(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
印刷信号に基づき記録ヘッド駆動回路を介して記録ヘッドに印刷動作を実行させる制御部と、
ノズル開口に連通する圧力発生室に付設され圧電素子を駆動することにより前記圧力発生室内に圧力を付与して前記ノズル開口からインク滴を吐出させる記録ヘッドと、
予備電源と、を具備するインクジェット式記録装置において、
前記制御部が、前記記録ヘッドに加える信号を記録ヘッド駆動回路から維持手段に切り替える切り替え手段と、前記記録ヘッドに一定の電圧を連続的に印加する維持手段と、を具備し、
主電源が切断された後に、前記維持手段が該予備電源の電圧を前記圧電素子に印加するよう制御をし、該予備電源の電圧は、前記インク滴が吐出されない程度の電圧であることを特徴とするインクジェット式記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室に供給されたインクを
圧電素子により加圧して、ノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘ
ッドの駆動方法及びインクジェット式記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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
を吐出させるインクジェット式記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦振
動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、たわみ振動モードの圧電アクチュエー
タを使用したものの２種類が実用化されている。
【０００３】
前者は圧電素子の端面を振動板に当接させることにより圧力発生室の容積を変化させる
ことができて、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反面、圧電素子をノズル開
口の配列ピッチに一致させて櫛歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられた圧
電素子を圧力発生室に位置決めして固定する作業が必要となり、製造工程が複雑であると
いう問題がある。
【０００４】
これに対して後者は、圧電材料のグリーンシートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し
、これを焼成するという比較的簡単な工程で振動板に圧電素子を作り付けることができる
ものの、たわみ振動を利用する関係上、ある程度の面積が必要となり、高密度配列が困難
であるという問題がある。
【０００５】
一方、後者の記録ヘッドの不都合を解消すべく、振動板の表面全体に亙って成膜技術に
より、例えば、薄膜ＰＺＴ等の圧電材料層を均一に形成し、この圧電材料層をリソグラフ
ィ法により圧力発生室に対応する形状に切り分けて各圧力発生室毎に独立するように圧電
素子を形成したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−２８６１３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような薄膜からなる圧電素子を有するインクジェット式記録ヘッド
では、圧電素子を連続的に駆動してノズル開口からインク滴を吐出させると、インク吐出
特性が徐々に低下してしまうという問題がある。このため、連続的に印刷動作を実行する
と、吐出されるインク滴の大きさにばらつきが生じ印刷品質が安定しないという問題があ
る。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑み、安定した印刷品質が得られるインクジェット式記録
ヘッドの駆動方法及びインクジェット式記録装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する本発明は、ノズル開口に連通する圧力発生室に付設された圧電素子
を駆動することにより前記圧力発生室内に圧力を付与して前記ノズル開口からインク滴を
吐出させるインクジェット式記録ヘッドの駆動方法において、前記圧電素子に所定電圧を
印加することにより前記ノズル開口からインク滴を吐出させる印刷動作が実行されていな
い期間に、前記圧電素子を構成する両電極間を電気的に切断して絶縁状態とし、前記圧電
素子を構成する圧電体層に残留する残留分極の緩和を抑制することを特徴とするインクジ
ェット式記録ヘッドの駆動方法にある。
かかる本発明では、圧電素子を構成する圧電体層の残留分極の緩和が抑えられる。これ
により圧電素子の駆動によるインク吐出特性のばらつきが防止され、安定した印刷品質を
得ることができる。
【００１０】
ここで本発明では、前記圧電素子に所定電圧を印加しながら前記圧電素子の両電極間を
電気的に切断することが好ましい。これにより、圧電素子を構成する圧電体層の残留分極
の緩和が効果的に抑えられる。
【００１１】
また本発明は、ノズル開口に連通する圧力発生室に付設された圧電素子を駆動すること
により前記圧力発生室内に圧力を付与して前記ノズル開口からインク滴を吐出させるイン
クジェット式記録ヘッドの駆動方法において、前記圧電素子に所定電圧を印加することに
より前記ノズル開口からインク滴を吐出させる印刷動作が実行されていない期間に、両電極間に前記ノズル開口からインク滴が吐出されない程度の電圧を印加して、前記圧電素子を構成する圧電体層に残留する残留分極の緩和を抑制することを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの駆動方法にある。
かかる本発明の駆動方法では、圧電素子に電圧を印加しておくことで、圧電体層の残留
分極の緩和が防止される。これにより圧電素子の駆動によるインク吐出特性のばらつきが
防止され、安定した印刷品質を得ることができる。
【００１２】
さらに本発明の駆動方法は、前記圧電素子の各層が成膜及びリソグラフィ法により形成
されたものであることが好ましい。これにより、圧電素子を高密度に配列でき、高品質印
刷を実現できる。
【００１３】
また、前記圧電素子を構成する圧電体層の膜厚が、０．５μｍ以上３μｍ以下であるこ
とが好ましい。これにより、圧電素子を高密度に配列でき、高品質印刷を実現できると共
に、高周波数駆動が可能となり高速印刷を実現できる。
【００１４】
また本発明は、ノズル開口に連通する圧力発生室に付設された圧電素子を駆動すること
により前記圧力発生室内に圧力を付与して前記ノズル開口からインク滴を吐出させるイン
クジェット式記録ヘッドを具備するインクジェット式記録装置において、前記圧電素子に
所定電圧を印加することにより前記ノズル開口からインク滴を吐出させる印刷動作が実行
されていない期間に、前記圧電素子を構成する圧電体層に残留する残留分極の緩和を抑制
すべく、前記圧電素子を構成する両電極間を電気的に切断して絶縁状態とする維持手段を
具備することを特徴とするインクジェット式記録装置にある。
かかる本発明の装置では、圧電素子を構成する圧電体層の残留分極の緩和が抑えられる。これにより圧電素子の駆動によるインク吐出特性のばらつきが防止され、安定した印刷
品質を得ることができる。
【００１５】
また本発明の装置は、前記維持手段が、前記圧電素子に所定電圧を印加しながら前記圧
電素子の両電極間を電気的に切断することが好ましい。これにより、圧電素子を構成する
圧電体層の残留分極の緩和が効果的に抑えられる。
【００１６】
さらに本発明は、ノズル開口に連通する圧力発生室に付設された圧電素子を駆動するこ
とにより前記圧力発生室内に圧力を付与して前記ノズル開口からインク滴を吐出させるイ
ンクジェット式記録ヘッドを具備するインクジェット式記録装置において、前記圧電素子
に所定電圧を印加することにより前記ノズル開口からインク滴を吐出させる印刷動作が実
行されていない期間に、前記圧電素子を構成する圧電体層に残留する残留分極の緩和を抑
制すべく、前記両電極間にインク滴が吐出されない程度の電圧を印加する維持手段を具備することを特徴とするインクジェット式記録装置にある。
かかる本発明の装置では、圧電素子に電圧を印加しておくことで、圧電体層の残留分極
の緩和が防止される。これにより圧電素子の駆動によるインク吐出特性のばらつきが防止
され、安定した印刷品質を得ることができる。
【００１７】
また、本発明の装置では、前記圧電素子に前記所定電圧を印加可能な予備電源を有し、
前記維持手段は、主電源が切断された後も前記予備電源によって前記圧電素子の両電極間に所定電圧を印加し続けることが好ましい。かかる本発明の装置では、圧電素子を構成する圧電体層の残留分極が常に一定の状態で保持されるため、インク吐出特性が確実に安定
する。
【００１８】
さらに本発明の装置は、前記維持手段が、セレクタＩＣを制御して前記圧電素子の両電
極間の電気的接続状態を変更することが好ましい。かかる本発明の装置では、圧電素子の
両電極間の電気的接続状態を比較的容易に制御することができる。
【００１９】
また本発明の装置は、前記圧電素子の各層が成膜及びリソグラフィ法により形成された
ものであることが好ましい。これにより、圧電素子が高密度に配列され、高品質印刷が実
現される。
【００２０】
さらに、前記圧電素子を構成する圧電体層の膜厚が、０．５μｍ以上３μｍ以下である
ことが好ましい。これにより、圧電素子が高密度に配列され、高品質印刷が実現されると
共に、高周波数駆動が可能となり高速印刷が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、実施形態に基づいて本発明を詳しく説明する。
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係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。
【００２２】
図１に示すように、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，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，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、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。
【００２３】
そして、駆動モータ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３に沿ってプラテン８が設けられている。また、このプラテン８の近傍には排紙ローラ９が設けられ、図示しない紙送りモータの駆動力により回転できるようになっており、給紙ローラ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が搬送されるようになっている。
【００２４】
このようなインクジェット式記録装置１０では、キャリッジ３がキャリッジ軸５に沿って移動されると共にインクジェット式記録ヘッドによってインクが吐出されて記録シート
Ｓに印刷される。
【００２５】
ここで、上述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
ッドについて説明する。図２は、本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッド
の一例を示す断面図である。
【００２６】
本実施形態のインクジェット式記録ヘッド２０は、いわゆるたわみ振動のインクジェッ
ト式記録ヘッドであり、図２に示すように、流路形成基板２１には圧力発生室２２及び圧
力発生室２２とインク供給路２３を介して連通される連通部２４が形成されている。そし
て、流路形成基板２１の一方面側は振動板２５によって封止され、他方面はノズル開口２
６を有するノズルプレート２７で封止されている。
【００２７】
一方、振動板２５の圧力発生室２２とは反対側には、薄膜からなり、例えば、厚さが１
μｍの下電極膜２８と、厚さが０．５〜５μｍの圧電体層２９と、厚さが上電極膜３０で
構成される圧電素子３１が、例えば、成膜及びリソグラフィ法によって形成されている。
また、この圧電素子３１の長手方向一端部近傍から振動板２５上に亘ってリード電極３２
が延設され、その端部近傍には、例えばフレキシブルケーブル等の外部配線（図示なし）
が接続される。
【００２８】
また、流路形成基板２１の圧電素子３１側には、連通部２４と連通してリザーバ３３を
構成するリザーバ部３４が形成されたリザーバ形成基板３５が接合され、このリザーバ部
３４には、図示しないインクタンクが接続されるようになっている。さらに、リザーバ形
成基板３５には、圧電素子３１を覆う圧電素子保持部３６が設けられており、圧電素子３
１はこの圧電素子保持部３６内に密封されている。
【００２９】
このように構成されたインクジェット式記録ヘッド２０では、圧電素子３１に電圧が印
加されると、圧電素子３１が撓むことによって振動板２５が変位し、圧力発生室２２が収
縮することによってノズル開口２６からインク滴が吐出される。
【００３０】
次に、このようなインクジェット式記録ヘッドによるインクの吐出を制御する構成を図
３に示す。
【００３１】
図３のブロック図に示すように、本実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドでは、
実際に印刷を行う機構部となる記録ヘッド２０とこの記録ヘッド２０の動作を制御する制
御部５０とを有する。
【００３２】
制御部５０の印刷制御手段５１は、記録ヘッド２０の印刷動作の制御を行うものであり
、例えば、印刷信号の入力に伴って記録ヘッド駆動回路５２を介して記録ヘッド２０に印
刷動作を実行させる。
【００３３】
また、維持手段５３は、印刷制御手段５１が記録ヘッド２０の圧電素子３１を駆動して
ノズル開口２６からインク滴を吐出する印刷動作が実行されていない期間、すなわち待機
期間に、圧電素子３１の両電極（下電極膜２８及び上電極膜３０）間の電気的接続状態を
制御した状態でこの圧電素子３１を保持し、印刷動作時のインク吐出特性を所定範囲内に
維持する。
【００３４】
具体的には、維持手段５３は、印刷動作時毎のインク吐出特性を所定範囲内に維持する
と共に、各印刷動作時のノズル開口２６毎のインク吐出特性を所定範囲内に維持する。
【００３５】
なお、これら印刷制御手段５１及び維持手段５３は、それぞれセレクタＩＣ等の切り替
え手段５４を介して記録ヘッド２０に接続されている。
【００３６】
そして、このようなインクジェット式記録装置１０では、図４に示すように、ステップ
Ｓ１１で電源が投入され、印刷信号が入力されると（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、ステップＳ１３で印刷制御手段５１が、記録ヘッド駆動回路５２を介して記録ヘッド２０を駆動して印刷動作を実行する。すなわち、印刷制御手段５１が、切り替え手段５４を制御して
所定のノズル開口に対応する圧電素子３１に選択的に電圧を印加することによって印刷動作を実行する。そして、一連の印刷動作が終了すると（ステップＳ１４）、ステップＳ１５で維持手段５３が切り替え手段５４を制御して全てのノズル開口２６に対応する圧電素子３１の両電極２８，３０間を電気的に接続して同電位として圧電素子３１を保持する。
そして、再び印刷信号が入力されるまで全ての圧電素子３１の両電極２８，３０間を導通
状態として圧電素子３１を保持する。
【００３７】
このように印刷動作時等の印刷動作が実行されていない期間に、圧電素子３１の両電極
２８，３０間を導通状態として圧電素子３１を保持することにより、各印刷動作時のイン
ク吐出特性、及びノズル開口２６毎のインク吐出特性が所定範囲内に維持され、常に安定
した印刷品質を得ることができる。
【００３８】
ここで、薄膜からなる圧電素子は、連続的に駆動してインク滴を吐出させると、インク
吐出速度及びインク吐出量等のインク吐出特性が低下する。すなわち、圧電素子に同一電
圧を印加した際の実質的な変位量が徐々に低下してインクの排除体積が小さくなってしま
う。例えば、本実施形態の圧電素子３１を連続的に駆動してインク滴を吐出させると、図
５に示すように、インク吐出量は初期特性の８５％程度まで低下し、インク吐出速度は７
５％程度まで低下して安定する。
【００３９】
また、このようなインク吐出特性の低下は、圧電素子に電圧が印加されることによって
生じた圧電体層の残留分極に起因するものであり、インク吐出特性は、この圧電体層の残
留分極が緩和されることによってある程度回復して安定する。
【００４０】
そこで、本実施形態では、印刷動作が実行されて待機期間に、全ての圧電素子３１の両
電極２８，３０間を電気的に接続して導通状態に保持することによって、圧電体層２９の
残留分極が比較的短時間で効果的に緩和されるようにした。例えば、本実施形態の圧電素
子３１では、両電極（下電極膜２８，上電極膜３０）間を導通状態として圧電素子３１を
保持しておくことにより、図６に示すように、インク吐出量は、５〜１０時間程度で、初
期特性の９５％程度まで回復し、インク吐出速度は初期特性の８５％程度まで回復して安
定した。
【００４１】
これにより、各圧電素子３１は、常に圧電体層２９の残留分極が緩和された状態にとな
り、印刷動作時のインク吐出特性が所定範囲内、本実施形態では、５％程度の範囲内に維
持されるため、常に良好な印刷品質を得ることができる。
【００４２】
なお、本実施形態では、維持手段５３が、全ての圧電素子３１の両電極２８，３０間の
電気的接続状態を制御するようにしたが、これに限定されず、勿論、印刷動作時に駆動さ
れた圧電素子の両電極間の電気的接続状態のみを制御するようにしてもよい。
【００４３】
（実施形態２）
図７は、実施形態２に係るインクジェット式記録装置の動作について説明するフローチ
ャートである。
【００４４】
本実施形態は、維持手段５３が、圧電素子３１の両電極２８，３０間を電気的に切断し
て絶縁状態に保持するようにした例である。すなわち、実施形態１では、維持手段５３が
、印刷動作終了後に、圧電素子３１の両電極２８，３０間を導通状態として圧電素子を保
持するようにしたが（図４：ステップＳ１５）、本実施形態では、図７に示すように、ス
テップＳ１３で印刷動作が終了した後に、ステップＳ２５で、維持手段５３が、圧電素子
３１の両電極２８，３０間を電気的に切断して絶縁状態で保持するようにした。
【００４５】
このように圧電素子３１の両電極間を絶縁状態に保持することにより、圧電素子３１を
構成する圧電体層２９の残留分極の緩和が抑えられ、各圧電素子３１は、圧電体層２９の
残留分極が常に残った状態で保持されることになる。したがって、インク吐出特性は初期
特性よりも低下するものの、印刷動作時のインク吐出特性は所定範囲内に維持される（図
５参照）。すなわち、ノズル開口２６毎のインク吐出特性のばらつきを防止して常に良好
な印刷品質を得ることができる。
【００４６】
なお、維持手段５３は、圧電素子３１の両電極２８，３０間を電気的に切断する際に、
圧電素子３１にインク滴が吐出されない程度の電圧を印加するようにしてもよい。これに
より、圧電体層２９の残留分極の緩和がより効果的に抑えられるため、インク吐出特性を
所定範囲内に確実に維持することができる。
【００４７】
（実施形態３）
図８は、実施形態３に係るインクジェット式記録装置の動作について説明するフローチ
ャートである。
【００４８】
本実施形態では、維持手段５３が、圧電素子３１の両電極２８，３０間に所定の電圧を連続的に印加することにより、圧電体層２９の残留分極の緩和を抑えるようにした例である。
【００４９】
すなわち、本実施形態では、図８に示すように、ステップＳ１４で印刷動作が終了した
後に、ステップＳ３５で、維持手段５３が、圧電素子３１にインク滴が吐出されない程度の電圧、例えば５Ｖ程度の電圧を連続的に印加するようにした以外、実施形態２と同様である。
【００５０】
このように、圧電素子３１の両電極２８，３０間に電圧を連続的に印加することによっ
ても圧電体層２９の残留分極の緩和が抑えられるため、実施形態２と同様に、インク吐出
特性を所定範囲に維持することができ、常に良好な印刷品質を得ることができる。
【００５１】
なお、本実施形態のように、維持手段５３が、圧電素子３１に所定電圧を連続的に印加
するようにした場合、例えば、図９に示すように、乾電池あるいは蓄電池等の予備電源６
０をさらに設けておき、主電源（図示なし）が切断された後、この予備電源６０によって圧電素子３１に所定電圧が印加され続けるようにしてもよい。これにより、圧電体層２９の残留分極の緩和がより確実に抑えられ、インク吐出特性が確実に所定範囲内に維持されるため、印刷品質をさらに安定させることができる。
【００５２】
以上説明したように本発明では、印刷動作が実行されていない期間に、インク吐出特性を所定範囲内に維持するようにした。すなわち、圧電素子の駆動による排除体積の変動を抑えてインク吐出特性のばらつきを防止するようにしたので、常に安定した印刷品質を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録装置を示す概略図である。
【図２】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの断面図である。
【図３】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの電気的構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドのインク吐出特性を示すグラフである。
【図６】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドのインク吐出特性を示すグラフである。
【図７】本発明の実施形態２に係るインクジェット式記録ヘッドの動作を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施形態３に係るインクジェット式記録ヘッドの動作を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施形態３に係るインクジェット式記録ヘッドの電気的構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０  インクジェット式記録装置
２０  記録ヘッド
５０  制御部
５１  印刷制御手段
５２  記録ヘッド駆動回路
５３  維持手段
５４  切り替え手段
【図１】
0004497163.tif 000002
【図２】
0004497163.tif 000003
【図３】
0004497163.tif 000004
【図４】
0004497163.tif 000005
【図５】
0004497163.tif 000006
【図６】
0004497163.tif 000007
【図７】
0004497163.tif 000008
【図８】
0004497163.tif 000009
【図９】
0004497163.tif 000010