(57)【要約】【課題】圧電素子の駆動精度を向上することが可能な圧電素子駆動装置、液体吐出装置及び圧電素子駆動方法を提供する。【解決手段】外部の圧力室に作用する複数の作用部を有する、一体構成の圧電素子板と、圧電素子板の外側面に配置されている共通電極と、この外側面に対向する外側面に配置され、個々の作用部に対応する複数の駆動電極と、個々の駆動電極及び共通電極間に所定の駆動電圧を印加するＣＰＵ１１及びヘッドドライバ１５とを備えるインクジェット装置１であって、ＣＰＵ１１及びヘッドドライバ１５は、対応する作用部が重複する複数の駆動電極に対してタイミングをずらして駆動電圧を印加することを特徴とする。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部に作用する複数の作用部を有する、一体構成の圧電素子又は配列された複数の圧電素子と、前記圧電素子の外側面に配置されている共通電極と、この外側面に対向する外側面に配置され、個々の前記作用部に対応する複数の駆動電極と、個々の前記駆動電極及び前記共通電極間に所定の駆動電圧を印加する電圧印加手段とを備え、前記電圧印加手段によって印加された駆動電圧に応じて前記作用部に機械的変位を生じさせる圧電素子駆動装置であって、
前記電圧印加手段は、対応する前記作用部が重複する複数の前記駆動電極に対してタイミングをずらして駆動電圧を印加すること、
を特徴とする圧電素子駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電素子駆動装置において、
前記電圧印加手段は、隣接して配置されている複数の前記駆動電極に対してタイミングをずらして周期的に駆動電圧を印加すること、
を特徴とする圧電素子駆動装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の圧電素子駆動装置において、
前記電圧印加手段は、前記複数の駆動電極を規則的に間引いた形で分けられた複数のグループ毎にタイミングをずらして周期的に駆動電圧を印加すること、
を特徴とする圧電素子駆動装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の圧電素子駆動装置において、
前記電圧印加手段は、２つの前記駆動電極に同時に駆動電圧を印加した場合に、一方の前記駆動電極に対応する前記作用部において、一方の前記駆動電極によって生じる機械的変位に他方の前記駆動電極によって生じる機械的変位が重複し、全体の機械的変位が一定以上であるときに、前記２つの駆動電極に対してタイミングをずらして周期的に駆動電圧を印加すること、
を特徴とする圧電素子駆動装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の圧電素子駆動装置と、
前記複数の作用部に対応し、液体が充填され、この液体吐出のための吐出孔がその一面に外部に開口するように配置されている複数の液体室とを備え、
前記液体室は、対応する前記作用部の機械的変位による作用を受けてその容積が変化し、前記吐出孔から液体を吐出すること、
を特徴とする液体吐出装置。
【請求項６】
外部に作用する複数の作用部を有する、一体構成の圧電素子又は配列された複数の圧電素子と、前記圧電素子の外側面に配置されている共通電極と、この外側面に対向する外側面に配置され、個々の前記作用部に対応する複数の駆動電極とを備え、前記個々の駆動電極及び前記共通電極間に印加された電圧に応じて前記個々の作用部に機械的変位を生じさせる圧電素子駆動方法であって、
一の前記駆動電極及び前記共通電極間に所定の駆動電圧を印加する第１の電圧印加手順と、
対応する前記作用部が前記一の駆動電極と重複する他の駆動電極及び前記共通電極間に前記第１の電圧印加手順とタイミングをずらして所定の駆動電圧を印加する第２の電圧印加手順とを備え、
前記第１及び第２の電圧印加手順を周期的に行うこと、
を特徴とする圧電素子駆動方法。
【請求項７】
請求項６に記載の圧電素子駆動方法において、
前記第１の電圧印加手順は、前記複数の駆動電極を規則的に間引いた形で分けられた複数のグループのうちの第１のグループに含まれる駆動電極及び前記共通電極間に所定の駆動電圧を印加し、
前記第２の電圧印加手順は、前記第１のグループと異なる第２のグループに含まれる駆動電極及び前記共通電極間に、前記第１の電圧印加手順とタイミングをずらして所定の駆動電圧を印加すること、
を特徴とする圧電素子駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電圧を印加する電極の集積度の高い圧電素子を駆動する圧電素子駆動装置、液体吐出装置及び圧電素子駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電気信号を文字、図形等の画像へ変換し、紙材、布、プラスチック等の記録媒体へ記録するインクジェット装置等のプリンタ、印刷機、複写機等の画像記録装置の印字ヘッドには、インク吐出素子等の液体吐出素子である圧電素子が用いられている。この圧電素子は、圧電効果（ピエゾ効果）によって電気信号を機械的変位に変換し、負荷に作用し、駆動させるデバイスであって、例えば、チタン酸バリウム系、ジルコン酸チタン酸鉛系の圧電セラミック振動子等である。
【０００３】
図５は、従来の圧電素子駆動装置及び液体吐出装置を説明するための図であって、インクジェット装置１−２の記録ヘッド２０を液体吐出孔側から見た表面図である。
記録ヘッド２０は、複数のインクが充填された圧力室２２ａ〜２２ｇ（以下、これらの圧力室をまとめて「圧力室２２」という。以下、陽極２４及び作用部２３１において同じ。）を備える基板２１と、基板２１の端面に固着されている圧電素子板２３とを備えている。
【０００４】
圧電素子板２３の圧力室２２側の外側面には、個々の圧力室２２ａ〜２２ｇに対応して陽極２４ａ〜２４ｇと、陽極の間に陰極２５とが設けられ、この陰極に対向する反対側の外側面には、陰極２５が陽極２４と対向するように設けられている。陰極２５は、電位が同一（例えばアース）の共通電極であり、駆動電極である陽極２４に電圧が印加されることによって、圧電素子板２３内に陽極２４から陰極２５への電界が生じる。陽極２４及び陰極２５は、スクリーン印刷によってニッケルを配置し、金めっきを施したものであって、極間のピッチが（例えば０．５０８ｍｍとなるように）一定で配置されている。なお、他に蒸着、スパッタによって陽極２４及び陰極２５を生成しても良い。
圧電素子板２３は、図５において上下方向に分極されている一体構成の圧電素子である。
【０００５】
図６は、圧電素子板の理想的な作用を説明する図であって、図６（ａ）は、一の陽極に駆動電圧を印加した場合の圧電素子板内の理想的な電界、図６（ｂ）は、圧電素子板の理想的な機械的変位を示している。
インクジェット装置１−２の動作時に、これらの電極２４，２５に接続されている図示しないインクジェット装置１−２の制御部は、全ての陽極２４に各駆動信号を同じタイミングで出力することによって、個々の陽極２４に所定の駆動電圧（０値を含む）を印加している。図６（ａ）に示すように、この駆動電圧によって圧電素子板２３内には陽極２４から陰極２５への電界が生じ、図６（ｂ）に示すように、圧電効果により、一の陽極２４ａに対応する圧電素子板２３の作用部２３１ａが駆動電圧の値に応じて斜め方向に伸縮する。
【０００６】
作用部２３１ａは、対応する陽極２４ａに駆動電圧が印加された場合に圧電効果によって機械的変位の生じる圧電素子板２３の外側面の部分であって、この機械的変位によって、圧力室２２等の外部の作用対象に対して作用する部分である。全ての陽極２４ａ〜２４ｇに対応する圧電素子板２３の作用部２３１ａ〜２３１ｇ（２３１ｃ〜２３１ｇは、図示しない。）は、それぞれ駆動電圧の値に応じて伸縮し、対応する各圧力室２２ａ〜２２ｇに作用する。
【０００７】
図５に示すように、記録ヘッド２０は、この圧電素子板２３の作用部２３１ａ歪み（機械的変位）により、陽極２４ａに対応する圧力室２２ａの容積を変化させることで圧力室２２内に充填されているインクの振動流を発生させ、圧力室２２ａの一面に外部に開口するように設けられているノズル２２１ａからインク滴を噴出する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、実際には、図７（ａ）に示すように、陽極２４ａによる電界は、対応する作用部２３１ａだけでなく、近傍に位置する作用部２３１ｂにも影響を与えるという問題があった。また、近年、陽極２４間のピッチ（ノズル２２１のピッチ）は、解像度の向上を図るため、狭めることが要求され、陽極２４が密になるにつれ、この問題が一層顕在化していた。
つまり、二つの隣接する陽極２４ａ，２４ｂに同時に駆動電圧を印加した場合には、一の陽極２４ａが作り出す電界が他方の陽極２４ｂが作り出す電界に影響し、図７（ｂ）に示すように、陽極２４ｂに対応する圧電素子板２３の作用部分２３１ｂが理想（＃１破線）よりも大きな駆動（＃２実線）をしてしまうという問題があった。この結果、圧電素子板２３は、陽極２４ａが対応する圧力室２２ａのみならず、周辺の他の圧力室２２ｂにも干渉し、記録ヘッド２０は、設定以上のインクを吐出してしまうという問題があった。
【０００９】
本発明の課題は、圧電素子の駆動精度を向上することが可能な圧電素子駆動装置、液体吐出装置及び圧電素子駆動方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。すなわち、請求項１の発明は、外部に作用する複数の作用部（２３１）を有する、一体構成の圧電素子（２３）又は配列された複数の圧電素子と、前記圧電素子の外側面に配置されている共通電極（２５）と、この外側面に対向する外側面に配置され、個々の前記作用部に対応する複数の駆動電極（２４）と、個々の前記駆動電極及び前記共通電極間に所定の駆動電圧を印加する電圧印加手段（１０，２０）とを備え、前記電圧印加手段によって印加された駆動電圧に応じて前記作用部に機械的変位を生じさせる圧電素子駆動装置であって、前記電圧印加手段は、対応する前記作用部が重複する複数の前記駆動電極に対してタイミングをずらして駆動電圧を印加すること、を特徴とする圧電素子駆動装置（１）である。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１に記載の圧電素子駆動装置において、前記電圧印加手段は、隣接して配置されている複数の前記駆動電極に対してタイミングをずらして周期的に駆動電圧を印加すること、を特徴とする圧電素子駆動装置（１）である。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の圧電素子駆動装置において、前記電圧印加手段は、前記複数の駆動電極を規則的に間引いた形で分けられた複数のグループ毎にタイミングをずらして周期的に駆動電圧を印加すること、を特徴とする圧電素子駆動装置（１）である。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の圧電素子駆動装置において、前記電圧印加手段は、２つの前記駆動電極に同時に駆動電圧を印加した場合に、一方の前記駆動電極に対応する前記作用部において、一方の前記駆動電極によって生じる機械的変位に他方の前記駆動電極によって生じる機械的変位が重複し、全体の機械的変位が一定以上であるときに、前記２つの駆動電極に対してタイミングをずらして周期的に駆動電圧を印加すること、を特徴とする圧電素子駆動装置（１）である。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の圧電素子駆動装置と、前記複数の作用部に対応し、液体が充填され、この液体吐出のための吐出孔（２１１）がその一面に外部に開口するように配置されている複数の液体室（２２）とを備え、前記液体室は、対応する前記作用部の機械的変位による作用を受けてその容積が変化し、前記吐出孔から液体を吐出すること、を特徴とする液体吐出装置（１）である。
【００１５】
請求項６の発明は、外部に作用する複数の作用部を有する、一体構成の圧電素子又は配列された複数の圧電素子と、前記圧電素子の外側面に配置されている共通電極と、この外側面に対向する外側面に配置され、個々の前記作用部に対応する複数の駆動電極とを備え、前記個々の駆動電極及び前記共通電極間に印加された電圧に応じて前記個々の作用部に機械的変位を生じさせる圧電素子駆動方法であって、一の前記駆動電極及び前記共通電極間に所定の駆動電圧を印加する第１の電圧印加手順と、対応する前記作用部が前記一の駆動電極と重複する他の駆動電極及び前記共通電極間に前記第１の電圧印加手順とタイミングをずらして所定の駆動電圧を印加する第２の電圧印加手順とを備え、前記第１及び第２の電圧印加手順を周期的に行うこと、を特徴とする圧電素子駆動方法である。
【００１６】
請求項７の発明は、請求項６に記載の圧電素子駆動方法において、前記第１の電圧印加手順は、前記複数の駆動電極を規則的に間引いた形で分けられた複数のグループのうちの第１のグループに含まれる駆動電極及び前記共通電極間に所定の駆動電圧を印加し、前記第２の電圧印加手順は、前記第１のグループと異なる第２のグループに含まれる駆動電極及び前記共通電極間に、前記第１の電圧印加手順とタイミングをずらして所定の駆動電圧を印加すること、を特徴とする圧電素子駆動方法である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面等を参照しながら、本発明の実施の形態について、更に詳しく説明する。
（実施形態）
なお、前述した従来例と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
図１は、本発明による圧電素子駆動装置及び液体吐出装置を備えるインクジェット装置を示すブロック図である。
図１に示すように、インクジェット装置１は、制御部１０と、制御部１０に接続された記録ヘッド２０、ユーザインターフェイスである操作パネル３０、記録ヘッド２０の記録媒体に対する相対位置の移動を行う走査モータ４０等を備え、外部のホストコンピュータ２から受信した電気信号を記録媒体へ画像等として記録する画像記録装置である。
【００１８】
実施形態における圧電素子駆動装置及び液体吐出装置は、制御部１０及び記録ヘッド２０によって構成される。
制御部１０は、このインクジェット装置１全体を統括制御するＣＰＵ１１と、不揮発性の読み出し専用メモリであって、ＯＳ、実行環境等の必要な情報を格納しているＲＯＭ１２と、揮発性メモリであって、ＣＰＵ１１の作業領域として使用されるＲＡＭ１３と、入出力インターフェイスであるＩ／Ｏポート１４と、ヘッドドライバ１５と、走査モータ４０を駆動制御するモータドライバ１６とを備えている。ＣＰＵ１１、ＲＯＭ１２、ＲＡＭ１３及びＩ／Ｏポート１４は、互いに接続され、Ｉ／Ｏポート１４には、ヘッドドライバ１５、モータドライバ１６、外部のホストコンピュータ２等が接続されている。
【００１９】
制御部１０は、ＣＰＵ１１が所定のプログラムを実行することによって、ヘッドドライバ１５を介して、記録ヘッド２０の各圧力室２２ａ〜２２ｇ（作用部２３１ａ〜２３１ｇ）に対応する各陽極２４ａ〜２４ｇにそれぞれ所定の駆動信号を出力し、駆動電圧を印加する電圧印加手段を実現する。
【００２０】
図２は、本発明による圧電素子駆動装置、液体吐出装置の動作及び圧電素子駆動方法の実施形態を示すグラフであって、図２（ａ）は、制御部１０による駆動信号供給のタイミングを示し、図２（ｂ）は、従来の制御部による駆動信号供給のタイミングを示している。
図２（ｂ）に示すように、従来の制御部は、各駆動信号を同一のタイミングですべての陽極２４に供給する。
【００２１】
一方、図２（ａ）に示すように、制御部１０は、すべての陽極２４を規則的に間引いた形で分けられた３つのグループ毎に、タイミングをずらして各駆動信号（周波数；２ｋＨｚ、周期５００μｓ）を供給する。つまり、第１のグループの陽極２４ａ，２５ｄ，２５ｇに対しては、従来と同様のタイミング（遅延なし）で各駆動信号を供給し、第２のグループの陽極２４ｂ，２５ｅ及び第３のグループの陽極２４ｃ，２５ｆに対しては、それぞれ所定の時間（０．１〜０．５μｓ）ずつ遅延させた各駆動信号を供給する。
【００２２】
なお、本実施形態においては、レザードップラー振動計を用いて圧電素子板２３の振動検出の実験を事前に行った。
先ず、一の陽極２４ａ及び陰極２５間に駆動電圧を印加した場合に、これによって生じた電界が他のどの陽極２４ｂ，２４ｃ，…，まで影響を及ぼすかを調査するため、作用部２３１の振動検出を行った。すなわち、他のいずれの陽極２４ｂ，２４ｃ，…に対応する作用部２３１ｂ，２３１ｃ，…，にまで機械的変位を生じさせるか、各陽極２４ａ〜２４ｇに対応する作用部２３１ａ〜２３１ｇが重複するかを調査した。
【００２３】
駆動電圧を印加した電極２４ａから一定の影響を与える電極２４ｃまでの電極数（重複する作用部２３１の数）が３であると判明したため、全ての陽極２４ａ〜２４ｇを規則的に間引いて、この電極数である３のグループに分けた。なお、一定の影響とは、２つの陽極（一の陽極２４ａと他の陽極２４ｂ）に同時に駆動電圧を印加した場合に、
一の陽極２４ｂに対応する作用部２３１ｂにおいて、陽極２４ｂによって生じる機械的変位に陽極２４ａによって生じる機械的変位が重複し、全体の機械的変位が一定以上であって、圧力室２２ｂから所定の量以上のインクを吐出してしまう等、外部への作用が一定以上となる場合である。
【００２４】
また、同様の調査により、０．１〜０．５μｓのタイミングで各グループの駆動信号を遅延させた場合に、一の陽極２４ａによる電界が、対応する作用部２３１ａ以外の作用部２３１ｂ等へ与える影響が少ない等、駆動評価がよいと判明した。
【００２５】
図３は、記録ヘッドのインク吐出の動作を説明するための図であって、記録ヘッド２０をノズル側から見た表面図である。説明の便宜上、すべてのノズル２１１からインクを吐出する場合（すべての陽極２４ａ〜２５ｇに駆動電圧が印加された場合）の制御部１０の動作について説明する。なお、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示す記録ヘッド２０は、記録媒体に対して同一の位置にある。
制御部１０は、図２に示すように、複数の陽極２４を規則的に間引いた形で分けられた３つのグループ毎に、個々の陽極２４に対応した駆動信号を出力するタイミングを所定の時間（０．１〜０．５μｓ）ずつずらすことによって、３つのグループ毎に異なるタイミングで駆動電圧を印加する。
【００２６】
図３（ａ）に示すように、先ず、第１のグループに分けられた陽極２４ａ，２４ｄ，２４ｇに駆動電圧が印加され、ノズル２１１ａ，２１１ｄ，２１１ｇからインクが吐出される。図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示すように、その後、第２のグループの陽極２４ｂ，２５ｅ及び第３のグループの陽極２４ｃ，２５ｆにそれぞれ所定の時間遅延したタイミングで駆動電圧が印加され、ノズル２１１ｂ，２１１ｅ及びノズル２１１ｃ，２１１ｆから所定の時間遅延したタイミングでインクが吐出される。この結果、図３（ｄ）に示すように、見かけ上は、すべてのノズル２１１ａ〜２１１ｇから従来と同様にインクが吐出される。
【００２７】
図４は、圧電素子板の作用について説明する図である。
制御部１０は、隣接する陽極２４に対してタイミングをずらして駆動電圧を印加するため、図４に示すように、隣接する陽極２４ａ，２４ｂによる電界が同時に発生することはない。つまり、作用部２３１ｂにおいて、複数の陽極２４による機械的変位が重複することはない。なお、陽極２４ａに駆動電圧が印加された場合に作用部２３１ｂに変位が生じないのが理想であるが［図４（ｂ）、＃１］、実際には、作用部２３１ｂには、機械的変位が生じる［図４（ｂ）、＃２］。しかし、この機械的変位は、圧力室２２ｂからインクを吐出させるほどではない。
【００２８】
このように本実施形態によれば、制御部１０は、対応する作用部２３１が重複する複数の陽極２４に対してタイミングをずらして駆動電圧を印加するため、作用部２３１の圧力室２２への作用の精度（駆動精度）を向上することが可能であり、インクジェット装置１のインク吐出の精度を向上することが可能となった。また、制御部１０は、実験結果に基づいた所定の時間だけ駆動電圧印加のタイミングをずらすため、一層の精度の向上を図ることが可能となった。
【００２９】
（変形形態）
以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の均等の範囲内である。例えば、駆動電極である陽極２４ａ〜２５ｇを３つのグループに分けたが、２つのグループであってもよく、４以上のグループであってもよい。複数であれば、グループ数は限定されない。
また、本実施形態のようにグループ数が各陽極２４に対応する各作用部２３１の重複等の各陽極２４の電界による相互影響の調査結果に基づいて設定したものであれば、一層よい。
【００３０】
本発明による圧電素子駆動装置、液体吐出装置を構成する圧電素子として、一体構成の圧電素子板２３を用いたが、複数の作用部２３１を有する配列された複数の圧電素子であってもよい。例えば、各駆動電極（陽極）２４が配置された複数の圧電素子が配列されたものであってもよい。
また、インクジェット装置１は、１列に並んだ７つのノズル２１１ａ〜２１１ｇ、このノズル２１１ａ〜２１１ｇに対応する作用部２３１ａ〜２３１ｇ及び陽極２４ａ〜２４ｇを有する記録ヘッド２０を備えるが、このノズル２１１等の数及び列数は、これに限られるものではない。
【００３１】
本発明による圧電素子駆動装置を構成する制御部１０、圧電素子板２３、陽極（駆動電極）２４及び陰極（共通電極）２５、また、本発明による液体吐出装置を構成する制御部１０及び記録ヘッド２０を備えるインクジェット装置１について実施形態に記載したが、これに限られず、印刷機、複写機等の他の画像記録装置等、圧電素子駆動装置又は液体吐出装置を構成するこれら各部を備えた機器であってもよい。同様の効果を得ることが可能である。
【００３２】
【発明の効果】
以上詳しく説明したように、本発明によれば、対応する作用部が重複する複数の駆動電極に対してタイミングをずらして駆動電圧を印加するため、作用部の外部への作用精度である駆動精度を向上することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による圧電素子駆動装置及び液体吐出装置を備えるインクジェット装置を示すブロック図である。
【図２】本発明による圧電素子駆動装置、液体吐出装置の動作及び圧電素子駆動方法の実施形態を示すグラフである。
【図３】記録ヘッドのインク吐出の動作を説明するための図である。
【図４】圧電素子板の作用について説明する図である。
【図５】従来の圧電素子駆動装置及び液体吐出装置を説明するための図である。
【図６】圧電素子板の理想的な作用を説明する図である。
【図７】従来の圧電素子板の作用を説明する図である。
【符号の説明】
１，１−２　インクジェット装置
２　ホストコンピュータ
１０　制御部
１１　ＣＰＵ
１２　ＲＯＭ
１３　ＲＡＭ
１４　Ｉ／Ｏポート
１５　ヘッドドライバ
１６　モータドライバ
２０　記録ヘッド
２１　基板
２２　圧力室
２３　圧電素子板
２４　陽極
２５　陰極
３０　操作パネル
４０　走査モータ
２２１　ノズル
２３１　作用部
【図１】
2004025645.tif 000003
【図２】
2004025645.tif 000004
【図３】
2004025645.tif 000005
【図４】
2004025645.tif 000006
【図５】
2004025645.tif 000007
【図６】
2004025645.tif 000008
【図７】
2004025645.tif 000009