(57)【要約】  圧力チャンバ(12)内での流体の圧力を制御する方法及びインクジェット印刷装置。前記圧力チャンバ(12)の境界はアクチュエータメンブレン(32)によって画され、前記アクチュエータメンブレン(32)は、該アクチュエータメンブレン(32)の中心領域に配置された第1圧電部(22)、及び、前記アクチュエータメンブレン(32)の少なくとも1つの周辺領域に配置された第2圧電部(24)を有する。静止段階では、前記アクチュエータメンブレン(32)の第1撓み状態が、第1電圧及び第2電圧を各対応する圧電部(22,24)へ印加することによって与えられる。作動段階では、前記第1電圧及び第2電圧が、該第1電圧及び第2電圧の極性を反転させることなく時間的に変化する。それにより前記アクチュエータメンブレン(32)の中心部の曲率及び前記アクチュエータメンブレン(32)の周辺部の曲率は、ノズル(16)を介して液滴を排出するため、互いに反対方向に変化する。
2014503390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力チャンバ内での流体圧力を制御する方法であって、
前記圧力チャンバの境界はアクチュエータメンブレンによって画され、
前記アクチュエータメンブレンは、該アクチュエータメンブレンの中心領域に配置された第1圧電部、及び、前記アクチュエータメンブレンの少なくとも1つの周辺領域に配置された第2圧電部を有し、
第1電圧を前記第1圧電部へ印加することで前記第1圧電部中に第1電場を発生させる手順、及び、第2電圧を前記第2圧電部へ印加することで前記第2圧電部中に第2電場を発生させる手順を有する前記アクチュエータメンブレンの第1撓み状態を与える静止段階、
前記第1電圧及び第2電圧の極性を反転させることなく、前記アクチュエータメンブレンの中心部の曲率と前記アクチュエータメンブレンの周辺部の曲率が互いに反対方向に変化するように、前記第1電圧及び第2電圧を時間的に変化させる手順を有する前記アクチュエータメンブレンの第2撓み状態を一時的に与える作動段階、
を有する方法。
【請求項２】
前記アクチュエータメンブレンは少なくとも1つのメンブレン層を有し、
前記第1圧電部及び第2圧電部は、前記少なくとも1つのメンブレン層の一面に配置される、
請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記作動段階は、前記第1電圧の極性と前記第2電圧の極性を反転させることなく、前記第1電圧と第2電圧のうちの一の絶対値を一時的に減少させる手順、及び、前記第1電圧と第2電圧のうちの他の絶対値を一時的に増大させる手順を有し、その結果前記アクチュエータメンブレンの中心部の曲率と周辺部の曲率とが互いに反対方向に変化する、請求項1又は2に記載の方法。
【請求項４】
前記アクチュエータメンブレンは、第1定電位電極、少なくとも1つの第2定電位電極、及び、信号電極を有し、
前記第1圧電部は、前記第1定電位電極と前記信号電極との間に配置され、
前記第2圧電部は、前記第2定電位電極と前記信号電極との間に配置される、
請求項1乃至3のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記第1定電位電極と前記第2定電位電極との間にバイアス電圧を印加する手順、及び、前記第1定電位電極の定電圧から前記第2定電位電極の定電圧までの範囲に限定される信号を前記信号電極へ印加する手順をさらに有する、請求項4に記載の方法。
【請求項６】
前記第1圧電部及び第2圧電部は、互いに反対方向に分極する、請求項1乃至5のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記圧力チャンバはノズルと流体をやり取りし、かつ、
前記作動段階では、前記第1電圧及び第2電圧が時間的に変化し、それにより前記圧力チャンバ内の圧力波は、前記ノズルを介して流体の液滴を排出する、
請求項1乃至6のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記第1圧電部と第2圧電部は、最大10μmで好適には最大5μmの厚さを有する、請求項1乃至7のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
インクジェット印刷装置であって、
圧力チャンバ、
前記圧力チャンバの境界を画定するアクチュエータメンブレンであって、前記アクチュエータメンブレンの中心部に配置された第1圧電部と、前記アクチュエータメンブレンの少なくとも1つの周辺部に配置された少なくとも1つの第2圧電部を有する、アクチュエータメンブレン、
前記アクチュエータメンブレンの第1撓み状態を与えるため、前記第1圧電部へ第1電圧を印加し、かつ、前記第2圧電部へ第2電圧を印加する制御ユニット、
を有し、
前記制御ユニットは、前記第1電圧と第2電圧の極性を反転させることなく、前記第1電圧と第2電圧を時間変化させ、それにより前記アクチュエータメンブレンの中心部の曲率と少なくとも1つの周辺部の曲率とは互いに反対方向に変化し、その結果、前記アクチュエータメンブレンの第2撓み状態が一時的に与えられる、
インクジェット印刷装置。
【請求項１０】
前記制御ユニットが、請求項1乃至8のうちのいずれか一項に記載の方法を実行するように備えられる、請求項9に記載のインクジェット印刷装置。
【請求項１１】
前記第1電圧と第2電圧の時間変化が：
前記第1電圧の極性と前記第2電圧の極性を反転させずに、前記第1電圧と第2電圧のうちの一の絶対値を一時的に減少させ、及び、前記第1電圧と第2電圧のうちの他の絶対値を一時的に増大させ、
その結果前記アクチュエータメンブレンの中心部の曲率と周辺部の曲率とが互いに反対方向に変化する、
請求項9又は10に記載のインクジェット印刷装置。
【請求項１２】
前記アクチュエータメンブレンは、第1定電位電極、少なくとも1つの第2定電位電極、及び、前記制御ユニットと接続する信号電極を有する。前記第1圧電部は、前記第1定電位電極と前記信号電極との間に配置される。前記第2圧電部は、前記第2定電位電極と前記信号電極との間に配置され、
当該インクジェット印刷装置は、前記第1定電位電極と前記第2定電位電極との間にバイアス電圧を供するため、前記第1定電位電極と前記第2定電位電極と接続するバイアス電圧供給ユニットをさらに有し、
前記制御ユニットは、前記第1定電位電極と前記信号電極との間の第1電圧と前記第2定電位電極と前記信号電極との間の第2電圧を供するため、少なくとも一時的に前記信号電極へ信号を供する、
請求項9乃至11のうちのいずれか一項に記載のインクジェット印刷装置。
【請求項１３】
前記アクチュエータメンブレンは少なくとも1つのメンブレン層を有し、
前記第1及び第2圧電部は、前記少なくとも1つのメンブレン層の一面上に配置される、
請求項9乃至12のうちのいずれか一項に記載のインクジェット印刷装置。
【請求項１４】
前記第1圧電部と第2圧電部は、互いに反対方向に分極する、請求項9乃至13のうちのいずれか一項に記載のインクジェット印刷装置。
【請求項１５】
前記圧力チャンバはノズルと流体をやり取りし、かつ、
前記作動段階では、前記第1電圧と第2電圧の極性を反転させることなく、前記第1電圧及び第2電圧が時間的に変化し、それにより前記圧力チャンバ内の圧力波は、前記ノズルを介して流体の液滴を排出する、
請求項1乃至6のうちのいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体圧力チャンバ−特にアクチュエータメンブレンによって境界が画定されるインクジェットプリントヘッドの圧力チャンバ−の圧力を制御する方法に関する。さらに本発明は、圧力チャンバと該圧力チャンバの境界を画定するアクチュエータメンブレンを有するインクジェット印刷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献1は、各圧力チャンバの中心部に相当する第1能動部、及び、前記中心部に対する外側周辺部に設けられる各圧力チャンバの部分に相当する第2能動部を有する圧電アクチュエータについて記載している。第1能動部と第2能動部の変形が互いに反対の方向で発生する。圧力チャンバの高密度配置が実現されるときでもクロストークを抑制するため、複数の圧力チャンバのうちの一のチャンバでの液体の放出を引き起こす第1能動部の変形は、第1能動部の変形が前記一のチャンバに隣接する他の圧力チャンバへ伝播するときに、第2能動部の変形によって打ち消される。第1能動部は、該第1能動部内で発生する電場に対して平行な方向に分極する。第2能動部は、該第2能動部内で発生する電場とは反対の方向に分極する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】欧州特許第2042321号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電場による圧電層の変形−ピエゾ効果とも呼ばれる−効率は、圧電材料の分極の大きさに依存する。しかし圧電層の上部電極と下部電極との間に電圧が与えられることで、圧電層中での電場が、その圧電層の圧電分極と反対になるとき、分極の低下が起こりうる。その結果、圧電層の圧電効率ひいてはアクチュエータの効率が減少する。
【０００５】
アクチュエータメンブレンの曲げ又は撓みを効率的にするため、薄い圧電層を有することも望ましい。しかし薄い圧電層では、その圧電層中の電場がその圧電層の分極と反対を向く場合、分極が急激に低下する。
【０００６】
本発明の目的は、作動効率が改善されたアクチュエータメンブレンを備える圧力チャンバ内での流体の圧力を制御する方法を供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的の実現を容易にするため、本発明によると、圧力チャンバ内での流体−特に液体−の圧力を制御する方法が供される。前記圧力チャンバの境界はアクチュエータメンブレンによって画される。前記アクチュエータメンブレンは、該アクチュエータメンブレンの中心領域に配置された第1圧電部、及び、前記アクチュエータメンブレンの少なくとも1つの周辺領域に配置された第2圧電部を有する。当該方法は、
−  第1電圧を前記第1圧電部へ印加することで前記第1圧電部中に第1電場を発生させる手順、及び、第2電圧を前記第2圧電部へ印加することで前記第2圧電部中に第2電場を発生させる手順を有する前記アクチュエータメンブレンの第1撓み状態を与える静止段階、
−  前記第1電圧及び第2電圧の極性を反転させることなく、前記アクチュエータメンブレンの中心部の曲率と前記アクチュエータメンブレンの周辺部の曲率が互いに反対方向に変化するように、前記第1電圧及び第2電圧を時間的に変化させる手順を有する前記アクチュエータメンブレンの第2撓み状態を一時的に与える作動段階、
を有する。
【０００８】
前記第1圧電部と前記アクチュエータメンブレンの中心部は前記圧力チャンバの中心部に対応する。前記少なくとも1つの第2圧電部と前記アクチュエータメンブレンの少なくとも1つの周辺部は、前記圧力チャンバの中心部に対する外側周辺部に設けられる前記圧力チャンバの少なくとも1つの部分に対応する。前記圧力チャンバの中心部は、必ずしも前記圧力チャンバの中心と一致する必要はない。さらに前記第2圧電部と前記アクチュエータメンブレンの少なくとも1つの周辺部は、前記第2圧電部の一部だけが前記圧力チャンバ上に配置されるように、前記圧力チャンバの周辺の外側で延在して良い。
【０００９】
前記第1電圧は、その極性を反転させることなく時間変化する。つまり前記第1電圧は1種類の極性の複数の値又はゼロのみをとる。また前記第2電圧も、その極性を反転させることなく時間変化する。つまり前記第2電圧は1種類の極性の複数の値又はゼロのみをとる。よって前記静止段階から前記作動段階へ変化し、前記作動段階において前記第1電圧と前記第2電圧を時間変化させるとき、前記第1電圧と前記第2電圧はゼロで交差しない。
【００１０】
前記作動段階では、前記第1電圧が、該第1電圧の極性を反転させることなく時間変化し、かつ、前記第2電圧が、該第2電圧の極性を反転させることなく時間変化するので、前記第1圧電部又は第2圧電部において該前記第1圧電部又は第2圧電部の圧電分極とは反対の電場が生成されることが回避されうる。よって前記第1圧電部及び第2圧電部の圧電効率の経時劣化が回避されることで、前記圧電効率は、従来技術と比較して改善される。前記アクチュエータメンブレンの中央部の曲率と周辺部の曲率とは、前記第1圧電部又は第2圧電部において該第1圧電部又は第2圧電部の圧電分極とは反対の電場が生成されることが回避しながら、互いに反対方向に変化しうる。従って前記アクチュエータメンブレンの曲げの効率が顕著に改善される。さらにたとえば、前記第1圧電部及び第2圧電部の圧電分極は、前記静止段階と作動段階を通じて維持されうる。よって前記圧電効率が改善される。
【００１１】
前記第1電圧及び第2電圧を前記第1圧電部及び第2圧電部へそれぞれ印加する手順において、「電圧」という語句は、前記第1圧電部又は第2圧電部の対向する面−たとえば電極−間の電圧を定義するのに用いられる。本明細書で用いられているように、「電圧」という語句は、0（ゼロ）Vの電圧を含んで良く、かつ、「電場」という語句は、ゼロ電場強度を含んで良い。
【００１２】
たとえば第2撓み状態では、前記アクチュエータメンブレンは、前記圧力チャンバ内部へ向かって曲がる。それにより、前記圧力チャンバ内の流体の圧力は増大し、たとえば流体液滴が、前記圧力チャンバと流体をやり取りするノズルから排出される。たとえば作動段階では、前記第1電圧及び第2電圧が、前記圧力チャンバ内での圧力波が前記ノズルを介して流体液滴を排出するように時間変化する。
【００１３】
たとえば前記アクチュエータメンブレンの第1圧電部及び第2圧電部は、撓み変形モードで動作するように配置される。つまり前記第1圧電部又は第2圧電部の上部電極と下部電極との間に電圧が印加されるときに、少なくとも前記第1圧電部又は第2圧電部の層は横方向に伸張又は収縮することで、前記アクチュエータメンブレンが撓む（つまり曲がる）。
【００１４】
たとえば前記アクチュエータメンブレンは、前記圧力チャンバの側壁と接続する。たとえば前記圧力チャンバは、前記アクチュエータメンブレンが接続するチャンバプレート内に形成される。前記撓み変形モードでは、前記圧力チャンバの側壁へ近づくような前記アクチュエータメンブレンの曲がりは、前記側壁に前記アクチュエータメンブレンが機械的に取り付けられることで、少なくとも部分的に制約される。前記アクチュエータメンブレンの中心部の曲率と周辺部の曲率とを互いに反対方向に変化させることによって、前記中心部の曲がりを大きくすることができる。さらに前記アクチュエータメンブレンの変形に起因する前記圧力チャンバの側壁の変形を小さくすることができる。
【００１５】
たとえば前記第1圧電部及び第2圧電部は、第1圧電層部分及び第2圧電層部分である。たとえば前記圧電層部分は圧電セラミック層部分である。たとえば前記圧電層部分は圧電性のジルコニウム酸チタン酸鉛(PZT)層部分である。ジルコニウム酸チタン酸鉛は、鉛、酸素、チタン、及び/又はジルコニウムからなるセラミック化合物で、圧電効果による圧電性アクチュエータの製造に広く利用されている。
【００１６】
前記圧電部の圧電材料の分極は、所望の分極方向に強い電場を供することによって実行されうる。分極処理は、前記圧電材料をより高い温度に加熱することによって加速されうる。前記圧電材料の分極処理はたとえば一般的に、前記アクチュエータの組立前又は後に前記アクチュエータの製造工程において実行される。それにより前記圧電材料の要求した分局が得られる。しかし前記第1圧電部又は第2圧電部の分極はまた、前記アクチュエータメンブレンの動作中に、たとえば前記第1圧電部又は第2圧電部に電圧を印加することによって提供すなわち生成されて良い。
【００１７】
本発明の他の実施例が従属請求項中に記載されている。
【００１８】
一の実施例では、前記アクチュエータメンブレンは、少なくとも1つのメンブレン層を有する。前記第1圧電部及び第2圧電部は、前記少なくとも1つのメンブレン層の一面に配置される。たとえば前記少なくとも1つのメンブレン層は、前記アクチュエータメンブレンの圧力チャンバ側に配置される。たとえば前記メンブレン層は、前記圧力チャンバ内の流体に対して不活性である。
【００１９】
たとえば作動段階は、前記第1電圧の極性と前記第2電圧の極性を反転させることなく、前記第1電圧と第2電圧のうちの一の絶対値を一時的に減少させる手順、及び、前記第1電圧と第2電圧のうちの他の絶対値を一時的に増大させる手順を有する。その結果前記アクチュエータメンブレンの中心部の曲率と周辺部の曲率とは、互いに反対方向に変化する。換言すると、前記第1電圧と第2電圧を一時的に変化させる手順は、前記第1電圧と第2電圧のうちの一の絶対値を一時的に減少させる手順、及び、前記第1電圧と第2電圧のうちの他の絶対値を一時的に増大させる手順を有して良い。一の実施例ではたとえば、前記第1電圧と第2電圧を一時的に変化させる手順は、前記第1電圧と第2電圧のうちの一の絶対値を一時的に減少させる手順、及び、前記第1電圧と第2電圧のうちの他の絶対値を一時的に増大させる手順で構成されて良い。従って前記第1圧電部及び第2圧電部のうちの一での電場は減少し、他方前記第1圧電部及び第2圧電部のうちの一での電場は増大する。そのためたとえ前記第1圧電部及び第2圧電部がメンブレン層の同一面内に配置されるとしても、前記アクチュエータメンブレンの中心部の曲率と周辺部の曲率は互いに反対方向に変化しうる。さらに前記第1圧電部又は第2圧電部での電場の極性の反転が回避されうる。よってたとえば、前記第1圧電部又は第2圧電部は、それぞれの分極を維持しうる。さらに前記アクチュエータメンブレンの構造を単純化することができる。
【００２０】
一の実施例では、前記アクチュエータメンブレンは、第1定電位電極、少なくとも1つの第2定電位電極、及び、信号電極を有する。前記第1圧電部は、前記第1定電位電極と前記信号電極との間に配置される。前記第2圧電部は、前記第2定電位電極と前記信号電極との間に配置される。たとえば、前記第1電圧は、前記第1定電位電極と前記信号電極との間で印加され、かつ、前記第2電圧は、前記第2定電位電極と前記信号電極との間で印加される。たとえば、前記第1電圧は、前記第1定電位電極と前記信号電極との電位差に相当し、かつ、前記第2電圧は、前記第2定電位電極と前記信号電極との電位差に相当する。前記第1及び第2定電位電極と、該第1及び第2定電位電極用の共通信号電極とを備える構造は、1つの信号電極を介して前記第1電圧と第2電圧を変化させることが可能な点で特に有利である。しかも前記1つの信号電極は、前記第1電圧と第2電圧のうちの一の増大と、前記第1電圧と第2電圧のうちの他の減少を同時に行うことを可能にする。
【００２１】
たとえば本発明の態様では、上述の圧力チャンバからなる装置が供される。各圧力チャンバの境界は、各対応するアクチュエータメンブレンによって画定される。各対応するアクチュエータメンブレンは、その各対応するアクチュエータメンブレンの中心部と周辺部に配置された各対応する第1圧電部及び第2圧電部を有する。前記装置は、各対応するアクチュエータメンブレンの各対応する第1圧電部に共通の第1定電位電極、及び、各対応するアクチュエータメンブレンの各対応する第2圧電部に共通の少なくとも1つの第2定電位電極を有する。各対応するアクチュエータメンブレンは個々の信号電極が供されて良い。よって、圧力チャンバ当たり、つまり前記圧力チャンバからなる装置を有するインクジェットプリントヘッド当たり1つの信号電極しか必要とされない。
【００２２】
上述のように第1定電位電極、少なくとも1つの第2定電位電極、及び信号電極を有することは、前記第1及び第2定電位電極が前記アクチュエータメンブレンの少なくとも1つのメンブレン層の一面に配置されるときに特に有利である。よって前記アクチュエータメンブレンの構造をさらに単純化することができる。
【００２３】
たとえば当該方法は、前記第1定電位電極と前記第2定電位電極との間にバイアス電圧を印加する手順、及び、前記第1定電位電極の定電圧から前記第2定電位電極の定電圧までの範囲に限定される信号を前記信号電極へ印加する手順を有して良い。よって前記第1電圧と第2電圧の制御が単純化される。具体的には、前記第1電圧と第2電圧の極性を反転させることなく、前記第1電圧と第2電圧のうちの一の絶対値が一時的に減少し、かつ、前記第1電圧と第2電圧のうちの一の絶対値が一時的に増大しうる。
【００２４】
しかもたとえば、前記バイアス電圧は、前記第1圧電部又は第2圧電部の分極の維持を容易にする。
【００２５】
たとえば前記第1電圧及び第2電圧を前記第1圧電部及び第2圧電部へそれぞれ印加し、かつ、上述のように前記第1電圧及び第2電圧を時間変化させるため、前記信号が、前記信号電極に印加されて良い。他の例では、前記第1電圧及び第2電圧を時間変化させるため、前記作動段階でのみ、前記信号が前記信号電極へ印加されて良い。たとえば前記静止段階中には前記信号電極へは信号が印加されない。たとえば前記信号電極は、前記静止段階中浮いていて良い。たとえば前記静止段階では、前記バイアス電圧を分割して得られる前記第1電圧及び第2電圧が印加される。換言すると、前記第1定電位電極、前記第1圧電部、前記信号電極、前記第2圧電部、及び前記第2定電位電極で直列接続されている。
【００２６】
一の実施例では、前記第1圧電部及び第2圧電部は、前記静止段階及び作動段階のうちの少なくとも1つの間、互いに反対方向に分極する。たとえば、前記第1圧電部は、前記アクチュエータメンブレンを横切る第1方向に分極し、かつ、前記少なくとも1つの第2圧電部は、前記アクチュエータメンブレンを横切る前記第1方向の反対方向に分極する。前記の印加された第1電圧及び第2電圧の極性は反転しないので、前記第1圧電部及び第2圧電部の分極は維持されうる。このことは、前記アクチュエータメンブレンが少なくとも1つのメンブレン層を有し、前記第1圧電部及び第2圧電部が前記少なくとも1つのメンブレン層の一の面上に配置され、前記アクチュエータメンブレンが、上述のように前記第1圧電部及び第2圧電部の共通信号電極を有するときに特に有利である。前記第1電圧及び第2電圧の制御は単純化される。前記アクチュエータメンブレンの構造もさらに単純化される。たとえば前記第1圧電部及び第2圧電部は、前記信号電極の一の面上に配置される。前記信号電極と前記第1定電位電極及び前記第2定電位電極はそれぞれ、前記第1圧電部及び第2圧電部の対向する面上に配置される。たとえば前記第1定電位電極及び前記第2定電位電極は、前記アクチュエータメンブレンの一の面又は層内で互いに隣接するように配置されて良い。
【００２７】
一の実施例では、前記第1圧電部と第2圧電部は、最大10μmで好適には最大5μmの厚さを有する。よって高い曲げ効率が実現されうる。さらに前記圧電部の分極の劣化を回避することは、薄い圧電層の場合において特に有利である。
【００２８】
たとえば前記アクチュエータメンブレンは、最大10μmで好適には最大5μmの厚さを有する。よって高い曲げ効率が実現されうる。
【００２９】
たとえば前記アクチュエータメンブレンは1つの圧電層素子を有する。前記1つの圧電層素子は、互いに隣り合うように配置された前記第1圧電部と少なくとも1つの第2圧電部を有する。たとえば前記1つの圧電層素子は、前記第1圧電部を供するため第1方向に部分的に分極し、かつ、前記第2圧電部を供するため第2方向に部分的に分極して良い。たとえば前記第2方向は前記第1方向に対して反対である。
【００３０】
本発明の他の態様では、インクジェット印刷装置が供される。当該インクジェット印刷装置は、
−  圧力チャンバ、
−  前記圧力チャンバの境界を画定するアクチュエータメンブレンであって、前記アクチュエータメンブレンの中心部に配置された第1圧電部と、前記アクチュエータメンブレンの少なくとも1つの周辺部に配置された少なくとも1つの第2圧電部を有する、アクチュエータメンブレン、
−  前記アクチュエータメンブレンの第1撓み状態を与えるため、前記第1圧電部へ第1電圧を印加し、かつ、前記第2圧電部へ第2電圧を印加する制御ユニット、
を有する。
【００３１】
前記制御ユニットは、前記第1電圧と第2電圧の極性を反転させることなく、前記第1電圧と第2電圧を時間変化させる。それにより前記アクチュエータメンブレンの中心部の曲率と少なくとも1つの周辺部の曲率とは互いに反対方向に変化する。その結果、前記アクチュエータメンブレンの第2撓み状態が一時的に与えられる。たとえば前記制御ユニットは、上述の例のうちの任意の1つの方法を実行するように備えられる。前記印刷装置は、プリンタ、コピー機等である。
【００３２】
たとえば前記制御ユニットは、該制御ユニットへ供される画像情報に従って、前記アクチュエータメンブレンの第1撓み状態と第2撓み状態を交互に与えるように備えられる。
【００３３】
たとえば前記圧力チャンバは、前記第1電圧と第2電圧の極性を反転させることなく、前記第1電圧と第2電圧を時間変化させる。その結果前記圧力チャンバ内の流体の圧力波は、前記ノズルを介して流体の液滴を排出する。
【００３４】
たとえば前記アクチュエータメンブレンは、第1定電位電極、少なくとも1つの第2定電位電極、及び、前記制御ユニットと接続する信号電極を有する。前記第1圧電部は、前記第1定電位電極と前記信号電極との間に配置される。前記第2圧電部は、前記第2定電位電極と前記信号電極との間に配置される。
【００３５】
当該インクジェット印刷装置は、前記第1定電位電極と前記第2定電位電極との間にバイアス電圧を供するため、前記第1定電位電極と前記第2定電位電極と接続するバイアス電圧供給ユニットをさらに有する。
【００３６】
前記制御ユニットは、前記第1定電位電極と前記信号電極との間の第1電圧と前記第2定電位電極と前記信号電極との間の第2電圧を供するため、少なくとも一時的に前記信号電極へ信号を供する。たとえば前記信号は、上述のように、前記第1電圧と第2電圧を時間変化させるためのみ、及び/又は、少なくともそのように時間変化させるために供される。
【００３７】
たとえば前記アクチュエータメンブレンは少なくとも1つのメンブレン層を有する。前記第1及び第2圧電部は、前記少なくとも1つのメンブレン層の一の面上に配置される。
【００３８】
たとえば前記第1及び第2圧電部は、互いに反対方向に分極する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】プリントヘッドの圧力チャンバとアクチュエータメンブレン、及び、インクジェット印刷装置の制御ユニットとバイアス電圧供給ユニット概略的部分断面図である。
【図２】図1に対応する概略図である。図2では、アクチュエータメンブレンが撓んでいる。
【図３】アクチュエータメンブレンを制御するバイアス電圧と信号の概略的なグラフである。
【図４】他の実施例の概略図である。
【図５】印刷装置の部分概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
図1では、フィードスルー14を介してプリントヘッドノズル16と接続する圧力チャンバ12を有するインクジェットプリントヘッドの一部が図示されている。インクは、たとえば複数の圧力チャンバ12の共通のインク供給チャネルと接続する流入口を介して圧力チャンバ12へ供給される。圧力チャンバ12は、使用状態では、インク−たとえば液体状態のホットメルトインク−で満たされる。
【００４１】
図示された圧力チャンバは、略立法体形状だが、実際には任意の他の適切な形状を有しても良い。圧力チャンバ12の上部壁のかなりの部分が、メンブレン層20によって形成される。よってメンブレン層20は、圧力チャンバ12の境界を画する。プリントヘッド10の複数の圧力チャンバ12は、共通基板により形成された各対応するメンブレン層20を有して良い。
【００４２】
メンブレン層20の第1面が圧力チャンバ12の内壁を画定する一方で、第1圧電層部分22と2つの第2圧電層部分24は、メンブレン層20の第2面に配置される。信号電極26は、メンブレン層20と圧電部22,24との間に供される。信号電極26は、圧電部22,24の共通下部電極を構成する。第1定電位電極28は第1圧電部22の上部電極を構成する。第2定電位電極30は第2圧電部24の上部電極を構成する。よって第1圧電部22は信号電極26と第1定電位電極28との間に配置される。各第2圧電部24は信号電極26と第2定電位電極30との間に配置される。「上部」及び「下部」という語句は、メンブレン層に対して用いられている。下部電極は、上部電極よりもメンブレン層に対して近くに位置する。第2定電位電極30は互いに接続される。
【００４３】
メンブレン層20と、圧電部22,24及び電極26,28,30の層は、アクチュエータメンブレン32を構成する。第1圧電部22は、圧力チャンバ12上方のアクチュエータメンブレン32の中心部に配置される。第2圧電部24は、前記中心部の2つの側部に配置される。たとえば第1圧電部22と第2圧電部24は、メンブレン層20が延在する第1横方向−たとえば図1の紙面に対して垂直な方向−で互いに平行に延在して良い。第1圧電部22がアクチュエータメンブレン32の中心部に配置される一方で、第2圧電部24は、圧力チャンバ12の側壁33の知覚に配置される。
【００４４】
第1定電位電極28は、プリントヘッドの他の圧力チャンバ12のアクチュエータメンブレン32の各対応する第1定電位電極28に接続されて良い。たとえば第1定電位電極28は、櫛の歯状に接続されて良い。同様に、複数のアクチュエータメンブレン32の第2定電位電極30は、たとえば櫛の歯状の形状を構成するように互いに接続されて良い。
【００４５】
たとえばメンブレン層20は、シリコン窒化物(Si3N4)基板によって形成される。メンブレン層20はまた、シリコンに基づく基板−たとえば上に表面酸化膜が形成されたもの−によって形成されても良い。第1圧電部22と第2圧電部24はたとえば、ジルコニウム酸チタン酸鉛(PZT)で構成されて良い。電極26,28,30はたとえば、当技術分野において既知の金属で構成される。
【００４６】
たとえばメンブレン層20は可撓性材料シートである。メンブレン層20の材料と厚さは、そのメンブレン層を適切に曲げるのに適切な弾性を有するように選ばれて良い。第1圧電部22と第2圧電部24はたとえば、信号電極26及び/又は他の部材−たとえば接合層−を介してメンブレン層20と剛性を有するように接続される。アクチュエータメンブレン32の面に対して平行な方向での第1圧電部22と第2圧電部24の伸張又は収縮の結果、アクチュエータメンブレン32内に曲げの力が生じる。よって第1圧電部22と第2圧電部24の各々は、メンブレン層20の各対応する部分を備えるバイモルフ圧電アクチュエータを構成する。
【００４７】
たとえば圧電部の厚さは、少なくとも1つのメンブレン層20の全体の厚さと同程度である。たとえば第1圧電部22と第2圧電部24の厚さは2μm〜3μmの範囲である。たとえばアクチュエータメンブレン32の全体の厚さは最大でも5μmである。
【００４８】
印刷装置は、信号電極26と接続する信号出力36を有する制御ユニットを有する。さらに印刷装置は、第1定電位電極28と接続する第1定電位出力40、及び、第2定電位電極30と接続する第2定電位出力42を有するバイアス電圧供給ユニット38を含む。たとえば第2定電位出力42はグランドに接続される。
【００４９】
第1圧電部22と第2圧電部24は反対方向に分極する。前記方向は、アクチュエータメンブレン32の面を横切る。分極は図1において矢印Pによって示される。たとえば第1圧電部22は、信号電極26から電極28へ向かう第1方向に分極して良い。第2圧電部24は、電極30から信号電極26へ向かう反対方向に分極して良い。たとえば分極は、アクチュエータメンブレン32の製造中に発生して良い。
【００５０】
印刷中、アクチュエータメンブレンの制御は以下の通りである。
【００５１】
印刷中、アクチュエータメンブレン32は交互に、アクチュエータメンブレン32の第1撓み状態を与える静止段階となり、かつ、アクチュエータメンブレン32の第2撓み状態を与える作動段階となる。それによりアクチュエータメンブレン32は、圧力チャンバ12の内側へ向かうように曲がる。そのため圧力波が圧力チャンバ内に発生する。その結果インクの液滴がノズル16を介して放出される。
【００５２】
静止段階と作動段階の間、バイアス電圧供給ユニット38は、第1定電位電極28と第2定電位電極30との間に一定のバイアス電圧を印加する。たとえば第1定電位電極28は接地、つまり0Vに設定される。たとえば第2定電位電極30は、第1定電位電極28に対して+40Vの正の電圧レベルに設定される。第1信号電圧レベルS1が、図3で概略的に表されているように、制御ユニット34によって信号電極26へ印加される。その結果第1圧電部22と第2圧電部24内でのそれぞれの電場は、それぞれの分極方向となる。よって分極を維持することができる。たとえば信号電極26へ印加される信号は、図3に示されているように、+40Vである第2定電位よりも第1定電位（グランド）に近い。
【００５３】
静止段階では、アクチュエータメンブレン32は第1撓み状態をとる。たとえば圧電部22,24での電場から生じる曲げの力は近似的に互いに打ち消されて良い。アクチュエータメンブレン32は実質的に平坦な構成をとって良い。つまり第1撓み状態はたとえば、アクチュエータメンブレン32の実質的に平坦な状態である。
【００５４】
静止段階では、圧力チャンバ内での圧力はたとえば一定に維持されて良い。又は圧力チャンバ12内に少なくとも圧力波が発生しない。たとえば静止段階は、アクチュエータメンブレン32のスタンバイモードであって良い。前記スタンバイモードでは、第1圧電部22と第2圧電部24にそれぞれ印加される第1電圧と第2電圧は一定レベルに維持される。さらにたとえば静止段階は分極過程を与える。前記分極過程では、第1電圧と第2電圧のうちの少なくとも1つが、各対応する圧電部の分極を増大させる値を有するように選ばれる。圧電材料に依存して、第1圧電部22と第2圧電部24の分極を増大及び/又は維持する第1電圧と第2電圧を与えることで、以降の作動段階における曲げの効率が向上しうる。
【００５５】
作動段階では、制御ユニット34は、信号S2を信号電極26へ印加する。信号電極26は、グランドよりも+40Vである第2定電位電極30に近い電圧レベルに対応する。よって第1電圧と第2電圧は、図3で概略的に表された波形に従って変化する。たとえば作動段階は、電圧パルスである信号を信号電極26へ印加する手順を有する。信号の電圧レベルは、第1定電位電極28と第2定電位電極30によって制限される。従って、第1電圧の極性はパルス印加中でも反転せず、同様に第2電圧の極性もパルス印加中でも反転しない。従って第1圧電部22と第2圧電部24での電場の変化が、第1圧電部22と第2圧電部24で同一であることで、第2圧電部24での分極方向と反対であるとしても、結果として得られる第1圧電部22と第2圧電部24での正味の電場は常に分極方向となる。従って第1圧電部22と第2圧電部24での分極の低下を回避することができる。
【００５６】
しかし信号の電圧レベルがS1からS2へ上昇するとき、第1圧電部22が横方向に収縮する一方で、第2圧電部24は横方向に伸張する。その結果、アクチュエータメンブレン32の中心部の曲率が、圧力チャンバ側の凸形状に相当する第1方向−たとえば正の方向−に変化する一方で、アクチュエータメンブレン32の周辺部の曲率は、圧力チャンバ側の凹形状に相当する反対方向−たとえば負の方向−に変化する。よってパルス印加中、アクチュエータメンブレン32は、図2の破線で概略的に表されている第2撓み状態をとりうる。圧力チャンバ側から見ると、アクチュエータメンブレン32の周辺部の凹形状は、中心部の凸形状を支持する。それによりアクチュエータメンブレン32の中心部での曲がりが大きくなる。よって圧力チャンバ内の流体に圧力波を与える効率が向上する。たとえば従来の設計よりも必要とされる電圧が低くなりうるし、エネルギーの節約にもなりうる。具体的には、第1圧電部22と第2圧電部24の両方での分極を維持しながら、作動のために必要とされる第1電圧と第2電圧を低くすることができる。従ってアクチュエータの耐久性が改善されうる。
【００５７】
記載された例では、作動段階の間、第1電圧の極性と第2電圧の極性を反転させることなく、第1電圧の絶対値が一時的に増大し、かつ、第2電圧の絶対値が一時的に減少する。それに対応して、第1圧電部22での電場の電場強度が一時的に増大する一方で、第2圧電部24での電場の電場強度が一時的に減少する。
【００５８】
記載された例では、作動段階において信号電極26へ印加される信号パルスは方形波形である。しかし異なる波形が用いられても良い。たとえば信号パルスの縁部の急峻さは、圧力チャンバ内での圧力波の生成に影響を及ぼす。
【００５９】
たとえば第1圧電部22及び/又は第2圧電部24の曲げ機能は、より高いバイアス電圧を選ぶことによって容易に改善されうる。さらにたとえば信号電圧レベルS1の下限は、バイアス電圧の下側電圧レベル−つまり記載された例ではグランドすなわち0V−に設定されて良い。さらにたとえば信号電圧レベルS2の上限は、バイアス電圧の上側電圧レベル−つまり記載された例では+40V−に設定されて良い。
【００６０】
図4は、図1の例を修正した実施例を表している。この実施例では、アクチュエータメンブレン32は、1つの圧電層素子42を有する。圧電層素子42は、互いに隣接して配置される第1圧電部22と第2圧電部24を有する。具体的には、素子42は、第1圧電部22を供するため第1方向に部分的に分極し、かつ、第2圧電部24を供するため前記第1方向とは反対の第2方向に部分的に分極する。信号電極26、第1定電位電極28、及び第2定電位電極30の配置は図1の配置と同様である。
【００６１】
図5は、印刷装置のプリントヘッド10を概略的に表している。プリントヘッド10は、印刷媒体支持表面46の上方で往復運動をするようにプリントヘッドカートリッジ44と接した状態で設けられる。カートリッジ44には、支持表面46とカートリッジ44との間のギャップを介して運ばれる印刷媒体上での印刷のため、少なくとも1つのプリントヘッド10が備えられている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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