(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
(A)  液体が充てんされる圧力室と、
(B)  圧力室に連通したノズルと、
(C)  駆動電圧が印加されると共に、駆動電圧がオン−オフ制御されることによって振動して、圧力室内の液体を、ノズルを通して、液滴として吐出させるための圧電アクチュエータと、
(D)  圧電アクチュエータに駆動電圧を印加するための駆動回路と、
(E)  駆動電圧をオン−オフ制御するための制御ユニットと、
を備え、前記制御ユニットは、駆動電圧をオンにした待機状態から、一旦、オフにした後、再びオンにすることで、前記圧力室内の液体を、前記ノズルを通して、液滴として吐出させるものであると共に、
前記制御ユニットは、前記ノズルから液滴を吐出させない待機時に、駆動電圧を降下させ、その降下途中のオフにならない範囲で駆動電圧を上昇させる操作を、液滴を吐出するときの駆動電圧オンからオフまでのパルス幅よりも短い周期で複数回繰り返すことで、前記圧電アクチュエータを、前記ノズルから液滴が吐出されない範囲で微小振動させるように、前記駆動回路を駆動制御する微小振動制御部を有することを特徴とする液体吐出装置。
【請求項２】
前記微小振動制御部は、液滴を吐出する際の駆動電圧を再びオンにした直後、または液滴を吐出する際の駆動電圧をオフにする直前に、駆動電圧を、オフにならない範囲で周期的に降下と上昇とを複数回繰り返させることで、前記圧電アクチュエータを微小振動させることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
【請求項３】
前記微小振動制御部は、液滴を吐出する毎に、駆動電圧を、オフにならない範囲で周期的に降下と上昇とを複数回繰り返させることで、前記圧電アクチュエータを微小振動させることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出装置。
【請求項４】
前記微小振動制御部は、前記パルス幅よりも短い期間の間、駆動電圧を、オフにならない範囲で周期的に降下と上昇とを複数回繰り返させることで、前記圧電アクチュエータを微小振動させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液体吐出装置。
【請求項５】
前記微小振動制御部は、駆動電圧をオン−オフ制御して液滴を吐出させる際の、前記圧電アクチュエータの変位量に対して５〜５０％の変位量で、前記圧電アクチュエータを微小振動させることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の液体吐出装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の液体吐出装置を含み、インクジェットプリンタに組み込まれて、前記ノズルから、液滴としてのインク滴を吐出させて描画するために用いられることを特徴とする圧電インクジェットヘッド。
【請求項７】
(a)  液体が充てんされる圧力室と、
(b)  圧力室に連通したノズルと、
(c)  駆動電圧が印加されると共に、駆動電圧がオン−オフ制御されることによって振動して、圧力室内の液体を、ノズルを通して、液滴として吐出させるための圧電アクチュエータと、
を備えた液体吐出装置の駆動方法であって、
駆動電圧をオンにした待機状態から、一旦、オフにした後、再びオンにすることで、前記圧電アクチュエータを振動させて前記ノズルから液滴を吐出させる工程と、前記ノズルから液滴を吐出させない待機時に、駆動電圧を降下させ、その降下途中のオフにならない範囲で駆動電圧を上昇させる操作を、液滴を吐出するときの駆動電圧をオンからオフまでのパルス幅よりも短い周期で複数回繰り返すことで前記圧電アクチュエータを、前記ノズルから液滴が吐出されない範囲で微小振動させる工程とを有することを特徴とする液体吐出装置の駆動方法。
【請求項８】
前記液滴を吐出させる工程の駆動電圧を再びオンにした直後、または前記液滴を吐出させる工程の駆動電圧をオフにする直前に、前記微小振動させる工程を行なうことを特徴とする請求項７に記載の液体吐出装置の駆動方法。
【請求項９】
前記液滴を吐出させる工程毎に、前記微小振動させる工程を行なうことを特徴とする請求項７又は８に記載の液体吐出装置の駆動方法。
【請求項１０】
前記微小振動させる工程の期間を、前記パルス幅よりも短くすることを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の液体吐出装置の駆動方法。
【請求項１１】
前記液滴を吐出させる工程での前記圧電アクチュエータの変位量に対する、前記微小振動させる工程での前記圧電アクチュエータの変位量を、５〜５０％とすることを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載の液体吐出装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電インクジェットヘッド等として使用することができる液体吐出装置と、前記液体吐出装置を用いた圧電インクジェットヘッドと、液体吐出装置の駆動方法とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１は、オンデマンド型のインクジェットプリンタ等に用いられる圧電インクジェットヘッドとしての、液体吐出装置１の一例を示す断面図である。また、図２は、図１の液体吐出装置１の一例の、圧電アクチュエータ７の部分を拡大した断面図である。図１、図２を参照して、この例の液体吐出装置１は、インクが充てんされる圧力室２と、前記圧力室２に連通し、圧力室２内のインクを、インク滴として吐出させるためのノズル３とを有する複数の液滴吐出部４を、面方向に配列させて形成した基板５と、前記基板５の複数の圧力室２を覆う大きさを有する圧電セラミック層６を含み、前記基板５上に積層された、板状の圧電アクチュエータ７とを備えている。【０００３】
圧電アクチュエータ７は、個々の圧力室２に対応して配設され、個別に駆動電圧が印加されることによって、個別に、厚み方向に撓み変形する複数の圧電変形領域８と、前記圧電変形領域８を囲んで配設され、前記基板５に固定されることで変形が防止された拘束領域９とに区画されている。また、図の例の圧電アクチュエータ７は、圧電セラミック層６の、両図において上面に、圧力室２ごとに個別に形成されて、圧電変形領域８を区画する個別電極１０と、前記圧電セラミック層６の下面に、順に積層された、共に、複数の圧力室２を覆う大きさを有する、共通電極１１と振動板１２とを備えた、いわゆるユニモルフ型の構成を有している。各個別電極１０と、共通電極１１とは、それぞれ別個に、駆動回路１３に接続されており、駆動回路１３は、制御ユニット１４に接続されている。【０００４】
圧電セラミック層６は、例えば、ＰＺＴ等の圧電材料によって形成されていると共に、層の厚み方向に、あらかじめ分極されて、いわゆる横振動モードの圧電変形特性が付与されており、駆動回路１３から、任意の圧電変形領域８を区画する個別電極１０と共通電極１１との間に、前記分極方向と同方向の駆動電圧が印加されると、両電極１０、１１間に挟まれた、圧電変形領域８に対応する活性領域１５が、図２に横向きの白矢印で示すように、層の面方向に収縮される。しかし、圧電セラミック層６の下面は、共通電極１１を介して振動板１２に固定されているため、活性領域１５が収縮すると、それに伴って、圧電アクチュエータ７の圧電変形領域８が、図２に下向きの白矢印で示すように、圧力室２の方向に突出するように撓み変形する。この撓み変形した状態と、駆動電圧の印加を停止して撓み変形を解除した状態とを組み合わせることで、圧電変形領域８を振動させると、圧力室２内に充てんされたインクが、前記振動によって加圧されて、ノズル３を通して、インク滴として吐出される。【０００５】
特許文献１に記載されているように、液体吐出装置においては、いわゆる引き打ち式の駆動方法が、広く一般に採用される。図３は、図１の液体吐出装置１を、通常の引き打ち式の駆動方法によって駆動する際に、駆動回路１３から圧電アクチュエータ７に印加される駆動電圧ＶＰがオン−オフ制御されることによって発生する駆動電圧波形（太線の一点鎖線で示す）の一例と、この駆動電圧波形が印加された際の、ノズル内における、インクの体積速度の変化〔太線の実線で示す、（＋）がノズル３の先端側、つまりインク滴の吐出側、（−）が圧力室２側〕との関係を簡略化して示すグラフである。【０００６】
図１〜３を参照して、まず、図３中のｔ１より左側の、ノズル３からインク滴を吐出させない待機時には、駆動電圧ＶＰをオン状態、すなわちＶＨに維持（ＶＰ＝ＶＨ）して、活性領域１５を面方向に収縮させ続けることによって、圧電変形領域８を、圧力室２の方向に突出するように撓み変形させて、前記圧力室２の容積を減少させた状態を維持しており、この間、インクは静止状態、すなわち、ノズル３におけるインクの体積速度は０を維持し、前記ノズル３内に、インクの表面張力によって形成されるインクメニスカスは静止している。【０００７】
ノズル３からインク滴を吐出させて、紙面にドットを形成するには、まず、その直前のｔ１の時点で、駆動電圧ＶＰをオフ、すなわち放電（ＶＰ＝０Ｖ）して、活性領域１５の面方向の収縮を解除させることによって、圧電変形領域８の撓み変形を解除する。そうすると、圧力室２の容積が一定量だけ増加するため、ノズル３内のインクメニスカスは、その容積の増加分だけ、前記圧力室２の方向に引き込まれる。その際の、ノズル３内でのインクの体積速度は、図３のｔ１とｔ２との間の部分に示すように、一旦、（−）側に大きくなった後、徐々に小さくなって、やがて０に近づく。これは、太線の実線で示す、インクの体積速度の固有振動の、固有振動周期Ｔ１の、ほぼ半周期分に相当する。【０００８】
次に、ノズル３でのインクの体積速度が限りなく０に近づいたｔ２の時点で、駆動電圧ＶＰを再びオン、すなわちＶＨまで充電（ＶＰ＝ＶＨ）して、活性領域１５を面方向に収縮させることによって、圧電変形領域８を撓み変形させる。そうすると、ノズル３内のインクは、インクメニスカスが圧力室２の側に最も大きく引き込まれた状態（ｔ２の時点の、体積速度が０の状態）から、逆に、ノズル３の先端方向へ戻ろうとしているところに、圧電変形領域８を撓み変形させて、圧力室２の容積を減少させることによって、前記圧力室２から押し出されたインクの圧力が加わることになるため、ノズル３の先端側の方向へ加速されて、前記ノズル３の外方へ大きく突出する。その際の、ノズル３内でのインクの体積速度は、図３のｔ２とｔ３との間の部分に示すように、一旦、（＋）側に大きくなった後、徐々に小さくなって、やがて０に近づく。ノズル３の外方へ突出したインクが略円柱状に見えることから、この突出状態のインクを、一般に、インク柱と称する。【０００９】
そして、ノズル３でのインクの体積速度が０になった時点（図３のｔ３の時点）以降、インクの振動の速度が圧力室２の側に向かうことによって、ノズル３の外方へ伸びきったインク柱が切り離されて、インク滴が生成され、生成されたインク滴が、ノズル３の先端に対向させて配設された紙面まで飛翔して、前記紙面にドットが形成される。前記一連の動作は、図３に太線の一点鎖線で示すように、パルス幅Ｔ２が固有振動周期Ｔ１の約１／２倍であるパルスを１回、含む駆動電圧波形を有する駆動電圧ＶＰを、圧電変形領域８に印加していることに相当する。１つのドットを、２滴以上のインク滴で形成する場合は、前記パルスを、インク滴の数に応じた回数、連続的に発生させればよい。
【特許文献１】特開平２−１９２９４７号公報（第３頁左上欄第１９行〜同頁右上欄第６行、第３頁右上欄第１４行〜同頁左下欄第２行、第１６図(b)）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前記液体吐出装置においては、圧電アクチュエータ７の圧電変形領域８が、駆動時に、駆動電圧波形のパルス幅Ｔ２と比べて数十分の一から数分の一という小さな周期で振動する、いわゆる残留振動が発生する場合がある。そして、残留振動は、インク滴を吐出させる際の、図３に示したインクの体積速度の振動に重ね合わされるため、その振幅が大きい場合には、インクの体積速度に影響を及ぼして、形成画像の画質を低下させるという問題がある。【００１１】
例えば、インク滴を吐出する前のインクメニスカスは、先に説明したように、本来は、静止状態で安定していなければならないが、残留振動の振幅が大きい場合には、インクメニスカスが静止せずに振動するため、前記一連の動作を経て、ノズル３から吐出されるインク滴の大きさや形状が、個々の液滴吐出部４ごとに、また、それぞれの液滴吐出部４でも１回ずつの動作ごとに、動作開始時のインクメニスカスの位置や速度に応じて変動する。そのため、紙面に形成されるドットの大きさがばらついて、形成画像の画質が低下する。例えば、１回ずつの動作ごとに、インク滴の大きさが変動すると、形成画像に、前記インク滴の大きさの変動に合わせた濃淡の縞模様が生じる。【００１２】
また、残留振動の振幅が大きいと、インク柱が切り離されて、インク滴が形成される際の状況（切り離される位置や速度）が変動する結果、形成されるインク滴の飛翔方向が曲げられたり、ドットを形成するためのインク滴よりも小さい、ミストと呼ばれる微小なインク滴が多量に発生したりする。そして、インク滴の飛翔方向が曲げられると、紙面に形成されるドットの位置がずれたり、ドットの形状が、理想的とされる円形から変形したりする。また、多量のミストが発生した場合には、前記ミストが、紙面の、ドットの周囲に付着して、いわゆるチリと呼ばれる画像不良が生じる。そのため、前記いずれの場合にも、形成画像の画質が低下する。【００１３】
本発明の目的は、圧電アクチュエータの残留振動の振幅を、できるだけ小さい範囲に抑えて、例えば、圧電インクジェットヘッドの場合は、形成画像の画質を良好なレベルに維持することができる液体吐出装置と、前記液体吐出装置を用いた圧電インクジェットヘッドと、前記残留振動の振幅を、できるだけ小さい範囲に抑えることができる液体吐出装置の駆動方法とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するための、本発明の液体吐出装置は、
(A)  液体が充てんされる圧力室と、
(B)  圧力室に連通したノズルと、
(C)  駆動電圧が印加されると共に、駆動電圧がオン−オフ制御されることによって振動して、圧力室内の液体を、ノズルを通して、液滴として吐出させるための圧電アクチュエータと、
(D)  圧電アクチュエータに駆動電圧を印加するための駆動回路と、
(E)  駆動電圧をオン−オフ制御するための制御ユニットと、
を備え、前記制御ユニットは、駆動電圧をオンにした待機状態から、一旦、オフにした後、再びオンにすることで、前記圧力室内の液体を、前記ノズルを通して、液滴として吐出させるものであると共に、
前記制御ユニットは、前記ノズルから液滴を吐出させない待機時に、駆動電圧を降下させ、その降下途中のオフにならない範囲で駆動電圧を上昇させる操作を、液滴を吐出するときの駆動電圧オンからオフまでのパルス幅よりも短い周期で複数回繰り返すことで、前記圧電アクチュエータを、前記ノズルから液滴が吐出されない範囲で微小振動させるように、前記駆動回路を駆動制御する微小振動制御部を有することを特徴とする。
【００１５】
本発明の液体吐出装置においては、制御ユニットに含まれる微小振動制御部の機能によって、ノズルから液滴を吐出させない待機時に、駆動電圧を降下させ、その降下途中のオフにならない範囲で駆動電圧を上昇させる操作を、液滴を吐出するときの駆動電圧オンからオフまでのパルス幅よりも短い周期で複数回繰り返すことで、前記圧電アクチュエータを、ノズルから液滴が吐出されない範囲で微小振動させることによって、前記圧電アクチュエータの残留振動を、強制的に、前記微小振動と一致させることができる。そのため、本発明の液体吐出装置によれば、微小振動の振幅を、先に説明した種々の影響を生じない、できるだけ小さい範囲に設定することで、残留振動の振幅を、前記範囲に抑えて、例えば、圧電インクジェットヘッドの場合は、形成画像の画質を、常に良好なレベルに維持することが可能となる。
【００１６】
前記制御ユニットは、引き打ち式の駆動方法により、駆動電圧をオンにした待機状態から、一旦、オフにした後、再びオンにすることで、圧電アクチュエータを振動させて、圧力室内の液体を、ノズルを通して、液滴として吐出させるものである。微小振動制御部は、駆動電圧を再びオンにした直後、または液滴を吐出する際の駆動電圧をオフにする直前に、駆動電圧を、オフにならない範囲で周期的に降下と上昇とを複数回繰り返させることで、前記圧電アクチュエータを微小振動させるのが好ましい。
かかる構成では、前記引き打ち式の駆動方法において、駆動電圧を再びオンにした後、インク柱が切り離されて、インク滴が形成される時点での、圧電アクチュエータの残留振動を、強制的に、微小振動と一致させることができる。そのため、インク柱が切り離されて、インク滴が形成される際の状況（切り離される位置や方向）を常に一定に維持して、インク滴の飛翔方向が曲げられたり、ミストが発生したりするのを防止することができるため、形成画像の画質を、常に良好なレベルに維持することができる。
【００１７】
また前記引き打ち式の駆動方法によってインク滴を吐出させる直前の時点での、圧電アクチュエータの残留振動を、強制的に、微小振動と一致させて、インクメニスカスを静止状態で安定させることができる。したがって、一連の工程を経てノズルから吐出されるインク滴の大きさや形状を、個々の液滴吐出部ごとに、また、それぞれの液滴吐出部において１回ずつの動作ごとに、一定させることができるため、紙面に形成されるドットの大きさがばらつくのを防止して、形成画像の画質を、常に良好なレベルに維持することができる。
【００１８】
前記微小振動制御部は、液滴を吐出する毎に、駆動電圧を、オフにならない範囲で周期的に降下と上昇とを複数回繰り返させることで、前記圧電アクチュエータを微小振動させるのが好ましい。
また前記微小振動制御部は、前記パルス幅よりも短い期間の間、駆動電圧を、オフにならない範囲で周期的に降下と上昇とを複数回繰り返させることで、前記圧電アクチュエータを微小振動させるのが好ましい。
【００１９】
前記微小振動制御部は、駆動電圧をオン−オフ制御して液滴を吐出させる際の、前記圧電アクチュエータの変位量に対して５〜５０％の変位量で、前記圧電アクチュエータを微小振動させるのが好ましい。
圧電アクチュエータの微小振動の変位量が、前記範囲未満では、圧電アクチュエータを微小振動させることによる、残留振動を、強制的に、微小振動と一致させて、できるだけ小さい範囲に抑える効果が、十分に得られないおそれがあり、前記範囲を超える場合には、ノズルから液滴が吐出されるおそれがある。これに対し、変位量が５〜５０％の範囲内であれば、ノズルから液滴が吐出されるのを確実に防止しながら、圧電アクチュエータの残留振動を、より効果的に、できるだけ小さい範囲に抑えることが可能となる。
【００２０】
本発明の圧電インクジェットヘッドは、前記本発明の液体吐出装置を含み、インクジェットプリンタに組み込まれて、ノズルから、液滴としてのインク滴を吐出させて描画するために用いられることを特徴とするものであり、形成画像の画質を、常に良好なレベルに維持することができる。【００２１】
本発明の液体吐出装置の駆動方法は、
(a)  液体が充てんされる圧力室と、
(b)  圧力室に連通したノズルと、
(c)  駆動電圧が印加されると共に、駆動電圧がオン−オフ制御されることによって振動して、圧力室内の液体を、ノズルを通して、液滴として吐出させるための圧電アクチュエータと、
を備えた液体吐出装置の駆動方法であって、
駆動電圧をオンにした待機状態から、一旦、オフにした後、再びオンにすることで、前記圧電アクチュエータを振動させて前記ノズルから液滴を吐出させる工程と、前記ノズルから液滴を吐出させない待機時に、駆動電圧を降下させ、その降下途中のオフにならない範囲で駆動電圧を上昇させる操作を、液滴を吐出するときの駆動電圧をオンからオフまでのパルス幅よりも短い周期で複数回繰り返すことで前記圧電アクチュエータを、前記ノズルから液滴が吐出されない範囲で微小振動させる工程とを有することを特徴とする。
【００２２】
前記本発明の駆動方法によって、本発明の液体吐出装置を駆動させて、その待機時に、圧電アクチュエータを微小振動させるようにすると、先に説明したメカニズムによって残留振動を抑えて、形成画像の画質を、常に良好なレベルに維持することができる。また、例えば、既存の、微小振動の機能を有しない液体吐出装置の圧電アクチュエータを、外付けのプログラマブルコントローラ等を用いて、本発明の駆動方法によって駆動させることもでき、その場合にも、圧電アクチュエータの残留振動を抑えて、形成画像の画質を、常に良好なレベルに維持することができる。【００２３】
前記本発明の駆動方法においては、前記液滴を吐出させる工程の駆動電圧を再びオンにした直後、または前記液滴を吐出させる工程の駆動電圧をオフにする直前に、前記微小振動させる工程を行なうのが好ましい。また、前記液滴を吐出させる工程毎に、前記微小振動させる工程を行なうのが好ましい。
【００２４】
また前記微小振動させる工程の期間を、前記パルス幅よりも短くするのが好ましい。さらに、前記液滴を吐出させる工程での前記圧電アクチュエータの変位量に対する、前記微小振動させる工程での前記圧電アクチュエータの変位量を、５〜５０％とするのが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、圧電アクチュエータの残留振動の振幅を、できるだけ小さい範囲に抑えて、例えば、圧電インクジェットヘッドの場合は、形成画像の画質を良好なレベルに維持することができる液体吐出装置と、前記液体吐出装置を用いた圧電インクジェットヘッドと、前記残留振動の振幅を、できるだけ小さい範囲に抑えることができる液体吐出装置の駆動方法とを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、オンデマンド型のインクジェットプリンタ等に用いられる圧電インクジェットヘッドとしての、液体吐出装置の一例を示す断面図である。
【図２】図２は、図１の液体吐出装置の一例の、圧電アクチュエータの部分を拡大した断面図である。
【図３】図３は、図１の液体吐出装置を、通常の引き打ち式の駆動方法によって駆動する際に、駆動回路から圧電アクチュエータに印加される駆動電圧がオン−オフ制御されることによって発生する駆動電圧波形の一例と、この駆動電圧波形が印加された際の、ノズル内における、インクの体積速度の変化との関係を簡略化して示すグラフである。
【図４】図４は、圧電アクチュエータに駆動電圧を印加するための駆動回路を示す回路図である。
【図５】図５は、駆動回路から圧電アクチュエータに印加される駆動電圧をオン−オフ制御するための制御ユニットの、内部構成の一例を示すブロック図である。
【図６】図６は、通常の、引き打ち式の駆動方法を行う際に、制御ユニットから駆動回路の端子に入力されて、駆動電圧をオン−オフ制御するための制御信号の電圧波形を示すグラフである。
【図７】図７は、前記制御信号が入力された際に、駆動回路から圧電アクチュエータに印加される駆動電圧がオン−オフ制御されることで発生する駆動電圧波形を示すグラフである。
【図８】図８は、本発明の駆動方法を実施する際に、駆動回路から圧電アクチュエータに印加される駆動電圧がオン−オフ制御されることで発生する駆動電圧波形を示すグラフである。
【図９】図９は、図８のｔ１の付近の駆動電圧波形を拡大したグラフである。
【図１０】図１０は、図９の駆動電圧波形を発生させるために、制御ユニットから駆動回路の端子に入力されて、駆動電圧をオン−オフ制御するための制御信号の電圧波形を示すグラフである。
【図１１】図１１は、図８のｔ４の付近の駆動電圧波形を拡大したグラフである。
【図１２】図１２は、図１１の駆動電圧波形を発生させるために、制御ユニットから駆動回路の端子に入力されて、駆動電圧をオン−オフ制御するための制御信号の電圧波形を示すグラフである。
【図１３】図１３は、実施例において用意した液体吐出装置を解析するために用いた解析モデルを示す回路図である。
【図１４】図１４は、前記液体吐出装置を、図８の駆動電圧波形を有する駆動電圧によって駆動させた際の、ノズルの、圧力室側の端部での、インクの圧力と流速の変化を、前記解析モデルを用いて解析した結果を示すグラフである。
【図１５】図１５は、前記液体吐出装置を、図７の駆動電圧波形を有する駆動電圧によって駆動させた際の、ノズルの、圧力室側の端部での、インクの圧力と流速の変化を、前記解析モデルを用いて解析した結果を示すグラフである。
【図１６】図１６は、図１４の解析結果をもとにして、前記液体吐出装置を、図８の駆動電圧波形を有する駆動電圧によって駆動させた際に、ノズルから吐出されるインク滴の飛翔速度、体積、および形状を演算した結果を示す図である。
【図１７】図１７は、図１５の解析結果をもとにして、前記液体吐出装置を、図７の駆動電圧波形を有する駆動電圧によって駆動させた際に、ノズルから吐出されるインク滴の飛翔速度、体積、および形状を演算した結果を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１     液体吐出装置
２     圧力室
３     ノズル
４     液滴吐出部
５     基板
６     圧電セラミック層
７     圧電アクチュエータ
８     圧電変形領域
９     拘束領域
１０   個別電極
１１   共通電極
１２   振動板
１３   駆動回路
１４   制御ユニット
１５   活性領域
１６   電源線
１７   接地
１８   第１回路
１９   接地
２０   第２回路
２１   端子
２２   液滴吐出制御部
２３   微小振動制御部
２４   ドライバ
２５   Ｉ／Ｏポート
Ｒ１   抵抗
Ｒ２   抵抗
Ｒ３   抵抗
ＴＲ１ トランジスタ
ＴＲ２ トランジスタ
Ｔ１   固有振動周期
Ｔ２   パルス幅
ＴＥ   微小振動期間
ＴＳ   微小振動期間
ＶＰ   駆動電圧
ＶＣ   制御信号
ＶＣ１ 制御電圧
ＶＨ   電源電圧値
ＶＬ１ 電圧
ＶＬ２ 電圧
τＤＮ 時定数
τＵＰ 時定数
【発明の実施の形態】
【００２８】
本発明の液体吐出装置は、制御ユニットが、圧電アクチュエータの圧電変形領域を微小振動させるための微小振動制御部を有すること以外は、従来と同様に構成されるため、以下では、まず、液体吐出装置の全体の概略を、先に説明した図１、図２を挙げて説明する。すなわち、図１は、オンデマンド型のインクジェットプリンタ等に用いられる圧電インクジェットヘッドとしての、本発明の液体吐出装置１の一例を示す断面図である。また、図２は、図１の液体吐出装置１の一例の、圧電アクチュエータ７の部分を拡大した断面図である。図１、図２を参照して、この例の液体吐出装置１は、インクが充てんされる圧力室２と、前記圧力室２に連通し、圧力室２内のインクを、インク滴として吐出させるためのノズル３とを有する複数の液滴吐出部４を、面方向に配列させて形成した基板５と、前記基板５の複数の圧力室２を覆う大きさを有する圧電セラミック層６を含み、前記基板５上に積層された、板状の圧電アクチュエータ７とを備えている。
【００２９】
圧電アクチュエータ７は、個々の圧力室２に対応して配設され、個別に駆動電圧が印加されることによって、個別に、厚み方向に撓み変形する複数の圧電変形領域８と、前記圧電変形領域８を囲んで配設され、前記基板５に固定されることで変形が防止された拘束領域９とに区画されている。また、図の例の圧電アクチュエータ７は、圧電セラミック層６の、両図において上面に、圧力室２ごとに個別に形成されて、圧電変形領域８を区画する個別電極１０と、前記圧電セラミック層６の下面に、順に積層された、共に、複数の圧力室２を覆う大きさを有する、共通電極１１と振動板１２とを備えた、いわゆるユニモルフ型の構成を有している。各個別電極１０と、共通電極１１とは、それぞれ別個に、駆動回路１３に接続されており、駆動回路１３は、制御ユニット１４に接続されている。
【００３０】
圧電セラミック層６は、例えば、ＰＺＴ等の圧電材料によって形成されていると共に、層の厚み方向にあらかじめ分極されて、いわゆる横振動モードの圧電変形特性が付与されており、駆動回路１３から、任意の圧電変形領域８を区画する個別電極１０と共通電極１１との間に、前記分極方向と同方向の駆動電圧が印加されると、両電極１０、１１間に挟まれた、圧電変形領域８に対応する活性領域１５が、図２に横向きの白矢印で示すように、層の面方向に収縮される。しかし、圧電セラミック層６の下面は、共通電極１１を介して振動板１２に固定されているため、活性領域１５が収縮すると、それに伴って、圧電アクチュエータ７の圧電変形領域８が、図２に下向きの白矢印で示すように、圧力室２の方向に突出するように撓み変形する。この撓み変形した状態と、駆動電圧の印加を停止して撓み変形を解除した状態とを組み合わせることで、圧電変形領域８を振動させると、圧力室２内に充てんされたインクが、前記振動によって加圧されて、ノズル３を通して、インク滴として吐出される。
【００３１】
図４は、圧電アクチュエータ７に駆動電圧ＶＰを印加するための駆動回路１３を示す回路図である。図では、駆動回路１３のうち、１つの圧電変形領域８に対応する部分を示している。実際の駆動回路１３は、圧電アクチュエータ７上に形成された複数の圧電変形領域に対応する複数の、図４の回路が集積された構成を有している。図４を参照して、駆動回路１３は、電源線１６と、接地１７との間に、第１トランジスタＴＲ１のエミッタ−コレクタ間、抵抗Ｒ１、Ｒ２、および第２トランジスタＴＲ２のコレクタ−エミッタ間を直列に繋いで形成された第１回路１８と、前記第１回路１８の、抵抗Ｒ１、Ｒ２間から分岐して、抵抗Ｒ３、個別電極１０、圧電セラミック層６の活性領域１５、および共通電極１１を介して、接地１９に至る第２回路２０と、両トランジスタＴＲ１、ＴＲ２のベースに接続された、制御ユニット１４からの制御信号ＶＣを、前記両トランジスタＴＲ１、ＴＲ２のベースに入力するための端子２１とを備えている。個別電極１０、活性領域１５、および共通電極１１は、圧電変形領域８を構成し、等価的に、コンデンサとして機能する。
【００３２】
図５は、駆動回路１３から圧電アクチュエータ７に印加される駆動電圧ＶＰをオン−オフ制御するための制御ユニット１４の、内部構成の一例を示すブロック図である。図１、図４および図５を参照して、この例の制御ユニット１４は、前記駆動回路１３から圧電変形領域８に印加される駆動電圧を、個々の圧電変形領域８ごとにオン−オフ制御して、任意の圧電変形領域８を、通常の引き打ち式の駆動方法によって駆動させて、対応するノズル３から、画像形成のためのインク滴を吐出させる制御を行う制御信号ＶＣを発生させるための液滴吐出制御部２２と、ノズル３からインク滴を吐出させない待機時に、前記駆動電圧をオン−オフ制御して、圧電変形領域８を微小振動させる制御を行う制御信号ＶＣを発生させるための微小振動制御部２３とを備えている。
【００３３】
液滴吐出制御部２２および微小振動制御部２３で発生させた制御信号ＶＣは、ドライバ２４を介して出力されて、駆動回路１３の端子２１に入力される。また、制御ユニット１４には、図示しないパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等を接続して、形成画像のデータ信号等を受信したり、前記ＰＣ等に、印刷終了等の、インクジェットプリンタの現在の状態を知らせる信号を送信したりするためのＩ／Ｏポート２５が設けられている。
【００３４】
液滴吐出制御部２２からの制御信号ＶＣは、形成画像のデータ信号等に基づいて、図４の駆動回路１３の、個々の圧電変形領域８に対応する各部分ごとの端子２１に、個別に入力される。そして、入力された制御信号ＶＣに基づいて、先に説明したように、駆動回路１３から圧電変形領域８に印加される駆動電圧ＶＰが、各圧電変形領域８ごとに、個別にオン−オフ制御されることで、任意の圧電変形領域８が個別に駆動されて、対応するノズル３からインク滴が吐出されて、紙面に画像が形成される。
【００３５】
図６は、通常の、引き打ち式の駆動方法を行う際に、制御ユニット１４から、駆動回路１３の１つの端子２１に入力されて、駆動電圧ＶＰをオン−オフ制御するための制御信号ＶＣの電圧波形を示すグラフである。また、図７は、前記制御信号ＶＣが入力された際に、駆動回路１３から、圧電アクチュエータ７の、対応する圧電変形領域８に印加される駆動電圧ＶＰがオン−オフ制御されることで発生する駆動電圧波形を示すグラフである。図１、図４〜図７を参照して、通常の、引き打ち式の駆動方法においては、制御ユニット１４のうち、液滴吐出制御部２２が機能し、図６、図７のｔ１より左側の、ノズル３からインク滴を吐出させない待機時に、前記液滴吐出制御部２２は、端子２１を介して、両トランジスタＴＲ１、ＴＲ２のベースに、一定の制御電圧ＶＣ１を入力（ＶＣ＝ＶＣ１）した状態を維持する。
【００３６】
そのため、第１トランジスタＴＲ１のエミッタ−コレクタ間がオン、第２トランジスタＴＲ２のコレクタ−エミッタ間がオフとなり、電源線１６から、第１トランジスタＴＲ１のエミッタ−コレクタ間、および抵抗Ｒ１、Ｒ３、を介して、圧電変形領域８を構成する個別電極１０と共通電極１１との間に、前記電源線１６の電源電圧値ＶＨに相当する駆動電圧ＶＰが継続的に印加される（ＶＰ＝ＶＨ）。そして、先に説明したように、活性領域１５が、面方向に収縮し続けることによって、圧電変形領域８が、圧力室２の方向に突出するように撓み変形されて、前記圧力室２の容積を減少させた状態が維持される。
【００３７】
前記ｔ１の時点で、液滴吐出制御部２２は、端子２１を介して、両トランジスタＴＲ１、ＴＲ２のベースに印加していた制御電圧ＶＣ１を停止する（ＶＣ＝０Ｖ）。そうすると、第１トランジスタＴＲ１のエミッタ−コレクタ間がオフ、第２トランジスタＴＲ２のコレクタ−エミッタ間がオンとなるため、活性領域１５に印加されていた駆動電圧ＶＰが、抵抗Ｒ３、Ｒ２、および第２トランジスタＴＲ２のコレクタ−エミッタ間を介して、接地１７に放電される。
【００３８】
その際、駆動電圧ＶＰは、ＶＨから、式(i)：
ＶＰ＝ＶＨ×ｅｘｐ[-ｔＤＮ／τＤＮ]      (i)
〔式中、ｔＤＮは、ｔ１からの経過時間、τＤＮは、駆動電圧ＶＰをＶＨから０Ｖまで放電する駆動電圧波形の立ち下がり時の、電圧低下の時定数である。〕
に基づいて立ち下がり、やがて０Ｖになる（ＶＰ＝０Ｖ）。時定数τＤＮは、式(ii)：
τＤＮ＝ＣＰ×（ｒ２＋ｒ３）      (ii)
〔式中、ＣＰは、活性領域１５の、コンデンサとしての容量、ｒ２、ｒ３は、それぞれ、抵抗Ｒ２、Ｒ３の抵抗値である。〕
によって求められる。そして、これによって、活性領域１５の収縮が解除されると共に、圧電変形領域８の撓みが解除され、圧力室２の容積が増加して、先に説明したインクの、体積速度の固有振動（図３参照）が開始される。なお、活性領域１５の、コンデンサとしての容量ＣＰは、前記活性領域１５の面積（＝個別電極１０の面積）や、圧電セラミック層６を形成するセラミック材料の種類や組成、前記圧電セラミック層６の厚み等によって規定される。
【００３９】
次に、前記ｔ０から、インクの体積速度の固有振動周期Ｔ１の約１／２倍の時間Ｔ２が経過したｔ２の時点で、液滴吐出制御部２２は、端子２１を介して、両トランジスタＴＲ１、ＴＲ２のベースに、再び、制御電圧ＶＣ１を印加する（ＶＣ＝ＶＣ１）。そうすると、第１トランジスタＴＲ１のエミッタ−コレクタ間がオン、第２トランジスタＴＲ２のコレクタ−エミッタ間がオフとなるため、電源線１６から、第１トランジスタＴＲ１のエミッタ−コレクタ間、抵抗Ｒ１、Ｒ３、および個別電極１０を介して、活性領域１５に、再び、充電が開始される。
【００４０】
その際、駆動電圧ＶＰは、０Ｖから、式(iii)：
ＶＰ＝ＶＨ×[１−ｅｘｐ[−ｔＵＰ／τＵＰ]]      (iii)
〔式中、ｔＵＰは、ｔ２からの経過時間、τＵＰは、駆動電圧を０ＶからＶＨまで充電する駆動電圧波形の立ち上がり時の、電圧上昇の時定数である。〕
に基づいて立ち上がり、やがてＶＨになる（ＶＰ＝ＶＨ）。時定数τＵＰは、式(iv)：
τＵＰ＝ＣＰ×（ｒ１＋ｒ３）      (iv)
〔式中、ＣＰは、活性領域１５の、コンデンサとしての容量、ｒ１、ｒ３は、それぞれ、抵抗Ｒ１、Ｒ３の抵抗値である。〕
によって求められる。そして、これによって、活性領域１５が再び収縮すると共に、圧電変形領域８が撓んで、圧力室２の容積が減少することで、ノズルの先端からインク柱が突出し、やがて切り離されて、インク滴として、紙面に飛翔してドットが形成される。
【００４１】
図８は、本発明の駆動方法を実施する際に、駆動回路１３から、圧電アクチュエータ７の任意の圧電変形領域８に印加される駆動電圧ＶＰがオン−オフ制御されることで発生する駆動電圧波形を示すグラフである。図９は、図８のｔ１の付近の駆動電圧波形を拡大したグラフである。図１０は、図９の駆動電圧波形を発生させるために、制御ユニット１４から、駆動回路１３の任意の端子２１に入力されて、駆動電圧ＶＰをオン−オフ制御するための制御信号ＶＣの電圧波形を示すグラフである。図１１は、図８のｔ４の付近の駆動電圧波形を拡大したグラフである。図１２は、図１１の駆動電圧波形を発生させるために、制御ユニット１４から、駆動回路１３の任意の端子２１に入力されて、駆動電圧ＶＰをオン−オフ制御するための制御信号ＶＣの電圧波形を示すグラフである。
【００４２】
前記各図を参照して、この例の駆動方法のうち、インク滴吐出のための基本的な動作部分は、先に説明した、通常の、引き打ち式の駆動方法と同じであり、制御ユニット１４のうち、液滴吐出制御部２２が機能して、インク滴の吐出を行う。従来との相違点は、
(I)  ｔ１以前の待機状態から、ｔ１の時点で、インク滴を吐出させるために、駆動電圧ＶＰを、一旦、オフにして電圧を下降させるまでの、ｔ０からｔ１までの間の一定期間（「微小振動期間」とする）ＴＳに亘って、制御ユニット１４のうち、微小振動制御部２３が機能して、前記駆動電圧ＶＰを、オフにならない範囲で、周期的に降下と上昇とを繰り返させて、圧電変形領域８を微小振動させている点、および
(II)  前記ｔ０から、インクの体積速度の固有振動周期Ｔ１の約１／２倍の時間Ｔ２が経過したｔ２の時点で、駆動電圧ＶＰを、再びオンにして電圧を上昇させて、ＶＰ＝ＶＨとなったｔ４の時点から、ｔ５までの一定期間（「微小振動期間」とする）ＴＥに亘って、同様に、前記微小振動制御部２３が機能して、前記駆動電圧ＶＰを、オフにならない範囲で、周期的に降下と上昇とを繰り返させて、圧電変形領域８を微小振動させている点、
にある。前記(I)(II)の電圧制御は、インク滴吐出時のオン−オフ制御と同じく、図４の駆動回路１３を用いて行われる。
【００４３】
図４、図５、図８〜図１０を参照して、前記(I)の電圧制御において、微小振動制御部２３は、まず、待機途中のｔ０の時点で、両トランジスタＴＲ１、ＴＲ２のベースに印加していた制御電圧ＶＣ１を停止（ＶＣ＝０Ｖ）して、駆動電圧ＶＰを、ＶＨから、前記式(i)に基づいて立ち下がらせる。次いで、立ち下がった駆動電圧ＶＰが、前記ＶＨよりもわずかに小さい電圧ＶＬ１に達した時点で、再び、両トランジスタＴＲ１、ＴＲ２のベースに制御電圧ＶＣ１を印加（ＶＣ＝ＶＣ１）して、駆動電圧ＶＰを、ＶＬ１から、前記式(iii)に基づいて立ち上がらせた後、立ち上がった駆動電圧ＶＰがＶＨに達した時点で、再度、制御電圧ＶＣ１を停止（ＶＣ＝０Ｖ）して、駆動電圧ＶＰを、前記式(i)に基づいて立ち下がらせる。
【００４４】
前記操作を、ｔ０からｔ１までの間の微小振動期間ＴＳに亘って繰り返すと、圧電アクチュエータ７の圧電変形領域８を微小振動させて、前記圧電変形領域８の残留振動を、強制的に、前記微小振動と一致させることができる。そのため、電圧ＶＨとＶＬ１との間の電位差によって規定される微小振動の振幅を、できるだけ小さい範囲に設定しておけば、残留振動の振幅を同じ範囲に維持して、インク滴の吐出を開始するｔ１の時点で、インクメニスカスを、静止状態で安定させることができる。したがって、引き打ち式の一連の工程を経てノズル３から吐出されるインク滴の大きさや形状を、個々の液滴吐出部４ごとに、また、それぞれの液滴吐出部４において１回ずつの動作ごとに、一定させることができるため、紙面に形成されるドットの大きさがばらつくのを防止して、形成画像の画質を、常に良好なレベルに維持することができる。
【００４５】
図４、図５、図８、図１１、図１２を参照して、前記(II)の電圧制御において、微小振動制御部２３は、引き打ち式の駆動が終了して、駆動電圧ＶＰがＶＨに達したｔ４の時点で、まず、両トランジスタＴＲ１、ＴＲ２のベースに印加していた制御電圧ＶＣ１を停止（ＶＣ＝０Ｖ）して、駆動電圧ＶＰを、ＶＨから、前記式(i)に基づいて立ち下がらせる。次いで、立ち下がった駆動電圧ＶＰが、前記ＶＨよりもわずかに小さいＶＬ２に達した時点で、再び、両トランジスタＴＲ１、ＴＲ２のベースに制御電圧ＶＣ１を印加（ＶＣ＝ＶＣ１）して、駆動電圧ＶＰを、ＶＬ２から、前記式(iii)に基づいて立ち上がらせた後、立ち上がった駆動電圧ＶＰがＶＨに達した時点で、再度、制御電圧ＶＣ１を停止（ＶＣ＝０Ｖ）して、駆動電圧ＶＰを、前記式(i)に基づいて立ち下がらせる。
【００４６】
前記操作を、ｔ４からｔ５までの間の微小振動期間ＴＥに亘って繰り返すと、圧電アクチュエータ７の圧電変形領域８を微小振動させて、引き打ち式の駆動方法によって発生したインク柱が切り離されて、インク滴が形成される時点（図３のｔ３の時点）での、圧電変形領域８の残留振動を、強制的に、微小振動と一致させることができる。そのため、電圧ＶＨとＶＬ２との間の電位差によって規定される微小振動の振幅を、できるだけ小さい範囲に設定しておけば、残留振動の振幅を同じ範囲に維持することで、インク柱が切り離されて、インク滴が形成される際の状況（切り離される位置や方向）を常に一定に維持して、インク滴の飛翔方向が曲げられたり、ミストが発生したりするのを防止することができるため、形成画像の画質を、常に良好なレベルに維持することができる。ノズル３からインク滴を吐出させない待機状態の圧電変形領域８は、待機期間中、微小振動を続けても良いし、微小振動させずに静止状態を維持しても良いし、任意の間隔で微小振動を繰り返しても良い。
【００４７】
本発明の構成は、以上で説明した各図の例には限定されない。例えば、前記(I)(II)の電圧制御は、いずれか一方のみを行うだけでもよい。いずれか一方のみの電圧制御だけでも、インク滴の吐出ごとに繰り返し行われることから、圧電変形領域８の残留振動を抑えて、形成画像の画質を良好なレベルに維持することができる。また、インク滴の吐出が終了したｔ４の時点から、次のインク滴を吐出させるｔ１の時点まで、継続して、つまり(I)(II)の動作を連続的に行って、圧電変形領域８を微小振動させ続けるようにしてもよい。あるいはまた、前記(I)(II)の電圧制御の少なくとも一方を行うモードと、全く行わないモード、つまり通常の引き打ち式の駆動方法とを選択して実施できるようにしてもよい。
【００４８】
前記(I)(II)の電圧制御によって発生させる圧電変形領域８の微小振動の振幅は、小さければ小さいほど、形成画像の画質に与える影響を小さくできるが、振幅が小さすぎる場合には、圧電変形領域８の残留振動を微小振動と一致させるのに要する時間が長くなって、先のインク滴の吐出後、次のインク滴を吐出させるまでに、発生した残留振動を、強制的に、微小振動と一致させて、できるだけ小さい範囲に抑えることができない場合を生じる。そのため、微小振動の振幅を好適な範囲に設定する必要がある。ただし、微小振動の振幅の最適な範囲は、液体吐出装置１の構造や、各部の寸法、形状等によって異なるため、一概に、好適な範囲を規定することはできない。
【００４９】
しかし、ノズル３からインク滴を吐出するために、駆動電圧ＶＰを、ＶＨと０Ｖとの間でオン−オフ制御した際の、圧電変形領域８の変位量に対する、前記微小振動時の、電圧の電位差ＶＨ−ＶＬ１またはＶＨ−ＶＬ２分の、圧電変形領域８の変位量の百分率で表して、およそ５〜５０％、特に、５〜４０％、さらには、１０〜３０％程度とするのが好ましい。圧電変形領域８の微小振動の変位量が、前記範囲未満では、先に説明したように、微小振動させることによる、残留振動を、強制的に、微小振動と一致させて、できるだけ小さい範囲に抑える効果が、十分に得られないおそれがあり、前記範囲を超える場合には、ノズル３から液滴が吐出されるおそれがある。これに対し、変位量が前記範囲内であれば、ノズル３から液滴が吐出されるのを確実に防止しながら、圧電変形領域８の残留振動を、より効果的に、できるだけ小さい範囲に抑えることが可能となる。
【００５０】
図の例では、図４の駆動回路１３に入力する制御信号ＶＣのパルス幅を、図１０、図１２に示すように調整して、駆動電圧ＶＰを、前記駆動回路１３において、活性領域１５の、コンデンサとしての容量ＣＰと、抵抗Ｒ２、Ｒ３の抵抗値ｒ２、ｒ３とによって規定される、あらかじめ設定された、オフ時の立ち下がりの時定数τＤＮに基づいて降下させ、その降下途中の、オフにならない範囲で、前記駆動回路１３において、前記容量ＣＰと、抵抗Ｒ１、Ｒ３の抵抗値ｒ１、ｒ３とによって規定される、あらかじめ設定された、オン時の立ち上がりの時定数τＵＰに基づいて上昇させる操作を繰り返すことで、圧電アクチュエータ７の圧電変形領域８を微小振動させていた。つまり、図の例では、圧電アクチュエータ７の過渡現象に依存して、前記圧電アクチュエータ７の圧電変形領域８を、微小振動させていた。そして、微小振動の変位量は、制御信号のパルス幅を調整することで、制御していた。
【００５１】
しかし、前記過渡現象に依存せずに、圧電アクチュエータ７の圧電変形領域８を微小振動させることも可能である。例えば、圧電アクチュエータ７の寸法、形状等に依存して、前記容量ＣＰと、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の抵抗値ｒ１、ｒ２、ｒ３とによって規定される時定数τＤＮ、τＵＰが小さいため、前記過渡現象に依存した制御が難しい場合等においては、図４の駆動回路１３に入力する制御信号ＶＣを、図１０、図１２に示すオン−オフ２値の波形ではなく、制御電圧ＶＣ１と、前記制御電圧ＶＣ１より低いものの、０Ｖではない制御電圧ＶＣ２との間で、繰り返し変化するものとして、駆動回路１３において発生させる駆動電圧ＶＰを、電圧ＶＨと、前記電圧ＶＨより低い電圧ＶＬ２との間で変化させることで、圧電アクチュエータ７の圧電変形領域８を微小振動させてもよい。前記微小振動の変位量は、制御信号の電圧値ＶＣ２を調整することによって制御できる。
【００５２】
図の例では、インク滴の吐出のための、駆動電圧のオン−オフ制御と、微小振動のための電圧制御とを、同じ、図４の駆動回路１３を用いて実施していたが、両制御を別回路で実施するようにしてもよい。ただし、特にインクジェットプリンタにおいては、近年の、高画質化の要求に伴って、１つの圧電インクジェットヘッド上に、極めて多数の液滴吐出部４が設定される傾向にあることから、装置の簡略化を考慮すると、図の例のように、駆動電圧のオン−オフ制御と、微小振動のための電圧制御とを、同じ駆動回路１３を用いて実施するのが好ましい。また、インク滴を吐出するための駆動方法は、引き打ち式には限定されず、いわゆる押し打ち式その他の駆動方法であっても良い。いずれの駆動方法においても、インク滴を吐出させない待機時に、圧電アクチュエータの圧電変形領域を微小振動させることで、前記圧電変形領域の、残留振動の振幅を、できるだけ小さい範囲に抑えて、形成画像の画質を向上することができる。
【００５３】
本発明の液体吐出装置１の用途は、圧電インクジェットヘッドには限定されず、例えば、マイクロポンプ等にも適用することができる。また、本発明の駆動方法は、先に説明したように、本発明の液体吐出装置１以外の、微小振動の機能を本来的に有しない液体吐出装置の駆動に適用することもできる。その際には、外付けのプログラマブルコントローラを接続したり、制御ユニット１４を、微小振動制御部２３を含むものと交換したりすればよい。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更を施すことができる。
【実施例】
【００５４】
《実施例１》
図１に示す構造を有し、圧電アクチュエータ８の残留振動の共振周期が１．４μｓｅｃである、圧電インクジェットヘッドとしての液体吐出装置１を用意した。そして、前記液体吐出装置１の、圧電アクチュエータ７の任意の圧電変形領域８に、駆動回路１３から、下記２種の駆動電圧のうちのいずれか一方を印加して駆動させた際の、ノズル３の、圧力室２側の端部での、インクの圧力と流速の変化を、図１３の解析モデルを用いて、擬似圧縮法によって流体解析した。駆動電圧Ａを印加した際の結果を図１４、駆動電圧Ｂを印加した際の結果を図１５に示す。また、前記解析結果をもとに、ノズル３から吐出されるインク滴の飛翔速度、体積および形状を演算した。駆動電圧Ａを印加した際の結果を図１６、駆動電圧Ｂを印加した際の結果を図１７に示す。【００５５】
（駆動電圧Ａ）
図８に示す駆動電圧波形を有し、かつ、待機時の電圧値ＶＨが１５Ｖ、パルス幅Ｔ２が６．２μｓｅｃ、駆動電圧波形の立ち下りおよび立ち上がりの時定数τＤＮおよびτＵＰが、共に１．０μｓｅｃ、微小振動期間ＴＳが２．０μｓｅｃ、微小振動期間ＴＥが２．０μｓｅｃ、駆動電圧ＶＰを、ＶＨと０Ｖとの間でオン−オフ制御した際の、圧電変形領域８の変位量に対する、微小振動時の、電圧の電位差ＶＨ−ＶＬ１またはＶＨ−ＶＬ２分の、圧電変形領域８の変位量の百分率が２０％である駆動電圧。
（駆動電圧Ｂ）
図７に示す駆動電圧波形を有し、かつ、待機時の電圧値ＶＨが１５Ｖ、パルス幅Ｔ２が６．２μｓｅｃ、駆動電圧波形の立ち下りおよび立ち上がりの時定数τＤＮおよびτＵＰが、共に１．０μｓｅｃである駆動電圧。【００５６】
図１４〜図１７より、液体吐出装置１を、本発明の駆動方法にかかる、図８の駆動電圧波形を有する駆動電圧を印加して駆動させると、従来の、図７の駆動電圧波形を有する駆動電圧を印加して駆動させた場合に比べて、圧電アクチュエータ７の残留振動の振幅を、できるだけ小さい範囲に抑えて、前記残留振動に起因する、インク滴の分離や、速度の遅い不要なインク滴、あるいはミストの吐出を抑制することができ、形成画像に、サテライトと呼ばれる余分なドットが形成されて、形成画像の画質が低下するのを防止できることが確認された。【００５７】
《実施例２》
実施例１で使用したのと同じ液体吐出装置の、圧電アクチュエータ７の任意の圧電変形領域８に、駆動回路１３から、図８に示す駆動電圧波形を有し、かつ、駆動電圧ＶＰを、ＶＨと０Ｖとの間でオン−オフ制御した際の、圧電変形領域８の変位量に対する、微小振動時の、電圧の電位差ＶＨ−ＶＬ１またはＶＨ−ＶＬ２分の、圧電変形領域８の変位量の百分率を、表１に示す値としたこと以外は、前記駆動電圧Ａと同じ駆動電圧を印加して駆動させて、ノズル３からインク滴を吐出させた。そして、吐出されたインク滴を観察すると共に、前記インク滴によって形成された画像を観察して、下記の基準で、インク滴の吐出性能を評価した。【００５８】
極めて良好：ノズルから吐出されたインク滴に、速度の遅い不要なインク滴やミスト等が観察されなかった上、形成画像にもサテライトは見られなかった。
良好：形成画像に、僅かにサテライトが見られたが、ノズルから吐出されたインク滴には、速度の遅い不要なインク滴やミスト等は観察されなかった。
実用レベル：ノズルから吐出されたインク滴に、速度の遅い不要なインク滴やミスト等が観察されると共に、形成画像に、僅かにサテライトが見られたが、実用可能なレベルであった。
不良：ノズルから吐出されたインク滴に、速度の遅い不要なインク滴やミスト等が観察された上、形成画像に多数のサテライトが見られた。
結果を表１に示す。【００５９】
【表１】
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【００６０】
表より、駆動電圧ＶＰを、ＶＨと０Ｖとの間でオン−オフ制御した際の、圧電変形領域８の変位量に対する、微小振動時の、電圧の電位差ＶＨ−ＶＬ１またはＶＨ−ＶＬ２分の、圧電変形領域８の変位量の百分率は５〜５０％、特に５〜４０％であるのが好ましいことが確認された。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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