JP2020026124A - 液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び液体噴射ヘッドのバイアス電位の設定方法 - Google Patents

液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び液体噴射ヘッドのバイアス電位の設定方法 Download PDF

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Abstract

【課題】吐出量のばらつきを低減すると共に、コストを低減した液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び液体噴射ヘッドのバイアス電位の設定方法を提供する。【解決手段】液体を吐出するノズル21が並設されたノズル列22と、圧力発生室が設けられた流路形成基板と、流路形成基板の一方面側に設けられた第1電極60と圧電体層70と第2電極80とを有する圧電アクチュエーター300とを備え、圧電アクチュエーターには、圧電体層の第1電極と第2電極とで挟まれた活性部310が、圧力発生室毎に独立して設けられ、第1電極及び第2電極の何れか一方の電極を活性部の各々に独立して設けられた個別電極とし、第1電極及び第2電極の何れか他方の電極を複数の活性部に共通して設けられた共通電極とし、共通電極は、1つのノズル列において、ノズルの並設方向に2つ以上に分割して設けることにより、吐出量のばらつき低減と、低コスト化を実現する。【選択図】図2

Description

本発明は、液体を吐出するノズルに連通する流路内に圧力変化を生じさせる圧電アクチュエーターを有する液体噴射ヘッド、液体噴射ヘッドを具備する液体噴射装置及び液体噴射ヘッドの圧電アクチュエーターに印加するバイアス電位の設定方法に関し、特に液体としてインクを吐出するインクジェット式記録ヘッド、インクジェット式記録装置及びインクジェット式記録ヘッドのバイアス電位の設定方法に関する。
液体噴射ヘッドに用いられる圧電アクチュエーターは、電気機械変換機能を呈する圧電材料、例えば、結晶化した誘電材料からなる圧電体層を2つの電極で挟んで構成されたものがある。なお、液体噴射ヘッドの代表例としては、例えば、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電アクチュエーターにより変形させて圧力発生室内のインクを加圧してノズルからインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドがある。
ここで、ノズルが並設されたノズル列において、流路の構造上のばらつきや圧電アクチュエーターの電気抵抗値による変位特性のばらつきなどによって、ノズル列内でインク滴の吐出量にばらつきが生じ、印刷品質が低下してしまう場合がある。
このため、圧電アクチュエーターを駆動する駆動信号として、電圧の異なる複数の駆動信号を用意し、ノズル列のインク滴の吐出特性に応じて駆動信号を適宜選択して供給することでインク滴の吐出量のばらつきを低減したインクジェット式記録ヘッドが提供されている(例えば、特許文献1参照)。
特開平11−221921号公報
しかしながら、特許文献1のように複数の駆動信号を用意するには、駆動信号生成回路やスイッチング素子等が複数セット必要となり、構成が複雑化すると共にコストが増大してしまうという問題がある。
なお、このような問題はインクジェット式記録装置だけではなく、インク以外の液体を噴射する液体噴射装置においても同様に存在する。
本発明はこのような事情に鑑み、液体の吐出量のばらつきを低減して印刷品質を向上することができると共に構成を簡略化してコストを低減した液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び液体噴射ヘッドのバイアス電位の設定方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決する本発明の態様は、液体を吐出するノズルが並設されたノズル列と、前記ノズル列の各ノズルに連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板と、流路形成基板の一方面側に設けられて第1電極と圧電体層と第2電極とを有する圧電アクチュエーターと、を具備し、前記圧電アクチュエーターには、前記圧電体層の前記第1電極と前記第2電極とで挟まれた活性部が、前記圧力発生室毎に独立して設けられており、前記第1電極及び前記第2電極の何れか一方の電極は、前記活性部の各々に独立して設けられた個別電極を構成し、前記第1電極及び前記第2電極の何れか他方の電極は、複数の前記活性部に共通して設けられた共通電極を構成し、前記共通電極は、1つの前記ノズル列において、前記ノズルの並設方向に2つ以上に分割して設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
また、本発明の他の態様は、上記態様の液体噴射ヘッドと、前記圧電アクチュエーターの前記個別電極に、前記ノズル列に共通の駆動信号を選択的に供給すると共に、前記共通電極にバイアス電位を供給する制御部と、を具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
さらに、本発明の他の態様は、液体を吐出するノズルが並設されたノズル列と、前記ノズル列の各ノズルに連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板と、流路形成基板の一方面側に設けられて第1電極と圧電体層と第2電極とを有する圧電アクチュエーターと、を具備し、前記圧電アクチュエーターには、前記圧電体層の前記第1電極と前記第2電極とで挟まれた活性部が、前記圧力発生室毎に独立して設けられており、前記第1電極及び前記第2電極の何れか一方の電極は、前記活性部の各々に独立して設けられた個別電極を構成し、前記第1電極及び前記第2電極の何れか他方の電極は、複数の前記活性部に共通して設けられた共通電極を構成し、前記共通電極は、1つの前記ノズル列において、前記ノズルの並設方向に2つ以上に分割され、分割された前記共通電極は、第1の領域と第2の領域とを有し、前記圧電アクチュエーターの前記個別電極には、前記ノズル列に共通の駆動信号が選択的に供給されると共に、前記共通電極にはバイアス電位が供給され、基準となるバイアス電位で前記駆動信号を印加して、前記第1の領域を共通電極とする前記活性部に対応する前記ノズルで構成される第1のノズル群からの液体の平均吐出量と、第2の領域を共通電極とする前記活性部に対応する前記ノズルで構成される第2のノズル群からの液体の平均吐出量とを測定し、測定された平均吐出量と基準となる吐出量との比較に基づき、前記第1の領域及び前記第2の領域に供給するバイアス電位を決定することを特徴とする液体噴射ヘッドのバイアス電位の設定方法にある。
記録装置の概略構成を示す図である。 流路形成基板の平面図である。 記録ヘッドの断面図である。 記録ヘッドの断面図である。 インクジェット式記録装置の概略構成を示す図である。 記録装置の電気的構成を示すブロック図である。 バイアス電位生成回路の機能ブロック図である。 駆動信号を示す駆動波形である。 比較例に係る記録ヘッドの吐出特性のばらつきを説明するグラフである。 比較例に係る記録ヘッドの吐出特性のばらつきを説明するグラフである。 電圧と変位量との関係を示すグラフである。 バイアス電位の設定方法を示すフローチャートである。 吐出特性を示すグラフ及び画素形成イメージを示す図である。 吐出特性を示すグラフ及び画素形成イメージを示す図である。
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本発明の一態様を示すものであって、本発明の範囲内で任意に変更可能である。各図において同じ符号を付したものは、同一の部材を示しており、適宜説明が省略されている。また、各図において、X、Y、Zは、互いに直交する3つの空間軸を表している。本明細書では、これらの軸に沿った方向を第1の方向X、第2の方向Y、及び第3の方向Zとして説明する。また、第3の方向Zは鉛直方向を示し、鉛直方向下側をZ1側、鉛直方向上側をZ2側と称する。
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図であり、図2は、流路形成基板の平面図であり、図3は、記録ヘッドの断面図である。
図示するように、本実施形態の液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッド1(以下、単に記録ヘッド1とも言う)を構成する流路形成基板10は、シリコン単結晶基板からなり、その一方の面には、振動板50が形成されている。振動板50は、二酸化シリコン層や酸化ジルコニウム層から選択される単一層又は積層であってもよい。
流路形成基板10には、複数の圧力発生室12が隔壁11によって区画されて第1の方向Xに沿って並設されている。また、流路形成基板10の圧力発生室12の第1の方向Xの外側の領域には連通部13が形成され、連通部13と各圧力発生室12とが、圧力発生室12毎に設けられたインク供給路14及び連通路15を介して連通されている。連通部13は、後述する保護基板のマニホールド部31と連通して各圧力発生室12の共通のインク室となるマニホールド100の一部を構成する。インク供給路14は、圧力発生室12よりも狭い幅で形成されており、連通部13から圧力発生室12に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。
また、流路形成基板10の第3の方向Zの一方面には、各圧力発生室12のインク供給路14とは反対側の端部近傍に連通するノズル21が穿設されたノズルプレート20が、接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。
本実施形態では、第1の方向Xに並設された圧力発生室12の列が形成されているため、この圧力発生室12の列に合わせてノズル21が第1の方向Xに沿って並設されてノズル列22が形成されている。ちなみに、ノズル列22に対応する複数の圧力発生室12は、詳しくは後述する1つの共通液室であるマニホールド100に共通して連通している。すなわち、本実施形態のノズル列22とは、当該ノズル列22を構成するノズル21から同じ種類のインクが吐出されるものを言う。つまり、第1の方向Xに沿ってノズル21が並設されていても、これらのノズル21から種類の異なるインクが吐出される場合には、これらのノズル21はノズル列22とは言わない。ちなみに、マニホールド100が第1の方向Xに分割されて設けられており、分割されたマニホールド100のそれぞれに連通するノズル21によって構成されたノズル列22が第1の方向Xに沿って並設されていてもよい。
このようなノズルプレート20は、例えば、ステンレス鋼(SUS)等の金属、ポリイミド樹脂のような有機物、又はシリコン単結晶基板等を用いることができる。
一方、このような流路形成基板10の第3の方向Zにおいてノズルプレート20とは反対側の面には、上述のように振動板50が形成され、この振動板50上には、第1電極60と、圧電体層70と、第2電極80とが、成膜及びリソグラフィー法によって積層されて圧電アクチュエーター300を構成している。本実施形態では、圧電アクチュエーター300が圧力発生室12内のインクに圧力変化を生じさせる駆動素子となっている。ここで、圧電アクチュエーター300は、圧電素子ともいい、第1電極60、圧電体層70及び第2電極80を含む部分をいう。ここで、圧電アクチュエーター300は、圧電素子とも言い、第1電極60、圧電体層70及び第2電極80を含む部分を言う。また、第1電極60と第2電極80との間に電圧を印加した際に、圧電体層70に圧電歪みが生じる部分を活性部310と称する。すなわち、活性部310は、圧電体層70が第1電極60と第2電極80とによって第3の方向Zで挟まれた部分を言う。本実施形態では、圧力発生室12毎に活性部が形成されている。そして、一般的には、圧電アクチュエーター300の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層70を圧力発生室12毎にパターニングして構成する。本実施形態では、第1電極60を活性部310の個別電極とし、第2電極80を複数の活性部310に亘って共通する共通電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。なお、上述した例では、振動板50、第1電極60が、振動板として作用するが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、振動板50を設けずに、第1電極60のみが振動板として作用するようにしてもよい。また、圧電アクチュエーター300自体が実質的に振動板を兼ねるようにしてもよい。
ここで、本実施形態の圧電アクチュエーター300を構成する第1電極60は、圧力発生室12毎に切り分けてあり、圧電アクチュエーター300の実質的な駆動部である活性部310毎に独立する個別電極を構成する。この第1電極60は、図4に示すように、活性部310の並設方向である第1の方向Xにおいては、圧力発生室12の幅よりも狭い幅で形成されている。すなわち、圧力発生室12の第1の方向Xにおいて、第1電極60の端部は、圧力発生室12に対向する領域の内側に位置している。
圧電体層70は、第2の方向Yが所定幅となるように、第1の方向Xに亘って連続して設けられている。
圧電体層70は、第1電極60上に形成される分極構造を有する酸化物の圧電材料からなり、例えば、一般式ABOで示されるペロブスカイト型酸化物からなることができ、鉛を含む鉛系圧電材料や鉛を含まない非鉛系圧電材料などを用いることができる。圧電体層70は、例えば、ゾル−ゲル法、MOD(Metal-Organic Decomposition)法などの液相法や、スパッタリング法、レーザーアブレーション法等などのPVD法(気相法)などで形成することができる。
このような圧電体層70には、各隔壁11に対応する凹部71が形成されている。この凹部71の第1の方向Xの幅は、各隔壁11の第1の方向Xの幅と略同一、もしくはそれよりも広くなっている。これにより振動板50の圧力発生室12の第1の方向Xの端部に対向する部分、いわゆる振動板50の腕部の剛性が抑えられるため、圧電アクチュエーター300を良好に変位させることができる。
第2電極80は、圧電体層70の第1電極60とは反対面側に設けられており、複数の活性部310に共通する共通電極を構成する。また、第2電極80は、凹部71の内面、すなわち、圧電体層70の凹部71の側面上にも設けられている。もちろん、第2電極80を凹部71内の一部のみに設けるようにしてもよく、また、凹部71内の全面に設けないようにしてもよい。
また、本実施形態の複数の活性部310の共通電極を構成する第2電極80は、図2に示すように、1つのノズル列22においてノズル21の並設方向である第1の方向Xに2つ以上に分割されて設けられている。ここで第2電極80が、1つのノズル列22においてノズル21の並設方向である第1の方向Xに2つ以上に分割されているとは、1つのノズル列22を構成するノズル21が2つ以上の複数で構成されたノズル群が、1つのノズル列22の中に2つ以上設けられており、第2電極80が、ノズル群を構成するノズル21に対応する複数の活性部310毎に分割して設けられていることを言う。すなわち、第2電極80は、第1の方向Xに2つ以上に分割されているが、分割された第2電極80の各領域は、複数の活性部310に亘って共通して設けられており、これら複数の活性部310に亘って共通して設けられた第2電極80の各領域に対応するノズル21をノズル群と称している。
本実施形態の第2電極80は、第1の方向Xにおいてノズル列22の一方の端部領域、他方の端部領域、両端部領域の間の領域の合計3つの領域に分割されている。本実施形態では、3つに領域に分割された第2電極80を、第1の方向Xの一方側から他方側に向かって順番に第1共通電極80a、第2共通電極80b、第3共通電極80cと称する。すなわち、一方の端部領域を第1共通電極80aと称し、他方の端部領域を第3共通電極80cと称し、これら両端部領域である第1共通電極80aと第3共通電極80cとの間の領域を第2共通電極80bと称する。
このように共通電極である第2電極80を第1の方向Xに3分割することで、ノズル列22内においてインク滴の吐出特性に差がでやすい領域を分割することができ、詳しくは後述するが、分割された第2電極80に供給するバイアス電位を個別に変化させて、インク滴の吐出特性のばらつきを抑制し易い。もちろん、第2電極80を分割する数は、特にこれに限定されず、2つであってもよく、4つ以上であってもよい。
なお、共通電極である第2電極80は、インク滴の吐出特性のばらつきを低減する目的のために分割されるため、第1共通電極80aと第2共通電極80bとの境界、及び第2共通電極80bと第3共通電極80cとの境界は、ノズル列22の列内におけるインク滴の吐出特性のばらつきに基づいて適宜決定するのが好ましい。つまり、第1共通電極80a、第2共通電極80b及び第3共通電極80cは、ノズル列22の列内においてインク滴の吐出特性が最も大きく変化する部分で区分けするのが好適である。これにより、詳しくは後述するが、第1共通電極80a、第2共通電極80b及び第3共通電極80cに異なるバイアス電位を印加して、ノズル列22の列内のインク滴の吐出特性のばらつきを効果的に低減することができる。もちろん、第1共通電極80aと第2共通電極80bとの境界、及び第2共通電極80bと第3共通電極80cとの境界は、活性部310の数が均等な数になるように決定してもよい。
また、共通電極である第2電極80は、図4に示すように、一の圧力発生室12とそれに隣接する他の圧力発生室12との間の領域、すなわち、隔壁11を覆うように形成されている。そして、本実施形態では、第1共通電極80a、第2共通電極80b及び第3共通電極80cは、隔壁11上で連続することなく分離して設けられている。したがって、共通電極である第2電極80を分離した端部が圧力発生室12に対応する領域に位置することがなく、この第2電極80を分離した端部に活性部310を変位した際の応力が集中するのを抑制することができる。
なお、特許請求の範囲に記載の第1の領域は、本実施形態の第1共通電極80a、第2共通電極80b及び第3共通電極80cから選択される1つの電極のことであり、特許請求の範囲に記載の第2の領域は、第1の領域として選択された電極以外の2つの電極から選択される1つの電極のことである。つまり、2つ以上に分割された共通電極のうちの1つの電極を第1領域と称し、第1の領域以外の電極の1つを第2の領域と称する。
また、第1電極60からは引き出し配線である個別配線91が引き出されている。また、第2電極80からは共通電極である共通配線92が引き出されている。本実施形態では、第2電極80が3つの第1共通電極80a、第2共通電極80b、第3共通電極80cに分割されており、第1共通電極80a、第2共通電極80b及び第3共通電極80cのそれぞれから共通配線92が引き出されており、第1共通電極80a、第2共通電極80b及び第3共通電極80cのそれぞれから引き出された共通配線92同士は、導通することなく電気的に独立して設けられている。なお、第1共通電極80a、第2共通電極80b及び第3共通電極80cのそれぞれには、少なくとも2本の共通配線92が設けられている。本実施形態では、第1共通電極80a、第2共通電極80b及び第3共通電極80cのそれぞれに設けられた少なくとも2本の共通配線92は、第1共通電極80a、第2共通電極80b及び第3共通電極80cのそれぞれの第1の方向Xの両端部に設けられている。これにより、第1共通電極80a、第2共通電極80b及び第3共通電極80cの各々において第1の方向Xにおける電圧降下が発生するのを抑制することができる。もちろん、共通配線92の数は特にこれに限定されず、第1共通電極80a、第2共通電極80b及び第3共通電極80cのそれぞれに3つ以上設けられていてもよい。
また、共通配線92は、本実施形態では、圧電アクチュエーター300から個別配線91と同じ方向、すなわち、インク供給路14とは反対側に引き出されている。もちろん、共通配線92の引き出し方向はこれに限定されず、個別配線91とは反対側に引き出されていてもよい。
このような個別配線91を介して第1電極60には駆動信号が供給され、共通配線92を介して第2電極80にはバイアス電位が供給される。すなわち、分割された共通電極である第1共通電極80a、第2共通電極80b及び第3共通電極80cは、それぞれ独立した入力端子を備える共通配線92に接続されている。ここで、入力端子が独立しているとは、分割されて異なる共通電極に接続された共通配線92同士が電気的に導通していないことを言う。
また、流路形成基板10の圧電アクチュエーター300側の面には、複数の圧力発生室12の共通液室であるマニホールド100の少なくとも一部を構成するマニホールド部31を有する保護基板30が接着剤35を介して接合されている。このマニホールド部31は、本実施形態では、保護基板30を第3の方向Zに貫通して圧力発生室12の幅方向に亘って形成されており、上述のように流路形成基板10の連通部13と連通されて各圧力発生室12の共通のインク室となるマニホールド100を構成している。すなわち、ノズル列22を構成するノズル21に連通する複数の圧力発生室12は、共通液室であるマニホールド100に共通して連通している。
また、保護基板30の圧電アクチュエーター300に対向する領域には、圧電アクチュエーター300の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電アクチュエーター保持部32が設けられている。圧電アクチュエーター保持部32は、圧電アクチュエーター300の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、当該空間は密封されていても、密封されていなくてもよい。
このような保護基板30としては、流路形成基板10の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板10と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
また、保護基板30には、保護基板30を第3の方向Zに貫通する貫通孔33が設けられている。そして、各圧電アクチュエーター300から引き出された個別配線91及び共通配線92の端部近傍は、貫通孔33内に露出するように設けられている。
また、保護基板30の流路形成基板10とは反対側の面には、圧電アクチュエーター300を駆動するための駆動回路120が設けられている。この駆動回路120としては、例えば、回路基板や半導体集積回路(IC)等を用いることができる。駆動回路120の内部には、例えば、活性部310毎にトランスミッションゲート等のスイッチング素子などが設けられており、詳しくは後述する制御装置200から入力された制御信号に基づいて、スイッチング素子を開閉させて所望のタイミングで活性部310を駆動するための駆動信号を生成する。そして、駆動回路120と個別配線91とは、ボンディングワイヤー等の導電性ワイヤーからなる接続配線121を介して電気的に接続されている。また、保護基板30の駆動回路120が設けられた面には、共通配線92に接続配線121を介して接続される図示しない配線が設けられている。この共通配線92に接続配線121を介して接続された保護基板30上の配線を介して、制御装置200から第2電極80にバイアス電位が供給される。すなわち、制御装置200から出力されたバイアス電位は、駆動回路120を通ることなく、直接第2電極80に供給される。なお、保護基板30の駆動回路120が設けられる面には、バイアス電位が供給される配線とは別に、詳しくは後述する制御装置200から駆動回路120に制御信号や駆動信号を供給するための図示しない配線が設けられている。もちろん、制御装置200からの外部配線は、直接駆動回路120に接続されていてもよい。
また、このような保護基板30の駆動回路120が設けられた面には、封止膜41及び固定板42とからなるコンプライアンス基板40が接合されている。ここで、封止膜41は、剛性が低く可撓性を有する材料からなり、この封止膜41によってマニホールド部31の一方面が封止されている。また、固定板42は、比較的硬質の材料で形成されている。この固定板42のマニホールド100に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部43となっているため、マニホールド100の一方面は可撓性を有する封止膜41のみで封止されている。
このような記録ヘッド1では、インクを噴射する際に、液体供給手段からインクを取り込み、マニホールド100からノズル21に至るまで流路内部をインクで満たす。その後、駆動回路120からの信号に従い、圧力発生室12に対応する圧電アクチュエーター300に電圧を印加することにより、圧電アクチュエーター300と共に振動板50をたわみ変形させる。これにより、圧力発生室12内の圧力が高まり所定のノズル21からインク滴が噴射される。
図5は、本発明の実施形態1に係る液体噴射装置の一例であるインクジェット式記録装置の概略構成を示す図である。なお、本実施形態では、インクジェット式記録ヘッド1の各方向について、記録ヘッド1が搭載された際の方向に基づいて説明する。もちろん、記録ヘッド1のインクジェット式記録装置I内の配置は以下に示すものに限定されるものではない。
図5に示すように、本実施形態の液体噴射装置の一例であるインクジェット式記録装置Iは、上述した記録ヘッド1を搭載するキャリッジ3を具備する。キャリッジ3は、装置本体4に取り付けられたキャリッジ軸5に軸方向に移動可能に設けられている。また、キャリッジ3には、液体供給手段を構成するインクカートリッジ2が着脱可能に設けられている。
そして、駆動モーター6の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト7を介してキャリッジ3に伝達されることで、記録ヘッド1を搭載したキャリッジ3は第2の方向Yに沿って設けられたキャリッジ軸5に沿って往復移動される。一方、装置本体4には搬送手段としての搬送ローラー8が設けられており、インクが着弾される紙などの被噴射媒体である記録シートSが搬送ローラー8により第1の方向Xに搬送されるようになっている。なお、記録シートSを搬送する搬送手段は、搬送ローラー8に限られずベルトやドラム等であってもよい。
このようなインクジェット式記録装置Iでは、記録ヘッド1に対して記録シートSを第1の方向Xに搬送し、キャリッジ3を記録シートSに対して第2の方向Yに往復移動させながら、記録ヘッド1からインク滴を噴射させることで記録シートSの略全面に亘って印刷が実行される。
また、インクジェット式記録装置Iは、制御装置200を具備する。ここで、本実施形形態の電気的構成について図6及び図7を参照して説明する。なお、図6は、本発明の実施形態1に係るインクジェット式記録装置の電気的構成を示すブロック図であり、図7は、バイアス電位生成回路の機能ブロック図である。
図6に示すように、インクジェット式記録装置Iは、プリンターコントローラー210と、プリントエンジン220と、を備えている。
プリンターコントローラー210は、インクジェット式記録装置Iの全体の制御をする要素であり、本実施形態では、インクジェット式記録装置Iに設けられた制御装置200内に設けられている。
プリンターコントローラー210は、外部インターフェース211(以下、外部I/F211と言う)と、各種データを一時的に記憶するRAM212と、制御プログラム等を記憶したROM213と、CPU等を含んで構成した制御処理部214と、クロック信号を発生する発振回路215と、記録ヘッド1へ供給するための駆動信号を発生する駆動信号生成回路216と、バイアス電位を生成するバイアス電位生成回路217と、バイアス電位を選択するバイアス電位選択回路219と、駆動信号や印刷データに基づいて展開されたドットパターンデータ(別名ビットマップデータとも言う)等をプリントエンジン220に送信する内部インターフェース218(以下、内部I/F218と言う)とを備えている。
外部I/F211は、例えば、キャラクタコード、グラフィック関数、イメージデータ等によって構成される印刷データを、ホストコンピューター等の外部装置230から受信する。また、この外部I/F211を通じてビジー信号(BUSY)やアクノレッジ信号(ACK)が、外部装置230に対して出力される。
RAM212は、受信バッファー212A、中間バッファー212B、出力バッファー212C及び図示しないワークメモリーとして機能する。そして、受信バッファー212Aは外部I/F211によって受信された印刷データを一時的に記憶し、中間バッファー212Bは制御処理部214が変換した中間コードデータを記憶し、出力バッファー212Cはドットパターンデータを記憶する。なお、このドットパターンデータは、階調データをデコード(翻訳)することにより得られる印字データによって構成してある。
また、ROM213には、各種データ処理を行わせるための制御プログラム(制御ルーチン)の他に、フォントデータ、グラフィック関数等を記憶させてある。
制御処理部214は、受信バッファー212A内の印刷データを読み出すと共に、この印刷データを変換して得た中間コードデータを中間バッファー212Bに記憶させる。また、中間バッファー212Bから読み出した中間コードデータを解析し、ROM213に記憶させているフォントデータ及びグラフィック関数等を参照して、中間コードデータをドットパターンデータに展開する。そして、制御処理部214は、必要な装飾処理を施した後に、この展開したドットパターンデータを出力バッファー212Cに記憶させる。
そして、記録ヘッド1に1行分のドットパターンデータが得られたならば、この1行分のドットパターンデータは、内部I/F218を通じて記録ヘッド1に出力される。また、出力バッファー212Cから1行分のドットパターンデータが出力されると、展開済みの中間コードデータは中間バッファー212Bから消去され、次の中間コードデータについての展開処理が行われる。
駆動信号生成回路216は、外部から供給された電源に基づいて駆動信号COMを生成する。
また、バイアス電位生成回路217は、外部から供給された電源に基づいて圧電アクチュエーター300の共通電極である第2電極80に供給するバイアス電位vbsを生成する。本実施形態では、第2電極80は、第1共通電極80a、第2共通電極80b、第3共通電極80cの3つの領域に分割されているため、バイアス電位生成回路217は、少なくとも2つの異なるバイアス電位を生成すればよい。本実施形態のバイアス電位生成回路217は、3つの異なるバイアス電位を生成する。具体的には、図7に示すように、本実施形態のバイアス電位生成回路217は、第1バイアス電位vbs1を生成する第1バイアス電位生成回路217aと、第2バイアス電位vbs2を生成する第2バイアス電位生成回路217bと、第3バイアス電位vbs3を生成する第3バイアス電位生成回路217cとを有する。第1バイアス電位生成回路217a、第2バイアス電位生成回路217b、第3バイアス電位生成回路217cの各々で生成された第1バイアス電位vbs1、第2バイアス電位vbs2、第3バイアス電位vbs3は、制御処理部214からの制御信号に基づいてバイアス電位選択回路219によって選択されて、内部I/F218を介して第1共通電極80a、第2共通電極80b、第3共通電極80cに選択的に供給される。ちなみに、特許請求の範囲に記載の第1のバイアス電位とは、第1バイアス電位vbs1、第2バイアス電位vbs2及び第3バイアス電位vbs3から選択される1つの電位のことであり、第2のバイアス電位とは、第1のバイアス電位として選択された以外の2つの電位から選択される1つの電位のことである。
そして、本実施形態では、第1バイアス電位生成回路217a、第2バイアス電位生成回路217b及び第3バイアス電位生成回路217cと、バイアス電位選択回路219とによって、第1共通電極80a、第2共通電極80b、第3共通電極80cのそれぞれに第1バイアス電位vbs1、第2バイアス電位vbs2、第3バイアス電位vbs3のいずれかが選択されて供給される。すなわち、第1バイアス電位生成回路217a、第2バイアス電位生成回路217b、第3バイアス電位生成回路217c及びバイアス電位選択回路219によって、分割された共通電極の第1の領域、本実施形態では、第1共通電極80a、第2共通電極80b及び第3共通電極80cから選択される1つの電極に入力するバイアス電位を出力し、分割された共通電極の第1の領域とは異なる第2の領域、すなわち、第1の領域として選択された電極以外の2つの電極から選択される1つの電極に入力するバイアス電位を出力する。すなわち、制御部には、分割された第1の領域に入力するバイアス電位を出力する第1のバイアス出力部と、分割された共通電極の第1の領域とは異なる第2の領域に入力するバイアス電位を出力する第2のバイアス出力部と、を有し、第1のバイアス出力部のバイアス電位と第2のバイアス出力部のバイアス電位とは独立に設定可能となっている。ここで、第1のバイアス出力部のバイアス電位と第2のバイアス出力部のバイアス電位とは独立に設定可能であるとは、第1のバイアス出力部から出力されるバイアス電位と第2のバイアス出力部から出力されるバイアス電位とが同じ電位であることも、異なる電位であることも個別に設定することが可能なことを言う。このように第1のバイアス出力部から出力されるバイアス電位と第2のバイアス出力部から出力されるバイアス電位とを独立に設定可能とすることで、共通電極である第2電極80を分割した本実施形態の3つの領域である第1共通電極80a、第2共通電極80b及び第3共通電極80cには、3つの領域全てに同じバイアス電位を供給することも、2つの領域に同じバイアス電位を供給し、1つの領域に異なるバイアス電位を供給することも、3つの領域の全てに互いに異なるバイアス電位を供給することも可能となっている。
プリントエンジン220は、記録ヘッド1と、紙送り機構221と、キャリッジ機構222とを含んで構成してある。紙送り機構221は、搬送ローラー8とこの搬送ローラーを駆動するモーター等から構成してあり、記録シートSを記録ヘッド1の記録動作に連動させて順次送り出す。即ち、この紙送り機構221は、記録シートSを第1の方向Xに相対移動させる。キャリッジ機構222は、キャリッジ3と、キャリッジ3をキャリッジ軸5に沿って第2の方向Yに移動させる駆動モーター6やタイミングベルト7とを具備する。
記録ヘッド1は、シフトレジスター122、ラッチ回路123、レベルシフター124、スイッチ125を有する駆動回路120と、圧電アクチュエーター300と、を備えている。シフトレジスター122、ラッチ回路123、レベルシフター124、スイッチ125及び圧電アクチュエーター300は、特に図示していないが、それぞれ、記録ヘッド1のノズル21毎に設けられたシフトレジスター素子、ラッチ素子、レベルシフター素子、スイッチ素子、活性部310から構成してあり、シフトレジスター122、ラッチ回路123、レベルシフター124、スイッチ125及び活性部310の順で電気的に接続してある。これらのシフトレジスター122、ラッチ回路123、レベルシフター124及びスイッチ125は、駆動信号生成回路216が発生した駆動信号から印加パルスを生成する。ここで、印加パルスとは実際に圧電アクチュエーター300の活性部310に印加されるものである。
なお、本実施形態では、プリンターコントローラー210と駆動回路120とが特許請求の範囲の制御部に相当する。
ここで、駆動信号生成回路216が発生した駆動信号(COM)を示す駆動波形について説明する。なお、図8は、バイアス電位、駆動信号及び印加パルスを示す駆動波形である。
図8に示すように、本実施形態の駆動信号COMは、記録周期T毎に駆動信号生成回路216から繰り返し生成される。なお、記録周期Tは、吐出周期Tとも言い、記録シートSに印刷する画像等の1画素分に対応する。本実施形態では、駆動信号COMは、ノズル21からインク滴が吐出されるように活性部310を駆動する吐出パルスDPを1吐出周期T内に有する信号であり、吐出周期T毎に繰り返し発生される。
そして、印刷中において記録シートSの記録領域に1行分(1ラスター分)のドットパターンを形成するとき、各ノズル21に対応する活性部310には、駆動信号COMの吐出パルスDPが選択的に印加される。すなわち、各ノズル21に対応する圧電アクチュエーター300毎にヘッド制御信号及び駆動信号COMから印加パルスを生成し、印加パルスを活性部310に印加する。このような印加パルスは、圧電アクチュエーター300の活性部310毎の個別電極である第1電極60に供給される。また、圧電アクチュエーター300の複数の活性部310の共通電極である第2電極80には、バイアス電位(vbs)が供給される。このため、印加パルスによって圧電アクチュエーター300の個別電極である第2電極80に印加される電圧は、第1電極60に印加されるバイアス電位(vbs)を基準電位として表される。
図8に示す例では、駆動信号COMが0Vの最小電位と、30Vの最大電位とを有する吐出パルスDPを有する場合、2Vのバイアス電位vbsが第2電極80に供給されると、印加パルスは、最小電位−2V、最大電位28Vの吐出パルスDPが供給される。なお、本実施形態では、2Vのバイアス電位を、第1バイアス電位vbs1と称する。
ここで、印加パルスの吐出パルスDPは、中間電位Vmから第1電位V(ここでは−2V)まで印加して圧力発生室12の容積を基準容積から膨張させる第1膨張要素P1と、第1膨張要素P1によって膨張した圧力発生室12の容積を一定時間維持する第1膨張維持要素P2と、第1電位Vから第2電位V(ここでは28V)を印加して圧力発生室12の容積を収縮させる第1収縮要素P3と、第1収縮要素P3によって収縮した圧力発生室12の容積を一定時間維持する第1収縮維持要素P4と、第2電位Vの収縮状態から中間電位Vmの基準容積まで圧力発生室12を復帰させる第1復帰要素P5と、を具備する。すなわち、印加パルスの駆動電圧Vは、最小電圧が第1電位Vの−2V、最大電圧が第2電位Vの28Vである。
このような印加パルスが圧電アクチュエーター300の活性部310に供給されると、第1膨張要素P1によって圧電アクチュエーター300が圧力発生室12の容積を膨張させる方向に変形して、ノズル21内のメニスカスが圧力発生室12側に引き込まれると共に、圧力発生室12にはマニホールド100側からインクが供給される。そして、圧力発生室12の膨張状態は、第1膨張維持要素P2で維持される。その後、第1収縮要素P3が供給されて圧力発生室12は膨張容積から第2電位Vに対応する収縮容積まで急激に収縮され、圧力発生室12内のインクが加圧されてノズル21からインク滴が吐出される。圧力発生室12の収縮状態は、第1収縮維持要素P4で維持され、この間にインク滴の吐出によって減少した圧力発生室12内のインク圧力は、その固有振動によって再び上昇する。この上昇タイミングに合わせて第1復帰要素P5が供給されて、圧力発生室12が基準容積まで復帰し、圧力発生室12内の圧力変動が吸収される。
このような駆動信号COMは、ドットパターンデータを構成する印字データ(SI)に基づいて、吐出周期T毎にインク滴を吐出するノズル21に対応する圧電アクチュエーター300の活性部310に選択的に供給されてインク滴が吐出される。
ここで、共通電極である第2電極80がノズル列22内で分割されていない記録ヘッドでは、図9に示すように、共通電極である第2電極80の電気抵抗値による電圧降下によって、ノズル列22の両端部に比べて、ノズル列22の中央部のインク滴の吐出特性、すなわち、インク滴の重量や飛翔速度などが低下してしまう。
また、共通電極である第2電極80の電圧降下が生じなくても、圧電アクチュエーター300の製造ばらつきや流路構造の製造ばらつき等によって、図10に示すように、ノズル列内でインク滴の吐出特性にばらつきが生じてしまう。
このため、本実施形態では、記録ヘッド1の共通電極である第2電極80をノズル列22の列内でノズル21の並設方向に2つ以上に分割すると共に、制御装置200のバイアス電位生成回路217が異なるバイアス電位である第1バイアス電位vbs1、第2バイアス電位vbs2及び第3バイアス電位vbs3を生成し、分割された共通電極である第1共通電極80a、第2共通電極80b、第3共通電極80cのそれぞれに最適なバイアス電位を供給するようにした。これにより、第1共通電極80aに対応するノズル群から吐出されるインク滴の吐出特性と、第2共通電極80bに対応するノズル群から吐出されるインク滴の吐出特性と、第3共通電極80cに対応するノズル群から吐出されるインク滴の吐出特性と、のばらつきが低減されるようにした。
ここで、図11に示すように、第2電極を基準とした第1電極の電位(電圧)と電圧誘起歪(変位量)との関係を示すバタフライカーブにおいて、活性部310の圧電体層70にΔVを印加する場合、第2電極80に印加するバイアス電位を第1バイアス電位vbs1(例えば、2V)から第2バイアス電位vbs2(例えば、4V)に変更することによって、印加パルスとして最小電位−4V、最大電位26Vの吐出パルスDPが供給されるため、バタフライカーブの使用する部分を異ならせて、活性部310の変位量をdからdに変更することができる。なお、図11に示す例では、第1バイアス電位vbs1を印加した場合の変位量dに比べて、第2バイアス電位vbs2を印加した場合の変位量dの方が大きな変位量、つまりd>dとなり、第2バイアス電位vbs2を印加した場合の方が、第1バイアス電位vbs1を印加した場合よりもインク滴の吐出特性、すなわち、インク滴の重量及び飛翔速度を向上することができる。
また、同様に、バイアス電位を第2バイアス電位vbs2(例えば、4V)から第3バイアス電位vbs3(例えば、6V)に変更することによって、印加パルスとして最小電位−6V、最大電位24Vの吐出パルスDPが供給されるため、バタフライカーブの使用する部分を異ならせて活性部310の変位量をdからdに変更することができる。図11に示す例では、第2バイアス電位vbs2を印加した場合の変位量dに比べて、第3バイアス電位vbs3を印加した場合の変位量dの方が大きな変位量、つまりd>dとなり、第3バイアス電位vbs3を印加した方が、第2バイアス電位vbs2を印加した場合よりもインク滴の吐出特性、すなわち、インク滴の重量及び飛翔速度を向上することができる。
すなわち、インク滴吐出特性は、供給するバイアス電位の大きさを変更することによって変化させることができる。本実施形態では、バイアス電位を大きくするほど、インク滴吐出特性が向上する。
したがって、第1バイアス電位vbs1、第2バイアス電位vbs2及び第3バイアス電位vbs3を、分割された共通電極である第1共通電極80a、第2共通電極80b及び第3共通電極80cに選択して印加することで、ノズル列22の列内のインク滴の吐出特性のばらつきを低減することができる。
ここで、バイアス電位を設定する設定方法について図12〜図14を参照して説明する。なお、図12は、バイアス電位を設定する設定方法を示すフローチャートであり、図13及び図14は、ノズル列とインク吐出特性とを示すグラフ及び印刷時の画素形成イメージを示す図である。
図12のステップS1に示すように、基準となるバイアス電位で、駆動信号、すなわち印加パルスを印加して、分割された共通電極のノズル群からインクの平均吐出量をそれぞれ測定する。ノズル群とは、上述したように分割された共通電極に共通する活性部310に対応するノズル21で構成されるものであり、インクの平均吐出量は、ノズル群を構成するノズル21から吐出されるインク滴の重量を測定し、その平均値を算出したものである。また、基準となるバイアス電位は、特に限定されないが、本実施形態では、第2バイアス電位vbs2とした。このような基準となる第2バイアス電位vbs2で駆動したところ、図13に示すように、ノズル列22の一端部の領域1から他端部の領域3に向けて、インク滴の吐出特性が徐々に低下した。なお、領域1〜3のそれぞれは、共通電極である第2電極80を分割した領域のことであり、本実施形態の第1共通電極80a、第2共通電極80b及び第3共通電極80cに対応する。
次に、ステップS2に示すように、基準となる吐出量に対して、N番目の領域の測定した平均吐出量が大きいか判定する。基準となる吐出量は、例えば、基準となるバイアス電位で駆動した際の設計上の目標値であってもよく、同じ構造の複数の記録ヘッド1を基準となるバイアス電位で駆動した際の平均吐出量としてもよい。また、基準となる吐出量は、ノズル列22の全てのノズル21から吐出されたインク滴の平均吐出量としてもよい。本実施形態では、測定した3つの平均吐出量のうち、平均吐出量が中間となる領域2、すなわち、第2共通電極80bの平均吐出量を基準となる吐出量とした。
次に、ステップS2で、N番目の領域の測定した平均吐出量が基準となる吐出量よりも大きい場合(ステップS2:Yes)、ステップS3で、N番目の領域の共通電極に供給するバイアス電位を基準となるバイアス電位よりも小さいバイアス電位に設定する。例えば、1番目の領域1では、領域1の第1共通電極80aに対応するノズル群の平均吐出量は、基準となる領域2の第2共通電極80bに対応するノズル群の平均吐出量よりも大きいため、第1共通電極80aに供給するバイアス電位を、基準となる第2バイアス電位vbs2よりも小さな第1バイアス電位vbs1とする。すなわち、本実施形態では、第1共通電極80aに第1バイアス電位vbs1を供給することで、第1共通電極80aに対応するノズル群から吐出されるインク滴の平均吐出量と、第2共通電極80bに第2バイアス電位vbs2を供給した際の第2共通電極80bに対応するノズル群から吐出されるインク滴の平均吐出量との差は、第1共通電極80a及び第2共通電極80bに同じ第2バイアス電位vbs2を供給した場合のインク滴の平均吐出量の差よりも小さくなる。
また、ステップS2で、N番目の領域の測定した平均吐出量が基準となる吐出量よりも大きくない場合(ステップS2:No)、すなわち、N番目の領域の測定した平均吐出量が基準となる吐出量と同じか、基準となる吐出量よりも小さい場合には、ステップS4で、N番目の領域の測定した平均吐出量が基準となる吐出量よりも小さいか判定する。例えば、図13に示す2番目の領域2と3番目の領域3とが該当する。
ステップS4で、N番目の領域の測定した平均吐出量が基準となる吐出量よりも小さい場合(ステップS4:Yes)、ステップS5で、N番目の領域の共通電極に供給するバイアス電位を基準となるバイアス電位よりも大きいバイアス電位に設定する。例えば、3番目の領域3では、領域3の第3共通電極80cに対応するノズル群の平均吐出量は、基準となる領域2の第2共通電極80bに対応するノズル群の平均吐出量よりも小さいため、第3共通電極80cに供給するバイアス電位を、基準となる第2バイアス電位vbs2よりも大きな第3バイアス電位vbs3とする。すなわち、本実施形態では、第3共通電極80cに第3バイアス電位vbs3を供給することで、第3共通電極80cに対応するノズル群から吐出されるインク滴の平均吐出量と、第2共通電極80bに第2バイアス電位vbs2を供給した際の第2共通電極80bに対応するノズル群から吐出されるインク滴の平均吐出量との差は、第3共通電極80c及び第2共通電極80bに同じ第2バイアス電位vbs2を供給した場合のインク滴の平均吐出量の差よりも小さくなる。
また、ステップS4で、N番目の領域の測定した平均吐出量が基準となる吐出量よりも小さくない場合(ステップS4:No)、N番目の領域の測定した平均吐出量が基準となる吐出量と同じであることになるため、N番目の領域の共通電極に供給するバイアス電位を基準となる第2バイアス電位vbs2に設定する。例えば、2番目の領域2では、領域2の第2共通電極80bに第2バイアス電位vbs2を供給した際のインク滴の平均吐出量を基準としたため、第2共通電極80bには、基準となる第2バイアス電位vbs2が供給される。
このような、ステップS1〜ステップS4を分割された共通電極の全ての領域に対して繰り返し行うことで、分割された共通電極の全ての領域のバイアス電位を設定することができる。
そして、各第1共通電極80a、第2共通電極80b及び第3共通電極80cに供給するバイアス電位を設定することで、図14に示すように、ノズル列22の列内におけるインク滴の吐出特性のばらつきを低減することができる。また、図13に示すように、ノズル列22のインク滴の吐出特性が一方向に傾いている場合、キャリッジ3を走査方向に往復移動させて印刷する1パス印刷における1パス目の3番目の領域3と2パス目の1番目の領域1との間でインク滴の重量の差が最も大きくなりムラが生じ易い。これに対して、図14に示すように、第3共通電極80cと第1共通電極80aとのインク滴の重量の差が小さくなるため、1パス目の3番目の領域3と2パス目の1番目の領域1との間でムラが生じ難い。したがって、本実施形態では、吐出特性のばらつきを低減して、1パス印刷におけるムラの発生を抑制して印刷品質を向上することができる。
なお、本実施形態では、バイアス電位生成回路217が3つの異なるバイアス電位である第1バイアス電位vbs1、第2バイアス電位vbs2及び第3バイアス電位vbs3を生成し、第1共通電極80aに第1バイアス電位vbs1を供給し、第2共通電極80bに第2バイアス電位vbs2を供給し、第3共通電極80cに第3バイアス電位vbs3を供給するようにしたが、特にこれに限定されない。例えば、図9に示すように、ノズル列22の両端部の吐出特性が揃っており、中央部の吐出特性が両端部に比べて低い場合には、両端部に同じバイアス電位、例えば、第1バイアス電位vbs1を印加し、中央部に両端部とは異なるバイアス電位、例えば、本実施形態では、第1バイアス電位vbs1よりも大きな変位を得られる第2バイアス電位vbs2又は第3バイアス電位vbs3を印加するようにしてもよい。つまり、分割された共通電極の領域のそれぞれには、互いに異なるバイアス電位を供給する必要はなく、インク滴の吐出特性を揃えるために、同じバイアス電位を供給しても良い。したがって、共通電極である第2電極80は、2つ以上に分割されていればよく、バイアス電位生成回路217が生成するバイアス電位は、2つ以上の異なる電位であれば、吐出特性のばらつきを低減することができる。言い換えると、2つ以上の複数に分割された共通電極には、制御部から2つ以上の異なるバイアス電位が選択的に供給されるようにすれば、インク滴吐出特性のばらつきを低減することができる。もちろん、共通電極である第2電極80を分割したものの、ノズル列22の列内でインク滴の吐出特性が揃っている場合には、分割した共通電極に同じバイアス電位を供給するようにしてもよい。つまり、記録ヘッド1は、共通電極が1つのノズル列22においてノズル21の並設方向に2つ以上に分割されていれば、インク滴の吐出特性がばらついた際に、吐出特性のばらつきを低減するように異なるバイアス電位を供給することが可能となる。したがって、吐出特性のばらつきによって記録ヘッド1を破棄する必要がなく、記録ヘッド1の製造時の歩留まりを向上することができる。また、本実施形態では、バイアス電位を変更するだけであり、ノズル列22の活性部310には、共通の駆動信号COMが供給されるため、複数の異なる駆動信号COMを生成する必要がなく、複数の駆動信号生成回路216が不要となる。したがって、インク滴の吐出特性のばらつきを簡便な回路で低減することができ、コストを低減することができる。
本実施形態の液体噴射ヘッドであるインクジェット式記録ヘッド1では、液体であるインクを吐出するノズル21が並設されたノズル列22と、ノズル列22の各ノズル21に連通する圧力発生室12が設けられた流路形成基板10と、流路形成基板10の一方面側に設けられて第1電極60と圧電体層70と第2電極80とを有する圧電アクチュエーター300と、を具備し、圧電アクチュエーター300には、圧電体層70の第1電極60と第2電極80とで挟まれた活性部310が、圧力発生室12毎に独立して設けられており、第1電極60及び第2電極80の何れか一方の電極は、活性部310の各々に独立して設けられた個別電極を構成し、第1電極及び前記第2電極の何れか他方の電極は、複数の活性部310に共通して設けられた共通電極を構成し、共通電極は、1つのノズル列22において、ノズル21の並設方向に2つ以上に分割して設けられている。
このように共通電極を1つのノズル列22においてノズル21の並設方向に2つ以上に分割することで、共通電極に異なるバイアス電位を供給することも、同じバイアス電位を供給することもできる。したがって、ノズル列22の列内において液体であるインク滴の吐出特性のばらつきを低減するように駆動することができ、印刷品質を向上することができる。また、ノズル列22内のインク滴の吐出特性のばらつきによって記録ヘッド1を破棄する必要がなく、歩留まりを向上することができる。
また、分割された共通電極に同じ又は異なるバイアス電位を供給するだけでインク滴の吐出特性のばらつきを低減することができるため、記録ヘッド1の個別電極に異なる駆動信号を供給する必要がなく、簡便な回路で吐出特性のばらつきを低減することができ、コストを低減することができる。
また、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド1では、分割された共通電極は、それぞれ独立した入力端子に接続されていることが好ましい。これにより、分割された共通電極に独立した入力端子から異なるバイアス電位を供給することも、同じバイアス電位を供給することも可能となり、自由度が高くなる。
また、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド1では、共通電極は、少なくともノズル列22の一方の端部領域、他方の端部領域、両端部領域の間の領域で分割されていることが好ましい。これによれば、ノズル列22の列内でインク滴の吐出特性にばらつきが生じ易い3つの領域に共通電極を分割することで、吐出特性のばらつきを効果的に低減することができる。もちろん、共通電極である第2電極80の分割は、3つの領域に限定されず、2つに分割されていてもよく、4つ以上に分割されていてもよい。4つ以上に分割することで、さらにノズル列22内のインク滴の吐出特性のばらつきを抑えられるが、制御が複雑化するため、本実施形態のように3つの領域に分割するのが好適である。
また、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド1では、ノズル列22を構成するノズル21に連通する圧力発生室12が共通して連通する共通液室であるマニホールド100を有することが好ましい。これによれば、同じ液体であるインクを吐出するノズル21で構成されるノズル列22内において、インク滴の吐出特性のばらつきを低減することができ、印刷品質を向上することができる。
また、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド1では、共通電極は、一の圧力発生室12とそれに隣接する他の圧力発生室12との間の領域を覆うように形成されていることが好ましい。これによれば、共通電極の端部が圧力発生室12に対向する領域に配置されることによって、共通電極の端部への応力集中を抑制して破壊を低減することができる。
本実施形態の液体噴射装置であるインクジェット式記録装置Iでは、上記の液体噴射ヘッドであるインクジェット式記録ヘッド1と、圧電アクチュエーター300の個別電極に、ノズル列22に共通の駆動信号COMを選択的に供給すると共に、共通電極にバイアス電位を供給する制御部と、を具備する。
このように制御部によって、記録ヘッド1の個別電極に異なる駆動信号を供給する必要がなく、簡便な回路で吐出特性のばらつきを低減することができ、コストを低減することができる。
また、本実施形態のインクジェット式記録装置Iでは、制御部は、分割された共通電極の第1の領域には、第1のバイアス電位を供給し、分割された共通電極の第1の領域とは異なる第2の領域には、第1のバイアス電位とは異なる第2のバイアス電位を供給することが好ましい。これによれば、共通電極を1つのノズル列22においてノズル21の並設方向に2つ以上に分割し、第1の領域と第2の領域とに互いに異なるバイアス電位を供給することで、ノズル列22の列内において液体であるインク滴の吐出特性のばらつきを低減するように駆動することができ、印刷品質を向上することができる。
また、本実施形態のインクジェット式記録装置Iでは、制御部は、分割された共通電極の第1の領域に入力する第1のバイアス電位を出力するバイアス出力部と、分割された共通電極の前記第1の領域とは異なる第2の領域に入力するバイアス電位を出力する第2のバイアス出力部と、を有し、第1のバイアス出力部のバイアス電位と第2のバイアス出力部のバイアス電位とは独立に設定可能であることが好ましい。このように共通電極を1つのノズル列22においてノズル21の並設方向に2つ以上に分割し、第1のバイアス出力部から第1のバイアス電位を出力し、第2のバイアス電位から第2のバイアス電位を出力することで、分割された共通電極に異なるバイアス電位を供給することも、同じバイアス電位を供給することもできる。したがって、ノズル列22の列内において液体であるインク滴の吐出特性のばらつきを低減するように駆動することができ、印刷品質を向上することができる。
また、本実施形態のインクジェット式記録装置Iでは、第1の領域を共通電極とする活性部310に対応するノズル21で構成される第1のノズル群からの液体であるインクの平均吐出量と、第2の領域を共通電極とする活性部310に対応するノズル21で構成される第2のノズル群からの液体であるインクの平均吐出量との差は、第1の領域及び第2の領域の両方に同じバイアス電位を供給して駆動信号COMを印加した際の第1のノズル群からのインクの平均吐出量と第2のノズル群からのインクの平均吐出量との差よりも小さいことが好ましい。
本実施形態では、例えば、第1の領域を第1共通電極80aとし、第2の領域を第2共通電極80bとした場合、第1共通電極80aに第1バイアス電位vbs1を供給した際の第1共通電極80aに対応する第1のノズル群からのインク滴の平均吐出量と、第2共通電極80bに第2バイアス電位vbs2を供給した際の第2共通電極80bに対応する第2のノズル群からのインク滴の平均吐出量との差は、第1共通電極80a及び第2共通電極80bの両方に同じバイアス電位、本実施形態では、第2バイアス電位vbs2を供給して駆動信号COMを印加した際の第1のノズル群からのインクの平均吐出量と第2のノズル群からのインクの平均吐出量との差よりも小さい。これにより、第1の領域及び第2の領域に同じバイアス電位を供給した場合に比べて、第1の領域に対応するノズル群からのインク滴の平均吐出量と第2の領域に対応するノズル群からのインク滴の平均吐出量との差が小さくなるように異なるバイアス電位を供給して、印刷品質を向上することができる。
なお、第1の領域を第2共通電極80bとし、第2の領域を第3共通電極80cとした場合にも上記と同様の構成とすることができ、インク滴の吐出特性のばらつきを低減して印刷品質を向上することができる。
また、本実施形態のインクジェット式記録装置Iでは、同一のバイアス電位で駆動信号COMを印加した際において、第1の領域を共通電極とする活性部310に対応するノズル21で構成される第1のノズル群からの平均吐出量が、第2の領域を共通電極とする活性部310に対応するノズル21で構成される第2のノズル群からの平均吐出量よりも大きいとき、第1のバイアス電位は、第2のバイアス電位よりも小さいことが好ましい。
本実施形態では、例えば、第1の領域を第1共通電極80aとし、第2の領域を第2共通電極80bとした場合、同じバイアス電位である第2バイアス電位vbs2で駆動した場合に、図13に示すように第1共通電極80aに対応する第1のノズル群からの平均吐出量が、第2共通電極80bに対応する第2のノズル群からの平均吐出量よりも大きいとき、第1共通電極80aに供給する第1のバイアス電位として、第2バイアス電位vbs2よりも小さい第1バイアス電位vbs1を用いる。これにより、第1の領域と第2の領域とから吐出されるインク滴の吐出特性のばらつきを効果的に低減することができる。
なお、第1の領域を第2共通電極80bとし、第2の領域を第3共通電極80cとした場合についても上記と同様の構成とすることができ、最適なバイアス電位を設定して、第1の領域と第2の領域とから吐出されるインク滴の吐出特性のばらつきを効果的に低減することができる。
本実施形態の液体噴射ヘッドであるインクジェット式記録ヘッド1のバイアス電位の設定方法では、液体であるインクを吐出するノズル21が並設されたノズル列22と、ノズル列22の各ノズル21に連通する圧力発生室12が設けられた流路形成基板10と、流路形成基板10の一方面側に設けられて第1電極60と圧電体層70と第2電極80とを有する圧電アクチュエーター300と、を具備し、圧電アクチュエーター300には、圧電体層70の第1電極60と第2電極80とで挟まれた活性部310が、圧力発生室12毎に独立して設けられており、第1電極60及び第2電極80の何れか一方の電極は、活性部310の各々に独立して設けられた個別電極を構成し、第1電極60及び第2電極80の何れか他方の電極は、複数の活性部310に共通して設けられた共通電極を構成し、共通電極は、1つのノズル列22において、ノズル21の並設方向に2つ以上に分割され、分割された共通電極は、第1の領域と第2の領域とを有し、圧電アクチュエーター300の個別電極には、ノズル列22に共通の駆動信号COMが選択的に供給されると共に、共通電極にはバイアス電位が供給され、基準となるバイアス電位で駆動信号COMを印加して、第1の領域を共通電極とする活性部310に対応するノズル21で構成される第1のノズル群からの液体であるインクの平均吐出量と、第2の領域を共通電極とする活性部310に対応するノズル21で構成される第2のノズル群からの液体であるインクの平均吐出量とを測定し、測定された平均吐出量と基準となる吐出量との比較に基づき、第1の領域及び第2の領域に供給するバイアス電位を決定する。
このように共通電極を1つのノズル列22においてノズル21の並設方向に2つ以上に分割し、分割した領域に他押するノズル群からのインク滴の平均吐出量の差が小さくなるように、バイアス電位を決定することで、決定したバイアス電位によってノズル列22の列内において液体であるインク滴の吐出特性のばらつきを低減するように駆動することができ、印刷品質を向上することができる。また、ノズル列22内のインク滴の吐出特性のばらつきによって記録ヘッド1を破棄する必要がなく、歩留まりを向上することができる。
また、バイアス電位を設定するだけで分割された共通電極にインク滴の平均吐出量の差を小さくすることができるため、記録ヘッド1の個別電極に異なる駆動信号を供給する必要がなく、簡便な回路で吐出特性のばらつきを低減することができ、コストを低減することができる。
また、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド1のバイアス電位の設定方法では、測定された平均吐出量が基準となる吐出量よりも大きい場合には、基準となるバイアス電位よりも小さなバイアス電位とすることが好ましい。これによれば、最適なバイアス電位を設定して、分割された共通電極のそれぞれに対応するノズルから吐出されるインク滴の吐出特性のばらつきを効果的に低減することができる。
また、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド1のバイアス電位の設定方法では、測定された平均吐出量が基準となる吐出量よりも小さい場合には、基準となるバイアス電位よりも大きなバイアス電位とすることが好ましい。これによれば、最適なバイアス電位を設定して、分割された共通電極のそれぞれに対応するノズルから吐出されるインク滴の吐出特性のばらつきを効果的に低減することができる。
(他の実施形態)
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明の基本的な構成は上述したものに限定されるものではない。
例えば、上述した実施形態1では、インク滴の吐出重量を測定してバイアス電位を設定するようにしたが、特にこれに限定されず、テストパターンを印刷させて、印刷結果の濃度差からバイアス電位を設定してもよい。
また、上述した実施形態1では、制御装置200に、第1のバイアス電位を出力する第1バイアス出力部と第2のバイアス電位を出力する第2バイアス出力部とを構成するバイアス電位生成回路217及びバイアス電位選択回路219を設けるようにしたが、特にこれに限定されず、バイアス電位生成回路217及びバイアス電位選択回路219の何れ回一方又は両方を記録ヘッド1に設けるようにしてもよい。
また、上述した実施形態1では、記録ヘッド1にノズル列22を1列設けた構成を例示したが、特にこれに限定されず、記録ヘッド1にノズル列22が2列以上設けられていてもよい。また、2列以上のノズル列22は、記録ヘッド1に第2の方向Yに並設されていても、また、第1の方向Xに並設されていてもよい。何れの場合であっても、各ノズル列22において、共通電極がノズル21の並設方向に2つ以上に分割されていればよい。
また、上述した実施形態1の図12に示すバイアス電位の設定方法では、最初に分割された共通電極の全ての領域に基準となるバイアス電位を供給して、全ての領域に対応するノズル群からのインク滴の平均吐出量を測定するようにしたが、特にこれに限定されず、分割された共通電極の1つの領域毎にインク滴の平均吐出量を測定するようにしてもよい。
さらに、本発明は、広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種のインクジェット式記録ヘッド等の記録ヘッド、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ELディスプレイ、FED(電界放出ディスプレイ)等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオchip製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等にも適用することができる。
また、液体噴射装置の一例としてインクジェット式記録装置Iを挙げて説明したが、上述した他の液体噴射ヘッドを用いた液体噴射装置にも用いることが可能である。
1…インクジェット式記録ヘッド(液体噴射ヘッド)、2…インクカートリッジ、3…キャリッジ、4…装置本体、5…キャリッジ軸、6…駆動モーター、7…タイミングベルト、8…搬送ローラー、10…流路形成基板、11…隔壁、12…圧力発生室、13…連通部、14…インク供給路、15…連通路、20…ノズルプレート、21…ノズル、22…ノズル列、30…保護基板、31…マニホールド部、32…圧電アクチュエーター保持部、33…貫通孔、35…接着剤、40…コンプライアンス基板、41…封止膜、42…固定板、43…開口部、50…振動板、60…第1電極、70…圧電体層、71…凹部、80…第2電極、80a…第1共通電極、80b…第2共通電極、80c…第3共通電極、91…個別配線、92…共通配線、100…マニホールド、120…駆動回路、121…接続配線、122…シフトレジスター、123…ラッチ回路、124…レベルシフター、125…スイッチ、200…制御装置、210…プリンターコントローラー、211…外部インターフェース、212A…受信バッファー、212B…中間バッファー、212C…出力バッファー、214…制御処理部、215…発振回路、216…駆動信号生成回路、217…バイアス電位生成回路、217a…第1バイアス電位生成回路、217b…第2バイアス電位生成回路、217c…第3バイアス電位生成回路、218…内部インターフェース、219…バイアス電位選択回路、220…プリントエンジン、221…紙送り機構、222…キャリッジ機構、230…外部装置、300…圧電アクチュエーター、310…活性部、COM…駆動信号、I…液体噴射装置(インクジェット式記録装置)、S…記録シート、T…記録周期(吐出周期)、vbs…バイアス電位、vbs1…第1バイアス電位、vbs2…第2バイアス電位、vbs3…第3バイアス電位、X…第1の方向、Y…第2の方向、Z…第3の方向

Claims (13)

  1. 液体を吐出するノズルが並設されたノズル列と、
    前記ノズル列の各ノズルに連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板と、
    流路形成基板の一方面側に設けられて第1電極と圧電体層と第2電極とを有する圧電アクチュエーターと、
    を具備し、
    前記圧電アクチュエーターには、前記圧電体層の前記第1電極と前記第2電極とで挟まれた活性部が、前記圧力発生室毎に独立して設けられており、
    前記第1電極及び前記第2電極の何れか一方の電極は、前記活性部の各々に独立して設けられた個別電極を構成し、
    前記第1電極及び前記第2電極の何れか他方の電極は、複数の前記活性部に共通して設けられた共通電極を構成し、
    前記共通電極は、1つの前記ノズル列において、前記ノズルの並設方向に2つ以上に分割して設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
  2. 分割された前記共通電極は、それぞれ独立した入力端子に接続されていることを特徴とする請求項1記載の液体噴射ヘッド。
  3. 前記共通電極は、少なくとも前記ノズル列の一方の端部領域、他方の端部領域、両端部領域の間の領域で分割されていることを特徴とする請求項1又は2記載の液体噴射ヘッド。
  4. 前記ノズル列を構成する前記ノズルに連通する前記圧力発生室が共通して連通する共通液室を有することを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
  5. 前記共通電極は、一の圧力発生室とそれに隣接する他の圧力発生室との間の領域を覆うように形成されていることを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
  6. 請求項1〜5の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドと、
    前記圧電アクチュエーターの前記個別電極に、前記ノズル列に共通の駆動信号を選択的に供給すると共に、前記共通電極にバイアス電位を供給する制御部と、
    を具備することを特徴とする液体噴射装置。
  7. 前記制御部は、分割された前記共通電極の第1の領域には、第1のバイアス電位を供給し、分割された前記共通電極の前記第1の領域とは異なる第2の領域には、前記第1のバイアス電位とは異なる第2のバイアス電位を供給することを特徴とする請求項6記載の液体噴射装置。
  8. 前記制御部は、
    分割された前記共通電極の第1の領域に入力するバイアス電位を出力する第1のバイアス出力部と、
    分割された前記共通電極の前記第1の領域とは異なる第2の領域に入力するバイアス電位を出力する第2のバイアス出力部と、
    を有し、
    前記第1のバイアス出力部のバイアス電位と前記第2のバイアス出力部のバイアス電位とは独立に設定可能である請求項6又は7記載の液体噴射装置。
  9. 前記第1の領域を共通電極とする前記活性部に対応する前記ノズルで構成される第1のノズル群からの液体の平均吐出量と、前記第2の領域を共通電極とする前記活性部に対応する前記ノズルで構成される第2のノズル群からの液体の平均吐出量との差は、前記第1の領域及び前記第2の領域の両方に同じバイアス電位を供給して駆動信号を印加した際の前記第1のノズル群からの液体の平均吐出量と前記第2のノズル群からの液体の平均吐出量との差よりも小さいことを特徴とする請求項7又は8記載の液体噴射装置。
  10. 同一のバイアス電位で駆動信号を印加した際において、前記第1の領域を共通電極とする前記活性部に対応する前記ノズルで構成される第1のノズル群からの平均吐出量が、前記第2の領域を共通電極とする前記活性部に対応する前記ノズルで構成される第2のノズル群からの平均吐出量よりも大きいとき、前記第1のバイアス電位は、前記第2のバイアス電位よりも小さいことを特徴とする請求項7〜9の何れか一項に記載の液体噴射装置。
  11. 液体を吐出するノズルが並設されたノズル列と、
    前記ノズル列の各ノズルに連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板と、
    流路形成基板の一方面側に設けられて第1電極と圧電体層と第2電極とを有する圧電アクチュエーターと、
    を具備し、
    前記圧電アクチュエーターには、前記圧電体層の前記第1電極と前記第2電極とで挟まれた活性部が、前記圧力発生室毎に独立して設けられており、
    前記第1電極及び前記第2電極の何れか一方の電極は、前記活性部の各々に独立して設けられた個別電極を構成し、
    前記第1電極及び前記第2電極の何れか他方の電極は、複数の前記活性部に共通して設けられた共通電極を構成し、
    前記共通電極は、1つの前記ノズル列において、前記ノズルの並設方向に2つ以上に分割され、分割された前記共通電極は、第1の領域と第2の領域とを有し、
    前記圧電アクチュエーターの前記個別電極には、前記ノズル列に共通の駆動信号が選択的に供給されると共に、前記共通電極にはバイアス電位が供給され、
    基準となるバイアス電位で前記駆動信号を印加して、前記第1の領域を共通電極とする前記活性部に対応する前記ノズルで構成される第1のノズル群からの液体の平均吐出量と、第2の領域を共通電極とする前記活性部に対応する前記ノズルで構成される第2のノズル群からの液体の平均吐出量とを測定し、測定された平均吐出量と基準となる吐出量との比較に基づき、前記第1の領域及び前記第2の領域に供給するバイアス電位を決定することを特徴とする液体噴射ヘッドのバイアス電位の設定方法。
  12. 測定された平均吐出量が基準となる吐出量よりも大きい場合には、基準となるバイアス電位よりも小さなバイアス電位とすることを特徴とする請求項11記載の液体噴射ヘッドのバイアス電位の設定方法。
  13. 測定された平均吐出量が基準となる吐出量よりも小さい場合には、基準となるバイアス電位よりも大きなバイアス電位とすることを特徴とする請求項11又は12記載の液体噴射ヘッドのバイアス電位の設定方法。
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