(57)【要約】【課題】低コストで高性能な圧電アクチュエータの駆動方法及び液体吐出装置を提供する。【解決手段】振動板上に上部電極膜、圧電体膜、及び下部電極膜が順次積層された圧電アクチュエータの駆動方法であって、前記圧電体膜は前記下部電極膜から前記上部電極膜に向かう方向に配向性を有し、前記圧電体膜に対して前記圧電体膜の配向方向と反対方向に電界を印加するとともに、前記圧電体膜に印加する前記電界を前記圧電体膜の抗電界より小さい第１の電界強度から前記圧電体膜の抗電界より大きな第２の電界強度に連続的に変化させることを特徴とする圧電アクチュエータの駆動方法を提供することにより、前記課題を解決する。【選択図】  図４
2009113316.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動板上に上部電極膜、圧電体膜、及び下部電極膜が順次積層された圧電アクチュエータの駆動方法であって、
前記圧電体膜は前記下部電極膜から前記上部電極膜に向かう方向に配向性を有し、
前記圧電体膜に対して前記圧電体膜の配向方向と反対方向に電界を印加するとともに、前記圧電体膜に印加する前記電界を前記圧電体膜の抗電界より小さい第１の電界強度から前記圧電体の抗電界より大きな第２の電界強度に連続的に変化させることを特徴とする圧電アクチュエータの駆動方法。
【請求項２】
前記圧電アクチュエータの非駆動時に、前記圧電体膜の配向方向と同一方向の電界を印加することを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータの駆動方法。
【請求項３】
液体を吐出するノズルに連通する圧力室と、
前記圧力室の一壁面を構成する振動板上に上部電極膜、圧電体膜、及び下部電極膜が順次積層され、前記圧電体膜は前記下部電極膜から前記上部電極膜に向かう方向に配向されている圧電アクチュエータと、
前記圧電体膜に対して前記圧電体膜の配向方向と反対方向に電界を印加するとともに、前記圧電体膜に印加する前記電界を前記圧電体膜の抗電界より小さい第１の電界強度から前記圧電体膜の抗電界より大きな第２の電界強度に連続的に変化させる第１の電界印加手段と、
を備えたことを特徴とする液体吐出装置。
【請求項４】
液体非吐出時に前記圧電体膜の配向方向と同一方向の電界を印加する第２の電界印加手段を備えたことを特徴とする請求項３に記載の液体吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電アクチュエータの駆動方法及び液体吐出装置に係り、特に振動板上に上部電極膜、圧電体膜、及び下部電極膜が順次積層された圧電アクチュエータの駆動方法及び液体吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、上部電極膜と下部電極膜との間に圧電体膜が設けられてなる圧電アクチュエータが知られており、例えば、インクジェット記録方式の記録ヘッド（インクジェットヘッド）に利用されている。この圧電アクチュエータは、一般に、圧力室の一壁面を構成する振動板上に下部電極膜、圧電体膜、及び上部電極膜が順次積層された構造となっており、圧電体膜に電界が印加されると、圧電体膜が厚み方向と垂直な方向に伸縮して振動板が圧力室側に凸状に撓むように変形し、これにより、圧力室内のインクが加圧され、該圧力室に連通するノズルからインク滴が吐出される。
【０００３】
近年、インクジェット記録方式による記録画像の品質に対する要求が高まっており、圧電アクチュエータの高性能化や信頼性を向上させることが技術的課題の１つに挙げられている。このような課題を解決するために、これまでに様々な技術が提案されている。
【０００４】
特許文献１には、圧電薄膜材料を成膜後に熱処理による結晶化工程なしに直接的に、例えばスパッタ法等で、結晶構造と優先配向面を制御した結晶性の圧電体を形成する方法が記載されている。
【０００５】
特許文献２には、圧電体の抗電界よりも低いマイナス電位である初期電位から圧力室を収縮させてインク滴を吐出させるプラス電位まで連続的に変化させる電位上昇工程を有する吐出駆動信号を圧電素子に印加する方法が記載されている。
【特許文献１】特開２００３−１８８４２９号公報
【特許文献２】特開２００３−２６０７９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
スパッタ法などで成膜された圧電体膜は、成膜時点で決まった方向（下部電極膜から上部電極膜に向かう方向）に配向性を有し、圧電体膜の配向方向と同方向の電界を印加すると電界強度に略比例した変位量が得られるのに対して、逆方向の電界を印加すると圧電体膜の抗電界近傍で変位方向が反転してしまう。このため、スパッタ法などで成膜された圧電体膜を備える圧電アクチュエータでは、圧電体膜の配向方向と同方向の電界を圧電体膜に印加するために、下部電極膜を個別電極（アドレス電極）とし、上部電極膜を共通電極（グランド電極）とする構成が一般的に採用される。上部電極膜を個別電極とする場合には、上部電極膜にマイナス電圧を供給しなければならず、プラス電圧を供給する場合に比べて、駆動ＩＣなどのコストが増加する要因となるためである。
【０００７】
一方、下部電極膜を個別電極とし、上部電極膜を共通電極とする場合、例えば振動板がシリコン基板で構成される場合には、振動板を通じて複数の下部電極膜（個別電極間）で電流リークが発生し、意図しないノズルからインク滴が吐出されてしまうといった電気的クロストークの問題が生じてしまう。また、静電容量の増大により、消費電力が大きくなってしまう弊害もある。
【０００８】
また、インクジェット記録方式において微液滴吐出を可能とするためには、ノズル内のメニスカスを引き込む動作とメニスカスを押し出す動作を連続的に行う、いわゆる「引き押し」によるインク吐出動作を行う必要がある。しかしながら、圧電体膜に対して一方向のみの電界を印加するだけで「引き押し」によるインク吐出動作を実現するためには、例えば、圧力室を収縮させてから、一旦元の状態に戻した後に、圧力室を再び収縮させなければならず、圧電アクチュエータに供給される駆動電圧波形が複雑となり、コスト増加の要因となる。
【０００９】
特許文献１に記載される方法では、圧電体の配向方向が下部電極から上部電極に向かう方向となり、上部電極を個別電極とする場合、プラス（圧力室側）の変位を得るためには、上部電極にマイナス電圧を供給しなければならず、上述したように、駆動ＩＣや電源などのコストが増加する要因となる。一方、下部電極を個別電極とする場合には、電気的クロストークの問題がある。
【００１０】
また、特許文献２に記載される方法では、圧電体の配向方向と同方向及び逆方向に電界を印加する必要がある。即ち、個別電極（上部電極又は下部電極）にプラス及びマイナスの電圧を供給しなければならず、マイナス電圧を供給する場合と同様に駆動ＩＣなどのコストが増加する要因となる。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、低コストで高性能な圧電アクチュエータの駆動方法及び液体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】
【００１２】
前記目的を達成するために、本発明に係る圧電アクチュエータの駆動方法は、振動板上に上部電極膜、圧電体膜、及び下部電極膜が順次積層された圧電アクチュエータの駆動方法であって、前記圧電体膜は前記下部電極膜から前記上部電極膜に向かう方向に配向性を有し、前記圧電体膜に対して前記圧電体膜の配向方向と反対方向に電界を印加するとともに、前記圧電体膜に印加する前記電界を前記圧電体膜の抗電界より小さい第１の電界強度から前記圧電体膜の抗電界より大きな第２の電界強度に連続的に変化させることを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、圧電アクチュエータの上部電極膜（個別電極）に比較的単純な波形の駆動信号（プラス電圧）を供給するだけで「引き押し」による駆動が可能となり、駆動ＩＣなどのコストを低減することができるともに、十分な変位特性を得ることができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の圧電アクチュエータの駆動方法の一態様に係り、前記圧電アクチュエータの非駆動時に、前記圧電体膜の配向方向と同一方向の電界を印加することを特徴とする。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、圧電アクチュエータの変位特性を回復させることができる。
【００１６】
また、前記目的を達成するために、請求項３に記載の発明に係る液体吐出装置は、液体を吐出するノズルに連通する圧力室と、前記圧力室の一壁面を構成する振動板上に上部電極膜、圧電体膜、及び下部電極膜が順次積層され、前記圧電体膜は前記下部電極膜から前記上部電極膜に向かう方向に配向されている圧電アクチュエータと、前記圧電体膜に対して前記圧電体膜の配向方向と反対方向に電界を印加するとともに、前記圧電体膜に印加する前記電界を前記圧電体膜の抗電界より小さい第１の電界強度から前記圧電体膜の抗電界より大きな第２の電界強度に連続的に変化させる第１の電界印加手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、圧電アクチュエータの上部電極膜（個別電極）に比較的単純な波形の駆動信号（プラス電圧）を供給するだけで「引き押し」による微液滴吐出が可能となり、駆動ＩＣなどのコストを低減することができるともに、画像品質を向上させることができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の液体吐出装置の一態様に係り、液体非吐出時に前記圧電体膜の配向方向と同一方向の電界を印加する第２の電界印加手段を備えたことを特徴とする。
【００１９】
請求項４に記載の発明によれば、圧電アクチュエータの変位特性を回復させることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、圧電アクチュエータの上部電極膜（個別電極）に比較的単純な波形の駆動信号（プラス電圧）を供給するだけで「引き押し」による駆動が可能となり、駆動ＩＣなどのコストを低減することができるともに、十分な変位特性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。
【００２２】
図１は、本発明の実施形態に係る記録ヘッド（インクジェットヘッド）の要部構成を示した断面図である。図１に示すように、本実施形態の記録ヘッド１０は、インクの吐出口となるノズル１２と、ノズル１２に連通する圧力室１４と、圧力室１４内の容積を変化させる圧電アクチュエータ１６とから主に構成される。
【００２３】
図示は省略するが、記録ヘッド１０の吐出面（ノズル面）には複数のノズル１２が２次元状（マトリクス状）に設けられている。記録ヘッド１０内部には、各ノズル１２にそれぞれ対応する圧力室１４が設けられており、各ノズル１２はそれぞれ対応する圧力室１４に連通している。各圧力室１４の一端（図１においてノズル１２が連通する側とは反対側の端部）にはそれぞれインク供給口１８が形成されている。各圧力室１４はそれぞれインク供給口１８を介して共通流路２０と連通しており、共通流路２０内のインクが各圧力室１４にそれぞれ分配供給される。なお、共通流路２０には、図９に示すインク貯蔵／装填部２１４に配置されるインクタンク（不図示）からインク供給が行われる。
【００２４】
図１に示す圧電アクチュエータ１６は、圧力室１４の壁面（図１の上面）を構成する振動板２２上の各圧力室１４にそれぞれ対応する位置に下部電極膜３０、圧電体膜３２、及び上部電極膜３４が順次積層された構造となっている。各圧力室１４に対応する下部電極膜３０、圧電体膜３２、及び上部電極膜３４は圧電素子３６を構成し、圧力室１４内のインクを加圧する圧力発生手段として機能する。
【００２５】
圧電体膜３２は、下部電極膜３０から上部電極膜３４に向かう方向に配向性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体膜（ＰＺＴ膜）であり、例えば、スパッタ法、ゾルゲル法、ＣＶＤ法によって成膜されたものである。この圧電体膜３２は、立方晶系又は正方晶系の（１００）面又は（００１）面に優先配向したペロブスカイト型酸化物であることが好ましく、大きな変位量を得ることができる。
【００２６】
下部電極膜３０及び上部電極膜３４は、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）などの電極材料で構成される。本実施形態では、上部電極膜３４が個別電極（アドレス電極）であり、下部電極膜３０が共通電極（グランド電極）である構造（上部アドレス構造）が採用され、下部電極膜（共通電極）３０は接地されている。
【００２７】
上部電極膜（個別電極）３４は、外部配線（例えばフレキシブルケーブル等）を介して駆動ＩＣ（ドライバＩＣ）３８と電気的に接続されている。この駆動ＩＣ３８は、プラス電圧を供給するもの（いわゆるプラスドライブ対応ＩＣ）である。プラスドライブ対応ＩＣは、マイナス電圧を供給するものに比べて安価であるという利点がある。駆動ＩＣ３８から上部電極膜３４にプラス電圧を供給することによって、スパッタ法で成膜された圧電体膜（ＰＺＴ膜）３２にはその配向方向（下部電極膜３０から上部電極膜３４に向かう方向）と逆方向の電界が印加される。
【００２８】
図２は、スパッタ法で成膜された圧電体膜３２の配向方向と逆方向の電界を印加したときの電界強度と変位量の関係を示した図である。また、図３は、圧電アクチュエータ１６の変位の様子を模式的に示した図である。なお、図２において、「変位量」は、上部電極膜３４から下部電極膜３０に向かう方向（図２の下方向）を正方向としたときの振動板２２の初期状態（電界が印加されない状態）からの最大変位量である。後述する図４及び図５についても同様である。
【００２９】
図２に示すように、スパッタ法で成膜された圧電体膜３２の配向方向と逆方向の電界を印加した場合、圧電体膜３２の抗電界（電界強度：約２．５ｋＶ／ｍｍ）を境として振動板２２の変位方向が反転する特性を有する。即ち、電界強度を徐々に増加させたとき、振動板２２は、電界強度が圧電体膜３２の抗電界より小さい場合には圧力室１４を膨張させる方向に変位するのに対して、電界強度が圧電体膜３２の抗電界より大きい場合には圧力室１４を収縮させる方向に変位する。
【００３０】
このため、電界強度が小さい場合（０〜約４．３ｋＶ／ｍｍ）には、振動板２２の変位量はマイナス側となり、圧力室１４とは反対側に凸状となる（図３（ａ））。一方、電界強度が大きい場合（約４．３ｋＶ／ｍｍ〜）には、振動板２２の変位量はプラス側となり、圧力室１４側に凸状となる（図３（ｂ））。
【００３１】
図４は、圧電アクチュエータ１６の上部電極膜（個別電極）３４に供給される駆動信号と変位量の関係を示した図である。図４（ａ）に示す駆動信号４０は、初期電位である最小電位Ｖ０から最大電位Ｖ１まで上昇する上昇波形４２と、最大電位Ｖ１を維持する維持波形４４と、最大電位Ｖ１から最小電位Ｖ０に下降する下降波形４６とから構成される台形状のパルス波形（電圧波形）である。また、圧電体膜３２の抗電界を発生する電位をＶｃとしたとき、電位の小さい方から順に、最小電位Ｖ０、電位Ｖｃ、最大電位Ｖ１となるように構成される（即ち、Ｖ０＜Ｖｃ＜Ｖ１）。但し、最小電位Ｖ０は０［Ｖ］以上とする（図４（ａ）では、Ｖ０＝０［Ｖ］である。）。また、最大電位Ｖ１は圧電体膜３２の配向方向と逆方向の電界を印加したときの変位量がプラス（圧力室１４側に凸状）となる電位とする。
【００３２】
図４（ａ）に示す駆動信号４０が圧電アクチュエータ１６の上部電極膜（個別電極）３４に供給されると、該圧電アクチュエータ１６の振動板２２は、上昇波形４２によって上部電極膜３４の電位が最小電位Ｖ０から電位Ｖｃまで上昇する間は圧力室１４を膨張させる方向に変位し、電位Ｖｃから最大電位Ｖ１に上昇する間は圧力室１４を収縮させる方向に変位する。
【００３３】
即ち、図４（ｂ）に示すように、圧電アクチュエータ１６の振動板２２は、上昇波形４２によって、初期状態（変位量０ｎｍ）から最小変位Ｄ０（但し、Ｄ０＜０）に変形する。このとき、圧力室１４は膨張して（図３（ａ）参照）、ノズル１２内のメニスカス（インクメニスカス）が一旦圧力室１４側に引き込まれる。続いて、圧電アクチュエータ１６の振動板２２は、最小変位Ｄ０から最大変位Ｄ１（但し、Ｄ１＞０）に変形する。このとき、圧力室１４は収縮して（図３（ｂ）参照）、圧力室１４内のインクは加圧され、ノズル１２からインク滴が吐出される。
【００３４】
換言すれば、圧電体膜３２の配向方向と逆方向に電界を印加する際、該圧電体膜３２に印加する電界を圧電体膜３２の抗電界より小さい第１の電界強度（最小変位Ｄ０に対応）から圧電体膜３２の抗電界より大きな第２の電界強度（最大変位Ｄ１に対応）に連続的に変化させるだけで、圧力室１４の膨張と収縮を連続的に行うことができる。
【００３５】
その後、維持波形４４によって上部電極膜３４の電位が最大電位Ｖ１に一定時間維持された後、圧電アクチュエータ１６の振動板２２は、下降波形４６によって上部電極膜３４の電位が最大電位Ｖ１から電位Ｖｃまで下降する間は最大変位Ｄ１から最小変位Ｄ０に変形し（図３（ａ）参照）、電位Ｖｃから最小電位Ｖ０に下降する間に最小変位Ｄ０から初期状態に戻る。
【００３６】
このように本実施形態の駆動方法によれば、圧電体膜３２の配向方向と逆方向の電界を印加したときの特性を利用して、いわゆるプラスドライブ対応の駆動ＩＣから上部電極膜（個別電極）３４に比較的単純な波形の駆動信号（プラス電圧）を供給することにより、圧力室１４の膨張と収縮を連続的に行うことができ、いわゆる「引き押し」によるインク吐出を行うことが可能となる。この結果、駆動ＩＣなどのコストを低減することができるともに、十分な吐出特性を得ることができる。
【００３７】
また、「引き押し」によるインク吐出を行うことによって、微液滴吐出が可能となり、画像品質を向上させることができる。また、圧電アクチュエータ１６の高周波駆動も可能となり、記録ヘッド１０による記録速度の向上を図ることもできる。
【００３８】
なお、バルク圧電体の分極方向と逆方向に電界を印加した場合には、スパッタ法で成膜された圧電体膜３２のような挙動を得ることはできない。バルク圧電体の分極方向と逆方向に電界を印加した場合には、図１２に示すように、電界強度の増加に従って変位量も徐々に増加するため、振動板２２をマイナス側（圧力室１４とは反対側）に変位させることはできない。即ち、図４（ａ）に示すような比較的単純な波形で「引き押し」によるインク吐出を行うことはできない。また、バルク圧電体では、電界強度を増加させる場合と減少させる場合とで変位量が異なってしまう。
【００３９】
本実施形態の駆動方法を用いると、圧電体膜３２の配向方向と逆方向に印加される電界の影響によって圧電アクチュエータ１６の変位特性が変化してしまい、圧力室１４とは反対側への変位量が初期状態に比べて減少することがある。図５は、圧電体膜３２の配向方向と逆方向の電界を印加したときの変位量の変化の様子を示した図であり、実線は初期状態を表し、破線は変位量が低下したときの状態を表している。図５に示すように、圧力室１４とは反対側であるマイナスの変位量が減少した場合には、圧電体膜３２の配向方向と同一方向の電界を印加することにより、圧電アクチュエータ１６の変位特性を初期状態に回復させることができる。従って、上記のような圧電アクチュエータ１６の変位特性の変化を未然に防止する観点から、圧電アクチュエータ１６の非駆動時（インク非吐出時）に、定期的又は不定期に圧電体膜３２と同一方向の電界を印加することが好ましい。
【００４０】
図６は、圧電アクチュエータ１６の変位特性を回復させる機構（変位特性回復機構）を示した概略図である。図６に示す変位特性回復機構５０は、プラスドライブ対応の駆動ＩＣ３８から供給される駆動信号（プラス電圧）の供給先を上部電極膜３４及び下部電極膜３０間で切替可能な第１のスイッチ手段５４と、接地手段５６の接続先を上部電極膜３４及び下部電極膜３０間で切替可能な第２のスイッチ手段５８と、第１及び第２のスイッチ手段５４、５８の切り替えを制御する制御手段６０と、から主に構成される。通常、第１のスイッチ手段５４は上部電極膜３４側になっており、駆動ＩＣ３８と上部電極膜３４が電気的に接続されるとともに、第２のスイッチ手段５８は下部電極膜３０側になっており、接地手段５６と下部電極膜３０が電気的に接続される。制御手段６０は、圧電アクチュエータ１６の変位特性を回復させる必要があると判断した場合には、第１のスイッチ手段５４を下部電極膜３０側に切り替えて、駆動ＩＣ３８と下部電極膜３０を電気的に接続するとともに、第２のスイッチ手段５８を上部電極膜３４側に切り替えて、接地手段５６と上部電極膜３４を電気的に接続する。例えば、前回の切り替えから所定の基準時間が経過した場合に切り替えるようにしてもよいし、圧電アクチュエータ１６の駆動回数が基準値を超えた場合に切り替えるようにしてもよい。このようにして圧電体膜３２と同一方向の電界を定期的又は不定期に印加することにより、圧電アクチュエータ１６の変位特性を回復させることができる。
【００４１】
次に、本実施形態の記録ヘッド１０の製造方法について図７及び図８を参照しながら説明する。
【００４２】
まず、表面に絶縁層１０８が形成されたＳＯＩ基板１００を用意する（図７（ａ））。ＳＯＩ基板１００は、シリコン基板（Ｓｉ基板）で構成される支持体１０２と、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）で構成されるＢｏｘ層１０４と、シリコン基板（Ｓｉ基板）で構成される活性層１０６とから構成される多層基板である。本例の絶縁層１０８はシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）で構成され、熱酸化法、スパッタ法、ＣＶＤ法などの方法で形成することができる。絶縁層１０８は、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３などの酸化物、ＳｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＴｉＡｌＣｒＮなどの窒化物、ＳｉＯＮなどの酸窒化物、樹脂などで構成されていてもよい。
【００４３】
次に、絶縁層１０８の表面全体に下部電極膜１１０を形成する（図７（ｂ））。下部電極膜１１０の材料としては、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｔｉ等の電極材料が挙げられる。下部電極膜１１０の形成方法としては、スパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法などの方法がある。下部電極膜１１０の厚さは、例えば１００〜３００ｎｍである。続いて、エッチングにより下部電極膜１１０のパターニングを行う（図７（ｃ））。具体的には、ドライエッチング（ＲＩＥ）により下部電極膜１１０を圧力室１４（図１参照）毎に個別化する。絶縁層１０８上に下部電極膜１１０をベタ成膜してエッチングする工程に代えて、レジストを用いたリフトオフ成膜によって下部電極膜１１０を各圧力室１４にそれぞれ対応する位置に形成してもよい。
【００４４】
次に、絶縁層１０８上の下部電極膜１１０を覆うようにして、ＳＯＩ基板１００の上面側に圧電体膜１１２を形成する（図７（ｄ））。具体的には、下部電極膜１１０から上部電極膜１１４（図７（ｅ）参照）に向かう方向に優先配向した圧電体膜１１２を成膜する。この圧電体膜１１２は、立方晶系又は正方晶系の（１００）面又は（００１）面に優先配向したペロブスカイト型酸化物である。このような配向性をもつ圧電体膜１１２の成膜方法としては、スパッタ法、ゾルゲル法、ＣＶＤ法などが挙げられる。本例では、スパッタ法により、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｏ３）からなる圧電体膜（ＰＺＴ膜）１１２を成膜する。このときの成膜条件（スパッタ条件）は、圧電体膜１１２の成膜温度（基板温度）は４５０℃、トータルガス圧力は０．３Ｐａ、スパッタ電力は６００Ｗである。また、圧電体膜１１２の膜厚は、例えば１〜５μｍである。
【００４５】
次に、圧電体膜１１２の表面全体に上部電極膜１１４を形成する（図７（ｅ））。上部電極膜１１４の材料は、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｕ等の電極材料が挙げられる。上部電極膜１１４の形成方法は、スパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法などがある。上部電極膜１１４の厚みは、例えば１００〜３００ｎｍである。
【００４６】
次に、エッチングにより上部電極膜１１４のパターニングを行う（図８（ａ））。具体的には、フッ素系ガス又は塩素系ガスを用いたドライエッチング（ＲＩＥ）によって上部電極膜１１４をパターニングする。圧電体膜１１２上に上部電極膜１１４をベタ成膜してエッチングする工程に代えて、レジストを用いたリフトオフ成膜によって上部電極膜１１４を圧電体膜１１２上に形成してもよい。
【００４７】
次に、エッチングにより圧電体膜１１２のパターニングを行う（図８（ｂ））。具体的には、上部電極膜１１４と同様、フッ素系ガス又は塩素系ガスを用いたドライエッチング（ＲＩＥ）によって上部電極膜１１４をパターニングする。このとき、絶縁層１０８上に圧電体膜１１２が残らないようにエッチングにより除去することが好ましく、圧電体膜１１２の剥離を防止することができる。また、図示は省略するが、上部電極膜１１４及び圧電体膜１１２を同時にエッチングする態様もある。
【００４８】
次に、ＳＯＩ基板１００の下面側を構成する支持体（シリコン基板）１０２に対して、エッチング等により圧力室１４となる開口部１１６を形成する（図８（ｃ））。続いて、ノズル１２や共通流路２０などが形成された流路形成基板１１８をＳＯＩ基板１００の下面側に接合する（図８（ｄ））。
【００４９】
最後に、導電性接着剤を用いて上部電極膜１１４に外部配線１２０の一端を接着することにより、本実施形態の記録ヘッド１０を得ることができる（図８（ｅ））。
【００５０】
図９は、インクジェット記録装置の概略を示す全体構成図である。図９に示すように、このインクジェット記録装置２００は、インクの色毎に設けられた複数の記録ヘッド２１２Ｋ、２１２Ｃ、２１２Ｍ、２１２Ｙを有する印字部２１２と、各記録ヘッド２１２Ｋ、２１２Ｃ、２１２Ｍ、２１２Ｙに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部２１４と、記録紙２１６を供給する給紙部２１８と、記録紙２１６のカールを除去するデカール処理部２２０と、前記印字部２１２のノズル面（インク吐出面）に対向して配置され、記録紙２１６の平面性を保持しながら記録紙２１６を搬送する吸着ベルト搬送部２２２と、印字部２１２による印字結果を読み取る印字検出部２２４と、印画済みの記録紙（プリント物）を外部に排紙する排紙部２２６と、を備えている。各記録ヘッド２１２Ｋ、２１２Ｃ、２１２Ｍ、２１２Ｙはそれぞれ図１に示した記録ヘッド１０に相当するものである。
【００５１】
図９では、給紙部２１８の一例としてロール紙（連続用紙）のマガジンが示されているが、紙幅や紙質等が異なる複数のマガジンを併設してもよい。また、ロール紙のマガジンに代えて、又はこれと併用して、カット紙が積層装填されたカセットによって用紙を供給してもよい。
【００５２】
ロール紙を使用する装置構成の場合、図９のように、裁断用のカッター２２８が設けられており、該カッター２２８によってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター２２８は、記録紙２１６の搬送路幅以上の長さを有する固定刃２２８Ａと、該固定刃２２８Ａに沿って移動する丸刃２２８Ｂとから構成されており、印字裏面側に固定刃２２８Ａが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃２２８Ｂが配置されている。なお、カット紙を使用する場合には、カッター２２８は不要である。
【００５３】
複数種類の記録紙を利用可能な構成にした場合、紙の種類情報を記録したバーコードあるいは無線タグ等の情報記録体をマガジンに取り付け、その情報記録体の情報を所定の読取装置によって読み取ることで、使用される用紙の種類を自動的に判別し、用紙の種類に応じて適切なインク吐出を実現するようにインク吐出制御を行うことが好ましい。
【００５４】
給紙部２１８から送り出される記録紙２１６はマガジンに装填されていたことによる巻き癖が残り、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部２２０においてマガジンの巻き癖方向と逆方向に加熱ドラム２３０で記録紙２１６に熱を与える。このとき、多少印字面が外側に弱いカールとなるように加熱温度を制御するとより好ましい。
【００５５】
デカール処理後、カットされた記録紙２１６は、吸着ベルト搬送部２２２へと送られる。吸着ベルト搬送部２２２は、ローラー２３１、２３２間に無端状のベルト２３３が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部２１２のノズル面及び印字検出部２２４のセンサ面に対向する部分が平面をなすように構成されている。
【００５６】
ベルト２３３は、記録紙２１６の幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引孔（不図示）が形成されている。図９に示したとおり、ローラー２３１、２３２間に掛け渡されたベルト２３３の内側において印字部２１２のノズル面及び印字検出部２２４のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバー２３４が設けられており、この吸着チャンバー２３４をファン２３５で吸引して負圧にすることによってベルト２３３上の記録紙２１６が吸着保持される。
【００５７】
ベルト２３３が巻かれているローラー２３１、２３２の少なくとも一方にモータ（不図示）の動力が伝達されることにより、ベルト２３３は図９において、時計回り方向に駆動され、ベルト２３３上に保持された記録紙２１６は、図９の左から右へと搬送される。
【００５８】
縁無しプリント等を印字するとベルト２３３上にもインクが付着するので、ベルト２３３の外側の所定位置（印字領域以外の適当な位置）にベルト清掃部２３６が設けられている。ベルト清掃部２３６の構成について詳細は図示しないが、例えば、ブラシ・ロール、吸水ロール等をニップする方式、清浄エアーを吹き掛けるエアーブロー方式、あるいはこれらの組み合わせなどがある。清掃用ロールをニップする方式の場合、ベルト線速度とローラー線速度を変えると清掃効果が大きい。
【００５９】
なお、吸着ベルト搬送部２２２に代えて、ローラー・ニップ搬送機構を用いる態様も考えられるが、印字領域をローラー・ニップ搬送すると、印字直後に用紙の印字面にローラーが接触するので、画像が滲み易いという問題がある。従って、本例のように、印字領域では画像面と接触させない吸着ベルト搬送が好ましい。
【００６０】
吸着ベルト搬送部２２２により形成される用紙搬送路上において印字部２１２の上流側には、加熱ファン２４０が設けられている。加熱ファン２４０は、印字前の記録紙２１６に加熱空気を吹きつけ、記録紙２１６を加熱する。印字直前に記録紙２１６を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。
【００６１】
印字部２１２は、最大紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドを紙搬送方向（副走査方向）と直交する方向（主走査方向）に配置した、いわゆるフルライン型のヘッドとなっている。印字部２１２を構成する各記録ヘッド２１２Ｋ、２１２Ｃ、２１２Ｍ、２１２Ｙは、本インクジェット記録装置２００が対象とする最大サイズの記録紙２１６の少なくとも一辺を超える長さにわたってインク吐出口（ノズル）が複数配列されたライン型ヘッドで構成されている（図１０参照）。
【００６２】
記録紙２１６の搬送方向（紙搬送方向）に沿って上流側（図９の左側）から黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の順に各色インクに対応した記録ヘッド２１２Ｋ、２１２Ｃ、２１２Ｍ、２１２Ｙが配置されている。記録紙２１６を搬送しつつ各記録ヘッド２１２Ｋ、２１２Ｃ、２１２Ｍ、２１２Ｙからそれぞれ色インクを吐出することにより記録紙２１６上にカラー画像を形成し得る。
【００６３】
このように、紙幅の全域をカバーするフルラインヘッドがインク色毎に設けられてなる印字部２１２によれば、紙搬送方向（副走査方向）について記録紙２１６と印字部２１２を相対的に移動させる動作を一回行うだけで（すなわち、一回の副走査で）記録紙２１６の全面に画像を記録することができる。これにより、記録ヘッドが紙搬送方向と直交する方向（主走査方向）に往復動作するシャトル型ヘッドに比べて高速印字が可能であり、生産性を向上させることができる。
【００６４】
なお本例では、ＫＣＭＹの標準色（４色）の構成を例示したが、インク色や色数の組み合わせについては本実施形態には限定されず、必要に応じて淡インク、濃インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタ等のライト系インクを吐出する記録ヘッドを追加する構成も可能である。
【００６５】
図９に示したように、インク貯蔵／装填部２１４は、各記録ヘッド２１２Ｋ、２１２Ｃ、２１２Ｍ、２１２Ｙに対応する色のインクを貯蔵するタンクを有し、各タンクは図示を省略した管路を介して各記録ヘッド２１２Ｋ、２１２Ｃ、２１２Ｍ、２１２Ｙと連通されている。また、インク貯蔵／装填部２１４は、インク残量が少なくなるとその旨を報知する報知手段（表示手段、警告音発生手段等）を備えるとともに、色間の誤装填を防止するための機構を有している。
【００６６】
印字検出部２２４は、印字部２１２の打滴結果を撮像するためのイメージセンサ（ラインセンサ等）を含み、該イメージセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まりその他の吐出不良をチェックする手段として機能する。
【００６７】
本例の印字検出部２２４は、少なくとも各記録ヘッド２１２Ｋ、２１２Ｃ、２１２Ｍ、２１２Ｙによるインク吐出幅（画像記録幅）よりも幅の広い受光素子列を有するラインセンサで構成される。このラインセンサは、赤（Ｒ）の色フィルタが設けられた光電変換素子（画素）がライン状に配列されたＲセンサ列と、緑（Ｇ）の色フィルタが設けられたＧセンサ列と、青（Ｂ）の色フィルタが設けられたＢセンサ列とからなる色分解ラインＣＣＤセンサで構成されている。なお、ラインセンサに代えて、受光素子が二次元配列されて成るエリアセンサを用いることも可能である。
【００６８】
印字検出部２２４は、各色の記録ヘッド２１２Ｋ、２１２Ｃ、２１２Ｍ、２１２Ｙにより印字されたテストパターンを読み取り、各ヘッドの吐出検出を行う。吐出判定は、吐出の有無、ドットサイズの測定、ドット着弾位置の測定等で構成される。
【００６９】
印字検出部２２４の後段には、後乾燥部２４２が設けられている。後乾燥部２４２は、印字された画像面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けたほうが好ましいので、熱風を吹きつける方式が好ましい。
【００７０】
多孔質のペーパに染料系インクで印字した場合などでは、加圧によりペーパの孔を塞ぐことでオゾンなど、染料分子を壊す原因となるものと接触することを防ぐことで画像の耐候性がアップする効果がある。
【００７１】
後乾燥部２４２の後段には、加熱・加圧部２４４が設けられている。加熱・加圧部２４４は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラー２４５で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。
【００７２】
このようにして生成されたプリント物は、排紙部２２６から排出される。本来プリントすべき本画像（目的の画像を印刷したもの）とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット記録装置２００では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部２２６Ａ、２２６Ｂへと送るために排紙経路を切り換える選別手段（不図示）が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列に形成する場合は、カッター（第２のカッター）２４８によってテスト印字の部分を切り離す。カッター２４８は、排紙部２２６の直前に設けられており、画像余白部にテスト印字を行った場合に、本画像とテスト印字部を切断するためのものである。カッター２４８の構造は前述した第１のカッター２２８と同様であり、固定刃２４８Ａと丸刃２４８Ｂとから構成されている。また、図示を省略したが、本画像の排出部２２６Ａには、オーダー別に画像を集積するソーターが設けられている。
【００７３】
図１１は、インクジェット記録装置２００の制御系を示す要部ブロック図である。インクジェット記録装置２００は、通信インターフェース２７０、システムコントローラ２７２、画像メモリ２７４、モータドライバ２７６、ヒータドライバ２７８、プリント制御部２８０、画像バッファメモリ２８２、ヘッドドライバ２８４等を備えている。
【００７４】
通信インターフェース２７０は、ホストコンピュータ２８６から送られてくる画像データを受信するインターフェース部である。通信インターフェース２７０にはＵＳＢ（Universal Serial Bus）、ＩＥＥＥ１３９４、イーサネット（登録商標）、無線ネットワークなどのシリアルインターフェースやセントロニクスなどのパラレルインターフェースを適用することができる。この部分には、通信を高速化するためのバッファメモリ（不図示）を搭載してもよい。ホストコンピュータ２８６から送出された画像データは通信インターフェース２７０を介してインクジェット記録装置２００に取り込まれ、一旦画像メモリ２７４に記憶される。
【００７５】
画像メモリ２７４は、通信インターフェース２７０を介して入力された画像を一旦格納する記憶手段であり、システムコントローラ２７２を通じてデータの読み書きが行われる。画像メモリ２７４は、半導体素子からなるメモリに限らず、ハードディスクなど磁気媒体を用いてもよい。
【００７６】
システムコントローラ２７２は、通信インターフェース２７０、画像メモリ２７４、モータドライバ２７６、ヒータドライバ２７８等の各部を制御する制御部である。システムコントローラ２７２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びその周辺回路等から構成され、ホストコンピュータ２８６との間の通信制御、画像メモリ２７４の読み書き制御等を行うとともに、搬送系のモータ２８８やヒータ２８９を制御する制御信号を生成する。
【００７７】
モータドライバ２７６は、システムコントローラ２７２からの指示に従ってモータ２８８を駆動するドライバ（駆動回路）である。ヒータドライバ２７８は、システムコントローラ２７２からの指示に従って後乾燥部２４２その他各部のヒータ２８９を駆動するドライバである。
【００７８】
プリント制御部２８０は、システムコントローラ２７２の制御に従い、画像メモリ２７４内の画像データから印字制御用の信号を生成するための各種加工、補正などの処理を行う信号処理機能を有し、生成した印字制御信号（ドットデータ）をヘッドドライバ２８４に供給する制御部である。プリント制御部２８０において所要の信号処理が施され、該画像データに基づいてヘッドドライバ２８４を介して記録ヘッド２１２Ｋ、２１２Ｃ、２１２Ｍ、２１２Ｙのインク滴の吐出量や吐出タイミングの制御が行われる。これにより、所望のドットサイズやドット配置が実現される。
【００７９】
プリント制御部２８０には画像バッファメモリ２８２が備えられており、プリント制御部２８０における画像データ処理時に画像データやパラメータなどのデータが画像バッファメモリ２８２に一時的に格納される。なお、図１１において画像バッファメモリ２８２はプリント制御部２８０に付随する態様で示されているが、画像メモリ２７４と兼用することも可能である。また、プリント制御部２８０とシステムコントローラ２７２とを統合して１つのプロセッサで構成する態様も可能である。
【００８０】
ヘッドドライバ２８４は、プリント制御部２８０から与えられるドットデータに基づいて各色の記録ヘッド２１２Ｋ、２１２Ｃ、２１２Ｍ、２１２Ｙの圧電アクチュエータ１６（図１参照）を駆動するための駆動信号を生成し、圧電アクチュエータ１６に生成した駆動信号を供給する。ヘッドドライバ２８４には記録ヘッド２１２Ｋ、２１２Ｃ、２１２Ｍ、２１２Ｙの駆動条件を一定に保つためのフィードバック制御系を含んでいてもよい。
【００８１】
印字検出部２２４は、図９で説明したように、ラインセンサを含むブロックであり、記録紙２１６に印字された画像を読み取り、所要の信号処理などを行って印字状況（吐出の有無、打滴のばらつきなど）を検出し、その検出結果をプリント制御部２８０に提供する。
【００８２】
プリント制御部２８０は、必要に応じて印字検出部２２４から得られる情報に基づいて記録ヘッド２１２Ｋ、２１２Ｃ、２１２Ｍ、２１２Ｙに対する各種補正を行う。
【００８３】
以上、本発明の圧電アクチュエータの駆動方法及び液体吐出装置について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本実施形態の記録ヘッドの構成例の一部を示した断面図
【図２】圧電体膜の配向方向と逆方向の電界を印加したときの電界強度と変位量の関係を示した図
【図３】圧電アクチュエータが変位する様子を模式的に示した図
【図４】圧電アクチュエータに供給される駆動信号と変位量の関係を示した図
【図５】圧電体膜の配向方向と逆方向の電界を印加したときの変位量の変化の様子を示した図
【図６】圧電アクチュエータの変位特性を回復させる機構を示した概略図
【図７】本実施形態の記録ヘッドの製造方法を示した工程図
【図８】本実施形態の記録ヘッドの製造方法を示した工程図
【図９】インクジェット記録装置の概略を示す全体構成図
【図１０】インクジェット記録装置の印字部周辺を示した要部平面図
【図１１】インクジェット記録装置の制御系を示す要部ブロック図
【図１２】バルク圧電体の分極方向と逆方向に電界を印加したときの電界強度と変位量の関係を示した図
【符号の説明】
【００８５】
１０…記録ヘッド、１２…ノズル、１４…圧力室、１６…圧電アクチュエータ、２０…共通流路、２２…振動板、３０…下部電極膜、３２…圧電体膜、３４…上部電極膜、３６…圧電素子、３８…駆動ＩＣ、１００…ＳＯＩ基板、１０８…絶縁層、１１０…下部電極膜、１１２…圧電体膜、１１４…上部電極膜、２００…インクジェット記録装置
【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】
2009113316.tif 000009
【図８】
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【図９】
2009113316.tif 000011
【図１０】
2009113316.tif 000012
【図１１】
2009113316.tif 000013
【図１２】
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