專利名稱:壓電噴墨頭的驅(qū)動(dòng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓電噴墨頭的驅(qū)動(dòng)方法，具體涉及能夠非常適合用于打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)及它們的復(fù)合機(jī)等的壓電噴墨頭的驅(qū)動(dòng)方法背景技術(shù)用于立即響應(yīng)噴墨打印機(jī)等的、以壓電元件的電致伸縮效應(yīng)作為驅(qū)動(dòng)源的壓電噴墨頭，例如具有如下的結(jié)構(gòu)，即在板狀的基板的單側(cè)面，在其面方向排列多個(gè)充填墨水的加壓室，并且，噴出墨水的噴嘴與每個(gè)加壓室全部連通，同時(shí)在該基板的排列著加壓室的一側(cè)的表面，疊層著壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
此外，壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)，一般通過按順序疊層具有覆蓋上述多個(gè)加壓室的尺寸的導(dǎo)電性振動(dòng)板、與每個(gè)加壓室對(duì)應(yīng)地分離形成的多個(gè)壓電陶瓷層、同樣與每個(gè)加壓室對(duì)應(yīng)地分離形成的多個(gè)單個(gè)獨(dú)立電極而構(gòu)成。導(dǎo)電性的振動(dòng)板與獨(dú)立電極一同夾持壓電陶瓷層，兼有向壓電陶瓷層外加電場(chǎng)的作為公共電極的功能。
在上述壓電噴墨頭中，如果向與每個(gè)加壓室對(duì)應(yīng)的獨(dú)立電極中的任意1個(gè)或2個(gè)以上的獨(dú)立電極和振動(dòng)板的之間，外加與壓電陶瓷層的極化方向同方向的電場(chǎng)，由該獨(dú)立電極和振動(dòng)板夾持的壓電陶瓷層向面方向收縮。此外，由于壓電陶瓷層固定在振動(dòng)板上，因此壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的外加有電場(chǎng)的區(qū)域，隨上述收縮，以朝加壓室的方向突出的方式撓曲變形，通過該撓曲變形，加壓室內(nèi)的墨水壓縮，作為墨滴從噴嘴噴出，進(jìn)行打印。
此外，近來，為與伴隨噴墨打印機(jī)的打印的高畫質(zhì)化(高精細(xì)化)的噴嘴間距的微細(xì)化對(duì)應(yīng)，代替在每個(gè)加壓室分離形成的多個(gè)壓電陶瓷層，采用具有覆蓋多個(gè)加壓室的尺寸的壓電陶瓷層的壓電噴墨頭開始實(shí)用化。
在該壓電噴墨頭中，如果向與每個(gè)加壓室對(duì)應(yīng)的獨(dú)立電極中的任意1個(gè)或2個(gè)以上的獨(dú)立電極和振動(dòng)板的之間，外加與壓電陶瓷層的極化方向同方向的電場(chǎng)，由壓電陶瓷層中的該獨(dú)立電極和振動(dòng)板夾持的區(qū)域，象與分離形成的壓電陶瓷層同樣地向面方向收縮。此外，隨上述收縮，壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的外加有電場(chǎng)的區(qū)域以朝加壓室的方向突出的方式撓曲變形，通過該撓曲變形，壓縮加壓室內(nèi)的墨水，作為墨滴從噴嘴噴出，進(jìn)行打印。
提出了將壓電陶瓷層2層疊層的、所謂的雙壓電晶片型的壓電噴墨頭的技術(shù)方案。
在雙壓電晶片型的壓電噴墨頭中，通過在與向面方向收縮第1壓電陶瓷層的同時(shí)，外加與該極化方向相反方向的電場(chǎng)，伸長第2壓電陶瓷層，與以往的只具有1層壓電陶瓷層的壓電噴墨頭(與“雙壓電晶片型”對(duì)比，稱為“單壓電晶片”的壓電噴墨頭)相比較，通過外加更低電壓的電場(chǎng)，能夠在加壓室的方向良好地?fù)锨冃螇弘妶?zhí)行機(jī)構(gòu)。
關(guān)于雙壓電晶片型的壓電噴墨頭，例如，詳細(xì)情況見日本專利公開公報(bào)H04-371845-A2(1992)、H08-118630-A2(1996)、H08-118663-A2(1996)、2000-141647-A2(2000)、2001-77438-A2(2001)。
但是，在上述現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)中記載的雙壓電晶片型的壓電噴墨頭中，由于都與每個(gè)加壓室對(duì)應(yīng)地分離形成2層壓電陶瓷層，所以存在不能與伴隨噴墨打印機(jī)的打印高畫質(zhì)化(高精細(xì)化)的噴嘴間距的微細(xì)化對(duì)應(yīng)的問題。
為了與噴嘴間距的微細(xì)化對(duì)應(yīng)，作為第1壓電陶瓷層和第2壓電陶瓷層，需要采用具有覆蓋多個(gè)加壓室的尺寸的壓電陶瓷層。但是，此時(shí)，存在壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化的問題。
即，在繼續(xù)維持上述各文獻(xiàn)中記載的壓電噴墨頭中的電極的構(gòu)成，作為2層壓電陶瓷層，都采用具有覆蓋多個(gè)加壓室的尺寸的壓電陶瓷層的時(shí)候，可考慮將壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)AC形成圖10、圖11的任一結(jié)構(gòu)。
其中，圖10的壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)AC的構(gòu)成是，在基板91上，按從遠(yuǎn)離該基板91的地方開始，依次疊層有，與每個(gè)加壓室92對(duì)應(yīng)地分離形成的第1分離電極90a、具有覆蓋多個(gè)加壓室92的尺寸的第1壓電陶瓷層97a、與每個(gè)加壓室92對(duì)應(yīng)地分離形成的第2分離電極90b、具有覆蓋多個(gè)加壓室92的尺寸的第2壓電陶瓷層97b、具有覆蓋多個(gè)加壓室92的尺寸的公共電極98a、同樣具有覆蓋多個(gè)加壓室92的尺寸的防止墨水與公共電極98a接觸的保護(hù)層99。
該壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)AC如下進(jìn)行制造，例如，通過在成為第2壓電陶瓷層97b的基礎(chǔ)的壓電體生片的單面上，印刷導(dǎo)電糊劑，形成第2分離電極90b，在其上面，燒結(jié)疊層有成為第1壓電陶瓷層97a的基礎(chǔ)的壓電體生片的疊層體，并形成上述3層后，在該疊層體的單面上印刷導(dǎo)電糊劑，形成第1分離電極90a，在相反面印刷導(dǎo)電糊劑，形成公共電極98a。
可是，第2分離電極90b，在上述燒成工序中，因壓電體生片膨脹，然后嚴(yán)重收縮，在變化了面方向的位置后，不能夠在燒成后從外部確認(rèn)該變化。
因此，存在難于進(jìn)行在印刷導(dǎo)電糊劑，形成第1分離電極90a時(shí)的位置對(duì)合，或在基板1上接合、固定制造的壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)AC時(shí)的兩分離電極90a、90b和加壓室92的位置對(duì)合的問題。
此外，為在每個(gè)第2分離電極90b上配線，在印刷導(dǎo)電糊劑，形成第2分離電極90b時(shí)，需要同時(shí)印刷、形成引出配線，或在第1壓電陶瓷層97a上形成通孔(via hole)，進(jìn)行配線(未圖示)。
但是，在前一種情況時(shí)，由于需要印刷引出配線的空間，所以存在不能與噴嘴間距的微細(xì)化對(duì)應(yīng)的問題。
此外，在后一種情況時(shí)，存在因增加形成通孔的工序或進(jìn)行配線的工序，除使制造工序復(fù)雜化外，還使壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)AC的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜化的問題。
圖11的壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)AC，是通過在基板91上，按從遠(yuǎn)離該基板91的地方開始，依次疊層有，與每個(gè)加壓室92對(duì)應(yīng)地分離形成的第1分離電極90a、具有覆蓋多個(gè)加壓室92的尺寸的第1壓電陶瓷層97a、具有覆蓋多個(gè)加壓室92的尺寸的公共電極98b、具有覆蓋多個(gè)加壓室的尺寸的第2壓電陶瓷層97b、與每個(gè)加壓室92對(duì)應(yīng)地分離形成的第2分離電極90c、防止墨水與上述第2分離電極90c接觸的保護(hù)層99，構(gòu)成壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)AC。
該壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)AC，可與上述相同地制造。
另外，由于能夠在壓電體生片的燒成后，一同印刷、形成第1分離電極90a及第2分離電極90c，所以容易進(jìn)行兩者間相互的位置對(duì)合及與加壓室92的位置對(duì)合。
但是，為在每個(gè)第2分離電極90c上配線，同樣在印刷導(dǎo)電糊劑，形成第2分離電極90c時(shí)，也需要同時(shí)印刷、形成引出配線，或在第1壓電陶瓷層97a及第2壓電陶瓷層97b上形成通孔，進(jìn)行配線(未圖示)。
此外，在前一種情況下，與上述同樣，由于需要印刷引出配線的空間，所以存在不能與噴嘴間距的微細(xì)化對(duì)應(yīng)的問題。
此外，在后一種情況下，存在因增加形成通孔的工序或進(jìn)行配線的工序，除使制造工序復(fù)雜化外，還使壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)AC的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜化的問題。
而且，兩壓電陶瓷層97a、97b上的通孔的形成位置，在上述燒成工序中，向面方向不規(guī)則地偏移，存在難于位置對(duì)合的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種驅(qū)動(dòng)方法，在作為2層壓電陶瓷層，均具備采用具有覆蓋多個(gè)加壓室的尺寸的壓電陶瓷層的壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的壓電噴墨頭中，與以往相比，能夠簡化用于向兩壓電陶瓷層外加電場(chǎng)的電極和向該電極的配線。
為解決上述問題，本發(fā)明者，從遠(yuǎn)離基板處開始，依次疊層均具有覆蓋多個(gè)加壓室的尺寸的、橫向振動(dòng)模式的第1壓電陶瓷層、第1公共電極、橫向振動(dòng)模式的第2壓電陶瓷層及第2公共電極，同時(shí)在第1壓電陶瓷層上，與各加壓室對(duì)應(yīng)地分離形成多個(gè)獨(dú)立電極，從而構(gòu)成雙壓電晶片式的壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
如果采用該壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由于能夠在壓電體生片的燒成后，印刷、形成獨(dú)立電極，所以，除容易進(jìn)行與加壓室的位置對(duì)合外，如上所述，由于在壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的上面露出獨(dú)立電極，故也容易進(jìn)行配線。
此外，第1公共電極及第2公共電極，除不需要位置對(duì)合外，由于也可以在加壓室的形成區(qū)域外的任意1個(gè)地方連接配線，因此能夠簡化結(jié)構(gòu)，而且也容易配線。
因此，本發(fā)明者，為了通過向面方向收縮與上述壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的第1壓電陶瓷層的任意1個(gè)或2個(gè)以上的加壓室對(duì)應(yīng)的區(qū)域，并與其同步，向面方向伸長第2壓電陶瓷層的相同區(qū)域，使壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)的區(qū)域，向加壓室的方向良好地?fù)锨冃?，而?duì)利用各電極外加給兩壓電陶瓷層的電場(chǎng)的極性和時(shí)機(jī)，進(jìn)行了深入研究，完成了本發(fā)明。
即，本發(fā)明是一種壓電噴墨頭的驅(qū)動(dòng)方法，所述壓電噴墨頭具有板狀的基板，在該基板的單側(cè)的面上，在基板的面方向排列著多個(gè)成為充填墨的加壓室的凹部，并且在基板的內(nèi)部，在各凹部連通著將充填在加壓室的墨以墨滴噴出的噴嘴；在該基板的形成有凹部的面上從遠(yuǎn)離基板處開始，依次疊層均具有覆蓋上述多個(gè)加壓室的尺寸的、橫向振動(dòng)模式的第1壓電陶瓷層、第1公共電極、橫向振動(dòng)模式的第2壓電陶瓷層及第2公共電極，同時(shí)在第1壓電陶瓷層上，配置著與各加壓室對(duì)應(yīng)而分離形成多個(gè)獨(dú)立電極的壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特征在于在待機(jī)時(shí)，一同解除外加在兩壓電陶瓷層的電場(chǎng)，使壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)為初始狀態(tài)；在墨點(diǎn)形成時(shí)，采用第1公共電極及第2公共電極，對(duì)第2壓電陶瓷層外加與該層的極化方向相反方向的電場(chǎng)，與此同時(shí)；通過(1)在通過噴嘴噴出墨滴的加壓室，通過利用與該加壓室對(duì)應(yīng)的獨(dú)立電極和第1公共電極，對(duì)第1壓電陶瓷層的兩電極間的區(qū)域，外加與該層的極化方向同方向的電場(chǎng)，使壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)區(qū)域以向加壓室的方向突出的方式撓曲變形；并且(2)在不通過噴嘴噴出墨滴的加壓室，通過利用與該加壓室對(duì)應(yīng)的獨(dú)立電極和第1公共電極，對(duì)第1壓電陶瓷層的兩電極間的區(qū)域，外加與該層的極化方向相反方向的電場(chǎng)，使壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)區(qū)域維持在與上述初始狀態(tài)相同的狀態(tài)；從與上述(1)通過噴嘴噴出墨滴的加壓室連通的噴嘴，選擇性地噴出墨滴，形成墨點(diǎn)。
如果采用本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)方法，在(1)的加壓室中，通過向面方向收縮第1壓電陶瓷層的與該加壓室對(duì)應(yīng)的獨(dú)立電極和公共電極間的區(qū)域，同時(shí)向面方向延長第2壓電陶瓷層，與以往的單壓電晶片型的結(jié)構(gòu)相比，能夠利用上述的雙壓電晶片型的功能，用更小的外加電壓，使壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)區(qū)域，向加壓室的方向良好地?fù)锨冃巍?br> 此外，在(2)的加壓室中，通過與第2壓電陶瓷層一同，向面方向延長第1壓電陶瓷層的與該加壓室對(duì)應(yīng)的獨(dú)立電極和第1公共電極間的區(qū)域，能夠使壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)的區(qū)域，維持在與一同解除外加給兩壓電陶瓷層的電場(chǎng)的初始狀態(tài)相同的狀態(tài)。
另外，由此，能夠從與(1)的加壓室連通的噴嘴，選擇性地噴出墨滴，形成墨點(diǎn)。
此外，在上述本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)方法中，優(yōu)選用相同的壓電材料，以相同的厚度形成第1壓電陶瓷層及第2壓電陶瓷層，在墨點(diǎn)形成時(shí)，將在通過噴嘴噴出墨滴的加壓室，利用與該加壓室對(duì)應(yīng)的獨(dú)立電極和第1公共電極，外加在第1壓電陶瓷層的兩電極間的區(qū)域的電場(chǎng)的電位差V1、在不通過噴嘴噴出墨滴的加壓室，利用與該加壓室對(duì)應(yīng)的獨(dú)立電極和第1公共電極，外加在第1壓電陶瓷層的兩電極間的區(qū)域的電場(chǎng)的電位差V2、和外加在第2壓電陶瓷層上的電場(chǎng)的電位差V3，設(shè)定為1/2V1＝V2＝V3。
由此，在(1)的加壓室中，能夠更加良好地?fù)锨冃螇弘妶?zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)的區(qū)域，同時(shí)在(2)的加壓室中，能夠使壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)的區(qū)域，維持在與一同解除外加給兩壓電陶瓷層的電場(chǎng)的初始狀態(tài)相同的狀態(tài)。
此外，在上述本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)方法中，優(yōu)選在墨點(diǎn)形成時(shí)，外加在第2壓電陶瓷層上的與該層的極化方向相反方向的電場(chǎng)；與該電場(chǎng)的外加同步，外加在與第1壓電陶瓷層中的通過噴嘴噴出墨滴的加壓室對(duì)應(yīng)的區(qū)域的、與該層的極化方向同方向的電場(chǎng)；以及與這些電場(chǎng)的外加同步，外加在與第1壓電陶瓷層中的不通過噴嘴噴出墨滴的加壓室對(duì)應(yīng)的區(qū)域的、與該層的極化方向相反方向的電場(chǎng)；這三個(gè)電場(chǎng)的從開始外加到解除之間的脈沖寬度，都設(shè)定為噴嘴內(nèi)的墨的體積速度的固有振動(dòng)周期的1倍～5/4倍。
由此，能夠提高墨水的噴出效率。
此外，本發(fā)明者，還對(duì)具有上述壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的壓電噴墨頭的其他驅(qū)動(dòng)方法，進(jìn)行了深入研究，完成了本發(fā)明。
即，本發(fā)明是一種壓電噴墨頭的驅(qū)動(dòng)方法，所述壓電噴墨頭具有板狀的基板，在該基板的單側(cè)的面上，在基板的面方向排列著多個(gè)成為充填墨的加壓室的凹部，并且在基板的內(nèi)部，在各凹部連通著將充填在加壓室的墨以墨滴噴出的噴嘴；在該基板的形成有凹部的面上從遠(yuǎn)離基板處開始，依次疊層均具有覆蓋上述多個(gè)加壓室的尺寸的、橫向振動(dòng)模式的第1壓電陶瓷層、第1公共電極、橫向振動(dòng)模式的第2壓電陶瓷層及第2公共電極，同時(shí)在第1壓電陶瓷層上，配置著與各加壓室對(duì)應(yīng)而分離形成多個(gè)獨(dú)立電極的壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特征在于在待機(jī)時(shí)，通過利用多個(gè)獨(dú)立電極的全部和第1公共電極，對(duì)第1壓電陶瓷層的兩電極間的整個(gè)區(qū)域，外加與該層的極化方向同方向的電場(chǎng)，同時(shí)，利用第1公共電極和第2公共電極，對(duì)第2壓電陶瓷層外加與該層的極化方向相反方向的、與外加在上述第1壓電陶瓷層上的電場(chǎng)大致同等強(qiáng)度的電場(chǎng)，使壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的與全部加壓室對(duì)應(yīng)的區(qū)域以向加壓室的方向突出的方式撓曲變形；在墨點(diǎn)形成時(shí)，暫時(shí)解除外加在第2壓電陶瓷層上的電場(chǎng)，在經(jīng)過一定時(shí)間后，再次外加與待機(jī)時(shí)相同的電場(chǎng)，同時(shí)；通過(i)在通過噴嘴噴出墨滴的加壓室，與解除外加在第2壓電陶瓷層上的電場(chǎng)同步，也解除利用與該加壓室對(duì)應(yīng)的獨(dú)立電極和第1公共電極、外加在第1壓電陶瓷層的兩電極間的區(qū)域的電場(chǎng)，使壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)區(qū)域暫時(shí)成為初始狀態(tài)，然后，與向第2壓電陶瓷層再次外加電場(chǎng)同步，對(duì)第1壓電陶瓷層的上述區(qū)域，首先以待機(jī)時(shí)的大約2倍的強(qiáng)度，外加與該層的極化方向同方向的電場(chǎng)，使壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)區(qū)域在以比待機(jī)時(shí)更突出的方式，向加壓室的方向撓曲變形后，在經(jīng)過一定時(shí)間后，將外加在上述區(qū)域上的電場(chǎng)的強(qiáng)度回復(fù)到待機(jī)時(shí)，使壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)區(qū)域恢復(fù)到待機(jī)狀態(tài)；并且(ii)在不通過噴嘴噴出墨滴的加壓室，與解除外加給第2壓電陶瓷層的電場(chǎng)同步，利用與該加壓室對(duì)應(yīng)的獨(dú)立電極和第1公共電極，首先以待機(jī)時(shí)的大約2倍的強(qiáng)度，向第1壓電陶瓷層的兩電極間的區(qū)域外加與該層的極化方向同方向的電場(chǎng)，將壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)區(qū)域的向加壓室的方向的撓曲變形量維持在與待機(jī)時(shí)相同后，與向第2壓電陶瓷層再次外加電場(chǎng)同步，將外加在上述區(qū)域的電場(chǎng)的強(qiáng)度回復(fù)到待機(jī)時(shí)，使壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)區(qū)域恢復(fù)到待機(jī)狀態(tài)；從與上述(i)通過噴嘴噴出液滴的加壓室連通的噴嘴，選擇性地噴出墨滴，形成墨點(diǎn)。
如果采用上述本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)方法，在待機(jī)時(shí)，通過向面方向收縮第1壓電陶瓷層的全部獨(dú)立電極和第1公共電極間的區(qū)域，同時(shí)向面方向延長第2壓電陶瓷層，與以往的單壓電晶片型的相比，能夠利用上述的雙壓電晶片型的功能，用更小的外加電壓，使壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的整個(gè)區(qū)域，向加壓室的方向良好地?fù)锨冃巍?br> 此外，墨點(diǎn)形成時(shí)，在暫時(shí)解除第2壓電陶瓷層的面方向的延長后，再次進(jìn)行面方向延伸的操作，同時(shí)；在(i)的加壓室中，通過與上述第2壓電陶瓷層的延長的解除同步，解除第1壓電陶瓷層的與該加壓室對(duì)應(yīng)的獨(dú)立電極和公共電極間的區(qū)域的收縮，使壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)的區(qū)域?yàn)槌跏紶顟B(tài)，能夠向加壓室引入噴嘴部內(nèi)的墨水彎液面。
然后，通過與上述第2壓電陶瓷層的再延長同步，比待機(jī)時(shí)更大地收縮第1壓電陶瓷層的上述區(qū)域，以比待機(jī)時(shí)更向加壓室的方向突出的方式，撓曲變形壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)的區(qū)域，使墨水從噴嘴部突出。由于從噴嘴的前端突出的墨水可看成大致圓柱狀，因此將該突出狀態(tài)的墨水一般稱為墨水柱。然后，在經(jīng)過一定時(shí)間后，通過將上述區(qū)域的收縮量返回到待機(jī)時(shí)，能夠?qū)弘妶?zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)的區(qū)域恢復(fù)到待機(jī)狀態(tài)，將墨水引回到加壓室，分離墨水柱，產(chǎn)生墨滴。
此外，在(ii)的加壓室中，通過與上述第2壓電陶瓷層的延長的解除同步，比待機(jī)時(shí)更大地收縮第1壓電陶瓷層的與該加壓室對(duì)應(yīng)的獨(dú)立電極和公共電極間的區(qū)域，將壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)的區(qū)域的向加壓室的方向變形量維持在與待機(jī)時(shí)同等程度，然后與第2壓電陶瓷層的再延長同步，將上述區(qū)域的收縮量返回到待機(jī)時(shí)，使壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)的區(qū)域恢復(fù)到待機(jī)狀態(tài)，能夠防止從噴嘴部噴出墨水。
由此，能夠從與(i)的加壓室連通的噴嘴部，選擇性地噴出墨滴，形成墨點(diǎn)。
此外，在上述本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)方法中，優(yōu)選在墨點(diǎn)形成時(shí)，從解除外加在第2壓電陶瓷層上的電場(chǎng)后，到再度外加期間的脈沖寬度；與其同步，從解除外加在與第1壓電陶瓷層中的通過噴嘴噴出墨滴的加壓室對(duì)應(yīng)的區(qū)域的電場(chǎng)后，到開始外加待機(jī)時(shí)的大約2倍強(qiáng)度的電場(chǎng)的期間的脈沖寬度；以及與這些同步，對(duì)與第1壓電陶瓷層中的不通過噴嘴噴出墨滴的加壓室對(duì)應(yīng)的區(qū)域，外加待機(jī)時(shí)的大約2倍強(qiáng)度的電場(chǎng)后，到電場(chǎng)強(qiáng)度回復(fù)到待機(jī)期間的脈沖寬度；這三種脈沖寬度都設(shè)定為噴嘴內(nèi)的墨的體積速度的固有振動(dòng)周期的1/2倍～3/4倍。
由此，能夠提高墨水的噴出效率。



圖1是表示在本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)方法所用的壓電噴墨頭的一例中，安裝壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)前的狀態(tài)的俯視圖。
圖2是在圖1例的壓電噴墨頭中，放大表示在安裝壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的狀態(tài)下的1個(gè)墨點(diǎn)形成部，是圖3的A-A線剖面圖。
圖3是表示構(gòu)成1個(gè)墨點(diǎn)形成部的各部的重疊狀態(tài)的透視圖。
圖4A～圖4C是分別說明，在利用本發(fā)明的第1驅(qū)動(dòng)方法驅(qū)動(dòng)上述例的壓電噴墨頭時(shí)，外加給第1壓電陶瓷層及第2壓電陶瓷層的電場(chǎng)的方向和兩壓電陶瓷層的極化方向的關(guān)系的剖面圖。
圖5A～圖5C是分別表示上述驅(qū)動(dòng)方法中外加給兩壓電陶瓷層的電場(chǎng)的脈沖波形的圖。
圖6是將上述第1驅(qū)動(dòng)方法中，外加給第1壓電陶瓷層的電場(chǎng)的脈沖波形、與在施加該脈沖波形時(shí)噴嘴中的墨水的體積速度的變化的關(guān)系簡化表示的圖。
圖7A～圖7E是分別說明在利用本發(fā)明的第2驅(qū)動(dòng)方法驅(qū)動(dòng)上述例的壓電噴墨頭時(shí)，外加給第1壓電陶瓷層及第2壓電陶瓷層的電場(chǎng)的方向、和兩壓電陶瓷層的極化方向的關(guān)系的剖面圖。
圖8A～圖8C是分別表示上述驅(qū)動(dòng)方法中外加給兩壓電陶瓷層的電場(chǎng)的脈沖波形的圖。
圖9是將上述第2驅(qū)動(dòng)方法中，外加給第1壓電陶瓷層的電場(chǎng)的脈沖波形、與在施加該脈沖波形時(shí)噴嘴中的墨水的體積速度的變化的關(guān)系簡化表示的圖。
圖10、圖11是分別表示以往的雙壓電晶片型的壓電噴墨頭中的電極的構(gòu)成的剖面圖。
具體實(shí)施方式
圖1是表示在實(shí)施本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)方法的壓電噴墨頭的一例中，安裝壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)前的狀態(tài)的俯視圖。
圖例中的壓電噴墨頭，在1塊基板1上，排列多個(gè)包括加壓室2和與其連通的噴嘴3的墨點(diǎn)形成部。
此外，圖2是在上述例的壓電噴墨頭中，放大表示在安裝壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的狀態(tài)下的1個(gè)墨點(diǎn)形成部的剖面圖，圖3是表示構(gòu)成1個(gè)墨點(diǎn)形成部的各部的重疊狀態(tài)的透視圖。
各墨點(diǎn)形成部的噴嘴3，在圖1中箭頭所示的主掃描方向排列成多列。在圖例中，排列成4列，同一列內(nèi)的墨點(diǎn)形成部間的間距為90dpi，作為壓電噴墨頭的整體，實(shí)現(xiàn)360dpi。
各墨點(diǎn)形成部的構(gòu)成是，將具有將半圓形的端部連接在基板1的、圖2中形成在上面?zhèn)鹊摹⒕匦螤畹闹醒氩康膬啥松系钠矫嫘螤?參照?qǐng)D3)的加壓室2，和在上述基板1的下面?zhèn)鹊摹⑴c加壓室2的一端側(cè)的端部的半圓中心重疊的位置上形成的噴嘴3，通過用與上述端部的半圓同徑的、截面圓形的噴嘴流路4連結(jié)；同時(shí)，借助在上述加壓室2的另一端側(cè)的端部的、與半圓中心重疊的位置上形成的供給口5，將加壓室2連接在在基板1內(nèi)以連結(jié)各墨點(diǎn)形成部的方式形成的公共供給路6(圖1中的虛線所示)上。
此外，上述各部，在圖例中，通過將形成加壓室2的第1基板1a、形成噴嘴流路4的上部4a和供給口5的第2基板1b、形成噴嘴流路4的下部4b和公共供給路6的第3基板1c、形成噴嘴3的第4基板1d，依次疊層、一體化而形成。
此外，在第1基板1a和第2基板1b中，如圖1所示，形成構(gòu)成連接部的通孔11，以在基板1的上面?zhèn)?，將形成在?基板1c上的公共供給路6與未圖示的墨盒的配管連接。
另外，各基板1a～1d，由樹脂或金屬等構(gòu)成，由通過采用光刻法的蝕刻術(shù)等，用形成有成為上述各部的通孔的、具有規(guī)定厚度的板體形成。
此外，在基板1的上面?zhèn)?，從遠(yuǎn)離該基板1、在圖2中從上方開始，依次疊層均具有覆蓋多個(gè)加壓室2的尺寸的、橫向振動(dòng)模式的第1壓電陶瓷層7a、第1公共電極8a、橫向振動(dòng)模式的第2壓電陶瓷層7b、第2公共電極8b及防止墨水接觸公共電極8b的保護(hù)層9，同時(shí)在第1壓電陶瓷層7a上，形成與各加壓室2對(duì)應(yīng)地分離形成的多個(gè)獨(dú)立電極10，構(gòu)成壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)AC。
壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)AC，與以往同樣，能夠采用通過燒成而形成薄板狀的壓電體的壓電體生片制造。
例如，在成為第2壓電陶瓷層7b的基礎(chǔ)的壓電體生片的單面，印刷導(dǎo)電糊劑，形成第1公共電極8a，在其上面，燒結(jié)疊層有成為第1壓電陶瓷層7a的基礎(chǔ)的壓電體生片的疊層體，形成上述3層后，在該疊層體的單面印刷導(dǎo)電糊劑，形成第1分離電極10，在相反面印刷導(dǎo)電糊劑，形成第2公共電極8b，同時(shí)通過疊層保護(hù)層9，能夠制造壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)AC。
在上述的壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)AC中，作為形成第1壓電陶瓷層7a及第2壓電陶瓷層7b的壓電材料，例如可列舉鋯鈦酸鉛(PZT)或在該P(yáng)ZT中添加鑭、鋇、鈮、鋅、鎳、錳等的氧化物的1種或2種以上的材料，如PLZT等的PZT系壓電材料。此外，也可以舉例以鎂鈮酸鉛(PMN)、鎳鈮酸鉛(PNN)、鋅鈮酸鉛、錳鈮酸鉛、銻錫酸鉛、鈦酸鉛、鈦酸鋇等為主成分的壓電材料。壓電體生片，含有通過燒成成為上述任何一種壓電材料的化合物。
為使兩壓電陶瓷層7a、7b一同形成橫振動(dòng)模式，使壓電材料的極化方向沿其厚度方向取向。因此，能夠采用例如高溫極化法、室溫極化法、交流電場(chǎng)重疊法、電場(chǎng)冷卻法等以往共知的極化法。此外，也可以時(shí)效處理(ageing)極化后的壓電陶瓷層7a、7b。橫振動(dòng)模式的壓電陶瓷層，如前所述，如果外加與極化方向同方向的電場(chǎng)，在面方向收縮，如果外加與極化方向相反方向的電場(chǎng)，在面方向延長。
此外，作為形成第1公共電極8a的導(dǎo)電糊劑，例如可采用含有金、銀、鉑、銅、鋁等導(dǎo)電性優(yōu)良的金屬的粉末的導(dǎo)電糊劑。另外，如前所述，通過與壓電體生片一同燒成該導(dǎo)電糊劑的層，能夠燒結(jié)或熔融該漿料中的金屬粉末，使其一體化，由此形成第1公共電極8a。
此外，第2公共電極8b和獨(dú)立電極10，如前所述，能夠通過印刷與上述相同的導(dǎo)電糊劑來形成。但是，這些電極，也可以利用由上述的導(dǎo)電性優(yōu)良的金屬構(gòu)成的箔或鍍膜、真空蒸鍍膜等形成。
在上述壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)AC中，由于能夠在壓電體生片的燒成后，形成獨(dú)立電極10，所以，除容易進(jìn)行與加壓室2的位置對(duì)合外，如上所述，由于該獨(dú)立電極10在壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)AC的上面露出，故也容易進(jìn)行配線。
此外，第1公共電極8a及第2公共電極8b，除不需要位置對(duì)合外，由于也可以在加壓室2的形成區(qū)域外的任意1個(gè)地方連接配線，因此能夠簡化結(jié)構(gòu)，而且也容易配線。
如果借助粘合劑，將上述壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)AC接合、固定在基板1上，就能夠得到壓電噴墨頭。
(壓電噴墨頭的驅(qū)動(dòng)方法I)參照?qǐng)D4A～圖4C、圖5A～圖5C，說明驅(qū)動(dòng)上述壓電噴墨頭、形成墨點(diǎn)的本發(fā)明的第1驅(qū)動(dòng)方法。
另外，圖5A～圖5C是表示在第1驅(qū)動(dòng)方法中外加給兩壓電陶瓷層7a、7b的電場(chǎng)的脈沖波形的一例的圖。
即，圖5A表示，在通過噴嘴3噴出墨滴的上述(1)的加壓室2中，采用與該加壓室2對(duì)應(yīng)的獨(dú)立電極10和第1公共電極8a，外加給第1壓電陶瓷層7a的兩電極間的區(qū)域的電場(chǎng)的脈沖波形。此外，圖5B表示，在不噴出墨滴的上述(2)的加壓室2中，外加給第1壓電陶瓷層7a的上述區(qū)域的電場(chǎng)的脈沖波形。另外，圖5C表示，采用第1公共電極8a和第2公共電極8b，外加給第2壓電陶瓷層7b的電場(chǎng)的脈沖波形。
另外，在上述圖中，以(+)表示與兩壓電陶瓷層7a、7b的極化方向同方向的電場(chǎng)，以(-)表示相反方向的電場(chǎng)。公共電極8a接地。
在上述驅(qū)動(dòng)方法中，在待機(jī)時(shí)(從圖5A～圖5C中的0點(diǎn)到T1，及T2以后)，一同解除外加給第1壓電陶瓷層7a及第2壓電陶瓷層7b的電場(chǎng)(電位差0V)，使壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)AC形成初始狀態(tài)(圖4A)。
在該狀態(tài)下，從墨盒供給的墨水充滿該墨盒的配管、接合部11、公共供給路6、供給口5、加壓室2及噴嘴流路4，同時(shí)以在噴嘴部3內(nèi)形成墨水彎液面的狀態(tài)靜止。
另外，在圖中的兩層7a、7b內(nèi)記載的白色箭頭，分別表示兩層7a、7b的極化方向。在圖中，兩層7a、7b得極化方向朝同一方向，但也可以是相互相反的方向。
另外，在墨點(diǎn)形成時(shí)，采用第1公共電極8a、第2公共電極8b，對(duì)第2壓電陶瓷層7b，按圖4B、圖4C的第2壓電陶瓷層7b內(nèi)的黑色箭頭所示，以規(guī)定的脈沖幅度W1，外加與該層7b的極化方向相反方向的規(guī)定的電位差(圖5C中的V3)的電場(chǎng)。
此外，與此同時(shí)，在(1)的加壓室2中，采用獨(dú)立電極10和第1公共電極8a，按圖4B中的第1壓電陶瓷層7a內(nèi)的黑色箭頭所示，對(duì)該層7a的兩電極10、8a間的區(qū)域，以相同的脈沖幅度W1，外加該極化方向同方向的規(guī)定的電位差(圖5A中的V1)的電場(chǎng)。
于是，通過使第1壓電陶瓷層7a的上述區(qū)域向面方向收縮，同時(shí)使第2壓電陶瓷層7b向面方向延長，能夠利用雙壓電晶片型的功能，與以往的單壓電晶片型相比，用更小的外加電壓，以向該圖中的加壓室2內(nèi)的白色大箭頭所示的方向突出的方式，使壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)AC的相應(yīng)的區(qū)域良好地?fù)锨冃巍?br> 此外，與此同時(shí)，在(2)的加壓室2中，采用獨(dú)立電極10和第1公共電極8a，按圖4C中的第1壓電陶瓷層7a內(nèi)的黑色箭頭所示，對(duì)該層7a的兩電極10、8a間的區(qū)域，同樣以相同的脈沖幅度W1，外加與上述相反方向的規(guī)定的電位差(圖5B中的V2)的電場(chǎng)。
于是，通過使第1壓電陶瓷層7a的上述區(qū)域，與第2壓電陶瓷層7b一同，向面方向延長，能夠使壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)AC的相應(yīng)的區(qū)域維持在與上述初始狀態(tài)相同的狀態(tài)。
此外，能夠通過使壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)AC中與(1)的加壓室2對(duì)應(yīng)的區(qū)域，選擇性地?fù)锨冃?，使墨水通過噴嘴部3以液滴狀噴出，形成墨點(diǎn)。
在外加規(guī)定的脈沖幅度W1的電場(chǎng)后，再次返回到待機(jī)狀態(tài)(圖5A～圖5C的T2以后)。
此外，在連續(xù)進(jìn)行墨點(diǎn)形成的時(shí)候，也可以間隔規(guī)定的間隙，重復(fù)進(jìn)行上述的脈沖幅度W1的電場(chǎng)的外加。
外加給兩壓電陶瓷層7a、7b的電場(chǎng)的強(qiáng)度不特別限定，但在由完全相同的壓電材料構(gòu)成相同厚度的壓電陶瓷層7a、7b的時(shí)候，優(yōu)選將電位差V2、V3一同設(shè)定為電位差V1的大致1/2左右。由此，在(1)的加壓室2中，更能夠使壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)AC的相應(yīng)的區(qū)域更加良好地?fù)锨冃?。與此同時(shí)，在(2)的加壓室2中，能夠使壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)AC的相應(yīng)的區(qū)域維持在與初始狀態(tài)相同的狀態(tài)。
參照表示外加給第1壓電陶瓷層7a的電場(chǎng)的脈沖波形(圖5A的脈沖波形)與在施加該脈沖波形時(shí)噴嘴3中的墨水的體積速度的變化的關(guān)系的圖6，說明利用上述驅(qū)動(dòng)方法，通過與(1)的加壓室2連通的噴嘴3噴出墨水，形成墨點(diǎn)的過程。
在圖6中的T1左側(cè)的待機(jī)狀態(tài)下，不向第1壓電陶瓷層7a外加電場(chǎng)Vp(Vp＝0)，此外，雖未圖示，但由于也不對(duì)第2壓電陶瓷層7b外加電場(chǎng)，因此加壓室2的容積保持為初始狀態(tài)，噴嘴3中的墨水的體積速度維持為0。
從噴嘴3噴出墨滴，在紙面上形成墨點(diǎn)時(shí)，在即將形成之前的T1的時(shí)刻，通過向第1壓電陶瓷層7a外加Vp＝V1的電場(chǎng)，同時(shí)向第2壓電陶瓷層7b外加V3的電場(chǎng)，壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)AC的相應(yīng)的區(qū)域，如前所述，以向加壓室2內(nèi)突出的方式撓曲變形后，由于加壓室2的容積減少一定量，所以噴嘴3內(nèi)的墨水也以與該容積的減少量相應(yīng)的量，向噴嘴3的外方側(cè)擠出墨水彎液面。此時(shí)的噴嘴3內(nèi)的墨水的體積速度，如圖6的T1和T2的之間的部分所示，在(+)的一側(cè)增大，達(dá)到最大，然后轉(zhuǎn)向減小，進(jìn)一步在(-)的一側(cè)增大，達(dá)到最小，然后轉(zhuǎn)向增大，最終接近0。這相當(dāng)于由粗線的實(shí)線所示的墨水的體積速度的固有振動(dòng)周期C1。
進(jìn)一步說明此前的墨水的運(yùn)動(dòng)。噴嘴3內(nèi)的墨水，首先，通過壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)AC的最初的撓曲，向噴嘴3的外方擠出。然后，通過墨水的固有振動(dòng)，噴嘴3內(nèi)的墨水的體積速度在(-)的一側(cè)增大，則對(duì)被向噴嘴3的外方擠出的墨水，施加向噴嘴內(nèi)后退的方向的力。但是，由于向噴嘴外擠出的墨水的前頭，原狀向擠出方向前進(jìn)，所以墨水被從墨水彎液面，向其擠出方向，長長地拉伸，形成墨水柱。
然后，在噴嘴3中的墨水的體積速度為達(dá)到0或超過0的T2的時(shí)候，停止向第1壓電陶瓷層7a外加電場(chǎng)(Vp＝0)，同時(shí)也停止向第2壓電陶瓷層7b外加電場(chǎng)，解除壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)AC的撓曲。該操作，如粗線的點(diǎn)劃線所示，相當(dāng)于在向第1壓電陶瓷層7a，外加具有脈沖幅度W1近似于固有振動(dòng)周期C1的圖5A的脈沖波形的電場(chǎng)的同時(shí)，向第2壓電陶瓷層7b外加具有圖5C的脈沖波形的電場(chǎng)，其中上述圖5C的脈沖波形具有同樣的脈沖幅度W1。
在噴嘴3內(nèi)的墨水的體積速度為0的時(shí)候，噴嘴3內(nèi)的墨水彎液面位于在加壓室2側(cè)后退到最后的位置，但其后，通過墨水的固有振動(dòng)，再次向噴嘴3的外方側(cè)噴出。即在T2的時(shí)候，噴嘴3內(nèi)的墨水彎液面位于，從在加壓室2側(cè)后退到最后的位置，將向噴嘴3的外方側(cè)噴出的運(yùn)動(dòng)途中。
因此，在該T2的時(shí)刻，通過解除壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)AC的撓曲，增加加壓室2的體積，如果發(fā)生逆相位的墨水振動(dòng)，則能抑制墨水彎液面的上述運(yùn)動(dòng)，分離墨水柱，形成墨滴。然后，形成的墨滴到達(dá)紙面，從而在紙面上形成墨點(diǎn)。
如上所述，如果考慮墨滴噴出的機(jī)理，則優(yōu)選脈沖幅度W1近似于噴嘴3內(nèi)的墨水的固有振動(dòng)周期C1。其具體的范圍不特別限定，但優(yōu)選將脈沖幅度W1設(shè)定為固有振動(dòng)周期C1的1倍～5/4倍。如果在該范圍內(nèi)，由于能夠利用上面說明的機(jī)理，從噴嘴3內(nèi)的墨水彎液面，分離更多的墨水，作為液滴而噴出，因此能夠提高墨水的噴出效率。
(壓電噴墨頭的驅(qū)動(dòng)方法II)參照?qǐng)D7A～圖7E、圖8A～圖8C，說明驅(qū)動(dòng)上述壓電噴墨頭、形成墨點(diǎn)的本發(fā)明的第2驅(qū)動(dòng)方法。
另外，圖8A～圖8C是表示在第2驅(qū)動(dòng)方法中外加給兩壓電陶瓷層7a、7b的電場(chǎng)的一例脈沖波形的圖。
即，圖8A表示，在通過噴嘴3噴出墨滴的上述(i)的加壓室2中，采用與該加壓室2對(duì)應(yīng)的獨(dú)立電極10和第1公共電極8a，外加給第1壓電陶瓷層7a的兩電極間的區(qū)域的電場(chǎng)的脈沖波形。此外，圖8B表示，在不噴出墨滴的上述(ii)的加壓室2中，外加給第1壓電陶瓷層7a的上述區(qū)域的電場(chǎng)的脈沖波形。另外，圖8C表示，采用第1公共電極8a和第2公共電極8b，外加給第2壓電陶瓷層7b的電場(chǎng)的脈沖波形。
另外，在上述圖中，與上述同樣，以(+)表示與兩壓電陶瓷層7a、7b的極化方向同方向的電場(chǎng)，以(-)表示相反方向的電場(chǎng)。公共電極8a接地。
在上述驅(qū)動(dòng)方法中，在圖8A～圖8C中的T3以前待機(jī)時(shí)，采用多個(gè)獨(dú)立電極10的全部和第1公共電極8a，按圖7A中的第1壓電陶瓷層7a內(nèi)的黑色箭頭所示，對(duì)第1壓電陶瓷層7a的兩電極10、8a間的整個(gè)區(qū)域，外加與該層7a的極化方向(在該圖中的層7a內(nèi)用白色箭頭表示)同方向的規(guī)定的電位差(圖8A、圖8B中的V4)的電場(chǎng)。
此外，與此同時(shí)，采用第1公共電極8a和第2公共電極8b，按圖7A中的第2壓電陶瓷層7b內(nèi)的黑色箭頭所示，對(duì)第2壓電陶瓷層7b外加與該層7b的極化方向(在該圖中的層7b內(nèi)用白色箭頭表示)相反方向的規(guī)定的電位差(圖8C中的V5)的電場(chǎng)。
兩電場(chǎng)的電位差V4、V5設(shè)定為大致同等強(qiáng)度。
于是，通過使第1壓電陶瓷層7a的、所有獨(dú)立電極10和第1公共電極8a之間的區(qū)域，向面方向收縮，同時(shí)使第2壓電陶瓷層7b向面方向延長，能夠利用上述雙壓電晶片型的功能，與以往的單壓電晶片型相比，能夠用更小的外加電壓，以向加壓室2內(nèi)的白色大箭頭所示的方向突出的方式，使壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)AC的相應(yīng)的區(qū)域良好地?fù)锨冃巍?br> 在該狀態(tài)下，從墨盒供給的墨水充滿該墨盒的配管、接合部11、公共供給路6、供給口5、加壓室2及噴嘴流路4，同時(shí)以在噴嘴部3內(nèi)形成墨水彎液面的狀態(tài)靜止。
此外，在墨點(diǎn)形成時(shí)，在上述T3的時(shí)刻，暫時(shí)解除(電位差0V)采用第1公共電極8a及第2公共電極8b，外加給第2壓電陶瓷層7b的電場(chǎng)，在解除該層7b的面方向的延長后，在緊隨其后的T4的時(shí)刻，再次外加與待機(jī)時(shí)相同的規(guī)定的電位差V5的電場(chǎng)，進(jìn)行在面方向同量延長該層7b的操作。
此外，在(i)的加壓室2中，與上述操作同步，在T3的時(shí)候，也解除(電位差0V)采用與該加壓室2對(duì)應(yīng)的獨(dú)立電極10和第1公共電極8a，外加給第1壓電陶瓷層7a的兩電極10、8a間的區(qū)域的電場(chǎng)，解除該區(qū)域的面方向的收縮(圖7B)。
于是，通過使壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)AC的相應(yīng)的區(qū)域呈現(xiàn)初始狀態(tài)，能夠向加壓室2的方向引入噴嘴3內(nèi)的墨水彎液面。
然后，在上述T4的時(shí)候，采用獨(dú)立電極10和第1公共電極8a，按圖7C中的第1壓電陶瓷層7a內(nèi)的黑色箭頭所示，對(duì)該層7a的兩電極10、8a間的區(qū)域，外加與其極化方向同方向的規(guī)定的電位差(圖8A中的V6)的電場(chǎng)。
電位差V6設(shè)定為待機(jī)時(shí)的電位差V4的大約2倍的強(qiáng)度，由此通過比待機(jī)時(shí)更大地在面方向收縮第1壓電陶瓷層7a的兩電極10、8a間的區(qū)域，與第2壓電陶瓷層7b的面方向的延長共同作用，利用上述的雙壓電晶片型的功能，以向加壓室2內(nèi)的白色大箭頭所示的方向，比待機(jī)時(shí)更突出的方式，使壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)AC的相應(yīng)的區(qū)域撓曲變形，能夠使墨水以柱狀從噴嘴3噴出。
此外，在緊隨其后的圖8A中的T5的時(shí)候，通過使外加到兩電極10、8a間的電場(chǎng)的強(qiáng)度再次降到V4，將第1壓電陶瓷層7a的兩電極10、8a間的收縮量返回到待機(jī)時(shí)，能夠使壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)AC的相應(yīng)的區(qū)域恢復(fù)到待機(jī)狀態(tài)，將墨水引回到加壓室2，從而能夠分離墨水柱，形成墨滴。
此外，在(ii)的加壓室2中，在上述T3的時(shí)候，采用獨(dú)立電極10和第1公共電極8a，按圖7D中的第1壓電陶瓷層7a內(nèi)黑色箭頭所示，對(duì)該層7a的兩電極10、8a間的區(qū)域，外加與其極化方向同方向的規(guī)定的電位差(圖8B中的V7)的電場(chǎng)。
電位差V7設(shè)定為待機(jī)時(shí)的電位差V4的大約2倍的強(qiáng)度，由此，通過比待機(jī)時(shí)更大地在面方向收縮第1壓電陶瓷層7a的兩電極10、8a間的區(qū)域，對(duì)第2壓電陶瓷層7b的面方向的延長的解除進(jìn)行彌補(bǔ)，從而能夠使壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)AC的相應(yīng)的區(qū)域的、加壓室2內(nèi)的白色大箭頭所示的方向的撓曲變形量，維持在與待機(jī)時(shí)同等的程度。
然后，在上述T4的時(shí)候，對(duì)第2壓電陶瓷層7b外加電場(chǎng)，與向面方向的再次延長同步，將外加給該層7a的兩電極10、8a間的區(qū)域的電場(chǎng)的電位差再次降到V4(圖8B)。
于是，將第1壓電陶瓷層7a的兩電極10、8a間的區(qū)域的面方向的收縮量返回到待機(jī)時(shí)，與第2壓電陶瓷層7b的面方向的延長共同作用，利用上述的雙壓電晶片型的功能，使壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)AC的相應(yīng)的區(qū)域恢復(fù)到待機(jī)狀態(tài)(圖7E)。
因此，在(ii)的加壓室2中，能夠維持該噴嘴部3的墨水彎液面的靜止?fàn)顟B(tài)，防止噴出墨滴。
另外，由此，能夠從與上述(i)的加壓室2連通的噴嘴3，選擇性地噴出墨滴，形成墨點(diǎn)。
在連續(xù)形成墨點(diǎn)的時(shí)候，配置規(guī)定的間隙，重復(fù)進(jìn)行上述一系列電場(chǎng)的外加即可。
參照表示外加給第1壓電陶瓷層7a的電場(chǎng)的脈沖波形(圖8A的脈沖波形)與在施加該脈沖波形時(shí)噴嘴3中的墨水的體積速度的變化的關(guān)系的圖9，說明利用上述驅(qū)動(dòng)方法，通過與(i)的加壓室22連通的噴嘴3噴出墨水，形成墨點(diǎn)的過程。
在圖9中的T3左側(cè)的待機(jī)狀態(tài)下，如前面的說明，由于在向第1壓電陶瓷層7a連續(xù)外加電場(chǎng)Vp＝V4的同時(shí)，也對(duì)第2壓電陶瓷層7b連續(xù)外加電場(chǎng)V5(未圖示)，使壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)AC以一定的形狀持續(xù)撓曲，維持加壓室2的容積按一定量減少的狀態(tài)，所以，在此期間內(nèi)，噴頭內(nèi)的墨水為靜止?fàn)顟B(tài)，即噴嘴3中的墨水的體積速度維持為0。
從噴嘴3噴出墨滴，在紙面上形成墨點(diǎn)時(shí)，在即將形成之前的T3的時(shí)候，停止向第1壓電陶瓷層7a外加電場(chǎng)(Vp＝0)，同時(shí)也停止向第2壓電陶瓷層7b外加電場(chǎng)，解除壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)AC的撓曲，則由于加壓室2的容積增加一定量，所以噴嘴3內(nèi)的墨水以與該容積的增加量相當(dāng)?shù)牧?，向加壓?側(cè)印入墨水彎液面。此時(shí)的噴嘴3內(nèi)的墨水的體積速度，如圖9的T3和T4之間的部分所示，先在(-)的一側(cè)增大后，緩慢減小，最終接近0。這相當(dāng)于由粗線的實(shí)線所示的墨水的體積速度的固有振動(dòng)周期C2的大致半周期部分。
然后，在噴嘴中的墨水的體積速度無限地接近0的T4的時(shí)候，向第1壓電陶瓷層7a外加Vp＝V6的電場(chǎng)，同時(shí)也向第2壓電陶瓷層7b再次外加V5的電場(chǎng)，壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)AC撓曲變形。該操作，如粗線的點(diǎn)劃線所示，相當(dāng)于在向第1壓電陶瓷層7a，外加具有脈沖幅度W2為固有振動(dòng)周期C2的大約一半的圖8A的脈沖波形的電場(chǎng)的同時(shí)，向第2壓電陶瓷層7b外加具有圖8C的脈沖波形的電場(chǎng)，其中上述圖8C的脈沖波形具有相同的脈沖幅度W2。
在利用外加該電場(chǎng)，在噴嘴3內(nèi)的墨水的彎液面要從最大程度引入加壓室2側(cè)的靜止?fàn)顟B(tài)(T4時(shí)的體積速度為0的狀態(tài))，向相反的(+)的方向返回的時(shí)候，通過撓曲壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)AC，減小加壓室2的體積，能夠施加從該加壓室2擠出的墨水的壓力。因此，墨水從噴嘴3的前端，向(+)的一側(cè)大幅度突出，形成墨水柱。另外，墨水柱被拉斷的時(shí)候，以墨滴分離，飛翔，到達(dá)紙面，在紙面上形成墨點(diǎn)。
如上所述，如果考慮墨滴噴出的機(jī)理，優(yōu)選脈沖幅度W2為噴嘴3內(nèi)的墨水的體積速度的固有振動(dòng)周期C2大約一半。其具體的范圍不特別限定，但優(yōu)選將脈沖幅度W2設(shè)定為固有振動(dòng)周期C2的1/2倍～3/4倍。如果在該范圍內(nèi)，則能夠利用上面說明的機(jī)理，從噴嘴3內(nèi)的墨水彎液面，分離更多的墨水，作為液滴噴出，因此能夠提高墨水的噴出效率。
此外，使圖8A的脈沖波形中的、外加給兩電極10、8a間的電場(chǎng)強(qiáng)度從V6降到V4的T5的時(shí)機(jī)，如圖9所示，優(yōu)選與噴嘴內(nèi)的墨水彎液面在噴出墨滴后進(jìn)一步振動(dòng)，從(-)返回到(+)時(shí)的時(shí)機(jī)大致同步。由此，能夠抑制之后的墨水彎液面的振動(dòng)。
(實(shí)施例)以下，基于實(shí)施例說明本發(fā)明。
(壓電噴墨頭的制作)制作了具有圖1～圖3所示的結(jié)構(gòu)、并且加壓室2的面積為0.2mm2、寬度為200μm、深度為100μm，噴嘴部3的直徑為25μm、長度為30μm，噴嘴流路4的直徑為200μm、長度為800μm，供給口5的直徑為25μm、長度為30μm，第1壓電陶瓷層7a的厚度為20μm，第2壓電陶瓷層7b的厚度為20μm的壓電噴墨頭。
采用上述壓電噴墨頭的與1個(gè)加壓室2對(duì)應(yīng)的獨(dú)立電極10和第1公共電極8a，對(duì)夾持在第1壓電陶瓷層7a的上述兩電極的區(qū)域，外加具有圖5A所示脈沖波形的、電位差V1＝20V的電場(chǎng)，此外與此同時(shí)，采用第1公共電極8a及第2公共電極8b，對(duì)第2壓電陶瓷層7b外加具有圖5C所示脈沖波形的、電位差V3＝10V的電場(chǎng)，使壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)AC撓曲變形。另外，作為獨(dú)立電極10的中央部的變位量，用激光多普勒振動(dòng)儀測(cè)定了該撓曲量，為0.10μm。
此外，為了比較，不對(duì)第2壓電陶瓷層7b外加電場(chǎng)，而只對(duì)第1壓電陶瓷層7a的上述區(qū)域，同樣外加電位差V1＝20V的電場(chǎng)，使壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)AC撓曲變形，測(cè)定了該撓曲變形量，為0.07μm。
由此確認(rèn)了，通過形成雙壓電晶片型的構(gòu)成，能夠得到單壓電晶片型的大約1.5倍的撓曲性能。
此外，在將墨水實(shí)際充填到上述壓電噴墨頭的公共供給路6、供給口5、加壓室2、噴嘴流路4及噴嘴部3內(nèi)的狀態(tài)下，采用與1個(gè)加壓室2對(duì)應(yīng)的獨(dú)立電極10和第1公共電極8a，對(duì)夾持在第1壓電陶瓷層7a的上述兩電極的區(qū)域，外加圖8A所示脈沖波形的電場(chǎng)，此外與此同時(shí)，采用第1公共電極8a及第2公共電極8b，對(duì)第2壓電陶瓷層7b外加圖8C所示脈沖波形的電場(chǎng)，在從噴嘴部3噴出墨滴時(shí)，其速度大約為8m/s。另外，電場(chǎng)的強(qiáng)度為V4＝V5＝10V、V6＝20V。
此外，為了比較，不對(duì)第2壓電陶瓷層7b外加電場(chǎng)，而只對(duì)第1壓電陶瓷層7a的上述區(qū)域外加相同脈沖波形的電場(chǎng)，在利用拉打式的驅(qū)動(dòng)方法，從噴嘴部3噴出墨滴時(shí)，其速度大約為4m/s。
由此確認(rèn)，通過形成雙壓電晶片型的構(gòu)成，能夠得到單壓電晶片型的大約2倍的噴出性能。
權(quán)利要求
1.一種壓電噴墨頭的驅(qū)動(dòng)方法，所述壓電噴墨頭具有板狀的基板，在該基板的單側(cè)的面上，在基板的面方向排列著多個(gè)成為充填墨的加壓室的凹部，并且在基板的內(nèi)部，在各凹部連通著將充填在加壓室的墨以墨滴噴出的噴嘴；在該基板的形成有凹部的面上從遠(yuǎn)離基板處開始，依次疊層均具有覆蓋上述多個(gè)加壓室的尺寸的、橫向振動(dòng)模式的第1壓電陶瓷層、第1公共電極、橫向振動(dòng)模式的第2壓電陶瓷層及第2公共電極，同時(shí)在第1壓電陶瓷層上，配置著與各加壓室對(duì)應(yīng)而分離形成多個(gè)獨(dú)立電極的壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特征在于在待機(jī)時(shí)，一同解除外加在兩壓電陶瓷層的電場(chǎng)，使壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)為初始狀態(tài)；在墨點(diǎn)形成時(shí)，采用第1公共電極及第2公共電極，對(duì)第2壓電陶瓷層外加與該層的極化方向相反方向的電場(chǎng)，與此同時(shí)；通過(1)在通過噴嘴噴出墨滴的加壓室，通過利用與該加壓室對(duì)應(yīng)的獨(dú)立電極和第1公共電極，對(duì)第1壓電陶瓷層的兩電極間的區(qū)域，外加與該層的極化方向同方向的電場(chǎng)，使壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)區(qū)域以向加壓室的方向突出的方式撓曲變形；并且(2)在不通過噴嘴噴出墨滴的加壓室，通過利用與該加壓室對(duì)應(yīng)的獨(dú)立電極和第1公共電極，對(duì)第1壓電陶瓷層的兩電極間的區(qū)域，外加與該層的極化方向相反方向的電場(chǎng)，使壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)區(qū)域維持在與上述初始狀態(tài)相同的狀態(tài)；從與上述(1)通過噴嘴噴出墨滴的加壓室連通的噴嘴，選擇性地噴出墨滴，形成墨點(diǎn)。
2.如權(quán)利要求
1所述的壓電噴墨頭的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于用相同的壓電材料，以相同的厚度形成第1壓電陶瓷層及第2壓電陶瓷層，在墨點(diǎn)形成時(shí)，將在通過噴嘴噴出墨滴的加壓室，利用與該加壓室對(duì)應(yīng)的獨(dú)立電極和第1公共電極，外加在第1壓電陶瓷層的兩電極間的區(qū)域的電場(chǎng)的電位差V1、在不通過噴嘴噴出墨滴的加壓室，利用與該加壓室對(duì)應(yīng)的獨(dú)立電極和第1公共電極，外加在第1壓電陶瓷層的兩電極間的區(qū)域的電場(chǎng)的電位差V2、和外加在第2壓電陶瓷層上的電場(chǎng)的電位差V3，設(shè)定為1/2V1＝V2＝V3。
3.如權(quán)利要求
1所述的壓電噴墨頭的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于在墨點(diǎn)形成時(shí)，外加在第2壓電陶瓷層上的與該層的極化方向相反方向的電場(chǎng)；與該電場(chǎng)的外加同步，外加在與第1壓電陶瓷層中的通過噴嘴噴出墨滴的加壓室對(duì)應(yīng)的區(qū)域的、與該層的極化方向同方向的電場(chǎng)；以及與這些電場(chǎng)的外加同步，外加在與第1壓電陶瓷層中的不通過噴嘴噴出墨滴的加壓室對(duì)應(yīng)的區(qū)域的、與該層的極化方向相反方向的電場(chǎng)；這三個(gè)電場(chǎng)的從開始外加到解除之間的脈沖寬度，都設(shè)定為噴嘴內(nèi)的墨的體積速度的固有振動(dòng)周期的1倍～5/4倍。
4.一種壓電噴墨頭的驅(qū)動(dòng)方法，所述壓電噴墨頭具有板狀的基板，在該基板的單側(cè)的面上，在基板的面方向排列著多個(gè)成為充填墨的加壓室的凹部，并且在基板的內(nèi)部，在各凹部連通著將充填在加壓室的墨以墨滴噴出的噴嘴；在該基板的形成有凹部的面上從遠(yuǎn)離基板處開始，依次疊層均具有覆蓋上述多個(gè)加壓室的尺寸的、橫向振動(dòng)模式的第1壓電陶瓷層、第1公共電極、橫向振動(dòng)模式的第2壓電陶瓷層及第2公共電極，同時(shí)在第1壓電陶瓷層上，配置著與各加壓室對(duì)應(yīng)而分離形成多個(gè)獨(dú)立電極的壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特征在于在待機(jī)時(shí)，通過利用多個(gè)獨(dú)立電極的全部和第1公共電極，對(duì)第1壓電陶瓷層的兩電極間的整個(gè)區(qū)域，外加與該層的極化方向同方向的電場(chǎng)，同時(shí)，利用第1公共電極和第2公共電極，對(duì)第2壓電陶瓷層外加與該層的極化方向相反方向的、與外加在上述第1壓電陶瓷層上的電場(chǎng)大致同等強(qiáng)度的電場(chǎng)，使壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的與全部加壓室對(duì)應(yīng)的區(qū)域以向加壓室的方向突出的方式撓曲變形；在墨點(diǎn)形成時(shí)，暫時(shí)解除外加在第2壓電陶瓷層上的電場(chǎng)，在經(jīng)過一定時(shí)間后，再次外加與待機(jī)時(shí)相同的電場(chǎng)，同時(shí)；通過(i)在通過噴嘴噴出墨滴的加壓室，與解除外加在第2壓電陶瓷層上的電場(chǎng)同步，也解除利用與該加壓室對(duì)應(yīng)的獨(dú)立電極和第1公共電極、外加在第1壓電陶瓷層的兩電極間的區(qū)域的電場(chǎng)，使壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)區(qū)域暫時(shí)成為初始狀態(tài)，然后，與向第2壓電陶瓷層再次外加電場(chǎng)同步，對(duì)第1壓電陶瓷層的上述區(qū)域，首先以待機(jī)時(shí)的大約2倍的強(qiáng)度，外加與該層的極化方向同方向的電場(chǎng)，使壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)區(qū)域在以比待機(jī)時(shí)更突出的方式，向加壓室的方向撓曲變形后，在經(jīng)過一定時(shí)間后，將外加在上述區(qū)域上的電場(chǎng)的強(qiáng)度回復(fù)到待機(jī)時(shí)，使壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)區(qū)域恢復(fù)到待機(jī)狀態(tài)；并且(ii)在不通過噴嘴噴出墨滴的加壓室，與解除外加給第2壓電陶瓷層的電場(chǎng)同步，利用與該加壓室對(duì)應(yīng)的獨(dú)立電極和第1公共電極，首先以待機(jī)時(shí)的大約2倍的強(qiáng)度，向第1壓電陶瓷層的兩電極間的區(qū)域外加與該層的極化方向同方向的電場(chǎng)，將壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)區(qū)域的向加壓室的方向的撓曲變形量維持在與待機(jī)時(shí)相同后，與向第2壓電陶瓷層再次外加電場(chǎng)同步，將外加在上述區(qū)域的電場(chǎng)的強(qiáng)度回復(fù)到待機(jī)時(shí)，使壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)區(qū)域恢復(fù)到待機(jī)狀態(tài)；從與上述(i)通過噴嘴噴出墨滴的加壓室連通的噴嘴，選擇性地噴出墨滴，形成墨點(diǎn)。
5.如權(quán)利要求
4所述的壓電噴墨頭的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于在墨點(diǎn)形成時(shí)，從解除外加在第2壓電陶瓷層上的電場(chǎng)后，到再度外加期間的脈沖寬度；與其同步，從解除外加在與第1壓電陶瓷層中的通過噴嘴噴出墨滴的加壓室對(duì)應(yīng)的區(qū)域的電場(chǎng)后，到開始外加待機(jī)時(shí)的大約2倍強(qiáng)度的電場(chǎng)的期間的脈沖寬度；以及與這些同步，對(duì)與第1壓電陶瓷層中的不通過噴嘴噴出墨滴的加壓室對(duì)應(yīng)的區(qū)域，外加待機(jī)時(shí)的大約2倍強(qiáng)度的電場(chǎng)后，到電場(chǎng)強(qiáng)度回復(fù)到待機(jī)期間的脈沖寬度；這三種脈沖寬度都設(shè)定為噴嘴內(nèi)的墨的體積速度的固有振動(dòng)周期的1/2倍～3/4倍。
專利摘要
一種壓電噴墨頭的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于利用第1及第2公共電極(8a、8b)，對(duì)第2壓電陶瓷層(7b)外加與極化方向相反方向的電場(chǎng)，同時(shí)通過(i)在噴出墨滴的加壓室(2)，利用獨(dú)立電極(10)和第1公共電極(8a)，對(duì)第1壓電陶瓷層(7a)，外加與極化方向同方向的電場(chǎng)，使壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)以向加壓室(2)的方向突出的方式撓曲變形；(ii)在不噴出墨滴的加壓室(2)，利用獨(dú)立電極(10)和第1公共電極(8a)，對(duì)第1壓電陶瓷層(7a)，外加與極化方向相反方向的電場(chǎng)，使壓電執(zhí)行機(jī)構(gòu)維持在與初始狀態(tài)相同的狀態(tài)；從與上述(i)的加壓室(2)連通的噴嘴(3)，選擇性地噴出墨滴，形成墨點(diǎn)。
文檔編號(hào)B41J2/045GKCN1325263SQ200410061961
公開日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2004年6月29日
發(fā)明者佐武健一, 酒井久滿 申請(qǐng)人:京瓷株式會(huì)社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (3),