JP5991069B2 - 液滴吐出装置および特性変化検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧電アクチュエータの駆動制御によって液滴を吐出する液滴吐出装置、および、液滴吐出装置に用いられる圧電アクチュエータの特性変化を検査する方法に関する。

従来、液滴吐出装置の一つとして、キャビティユニットに圧電アクチュエータが接合されたインクジェットヘッドを備えたインクジェットプリンタが知られている。キャビティユニットには、インクが溜められる複数の圧力室が形成されている。インクジェットプリンタは、圧電アクチュエータに電圧を印加することで、各圧力室内のインクを吐出させる（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に開示の液滴吐出装置には、圧力室の中央部に対応する第一の活性部と、圧力室の中央部よりも外周側の部分に対応する第二活性部とを有する圧電アクチュエータが設けられている。第一活性部は所定方向に沿って分極され、第二活性部は第一活性部とは反対方向に沿って分極されている。第一活性部および第二活性部に所定方向の電圧が印加されると、第一活性部の変形が生じて圧力室内の液体を吐出させる。同時に、第二活性部の変形が生じることによって、第一活性部の変形が隣接する圧力室に及ぼす作用をキャンセルすることができる。つまり、所謂クロストークを抑制できる。

特開２００９−８３３３６号公報

上記のような圧電アクチュエータを製造する場合、第一活性部と第二活性部とを異なる方向に分極する工程が必要となる。この工程では、第一活性部と第二活性部とを分極する作業時に、第一活性部と第二活性部とに等しい電界強度が印加されるような分極電圧が用いられる。しかしながら、上記のような圧電アクチュエータでは、第一活性部を駆動する二つの電極間の距離と、第二活性部を駆動する二つの電極間の距離とが異なっている。

そのため、第一活性部と第二活性部とに等しい電界強度を印加するためには、分極電圧を複数の電圧源にするか、または、分極電圧の電圧値を遠隔制御する必要があった。分極電圧を複数の電圧源にすると、圧電アクチュエータに接続されるフレキシブル配線基板であるＣＯＦ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｆｉｌｍ：以下、ＣＯＦ）の対応する端子数を増加させる必要があり、製造コストが上昇するおそれがあった。また、分極電圧の電圧値を遠隔制御する場合、製造者の作業負担が大きかった。

そこで、電圧値が固定された一つの分極電圧を分極作業に使用することが、製造者の作業負担を小さくし、且つ、ＣＯＦの端子数を減らすために望ましい。この場合、第一活性部の電極間距離と第二活性部の電極間距離とが異なるため、電極間距離が大きい方の活性部に印加される電界強度が、電極間距離が小さい方の活性部に印加される電界強度よりも小さくなる。その結果、電極間距離が大きい方の活性部が未飽和状態となるおそれがある。未飽和状態の活性部では、圧電アクチュエータの駆動時に印加される電圧によって分極状態が変化しやすい。つまり、第一活性部と第二活性部とでは、圧電アクチュエータの耐久劣化に伴う静電容量の変化率が異なる。しかも、第一活性部はチャンネル駆動時間に応じて静電容量が減少する一方、第二活性部はチャンネル駆動時間に応じて静電容量が増加する特性がある。

上記活性部の静電容量は、分極の応答性を表す指標であるため、インク吐出速度の変化と関連がある。特に、第一活性部の変形によってインクが吐出されるため、チャンネル駆動時間に対する第一活性部の静電容量の変化が、インク吐出速度と関連性が高い。したがって、第一活性部の静電容量が耐久劣化によって減少した場合、印字品質を安定させるために、インクの吐出速度が一定に維持されるように駆動電圧を修正することが望ましい。

従来の静電容量検査手法では、第一活性部および第二活性部の合成静電容量を検出可能である。しかしながら、第一活性部および第二活性部は、先述したように静電容量の変化率および変化特性が異なるため、両者の合成静電容量によって第一活性部の静電容量の変化を正確に特定することが困難であった。ひいては、一つの分極電圧を分極作業に使用した場合に、圧電アクチュエータの特性変化を精度よく検出して駆動電圧を最適化することが困難であった。

本発明の目的は、液滴吐出装置の印字品質を安定させるために、圧電アクチュエータの特性変化を精度よく検出できる液滴吐出装置および特性変化検査方法を提供することである。

本発明の第一態様に係る液滴吐出装置は、複数の圧力室が形成されたキャビティユニットと、前記キャビティユニットに接合された圧電アクチュエータとを有する液滴吐出ヘッドと、少なくとも前記圧力室内のインクを吐出させる場合に、前記圧電アクチュエータに駆動電圧を印加する電圧印加手段と、前記圧電アクチュエータの駆動電流を計測可能な電流計測手段と、少なくとも前記電圧印加手段および前記電流計測手段を制御する制御手段とを備え、前記圧電アクチュエータは、互いに積層された第一圧電層および第二圧電層と、前記第一圧電層と前記第二圧電層との間に配置される第一共通電極と、前記第一圧電層において前記第一共通電極とは反対側の面に配置され、前記第一圧電層を挟んで前記第一共通電極と対向する個別電極と、前記第二圧電層において前記第一共通電極とは反対側の面に配置され、前記第一圧電層および前記第二圧電層を挟んで前記個別電極と対向する第二共通電極と、前記第一圧電層のうちで前記個別電極と前記第一共通電極とに挟まれる部分であり、前記第一圧電層と前記第二圧電層の積層方向に沿った所定方向に分極された、前記圧力室の中心部分に対応する第一活性部と、前記第一圧電層および前記第二圧電層のうちで前記個別電極と前記第二共通電極とに挟まれる部分であって、前記所定方向とは反対方向に分極された、前記圧力室の中心部分よりも外側部分に対応する第二活性部とを備え、前記制御手段は、所定のタイミングで、前記電圧印加手段によって所定の計測用信号を前記圧電アクチュエータに印加し、前記電圧印加手段によって前記計測用信号が印加された場合に、前記電流計測手段によって前記第一活性部に対応する電流成分を選択的に計測することを特徴とする。

本発明の第二態様に係る特性変化検査方法は、圧力室内のインクを吐出するための圧電アクチュエータの特性変化を検査する特性変化検査方法であって、前記圧電アクチュエータは、互いに積層された第一圧電層および第二圧電層と、前記第一圧電層と前記第二圧電層との間に配置される第一共通電極と、前記第一圧電層において前記第一共通電極とは反対側の面に配置され、前記第一圧電層を挟んで前記第一共通電極と対向する個別電極と、前記第二圧電層において前記第一共通電極とは反対側の面に配置され、前記第一圧電層および前記第二圧電層を挟んで前記個別電極と対向する第二共通電極と、前記第一圧電層のうちで前記個別電極と前記第一共通電極とに挟まれる部分であり、前記第一圧電層と前記第二圧電層の積層方向に沿った所定方向に分極された、前記圧力室の中心部分に対応する第一活性部と、前記第一圧電層および前記第二圧電層のうちで前記個別電極と前記第二共通電極とに挟まれる部分であって、前記所定方向とは反対方向に分極された、前記圧力室の中心部分よりも外側部分に対応する第二活性部とを備え、前記特性変化検査方法は、所定のタイミングで、所定の計測用信号を前記圧電アクチュエータに印加するステップと、前記圧電アクチュエータに前記計測用信号が印加された場合に、前記第一活性部に対応する電流成分を選択的に計測するステップとを備える。

本発明の第一、第二態様によれば、所定のタイミングで所定の計測用信号が、圧電アクチュエータに印加される。計測用信号の印加時に、圧電アクチュエータの駆動電流のうちで、第一活性部に対応する電流成分が選択的に計測される。したがって、計測された第一活性部に対応する電流成分に基づいて、圧電アクチュエータの特性変化を正確に検出できる。

プリンタ１の概略構成図である。 インクジェットヘッド３の平面図である。 圧電アクチュエータ１００の縦断面図である。 インクジェットヘッド３の側面図である。 制御基板６０とアクチュエータユニット３１の接続構成を示す図ある。 第一実施形態に係るプリンタ１の電気的構成を示すブロック図である。 アクチュエータ駆動部９０および圧電アクチュエータ１００を示す回路図である。 プリンタ１のメイン処理を示すフローチャートである。 圧電アクチュエータ１００、第二リレー７２、計測電流の関係を示す波形図である。 静電容量および徒出速度と、チャンネル駆動時間との関係を示すグラフである。 第二実施形態に係るプリンタ１の電気的構成を示すブロック図である。

本発明を具現化した実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、参照する図面は、本発明が採用しうる技術的特徴を説明するために用いられるものであり、記載されている装置構成や製造方法などは、それのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例である。

本発明の第一実施形態を説明する。まず、プリンタ１の概略構造について、図１を参照して説明する。プリンタ１は、キャリッジ２、インクジェットヘッド３、搬送ローラ４などを備えたインクジェットプリンタである。キャリッジ２は、走査方向（図１の左右方向）に往復移動する。キャリッジ２の下面には、インクを噴射可能なインクジェットヘッド３が取り付けられている。搬送ローラ４は、記録用紙Ｐを紙送り方向（図１の手前方向）に搬送する。

プリンタ１は、インクを収容したカートリッジ（図示外）を着脱可能である。プリンタ１に装着されたカートリッジから、インクジェットヘッド３にインクが供給される。プリンタ１では、搬送ローラ４によって記録用紙Ｐが紙送り方向に搬送されると同時に、キャリッジ２によってインクジェットヘッド３が走査方向に往復移動される。このとき、インクジェットヘッド３からインクが噴射されることで、記録用紙Ｐに画像や文字などが記録される。画像や文字などが記録された記録用紙Ｐは、搬送ローラ４によって紙送り方向に排出される。

図２〜図４を参照して、インクジェットヘッド３の詳細構造について説明する。インクジェットヘッド３は、キャビティユニット３０、アクチュエータユニット３１、および配線基板ユニット５０を有する。キャビティユニット３０は、インクを噴射するノズル３５およびノズルに供給されるインクの流路を有する。アクチュエータユニット３１は、インク流路内のインクに噴射圧力を付与する。配線基板ユニット５０は、制御基板６０からの信号をアクチュエータユニット３１に送る。

キャビティユニット３０の詳細構造を説明する。図２および図３に示すように、キャビティユニット３０は、４つのインク供給口３２、４つのマニホールド３３、複数の圧力室３４、複数のノズル３５を有する。４つのインク供給口３２は、図示しない４つのカートリッジにそれぞれ接続される。４つのマニホールド３３は、各インク供給口３２から分岐して紙送り方向に沿って延びる。複数の圧力室３４は、各マニホールド３３に連通している。複数のノズル３５は、各圧力室３４に連通している。複数のノズル３５と複数の圧力室３４は、紙送り方向に配列されて、ノズル３５の列と圧力室３４の列を形成する。ノズル３５の列と圧力室３４の列は、それぞれ走査方向に４列配列されている。図２の左方に属するノズル３５の列から順に、マゼンタ、シアン、イエロー、ブラックのインクが噴射される。

アクチュエータユニット３１の詳細構造を説明する。図２および図３に示すように、アクチュエータユニット３１は、第一〜第三圧電層４０〜４２、第一共通電極４３、第二共通電極４４、複数の個別電極４５を有している。第一〜第三圧電層４０〜４２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る。第一〜第三圧電層４０〜４２は、キャビティユニット３０の上側に積層されている。第三圧電層４２は、振動板として機能するものであり、複数の圧力室３４を覆うようにキャビティユニット３０の上面に接合されている。

アクチュエータユニット３１では、複数の圧力室３４の各々に対応する部分が、各圧力室３４と連通するノズル３５からインクを吐出するための圧電アクチュエータ１００として機能する。つまり、アクチュエータユニット３１は、ノズル３５の数量（チャンネル数）に対応する複数の圧電アクチュエータ１００を有する。各圧電アクチュエータ１００は、以下の構成を有する。

第一共通電極４３は、第一圧電層４０と第二圧電層４１との間に設けられ、圧力室３４の略中央部と対向するように配置されている。第二共通電極４４は、第二圧電層４１と第三圧電層４２との間に設けられ、圧力室３４の紙送り方向に関する両端部と対向するように配置されている。複数の個別電極４５は、第一圧電層４０の上面に設けられ、複数の圧力室３４と対向するように配置されている。つまり、個別電極４５は、第一圧電層４０において第一共通電極４３とは反対側の面に配置され、第一圧電層４０を挟んで第一共通電極４３と対向する。第二共通電極４４は、第二圧電層４１において第一共通電極４３とは反対側の面に配置され、第一圧電層４０および第二圧電層４１を挟んで個別電極４５と対向する。

第一圧電層４０のうちで個別電極４５と第一共通電極４３とに挟まれる部分が、圧力室３４の中心部分に対応する第一活性部４６である。第一活性部４６は、第一〜第三圧電層４０〜４２の積層方向に沿って分極されている。第一圧電層４０および第二圧電層４１のうちで個別電極４５と第二共通電極４４とに挟まれる部分が、圧力室３４の中心部分よりも外側部分に対応する第二活性部４７である。第二活性部４７は、第一活性部４６とは反対方向に分極されている。

第二共通電極４４は、後述するＣＯＦ５０のドライバＩＣ５３（図４参照）によって、グランド電位に保持される。第一共通電極４３は、ドライバＩＣ５３によって、グランド電位とは異なる所定の駆動電位（例えば２０Ｖ）に保持される。複数の個別電極４５は、ドライバＩＣ５３によって、グランド電位および駆動電位のいずれかが選択的に付与される。

配線基板ユニット５０を介して圧電アクチュエータ１００にパルス状の駆動信号が供給されると、第一活性部４６が圧電歪みを起こして、第一圧電層４０に撓み変形を生じさせる。第一圧電層４０の撓み変形に応じて圧力室３４の容積が変動することで、圧力室３４内のインクに圧力が付与され、圧力室３４に連通するノズル３５からインクが噴射される。同時に第二活性部４７が圧電歪みを起こして、第一活性部４６の変形が隣接する圧力室３４に及ぼす作用をキャンセルすることで、所謂クロストークを抑制される。

配線基板ユニット５０の詳細構造を説明する。図４に示すように、配線基板ユニット５０は、フレキシブル配線基板５１（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ：以下、ＦＰＣ）およびフレキシブル配線基板５２（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｆｉｌｍ：以下、ＣＯＦ）を有する。ＦＰＣ５１は、ＣＯＦ５２と制御基板６０とを接続する。ＣＯＦ５２には、ドライバＩＣ５３が実装されている。ＣＯＦ５２は、アクチュエータユニット３１の上面と対向するように配置されている。ＣＯＦ５２のアクチュエータユニット３１とは反対側に、ＦＰＣ５１が重ねられて配置されている。

図５〜図７を参照して、第一実施形態に係るプリンタ１の電気的構成を説明する。図５に示すように、プリンタ１は、ドライバＩＣ５３に対して、各種の入力信号をそれぞれ送信する制御基板６０を有する。制御基板６０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたコントローラである制御部６１を有する。一例として、Ｆｉｒｅは、１つのノズル３５に対する、液滴を噴射しない、および、階調に応じた５種類の液滴噴射サイズ（液滴体積）の計６種類の噴射態様にそれぞれ対応した６種類の駆動波形データを直列に伝送する入力信号である。アクチュエータユニット３１は、ＣＯＦ５２およびＦＰＣ５１を介して、制御基板６０に接続されている。図示しないが、ＦＰＣ５１と制御基板６０の間には、フレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）が中継されている。

ドライバＩＣ５３は、複数の圧電アクチュエータ１００に各々駆動するためのアクチュエータ駆動部９０を有する。アクチュエータ駆動部９０は、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）で構成されている。アクチュエータ駆動部９０は、制御基板６０から入力された入力信号に応じて、Ｆｉｒｅによって伝送された６種類の噴射態様に対応する駆動波形データの中から、対応する圧電アクチュエータ１００を駆動する駆動波形データを選択する。アクチュエータ駆動部９０は、選択した駆動波形データに適した電圧に増幅して、対応する圧電アクチュエータ１００の個別電極４５に駆動信号として出力する。

プリンタ１は、第一活性部４６に対応する電流成分を選択的に計測するために、以下のような電気的構成を有する。図６に示すように、制御基板６０は、制御部６１、第一リレー７１、第二リレー７２、電流計測部７３、ＶＤＤ８０等を含む。制御部６１は、第一リレー７１、第二リレー７２、電流計測部７３、ＶＤＤ８０と電気的に接続されている。ＶＤＤ８０は、駆動電圧を変更可能な電源電圧である。

第一リレー７１は、ドライバＩＣ５３およびアクチュエータユニット３１に接続される第一経路８１と、第二リレー７２に接続される第二経路８２との間で、有効経路を切替可能である。有効経路は、圧電アクチュエータ１００の駆動電流が流れる電流経路である。制御部６１は、プリンタ１の通常動作時は、第一リレー７１を制御して第一経路８１をオンにする。一方、圧電アクチュエータ１００の電流成分を計測する計測動作時には、第一リレー７１を制御して第二経路８２をオンにする。

ドライバＩＣ５３は、各種信号の駆動波形データを定義した波形テーブル５５を有する。波形テーブル５５には、６種類の噴射態様に対応する駆動波形データに加えて、圧電アクチュエータ１００の電流成分を計測するための計測用信号の電圧波形を示す駆動波形データなどが定義されている。制御部６１は、計測動作時にドライバＩＣ５３を制御して、波形テーブル５５から計測用信号の駆動波形データを選択させる。これにより、アクチュエータ駆動部９０は、計測用信号に基づいて圧電アクチュエータ１００を駆動する。

第二リレー７２は、電流計測部７３を経由せずにドライバＩＣ５３およびアクチュエータユニット３１に接続される第三経路８３と、電流計測部７３を経由してドライバＩＣ５３およびアクチュエータユニット３１に接続される第四経路８４との間で、有効経路を切替可能である。制御部６１は、計測動作時に第二リレー７２に後述のディレイ信号を入力して、所定のタイミングで第三経路８３および第四経路８４を切り替える。

電流計測部７３は、第四経路８４を流れる電流を計測して、計測された電流値（以下、計測値）を制御部６１に出力する。制御部６１は、比較器７４およびレジスタ７５を備える。レジスタ７５には、圧電アクチュエータ１００の耐久劣化（経年劣化ともいう。）を判断するための電流値である基準値が記憶されている。比較器７４は、電流計測部７３の計測値とレジスタ７５の基準値を比較して、圧電アクチュエータ１００が耐久劣化しているか否かを判断する。制御部６１は、圧電アクチュエータ１００が耐久劣化している場合、あらかじめ定められた複数の電圧レベルをいずれかを選択して、ＶＤＤ８０が供給する駆動電圧を変更する。電圧レベルは、ＶＤＤ８０に供給させる駆動電圧の大きさを段階的に定義した指標値である。

圧電アクチュエータ１００の電気的構成を説明する。図７に示すように、各アクチュエータ駆動部９０は、それぞれ共通のＶＤＤ（２０Ｖ）およびＶＳＳ（グランド）に接続されている。各アクチュエータ駆動部９０は、２つの電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴ）９１、９２を有する。ＦＥＴ９１、９２の入力線は制御基板６０に接続され、ＦＥＴ９１、９２の出力線は対応する圧電アクチュエータ１００の個別電極４５に接続されている。各圧電アクチュエータ１００では、第一共通電極４３が共通のＶＤＤ（２０Ｖ）に接続され、第二共通電極４４が共通のＶＳＳ（グランド）に接続されている。

各アクチュエータ駆動部９０は、入力される計測用信号に応じて、ＦＥＴ９１、９２のオン・オフを切り替える。入力信号がＶＤＤと同じ電位を持つ場合（ＬＯＷ）、ＦＥＴ９１がオフ、ＦＥＴ９２がオンになる。このとき、第一活性部４６が充電され、第二活性部４７が放電され、第一活性部４６に充電される駆動電流Ｃ１が回路内を流れる。入力信号がＶＳＳと同じ電位を持つ場合（ＨＩＧＨ）、ＦＥＴ９１がオン、ＦＥＴ９２がオフになる。このとき、第一活性部４６が放電され、第二活性部４７が充電され、第二活性部４７に充電される駆動電流Ｃ２が回路内を流れる。本実施形態では、以下の処理によって、第一活性部４６の駆動電流Ｃ１のみが計測値として取得される。

図８を参照して、第一実施形態に係るプリンタ１のメイン処理を説明する。このメイン処理は、プリンタ１の電源がオンされた場合、制御部６１のＣＰＵによって実行される。図８に示すように、まず計測切替信号が入力されたか否かが判断される（Ｓ１）。計測切替信号は、プリンタ１の動作モードを、通常動作から計測動作に切り替えることを指示する信号である。本実施形態では、プリンタ１にカートリッジが装着されると、計測切替信号が制御部６１に入力される。

計測切替信号が入力された場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、プリンタ１の動作モードが通常動作から計測動作に切り替えられる（Ｓ３）。具体的には、第一リレー７１を制御して、第二経路８２をオンにする。ドライバＩＣ５３を制御して、計測用信号に基づいて圧電アクチュエータ１００を駆動する。第二リレー７２にディレイ信号を入力して、所定のタイミングで第三経路８３および第四経路８４を切り替える。ディレイ信号は、計測用信号に対して所定値（例えば、９０度）位相がずれた電圧波形の入力信号である。これにより、プリンタ１で計測動作が実行されて、第一活性部４６の駆動電流Ｃ１が計測される（Ｓ５）。

図９に示す例では、所定の矩形波である計測用信号が、圧電アクチュエータ１００に入力される。計測用信号に対して９０度位相がずれた矩形波であるディレイ信号が、第二リレー７２に入力される。第二経路８２がオンされている場合、計測用信号の立ち上がり時に（ＨＩＧＨ）、第二活性部４７の駆動電流Ｃ２が流れる一方、計測用信号の立ち下がり時に（ＬＯＷ）、第一活性部４６の駆動電流Ｃ１が流れる。

計測用信号の立ち上がり時は、第二リレー７２がＬＯＷであるため、第三経路８３がオンになる。このとき、第二活性部４７の駆動電流Ｃ２は、電流計測部７３を流れない。一方、計測用信号の立ち下がり時は、第二リレー７２がＨＩＧＨであるため、第四経路８４がオンになる。このとき、第一活性部４６の駆動電流Ｃ１は、電流計測部７３を流れる。したがって、第一活性部４６の駆動電流Ｃ１のみが計測された計測値が、電流計測部７３から制御部６１に出力される。

図８に戻る。ステップＳ５の実行後、計測値が基準値と比較される（Ｓ７）。具体的には、比較器７４によって、電流計測部７３の計測値とレジスタ７５の基準値が比較され、計測値が基準値に対して変化している割合（変化率）が算出される。次いで、算出された変化率が、所定の閾値（例えば５％）以上であるか否かが判断される（Ｓ９）。変化率が閾値以上である場合（Ｓ９：ＹＥＳ）、圧電アクチュエータ１００が耐久劣化しているとみなして、ＶＤＤ８０の供給する駆動電圧のレベルが変更される（Ｓ１１）。

本実施形態では、例えば１０段階で異なる電圧値が、制御部６１に電圧レベルとして記憶されている。プリンタ１の製品出荷時には、キャビティユニット３０の制約やアクチュエータユニット３１の性能等に応じて、１０段階の電圧レベルのいずれかが初期値として設定されている。ステップＳ１１では、現在設定されている電圧レベルよりも電圧値が大きい１つ上のものに、電圧レベルが変更される。

ステップＳ１１の実行後、レジスタ７５の基準値が更新される（Ｓ１３）。具体的には、ステップＳ５で取得された計測値が、新たな基準値としてレジスタ７５に登録される。次いで、プリンタ１の動作モードが計測動作から通常動作に切り替えられる（Ｓ１５）。具体的には、第一リレー７１を制御して、第一経路８１をオンにする。ドライバＩＣ５３を制御して、計測用信号に基づく圧電アクチュエータ１００の駆動制御を終了する。第二リレー７２へのディレイ信号の入力を終了する。

これにより、電圧レベルの変更前よりも高い駆動電圧がＶＤＤ８０によって供給される状態のもと、プリンタ１の通常動作が実行される（Ｓ１７）。つまり、圧力室３４内のインクを選択的に吐出させる場合に、ステップＳ１１で変更された電圧のレベルで圧電アクチュエータ１００に駆動電圧が印加される。ステップＳ１７の実行後、処理はステップＳ１に戻る。計測切替信号の入力がない場合や（Ｓ１：ＮＯ）、変化率が閾値未満である場合も（Ｓ９：ＮＯ）、処理はステップＳ１に戻る。

図１０を参照して、本実施形態のプリンタ１で用いられた、圧電アクチュエータ１００の耐久劣化を検出する原理を説明する。圧電アクチュエータ１００の駆動時間（以下、チャンネル駆動時間）が長くなるほど、第一活性部４６の静電容量が減少する一方、第二活性部４７の静電容量が増加する。第一活性部４６の静電容量の減少に伴って、対応するノズル３５からのインク吐出速度は遅くなる。つまり、プリンタ１では、チャンネル駆動時間が長くなるほどインク吐出速度は遅くなる。

ところで、駆動電流Ｃ１および駆動電流Ｃ２の合計値（Ｃ１＋Ｃ２）は、第一活性部４６および第二活性部４７の総静電容量に対応する電流成分であり、チャンネル駆動時間に応じた変化が乏しい。つまり、この総静電容量に対応する電流成分は、チャンネル駆動時間に伴う変化がインク吐出速度とは近似していない。そのため、駆動電流（Ｃ１＋Ｃ２）を計測しても、圧電アクチュエータ１００の耐久劣化を正確に検出できない。

一方、駆動電流Ｃ１（つまり、第一活性部４６のみに対応する電流成分）は、チャンネル駆動時間に応じて減少するため、チャンネル駆動時間に伴う変化がインク吐出速度と近似している。したがって、駆動電流Ｃ１を計測することで、圧電アクチュエータ１００の耐久劣化を正確に検出できる。

以上説明したように、第一実施形態のプリンタ１では、カートリッジが装着されたタイミングで、計測用信号が圧電アクチュエータ１００に印加される（Ｓ１：ＹＥＳ、Ｓ３）。計測用信号の印加時に、圧電アクチュエータ１００の駆動電流のうちで、第一活性部４６に対応する電流成分が、電流計測部７３で選択的に計測される（Ｓ５）。したがって、計測された第一活性部４６に対応する電流成分に基づいて、圧電アクチュエータ１００の特性変化を正確に検出できる。

計測された電流成分に応じて、ＶＤＤ８０の電圧レベルが変更される（Ｓ１１）。圧力室３４内のインクを選択的に吐出させる場合に、変更された電圧レベルで圧電アクチュエータ１００に駆動電圧が印加される（Ｓ１７）。したがって、圧電アクチュエータ１００の特性変化に応じて、インク吐出時に圧電アクチュエータ１００に印加される駆動電圧を、インクの吐出速度が一定に維持されるように修正できる。

第二リレー７２は、第一活性部４６が駆動電流Ｃ１によって充電されるタイミングで、第四経路８４に切り替える一方、第二活性部４７が駆動電流Ｃ２によって充電されるタイミングで、有効経路を第三経路８３に切り替える。制御部６１のＣＰＵは、電流計測部７３で計測された駆動電流Ｃ１に応じて電圧レベルを変更する（Ｓ１１）。したがって、プリンタ１の電気的構成を複雑にすることなく、圧電アクチュエータ１００の特性変化に応じて、圧電アクチュエータ１００の駆動電圧を適切に修正できる。

本発明の第二実施形態を説明する。第二実施形態は、圧電アクチュエータ１００の特性変化を特定するための制御および回路構成が、第一実施形態と異なる。以下では、第一実施形態と共通の構成には、第一実施形態と同一符号を付して説明を省略し、第一実施形態と異なる点のみを説明する。

図１１を参照して、第二実施形態に係るプリンタ１の電気的構成を説明する。図１１に示すように、第三経路８３に電流計測部７６が設けられている点が、第一実施形態と異なる。電流計測部７６は、第三経路８３を流れる電流を計測して、計測された電流値（以下、計測値）を制御部６１に出力する。比較器７４は、電流計測部７３、７６の各計測値の比と、レジスタ７５の基準値を比較して、圧電アクチュエータ１００が耐久劣化しているか否かを判断する。

第二実施形態に係るプリンタ１のメイン処理は、第一実施形態（図８）と同様である。ただし、ステップＳ５では、第三経路８３がオンになった場合、第二活性部４７の駆動電流Ｃ２は電流計測部７６を流れる。したがって、第二活性部４７の駆動電流Ｃ２のみが計測された計測値が、電流計測部７６から制御部６１に出力される。一方、第四経路８４がオンになった場合、第一実施形態と同様に、第一活性部４６の駆動電流Ｃ１のみが計測された計測値が、電流計測部７３から制御部６１に出力される。ステップＳ７では、比較器７４によって、所定のサンプリング期間内に取得された電流計測部７３、７６の各計測値の比が、レジスタ７５の基準値と比較されて、先述の変化率が算出される。

駆動電流Ｃ１および駆動電流Ｃ２の比（Ｃ１／Ｃ２）は、第一活性部４６および第二活性部４７の各静電容量の比に対応する電流成分であり、チャンネル駆動時間に応じて減少する（図１０参照）。つまり、この静電容量の比に対応する電流成分は、チャンネル駆動時間に伴う変化がインク吐出速度とは類似している。したがって、駆動電流（Ｃ１／Ｃ２）を計測することで、圧電アクチュエータ１００の耐久劣化を正確に検出できる。

以上説明したように、第二実施形態のプリンタ１では、第一実施形態と同様に、計測された第一活性部４６に対応する電流成分に基づいて、圧電アクチュエータ１００の特性変化を正確に検出できる。圧電アクチュエータ１００の特性変化に応じて、インク吐出時に圧電アクチュエータ１００に印加される駆動電圧を、インクの吐出速度が一定に維持されるように修正できる。

第二リレー７２は、第一活性部４６が駆動電流Ｃ１によって充電されるタイミングで、第四経路８４に切り替える一方、第二活性部４７が駆動電流Ｃ２によって充電されるタイミングで、有効経路を第三経路８３に切り替える。制御部６１のＣＰＵは、電流計測部７３、７６で計測された各駆動電流Ｃ１、Ｃ２の比に応じて電圧レベルを変更する（Ｓ１１）。したがって、プリンタ１の電気的構成を複雑にすることなく、圧電アクチュエータ１００の特性変化に応じて、圧電アクチュエータ１００の駆動電圧を適切に修正できる。

上記実施形態において、プリンタ１が本発明の「液滴吐出装置」に相当する。インクジェットヘッド３が、本発明の「液滴吐出ヘッド」に相当する。ドライバＩＣ５３が、本発明の「電圧印加手段」に相当する。制御部６１のＣＰＵが、本発明の「制御手段」に相当する。第一実施形態では、第二リレー７２、電流計測部７３、第三経路８３、第四経路８４が、本発明の「電流計測手段」に相当する。第二実施形態では、第二リレー７２、電流計測部７３、電流計測部７６、第三経路８３、第四経路８４が、本発明の「電流計測手段」に相当する。第四経路８４が、本発明の「第一電流経路」に相当する。第三経路８３が、本発明の「第二電流経路」に相当する。電流計測部７３が、本発明の「第一電流計測部」に相当する。電流計測部７６が、本発明の「第二電流計測部」に相当する。第二リレー７２が、本発明の「スイッチ部」に相当する。

本発明は、前述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、計測動作への切り替えは（Ｓ１：ＹＥＳ）、カートリッジの交換時に限定されず、他のタイミングで実行されてもよい。具合例としては、プリンタ１でカウントされている累計印刷枚数が所定数（例えば、一万枚）に達した場合に、計測切替信号が制御部６１に入力されてもよい。ユーザが所定の操作を行った場合に、計測切替信号が制御部６１に入力されてもよい。

インク吐出時に印加する電圧レベルを変更する場合（Ｓ１１）、上記実施形態では複数の電圧レベルのうちで一つ下のものに変更しているが、他の方法で電圧レベルを変更してもよい。例えば、制御部６１で複数の電圧レベルと計測値との対応をあらかじめ定義しておき、ステップＳ５で計測された計測値に対応する電圧レベルに変更してもよい。なお、基準値の更新（Ｓ１３）は、実行されなくてもよい。

ステップＳ１１では、インク吐出時に印加する駆動電圧の印加パターンとして、インク吐出時に印加する電圧レベルが変更されているが、他の印加パターンを変更してもよい。印加パターンは、圧電アクチュエータ１００の応答性に影響を与える電圧要素であり、例えば駆動電圧の大きさ、信号周期、信号波形、印加時間等である。そのため、ステップＳ１１では、インク吐出時に印加する電圧の信号波形が、変化率や計測値に応じてより好適な信号波形に変更されてもよい。

メイン処理（図８）は、ＣＰＵ以外の電子部品（例えば、ＡＳＩＣ）によって実行されてもよいし、複数の電子部品によって分散処理されてもよい。さらに、メイン処理（図８）は、プリンタ１で実行されるものに限定されず、プリンタ１の外部で実行されてもよい。例えば工場の製造工程や検査工程において、製造時または使用後の圧電アクチュエータ１００の劣化特性を、検査機器でメイン処理（図８）を実行することで検査してもよい。

１ プリンタ
３ インクジェットヘッド
３０ キャビティユニット
３１ アクチュエータユニット
３４ 圧力室
４０ 第一圧電層
４１ 第二圧電層
４３ 第一共通電極
４４ 第二共通電極
４５ 個別電極
４６ 第一活性部
４７ 第二活性部
６０ 制御基板
６１ 制御部
７２ 第二リレー
７３ 電流計測部
７６ 電流計測部
８３ 第三経路
８４ 第四経路
１００ 圧電アクチュエータ

Claims (6)

1. 複数の圧力室が形成されたキャビティユニットと、前記キャビティユニットに接合された圧電アクチュエータとを有する液滴吐出ヘッドと、
   少なくとも前記圧力室内のインクを吐出させる場合に、前記圧電アクチュエータに駆動電圧を印加する電圧印加手段と、
   前記圧電アクチュエータの駆動電流を計測可能な電流計測手段と、
   少なくとも前記電圧印加手段および前記電流計測手段を制御する制御手段と
   を備え、
   前記圧電アクチュエータは、
   互いに積層された第一圧電層および第二圧電層と、
   前記第一圧電層と前記第二圧電層との間に配置される第一共通電極と、
   前記第一圧電層において前記第一共通電極とは反対側の面に配置され、前記第一圧電層を挟んで前記第一共通電極と対向する個別電極と、
   前記第二圧電層において前記第一共通電極とは反対側の面に配置され、前記第一圧電層および前記第二圧電層を挟んで前記個別電極と対向する第二共通電極と、
   前記第一圧電層のうちで前記個別電極と前記第一共通電極とに挟まれる部分であり、前記第一圧電層と前記第二圧電層の積層方向に沿った所定方向に分極された、前記圧力室の中心部分に対応する第一活性部と、
   前記第一圧電層および前記第二圧電層のうちで前記個別電極と前記第二共通電極とに挟まれる部分であって、前記所定方向とは反対方向に分極された、前記圧力室の中心部分よりも外側部分に対応する第二活性部とを備え、
   前記制御手段は、
   所定のタイミングで、前記電圧印加手段によって所定の計測用信号を前記圧電アクチュエータに印加し、
   前記電圧印加手段によって前記計測用信号が印加された場合に、前記電流計測手段によって前記第一活性部に対応する電流成分を選択的に計測することを特徴とする液滴吐出装置。
2. 前記制御手段は、
   少なくとも前記電流計測手段によって計測された前記電流成分に応じて、前記駆動電圧の印加パターンを特定し、
   前記圧力室内のインクを選択的に吐出させる場合に、特定された前記印加パターンの前記駆動電圧を、前記電圧印加手段によって印加することを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出装置。
3. 前記電流計測手段は、
   前記圧電アクチュエータに接続可能な電流経路である第一電流経路および第二電流経路と、
   前記第一電流経路を流れる前記駆動電流を計測する第一電流計測部と、
   前記駆動電流が流れる有効経路を、前記第一電流経路および前記第二電流経路の間で切り替え可能なスイッチ部とを備え、
   前記制御手段は、
   前記第一活性部が前記駆動電流によって充電されるタイミングで、前記有効経路を前記第一電流経路に切り替える一方、前記第二活性部が前記駆動電流によって充電されるタイミングで、前記スイッチ部によって前記有効経路を前記第二電流経路に切り替え、
   前記第一電流計測部によって計測された前記駆動電流に応じて、前記印加パターンを特定することを特徴とする請求項２に記載の液滴吐出装置。
4. 前記電流計測手段は、
   前記圧電アクチュエータに接続可能な電流経路である第一電流経路および第二電流経路と、
   前記第一電流経路を流れる前記駆動電流を計測する第一電流計測部と、
   前記第二電流経路を流れる前記駆動電流を計測する第二電流計測部と、
   前記駆動電流が流れる有効経路を、前記第一電流経路および前記第二電流経路の間で切り替え可能なスイッチ部とを備え、
   前記制御手段は、
   前記第一活性部が前記駆動電流によって充電されるタイミングで、前記有効経路を前記第一電流経路に切り替える一方、前記第二活性部が前記駆動電流によって充電されるタイミングで、前記スイッチ部によって前記有効経路を前記第二電流経路に切り替え、
   前記第一電流計測部によって計測された前記駆動電流と、前記第二電流計測部によって計測された前記駆動電流との比に応じて、前記印加パターンを特定することを特徴とする請求項２に記載の液滴吐出装置。
5. 前記液滴吐出装置は、前記インクを収容したカートリッジを着脱可能であり、
   前記制御手段は、前記液滴吐出装置に前記カートリッジが装着されたタイミングで、前記電圧印加手段によって前記計測用信号を印加することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の液滴吐出装置。
6. 圧力室内のインクを吐出するための圧電アクチュエータの特性変化を検査する特性変化検査方法であって、
   前記圧電アクチュエータは、
   互いに積層された第一圧電層および第二圧電層と、
   前記第一圧電層と前記第二圧電層との間に配置される第一共通電極と、
   前記第一圧電層において前記第一共通電極とは反対側の面に配置され、前記第一圧電層を挟んで前記第一共通電極と対向する個別電極と、
   前記第二圧電層において前記第一共通電極とは反対側の面に配置され、前記第一圧電層および前記第二圧電層を挟んで前記個別電極と対向する第二共通電極と、
   前記第一圧電層のうちで前記個別電極と前記第一共通電極とに挟まれる部分であり、前記第一圧電層と前記第二圧電層の積層方向に沿った所定方向に分極された、前記圧力室の中心部分に対応する第一活性部と、
   前記第一圧電層および前記第二圧電層のうちで前記個別電極と前記第二共通電極とに挟まれる部分であって、前記所定方向とは反対方向に分極された、前記圧力室の中心部分よりも外側部分に対応する第二活性部とを備え、
   前記特性変化検査方法は、
   所定のタイミングで、所定の計測用信号を前記圧電アクチュエータに印加するステップと、
   前記圧電アクチュエータに前記計測用信号が印加された場合に、前記第一活性部に対応する電流成分を選択的に計測するステップと
   を備えたことを特徴とする特性変化検査方法。

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