液体吐出ヘッドの駆動方法および記録装置
【課題】駆動を繰り返しても、液滴の吐出特性に変動が生じ難い液体吐出ヘッドの駆動方法および記録装置を提供する。
【解決手段】共通電極３４と複数の駆動電極３５との間に電圧を加えない待機状態で待機し、液体を吐出させる際に、駆動電極３５に加える駆動信号として、圧電体の当該駆動電極３５と共通電極３４とに挟まれている部分である駆動部５１を伸ばす電圧を加えて液体加圧室の体積を増加させた後、駆動部５１を縮める電圧を加えて液体加圧室の体積を減少させる第１の駆動信号を最初に送り、駆動部５１に電圧を加えない状態とした後、駆動部５１を縮める電圧を加えて液体加圧室の体積を減少させる第２の駆動信号を最後に送る。
【解決手段】共通電極３４と複数の駆動電極３５との間に電圧を加えない待機状態で待機し、液体を吐出させる際に、駆動電極３５に加える駆動信号として、圧電体の当該駆動電極３５と共通電極３４とに挟まれている部分である駆動部５１を伸ばす電圧を加えて液体加圧室の体積を増加させた後、駆動部５１を縮める電圧を加えて液体加圧室の体積を減少させる第１の駆動信号を最初に送り、駆動部５１に電圧を加えない状態とした後、駆動部５１を縮める電圧を加えて液体加圧室の体積を減少させる第２の駆動信号を最後に送る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴を吐出させる液体吐出ヘッドの駆動方法、および記録装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、インクジェットプリンタやインクジェットプロッタなどの、インクジェット記録方式を利用した印刷装置が、一般消費者向けのプリンタだけでなく、例えば電子回路の形成や液晶ディスプレイ用のカラーフィルタの製造、有機ＥＬディスプレイの製造といった工業用途にも広く利用されている。
【０００３】
このようなインクジェット方式の印刷装置には、液体を吐出させるための液体吐出ヘッドが印刷ヘッドとして搭載されている。この種の印刷ヘッドには、インクが充填されたインク流路内に加圧手段としてのヒータを備え、ヒータによりインクを加熱、沸騰させ、インク流路内に発生する気泡によってインクを加圧し、インク吐出孔より、液滴として吐出させるサーマルヘッド方式と、インクが充填されるインク流路の一部の壁を変位素子によって屈曲変位させ、機械的にインク流路内のインクを加圧し、インク吐出孔より液滴として吐出させる圧電方式が一般的に知られている。
【０００４】
また、このような液体吐出ヘッドには、記録媒体の搬送方向（副走査方向）と直交する方向（主走査方向）に液体吐出ヘッドを移動させつつ記録を行なうシリアル式、および記録媒体より主走査方向に長い液体吐出ヘッドを固定した状態で、副走査方向に搬送されてくる記録媒体に記録を行なうライン式がある。ライン式は、シリアル式のように液体吐出ヘッドを移動させる必要がないので、高速記録が可能であるという利点を有する。
【０００５】
シリアル式、ライン式のいずれの方式の液体吐出ヘッドであっても、液滴を高い密度で印刷するには、液体吐出ヘッドに形成されている、液滴を吐出する液体吐出孔の密度を高くする必要がある。
【０００６】
そこで液体吐出ヘッドを、マニホールドおよびマニホールドから複数の液体加圧室をそれぞれ介して繋がる液体吐出孔を有した流路部材と、前記液体加圧室をそれぞれ覆うように設けられた複数の変位素子を有するアクチュエータユニットとを積層して構成したものが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。この液体吐出ヘッドでは、複数の液体吐出孔にそれぞれ繋がった液体加圧室がマトリックス状に配置され、それを覆うように設けられたアクチュエータユニットの変位素子を圧電体の変形により変位させることで、各液体吐出孔からインクを吐出させ、主走査方向に６００ｄｐｉの解像度で印刷が可能とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−３０５８５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の液体吐出ヘッドにおいて液体の吐出を行なうために変位素子を駆動すると、変位素子の周囲の圧電体に応力が加わり、吐出を繰り返すと、変位素子の周囲の圧電体の形状が初期の形状とは異なった形状になってしまい、その結果、変位素子に初期の状態とは異なる圧力が加わって、変位が少なくなり、液滴の吐出速度が
低くなったり、吐出量が少なくなる駆動劣化が起きるという問題があった。
【０００９】
また、駆動劣化が生じにくい駆動方法として、バイポーラ駆動が考えられるが、バイポーラ駆動では、駆動を繰り返すうちに、圧電体の分極状態が変動することにより、変位のし方が変動し、液滴の吐出速度や吐出量が変動するという問題があった。
【００１０】
したがって、本発明の目的は、駆動を繰り返しても、液滴の吐出特性に変動が生じ難い液体吐出ヘッドの駆動方法および記録装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の液体吐出ヘッドの駆動方法は、複数の液体加圧室および該複数の液体加圧室にそれぞれ繋がった複数の液体吐出孔を有する流路部材上に、前記複数の液体加圧室を覆うように圧電アクチュエータを積層してなり、該圧電アクチュエータは、前記流路部材側から振動板、共通電極、圧電体および複数の駆動電極が順に積層されており、前記流路部材と前記圧電アクチュエータとの積層方向から見たとき、前記複数の駆動電極がそれぞれ前記複数の液体加圧室と重なるように配置されている液体吐出ヘッドの駆動方法であって、前記共通電極と前記複数の駆動電極との間に電圧を加えない待機状態で待機し、液体を吐出させる際に、液体を吐出させる前記液体吐出孔に繋がっている前記液体加圧室上の前記駆動電極に加える駆動信号として、前記圧電体の当該駆動電極と前記共通電極とに挟まれている部分である駆動部を前記圧電アクチュエータの積層方向と直交する方向に伸ばす電圧を加えて前記液体加圧室の体積を前記待機状態より増加させた後、前記駆動部を前記圧電アクチュエータの積層方向と直交する方向に縮める電圧を加えて前記液体加圧室の体積を前記待機状態より減少させる第１の駆動信号を最初に送り、前記駆動部に電圧を加えない状態とした後、前記駆動部を前記圧電アクチュエータの積層方向と直交する方向に縮める電圧を加えて前記液体加圧室の体積を前記待機状態より減少させる第２の駆動信号を最後に送ることを特徴とする。
【００１２】
前記第１の駆動信号として液体が吐出される信号を送り、前記第２の駆動信号として液体が吐出されない信号を送ることが好ましい。
【００１３】
前記第２の駆動信号の、前記駆動部を前記圧電アクチュエータの積層方向と直交する方向に縮める電圧を、前記液体加圧室から前記液体吐出孔までの液体に、前記液体吐出孔から前記液体加圧室に向かう圧力波が生じている間に加え始めることが好ましい。
【００１４】
前記第１の駆動信号を送ってから前記第２の駆動信号を送るまでの間に、前記駆動部に電圧を加えない状態とするか、前記駆動部を前記圧電アクチュエータの積層方向と直交する方向に伸ばす電圧を加えて前記液体加圧室の体積を前記待機状態より増加させた後、前記駆動部を前記圧電アクチュエータの積層方向と直交する方向に縮める電圧を加えて前記液体加圧室の体積を前記待機状態より減少させる第３の駆動信号を１回以上加えることが好ましい。
【００１５】
前記第３の駆動信号が前記駆動部に加える電圧差が、前記第１の駆動信号が前記駆動部に加える電圧差とほぼ同じであることが好ましい。
【００１６】
また、本発明の記録装置は、複数の液体加圧室および該複数の液体加圧室にそれぞれ繋がった複数の液体吐出孔を有する流路部材上に、前記複数の液体加圧室を覆うように圧電アクチュエータを積層してなり、該圧電アクチュエータは、前記流路部材側から振動板、共通電極、圧電体および複数の駆動電極が順に積層されており、前記流路部材と前記圧電アクチュエータとの積層方向から見たとき、前記複数の駆動電極がそれぞれ前記複数の液体加圧室と重なるように配置されている液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッ
ドに対して搬送する搬送部と、前記液体吐出ヘッドおよび搬送部を制御する制御部とを備える記録装置であって、前記制御部は、前記共通電極と前記複数の駆動電極との間に電圧を加えない待機状態で待機し、液体を吐出させる際に、液体を吐出させる前記液体吐出孔に繋がっている前記液体加圧室上の前記駆動電極に加える駆動信号として、前記圧電体の当該駆動電極と前記共通電極とに挟まれている部分である駆動部を前記圧電アクチュエータの積層方向と直交する方向に伸ばす電圧を加えて前記液体加圧室の体積を前記待機状態より増加させた後、前記駆動部を前記圧電アクチュエータの積層方向と直交する方向に縮める電圧を加えて前記液体加圧室の体積を前記待機状態より減少させる第１の駆動信号を最初に送り、前記駆動部に電圧を加えない状態とした後、前記駆動部を前記圧電アクチュエータの積層方向と直交する方向に縮める電圧を加えて前記液体加圧室の体積前記待機状態より減少させる第２の駆動信号を最後に送ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の液体吐出ヘッドの駆動方法によれば、駆動部に電圧が加わる際に、前記複数の駆動電極の周囲で積層方向と直交する方向に伸縮するように変形する圧電体（以下で非駆動部と言うことがある）に対して、待機時に駆動電圧による引張応力および圧縮応力が加わらない状態となっているので、非駆動部が応力によって変形した状態になることにより生じる吐出特性の変動が少なくなるとともに、駆動部に加わる電圧が、圧電体に加わる電圧が分極方向と同じ方がおおくなるので分極状態が変化することにより生じる吐出特性の変動が少なくなる。
【００１８】
また、本発明の液体吐出装置によれば、待機時に駆動電圧による引張応力および圧縮応力が加わらない状態となっているので、非駆動部が応力によって変形した状態になることにより生じる吐出特性の変動が少なくなるとともに、駆動部に加わる電圧が、圧電体に加わる電圧が分極方向と同じ方がおおくなるので分極状態が変化することにより生じる吐出特性の変動が少なくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る記録装置であるプリンタの概略構成図である。
【図２】図１の液体吐出ヘッドを構成するヘッド本体を示す平面図である。
【図３】図２の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図である。
【図４】図２の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図であり、説明のため一部の流路を省略した図である。
【図５】図３のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図である。
【図６】（ａ）は本発明の範囲外の駆動方法の一例であり、（ｂ）は（ａ）の駆動信号を加えた際の変位素子の変位を示す図である。
【図７】（ａ）〜（ｅ）は変位素子の動作を示す部分断面図である。
【図８】（ａ）は液体を吐出する駆動信号の一例を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の駆動信号を加えた際の変位素子の変位を示す図であり、（ｃ）は液体を吐出する駆動信号の一例を示す図であり、（ｄ）は（ｃ）の駆動信号を加えた際の変位素子の変位を示す図である。
【図９】（ａ）は液体を吐出する駆動信号の一例を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の駆動信号を加えた際の変位素子の変位を示す図であり、（ｃ）は液体を吐出する駆動信号の一例を示す図であり、（ｄ）は（ｃ）の駆動信号を加えた際の変位素子の変位を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態である記録装置であるカラーインクジェットプリンタの概略構成図である。このカラーインクジェットプリンタ１（以下、プリンタ１とする）は、４つの液体吐出ヘッド２を有している。これらの液体吐出ヘッド２は、印刷用紙Ｐの搬送
方向に沿って並べられ、プリンタ１に固定されている。液体吐出ヘッド２は、図１の手前から奥へ向かう方向に細長い形状を有している。
【００２１】
プリンタ１には、印刷用紙Ｐの搬送経路に沿って、給紙ユニット１１４、搬送ユニット１２０および紙受け部１１６が順に設けられている。また、プリンタ１には、液体吐出ヘッド２や給紙ユニット１１４などのプリンタ１の各部における動作を制御するための制御部１００が設けられている。
【００２２】
給紙ユニット１１４は、複数枚の印刷用紙Ｐを収容することができる用紙収容ケース１１５と、給紙ローラ１４５とを有している。給紙ローラ１４５は、用紙収容ケース１１５に積層して収容された印刷用紙Ｐのうち、最も上にある印刷用紙Ｐを１枚ずつ送り出すことができる。
【００２３】
給紙ユニット１１４と搬送ユニット１２０との間には、印刷用紙Ｐの搬送経路に沿って、二対の送りローラ１１８ａおよび１１８ｂ、ならびに、１１９ａおよび１１９ｂが配置されている。給紙ユニット１１４から送り出された印刷用紙Ｐは、これらの送りローラによってガイドされて、さらに搬送ユニット１２０へと送り出される。
【００２４】
搬送ユニット１２０は、エンドレスの搬送ベルト１１１と２つのベルトローラ１０６および１０７を有している。搬送ベルト１１１は、ベルトローラ１０６および１０７に巻き掛けられている。搬送ベルト１１１は、２つのベルトローラに巻き掛けられたとき所定の張力で張られるような長さに調整されている。これによって、搬送ベルト１１１は、２つのベルトローラの共通接線をそれぞれ含む互いに平行な２つの平面に沿って、弛むことなく張られている。これら２つの平面のうち、液体吐出ヘッド２に近い方の平面が、印刷用紙Ｐを搬送する搬送面１２７である。
【００２５】
ベルトローラ１０６には、図１に示されるように、搬送モータ１７４が接続されている。搬送モータ１７４は、ベルトローラ１０６を矢印Ａの方向に回転させることができる。また、ベルトローラ１０７は、搬送ベルト１１１に連動して回転することができる。したがって、搬送モータ１７４を駆動してベルトローラ１０６を回転させることにより、搬送ベルト１１１は、矢印Ａの方向に沿って移動する。
【００２６】
ベルトローラ１０７の近傍には、ニップローラ１３８とニップ受けローラ１３９とが、搬送ベルト１１１を挟むように配置されている。ニップローラ１３８は、図示しないバネによって下方に付勢されている。ニップローラ１３８の下方のニップ受けローラ１３９は、下方に付勢されたニップローラ１３８を、搬送ベルト１１１を介して受け止めている。２つのニップローラは回転可能に設置されており、搬送ベルト１１１に連動して回転する。
【００２７】
給紙ユニット１１４から搬送ユニット１２０へと送り出された印刷用紙Ｐは、ニップローラ１３８と搬送ベルト１１１との間に挟み込まれる。これによって、印刷用紙Ｐは、搬送ベルト１１１の搬送面１２７に押し付けられ、搬送面１２７上に固着する。そして、印刷用紙Ｐは、搬送ベルト１１１の回転に従って、液体吐出ヘッド２が設置されている方向へと搬送される。なお、搬送ベルト１１１の外周面１１３に粘着性のシリコンゴムによる処理を施してもよい。これにより、印刷用紙Ｐを搬送面１２７に確実に固着させることができる。
【００２８】
４つの液体吐出ヘッド２は、搬送ベルト１１１による搬送方向に沿って互いに近接して配置されている。各液体吐出ヘッド２は、下端にヘッド本体１３を有している。ヘッド本体１３の下面には、液体を吐出する多数の液体吐出孔８が設けられている（図３参照）。
【００２９】
１つの液体吐出ヘッド２に設けられた液体吐出孔８からは、同じ色の液滴（インク）が吐出されるようになっている。各液体吐出ヘッド２の液体吐出孔８は一方方向（印刷用紙Ｐと平行で印刷用紙Ｐ搬送方向に直交する方向であり、液体吐出ヘッド２の長手方向）に等間隔で配置されているため、一方方向に隙間なく印刷することができる。各液体吐出ヘッド２から吐出される液体の色は、それぞれ、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｋ）である。各液体吐出ヘッド２は、ヘッド本体１３の下面と搬送ベルト１１１の搬送面１２７との間にわずかな隙間をおいて配置されている。
【００３０】
搬送ベルト１１１によって搬送された印刷用紙Ｐは、液体吐出ヘッド２と搬送ベルト１１１との間の隙間を通過する。その際に、液体吐出ヘッド２を構成するヘッド本体１３から印刷用紙Ｐの上面に向けて液滴が吐出される。これによって、印刷用紙Ｐの上面には、制御部１００によって記憶された画像データに基づくカラー画像が形成される。
【００３１】
搬送ユニット１２０と紙受け部１１６との間には、剥離プレート１４０と二対の送りローラ１２１ａおよび１２１ｂならびに１２２ａおよび１２２ｂとが配置されている。カラー画像が印刷された印刷用紙Ｐは、搬送ベルト１１１によって剥離プレート１４０へと搬送される。このとき、印刷用紙Ｐは、剥離プレート１４０の右端によって、搬送面１２７から剥離される。そして、印刷用紙Ｐは、送りローラ１２１ａ〜１２２ｂによって、紙受け部１１６に送り出される。このように、印刷済みの印刷用紙Ｐが順次紙受け部１１６に送られ、紙受け部１１６に重ねられる。
【００３２】
なお、印刷用紙Ｐの搬送方向について最も上流側にある液体吐出ヘッド２とニップローラ１３８との間には、紙面センサ１３３が設置されている。紙面センサ１３３は、発光素子および受光素子によって構成され、搬送経路上の印刷用紙Ｐの先端位置を検出することができる。紙面センサ１３３による検出結果は制御部１００に送られる。制御部１００は、紙面センサ１３３から送られた検出結果により、印刷用紙Ｐの搬送と画像の印刷とが同期するように、液体吐出ヘッド２や搬送モータ１７４等を制御することができる。
【００３３】
次に本発明の液体吐出ヘッドを構成するヘッド本体１３について説明する。図２は、図１に示されたヘッド本体１３を示す上面図である。図３は、図２の一点鎖線で囲まれた領域の拡大上面図であり、ヘッド本体１３の一部である。図４は、図３と同じ位置の拡大透視図で、液体吐出孔８の位置が分かりやすいように、一部の流路を省略して描いている。なお、図３および図４において、図面を分かり易くするために、圧電アクチュエータユニット２１の下方にあって破線で描くべき液体加圧室１０（液体加圧室群９）、しぼり１２および液体吐出孔８を実線で描いている。図５は図３のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図である。
【００３４】
ヘッド本体１３は、平板状の流路部材４と、流路部材４上に、アクチュエータユニットである圧電アクチュエータユニット２１とを有している。圧電アクチュエータユニット２１は台形形状を有しており、その台形の１対の平行対向辺が流路部材４の長手方向に平行になるように流路部材４の上面に配置されている。また、流路部材４の長手方向に平行な２本の仮想直線のそれぞれに沿って２つずつ、つまり合計４つの圧電アクチュエータユニット２１が、全体として千鳥状に流路部材４上に配列されている。流路部材４上で隣接し合う圧電アクチュエータユニット２１の斜辺同士は、流路部材４の短手方向について部分的にオーバーラップしている。このオーバーラップしている部分の圧電アクチェータユニット２１を駆動することにより印刷される領域では、２つの圧電アクチュエータユニット２１により吐出された液滴が混在して着弾することになる。
【００３５】
流路部材４の内部には液体流路の一部であるマニホールド５が形成されている。マニホ
ールド５は流路部材４の長手方向に沿って延び細長い形状を有しており、流路部材４の上面にはマニホールド５の開口５ｂが形成されている。開口５ｂは、流路部材４の長手方向に平行な２本の直線（仮想線）のそれぞれに沿って５個ずつ、合計１０個形成されている。開口５ｂは、４つの圧電アクチュエータユニット２１が配置された領域を避ける位置に形成されている。マニホールド５には開口５ｂを通じて図示されていない液体タンクから液体が供給されるようになっている。
【００３６】
流路部材４内に形成されたマニホールド５は、複数本に分岐している（分岐した部分のマニホールド５を副マニホールド５ａということがある）。開口５ｂに繋がるマニホールド５は、圧電アクチュエータユニット２１の斜辺に沿うように延在しており、流路部材４の長手方向と交差して配置されている。２つの圧電アクチュエータユニット２１に挟まれた領域では、１つのマニホールド５が、隣接する圧電アクチュエータユニット２１に共有されており、副マニホールド５ａがマニホールド５の両側から分岐している。これらの副マニホールド５ａは、流路部材４の内部の各圧電アクチュエータユニット２１に対向する領域に互いに隣接してヘッド本体１３の長手方向に延在している。
【００３７】
流路部材４は、複数の液体加圧室１０がマトリクス状（すなわち、２次元的かつ規則的）に形成されている４つの液体加圧室群９を有している。液体加圧室１０は、角部にアールが施されたほぼ菱形の平面形状を有する中空の領域である。液体加圧室１０は流路部材４の上面に開口するように形成されている。これらの液体加圧室１０は、流路部材４の上面における圧電アクチュエータユニット２１に対向する領域のほぼ全面にわたって配列されている。したがって、これらの液体加圧室１０によって形成された各液体加圧室群９は圧電アクチュエータユニット２１とほぼ同一の大きさおよび形状の領域を占有している。また、各液体加圧室１０の開口は、流路部材４の上面に圧電アクチュエータユニット２１が接着されることで閉塞されている。
【００３８】
本実施形態では、図３に示されているように、マニホールド５は、流路部材４の短手方向に互いに平行に並んだ４列のＥ１〜Ｅ４の副マニホールド５ａに分岐し、各副マニホールド５ａに繋がった液体加圧室１０は、等間隔に流路部材４の長手方向に並ぶ液体加圧室１０の列を構成し、その列は、短手方向に互いに平行に４列配列されている。副マニホールド５ａに繋がった液体加圧室１０の並ぶ列は副マニホールド５ａの両側に２列ずつ配列されている。
【００３９】
全体では、マニホールド５から繋がる液体加圧室１０は、等間隔に流路部材４の長手方向に並ぶ液体加圧室１０の列を構成し、その列は、短手方向に互いに平行に１６列配列されている。各液体加圧室列に含まれる液体加圧室１０の数は、アクチュエータである変位素子５０の外形形状に対応して、その長辺側から短辺側に向かって次第に少なくなるように配置されている。液体吐出孔８もこれと同様に配置されている。これによって、全体として長手方向に６００ｄｐｉの解像度で画像形成が可能となっている。
【００４０】
つまり、流路部材４の長手方向に平行な仮想直線に対して直交するように液体吐出孔８を投影すると、図３に示した仮想直線のＲの範囲に、各副マニホールド５ａ繋がっている４つの液体吐出孔８、つまり全部で１６個の液体吐出孔８が６００ｄｐｉの等間隔になっている。また、各副マニホールド５ａには平均すれば１５０ｄｐｉに相当する間隔で個別流路３２が接続されている。これは、６００ｄｐｉ分の液体吐出孔８を４つ列の副マニホールド５ａに分けて繋ぐ設計をする際に、各副マニホールド５ａに繋がる個別流路３２が等しい間隔で繋がるとは限らないため、マニホールド５ａの延在方向、すなわち主走査方向に平均１７０μｍ（１５０ｄｐｉならば２５．４ｍｍ／１５０＝１６９μｍ間隔である）以下の間隔で個別流路３２が形成されているということである。
【００４１】
圧電アクチュエータユニット２１の上面における各液体加圧室１０に対向する位置には後述する駆動電極３５がそれぞれ形成されている。駆動電極３５は液体加圧室１０より一回り小さく、液体加圧室１０とほぼ相似な形状を有しており、圧電アクチュエータユニット２１の上面における液体加圧室１０と対向する領域内に収まるように配置されている。
【００４２】
流路部材４の下面の液体吐出面には多数の液体吐出孔８が形成されている。これらの液体吐出孔８は、流路部材４の下面側に配置された副マニホールド５ａと対向する領域を避けた位置に配置されている。また、これらの液体吐出孔８は、流路部材４の下面側における圧電アクチュエータユニット２１と対向する領域内に配置されている。これらの液体吐出孔群７は圧電アクチュエータユニット２１とほぼ同一の大きさおよび形状の領域を占有しており、対応する圧電アクチュエータユニット２１の変位素子５０を変位させることにより液体吐出孔８から液滴が吐出できる。液体吐出孔８の配置については後で詳述する。そして、それぞれの領域内の液体吐出孔８は、流路部材４の長手方向に平行な複数の直線に沿って等間隔に配列されている。
【００４３】
ヘッド本体１３に含まれる流路部材４は、複数のプレートが積層された積層構造を有している。これらのプレートは、流路部材４の上面から順に、キャビティプレート２２、ベースプレート２３、アパーチャ（しぼり）プレート２４、サプライプレート２５、２６、マニホールドプレート２７、２８、２９、カバープレート３０およびノズルプレート３１である。これらのプレートには多数の孔が形成されている。各プレートは、これらの孔が互いに連通して個別流路３２および副マニホールド５ａを構成するように、位置合わせして積層されている。ヘッド本体１３は、図５に示されているように、液体加圧室１０は流路部材４の上面に、副マニホールド５ａは内部の下面側に、液体吐出孔８は下面にと、個別流路３２を構成する各部分が異なる位置に互いに近接して配設され、液体加圧室１０を介して副マニホールド５ａと液体吐出孔８とが繋がる構成を有している。
【００４４】
各プレートに形成された孔について説明する。これらの孔には、次のようなものがある。第１に、キャビティプレート２２に形成された液体加圧室１０である。第２に、液体加圧室１０の一端から副マニホールド５ａへと繋がる流路を構成する連通孔である。この連通孔は、ベースプレート２３（詳細には液体加圧室１０の入り口）からサプライプレート２５（詳細には副マニホールド５ａの出口）までの各プレートに形成されている。なお、この連通孔には、アパーチャプレート２４に形成されたしぼり１２と、サプライプレート２５、２６に形成された個別供給流路６とが含まれている。
【００４５】
第３に、液体加圧室１０の他端から液体吐出孔８へと連通する流路を構成する連通孔であり、この連通孔は、以下の記載においてディセンダ（部分流路）と呼称される。ディセンダは、ベースプレート２３（詳細には液体加圧室１０の出口）からノズルプレート３１（詳細には液体吐出孔８）までの各プレートに形成されている。第４に、副マニホールド５ａを構成する連通孔である。この連通孔は、マニホールドプレート２７〜２９に形成されている。
【００４６】
このような連通孔が相互に繋がり、副マニホールド５ａからの液体の流入口（副マニホールド５ａの出口）から液体吐出孔８に至る個別流路３２を構成している。副マニホールド５ａに供給された液体は、以下の経路で液体吐出孔８から吐出される。まず、副マニホールド５ａから上方向に向かって、個別供給流路６を通り、しぼり１２の一端部に至る。次に、しぼり１２の延在方向に沿って水平に進み、しぼり１２の他端部に至る。そこから上方に向かって、液体加圧室１０の一端部に至る。さらに、液体加圧室１０の延在方向に沿って水平に進み、液体加圧室１０の他端部に至る。そこから少しずつ水平方向に移動しながら、主に下方に向かい、下面に開口した液体吐出孔８へと進む。
【００４７】
圧電アクチュエータユニット２１は、図５に示されるように、２枚の圧電セラミック層２１ａ、２１ｂからなる積層構造を有している。これらの圧電セラミック層２１ａ、２１ｂはそれぞれ２０μｍ程度の厚さを有している。圧電アクチュエータユニット２１全体の厚さは４０μｍ程度である。圧電セラミック層２１ａ、２１ｂのいずれの層も複数の液体加圧室１０を跨ぐように延在している（図３参照）。これらの圧電セラミック層２１ａ、２１ｂは、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料からなる。
【００４８】
圧電アクチュエータユニット２１は、Ａｇ−Ｐｄ系などの金属材料からなる共通電極３４、Ａｕ系などの金属材料からなる駆動電極３５を有している。駆動電極３５は上述のように圧電アクチュエータユニット２１の上面における液体加圧室１０と対向する位置に配置されている。駆動電極３５の一端は、液体加圧室１０と対向する領域外に引き出されて接続電極３６が形成されている。接続電極３６は例えばガラスフリットを含む金からなり、厚さが１５μｍ程度で凸状に形成されている。また、接続電極３６は、図示されていないＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）に設けられた電極と電気的に接合されている。詳細は後述するが、駆動電極３５には、制御部１００からＦＰＣを通じて駆動信号（駆動電圧）が供給される。駆動信号は、印刷媒体Ｐの搬送速度と同期して一定の周期で供給される。
【００４９】
共通電極３４は、圧電セラミック層２１ａと圧電セラミック層２１ｂとの間の領域に面方向のほぼ全面にわたって形成されている。すなわち、共通電極３４は、圧電アクチュエータユニット２１に対向する領域内の全ての液体加圧室１０を覆うように延在している。共通電極３４の厚さは２μｍ程度である。共通電極３４は図示しない領域において接地され、グランド電位に保持されている。本実施形態では、圧電セラミック層２１ｂ上において、駆動電極３５からなる電極群を避ける位置に駆動電極３５とは異なる表面電極（不図示）が形成されている。表面電極は、圧電セラミック層２１ｂの内部に形成されたスルーホールを介して共通電極３４と電気的に接続されているとともに、多数の駆動電極３５と同様に、ＦＰＣ上の別の電極と接続されている。
【００５０】
図５に示されるように、共通電極３４と駆動電極３５とは、最上層の圧電セラミック層２１ｂのみを挟むように配置されている。圧電セラミック層２１ｂにおける駆動電極３５と共通電極３４とに挟まれた領域は活性部と呼称され、その部分の圧電セラミックスには厚み方向に分極が施されている。本実施形態の圧電アクチュエータユニット２１においては、最上層の圧電セラミック層２１ｂのみが活性部を含んでおり、圧電セラミック２１ａは活性部を含んでおらず、振動板として働く。この圧電アクチュエータユニット２１はいわゆるユニモルフタイプの構成を有している。
【００５１】
なお、後述のように、駆動電極３５に選択的に所定の駆動信号が供給されることにより、この駆動電極３５に対応する液体加圧室１０内の液体に圧力が加えられる。これによって、個別流路３２を通じて、対応する液体吐出口８から液滴が吐出される。すなわち、圧電アクチュエータユニット２１における各液体加圧室１０に対向する部分は、各液体加圧室１０および液体吐出口８に対応する個別の変位素子５０に相当する。つまり、２枚の圧電セラミック層からなる積層体中には、図５に示されているような構造を単位構造とする変位素子５０が液体加圧室１０毎に、液体加圧室１０の直上に位置する振動板２１ａ、共通電極３４、圧電セラミック層２１ｂ、駆動電極３５により作り込まれており、圧電アクチュエータユニット２１には変位素子５０が複数含まれている。なお、本実施形態において１回の吐出動作によって液体吐出口８から吐出される液体の量は５〜７ｐＬ（ピコリットル）程度である。
【００５２】
多数の駆動電極３５は、個別に電位を制御することができるように、それぞれがＦＰＣ
上のコンタクトおよび配線を介して、個別にアクチュエータ制御手段に電気的に接続されている。
【００５３】
本実施形態における圧電アクチュエータユニット２１の液体吐出時の駆動方法の一例を、駆動電極３５に供給される駆動電圧（駆動信号）に関して説明する。駆動電極３５を共通電極３４と異なる電位にして圧電セラミック層２１ｂに対してその分極方向に電界を印加したとき、この電界が印加された部分が、圧電効果により歪む活性部として働く。この時圧電セラミック層２１ｂは、その厚み方向すなわち積層方向に伸長または収縮し、圧電横効果により積層方向と垂直な方向すなわち面方向には収縮または伸長しようとする。一方、残りの圧電セラミック層２１ａは、駆動電極３５と共通電極３４とに挟まれた領域を持たない非活性層であるので、自発的に変形しない。つまり、圧電アクチュエータユニット２１は、上側（つまり、液体加圧室１０とは離れた側）の圧電セラミック層２１ｂを、活性部を含む層とし、かつ下側（つまり、液体加圧室１０に近い側）の圧電セラミック層２１ａを非活性層とした、いわゆるユニモルフタイプの構成となっている。
【００５４】
この構成において、電界と分極とが同方向となるように、アクチュエータ制御部により駆動電極３５を共通電極３４に対して正または負の所定電位とすると、圧電セラミック層２１ｂの電極に挟まれた部分（活性部）が、面方向に収縮する。一方、非活性層の圧電セラミック層２１ａは電界の影響を受けないため、自発的には縮むことがなく活性部の変形を規制しようとする。この結果、圧電セラミック層２１ｂと圧電セラミック層２１ａとの間で分極方向への歪みに差が生じて、圧電セラミック層２１ｂは液体加圧室１０側へ凸となるように変形（ユニモルフ変形）する。
【００５５】
まず、従来の駆動方法として、引き打ちの駆動とそれにより生じる駆動劣化について、図６（ａ）、（ｂ）および図７を用いて説明する。図６（ａ）は図５に示した変位素子５０付近の部分断面図である。ただし、接続電極３６につながる駆動電極３４の引出し部分のない断面である。
【００５６】
圧電セラミック層２１ｂのうちの、共通電極３４と駆動電極３５とに挟まれた圧電体は、共通電極３４と駆動電極３５との間に電圧を加えた場合、その電圧によって直接的に変形する圧電体であり、以下でこの部分の圧電体を駆動部５１と呼ぶ。圧電セラミック層２１ａの駆動部５１以外の圧電体は、共通電極３４と駆動電極３５との間に電圧を加えても、直接的には変形しない圧電体で、以下で非駆動部５２と呼ぶ。
【００５７】
非駆動部５２の分極の状態は、特に分極処理をしていなければ分極されていない状態、すなわちドメインの方向はランダムになっている。また、非駆動部５２が駆動部５１を分極処理する際に、駆動部５１と同じ方向に分極されていれば、ドメインのＣ軸が厚み方向にそろうように分極されていることになる。
【００５８】
図６（ｂ）における変位は、図５あるいは図７において変位素子５０が上に変位する変位であり、液体加圧室１０の体積を大きくする変位である。分極方向は図７の上から下への方向（駆動電極３５から共通電極３４に向かう方向）であり、加える電圧は、生じる電界の方向が図７の上から下への方向であるものを正としている。なお、正の電圧を加えると変位素子５０が図７の下に向かって変位する。
【００５９】
まず、予め電圧Ｖ１Ｖ（以下で単位Ｖを省略することがある）の駆動電圧を与えた状態で待機をする。電圧Ｖ１により駆動部５１は圧電アクチュエータユニット２１の平面方向に縮み、積層されている圧電セラミック層２１ａよりも短くなるため変位素子５０の断面は図７（ｃ）のように下側に凸に変形する。つまり、変位ｄ１ｍ（以下で単位ｍを省略することがある）は負で、液体加圧室１０は、電圧が加わっていない状態よりも体積が小さ
くなる。次に、電圧Ｖ２の駆動電圧を与えると、変位はｄ２になり、液体加圧室１０の体積は大きくなって、図７（ｂ）の状態となる。これにより、流路内の液体には液体吐出孔８からしぼり１２に向かう方向の圧力波が生じる。次にこの圧力波がしぼり１２で反射して帰ってくるタイミングに合うように、電圧Ｖ３の駆動電圧が加えられる。これにより、変位はｄ３になり、液体加圧室１０は、体積が小さくなって図７（ｃ）の状態となる。この変形により生じた圧力波が前述の反射してきた圧力波と合わさって液体吐出孔８に向かい、液滴が吐出される。なお、図６（ａ）の駆動信号は単純にするため、Ｖ１＝Ｖ３、Ｖ２＝０であるものを示した。
【００６０】
また、吐出させる際などに液体加圧室１０を含む流路において、マニホールド５（正確には液体加圧室１０からマニホールド５に向かうまでの間で狭くなっているしぼり１２の端）から液体吐出孔８までの液体の固有振動周期の圧力波が生じる。この周期の１／２、別の言い方をすれば、圧力波が、マニホールド５から液体吐出孔８へ伝播する時間をＡＬ（Acoustic Length）という。一度生じた圧力波は、流路内の液体を２ＡＬの固有振動周
期で振動させながら減衰していく。上述の圧力波がしぼり１２で反射して帰ってくるタイミングに合うように電圧Ｖ３を加えるとは、電圧Ｖ２を加えてから電圧Ｖ３を加えるまでの時間が約ＡＬであること示している。以下においても、圧力波の状態に合わせて、電圧を加えるには、圧力波が２ＡＬの周期振動していることを利用して、タイミングを合わせればよい。なお、ＡＬは、流路の形状および液体の物性値から計算することもできるし、上述の引き打ちを行なった場合に、吐出される液滴の速度が最も速くなるのが、電圧Ｖ２を加えている時間がＡＬである場合であることなどを利用して、実験的に求めることもできる。上述のような液体吐出ヘッド２では、ＡＬは、各部の寸法によっても変わるが、５〜１０μ秒程度である。
【００６１】
図７（ｃ）の状態では変位素子５０が変位することにより、非駆動部５２には、積層方向に直交する方向で変位素子５０に向かう方向に引張り応力が加わっている。上述のような駆動信号を加え続けると、図７（ｂ）と図７（ｃ）の状態を繰り返すことになり、繰り返し加わる引張り応力により、非駆動部５２のドメインのＣ軸が駆動部５１の方向に向かう強弾性ドメインスイッチングが起き、非駆動部５２はしだいに引き伸ばされた状態に変形していく。
【００６２】
なお、強弾性ドメインスイッチング（省略してドメインスイッチングと言うことがある）とは、圧電体が外部からの応力印加によりその応力を緩和するようにドメインがスイッチングする現象である。ここで取り上げている強弾性ドメインスイッチングは、ドメインの形状変化をともなうドメインスイッチングである９０°ドメインスイッチングである。
【００６３】
図７（ｄ）は非駆動部５２が変形して引き伸ばされた状態の変位素子５０であり、電圧が加わっていない状態である。電圧が加わっていないにもかかわらず、非駆動部５２が変形して伸びているため、変位素子が下側に変形してしまっている。このような状態になると、電圧が加わらない状態にしても図７（ｂ）に示したような変位が０の状態にはならなくなり、駆動信号の電圧Ｖ１から電圧Ｖ２への変化時の変位の量（ｄ２−ｄ１）が小さくなる。その結果、同じ駆動信号を加えても、液滴の吐出速度が遅くなったり、液適量が少なくなったりする。これが駆動劣化である。
【００６４】
次に、従来の駆動方法として、バイポーラ駆動とそれにより生じる圧電体の分極の変動を、図６（ｃ）、（ｄ）、図７を用いて説明する。
【００６５】
まず、予め電圧を加えない状態で待機をする。このとき変位素子５０の変位はない。次に駆動部５１に負の電圧を加えると、駆動部５１は平面方向に伸び、断面は図７（ｅ）のように上側に凸に変形し、液体加圧室１０は、電圧が加わっていない状態よりも体積が大
きくなる。これにより、流路内の液体には液体吐出孔８からしぼり１２に向かう方向の圧力波が生じる。次にこの圧力波がしぼり１２で反射して帰ってくるタイミングに合うように、次に前述の負の電圧と絶対値が同じで正の電圧の駆動電圧を与えると、変位は負になり、液体加圧室１０の体積は小さくなって、図７（ｃ）の状態となる。この変形により生じた圧力波が前述の反射してきた圧力波と合わさって液体吐出孔８に向かい、液滴が吐出される。
【００６６】
バイポーラ駆動においても、非駆動部の５２には応力が加わるが、図７（ｃ）の状態の引張応力と、図７（ｅ）の圧縮応力が概ね相殺されるため、その影響は少ない。バイポーラ駆動では、分極方向と逆方向の電界を加えるため、その際に脱分極が起きるおそれがある。分極方向と逆方向の電界を加えたあと、分極方向と同じ方向の電界を加えるので、ある程度再分極はされるものの、駆動回数を非常に多くなってくると、駆動部５１の分極状態の、当初の状態からの変動が大きくなる。脱分極がすすんでしまうと、同じ電圧を加えても、変位量は少なくなるため、液滴の吐出速度が低くなったり、吐出量が少なくなるなどの吐出特性の変動が生じる。
【００６７】
以上のような引き打ち駆動およびバイポーラ駆動の駆動方法に対して、本発明の一実施例に係る駆動方法は、図８（ａ）（ｂ）に示す駆動信号を与えて、以上のような、駆動劣化および脱分極の影響が生じ難くする。
【００６８】
まず、予め電圧を加えない状態で待機をする。このとき変位素子５０の変位はない。ここで、まず第１の駆動信号を与え、次に第２の駆動信号を与える待機状態に戻る。以下では、第１の駆動信号により液滴を吐出し、第２の駆動信号で吐出しない例を示すが、第１の駆動信号では液滴を吐出せず、第２の駆動信号で吐出したり、第１の駆動信号と第２の駆動信号の両方で吐出してもよい。第１の駆動信号と第２の駆動信号の両方で吐出する場合、飛翔中に液滴がくっついたり、記録媒体上で広がって１つの画素になるように着弾するようにすれば、階調表現に使用することができる。
【００６９】
第１の駆動信号は次のようなものである。駆動部５１に負の電圧を加えると、駆動部５１は平面方向に伸び、断面は図７（ｅ）のように下側に凸に変形し、液体加圧室１０は、電圧が加わっていない状態よりも体積が大きくなる。これにより、流路内の液体には液体吐出孔８からしぼり１２に向かう方向の圧力波が生じる。次にこの圧力波がしぼり１２で反射して帰ってくるタイミングに合うように、次に前述の負の電圧と絶対値が同じで正の電圧の駆動電圧を与えると、変位は負になり、液体加圧室１０の体積は小さくなって、図７（ｃ）の状態となる。この変形により生じた圧力波が前述の反射してきた圧力波と合わさって液体吐出孔８に向かい、液滴が吐出される。
【００７０】
この過程において、非駆動部５２に加わる応力は、引張と圧縮の両方があり相殺される。また、詳細は後述するが、ここで電圧が加えられる時間は１０μ秒程度以下であるため、そもそも駆動劣化は生じ難い。
【００７１】
第２の駆動信号は次のようなものである。駆動部５１に電圧を加えない状態の後、流路内の液体に液体吐出孔８からしぼり１２に向かう圧力波が生じている間（具体的には、電圧を加え始めるのは、駆動部５１に電圧を加えない状態にした後から０〜ＡＬの間であり、ＡＬ／２で残留振動を相殺する効果が高くなる）で正の電圧を加えると、駆動部５１は平面方向に縮み、断面は図７（ｃ）のように上に凸に変形し、液体加圧室１０は、電圧が加わっていない状態よりも小さくなる。これにより、第１の駆動信号で生じた圧力波の残留振動が低減され、次の吐出動作を行なう際に流路内に残っている残留振動が大きいことによる、吐出時の液体の振動の状態が、液体が静止している場合と異なることによる吐出特性の変動を少なくすることができる。この後、電圧は、待機状態に戻すために電圧を加
えない状態にされる。
【００７２】
この際、液体加圧室１０の体積は大きくなるので、第２の駆動信号により生じる残留振動を小さくするために、第２の駆動信号の最初に加えた正の電圧変化から電圧０への電圧変化までの時間は、（２ｎ＋１）ＡＬ（ｎは０以上の整数）を外した時間にすればよい。また、この時間が長くなると、次の吐出信号までの時間が短くなり、結果的に残留振動が大きくなるので、この時間はＡＬ以下で、ＡＬからできるだけ小さくする。実際には、駆動部５１に電圧が加わるまでには電気的な遅延などのあるため、ＡＬ／１０〜ＡＬ／３、より好ましくは、ＡＬ／６〜ＡＬ／４とされる。また、第２の駆動信号は、第１の駆動信号により液体吐出孔８から吐出され、まだ液柱の状態で流路内の液体と繋がっている液体の後ろの部分を切り離す役割をさせることもできる。その意味でも上述の範囲に設定するのが好ましい。
【００７３】
また、駆動信号において、正の電圧を加えている時間の合計が、負の電圧を加えている時間の合計より多くすることで、駆動部５１の脱分極を、より起こり難くすることができる。
【００７４】
図８（ｃ）（ｄ）は、本発明の一実施例に係る示す駆動信号およびその駆動信号による変位である。第１の駆動信号と第２の駆動信号との間に第３の駆動信号が送られている。この例では、第３の駆動信号は、１つ送られているだけであるが、複数の第３の駆動信号を送ってもよい。第３の駆動信号の１つで液滴が吐出される。この液滴と第１の駆動信号あるいは第２の駆動信号で吐出された液滴が飛翔中にくっついたり、記録媒体上で広がって１つの画素になるように着弾するようにすれば、階調表現に使用することができる。
【００７５】
第３の駆動信号は、第１の駆動信号が送られた後、まず、駆動部５１に電圧を加えない状態とするか、駆動部５１に負の電圧を加えた状態とする。第１の駆動信号の最後は電圧が正の状態なので、前述の電圧を加えると、液体加圧室１０の体積は増加し、液体吐出孔８からしぼり１２に向かう圧力波が生じる。続いて、この圧力波がしぼり１２で反射するタイミングで駆動部５１に正の電圧を加えることで、液体加圧室１０の体積が減少し、液体吐出孔８から液滴が吐出される。
【００７６】
第３の駆動電圧を加えるタイミングは、第１の駆動電圧により生じている圧力波に重ね合わせるようにすることで、吐出速度を速くしたり、吐出量を多くできるので好ましい。
【００７７】
以上の駆動信号の説明において、圧力波に合わせるなどと説明は、周期２ＡＬで生じて入れる振動に合わせるということである。理論的には、駆動信号の電圧を加える時間はＡＬとするのがもっとよいということになるが、実際には、吐出速度や液適量を調整するため、あるいは、ＡＬにすると吐出した液滴が複数の液滴に分かれてしまうときなどに、それをさけるために、ＡＬからずらしてもよい。ずらす量は多くても±２５％以内、より好ましくは±２０％以内、特に１５％以内とする。
【００７８】
図９（ａ）（ｂ）は、本発明の一実施例に係る示す駆動信号およびその駆動信号による変位である。ここで、圧電セラミック層２１ｂに分域回転歪が生じる抗電界をＥｃＶ／ｍ（以下で単位Ｖ／ｍを省略することがある）である。図９（ａ）の駆動電圧では、第１の駆動信号は、最低電圧−０．８Ｅｃ、最高電圧０．８Ｅｃとしている。各電圧の保持時間はＡＬであり、第１の駆動信号により液滴が吐出される。最低電圧は、分極反転が大きくすすまないように、−０．８Ｅｃ以上とするのが好ましい。変位素子５０の変位を大きくするには最低電圧は−０．２Ｅｃ以下にするのが好ましい。より好ましい最低電圧は、−０．５Ｅｃ〜−０．８Ｅｃである。最高電圧は、電圧が加えられる時間が１０μ秒程度以下の短時間であれば、Ｅｃを超えてもかまわないが、１０μ秒を超えて電圧を加える場合
、駆動部５１の状態に変化を与えないようにするために、電圧はＥｃ以下にするのが好ましい。変位素子５０の変位を大きくするには最高電圧は０．５以上にするのが好ましい。
【００７９】
図９（ａ）の駆動電圧では、第３の駆動電圧は、最低電圧−０．８Ｅｃ、最高電圧０．８Ｅｃとしている。各電圧の保持時間はＡＬであり、第３の駆動信号により液滴が吐出される。第３の駆動信号の最低電圧および最高電圧の好適範囲は、第１の駆動信号と同じである。第１の駆動信号の電圧差と第３の駆動信号の電圧差とをほぼ同じにすることで、第１の駆動信号により吐出される液滴の速度や量が、第３の駆動信号により吐出される液滴の速度や量とほぼおなじにできる。実際には、残留振動の影響などで速度や量が変動する点、飛翔中に液滴をくっつけたり、記録媒体上で近い場所に着弾させるために後の液滴の速度を少し速くするほうがよい場合がある点などのために、電圧差を調整してもよく、電圧差は±２０％以内、特に±１０％以内がよい。
【００８０】
図９（ａ）の駆動信号では、第２の駆動電圧は、最低電圧０、最高電圧０．８Ｅｃとしている。最低電圧での保持時間はＡＬ／２、最高電圧での保持時間はＡＬ／５であり、第２の駆動信号は、キャンセル信号として働き、液滴は吐出されない。第２の駆動信号の最高電圧の好適範囲は、第１の駆動信号と同じである。
【００８１】
図９（ｃ）（ｄ）は、本発明の一実施例に係る示す駆動信号およびその駆動信号による変位である。図９（ｃ）の駆動電圧では、第１の駆動信号は、最低電圧−０．６Ｅｃ、最高電圧０．６Ｅｃとしている。各電圧の保持時間はＡＬであり、第１の駆動信号により液滴が吐出される。ここでも第１の駆動信号の最低電圧および最高電圧の好適範囲は、図９（ａ）の第１の駆動信号と同じである。
【００８２】
図９（ｃ）の駆動電圧では、第３の駆動電圧は、最低電圧０、最高電圧１．２Ｅｃとしている。各電圧の保持時間はＡＬであり、第３の駆動信号により液滴が吐出される。第３の駆動信号の最低電圧および最高電圧の好適範囲は、第１の駆動信号と同じである。第１の駆動信号の電圧差と第３の駆動信号の電圧差とをほぼ同じにすることで、第１の駆動信号により吐出される液滴の速度や量が、第３の駆動信号により吐出される液滴の速度や量とほぼおなじにできる。電圧差は±２０％以内、特に±１０％以内がよい。
【００８３】
図９（ａ）の駆動電圧では、第２の駆動電圧は、最低電圧０、最高電圧１．２Ｅｃとしている。第２の駆動信号の最低電圧の好適範囲は、第１の駆動信号と同じである。最高電圧は、電圧が加えられる時間が１０μ秒以下、より好ましくは７μ秒であれば、最高電圧はＥｃを超えてもよい。最高電圧は２Ｅｃまで加えてもかまわない。このようにすることで電位差を大きくでき、吐出速度を速くしたり、吐出量を多くできる。
【００８４】
図９（ａ）の駆動信号では、第２の駆動電圧は、最低電圧０、最高電圧１．２Ｅｃとしている。最低電圧での保持時間はＡＬ／２、最高電圧での保持時間はＡＬ／５であり、第２の駆動信号は、キャンセル信号として働き、液滴は吐出されない。第２の駆動信号の最高電圧の好適範囲は、第１の駆動信号と同じである。
【００８５】
以上説明してきたが、駆動劣化について補足する。駆動劣化が生じるのは、非駆動部５２が変形した状態である程度長い時間保持された場合で、保持時間が短いと応力は、変形というよりは、非駆動部５２に伝わる圧力波のようなものになる。そして、アクチュエータに用いられるチタン酸ジルコン酸鉛としては、結晶軸のｃ／ａ＝１．００９５程度の高変位圧電材料では１０μ秒程度の保持時間では、ドメインスイッチングはほとんど生じない。
【実施例】
【００８６】
まず、評価用の液体吐出ヘッドを作製した。評価用の液体吐出ヘッドの基本的な構造は図２〜５に示したものと同じであるが、液体加圧室１０がプレート３１まで開口しており、実際に液体を吐出することはできないが、プレート３１側からレーザードップラー変位計により、変位素子５０の変位が測定できるようにしたものである。
【００８７】
圧電セラミック層に用いる圧電材料をチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）とし、ＰＺＴを用いたスラリーを作成し、このスラリーから、成形方法としてロールコーター法を採用して、グリーンシートを作製した。
【００８８】
次いで、金型打ち抜きによって、１００μｍ径の貫通孔をグリーンシートに形成した。その後、Ａｇ−Ｐｄ合金を含む導体ペーストを用いたスクリーン印刷法により、各グリーンシートの表面に、共通電極となる電極パターンを形成した。
【００８９】
また、Ａｇ−Ｐｄ合金に対して、圧電体粉末をフィラー剤として３０体積％添加してビア導体ペーストを作製し、これをスクリーン印刷にて、グリーンシートに形成した貫通孔の内部に充填し、ビア電極を形成した。
【００９０】
次いで、このグリーンシートを２層積層して、内部に共通電極及びビア電極を備えた積層成形体を作製した。その後、この積層成形体を１０２０℃の温度で焼成して圧電焼結体を作製した。得られた圧電焼結体は１層あたり約２０μｍであった。
【００９１】
この圧電焼結体の表面に、変位素子を構成する部分の共通電極に相対するように主成分Ａｕを含む導体ペーストを用いたスクリーン印刷により、マトリックス状に駆動電極を形成し、しかる後に、８００℃の熱処理によって駆動電極を形成して圧電アクチュエータユニットを作製した。
【００９２】
流路部材の上に、圧電アクチュエータユニットを、開口部にそれぞれの変位素子が位置するように接着し、電圧を加えて駆動部を厚み方向に分極して、評価用の液体吐出ヘッド作製した。なお、この際、非駆動部は分極しておらず、非駆動部のドメインはランダムな方向になっている。さらに、液体吐出ヘッドの動作を制御するドライバーＩＣを含む制御部を接続し、記録装置に相当する試験装置を作製した。
【００９３】
なお、用いた圧電体の抗電界は１．３４×１０−６Ｖ／ｍであり、この電界が生じる共通電極と駆動電極との電位差は２６．８Ｖであった。
【００９４】
得られた試験装置を用いて、まず駆動劣化を生じさせ、その再生の試験を行なった。まず、駆動電圧を与えて、グラフテック社製のレーザードップラー変計を用いて、初期変位量Ａ（ｎｍ）を測定した。次に、２ｋＨｚに相当する駆動周期で駆動信号を１００億サイクル加えて、変位の変化を測定した。評価結果を表１に示す。
【００９５】
【表１】
【００９６】
駆動信号は、図７（ａ）の引き打ち駆動、図７（ｃ）のバイポーラ駆動、本発明の範囲内の図８（ａ）の駆動信号を評価した。引き打ち駆動では駆動劣化のため徐々に変位が少なくなっていった。バイポーラ駆動では、比較的早い段階で、駆動部５１が逆バイアスにより分極の状態が変化したことにより、変位量が低下したが、駆動劣化は生じないので、その劣化した変位で比較的安定した変位となった。図８（ａ）の駆動信号では、駆動劣化も、分極状態の変化による変位劣化もほとんど生じず、安定して変位を続けた。
【符号の説明】
【００９７】
１・・・プリンタ
２・・・液体吐出ヘッド
４・・・流路部材
５・・・マニホールド
５ａ・・・副マニホールド
５ｂ・・・開口
６・・・個別供給流路
８・・・液体吐出孔
９・・・液体加圧室群
１０・・・液体加圧室
１１ａ、ｂ、ｃ、ｄ・・・液体加圧室列
１２・・・しぼり
１５ａ、ｂ、ｃ、ｄ・・・液体吐出孔列
２１・・・圧電アクチュエータユニット
２１ａ・・・圧電セラミック層（振動板）
２１ｂ・・・圧電セラミック層
２２〜３１・・・プレート
３２・・・個別流路
３４・・・共通電極
３５・・・駆動電極
３６・・・接続電極
５０・・・変位素子
５１・・・駆動部
５２・・・非駆動部
Ｐ・・・分極方向
Ｅ・・・電界の正の方向
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴を吐出させる液体吐出ヘッドの駆動方法、および記録装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、インクジェットプリンタやインクジェットプロッタなどの、インクジェット記録方式を利用した印刷装置が、一般消費者向けのプリンタだけでなく、例えば電子回路の形成や液晶ディスプレイ用のカラーフィルタの製造、有機ＥＬディスプレイの製造といった工業用途にも広く利用されている。
【０００３】
このようなインクジェット方式の印刷装置には、液体を吐出させるための液体吐出ヘッドが印刷ヘッドとして搭載されている。この種の印刷ヘッドには、インクが充填されたインク流路内に加圧手段としてのヒータを備え、ヒータによりインクを加熱、沸騰させ、インク流路内に発生する気泡によってインクを加圧し、インク吐出孔より、液滴として吐出させるサーマルヘッド方式と、インクが充填されるインク流路の一部の壁を変位素子によって屈曲変位させ、機械的にインク流路内のインクを加圧し、インク吐出孔より液滴として吐出させる圧電方式が一般的に知られている。
【０００４】
また、このような液体吐出ヘッドには、記録媒体の搬送方向（副走査方向）と直交する方向（主走査方向）に液体吐出ヘッドを移動させつつ記録を行なうシリアル式、および記録媒体より主走査方向に長い液体吐出ヘッドを固定した状態で、副走査方向に搬送されてくる記録媒体に記録を行なうライン式がある。ライン式は、シリアル式のように液体吐出ヘッドを移動させる必要がないので、高速記録が可能であるという利点を有する。
【０００５】
シリアル式、ライン式のいずれの方式の液体吐出ヘッドであっても、液滴を高い密度で印刷するには、液体吐出ヘッドに形成されている、液滴を吐出する液体吐出孔の密度を高くする必要がある。
【０００６】
そこで液体吐出ヘッドを、マニホールドおよびマニホールドから複数の液体加圧室をそれぞれ介して繋がる液体吐出孔を有した流路部材と、前記液体加圧室をそれぞれ覆うように設けられた複数の変位素子を有するアクチュエータユニットとを積層して構成したものが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。この液体吐出ヘッドでは、複数の液体吐出孔にそれぞれ繋がった液体加圧室がマトリックス状に配置され、それを覆うように設けられたアクチュエータユニットの変位素子を圧電体の変形により変位させることで、各液体吐出孔からインクを吐出させ、主走査方向に６００ｄｐｉの解像度で印刷が可能とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−３０５８５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の液体吐出ヘッドにおいて液体の吐出を行なうために変位素子を駆動すると、変位素子の周囲の圧電体に応力が加わり、吐出を繰り返すと、変位素子の周囲の圧電体の形状が初期の形状とは異なった形状になってしまい、その結果、変位素子に初期の状態とは異なる圧力が加わって、変位が少なくなり、液滴の吐出速度が
低くなったり、吐出量が少なくなる駆動劣化が起きるという問題があった。
【０００９】
また、駆動劣化が生じにくい駆動方法として、バイポーラ駆動が考えられるが、バイポーラ駆動では、駆動を繰り返すうちに、圧電体の分極状態が変動することにより、変位のし方が変動し、液滴の吐出速度や吐出量が変動するという問題があった。
【００１０】
したがって、本発明の目的は、駆動を繰り返しても、液滴の吐出特性に変動が生じ難い液体吐出ヘッドの駆動方法および記録装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の液体吐出ヘッドの駆動方法は、複数の液体加圧室および該複数の液体加圧室にそれぞれ繋がった複数の液体吐出孔を有する流路部材上に、前記複数の液体加圧室を覆うように圧電アクチュエータを積層してなり、該圧電アクチュエータは、前記流路部材側から振動板、共通電極、圧電体および複数の駆動電極が順に積層されており、前記流路部材と前記圧電アクチュエータとの積層方向から見たとき、前記複数の駆動電極がそれぞれ前記複数の液体加圧室と重なるように配置されている液体吐出ヘッドの駆動方法であって、前記共通電極と前記複数の駆動電極との間に電圧を加えない待機状態で待機し、液体を吐出させる際に、液体を吐出させる前記液体吐出孔に繋がっている前記液体加圧室上の前記駆動電極に加える駆動信号として、前記圧電体の当該駆動電極と前記共通電極とに挟まれている部分である駆動部を前記圧電アクチュエータの積層方向と直交する方向に伸ばす電圧を加えて前記液体加圧室の体積を前記待機状態より増加させた後、前記駆動部を前記圧電アクチュエータの積層方向と直交する方向に縮める電圧を加えて前記液体加圧室の体積を前記待機状態より減少させる第１の駆動信号を最初に送り、前記駆動部に電圧を加えない状態とした後、前記駆動部を前記圧電アクチュエータの積層方向と直交する方向に縮める電圧を加えて前記液体加圧室の体積を前記待機状態より減少させる第２の駆動信号を最後に送ることを特徴とする。
【００１２】
前記第１の駆動信号として液体が吐出される信号を送り、前記第２の駆動信号として液体が吐出されない信号を送ることが好ましい。
【００１３】
前記第２の駆動信号の、前記駆動部を前記圧電アクチュエータの積層方向と直交する方向に縮める電圧を、前記液体加圧室から前記液体吐出孔までの液体に、前記液体吐出孔から前記液体加圧室に向かう圧力波が生じている間に加え始めることが好ましい。
【００１４】
前記第１の駆動信号を送ってから前記第２の駆動信号を送るまでの間に、前記駆動部に電圧を加えない状態とするか、前記駆動部を前記圧電アクチュエータの積層方向と直交する方向に伸ばす電圧を加えて前記液体加圧室の体積を前記待機状態より増加させた後、前記駆動部を前記圧電アクチュエータの積層方向と直交する方向に縮める電圧を加えて前記液体加圧室の体積を前記待機状態より減少させる第３の駆動信号を１回以上加えることが好ましい。
【００１５】
前記第３の駆動信号が前記駆動部に加える電圧差が、前記第１の駆動信号が前記駆動部に加える電圧差とほぼ同じであることが好ましい。
【００１６】
また、本発明の記録装置は、複数の液体加圧室および該複数の液体加圧室にそれぞれ繋がった複数の液体吐出孔を有する流路部材上に、前記複数の液体加圧室を覆うように圧電アクチュエータを積層してなり、該圧電アクチュエータは、前記流路部材側から振動板、共通電極、圧電体および複数の駆動電極が順に積層されており、前記流路部材と前記圧電アクチュエータとの積層方向から見たとき、前記複数の駆動電極がそれぞれ前記複数の液体加圧室と重なるように配置されている液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッ
ドに対して搬送する搬送部と、前記液体吐出ヘッドおよび搬送部を制御する制御部とを備える記録装置であって、前記制御部は、前記共通電極と前記複数の駆動電極との間に電圧を加えない待機状態で待機し、液体を吐出させる際に、液体を吐出させる前記液体吐出孔に繋がっている前記液体加圧室上の前記駆動電極に加える駆動信号として、前記圧電体の当該駆動電極と前記共通電極とに挟まれている部分である駆動部を前記圧電アクチュエータの積層方向と直交する方向に伸ばす電圧を加えて前記液体加圧室の体積を前記待機状態より増加させた後、前記駆動部を前記圧電アクチュエータの積層方向と直交する方向に縮める電圧を加えて前記液体加圧室の体積を前記待機状態より減少させる第１の駆動信号を最初に送り、前記駆動部に電圧を加えない状態とした後、前記駆動部を前記圧電アクチュエータの積層方向と直交する方向に縮める電圧を加えて前記液体加圧室の体積前記待機状態より減少させる第２の駆動信号を最後に送ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の液体吐出ヘッドの駆動方法によれば、駆動部に電圧が加わる際に、前記複数の駆動電極の周囲で積層方向と直交する方向に伸縮するように変形する圧電体（以下で非駆動部と言うことがある）に対して、待機時に駆動電圧による引張応力および圧縮応力が加わらない状態となっているので、非駆動部が応力によって変形した状態になることにより生じる吐出特性の変動が少なくなるとともに、駆動部に加わる電圧が、圧電体に加わる電圧が分極方向と同じ方がおおくなるので分極状態が変化することにより生じる吐出特性の変動が少なくなる。
【００１８】
また、本発明の液体吐出装置によれば、待機時に駆動電圧による引張応力および圧縮応力が加わらない状態となっているので、非駆動部が応力によって変形した状態になることにより生じる吐出特性の変動が少なくなるとともに、駆動部に加わる電圧が、圧電体に加わる電圧が分極方向と同じ方がおおくなるので分極状態が変化することにより生じる吐出特性の変動が少なくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る記録装置であるプリンタの概略構成図である。
【図２】図１の液体吐出ヘッドを構成するヘッド本体を示す平面図である。
【図３】図２の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図である。
【図４】図２の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図であり、説明のため一部の流路を省略した図である。
【図５】図３のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図である。
【図６】（ａ）は本発明の範囲外の駆動方法の一例であり、（ｂ）は（ａ）の駆動信号を加えた際の変位素子の変位を示す図である。
【図７】（ａ）〜（ｅ）は変位素子の動作を示す部分断面図である。
【図８】（ａ）は液体を吐出する駆動信号の一例を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の駆動信号を加えた際の変位素子の変位を示す図であり、（ｃ）は液体を吐出する駆動信号の一例を示す図であり、（ｄ）は（ｃ）の駆動信号を加えた際の変位素子の変位を示す図である。
【図９】（ａ）は液体を吐出する駆動信号の一例を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の駆動信号を加えた際の変位素子の変位を示す図であり、（ｃ）は液体を吐出する駆動信号の一例を示す図であり、（ｄ）は（ｃ）の駆動信号を加えた際の変位素子の変位を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態である記録装置であるカラーインクジェットプリンタの概略構成図である。このカラーインクジェットプリンタ１（以下、プリンタ１とする）は、４つの液体吐出ヘッド２を有している。これらの液体吐出ヘッド２は、印刷用紙Ｐの搬送
方向に沿って並べられ、プリンタ１に固定されている。液体吐出ヘッド２は、図１の手前から奥へ向かう方向に細長い形状を有している。
【００２１】
プリンタ１には、印刷用紙Ｐの搬送経路に沿って、給紙ユニット１１４、搬送ユニット１２０および紙受け部１１６が順に設けられている。また、プリンタ１には、液体吐出ヘッド２や給紙ユニット１１４などのプリンタ１の各部における動作を制御するための制御部１００が設けられている。
【００２２】
給紙ユニット１１４は、複数枚の印刷用紙Ｐを収容することができる用紙収容ケース１１５と、給紙ローラ１４５とを有している。給紙ローラ１４５は、用紙収容ケース１１５に積層して収容された印刷用紙Ｐのうち、最も上にある印刷用紙Ｐを１枚ずつ送り出すことができる。
【００２３】
給紙ユニット１１４と搬送ユニット１２０との間には、印刷用紙Ｐの搬送経路に沿って、二対の送りローラ１１８ａおよび１１８ｂ、ならびに、１１９ａおよび１１９ｂが配置されている。給紙ユニット１１４から送り出された印刷用紙Ｐは、これらの送りローラによってガイドされて、さらに搬送ユニット１２０へと送り出される。
【００２４】
搬送ユニット１２０は、エンドレスの搬送ベルト１１１と２つのベルトローラ１０６および１０７を有している。搬送ベルト１１１は、ベルトローラ１０６および１０７に巻き掛けられている。搬送ベルト１１１は、２つのベルトローラに巻き掛けられたとき所定の張力で張られるような長さに調整されている。これによって、搬送ベルト１１１は、２つのベルトローラの共通接線をそれぞれ含む互いに平行な２つの平面に沿って、弛むことなく張られている。これら２つの平面のうち、液体吐出ヘッド２に近い方の平面が、印刷用紙Ｐを搬送する搬送面１２７である。
【００２５】
ベルトローラ１０６には、図１に示されるように、搬送モータ１７４が接続されている。搬送モータ１７４は、ベルトローラ１０６を矢印Ａの方向に回転させることができる。また、ベルトローラ１０７は、搬送ベルト１１１に連動して回転することができる。したがって、搬送モータ１７４を駆動してベルトローラ１０６を回転させることにより、搬送ベルト１１１は、矢印Ａの方向に沿って移動する。
【００２６】
ベルトローラ１０７の近傍には、ニップローラ１３８とニップ受けローラ１３９とが、搬送ベルト１１１を挟むように配置されている。ニップローラ１３８は、図示しないバネによって下方に付勢されている。ニップローラ１３８の下方のニップ受けローラ１３９は、下方に付勢されたニップローラ１３８を、搬送ベルト１１１を介して受け止めている。２つのニップローラは回転可能に設置されており、搬送ベルト１１１に連動して回転する。
【００２７】
給紙ユニット１１４から搬送ユニット１２０へと送り出された印刷用紙Ｐは、ニップローラ１３８と搬送ベルト１１１との間に挟み込まれる。これによって、印刷用紙Ｐは、搬送ベルト１１１の搬送面１２７に押し付けられ、搬送面１２７上に固着する。そして、印刷用紙Ｐは、搬送ベルト１１１の回転に従って、液体吐出ヘッド２が設置されている方向へと搬送される。なお、搬送ベルト１１１の外周面１１３に粘着性のシリコンゴムによる処理を施してもよい。これにより、印刷用紙Ｐを搬送面１２７に確実に固着させることができる。
【００２８】
４つの液体吐出ヘッド２は、搬送ベルト１１１による搬送方向に沿って互いに近接して配置されている。各液体吐出ヘッド２は、下端にヘッド本体１３を有している。ヘッド本体１３の下面には、液体を吐出する多数の液体吐出孔８が設けられている（図３参照）。
【００２９】
１つの液体吐出ヘッド２に設けられた液体吐出孔８からは、同じ色の液滴（インク）が吐出されるようになっている。各液体吐出ヘッド２の液体吐出孔８は一方方向（印刷用紙Ｐと平行で印刷用紙Ｐ搬送方向に直交する方向であり、液体吐出ヘッド２の長手方向）に等間隔で配置されているため、一方方向に隙間なく印刷することができる。各液体吐出ヘッド２から吐出される液体の色は、それぞれ、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｋ）である。各液体吐出ヘッド２は、ヘッド本体１３の下面と搬送ベルト１１１の搬送面１２７との間にわずかな隙間をおいて配置されている。
【００３０】
搬送ベルト１１１によって搬送された印刷用紙Ｐは、液体吐出ヘッド２と搬送ベルト１１１との間の隙間を通過する。その際に、液体吐出ヘッド２を構成するヘッド本体１３から印刷用紙Ｐの上面に向けて液滴が吐出される。これによって、印刷用紙Ｐの上面には、制御部１００によって記憶された画像データに基づくカラー画像が形成される。
【００３１】
搬送ユニット１２０と紙受け部１１６との間には、剥離プレート１４０と二対の送りローラ１２１ａおよび１２１ｂならびに１２２ａおよび１２２ｂとが配置されている。カラー画像が印刷された印刷用紙Ｐは、搬送ベルト１１１によって剥離プレート１４０へと搬送される。このとき、印刷用紙Ｐは、剥離プレート１４０の右端によって、搬送面１２７から剥離される。そして、印刷用紙Ｐは、送りローラ１２１ａ〜１２２ｂによって、紙受け部１１６に送り出される。このように、印刷済みの印刷用紙Ｐが順次紙受け部１１６に送られ、紙受け部１１６に重ねられる。
【００３２】
なお、印刷用紙Ｐの搬送方向について最も上流側にある液体吐出ヘッド２とニップローラ１３８との間には、紙面センサ１３３が設置されている。紙面センサ１３３は、発光素子および受光素子によって構成され、搬送経路上の印刷用紙Ｐの先端位置を検出することができる。紙面センサ１３３による検出結果は制御部１００に送られる。制御部１００は、紙面センサ１３３から送られた検出結果により、印刷用紙Ｐの搬送と画像の印刷とが同期するように、液体吐出ヘッド２や搬送モータ１７４等を制御することができる。
【００３３】
次に本発明の液体吐出ヘッドを構成するヘッド本体１３について説明する。図２は、図１に示されたヘッド本体１３を示す上面図である。図３は、図２の一点鎖線で囲まれた領域の拡大上面図であり、ヘッド本体１３の一部である。図４は、図３と同じ位置の拡大透視図で、液体吐出孔８の位置が分かりやすいように、一部の流路を省略して描いている。なお、図３および図４において、図面を分かり易くするために、圧電アクチュエータユニット２１の下方にあって破線で描くべき液体加圧室１０（液体加圧室群９）、しぼり１２および液体吐出孔８を実線で描いている。図５は図３のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図である。
【００３４】
ヘッド本体１３は、平板状の流路部材４と、流路部材４上に、アクチュエータユニットである圧電アクチュエータユニット２１とを有している。圧電アクチュエータユニット２１は台形形状を有しており、その台形の１対の平行対向辺が流路部材４の長手方向に平行になるように流路部材４の上面に配置されている。また、流路部材４の長手方向に平行な２本の仮想直線のそれぞれに沿って２つずつ、つまり合計４つの圧電アクチュエータユニット２１が、全体として千鳥状に流路部材４上に配列されている。流路部材４上で隣接し合う圧電アクチュエータユニット２１の斜辺同士は、流路部材４の短手方向について部分的にオーバーラップしている。このオーバーラップしている部分の圧電アクチェータユニット２１を駆動することにより印刷される領域では、２つの圧電アクチュエータユニット２１により吐出された液滴が混在して着弾することになる。
【００３５】
流路部材４の内部には液体流路の一部であるマニホールド５が形成されている。マニホ
ールド５は流路部材４の長手方向に沿って延び細長い形状を有しており、流路部材４の上面にはマニホールド５の開口５ｂが形成されている。開口５ｂは、流路部材４の長手方向に平行な２本の直線（仮想線）のそれぞれに沿って５個ずつ、合計１０個形成されている。開口５ｂは、４つの圧電アクチュエータユニット２１が配置された領域を避ける位置に形成されている。マニホールド５には開口５ｂを通じて図示されていない液体タンクから液体が供給されるようになっている。
【００３６】
流路部材４内に形成されたマニホールド５は、複数本に分岐している（分岐した部分のマニホールド５を副マニホールド５ａということがある）。開口５ｂに繋がるマニホールド５は、圧電アクチュエータユニット２１の斜辺に沿うように延在しており、流路部材４の長手方向と交差して配置されている。２つの圧電アクチュエータユニット２１に挟まれた領域では、１つのマニホールド５が、隣接する圧電アクチュエータユニット２１に共有されており、副マニホールド５ａがマニホールド５の両側から分岐している。これらの副マニホールド５ａは、流路部材４の内部の各圧電アクチュエータユニット２１に対向する領域に互いに隣接してヘッド本体１３の長手方向に延在している。
【００３７】
流路部材４は、複数の液体加圧室１０がマトリクス状（すなわち、２次元的かつ規則的）に形成されている４つの液体加圧室群９を有している。液体加圧室１０は、角部にアールが施されたほぼ菱形の平面形状を有する中空の領域である。液体加圧室１０は流路部材４の上面に開口するように形成されている。これらの液体加圧室１０は、流路部材４の上面における圧電アクチュエータユニット２１に対向する領域のほぼ全面にわたって配列されている。したがって、これらの液体加圧室１０によって形成された各液体加圧室群９は圧電アクチュエータユニット２１とほぼ同一の大きさおよび形状の領域を占有している。また、各液体加圧室１０の開口は、流路部材４の上面に圧電アクチュエータユニット２１が接着されることで閉塞されている。
【００３８】
本実施形態では、図３に示されているように、マニホールド５は、流路部材４の短手方向に互いに平行に並んだ４列のＥ１〜Ｅ４の副マニホールド５ａに分岐し、各副マニホールド５ａに繋がった液体加圧室１０は、等間隔に流路部材４の長手方向に並ぶ液体加圧室１０の列を構成し、その列は、短手方向に互いに平行に４列配列されている。副マニホールド５ａに繋がった液体加圧室１０の並ぶ列は副マニホールド５ａの両側に２列ずつ配列されている。
【００３９】
全体では、マニホールド５から繋がる液体加圧室１０は、等間隔に流路部材４の長手方向に並ぶ液体加圧室１０の列を構成し、その列は、短手方向に互いに平行に１６列配列されている。各液体加圧室列に含まれる液体加圧室１０の数は、アクチュエータである変位素子５０の外形形状に対応して、その長辺側から短辺側に向かって次第に少なくなるように配置されている。液体吐出孔８もこれと同様に配置されている。これによって、全体として長手方向に６００ｄｐｉの解像度で画像形成が可能となっている。
【００４０】
つまり、流路部材４の長手方向に平行な仮想直線に対して直交するように液体吐出孔８を投影すると、図３に示した仮想直線のＲの範囲に、各副マニホールド５ａ繋がっている４つの液体吐出孔８、つまり全部で１６個の液体吐出孔８が６００ｄｐｉの等間隔になっている。また、各副マニホールド５ａには平均すれば１５０ｄｐｉに相当する間隔で個別流路３２が接続されている。これは、６００ｄｐｉ分の液体吐出孔８を４つ列の副マニホールド５ａに分けて繋ぐ設計をする際に、各副マニホールド５ａに繋がる個別流路３２が等しい間隔で繋がるとは限らないため、マニホールド５ａの延在方向、すなわち主走査方向に平均１７０μｍ（１５０ｄｐｉならば２５．４ｍｍ／１５０＝１６９μｍ間隔である）以下の間隔で個別流路３２が形成されているということである。
【００４１】
圧電アクチュエータユニット２１の上面における各液体加圧室１０に対向する位置には後述する駆動電極３５がそれぞれ形成されている。駆動電極３５は液体加圧室１０より一回り小さく、液体加圧室１０とほぼ相似な形状を有しており、圧電アクチュエータユニット２１の上面における液体加圧室１０と対向する領域内に収まるように配置されている。
【００４２】
流路部材４の下面の液体吐出面には多数の液体吐出孔８が形成されている。これらの液体吐出孔８は、流路部材４の下面側に配置された副マニホールド５ａと対向する領域を避けた位置に配置されている。また、これらの液体吐出孔８は、流路部材４の下面側における圧電アクチュエータユニット２１と対向する領域内に配置されている。これらの液体吐出孔群７は圧電アクチュエータユニット２１とほぼ同一の大きさおよび形状の領域を占有しており、対応する圧電アクチュエータユニット２１の変位素子５０を変位させることにより液体吐出孔８から液滴が吐出できる。液体吐出孔８の配置については後で詳述する。そして、それぞれの領域内の液体吐出孔８は、流路部材４の長手方向に平行な複数の直線に沿って等間隔に配列されている。
【００４３】
ヘッド本体１３に含まれる流路部材４は、複数のプレートが積層された積層構造を有している。これらのプレートは、流路部材４の上面から順に、キャビティプレート２２、ベースプレート２３、アパーチャ（しぼり）プレート２４、サプライプレート２５、２６、マニホールドプレート２７、２８、２９、カバープレート３０およびノズルプレート３１である。これらのプレートには多数の孔が形成されている。各プレートは、これらの孔が互いに連通して個別流路３２および副マニホールド５ａを構成するように、位置合わせして積層されている。ヘッド本体１３は、図５に示されているように、液体加圧室１０は流路部材４の上面に、副マニホールド５ａは内部の下面側に、液体吐出孔８は下面にと、個別流路３２を構成する各部分が異なる位置に互いに近接して配設され、液体加圧室１０を介して副マニホールド５ａと液体吐出孔８とが繋がる構成を有している。
【００４４】
各プレートに形成された孔について説明する。これらの孔には、次のようなものがある。第１に、キャビティプレート２２に形成された液体加圧室１０である。第２に、液体加圧室１０の一端から副マニホールド５ａへと繋がる流路を構成する連通孔である。この連通孔は、ベースプレート２３（詳細には液体加圧室１０の入り口）からサプライプレート２５（詳細には副マニホールド５ａの出口）までの各プレートに形成されている。なお、この連通孔には、アパーチャプレート２４に形成されたしぼり１２と、サプライプレート２５、２６に形成された個別供給流路６とが含まれている。
【００４５】
第３に、液体加圧室１０の他端から液体吐出孔８へと連通する流路を構成する連通孔であり、この連通孔は、以下の記載においてディセンダ（部分流路）と呼称される。ディセンダは、ベースプレート２３（詳細には液体加圧室１０の出口）からノズルプレート３１（詳細には液体吐出孔８）までの各プレートに形成されている。第４に、副マニホールド５ａを構成する連通孔である。この連通孔は、マニホールドプレート２７〜２９に形成されている。
【００４６】
このような連通孔が相互に繋がり、副マニホールド５ａからの液体の流入口（副マニホールド５ａの出口）から液体吐出孔８に至る個別流路３２を構成している。副マニホールド５ａに供給された液体は、以下の経路で液体吐出孔８から吐出される。まず、副マニホールド５ａから上方向に向かって、個別供給流路６を通り、しぼり１２の一端部に至る。次に、しぼり１２の延在方向に沿って水平に進み、しぼり１２の他端部に至る。そこから上方に向かって、液体加圧室１０の一端部に至る。さらに、液体加圧室１０の延在方向に沿って水平に進み、液体加圧室１０の他端部に至る。そこから少しずつ水平方向に移動しながら、主に下方に向かい、下面に開口した液体吐出孔８へと進む。
【００４７】
圧電アクチュエータユニット２１は、図５に示されるように、２枚の圧電セラミック層２１ａ、２１ｂからなる積層構造を有している。これらの圧電セラミック層２１ａ、２１ｂはそれぞれ２０μｍ程度の厚さを有している。圧電アクチュエータユニット２１全体の厚さは４０μｍ程度である。圧電セラミック層２１ａ、２１ｂのいずれの層も複数の液体加圧室１０を跨ぐように延在している（図３参照）。これらの圧電セラミック層２１ａ、２１ｂは、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料からなる。
【００４８】
圧電アクチュエータユニット２１は、Ａｇ−Ｐｄ系などの金属材料からなる共通電極３４、Ａｕ系などの金属材料からなる駆動電極３５を有している。駆動電極３５は上述のように圧電アクチュエータユニット２１の上面における液体加圧室１０と対向する位置に配置されている。駆動電極３５の一端は、液体加圧室１０と対向する領域外に引き出されて接続電極３６が形成されている。接続電極３６は例えばガラスフリットを含む金からなり、厚さが１５μｍ程度で凸状に形成されている。また、接続電極３６は、図示されていないＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）に設けられた電極と電気的に接合されている。詳細は後述するが、駆動電極３５には、制御部１００からＦＰＣを通じて駆動信号（駆動電圧）が供給される。駆動信号は、印刷媒体Ｐの搬送速度と同期して一定の周期で供給される。
【００４９】
共通電極３４は、圧電セラミック層２１ａと圧電セラミック層２１ｂとの間の領域に面方向のほぼ全面にわたって形成されている。すなわち、共通電極３４は、圧電アクチュエータユニット２１に対向する領域内の全ての液体加圧室１０を覆うように延在している。共通電極３４の厚さは２μｍ程度である。共通電極３４は図示しない領域において接地され、グランド電位に保持されている。本実施形態では、圧電セラミック層２１ｂ上において、駆動電極３５からなる電極群を避ける位置に駆動電極３５とは異なる表面電極（不図示）が形成されている。表面電極は、圧電セラミック層２１ｂの内部に形成されたスルーホールを介して共通電極３４と電気的に接続されているとともに、多数の駆動電極３５と同様に、ＦＰＣ上の別の電極と接続されている。
【００５０】
図５に示されるように、共通電極３４と駆動電極３５とは、最上層の圧電セラミック層２１ｂのみを挟むように配置されている。圧電セラミック層２１ｂにおける駆動電極３５と共通電極３４とに挟まれた領域は活性部と呼称され、その部分の圧電セラミックスには厚み方向に分極が施されている。本実施形態の圧電アクチュエータユニット２１においては、最上層の圧電セラミック層２１ｂのみが活性部を含んでおり、圧電セラミック２１ａは活性部を含んでおらず、振動板として働く。この圧電アクチュエータユニット２１はいわゆるユニモルフタイプの構成を有している。
【００５１】
なお、後述のように、駆動電極３５に選択的に所定の駆動信号が供給されることにより、この駆動電極３５に対応する液体加圧室１０内の液体に圧力が加えられる。これによって、個別流路３２を通じて、対応する液体吐出口８から液滴が吐出される。すなわち、圧電アクチュエータユニット２１における各液体加圧室１０に対向する部分は、各液体加圧室１０および液体吐出口８に対応する個別の変位素子５０に相当する。つまり、２枚の圧電セラミック層からなる積層体中には、図５に示されているような構造を単位構造とする変位素子５０が液体加圧室１０毎に、液体加圧室１０の直上に位置する振動板２１ａ、共通電極３４、圧電セラミック層２１ｂ、駆動電極３５により作り込まれており、圧電アクチュエータユニット２１には変位素子５０が複数含まれている。なお、本実施形態において１回の吐出動作によって液体吐出口８から吐出される液体の量は５〜７ｐＬ（ピコリットル）程度である。
【００５２】
多数の駆動電極３５は、個別に電位を制御することができるように、それぞれがＦＰＣ
上のコンタクトおよび配線を介して、個別にアクチュエータ制御手段に電気的に接続されている。
【００５３】
本実施形態における圧電アクチュエータユニット２１の液体吐出時の駆動方法の一例を、駆動電極３５に供給される駆動電圧（駆動信号）に関して説明する。駆動電極３５を共通電極３４と異なる電位にして圧電セラミック層２１ｂに対してその分極方向に電界を印加したとき、この電界が印加された部分が、圧電効果により歪む活性部として働く。この時圧電セラミック層２１ｂは、その厚み方向すなわち積層方向に伸長または収縮し、圧電横効果により積層方向と垂直な方向すなわち面方向には収縮または伸長しようとする。一方、残りの圧電セラミック層２１ａは、駆動電極３５と共通電極３４とに挟まれた領域を持たない非活性層であるので、自発的に変形しない。つまり、圧電アクチュエータユニット２１は、上側（つまり、液体加圧室１０とは離れた側）の圧電セラミック層２１ｂを、活性部を含む層とし、かつ下側（つまり、液体加圧室１０に近い側）の圧電セラミック層２１ａを非活性層とした、いわゆるユニモルフタイプの構成となっている。
【００５４】
この構成において、電界と分極とが同方向となるように、アクチュエータ制御部により駆動電極３５を共通電極３４に対して正または負の所定電位とすると、圧電セラミック層２１ｂの電極に挟まれた部分（活性部）が、面方向に収縮する。一方、非活性層の圧電セラミック層２１ａは電界の影響を受けないため、自発的には縮むことがなく活性部の変形を規制しようとする。この結果、圧電セラミック層２１ｂと圧電セラミック層２１ａとの間で分極方向への歪みに差が生じて、圧電セラミック層２１ｂは液体加圧室１０側へ凸となるように変形（ユニモルフ変形）する。
【００５５】
まず、従来の駆動方法として、引き打ちの駆動とそれにより生じる駆動劣化について、図６（ａ）、（ｂ）および図７を用いて説明する。図６（ａ）は図５に示した変位素子５０付近の部分断面図である。ただし、接続電極３６につながる駆動電極３４の引出し部分のない断面である。
【００５６】
圧電セラミック層２１ｂのうちの、共通電極３４と駆動電極３５とに挟まれた圧電体は、共通電極３４と駆動電極３５との間に電圧を加えた場合、その電圧によって直接的に変形する圧電体であり、以下でこの部分の圧電体を駆動部５１と呼ぶ。圧電セラミック層２１ａの駆動部５１以外の圧電体は、共通電極３４と駆動電極３５との間に電圧を加えても、直接的には変形しない圧電体で、以下で非駆動部５２と呼ぶ。
【００５７】
非駆動部５２の分極の状態は、特に分極処理をしていなければ分極されていない状態、すなわちドメインの方向はランダムになっている。また、非駆動部５２が駆動部５１を分極処理する際に、駆動部５１と同じ方向に分極されていれば、ドメインのＣ軸が厚み方向にそろうように分極されていることになる。
【００５８】
図６（ｂ）における変位は、図５あるいは図７において変位素子５０が上に変位する変位であり、液体加圧室１０の体積を大きくする変位である。分極方向は図７の上から下への方向（駆動電極３５から共通電極３４に向かう方向）であり、加える電圧は、生じる電界の方向が図７の上から下への方向であるものを正としている。なお、正の電圧を加えると変位素子５０が図７の下に向かって変位する。
【００５９】
まず、予め電圧Ｖ１Ｖ（以下で単位Ｖを省略することがある）の駆動電圧を与えた状態で待機をする。電圧Ｖ１により駆動部５１は圧電アクチュエータユニット２１の平面方向に縮み、積層されている圧電セラミック層２１ａよりも短くなるため変位素子５０の断面は図７（ｃ）のように下側に凸に変形する。つまり、変位ｄ１ｍ（以下で単位ｍを省略することがある）は負で、液体加圧室１０は、電圧が加わっていない状態よりも体積が小さ
くなる。次に、電圧Ｖ２の駆動電圧を与えると、変位はｄ２になり、液体加圧室１０の体積は大きくなって、図７（ｂ）の状態となる。これにより、流路内の液体には液体吐出孔８からしぼり１２に向かう方向の圧力波が生じる。次にこの圧力波がしぼり１２で反射して帰ってくるタイミングに合うように、電圧Ｖ３の駆動電圧が加えられる。これにより、変位はｄ３になり、液体加圧室１０は、体積が小さくなって図７（ｃ）の状態となる。この変形により生じた圧力波が前述の反射してきた圧力波と合わさって液体吐出孔８に向かい、液滴が吐出される。なお、図６（ａ）の駆動信号は単純にするため、Ｖ１＝Ｖ３、Ｖ２＝０であるものを示した。
【００６０】
また、吐出させる際などに液体加圧室１０を含む流路において、マニホールド５（正確には液体加圧室１０からマニホールド５に向かうまでの間で狭くなっているしぼり１２の端）から液体吐出孔８までの液体の固有振動周期の圧力波が生じる。この周期の１／２、別の言い方をすれば、圧力波が、マニホールド５から液体吐出孔８へ伝播する時間をＡＬ（Acoustic Length）という。一度生じた圧力波は、流路内の液体を２ＡＬの固有振動周
期で振動させながら減衰していく。上述の圧力波がしぼり１２で反射して帰ってくるタイミングに合うように電圧Ｖ３を加えるとは、電圧Ｖ２を加えてから電圧Ｖ３を加えるまでの時間が約ＡＬであること示している。以下においても、圧力波の状態に合わせて、電圧を加えるには、圧力波が２ＡＬの周期振動していることを利用して、タイミングを合わせればよい。なお、ＡＬは、流路の形状および液体の物性値から計算することもできるし、上述の引き打ちを行なった場合に、吐出される液滴の速度が最も速くなるのが、電圧Ｖ２を加えている時間がＡＬである場合であることなどを利用して、実験的に求めることもできる。上述のような液体吐出ヘッド２では、ＡＬは、各部の寸法によっても変わるが、５〜１０μ秒程度である。
【００６１】
図７（ｃ）の状態では変位素子５０が変位することにより、非駆動部５２には、積層方向に直交する方向で変位素子５０に向かう方向に引張り応力が加わっている。上述のような駆動信号を加え続けると、図７（ｂ）と図７（ｃ）の状態を繰り返すことになり、繰り返し加わる引張り応力により、非駆動部５２のドメインのＣ軸が駆動部５１の方向に向かう強弾性ドメインスイッチングが起き、非駆動部５２はしだいに引き伸ばされた状態に変形していく。
【００６２】
なお、強弾性ドメインスイッチング（省略してドメインスイッチングと言うことがある）とは、圧電体が外部からの応力印加によりその応力を緩和するようにドメインがスイッチングする現象である。ここで取り上げている強弾性ドメインスイッチングは、ドメインの形状変化をともなうドメインスイッチングである９０°ドメインスイッチングである。
【００６３】
図７（ｄ）は非駆動部５２が変形して引き伸ばされた状態の変位素子５０であり、電圧が加わっていない状態である。電圧が加わっていないにもかかわらず、非駆動部５２が変形して伸びているため、変位素子が下側に変形してしまっている。このような状態になると、電圧が加わらない状態にしても図７（ｂ）に示したような変位が０の状態にはならなくなり、駆動信号の電圧Ｖ１から電圧Ｖ２への変化時の変位の量（ｄ２−ｄ１）が小さくなる。その結果、同じ駆動信号を加えても、液滴の吐出速度が遅くなったり、液適量が少なくなったりする。これが駆動劣化である。
【００６４】
次に、従来の駆動方法として、バイポーラ駆動とそれにより生じる圧電体の分極の変動を、図６（ｃ）、（ｄ）、図７を用いて説明する。
【００６５】
まず、予め電圧を加えない状態で待機をする。このとき変位素子５０の変位はない。次に駆動部５１に負の電圧を加えると、駆動部５１は平面方向に伸び、断面は図７（ｅ）のように上側に凸に変形し、液体加圧室１０は、電圧が加わっていない状態よりも体積が大
きくなる。これにより、流路内の液体には液体吐出孔８からしぼり１２に向かう方向の圧力波が生じる。次にこの圧力波がしぼり１２で反射して帰ってくるタイミングに合うように、次に前述の負の電圧と絶対値が同じで正の電圧の駆動電圧を与えると、変位は負になり、液体加圧室１０の体積は小さくなって、図７（ｃ）の状態となる。この変形により生じた圧力波が前述の反射してきた圧力波と合わさって液体吐出孔８に向かい、液滴が吐出される。
【００６６】
バイポーラ駆動においても、非駆動部の５２には応力が加わるが、図７（ｃ）の状態の引張応力と、図７（ｅ）の圧縮応力が概ね相殺されるため、その影響は少ない。バイポーラ駆動では、分極方向と逆方向の電界を加えるため、その際に脱分極が起きるおそれがある。分極方向と逆方向の電界を加えたあと、分極方向と同じ方向の電界を加えるので、ある程度再分極はされるものの、駆動回数を非常に多くなってくると、駆動部５１の分極状態の、当初の状態からの変動が大きくなる。脱分極がすすんでしまうと、同じ電圧を加えても、変位量は少なくなるため、液滴の吐出速度が低くなったり、吐出量が少なくなるなどの吐出特性の変動が生じる。
【００６７】
以上のような引き打ち駆動およびバイポーラ駆動の駆動方法に対して、本発明の一実施例に係る駆動方法は、図８（ａ）（ｂ）に示す駆動信号を与えて、以上のような、駆動劣化および脱分極の影響が生じ難くする。
【００６８】
まず、予め電圧を加えない状態で待機をする。このとき変位素子５０の変位はない。ここで、まず第１の駆動信号を与え、次に第２の駆動信号を与える待機状態に戻る。以下では、第１の駆動信号により液滴を吐出し、第２の駆動信号で吐出しない例を示すが、第１の駆動信号では液滴を吐出せず、第２の駆動信号で吐出したり、第１の駆動信号と第２の駆動信号の両方で吐出してもよい。第１の駆動信号と第２の駆動信号の両方で吐出する場合、飛翔中に液滴がくっついたり、記録媒体上で広がって１つの画素になるように着弾するようにすれば、階調表現に使用することができる。
【００６９】
第１の駆動信号は次のようなものである。駆動部５１に負の電圧を加えると、駆動部５１は平面方向に伸び、断面は図７（ｅ）のように下側に凸に変形し、液体加圧室１０は、電圧が加わっていない状態よりも体積が大きくなる。これにより、流路内の液体には液体吐出孔８からしぼり１２に向かう方向の圧力波が生じる。次にこの圧力波がしぼり１２で反射して帰ってくるタイミングに合うように、次に前述の負の電圧と絶対値が同じで正の電圧の駆動電圧を与えると、変位は負になり、液体加圧室１０の体積は小さくなって、図７（ｃ）の状態となる。この変形により生じた圧力波が前述の反射してきた圧力波と合わさって液体吐出孔８に向かい、液滴が吐出される。
【００７０】
この過程において、非駆動部５２に加わる応力は、引張と圧縮の両方があり相殺される。また、詳細は後述するが、ここで電圧が加えられる時間は１０μ秒程度以下であるため、そもそも駆動劣化は生じ難い。
【００７１】
第２の駆動信号は次のようなものである。駆動部５１に電圧を加えない状態の後、流路内の液体に液体吐出孔８からしぼり１２に向かう圧力波が生じている間（具体的には、電圧を加え始めるのは、駆動部５１に電圧を加えない状態にした後から０〜ＡＬの間であり、ＡＬ／２で残留振動を相殺する効果が高くなる）で正の電圧を加えると、駆動部５１は平面方向に縮み、断面は図７（ｃ）のように上に凸に変形し、液体加圧室１０は、電圧が加わっていない状態よりも小さくなる。これにより、第１の駆動信号で生じた圧力波の残留振動が低減され、次の吐出動作を行なう際に流路内に残っている残留振動が大きいことによる、吐出時の液体の振動の状態が、液体が静止している場合と異なることによる吐出特性の変動を少なくすることができる。この後、電圧は、待機状態に戻すために電圧を加
えない状態にされる。
【００７２】
この際、液体加圧室１０の体積は大きくなるので、第２の駆動信号により生じる残留振動を小さくするために、第２の駆動信号の最初に加えた正の電圧変化から電圧０への電圧変化までの時間は、（２ｎ＋１）ＡＬ（ｎは０以上の整数）を外した時間にすればよい。また、この時間が長くなると、次の吐出信号までの時間が短くなり、結果的に残留振動が大きくなるので、この時間はＡＬ以下で、ＡＬからできるだけ小さくする。実際には、駆動部５１に電圧が加わるまでには電気的な遅延などのあるため、ＡＬ／１０〜ＡＬ／３、より好ましくは、ＡＬ／６〜ＡＬ／４とされる。また、第２の駆動信号は、第１の駆動信号により液体吐出孔８から吐出され、まだ液柱の状態で流路内の液体と繋がっている液体の後ろの部分を切り離す役割をさせることもできる。その意味でも上述の範囲に設定するのが好ましい。
【００７３】
また、駆動信号において、正の電圧を加えている時間の合計が、負の電圧を加えている時間の合計より多くすることで、駆動部５１の脱分極を、より起こり難くすることができる。
【００７４】
図８（ｃ）（ｄ）は、本発明の一実施例に係る示す駆動信号およびその駆動信号による変位である。第１の駆動信号と第２の駆動信号との間に第３の駆動信号が送られている。この例では、第３の駆動信号は、１つ送られているだけであるが、複数の第３の駆動信号を送ってもよい。第３の駆動信号の１つで液滴が吐出される。この液滴と第１の駆動信号あるいは第２の駆動信号で吐出された液滴が飛翔中にくっついたり、記録媒体上で広がって１つの画素になるように着弾するようにすれば、階調表現に使用することができる。
【００７５】
第３の駆動信号は、第１の駆動信号が送られた後、まず、駆動部５１に電圧を加えない状態とするか、駆動部５１に負の電圧を加えた状態とする。第１の駆動信号の最後は電圧が正の状態なので、前述の電圧を加えると、液体加圧室１０の体積は増加し、液体吐出孔８からしぼり１２に向かう圧力波が生じる。続いて、この圧力波がしぼり１２で反射するタイミングで駆動部５１に正の電圧を加えることで、液体加圧室１０の体積が減少し、液体吐出孔８から液滴が吐出される。
【００７６】
第３の駆動電圧を加えるタイミングは、第１の駆動電圧により生じている圧力波に重ね合わせるようにすることで、吐出速度を速くしたり、吐出量を多くできるので好ましい。
【００７７】
以上の駆動信号の説明において、圧力波に合わせるなどと説明は、周期２ＡＬで生じて入れる振動に合わせるということである。理論的には、駆動信号の電圧を加える時間はＡＬとするのがもっとよいということになるが、実際には、吐出速度や液適量を調整するため、あるいは、ＡＬにすると吐出した液滴が複数の液滴に分かれてしまうときなどに、それをさけるために、ＡＬからずらしてもよい。ずらす量は多くても±２５％以内、より好ましくは±２０％以内、特に１５％以内とする。
【００７８】
図９（ａ）（ｂ）は、本発明の一実施例に係る示す駆動信号およびその駆動信号による変位である。ここで、圧電セラミック層２１ｂに分域回転歪が生じる抗電界をＥｃＶ／ｍ（以下で単位Ｖ／ｍを省略することがある）である。図９（ａ）の駆動電圧では、第１の駆動信号は、最低電圧−０．８Ｅｃ、最高電圧０．８Ｅｃとしている。各電圧の保持時間はＡＬであり、第１の駆動信号により液滴が吐出される。最低電圧は、分極反転が大きくすすまないように、−０．８Ｅｃ以上とするのが好ましい。変位素子５０の変位を大きくするには最低電圧は−０．２Ｅｃ以下にするのが好ましい。より好ましい最低電圧は、−０．５Ｅｃ〜−０．８Ｅｃである。最高電圧は、電圧が加えられる時間が１０μ秒程度以下の短時間であれば、Ｅｃを超えてもかまわないが、１０μ秒を超えて電圧を加える場合
、駆動部５１の状態に変化を与えないようにするために、電圧はＥｃ以下にするのが好ましい。変位素子５０の変位を大きくするには最高電圧は０．５以上にするのが好ましい。
【００７９】
図９（ａ）の駆動電圧では、第３の駆動電圧は、最低電圧−０．８Ｅｃ、最高電圧０．８Ｅｃとしている。各電圧の保持時間はＡＬであり、第３の駆動信号により液滴が吐出される。第３の駆動信号の最低電圧および最高電圧の好適範囲は、第１の駆動信号と同じである。第１の駆動信号の電圧差と第３の駆動信号の電圧差とをほぼ同じにすることで、第１の駆動信号により吐出される液滴の速度や量が、第３の駆動信号により吐出される液滴の速度や量とほぼおなじにできる。実際には、残留振動の影響などで速度や量が変動する点、飛翔中に液滴をくっつけたり、記録媒体上で近い場所に着弾させるために後の液滴の速度を少し速くするほうがよい場合がある点などのために、電圧差を調整してもよく、電圧差は±２０％以内、特に±１０％以内がよい。
【００８０】
図９（ａ）の駆動信号では、第２の駆動電圧は、最低電圧０、最高電圧０．８Ｅｃとしている。最低電圧での保持時間はＡＬ／２、最高電圧での保持時間はＡＬ／５であり、第２の駆動信号は、キャンセル信号として働き、液滴は吐出されない。第２の駆動信号の最高電圧の好適範囲は、第１の駆動信号と同じである。
【００８１】
図９（ｃ）（ｄ）は、本発明の一実施例に係る示す駆動信号およびその駆動信号による変位である。図９（ｃ）の駆動電圧では、第１の駆動信号は、最低電圧−０．６Ｅｃ、最高電圧０．６Ｅｃとしている。各電圧の保持時間はＡＬであり、第１の駆動信号により液滴が吐出される。ここでも第１の駆動信号の最低電圧および最高電圧の好適範囲は、図９（ａ）の第１の駆動信号と同じである。
【００８２】
図９（ｃ）の駆動電圧では、第３の駆動電圧は、最低電圧０、最高電圧１．２Ｅｃとしている。各電圧の保持時間はＡＬであり、第３の駆動信号により液滴が吐出される。第３の駆動信号の最低電圧および最高電圧の好適範囲は、第１の駆動信号と同じである。第１の駆動信号の電圧差と第３の駆動信号の電圧差とをほぼ同じにすることで、第１の駆動信号により吐出される液滴の速度や量が、第３の駆動信号により吐出される液滴の速度や量とほぼおなじにできる。電圧差は±２０％以内、特に±１０％以内がよい。
【００８３】
図９（ａ）の駆動電圧では、第２の駆動電圧は、最低電圧０、最高電圧１．２Ｅｃとしている。第２の駆動信号の最低電圧の好適範囲は、第１の駆動信号と同じである。最高電圧は、電圧が加えられる時間が１０μ秒以下、より好ましくは７μ秒であれば、最高電圧はＥｃを超えてもよい。最高電圧は２Ｅｃまで加えてもかまわない。このようにすることで電位差を大きくでき、吐出速度を速くしたり、吐出量を多くできる。
【００８４】
図９（ａ）の駆動信号では、第２の駆動電圧は、最低電圧０、最高電圧１．２Ｅｃとしている。最低電圧での保持時間はＡＬ／２、最高電圧での保持時間はＡＬ／５であり、第２の駆動信号は、キャンセル信号として働き、液滴は吐出されない。第２の駆動信号の最高電圧の好適範囲は、第１の駆動信号と同じである。
【００８５】
以上説明してきたが、駆動劣化について補足する。駆動劣化が生じるのは、非駆動部５２が変形した状態である程度長い時間保持された場合で、保持時間が短いと応力は、変形というよりは、非駆動部５２に伝わる圧力波のようなものになる。そして、アクチュエータに用いられるチタン酸ジルコン酸鉛としては、結晶軸のｃ／ａ＝１．００９５程度の高変位圧電材料では１０μ秒程度の保持時間では、ドメインスイッチングはほとんど生じない。
【実施例】
【００８６】
まず、評価用の液体吐出ヘッドを作製した。評価用の液体吐出ヘッドの基本的な構造は図２〜５に示したものと同じであるが、液体加圧室１０がプレート３１まで開口しており、実際に液体を吐出することはできないが、プレート３１側からレーザードップラー変位計により、変位素子５０の変位が測定できるようにしたものである。
【００８７】
圧電セラミック層に用いる圧電材料をチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）とし、ＰＺＴを用いたスラリーを作成し、このスラリーから、成形方法としてロールコーター法を採用して、グリーンシートを作製した。
【００８８】
次いで、金型打ち抜きによって、１００μｍ径の貫通孔をグリーンシートに形成した。その後、Ａｇ−Ｐｄ合金を含む導体ペーストを用いたスクリーン印刷法により、各グリーンシートの表面に、共通電極となる電極パターンを形成した。
【００８９】
また、Ａｇ−Ｐｄ合金に対して、圧電体粉末をフィラー剤として３０体積％添加してビア導体ペーストを作製し、これをスクリーン印刷にて、グリーンシートに形成した貫通孔の内部に充填し、ビア電極を形成した。
【００９０】
次いで、このグリーンシートを２層積層して、内部に共通電極及びビア電極を備えた積層成形体を作製した。その後、この積層成形体を１０２０℃の温度で焼成して圧電焼結体を作製した。得られた圧電焼結体は１層あたり約２０μｍであった。
【００９１】
この圧電焼結体の表面に、変位素子を構成する部分の共通電極に相対するように主成分Ａｕを含む導体ペーストを用いたスクリーン印刷により、マトリックス状に駆動電極を形成し、しかる後に、８００℃の熱処理によって駆動電極を形成して圧電アクチュエータユニットを作製した。
【００９２】
流路部材の上に、圧電アクチュエータユニットを、開口部にそれぞれの変位素子が位置するように接着し、電圧を加えて駆動部を厚み方向に分極して、評価用の液体吐出ヘッド作製した。なお、この際、非駆動部は分極しておらず、非駆動部のドメインはランダムな方向になっている。さらに、液体吐出ヘッドの動作を制御するドライバーＩＣを含む制御部を接続し、記録装置に相当する試験装置を作製した。
【００９３】
なお、用いた圧電体の抗電界は１．３４×１０−６Ｖ／ｍであり、この電界が生じる共通電極と駆動電極との電位差は２６．８Ｖであった。
【００９４】
得られた試験装置を用いて、まず駆動劣化を生じさせ、その再生の試験を行なった。まず、駆動電圧を与えて、グラフテック社製のレーザードップラー変計を用いて、初期変位量Ａ（ｎｍ）を測定した。次に、２ｋＨｚに相当する駆動周期で駆動信号を１００億サイクル加えて、変位の変化を測定した。評価結果を表１に示す。
【００９５】
【表１】
【００９６】
駆動信号は、図７（ａ）の引き打ち駆動、図７（ｃ）のバイポーラ駆動、本発明の範囲内の図８（ａ）の駆動信号を評価した。引き打ち駆動では駆動劣化のため徐々に変位が少なくなっていった。バイポーラ駆動では、比較的早い段階で、駆動部５１が逆バイアスにより分極の状態が変化したことにより、変位量が低下したが、駆動劣化は生じないので、その劣化した変位で比較的安定した変位となった。図８（ａ）の駆動信号では、駆動劣化も、分極状態の変化による変位劣化もほとんど生じず、安定して変位を続けた。
【符号の説明】
【００９７】
１・・・プリンタ
２・・・液体吐出ヘッド
４・・・流路部材
５・・・マニホールド
５ａ・・・副マニホールド
５ｂ・・・開口
６・・・個別供給流路
８・・・液体吐出孔
９・・・液体加圧室群
１０・・・液体加圧室
１１ａ、ｂ、ｃ、ｄ・・・液体加圧室列
１２・・・しぼり
１５ａ、ｂ、ｃ、ｄ・・・液体吐出孔列
２１・・・圧電アクチュエータユニット
２１ａ・・・圧電セラミック層（振動板）
２１ｂ・・・圧電セラミック層
２２〜３１・・・プレート
３２・・・個別流路
３４・・・共通電極
３５・・・駆動電極
３６・・・接続電極
５０・・・変位素子
５１・・・駆動部
５２・・・非駆動部
Ｐ・・・分極方向
Ｅ・・・電界の正の方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の液体加圧室および該複数の液体加圧室にそれぞれ繋がった複数の液体吐出孔を有する流路部材上に、前記複数の液体加圧室を覆うように圧電アクチュエータを積層してなり、該圧電アクチュエータは、前記流路部材側から振動板、共通電極、圧電体および複数の駆動電極が順に積層されており、前記流路部材と前記圧電アクチュエータとの積層方向から見たとき、前記複数の駆動電極がそれぞれ前記複数の液体加圧室と重なるように配置されている液体吐出ヘッドの駆動方法であって、前記共通電極と前記複数の駆動電極との間に電圧を加えない待機状態で待機し、液体を吐出させる際に、液体を吐出させる前記液体吐出孔に繋がっている前記液体加圧室上の前記駆動電極に加える駆動信号として、前記圧電体の当該駆動電極と前記共通電極とに挟まれている部分である駆動部を前記圧電アクチュエータの積層方向と直交する方向に伸ばす電圧を加えて前記液体加圧室の体積を前記待機状態より増加させた後、前記駆動部を前記圧電アクチュエータの積層方向と直交する方向に縮める電圧を加えて前記液体加圧室の体積を前記待機状態より減少させる第１の駆動信号を最初に送り、前記駆動部に電圧を加えない状態とした後、前記駆動部を前記圧電アクチュエータの積層方向と直交する方向に縮める電圧を加えて前記液体加圧室の体積を前記待機状態より減少させる第２の駆動信号を最後に送ることを特徴とする液体吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項２】
前記第１の駆動信号として液体が吐出される信号を送り、前記第２の駆動信号として液体が吐出されない信号を送ることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項３】
前記第２の駆動信号の、前記駆動部を前記圧電アクチュエータの積層方向と直交する方向に縮める電圧を、前記液体加圧室から前記液体吐出孔までの液体に、前記液体吐出孔から前記液体加圧室に向かう圧力波が生じている間に加え始めることを特徴とする請求項１また２に記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項４】
前記第１の駆動信号を送ってから前記第２の駆動信号を送るまでの間に、前記駆動部に電圧を加えない状態とするか、前記駆動部を前記圧電アクチュエータの積層方向と直交する方向に伸ばす電圧を加えて前記液体加圧室の体積を前記待機状態より増加させた後、前記駆動部を前記圧電アクチュエータの積層方向と直交する方向に縮める電圧を加えて前記液体加圧室の体積を前記待機状態より減少させる第３の駆動信号を１回以上加えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項５】
前記第３の駆動信号が前記駆動部に加える電圧差が、前記第１の駆動信号が前記駆動部に加える電圧差とほぼ同じであることを特徴とする請求項４に記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項６】
複数の液体加圧室および該複数の液体加圧室にそれぞれ繋がった複数の液体吐出孔を有する流路部材上に、前記複数の液体加圧室を覆うように圧電アクチュエータを積層してなり、該圧電アクチュエータは、前記流路部材側から振動板、共通電極、圧電体および複数の駆動電極が順に積層されており、前記流路部材と前記圧電アクチュエータとの積層方向から見たとき、前記複数の駆動電極がそれぞれ前記複数の液体加圧室と重なるように配置されている液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに対して搬送する搬送部と、前記液体吐出ヘッドおよび搬送部を制御する制御部とを備える記録装置であって、前記制御部は、前記共通電極と前記複数の駆動電極との間に電圧を加えない待機状態で待機し、液体を吐出させる際に、液体を吐出させる前記液体吐出孔に繋がっている前記液体加圧室上の前記駆動電極に加える駆動信号として、前記圧電体の当該駆動電極と前記共通電極とに挟まれている部分である駆動部を前記圧電アクチュエータの積層方向と直交する方向
に伸ばす電圧を加えて前記液体加圧室の体積を前記待機状態より増加させた後、前記駆動部を前記圧電アクチュエータの積層方向と直交する方向に縮める電圧を加えて前記液体加圧室の体積を前記待機状態より減少させる第１の駆動信号を最初に送り、前記駆動部に電圧を加えない状態とした後、前記駆動部を前記圧電アクチュエータの積層方向と直交する方向に縮める電圧を加えて前記液体加圧室の体積前記待機状態より減少させる第２の駆動信号を最後に送ることを特徴とする記録装置。
【請求項１】
複数の液体加圧室および該複数の液体加圧室にそれぞれ繋がった複数の液体吐出孔を有する流路部材上に、前記複数の液体加圧室を覆うように圧電アクチュエータを積層してなり、該圧電アクチュエータは、前記流路部材側から振動板、共通電極、圧電体および複数の駆動電極が順に積層されており、前記流路部材と前記圧電アクチュエータとの積層方向から見たとき、前記複数の駆動電極がそれぞれ前記複数の液体加圧室と重なるように配置されている液体吐出ヘッドの駆動方法であって、前記共通電極と前記複数の駆動電極との間に電圧を加えない待機状態で待機し、液体を吐出させる際に、液体を吐出させる前記液体吐出孔に繋がっている前記液体加圧室上の前記駆動電極に加える駆動信号として、前記圧電体の当該駆動電極と前記共通電極とに挟まれている部分である駆動部を前記圧電アクチュエータの積層方向と直交する方向に伸ばす電圧を加えて前記液体加圧室の体積を前記待機状態より増加させた後、前記駆動部を前記圧電アクチュエータの積層方向と直交する方向に縮める電圧を加えて前記液体加圧室の体積を前記待機状態より減少させる第１の駆動信号を最初に送り、前記駆動部に電圧を加えない状態とした後、前記駆動部を前記圧電アクチュエータの積層方向と直交する方向に縮める電圧を加えて前記液体加圧室の体積を前記待機状態より減少させる第２の駆動信号を最後に送ることを特徴とする液体吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項２】
前記第１の駆動信号として液体が吐出される信号を送り、前記第２の駆動信号として液体が吐出されない信号を送ることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項３】
前記第２の駆動信号の、前記駆動部を前記圧電アクチュエータの積層方向と直交する方向に縮める電圧を、前記液体加圧室から前記液体吐出孔までの液体に、前記液体吐出孔から前記液体加圧室に向かう圧力波が生じている間に加え始めることを特徴とする請求項１また２に記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項４】
前記第１の駆動信号を送ってから前記第２の駆動信号を送るまでの間に、前記駆動部に電圧を加えない状態とするか、前記駆動部を前記圧電アクチュエータの積層方向と直交する方向に伸ばす電圧を加えて前記液体加圧室の体積を前記待機状態より増加させた後、前記駆動部を前記圧電アクチュエータの積層方向と直交する方向に縮める電圧を加えて前記液体加圧室の体積を前記待機状態より減少させる第３の駆動信号を１回以上加えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項５】
前記第３の駆動信号が前記駆動部に加える電圧差が、前記第１の駆動信号が前記駆動部に加える電圧差とほぼ同じであることを特徴とする請求項４に記載の液体吐出ヘッドの駆動方法。
【請求項６】
複数の液体加圧室および該複数の液体加圧室にそれぞれ繋がった複数の液体吐出孔を有する流路部材上に、前記複数の液体加圧室を覆うように圧電アクチュエータを積層してなり、該圧電アクチュエータは、前記流路部材側から振動板、共通電極、圧電体および複数の駆動電極が順に積層されており、前記流路部材と前記圧電アクチュエータとの積層方向から見たとき、前記複数の駆動電極がそれぞれ前記複数の液体加圧室と重なるように配置されている液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに対して搬送する搬送部と、前記液体吐出ヘッドおよび搬送部を制御する制御部とを備える記録装置であって、前記制御部は、前記共通電極と前記複数の駆動電極との間に電圧を加えない待機状態で待機し、液体を吐出させる際に、液体を吐出させる前記液体吐出孔に繋がっている前記液体加圧室上の前記駆動電極に加える駆動信号として、前記圧電体の当該駆動電極と前記共通電極とに挟まれている部分である駆動部を前記圧電アクチュエータの積層方向と直交する方向
に伸ばす電圧を加えて前記液体加圧室の体積を前記待機状態より増加させた後、前記駆動部を前記圧電アクチュエータの積層方向と直交する方向に縮める電圧を加えて前記液体加圧室の体積を前記待機状態より減少させる第１の駆動信号を最初に送り、前記駆動部に電圧を加えない状態とした後、前記駆動部を前記圧電アクチュエータの積層方向と直交する方向に縮める電圧を加えて前記液体加圧室の体積前記待機状態より減少させる第２の駆動信号を最後に送ることを特徴とする記録装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−３０３７９（Ｐ２０１２−３０３７９Ａ）
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１６９３９７（Ｐ２０１０−１６９３９７）
【出願日】平成２２年７月２８日（２０１０．７．２８）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月２８日（２０１０．７．２８）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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