JP5040375B2 - 駆動装置及び液滴吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、被記録媒体に記録を行うための記録素子を駆動する駆動装置、及び、駆動装置を含む液滴吐出装置に関する。

インクジェットプリンタ等、被記録媒体に記録を行う記録装置において、被記録媒体に記録を行うための記録素子を駆動する駆動装置を有しているものがある。例えば、特許文献１に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいては、キャビティユニットと圧電アクチュエータとが互いに積層されることにより構成されており、圧電アクチュエータにドライバＩＣ（駆動装置）が接続されている。ドライバＩＣには、複数の個別電極に対応して複数の個別電極に対応したドライバが設けられており、各ドライバから対応する個別電極に駆動電位を付与することにより、圧電アクチュエータを駆動する。

特開２００４−９８４６５号公報

インクジェットヘッドのような記録装置においては、高解像度化を実現するために、多数のノズルを高密度に配置する必要がある。しかしながら、例えば、特許文献１のドライバＩＣでは、ノズルを高密度に配置した分だけドライバの数も増加する。ドライバの数が増加すると、その分だけドライバＩＣが大型化してしまう。また、ドライバの数が増加すると、ドライバＩＣにおいて発生する熱も大きなものとなり、ドライバＩＣにおいて発生した熱が記録素子に伝達することによりインクの粘性が変化してインクの吐出特性が変動してしまう恐れがある。さらに、ドライバの数が増加すると、圧電アクチュエータを駆動していないときにドライバから圧電アクチュエータに流れる漏れ電流も大きくなり、消費電力が増加してしまう。

本発明の目的は、記録素子の数が増加した場合にも過度に大型化せず、記録素子への熱の伝達及び消費電力を極力抑えることが可能な駆動装置、及び、このような駆動装置を含む液滴吐出装置を提供することである。

本発明の駆動装置は、外部からの記録データにもとづき駆動電力を供給して被記録媒体に記録を行う複数の記録素子を駆動する駆動装置であって、複数の記録素子に駆動電力を供給する少なくとも１つの駆動電力供給回路と、複数の記録素子に対応して設けられていて、複数の記録素子と駆動電力供給回路との接続及びその切断をそれぞれ切り替え可能な複数の機械的スイッチと、複数の機械的スイッチにおける、複数の記録素子と駆動電力供給回路との接続及びその切断の切り替えを制御する切り替え制御回路とを備えている。そして、駆動電力供給回路、機械的スイッチ及び切り替え制御回路が、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）によって構成されており、１つの駆動電力供給回路に対して、２以上の機械的スイッチが接続されている（請求項１）。

これによると、１つの駆動電力供給回路により複数の記録素子に駆動電力を供給することができるので、記録素子の数が多くなっても、駆動電力供給回路の数が少なくてすみ、駆動装置を小型化することができる。

さらに、機械的スイッチにより駆動電力供給回路と記録素子との接続を切断したときに、両者の接続が物理的に切断されるので、駆動電力供給回路と記録素子との間に漏れ電流が流れず、消費電力が低減される。

加えて、機械的スイッチにより駆動電力供給回路と記録素子との接続を切断したときに、両者の接続が物理的に切断されるため、駆動装置から記録素子に熱が伝わりにくくなる。したがって、記録素子におけるインクの粘度の変化が抑制され、記録素子において被記録媒体への記録特性が変動してしまうのを防止することができる。

また、駆動電力供給回路、機械的スイッチ及び切り替え制御回路をＭＥＭＳにより構成することで、これらを容易に構成することができるとともに、機械的スイッチを小型化することができる。ここで、ＭＥＭＳとは、１つの基板の表面に回路などの電気的な構成と機械的な構成の両方が形成されたものである。

また、本発明の駆動装置においては、複数の機械的スイッチが、それぞれ、ＭＥＭＳの基板表面に配置されており、駆動電力供給回路に接続された第１端子と、基板表面に配置されており、記録素子に接続された第２端子と、第１端子及び第２端子のいずれか一方に常に接続されているとともに、他方と接触することにより記録素子と駆動電力供給回路とを接続する接触状態、及び、他方と離隔することにより記録素子と駆動電力供給回路との接続を切断する離隔状態のいずれかを選択的にとることが可能な導電性を有するレバーと、基板表面に配置されており、レバーと離隔して対向したゲート電極とを有しており、切り替え制御回路は、記録データにもとづきゲート電極に接触状態と離隔状態とを切り替えるための制御信号を出力するように構成されており、レバーは、ゲート電極に入力される制御信号に応じて、レバーとゲート電極との間に作用する静電気力により変形して、接触状態と離隔状態とが切り替わるように構成されていることが好ましい（請求項２）。

これによると、機械的スイッチの構成を簡単にすることができるとともに、ゲート電極に制御信号を入力することにより機械的スイッチにおける駆動電力供給回路と駆動電極との接続及びその切断を容易に切り替えることができる。

また、本発明の駆動装置においては、駆動電力供給回路を複数備えており、複数の記録素子と複数の機械的スイッチとが配線を介して接続されており、記録素子との間の配線の長さが長い機械的スイッチと接続される駆動電力供給回路ほど、接続される機械的スイッチの数が少なくなっていることことが好ましい（請求項３）。

機械的スイッチと記録素子との間の配線が長くなると、その内部抵抗が大きくなる。したがって、配線の長さに関係なく、１つの駆動電力供給回路に同じ数の記録素子を接続すると、機械的スイッチを動作させたときの応答特性にばらつきが生じてしまう。しかしながら、本発明によると、機械的スイッチと記録素子との間の配線の長さに応じて１つの駆動電力供給回路に接続する機械的スイッチの数を変えることにより、機械的スイッチを動作させたときの応答特性を均一にすることができる。

本発明の液滴吐出装置は、液滴を吐出する複数のノズル及び複数のノズルに連通する複数の圧力室を含むインク流路を有する流路ユニットと、複数の圧力室を覆うように流路ユニットの表面に配置された圧電層、及び、圧電層の表面に複数の圧力室に対応して形成された複数の駆動電極を有し、圧力室内の液体に吐出のための圧力を付与する圧電アクチュエータと、圧電層の表面に配置されており、圧電アクチュエータを駆動する駆動装置とを備えている。そして、駆動装置が、複数の駆動電極に駆動電力を供給する少なくとも１つの駆動電力供給回路と、複数の駆動電極に対応して設けられているとともに、複数の駆動電極及び駆動電力供給回路に接続されており、複数の駆動電極と駆動電力供給回路との接続及びその切断を切り替え可能な複数の機械的スイッチと、機械的スイッチによる、複数の駆動電極と駆動電力供給回路との接続及びその切断の切り替えを制御する切り替え制御回路とを備えており、駆動電力供給回路、機械的スイッチ及び前記切り替え制御回路が、ＭＥＭＳによって構成されており、１つの前記駆動電力供給回路に対して、２以上の機械的スイッチが接続されている（請求項４）。

これによると、１つの駆動電力供給回路により複数の駆動電極に駆動電位を付与することができるので、液滴吐出装置において多数のノズルを高密度に配置する場合にも、駆動電力供給回路の数が少なくてすみ、駆動装置を小型化することができる。

さらに、機械的スイッチにより駆動電力供給回路と駆動電極との接続を切断したときに、両者の接続が物理的に切断されるので、駆動電力供給回路と駆動電極との間に漏れ電流が流れず、消費電力が低減される。

加えて、機械的スイッチにより駆動電力供給回路と駆動電極との接続を切断したときに、両者の接続が物理的に切断されるので、駆動装置から圧電アクチュエータ及び流路ユニットに熱が伝わりにくくなる。したがって、液体流路内における液体の粘度の変化が抑制され、ノズルからの液体の吐出特性が変動してしまうのを防止することができる。

また、駆動電力供給回路、機械的スイッチ及び切り替え制御回路をＭＥＭＳにより構成することで、これらを容易に構成することができるとともに、機械的スイッチを小型化することができる。

また、圧電層の表面に駆動装置が配置されているため、圧電層の表面に駆動電極と駆動装置とを接続するための配線を形成することができる。したがって、駆動電極と駆動装置とを接続するためにＣＯＦ（Chip on film）やＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）などの高コストの配線部材が不要となり、コストダウンできる。

以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、以下の説明ではノズルからインクが記録用紙に吐出する方向を下方向とし、その反対側を上方向とする。また図１におけるキャリッジの走査方向を左右方向とする。

図１は、本実施の形態に係るプリンタの概略構成図である。図１に示すように、プリンタ１は、キャリッジ２、インクジェットヘッド３、用紙搬送ローラ４などを備えている。

キャリッジ２は、略箱形状の樹脂製のケースで、図１の左右方向（走査方向）に延びるガイド軸５に移動可能に載置されていて、図示しない駆動ユニットによって左右方向（走査方向）に往復移動するように構成されていて、複数のインク（例えば、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの４色のインク）を供給するためのインクカートリッジ（図示せず）からのインクを、キャリッジ２内に載置されたインクジェットヘッド３にインクチューブ（図示せず）を介して接続されている。また、キャリッジ２の下方に対向して、用紙搬送ローラ４とプラテン６が配置されていて、その両者の間に記録用紙Ｐが図１の手前方向（紙送り方向）に搬送される。インクジェットヘッド３は、キャリッジ２の下面に接着固定されており、キャリッジ２とともに走査方向に往復移動しつつ、その下面に露出開口された複数のノズル１６（図２参照）からインクを吐出することで記録用紙Ｐに印刷が行われる。なお、印刷が完了した記録用紙Ｐは用紙搬送ローラ４により排出される。また、キャリッジ２には、インクジェットプリンタ本体側と電気的に接続されたヘッド側基板５２が設置されている。

次に、インクジェットヘッド３について説明する。図２はインクジェットヘッド３の分解斜視図である。図３はインクジェットヘッド３を上方から見た平面図である。図４は図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。

図２〜図４に示すように、インクジェットヘッド３は、圧力室１０等の複数のインク流路が形成された流路ユニット３１と、流路ユニット３１の上面に配置され、圧力室１０内のインクに噴射のための圧力を付与する圧電アクチュエータ３２とが、接合された構成となっている。圧電アクチュエータ３２の表面には、本体側からの印字データに従い圧電アクチュエータ３２を選択的に駆動させるための駆動電位を付与するドライバＩＣ５０が実装されていて、ドライバＩＣ５０は、ＦＦＣ５１を介してキャリッジ２に塔載されたヘッド側基板５２と接続されている。

流路ユニット３１は、キャビティプレート２１、ベースプレート２２、アパーチャプレート２３、２枚のマニホールドプレート２４、２５、ダンパプレート２６、サプライプレート２７及びノズルプレート２８の８枚のプレートの広幅面同士を対向して互いに積層され、接着剤を介して接合された構成となっている。これら８枚のプレート２１〜２８のうち、ノズルプレート２８を除く７枚のプレート２１〜２７はステンレス板やニッケル合金鋼板などの金属材料により構成されており、ノズルプレート２８はポリイミド等の合成樹脂材料によって構成されている。

流路ユニット３１に設けられた各インク流路は、インクカートリッジ側から供給された
インクを、内部に設けたインク供給口１７ａ〜１７ｃ（総して言う場合はインク供給口１７とする）を介して、マニホールド流路１４ａ、１４ｂ（総して言う場合はマニホールド流路１４とする）に貯めるように形成されていて、マニホールド流路１４に連通するアパーチャ１３及び貫通孔１１を介して複数の圧力室１０に連通しており、各圧力室１０は、貫通孔１２ａ〜１２ｆを介して複数のノズル１６に連通している。つまり、圧電アクチュエータ３２が圧力室１０に選択的に圧力が付与されると、流路ユニット３１中の各インク流路に充填されているインクは、各インク流路を介して、マニホールド流路１４の出口から圧力室１０を経てノズル１６に至ることでインクが吐出される。詳細について次に説明する。

流路ユニット３１の最下層のノズルプレート２８には、複数のインクをそれぞれ吐出する複数のノズル１６が、紙送り方向に配列して穿設されているとともに、走査方向に５列配列されている。なお、複数のインクが４色あるのに対して、ノズル１６の配列が５列あるのは、使用頻度の高いブラックインクを吐出するノズル１６が２列配列されているためである。

最上層のキャビティプレート２１には、複数の圧力室１０が板厚を貫通して形成されている。圧力室１０は走査方向を長手方向とする平面視細長形状を有しており、その一端が貫通孔１１と、他端がノズル１６に連通するように形成されている。そのため、複数の圧力室１０が紙送り方向に配列されているとともに、このような圧力室１０の列が走査方向に５列に配列されている。また、キャビティプレート２１の紙送り方向の一端部（図２における左側の端部）には、インクカートリッジからの複数のインク（４色）をマニホールド室１４に供給する４つのインク供給口１７ａが走査方向に並んで形成されている。

ベースプレート２２には、平面視で圧力室１０の長手方向の両端部に重なる位置にそれぞれ貫通孔１１、１２ａが形成されている。また、ベースプレート２２には、平面視でインク供給口１７ａに重なる位置にインク供給口１７ｂが対応して貫通形成されている。

アパーチャプレート２３には、平面視で貫通孔１１に重なる位置から対応する圧力室１０の長手方向略中央部まで走査方向に延びた絞りとしてのアパーチャ１３が形成されている。また、アパーチャプレート２３には、平面視で、貫通孔１２ａ及びインク供給口１７ｂに重なる位置にそれぞれ貫通孔１２ｂ、インク供給口１７ｃが形成されている。

マニホールドプレート２４、２５には、それぞれ、キャビティプレート１０に形成された５つの圧力室１０の列に対応して紙送り方向に延びるとともに平面視で圧力室１０の長手方向と重なる５つの開口１４ａ、１４ｂが互いに対向する位置に貫通形成されている。また、開口１４ａ、１４ｂの一端側は、インク供給口１７と重なり連通する位置まで延設されている。貫通形成された開口１４ａ、１４ｂは、マニホールドプレート２４、２５の上下の面に、アパーチャプレート２３とダンパープレート２６とが積層接合されることによりマニホールド流路１４が形成されていて、インク供給口１７に供給された各インクがマニホールド流路１４（総していう場合とする）に貯留されている。また、マニホールドプレート２４、２５には、平面視で貫通孔１２ｂに重なる位置に、それぞれ、貫通孔１２ｃ、１２ｄが形成されている。なお、４色のインクを供給する４つのインク供給口１７に対して、マニホールド流路１４が５列あるのは使用頻度の高いブラックインクを供給するインク供給口１７からはマニホールド流路１４を２列配列させているためである。

ダンパプレート２６には、平面視でマニホールド流路１４に対応して重なる位置に、ダンパプレート２６の下面にハーフエッチング等で開口した凹部１５が５列形成されている。そして。ダンパプレート２６は、凹部１５が形成された部分においてその天井部分となる厚みが薄くなっており、後述するように圧電アクチュエータ３２を駆動させてノズル１６からインクを吐出する際に圧力室１０内において発生し、マニホールド流路１４に伝達した圧力波が、ダンパプレート２６の凹部１５が形成されて厚みが薄くなった天井部分が振動することによって減衰される。これにより、圧力波によりノズル１６からのインクの吐出特性が変動するいわゆるクロストークが防止される。また、ダンパプレート２６には、平面視で貫通孔１２ｄに重なる位置に貫通孔１２ｅが形成されている。

サプライプレート２７には、平面視で貫通孔１２ｅに重なるとともにノズルプレート２８のノズル１６と平面視で重なって連通する位置に貫通孔１２ｆが貫通形成されている。
そして、各プレート２１〜２８が積層接合されることで流路ユニット３１が形成される。

次に、圧電アクチュエータ３２について説明する。圧電アクチュエータ３２は、圧電層４１ａ〜４１ｆ、個別電極４２ａ、４２ｂ（総するときは個別電極４２とする）、表面個別電極４４、共通電極４３ａ〜４３ｃ（総するときは共通電極４３とする）及び表面共通電極４６を有している。

圧電層４１ａ〜４１ｆは、全ての圧力室１０にわたる大きさを有する偏平形状でかつ、その偏平な方向と直交する方向に互いに積層されており、流路ユニット３１上面に複数の圧力室１０を覆うように連続的に配置されている。圧電層４１ａ〜４１ｆは、たとえば、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との混晶（三元系の金属酸化物）であり、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電材料により構成されている。また、圧電層４１ａ〜４１ｆは、予めその厚み方向に分極されている。

個別電極４２ａ、４２ｂは、それぞれ、圧電層４１ｂと４１ｃとの間、及び、圧電層４１ｄと４１ｅとの間に設けられ、複数の圧力室１０に対応して紙送り方向に配列し、走査方向に５列配列されている。個別電極４２ａ、４２ｂは、圧力室１０よりも一回り小さい平面視細長形状を有しており、平面視で圧力室１０の略中央部に重なる位置に配置されている。個別電極４２ａ、４２ｂは、最上層の圧電層４１に、平面視で重なる位置に個別表面電極４４が配置され、個別表面電極４４と個別電極４２ａ、４２ｂとは、圧電層４１ａ〜４１ｆに形成された図示しないスルーホール等を介して互いに導通している。個別表面電極４４には、ドライバＩＣ５０により駆動電位が付与され、個別電極４２ａ、４２ｂにも駆動電位が付与される。なお、個別電極４２ａ、４２ｂ及び個別表面電極４４が本発明に係る駆動電極に相当する。

共通電極４３ａ〜４３ｃは、それぞれ、圧電層４１ａと４１ｂとの間、圧電層４１ｃと４１ｄとの間、及び圧電層４１ｅと４１ｆとの間に圧電層４１ａ〜４１ｆの表面のほぼ全域にわたって形成されている。最上層の圧電層４１ａには、その紙送り方向の両端部付近に共通表面電極４６が形成されており、各共通電極４３ａ〜４３ｃと表面共通電極４６とは、個別電極４２と同様に図示しないスルーホール等を介して互いに導通している。共通電極４３は、ドライバＩＣ５０により常にグランド電位に保持され表面電極４６もともに常にグランド電位に保持されている。

図２〜図４に示すようにドライバＩＣ５０は、圧電アクチュエータ３２の最上層の圧電層４１ａの走査方向の一端部付近に実装されていて、ドライバＩＣ５０と圧電アクチュエータ３２との接続は、ドライバＩＣ５０の出力側（図３においてドライバＩＣ５０の右側）において、個別表面電極４４及び共通表面電極４６とが、それぞれ圧電層４１ａの上面に形成された配線４５、４７を介して接続されている。また、ドライバＩＣ５０の入力側（図３のおいてドライバＩＣ５０の左側）においては、圧電層４１ａの上面に形成された配線４８を介してフレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）５１が接続され、本体側に電気的に接続されている。

ドライバＩＣ５０は、圧電層４１ａの上面に形成された表面電極４４、４６と配線４５、４７を介して接続されているので、従来のような高価なＦＰＣや、ＣＯＦといった部品が不要となり、製造コストを低減することができる。一方、ドライバＩＣ５０の入力側は、後述するヘッド基板９１とを接続する接続材として、安価で汎用品であるＦＦＣを介して接続している。

圧電アクチュータ３２は、ドライバＩＣ５０から所定の表面個別電極４４を介して個別電極４２に駆動電位を付与すると、その個別電極４２と共通電極４３との間に電位差が生じ、両者の電極４２、４３間に挟まれた圧電層の部分に、それぞれ厚み方向の電界が発生する。この電界の方向は圧電層４１ａ〜４１ｅの分極の方向と平行であるので、圧電縦効果により圧電層４１ａ〜４１ｅが厚み方向に伸びる。したがって、厚み方向に伸びた圧電層４１ａ〜４１ｅに押圧されて、圧電層４１ｆが圧力室１０に向かって凸となるように変形する。これにより圧力室１０の容積が小さくなり、この圧力室１０内のインクの圧力が増加し、圧力波が発生されて、圧力室１０に連通するノズル１６からインクが吐出される。なお、上述した１つの個別インク流路、圧電層４１ａ〜４１ｆの１つの圧力室１０に対向する部分、この圧力室１０に対応する個別電極表面個別電極４４及び共通電極４３のこの圧力室１０に対向する部分を合わせたものが、本発明に係る１つの記録素子に相当する。

次に、インクジェットプリンタの電気的構成について説明する。図５は、インクジェットプリンタの電気的回路の概念図であり、図６は圧電アクチュエータ３２及びドライバＩＣ５０との詳細な接続を示す概念図である。図７は、図６のスイッチユニット６３の詳細を示す平面図である。図８は図７のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。

インクジェットプリンタ１００では、図５に示すように、本体側基板９５とヘッド基板９１とドライバＩＣ５０と圧電式アクチュエータ３２とが互いに接続されている。本体側基板９５には本体側制御回路９６と制御信号用電源９７と駆動パルス用電源９８とが搭載され、本体側基板９５は、キャリッジ２外のインクジェットプリンタ筐体内に設置され、ヘッド基板９１は、ドライバＩＣ５０および圧電アクチュエータ３２とともにキャリッジ２に搭載される。ドライバＩＣ５０は、後述するが、制御回路６１と駆動回路６２とスイッチユニット６３とが搭載されて構成されている。

本体側制御回路９６は、制御回路６１に所定の印字データに基づきイネーブル、データ、クロック、ストローブ信号等の制御信号を出力するもので、その制御信号を出力するために制御信号線５６を介して駆動回路６２に配線接続されている。制御信号用電源９７は、制御回路６１に電圧（例えば、５ボルト）を供給するもので、駆動電圧を印加する駆動用ＶＤＤ１配線５７と、アース用ＶＳＳ１配線５８とを介して制御回路６１に配線接続されている。

駆動パルス用電源９８は、駆動回路６３に電圧（例えば１６ボルト）を供給するもので、駆動電圧を印加する駆動用ＶＤＤ２配線５５と、アース用ＶＳＳ２配線５９とを介して駆動回路６３に配線接続されている。

具体的には、図５に示すように、本体側基板９５とヘッド基板９１との間は、駆動用ＶＤＤ１配線５７とアース用ＶＳＳ１配線５８と制御信号配線５６とを幅方向に平面状に配置したフレキシブルフラットケーブル９９の各端部を、本体側基板９５に配設されたコネクタ１０１と、ヘッド基板９１に配設されたコネクタ１０２とに連結して接続されている。また、本体側基板９５とヘッド基板９１との間は、駆動用ＶＤＤ２配線５５とアース用ＶＳＳ２配線５９とを幅方向に平面状に配置したフレキシブルフラットケーブル１０３の各端部を、本体側基板９５に配設されたコネクタ１０４と、ヘッド基板９１に配設されたコネクタ１０５とに連結して接続されている。

さらに、ヘッド側基板５２とドライバＩＣ５０は、制御信号線５６と、駆動用ＶＤＤ１配線５７と、アース用ＶＳＳ１配線５８と、ＶＤＤ２配線５５、アース用ＶＳＳ２配線５９とを、幅方向に平面状に配置したフレキシブルフラットケーブル５１の一端が、ドライバＩＣ５０の入力側と配線４８を介して接続され、他端はヘッド側基板５２に配設されたコネクタ１１０と連結して接続されている。そしてドライバＩＣ５０の出力側は、上述したように圧電アクチュエータ３２の各表面電極４４、４６と配線４５、４７によって接続されている。なお、駆動用ＶＤＤ１配線５７、アース用ＶＳＳ１配線５８およびアース用ＶＳＳ２配線５９は、互いに接続されていてグランド電位に保持されている。これにより、制御回路６１、駆動回路６２および圧電アクチュエータ３２における基準となる電位（コモン電位、本実施形態の場合にはグランド電位）が規定される。アース用ＶＳＳ２配線５９は圧電アクチュエータ３２のコモン電極４６にも接続されている。また、アース用ＶＳＳ２配線５９の分岐配線とアース用ＶＳＳ１配線５８とが、抵抗Ｒを介して互いに接続されており、駆動回路６２と制御回路６１とが同電位に保持されている。

なお、ヘッド基板９１上には、駆動用ＶＤＤ２配線とアース用ＶＳＳ２配線とに電解コンデンサ１０９がバイパス接続されおり、駆動パルス生成回路９７に供給する電荷を貯え、駆動パルス生成回路９７に瞬時の大電流が流れた場合による駆動パルス用電源９８の電圧降下の発生を抑制している。

制御回路６１は、本体側制御回路９６からの印刷データ等の制御信号に基づき、各駆動素子に対応した制御信号（駆動指示信号）を生成しするもので、互いに接続されたシフトレジスタ１０６とＤフリップフロップ１０７とＯＲゲート１０８とを備えている。これらのシフトレジスタ１０６、Ｄフリップフロップ１０７、ＯＲゲート１０８はノズル１６の数に対応した数だけ用意されている（例えばノズル数１６を１５０個とすると、各シフトレジスタ１０６等は１５０個用意される。）。本体側制御回路９６から制御信号配線５６を介して送信される制御信号のうち、データとクロック信号は同期し、シフトレジスタ１０６に接続され、ストローブ信号はＤフリップフロップ１０７に接続され、イネーブル信号はＯＲゲート１０８に接続されている。また、データとクロック信号は、駆動回路６２にて駆動指示信号を圧電アクチュエータ３２に適した駆動電力に変換するための駆動電位線１１２と、どのノズル１６（チャンネル）からインクを吐出させるか決定するチャンネル選択線１１１とに分かれて駆動回路６２に出力される。

駆動回路６２は、制御回路６１から出力される制御信号に基づき圧電アクチュエータ３２を駆動するための駆動電力を生成するものである。駆動回路６２には、ノズル１６の数よりも少ない複数のドライバ７１（駆動電力供給回路）が用意されている（例えばノズル１６の１５０個に対してドライバ７１は５０個）。ドライバ７１への入力端はＯＲゲート１０８と接続され内部抵抗を介してスイッチユニット６３に接続されている。なお、図７では内部抵抗は省略してある。制御回路６１のシフトレジスタ１０６に接続され、Ｄフリップフロップ１０７、ＯＲゲート１０８を通過したデータとクロック信号は、駆動電位線１１２（５０本）と、チャンネル選択線１１１（１５０本）とにそれぞれ分かれて入力されていて、駆動電位線１１２とチャンネル選択線１１１への入力端は、ＯＲゲート１０８と接続されていて、駆動電位線１１２がドライバ７１に接続され、出力端は、後述するスイッチユニット６３の複数のスイッチ群７２（５０群）、具体的には端子９１（１５０個）にそれぞれ分岐して接続され、チャンネル選択線１１１は、後述するスイッチユニット６３のゲート電極９４（１５０個）に接続されている。

各スイッチ群７２は、それぞれ図７に示すように、後述する複数のスイッチ８１（機械的スイッチ）が含まれていて、複数のスイッチ８１は、ノズル数（１５０個）と同数用意されていて、ノズル数と対応した圧電アクチュエータ３２の表面個別電極４４（１５０個）と配線４５を介して接続されている。ドライバＩＣ５０の構成について詳しく説明する。

ドライバＩＣ５０は、ＭＥＭＳにより、シリコン材料等による平面視で略矩形の板状体の基板６６の表面に制御回路６１、駆動回路６２及びスイッチユニット６３が形成されることにより構成されている。ここでＭＥＭＳとは、１つの基板の表面に回路のような電気的な構成と機械的な構成の両方が形成されたものである。そして、ＭＥＭＳにより、１つの基板６６上に電気的な構成である制御回路６１及び駆動回路６２、並びに機械的な構成であるスイッチユニット６３の両方を形成することにより、スイッチユニット６３（後述するスイッチ８１）を小型化することができる。このように形成された基板６６が、圧電層４１ａの上面に実装されている。

制御回路６１において、ＦＦＣ５１の配線５６を介して外部から入力された印刷データにもとづいて、このスイッチユニット６３の後述するスイッチ８１のゲート電極９４に所定の電位を付与している（制御信号を出力する）。なお、制御回路６１が本発明に係る切り替え制御回路を含む回路である。

スイッチユニット６３は、複数のスイッチ群７２から成り、複数のスイッチ群７２は、１つのドライバ７１から共通に接続された複数のスイッチ８１ごとにまとめられたものである。各スイッチ８１は、図７、図８（ａ）に示すように、端子９１、９２、レバー９３及びゲート電極９４を有している。端子９１（第１端子）は、基板６６の上面に形成されており、１つのスイッチ群７２を構成する複数のスイッチ８１の端子９１が１つのドライバ７１に接続されている。例えば、図６の例では、１つのドライバ７１に対して、３つのスイッチ８１および３つの端子９１と接続されている。

端子９２（第２端子）は、基板６６の上面に端子９１と同数形成されているとともに、配線４５を介して対応する表面電極４４に接続されている。ゲート電極９４は、例えばポリシリコンなどからなり、端子９１、９２、レバー９３は、Ｃｕ、Ｎｉ、ＣｕとＺｎの合金などの導電性材料からなり、その左端部の下面が常に端子９１の上面に接続されている平端部９３ａを有するとともに、平端部９３ａから上方に延び、途中で図中右方に折れ曲がって端子９２に対向する位置まで延びた延長部９３ｂを有し、さらに延長部９３ｂから端子９２に向かって下方に折れ曲がり、端子９２と選択的に接触する接触部９３ｃを有している。ゲート電極９４は、基板６６上面の端子９１と端子９２の間の略中央付近にレバー９３と離隔して対向するように配置されている。ゲート電極９４は制御回路６１に接続されており、前述したように、制御回路６１からチャンネル選択線１１１を介してゲート電極９４に所定の信号が付与されるとともに、駆動電位線１１２に選択されるチャンネルに駆動電位がかかるにより、選択されたスイッチ８１が動作し、端子９２と接触部９３ｂが接続される構成となっている。

つまり、このような構成では、１つのドライバ７１には、複数の（２以上の）スイッチ８１および個別表面電極４４が接続されることなる。例えば、ノズル数を１５０個とし、図７の例のように、１つのドライバ７１に対して３つのスイッチ８１を接続するようにした場合、制御回路のシフトレジスタ１０６、Ｄフリップフロップ１０７、ＯＲゲート１０８等がノズル数と同数の１５０個用意されていて、圧電アクチュエータ３２の表面個別電極４４（および個別電極４２）も１５０個備えている。駆動回路６２は、ドライバ７１は、５０個、チャンネル選択線１１１は１５０個、駆動電位線１１２の入力側はドライバ７１と同数の５０本で、出力側は、端子９１の数に合わせた１５０個を有する。ドライバ７１の出力先である端子９１は１５０個用意される。スイッチ８１、および表面個別電極４４と接続する端子９２およびゲート電極９４は、１５０個備えていることになる。

したがって、インクジェットヘッド３において多数のノズル１６を高密度に配置した場合にも、ドライバ７１の数が少なくてすみ、ドライバＩＣ５０が過度に大型化してしまうことが防止される。

次に、スイッチ８１の動作について説明する。スイッチ８１においては、ゲート電極９４にチャンネル選択線１１１を介して制御回路６１から所定の電位が付与されていないときには、図７（ａ）に示すようにレバー９３の接触部９３ｃと端子９２とは互いに離隔している（離隔状態）。つまり、レバー９３と端子９２との接続が物理的に切断されている。この状態では、端子９１と端子９２との接続は切断されており、ドライバ７１と表面電極４４との接続は切断されている。また、この状態では、端子９２とレバー９３とが接触していないため、ドライバＩＣ５０において発生した熱がインクジェットヘッド３に伝達しにくい。したがって、ドライバＩＣ５０において発生した熱によりインクジェットヘッド３内のインクの粘性が変化してしまい、ノズル１６からのインクの吐出特性が変動してしまうことが防止される。

さらに、端子９２とレバー９３とが互いに離隔しているため、ドライバ７１から表面電極４４に漏れ電流が流れない。したがって、ドライバＩＣ５０における消費電力を低減することができる。

一方、チャンネル選択線１１１を介して制御回路６１からゲート電極９４に所定の電位が付与されると、レバー９３とゲート電極９４との間に静電気力が発生する。そして、この静電気力によりレバー９３が変形してその接触部９３ｂが端子９２に向かう方向に引き寄せられ、図７（ｂ）に示すように、レバー９３の接触部９３ｂの下面と端子９２の上面とが接触する（接触状態）。これにより、端子９１と端子９２とがレバー９３を介して接続され、配線４５を介してドライバ７１と表面電極４４とが接続される。このとき、端子９１に、ドライバＩＣ７１から駆動電位線１１２を介して駆動電圧が付与されることで、所定の個別電極に印加され、圧電層が変形して対応するノズルからインクを吐出させることができる。

なお、ドライバ７１と表面電極４４との接続及びその切断を切り替えるために、上述したスイッチ８１の代わりに、基板６６上にトランジスタなどの電気的なスイッチを設けることにより、ドライバ７１と表面電極４４との接続及びその切断を切り替えることも可能である。しかしながら、電気的なスイッチによりドライバ７１と表面電極４４との接続を切断した場合には、上述したスイッチ８１の場合とは異なり両者の接続が物理的に切断されているわけではないので、ドライバ７１において発生した熱が電気的なスイッチを介して圧電アクチュエータ３２及び流路ユニット３１に伝達することによって流路ユニット３１内のインクの粘度が変化してインクの吐出特性が変動したり、ドライバ７１から表面電極４４に漏れ電流が流れて消費電力が増大したりする虞がある。

ここで、前述したように、１つのドライバ７１には複数のスイッチ８１が接続されているが、スイッチ８１と表面電極４４とを接続する配線４５の長さが長くなると、配線４５の内部抵抗が大きくなるため、全てのドライバ７１において、接続されるスイッチ８１の数を同じにすると、スイッチ８１の離隔状態と接触状態とを切り替える際のスイッチ８１の応答特性にばらつきが生じてしまう。したがって、本実施の形態においては、各スイッチ８１における応答特性を均一にするため、長い配線４５に接続されているスイッチ８１に接続されるドライバ７１ほど、接続されるスイッチ８１の数を少なくしている。具体的には、例えば、図２に示す５列配列された表面電極４４のうち、ドライバＩＣ５０に近い列に属する表面電極４４に対応するスイッチ８１が接続されるドライバ７１ほど、接続されるスイッチ８１の数を多くしている。

そして、インクジェットヘッド３において、ノズル１６からインクを吐出する際には、ＦＦＣ５１を介して外部から印刷データがドライバＩＣ５０に入力されると、制御回路６１が、入力された印刷データにもとづいてインクを吐出するノズル１６を決定し、チャンネル選択線１１１を介して、対応するゲート電極９４に所定の電位を付与する。これにより、対応するスイッチ８１において端子９１と端子９２とがレバー９３を介して接続される（接触状態となる）。

さらに、制御回路６１が、駆動電位線１１２を介してドライバ７１に駆動指示信号を出力し、この信号を受けてドライバ７１が選択されたスイッチ８１の端子９１に駆動電位を出力する。これにより、接触状態であるスイッチ８１に接続された表面電極４４に駆動電位が付与され、前述したように対応するノズル１６からインクが吐出される。

このとき、１つのドライバ７１が、スイッチ群７２を構成する複数のスイッチ８１の端子９１に接続されていることから、１つのドライバ７１から複数の表面電極４４に駆動電位を出力することができる。さらに、スイッチ８１の離隔状態と接触状態とを切り替えることにより、これら複数の表面電極４４のうち、所望の表面電極４４にのみ駆動電位を付与することができる。

上述のように構成されたインクジェットプリンタ１００によれば、制御信号用電源９４から制御回路６１へ供給される電圧は、駆動用ＶＤＤ１配線を介して制御回路６１に供給され、制御回路６１を駆動させる。一方、駆動パルス用電源９８から駆動回路６２へ供給される電圧は、駆動用ＶＤＤ２配線を介して駆動回路６２に供給されると共に、途中の電解コンデンサ１０９に電荷が充電される。インクの吐出時には、この電解コンデンサ１０９から駆動用ＶＤＤ２配線を介して駆動回路６２に電流が供給され、圧電アクチュエータ３２に十分な電流が供給される。

制御信回路６１や駆動回路６２に電圧が供給されたときのインクの吐出動作について図８のタイムチャートを参照して説明する。シフトレジスタ１０６及びＤフリップフロップ１０７のリセット信号がＬの状態にあるとき、周知のように本体側制御回路９６内のイメージメモリからデータ（吐出ありのとき０、吐出なしのとき１）がシリアルに読み出されてシフトレジスタ１０６に入力され、全ノズル１６に対応するパラレルデータに変換される。さらに、パラレルデータに変換されたデータは、Ｄフリップフロップ１０７にラッチされ、ストローブ信号に同期してＯＲゲート１０８に出力される。

一方、各ＯＲゲート１０８には通常において、イネーブル信号がＨの状態で印加されており、ドライバ７１オンさせると、対応するスイッチ８１が端子９１と端子９２とが接続されることで、駆動用ＶＤＤ２配線の電圧（ＶＤＤ２）を圧電アクチュエータ３２に印加し、圧力室１０を縮小状態に維持している。そのストローブ信号に少し遅れて、イネーブル信号が一定期間だけＬの状態に切り替えられる。このとき、Ｄフリップフロップ１０７にラッチされたデータが吐出なしの１ならば、そのデータに対応するドライバ７１はオンを継続してインクの吐出は行われない。Ｄフリップフロップ１０７にラッチされたデータが吐出ありの０ならば、そのデータに対応するドライバ７１はオフして、圧力室１０を拡張しその室内にインクが流入させる。そしてイネーブル信号が前記一定時間後再び立ち上がると、ＯＲゲートがＨになり、ドライバ７１が圧電アクチュエータ３２への通電を再開し、圧力室１０を縮小状態に復帰してインクを吐出させる。

以上に説明した実施の形態によると、１つのドライバ７１により複数の表面電極４４に駆動電位を付与することができるので、インクジェットヘッド３において多数のノズル１６を高密度に配置しても、ドライバ７１の数が少なくてすみ、ドライバＩＣ５０を小型化することができる。

さらに、スイッチ８１によりドライバ７１と表面電極４４との接続を切断したときに、両者の接続が物理的に切断されるので、ドライバ７１と表面電極４４との間に漏れ電流が流れず、ドライバＩＣ５０の消費電力が低減される。

加えて、スイッチ８１によりドライバ７１と表面電極との接続を切断したときに、両者の接続が物理的に切断されるため、ドライバＩＣ５０からインクジェットヘッド３に熱が伝わりにくくなる。したがって、ドライバＩＣ５０において発生した熱によりインクジェットヘッド３内のインクの粘度が変化してしまうのを防止することができる。これにより、ノズル１６からのインクの吐出特性が変動してしまうのが防止される。

また、ドライバＩＣ５０をＭＥＭＳによって構成することにより、制御回路６１、駆動回路６２（ドライバ７１）及びスイッチユニット６３（スイッチ８１）を容易に構成することができるとともに、スイッチ８１を小型化することができる。

また、スイッチ８１は、基板６６の表面に形成された端子９１、９２、レバー９３及びゲート電極９４からなる簡単な構成とすることができる。さらに、ゲート電極９４に所定の電位を付与する（制御信号を出力する）ことにより、端子９２とレバー９３との接続及びその切断を容易に切り替えることができる。

また、スイッチ８１と表面電極４４との間の配線４５が長くなると、その内部抵抗が大きくなるため、配線４５の長さに関係なく、１つのドライバ７１に同じ数の駆動電極４４を接続すると、スイッチ８１を動作させたときの応答特性にばらつきが生じてしまう。しかしながら、対応する表面電極４４と接続するための配線４５の長さが長いスイッチ８１と接続されるドライバ７１ほど、接続するスイッチ８１の数を少なくすることにより、スイッチ８１を動作させたときの応答特性を均一にすることができる。

また、圧電層４１ａの上面にドライバＩＣ５０が配置されているため、圧電層４１ａの上面に表面電極４４、４６とドライバＩＣ５０とを接続するための配線４５、４７を形成することができる。したがって、表面電極４４、４６とドライバＩＣ５０とを接続するために、ＣＯＦやＦＰＣなどの高コストの配線部材が不要となり、コストダウンできる。

次に、本実施の形態に種々の変更を加えた変形例について説明する。ただし、本実施の形態と同様の構成を有するものについては同じ符号を付し、適宜その説明を省略する。

一変形例では、図８に示すように、スイッチ１１０において、レバー１１３がレバー９３（図７参照）の左右を反転させた構成となっている。つまり、レバー１１３の右端部の下面が端子９２の上面に常時接続される平端部１１３ａを有し、平端部１１３ａから上方に延び、途中で左方に折れ曲がるとともに端子９１に対向する位置まで延設した延長部１１３ｂと、延長部１１３ｂから端子９１方向に垂下し、端子９１と接触する接触部１１３ｃを有している（変形例１）。この場合には、ゲート電極９４に所定の電位が付与されていないときには、レバー１１３と端子９１とが互いに離隔しており、ゲート電極９４に所定の電位が付与されることにより、実施の形態と同様、ゲート電極９４とレバー１１３との間の静電気力によりレバー１１３が変形し、端子９１に向かう方向に引き寄せられて、レバー１１３左端部の下面が端子９１の上面に接続される。

また、本実施の形態では、ゲート電極９４に所定の電位が付与されていないときには、端子９２とレバー９３とが互いに離隔しており、ゲート電極９４に所定の電位が付与されたときに、端子９２とレバー９３とが接触するように構成されていたが、これとは逆に、ゲート電極９４に所定の電位が付与されていないときに端子９２とレバー９３とが接触しており（接触状態）、ゲート電極９４に所定の電位が付与されたときに、ゲート電極９４とレバー９３との間に実施の形態とは反対方向に、すなわち、ゲート電極９４とレバー９３とが互いに離隔する方向に静電気力が発生し、この静電気力により、レバー９３が変形して端子９２から離れるように（離隔状態となるように）構成されていてもよい。この場合には、圧電アクチュエータ３２を駆動させないときには、ゲート電極９４に所定の電位を付与しておき、圧電アクチュエータ３２を駆動させるときに、インクを吐出させるノズル１６に対応するゲート電極９４に付与している所定の電位を解除することにより、実施の形態と同様、所望の表面電極４４にのみ駆動電位を付与することができる。

また、スイッチの構成は、実施の形態で説明したものには限られず、インクの吐出を行うノズル１６に対応する表面電極４４とドライバ７１とを接続し、インクの吐出を行わないノズル１６に対応する表面電極とドライバ７１との接続を物理的に切断することが可能な機械的スイッチであれば、他の構成であってもよい。

また、以上の説明では、圧電アクチュエータを駆動させることによりインクを吐出させるインクジェットヘッドを駆動するドライバＩＣに本発明を適用した例について説明したが、圧電アクチュエータ以外の機構によりインクを吐出させるインクジェットヘッド、あるいは、インクジェットヘッド以外の被記録媒体に液滴を吐出させるための素子を駆動する駆動装置に本発明を適用することも可能である。

本発明の実施の形態に係るプリンタの概略構成図である。 図１のインクジェットヘッドの分解斜視図である。 インクジェットヘッドを上方から見た平面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。 インクジェットプリンタの電気的構成を示す概略図である。 圧電アクチュエータ及びドライバＩＣの電気的構成を示す概略図である。 図６のスイッチユニットの詳細を示す平面図である。 図７のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図であり、（ａ）が離隔状態、（ｂ）が接触状態を示す図である。 インクの吐出を行なう際の動作についてのタイムチャートを示す図である。 変形例１の図８（ａ）相当の断面図である。

符号の説明

３ インクジェットヘッド
１０ 圧力室
１６ ノズル
３１ 流路ユニット
３２ 圧電アクチュエータ
４２ａ、４２ｂ 個別電極
５０ ドライバＩＣ
６１ 制御回路
６２ 駆動回路
６３ スイッチ回路
６６ 基板
７１ ドライバ
８１ スイッチ
９１ 端子
９２ 端子
９３ レバー
９４ ゲート電極
１１０ スイッチ
１１３ レバー

Claims (4)

1. 外部からの記録データにもとづき駆動電力を供給して、被記録媒体に記録を行う複数の記録素子を駆動する駆動装置であって、
   前記複数の記録素子に前記駆動電力を供給する少なくとも１つの駆動電力供給回路と、
   前記複数の記録素子に対応して設けられていて、前記複数の記録素子と前記駆動電力供給回路との接続及びその切断をそれぞれ切り替え可能な複数の機械的スイッチと、
   前記複数の機械的スイッチにおける、前記複数の記録素子と前記駆動電力供給回路との接続及びその切断の切り替えを制御する切り替え制御回路とを備えており、
   前記駆動電力供給回路、前記機械的スイッチ及び前記切り替え制御回路が、ＭＥＭＳによって構成されており、
   １つの前記駆動電力供給回路に対して、２以上の機械的スイッチが接続されていることを特徴とする駆動装置。
2. 前記複数の機械的スイッチが、それぞれ、
   ＭＥＭＳの基板表面に配置されており、前記駆動電力供給回路に接続された第１端子と、
   前記基板表面に配置されており、前記記録素子に接続された第２端子と、
   前記第１端子及び前記第２端子のいずれか一方に常に接続されているとともに、他方と接触することにより前記記録素子と前記駆動電力供給回路とを接続する接触状態、及び、前記他方と離隔することにより前記記録素子と前記駆動電力供給回路との接続を切断する離隔状態のいずれかを選択的にとることが可能な導電性を有するレバーと、
   前記基板表面に配置されており、前記レバーと離隔して対向したゲート電極とを有しており、
   前記切り替え制御回路は、前記記録データにもとづき前記ゲート電極に前記接触状態と前記離隔状態とを切り替えるための制御信号を出力するように構成されており、
   前記レバーは、前記ゲート電極に入力される前記制御信号に応じて、前記レバーと前記ゲート電極との間に作用する静電気力により変形して、前記接触状態と前記離隔状態とが切り替わるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記駆動電力供給回路を複数備えており、
   前記複数の記録素子と前記複数の機械的スイッチとが配線を介して接続されており、
   前記記録素子との間の前記配線の長さが長い前記機械的スイッチと接続される前記駆動電力供給回路ほど、接続される前記機械的スイッチの数が少なくなっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の駆動装置。
4. 液滴を吐出する複数のノズル及び前記複数のノズルに連通する複数の圧力室を含む液体流路を有する流路ユニットと、
   前記複数の圧力室を覆うように前記流路ユニットの表面に配置された圧電層、及び、前記圧電層の表面に前記複数の圧力室に対応して形成された複数の駆動電極を有し、前記圧力室内の液体に吐出のための圧力を付与する圧電アクチュエータと、
   前記圧電層の表面に配置されており、前記圧電アクチュエータを駆動する駆動装置とを備えており、
   前記駆動装置が、
   前記複数の駆動電極に駆動電力を供給する少なくとも１つの駆動電力供給回路と、
   前記複数の駆動電極に対応して設けられているとともに、前記複数の駆動電極及び前記駆動電力供給回路に接続されており、前記複数の駆動電極と前記駆動電力供給回路との接続及びその切断を切り替え可能な複数の機械的スイッチと、
   前記機械的スイッチによる、前記複数の駆動電極と前記駆動電力供給回路との接続及びその切断の切り替えを制御する切り替え制御回路とを備えており、
   前記駆動電力供給回路、前記機械的スイッチ及び前記切り替え制御回路が、ＭＥＭＳによって構成されており、
   １つの前記駆動電力供給回路に対して、２以上の機械的スイッチが接続されていることを特徴とする液滴吐出装置。

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