JP2023132399A - 液体吐出ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】圧電アクチュエーターを再分極することのできる液体吐出ヘッドを提供する。【解決手段】実施形態の液体吐出ヘッドは、圧電アクチュエーター、駆動ＩＣ、及び切替回路を備える。複数の圧電アクチュエーターは、圧電体、駆動電圧を与える一方の端子、および共通電位を与える他方の端子を備える。駆動ＩＣは、液体の吐出動作時に、駆動電圧を出力して圧電アクチュエーターを駆動する複数の駆動回路、及び各駆動回路の出力端子と基準電位との間に、駆動回路が駆動電圧を出力したときに導通しない方向にそれぞれ接続した複数のダイオードを備える。切替回路は、圧電アクチュエーターの他方の端子を、共通電位に接続するか分極電圧源に接続するかを切り替える。液体吐出ヘッドは、圧電体の分極実行時に、駆動ＩＣの他の電源端子を開放し、分極電圧源との接続に切替回路を切り替え、ダイオードを介して圧電アクチュエーターに分極電圧を与える。【選択図】図６

Description

本発明の実施形態は、液体吐出ヘッドに関する。

所定量の液体を所定の位置に供給する液体吐出ヘッドが知られている。液体吐出ヘッドは、例えばインクジェットプリンタ、３Ｄプリンタ、分注装置などに搭載する。インクジェットプリンタは、インクの液滴をインクジェットヘッドから吐出して、記録媒体の表面に画像等を形成する。３Ｄプリンタは、造形材の液滴を造形材吐出ヘッドから吐出し、硬化させて、三次元造形物を形成する。分注装置は、試料の液滴を吐出して複数の容器等へ所定量供給する。

液体吐出ヘッドは、液体を吐出するチャネルを複数有している。各チャネルは、液体を吐出するノズル、ノズルに連通する圧力室、及び圧力室の容積を変えるアクチュエーターを備える。液体吐出ヘッドは、複数のチャネルの中から液体を吐出するチャネルを選択し、アクチュエーターに駆動信号を与えて駆動させる。アクチュエーターを駆動すると、液体で満たされている圧力室の容積が変わり、ノズルから液体を吐出する。

圧電体の圧電効果を利用して駆動する圧電アクチュエーターは、圧力室の容積を変える機能を実現する分極方向に圧電体を分極している。しかしながら、圧電体は、例えば液体吐出ヘッドの製造プロセスや液体吐出ヘッドを通常使用している間にも分極劣化が起きることがある。分極劣化が起きると、液体吐出ヘッドの液体の吐出性能が低下することがある。

特開２００９－２５５５５３号公報 特開２００２－１６０３７２号公報 特開２０１０－１５５４１８号公報 特開２００９－８３２７６号公報

本発明が解決しようとする課題は、駆動ＩＣを搭載した状態で圧電アクチュエーターの圧電体を分極することのできる液体吐出ヘッドを提供することにある。

本発明の実施形態の液体吐出ヘッドは、圧電アクチュエーター、駆動ＩＣ（Integrated Circuit）、及び切替回路を備える。複数の圧電アクチュエーターは、圧電体、駆動電圧を与える一方の端子、および共通電位を与える他方の端子を備える。駆動ＩＣは、液体の吐出動作時に、前記駆動電圧を出力して前記圧電アクチュエーターを駆動する複数の駆動回路、及び前記各駆動回路の出力端子と基準電位との間に、前記駆動回路が前記駆動電圧を出力したときに導通しない方向にそれぞれ接続した複数のダイオードを備える。切替回路は、前記圧電アクチュエーターの前記他方の端子を、前記共通電位に接続するか分極電圧源に接続するかを切り替える。液体吐出ヘッドは、前記圧電体の分極実行時に、前記駆動ＩＣの他の電源端子を開放し、前記分極電圧源との接続に前記切替回路を切り替え、前記ダイオードを介して前記圧電アクチュエーターに分極電圧を与える。

実施形態に従うインクジェットヘッドを備えたインクジェットプリンタの全体構成図である。 上記インクジェットヘッドの斜視図である。 上記インクジェットヘッドのヘッド部を部分拡大した断面図である。 上記インクジェットヘッドのヘッド部を部分拡大した断面図である。 上記インクジェットヘッドのヘッド部を部分拡大した平面図である。 上記インクジェットヘッドの制御系の回路図である。 上記インクジェットヘッドの制御系の回路図の変形例である。

以下、実施形態に従う液体吐出ヘッドについて、添付図面を参照しながら詳述する。なお、各図において、同一構成は同一の符号を付している。

実施形態の液体吐出ヘッドを搭載した画像形成装置の一例として、記録媒体に画像を印刷するインクジェットプリンタ１０を説明する。図１は、インクジェットプリンタ１０の概略構成を示す。インクジェットプリンタ１０は、筐体１１の内部に、記録媒体の一例であるシートＳを収納するカセット１２、シートＳの上流搬送路１３、カセット１２内から取り出したシートＳを搬送する搬送ベルト１４、搬送ベルト１４上のシートＳに向けてインクの液滴を吐出する複数のインクジェットヘッド１００～１０３、シートＳの下流搬送路１５、排出トレイ１６、及び制御基板１７を配置する。ユーザーインターフェイスである操作部１８は、筐体１１の上部側に配置する。

シートＳに印刷する画像データは、例えば外部接続機器であるコンピュータ２００で生成する。コンピュータ２００で生成した画像データは、ケーブル２０１、コネクタ２０２，２０３を通してインクジェットプリンタ１０の制御基板１７に送る。

ピックアップローラ２０４は、カセット１２からシートＳを一枚ずつ上流搬送路１３へ供給する。上流搬送路１３は、送りローラ対１３１、１３２と、シート案内板１３３、１３４で構成する。シートＳは、上流搬送路１３を経由して、搬送ベルト１４の上面に送る。図中の矢印１０４は、カセット１２から搬送ベルト１４へのシートＳの搬送経路を示す。

搬送ベルト１４は、表面に多数の貫通孔を形成した網状の無端ベルトである。駆動ローラ１４１、従動ローラ１４２，１４３の３本のローラは、搬送ベルト１４を回転自在に支持する。モータ２０５は、駆動ローラ１４１を回転することによって搬送ベルト１４を回転させる。モータ２０５は、駆動装置の一例である。図中１０５は、搬送ベルト１４の回転方向を示す。搬送ベルト１４の裏面側に、負圧容器２０６を配置する。負圧容器２０６は、減圧用のファン２０７と連結する。ファン２０７は、形成する気流によって負圧容器２０６内を負圧にし、搬送ベルト１４の上面にシートＳを吸着保持させる。図中１０６は、気流の流れを示す。

液体吐出ヘッドの一例であるインクジェットヘッド１００～１０３は、搬送ベルト１４上に吸着保持したシートＳに対して、例えば１ｍｍの僅かな隙間を介して対向するように配置する。インクジェットヘッド１００～１０３は、シートＳに向けてインクの液滴を夫々吐出する。インクジェットヘッド１００～１０３は、下方をシートＳが通過する際に画像を印刷する。各インクジェットヘッド１００～１０３は、吐出するインクの色が異なることを除けば、同じ構造である。インクの色は、例えば、シアン，マゼンタ，イエロー，ブラックである。

インクジェットヘッド１００～１０３は、夫々、インク流路３１１～３１４を介してインクタンク３１５～３１８及びインク供給圧力調整装置３２１～３２４と連結する。各インクタンク３１５～３１８は、各インクジェットヘッド１００～１０３の上方に配置する。待機時に、インクジェットヘッド１００～１０３のノズル２４（図２参照）からインクが漏れ出ないように、各インク供給圧力調整装置３２１～３２４は、各インクジェットヘッド１００～１０３内を大気圧に対して負圧、例えば－１．２ｋＰａに調整している。画像形成時、各インクタンク３１５～３１８のインクは、インク供給圧力調整装置３２１～３２４によって各インクジェットヘッド１００～１０３に供給する。

画像形成後、搬送ベルト１４から下流搬送路１５へシートＳを送る。下流搬送路１５は、送りローラ対１５１，１５２，１５３，１５４と、シートＳの搬送経路を規定するシート案内板１５５，１５６で構成する。シートＳは、下流搬送路１５を経由し、排出口１５７から排出トレイ１６へ送る。図中矢印１０７は、シートＳの搬送経路を示す。

続いて、インクジェットヘッド１００～１０３の構成について説明する。以下は、図２～図６を参照しながら、インクジェットヘッド１００について説明しているが、インクジェットヘッド１０１～１０３もインクジェットヘッド１００と同じ構造である。

図２に示すように、インクジェットヘッド１００は、液体吐出部の一例であるヘッド部２を備える。ヘッド部２は、フィルム配線基板の一例であるフレキシブルプリント配線板２１と接続する。フレキシブルプリント配線板２１は、中継基板の一例であるプリント基板２２と接続する。ヘッド部２は、ノズル部の一例であるノズルプレート２３を備える。ヘッド部２は、インク流路３１１を介して図１のインク供給圧力調整装置３２１と接続する。

インクを吐出する各チャネルのノズル２４は、ノズルプレート２３の第１の方向の例えばＸ方向に沿って配列する。ノズル密度は、例えば１５０～１２００ｄｐｉの範囲内に設定する。ノズル２４は、一列に限らず、複数列であってもよい。ヘッド部２の詳しい構成は、後述する。

フレキシブルプリント配線板２１は、例えばポリイミドなどの合成樹脂フィルムを用いたフレキシブルなプリント配線基板である。フレキシブルプリント配線板２１は、ドライバチップである駆動用のＩＣ（Integrated Circuit）３を搭載している（以下、駆動ＩＣと称す）。プリント基板２２は、ガラス繊維入りのエポキシ樹脂層と銅配線層を多重に積層した硬質のスルーホール基板である。制御部としての駆動ＩＣ３は、インクジェットプリンタ１０の制御基板１７からプリント基板２２を介して送られてくるプリントデータを一時的に格納し、所定のタイミングでインクを吐出するよう各チャネルに駆動信号を与える。

図３～図５は、ヘッド部２の部分断面図である。ノズルプレート２３は、圧力室基板４の一面に接合する。ノズルプレート２３は、例えばポリイミドなどの樹脂又はステンレスなどの金属で形成した矩形状のプレートである。振動板４１は、ノズルプレート２３とは反対側の圧力室基板４の一面に接合する。振動板４１は、外力を加えたときに変形する可撓性を有する。振動板４１は、例えば可撓性を有するポリイミドフィルム又は金属などで形成した矩形状のプレートである。

圧力室４２は、圧力室基板４に形成する。複数の圧力室４２は、各ノズル２４の位置に配列して、ノズル２４とそれぞれ連通させている。圧力室４２は、一例として、第２の方向の例えばＺ方向に貫通する矩形状の開口を圧力室基板４に形成し、両側の開口をノズルプレート２３と振動板４１でそれぞれ塞ぐことによって、インクを充填する空間を形成している。圧力室４２は、ガイド流路４３と連通し、さらに振動板４１に形成した開口穴であるインク供給口４４を介してインク供給マニホールド４５に連通する。ガイド流路４３は、圧力室４２ごとに、圧力室基板４の振動板４１側の一面に第３の方向の例えばＹ方向に溝状に形成する。インク供給マニホールド４５は、振動板４１の一面に接合したフレーム４６内に形成する。インク供給マニホールド４５は、Ｘ方向に延び、各チャネルのインク供給口４４及びガイド流路４３を介して、各チャネルの圧力室４２とそれぞれ連通する。共通インク室としてのインク供給マニホールド４５は、インク流路３１１と連通する（図１，図２参照）。

圧電アクチュエーター５は、圧力室４２とは反対側の振動板４１の一面に配置する。各チャネルの圧電アクチュエーター５は、振動板４１を挟んで圧力室４２およびガイド流路４３と対向する位置に配列する。圧電アクチュエーター５と振動板４１は、例えば接着剤で接合する。各圧電アクチュエーター５は、Ｚ方向における振動板４１とは反対側の一面を支持部材４７にそれぞれ接合することによって固定している。

特に図３に示すように、圧電アクチュエーター５は、例えばピエゾ素子などの圧電体５１、第１の内部電極５２、及び第２の内部電極５３を交互に層状に積層して形成した積層型圧電アクチュエーター５である。各圧電体５１は、分極方向が例えばＺ方向において互いに逆向きに配置し、ｄ３３モードで変形させる。第１の内部電極５２と第２の内部電極５３は、圧電体５１の主面にそれぞれ形成した導電膜である。第１の内部電極５２は、それぞれＹ方向における圧電アクチュエーター５の一方の端面まで形成し、この端面に形成した第１の外部電極５４に接続する。第２の内部電極５３は、それぞれＹ方向における圧電アクチュエーター５の他方の端面まで形成し、この端面に形成した第２の外部電極５５に接続する。ダミー層５８は、圧電体５１と同材料である。ダミー層５８は、内部電極を片側にしか設けず、電界が印加されないので変形しない。ダミー層５８は、圧電アクチュエーター５を支持部材４７に固定するベースとなり（図４参照）、あるいは組立中や組立後の精度を出すために研磨する研磨代となる。

特に図４に示すように、各チャネルの圧電アクチュエーター５同士の間に、溝５９を介して同様の構成の圧電アクチュエーター５０を配置し、例えば支柱にしてもよい。圧電アクチュエーター５０は、隣接する圧力室４２との間の隔壁４０にあたる位置に配置する。この圧電アクチュエーター５０は、インクの吐出操作には利用しないが、インクの吐出に使用するようにしてもよい。

複数の圧電体５１を積層した圧電アクチュエーター５の場合、一例として、薄板状に加工した各圧電体５１の主面に第１の内部電極５２と第２の内部電極５３をそれぞれ成膜する。そして圧電体５１同士を積層し焼成してから第１の内部電極５２と第２の内部電極５３の間に電圧を印加して圧電体５１を分極する。その後、第１の外部電極５４と第２の外部電極５５を成膜する。圧電体５１は、チタン酸ジルコン酸鉛 (ＰＺＴ)などの鉛含有圧電材料、或いはニオブ酸ナトリウムカリウムなどの鉛非含有圧電材料で形成する。第１の内部電極５２と第２の内部電極５３は、銀パラジウムなどの焼成可能な導電性材料で成膜する。第１の外部電極５４と第２の外部電極５５は、メッキ法やスパッタ法など既知の方法で、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕなどで成膜する。

各チャネルの第１の外部電極５４は、フレキシブルプリント配線板２１の個別配線５６にそれぞれ接続する。フレキシブルプリント配線板２１は、基材２６，個別配線５６，接着層２７，絶縁層２８を有する。フレキシブルプリント配線板２１は、ハンダメッキ層２９を形成した領域が第１の外部電極５４と対向するように配置し、ハンダを溶融させることによって各チャネルの第１の外部電極５４と個別配線５６を電気的及び機械的に接続する。一方、各チャネルの第２の外部電極５５は、共通配線（不図示）に接続し、例えばフレキシブルプリント配線板２１を介してグランド（ＧＮＤ）に接続する。

図６は、インクジェットヘッド１００の制御系の回路図である。図６に示すように、圧電アクチュエーター５は、第１の外部電極５４を個別配線５６に接続し、個別配線５６を介して駆動ＩＣ３の出力端子に接続する。第２の外部電極５５は、共通配線５７に接続し、共通配線５７を介してグランド（ＧＮＤ）に接続する。グランド（ＧＮＤ）は、共通電位の一例である。第１の外部電極５４と個別配線５６の接続点が圧電アクチュエーター５の一方の端子である。第２の外部電極５５と共通配線５７の接続点が圧電アクチュエーター５の他方の端子である。なお、以下の説明では、一方の端子を個別端子、他方の端子をコモン端子と称す。

各圧電アクチュエーター５の個別端子からの個別配線５６は、駆動ＩＣ３の駆動ドライバＤ（すなわち、駆動回路）の出力端子にそれぞれ接続する。駆動ＩＣ３は、駆動ドライバＤを保護する出力保護ダイオード３１を備える。出力保護ダイオード３１は、一例として、カソードを駆動ドライバＤの出力端子に接続し、アノードを駆動ＩＣ３のグランド（ＧＮＤ）に接続したダイオードである。出力保護ダイオード３１は、各チャネルの駆動ドライバＤごとに設ける。なお、出力回路のトランジスタの構造により寄生ダイオードが構成される場合は、寄生ダイオードを出力保護ダイオードの代わりに用いてもよい。
出力保護ダイオード３１或いは寄生ダイオードは、駆動ＩＣ３の出力端子と基準電位との間に、駆動ＩＣ３が駆動電圧を出力したときに導通しない方向に接続したダイオードの一例である。この基準電位の好ましい一例として、各圧電アクチュエーター５のコモン端子に与える共通電位と同じグランド（ＧＮＤ）に接続しているが、必ずしもコモン端子に与える共通電位と同じでなくてもよい。

駆動ＩＣ３は、圧電アクチュエーター５に与える駆動電圧Ｖ１の電源（駆動電源）３２と接続する。駆動電源３２は、正極を駆動ＩＣ３に接続し、負極をグランド（ＧＮＤ）に接続する。すなわち、この例では正の電圧を駆動電圧Ｖ１としている。第１のスイッチとしてのスイッチＳＷ１は、駆動電源３２と駆動ＩＣ３の接続をＯＮ－ＯＦＦする。駆動ＩＣ３は、インクジェットプリンタ１０の制御基板１７（図１参照）から送られてくるプリントデータの信号線と接続する。プリントデータは、制御信号の一例である。第２のスイッチとしてのスイッチＳＷ２は、駆動ＩＣ３と信号線の接続をＯＮ－ＯＦＦする。

各圧電アクチュエーター５のコモン端子からの共通配線５７は、グランド（ＧＮＤ）に共通接続する。圧電アクチュエーター５を分極する分極回路６は、共通配線５７の一部を利用して圧電アクチュエーター５のコモン端子に共通接続する。第３のスイッチとしてのスイッチＳＷ３は、圧電アクチュエーター５のコモン端子をグランド（ＧＮＤ）に共通接続するか、分極回路６に共通接続するかを切り替える。分極回路６は、圧電アクチュエーター５に与える分極電圧Ｖ２の電源（分極電源）６１を備える。分極電源６１は、正極を駆動ＩＣ３のグランド（ＧＮＤ）端子に接続する。すなわち、出力保護ダイオード３１のアノードに分極電源６１の正極を接続する。分極電源６１の負極は、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ３を介して圧電アクチュエーター５のコモン端子に共通接続する。分極電源６１は、例えば７０Ｖの電源である。分極電源６１は、分極電圧源の一例である。第４のスイッチとしてのスイッチＳＷ４は、Ｂ側に設定すると出力保護ダイオード３１を介して分極電源６１を圧電アクチュエーター５の個別端子に接続し、Ａ側に設定するとこれを切り離すとともに後述するコンデンサーＣ１を放電する。

スイッチＳＷ３は、例えばプリント基板２２に形成する（図２参照）。スイッチＳＷ３は、圧電アクチュエーター５の他方の端子を、共通電位に接続するか分極電圧源に接続するか切り替える切替回路の一例である。分極回路６は、例えば別の基板に形成し、分極実行時にインクジェットヘッド１００に接続し、分極が終われば取り外すようにしてもよい。スイッチＳＷ３をプリント基板２２上に形成する代わりにこの着脱によってスイッチＳＷ３の機能を果たすように構成してもよい。またこの着脱によって分極回路６を複数のインクジェットヘッド１００に共用可能に構成してもよい。分極は、一例として、インクジェットヘッド１００を組み立てた後、インクジェットヘッド１００の使用時間が所定の値に達したときなど、分極劣化が懸念されるときに実行するのが望ましい。但し、分極は、圧電体５１の再分極であってもよく着分極であってもよい。

分極回路６は、第一の時定数回路としての時定数回路６２を備える。時定数回路６２は、コンデンサーＣ１と抵抗Ｒ１を直列接続して形成するが、コンデンサーＣ１と抵抗Ｒ１の間にさらに抵抗Ｒ２を接続する。抵抗Ｒ２の抵抗値は、抵抗Ｒ１の抵抗値よりも小さくする。抵抗Ｒ２は、スイッチＳＷ４をＡ側に設定してコンデンサーＣ１を放電するときに、コンデンサーＣ１を過電流から保護する電流制限抵抗である。

分極回路６は、時定数回路６２とスイッチＳＷ３の間に、抵抗Ｒ３を接続する。抵抗Ｒ３は、圧電アクチュエーター５の静電容量との組み合わせで第二の時定数回路を形成する。抵抗Ｒ３は、圧電アクチュエーター５を分極電源６１に接続した際に、圧電アクチュエーター５を過電流から保護する電流制限抵抗である。時定数回路６２の時定数は、第二の時定数回路の時定数よりも大きくする。

ここで、一例として圧電アクチュエーター５の１個当たりの静電容量が１０００ｐＦであって、圧電アクチュエーター５の数が３００個（すなわち、チャネル数が３００）の場合について説明する。分極電源６１は、例えば７０Ｖの電源を用いる。コンデンサーＣ１の容量は、例えば１μＦとする。抵抗Ｒ１は、例えば１ＭΩとする。抵抗Ｒ２は、例えば１ｋΩとする。この場合、時定数回路６２の時定数は、１μＦ×（１ＭΩ＋１ｋΩ）＝約１秒である。一方、圧電アクチュエーター５の静電容量との組み合わせで第二の時定数回路を構成する抵抗Ｒ３は、例えば１ＭΩとする。この場合、第二の時定数回路の時定数は、１０００ｐＦ×３００ｃｈ×１ＭΩ＝約０．３秒である。従って、圧電アクチュエーター５への分極電圧の立ち上がり時間は、時定数回路６２の時定数が律速する。

続いて、図６を参照しながらインク吐出動作と、分極の動作について説明する。
まず、通常動作であるインクを吐出する動作では、駆動電源３２のスイッチＳＷ１と信号線のスイッチＳＷ２を、共にＯＮにする。すなわち、駆動ＩＣ３に駆動電源３２とプリントデータの信号線を接続した状態にする。さらに、スイッチＳＷ３とスイッチＳＷ４を、共にＡ側にする。すなわち、圧電アクチュエーター５のコモン端子をグランド（ＧＮＤ）に共通接続し、基準電位であるグランド（ＧＮＤ）電位を与える。グランド電位は、例えば０Ｖである。

駆動ＩＣ３は、プリントデータに基づき、インクを吐出するチャネルの駆動ドライバＤから駆動電圧Ｖ１を出力する。駆動電圧Ｖ１は、分極電圧よりも低い正の電圧である。駆動電圧Ｖ１は、個別配線５６を介して圧電アクチュエーター５の個別端子に与える。待機状態で圧電アクチュエーター５の一方の端子に駆動電圧Ｖ１を与えることによって、圧電体５１の分極軸の向きに電界が印加され、圧電アクチュエーター５が伸長して圧力室４２の容積が収縮した状態にしておく。その後、圧電アクチュエーター５の一方の端子の電位をグランドに落とすと圧電アクチュエーター５は元に戻り、その際、圧力室４２の容積は相対的に拡張する。圧力室４２の容積が拡張した分、ガイド流路４３を介してインクが圧力室４２内に流れ込む。その後、圧電アクチュエーター５の一方の端子に再び駆動電圧Ｖ１を与えると、圧力室４２の容積が元通り収縮する。このように圧電アクチュエーター５の縦振動に合わせて圧力室４２の容積が変わり、ノズル２４からインクが吐出する。なお、インクの吐出動作時、分極電源６２はスイッチＳＷ３によって切り離されているので、駆動ＩＣ３や圧電アクチュエーター５の動作に影響を及ぼさない。

次に分極の動作では、駆動ＩＣ３の他の電源端子を開放して実行するのが望ましい。図６の例では、駆動ＩＣ３の破損を防ぐためにスイッチＳＷ１をＯＦＦにして、駆動電源３２を切り離しておくのが望ましい。さらにスイッチＳＷ２をＯＦＦにして信号線も駆動ＩＣ３から切り離すことがより好ましい。そしてスイッチＳＷ３をＢ側に切り替え、圧電アクチュエーター５のコモン端子を、グランド（ＧＮＤ）から切り離して、抵抗Ｒ３および時定数回路６２の抵抗Ｒ１を介して分極電源６１の負極に接続する。その後スイッチＳＷ４もＢ側に切り替え、分極電源６１の正極を駆動ＩＣ３のグランド（ＧＮＤ）端子に接続する。すなわち、分極電源６１の正極を、各チャネルの出力保護ダイオード３１を介して各チャネルの圧電アクチュエーター５に共通接続する。

圧電アクチュエーター５の電圧効率を向上させるために、駆動電源を複数備えるようにしてもよい。例えば図７に示すように、駆動電圧Ｖ３を生じる駆動電源３３を設けてこれを圧電アクチュエーター５の他方の端子と駆動回路に与える。この場合も、分極は、駆動ＩＣ３の破損を防ぐためにスイッチＳＷ１とスイッチＳＷ５の両方をＯＦＦにして実行する。すなわち、駆動ＩＣ３の他の電源端子を開放して分極を実行する。分極時における他のスイッチの操作は、図６の例と同じである。

ここで、スイッチＳＷ３とスイッチＳＷ４をＢ側に切り替える前、すなわちＡ側にあるとき、コンデンサーＣ１（１μＦ）は、抵抗Ｒ２（１ｋΩ）によって放電されている。コンデンサーＣ１（１μＦ）の電圧は０Ｖになっている。スイッチＳＷ３とスイッチＳＷ４をＢ側に切り替えた後は、分極電源６１から抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２を通してコンデンサーＣ１（１μＦ）に充電電流が流れてコンデンサーＣ１（１μＦ）の電圧が上昇する。

そしてコンデンサーＣ１（１μＦ）の電圧上昇に応じた電圧が、出力保護ダイオード３１と抵抗Ｒ３を介して圧電アクチュエーター５に印加され、圧電アクチュエーター５を充電する。圧電アクチュエーター５に印加される電圧は、時定数回路６２の時定数に従って例えば０Ｖから上昇していき分極電源６１の７０Ｖで飽和する。圧電アクチュエーター５の充電電流は、駆動ＩＣ３の出力保護ダイオード３１を通って流れる。こうして圧電アクチュエーター５に分極電圧が印加されることによって、圧電体５１の分極が行われる。

このように圧電アクチュエーター５のコモン端子を分極電源６１の負極に共通接続し、さらに分極電源６１の正極をすべてのチャネルの出力保護ダイオード３１を介して圧電アクチュエーター５に共通接続したことで、すべてのチャネルの圧電アクチュエーター５の分極を一括で実行することを可能にした。

そして時定数回路６１の時定数を大きく設定したことにより、駆動ＩＣ３の出力保護ダイオード３１を通って圧電アクチュエーター５に流れる電流が極めて小さく抑えられ、分極の動作中に駆動ＩＣ３や圧電アクチュエーター５が破損するのを防ぐ。また、例えば７０Ｖの分極電圧は、圧電体５１の分極を可能にする一方で、駆動ＩＣ３からみるとその許容上限電圧を越えている。そこで、出力保護ダイオード３１を通じで分極電圧を印加する構成とし、駆動ＩＣ３には出力保護ダイオード３１の順電圧（例えば約０．６Ｖ）が印加されるだけにして、分極電圧から駆動ＩＣ３を保護している。

なお、時定数回路６２を介さずに分極電源６１を抵抗Ｒ３と圧電アクチュエーター５に接続し、圧電アクチュエーター５の静電容量と抵抗Ｒ３の抵抗値による第二の時定数回路の時定数で圧電アクチュエーター５の充電電流を制限することは可能である。しかしながら、例えばチャネルの数が少ない場合など、圧電アクチュエーター５の静電容量にチャネル数を乗じたトータルの静電容量が小さい場合、第二の時定数回路の時定数を一定以上にするために抵抗Ｒ３の抵抗値を非常に大きくしなければならない場合がある。加えて圧電アクチュエーター５に漏れ電流がある場合は、漏れ電流に因り抵抗Ｒ３に生じる電圧降下のために圧電アクチュエーター５に十分な分極電圧が印加されないおそれがある。そのため、時定数回路６２を設けることが望ましい。

以上説明したように、上述の実施形態によれば、駆動ＩＣ３を搭載した状態で圧電アクチュエーター５の圧電体５１を分極することのできるインクジェットヘッド１００を提供することが可能である。

すなわち、多チャンネルのインクジェットヘッド１００は、多数の圧電アクチュエーター５を個別に駆動するために、駆動回路を集積した駆動ＩＣ３を用いる。一方、圧電アクチュエーター５の圧電体５１の分極が劣化する要因は様々であり、駆動ＩＣ３がインクジェットヘッド１００に搭載されている状態でも分極を実行可能にすることが望ましい。しかしながら、駆動ＩＣ３の許容上限電圧を超える高電圧の分極電圧が、駆動ＩＣに印加されることは避けなければならない。そこで、駆動ＩＣ３の出力保護ダイオード３１を利用することによって、駆動ＩＣ３を搭載した状態でも、駆動ＩＣ３にダメージを与えることなく圧電アクチュエーター５を分極することを可能にした。スイッチＳＷ１～ＳＷ４は機械的スイッチに限らない。半導体スイッチを用いてもよく、またコネクタの着脱によってスイッチＳＷ１～ＳＷ４の動作をする構成でもよい。

なお、上述の実施形態は、駆動電圧Ｖ１を正の電圧にしたが、分極方向がこの実施形態と逆転している場合には負の電圧にする。駆動電圧Ｖ１を負の電圧とした場合、例えば図６の回路においては、駆動電源３２の正極と負極、分極電源６１の正極と負極、各出力保護ダイオード３１のカソードとアノードの接続を逆にする。

なお、圧電アクチュエーター５は、複数の圧電体５１を積層した積層型に限らない。圧電体５１が単一層の圧電アクチュエーターであってもよい。また、駆動電圧を印加したときのアクチュエーターの動作は、縦振動に限らない。さらに、ドロップオンデマンド・ピエゾ方式に限らず、コンティニアス方式に適用してもよい。

上述の実施形態では、インクジェットプリンタ１０のインクジェットヘッド１００を液体吐出装置の一例として説明したが、液体吐出装置は、３Ｄプリンタの造形材吐出ヘッド、分注装置の試料吐出ヘッドであってもよい。

本発明の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ インクジェットプリンタ
１００～１０３ インクジェットヘッド
２ ヘッド部
２３ ノズルプレート
２４ ノズル
３ 駆動ＩＣ
３１ 出力保護ダイオード
５ 圧電アクチュエーター
５６ 個別配線
５７ 共通配線
６ 分極回路
６１ 分極電源
６２ 時定数回路
Ｄ 駆動ドライバ（駆動回路）
ＳＷ１～ＳＷ４ スイッチ

Claims (4)

1. 圧電体、駆動電圧を与える一方の端子、および共通電位を与える他方の端子を備える複数の圧電アクチュエーターと、
   液体の吐出動作時に、前記駆動電圧を出力して前記圧電アクチュエーターを駆動する複数の駆動回路、及び前記各駆動回路の出力端子と基準電位との間に、前記駆動回路が前記駆動電圧を出力したときに導通しない方向にそれぞれ接続した複数のダイオードを備える駆動ＩＣ（Integrated Circuit）と、
   前記圧電アクチュエーターの前記他方の端子を、前記共通電位に接続するか分極電圧源に接続するかを切り替える切替回路と、を備え、
   前記圧電体の分極実行時に、前記駆動ＩＣの他の電源端子を開放し、前記分極電圧源との接続に前記切替回路を切り替え、前記ダイオードを介して前記圧電アクチュエーターに分極電圧を与えることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 圧電体、駆動電圧を与える一方の端子、および共通電位を与える他方の端子を備える圧電アクチュエーターと、
   液体の吐出動作時に、前記駆動電圧を出力して前記圧電アクチュエーターを駆動する駆動ＩＣ（Integrated Circuit）と、
   前記駆動ＩＣの出力端子と基準電位との間に、前記駆動ＩＣが前記駆動電圧を出力したときに導通しない方向に接続したダイオードと、
   前記圧電アクチュエーターの前記他方の端子を、前記共通電位に接続するか分極電圧源に接続するかを切り替える切替回路と、
   前記分極電圧源から前記圧電アクチュエーターに分極電圧を与える回路に設けた時定数回路と、を備えることを特徴とする液体吐出ヘッド。
3. 前記分極電圧源から前記圧電アクチュエーターに前記分極電圧を与える回路に、時定数回路を設けたことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記圧電アクチュエーターの前記他方の端子に抵抗を直列接続して、前記圧電アクチュエーターの静電容量と前記抵抗によって第二の時定数回路を形成し、
   前記時定数回路の時定数は、前記第二の時定数回路の時定数よりも大きいことを特徴とする請求項２又は３に記載の液体吐出ヘッド。

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