JP2003260793A

JP2003260793A - インクジェット式記録ヘッドの駆動方法

Info

Publication number: JP2003260793A
Application number: JP2002064937A
Authority: JP
Inventors: Shiro Yazaki; 士郎矢崎
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-03-11
Filing date: 2002-03-11
Publication date: 2003-09-16

Abstract

(57)【要約】【課題】微小インク滴を吐出することができ且つ高速
印刷を実現することができるインクジェット式記録ヘッ
ドの駆動方法を提供する。【解決手段】ノズル開口に連通する圧力発生室に付設
された圧電素子を駆動することにより圧力発生室を膨張
又は収縮させてノズル開口からインク滴を吐出させるイ
ンクジェット式記録ヘッドの駆動方法において、圧電素
子を構成する圧電体層はこの圧電体層に発生する圧電歪
みの方向がその抗電界近傍で反転する特性を有するもの
であり、圧電体層の抗電界が生じる電位Ｖ１よりも低い
マイナス電位である初期電位Ｖ２から圧力発生室を収縮
させてインク滴を吐出させるプラス電位である吐出電位
Ｖ３まで連続的に変化させる電位上昇工程６１を有する
吐出駆動信号６０を圧電素子に印加することにより、微
小インク滴を吐出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インク滴を吐出す
るノズル開口と連通する圧力発生室に供給されたインク
を圧電素子により加圧して、ノズル開口からインク滴を
吐出させるインクジェット式記録ヘッドの駆動方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】インク滴を吐出するノズル開口と連通す
る圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧
電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧して
ノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式
記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦
振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、た
わみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものの
２種類が実用化されている。

【０００３】前者は圧電素子の端面を振動板に当接させ
ることにより圧力発生室の容積を変化させることができ
て、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反
面、圧電素子をノズル開口の配列ピッチに一致させて櫛
歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられた
圧電素子を圧力発生室に位置決めして固定する作業が必
要となり、製造工程が複雑であるという問題がある。

【０００４】これに対して後者は、圧電材料のグリーン
シートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し、これを焼
成するという比較的簡単な工程で振動板に圧電素子を作
り付けることができるものの、たわみ振動を利用する関
係上、ある程度の面積が必要となり、高密度配列が困難
であるという問題がある。

【０００５】一方、後者の記録ヘッドの不都合を解消す
べく、特開平５−２８６１３１号公報に見られるよう
に、振動板の表面全体に亙って成膜技術により、例え
ば、薄膜ＰＺＴ等の圧電材料層を均一に形成し、この圧
電材料層をリソグラフィ法により圧力発生室に対応する
形状に切り分けて各圧力発生室毎に独立するように圧電
素子を形成したものが提案されている。

【０００６】また、このようなインクジェット式記録ヘ
ッドを具備するインクジェット式記録装置では、高品位
の印刷を実現するにはドット径を小さくする必要があ
る。ドット径を小さくする方法としては、例えば、中間
電位から一旦最低電位まで降下させた後、最低電位から
最高電位まで上昇させる駆動信号によって圧電素子を駆
動させ、圧力発生室を一度膨張させてから収縮させるこ
とによってインク滴を吐出させる、いわゆる「引き打
ち」方式が挙げられ、この方式によれば、インクの吐出
量を少なくできるので、ドット径を小さくすることが可
能である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな「引き打ち」方式によってインクを吐出するために
は、駆動信号が比較的複雑になってしまうという問題が
ある。また、駆動信号の複雑化に伴いインクの吐出にか
かる期間が長くなり、圧電素子を高速で駆動することが
できないという問題がある。

【０００８】また、圧電素子の電位を上昇又は下降させ
る期間を短くすることによって、インク吐出にかかる期
間を短縮することはできるが、急激な電位の変化による
過電流によって圧電素子が破壊される虞や、インク滴が
誤吐出される虞がある。

【０００９】本発明は、このような事情に鑑み、微小イ
ンク滴を吐出することができ且つ高速印刷を実現するこ
とができるインクジェット式記録ヘッドの駆動方法を提
供することを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の第１の態様は、ノズル開口に連通する圧力発生室に
付設された圧電素子を駆動することにより前記圧力発生
室を膨張又は収縮させて前記ノズル開口からインク滴を
吐出させるインクジェット式記録ヘッドの駆動方法にお
いて、前記圧電素子を構成する圧電体層は当該圧電素子
に発生する圧電歪みの方向がその抗電界近傍で反転する
特性を有するものであり、前記圧電体層の抗電界が生じ
る電位よりも低いマイナス電位である初期電位から前記
圧力発生室を収縮させてインク滴を吐出させるプラス電
位である吐出電位まで連続的に変化させる電位上昇工程
を有する吐出駆動信号を前記圧電素子に印加することを
特徴とするインクジェット式記録ヘッドの駆動方法にあ
る。

【００１１】かかる第１の態様では、比較的単純な駆動
信号によって微小インク滴を吐出させることができ、印
刷品質が向上すると共に高速印刷を実現できる。

【００１２】本発明の第２の態様は、第１の態様におい
て、前記電位上昇工程では、前記圧電素子が前記圧力発
生室を膨張させる方向に変形後、前記圧力発生室を収縮
させる方向に変形することにより前記ノズル開口からイ
ンク滴が吐出されることを特徴とするインクジェット式
記録ヘッドの駆動方法にある。

【００１３】かかる第２の態様では、比較的単純な駆動
信号で、いわゆる「引き打ち」方式で圧電素子を駆動さ
せることにより、微小インク滴を吐出する。

【００１４】本発明の第３の態様は、第１又は２の態様
において、前記抗電界が生じる電位と前記初期電位との
電位差によって、前記圧電素子の初期変位量が規定され
ることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの駆動
方法にある。

【００１５】かかる第３の態様では、圧電素子の初期変
位量が規定されることにより、いわゆる「引き打ち」方
式で圧電素子を良好に駆動させることができ、所望の微
小インク滴が吐出される。

【００１６】本発明の第４の態様は、第１〜３の何れか
の態様において、前記電位上昇工程の期間が、前記圧力
発生室の固有周期Ｔｃの長さの１／２〜１倍の範囲であ
ることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの駆動
方法にある。

【００１７】かかる第４の態様では、電位上昇工程を所
定期間とすることにより、微小インク滴を確実に吐出す
ることができる。

【００１８】本発明の第５の態様は、第１〜４の何れか
の態様において、前記電位下降工程の期間が、前記圧力
発生室の固有周期Ｔｃの長さの１／２〜１倍の範囲であ
ることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの駆動
方法にある。

【００１９】かかる第５の態様では、インク滴吐出後の
メニスカスの振動を効果的に抑えることができ、高速印
刷が実現される。

【００２０】本発明の第６の態様は、第１〜５の何れか
の態様において、前記電位上昇工程の傾きが、前記圧電
体層の抗電界が生じる電位近傍で変化することを特徴と
するインクジェット式記録ヘッドの駆動方法にある。

【００２１】かかる第６の態様では、圧電素子の特性等
を考慮して電位上昇工程の傾きを変化させることによ
り、微小インク滴をさらに良好に吐出することができ
る。

【００２２】本発明の第７の態様は、第１〜６の何れか
の態様において、前記圧電素子の各層が成膜及びリソグ
ラフィ法により形成されたものであることを特徴とする
インクジェット式記録ヘッドの駆動方法にある。

【００２３】かかる第７の態様では、圧電素子を高密度
に配列することができ、印刷品質を著しく向上すること
ができる。

【００２４】本発明の第８の態様は、第７の態様におい
て、前記圧電素子を構成する圧電体層の膜厚が、０．５
μｍ以上３μｍ以下であることを特徴とするインクジェ
ット式記録ヘッドの駆動方法にある。

【００２５】かかる第８の態様では、圧電素子を高密度
に配列でき、高品質印刷を実現できると共に、高周波数
駆動が可能となり高速印刷を実現できる。

【００２６】本発明の第９の態様は、第８の態様におい
て、前記圧電体層は、結晶が優先配向していることを特
徴とするインクジェット式記録ヘッドの駆動方法にあ
る。

【００２７】かかる第９の態様では、圧電体層が薄膜工
程で成膜された結果、結晶が優先配向している。

【００２８】本発明の第１０の態様は、第９の態様にお
いて、前記圧電体層は、（１００）面に優先配向してい
ることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの駆動
方法にある。

【００２９】かかる第１０の態様では、圧電体層を所定
の薄膜工程で成膜した結果、結晶が（１００）面に優先
配向する。

【００３０】本発明の１１の態様は、第９又は１０の態
様において、前記圧電体層は、結晶が菱面体晶であるこ
とを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの駆動方法
にある。

【００３１】かかる第１１の態様では、圧電体層を所定
の薄膜工程で成膜した結果、結晶が菱面体晶となる。

【００３２】本発明の第１２の態様は、第９〜１１の何
れかの態様において、前記圧電体層は、結晶が柱状とな
っていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド
の駆動方法にある。

【００３３】かかる第１２の態様では、圧電体層が薄膜
工程で成膜された結果、結晶が柱状となっている。

【００３４】本発明の第１３の態様は、第７〜１２の何
れかの態様において、前記電位上昇工程で前記圧電素子
にかかる電界強度が５０ｋＶ／ｃｍ以上であることを特
徴とするインクジェット式記録ヘッドの駆動方法にあ
る。

【００３５】かかる第１３の態様では、所望のインク量
及びインク速度でインク滴を吐出でき、常に安定した印
刷品質が得られる。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下に本発明を実施形態に基づい
て詳細に説明する。なお、勿論、本発明は下記実施形態
に限定されるものではない。

【００３７】（実施形態１）図１は、本発明の実施形態
１に係るインクジェット式記録装置の概略構成を示す図
である。本実施形態のインクジェット式記録装置は、図
１に示すように、プリンタコントローラ１１とプリント
エンジン１２とから概略構成してある。

【００３８】プリンタコントローラ１１は、外部インタ
ーフェース１３（以下、外部Ｉ／Ｆ１３という）と、各
種データを一時的に記憶するＲＡＭ１４と、制御プログ
ラム等を記憶したＲＯＭ１５と、ＣＰＵ等を含んで構成
した制御部１６と、クロック信号を発生する発振回路１
７と、インクジェット式記録ヘッド１８へ供給するため
の駆動信号を発生する駆動信号発生回路１９と、駆動信
号や印刷データに基づいて展開されたドットパターンデ
ータ（ビットマップデータ）等をプリントエンジン１２
に送信する内部インターフェース２０（以下、内部Ｉ／
Ｆ２０という）とを備えている。

【００３９】外部Ｉ／Ｆ１３は、例えば、キャラクタコ
ード、グラフィック関数、イメージデータ等によって構
成される印刷データを、図示しないホストコンピュータ
等から受信する。また、この外部Ｉ／Ｆ１３を通じてビ
ジー信号（ＢＵＳＹ）やアクノレッジ信号（ＡＣＫ）
が、ホストコンピュータ等に対して出力される。

【００４０】ＲＡＭ１４は、受信バッファ２１、中間バ
ッファ２２、出力バッファ２３、及び、図示しないワー
クメモリとして機能する。そして、受信バッファ２１は
外部Ｉ／Ｆ１３によって受信された印刷データを一時的
に記憶し、中間バッファ２２は制御部１６が変換した中
間コードデータを記憶し、出力バッファ２３はドットパ
ターンデータを記憶する。なお、このドットパターンデ
ータは、階調データをデコード（翻訳）することにより
得られる印字データによって構成してある。

【００４１】また、ＲＯＭ１５には、各種データ処理を
行わせるための制御プログラム（制御ルーチン）の他
に、フォントデータ、グラフィック関数等を記憶させて
ある。

【００４２】制御部１６は、受信バッファ２１内の印刷
データを読み出すと共に、この印刷データを変換して得
た中間コードデータを中間バッファ２２に記憶させる。
また、中間バッファ２２から読み出した中間コードデー
タを解析し、ＲＯＭ１５に記憶させているフォントデー
タ及びグラフィック関数等を参照して、中間コードデー
タをドットパターンデータに展開する。そして、制御部
１６は、必要な装飾処理を施した後に、この展開したド
ットパターンデータを出力バッファ２３に記憶させる。

【００４３】そして、インクジェット式記録ヘッド１８
の１行分に相当するドットパターンデータが得られたな
らば、この１行分のドットパターンデータは、内部Ｉ／
Ｆ２０を通じてインクジェット式記録ヘッド１８に出力
される。また、出力バッファ２３から１行分のドットパ
ターンデータが出力されると、展開済みの中間コードデ
ータは中間バッファ２２から消去され、次の中間コード
データについての展開処理が行われる。

【００４４】プリントエンジン１２は、インクジェット
式記録ヘッド１８と、紙送り機構２４と、キャリッジ機
構２５とを含んで構成してある。

【００４５】紙送り機構２４は、紙送りモータと紙送り
ローラ等から構成してあり、記録紙等の印刷記憶媒体を
インクジェット式記録ヘッド１８の記録動作に連動させ
て順次送り出す。即ち、この紙送り機構２４は、印刷記
憶媒体を副走査方向に相対移動させる。

【００４６】キャリッジ機構２５は、インクジェット式
記録ヘッド１８を搭載可能なキャリッジと、このキャリ
ッジを主走査方向に沿って走行させるキャリッジ駆動部
とから構成してあり、キャリッジを走行させることによ
りインクジェット式記録ヘッド１８を主走査方向に移動
させる。なお、キャリッジ駆動部は、タイミングベルト
を用いたもの等、キャリッジを走行させ得る機構であれ
ば任意の構成を採り得る。

【００４７】インクジェット式記録ヘッド１８は、副走
査方向に沿って多数のノズル開口を有し、ドットパター
ンデータ等によって規定されるタイミングで各ノズル開
口からインク滴を吐出する。

【００４８】次に、かかるインクジェット式記録ヘッド
１８について詳細に説明する。なお、図２は、インクジ
ェット式記録ヘッドの機械的構成を示す図であり、図３
は、その電気的構成を示す図である。

【００４９】本実施形態のインクジェット式記録ヘッド
１８は、いわゆるたわみ振動のインクジェット式記録ヘ
ッドであり、図２に示すように、流路形成基板３１には
圧力発生室３２及び圧力発生室３２とインク供給路３３
を介して連通される連通部３４が形成されている。そし
て、流路形成基板３１の一方面側は振動板３５によって
封止され、他方面はノズル開口３６を有するノズルプレ
ート３７で封止されている。

【００５０】一方、振動板３５の圧力発生室３２とは反
対側には、例えば、成膜及びリソグラフィ法で形成され
た薄膜からなる下電極膜３８、圧電体層３９及び上電極
膜４０で構成される圧電素子４１が形成されている。ま
た、圧電素子４１の長手方向一端部近傍から振動板３５
上に亘ってリード電極４２が延設され、その端部近傍に
は、例えばフレキシブルケーブル等の外部配線（図示な
し）が接続される。

【００５１】ここで、圧電素子４１を構成する下電極膜
３８は、例えば、白金（Ｐｔ）等からなり、０．２μｍ
程度の厚さで形成されている。また、上電極膜４０は、
例えば、白金（Ｐｔ）又はイリジウム（Ｉｒ）等からな
り、０．１μｍ程度の厚さで形成されている。

【００５２】圧電体層３９は、例えば、チタン酸ジルコ
ン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電性セラミックス材料からな
り、その厚さは０．５μｍ以上３μｍ以下であることが
好ましい。例えば、本実施形態では、１μｍ程度の厚さ
としている。

【００５３】また、流路形成基板３１の圧電素子４１側
には、連通部３４と連通してリザーバ４３を構成するリ
ザーバ部４４が形成されたリザーバ形成基板４５が接合
され、このリザーバ部４４には、図示しないインクタン
クが接続されるようになっている。さらに、リザーバ形
成基板４５には、圧電素子４１を覆う圧電素子保持部４
６が設けられており、圧電素子４１はこの圧電素子保持
部４６内に密封されている。

【００５４】そして、このようなインクジェット式記録
ヘッド１８の圧電素子４１には、図示しない外部配線を
介して電気信号、例えば、後述する駆動信号（ＣＯＭ）
や印字データ（ＳＩ）等が供給される。

【００５５】このように構成されたインクジェット式記
録ヘッド１８では、圧電素子４１に電圧が印加される
と、圧電素子４１がたわむことによって振動板３５が変
位し、圧力発生室３２が収縮することによってノズル開
口３６からインク滴が吐出される。

【００５６】次に、このインクジェット式記録ヘッド１
８の電気的構成について説明する。

【００５７】このインクジェット式記録ヘッド１８は、
図１に示すように、シフトレジスタ５１、ラッチ回路５
２、レベルシフタ５３、スイッチ５４及び圧電素子４１
等を備えている。さらに、図３に示すように、これらの
シフトレジスタ５１、ラッチ回路５２、レベルシフタ５
３、スイッチ５４及び圧電素子４１は、それぞれ、イン
クジェット式記録ヘッド１８の各ノズル開口３６毎に設
けたシフトレジスタ素子５１Ａ〜５１Ｎ、ラッチ素子５
２Ａ〜５２Ｎ、レベルシフタ素子５３Ａ〜５３Ｎ、スイ
ッチ素子５４Ａ〜５４Ｎ、圧電素子４１Ａ〜４１Ｎから
構成してあり、シフトレジスタ５１、ラッチ回路５２、
レベルシフタ５３、スイッチ５４、圧電素子４１の順で
電気的に接続してある。

【００５８】なお、これらのシフトレジスタ５１、ラッ
チ回路５２、レベルシフタ５３及びスイッチ５４は、駆
動信号発生回路１９が発生した吐出駆動信号から駆動パ
ルスを生成する。ここで、駆動パルスとは実際に圧電素
子４１に印加される印加パルスのことである。

【００５９】次に、このような電気的構成を有するイン
クジェット式記録ヘッド１８の制御について説明する。
まず、圧電素子４１に駆動パルスを印加する手順につい
て説明する。

【００６０】上述したような電気的構成を有するインク
ジェット式記録ヘッド１８では、図４に示すように、最
初に発振回路１７からのクロック信号（ＣＫ）に同期し
て、ドットパターンデータを構成する印字データ(ＳＩ)
が出力バッファ２３からシフトレジスタ５１へシリアル
伝送され、順次セットされる。この場合、まず、全ノズ
ル開口３６の印字データにおける最上位ビットのデータ
がシリアル伝送され、この最上位ビットのデータシリア
ル伝送が終了したならば、上位から２番目のビットのデ
ータがシリアル伝送される。以下同様に、下位ビットの
データが順次シリアル伝送される。

【００６１】そして、当該ビットの印字データが全ノズ
ル分シフトレジスタ素子５１Ａ〜５１Ｎにセットされた
ならば、制御部１６は、所定のタイミングでラッチ回路
５２へラッチ信号（ＬＡＴ）を出力させる。このラッチ
信号により、ラッチ回路５２は、シフトレジスタ５１に
セットされた印字データをラッチする。このラッチ回路
５２がラッチした印字データ（ＬＡＴｏｕｔ）は、電圧
増幅器であるレベルシフタ５３に印加される。このレベ
ルシフタ５３は、印字データが例えば「１」の場合に、
スイッチ５４が駆動可能な電圧値、例えば、数十ボルト
までこの印字データを昇圧する。そして、この昇圧され
た印字データはスイッチ素子５４Ａ〜５４Ｎに印加さ
れ、スイッチ素子５４Ａ〜５４Ｎは、当該印字データに
より接続状態になる。

【００６２】そして、各スイッチ素子５４Ａ〜５４Ｎに
は、駆動信号発生回路１９が発生した吐出駆動信号（Ｃ
ＯＭ）も印加されており、スイッチ素子５４Ａ〜５４Ｎ
が接続状態になると、このスイッチ素子５４Ａ〜５４Ｎ
に接続された圧電素子４１Ａ〜４１Ｎに吐出駆動信号が
印加される。

【００６３】このように、例示したインクジェット式記
録ヘッド１８では、印字データによって圧電素子４１に
吐出駆動信号を印加するか否かを制御することができ
る。例えば、印字データが「１」の期間においてはラッ
チ信号（ＬＡＴ）によりスイッチ５４が接続状態となる
ので、駆動信号（ＣＯＭｏｕｔ）を圧電素子４１に供給
することができ、この供給された駆動信号（ＣＯＭｏｕ
ｔ）により圧電素子４１が変位（変形）する。また、印
字データが「０」の期間においてはスイッチ５４が非接
続状態となるので、圧電素子４１への駆動信号の供給は
遮断される。なお、この印字データが「０」の期間にお
いて、各圧電素子４１は直前の電位を保持するので、直
前の変位状態が維持される。

【００６４】このように圧電素子４１に印加される本実
施形態の基本駆動信号６０は、図５（ａ）に示すよう
に、圧電体層３９の抗電界Ｅｃを発生する電位Ｖ１より
も低いマイナス電位である初期電位Ｖ２を維持した状態
から圧力発生室３２を収縮させてインク滴を吐出させる
プラス電位である吐出電位Ｖ３まで、圧電素子に印加す
る電位を上昇させる電位上昇工程６１と、吐出電位Ｖ３
を所定期間保持する保持工程６２と吐出電位Ｖ３から初
期電位Ｖ２まで降下させる電位下降工程６３とで構成さ
れている。そして、印字データに応じてこの基本駆動信
号が圧電素子４１に出力されることによりインク滴が吐
出される。

【００６５】ここで、本実施形態のインクジェット式記
録ヘッドを構成する圧電素子は、薄膜によって形成され
且つ分極処理が施されており、図６に示すように、圧電
素子に印加する電位を変化させると、抗電界Ｅｃを発生
する電位Ｖ１近傍を境として変位方向が反転する特性を
有する。

【００６６】このため、圧電素子４１に駆動信号６０が
出力されると、電位上昇工程６１によって、圧電素子４
１の電位が初期電位Ｖ２から電位Ｖ１近傍まで上昇する
間、圧電素子４１は圧力発生室３２を膨張させる方向に
変形し、電位Ｖ１を越えて吐出電位Ｖ３に上昇する間
は、圧力発生室３２を収縮させる方向に変形する。ま
た、圧電素子４１は、その後保持工程６２を介して電位
下降工程６３が実行されることによって、圧電素子４１
の電位が吐出電位Ｖ３から電位Ｖ１近傍まで下降する
間、圧電素子４１は圧力発生室３２を膨張させる方向に
変形し、電位Ｖ１を越えて初期電位Ｖ２まで下降する
間、圧力発生室３２を収縮させる方向に変形する。

【００６７】すなわち、図５（ｂ）に示すように、圧電
素子４１は、初期変位Ｄ１で保持された状態から、電位
上昇工程６１によって、一旦、最低変位Ｄ２まで変位す
る。このとき、圧電素子４１の歪みが緩和されて圧力発
生室３２が膨張し、ノズル開口３６内のメニスカスが圧
力発生室３２側に引き込まれる。続いて、圧電素子４１
が最低変位Ｄ２から最大変位Ｄ３まで変形する。これに
より、圧力発生室３２が収縮されてノズル開口３６から
インク滴が吐出される。

【００６８】なお、本実施形態に係る圧電素子４１は薄
膜からなるため、電位上昇工程６１で圧電素子４１にか
かる電界強度は５０ｋＶ／ｃｍ以上であることが好まし
い。これにより、圧電素子４１（振動板３５）を良好に
変位させることができ、所望の量のインク滴を確実に吐
出させることができる。

【００６９】その後、保持工程６２を介してメニスカス
の振動を抑えるタイミングで電位下降工程６３が実行さ
れることにより、圧電素子４１は、最大変位Ｄ３から一
旦最低変位Ｄ２まで変形した後、初期変位Ｄ１に戻る。

【００７０】また、このような本実施形態に係る駆動信
号６０によって圧電素子４１を駆動させたときの振動板
の変位Ｄｖ１は、図７に示すように、抗電界以下の電位
を用いない、いわゆる「引き打ち」方式の駆動信号７０
を圧電素子４１に供給したときの振動板の変位Ｄｖ２と
略同等の変位を示す。

【００７１】このように、本実施形態の駆動方法によれ
ば、いわゆる「押し打ち」と呼ばれる方式と同様の比較
的単純な駆動信号で、いわゆる「引き打ち」と呼ばれる
方式で圧電素子を駆動してインク滴を吐出することがで
きる。

【００７２】すなわち、比較的単純な駆動信号で圧電素
子４１を駆動することで、微小インク滴を吐出して高品
質印刷を実現することができる。また、比較的単純な駆
動信号を圧電素子４１に出力すればよいため、圧電素子
４１の制御が容易となると共に、高周波数で圧電素子４
１を駆動することができ高速印刷を実現することができ
る。

【００７３】また、本実施形態の駆動方法では、電位上
昇工程６１によって、ノズル開口３６内のメニスカスを
引き込ませる動作と、メニスカスを押し出す動作とを連
続的に行うため、吐出電位Ｖ３を従来の駆動方法と同程
度の電位としても、周波数を低下させることなく電位上
昇工程６１の傾きを小さくすることができる。したがっ
て、圧電素子４１に流れる電流値が小さく抑えられ、圧
電素子４１の耐久性を向上することができると共にイン
ク滴の誤吐出を防止することができる。

【００７４】ここで、電位上昇工程６１の期間は、圧電
素子４１の特性に応じて適宜決定されればよいが、例え
ば、圧力発生室３２の固有周期Ｔｃの長さの１／２〜１
倍の範囲であることが好ましく、好適にはＴｃの長さの
３／４倍である。これにより微小インク滴を良好に吐出
することができる。

【００７５】また、電位下降工程６３の期間も同様に、
Ｔｃの長さの１／２〜１倍の範囲であることが好まし
く、好適にはＴｃの長さの３／４倍である。これにより
インク滴吐出後のメニスカスの振動を効果的に抑えるこ
とができる。

【００７６】なお、本実施形態の駆動方法では、圧電素
子４１にマイナス電位である初期電位Ｖ２を印加した状
態からプラス電位である吐出電位Ｖ３まで変化させてい
るが、回路上の都合によっては、圧電素子４１にマイナ
ス電位を印加しなくてもよい。例えば、圧電素子４１の
グランド側の電極に、所定のバイアス電位を印加するこ
とによって、結果的に圧電素子４１にマイナス電位が印
加されるようにしてもよい。

【００７７】（実施形態２）図８は、実施形態２に係る
駆動信号の一例を示す図である。

【００７８】本実施形態は、電位上昇工程６１Ａの傾き
を圧電素子４１の抗電界Ｅｃを発生する電位Ｖ１近傍で
変化させるようにした例である。すなわち、本実施形態
では、図８に示すように、電位上昇工程６１Ａの初期電
位Ｖ２から電位Ｖ１に上昇させるときの傾きを、電位Ｖ
１から吐出電位Ｖ３まで上昇させるときの傾きよりも小
さくするようにした以外は、実施形態１と同様である。

【００７９】このように、電位上昇工程６１Ａの傾き
を、例えば、圧電素子４１の特性等を考慮して変化させ
ることにより、振動板３５の変位を、抗電界以下の電圧
を用いない、いわゆる「引き打ち」方式の駆動信号によ
る変位に近づけることができ、より良好なインク滴を吐
出することが可能となる。

【００８０】なお、本実施形態では、電位上昇工程６１
Ａの傾きのみを変化させるようにしたが、勿論、図９に
示すように、電位上昇工程６１Ａの傾きと共に、電位下
降工程６３Ａの傾きを電位Ｖ１近傍で変化させるように
してもよい。このように、電位下降工程６３Ａの傾きを
変化させることにより、メニスカスの振動を効果的に抑
制することができ、さらなる高速印刷が可能となる。

【００８１】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、抗電界
近傍で変位方向が反転する特性を有する圧電体層を有す
る圧電素子に、圧電体層の抗電界が生じる電位よりも低
いマイナス電位である初期電位から圧力発生室を収縮さ
せてインク滴を吐出するプラス電位である吐出電位まで
連続的に変化させる電位上昇工程を有する吐出駆動信号
を印加することにより、比較的単純な駆動信号で微小イ
ンク滴を吐出させて高品質印刷を実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録装置の概略構成を示す図である。

【図２】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの断面図である。

【図３】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録ヘッドの電気的構成を示すブロック図である。

【図４】圧電素子に駆動パルスを印加する手順を説明す
る図である。

【図５】本発明の実施形態１に係る駆動信号及び圧電素
子の変位の一例を示す図である。

【図６】本発明の実施形態１に係る圧電素子の特性を示
す図である。

【図７】本発明の実施形態１に係る駆動信号による振動
板の変位と引き打ち方式の駆動信号による振動板の変位
とを示すグラフである。

【図８】本発明の実施形態２に係る駆動信号の一例を示
す図である。

【図９】本発明の実施形態２に係る駆動信号の他の例を
示す図である。

【符号の説明】

３１流路形成基板３２圧力発生室３５振動板３７ノズルプレート４１圧電素子６１電位上昇工程６２保持工程６３電位下降工程

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ノズル開口に連通する圧力発生室に付設
された圧電素子を駆動することにより前記圧力発生室を
膨張又は収縮させて前記ノズル開口からインク滴を吐出
させるインクジェット式記録ヘッドの駆動方法におい
て、前記圧電素子を構成する圧電体層は当該圧電素子に発生
する圧電歪みの方向がその抗電界近傍で反転する特性を
有するものであり、前記圧電体層の抗電界が生じる電位
よりも低いマイナス電位である初期電位から前記圧力発
生室を収縮させてインク滴を吐出させるプラス電位であ
る吐出電位まで連続的に変化させる電位上昇工程を有す
る吐出駆動信号を前記圧電素子に印加することを特徴と
するインクジェット式記録ヘッドの駆動方法。
【請求項２】請求項１において、前記電位上昇工程で
は、前記圧電素子が前記圧力発生室を膨張させる方向に
変形後、前記圧力発生室を収縮させる方向に変形するこ
とにより前記ノズル開口からインク滴が吐出されること
を特徴とするインクジェット式記録ヘッドの駆動方法。
【請求項３】請求項１又は２において、前記抗電界が
生じる電位と前記初期電位との電位差によって、前記圧
電素子の初期変位量が規定されることを特徴とするイン
クジェット式記録ヘッドの駆動方法。
【請求項４】請求項１〜３の何れかにおいて、前記電
位上昇工程の期間が、前記圧力発生室の固有周期Ｔｃの
長さの１／２〜１倍の範囲であることを特徴とするイン
クジェット式記録ヘッドの駆動方法。
【請求項５】請求項１〜４の何れかにおいて、前記電
位下降工程の期間が、前記圧力発生室の固有周期Ｔｃの
長さの１／２〜１倍の範囲であることを特徴とするイン
クジェット式記録ヘッドの駆動方法。
【請求項６】請求項１〜５の何れかにおいて、前記電
位上昇工程の傾きが、前記圧電体層の抗電界が生じる電
位近傍で変化することを特徴とするインクジェット式記
録ヘッドの駆動方法。
【請求項７】請求項１〜６の何れかにおいて、前記圧
電素子の各層が成膜及びリソグラフィ法により形成され
たものであることを特徴とするインクジェット式記録ヘ
ッドの駆動方法。
【請求項８】請求項７において、前記圧電素子を構成
する圧電体層の膜厚が、０．５μｍ以上３μｍ以下であ
ることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの駆動
方法。
【請求項９】請求項８において、前記圧電体層は、結
晶が優先配向していることを特徴とするインクジェット
式記録ヘッドの駆動方法。
【請求項１０】請求項９において、前記圧電体層は、
（１００）面に優先配向していることを特徴とするイン
クジェット式記録ヘッドの駆動方法。
【請求項１１】請求項９又は１０において、前記圧電
体層は、結晶が菱面体晶であることを特徴とするインク
ジェット式記録ヘッドの駆動方法。
【請求項１２】請求項９〜１１の何れかにおいて、前
記圧電体層は、結晶が柱状となっていることを特徴とす
るインクジェット式記録ヘッドの駆動方法。
【請求項１３】請求項７〜１２の何れかにおいて、前
記電位上昇工程で前記圧電素子にかかる電界強度が５０
ｋＶ／ｃｍ以上であることを特徴とするインクジェット
式記録ヘッドの駆動方法。