(57)【要約】【課題】圧電アクチュエータによる引き打ち式を利用したインク吐出において、長期間使用しても圧電層におけるｃ軸配向度が減少しないようにする。【解決手段】圧電層４１の一部であって、圧力室に対向する主活性部５１は、個別電極３５及び共通電極３４によって挟まれている。圧電層４１における個別電極３５及び共通電極３４によって挟まれていない周辺活性部５２は、共通電極３７及び共通電極３４によって挟まれている。個別電極３５は、あらかじめ第１の電位に保持されている。そして、個別電極３５の電位が、一旦第１の電位より小さい第２の電位とされた後、第２の電位から第１の電位へと戻されることにより、ノズルからインクが吐出される。周辺駆動信号が共通電極３７及び共通電極３４に供給されて電界が周辺活性部５２に印加されることにより、周辺活性部５２におけるｃ軸配向度の減少が防止される。【選択図】図１１
2006315319.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを吐出するノズル、前記ノズルに連通した圧力室、及び、前記圧力室に対向する圧電層と、前記圧電層と前記圧力室との間に位置するように前記圧電層に積層された振動板と、前記圧力室に対向するように前記圧電層上に配置された第１の電極と、前記圧電層における一部の領域であって前記圧力室に対向する領域を前記第１の電極と共に挟み且つ前記第１の電極に対向しない領域を含む第２の電極と、前記圧電層において前記第１及び第２の電極によって挟まれない領域を前記第２の電極と共に挟み且つ前記圧電層上に前記第１の電極から離隔して配置された第３の電極とを有する圧電アクチュエータを含むインクジェットヘッドと、
前記第１、第２及び第３の電極に信号を供給するアクチュエータ制御手段とを備えており、
前記圧電アクチュエータは、前記圧電層において前記第１の電極と前記第２の電極とに挟まれた主活性領域に電界が印加されているときの前記圧力室の容積を、前記主活性領域に電界が印加されていないときの前記圧力室の容積よりも小さくするものであって、
前記アクチュエータ制御手段は、
前記インクジェットヘッドにインク吐出動作を行わせる際には、第１の電位に保持された第１の定電位信号を前記第２の電極に供給しつつ、少なくとも１回前記第１の電位とは異なる第２の電位から前記第２の電位よりも前記第１の電位に近い第３の電位を経て前記第２の電位に戻るような電圧パルス列信号を前記第１の電極に供給すると共に、
前記圧電層において前記第２の電極と前記第３の電極とに挟まれた周辺活性領域に電界が印加されるような互いに電位が異なる第１及び第２の周辺駆動信号を、それぞれ、前記第２及び第３の電極に供給することを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項２】
前記圧電層が圧力室を跨ぐように延在していることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置。
【請求項３】
前記第３の電極に孔が形成されており、前記第１の電極が前記孔内に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェット記録装置。
【請求項４】
前記第１の電極の厚さと前記第３の電極の厚さとが等しいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
【請求項５】
前記第１の周辺駆動信号が第４の電位に保持された第２の定電位信号であって、前記第２の周辺駆動信号が前記第４の電位とは異なる第５の電位に保持された第３の定電位信号であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
【請求項６】
前記第１の周辺駆動信号が前記第１の定電位信号と同じ信号であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
【請求項７】
前記第２の周辺駆動信号が前記第２の電位に保持された信号であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
【請求項８】
前記アクチュエータ制御手段は、インク吐出動作が行われていないときにのみ、前記第１及び第２の周辺駆動信号を、それぞれ、前記第２及び第３の電極に供給することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
【請求項９】
前記アクチュエータ制御手段は、インク吐出動作が行われているときに、前記第１の定電位信号を前記第３の電極に供給することを特徴とする請求項８に記載のインクジェット記録装置。
【請求項１０】
前記アクチュエータ制御手段は、インク吐出動作が行われているときに、前記第１及び第２の周辺駆動信号を、それぞれ、前記第２及び第３の電極に供給することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
【請求項１１】
前記アクチュエータ制御手段は、前記インクジェット記録装置の駆動中は常に、前記第１及び第２の周辺駆動信号を、それぞれ、前記第２及び第３の電極に供給することを特徴とする請求項１０に記載のインクジェット記録装置。
【請求項１２】
所定条件に従ってカウント数を増加させるカウンタと、
前記カウンタの前記カウント数が所定値に達したか否かを判断するカウント数判断手段とをさらに備え、
前記アクチュエータ制御手段は、前記カウンタの前記カウント数が所定値に達したと前記カウント数判断手段が判断した場合に、前記第１及び第２の周辺駆動信号を、それぞれ、前記第２及び第３の電極に供給することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリンタのようなインクジェット記録装置には、インクを吐出するノズル及びノズルに連通した圧力室が形成されたインクジェットヘッドを用いるものがある。このようなインクジェットヘッドにおいては、圧力室内のインクに圧力を加えることにより、ノズルからインクを吐出させる。
【０００３】
圧力室内のインクに圧力を加える方法として、特許文献１のように、圧電材料からなる圧電層を用いた圧電アクチュエータを使用する場合がある。このような圧電アクチュエータは、圧力室と対向する位置にある個別電極と、圧電層における圧力室と対向する領域を個別電極と共に挟んだ共通電極とを有している。これらの電極は、１枚の圧電層を挟み込んでいる。個別電極と共通電極との間に電位差を生じさせ、これらの電極に挟まれた圧電層に電界を印加することにより、圧電層を変形させることができる。そして、圧電層が変形することにより、圧電アクチュエータにおける圧力室と隣接する部位が圧力室内に突出する。これによって、圧力室内の容積を小さくすることで、圧力室内のインクに圧力を加えることができる。
【０００４】
上記のような圧電アクチュエータを用いる場合に、インク吐出の効率を良くするため、いわゆる引き打ち式が用いられることがある。引き打ち式とは、例えば、インク吐出に先立って、圧力室の容積を小さくするような電位差を個別電極と共通電極との間に生じさせておく。インク吐出の際には、個別電極と共通電極との間の電位差を一旦ゼロとする。これにより、圧力室の容積は一時的に増大する。このとき、圧力室内に負圧の圧力波が発生する。そして、この圧力波が正圧の圧力波として圧力室の加圧位置に戻ってくるタイミングで、再び圧力室の容積を小さくするような電位差を個別電極と共通電極との間に生じさせる。これによって、圧力室に連通したノズルからインクを吐出させることができる。このような例に見られるインク吐出の方式が引き打ち式である。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１２８４９２号公報（図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記のような方法でインクを吐出させ続けると、圧電層の圧電特性が低下する場合がある。このような圧電層の特性変化は、以下のような状況で生じる。
【０００７】
上記のようなインクの吐出方法においては、ノズルからインクを吐出させない期間では、個別電極と共通電極との間を一定のゼロでない電位差に保持するような信号をそれぞれの電極に供給する。これによって、圧電層には一定の電界が発生する。すなわち、ノズルからインクを吐出させない期間中ずっと、圧電層における２枚の電極によって電界が印加された印加領域は、ある方向について歪みを生じている。そして、インクの吐出動作のため、上記の吐出信号をある周期で電極に供給すると、印加領域においては、ある周期で収縮が解除されることとなる。
【０００８】
一方、特許文献１の圧電アクチュエータにおいては、２枚の電極は、圧電層における一部の領域のみを挟み込んでいる。すなわち、圧電層は、電界が印加されない不印加領域を有している。しかし、不印加領域は、隣接する印加領域の歪みによって、ノズルからインクが吐出されない期間中ずっと応力を受け続ける。ところが、上記のように印加領域の歪みはある周期で解除されるので、不印加領域の応力もある周期で解除されることとなる。このような状態変化が長期間継続すると、不印加領域が歪みを生じたまま元に戻らなくなる現象が生じる。逆に、不印加領域の歪みによって印加領域が応力を受けるため、印加領域の圧電特性が変化することとなる。このような印加領域への不印加領域からの応力により、圧電層に電界を印加したときの圧電層の変形量が減少する。
【０００９】
従って、圧電アクチュエータを上記のような状況下で長期間使用すると、圧電層の圧電特性に変化が生じ、インクの吐出量及び吐出速度が低下することとなる。
【００１０】
本発明の目的は、長期間使用してもインクの吐出量及び吐出速度が低下しないインクジェット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及び発明の効果】
【００１１】
本発明によるインクジェット記録装置は、インクを吐出するノズル、前記ノズルに連通した圧力室、及び、前記圧力室に対向する圧電層と、前記圧電層と前記圧力室との間に位置するように前記圧電層に積層された振動板と、前記圧力室に対向するように前記圧電層上に配置された第１の電極と、前記圧電層における一部の領域であって前記圧力室に対向する領域を前記第１の電極と共に挟み且つ前記第１の電極に対向しない領域を含む第２の電極と、前記圧電層において前記第１及び第２の電極によって挟まれない領域を前記第２の電極と共に挟み且つ前記圧電層上に前記第１の電極から離隔して配置された第３の電極とを有する圧電アクチュエータを含むインクジェットヘッドと、前記第１、第２及び第３の電極に信号を供給するアクチュエータ制御手段とを備えており、前記圧電アクチュエータは、前記圧電層において前記第１の電極と前記第２の電極とに挟まれた主活性領域に電界が印加されているときの前記圧力室の容積を、前記主活性領域に電界が印加されていないときの前記圧力室の容積よりも小さくするものであって、前記アクチュエータ制御手段は、前記インクジェットヘッドにインク吐出動作を行わせる際には、第１の電位に保持された第１の定電位信号を前記第２の電極に供給しつつ、少なくとも１回前記第１の電位とは異なる第２の電位から前記第２の電位よりも前記第１の電位に近い第３の電位を経て前記第２の電位に戻るような電圧パルス列信号を前記第１の電極に供給すると共に、前記圧電層において前記第２の電極と前記第３の電極とに挟まれた周辺活性領域に電界が印加されるような互いに電位が異なる第１及び第２の周辺駆動信号を、それぞれ、前記第２及び第３の電極に供給するというものである。
【００１２】
本発明のインクジェット記録装置によると、以下のような理由により、圧電層の圧電特性の変化を防ぐことができる。例えば、主活性領域に電界が印加された場合、この領域は厚さ方向に伸張する。これによって周辺活性領域は面方向に引っ張り応力を受ける。このような引っ張り応力がある周期で印加され続けたとき、周辺活性領域では、圧電層中の結晶配向において、ｃ軸配向度が減少する。このｃ軸配向度の減少により周辺活性領域に微視的な構造変化が生じると、隣接する主活性領域に圧縮応力を付与することとなる。その結果、主活性領域のｃ軸配向度が増大し、この領域の圧電特性が変化することになる。一方、本発明によると、周辺活性領域において上記のようにｃ軸配向度が減少したとしても、第２の電極及び第３の電極により周辺活性領域に電界を印加して、周辺活性領域におけるｃ軸配向度を元の状態に戻すことができる。その結果、主活性領域の構造変化（ｃ軸配向化）とこれに伴う圧電特性の変化を防ぐことができる。
【００１３】
また、本発明においては、前記圧電層が圧力室を跨ぐように延在していることが好ましい。
【００１４】
これによると、圧電層が圧力室を跨ぐように配置されているため、圧電層の変形によって圧力室内のインクに効率良く圧力を付与することができる。
【００１５】
また、本発明においては、前記第３の電極に孔が形成されており、前記第１の電極が前記孔内に配置されていることが好ましい。
【００１６】
これによると、圧電層において、第３の電極の孔以外の部分が第２の電極及び第３の電極に挟まれることとなり、周辺活性領域の広い範囲で、偏りなく電界を印加することができる。これにより、より効果的に主活性領域の特性変化を防ぐことができる。また、第３の電極を形成するには、第１の電極が配置される位置に第１の電極を囲みこむような孔を穿つだけでよいため、製造工程をより簡易なものにできる。
【００１７】
また、本発明においては、前記第１の電極の厚さと前記第３の電極の厚さとが等しいことが好ましい。
【００１８】
これによると、第１の電極と第３の電極の厚さが等しいため、電極を製造する工程をより簡易なものにできる。
【００１９】
また、本発明においては、前記第１の周辺駆動信号が第４の電位に保持された第２の定電位信号であって、前記第２の周辺駆動信号が前記第４の電位とは異なる第５の電位に保持された第３の定電位信号であることが好ましい。
【００２０】
これによると、第１及び第２の周辺駆動信号がそれぞれ定電位信号であるため、電位が変化する場合よりも信号を供給する手段が簡易ですみ、電力消費も小さくなる。
【００２１】
また、本発明においては、前記第１の周辺駆動信号が前記第１の定電位信号と同じ信号であることが好ましい。
【００２２】
これによると、第２の電極に供給される第１の周辺駆動信号が、インクを吐出させる際に第２の電極に供給する信号と同じ第１の定電位信号であるため、第２の電極に信号を供給する手段を簡易なものにできる。
【００２３】
また、本発明においては、前記第２の周辺駆動信号が前記第２の電位に保持された信号であることが好ましい。
【００２４】
これによると、第３の電極に供給される第２の周辺駆動信号が、インクを吐出させる際に第１の電極に供給する電圧パルス列信号に含まれる第２の電位と同じであるため、第３の電極に信号を供給する手段を簡易なものにできる。
【００２５】
また、本発明においては、前記アクチュエータ制御手段は、インク吐出動作が行われていないときにのみ、前記第１及び第２の周辺駆動信号を、それぞれ、前記第２及び第３の電極に供給することが好ましい。
【００２６】
これによると、インク吐出時に供給するとインク吐出動作を妨げるような波形を有する周辺駆動信号を使用する場合にも、インク吐出動作を妨げることがない。
【００２７】
また、本発明においては、前記アクチュエータ制御手段は、インク吐出動作が行われているときには、前記第１の定電位信号を前記第３の電極に供給することが好ましい。
【００２８】
これによると、インク吐出動作が行われているときには周辺活性領域に電界を印加しないため、インク吐出動作を妨げることがない。
【００２９】
あるいは、本発明においては、前記アクチュエータ制御手段は、インク吐出動作が行われているときには、前記第１及び第２の周辺駆動信号を、それぞれ、前記第２及び第３の電極に供給することが好ましい。
【００３０】
これによると、インク吐出動作が行われているときにも周辺駆動信号が供給されるため、より効果的に主活性領域の圧電特性の変化を抑えることができる。また、インク吐出動作を促進するような波形を有する周辺駆動信号を使用する場合には、より効率的にインク吐出を行うことができる。
【００３１】
または、本発明においては、前記アクチュエータ制御手段は、前記インクジェット記録装置の駆動中は常に、前記第１及び第２の周辺駆動信号を、それぞれ、前記第２及び第３の電極に供給することが好ましい。
【００３２】
これによると、インクジェット記録装置の駆動中は常に周辺駆動信号を供給しつづけるため、周辺活性領域におけるｃ軸配向度の減少をより効果的に防止することができる。
【００３３】
また、本発明においては、所定条件に従ってカウント数を増加させるカウンタと、前記カウンタの前記カウント数が所定値に達したか否かを判断するカウント数判断手段とをさらに備え、前記アクチュエータ制御手段は、前記カウンタの前記カウント数が所定値に達したと前記カウント数判断手段が判断した場合に、前記第１及び第２の周辺駆動信号を、それぞれ、前記第２及び第３の電極に供給することが好ましい。
【００３４】
これによると、カウント数が所定値に達したときに周辺駆動信号を供給するため、例えば、所定回数インク吐出が行われた場合や所定期間経過した場合など、圧電層の圧電特性の変化を防ぐのに適したタイミングで周辺駆動信号を供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００３６】
＜プリンタ概略＞
図１は、本発明の一実施形態によ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つのインクジェットヘッド２を有している。これらのインクジェットヘッド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。インクジェットヘッド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。
【００３７】
プリンタ１には、給紙ユニット１１４、紙受け部１１６及び搬送ユニット１２０が設けられている。また、プリンタ１には、インクジェットヘッド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。
【００３８】
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。
【００３９】
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及び１１８ｂ、並びに、１１９ａ及び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、さらに搬送ユニット１２０へと送り出される。
【００４０】
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及び１０７とを有している。搬送ベルト１１１は、ベルトローラ１０６及び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、インクジェットヘッド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。
【００４１】
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の方向に回動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に連動して回動することができる。従って、搬送モータ１７４を駆動してベルトローラ１０６を回動させることにより、搬送ベルト１１１は、矢印Ａの方向に回転する。
【００４２】
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、回動可能に設置されており、搬送ベルト１１１の回転に連動して回動する。
【００４３】
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、インクジェットヘッド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。
【００４４】
４つのインクジェットヘッド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。各インクジェットヘッド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、インクを吐出する多数のノズル８が設けられている（図３参照）。１つのインクジェットヘッド２に設けられたノズル８からは、同じ色のインクが吐出されるようになっている。各インクジェットヘッド２から吐出されるインクの色は、それぞれ、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）及びブラック（Ｋ）である。各インクジェットヘッド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。
【００４５】
搬送ベルト１１１によって搬送された印刷用紙Ｐは、インクジェットヘッド２と搬送ベルト１１１との間の隙間を通過する。その際に、ヘッド本体１３から印刷用紙Ｐの上面に向けてインクが吐出される。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（図６参照）に基づくカラー画像が形成される。
【００４６】
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及び１２１ｂ並びに１２２ａ及び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、印刷が施された印刷用紙Ｐが、順次、紙受け部１１６に送られる。紙受け部１１６には、これらの印刷用紙Ｐが重なり合うように載置される。
【００４７】
なお、印刷用紙Ｐの搬送方向について最も上流側にあるインクジェットヘッド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、発光素子及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、インクジェットヘッド２や搬送モータ１７４等を制御することができる。
【００４８】
＜ヘッド本体＞
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の上面図である。
【００４９】
ヘッド本体１３は、流路ユニット４と、流路ユニット４上に接着されたアクチュエータユニット２１とを有している。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ユニット４の長手方向に平行になるように流路ユニット４の上面に配置されている。また、アクチュエータユニット２１は、流路ユニット４の長手方向に平行な２本の直線のそれぞれに沿って２つずつ、合計４つが、全体として千鳥状に流路ユニット４上に配列されている。流路ユニット４上で隣接し合うアクチュエータユニット２１の斜辺同士は、流路ユニット４の幅方向について部分的にオーバーラップしている。
【００５０】
流路ユニット４の内部には、インク流路の一部であるマニホールド流路５が形成されている。流路ユニット４の上面には、マニホールド流路５の開口５ｂが形成されている。開口５ｂは、流路ユニット４の長手方向に平行な２本の直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。マニホールド流路５には、開口５ｂを通じて、図示しないインクタンクからインクが供給されるようになっている。
【００５１】
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る。なお、説明の都合上、図３にはアクチュエータユニット２１が示されていない。すなわち、図３は、アクチュエータユニット２１が流路ユニット４の上面に配置されていない状態における、ヘッド本体１３の平面図である。また、本来破線で示されるべき、流路ユニット４の内部や下面に形成されているアパーチャ１２やノズル８なども、実線で示されている。
【００５２】
流路ユニット４内に形成されたマニホールド流路５からは、複数本の副マニホールド流路５ａが分岐している。これらの副マニホールド流路５ａは、流路ユニット４の内部であって各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延在している。
【００５３】
流路ユニット４は、複数の圧力室１０がマトリクス状に形成されている圧力室群９を有している。圧力室１０は、角部にアールが施された菱形の平面形状を有する中空の領域である。圧力室１０は、流路ユニット４の上面に開口するように形成されている。これらの圧力室１０は、流路ユニット４の上面における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亘って配列されている。従って、これらの圧力室１０によって形成された各圧力室群９は、アクチュエータユニット２１とほぼ同一の大きさ及び形状の領域を占有している。
【００５４】
流路ユニット４には、多数のノズル８が形成されている。これらのノズル８は、流路ユニット４の下面における副マニホールド流路５ａと対向する領域を避ける位置に配置されている。また、これらのノズル８は、流路ユニット４の下面における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。そして、それぞれの領域内のノズル８は、流路ユニット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。
【００５５】
なお、これらのノズル８は、流路ユニット４の長手方向に平行な仮想直線上にこの仮想直線と垂直な方向から各ノズル８の形成位置を射影した射影点が、印字の解像度に対応した間隔で等間隔に途切れずに並ぶような位置に形成されている。これによって、インクジェットヘッド２は、流路ユニット４におけるノズルが形成された領域の長手方向についてのほぼ全領域に亘って、印字の解像度に対応した間隔で途切れずに印字できるようになっている。
【００５６】
流路ユニット４の内部には、多数のアパーチャ（しぼり）１２が形成されている。これらのアパーチャ１２は、圧力室群９と対向する領域内に配置されている。本実施形態のアパーチャ１２は、水平面に平行な１方向に沿って延在している。
【００５７】
流路ユニット４の内部には、各アパーチャ１２、圧力室１０及びノズル８を互いに連通させるような連通孔が形成されている。これらの連通孔は、互いに連通し、個別インク流路３２を構成している（図４参照）。そして、各個別インク流路３２は、副マニホールド流路５ａと連通している。マニホールド流路５に供給されたインクは、副マニホールド流路５ａを通じて各個別インク流路３２へと分配され、ノズル８から吐出される。
【００５８】
＜個別インク流路＞
ヘッド本体１３の断面構造について説明する。図４は、図３のＩＶ―ＩＶ線に沿った縦断面図である。
【００５９】
ヘッド本体１３に含まれる流路ユニット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、流路ユニット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、アパーチャプレート２４、サプライプレート２５、マニホールドプレート２６、２７、２８、カバープレート２９及びノズルプレート３０である。これらのプレートには、多数の連通孔が形成されている。各プレートは、これらの連通孔が互いに連通して個別インク流路３２及び副マニホールド流路５ａを構成するように、位置合わせして積層されている。
【００６０】
各プレートに形成された連通孔について説明する。これらの連通孔には、次のようなものがある。第１に、キャビティプレート２２に形成された圧力室１０である。第２に、圧力室１０の一端から副マニホールド流路５ａへと連通する流路を構成する連通孔Ａである。連通孔Ａは、ベースプレート２３からサプライプレート２５までの各プレートに形成されている。なお、連通孔Ａには、アパーチャプレート２４に形成されたアパーチャ１２が含まれている。
【００６１】
第３に、圧力室１０の他端からノズル８へと連通する流路を構成する連通孔Ｂである。連通孔Ｂは、ベースプレート２３からカバープレート２９までの各プレートに形成されている。第４に、ノズルプレート３０に形成されたノズル８である。第５に、副マニホールド流路５ａを構成する連通孔Ｃである。連通孔Ｃは、マニホールドプレート２６〜２８に形成されている。
【００６２】
このような連通孔が相互に連通し、個別インク流路３２を構成している。副マニホールド流路５ａから流出したインクは、個別インク流路３２を通って、以下の経路でノズル８へと流出する。まず、副マニホールド流路５ａから上方向に向かって、アパーチャ１２の一端部に至る。次に、アパーチャ１２の延在方向に沿って水平に進み、アパーチャ１２の他端部に至る。そこから上方に向かって、圧力室１０の一端部に至る。さらに、圧力室１０の延在方向に沿って水平に進み、圧力室１０の他端部に至る。そこから３枚のプレートを経由して斜め下方に向かい、さらに直下のノズル８へと進む。
【００６３】
＜アクチュエータユニット＞
アクチュエータユニット２１は、図４に示されるように、１つの圧電層４１と、振動板４２、４３及び４４とが積層された積層構造を有している。圧電層４１及び振動板４２〜４４は、それぞれ厚みが１５μｍ程度である。アクチュエータユニット２１全体の厚みは、６０μｍ程度となっている。圧電層４１及び振動板４２〜４４のいずれも、複数の圧力室１０を跨ぐように延在している（図３参照）。
【００６４】
圧電層４１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ものである。振動板４２〜４４の材料には、これ以外のセラミックス材料や金属材料を用いてもよいし、圧電層４１と同様のＰＺＴを用いてもよい。あるいは、ＰＺＴ以外の圧電材料等を使用してもよい。例えば、ＰＺＴと類似の材料として、マグネシウムニオブ酸鉛、ニッケルニオブ酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、チタン酸鉛等を使用することができる。これらの材料は互いに高い親和性を有しており、これらの材料を使用した場合、アクチュエータユニット２１の耐久性を高くすることができる。
【００６５】
＜電極＞
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３種類の電極を有している。１つ目の電極は個別電極３５（第１の電極）で、圧電層４１の上面における圧力室１０と対向する位置に配置されている。個別電極３５の一端には、ランド３６が形成されている。ランド３６は、例えばガラスフリットを含む金からなる。ランド３６は、個別電極３５の上面に、厚みが１５μｍ程度で凸状に形成されている。また、ランド３６は、図示しないＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）に設けられたコンタクトと電気的に接合されている。制御部１００は、後述のように、ＦＰＣを通じて個別電極３５に種々の電圧パルスを伝達することができる。
【００６６】
２つ目の電極は共通電極３４（第２の電極）で、圧電層４１と振動板４２との間の領域に、面方向についてほぼ全面に亘って介在している。すなわち、共通電極３４は、アクチュエータユニット２１に対向する領域内の全ての圧力室１０に跨る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。
【００６７】
図４に示されるように、個別電極３５及び共通電極３４は、最上層の圧電層４１のみを挟むように配置されている。以下の説明において、圧電層４１における個別電極３５と共通電極３４とに挟まれた領域を、主活性部と呼称する。本実施形態のアクチュエータユニット２１においては、最上層の圧電層４１のみ活性部を含んでおり、その他の振動板４２〜４４は活性部を含んでいない。すなわち、この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。
【００６８】
３つ目の電極は共通電極３７（第３の電極）で、圧電層４１の上面に、個別電極３５から離隔して配置されている。共通電極３７は、個別電極３５の厚さと等しい厚さを有している。また、共通電極３７は、圧電層４１の上面の個別電極３５が配置されていない領域（圧力室１０に対向していない領域）に、個別電極３５から離隔しつつ個別電極３５の外周形状とほぼ同じ内周形状を有するように形成されている。従って、共通電極３７は、共通電極３４と共に、圧電層４１における個別電極３５及び共通電極３４によって挟まれていない領域の大部分を挟みこむように配置されている。以下の説明において、圧電層４１における共通電極３４及び３７によって挟まれた領域を、周辺活性部と呼称する。
【００６９】
図５は、アクチュエータユニット２１の上面における、図３の一点鎖線に囲まれた領域に対応した図である。個別電極３５は、圧力室１０と相似な略菱形の平面形状を有し、圧力室１０より一回り小さい。個別電極３５の一方の鋭角部は、他方の鋭角部と逆方向に延出されている。そして、延出された部分の先端にランド３６が形成されている。ランド３６は、円形の平面形状を有している。
【００７０】
個別電極３５の菱形形状の部分は、この個別電極３５の下方に形成された圧力室１０に対向する領域に収まるよう、この領域のほぼ中央に配置されている。一方、個別電極３５の鋭角部から延出された部分は、圧力室１０と対向する領域外にまで延出されている。つまり、ランド３６は、キャビティプレート２２における圧力室１０が形成されていない部分に対向する領域に配置されている。
【００７１】
なお、後述のように、個別電極３５に選択的に所定の電圧パルスが供給されることにより、この個別電極３５に対応する圧力室１０内のインクに圧力が加えられる。これによって、個別インク流路３２を通じて、対応するノズル８からインクが吐出される。すなわち、アクチュエータユニット２１における各圧力室１０に対向する部分とその周辺部分は、各圧力室１０及びノズル８に対応する個別のアクチュエータ５０（圧電アクチュエータ）に相当する。本実施形態においては、アクチュエータ５０には、共通電極３７におけるこのアクチュエータ５０に対応した個別電極３５を取り囲む内周の近傍部分が含まれる。
【００７２】
共通電極３７は、圧電層４１とほぼ同一の外周形状を有した電極である。共通電極３７には、個別電極３５とほぼ同一形状で個別電極３５より一回り大きい複数の孔Ｓが、個別電極３５と同様の配列で形成されている。共通電極３７は、図５に示されるように、各個別電極３５が孔Ｓの中央に位置するように、圧電層４１の上面に配置されている。これによって、共通電極３７は、圧電層４１の上面において、個別電極３５が配置されていない領域のほぼ全面を覆っている。また、共通電極３７と個別電極３５とは、孔Ｓの周縁領域によって、互いに離隔されている。
【００７３】
共通電極３７の上面には、ランド３８が形成されている。このランド３８は、ランド３６と同様の形状及び材質を有している。また、ランド３８は、ランド３６と同様に、ＦＰＣに設けられたコンタクトと電気的に接合されている。制御部１００は、後述のように、ＦＰＣを通じて共通電極３７に種々の電圧信号を供給することができる。なお、ランド３８はアクチュエータユニット２１上の複数箇所に形成されている。これによって、共通電極３７に電圧信号を供給したときに、共通電極３７に面方向に係る電位勾配が生じるのが防止される。
【００７４】
なお、後述のとおり、圧電層４１における個別電極３５及び共通電極３４によって挟まれていない部分でｃ軸配向度が減少することにより、圧電層４１の圧電特性には変化が生じる。共通電極３７は、この部分に電界を印加することにより、ｃ軸配向度の減少を防止するためのものである。従って、圧電層４１のできるだけ広い面に亘って共通電極３７が配置されていることが好ましい。例えば、図５に示されるように、孔Ｓの外縁部を、圧力室１０と対向している領域の境界（破線）を超えて個別電極３５にできるだけ近づけるように、共通電極３７に形成する方がよい。
【００７５】
一方で、共通電極３７に供給される電圧信号の波形によっては、個別電極３５に電圧信号を供給したときにインク吐出に支障が生じる場合がある。従って、この共通電極に供給される電圧信号の波形によっては、例えば図６に示されるような孔Ｓ’が、共通電極に形成されていることが好ましい。この変形例では、孔Ｓ’の外縁が図５の孔Ｓよりも個別電極３５から離隔し、孔Ｓ’の占める領域が圧力室１０と対向する領域を含むように、共通電極１３７に孔Ｓ’が形成されている。つまり、前述の実施形態では、孔Ｓの外縁が、ランド３６の近傍を除いて、圧力室１０と対向する領域内にあったが、この変形例では、孔Ｓ’の外縁は圧力室１０と対向する領域外にある。このような共通電極１３７に電圧信号を供給した場合、インク吐出に支障が生じることが防止される。
【００７６】
また、共通電極３７は、一体に形成されていなくてもよい。例えば、複数の個別電極３５の周囲を個々に取り囲むように複数形成されていてもよい。さらには、図７の共通電極２３７に示されるように、各個別電極３５の周囲を個別に取り囲むように形成されていてもよい。このように、共通電極が、１個又は複数の個別電極３５を個別に取り囲むように形成されていていてもよい。さらに、制御部１００が、圧電層４１における各部の変化状況に応じて共通電極３７に電圧信号を供給するようになっていてもよい。あるいは、制御部１００が、各個別電極３５に対応したアクチュエータ５０の駆動に合わせたタイミングで、共通電極３７に電圧信号を供給するようになっていてもよい。
【００７７】
＜アクチュエータユニットの制御＞
アクチュエータユニット２１の制御について説明する。図８は、プリンタ１が有している制御系を示す図である。
【００７８】
なお、プリンタ１は、演算処理装置であるＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＣＰＵが実行するプログラム及びプログラムに使用されるデータが記憶されているＲＯＭ（Read Only Memory）、及び、プログラム実行時にデータを一時記憶するためのＲＡＭ（Random Access Memory：共に図示せず）とを有しており、これらによって以下に説明する各機能部が構築されている。
【００７９】
プリンタ１が有する制御系は、制御部１００と、制御部１００に電気的に接続されたドライバＩＣ８０及びアクチュエータユニット２１と、紙面センサ１３３とを含んでいる。
【００８０】
制御部１００は、印刷制御部１０１（アクチュエータ制御手段）、カウンタ部及び動作制御部１０８を有している。制御部１００には、紙面センサ１３３（図１参照）及びＰＣ（パーソナルコンピューター）などから、印刷に係る動作データや画像データが送信される。動作制御部１０８は、これらのデータに基づいて、給紙ローラ１４５を駆動するモータ、送りローラ１１８ａ、１１８ｂ、１１９ａ、１１９ｂ、１２１ａ、１２１ｂ、１２２ａ、１２２ｂを駆動するモータ、及び、搬送モータ１７４等を駆動制御する。
【００８１】
カウンタ部１１０は、カウント数判断部１１１及びカウンタ１１２を有している。カウンタ１１２は、カウント数を保持している。カウンタ１１２は、クロック数やインク吐出の回数などの所定条件に従って、カウント数を増加させる。カウント数判断部１１１は、カウンタのカウント数があらかじめ設定された所定値に達したかどうかを判断する。そして、カウント数が所定値に達したと判断した場合には、カウント数判断部１１１は、その旨を指示する信号を印刷制御部１０１に伝達する。なお、カウント数判断部１１１は、印刷制御部１０１からの問い合わせがあったときに、カウント数が所定値に達したかどうかを判断し、その結果を印刷制御部１０１に返答するというものであってもよい。
【００８２】
印刷制御部１０１は、画像データ記憶部１０２、波形パターン記憶部１０３及び印刷信号生成部１０４を有している。画像データ記憶部１０２は、ＰＣなどから送信された印刷に係る画像データを記憶している。
【００８３】
波形パターン記憶部１０３は、複数種類の吐出パルス列波形１５５（図９参照）及び周辺駆動波形１５７等（図１２及び１３参照）を記憶している。吐出パルス列波形１５５は、画像の階調を表現するための基本の波形である。このような波形を使用することにより、それぞれの階調に対応した量のインクをインクジェットヘッド２に吐出させることができる。一方、周辺駆動波形１５７は、後述のように、圧電層４１の周辺活性部に電界を印加するための波形である。
【００８４】
印刷信号生成部１０４は、画像データ記憶部１０２に記憶された画像データに基づき、シリアルの印刷データを生成する。そして、印刷信号生成部１０４は、生成した印刷データを各アクチュエータユニット２１に対応するドライバＩＣ８０に出力する。
【００８５】
このようなシリアルの印刷データは、波形パターン記憶部に記憶された複数の波形パターンのいずれかが、各個別電極３５又は共通電極３７に所定のタイミングで供給されるよう指示するデータである。
【００８６】
具体的には、印刷信号生成部１０４は、画像データに基づき、所定のノズルから所定のタイミングでインクを吐出させるための吐出パルス列波形１５５を供給するような印刷データを生成する。また、印刷信号生成部１０４は、カウント数判断部１１１からの信号や印刷状況などに基づき、周辺駆動波形１５７を供給するタイミングを導出する。そして、印刷信号生成部１０４は、このようなタイミングで周辺駆動波形１５７を供給するような印刷データを生成する。
【００８７】
ドライバＩＣ８０は、シフトレジスタ、マルチプレクサ及びドライブバッファ（共に図示せず）を有している。
【００８８】
シフトレジスタは、印刷信号生成部１０４から出力されたシリアルの印刷データをパラレルデータに変換する。そして、シフトレジスタは、各圧力室１０及びノズル８に対応するアクチュエータ５０に対する個別のデータを出力する。
【００８９】
マルチプレクサは、シフトレジスタから出力された各データに基づいて、インク吐出に係る複数種類の吐出パルス列波形１５５のデータ及び周辺駆動波形１５７のデータの中から適切なものを選択する。そして、マルチプレクサは、選択したデータをドライブバッファに出力する。
【００９０】
ドライブバッファは、マルチプレクサから出力された吐出パルス列波形１５５のデータ及び周辺駆動波形１５７のデータに基づいて、所定のレベルを有する吐出電圧パルス列信号及び周辺駆動電圧信号を生成する。そして、ドライブバッファは、生成した電圧信号を、各アクチュエータ５０に対応する個別電極３５又は共通電極３７にＦＰＣを介して供給する。
【００９１】
＜インク吐出時の電位変化＞
吐出電圧パルス列信号及びこの信号の供給を受けた個別電極３５における電位の変化について説明する。以下の説明にあたって、印字周期とは、印刷用紙Ｐの搬送方向に関する印字解像度に対応した単位距離だけ印刷用紙Ｐが搬送されるのに要する時間をいう。
【００９２】
吐出電圧パルス列信号に含まれる各時刻の電圧について説明する。図９（ａ）は、ドライバＩＣ８０からアクチュエータユニット２１に供給される吐出電圧パルス列信号の波形１５５を概略的に示すグラフである。なお、図７に示す吐出電圧パルス列信号の波形１５５は、印字期間中におけるある印字周期Ｔ０において、１滴のインクをノズル８から吐出させるための波形の一例である。
【００９３】
時刻ｔ１は、個別電極３５に吐出電圧パルス列信号が供給され始める時刻である。時刻ｔ１は、この個別電極３５に対応するノズル８からインクを吐出させるタイミングに合わせて調節される。また、時刻ｔ２は、ちょうどノズル８からインクを吐出させることができるように調節された時刻である。すなわち、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間Ｔｗは、後述のように、この波形１５５を個別電極３５に供給した際、この個別電極３５に対応するノズル８から必要とされるインクが吐出されるような範囲内に調節されている。
【００９４】
吐出電圧パルス列信号の波形１５５において、時刻ｔ１までの期間Ｔａ及び時刻ｔ２以降の期間Ｔｃには、電圧はＶ０（≠０）に保持されている。そして、期間Ｔｂには、電圧はゼロに保持されている。
【００９５】
図９（ｂ）は、上記のような吐出電圧パルス列信号の波形１５５を個別電極３５に供給した場合の、個別電極３５における電位の変化を示す図である。
【００９６】
個別電極３５及び共通電極３４は、図４に示されるように、誘電体として圧電層４１を介したコンデンサの構造を有している。従って、個別電極３５の電位は、図９（ｂ）に示されるように、コンデンサの充放電時間に相当する遅延を含みつつ変化する。
【００９７】
＜インク吐出時のアクチュエータの駆動＞
上記のような吐出電圧パルス列信号が個別電極３５に供給されることにより、アクチュエータ５０がどのように駆動されるかについて説明する。
【００９８】
まず、個別電極３５の電位をグランド電位以外の電位にしたときのアクチュエータユニット２１の動きについて説明する。本実施形態におけるアクチュエータユニット２１においては、最上層の圧電層４１だけが個別電極３５から共通電極３４に向かう方向に分極されている。従って、個別電極３５を共通電極３４と異なる電位にしてその分極方向と同じ方向に圧電層４１に電界が印加されると、この電界が印加された部分、すなわち主活性部が、厚み方向、すなわち積層方向に伸長しようとする。また、このとき、主活性部は積層方向と垂直な方向、すなわち面方向には収縮しようとする。
【００９９】
一方、振動板４２〜４４は、これらが金属材料など、圧電材料以外の材料からなる場合には、電界を印加しても変形しない。また、振動板４２〜４４が圧電材料からなる場合においても、圧電材料が分極されていなければ、電界を印加したとしても振動板４２〜４４は自発的には変形しにくい。
【０１００】
このように、圧電層４１と振動板４２〜４４との間で歪み方に差が生じるので、全体として各アクチュエータ５０は圧力室１０側（振動板４２〜４４側）へ凸となるように変形（ユニモルフ変形）する。
【０１０１】
次に、個別電極３５に吐出電圧パルス列信号１５５を供給したときのアクチュエータ５０の駆動について説明する。図１０（ａ）〜（ｃ）は、この場合のアクチュエータ５０の経時変化を示す図である。
【０１０２】
図１０（ａ）は、図９（ｂ）に示される期間Ｔａのときのアクチュエータ５０の様子を示している。このとき、個別電極３５の電位はＶ０である。アクチュエータ５０は、上記のようなユニモルフ変形により、圧力室１０内に突出している。このときの圧力室１０の容積はＶ１となっている。このときのアクチュエータ５０の状態を、状態Ａとする。
【０１０３】
図１０（ｂ）は、図９（ｂ）に示される期間Ｔｂのときのアクチュエータ５０の様子を示している。このとき、個別電極３５の電位はゼロ（グランド電位）である。従って、圧電層４１における活性部に印加されていた電界が解除され、アクチュエータ５０のユニモルフ変形も解除されている。このときの圧力室１０の容積Ｖ２は、図１０（ａ）に示される圧力室１０の容積Ｖ１より大きい。このときのアクチュエータ５０の状態を、状態Ｂとする。このように圧力室１０の容積が増大した結果、副マニホールド流路５ａから圧力室１０にインクが吸い込まれる。
【０１０４】
図１０（ｃ）は、図９（ｂ）に示される期間Ｔｃのときのアクチュエータ５０の様子を示している。このとき、個別電極３５の電位はＶ０である。従って、アクチュエータ５０は、再び状態Ａに戻っている。このように、アクチュエータ５０が状態Ｂから状態Ａに変化することで、圧力室１０内のインクに圧力が加えられる。これによって、ノズル８先端のインク吐出口８ａからインク滴が吐出される。インク滴は印刷用紙Ｐの印刷面に着弾し、ドットが形成される。
【０１０５】
このように、本実施形態のアクチュエータ５０の駆動においては、まず、一旦圧力室１０の容積を増大させて、圧力室１０内のインクに負の圧力波を発生させる（図１０（ａ）から図１０（ｂ）へ）。すると、この圧力波が流路ユニット４内のインク流路端部で反射して、ノズル８側に進行する正の圧力波として帰ってくる。この正の圧力波が圧力室１０内に到達したタイミングを見計らって、再び圧力室１０の容積を減少させる（図１０（ｂ）から図１０（ｃ）へ）。これはいわゆる「引き打ち(fill before fire)」と呼ばれる手法である。
【０１０６】
このようなインク吐出に係る吐出電圧パルスのパルス幅Ｔｗ（図９参照）は、圧力室１０内で発生した圧力波がアパーチャ１２からノズル８まで伝播する時間の長さである、ＡＬ（Acoustic  Length）に調整されていることが理想的である。これによると、上記のようにして反射してきた正の圧力波と、アクチュエータ５０の変形により生じた正の圧力波とを重畳させ、より強い圧力をインクに付与させることができる。そのため、単に圧力室１０の容積を１回減少させるだけでインクを押し出させる場合より、低い駆動電圧でアクチュエータ５０にインクを吐出させることができる。したがって、引き打ち式の利用は、圧力室１０の高集積化、インクジェットヘッド２のコンパクト化、及び、インクジェットヘッド２を駆動する際のランニングコストの点で有利である。
【０１０７】
＜圧電層の特性変化＞
ところが、上記のような引き打ち式により、ある条件で長期間インクを吐出させ続けると、アクチュエータ５０に吐出特性の変化が生じることが確認されている。つまり、数１０ｋＨｚ等の通常の駆動周波数でアクチュエータ５０を駆動する場合において、駆動周波数よりも非常に低い周波数で吐出電圧パルス列信号１５５を供給したとする。例えば、このように低い周波数で信号を１億回供給した後では、インクの吐出量及び吐出速度の低下が観測される。すなわち、アクチュエータ５０にある程度小さい周波数で吐出電圧パルス列信号１５５を供給しつづけると、アクチュエータ５０に吐出特性の変化が生じるのである。
【０１０８】
このようなアクチュエータ５０の特性変化は、以下のようなメカニズムで生じると解される。図１１は、アクチュエータ５０の特性変化について説明する図である。
【０１０９】
具体的な特性変化のメカニズムを説明する前に、圧電層４１の分極について説明する。上記のように、圧電層４１は積層方向に分極されている。分極は、電界印加時における圧電層の面方向の収縮量を増大させるために行われるものである。圧電層の分極においては、一般に、高温下で高電圧が圧電層に印加される。
【０１１０】
ＰＺＴのような強誘電体は、結晶粒単位の自発分極を有している。しかし、圧電層を分極する前には、このような結晶粒単位の自発分極の向きは様々であり、圧電層は全体としての分極の傾向を有していない。一方、上記のように圧電層に高温下で高電圧が印加されると、結晶粒ごとの自発分極が積層方向に揃うような傾向に変化する。これによって、圧電層全体として積層方向に平行な方向について圧電層を分極させることができる。本実施形態では、圧電層４１が個別電極３５から共通電極３４に向かう方向に分極されている。
【０１１１】
ここで、ある結晶粒における圧電層の分極前と分極後の変化を考えてみる。結晶粒に含まれるそれぞれの結晶格子もまた、結晶格子単位の自発分極を有している。結晶粒内では、自発分極の方向が揃った結晶格子が集まって、多くの分域を構成している。結晶粒の自発分極とは、結晶粒内に分布した分域の自発分極の総和である。上述のような分極処理前では、分域の自発分極の方向はランダムであり、全体としては、結晶粒は圧電特性を示さない。一方、圧電層を分極することにより、結晶粒内部における分域の自発分極の方向が積層方向寄りに揃うため、結晶粒は圧電特性を示す。
【０１１２】
このとき、分極後の結晶粒内部では、積層方向寄りに自発分極が揃った分域もあれば、そうでない分域もある。これらの分域がある分布傾向を有することにより、結晶粒全体として積層方向寄りに分極される。以下の説明では、結晶粒内部における分域ごとの自発分極が積層方向寄りであることを、ｃ軸配向と呼称する。また、結晶粒内部における分域ごとの自発分極が面方向寄りであることを、ａ軸配向と呼称する。なお、ｃ軸配向の度合いを表すｃ軸配向度は、Ｘ線回析における２００回析に対する００２回析の強度比として観測される。このうち、００２回析は、結晶軸のｃ軸に配向する面からの回析に対応している。
【０１１３】
以下、圧電層に圧電特性の変化が生じるメカニズムについて説明する。上記のように、アクチュエータ５０に対応するノズル８からインクが吐出されないときには、個別電極３５と共通電極３４との間には、定電圧Ｖ０が印加されている（図９の期間Ｔａ）。このとき、圧電層４１における個別電極３５及び共通電極３４に挟まれた主活性部５１は、面方向に収縮している。従って、圧電層４１における個別電極３５及び共通電極３４に挟まれていない周辺活性部５２は、主活性部５１から面方向に引っ張り応力を受けている。
【０１１４】
そして、吐出電圧パルス列信号１５５が個別電極３５に供給されると、主活性部５１の収縮はパルス幅Ｔｗの間だけ一旦解除され、その後再び収縮した状態に戻る。従って、周辺活性部５２が受けていた引っ張り応力も、パルス幅Ｔｗの間だけ一旦解除される。その後、周辺活性部５２は、再び引っ張り応力を受ける状態に戻る。
【０１１５】
このような状況で、吐出電圧パルス列信号１５５がある低周波数で個別電極３５に供給されつづける。すると、周辺活性部５２において、徐々にｃ軸配向度が減少し、元の状況に戻らなくなる現象が生じる。これによって、周辺活性部５２は、図１１（ｂ）の一点鎖線７１に示されるように、初期の状態よりも面方向に伸長した状態となる。従って、主活性部５１は、隣接する周辺活性部５２から圧縮応力を受ける。
【０１１６】
このように、主活性部５１は、周辺活性部５２から圧縮応力を受ける。これによって、主活性部５１のｃ軸配向度が増大し、結晶粒内部の結晶配向の分布状況が変化する。ところで、分極された圧電層が外部電界を受けたときに示す変位は、主に、ｃ軸配向された結晶格子のｃ軸方向に変位する電歪歪みと、分域の配向が変化（結晶軸が回転）することにより生じる歪みとの和として観測される。圧電層の変位量に対する分域の配向変化の寄与は大きい。しかし、周囲からの圧縮応力が定常的に加わるような状態となった場合、外部電界により配向変化できる分域が少なくなる。その結果、上記のような結晶粒の内部構造の変化による主活性部５１の収縮量が減少する。主活性部５１の収縮量が減少すると、ノズルから吐出されるインクの量及び速度が低下する。
【０１１７】
＜周辺駆動電圧信号＞
上記のように、圧電層４１の特性変化は、周辺活性部５２におけるｃ軸配向度が減少することによって生じる。一方、共通電極３７を共通電極３４と異なる電位とすると、周辺活性部５２に、積層方向に平行な電界が生じる。このように、周辺活性部５２に積層方向に平行な所定の強さの電界を印加すると、周辺活性部５２においてｃ軸配向度を増加させることができる。これによって、周辺活性部５２における結晶配向を元に戻すことができる。すなわち、周辺活性部５２及び主活性部５１における配向分布の変化（内部構造の変化）を防ぐことができる。
【０１１８】
図１２は、周辺活性部５２及び主活性部５１の特性変化を防ぐための周辺駆動電圧信号１５７ａ、１５７ｂ及び１５７ｃを示している。なお、図１２に示される電圧信号が共通電極３７に供給されると、図９（ｂ）に示されるような遅延を生じつつ共通電極３７の電位が変化することとなる。繰り返しを避けるため、このような共通電極３７における電位の変化の詳細については以下省略する。
【０１１９】
信号１５７ａは、共通電極３７の電位が定電位Ｖ０に保持されるような電圧信号である。このような信号１５７ａが共通電極３７に供給されることにより、共通電極３７の電位がＶ０に保たれる。これによって、周辺活性部５２におけるｃ軸配向度の減少を防止するような電界が、周辺活性部５２に印加される。信号１５７ａは、インク吐出期間中であるか否かを問わず、共通電極３７に供給される。あるいは、プリンタ１の駆動中であれば常に、信号１５７ａが共通電極３７に供給されるようになっていてもよい。これにより、常時、周辺活性部５２をｃ軸配向度が減少しないような状態に保持することができる。
【０１２０】
なお、信号１５７ａがインク吐出期間中か否かを問わず供給されるため、インク吐出がなされるときにも周辺活性部５２に電界が印加されていることになる。このとき、周辺活性部５２は面方向に収縮する。そして、主活性部５１は、周辺活性部５２から引っ張り応力を受ける。このような引っ張り応力がインク吐出動作に影響を与える場合がある。しかし、次のような理由により、信号１５７ａの供給によるインク吐出動作に対する悪影響は抑制され得る。
【０１２１】
すなわち、共通電極３７に信号１５７ａが供給されることによって生じる電界は、圧電層４１の全面に亘ってほぼ一定である。つまり、信号１５７ａの供給が、各個別電極３５に対応する主活性部５１ごとのインク吐出動作に与える影響は、ほぼ一定である。このため、各主活性部５１ごとのインク吐出特性にばらつきが生じにくい。あるいは、信号１５７ａの電圧の強度が、周辺活性部５２におけるｃ軸配向度の減少が防止されるような限度において、主活性部５１には影響を与えにくい程度に抑えられていればよい。さらには、周辺駆動電圧信号として供給される信号は所定のパルスを有するものであるため、あらかじめ周辺駆動電圧信号の供給によって主活性部５１が受ける影響は予測可能である。したがって、このような主活性部５１が受ける影響を前提として、インク吐出による画像の再現性に悪影響が現れないように、個別電極３５に供給する吐出電圧パルス列信号が調節されていればよい。
【０１２２】
なお、周辺駆動電圧信号の強さや波形によっては、共通電極３７に供給されることにより、インク吐出動作を補強するような応力が主活性部５１に加えられる場合がある。このような波形を有する周辺駆動電圧信号が共通電極３７に供給されることにより、より効率的にインク吐出動作が行われる。
【０１２３】
一方で、共通電極３７に供給される電圧信号の強さや波形によっては、電界の印加によって変形した周辺活性部５２がインク吐出に悪影響を及ぼす場合がある。例えば、Ｖ０よりも相当程度大きい電圧Ｖａが共通電極３７に供給される場合である。あるいは、電圧の低い状態と高い状態とが交互に現れるような波形を有する電圧信号が供給される場合（図１３参照）などである。このような信号が周辺駆動電圧信号として使用される場合には、インク吐出時において、周辺駆動電圧信号が供給されず、周辺活性部５２が電界を印加されていない状態になっている必要がある。
【０１２４】
具体的には、図１２（ｂ）に示されるように、周辺駆動電圧信号が供給される。すなわち、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間は、共通電極３７が配置された範囲に対応するノズルからインクが吐出される期間である。周辺駆動電圧信号１５７ｂは、電圧Ｖ０よりかなり大きい電圧Ｖａに保持された信号である。つまり、信号１５７ｂの大きさによっては、上記のノズルからのインク吐出を妨げるおそれがある。従って、インクを吐出しない時刻ｔ３まで及び時刻ｔ４からの期間にのみ、信号１５７ｂが共通電極３７に供給される。そして、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間には、共通電極３７の電位はゼロ（グランド電位）に保持される。
【０１２５】
また、周辺駆動電圧信号は、上記のように、印刷制御部１０１によって供給される。印刷制御部１０１は、プリンタ１の駆動中に常に供給する場合を除き、カウンタ部１１０に従って、周辺駆動電圧信号を供給し始めるタイミングを決定する。例えば、カウンタ部１１０は、プリンタ１を初めて駆動した時点から現時点までの総駆動時間を、クロック数を基準としてカウントする。そして、カウンタ部１１０は、カウント数が所定値に達した時点で印刷制御部１０１にその旨を通知する。これに従って、印刷制御部１０１は、周辺駆動電圧信号を供給し始める。図１２（ｃ）は、例えば、時刻ｔ５において、定電圧Ｖｂに保持された信号１５７ｃを供給し始める場合を示している。時刻ｔ５までは、周辺駆動電圧信号が供給されず、共通電極３７の電位はゼロに保持されている。
【０１２６】
＜周辺駆動電圧信号の別の波形＞
図１３は、周辺駆動電圧信号として使用される、上記と異なる波形を有する信号１５８を示している。信号１５８は、電圧ゼロと電圧Ｖ０とが、所定の時間間隔で交互に現れるようなパルス列信号である。このように、周辺駆動電圧信号として使用される波形には、様々なものがある。これらのうち、周辺活性部５２におけるｃ軸配向度の減少を最もよく抑えることができる波形が周辺駆動電圧信号として使用されることが好ましい。
【０１２７】
＜アクチュエータユニットの別の構成＞
以下、アクチュエータユニット２１の別の構成について説明する。図１４は、本発明の別の実施形態に係るアクチュエータユニット２２１を示している。
【０１２８】
アクチュエータユニット２２１は、アクチュエータユニット２１と同様の構成を多く含んでいる。例えば、アクチュエータユニット２２１は、圧電層４１、個別電極３５並びに共通電極３４及び３７を有している。そして、共通電極３４は、アクチュエータユニット２２１の全面に亘って延在している。また、個別電極３５及び共通電極３４は、圧電層４１における圧力室１０に対向する領域を挟んでいる。個別電極３５は、圧力室１０に対向する領域内に形成されているため、圧電層４１は、個別電極３５及び共通電極３４によって挟まれていない領域を有している。そして、共通電極３７及び共通電極３４は、このような個別電極３５及び共通電極３４によって挟まれていない領域を挟んでいる。
【０１２９】
一方、アクチュエータユニット２２１においては、アクチュエータユニット２１と異なり、振動板４２〜４４がＰＺＴによって構成されている。そして、アクチュエータユニット２２１は、アクチュエータユニット２１には含まれていない、共通電極３３７を有している。共通電極３３７は、振動板４２及び４３の間にアクチュエータユニット２２１の全面に亘って介在している。そして、共通電極３３７は、共通電極３４と共に、振動板４２を挟みこんでいる。
【０１３０】
共通電極３３７は、図示しない領域において、ＦＰＣを介して印刷制御部１０１に電気的に接続されている。印刷制御部１０１は、ＦＰＣ及びドライバＩＣ８０を介して、種々の電圧信号を共通電極３３７に供給できる。このような電圧信号には、図１２などによって示される様々な波形を有する信号が含まれている。
【０１３１】
アクチュエータユニット２２１のような構成の場合、以下のような利点がある。
【０１３２】
アクチュエータユニット２１と同様に、アクチュエータユニット２２１の駆動によって、圧電層４１には圧電特性の変化が生じる。振動板４２がＰＺＴによって構成されている場合には、振動板４２における個別電極３５及び共通電極３４によって挟まれた領域と対向する積層活性領域にも配向状態の変化が生じる。このような微視的な構造変化は、圧電層４１の主活性部の駆動によって、振動板４２における上記の積層活性領域でのｃ軸配向度が増大するために生じる。
【０１３３】
一方、アクチュエータユニット２２１は、共通電極３３７を有している。共通電極３３７に所定の電圧信号が供給されると、積層活性領域に積層方向に平行な電界が発生する。そこで、アクチュエータユニット２２１を使用する前に、あらかじめ積層活性領域に電界を印加させ、積層活性領域を分極させておく。このように、使用前にある程度ｃ軸配向を進行させておくことにより、アクチュエータユニット２２１を長期間使用しても、積層活性領域においてｃ軸配向が進行しないようにすることができる。
【０１３４】
＜変形例＞
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能なものである。
【０１３５】
例えば、上述の実施形態における圧電層４１に生じる特性変化は、圧電層４１において個別電極３５及び共通電極３４に挟まれていない領域が存在することによって生じる。すなわち、圧電層４１が、圧力室１０に跨るように延在したものでなく、例えば、圧力室１０に対向する領域内にのみ配置されている場合にも、上記のような特性変化が生じる。従って、圧電層４１が圧力室１０に対向する領域内にのみ配置されているような構成にも本発明を適用することができる。
【０１３６】
また、上述の実施形態においては、周辺駆動電圧信号がインク吐出期間以外の期間に吐出される場合を説明した。このようなインク吐出期間以外の期間には、例えば、改ページ期間や改行期間なども含まれている。
【０１３７】
さらには、共通電極３４がＦＰＣを介して印刷制御部１０１に電気的に接続されていてもよい。これによって、共通電極３４にも種々の電圧信号を供給することができ、アクチュエータ５０に対してより複雑な制御をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３８】
【図１】本発明によるインクジェット記録装置の一実施形態であるプリンタの概略構成図である。
【図２】図１に示されるヘッド本体の上面図である。
【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３のＩＶ−ＩＶ線に沿った縦断面図である。
【図５】図３の一点鎖線で囲まれた領域に対応するアクチュエータユニットの部分拡大上面図である。
【図６】図５に示されるアクチュエータの別の形態を示す図である。
【図７】図５に示されるアクチュエータのさらに別の形態を示す図である。
【図８】図１に示されるプリンタが有する制御部について説明する図である。
【図９】図９（ａ）は、図８に示される制御部によってアクチュエータユニットの個別電極に供給される吐出電圧パルス列信号の概略を示すグラフである。              図９（ｂ）は、図９（ａ）に示される吐出電圧パルス列信号が供給された場合の個別電極における電位の変化を示すグラフである。
【図１０】図９に示される吐出電圧パルス列信号が個別電極に供給された場合における、アクチュエータユニットの駆動の様子を示す図である。
【図１１】図４に示されるアクチュエータユニットに生じる特性変化について説明する概略図である。
【図１２】図５に示される共通電極に供給される周辺駆動電圧信号の波形の概略を示すグラフである。
【図１３】図１２に示される波形と異なる波形を有する周辺駆動電圧信号の概略を示すグラフである。
【図１４】図４に示されるアクチュエータユニットとは異なる構成を有するアクチュエータユニットを示す部分縦断面図である。
【符号の説明】
【０１３９】
１      プリンタ
２      インクジェットヘッド
４      流路ユニット
８      ノズル
１０    圧力室
１３    ヘッド本体
２１、２２１  アクチュエータユニット
３４、３７、１３７  共通電極
３５    個別電極
４１    圧電層
４２〜４４  振動板
５０    アクチュエータ
５１    主活性部
５２    周辺活性部
１００  制御部
１０１  印刷制御部
１１０  カウンタ部
１１１  カウント数判断部
１１２  カウンタ
１５５  吐出電圧パルス列信号
１５７ａ、１５７ｂ  周辺駆動電圧信号
【図１】
2006315319.tif 000003
【図２】
2006315319.tif 000004
【図３】
2006315319.tif 000005
【図４】
2006315319.tif 000006
【図５】
2006315319.tif 000007
【図６】
2006315319.tif 000008
【図７】
2006315319.tif 000009
【図８】
2006315319.tif 000010
【図９】
2006315319.tif 000011
【図１０】
2006315319.tif 000012
【図１１】
2006315319.tif 000013
【図１２】
2006315319.tif 000014
【図１３】
2006315319.tif 000015
【図１４】
2006315319.tif 000016