專(zhuān)利名稱(chēng)：液體噴出裝置的驅(qū)動(dòng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液體噴出裝置的驅(qū)動(dòng)方法。
背景技術(shù)：
圖2是表示即時(shí)響應(yīng)(On demand)型噴墨打印機(jī)等中使用的液體噴 出裝置1的一個(gè)例子的剖面圖。此外，圖3是放大所述液體噴出裝置1的 一個(gè)例子的要部的剖面圖。參照?qǐng)D2、圖3，該例子的液體噴出裝置l包 括將具有被填充墨水的加壓室2、與所述加壓室2連通并且將加壓室2 內(nèi)的墨水作為墨滴噴出的噴嘴3的多個(gè)液滴噴出部4在面方向排列而形成 的基板5;以及包含具有覆蓋所述基板5的多個(gè)加壓室2的尺寸的壓電陶 瓷層6，層疊在所述基板5上的板狀的壓電致動(dòng)器7。
壓電致動(dòng)器7劃分為與各加壓室2對(duì)應(yīng)配置，通過(guò)分別作用電壓， 分別在厚度方向撓曲變形的多個(gè)壓電變形區(qū)域8;包圍所述壓電變形區(qū)域 8配置，通過(guò)固定在所述基板5上，防止變形的限制區(qū)域9。
此外，圖的例子的壓電致動(dòng)器7，具有包括設(shè)置在壓電陶瓷層6的兩 圖中上面，按各加壓室2分別形成并且劃分壓電變形區(qū)域8的單個(gè)電極10、 在所述壓電陶瓷層6的下面按順序?qū)盈B的具有覆蓋多個(gè)加壓室2的尺寸的 公共電極11和振動(dòng)板12的所謂單壓電片(Unimorph)型結(jié)構(gòu)。各單個(gè)電 極10、公共電極11分別與驅(qū)動(dòng)電路13連接，驅(qū)動(dòng)電路13連接在控制機(jī) 構(gòu)14上。
壓電陶瓷層6例如由PZT等壓電材料形成，并且在層的厚度方向預(yù)先 極化，被賦予所謂的橫振動(dòng)模式的壓電變形特性，根據(jù)來(lái)自控制機(jī)構(gòu)14 的控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路13，如果在任意的單個(gè)電極10和公共電極11 之間作用與所述極化方向相同方向的電壓，夾在兩電極10、 11之間的與 壓電變形區(qū)域8對(duì)應(yīng)的活性區(qū)域15便會(huì)如圖3中橫向的白箭頭所示，向
層的面方向收縮。
可是，壓電陶瓷層6的下面通過(guò)公共電極11固定在振動(dòng)板12上，所
以，如果活性區(qū)域15收縮，就伴隨著此，壓電致動(dòng)器7的壓電變形區(qū)域8 如3中向下的白箭頭所示，向加壓室2的方向突出地?fù)锨冃?，使填充?加壓室2內(nèi)的墨水振動(dòng)，由該振動(dòng)加壓的墨水通過(guò)噴嘴3作為墨滴噴出。 如專(zhuān)利文獻(xiàn)l所述，在液體噴出裝置中， 一般廣泛采用所謂的抽注方 式的驅(qū)動(dòng)方法。圖11是簡(jiǎn)化表示通過(guò)抽注方式的驅(qū)動(dòng)方法驅(qū)動(dòng)圖2的液 體噴出裝置1時(shí)作用在壓電陶瓷層6的活性區(qū)域15上的驅(qū)動(dòng)電壓Vp的驅(qū) 動(dòng)電壓波形(用粗線的單點(diǎn)劃線表示)的一個(gè)例子，與被作用了該驅(qū)動(dòng)電 壓波形吋的噴嘴3內(nèi)的墨水的體積速度的變化[用粗實(shí)線表示，(+ )為噴 嘴3的頂端一側(cè)，即墨滴的噴出一側(cè)，(一)是加壓室2—側(cè)]的關(guān)系的曲 線圖。
此外，圖12是簡(jiǎn)化表示用所述抽注方式的驅(qū)動(dòng)方法驅(qū)動(dòng)圖2的液體 噴出裝置1時(shí)作用在壓電陶瓷層6的活性區(qū)域15上的驅(qū)動(dòng)電壓Vp的驅(qū)動(dòng) 電壓波形(用粗線的單點(diǎn)劃線表示)的一個(gè)例子，與被作用了該驅(qū)動(dòng)電壓 波形時(shí)的壓電致動(dòng)器7的壓電變形區(qū)域8的變位量[用粗實(shí)線表示，(一)為 加壓室2的方向(使加壓室2的容積減少的方向)、(+ )為與加壓室2的 方向相反的方向(使加壓室2的容積增加的方向)]的關(guān)系的曲線圖。
參照?qǐng)D2、圖3、圖ll，首先，在比圖11中的t,更左側(cè)的不從噴嘴3 噴出墨滴的待機(jī)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電壓Vp維持驅(qū)動(dòng)電壓VH(VP=VH)，使活性區(qū)域 15繼續(xù)向面方向收縮，從而使壓電變形區(qū)域8向加壓室2的方向突出地?fù)?曲變形，維持使所述加壓室2的容積減少的狀態(tài)，其間，墨水維持靜止?fàn)?態(tài)即噴嘴3中的墨水的體積速度維持為0，在所述噴嘴3內(nèi)，由墨水的表 面張力形成的墨水彎液面靜止。
為了從噴嘴3噴出墨滴，在紙面上形成點(diǎn)，首先在緊接著之前的tt的 時(shí)刻，將作用在活性區(qū)域15上的驅(qū)動(dòng)電壓Vp放電(VP=0)，解除所述活 性區(qū)域15的面方向的收縮，解除壓電變形區(qū)域8的撓曲變形。如果這樣， 加壓室2的容積就只增加一定量，所以噴嘴3內(nèi)的墨水彎液面，其容積增 加的部分被引入向所述加壓室2的方向。這時(shí)的噴嘴3內(nèi)的墨水的體積速 度如圖11的t,和t2之間的部分所示，暫時(shí)在(一) 一側(cè)增大后，漸漸減
小，終于接近O。這相當(dāng)于用粗實(shí)線表示的墨水的體積速度的固有振動(dòng)周 期T,的幾乎半周期。
接著，在噴嘴3中的墨水的體積速度無(wú)限接近0的t2時(shí)刻，將驅(qū)動(dòng)電
壓Vp再次充電到VH(VP=VH)，使活性區(qū)域15向面方向收縮，使壓電變形 區(qū)域8撓曲變形。如果這樣，在墨水彎液面從被最大引入向加壓室2—側(cè) 的狀態(tài)(t2時(shí)的體積速度為0的狀態(tài))，反過(guò)來(lái)正要向噴嘴3的頂端方向回 歸時(shí)，使壓電變形區(qū)域8撓曲變形，使加壓室2的容積減少，通過(guò)這樣， 噴嘴3內(nèi)的墨水被作用從所述加壓室2壓出的墨水的壓力，所以向噴嘴3 的頂端一側(cè)的方向被加速，向所述噴嘴3的外面大幅度突出。
這時(shí)的噴嘴3中的墨水的體積速度如圖11的t2和t3之間的部分所示， 暫時(shí)在(+)—側(cè)增大后，漸漸減小，終于接近0。向噴嘴3的外方突出的墨 水看起來(lái)大致為圓柱狀，所以一般將該突出狀態(tài)的墨水稱(chēng)作墨柱。
接著，在向噴嘴3的外方突出的墨水的體積速度無(wú)限接近0的時(shí)刻(圖 11的t3時(shí)刻)，再次將驅(qū)動(dòng)電壓Vp放電(VP=0)，解除活性區(qū)域15的面 方向的收縮，解除壓電變形區(qū)域8的撓曲變形。如果這樣，在墨水從向噴 嘴3的外方最大地突出的狀態(tài)(t3時(shí)刻的體積速度為0的狀態(tài))，反過(guò)來(lái)正 要向加壓室2的方向返回時(shí)，解除壓電變形區(qū)域8的撓曲變形，再次使加 壓室2的容積增加，從而作用負(fù)的壓力，通過(guò)這樣，向噴嘴3的外方延伸 完畢的墨柱斷開(kāi)，生成第一滴的墨滴。
墨柱斷開(kāi)了的噴嘴3內(nèi)的墨水再次被引入向加壓室2的方向。這時(shí)的 噴嘴3內(nèi)的墨水的體積速度如圖11的t3和t4之間的部分所示，暫時(shí)在(一) 一側(cè)增大后，漸漸減小，終于接近0。其如上所述，相當(dāng)于墨水的體積速 度的固有振動(dòng)周期1的幾乎半周期。
接著，在噴嘴3中的墨水的體積速度無(wú)限接近0的t4時(shí)刻，將驅(qū)動(dòng)電 壓Vp再次充電到VH(VP=VH)，使活性區(qū)域15向面方向收縮，通過(guò)這樣，
使壓電變形區(qū)域8撓曲變形。如果這樣，就通過(guò)與剛才的t2 t3之間的墨水
的舉動(dòng)相同的機(jī)制，墨水再次大幅度向噴嘴3的外面突出，形成墨柱。這 時(shí)的噴嘴3內(nèi)的墨水的體積速度如圖11的t4和ts之間的部分所示，暫時(shí) 在(+)—側(cè)增大后，漸漸減小，終于接近0。
然后，在噴嘴3內(nèi)的墨水的體積速度變?yōu)镺的時(shí)刻(圖11的t5時(shí)刻)
以后，墨水的振動(dòng)速度向著加壓室2—側(cè)，從而使得向噴嘴3的外方延伸 完畢的墨柱斷開(kāi)，生成第二滴的墨滴。生成的第一滴和第二滴的墨滴分別
飛翔到與噴嘴3的頂端相對(duì)配置的紙面，形成1個(gè)點(diǎn)。
所述的一系列的動(dòng)作如圖11中粗線的單點(diǎn)劃線所示，相當(dāng)于對(duì)活性
區(qū)域15作用驅(qū)動(dòng)電壓Vp，該驅(qū)動(dòng)電壓Vp具有包含2次脈沖寬度丁2為固 有振動(dòng)周期1的約1/2倍的脈沖的驅(qū)動(dòng)電壓波形。只用1滴的墨滴形成一 個(gè)點(diǎn)時(shí)，所述脈沖只為l次。此外，用3滴以上的墨滴形成一個(gè)點(diǎn)時(shí)，產(chǎn) 生與墨滴的數(shù)量對(duì)應(yīng)的次數(shù)的脈沖。
專(zhuān)利文獻(xiàn)l: JP02 — 192947A (1990)

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)抽注方式的驅(qū)動(dòng)方法，在驅(qū)動(dòng)具有圖2、圖3所示的單壓電片型 的壓電致動(dòng)器7的液體噴出裝置1時(shí)，如上所述，在不從噴嘴3噴出墨滴 的待機(jī)時(shí)，有必要持續(xù)維持使壓電陶瓷層6的活性區(qū)域15在面方向收縮 的狀態(tài)，包圍壓電陶瓷層6的活性區(qū)域15的非活性區(qū)域16在待機(jī)時(shí)，由 于所述活性區(qū)域15的面方向的收縮，在圖3中黑箭頭所示的方向上，跨 長(zhǎng)時(shí)間，受到拉伸應(yīng)力，繼續(xù)伸長(zhǎng)。
而且，非活性區(qū)域16受到拉伸應(yīng)力而伸長(zhǎng)的時(shí)間越長(zhǎng)，在其內(nèi)部， 為緩和應(yīng)力而使區(qū)域旋轉(zhuǎn)，通過(guò)這樣漸漸蠕變變形，伴隨著此，即使活性 區(qū)域15解除收縮，也會(huì)受到來(lái)自蠕變變形的非活性區(qū)域16的壓縮應(yīng)力， 而無(wú)法伸長(zhǎng)到原來(lái)的靜止?fàn)顟B(tài)的程度就越增大。因此，壓電致動(dòng)器7的壓 電變形區(qū)域8的向圖3中向下的白箭頭所示的方向撓曲變形的狀態(tài)，和解 除了該撓曲變形的靜止?fàn)顟B(tài)之間的厚度方向的變位量漸漸減小，結(jié)果產(chǎn)生 墨滴的噴出性能下降的問(wèn)題。
另外，上述抽注方式的驅(qū)動(dòng)方法中，為了驅(qū)動(dòng)壓電致動(dòng)器7的壓電變 形區(qū)域8，而將作用給活性區(qū)域15的驅(qū)動(dòng)電壓Vp放電(VP=0)時(shí)，如圖 12的粗實(shí)線所示，壓電變形區(qū)域8的變位的振動(dòng)中產(chǎn)生噪聲，該噪聲的振 動(dòng)(噪聲振動(dòng))，除了前面說(shuō)明過(guò)的墨水的振動(dòng)之外，還存在來(lái)自噴嘴3 的墨滴的噴出不穩(wěn)定的問(wèn)題。
進(jìn)而，在將單壓電片型的壓電陶瓷層6以覆蓋多個(gè)加壓室2的尺寸一
體形成的類(lèi)型的壓電致動(dòng)器7中，容易發(fā)生所述噪聲振動(dòng)也傳遞給壓電致
動(dòng)器7上的相鄰的其他壓電變形區(qū)域8的所謂串?dāng)_，如果發(fā)生串?dāng)_，就還 具有來(lái)自與所述其他壓電變形區(qū)域8對(duì)應(yīng)的噴嘴3的墨滴的噴出不穩(wěn)定的 問(wèn)題。
作為噪聲振動(dòng)發(fā)生的原因，考慮到:在活性區(qū)域15持續(xù)作用驅(qū)動(dòng)電
壓Vp，使壓電變形區(qū)域8在厚度方向持續(xù)撓曲變形的待機(jī)時(shí)的所述撓曲變 形的變位量大，彈性能量的積蓄大；為了使所述壓電變形區(qū)域8驅(qū)動(dòng)，如 果對(duì)驅(qū)動(dòng)電壓Vp放電(V產(chǎn)O)，所述壓電變形區(qū)域8就從所述撓曲變形的
狀態(tài)一下轉(zhuǎn)變?yōu)椴挥勺饔秒妷合拗菩螤畹淖杂傻娜菀渍駝?dòng)的狀態(tài)。
須指出的是，這些問(wèn)題并不限于單壓電片型的壓電致動(dòng)器才發(fā)生，在 被賦予了橫振動(dòng)模式的壓電變形特性的2層的壓電陶瓷層彼此向反向伸縮 從而使全體在厚度方向撓曲變形的雙壓電片(Bimorph)型的壓電致動(dòng)器， 以及將單層的壓電陶瓷層傾斜功能材料化或利用半導(dǎo)體效應(yīng)，不層疊振動(dòng) 板就會(huì)在厚度方向撓曲變形的單體電片(Monomorph)型的壓電致動(dòng)器中，
將壓電陶瓷層一體形成為覆蓋多個(gè)加壓室的尺寸后，也同樣發(fā)生。
而且，將壓電陶瓷層一體形成為覆蓋多個(gè)加壓室的尺寸是在與伴隨著 噴墨打印機(jī)的高圖像質(zhì)量化的點(diǎn)間隔的高精細(xì)化對(duì)應(yīng)，比現(xiàn)狀更精細(xì)化， 并且用盡可能少的步驟，生產(chǎn)性良好地制造液體噴出裝置時(shí)是無(wú)論如何不 能缺少的結(jié)構(gòu)，要求防止包圍活性區(qū)域的非活性區(qū)域漸漸蠕變變形，或者 在壓電變形區(qū)域的驅(qū)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生噪聲振動(dòng)，墨滴的噴出不穩(wěn)定化的技術(shù)。
本發(fā)明的目的在于，提供一種防止設(shè)置了包含具有覆蓋多個(gè)加壓室的 尺寸的壓電陶瓷層的壓電致動(dòng)器的液滴噴出裝置的壓電陶瓷層的非活性 區(qū)域漸漸蠕變變形，或者在壓電變形區(qū)域的驅(qū)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生噪聲振動(dòng)，液滴的 噴出不穩(wěn)定化，能夠長(zhǎng)期將墨滴的噴出性能維持在良好的水平的驅(qū)動(dòng)方 法。
權(quán)利要求1記載的發(fā)明是一種液體噴出裝置的驅(qū)動(dòng)方法，具有
(A) 將具有被液體填充的加壓室，以及與所述加壓室連通并且用于 將加壓室內(nèi)的液體作為液滴噴出的噴嘴的多個(gè)液滴噴出部，在面方向上排 列而形成的基板；和
(B) 包含具有覆蓋所述基板的多個(gè)加壓室的尺寸的至少一層壓電陶
瓷層，層疊在所述基板上的板狀的壓電致動(dòng)器；
并且所述壓電致動(dòng)器與各加壓室對(duì)應(yīng)設(shè)置，通過(guò)分別被作用電壓，分 別給被劃分為在厚度方向撓曲變形的多個(gè)壓電變形區(qū)域和包圍所述壓電 變形區(qū)域的限制區(qū)域的液體噴出裝置的、所述壓電致動(dòng)器的任意的壓電變 形區(qū)域，作用包含第一電壓以及與所述第一電壓等價(jià)并且相反極性的第二 電壓的驅(qū)動(dòng)電壓波形，通過(guò)這樣，使所述壓電變形區(qū)域在厚度方向的一方 向及相反方向上分別撓曲變形，使對(duì)應(yīng)的液滴噴出部的加壓室的容積變 化，從而通過(guò)連通的噴嘴使液滴噴出。
權(quán)利要求2記載的發(fā)明是根據(jù)權(quán)利要求1所述的液體噴出裝置的驅(qū)動(dòng)
方法，壓電陶瓷層由PZT類(lèi)的壓電陶瓷材料形成，并且劃分為與壓電變形
區(qū)域?qū)?yīng)的活性區(qū)域，以及與限制區(qū)域?qū)?yīng)的非活性區(qū)域，并且所述兩個(gè)
區(qū)域都將根據(jù)X射線衍射頻譜中[200]面的衍射峰值的強(qiáng)度I(2,、
面
的衍射峰值的強(qiáng)度I(,)，用數(shù)學(xué)式(1): IC=I (002)/ 、1 (002) T 1 (200) ) (1)
所求出的陶瓷材料的C軸取向度Ic,在驅(qū)動(dòng)后維持在驅(qū)動(dòng)前的初始狀
態(tài)的1 1.1倍的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求3記載的發(fā)明是根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的液體噴出裝置的
驅(qū)動(dòng)方法，將表示對(duì)壓電致動(dòng)器的壓電變形區(qū)域作用所述驅(qū)動(dòng)電壓波形進(jìn)
行驅(qū)動(dòng)時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度E (kV/cm)，與壓電陶瓷層的極化量P (^C/cm2)之 間的關(guān)系的P—E滯后回線的面積，設(shè)定為對(duì)所述壓電變形區(qū)域，作用具 有所述驅(qū)動(dòng)電壓波形的第一和第二電壓的電壓值的2倍的電壓值的使單一 極性的電壓通斷的驅(qū)動(dòng)電壓波形進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)的、P—E滯后回線的面積的 1.3倍以下。
權(quán)利要求4記載的發(fā)明是根據(jù)權(quán)利要求1 3中的任意一項(xiàng)所述的液體 噴出裝置的驅(qū)動(dòng)方法，將第一和第二電壓的電壓值，設(shè)定為使得壓電致動(dòng) 器的壓電變形區(qū)域的電場(chǎng)強(qiáng)度E (kV/cm)變?yōu)閴弘娞沾蓪拥某C頑電場(chǎng)Ec 的強(qiáng)度的0.8倍以下的電壓值。此外，權(quán)利要求5記載的發(fā)明是根據(jù)權(quán)利 要求1 4中的任意一項(xiàng)所述的液體噴出裝置的驅(qū)動(dòng)方法，在不噴出液滴的 待機(jī)時(shí)，維持不對(duì)壓電變形區(qū)域作用電壓的狀態(tài)。
權(quán)利要求6記載的發(fā)明是根據(jù)權(quán)利要求1 5中的任意一項(xiàng)所述的液體
噴出裝置的驅(qū)動(dòng)方法，壓電致動(dòng)器具有
(i) l層的壓電陶瓷層，其被劃分為通過(guò)在厚度方向作用電壓從而在 面方向伸縮的與壓電變形區(qū)域?qū)?yīng)的活性區(qū)域，以及與限制區(qū)域?qū)?yīng)的非 活性區(qū)域；和
(ii) 振動(dòng)板，其層疊在所述壓電陶瓷層的單側(cè)，根據(jù)所述活性區(qū)域 的面方向的伸縮，在厚度方向撓曲變形；
對(duì)所述壓電陶瓷層的活性區(qū)域作用驅(qū)動(dòng)電壓波形，使其在面方向伸 縮，從而使所述壓電致動(dòng)器的壓電變形區(qū)域在厚度方向上振動(dòng)。
權(quán)利要求7記載的發(fā)明是根據(jù)權(quán)利要求1~5中的任意一項(xiàng)所述的液體
噴出裝置的驅(qū)動(dòng)方法，壓電致動(dòng)器具有
(I) 第一壓電陶瓷層，其被劃分為通過(guò)在厚度方向作用電壓從而在 面方向伸縮的與壓電變形區(qū)域?qū)?yīng)的活性區(qū)域，以及與限制區(qū)域?qū)?yīng)的非 活性區(qū)域；和
(II) 第二壓電陶瓷層，其層疊在所述第一壓電陶瓷層的單側(cè)，在厚 度方向上被作用電壓，從而在面方向伸縮；
與對(duì)所述第一壓電陶瓷層的活性區(qū)域作用驅(qū)動(dòng)電壓波形使其在面方 向伸縮同步，讓所述第二壓電陶瓷層以與所述活性區(qū)域的伸縮相反的相位 伸縮，從而使所述壓電致動(dòng)器的壓電變形區(qū)域在厚度方向振動(dòng)。
權(quán)利要求8記載的發(fā)明是根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的液體噴出裝置的 驅(qū)動(dòng)方法，壓電致動(dòng)器具有劃分為通過(guò)作用電壓從而在厚度方向撓曲變形 的與壓電變形區(qū)域?qū)?yīng)的活性區(qū)域，以及與限制區(qū)域?qū)?yīng)的非活性區(qū)域的 1層的壓電陶瓷層，通過(guò)對(duì)所述壓電陶瓷層作用驅(qū)動(dòng)電壓波形，使所述壓 電致動(dòng)器的壓電變形區(qū)域在厚度方向振動(dòng)。
在權(quán)利要求1記載的發(fā)明中，通過(guò)對(duì)壓電致動(dòng)器的壓電變形區(qū)域作用 包含第一電壓以及與所述第一電壓相反極性并且等價(jià)的第二電壓的驅(qū)動(dòng) 電壓波形，使其在厚度方向的一方向及相反方向分別撓曲變形，振動(dòng)。因 此，例如在單壓電片型的壓電致動(dòng)器中，在墨滴的噴出時(shí)壓電陶瓷層的活 性區(qū)域不僅如以往那樣在面方向收縮，或者解除收縮，還能在面方向伸長(zhǎng)， 在面方向伸長(zhǎng)時(shí)，在包圍所述活性區(qū)域的非活性區(qū)域中能作用壓縮應(yīng)力， 所以能防止所述非活性區(qū)域如以往那樣，在面方向，片面地伸長(zhǎng)從而漸漸 蠕變變形。
這一點(diǎn)關(guān)于其他類(lèi)型的壓電致動(dòng)器也一樣。例如，在雙壓電片型的壓
電致動(dòng)器中，以往，在待機(jī)時(shí)，有必要使一方的壓電陶瓷層(為第一壓電 陶瓷層)的活性區(qū)域在面方向上持續(xù)收縮，并且使另一方的壓電陶瓷層(為 第二壓電陶瓷層)的活性區(qū)域在面方向上持續(xù)伸長(zhǎng)，所以各非活性區(qū)域按 照在所述第一壓電陶瓷層中在面方向伸長(zhǎng)，在第二壓電陶瓷層中在面方向 收縮的方式，漸漸蠕變變形。
而根據(jù)權(quán)利要求1記載的發(fā)明的驅(qū)動(dòng)方法，通過(guò)使第一壓電陶瓷層的 活性區(qū)域在面方向伸長(zhǎng)，在包圍所述活性區(qū)域的非活性區(qū)域中作用壓縮應(yīng) 力，并且通過(guò)使第二壓電陶瓷層的活性區(qū)域在面方向收縮，能對(duì)包圍所述 活性區(qū)域的非活性區(qū)域中作用拉伸應(yīng)力，所以能防止各活性區(qū)域的周?chē)?非活性區(qū)域漸漸蠕變變形。
此外，在單體電片型壓電致動(dòng)器中，以往，在待機(jī)時(shí)，有必要使壓電 陶瓷層的活性區(qū)域在層的厚度方向的一個(gè)方向持續(xù)撓曲變形，所以非活性 區(qū)域中，厚度方向的突出一側(cè)的區(qū)域在面方向壓縮，相反一側(cè)的區(qū)域在面 方向伸長(zhǎng)，從而漸漸蠕變變形?？墒?，根據(jù)權(quán)利要求l記載的發(fā)明的驅(qū)動(dòng) 方法，通過(guò)使壓電陶瓷層在厚度方向的相反方向也撓曲變形，能夠?qū)Ψ腔?性區(qū)域中在待機(jī)時(shí)為厚度方向的突出一側(cè)的區(qū)域作用拉伸應(yīng)力，并且對(duì)相 反一側(cè)的區(qū)域作用壓縮應(yīng)力，所以能防止活性區(qū)域的周?chē)姆腔钚詤^(qū)域漸 漸蠕變變形。
此外，根據(jù)權(quán)利要求l記載的發(fā)明的驅(qū)動(dòng)方法，能使相對(duì)壓電致動(dòng)器 的不作用電壓的靜止?fàn)顟B(tài)的撓曲變形時(shí)的壓電變形區(qū)域的厚度方向的變 位量比此前小。例如如果設(shè)以往的使壓電致動(dòng)器的壓電變形區(qū)域只向一個(gè)
方向撓曲變形的驅(qū)動(dòng)方法中的靜止?fàn)顟B(tài)和撓曲變形狀態(tài)之間的厚度方向 的變位量為1，則在權(quán)利要求1記載的發(fā)明的驅(qū)動(dòng)方法中，為了使壓電致 動(dòng)器的壓電變形區(qū)域的厚度方向的總變位量為相同的1，使所述壓電變形 區(qū)域在厚度方向的一方一側(cè)和相反一側(cè)撓曲變形的變位量能夠分別為全 體的約一半。因此，所述壓電變形區(qū)域撓曲變形時(shí)，能減小壓電陶瓷層的 非活性區(qū)域受到的拉伸應(yīng)力，所以能進(jìn)一步可靠地防止所述非活性區(qū)域漸 漸蠕變變形。
根據(jù)權(quán)利要求1記載的發(fā)明的驅(qū)動(dòng)方法，也能抑制在驅(qū)動(dòng)壓電致動(dòng)器 的壓電變形區(qū)域時(shí)，在以往的抽注方式的驅(qū)動(dòng)方法中發(fā)生的使墨滴的噴出 不穩(wěn)定的噪聲振動(dòng)發(fā)生。即在權(quán)利要求l記載的發(fā)明的驅(qū)動(dòng)方法中，如上 所述，與以往相比，能減小待機(jī)時(shí)的壓電變形區(qū)域的撓曲變形的變位量， 所以能減小彈性能量的積蓄。
此外，壓電變形區(qū)域在待機(jī)時(shí)，通過(guò)所述電壓的作用，能夠以在厚度 方向撓曲變形的狀態(tài)來(lái)限制形狀，并且在驅(qū)動(dòng)時(shí)，通過(guò)與所述相反極性的 電壓的作用，能夠以向相反方向撓曲變形的狀態(tài)來(lái)限制形狀，無(wú)論在哪個(gè) 狀態(tài)下，都能夠使噪聲振動(dòng)很難發(fā)生。
因此，能抑制在壓電變形區(qū)域的驅(qū)動(dòng)時(shí)的變位的振動(dòng)中產(chǎn)生噪聲振 動(dòng)，可靠地防止來(lái)自與所述壓電變形區(qū)域?qū)?yīng)的噴嘴的墨滴的噴出不穩(wěn)定 化，或者由于串?dāng)_的發(fā)生，來(lái)自與相鄰的壓電變形區(qū)域?qū)?yīng)的噴嘴的墨滴 的噴出不穩(wěn)定化。
因此，根據(jù)權(quán)利要求l記載的發(fā)明，能防止設(shè)置了包含具有覆蓋多個(gè) 加壓室的尺寸的壓電陶瓷層的壓電致動(dòng)器的液體噴出裝置的、所述壓電陶 瓷層的非活性區(qū)域漸漸蠕變變形，或者在壓電變形區(qū)域的驅(qū)動(dòng)時(shí)發(fā)生噪聲 振動(dòng)，墨滴的噴出不穩(wěn)定化，能長(zhǎng)期將墨滴的噴出性能維持在良好的水平。
此外，根據(jù)權(quán)利要求l記載的發(fā)明的驅(qū)動(dòng)方法，如上所述，能防止壓 電陶瓷層的非活性區(qū)域的蠕變變形，所以能防止所述非活性區(qū)域的結(jié)晶狀 態(tài)變化。與此同時(shí)，還能防止活性區(qū)域由于從蠕變變形的非活性區(qū)域受到 壓縮應(yīng)力，其結(jié)晶狀態(tài)變化。因此，能將壓電陶瓷層的兩個(gè)區(qū)域的結(jié)晶狀 態(tài)都維持在初始狀態(tài)。
例如，壓電陶瓷層由PZT類(lèi)的壓電陶瓷材料構(gòu)成時(shí)，如權(quán)利要求2 所述那樣，活性區(qū)域和非活性區(qū)域都將根據(jù)X射線衍射頻譜中[200]面的 衍射峰值的強(qiáng)度I(，)、
面的衍射峰值的強(qiáng)度lam),用數(shù)學(xué)式(1)
Ic= I (002) / (I (002) + I (200)) ( 1 )
所求出的表示陶瓷材料的結(jié)晶狀態(tài)的C軸取向度Ic，在驅(qū)動(dòng)后變?yōu)轵?qū) 動(dòng)前的初始狀態(tài)的1 U倍的范圍內(nèi)，從而維持其結(jié)晶狀態(tài)。
根據(jù)權(quán)利要求3記載的發(fā)明，將表示對(duì)壓電致動(dòng)器的壓電變形區(qū)域作 用所述驅(qū)動(dòng)電壓波形進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度E (kV/cm)與壓電陶瓷層的 極化量P (^C/cm2)之間的關(guān)系的P—E滯后回線的面積，設(shè)定為圖ll所 示以往的抽注方式的驅(qū)動(dòng)電壓波形，并且驅(qū)動(dòng)電壓值(Vh)為所述第一和 第二電壓的電壓值的2倍的電壓值時(shí)的P—E滯后回線的面積的1.3倍以 下，減小滯后損失，所以能更可靠地防止所述壓電陶瓷層自己發(fā)熱，產(chǎn)生 脫極化，壓電變形特性下降。
根據(jù)權(quán)利要求4記載的發(fā)明，將驅(qū)動(dòng)電壓波形的第一和第二電壓的電 壓值，設(shè)定為使得壓電致動(dòng)器的壓電變形區(qū)域的電場(chǎng)強(qiáng)度E (kV/cm)成 為壓電陶瓷層的矯頑電場(chǎng)Ec的強(qiáng)度的0.8倍以下的電壓值，從而能進(jìn)一步 減小滯后損失，所以能更可靠地防止所述壓電陶瓷層自己發(fā)熱，產(chǎn)生脫極 化，壓電變形特性下降。
根據(jù)權(quán)利要求5記載的發(fā)明，在不噴出液滴的待機(jī)時(shí)，維持不對(duì)壓電 變形區(qū)域作用電壓的狀態(tài)，通過(guò)這樣，能夠更加可靠地防止壓電陶瓷層的 非活性區(qū)域的蠕變變形。
本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)方法如上所述，也能應(yīng)用在具有單壓電片型(權(quán)利要求 6)、雙壓電片型(權(quán)利要求7)、以及單體電片型(權(quán)利要求8)中的任意 一個(gè)類(lèi)型的壓電致動(dòng)器的液體噴出裝置中。而且，無(wú)論什么時(shí)候，都能防 止壓電陶瓷層的包圍活性區(qū)域的非活性區(qū)域漸漸蠕變變形，或者在壓電變 形區(qū)域的驅(qū)動(dòng)時(shí)發(fā)生噪聲振動(dòng)，墨滴的噴出不穩(wěn)定化，能長(zhǎng)期將墨滴的噴 出性能維持在良好的水平。


圖1是簡(jiǎn)化表示通過(guò)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)方法驅(qū)動(dòng)圖2的液體噴出裝置時(shí)， 作用在壓電陶瓷層的活性區(qū)域中的驅(qū)動(dòng)電壓Vp的驅(qū)動(dòng)電壓波形的一個(gè)例 子與作用該驅(qū)動(dòng)電壓波形時(shí)的噴嘴內(nèi)的墨水的體積速度變化之間的關(guān)系 的曲線圖。
圖2是表示即時(shí)響應(yīng)型噴墨打印機(jī)等中使用的具有單壓電片型壓電致 動(dòng)器的液體噴出裝置的一個(gè)例子的剖面圖。
圖3是放大表示所述液體噴出裝置的一個(gè)例子的要部的剖面圖。
圖4是簡(jiǎn)化表示通過(guò)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)方法驅(qū)動(dòng)圖5的例子的液體噴出裝 置時(shí)，作用在第一壓電陶瓷層的活性區(qū)域上的驅(qū)動(dòng)電壓VP,的驅(qū)動(dòng)電壓波
形以及作用在第二壓電陶瓷層的活性區(qū)域上的驅(qū)動(dòng)電壓VP2的驅(qū)動(dòng)電壓波
形的一個(gè)例子，與被作用了這些驅(qū)動(dòng)電壓波形時(shí)的噴嘴內(nèi)的墨水的體積速 度變化之間的關(guān)系的曲線圖。
圖5是表示具有雙壓電片型的壓電致動(dòng)器的液體噴出裝置的一個(gè)例子
的剖面圖。
圖6是表示具有單體電片型的壓電致動(dòng)器的液體噴出裝置的一個(gè)例子 的剖面圖。
圖7是表示測(cè)定用本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)方法以及以往的抽注方式的驅(qū)動(dòng)方法 驅(qū)動(dòng)本發(fā)明的實(shí)施例1中制造的具有單壓電片型壓電致動(dòng)器的液體噴出裝 置時(shí)的驅(qū)動(dòng)壽命的結(jié)果的曲線圖。
圖8是表示用本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)方法以及以往的抽注方式的驅(qū)動(dòng)方法驅(qū)動(dòng) 所述實(shí)施例1中制造的液體噴出裝置時(shí)的壓電致動(dòng)器的壓電變形區(qū)域的厚 度方向的變位量與此時(shí)的作用電壓的關(guān)系的曲線圖。
圖9是表示關(guān)于所述實(shí)施例1中制造的液體噴出裝置的壓電陶瓷層， 改變?cè)诒景l(fā)明的驅(qū)動(dòng)方法中作用的電壓值，所測(cè)定的P—E滯后特性的曲 線圖。
圖IO是表示關(guān)于所述實(shí)施例1中制造的液體噴出裝置的壓電陶瓷層， 作用相當(dāng)于本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)方法以及以往的抽注方式的驅(qū)動(dòng)方法的電壓波 形，所測(cè)定的P—E滯后特性的曲線圖。
圖11是簡(jiǎn)化表示用以往的抽注方式的驅(qū)動(dòng)方法驅(qū)動(dòng)圖2的液體噴出 裝置時(shí)作用在壓電陶瓷層的活性區(qū)域上的驅(qū)動(dòng)電壓Vp的驅(qū)動(dòng)電壓波形的 一個(gè)例子與作用該驅(qū)動(dòng)電壓波形時(shí)的噴嘴內(nèi)的墨水的體積速度的變化的 關(guān)系的曲線圖。
圖12是簡(jiǎn)化表示用所述抽注方式的驅(qū)動(dòng)方法驅(qū)動(dòng)圖2的液體噴出裝 置時(shí)作用在壓電陶瓷層的活性區(qū)域上的驅(qū)動(dòng)電壓VP的驅(qū)動(dòng)電壓波形的一 個(gè)例子與作用該驅(qū)動(dòng)電壓波形時(shí)的壓電致動(dòng)器的壓電變形區(qū)域的變位量 的關(guān)系的曲線圖。
符號(hào)的說(shuō)明。
—VL—第一電壓；十VL—第二電壓；l一液體噴出裝置；2—加壓室； 3—噴嘴；4一液滴噴出部；5—基板；6— (第一)壓電陶瓷層；7—壓電 致動(dòng)器；8—壓電變形區(qū)域；9—限制區(qū)域；12—振動(dòng)板；15—活性區(qū)域； 16—非活性區(qū)域；17—第二壓電陶瓷層。
具體實(shí)施例方式
圖1是簡(jiǎn)化表示通過(guò)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)方法驅(qū)動(dòng)圖2的液體噴出裝置1時(shí)， 作用在壓電陶瓷層6的活性區(qū)域15中的驅(qū)動(dòng)電壓Vp的驅(qū)動(dòng)電壓波形(用粗 線的單點(diǎn)劃線表示)的一個(gè)例子，與被作用了該驅(qū)動(dòng)電壓波形時(shí)的噴嘴3 內(nèi)的墨水的體積速度變化[用粗實(shí)線表示，(+ )噴嘴3的頂端一側(cè)，即墨 滴的噴出一側(cè)，(_)是加壓室2—側(cè)]的關(guān)系的曲線圖。圖2是表示即時(shí) 響應(yīng)型噴墨打印機(jī)中使用的具有單壓電片型壓電致動(dòng)器7的液體噴出裝置 1的一個(gè)例子的剖面圖。圖3是放大表示所述液體噴出裝置1的一個(gè)例子 的要部的剖面圖。
參照?qǐng)D2、圖3，本例子的液體噴出裝置1如上所述，包括將具有 被填充墨水的加壓室2以及與所述加壓室2連通并且將加壓室2內(nèi)的墨水 作為墨滴噴出的噴嘴3的多個(gè)液滴噴出部4在面方向排列形成的基板5; 以及包含具有覆蓋所述基板5的多個(gè)加壓室2的尺寸的壓電陶瓷層6，層 疊在所述基板5上的板狀的壓電致動(dòng)器7。
壓電致動(dòng)器7劃分為與各加壓室2對(duì)應(yīng)配置，通過(guò)分別作用電壓， 分別在厚度方向撓曲變形的多個(gè)壓電變形區(qū)域8;包圍所述壓電變形區(qū)域 8配置，通過(guò)固定在所述基板5上，變形被抑制的限制區(qū)域9。此外，圖 的例子的壓電致動(dòng)器7，具有在壓電陶瓷層6的兩圖中上面按各加壓室2 分別形成并且劃分壓電變形區(qū)域8的單個(gè)電極10，以及在所述壓電陶瓷層 6的下面按順序?qū)盈B的具有覆蓋多個(gè)加壓室2的尺寸的公共電極11和振動(dòng)板12的所謂單壓電片型結(jié)構(gòu)。各單個(gè)電極10、公共電極11分別與驅(qū)動(dòng)電路13連接，驅(qū)動(dòng)電路13連接在控制機(jī)構(gòu)14上。
壓電陶瓷層6例如由PZT等壓電材料形成，并且在層的厚度方向預(yù)先 極化，被賦予了所謂的橫振動(dòng)模式的壓電變形特性，根據(jù)來(lái)自控制機(jī)構(gòu)14 的控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電路13被驅(qū)動(dòng)，如果在任意的單個(gè)電極10和公共電極 ll之間作用與所述極化方向相同方向(圖1中，(+ )方向)的電壓，夾在 兩電極10、 11之間的與壓電變形區(qū)域8對(duì)應(yīng)的活性區(qū)域15便如圖3中橫 向的白箭頭所示，向?qū)拥拿娣较蚴湛s。如果這樣，壓電陶瓷層6的下面就 通過(guò)公共電極11固定在振動(dòng)板12上，所以壓電致動(dòng)器7的壓電變形區(qū)域 8如圖3中向下的白箭頭所示，向加壓室2的方向突出地?fù)锨冃巍?br> 而如果在所述單個(gè)電極IO和公共電極11之間作用與所述極化方向相 反方向(圖1中(一)方向)的電壓，所述活性區(qū)域15就與所述圖3的 橫向的箭頭相反，向?qū)拥拿娣较蛏扉L(zhǎng)，所以壓電致動(dòng)器7的壓電變形區(qū)域 8如圖3中向上的箭頭所示，在與加壓室2的方向相反的方向撓曲變形。 因此，通過(guò)重復(fù)向加壓室2的方向、與它相反的方向的壓電變形區(qū)域8的 撓曲變形，使所述加壓室2內(nèi)填充的墨水振動(dòng)，能通過(guò)噴嘴3作為墨滴噴 出。
參照?qǐng)D1 圖3，首先，在比圖1中的t,更左側(cè)的從噴嘴3不噴出墨滴 的待機(jī)時(shí)，不作用驅(qū)動(dòng)電壓Vp (VP=0)，維持解除壓電變形區(qū)域8的撓曲 變形的狀態(tài)，這時(shí)，墨水維持靜止?fàn)顟B(tài)即噴嘴3中的墨水的體積速度維持 為0，在所述噴嘴3內(nèi)，由墨水的表面張力形成的墨水彎液面靜止。
為了從噴嘴3噴出墨滴，在紙面上形成點(diǎn)，首先在眼前的t,的時(shí)刻，
將驅(qū)動(dòng)電壓Vp充電(V產(chǎn)一VL)到與極化方向相反方向的第一電壓(一VL)，
使活性區(qū)域15在面方向伸長(zhǎng)，從而使壓電變形區(qū)域8在與加壓室2的方 向相反的方向撓曲變形。如果這樣，加壓室2的容積就只增加一定量，所 以噴嘴3內(nèi)的墨水彎液面只按該容積的增加部分向所述加壓室2的方向引 入。這時(shí)的噴嘴3內(nèi)的墨水的體積速度如圖1的t,和t2之間的部分所示， 暫時(shí)在(一) 一側(cè)增大后，漸漸減小，終于接近0。這相當(dāng)于用粗實(shí)線表 示的墨水的體積速度的固有振動(dòng)周期T,的幾乎半周期。
接著，在噴嘴3中的墨水的體積速度無(wú)限接近0的t2時(shí)刻，將驅(qū)動(dòng)電
壓Vp這次充電(VP=+Vl)到與極化方向相同方向的第二電壓(+Vl)，使
活性區(qū)域15在面方向收縮，通過(guò)這樣，使壓電變形區(qū)域8向加壓室2的 方向突出地?fù)锨冃巍?br> 如果這樣，在墨水彎液面從被最大引入向加壓室2—側(cè)的狀態(tài)(12時(shí) 刻的體積速度為0的狀態(tài))，反過(guò)來(lái)正要向噴嘴3的頂端方向回歸時(shí)，使 壓電變形區(qū)域8向加壓室2的方向撓曲變形，加壓室2的容積減少，通過(guò) 這樣，噴嘴3內(nèi)的墨水被作用從所述加壓室2壓出的墨水的壓力，所以向 噴嘴3的頂端一側(cè)的方向被加速，向所述噴嘴3的外方大幅度突出。這時(shí) 的噴嘴3中的墨水的體積速度如圖1的t2和t3之間的部分所示，暫時(shí)在(+) 一側(cè)增大后，漸漸減小，終于接近0。據(jù)此，形成先前說(shuō)明過(guò)的墨柱。
接著，在向噴嘴3的外方突出的墨水的體積速度無(wú)限接近0的時(shí)刻(圖 1的t3時(shí)刻)，再次將驅(qū)動(dòng)電壓Vp充電(VP=—VL)到第一電壓(一VO，使 活性區(qū)域15在面方向伸長(zhǎng)，從而使壓電變形區(qū)域8在與加壓室2的方向 相反的方向撓曲變形。如果這樣，在墨水從向噴嘴3的外方最大地突出的 狀態(tài)(t3時(shí)刻的體積速度為0的狀態(tài))，反過(guò)來(lái)正要向加壓室2的方向返回 時(shí)，使壓電變形區(qū)域8向與加壓室2的方向相反的方向撓曲變形，再次增 加加壓室2的容積，從而作用負(fù)的壓力，向噴嘴3的外方延伸完畢的墨柱 斷開(kāi)，生成第一滴的墨滴。
墨柱斷開(kāi)了的噴嘴3內(nèi)的墨水再次被引入向加壓室2的方向。這時(shí)的 噴嘴3內(nèi)的墨水的體積速度如圖1的t3和t4之間的部分所示，暫時(shí)在(一) 一側(cè)增大后，漸漸減小，終于接近0。如先前所述，相當(dāng)于墨水的體積速 度的固有振動(dòng)周期T,的幾乎半周期。
接著，在噴嘴3中的墨水的體積速度無(wú)限接近0的t4時(shí)刻，將驅(qū)動(dòng)電 壓Vp再次充電(V產(chǎn)+VJ到第二電壓(+Vj，使活性區(qū)域15向面方向 收縮，使壓電變形區(qū)域8向加壓室2的方向撓曲變形。如果這樣，就通過(guò)
與剛才的t2 t3之間的墨水的舉動(dòng)相同的機(jī)制，墨水再次大幅度向噴嘴的外 方突出，形成墨柱。這時(shí)的噴嘴3內(nèi)的墨水的體積速度如圖1的t4和t5之 間的部分所示，暫時(shí)在(+)—側(cè)增大后，漸漸減小，終于接近0。
然后，在噴嘴3內(nèi)的墨水的體積速度變成了 0的時(shí)刻(圖1的ts時(shí)刻) 以后，墨水的振動(dòng)速度向著加壓室2—側(cè)，通過(guò)這樣，向噴嘴3的外方延
伸完畢的墨柱斷開(kāi)，生成第二滴的墨滴。生成的第一滴和第二滴的墨滴分 別飛翔到與噴嘴3的頂端相對(duì)配置的紙面，形成1個(gè)點(diǎn)。
所述的一系列的動(dòng)作如圖1中粗線的單點(diǎn)劃線所示，相當(dāng)于對(duì)活性區(qū)
域15作用具有包含2次脈沖寬度T2為固有振動(dòng)周期1的約1/2倍的脈沖 的驅(qū)動(dòng)電壓波形的驅(qū)動(dòng)電壓VP。只用1滴的墨滴形成一個(gè)點(diǎn)時(shí)，所述脈沖 只為1次。此外，用3滴以上的墨滴形成一個(gè)點(diǎn)時(shí)，產(chǎn)生與墨滴的數(shù)量對(duì) 應(yīng)的次數(shù)的脈沖。
一系列的動(dòng)作結(jié)束后，接著形成下一個(gè)點(diǎn)時(shí)，再次重復(fù)從t,開(kāi)始的操 作。此外，不形成下一個(gè)點(diǎn)時(shí)，變?yōu)椴蛔饔抿?qū)動(dòng)電壓Vp (V1-O)的待機(jī)狀態(tài)。
根據(jù)該例子的驅(qū)動(dòng)方法，通過(guò)進(jìn)行所述的一系列動(dòng)作，能防止與單壓
電片型的壓電致動(dòng)器7的限制區(qū)域9對(duì)應(yīng)的壓電陶瓷層6的非活性區(qū)域16 漸漸蠕變變形。
即在墨滴的噴出時(shí)，通過(guò)作用包含第一電壓(一VJ、與所述第一電壓 相反極性并且等價(jià)的第二電壓(+VJ的驅(qū)動(dòng)電壓波形，使壓電致動(dòng)器7 的壓電變形區(qū)域8在與加壓室2的方向相反的方向、加壓室2的方向分別 撓曲變形，所以壓電陶瓷層6的活性區(qū)域15不僅如以往那樣在面方向收 縮，并且解除收縮，還能在面方向伸長(zhǎng)。因此，能防止包圍活性區(qū)域15 的非活性區(qū)域16漸漸蠕變變形。
此外，在本例子的驅(qū)動(dòng)方法中，能使相對(duì)于壓電致動(dòng)器7的不作用電 壓的靜止?fàn)顟B(tài)的壓電變形區(qū)域8的厚度方向的變位量比此前小。即如果設(shè) 圖11所示的以往的驅(qū)動(dòng)方法中的靜止?fàn)顟B(tài)(VP=0的狀態(tài))和撓曲變形狀 態(tài)(V產(chǎn)VH的狀態(tài))之間的厚度方向的變位量為1，在本例子的的驅(qū)動(dòng)方 法中，為了使壓電變形區(qū)域8的厚度方向的總變位量為相同的1，使所述 壓電變形區(qū)域8在與加壓室2的方向相反的方向和加壓室2的方向變位的 變位量分別為全體的約一半。
因此，所述壓電變形區(qū)域8撓曲變形時(shí)，能使作用在壓電陶瓷層6的 非活性區(qū)域16上的面方向的應(yīng)力比此前小，所以在不噴出液滴的待機(jī)時(shí)， 與維持對(duì)壓電變形區(qū)域8不作用電壓的靜止?fàn)顟B(tài)相輔相成，能進(jìn)一步可靠 地防止所述非活性區(qū)域16蠕變變形。 在本例子的驅(qū)動(dòng)方法中，能使待機(jī)時(shí)的壓電變形區(qū)域8的撓曲變形的 變位量如上所述，變?yōu)橐酝募s一半，所以能減少所述待機(jī)時(shí)向壓電變形 區(qū)域8的彈性能量的積蓄，無(wú)論在待機(jī)時(shí)和驅(qū)動(dòng)時(shí)的哪個(gè)時(shí)刻，都能通過(guò) 電壓的作用，限制所述壓電變形區(qū)域8的形狀，所以能夠讓噪聲振動(dòng)難以
發(fā)生。因此，能防止來(lái)自與所述壓電變形區(qū)域8對(duì)應(yīng)的噴嘴3的墨滴的噴 出不穩(wěn)定化，或者由于串?dāng)_的發(fā)生，來(lái)自與相鄰的壓電變形區(qū)域8對(duì)應(yīng)的 噴嘴3的墨滴的噴出不穩(wěn)定化。
因此，根據(jù)本例子的驅(qū)動(dòng)方法，能防止與單壓電片型的壓電致動(dòng)器7 的限制區(qū)域9對(duì)應(yīng)的壓電陶瓷層6的非活性區(qū)域16漸漸蠕變變形，或者 在壓電變形區(qū)域8的驅(qū)動(dòng)時(shí)發(fā)生噪聲振動(dòng)，墨滴的噴出不穩(wěn)定化，能長(zhǎng)期 將墨滴的噴出性能維持在良好的水平。
此外，根據(jù)本例子的驅(qū)動(dòng)方法，如上所述，能防止壓電陶瓷層6的非 活性區(qū)域16的蠕變變形，所以能防止所述非活性區(qū)域16的結(jié)晶狀態(tài)變化， 并且還能防止活性區(qū)域15由于從蠕變變形的非活性區(qū)域16受到壓縮應(yīng) 力，其結(jié)晶狀態(tài)變化。因此，能將壓電陶瓷層6的兩個(gè)區(qū)域15、 16的結(jié) 晶狀態(tài)都維持在初始狀態(tài)。
例如，壓電陶瓷層6由PZT類(lèi)的壓電陶瓷材料構(gòu)成時(shí)，活性區(qū)域15 和非活性區(qū)域16都能夠維持為使得根據(jù)X射線衍射頻譜中[200]面的衍 射峰值的強(qiáng)度I(2。。)、
面的衍射峰值的強(qiáng)度I(,)，用數(shù)學(xué)式(1)<formula>formula see original document page 20</formula> (1)
所求出的表示陶瓷材料的結(jié)晶狀態(tài)的C軸取向度Ic在驅(qū)動(dòng)后變?yōu)轵?qū) 動(dòng)前的初始狀態(tài)的1~U倍的范圍內(nèi)。
此外，如上所述，在本例子的驅(qū)動(dòng)方法中，壓電變形區(qū)域8在與加壓 室2的方向相反的方向和加壓室2的方向變位的變位量分別設(shè)定為以往的 驅(qū)動(dòng)方法中的向一個(gè)方向的變位量的約一半時(shí)，作用在壓電陶瓷層6的活 性區(qū)域15上的第一和第二電壓一VL、 + VL的絕對(duì)值也能設(shè)定為以往的驅(qū) 動(dòng)方法的驅(qū)動(dòng)電壓Vh的約一半，所以具有能將從驅(qū)動(dòng)電路13到兩個(gè)電極 10、 ll的電路的耐壓值下拉，能簡(jiǎn)化絕緣構(gòu)造等的優(yōu)點(diǎn)。這是因?yàn)?，在?含被賦予橫振動(dòng)模式的壓電變形特性的壓電陶瓷層6的單壓電片型的壓電 致動(dòng)器7中，壓電變形區(qū)域8的厚度方向的撓曲變形的變位量與作用在壓
電陶瓷層6的活性區(qū)域15上的驅(qū)動(dòng)電壓值成比例。
此外，希望將表示對(duì)所述壓電致動(dòng)器7的壓電變形區(qū)域8作用所述驅(qū) 動(dòng)電壓波形進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度E (kV/cm)與壓電陶瓷層6的極化量P (^C/cm勺的關(guān)系的P—E滯后回線的面積設(shè)定為圖11所示以往的抽注方 式的驅(qū)動(dòng)電壓波形，并且驅(qū)動(dòng)電壓VH為第一電壓(一VJ和第二電壓(+ Vl)的電壓值的2倍的電壓值時(shí)的P—E滯后回線的面積的1.3倍以下。 據(jù)此，減小滯后損失，能更可靠地防止所述壓電陶瓷層6自己發(fā)熱，產(chǎn)生 脫極化，壓電變形特性下降。因此，能更長(zhǎng)期地將墨滴的噴出性能維持在 良好的水平。
須指出的是，如果考慮盡可能減小滯后損失，則所述P—E滯后回線 的面積，即使在所述范圍內(nèi)，也希望設(shè)定為以往的抽注方式時(shí)的P—E滯 后回線的面積的1倍以上，更希望設(shè)定為1.01~1.20倍。為了在所述的范 圍內(nèi)調(diào)整P—E滯后回線的面積，希望盡可能減小第一電壓(一Vl)和第 二電壓(+Vl)的電壓值。具體而言，如果將第一和第二電壓的電壓值設(shè) 為使得壓電致動(dòng)器7的壓電變形區(qū)域8的電場(chǎng)強(qiáng)度E比壓電陶瓷層6的矯 頑電場(chǎng)Ec的強(qiáng)度還大的電壓值，P—E滯后回線的面積就急劇增加，所以 希望將所述第一和第二電壓的電壓值設(shè)定為使得壓電致動(dòng)器7的壓電變形 區(qū)域8的電場(chǎng)強(qiáng)度E變?yōu)閴弘娞沾蓪?的矯頑電場(chǎng)Ec的強(qiáng)度以下的電壓 值。
此外，對(duì)壓電陶瓷層6整體作用壓縮壓力，在用于在所述的范圍內(nèi)調(diào) 整P—E滯后回線的面積時(shí)也是有效的。即通過(guò)對(duì)壓電陶瓷層6的全體作 用壓縮壓力，就難以發(fā)生極化顛倒，所以如果電場(chǎng)相同，則越增大壓縮應(yīng) 力，就越能減小P—E滯后回線的面積。
此外，所述第一和第二電壓一VL、 +￥1的電壓值如果設(shè)定為使得壓電 致動(dòng)器7的壓電變形區(qū)域8的電場(chǎng)強(qiáng)度E變?yōu)閴弘娞沾蓪?的矯頑電場(chǎng) Ec的強(qiáng)度的0.8倍以下的電壓值以下，特別是變?yōu)?.5 0.7倍的電壓值， 就能使所述的防止脫極化，防止壓電變形特性下降的效果更加可靠。因此， 能更長(zhǎng)期地將墨滴的噴出性能維持在良好的水平。
圖5是表示具有雙壓電片型的壓電致動(dòng)器7的液體噴出裝置1的一個(gè) 例子的剖面圖。參照?qǐng)D5，本例子的液體噴出裝置1中，壓電致動(dòng)器7以
外的結(jié)構(gòu)與剛才的圖2的液體噴出裝置1相同，所以對(duì)同一位置賦予相同 的符號(hào)，省略說(shuō)明。壓電致動(dòng)器7劃分為與各加壓室2對(duì)應(yīng)配置，通過(guò)
分別作用電壓，分別在厚度方向撓曲變形的多個(gè)壓電變形區(qū)域8;包圍所 述壓電變形區(qū)域8配置，通過(guò)固定在所述基板5上，變形被抑制的限制區(qū) 域9。
此外，壓電致動(dòng)器7如上所述，具有雙壓電片型的結(jié)構(gòu)，即包括具
有覆蓋基板5上配置的多個(gè)加壓室2的尺寸的第一壓電陶瓷層6、在所述 第一壓電陶瓷層6的上面對(duì)各加壓室2分別形成并且劃分壓電變形區(qū)域8 的單個(gè)電極10、在所述第一壓電陶瓷層6的下面按順序?qū)盈B的都具有覆蓋 多個(gè)加壓室2的尺寸的第一公共電極11、第二壓電陶瓷層17、以及第二 公共電極18。各單個(gè)電極IO、第一和第二公共電極ll、 18分別與驅(qū)動(dòng)電 路13連接，驅(qū)動(dòng)電路13連接在控制機(jī)構(gòu)14上。
第一壓電陶瓷層6例如由PZT等壓電材料形成，并且在層的厚度方向 預(yù)先極化，被賦予橫振動(dòng)模式的壓電變形特性，根據(jù)來(lái)自控制機(jī)構(gòu)14的 控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電路13被驅(qū)動(dòng)，如果在任意的單個(gè)電極10和第一公共電 極11之間作用與所述極化方向相同方向的電壓，夾在兩電極IO、 11之間 的與壓電變形區(qū)域8對(duì)應(yīng)的活性區(qū)域15就會(huì)在層的面方向收縮。此外， 如果在兩電極10、 11之間作用與極化方向相反方向的電壓，所述活性區(qū) 域15就相反地在層的面方向伸長(zhǎng)。
而第二壓電陶瓷層17同樣由PZT等壓電材料形成，并且在層的厚度 方向預(yù)先極化，被賦予所謂的橫振動(dòng)模式的壓電變形特性。此外，第二壓 電陶瓷層17劃分為根據(jù)來(lái)自控制機(jī)構(gòu)14的控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電路13被驅(qū) 動(dòng)，在第一和第二公共電極11、 18之間作用與所述極化方向相同方向的 電壓時(shí)，在層的面方向收縮，作用相反方向的電壓時(shí)，在層的面方向伸長(zhǎng) 的與壓電變形區(qū)域8對(duì)應(yīng)的活性區(qū)域19;以及雖然從所述兩個(gè)公共電極 11、 18作用電壓，但是固定在基板5上，限制伸縮的非活性區(qū)域20。
在所述雙壓電片型的壓電致動(dòng)器7中，與在第一壓電陶瓷層6的任意 的單個(gè)電極10和第一公共電極11之間作用與其極化方向相同方向的電 壓，使活性區(qū)域15在面方向收縮同步，對(duì)第二壓電陶瓷層17的全體作用 與其極化方向相反方向的電壓，使活性區(qū)域19在面方向伸長(zhǎng)，則伴隨著
此，壓電致動(dòng)器7的壓電變形區(qū)域8向加壓室2的方向突出地?fù)锨冃巍?br> 而與在第一壓電陶瓷層6的任意的單個(gè)電極10和第一公共電極11之 間作用與其極化方向相反方向的電壓，使活性區(qū)域15在面方向伸長(zhǎng)同步， 對(duì)第二壓電陶瓷層17的全體作用與其極化方向相同方向的電壓，使活性 區(qū)域19在面方向收縮，則伴隨著此，壓電致動(dòng)器7的壓電變形區(qū)域8向 與加壓室2的方向相反的方向突出地?fù)锨冃?。因此，通過(guò)重復(fù)向所述加 壓室2的方向和向與它相反方向的壓電變形區(qū)域8的撓曲變形，使加壓室 2內(nèi)填充的墨水振動(dòng)，通過(guò)噴嘴3，能作為墨滴噴出。
圖4是簡(jiǎn)化表示通過(guò)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)方法驅(qū)動(dòng)圖5的例子的液體噴出裝 置1時(shí)，作用在第一壓電陶瓷層6的活性區(qū)域15上的驅(qū)動(dòng)電壓VP,的驅(qū) 動(dòng)電壓波形(圖中上部，用粗單點(diǎn)劃線表示)以及作用在第二壓電陶瓷層 17上的驅(qū)動(dòng)電壓Vp2的驅(qū)動(dòng)電壓波形(圖中下部，用粗單點(diǎn)劃線表示)的 一個(gè)例子，與被作用這些驅(qū)動(dòng)電壓波形時(shí)的噴嘴3內(nèi)的墨水的體積速度變 化的關(guān)系的曲線圖。
參照?qǐng)D4、圖5，首先在比圖4中的^更左側(cè)的不從噴嘴3噴出墨滴 的待機(jī)時(shí)，不作用驅(qū)動(dòng)電壓VP1、 VP2 (Vp產(chǎn)0、 VP2=0)，維持解除壓電變 形區(qū)域8的撓曲變形的狀態(tài)，這時(shí)，墨水維持靜止?fàn)顟B(tài)即噴嘴3中的墨水 的體積速度為0，在所述噴嘴3內(nèi)，由墨水的表面張力形成的墨水彎液面 靜止。
為了從噴嘴3噴出墨滴，在紙面上形成點(diǎn)，首先在緊接著之前的t，的 時(shí)刻，將驅(qū)動(dòng)電壓Vp,充電(VP1=—VU)到與極化方向相反方向的第一電 壓(一Vu)，使活性區(qū)域15在面方向伸長(zhǎng)，并且將驅(qū)動(dòng)電壓Vp2充電 (VP2=+Vl2)到與極化方向相同方向的第一電壓(+VU)，使活性區(qū)域19 在面方向收縮，使壓電變形區(qū)域8向與加壓室2的方向相反的方向撓曲變 形。
如果這樣，加壓室2的容積就只增加一定量，所以噴嘴3內(nèi)的墨水彎 液面只按照該容積的增加部分向所述加壓室2的方向引入。這時(shí)的噴嘴3 內(nèi)的墨水的體積速度如圖4的t,和t2之間的部分所示，暫時(shí)在(一) 一側(cè) 增大后，漸漸減小，終于接近0。
接著，在噴嘴3中的墨水的體積速度無(wú)限接近0的t2時(shí)刻，將驅(qū)動(dòng)電
壓Vw這次充電(Vp產(chǎn)+Vu)到與極化方向相同方向的第二電壓(+Vu)，
使活性區(qū)域15在面方向收縮，并且將驅(qū)動(dòng)電壓Vp2充電(VP2= — Vl2)到 與極化方向相反方向的第二電壓(一VL2)，使活性區(qū)域19在面方向上伸長(zhǎng)，
從而使壓電變形區(qū)域8向加壓室2的方向突出地?fù)锨冃巍?br> 如果這樣，在墨水彎液面從被最大引入向加壓室2—側(cè)的狀態(tài)(b時(shí) 刻的體積速度為0的狀態(tài))，反過(guò)來(lái)正要向噴嘴3的頂端方向回歸時(shí)，使 壓電變形區(qū)域8向加壓室2的方向撓曲變形，使加壓室2的容積減少，從 而對(duì)噴嘴3內(nèi)的墨水作用從所述加壓室2壓出的墨水的壓力，所以向噴嘴 3的頂端一側(cè)的方向加速，向所述噴嘴3的外方大幅度突出。這時(shí)的噴嘴 3中的墨水的體積速度如圖4的t2和t3之間的部分所示，暫時(shí)在(+)—側(cè)增 大后，漸漸減小，終于接近0。據(jù)此，形成剛才說(shuō)明的墨柱。
接著，在向噴嘴3的外方突出的墨水的體積速度無(wú)限接近0的時(shí)刻(圖 4的t3時(shí)刻)，將驅(qū)動(dòng)電壓Vw再次充電(VP1=—VU)到第一電壓(一Vu)， 使活性區(qū)域15在面方向伸長(zhǎng)，并且將驅(qū)動(dòng)電壓Vp2再次充電(VP2=+VU) 到第一電壓(+V^)，使活性區(qū)域19在面方向收縮，通過(guò)這樣，使壓電變 形區(qū)域8向與加壓室2的方向相反的方向撓曲變形。
如果這樣，在墨水從向噴嘴3的外方最大地突出的狀態(tài)(t3時(shí)刻的體 積速度為0的狀態(tài))，反過(guò)來(lái)正要向加壓室2的方向返回時(shí)，使壓電變形 區(qū)域8向與加壓室2的方向相反的方向撓曲變形，再次增加加壓室2的容 積，從而作用負(fù)的壓力，通過(guò)這樣，向噴嘴3的外方延伸完畢的墨柱斷開(kāi)， 生成第一滴的墨滴。墨柱斷開(kāi)的噴嘴3內(nèi)的墨水再次被引入向加壓室2的
方向。這時(shí)的噴嘴3內(nèi)的墨水的體積速度如圖4的t3和t4之間的部分所示，
暫時(shí)在(_) 一側(cè)增大后，漸漸減小，終于接近0。
接著，在噴嘴3中的墨水的體積速度無(wú)限接近0的t4時(shí)刻，將驅(qū)動(dòng)電 壓Vw再次充電(VP1=+VU)到第二電壓(+VU)，使活性區(qū)域15在面方 向收縮，并且將驅(qū)動(dòng)電壓Vp2再次充電(VP2=—VL2)到第二電壓(一Vu)， 使活性區(qū)域19在面方向伸長(zhǎng)，從而使壓電變形區(qū)域8向加壓室2的方向 撓曲變形。如果這樣，就通過(guò)與剛才的t2~t3之間的墨水的舉動(dòng)相同的機(jī)制， 墨水再次大幅度向噴嘴的外方突出，形成墨柱。這時(shí)的噴嘴3內(nèi)的墨水的 體積速度如圖4的t4和ts之間的部分所示，暫時(shí)在(+)—側(cè)增大后，漸漸減
小，終于接近o。
然后，在噴嘴3內(nèi)的墨水的體積速度變?yōu)镺的時(shí)刻(圖4的ts時(shí)刻) 以后，墨水的振動(dòng)速度向著加壓室2—側(cè)，通過(guò)這樣，使得向噴嘴3的外 方延伸完畢的墨柱斷開(kāi)，生成第二滴的墨滴。生成的第一滴和第二滴的墨 滴分別飛翔到與噴嘴3的頂端相對(duì)配置的紙面，形成1個(gè)點(diǎn)。
所述的一系列的動(dòng)作如圖4中粗單點(diǎn)劃線所示，相當(dāng)于對(duì)活性區(qū)域15 作用具有包含2次脈沖寬度T2為固有振動(dòng)周期T,的約1/2的脈沖的驅(qū)動(dòng) 電壓波形的驅(qū)動(dòng)電壓VP1，并且對(duì)第二壓電陶瓷層17作用具有與它同步的 相反相位的驅(qū)動(dòng)電壓波形的驅(qū)動(dòng)電壓VP2。只用1滴的墨滴形成一個(gè)點(diǎn)時(shí)， 所述脈沖可以只為l次。此外，用3滴以上的墨滴形成一個(gè)點(diǎn)時(shí)，產(chǎn)生與 墨滴的數(shù)量對(duì)應(yīng)的次數(shù)的脈沖。 一系列的動(dòng)作結(jié)束后，接著形成下一個(gè)點(diǎn) 時(shí)，再次重復(fù)從t,開(kāi)始的操作。此外，不形成下一個(gè)點(diǎn)時(shí)，變?yōu)椴蛔饔抿?qū) 動(dòng)電壓Vp,、 VP2 (Vp產(chǎn)0、 VP2=0)的待機(jī)狀態(tài)。
根據(jù)該例子的驅(qū)動(dòng)方法，通過(guò)進(jìn)行所述的一系列動(dòng)作，能防止與雙壓 電片型的壓電致動(dòng)器7的限制區(qū)域9對(duì)應(yīng)的第一壓電陶瓷層6的非活性區(qū) 域16、第二壓電陶瓷層17的非活性區(qū)域20漸漸蠕變變形。
此外，與所述的單壓電片型時(shí)同樣，能使對(duì)于不作用電壓的靜止?fàn)顟B(tài) 的壓電變形區(qū)域8的在與加壓室2的方向相反的方向和加壓室2的方向變 位的變位量分別為雙壓電片型的以往的壓電致動(dòng)器7的以往的驅(qū)動(dòng)方法的 約一半，在所述壓電變形區(qū)域8撓曲變形時(shí)，在兩個(gè)非活性區(qū)域16、 20 作用的面方向的應(yīng)力能比此前的更小，所以在不噴出液滴的待機(jī)時(shí)，與維 持不對(duì)壓電變形區(qū)域8作用電壓的靜止?fàn)顟B(tài)相輔相成，能進(jìn)一步可靠地防 止所述兩個(gè)非活性區(qū)域16、 20蠕變變形。
因?yàn)椋龣C(jī)時(shí)的壓電變形區(qū)域8的撓曲變形的變位量能是以往的約一 半，所以能減少所述待機(jī)時(shí)向壓電變形區(qū)域8的彈性能量的積蓄，無(wú)論在 待機(jī)時(shí)和驅(qū)動(dòng)時(shí)的哪個(gè)時(shí)刻，都能通過(guò)電壓的作用，限制所述壓電變形區(qū) 域8的形狀，所以能夠使噪聲振動(dòng)難以發(fā)生。因此，能防止來(lái)自與所述壓 電變形區(qū)域8對(duì)應(yīng)的噴嘴3的墨滴的噴出不穩(wěn)定化，或者由于串?dāng)_的發(fā)生， 來(lái)自與相鄰的壓電變形區(qū)域8對(duì)應(yīng)的噴嘴3的墨滴的噴出不穩(wěn)定化。
因此，根據(jù)本例子的驅(qū)動(dòng)方法，能防止與雙壓電片型的壓電致動(dòng)器7
的限制區(qū)域9對(duì)應(yīng)的第一壓電陶瓷層6的非活性區(qū)域16、第二壓電陶瓷層
17的非活性區(qū)域20漸漸蠕變變形，或者在壓電變形區(qū)域8的驅(qū)動(dòng)時(shí)發(fā)生 噪聲振動(dòng)，墨滴的噴出不穩(wěn)定化，能長(zhǎng)期將墨滴的噴出性能維持在良好的 水平。
此外，根據(jù)本例子的驅(qū)動(dòng)方法，例如在第一和第二壓電陶瓷層6、 17 都由PZT類(lèi)的壓電陶瓷材料構(gòu)成時(shí)，活性區(qū)域15、 19和非活性區(qū)域16、 20都能夠維持其結(jié)晶狀態(tài)，使得根據(jù)X射線衍射頻譜中[200]面的衍射峰 值的強(qiáng)度I(2,、
面的衍射峰值的強(qiáng)度I賜2)，用數(shù)學(xué)式(1)
Ic= 1(002)/ (I (002) + I (200) ) (1)
所求出的表示陶瓷材料的結(jié)晶狀態(tài)的C軸取向度Ic在驅(qū)動(dòng)后變?yōu)轵?qū) 動(dòng)前的初始狀態(tài)的1 U倍的范圍內(nèi)。
此外，壓電變形區(qū)域8在與加壓室2的方向相反的方向和加壓室2的 方向變位的變位量分別設(shè)定為以往的驅(qū)動(dòng)方法中的向一個(gè)方向的變位量 的約一半時(shí)，作用在第一壓電陶瓷層6的活性區(qū)域15上的第一和第二電 壓一Vu、+Vu的絕對(duì)值以及作用在第二壓電陶瓷層17上的第一和第二電
壓一VL2、 +VL2的絕對(duì)值能設(shè)定為所述以往的驅(qū)動(dòng)方法的驅(qū)動(dòng)電壓值的約
一半，所以具有能將從驅(qū)動(dòng)電路13到各個(gè)電極10、 11、 18的電路的耐壓 值下拉，能簡(jiǎn)化絕緣構(gòu)造等的優(yōu)點(diǎn)。其理由與剛才說(shuō)明的單壓電片型的壓 電致動(dòng)器7同樣。即壓電變形區(qū)域8的厚度方向的撓曲變形的變位量與作 用在第一壓電陶瓷層6的活性區(qū)域15、第二壓電陶瓷層17上的驅(qū)動(dòng)電壓 值成比例。
此外， 一般在雙壓電片型的壓電致動(dòng)器7中，作用在第一和第二壓電 陶瓷層6、 17上的各自的驅(qū)動(dòng)電壓值能變?yōu)樵趬弘娮冃螀^(qū)域的變位量被設(shè) 定為相同的單壓電片型的壓電致動(dòng)器的壓電陶瓷層中作用的驅(qū)動(dòng)電壓值 的約一半。因此，根據(jù)本例子的驅(qū)動(dòng)方法，所述各電壓一Vu、 + Vu、 一
VL2、 + Vu的絕對(duì)值分別能設(shè)定為單壓電片型的壓電致動(dòng)器的圖11所示的
以往的驅(qū)動(dòng)方法中的驅(qū)動(dòng)電壓值Vh的約1/4。
此外，將表示對(duì)所述壓電致動(dòng)器7的壓電變形區(qū)域8中作用所述驅(qū)動(dòng) 電壓波形進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度E (kV/cm)與壓電陶瓷層的極化量P (pC/cm2)的關(guān)系的P—E滯后回線的面積，設(shè)定為是圖11所示以往的抽
注方式的驅(qū)動(dòng)電壓波形(作用在第一壓電陶瓷層6上)，以及與它相反相 位的驅(qū)動(dòng)電壓波形(作用在第二壓電陶瓷層17上，不圖示)，并且驅(qū)動(dòng)電
壓VH都是所述各電壓一Vu、 +VU、 一Vu、十Vu的電壓值的2倍的電壓 值時(shí)的P—E滯后回線的面積的1.3倍以下，從而能防止所述第一和第二 壓電陶瓷層6、 17的脫極化，防止壓電變形特性下降。
如果考慮盡可能減少滯后損失，則在所述的范圍內(nèi)，也希望將所述P 一E滯后回線的面積設(shè)定為以往的抽注方式時(shí)的P—E滯后回線的面積的1 倍以上，更希望設(shè)定為1.01 1.20倍。此外，為了在所述的范圍內(nèi)調(diào)整P 一E滯后回線的面積，希望將所述各電壓一Vu、 + Vu、 一Vl2、 + Vu的 電壓值設(shè)定為壓電致動(dòng)器7的壓電變形區(qū)域8的電場(chǎng)強(qiáng)度E比所述兩個(gè)壓 電陶瓷層6、 17的矯頑電場(chǎng)Ec的強(qiáng)度還小的電壓值，特別是設(shè)定為變?yōu)?壓電陶瓷層6的矯頑電場(chǎng)Ec的強(qiáng)度的0.8倍以下的電壓值，其中，希望設(shè) 定為變?yōu)?.5 0.7倍的電壓值。
圖6是表示具有單體電片型的壓電致動(dòng)器7的液體噴出裝置1的一個(gè) 例子的剖面圖。參照?qǐng)D6，本例子的液體噴出裝置1中，壓電致動(dòng)器7以 外的結(jié)構(gòu)與剛才的圖2的液體噴出裝置1相同，所以對(duì)同一位置賦予相同 的符號(hào)，省略說(shuō)明。壓電致動(dòng)器7劃分為與各加壓室2對(duì)應(yīng)配置，通過(guò) 分別作用電壓，分別在厚度方向撓曲變形的多個(gè)壓電變形區(qū)域8;包圍所 述壓電變形區(qū)域8配置，通過(guò)固定在所述基板5上，變形被抑制的限制區(qū) 域9。
此外，壓電致動(dòng)器7如上所述，具有單體電片型的結(jié)構(gòu)，包括具有
覆蓋在基板5上配置的多個(gè)加壓室2的尺寸的壓電陶瓷層6;在所述壓電 陶瓷層6的上面，按各加壓室2分別形成，劃分壓電變形區(qū)域8的單個(gè)電 極10;形成在所述壓電陶瓷層6的下面上的具有覆蓋多個(gè)加壓室2的尺寸 的公共電極ll。
即所述壓電致動(dòng)器7通過(guò)將壓電陶瓷層6傾斜功能材料化或者利用半 導(dǎo)體效應(yīng)，不層疊振動(dòng)板或第二壓電陶瓷層，按照經(jīng)兩個(gè)電極10、 11作 用在壓電陶瓷層6上的電壓的方向，能使壓電變形區(qū)域8在與加壓室2的 方向相反的方向以及加壓室2的方向撓曲變形。所述單體電片型的壓電致 動(dòng)器7例如如果選擇功能材料的傾斜方向，就會(huì)作用具有圖1所示的驅(qū)動(dòng)
電壓波形的驅(qū)動(dòng)電壓Vp，通過(guò)這樣，能使該壓電變形區(qū)域8與圖2的單壓
電片型的壓電變形區(qū)域8同樣地振動(dòng)。
即在在比圖1中的t,更左側(cè)的待機(jī)時(shí)，不作用驅(qū)動(dòng)電壓Vp (VP=0)， 維持解除壓電變形區(qū)域8的撓曲變形的狀態(tài)，在t,的時(shí)刻，將驅(qū)動(dòng)電壓 Vp充電(VP=—VJ到第一電壓(一VO，使壓電變形區(qū)域8在與加壓室2 的方向相反的方向撓曲變形，使加壓室2內(nèi)的墨水的振動(dòng)開(kāi)始，在t2時(shí)刻， 將驅(qū)動(dòng)電壓Vp充電(VP=+VL)到第二電壓(+VL)，使壓電變形區(qū)域8向 加壓室2的方向突出地?fù)锨冃危赡?，在t3時(shí)刻，如果再次將驅(qū) 動(dòng)電壓Vp充電(VP=—VJ到第一電壓(一VJ，使壓電變形區(qū)域8在與加 壓室2的方向相反的方向撓曲變形，向噴嘴3的外方延伸完畢的墨柱就斷 開(kāi)，生成第一滴的墨滴。
接著，在t4時(shí)刻，再次將驅(qū)動(dòng)電壓Vp充電(V產(chǎn)+VJ到第二電壓(+VL)， 使壓電變形區(qū)域8向加壓室2的方向撓曲變形，再生成墨柱后，則在ts時(shí) 刻以后，墨水的振動(dòng)速度便向著加壓室2—側(cè)，通過(guò)這樣，向噴嘴3的外 方延伸完畢的墨柱斷開(kāi)，生成第二滴的墨滴。生成的第一滴和第二滴的墨 滴分別飛翔到與噴嘴3的頂端相對(duì)配置的紙面，形成1個(gè)點(diǎn)。
所述的一系列的動(dòng)作如圖1中粗線的單點(diǎn)劃線所示，相當(dāng)于對(duì)活性區(qū) 域15作用具有包含2次脈沖寬度T2為固有振動(dòng)周期T,的約1/2倍的脈沖 的驅(qū)動(dòng)電壓波形的驅(qū)動(dòng)電壓Vp。只用1滴的墨滴形成一個(gè)點(diǎn)時(shí)，所述脈沖 只為1次。此外，用3滴以上的墨滴形成一個(gè)點(diǎn)時(shí)，產(chǎn)生與墨滴的數(shù)量對(duì) 應(yīng)的次數(shù)的脈沖。 一系列的動(dòng)作結(jié)束后，接著形成下一個(gè)點(diǎn)時(shí)，再次重復(fù) 從t,開(kāi)始的操作。此外，不形成下一個(gè)點(diǎn)時(shí)，變?yōu)椴蛔饔抿?qū)動(dòng)電壓Vp(V產(chǎn)0) 的待機(jī)狀態(tài)。
根據(jù)該例子的驅(qū)動(dòng)方法，通過(guò)進(jìn)行所述的一系列動(dòng)作，能防止與單體 電片型的壓電致動(dòng)器7的限制區(qū)域9對(duì)應(yīng)的壓電陶瓷層6的非活性區(qū)域16 中厚度方向的突出一側(cè)的區(qū)域向面方向壓縮，相反一側(cè)的區(qū)域在面方向伸 長(zhǎng)，從而漸漸蠕變變形，能將墨滴的噴出性能維持在良好的水平。
此外，與所述的單壓電片型以及雙壓電片型的時(shí)候同樣，對(duì)于不作用 電壓的靜止?fàn)顟B(tài)的壓電變形區(qū)域8的在與加壓室2的方向相反的方向和加 壓室2的方向變位的變位量分別為單體電片型的以往的壓電致動(dòng)器7的以
往的驅(qū)動(dòng)方法的約一半，在所述壓電變形區(qū)域8撓曲變形時(shí)，在非活性區(qū) 域16的各區(qū)域中作用的面方向的應(yīng)力能比此前的更小，所以在不噴出液 滴的待機(jī)時(shí)，與維持對(duì)壓電變形區(qū)域8不作用電壓的靜止?fàn)顟B(tài)相輔相成，
能進(jìn)一步可靠地防止所述非活性區(qū)域16的各區(qū)域蠕變變形。
進(jìn)而，能夠使待機(jī)時(shí)的壓電變形區(qū)域8的撓曲變形的變位量是以往的 約一半，所以能減少所述待機(jī)時(shí)向壓電變形區(qū)域8的彈性能量的積蓄，無(wú)
論在待機(jī)時(shí)和驅(qū)動(dòng)時(shí)的哪個(gè)時(shí)刻，都能通過(guò)電壓的作用，限制所述壓電變
形區(qū)域8的形狀，所以能使噪聲振動(dòng)難以發(fā)生。因此，能防止來(lái)自與所述 壓電變形區(qū)域8對(duì)應(yīng)的噴嘴3的墨滴的噴出不穩(wěn)定化，或者由于串?dāng)_的發(fā) 生，來(lái)自與相鄰的壓電變形區(qū)域8對(duì)應(yīng)的噴嘴3的墨滴的噴出不穩(wěn)定化。
因此，根據(jù)本例子的驅(qū)動(dòng)方法，能防止與單體電片型的壓電致動(dòng)器7 的限制區(qū)域9對(duì)應(yīng)的壓電陶瓷層6的非活性區(qū)域16的各區(qū)域漸漸蠕變變 形，或者在壓電變形區(qū)域8的驅(qū)動(dòng)時(shí)發(fā)生噪聲振動(dòng)，墨滴的噴出不穩(wěn)定化， 能長(zhǎng)期將墨滴的噴出性能維持在良好的水平。
此外，根據(jù)本例子的驅(qū)動(dòng)方法，例如壓電陶瓷層6由PZT類(lèi)的壓電陶 瓷材料構(gòu)成時(shí)，活性區(qū)域15和非活性區(qū)域16都能夠維持其結(jié)晶狀態(tài)，使 得根據(jù)X射線衍射頻譜中[200]面的衍射峰值的強(qiáng)度I (200)、
面的 衍射峰值的強(qiáng)度I (002)，用數(shù)學(xué)式(1)
Ic= I (002) / (I (002) + I (200)) ( 1 )
所求出的表示陶瓷材料的結(jié)晶狀態(tài)的C軸取向度Ic在驅(qū)動(dòng)后變?yōu)轵?qū) 動(dòng)前的初始狀態(tài)的1~1.1倍的范圍內(nèi)。
此外，壓電變形區(qū)域8在與加壓室2的方向相反的方向和加壓室2的 方向變位的變位量分別設(shè)定為以往的驅(qū)動(dòng)方法中的向一個(gè)方向的變位量 的約一半時(shí)，作用給壓電陶瓷層6的活性區(qū)域15的電壓一V。十Vl的絶 對(duì)值能設(shè)定為單體電片型壓電致動(dòng)器7的所述以往的驅(qū)動(dòng)方法中的驅(qū)動(dòng)電 壓值的約一半，所以具有能將從驅(qū)動(dòng)電路13到兩個(gè)電極10、 ll的電路的 耐壓值下拉，能簡(jiǎn)化絕緣構(gòu)造等的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)并不局限于以上說(shuō)明的各圖的例子。例如，如果以圖2 的單壓電片型的壓電致動(dòng)器7為例進(jìn)行說(shuō)明，則作用在壓電陶瓷層6的活 性區(qū)域15上的驅(qū)動(dòng)電壓波形，可以將以往的抽注方式的驅(qū)動(dòng)方法中的電
壓VH變更為第二電壓+VL，將OV變更為第一電壓一
這時(shí)，在待機(jī)時(shí)，壓電陶瓷層6的活性區(qū)域15由于第二電壓+ Vl的 作用而繼續(xù)收縮，其周?chē)姆腔钚詤^(qū)域16向面方向延伸地蠕變變形，但 是在墨滴的噴出時(shí)，被作用第一電壓一Vp活性區(qū)域15被強(qiáng)制地伸長(zhǎng)， 從而能消除非活性區(qū)域16的蠕變變形。此外，第二電壓+VL的絕對(duì)值為
所述電壓VH的約一半時(shí)，能減小蠕變變形量自身。
并且，壓電變形區(qū)域8的撓曲變形的變位量比以往減小，減小了所述 待機(jī)時(shí)的向壓電變形區(qū)域8的彈性能量的積蓄，同時(shí)，無(wú)論在待機(jī)時(shí)和驅(qū) 動(dòng)時(shí)的哪個(gè)時(shí)刻，都能通過(guò)電壓的作用，限制所述壓電變形區(qū)域8的形狀， 所以能難以發(fā)生噪聲振動(dòng)。因此，能防止壓電陶瓷層的包圍活性區(qū)域的非 活性區(qū)域漸漸蠕變變形，或者在壓電變形區(qū)域的驅(qū)動(dòng)時(shí)發(fā)生噪聲振動(dòng)，墨 滴的噴出不穩(wěn)定化，能長(zhǎng)期將墨滴的噴出性能維持在良好的水平。此外， 在不脫離本發(fā)明的要旨的范圍中，能進(jìn)行各種變更。
實(shí)施例 (實(shí)施例1) (壓電致動(dòng)器的制作)
對(duì)于以粒徑0.5~3.0pm的鈦酸鋯酸鉛為主成分的壓電陶瓷粉體，配合 丙烯類(lèi)樹(shù)脂乳濁液和純水，與平均粒徑10mm的尼龍球一起，使用球磨機(jī)， 混合30小時(shí)，配制漿。接著，使用所述漿，通過(guò)拉晶法，在厚度30pm的 聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜上形成成為壓電陶瓷層6、振動(dòng)板12 的基礎(chǔ)的厚度17~19pm的生片。
接著，準(zhǔn)備2個(gè)將所述生片與PET薄膜一起裁斷為縱50mmx橫50mm 的正方形所得到的材料，在其中一個(gè)生片的露出的表面的幾乎全面，通過(guò) 絲網(wǎng)印刷法，印刷成為公共電極11的基礎(chǔ)的金屬膏后，使用防爆型的干 燥機(jī)，將2個(gè)生片在5(TC干燥20分鐘。須指出的是，作為金屬膏，使用 按重量比7: 3的比例配合平均粒徑都是2~4pm的銀粉末和鈀粉末所得到 的材料。此外，在另一個(gè)生片上形成用于對(duì)公共電極ll的布線的通孔。
接著，在干燥過(guò)的第一個(gè)生片的印刷有金屬膏的面上， 一邊定位，一 邊重疊另一個(gè)生片后，在其厚度方向一邊作用5MPa的壓力， 一邊在6(TC 下保持60秒，熱壓接，接著，從兩個(gè)生片剝離PET薄膜，并且在通孔中
填充與上述相同的金屬膏，制作層疊體。
接著，在干燥機(jī)中，使所述層疊體從IO(TC開(kāi)始升溫，以每小時(shí)8°C
的升溫速度，花費(fèi)25小時(shí)，升溫到300'C，脫脂后，冷卻到室溫。然后， 在焙燒爐中，在峰值溫度110(TC，焙燒2小時(shí)，取得壓電陶瓷層6、公共 電極11、振動(dòng)板12的層疊體。壓電陶瓷層6、振動(dòng)板12的厚度都是10pm。 此外，壓電陶瓷層6的矯頑電場(chǎng)的強(qiáng)度為17kV/cm。
接著，在所述層疊體中壓電陶瓷層6露出的表面，通過(guò)絲網(wǎng)印刷法， 使用與上述相同的金屬膏，印刷與多個(gè)單個(gè)電極10對(duì)應(yīng)的圖案，在峰值 溫度85(TC下，花費(fèi)30分鐘，通過(guò)連續(xù)爐中，煅燒金屬膏，形成多個(gè)單個(gè) 電極10后，使用切片鋸，將層疊體切去周邊，將外形變?yōu)榭v33mmx橫12mm 的長(zhǎng)方形。單個(gè)電極層25的圖案以254)im的間隔，沿著所述長(zhǎng)方形的長(zhǎng) 度方向排列2列每1列為90個(gè)的單個(gè)電極層10，制作單壓電片型的壓電 致動(dòng)器7。
(液體噴出裝置的制作)
使用金屬模沖壓，對(duì)厚度10(Him的不銹鋼箔進(jìn)行沖壓加工，制作將長(zhǎng) 度2mmx寬度0.18mm的加壓室2按照所述單個(gè)電極10的形成間隔，每列 90個(gè)地排列為2列的第一基板。此外，同樣使用金屬模沖壓，對(duì)厚度lOO)im 的不銹鋼箔進(jìn)行沖壓加工，制作將從噴墨打印機(jī)的墨水補(bǔ)給部向各加壓室 供給墨水的公共供給路線以及連接加壓室2和噴嘴3的流通道，與加壓室 2的排列對(duì)應(yīng)排列的第二基板。蝕刻加工厚度4(Him的不銹鋼箔，制作將 直徑26,的噴嘴3與加壓室2的排列對(duì)應(yīng)排列的第三基板。
然后，使用粘合劑將所述第一 第三基板粘貼在一起，制作基板5，使 用粘合劑將該基板5與剛才制作的加壓室2粘貼在一起后，在壓電致動(dòng)器 7的表面一側(cè)，使用柔性基板，將各單個(gè)電極10以及填充在通孔內(nèi)并且與 公共電極11連接的電極層劑的露出部，與驅(qū)動(dòng)電路13連接，制作圖1的 液體噴出裝置1。
(耐久性試驗(yàn))
測(cè)定通過(guò)使用高速雙極電源與功能合成器產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)電壓波形，用本 發(fā)明的驅(qū)動(dòng)方法和以往的抽注方式的驅(qū)動(dòng)方法連續(xù)驅(qū)動(dòng)實(shí)施例1中制造的 液體噴出裝置1時(shí)的壓電致動(dòng)器7的壓電變形區(qū)域8的變位量的推移。
即在開(kāi)始連續(xù)驅(qū)動(dòng)之前的初始狀態(tài)(O周期)、每一定的驅(qū)動(dòng)周期(在 紙面上形成一個(gè)點(diǎn)所需要的一系列的動(dòng)作為1周期)，分別中止驅(qū)動(dòng)，作 用頻率12kHz的正弦波， 一邊使壓電變形區(qū)域8振動(dòng)， 一邊對(duì)該振動(dòng)面， 使用激光多普勒振動(dòng)計(jì)照射激光，將測(cè)定的振動(dòng)速度進(jìn)行積分處理，求出
這時(shí)的壓電變形區(qū)域8的變位量。然后，在圖7中描畫(huà)特定的驅(qū)動(dòng)周期結(jié) 束時(shí)的壓電變形區(qū)域8的變位量相對(duì)于初始狀態(tài)的變位量變化了多少百分 點(diǎn)。
須指出的是，對(duì)壓電致動(dòng)器7的壓電變形區(qū)域8，在本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)方 法中，作用圖l所示的驅(qū)動(dòng)電壓波形(+Vl=10V、 一VL=—IOV，驅(qū)動(dòng)頻 率2kHz)，在以往的抽注方式的驅(qū)動(dòng)方法中，作用圖11所示的驅(qū)動(dòng)電壓 波形(VH=+20V，驅(qū)動(dòng)頻率2kHz)。
結(jié)果，如圖7所示，用以往的抽注方式的驅(qū)動(dòng)方法驅(qū)動(dòng)時(shí)，知道壓電 變形區(qū)域8的變位量在10><108周期之前顯著下降。而用本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)方法 驅(qū)動(dòng)時(shí)，能確認(rèn)不僅在結(jié)束測(cè)定的20X1()s周期之間，變位量完全不下降， 相反還稍微上升。
(電壓一變位量特性試驗(yàn))
測(cè)定通過(guò)與上述同樣產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)電壓波形，用本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)方法和以 往的抽注方式的驅(qū)動(dòng)方法，使作用的驅(qū)動(dòng)電壓變化，驅(qū)動(dòng)實(shí)施例l中制作 的液體噴出裝置1時(shí)的壓電致動(dòng)器7的壓電變形區(qū)域8的變位量。驅(qū)動(dòng)頻 率無(wú)論在哪個(gè)驅(qū)動(dòng)方法中都是2kHz。而且，在本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)方法中，在 圖8中描畫(huà)在本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)方法中，第一電壓(一Vl)的電壓值[=第二電 壓(+Vl)的電壓值]和壓電變形區(qū)域8的變位量的關(guān)系，此外描畫(huà)在以往 的抽注方式的驅(qū)動(dòng)方法中，電壓VH和壓電變形區(qū)域8的變位量的關(guān)系。 結(jié)果，如圖8所示，根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)方法，能確認(rèn)到為了取得相同的變 位量，作用給壓電變形區(qū)域的第一和第二電壓的電壓值能變?yōu)橐酝某樽?方式的驅(qū)動(dòng)方法中作用的電壓VH的電壓值的約1/2。 (P—E滯后特性的測(cè)定I)
測(cè)定對(duì)實(shí)施例1中制造的液體噴出裝置1的壓電致動(dòng)器7的壓電變形 區(qū)域8，作為第一和第二電壓的模型，作用頻率100Hz、振幅一10—10V 的三角波或頻率100Hz、振幅一20~+20V的三角波時(shí)，表示電場(chǎng)強(qiáng)度E
(kV/cm)與壓電陶瓷層6的極化量P^C/cn^)的關(guān)系的P—E滯后回線。 在測(cè)定中使用(株式會(huì)社)東陽(yáng)技術(shù)制造的強(qiáng)電介質(zhì)特性評(píng)價(jià)系統(tǒng)FCE— HS2。結(jié)果，如圖9所示，確認(rèn)了在第一和第二電壓的電壓值為壓電致動(dòng) 器7的壓電變形區(qū)域8的電場(chǎng)強(qiáng)度E (kV/cm)為壓電陶瓷層的矯頑電場(chǎng) Ec的強(qiáng)度的0.8倍以下的IOV時(shí)，與為超過(guò)0.8倍的20V時(shí)相比，能顯著 減小P—E滯后回線的面積。須指出的是，壓電陶瓷層6的厚度是10pm， 所以對(duì)壓電致動(dòng)器7的壓電變形區(qū)域8作用10V的電壓時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度E (kV/cm)為10V/0.001cm=10kV/cm (P—E滯后特性的測(cè)定II)
與上述同樣測(cè)定對(duì)實(shí)施例1中制造的液體噴出裝置1的壓電致動(dòng)器7 的壓電變形區(qū)域8，作用作為本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)方法的第一和第二電壓的模型 的頻率100Hz、振幅一10^10V的三角波或者作為以往的抽注方式的驅(qū)動(dòng) 方法的模型的頻率100Hz、振幅0~+20V的三角波時(shí)的表示電場(chǎng)強(qiáng)度E (kV/cm)與壓電陶瓷層6的極化量P (^C/cm2)的關(guān)系的P—E滯后回線， 取得圖10的結(jié)果。從圖IO測(cè)定各P—E滯后回線的面積，確認(rèn)到本發(fā)明 的驅(qū)動(dòng)方法的P—E滯后回線的面積是以往的抽注方式的驅(qū)動(dòng)方法的P—E 滯后回線的面積的1.3倍以下，即1.2倍。 (結(jié)晶狀態(tài)的測(cè)定)
通過(guò)與上述同樣產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)電壓波形，用本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)方法和以往的 抽注方式的驅(qū)動(dòng)方法，將驅(qū)動(dòng)實(shí)施例1中制作的液體噴出裝置1連續(xù)驅(qū)動(dòng) 10xl0S周期后，從裝置取出壓電陶瓷層6，對(duì)除去單個(gè)電極IO，露出的活 性區(qū)域15和非活性區(qū)域16的表面照射直徑100pm的圓形X射線束，測(cè) 定布喇格角(bragg angle) 29=43 46°之間的X射線衍射頻譜。
然后，將根據(jù)X射線衍射頻譜中[200]面的衍射峰值的強(qiáng)度和
面 的衍射峰值的強(qiáng)度，用所述的數(shù)學(xué)式(l)，求出C軸取向度Ic，并且求出 該C軸取向度Ic變成了對(duì)于組裝壓電致動(dòng)器之前的壓電陶瓷層，與上述一 樣預(yù)先測(cè)定的C軸取向度Ic的初始值的幾倍。
結(jié)果，在用以往的抽注方式的驅(qū)動(dòng)方法驅(qū)動(dòng)時(shí)，活性區(qū)域15的C軸 取向度Ic成為初始值的1.5倍，非活性區(qū)域16的C軸取向度Ic成為初始 值的0.7倍，都相對(duì)于初始值大幅度變化，判定結(jié)晶狀態(tài)發(fā)生了變化。而 用本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)方法驅(qū)動(dòng)時(shí)，活性區(qū)域15的C軸取向度Ic成為初始值的
1.04倍，非活性區(qū)域16的C軸取向度Ic成為初始值的1.07倍，幾乎不變 化，能確認(rèn)維持了初始的結(jié)晶狀態(tài)。 (實(shí)施例2)
除了使得壓電陶瓷層6的厚度為15pm，加壓室2的平面形狀為長(zhǎng)度 2.2mmx寬度0.65mm以外，與實(shí)施例1同樣，制作具有單壓電片型的壓電 致動(dòng)器7的圖1的液體噴出裝置1。壓電陶瓷層6的矯頑電場(chǎng)Ec為 17kV/cm。
(噴出試驗(yàn))
對(duì)實(shí)施例2中制造的液體噴出裝置1的壓電致動(dòng)器7的一個(gè)壓電變形 區(qū)域8作用圖1所示的驅(qū)動(dòng)電壓波形(+ V^45V、 一Vl=—15V，驅(qū)動(dòng)頻 率lkHz)，通過(guò)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)方法驅(qū)動(dòng)所述壓電變形區(qū)域8，從對(duì)應(yīng)的噴 嘴3，在第一滴的速度9m/s的條件下，噴出墨滴，并且從所述驅(qū)動(dòng)電壓波 形的加載過(guò)了 120^is后，使閃光燈發(fā)光，拍攝離噴嘴3的頂端lmm的位 置的墨滴的像，只拍攝到2滴的通常尺寸的墨滴，所以確認(rèn)到?jīng)]有發(fā)生噪 聲振動(dòng)。此外，在與被驅(qū)動(dòng)的壓電變形區(qū)域8相鄰的壓電變形區(qū)域8所對(duì) 應(yīng)的噴嘴3中，進(jìn)行同樣的拍攝，未拍攝到墨滴，確認(rèn)到?jīng)]有發(fā)生串?dāng)_。
而對(duì)所述液體噴出裝置1的壓電致動(dòng)器7的一個(gè)壓電變形區(qū)域8中作 用圖11所示的驅(qū)動(dòng)電壓波形(VH=+30H，驅(qū)動(dòng)頻率lkHz)，通過(guò)以往的 抽注方式的驅(qū)動(dòng)方法驅(qū)動(dòng)所述的壓電變形區(qū)域8，從對(duì)應(yīng)的噴嘴3，在第 一滴的速度9m/s的條件下，噴出墨滴，并且從所述驅(qū)動(dòng)電壓波形的加載 過(guò)了 12(Vs后，使閃光燈發(fā)光，拍攝離噴嘴3的頂端lmm的位置的墨滴 的像，拍攝到2滴的通常尺寸的墨滴和3滴的微小的墨滴這合計(jì)5滴的墨 滴，所以確認(rèn)到發(fā)生了噪聲振動(dòng)。此外，在與被驅(qū)動(dòng)的壓電變形區(qū)域8相 鄰的壓電變形區(qū)域8所對(duì)應(yīng)的噴嘴3中，進(jìn)行同樣的拍攝，拍攝到微小的 墨滴，確認(rèn)到發(fā)生了串?dāng)_。
權(quán)利要求
1.一種液體噴出裝置的驅(qū)動(dòng)方法，具有(A)將具有被液體填充的加壓室，以及與所述加壓室連通并且用于將加壓室內(nèi)的液體作為液滴噴出的噴嘴的多個(gè)液滴噴出部，在面方向上排列而形成的基板；和(B)包含具有覆蓋所述基板的多個(gè)加壓室的尺寸的至少一層壓電陶瓷層，層疊在所述基板上的板狀的壓電致動(dòng)器；并且所述壓電致動(dòng)器與各加壓室對(duì)應(yīng)設(shè)置，通過(guò)分別被作用電壓，分別給被劃分為在厚度方向撓曲變形的多個(gè)壓電變形區(qū)域和包圍所述壓電變形區(qū)域的限制區(qū)域的液體噴出裝置的、所述壓電致動(dòng)器的任意的壓電變形區(qū)域，作用包含第一電壓以及與所述第一電壓等價(jià)并且相反極性的第二電壓的驅(qū)動(dòng)電壓波形，通過(guò)這樣，使所述壓電變形區(qū)域在厚度方向的一方向及相反方向上分別撓曲變形，使對(duì)應(yīng)的液滴噴出部的加壓室的容積變化，從而通過(guò)連通的噴嘴使液滴噴出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的液體噴出裝置的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于:壓電陶瓷層由PZT類(lèi)的壓電陶瓷材料形成，并且劃分為與壓電變形區(qū)域?qū)?yīng)的活性區(qū)域，以及與限制區(qū)域?qū)?yīng)的非活性區(qū)域，并且所述兩個(gè)區(qū)域都將根據(jù)X射線衍射頻譜中[200]面的衍射峰值的強(qiáng)度1(200)、
面的衍射峰值的強(qiáng)度I(002)，用數(shù)學(xué)式(1):Ic= I (002) / (I (002) + I (200)) ( 1 )所求出的陶瓷材料的C軸取向度IC，在驅(qū)動(dòng)后維持在驅(qū)動(dòng)前的初始狀 態(tài)的1 1.1倍的范圍內(nèi)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的液體噴出裝置的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于將表示對(duì)壓電致動(dòng)器的壓電變形區(qū)域作用所述驅(qū)動(dòng)電壓波形進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度E (kV/cm)，與壓電陶瓷層的極化量P (μC/cm2)之間的關(guān)系的P—E滯后回線的面積，設(shè)定為對(duì)所述壓電變形區(qū)域，作用具有所 述驅(qū)動(dòng)電壓波形的第一和第二電壓的電壓值的2倍的電壓值的使單一極性的電壓通斷的驅(qū)動(dòng)電壓波形進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)的、P — E滯后回線的面積的1.3倍 以下。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1 3中的任意一項(xiàng)所述的液體噴出裝置的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于將第一和第二電壓的電壓值，設(shè)定為使得壓電致動(dòng)器的壓電變形區(qū)域的電場(chǎng)強(qiáng)度E (kV/cm)變?yōu)閴弘娞沾蓪拥某C頑電場(chǎng)Ec的強(qiáng)度的0.8倍以下的電壓值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1~4中的任意一項(xiàng)所述的液體噴出裝置的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于在不噴出液滴的待機(jī)時(shí)，維持不對(duì)壓電變形區(qū)域作用電壓的狀態(tài)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1 5中的任意一項(xiàng)所述的液體噴出裝置的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于壓電致動(dòng)器具有(i) l層的壓電陶瓷層，其被劃分為通過(guò)在厚度方向作用電壓從而在 面方向伸縮的與壓電變形區(qū)域?qū)?yīng)的活性區(qū)域，以及與限制區(qū)域?qū)?yīng)的非 活性區(qū)域；和(ii) 振動(dòng)板，其層疊在所述壓電陶瓷層的單側(cè)，根據(jù)所述活性區(qū)域的面方向的伸縮，在厚度方向撓曲變形；對(duì)所述壓電陶瓷層的活性區(qū)域作用驅(qū)動(dòng)電壓波形，使其在面方向伸 縮，從而使所述壓電致動(dòng)器的壓電變形區(qū)域在厚度方向上振動(dòng)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1~5中的任意一項(xiàng)所述的液體噴出裝置的驅(qū)動(dòng)方法， 其特征在于壓電致動(dòng)器具有(I) 第一壓電陶瓷層，其被劃分為通過(guò)在厚度方向作用電壓從而在 面方向伸縮的與壓電變形區(qū)域?qū)?yīng)的活性區(qū)域，以及與限制區(qū)域?qū)?yīng)的非活性區(qū)域；和(II) 第二壓電陶瓷層，其層疊在所述第一壓電陶瓷層的單側(cè)，在厚 度方向上被作用電壓，從而在面方向伸縮；與對(duì)所述第一壓電陶瓷層的活性區(qū)域作用驅(qū)動(dòng)電壓波形使其在面方 向伸縮同步，讓所述第二壓電陶瓷層以與所述活性區(qū)域的伸縮相反的相位伸縮，從而使所述壓電致動(dòng)器的壓電變形區(qū)域在厚度方向振動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的液體噴出裝置的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于壓電致動(dòng)器具有劃分為通過(guò)作用電壓從而在厚度方向撓曲變形的與 壓電變形區(qū)域?qū)?yīng)的活性區(qū)域，以及與限制區(qū)域?qū)?yīng)的非活性區(qū)域的1層 的壓電陶瓷層，通過(guò)對(duì)所述壓電陶瓷層作用驅(qū)動(dòng)電壓波形，使所述壓電致 動(dòng)器的壓電變形區(qū)域在厚度方向振動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種驅(qū)動(dòng)方法，對(duì)設(shè)置了包含具有覆蓋多個(gè)加壓室(2)的尺寸的壓電陶瓷層(6)的壓電致動(dòng)器(7)的液體噴出裝置(1)的任意的壓電變形區(qū)域(8)，作用包含第一電壓(-V_L)以及與所述第一電壓相反極性并且等價(jià)的第二電壓(+V_L)的驅(qū)動(dòng)電壓波形，使其在厚度方向的一方向及相反方向上分別變形，使對(duì)應(yīng)的液滴噴出部(4)加壓室(2)的容積變化，通過(guò)連通的噴嘴(3)噴出液滴，從而能防止壓電陶瓷層(6)的非活性區(qū)域(16)漸漸蠕變變形，能夠長(zhǎng)期將墨滴的噴出性能維持在良好的水平。
文檔編號(hào)B41J2/045GK101208203SQ2006800228
公開(kāi)日2008年6月25日 申請(qǐng)日期2006年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月24日
發(fā)明者山本隆行, 巖下修三, 石倉(cāng)慎, 酒井久滿(mǎn) 申請(qǐng)人:京瓷株式會(huì)社