(57)【要約】【課題】複数の圧電アクチュエータをパッシブ方式で時分割駆動すると、非吐出ノズルに対する圧電アクチュエータも変位するためにノズルからの吐出や液垂れなどが生じる。【解決手段】液体吐出ヘッド１の圧電アクチュエータ７は、振動板６上に、第１電極１１、第１圧電層１２、第２電極１３、第２圧電層１４、第３電極１５を順次積層して構成され、第２電極１３は全てのアクチュエータ７で共通に接続して同時に同じ電圧を印加し、第１電極１１を走査電極として第１グループにグループ化して各グループ毎に同時に同じ電位を印加し、第３電極１５を信号電極として第２グループにグループ化して、各グループ毎に同時に同じ電位を印加し、第１グループに属するグループと第３グループに属するグループに共通のアクチュエータ７は１つのみとした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出する複数のノズルと、前記ノズルが連通する複数の液室と、前記液室の一部の壁面を形成する複数の振動板と、前記振動板を変位させる複数の圧電アクチュエータとを有する液体吐出ヘッドを備え、
前記液体吐出ヘッドの前記圧電アクチュエータは、前記振動板上に、第１電極、第１圧電層、第２電極、第２圧電層、第３電極を順次積層して構成され、
前記複数の圧電アクチュエータの各第１電極、第２電極及び第３電極のうち、
一の電極は全ての圧電アクチュエータで共通の電位が印加され、
他の一の電極は複数の第１グループに分けられて、グループ毎に同時に共通の電位が印加され、
更に他の一の電極は複数の第２グループに分けられて、グループ毎に同時に共通の電位が印加され、
前記第１グループと前記第２グループに共通して存在する前記圧電アクチュエータが１つのみである
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記全ての圧電アクチュエータで共通の電位が印加される一の電極が前記第２電極であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記第１圧電層に加わる電界強度は前記第２圧電層に加わる電界強度より大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記第２電極はグランド電位に接続されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像形成装置に関し、特に圧電アクチュエータを含む液体吐出ヘッドを備える画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、これらの複合機等の画像形成装置として、例えばインク液滴を吐出する液体吐出ヘッド（液滴吐出ヘッド）からなる記録ヘッドを用いた液体吐出記録方式の画像形成装置としてインクジェット記録装置などが知られている。この液体吐出記録方式の画像形成装置は、記録ヘッドからインク滴を、搬送される用紙（紙に限定するものではなく、ＯＨＰなどを含み、インク滴、その他の液体などが付着可能なものの意味であり、被記録媒体あるいは記録媒体、記録紙、記録用紙などとも称される。）に対して吐出して、画像形成（記録、印字、印写、印刷も同義語で使用する。）を行なうものであり、記録ヘッドが主走査方向に移動しながら液滴を吐出して画像を形成するシリアル型画像形成装置と、記録ヘッドが移動しない状態で液滴を吐出して画像を形成するライン型ヘッドを用いるライン型画像形成装置がある。
【０００３】
なお、本願において、液体吐出記録方式の「画像形成装置」は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の媒体に液体を吐出して画像形成を行う装置を意味し、また、「画像形成」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与すること（単に液滴を媒体に着弾させること）をも意味する。また、「インク」とは、インクと称されるものに限らず、記録液、定着処理液、液体などと称されるものなど、画像形成を行うことができるすべての液体の総称として用い、例えば、ＤＮＡ試料、レジスト、パターン材料、樹脂なども含まれる。また、「圧電素子」、「圧電層」は、電気機械変換素子、電気機械変換層を意味する。
【０００４】
従来、液体吐出ヘッドとして、液室内の液体であるインクを加圧する圧力を発生するための圧力発生手段（アクチュエータ手段）として圧電アクチュエータを用いるもの、静電アクチュエータを用いるもの、サーマルアクチュエータを用いるものなどが知られている。圧電アクチュエータを用いるものとして、振動板上に第１電極（下部電極）、第１圧電層、第２電極（上部電極）を積層したユニモルフ型圧電素子を配置し、第１電極と第２電極に駆動電圧を印加することで圧電素子の面内方向に伸縮を生じさせて振動板を面外方向に撓ませるものがある。
【０００５】
ところで、画像形成装置（以下「インクジェット記録装置」ともいう。）では、高速で、高画質画像を形成するために、記録ヘッドを構成する液体吐出ヘッドの高集積化が進み、その結果、ノズル数の増大とノズル密度の高密度化が生じている。また、ライン型ヘッドに代表されるようにヘッドが大型化する傾向にもある。
【０００６】
この場合、液体吐出ヘッドのアクチュエータは電圧印加によって駆動するものであることから、単純にはアクチュエータの数に相当する電極配線が必要となることから、ノズル数が増大することによって電極配線数が増加し、不必要なヘッドの大型化や装置の大型化を招き、装置コストを押し上げることとなる。
【０００７】
そこで、電気配線数を低減する方法として、ディスプレイの分野で採用されてきた時分割駆動を適用するものがある（サーマルアクチュエータを用いたヘッド：特許文献１）。時分割駆動は、ｍ行の走査電極とｎ列の信号電極を有し、各々に時分割で電位を与え、それらの交点に配置された素子を選択的に駆動するというものである。
【０００８】
この時分割駆動の方式としては、パッシブ駆動とアクティブ駆動の２つの駆動方式が知られている。パッシブ駆動方式は、走査電極に加わる電位が、アクチュエータの一方の電極に直接印加され、信号電極に加わる電位がアクチュエータのもう一方の電極に印加される構成を有する。一方、アクティブ駆動方式は、走査電極と信号電極の交点に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）や薄膜ダイオード（ＴＦＤ）などの薄膜能動素子が設けられた構成を採り、スイッチングの高速応答を可能とするものである。
【０００９】
ディスプレイ分野や、上述したサーマルアクチュエータ（電気−熱変換素子）を用いた液体吐出ヘッドについては、アクティブ駆動方式が採用されている。しかしながら、薄膜圧電素子からなる圧電アクチュエータを用いた液体吐出ヘッドについては、各アクチュエータに対して薄膜能動素子を設けることは、技術的に大きな困難を伴う。すなわち、薄膜圧電素子の作製手法と半導体作製手法が異なっていたり、それらの製膜温度が大きく異なっていたりするため、一つの基板に両者を作り込むことが難しいためである。したがって、薄膜圧電素子の圧電アクチュエータを用いた液体吐出ヘッドについて、時分割駆動を行う場合は、パッシブ駆動方式を採用することになる（特許文献２ないし４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平０１−０２０１５２号公報
【特許文献２】特許第４０１９１９７号公報
【特許文献３】特開平０６−１２７０３４号公報
【特許文献４】特開平０７−１３７２４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、複数の圧電アクチュエータをパッシブ駆動方式で時分割駆動すると、駆動を所望しない非選択の全てのアクチュエータに対して電圧が全く印加されない状態を作り出すことができないという課題がある。この点について図１３及び図１４を参照して説明する。
【００１２】
まず、液体吐出ヘッドは、図１３に示すように、流路板５０１にて図示しないノズルが連通する液室５０２を形成し、液室５０２の一部の壁面を振動板５０３にて形成して、振動板５０３の面外側に圧電アクチュエータ５０４を配置している。圧電アクチュエータ５０４は、振動板５０３上に、第１電極（下部電極）５１１、圧電層５１２、第２電極（上部電極）５１３を順次積層形成して構成される。
【００１３】
そして、複数の圧電アクチュエータを備える場合、例えば、図１４に示すように、ｍ本の第１電極５１１を走査電極とし、ｊ本の第２電極５１３を信号電極として、走査電極（第１電極）５１１と信号電極（第２電極）５１３の交点に圧電層５１２が配置されることでそれぞれアクチュエータ５０４が構成されている。なお、ここでは説明上、アクチュエータがマトリックス配置されているものとするが、図１５に示すように、アクチュエータ５０４がライン状に配置される場合も、次に述べる同じ問題がある。
【００１４】
ここで、パッシブ駆動を行うためには、走査電極（第１電極）５１１と信号電極（第２電極）５１３に印加する電位を極性の異なる電位とする方法が考えられる。この場合、図１４のアクチュエータ５０４ａのみをＯＮ駆動する（液滴を吐出させる）場合、駆動電圧をＶ０とするとき、走査電極５１１と信号電極５１２に対し、図１６に示す電位Ｅ１を印加すれば、アクチュエータ５０４ａがＯＮ駆動される。しかし、このとき、アクチュエータ５０４ｂには図１６の電位Ｅ２が、アクチュエータ５０４ｃには電位Ｅ３が、アクチュエータ５０４ｄには電位Ｅ４が与えられることになる。つまり、アクチュエータ５０４ｂには電位Ｖ０／３の電圧が、アクチュエータ５０４ｃには電位２×Ｖ０／３の電圧が印加されることになる。
【００１５】
このように、圧電アクチュエータを用いてパッシブ駆動を行う場合、ＯＮ駆動を所望しない非選択のアクチュエータにも駆動電圧の１／２以上の電圧が印加されることとなる。そして、圧電素子は、駆動電圧にほぼリニアな伸縮を生じることから、振動板の面外方向変位量も駆動電圧にほぼリニアな特性を持つため、非選択（液滴を吐出させないノズルに対応する）圧電アクチュエータも吐出時のほぼ１／２以上の駆動力を発生させて、振動板を選択時の１／２の変位量で変位させることになる。
【００１６】
その結果、液滴と吐出させない（非吐出）ノズルについても振動板の変位によって液滴が吐出するおそれがあり、また、液滴が吐出しないまでも、メニスカスの盛り上がりによりノズル面にインクが溢れ出してしまうことがあり、安定した滴吐出を行うことができないという課題がある。
【００１７】
本願発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、圧電アクチュエータを有する液体吐出ヘッドを時分割駆動するときに非吐出時ノズルからの滴吐出や溢れを防止して安定して滴吐出を行うことで高品質画像を形成できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の課題を解決するため、画像形成装置は、
液滴を吐出する複数のノズルと、前記ノズルが連通する複数の液室と、前記液室の一部の壁面を形成する複数の振動板と、前記振動板を変位させる複数の圧電アクチュエータとを有する液体吐出ヘッドを備え、
前記液体吐出ヘッドの前記圧電アクチュエータは、前記振動板上に、第１電極、第１圧電層、第２電極、第２圧電層、第３電極を順次積層して構成され、
前記複数の圧電アクチュエータの各第１電極、第２電極及び第３電極のうち、
一の電極は全ての圧電アクチュエータで共通の電位が印加され、
他の一の電極は複数の第１グループに分けられて、グループ毎に同時に共通の電位が印加され、
更に他の一の電極は複数の第２グループに分けられて、グループ毎に同時に共通の電位が印加され、
前記第１グループと前記第２グループに共通して存在する前記圧電アクチュエータが１つのみである
ことを特徴とする画像形成装置。
【００１９】
ここで、前記全ての圧電アクチュエータで共通の電位が印加される一の電極が前記第２電極である構成とできる。
【００２０】
また、前記第１圧電層に加わる電界強度は前記第２圧電層に加わる電界強度より大きい構成とできる。
【００２１】
また、前記第２電極はグランド電位に接続されている構成とできる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る画像形成装置によれば、液体吐出ヘッドの圧電アクチュエータは、振動板上に、第１電極、第１圧電層、第２電極、第２圧電層、第３電極を順次積層して構成され、複数の圧電アクチュエータの各第１電極、第２電極及び第３電極のうち、一の電極は全ての圧電アクチュエータで共通の電位が印加され、他の一の電極は複数の第１グループに分けられて、グループ毎に同時に共通の電位が印加され、更に他の一の電極は複数の第２グループに分けられて、グループ毎に同時に共通の電位が印加され、第１グループと第２グループに共通して存在する圧電アクチュエータが１つのみである構成としたので、時分割駆動するときに非吐出時ノズルからの滴吐出や溢れを防止して、安定して滴吐出を行うことができ、高品質画像を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態の説明に供する液体吐出ヘッドの振動板短辺方向の断面説明図である。
【図２】同実施形態における複数の圧電アクチュエータに対する時分割駆動の第１例の説明に供する平面説明図である。
【図３】同時分割駆動で複数の圧電アクチュエータの各電極に与える印加電圧の説明に供する説明図である。
【図４】同実施形態における複数の圧電アクチュエータに対する時分割駆動の第２例の説明に供する平面説明図である。
【図５】同時分割駆動で複数の圧電アクチュエータの各電極に与える印加電圧の説明に供する説明図である。
【図６】本発明における液体吐出ヘッドの圧電アクチュエータの製作工程の説明に供する断面説明図である。
【図７】比較例及び実施例の圧電アクチュエータの圧電層に対する印加電圧と振動板変位量の測定結果の説明に供する説明図である。
【図８】同じく比較例及び実施例の圧電アクチュエータの圧電層に対する他の印加電圧と振動板変位量の測定結果の説明に供する説明図である。
【図９】本発明の第２実施形態における印加電圧の説明に供する説明図である。
【図１０】液体吐出ヘッドを構成する圧電アクチュエータの各電極に与える印加電圧の説明に供する説明図である。
【図１１】本発明に係る画像形成装置の一例を示す全体構成図である。
【図１２】同じく要部平面説明図である。
【図１３】従来の液体吐出ヘッドにおける圧電アクチュエータの説明に供する振動板短辺方向の要部断面説明図である。
【図１４】同液体吐出ヘッドの複数の圧電アクチュエータに対する時分割駆動の説明に供する平面説明図である。
【図１５】同じく複数の圧電アクチュエータ対する時分割駆動の説明に供する他のアクチュエータ配置例を示す平面説明図である。
【図１６】同時分割駆動における圧電アクチュエータに対する印加電圧の説明に供する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。図１は本発明の第１実施形態の説明に供する説明図である。なお、図１は同実施形態の液体吐出ヘッドの１つのノズルに対応する部分の振動板短辺方向の断面説明図である。
記録ヘッドを構成する液体吐出ヘッド１は、液滴を吐出するノズル２を形成したノズル板３と、ノズル２が連通する液室（圧力室）４を形成する流路板５と、液室４の一部の壁面を形成する振動板６と、振動板６を変位（変形）させる圧電アクチュエータ７とを有している。
【００２５】
圧電アクチュエータ７は、振動板６上に、第１電極１１、第１圧電層（第１圧電材料層）１２、第２電極１３、第２圧電層（第２圧電材料層）１４、第３電極１５を順次積層して構成されている。
【００２６】
駆動電圧印加手段２０は、印刷データに応じて、圧電アクチュエータ７の第１電極１１、第２電極１３、第３電極１５に対してそれぞれ駆動電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を印加する。
【００２７】
ここで、３つの電極１１、１３、１５はそれぞれ独立であり、液滴を吐出する場合には、第１圧電層１２、第２圧電層１４が共に面内方向に伸びる（又は共に縮む）ように電圧印加を行う。一方、吐出させない場合には、第１圧電層１２及び第２圧電層１４の一方のみが伸びる（又は縮む）ように電圧印加を行い、他方の圧電層は伸縮させない。
【００２８】
まず、第１圧電層１２のみを伸縮させる場合、第１圧電層１２のみに電圧を印加するが、その両側には伸縮しない振動板６と第２圧電層１４が存在するため、圧電アクチュエータ７と振動板６はユニモルフ型とはならず、第１圧電層の面内方向伸縮は大きく制限され、結果として、振動板６の面外方向変位も非常に小さなものとなる。
【００２９】
次に、第２圧電層１４のみを伸縮させる場合、圧電アクチュエータ７と振動板６はユニモルフ型となり、振動板６を効率良く撓ませることが可能となる。ただし、通常、振動板６と第１圧電層１２或いは第２圧電層１４は同程度の厚みを有するため、第２圧電層１４のみを伸縮させる場合、第１圧電層１４も振動板の一部のような構成となる。このとき、液滴吐出のための駆動電圧をＶ０とし、第２圧電層１４に電位Ｖ０／２の電圧を印加する場合と、図２１の構成の圧電層５１２に電位Ｖ０／２の電圧を印加した場合では、図２１と図１で圧電層厚みの合計が同じとして、前者の方が変位量は小さくなる。
【００３０】
つまり、液滴吐出のための駆動電圧がＶ０であったとして、電位Ｖ０／２の電圧印加を行っても、振動板６の変位量は液滴吐出のときの変位量の１／２以下となり、液滴吐出を行わないアクチュエータ７の動作による液垂れなどの不具合が改善される。
【００３１】
また、第２圧電層１４のみを伸縮させる場合の変位量をより小さくしたい場合には、無負荷状態での第１圧電層１２の伸縮を、無負荷状態での第２圧電層１４の伸縮よりも大きくなるように設定すれば良い。上述したように、第１圧電層１２のみに電圧を印加した場合には、アクチュエータがユニモルフ型ではないため、振動板６の変位は非常に小さい。つまり、第２圧電層１４のみに「０」でない電圧が印加される場合よりも、第２圧電層１４のみに大きさの等しい電圧が印加される場合の方が、変位量は小さくなる。したがって、第１圧電層１２と第２圧電層１４が共に駆動される場合には、所望の振動板変位量が得られるようにしておき、第１圧電層１２と第２圧電層１４が単独で駆動される場合には、得られる振動板変位量が同程度になるように、無負荷状態での第１圧電層１２の伸縮が第２圧電層１４の伸縮よりも大きくなるように設定しておくと良い。
【００３２】
この場合、第１圧電層１２の伸縮を相対的に上げる方法としては、例えば第１圧電層１２と第２圧電層１４に印加される最大電圧は同じとして、第１圧電層１２を第２圧電層１４よりも薄く形成する。或いは、第１圧電層１２と第２圧電層１４の厚みを略同じとして、第１圧電層１２に印加する最大電圧を大きくするなど、第１圧電層１２に印加する電界強度を第２圧電層１３に印加する電界強度よりも相対的に大きく採っておく構成がある。
【００３３】
次に、上述した液体吐出ヘッドの圧電アクチュエータをマトリクス配置して時分割駆動する構成の第１例について図２及び図３を参照して説明する。
液体吐出ヘッド１は、図２に示すように、各圧電アクチュエータ７の第１電極１１を走査電極（以下、「走査電極１１」ともいう。）とし、第３電極１５を信号電極（以下、「信号電極１５」ともいう。）として、第２電極１３は共通電極となっており、走査電極１１と信号電極１５との交点に第２電極１３を介してそれぞれ第１、第２圧電層１２、１４が設けられて圧電アクチュエータ７が配置されている。
【００３４】
ここで、全てのアクチュエータ７の一の電極である第２電極１３は、振動板長辺方向端部において配線が通じており、同時に共通の電位が印加される共通電極となっている。
【００３５】
他の一の電極である第１電極１１は第１のグルーピングにより複数の第１グループに分けられ、複数の第１グループに分けられた第１電極１１はグループ毎に振動板長辺方向端部において電気的に接続され、第１電極１１にはグループ毎に同時に共通の電位が印加される。ここでは、第１電極１１は、ｉ＝１〜ｉ＝ｍのｍ個のグループに分けられて、例えばｉ＝１に属する圧電アクチュエータ７の第１電極１１は同時に共通の電位が印加され、同様に、ｉ＝２に属する圧電アクチュエータ７の第１電極１１は同時に共通の電位が印加されるというように、各グループｉ＝１〜ｉ＝ｍ毎に共通の電位が印加される。
【００３６】
更に他の一の電極である第３電極１５は第２のグルーピングより複数の第２グループに分けられ、複数の第２グループに分けられた第３電極１５はグループ毎に振動板長辺方向端部において電気的に接続され、第３電極１５にはグループ毎に同時に共通の電位が印加される。ここでは、第３電極１５は、ｊ＝１〜ｊ＝ｎのｎ個のグループに分けられて、例えばｊ＝１に属する圧電アクチュエータ７の第３電極１５は同時に共通の電位が印加され、同様に、ｊ＝２に属する圧電アクチュエータ７の第３電極１５は同時に共通の電位が印加されるというように、各グループｊ＝１〜ｊ＝ｎ毎に共通の電位が印加される。
【００３７】
このとき、第１グループの或るグループに属する複数の圧電アクチュエータ７のうち、第２グループの或るグループに属する圧電アクチュエータ７は１つのみである。例えば、第１グループのｉ=３のグループと第３グループのｊ＝４のグループに属する圧電アクチュエータ７は圧電アクチュエータ７ａの１つのみである。
【００３８】
ここでは、各アクチュエータ７の第１圧電層１２と第２圧電層１４に印加される最大電圧は同じとして説明する。
【００３９】
まず、アクチュエータ７ａのみを駆動する（液滴を吐出させる）場合、アクチュエータ７ａの第１、第２、第３電極１１、１３、１５に対し、各電極１１、１３、１５の電位が図３に示す電位Ｅ１となる（電位Ｅ１が得られる）電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を印加することで液滴を吐出できるものとする。なお、このとき、第１圧電層１２と第２圧電層１４が共に伸び，或いは縮むようにするため、両圧電層１２、１４の配向の向きが逆になっていることが必要である。
【００４０】
他のアクチュエータ７ｂ、７ｃ、７ｄに印加される電位は３つの状態があり、例えば図２に示すアクチュエータ７ｂの第１、第２、第３電極１１、１３、１５には同様に図３の電位Ｅ２となる電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が印加され、アクチュエータ７ｃの第１、第２、第３電極１１、１３、１５には同様に図３の電位Ｅ３となる電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が印加され、アクチュエータ７ｄの第１、第２、第３電極１１、１３、１５には同様に図３の電位Ｅ４となる電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が印加される。
【００４１】
この場合、アクチュエータ７ｄの第１、第２圧電層１２、１４には電圧が印加されていない状態になるので液滴は吐出しない。
【００４２】
アクチュエータ７ｂでは第１圧電層１２のみに電圧が印加されているが、上述したようにモノモルフ構造となっていないため、吐出のための駆動電圧Ｖ０の１／２（Ｖ／０２）以上の電圧を印加しても、振動板６の変位量は小さく、液滴を吐出することはできない。また、ノズルからインクが溢れ出すような不具合も生じない。
【００４３】
アクチュエータ７ｃでは、第２圧電層１４のみに電圧が印加される。上述したように、第１圧電層１２が振動板６の一部のような構成となるため、振動板の変位は小さい。また、第１圧電層１２に印加される電界強度を第２圧電層１４に印加される電界強度よりも大きくなるように設定することで、アクチュエータ７ｃの変位量をより小さくすることができ、液滴の吐出に至らないことはもちろん、ノズルから液が溢れ出す不具合も無くなる。
【００４４】
次に、上述した液体吐出ヘッドの圧電アクチュエータをマトリクス配置して時分割駆動する構成の第２例について図４及び図５を参照して説明する。
ここでは、全てのアクチュエータ７の一の電極である第１電極１１は、振動板長辺方向端部において配線が通じており、同時に共通の電位が印加される共通電極となっている。
【００４５】
他の一の電極である第２電極１３は第１のグルーピングにより複数の第１グループに分けられ、複数の第１グループに分けられた第２電極１３はグループ毎に振動板長辺方向端部において電気的に接続され、第２電極１３にはグループ毎に同時に共通の電位が印加される。ここでは、第２電極１３は、ｋ＝１〜ｋ＝ｍのｍ個のグループに分けられて、例えばｋ＝１に属する圧電アクチュエータ７の第２電極１３は同時に共通の電位が印加され、同様に、ｋ＝２に属する圧電アクチュエータ７の第２電極１３は同時に共通の電位が印加されるというように、各グループｋ＝１〜ｋ＝ｍ毎に共通の電位が印加される。
【００４６】
更に他の一の電極である第３電極１５は第２のグルーピングより複数の第２グループに分けられ、複数の第２グループに分けられた第３電極１５はグループ毎に振動板長辺方向端部において電気的に接続され、第３電極１５にはグループ毎に同時に共通の電位が印加される。ここでは、第３電極１５は、ｊ＝１〜ｊ＝ｎのｎ個のグループに分けられて、例えばｊ＝１に属する圧電アクチュエータ７の第３電極１５は同時に共通の電位が印加され、同様に、ｊ＝２に属する圧電アクチュエータ７の第３電極１５は同時に共通の電位が印加されるというように、各グループｊ＝１〜ｊ＝ｎ毎に共通の電位が印加される。
【００４７】
このとき、第１グループの或るグループに属する複数の圧電アクチュエータ７のうち、第２グループの或るグループに属する圧電アクチュエータ７は１つのみである。例えば、第１グループのｋ=３のグループと第３グループのｊ＝４のグループに属する圧電アクチュエータ７は圧電アクチュエータ７ａの１つのみである。
【００４８】
ここでは、各アクチュエータ７の第１圧電層１２と第２圧電層１４に印加される最大電圧は同じとして説明する。
【００４９】
まず、アクチュエータ７ａのみを駆動する（液滴を吐出させる）場合、アクチュエータ７ａの第１、第２、第３電極１１、１３、１５に対し、各電極１１、１３、１５の電位が図５に示す電位Ｅ１となる（電位Ｅ１が得られる）電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を印加することで液滴を吐出できるものとする。なお、このとき、第１圧電層１２と第２圧電層１４が共に伸び，或いは縮むようにするため、両圧電層１２、１４の配向の向きが逆になっていることが必要である。
【００５０】
このとき、アクチュエータ７ｂの第１、第２、第３電極１１、１３、１５には同様に図５の電位Ｅ２となる電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が印加され、第１圧電層１２のみに電圧が印加され、アクチュエータ７ｃの第１、第２、第３電極１１、１３、１５には同様に図５の電位Ｅ４となる電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が印加され、第２圧電層１４のみに電圧が印加され、アクチュエータ７ｄの第１、第２、第３電極１１、１３、１５には同様に図５の電位Ｅ３となる電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が印加され、第１、第２圧電層１２、１４には電圧が印加されないので、アクチュエータ７ｂ、７ｃ、７ｄからは液滴が吐出されない。
【００５１】
ただし、この第２例では、滴吐出を行わないアクチュエータ７の第３電極１５に−Ｖ０／２の電圧を印加する（図５の電位Ｅ２、Ｅ４の状態）ために、第１例よりは消費電力効率が低下する。
【００５２】
次に、圧電アクチュエータの製作方法の一例について図５を参照して説明する。なお、図６は１つのアクチュエータの振動板短辺方向断面図である。
ここでは、図６（ａ）に示すように、単結晶シリコン基板３１、３２の間にシリコン酸化膜４１を有するＳＯＩ基板３０を使用する。そして、図６（ｂ）に示すように、シリコン基板３１の表面に図示しないレジスト膜を形成し、酸化膜４１をストップ層としてシリコン基板３２のＫＯＨなどによるウェットエッチング処理を行い、掘り込み部を形成する。掘り込み部は、ヘッドの液室４となり、掘り込み以外の部分は液室間隔壁となる。また、シリコン基板３１は振動板６となる（例えば厚さ２μｍのシリコン基板３１を用いる）。
【００５３】
次に、図６（ｃ）に示すように、シリコン基板３１からなる振動板６上のレジストを除去し、ＣＶＤにより０．３μｍのＨＴＯ（酸化シリコン)膜４２を形成する。その後、図５（ｄ）に示すように、ＣＶＤによる製膜とパターニングにより、第１電極１１、第１圧電層１２、第２電極１３、第２圧電層１４、第３電極１５を順次積層して圧電アクチュエータ７を形成する。なお、電極の厚みはそれぞれ０．１μｍであり、圧電層の厚みは１．５μｍ、電極材料は白金とした。
【００５４】
ここで、図６は振動板短辺方向断面図であるため明らかでないが、前述したように、全てのアクチュエータ７の一の電極である第２電極１２は、振動板長辺方向端部において配線が通じており、同時に共通の電位が印加される共通電極となっている。また、各アクチュエータ７の第１電極１１、第３電極はそれぞれグルーピングされて複数の第１グループ、第２グループに分けられ、各グループの第１電極１１、第３電極１５にはグループ毎に同時に共通の電位が印加される。この場合、第１グループと第２グループに共通して存在する圧電アクチュエータ７は１つのみとしている。
【００５５】
次に、従来構成の圧電アクチュエータとの比較について説明する。
（実施例１）
上記図６の作製工程で圧電アクチュエータを製作した。
（比較例１）
前述した図６の作製工程で、図１３に示すように、第２圧電層１３、第３電極１５を有していない圧電アクチュエータ５０４にしたこと、第１圧電層５１２の厚みを３μｍとしたこと以外同様な構成のものを製作した。
【００５６】
そして、実施例１の圧電アクチュエータの第１圧電層１２に１３Ｖ、第２圧電層１４に１３Ｖを印加した場合、比較例１の圧電アクチュエータの第１圧電層５１２に２６Ｖを印加した場合について、振動板の短辺方向中央部の変位量をレーザードップラー振動計で計測した。この結果は、図７に示すように、振動板の変位量が略同じになる。
【００５７】
また、実施例１の圧電アクチュエータの第１圧電層１２のみに１３Ｖを印加した場合、第２圧電層１４のみに１３Ｖを印加した場合、比較例１の圧電アクチュエータの第１圧電層５１２に１６Ｖを印加した場合について、同様に、振動板の短辺方向中央部の変位量をレーザードップラー振動計で計測した。この結果を図８に示している。
【００５８】
この図８から分かるように、実施例１の構成で、第１圧電層１２のみに１３Ｖの電圧が印加されるようにして、第２圧電層１４に印加される電圧は「０」となる場合、或いは第２圧電層１４のみに１３Ｖの電圧が印加されるようにして、第１圧電層１２に印加される電圧は「０」となる場合には、比較例１の圧電層に１３Ｖの電圧が印加される場合よりも振動板の変位量が小さくなる。
【００５９】
また、実施例１の構成において、第１圧電層１２のみに１３Ｖ印加される場合の振動板変位量０．２μｍは、第２圧電層に１３Ｖ印加される場合の振動板変位量０．６μｍよりも非常に小さいことが分かる。この変位量の差分がほぼ等しくなるように、例えば、第２圧電層１４に印加する電圧よりも、第１圧電層１２に印加する電圧を大きく採っておくとよい。
【００６０】
このように、圧電アクチュエータは、振動板上に、第１電極、第１圧電層、第２電極、第２圧電層、第３電極を順次積層して構成され、複数の圧電アクチュエータの各第１電極、第２電極及び第３電極のうち、一の電極には全ての圧電アクチュエータに共通の電位が印加され、複数の第１グループに分けられた他の一の電極には各グループ毎に同時に共通の電位が印加され、複数の第２グループに分けられた更に他の一の電極には各グループ毎に同時に共通の電位が印加され、第１グループに属するグループと第２グループに属するグループに共通して存在する圧電アクチュエータは１つのみである構成とすることで、時分割駆動するときに非吐出時ノズルからの滴吐出や溢れを防止して、安定して滴吐出を行うことができ、高品質画像を形成できる。
【００６１】
次に、本発明の第２実施形態における印加電圧について図９を参照して説明する。
ここでも、第１圧電層１２と第２圧電層１４に印加される最大電圧は同じとして説明する。
まず、液滴の吐出を行なうための電位をＶ０として、前述した図２に示すアクチュエータ７ａのみを駆動する（液滴を吐出させる）場合、アクチュエータ７ａの第１、第２、第３電極１１、１３、１５に対し、図９に示す電位Ｅ１の電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を印加することで液滴を吐出できるものとする。なお、このとき、第１圧電層１２と第２圧電層１４が共に伸び，或いは縮むようにするため、両圧電層１２、１４の配向の向きが逆になっていることが必要である。
【００６２】
他のアクチュエータ７に印加される電位は３つの状態があり、例えば図２に示すアクチュエータ７ｂの第１、第２、第３電極１１、１３、１５には図９の電位Ｅ２となる電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が印加され、アクチュエータ７ｃの第１、第２、第３電極１１、１３、１５には図９の電位Ｅ３となる電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が印加され、アクチュエータ７ｄの第１、第２、第３電極１１、１３、１５には図７の電位Ｅ４となる電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が印加される。
【００６３】
この場合も、前述した実施形態で説明したと同様に、アクチュエータ７ｂ、７ｃ、７ｄによる振動板６の変形によって液滴の吐出に至らないことはもちろん、ノズルから液体が溢れ出す液垂れのおそれもなくなる。
【００６４】
そして、第２電極１３を常に電位「０Ｖ」とする（第２電極１３をＧＮＤに接続する）ことで、第２電極１３に印加する電圧を発生させるための回路を設ける必要がなくなり、コストを下げることができる。
【００６５】
次に、液体吐出ヘッドの実施例及び比較例について説明する。
前述した実施例１の振動板６を形成した基板３０にノズルが形成されたノズル板を接合することで液体吐出ヘッドを製作した。
【００６６】
そして、この液体吐出ヘッドを用いて、液滴吐出評価を行った。印加電圧を図１０に示している。液滴吐出のための電圧Ｖ０＝２６Ｖとする。第１電極１１には正極性の電位を、第３電極１５には負極性の電位を与えた。第１電極１１、第３電極１５に入力するパルス電位の立ち上げ時間Ｔｒ、立ち下げ時間Ｔｆは共に、Ｔｒ＝Ｔｆ＝１．０μｓとした。また、パルス幅Ｐｗ＝１．５μｓとした。第１電極１１に印加する最大電位は２９．５Ｖとし、第３電極１５に印加する最小電位は−６．５Ｖとした。
【００６７】
図１０の電位Ｅ１が得られる駆動波形をアクチュエータ７に印加したところ、体積５．１ｐｌの液滴が１ｍｍの飛翔において平均速度６ｍ／ｓの速度で吐出されたことを確認した。また、図１０の電位Ｅ２、Ｅ３が得られる駆動波形をそれぞれ１０個のアクチュエータ７に対して、１０ｋＨｚの周波数で１０分間印加したが、ノズルからインクが溢れ出すような、吐出特性に影響を与えそうな不具合は確認できなかった。
【００６８】
一方、図１０の電位Ｅ４が得られる駆動波形を１０個のアクチュエータ７に対して、１０ｋＨｚの周波数で、１０分間印加したところ、４つのアクチュエータ７について、ノズルから液が僅かに溢れ出していることを確認した。これらの液のノズルからの溢れ出しは、その後の吐出特性に影響を与えるものと思われる。
【００６９】
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドを備える本発明に係る画像形成装置の一例について図１１及び図１２を参照して説明する。なお、図１１は同装置の機構部の全体構成を説明する概略構成図、図１２は同機構部の要部平面説明図である。
この画像形成装置はシリアル型画像形成装置であり、左右の側板２０１Ａ、２０１Ｂに横架したガイド部材である主従のガイドロッド２３１、２３２でキャリッジ２３３を主走査方向に摺動自在に保持し、図示しない主走査モータによってタイミングベルトを介して矢示方向（キャリッジ主走査方向）に移動走査する。
【００７０】
このキャリッジ２３３には、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色のインク滴を吐出するための本発明に係る液体吐出ヘッドユニットからなる記録ヘッド２３４を複数のノズルからなるノズル列を主走査方向と直交する副走査方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。
【００７１】
記録ヘッド２３４は、それぞれ２つのノズル列を有する液体吐出ヘッド２３４ａ、２３４ｂを１つのベース部材に取り付けた構成したもので、一方のヘッド２３４ａの一方のノズル列はブラック（Ｋ）の液滴を、他方のノズル列はシアン（Ｃ）の液滴を、他方のヘッド２３４ｂの一方のノズル列はマゼンタ（Ｍ）の液滴を、他方のノズル列はイエロー（Ｙ）の液滴を、それぞれ吐出する。なお、ここでは２ヘッド構成で４色の液滴を吐出する構成としているが、各色毎の液体吐出ヘッドを備えることもできる。
【００７２】
また、キャリッジ２３３には、記録ヘッド２３４のノズル列に対応して各色のインクを供給するためのサブタンク２３５ａ、２３５ｂ（区別しないときは「サブタンク２３５」という。）を搭載している。このサブタンク２３５には各色の供給チューブ２３６を介して、供給ユニット２２４によって各色のインクカートリッジ２１０から各色のインクが補充供給される。
【００７３】
一方、給紙トレイ２０２の用紙積載部（圧板）２４１上に積載した用紙２４２を給紙するための給紙部として、用紙積載部２４１から用紙２４２を１枚ずつ分離給送する半月コロ（給紙コロ）２４３及び給紙コロ２４３に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド２４４を備え、この分離パッド２４４は給紙コロ２４３側に付勢されている。
【００７４】
そして、この給紙部から給紙された用紙２４２を記録ヘッド２３４の下方側に送り込むために、用紙２４２を案内するガイド部材２４５と、カウンタローラ２４６と、搬送ガイド部材２４７と、先端加圧コロ２４９を有する押さえ部材２４８とを備えるとともに、給送された用紙２４２を静電吸着して記録ヘッド２３４に対向する位置で搬送するための搬送手段である搬送ベルト２５１を備えている。
【００７５】
この搬送ベルト２５１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ２５２とテンションローラ２５３との間に掛け渡されて、ベルト搬送方向（副走査方向）に周回するように構成している。また、この搬送ベルト２５１の表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ２５６を備えている。この帯電ローラ２５６は、搬送ベルト２５１の表層に接触し、搬送ベルト２５１の回動に従動して回転するように配置されている。この搬送ベルト２５１は、図示しない副走査モータによってタイミングを介して搬送ローラ２５２が回転駆動されることによってベルト搬送方向に周回移動する。
【００７６】
さらに、記録ヘッド２３４で記録された用紙２４２を排紙するための排紙部として、搬送ベルト２５１から用紙２４２を分離するための分離爪２６１と、排紙ローラ２６２及び排紙コロ２６３とを備え、排紙ローラ２６２の下方に排紙トレイ２０３を備えている。
【００７７】
また、装置本体の背面部には両面ユニット２７１が着脱自在に装着されている。この両面ユニット２７１は搬送ベルト２５１の逆方向回転で戻される用紙２４２を取り込んで反転させて再度カウンタローラ２４６と搬送ベルト２５１との間に給紙する。また、この両面ユニット２７１の上面は手差しトレイ２７２としている。
【００７８】
さらに、キャリッジ２３３の走査方向一方側の非印字領域には、記録ヘッド２３４のノズルの状態を維持し、回復するための回復手段を含む本発明に係るヘッドの維持回復装置である維持回復機構２８１を配置している。この維持回復機構２８１には、記録ヘッド２３４の各ノズル面をキャピングするための各キャップ部材（以下「キャップ」という。）２８２ａ、２８２ｂ（区別しないときは「キャップ２８２」という。）と、ノズル面をワイピングするためのブレード部材であるワイパーブレード２８３と、増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける空吐出受け２８４などを備えている。
【００７９】
また、キャリッジ２３３の走査方向他方側の非印字領域には、記録中などに増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける空吐出受け２８８を配置し、この空吐出受け２８８には記録ヘッド２３４のノズル列方向に沿った開口部２８９などを備えている。
【００８０】
このように構成したこの画像形成装置においては、給紙トレイ２０２から用紙２４２が１枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙２４２はガイド２４５で案内され、搬送ベルト２５１とカウンタローラ２４６との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド２３７で案内されて先端加圧コロ２４９で搬送ベルト２５１に押し付けられ、略９０°搬送方向を転換される。
【００８１】
このとき、帯電ローラ２５６に対してプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返すように、つまり交番する電圧が印加され、搬送ベルト２５１が交番する帯電電圧パターン、すなわち、周回方向である副走査方向に、プラスとマイナスが所定の幅で帯状に交互に帯電されたものとなる。このプラス、マイナス交互に帯電した搬送ベルト２５１上に用紙２４２が給送されると、用紙２４２が搬送ベルト２５１に吸着され、搬送ベルト２５１の周回移動によって用紙２４２が副走査方向に搬送される。
【００８２】
そこで、キャリッジ２３３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド２３４を駆動することにより、停止している用紙２４２にインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙２４２を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙２４２の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙２４２を排紙トレイ２０３に排紙する。
【００８３】
このとき、記録ヘッド２３４を構成する液体吐出ヘッドとしては前述した液体吐出ヘッドを使用して、各ノズルに対応する圧電アクチュエータに対して前述した各実施形態で説明した駆動電圧を印加するようにしている。
【００８４】
これにより、電子部品の耐圧を低下させることができてコストの低減を図れ、液垂れなどの不具合を生じることなく、安定して高画質画像を形成することができる。
【００８５】
なお、上記実施形態では本発明をプリンタ構成の画像形成装置に適用した例で説明したが、これに限るものではなく、前述したように、例えば、プリンタ／ファックス／コピア複合機などの画像形成装置に適用することができ、また、狭義のインク以外の液体や定着処理液などを用いる画像形成装置にも適用することができる。
【符号の説明】
【００８６】
１  液体吐出ヘッド
２  ノズル
３  ノズル板
４  液室
５  流路板
６  振動板
７  圧電アクチュエータ
１１  第１電極
１２  第１圧電層
１３  第２電極
１４  第２圧電層
１５  第３電極
２３４  キャリッジ
２３５  記録ヘッド（液体吐出ヘッド）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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