JP2013188930A - 圧電アクチュエータの駆動信号決定方法、及び、液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズルからの液体の吐出特性のばらつきを効果的に抑制する
【解決手段】インクジェットヘッドを製造した後、ノズルの直径に応じた駆動電位の調整量、及び、検査部の活性部の静電容量に応じた駆動電位の調整量を算出する（Ｓ２０１〜Ｓ２０４）。さらに、コンプライアンス比が１．５以上の場合には（Ｓ２０５：ＹＥＳ）、検査部の共振周波数を検出し、その検出結果と上記活性部の静電容量とから、検査部の活性部及び非活性部の厚みを検出する（Ｓ２０７〜Ｓ２１０）。そして、検査部の活性部及び非活性部の厚みから算出されるこれらの剛性に応じて、それぞれ、駆動電位の調整量を算出する（Ｓ２１０）。そして、設計上の駆動電位を上記のようにして算出された調整量で調整することによって、複数の個別電極に付与する駆動電位を決定する（Ｓ２０６、Ｓ２１２）。
【選択図】図５

Description

本発明は、ノズルから液体を吐出する液体吐出装置に用いられる圧電アクチュエータの駆動信号決定方法、及び、ノズルから液体を吐出する液体吐出装置に関する。

特許文献１には、２列のノズル列からなるノズル列群と、６列のノズル列からなるノズル列群とを含むインク流路が形成されたキャビティユニットと、キャビティユニットの上面に配置された３つの圧電層、及び、最も上側の圧電層の圧力室と重なる部分を上下から挟む電極とを有する圧電アクチュエータと、を備えたインクジェットヘッドが記載されている。特許文献１に記載のインクジェットヘッドでは、最も上側の圧電層を挟む電極間に駆動電圧を印加すると、当該圧電層が水平方向に収縮し、３つの圧電層の圧力室と重なる部分が全体として圧力室側に凸となるように変形する。これにより、圧力室内のインクに圧力が付与され、ノズルからインクが吐出される。

また、特許文献１に記載のインクジェットヘッドでは、上述の２つのノズル列群が互いに間隔をあけて配置されている。また、圧電アクチュエータの、これら２つのノズル列群の間に位置する部分には、検査用電極パターンが形成されている。そして、検査用電極パターンを用いて圧電層の静電容量を測定し、測定した静電容量に応じて、電極間に印加する駆動電圧を決定している。

特開２０１０−１５５４０７号公報

ここで、特許文献１に記載されているような圧電アクチュエータは、一般に、厚みが薄く剛性が低いため、３つの圧電層を圧力室側に凸となるように変形させたときに、３つの圧電層の圧力室と重なる部分は、圧力室内のインクに押し返されてしまう。そのため、静電容量によってのみ圧電アクチュエータの駆動電圧を決定すると、３つの圧電層やこれらを接合する接着剤の厚みにばらつきがある場合など、圧電アクチュエータの剛性にばらつきがある場合に、駆動電圧を適切に決定することができない虞がある。

なお、特許文献１に記載の圧電アクチュエータの場合、最も上側の圧電層の静電容量は、当該圧電層の厚みによって決まるものであるため、当該静電容量に応じて駆動電圧を決定すれば、駆動電圧は、最も上側の圧電層の厚みについてはある程度加味された電圧となる。しかしながら、下側２つの圧電層の厚みのばらつきは、上記静電容量にほとんど影響を与えない。そのため、上記静電容量に応じてのみ駆動電圧を決定すると、少なくとも下２つの圧電層に厚みのばらつきがある場合には、駆動電圧を適切に決定することができない虞がある。

本発明の目的は、ノズルからの液体の吐出特性のばらつきを効果的に抑制することが可能な、液体吐出装置に用いられる圧電アクチュエータの駆動信号の決定方法、及び、ノズルからの液体の吐出特性のばらつきを効果的に抑制することが可能な液体吐出装置を提供することである。

第１の発明に係る圧電アクチュエータの駆動信号決定方法は、ノズルと、前記ノズルに連通する圧力室とを有する流路ユニットと、前記圧力室を覆う第１の層と、圧電材料からなり、前記第１の層の前記圧力室と反対側の面に配置された第２の層と、前記第２の層の前記圧力室と重なる部分を挟むように設けられた駆動電極と、を有する圧電アクチュエータと、を備えた液体吐出装置に用いられる圧電アクチュエータの駆動信号決定方法であって、前記圧電アクチュエータの前記圧力室と重なる部分である駆動部の剛性に応じて前記駆動信号を決定する駆動信号決定工程を備えていることを特徴とする。

第１０の発明に係る液体吐出装置は、ノズルと、前記ノズルに連通する圧力室とを有する流路ユニットと、前記圧力室を覆う第１の層と、前記第１の層の前記圧力室と反対側の面に配置された、圧電材料からなる第２の層と、前記第２の層の前記圧力室と重なる部分を挟むように設けられた駆動電極と、を有する圧電アクチュエータと、前記駆動電極に駆動電圧を印加する電圧印加手段と、を備え、前記電圧印加手段は、前記圧電アクチュエータの前記圧力室と重なる部分である駆動部の剛性に応じて決定された駆動信号を前記駆動電極に付与することを特徴とする。

第１の層や第２の層の厚みが薄い場合など、駆動部の剛性が小さく、圧力室内の液体の剛性に対する駆動部の剛性の比であるコンプライアンス比が大きい場合には、駆動部の剛性のばらつきが、ノズルからの液体の吐出特性に与える影響が大きくなる。そのため、このような場合には、駆動部の剛性を考慮せずに駆動信号を決定すると、ノズルからの液体の吐出特性のばらつきを十分に抑制することができない虞がある。これに対して、これらの発明では、駆動部の剛性に応じて駆動信号を決定するため、コンプライアンス比が大きい場合でも、ノズルからの液体の吐出特性のばらつきを効果的に抑制することができる。

第２の発明に係る圧電アクチュエータの駆動信号決定方法は、第１の発明に係る圧電アクチュエータの駆動信号決定方法において、前記圧電アクチュエータは、共振周波数を検出するための検査部を備え、前記検査部の共振周波数を検出する共振周波数検出工程、をさらに備え、前記駆動信号決定工程において、前記共振周波数検出工程において検出された共振周波数に応じて前記駆動信号を決定することによって、前記駆動部の剛性に応じて駆動信号を決定することを特徴とする。

駆動部の共振周波数と駆動部の剛性とは、駆動部の厚みをパラメータとして相関関係にある。したがって、本発明によると、駆動部の共振周波数に応じて駆動信号を決定することによって、駆動部の剛性に応じて駆動信号を決定することができる。

第３の発明に係る圧電アクチュエータの駆動信号決定方法は、第１又は第２の発明に係る圧電アクチュエータの駆動信号決定方法において、前記第１の層が、複数の部材が積層されることによって形成されたものであり、前記第１の層を形成する前記複数の部材同士が接着剤で接合されていることを特徴とする。

第１の層が、互いに積層された複数の部材が接着剤で接合されたものである場合には、コンプライアンス比が大きいと、接着剤の厚みが駆動部の剛性に与える影響が大きくなる。これに対して、本発明では、駆動部の共振周波数に応じて駆動信号を決定するため、接着剤を含めた駆動部の剛性に応じて駆動信号を決定することができる。したがって、ノズルからの液体の吐出特性のばらつきを抑制することができる。

第４の発明に係る圧電アクチュエータの駆動信号決定方法は、第１〜第３のいずれかの発明に係る圧電アクチュエータの駆動信号決定方法において、前記駆動信号決定工程において、前記駆動部の剛性に対する前記圧力室内の液体の剛性の比であるコンプライアンス比が１．５以上である場合にのみ、前記駆動部の剛性に応じて前記駆動信号を決定することを特徴とすることを特徴とする。

本発明によると、コンプライアンス比が大きく、駆動部の剛性がノズルからの液体の吐出特性に与える影響が大きい場合には、駆動部の剛性に応じて駆動信号を決定することにより、ノズルからの液体の吐出特性のばらつきを確実に抑制することができる。一方、コンプライアンス比が小さく、駆動部の剛性がノズルからの液体の吐出特性に与える影響が小さい場合には、駆動信号の決定において駆動部の剛性を考慮しないことにより、駆動信号決定工程を簡略化することができる。

第５の発明に係る圧電アクチュエータの駆動信号決定方法は、第１〜第４の発明に係る圧電アクチュエータの駆動信号決定方法において、前記流路ユニットが、前記圧力室を複数備え、前記圧電アクチュエータが、前記駆動部を複数備え、前記駆動信号決定工程において、複数の前記駆動部に対する駆動信号を、個別に決定することを特徴とする。

本発明によると、複数の駆動部の駆動電極に付与する駆動信号を個別に決定することにより、複数のノズルからの液体の吐出特性のばらつきを抑制することができる。

第６の発明に係る圧電アクチュエータの駆動信号決定方法は、第１〜第５の発明に係る圧電アクチュエータの駆動信号決定方法において、前記駆動信号決定工程において、前記駆動部の剛性と、前記駆動部の前記第２の層によって形成される部分である活性部の静電容量とに応じて、前記駆動信号を決定することを特徴とする。

ノズルからの液体の吐出特性は、活性部の静電容量によっても変わってくる。これに対して、本発明では、駆動部の剛性と活性部の静電容量とに応じて駆動信号を決定するため、ノズルからの液体の吐出特性のばらつきをより確実に抑制することができる。

第７の発明に係る圧電アクチュエータの駆動信号決定方法は、第６の発明に係る圧電アクチュエータの駆動信号決定方法において、前記駆動信号決定工程において、前記活性部の剛性と、前記駆動部の前記第１の層によって形成される部分である非活性部の剛性とに応じて、前記駆動信号を決定し、前記駆動信号を決定するときの、前記活性部の剛性の重みづけを、前記非活性部の剛性の重みづけよりも小さくすることを特徴とする。

活性部の厚みが変わると、活性部の静電容量と活性部の剛性の両方が変わる。そのため、活性部と非活性部とを含めた駆動部全体の剛性と活性部の静電容量とに応じて駆動信号を決定すると、活性部の厚みのばらつきに対して、駆動信号を適切に決定することができず、ノズルからの液体の吐出特性のばらつきが十分に抑制されない虞がある。

これに対して、本発明では、活性部の剛性と非活性部の剛性とに応じて、駆動信号を決定し、駆動信号を決定するときの、活性部の剛性の重みづけを、非活性部の剛性の重みづけよりも小さくしている。したがって、駆動部の剛性と活性部の静電容量とに応じて駆動信号を決定する場合に、活性部の厚みにばらつきがあっても適切に駆動信号を決定することができる。そして、これにより、ノズルからの液体の吐出特性のばらつきを確実に抑制することができる。

第８の発明に係る圧電アクチュエータの駆動信号決定方法は、第７の発明に係る圧電アクチュエータの駆動信号決定方法において、前記活性部と前記非活性部とを含む前記駆動部全体の厚みを検出する全体厚み検出工程と、前記活性部の静電容量から前記活性部の厚みを算出する活性部厚み算出工程と、前記駆動部全体の厚みから前記活性部の厚みを差し引いて前記非活性部の厚みを算出する非活性部厚み算出工程と、をさらに備え、前記駆動信号決定工程において、前記活性部の厚みと前記非活性部の厚みとに応じて、前記駆動信号を決定することによって、前記活性部の剛性と前記非活性部の剛性とに応じて、前記駆動信号を決定することを特徴とする。

活性部及び非活性部の厚みと、活性部及び非活性部の剛性とは相関関係にある。したがって、活性部の厚みと非活性部の厚みとに応じて、駆動信号を決定することにより、活性部の剛性及び非活性部の剛性とに応じて、駆動信号を決定することができる。

また、活性部と非活性部とを含めた駆動部全体の厚みは、駆動部の共振周波数から算出することができる。一方、活性部の厚みは、活性部の静電容量から算出することができる。そして、駆動部全体の厚みから活性部の厚みを差し引くことにより、非活性部の厚みを算出することができる。すなわち、活性部及び非活性部の厚みは、液体吐出装置の製造後であっても算出可能である。また、液体吐出装置の製造後に活性部及び非活性部の厚みを算出すれば、接着剤の厚みなどを含めた活性部及び非活性部の厚みを正確に検出することができる。

本発明によれば、駆動部の剛性に応じて駆動信号を決定するため、コンプライアンス比が大きい場合でも、ノズルからの液体の吐出特性のばらつきを効果的に抑制することができる。

本発明の実施の形態に係るプリンタの概略構成図である。 図１のインクジェットヘッドの平面図である。 図２のIII−III線断面図である。 プリンタの製造工程を示すフローチャートである。 図４の駆動電位を決定する工程の詳細を示すフローチャートである。 検査部の共振周波数を検出しているときの状態を示す図である。 駆動用電極及び検査用電極に印加される電圧の周波数と、検出される電流との関係を示す図である。 駆動部の厚みが同じ量だけ変動したときの、コンプライアンス比と、駆動部の変形量の変化との関係を示す図である。 コンプライアンス比と、圧電アクチュエータの厚みのばらつきによる駆動部の変形量の変化との関係を示す図である。 一変形例の図２相当の図である。 図１０の変形例における図３相当の図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係るプリンタ１は、キャリッジ２、インクジェットヘッド３、用紙搬送ローラ４などを備えている。キャリッジ２は、ガイドバー５に沿って走査方向に往復移動する。インクジェットヘッド３はキャリッジ２に搭載されており、その下面に形成された複数のノズル１５（図２参照）からインクを吐出する。用紙搬送ローラ４は、記録用紙Ｐを走査方向と直交する紙送り方向に搬送する。

そして、プリンタ１においては、用紙搬送ローラ４によって紙送り方向に搬送される記録用紙Ｐに、キャリッジ２とともに走査方向に往復移動するインクジェットヘッド３からインクを吐出することによって、記録用紙Ｐに印刷を行う。また、印刷が完了した記録用紙Ｐは、用紙搬送ローラ４によって排出される。

次に、インクジェットヘッド３について説明する。インクジェットヘッド３は、図２、図３に示すように、ノズル１５や後述の圧力室１０などのインク流路が形成された流路ユニット２１と、圧力室１０内のインクに圧力を付与するための圧電アクチュエータ２２とを備えている。

流路ユニット２１は、４枚のプレート３１〜３４が、上からこの順に積層された状態で、接着剤により互いに接合されることによって形成されている。ここで、４枚のプレート３１〜３４のうち、最も下方に配置されたプレート３４を除く３枚のプレート３１〜３３はステンレスなどの金属材料などからなる。また、プレート３４は合成樹脂材料からなる。あるいは、プレート３４もプレート３１〜３３と同じ金属材料からなるものであってもよい。

プレート３１には、複数の圧力室１０が形成されている。圧力室１０は走査方向を長手方向とする略長方形の平面形状を有している。また、複数の圧力室１０は、紙送り方向に配列されることによって圧力室列９を形成しており、プレート３１には、このような圧力室列９が走査方向に２列に配列されている。また、プレート３１には、各圧力室１０の走査方向の外側に隣接する部分に、それぞれ、略円形の平面形状を有する検査用空間１７が形成されている。

プレート３２には、圧力室１０の長手方向外側及び内側の端部と重なる部分に、それぞれ、略円形の貫通孔１２、１３ａが形成されている。プレート３３には、マニホールド流路１１が形成されている。マニホールド流路１１は、圧力室列９に沿って紙送り方向に２列に延びており、圧力室１０の走査方向に関する貫通孔１２側の略半分と重なっている。また、２列に延びたマニホールド流路１１は、その基端部において互いに連通しており、マニホールド流路１１には、その基端部に連通するインク供給口８からインクが供給される。また、プレート３３には、貫通孔１３ａと重なる部分に略円形の貫通孔１３ｂが形成されている。プレート３４には、貫通孔１３ｂと重なる部分にノズル１５が形成されている。

そして、以上のような流路ユニット２１においては、マニホールド流路１１が貫通孔１２を介して複数の圧力室１０と連通しており、各圧力室１０は、対応する貫通孔１３ａ、１３ｂによって形成されるディセンダ流路１３を介してノズル１５に連通している。これにより、流路ユニット２１には、マニホールド流路１１と、マニホールド流路１１の出口から圧力室１０を経てノズル１５に至る複数の個別インク流路とが形成されている。なお、検査用空間１７は、これらのインク流路とは連通しない独立した空間となっている。

圧電アクチュエータ２２は、インク分離層４１、セラミックス層４２、圧電層４３、共通電極４４、複数の個別電極４５、複数の検査用電極４６などを備えている。インク分離層４１は、ステンレスなどの金属材料からなる板状の部材で、圧力室１０及び検査用空間１７を覆うように、プレート３１の上面に接着剤によって接合されている。インク分離層４１は、圧力室１０内のインクがセラミックス層４２に接触しないようにするためのものである。

セラミックス層４２は、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との混晶であるチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電材料からなり、インク分離層４１の上面に接着剤２６によって接合されている。圧電層４３は、セラミックス層４２と同様の圧電材料からなり、セラミックス層４２の上面に配置されている。また、セラミックス層４２及び圧電層４３は、複数の圧力室１０及び複数の検査用空間１７にまたがって連続的に延びている。なお、セラミックス層４２は、圧電層４３とは異なり、圧電材料以外の材料によって構成されていてもよい。

ここで、インクジェットヘッド３では、プレート３１〜３４の間や、プレート３１とインク分離層４１との間にも接着剤が存在しているが、図３では、図面をわかりやすくするために、上述の接着剤２６以外の接着剤については、図示を省略している。

共通電極４４は、セラミックス層４２と圧電層４３との間に形成されており、そのほぼ全域にわたって延びている。共通電極４４は、圧電層４３に形成されたスルーホール３９を介して圧電層４３の上面に形成された表面電極３８に引き出されている。表面電極３８の上面には、圧電層４３の上面から上方に突出したバンプ３７が形成されている。バンプ３７は導電性材料からなり、圧電アクチュエータ２２の上方に配置されたＦＰＣ５０の配線５１に接続されている。配線５１には、図示しないドライバＩＣが接続されており、共通電極４４は、配線５１、バンプ３７、表面電極３８及びスルーホール３９を介してドライバＩＣと接続されている。そして、共通電極４４は、ドライバＩＣにより、常にグランド電位に保持されている。

複数の個別電極４５は、圧力室１０よりも一回り小さい略長方形の平面形状を有しており、圧電層４３の上面の複数の圧力室１０の略中央部と重なる部分に配置されている。複数の検査用電極４６は、検査用空間１７よりも一回り小さい略円形の平面形状を有しており、圧電層４３の上面の複数の検査用空間１７の略中央部と重なる部分に配置されている。

ここで、共通電極４４、複数の個別電極４５及び複数の検査用電極４６がこのように配置されているのに対応して、圧電層４３の、個別電極４５と共通電極４４とに挟まれた部分、及び、検査用電極４６と共通電極４４とに挟まれた部分は、それぞれ、その厚み方向に分極されている。

また、圧電層４３の上面には、複数の導通部４７が設けられている。複数の導通部４７は、互いに対応する個別電極４５と検査用電極４６との間に配置されており、走査方向に延びて個別電極４５と検査用電極４６とを導通させている。

検査用電極４６の上面には、圧電層４３の上面から上方に突出したバンプ４８が形成されている。バンプ４８は導電性材料からなり、圧電アクチュエータ２２の上方に配置されたＦＰＣ５０の配線５１に接続されている。配線５１には、ドライバＩＣ５２が接続されており、複数の個別電極４５は、それぞれ、配線５１、バンプ４８、導通部４７を介してドライバＩＣ５２と接続されている。そして、複数の個別電極４５には、ドライバＩＣ５２により、グランド電位及び駆動電位のいずれかの電位が選択的に付与される。

そして、以上のような構成の圧電アクチュエータ２２は、複数の圧力室１０と重なる部分が、それぞれ、圧力室１０内のインクに圧力を付与するための駆動部２２ａとなっている。また、駆動部２２ａは、圧電層４３によって形成されている部分が活性部２２ａ１となっており、インク分離層４１及びセラミックス層４２と、接着剤２６とによって形成されている部分が非活性部２２ａ２となっている。

また、圧電アクチュエータ２２は、検査用空間１７と重なる部分が、対応する駆動部２２ａの駆動電位を決定するための検査部２２ｂとなっている。また、検査部２２ｂは、圧電層４３によって形成されている部分が活性部２２ｂ１となっており、インク分離層４１及びセラミックス層４２と、接着剤２６とによって形成されている部分が非活性部２２ｂ２となっている。

ここで、インクジェットヘッド３において、圧電アクチュエータ２２を駆動してノズル１５からインクを吐出させる方法について説明する。圧電アクチュエータ２２においては、予め、ドライバＩＣ５２により、全ての個別電極４５がグランド電位に保持されている。あるノズル１５からインクを吐出させる際には、対応する個別電極４５の電位を駆動電位に切り換える。すると、圧電層４３の当該個別電極４５と共通電極４４とに挟まれた部分に電圧が印加され、圧電層のこの部分に分極方向と平行な電界が発生する。そして、この電界により、圧電層４３のこの部分は、分極方向と直交する水平方向に収縮し、インク分離層４１、セラミックス層４２及び圧電層４３の圧力室１０と重なる部分が全体として圧力室１０側に凸となるように変形して、圧力室１０の容積が減少する。これにより、圧力室１０内のインクの圧力が上昇し、圧力室１０に連通するノズル１５からインクが吐出される。

次に、プリンタ１の製造方法について図４のフローチャートを用いて説明する。プリンタ１を製造するためには、まず、インクジェットヘッド３を製造する（ステップＳ１０１、以下、単にＳ１０１などとする）。具体的には、プレート３１〜３４を互いに接合することによって流路ユニット２１を形成し、流路ユニット２１の上面に圧電アクチュエータ２２を接合することによってインクジェットヘッド３を製造する。次に、Ｓ１０１で製造されたインクジェットヘッド３において、個別電極４５に付与する駆動電位を決定する（Ｓ１０２）。

Ｓ１０２における駆動電位の決定方法について説明すると、図５に示すように、まず、複数のノズル１５の直径を測定する（Ｓ２０１）。続いて、Ｓ２０１において測定したノズル１５の直径に応じた駆動電位の調整量ΔＶｄを算出する（Ｓ２０２）。調整量ΔＶｄは、例えば、測定したノズル１５の直径をＤ、設計上のノズル１５の直径をＤｓとして、以下のように算出される。ここで、Ｎｄは係数である。

次に、複数の検査部２２ｂの活性部２２ｂ１の静電容量を検出する（Ｓ２０３）。続いて、Ｓ２０１において検出した静電容量に応じた駆動電位の調整量ΔＶｃを算出する（Ｓ２０４）。調整量ΔＶｃは、例えば、検出された静電容量をＣ、設計上の静電容量をＣｓとして、以下のように算出される。ここで、Ｎｃは係数である。

次に、設計上の、駆動部２２ａの剛性に対する前記圧力室１０内のインクの剛性の比であるコンプライアンス比が１．５未満の場合には（Ｓ２０５：ＮＯ）、Ｓ２０２、Ｓ２０４において算出した調整量ΔＶｄ、ΔＶｃに応じて、複数の個別電極４５に付与する駆動電位を個別に算出する（Ｓ２０６）。具体的には、設計上の駆動電位である基準駆動電位をＶｂとして、次の式によって各個別電極４５に付与する駆動電位Ｖを個別に算出する。そして、駆動電位Ｖの決定後、Ｓ１０３に進む。

一方、設計上のコンプライアンス比が１．５以上の場合には（Ｓ２０５：ＹＥＳ）、複数の検査部２２ｂの共振周波数を検出する（Ｓ２０７）。具体的には、例えば、図６に示すように、共通電極４４に電流検出装置６１を接続するとともに、検査用電極４６に対応する個別電極４５に、電圧印加装置６２に接続されたプローブ６３を接触させる。そして、電圧印加装置６２により、プローブ６３から個別電極４５及び導通部４７を介して検査用電極４６に電圧を印加するとともに、当該電圧の周波数を順次変化させ、電流検出装置６１により、共通電極４４から出力される電流値Ｉｅを検出する。

このとき、図７に示すように、検査用電極４６に印加された電圧の周波数が検査部２２ｂの共振周波数となったときに、当該周波数が検査部２２ｂの共振周波数以外の周波数であるときよりも、共通電極４４から出力される電流値Ｉｅが極端に大きくなる。このことを利用して、電流値Ｉｅのピークが得られたときに、検査用電極４６に印加された電圧の周波数を、検査部２２ｂの共振周波数として検出する。

ここで、駆動部２２ａについても、上述したのと同様、図７に示すように、個別電極４５に印加された電圧の周波数が駆動部２２ａの共振周波数となったときに、当該周波数が駆動部２２ａの共振周波数以外の周波数であるときよりも、共通電極４４から出力される電流値Ｉｄが極端に大きくなる。

そして、本実施の形態では、検査用空間１７は圧力室１０と平面形状が異なっているため、検査部２２ｂの共振周波数は、駆動部２２ａの共振周波数とは異なっている。より詳細には、図７に示すように、検査部２２ｂの１次振動モードにおける共振周波数Ｆｅ１が、駆動部２２ａの１次振動モードにおける共振周波数Ｆｄ１と、２次振動モードにおける共振周波数Ｆｄ２のほぼ中間の周波数となっている。本実施の形態では、検査部２２ｂの共振周波数として１次振動モードでの共振周波数を検出する。

次に、Ｓ２０７において検出した共振周波数から各検査部２２ｂ全体の厚みを算出し（Ｓ２０８）、Ｓ２０２において検出した活性部２２ｂ１の静電容量から、活性部２２ｂ１の厚みを算出する（Ｓ２０９）。そして、Ｓ２０８において検出した検査部２２ｂ全体の厚みから、Ｓ２０９において算出した活性部２２ｂ１の厚みを差し引くことにより、非活性部２２ｂ２の厚みを算出する（Ｓ２１０）。

続いて、Ｓ２０９において算出した活性部２２ｂ１の厚みから、活性部２２ｂ１の厚みに応じた駆動電位の調整量ΔＶｐを算出するとともに、Ｓ２１０において算出した非活性部２２ｂ２の厚みから、非活性部２２ｂ２の厚みに応じた駆動電位の調整量ΔＶｎを算出する（Ｓ２１１）。

調整量ΔＶｐは、例えば、Ｓ２０９において算出された活性部２２ｂ１の厚みから算出される活性部２２ｂ１の剛性をＫｐ、設計上の活性部２２ｂ１の剛性をＫｐｓとして、以下の式によって算出する。ここで、Ｎｐは係数である。

一方、調整量ΔＶｎは、例えば、Ｓ２１０において算出された非活性部２２ｂ２の厚みから算出される非活性部２２ｂ２の剛性をＫｎ、設計上の非活性部２２ｂ２の剛性をＫｎｓとして、以下の式によって算出する。ここでＮｎは係数である。

このとき、係数Ｎｎは、上述の係数Ｎｐよりも大きな値となっている。すなわち、検査部２２ｂの厚みに応じて駆動電位を決定するときの、非活性部２２ｂ２の重みづけが、活性部２２ｂ１の重みづけよりも大きくなっている。

そして、Ｓ２１１において調整量ΔＶｐ、ΔＶｎの算出が完了した後、Ｓ２０２、Ｓ２０４、Ｓ２１１において算出した調整量ΔＶｄ、ΔＶｃ、ΔＶｐ、ΔＶｎに応じて複数の個別電極４５に付与する駆動電位を個別に算出する（Ｓ２１２）。具体的には、次の式によって複数の個別電極４５に付与する駆動電位Ｖを個別に算出する。そして、駆動電位Ｖの決定後、Ｓ１０３に進む。

Ｓ１０３では、検査用電極４６の上面にバンプ４８を形成する。続いて、バンプ４８に配線部材５０の配線５１を接続する（Ｓ１０４）。そして、この後、ＦＰＣ５０を接続したインクジェットヘッド３を、インクジェットヘッド３と並行して製造したキャリッジ２に組み付けるなど、プリンタ１の製造のための以降の製造工程に進み（Ｓ１０５）、プリンタ１の完成によってフローを終了する。

以上に説明した実施の形態では、１つのインクジェットヘッド３の圧電アクチュエータ２２の中で、あるいは、複数のインクジェットヘッド３の圧電アクチュエータ２２の間で、インク分離層４１、セラミックス層４２及び圧電層４３の厚みや、接着剤２６の厚みにばらつきが生じる。

特に、接着剤により接合を行うときには、通常、接合面の一部分に接着剤を塗布し、接合する部材同士を積層方向の互いに押し付けることによって、接着剤を接合面全体に広げる。そのため、上述したような接着剤２６の厚みのばらつきは、塗布する接着剤の量のばらつきや、接着剤の広がり方のばらつきなどによりどうしても生じてしまう。

ここで、圧電アクチュエータ２２を駆動して圧力室１０内のインクに圧力を付与したときに、圧力室１０側に凸となるように変形した駆動部２２ａは、圧力室１０内のインクによって押し返される。このとき、上述したようなインク分離層４１、セラミックス層４２及び圧電層４３、接着剤２６の厚みにばらつきがあることにより、駆動部２２ａの剛性にばらつきがあると、駆動部２２ａが圧力室１０内のインクによって押し返される量にばらつきが生じる。そのため、複数の個別電極４５に一律の駆動電位を付与すると、１つのインクジェットヘッド３の中で、あるいは、複数のインクジェットヘッド３の間で、ノズル１５からのインクの吐出特性にばらつきが生じてしまう。

さらに、このとき、駆動部２２ａの厚みが薄く、駆動部２２ａの剛性が低い場合ほど、駆動部２２ａが圧力室１０内のインクによって大きく押し返される。そのため、図８に示すように、駆動部２２ａの厚みが薄く、駆動部２２ａの剛性が低い場合ほど、すなわち、コンプライアンス比が大きい場合ほど、駆動部２２ａの厚みの変動に対する駆動部２２ａの変形量の変化が大きくなる。ここで、図８は、駆動部２２ａの厚みが同じ量だけ変動したときの、コンプライアンス比と、駆動部２２ａの変形量の変化との関係を示している。

そのため、図９に示すように、コンプライアンス比が大きい場合ほど、上述したようなインク分離層４１、セラミックス層４２及び圧電層４３の厚みのばらつきや、接着剤２６の厚みのばらつきが、駆動部２２ａの変形量、すなわち、ノズル１５からのインクの吐出特性に与える影響は大きくなる。そして、コンプライアンス比が１．５以上である場合には、上述したようなインク分離層４１、セラミックス層４２、圧電層４３及び接着剤２６の厚みのばらつきによる駆動部２２ａの変形量の変化率は１０％以上となり、特に問題となる。

また、圧電層４３の厚みにばらつきがあると、活性部２２ａ１の静電容量にもばらつきが生じる。そして、この静電容量のばらつきによってもノズル１５からのインクの吐出特性にばらつきが生じる。

また、本実施の形態では、１つのインクジェットヘッド３の中、あるいは、複数のインクジェットヘッド３の間において、ノズル１５の直径にばらつきが生じる。そして、ノズル１５の直径のばらつきによっても、ノズル１５からのインクの吐出特性にばらつきが生じる。

以上のようなノズル１５からのインクの吐出特性のばらつきに対して、本実施の形態では、上述したように、活性部２２ｂ１及び非活性部２２ｂ２の剛性、活性部２２ｂ１の静電容量、及び、ノズル１５の直径に応じて、複数の個別電極４５に付与する駆動電位を個別に決定している。ここで、ある検査部２２ｂの活性部２２ｂ１及び非活性部２２ｂ２の厚みは、当該検査部２２ｂに対応する駆動部２２ａの活性部２２ａ１及び非活性部２２ａ２の厚みとほぼ同じとなる。また、ある検査部２２ｂの活性部２２ｂ１の静電容量と、当該検査部２２ｂに対応する駆動部２２ａの活性部２２ａ１の静電容量とは、相関関係にある。したがって、上述の係数Ｎｄ、Ｎｃ、Ｎｐ、Ｎｎを適切に設定して、調整量ΔＶｄ、ΔＶｃ、ΔＶｐ、ΔＶｎに応じて駆動電位Ｖを決定することで、ノズル１５からのインクの吐出特性のばらつきを抑えることができる。

このとき、複数の個別電極４５に付与する駆動電位を個別に決定しているため、１つのインクジェットヘッド３の中、及び、複数のインクジェットヘッド３の間のいずれにおいても、ノズル１５からのインクの吐出特性のばらつきを抑制することができる。

また、本実施の形態では、駆動部２２ａの厚みのばらつきは、活性部２２ａ１の厚みのばらつきと、非活性部２２ａ２の厚みのばらつきとを合わせたものとなる。一方で、活性部２２ａ１の厚みがばらついた場合には、上述したように活性部２２ａ１の静電容量にもばらつきが生じるのに対して、非活性部２２ａ２の厚みのばらつきは、活性部２２ａ１の静電容量にほとんど影響を与えない。

そのため、本実施の形態とは異なり、仮に、活性部２２ｂ１の厚みと、非活性部２２ｂ２の厚みの比率などを考慮せずに、検査部２２ｂ全体の剛性に応じた調整量を算出し、その調整量に応じて、駆動電位Ｖを決定すると、活性部２２ｂ１の厚みのばらつきに対して、基準駆動電位Ｖｂが、活性部２２ｂ１の静電容量と、活性部２２ｂ１の剛性とに応じて重複して調整されてしまう。その結果、ノズル１５からのインクの吐出特性のばらつきを十分に抑えることができない虞がある。

これに対して、本実施の形態では、活性部２２ｂ１の剛性に応じた駆動電位の調整量ΔＶｐと、非活性部２２ｂ２の剛性に応じた駆動電位の調整量ΔＶｎとを別々に算出し、Ｓ２１２において、調整量ΔＶｐ、ΔＶｎに応じて駆動電位Ｖを算出している。そして、このとき、活性部２２ｂ１の静電容量に応じた調整量ΔＶｃを加味して、調整量ΔＶｐを算出するのに用いる係数Ｎｐの値を、調整量ΔＶｎを算出するのに用いる係数Ｎｎの値よりも小さくしている。したがって、ノズル１５からのインクの吐出特性のばらつきを確実に抑制することができる。

また、このとき、Ｓ２０７において検出した検査部２２ｂ全体の厚みから、Ｓ２０９において活性部２２ｂ１の静電容量から算出した活性部２２ｂ１の厚みを差し引くことで、非活性部２２ｂ２の厚みを算出している。これにより、インクジェットヘッド３を製造した後、接着剤２６の厚みを含めた非活性部２２ｂ２の厚みを精度よく算出することができる。

また、本実施の形態では、コンプライアンス比が１．５以上である場合に、活性部２２ｂ１及び非活性部２２ｂ２の厚み、活性部２２ｂ１の静電容量、及び、ノズル１５の直径の全てに応じて駆動電位を決定している。したがって、上述のとおり、駆動部２２ａの剛性が低く、駆動部２２ａの剛性のばらつきがノズル１５からのインクの吐出特性のばらつきに与える影響が大きい場合に、ノズル１５からのインクの吐出特性のばらつきを確実に抑制することができる。

一方、コンプライアンス比が、１．５未満である場合には、活性部２２ｂ１の静電容量、及び、ノズル１５の直径に応じてのみ駆動電位Ｖを決定している。活性部２２ｂ１及び非活性部２２ｂ２の厚みに応じて駆動電位を決定するためには、上述のＳ２０４〜Ｓ２０９のように、調整量ΔＶｐ、ΔＶｎの算出が必要であるが、上述したように、調整量ΔＶｐ、ΔＶｎの算出は煩雑なものとなっている。そこで、駆動部２２ａの剛性が高く、駆動部２２ａの剛性のばらつきがノズル１５からのインクの吐出特性のばらつきに与える影響が小さい場合には、ノズル１５の直径、及び、活性部２２ｂ１の静電容量に応じてのみ駆動電位を決定する。これにより、煩雑な調整量ΔＶｐ、ΔＶｎの算出が不要となり、駆動電位Ｖを決定する工程を簡略化することができる。

なお、本実施の形態では、互いに積層されたインク分離層４１とセラミックス層４２とを合わせたものが本発明に係る第１の層に相当する。また、圧電層４３が、本発明に係る第２の層に相当し、圧電層４３を挟む共通電極４４と個別電極４５とが、本発明に係る電極に相当する。また、上記Ｓ１０２の工程が、本発明に係る駆動信号決定工程に相当する。また、上記Ｓ２０７の工程が、本発明に係る共振周波数検出工程に相当する。また、Ｓ２０８、Ｓ２０９及びＳ２１０の工程が、それぞれ、全体厚み検出工程、活性部厚み算出工程、及び、非活性部厚み算出工程に相当する。

次に、本実施の形態に種々の変更を加えた変形例について説明する。ただし、本実施の形態と同様の構成については、適宜その説明を省略する。

上述の実施の形態では、Ｓ２０９において活性部２２ｂ１の静電容量から活性部２２ｂ１の厚みを算出し、Ｓ２０７において検出した検査部２２ｂ全体の厚みから、上記活性部２２ｂ１の厚みを差し引いて検査部２２ｂの非活性部の厚みを算出したが、これには限られない。例えば、インクジェットヘッド３の製造後、何らかの方法によって、活性部２２ｂ１及び非活性部２２ｂ２の厚みを直接測定してもよい。あるいは、インクジェットヘッド３の製造前に、インク分離層４１、セラミックス層４２及び圧電層４３の厚みを直接測定するとともに、測定したこれらの厚みと、予め推定される接着剤２６の厚みとから活性部２２ｂ１及び非活性部２２ｂ２の厚みを算出してもよい。

また、上述の実施の形態では、活性部２２ｂ１の厚み及び非活性部２２ｂ２の厚みをそれぞれ取得し、活性部２２ｂ１の厚みによって決まる活性部２２ｂ１の剛性、及び、非活性部２２ｂ２の厚みによって決まる非活性部２２ｂ２の剛性に応じて、それぞれ、駆動電位を決定し、さらに、係数Ｎｎを係数Ｎｐよりも大きくすることで、駆動電位を決定するときの非活性部２２ｂ２の剛性の重みづけを、活性部２２ｂ１の剛性の重みづけよりも大きくしたが、これには限られない。

例えば、Ｓ２０８において検査部２２ｂ全体の厚みを算出した後、算出した検査部２２ｂ全体の厚みに応じて駆動電位の調整量ΔＶｅを決定し、Ｓ２０７において、例えば以下の式によって、調整量ΔＶｅに応じて駆動電位Ｖを算出してもよい。

調整量ΔＶｅは、例えば、検査部２２ｂ全体の厚みから得られる検査部２２ｂ全体の剛性をＫｅ、設計上の検査部２２ｂ全体の剛性をＫｅｓとして、以下のように算出される。

ここで、Ｎｅは、活性部２２ｂ１の静電容量に応じた調整量ΔＶｃを考慮しないとしたときに決まる係数である。また、Ｎｆは、活性部２２ｂ１の厚みのばらつきに対して、基準駆動電気Ｖｂが、活性部２２ｂ１の静電容量と活性部２２ｂ１の剛性とに応じて重複して調整されたときの、重複部分の影響を抑制するための係数であり、０＜Ｎｆ＜１となっている。

この場合には、上述の実施の形態の場合に比べれば、駆動電位の調整の精度は多少低くなってしまうが、活性部２２ｂ１と非活性部２２ｂ２の厚みを算出し、算出したこれらの厚みに応じた調整量ΔＶｐ、ΔＶｎを個別に算出するといった煩雑な工程が不要となるため、駆動電位Ｖを決定する工程が簡略化される。

また、上述の実施の形態では、検査部２２ｂの剛性に加えて、ノズル１５の直径、及び活性部２２ｂ１の静電容量に応じて駆動電位Ｖを決定していたが、検査部２２ｂの剛性に応じてのみ駆動電位Ｖを決定してもよい。

また、上述の実施の形態では、インクジェットヘッド３の複数の駆動部２２ａに対応する検査部２２ｂの剛性に応じて、複数の個別電極４５に付与する駆動電位を個別に決定したが、これには限られない。検査部２２ｂを一部の駆動部２２ａに対してのみ設け、当該検査部２２ｂの剛性に応じて駆動電位を決定してもよい。

また、上述の実施の形態では、コンプライアンス比が１．５以上の場合にのみ検査部２２ｂの剛性に応じて駆動電位Ｖを決定したが、これには限られない。すなわち、コンプライアンス比に関わらず、検査部２２ｂの剛性に応じて駆動電位Ｖを決定してもよい。

また、上述の実施の形態では、インク分離層４１とセラミックス層４２とが互いに積層された状態で接着剤により接合されることで、本発明に係る第１の層が形成されていたが、これには限られない。例えば、インク分離層４１及びセラミックス層４２の代わりに、１つの部材によって形成された第１の層が設けられていてもよい。この場合には、インク分離層４１とセラミックス層４２とを接合する接着剤に相当する層がないため、非活性部２２ａ２の厚みのばらつきが小さくなる。したがって、非活性部２２ｂ２の剛性のばらつきに応じた駆動電位の調整量ΔＶｎを小さくすることができる。

あるいは、インク分離層４１及びセラミックス層４２の代わりに、３以上の部材が積層されることによって形成された第１の層が設けられていてもよい。この場合には、上述の実施の形態の場合よりも接着剤の層の数が多くなるため、非活性部２２ａ２の厚みのばらつきは大きくなりやすい。しかしながら、このような場合でも、非活性部２２ｂ２の剛性に応じて駆動電位を調整するため、ノズル１５からのインクの吐出特性のばらつきを抑えることができる。

また、上述の実施の形態では、インク分離層４１、セラミックス層４２及び圧電層４３が接着剤によって互いに接合されていたがこれには限られない。例えば、成膜法などによって、インク分離層４１の上面にセラミックス層４２及び圧電層４３を順に形成してもよい。

また、上述の実施の形態では、駆動部２２ａとは別に設けられた検査部２２ｂの剛性に応じて駆動電位を調整したが、これには限られない。例えば、検査用空間１７が設けられておらず、プローブ６３を検査用電極４６に接触させることによって、駆動部２２ａの共振周波数を直接検出し、検出した共振周波数に応じて、上述の実施の形態と同様に駆動電位を調整してもよい。すなわち、駆動部２２ａを検査部として利用してもよい。

また、上述の実施の形態では、セラミックス層４２及び圧電層４３が全ての圧力室１０及び全ての検査用空間１７にまたがって連続的に延びたものであったが、これには限られない。例えば、一変形例では、図１０、図１１に示すように、インク分離層４１の上面に、１組の互いに対応する圧力室１０と検査用空間１７の組にのみまたがって延びた、複数のセラミックス層４２及び圧電層４３が設けられている。

また、共通電極４４は、圧電アクチュエータ２２の側面に形成された導電性接着剤７１を介して、インク分離層４１の上面に形成された表面電極７２に引き出されている。そして、表面電極７２がバンプ７３を介してＦＰＣ５０の配線５１に接続されている。

また、上記変形例では、セラミックス層４２及び圧電層４３は、１組の圧力室１０と検査用空間１７の組にのみまたがって延びていたが、これには限られない。セラミックス層４２及び圧電層４３は２組の圧力室１０と検査用空間１７の組など、複数の圧力室１０と検査用空間１７の組にまたがって延びたものであってもよい。

また、以上の例では、検査部２２ｂの剛性などに応じて駆動電位Ｖを変えることで、ノズル１５からのインクの吐出特性のばらつきを抑制していたが、これには限られない。例えば、駆動電位Ｖは一定とし、検査部２２ｂの剛性などに応じて個別電極４５に付与する駆動信号の波形を変えることによって、ノズル１５からのインクの吐出特性のばらつきを抑制してもよい。あるいは、検査部２２ｂの剛性などに応じて、駆動電位Ｖと駆動波形の両方を変えることによって、ノズル１５からのインクの吐出特性のばらつきを抑制してもよい。

また、以上では、ノズルからインクを吐出するインクジェットヘッド及びインクジェットヘッドにおける圧電アクチュエータの駆動信号の決定に本発明を適用した例について説明したが、これには限られない。ノズルからインク以外の液体を吐出する液体吐出装置、及び、このような液体吐出装置における圧電アクチュエータの駆動信号の決定に本発明を適用することも可能である。

１０ 圧力室
１５ ノズル
２１ 流路ユニット
２２ 圧電アクチュエータ
２２ａ 駆動部
２２ａ１ 活性部
２２ａ２ 非活性部
２２ｂ 検査部
２２ｂ１ 活性部
２２ｂ２ 非活性部
４１ インク分離層
４２ セラミックス層
４３ 圧電層
４４ 共通電極
４５ 個別電極
５２ ドライバＩＣ

Claims (9)

1. ノズルと、前記ノズルに連通する圧力室とを有する流路ユニットと、
   前記圧力室を覆う第１の層と、圧電材料からなり、前記第１の層の前記圧力室と反対側の面に配置された第２の層と、前記第２の層の前記圧力室と重なる部分を挟むように設けられた駆動電極と、を有する圧電アクチュエータと、を備えた液体吐出装置に用いられる圧電アクチュエータの駆動信号決定方法であって、
   前記圧電アクチュエータの前記圧力室と重なる部分である駆動部の剛性に応じて前記駆動信号を決定する駆動信号決定工程を備えていることを特徴とする圧電アクチュエータの駆動信号決定方法。
2. 前記圧電アクチュエータは、共振周波数を検出するための検査部を備え、
   前記検査部の共振周波数を検出する共振周波数検出工程、をさらに備え、
   前記駆動信号決定工程において、前記共振周波数検出工程において検出された共振周波数に応じて前記駆動信号を決定することによって、前記駆動部の剛性に応じて駆動信号を決定することを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータの駆動信号決定方法。
3. 前記第１の層が、複数の部材が積層されることによって形成されたものであり、
   前記第１の層を形成する前記複数の部材同士が接着剤で接合されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電アクチュエータの駆動信号決定方法。
4. 前記駆動信号決定工程において、前記駆動部の剛性に対する前記圧力室内の液体の剛性の比であるコンプライアンス比が１．５以上である場合にのみ、前記駆動部の剛性に応じて前記駆動信号を決定することを特徴とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の圧電アクチュエータの駆動信号決定方法。
5. 前記流路ユニットが、前記圧力室を複数備え、
   前記圧電アクチュエータが、前記駆動部を複数備え、
   前記駆動信号決定工程において、複数の前記駆動部に対する駆動信号を、個別に決定することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の圧電アクチュエータの駆動信号決定方法。
6. 前記駆動信号決定工程において、前記駆動部の剛性と、前記駆動部の前記第２の層によって形成される部分である活性部の静電容量とに応じて、前記駆動信号を決定することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の圧電アクチュエータの駆動信号決定方法。
7. 前記駆動信号決定工程において、前記活性部の剛性と、前記駆動部の前記第１の層によって形成される部分である非活性部の剛性とに応じて、前記駆動信号を決定し、
   前記駆動信号を決定するときの、前記活性部の剛性の重みづけを、前記非活性部の剛性の重みづけよりも小さくすることを特徴とする請求項６に記載の圧電アクチュエータの駆動信号決定方法。
8. 前記活性部と前記非活性部とを含む前記駆動部全体の厚みを検出する全体厚み検出工程と、
   前記活性部の静電容量から前記活性部の厚みを算出する活性部厚み算出工程と、
   前記駆動部全体の厚みから前記活性部の厚みを差し引いて前記非活性部の厚みを算出する非活性部厚み算出工程と、をさらに備え、
   前記駆動信号決定工程において、前記活性部の厚みと前記非活性部の厚みとに応じて、前記駆動信号を決定することによって、前記活性部の剛性と前記非活性部の剛性とに応じて、前記駆動信号を決定することを特徴とする請求項７に記載の圧電アクチュエータの駆動信号決定方法。
9. ノズルと、前記ノズルに連通する圧力室とを有する流路ユニットと、
   前記圧力室を覆う第１の層と、前記第１の層の前記圧力室と反対側の面に配置された、圧電材料からなる第２の層と、前記第２の層の前記圧力室と重なる部分を挟むように設けられた駆動電極と、を有する圧電アクチュエータと、
   前記駆動電極に駆動電圧を印加する電圧印加手段と、を備え、
   前記電圧印加手段は、前記圧電アクチュエータの前記圧力室と重なる部分である駆動部の剛性に応じて決定された駆動信号を前記駆動電極に付与することを特徴とする液体吐出装置。

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