JP2019199056A - 液体噴射装置及びその駆動方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】圧電体層のヒステリシス曲線のシフトを低減して、液体の吐出特性の変化を抑制すると共に、液体の無駄な吐出を抑制した液体噴射装置を提供する。【解決手段】圧電体層と圧電体層を挟む２つの電極とを有する圧電アクチュエーターと、圧電アクチュエーターを駆動する駆動信号を出力する制御部と、を具備する液体噴射装置であって、制御部は、駆動信号として、液体噴射装置の駆動時に圧電アクチュエーターに供給する第１の駆動信号と、液体噴射装置の待機時に圧電アクチュエーターに供給する第２の駆動信号と、を出力し、第１の駆動信号によって、圧電アクチュエーターに駆動電圧を印加し、第２の駆動信号によって、圧電アクチュエーターに駆動電圧とは逆方向の電位である一定電圧を印加し、一定電圧を印加する時間ＴＬは、第１の駆動信号の吐出周期よりも長く、一定電圧により印加される電界強度の絶対値は、圧電体層の抗電界の絶対値よりも大きい。【選択図】図７

Description

本発明は、圧電素子の駆動によりノズルから液体を噴射する液体噴射装置及びその駆動方法に関する。
液体噴射装置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。
液体噴射装置の代表例としては、例えば、インク滴を吐出するノズル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内のインクに圧力変動を生じさせてノズルからインク滴を吐出させるインクジェット式記録装置がある。
このようなインクジェット式記録装置に用いられる圧電素子は、繰り返し駆動することにより圧電体層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、いわゆる疲労減少が発生し、圧電体層の分極−電界におけるヒステリシス特性を示すヒステリシス曲線が電界の負方向にシフトし、圧電体層の変位量が低下してしまうという問題がある。
このため、圧電素子に印刷時に印加する駆動電位とは逆電位を印加することにより、圧電体層の疲労減少を低減し、ヒステリシス曲線のシフトを抑制した液体噴射装置が提案されている(例えば、特許文献１及び２等参照）。
特開２００９−０７１１１３号公報 特開２０１６−１４４２８９号公報
しかしながら、特許文献１では、圧電素子に圧電体層の抗電界を下回る逆電圧を印加しているため、ヒステリシス曲線のシフトを抑制することができないという問題がある。
また、特許文献２では、逆電圧の印加中に誤吐出が発生する虞があり、インクの無駄な消費が増大してしまうという問題がある。
そして、ヒステリシス曲線のシフトが発生した場合、インク滴が同じ重量で吐出されるように駆動電圧を大きく変化させなくてはならず、制御が複雑になってしまうという問題がある。
なお、このような問題はインクジェット式記録装置に限定されず、インク以外の液体を噴射する液体噴射装置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、圧電体層のヒステリシス曲線のシフトを低減して、液体の吐出特性の変化を抑制すると共に、液体の無駄な吐出を抑制した液体噴射装置及びそ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、液体を噴射するノズルと、前記ノズルに連通する圧力発生室と、前記圧力発生室内に液体に圧力変化を生じさせる圧電アクチュエーターであって、圧電体層と当該圧電体層を挟む２つの電極とを有する圧電アクチュエーターと、前記圧電アクチュエーターを駆動する駆動信号を出力する制御部と、を具備する液体噴射装置であって、前記制御部は、前記駆動信号として、前記液体噴射装置の駆動時に前記圧電アクチュエーターに供給する第１の駆動信号と、前記液体噴射装置の待機時に前記圧電アクチュエーターに供給する第２の駆動信号と、を出力し、前記第１の駆動信号によって、前記圧電アクチュエーターに駆動電圧を印加し、前記第２の駆動信号によって、前記圧電アクチュエーターに前記駆動電圧とは逆方向の電位である一定電圧を前記圧電アクチュエーターに印加し、前記一定電圧を印加する時間は、前記第１の駆動信号の吐出周期よりも長く、前記一定電圧により印加される電界強度の絶対値は、前記圧電体層の抗電界の絶対値よりも大きいことを特徴とする液体噴射装置にある。
また、本発明の他の態様は、液体を噴射するノズルと、前記ノズルに連通する圧力発生室と、前記圧力発生室内に液体に圧力変化を生じさせる圧電アクチュエーターであって、圧電体層と当該圧電体層を挟む２つの電極とを有する圧電アクチュエーターと、を具備する液体噴射装置の駆動方法であって、前記圧電アクチュエーターを駆動する駆動信号として、前記液体噴射装置の駆動時に前記圧電アクチュエーターに供給する第１の駆動信号と、前記液体噴射装置の待機時に前記圧電アクチュエーターに供給する第２の駆動信号と、を出力し、前記第１の駆動信号によって、前記圧電アクチュエーターに駆動電圧を印加し、前記第２の駆動信号によって、前記圧電アクチュエーターに前記駆動電圧とは逆方向の電位である一定電圧を印加し、前記一定電圧を印加する時間は、前記第１の駆動信号の吐出周期よりも長く、前記一定電圧により印加される電界強度の絶対値は、前記圧電体層の抗電界の絶対値よりも大きいことを特徴とする液体噴射装置の駆動方法にある。
本発明の実施形態１に係る記録装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの要部断面図である。 本発明の実施形態１に係る記録装置の電気的構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態１に係る第１の駆動信号を示す駆動波形である。 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。 本発明の実施形態１に係る第２の駆動信号を示す駆動波形である。 本発明の実施形態１に係る駆動方法を説明するフローチャートである。 本発明の他の実施形態に係る第２の駆動信号を示す駆動波形である。
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、本発明の実施形態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の概略構成を示す図である。
図１に示すように、本実施形態の液体噴射装置の一例であるインクジェット式記録装置Ｉは、液体としてインクをインク滴として噴射するインクジェット式記録ヘッド１（以下、単に記録ヘッド１とも言う）を具備する。記録ヘッド１は、キャリッジ３に搭載され、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に軸方向に移動可能に設けられている。また、キャリッジ３には、液体供給手段を構成するインクカートリッジ２が着脱可能に設けられている。
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１を搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って往復移動される。一方、装置本体４には搬送手段としての搬送ローラー８が設けられており、インクが着弾される紙などの被噴射媒体である記録シートＳが搬送ローラー８により搬送されるようになっている。なお、記録シートＳを搬送する搬送手段は、搬送ローラー８に限られずベルトやドラム等であってもよい。本実施形態では、記録シートＳの搬送方向を第１の方向Ｘと称し、キャリッジ３のキャリッジ軸５に沿った移動方向を第２の方向Ｙと称する。さらに、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙの双方に交差する方向を本実施形態では、第３の方向Ｚと称する。なお、本実施形態では、各方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の関係を直交とするが、各構成の配置関係が必ずしも直交するものに限定されるものではない。
このようなインクジェット式記録装置Ｉでは、記録ヘッド１に対して記録シートＳを第１の方向Ｘに搬送し、キャリッジ３を記録シートＳに対して第２の方向Ｙに往復移動させながら、記録ヘッド１からインク滴を噴射させることで記録シートＳの略全面に亘って印刷が実行される。
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記録ヘッド１の一例について図２及び図３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を示す分解斜視図であり、図３は、第２の方向に沿った記録ヘッドの断面図である。また、本実施形態では、記録ヘッドの各方向について、インクジェット式記録装置Ｉに搭載された際の方向、すなわち、第１の方向Ｘ、第２の方向Ｙ及び第３の方向Ｚに基づいて説明する。もちろん、記録ヘッド１のインクジェット式記録装置Ｉ内の配置は以下に示すものに限定されるものではない。
図２及び図３に示すように、本実施形態の記録ヘッド１を構成する流路形成基板１０は、シリコン単結晶基板からなり、その一方の面には振動板５０が形成されている。振動板５０は、二酸化シリコン層や酸化ジルコニウム層から選択される単一層又は積層であってもよい。
流路形成基板１０には、複数の圧力発生室１２が第１の方向Ｘに沿って並設されている。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の第１の方向Ｘの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、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マニホールド部３１と連通して各圧力発生室１２の共通のインク室となるマニホールド１００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。
また、流路形成基板１０の第３の方向Ｚの一方面には、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。本実施形態では、ノズル２１は、第２の方向Ｙが同じ位置となるように、第１の方向Ｘに複数並設されており、第１の方向Ｘに並設されたノズル２１によってノズル列が構成されている。なお、ノズル２１の配置は特にこれに限定されず、例えば、第１の方向Ｘに並設されたノズル２１において、１つ置きに第２の方向Ｙがずれた位置に配置した、所謂、千鳥配置としてもよい。もちろん、ノズル列は、第２の方向Ｙや第１の方向Ｘと第２の方向Ｙとの両方に交差する方向などに複数列形成されていてもよい。
このようなノズルプレート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。また、ノズルプレート２０のノズル２１が開口する流路形成基板１０とは反対側の面が、本実施形態の液体噴射面２３となっている。
一方、このような流路形成基板１０の第３の方向Ｚにおいてノズルプレート２０とは反対側の面には、上述のように振動板５０が形成され、この振動板５０上には、第１電極６０と、圧電体層７０と、第２電極８０とが、成膜及びリソグラフィー法によって積層されて圧電アクチュエーター３００を構成している。本実施形態では、圧電アクチュエーター３００が圧力発生室１２内のインクに圧力変化を生じさせる駆動素子となっている。ここで、圧電アクチュエーター３００は、圧電素子ともいい、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、圧電アクチュエーター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を圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。本実施形態では、第１電極６０を圧電アクチュエーター３００の共通電極とし、第２電極８０を圧電アクチュエーター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。なお、上述した例では、振動板５０、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、振動板５０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、圧電アクチュエーター３００自体が実質的に振動板を兼ねるようにしてもよい。
また、このような各圧電アクチュエーター３００の第２電極８０には、リード電極９０がそれぞれ接続され、このリード電極９０を介して各圧電アクチュエーター３００に選択的に電圧が印加されるようになっている。
また、流路形成基板１０の圧電アクチュエーター３００側の面には、マニホールド１００の少なくとも一部を構成するマニホールド部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。このマニホールド部３１は、本実施形態では、保護基板３０を第３の方向Ｚ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マニホールド１００を構成している。
また、保護基板３０の圧電アクチュエーター３００に対向する領域には、圧電アクチュエーター３００の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電アクチュエーター保持部３２が設けられている。圧電アクチュエーター保持部３２は、圧電アクチュエーター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を第３の方向Ｚに貫通する貫通孔３３が設けられている。そして、各圧電アクチュエーター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の流路形成基板１０とは反対側の面には、圧電アクチュエーター３００を駆動するための駆動回路１２０が設けられている。この駆動回路１２０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１２０とリード電極９０とは、ボンディングワイヤー等の導電性ワイヤーからなる接続配線１２１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の駆動回路１２０が設けられた面には、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によってマニホールド部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のマニホールド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、マニホールド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記録ヘッド１では、図１に示すインクカートリッジ２からインクを取り込み、マニホールド１００からノズル２１に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路１２０からの駆動信号に従い、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、振動板５０及び圧電アクチュエーター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２１からインク滴が吐出する。
また、図１及び図４に示すように、インクジェット式記録装置Ｉは、制御装置２００を具備する。ここで、本実施形態の電気的構成について図４を参照して説明する。なお、図４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電気的構成を示すブロック図である。
図４に示すように、インクジェット式記録装置Ｉは、プリンターコントローラー２１０と、プリントエンジン２２０と、を備えている。
プリンターコントローラー２１０は、インクジェット式記録装置Ｉの全体の制御をする要素であり、本実施形態では、インクジェット式記録装置Ｉに設けられた制御装置２００内に設けられている。
プリンターコントローラー２１０は、外部インターフェース２１１（以下、外部Ｉ／Ｆ２１１と言う）と、各種データを一時的に記憶するＲＡＭ２１２と、制御プログラム等を記憶したＲＯＭ２１３と、ＣＰＵ等を含んで構成した制御処理部２１４と、クロック信号を発生する発振回路２１５と、記録ヘッド１へ供給するための駆動信号を発生する駆動信号生成回路２１６と、バイアス電圧を生成する電源生成回路２１７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（別名ビットマップデータとも言う）等をプリントエンジン２２０に送信する内部インターフェース２１８（以下、内部Ｉ／Ｆ２１８と言う）とを備えている。
外部Ｉ／Ｆ２１１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、ホストコンピューター等の外部装置２３０から受信する。また、この外部Ｉ／Ｆ２１１を通じてビジー信号（ＢＵＳＹ）やアクノレッジ信号（ＡＣＫ）が、外部装置２３０に対して出力される。
ＲＡＭ２１２は、受信バッファー２１２Ａ、中間バッファー２１２Ｂ、出力バッファー２１２Ｃ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２１２Ａは外部Ｉ／Ｆ２１１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２１２Ｂは制御処理部２１４が変換した中間コードデータを記憶し、出力バッファー２１２Ｃ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、ＲＯＭ２１３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。
制御処理部２１４は、受信バッファー２１２Ａ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２１２Ｂに記憶させる。また、中間バッファー２１２Ｂから読み出した中間コードデータを解析し、ＲＯＭ２１３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、制御処理部２１４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２１２Ｃに記憶させる。
そして、記録ヘッド１に１行分の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／Ｆ２１８を通じて記録ヘッド１に出力される。また、出力バッファー２１２Ｃ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２１２Ｂ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。
駆動信号生成回路２１６は、外部から供給された電源に基づいて詳しくは後述する第１の共通駆動信号ＣＯＭ１及び第２の共通駆動信号ＣＯＭ２を生成する。
また、電源生成回路２１７は、外部から供給された電源に基づいて圧電アクチュエーター３００の共通電極である第１電極６０に供給する詳しくは後述するバイアス電圧ｖｂｓや第２のバイアス電圧ｖｂｓ２を生成する。
プリントエンジン２２０は、記録ヘッド１と、紙送り機構２２１と、キャリッジ機構２２２とを含んで構成してある。紙送り機構２２１は、搬送ローラー８とこの搬送ローラー８を駆動する図示しないモーター等から構成してあり、記録シートＳを記録ヘッド１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２２１は、記録シートＳを第１の方向Ｘに相対移動させる。キャリッジ機構２２２は、キャリッジ３と、キャリッジ３をキャリッジ軸５に沿って第２の方向Ｙに移動させる駆動モーター６やタイミングベルト７とを具備する。
記録ヘッド１は、シフトレジスター１２２、ラッチ回路１２３、レベルシフター１２４、スイッチ１２５を有する駆動回路１２０と、圧電アクチュエーター３００と、を備えている。シフトレジスター１２２、ラッチ回路１２３、レベルシフター１２４、スイッチ１２５及び圧電アクチュエーター３００は、特に図示していないが、それぞれ、記録ヘッド１のノズル２１毎に設けられたシフトレジスター素子、ラッチ素子、レベルシフター素子、スイッチ素子、圧電アクチュエーター３００から構成してあり、シフトレジスター１２２、ラッチ回路１２３、レベルシフター１２４、スイッチ１２５及び圧電アクチュエーター３００の順で電気的に接続してある。これらのシフトレジスター１２２、ラッチ回路１２３、レベルシフター１２４及びスイッチ１２５は、駆動信号生成回路２１６が発生した共通駆動信号から印加パルスを生成する。ここで、印加パルスとは実際に圧電アクチュエーター３００に印加されるものである。
なお、本実施形態では、プリンターコントローラー２１０と駆動回路１２０とが特許請求の範囲の制御部に相当する。
ここで、駆動信号生成回路２１６が発生した共通駆動信号を示す駆動波形について説明する。なお、図５は、バイアス電圧、第１の共通駆動信号及び第１の駆動信号を示す駆動波形である。
図５に示すように、本実施形態の第１の共通駆動信号ＣＯＭ１は、発振回路２１５から発信されるクロック信号により規定される単位周期Ｔ毎に駆動信号生成回路２１６から繰り返し生成される。単位周期Ｔは、吐出周期Ｔ又は記録周期Ｔとも言い、記録シートＳに印刷する画像等の１画素分に対応する。本実施形態では、第１の共通駆動信号ＣＯＭ１は、ノズル２１からインク滴が吐出されるように圧電アクチュエーター３００を駆動する吐出パルスＤＰを１記録周期Ｔ内に有する信号であり、記録周期Ｔ毎に繰り返し発生される。
そして、印刷中において記録シートＳの記録領域に１行分（１ラスター分）のドットパターンを形成するとき、各ノズル２１に対応する圧電アクチュエーター３００には、第１の共通駆動信号ＣＯＭ１の吐出パルスＤＰが選択的に印加される。すなわち、各ノズル２１に対応する圧電アクチュエーター３００毎にヘッド制御信号及び第１の共通駆動信号ＣＯＭ１から印加パルスを生成し、印加パルスを圧電アクチュエーター３００に印加する。このような印加パルスは、圧電アクチュエーター３００の活性部毎の個別電極である第２電極８０に供給される。また、圧電アクチュエーター３００の複数の活性部の共通電極である第１電極６０には、バイアス電圧（ｖｂｓ）が供給される。このため、印加パルスによって圧電アクチュエーター３００の個別電極である第２電極８０に印加される電圧は、第１電極６０に印加されるバイアス電圧（ｖｂｓ）を基準電位として表される。
図５に示す例では、第１電極６０には、バイアス電圧ｖｂｓが供給されることで、第１電極６０は３２．５Ｖの電位に維持される。
第２電極８０には、所定の中間電位と、約３０．０Ｖの最小電位と、約６５．０Ｖの最大電位とを有する駆動波形で示される吐出パルスＤＰが供給される。
そして、第１電極６０の電位を基準とした第２電極８０の電位差、すなわち、第２電極８０の電位−第１電極６０の電位が圧電体層７０の駆動電圧Ｖとなる。このような駆動電圧Ｖの時間に伴うプロファイルが、圧電アクチュエーター３００に供給される第１の駆動信号２５０となる。
ここで、第１の駆動信号２５０は、中間電位Ｖｍから第１電位Ｖ１（ここでは−２．５Ｖ）まで印加して圧力発生室１２の容積を基準容積から膨張させる第１膨張要素Ｐ１と、第１膨張要素Ｐ１によって膨張した圧力発生室１２の容積を一定時間維持する第１膨張維持要素Ｐ２と、第１電位Ｖ１から第２電位Ｖ２（ここでは３２．５Ｖ）を印加して圧力発生室１２の容積を収縮させる第１収縮要素Ｐ３と、第１収縮要素Ｐ３によって収縮した圧力発生室１２の容積を一定時間維持する第１収縮維持要素Ｐ４と、第２電位Ｖ２の収縮状態から中間電位Ｖｍの基準容積まで圧力発生室１２を復帰させる第１復帰要素Ｐ５と、を具備する。すなわち、第１の駆動信号における圧電アクチュエーター３００の駆動電圧Ｖは、最小電圧が第１電位Ｖ１の−２．５Ｖ、最大電圧が第２電位Ｖ２の３２．５Ｖである。
このような第１の駆動信号２５０が圧電アクチュエーター３００に供給されると、第１膨張要素Ｐ１によって圧電アクチュエーター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２１内のメニスカスが圧力発生室１２側に引き込まれると共に、圧力発生室１２にはマニホールド１００側からインクが供給される。そして、圧力発生室１２の膨張状態は、第１膨張維持要素Ｐ２で維持される。その後、第１収縮要素Ｐ３が供給されて圧力発生室１２は膨張容積から第２電位Ｖ２に対応する収縮容積まで急激に収縮され、圧力発生室１２内のインクが加圧されてノズル２１からインク滴が吐出される。圧力発生室１２の収縮状態は、第１収縮維持要素Ｐ４で維持され、この間にインク滴の吐出によって減少した圧力発生室１２内のインク圧力は、その固有振動によって再び上昇する。この上昇タイミングに合わせて第１復帰要素Ｐ５が供給されて、圧力発生室１２が基準容積まで復帰し、圧力発生室１２内の圧力変動が吸収される。
このような第１の駆動信号２５０は、ドットパターンデータを構成する印字データ（ＳＩ）に基づいて、吐出周期Ｔ毎にインク滴を吐出するノズル２１に対応する圧電アクチュエーター３００に選択的に供給されてインク滴が吐出される。また、印刷中において、インク滴を吐出しないノズル２１に対応する圧電アクチュエーター３００には、第１の駆動信号２５０の供給は遮断されるものの、圧電アクチュエーター３００は、直前の電位を保持するので、直前の変位状態、すなわち、中間電位Ｖｍが維持される。すなわち、第１の駆動信号２５０が供給されるインクジェット式記録装置Ｉの駆動時とは、印刷時のことである。
ここで、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６に示すように、抗電界Ｅｃを境として分極の正負が反転するヒステリシス特性を有する曲線、すなわち、ヒステリシス曲線２６０が描かれる。
このため、圧電アクチュエーター３００には、分極の正負が反転しないように電圧を印加するのが好ましい。したがって、圧電体層７０の圧電特性を最大限に生かすように、圧電アクチュエーター３００に印加される第１の駆動信号２５０の最小電圧は、抗電界Ｅｃとなる電圧よりもわずかに高い電圧を最小電圧とし、飽和分極電圧よりもわずかに低い電圧を最大電圧として設定するのが好ましい。
このように第１の駆動信号２５０によって抗電界Ｅｃを越えた電界が圧電体層７０に繰り返し印加されると、圧電体層７０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、圧電体層７０の分極−電界におけるヒステリシス特性を示すヒステリシス曲線２６０が電界の負方向にシフトしたヒステリシス曲線２６１に変化し、同じ第１の駆動信号で圧電体層７０に電界を印加しても圧電アクチュエーター３００の変位量が低下してしまう。すなわち、初期状態の圧電アクチュエーター３００を第１の駆動信号２５０で駆動すると、例えば、第１収縮要素Ｐ３では、圧電アクチュエーター３００に印加される駆動電圧を第１電位Ｖ１から第２電位Ｖ２に変化させることで、第１電位Ｖ１の分極と第２電位Ｖ２の分極との差である分極量ΔＰで示される変位が圧電アクチュエーター３００で行われる。そして、繰り返し駆動した圧電アクチュエーター３００を同じ第１の駆動信号２５０で駆動すると、例えば、第１収縮要素Ｐ３では、負の電界方向にシフトしたヒステリシス曲線２６１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。
このため、制御処理部２１４は、インクジェット式記録装置Ｉが待機状態になった際に、第１電極６０と第２電極８０との間に、第１の駆動信号２５０の駆動電圧Ｖとは逆方向の電位である一定電圧を圧電アクチュエーター３００に印加する。これにより、第１の駆動信号２５０で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２６１を、元のヒステリシス曲線２６０に近づくように圧電アクチュエーター３００を駆動して、同じ第１の駆動信号２５０で駆動しても圧電アクチュエーター３００の変位低下を抑制することができる。
このような圧電アクチュエーター３００に印加する一定電圧は、駆動信号生成回路２１６が詳しくは後述する第２の駆動信号を圧電アクチュエーター３００に供給することで実施することができる。
ここで、逆方向の電位を圧電アクチュエーター３００に印加するとは、第１の駆動信号２５０によって第２電極８０から第１電極６０に向かう電位方向の駆動電圧Ｖが印加される場合、第１の駆動信号２５０による駆動電圧Ｖとは逆方向、すなわち、第１電極６０から第２電極８０に向かう電位方向の電圧が印加されることを言う。本実施形態では、第２電極８０から第１電極６０に向かう電位方向を正とし、第１電極６０から第２電極８０に向かう電位方向を負と称する。
また、圧電アクチュエーター３００に印加する一定電圧とは、第１の駆動信号２５０の吐出周期Ｔよりも長い時間ＴＬで、変化のない一定の電圧が圧電アクチュエーター３００に印加することを言う。例えば、吐出周期Ｔよりも長い時間であっても、電圧が一定ではないもの、すなわち、電圧が変化するものは含まない。また、一定の電圧であっても、吐出周期Ｔよりも短い時間のものは含まない。
さらに、圧電アクチュエーター３００に印加する一定電圧によって圧電体層７０に印加される電界強度の絶対値は、圧電体層７０の抗電界Ｅｃの絶対値よりも大きい。このように一定電圧によって圧電体層７０に印加される電界強度の絶対値を抗電界よりも大きくすることで、圧電アクチュエーター３００を第１の駆動信号２５０によって繰り返し駆動することで生じた分極の固定による疲労現象を効果的に回復することができる。
このような一定電圧は、図７に示す第２の駆動信号２５１によって圧電アクチュエーター３００に印加される。ここで、第２の駆動信号２５１は、本実施形態では、駆動信号生成回路２１６によって生成されて個別電極である第２電極８０に供給される第２の共通駆動信号ＣＯＭ２と、共通電極である第１電極６０に供給されるバイアス電圧とによって生成される。
図７に示す例では、第１電極６０には、第１の駆動信号２５０を生成するためのバイアス電圧ｖｂｓよりも高いバイアス電圧（以下、第２のバイアス電圧ｖｂｓ２と称する）が供給される。本実施形態では、第１電極６０は、第２のバイアス電圧ｖｂｓ２によって６５．０Ｖの電位が維持される。
第２電極８０には、約３０．０Ｖの最小電位と、約６５．０Ｖの最大電位とを有する駆動波形で示される第２の共通駆動信号ＣＯＭ２が供給される。すなわち、第２の共通駆動信号ＣＯＭ２の最小電位と最大電位は、第１の共通駆動信号ＣＯＭ１の最小電位と最大電位と同じである。
そして、第１電極６０の電位を基準とした第２電極８０の電位差、すなわち、第２電極８０の電位−第１電極６０の電位が圧電体層７０の駆動電圧となる。この駆動電圧の時間に伴うプロファイルが、圧電アクチュエーター３００の第２の駆動信号２５１となる。
第２の駆動信号２５１は、第１電極６０に供給される電位が、第２電極８０に供給される電位よりも高いことから、圧電体層７０には第１電極６０から第２電極８０に向かう電圧による電界を印加することができる。すなわち、第２の共通駆動信号ＣＯＭ２の最小電位及び最大電位を、第１の共通駆動信号ＣＯＭ１の最小電位及び最大電位と同じにして、バイアス電圧ｖｂｓを第２のバイアス電圧ｖｂｓ２に変化させることで、第１の駆動信号２５０によって印加される駆動電圧Ｖとは逆方向の電位の一定電圧を圧電アクチュエーター３００に印加することができる。
具体的には、第２の駆動信号２５１は、図７に示すように、０Ｖから第３電位Ｖ３（−３５Ｖ）まで印加して圧力発生室１２の容積を０Ｖの容積から収縮させる第２収縮要素Ｐ１１と、第３電位Ｖ３を一定時間維持する第２収縮維持要素Ｐ１２と、第３電位Ｖ３の膨張状態から０Ｖの容積まで復帰させる第２復帰要素Ｐ１３と、を具備する。本実施形態では、第２収縮維持要素Ｐ１２によって、圧電アクチュエーター３００には一定電圧が印加される。すなわち、本実施形態の圧電アクチュエーター３００に印加する一定電圧は、第２収縮維持要素Ｐ１２の第３電位Ｖ３と、第２収縮維持要素Ｐ１２の時間ＴＬとによって規定される。
すなわち、圧電アクチュエーター３００には、第１の駆動信号２５０によって最大＋３２．５Ｖの電圧、すなわち、第２電極８０から第１電極６０に向かう３２．５Ｖの電圧が印加されるのに対し、第２の駆動信号２５１によって最大−３５．０Ｖの一定電圧、すなわち、第１電極６０から第２電極８０に向かう３５．０Ｖの一定電圧が印加される。
ここで、第１の駆動信号２５０によって圧電アクチュエーター３００の分極の固定による疲労現象の発生は、分極の大きさと時間との積によって決まる。すなわち、図５に示す第１の駆動信号２５０の図中斜線で示す積分値で決定される。このような第１の駆動信号２５０を繰り返し駆動することによって発生する疲労現象を一定電圧によって回復させるためには、図７に示す第２の駆動信号２５１の図中斜線で示す積分値が第１の駆動信号２５０の積分値と同じ値となるように、第２の駆動信号２５１の一定電圧の電圧値と時間ＴＬとを設定すればよい。
つまり、印刷時に第１の駆動信号２５０によって圧電アクチュエーター３００に駆動電圧Ｖを印加した際の圧電体層７０の分極（Ｐ）と時間との積と、第２の駆動信号２５１によって圧電アクチュエーター３００に一定電圧を印加した際の圧電体層７０の分極（Ｐ）と時間との積との和が０（ゼロ）となるように第２の駆動信号２５１を決定すればよい。
なお、一定電圧の電圧値を抗電界Ｅｃの絶対値よりも大きな電界強度の絶対値で、且つ圧電体層７０の耐電圧よりも低い電圧となるように予め設定したら、制御処理部２１４は、第１の駆動信号２５０による圧電アクチュエーター３００の駆動によって圧電アクチュエーター３００に印加される駆動電圧Ｖを印加した時間に基づいて、圧電体層７０の疲労現象が解消するように、すなわち、第１の駆動信号２５０によって圧電アクチュエーター３００に駆動電圧Ｖを印加した際の圧電体層７０の分極（Ｐ）と時間との積と、圧電アクチュエーター３００に一定電圧を印加した際の圧電体層７０の分極（Ｐ）と時間との積との和が０（ゼロ）となるよう一定電圧の時間ＴＬを制御すればよい。
ちなみに、第１の駆動信号２５０は、印刷中にインク滴を吐出するノズル２１に対応する圧電アクチュエーター３００のみに供給されるため、印刷中にインク滴を吐出しないノズル２１に対応する圧電アクチュエーター３００には、第１の駆動信号２５０は供給されない。しかしながら、上述したようにインク滴を吐出しないノズル２１に対応する圧電アクチュエーター３００には中間電位Ｖｍが印加される。また、図５に示すように、第１の駆動信号２５０によって、３２．５Ｖの最大電位と−２．５Ｖの最小電位とが印加されるため、印刷中には、各圧電アクチュエーター３００には、平均して中間電位Ｖｍが印加されるとみなすこともできる。すなわち、第２の駆動信号２５１の斜線で示す積分値の代わりに、中間電位Ｖｍと印刷時間との積を用いて、制御処理部２１４は、第２の駆動信号２５１の積分値が、第１の駆動信号２５０の中間電位Ｖｍと印刷時間との積と同じ値となるように、圧電アクチュエーター３００に一定電圧を印加するようにしてもよい。これにより、インク滴を吐出したノズル２１のみに供給される第１の駆動信号２５０の積分値を積算する必要がなく、制御を簡略化することができる。
さらに、圧電アクチュエーター３００に電圧を印加しない場合であっても、圧電体層７０は、図６のヒステリシス曲線２６０が示すように、残留分極によって分極が一部固定する疲労現象が発生する。すなわち、印刷待機時には、第１電極６０にバイアス電圧ｖｂｓが供給され、第２電極８０には、バイアス電圧ｖｂｓと同じ電位が供給され、第１電極６０と第２電極８０とが同電位となることから、圧電アクチュエーター３００の圧電体層７０には電界が印加されない。また、インクジェット式記録装置Ｉの電源切断時にも、第１電極６０及び第２電極８０には電位が供給されないことから、圧電体層７０には電界が印加されない。このため、制御処理部２１４は、上述した印刷時の第１の駆動信号２５０の積分値、又は、中間電位Ｖｍと印刷時間との積に加えて、さらに印刷待機時やインクジェット式記録装置Ｉの電源切断時などの圧電体層７０に電界が印加されない時間を計測し、この圧電体層７０に電界が印加されていない時間と残留分極との積に基づいて第２の駆動信号２５１の一定電圧の電圧値と時間とを決定するのが好ましい。すなわち、印刷時の第１の駆動信号２５０による圧電体層７０の分極と時間との積、又は、中間電位Ｖｍによる圧電体層７０の分極と印刷時間との積と、圧電体層７０に電界が印加されていない時間と残留分極との積と、第２の駆動信号２５１の一定電圧による圧電体層７０の分極と時間との積とが０（ゼロ）に近づくように、一定電圧の電圧値及び時間を決定すればよい。これにより、圧電体層７０に電界を印加しないことによる疲労現象も低減することができ、圧電アクチュエーター３００の時間経過に伴う変位低下を抑制することができる。
なお、一定電圧の電圧値を抗電界Ｅｃの絶対値よりも大きな電界強度の絶対値で、且つ圧電体層７０の耐電圧よりも低い電圧となるように予め設定したら、制御処理部２１４は、第１の駆動信号２５０による圧電アクチュエーター３００の駆動によって圧電アクチュエーター３００に印加される駆動電圧Ｖを印加した時間と、圧電アクチュエーター３００に電圧を印加していない時間とに基づいて、圧電体層７０の疲労現象が解消するように、すなわち、第１の駆動信号２５０によって圧電アクチュエーター３００に駆動電圧Ｖを印加した際の圧電体層７０の分極（Ｐ）と時間との積と、圧電アクチュエーター３００に電圧を印加しない場合の圧電体層７０の残留分極と時間との積と、圧電アクチュエーター３００に一定電圧を印加した際の圧電体層７０の分極（Ｐ）と時間との積との和が０（ゼロ）となるよう一定電圧の時間ＴＬを制御すればよい。
なお、第２の駆動信号２５１によって一定電圧を印加する時間ＴＬは、上述のように第１の駆動信号２５０の吐出周期Ｔよりも長い時間である。このように一定電圧を吐出周期Ｔよりも長い時間ＴＬで圧電アクチュエーター３００に印加することで、圧電アクチュエーター３００がノズル２１からインク滴が吐出される程度に圧力発生室１２内のインクを急峻に加減圧するのを抑制して、ノズル２１からインク滴が吐出されるのを抑制することができる。
また、一定電圧により圧電体層７０に印加される電界強度の絶対値は、圧電体層７０の抗電界の絶対値よりも大きい。このように一定電圧によって圧電体層７０に印加される電界強度の絶対値を抗電界よりも大きくすることで、圧電アクチュエーター３００を第１の駆動信号２５０によって繰り返し駆動することで生じた分極の固定による疲労現象を効果的に回復することができる。すなわち、抗電界よりも小さい電界強度となる一定電圧を圧電アクチュエーター３００に印加しても、分極の回転伸縮が十分に行われず、第１の駆動信号２５０によって分極方向が一部固定される疲労現象を十分に回復することができない。
また、圧電アクチュエーター３００に印加する一定電圧を高くすれば、それだけ圧電体層７０の分極強度が大きくなるため、一定電圧を印加する時間を短くすることができる。すなわち、第２の駆動信号の積分値が、印刷時に印加した第１の駆動信号の積分値と同じ値になれば良いため、一定電圧が低ければ長い時間ＴＬを印加し、一定電圧が高ければ短い時間ＴＬを印加すればよい。ただし、一定電圧は、高すぎると圧電体層７０が破壊されてしまうため、一定電圧は、圧電体層７０の耐電圧よりも低い電圧であるのが好ましい。これにより、第２の駆動信号によって圧電アクチュエーター３００に一定電圧を印加することによる圧電体層７０の破壊を抑制することができる。
さらに、第２の駆動信号２５１の第２復帰要素Ｐ１３の傾斜角度、すなわち、第２の駆動信号２５１を表す駆動波形において単位時間当たりの電圧の変化量を表す傾斜角度は、第１の駆動信号２５０を示す駆動波形の最大の傾斜角度、本実施形態では、第１収縮要素Ｐ３の傾斜角度よりも小さいことが好ましい。すなわち、第２の駆動信号２５１における圧電アクチュエーター３００に印加する単位時間当たりの電圧の変化率は、第１の駆動信号２５０における圧電アクチュエーター３００に印加する単位時間当たりの電圧の最大変化率よりも低いことが好ましい。このように、第２の駆動信号２５１における圧電アクチュエーター３００に印加する単位時間当たりの電圧の変化率を、第１の駆動信号２５０における圧電アクチュエーター３００に印加する単位時間当たりの電圧の最大変化率よりも低くすることで、第２の駆動信号２５１を圧電アクチュエーター３００に供給して圧力発生室１２内を加圧した際にノズル２１からインク滴が吐出されないように圧電アクチュエーター３００を徐々に変形させることができる。したがって、第２の駆動信号を圧電アクチュエーター３００に供給することによるインク滴の吐出を確実に抑制することができる。
なお、このような圧電アクチュエーター３００への第２の駆動信号２５１の供給による一定電圧の印加は、例えば、インクジェット式記録装置Ｉの待機時に行われる。ここで、インクジェット式記録装置Ｉの待機時とは、インクジェット式記録装置Ｉの電源が投入されており、印刷を待機している印刷待機中や、節電モード中などが挙げられる。また、インクジェット式記録装置Ｉの電源が切断されるタイミングで、圧電アクチュエーター３００への第２の駆動信号２５１の供給を行うようにしてもよい。すなわち、ユーザーの操作によって電源切断の指令が送信されたら、インクジェット式記録装置Ｉの電源を切断する前に、第２の駆動信号２５１を供給して圧電アクチュエーター３００に一定電圧を印加するようにすればよい。このようにインクジェット式記録装置Ｉの電源を切断する前に第２の駆動信号２５１を圧電アクチュエーター３００に供給することで、印刷待機中に第２の駆動信号２５１を供給する場合に比べて、次の印刷が始まるまでにタイムラグが発生するのを抑制することができる。もちろん、印刷待機中に第２の駆動信号２５１を供給している最中に、次の印刷指令が送信されたら、第２の駆動信号２５１の供給を中断すれば、次の印刷が始まるまでにタイムラグが発生するのを抑制することができる。
さらに、第２の駆動信号２５１の圧電アクチュエーター３００への供給は、例えば、第１の駆動信号２５０による分極と時間との積、又は中間電位Ｖｍによる分極と印刷時間との積が、予め設定した閾値を超えた場合に実施するようにしてもよい。また、印刷時間に対する分極と時間との積との関係を予め把握してあれば、印刷時間をカウントし、印刷時間の積算値が閾値を超えた場合に、第２の駆動信号２５１を圧電アクチュエーター３００に供給するようにしてもよい。
ここで、このようなインクジェット式記録装置の駆動方法について図８を参照して説明する。なお、図８は、本発明の実施形態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の駆動方法の一例を示すフローチャートである。
図８に示すように、ステップＳ１で、制御処理部２１４は、印刷、すなわち、第１の駆動信号２５０によって駆動電圧Ｖが印加された時間を測定する。
次いで、ステップＳ２で、制御処理部２１４は、第１の駆動信号２５０によって駆動電圧Ｖを印加した時間が閾値を超えたか判定する。ステップＳ２で、制御処理部２１４が、第１の駆動信号２５０による駆動電圧Ｖを印加した時間が閾値を超えたと判定した場合には（ステップＳ２；Ｙｅｓ）、ステップＳ３で印刷実行中か判定し、印刷実行中ではないと判定したら（ステップＳ３；Ｎｏ）、ステップＳ４で、制御処理部２１４は、圧電アクチュエーター３００に第２の駆動信号２５１を供給して一定電圧を印加する。ステップＳ４で、圧電アクチュエーター３００に第２の駆動信号２５１によって一定電圧を印加する時間は、ステップＳ１で測定した第１の駆動信号２５０による駆動電圧と駆動電圧を印加する時間との積に基づいて決定される。
なお、ステップＳ２で、制御処理部２１４が第１の駆動信号２５０によって駆動電圧Ｖを印加する時間が閾値を超えていないと判定した場合には（ステップＳ２；Ｎｏ）、制御処理部２１４が第１の駆動信号２５０によって駆動電圧Ｖを印加した時間が閾値を超えるまで測定を継続する。
また、ステップＳ２では、制御処理部２１４は、印刷時間を測定し、印刷時間が閾値を超えたか否かを判定するようにしてもよい。もちろん、ステップＳ２では、第１の駆動信号２５０を供給して駆動電圧で圧電アクチュエーター３００を駆動した際の分極と時間との積を算出し、この算出結果が閾値を超えたか判定してもよい。
また、ステップＳ３で、印刷実行中か判定し、印刷実行中と判定したら（ステップＳ３；Ｙｅｓ）、印刷が終了するまで待機する。
以上説明したように、本実施形態の液体噴射装置の一例であるインクジェット式記録装置Ｉは、液体であるインクを噴射するノズル２１と、ノズル２１に連通する圧力発生室１２と、圧力発生室１２内のインクに圧力変化を生じさせる圧電アクチュエーター３００であって、圧電体層７０と当該圧電体層７０を挟む２つの電極である第１電極６０及び第２電極８０とを有する圧電アクチュエーター３００と、圧電アクチュエーター３００を駆動する駆動信号を出力する制御部と、を具備し、制御部は、駆動信号として、インクジェット式記録装置Ｉの駆動時に圧電アクチュエーター３００に供給する第１の駆動信号２５０と、インクジェット式記録装置Ｉの待機時に圧電アクチュエーター３００に供給する第２の駆動信号２５１と、を出力し、第１の駆動信号２５０によって、圧電アクチュエーター３００に駆動電圧Ｖを印加し、第２の駆動信号２５１によって、圧電アクチュエーター３００に駆動電圧Ｖとは逆方向の電位である一定電圧を印加し、一定電圧を印加する時間ＴＬは、第１の駆動信号２５０の吐出周期Ｔよりも長く、一定電圧により印加される電界強度の絶対値は、圧電体層７０の抗電界の絶対値よりも大きい。
このように、第１の駆動信号２５０を印加することによって圧電体層７０の分極の一部が固定される疲労現象が生じても、インクジェット式記録装置Ｉの待機時に、圧電アクチュエーター３００に第１の駆動信号２５０による駆動電圧Ｖとは逆方向の電位となる一定電圧を印加することにより、圧電体層７０の疲労現象を抑制することができる。したがって、第１の駆動信号２５０で圧電アクチュエーター３００を駆動した際の変位量の低下を長期間に亘って抑制することができ、安定したインク滴の吐出を行わせることができる。
また、一定電圧を第１の駆動信号２５０の吐出周期Ｔよりも長い時間ＴＬだけ圧電アクチュエーター３００に印加することで、圧電アクチュエーター３００の急峻な変形による圧力発生室１２内のインクの急峻な圧力変化を抑制することができ、第２の駆動信号２５１で圧電アクチュエーター３００を駆動することによるノズル２１からインク滴の吐出を抑制して、インクの無駄な消費を低減することができる。
さらに、一定電圧により圧電体層７０に印加される電界強度の絶対値を、圧電体層７０の抗電界の絶対値よりも大きくすることで、圧電アクチュエーター３００を第１の駆動信号２５０によって繰り返し駆動することで生じた分極の固定による疲労現象を効果的に回復することができる。
また、本実施形態のインクジェット式記録装置Ｉでは、第２の駆動信号２５１を表す電位と時間との関係を示す駆動波形は、圧力発生室１２の容積を収縮させる収縮要素である第２収縮要素Ｐ１１を具備し、第２収縮要素Ｐ１１は、傾斜していることが好ましい。これにより、圧力発生室１２内のインクの急峻な圧力変化を抑制して、ノズル２１からインク滴が吐出されるのを抑制することができる。
また、本実施形態のインクジェット式記録装置Ｉでは、収縮要素である第２収縮要素Ｐ１１は、第１の駆動信号２５０を表す駆動波形の最大傾斜である第１収縮要素Ｐ３の傾斜角度よりも小さい傾きであることが好ましい。これによれば、第２の駆動信号２５１によって圧電アクチュエーター３００を駆動することにより、ノズル２１からインク滴が吐出されるのをさらに低減することができる。
また、本実施形態のインクジェット式記録装置Ｉでは、制御部は、圧電アクチュエーター３００の一方の電極である第２電極８０に第１の共通駆動信号ＣＯＭ１を供給すると共に、他方の電極である第１電極６０にバイアス電圧ｖｂｓを供給することによって第１の駆動信号２５０を形成し、制御部は、圧電アクチュエーター３００の第１電極６０に供給するバイアス電圧を変化させて第２のバイアス電圧ｖｂｓ２とすることで、第１の駆動信号２５０の駆動電圧Ｖとは逆方向の電位の一定電圧を印加する第２の駆動信号２５１を形成することが好ましい。このようにバイアス電圧を変化させるだけで、逆方向の電位となる一定電圧を圧電アクチュエーター３００に印加することができるため、制御を簡略化することができる。
また、本実施形態のインクジェット式記録装置Ｉでは、制御部は、第１の駆動信号２５０によって圧電アクチュエーター３００に駆動電圧Ｖを印加した時間に基づいて、圧電アクチュエーター３００に一定電圧を印加する時間ＴＬを制御することが好ましい。これによれば、一定電圧を印加する時間ＴＬを制御するだけで疲労現象を解消することができるので、制御を簡略化することができる。
また、本実施形態のインクジェット式記録装置Ｉでは、制御部は、第１の駆動信号２５０によって圧電アクチュエーター３００に駆動電圧Ｖを印加した時間と、圧電アクチュエーター３００に電圧を印加していない時間と、に基づいて一定電圧を印加する時間ＴＬを制御することが好ましい。これによれば、圧電体層７０の残留分極による疲労現象も解消することができると共に、一定電圧を印加する時間ＴＬを制御するだけで疲労現象を解消することができるので、制御を簡略化することができる。
（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明の基本的な構成は上述したものに限定されるものではない。
例えば、上述した一実施形態では、第２の駆動信号２５１を圧電アクチュエーター３００に印加するにあたって、第２のバイアス電圧ｖｂｓ２を第２の駆動信号２５１よりも高い電圧とすることで、圧電アクチュエーター３００に負となる電圧を印加するようにしたが、特にこれに限定されない。例えば、図９に示すように、バイアス電圧ｖｂｓは、第１の駆動信号を生成する場合と同じ電圧（ここでは３２．５Ｖ）とし、第２の共通駆動信号ＣＯＭ２の最大電位をバイアス電圧ｖｂｓ以下とする。すなわち、本実施形態では、第２の共通駆動信号ＣＯＭ２の最大電位を約３２．５Ｖとし、最小電位を約−２．５Ｖとする。このようなバイアス電圧ｖｂｓと第２の共通駆動信号ＣＯＭ２とが圧電アクチュエーター３００の第１電極６０及び第２電極８０のそれぞれに供給されることで、圧電アクチュエーター３００に第１の駆動信号２５０とは逆方向の電位となる一定電圧を印加する第２の駆動信号２５１を形成することができる。ちなみに、図９に示すバイアス電圧ｖｂｓと第２の共通駆動信号ＣＯＭ２とによって形成した第２の駆動信号２５１は、図７に示す第２のバイアス電圧ｖｂｓ２と第２の共通駆動信号ＣＯＭ２とによって形成した第２の駆動信号２５１と同じ駆動波形となる。
もちろん、上述した図７に示す、バイアス電圧ｖｂｓよりも高い第２のバイアス電圧ｖｂｓ２と、第１の共通駆動信号ＣＯＭ１よりも低く、第２のバイアス電圧ｖｂｓ２よりも低い第２の共通駆動信号ＣＯＭ２とによって第２の駆動信号を形成して、圧電アクチュエーター３００に第１の駆動信号による駆動電圧とは逆方向の電位となる一定電圧を印加するようにしてもよい。すなわち、第２の駆動信号２５１は、個別電極である第２電極８０に印加する電位に比べて、共通電極である第１電極６０に印加する電位を高くすることで、圧電アクチュエーター３００に第１電極６０から第２電極８０に向かう、第１の駆動信号２５０の駆動電圧とは逆方向である負方向の電圧を印加することができる。
また、上述した一実施形形態では、圧電アクチュエーター３００の第１電極６０を複数の活性部に共通する共通電極として基準電位（ｖｂｓ、ｖｂｓ２）を供給し、第２電極８０を活性部の各々に独立した個別電極として駆動信号を供給するようにしたが、特にこれに限定されず、第１電極６０を個別電極として駆動信号を供給し、第２電極８０を共通電極として基準電位を供給するようにしてもよい。
また、上述した一実施形態では、第１の駆動信号２５０を形成する第１の共通駆動信号ＣＯＭ１として、吐出周期Ｔに吐出パルスＤＰのみを有する構成を例示したが、特にこれに限定されず、吐出周期Ｔに吐出されるインク滴の量が異なる複数の吐出パルスを有するものであってもよい。また、吐出周期Ｔにインク滴を吐出しない微振動駆動を行わせる微振動駆動パルスがあってもよい。何れの場合であっても、第１の駆動信号２５０によって駆動電圧が印加されることによる圧電体層７０の分極と時間との積が０（ゼロ）となるように定電圧を印加すればよい。
また、上述したインクジェット式記録装置Ｉでは、記録ヘッド１がキャリッジ３に搭載されて主走査方向である第２の方向Ｙ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、記録ヘッド１が固定されて、紙等の記録シートＳを副走査方向である第１の方向Ｘ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。
なお、上記実施の形態においては、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ヘッドを具備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装置（液体噴射装置）、１…インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、２…インクカートリッジ、３…キャリッジ、４…装置本体、５…キャリッジ軸、６…駆動モーター、７…タイミングベルト、８…搬送ローラー、１０…流路形成基板、１２…圧力発生室、１３…連通部、１４…インク供給路、１５…連通路、２０…ノズルプレート、２１…ノズル、２３…液体噴射面、３０…保護基板、３１…マニホールド部、３２…圧電アクチュエーター保持部、３３…貫通孔、３５…接着剤、４０…コンプライアンス基板、４１…封止膜、４２…固定板、４３…開口部、５０…振動板、６０…第１電極、７０…圧電体層、８０…第２電極、９０…リード電極、１００…マニホールド、１２０…駆動回路、１２１…接続配線、１２２…シフトレジスター、１２３…ラッチ回路、１２４…レベルシフター、１２５…スイッチ、２００…制御装置、２１０…プリンターコントローラー、２１１…外部インターフェース（外部Ｉ／Ｆ）、２１２Ａ…受信バッファー、２１２Ｂ…中間バッファー、２１２Ｃ…出力バッファー、２１４…制御処理部、２１５…発振回路、２１６…駆動信号生成回路、２１７…電源生成回路、２１８…内部インターフェース（内部Ｉ／Ｆ）、２２０…プリントエンジン、２２１…紙送り機構、２２２…キャリッジ機構、２３０…外部装置、２５０…第１の駆動信号、２５１…第２の駆動信号、２６０、２６１…ヒステリシス曲線、３００…圧電アクチュエーター、ＣＯＭ１…第１の共通駆動信号、ＣＯＭ２…第２の共通駆動信号、ＤＰ…吐出パルス、Ｅｃ…抗電界、Ｐ１…第１膨張要素、Ｐ２…第１膨張維持要素、Ｐ３…第１収縮要素、Ｐ４…第１収縮維持要素、Ｐ５…第１復帰要素、Ｐ１１…第２収縮要素、Ｐ１２…第２収縮維持要素、Ｐ１３…第２復帰要素、Ｓ…記録シート、Ｔ…単位周期（吐出周期、記録周期）、ＴＬ…時間、Ｖ…駆動電圧、Ｖｍ…中間電位、Ｖ１…第１電位、Ｖ２…第２電位、Ｖ３…第３電位、ｖｂｓ…バイアス電圧、ｖｂｓ２…第２のバイアス電圧、Ｘ…第１の方向、Ｙ…第２の方向、Ｚ…第３の方向

Claims (7)

  1. 液体を噴射するノズルと、
    前記ノズルに連通する圧力発生室と、
    前記圧力発生室内の液体に圧力変化を生じさせる圧電アクチュエーターであって、圧電体層と当該圧電体層を挟む２つの電極とを有する圧電アクチュエーターと、
    前記圧電アクチュエーターを駆動する駆動信号を出力する制御部と、
    を具備する液体噴射装置であって、
    前記制御部は、前記駆動信号として、前記液体噴射装置の駆動時に前記圧電アクチュエーターに供給する第１の駆動信号と、前記液体噴射装置の待機時に前記圧電アクチュエーターに供給する第２の駆動信号と、を出力し、
    前記第１の駆動信号によって、前記圧電アクチュエーターに駆動電圧を印加し、
    前記第２の駆動信号によって、前記圧電アクチュエーターに前記駆動電圧とは逆方向の電位である一定電圧を印加し、
    前記一定電圧を印加する時間は、前記第１の駆動信号の吐出周期よりも長く、
    前記一定電圧により印加される電界強度の絶対値は、前記圧電体層の抗電界の絶対値よりも大きいことを特徴とする液体噴射装置。
  2. 前記第２の駆動信号を表す電位と時間との関係を示す駆動波形は、前記圧力発生室の容積を収縮させる収縮要素を具備し、
    前記収縮要素は、傾斜していることを特徴とする請求項１記載の液体噴射装置。
  3. 前記収縮要素は、前記第１の駆動信号を表す駆動波形の最大傾斜よりも小さい傾きであることを特徴とする請求項２記載の液体噴射装置。
  4. 前記制御部は、前記圧電アクチュエーターの一方の前記電極に第１の共通駆動信号を供給すると共に、他方の前記電極にバイアス電圧を供給することによって前記第１の駆動信号を形成し、
    前記制御部は、前記圧電アクチュエーターの他方の前記電極に供給する前記バイアス電圧を変化させることで、前記第１の駆動信号の前記駆動電圧とは逆方向の電位の前記一定電圧を印加する前記第２の駆動信号を形成する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装置。
  5. 前記制御部は、前記第１の駆動信号によって前記圧電アクチュエーターに前記駆動電圧を印加した時間に基づいて、前記圧電アクチュエーターに前記一定電圧を印加する時間を制御することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の液体噴射装置。
  6. 前記制御部は、前記第１の駆動信号によって前記圧電アクチュエーターに前記駆動電圧を印加した時間と、前記圧電アクチュエーターに電圧を印加していない時間と、に基づいて前記一定電圧を印加する時間を制御することを特徴とする請求項５記載の液体噴射装置。
  7. 液体を噴射するノズルと、
    前記ノズルに連通する圧力発生室と、
    前記圧力発生室内の液体に圧力変化を生じさせる圧電アクチュエーターであって、圧電体層と当該圧電体層を挟む２つの電極とを有する圧電アクチュエーターと、
    を具備する液体噴射装置の駆動方法であって、
    前記圧電アクチュエーターを駆動する駆動信号として、前記液体噴射装置の駆動時に前記圧電アクチュエーターに供給する第１の駆動信号と、前記液体噴射装置の待機時に前記圧電アクチュエーターに供給する第２の駆動信号と、を出力し、
    前記第１の駆動信号によって、前記圧電アクチュエーターに駆動電圧を印加し、
    前記第２の駆動信号によって、前記圧電アクチュエーターに前記駆動電圧とは逆方向の電位である一定電圧を印加し、
    前記一定電圧を印加する時間は、前記第１の駆動信号の吐出周期よりも長く、
    前記一定電圧により印加される電界強度の絶対値は、前記圧電体層の抗電界の絶対値よりも大きいことを特徴とする液体噴射装置の駆動方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023112559A1 (ja) * 2021-12-15 2023-06-22 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 インク吐出装置およびインク吐出制御方法

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