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JP2023114731A - 液体吐出装置 - Google Patents

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JP2023114731A
JP2023114731A JP2022017211A JP2022017211A JP2023114731A JP 2023114731 A JP2023114731 A JP 2023114731A JP 2022017211 A JP2022017211 A JP 2022017211A JP 2022017211 A JP2022017211 A JP 2022017211A JP 2023114731 A JP2023114731 A JP 2023114731A
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匡矩 御子柴
Masanori Mikoshiba
本規 ▲高▼部
Honki Takabe
孝憲 四十物
Takanori Aimono
敬齢 王
Jingling Wang
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    • B41J2/01Ink jet
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    • B41J2/14201Structure of print heads with piezoelectric elements

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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

【課題】液体吐出装置の吐出特性を向上させる。【解決手段】液体吐出装置は、振動板の第1面の上に積層され、液体を吐出するノズルに連通する圧力室を区画する隔壁を有する圧力室基板と、振動板の第2面の上に積層され、振動板の厚さ方向にみて圧力室の中心に重なる第1能動部と第1能動部よりも圧力室の外縁に近い位置で圧力室に重なる第2能動部とを有する圧電素子と、第1能動部を駆動する第1駆動信号と、第2能動部を駆動する第2駆動信号と、を生成する駆動信号生成部と、を備え、第1駆動信号は、周期的な単位期間ごとに圧力室の容積を収縮させる第1収縮要素を含み、第2駆動信号は、単位期間ごとに圧力室の容積を収縮させる第2収縮要素を含み、第1収縮要素が第1能動部に供給される第1期間と、第2収縮要素が第2能動部に供給される第2期間と、が互いに重なる収縮工程を実行する。【選択図】図9

Description

本開示は、液体吐出装置に関する。
ピエゾ方式のインクジェットプリンターに代表される液体吐出装置は、一般に、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上に圧電素子を配置した構成を採用する。ここで、圧力室には、インク等の液体が収容される。そして、圧電素子は、振動板を変形させることにより、圧力室の容積の膨張または収縮を伴って、ノズルから液体を吐出させる。
このような液体吐出装置の圧電素子は、例えば、特許文献1に開示されるように、振動板の厚さ方向にみて圧力室の中央部に重なる能動部と圧力室の端部に重なる能動部とに区分される場合がある。
特開2000-25225号公報
しかし、特許文献1には、前述の2つの能動部のそれぞれを駆動するための具体的な駆動信号に関する開示がない。このような状況のもと、吐出特性に優れる液体吐出装置の実現が望まれる。
以上の課題を解決するために、本開示に係る液体吐出装置の一態様は、第1面と前記第1面とは反対方向を向く第2面とを有する振動板と、前記第1面の上に積層され、液体を吐出するノズルに連通する圧力室を区画する隔壁を有する圧力室基板と、前記第2面の上に積層され、前記振動板の厚さ方向にみて前記圧力室の中心に重なる第1能動部と前記第1能動部よりも前記圧力室の外縁に近い位置で前記圧力室に重なる第2能動部とを有する圧電素子と、前記第1能動部を駆動する第1駆動信号と、前記第2能動部を駆動する第2駆動信号と、を生成する駆動信号生成部と、を備え、前記第1駆動信号は、前記圧力室の容積を収縮させる第1収縮要素を周期的な単位期間ごとに含み、前記第2駆動信号は、前記単位期間ごとに前記圧力室の容積を収縮させる第2収縮要素を前記単位期間ごとに含み、前記第1収縮要素が前記第1能動部に供給される第1期間と、前記第2収縮要素が前記第2能動部に供給される第2期間と、が互いに重なる収縮工程を実行する。
本開示に係る液体吐出装置の他の一態様は、第1面と前記第1面とは反対方向を向く第2面とを有する振動板と、前記第1面の上に積層され、液体を吐出するノズルに連通する圧力室を区画する隔壁を有する圧力室基板と、前記第2面の上に積層され、前記振動板の厚さ方向にみて前記圧力室の中心に重なる第1能動部と前記第1能動部よりも前記圧力室の外縁に近い位置で前記圧力室に重なる第2能動部とを有する圧電素子と、前記第1能動部を駆動する第1駆動信号と、前記第2能動部を駆動する第2駆動信号と、を生成する駆動信号生成部と、を備え、前記第1駆動信号は、第1電位から第2電位に変化する第1期間を周期的な単位期間ごとに含み、前記第2駆動信号は、第3電位から第4電位に変化する第2期間を前記単位期間ごとに含み、前記第1期間および前記第2期間が互いに重なる。
第1実施形態に係る液体吐出装置を模式的に示す構成図である。 第1実施形態に係る液体吐出装置の電気的構成を示す図である。 ヘッドチップの分解斜視図である。 図3中のA-A線断面図である。 ヘッドチップの平面図である。 図5中のB-B線断面図である。 切替回路を説明するための図である。 第1実施形態での第1駆動信号および第2駆動信号を説明するための図である。 第1実施形態での収縮工程を説明するための図である。 第1駆動信号による振動板の変形を説明するための模式図である。 第2駆動信号による振動板の変形を説明するための模式図である。 第2実施形態での収縮工程を説明するための図である。 第3実施形態での第1駆動信号および第2駆動信号を説明するための図である。 第3実施形態での収縮工程および膨張工程を説明するための図である。 第4実施形態での収縮工程および膨張工程を説明するための図である。 第5実施形態での収縮工程、膨張工程および制振工程を説明するための図である。 第6実施形態での第1駆動信号および第2駆動信号を説明するための図である。 第6実施形態での収縮工程および膨張工程を説明するための図である。 第7実施形態での収縮工程および膨張工程を説明するための図である。 第8実施形態での第1駆動信号および第2駆動信号を説明するための図である。 第8実施形態での収縮工程、第1膨張工程および第2膨張工程を説明するための図である。 第9実施形態での収縮工程、第1膨張工程および第2膨張工程を説明するための図である。 第10実施形態での収縮工程および膨張工程を説明するための図である。 変形例1での収縮工程および膨張工程を説明するための図である。
以下、添付図面を参照しながら本開示に係る好適な実施形態を説明する。なお、図面において各部の寸法および縮尺は実際と適宜に異なり、理解を容易にするために模式的に示している部分もある。また、本開示の範囲は、以下の説明において特に本開示を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られない。
なお、以下の説明は、便宜上、互いに交差するX軸、Y軸およびZ軸を適宜に用いて行う。また、以下では、X軸に沿う一方向がX1方向であり、X1方向と反対の方向がX2方向である。同様に、Y軸に沿って互いに反対の方向がY1方向およびY2方向である。また、Z軸に沿って互いに反対の方向がZ1方向およびZ2方向である。また、Z軸に沿う方向でみることを「平面視」という場合がある。
ここで、典型的には、Z軸が鉛直な軸であり、Z2方向が鉛直方向での下方向に相当する。ただし、Z軸は、鉛直な軸でなくともよい。また、X軸、Y軸およびZ軸は、典型的には互いに直交するが、これに限定されず、例えば、80°以上100°以下の範囲内の角度で交差すればよい。
1.第1実施形態
1-1.液体吐出装置の全体構成
図1は、第1実施形態に係る液体吐出装置100を模式的に示す構成図である。液体吐出装置100は、液体の一例であるインクを液滴として媒体Mに吐出するインクジェット方式の印刷装置である。媒体Mは、典型的には印刷用紙である。なお、媒体Mは、印刷用紙に限定されず、例えば、樹脂フィルムまたは布帛等の任意の材質の印刷対象でもよい。
図1に示すように、液体吐出装置100は、液体容器10と制御ユニット20と搬送機構30と移動機構40と液体吐出ヘッド50とを有する。
液体容器10は、インクを貯留する容器である。液体容器10の具体的な態様としては、例えば、液体吐出装置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、および、インクを補充可能なインクタンクが挙げられる。なお、液体容器10に貯留されるインクの種類は任意である。
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、液体吐出装置100の各要素の動作を制御する。
搬送機構30は、制御ユニット20による制御のもとで、媒体MをY2方向に搬送する。移動機構40は、制御ユニット20による制御のもとで、液体吐出ヘッド50をX1方向とX2方向とに往復させる。図1に示す例では、移動機構40は、液体吐出ヘッド50を収容する略箱型のキャリッジ41と、キャリッジ41が固定される無端状の搬送ベルト42と、を有する。なお、キャリッジ41に搭載される液体吐出ヘッド50の数は、1個に限定されず、複数個でもよい。また、キャリッジ41には、液体吐出ヘッド50のほかに、前述の液体容器10が搭載されてもよい。
液体吐出ヘッド50は、制御ユニット20による制御のもとで、液体容器10から供給されるインクを複数のノズルのそれぞれから媒体Mに向けてZ2方向に吐出する。この吐出が搬送機構30による媒体Mの搬送と移動機構40による液体吐出ヘッド50の往復移動とに並行して行われることにより、媒体Mの表面にインクによる画像が形成される。
1-2.液体吐出装置の電気的構成
図2は、第1実施形態に係る液体吐出装置100の電気的構成を示す図である。以下、図2に基づいて、制御ユニット20について説明するが、これに先立ち、液体吐出ヘッド50について簡単に説明する。
図2に示すように、液体吐出ヘッド50は、ヘッドチップ51と切替回路52とを有する。
ヘッドチップ51は、複数の圧電素子51fを有しており、当該複数の圧電素子51fの適宜の駆動により、インクをノズルから吐出する。ここで、各圧電素子51fは、「第1能動部」の一例である能動部P1と、「第2能動部」の一例である能動部P2と、「第3能動部」の一例である能動部P3と、を有する。そして、能動部P1は、供給信号Vin-Aの供給を受けて駆動する。一方、能動部P2および能動部P3のそれぞれは、供給信号Vin-Bの供給を受けて駆動する。なお、ヘッドチップ51の詳細については、後に図3から図6に基づいて説明する。
切替回路52は、制御ユニット20による制御のもと、ヘッドチップ51の有する複数の圧電素子51fのそれぞれについて、制御ユニット20から出力される第1駆動信号Com-Aおよび第2駆動信号Com-Bを各圧電素子51fに供給するか否かを切り替える。第1駆動信号Com-Aは、供給信号Vin-Aとして能動部P1に供給される。第2駆動信号Com-Bは、供給信号Vin-Bとして能動部P2、P3に供給される。なお、切替回路52の詳細については、後に図7に基づいて説明する。
なお、図2に示す例では、液体吐出ヘッド50の有するヘッドチップ51の数が1個であるが、これに限定されず、液体吐出ヘッド50の有するヘッドチップ51の数が2個以上でもよい。
図2に示すように、制御ユニット20は、制御回路21と、記憶回路22と、電源回路23と、「駆動信号生成部」の一例である駆動信号生成回路24と、を有する。
制御回路21は、液体吐出装置100の各部の動作を制御する機能と、各種データを処理する機能と、を有する。制御回路21は、例えば、1個以上のCPU(Central Processing Unit)等のプロセッサーを含む。なお、制御回路21は、CPUに代えて、または、CPUに加えて、FPGA(field-programmable gate array)等のプログラマブルロジックデバイスを含んでもよい。また、制御回路21が複数のプロセッサーで構成される場合、当該複数のプロセッサーが互いに異なる基板等に実装されてもよい。
記憶回路22は、制御回路21が実行する各種プログラムと、制御回路21が処理する印刷データImg等の各種データと、を記憶する。記憶回路22は、例えば、RAM(Random Access Memory)等の揮発性のメモリーとROM(Read Only Memory)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)またはPROM(Programmable ROM)等の不揮発性メモリーとの一方または両方の半導体メモリーを含む。印刷データImgは、パーソナルコンピューターまたはデジタルカメラ等の外部装置200から供給される。なお、記憶回路22は、制御回路21の一部として構成されてもよい。
電源回路23は、図示しない商用電源から電力の供給を受け、所定の各種電位を生成する。生成した各種電位は、液体吐出装置100の各部に適宜に供給される。例えば、電源回路23は、電源電位VHVとオフセット電位VBSとを生成する。オフセット電位VBSは、液体吐出ヘッド50に供給される。また、電源電位VHVは、駆動信号生成回路24に供給される。
駆動信号生成回路24は、第1駆動信号Com-Aおよび第2駆動信号Com-Bを生成する回路である。具体的には、駆動信号生成回路24は、例えば、DA変換回路と増幅回路とを有する。駆動信号生成回路24では、当該DA変換回路が制御回路21からの波形指定信号dComをデジタル信号からアナログ信号に変換し、当該増幅回路が電源回路23からの電源電位VHVを用いて当該アナログ信号を増幅することで第1駆動信号Com-Aおよび第2駆動信号Com-Bをそれぞれ生成する。ここで、第1駆動信号Com-Aに含まれる波形のうち、圧電素子51fの能動部P1に実際に供給される波形の信号が前述の供給信号Vin-Aである。第2駆動信号Com-Bに含まれる波形のうち、圧電素子51fの能動部P2または能動部P3に実際に供給される波形の信号が前述の供給信号Vin-Bである。波形指定信号dComは、第1駆動信号Com-1および第2駆動信号Com-Bの波形を規定するためのデジタル信号である。
制御回路21は、記憶回路22に記憶されるプログラムを実行することで、液体吐出装置100の各部の動作を制御する。ここで、制御回路21は、当該プログラムの実行により、液体吐出装置100の各部の動作を制御するための信号として、制御信号Sk1およびSk2と印刷データ信号SIと波形指定信号dComとラッチ信号LATとチェンジ信号CNGとクロック信号CLKとを生成する。
制御信号Sk1は、搬送機構30の駆動を制御するための信号である。制御信号Sk2は、移動機構40の駆動を制御するための信号である。印刷データ信号SIは、圧電素子51fの動作状態を指定するためのデジタルの信号である。ラッチ信号LATおよびチェンジ信号CNGは、印刷データ信号SIと併用され、ヘッドチップ51の各ノズルからのインクの吐出タイミングを規定するタイミング信号である。これらのタイミング信号は、例えば、前述のキャリッジ41の位置を検出するエンコーダーの出力に基づいて生成される。
1-3.液体吐出ヘッドの全体構成
図3は、ヘッドチップ51の分解斜視図である。図4は、図3中のA-A線断面図である。図3および図4に示すように、ヘッドチップ51は、流路基板51aと圧力室基板51bとノズル板51cと吸振体51dと振動板51eと複数の圧電素子51fとカバー51gとケース51hと配線基板51iとを有する。
ここで、流路基板51aよりもZ1方向に位置する領域には、圧力室基板51bと振動板51eと複数の圧電素子51fとケース51hとカバー51gとが設置される。他方、流路基板51aよりもZ2方向に位置する領域には、ノズル板51cと吸振体51dとが設置される。液体吐出ヘッド50の各要素は、概略的にはY軸に沿う方向に長尺な板状部材であり、例えば接着剤により互いに接合される。
図3に示すように、ノズル板51cは、Y軸に沿う方向に配列される複数のノズルNが設けられる板状部材である。各ノズルNは、インクを通過させる貫通孔である。ノズル板51cは、例えば、ドライエッチングまたはウェットエッチング等の加工技術を用いる半導体製造技術によりシリコン単結晶基板を加工することにより製造される。ただし、ノズル板51cの製造には、他の公知の方法および材料が適宜に用いられてもよい。
流路基板51aは、インクの流路を形成するための板状部材である。図2および図3に示すように、流路基板51aには、開口部R1と複数の供給流路Raと複数の連通流路Naとが設けられる。開口部R1は、複数のノズルNにわたり連続するように、Z軸に沿う方向でみた平面視で、Y軸に沿う方向に延びる長尺状の貫通孔である。他方、供給流路Raおよび連通流路Naそれぞれは、ノズルNごとに個別に設けられる貫通孔である。複数の供給流路Raのそれぞれは、開口部R1に連通する。流路基板51aは、前述のノズル板51cと同様に、例えば、半導体製造技術によりシリコン単結晶基板を加工することにより製造される。ただし、流路基板51aの製造には、他の公知の方法および材料が適宜に用いられてもよい。なお、供給流路Raの一部は、圧力室基板51bに形成されてもよい。
圧力室基板51bは、複数のノズルNに対応する複数の圧力室Cが形成される板状部材である。圧力室Cは、流路基板51aと振動板51eとの間に位置し、当該圧力室C内に充填されるインクに圧力を付与するためのキャビティと称される空間である。複数の圧力室Cは、Y軸に沿う方向に配列される。各圧力室Cは、圧力室基板51bの両面に開口する孔で構成されており、X軸に沿う方向に延びる長尺状をなす。各圧力室CのX2方向での端は、対応する供給流路Raに連通する。なお、供給流路Raは圧力室Cに対して断面積が狭められており、この部分が流路抵抗として機能するため、インクに圧力が付与された際の逆流が抑制される。一方、各圧力室CのX1方向での端は、対応する連通流路Naに連通する。圧力室基板51bは、前述のノズル板51cと同様に、例えば、半導体製造技術によりシリコン単結晶基板を加工することにより製造される。ただし、圧力室基板51bのそれぞれの製造には、他の公知の方法および材料が適宜に用いられてもよい。
圧力室基板51bのZ1方向を向く面には、振動板51eが配置される。振動板51eは、弾性的に変形可能な板状部材である。図4に示す例では、振動板51eは、弾性膜である第1層51e1と、絶縁膜である第2層51e2と、を有し、これらがこの順でZ1方向に積層される。なお、振動板51eの詳細については、後述の図6に基づいて説明する。
振動板51eのZ1方向を向く面には、互いに異なるノズルNまたは圧力室Cに対応する複数の圧電素子51fが配置される。各圧電素子51fは、第1駆動信号Com-Aおよび第2駆動信号Com-Bの供給により変形する受動素子であり、X軸に沿う方向に延びる長尺状をなす。複数の圧電素子51fは、複数の圧力室Cに対応するようにY軸に沿う方向に配列される。圧電素子51fの変形に連動して振動板51eが振動すると、圧力室C内の圧力が変動することにより、インクがノズルNから吐出される。なお、圧電素子51fの詳細については、後述の図6に基づいて説明する。
ケース51hは、複数の圧力室Cに供給されるインクを貯留するためのケースであり、流路基板51aのZ1方向を向く面に接着剤等により接合される。ケース51hは、例えば、樹脂材料で構成されており、射出成形により製造される。ケース51hには、収容部R2と導入口IHとが設けられる。収容部R2は、流路基板51aの開口部R1に対応する外形の凹部である。導入口IHは、収容部R2に連通する貫通孔である。開口部R1および収容部R2による空間は、インクを貯留するリザーバーである液体貯留室Rとして機能する。液体貯留室Rには、液体容器10からのインクが導入口IHを介して供給される。
吸振体51dは、液体貯留室R内の圧力変動を吸収するための要素である。吸振体51dは、例えば、弾性変形可能な可撓性のシート部材であるコンプライアンス基板である。ここで、吸振体51dは、流路基板51aの開口部R1と複数の供給流路Raとを閉塞して液体貯留室Rの底面を構成するように、流路基板51aのZ2方向を向く面に配置される。
カバー51gは、複数の圧電素子51fを保護するとともに圧力室基板51bおよび振動板51eの機械的な強度を補強する構造体である。カバー51gは、振動板51eの表面に例えば接着剤により接合される。カバー51gには、複数の圧電素子51fを収容する凹部が設けられる。
圧力室基板51bまたは振動板51eのZ1方向を向く面には、配線基板51iが接合される。配線基板51iは、制御ユニット20と液体吐出ヘッド50とを電気的に接続するための複数の配線が形成される実装部品である。配線基板51iは、例えば、FPC(Flexible Printed Circuit)またはFFC(Flexible Flat Cable)等の可撓性の配線基板である。配線基板51iには、切替回路52が実装される。
1-4.振動板および圧電素子の詳細
図5は、ヘッドチップ51の平面図である。図6は、図5中のB-B線断面図である。図5では、圧力室Cの平面視形状が二点鎖線で示される。圧力室基板51bの隣り合う2つの圧力室Cの間には、X方向に沿って延びる壁状の隔壁51b1が設けられる。隔壁51b1は、圧力室Cを区画する。
図5に示す例では、圧力室Cの平面視形状が平行四辺形である。このような平面視形状の圧力室Cは、例えば、面方位(110)のシリコン単結晶基板を異方性エッチングすることにより形成される。当該異方性エッチングのエッチング液には、例えば、水酸化カリウム水溶液(KOH)等が用いられる。また、当該異方性エッチングでは、振動板51eの第1層51e1がエッチング停止層として用いられる。なお、圧力室Cの平面視形状は、図5に示す例に限定されず、任意である。
図6に示すように、振動板51eは、第1面F1と、第1面F1とは反対方向を向く第2面F2と、を有する。図6に示す例では、振動板51eの厚さ方向がZ軸に沿う方向である。したがって、第1面F1が振動板51eのZ2方向を向く面であり、第2面F2が振動板51eのZ1方向を向く面である。第2面F2の上には、圧電素子51fが配置される。第1面F1の上には、圧力室基板51bが配置される。
振動板51eは、第1層51e1と第2層51e1とを有し、これらがこの順でZ1方向に積層される。第1層51e1は、例えば、酸化シリコン(SiO)で構成される弾性膜である。当該弾性膜は、例えば、シリコン単結晶基板の一方の面を熱酸化することにより形成される。第2層51e1は、例えば、酸化ジルコニウム(ZrO)で構成される絶縁膜である。当該絶縁膜は、例えば、スパッタ法によりジルコニウムの層を形成し、当該層を熱酸化することにより形成される。
なお、第1層51e1は、酸化シリコンに限定されず、例えば、シリコン単体等の他の弾性材料で構成されてもよい。第2層51e1の構成材料は、酸化ジルコニウムに限定されず、例えば、窒化シリコン等の他の絶縁材料でもよい。また、第1層51e1と第2層51e1との間には、金属酸化物等の他の層が介在してもよい。言い換えると、第1層51e1または第2層51e1が互いに同一または異なる複数の層で構成されてもよい。また、振動板51eの一部または全部は、圧力室基板51bと同一材料で一体に構成されてもよい。また、振動板51eは、単一材料の層で構成されてもよい。
図5に示すように、圧電素子51fは、平面視で圧力室Cに重なる。図6に示すように、圧電素子51fは、第1電極層51f1と圧電体層51f2と第2電極層51f3とを有し、これらがこの順でZ1方向に積層される。
なお、圧電素子51fの層間、または圧電素子51fと振動板51eとの間には、密着性を高めるための層等の他の層が適宜介在してもよい。また、第1電極層51f1と圧電体層51f2との間には、シード層が設けられてもよい。当該シード層は、圧電体層51f2を形成する際に、圧電体層51f2の配向性を向上させる機能を有する。当該シード層は、例えば、チタン(Ti)で構成されるか、または、Pb(Fe,Ti)O等のペロブスカイト構造を有する複合酸化物で構成される。当該シード層がチタンで構成される場合、圧電体層51f2を形成する際に、島状のTiが結晶核となって圧電体層51f2の配向性を向上させる。この場合、シード層は、例えば、スパッタ法等の公知の成膜技術、およびフォトリソグラフィおよびエッチング等を用いる公知の加工技術により3nm以上20nm以下程度の厚さで形成される。また、当該シード層が当該複合酸化物で構成される場合、圧電体層51f2を形成する際に、圧電体層51f2がシード層の結晶構造の影響を受けることにより、圧電体層51f2の配向性が向上する。この場合、シード層は、例えば、ゾルゲル法またはMOD(metal organic decomposition)法により複合酸化物の前駆体層を形成し、その前駆体層を焼成して結晶化することにより形成される。
第1電極層51f1は、圧電素子51fごとに、個別電極51f1a、51f1b、51f1cを有する。個別電極51f1a、51f1b、51f1cのそれぞれは、X軸に沿う方向に延びる。個別電極51f1a、51f1b、51f1cは、互いに間隔を隔ててY軸に沿う方向に配列される。
ここで、個別電極51f1aは、平面視で、圧力室Cの幅方向での中央部に配置されており、圧力室Cの中心に重なる。個別電極51f1aには、配線を介して、第1駆動信号Com-Aが供給される。一方、個別電極51f1bおよび個別電極51f1cのそれぞれは、平面視で、圧力室Cの幅方向での端部に配置されており、個別電極51f1aよりも圧力室Cの外縁BDに近い位置で圧力室Cに重なる。個別電極51f1bおよび個別電極51f1cのそれぞれには、配線を介して、第2駆動信号Com-Bが供給される。
第1電極層51f1は、例えば、チタン(Ti)で構成される第1層と、白金(Pt)で構成される第2層と、イリジウム(Ir)で構成される第3層と、を有し、これらがこの順でZ1方向に積層される。第1電極層51f1は、例えば、スパッタ法等の公知の成膜技術、およびフォトリソグラフィおよびエッチング等を用いる公知の加工技術により形成される。
ここで、第1電極層51f1の前述の第1層は、振動板51eに対する第1電極層51f1の密着性を向上させる密着層として機能する。当該第1層の厚さは、特に限定されないが、例えば、3nm以上50nm以下程度である。なお、第1層の構成材料は、チタンに限定されず、例えば、チタンに代えて、クロムを用いてもよい。
また、第1電極層51f1の前述の第2層を構成する白金と第3層を構成するイリジウムとは、ともに導電性に優れた電極材料であり、かつ、互いに化学的性質が近い。このため、第1電極層51f1の電極としての特性を優れたものとすることができる。第2層の厚さは、特に限定されないが、例えば、50nm以上200nm以下程度である。第3層の厚さは、特に限定されないが、例えば、4nm以上20nm以下程度である。
なお、第1電極層51f1の構成は、前述の例に限定されない。例えば、前述の第2層または第3層のいずれかが省略されてもよいし、前述の第1層と第2層との間に、イリジウムで構成された層がさらに設けられてもよい。また、第2層および第3層に代えて、または、第2層および第3層に加えて、イリジウムおよび白金以外の電極材料で構成された層が用いられてもよい。当該電極材料としては、例えば、アルミニウム(Al)、ニッケル(Ni)、金(Au)、銅(Cu)等の金属材料が挙げられ、これらのうち、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を積層または合金等の形態で組み合わせて用いてもよい。
圧電体層51f2は、第1電極層51f1と第2電極層51f3との間に配置される。圧電体層51f2は、複数の圧電素子51fにわたり連続するようにY軸に沿う方向に延びる帯状をなす。なお、圧電体層51f2は、圧電素子51fごと、または、能動部P1、P2、P3ごとに、個別に設けられてもよい。
圧電体層51f2は、一般組成式ABOで表されるペロブスカイト型結晶構造を有する圧電材料で構成される。当該圧電材料としては、例えば、チタン酸鉛(PbTiO)、チタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti)O)、ジルコニウム酸鉛(PbZrO)、チタン酸鉛ランタン((Pb,La),TiO)、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン((Pb,La)(Zr,Ti)O)、ニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛(Pb(Zr,Ti,Nb)O)、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛(Pb(Zr,Ti)(Mg,Nb)O)等が挙げられる。中でも、圧電体層51f2の構成材料には、チタン酸ジルコン酸鉛が好適に用いられる。なお、圧電体層51f2には、不純物等の他の元素が少量含まれてもよい。また、圧電体層51f2を構成する圧電材料は、チタン酸バリウム等の非鉛材料でもよい。
圧電体層51f2は、例えば、ゾルゲル法またはMOD(metal organic decomposition)法等の液相法により圧電体の前駆体層を形成し、その前駆体層を焼成して結晶化することにより形成される。ここで、圧電体層51f2は、単層で構成されてもよいが、複数層で構成される場合、圧電体層51f2の厚さを厚くしても、圧電体層51f2の特性を高めやすいという利点がある。
第2電極層51f3は、複数の圧電素子51fにわたり連続するようにY軸に沿う方向に延びる帯状の共通電極である。第2電極層51f3には、所定の基準電圧としてオフセット電位VBSが供給される。
第2電極層51f3は、例えば、イリジウム(Ir)で構成される層と、チタン(Ti)で構成される層と、を有し、これらがこの順でZ1方向に積層される。第2電極層51f3は、例えば、スパッタ法等の公知の成膜技術、およびフォトリソグラフィおよびエッチング等を用いる公知の加工技術により形成される。
なお、第2電極層51f3の構成材料は、イリジウムおよびチタンに限定されず、例えば、白金(Pt)、アルミニウム(Al)、ニッケル(Ni)、金(Au)または銅(Cu)等の金属材料でもよい。また、第2電極層51f3は、これらの金属材料のうち、1種を単独で用いて構成されてもよいし、2種以上を積層または合金等の形態で組み合わせて用いて構成されてもよい。また、第2電極層51f3が単層で構成されてもよい。
以上の圧電素子51fは、能動部P1、P2、P3を有する。能動部P1は、振動板51eの厚さ方向にみて個別電極51f1aと圧電体層51f2と第2電極層51f3とのすべてが重なる圧電素子51fの部分である。能動部P2は、振動板51eの厚さ方向にみて個別電極51f1bと圧電体層51f2と第2電極層51f3とのすべてが重なる圧電素子51fの部分である。能動部P3は、振動板51eの厚さ方向にみて個別電極51f1cと圧電体層51f2と第2電極層51f3とのすべてが重なる圧電素子51fの部分である。
能動部P1は、能動部P2と能動部P3との間に配置される。図6に示す例では、能動部P2、能動部P1、能動部P3がこの順でY1方向に並ぶ。また、能動部P1、P2、P3のそれぞれは、X軸に沿う方向に延びる。
ここで、能動部P1は、振動板51eの厚さ方向にみて、圧力室Cの中心に重なり、かつ、圧力室Cの外縁BDに重ならない。一方、能動部P2および能動部P3のそれぞれは、振動板51eの厚さ方向にみて、能動部P1よりも圧力室Cの外縁BDに近い位置で圧力室Cに重なる。図6に示す例では、能動部P2および能動部P3のそれぞれは、振動板51eの厚さ方向にみて、圧力室Cと隔壁51b1とに跨って配置されており、外縁BDに重なる。
能動部P1のY軸に沿う幅W1は、圧力室CのY軸に沿う幅よりも小さく、好ましくは、圧力室CのY軸に沿う幅よりも小さく、かつ、圧力室CのY軸に沿う幅の1/2以上である。また、能動部P2のY軸に沿う幅W2は、圧力室CのY軸に沿う幅よりも小さく、好ましくは、圧力室CのY軸に沿う幅の1/2以下である。同様に、能動部P3のY軸に沿う幅W3は、圧力室CのY軸に沿う幅よりも小さく、好ましくは、圧力室CのY軸に沿う幅の1/2以下である。ここで、幅W2および幅W3は、互いに等しくてもよいし異なってもよい。
1-5.切替回路の構成
図7は、切替回路52を説明するための図である。以下、図7に基づいて、切替回路52について説明する。
図7に示すように、切替回路52には、配線LHaおよび配線LHbのそれぞれが接続される。配線LHaは、第1駆動信号Com-Aを伝送する信号線である。配線LHbは、第2駆動信号Com-Bを伝送する信号線である。また、圧電素子51fの第2電極層51f3には、配線LHdが接続される。配線LHdは、オフセット電位VBSが供給される給電線である。
切替回路52は、複数の圧電素子51fに一対一で対応する複数のスイッチSWaおよび複数のスイッチSWbと、これらのスイッチの接続状態を指定する接続状態指定回路52aと、を有する。
スイッチSWaは、第1駆動信号Com-Aの伝送のための配線LHaと圧電素子51fの個別電極51f1aとの間の導通(オン)と非導通(オフ)とを切り替えるスイッチである。スイッチSWbは、第2駆動信号Com-Bの伝送のための配線LHaと圧電素子51fの個別電極51f1bおよび個別電極51f1cとの間の導通(オン)と非導通(オフ)とを切り替えるスイッチである。これらのスイッチのそれぞれは、例えば、トランスミッションゲートである。
接続状態指定回路52aは、制御回路21から供給されるクロック信号CLK、印刷データ信号SI、ラッチ信号LATおよびチェンジ信号CNGに基づいて、複数のスイッチSWaおよび複数のスイッチSWbのオンオフを指定する接続状態指定信号SLaを生成する。
例えば、図示しないが、接続状態指定回路52aは、複数の圧電素子51fと一対一で対応するように、複数の転送回路と複数のラッチ回路と複数のデコーダーとを有する。これらのうち、転送回路には、印刷データ信号SIが供給される。ここで、印刷データ信号SIには、圧電素子51fごとの個別指定信号が含まれており、個別指定信号がシリアルで供給され、例えば、個別指定信号がクロック信号CLKに同期して複数の転送回路に順番に転送される。また、ラッチ回路は、ラッチ信号LATに基づいて、転送回路に供給された個別指定信号をラッチする。また、デコーダーは、個別指定信号、ラッチ信号LATおよびチェンジ信号CNGに基づいて、接続状態指定信号SLaを生成する。
以上のように生成される接続状態指定信号SLaに応じて、スイッチSWaおよびスイッチSWbのオンオフが切り替えられる。例えば、スイッチSWaおよびスイッチSWbは、接続状態指定信号SLaがハイレベルの場合にオン状態となり、ローレベルの場合にオフ状態となる。以上のように、切替回路52は、複数の圧電素子51fから選択される1以上の圧電素子51fに対して、第1駆動信号Com-Aに含まれる波形の一部または全部を供給信号Vin-Aとして供給するとともに、第2駆動信号Com-Bに含まれる波形の一部または全部を供給信号Vin-Bとして供給する。
1-6.第1駆動信号および第2駆動信号
図8は、第1実施形態での第1駆動信号Com-Aおよび第2駆動信号Com-Bを説明するための図である。図8中上段の縦軸「電圧」は、第1駆動信号Com-Aとオフセット電位VBSとの電位差であり、図8中下段の縦軸「電圧」は、第2駆動信号Com-Bとオフセット電位VBSとの電位差である。なお、図8中上段の縦軸「電圧」は、第1駆動信号Com-Aの電位であってもよいし、図8中下段の縦軸「電圧」は、第2駆動信号Com-Bの電位であってもよい。
図8に示すように、第1駆動信号Com-Aおよび第2駆動信号Com-Bのそれぞれは、所定周期の単位期間Tuごとに変化する波形を有する。単位期間Tuは、前述のラッチ信号LAT等により規定され、媒体MにノズルNからのインクによるドットを形成する印刷周期に相当する。
図8に示す例では、第1駆動信号Com-Aは、中間電位Vcaを基準電位として、単位期間Tu内において、中間電位Vcaから電位VHaを経由して中間電位Vcaに戻る波形を有する。ここで、中間電位Vcaは、「第1電位」および「第5電位」の一例であり、例えば、オフセット電位VBS以下の電位である。電位VHaは、「第2電位」の一例であり、オフセット電位VBSよりも高い電位であり、かつ、中間電位Vcaよりも高い電位である。
ここで、第1駆動信号Com-Aの電位は、期間P1aにわたり中間電位Vcaに維持された後、期間P2aにわたり中間電位Vcaから電位VHaまで上昇し、期間P3aにわたり電位VHaに維持された後、期間P4aにわたり電位VHaから中間電位Vcaに下降し、期間P5aにわたり中間電位Vcaに維持される。期間P2aは、「第1期間」の一例である。期間P3aは、「第1保持期間」の一例である。期間P4aは、「第3期間」の一例である。なお、期間P1a、期間P2a、期間P3a、期間P4a、期間P5aは、この順で、単位期間Tuの開始点から終了点までの間に含まれる。
以上の第1駆動信号Com-Aの期間P2aの波形部分は、圧力室Cの容積を収縮させる収縮要素ESaである。収縮要素ESaは、「第1収縮要素」の一例である。第1駆動信号Com-Aの期間P3aの波形部分は、「第1保持要素」の一例である保持要素ERaである。第1駆動信号Com-Aの期間P4aの波形部分は、圧力室Cの容積を膨張させる膨張要素EEaである。
一方、第2駆動信号Com-Bは、中間電位Vcbを基準電位として、単位期間Tu内において、中間電位Vcbから電位VHbを経由して中間電位Vcbに戻る波形を有する。ここで、中間電位Vcbは、「第3電位」および「第6電位」の一例であり、例えば、オフセット電位VBS以下の電位である。電位VHbは、「第4電位」の一例であり、オフセット電位VBSよりも高い電位であり、かつ、中間電位Vcbよりも高い電位である。
ここで、第2駆動信号Com-Bの電位は、期間P1bにわたり中間電位Vcbに維持された後、期間P2bにわたり中間電位Vcbから電位VHbまで上昇し、期間P3bにわたり電位VHbに維持された後、期間P4bにわたり電位VHbから中間電位Vcbに下降し、期間P5bにわたり中間電位Vcbに維持される。期間P4bは、「第2期間」の一例である。期間P3bは、「第2保持期間」の一例である。期間P2bは、「第4期間」の一例である。なお、期間P1b、期間P2b、期間P3b、期間P4b、期間P5bは、この順で、単位期間Tuの開始点から終了点までの間に含まれる。
以上の第2駆動信号Com-Bの期間P2bの波形部分は、圧力室Cの容積を膨張させる膨張要素EEbである。第2駆動信号Com-Bの期間P3bの波形部分は、「第2保持要素」の一例である保持要素ERbである。第2駆動信号Com-Bの期間P4bの波形部分は、圧力室Cの容積を収縮させる収縮要素ESbである。収縮要素ESbは、「第2収縮要素」の一例である。
本実施形態では、第1駆動信号Com-Aおよび第2駆動信号Com-Bは、互いの波形が実質的に同一である。ただし、第1駆動信号Com-Aおよび第2駆動信号Com-Bは、波形が供給される位相が互いにずれている。なお、「波形が実質的に同一」とは、電気的なノイズおよび誤差に基づく波形を除去した場合にパターンが一致することをいう。
つまり、第1駆動信号Com-Aの期間P1aの長さは、第2駆動信号Com-Bの期間P1bの長さよりも長い。第1駆動信号Com-Aの期間P2aの長さと第2駆動信号Com-Bの期間P2bの長さとは、互いに等しい。第1駆動信号Com-Aの期間P3aの長さと第2駆動信号Com-Bの期間P3bの長さとは、互いに等しい。第1駆動信号Com-Aの期間P4aの長さと第2駆動信号Com-Bの期間P4bの長さとは、互いに等しい。第1駆動信号Com-Aの期間P5aの長さは、第2駆動信号Com-Bの期間P5bの長さよりも短い。
なお、第1駆動信号Com-Aおよび第2駆動信号Com-Bの波形は、互いに異なってもよい。ただし、第1駆動信号Com-Aおよび第2駆動信号Com-Bの波形が実質的に同一であると、駆動信号生成回路24は、1つの波形を生成して、位相をずらして供給すればよくなる場合がある。このため、第1駆動信号Com-Aおよび第2駆動信号Com-Bの波形が互いに異なる場合に比べて、駆動信号生成回路24の構成を簡単化することができるという利点がある。
第1駆動信号Com-Aの期間P3aの開始タイミングは、第2駆動信号Com-Bの期間P3bの終了タイミングよりも後である。
ここで、第1駆動信号Com-Aの期間P2aの少なくとも一部と第2駆動信号Com-Bの期間P4bの少なくとも一部とが期間PSで時間的に互いに重なる。
図8に示す例では、単位期間Tu内において、期間P2aの開始タイミングが期間P4bの開始タイミングよりも後である。これに伴い、単位期間Tu内において、期間P2aの終了タイミングが期間P4bの終了タイミングよりも後である。
1-7.収縮工程
図9は、第1実施形態での収縮工程SSを説明するための図である。図9では、第1駆動信号Com-Aが実線で示され、第2駆動信号Com-Bが破線で示される。図9に示す例では、電位VHaおよび電位VHbが互いに等しく、かつ、中間電位Vcaおよび中間電位Vcbが互いに等しい。
なお、電位VHaおよび電位VHbが互いに異なってもよいし、中間電位Vcaおよび中間電位Vcbが互いに異なってもよい。ただし、電位VHaおよび電位VHbが互いに等しく、かつ、中間電位Vcaおよび中間電位Vcbが互いに等しい場合、そうでない場合に比べて、駆動信号生成回路24の構成を簡単化することができるという利点がある。
前述のように、能動部P2、P3への第2駆動信号Com-Bの保持要素ERbの供給を完了した後、期間PSを経て、能動部P1への第1駆動信号Com-Aの保持要素ERaの供給が開始される。ここで、期間PSでは、収縮工程SSが実行される。
図10は、第1駆動信号Com-Aによる振動板51eの変形を説明するための模式図である。図11は、第2駆動信号Com-Bによる振動板の変形を説明するための模式図である。これらの図では、説明の便宜上、圧電素子51Fの図示が省略されるとともに、振動板51eが模式的に示される。また、図10および図11では、基準状態である自然状態の振動板51eが二点鎖線で示される。なお、「振動板51eの自然状態」とは、圧電素子51fに電圧が印加されないときの振動板51eの状態をいう。
能動部P1、P2、P3は、いずれも、Z軸に沿う方向で電圧の印加を受けると、Z軸に沿う方向での伸長に伴ってZ軸に直交する方向に収縮しようとする。このとき、能動部P1、P2、P3のそれぞれのZ2方向を向く面が振動板51eに固定されるため、能動部P1、P2、P3のZ2方向を向く面の収縮量が能動部P1、P2、P3のZ1方向を向く面の収縮量よりも小さい。このため、能動部P1、P2、P3がZ軸に沿う方向に反るように変形し、これに伴い、振動板51eも変形する。
ここで、能動部P2、P3のそれぞれのY軸に沿う方向での両端のうち、圧力室Cの隔壁511に近い側の端は、隔壁511により変位の制限を受けるのに対し、圧力室Cの隔壁511に遠い側の端は、そのような変位の制限を受け難い。このため、能動部P2、P3がY軸に沿う方向に収縮しようとすると、当該遠い側の端がZ1方向に変位する。この結果、第1面F1が凹状となるように、振動板51eが変形する。したがって、第2駆動信号Com-Bの保持要素ERbが能動部P2、P3に供給されると、図10に示すように、第1面F1が凹状となるように、振動板51eが変形する。これにより、圧力室Cの容積が膨張する。
一方、能動部P1のY軸に沿う方向での両端は、いずれも、圧力室Cの隔壁511から比較的遠い位置にあり、変位の隔壁511による制限を受け難い。このため、能動部P1がY軸に沿う方向に収縮しようとすると、第1面F1が凸状となるように、振動板51eが変形する。したがって、第1駆動信号Com-Aの保持要素ERaが能動部P1に供給されると、図11に示すように、第1面F1が凸状となるように、振動板51eが変形する。これにより、圧力室Cの容積が収縮する。
ここで、能動部P2、P3は、第2駆動信号Com-Bの収縮要素ESbの供給を受ける期間中に、振動板51eを図10中の実線で示す状態から二点鎖線で示す状態へ戻そうとする。また、能動部P1は、第1駆動信号Com-Aの収縮要素ESaの供給を受ける期間中に、振動板51eを図11中の二点鎖線で示す状態から実線で示す状態へ変形させようとする。
収縮工程SSでは、振動板51eを図11中の二点鎖線で示す状態から実線で示す状態へ変形させる際に、振動板51eを図10中の実線で示す状態から二点鎖線で示す状態へ戻そうとする力を利用することができる。すなわち、収縮工程SSでは、能動部P1が振動板51eを基準状態から圧力室Cの容積を収縮させる状態に変形させる際、能動部P2、P3が圧力室Cの容積を膨張させた状態から振動板51eを基準状態に戻そうとする力を利用することができる。このため、第1駆動信号Com-Aによる能動部P1の駆動のみを行う構成に比べて、振動板51eの変形量を大きくすることができる。この結果、効率的にノズルNからインクを吐出することができる。
これに対し、能動部P1への第1駆動信号Com-Aの収縮要素ESaの供給の開始タイミングが能動部P2、P3への供給の終了タイミングと一致またはそれ以降である場合、振動板51eを図11中の二点鎖線で示す状態から実線で示す状態へ変形させる際に、振動板51eを図10中の実線で示す状態から二点鎖線で示す状態へ戻そうとする力を利用することができず、前述の効果が得られない。
以上のように、液体吐出装置100は、振動板51eと、圧力室基板51bと、圧電素子51fと、「駆動信号生成部」の一例である駆動信号生成回路24と、を備える。ここで、前述のように、振動板51eは、第1面F1と前記第1面F1とは反対方向を向く第2面F2とを有する。圧力室基板51bは、第1面F1の上に積層され、「液体」の一例であるインクを吐出するノズルNに連通する圧力室Cを区画する隔壁51b1を有する。圧電素子51fは、第2面F2の上に積層され、「第1能動部」の一例である能動部P1と「第2能動部」の一例である能動部P2とを有する。能動部P1は、振動板51eの厚さ方向にみて圧力室Cの中心に重なる。能動部P2は、振動板51eの厚さ方向にみて能動部P1よりも圧力室Cの外縁に近い位置で圧力室Cに重なる。駆動信号生成回路24は、能動部P1を駆動する第1駆動信号Com-Aと、能動部P2を駆動する第2駆動信号Com-Bと、を生成する。
第1駆動信号Com-Aは、周期的な単位期間Tuごとに、「第1収縮要素」の一例である収縮要素ESaを含む。一方、第2駆動信号Com-Bは、単位期間Tuごとに、「第2収縮要素」の一例である収縮要素ESbを含む。収縮要素ESaおよび収縮要素ESbのそれぞれは、圧力室Cの容積を収縮させる。そして、液体吐出装置100は、収縮工程SSを実行する。収縮工程SSは、「第1期間」の一例である期間P2aと「第2期間」の一例である期間P4bとが互いに重なる期間である。期間P2aでは、収縮要素ESaが能動部P1に供給される。期間P4bでは、収縮要素ESbが能動部P2に供給される。
ここで、期間P2aは、単位期間Tuごとに、「第1電位」の一例である中間電位Vcaから、「第2電位」の一例である電位VHaに変化する期間である。また、期間P4bは、単位期間Tuごとに、「第3電位」の一例である中間電位Vcbから、「第4電位」の一例である電位VHbに変化する期間である。
以上の液体吐出装置100では、収縮工程SSにおいて期間P2aおよび期間P4bが互いに重なるので、これらの期間が互いに重ならない構成に比べて、振動板51eの変位量を大きくしたり、振動板51eの変位速度を速くしたりすることができる。このため、ノズルNからのインクの吐出速度を速くしたり、ノズルNから吐出されるインクの1回の吐出あたりの量を多くしたりすることができる。また、振動板51eの変位速度を速くすることにより、ノズルNからのインクの吐出周期を短くすることもできる。以上のように、液体吐出装置100の吐出特性を向上させることができる。
ここで、前述のように、収縮工程SSの実行中では、第1駆動信号Com-Aおよび第2駆動信号Com-Bの互いの電位の大小関係が逆転する。すなわち、期間P2aおよび期間P4bが互いに重なる期間において、第1駆動信号Com-Aおよび第2駆動信号Com-Bの互いの電圧の大小関係が逆転する。
さらに、前述のように、単位期間Tuにおいて、収縮要素ESaの開始タイミングは、収縮要素ESbの開始タイミングよりも後である。すなわち、単位期間Tuにおいて、期間P2aの開始タイミングは、期間P4bの開始タイミングよりも後である。このため、能動部P1により変形する振動板51eの部分と能動部P2により変形する振動板51eの部分との間に過大な応力が生じることが防止される。この結果、振動板51eのクラック等の損傷を低減することができる。
また、前述のように、単位期間Tuにおいて、収縮要素ESaの終了タイミングは、収縮要素ESbの終了タイミングよりも後である。このため、単位期間Tuにおいて、収縮要素ESaの開始タイミングを収縮要素ESbの開始タイミングよりも後にすることができる。
さらに、前述のように、圧電素子51fは、「第3能動部」の一例である能動部P3をさらに有する。能動部P3は、振動板51eの厚さ方向にみて能動部P1よりも圧力室Cの外縁に近い位置で圧力室Cに重なる。そして、能動部P1は、振動板51eの厚さ方向にみて能動部P2と能動部P3との間に位置する。このため、能動部P3を能動部P2と同様に機能させることができる。
また、前述のように、圧電素子51fは、振動板51eから離れる方向に向かって第1電極層51f1、圧電体層51f2および第2電極層51f3をこの順に有する。圧電体層51f2および第2電極層51f3は、能動部P1、能動部P2および能動部P3にわたって共通に設けられる。これに対し、第1電極層51f1は、能動部P1、能動部P2および能動部P3に個別に設けられる複数の個別電極51f1a、51f1b、51f1cを含む。このため、第2電極層51f3に能動部ごとの個別電極を設ける構成に比べて、配線の引き回しを簡単化することができる。また、圧電体層51f2を能動部ごとに区分する構成に比べて、圧電体層51f2の製造を簡単化することもできる。
2.第2実施形態
以下、本開示の第2実施形態について説明する。以下では、第1実施形態との相違点を中心に説明する。
図12は、第2実施形態での収縮工程SSを説明するための図である。本実施形態は、図12に示すように、第2駆動信号Com-Bの中間電位Vcbが第1駆動信号Com-Aの中間電位Vcaよりも高いこと以外は、前述の第1実施形態と同様である。
以上の第2実施形態によっても、液体吐出装置100の吐出特性を向上させることができる。本実施形態では、前述のように、中間電位Vcbが中間電位Vcaよりも高い。このため、これらの電位の差を適宜に設定することにより、振動板51eの硬さ等を調整することができる。この結果、製造バラつき等があっても、複数のヘッドチップ51間での吐出特性を揃えることができる。
3.第3実施形態
以下、本開示の第3実施形態について説明する。以下では、第1実施形態との相違点を中心に説明する。
図13は、第3実施形態での第1駆動信号Com-Aおよび第2駆動信号Com-Bを説明するための図である。図13に示す例では、第1駆動信号Com-Aは、中間電位Vcaを基準電位として、単位期間Tu内において、中間電位Vcaから電位VLa、電位VHaをこの順に経由して中間電位Vcaに戻る波形を有する。電位VLaは、中間電位Vcaよりも低い電位である。
ここで、第1駆動信号Com-Aの電位は、期間P1cにわたり中間電位Vcaに維持された後、期間P2cにわたり中間電位Vcaから電位VLaに下降し、期間P3cにわたり電位VLaに維持された後、期間P4cにわたり電位VLaから電位VHaまで上昇し、期間P5cにわたり電位VHaに維持された後、期間P6cにわたり電位VHaから中間電位Vcaに下降し、期間P7cにわたり中間電位Vcaに維持される。期間P2cは、「第3期間」の一例である。期間P4cは、「第1期間」の一例である。なお、期間P1c、期間P2c、期間P3c、期間P4c、期間P5c、期間P6c、期間P7cは、この順で、単位期間Tuの開始点から終了点までの間に含まれる。
以上の第1駆動信号Com-Aの期間P2cの波形部分は、圧力室Cの容積を膨張させる膨張要素EEa1である。膨張要素EEa1は、「第1膨張要素」の一例である。第1駆動信号Com-Aの期間P3cの波形部分は、保持要素ERa1である。第1駆動信号Com-Aの期間P4cの波形部分は、圧力室Cの容積を収縮させる収縮要素ESaである。収縮要素ESaは、「第1収縮要素」の一例である。第1駆動信号Com-Aの期間P5cの波形部分は、保持要素ERa2である。第1駆動信号Com-Aの期間P6cの波形部分は、圧力室Cの容積を膨張させる膨張要素EEa2である。
一方、図13に示す第2駆動信号Com-Bは、中間電位Vcbを基準電位として、単位期間Tu内において、中間電位Vcbから電位VLb、電位VHbをこの順に経由して中間電位Vcbに戻る波形を有する。電位VLbは、中間電位Vcbよりも低い電位である。
ここで、第2駆動信号Com-Bの電位は、期間P1dにわたり中間電位Vcbに維持された後、期間P2dにわたり中間電位Vcbから電位VLbに下降し、期間P3dにわたり電位VLbに維持された後、期間P4dにわたり電位VLbから電位VHbまで上昇し、期間P5dにわたり電位VHbに維持された後、期間P6dにわたり電位VHbから中間電位Vcbに下降し、期間P7dにわたり中間電位Vcbに維持される。期間P4dは、「第4期間」の一例である。期間P6dは、「第2期間」の一例である。なお、期間P1d、期間P2d、期間P3d、期間P4d、期間P5d、期間P6d、期間P7dは、この順で、単位期間Tuの開始点から終了点までの間に含まれる。
以上の第2駆動信号Com-Bの期間P2dの波形部分は、圧力室Cの容積を収縮させる収縮要素ESb1である。第2駆動信号Com-Bの期間P3dの波形部分は、保持要素ERb1である。第2駆動信号Com-Bの期間P4dの波形部分は、圧力室Cの容積を膨張させる膨張要素EEbである。膨張要素EEbは、「第2膨張要素」の一例である。第2駆動信号Com-Bの期間P5dの波形部分は、保持要素ERb2である。第2駆動信号Com-Bの期間P6dの波形部分は、圧力室Cの容積を収縮させる収縮要素ESb2である。収縮要素ESb2は、「第2収縮要素」の一例である。
本実施形態では、第1駆動信号Com-Aおよび第2駆動信号Com-Bは、互いの波形が実質的に同一である。ただし、第1駆動信号Com-Aおよび第2駆動信号Com-Bは、波形が供給される位相が互いにずれている。
ここで、第1駆動信号Com-Aの期間P1cの長さは、第2駆動信号Com-Bの期間P1dの長さよりも長い。第1駆動信号Com-Aの期間P2cの長さと第2駆動信号Com-Bの期間P2dの長さとは、互いに等しい。第1駆動信号Com-Aの期間P3cの長さと第2駆動信号Com-Bの期間P3dの長さとは、互いに等しい。第1駆動信号Com-Aの期間P4cの長さと第2駆動信号Com-Bの期間P4dの長さとは、互いに等しい。第1駆動信号Com-Aの期間P5cの長さと第2駆動信号Com-Bの期間P5dの長さとは、互いに等しい。第1駆動信号Com-Aの期間P6cの長さと第2駆動信号Com-Bの期間P6dの長さとは、互いに等しい。第1駆動信号Com-Aの期間P7cの長さは、第2駆動信号Com-Bの期間P7dの長さよりも短い。
なお、第1駆動信号Com-Aおよび第2駆動信号Com-Bの波形は、互いに異なってもよい。ただし、第1駆動信号Com-Aおよび第2駆動信号Com-Bの波形が互いに同一であると、駆動信号生成回路24は、1つの波形を生成して、位相をずらして供給すればよくなる場合がある。このため、第1駆動信号Com-Aおよび第2駆動信号Com-Bの波形が互いに異なる場合に比べて、駆動信号生成回路24の構成を簡単化することができるという利点がある。
第1駆動信号Com-Aの期間P3cの開始タイミングは、第2駆動信号Com-Bの期間P3dの終了タイミングよりも後である。同様に、第1駆動信号Com-Aの期間P5cの開始タイミングは、第2駆動信号Com-Bの期間P5dの終了タイミングよりも後である。
ここで、第1駆動信号Com-Aの期間P2cの少なくとも一部と第2駆動信号Com-Bの期間P4dの少なくとも一部とが期間PEで時間的に互いに重なる。
図13に示す例では、単位期間Tu内において、期間P2cの開始タイミングが期間P4dの開始タイミングよりも前である。また、単位期間Tu内において、期間P2cの終了タイミングが期間P4dの終了タイミングよりも前である。なお、単位期間Tu内において、期間P2cの開始タイミングが期間P4dの開始タイミング以後であってもよいし、期間P2cの終了タイミングが期間P4dの終了タイミング以後であってもよい。
また、第1駆動信号Com-Aの期間P4cの少なくとも一部と第2駆動信号Com-Bの期間P6dの少なくとも一部とが期間PSで時間的に互いに重なる。
図13に示す例では、単位期間Tu内において、期間P4cの開始タイミングが期間P6dの開始タイミングよりも前である。また、単位期間Tu内において、期間P2cの終了タイミングが期間P4dの終了タイミングよりも前である。なお、単位期間Tu内において、期間P4cの開始タイミングが期間P6dの開始タイミング以後であってもよいし、期間P2cの終了タイミングが期間P4dの終了タイミング以後であってもよい。
図14は、第3実施形態での収縮工程SSおよび膨張工程SEを説明するための図である。図14では、第1駆動信号Com-Aが実線で示され、第2駆動信号Com-Bが破線で示される。図14に示す例では、電位VLaおよび電位VLbが互いに等しく、電位VHaおよび電位VHbが互いに等しく、かつ、中間電位Vcaおよび中間電位Vcbが互いに等しい。
なお、電位VLaおよび電位VLbが互いに異なってもよいし、電位VHaおよび電位VHbが互いに異なってもよいし、中間電位Vcaおよび中間電位Vcbが互いに異なってもよい。ただし、電位VLaおよび電位VLbが互いに等しく、電位VHaおよび電位VHbが互いに等しく、かつ、中間電位Vcaおよび中間電位Vcbが互いに等しい場合、そうでない場合に比べて、駆動信号生成回路24の構成を簡単化することができるという利点がある。
前述のように、能動部P2、P3への第2駆動信号Com-Bの保持要素ERb1の供給を完了した後、期間PEを経て、能動部P1への第1駆動信号Com-Aの保持要素ERa1の供給が開始される。ここで、期間PEでは、膨張工程SEが実行される。なお、収縮工程SSは、前述の第1実施形態と同様である。
第2駆動信号Com-Bの保持要素ERb1が能動部P2、P3に供給されている期間においては、第1面F1が凸状となるように、振動板51eが変形する。これにより、圧力室Cの容積が収縮した状態となる。一方、第1駆動信号Com-Aの保持要素ERa1が能動部P1に供給されている期間においては、第1面F1が凹状となるように、振動板51eが変形する。これにより、圧力室Cの容積が膨張した状態となる。
前述のように圧力室Cの容積が収縮した状態から、膨張した状態へと変化する膨張工程SEでは、能動部P1が振動板51eを基準状態から圧力室Cの容積を膨張させる状態に変形させる際、能動部P2、P3が圧力室Cの容積を収縮させた状態から振動板51eを基準状態に戻そうとする力を利用することができる。このため、第1駆動信号Com-Aによる能動部P1の駆動のみを行う構成に比べて、振動板51eの変形量を大きくすることができる。この結果、効率的にノズルNからインクを吐出することができる。
以上の第3実施形態によっても、液体吐出装置100の吐出特性を向上させることができる。本実施形態では、前述のように、第1駆動信号Com-Aは、「第1膨張要素」の一例である膨張要素EEa1を含む。また、第2駆動信号Com-Bは、「第2膨張要素」の一例である膨張要素EEbを含む。膨張要素EEa1および膨張要素EEbのそれぞれは、単位期間Tuごとに圧力室Cの容積を膨張させる。そして、液体吐出装置100は、膨張工程SEを実行する。膨張工程SEは、「第3期間」の一例である期間P2cと「第4期間」の一例である期間P4dとが互いに重なる期間である。期間P2cでは、膨張要素EEa1が能動部P1に供給される。期間P4dでは、膨張要素EEbが能動部P2、P3に供給される。
膨張工程SEでは、期間P2cおよび期間P4dが互いに重なるので、これらの期間が重ならない構成に比べて、圧力室Cに導入されるインクの勢いを増加させることができる。また、これらの期間が重ならない構成に比べて、ノズルNからのインクの吐出周期を短くすることもできる。
ここで、前述のように、単位期間Tuにおいて、膨張工程SEは、収縮工程SSよりも先に実行される。このため、ノズルNから吐出される1回の吐出あたりの量を多くすることができる。
さらに、前述のように、期間P4cおよび期間P4dは、互いに重ならず、かつ、期間P2cおよび期間P6dは、互いに重ならない。このため、能動部P1により変形する振動板51eの部分と能動部P2により変形する振動板51eの部分との間に過大な応力が生じることが防止される。この結果、振動板51eのクラック等の損傷を低減することができる。
4.第4実施形態
以下、本開示の第4実施形態について説明する。以下では、第1実施形態との相違点を中心に説明する。
図15は、第4実施形態での収縮工程SSおよび膨張工程SEを説明するための図である。本実施形態は、第2駆動信号Com-Bの収縮要素ESb1および保持要素ERb1を省略したこと以外は、前述の第3実施形態と同様である。したがって、本実施形態の第2駆動信号Com-Bは、第1実施形態の第2駆動信号Com-Bと同様である。
以上の第4実施形態によっても、液体吐出装置100の吐出特性を向上させることができる。
5.第5実施形態
以下、本開示の第5実施形態について説明する。以下では、第1実施形態との相違点を中心に説明する。
図16は、第5実施形態での収縮工程SS、膨張工程SEおよび制振工程SCを説明するための図である。本実施形態は、第1駆動信号Com-Aおよび第2駆動信号Com-Bの位相が異なること以外は、前述の第3実施形態と同様である。
本実施形態では、第1駆動信号Com-Aの収縮要素ESaの期間と第2駆動信号Com-Bの収縮要素ESb1の期間とが期間PSで重なることにより、収縮工程SSが実行される。また、第1駆動信号Com-Aの膨張要素EEa2の期間と第2駆動信号Com-Bの膨張要素EEbの期間とが期間PEで重なることにより、膨張工程SEが実行される。さらに、膨張工程SEの後、第2駆動信号Com-Bの保持要素ERb2により、振動板51eに制振力を加える制振工程SCが実行される。なお、制振工程SCのタイミングや制振工程SCの電位VHbは、膨張工程SE以前の工程によって生じる振動板51eの振動周期や振幅に応じて適宜要請することが好ましい。
以上の第5実施形態によっても、液体吐出装置100の吐出特性を向上させることができる。本実施形態では、前述のように、単位期間Tuにおいて、膨張工程SEは、収縮工程SSよりも後に実行される。このため、収縮工程SSの実行によりインクの減少した圧力室C内に膨張工程SEの実行によりインクを供給することができる。また、第1駆動信号Com-Aによる能動部P1の駆動後に、制振工程SCの実行により、振動板51eを制振させることができる。この結果、印刷品質を高めつつ、吐出周期を短くすることができる。
6.第6実施形態
以下、本開示の第6実施形態について説明する。以下では、第1実施形態との相違点を中心に説明する。
図17は、第6実施形態での第1駆動信号Com-Aおよび第2駆動信号Com-Bを説明するための図である。図17に示す例では、第1駆動信号Com-Aは、第1実施形態の第1駆動信号COM-Aと同様である。
一方、図17に示す第2駆動信号Com-Bは、第1駆動信号Com-Aの逆位相の信号である。すなわち、図17に示す第2駆動信号Com-Bは、中間電位Vcbを基準電位として、単位期間Tu内において、中間電位Vcbから電位VLbを経由して中間電位Vcbに戻る波形を有する。中間電位Vcbは、「第3電位」および「第6電位」の一例である。電位VLbは、「第4電位」の一例である。
ここで、第2駆動信号Com-Bの電位は、期間P1bにわたり中間電位Vcbに維持された後、期間P2bにわたり中間電位Vcbから電位VLbに下降し、期間P3bにわたり電位VLbに維持された後、期間P4bにわたり電位VLbから中間電位Vcbまで上昇し、期間P5bにわたり中間電位Vcbに維持される。期間P2bは、「第2期間」の一例である。期間P4bは、「第4期間」の一例である。
以上の第2駆動信号Com-Bの期間P2bの波形部分は、「第2収縮要素」の一例であり、圧力室Cの容積を収縮させる収縮要素ESbである。第2駆動信号Com-Bの期間P3bの波形部分は、「第2保持要素」の一例である保持要素ERbである。第2駆動信号Com-Bの期間P4bの波形部分は、「第2膨張要素」の一例であり、圧力室Cの容積を膨張させる膨張要素EEbである。
ここで、第1駆動信号Com-Aの期間P2aの少なくとも一部と第2駆動信号Com-Bの期間P2bの少なくとも一部とが期間PSで時間的に互いに重なる。また、第1駆動信号Com-Aの期間P4aの少なくとも一部と第2駆動信号Com-Bの期間P4bの少なくとも一部とが期間PEで時間的に互いに重なる。このような期間PSや期間PEを設けることで、他の実施形態と同様に吐出特性の向上が可能となる。
図17に示す例では、期間P1aの長さと期間P1bの長さとは、互いに等しい。期間P2aの長さと期間P2bの長さとは、互いに等しい。期間P3aの長さと期間P3bの長さとは、互いに等しい。期間P4aの長さと期間P4bの長さとは、互いに等しい。期間P5aの長さと期間P5bの長さとは、互いに等しい。第1駆動信号Com-Aおよび第2駆動信号Com-Bの波形が互いに逆位相である場合、そうでない場合に比べて、駆動信号生成回路24の構成を簡単化することができるという利点がある。
図17の例では、期間P3aの長さと期間P3bの長さとは同一であるが、これらの長さを互いに異ならせてもよい。すなわち、期間P3aの長さは、期間P3bの長さと比べて、長くてもよいし、短くてもよい。この場合、何らかの理由で第1駆動信号Com-Aおよび第2駆動信号Com-Bの位相に誤差が生じた場合であっても、吐出特性の変動を低減しやすいという利点がある。
図18は、第6実施形態での収縮工程SSおよび膨張工程SEを説明するための図である。図18では、第1駆動信号Com-Aが実線で示され、第2駆動信号Com-Bが破線で示される。図18に示す例では、電位VHaおよび中間電位Vcbが互いに等しく、かつ、中間電位Vcaおよび電位VLbが互いに等しい。
なお、電位VHaおよび中間電位Vcbが互いに異なってもよいし、中間電位Vcaおよび電位VLbが互いに異なってもよい。ただし、電位VHaおよび中間電位Vcbが互いに等しく、かつ、中間電位Vcaおよび電位VLbが互いに等しい場合、そうでない場合に比べて、駆動信号生成回路24の構成を簡単化することができるという利点がある。
期間PSでは、収縮工程SSが実行される。その後、期間PEでは、膨張工程SEが実行される。
以上の第6実施形態によっても、前述の第1実施形態と同様、液体吐出装置100の吐出特性を向上させることができる。本実施形態では、前述のように、第1駆動信号Com-Aは、収縮要素ESaの後に電圧を保持する期間P3aを「第1保持期間」の一例として含む。一方、第2駆動信号Com-Bは、収縮要素ESbの後に電圧を保持する期間P3bを「第2保持期間」の一例として含む。ここで、期間P3aおよび期間P3bの長さが互いに異なる場合、第1駆動信号Com-Aおよび第2駆動信号Com-Bの位相に多少の誤差が生じても、期間P3aと期間P3bとが重なる期間の長さが変動し難い。このため、当該誤差によるノズルNからのインクの吐出量のバラつきを低減することができる。これに対し、期間P3aおよび期間P3bの長さがが互いに等しい場合、当該誤差により期間P3aと期間P3bとが重なる期間の長さが変動し易い。このため、ノズルNからのインクの吐出量のバラつきが生じやすい。ただし、この場合、駆動信号生成回路24の簡単化できるという利点がある。
また、前述のように、第1駆動信号Com-Aおよび第2駆動信号Com-Bは、互いに逆位相の信号である。このため、互いに隣り合う2つの吐出要素間の電気的なノイズによる影響(エレキクロストーク)を低減することができる。また、この場合は、第1駆動信号Com-Aと第2駆動信号Com-Bとに含まれる各要素を同時に実行するため、第1実施形態から第5実施形態などに比べて、単位期間Tuに要する時間を全体として短縮することができる。
さらに、前述のように、中間電位Vcbが中間電位Vcaよりも高い。したがって、ノズルNからインクを吐出しない待機状態において、第2駆動信号Com-Bは、圧力室Cの容積を膨張させた状態を維持する。このため、振動板51eに張力が加わるため、振動板51eのバネ定数を高めることができる。この結果、振動板51eの固有振動周期を短くすることにより、ノズルNからのインクの吐出周期を短くすることができる。
また、前述のように、第1駆動信号Com-Aは、単位期間Tuごとに、「第1保持期間」の一例である期間P3aと、「第3期間」の一例である期間P4aと、を含む。期間P3aは、「第1期間」の一例である期間P2aに後続し、「第2電位」の一例である電位VHaを保持する。期間P4aは、期間P3aに後続し、電位VHaから、「第5電位」の一例である中間電位Vcaに変化する。一方、第2駆動信号Com-Bは、単位期間Tuごとに、「第2保持期間」の一例である期間P3bと、「第4期間」の一例である期間P4bと、を含む。期間P3bは、「第2期間」の一例である期間P2bに後続し、「第4電位」の一例である電位VLbを保持する。期間P4bは、期間P3bに後続し、電位VLbから、「第6電位」の一例である中間電位Vcbに変化する。そして、期間P4aおよび期間P4bが互いに重なる。すなわち、膨張工程SEが実行される。このため、圧力室Cに導入されるインクの勢いを増加させることができる。また、ノズルNからのインクの吐出周期を短くすることもできる。
ここで、前述のように、期間P4aおよび期間P4bが互いに重なる期間PEにおいて、第1駆動信号Com-Aおよび第2駆動信号Com-Bの互いの電位の大小関係が逆転する。
7.第7実施形態
以下、本開示の第7実施形態について説明する。以下では、第1実施形態との相違点を中心に説明する。
図19は、第7実施形態での収縮工程および膨張工程を説明するための図である。本実施形態は、図19に示すように、第2駆動信号Com-Bの中間電位Vcbが第1駆動信号Com-Aの電位VHaとは異なること以外は、前述の第6実施形態と同様である。
以上の第7実施形態によっても、液体吐出装置100の吐出特性を向上させることができる。本実施形態では、前述のように、中間電位Vcbが電位VHaとは異なる。このため、中間電位Vcbを適宜に設定することにより、振動板51eの硬さ等を調整することができる。この結果、製造バラつき等があっても、複数のヘッドチップ51の間や複数の圧力室Cの間での吐出特性を揃えることができる。
8.第8実施形態
以下、本開示の第8実施形態について説明する。以下では、第1実施形態との相違点を中心に説明する。
図20は、第8実施形態での第1駆動信号および第2駆動信号を説明するための図である。図20に示す例では、第1駆動信号Com-Aは、第6実施形態の第1駆動信号COM-Aと同様である。
一方、図20に示す第2駆動信号Com-Bは、第1駆動信号Com-Aの逆位相の信号である。すなわち、図20に示す第2駆動信号Com-Bは、中間電位Vcbを基準電位として、単位期間Tu内において、中間電位Vcbから電位VHb、電位VLbをこの順で経由して中間電位Vcbに戻る波形を有する。
ここで、第2駆動信号Com-Bの電位は、期間P1dにわたり中間電位Vcbに維持された後、期間P2dにわたり中間電位Vcbから電位VHbまで上昇し、期間P3dにわたり電位VHbに維持された後、期間P4dにわたり電位VHbから電位VLbに下降し、期間P5dにわたり電位VLbに維持された後、期間P6dにわたり電位VLbから中間電位Vcbまで上昇し、期間P7dにわたり中間電位Vcbに維持される。期間P4dは、「第2期間」の一例である。期間P6dは、「第4期間」の一例である。
以上の第2駆動信号Com-Bの期間P2dの波形部分は、「第2膨張要素」の一例であり、圧力室Cの容積を膨張させる膨張要素EEb1である。第2駆動信号Com-Bの期間P3dの波形部分は、「第2保持要素」の一例である保持要素ERb1である。第2駆動信号Com-Bの期間P4dの波形部分は、「第2収縮要素」の一例であり、圧力室Cの容積を収縮させる収縮要素ESbである。第2駆動信号Com-Bの期間P5dの波形部分は、「第2保持要素」の一例である保持要素ERb2である。第2駆動信号Com-Bの期間P6dの波形部分は、「第2膨張要素」の一例であり、圧力室Cの容積を膨張させる膨張要素EEb2である。
なお、本実施形態では、第1駆動信号Com-Aの期間P2cの波形部分は、「第1膨張要素」の一例であり、圧力室Cの容積を膨張させる膨張要素EEa1である。第1駆動信号Com-Aの期間P3cの波形部分は、「第1保持要素」の一例である保持要素ERa1である。第1駆動信号Com-Aの期間P4cの波形部分は、「第1収縮要素」の一例であり、圧力室Cの容積を収縮させる収縮要素ESaである。第1駆動信号Com-Aの期間P5cの波形部分は、「第1保持要素」の一例である保持要素ERa2である。第1駆動信号Com-Aの期間P6cの波形部分は、「第1膨張要素」の一例であり、圧力室Cの容積を膨張させる膨張要素EEa2である。
ここで、第1駆動信号Com-Aの期間P2cの少なくとも一部と第2駆動信号Com-Bの期間P2dの少なくとも一部とが期間PE1で時間的に互いに重なる。また、第1駆動信号Com-Aの期間P4cの少なくとも一部と第2駆動信号Com-Bの期間P4dの少なくとも一部とが期間PSで時間的に互いに重なる。さらに、第1駆動信号Com-Aの期間P6cの少なくとも一部と第2駆動信号Com-Bの期間P6dの少なくとも一部とが期間PE2で時間的に互いに重なる。
図21は、第8実施形態での収縮工程SS、第1膨張工程SE1および第2膨張工程SE2を説明するための図である。図21では、第1駆動信号Com-Aが実線で示され、第2駆動信号Com-Bが破線で示される。図21に示す例では、電位VHaおよび電位VHbが互いに等しく、かつ、電位VLaおよび電位VLbが互いに等しい。また、中間電位Vcbが中間電位Vcaよりも高い。
なお、電位VHaおよび電位VHbが互いに異なってもよいし、電位VLaおよび電位VLbが互いに異なってもよい。
期間PE1では、第1膨張工程SE1が実行される。その後、期間PSでは、収縮工程SSが実行される。次いで、期間PE2では、第2膨張工程SE2が実行される。第1膨張工程SE1および第2膨張工程SE2のそれぞれは、前述の膨張工程SEと同様の効果を奏する。すなわち、第1膨張工程SE1および第2膨張工程SE2は、膨張工程SEに含まれるといえる。
以上の第8実施形態によっても、液体吐出装置100の吐出特性を向上させることができる。本実施形態では、前述のように、膨張工程SEは、第1膨張工程SE1および第2膨張工程SE2を含む。そして、単位期間Tuにおいて、収縮工程SSは、第1膨張工程SE1と第2膨張工程SE2との間に実行される。このため、他の実施形態と同様にノズルNからのインクの1回の吐出あたりの量を多くすることができる。加えて、第1駆動信号Com-Aと第2駆動信号Com-Bとに含まれる各要素を同時に実行するため、第1実施形態から第5実施形態などに比べて、単位期間Tuに要する時間を全体として短縮することができる。つまり、吐出量を多くすることと、ノズルNからの液体の吐出周期を短くすることと、の両立を図ることができる。
9.第9実施形態
以下、本開示の第9実施形態について説明する。以下では、第1実施形態との相違点を中心に説明する。
図22は、第9実施形態での収縮工程SS、第1膨張工程SE1および第2膨張工程SE2を説明するための図である。本実施形態は、中間電位Vcaと中間電位Vcbとの電位差が異なること以外は、前述の第8実施形態と同様である。
本実施形態では、中間電位Vcaと中間電位Vcbとの電位差が第8実施形態に比べて小さい。図22に示す例では、中間電位Vcbが中間電位Vcaよりも若干高いものの、中間電位Vcaと中間電位Vcbとの電位差が極めて小さい。なお、中間電位Vcaと中間電位Vcbとが互いに等しくてもよいし、中間電位Vcbが中間電位Vcaよりも低くてもよい。
以上の第9実施形態によっても、第8実施形態と同様に液体吐出装置100の吐出特性を向上させることができる。
10.第10実施形態
以下、本開示の第10実施形態について説明する。以下では、第1実施形態との相違点を中心に説明する。
図23は、第10実施形態での収縮工程SSおよび膨張工程SEを説明するための図である。本実施形態では、第2駆動信号Com-Bに制振工程SCのための波形を追加したこと以外は、前述の第6実施形態と同様である。
本実施形態では、第2駆動信号Com-Bの電位が膨張工程SEの後に中間電位Vcbから電位VLb1まで降下することにより、制振工程SCが実行される。電位VLb1は、中間電位Vcbと電位VLbとの間の電位である。
以上の第10実施形態によっても、液体吐出装置100の吐出特性を向上させることができる。本実施形態では、第6実施形態と同様の効果に加えて、制振工程SCによる効果が得られる。
11.変形例
以上の例示における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る2以上の態様は、互いに矛盾しない範囲で適宜に併合され得る。
11-1.変形例1
図24は、変形例1での収縮工程SSおよび膨張工程SEを説明するための図である。
変形例1は、収縮工程SSの前に工程SXを追加したこと以外は、前述の第6実施形態と同様である。
図24に示す例では、第2駆動信号Com-Bの電位が収縮工程SSの前に中間電位Vcbから電位VLbまで複数回繰返し降下することにより、工程SXが実行される。以上の変形例1によっても、液体吐出装置100の吐出特性を向上させることができる。なお、工程SXに用いる波形は、図24に示す例に限定されず、任意である。工程SXによれば、例えば、インクが吐出されない程度に振動を発生させ、期間PSの直前に圧力室Cが膨張した状態とし、吐出する際の振動を励振するように調整することができる。また、工程SXによれば、液体を吐出しない待機状態において、高電位である中間電位Vcbが常に維持されないため、駆動信号生成回路24の消費電力を抑制することができる。
11-2.変形例2
前述の形態では、個別電極と共通電極との間に圧電体層が介在する構成が例示されるが、これに限定されず、個別電極と個別電極との間に圧電体層が介在する構成でもよい。
11-3.変形例3
前述の各形態では、液体吐出ヘッド50を搭載するキャリッジ41を往復させるシリアル方式の液体吐出装置100を例示するが、複数のノズルNが媒体Mの全幅にわたり分布するライン方式の液体吐出装置にも本開示を適用することが可能である。
11-4.変形例4
前述の各形態で例示する液体吐出装置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、本開示の液体吐出装置の用途は印刷に限定されない。例えば、色材の溶液を吐出する液体吐出装置は、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、導電材料の溶液を吐出する液体吐出装置は、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。
10…液体容器、20…制御ユニット、21…制御回路、22…記憶回路、23…電源回路、24…駆動信号生成回路、30…搬送機構、40…移動機構、41…キャリッジ、42…搬送ベルト、50…液体吐出ヘッド、51…ヘッドチップ、51F…圧電素子、51a…流路基板、51b…圧力室基板、51b1…隔壁、51c…ノズル板、51d…吸振体、51e…振動板、51f…圧電素子、51f1…第1電極層、51f1a…個別電極、51f1b…個別電極、51f1c…個別電極、51f2…圧電体層、51f3…第2電極層、51g…カバー、51h…ケース、51i…配線基板、52…切替回路、52a…接続状態指定回路、100…液体吐出装置、200…外部装置、51e1…第1層、51e1…第2層、ABO3…一般組成式、BD…外縁、C…圧力室、CLK…クロック信号、CNG…チェンジ信号、COM-A…第1駆動信号、Com-1…第1駆動信号、Com-A…第1駆動信号、Com-B…第2駆動信号、EEa…膨張要素、EEa1…膨張要素、EEa2…膨張要素、EEb…膨張要素、EEb1…膨張要素、EEb2…膨張要素、ERa…保持要素、ERa1…保持要素、ERa2…保持要素、ERb…保持要素、ERb1…保持要素、ERb2…保持要素、ESa…収縮要素、ESb…収縮要素、ESb1…収縮要素、ESb2…収縮要素、F1…第1面、F2…第2面、IH…導入口、Img…印刷データ、LAT…ラッチ信号、LHa…配線、LHb…配線、LHd…配線、M…媒体、N…ノズル、Na…連通流路、P1…能動部、P1a…期間、P1b…期間、P1c…期間、P1d…期間、P2…能動部、P2a…期間、P2b…期間、P2c…期間、P2d…期間、P3…能動部、P3a…期間、P3b…期間、P3c…期間、P3d…期間、P4a…期間、P4b…期間、P4c…期間、P4d…期間、P5a…期間、P5b…期間、P5c…期間、P5d…期間、P6c…期間、P6d…期間、P7c…期間、P7d…期間、PE…期間、PE1…期間、PE2…期間、PS…期間、R…液体貯留室、R1…開口部、R2…収容部、Ra…供給流路、SC…制振工程、SE…膨張工程、SE1…第1膨張工程、SE2…第2膨張工程、SI…印刷データ信号、SLa…接続状態指定信号、SS…収縮工程、SWa…スイッチ、SWb…スイッチ、SX…工程、Sk1…制御信号、Sk2…制御信号、Tu…単位期間、VBS…オフセット電位、VHV…電源電位、VHa…電位、VHb…電位、VLa…電位、VLb…電位、VLb1…電位、Vca…中間電位、Vcb…中間電位、Vin-A…供給信号、Vin-B…供給信号、W1…幅、W2…幅、W3…幅、dCom…波形指定信号。

Claims (20)

  1. 第1面と前記第1面とは反対方向を向く第2面とを有する振動板と、
    前記第1面の上に積層され、液体を吐出するノズルに連通する圧力室を区画する隔壁を有する圧力室基板と、
    前記第2面の上に積層され、前記振動板の厚さ方向にみて前記圧力室の中心に重なる第1能動部と前記第1能動部よりも前記圧力室の外縁に近い位置で前記圧力室に重なる第2能動部とを有する圧電素子と、
    前記第1能動部を駆動する第1駆動信号と、前記第2能動部を駆動する第2駆動信号と、を生成する駆動信号生成部と、を備え、
    前記第1駆動信号は、前記圧力室の容積を収縮させる第1収縮要素を周期的な単位期間ごとに含み、
    前記第2駆動信号は、前記単位期間ごとに前記圧力室の容積を収縮させる第2収縮要素を前記単位期間ごとに含み、
    前記第1収縮要素が前記第1能動部に供給される第1期間と、前記第2収縮要素が前記第2能動部に供給される第2期間と、が互いに重なる収縮工程を実行する、
    ことを特徴とする液体吐出装置。
  2. 前記収縮工程の実行中では、前記第1駆動信号および前記第2駆動信号の互いの電位の大小関係が逆転する、
    ことを特徴とする請求項1に記載の液体吐出装置。
  3. 前記単位期間において、前記第1収縮要素の開始タイミングは、前記第2収縮要素の開始タイミングよりも後である、
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の液体吐出装置。
  4. 前記単位期間において、前記第1収縮要素の終了タイミングは、前記第2収縮要素の終了タイミングよりも後である、
    ことを特徴とする請求項3に記載の液体吐出装置。
  5. 前記第1駆動信号は、前記単位期間ごとに前記圧力室の容積を膨張させる第1膨張要素を含み、
    前記第2駆動信号は、前記単位期間ごとに前記圧力室の容積を膨張させる第2膨張要素を含み、
    前記第1膨張要素が前記第1能動部に供給される第3期間と、前記第2膨張要素が前記第2能動部に供給される第4期間と、が重なる膨張工程を実行する、
    ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の液体吐出装置。
  6. 前記単位期間において、前記膨張工程は、前記収縮工程よりも先に実行される、
    ことを特徴とする請求項5に記載の液体吐出装置。
  7. 前記単位期間において、前記膨張工程は、前記収縮工程よりも後に実行される、
    ことを特徴とする請求項5に記載の液体吐出装置。
  8. 前記膨張工程は、第1膨張工程および第2膨張工程を含み、
    前記単位期間において、前記収縮工程は、前記第1膨張工程と前記第2膨張工程との間に実行される、
    ことを特徴とする請求項5に記載の液体吐出装置。
  9. 前記第1駆動信号は、前記第1収縮要素の後に電圧を保持する第1保持期間を含み、
    前記第2駆動信号は、前記第2収縮要素の後に電圧を保持する第2保持期間を含み、
    前記第1保持期間および前記第2保持期間の長さが互いに異なる、
    ことを特徴とする請求項7または8に記載の液体吐出装置。
  10. 前記第1駆動信号および前記第2駆動信号は、互いに逆位相の信号である、
    ことを特徴とする請求項7または8に記載の液体吐出装置。
  11. 前記ノズルから液体を吐出しない待機状態において、前記第2駆動信号は、前記圧力室の容積を膨張させた状態を維持する、
    ことを特徴とする請求項7から9のいずれか1項に記載の液体吐出装置。
  12. 前記第1期間および前記第4期間は、互いに重ならず、
    前記第2期間および前記第3期間は、互いに重ならない、
    ことを特徴とする請求項5から11のいずれか1項に記載の液体吐出装置。
  13. 第1面と前記第1面とは反対方向を向く第2面とを有する振動板と、
    前記第1面の上に積層され、液体を吐出するノズルに連通する圧力室を区画する隔壁を有する圧力室基板と、
    前記第2面の上に積層され、前記振動板の厚さ方向にみて前記圧力室の中心に重なる第1能動部と前記第1能動部よりも前記圧力室の外縁に近い位置で前記圧力室に重なる第2能動部とを有する圧電素子と、
    前記第1能動部を駆動する第1駆動信号と、前記第2能動部を駆動する第2駆動信号と、を生成する駆動信号生成部と、を備え、
    前記第1駆動信号は、第1電位から第2電位に変化する第1期間を周期的な単位期間ごとに含み、
    前記第2駆動信号は、第3電位から第4電位に変化する第2期間を前記単位期間ごとに含み、
    前記第1期間および前記第2期間が互いに重なる、
    ことを特徴とする液体吐出装置。
  14. 前記第1期間および前記第2期間が互いに重なる期間において、前記第1駆動信号および前記第2駆動信号の互いの電圧の大小関係が逆転する、
    ことを特徴とする請求項13に記載の液体吐出装置。
  15. 前記単位期間において、前記第1期間の開始タイミングは、前記第2期間の開始タイミングよりも後である、
    ことを特徴とする請求項13または14に記載の液体吐出装置。
  16. 前記第1駆動信号は、前記単位期間ごとに、
    前記第1期間に後続し、前記第2電位を保持する第1保持期間と、
    前記第1保持期間に後続し、前記第2電位から第5電位に変化する第3期間と、を含み、
    前記第2駆動信号は、前記単位期間ごとに、
    前記第2期間に後続し、前記第4電位を保持する第2保持期間と、
    前記第2保持期間に後続し、前記第4電位から第6電位に変化する第4期間と、を含み、
    前記第3期間および前記第4期間が互いに重なる、
    ことを特徴とする請求項13から15のいずれか1項に記載の液体吐出装置。
  17. 前記第3期間および前記第4期間が互いに重なる期間において、前記第1駆動信号および前記第2駆動信号の互いの電位の大小関係が逆転する、
    ことを特徴とする請求項16に記載の液体吐出装置。
  18. 前記第1保持期間および前記第2保持期間の長さが互いに異なる、
    ことを特徴とする請求項16または17に記載の液体吐出装置。
  19. 前記圧電素子は、前記振動板の厚さ方向にみて前記第1能動部よりも前記圧力室の外縁に近い位置で前記圧力室に重なる第3能動部を有し、
    前記第1能動部は、前記振動板の厚さ方向にみて前記第2能動部と前記第3能動部との間に位置する、
    ことを特徴とする請求項1から18のいずれか1項に記載の液体吐出装置。
  20. 前記圧電素子は、前記振動板から離れる方向に向かって第1電極層、圧電体層および第2電極層をこの順に有し、
    前記圧電体層および前記第2電極層は、前記第1能動部、前記第2能動部および前記第3能動部にわたって共通に設けられ、
    前記第1電極層は、前記第1能動部、前記第2能動部および前記第3能動部に個別に設けられる複数の個別電極を含む、
    ことを特徴とする請求項19に記載の液体吐出装置。
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