JP6071033B2 - 液滴吐出装置及び粒子製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、霧化装置、塗装装置、インクジェット記録装置に用いられる記録ヘッドなどの液滴吐出装置、及び、その液滴吐出装置を備えたパウダー製造装置、トナー製造装置などの粒子製造装置に関するものである。

従来、インクジェットプリンターやインクジェットプロッターとして用いられるインクジェット記録装置の液滴吐出装置としての記録ヘッドは、複数のノズル開口の各々に対応する複数の圧電振動子（「圧電素子」又は「ピエゾ素子」と呼ばれる場合もある。）などの圧力発生素子がノズル開口に連通する圧力発生室内のインクを加圧することによりノズル開口からインク滴を吐出する。このようなインクジェット記録装置の記録ヘッドを駆動する駆動信号を生成する駆動信号生成回路として、例えば図５に示すような駆動信号生成回路が知られている。図５に示す駆動信号生成回路は、圧力発生素子１７の充放電のタイミングを規定する充放電パルス８０を出力する信号生成回路８１と、この充放電パルス８０に対する電圧増幅回路８２と、充放電パルス８０に基づいて、プッシュプル接続されたＮＰＮ型のバイポーラトランジスタ（以下、「ＮＰＮトランジスタ」という。）Ｑ１およびＰＮＰ型のバイポーラトランジスタ（以下、「ＰＮＰトランジスタ」という。）Ｑ２がスイッチング動作を行って増幅した共通の駆動信号ＣＯＭを圧力発生素子１７に出力する電流増幅回路８３とで構成されている。ここで、圧力発生素子１７は容量性負荷Ｃ１として表されており、駆動信号ＣＯＭが印加されると、圧力発生素子１７は、駆動信号ＣＯＭに基づいて放電と充電とを繰り返す。

しかしながら、上記図５に示すような従来の駆動信号生成回路では、電流増幅回路８３において、充電時あるいは放電時に、駆動電位Ｖccあるいはグランド電位ＧＮＤと駆動信号ＣＯＭとの電位差に相当する電位Ｖ０がそのままＮＰＮトランジスタＱ１あるいはＰＮＰトランジスタＱ２のエミッタ−コレクタ間に印加されるため、ＮＰＮトランジスタＱ１およびＰＮＰトランジスタＱ２の発熱量が大きい。このため、ＮＰＮトランジスタＱ１及びＰＮＰトランジスタＱ２の熱を放熱するために大がかりな放熱装置が必要となり、プリンター自体が大型化するといった問題が生じる。

そこで、特許文献１、２には、電流増幅回路のトランジスタにおいて消費される電力を抑えて発熱を低減する駆動信号生成回路を備えたインクジェット記録装置及び液体噴出装置が開示されている。
特許文献１のインクジェット記録装置は、図６に示すように、プッシュプル回路８３０のＮＰＮトランジスタＱ１のコレクタと駆動電位Ｖｃｃとの間にはトランス９０の一次側コイルＬ１が電気的に接続され、ＰＮＰトランジスタＱ２のコレクタとグランド電位ＧＮＤとの間にはトランス９０の二次側コイルＬ２が電気的に接続されている。これにより、充電時および放電時には、ＮＰＮトランジスタＱ１およびＰＮＰトランジスタＱ２のエミッタ−コレクタ間電圧を低く抑えることができるようになっている。
特許文献２の液体噴出装置は、図７に示すように、エネルギーを蓄えたインダクタにより、圧電素子ＰＺＴに電流を供給、又は、圧電素子ＰＺＴから電流を放出させることで圧電素子ＰＺＴを動作させる（デジタル式）駆動信号生成部７０を備えている。これにより、電流増幅回路のＮＰＮトランジスタ８２１及びＰＮＰトランジスタ８２２において消費される電力を抑えることが可能となっている。

また、特許文献３には、圧電素子からの放電電荷を再利用することで、エネルギー効率を高める駆動信号生成回路を備えた画像形成装置が開示されている。特許文献３の駆動信号生成回路は、図８に示すように、圧電素子Ｃ１の放電電荷が充電されるコンデンサＣ２と、コンデンサＣ２の基準電位側の端部の接続先をグランド、マイナス電源−Ｅのいずれかに切り替えるスイッチング素子Ｓ２を含む複数のスイッチング素子とを有し、コンデンサＣ２に充電された電荷を圧電素子Ｃ１に再利用可能な駆動電流充放電回路３０ｃを備えているため、エネルギー効率を高めることができる。

しかしながら、上記特許文献１のインクジェット記録装置は、２つのコイルＬ１，２を有するトランス９０を備えているが、ＮＰＮトランジスタＱ１及びＰＮＰトランジスタＱ２の発熱の低減が不十分で、大型の放熱冷却機構が必要であり、装置の小型化は期待できない。また、上記特許文献２の液体噴出装置は、ＮＰＮトランジスタ８２１及びＰＮＰトランジスタ８２２の発熱の低減には効果があるものの、新たな回路（駆動信号生成部７０）が追加になっており、装置の小型化は期待できない。また、特許文献３の画像形成装置では、エネルギー効率を高めることができるものの、新たに２つのスイッチング素子が追加になっており、これらのスイッチング素子が発熱するため、放熱冷却機構を無くすことはできず、装置の小型化には限界がある。

なお、霧化装置、塗装装置、パウダー製造装置及びトナー製造装置では、インクジェット記録装置と異なり全てのノズルから液滴を同時に吐出する。このため１つの液滴吐出装置（ヘッド）に通常数百以上ある多数のノズル（＝チャンネル）に対し個別にＯＮ／ＯＦＦさせるのではなく、全チャンネルを一つにまとめて一つの駆動信号生成回路で駆動することが好ましい。この場合、圧電素子を動かすための駆動電流はノズルごとに個別にＯＮ／ＯＦＦする場合に比べ数百倍程度に大きくなり、駆動信号生成回路の発熱量も大きくなる。また、これらの装置では、インクジェット記録装置と異なり、装置の作動中は連続して液滴の吐出を続けるので、さらに発熱量は大きくなる。

本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、新たな回路を増やさずに圧電素子を駆動する駆動信号生成回路における発熱量を低減し、大型の放熱冷却機構を設ける必要がなく、小型軽量化を図ることができる液滴吐出装置、及び、その液滴吐出装置を備えた粒子製造装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、液滴を吐出する吐出孔と、前記吐出孔から液滴を吐出するように充電と放電とを行って変形可能な圧電素子と、前記圧電素子が充電と放電とを行うように該圧電素子を駆動する圧電素子駆動回路と、を備えた液滴吐出装置であって、前記吐出孔を複数有し、前記圧電素子を介した前記複数の吐出孔それぞれからの液滴の吐出を１つの前記圧電素子駆動回路で駆動し、前記圧電素子駆動回路は、前記圧電素子に印加される駆動信号の出力を制御する制御信号を生成する制御信号生成部と、前記制御信号に基づいて前記圧電素子に印加される駆動信号を出力する駆動信号出力部と、を有し、前記駆動信号出力部は、前記圧電素子の充電時に前記制御信号に基づいて該圧電素子に電流を供給するように動作する第１の電界効果トランジスタと、前記圧電素子の放電時に前記制御信号に基づいて該圧電素子から電流を放出させるように動作する第２の電界効果トランジスタと、を有することを特徴とするものである。

本発明によれば、新たな回路を増やさずに圧電素子を駆動する圧電素子駆動回路における発熱量を低減し、大型の放熱冷却機構を設ける必要がなく、小型軽量化を図ることができる。

本発明の実施形態に係る液滴吐出装置を備えたトナー製造装置の一例を示す模式図。 本実施形態に係る液滴吐出装置の圧電素子駆動回路の構成の一例を示すブロック図。 ハイサイドＦＥＴ及びローサイドＦＥＴの駆動信号と圧電素子の電圧との関係を示すタイミングチャート。 本発明の変形例に係る駆動信号生成回路の構成の一例を示すブロック図。 従来技術に係る駆動信号生成回路の構成の一例を示すブロック図。 他の従来技術に係る駆動信号生成回路の構成の一例を示すブロック図。 さらに他の従来技術に係る駆動信号生成回路の構成の一例を示すブロック図。 さらに他の従来技術に係る駆動信号生成回路の構成の一例を示すブロック図。

以下、本発明に係る液滴吐出装置を備えたトナー製造装置の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る液滴吐出装置を備えたトナー製造装置の一例を示す模式図である。このトナー製造装置は、主に、液滴吐出装置１０と、乾燥捕集装置６０と、トナー成分液補充装置３０とから構成されている。

トナー成分液補充装置３０は、トナー成分液１４を貯留したトナー成分液タンク３１を備えている。トナー成分液タンク３１は、トナー成分液供給流路３２を介して液滴吐出装置１０に接続されている。トナー成分液供給流路３２には、トナー成分液供給流路３２内のトナー成分液１４を圧送する液循環ポンプ３３が接続されており、液循環ポンプ３３の駆動により、トナー成分液タンク３１内のトナー成分液１４はトナー成分液供給流路３２を通じて液滴吐出装置１０へと供給される。

また、トナー成分液タンク３１は、液戻り管３４を介して液滴吐出装置１０に接続されている。トナー成分液供給流路３２から液滴吐出装置１０へ供給されたトナー成分液１４のうち、液滴吐出装置１０の液柱共鳴液室１８へ補充されなかったものは、液循環ポンプ３３の駆動により、液戻り管３４を通じてトナー成分液タンク３１へ戻される。

本実施形態において、トナー成分液供給流路３２には圧力測定器Ｐ１が設けられており、乾燥捕集装置６０には圧力測定器Ｐ２が設けられている。液滴吐出装置１０への送液圧力および乾燥捕集装置６０内の圧力はこれらの圧力測定器Ｐ１，Ｐ２の測定結果に基づいて管理される。このとき、圧力測定器Ｐ１の圧力が圧力測定器Ｐ２の圧力よりも大きい関係であると、トナー成分液１４が吐出孔１１から染み出すおそれがある。逆に、圧力測定器Ｐ１の圧力が圧力測定器Ｐ２の圧力よりも小さい関係であると、液滴吐出装置１０内に気体が入り込んで吐出が停止してしまうおそれがある。したがって、圧力測定器Ｐ１の圧力と圧力測定器Ｐ２の圧力とはほぼ等しい関係であるのが望ましい。

乾燥捕集装置６０には、チャンバ６１が設けられており、このチャンバ６１内に液滴吐出装置１０が設置される。チャンバ６１内には、搬送気流導入口６４から下降気流（搬送気流）６６が送り込まれ、液滴吐出装置１０の吐出孔１１から吐出された液滴２１は、重力だけでなく、この下降気流１０１によっても、下方に向けて搬送される。チャンバ６１内を下方へ搬送された液滴は、その搬送中に乾燥固化し、捕集用出口６５から排出されて、固化粒子捕集手段６２へと送り込まれ、捕集される。固化粒子捕集手段６２で捕集された粒子は、その後、必要に応じて二次乾燥処理を行う乾燥手段６３に送られる。

吐出された液滴同士が乾燥前に接触すると、液滴同士が合体して一つの大きな粒子になってしまう合着と呼ばれる現象が発生し、トナー粒径分布が広がってしまう。そのため、粒径分布の狭いトナー粒子を得るためには、吐出された液滴どうしの距離を確保する必要がある。しかしながら、吐出された液滴は、一定の初速度を持っているが、空気抵抗によって徐々に失速する。そのため、失速した液滴に対して後から吐出された液滴が追いついてしまうことがあり、合着が発生するおそれがある。このような合着現象は定常的に発生するため、この粒子を捕集すると、粒径分布はひどく悪化することとなる。このような合着現象を防ぐため、本実施形態では、下降気流１０１によって液滴の速度低下を防ぎ、液滴同士が接触しないようにしている。

上記液滴吐出装置１０については、膜振動タイプ吐出手段、液振動タイプ吐出手段、液柱共鳴タイプ吐出手段など、種々のタイプの吐出手段を用いることができるが、上述したように、液滴を吐出させるための圧力振動子を駆動させる駆動信号生成回路での発熱が大きいという問題があった。そこで、本実施形態では、一般のトランジスタの代わりに高速スイッチングが可能な電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いた。

図２は、本実施形態に係る液滴吐出装置１０の圧電素子駆動回路１００の構成の一例を示すブロック図である。図２において、圧電素子駆動回路１００は、圧電素子１２に印加される駆動信号の出力を制御する制御信号Ｖｃ１，Ｖｃ２を生成する制御信号生成部１２０と、制御信号Ｖｃ１，Ｖｃ２に基づいて圧電素子１２に印加される駆動信号を出力する駆動信号出力部１１０とを備えている。駆動信号出力部１１０では、直流電源の出力電圧Ｖ２に対し、第１の電界効果トランジスタとしての充電用のハイサイドＦＥＴ１１１（Ｍ１）と第２の電界効果トランジスタとしての放電用のローサイドＦＥＴ１１２（Ｍ２）とが直列に接続され、その中点（接続点）にインダクタ１３を介して圧電素子１２が接続されている。ハイサイドＦＥＴ１１１及びローサイドＦＥＴ１１２はそれぞれ、制御信号生成部１２０からの制御信号Ｖｃ１,Ｖｃ２により互いに独立に制御される。制御信号生成部１２０は、第１の基準信号生成部としてのハイサイド用基準信号発生器１２１で発生したハイサイド用基準信号Ｖｓ１に基づいて制御信号Ｖｃ１を生成するハイサイドＦＥＴ用駆動回路１２３と、第２の基準信号生成部としてのローサイド用基準信号発生器１２２で発生したローサイド用基準信号Ｖｓ２に基づいて制御信号Ｖｃ２を生成するローサイドＦＥＴ用駆動回路１２４とを有する。ハイサイドＦＥＴ１１１の制御端子としてのゲートには、制御信号Ｖｃ１を生成するハイサイドＦＥＴ用駆動回路１２３が接続されている。また、ローサイドＦＥＴ１１２の制御端子としてのゲートには、制御信号Ｖｃ２を生成するローサイドＦＥＴ用駆動回路１２４が接続されている。

上記構成の圧電素子駆動回路１００では、ハイサイドＦＥＴ１１１とローサイドＦＥＴ１１２とは同時にＯＮにならないように、各基準信号発生器１２１，１２２で発生するハイサイド用基準信号Ｖｓ１及びローサイド用基準信号Ｖｓ２それぞれの位相などが調整されている。圧電素子１２にかかる電圧をＶｐとすると、例えば次の表１のように、ハイサイドＦＥＴ１１１及びローサイドＦＥＴ１１２が制御信号Ｖｃ１,Ｖｃ２によりＯＮ／ＯＦＦ制御されることにより、圧電素子１２に印加される電圧が変化して圧電素子１２の充放電が行われ、圧電素子１２が振動する。

ハイサイドＦＥＴ１１１とローサイドＦＥＴ１１２との駆動を一定の周期（周波数ｆ）で繰り返すと、図３に示すように、圧電素子１２にかかる電圧Ｖｐは立ち上がりノイズの少ない状態で台形波状に変化する。

圧電素子駆動回路１００の駆動信号出力部１１０において、圧電素子１２の充電時には、制御信号Ｖｃ１に基づいて動作するハイサイドＦＥＴ１１１により、圧電素子１２に電流が供給される。また、圧電素子１２の放電時には、制御信号Ｖｃ２に基づいて動作するローサイドＦＥＴ１１２により、圧電素子１２から電流が放出される。このように動作するハイサイドＦＥＴ１１１とローサイドＦＥＴ１１２とを用いることにより、駆動信号出力部１１０を入力側のゲートとドレイン間に制御信号Ｖｃ１,Ｖｃ２の電圧がかかっている間は出力側のソース−ドレイン間に電流がまったく流れず、出力側のソース−ドレイン間に電流が流れている間は入力側のゲート−ドレイン間に電圧がかかっていない状態が作れる。従って、圧電素子駆動回路１００の駆動信号出力部１１０における発熱を従来のトランジスタに比べるとほとんど無いと言えるレベルまで抑制することができる。よって、新たな回路を増やさずに圧電素子１２を駆動する圧電素子駆動回路１００における発熱量を低減し、大型の放熱冷却機構を設けなくてもよく、あるいは、放熱冷却機構自体を設けないことが可能なため、装置の小型化が図れる。
また、装置内部の温度が安定するので吐出液の粘度に与える影響も少なくなり、吐出液滴径がばらつかなくなる。
さらに、従来の圧電素子駆動回路では、特性が同一であって且つ互いに極性が異なる２種類のバイポーラトランジスタであるＮＰＮトランジスタとＰＮＰトランジスタとを選んでセットで使うことが前提になっていたが、本実施形態に係る圧電素子駆動回路１００では、ハイサイドＦＥＴ１１１とローサイドＦＥＴ１１２とを同一種類のＦＥＴを用いることができ、在庫管理が容易になるとともに、コストダウンを図ることが可能になる。

ただし、ＦＥＴを用いる場合には、バイポーラトランジスタを用いる場合に可能な台形波駆動やサイン波駆動ができず、方形波駆動のみになってしまう難点がある。そこで、負荷である圧電素子１２と直列に所定の値のインダクタ１３を挿入している。このインダクタ１３により急峻な電流の流出入が阻害されるので、ＦＥＴがＯＮになった瞬間に発生するリンギングノイズを大幅に減らすことができ、１００［ｋＨｚ］以上の周波数で駆動すると台形波もしくはサイン波のような応答波形を示した。

特に、トナー製造装置や噴霧装置のように圧電素子を長時間連続運転するような用途では、圧電素子１２の耐久性が問題になる。また、圧電材料からなる圧電素子（ピエゾ素子）１２を用いる場合、積層ピエゾの剥離防止のために急激な変化が少ない駆動波形が望まれている。この課題に対して、インダクタ１３を挿入することで、駆動波形を台形波もしくはサイン波として圧電素子１２の耐久性を向上させることができる。
また、想定した所定の液滴径よりも小さなサテライトや微粉などが生成されなくなり、粒径の均一なトナーの製造が可能となる。

ここで負荷である圧電素子１２の静電容量Ｃｐや駆動する周波数ｆによって波形が大きく異なることが観察された。したがって、挿入するインダクタ１３の自己インダクタンスＬの大きさを駆動条件に応じて変更することが望ましい。トナー製造装置では、圧電素子１２の静電容量Ｃｐや駆動周波数ｆが変わることはほとんどないので、圧電素子１２の静電容量Ｃｐと運用する駆動周波数ｆとからインダクタ１３の自己インダクタンスＬの大きさを決定すればよい。これは、トナー製造装置に限らず霧化装置、塗装装置、パウダー製造装置などにおいても同様である。

しかし、圧電素子１２の静電容量Ｃｐは、圧電素子駆動回路１００と圧電素子１２とを接続するケーブルの容量や浮遊容量が存在するので、実際に組み立ててみないと正確な値は測れない。
そこで、本発明者が鋭意検討した結果、インダクタ１３の自己インダクタンスＬの大きさの目安となる狙い値を決める算出式を求めることが有効であることがわかった。その狙い値は、運用駆動周波数ｆ［Ｈｚ］においてＬとＣの合成インピーダンスが最小となる値とした。インダクタ１３の自己インダクタンスをＬ（Ｈ）、圧電素子１２の静電容量をＣｐ［Ｆ］とすると、次の式（１）を満たす値である。
ｊ(２πｆ)Ｌ＋１／ｊ(２πｆ)Ｃｐ＝０・・・（１）

上記式（１）を満たすＬの値をＬｏとすると、Ｌｏは次の式（２）であらわすことができる。
Ｌｏ＝１／（４π^２・ｆ^２・Ｃｐ）・・・（２）

上記自己インダクタンスＬの値がＬｏであるインダクタ１３を挿入して圧電素子駆動回路１００を組み、実際の電圧や電流の波形をモニターし、よりノイズ成分を減らしたい場合やサイン波に近づけたい場合にはＬｏよりも大きめにしていくように調整する。また、応答性を良くしたい場合はＬｏよりも小さめにしていくように調整する。これらの調整を行った結果、多くの場合において応答性とノイズ除去性の両方の観点から、インダクタ１３の自己インダクタンスＬの値は次の式（３）、より好ましくは式（４）を満たすのが良いことがわかった。なお、Ｌｏは上記式（２）と同じ式である。
１／２Ｌｏ≦Ｌ≦２Ｌｏ・・・・・（３）
０．７Ｌｏ≦Ｌ≦１．３Ｌｏ・・・（４）
つまり、インダクタ１３の自己インダクタンスＬの値をＬｏの半分から２倍までの範囲に、より好ましくはＬｏの±３０［％］の範囲にするのが良いことが分かった。

上記式（３）、（４）を満たすことにより、インダクタ１３を含めた合成インピーダンスが低くなり、小さな電圧で圧電素子１２を駆動することが可能となる。その結果、圧電素子駆動回路１００での発熱をより抑えることが可能となり、小型電源で済むために装置全体をさらに小型化することができる。

具体的には、直流電源の出力電圧Ｖ２を８［Ｖ］、インダクタ１３の自己インダクタンスＬを１．４［μＨ］、圧電素子１２の静電容量Ｃｐを１９２［ｎＦ］、駆動周波数ｆを３３０［ｋＨｚ］としたときに、上記Ｌｏの計算値は１．２１［μＨ］である。実際に採用したインダクタ１３の自己インダクタンスＬは１．４［μＨ］であり、計算値Ｌｏの１６［％］増しであったので、上記式（３）の「Ｌｏの半分から２倍までの範囲」及び上記式（４）の「Ｌｏの±３０［％］」の関係を満たした。

〔変形例１〕
上記実施形態では、ハイサイドＦＥＴ１１１とローサイドＦＥＴ１１２ごとにそれぞれ信号発生器を設けたので基準信号発生器が２つ必要であったが、基準信号発生器は１つでも可能である。

図４は、本変形例に係る圧電素子駆動回路１００の構成の一例を示すブロック図である。図４において、本変形例に係る圧電素子駆動回路１００は、制御信号Ｖｃ１，Ｖｃ２の波形を規定する１つの基準信号（共通基準信号）Ｖｓを生成する基準信号生成部としての基準信号生成回路１２５と、その１つの基準信号（共通基準信号）Ｖｓに基づいて、ハイサイドＦＥＴ１１１及びローサイドＦＥＴ１１２それぞれに対する２つの制御信号を出力する制御信号出力部としてのＦＥＴ共通駆動回路１２６とを有する。つまり、ＦＥＴ共通駆動回路１２６は、共通基準信号発生器１２５から出力された制御信号の波形を規定する１つの基準信号（共通基準信号）Ｖｓに基づいて、ハイサイドＦＥＴ１１１用の制御信号Ｖｃ１とローサイドＦＥＴ１１２用の制御信号Ｖｃ２との２種の制御信号を生成してハイサイドＦＥＴ１１１及びローサイドＦＥＴ１１２それぞれに出力する。これにより、ハイサイドＦＥＴ１１１及びローサイドＦＥＴ１１２それぞれのＯＮ／ＯＦＦ制御ができる。

このように、共通基準信号発生器１２５とＦＥＴ共通駆動回路１２６とがそれぞれ１つですむため、大幅な小型化を実現することができる。また、ＦＥＴ共通駆動回路１２６において、ハイサイドＦＥＴ１１１とローサイドＦＥＴ１１２とを同時にＯＮさせない保護回路の設計も容易となった。

以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
液滴を吐出する吐出孔１１と、吐出孔１１から液滴を吐出するように充電と放電とを行って変形可能な圧電素子１２と、圧電素子１２が充電と放電とを行うように圧電素子１２を駆動する圧電素子駆動回路１００と、を備えた液滴吐出装置１０であって、圧電素子駆動回路１００は、圧電素子１２に印加される駆動信号Ｖｐの出力を制御する制御信号Ｖｃ１，Ｖｃ２を生成する制御信号生成部１２０と、制御信号Ｖｃに基づいて圧電素子１２に印加される駆動信号Ｖｐを出力する駆動信号出力部１１０と、を有し、駆動信号出力部１１０は、圧電素子１２の充電時に制御信号Ｖｃ１に基づいて圧電素子１２に電流を供給するように動作するハイサイドＦＥＴ１１１などの第１の電界効果トランジスタ（充電用ＦＥＴ）と、圧電素子１２の放電時に制御信号Ｖｃ２に基づいて圧電素子１２から電流を放出させるように動作するローサイドＦＥＴ１１２などの第２の電界効果トランジスタ（放電用ＦＥＴ）と、を有する。
これによれば、上記実施形態について説明したように、圧電素子駆動回路１００の駆動信号出力部１１０において、圧電素子１２の充電時には、制御信号Ｖｃ１に基づいて動作する第１の電界効果トランジスタにより、圧電素子１２に電流が供給される。また、圧電素子１２の放電時には、制御信号Ｖｃ２に基づいて動作する第２の電界効果トランジスタにより、圧電素子１２から電流が放出される。このように動作する第１の電界効果トランジスタ及び第２の電界効果トランジスタを用いることにより、駆動信号出力部１１０を入力側のゲートとドレイン間に制御信号Ｖｃ１，Ｖｃ２の電圧がかかっている間は出力側のソース−ドレイン間に電流がまったく流れず、出力側のソース−ドレイン間に電流が流れている間は入力側のゲート−ドレイン間に電圧がかからないように構成することができる。従って、圧電素子駆動回路１００の駆動信号出力部１１０における発熱を従来のトランジスタに比べるとほとんど無いと言えるレベルまで抑制することができる。よって、新たな回路を増やさずに圧電素子１２を駆動する圧電素子駆動回路１００における発熱量を低減し、大型の放熱冷却機構を設ける必要がなく、小型軽量化を図ることができる。また、装置内部の温度が安定するので、吐出孔１１から吐出される液滴の粘度に与える影響も少なくなり、吐出液滴の径がばらつかなくなる。
（態様Ｂ）
上記態様Ａにおいて、駆動信号出力部１１０は、第１の電界効果トランジスタと前記第２の電界効果トランジスタとがカスケード接続され、その接続点から圧電素子１２に駆動信号Ｖｐが出力されるように構成されている。これによれば、上記実施形態について説明したように、駆動信号出力部１１０の回路構成を簡易にすることできる。
（態様Ｃ）
上記態様Ａ又はＢにおいて、第１の電界効果トランジスタ及び第２の電界効果トランジスタは同一種類の電界効果トランジスタである。これによれば、上記実施形態について説明したように、従来の圧電素子駆動回路の駆動信号出力部では、特性が同一であって且つ互いに極性が異なる２種類のバイポーラトランジスタであるＮＰＮトランジスタとＰＮＰトランジスタとを選んでセットで使うことが前提になっていた。これに対し、第１の電界効果トランジスタ及び第２の電界効果トランジスタとして同一種類の電界効果トランジスタを用いることにより、在庫管理が容易になるとともに、コストダウンを図ることが可能になる。
（態様Ｄ）
上記態様Ａ乃至Ｃのいずれかにおいて、駆動信号出力部１１０と圧電素子１２との間にインダクタ１３が挿入され、駆動信号Ｖｐがインダクタ１３を介して圧電素子１２に印加される。これによれば、上記実施形態について説明したように、インダクタ１３により急峻な電流の流出入が阻害されるので、第１の電界効果トランジスタ及び第２の電界効果トランジスタがＯＮになった瞬間に発生するリンギングノイズを大幅に減らすことができ、特に、圧電素子１２を１００［ＫＨｚ］以上の周波数で駆動する場合は、駆動信号出力部１１０から出力される駆動信号が方形波であっても、圧電素子１２に実際に印加される駆動信号Ｖｐの波形が台形波もしくはサイン波のような波形になるので、圧電素子１２を方形波で駆動する場合に問題となる耐久性の低下を防ぐことができる。
（態様Ｅ）
上記態様Ｄにおいて、圧電素子１２に印加される駆動信号の連続駆動周波数をｆ［Ｈｚ］、圧電素子１２の静電容量をＣｐ［ｆ］、インダクタ１３の自己インダクタンスをＬ［Ｈ］としたときに、１／{２・（４π^２・ｆ^２・Ｃｐ）}≦Ｌ≦２／（４π^２・ｆ^２・Ｃｐ）の関係を満たす。これによれば、上記実施形態について説明したように、上記関係を満たすことにより、応答性とノイズ除去性のよい駆動信号Ｖｐを圧電素子１２に印加することができる。
（態様Ｆ）
上記態様Ａ乃至Ｅのいずれかにおいて、制御信号生成部１２０は、制御信号Ｖｃ１，Ｖｃ２の波形を規定する１つの基準信号Ｖｓを生成する共通基準信号発生器１２５などの基準信号生成部と、前記１つの基準信号Ｖｓに基づいて、第１の電界効果トランジスタ及び第２の電界効果トランジスタそれぞれに対する２つの制御信号Ｖｃ１，Ｖｃ２を出力するＦＥＴ共通駆動回路１２６などの制御信号出力部と、を有する。これによれば、上記変形例１について説明したように、基準信号生成部と制御信号出力部とがそれぞれ１つですむため、大幅な小型化を実現することができる。また、制御信号出力部において、第１の電界効果トランジスタと第２の電界効果トランジスタとを同時にＯＮさせない保護回路の設計も容易となる。
（態様Ｇ）
トナーなどの粒子の成分を含有する粒子成分含有液を、吐出孔１１から吐出する液滴吐出手段と、吐出孔１１から吐出した液滴を固化乾燥させるチャンバ６１などの固化乾燥手段と、を備えたトナー製造装置などの粒子製造装置であって、液滴吐出手段として態様Ａ乃至Ｆのいずれかの液滴吐出装置１０を用いた。これによれば、上記実施形態について説明したように、微粒子製造装置の小型軽量化が図れるとともに、粒径の均一なトナーなどの粒子の製造が可能となる。

１０ 液滴吐出装置
１１ 吐出孔
１２ 圧電素子
１３ インダクタ
３０ トナー成分液補充装置
６０ 乾燥捕集装置
６１ チャンバ
１００ 圧電素子駆動回路
１１０ 駆動信号出力部
１１１ ハイサイドＦＥＴ
１１２ ローサイドＦＥＴ
１２０ 制御信号生成部
１２１ ハイサイド用基準信号発生器
１２２ ローサイド用基準信号発生器
１２３ ハイサイドＦＥＴ用駆動回路
１２４ ローサイドＦＥＴ用駆動回路
１２５ 共通基準信号発生器
１２６ ＦＥＴ共通駆動回路

特開２００１−０６３０４０号公報 特開２０１１−０４６０２８号公報 特開２００９−２９２０７７号公報

Claims (7)

1. 液滴を吐出する吐出孔と、前記吐出孔から液滴を吐出するように充電と放電とを行って変形可能な圧電素子と、前記圧電素子が充電と放電とを行うように該圧電素子を駆動する圧電素子駆動回路と、を備えた液滴吐出装置であって、
   前記吐出孔を複数有し、
   前記圧電素子を介した前記複数の吐出孔それぞれからの液滴の吐出を１つの前記圧電素子駆動回路で駆動し、
   前記圧電素子駆動回路は、前記圧電素子に印加される駆動信号の出力を制御する制御信号を生成する制御信号生成部と、前記制御信号に基づいて前記圧電素子に印加される駆動信号を出力する駆動信号出力部と、を有し、
   前記駆動信号出力部は、前記圧電素子の充電時に前記制御信号に基づいて該圧電素子に電流を供給するように動作する第１の電界効果トランジスタと、前記圧電素子の放電時に前記制御信号に基づいて該圧電素子から電流を放出させるように動作する第２の電界効果トランジスタと、を有することを特徴とする液滴吐出装置。
2. 請求項１の液滴吐出装置において、
   前記駆動信号出力部は、前記第１の電界効果トランジスタと前記第２の電界効果トランジスタとがカスケード接続され、その接続点から前記圧電素子に駆動信号が出力されるように構成されていることを特徴とする液滴吐出装置。
3. 請求項１又は２の液滴吐出装置において、
   前記第１の電界効果トランジスタ及び前記第２の電界効果トランジスタは同一種類の電界効果トランジスタであることを特徴とする液滴吐出装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかの液滴吐出装置において、
   前記駆動信号出力部と前記圧電素子との間にインダクタが挿入され、前記駆動信号が該インダクタを介して該圧電素子に印加されることを特徴とする液滴吐出装置。
5. 請求項４の液滴吐出装置において、
   前記圧電素子に印加される駆動信号の連続駆動周波数をｆ［Ｈｚ］、該圧電素子の静電容量をＣｐ［Ｆ］、前記インダクタの自己インダクタンスをＬ［Ｈ］としたときに、
   １／{２・（４π^２・ｆ^２・Ｃｐ）} ≦ Ｌ ≦ ２／（４π^２・ｆ^２・Ｃｐ）
   の関係を満たすことを特徴とする液滴吐出装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかの液滴吐出装置において、
   前記制御信号生成部は、前記制御信号の波形を規定する１つの基準信号を生成する基準信号生成部と、前記１つの基準信号に基づいて、前記第１の電界効果トランジスタ及び前記第２の電界効果トランジスタそれぞれに対する２つの制御信号を出力する制御信号出力部と、を有することを特徴とする液滴吐出装置。
7. 粒子の成分を含有する粒子成分含有液を吐出孔から吐出する液滴吐出手段と、
   前記吐出孔から吐出した前記粒子成分含有液の液滴を固化乾燥させる固化乾燥手段と、を備えた粒子製造装置であって、
   前記液滴吐出手段として請求項１乃至６のいずれかの液滴吐出装置を用いたことを特徴とする粒子製造装置。

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