JP2003154647A - インクジェットヘッドドライバおよびそれを用いたインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インクジェットヘッドドライバにおいて、異
常電流によるインクジェットヘッドドライバの破壊を防
止するとともにインクジェットヘッドが正常に復旧した
後の印字を可能にする。 【解決手段】 アクチュエータ部Ｂを駆動して圧電効果
によりノズル部からインクを吐出させるインクジェット
ヘッドドライバ２０であって、アクチュエータ部Ｂに駆
動電流を給電して当該アクチュエータ部Ｂを変位駆動す
るスイッチング部２１と、所定値以上の電流に対しては
スイッチング部２１に流れる電流を制限する電流制限手
段２２とを有するインクジェットヘッドドライバ２０と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェットヘ
ッドドライバおよびそれを用いたインクジェット記録装
置に関し、特に過大電流に対するインクジェットヘッド
ドライバの破損防止に適用して有効な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット式記録装置のインクジェ
ットヘッドは、インク液を収容する圧力室を持つ圧力室
部品と、この圧力室からインク滴を吐出させるためのア
クチュエータ部である圧電素子（強誘電体素子）とを備
えている。圧電素子には、強誘電体膜と、この強誘電体
膜に電圧を印加して収縮及び伸張させる個別電極及び共
通電極とを備えており、強誘電体膜の圧電効果により変
位する振動板により、インク滴を圧力室のノズル孔から
吐出させるように構成されている。

【０００３】そして、このような圧電素子を駆動するた
めに、インクジェットヘッドドライバが設けられてい
る。

【０００４】インクジェットヘッドドライバは駆動電圧
波形Ｖａｍｐをインクジェットヘッドの各圧電素子へ供
給するもので、各圧電素子に対応した個数分のスイッチ
があり、このスイッチは通常トランジスタの組み合わせ
で構成されている。

【０００５】そして、スイッチが導通している期間に駆
動電圧波形Ｖａｍｐがインクジェットヘッドの各圧電素
子に供給される。

【０００６】ここで、スイッチが導通している場合は抵
抗分（オン抵抗（Ｒｏｎ））を有する。

【０００７】そして、スイッチのオン抵抗が電流値に関
わらず一定であると、インクジェットヘッドのＰｎ番の
圧電素子に異常があり異常電流が流れた場合、インクジ
ェットヘッドドライバが破壊される可能性がある。

【０００８】インクジェットヘッドドライバの破壊を防
ぐためには、インクジェットヘッドの各圧電素子に対応
して、異常電流で溶断するヒューズをインクジェットヘ
ッドドライバとインクジェットヘッドとの間に配置する
ことが考えられる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな技術では、異常電流のために一旦ヒューズが溶断す
ると、その後インクジェットヘッドが正常な状態に復帰
しても、溶断したヒューズに対応した圧電素子には給電
が行われないので、当該圧電素子が設けられたヘッドピ
ンからはインクが吐出されない。

【００１０】これでは、安定して高品質な印字を行うこ
とができなくなる。

【００１１】そこで、本発明は、異常電流によるインク
ジェットヘッドドライバの破壊を防止するとともにイン
クジェットヘッドが正常に復旧した後の印字が可能なイ
ンクジェットヘッドドライバおよびそれを用いたインク
ジェット記録装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明のインクジェットヘッドドライバは、アクチ
ュエータ部を駆動して圧電効果によりノズル部からイン
クを吐出させるインクジェットヘッドドライバであっ
て、アクチュエータ部に駆動電流を給電して当該アクチ
ュエータ部を変位駆動するスイッチング部と、所定値以
上の電流に対してはスイッチング部に流れる電流を制限
する電流制限手段とを有する構成としたものである。

【００１３】これにより、電流制限手段によりスイッチ
ング部には異常電流が流れなくなるので、異常電流によ
るインクジェットヘッドドライバの破壊が防止されると
ともに、インクジェットヘッドが正常に復旧した後は正
常レベルの電流が給電されて正常な印字が可能になる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、アクチュエータ部を駆動して圧電効果によりノズル
部からインクを吐出させるインクジェットヘッドドライ
バであって、アクチュエータ部に駆動電流を給電して当
該アクチュエータ部を変位駆動するスイッチング部と、
所定値以上の電流に対してはスイッチング部に流れる電
流を制限する電流制限手段とを有するインクジェットヘ
ッドドライバであり、異常電流によるインクジェットヘ
ッドドライバの破壊が防止されるとともに、インクジェ
ットヘッドが正常に復旧した後は正常レベルの電流が給
電されて正常な印字が可能になるという作用を有する。

【００１５】本発明の請求項２に記載の発明は、請求項
１記載の発明において、電流制限手段により、所定値以
上の電流でオン抵抗が上昇してスイッチング部に流れる
電流を制限するインクジェットヘッドドライバであり、
異常電流によるインクジェットヘッドドライバの破壊が
防止されるとともに、インクジェットヘッドが正常に復
旧した後は正常レベルの電流が給電されて正常な印字が
可能になるという作用を有する。

【００１６】本発明の請求項３に記載の発明は、請求項
２記載の発明において、電流制限手段により、アクチュ
エータ部の最大定格未満となる電流を閾値としてオン抵
抗が上昇するインクジェットヘッドドライバであり、異
常電流によるインクジェットヘッドドライバの破壊およ
びアクチュエータ部の破壊が防止されるとともに、イン
クジェットヘッドが正常に復旧した後は正常レベルの電
流が給電されて正常な印字が可能になるという作用を有
する。

【００１７】本発明の請求項４に記載の発明は、請求項
２記載の発明において、電流制限手段により、当該電流
制限手段の抵抗分とスイッチング部の抵抗分に電流が流
れることで発生する損失での温度上昇がインクジェット
ヘッドドライバの動作保証温度未満となる電流を閾値と
してオン抵抗が上昇するインクジェットヘッドドライバ
であり、損失での温度上昇によるインクジェットヘッド
ドライバの破壊が防止されるという作用を有する。

【００１８】本発明の請求項５に記載の発明は、請求項
１〜４の何れか一項に記載の発明において、スイッチン
グ部は、アクチュエータ部の放電時に導通状態となる第
１のスイッチ、および当該第１のスイッチと並列接続さ
れてアクチュエータの充電時に導通状態となる第２のス
イッチから構成されているインクジェットヘッドドライ
バであり、異常電流によるインクジェットヘッドドライ
バの破壊が防止されるとともに、インクジェットヘッド
が正常に復旧した後は正常レベルの電流が給電されて正
常な印字が可能になるという作用を有する。

【００１９】本発明の請求項６に記載の発明は、請求項
５記載の発明において、電流制限手段はスイッチング部
に対して直列接続されているインクジェットヘッドドラ
イバであり、異常電流によるインクジェットヘッドドラ
イバの破壊が防止されるとともに、インクジェットヘッ
ドが正常に復旧した後は正常レベルの電流が給電されて
正常な印字が可能になるという作用を有する。

【００２０】本発明の請求項７に記載の発明は、請求項
５記載の発明において、電流制限手段は第２のスイッチ
と直列接続されて第１のスイッチと並列接続されている
インクジェットヘッドドライバであり、異常電流による
インクジェットヘッドドライバの破壊が防止されるとと
もに、通常動作時の損失による温度上昇が、請求項５記
載の発明の構成に比べ低減され動作保証温度に対し、余
裕度が増すという作用を有する。

【００２１】本発明の請求項８に記載の発明は、請求項
１〜７の何れか一項に記載のインクジェットヘッドドラ
イバとインクジェットヘッドと記録媒体とを相対移動さ
せる移動手段が用いられているインクジェット記録装置
であり、異常電流によるインクジェットヘッドドライバ
の破壊が防止されるとともに、インクジェットヘッドが
正常に復旧した後は正常レベルの電流が給電されて正常
な印字が可能になるという作用を有する。

【００２２】以下、本発明の実施の形態について、図１
から図８を用いて説明する。なお、これらの図面におい
て同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複
した説明は省略されている。

【００２３】図１は本発明の一実施の形態である強誘電
体素子が用いられたインクジェット式記録装置の全体概
略構成を示す斜視図、図２は図１のインクジェット式記
録装置におけるインクジェットヘッドの全体構成を示す
断面図、図３は図２の要部を示す斜視図、図４は図２の
インクジェットヘッドのアクチュエータ部の構成を示す
断面図、図５は図４のアクチュエータ部を駆動するイン
クジェットヘッドドライバの構成の一例を示す説明図、
図６は図５のインクジェットヘッドドライバにおける電
流値とオン抵抗値との関係を従来との比較で示すグラ
フ、図７は図４のアクチュエータ部に印加される駆動電
圧波形とこの駆動電圧により流れる電流波形を示す説明
図、図８は図４のアクチュエータ部を駆動するインクジ
ェットヘッドドライバの構成の他の一例を示す説明図、
図９は本発明の一実施の形態における電流制限手段の構
成の一例を示す説明図である。

【００２４】図１に示すインクジェット式記録装置４０
は、強誘電体素子の圧電効果を利用して記録を行う本発
明のインクジェットヘッド４１を備え、このインクジェ
ットヘッド４１から吐出したインク滴を紙等の記録媒体
４２に着弾させて、記録媒体４２に記録を行うものであ
る。インクジェットヘッド４１は、主走査方向Ｘに配置
したキャリッジ軸４３に設けられたキャリッジ４４に搭
載されていて、キャリッジ４４がキャリッジ軸４３に沿
って往復動するのに応じて、主走査方向Ｘに往復動す
る。さらに、インクジェット式記録装置４０は、記録媒
体４２をインクジェットヘッド４１の幅方向（すなわ
ち、主走査方向Ｘ）と略垂直方向の副走査方向Ｙに移動
させる複数個のローラ（移動手段）４５を備える。

【００２５】なお、ここではシリアル型のインクジェッ
ト式記録装置の構成を説明したが、本発明は、ライン型
のインクジェット式記録装置に用いるヘッド、アクチュ
エータ、強誘電体素子にも当然適用可能である。

【００２６】図２は本発明の実施の形態のインクジェッ
トヘッド４１の全体構成を示し、図３はその要部の構成
を示す。図２および図３において、Ａは圧力室部品であ
って、圧力室用開口部１が形成される。Ｂは圧力室用開
口部１の上端開口面を覆うように配置されるアクチュエ
ータ部、Ｃは圧力室用開口部１の下端開口面を覆うよう
に配置されるインク液流路部品である。圧力室部品Ａの
圧力室用開口部１は、その上下に位置するアクチュエー
タ部Ｂおよびインク液流路部品Ｃにより区画されて圧力
室２となる。アクチュエータ部Ｂには、圧力室２の上方
に位置する個別電極（第２の電極）３が配置されてい
る。これ等圧力室２および個別電極３は、図２から判る
ように、千鳥状に多数配列されている。インク液流路部
品Ｃには、インク液供給方向に並ぶ圧力室２間で共用す
る共通液室５と、この共通液室５を圧力室２に連通する
供給口６と、圧力室２内のインク液が流出するインク流
路７とが形成される。Ｄはノズル板であって、インク流
路７に連通するノズル孔８が形成されている。また、図
２において、ＥはＩＣチップであって、ボンディングワ
イヤーＢＷを介して多数の個別電極３に対して電圧を供
給する。

【００２７】次に、アクチュエータ部Ｂの構成を図４に
基づいて説明する。

【００２８】同図において、アクチュエータ部Ｂは、図
２に示したインク液供給方向とは直交する方向の断面図
を示す。同図では、直交方向に並ぶ４個の圧力室２を持
つ圧力室部品Ａが参照的に描かれている。

【００２９】このアクチュエータ部Ｂは、各圧力室２の
上方に位置する個別電極３、この個別電極３の直下に位
置する強誘電体膜１０、この強誘電体膜１０の圧電効果
により変位し振動する振動板１１とを有する。振動板１
１は、導電性物質で形成されていて、各圧力室２で共通
する共通電極（第１の電極）を兼用する。さらに、アク
チュエータ部Ｂは、各圧力室２の相互を区画する区画壁
２ａの上方に位置する縦壁１３を持つ。なお、同図中、
１４は圧力室部品Ａとアクチュエータ部Ｂとを接着する
接着剤である。各縦壁１３は、接着剤１４を用いた接着
時に、一部の接着剤１４が区画壁２ａの外方にはみ出し
た場合にも、この接着剤１４が振動板１１に付着せず、
振動板１１が所期通りの変位、振動を起こすように、圧
力室２の上面と振動板１１の下面との距離を拡げる役割
を持つ。但し、振動板と共通電極は別体となっていても
よい。

【００３０】そして、個別電極３、強誘電体膜１０およ
び共通電極１１で強誘電体素子が構成されている。

【００３１】なお、個別電極３は例えばＰｔ（白金）
で、強誘電体膜１０は例えばチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐ
ＺＴ）で、振動板兼共通電極１１は例えばＣｒ（クロ
ム）、Ｍｏ（モリブデン）またはＴａ（タンタル）で、
形成されている。また、個別電極３は厚さ０．１〜０．
５μｍに、強誘電体膜１０は厚さ１〜６μｍに、振動板
兼共通電極１１は厚さ２〜１５μｍに、各々成膜されて
いる。

【００３２】なお、ここでは振動板は共通電極と兼用と
したが、別々の部材で構成しても構わない。その場合、
振動板は導電性の材料で形成しても、絶縁性の材料で形
成してもどちらでも構わない。また振動板側の電極を個
々の強誘電体膜に対応する個別電極とし、反対側の電極
を共通電極としてもよい。

【００３３】さらにアクチュエータ部Ｂを構成する、個
別電極３，強誘電体膜１０，振動板１１，共通電極（こ
こでは振動板１１と兼用）は全てスパッタリングやＣＶ
Ｄ等の真空成膜技術やゾルゲル法などで形成されること
が好ましい。これらの方法を用いることにより、各構成
部位への異物の混入を最小限に抑制することができ、電
極間の短絡等を製造方法の面からも抑制することができ
るようになり、本願発明との相乗効果により、インクジ
ェットヘッド全体の信頼性の向上が可能になる。

【００３４】ここで、アクチュエータ部を駆動するイン
クジェットヘッドドライバの構成を図５に示す。

【００３５】図示するように、インクジェットヘッドド
ライバ２０は、アクチュエータ部Ｂに電源部２３からの
駆動電流を給電してアクチュエータ部Ｂを変位駆動する
スイッチング部２１、および所定値以上の電流に対して
はスイッチング部２１に流れる電流を制限する電流制限
手段２２から構成されている。インクジェットヘッドド
ライバ２０の両端の電位差をＥ、流れる電流をＩとする
と、オン抵抗ＲｏｎはＲｏｎ＝Ｅ／Ｉで定義される。そ
して、スイッチング部２１は、相互に並列接続された第
１のスイッチ２１ａおよび第２のスイッチ２１ｂとから
なる。また、電流制限手段２２はスイッチング部２１に
対して直列接続されている。電流制限手段２２の一例と
して、図９に示すようにトランジスタを用いて電流を制
限することが可能である。また、トランジスタとオペア
ンプを組み合わせることで高精度の電流制限が可能であ
る。

【００３６】ここで、本実施の形態において電流制限手
段２２は、たとえば１８ｍＡ以上の電流でオン抵抗が上
昇してスイッチング部２１に流れる電流を制限するよう
になっている。すなわち、図６に示すように、従来のイ
ンクジェットヘッドドライバでは電流値にかかわらずオ
ン抵抗は一定であるのに対して、本願のインクジェット
ヘッドドライバでは、たとえば１８ｍＡを閾値として、
それ以下の正常電流時ではオン抵抗が低く一定である
が、それ以上の電流、つまり異常電流に対してはオン抵
抗が急激に上昇するようになっている。そして、電流制
限手段２２がこのような特性を有することから、オン抵
抗が上昇した領域では電流が流れにくくなって定電流値
となるので、スイッチング部２１には過大な異常電流は
流れない。

【００３７】これにより、異常電流によるインクジェッ
トヘッドドライバ２０の破壊が防止されるとともに、イ
ンクジェットヘッドドライバ２０が正常に復旧した後は
正常レベルの電流が給電されるので、正常な印字が可能
になる。

【００３８】ここで、電流制限部２２により、たとえば
アクチュエータ部Ｂの最大定格未満となる電流を閾値と
して、あるいは電流制限手段２２の抵抗分Ｒ１とスイッ
チング部２１の抵抗分Ｒ２に電流Ｉが流れることで発生
する損失（Ｉ・Ｉ・（Ｒ１＋Ｒ２））での温度上昇がイ
ンクジェットヘッドドライバ２０の動作保証温度未満と
なる電流を閾値として、インクジェットヘッドドライバ
２０のオン抵抗が上昇するように設定することができ
る。

【００３９】ここで、アクチュエータ部Ｂに印加される
駆動電圧Ｖａｍｐの波形と、この駆動電圧Ｖａｍｐによ
り流れる電流Ｉｐの波形を図７に示す。

【００４０】図示するように、駆動電圧Ｖａｍｐにより
流れる電流Ｉｐには、アクチュエータ部Ｂからの放電電
流Ｉａと、アクチュエータ部Ｂへの充電電流Ｉｂとが含
まれる。そして、前述した第１のスイッチ２１ａは放電
時にオンする制御信号が入力され、第２のスイッチ２１
ｂは充電時にオンする制御信号が入力されるようになっ
ている。したがって、放電電流Ｉａは第１のスイッチ２
１ａを流れ、充電電流Ｉｂは第２のスイッチ２１ｂを流
れ、電流制限手段２２には放電電流Ｉａと充電電流Ｉｂ
の両方が流れることになる。

【００４１】電流制限手段２２は、定常時に抵抗分Ｒ１
に放電電流Ｉａと充電電流Ｉｂが流れることでの損失
（（Ｉａ＋Ｉｂ）・（Ｉａ＋Ｉｂ）・Ｒ１）による発熱
を生じる。そして、一般的には異常電流が流れる現象が
発生するのは充電時の場合がほとんどである。

【００４２】そこで、図８に示すように、電流制限手段
２２を第２のスイッチ２１ｂと直列接続して第１のスイ
ッチ２１ａと並列接続すれば、つまり電流制限手段２２
を充電時にオンとなる第２のスイッチ２１ｂのラインに
入れれば、電流制限手段２２を流れる電流は充電電流Ｉ
ｂのみとなるので、電流制限手段２２の発熱を低減する
ことができる。これによりインクジェットヘッドドライ
バ２０自体の発熱の低減を図ることができる。

【００４３】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、電流制
限手段によりスイッチング部には異常電流が流れなくな
るので、異常電流によるインクジェットヘッドドライバ
の破壊が防止されるとともに、インクジェットヘッドが
正常に復旧した後は正常レベルの電流が給電されて正常
な印字が可能になるという有効な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態である強誘電体素子が用
いられたインクジェット式記録装置の全体概略構成を示
す斜視図

【図２】図１のインクジェット式記録装置におけるイン
クジェットヘッドの全体構成を示す断面図

【図３】図２の要部を示す斜視図

【図４】図２のインクジェットヘッドのアクチュエータ
部の構成を示す断面図

【図５】図４のアクチュエータ部を駆動するインクジェ
ットヘッドドライバの構成の一例を示す説明図

【図６】図５のインクジェットヘッドドライバにおける
電流値とオン抵抗値との関係を従来との比較で示すグラ
フ

【図７】図４のアクチュエータ部に印加される駆動電圧
波形とこの駆動電圧により流れる電流波形を示す説明図

【図８】図４のアクチュエータ部を駆動するインクジェ
ットヘッドドライバの構成の他の一例を示す説明図

【図９】本発明の一実施の形態における電流制限手段の
構成の一例を示す説明図

【符号の説明】

２０ インクジェットヘッドドライバ ２１ スイッチング部 ２１ａ 第１のスイッチ ２１ｂ 第２のスイッチ ２２ 電流制限手段 Ｂ アクチュエータ部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松尾 英俊 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2C057 AF99 AR03 AR20 BA03 BA14

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アクチュエータ部を駆動して圧電効果によ
   りノズル部からインクを吐出させるインクジェットヘッ
   ドドライバであって、 前記アクチュエータ部に駆動電流を給電して当該アクチ
   ュエータ部を変位駆動するスイッチング部と、 所定値以上の電流に対しては前記スイッチング部に流れ
   る電流を制限する電流制限手段とを有することを特徴と
   するインクジェットヘッドドライバ。
2. 【請求項２】前記電流制限手段により、所定値以上の電
   流でオン抵抗が上昇して前記スイッチング部に流れる電
   流を制限することを特徴とする請求項１記載のインクジ
   ェットヘッドドライバ。
3. 【請求項３】前記電流制限手段により、前記アクチュエ
   ータ部の最大定格未満となる電流を閾値としてオン抵抗
   が上昇することを特徴とする請求項２記載のインクジェ
   ットヘッドドライバ。
4. 【請求項４】前記電流制限手段により、当該電流制限手
   段の抵抗分とスイッチング部の抵抗分に電流が流れるこ
   とで発生する損失での温度上昇がインクジェットヘッド
   ドライバの動作保証温度未満となる電流を閾値としてオ
   ン抵抗が上昇することを特徴とする請求項２記載のイン
   クジェットヘッドドライバ。
5. 【請求項５】前記スイッチング部は、前記アクチュエー
   タ部の放電時に導通状態となる第１のスイッチ、および
   当該第１のスイッチと並列接続されて前記アクチュエー
   タの充電時に導通状態となる第２のスイッチから構成さ
   れていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に
   記載のインクジェットヘッドドライバ。
6. 【請求項６】前記電流制限手段は前記スイッチング部に
   対して直列接続されていることを特徴とする請求項５記
   載のインクジェットヘッドドライバ。
7. 【請求項７】前記電流制限手段は前記第２のスイッチと
   直列接続されて前記第１のスイッチと並列接続されてい
   ることを特徴とする請求項５記載のインクジェットヘッ
   ドドライバ。
8. 【請求項８】請求項１〜７の何れか一項に記載のインク
   ジェットヘッドドライバとインクジェットヘッドと記録
   媒体とを相対移動させる移動手段が用いられていること
   を特徴とするインクジェット記録装置。