JP5162871B2

JP5162871B2 - 液滴吐出装置用ヘッドの駆動方法および液滴吐出装置用ヘッド

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Publication number: JP5162871B2
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Inventors: 直樹片山
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Filing date: 2006-09-27
Publication date: 2013-03-13
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Description

本発明は、インクジェットプリンタ用ヘッド等の液滴吐出装置用ヘッドの駆動方法およびインクジェットプリンタ用ヘッド等の液滴吐出装置用ヘッドに関するものである。

近年、液滴吐出装置の１つの形態であるインクジェットプリンタにおいては、ヘッドの小型化、ノズルの高密度化、多チャンネル化が進みつつ、コストダウンが図られている。

ヘッドが小型化するにつれ、１チャンネル（つまり１つの圧力室となる１つのキャビティ）当たりに利用できるアクチュエータ部の面積は減少する傾向にある。その一方、必要とされる、インク滴の大きさについては変更がなく、各チャンネルにおいて従来と同等の吐出圧力の発生が要求されている。そのため、隣接するキャビティ間の桁部の幅寸法（キャビティの配列方向における寸法）を小さくして、少しでもアクチュエータ部の面積を大きくとるよう工夫したり、駆動電圧を高める工夫をして対応しているのが現状である。

しかしながら、隣接するキャビティ間の桁部の幅寸法を小さくすると、前記桁部の剛性が減少することになるので、隣接チャンネルへのクロストークの影響が大きくなる。駆動電圧を高めると、高電圧化に関連する部品のコストがアップする。また、高電圧化により発熱量が増加するので、温度を低下させることが必要であるが、その設計が困難である。

そこで、電極間に配置される圧電材料の面積を小さくしても圧電層に十分な変形量を付与することができ、アクチュエータ部の各圧力室に対応する部分の変形が、他の圧力室に対応する部分に影響を及ぼすのを防止したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−１６６４６３号公報（段落０００８〜００１０）

しかしながら、特許文献１に記載のものでは、変形量を大きくするために、複数の圧電層を積層し、それらの層の間に電極を設ける構造であるため、構造が複雑になるし、駆動電圧の低電圧化の点でも十分ということができない。

そこで、発明者は、特許文献１に記載のものは、圧電層を下に凸に変形させ圧力室の容積を減少させてインクを吐出させる、いわゆる押し打ち方式であるが、もう一つの方式つまり圧電層を上に凸に変形させてインクを吐出させる、いわゆる引き打ち方式（具体的には、先ず圧力室の容積を大きくして、その後圧力室内の圧力が負から正になるタイミングで圧力室の容積を元に戻す）と併用し、「押し」、「引き」のそれぞれにおいて駆動圧力を発生させれば、特許文献１に記載のもののように構造を複雑にすることなく、大きな変形量を確保できることに着想して、本発明をなすに至ったものである。

本発明は、アクチュエータ部の変形量を大きくして、低電圧駆動を可能とした液滴吐出装置用ヘッドの駆動方法および液滴吐出装置用ヘッドを提供することを目的とする。

請求項１の発明は、複数の圧力室の上側に振動板が設けられ、その振動板の上側に絶縁層および圧電層が順に積層されてなる液滴吐出装置用ヘッドの駆動方法であって、前記圧電層を、前記各圧力室に対応して、前記圧力室の長手方向中央部を第１の領域とする一方、その第１の領域を挟んで長手方向両側となる前記圧力室の外周部を第２の領域とし、ヘッド駆動時において、液滴を吐出する前記圧力室の前記第２の領域に駆動電圧を印加して前記第２の領域を前記圧力室とは反対方向に凸に変形させる第１の駆動工程を行った後、液滴を吐出する前記圧力室の前記第２の領域に駆動電圧を印加せずその前記第１の領域に駆動電圧を印加して前記第１の領域を前記圧力室の方向に凸に変形させる第２の駆動工程を行うこと、液滴を吐出しない前記圧力室に関して、前記第１の駆動工程においては、前記第２の領域に駆動電圧を印加して前記第２の領域を前記圧力室とは反対方向に凸に変形させるとともに、前記第１の領域に駆動電圧を印加して前記第１の領域を前記圧力室の方向に凸に変形させ、前記第２の駆動工程においては、第１の領域および第２の領域にともに駆動電圧を印加しないこと、前記圧電層の一方の面側に、前記各圧力室の前記第１の領域に対応して個別電極が、前記第２の領域に対応して第１の共通電極が、それぞれ配置される一方、前記圧電層の他方の面側に、前記第２の領域に対応して第２の共通電極が、前記第１の領域に対応して第３の共通電極が、それぞれ配置され、前記第１の駆動工程においては、前記第１の共通電極と第２の共通電極とを異なる電位とし且つ、液滴を吐出する前記圧力室に対応する前記個別電極と前記第３の共通電極とを同じ電位にするとともに液滴を吐出しない前記圧力室に対応する前記個別電極と前記第３の共通電極とを異なる電位とし、前記第２の駆動工程においては、前記第１の共通電極と第２の共通電極とを同じ電位とし、液滴を吐出する前記圧力室に対応する前記個別電極と前記第３の共通電極とを異なる電位にするとともに液滴を吐出しない前記圧力室に対応する前記個別電極と前記第３の共通電極とを同じ電位とすることを特徴とする。ここで、前記圧力室は、平面視で、長円形状や円形状のものが含まれる。

このようにすれば、ヘッド駆動時に、液滴を吐出する前記圧力室の前記第２の領域に駆動電圧を印加して前記第２の領域を前記圧力室とは反対方向に凸に変形させる第１の駆動工程を行った後、液滴を吐出する前記圧力室の前記第２の領域に駆動電圧を印加せずその前記第１の領域に駆動電圧を印加して前記第１の領域を前記圧力室の方向に凸に変形させる第２の駆動工程を行うことで、第１および第２の領域の変形の組み合わせによって、第１の駆動工程ではいわゆる引き打ちとして、第２の駆動工程ではいわゆる押し打ちとしてそれぞれ駆動圧力を発生させるので（図９（ｂ）（ｃ）参照）、圧電層（アクチュエータ部）の変形量を大きく取れ、高い吐出圧力が得られる。結果として、従来のものと比べて低電圧駆動が可能となる。また、圧力室の変形量を大きく取る構成を実現できる。

そして、液滴を吐出する必要がない圧力室においては、前記第１の駆動工程においては、前記第２の領域に駆動電圧を印加して前記第２の領域を前記圧力室とは反対方向に凸に変形させるとともに、前記第１の領域に駆動電圧を印加して前記第１の領域を前記圧力室の方向に凸に変形させるので、第１および第２の領域における変形が相互に打ち消しあい、いずれの方向にも変形しない（図９（ｄ）参照）。また、前記第２の駆動工程においては、第１の領域および第２の領域にともに駆動電圧を印加せず、いずれの方向にも変形しない。結果として圧力室の変形量はほとんどなく、液滴の吐出は行われないことになる。

また、請求項２の発明のようにすることも可能である。この請求項２の発明は、複数の圧力室の上側に振動板が設けられ、その振動板の上側に絶縁層および圧電層が順に積層されてなる液滴吐出装置用ヘッドの駆動方法であって、前記圧電層を、前記各圧力室に対応して、前記圧力室の長手方向中央部を第１の領域とする一方、その第１の領域を挟んで長手方向両側となる前記圧力室の外周部を第２の領域とし、ヘッド駆動時において、液滴を吐出する前記圧力室の前記第２の領域に駆動電圧を印加して前記第２の領域を前記圧力室とは反対方向に凸に変形させる第１の駆動工程を行った後、液滴を吐出する前記圧力室の前記第２の領域に駆動電圧を印加せずその前記第１の領域に駆動電圧を印加して前記第１の領域を前記圧力室の方向に凸に変形させる第２の駆動工程を行うこと、液滴を吐出しない前記圧力室に関して、前記第１の駆動工程においては、前記第２の領域に駆動電圧を印加して前記第２の領域を前記圧力室とは反対方向に凸に変形させるとともに、前記第１の領域に駆動電圧を印加して前記第１の領域を前記圧力室の方向に凸に変形させ、前記第２の駆動工程においては、第１の領域および第２の領域にともに駆動電圧を印加しないこと、前記圧電層の一方の面側に、前記各圧力室の前記第１の領域に対応して個別電極が、前記第２の領域に対応して第１の共通電極が、それぞれ配置される一方、前記圧電層の他方の面側に、前記第２の領域に対応して第２の共通電極が、前記第１の領域に対応して第３の共通電極が、それぞれ配置され、前記個別電極、前記第１〜第３の共通電極は、それぞれ、少なくとも所定の基準電位である第１の電位とこの第１の電位とは異なる第２の電位とが選択的に付与されるものであり、前記第１の駆動工程においては、前記第１の共通電極には前記第２の電位が付与され、前記第２および第３の共通電極には前記第１の電位が付与され、液滴を吐出する前記圧力室に対応する前記個別電極には前記第１の電位が付与され、液滴を吐出しない前記個別電極には前記第２の電位が付与され、前記第２の駆動工程においては、前記第１および第２の共通電極には前記第２の電位が付与され、前記第３の共通電極には前記第１の電位が付与され、液滴を吐出する前記圧力室に対応する前記個別電極には前記第２の電位が付与され、液滴を吐出しない前記個別電極には前記第１の電位が付与されることを特徴とする。

請求項３の発明は、複数の圧力室の上側に振動板が設けられ、その振動板の上側に絶縁層および圧電層が積層される液滴吐出装置用ヘッドにおいて、前記圧電層の一方の面側に、前記各圧力室の中央部に個別電極が、それを挟んで両側となる前記圧力室の外周部に第１の共通電極がそれぞれ配置される一方、前記圧電層の他方の面側に、第１の共通電極に対応して第２の共通電極が、前記個別電極に対応して第３の共通電極がそれぞれ配置され、前記各第１の共通電極または各第２の共通電極の少なくとも一方は、隣接して配置された前記圧力室の間にわたって設けられ、前記第１の共通電極は、前記圧力室の外側で前記圧力室の列方向に延びる第１の引き出し線に接続され、前記第２および第３の共通電極は、前記圧力室外の両側で前記圧力室の列方向に延びる第２および第３の引き出し線に接続され、前記第１〜第３の共通電極および前記第１〜第３の引き出し線が櫛歯状に接続され、前記第２の引き出し線は、前記個別電極の引き出し側と同じ側に設けられ、前記第１および第３の引き出し線は、前記個別電極の引き出し側と反対側に設けられていることを特徴とする。

このようにすれば、第１および第２の共通電極の間の圧電層（アクチュエータ部）、個別電極と第３の共通電極との間の圧電層（アクチュエータ部）それぞれに駆動圧力を発生させ、変形量を大きく取れる構成を実現できる具体的な電極配置を、引き出し線を増加させることなく実現することができる。
特に、前記各第１の共通電極または各第２の共通電極の少なくとも一方は、隣接して配置された前記圧力室の間にわたって設けられているので、電極の共有化で、電極レイアウトの簡素化が図れる。

また、第１〜第３の共通電極と引き出し線との接続が無理なく実現され、電極の共有化で、電極レイアウトの簡素化が図れる。

請求項４に記載のように、請求項３の液滴吐出装置用ヘッドにおいて、前記各第１の共通電極または各第２の共通電極は、隣り合う２つの前記圧力室にわたって設けられていることを特徴とする。

以上のように構成したから、本発明は、ヘッド駆動時に、液滴を吐出する圧力室についてアクチュエータ部（圧電層）を前記圧力室とは反対方向に凸に変形させた後、前記圧力室の方向に凸に変形させることで、いわゆる押し打ちといわゆる引き打ちとを組み合わせて駆動圧力を発生させるので、変形量を大きく取ることができ、従来と比べて低電圧駆動が可能となる。よって、発熱対策、部品コストダウン、隣接ストロークの影響の低下などの点で有利である。

以下、本発明の実施の形態を図面に沿って説明する。

図１（ａ）は本発明に係るインクジェットプリンタの概略構成を示す概略構成図、図１（ｂ）は本発明に係る流路ユニット、アクチュエータユニットおよびフレキシブルケーブル（ＣＯＰ）の関係を示す説明図である。

本発明に係るインクジェットプリンタ１は、図１（ａ）に示すように、インクカートリッジ（図示せず）が搭載されるキャリッジ２の下面に、記録用紙Ｐ（記録媒体）に記録するためのインクジェットプリンタ用ヘッド３（以下、単にプリンタ用ヘッドという）が設けられている。キャリッジ２は、プリンタフレーム４内に設けられるキャリッジ軸５とガイド板（図示せず）とによって支持され、記録用紙Ｐの搬送方向Ａと直交する方向Ｂにおいて往復移動する構成とされている。

図示しない給紙部からＡ方向に搬送される記録用紙Ｐは、プラテンローラ（図示せず）とプリンタ用ヘッド３との間に導入されて、プリンタ用ヘッド３から記録用紙Ｐに向けて噴射されるインクにより所定の記録がなされ、その後排紙ローラ６にて排紙される。

また、図１（ｂ）および図２に示すように、プリンタ用ヘッド３は、流路ユニット１１と、アクチュエータユニット１２とを下側から順に備え、アクチュエータユニット１２の上面に駆動信号を供給するフレキシブルケーブル１３（信号線）が設けられている。

流路ユニット１１は、開口を有する複数枚のプレート（プレート材）を積層して形成される積層体１４を含み、その積層体１４の上側には、振動板１５が設けられる一方、下側には、ノズル１６ａを有するノズルプレート１６およびノズル１６ａに対応して貫通穴１７ａを有するスペーサプレート１７を貼り合わせてなるプレートアッセンブリ１８が一体に貼り付けられている。そして、振動板１５の上側に、アクチュエータユニット１２が設けられている（図１（ｂ）参照）。ここで、振動板１５は、後述する図４（ｃ）に示すように、圧力室１４Ａａを塞ぐ金属プレート部１５ａと、その上側に積層される絶縁層１５ｂとで構成されている。よって、金属部レート部１５ａの上側に絶縁層１５ｂおよび圧電層１２Ａが積層されていることになる。なお、振動板１５は、アクチュエータユニット１２（圧電層１２Ａ）側の面が絶縁性を有するものであればよく、全体が合成樹脂からなるものを用いることも可能である。

また、図２（ａ）に示すように、流路ユニット１１の開口１１ａには、インク内に含有される塵埃などを捕獲するためのフィルタ１９が設けられる。ノズルプレート１６は、（積層体１４を構成する）後述のキャビティプレート１４Ａの１つの圧力室１４Ａａについて、１つのノズル１６ａがそれぞれ設けられた高分子合成樹脂プレート（例えばポリイミド）である。ノズル１６ａは、高分子合成樹脂プレートにエキシマレーザー加工を施すことにより形成される。

この積層体１４は、図３に示すように、上側から順にキャビティプレート１４Ａ、ベースプレート１４Ｂ、アパチャープレート１４Ｃ、２枚のマニホールドプレート１４Ｄ，１４Ｅ、およびダンパープレート１４Ｆがそれぞれ重ねられたものである。これら６枚のプレート１４Ａ〜１４Ｆは、各ノズル１６ａ毎に個別にインク流路が形成されるように、互いに位置合わせして積層され、金属拡散接合により固着されている。この積層体１４の上には、さらに振動板１５が重ねられて金属拡散接合により固着されている。

流路ユニット１１に形成されるインク流路は、前記積層されたプレート１４Ａ〜１４Ｆ，１６，１７の開口によって形成され、前記インク流路を流れるインクがヘッド３のノズル１６ａから最終的には外部に吐出される。

キャビティプレート１４Ａは、矩形状の金属プレートで、圧力室１４Ａａとなる複数のキャビティが、プレート長手方向に沿って複数列の配列状態で形成されている。これら複数の圧力室１４Ａａ（キャビティ）は、エッチングによりキャビティプレート１４Ａに貫通穴として形成されている。複数の圧力室１４Ａａ（キャビティ）を塞ぐ状態でキャビティプレート１４Ａの上面に振動板１５が積層されている。

ベースプレート１４Ｂは、マニホールド１４Ｄａ，１４Ｅａ（共通インク室）から各圧力室１４Ａａへの連通穴１４Ｂａおよび各圧力室１４Ａａから各ノズル１６ａへの連通穴１４Ｂｂがそれぞれ設けられた金属プレートである。アパチャープレート１４Ｃには、それの上面に凹部流路として、各圧力室１４Ａａとマニホールド１４Ｄａ，１４Ｅａとを連通する連通路１４Ｃａおよび各圧力室１４Ａａからノズル１６ａへの連通穴１４Ｃｂがそれぞれ設けられた金属プレートである。マニホールドプレート１４Ｄ，１４Ｅは、マニホールド１４Ｄａ，１４Ｅａに加えて、各圧力室１４Ａａから各ノズル１６ａへの連通穴１４Ｄｂ，１４Ｅｂがそれぞれ設けられた金属プレートである。ダンパープレート１４Ｆは、下面に凹部として形成されるダンパー室１４Ｆａのほか、各圧力室１４Ａａを各ノズル１６ａに連通する連通穴１４Ｆｂが設けられた金属プレートである。

アクチュエータユニット１２は、振動板１５（絶縁層１５ｂ）上に形成された圧電層１２Ａと、この圧電層１２Ａの上側に各圧力室１４Ａａの中央部に対応して形成された複数の個別電極１２Ｂと、圧電層１２Ａの上下側に形成される第１〜第３の共通電極１２Ｃ，１２Ｄ，１２Ｅとを備えている。そして、図４（ａ）（ｂ）（ｃ）および図５に示すように、圧電層１２Ａの上側に、第１の共通電極１２Ｃは、個別電極１２Ｂを挟んでそれの両側となる圧力室１４Ａａの外周部に配置される一方、圧電層１２Ａの下側に、第１の共通電極１２Ｃに対応して第２の共通電極１２Ｄが、個別電極１２Ｂに対応して第３の共通電極１２Ｅがそれぞれ配置されている。各第１の共通電極２Ｃおよび各第２の共通電極１２Ｄは、隣り合う２つの圧力室１４Ａａにわたって設けられている。なお、第１の共通電極２Ｃおよび第２の共通電極１２Ｄのいずれか一方のみが、隣り合う２つの圧力室１４Ａａにわたって設けることも可能であるし、いずれも圧力室１４Ａａごとに設けることも可能である。なお、計算を簡単にするために第１の共通電極１２Ｃが圧力室１４Ａａ毎に設けられる構成として、図１０に示すように、幅Ａの個別電極１２Ｂ、間隔Ｂ、幅Ｃの第１の共通電極１２Ｃを変量して、解析したところ、Ａ＝４０〜５０ｍｍ，Ｂ＝２５ｍｍ，Ｃ＝５０〜７０ｍｍの範囲であれば、吐出チャンネルの変形量は大きく、非吐出チャンネルの変形はほとんどないことが確認されている。

第１の共通電極１２Ｃは、圧力室１４Ａａの外側でその圧力室１４Ａａの列方向に延びる第１の引き出し線１２Ｆに接続されている。第２および第３の共通電極１２Ｄ，１２Ｅは、圧力室１４Ａａ外の両側で圧力室の列方向に延びる第２および第３の引き出し線１２Ｇ，１２Ｈに接続されている。第２の引き出し線１２Ｇは、個別電極１２Ｂの引き出し側と同じ側に設けられており、第１および第３の引き出し線１２Ｆ，１２Ｈは、個別電極１２Ｂの引き出し側と反対側に設けられている。

このようにして、第１〜第３の共通電極１２Ｃ〜１２Ｅおよび第１〜第３の引き出し線１２Ｆ〜１２Ｈが、図５に示すように、櫛歯状に接続されることになる。

ところで、上述したように、個別電極１２Ｂおよび共通電極１２Ｃ〜１２Ｅを配置したことで、圧電材料（ＰＺＴ）の選定のために、各チャンネルの性能（キャパ値）を測定する際に、駆動に有効な箇所のみのキャパ値を測定することができる。

つまり、最初に、第１および第２の共通電極１２Ｃ，１２Ｄの間で圧力室１４Ａａの両端側部のキャパ値の総量であるキャパ総量を測定する。第１および第２の共通電極の相対している部分が、圧電変形に有効な領域のみであるので、正確なキャパ値の測定が可能となる。この測定されたキャパ値により圧電材料（ＰＺＴ）がランク分けされ、印加される電圧値が決定される。

次の、各個別電極１２Ｂと第３の共通電極１２Ｅとの間で、個別駆動領域のキャパ値を測定する。個別電極１２Ｂと第３の共通電極１２Ｅとの相対している部分が圧電材料（ＰＺＴ）の変形に有効な領域のみであるので、各チャンネルの正確なキャパ値の測定ができる。

このようにして選定された圧電材料（ＰＺＴ）は各チャンネルの性能（キャパ値）にバラツキがなく、吐出性能も均一で安定したものとすることができる。

圧電層１２Ａは、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料からなり、その厚さ方向に分極している。個別電極１２Ｂ（個別電極１２Ｂの端子部１２Ｂａを含む）や共通電極１２Ｃ〜１２Ｅは、Ａｇ−Ｐｄ系等の金属材料からなるものであり、駆動信号が供給されるフレキシブルケーブル１３の信号線により、後述する駆動回路４９に接続され、この駆動回路４９から複数の個別電極１２Ｂおよび共通電極１２Ｃ〜１２Ｅに対して選択的に駆動電圧が供給される構成とされている。

続いて、図６および図７を参照して、インクジェットプリンタ１の電気的構成について説明する。

図６に示すように、インクジェットプリンタ１の制御装置は、インクジェットプリンタ１全体の各部を制御するＣＰＵ（１チップマイクロコンピュータ）２１と、ゲート回路ＬＳＩである制御回路２２と、制御プログラムや各種のインクを噴射する駆動波形データを記憶したＲＯＭ２３と、データを一時的に記憶するＲＡＭ２４とを備えている。

ＣＰＵ２１は、各種の指令を入力するための操作パネル２５、キャリッジ２を往復走査するキャリッジモータ２６を駆動させるモータドライバ２７、搬送装置を駆動させる搬送モータ２８を駆動させるモータドライバ２９に接続されるほか、記録用紙Ｐの有無を検出するペーパセンサ３０、プリンタ用ヘッド３が原点位置にあることを検出する原点センサ３１やインクカートリッジ（図示せず）が正常な装着状態にあることを検出するインクカートリッジセンサ３２が接続されている。

ＣＰＵ２１，ＲＯＭ２３，ＲＡＭ２４、および制御回路２２は、アドレスバス４１およびデータバス４２を介して接続されている。そして、ＣＰＵ２１は、ＲＯＭ２３に予め記憶されたプログラムにしたがい、記録タイミング信号ＴＳと制御信号ＲＳを生成し、各信号ＴＳ，ＲＳを制御回路２２に転送する。また、制御回路２２は、パーソナルコンピュータ４３などの外部機器からインターフェース４４を介して転送されてくる記録データを、イメージメモリ４５に記憶させる。そして、制御回路２２は、パーソナルコンピュータ４３などからインターフェース４４を介して転送されてくるデータから、受信割込信号ＷＳを生成し、その信号ＷＳをＣＰＵ２１へ転送する。制御回路２２は、記録タイミング信号ＴＳおよび制御信号ＲＳにしたがい、イメージメモリ４５に記憶されている記録データに基づいて、その記録データを記録用紙Ｐに形成するための記録データ信号ＤＡＴＡ，その記録データ信号ＤＡＴＡと同期する転送クロックＴＣＫ，ストローブ信号ＳＴＢ，駆動波形信号ＩＣＫを生成し、それら各信号ＤＡＴＡ，ＴＣＫ，ＳＴＢ，ＩＣＫを駆動回路４６へ転送する。

図７は駆動回路４６の内部構成を示すものである。駆動回路４６は、制御回路２２内のデータ転送部（図示しない）から転送クロック信号ＴＣＫに同期してシリアル転送されてくる記録データ信号ＤＡＴＡをパラレルデータに変換するシリアルーパラレル変換部５１、この変換されたパラレルデータＤＡＴＡをストローブ信号ＳＴＢにもとづいてラッチするデータラッチ５２、そのパラレルデータＤＡＴＡに基づいて駆動波形信号ＩＣＫを選択的に出力するＡＮＤゲート５３、出力された駆動波形信号を所定の電圧に変換し駆動パルスとして出力するドライバ５４とを備える。ドライバ５４から出力した駆動パルスは、プリンタ用ヘッド３の個別電極１２Ｂおよび共通電極１２Ｃ〜１２Ｅに印加され、圧電層１２Ａを変位させる。シリアルーパラレル変換部５１や、データラッチ５２やＡＮＤゲート５３およびドライバ５４は、それぞれヘッド３のノズル数にあわせた数が用意されている。駆動波形信号ＩＣＫは、それぞれＲＯＭ２３に格納されており、プログラム制御にもとづいて選択的に読み出される。

続いて、上記ヘッドの駆動時における駆動動作について説明する。ここで、以下の説明において、圧電層１２Ａを、図９（ａ）に示すように、各圧力室１４Ａａに対応して、圧力室１４Ａａの長手方向中央部を第１の領域Ｓ１とする一方、その第１の領域Ｓ１を挟んで長手方向両側となる圧力室の外周部を第２の領域Ｓ２とする（第１の領域Ｓ１に対応して個別電極１２Ｂおよび第３の共通電極が上下に配置され、第２の領域Ｓ２に対応して第１の共通電極１２Ｃおよび第２の共通電極が上下にが配置されている）。また、個別電極１２Ｂ、第１〜第３の共通電極１２Ｃ〜１２Ｅは、それぞれ、所定の基準電位である第１の電位（例えばグランド電位）とこの第１の電位とは異なる第２の電位（例えば、２４Ｖ）とが、駆動回路４６から駆動パルスとして選択的に付与される構成とされる。付与される電位について、一例を表１および図８に示す。

ここで、特許文献１に記載のもののように、押し打ち方式の場合には、印字直前に全チャンネルがＯＮ状態（下に凸）とし、吐出させたいチャンネルのみＯＦＦ状態として負圧を発生させ、その圧力波の跳ね返りに合わせ、ＯＮ状態にして圧力波を倍増させてインク吐出するため、待機時には電圧が印加された状態にあり、マイグレーションの問題があるが、表１に示すように、この実施の形態では、待機時にはいずれの電極１２Ｂ〜１２Ｅにも電圧が印加されていないので、マイグレーションの問題は生じない、という利点がある。
（第１の駆動工程）
インクを吐出する圧力室１４Ａａについては、第１の共通電極１２Ｃには第２の電位が付与され、第２および第３の共通電極１２Ｄ，１２Ｅには前記第１の電位が付与され、個別電極１２Ｂには第１の電位が付与される。つまり、第１の共通電極１２Ｃと第２の共通電極１２Ｄとを異なる電位とし且つ、個別電極１２Ｂと第３の共通電極１２Ｅとを同じ電位にする。

これにより、第２の領域Ｓ２に駆動電圧を印加して第２の領域Ｓ２を圧力室１４Ａａとは反対方向に凸に変形させる。つまり、図９（ａ）に示す状態から図９（ｂ）に示す状態に変化させる。

一方、インクを吐出しない圧力室１４Ａａについては、第１の共通電極１２Ｃには第２の電位が付与され、第２および第３の共通電極１２Ｄ，１２Ｅには前記第１の電位が付与され、個別電極１２Ｂには第２の電位が付与される。つまり、第１の共通電極１２Ｃと第２の共通電極１２Ｄとを異なる電位とし且つ、個別電極１２Ｂと第３の共通電極１２Ｅとを異なる電位とする。

これにより、第２の領域Ｓ２に駆動電圧を印加して第２の領域Ｓ２を圧力室とは反対方向に凸に変形させるとともに、第１の領域Ｓ１に駆動電圧を印加して第１の領域Ｓ１を圧力室１４Ａａの方向に凸に変形させる。これにより第１および第２の領域Ｓ１，Ｓ２における変形が相互に打ち消しあい、結果としていずれの方向にも変形しないことになる（図９（ｄ）参照）。
（第２の駆動工程）
第１の駆動工程を行った後、インクを吐出する圧力室１４Ａａについては、第１および第２の共通電極１２Ｃ，１２Ｄには前記第２の電位が付与され、第３の共通電極１２Ｅには前記第１の電位が付与され、個別電極１２Ｂには前記第２の電位が付与される。つまり、第１の共通電極１２Ｃと第２の共通電極１２Ｄとを同じ電位とし且つ、個別電極１２Ｂと第３の共通電極１２Ｅとを異なる電位にする。

これにより、第２の領域Ｓ２に駆動電圧を印加せずその第１の領域Ｓ１に駆動電圧を印加して第１の領域Ｓ１を圧力室１４Ａａの方向に凸に変形させる（図９（ｃ）参照）。

インクを吐出しない圧力室１４Ａａについては、第１および第２の共通電極１２Ｃ，１２Ｄには前記第２の電位が付与され、第３の共通電極１２Ｅには前記第１の電位が付与され、個別電極１２Ｂには前記第１の電位が付与される。つまり、第１の共通電極１２Ｃと第２の共通電極１２Ｄとを同じ電位とし且つ、個別電極１２Ｂと第３の共通電極１２Ｅとを同じ電位とする。

これにより、第１の領域Ｓ１および第２の領域Ｓ２にともに駆動電圧が印加されず、いずれの方向にも変形しないことになる（図９（ｅ）参照）。

このように、第１の駆動工程（引き）における第１の領域Ｓ１の変形、第２の駆動工程（押し）における第２の領域Ｓ２の変形それぞれにおいて駆動圧力を発生させるようにしているので、それらの変形のうち一方のみを利用する従来の場合に比べて、圧電層１２Ａの変形量を大きく取れ、高い吐出圧力が得られる。結果として、従来のものと比べて低電圧駆動が可能となる。また、１つの圧電層１２Ａを挟んで、個別電極１２Ｂおよび第１〜第３の共通電極１２Ｃ〜１２Ｅのレイアウトを工夫するだけであるので、構造を複雑にすることはないし、それらの電極１２Ｂ〜１２Ｅの配線に要する引き出し線１２Ｆ〜１２Ｈの数を大幅に増加させる必要もない。

また、第１の駆動工程で第１および第２の共通電極１２Ｃ，１２Ｄの間に駆動電圧が印加され、第２の駆動工程では個別電極１２Ｂと第３の共通電極１２Ｅとの間に駆動電圧が印加され、駆動に有効な領域のみ分極されるので、圧電層１２Ａ内に不要な内部応力領域を残すことがなく、劣化に対しても強くなる。

前記実施の形態では、圧電層１２Ａの上側に個別電極１２Ｂおよび第１の共通電極１２Ｃを、下側に第２および第３の共通電極１２Ｄ，１２Ｅをそれぞれ配置するようにしているが、逆に、圧電層の下側に個別電極および第１の共通電極を、上側に第２および第３の共通電極をそれぞれ配置する構成とすることも可能である。

（ａ）は本発明に係るインクジェットプリンタの概略構成を示す概略構成図、（ｂ）は本発明に係るキャビティユニット、アクチュエータユニットおよびフレキシブルケーブル（ＣＯＰ）の関係を示す説明図である。図２（ａ）はキャビティユニットの上側に、アクチュエータユニットを貼り付けた状態を示す斜視図、図２（ｂ）はノズルプレートとスペーサプレートを貼り合わせてなるプレートアッセンブリの説明図である。（ａ）はキャビティユニットを、構成要素である各プレートに分解し、それらを振動板とともに示す図、（ｂ）は接合された状態の図である。電極の配置を示す図である。（ａ）は圧電層の上側の電極の配置を示す図、（ｂ）は圧電層の下側の電極の配置を示す図、（ｃ）は断面図である。インクジェットプリンタの電気制御系を示すブロック図である。駆動回路の内部構成の説明図である。各電極における電位の時間的変化を示すタイミングチャート図である。（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ変形の状態を示す説明図である。解析に用いた、個別電極と共通電極との寸法の説明図である。

符号の説明

１インクジェットプリンタ
３プリンタ用ヘッド
１２Ａ圧電層
１２Ｂ個別電極
１２Ｃ第１の共通電極
１２Ｄ第２の共通電極
１２Ｅ第３の共通電極
１２Ｆ第１の引き出し線
１２Ｇ第２の引き出し線
１２Ｈ第３の引き出し線
１４Ａａ圧力室
１５振動板
１５ａ金属プレート部
１５ｂ絶縁層
Ｓ１第１の領域
Ｓ２第２の領域

Claims

複数の圧力室の上側に振動板が設けられ、その振動板の上側に絶縁層および圧電層が順に積層されてなる液滴吐出装置用ヘッドの駆動方法であって、
前記圧電層を、前記各圧力室に対応して、前記圧力室の長手方向中央部を第１の領域とする一方、その第１の領域を挟んで長手方向両側となる前記圧力室の外周部を第２の領域とし、ヘッド駆動時において、液滴を吐出する前記圧力室の前記第２の領域に駆動電圧を印加して前記第２の領域を前記圧力室とは反対方向に凸に変形させる第１の駆動工程を行った後、液滴を吐出する前記圧力室の前記第２の領域に駆動電圧を印加せずその前記第１の領域に駆動電圧を印加して前記第１の領域を前記圧力室の方向に凸に変形させる第２の駆動工程を行うこと、
液滴を吐出しない前記圧力室に関して、前記第１の駆動工程においては、前記第２の領域に駆動電圧を印加して前記第２の領域を前記圧力室とは反対方向に凸に変形させるとともに、前記第１の領域に駆動電圧を印加して前記第１の領域を前記圧力室の方向に凸に変形させ、前記第２の駆動工程においては、第１の領域および第２の領域にともに駆動電圧を印加しないこと、
前記圧電層の一方の面側に、前記各圧力室の前記第１の領域に対応して個別電極が、前記第２の領域に対応して第１の共通電極が、それぞれ配置される一方、前記圧電層の他方の面側に、前記第２の領域に対応して第２の共通電極が、前記第１の領域に対応して第３の共通電極が、それぞれ配置され、前記第１の駆動工程においては、前記第１の共通電極と第２の共通電極とを異なる電位とし且つ、液滴を吐出する前記圧力室に対応する前記個別電極と前記第３の共通電極とを同じ電位にするとともに液滴を吐出しない前記圧力室に対応する前記個別電極と前記第３の共通電極とを異なる電位とし、前記第２の駆動工程においては、前記第１の共通電極と第２の共通電極とを同じ電位とし、液滴を吐出する前記圧力室に対応する前記個別電極と前記第３の共通電極とを異なる電位にするとともに液滴を吐出しない前記圧力室に対応する前記個別電極と前記第３の共通電極とを同じ電位とすることを特徴とする液滴吐出装置用ヘッドの駆動方法。
複数の圧力室の上側に振動板が設けられ、その振動板の上側に絶縁層および圧電層が順に積層されてなる液滴吐出装置用ヘッドの駆動方法であって、
前記圧電層を、前記各圧力室に対応して、前記圧力室の長手方向中央部を第１の領域とする一方、その第１の領域を挟んで長手方向両側となる前記圧力室の外周部を第２の領域とし、ヘッド駆動時において、液滴を吐出する前記圧力室の前記第２の領域に駆動電圧を印加して前記第２の領域を前記圧力室とは反対方向に凸に変形させる第１の駆動工程を行った後、液滴を吐出する前記圧力室の前記第２の領域に駆動電圧を印加せずその前記第１の領域に駆動電圧を印加して前記第１の領域を前記圧力室の方向に凸に変形させる第２の駆動工程を行うこと、
液滴を吐出しない前記圧力室に関して、前記第１の駆動工程においては、前記第２の領域に駆動電圧を印加して前記第２の領域を前記圧力室とは反対方向に凸に変形させるとともに、前記第１の領域に駆動電圧を印加して前記第１の領域を前記圧力室の方向に凸に変形させ、前記第２の駆動工程においては、第１の領域および第２の領域にともに駆動電圧を印加しないこと、
前記圧電層の一方の面側に、前記各圧力室の前記第１の領域に対応して個別電極が、前記第２の領域に対応して第１の共通電極が、それぞれ配置される一方、前記圧電層の他方の面側に、前記第２の領域に対応して第２の共通電極が、前記第１の領域に対応して第３の共通電極が、それぞれ配置され、前記個別電極、前記第１〜第３の共通電極は、それぞれ、少なくとも所定の基準電位である第１の電位とこの第１の電位とは異なる第２の電位とが選択的に付与されるものであり、前記第１の駆動工程においては、前記第１の共通電極には前記第２の電位が付与され、前記第２および第３の共通電極には前記第１の電位が付与され、液滴を吐出する前記圧力室に対応する前記個別電極には前記第１の電位が付与され、液滴を吐出しない前記個別電極には前記第２の電位が付与され、前記第２の駆動工程においては、前記第１および第２の共通電極には前記第２の電位が付与され、前記第３の共通電極には前記第１の電位が付与され、液滴を吐出する前記圧力室に対応する前記個別電極には前記第２の電位が付与され、液滴を吐出しない前記個別電極には前記第１の電位が付与されることを特徴とする液滴吐出装置用ヘッドの駆動方法。
複数の圧力室の上側に振動板が設けられ、その振動板の上側に絶縁層および圧電層が積層される液滴吐出装置用ヘッドにおいて、
前記圧電層の一方の面側に、前記各圧力室の中央部に個別電極が、それを挟んで両側となる前記圧力室の外周部に第１の共通電極がそれぞれ配置される一方、前記圧電層の他方の面側に、第１の共通電極に対応して第２の共通電極が、前記個別電極に対応して第３の共通電極がそれぞれ配置され、
前記各第１の共通電極または各第２の共通電極の少なくとも一方は、隣接して配置された前記圧力室の間にわたって設けられ、
前記第１の共通電極は、前記圧力室の外側で前記圧力室の列方向に延びる第１の引き出し線に接続され、
前記第２および第３の共通電極は、前記圧力室外の両側で前記圧力室の列方向に延びる第２および第３の引き出し線に接続され、
前記第１〜第３の共通電極および前記第１〜第３の引き出し線が櫛歯状に接続され、
前記第２の引き出し線は、前記個別電極の引き出し側と同じ側に設けられ、
前記第１および第３の引き出し線は、前記個別電極の引き出し側と反対側に設けられていることを特徴とする液滴吐出装置用ヘッド。
前記各第１の共通電極または各第２の共通電極は、隣り合う２つの前記圧力室にわたって設けられていることを特徴とする請求項３記載の液滴吐出装置用ヘッド。