(57)【要約】【課題】階調信号数を増やさずに、低コストの回路構成で、微駆動頻度を変えて消費電力を低減する吐出安定性の高い液滴吐出装置を提供する。【解決手段】圧電アクチュエータの反対側の電極にバイアス電圧を印加するバイアス信号回路を備える液滴吐出装置において、バイアス電圧回路側に微駆動波形を設ける。前記バイアス信号回路は、一印刷周期内で、液滴を吐出させない前記圧電アクチュエータに、駆動波形電圧を印加するタイミングで、バイアス電圧を変化させる。【選択図】図１６
2013199026.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のノズル開口と、
各ノズル開口に連通する加圧液室を有する流路形成基板と、
前記流路形成基板上に形成された圧電アクチュエータと、
前記圧電アクチュエータの電圧印加をスイッチングするドライバＩＣを備えた液滴吐出ヘッドと、
前記液滴吐出ヘッドに駆動波形電圧を印加する駆動波形発生手段と、
前記圧電アクチュエータの反対側の電極にバイアス電圧を印加するバイアス信号回路と、
を備え、
前記バイアス信号回路は、一印刷周期内で、液滴を吐出させない前記圧電アクチュエータに、駆動波形電圧を印加するタイミングで、バイアス電圧を変化させることを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項２】
温度検知手段を有し、
前記バイアス信号回路は、検知した温度からあらかじめ作成したテーブルに基づいて一印刷周期内でバイアス信号回路の電圧を変化させる頻度を変更することを特徴とする請求項１記載の液滴吐出装置。
【請求項３】
湿度検知手段を有し、
前記バイアス信号回路は、検知した温度及び湿度からあらかじめ作成したテーブルに基づいて一印刷周期内でバイアス信号回路の電圧を変化させる頻度を変更することを特徴とする請求項２記載の液滴吐出装置。
【請求項４】
前記バイアス信号回路の電圧を変化させる頻度は、繰り返しパターンのテーブルに則り変更することを特徴とする請求項２又は３記載の液滴吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出装置に関し、特に、液滴吐出ヘッドの乾燥等を防ぐために行われる微駆動の頻度の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
＜液体吐出装置＞
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滴吐出ヘッド（液体吐出ヘッド）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、インクジェット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、インクジェット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、インクジェット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、「画像」とは平面的なものに限らず、立体的に形成されたものに付与された画像、また立体自体を３次元的に造形して形成された像も含まれる。
【０００４】
＜ピエゾ方式＞
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の画像形成装置（画像記録装置）として使用するインクジェット記録装置におけるインクジェットヘッドは、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する吐出室（圧力室、加圧液室、液室、インク室、インク流路等とも称される。）と、この吐出室内のインクを加圧するエネルギーを発生するアクチュエータ手段（エネルギー発生手段）とを備えて、アクチュエータ手段を駆動することで吐出室内インクを加圧してノズルからインク滴を吐出させるものであり、記録の必要なときにのみインク滴を吐出するインク・オン・デマンド方式のものが主流である。
【０００５】
インク・オン・デマンド方式のインクジェットヘッドは、インク滴（記録液体）を吐出させるためのアクチュエータ手段の種類により、幾つかの方式に大別される。
【０００６】
例えば、特許文献１（特開平１０−１００４０１号公報）に記載されているように、液室の壁の一部を薄い振動板とし、これに対応して電気機械変換素子としての圧電素子を配置し、電圧印加に伴って発生する圧電素子の変形により振動板を変形させることで液室内の圧力を変化させて、インク滴を吐出させるピエゾ方式のもの、液室内部に発熱体素子を配置し、通電による発熱体の加熱によって気泡を発生させ、気泡の圧力によってインク滴を吐出させるバブルジェット（登録商標）方式のものが一般に良く知られている。
【０００７】
それ以外にも、例えば特許文献２（特開平２−２８９３５１号公報）に記載されているように、液室の壁面を形成する振動板と、この振動板に対向して配置された液室外の個別電極とを備え、振動板と電極との間に電界を印加することで発生する静電力により振動板を変形させて、液室内の圧力／体積を変化させることによりノズルからインク滴を吐出させる静電型のものも提案されている。
【０００８】
更にピエゾ方式のものには、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が実用化されている。
【０００９】
前者は圧電素子の端を吐出させるインクジェット式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。
【００１０】
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。
【００１１】
後者の記録ヘッドの不都合を解消すべく、特許文献３（特開平０５−２８６１３１号公報）に見られるように、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧電材料層を形成し、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。これによれば圧電素子を振動板に貼付ける作業が不要となって、リソグラフィ法という精密で、かつ簡便な手法で圧電素子を作り付けることができるばかりでなく、圧電素子の厚みを薄くできて高速駆動が可能になるという利点がある。
【００１２】
＜バタフライ特性＞
ところで、振動板に直接圧電材料層を形成した構成（ここでは薄膜ピエゾと呼ぶ）では、圧電材料層の厚さが薄く、駆動時の電界強度が強いため、電界強度に対して、いわゆるバタフライ特性を示すことが知られている（図２１参照）。これは、駆動時の電界で分極が反転するために発生する。ここで図２１は、圧電素子の印加電圧に対する変位量（たわみ量）の特性を示すグラフである。
【００１３】
圧電アクチュエータに電圧を印加する方法としては、一般的には、共通電極をＧｎｄに接地して、個別電極側に、圧電アクチュエータの動きを制御する駆動波形を印加するのが一般的である（図２２参照）。
【００１４】
薄膜ピエゾの場合、図２１のバタフライ特性にも見られるように、電界強度が大きくなると、変位が飽和する傾向があるので（これも電界強度が強い影響）、電界強度の低い電圧および、抗電界を超えずにバタフライ特性の反転しない逆電圧の部分を使う方法がある。その方が、バタフライ特性の傾きが大きいので、印加電圧に対して変位が大きく取れる。
【００１５】
インク等の液滴の吐出特性に関して、特許文献４（特開２００６−３２１２００号公報）には、バイアス電圧に対して特性のバラツキがあるとの記載があり（段落０００４参照）、特性のバラツキに対応するため圧電対素子の変位量が同一となるバイアス電圧値を検出し検出値に応じてランク付けすることが記載されている（段落００４４参照）。
【００１６】
特許文献４では、その電圧領域を使用するために、共通電極側にバイアス電圧を印加している。これにより、圧電材料層から見ると、逆電圧が印加される。
【００１７】
図２３（ａ）にバイアス電圧Ｖ０と、駆動電圧Ｖ１および、図２３（ｂ）に圧電層にかかる電圧ΔＶ＝Ｖ１−Ｖ０について図示している。図２３には、圧電層にかかる電圧ΔＶは単純にΔＶ＝Ｖ１−Ｖ０となるので、共通電極側にバイアス電圧Ｖ０をかけておくことで、図２３（ｂ）に記載の圧電層の電圧ΔＶとしては、ΔＶ＝０付近の逆極性を含む変位効率の良い電圧範囲を使えることを示している。
【００１８】
また、特許文献５では、駆動履歴により滴速度が低下することを防止する目的で、（目的は違うが）圧電アクチュエータの両電極にスイッチ回路を設けて、分極方向に電界を印加することにより当該圧電素子を駆動してノズルから液体を吐出する第１のモードと、圧電素子に対して圧電体の分極方向と逆向きに電界を印加することにより当該圧電素子を駆動してノズルから液体を吐出する第２のモードと、を切り替え可能にしている。（Ｆｉｇ．６がバタフライ特性の図だが、バタフライ特性は対称。）但し、回路構成が複雑であり、コストが高いものとなっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
＜吐出を安定させるために行う微駆動＞
ところで、薄膜ピエゾの液滴吐出ヘッドの場合も、吐出しないチャンネルに対して、メニスカスを振動させて（ここでは微駆動と呼ぶ）、吐出、特に１滴目の吐出を安定化することが必要である。
【００２０】
図２４は、ドライバＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）回路のブロック図であり、図２５はその動作を説明するための図である。印刷周期内で、駆動波形の一部をドライバＩＣにより圧電層への印加を制御して、大きさの異なる滴を吐出させている。共通電極側には、Ｇｎｄへ接地している。
【００２１】
この例では、２ビットの階調信号（画像データ）をパラレルに転送し、シフトレジスタとラッチ回路により、時間軸のデータを各チャンネルの状態各チャンネルでの階調（大滴、中滴、小滴、不吐出）に変換する。各チャンネルは、その階調の制御信号に基付き、ドライバＩＣ内のスイッチをＯＮ、ＯＦＦして、駆動波形電圧の一部を圧電素子に印加する。
【００２２】
図８の例では、切換タイミングＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４に関して、次のようにスイッチ動作をしている（図中○囲み数字を以下の表では括弧に入れた数字で代用している）。
Ｔ１    Ｔ２    Ｔ３    Ｔ４
大滴  （１，１）  ＯＮ    ＯＮ    ＯＦＦ  ＯＮ    (1),(2),(3),(4)吐出
中滴  （１，０）  ＯＦＦ  ＯＦＦ  ＯＦＦ  ＯＮ    (3),(4)吐出
小滴  （０，１）  ＯＦＦ  ＯＮ    ＯＦ    ＯＦＦ  (2)吐出
不吐出（０，０）  ＯＦＦ  ＯＦＦ  ＯＮ    ＯＦＦ
【００２３】
この時、不吐出（０，０）は、必ずＴ３の期間ＯＮするので、吐出しないチャンネルは必ず微駆動が入ることになる。
【００２４】
上記したように微駆動がないと、ノズルのインクが増粘して吐出曲りや、速度低下によるドット位置ズレなど、安定吐出に課題を生じる。しかしながら、吐出しないチャンネルに常に微駆動を入れ続けることは、電力消費の面から好ましくない。ビジネス文書の場合、吐出するチャンネルが１０％以下程度なので、残り９０％の微駆動は印刷時の消費電力に占める割合が意外と大きい。
【００２５】
つまり、微駆動は必要最小限の頻度で印加することが好ましい。しかしながら、この例のように、階調数が制約になる場合がある。
【００２６】
単純に、３ビットの階調信号にすれば、微駆動と、不吐出を分けて、５階調にするのは容易であるが、扱うデータ数が増えて、記録装置本体側のデータ処理が大規模になり処理速度の問題や、ドライバＩＣのロジック部も大きくなるのでドライバＩＣのコストの問題が発生する。
【００２７】
制御信号の不吐出（０，０）のＯＮ，ＯＦＦを、印刷周期毎に変える方法も考えられるが、この例のように、中間電位（基準電位）にスルーアップしてから、吐出動作をする場合は、不吐出（０，０）でも印刷周期に１回程度は中間電位でドライバＩＣをＯＮする必要がある。これは、圧電層に充電された電荷がリークして基準電位が下がってしまうのを防止するためで、基準電位が下がってしまうと、次につないだ瞬間に電位が跳ね上がり、圧電層が動いて、メニスカスを壊したりして、ヘッドの吐出動作が不安定になる。
【００２８】
微駆動の時間と、充電時間を別途設けることも考えられるが、昨今は駆動周波数が上昇しており、余分な時間はヘッドの駆動周波数（印刷周期）の制約になり、印刷の生産性を下げる要因になる。
【００２９】
また、駆動波形自体の微駆動部分がある波形と、ない波形を、印刷周期毎に選択する方法も考えられるが、波形全体を入れ換える必要があるので、印刷周期毎のように短い時間間隔で実施するには、波形発生回路側に負荷がかかり、コストアップにつながる。
【００３０】
本発明は、上述したような実情に鑑みてなされたものであって、階調信号数を増やさずに、低コストの回路構成で、微駆動頻度を変えて消費電力を低減する吐出安定性の高い液滴吐出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
上記目的を達成するために本発明は、複数のノズル開口と、各ノズル開口に連通する加圧液室を有する流路形成基板と、前記流路形成基板上に形成された圧電アクチュエータと、前記圧電アクチュエータの電圧印加をスイッチングするドライバＩＣを備えた液滴吐出ヘドと、前記液滴吐出ヘッドに駆動波形電圧を印加する駆動波形発生手段と、前記圧電アクチュエータの反対側の電極にバイアス電圧を印加するバイアス信号回路と、を備え、前記バイアス信号回路は、一印刷周期内で、液滴を吐出させない前記圧電アクチュエータに、駆動波形電圧を印加するタイミングで、バイアス電圧を変化させることを特徴とする液滴吐出装置を提供する。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、階調信号数を増やさずに、低コストの回路構成で、微駆動頻度を変えて消費電力を低減する吐出安定性の高い液滴吐出装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態に係る液滴吐出装置を搭載したインクジェット記録装置の一例を示す斜視説明図である。
【図２】図１のインクジェット記録装置の機構部の側面説明図である。
【図３】図１のインクジェットヘッド（液滴吐出ヘッド又は薄膜ヘッド）の構造を示す断面図である。
【図４】図３の液滴吐出ヘッドの作成方法の説明図（その１）である。
【図５】図３の液滴吐出ヘッドの作成方法の説明図（その２）である。
【図６】図３の液滴吐出ヘッドの作成方法の説明図（その３）である。
【図７】図３の液滴吐出ヘッドの作成方法の説明図（その４）である。
【図８】図３の液滴吐出ヘッドの作成方法の説明図（その５）である。
【図９】図３の液滴吐出ヘッドの作成方法の説明図（その６）である。
【図１０】図３の液滴吐出ヘッドの作成方法の説明図（その７）である。
【図１１】図３の液滴吐出ヘッドの作成方法の説明図（その８）である。
【図１２】図３の液滴吐出ヘッドの作成方法の説明図（その９）である。
【図１３】図３の液滴吐出ヘッドの作成方法の説明図（その１０）である。
【図１４】図３の液滴吐出ヘッドの作成方法の説明図（その１１）である。
【図１５】本発明の実施例１のドライバＩＣの構成を示す図である。
【図１６】図１５のドライバＩＣの動作を説明するための図である。
【図１７】図１６において圧電層にかかる電圧を説明するための図である。
【図１８】本発明の実施例２におけるドライバＩＣの動作を説明するための図である。
【図１９】本発明の実施例３における微駆動頻度の設定テーブルである。
【図２０】本発明の実施例４における微駆動頻度の設定テーブルである。
【図２１】バタフライ特性について説明するための図である。
【図２２】圧電アクチュエータに電圧を印加する方法を示す図である。
【図２３】図２２において圧電層にかかる電圧を説明するための図である。
【図２４】液滴吐出を安定させるために行う微駆動を実行するためのドライバＩＣの構成を示す図である。
【図２５】図２４のドライバＩＣの動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００３５】
＜インクジェット記録装置＞
まず、本実施形態に係るインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置の一例について図１及び図２を参照して説明する。なお、図１は同記録装置の斜視説明図、図２は同記録装置の機構部の側面説明図である。
【００３６】
このインクジェット記録装置は、記録装置本体８１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載した本発明を実施したインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部８２等を収納し、装置本体８１の下方部には前方側から多数枚の用紙８３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）８４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙８３を手差しで給紙するための手差しトレイ８５を開倒することができ、給紙カセット８４或いは手差しトレイ８５から給送される用紙８３を取り込み、印字機構部８２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ８６に排紙する。
【００３７】
印字機構部８２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド９１と従ガイドロッド９２とでキャリッジ９３を主走査方向に摺動自在に保持し、このキャリッジ９３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出するインクジェットヘッドからなるヘッド９４を複数のインク吐出口（ノズル）を主走査方向と交差する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。またキャリッジ９３にはヘッド９４に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ９５を交換可能に装着している。
【００３８】
インクカートリッジ９５は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッドへインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド９４を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。
【００３９】
ここで、キャリッジ９３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド９１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド９２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ９３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ９７で回転駆動される駆動プーリ９８と従動プーリ９９との間にタイミングベルト１００を張装し、このタイミングベルト１００をキャリッジ９３に固定しており、主走査モータ９７の正逆回転によりキャリッジ９３が往復駆動される。
【００４０】
一方、給紙カセット８４にセットした用紙８３をヘッド９４の下方側に搬送するために、給紙カセット８４から用紙８３を分離給装する給紙ローラ１０１及びフリクションパッド１０２と、用紙８３を案内するガイド部材１０３と、給紙された用紙８３を反転させて搬送する搬送ローラ１０４と、この搬送ローラ１０４の周面に押し付けられる搬送コロ１０５及び搬送ローラ１０４からの用紙８３の送り出し角度を規定する先端コロ１０６とを設けている。搬送ローラ１０４は副走査モータ１０７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【００４１】
そして、キャリッジ９３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１０４から送り出された用紙８３を記録ヘッド９４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材１０９を設けている。この印写受け部材１０９の用紙搬送方向下流側には、用紙８３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１１１、拍車１１２を設け、さらに用紙８３を排紙トレイ８６に送り出す排紙ローラ１１３及び拍車１１４と、排紙経路を形成するガイド部材１１５，１１６とを配設している。
【００４２】
記録時には、キャリッジ９３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド９４を駆動することにより、停止している用紙８３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙８３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙８３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙８３を排紙する。
【００４３】
また、キャリッジ９３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド９４の吐出不良を回復するための回復装置１１７を配置している。回復装置１１７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ９３は印字待機中にはこの回復装置１１７側に移動されてキャッピング手段でヘッド９４をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
【００４４】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド９４の吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
【００４５】
＜液滴吐出ヘッド（インクジェットヘッド）＞
図３は、本発明の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの３方向からの断面図を示している。図３に示す液滴吐出ヘッドは、図１及び図２ではインクジェットヘッドと呼んでいたものであり、インク液滴を基板の面部に設けたノズルから吐出させるサイドシューター方式の例を示すもので図示している。
【００４６】
本実施例のインクジェットヘッドは、図３に示す通りインクを吐出するノズルを有するノズル基板１４１と、加圧液室１３８、流体抵抗部１３９ほかインク流路となる溝部と、振動板１２１に圧電層１２３などアクチュエータ部を形成した液室基板１２０と、圧電素子保護空間１３４を配した保護基板（サブフレーム）１３７の３枚の基板を重ねた積層構造となっている。
【００４７】
液室基板１２０は、シリコン基板上にシリコン酸化膜を介してシリコンが張り合わされたＳＯＩ基板を用いている。本実施例における振動板はＳＯＩ基板のＳｉ層表面にパイロ酸化法を適用し、シリコン酸化膜を形成し、その上に下電極１２２となる白金膜、圧電層（ＰＺＴ）１２３、上電極１２４となる白金膜の多層構成からなるアクチュエータがシリコンをエッチングすることで形成した加圧液室１２８に対向する領域に形成されている。
【００４８】
さらに上下電極（下電極１２２と上電極１２４）と配線材料（引き出し配線１３０）との層間に配置する層間絶縁膜１２５、及び、引き出し配線１３０の材料を保護する為のパッシベーション膜（パッシベーション層１３１）が、アクチュエータ（圧電層（ＰＺＴ）１２３）の上面及び側面を覆う様に配置されている。
【００４９】
ノズル基板１４１は、厚さ３０〜５０ミクロンのＳＵＳ基板にプレス加工と研磨加工によりノズル孔１４２を形成している。液室基板１２０の加圧液室１３８と連通するようにそれぞれノズル孔１４２を有する。
【００５０】
保護基板１３７は、共通液室１３６としてインク流路となる溝部と、圧電素子の保護及び変位を妨げない為の空間及び流路隔壁１４４の剛性を高め、液室全体を支えるために柱１４３を形成している。
【００５１】
次に、図３に示した液滴吐出ヘッドの作製方法、構成など実施例をあげて説明する。
【００５２】
本実施例の作製方法を、図４ないし図１４を用いて説明する。本実施例においてはシリコン基板に振動板材料及び圧電素子材料を成膜していくことでアクチュエータを作成していく。
【００５３】
まず、厚み４００ｕｍのシリコン基板の表面にシリコン酸化膜を０．２ｕｍ及びシリコンを２．０ｕｍを張り合わせたＳＯＩ基板を用いる。ＳＯＩ基板表面にパイロ（Ｗｅｔ）酸化法によりシリコン酸化膜を０．３ｕｍ形成し（図４）、これを振動板層１２１とする。厚み４００ｕｍのシリコン基板は液室基板１２０となる。
【００５４】
その後、圧電素子の下電極（共通電極）１２２となる白金（Ｐｔ）層をスパッタ法により０．２ｕｍ成膜、パターニングする（図５）。更にゾルゲル法により圧電層１２３を２μｍ成膜し、さらに、上電極（個別電極）１２４となる白金（Ｐｔ）層を０．１ｕｍ成膜する（図６）。その後、リソエッチ法により前記上電極及び圧電層をパターニングする（図６）。
【００５５】
次に、プラズマＣＶＤ法により層間絶縁膜１２５を０．３ｕｍ成膜、リソエッチ法により配線コンタクトを取る為のビアホール１２６を形成する（図７）。層間絶縁膜１２５は、次に形成する引き出し配線１３０と上電極１２４との導通部（ビアホール１２６）と、バイパス配線への導通部１２８、およびインク供給孔となる貫通部１２９をパターニングしている（図７）。
【００５６】
更に、アルミ材料により、引き出し電極（引き出し配線１３０）を形成する（図８）。引き出し電極は、圧電体の駆動による振動板の振動による応力を受けるので、振動により断線しないように、やわらかいアルミ材料を使い、１ｕｍ程度厚く積んでいる。
【００５７】
次に、アルミ配線保護の為のパッシベーション膜（パッシベーション層１３１）としてプラズマＣＶＤ法によるシリコン窒化膜を２ｕｍ成膜、パターニングする（図９）。その後、振動板１２１のインク供給口となる部分を、事前にエッチングする（図１０）。
【００５８】
更に、金をメッキ法により積層して、個別電極のパッド部１３２と、バイパス配線１３３を同時に形成する（図１１）。パッド部１３２を金で形成することで、図示しないドライバＩＣとの電気的接続を低温のワイヤボンディングで接続している。また金は抵抗値が低く、バイパス配線として共通電極抵抗値を下げる効果が大きい。なお、パッド部１３２と形成工程を分けて、バイパス配線材料として、銅、アルミなどを使用することもできる。その場合は、バイパス配線１３３を腐食から保護する保護層が必要となるケースもある。
【００５９】
その後、別途ガラス基板にブラスト加工で柱１４３を形成した保護基板１３７を液室基板１２０に接合（図１２）、液室基板１２０の保護基板接合面とは反対面を、所望の厚さまで研磨する（図１３）。
【００６０】
保護基板１３７はシリコン基板にリソエッチ法で凹部を加工したものでも良いし、シリコン基板をＴＭＡＨ、ＫＯＨなどのアルカリエッチング液を用いたウェットエッチングにより加工したものでも構わない。また樹脂モールドやメタルインジェクションモールドなどの成型部品でも構わない。
【００６１】
また、ドライバ回路をアクチュエータ基板上に一体形成する際に、パイロ酸化法で形成した酸化膜をＬＯＣＯＳ酸化法で形成し、酸化膜の形成領域を選択することで、駆動回路を同一基板上に形成することもできる。
【００６２】
その後、シリコン基板の反対面にＩＣＰドライエッチングにより加圧液室１３８、流体抵抗部１３９及び供給部１４０となる凹部を形成する（図１３）。
【００６３】
最後に、別途厚さ３０〜５０ミクロンのＳＵＳ基板にプレス加工と研磨加工によりノズル孔１４２を形成したノズル基板１４１を液室基板１２０の流路隔壁１４４形成面に接着、圧電素子の上電極１２４及び下電極１２２と接続されたアルミ配線部を駆動回路に接続することで液滴吐出ヘッドが完成する（図１４）。
【００６４】
＜実施例１＞
図１５、図１６は、本実施例のドライバＩＣ回路のブロック図と、その動作を説明するための図であり、従来例の図２４、図２５に対応している。印刷周期内で、駆動波形の一部をドライバＩＣにより圧電層への印加を制御して、大きさの異なる滴を吐出させる。
【００６５】
図１７は、図１６に基づいて、個別電極に印加される駆動波形Ｖ１と、共通電極に印加されるバイアス波形Ｖ０から、圧電層にかかる電圧ΔＶ＝Ｖ１−Ｖ０を示したものである。
【００６６】
図１７に示す例では、２ビットの階調信号（画像データ）をパラレルに転送し、シフトレジスタとラッチ回路で、時間軸のデータを各チャンネルの状態各チャンネルでの階調（大滴、中滴、小滴、不吐出）に変換する。各チャンネルは、その階調の制御信号に基付き、ドライバＩＣ内のスイッチをＯＮ、ＯＦＦして、駆動波形電圧の一部を圧電素子に印加する。
【００６７】
図１６の例では、切換タイミングＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４に関して、次のようにスイッチ動作をしている（図中○囲み数字を以下の表では括弧に入れた数字で代用している）。
Ｔ１    Ｔ２    Ｔ３    Ｔ４
大滴  （１，１）  ＯＮ    ＯＮ    ＯＦＦ  ＯＮ    (1),(2),(3),(4)吐出
中滴  （１，０）  ＯＦＦ  ＯＦＦ  ＯＦＦ  ＯＮ    (3),(4)吐出
小滴  （０，１）  ＯＦＦ  ＯＮ    ＯＦＦ  ＯＦＦ  (2)吐出
不吐出（０，０）  ＯＦＦ  ＯＦＦ  ＯＮ    ＯＦＦ
【００６８】
この時、共通電極側にはバイアス電圧Ｖ０を基準とした電圧が印加されるが、一定電圧ではなく、期間Ｔ３において、その電圧値を変化させる波形を出力する。
【００６９】
図１６では、印刷周期２周期分を示しているが、１周期目の印刷周期Ａでは、バイアス電圧に微駆動波形が出力されており、２周期目の印刷周期Ｂには微駆動波形は出力されていない。これは、バイアス電圧波形を入れ換えているのではなく、バイアス電圧の微駆動波形を出力するかどうかをバイアス電圧回路で選択しているだけなので、駆動波形で微駆動有無を入れ換えるより容易に実現できる。
【００７０】
１周期毎に、微駆動波形を出力したり（印刷周期Ａ）、しなかったり（印刷周期Ｂ）する場合は、微駆動の発生頻度は５０％である。
【００７１】
また階調信号が不吐出（０，０）になったチャンネルは、Ｔ３の期間ＯＮしているので、個別電極には、微駆動波形（１周期目）か、中間電位（２周期目）の電圧が印加されて、充電が実施される。これにより、圧電層の電荷リークによる基準電位の低下を防止できている。
【００７２】
薄膜ピエゾの場合は圧電層が薄いため駆動時の電界強度で図２１に示したバタフライ特性を示すので、電圧を印加すると、極性に関わらず、加圧液室１３８を収縮方向に変位する。つまり、加圧液室１３８を一旦膨張させてから収縮されて滴を吐出する所謂引き打ちを実現するには、中間電位（基準電位）に圧電層を充電し、それを維持することが、薄膜ピエゾの液滴吐出ヘッドを駆動するには非常に重要である。
【００７３】
大滴、中滴、小滴で吐出するチャンネルについては、共通電極にはバイアス電圧Ｖ０が印加されているので、図１７に示したように、圧電層にかかる電圧ΔＶ＝Ｖ１−Ｖ０は、図２１で説明した０Ｖ付近の変位効率の良い電圧範囲で圧電層を変位させている。
【００７４】
逆に言えば、効率の良い電圧範囲を使うことで、最大電圧振幅を抑えて、ドライバＩＣの電源電圧仕様などを低く抑えることができる。高い耐圧や電圧精度の良い電源はコストアップにつながる。
【００７５】
本実施形態では、バイアス電圧回路側に微駆動波形を設けたことで、階調信号数を増やすことなく簡単な構成で、微駆動波形の印加される頻度を変えることが出来る。つまり、２ビットで疑似的な５階調（大滴、中滴、小滴、微駆動、微駆動なし充電）を実現している。これにより、微駆動を印加する頻度の調整が容易で、過剰な微駆動を回避して消費電力を抑えることが出来る。
【００７６】
また、共通電極側にバイアス電圧を印加することは、薄膜ピエゾのように、変位―電圧がタフライ特性を示して、電圧を高くすると線形性から外れて飽和気味になる圧電層を利用する場合に、０Ｖ付近の逆電界を含む変位効率の良い電圧範囲を使う上で有効である。なお、駆動波形を印加する電極（個別電極）と反対側の電極（共通電極）に、バイアス電圧をかけることは、片極性の電源で実現できる。
【００７７】
なお、駆動波形は、および、制御振動の波形の切り出し方はこれに限るものではない。また、本実施例では、２ビットで疑似的な５階調を作っているが、１ビットで疑似的な３階調（吐出、微駆動、微駆動なし充電）にすることも出来るし、３ビットで疑似的な９階調（３ビット８階調＋１階調）など、階調信号数は２ビットに限るものではない。
【００７８】
＜実施例２＞
図１８は、本発明のまた別の実施例を示すもので、バイアス電圧波形が、上記実施例１とは異なる。
【００７９】
バイアス電圧波形として出力する電圧は、種々の波形が選択できる。上記実施例１では、バイアス電圧波形を出力するために、バイアス信号回路とアンプ回路を必要としていたが、本実施例のような微駆動波形の場合、バイアス電圧（電位）から放電→充電することで、微駆動波形が発生できる。
【００８０】
このように、実施例１及び２の技術的特徴は、バイアス電圧波形の回路構成によるものではなく、共通電極側配線にバイアス電圧波形を、特定頻度で発生させることに特徴がある。
【００８１】
＜実施例３＞
次に、本実施例は、バイアス電圧に微駆動波形を発生させる頻度について、液滴吐出装置の機内温度、機内湿度に関するテーブル（図１９）を作り、そのテーブルに基づいて、微駆動波形を発生させる。なお、機内の温度検出手段、湿度検出手段については、従来当業者によく知られているものを用いることができる。
【００８２】
使用するインク種により、最適な微駆動波形の印加頻度は変わるので、インクによって、テーブルの確率は変わってくる。図１９に示すように、１００％は、印刷周期について毎回、バイアス電圧に微駆動波形を発生させることを示している。９０％は、９回発生させたら、１回は微駆動波形を発生させずにＶ０の直流電圧を保つことを意味する。８０％は、５回に４回発生させる。７０％は、１０回に７回ランダムに発生させることを意味する。
【００８３】
ノズルのインクは湿度が低いほど乾燥・増粘しやすいので、低湿度側では、微駆動発生頻度を高くする。また、低温側では、インク全体の粘度が上昇しているので、微駆動頻度を高くしている。
【００８４】
このように、予め作成した、機内温度、機内湿度と、微駆動発生確率のテーブルにより、バイアス電圧に印加する微駆動波形の発生頻度を変えることで、必要最小限の微駆動を印加できる。これにより、ノズルのインク増粘が原因の噴射曲りや、吐出不良を防止して、画像品質を保って、信頼性の高い液滴吐出装置が低コストで提供できる。
【００８５】
＜実施例４＞
図２０は、図１９の微駆動波形の発生頻度に対して、繰り返しパターンを決めておく制御方法を適用するための設定テーブルである。図２０において“１”、“０”は、印刷周期１０周期の微駆動発生パターンを示す。
１：バイアス電圧に微駆動波形出力する
０：バイアス電圧に微駆動波形出力しない（ＤＣ出力）
【００８６】
本実施例によれば、予め微駆動波形発生パターンを決めておくことで制御が容易となる。発生パターンは、印刷周期に対して微駆動発生間隔ができるだけ均一になるように設定することが好ましい。このように設定した場合、印刷周期毎のノズル状態を均一化することが可能になる。例えば、発生確率３０％の場合、（１１１０００００００）よりも（１００１００１０００）の方が好ましい。
【００８７】
＜実施例５＞
廉価タイプの個人用プリンタの場合、湿度センサを設けない場合もある。本実施例では、微駆動発生頻度を上記図１９のテーブルから、温度だけに関して抜出し、各温度の最大頻度で微駆動波形を印加することを特徴とする。これにより、湿度センサを有しない液滴吐出装置においても、消費電力を低減することができる。
【００８８】
＜効果＞
上述した実施形態による効果について述べる。上記実施形態によれば、バイアス電圧回路側に微駆動波形を設けたことで、階調信号数を増やすことなく簡単な構成で、微駆動波形の印加される頻度を変えることが出来る。これにより、微駆動を印加する頻度の調整が容易で、ノズル乾燥による画像劣化を防止して、画像品質を維持すると共に、過剰な微駆動を回避して消費電力を抑えることが出来る。
【００８９】
また、共通電極側にバイアス電圧を印加することは、薄膜ピエゾのように、変位―電圧がバタフライ特性を示して、電圧を高くすると線形性から外れて飽和気味になる圧電層を利用する場合に、０Ｖ付近の逆電界を含む変位効率の良い電圧範囲を使う上で有効であり、片極性の電源で実現でき、低コストである。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
なお、本発明は、インクジェットプリンタ、ＭＦＰを使用するデジタル印刷装置、オフィスやパーソナルで使用するプリンタ、ＭＦＰなどに利用することができる。応用分野として、インクジェット技術を利用する三次元造型技術などにも利用可能である。本発明は上述した実施形態にのみ限定して解釈されるものではない。
【符号の説明】
【００９１】
１２０    液室基板
１２１    振動板
１２２    下電極（共通電極）
１２３    圧電層（ＰＺＴ）
１２４    上電極（個別電極）
１２５    層間絶縁膜
１２６    ビアホール
１２７    開口部
１２８    バイパス配線への導通部
１２９    貫通部
１３０    引き出し配線
１３１    パッシベーション層
１３２    個別電極のパッド部
１３３    バイパス配線
１３４    圧電素子保護空間
１３５    配線用空間
１３６    共通液室
１３７    保護基板（サブフレーム）
１３８    加圧液室
１３９    流体抵抗部
１４０    供給部
１４１    ノズル基板
１４２    ノズル孔
１４３    柱
１４４    流路隔壁
【先行技術文献】
【特許文献】
【００９２】
【特許文献１】特開平１０−１００４０１号公報
【特許文献２】特開平０２−２８９３５１号公報
【特許文献３】特開平０５−２８６１３１号公報
【特許文献４】特開２００６−３２１２００号公報
【特許文献５】特開２０１０−１０５３００号公報
【図１】
2013199026.tif 000003
【図２】
2013199026.tif 000004
【図３】
2013199026.tif 000005
【図４】
2013199026.tif 000006
【図５】
2013199026.tif 000007
【図６】
2013199026.tif 000008
【図７】
2013199026.tif 000009
【図８】
2013199026.tif 000010
【図９】
2013199026.tif 000011
【図１０】
2013199026.tif 000012
【図１１】
2013199026.tif 000013
【図１２】
2013199026.tif 000014
【図１３】
2013199026.tif 000015
【図１４】
2013199026.tif 000016
【図１５】
2013199026.tif 000017
【図１６】
2013199026.tif 000018
【図１７】
2013199026.tif 000019
【図１８】
2013199026.tif 000020
【図１９】
2013199026.tif 000021
【図２０】
2013199026.tif 000022
【図２１】
2013199026.tif 000023
【図２２】
2013199026.tif 000024
【図２３】
2013199026.tif 000025
【図２４】
2013199026.tif 000026
【図２５】
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