隔壁Ｋ２はやはりＣ３サイクルの最後に外側に変形する。

これは、他の吐出パターンでも同様となり、選択期間の直前のタイミングで２つの隔壁は必ず外側に若干変形している。即ち、第三波形を非吐出信号に挿入することにより、吐出信号の直前の隔壁Ｋ１、Ｋ２の変形状態を揃えることができる。その結果、吐出される液滴の速度が安定し、記録品質が向上する。また、本実施形態の場合は非吐出信号の信号Ｓ５の期間ｔ６の時間幅を狭くする方向に設定するので、第一及び第二実施形態の場合よりも調整幅を広くとることができる。なお、３サイクル駆動に限定されず、３サイクル以上の周期で駆動するものであっても良い。

上記第三実施形態の構成を一般化すると、チャンネルＮｍが選択された期間が終了する時点において、吐出信号を供給したときに隔壁Ｋｍと隔壁Ｋｍ＋１が変形する方向と、非吐出信号を供給したときに隔壁Ｋｍと隔壁Ｋｍ＋１が変形する方向とを同一方向とすればよい。上記第三実施形態の場合は、非吐出信号に第三波形を挿入して選択されたチャンネルの隔壁を内側に若干変形させた。そして吐出信号は第一波形の後に第二波形が供給されて選択期間の終了時には選択されたチャンネルの隔壁を内側に若干変形させた。即ち吐出信号と非吐出信号の両方の選択期間の終了時点では、同じ方向に隔壁が若干変形している。その結果、選択期間の開始直前ではチャンネルの隔壁が必ず外側に若干変形する一定の状態を形成することができた。これと同様に、吐出信号及び非吐出信号に、当該選択期間の最後に隔壁を若干外側に変形させる信号を挿入することにより、次の選択期間の直前に隔壁が常に若干内側に変形する状態を形成することができる。

（第四実施形態）
図７は、本発明の第四実施形態に係る液体噴射装置３０の模式的な斜視図である。
液体噴射装置３０は、上記本発明に係る液体噴射ヘッド１、１’を往復移動させる移動機構４３と、液体噴射ヘッド１、１’に液体を供給する液体供給管３３、３３’と、液体供給管３３、３３’に液体を供給する液体タンク３１、３１’を備えている。各液体噴射ヘッド１、１’は本発明に係る液体噴射ヘッド１から構成される。即ち、基板表面に並列する複数の溝と、隣接する溝を離隔する隔壁を有するアクチュエータ基板と、溝を覆い、アクチュエータ基板の基板表面に接合するカバープレートと、溝に連通するノズルを有し、アクチュエータ基板の端面に接合するノズルプレートと、を備えている。

具体的に説明する。液体噴射装置３０は、紙等の被記録媒体３４を主走査方向に搬送する一対の搬送手段４１、４２と、被記録媒体３４に液体を吐出する液体噴射ヘッド１、１’と、液体タンク３１、３１’に貯留した液体を液体供給管３３、３３’に押圧して供給するポンプ３２、３２’と、液体噴射ヘッド１を主走査方向と直交する副走査方向に走査する移動機構４３等を備えている。液体噴射ヘッド１、１’は図示しない駆動部から供給される駆動信号により駆動される。

一対の搬送手段４１、４２は副走査方向に延び、ローラ面を接触しながら回転するグリッドローラとピンチローラを備えている。図示しないモータによりグリッドローラとピンチローラを軸周りに移転させてローラ間に挟み込んだ被記録媒体３４を主走査方向に搬送する。移動機構４３は、副走査方向に延びた一対のガイドレール３６、３７と、一対のガイドレール３６、３７に沿って摺動可能なキャリッジユニット３８と、キャリッジユニット３８を連結し副走査方向に移動させる無端ベルト３９と、この無端ベルト３９を図示しないプーリを介して周回させるモータ４０を備えている。

キャリッジユニット３８は、複数の液体噴射ヘッド１、１’を載置し、例えばイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４種類の液滴を吐出する。液体タンク３１、３１’は対応する色の液体を貯留し、ポンプ３２、３２’、液体供給管３３、３３’を介して液体噴射ヘッド１、１’に供給する。各液体噴射ヘッド１、１’は駆動信号に応じて各色の液滴を吐出する。液体噴射ヘッド１、１’から液体を吐出させるタイミング、キャリッジユニット３８を駆動するモータ４０の回転及び被記録媒体３４の搬送速度を制御することにより、被記録媒体３４上に任意のパターンを記録することできる。

ここで、駆動部は、液体を吐出するノズルを周期的に選択し、この選択された期間の選択されたチャンネルに選択信号を供給し、このチャンネルに充填された液体を吐出する。この選択信号は、チャンネルを膨張させる第一波形と、この第一波形の後にチャンネルを収縮させる第二波形と、チャンネルから液体を吐出させない程度にチャンネルを構成する隔壁を変形させる第三波形を備えている。この構成により、記録パターンに影響を受けないで各ノズルから吐出される液滴の速度を安定させ、記録品質を向上させることができる液体噴射装置を提供することができる。

１ 液体噴射ヘッド
２ アクチュエータ基板
３ 溝
４ カバープレート
５ 液体供給孔
６ ノズルプレート
７ ノズル
８ 駆動部
Ｎ チャンネル
Ｄ 駆動電極
Ｋ 隔壁
Ｓ 信号

Claims (11)

1. 圧電体を有する隔壁により仕切られた複数のチャンネルと、
   前記チャンネルに連通するノズルと、
   前記圧電体に設置された駆動電極と、
   前記チャンネルを周期的に選択し、選択された期間に前記駆動電極に選択信号を供給して前記圧電体を駆動し、前記チャンネルに充填された液体を前記ノズルから吐出させる駆動部と、を備え、
   前記選択信号は、前記チャンネルを膨張させる第一波形と、前記第一波形の後に前記チャンネルを収縮させて液体を吐出させる第二波形と、前記チャンネルから液体を吐出させない程度に前記隔壁を変形させる第三波形を含む液体吐出ヘッド。
2. 前記選択信号は、前記ノズルから液体を吐出させる吐出信号を有し、
   前記吐出信号は、前記第一波形及び前記第二波形と、前記第一波形の直前に供給される前記第三波形を有する請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記第三波形は、前記第一波形と同方向に前記隔壁を変形させる請求項２に記載の液体噴射ヘッド。
4. 前記第三波形は、前記第一波形と逆方向に前記隔壁を変形させる請求項２に記載の液体噴射ヘッド。
5. 前記選択信号は、前記ノズルから液体を吐出させる吐出信号と液体を吐出させない非吐出信号を有し、
   前記吐出信号は、前記第一波形及び前記第二波形を有し、
   前記非吐出信号は、前記第三波形を有する請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記第三波形は、前記第二波形と同方向に前記隔壁を変形させる請求項５に記載の液体噴射ヘッド。
7. 圧電体を有する隔壁により仕切られた複数のチャンネルと、前記チャンネルに連通するノズルと、前記圧電体に設置された駆動電極と、前記チャンネルを周期的に選択し、選択された期間に前記駆動電極に選択信号を供給して前記圧電体を駆動し、前記チャンネルに充填された液体を前記ノズルから吐出させる駆動部と、を備え、
   前記選択信号は、前記ノズルから液体を吐出させる吐出信号と液体を吐出させない非吐出信号を有し、
   前記選択された期間が終了する時点において当該選択されたチャンネルの隔壁が、前記吐出信号が供給されたときと前記非吐出信号が供給されたときの間で同じ方向に若干変形している液体噴射ヘッド。
8. 選択されたチャンネルの隔壁が当該チャンネルの容積を縮小させる内側に向けて若干変形している請求項７に記載の液体噴射ヘッド。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドと、
   前記液体噴射ヘッドを往復移動させる移動機構と、
   前記液体噴射ヘッドに液体を供給する液体供給管と、
   前記液体供給管に前記液体を供給する液体タンクと、を備える液体噴射装置。
10. 圧電体を有する隔壁により仕切られた複数のチャンネルと、前記チャンネルに連通するノズルと、前記圧電体に設置された駆動電極と、前記ノズルを周期的に選択し、選択された期間に前記駆動電極に選択信号を供給して前記圧電体を駆動し、前記チャンネルに充填された液体を前記ノズルから吐出させる駆動部と、を備え、
    前記駆動部は、前記選択信号として、前記チャンネルから液体を吐出させない程度に前記隔壁を変形させる第三波形を供給した後に、前記チャンネルを膨張させる第一波形を供給し、次に前記チャンネルを収縮させる第二波形を供給して前記ノズルから液体を吐出させる液体噴射ヘッドの駆動方法。
11. 圧電体を有する隔壁により仕切られた複数のチャンネルと、前記チャンネルに連通するノズルと、前記圧電体に設置された駆動電極と、前記ノズルを周期的に選択し、選択された期間に前記駆動電極に選択信号を供給して前記圧電体を駆動し、前記チャンネルに充填された液体を前記ノズルから吐出させる駆動部と、を備え、
    前記選択信号は、選択された期間に前記ノズルから液体を吐出させる吐出信号と、前記選択された期間とは異なる選択期間に前記ノズルから液体を吐出させない非吐出信号を含み、
    前記駆動部は、前記吐出信号として前記チャンネルを膨張させる第一波形の後に前記チャンネルを収縮させる第二波形を供給し、前記非吐出信号として前記チャンネルから液体を吐出させない程度に前記隔壁を変形させる第三波形を供給する液体噴射ヘッドの駆動方法。

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