JP2018118439A - 液体噴射装置、液体噴射装置の駆動方法、および液体供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】薄膜圧電体の、長時間の電界印加による絶縁破壊を抑制する駆動方法の提供。
【解決手段】ノズルから液体を吐出する前の休止状態７１の第１の電圧Ｖ２を印加する工程と、ノズルから液体を吐出させる前に、圧電体を収縮させる第１電圧Ｖ２より高い待機状態７２の第２電圧Ｖ１を印加する工程と、ノズルから液体を吐出させる第２電圧Ｖ１より低い第３電圧Ｖ３を印加する工程と、液体を吐出するか否かを表す吐出データに応じて、圧電体に第１電圧Ｖ２、第２電圧Ｖ１、第３電圧Ｖ３を切り替えて印加する工程と、を含む液体噴射装置の駆動方法。
【選択図】図８

Description

本発明の実施形態は、インクを充填した圧力室の容積を変化させて、圧力室に連通するノズルからインク滴を吐出させる液体噴射装置を備えるインクジェット記録装置に関する。

微量な液滴を、必要な量、必要な所に供給する液体噴射装置が知られている。例えば、インクジェットプリンタ、分注装置、３Ｄプリンタなどである。インクジェットプリンタは、紙などの媒体の所望な位置にインク滴を付着させて画像や文字を形成する。インクジェットプリンタは印字データに従ってインク滴を吐出させるインクジェットヘッドを備えている。分注装置は、創薬やバイオ分野で試薬品を、所定量、所定の容器へ供給する装置である。また、３Ｄプリンタは、液体樹脂を、所定量、所定の時刻、所定の場所に供給することで、立体印刷を実現している。インクジェットプリンタ、分注装置、３Ｄプリンタは、いずれも制御データに従い、微量な液滴を噴射する液体噴射装置を備えている。インクジェットヘッドも液体噴射装置の一つとなっている。

従来のインクジェットヘッドとして、インク圧力室が形成された基板と、基板に積層された振動板と、振動板上に作られた圧電素子を有する構成が知られている。薄膜の圧電体は、長時間高い電圧が印加され続けると、劣化する傾向がある。圧電体の劣化はインクジェットヘッドの寿命を短くすることになる。

特開２０１３−７５５１１号公報

薄膜の圧電体は、長時間高い電圧が印加され続けると、劣化する傾向がある。劣化すると、電圧印加によって薄膜圧電体が絶縁破壊を起す。薄膜圧電体を有するインクジェットヘッドとして動作不能になる可能性がある。圧電体の劣化はインクジェットヘッドの寿命を短くすることになる。

本発明の実施形態の液体噴射装置の駆動方法は、
液体を吐出するノズルに連通する圧力室が形成された基板と、
前記圧力室に対応して設けられ、電圧を印加することで厚さ方向と直交する方向に収縮する圧電体と、
前記圧力室と圧電体の間に配置され、前記圧電体に電圧を印加することで前記圧力室の容積を変化させる容積可変板と、を備える液体噴射装置の駆動方法において、
前記ノズルから前記液体を吐出する前の休止期間に第１の電圧を前記圧電体に印加する第１工程と、
前記ノズルから前記液体を吐出させる前の待機期間に、前記圧電体を収縮させ前記圧力室の容積を減少させる前記第１電圧より高い第２電圧を前記圧電体に印加する第２工程と、
前記第２の電圧より低い第３電圧を前記圧電体に印加後、前記第２の電圧を前記圧電体に印加して、前記ノズルから前記液体を吐出させる第３工程と、
前記液体を吐出するか否かを表す吐出データに応じて、前記第１工程、第２工程、第３工程を切り替える工程と、を有している。

第１実施形態に係るインクジェットプリンタを概略的に示す側面図である。 第１実施形態のインクジェットヘッドを示す斜視図である。 第１実施形態のインクジェットヘッドをインク吐出口側から見た流路基板の平面図である。 図３の流路基板のアクチュエータの詳細図である。 図４で示すアクチュエータのＡ−Ａ部の断面図である。 第１実施形態のインクジェットプリンタを駆動する回路構成を示す図である。 第１実施形態のインクジェットヘッドを動作させる電圧波形、圧力、流速、メニスカス位置の変化、および、インク吐出の状態を示す図である。 第１実施形態のインクジェットヘッドを動作させる電圧波形を示す図である。 第２実施形態のインクジェットプリンタを駆動する回路構成を示す図である。 第３実施形態のインクジェットヘッドを動作させる電圧波形を示す図である。 第４実施形態のインクジェットヘッドを動作させる電圧波形を示す図である。 第５実施形態のインクジェットヘッドを動作させる電圧波形を示す図である。 第６実施形態の液体分注装置の概略図である。

記録媒体は、無地の用紙、アート紙、コート紙、などである。紙以外の記録媒体は、布、塩化ビニル樹脂膜、プラスチック膜、セラミクスなどである。

インクは、着色剤として染料または顔料を、溶媒に溶解または分散させた液体である。インク溶媒として、水性、油性、溶剤などがある。さらに、インクは、液体噴射装置で吐出させる透明な液体も含んでいる。透明な液体は、画像形成のための下地層や保護層形成に利用される。下地層は、着色剤を含むインクを付着させる前に、記録媒体上に形成し、付着したインクの発色性を改善する。保護層は、着色剤を含むインクを記録媒体に付着後、形成されたインク層上に形成される。液体噴射装置で飛翔させる液体は、インク以外に、創薬やバイオ分野で使われる試薬品や医薬品、３Ｄプリンタで使用される液体樹脂なども含んでいる。

以下、実施形態について、図面を参照しながら説明する。図面で同じ番号は同じ構成を示している。

液体噴射装置として、インクジェットヘッドを例示して説明する。また、液体噴射装置を搭載した液体噴射記録装置として、インクジェットプリンタを例示する。

（第１の実施形態）
図１は、実施形態のインクジェットヘッド（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ）を搭載したインクジェットプリンタ１００の断面を示している。コンピュータ１５０は、記録媒体１０３、１０８に描画するための印字データを発生する。印字データは、ケーブル１４３、コネクタ１４１、１４２を通してインクジェットプリンタ１００に入力される。インクジェットヘッド１Ａ乃至１Ｄ（印字部１３４）は、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックのインクを吐出させ、印字データに応じて記録媒体（用紙１０３、１０８）上に画像を記録する。Ｙ軸方向は、重力方向を表している。インクが吐出する方向を正として、＋Ｙ軸を記載している。

インクジェットプリンタ１００は、箱型の筐体１０１を有している。筐体１０１の内部にＹ軸方向下部から上部に向かって、給紙カセット１０２、１０７、上流搬送路１０６、搬送ベルト１１０、印字部１３４、下流搬送路１２０、排紙トレイ１２３が、配置されている。インクジェットプリンタ１００は、さらに、表示器１４２、制御基板１４０を備えている。インクジェットヘッド１Ａ−１Ｄは、搬送ベルト１１０上に保持された用紙１０３、１０８にインク滴を吐出して画像を記録する。

給紙カセット１０２は、Ａ４サイズ用紙１０３を複数枚収容する。給紙カセット１０７は、Ａ３サイズ用紙１０８を複数枚収容する。インクジェットプリンタ１００は、給紙カセット１０２と、給紙カセット１０７の２種類の用紙に、インクで描画するようになっている。給紙カセット１０２と、給紙カセット１０７は、筐体１０１の下部に設けられている。

給紙ローラ１０４は、給紙カセット１０２から用紙１０３を一枚ずつ上流搬送路１０６へ給紙する。上流搬送路１０６は、送りローラ対１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃと、用紙１０３、１０８の搬送方向を規制する用紙案内板１０６ａ、１０６ｂで構成されている。用紙１０３は、送りローラ対１０５ａ、１０５ｂの回転によって搬送され、送りローラ対１０５ａを通過後、用紙案内板１０６ａによって搬送ベルト１１０の外周面へ送られる。図１中の破線矢印Ａ１は、用紙１０３の案内経路を示す。

給紙ローラ１０９は、給紙カセット１０７から用紙１０８を一枚ずつ上流搬送路１０６へ給紙する。用紙１０８は、送りローラ対１０５ｃ、１０５ａ、１０５ｂの回転によって搬送され、送りローラ対１０５ｃを通過後、用紙案内板１０６ａ、１０６ｂによって搬送ベルト１１０の外周面へ送られる。図１中の破線矢印Ａ２は、用紙１０８の案内経路を示す。

搬送ベルト１１０は、網状に編まれた、表裏を通して微細孔が形成された無端ベルトになっている。搬送ベルト１１０は、搬送する紙幅より大きい幅（Ｚ軸方向の幅）になっている。本実施例では、Ａ３用紙を搬送するため３３０ｍｍ幅になっている。搬送ベルト１１０は、駆動ローラ１１２ａ、従動ローラ１１２ｂ、１１２ｃの３本のローラによって、弛みなく回転自在に支えられている。駆動ローラ１１２ａは、モータ１１１によってＡ３方向に回転し、所定の周速で搬送ベルト１１０を回転させる。搬送ベルト１１０の内面に接触して、負圧容器１１３が設けられている。負圧容器１１３のＹ軸方向の上面は、搬送ベルト１１０の内面に接触している。負圧容器１１３上面には、多数の微細孔１１４が形成されている。負圧容器１１３は、容器内部を減圧するファン１１５に連通している。ファン１１５の回転によって、矢印Ａ４で示すように、気流が発生し負圧容器１１３内は減圧される。減圧によって、搬送ベルト１１０に形成された微細孔を通して用紙１０３、１０８が搬送ベルト１１０上面に吸着される。搬送ベルト１１０の回転によって、用紙１０３、１０８は、搬送ベルト１１０に吸着され、印字部１３４の下部を通り、Ｘ軸方向に搬送される。その後、用紙１０３、１０８は、下流搬送部１２０搬送される。

印字部１３４は、シアンインクを吐出させるインクジェットヘッド１Ａ、マゼンタインクを吐出させるインクジェットヘッド１Ｂ、イエローインクを吐出させるインクジェットヘッド１Ｃ、黒インクを吐出させるインクジェットヘッド１Ｄを備えている。さらに、印字部１３４は、インクジェットヘッド１Ａを動作させる、インク供給圧力調整装置１３１ａ、インクタンク１３０ａ、メンテナンスユニット１３２ａを備えている。メンテナンスユニット１３２ａは、インクジェットヘッド１Ａのインク吐出ノズルの表面を保護するキャップ１３２ａ２、ノズル表面に残留する付着物を除去するブレード１３２ａ１を備えている。同様に、インクジェットヘッド１Ｂを動作させる、インク供給圧力調整装置１３１ｂ、インクタンク１３０ｂ、メンテナンスユニット１３２ｂを備えている。インクジェットヘッド１Ｃを動作させる、インク供給圧力調整装置１３１ｃ、インクタンク１３０ｃ、メンテナンスユニット１３２ｃを備えている。インクジェットヘッド１Ｄを動作させる、インク供給圧力調整装置１３１ｄ、インクタンク１３０ｄ、メンテナンスユニット１３２ｄを備えている。メンテナンスユニット１３２ｂ、１３２ｃ、１３２ｄは、キャップ１３２ａ２とブレード１３２ａ１と同じ、キャップとブレードを備えている。

インクジェットヘッド１Ａ−１Ｄのインク吐出面は、搬送ベルト１１０の上面から距離Ｈ１だけ離れて、インクジェットプリンタ１００に固定されている。Ｈ１は１ｍｍになっている。各インクジェットヘッド１Ａ−１Ｄは、搬送ベルト１１０の幅方向（主走査方向）に長く、搬送ベルト１１０回転方向（副走査方向）に短い構成になっている、さらに、搬送ベルト１１０の回転方向に間隔を開けて配置されている。インクジェットヘッド１Ａ―１Ｄは、用紙幅方向の長さ２９７ｍｍに形成されている。本実施例では、幅３０ｍｍの小型ヘッドを千鳥配列し、２９７ｍｍのインクジェットヘッドにしている。インクジェットヘッド１Ａ−１Ｄは、吐出するインク色を除き同じ構造になっている。インクジェットヘッド１Ａ−１Ｄの詳細な構造は後述する。

インクタンク１３０ａはシアンインクを貯留するインク容器である。インクタンク１３０ａは、Ｙ軸方向において、インクジェットヘッド１Ａの上部に配置されている。

Ｙ軸方向において、インクタンク１３０ａは、インクジェットヘッド１Ａの上部に配置され、インクジェットヘッド１Ａは下方に向けてインク滴１３５を吐出する。待機時に、シアンインクが、インクジェットヘッド１Ａから漏れ出ないようにする必要があるため、インクジェットヘッド１Ａ内のインクを大気圧に対して負圧に維持する必要がある。インク供給圧力調整装置１３１ａは、Ｙ軸方向においてインクタンク１３０ａとインクジェットヘッド１Ａの間に配置され、インクジェットヘッド１Ａ内のインクを大気圧に対して負圧に維持している。負圧は−１ｋＰａに設定している。インクは、インク供給圧力調整装置１３１ａからインクジェットヘッド１Ａのインク供給管１３３を通して、インクジェットヘッド１Ａに供給される。インク供給管１３３は、樹脂製チューブになっている。インクジェットヘッド１Ｂ−１Ｄも夫々同様なインクタンク１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄとインク供給圧力調整装置１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄを備えている。

画像が形成された用紙１０３、１０８は、搬送ベルト１１０から離れ、送りローラ対１２０ａへ送られる。下流搬送路１２０は、送りローラ対１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄと、用紙１０３、１０８の搬送方向を規制する用紙案内板１２１ａ、１２１ｂで構成されている。図中の破線矢印Ａ５に沿って用紙１０３，１０８は、送りローラ対１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄによって、排紙口１２２から排紙トレイ１２３へ排出される。

インクジェットヘッド１Ａの構成を詳細に説明する。前述したようにインクジェットヘッド１Ｂ−１Ｄは、１Ａと同じ構造になっている。

図２は、インクジェットヘッド１（１Ａ−１Ｄ）を示す外観斜視図である。インクジェットヘッド１は、インク供給部２、流路基板３（基板）、フレキシブル基板４、駆動回路５で構成されている。インク供給管１３３が、インク供給圧力調整装置１３１ａ−１３１ｄとインクジェットヘッド１に接続されている。矢印Ｂ１は、インクジェットヘッド１が用紙１０３、１０８の印刷面に対して相対的に移動する方向を示している。図３は、インクジェットヘッド１をインク吐出口側から見た流路基板３の平面図である。図４は、図３に示すアクチュエータ６の構成を詳細に示す平面図である。図５は、流路基板３の図４に示すＡ−Ａ断面図で、Ａ矢印方向に見た図になっている。

図３に示すように、流路基板３は、アクチュエータ６、個別電極７、共通電極８ａ、８ｂ、実装パッド９を備えている。図４に示すように、アクチュエータ６の中心に、インクを吐出させるノズル１７が設けられている。さらに、アクチュエータ６は、振動板１０、下部電極１１、圧電体膜１２、上部電極１３、絶縁層１４、保護層１６、コンタクトホール１５ａ、１５ｂ、を備えている。（上部電極１３、絶縁層１４、保護層１６は図５を参照。）下部電極１１と上部電極１３が、圧電体膜１２を挟んでいる。下部電極１１と上部電極１３で圧電体膜１２を挟んだ構成が、圧電体となっている。流路基板３は、複数の圧力室１８を備えている。各アクチュエータの一面が、圧力室１８の一つの内面を構成している。アクチュエータ６は、電気信号によって圧力室１８の容積を変化させる。

インク供給部２は、インク供給口２１（図５）を備えている。インク供給口２１は、インク供給管１３３に接続され、インクが、インク供給部２へ供給される。インク供給部２はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）で形成されている。インク供給部２は、インク供給口２１から流路基板３に形成された複数の圧力室１８にインクを供給している。インク供給部２は、流路基板３にエポキシ樹脂２２で接着されている。

流路基板３の表面には、複数の円形のアクチュエータ６が２次元配置されている（図３）。アクチュエータ６の中心にはインクを吐出するノズル１７が形成されている。アクチュエータ６の動作によってインク滴はノズル１７から＋Ｙ軸方向（図２）へ吐出される。各ノズル１７は、印刷方向（Ｘ方向）において互いに重ならず、印刷方向と直交する方向（Ｚ方向）おいて等間隔に配置されている。各ノズル１７は、Ｘ軸方向に距離Ｘ１、Ｚ軸方向に距離Ｚ１だけ離間して配置されている（図４）。本実施形態では、Ｘ１は２５０μｍ、Ｚ１は２１．２μｍ、になっている。インクジェットヘッド１のＺ軸方向は１２００（ＤＰＩ（ＤＯＴ ＰＥＲ ＩＮＣＨ）の記録密度でノズルは配置されている。Ｘ軸方向の記録密度は搬送ベルト１１０の周速とインク吐出の時間で決定される。本実施形態ではＸ軸方向にも１２００ＤＰＩで印字する。図３に示すように、Ｘ軸方向に配列された８個のアクチュエータ６を１組（６１）として、Ｚ軸方向に７５組配列されている。さらに、７５組を１群（６２、６３）として、Ｘ軸方向に２群配列されている。アクチュエータの総数は１２００個になっている。

個々のアクチュエータ６は、個別電極７と共通電極８ａ、８ｂに加えられた信号によって動作する。個別電極７は、１つのアクチュエータ６とそのアクチュエータ６に対応して設けられた実装パッド９とを、電気的に接続している。個別電極７どうしは、電気的に独立して設けられている。

共通電極８ａは、１組（６１）のアクチュエータ６を電気的に接続している。すなわち、共通電極８ａは、８個のアクチュエータ６に共有されている。１組（６１）のアクチュエータ６を繋ぐ共通電極８ａは、共通電極８ａの端部８ａ１で、共通電極８ｂに接続されている。２群（６２、６３）のアクチュエータ６から合計１５０個の共通電極８ａが、共通電極８ｂに接続される。共通電極８ｂの端部は、実装パッド９に電気的に接続されている。実装パッド９はアクチュエータ６に駆動信号（電気信号）を送る入力ポートになっている。

実装パッド９は、異方性導電フィルム４１（ＡＣＦ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｔａｃｔ Ｆｉｌｍ） でフレキシブル基板４に形成された多数の配線パターンと電気的に接続されている。フレキシブル基板４の配線パターンは、駆動回路５に接続されている。駆動回路５で発生する駆動信号によって、アクチュエータ６は動作する。なお、ＡＣＦの代わりに、ワイヤボンディング法によって、実装パッド９と駆動回路５を接続することも可能である。

図５を参照し、流路基板３の構成を説明する。流路基板３は、単結晶シリコンウエハ１９と、単結晶シリコンウエハ１９の第１面上に形成されたアクチュエータ６で構成されている。単結晶シリコンウエハ１９は、厚さ５００μｍである。直径２００μｍの穴２０が、アクチュエータ６に対応する位置で、単結晶シリコンウエハ１９の内部に形成されている。アクチュエータ６と穴２０で、インクが充填される圧力室１８を構成している。穴２０は、単結晶シリコンウエハ１９の第２面からドライエッチングによって、形成されている。

アクチュエータ６の振動板１０は、圧力室１８の第１面を覆うように、流路基板３と一体に形成されている。振動板１０は、厚さ４μｍの二酸化シリコンで形成されている。振動板１０には、圧力室１８と同心円で、ノズル１７より直径３０μｍの貫通穴２３が形成されている。二酸化シリコンは、単結晶シリコンウエハ１９を、穴２０を形成する前に、高温で加熱することで形成した。

振動板１０の厚さは２〜１０μｍ、好ましくは４〜６μｍが適している。圧電体膜１２が面内方向で伸縮すると、絶縁性無機材料の振動板１０に、反りが発生する。反りを発生させる板を振動板と呼んでいる。振動板１３は、変形によって圧力室のインクの圧力を変えるように機能する容積可変板である。

振動板１０の圧力室１８に対向する位置に、下部電極１１、圧電体膜１２、上部電極１３が、ノズル１７を中心にドーナツ状（円環）に形成されている。ノズル１７は、圧力室１８の中心に形成されている。下部電極１１、圧電体膜１２、上部電極１３は、内径３０μｍ、外形１４０μｍになっている。下部電極１１は、厚さ０．１５μｍの白金で形成されている。圧電体膜１２は、厚さ２μｍのＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）で形成されている。上部電極１３は、厚さ０．１５μｍの白金で形成されている。下部電極１１、圧電体膜１２、上部電極１３は、それぞれＲＦマグネトロンスパッタリング法で形成されている。なお、下部電極１１および上部電極１３の厚さは、０．１乃至０．２μｍの範囲が好ましい。

圧電体膜１２の材料は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を用いている。他の材料として、ＫＮＮ（（ＫＮａ）ＮｂＯ３：ニオブ酸カリウムナトリウム）、ＰＴＯ（ＰｂＴｉＯ３：チタン酸鉛）、ＰＭＮＴ（Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３）、ＰＺＮＴ（Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３）、ＺｎＯ、ＡｌＮなどを用いることも可能である。

圧電体膜１２の他の製法として、ＣＶＤ（化学的気相成長法）、ゾルゲル法、ＡＤ法（エアロゾルデポジション法）、水熱合成法などを用いることも可能である。

この実施形態では、好ましい圧電体膜１２の厚さの範囲は、５μｍ以下である。圧電体１２の膜厚は、圧電材料の圧電特性と絶縁破壊電圧を考慮して決めている。５μｍ以下の圧電体膜１２は、前述の製法で作成することができ、圧力室１８内のインクを吐出させるために十分な圧力振動を発生させることが可能である。５μｍ以上の圧電体膜１２は、成膜のために長時間を要し、また、下部電極１１と上部電極１３の間隔が大きくなるため圧電体膜１２に生じる電界の強さが低下し、圧電体膜の効率が低下する。焼結法で圧電体膜を製造する方法が知られているが、焼結法で５μｍ以下の圧電体膜１２を形成することは非常に難しい。

上部電極１３の上には、絶縁層１４が形成されている。絶縁層１４は、厚さ０．５μｍの二酸化シリコン膜（ＳｉＯ２）になっている。二酸化シリコン膜は、ＴＥＯＳ−ＣＶＤ法（Ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ−Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって形成した。絶縁層１４には、コンタクトホール１５ａ、１５ｂが形成されている。コンタクトホール１５ａは、内径７０μｍ外形１００μｍのドーナツ状の開口になっている。コンタクトホール１５ａを通して、上部電極１３と共通電極８ａは電気的に接続されている。コンタクトホール１５ｂは、直径１５μｍの開口になっている。コンタクトホール１５ｂを通して、下部電極１１と個別電極７が電気的に接続されている。絶縁層１４は、下部電極１１、圧電体膜１２、上部電極１３の外周部を覆うように形成されている。結果、絶縁層１４は、圧電体膜１２の外周部において、共通電極８ａと下部電極１１が電気的に接触することを防止している。

絶縁層１４の上に、個別電極７と共通電極８ａ、８ｂと実装パッド９が形成されている。個別電極７と共通電極８ａ、８ｂと実装パッド９は、厚さ０．３μｍの金（Ａｕ）であり、ＲＦマグネトロンスパッタリング法で形成されている。各個別電極７は、各アクチュエータ６の下部電極１１にコンタクトホール１５ｂを通して接続されている。１組のアクチュエータ６に共通する共通電極８ａは、各アクチュエータ６の上部電極１３上のコンタクトホール１５ａを通して接続されている。なお、個別電極７と共通電極８ａ、８ｂと実装パッド９の厚さは、０．１μｍ乃至０．５μｍの範囲が好ましい。

本実施形態では、下部電極１１を個別電極７に、上部電極１３を共通電極８ａに接続している。他の接続法として、上部電極１３を個別電極７に、下部電極１１を共通電極８ａ、８ｂに接続することも、可能である。

個別電極７、共通電極８ａ、８ｂ、及び絶縁層１４の上に、保護層１６が形成されている。保護層１６は、厚さ４μｍの感光性ポリイミドで作成している。保護層の形成は、絶縁層１４を形成した流路基板３上に感光性ポリイミド材料をスピンコートすることで行った。保護層１６は、個別電極７、共通電極８ａ、８ｂ、及び絶縁層１４を覆い、さらに、振動板１０の貫通孔２３の内面を覆うように、形成されている。結果、保護層１６は、個別電極７、共通電極８ａ、８ｂ、及び絶縁層１４が圧力室１８内のインクに接触するのを、防止している。

保護層１６に、圧力室１８に連通するノズル１７が形成されている。ノズル１７は、円筒形の開口で、直径は２０μｍになっている。ノズル１７は、保護層１６となる感光性ポリイミド材料を露光および現像することによって、形成した。Ｙ軸方向のノズル１７の長さは、振動板１０の厚さと保護層１６の厚さの合計で定まる。本実施形態のノズル１７の長さＬ１は、８μｍになっている。

図６は、インクジェットプリンタ１００の制御基板１４０と、インクジェットヘッド１の駆動回路５を示すブロックダイヤグラムである。制御基板１４０は、ＣＰＵ１６０、ＲＯＭ１６１、ＲＡＭ１６２、画像メモリ１６３、Ｉ／Ｏポート１６４を備えている。ＣＰＵ１６０は、入出力ポートであるＩ／Ｏポート１６４を通して、プリンタ内のデバイス１６５（表示器１４２、用紙搬送ベルト１１０を動作させる用紙搬送部、インク供給圧力を調整するインク供給部、メンテナンス部、各種センサ）を制御している。また、前述したように印字データは、外部のコンピュータ１５０から、コネクタ１４１を通して、Ｉ／Ｏポート１６４へ送信される。ＣＰＵ１６０は、ＲＯＭ１６１およびＲＡＭ１６２に保存されたプログラムに従い、印字データを画像メモリ１６３に保存する。印字データは、描画する順に、画像メモリ１６３からインクジェットヘッド１の駆動回路５へ送信される。印字データは、画像の白地となるインクを吐出しないデータと、画像を形成するインク吐出データを含んでいる。

駆動回路５は、印字データバッファ５１、デコーダ５２、ドライバ５３を備えている。印字データバッファ５１は、印字データをアクチュエータ６毎に時系列に保存する。デコーダ１５２は、アクチュエータ６毎に、印字データバッファ５１に保存された印字データに基づいて、ドライバ５３を制御する。ドライバ５３は、デコーダ５２の制御に基づき、各アクチュエータ６を動作させる電気信号Ｖを出力する。電気信号Ｖは、各アクチュエータ６に印加する電圧である。

図７を参照し、インクジェットヘッド１からインクを吐出させる電気信号Ｖと、印字動作を説明する。図７（７−Ａ）は、駆動回路５のドライバ５３がアクチュエータ６に印加する電気信号Ｖを示している。電気信号Ｖは、時刻０（電圧印加開始）から時刻ｔ１まで電圧Ｖ１（バイアス電圧）を印加し、時刻ｔ１からｔ２まで電圧はＶ２＝０Ｖ、時刻ｔ２からｔ３まで電圧Ｖ３を印加し、時刻ｔ３以降電圧Ｖ１に戻っている。Ｖ１，Ｖ３は正の電圧で、Ｖ３はＶ１に比べ小さい値になっている。時刻ｔ１からｔ２までの時間と、時刻ｔ２からｔ３までの時間は、後述する固有振動周期λの１／２になっている。Ｖ１から始まり、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ１への電圧変化によって、ノズル１７から１滴のインク滴１３５が吐出される。共通電極８ａ、８ｂの電圧は、０Ｖで一定としている。

図７（７−Ｂ）は、電気信号Ｖによって圧力室１８内で発生するインクの圧力振動Ｐを示している。縦軸は圧力を示し、横軸は時間を表している。図７（７−Ｃ）は、圧力振動Ｐによってノズル１７内に発生するインクの流速振動Ｕを示している。縦軸は流速を示し、横軸は時間を表している。流速振動Ｕは、インク吐出方向（+Ｙ軸方向）を正としている。図７（７−Ｄ）は、ノズル１７内のインクのメニスカス位置Ｍを示している。縦軸はメニスカス位置を示し、横軸は時間を表している。メニスカス位置Ｍは、ノズル１７のインク吐出側の開口面の位置１７ａを０とし（図７（７−Ｆ））、インク吐出側を正、圧力室側を負としている。

図７（７−Ｅ）は、電圧Ｖ１を印加する時刻０以前で、電圧が印加されていないアクチュエータ６の状態を示している。電圧が印加されていないとは、電圧が０Ｖまたは実質的０Ｖを印加することである。図７（７−Ｆ）は、時刻０から時刻ｔ１までのアクチュエータ６の動作状態を示している。図７（７−Ｇ）は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までのアクチュエータ６の動作状態を示している。図７（７−Ｈ）は、時刻ｔ２から時刻ｔ３までのアクチュエータ６の動作状態を示している。図７（７−Ｉ）は、時刻ｔ３以降のアクチュエータ６の動作状態、およびノズル１７からインク滴１３５を吐出させる動作を、示している。

時間λは、インクが圧力室１８とノズル１７に充填された状態におけるアクチュエータ６の固有振動周期を示している。圧力室１８とノズル１７内のインクの圧力振動Ｐと流速振動Ｕも、この固有振動周期λで振動する。

固有振動周期λは、インクジェットヘッド１にインクを充填した状態で、アクチュエータ６のインピーダンスの変化を検出することで、測定している。なお、インピーダンスの検出は、市販のインピーダンスアナライザを用いている。固有振動周期λを測定する他の方法として、駆動回路５からステップ波形などの電気信号をアクチュエータ６に出力した状態で、レーザードップラー振動計でアクチェータ６の振動を測定ることによって、求めることも可能である。

待機状態からインク滴１３５を吐出させる工程を説明する。インクは、インク供給部２のインク供給口２１から注入され、圧力室１８とノズル１７の内部に充填される。圧力室１８内のインク圧力は、前述のインク供給圧力調整装置によって、大気圧より１ｋＰａ低い圧力に維持されている。電気信号Ｖは、インク吐出動作の開始タイミングｔ１より前の待機状態では、電圧Ｖ１を維持している（図７（７−Ａ））。待機状態では、ノズル１７内のインクのメニスカス位置Ｍは、０（図７（７−Ｄ））付近で静止している。

図７（７−Ａ）に示すように、待機状態では、下部電極１１と上部電極１３との間に電圧Ｖ１が印可されている。電圧Ｖ１によって、圧電体膜１２の厚さ方向に電界が生じ、圧電体膜１２にはｄ３１モードの変形が生じる。すなわち、圧電体膜１２は、厚さ方向に伸長し、厚さ方向に直交する方向に収縮する。図７（７−Ｆ）は、模式的に圧電体膜１２の変形を示している。圧電体膜１２の収縮により、振動板１０と保護層１６に圧縮応力が生じるが、振動板１０に生じる圧縮力の方が、保護層１６に生じる圧縮力よりも大きい。そのためアクチュエータ６は圧力室１８の方向に湾曲して、圧力室１８の容積は電圧Ｖ１が印可されない状態より小さい状態を維持している。

時刻ｔ１において、描画のためにインク吐出動作を開始する。電気信号Ｖは、Ｖ１からＶ２に変化する。電圧Ｖ２は、電圧Ｖ１を印加した状態の圧力室１８の容積を大きくする電圧である。好適な電圧Ｖ２は０Ｖである。電圧Ｖ２は、０Ｖに限らず、わずかに負の値、すなわち電圧Ｖ１と逆極性の値、にすることも可能である。ただし、負の値が大きすぎる場合には、圧電体膜１２の分極方向が待機状態に対して反転してしまう。結果、所望なインク吐出動作が得られない可能性がある。適正なインク吐出動作を得るために、電圧Ｖ２は、０Ｖか、あるいは電圧Ｖ１と同極性の電圧が望ましい。

電気信号Ｖが、時刻ｔ１において電圧Ｖ１からＶ２に変化すると、図７（７−Ｂ）に示すように、時刻ｔ１において圧力室１８のインク圧力Ｐが低下する。時刻ｔ１において、電圧Ｖ１からＶ２へ急峻に電圧変化させているため、インク内の圧力Ｐは時刻ｔ１において急峻に低下する。インク圧力Ｐが低下した後、インクが、インク供給部２から圧力室１８へ供給される。圧力室１８へインクが供給されるため、低下したインク圧力Ｐは、上昇し始める。また、図７（７−Ｃ）に示すように、時刻ｔ１からノズル１７内のインクメニスカスＭは圧力室１８の方向に後退する。メニスカス位置Ｍは、インクの慣性によって比較的なだらかに変化する。

時刻ｔ１からｔ２では、アクチュエータ６に印加される電圧Ｖ２＝０Ｖであり、図７（７−Ｇ）に示すように、アクチュエータ６は無変形状態に戻る。時刻ｔ１からλ／２の時間が経過して時刻ｔ２になると、圧力室１８へのインク供給が止まり、インク圧力Ｐの上昇は止まる（図７（７−Ｂ））。時刻ｔ２において、ノズル１７内のインク流速Ｕは０になり（図７（７−Ｃ））、インクメニスカスＭは後退を停止する（図７（７−Ｄ））。

時刻ｔ２において、電圧Ｖ２からＶ３に変化させる。電圧Ｖ２からＶ３に変化することで、アクチュエータ６は、圧力室１８の容積を小さくさせるように、圧力室１８の方向へ向かって変位する（図７（７−Ｈ））。前述したように、時刻ｔ１からｔ２において、インクは圧力室１８へ供給され、インク圧力Ｐは上昇する。時刻ｔ２において、インク供給によるインク圧力Ｐの上昇は止まるが、電圧Ｖ２からＶ３の変化によるアクチュエータ６の変位によってインク圧力Ｐはさらに上昇する。高まったインク圧力Ｐによって、メニスカスＭは、インク吐出方向に前進し、インクは、ノズル１７から押し出される。電圧Ｖ３は、時刻ｔ２からλ／２の時間継続し、インクはノズル１７からインク滴１３５となって吐出される。時刻ｔ２からλ／２の時間後のｔ３間まで、インク圧力Ｐは減少し、時刻ｔ３で、インク圧力Ｐは最低の負圧になる。同時に、ノズル１７内のインク流速Ｕは０になる。しかし、すでにノズル１７から吐出されたインクは、インク滴１３５となって記録媒体へ向かって飛翔する。

時刻ｔ３で、電気信号Ｖの電圧をＶ３からＶ１に変化させる（図７（７−Ｉ））。Ｖ３からＶ１へ電圧が変化することで、アクチュエータ６は、圧力室１８の方向へ変位して、圧力室１８内のインクは加圧される。加圧されたインク圧力Ｐは、最低の負圧状態から実質的に０になり、インクの振動は停止する。

インク滴１３５の飛翔に伴い、インク滴１３５の尾とノズル１７内のインクが自然に切断し、メニスカスは、メニスカス位置Ｍが０付近で再形成される。

電圧Ｖ３は、インクの圧力振動Ｐまたは流速振動Ｕの減衰率に応じて決めている。圧力振動Ｐの減衰率と流速振動Ｕの減衰率は、同じ値になる。減衰率は、固有振動周期λの測定と同時に求めることができる。インクジェットヘッド１にインクを充填した状態で、アクチュエータ６を動作させ、その後動作を停止させる。インクの振動によって、アクチュエータ６は機械的に振動し、電圧を発生する。アクチュエータ６に発生した電圧の減衰量から、減衰率を測定できる。また、アクチュエータ６の機械的な振動をレーザードップラー振動計などにより測定することによっても、減衰率を測定できる。減衰率が大きい場合には、電圧（Ｖ１−Ｖ２）に対する電圧（Ｖ１−Ｖ３）の比を小さく設定する。すなわち、電圧Ｖ３を高く設定する。減衰率が小さい場合には、電圧（Ｖ１−Ｖ２）に対する電圧（Ｖ１−Ｖ３）の比を大きく設定する。すなわち、電圧Ｖ３を低く設定する。電圧Ｖ３は、時刻ｔ３経過後の圧力振動Ｐあるいは流速振動Ｕが最小あるいは実質的に０になるように調整している。

時刻ｔ３経過後の圧力振動Ｐあるいは流速振動Ｕが、最小あるいは実質的に０になるように調整されているので、図７（７−Ｂ、７−Ｃ）に示すように、インクの圧力振動Ｐや流速振動Ｕが、ノズル１７からインク滴１３５を吐出させた直後に、停止する。圧力振動Ｐや流速振動Ｕが停止しているので、インク吐出動作後の残留振動による意図しないインク吐出を防止することが可能である。

図７（７−Ｄ）に示すように、インクメニスカスは、インク滴１３５を吐出した後、インク吐出前の静止状態の位置付近で再形成される。再形成された後のメニスカスは、ほぼ静止状態になる。メニスカスの変位が発生しないので、意図しないインク吐出を防止することが可能である。

図８を参照し、インクジェットヘッド１を動作させる電気信号Ｖ（駆動信号Ｖ）について説明する。

本実施形態のインクジェットヘッド１を動作させる駆動信号Ｖは、休止期間、待機期間、と印字期間の３種の期間を備えている。休止期間は、アクチュエータ６に電圧Ｖを印加しない期間（休止状態）である。待機期間は、アクチュエータ６に電圧Ｖを印加し、印字動作が可能な期間（待機状態）である。印字期間は、アクチュエータ６を動作させてノズル１７からインク滴１３５を吐出させる期間である。

休止期間を、印字データに応じて個々のアクチュエータ６毎に設けている。アクチュエータ６は、印字データ中のインクを吐出させる信号に応じて動作し、印字データ中のインクを吐出しない信号では動作しない。印字データ中のインクを吐出しない期間中で、直後にインク吐出動作をさせない期間を休止期間としている。休止期間では、アクチュエータ６に印加する電圧Ｖは、０Ｖあるいは待機電圧より低い電圧Ｖとしている。印字データ中のインクを吐出しない期間中で、直後にインク吐出動作をさせる場合、待機期間としている。待機期間は、アクチュエータ６に待機電圧を印加する。待機期間に続いて、印字動作をさせる印字期間となる。休止期間、待機期間、と印字期間の３種を、アクチュエータ６毎に切り替えてインクを吐出させる。休止期間７１、７４、待機期間７２は、いずれもインク吐出を伴わない非印字期間である。

図８（８−Ａ）を参照し、休止期間、待機期間、印字期間を詳細に説明する。

休止期間７１は、待機期間７２の前に設けられている。休止期間７１では、アクチュエータ６に電圧Ｖ２（０Ｖ）を印加している。インクを吐出させない印字データの場合、休止期間７１の電圧Ｖ２をアクチュエータ６に印加する。インクを吐出させる印字データの直前に設けた待機期間７２まで、アクチュエータ６に休止期間７１の電圧Ｖ２（０Ｖ）を印加している。

インク滴を吐出させる印字期間７３の直前に、待機期間７２を設けている。待機期間７２（時刻ｔ４からｔ１）は、１インク滴を吐出させる印字期間７３（時刻ｔ１からｔ６）と同じ時間としている。待機期間７２では、時刻ｔ４からｔ５までの時間（固有振動周期λの１／２の時間）、アクチュエータ６に電圧Ｖ３（電圧Ｖ１の中間電圧）を印加し、時刻ｔ５からｔ１までアクチュエータ６に電圧Ｖ１を印加している。休止期間７１から待機期間７２への切り替え時に、瞬時に電圧をＶ２（０Ｖ）からＶ１へ変化させると、意図せずにインクが吐出する、または、気泡がノズル１７から取り込まれる可能性がある。時刻ｔ４からｔ５の期間、アクチュエータ６に中間電圧を印加することで、電圧変化に伴う圧力振動を抑制している。

印字期間７３は、アクチュエータ６を動作させ１つのノズル１７から１インク滴１３５を吐出させる期間を示しいている。アクチュエータ６が、時刻ｔ１からｔ３（時間λ）の動作で１インク滴１３５を吐出させ、次のインク滴１３５を吐出させるまで約３λの時間電圧Ｖ１を維持している。インク滴１３５吐出後３λの時間電圧Ｖ１を維持することで、圧力室１８内の残留振動を十分に停止させている。１インク滴１３５を吐出させた後、休止期間または待機期間へ移行する場合も、約３λの時間電圧Ｖ１を維持している。

印字期間７３終了後、印字データがインク吐出を伴わない場合、休止期間７４になる。休止期間７４では、印字期間７３終了時刻ｔ６からｔ７まで、すなわち固有振動周期λの１／２の時間、アクチュエータ６に中間電圧Ｖ３を印加する。その後、休止期間７４では、アクチュエータ６に印加する電圧はＶ２（０Ｖ）になっている。時刻ｔ６からｔ７の期間、アクチュエータ６に中間電圧Ｖ３を印加する理由は、電圧変化に伴う圧力振動を抑制するためである。結果、意図せずにインクが吐出する現象や、気泡がノズル１７から取り込まれる現象を抑制することが可能である。

本実施形態では、印字期間の直前に１回の待機期間を設けている。その１回の待機期間（Ｔ）は、１印字期間（Ｔ）と同じになっている。１回の待機期間に変えて、ｎ回（１≦ｎ≦５程度）連続して待機期間（ｎＴ時間）を設けることも可能である。また、待機期間（Ｔ）は、１印字期間（Ｔ）の整数倍に限定せずに設けることも可能である。その場合、中間電圧Ｖ３は待機期間の最初にだけアクチュエータ６に印加することが有効である。本実施形態では、印字期間の終了後、すぐに休止期間７４になっている。すぐに休止期間７４にする代わりに、印字期間７３終了後、待機期間７２を設けて、その後休止期間７４にすることも可能である。

非印字期間である休止期間７１、７４、待機期間７２を切り替えるタイミングは、印字データに応じてノズル１７毎に決定する。制御基板１４０のＣＰＵ１６０が、画像メモリ１６３に保存された印字データを参照して、切り替えタイミングを決定する。制御基板１４０は、階調情報を含む印字データ１６６と、アクチュエータ６毎に非印字期間が休止期間か待機期間かを指定するデータ１６７とを、駆動回路５に送信する。駆動回路５は、制御基板１４０から送信されたデータに基づき、非印字期間中に休止期間と待機期間を切り替える。

本実施形態では、インク吐出前に圧力室１８内のインク圧力を低下させて圧力振動Ｕを発生させ、インク圧力が高まった時点でさらにインクを加圧してインクを吐出させている。この印字方法は、所謂、引き打ち法になっている。そのため、ノズル１７から高い圧力でインクを吐出させることが可能である。また、インクメニスカスＭを一旦圧力室側へ後退させてからインクを吐出するため、インクはノズル１７中で加速される。インクをノズル１７内で加速することで、吐出されたインク滴１３５の直進性を高めることが可能である。インク滴１３５の直進性が高ければ、用紙１０３，１０８上での着弾位置精度を高めるため、描画の解像度が向上する。

また、インクジェットヘッド１を引き打ち法で動作させる時、休止期間で圧電体膜１２に電界を与える必要がない。インクを吐出させる印字期間と、インクを吐出させる直前の待機期間に圧電体膜１２に所定の電界を発生させてインクを吐出させている。休止期間において圧電体膜１２に電界をかけ続ける必要がないため、圧電体膜１２の劣化を抑え、インクジェットヘッド１の長寿命化を図ることができる。

本実施形態のインクジェットヘッド１では、抗電界を超える電界で圧電体膜１２を動作させている。抗電界とは、圧電体の分極方向が反転する電界強度を意味している。アクチェータ６の圧電体膜１２の膜厚が２μｍと薄いため、低い電圧で抗電界を超える電界が圧電体膜１２に発生する。抗電界を超える電界で圧電体膜１２を駆動すると、分極方向に対する電界の向きに関係なく圧電体膜のひずみ方向は同一になる。すなわち、電界の向きに関係なくアクチュエータの変位方向は一定になる。

電界の向きに関係なくアクチュエータの変位方向は一定であるため、アクチュエータに印加する電圧は単極性の電圧である。そのため、待機期間の電圧Ｖ１の絶対値は、印字期間中の液体をノズルから吐出させる電圧Ｖ２、Ｖ３の絶対値より高く、休止期間の電圧の絶対値は、待機期間の電圧の絶対値より低い値になっている。

参考のために、図８（８−Ｂ）を参照して従来のインクジェットヘッドの駆動する電気信号を説明する。引き打ち動作を行うには、インクを吐出する前の待機時に圧電体にバイアス電圧を加え続け、インクを吐出する時に電圧を０Ｖにして、インク吐出後再び圧電体に電圧を加える必要がある。つまり、印字期間以外は、圧電体に常時電界を発生させ続ける必要がある。圧電体薄膜に長時間電界を発生させ続けると、圧電体薄膜は劣化してやがて絶縁破壊を起こす可能性がある。圧電体薄膜が絶縁破壊を起こすと、インク吐出動作は不可能になる。一般に、インクジェットヘッドでは、インクを吐出させない待機状態の時間は、圧電体を動作させてインクを吐出する時間より１０倍以上長い、と言われている。非印字期間において圧電体にバイアス電圧を印加し続ける必要がある従来構成に比べ、本実施形態の構成では休止期間においてバイアス電圧を印加する必要がなくインクジェットヘッドの長寿命化を図ることが可能である。

（第２の実施形態）
図９を参照して、第２の実施形態を説明する。第２の実施形態では、制御基板１４０、インクジェットヘッド１に搭載された駆動回路５の構成が、第１の実施形態と異なっている。制御基板１４０と駆動回路５の構成を除いて、第２実施形態のインクジェットヘッド１およびインクジェットプリンタ１００の構成は、第１の実施形態と同じである。

非印字期間である休止期間７１、７４、待機期間７２を切り替えるタイミングは、第１実施形態と同様に、印字データに応じてノズル１７毎に決定する。制御基板１４０の画像メモリ１６３に保存された印字データが、インクジェットヘッド１に搭載された駆動回路５に送信される。駆動回路５は、受信した印字データを、アクチュエータ６毎の時系列に、印字データバッファ５１に格納する。デコーダ５２は、印字データバッファ５１に格納された印字データを元に、階調情報を含む印字データ１６８と、アクチュエータ６毎に非印字期間が休止期間か待機期間かを指定するデータ１６９とを、発生する。駆動回路５は、デコーダ５で発生したデータに基づき、ドライバ５３は、非印字期間中に休止期間と待機期間を切り替え、印字期間にはアクチュエータ６を動作させる。

第２の実施形態では、インクジェットヘッド１に搭載された駆動回路５が、休止期間か待機期間かを指定するデータ１６９を発生しているため、制御基板１４０はインクジェットヘッドへ印字データを送るだけで良い。そのため、汎用性の高いインクジェットヘッドを提供することが可能である。

（第３の実施形態）
図１０を参照して、第３の実施形態を説明する。第３の実施形態では、休止期間から待機期間への切り替え時の電圧の変化と、印字期間から休止期間への切り替え時の電圧の変化が、第１の実施形態と異なっている。切り替え時の電圧の変化を発生させる回路を備えている。切り替え時の電圧の変化を除いて、第３実施形態のインクジェットヘッド１およびインクジェットプリンタ１００の構成は、第１の実施形態の構成と同じである。

第３の実施形態では、時刻ｔ８で休止期間から待機期間へ切り替わる。時刻ｔ８まで、アクチュエータ６には電圧Ｖ２（０Ｖ）が印加され、時刻ｔ８からｔ９まで電圧Ｖ４（Ｖ１×１／３）をアクチュエータ６に印加する。時刻ｔ９からｔ１０まで電圧Ｖ５（Ｖ１×２／３）をアクチュエータ６に印加する。印字期間から休止期間への切り替え時、時刻ｔ１１からｔ１２まで電圧Ｖ５（Ｖ１×２／３）をアクチュエータ６に印加する。時刻ｔ１２からｔ１３まで電圧Ｖ４（Ｖ１×１／３）をアクチュエータ６に印加する。休止期間から待機期間への電圧の立上がり、および印字期間から休止期間への電圧の立下りを、階段状の波形で行っている。時刻ｔ８からｔ９、時刻ｔ９からｔ１０、時刻ｔ１１からｔ１２、時刻ｔ１２からｔ１３は、、固有振動周期λ／２の時間になっている。

第３の実施形態において、休止期間から待機期間へ、または、印字期間から休止期間へ切り替えにおいて、圧電体への印加電圧を階段状に増加または減少させている。印加電圧を階段状に変化させることで、ノズル１７から意図しないインク吐出や、ノズル１７を通して圧力室１８へ気泡が巻き込まれることを防ぐことが可能である。

（第４の実施形態）
図１１を参照して、第４の実施形態を説明する。第４の実施形態では、休止期間から待機期間への切り替え時の電圧の変化と、印字期間から休止期間への切り替え時の電圧の変化が、第１の実施形態と異なっている。切り替え時の電圧の変化を発生させる回路を備えている。切り替え時の電圧の変化を除いて、第４実施形態のインクジェットヘッド１およびインクジェットプリンタ１００の構成は、第１の実施形態の構成と同じである。

第４の実施形態では、時刻ｔ１４で休止期間から待機期間へ切り替わる。時刻ｔ１４まで、アクチュエータ６には電圧Ｖ２（０Ｖ）が印加され、時刻ｔ１４からｔ１５で電圧Ｖ１になるまで直線的に電圧が変化するようになっている。時刻ｔ１６で印字期間から休止期間へ切り替わる。時刻ｔ１６までは、アクチュエータ６には電圧Ｖ１が印加され、時刻ｔ１６からｔ１７で電圧Ｖ２になるまで直線的に電圧が変化するようになっている。時刻ｔ１４からｔ１５の期間、および、時刻ｔ１６からｔ１７の期間は、固有振動周期λになっている。

第４の実施形態において、休止期間から待機期間へまたは印字期間から休止期間へ切り替えにおいて、固有振動周期λの時間をかけて圧電体への印加電圧を直線的に増加または減少させている。電圧を直線的に変化させることで、ノズル１７から意図しないインク吐出や、ノズル１７を通して圧力室１８へ気泡が巻き込まれることを防ぐことが可能である。

（第５の実施形態）
図１２を参照して、第５の実施形態を説明する。第５の実施形態では、休止期間から待機期間への切り替え時の電圧の変化と、印字期間から休止期間への切り替え時の電圧の変化が、第１の実施形態と異なっている。切り替え時の電圧の変化を発生させる回路を備えている。切り替え時の電圧の変化を除いて、第５実施形態のインクジェットヘッド１およびインクジェットプリンタ１００の構成は、第１の実施形態の構成と同じである。

第５の実施形態では、時刻ｔ１８で休止期間から待機期間へ切り替わる。時刻ｔ１８まで、アクチュエータ６には電圧Ｖ２（０Ｖ）が印加され、時刻ｔ１８からｔ１９で電圧Ｖ１になるまで指数関数状に電圧が変化するようになっている。時刻ｔ２０で印字期間から休止期間へ切り替わる。時刻ｔ２０までは、アクチュエータ６には電圧Ｖ１が印加され、時刻ｔ２０からｔ２１で電圧Ｖ１から電圧Ｖ２になるまで指数関数状に電圧が変化するようになっている。時刻ｔ１８からｔ１９の期間、および、時刻ｔ２０からｔ２１の期間は、固有振動周期λになっている。

第５の実施形態では、休止期間から待機期間へ、または、印字期間から休止期間へ切り替えにおいて、固有振動周期λの時間をかけて圧電体への印加電圧を指数関数状に増加または減少させている。電圧を指数関数に従い変化させることで、ノズル１７から意図しないインク吐出や、ノズル１７を通して圧力室１８へ気泡が巻き込まれることを防ぐことが可能である。また、指数関数は、出力回路の時定数で決まるため、第３、第４実施形態に比べ、より簡単な回路構成によって発生させることができる。

上記実施形態では、液体噴射装置としてインクジェットヘッドを例示している。液体噴射装置は、インクを吐出する代わりに、創薬やバイオ分野で使われる試薬品や医薬品を吐出することも可能である。液体噴射装置を搭載した液体供給装置は、複数の凹部が形成されたウエルプレートの凹部に、試薬品や医薬品を所定の液滴数だけ供給する。また、液体噴射装置は、３Ｄプリンタで使用される液体樹脂を吐出することも可能である。３Ｄプリンタ用の液体噴射装置は、３次元設計データに基づき、所定のタイミングで、所定の場所に液体樹脂を吐出させる。３Ｄプリンタは、液体樹脂を積層したのち、硬化させて３次元構造を作成する。

（第６の実施形態）
図１３（１３−Ａ）は、第６実施形態である分注装置２００の斜視図である。図１３（１３−Ｂ）は、液体噴射面側から見た液体噴射部２０５を示している。分注装置２００は、液体噴射装置２０１、プレート搬送部２２０で構成されている。

液体噴射装置２０１は、試薬品２０３を所定量の液滴１３５として吐出する液体噴射ヘッド２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄ、２０２ｅ、を備えている。液体噴射ヘッド２０２ａ乃至２０２ｅは同じ構成になっている。液体噴射ヘッド２０２ａは、試薬品２０３を保持する容器２０４と、各容器２０４に対応して設けられた液体噴射部２０５を備えている。液体噴射部２０５は、ノズル配列を除き前述したインクジェットヘッドと同じ構成になっている。液体噴射部２０５のノズル１７は、図１３（１３−Ｂ）に示すように、図３乃至図４で示す傾斜配列ではなく、基板２０６の端面に平行な直線上に配列されている。ノズル１７を直線上に配列することで、基板２０６を傾斜配列に比べ小さくすることが可能である。液体噴射部２０５は、配線２０７、コネクタ２０８を通して、制御信号を受け、制御信号に従い必要量の試薬品２０３を吐出する。試薬品２０３を吐出させる信号は、前述したインクジェットヘッド駆動する駆動回路と同様、休止期間、待機期間、印字期間を含む構成になっている。

プレート搬送部２２０は、複数の凹部２１１を有するプレート２１０（媒体）を、液体噴射装置２０１に対してＣ１方向に搬送するように構成されている。プレート２１０は、樹脂製で、創薬のための試薬を保持する複数の凹部２１１を備えている。プレート２１０は、プレート搬送部２２０の位置決め部材２２１、２２２によって、プレート搬送部２２０に固定されている。分注装置２００は、プレート２１０をＣ１方向へ移動させながら、各凹部２１１に保持された薬品に、所定量の試薬品２０３を自動で混合させることが可能である。

第２乃至第６の実施形態においても、第１実施形態の構成と同様な効果を得ることができる。

液体噴射記録装置、分注装置、３Ｄプリンタはともに、所定量の液滴を供給する液体供給装置である。

休止期間における電圧については、「０」が好ましいが、これまでの実施形態での説明で言及したように、わずかに負の値、すなわち電圧Ｖ１と逆極性の値、にすることも可能である。ただし、負の値が大きすぎる場合には、圧電体膜１２の分極方向が待機状態に対して反転してしまう。結果、所望なインク吐出動作が得られない可能性がある。適正なインク吐出動作を得るために、電圧Ｖ２は、０Ｖか、あるいは電圧Ｖ１と同極性の電圧が望ましい。「圧電体膜（薄膜）」の長寿命化という観点からすると、電圧Ｖ２は、「０」以外の値を選択することも可能である。この場合、圧電体膜の寿命に影響を与えない程度に、または、実質的に、圧電体膜に収縮を発生させない程度の値とすることも可能である。バイアス電圧Ｖ１に対し、同極性でも、逆極性にかかわらず、「０」または「実質的に０」とみなせる値であっても良い。また、図８で示すように、休止期間、待機期間、印字期間で、電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を特定している。例えば、待機期間中のバイアス電圧をＶ１に設定したが、インク滴の挙動に影響を与えなければ、Ｖ１でなくとも良く、例えば、同一の電圧値を採用しているが、必ずしも同一ではなく、休止期間、待機期間、印字期間で、電圧値を、Ｖ１，Ｖ２、Ｖ３から適宜異なる値とすることも可能である。

本発明の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ １Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ インクジェットヘッド
２ インク供給部
３ 流路基板
４ フレキシブル基板
５ 駆動回路
６ アクチュエータ
１０ 振動板
１２ 圧電体膜
７１ 休止期間
７２ 待機期間
７３ 印字期間
７４ 休止期間
１００ インクジェットプリンタ
１０２ 給紙カセット
１２３ 排紙トレイ
１１０ 搬送ベルト
１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄ インクタンク
１４０ 制御基板

Claims (5)

1. 液体を吐出するノズルに連通する圧力室が形成された基板と、
   前記圧力室に対応して設けられ、電圧を印加することで厚さ方向と直交する方向に収縮する圧電体と、
   前記圧力室と圧電体の間に配置され、前記圧電体に電圧を印加することで前記圧力室の容積を変化させる容積可変板と、を備える液体噴射装置の駆動方法において、
   前記ノズルから前記液体を吐出する前の休止期間に第１の電圧を前記圧電体に印加する第１工程と、
   前記ノズルから前記液体を吐出させる前の待機期間に、前記圧電体を収縮させ前記圧力室の容積を減少させる前記第１電圧より高い第２電圧を前記圧電体に印加する第２工程と、
   前記第２の電圧より低い第３電圧を前記圧電体に印加後、前記第２の電圧を前記圧電体に印加して、前記ノズルから前記液体を吐出させる第３工程と、
   前記液体を吐出するか否かを表す吐出データに応じて、前記第１工程、第２工程、第３工程を切り替える工程と、を含む液体噴射装置の駆動方法。
2. 液体を吐出するノズルに連通する圧力室が形成された基板と、
   前記圧力室に対応して設けられ、電圧を印加することで厚さ方向と直交する方向に収縮する圧電体と、
   前記圧力室と圧電体の間に配置され、前記圧電体に電圧を印加することで前記圧力室の容積を変化させる容積可変板と、
   前記ノズルから前記液体を吐出する前の休止状態の第１電圧と、前記ノズルから前記液体を吐出させる前に、前記圧電体を収縮させる前記第１電圧より高い待機状態の第２電圧と、前記ノズルから前記液体を吐出させる前記第２の電圧より低い第３電圧を含む電気信号を発生し、前記液体を吐出するか否かを表す吐出データに応じて、前記圧電体に前記第１電圧、第２電圧、第３電圧を切り替えて印加する駆動回路と、を備える液体噴射装置。
3. 前記駆動回路は、前記吐出データを基に、前記第１電圧、第２電圧、第３電圧を切り替える信号を発生し、前記切替信号に従い前記ノズル毎に前記第１電圧、第２電圧、第３電圧を切り替える、請求項２記載の液体噴射装置。
4. 前記圧力室内の液体の固有振動周期をλとした時、前記休止状態の第１電圧から前記待機状態の第２電圧への切り替えにおいて、前記第１電圧と前記第２電圧との間の電圧をλ／２の期間保持する請求項２または３に記載の液体噴射装置。
5. 液体を吐出するノズルに連通する圧力室が形成された基板と、
   前記圧力室に対応して設けられ、電圧を印加することで厚さ方向と直交する方向に収縮する圧電体と、
   前記圧力室と圧電体の間に配置され、前記圧電体に電圧を印加することで前記圧力室の容積を変化させる容積可変板と、
   前記ノズルから前記液体を吐出する前の休止状態の第１電圧と、前記ノズルから前記液体を吐出させる前に、前記圧電体を収縮させる前記第１電圧より高い待機状態の第２電圧と、前記ノズルから前記液体を吐出させる前記第２の電圧より低い第３電圧を含む電気信号を発生し、前記液体を吐出するか否かを表す吐出データに応じて、前記圧電体に前記第１電圧、第２電圧、第３電圧を切り替えて印加する駆動回路と、を備える液体噴射装置と、
   前記吐出データを保存するメモリと、
   前記メモリに保存された吐出データに基づき、前記第１電圧、第２電圧、第３電圧を切り替える信号を発生する制御回路と、
   前記液体噴射装置によって吐出された液体を受ける媒体を搬送する搬送装置と、を備える液体供給装置。