JP2013159081A - 液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】上電極を共通電極とした場合に、耐圧の向上した圧電素子を具備する液体噴射装置を提供する。
【解決手段】圧力発生室と、圧電体層と、前記圧電体層の前記圧力発生室側に設けられた個別電極である第１電極と、前記圧電体層の前記第１電極とは反対側に設けられた共通電極である第２電極と、を備えた圧電素子と、前記圧電素子を駆動する駆動波形を前記圧電素子に供給する駆動手段と、
を有する液体噴射装置であって、前記第１電極に供給される前記駆動波形が、中間電圧を基準として電圧を上昇又は下降する波形であり、前記第２電極は前記中間電圧より高い基準電圧が印加される。
【選択図】図６

Description

本発明は、ノズル開口に連通する圧力発生室に圧力変化を生じさせる電極及び圧電体層を有する圧電素子を具備する液体噴射装置に関する。

液体噴射装置に搭載される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として吐出させるインクジェット式記録ヘッドがある。

このような液体噴射ヘッドに用いられる圧電素子は、例えば、湿気等の外部環境に起因して破壊され易いという問題がある。この問題を解決するために、例えば、圧電体層の外周面を上電極で覆うようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。かかる液体噴射ヘッドでは、上電極を共通電極と、個別電極とした下電極に駆動波形を入力して共通電極に対して所定の電圧を印加する。

特開２００９−１７２８７８号公報

しかしながら、このように上電極を共通電極とした場合、下電極を共通電極とした場合と比較して圧電素子の耐圧が小さいという問題がある。よって、上電極を共通電極とした場合にも、同等な耐圧が求められている。

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、勿論、インク以外の液滴を吐出する他の液体噴射ヘッドにおいても同様に存在し、また、液体噴射ヘッド以外に用いられる圧電素子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、上電極を共通電極とした場合に、耐圧の向上した圧電素子を具備する液体噴射装置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、圧力発生室と、圧電体層と、前記圧電体層の前記圧力発生室側に設けられた個別電極である第１電極と、前記圧電体層の前記第１電極とは反対側に設けられた共通電極である第２電極と、を備えた圧電素子と、前記圧電素子を駆動する駆動波形を前記圧電素子に供給する駆動手段と、を有する液体噴射装置であって、前記第１電極に供給される前記駆動波形が、中間電圧を基準として電圧を上昇又は下降する波形であり、前記第２電極は前記中間電圧より高い基準電圧が印加されることを特徴とする液体噴射装置にある。
これによれば、圧力発生室とは反対側の共通電極に相対的に高い電圧を印加した状態で個別電極に相対的に低い中間電圧を有する駆動波形を印加するので、圧電素子の耐圧が向上する。

ここで、前記駆動波形が、第１電圧から第２電圧まで電圧を降下させることにより液体を吐出する吐出工程を具備し、前記第１電圧又は前記基準電圧が電源の最大電圧であるのが好ましい。これによれば、第１電極を基準として相対的に最大電圧が印加された時点で液体が吐出されることになり、圧電素子の耐圧をさらに向上させることができる。

本発明の一実施形態に係るインクジェット式記録装置の概略構成を示す図。 実施形態１に係る記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図。 実施形態１に係る記録ヘッドの平面図。 実施形態１に係る記録ヘッドの断面図。 実施形態１に係るインクジェット式記録装置の制御構成を示すブロック図。 実施形態１に係る駆動信号（駆動波形）例を示す図。 第１電極を基準としたキャパシタに係る電圧変化を示す波形を説明する図。 第１電極が共通電極である場合を説明する図。 比較例となる駆動波形を説明する図。 試験例の結果を示す図。

（実施形態１）
図１は、本発明にかか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の一例を示す概略図である。図１に示すように、インクジェット式記録装置において、インクジェット式記録ヘッドを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インク供給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、この記録ヘッドユニット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。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、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、記録ヘッドユニット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に巻き掛けられて搬送されるようになっている。

ここで、このようなインクジェット式記録装置に搭載されるインクジェット式記録ヘッドについて、図２〜図４を参照して説明する。なお、図２は、本発明の実施形態１に係る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Ｉの概略構成を示す分解斜視図であり、図３は、図２の平面図であり、図４は図３のＡ−Ａ′線断面図である。

図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態では結晶面方位が（１１０）であるシリコン単結晶基板からなり、その一方面には酸化膜からなる弾性膜５０が形成されている。流路形成基板１０には、隔壁１１によって区画され一方側の面が弾性膜５０で構成される複数の圧力発生室１２がその幅方向に並設されている。

流路形成基板１０には、圧力発生室１２の長手方向一端部側に、隔壁１１によって区画され各圧力発生室１２に連通するインク供給路１３と連通路１４とが設けられている。連通路１４の外側には、各連通路１４と連通する連通部１５が設けられている。この連通部１５は、後述する保護基板３０のリザーバー部３２と連通して、各圧力発生室１２の共通のインク室（液体室）となるリザーバー１００の一部を構成する。

ここで、インク供給路１３は、圧力発生室１２よりも狭い断面積となるように形成されており、連通部１５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。例えば、インク供給路１３は、リザーバー１００と各圧力発生室１２との間の圧力発生室１２側の流路を幅方向に絞ることで、圧力発生室１２の幅より小さい幅で形成されている。なお、本実施形態では、流路の幅を片側から絞ることでインク供給路を形成したが、流路の幅を両側から絞ることでインク供給路を形成してもよい。また、流路の幅を絞るのではなく、厚さ方向から絞ることでインク供給路を形成してもよい。また、各連通路１４は、圧力発生室１２の幅方向両側の隔壁１１を連通部１５側に延設してインク供給路１３と連通部１５との間の空間を区画することで形成されている。

なお、流路形成基板１０の材料として、本実施形態ではシリコン単結晶基板を用いているが、勿論これに限定されず、例えば、ガラスセラミックス、ステンレス鋼等を用いてもよい。

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１３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、ステンレス鋼などからなる。

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、上述したように弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、弾性膜５０とは異なる材料の酸化膜からなる絶縁体膜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とからなる圧電素子３００が形成されている。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を有する部分だけでなく、少なくとも圧電体層７０を有する部分を含む。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、他方の電極を圧電体層７０と共に圧力発生室１２毎にパターニングして個別電極とする。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装置と称する。

ここで、本実施形態に係る圧電素子３００の構造について詳しく説明する。図４に示すように、圧電素子３００を構成する第１電極６０は、各圧力発生室１２に対向する領域毎に、圧力発生室１２の幅よりも狭い幅で設けられて各圧電素子３００の個別電極を構成している。また第１電極６０は、各圧力発生室１２の長手方向一端部側から周壁上まで延設されている。そして第１電極６０には、圧力発生室１２の外側の領域で、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０がそれぞれ接続され、このリード電極９０を介して各圧電素子３００に選択的に電圧が印加されるようになっている。すなわち、第１電極６０は個別電極となる。一方、圧力発生室１２の長手方向他端部側の第１電極６０の端部は、圧力発生室１２に対向する領域内に位置している。

圧電体層７０は、第１電極６０の幅よりも広い幅で且つ圧力発生室１２の幅よりも狭い幅で設けられている。圧力発生室１２の長手方向においては、圧電体層７０の両端部は、圧力発生室１２の端部の外側まで延設されている。すなわち圧電体層７０は、圧力発生室１２に対向する領域の第１電極６０の上面及び端面を完全に覆うように設けられている。なお、圧力発生室１２の長手方向一端部側の圧電体層７０の端部は、圧力発生室１２の端部近傍に位置しておりその外側の領域には第１電極６０がさらに延設されている。

また、圧電体層７０は、Ｐｂ、Ｔｉ及びＺｒを少なくとも含みペロブスカイト型構造を有する複合酸化物からなるものである。圧電体層７０としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）や、これにニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイットリウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等が用いられる。本実施形態の圧電体層７０は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる。

勿論、圧電体層７０は、非鉛系圧電材料からなるものでもよい。このような非鉛系圧電材料としては、例えば、バリウム（Ｂａ）及びチタン（Ｔｉ）からなるペロブスカイト構造を有する酸化物や、これにビスマス（Ｂｉ）や鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）などを含んだ複合酸化物などである。

第２電極８０は、複数の圧力発生室１２に対向する領域に連続的に形成され、共通電極となる。また、第２電極８０は、圧力発生室１２の長手方向他端部側から周壁上まで延設されている。すなわち、第２電極８０は、圧力発生室１２に対向する領域の圧電体層７０の上面及び端面のほぼ全域を覆って設けられている。駆動時には第１電極と第２電極８０が重なる領域の圧電体層７０に電界が印加される。この領域（駆動部）の上面および端面が第２電極に覆われていることから、駆動にかかわる圧電体層７０への大気中の水分（湿気）の浸透が防止される。したがって、水分（湿気）に起因する圧電素子３００（圧電体層７０）の破壊を防止することができ、圧電素子３００の耐久性を著しく向上することができる。

このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上には、圧電素子３００に対向する領域にその運動を阻害しない程度の空間を確保可能な圧電素子保持部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。圧電素子３００は、この圧電素子保持部３１内に形成されているため、外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。また、保護基板３０には、流路形成基板１０の連通部１５に対応する領域にリザーバー部３２が設けられている。このリザーバー部３２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の並設方向に沿って設けられており、上述したように流路形成基板１０の連通部１５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。

さらに、保護基板３０の圧電素子保持部３１とリザーバー部３２との間の領域には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられ、第１電極６０及びリード電極９０の端部がこの貫通孔３３内に露出されている。そして、図示しないが、これら第１電極６０及びリード電極９０は、貫通孔３３内に延設される接続配線によって圧電素子３００を駆動するための駆動ＩＣ等に接続される。

なお、保護基板３０の材料としては、例えば、ガラス、セラミックス材料、金属、樹脂等が挙げられるが、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料で形成されていることがより好ましく、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。

この保護基板３０上には、さらに、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。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３２の一方面が封止されている。固定板４２は、金属等の硬質の材料で形成される。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Ｉでは、図示しない外部インク供給手段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、図示しない駆動ＩＣ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圧電素子３００に電圧を印加し、圧電素子３００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５は、このようなインクジェット式記録装置の制御構成例を示すブロック図である。図５を参照して、本実施形態のインクジェット式記録装置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は、図５に示すように、プリンターコントローラー５１１とプリントエンジン５１２とから概略構成されている。プリンターコントローラー５１１は、外部インターフェース５１３（以下、外部Ｉ／Ｆ５１３という）と、各種データを一時的に記憶するＲＡＭ５１４と、制御プログラム等を記憶したＲＯＭ５１５と、ＣＰＵ等を含んで構成した制御部５１６と、クロック信号を発生する発振回路５１７と、インクジェット式記録ヘッドＩ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５１９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５１２に送信する内部インターフェース５２０（以下、内部Ｉ／Ｆ５２０という）とを備えている。

外部Ｉ／Ｆ５１３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／Ｆ５１３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。ＲＡＭ５１４は、受信バッファー５２１、中間バッファー５２２、出力バッファー５２３、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５２１は外部Ｉ／Ｆ５１３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５２２は制御部５１６が変換した中間コードデータを記憶し、出力バッファー５２３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。

また、ＲＯＭ５１５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５１６は、受信バッファー５２１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５２２に記憶させる。また、中間バッファー５２２から読み出した中間コードデータを解析し、ＲＯＭ５１５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５１６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５２３に記憶させる。さらに、制御部５１６は、波形設定手段としても機能し、駆動信号発生回路５１９を制御することにより、この駆動信号発生回路５１９から発生される駆動信号の波形形状を設定する。かかる制御部５１６は、後述する駆動回路（図示なし）などと共に本発明の駆動手段を構成する。また、インクジェット式記録ヘッドＩを駆動する液体噴射駆動装置としては、この駆動手段を少なくとも具備するものであればよく、本実施形態では、プリンターコントローラー５１１を含むものとして例示してある。

そして、インクジェット式記録ヘッドＩ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／Ｆ５２０を通じてインクジェット式記録ヘッドＩに出力される。また、出力バッファー５２３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５２２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。

プリントエンジン５１２は、インクジェット式記録ヘッドＩと、紙送り機構５２４と、キャリッジ機構５２５とを含んで構成してある。紙送り機構５２４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Ｉ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５２４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５２５は、インクジェット式記録ヘッドＩ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Ｉ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Ｉ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Ｉ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）や記録データ（ＳＩ）等が供給される。このように構成されるプリンターコントローラー５１１及びプリントエンジン５１２では、プリンターコントローラー５１１と、駆動信号発生回路５１９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５３２、レベルシフター５３３及びスイッチ５３４等を有する駆動回路（図示なし）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（ＳＲ）５３１、ラッチ５３２、レベルシフター５３３、スイッチ５３４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Ｉ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５３１、ラッチ５３２、レベルシフター５３３及びスイッチ５３４は、駆動信号発生回路５１９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Ｉでは、最初に発振回路５１７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記録データ（ＳＩ）が出力バッファー５２３からシフトレジスター５３１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、当該ビットの記録データの全ノズル分が各シフトレジスター５３１にセットされたならば、制御部５１６は、所定のタイミングでラッチ５３２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５３２は、シフトレジスター５３１にセットされた印字データをラッチする。このラッチ５３２がラッチした記録データ（ＬＡＴｏｕｔ）は、電圧増幅器であるレベルシフター５３３に印加される。このレベルシフター５３３は、記録データが例えば「１」の場合に、スイッチ５３４が駆動可能な電圧値、例えば、数十ボルトまでこの記録データを昇圧する。そして、この昇圧された記録データは各スイッチ５３４に印加され、各スイッチ５３４は、当該記録データにより接続状態になる。

そして、各スイッチ５３４には、駆動信号発生回路５１９が発生した駆動信号（ＣＯＭ）も印加されており、スイッチ５３４が選択的に接続状態になると、このスイッチ５３４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Ｉでは、記録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、記録データが「１」の期間においてはラッチ信号（ＬＡＴ）によりスイッチ５３４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、記録データが「０」の期間においてはスイッチ５３４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。この記録データが「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、撓み振動モードの圧電素子３００である。この、撓み振動モードの圧電素子３００を用いると、圧電体層７０が電圧印加に伴い電圧と垂直方向（３１方向）に縮むことで、圧電素子３００および振動板が圧力発生室１２側に撓み、これにより圧力発生室１２を収縮させる。一方電圧を減少させることにより圧電体層７０が３１方向に伸びることで、圧電素子３００および振動板が圧力発生室１２の逆側に撓み、これにより圧力発生室１２を膨張させる。このようなインクジェット式記録ヘッドＩ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２電極８０）を基準電位（本実施形態ではＶｂｓ）として、個別電極（第１電極６０）に印加されるものである。すなわち、駆動波形によって個別電極（第１電極６０）に印加される電圧は、基準電位（Ｖｂｓ）を基準としての電位として示される。そして、本実施形態では、基準電位（Ｖｂｓ）は、電源の最大電圧に近い電圧とし、例えば、３０Ｖ〜４５Ｖの範囲の所定電圧、例えば、３３Ｖが印加されている。

一方、個別電極（第１電極６０）に印加される駆動波形は、図６に示すように、駆動波形を入力する準備状態（駆動待機状態）となると、中間電位Ｖｍが印加された状態となる。この中間電位Ｖｍは、基準電位（Ｖｂｓ）より相対的に低い電位であり、例えば、本実施形態では、この状態では、個別電極（第１電極６０）には、マイナス電位、すなわち、−（Ｖｂｓ−Ｖｍ）の電位が印加されていることになる。そして、駆動波形は、中間電位Ｖｍを維持した状態から基準電位Ｖｂｓより高い最大電圧である第１電圧Ｖ１まで上昇させると共に圧力発生室１２を膨張させる第１の電圧変化工程Ｐ１と、最大電位である第一電位Ｖ１を一定時間維持する第１のホールド工程Ｐ２と、第一電位Ｖ１から第一電位Ｖ１とは逆極性の最小電位である第二電位Ｖ２まで降下させて圧力発生室１２を収縮させる第２の電圧変化工程Ｐ３と、第二電位Ｖ２を一定時間維持する第２のホールド工程Ｐ４と、第二電位Ｖ２から中間電位Ｖｍより若干高い第三電圧Ｖ３まで上昇させて圧力発生室１２を膨張させる第３の電圧変化工程Ｐ５と、第三電位Ｖ３を一定時間維持する第３のホールド工程Ｐ６と、第三電位Ｖ３から中間電位Ｖｍまで降下させて圧力発生室１２を収縮させる第４の電圧変化工程Ｐ７とから構成される。

第１電極６０を基準としたキャパシタとした場合の第２電極８０にかかる電圧変化を図示すると、図７の波形となる。この波形は、Ｖｂｓ＝３３Ｖ、Ｖ１＝３５Ｖ、Ｖｍ＝１０Ｖ、Ｖ２＝２．５Ｖ、Ｖ３＝１３Ｖとして表したものであり、波形には図６の各工程Ｐ１〜Ｐ７を対応づけている。この結果、第１電極６０を基準としたキャパシタにかかる電圧は、−２Ｖから３０．５Ｖまで変化し、最大電位差Ｖｈは３２．５Ｖとなることがわかった。

ここで、図６に示した本実施形態で用いた駆動波形は、第１電極を共通電極とし、共通電極に４．５Ｖ程度のＶｂｓ０を印加した場合の、個別電極である第２電極に供給される標準的な駆動波形の正負を反転したものである。

このような標準的な駆動波形を図８（ａ）に、また、この場合の第１電極を基準としたキャパシタとした場合の第２電極にかかる電圧変化を図示した波形を図８（ｂ）に示す。

図８（ａ）に示す駆動波形は、中間電位Ｖ０ｍを維持した状態から最小電位Ｖ０１まで降下させると共に圧力発生室１２を膨張させる第１の電圧変化工程Ｐ０１と、最小電位Ｖ０１を一定時間維持する第１のホールド工程Ｐ０２と、最小電位Ｖ０１から最小電位Ｖ１とは逆極性の最大電位Ｖ０２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、最大電位Ｖ０２を一定時間維持する第２のホールド工程Ｐ０４と、最大電位Ｖ０２から中間電位Ｖ０ｍより若干低い電圧Ｖ０３まで降下させて圧力発生室１２を膨張させる第３の電圧変化工程Ｐ０５と、電位Ｖ０３を一定時間維持する第３のホールド工程Ｐ０６と、電位Ｖ０３から中間電位Ｖ０ｍまで上昇させて圧力発生室１２を収縮させる第４の電圧変化工程Ｐ０７とから構成される。

一方、図８（ｂ）の波形は、Ｖｂｓ０＝４．５Ｖ、Ｖ０１＝２．５Ｖ、Ｖ０ｍ＝１７．５Ｖ、Ｖ０２＝２．５Ｖ、Ｖ０３＝３５Ｖとして表したものであり、波形には図８（ｂ）の各工程Ｐ０１〜Ｐ０７を対応づけている。この結果、第１電極６０を基準としたキャパシタにかかる電圧は、−２Ｖから３０．５Ｖまで変化し、最大電位差Ｖｈは３２．５Ｖとなり、図７の波形と完全に一致する。

すなわち、本実施形態で共通電極（第２電極８０）を基準電位（本実施形態ではＶｂｓ）として、個別電極（第１電極８０）に図６に示す駆動波形を印加した場合と、第１電極を共通電極とし、共通電極に４．５Ｖ程度のＶｂｓ０を印加し、個別電極である第２電極に標準的な駆動波形を印加した場合とでは、第１電極を基準としたキャパシタとした場合の第２電極にかかる電圧変化は全く同じであることがわかった。

よって、このような理由により、両者の場合の圧電素子の耐圧特性は、後述する試験結果に示されるように、同程度になると推測される。

一方、第１電極を共通電極とした場合に第２電極に供給される駆動波形を、第２電極を共通電極とした場合の第１電極に、同様な条件で供給すると、第１電極を基準としたキャパシタとした場合の第２電極にかかる電圧変化が大きく異なり、これが耐圧の低下の要因になると推測される。この場合の駆動波形と、第１電極を基準としたキャパシタとして場合の第２電極にかかる電圧変化の波形を図９（ａ）、（ｂ）に示す。図９（ａ）の駆動波形は図８（ａ）と全く同様であるので、重複する説明は省略するが、Ｖｂｓ０が共通電極である第２電極に印加され、駆動波形が個別電極である第１電極に供給される。

この結果、Ｖｂｓ０＝４．５Ｖ、Ｖ０１＝２．５Ｖ、Ｖ０ｍ＝１７．５Ｖ、Ｖ０２＝２．５Ｖ、Ｖ０３＝３５Ｖとして表した図９（ｂ）の波形から明らかなように、第１電極を基準としたキャパシタにかかる電圧は、−３０．５Ｖから２Ｖまで変化することとなり、これが耐圧低下の原因となると推測される。なお、最大電位差Ｖｈは３２．５Ｖとなる。

（試験例）
本実施形態において、個別電極である第１電極６０を基準にして、共通電極である第２電極８０に、０Ｖ〜１００Ｖまでの電圧を所定の上昇割合で印加した場合の平均破壊電圧を測定した結果を図１０の実施例として示す。

また、共通電極である第２電極８０を基準として、個別電極である第１電極６０にＶｂｓ＝３３Ｖを印加し、図６に示す駆動波形を第１電極６０に、０Ｖ〜１００Ｖまでの電圧を所定の上昇割合で印加した場合の平均破壊電圧を測定した結果を図１０に比較例として示す。

また、図１０には、比較例／実施例の割合を示す。

この結果、第１電極６０を基準にして、共通電極である第２電極８０に電圧を印加した場合の平均破壊電圧が、共通電極である第２電極８０を基準として、個別電極である第１電極６０に電圧を印加した場合の平均破壊電圧より２０％程度大きいことがわかった。そして、このような耐圧特性を得るためには、共通電極である第２電極８０に最大電圧に近い電圧、例えば、最大電圧より１〜５Ｖ程度低い電圧を印加し、図６に示すような駆動波形を印加する必要があることが明らかである。

（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態を説明したが、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。

なお、上記各実施形態においては、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを、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を挙げて説明したが、本発明は、広く液体噴射装置全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射装置にも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、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記録ヘッド、液晶ディスプレイ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ディスプレイ、ＦＥＤ（電界放出ディスプレイ）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が挙げられ、かかる液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置にも適用できる。

Ｉ インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、 ＩＩ インクジェット式記録装置（液体噴射装置）、 １０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 １３ インク供給路、 １４ 連通路、 １５ 連通部、 ２０ ノズルプレート、 ２１ ノズル開口、 ３０ 保護基板、 ３１ 圧電素子保持部、 ３２ リザーバー部、 ４０ コンプライアンス基板、 ５０ 弾性膜、 ６０ 第１電極、 ７０ 圧電体層、 ８０ 第２電極、 ９０ リード電極、 １００ リザーバー、 ３００ 圧電素子

Claims (2)

1. 圧力発生室と、
   圧電体層と、前記圧電体層の前記圧力発生室側に設けられた個別電極である第１電極と、前記圧電体層の前記第１電極とは反対側に設けられた共通電極である第２電極と、を備えた圧電素子と、
   前記圧電素子を駆動する駆動波形を前記圧電素子に供給する駆動手段と、
   を有する液体噴射装置であって、
   前記第１電極に供給される前記駆動波形が、中間電圧を基準として電圧を上昇又は下降する波形であり、
   前記第２電極は前記中間電圧より高い基準電圧が印加されることを特徴とする液体噴射装置。
2. 前記駆動波形が、第１電圧から第２電圧まで電圧を降下させることにより液体を吐出する吐出工程を具備し、前記第１電圧又は前記基準電圧が電源の最大電圧であることを特徴とする液体噴射装置。