液体喷射头、液体喷射装置及液体喷射头的驱动方法
专利名称：液体喷射头、液体喷射装置及液体喷射头的驱动方法
技术领域：
本发明涉及在微小空间填充液体、利用压电体的厚度滑移变形使该微小空间的容积瞬间变化从而喷出液体的液体喷射头及液体喷射头的驱动方法。
背景技术：
近年来，向记录纸等喷出墨滴而描绘字符、图形或者向元件基板的表面喷出液体材料而形成功能性薄膜的图案的喷墨方式的液体喷射头得到利用。该方式从液体罐经由供给管向液体喷射头供给墨或液体材料，在形成于液体喷射头的微小空间填充该墨，根据驱动信号利用压电体的电致伸缩效应瞬间缩小微小空间的容积，从与微小空间连通的喷嘴喷出液滴从而进行记录。图6(a)是剪力式(share mode)类型的液体喷射头100的剖面示意图。在压电体基板101的表面形成多个槽，利用盖板106堵塞住该槽的上部开口，构成多个通道。多个通道的用于喷出液体的喷出通道102和未填充液体的伪通道(dummy channel) 103交替地排列。压电体基板101沿表面的垂直方向实施有极化处理。因此，各隔壁107如箭头所示那样，从基板面沿垂直方向被极化。在包围喷出通道102的隔壁107的喷出通道102侧的两个侧面设置有共同电极104。在包围喷出通道102的隔壁107的伪通道103侧的两个侧面设置有驱动电极105。共同电极104及驱动电极105从隔壁107的高度的大致1/2开始在上部形成。在喷出通道102的两个侧面形成的共同电极104与其他的喷出通道102的共同电极104 —起，经由布线电极共同与GND连接。在与喷出通道102的两侧邻接的伪通道103 的该喷出通道102侧的侧面设置的两个驱动电极105经由布线电极短路，与用于输入驱动信号的端子T连接。向端子T提供驱动信号时，沿与两个隔壁107的上半部分的极化方向正交的方向施加电场，从而各隔壁107进行厚度滑移变形从而使喷出通道102的内容积瞬间变化。由此，填充在喷出通道102的液体例如墨，从喷嘴108喷出。然而，长时间使用时，由于沿与极化方向正交的方向总是施加同极性的驱动信号， 所以隔壁107的极化P劣化。而且，由于对每一个喷出通道102施加的驱动信号的经历(履歴)不同，极化P的劣化状态也按每一个喷出通道102而不同。图6(b)用箭头示意性表示长时间使用的液体喷射头100的各隔壁107的极化状态。各隔壁107的极化的劣化状态也各不相同。因此，就在那样的状态下使用液体喷射头100时，液体的喷出条件出现偏差，记录质量降低。在专利文献1记载有将压电材料用于致动器等的压电体元件的再生方法。记载了如下的情况使用厚度0. 5mm的板状的PZT(锆钛酸铅)压电元件进行IO7次驱动后，在比居里温度低的100°C 150°C的温度下沿驱动电场的反方向提供电场。由此使由于驱动电压的施加而排列的带电部位(荷電寸^卜)扩散并破坏，使内部电场消失，使压电元件的机电耦合系数Kp或机械的质量系数Qm与耐久试验前的未耐久品相同。另外，记载了如下的情况通过对该样品实施极化处理，能够使相对于施加电压的位移量或极化量恢复到与未耐久品大致相同的状态。在专利文献2记载有能够控制压电体元件的位移偏差的驱动装置，所述压电体元件用于偏向式(bend mode)类型的液体喷出头。该液体喷出头具备层叠有如下部分的单位构造填充有墨等液体的压力室、由在该压力室的上部设置的绝缘膜及下部电极构成的振动板、以及由在其上设置的压电体膜层及上部电极构成的压电体元件。驱动装置生成用于驱动并列有多个上述压力室的液体喷出头的驱动波形。驱动装置进而还生成用于消去压电体膜层的剩余极化的波形。剩余极化随时间的经过而变化，成为产生元件间偏差的原因。因此，向压电体元件提供剩余极化消去用的波形从而使剩余极化消失。剩余极化消去用的波形具有与驱动压电体元件时的驱动波形同极性的期间，以及紧随其后的反极性的期间。同极性的期间维持提供超过压电体膜层的矫顽电场的电场强度的电压电平，在反转至反极性的期间，维持提供大致为压电体的矫顽电场的电压电平。将该波形施加至在压电体膜层的上部形成的上部电极，从而使压电体膜层的剩余极化为0。由此，能够防止剩余极化随时间的经过而变化。向压电体元件施加剩余极化消去用的波形的定时，在打印机电源投入之后、 头表面的清洗前后、墨盒交换时、出纸后等的墨喷出时以外的时间进行。在专利文献3记载有压电元件的再生方法，进一步改良了专利文献2记载的波形。 即，在产生与驱动波形同极性的矫顽电场以上的电场的电压电平的期间，以及其后的产生与驱动波形为反极性的矫顽电场或矫顽电场以上的电场的电压电平的期间之间，插入有施加与驱动波形反极性的、绝对值比上述反极性电压更小的电压的期间。这就是由此减轻因急剧的电位变化引起的对驱动电路或压电元件的负担的方法。专利文献1 日本特开平6_3似946号公报专利文献2 日本特开2002-355967号公报专利文献3 日本特开2006-68970号公报近年来高密度排列喷出通道的要求较为强烈。在剪力式类型的液体喷射头的情况下，为了使通道的排列高密度化，必须使在其构造上划分通道的隔壁的厚度和通道宽度变薄。使隔壁的厚度和通道宽度变薄时，用于驱动隔壁的电场强度变高，由于沿相对极化方向正交的方向施加的电场而极化旋转，变得容易劣化。因此，希望有用于使压电体隔壁的劣化的极化再生的有效方案。专利文献1记载的压电元件的再生方法，施加相对驱动电压为反方向的电压，破坏因驱动电压的施加而扩散并排列的带电部位，使因带电部位引起的内部电场消失。即，需要使带电部位移动，所以加热压电元件到100°c 150°c并施加反电压。要将该再生方法适用于液体喷射头时，需要从液体喷射头分离并取出压电体元件，或需要将液体喷射头整体加热至10(TC以上，再生工序变得复杂，或无法实施。专利文献2或专利文献3记载的压电体元件是偏向式类型，具有与剪力式类型不同的构造，利用不同的电场驱动。在专利文献2或专利文献3中，压电体膜层的厚度为 1 μ m 3 μ m，利用与压电体膜层的矫顽电场相比足够高的电场驱动，与此相对，在剪力式类型中，压电体的厚度比偏向式类型厚一个数量级以上，实施有极化处理，施加矫顽电场以下的电场来驱动。因此，压电体元件的劣化模式也不同。在专利文献2及专利文献3中，剩余极化随时间的经过而变化，该变化了的剩余极化成为喷出条件的偏差。因此，对压电体膜层，最初施加与驱动波形同极性的、矫顽电场的2倍以上的电场，然后提供反极性的大致为矫顽电场的电压，从而消去作为偏差的原因的剩余极化。另一方面，在剪力式类型中，预先使压电体极化，沿与该极化方向正交的方向施加电场并诱发厚度滑移变形。因此，原本是利用剩余极化而驱动，若使剩余极化为0则无法诱发厚度滑移变形。因此，不能够将专利文献 2或专利文献3的再生方法适用于剪力式类型。另外，在专利文献2及专利文献3中，夹着压电体膜层的一个电极共同连接并接地，作为另一个电极的上部电极(个别电极)与驱动电路个别连接，并向该上部电极施加大大超过压电体膜层的矫顽电场的驱动电压以及与该驱动电压的极性反转的较大的反转电压。即，驱动压电元件的驱动电路必须生成较大的正负的电压，电路构成变得复杂，在构成液体喷射头上成为较大的负担。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而做出的，其目的在于，提供能简便地使剪力式类型的压电体元件再生的液体喷射头及其驱动方法。本发明的液体喷射头具备通道，其包围周围的壁材的至少一部分由沿一个方向实施了极化处理的压电体构成；一对电极，夹着所述压电体，沿与所述一个方向大致正交的方向施加电场；以及驱动部，将所述一对电极的一个设定为绝对值相对较小的低电压，并向另一个供给驱动信号从而驱动所述压电体，所述驱动部具备将所述一对电极的一个从所述低电压切换至绝对值相对较大的高电压的开关元件。另外，所述通道包括在基板表面交替地排列的喷出通道和伪通道，所述压电体构成隔离所述喷出通道和所述伪通道的隔壁的一部分或全部，所述一个方向是所述基板表面的法线方向，所述一对电极的一个是在所述隔壁的喷出通道侧的侧面设置的共同电极，所述一对电极的另一个是在所述隔壁的伪通道侧的侧面设置的驱动电极，所述驱动部将多个所述喷出通道的多个所述共同电极共同地设定为所述低电压，并向多个所述伪通道的所述驱动电极个别地供给所述驱动信号，从而驱动所述隔壁。另外，所述驱动部控制所述开关元件，将所述共同电极共同地设定为所述高电压， 将所述驱动电极共同地设定为所述低电压，向所述共同电极和所述驱动电极之间的所述隔壁施加超过所述压电体的矫顽电场的电场。另外，所述喷出通道由宽度为30 μ m 50 μ m的细长槽构成，所述隔壁的沿排列所述喷出通道及所述伪通道的排列方向的厚度为30μπ 50μπ 。另外，所述开关元件由串联连接P沟道FET和N沟道FET的互补型电路构成。本发明的液体喷射装置具备上述的任一方式所记载的液体喷射头；使所述液体喷射头往返移动的移动机构；向所述液体喷射头供给液体的液体供给管；以及向所述液体供给管供给所述液体的液体罐。本发明的液体喷射头的驱动方法，其中液体喷射头具备通道，其包围周围的壁材的至少一部分由沿一个方向实施有极化处理的压电体构成；一对电极，其夹着所述压电体， 沿与所述一个方向大致正交的方向施加电场；以及驱动部，其驱动所述压电体，所述驱动部，在驱动时，将所述一对电极的一个设定为绝对值相对较小的第一低电压，向所述一对电极的另一个供给一个极性的驱动信号，从而驱动所述压电体，在再生时，将所述一对电极的一个设定为具有与所述驱动信号相同的一个极性、绝对值相对较大的高电压，将所述一对电极的另一个设定为绝对值相对较小的第二低电压，使所述压电体再生。另外，所述通道包含在基板表面交替排列的喷出通道和伪通道，所述压电体构成隔离所述喷出通道和所述伪通道的隔壁的一部分或全部，所述一对电极的一个是在所述隔壁的喷出通道侧的侧面设置的共同电极，所述一对电极的另一个是在所述隔壁的伪通道侧的侧面设置的驱动电极，所述驱动部，在所述驱动时，将多个所述喷出通道侧的共同电极共同地设定为所述第一低电压，向多个所述伪通道侧的驱动电极个别地供给所述驱动信号， 在所述再生时，将多个所述喷出通道侧的共同电极共同地设定为所述高电压，将多个所述伪通道侧的驱动电极共同地设定为所述第二低电压。另外，所述驱动部在所述再生时，向所述一对电极施加产生超过所述压电体的矫顽电场的电场的电压。本发明的液体喷射头具备通道，其包围周围的壁材的至少一部分由沿一个方向实施了极化处理的压电体构成；一对电极，夹着压电体，沿与一个方向大致正交的方向施加电场；以及驱动部，将一对电极的一个设定为绝对值相对较小的低电压，并向另一个供给驱动信号从而驱动压电体，驱动部具备将一对电极的一个从绝对值相对较小的低电压切换为绝对值相对较大的高电压的开关元件。由此，能够提供不用生成正负的较大的电压而向压电体施加反转电压并限制了压电体的劣化的液体喷射头。
图1是示出本发明涉及的液体喷射头的基本的构成的概念图。图2是用于说明本发明的实施方式涉及的液体喷射头及液体喷射头的驱动方法的图。图3是在本发明的实施方式涉及的液体喷射头中使用的开关元件的电路图。图4是在本发明的实施方式涉及的液体喷射头中使用的驱动电路图。图5是使用本发明的液体喷射头的液体喷射装置的示意性立体图。图6是现有公知的剪力式类型的液体喷射头的剖面示意图。附图标记说明1液体喷射头；2喷出通道；3伪通道；4共同电极；5驱动电极；8隔壁；9喷嘴；10 驱动电路；11控制电路；12致动器基板；13盖板；CR驱动部；SW开关元件。
具体实施例方式<基本的构成>图1是示出本发明的液体喷射头1的基本的构成的概念图。液体喷射头1具备通道CA、电极EL和驱动部CR。关于通道CA，其包围周围的壁材M的一部分由沿一个方向实施了极化处理的压电体PM构成。电极EL夹着压电体PM，沿与压电体PM的极化P的方向大致正交的方向施加电场。驱动部CR将一对电极EL的一个设定为绝对值相对较小的低电压 Vu,向另一个供给驱动信号Vs，从而驱动压电体PM。驱动部CR具备将一对电极EL的一个从低电压Vu切换为绝对值相对较大的高电压Vh的开关元件SW。压电体PM在与板面平行的方向实施极化处理。一对电极EL设置为能够沿相对压电体PM的极化P大致正交的方向施加电场。驱动部CR向一对电极EL的一个供给低电压Vu,向另一个供给驱动信号Vs时，压电体PM进行厚度滑移变形从而通道CA的容积瞬间变化。由此，压力变动传达至填充在通道CA的液体，从而从未图示的喷嘴喷出液体。对于该通常驱动，本发明的液体喷射头1以如下的方式构成在驱动部CR设置开关元件SW，将一对电极EL的一个从低电压Vu切换至高电压Vh，使电场方向反转，从而能够施加用于使压电体再生的再生电压。压电体PM被施加驱动信号Vs时，极化P的方向对应该施加的驱动信号Vs的经历而变化。因此，压电体PM的厚度滑移变形量对应驱动经历而出现偏差，液体喷出条件改变。 本发明在驱动部CR设置切换低电压Vu和高电压Vh的开关元件SW，以能够施加反转通常驱动时的压电体PM中的电场方向的高电压的再生电压。由此，抑制压电体PM的劣化，即使在排列多个通道CA而构成液体喷射头的情况下，也能够抑制喷出条件的偏差。在图1中，作为构成通道CA的左侧的壁材，设有压电体PM和夹着该压电体的一对电极EL，但也可设其他侧的壁材M为压电体PM，还能够用设置了一对电极EL的压电体PM 构成左右或上下、或所有侧的壁材M。一对电极EL形成于压电体PM的上下方向的上半部分的区域，取而代之，也可形成于下半部分的区域。另外，由压电体PM构成壁材M的全部，取而代之，也可用压电体PM构成壁材M的一部分例如壁材M的1/2的高度，用非压电性材料构成从1/2开始到最上部分。在该情况下，能够在用压电体PM构成的壁材M的两侧面的整面形成一对电极EL。另外，也可用压电体PM构成任一侧的壁材M，使该1/2的高度以下部分沿下方向或上方向极化，该1/2的高度以上部分沿上方向或下方向极化，从而在壁材M两侧面的整面形成一对电极EL。接着，说明本发明的液体喷射头的基本的驱动方法。首先，液体喷射头具备通道， 其包围周围的壁材的至少一部分由沿一个方向实施了极化处理的压电体构成；一对电极， 沿与上述极化方向大致正交的方向施加电场；以及驱动部，驱动压电体。在通常的驱动时， 驱动部将上述一对电极的一个设定为绝对值相对较小的第一低电压，例如接地电位，并向一对电极的另一个供给一个极性的驱动信号。在用于抑制压电体的劣化的再生时，驱动部将一对电极的一个设定为与上述驱动信号的极性为同一个极性的绝对值相对较大的高电压，将一对电极的另一个设定为绝对值相对较小的第二低电压，例如接地电位，从而使压电体再生。由此，驱动部除一个极性的电压外不用生成另一个极性的电压，对压电体施加一个方向的电场和反转了其方向的反转方向的电场，所以不用使驱动部的电路构成复杂化， 就能够进行压电体的再生处理。这里，优选在驱动时向压电体供给的驱动信号Vs设为不超过压电体的矫顽电场的电压。这是为了防止如下的现象当在驱动时施加超过压电体的矫顽电场的驱动信号时，压电体的极化P的极化轴旋转，厚度滑移变形量变大。另外，优选在再生时向压电体供给的再生电压设为超过压电体的矫顽电场的电压。另外，这是因为，再生时向压电体施加超过压电体的矫顽电场的高电压，利用驱动信号使旋转的极化方向返回初始状态，或返回接近初始状态的稳定状态。以下，使用附图来具体地进行说明。<实施方式>图2是用于表示本发明的实施方式、说明本发明涉及的液体喷射头1及其驱动方法的图。图2(a)是表示通常驱动时的状态的构成图，(b)是表示再生时的状态的构成图。 液体喷射头1具备由致动器(actuator)基板12及盖板13构成的通道构成部6，以及驱动它的驱动部CR。致动器基板12由压电体构成，在该基板表面具有并列的多个槽，盖板13堵塞住多个槽的上部开口部而构成喷出通道2和伪通道3。喷出通道2和伪通道3交替地排列。喷出通道2与未图示的喷嘴盘(nozzle plate)的喷嘴9连通，具有将填充在腔内的液体喷出的功能。不向伪通道3供给液体，因此，伪通道3不具有喷出液体的功能。喷出通道2和伪通道3由隔壁8隔离。各隔壁8由压电体形成，沿基板表面的法线方向实施有极化处理。构成喷出通道2的左右的隔壁8a、8b，在该喷出通道2侧的各侧面具备共同电极4，在邻接的伪通道3a、!3b侧的各侧面分别具备驱动电极fe和驱动电极恥。各共同电极4经由布线电极而电短路，驱动电极fe和驱动电极恥经由其他的布线电极而电短路。因此，通过在驱动电极5ajb与共同电极4之间施加驱动信号，在隔壁8a、8b诱发厚度滑移变形，扩大或缩小喷出通道2的容积，从而能够使填充在内部的液体从喷嘴9喷出。驱动部CR具备控制液体喷射头1的动作的控制电路11，在控制电路11的控制下向驱动电极如、恥供给驱动信号Vs的驱动电路10，以及将共同电极4切换为GND的接地电位或再生电压Vx而设定的开关元件SW。驱动电路10向在构成各喷出通道2的隔壁8a、 8b的伪通道3a、!3b侧的侧面设置的驱动电极5ajb个别地供给驱动信号Vs。开关元件SW 与在构成各喷出通道2的隔壁8a、8b的喷出通道2侧的侧面设置的各共同电极4共同地连接，将各共同电极4共同地设定为作为低电压的接地电位。控制电路11控制驱动电路10 及开关元件SW的驱动。图2(a)表示长时间使用的液体喷射头1，被各隔壁8的驱动电极5和共同电极4 夹住的区域的压电体的极化P的方向出现偏差。使用前的极化P朝向致动器基板12的表面的法线方向。然而，在驱动时，通过将共同电极4设定为接地电位并向驱动电极5施加驱动信号Vs，极化P的极化轴对应该驱动信号Vs的驱动经历而旋转，其旋转角产生偏差。极化P的方向变化时，厚度滑移变形量变化，从而表现为液体的喷出速度的偏差。图2(b)表示进行再生处理的状态。控制电路11控制开关元件SW和驱动电路10， 将多个喷出通道2的共同电极4共同地设定为作为高电压的再生电压Vx，将多个伪通道3 侧的驱动电极5共同地设定为作为低电压的0伏特。在该情况下，优选使再生电压Vx为产生超过构成隔壁8的压电体的矫顽电场的电场的电压。由此，能够使构成各隔壁8的压电体的极化方向一致。也可以施加再生电压Vx而使压电体的极化P的方向返回与相对基板表面垂直的方向一致的初始状态，也可如图2(b)所示，施加再生电压Vx以致向与因驱动信号Vs而旋转的旋转方向相反的方向倾斜的程度。具体而言，在极化P的极化轴通过驱动信号Vs的驱动而在左侧的隔壁8a中向右旋转、在右侧隔壁8b中向左旋转的情况下，此时，以在左侧的隔壁8a中从初始极化方向(基板表面的法线方向)向左旋转微小角度-(1Θ，在右侧的隔壁8b中从初始极化方向向右旋转微小角度+d θ的程度施加再生电压Vx。由此，能够使各喷出通道2以不依赖于驱动经历的均勻的喷出特性再生。更具体地进行说明。使用预先沿基板表面的法线方向实施了极化处理的锆钛酸铅 (PZT)陶瓷作为由压电体构成的致动器基板12。将喷出通道2的宽度形成为75 μ m，与通道排列的方向正交的方向的隔壁8的厚度形成为65 μ m，通过倾斜蒸镀法从隔壁8的大致1/2 的高度开始在上方形成共同电极4或驱动电极5。使用的压电体的矫顽电场强度是0. 5KV/ mm 0. 6KV/mm。因此，产生矫顽电场强度的电压为32. 5V 39V。在驱动时，控制电路11 控制开关元件SW将与各共同电极4连接的COM端子与GND连接，控制驱动电路10向与各喷出通道2对应的驱动电极5供给不超过上述矫顽电场强度的电压，例如20V 25V的驱动信号Vs。即，驱动信号Vs为提供矫顽电场的电压的60% 70%左右。另一方面，在再生时，控制电路11控制驱动电路10将各驱动电极5同时设定为GND电位，并且控制开关元件 Sff将与各共同电极4连接的COM端子设定为再生电压Vx，并维持例如从1秒到数秒。再生电压Vx设为超过上述矫顽电场强度的电压。另外，根据喷出通道的高密度化的要求，能够将喷出通道2的宽度设为30 μ m 50 μ m,将与喷出通道2及伪通道3排列的方向正交的方向的隔壁8的厚度设为30 μ m 50 μ m。例如，使用与上述相同的压电体的材料，设喷出通道的宽度为40 μ m,隔壁8的厚度为45μπι。在该情况下，产生矫顽电场强度的电压下降至22. 5V 27V。然而，驱动信号Vs 的电压不与隔壁8的厚度成比例地下降，需要例如20V 22V左右。因此，驱动信号Vs升高到提供矫顽电场的电压的75% 100%左右，通常驱动时的驱动信号Vs接近隔壁8的矫顽电场强度，因而容易促进隔壁8的劣化。然而，由于若在驱动部CR构成开关元件SW并向共同电极4和驱动电极5施加反转的再生电压就能够使劣化的极化再生，所以能够使高密度排列喷出通道2的液体喷射头1在各喷出通道间均勻地进行喷出。再生电压Vx设为比产生上述矫顽电场强度的电压例如22. 5V 27V更高的电压。这样，由于构成为在驱动部CR设置开关元件SW从而能将各喷出通道2的共同电极4从GND切换至再生电压Vx的高电压，所以驱动电路10不需要从驱动用的高电压生成再生用的反转了极性的高电压，不需要在驱动部CR构成高度复杂的电路。另外，由于能使隔壁8的劣化的极化再生，所以隔壁8能薄膜化，能高密度地构成喷出通道2。此外，例如能够在装入有液体喷射头1的液体喷出装置的启动时、液体喷射头1的清洗时或液体喷射头 1不进行喷出动作的定时，定期地、或根据驱动累计时间实施再生驱动。另外，在本实施方式中，不仅在未向各喷出通道2填充液体时，而且在填充有液体时也能够实施再生处理。即，由于向与填充有液体的全部喷出通道2的液体接触的共同电极4施加电压，所以全部喷出通道2的共同电极4成为相同的电位。因此，不存在经由液体的导通，不产生液体的电解。由此，即使在向各喷出通道2填充液体时，也能够实施再生处理。在以上的说明中，使用压电体作为致动器基板12，但例如仅隔壁8作为压电体，作为保持它们的基板，能够使用由绝缘体等构成的陶瓷基板、其他的无机材料或有机材料。图3是示出在本发明的实施方式涉及的液体喷射头1中使用的开关元件SW的一个例子的电路图。开关元件SW串联连接与高电压的再生电压Vx连接的P沟道FET(Field Effect Transistor 场效应晶体管)(pFET)以及与低电压的GND连接的N沟道FET (nFET)， 由以该连接点为输出端子的互补型电路构成。向P沟道FET的源极S输入再生电压Vx，N 沟道FET的源极S与GND连接，P沟道FET的漏极D和N沟道FET的漏极D与输出端子COM 连接。P沟道FET的栅极G经由导通电压调整用的npn型的晶体管Tr从控制电路11输入控制信号CS。N沟道FET的栅极G经由电阻R5从控制电路11输入控制信号CS。晶体管 Tr的集电极C与P沟道FET的栅极G连接，另外，经由电阻R3输入再生电压Vx。晶体管Tr 的发射极E与GND连接，基极B经由电阻R4输入控制信号CS。P沟道FET的栅极G和源极 S经由电阻Rl连接，N沟道FET的栅极G和源极S经由电阻R2连接。该电路如下地动作。从控制电路11输入H电平的控制信号CS时，基极B成为L电平的晶体管Tr截止，P沟道FET的栅极G成为Vx电平，P沟道FET的源极S/漏极D间被截断。另一方面，栅极G输入H电平的N沟道FET进行导通动作，漏极D/源极S间成为连接状态。其结果是，输出端子COM与GND连接。这是通常的驱动动作状态。从控制电路11 输入L电平的控制信号CS时，基极B成为L电平的晶体管Tr导通，P沟道FET的栅极G成为GND电平，P沟道FET的源极S/漏极D间成为连接状态。另一方面，栅极G输入L电平的N沟道FET进行截止动作，源极S/漏极D间被截断。其结果是，再生电压Vx的电压供给至输出端子COM。这是再生动作状态。这样，作为开关元件SW，只要添加利用N沟道FET和P沟道FET的互补型电路即可，无需形成复杂的驱动电路。此外，作为开关元件SW，并不限定于图3的电路构成，总之， 只要是能将共同电极4切换为低电压的GND电平和高电压的再生电压Vx的开关元件即可。图4是示出本发明的实施方式涉及的液体喷射头1的驱动电路10的一个例子的电路图。驱动电路10具备喷出通道2的数量的单位驱动电路UCl、UC2...(图4中为η 个)。各单位驱动电路UC1、UC2...分别从控制电路11输入驱动控制信号DCS1、DCS2...， 并分别向伪通道3a、;3b的驱动电极fejb输出驱动信号Vsl、Vs2...。各单位驱动电路UC1、 UC2...由串联连接P沟道FET (pFET)和N沟道FET (nFET)的互补型开关电路构成。P沟道 FET的源极S输入高电压Vdd，N沟道FET的源极S与GND连接，P沟道FET的漏极D和N沟道FET的漏极D连接并构成输出端。P沟道FET的栅极G和N沟道FET的栅极G连接，从控制电路11输入驱动控制信号DCS。在驱动时，P沟道FET和N沟道FET的栅极G从控制电路11输入H电平的驱动控制信号DCS。于是，P沟道FET进行截止动作，P沟道FET的源极S/漏极D间被截断，N沟道 FET进行导通动作，N沟道FET的漏极D/源极S间成为连接状态。其结果是，GND电平的驱动信号VS供给至两个驱动电极fe、5b。此时，喷出通道2的共同电极4被赋予GND电平，所以喷出通道2的隔壁8a、8b不变形，液体不从喷嘴9喷出。P沟道FET和N沟道FET的栅极 G从控制电路11输入L电平的驱动控制信号DCS。于是，P沟道FET进行导通动作，P沟道 FET的源极S/漏极D间成为连接状态，N沟道FET进行截止动作，N沟道FET的源极S/漏极D间被截断。其结果是，高电压Vdd的驱动信号Vs供给至两个驱动电极fe、5b。喷出通道2的共同电极4维持在GND电平，所以喷出通道2的隔壁8a、8b被施加电场，隔壁8a、8b 发生变形。然后，与上述同样，P沟道FET和N沟道FET的栅极G从控制电路11输入H电平的驱动控制信号DCS，由此解除隔壁8a、8b的电场，在隔壁8a、8b回到原来的平坦的隔壁时， 从喷嘴9喷出液体。这样，各单位驱动电路UC根据从控制电路11输入的驱动控制信号DCS 的电位电平来驱动对应的喷出通道2。这是通常的驱动动作状态。另一方面，在再生驱动时，控制电路11向各单位驱动电路UC提供H电平的驱动控制信号DCS，将各伪通道3的驱动电极fe、5b同时设为GND电平。控制电路11同时向开关元件SW提供L电平的控制信号CS，使输出端子COM上升至再生电压Vx。这是再生动作状态，压电体被再生处理。图5是使用本发明涉及的液体喷射头1的液体喷射装置30的示意性立体图。液体喷射装置30具备使上述本发明涉及的液体喷射头1、1’往返移动的移动机构 43，向液体喷射头1、1’供给液体的液体供给管33、33’，以及向液体供给管33、33’供给液体的液体罐31、31’。各液体喷射头1、1’由本发明涉及的液体喷射头1构成。即，液体喷射头1的驱动部具备将多个喷出通道的共同电极从低电压切换到高电压的开关元件。而且， 以如下的方式动作在通常的驱动动作时，将多个喷出通道的共同电极共同地设定为低电压例如GND，向多个伪通道的驱动电极个别地供给驱动信号，在再生动作时，将多个喷出通道的共同电极共同地设定为高电压，将多个伪通道的驱动电极共同地设定为低电压，从而使极化的隔壁再生。具体地进行说明。液体喷射装置30具备将纸等被记录媒体34向主扫掠方向输送的一对输送单元41、42，向被记录媒体34喷出液体的液体喷射头1、1’，将积存在液体罐 31、31’的液体向液体供给管33、33’按压并供给的泵32、32’，以及沿与主扫掠方向正交的副扫掠方向扫掠液体喷射头1的移动机构43等。一对输送单元41、42具备沿副扫掠方向延伸、一边与辊面接触一边旋转的栅格辊 (grid roller)和夹送辊(pinch roller)。通过未图示的电动机使栅格辊和夹送辊绕轴移动，向主扫掠方向输送夹入在辊间的被记录媒体34。移动机构43具备沿副扫掠方向延伸的一对导轨36、37 ；能沿着一对导轨36、37滑动的滑架单元38 ；连结滑架单元38并使其沿副扫掠方向移动的环形带39 ；以及经由未图示的滑轮使该环形带39旋转的电动机40。滑架单元38承放多个液体喷射头1、1’，例如喷出黄色、品红、青色、黑色的4种液滴。液体罐31、31’积存对应的颜色的液体，经由泵32、32’、液体供给管33、33’向液体喷射头1、1’供给。各液体喷射头1、1’根据驱动电压喷出各色的液滴。通过控制从液体喷射头 1、1’喷出液体的定时、驱动滑架单元38的电动机40的旋转及被记录媒体34的输送速度， 能够在被记录媒体34上记录任意的图案。在该构成中，能够在例如液体喷出装置30的启动时、液体喷射头1的清洗时、或液体喷射头1不进行喷出动作的定时，定期地或根据累计驱动时间而实施再生动作。由此，能够降低每个喷出通道的液体喷射条件的偏差，使各喷出通道的喷出条件一致。
权利要求
1.一种液体喷射头，具备通道，其包围周围的壁材的至少一部分由沿一个方向实施了极化处理的压电体构成； 一对电极，夹着所述压电体，沿与所述一个方向大致正交的方向施加电场；以及驱动部，将所述一对电极的一个设定为绝对值相对较小的低电压，并向另一个供给驱动信号从而驱动所述压电体，所述驱动部具备将所述一对电极的一个从所述低电压切换到绝对值相对较大的高电压的开关元件。
2.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中，所述通道包含在基板表面交替排列的喷出通道和伪通道，所述压电体构成隔离所述喷出通道和所述伪通道的隔壁的一部分或全部，所述一个方向是所述基板表面的法线方向，所述一对电极的一个是在所述隔壁的喷出通道侧的侧面设置的共同电极，所述一对电极的另一个是在所述隔壁的伪通道侧的侧面设置的驱动电极，所述驱动部将多个所述喷出通道的多个所述共同电极共同地设定为所述低电压，向多个所述伪通道的所述驱动电极个别地供给所述驱动信号，从而驱动所述隔壁。
3.根据权利要求2所述的液体喷射头，其中，所述驱动部控制所述开关元件，将所述共同电极共同地设定为所述高电压，将所述驱动电极共同地设定为所述低电压，从而向所述共同电极和所述驱动电极之间的所述隔壁施加超过所述压电体的矫顽电场的电场。
4.根据权利要求2或3所述的液体喷射头，其中，所述喷出通道由宽度为30 μ m 50 μ m的细长的槽构成，所述隔壁的沿排列所述喷出通道及所述伪通道的排列方向的厚度为30μπι 50μπι。
5.根据权利要求1或2所述的液体喷射头，其中，所述开关元件由P沟道FET和N沟道FET串联连接的互补型电路构成。
6.一种液体喷射装置，具备权利要求1或2所述的液体喷射头； 使所述液体喷射头往返移动的移动机构； 向所述液体喷射头供给液体的液体供给管；以及向所述液体供给管供给所述液体的液体罐。
7.一种液体喷射头的驱动方法，所述液体喷射头具备通道，其包围周围的壁材的至少一部分由沿一个方向实施了极化处理的压电体构成；一对电极，夹着所述压电体并沿与所述一个方向大致正交的方向施加电场；以及驱动部，驱动所述压电体，所述驱动部，在驱动时，将所述一对电极的一个设定为绝对值相对较小的第一低电压，向所述一对电极的另一个供给一个极性的驱动信号，从而驱动所述压电体，在再生时，将所述一对电极的一个设定为具有与所述驱动信号为同一极性的、绝对值相对较大的高电压，将所述一对电极的另一个设定为绝对值相对较小的第二低电压，从而使所述压电体再生。
8.根据权利要求7所述的液体喷射头的驱动方法，其中，所述通道包含在基板表面交替排列的喷出通道和伪通道，所述压电体构成隔离所述喷出通道和所述伪通道的隔壁的一部分或全部，所述一对电极的一个是在所述隔壁的喷出通道侧的侧面设置的共同电极，所述一对电极的另一个是在所述隔壁的伪通道侧的侧面设置的驱动电极， 所述驱动部，在所述驱动时，将多个所述喷出通道侧的共同电极共同地设定为所述第一低电压，并向多个所述伪通道侧的驱动电极个别地供给所述驱动信号，在所述再生时，将多个所述喷出通道侧的共同电极共同地设定为所述高电压，将多个所述伪通道侧的驱动电极共同地设定为所述第二低电压。
9.根据权利要求7或8所述的液体喷射头的驱动方法，其中， 所述驱动部在所述再生时，向所述一对电极施加生成超过所述压电体的矫顽电场的电场的电压。
全文摘要
本发明提供不用生成正负的较大的电压就能够向压电体施加反转电压并限制压电体的劣化的液体喷射头(1)。液体喷射头(1)具备通道(CA)，其包围周围的壁材的至少一部分由沿一个方向实施了极化处理的压电体(PM)构成；一对电极(EL)，夹住压电体(PM)，沿与一个方向大致正交的方向施加电场；以及驱动部(CR)，将一对电极(EL)的一个设定为绝对值较小的低电压(Vu)，并向另一个供给驱动信号(Vs)从而驱动压电体(PM)，驱动部(CR)具备将一对电极(EL)的一个从低电压(Vu)切换至绝对值较大的高电压(Vh)的开关元件(SW)。
文档编号B41J2/045GK102555477SQ2011103738
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月9日 优先权日2010年11月9日
发明者小关修 申请人:精工电子打印科技有限公司
技术领域：
本发明涉及在微小空间填充液体、利用压电体的厚度滑移变形使该微小空间的容积瞬间变化从而喷出液体的液体喷射头及液体喷射头的驱动方法。
背景技术：
近年来，向记录纸等喷出墨滴而描绘字符、图形或者向元件基板的表面喷出液体材料而形成功能性薄膜的图案的喷墨方式的液体喷射头得到利用。该方式从液体罐经由供给管向液体喷射头供给墨或液体材料，在形成于液体喷射头的微小空间填充该墨，根据驱动信号利用压电体的电致伸缩效应瞬间缩小微小空间的容积，从与微小空间连通的喷嘴喷出液滴从而进行记录。图6(a)是剪力式(share mode)类型的液体喷射头100的剖面示意图。在压电体基板101的表面形成多个槽，利用盖板106堵塞住该槽的上部开口，构成多个通道。多个通道的用于喷出液体的喷出通道102和未填充液体的伪通道(dummy channel) 103交替地排列。压电体基板101沿表面的垂直方向实施有极化处理。因此，各隔壁107如箭头所示那样，从基板面沿垂直方向被极化。在包围喷出通道102的隔壁107的喷出通道102侧的两个侧面设置有共同电极104。在包围喷出通道102的隔壁107的伪通道103侧的两个侧面设置有驱动电极105。共同电极104及驱动电极105从隔壁107的高度的大致1/2开始在上部形成。在喷出通道102的两个侧面形成的共同电极104与其他的喷出通道102的共同电极104 —起，经由布线电极共同与GND连接。在与喷出通道102的两侧邻接的伪通道103 的该喷出通道102侧的侧面设置的两个驱动电极105经由布线电极短路，与用于输入驱动信号的端子T连接。向端子T提供驱动信号时，沿与两个隔壁107的上半部分的极化方向正交的方向施加电场，从而各隔壁107进行厚度滑移变形从而使喷出通道102的内容积瞬间变化。由此，填充在喷出通道102的液体例如墨，从喷嘴108喷出。然而，长时间使用时，由于沿与极化方向正交的方向总是施加同极性的驱动信号， 所以隔壁107的极化P劣化。而且，由于对每一个喷出通道102施加的驱动信号的经历(履歴)不同，极化P的劣化状态也按每一个喷出通道102而不同。图6(b)用箭头示意性表示长时间使用的液体喷射头100的各隔壁107的极化状态。各隔壁107的极化的劣化状态也各不相同。因此，就在那样的状态下使用液体喷射头100时，液体的喷出条件出现偏差，记录质量降低。在专利文献1记载有将压电材料用于致动器等的压电体元件的再生方法。记载了如下的情况使用厚度0. 5mm的板状的PZT(锆钛酸铅)压电元件进行IO7次驱动后，在比居里温度低的100°C 150°C的温度下沿驱动电场的反方向提供电场。由此使由于驱动电压的施加而排列的带电部位(荷電寸^卜)扩散并破坏，使内部电场消失，使压电元件的机电耦合系数Kp或机械的质量系数Qm与耐久试验前的未耐久品相同。另外，记载了如下的情况通过对该样品实施极化处理，能够使相对于施加电压的位移量或极化量恢复到与未耐久品大致相同的状态。在专利文献2记载有能够控制压电体元件的位移偏差的驱动装置，所述压电体元件用于偏向式(bend mode)类型的液体喷出头。该液体喷出头具备层叠有如下部分的单位构造填充有墨等液体的压力室、由在该压力室的上部设置的绝缘膜及下部电极构成的振动板、以及由在其上设置的压电体膜层及上部电极构成的压电体元件。驱动装置生成用于驱动并列有多个上述压力室的液体喷出头的驱动波形。驱动装置进而还生成用于消去压电体膜层的剩余极化的波形。剩余极化随时间的经过而变化，成为产生元件间偏差的原因。因此，向压电体元件提供剩余极化消去用的波形从而使剩余极化消失。剩余极化消去用的波形具有与驱动压电体元件时的驱动波形同极性的期间，以及紧随其后的反极性的期间。同极性的期间维持提供超过压电体膜层的矫顽电场的电场强度的电压电平，在反转至反极性的期间，维持提供大致为压电体的矫顽电场的电压电平。将该波形施加至在压电体膜层的上部形成的上部电极，从而使压电体膜层的剩余极化为0。由此，能够防止剩余极化随时间的经过而变化。向压电体元件施加剩余极化消去用的波形的定时，在打印机电源投入之后、 头表面的清洗前后、墨盒交换时、出纸后等的墨喷出时以外的时间进行。在专利文献3记载有压电元件的再生方法，进一步改良了专利文献2记载的波形。 即，在产生与驱动波形同极性的矫顽电场以上的电场的电压电平的期间，以及其后的产生与驱动波形为反极性的矫顽电场或矫顽电场以上的电场的电压电平的期间之间，插入有施加与驱动波形反极性的、绝对值比上述反极性电压更小的电压的期间。这就是由此减轻因急剧的电位变化引起的对驱动电路或压电元件的负担的方法。专利文献1 日本特开平6_3似946号公报专利文献2 日本特开2002-355967号公报专利文献3 日本特开2006-68970号公报近年来高密度排列喷出通道的要求较为强烈。在剪力式类型的液体喷射头的情况下，为了使通道的排列高密度化，必须使在其构造上划分通道的隔壁的厚度和通道宽度变薄。使隔壁的厚度和通道宽度变薄时，用于驱动隔壁的电场强度变高，由于沿相对极化方向正交的方向施加的电场而极化旋转，变得容易劣化。因此，希望有用于使压电体隔壁的劣化的极化再生的有效方案。专利文献1记载的压电元件的再生方法，施加相对驱动电压为反方向的电压，破坏因驱动电压的施加而扩散并排列的带电部位，使因带电部位引起的内部电场消失。即，需要使带电部位移动，所以加热压电元件到100°c 150°c并施加反电压。要将该再生方法适用于液体喷射头时，需要从液体喷射头分离并取出压电体元件，或需要将液体喷射头整体加热至10(TC以上，再生工序变得复杂，或无法实施。专利文献2或专利文献3记载的压电体元件是偏向式类型，具有与剪力式类型不同的构造，利用不同的电场驱动。在专利文献2或专利文献3中，压电体膜层的厚度为 1 μ m 3 μ m，利用与压电体膜层的矫顽电场相比足够高的电场驱动，与此相对，在剪力式类型中，压电体的厚度比偏向式类型厚一个数量级以上，实施有极化处理，施加矫顽电场以下的电场来驱动。因此，压电体元件的劣化模式也不同。在专利文献2及专利文献3中，剩余极化随时间的经过而变化，该变化了的剩余极化成为喷出条件的偏差。因此，对压电体膜层，最初施加与驱动波形同极性的、矫顽电场的2倍以上的电场，然后提供反极性的大致为矫顽电场的电压，从而消去作为偏差的原因的剩余极化。另一方面，在剪力式类型中，预先使压电体极化，沿与该极化方向正交的方向施加电场并诱发厚度滑移变形。因此，原本是利用剩余极化而驱动，若使剩余极化为0则无法诱发厚度滑移变形。因此，不能够将专利文献 2或专利文献3的再生方法适用于剪力式类型。另外，在专利文献2及专利文献3中，夹着压电体膜层的一个电极共同连接并接地，作为另一个电极的上部电极(个别电极)与驱动电路个别连接，并向该上部电极施加大大超过压电体膜层的矫顽电场的驱动电压以及与该驱动电压的极性反转的较大的反转电压。即，驱动压电元件的驱动电路必须生成较大的正负的电压，电路构成变得复杂，在构成液体喷射头上成为较大的负担。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而做出的，其目的在于，提供能简便地使剪力式类型的压电体元件再生的液体喷射头及其驱动方法。本发明的液体喷射头具备通道，其包围周围的壁材的至少一部分由沿一个方向实施了极化处理的压电体构成；一对电极，夹着所述压电体，沿与所述一个方向大致正交的方向施加电场；以及驱动部，将所述一对电极的一个设定为绝对值相对较小的低电压，并向另一个供给驱动信号从而驱动所述压电体，所述驱动部具备将所述一对电极的一个从所述低电压切换至绝对值相对较大的高电压的开关元件。另外，所述通道包括在基板表面交替地排列的喷出通道和伪通道，所述压电体构成隔离所述喷出通道和所述伪通道的隔壁的一部分或全部，所述一个方向是所述基板表面的法线方向，所述一对电极的一个是在所述隔壁的喷出通道侧的侧面设置的共同电极，所述一对电极的另一个是在所述隔壁的伪通道侧的侧面设置的驱动电极，所述驱动部将多个所述喷出通道的多个所述共同电极共同地设定为所述低电压，并向多个所述伪通道的所述驱动电极个别地供给所述驱动信号，从而驱动所述隔壁。另外，所述驱动部控制所述开关元件，将所述共同电极共同地设定为所述高电压， 将所述驱动电极共同地设定为所述低电压，向所述共同电极和所述驱动电极之间的所述隔壁施加超过所述压电体的矫顽电场的电场。另外，所述喷出通道由宽度为30 μ m 50 μ m的细长槽构成，所述隔壁的沿排列所述喷出通道及所述伪通道的排列方向的厚度为30μπ 50μπ 。另外，所述开关元件由串联连接P沟道FET和N沟道FET的互补型电路构成。本发明的液体喷射装置具备上述的任一方式所记载的液体喷射头；使所述液体喷射头往返移动的移动机构；向所述液体喷射头供给液体的液体供给管；以及向所述液体供给管供给所述液体的液体罐。本发明的液体喷射头的驱动方法，其中液体喷射头具备通道，其包围周围的壁材的至少一部分由沿一个方向实施有极化处理的压电体构成；一对电极，其夹着所述压电体， 沿与所述一个方向大致正交的方向施加电场；以及驱动部，其驱动所述压电体，所述驱动部，在驱动时，将所述一对电极的一个设定为绝对值相对较小的第一低电压，向所述一对电极的另一个供给一个极性的驱动信号，从而驱动所述压电体，在再生时，将所述一对电极的一个设定为具有与所述驱动信号相同的一个极性、绝对值相对较大的高电压，将所述一对电极的另一个设定为绝对值相对较小的第二低电压，使所述压电体再生。另外，所述通道包含在基板表面交替排列的喷出通道和伪通道，所述压电体构成隔离所述喷出通道和所述伪通道的隔壁的一部分或全部，所述一对电极的一个是在所述隔壁的喷出通道侧的侧面设置的共同电极，所述一对电极的另一个是在所述隔壁的伪通道侧的侧面设置的驱动电极，所述驱动部，在所述驱动时，将多个所述喷出通道侧的共同电极共同地设定为所述第一低电压，向多个所述伪通道侧的驱动电极个别地供给所述驱动信号， 在所述再生时，将多个所述喷出通道侧的共同电极共同地设定为所述高电压，将多个所述伪通道侧的驱动电极共同地设定为所述第二低电压。另外，所述驱动部在所述再生时，向所述一对电极施加产生超过所述压电体的矫顽电场的电场的电压。本发明的液体喷射头具备通道，其包围周围的壁材的至少一部分由沿一个方向实施了极化处理的压电体构成；一对电极，夹着压电体，沿与一个方向大致正交的方向施加电场；以及驱动部，将一对电极的一个设定为绝对值相对较小的低电压，并向另一个供给驱动信号从而驱动压电体，驱动部具备将一对电极的一个从绝对值相对较小的低电压切换为绝对值相对较大的高电压的开关元件。由此，能够提供不用生成正负的较大的电压而向压电体施加反转电压并限制了压电体的劣化的液体喷射头。
图1是示出本发明涉及的液体喷射头的基本的构成的概念图。图2是用于说明本发明的实施方式涉及的液体喷射头及液体喷射头的驱动方法的图。图3是在本发明的实施方式涉及的液体喷射头中使用的开关元件的电路图。图4是在本发明的实施方式涉及的液体喷射头中使用的驱动电路图。图5是使用本发明的液体喷射头的液体喷射装置的示意性立体图。图6是现有公知的剪力式类型的液体喷射头的剖面示意图。附图标记说明1液体喷射头；2喷出通道；3伪通道；4共同电极；5驱动电极；8隔壁；9喷嘴；10 驱动电路；11控制电路；12致动器基板；13盖板；CR驱动部；SW开关元件。
具体实施例方式<基本的构成>图1是示出本发明的液体喷射头1的基本的构成的概念图。液体喷射头1具备通道CA、电极EL和驱动部CR。关于通道CA，其包围周围的壁材M的一部分由沿一个方向实施了极化处理的压电体PM构成。电极EL夹着压电体PM，沿与压电体PM的极化P的方向大致正交的方向施加电场。驱动部CR将一对电极EL的一个设定为绝对值相对较小的低电压 Vu,向另一个供给驱动信号Vs，从而驱动压电体PM。驱动部CR具备将一对电极EL的一个从低电压Vu切换为绝对值相对较大的高电压Vh的开关元件SW。压电体PM在与板面平行的方向实施极化处理。一对电极EL设置为能够沿相对压电体PM的极化P大致正交的方向施加电场。驱动部CR向一对电极EL的一个供给低电压Vu,向另一个供给驱动信号Vs时，压电体PM进行厚度滑移变形从而通道CA的容积瞬间变化。由此，压力变动传达至填充在通道CA的液体，从而从未图示的喷嘴喷出液体。对于该通常驱动，本发明的液体喷射头1以如下的方式构成在驱动部CR设置开关元件SW，将一对电极EL的一个从低电压Vu切换至高电压Vh，使电场方向反转，从而能够施加用于使压电体再生的再生电压。压电体PM被施加驱动信号Vs时，极化P的方向对应该施加的驱动信号Vs的经历而变化。因此，压电体PM的厚度滑移变形量对应驱动经历而出现偏差，液体喷出条件改变。 本发明在驱动部CR设置切换低电压Vu和高电压Vh的开关元件SW，以能够施加反转通常驱动时的压电体PM中的电场方向的高电压的再生电压。由此，抑制压电体PM的劣化，即使在排列多个通道CA而构成液体喷射头的情况下，也能够抑制喷出条件的偏差。在图1中，作为构成通道CA的左侧的壁材，设有压电体PM和夹着该压电体的一对电极EL，但也可设其他侧的壁材M为压电体PM，还能够用设置了一对电极EL的压电体PM 构成左右或上下、或所有侧的壁材M。一对电极EL形成于压电体PM的上下方向的上半部分的区域，取而代之，也可形成于下半部分的区域。另外，由压电体PM构成壁材M的全部，取而代之，也可用压电体PM构成壁材M的一部分例如壁材M的1/2的高度，用非压电性材料构成从1/2开始到最上部分。在该情况下，能够在用压电体PM构成的壁材M的两侧面的整面形成一对电极EL。另外，也可用压电体PM构成任一侧的壁材M，使该1/2的高度以下部分沿下方向或上方向极化，该1/2的高度以上部分沿上方向或下方向极化，从而在壁材M两侧面的整面形成一对电极EL。接着，说明本发明的液体喷射头的基本的驱动方法。首先，液体喷射头具备通道， 其包围周围的壁材的至少一部分由沿一个方向实施了极化处理的压电体构成；一对电极， 沿与上述极化方向大致正交的方向施加电场；以及驱动部，驱动压电体。在通常的驱动时， 驱动部将上述一对电极的一个设定为绝对值相对较小的第一低电压，例如接地电位，并向一对电极的另一个供给一个极性的驱动信号。在用于抑制压电体的劣化的再生时，驱动部将一对电极的一个设定为与上述驱动信号的极性为同一个极性的绝对值相对较大的高电压，将一对电极的另一个设定为绝对值相对较小的第二低电压，例如接地电位，从而使压电体再生。由此，驱动部除一个极性的电压外不用生成另一个极性的电压，对压电体施加一个方向的电场和反转了其方向的反转方向的电场，所以不用使驱动部的电路构成复杂化， 就能够进行压电体的再生处理。这里，优选在驱动时向压电体供给的驱动信号Vs设为不超过压电体的矫顽电场的电压。这是为了防止如下的现象当在驱动时施加超过压电体的矫顽电场的驱动信号时，压电体的极化P的极化轴旋转，厚度滑移变形量变大。另外，优选在再生时向压电体供给的再生电压设为超过压电体的矫顽电场的电压。另外，这是因为，再生时向压电体施加超过压电体的矫顽电场的高电压，利用驱动信号使旋转的极化方向返回初始状态，或返回接近初始状态的稳定状态。以下，使用附图来具体地进行说明。<实施方式>图2是用于表示本发明的实施方式、说明本发明涉及的液体喷射头1及其驱动方法的图。图2(a)是表示通常驱动时的状态的构成图，(b)是表示再生时的状态的构成图。 液体喷射头1具备由致动器(actuator)基板12及盖板13构成的通道构成部6，以及驱动它的驱动部CR。致动器基板12由压电体构成，在该基板表面具有并列的多个槽，盖板13堵塞住多个槽的上部开口部而构成喷出通道2和伪通道3。喷出通道2和伪通道3交替地排列。喷出通道2与未图示的喷嘴盘(nozzle plate)的喷嘴9连通，具有将填充在腔内的液体喷出的功能。不向伪通道3供给液体，因此，伪通道3不具有喷出液体的功能。喷出通道2和伪通道3由隔壁8隔离。各隔壁8由压电体形成，沿基板表面的法线方向实施有极化处理。构成喷出通道2的左右的隔壁8a、8b，在该喷出通道2侧的各侧面具备共同电极4，在邻接的伪通道3a、!3b侧的各侧面分别具备驱动电极fe和驱动电极恥。各共同电极4经由布线电极而电短路，驱动电极fe和驱动电极恥经由其他的布线电极而电短路。因此，通过在驱动电极5ajb与共同电极4之间施加驱动信号，在隔壁8a、8b诱发厚度滑移变形，扩大或缩小喷出通道2的容积，从而能够使填充在内部的液体从喷嘴9喷出。驱动部CR具备控制液体喷射头1的动作的控制电路11，在控制电路11的控制下向驱动电极如、恥供给驱动信号Vs的驱动电路10，以及将共同电极4切换为GND的接地电位或再生电压Vx而设定的开关元件SW。驱动电路10向在构成各喷出通道2的隔壁8a、 8b的伪通道3a、!3b侧的侧面设置的驱动电极5ajb个别地供给驱动信号Vs。开关元件SW 与在构成各喷出通道2的隔壁8a、8b的喷出通道2侧的侧面设置的各共同电极4共同地连接，将各共同电极4共同地设定为作为低电压的接地电位。控制电路11控制驱动电路10 及开关元件SW的驱动。图2(a)表示长时间使用的液体喷射头1，被各隔壁8的驱动电极5和共同电极4 夹住的区域的压电体的极化P的方向出现偏差。使用前的极化P朝向致动器基板12的表面的法线方向。然而，在驱动时，通过将共同电极4设定为接地电位并向驱动电极5施加驱动信号Vs，极化P的极化轴对应该驱动信号Vs的驱动经历而旋转，其旋转角产生偏差。极化P的方向变化时，厚度滑移变形量变化，从而表现为液体的喷出速度的偏差。图2(b)表示进行再生处理的状态。控制电路11控制开关元件SW和驱动电路10， 将多个喷出通道2的共同电极4共同地设定为作为高电压的再生电压Vx，将多个伪通道3 侧的驱动电极5共同地设定为作为低电压的0伏特。在该情况下，优选使再生电压Vx为产生超过构成隔壁8的压电体的矫顽电场的电场的电压。由此，能够使构成各隔壁8的压电体的极化方向一致。也可以施加再生电压Vx而使压电体的极化P的方向返回与相对基板表面垂直的方向一致的初始状态，也可如图2(b)所示，施加再生电压Vx以致向与因驱动信号Vs而旋转的旋转方向相反的方向倾斜的程度。具体而言，在极化P的极化轴通过驱动信号Vs的驱动而在左侧的隔壁8a中向右旋转、在右侧隔壁8b中向左旋转的情况下，此时，以在左侧的隔壁8a中从初始极化方向(基板表面的法线方向)向左旋转微小角度-(1Θ，在右侧的隔壁8b中从初始极化方向向右旋转微小角度+d θ的程度施加再生电压Vx。由此，能够使各喷出通道2以不依赖于驱动经历的均勻的喷出特性再生。更具体地进行说明。使用预先沿基板表面的法线方向实施了极化处理的锆钛酸铅 (PZT)陶瓷作为由压电体构成的致动器基板12。将喷出通道2的宽度形成为75 μ m，与通道排列的方向正交的方向的隔壁8的厚度形成为65 μ m，通过倾斜蒸镀法从隔壁8的大致1/2 的高度开始在上方形成共同电极4或驱动电极5。使用的压电体的矫顽电场强度是0. 5KV/ mm 0. 6KV/mm。因此，产生矫顽电场强度的电压为32. 5V 39V。在驱动时，控制电路11 控制开关元件SW将与各共同电极4连接的COM端子与GND连接，控制驱动电路10向与各喷出通道2对应的驱动电极5供给不超过上述矫顽电场强度的电压，例如20V 25V的驱动信号Vs。即，驱动信号Vs为提供矫顽电场的电压的60% 70%左右。另一方面，在再生时，控制电路11控制驱动电路10将各驱动电极5同时设定为GND电位，并且控制开关元件 Sff将与各共同电极4连接的COM端子设定为再生电压Vx，并维持例如从1秒到数秒。再生电压Vx设为超过上述矫顽电场强度的电压。另外，根据喷出通道的高密度化的要求，能够将喷出通道2的宽度设为30 μ m 50 μ m,将与喷出通道2及伪通道3排列的方向正交的方向的隔壁8的厚度设为30 μ m 50 μ m。例如，使用与上述相同的压电体的材料，设喷出通道的宽度为40 μ m,隔壁8的厚度为45μπι。在该情况下，产生矫顽电场强度的电压下降至22. 5V 27V。然而，驱动信号Vs 的电压不与隔壁8的厚度成比例地下降，需要例如20V 22V左右。因此，驱动信号Vs升高到提供矫顽电场的电压的75% 100%左右，通常驱动时的驱动信号Vs接近隔壁8的矫顽电场强度，因而容易促进隔壁8的劣化。然而，由于若在驱动部CR构成开关元件SW并向共同电极4和驱动电极5施加反转的再生电压就能够使劣化的极化再生，所以能够使高密度排列喷出通道2的液体喷射头1在各喷出通道间均勻地进行喷出。再生电压Vx设为比产生上述矫顽电场强度的电压例如22. 5V 27V更高的电压。这样，由于构成为在驱动部CR设置开关元件SW从而能将各喷出通道2的共同电极4从GND切换至再生电压Vx的高电压，所以驱动电路10不需要从驱动用的高电压生成再生用的反转了极性的高电压，不需要在驱动部CR构成高度复杂的电路。另外，由于能使隔壁8的劣化的极化再生，所以隔壁8能薄膜化，能高密度地构成喷出通道2。此外，例如能够在装入有液体喷射头1的液体喷出装置的启动时、液体喷射头1的清洗时或液体喷射头 1不进行喷出动作的定时，定期地、或根据驱动累计时间实施再生驱动。另外，在本实施方式中，不仅在未向各喷出通道2填充液体时，而且在填充有液体时也能够实施再生处理。即，由于向与填充有液体的全部喷出通道2的液体接触的共同电极4施加电压，所以全部喷出通道2的共同电极4成为相同的电位。因此，不存在经由液体的导通，不产生液体的电解。由此，即使在向各喷出通道2填充液体时，也能够实施再生处理。在以上的说明中，使用压电体作为致动器基板12，但例如仅隔壁8作为压电体，作为保持它们的基板，能够使用由绝缘体等构成的陶瓷基板、其他的无机材料或有机材料。图3是示出在本发明的实施方式涉及的液体喷射头1中使用的开关元件SW的一个例子的电路图。开关元件SW串联连接与高电压的再生电压Vx连接的P沟道FET(Field Effect Transistor 场效应晶体管)(pFET)以及与低电压的GND连接的N沟道FET (nFET)， 由以该连接点为输出端子的互补型电路构成。向P沟道FET的源极S输入再生电压Vx，N 沟道FET的源极S与GND连接，P沟道FET的漏极D和N沟道FET的漏极D与输出端子COM 连接。P沟道FET的栅极G经由导通电压调整用的npn型的晶体管Tr从控制电路11输入控制信号CS。N沟道FET的栅极G经由电阻R5从控制电路11输入控制信号CS。晶体管 Tr的集电极C与P沟道FET的栅极G连接，另外，经由电阻R3输入再生电压Vx。晶体管Tr 的发射极E与GND连接，基极B经由电阻R4输入控制信号CS。P沟道FET的栅极G和源极 S经由电阻Rl连接，N沟道FET的栅极G和源极S经由电阻R2连接。该电路如下地动作。从控制电路11输入H电平的控制信号CS时，基极B成为L电平的晶体管Tr截止，P沟道FET的栅极G成为Vx电平，P沟道FET的源极S/漏极D间被截断。另一方面，栅极G输入H电平的N沟道FET进行导通动作，漏极D/源极S间成为连接状态。其结果是，输出端子COM与GND连接。这是通常的驱动动作状态。从控制电路11 输入L电平的控制信号CS时，基极B成为L电平的晶体管Tr导通，P沟道FET的栅极G成为GND电平，P沟道FET的源极S/漏极D间成为连接状态。另一方面，栅极G输入L电平的N沟道FET进行截止动作，源极S/漏极D间被截断。其结果是，再生电压Vx的电压供给至输出端子COM。这是再生动作状态。这样，作为开关元件SW，只要添加利用N沟道FET和P沟道FET的互补型电路即可，无需形成复杂的驱动电路。此外，作为开关元件SW，并不限定于图3的电路构成，总之， 只要是能将共同电极4切换为低电压的GND电平和高电压的再生电压Vx的开关元件即可。图4是示出本发明的实施方式涉及的液体喷射头1的驱动电路10的一个例子的电路图。驱动电路10具备喷出通道2的数量的单位驱动电路UCl、UC2...(图4中为η 个)。各单位驱动电路UC1、UC2...分别从控制电路11输入驱动控制信号DCS1、DCS2...， 并分别向伪通道3a、;3b的驱动电极fejb输出驱动信号Vsl、Vs2...。各单位驱动电路UC1、 UC2...由串联连接P沟道FET (pFET)和N沟道FET (nFET)的互补型开关电路构成。P沟道 FET的源极S输入高电压Vdd，N沟道FET的源极S与GND连接，P沟道FET的漏极D和N沟道FET的漏极D连接并构成输出端。P沟道FET的栅极G和N沟道FET的栅极G连接，从控制电路11输入驱动控制信号DCS。在驱动时，P沟道FET和N沟道FET的栅极G从控制电路11输入H电平的驱动控制信号DCS。于是，P沟道FET进行截止动作，P沟道FET的源极S/漏极D间被截断，N沟道 FET进行导通动作，N沟道FET的漏极D/源极S间成为连接状态。其结果是，GND电平的驱动信号VS供给至两个驱动电极fe、5b。此时，喷出通道2的共同电极4被赋予GND电平，所以喷出通道2的隔壁8a、8b不变形，液体不从喷嘴9喷出。P沟道FET和N沟道FET的栅极 G从控制电路11输入L电平的驱动控制信号DCS。于是，P沟道FET进行导通动作，P沟道 FET的源极S/漏极D间成为连接状态，N沟道FET进行截止动作，N沟道FET的源极S/漏极D间被截断。其结果是，高电压Vdd的驱动信号Vs供给至两个驱动电极fe、5b。喷出通道2的共同电极4维持在GND电平，所以喷出通道2的隔壁8a、8b被施加电场，隔壁8a、8b 发生变形。然后，与上述同样，P沟道FET和N沟道FET的栅极G从控制电路11输入H电平的驱动控制信号DCS，由此解除隔壁8a、8b的电场，在隔壁8a、8b回到原来的平坦的隔壁时， 从喷嘴9喷出液体。这样，各单位驱动电路UC根据从控制电路11输入的驱动控制信号DCS 的电位电平来驱动对应的喷出通道2。这是通常的驱动动作状态。另一方面，在再生驱动时，控制电路11向各单位驱动电路UC提供H电平的驱动控制信号DCS，将各伪通道3的驱动电极fe、5b同时设为GND电平。控制电路11同时向开关元件SW提供L电平的控制信号CS，使输出端子COM上升至再生电压Vx。这是再生动作状态，压电体被再生处理。图5是使用本发明涉及的液体喷射头1的液体喷射装置30的示意性立体图。液体喷射装置30具备使上述本发明涉及的液体喷射头1、1’往返移动的移动机构 43，向液体喷射头1、1’供给液体的液体供给管33、33’，以及向液体供给管33、33’供给液体的液体罐31、31’。各液体喷射头1、1’由本发明涉及的液体喷射头1构成。即，液体喷射头1的驱动部具备将多个喷出通道的共同电极从低电压切换到高电压的开关元件。而且， 以如下的方式动作在通常的驱动动作时，将多个喷出通道的共同电极共同地设定为低电压例如GND，向多个伪通道的驱动电极个别地供给驱动信号，在再生动作时，将多个喷出通道的共同电极共同地设定为高电压，将多个伪通道的驱动电极共同地设定为低电压，从而使极化的隔壁再生。具体地进行说明。液体喷射装置30具备将纸等被记录媒体34向主扫掠方向输送的一对输送单元41、42，向被记录媒体34喷出液体的液体喷射头1、1’，将积存在液体罐 31、31’的液体向液体供给管33、33’按压并供给的泵32、32’，以及沿与主扫掠方向正交的副扫掠方向扫掠液体喷射头1的移动机构43等。一对输送单元41、42具备沿副扫掠方向延伸、一边与辊面接触一边旋转的栅格辊 (grid roller)和夹送辊(pinch roller)。通过未图示的电动机使栅格辊和夹送辊绕轴移动，向主扫掠方向输送夹入在辊间的被记录媒体34。移动机构43具备沿副扫掠方向延伸的一对导轨36、37 ；能沿着一对导轨36、37滑动的滑架单元38 ；连结滑架单元38并使其沿副扫掠方向移动的环形带39 ；以及经由未图示的滑轮使该环形带39旋转的电动机40。滑架单元38承放多个液体喷射头1、1’，例如喷出黄色、品红、青色、黑色的4种液滴。液体罐31、31’积存对应的颜色的液体，经由泵32、32’、液体供给管33、33’向液体喷射头1、1’供给。各液体喷射头1、1’根据驱动电压喷出各色的液滴。通过控制从液体喷射头 1、1’喷出液体的定时、驱动滑架单元38的电动机40的旋转及被记录媒体34的输送速度， 能够在被记录媒体34上记录任意的图案。在该构成中，能够在例如液体喷出装置30的启动时、液体喷射头1的清洗时、或液体喷射头1不进行喷出动作的定时，定期地或根据累计驱动时间而实施再生动作。由此，能够降低每个喷出通道的液体喷射条件的偏差，使各喷出通道的喷出条件一致。
权利要求
1.一种液体喷射头，具备通道，其包围周围的壁材的至少一部分由沿一个方向实施了极化处理的压电体构成； 一对电极，夹着所述压电体，沿与所述一个方向大致正交的方向施加电场；以及驱动部，将所述一对电极的一个设定为绝对值相对较小的低电压，并向另一个供给驱动信号从而驱动所述压电体，所述驱动部具备将所述一对电极的一个从所述低电压切换到绝对值相对较大的高电压的开关元件。
2.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中，所述通道包含在基板表面交替排列的喷出通道和伪通道，所述压电体构成隔离所述喷出通道和所述伪通道的隔壁的一部分或全部，所述一个方向是所述基板表面的法线方向，所述一对电极的一个是在所述隔壁的喷出通道侧的侧面设置的共同电极，所述一对电极的另一个是在所述隔壁的伪通道侧的侧面设置的驱动电极，所述驱动部将多个所述喷出通道的多个所述共同电极共同地设定为所述低电压，向多个所述伪通道的所述驱动电极个别地供给所述驱动信号，从而驱动所述隔壁。
3.根据权利要求2所述的液体喷射头，其中，所述驱动部控制所述开关元件，将所述共同电极共同地设定为所述高电压，将所述驱动电极共同地设定为所述低电压，从而向所述共同电极和所述驱动电极之间的所述隔壁施加超过所述压电体的矫顽电场的电场。
4.根据权利要求2或3所述的液体喷射头，其中，所述喷出通道由宽度为30 μ m 50 μ m的细长的槽构成，所述隔壁的沿排列所述喷出通道及所述伪通道的排列方向的厚度为30μπι 50μπι。
5.根据权利要求1或2所述的液体喷射头，其中，所述开关元件由P沟道FET和N沟道FET串联连接的互补型电路构成。
6.一种液体喷射装置，具备权利要求1或2所述的液体喷射头； 使所述液体喷射头往返移动的移动机构； 向所述液体喷射头供给液体的液体供给管；以及向所述液体供给管供给所述液体的液体罐。
7.一种液体喷射头的驱动方法，所述液体喷射头具备通道，其包围周围的壁材的至少一部分由沿一个方向实施了极化处理的压电体构成；一对电极，夹着所述压电体并沿与所述一个方向大致正交的方向施加电场；以及驱动部，驱动所述压电体，所述驱动部，在驱动时，将所述一对电极的一个设定为绝对值相对较小的第一低电压，向所述一对电极的另一个供给一个极性的驱动信号，从而驱动所述压电体，在再生时，将所述一对电极的一个设定为具有与所述驱动信号为同一极性的、绝对值相对较大的高电压，将所述一对电极的另一个设定为绝对值相对较小的第二低电压，从而使所述压电体再生。
8.根据权利要求7所述的液体喷射头的驱动方法，其中，所述通道包含在基板表面交替排列的喷出通道和伪通道，所述压电体构成隔离所述喷出通道和所述伪通道的隔壁的一部分或全部，所述一对电极的一个是在所述隔壁的喷出通道侧的侧面设置的共同电极，所述一对电极的另一个是在所述隔壁的伪通道侧的侧面设置的驱动电极， 所述驱动部，在所述驱动时，将多个所述喷出通道侧的共同电极共同地设定为所述第一低电压，并向多个所述伪通道侧的驱动电极个别地供给所述驱动信号，在所述再生时，将多个所述喷出通道侧的共同电极共同地设定为所述高电压，将多个所述伪通道侧的驱动电极共同地设定为所述第二低电压。
9.根据权利要求7或8所述的液体喷射头的驱动方法，其中， 所述驱动部在所述再生时，向所述一对电极施加生成超过所述压电体的矫顽电场的电场的电压。
全文摘要
本发明提供不用生成正负的较大的电压就能够向压电体施加反转电压并限制压电体的劣化的液体喷射头(1)。液体喷射头(1)具备通道(CA)，其包围周围的壁材的至少一部分由沿一个方向实施了极化处理的压电体(PM)构成；一对电极(EL)，夹住压电体(PM)，沿与一个方向大致正交的方向施加电场；以及驱动部(CR)，将一对电极(EL)的一个设定为绝对值较小的低电压(Vu)，并向另一个供给驱动信号(Vs)从而驱动压电体(PM)，驱动部(CR)具备将一对电极(EL)的一个从低电压(Vu)切换至绝对值较大的高电压(Vh)的开关元件(SW)。
文档编号B41J2/045GK102555477SQ2011103738
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月9日 优先权日2010年11月9日
发明者小关修 申请人:精工电子打印科技有限公司
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