JP7135585B2

JP7135585B2 - 液体噴射装置および液体噴射ヘッドの駆動方法

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Description

本発明は、インク等の液体を噴射する液体噴射装置に関する。

液体が充填された圧力室を圧電素子により加圧することで液体をノズルから噴射する液体噴射ヘッドが従来から提案されている。例えば特許文献１には、圧電素子に供給される駆動波形の時間長を、圧力室の固有振動周期に応じた時間長に設定することが開示されている。

特開２０００－２９６６１０号公報

薄膜型の圧電素子においては圧電素子の印加電圧に応じてコンプライアンスが変化するから、当該印加電圧に応じて圧力室の固有振動周期も変化する。したがって、駆動波形が所定の時間長に固定された構成では、圧電素子の印加電圧に応じて駆動波形の時間長と固有振動周期との関係が変化する。すなわち、圧力室内に発生する圧力変動の位相と駆動波形の位相との関係が、圧電素子の印加電圧に応じて変化する。したがって、噴射量または噴射速度等の噴射特性に誤差が発生するという課題がある。

以上の課題を解決するために、本発明の好適な態様に係る液体噴射装置は、液体を噴射するノズルに連通する圧力室の壁面の一部を構成する振動板と、前記振動板を振動させる薄膜型の圧電素子と、第１駆動波形および第２駆動波形を含む複数の駆動波形を前記圧電素子に供給する駆動回路とを具備し、前記第１駆動波形は、電圧が変化する第１区間と、電圧が保持される第２区間と、前記第１区間における電圧の変化とは逆方向に電圧が変化する第３区間とをこの順番で含み、前記第２駆動波形は、電圧が変化する第４区間と、電圧が保持される第５区間と、前記第４区間における電圧の変化とは逆方向に電圧が変化する第６区間とをこの順番で含み、前記第２区間により前記圧電素子に印加される電圧は、前記第５区間により前記圧電素子に印加される電圧よりも高く、前記第１駆動波形の時間長は、前記第２駆動波形の時間長よりも短い。

また、本発明の他の態様に係る液体噴射ヘッドの駆動方法は、液体を噴射するノズルに連通する圧力室の壁面の一部を構成する振動板と、前記振動板を振動させる薄膜型の圧電素子とを具備する液体噴射ヘッドの駆動方法であって、前記圧電素子に第１駆動波形を供給する第１工程と、前記圧電素子に第２駆動波形を供給する第２工程とを含み、前記第１駆動波形は、電圧が変化する第１区間と、電圧が保持される第２区間と、前記第１区間における電圧の変化とは逆方向に電圧が変化する第３区間とをこの順番で含み、前記第２駆動波形は、電圧が変化する第４区間と、電圧が保持される第５区間と、前記第４区間における電圧の変化とは逆方向に電圧が変化する第６区間とをこの順番で含み、前記第２区間により前記圧電素子に印加される電圧は、前記第５区間により前記圧電素子に印加される電圧よりも高く、前記第１駆動波形の時間長は、前記第２駆動波形の時間長よりも短い。

第１実施形態に係る液体噴射装置の構成図である。液体噴射装置の機能的な構成を例示するブロック図である。液体噴射ヘッドの分解斜視図である。液体噴射ヘッドの断面図である。圧電素子の断面図である。駆動波形の波形図である。保持電圧と固有振動周期との関係を表すグラフである。第２実施形態における駆動波形の波形図である。第３実施形態における駆動波形の波形図である。第４実施形態における液体噴射装置の機能的な構成を例示するブロック図である。駆動波形の電圧振幅と圧電素子の変位量との関係を表すグラフである。保持期間の時間長と圧電素子の変位量との関係を表すグラフである。第４実施形態における駆動波形の波形図である。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る液体噴射装置１００を例示する構成図である。第１実施形態の液体噴射装置１００は、液体の例示であるインクを媒体１２に噴射するインクジェット方式の印刷装置である。媒体１２は、典型的には印刷用紙であるが、樹脂フィルムまたは布帛等の任意の材質の印刷対象が媒体１２として利用される。図１に例示される通り、液体噴射装置１００には、インクを貯留する液体容器１４が設置される。例えば液体噴射装置１００に着脱可能なカートリッジ、可撓性のフィルムで形成された袋状のインクパック、またはインクを補充可能なインクタンクが液体容器１４として利用される。

図１に例示される通り、液体噴射装置１００は、制御ユニット２０と搬送機構２２と移動機構２４と液体噴射ヘッド２６とを具備する。制御ユニット２０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の処理回路と半導体メモリー等の記憶回路とを含み、液体噴射装置１００の各要素を統括的に制御する。搬送機構２２は、制御ユニット２０による制御のもとで媒体１２をＹ方向に搬送する。

移動機構２４は、制御ユニット２０による制御のもとで液体噴射ヘッド２６をＸ方向に往復させる。Ｘ方向は、媒体１２が搬送されるＹ方向に交差する方向である。具体的には、Ｘ方向とＹ方向とは相互に直交する。第１実施形態の移動機構２４は、液体噴射ヘッド２６を収容する略箱型の搬送体２４２と、搬送体２４２が固定された搬送ベルト２４４とを具備する。なお、複数の液体噴射ヘッド２６を搬送体２４２に搭載した構成、または、液体容器１４を液体噴射ヘッド２６とともに搬送体２４２に搭載した構成も採用され得る。

液体噴射ヘッド２６は、液体容器１４から供給されるインクを制御ユニット２０による制御のもとで複数のノズルから媒体１２に噴射する。搬送機構２２による媒体１２の搬送と搬送体２４２の反復的な往復とに並行して各液体噴射ヘッド２６が媒体１２にインクを噴射することで、媒体１２の表面に所望の画像が形成される。

図２は、液体噴射装置１００の機能に着目した構成図である。搬送機構２２および移動機構２４の図示は便宜的に省略した。図２に例示される通り、第１実施形態の制御ユニット２０は、制御信号Ｓおよび駆動信号Ｄを液体噴射ヘッド２６に供給する。制御信号Ｓは、複数のノズルＮの各々についてインクの噴射の有無および噴射量を指示する信号である。駆動信号Ｄは、所定の周期で時間的に変動する電圧信号である。

図２に例示される通り、第１実施形態の液体噴射ヘッド２６は、相異なるノズルに対応する複数の噴射部６１と、複数の噴射部６１の各々を駆動する駆動回路６２とを具備する。複数の噴射部６１の各々は、駆動回路６２から供給される駆動波形に応じてインクを噴射する。なお、駆動回路６２を液体噴射ヘッド２６の外部に設置することも可能である。

図３は、液体噴射ヘッド２６の分解斜視図であり、図４は、図３におけるａ－ａ線の断面図である。図３および図４に例示される通り、Ｘ-Ｙ平面に垂直な方向を以下ではＺ方向と表記する。各液体噴射ヘッド２６によるインクの噴射方向がＺ方向に相当する。Ｘ-Ｙ平面は、例えば媒体１２の表面に平行な平面である。

図３および図４に例示される通り、液体噴射ヘッド２６は、Ｙ方向に長尺な略矩形状の流路基板３２を具備する。流路基板３２のうちＺ方向における負側の面上には、圧力室基板３４と振動板３６と複数の圧電素子３８と筐体部４２とが設置される。他方、流路基板３２のうちＺ方向における正側の面上には、ノズル板４６と吸振体４８とが設置される。液体噴射ヘッド２６の各要素は、概略的には流路基板３２と同様にＹ方向に長尺な板状部材であり、例えば接着剤を利用して相互に接合される。

図３に例示される通り、ノズル板４６は、Ｙ方向に配列する複数のノズルＮが形成された板状部材である。各ノズルＮは、インクが通過する貫通孔である。なお、流路基板３２と圧力室基板３４とノズル板４６とは、例えばシリコン（Ｓi）の単結晶基板をエッチング等の半導体製造技術により加工することで形成される。ただし、液体噴射ヘッド２６の各要素の材料や製法は任意である。Ｙ方向は、複数のノズルＮが配列する方向とも換言され得る。

流路基板３２は、インクの流路を形成するための板状部材である。図３および図４に例示される通り、流路基板３２には、開口部３２２と供給流路３２４と連通流路３２６とが形成される。開口部３２２は、複数のノズルＮにわたり連続するようにＺ方向からの平面視でＹ方向に沿う長尺状の貫通孔である。他方、供給流路３２４および連通流路３２６は、ノズルＮ毎に個別に形成された貫通孔である。また、図４に例示される通り、流路基板３２のうちＺ方向における正側の表面には、複数の供給流路３２４にわたる中継流路３２８が形成される。中継流路３２８は、開口部３２２と複数の供給流路３２４とを連通させる流路である。

筐体部４２は、例えば樹脂材料の射出成形で製造された構造体であり、流路基板３２のうちＺ方向における負側の表面に固定される。図４に例示される通り、筐体部４２には収容部４２２と導入口４２４とが形成される。収容部４２２は、流路基板３２の開口部３２２に対応した外形の凹部であり、導入口４２４は、収容部４２２に連通する貫通孔である。図４から理解される通り、流路基板３２の開口部３２２と筐体部４２の収容部４２２とを相互に連通させた空間が液体貯留室Ｒとして機能する。液体容器１４から供給されて導入口４２４を通過したインクが液体貯留室Ｒに貯留される。吸振体４８は、液体貯留室Ｒの壁面を構成する可撓性のフィルムであり、液体貯留室Ｒ内のインクの圧力変動を吸収する。

図３および図４に例示される通り、圧力室基板３４は、相異なるノズルＮに対応する複数の圧力室Ｃが形成された板状部材である。複数の圧力室Ｃは、Ｙ方向に沿って配列する。各圧力室Ｃは、平面視でＸ方向に沿う長尺状の開口である。Ｘ方向の正側における圧力室Ｃの端部は平面視で流路基板３２の１個の供給流路３２４に重なり、Ｘ方向の負側における圧力室Ｃの端部は平面視で流路基板３２の１個の連通流路３２６に重なる。

圧力室基板３４のうち流路基板３２とは反対側の表面には振動板３６が設置される。振動板３６は、弾性的に変形可能な板状部材である。なお、所定の板厚の板状部材のうち圧力室Ｃに対応する領域について板厚方向の一部を選択的に除去することで、圧力室基板３４と振動板３６の一部または全部とを一体に形成してもよい。

図４から理解される通り、流路基板３２と振動板３６とは、各圧力室Ｃの内側で相互に間隔をあけて対向する。圧力室Ｃは、流路基板３２と振動板３６との間に位置し、当該圧力室Ｃ内に充填されたインクに圧力を付与するための空間である。液体貯留室Ｒに貯留されたインクは、中継流路３２８から各供給流路３２４に分岐して複数の圧力室Ｃに並列に供給および充填される。以上の説明から理解される通り、振動板３６は、圧力室Ｃの壁面の一部を構成する。

図３および図４に例示される通り、振動板３６のうち圧力室Ｃとは反対側の表面には、相異なるノズルＮに対応する複数の圧電素子３８が設置される。各圧電素子３８は、振動板３６を振動させるアクチュエーターであり、平面視でＸ方向に沿う長尺状に形成される。複数の圧電素子３８は、複数の圧力室Ｃにそれぞれ対応するようにＹ方向に配列する。

図５は、任意の１個の圧電素子３８の断面図である。図５に例示される通り、圧電素子３８は、第１電極３８１と圧電体層３８２と第２電極３８３とが積層された薄膜型の圧電素子である。第１電極３８１は、圧電素子３８毎に相互に離間して振動板３６の面上に形成された個別電極である。駆動回路６２から出力された駆動波形は第１電極３８１に供給される。圧電体層３８２は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛等の強誘電性の圧電材料により第１電極３８１の面上に形成される。第２電極３８３は、圧電体層３８２の面上に形成される。第１実施形態の第２電極３８３は、複数の圧電素子３８にわたり連続する帯状の共通電極である。第２電極３８３には所定の電圧Ｖbsが印加される。

圧電素子３８の変形に連動して振動板３６が振動すると、圧力室Ｃ内の圧力が変動することで、圧力室Ｃに充填されたインクが連通流路３２６とノズルＮとを通過して噴射される。図２に例示した１個の噴射部６１は、図４に例示される通り、圧電素子３８と振動板３６と圧力室ＣからノズルＮまでの流路とを含む部分である。

図４に例示される通り、振動板３６の表面には、例えば配線基板５０が接合される。配線基板５０は、制御ユニット２０と液体噴射ヘッド２６とを電気的に接続するための複数の配線が形成された実装部品である。図２の駆動回路６２は、例えばＩＣチップの形態で配線基板５０に実装される。例えばＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）やＦＦＣ（Flexible Flat Cable）等の可撓性の配線基板５０が好適に採用される。

図６は、駆動回路６２が各圧電素子３８に供給する信号の説明図である。制御ユニット２０から駆動回路６２に供給される駆動信号Ｄは、図６に例示された第１駆動波形Ｗ1および第２駆動波形Ｗ2を周期毎に含む電圧信号である。駆動回路６２は、制御信号Ｓがインクの噴射を指示する圧電素子３８に対して、第１駆動波形Ｗ1および第２駆動波形Ｗ2の何れかを制御信号Ｓに応じて選択して供給する。第１駆動波形Ｗ1は、第１噴射量のインクをノズルＮから噴射させる信号であり、第２駆動波形Ｗ2は、第１噴射量よりも多い第２噴射量のインクをノズルＮから噴射させる信号である。

なお、駆動回路６２は、制御信号Ｓがインクの非噴射を指示する圧電素子３８には所定の基準値Ｖcの電圧を供給する。基準値Ｖcは、第２電極３８３に印加される電圧Ｖbsと共通または相違する所定の電圧値である。第１駆動波形Ｗ1および第２駆動波形Ｗ2の電圧は、基準値Ｖcを基準として時間的に変動する。

図６に例示される通り、駆動回路６２から供給される電圧が低いほど圧力室Ｃの体積が増加し、駆動回路６２から供給される電圧が高いほど圧力室Ｃの体積が減少するように、圧電素子３８は変位する。すなわち、圧電素子３８の第１電極３８１の電圧が低下するほど圧力室Ｃ内の圧力は低下し、当該電圧が上昇するほど圧力室Ｃ内の圧力は上昇する。

図６に例示される通り、第１駆動波形Ｗ1は、区間Ｑa1と区間Ｑa2と区間Ｑa3とを、前方から後方にかけて以上の順番で包含する。区間Ｑa1は、基準値Ｖcから低位側の電圧値ＶL1まで電圧が経時的に低下する区間である。したがって、区間Ｑa1の供給により圧電素子３８は圧力室Ｃを膨張させる。区間Ｑa2は、電圧が電圧値ＶL1に保持される区間である。区間Ｑa3は、電圧が電圧値ＶL1から基準値Ｖcまで経時的に上昇する区間である。すなわち、区間Ｑa1と区間Ｑa3とでは電圧が逆方向に変化する。したがって、区間Ｑa3の供給により圧電素子３８は圧力室Ｃを収縮させる。区間Ｑa1は「第１区間」の例示であり、区間Ｑa2は「第２区間」の例示であり、区間Ｑa3は「第３区間」の例示である。

図６に例示される通り、第２駆動波形Ｗ2は、区間Ｑb1と区間Ｑb2と区間Ｑb3とを、前方から後方にかけて以上の順番で包含する。区間Ｑb1は、基準値Ｖcから低位側の電圧値ＶL2まで電圧が経時的に低下する区間である。したがって、区間Ｑb1の供給により圧電素子３８は圧力室Ｃを膨張させる。区間Ｑb2は、電圧が電圧値ＶL2に保持される区間である。区間Ｑb3は、電圧が電圧値ＶL2から基準値Ｖcまで経時的に上昇する区間である。すなわち、区間Ｑb1と区間Ｑb3とでは電圧が逆方向に変化する。したがって、区間Ｑb3の供給により圧電素子３８は圧力室Ｃを収縮させる。区間Ｑb1は「第４区間」の例示であり、区間Ｑb2は「第５区間」の例示であり、区間Ｑb3は「第６区間」の例示である。

第１駆動波形Ｗ1のうち区間Ｑa2における電圧値ＶL1は、第２駆動波形Ｗ2のうち区間Ｑb2における電圧値ＶL2よりも低い。したがって、第１駆動波形Ｗ1の区間Ｑa2により圧電素子３８の電極間に印加される電圧は、第２駆動波形Ｗ2の区間Ｑb2により圧電素子３８の電極間に印加される電圧よりも高い。以下の説明では、駆動波形の電圧が一定に保持される区間において圧電素子３８の電極間に印加される電圧を「保持電圧Ｖh」と表記する。

図７は、圧電素子３８に印加される保持電圧Ｖhと圧力室Ｃの固有振動周期Ｔcとの関係を表すグラフである。固有振動周期Ｔcは、ヘルムホルツ共振による固有周期である。圧力室Ｃ内の圧力変動の周期は固有振動周期Ｔcに依存する。

圧電素子３８の弾性コンプライアンスは当該圧電素子３８の印加電圧に応じて変動するから、圧力室Ｃの固有振動周期Ｔcは保持電圧Ｖhに依存する。具体的には、図７から理解される通り、保持電圧Ｖhが高いほど固有振動周期Ｔcは短くなるという傾向がある。したがって、区間Ｑa2が圧電素子３８に供給される状態における固有振動周期Ｔcは、区間Ｑb2が圧電素子３８に供給される状態における固有振動周期Ｔcよりも短い。

圧電素子３８に供給される駆動波形は、固有振動周期Ｔcに応じた時間長に設定されることが望ましい。具体的には、駆動波形の時間長は、例えば固有振動周期Ｔcの半分程度の時間長に設定される。前述の通り、区間Ｑa2と区間Ｑb2とでは固有振動周期Ｔcが相違するから、第１実施形態では、第１駆動波形Ｗ1の時間長Ｔ1と第２駆動波形Ｗ2の時間長Ｔ2とを相違させる。時間長Ｔ1は、区間Ｑa1の始点から区間Ｑa3の終点までの時間長である。同様に、時間長Ｔ2は、区間Ｑb1の始点から区間Ｑb3の終点までの時間長である。図６に例示される通り、第１駆動波形Ｗ1の時間長Ｔ1は、第２駆動波形Ｗ2の時間長Ｔ2よりも短い。具体的には、第１駆動波形Ｗ1のうち区間Ｑa2の時間長Ｔa2が、第２駆動波形Ｗ2のうち区間Ｑb2の時間長Ｔb2よりも短い。区間Ｑa1の時間長と区間Ｑb1の時間長とは共通し、区間Ｑa3の時間長と区間Ｑb3の時間長とは共通する。

図６に例示される通り、第１駆動波形Ｗ1における区間Ｑa1の半分の時間長Ｔa1と、区間Ｑa3の半分の時間長Ｔa3とに着目する。第１駆動波形Ｗ1の区間Ｑa2の時間長Ｔa2は、時間長Ｔa1と時間長Ｔa3との平均値(Ｔa1＋Ｔa3)／２以上の時間長に設定される。また、第２駆動波形Ｗ2における区間Ｑb1の半分の時間長Ｔb1と、区間Ｑb3の半分の時間長Ｔb3とに着目する。第２駆動波形Ｗ2の区間Ｑb2の時間長Ｔb2は、時間長Ｔb1と時間長Ｔb3との平均値(Ｔb1＋Ｔb3)／２以上の時間長に設定される。

第１駆動波形Ｗ1と第２駆動波形Ｗ2とで時間長が等しい構成を比較例として想定する。比較例においては第１実施形態と同様に、区間Ｑa2の保持電圧Ｖhが区間Ｑb2の保持電圧Ｖhよりも高い。いま、比較例において、第１駆動波形Ｗ1の供給時に目標の噴射特性が実現されるように、第１駆動波形Ｗ1の供給時の固有振動周期Ｔcを前提として第１駆動波形Ｗ1および第２駆動波形Ｗ2の時間長を設定したと仮定する。噴射特性は、例えばインクの噴射量，噴射速度，噴射方向等の特性である。前述の通り、第１駆動波形Ｗ1の供給時と第２駆動波形Ｗ2の供給時とで固有振動周期Ｔcは相違する。したがって、比較例においては、第２駆動波形Ｗ2の供給時に目標の噴射特性が実現されない可能性がある。すなわち、比較例では、固有振動周期Ｔcの変化に起因した噴射特性の誤差が発生する。

以上に説明した比較例とは対照的に、第１実施形態では、第１駆動波形Ｗ1の時間長Ｔ1が第２駆動波形Ｗ2の時間長Ｔ2よりも短い。すなわち、第１駆動波形Ｗ1の時間長Ｔ1は当該第１駆動波形Ｗ1の供給時の固有振動周期Ｔcに応じて設定され、第２駆動波形Ｗ2の時間長Ｔ2は当該第２駆動波形Ｗ2の供給時の固有振動周期Ｔcに応じて設定される。したがって、前述の比較例と比較して、固有振動周期Ｔcの変化に起因した噴射特性の誤差を低減することが可能である。

第１実施形態では特に、区間Ｑa2の時間長Ｔa2が区間Ｑb2の時間長Ｔb2よりも短い時間長に設定される。すなわち、電圧が保持される区間の時間長が固有振動周期Ｔcに応じて調整される。したがって、固有振動周期Ｔcの変化に応じた駆動波形の時間長の調整が容易であるという利点がある。

＜第２実施形態＞
第２実施形態について以下に説明する。なお、以下の各例示において機能が第１実施形態と同様である要素については、第１実施形態の説明で使用した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。

第２実施形態は、第１駆動波形Ｗ1および第２駆動波形Ｗ2の波形が第１実施形態とは相違する。図８は、第２実施形態における第１駆動波形Ｗ1および第２駆動波形Ｗ2の波形図である。

図８に例示される通り、第１駆動波形Ｗ1は、区間Ｑa1と区間Ｑa2と区間Ｑa3と区間Ｑa4と区間Ｑa5と区間Ｑa6とを、前方から後方にかけて以上の順番で包含する。区間Ｑa1から区間Ｑa3における電圧の変化は第１実施形態と同様である。区間Ｑa4は、基準値Ｖcから高位側の電圧値ＶH1まで電圧が経時的に上昇する区間である。具体的には、区間Ｑa3と区間Ｑa4とにわたり電圧は電圧値ＶL1から電圧値ＶH1まで連続的に上昇する。したがって、区間Ｑa3および区間Ｑa4の供給により圧電素子３８は圧力室Ｃを収縮させる。区間Ｑa5は、電圧が電圧値ＶH1に保持される区間である。区間Ｑa6は、電圧が電圧値ＶH1から基準値Ｖcまで経時的に低下する区間である。したがって、区間Ｑa6の供給により圧電素子３８は圧力室Ｃを膨張させる。

第２駆動波形Ｗ2は、区間Ｑb1と区間Ｑb2と区間Ｑb3と区間Ｑb4と区間Ｑb5と区間Ｑb6とを、前方から後方にかけて以上の順番で包含する。区間Ｑb1から区間Ｑb3における電圧の変化は第１実施形態と同様である。区間Ｑb4は、基準値Ｖcから高位側の電圧値ＶH2まで電圧が経時的に上昇する区間である。具体的には、区間Ｑb3と区間Ｑb4とにわたり電圧は電圧値ＶL2から電圧値ＶH2まで連続的に上昇する。したがって、区間Ｑb3および区間Ｑb4の供給により圧電素子３８は圧力室Ｃを収縮させる。区間Ｑb5は、電圧が電圧値ＶH2に保持される区間である。区間Ｑb6は、電圧が電圧値ＶH2から基準値Ｖcまで経時的に低下する区間である。したがって、区間Ｑb6の供給により圧電素子３８は圧力室Ｃを膨張させる。

第１実施形態と同様に、第１駆動波形Ｗ1のうち区間Ｑa2における電圧値ＶL1は、第２駆動波形Ｗ2のうち区間Ｑb2における電圧値ＶL2よりも低い。また、第１駆動波形Ｗ1のうち区間Ｑa5における電圧値ＶH1は、第２駆動波形Ｗ2のうち区間Ｑb5における電圧値ＶH2よりも高い。したがって、第１駆動波形Ｗ1の区間Ｑa2および区間Ｑa5により圧電素子３８に印加される保持電圧Ｖhは、第２駆動波形Ｗ2の区間Ｑb2および区間Ｑb2により圧電素子３８に印加される保持電圧Ｖhよりも高い。したがって、第１駆動波形Ｗ1の供給時の固有振動周期Ｔcは、第２駆動波形Ｗ2の供給時の固有振動周期Ｔcよりも短い。

以上の事情を考慮して、第２実施形態では、第１実施形態と同様に、第１駆動波形Ｗ1の時間長Ｔ1が、第２駆動波形Ｗ2の時間長Ｔ2よりも短い時間長に設定される。具体的には、区間Ｑa2の時間長Ｔa2が区間Ｑb2の時間長Ｔb2よりも短く、区間Ｑa5の時間長Ｔa5が区間Ｑb5の時間長Ｔb5よりも短い。以上の説明から理解される通り、第２実施形態においても第１実施形態と同様の効果が実現される。

＜第３実施形態＞
図９は、第３実施形態における第１駆動波形Ｗ1および第２駆動波形Ｗ2の波形図である。図９に例示される通り、第１駆動波形Ｗ1は、波形Ｆa1と波形Ｆa2と波形Ｆa3と波形Ｆa4とを、前方から後方にかけて以上の順番で包含する。波形Ｆa1は、第２実施形態の第１駆動波形Ｗ1における区間Ｑa1から区間Ｑa3と同様の形状であり、波形Ｆa4は、第２実施形態の第１駆動波形Ｗ1における区間Ｑa4から区間Ｑa6と同様の形状である。波形Ｆa2は、電圧が基準値Ｖcから上昇して所定値に保持されてから基準値Ｖcまで低下する部分であり、波形Ｆa3は、電圧が基準値Ｖcから低下して所定値に保持されてから基準値Ｖcまで上昇する部分である。

第２駆動波形Ｗ2は、波形Ｆb1と波形Ｆb2と波形Ｆb3と波形Ｆb4とを、前方から後方にかけて以上の順番で包含する。波形Ｆb1は、第２実施形態の第２駆動波形Ｗ2における区間Ｑb1から区間Ｑb3と同様の形状であり、波形Ｆb4は、第２実施形態の第２駆動波形Ｗ2における区間Ｑb4から区間Ｑb6と同様の形状である。波形Ｆb2は、電圧が基準値Ｖcから上昇して所定値に保持されてから基準値Ｖcまで低下する部分であり、波形Ｆb3は、電圧が基準値Ｖcから低下して所定値に保持されてから基準値Ｖcまで上昇する部分である。

第１駆動波形Ｗ1の波形Ｆa1における電圧値ＶL1は、第２駆動波形Ｗ2の波形Ｆb1における電圧値ＶL2よりも低い。また、第１駆動波形Ｗ1の波形Ｆa4における電圧値ＶH1は、第２駆動波形Ｗ2の波形Ｆb4における電圧値ＶH2よりも高い。以上の関係を考慮して、第３実施形態においても第２実施形態と同様に、第１駆動波形Ｗ1の時間長Ｔ1が第２駆動波形Ｗ2の時間長Ｔ2よりも短い時間長に設定される。具体的には、第１駆動波形Ｗ1における波形Ｆa1の時間長ｔa1が第２駆動波形Ｗ2における波形Ｆb1の時間長ｔb1よりも短い。また、第１駆動波形Ｗ1における波形Ｆa4の時間長ｔa4が第２駆動波形Ｗ2における波形Ｆb4の時間長ｔb4よりも短い。したがって、第３実施形態においても第２実施形態と同様の効果が実現される。なお、第１駆動波形Ｗ1における波形Ｆa2と第２駆動波形Ｗ2における波形Ｆb2とは形状および時間長が共通し、第１駆動波形Ｗ1における波形Ｆa3と第２駆動波形Ｗ2における波形Ｆb3とは形状および時間長が共通する。

＜第４実施形態＞
図１０は、第４実施形態における液体噴射装置１００の機能に着目した構成図である。図１０に例示される通り、第４実施形態の液体噴射装置１００は、第１実施形態と同様の要素に温度検出器２８を追加した構成である。温度検出器２８は、例えば公知の温度センサを含んで構成され、液体噴射ヘッド２６の内部に充填されたインクの温度の指標である温度指標Ｅを測定する。温度指標Ｅは、理想的には液体噴射ヘッド２６内のインク自体の温度である。ただし、実際には、液体噴射ヘッド２６のうちインクの温度に相関する他の部分の温度が温度指標Ｅとして測定される。例えば温度検出器２８は、駆動回路６２のＩＣチップに搭載される。温度指標Ｅが小さいほどインクの粘度が増加するという傾向がある。

温度の低下によりインクの粘度が増加すると、目標の噴射量のインクをノズルＮから噴射するためには圧電素子３８の変位量を増加させる必要がある。圧電素子３８の変位量を増加させる方法としては、圧電素子３８に供給される駆動波形の電圧振幅δＶを増加させる方法が想定される。駆動波形の電圧振幅δＶは、駆動波形の電圧の最大値と最小値との差分である。

図１１は、駆動波形の電圧振幅δＶと圧電素子３８の変位量ｄとの関係を表すグラフである。図１１から理解される通り、電圧振幅δＶが大きいほど圧電素子３８の変位量ｄは大きくなる。ただし、電圧振幅δＶに対する変位量ｄの変化は非線形であり、電圧振幅δＶが大きい範囲ほど、電圧振幅δＶに対する変位量ｄの増分が減少する傾向がある。したがって、電圧振幅δＶの増加だけでは圧電素子３８の変位量ｄを充分に確保できない可能性がある。

図１２は、圧電素子３８に印加される電圧が保持される期間（以下「保持期間」という）の時間長τと圧電素子３８の変位量ｄとの関係を表すグラフである。図１２から理解される通り、保持期間の時間長τが長いほど圧電素子３８の変位量ｄが大きくなるという傾向がある。以上の傾向を考慮すると、温度指標Ｅが小さいほど、保持期間の時間長τを長くして圧電素子３８の変位量ｄを確保する構成が好適である。

図１３は、駆動回路６２が各圧電素子３８に供給する信号の説明図である。制御ユニット２０から駆動回路６２に供給される駆動信号Ｄは、第２駆動波形Ｗ2と第３駆動波形Ｗ3とを周期毎に含む電圧信号である。駆動回路６２は、制御信号Ｓがインクの噴射を指示する圧電素子３８に対して第２駆動波形Ｗ2および第３駆動波形Ｗ3の何れかを選択して供給する。制御信号Ｓがインクの非噴射を指示する圧電素子３８には所定の基準値Ｖcの電圧が供給される。第２駆動波形Ｗ2は、第１実施形態と同様の波形である。

図１３に例示される通り、第３駆動波形Ｗ3は、区間Ｑc1と区間Ｑc2と区間Ｑc3と区間Ｑc4と区間Ｑc5と区間Ｑc6とを、前方から後方にかけて以上の順番で包含する。区間Ｑc1は、基準値Ｖcから低位側の電圧値ＶL3まで電圧が経時的に低下する区間である。したがって、区間Ｑc1の供給により圧電素子３８は圧力室Ｃを膨張させる。区間Ｑc2は、電圧が電圧値ＶL3に保持される区間である。区間Ｑc3は、電圧が電圧値ＶL3から基準値Ｖcまで経時的に上昇する区間である。すなわち、区間Ｑc1と区間Ｑc3とでは電圧が逆方向に変化する。したがって、区間Ｑc3の供給により圧電素子３８は圧力室Ｃを収縮させる。区間Ｑc1は「第７区間」の例示であり、区間Ｑc2は「第８区間」の例示であり、区間Ｑc3は「第９区間」の例示である。

区間Ｑc4は、基準値Ｖcから高位側の電圧値ＶH3まで電圧が経時的に上昇する区間である。具体的には、区間Ｑc3と区間Ｑc4とにわたり電圧は電圧値ＶL3から電圧値ＶH3まで連続的に上昇する。したがって、区間Ｑc3および区間Ｑc4の供給により圧電素子３８は圧力室Ｃを収縮させる。区間Ｑc5は、電圧が電圧値ＶH3に保持される区間である。区間Ｑc6は、電圧が電圧値ＶH3から基準値Ｖcまで経時的に低下する区間である。したがって、区間Ｑc6の供給により圧電素子３８は圧力室Ｃを膨張させる。

図１３に例示される通り、第３駆動波形Ｗ3の電圧振幅δＶ3は、第２駆動波形Ｗ2の電圧振幅δＶ2よりも大きい。電圧振幅δＶ3は、電圧値ＶH3と電圧値ＶL3との差分値であり、電圧振幅δＶ2は、電圧値ＶH2と電圧値ＶL2との差分値である。また、図１３に例示される通り、第３駆動波形Ｗ3の時間長Ｔ3は第２駆動波形Ｗ2の時間長Ｔ2よりも長い。具体的には、第３駆動波形Ｗ3の区間Ｑc2の時間長Ｔc2は、第２駆動波形Ｗ2の区間Ｑb2の時間長Ｔb2よりも長く、第３駆動波形Ｗ3の区間Ｑc5の時間長Ｔc5は、第２駆動波形Ｗ2の区間Ｑb5の時間長Ｔb5よりも長い。以上の説明から理解される通り、インクの温度が共通であれば、第３駆動波形Ｗ3を供給した場合の圧電素子３８の変位量ｄは、第２駆動波形Ｗ2を供給した場合の圧電素子３８の変位量ｄよりも大きい。

図１０の駆動回路６２は、温度検出器２８が測定した温度指標Ｅに応じて第２駆動波形Ｗ2および第３駆動波形Ｗ3の何れかを選択的に圧電素子３８に供給する。具体的には、駆動回路６２は、温度指標Ｅが所定の閾値Ｅthを上回る場合には、第２駆動波形Ｗ2を圧電素子３８に供給し、温度指標Ｅが閾値Ｅthを下回る場合には、第３駆動波形Ｗ3を圧電素子３８に供給する。前述の通り、インクの温度が高いほど温度指標Ｅは大きい数値となる。したがって、駆動回路６２は、インクの温度が高い場合に第２駆動波形Ｗ2を圧電素子３８に供給し、インクの温度が低い場合に第３駆動波形Ｗ3を圧電素子３８に供給する。

以上の説明から理解される通り、第１温度と、当該第１温度よりも低い第２温度とに便宜的に着目すると、インクの温度が第１温度である場合に第２駆動波形Ｗ2が圧電素子３８に供給され、インクの温度が第２温度である場合に第３駆動波形Ｗ3が圧電素子３８に供給される。第４実施形態においては、第３駆動波形Ｗ3の時間長Ｔ3が第２駆動波形Ｗ2の時間長Ｔ2よりも長い。したがって、第２温度のもとでも圧電素子３８を充分な変位量ｄで変位させることが可能である。第４実施形態では特に、第３駆動波形Ｗ3の電圧振幅δＶ3が第２駆動波形Ｗ2の電圧振幅δＶ2よりも大きい。したがって、第３駆動波形Ｗ3の時間長Ｔ3を第２駆動波形Ｗ2の時間長Ｔ2よりも長くするだけでは圧電素子３８の変位量ｄを充分に確保できないと仮定しても、圧電素子３８の変位量ｄを充分に確保することが可能である。

なお、第４実施形態では第２実施形態と同様の駆動波形を例示したが、第１実施形態で例示した駆動波形または第３実施形態で例示した駆動波形が圧電素子３８に供給される構成に、温度指標Ｅに応じて駆動波形を選択する第４実施形態の構成を適用してもよい。

＜変形例＞
以上に例示した各形態は多様に変形され得る。前述の各形態に適用され得る具体的な変形の態様を以下に例示する。なお、以下の例示から任意に選択された２以上の態様は、相互に矛盾しない範囲で適宜に併合され得る。

（１）前述の各形態では、電圧が保持される保持期間の時間長を駆動波形毎に相違させたが、電圧が変化する区間の時間長を駆動波形毎に相違させてもよい。例えば、図６に例示した第１実施形態においては、第１駆動波形Ｗ1の区間Ｑa1を第２駆動波形Ｗ2の区間Ｑb1よりも短い時間長に設定し、または、第１駆動波形Ｗ1の区間Ｑa3を第２駆動波形Ｗ2の区間Ｑb3よりも短い時間長に設定することで、第１駆動波形Ｗ1の時間長Ｔ1を第２駆動波形Ｗ2の時間長Ｔ2よりも短くしてもよい。

（２）前述の各形態では、圧電素子３８に供給される駆動波形の電圧が低いほど圧力室Ｃが膨張する構成を例示したが、駆動波形の電圧の高低と圧力室Ｃの膨張／収縮との関係は以上の例示に限定されない。例えば、圧電素子３８に供給される駆動波形の電圧が低いほど圧力室Ｃが収縮するように圧電素子３８が変位する構成も採用される。

（３）前述の各形態では、第１電極３８１が個別電極であり第２電極３８３が共通電極である構成を例示したが、第１電極３８１を、複数の圧電素子３８にわたり連続する共通電極とし、第２電極３８３を、圧電素子３８毎に独立した個別電極としてもよい。また、第１電極３８１および第２電極３８３の双方を個別電極としてもよい。

（４）前述の各形態では、液体噴射ヘッド２６を搭載した搬送体２４２を往復させるシリアル方式の液体噴射装置１００を例示したが、複数のノズルＮが媒体１２の全幅にわたり分布するライン方式の液体噴射装置にも本発明を適用することが可能である。

（５）前述の各形態で例示した液体噴射装置１００は、印刷に専用される機器のほか、ファクシミリ装置やコピー機等の各種の機器に採用され得る。もっとも、本発明の液体噴射装置の用途は印刷に限定されない。例えば、色材の溶液を噴射する液体噴射装置は、液晶表示装置のカラーフィルターを形成する製造装置として利用される。また、導電材料の溶液を噴射する液体噴射装置は、配線基板の配線や電極を形成する製造装置として利用される。

１００…液体噴射装置、１２…媒体、１４…液体容器、２０…制御ユニット、２２…搬送機構、２４…移動機構、２６…液体噴射ヘッド、２８…温度検出器、３２…流路基板、３４…圧力室基板、３６…振動板、３８…圧電素子、３８１…第１電極、３８２…圧電体層、３８３…第２電極、４２…筐体部、４６…ノズル板、Ｎ…ノズル、４８…吸振体、５０…配線基板、６１…噴射部、６２…駆動回路、Ｃ…圧力室、Ｒ…液体貯留室、Ｐ1…第１部分、Ｐ2…第２部分。

Claims

液体を噴射するノズルに連通する圧力室の壁面の一部を構成する振動板と、
前記振動板を振動させる薄膜型の圧電素子と、
第１駆動波形および第２駆動波形を含む複数の駆動波形を前記圧電素子に供給する駆動
回路とを具備し、
前記第１駆動波形は、前記圧力室の体積が増加するように電圧が変化する第１区間と、
電圧が保持される第２区間と、前記圧力室の体積が減少するように前記第１区間における
電圧の変化とは逆方向に電圧が変化する第３区間とをこの順番で含み、
前記第２駆動波形は、前記圧力室の体積が増加するように電圧が変化する第４区間と、
電圧が保持される第５区間と、前記圧力室の体積が減少するように前記第４区間における
電圧の変化とは逆方向に電圧が変化する第６区間とをこの順番で含み、
第１噴射量の液体を前記ノズルから噴射させる前記第１駆動波形の前記第２区間により
前記圧電素子に印加される電圧は、第２噴射量の液体を前記ノズルから噴射させる前記第
２駆動波形の前記第５区間により前記圧電素子に印加される電圧よりも高く、
前記第１駆動波形の時間長は、前記第２駆動波形の時間長よりも短い
液体噴射装置。
前記第２区間の時間長は、前記第５区間の時間長よりも短い
請求項１の液体噴射装置。
前記複数の駆動波形は、第３駆動波形を含み、
前記第３駆動波形は、電圧が変化する第７区間と、電圧が保持される第８区間と、前記
第７区間における電圧の変化とは逆方向に電圧が変化する第９区間とをこの順番で含み、
前記駆動回路は、
液体の温度が第１温度である場合に前記第２駆動波形を前記圧電素子に供給し、
液体の温度が前記第１温度よりも低い第２温度である場合に前記第３駆動波形を前記圧
電素子に供給し、
前記第３駆動波形の時間長は、前記第２駆動波形の時間長よりも長い
請求項１または請求項２の液体噴射装置。
前記第３駆動波形の電圧振幅は、前記第２駆動波形の電圧振幅よりも大きい
請求項３の液体噴射装置。
液体を噴射するノズルに連通する圧力室の壁面の一部を構成する振動板と、前記振動板
を振動させる薄膜型の圧電素子とを具備する液体噴射ヘッドの駆動方法であって、
前記圧電素子に第１駆動波形を供給する第１工程と、
前記圧電素子に第２駆動波形を供給する第２工程とを含み、
前記第１駆動波形は、前記圧力室の体積が増加するように電圧が変化する第１区間と、
電圧が保持される第２区間と、前記圧力室の体積が減少するように前記第１区間における
電圧の変化とは逆方向に電圧が変化する第３区間とをこの順番で含み、
前記第２駆動波形は、前記圧力室の体積が増加するように電圧が変化する第４区間と、
電圧が保持される第５区間と、前記圧力室の体積が減少するように前記第４区間における
電圧の変化とは逆方向に電圧が変化する第６区間とをこの順番で含み、
第１噴射量の液体を前記ノズルから噴射させる前記第１駆動波形の前記第２区間により
前記圧電素子に印加される電圧は、第２噴射量の液体を前記ノズルから噴射させる前記第
２駆動波形の前記第５区間により前記圧電素子に印加される電圧よりも高く、
前記第１駆動波形の時間長は、前記第２駆動波形の時間長よりも短い
液体噴射ヘッドの駆動方法。