JP2010194834A - 液体噴射ヘッド、液体噴射装置、液体噴射ヘッドのバイアス電圧の設定方法、液体噴射ヘッドの駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】繰り返し駆動による変位量の低下を抑制して、繰り返し駆動した際のインク吐出量の低下を抑制し、安定した印刷品質を維持することができる液体噴射ヘッド、液体噴射装置、液体噴射ヘッドのバイアス電圧の設定方法、液体噴射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と、該圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧電素子と、を具備する液体噴射ヘッドであって、前記圧電素子を駆動させる制御部１１７と、前記圧電素子の駆動情報を記録する記録部１１４と、前記圧電素子に駆動電圧とバイアス電圧とを供給する電源供給部１２０と、を備え、前記制御部１１７が、前記記録部１１４に格納された前記圧電素子の前記駆動情報に基づいて、前記駆動電圧を負方向にシフトさせる前記バイアス電圧を調整する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、ノズル開口から液体を噴射する液体噴射ヘッド、液体噴射装置、液体噴射ヘッドのバイアス電圧の設定方法、液体噴射ヘッドの駆動方法に関する。

液体噴射ヘッド等に用いられる圧電素子は、電気機械変換機能を呈する圧電材料、例えば、結晶化した誘電材料からなる圧電体層を、２つの電極で挟んで構成されたものがある。なお、液体噴射ヘッドの代表例としては、例えば、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等がある（特許文献１及び２参照）。

特開２００６−３２１２００号公報 特開２００８−１１４５５５号公報

しかしながら、圧電素子は、駆動初期の変位量に比べて、繰り返し駆動した際の変位量が低下するため、吐出量が安定せずに、印刷品質が劣化する虞があるという問題がある。

また、特許文献１では、駆動電圧を正方向にシフトさせるバイアス電圧を印加して、圧電素子を駆動させるようにしているものの、実質的に印字品質を向上するのは困難であるという問題がある。

なお、このような問題は、インクジェット式記録ヘッドだけではなく、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。

本発明はこのような事情に鑑み、繰り返し駆動による変位量の低下を抑制して、繰り返し駆動した際のインク吐出量の低下を抑制し、安定した印刷品質を維持することができる液体噴射ヘッド、液体噴射装置、液体噴射ヘッドのバイアス電圧の設定方法、液体噴射ヘッドの駆動方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の態様は、ノズル開口に連通する圧力発生室と、該圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧電素子と、を具備する液体噴射ヘッドであって、前記圧電素子を駆動させる制御部と、前記圧電素子の駆動情報を記録する記録部と、前記圧電素子に駆動電圧とバイアス電圧とを供給する電源生成部と、を備え、前記制御部が、前記記録部に格納された前記圧電素子の前記駆動情報に基づいて、前記駆動電圧を負方向にシフトさせる前記バイアス電圧を調整することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。

かかる態様では、バイアス電圧を駆動電圧が負方向にシフトするように印加すると共に、バイアス電圧を駆動情報に基づいて調整することで、圧電素子を繰り返し駆動しても、圧電素子の変位量が低下するのを抑制することができる。これにより、繰り返し駆動した際のインク吐出量の低下を抑制し、安定した印刷品質を維持することができる。

ここで、前記駆動情報が、前記圧電素子の駆動回数であることが好ましい。これによれば、駆動回数に基づいた変位低下量に基づいてバイアス電圧を調整して、圧電素子の変位量の低下を抑制できる。

また、前記駆動回数が、前記ノズル開口から液体を吐出する吐出回数を含むものであることが好ましい。これによれば、圧電素子の変位低下に最も影響を与える吐出駆動の回数に基づいて、バイアス電圧を調整することで、圧電素子の変位量の低下を高精度に抑制できる。

また、前記液体の吐出回数をＮ（自然数）、バイアス電圧による前記駆動電圧のシフト量をΔＶとしたとき、Ｌｎ（Ｎ）∝ΔＶを満たすことが好ましい。これによれば、バイアス電圧の電圧値（駆動電圧のシフト量）ΔＶを、液体の吐出回数Ｎの自然対数に比例させることで、圧電素子の繰り返し駆動による変位低下率の変化に則してシフトされた駆動電圧で圧電素子を駆動させることができる。

さらに、本発明の他の態様は、上記態様に記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。

かかる態様では、長期間に亘って安定した印刷品質を維持することができる液体噴射装置を実現できる。

また、本発明の他の態様は、ノズル開口に連通する圧力発生室と、該圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧電素子と、を具備する液体噴射ヘッドのバイアス電圧の設定方法であって、前記圧電素子を駆動する駆動電圧を負方向にシフトさせるバイアス電圧を前記圧電素子の駆動情報に基づいて設定することを特徴とする液体噴射ヘッドのバイアス電圧の設定方法にある。

かかる態様では、バイアス電圧を駆動電圧が負方向にシフトするように印加すると共に、バイアス電圧を駆動情報に基づいて調整することで、圧電素子を繰り返し駆動しても、圧電素子の変位量が低下するのを抑制することができる。これにより、繰り返し駆動した際のインク吐出量の低下を抑制し、安定した印刷品質を維持することができる。

さらに、本発明の他の態様は、ノズル開口に連通する圧力発生室と、該圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧電素子と、を具備する液体噴射ヘッドの駆動方法であって、前記圧電素子を駆動する駆動電圧を負方向にシフトさせるバイアス電圧を前記圧電素子の駆動情報に基づいて調整することを特徴とする液体噴射ヘッドの駆動方法にある。

かかる態様では、バイアス電圧を駆動電圧が負方向にシフトするように印加すると共に、バイアス電圧を駆動情報に基づいて調整することで、圧電素子を繰り返し駆動しても、圧電素子の変位量が低下するのを抑制することができる。これにより、繰り返し駆動した際のインク吐出量の低下を抑制し、安定した印刷品質を維持することができる。

本発明の実施形態１に係る記録装置を示す斜視図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドを示す分解斜視図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの断面図である。 本発明の実施形態１に係る制御部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態１に係る電源生成部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの駆動波形を示す波形図である。 本発明の実施形態１に係るヒステリシス特性を示すグラフである。

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る液体噴射装置の一例であるインクジェット式記録装置を示す概略図である。図１に示すように、液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドを有するヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、液体貯留手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、このヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。このヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、液体として、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。

そして、駆動モーター６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラーなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８上に搬送されるようになっている。そして、このようなインクジェット式記録装置Ｉでは、キャリッジ３がキャリッジ軸５に沿って移動されると共にインクジェット式記録ヘッドによって液体が吐出されて記録シートＳに印刷される。

ここで、液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドについて図２及び図３を用いて説明する。図２は、液体噴射ヘッドの一例であるのインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図であり、図３は、インクジェット式記録ヘッドの断面図である。

本実施形態の流路形成基板１０は、シリコン単結晶基板からなり、その一方の面には酸化シリコンを主成分とする弾性膜５０が形成されている。

流路形成基板１０には、複数の圧力発生室１２がその幅方向に並設されている。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向外側の領域には連通部１３が形成され、連通部１３と各圧力発生室１２とが、各圧力発生室１２毎に設けられたインク供給路１４及び連通路１５を介して連通されている。連通部１３は、後述する保護基板のリザーバー部３１と連通して各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバーの一部を構成する。インク供給路１４は、圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されており、連通部１３から圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。なお、本実施形態では、流路形成基板１０には、圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５からなる液体流路が設けられていることになる。

また、流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側の端部近傍に連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が、接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。なお、ノズルプレート２０は、例えば、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、ステンレス鋼等からなる。

一方、このような流路形成基板１０の開口面とは反対側には、弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、酸化ジルコニウムを主成分とする絶縁体膜５５が形成されている。さらに、この絶縁体膜５５上には、第１電極６０と、圧電体層７０と、第２電極８０と、が積層形成されて圧電素子３００（本実施形態の圧力発生素子）を構成している。ここで、圧電素子３００は、第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０を含む部分をいう。一般的には、圧電素子３００の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層７０を各圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体層７０から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部３２０という。本実施形態では、第１電極６０を圧電素子３００の共通電極とし、第２電極８０を圧電素子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。また、ここでは、圧電素子３００と当該圧電素子３００の駆動により変位が生じる振動板とを合わせてアクチュエーター装置と称する。なお、上述した例では、弾性膜５０、絶縁体膜５５及び第１電極６０が振動板として作用するが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、弾性膜５０及び絶縁体膜５５を設けずに、第１電極６０のみが振動板として作用するようにしてもよい。また、圧電素子３００自体が実質的に振動板を兼ねるようにしてもよい。

圧電体層７０は、第１電極６０上に形成される電気機械変換作用を示す圧電材料、特に圧電材料の中でも一般式ＡＢＯ_３で示されるペロブスカイト構造を有する金属酸化物からなる。圧電体層７０としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電体材料や、これに酸化ニオブ、酸化ニッケル又は酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したもの等が好適である。具体的には、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）、ジルコニウム酸鉛（ＰｂＺｒＯ_３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ），ＴｉＯ_３）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）又は、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ_３）等を用いることができる。

圧電体層７０の厚さについては、製造工程でクラックが発生しない程度に厚さを抑え、且つ十分な変位特性を呈する程度に厚く形成する。例えば、本実施形態では、圧電体層７０を１〜５μｍ前後の厚さで形成した。

圧電素子３００の個別電極である各第２電極８０には、インク供給路１４側の端部近傍から引き出され、絶縁体膜５５上にまで延設される、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０が接続されている。

このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上、すなわち、第１電極６０、絶縁体膜５５及びリード電極９０上には、リザーバー１００の少なくとも一部を構成するリザーバー部３１を有する保護基板３０が接着剤３５を介して接合されている。このリザーバー部３１は、本実施形態では、保護基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の幅方向に亘って形成されており、上述のように流路形成基板１０の連通部１３と連通されて各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバー１００を構成している。また、流路形成基板１０の連通部１３を圧力発生室１２毎に複数に分割して、リザーバー部３１のみをリザーバーとしてもよい。さらに、例えば、流路形成基板１０に圧力発生室１２のみを設け、流路形成基板１０と保護基板３０との間に介在する部材（例えば、弾性膜５０、絶縁体膜５５等）にリザーバーと各圧力発生室１２とを連通するインク供給路１４を設けるようにしてもよい。

また、保護基板３０の圧電素子３００に対向する領域には、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電素子保持部３２が設けられている。圧電素子保持部３２は、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、当該空間は密封されていても、密封されていなくてもよい。

このような保護基板３０としては、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板１０と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。

また、保護基板３０には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられている。そして、各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０の端部近傍は、貫通孔３３内に露出するように設けられている。

また、保護基板３０上には、並設された圧電素子３００を駆動するための駆動回路４００が固定されている。この駆動回路４００としては、例えば、回路基板や半導体集積回路（ＩＣ）等を用いることができる。そして、駆動回路４００とリード電極９０とは、ボンディングワイヤ等の導電性ワイヤからなる接続配線４０１を介して電気的に接続されている。

また、このような保護基板３０上には、封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０が接合されている。ここで、封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料からなり、この封止膜４１によってリザーバー部３１の一方面が封止されている。また、固定板４２は、比較的硬質の材料で形成されている。この固定板４２のリザーバー１００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっているため、リザーバー１００の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止されている。

このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドＩＩでは、液体供給手段であるカートリッジ２Ａ又は２Ｂと接続したインク導入口からインクを取り込み、リザーバー１００からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路４００からの記録信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの第１電極６０と第２電極８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、絶縁体膜５５、第１電極６０及び圧電体層７０をたわみ変形させることにより、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインク滴が吐出する。

図４は、インクジェット式記録ヘッドの制御構成を示す図である。ここで、図４を参照して、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの制御について説明する。本実施形態のインクジェット式記録装置Ｉは、図４に示すように、プリンターコントローラー１１１とプリントエンジン１１２とから概略構成されている。

プリンターコントローラー１１１は、外部インターフェース１１３（以下、外部Ｉ／Ｆ１１３という）と、圧電素子３００の駆動情報を記録するバックアップメモリー１１４と、各種データを一時的に記憶するＲＡＭ１１５と、制御プログラム等を記憶したＲＯＭ１１６と、ＣＰＵ等を含んで構成した制御部１１７と、クロック信号を発生する発振回路１１８と、インクジェット式記録ヘッドＩＩへ供給するための駆動信号を発生する駆動信号形成回路１１９と、この駆動信号形成回路１１９で使用するための電源を生成する電源生成部１２０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１１２に送信する内部インターフェース１２１（以下、内部Ｉ／Ｆ１２１と言う）とを備えている。

外部Ｉ／Ｆ１１３は、例えば、キャラクターコード、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ー等から受信する。また、この外部Ｉ／Ｆ１１３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ー等に対して出力される。ＲＡＭ１１５は、受信バッファー１２２、中間バッファー１２３、出力バッファー１２４、及び、図示しないワークメモリーとして機能する。そして、受信バッファー１２２は外部Ｉ／Ｆ１１３によって受信された印刷データを一時的に記憶し、中間バッファー１２３は制御部１１７が変換した中間コードデータを記憶し、出力バッファー１２４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。

バックアップメモリー１１４は、本発明の駆動情報を記録する記録部として機能するものであり、駆動情報を記憶する記録部１１４ａと、二次電池やコンデンサー等によって構成されたバックアップ電源供給部１１４ｂとを備える。バックアップ電源供給部１１４ｂは、インクジェット式記録装置Ｉの主電源の切断時においても記憶内容を保持させるため、バックアップ電源を記録部１１４ａに対して供給する。

なお、バックアップメモリー１１４は、記録部１１４ａとバックアップ電源供給部１１４ｂとから構成されるものに限らず、ＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリーからなる記録部１１４ａのみで構成されていてもよい。

また、ＲＯＭ１１６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。制御部１１７は、受信バッファー１２２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ー１２３に記憶させる。また、中間バッファー１２３から読み出した中間コードデータを解析し、ＲＯＭ１１６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１１７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ー１２４に記憶させる。

そして、インクジェット式記録ヘッドＩＩ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／Ｆ１２１を通じてインクジェット式記録ヘッドＩＩに出力される。また、出力バッファー１２４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ー１２３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。

また、図５に示すように、電源生成部１２０は、駆動電源生成部１２０ａと、バイアス電源生成部１２０ｂとを具備する。

駆動電源生成部１２０ａは、駆動信号形成回路１１９に、詳しくは後述する基準となる駆動波形の駆動電圧となる駆動電源を供給する。

バイアス電源生成部１２０ｂは、駆動信号形成回路１１９に基準となる駆動波形に示される駆動電圧を負方向にシフトさせるバイアス電圧を供給する。ここで言う基準の駆動波形に示される駆動電圧とは、一方の電極に印加した電位と、他方の電極に印加した電位との電位差のことを言う。例えば、圧電素子３００の一方の電極（例えば、第１電極６０）を基準として、他方の電極（例えば、第２電極８０）に正（プラス）となる電位を印加した場合の駆動電圧を正（プラス）の駆動電圧とすると、反対に第１電極６０を基準として、第２電極８０に負（マイナス）の電位を印加した場合の駆動電圧は、負の駆動電圧となる。

そして、詳しくは後述するが、バイアス電源生成部１２０ｂが生成するバイアス電圧は、制御部１１７によって圧電素子３００の駆動情報に基づいて駆動電圧を負方向にシフトさせるシフト量が調整される。すなわち、バイアス電源生成部１２０ｂは、制御部１１７に制御されることで、生成するバイアス電圧の電圧値が調整される。ここで、駆動電圧を負方向にシフトさせるとは、正の駆動電圧は負方向にシフトされることで絶対値が小さくなり、負の駆動電圧は負方向にシフトされることで絶対値が大きくなることである。

そして、駆動信号形成回路１１９は、駆動電源生成部１２０ａが生成した駆動電源と、バイアス電源生成部１２０ｂが生成した調整されたバイアス電圧とに基づいて駆動波形を生成する。

プリントエンジン１１２は、インクジェット式記録ヘッドＩＩと、紙送り機構１２５と、キャリッジ機構１２６とを含んで構成してある。紙送り機構１２５は、紙送りモーターとプラテン８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ＩＩ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１２５は、印刷記憶媒体を副走査方向に相対移動させる。

キャリッジ機構１２６は、インクジェット式記録ヘッドＩＩを搭載可能なキャリッジ３と、このキャリッジ３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３を走行させることによりインクジェット式記録ヘッドＩＩを主走査方向に移動させる。なお、キャリッジ駆動部は、上述したように駆動モーター６及びタイミングベルト７等で構成されている。

インクジェット式記録ヘッドＩＩは、副走査方向に沿って多数のノズル開口２１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２１から液滴を吐出する。そして、このようなインクジェット式記録ヘッドＩＩの圧電素子３００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。なお、このように構成されるプリンターコントローラー１１１及びプリントエンジン１１２では、プリンターコントローラー１１１と、駆動信号形成回路１１９から出力された所定の駆動波形を有する駆動信号を選択的に圧電素子３００に入力するラッチ１３２、レベルシフター１３３及びスイッチ１３４等を有する駆動回路４００とが圧電素子３００に所定の駆動信号を印加する駆動手段となる。

なお、これらのシフトレジスター１３１、ラッチ１３２、レベルシフター１３３、スイッチ１３４及び圧電素子３００は、それぞれ、インクジェット式記録ヘッドＩＩの各ノズル開口２１毎に設けられており、これらのシフトレジスター１３１、ラッチ１３２、レベルシフター１３３及びスイッチ１３４は、駆動信号形成回路１１９が発生した吐出駆動信号や緩和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３００に印加される印加パルスのことである。

このようなインクジェット式記録ヘッドＩＩでは、最初に発振回路１１８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）が出力バッファー１２４からシフトレジスター１３１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２１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。

そして、当該ビットの印字データが全ノズル分が各シフトレジスター１３１にセットされたならば、制御部１１７は、所定のタイミングでラッチ１３２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１３２は、シフトレジスター１３１にセットされた印字データをラッチする。このラッチ１３２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ー１３３に印加される。このレベルシフター１３３は、印字データが例えば「１」の場合に、スイッチ１３４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各スイッチ１３４に印加され、各スイッチ１３４は、当該印字データにより接続状態になる。

そして、各スイッチ１３４には、駆動信号形成回路１１９が発生した駆動信号（ＣＯＭ）も印加されており、スイッチ１３４が選択的に接続状態になると、このスイッチ１３４に接続された圧電素子３００に選択的に駆動信号が印加される。このように、例示したインクジェット式記録ヘッドＩＩでは、印字データによって圧電素子３００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１３４が接続状態となるので、駆動信号（ＣＯＭｏｕｔ）を圧電素子３００に供給することができ、この供給された駆動信号（ＣＯＭｏｕｔ）により圧電素子３００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１３４が非接続状態となるので、圧電素子３００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３００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。

なお、上記の圧電素子３００は、所謂たわみ振動型の圧電素子３００である。このたわみ振動型の圧電素子３００を用いると、充電により圧電素子３００が電界と直交する方向に縮んで圧力発生室１２が収縮し、充電された圧電素子３００を放電すると、圧電素子３００が電界と直交する方向に伸張して圧力発生室１２が膨張する。このようなインクジェット式記録ヘッドＩＩでは、圧電素子３００に対する充放電に伴って対応する圧力発生室１２の容積が変化するので、圧力発生室１２の圧力変動を利用してノズル開口２１から液滴を吐出させることができる。

ここで、圧電素子３００に入力される本実施形態の駆動信号（ＣＯＭ）を表す駆動波形について説明する。なお、図６は、本実施形態の駆動信号を示す駆動波形である。

圧電素子３００に入力される駆動波形は、共通電極（第１電極６０）を基準電位（本実施形態では０Ｖ）として、個別電極（第２電極８０）に印加されるものである。本実施形態の基準となる駆動波形２００は、図６（ａ）に示すように、中間電位Ｖｍを維持した状態から第１電位Ｖ１まで降下させて圧力発生室１２を膨張させる第１の電圧変化工程Ｐ０１と、第１電位Ｖ１を一定時間維持する第１のホールド工程Ｐ０２と、第１電位Ｖ１から第２電位Ｖ２まで上昇させて圧力発生室１２を収縮させる第２の電圧変化工程Ｐ０３と、第２電位Ｖ２を一定時間維持する第２のホールド工程Ｐ０４と、第２電圧Ｖ２から中間電位Ｖｍまで下降させて圧力発生室１２を膨張させる第３の電圧変化工程Ｐ０５とで構成されている。

そして、このような駆動波形２００が圧電素子３００に出力されると、第１の電圧変化工程Ｐ０１によって圧電素子３００が圧力発生室１２の容積を膨張させる方向に変形して、ノズル開口２１内のメニスカスが圧力発生室１２側に引き込まれる。次いで、第２の電圧変化工程Ｐ０３によって、圧電素子３００が圧力発生室１２の容積を収縮させる方向に変形することにより、ノズル開口２１内のメニスカスが圧力発生室１２側から大きく押し出され、ノズル開口２１から液滴が吐出される。すなわち、この駆動波形２００は、プル−プッシュ方式のものである。

このような基準となる駆動波形２００において、圧電素子３００に印加する駆動電圧とは、圧電素子３００の一方の電極（例えば、第１電極６０）に印加した電位と、他方の電極に印加した電位との電位差のことである。例えば、圧電素子３００の一方の電極（例えば、第１電極６０）を基準として、他方の電極（例えば、第２電極８０）に正（プラス）となる電位を印加した場合の駆動電圧を正（プラス）の駆動電圧とすると、反対に第１電極６０を基準として、第２電極８０に負（マイナス）の電位を印加した場合の駆動電圧は、負の駆動電圧となる。具体的には、本実施形態では、例えば、第１ホールド工程Ｐ０２では、圧電素子３００には負（マイナス）の駆動電圧Ｖ２が印加され、第２ホールド工程Ｐ０４では、圧電素子３００には正（プラス）の駆動電圧Ｖ３が印加される。

そして、バイアス電源生成部１２０ｂが生成するバイアス電圧は、図６（ａ）に示す基準となる駆動波形２００の駆動電圧を負方向にシフトさせるものである。ここで、駆動電圧を負方向にシフトさせるとは、正の駆動電圧は負方向にシフトされることで絶対値が小さくなり、負の駆動電圧は負方向にシフトされることで絶対値が大きくなることである。

具体的には、駆動電圧を負方向にシフトさせるバイアス電圧が印加されると、駆動信号形成回路は、図６（ｂ）に示す駆動波形２０１を生成する。すなわち、バイアス電圧が印加された駆動波形２０１は、図６（ｂ）に示すように、基準となる駆動波形２００の中間電位Ｖｍよりも低い中間電位Ｖｍ′を維持した状態から、基準となる駆動波形２００の第１電位Ｖ１よりも低い第３電位Ｖ１′まで降下させて圧力発生室１２を膨張させる第４の電圧変化工程Ｐ１１と、第３電位Ｖ１′を一定時間維持する第３のホールド工程Ｐ１２と、第３電位Ｖ１′から基準となる駆動波形２００の第２電位Ｖ２よりも低い第４電位Ｖ２′まで上昇させて圧力発生室１２を収縮させる第５の電圧変化工程Ｐ１３と、第４電位Ｖ２′を一定時間維持する第４のホールド工程Ｐ１４と、第４電圧Ｖ２′から中間電位Ｖｍ′まで下降させて圧力発生室１２を膨張させる第６の電圧変化工程Ｐ１５とで構成されている。

このような駆動波形２０１の第３電位Ｖ１′及び第４電位Ｖ２′は、基準となる駆動波形２００の第１電位Ｖ１及び第２電位Ｖ２からバイアス電圧によって同じ電位だけ負方向にシフトされたものである。すなわち、駆動電圧を負方向にシフトさせるバイアス電圧とは、図６（ｂ）に示すように、駆動信号を示す駆動波形２００を負の電圧方向にシフトさせて駆動波形２０１とするもののことである。

ここで、インクジェット式記録ヘッドＩＩに搭載される圧電素子３００の圧電体層７０は、誘電材料からなり、分極（Ｐ）−電界（Ｅ）におけるヒステリシス特性を有することが知られている。すなわち、圧電体層７０に印加する電界を変化させると、図７（ａ）に示すように、分極の正負が反転するヒステリシス特性を有する曲線（ヒステリシス曲線２１０）が描かれる。

そして、圧電素子３００に用いられている圧電体層７０を構成する圧電材料は、駆動中に分極の回転伸縮を繰り返すため、駆動回数の増加に伴いその分極方向が電界印加方向に沿うように一部固定される、いわゆる疲労現象が発生し、圧電素子３００の変位量が低下してしまう。

このように、繰り返し駆動した後の圧電素子３００の圧電体層７０は、ヒステリシス曲線２１０に比べて、電界の負方向にシフトしたヒステリシス特性（ヒステリシス曲線２１１）となる。ちなみに、圧電体層７０のヒステリシス特性のシフト量は、圧電素子３００の駆動回数によって変化する。

そして、このような特性を有する圧電素子３００は、駆動回数が少ない初期状態と、繰り返し駆動を行った後の状態とで、同じ駆動波形（例えば、上述した基準となる駆動波形２００）を用いると、初期状態のインク吐出量に比べて、繰り返し駆動した後のインク吐出量が低下してしまう。これは、上述のように、初期状態の圧電素子３００の圧電体層７０のヒステリシス曲線２１０は、繰り返し駆動することによって負の電界方向にシフトしたヒステリシス曲線２１１に変化するからである。

すなわち、初期状態の圧電素子３００（圧電体層７０）を基準となる駆動波形で駆動すると、例えば、第２の電圧変化工程Ｐ０３では、圧電素子３００に印加する駆動電圧をＶ１からＶ２に変化させることで、Ｖ１の分極とＶ２の分極との差である分極量ΔＰで示される変位が圧電素子３００で行われる。そして、繰り返し駆動した圧電素子３００（圧電体層７０）を同じ基準となる駆動波形２００で駆動すると、例えば、第２の電圧変化工程Ｐ０３では、負の電界方向にシフトしたヒステリシス特性（ヒステリシス曲線２１１）となっていることから、分極量ΔＰよりも小さな分極量ΔＰ′で示される変位が行われるに過ぎない。

これに対して、図７（ｂ）に示すように、初期状態の圧電素子３００を基準となる駆動波形で駆動したとしても、繰り返し駆動によるヒステリシス特性のシフト量だけ、駆動電圧に駆動電圧を負方向にシフトさせるバイアス電圧を設定することで、初期状態の分極量ΔＰと実質的に同じ分極量ΔＰ”で示される変位を行わせることができる。

このように、駆動回数に拘わらず、圧電素子３００を比較的均一化された変位量で駆動するためには、基準となる駆動波形の駆動電圧を負方向にシフトさせるバイアス電圧を印加すると共に、バイアス電圧の電圧値を圧電素子３００の駆動回数に基づいて調整すればよい。

このようなバイアス電圧値の調整は、本実施形態では、制御部によって行わせている。具体的には、制御部は、圧電素子３００の駆動回数を駆動情報として記録部に記録すると共に、記録部に記録した駆動情報に基づいて、バイアス電源生成部を制御することで、駆動電圧を負方向にシフトさせるシフト量となるバイアス電圧の電圧値を調整する。

ここで、圧電素子３００の駆動回数を示す駆動情報としては、例えば、圧電素子３００の実際の駆動回数を信号からカウントしたものであってもよく、また、インクを吐出する吐出回数であってもよい。また、駆動情報として、圧電素子３００で使用されるインク消費量を取得するようにしてもよい。ちなみに、インク消費量は、例えば、液体貯留手段であるインクカートリッジ２Ａ、２Ｂのインク残量を検出することで取得することができる。また、圧電素子３００の圧電体層７０の疲労現象が主に発生するのは、ノズル開口２１から液体を吐出させた場合（吐出駆動）であると考えられる。したがって、駆動情報として、インクを吐出する吐出回数を取得するのが好適であると考えられる。ただし、圧電素子３００には、インクを吐出する吐出駆動以外にも、ノズル開口２１からインクが吐出しない程度に駆動させる微振動駆動を行わせる場合がある。したがって、記録部には、圧電素子３００の吐出駆動及び微振動駆動の回数を駆動情報として記録してもよい。

また、制御部は、バイアス電圧値の調整を、個別の圧電素子３００に対して行っても、複数の圧電素子３００で構成される圧電素子３００の群に対して行ってもよい。例えば、圧電素子３００の群に対してバイアス電圧値を調整する場合には、例えば、全ての圧電素子３００の駆動回数の平均値を用いるようにしてもよく、また、同じ色を吐出する圧電素子３００の駆動回数の平均値を用いるようにしてもよく、複数列の圧電素子３００に対して列毎の圧電素子３００の駆動回数の平均値を用いるようにしてもよい。

なお、制御部が行うバイアス電圧値の調整は、駆動情報（駆動回数）とバイアス電圧値を予め規定した補正テーブルを設け、この補正テーブルに基づいて行うことができる。このような補正テーブルは、圧電素子３００を実際に駆動した駆動回数と、インクの吐出量（分極）と、駆動電圧との関係を測定することで用意することができる。

そして、制御部は、インクの吐出回数をＮ（自然数）、バイアス電圧による駆動電圧のシフト量（バイアス電圧の電圧値）をΔＶとしたとき、Ｌｎ（Ｎ）∝ΔＶを満たすように調整するのが好適である（Ｌｎは自然対数）。

これは、圧電素子３００の繰り返し駆動による変位低下率が一定ではないからである。すなわち、圧電素子３００を繰り返し駆動すると、最初は圧電素子３００の変位量が急激に低下し（変位低下率が大きく）、圧電素子３００の駆動回数が増加するにしたがって徐々に変位低下率が小さくなっていくからである。そして、バイアス電圧の電圧値ΔＶを、インクの吐出回数Ｎに比例するように変化させると、圧電素子３００の駆動回数が増加するに従い、バイアス電圧の電圧値ΔＶが増大し過ぎてしまい、所望の変位量を得ることができなくなってしまう。これに対して、バイアス電圧の電圧値ΔＶを、インクの吐出回数Ｎの自然対数に比例させることで、圧電素子３００の繰り返し駆動による変位低下率の変化に則してシフトされた駆動電圧で圧電素子３００を駆動させることができる。

以上説明したように、本発明では、制御部が、圧電素子３００の駆動回数である駆動情報に基づいて、基準となる駆動波形の駆動電圧を負方向にシフトさせるバイアス電圧を調整する。これにより、圧電素子を繰り返し駆動した際の変位量を均一化することができ、圧電素子の駆動回数に拘わらずインク吐出量を均一化して、印刷品質を長期間に亘って維持することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態１のプリンターコントローラー１１１は、インクジェット式記録ヘッドＩＩに搭載するようにしてもよく、インクジェット式記録装置Ｉに搭載するようにしてもよい。

また、上述した実施形態１では、圧力発生室１２に圧力変化を生じさせる圧電素子として、薄膜型の圧電素子３００を用いて説明したが、特にこれに限定されず、例えば、グリーンシートを貼付する等の方法により形成される厚膜型の圧電素子や、圧電材料と電極形成材料とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型の圧電素子などを使用することができる。

また、例えば、上述した実施形態１では、流路形成基板１０として、シリコン単結晶基板を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、ＳＯＩ基板、ガラス等の材料を用いるようにしてもよい。

また、上述したインクジェット式記録装置Ｉでは、インクジェット式記録ヘッドＩＩ（ヘッドユニット１Ａ、１Ｂ）がキャリッジ３に搭載されて主走査方向に移動するものを例示したが、特にこれに限定されず、例えば、インクジェット式記録ヘッドＩＩが固定されて、紙等の記録シートＳを副走査方向に移動させるだけで印刷を行う、所謂ライン式記録装置にも本発明を適用することができる。

さらに、本発明は、広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種のインクジェット式記録ヘッド等の記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（電界放出ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等にも適用することができる。

また、液体噴射装置の一例としてインクジェット式記録装置Ｉを挙げて説明したが、上述した他の液体噴射ヘッドを用いた液体噴射装置にも用いることが可能である。

Ｉ インクジェット式記録装置（液体噴射装置）、 ＩＩ インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、 １１１ プリンターコントローラー、 １１２ プリントエンジン、 １１４ａ 記録部、 １１７ 制御部、 １２０ 電源生成部、 １２０ａ 駆動電源生成部、 １２０ｂ バイアス電源生成部、 ２００ 基準となる駆動波形、 ２０１ 駆動波形、 ２１０、２１１ ヒステリシス曲線、 ３００ 圧電素子

Claims (7)

1. ノズル開口に連通する圧力発生室と、該圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧電素子と、を具備する液体噴射ヘッドであって、
   前記圧電素子を駆動させる制御部と、
   前記圧電素子の駆動情報を記録する記録部と、
   前記圧電素子に駆動電圧とバイアス電圧とを供給する電源生成部と、を備え、
   前記制御部が、前記記録部に格納された前記圧電素子の前記駆動情報に基づいて、前記駆動電圧を負方向にシフトさせる前記バイアス電圧を調整することを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 前記駆動情報が、前記圧電素子の駆動回数であることを特徴とする請求項１記載の液体噴射ヘッド。
3. 前記駆動回数が、前記ノズル開口から液体を吐出する吐出回数を含むものであることを特徴とする請求項２記載の液体噴射ヘッド。
4. 前記液体の吐出回数をＮ（自然数）、バイアス電圧による前記駆動電圧のシフト量をΔＶとしたとき、Ｌｎ（Ｎ）∝ΔＶを満たすことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。
6. ノズル開口に連通する圧力発生室と、該圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧電素子と、を具備する液体噴射ヘッドのバイアス電圧の設定方法であって、
   前記圧電素子を駆動する駆動電圧を負方向にシフトさせるバイアス電圧を前記圧電素子の駆動情報に基づいて設定することを特徴とする液体噴射ヘッドのバイアス電圧の設定方法。
7. ノズル開口に連通する圧力発生室と、該圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧電素子と、を具備する液体噴射ヘッドの駆動方法であって、
   前記圧電素子を駆動する駆動電圧を負方向にシフトさせるバイアス電圧を前記圧電素子の駆動情報に基づいて調整することを特徴とする液体噴射ヘッドの駆動方法。

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