JP2004338326A - インクジェット記録装置およびその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】再分極処理が必要な時期を正確に見極めて適切な時期に再分極処理を行うことができるインクジェット記録装置およびその制御方法を提供することである。
【解決手段】圧電セラミック層１２、該圧電セラミック層１２の一方の表面に配置された共通電極１４および圧電セラミック層１４の他方の表面に配列された複数の個別電極１５を備えた圧電アクチュエータ１６を有するインクジェット記録ヘッド１１と、圧電セラミック層１２における個別電極１５が配列された面と同じ面に、個別電極１５と共通電極１４との間の静電容量を検査するために設けられた検査用電極２１と、この検査用電極２１による検査結果に基づいて再分極処理が必要であると判断された場合に、個別電極１５と共通電極１４との間に分極電圧を印加して圧電セラミック層１２を再分極する再分極処理手段とを備えたインクジェット記録装置およびその制御方法である。
【選択図】 図１
【解決手段】圧電セラミック層１２、該圧電セラミック層１２の一方の表面に配置された共通電極１４および圧電セラミック層１４の他方の表面に配列された複数の個別電極１５を備えた圧電アクチュエータ１６を有するインクジェット記録ヘッド１１と、圧電セラミック層１２における個別電極１５が配列された面と同じ面に、個別電極１５と共通電極１４との間の静電容量を検査するために設けられた検査用電極２１と、この検査用電極２１による検査結果に基づいて再分極処理が必要であると判断された場合に、個別電極１５と共通電極１４との間に分極電圧を印加して圧電セラミック層１２を再分極する再分極処理手段とを備えたインクジェット記録装置およびその制御方法である。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット方式のプリンタおよびその制御方法に関し、より詳しくはインクジェット記録ヘッドに圧電アクチュエータを有するインクジェット記録装置およびその制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パーソナルコンピュータの普及やマルチメディアの発達に伴って、情報を記録媒体に出力する記録装置として、インクジェット方式のプリンタの利用が急速に拡大している。かかるプリンタにはインクジェット記録ヘッドが搭載されている。このインクジェット記録ヘッドとしては、ヘッドの小型薄型化が容易で、高精度の印字が可能になり、電気信号に対する応答速度が１０−６秒台と非常に高速であるという点で、圧電方式が広く用いられている。
【０００３】
この種のインクジェット記録ヘッドは、一般に、積層された複数の圧電セラミック層と、該圧電セラミック層の間に配置された共通電極と、最上層の前記圧電セラミック層の表面に配列された複数の個別電極とを備えた圧電アクチュエータを、インク吐出孔を有する複数のインク流路が配列された流路部材上に、インク流路と個別電極との位置を揃えて取り付けたものである。そして、共通電極と所定の個別電極との間に駆動電圧を印加して個別電極直下の圧電セラミック層を変位させることにより、インク流路内のインクを加圧して、流路部材の底面に開口したインク吐出孔からインク滴を吐出する。
【０００４】
上記の圧電セラミック層は、印加される駆動電圧に応答して変形するように、予め分極処理が施されている。分極処理は、通常、圧電セラミック層に高電圧を印加することにより内部の電気双極子を一方向に揃えることによって行われる。
【０００５】
ところが、圧電アクチュエータの製造工程では、圧電セラミック層を分極した後で、寸法調整のための加工や接着剤の硬化のための加熱などにより圧電セラミック層が高温になることによって、圧電セラミック層の分極状態が悪影響を受け、分極状態が劣化して圧電アクチュエータの圧電特性が低下するという問題があった。
【０００６】
この問題に対して、特許文献１には、圧電セラミック層の分極状態に影響を及ぼす処理を行った後に圧電セラミック層に分極処理を施すことが提案されている。この特許文献１に記載された方法によれば、最適な状態に分極処理された圧電セラミック層を得ることができるとされている。
【０００７】
しかしながら、特許文献１の方法ではインクジェット記録装置を製造した直後には良好な圧電特性を示し優れた画質の印刷を行うことができるものの、製品出荷後には周囲の様々な環境から影響を受けるため、時間の経過とともに圧電セラミック層の分極状態が劣化して画質が低下するという問題がある。
【０００８】
この問題に対して、特許文献２および特許文献３には、圧電セラミック層に分極電圧を印加して圧電セラミック層を再分極する再分極処理手段を備えたインクジェット記録装置が開示されている。これらの特許文献２および特許文献３に記載されたインクジェット記録装置によれば、製品出荷後に時間の経過とともに圧電セラミック層の分極状態が劣化した場合でも、圧電セラミック層を再分極して圧電特性を回復させることができるので、画質を良好な状態に維持することができるとされている。
【０００９】
また、上記特許文献３には、前記再分極処理手段に加えて、さらに圧電アクチュエータの静電容量を測定する測定手段（静電容量センサ）を備えたインクジェット記録装置が提案されている。このインクジェット記録装置では、静電容量センサからの検出信号に基づいて圧電アクチュエータの静電容量が予め定めた基準値以下か否かをチェックし、静電容量が低下して基準値以下となっているときには再分極処理を行う。このインクジェット記録装置によれば、上記のように静電容量の測定結果に基づいて再分極処理を行うようにすることで、再分極回数を少なくすることができ、無駄を省けるとされている。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１０−１９３６２３号公報
【特許文献２】
特許第３０２４５３３号公報
【特許文献３】
特開平９−１４１８５９号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献３には、上記測定手段として静電容量センサ（特許文献３の図４参照）という語句が記載されているのみであり、具体的な測定手段はなんら記載されておらず、具体的にどのようにして静電容量を測定するのか明確ではない。
【００１２】
本発明の目的は、再分極処理が必要とされる時期を正確に見極めて適切な時期に再分極処理を行うことができるインクジェット記録装置およびその制御方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、個別電極が配列された面と同じ側の圧電セラミック層の表面に個別電極とは別に設けた検査用の電極と共通電極との間の静電容量値が、個別電極と共通電極との間の静電容量値と高い相関性を有するという知見を得た。この知見に基づいて、本発明者らは、検査用電極と共通電極間の静電容量の測定結果を基にすれば、個別電極と共通電極との間の静電容量を正確に把握し圧電セラミック層の分極状態が劣化しているか否かを正確に見極めることができるので、適切な時期に再分極処理を行うことができるという新たな事実を見出し、本発明を完成するに至った。
【００１４】
すなわち、本発明のインクジェット記録装置およびその制御方法は、以下の構成からなる。
（１） 圧電セラミック層と該圧電セラミック層の一方の表面に配置された共通電極と前記圧電セラミック層の他方の表面に配列された複数の個別電極とを備えた圧電アクチュエータを有するインクジェット記録ヘッドと、前記圧電セラミック層における前記個別電極が配列された面と同じ面に、前記個別電極と前記共通電極との間の静電容量を検査するために設けられた検査用電極と、この検査用電極による検査結果に基づいて、前記個別電極と前記共通電極との間に分極電圧を印加して前記圧電セラミック層を再分極するための再分極処理手段とを備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
（２） 前記検査用電極が、前記圧電セラミック層の表面の相互に離隔した複数箇所に設けられている（１）記載のインクジェット記録装置。
（３） 前記検査用電極が、四角形の前記圧電セラミック層の四隅に設けられている（２）記載のインクジェット記録装置。
（４） 前記分極電圧と、印字時に前記個別電極と前記共通電極との間に印加する駆動電圧とが同じ電源から印加されるように配線されている（１）〜（３）のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
（５） 前記圧電アクチュエータの厚みが１００μｍ以下である（１）〜（４）のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
（６） 前記（１）〜（５）のいずれかに記載のインクジェット記録装置の制御方法であって、前記検査用電極と前記共通電極との間の静電容量を計測し、この計測結果に基づいて再分極処理の要否を判断し、再分極が必要であると判断された場合に前記個別電極と前記共通電極との間に分極電圧を印加して前記圧電セラミック層を再分極することを特徴とするインクジェット記録装置の制御方法。
（７） 印字時に前記個別電極と前記共通電極との間に印加する駆動電圧が引き打ち方式であり、前記分極電圧が前記駆動電圧の１．２〜５倍である（６）記載のインクジェット記録装置の制御方法。
（８） 印字時に前記個別電極と前記共通電極との間に印加する駆動電圧が押し打ち方式であり、前記分極電圧が前記駆動電圧と略同一かそれより大きい（６）記載のインクジェット記録装置の制御方法。
（９） 前記分極電圧の印加時間が１０秒以下である（６）〜（８）のいずれかに記載のインクジェット記録装置の制御方法。
（１０） 前記分極電圧が１５〜５０Ｖである（６）〜（９）のいずれかに記載のインクジェット記録装置の制御方法。
【００１５】
前記（２）記載のインクジェット記録装置によれば、前記検査用電極が圧電セラミック層の表面の相互に離隔した複数箇所に設けられているので、静電容量の検査精度がより向上する。
【００１６】
前記（３）記載のインクジェット記録装置によれば、圧電セラミック層の四隅、すなわち圧電セラミック層のデッドスペースに検査用電極を配置することで、個別電極の配列の妨げになることがないので、圧電アクチュエータを小型化・高集積化する上で弊害が生じず、スペースを有効利用することができる。また、圧電アクチュエータは、個別電極が配列されている部分以外に余白が多く存在すると、焼成後に反りが発生しやすいが、上記のように四隅の余白に検査用電極を配置することにより、反りが生じるのを抑制することができ、圧電アクチュエータの寸法精度も向上する。
【００１７】
前記（４）記載のインクジェット記録装置によれば、駆動電圧と分極電圧の電源が共用されているので、電源コストの上昇を抑制でき、装置の小型化に寄与できる。
【００１８】
前記（５）記載のインクジェット記録装置によれば、圧電アクチュエータの厚みが１００μｍ以下と薄く形成されているので、駆動電圧および分極電圧を小さくでき、電源の小型化と省電力化を実現できる。
【００１９】
前記（６）記載のインクジェット記録装置の制御方法によれば、検査用電極と共通電極との間の静電容量の計測結果に基づいて再分極処理の要否を判断し、再分極処理が必要であると判断された場合に圧電セラミック層を再分極することによって、再分極処理を必要以上に行わなず、必要な時期にのみ行うことができるので、製品出荷後においても常に安定した圧電特性を得ることができるとともに、ランニングコストを削減することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態にかかるインクジェット記録装置およびその制御方法について詳細に説明する。本実施形態のインクジェット記録装置は、後述するインクジェット記録ヘッドを備え用紙への印字を行う印刷手段と、この印刷手段にインクを供給するインク供給手段と、プリンタの各部位に電力を供給する電力供給手段と、用紙を搬送する印刷媒体搬送手段と、インクジェット記録ヘッドにおける圧電アクチュエータ内に配置された個別電極と共通電極との間に分極電圧を印加して圧電セラミック層を再分極する再分極処理手段とを備えている。
【００２１】
図１は、本実施形態のインクジェット記録装置に備えられたインクジェット記録ヘッドを示す断面図である。図１に示すように、このインクジェット記録ヘッド１１は、セラミック層１３上に、圧電セラミック層１２と、該圧電セラミック層１２の一方の表面に配置された共通電極１４と、圧電セラミック層１２の他方の表面に配列された複数の個別電極１５とを備えた圧電アクチュエータ１６を、インク吐出孔１７を有する複数のインク流路１８が配列された流路部材１９上に、インク流路１８と個別電極１５との位置を揃えて取り付けたものである。そして、共通電極１４と所定の個別電極１５との間に駆動電圧を印加して個別電極１５直下の圧電セラミック層１２を変位させることにより、インク流路１８内のインクを加圧して、流路部材１９の底面に開口したインク吐出孔１７からインク滴を吐出することができる。
【００２２】
また、インクジェット記録ヘッド１１には、圧電セラミック層１２における個別電極１５が配列された面と同じ面に、個別電極１５と共通電極１４との間の静電容量を検査するための検査用電極２１が設けられている。
【００２３】
本実施形態のインクジェット記録装置に備えられた再分極処理手段は、静電容量を検査する命令が出されたか否かの判断、再分極処理が必要か否かの判断、個別電極１５と共通電極１４間への分極電圧の印加などを行う図示しない制御系を備えている。図２は、この再分極処理手段により行われる再分極処理の流れを示すフローチャートである。図２に示すように、本実施形態のインクジェット記録装置では、前記制御系に備えられた中央処理装置（ＣＰＵ）により静電容量を検査する命令が出されたか否かが定期的に確認され（Ｓ１）、検査命令が出されていないと判断された場合には（Ｓ１，ＮＯ）、静電容量の計測は行われない。一方、検査命令が出されたと判断された場合には（Ｓ１，ＹＥＳ）、検査用電極２１と共通電極１４との間の静電容量が計測される（Ｓ２）。
【００２４】
次に、計測された静電容量の信号がＣＰＵに送られ、この静電容量計測値が予め設定された基準値と比較されて再分極処理の要否が判断される（Ｓ３）。静電容量が基準値よりも大きいため再分極処理は不要であると判断された場合には（Ｓ３，ＮＯ）、再分極処理は行われない。一方、静電容量が基準値よりも小さいため再分極処理が必要であると判断された場合には（Ｓ３，ＹＥＳ）、個別電極１５と共通電極１４との間に分極電圧が印加され、圧電セラミック層１２が再分極される（Ｓ４）。
【００２５】
本実施形態のインクジェット記録装置は、上記のような再分極処理手段を備えていることにより、分極状態を劣化させやすい劣悪な環境で使用され、比較的短時間で圧電特性が低下する場合であっても、その劣化を検知して必要な時期に再分極処理を行うことができるので、常に安定した圧電特性を得ることができる。
【００２６】
図３は、インクジェット記録ヘッド１１の駆動が引き打ち方式により行われる場合において、再分極処理時、待機時および駆動時（印字時）に個別電極と共通電極との間に印加される電圧を示すグラフである。
【００２７】
引き打ち方式で圧電アクチュエータ１６を駆動させる場合、図３に示すように、待機時には個別電極１５と共通電極１４との間に待機電圧Ｖ１を印加してインク流路１８の容積を減少させておき、印字時には個別電極１５と共通電極１４との間の印加を停止してインク流路１８の容積を増大させた後、再び個別電極１５と共通電極１４との間に駆動電圧Ｖ１を印加してインク流路１８の容積を減少させることによりインク吐出孔１７からインク滴を吐出させる。そして、次の印字までの間は、個別電極１５と共通電極１４との間に待機電圧Ｖ１を印加してインク流路１８の容積を減少させたまま待機する。
【００２８】
検査用電極２１により静電容量が計測され、基準値よりも小さいため再分極処理が必要であると判断された場合には、個別電極１５と共通電極１４との間に分極電圧Ｖ０が印加され、圧電セラミック層１２が再分極される。引き打ち方式の場合、分極電圧Ｖ０は、駆動電圧Ｖ１の１．２〜５倍、好ましくは２〜４倍であるのがよい。分極電圧を駆動電圧よりも大きくすることによって、分極の信頼性を高めることができ、次に分極が必要になるまでの時間をより長くすることができるので、特に長時間使用する場合に好適である。また、引き打ち方式の場合には、上記のように待機時においても個別電極１５と共通電極１４との間に待機電圧Ｖ１が印加されているので、上記条件で再分極処理を行えば、長い間圧電特性が維持される。
【００２９】
引き打ち方式における分極電圧Ｖ０の上限は、電源のサイズ等によるため特に限定されないが、好ましくは１００Ｖとするのがよい。これにより、省電力化および小型化に寄与できる。また、個別電極１５と共通電極１４との間の距離、すなわち圧電セラミック層１２の厚みを５〜３０μｍ程度に薄くすることによって、分極電圧Ｖ０を５０Ｖ以下に下げることができるので、電源のさらなる省電力化および小型化に寄与できる。分極電圧Ｖ０の下限は１５Ｖ、好ましくは４０Ｖとするのがよい。
【００３０】
引き打ち方式における分極電圧Ｖ０の印加時間は、１０秒以下、好ましくは２〜５秒であるのがよい。分極時間を１０秒以下とすることで、再分極処理のための待ち時間が少なくて済む。再分極処理は、常温（室温）で行うことができる。
【００３１】
なお、図３に示す引き打ち方式では、再分極処理を行った後で電圧の印加を停止し、ついで個別電極１５と共通電極１４との間に待機電圧Ｖ１を印加して待機状態に入っているが、図４に示すように、再分極処理を行った後、個別電極１５と共通電極１４との間に印加する電圧を分極電圧Ｖ０から待機電圧Ｖ１にしてそのまま待機状態に入るようにしてもよい。
【００３２】
押し打ち方式で圧電アクチュエータ１６を駆動させる場合、図５に示すように、待機時には個別電極１５と共通電極１４との間に電圧は印加されず、印字時には個別電極１５と共通電極１４との間に駆動電圧Ｖ２を印加してインク流路１８の容積を減少させることによりインク吐出孔１７からインク滴を吐出させる。そして、再度電圧の印加を停止して待機状態に入る。
【００３３】
押し打ち方式の場合も引き打ち方式と同様に、静電容量が計測され、基準値よりも小さいため再分極処理が必要であると判断された場合には、個別電極１５と共通電極１４との間に分極電圧Ｖ０が印加され、圧電セラミック層１２が再分極される。押し打ち方式の場合、分極電圧Ｖ０は、駆動電圧Ｖ２と略同一かそれより大きいのが好ましい。押し打ち方式を採用することによって消費電力を低減し、再分極処理を効果的にかつ短時間で終了することが可能になる。
【００３４】
押し打ち方式における分極電圧Ｖ０の上限は、電源のサイズ等によるため特に限定されないが、好ましくは１００Ｖとするのがよい。これにより、省電力化および小型化に寄与できる。また、個別電極１５と共通電極１４との間の距離、すなわち圧電セラミック層１２の厚みを５〜３０μｍ程度に薄くすることによって、分極電圧Ｖ０を５０Ｖ以下に下げることができるので、電源のさらなる省電力化および小型化に寄与できる。分極電圧Ｖ０の下限は１５Ｖ、好ましくは４０Ｖとするのがよい。
【００３５】
押し打ち方式における分極電圧Ｖ０の印加時間は、１０秒以下、好ましくは２〜５秒であるのがよい。分極時間を１０秒以下とすることで、再分極処理のための待ち時間が少なくて済む。再分極処理は、常温（室温）で行うことができる。
【００３６】
本実施形態のインクジェット記録装置では、分極電圧と駆動電圧とは、図示しない同じ電源（電力供給手段）から印加されるように配線されている。これにより、電源コストの上昇を抑制でき、装置の小型化に寄与することができる。
【００３７】
圧電セラミック層１２の材質としては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ系）、マグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ系）およびニッケルニオブ酸鉛（ＰＮＮ系）からなる群より選ばれる少なくとも１種を主成分とする圧電セラミックスが好適である。圧電セラミック層１２の厚みは、特に限定されないが、３０μｍ以下、好ましくは２０μｍ以下、より好ましくは８〜１５μｍであるのがよい。
【００３８】
セラミック層１３は、絶縁性の高いものであれば良いが、圧電体であること、特に圧電セラミック層１２と略同一の熱膨張率を有するものであることが好ましく、圧電セラミック層１２と略同一の組成であることがより好ましい。これにより、同時焼成が可能となり、熱膨張差に起因して焼成時に発生する熱応力によって反りや歪みが生じるのを防止することが容易となる。セラミック層１３の厚みは、特に限定されないが、８０μｍ以下、好ましくは６０μｍ以下、より好ましくは２０〜５０μｍであるのがよい。また、圧電アクチュエータ１６の総厚みは１００μｍ以下、好ましくは８０μｍ以下、より好ましくは３０〜６０μｍであるのがよい。このように、総厚みを１００μｍ以下にすることで、駆動電圧と分極電圧を小さくできるので、電源の小型化と省電力化に寄与できる。
【００３９】
また、圧電セラミック層１２およびセラミック層１３は気孔率が１％以下、特に０．８％以下、更には０．５％以下であることが、インク等の液体の染み込みを効果的に防止でき、インク漏れを低減することができるので好ましい。
【００４０】
共通電極１４の材質としては、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ａｕ、Ｎｉ系材料の単独または２種以上の組み合わせが好ましく、特にＡｇ−Ｐｄ系合金がより好ましい。共通電極１４の厚みは、導電性を有しかつ変位を妨げない程度であるのがよく、０．５〜８μｍ、好ましくは１〜３μｍであるのがよい。
【００４１】
個別電極１５および検査用電極２１の材質は、例えば上記した共通電極１４と同様の金属を使用することができるが、特に電気抵抗および耐食性に優れるＡｕを使用するのが好ましい。個別電極１５および検査用電極２１の厚みは０．３〜５μｍ、好ましくは０．５〜２μｍであるのがよい。特に、検査精度を向上させるという点で、個別電極１５と検査用電極２１の材質および厚みは同じであるのが好ましい。
【００４２】
次に、圧電アクチュエータ１６の製造方法について説明する。
（ａ） まず、前記した圧電セラミックスの粉末を用いてグリーンシートを必要枚数形成した後、このグリーンシートに貫通孔を形成する。
（ｂ） ついで、貫通孔が形成されたグリーンシートにスクリーン印刷を用いて、ビア電極となる導体を充填するとともにグリーンシートの略全面に共通電極パターンを形成する。
（ｃ） ついで、ビア電極パターンおよび共通電極パターンが形成されたグリーンシートに対して、共通電極パターンを狭持するように、グリーンシートを積層して積層体を形成する。
（ｄ） さらに、この積層体を所定の形状に切断した後、９００〜１１００℃程度で焼成して圧電アクチュエータ本体を形成する。
（ｅ） 最後に、この圧電アクチュエータ本体の表面に導電ペーストを印刷して所定の位置に検査用電極パターンおよび個別電極パターンを形成し、６００〜８５０℃程度で焼成する。これにより圧電アクチュエータ１６を得ることができる。なお、個別電極および検査用電極は、圧電セラミック層、共通電極およびセラミック層と同時焼成することもできる。
【００４３】
次に、インクジェット記録ヘッド１１の製造方法について説明する。
流路部材１９は圧延法等によって得られ、インク吐出孔１７およびインク流路１８はエッチングにより所定の形状に加工されて設けられる。この流路部材１９は、Ｆｅ−Ｃｒ系、Ｆｅ−Ｎｉ系、ＷＣ−ＴｉＣ系の群から選ばれる少なくとも１種によって形成されていることが望ましく、特にインクに対する耐食性の優れた材質からなることが望ましく、Ｆｅ−Ｃｒ系がより好ましい。
【００４４】
圧電アクチュエータ１６と流路部材１９とは、例えば接着層を介して積層接着することができる。接着層としては、周知のものを使用することができるが、圧電アクチュエータ１６や流路部材１９への影響を及ぼさないために、熱硬化温度が１３０〜２５０℃のエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂の群から選ばれる少なくとも１種の熱硬化性樹脂系の接着剤を用いるのがよい。このような接着層を用いて熱硬化温度にまで加熱することによって、圧電アクチュエータ１６と流路部材１９とを加熱接合することができ、これによりインクジェット記録ヘッド１１を得ることができる。
【００４５】
＜他の実施形態＞
図６は、本発明のインクジェット記録装置に備えられるインクジェット記録ヘッドの他の実施形態を示す斜視図であり、図７はその断面図である。図６および図７に示すように、このインクジェット記録ヘッド１１ａには、四角形の圧電セラミック層１２の表面でかつ相互に離隔した四隅に、検査用電極２１がそれぞれ設けられた圧電アクチュエータ１６ａが備えられている。なお、他の部位については図１と同じ符号を付して説明を省略する。
【００４６】
図８は、本発明のインクジェット記録装置に備えられるインクジェット記録ヘッドのさらに他の実施形態を示す斜視図である。図８に示すように、このインクジェット記録ヘッド１１ｂの圧電アクチュエータ１６ｂには、相互に離隔した四隅の他、中央付近にも、検査用電極２１が設けられている。このように、検査用電極２１を設ける部位は、特に限定されることはなく、任意の箇所に設定することができる。なお、他の部位については図１と同じ符号を付して説明を省略する。
【００４７】
上記のようなインクジェット記録ヘッド１１ａ，１１ｂを備えたインクジェット記録装置では、検査用電極２１が複数箇所に設けられているので、静電容量の検査精度がより向上し、圧電セラミック層の分極状態が劣化しているか否かをより正確に見極めることができる。また、圧電アクチュエータ１６ａは、個別電極１５が配列されている部分以外に余白が多く存在すると、焼成後に反りが発生しやすいが、上記のように四隅の余白に検査用電極を配置することにより、反りが生じるのを抑制することができ、圧電アクチュエータ１６ａの寸法精度も向上する。特に、インクジェット記録ヘッド１１ａでは、圧電セラミック層１２の四隅、すなわち圧電セラミック層１２のデッドスペースに検査用電極２１が配置されており、個別電極１５の配列が妨げられないので、圧電アクチュエータ１６ａを小型化・高集積化する上で弊害が生じず、スペースを有効利用することができる。
【００４８】
なお、本発明では、圧電セラミック層の形状、並びに検査用電極の配置場所および個数は特に限定されるものではない。
【００４９】
また、本発明のインクジェット記録装置では、検査用電極と共通電極間に分極電圧を印加してこの部位のみを分極し、分極された後の検査用電極と共通電極間の静電容量を計測し、計測された検査用電極と共通電極間の静電容量と、個別電極と共通電極間の静電容量とを比較することによって、分極の劣化状態を検知することもできる。
【００５０】
さらに、本発明では、検査用電極により計測された結果に基づいて再分極処理の要否を判断し、再分極が必要であると判断された場合に再分極処理を行うだけでなく、所定の印字枚数毎、所定の稼働時間毎、プリンタ起動時などに自動的に再分極処理を行うようにしてもよい。また、プリンタまたはプリンタを制御するコンピュータ等の端末に、再分極処理を命令するボタンやスイッチを設けることによって、必要に応じてプリンタ利用者が再分極処理を開始させることもできる。
【００５１】
【実施例】
以下、参考例および実施例を挙げて本発明のインクジェット記録装置およびその制御方法についてさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００５２】
参考例
チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする厚み１５μｍの圧電セラミック層と、この圧電セラミック層の一方の表面に配置された、Ａｇ−Ｐｄ合金からなる厚み２μｍの共通電極と、前記圧電セラミック層の他方の表面に複数配置された、Ａｕからなる厚み１μｍの個別電極とを備えた圧電アクチュエータである試料１および試料２を用いて、以下のようにして再分極処理の効果を調べた。
【００５３】
すなわち、上記の圧電アクチュエータを０℃と６０℃の雰囲気中にそれぞれ３０分間曝露するサイクルを２００サイクル繰り返した後、個別電極と共通電極間に２０Ｖの分極電圧を印加して再分極処理を行い、分極電圧の印加時間とその時の静電容量を調べた。結果を表１に示す。なお、温度サイクル試験を行う前の試料１および試料２の静電容量（初期値）は、それぞれ２．７０ｎＦ、２．６６ｎＦであった。
【表１】
表１から、試料１および試料２は、分極電圧を２秒間印加した時点で静電容量がほぼ初期値にまで回復していることがわかる。
【００５４】
実施例
チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電セラミック層と、この圧電セラミック層の一方の表面に配置された、Ａｇ−Ｐｄ合金からなる厚み２μｍの共通電極と、前記圧電セラミック層の他方の表面に複数配置された、Ａｕからなる厚み１μｍの個別電極と、この個別電極と同じ面の隅に配置された、Ａｕからなる厚み１μｍの検査用電極とを備えた、図１に示すような構成の圧電アクチュエータ（試料３〜２６）を作製した。各試料の圧電セラミック層の厚みおよび圧電アクチュエータの総厚みは表２に示す値となるようにそれぞれ調整した。
【００５５】
次に、インク流路とインク供給孔をエッチングによって形成したＦｅ−Ｃｒ系金属からなる板と、同じくインク吐出孔をエッチング法によって形成したＦｅ−Ｃｒ系金属からなる板を熱硬化性のエポキシ樹脂接着剤にて接着し流路部材を得た。ついで、この流路部材のインク流路開口面側に熱硬化性のエポキシ接着剤を塗布し、上記の圧電アクチュエータをインク流路と個別電極とが揃うように位置決めし、図１に示すようなインクジェット記録ヘッド（試料３〜２６）を作製した。
【００５６】
次に、各試料の個別電極と共通電極間に５０Ｖの分極電圧を１０秒間印加して分極した後で個別電極と共通電極間の静電容量（初期値）をそれぞれ計測した。ついで、各試料に対して２００℃、１０分の条件で熱処理を行った後、個別電極と共通電極間の静電容量（熱処理後）を計測し、さらに検査用電極と共通電極間の静電容量も計測した。なお、静電容量は、両電極に測定用プローブを直接当ててインピーダンスアナライザーにより測定した。
【００５７】
次に、表２に示す分極電圧および分極電圧の印加時間で各試料の圧電セラミック層に対して再分極処理を行った後、個別電極と共通電極間の静電容量（再分極後）を計測した。結果を表２に示す。なお、表２には、各圧電アクチュエータの駆動時の駆動電圧および印加方式も参考として記載している。また、静電容量の回復率は、（再分極後／初期値）×１００から算出した。
【表２】
試料Ｎｏ．３〜２６では、９４．２％以上の高い回復率が得られた。特に、圧電アクチュエータの総厚みが１００μｍ以下である試料４〜２６では、９７％以上の回復率が得られた。
【００５８】
また、各試料において、熱処理後に計測した検査用電極と共通電極間の静電容量は、個別電極と共通電極間の静電容量（熱処理後）と高い相関性を有していた。このことから、検査用電極と共通電極間の静電容量を計測することにより、個別電極と共通電極間の静電容量を正確に把握し圧電セラミック層の分極状態が劣化しているか否かを正確に見極めることが可能であるということがわかった。したがって、インクジェット記録装置に上記のような検査用電極を設けることにより、適切な時期に再分極処理を行うことができる。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、個別電極が配列された面と同じ側の圧電セラミック層の表面に静電容量を検査するための検査用電極が設けられているので、個別電極と共通電極との間の静電容量を正確に把握し圧電セラミック層の分極状態が劣化しているか否かを正確に見極めることができる。これにより、適切な時期に再分極処理を行うことができる。したがって、製品出荷後においても常に安定した圧電特性を得ることができるので、良好な印刷状態を維持することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインクジェット記録装置に備えられたインクジェット記録ヘッドを示す断面図である。
【図２】本発明における再分極処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】引き打ち方式において、再分極処理時、待機時および駆動時に個別電極と共通電極との間に印加される電圧を示すグラフである。
【図４】引き打ち方式において、再分極処理時、待機時および駆動時に個別電極と共通電極との間に印加される電圧を示すグラフである。
【図５】押し打ち方式において、再分極処理時、待機時および駆動時に個別電極と共通電極との間に印加される電圧を示すグラフである。
【図６】本発明のインクジェット記録装置に備えられるインクジェット記録ヘッドの他の実施形態を示す斜視図である。
【図７】本発明のインクジェット記録装置に備えられるインクジェット記録ヘッドの他の実施形態を示す断面図である。
【図８】本発明のインクジェット記録装置に備えられるインクジェット記録ヘッドのさらに他の実施形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１１，１１ａ，１１ｂ インクジェット記録ヘッド
１２ 圧電セラミック層
１３ セラミック層
１４ 共通電極
１５ 個別電極
１６，１６ａ，１６ｂ 圧電アクチュエータ
１７ インク吐出孔
１８ インク流路
１９ 流路部材
２１ 検査用電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット方式のプリンタおよびその制御方法に関し、より詳しくはインクジェット記録ヘッドに圧電アクチュエータを有するインクジェット記録装置およびその制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パーソナルコンピュータの普及やマルチメディアの発達に伴って、情報を記録媒体に出力する記録装置として、インクジェット方式のプリンタの利用が急速に拡大している。かかるプリンタにはインクジェット記録ヘッドが搭載されている。このインクジェット記録ヘッドとしては、ヘッドの小型薄型化が容易で、高精度の印字が可能になり、電気信号に対する応答速度が１０−６秒台と非常に高速であるという点で、圧電方式が広く用いられている。
【０００３】
この種のインクジェット記録ヘッドは、一般に、積層された複数の圧電セラミック層と、該圧電セラミック層の間に配置された共通電極と、最上層の前記圧電セラミック層の表面に配列された複数の個別電極とを備えた圧電アクチュエータを、インク吐出孔を有する複数のインク流路が配列された流路部材上に、インク流路と個別電極との位置を揃えて取り付けたものである。そして、共通電極と所定の個別電極との間に駆動電圧を印加して個別電極直下の圧電セラミック層を変位させることにより、インク流路内のインクを加圧して、流路部材の底面に開口したインク吐出孔からインク滴を吐出する。
【０００４】
上記の圧電セラミック層は、印加される駆動電圧に応答して変形するように、予め分極処理が施されている。分極処理は、通常、圧電セラミック層に高電圧を印加することにより内部の電気双極子を一方向に揃えることによって行われる。
【０００５】
ところが、圧電アクチュエータの製造工程では、圧電セラミック層を分極した後で、寸法調整のための加工や接着剤の硬化のための加熱などにより圧電セラミック層が高温になることによって、圧電セラミック層の分極状態が悪影響を受け、分極状態が劣化して圧電アクチュエータの圧電特性が低下するという問題があった。
【０００６】
この問題に対して、特許文献１には、圧電セラミック層の分極状態に影響を及ぼす処理を行った後に圧電セラミック層に分極処理を施すことが提案されている。この特許文献１に記載された方法によれば、最適な状態に分極処理された圧電セラミック層を得ることができるとされている。
【０００７】
しかしながら、特許文献１の方法ではインクジェット記録装置を製造した直後には良好な圧電特性を示し優れた画質の印刷を行うことができるものの、製品出荷後には周囲の様々な環境から影響を受けるため、時間の経過とともに圧電セラミック層の分極状態が劣化して画質が低下するという問題がある。
【０００８】
この問題に対して、特許文献２および特許文献３には、圧電セラミック層に分極電圧を印加して圧電セラミック層を再分極する再分極処理手段を備えたインクジェット記録装置が開示されている。これらの特許文献２および特許文献３に記載されたインクジェット記録装置によれば、製品出荷後に時間の経過とともに圧電セラミック層の分極状態が劣化した場合でも、圧電セラミック層を再分極して圧電特性を回復させることができるので、画質を良好な状態に維持することができるとされている。
【０００９】
また、上記特許文献３には、前記再分極処理手段に加えて、さらに圧電アクチュエータの静電容量を測定する測定手段（静電容量センサ）を備えたインクジェット記録装置が提案されている。このインクジェット記録装置では、静電容量センサからの検出信号に基づいて圧電アクチュエータの静電容量が予め定めた基準値以下か否かをチェックし、静電容量が低下して基準値以下となっているときには再分極処理を行う。このインクジェット記録装置によれば、上記のように静電容量の測定結果に基づいて再分極処理を行うようにすることで、再分極回数を少なくすることができ、無駄を省けるとされている。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１０−１９３６２３号公報
【特許文献２】
特許第３０２４５３３号公報
【特許文献３】
特開平９−１４１８５９号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献３には、上記測定手段として静電容量センサ（特許文献３の図４参照）という語句が記載されているのみであり、具体的な測定手段はなんら記載されておらず、具体的にどのようにして静電容量を測定するのか明確ではない。
【００１２】
本発明の目的は、再分極処理が必要とされる時期を正確に見極めて適切な時期に再分極処理を行うことができるインクジェット記録装置およびその制御方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、個別電極が配列された面と同じ側の圧電セラミック層の表面に個別電極とは別に設けた検査用の電極と共通電極との間の静電容量値が、個別電極と共通電極との間の静電容量値と高い相関性を有するという知見を得た。この知見に基づいて、本発明者らは、検査用電極と共通電極間の静電容量の測定結果を基にすれば、個別電極と共通電極との間の静電容量を正確に把握し圧電セラミック層の分極状態が劣化しているか否かを正確に見極めることができるので、適切な時期に再分極処理を行うことができるという新たな事実を見出し、本発明を完成するに至った。
【００１４】
すなわち、本発明のインクジェット記録装置およびその制御方法は、以下の構成からなる。
（１） 圧電セラミック層と該圧電セラミック層の一方の表面に配置された共通電極と前記圧電セラミック層の他方の表面に配列された複数の個別電極とを備えた圧電アクチュエータを有するインクジェット記録ヘッドと、前記圧電セラミック層における前記個別電極が配列された面と同じ面に、前記個別電極と前記共通電極との間の静電容量を検査するために設けられた検査用電極と、この検査用電極による検査結果に基づいて、前記個別電極と前記共通電極との間に分極電圧を印加して前記圧電セラミック層を再分極するための再分極処理手段とを備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
（２） 前記検査用電極が、前記圧電セラミック層の表面の相互に離隔した複数箇所に設けられている（１）記載のインクジェット記録装置。
（３） 前記検査用電極が、四角形の前記圧電セラミック層の四隅に設けられている（２）記載のインクジェット記録装置。
（４） 前記分極電圧と、印字時に前記個別電極と前記共通電極との間に印加する駆動電圧とが同じ電源から印加されるように配線されている（１）〜（３）のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
（５） 前記圧電アクチュエータの厚みが１００μｍ以下である（１）〜（４）のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
（６） 前記（１）〜（５）のいずれかに記載のインクジェット記録装置の制御方法であって、前記検査用電極と前記共通電極との間の静電容量を計測し、この計測結果に基づいて再分極処理の要否を判断し、再分極が必要であると判断された場合に前記個別電極と前記共通電極との間に分極電圧を印加して前記圧電セラミック層を再分極することを特徴とするインクジェット記録装置の制御方法。
（７） 印字時に前記個別電極と前記共通電極との間に印加する駆動電圧が引き打ち方式であり、前記分極電圧が前記駆動電圧の１．２〜５倍である（６）記載のインクジェット記録装置の制御方法。
（８） 印字時に前記個別電極と前記共通電極との間に印加する駆動電圧が押し打ち方式であり、前記分極電圧が前記駆動電圧と略同一かそれより大きい（６）記載のインクジェット記録装置の制御方法。
（９） 前記分極電圧の印加時間が１０秒以下である（６）〜（８）のいずれかに記載のインクジェット記録装置の制御方法。
（１０） 前記分極電圧が１５〜５０Ｖである（６）〜（９）のいずれかに記載のインクジェット記録装置の制御方法。
【００１５】
前記（２）記載のインクジェット記録装置によれば、前記検査用電極が圧電セラミック層の表面の相互に離隔した複数箇所に設けられているので、静電容量の検査精度がより向上する。
【００１６】
前記（３）記載のインクジェット記録装置によれば、圧電セラミック層の四隅、すなわち圧電セラミック層のデッドスペースに検査用電極を配置することで、個別電極の配列の妨げになることがないので、圧電アクチュエータを小型化・高集積化する上で弊害が生じず、スペースを有効利用することができる。また、圧電アクチュエータは、個別電極が配列されている部分以外に余白が多く存在すると、焼成後に反りが発生しやすいが、上記のように四隅の余白に検査用電極を配置することにより、反りが生じるのを抑制することができ、圧電アクチュエータの寸法精度も向上する。
【００１７】
前記（４）記載のインクジェット記録装置によれば、駆動電圧と分極電圧の電源が共用されているので、電源コストの上昇を抑制でき、装置の小型化に寄与できる。
【００１８】
前記（５）記載のインクジェット記録装置によれば、圧電アクチュエータの厚みが１００μｍ以下と薄く形成されているので、駆動電圧および分極電圧を小さくでき、電源の小型化と省電力化を実現できる。
【００１９】
前記（６）記載のインクジェット記録装置の制御方法によれば、検査用電極と共通電極との間の静電容量の計測結果に基づいて再分極処理の要否を判断し、再分極処理が必要であると判断された場合に圧電セラミック層を再分極することによって、再分極処理を必要以上に行わなず、必要な時期にのみ行うことができるので、製品出荷後においても常に安定した圧電特性を得ることができるとともに、ランニングコストを削減することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態にかかるインクジェット記録装置およびその制御方法について詳細に説明する。本実施形態のインクジェット記録装置は、後述するインクジェット記録ヘッドを備え用紙への印字を行う印刷手段と、この印刷手段にインクを供給するインク供給手段と、プリンタの各部位に電力を供給する電力供給手段と、用紙を搬送する印刷媒体搬送手段と、インクジェット記録ヘッドにおける圧電アクチュエータ内に配置された個別電極と共通電極との間に分極電圧を印加して圧電セラミック層を再分極する再分極処理手段とを備えている。
【００２１】
図１は、本実施形態のインクジェット記録装置に備えられたインクジェット記録ヘッドを示す断面図である。図１に示すように、このインクジェット記録ヘッド１１は、セラミック層１３上に、圧電セラミック層１２と、該圧電セラミック層１２の一方の表面に配置された共通電極１４と、圧電セラミック層１２の他方の表面に配列された複数の個別電極１５とを備えた圧電アクチュエータ１６を、インク吐出孔１７を有する複数のインク流路１８が配列された流路部材１９上に、インク流路１８と個別電極１５との位置を揃えて取り付けたものである。そして、共通電極１４と所定の個別電極１５との間に駆動電圧を印加して個別電極１５直下の圧電セラミック層１２を変位させることにより、インク流路１８内のインクを加圧して、流路部材１９の底面に開口したインク吐出孔１７からインク滴を吐出することができる。
【００２２】
また、インクジェット記録ヘッド１１には、圧電セラミック層１２における個別電極１５が配列された面と同じ面に、個別電極１５と共通電極１４との間の静電容量を検査するための検査用電極２１が設けられている。
【００２３】
本実施形態のインクジェット記録装置に備えられた再分極処理手段は、静電容量を検査する命令が出されたか否かの判断、再分極処理が必要か否かの判断、個別電極１５と共通電極１４間への分極電圧の印加などを行う図示しない制御系を備えている。図２は、この再分極処理手段により行われる再分極処理の流れを示すフローチャートである。図２に示すように、本実施形態のインクジェット記録装置では、前記制御系に備えられた中央処理装置（ＣＰＵ）により静電容量を検査する命令が出されたか否かが定期的に確認され（Ｓ１）、検査命令が出されていないと判断された場合には（Ｓ１，ＮＯ）、静電容量の計測は行われない。一方、検査命令が出されたと判断された場合には（Ｓ１，ＹＥＳ）、検査用電極２１と共通電極１４との間の静電容量が計測される（Ｓ２）。
【００２４】
次に、計測された静電容量の信号がＣＰＵに送られ、この静電容量計測値が予め設定された基準値と比較されて再分極処理の要否が判断される（Ｓ３）。静電容量が基準値よりも大きいため再分極処理は不要であると判断された場合には（Ｓ３，ＮＯ）、再分極処理は行われない。一方、静電容量が基準値よりも小さいため再分極処理が必要であると判断された場合には（Ｓ３，ＹＥＳ）、個別電極１５と共通電極１４との間に分極電圧が印加され、圧電セラミック層１２が再分極される（Ｓ４）。
【００２５】
本実施形態のインクジェット記録装置は、上記のような再分極処理手段を備えていることにより、分極状態を劣化させやすい劣悪な環境で使用され、比較的短時間で圧電特性が低下する場合であっても、その劣化を検知して必要な時期に再分極処理を行うことができるので、常に安定した圧電特性を得ることができる。
【００２６】
図３は、インクジェット記録ヘッド１１の駆動が引き打ち方式により行われる場合において、再分極処理時、待機時および駆動時（印字時）に個別電極と共通電極との間に印加される電圧を示すグラフである。
【００２７】
引き打ち方式で圧電アクチュエータ１６を駆動させる場合、図３に示すように、待機時には個別電極１５と共通電極１４との間に待機電圧Ｖ１を印加してインク流路１８の容積を減少させておき、印字時には個別電極１５と共通電極１４との間の印加を停止してインク流路１８の容積を増大させた後、再び個別電極１５と共通電極１４との間に駆動電圧Ｖ１を印加してインク流路１８の容積を減少させることによりインク吐出孔１７からインク滴を吐出させる。そして、次の印字までの間は、個別電極１５と共通電極１４との間に待機電圧Ｖ１を印加してインク流路１８の容積を減少させたまま待機する。
【００２８】
検査用電極２１により静電容量が計測され、基準値よりも小さいため再分極処理が必要であると判断された場合には、個別電極１５と共通電極１４との間に分極電圧Ｖ０が印加され、圧電セラミック層１２が再分極される。引き打ち方式の場合、分極電圧Ｖ０は、駆動電圧Ｖ１の１．２〜５倍、好ましくは２〜４倍であるのがよい。分極電圧を駆動電圧よりも大きくすることによって、分極の信頼性を高めることができ、次に分極が必要になるまでの時間をより長くすることができるので、特に長時間使用する場合に好適である。また、引き打ち方式の場合には、上記のように待機時においても個別電極１５と共通電極１４との間に待機電圧Ｖ１が印加されているので、上記条件で再分極処理を行えば、長い間圧電特性が維持される。
【００２９】
引き打ち方式における分極電圧Ｖ０の上限は、電源のサイズ等によるため特に限定されないが、好ましくは１００Ｖとするのがよい。これにより、省電力化および小型化に寄与できる。また、個別電極１５と共通電極１４との間の距離、すなわち圧電セラミック層１２の厚みを５〜３０μｍ程度に薄くすることによって、分極電圧Ｖ０を５０Ｖ以下に下げることができるので、電源のさらなる省電力化および小型化に寄与できる。分極電圧Ｖ０の下限は１５Ｖ、好ましくは４０Ｖとするのがよい。
【００３０】
引き打ち方式における分極電圧Ｖ０の印加時間は、１０秒以下、好ましくは２〜５秒であるのがよい。分極時間を１０秒以下とすることで、再分極処理のための待ち時間が少なくて済む。再分極処理は、常温（室温）で行うことができる。
【００３１】
なお、図３に示す引き打ち方式では、再分極処理を行った後で電圧の印加を停止し、ついで個別電極１５と共通電極１４との間に待機電圧Ｖ１を印加して待機状態に入っているが、図４に示すように、再分極処理を行った後、個別電極１５と共通電極１４との間に印加する電圧を分極電圧Ｖ０から待機電圧Ｖ１にしてそのまま待機状態に入るようにしてもよい。
【００３２】
押し打ち方式で圧電アクチュエータ１６を駆動させる場合、図５に示すように、待機時には個別電極１５と共通電極１４との間に電圧は印加されず、印字時には個別電極１５と共通電極１４との間に駆動電圧Ｖ２を印加してインク流路１８の容積を減少させることによりインク吐出孔１７からインク滴を吐出させる。そして、再度電圧の印加を停止して待機状態に入る。
【００３３】
押し打ち方式の場合も引き打ち方式と同様に、静電容量が計測され、基準値よりも小さいため再分極処理が必要であると判断された場合には、個別電極１５と共通電極１４との間に分極電圧Ｖ０が印加され、圧電セラミック層１２が再分極される。押し打ち方式の場合、分極電圧Ｖ０は、駆動電圧Ｖ２と略同一かそれより大きいのが好ましい。押し打ち方式を採用することによって消費電力を低減し、再分極処理を効果的にかつ短時間で終了することが可能になる。
【００３４】
押し打ち方式における分極電圧Ｖ０の上限は、電源のサイズ等によるため特に限定されないが、好ましくは１００Ｖとするのがよい。これにより、省電力化および小型化に寄与できる。また、個別電極１５と共通電極１４との間の距離、すなわち圧電セラミック層１２の厚みを５〜３０μｍ程度に薄くすることによって、分極電圧Ｖ０を５０Ｖ以下に下げることができるので、電源のさらなる省電力化および小型化に寄与できる。分極電圧Ｖ０の下限は１５Ｖ、好ましくは４０Ｖとするのがよい。
【００３５】
押し打ち方式における分極電圧Ｖ０の印加時間は、１０秒以下、好ましくは２〜５秒であるのがよい。分極時間を１０秒以下とすることで、再分極処理のための待ち時間が少なくて済む。再分極処理は、常温（室温）で行うことができる。
【００３６】
本実施形態のインクジェット記録装置では、分極電圧と駆動電圧とは、図示しない同じ電源（電力供給手段）から印加されるように配線されている。これにより、電源コストの上昇を抑制でき、装置の小型化に寄与することができる。
【００３７】
圧電セラミック層１２の材質としては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ系）、マグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ系）およびニッケルニオブ酸鉛（ＰＮＮ系）からなる群より選ばれる少なくとも１種を主成分とする圧電セラミックスが好適である。圧電セラミック層１２の厚みは、特に限定されないが、３０μｍ以下、好ましくは２０μｍ以下、より好ましくは８〜１５μｍであるのがよい。
【００３８】
セラミック層１３は、絶縁性の高いものであれば良いが、圧電体であること、特に圧電セラミック層１２と略同一の熱膨張率を有するものであることが好ましく、圧電セラミック層１２と略同一の組成であることがより好ましい。これにより、同時焼成が可能となり、熱膨張差に起因して焼成時に発生する熱応力によって反りや歪みが生じるのを防止することが容易となる。セラミック層１３の厚みは、特に限定されないが、８０μｍ以下、好ましくは６０μｍ以下、より好ましくは２０〜５０μｍであるのがよい。また、圧電アクチュエータ１６の総厚みは１００μｍ以下、好ましくは８０μｍ以下、より好ましくは３０〜６０μｍであるのがよい。このように、総厚みを１００μｍ以下にすることで、駆動電圧と分極電圧を小さくできるので、電源の小型化と省電力化に寄与できる。
【００３９】
また、圧電セラミック層１２およびセラミック層１３は気孔率が１％以下、特に０．８％以下、更には０．５％以下であることが、インク等の液体の染み込みを効果的に防止でき、インク漏れを低減することができるので好ましい。
【００４０】
共通電極１４の材質としては、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ａｕ、Ｎｉ系材料の単独または２種以上の組み合わせが好ましく、特にＡｇ−Ｐｄ系合金がより好ましい。共通電極１４の厚みは、導電性を有しかつ変位を妨げない程度であるのがよく、０．５〜８μｍ、好ましくは１〜３μｍであるのがよい。
【００４１】
個別電極１５および検査用電極２１の材質は、例えば上記した共通電極１４と同様の金属を使用することができるが、特に電気抵抗および耐食性に優れるＡｕを使用するのが好ましい。個別電極１５および検査用電極２１の厚みは０．３〜５μｍ、好ましくは０．５〜２μｍであるのがよい。特に、検査精度を向上させるという点で、個別電極１５と検査用電極２１の材質および厚みは同じであるのが好ましい。
【００４２】
次に、圧電アクチュエータ１６の製造方法について説明する。
（ａ） まず、前記した圧電セラミックスの粉末を用いてグリーンシートを必要枚数形成した後、このグリーンシートに貫通孔を形成する。
（ｂ） ついで、貫通孔が形成されたグリーンシートにスクリーン印刷を用いて、ビア電極となる導体を充填するとともにグリーンシートの略全面に共通電極パターンを形成する。
（ｃ） ついで、ビア電極パターンおよび共通電極パターンが形成されたグリーンシートに対して、共通電極パターンを狭持するように、グリーンシートを積層して積層体を形成する。
（ｄ） さらに、この積層体を所定の形状に切断した後、９００〜１１００℃程度で焼成して圧電アクチュエータ本体を形成する。
（ｅ） 最後に、この圧電アクチュエータ本体の表面に導電ペーストを印刷して所定の位置に検査用電極パターンおよび個別電極パターンを形成し、６００〜８５０℃程度で焼成する。これにより圧電アクチュエータ１６を得ることができる。なお、個別電極および検査用電極は、圧電セラミック層、共通電極およびセラミック層と同時焼成することもできる。
【００４３】
次に、インクジェット記録ヘッド１１の製造方法について説明する。
流路部材１９は圧延法等によって得られ、インク吐出孔１７およびインク流路１８はエッチングにより所定の形状に加工されて設けられる。この流路部材１９は、Ｆｅ−Ｃｒ系、Ｆｅ−Ｎｉ系、ＷＣ−ＴｉＣ系の群から選ばれる少なくとも１種によって形成されていることが望ましく、特にインクに対する耐食性の優れた材質からなることが望ましく、Ｆｅ−Ｃｒ系がより好ましい。
【００４４】
圧電アクチュエータ１６と流路部材１９とは、例えば接着層を介して積層接着することができる。接着層としては、周知のものを使用することができるが、圧電アクチュエータ１６や流路部材１９への影響を及ぼさないために、熱硬化温度が１３０〜２５０℃のエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂の群から選ばれる少なくとも１種の熱硬化性樹脂系の接着剤を用いるのがよい。このような接着層を用いて熱硬化温度にまで加熱することによって、圧電アクチュエータ１６と流路部材１９とを加熱接合することができ、これによりインクジェット記録ヘッド１１を得ることができる。
【００４５】
＜他の実施形態＞
図６は、本発明のインクジェット記録装置に備えられるインクジェット記録ヘッドの他の実施形態を示す斜視図であり、図７はその断面図である。図６および図７に示すように、このインクジェット記録ヘッド１１ａには、四角形の圧電セラミック層１２の表面でかつ相互に離隔した四隅に、検査用電極２１がそれぞれ設けられた圧電アクチュエータ１６ａが備えられている。なお、他の部位については図１と同じ符号を付して説明を省略する。
【００４６】
図８は、本発明のインクジェット記録装置に備えられるインクジェット記録ヘッドのさらに他の実施形態を示す斜視図である。図８に示すように、このインクジェット記録ヘッド１１ｂの圧電アクチュエータ１６ｂには、相互に離隔した四隅の他、中央付近にも、検査用電極２１が設けられている。このように、検査用電極２１を設ける部位は、特に限定されることはなく、任意の箇所に設定することができる。なお、他の部位については図１と同じ符号を付して説明を省略する。
【００４７】
上記のようなインクジェット記録ヘッド１１ａ，１１ｂを備えたインクジェット記録装置では、検査用電極２１が複数箇所に設けられているので、静電容量の検査精度がより向上し、圧電セラミック層の分極状態が劣化しているか否かをより正確に見極めることができる。また、圧電アクチュエータ１６ａは、個別電極１５が配列されている部分以外に余白が多く存在すると、焼成後に反りが発生しやすいが、上記のように四隅の余白に検査用電極を配置することにより、反りが生じるのを抑制することができ、圧電アクチュエータ１６ａの寸法精度も向上する。特に、インクジェット記録ヘッド１１ａでは、圧電セラミック層１２の四隅、すなわち圧電セラミック層１２のデッドスペースに検査用電極２１が配置されており、個別電極１５の配列が妨げられないので、圧電アクチュエータ１６ａを小型化・高集積化する上で弊害が生じず、スペースを有効利用することができる。
【００４８】
なお、本発明では、圧電セラミック層の形状、並びに検査用電極の配置場所および個数は特に限定されるものではない。
【００４９】
また、本発明のインクジェット記録装置では、検査用電極と共通電極間に分極電圧を印加してこの部位のみを分極し、分極された後の検査用電極と共通電極間の静電容量を計測し、計測された検査用電極と共通電極間の静電容量と、個別電極と共通電極間の静電容量とを比較することによって、分極の劣化状態を検知することもできる。
【００５０】
さらに、本発明では、検査用電極により計測された結果に基づいて再分極処理の要否を判断し、再分極が必要であると判断された場合に再分極処理を行うだけでなく、所定の印字枚数毎、所定の稼働時間毎、プリンタ起動時などに自動的に再分極処理を行うようにしてもよい。また、プリンタまたはプリンタを制御するコンピュータ等の端末に、再分極処理を命令するボタンやスイッチを設けることによって、必要に応じてプリンタ利用者が再分極処理を開始させることもできる。
【００５１】
【実施例】
以下、参考例および実施例を挙げて本発明のインクジェット記録装置およびその制御方法についてさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００５２】
参考例
チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする厚み１５μｍの圧電セラミック層と、この圧電セラミック層の一方の表面に配置された、Ａｇ−Ｐｄ合金からなる厚み２μｍの共通電極と、前記圧電セラミック層の他方の表面に複数配置された、Ａｕからなる厚み１μｍの個別電極とを備えた圧電アクチュエータである試料１および試料２を用いて、以下のようにして再分極処理の効果を調べた。
【００５３】
すなわち、上記の圧電アクチュエータを０℃と６０℃の雰囲気中にそれぞれ３０分間曝露するサイクルを２００サイクル繰り返した後、個別電極と共通電極間に２０Ｖの分極電圧を印加して再分極処理を行い、分極電圧の印加時間とその時の静電容量を調べた。結果を表１に示す。なお、温度サイクル試験を行う前の試料１および試料２の静電容量（初期値）は、それぞれ２．７０ｎＦ、２．６６ｎＦであった。
【表１】
【００５４】
実施例
チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電セラミック層と、この圧電セラミック層の一方の表面に配置された、Ａｇ−Ｐｄ合金からなる厚み２μｍの共通電極と、前記圧電セラミック層の他方の表面に複数配置された、Ａｕからなる厚み１μｍの個別電極と、この個別電極と同じ面の隅に配置された、Ａｕからなる厚み１μｍの検査用電極とを備えた、図１に示すような構成の圧電アクチュエータ（試料３〜２６）を作製した。各試料の圧電セラミック層の厚みおよび圧電アクチュエータの総厚みは表２に示す値となるようにそれぞれ調整した。
【００５５】
次に、インク流路とインク供給孔をエッチングによって形成したＦｅ−Ｃｒ系金属からなる板と、同じくインク吐出孔をエッチング法によって形成したＦｅ−Ｃｒ系金属からなる板を熱硬化性のエポキシ樹脂接着剤にて接着し流路部材を得た。ついで、この流路部材のインク流路開口面側に熱硬化性のエポキシ接着剤を塗布し、上記の圧電アクチュエータをインク流路と個別電極とが揃うように位置決めし、図１に示すようなインクジェット記録ヘッド（試料３〜２６）を作製した。
【００５６】
次に、各試料の個別電極と共通電極間に５０Ｖの分極電圧を１０秒間印加して分極した後で個別電極と共通電極間の静電容量（初期値）をそれぞれ計測した。ついで、各試料に対して２００℃、１０分の条件で熱処理を行った後、個別電極と共通電極間の静電容量（熱処理後）を計測し、さらに検査用電極と共通電極間の静電容量も計測した。なお、静電容量は、両電極に測定用プローブを直接当ててインピーダンスアナライザーにより測定した。
【００５７】
次に、表２に示す分極電圧および分極電圧の印加時間で各試料の圧電セラミック層に対して再分極処理を行った後、個別電極と共通電極間の静電容量（再分極後）を計測した。結果を表２に示す。なお、表２には、各圧電アクチュエータの駆動時の駆動電圧および印加方式も参考として記載している。また、静電容量の回復率は、（再分極後／初期値）×１００から算出した。
【表２】
【００５８】
また、各試料において、熱処理後に計測した検査用電極と共通電極間の静電容量は、個別電極と共通電極間の静電容量（熱処理後）と高い相関性を有していた。このことから、検査用電極と共通電極間の静電容量を計測することにより、個別電極と共通電極間の静電容量を正確に把握し圧電セラミック層の分極状態が劣化しているか否かを正確に見極めることが可能であるということがわかった。したがって、インクジェット記録装置に上記のような検査用電極を設けることにより、適切な時期に再分極処理を行うことができる。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、個別電極が配列された面と同じ側の圧電セラミック層の表面に静電容量を検査するための検査用電極が設けられているので、個別電極と共通電極との間の静電容量を正確に把握し圧電セラミック層の分極状態が劣化しているか否かを正確に見極めることができる。これにより、適切な時期に再分極処理を行うことができる。したがって、製品出荷後においても常に安定した圧電特性を得ることができるので、良好な印刷状態を維持することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインクジェット記録装置に備えられたインクジェット記録ヘッドを示す断面図である。
【図２】本発明における再分極処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】引き打ち方式において、再分極処理時、待機時および駆動時に個別電極と共通電極との間に印加される電圧を示すグラフである。
【図４】引き打ち方式において、再分極処理時、待機時および駆動時に個別電極と共通電極との間に印加される電圧を示すグラフである。
【図５】押し打ち方式において、再分極処理時、待機時および駆動時に個別電極と共通電極との間に印加される電圧を示すグラフである。
【図６】本発明のインクジェット記録装置に備えられるインクジェット記録ヘッドの他の実施形態を示す斜視図である。
【図７】本発明のインクジェット記録装置に備えられるインクジェット記録ヘッドの他の実施形態を示す断面図である。
【図８】本発明のインクジェット記録装置に備えられるインクジェット記録ヘッドのさらに他の実施形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１１，１１ａ，１１ｂ インクジェット記録ヘッド
１２ 圧電セラミック層
１３ セラミック層
１４ 共通電極
１５ 個別電極
１６，１６ａ，１６ｂ 圧電アクチュエータ
１７ インク吐出孔
１８ インク流路
１９ 流路部材
２１ 検査用電極
Claims (10)
- 圧電セラミック層と該圧電セラミック層の一方の表面に配置された共通電極と前記圧電セラミック層の他方の表面に配列された複数の個別電極とを備えた圧電アクチュエータを有するインクジェット記録ヘッドと、
前記圧電セラミック層における前記個別電極が配列された面と同じ面に、前記個別電極と前記共通電極との間の静電容量を検査するために設けられた検査用電極と、
この検査用電極による検査結果に基づいて、前記個別電極と前記共通電極との間に分極電圧を印加して前記圧電セラミック層を再分極するための再分極処理手段とを備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。 - 前記検査用電極が、前記圧電セラミック層の表面の相互に離隔した複数箇所に設けられている請求項１記載のインクジェット記録装置。
- 前記検査用電極が、四角形の前記圧電セラミック層の四隅に設けられている請求項２記載のインクジェット記録装置。
- 前記分極電圧と、印字時に前記個別電極と前記共通電極との間に印加する駆動電圧とが同じ電源から印加されるように配線されている請求項１〜３のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
- 前記圧電アクチュエータの厚みが１００μｍ以下である請求項１〜４のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
- 請求項１〜５のいずれかに記載のインクジェット記録装置の制御方法であって、前記検査用電極と前記共通電極との間の静電容量を計測し、この計測結果に基づいて再分極処理の要否を判断し、再分極が必要であると判断された場合に前記個別電極と前記共通電極との間に分極電圧を印加して前記圧電セラミック層を再分極することを特徴とするインクジェット記録装置の制御方法。
- 印字時に前記個別電極と前記共通電極との間に印加する駆動電圧が引き打ち方式であり、前記分極電圧が前記駆動電圧の１．２〜５倍である請求項６記載のインクジェット記録装置の制御方法。
- 印字時に前記個別電極と前記共通電極との間に印加する駆動電圧が押し打ち方式であり、前記分極電圧が前記駆動電圧と略同一かそれより大きい請求項６記載のインクジェット記録装置の制御方法。
- 前記分極電圧の印加時間が１０秒以下である請求項６〜８のいずれかに記載のインクジェット記録装置の制御方法。
- 前記分極電圧が１５〜５０Ｖである請求項６〜９のいずれかに記載のインクジェット記録装置の制御方法。
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2003
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