JP2019177598A - 液滴吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】非吐出圧力室に記録液が充填されていないことによる圧電素子の過剰な変形を抑制する。【解決手段】列状に配列した複数の吐出圧力室と、複数の吐出圧力室が配列する方向に複数の吐出圧力室を挟んで配置された一対の非吐出圧力室とが形成された流路部材と、複数の吐出圧力室に対応してそれぞれ配設され、パルス状の第１駆動電圧ＶＤ１が印加される複数の第１圧電素子７１と、一対の非吐出圧力室に対応してそれぞれ配設され、パルス状の第２駆動電圧ＶＤ２が印加される一対の第２圧電素子８１と、を有する記録ヘッドを備え、一対の非吐出圧力室には、記録液が充填されず、第２駆動電圧ＶＤ２の立下り時間ｔｆ及び立上り時間ｔｒの少なくとも一方が、第２圧電素子８１に隣接する第１圧電素子７１に印加される第１駆動電圧ＶＤ１において、第２駆動電圧ＶＤ２の立下り時間ｔｆ及び立上り時間ｔｒの少なくとも一方と対応する立下り時間及び立上り時間の少なくとも一方より長い。【選択図】 図５

Description

本発明は、液滴吐出装置に関する。

従来、インク等の液体を記録ヘッドから記録媒体へ向けて吐出する液体吐出装置がある。この記録ヘッドは、液体を貯留するマニホールドと、マニホールドから液体が分配される複数の圧力室とを有している。圧力室にはノズルが連通されている。そして、圧力室の液体に圧力が付与されると、ノズルから液体が吐出される。

また、記録ヘッドにおいて、マニホールドを共有する複数の圧力室は、列を成して配設されている。この場合、列の途中に位置する圧力室は、両隣の圧力室に挟まれて位置している。一方、列の端に位置する圧力室は、片側だけにしか他の圧力室が存在しない。そのため、列の途中の圧力室と、列の端の圧力室とでは、周辺構造の違いにより、吐出特性に差が生じる。

そこで、列の端の圧力室に対し、更にその外側にダミー圧力室を設けた記録ヘッドが提案されている（特許文献１参照）。これにより、列の端の圧力室と列の途中の圧力室とは、互いの周辺構造が類似化するため、吐出特性も揃うことになる。

特開２０１５−０３７８６３号公報

ところで、特許文献１の記録ヘッドでは、吐出特性をより一層揃えるために、周辺構造の類似化だけではなく、ダミー圧力室に対応する圧電素子に、駆動電位を継続して印加する。これは、ダミー圧力室にインクが充填されない場合にも行われる。

しかし、ダミー圧力室（非吐出圧力室）にインク等の記録液が充填されない状態で圧電素子が駆動されると、圧電素子が過剰に変形してしまい、故障（例えば、圧電素子の破損）に繋がるおそれがあるという問題があった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、非吐出圧力室に記録液が充填されていないことによる圧電素子の過剰な変形を抑制することを目的としている。

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、本発明に係る液滴吐出装置は、列状に配列した複数の吐出圧力室と、前記複数の吐出圧力室が配列する方向に前記複数の吐出圧力室を挟んで配置された一対の非吐出圧力室とが形成された流路部材と、複数の前記吐出圧力室に対応してそれぞれ配設され、パルス状の第１駆動電圧が印加される複数の第１圧電素子と、前記一対の非吐出圧力室に対応してそれぞれ配設され、パルス状の第２駆動電圧が印加される一対の第２圧電素子と、を有する記録ヘッドを備え、前記一対の非吐出圧力室には、記録液が充填されず、前記２駆動電圧の立下り時間及び立上り時間の少なくとも一方が、前記第２圧電素子に隣接する前記第１圧電素子に印加される前記第１駆動電圧において、前記第２駆動電圧の前記立下り時間及び立上り時間の少なくとも一方と対応する前記立下り時間及び立上り時間の少なくとも一方より長い。

本発明は、非吐出圧力室に記録液が充填されていないことによる圧電素子の過剰な変形を抑制できるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施形態１に係る液滴吐出装置の概略構成を示す模式図である。 図２は、液滴吐出装置の機能的構成を示すブロック図である。 図３は、記録ヘッドの一部を拡大して示す平面図である。 図４は、記録ヘッドの一部を拡大して示す断面図であり、（ａ）は吐出圧力室を、（ｂ）は非吐出圧力室を示している。 図５は、記録ヘッドの電気的構成を示す図であり、（ａ）は第１及び第２圧電素子の駆動回路を示す回路図であり、（ｂ）は第１及び第２圧電素子に印加される駆動電圧の波形を示す波形図である。 図６は、第１及び第２圧電素子の駆動回路の等価回路を示す図であり、（ａ）は第１圧電素子の駆動回路の等価回路を示す回路図であり、（ｂ）は第２圧電素子の駆動回路の等価回路を示す回路図である。 図７は、圧電素子の個別電極を模式的に示す平面図であり、（ａ）は第１圧電素子の個別電極を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は第２圧電素子の個別電極を模式的に示す平面図である。 図８は、記録液が充填されない圧力室に対応する圧電素子に印加される駆動電圧及び当該圧電素子の変位を示す図である。 図９は、本発明の実施形態２に係る液滴吐出装置の記録ヘッドの圧電素子近傍部の構成を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は断面図である。

以下、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。また、本発明は、以下の実施形態に限定されない。

（実施形態１）
本発明の実施形態１に係る記録ヘッド及び液滴吐出装置として、以下では、インクを被記録シートへ吐出するインク吐出装置を例として説明する。ただし、本発明に係る液滴吐出装置が吐出する液体はインクに限られず、また、吐出された液体が付着する対象もシート状のものに限られない。また、液滴吐出装置は、インク吐出装置には限定されず、記録液を被記録媒体に吐出する装置であればよい。

［液滴吐出装置の構成］
図１は、液滴吐出装置の概略構成を示す模式図である。液滴吐出装置１は、下から順に、給紙トレイ１０、プラテン１１及びキャリッジ１２が組み付けられている。給紙トレイ１０は、複数の被記録シートＰを収容する。給紙トレイ１０の上方には、左右方向に長寸のプラテン１１が設けられている。プラテン１１は、平板部材であり、搬送される被記録シートＰを下から支える。プラテン１１の更に上方には、キャリッジ１２が設けられている。キャリッジ１２は、左右方向に往復移動可能で、記録ヘッド１３等が搭載されている。また、プラテン１１の前方には、排紙トレイ１４が設けられており、記録を終えた被記録シートＰを受け取る。

給紙トレイ１０の後方からは、シート搬送路２０が延設されている。シート搬送路２０は、給紙トレイ１０と排紙トレイ１４とを繋ぐ。シート搬送路２０は、湾曲パス２１、ストレートパス２２、及びエンドパス２３の３つのパスに分割できる。湾曲パス２１は、給紙トレイ１０から上方へ湾曲して、プラテン１１の後方近傍まで至っている。ストレートパス２２は、湾曲パス２１の終点からプラテン１１の前方近傍まで至っている。エンドパス２３は、ストレートパス２２の終点から排紙トレイ１４まで至っている。

液滴吐出装置１は、被記録シートＰを搬送するシート搬送機構として、給送ローラ３０、搬送ローラ３１及び排出ローラ３４を備えている。シート搬送機構は、給紙トレイ１０の被記録シートＰを、シート搬送路２０に沿って、排紙トレイ１４まで搬送する。

具体的には、給送ローラ３０が、給紙トレイ１０の直上に設けられ、被記録シートＰに上から当接している。搬送ローラ３１は、ピンチローラ３２と組んで搬送ローラ部３３を構成し、湾曲パス２１の下流端近傍に配置されている。搬送ローラ部３３は、湾曲パス２１とストレートパス２２とを繋ぐ。排出ローラ３４は、拍車ローラ３５と組んで排出ローラ部３６を構成し、ストレートパス２２の下流端近傍に配置されている。排出ローラ部３６は、ストレートパス２２とエンドパス２３を繋ぐ。

ここで、被記録シートＰは、給送ローラ３０によって、湾曲パス２１を介して搬送ローラ部３３へ供給される。さらに被記録シートＰは、搬送ローラ部３３により、ストレートパス２２から排出ローラ部３６へ送られる。ストレートパス２２内では、プラテン１１上の被記録シートＰに対して、インクが記録ヘッド１３から吐出される。被記録シートＰには、画像が記録される。この記録済みの被記録シートＰは、排出ローラ部３６によって、排紙トレイ１４まで搬送される。

図２は、液滴吐出装置１の機能的構成を示すブロック図である。液滴吐出装置１の制御部４０は、第１基板と第２基板を備える。第１基板にはＣＰＵ４１、ＲＯＭ４２、ＲＡＭ４３、及びＥＥＰＲＯＭ４４が実装され、第２基板にはＡＳＩＣ４５が実装されている。ＡＳＩＣ４５には、２つのモータドライバＩＣ４６，４７とヘッドドライバＩＣ４８が接続されている。モータドライバＩＣ４６は搬送モータ５０を駆動し、モータドライバＩＣ４７はキャリッジモータ５１を駆動する。ヘッドドライバＩＣ４８は、記録ヘッド１３の圧電素子７１、８１（後述）を駆動する。

液体吐出装置１は、ユーザ又は他の通信装置から印刷ジョブの入力を受けると、ＣＰＵ４１が、ＲＯＭ４２に記憶されたプログラムに基づいて印刷ジョブ実行の指令をＡＳＩＣ４５へ出力する。ＡＳＩＣ４５は、この指令に基づいて、各ドライバＩＣ４６〜４８を制御する。これにより、被記録シートＰの繰り出しと搬送、この搬送に同期したインクの吐出等、記録処理が実行される。

具体的には、モータドライバＩＣ４６は、搬送モータ５０を駆動して、給送ローラ３０、搬送ローラ３１、及び排出ローラ３４を回転させる。モータドライバＩＣ４７は、キャリッジモータ５１を駆動して、キャリッジ１２を左右方向（主走査方向）へ往復移動させる。ヘッドドライバＩＣ４８は、圧電素子を駆動して、メニスカスの振動やインクを吐出させる。

このうち、ヘッドドライバＩＣ４８の出力する駆動電圧は、第１電位ｖ１と、第１電位ｖ１とは異なる第２電位ｖ２との間で変化するパルス状の信号である。駆動電圧が第１電位ｖ１であるとき、圧力室は第１容積Ｖ１となり、駆動電圧が第２電位ｖ２であるとき、圧力室は第１容積Ｖ１より小さい第２容積Ｖ２となる（Ｖ１＞Ｖ２）。このように、駆動電圧の印加により、圧電素子は変位し、これに伴って圧力室の容積が変化する。

また、液体吐出装置１は、種々のセンサ（例えば、被記録シートの位置検出用の先端検出センサ、キャリッジの位置検出用のエンコーダ等）を備える。制御部４０は、これらセンサからの信号に基づき、各ドライバＩＣ４６〜４８を制御し、被記録シートＰに画像を形成する。

［記録ヘッドの構成］
図３は、記録ヘッド１３の一部を拡大した平面図である。記録ヘッド１３は、インクを一時的に貯留するマニホールド６０、マニホールド６０からインクが分配される吐出チャネル７０を備えている。マニホールド６０は、前後方向（副走査方向）に長尺で、外形が直方体形状の空間である。記録ヘッド１３は、吐出チャネル７０に加えて、ダミーチャネル８０を備えている。ダミーチャネル８０には、インクが分配されない。

マニホールド６０から下流側（インクが吐出されるノズル側）を見たとき、マニホールド６０のサイズが一番大きい。そのため、流路の構成要素単位（例えば、マニホールド６０、吐出圧力室７３、ディセンダ７４、吐出ノズル７５等）で比べると、インクに対する流路抵抗は、マニホールド６０が一番小さい。マニホールド６０の後部（上流側端部）には、液体タンク（不図示）から延びる供給路が接続されている。

記録ヘッド１３は、図３に示すように、吐出チャネル７０及びダミーチャネル８０が配置されている。このうち各吐出チャネル７０は、マニホールド６０と上下方向に部分的な重なりを有し、マニホールド６０の左右の側方のうち、一方側（図３では右側）に配置されている。ダミーチャネル８０は、マニホールド６０との重なりは無い。また、各チャネル７０、８０は、マニホールド６０に沿って前後方向に等間隔で並び、チャネル列を構成している。このとき、ダミーチャネル８０は、チャネル列の端に位置する。

図４は、記録ヘッド１３の一部を拡大した断面図である。図４（ａ）は、図３において線ＩＶａ−ＩＶａで切断した吐出チャネル７０の断面図、図４（ｂ）は、図３において線ＩＶｂ−ＩＶｂで切断したダミーチャネル８０の断面図である。また、図４（ａ）及び図４（ｂ）は、マニホールド６０の長手方向に交差する断面でもある。

図４に示すように、吐出チャネル７０は、連通流路７２がマニホールド６０と上下に重なっている。ダミーチャネル８０は、同様の連通流路が無い。しかし、他の流路構成要素では、両者が、圧力室、ディセンダ及びノズルの順に接続されている点で共通する。さらに、圧力室は、その壁部の一部が、圧電素子により構成されている点も同じである。

なお、圧電素子は、圧電層と振動板の積層体である。圧電層は、その表裏に電極（個別電極と共通電極）が積層されており、駆動電圧の印加により面方向（上下方向と直交する方向）に伸縮する。振動板は自発的に変形しないので、圧電素子は、圧力室に向かって変位することになる。

吐出チャネル７０は、図４（ａ）に示すように、マニホールド６０の出口から連通流路７２、吐出圧力室７３、及びディセンダ７４の順で繋がり、吐出ノズル７５へ至る流路である。このうち連通流路７２は、マニホールド６０と吐出圧力室７３とを接続する。ディセンダ７４は、吐出圧力室７３と吐出ノズル７５とを接続する。第１圧電素子７１は、上述のように、振動板７１ａが吐出圧力室７３の壁部を構成し、駆動電圧の印加で変形して吐出圧力室７３内のインクを吐出する。

より詳述すると、連通流路７２は、クランク形状の絞り流路であり、インクに対する流路抵抗が高い。連通流路７２は、マニホールド６０の上面側と圧力室７３の下面側を直接接続する。連通流路７２の一端７２ａ（マニホールド６０の出口に相当）が、マニホールド６０の左側端部と、上方から接続している。連通流路７２は、一端７２ａから上方へ延びた後、右方へ屈曲して延びる。さらに、連通流路７２は、マニホールド６０の右側端部付近で上方へ屈曲して他端７２ｂに至る。この他端７２ｂは、吐出圧力室７３の一端部７３ａに対して、下方から接続している。

吐出圧力室７３は、一端部７３ａから右方の他端部７３ｂに至る空間であり、左右方向に長寸である。この吐出圧力室７３の上面は、開口面であるが、上述のように振動板７１ａで封止されている。

ディセンダ７４は、ほぼストレート形状の流路であり、吐出圧力室７３の下面側と吐出ノズル７５を接続する。ディセンダ７４の一端７４ａが、圧力室７３の他端部７３ｂと下方から接続している。ディセンダ７４は、一端７４ａから下方へ延設され、他端７４ｂに至る。この他端７４ｂには、吐出ノズル７５が接続している。ディセンダ７４があることにより、マニホールド６０を深くでき、そのインクに対する流路抵抗を容易に小さくできる。

ここで、第１圧電素子７１が駆動されると、吐出圧力室７３内のインクが加圧され、吐出ノズル７５から吐出される。

ダミーチャネル８０は、図４（ｂ）に示すように、連通流路を持たない。ダミーチャネル８０は、非吐出圧力室８３、及びディセンダ８４を経てダミーノズル８５へ至る孤立流路である。そのため、非吐出圧力室８３には、インクが充填されない。第２圧電素子８１を含む他の流路構成要素は、その配置形態が、上述の吐出チャネル７０と同様である。第２圧電素子８１は、その振動板８１ａが非吐出圧力室８３の壁部を構成する形態も同じである。なお、第２圧電素子８１は、通電時に変形して、非吐出圧力室８３の容積を変更可能である。

圧電素子を除くマニホールド６０、圧力室等の各流路の構成要素は、貫通孔、窪み、溝等を有する複数のプレートが積層されることで、これらプレートの積層体（流路部材）１３ａの内部に形成される。このとき、積層体１３ａの下面は、ノズル面１３ｂであって、全てのノズル７５、８５が開口している。また、図４において、積層体１３ａを構成する各プレートの境界（接合面）は、その図示を省略している。

さらに、チャネル列において、複数の吐出チャネル７０は、連通流路７２、圧力室７３、ディセンダ７４、及び吐出ノズル７５の各寸法が、いずれも互いに同一になっている。そして、これらの各寸法は、ダミーチャネル８０の対応する構成要素の各寸法とも、おおむね同じである。

上述したように、チャネル列において、一番端の吐出チャネル７０には、ダミーチャネル８０が外側から隣接している。ダミーチャネル８０は、吐出チャネル７０と同等の構成を有している。そのため、端の吐出チャネル７０と他の吐出チャネル７０との間で、吐出特性を揃えることができる。

図５は、記録ヘッド１３の電気的構成を示す図であり、図５（ａ）は第１及び第２圧電素子７１，８１とヘッドドライバＩＣ４８との接続形態を示す。図５（ｂ）は、隣同士の位置関係にある第１及び第２圧電素子７１，８１について、印加される第１及び第２駆動電圧ＶＤ１，ＶＤ２の波形を示す。

図４（ａ）〜図５（ｂ）を参照すると、チャネル列において、複数の第１圧電素子７１及び両端（図５（ａ）には後端のみ示す）の第２圧電素子８１は、平型可撓性基板（例えば、フレキシブル基板）の配線７８及び配線８８によって、ヘッドドライバＩＣ４８に接続されている。ヘッドドライバＩＣ４８は、個別ドライバの集合体である。

第１及び第２圧電素子７１，８１は、隣同士の位置関係にあれば、対応する個別ドライバが同じ制御信号ＶＩで制御される。加えて、本実施形態では、圧電素子の容量及び個別ドライバの内部抵抗の少なくとも一方について、第２圧電素子に係わる方の値を大きくしてある。そのため、図５（ｂ）に示すように、第１圧電素子７１には第１駆動電圧ＶＤ１が印加され、第２圧電素子８１には第２駆動電圧ＶＤ２が印加されることになる。

図５（ｂ）に点線で示す波形は、第２駆動電圧ＶＤ２が変化を開始するタイミングｔｉで規定される波形である。この波形は、電圧の違いを除いて、上述の制御信号ＶＩと同じである。

第１駆動電圧ＶＤ１及び第２駆動電圧ＶＤ２は、上述のように、第１電位ｖ１と第２電位ｖ２との間で変化するパルス状の電圧である。各パルスの波形は、共に台形状であるが、立上り時間ｔｒ及び立下り時間ｔｆに違いがある。具体的には、２つの時間ｔｒ、ｔｆについて、いずれも第２駆動電圧ＶＤ２の方が長い。図５（ｂ）では、この相違を強調するために、第１駆動電圧ＶＤ１の波形を矩形に描き、第２駆動電圧ＶＤ２の波形を台形に描いてある。

なお、図５（ｂ）における参照符号ＰＷｓ、ＰＷｍ、及びＰＷｌは、順に液滴サイズが「小玉」、「中玉」、及び「大玉」であることを意味し、それぞれに対応するパルス波形を示している。

図６は、ヘッドドライバＩＣ４８に圧電素子が接続されたときのチャネル毎の等価回路図であり、図６（ａ）は第１圧電素子７１及びその駆動用個別ドライバ（個別ドライバ４８Ａ）の組に対応する回路図であり、図６（ｂ）は第２圧電素子８１及びその駆動用個別ドライバ（個別ドライバ４８Ｂ）の組に対応する回路図である。

個別ドライバ４８Ａ（本発明の第１電圧印加回路）は、内部抵抗Ｒ１を有し、第１圧電素子７１に第１駆動電圧ＶＤ１を印加する。第１圧電素子７１は、容量Ｃ１を有し、一種のコンデンサでもある。この個別ドライバ４８Ａと第１圧電素子７１との組は、第１回路１００Ａを構成する。

このとき、第１回路１００Ａは、Ｃ１及びＲ１で規定される時定数τ１（＝Ｃ１＊Ｒ１）を有する。参照符号ＶＩ１は、個別ドライバ４８Ａに印加される制御信号を示す。この制御信号ＶＩ１は、矩形のパルス波で構成されている。

第１回路１００Ａにおいて、個別ドライバ４８Ａに制御信号ＶＩ１が印加されると、この信号ＶＩ１は第１駆動電圧ＶＤ１の電圧まで増幅され、第１圧電素子７１に印加される。この第１駆動電圧ＶＤ１は、負荷がオープン状態では矩形波である。しかし、第１圧電素子７１に印加されると、波形が時定数τ１で規定されるので、第１駆動電圧ＶＤ１は立上り時間ｔｒ及び立下り時間ｔｆの略台形波になる。なお、図５Ｂでは、立上り時間ｔｒ及び立下り時間ｔｆが短いことを強調するために、これらを省略して第１駆動電圧ＶＤ１を矩形波で示している。

個別ドライバ４８Ｂ（本発明の第２電圧印加回路）は、内部抵抗Ｒ２を有し、第２圧電素子８１に第２駆動電圧ＶＤ２を印加する。第２圧電素子８１は、容量Ｃ２を有し、一種のコンデンサでもある。この個別ドライバ４８Ｂと第２圧電素子８１との組は、第２回路１００Ｂを構成する。

このとき、第２回路１００Ｂは、Ｃ２及びＲ２で規定される時定数τ２（＝Ｃ２＊Ｒ２＞τ１）を有する。参照符号ＶＩ２は、個別ドライバ４８Ｂに印加される制御信号を示す。この制御信号ＶＩ２は、矩形のパルス波で構成されている。第１及び第２圧電素子７１，８１が隣同士の位置関係にあれば、この制御信号ＶＩ２は、制御信号ＶＩ１と同じである。

第２回路１００Ｂにおいて、個別ドライバ４８Ｂに制御信号ＶＩ２が印加されると、この信号ＶＩ２は第２駆動電圧ＶＤ２の電圧まで増幅され、第２圧電素子８１に印加される。ここで、時定数について、τ２＞τ１の大小関係があることより、第２駆動電圧ＶＤ２の立上り時間ｔｒ及び立下り時間ｔｆは、第１駆動電圧ＶＤ１のそれに比べて長い。図５Ｂでは、この関係を強調するために、第２駆動電圧ＶＤ２を台形波で示している。

時定数について、τ２＞τ１の大小関係を構造的に実現するには、個別ドライバ４８Ｂの内部抵抗Ｒ２を個別ドライバ４８Ａのそれより大きくする、第２圧電素子８１の容量Ｃ２を第１圧電素子７１のそれより大きくする、さらに、内部抵抗Ｒ２も容量Ｃ２もより大きくする、の３つの形態が考えられる。いずれの形態でも同様の効果を得られるが、まず、容量値で調整する形態を説明する。

図７は、容量値調整の一形態であって、圧電素子の個別電極の違いを示す模式平面図である。図７（ａ）は第１圧電素子の個別電極を示す平面図であり、図７（ｂ）は第２圧電素子の個別電極を示す平面図である。図７では、圧力室と個別電極との配置形態が示されており、各圧電素子については、その振動板、圧電層、共通電極等の構成要素は省略されている。

図７（ａ）及び図７（ｂ）を参照すると、吐出圧力室７３と非吐出圧力室８３とは、サイズ及び形状が同じである。一方、圧電素子の個別電極には、平面視の形状に違いがある。吐出圧力室７３の第１圧電素子７１では、第１圧電素子７１の変形効率が重視されており、個別電極７７が、所定のサイズと形状を持っている。所定方向１１０（マニホールド６０の延在方向であって、キャリッジ上では前後方向）において、個別電極７７の寸法は、吐出圧力室７３の開口の略７割とされ、開口の寸法より一回り小さい。

本実施形態では、２つの圧電素子７１、８１について、個別電極７７、８７の所定方向１１０の寸法Ｌ１，Ｌ２を違えてある。このとき、Ｌ１＜Ｌ２の関係がある。一方、これと垂直な方向（キャリッジ上では左右方向）の寸法Ｗ１，Ｗ２は、同じである。この形状の違いは、第２圧電素子８１について、変形に関与する活性部（個別電極８７の面積）を拡大し、変形効率の低下と静電容量値Ｃの増加をもたらす。

非吐出圧力室８３の開口に対して、活性部のサイズが好適な大小関係を超すと、過剰な拡大部分は、残余の活性部の変形方向とは逆に変形しようとする。第２圧電素子８１としては、所望の方向の変形が妨げられ、変形量が下がる。同時に、個別電極８７が拡大しているので、第２圧電素子８１の容量Ｃ２が第１圧電素子の容量Ｃ１より大きくなる。時定数について、τ２＞τ１の大小関係が生まれる。

［液滴吐出装置の作用効果］
図８は、空の圧力室について、点線で圧電素子に印加される駆動電圧を示し、実線で対応する圧電素子の変位を示している。

図８に示すように、圧力室に記録液が充填されない場合、急峻に変化する（立上り時間ｔｒ及び立下り時間ｔｆがごく短い）矩形波状の駆動電圧が印加されると、大きなオーバーシュート（過剰な変形）を伴う圧電素子の振動が生じる。時として、過剰な変形により、圧電素子が破損して、故障に繋がるおそれがある。

しかし、本実施形態では、非吐出圧力室８３について、第２駆動電圧ＶＤ２を調整して、第２圧電素子８１が過剰に変形しないようにしている。具体的には、第２駆動電圧ＶＤ２は、第１駆動電圧ＶＤ１に比べて、立上り時間ｔｒ及び立下り時間ｔｆが長い。このため、非吐出圧力室８３では、第２圧電素子８１が急峻に変位しないので、その過剰な変形が抑制される。

また、第２駆動電圧ＶＤ２は、第１駆動電圧ＶＤ１と電圧が同じである。隣接する２つの圧電素子７１、８１では、駆動電圧印加時の変位量が同じである。そのため、吐出チャネル７０間で、吐出特性が揃ったものとなる。

また、本実施形態では、第１圧電素子７１及び第２圧電素子８１が互いに隣接関係にあれば、対応する個別ドライバには、同じ制御信号ＶＩが供給される。つまり、第２圧電素子８１を駆動するために、新たな制御用の信号を用意する必要がない。

＜変形例１＞
変形例１は、実施形態１において、第２駆動電圧ＶＤ２は、第１駆動電圧ＶＤ１に比べて、パルスの振幅（電圧）が小さいものである。振幅の調整は、制御信号の増幅率について、個別ドライバ４８Ｂの方が、個別ドライバ４８Ａよりも小さくしておけば良い。

この変形例１によれば、第２駆動電圧ＶＤ２が、急峻に変化する矩形波であるとしても、振幅が小さい分、過剰な変形は弱まる。また、隣接関係にある個別ドライバ４８Ａ、４８Ｂには、同じ制御信号ＶＩが入力されれば良い。そのため、制御が容易であり、第２圧電素子のために新たな制御信号ＶＩを用意する必要もない。

＜変形例２＞
変形例２は、実施形態１において、第２回路１００Ｂは、第２圧電素子８１の容量Ｃ２が、第１圧電素子７１の容量Ｃ１と同じである。且つ、個別ドライバ４８Ｂの内部抵抗Ｒ２が、個別ドライバ４８Ａの内部抵抗Ｒ１より大きく設定されているものである。ヘッドドライバＩＣ４８の出力端子には、保護抵抗が直列に接続されており、個別ドライバ４８Ｂ用の保護抵抗を、個別ドライバ４８Ａ用よりも大きくしておけば良い。

また、第２圧電素子８１が第１圧電素子７１と同じ容量を持つが、実施形態１で述べたように、圧電素子の活性部（個別電極）の形状を違えることは有効である。具体的には、面積については、Ｌ１＊Ｗ１＝Ｌ２＊Ｗ２の関係がある。このとき、隣接関係にある圧電素子７１、８１について、所定方向１１０の寸法Ｌ１，Ｌ２は、Ｌ１＜Ｌ２の大小関係を持つ。且つ、所定方向１１０と直交する方向について、寸法Ｗ１，Ｗ２は、Ｗ１＞Ｗ２の大小関係を持つ。この形態では、第２圧電素子８１の活性部に、上述の過剰な拡大部分が生じる。

この変形例２によれば、好適に、第２回路１００Ｂの時定数τ２を第１回路１００Ａの時定数τ１より大きく設定することができる。また、第２圧電素子８１が第１圧電素子７１と同じ容量を持つので、実施形態１で述べたように、活性部（個別電極）の形状を違えることで、第２圧電素子８１の変形効率を構造的にも抑制できる。

＜変形例３＞
変形例３は、実施形態１において、第２回路１００Ｂは、第２圧電素子８１の容量Ｃ２が、第１圧電素子７１の容量Ｃ１より大きい。且つ、個別ドライバ４８Ｂの内部抵抗Ｒ２も、個別ドライバ４８Ａの内部抵抗Ｒ１より大きく設定されているものである。

この変形例３によれば、より好適に、第２回路１００Ｂの時定数τ２を第１回路１００Ａの時定数τ１より大きく設定することができる。

（実施形態２）
図９は、本発明の実施形態２に係る液滴吐出装置の構成を模式的に示す図である。主に、記録ヘッドの圧電素子近傍部が示されている。図９（ａ）は、圧電素子近傍部の平面図である。図９（ｂ）は、圧電素子近傍部の切断線ＩＸｂ−ＩＸｂの沿う断面図である。

実施形態２の液滴吐出装置は、非吐出圧力室及びこれに対応する圧電素子の形態が実施形態１の液滴吐出装置と相違し、これ以外の構成は実施形態１の液滴吐出装置と同じである。以下、この相違点について説明する。

図９（ａ）及び図９（ｂ）を参照すると、実施形態２では、チャネル列の両端部には、複数（ここでは３つ）の非吐出圧力室８３が配置されている。そして、１つの第２圧電素子８１が、これら複数の非吐出圧力室８３に跨がってそれぞれ配置されている。

なお、図を見易くするために、振動板の図示を省略している。振動板は、圧力室の開口を封止する薄板状部材であるが、個別の振動板が圧力室毎に配置されていても良いし、１つの振動板が全圧力室に共通で配置されていても良い。

具体的には、チャネル列において、両端部がそれぞれ３つのダミーチャネル８０で構成されている。１つの吐出チャネル７０では、１つの吐出圧力室７３の上側に、振動板（不図示）を介して１つの個別電極７７が配設されている。一方、３つのダミーチャネル８０では、３つの非吐出圧力室８３の上側に、振動板（不図示）を介して１つの個別電極８７が配設されている。

これらの個別電極７７及び個別電極８７は、１つの圧電層９２によって覆われている。圧電層９２には、複数のスリット９２ａが設けられている。スリット９２ａは、個別電極７７同士の中間及び個別電極７７と個別電極８７との中間に位置するが、圧電層９２を分割するものではない。これにより、各圧電素子７１、８１は、機能的に分離されて、選択的に駆動される。

そして、１つの共通電極９１が、スリット及び圧電層９２を覆うように設けられている。共通電極９１は、ヘッドドライバＩＣ４８のグランドに接続されている。１つの個別電極７７と圧電層９２と共通電極９１とが１つの第１圧電素子７１を構成し、１つの個別電極８７と圧電層９２と共通電極９１とが１つの第２圧電素子８１を構成している。

この実施形態２によれば、吐出圧力室７３の並びの両側には、それぞれ３つの非吐出圧力室８３が吐出圧力室７３と同じ間隔で配置されているので、少なくとも並びの端に位置する吐出圧力室７３は、周囲から受ける構造的クロストークが確実に緩和される。

このとき、１つの第２圧電素子８１は、隣接する１つの第１圧電素子７１に比べて、確実に大きな容量Ｃ２を持つ。このため、時定数について、τ２＞τ１の大小関係が成り立つ。従って、非吐出圧力室８３に記録液が充填されていなくても、第２圧電素子８１の過剰な変形を、より好適に抑制できる。

以上の構成では、時定数について、τ２＞τ１の大小関係を構造的に実現していた。いずれの調整法も、第２駆動電圧ＶＤ２の立上がり時間ｔｒ及び立下がり時間ｔｆが、同時に同様に調整されている。しかし、立上がり時間ｔｒと立下がり時間ｔｆとで、調整の度合いが異なっていても良い。

第２圧電素子８１は、駆動電圧の変化により、弛緩状態と緊張状態の間で、形態が変化する。例えば、緊張状態では、第２圧電素子８１は、非吐出圧力室８３の内側に凸に変形している。

そこで、第２圧電素子８１の形態が、弛緩状態から緊張状態に移行するとき、第２駆動電圧ＶＤ２の立上がり時間ｔｒ又は立下がり時間ｔｆを、第１駆動電圧ＶＤ１のそれと比べて長くする。一方、第２圧電素子８１の形態が、逆方向に移行するとき、第２駆動電圧ＶＤ２の立下がり時間ｔｆ又は立上がり時間ｔｒを、弛緩状態から緊張状態に移行するときの立上がり時間ｔｒ又は立下がり時間ｔｆを超えない範囲で、第１駆動電圧ＶＤ１の立下がり時間ｔｆ又は立上がり時間ｔｒ以上とする。

この構成によれば、構造的クロストークに対する非吐出圧力室８３の緩和効果は、第２駆動電圧ＶＤ２の立上がり時間ｔｒ及び立下がり時間ｔｆが上述のように調整されている場合に比べて、高くなるといえる。さらに、第２圧電素子８１が弛緩状態から緊張状態に移行するとき、逆方向に移行するときに比べて、過剰な変形を起こしやすい。ここで、第２駆動電圧ＶＤ２は、より長い立上がり時間ｔｒ又は立下がり時間ｔｆをもつ。そのため、弛緩状態から緊張状態に移行するとき、変化に急峻さが押さえられ、第２圧電素子８１の損傷が効果的に抑制される。

なお、この場合、この特定の波形を有する第２駆動電圧ＶＤ２を生成する回路が必要である。このような回路は周知であるのでその説明を省略する。

また、以上の実施例及び変形例では、ダミーチャネルが連通流路を持たない形態の流路として説明した。しかし、ダミーチャネルとして、連通流路を有する形態であっても良い。この場合、非吐出圧力室以外の何れかの構成要素が、欠損又は遮断されておれば良い。例えば、ダミーノズルが無い形態、ディセンダを持つならば、ディセンダの途中部が遮断されていたり、非吐出圧力室との接続がなされていない形態、ディセンダ自体が無い形態、連通流路があっても非吐出圧力室との接続がなされていない形態等、非吐出圧力室にインクが充填されない形態が考えられる。

上記説明から、当業者にとっては、多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきである。

本発明の液滴吐出装置は、非吐出圧力室に記録液が充填されていないことによる圧電素子の過剰な変形を抑制することが可能な液滴吐出装置として有用である。

１ 液滴吐出装置
１０ 給紙トレイ
１１ プラテン
１２ キャリッジ
１３ 記録ヘッド
１３ａ 積層体
４８ ヘッドドライバＩＣ
４８Ａ，４８Ｂ 個別ドライバ
６０ マニホールド
７１ 第１圧電素子
７３ 吐出圧力室
７７ 個別電極
８１ 第２圧電素子
８３ 非吐出圧力室
８７ 個別電極
１００Ａ 第１回路
１００Ｂ 第２回路
１１０ 所定方向
ＶＤ１ 第１駆動電圧
ＶＤ２ 第２駆動電圧
ｔｒ 立上り時間
ｔｆ 立下り時間
ｖ１ 第１電位
ｖ２ 第２電位

Claims (9)

1. 列状に配列した複数の吐出圧力室と、前記複数の吐出圧力室が配列する方向に前記複数の吐出圧力室を挟んで配置された一対の非吐出圧力室とが形成された流路部材と、
   複数の前記吐出圧力室に対応してそれぞれ配設され、パルス状の第１駆動電圧が印加される複数の第１圧電素子と、
   前記一対の非吐出圧力室に対応してそれぞれ配設され、パルス状の第２駆動電圧が印加される一対の第２圧電素子と、を有する記録ヘッドを備え、
   前記一対の非吐出圧力室には、記録液が充填されず、
   前記２駆動電圧の立下り時間及び立上り時間の少なくとも一方が、前記第２圧電素子に隣接する前記第１圧電素子に印加される前記第１駆動電圧において、前記第２駆動電圧の前記立下り時間及び立上り時間の少なくとも一方と対応する前記立下り時間及び立上り時間の少なくとも一方より長い、液滴吐出装置。
2. 前記第２駆動電圧は、当該第２駆動電圧が印加される前記第２圧電素子に隣接する前記第１圧電素子に印加される前記第１駆動電圧と、前記立下り時間及び立上り時間の少なくとも一方を除いて、電圧の変化の開始タイミングで規定される波形が同じである、請求項１に記載の液滴吐出装置。
3. 前記第２駆動電圧は、
   第１電位ｖ１と、前記第１電位ｖ１とは異なる第２電位ｖ２との間で変化するパルス状の電圧であって、前記第２圧電素子に印加された前記第２圧電素子の電位が前記第１電位ｖ１にあるとき、前記非吐出圧力室の容積を第１の容積Ｖ１とし、前記第２圧電素子の電位が前記第２電位ｖ２にあるとき、前記非吐出圧力室の容積を前記第１の容積Ｖ１より小さい第２の容積Ｖ２とするとともに、
   電位が前記第１電位ｖ１から変化して第２電位ｖ２となるまでの前記第２駆動電圧の立下り時間又は立上り時間が、前記第２圧電素子に隣接する前記第１圧電素子に印加される前記第１駆動電圧において、前記第２駆動電圧の前記立下り時間又は立上り時間と対応する前記立下り時間又は立上り時間より長い、請求項２に記載の液滴吐出装置。
4. 前記第２駆動電圧は、前記第１駆動電圧に比べて、パルスの振幅が小さい、請求項１〜３のいずれかに記載の液滴吐出装置。
5. 前記記録ヘッドは、
   前記第１圧電素子に前記第１駆動電圧を印加する複数の第１電圧印加回路と、
   前記第２圧電素子に前記第２駆動電圧を印加する２つの第２電圧印加回路と、を備え、
   前記第２圧電素子と前記第２電圧印加回路とが作る第２回路の時定数が、前記第１圧電素子と前記第１電圧印加回路とが作る第１回路の時定数より大きい、請求項１〜４のいずれかに記載の液滴吐出装置。
6. 前記第２回路は、前記第２電圧印加回路の抵抗が前記第１電圧印加回路の抵抗より大きく設定されている、請求項５に記載の液滴吐出装置。
7. 前記第２回路は、前記第２圧電素子の容量が前記第１圧電素子の容量より大きく設定されている、請求項５又は６に記載の液滴吐出装置。
8. 前記非吐出圧力室と前記吐出圧力室とは、サイズ及び形状が同じであり、
   前記第２圧電素子の電極の前記所定方向の寸法が、前記第１圧電素子より大きい、請求項６に記載の液滴吐出装置。
9. 前記流路部材は、前記複数の吐出圧力室が配列する配列方向において、前記複数の吐出圧力室の両側に、複数の前記非吐出圧力室が前記吐出圧力室同士の間隔でそれぞれ形成され、
   １つの前記第２圧電素子が、前記複数の非吐出圧力室に跨がってそれぞれ配置されている、請求項１〜８のいずれかに記載の液滴吐出装置。

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