JP6839207B2 - 液体吐出ヘッドおよびそれを用いた記録装置 - Google Patents

Description

本開示は、液体吐出ヘッドおよびそれを用いた記録装置に関する。

従来、液体吐出ヘッドとして、液体を記録媒体上に吐出することによって各種の印刷を行うインクジェットヘッドが知られている。このような液体吐出ヘッドでは、複数の加圧部によって液体を加圧することにより、各々の加圧部に対応して設けられた複数の吐出孔から液体が吐出される。（例えば、特許文献１を参照。）。

特開２００２−１５４２０７号公報

本開示の液体吐出ヘッドは、複数の吐出孔と、複数の加圧部と、複数の駆動回路と、スイッチ回路と、第１制御回路と、第２制御回路と、を有している。前記複数の加圧部は、液体を加圧して前記吐出孔から吐出する。前記駆動回路は、前記複数の加圧部を駆動する駆動信号を出力する。前記スイッチ回路は、前記複数の加圧部と前記複数の駆動回路との接続を切り替える。前記第１制御回路は、前記複数の駆動回路を制御する。前記第２制御回路は、前記スイッチ回路を制御する。前記液体吐出ヘッドは、前記駆動信号として、第１サイズの画素を形成する液滴を吐出するための第１信号と、前記第１サイズと異なる第２サイズの画素を形成する液滴を吐出するための第２信号と、を少なくとも含む複数種類の信号を有する。前記第１制御回路は、異なる種類の前記駆動信号が異なる前記駆動回路から出力されるように、前記複数の駆動回路を制御する。前記複数の加圧部の各々が、前記第１サイズの画素を形成する液滴を吐出するときには前記第１信号を出力している前記駆動回路に接続され、前記第２サイズの画素を形成する液滴を吐出するときには前記第２信号を出力している前記駆動回路に接続されるように、前記第２制御回路が前記スイッチ回路を制御する。前記第１制御回路は、前記第１信号の出力を担当する前記駆動回路が前記複数の駆動回路の中で入れ替わるように、前記複数の駆動回路を制御する。

本開示の記録装置は、前記液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに対して搬送する搬送部と、を備えている。

図１Ａは、本開示の液体吐出ヘッドを含む記録装置の構成の一例を模式的に示す側面図である。 図１Ｂは、本開示の液体吐出ヘッドを含む記録装置の構成の一例を模式的に示す平面図である。 図２は、図１の液体吐出ヘッドの要部であるヘッド本体の平面図である。 図３は、図２の一点鎖線に囲まれた領域Ａの拡大図であり、説明のため一部の流路を省略した図である。 図４は、図２の一点鎖線に囲まれた領域Ａの拡大図であり、説明のため一部の流路を省略した図である。 図５は、図３のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図である。 図６は、本開示の液体吐出ヘッドにおける、ヘッド制御システムの構成の一例を示す図である。 図７は、本開示の液体吐出ヘッドにおける、駆動回路のローテーションの一例を示す図である。 図８は、本開示の液体吐出ヘッド上の駆動回路の配置の一例を模式的に示す平面図である。 図９は、本開示の液体吐出ヘッド上の駆動回路の配置の他の例を模式的に示す平面図である。 図１０は、図７に示す駆動回路のローテーションを行った際の、各時刻において各駆動回路が出力する信号を示す図である。

特許文献１に記載されたようなインクジェットヘッドでは、加圧部を駆動するための駆動信号を生成し、その駆動信号をそれぞれの加圧部に送ることによって各加圧部を駆動する。しかしながら、同時に多数の吐出孔から液体を吐出するインクジェットヘッドでは、同時に多数の加圧部に駆動信号を送る必要があるため、駆動信号を生成する回路（特にその中に存在する電力増幅器）の大型化や発熱が問題となる。

このような問題を解決するために、記録媒体上に形成する画素のサイズ（例えば、小画素、中画素、大画素）等に応じた複数種類の駆動信号を、それぞれ異なる回路で生成することが考えられる。しかしながら、複数種類の駆動信号を異なる回路で生成するようにした場合には、それぞれの駆動信号が送られる加圧部の数の大小により、それぞれの駆動信号を生成する回路の発熱量に差が生じる（例えば、ベタのパターンを印刷するような場合には、大画素に対応する駆動信号が送られる加圧部の数が著しく増加し、大画素に対応する駆動信号を生成する回路の発熱量が著しく増加する。）。よって、それぞれの駆動信号を生成する回路の発熱量に差がある状態が一定時間続くと、特定の回路の温度が過度に上昇して動作不良になるという問題や、液体吐出ヘッドの場所による温度の差異が大きくなることにより液体の吐出精度が悪化するという問題が生じる。

本開示の液体吐出ヘッドは、特定の回路の過度の温度上昇を低減することができ、複数の回路間の温度差を低減することができる。これにより、温度上昇による回路の動作不良の発生を低減することができる。また、液体吐出ヘッド上における駆動回路の配置によっては、液体吐出ヘッドの場所による温度の差異の増大による吐出精度の悪化を低減することができる。以下、本開示の液体吐出ヘッドおよびそれを用いた記録装置について詳細に説明する。

図１Ａおよび図１Ｂは、本開示の液体吐出ヘッドを含む記録装置の一例であるカラーインクジェットプリンタ１（以下で単にプリンタと言うことがある）の概略の図面である。なお、図１Ａは側面図であり、図１Ｂは平面図である。プリンタ１は、記録媒体である印刷用紙Ｐをガイドローラ８２Ａから搬送ローラ８２Ｂへと搬送することにより、印刷用紙Ｐを液体吐出ヘッド２に対して相対的に移動させる。そして、プリンタ１は、制御部８８によって液体吐出ヘッド２を制御して、画像や文字のデータに基づいて液体吐出ヘッド２から液体を吐出し、印刷用紙Ｐに液滴を着弾させる。このようにして、プリンタ１は、印刷用紙Ｐに印刷などの記録を行う。

本例では、液体吐出ヘッド２はプリンタ１に対して固定されており、プリンタ１はいわゆるラインプリンタとなっているが、これに限定されるものではない。例えば、液体吐出ヘッド２を、印刷用紙Ｐの搬送方向に交差する方向、例えば、ほぼ直交する方向に往復させるなどして移動させる動作と、印刷用紙Ｐの搬送を交互に行う、いわゆるシリアルプリンタでも良い。

プリンタ１には、印刷用紙Ｐとほぼ平行になるように平板状のヘッド搭載フレーム７０（以下で単にフレームと言うことがある）が固定されている。フレーム７０には図示しない２０個の孔が設けられており、２０個の液体吐出ヘッド２がそれぞれの孔の部分に搭載されていて、液体吐出ヘッド２の、液体を吐出する部位が印刷用紙Ｐに面するようになっている。液体吐出ヘッド２と印刷用紙Ｐとの間の距離は、例えば０．５〜２０ｍｍ程度とされる。なお、図１では、２０個の液体吐出ヘッド２のうち５つの液体吐出ヘッド２によって１つのヘッド群７２が構成され、プリンタ１が４つのヘッド群７２を有している例を示している。

液体吐出ヘッド２は、図１Ａの手前から奥へ向かう方向、図１Ｂの上下方向に細長い長尺形状を有している。この長い方向を長手方向と呼ぶことがある。１つのヘッド群７２内において、３つの液体吐出ヘッド２は、印刷用紙Ｐの搬送方向に交差する方向、例えば、ほぼ直交する方向に沿って並んでいる。他の２つの液体吐出ヘッド２は、搬送方向に沿ってずれた位置で、３つの液体吐出ヘッド２の間にそれぞれ一つずつ並んでいる。液体吐出ヘッド２は、各液体吐出ヘッド２で印刷可能な範囲が、印刷用紙Ｐの幅方向に（印刷用紙Ｐの搬送方向に交差する方向に）繋がるように、あるいは端が重複するように配置されており、印刷用紙Ｐの幅方向に隙間のない印刷が可能になっている。

４つのヘッド群７２は、印刷用紙Ｐの搬送方向に沿って配置されている。各液体吐出ヘッド２には、図示しない液体タンクから液体、例えば、インクが供給される。１つのヘッド群７２に属する液体吐出ヘッド２には、同じ色のインクが供給されるようになっており、４つのヘッド群７２で４色のインクが印刷できる。各ヘッド群７２から吐出されるインクの色は、例えば、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｋ）である。このようなインクを、制御部８８で制御して印刷すれば、カラー画像が印刷できる。

プリンタ１に搭載されている液体吐出ヘッド２の個数は、単色印刷であり、且つ１つの液体吐出ヘッド２で印刷可能な範囲を印刷する場合であれば、１つでもよい。ヘッド群７２に含まれる液体吐出ヘッド２の個数や、ヘッド群７２の個数は、印刷する対象や印刷条件により適宜変更できる。例えば、さらに多色の印刷をするためにヘッド群７２の個数を増やしてもよい。また、同色で印刷するヘッド群７２を複数配置して、搬送方向に交互に印刷すれば、同じ性能の液体吐出ヘッド２を使用しても搬送速度を速くできる。これにより、時間当たりの印刷面積を大きくすることができる。また、同色で印刷するヘッド群７２を複数準備して、搬送方向と交差する方向にずらして配置して、印刷用紙Ｐの幅方向の解像度を高くしてもよい。

さらに、色の付いたインクを印刷する以外に、印刷用紙Ｐの表面処理をするために、コーティング剤などの液体を印刷してもよい。

プリンタ１は、記録媒体である印刷用紙Ｐに印刷を行う。印刷用紙Ｐは、給紙ローラ８０Ａに巻き付けられた状態になっており、２つのガイドローラ８２Ａの間を通った後、フレーム７０に搭載されている液体吐出ヘッド２の下側を通り、その後２つの搬送ローラ８２Ｂの間を通り、最終的に回収ローラ８０Ｂに回収される。印刷する際には、搬送ローラ８２Ｂを回転させることにより、印刷用紙Ｐが一定速度で搬送され、液体吐出ヘッド２によって印刷される。回収ローラ８０Ｂは、搬送ローラ８２Ｂから送り出された印刷用紙Ｐを巻き取る。このように、給紙ローラ８０Ａ、ガイドローラ８２Ａ、搬送ローラ８２Ｂ、回収ローラ８０Ｂによって、印刷用紙Ｐを液体吐出ヘッド２に対して搬送する搬送部が構成されている。搬送速度は、例えば、７５ｍ／分とされる。各ローラは、制御部８８によって制御されてもよいし、人によって手動で操作されてもよい。

記録媒体は、印刷用紙Ｐ以外に、ロール状の布などでもよい。また、プリンタ１は、印刷用紙Ｐを直接搬送する代わりに、搬送ベルトを直接搬送して、記録媒体を搬送ベルト上に置いて搬送してもよい。そのようにすれば、枚葉紙や裁断された布、木材、タイルなどを記録媒体にできる。さらに、液体吐出ヘッド２から導電性の粒子を含む液体を吐出するようにして、電子機器の配線パターンなどを印刷してもよい。またさらに、液体吐出ヘッド２から反応容器などに向けて所定量の液体の化学薬剤や化学薬剤を含んだ液体を吐出させて、反応させるなどして、化学薬品を作製してもよい。

また、プリンタ１に、位置センサ、速度センサ、温度センサなどを取り付けて、制御部８８が、各センサからの情報から分かるプリンタ１各部の状態に応じて、プリンタ１の各部を制御してもよい。例えば、液体吐出ヘッド２の温度や液体タンクの液体の温度、液体タンクの液体が液体吐出ヘッド２に加えている圧力などが、吐出される液体の吐出量や吐出速度などの吐出特性に影響を与えている場合などに、それらの情報に応じて、液体を吐出させる駆動信号を変えるようにしてもよい。

なお、本開示における記録装置は、液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに対して搬送する搬送部とを備えていれば良く、その他の構成については何ら限定されるものではない。また、前記搬送部の構成についても、本実施形態で示した構成に限定されるものではない。

次に、本開示の液体吐出ヘッドの構成の一例について説明する。図２は、図１に示された液体吐出ヘッド２の要部であるヘッド本体２ａを示す平面図である。図３は、図２の一点鎖線で囲まれた領域の拡大平面図であり、ヘッド本体２ａの一部である。図３では、説明のため、一部の流路を省略して描いている。図４は、図３と同じ位置の拡大平面図であり、図３とは別の一部の流路を省略して描いている。図５は、図３のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図である。なお、図３および図４において、図面を分かり易くするために、圧電アクチュエータ基板２１の下方にあって破線で描くべき加圧室１０、しぼり６および吐出孔８などを実線で描いている。

液体吐出ヘッド２は、ヘッド本体２ａ以外に、ヘッド本体２ａに液体を供給するリザーバや、筐体を含んでいてもよい。また、ヘッド本体２ａは、流路部材４と、加圧部３０が作り込まれている圧電アクチュエータ基板２１とを含んでいる。

ヘッド本体２ａを構成する流路部材４は、共通流路であるマニホールド５と、マニホールド５と繋がっている複数の加圧室１０と、複数の加圧室１０とそれぞれ繋がっている複数の吐出孔８とを備えている。加圧室１０は流路部材４の上面に開口しており、流路部材４の上面が加圧室面４−２となっている。また、流路部材４の上面は、マニホールド５と繋がっている開口５ａを有し、この開口５ａより液体が供給されるようになっている。

また、流路部材４の上面には、加圧部３０を含む圧電アクチュエータ基板２１が接合されており、各加圧部３０が加圧室１０上に位置するように配置されている。また、圧電アクチュエータ基板２１には、各加圧部３０に信号を供給する信号伝達部６０が接続されている。図２には、２つの信号伝達部６０が圧電アクチュエータ基板２１に繋がる状態が分かるように、信号伝達部６０の圧電アクチュエータ基板２１に接続される付近の外形を点線で示した。圧電アクチュエータ基板２１に電気的に接続されている、信号伝達部６０に形成されている電極は、信号伝達部６０の端部に、矩形状に配置されている。２つの信号伝達部６０は、圧電アクチュエータ基板２１の短手方向の中央部にそれぞれの端がくるように接続されている。

ヘッド本体２ａは、平板状の流路部材４と、流路部材４上に接合された加圧部３０を含む圧電アクチュエータ基板２１を１つ有している。圧電アクチュエータ基板２１の平面形状は長方形状であり、その長方形の長辺が流路部材４の長手方向に沿うように流路部材４の上面に配置されている。

流路部材４の内部には２つのマニホールド５が形成されている。マニホールド５は流路部材４の長手方向の一端部側から、他端部側に延びる細長い形状を有しており、その両端部において、流路部材４の上面に開口しているマニホールド５の開口５ａが形成されている。

また、マニホールド５は、少なくとも加圧室１０に繋がっている領域である長手方向における中央部分において、短手方向に間隔を開けて設けられた隔壁１５で仕切られている。隔壁１５は、加圧室１０に繋がっている領域である長手方向の中央部分においては、マニホールド５と同じ高さを有し、マニホールド５を複数の部分に完全に仕切っている。このようにすることで、平面視したときに、隔壁１５と重なるように、吐出孔８および吐出孔８から加圧室１０に繋がっている流路を設けることができる。

複数に分けられた部分のマニホールド５を副マニホールド５ｂと呼ぶことがある。本実施形態においては、マニホールド５は独立して２本設けられており、それぞれの両端部に開口５ａが設けられている。また、１つのマニホールド５には、７つの隔壁１５が設けられており、８つの副マニホールド５ｂに分けられている。副マニホールド５ｂの幅は、隔壁１５の幅より大きくなっており、これにより副マニホールド５ｂに多くの液体を流すことができる。

流路部材４は、複数の加圧室１０が２次元的に広がって形成されている。加圧室１０は、角部にアールが施されたほぼ菱形あるいは楕円形状の平面形状を有する中空の領域である。

加圧室１０は、しぼり６を介して１つの副マニホールド５ｂと繋がっている。１つの副マニホールド５ｂに沿うようにして、この副マニホールド５ｂに繋がっている加圧室１０の行である加圧室行１１が、副マニホールド５ｂの両側に１行ずつ、合計２行設けられている。したがって、１つのマニホールド５に対して、１６行の加圧室１１が設けられており、ヘッド本体２ａ全体では３２行の加圧室行１１が設けられている。各加圧室行１１における加圧室１０の長手方向の間隔は同じであり、例えば、３７．５ｄｐｉの間隔となっている。

各加圧室行１１の端にはダミー加圧室１６の列が１列設けられている。このダミー加圧室列のダミー加圧室１６は、マニホールド５とは繋がっているが、吐出孔８とは繋がっていない。また、３２行の加圧室行１１の外側には、ダミー加圧室１６が直線状に並んだダミー加圧室行が１行設けられている。このダミー加圧室行のダミー加圧室１６は、マニホールド５および吐出孔８のいずれとも繋がっていない。これらのダミー加圧室１６により、端から１つ内側の加圧室１０の周囲の構造（剛性）が他の加圧室１０の構造（剛性）と近くなることで、液体吐出特性の差を少なくできる。なお、周囲の構造の差の影響は、距離の近い、長さ方向に隣接する加圧室１０の影響が大きいため、長さ方向には、両端にダミー加圧室を設けてある。幅方向については、影響が比較的小さいため、ヘッド本体２１ａの端に近い方のみに設けている。これにより、ヘッド本体２１ａの幅を小さくできる。

１つのマニホールド５に繋がっている加圧室１０は、矩形状の圧電アクチュエータ基板２１の各外辺に沿った行および列を成す格子状に配置されている。これにより、圧電アクチュエータ基板２１の外辺から、加圧室１０の上に形成されている個別電極２５が等距離に配置されることになるので、個別電極２５を形成する際に、圧電アクチュエータ基板２１に変形が生じ難くできる。圧電アクチュエータ基板２１と流路部材４とを接合する際に、この変形が大きいと外辺に近い加圧部３０に応力が加わり、変位特性にばらつきが生じるおそれがあるが、変形を少なくすることで、そのばらつきを低減できる。また、もっとも外辺に近い加圧室行１１の外側にダミー加圧室１６のダミー加圧室行が設けられているために、変形の影響をより受け難くできる。加圧室行１１に属する加圧室１０は等間隔で配置されており、加圧室行１１に対応する個別電極２５も等間隔で配置されている。加圧室行１１は短手方向に等間隔で配置されており、加圧室行１１に対応する個別電極２５の行も短手方向に等間隔で配置されている。これにより、特にクロストークの影響が大きくなる部位をなくすことができる。

本実施形態では、加圧室１０は格子状に配置したが、隣り合う加圧室列１１の加圧室１０が互いの間に位置するように千鳥状に配置してもよい。このようにすると、隣接加圧室行１１に属する加圧室１０の間の距離がより長くなるので、よりクロストークを抑制できる。

加圧室行１１をどのように並べるかによらず、流路部材４を平面視したとき、１つの加圧室行１１に属する加圧室１０が、隣接する加圧室行１１に属する加圧室１０と、液体吐出ヘッド２の長手方向において、重ならないように配置することにより、クロストークを抑制できる。一方、加圧室行１１の間の距離を離すと、液体吐出ヘッド２の幅が大きくなるので、プリンタ１に対する液体吐出ヘッド２の設置角度の精度や、複数の液体吐出ヘッド２を使用する際の、液体吐出ヘッド２の相対位置の精度が印刷結果に与える影響が大きくなる。そこで、隔壁１５の幅を副マニホールド５ｂよりも小さくすることで、それらの精度が印刷結果に与える影響を少なくできる。

１つの副マニホールド５ｂに繋がっている加圧室１０は、２列の加圧室行１１を成しており、１つの加圧室行１１に属する加圧室１０から繋がっている吐出孔８は、１つの吐出孔行９を成している。２行の加圧室行１１に属する加圧室１０に繋がっている吐出孔８はそれぞれ、副マニホールド５ｂの異なる側に開口している。図４では隔壁１５には、２行の吐出孔行９が設けられているが、それぞれの吐出孔行９に属する吐出孔８は、吐出孔８に近い側の副マニホールド５ｂに加圧室１０を介して繋がっている。隣接する副マニホールド５ｂに加圧室行１１を介して繋がっている吐出孔８と液体吐出ヘッド２の長手方向において重ならないように配置されていると、加圧室１０と吐出孔８とを繋ぐ流路間のクロストークが抑制できるので、さらにクロストークを少なくすることができる。加圧室１０と吐出孔８とを繋ぐ流路全体が、液体吐出ヘッド２の長手方向において重ならないように配置されていると、さらにクロストークを少なくすることができる。

１つのマニホールド５に繋がっている複数の加圧室１０により加圧室群が構成されており、マニホールド５が２つあるため、加圧室群は２つある。各加圧室群内における吐出に関わる加圧室１０の配置は同じで、短手方向に平行移動させた位置に配置されている。これらの加圧室１０は、流路部材４の上面における圧電アクチュエータ基板２１に対向する領域に、加圧室群間などの少し間隔が広くなった部分があるものの、ほぼ全面にわたって配列されている。つまり、これらの加圧室１０によって形成された加圧室群は圧電アクチュエータ基板２１とほぼ同一の形状の領域を占有している。また、各加圧室１０の開口は、流路部材４の上面に圧電アクチュエータ基板２１が接合されることで閉塞されている。

加圧室１０のしぼり６が繋がっている角部と対向する角部からは、流路部材４の下面の吐出孔面４−１に開口している吐出孔８に繋がる流路が伸びている。この流路は、平面視において、加圧室１０から離れる方向に伸びている。より具体的には、加圧室１０の長い対角線に沿う方向に離れつつ、その方向に対して左右にずれながら伸びている。これにより、加圧室１０は各加圧室行１１内での間隔が３７．５ｄｐｉになっている格子状の配置にしつつ、吐出孔８は、全体で１２００ｄｐｉの間隔で配置することができる。

これは別の言い方をすると、流路部材４の長手方向に平行な仮想直線に対して直交するように吐出孔８を投影すると、図４に示した仮想直線のＲの範囲に、各マニホールド５に繋がっている１６個の吐出孔８、全部で３２個の吐出孔８が、１２００ｄｐｉの等間隔となっているということである。これにより、すべてのマニホールド５に同じ色のインクを供給することで、全体として長手方向に１２００ｄｐｉの解像度で画像が形成可能となる。また、１つのマニホールド５に繋がっている１個の吐出孔８は、仮想直線のＲの範囲で６００ｄｐｉの等間隔になっている。これにより、各マニホールド５に異なる色のインクを供給することで、全体として長手方向に６００ｄｐｉの解像度で２色の画像が形成可能となる。この場合、２つの液体吐出ヘッド２を用いれば、６００ｄｐｉの解像度で４色の画像が形成可能となり、６００ｄｐｉで印刷可能な液体吐出ヘッドを４つ用いるよりも、印刷精度が高くなり、印刷のセッティングも簡単にできる。なお、ヘッド本体２ａの短手方向に並んでいる１列の加圧室列に属する加圧室１０から繋がっている吐出孔８で、仮想直線のＲの範囲がカバーされている。

圧電アクチュエータ基板２１の上面における各加圧室１０に対向する位置には個別電極２５がそれぞれ形成されている。個別電極２５は、加圧室１０より一回り小さく、加圧室１０とほぼ相似な形状を有している個別電極本体２５ａと、個別電極本体２５ａから引き出されている引出電極２５ｂとを含んでおり、個別電極２５は、加圧室１０と同じように、個別電極列および個別電極群を構成している。また、圧電アクチュエータ基板２１の上面には、共通電極用表面電極２８が配置されている。共通電極用表面電極２８と共通電極２４とは、圧電セラミック層２１ｂに配置されている、図示しない貫通導体を通じて、電気的に接続されている。

吐出孔８は、流路部材４の下面側に配置されているマニホールド５と対向する領域を避けた位置に配置されている。さらに、吐出孔８は、流路部材４の下面側における圧電アクチュエータ基板２１と対向する領域内に配置されている。これらの吐出孔８は、１つの群として圧電アクチュエータ基板２１とほぼ同一の形状の領域を占有しており、対応する圧電アクチュエータ基板２１の加圧部３０を変位させることにより吐出孔８から液滴が吐出できる。

ヘッド本体２ａに含まれる流路部材４は、複数のプレートが接着剤層を介して積層された積層構造を有している。これらのプレートは、流路部材４の上面から順に、キャビティプレート４ａ、アパーチャ（しぼり）プレート４ｂ、サプライプレート４ｃ、マニホールドプレート４ｄ〜４ｉ、カバープレート４ｊおよびノズルプレート４ｌである。これらのプレートには多数の孔が形成されている。各プレートの厚さは１０〜３００μｍ程度であることにより、孔の形成精度を高くできる。流路部材４の厚さは、５００μｍ〜２ｍｍ程度である。各プレートは、これらの孔が互いに連通して個別流路１２およびマニホールド５を構成するように、位置合わせして積層されている。ヘッド本体２ａでは、加圧室１０は流路部材４の上面に、マニホールド５は内部の下面側に、吐出孔８は下面にと、個別流路１２を構成する各部分が異なる位置に互いに近接して配設され、加圧室１０を介してマニホールド５と吐出孔８とが繋がる構成を有している。

各プレートに配置されている孔および溝について説明する。流路となる孔あるいは溝には、次のようなものがある。まず、第１の部分流路として、キャビティプレート４ａに形成された、加圧室１０を構成する孔がある。次に、第２の部分流路として、加圧室１０の一端からマニホールド５へと繋がるしぼり６を構成する連通孔がある。この連通孔は、アパーチャプレート４ｂ（詳細には加圧室１０の入り口）からサプライプレート４ｃ（詳細にはマニホールド５の出口）までの各プレートに形成されている。

次に、第３の部分流路として、加圧室１０のしぼり６が繋がっている端と反対の他端から吐出孔８へと連通する流路であるディセンダ７を構成する連通孔がある。この連通孔は、ベースプレート４ｂ（詳細には加圧室１０の出口）からノズルプレート４ｌ（詳細には吐出孔８）までの各プレートに形成されている。

次に第４の部分流路として、副マニホールド５ａを構成する連通孔がある。この連通孔は、マニホールドプレート４ｃ〜４ｉに形成されている。マニホールドプレート４ｃ〜４ｉには、副マニホールド５ｂを構成するように隔壁１５となる仕切り部が残るように孔が形成されている。各マニホールドプレート４ｃ〜４ｉにおける仕切り部は、ハーフエッチングした支持部（図では省略してある）で各マニホールドプレート４ｃ〜４ｉと繋がった状態にされる。

このような第１〜４の部分流路が相互に繋がり、マニホールド５からの液体の流入口（マニホールド５の出口）から吐出孔８に至る個別流路１２を構成している。マニホールド５に供給された液体は、以下の経路で吐出孔８から吐出される。まず、マニホールド５から上方向に向かって、しぼり６の一端部に至る。次に、しぼり６の延在方向に沿って水平に進み、しぼり６の他端部に至る。そこから上方に向かって、加圧室１０の一端部に至る。さらに、加圧室１０の延在方向に沿って水平に進み、加圧室１０の他端部に至る。加圧室１０からディセンダ７に入った液体は、水平方向にも移動しつつ、主に下方に向かい、下面に開口した吐出孔８に至って、外部に吐出される。

圧電アクチュエータ基板２１は、圧電体である２枚の圧電セラミック層２１ａ、２１ｂからなる積層構造を有している。これらの圧電セラミック層２１ａ、２１ｂはそれぞれ２０μｍ程度の厚さを有している。圧電アクチュエータ基板２１の圧電セラミック層２１ａの下面から圧電セラミック層２１ｂの上面までの厚さは４０μｍ程度である。圧電セラミック層２１ａ、２１ｂのいずれの層も複数の加圧室１０を跨ぐように延在している。これらの圧電セラミック層２１ａ、２１ｂは、例えば、強誘電性を有する、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系、ＮａＮｂＯ₃系、ＢａＴｉＯ₃系、（ＢｉＮａ）ＮｂＯ₃系、ＢｉＮａＮｂ₅Ｏ₁₅系などのセラミックス材料からなる。なお、圧電セラミック層２１ａは、圧電素子として機能させておらず、単なる弾性板として機能させている。このため、圧電セラミック層２１ａに代えて、圧電体でない他のセラミック層や金属板を用いてもよい。

圧電アクチュエータ基板２１は、Ａｇ−Ｐｄ系などの金属材料からなる共通電極２４およびＡｕ系などの金属材料からなる個別電極２５を有している。共通電極２４の厚さは２μｍ程度であり、個別電極２５の厚さは、１μｍ程度である。

個別電極２５は、圧電アクチュエータ基板２１の上面における各加圧室１０に対向する位置に、それぞれ配置されている。個別電極２５は、平面形状が加圧室本体１０ａより一回り小さく、加圧室本体１０ａとほぼ相似な形状を有している個別電極本体２５ａと、個別電極本体２５ａから引き出されている引出電極２５ｂとを含んでいる。引出電極２５ｂの一端の、加圧室１０と対向する領域外に引き出された部分には、接続電極２６が配置されている。接続電極２６は例えば銀粒子などの導電性粒子を含んだ導電性樹脂であり、５〜２００μｍ程度の厚さで形成されている。また、接続電極２６は、信号伝達部６０に設けられた電極と電気的に接合されている。

詳細は後述するが、個別電極２５には、制御部８８の制御に基づいて駆動信号が信号伝達部６０を通じて供給される。駆動信号は、印刷媒体Ｐの搬送速度と同期して一定の周期で供給される。

共通電極２４は、圧電セラミック層２１ｂと圧電セラミック層２１ａとの間の領域に面方向のほぼ全面にわたって形成されている。すなわち、共通電極２４は、圧電アクチュエータ基板２１に対向する領域内のすべての加圧室１０を覆うように延在している。共通電極２４は、圧電セラミック層２１ｂ上に個別電極４４からなる電極群を避ける位置に形成されている共通電極用表面電極２８に、圧電セラミック層２１ｂを貫通して形成された貫通導体を介して繋がっている。また、共通電極２４は、共通電極用表面電２８を介して接地され、グランド電位に保持されている。共通電極用表面電極２８は、個別電極２５と同様に、制御部８８と直接あるいは間接的に接続されている。

圧電セラミック層２１ｂの個別電極２５と共通電極２４とに挟まれている部分は、厚さ方向に分極されており、個別電極２５に電圧を印加すると変位する。より具体的には、個別電極２５を共通電極２４と異なる電位にして圧電セラミック層２１ｂに対してその分極方向に電界を印加したとき、この電界が印加された部分が、圧電効果により歪む活性部として働く。この構成において、電界と分極とが同方向となるように、個別電極２５を共通電極２４に対して正または負の所定電位にすると、圧電セラミック層２１ｂの電極に挟まれた部分（活性部）が、面方向に収縮する。一方、非活性部である圧電セラミック層２１ａは電界の影響を受けないため、自発的には縮むことがなく活性部の変形を規制しようとする。この結果、圧電セラミック層２１ａと圧電セラミック層２１ｂとの間で分極方向への歪みに差が生じて、圧電セラミック層２１ａは加圧室１０側へ凸となるように変形（ユニモルフ変形）する。

続いて、液体の吐出動作について説明する。制御部８８の制御に基づいて個別電極２５に供給される駆動信号により、加圧部３０が駆動（変位）させられる。本実施形態では、様々な駆動方法で液体を吐出させることができるが、ここでは、いわゆる引き打ち駆動方法について説明する。

あらかじめ個別電極２５を共通電極２４より高い電位（以下高電位と称す）にしておき、吐出要求がある毎に個別電極２５を共通電極２４と一旦同じ電位（以下低電位と称す）とし、その後所定のタイミングで再び高電位とする。これにより、個別電極２５が低電位になるタイミングで、圧電セラミック層２１ａ、２１ｂが元の（平らな）形状に戻り（始め）、加圧室１０の容積が初期状態（両電極の電位が異なる状態）と比較して増加する。これにより、加圧室１０内の液体に負圧が与えられる。そうすると、加圧室１０内の液体が固有振動周期で振動し始める。具体的には、最初、加圧室１０の体積が増加し始め、負圧は徐々に小さくなっていく。次いで加圧室１０の体積は最大になり、圧力はほぼゼロとなる。次いで加圧室１０の体積は減少し始め、圧力は高くなっていく。その後、圧力がほぼ最大になるタイミングで、個別電極２５を高電位にする。そうすると最初に加えた振動と、次に加えた振動とが重なり、より大きい圧力が液体に加わる。この圧力がディセンダ７内を伝搬し、吐出孔８から液体を吐出させる。

つまり、高電位を基準として、一定期間低電位とするパルスの駆動信号を個別電極２５に供給することで、液滴を吐出できる。このパルス幅は、加圧室１０の液体の固有振動周期の半分の時間であるＡＬ（Acoustic Length）とすると、原理的には、液体の吐出速度および吐出量を最大にできる。加圧室１０の液体の固有振動周期は、液体の物性、加圧室１０の形状の影響が大きいが、それ以外に、圧電アクチュエータ基板２１の物性や、加圧室１０に繋がっている流路の特性からの影響も受ける。

なお、パルス幅は、吐出される液滴を１つにまとめるようにするなど、他に考慮する要因もあるため、実際は、０．５ＡＬ〜１．５ＡＬ程度の値にされる。また、パルス幅は、ＡＬから外れた値にすることで、吐出量を少なくすることができるため、吐出量を少なくするためにＡＬから外れた値にされる。

次に、本開示の液体吐出ヘッドにおける、ヘッド制御システムの構成および動作について、図６〜図１０を用いて説明する。

図６は、本開示の液体吐出ヘッドにおけるヘッド制御システムの構成の一例を示す図である。本開示の液体吐出ヘッドにおけるヘッド制御システムは、ヘッド制御部１０１と、ｎ個の駆動回路（第１駆動回路Ｄ１、第２駆動回路Ｄ２、・・・、第ｎ駆動回路Ｄｎ）（ｎは２以上の自然数）と、スイッチ回路ＳＷと、を有している。また、スイッチ回路ＳＷには、複数の加圧部３０が接続されている。

ヘッド制御部１０１は、第１制御回路１０１Ａと、第２制御回路１０１Ｂとを少なくとも有している。ヘッド制御部１０１は、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）を用いて構成すると良いが、場合によっては、他のＰＬＤ(programmable logic device)や集積回路を用いて構成しても良く、他の構成としても構わない。ＦＰＧＡを用いてヘッド制御部１０１を構成することにより、液体吐出ヘッドを低コストで実現することができる。

ヘッド制御部１０１には、前述した制御部８８から出力された画素信号が、画素が形成される周期である駆動周期ごとに入力される。この画素信号は、複数の吐出孔８の各々の動作を示すデジタル信号である。具体的には、例えば、各々の吐出孔８が、記録媒体上にどのサイズの画素を形成する液滴を吐出するかを示す信号である。

第１制御回路１０１Ａは、複数の駆動回路（Ｄ１〜Ｄｎ）を制御して、各々の駆動回路から駆動信号を出力させる。駆動信号は、加圧部３０を駆動させるアナログ信号であり、加圧部３０の駆動のさせ方に応じて複数の種類が存在する。例えば、各々の吐出孔８が記録媒体上にどのサイズの画素を形成する液滴を吐出するかに応じて、対応する駆動信号が、各々の吐出孔８に対応する加圧部３０に送られる。なお、吐出孔８から液体が吐出されない程度の圧力変動を液体に加えるような動作を加圧部３０に行わせるような駆動信号を含む場合もある。

駆動信号の種類の数は、例えば各吐出孔８からの液体の吐出をどの程度細かく制御するかに応じて適宜設定し、例えば、液体の吐出を細かく制御する場合には駆動信号の種類を増加させる。駆動回路（Ｄ１〜Ｄｎ）の数は、駆動信号の種類の数と同じか、それよりも大きい値に設定される。駆動信号を出力しない駆動回路を設ける場合や、状況に応じて出力する駆動信号が変化する駆動回路を設ける場合には、駆動回路（Ｄ１〜Ｄｎ）の数が増加する。これについては後で詳述する。

画素信号がヘッド制御部１０１へ入力されると、その画素信号に基づいて、必要な駆動信号の種類と、それぞれの駆動信号を送付する加圧部の数が求められる。そして、それに応じて、どの種類の駆動信号をどの駆動回路から出力するかが決定される。そして、第１制御回路１０１Ａは、各々の駆動回路が出力する駆動信号に応じて、対応する駆動情報信号を各々の駆動回路へ出力する。この駆動情報信号は、各々の駆動回路に駆動信号を出力させるための信号であり、駆動信号の種類に対応して同じ数だけ存在する。駆動情報信号は、例えば、対応する駆動信号における電圧変化の情報を有するデジタル信号である。駆動情報信号は、ヘッド制御部１０１が有していても良いし、他の場所に保存してある駆動情報信号を読みに行っても構わない。

各々の駆動回路は、例えば、ＤＡＣ（digital to analog converter）および増幅回路を含んでいる。ＤＡＣは、入力された駆動情報信号をアナログ信号に変換する。増幅回路は、必要に応じて多段構成とされ、ＤＡＣから出力された信号を増幅して出力する。このようにして、複数の駆動回路（Ｄ１〜Ｄｎ）の各々は、入力された駆動情報信号に基づいて生成した駆動信号をスイッチ回路ＳＷへ出力する。なお、この構成は一例であり、各々の駆動回路の構成はこれに限定されるものではない。

スイッチ回路ＳＷは、駆動回路（Ｄ１〜Ｄｎ）および複数の加圧部３０に接続されており、駆動回路（Ｄ１〜Ｄｎ）と複数の加圧部３０との間の接続状態を切り替える。詳細には、スイッチ回路ＳＷは、複数の加圧部３０の各々を、駆動回路（Ｄ１〜Ｄｎ）のどれか１つに接続する。スイッチ回路ＳＷは、例えばスイッチＩＣを用いて構成することができる。

画素信号がヘッド制御部１０１へ入力されると、その画素信号に基づいて、複数の加圧部３０の各々にどの駆動信号が入力されるかが決定される。そして、どの種類の駆動信号がどの駆動回路から出力されるかを踏まえて、複数の加圧部３０の各々をどの駆動回路に接続するかが決定され、その情報を有する接続信号が第２制御回路１０１Ｂからスイッチ回路ＳＷへ出力される。そして、スイッチ回路ＳＷは、入力された接続信号に基づいて、複数の加圧部３０の各々を駆動回路（Ｄ１〜Ｄｎ）のどれか１つに接続する。

このようにして、制御部８８から出力された画素信号に基づいて、複数の加圧部３０の各々に駆動信号が入力され、各々の加圧部３０に対応する吐出孔８から液体が吐出されて、記録媒体に印刷が行われる。

なお、第１制御回路１０１Ａおよび第２制御回路１０１Ｂを有するヘッド制御部１０１が存在する例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、ヘッド制御部１０１が存在せず、第１制御回路１０１Ａおよび第２制御回路１０１Ｂが互いに離れて単独で存在し、第１制御回路１０１Ａおよび第２制御回路１０１Ｂの各々に、それぞれ画素信号が入力される構成であっても構わない。また、第１制御回路１０１Ａおよび第２制御回路１０１Ｂの各々が、複数の部分に分割配置されていても構わない。また、第１制御回路１０１Ａおよび第２制御回路１０１Ｂが、少なくとも一部を互いに共有していても構わない。すなわち、第１制御回路１０１Ａおよび第２制御回路１０１Ｂが一体化されていても構わない。

次に、本開示の液体吐出ヘッドにおけるヘッド制御システムの動作について、図７および図８を用いて更に詳細に説明する。

図７は、本開示の液体吐出ヘッドにおける、駆動回路のローテーションの一例を示す図である。なお、図７においては、説明を容易にするために構成を単純化しており、駆動信号として、第１信号Ｓ１、第２信号Ｓ２および第３信号Ｓ３の３種類の駆動信号を有し、駆動回路として、第１駆動回路Ｄ１、第２駆動回路Ｄ２、第３駆動回路Ｄ３、第４駆動回路Ｄ４および第５駆動回路Ｄ５を有する場合を示している。例えば、第１信号Ｓ１は、小サイズの画素を記録媒体上に形成する液滴を吐出するための信号であり、第２信号Ｓ２は、中サイズの画素を記録媒体上に形成する液滴を吐出するための信号であり、第３信号Ｓ３は、大サイズの画素を記録媒体上に形成する液滴を吐出するための信号である。

第２信号Ｓ２は、例えば、パルス幅がＡＬのパルスからなる駆動信号であり、１つの液滴を吐出する信号である。第１信号Ｓ１は、例えば、パルス幅が０．７ＡＬのパルスからなる駆動信号であり、第２信号Ｓ２で吐出される液滴よりも体積の小さな１つの液滴を吐出する信号である。第３信号Ｓ３は、例えば、パルス幅がほぼＡＬの２つのパルスからなる駆動信号であり、第２信号Ｓ２で吐出される液滴とほぼ同じ体積の液滴を２つ吐出する信号である。２つの液滴は、後に吐出された液滴が、飛翔中に前の液滴に追いついて、１つの液滴になるか、あるいは、記録媒体に別々に着弾した後、記録媒体上で広がって、１つの画素となる。例えば、２つのパルスの幅を異なる値にすることによって２つの液滴の速度を異ならせることができる。また、２つのパルスの間の間隔を調整することにより、先の液滴を吐出した後に加圧室１０に残る液体の残留振動が次の液滴の吐出速度に影響することを利用して、２つの液滴の速度を異ならせることができる。このように、液滴は１つに限定されるものではなく、複数の液滴によって１つの画素を形成しても構わない。

また、図７において、「不出力」は、駆動信号を出力しない駆動回路を示しており、「リザーブ」は、出力する駆動信号が状況に応じて変化する駆動回路を示している。また、ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５およびｔ６は、それぞれ時刻を示しており、ｔ１からｔ６へ向けて時間が経過することを示している。

図７に示すように、本開示の液体吐出ヘッドでは、例えば、第１信号Ｓ１を出力する駆動回路は、時刻ｔ１では第１駆動回路Ｄ１であるが、時間の経過とともに、第２駆動回路Ｄ２、第３駆動回路Ｄ３、第４駆動回路Ｄ４、第５駆動回路Ｄ５と移って行き、時刻ｔ６で再び第１駆動回路Ｄ１になる。図示はしていないが、時刻ｔ６以降も同じ順番で、第２駆動回路Ｄ２、第３駆動回路Ｄ３、・・・と移って行く。すなわち、第１信号Ｓ１を出力する駆動回路が複数の駆動回路（Ｄ１〜Ｄ５）の中で入れ替わる。すなわち、第１信号Ｓ１を出力する駆動回路が、時間の経過とともに複数の駆動回路（Ｄ１〜Ｄ５）の中で入れ替わる。

これは、第１制御回路１０１Ａが、第１信号Ｓ１に対応する駆動情報信号の送り先を、時間の経過とともに変化させることによって実現される。すなわち、第１制御回路１０１Ａが、第１信号Ｓ１に対応する駆動情報信号の送り先を、時刻ｔ１から時間の経過とともに、第１駆動回路Ｄ１、第２駆動回路Ｄ２、第３駆動回路Ｄ３、第４駆動回路Ｄ４、第５駆動回路Ｄ５、第１駆動回路Ｄ１、・・・と移すことによって実現される。

第１信号Ｓ１と同様に、第２信号Ｓ２を出力する駆動回路は、時刻ｔ１から時間の経過とともに、第５駆動回路Ｄ５、第１駆動回路Ｄ１、第２駆動回路Ｄ２、第３駆動回路Ｄ３、第４駆動回路Ｄ４と移って行き、時刻ｔ６で再び第５駆動回路Ｄ５になる。時刻ｔ６以降も同じ順番で、第１駆動回路Ｄ１、第２駆動回路Ｄ２、第３駆動回路Ｄ３、・・・と移って行く。そして同様に、第３信号Ｓ３を出力する駆動回路は、時刻ｔ１から時間の経過とともに、第４駆動回路Ｄ４、第５駆動回路Ｄ５、第１駆動回路Ｄ１、第２駆動回路Ｄ２、第３駆動回路Ｄ３、・・・と移って行く。

すわわち、前述したように、画素信号がヘッド制御部１０１へ入力されると、その画素信号に基づいて、どの種類の駆動信号をどの駆動回路から出力するかが決定されるが、その際に、各駆動信号を出力する駆動回路が時間の経過とともに駆動回路（Ｄ１〜Ｄ５）の中で移って行くように、各々の駆動回路が出力する駆動信号が決定される。そして、スイッチ回路ＳＷは、複数の加圧部３０の各々を、入力されるべき駆動信号を出力している駆動回路に接続する（入力されるべき駆動信号を出力している駆動回路が複数存在する場合は、そのうちのどれか１つに接続する）。

このように、本開示の液体吐出ヘッドは、複数の吐出孔８と、複数の加圧部３０と、複数の駆動回路（Ｄ１〜Ｄｎ）と、スイッチ回路ＳＷと、第１制御回路１０１Ａと、第２制御回路１０１Ｂと、を有している。複数の加圧部３０は、液体を加圧して吐出孔８から吐出する。複数の駆動回路（Ｄ１〜Ｄｎ）は、複数の加圧部３０を駆動する駆動信号を出力する。スイッチ回路ＳＷは、複数の加圧部３０と複数の駆動回路（Ｄ１〜Ｄｎ）との接続を切り替える。第１制御回路１０１Ａは、複数の駆動回路（Ｄ１〜Ｄｎ）を制御する。第２制御回路１０１Ｂは、スイッチ回路ＳＷを制御する。本開示の液体吐出ヘッドは、駆動信号として、第１サイズの画素を形成する液滴を吐出するための第１信号Ｓ１と、第１サイズと異なる第２サイズの画素を形成する液滴を吐出するための第２信号Ｓ２と、を少なくとも含む複数種類の信号を有する。第１制御回路１０１Ａは、異なる種類の駆動信号が異なる駆動回路から出力されるように、複数の駆動回路（Ｄ１〜Ｄｎ）を制御する。複数の加圧部３０の各々が、第１サイズの画素を形成する液滴を吐出するときには第１信号Ｓ１を出力している駆動回路に接続され、第２サイズの画素を形成する液滴を吐出するときには第２信号Ｓ２を出力している駆動回路に接続されるように、第２制御回路１０１Ｂがスイッチ回路ＳＷを制御する。すなわち、第１サイズの画素を形成する液滴を吐出する加圧部３０が、第１信号Ｓ１を出力する駆動回路に接続され、第２サイズの画素を形成する液滴を吐出する加圧部３０が、第２信号Ｓ２を出力する駆動回路に接続されるように、第２制御回路１０１Ｂがスイッチ回路ＳＷを制御する。そして、第１制御回路１０１Ａは、第１信号Ｓ１の出力を担当する駆動回路が複数の駆動回路（Ｄ１〜Ｄｎ）の中で入れ替わるように、複数の駆動回路（Ｄ１〜Ｄｎ）を制御する。これが本開示の液体吐出ヘッドの基本構成である。

このような基本構成を有する本開示の液体吐出ヘッドは、第１信号Ｓ１が入力される加圧部３０の数が多い状態が続くような場合においても、特定の駆動回路の温度が過度に上昇するのを低減することができる。これにより、温度上昇による駆動回路の動作不良の発生を低減することができる。また、液体吐出ヘッド上における駆動回路の配置によっては、液体吐出ヘッドの場所による温度の差異の増大による吐出精度の悪化を低減することができる。なお、本開示の液体吐出ヘッドはこの基本構成を有していれば良く、その他の構成は必須ではなく適宜変更が可能である。

また、本開示の液体吐出ヘッドは、複数種類の駆動信号（Ｓ１〜Ｓ３）の各々の出力を担当する駆動回路が、時間の経過とともに複数の駆動回路（Ｄ１〜Ｄｎ）の中でローテーションするように、第１制御回路１０１Ａが複数の駆動回路（Ｄ１〜Ｄｎ）を制御する構成とすることができる。このような構成を有する場合には、複数種類の駆動信号（Ｓ１〜Ｓ３）のいずれかが入力される加圧部３０の数が多い状態が続く場合においても、特定の駆動回路の温度が過度に上昇するのを低減することができる。なお、複数種類の駆動信号のうちの一部の駆動信号（例えば、ベタのパターンを印刷するときに多く用いられる大サイズの画素を吐出するための駆動信号など）を出力する駆動回路のみが、複数の駆動回路の中で移って行くように、第１制御回路１０１Ａが複数の駆動回路を制御するようにしても構わない。

また、図７に示すように、駆動信号を出力しない駆動回路が、時刻ｔ１から時間の経過とともに、第３駆動回路Ｄ３、第４駆動回路Ｄ４、第５駆動回路Ｄ５、・・・と移っていく。すなわち、本例の駆動回路は、複数の駆動回路（Ｄ１〜Ｄｎ）の一部は駆動信号を出力せず、駆動信号を出力しない駆動回路が、時間の経過とともに複数の駆動回路（Ｄ１〜Ｄｎ）の中で移って行くように、第１制御回路１０１Ａが複数の駆動回路（Ｄ１〜Ｄｎ）を制御する構成を有することができる。このような構成を有する場合には、駆動信号を出力しない間は駆動回路の発熱が抑えられるので、特定の駆動回路の著しい温度上昇を低減することができる。

また、図７に示すように、駆動信号の種類が、第１信号Ｓ１、第２信号Ｓ２および第３信号Ｓ３の３種類であるのに対して、第１駆動回路Ｄ１〜第５駆動回路Ｄ５の５つの駆動回路を有している。すなわち、本開示の液体吐出ヘッドは、駆動回路の数が駆動信号の種類の数よりも多い構成を有することができる。このような構成を有する場合には、駆動信号を出力しない駆動回路を設けることや、１つの駆動信号を複数の駆動回路から出力することが可能になるので、特定の駆動回路における過度の温度上昇をより効果的に低減することができる。なお、場合によっては、駆動回路の数が駆動回路の数と同じであっても構わない。

図８は、本開示の液体吐出ヘッド上の駆動回路の配置の一例を模式的に示す平面図であり、詳細には、図７に示すように駆動回路のローテーションを行う際の、液体吐出ヘッド上の駆動回路の配置の一例を示している。なお、例えば、駆動回路（Ｄ１〜Ｄｎ）の各々は、ヘッド制御部１０１とともに、ヘッド制御基板上に搭載され、そのヘッド制御基板が液体吐出ヘッドに搭載される。スイッチ回路ＳＷは、例えば、前述した信号伝達部６０として機能するＦＰＣ（flexible printed circuit）上に配置して、ＦＰＣを介してヘッド制御部１０１、駆動回路（Ｄ１〜Ｄｎ）および複数の加圧部３０と接続するようにするのが良いが、場合によっては、ヘッド制御部１０１や駆動回路（Ｄ１〜Ｄｎ）とともにヘッド制御基板上に搭載しても構わない。

図８に示す例では、駆動回路（Ｄ１〜Ｄ５）は、＋Ｙ方向に沿って並べて配置されている。詳細には、＋Ｙ方向に向かって、第１駆動回路Ｄ１、第４駆動回路Ｄ４、第２駆動回路Ｄ２、第５駆動回路Ｄ５、第３駆動回路Ｄ３の順番で等間隔に配置されている。この配置において互いに最も近接する駆動回路のペアは、第１駆動回路Ｄ１と第４駆動回路Ｄ４、第４駆動回路Ｄ４と第２駆動回路Ｄ２、第２駆動回路Ｄ２と第５駆動回路Ｄ５、第５駆動回路Ｄ５と第３駆動回路Ｄ３の４つのペアである。

これに対して、図７に示す駆動回路のローテーションでは、第１駆動回路Ｄ１、第２駆動回路Ｄ２、第３駆動回路Ｄ３、第４駆動回路Ｄ４、第５駆動回路Ｄ５、第１駆動回路Ｄ１、・・・という順番で駆動回路が配列されている。よって、この配列において互いに隣り合う駆動回路のペアは、第１駆動回路Ｄ１と第２駆動回路Ｄ２、第２駆動回路Ｄ２と第３駆動回路Ｄ３、第３駆動回路Ｄ３と第４駆動回路Ｄ４、第４駆動回路Ｄ４と第５駆動回路Ｄ５、第５駆動回路Ｄ５と第１駆動回路Ｄ１の５つのペアである。

このように、図７に示す駆動回路のローテーションでの配列において互いに隣り合う５つのペアと、図８に示す液体吐出ヘッド上の駆動回路の配置において互いに最も近接する４つのペアとは、全く一致していない（重複していない）。すなわち、ローテーションにおける配列において互いに隣り合う駆動回路と、液体吐出ヘッド上の配置において互いに最も近接する駆動回路とが異なっている。

ローテーションにおける配列において互いに隣り合う２つの駆動回路が、液体吐出ヘッド上で近接して配置された場合、２つの駆動回路間の熱伝達により、２つの駆動回路のうちローテーションにおける配列で相対的に後方に位置する駆動回路の温度が過度に上昇するという問題が生じることがある。ローテーションにおける配列において互いに隣り合う駆動回路と、液体吐出ヘッド上の配置において互いに最も近接する駆動回路と、が異なるように駆動回路を配置することにより、この問題の発生を低減することができる。

図９は、本開示の液体吐出ヘッド上の駆動回路の配置の他の例を模式的に示す平面図である。詳細には、第１駆動回路Ｄ１〜第６駆動回路Ｄ６の６つの駆動回路を有し、ローテーションにおいて、第１駆動回路Ｄ１、第２駆動回路Ｄ２、第３駆動回路Ｄ３、第４駆動回路Ｄ４、第５駆動回路Ｄ５、第６駆動回路Ｄ６、第１駆動回路Ｄ１、・・・という順番で駆動回路が配列されている場合における、液体吐出ヘッド上の駆動回路の配置の一例を示している。

図９に示す例では、６つの駆動回路（Ｄ１〜Ｄ６）は、互いに直交する＋Ｘ方向および＋Ｙ方向に沿って整列して配置されており、＋Ｘ方向に２列、＋Ｙ方向に３列に配置されている。詳細には、＋Ｘ方向の１列目は、＋Ｙ方向に向かって、第３駆動回路Ｄ３、第５駆動回路Ｄ５、第１駆動回路Ｄ１の順番配置されており、＋Ｘ方向の２列目は、＋Ｙ方向に向かって、第６駆動回路Ｄ６、第２駆動回路Ｄ２、第４駆動回路Ｄ４の順番で配置されている。＋Ｘ方向において隣り合う駆動回路の間隔および＋Ｙ方向において隣り合う駆動回路の間隔は、全て等しくされている。この配置において互いに最も近接する駆動回路は、第１駆動回路Ｄ１と第４駆動回路Ｄ４、第４駆動回路Ｄ４と第２駆動回路Ｄ２、第２駆動回路Ｄ２と第５駆動回路Ｄ５、第５駆動回路Ｄ５と第３駆動回路Ｄ３、第３駆動回路Ｄ３と第６駆動回路Ｄ６、第６駆動回路Ｄ６と第２駆動回路Ｄ２、第１駆動回路Ｄ１と第５駆動回路Ｄ５の７つのペアである。

これに対して、駆動回路のローテーションにおける駆動回路の配列において互いに隣り合う駆動回路は、第１駆動回路Ｄ１と第２駆動回路Ｄ２、第２駆動回路Ｄ２と第３駆動回路Ｄ３、第３駆動回路Ｄ３と第４駆動回路Ｄ４、第４駆動回路Ｄ４と第５駆動回路Ｄ５、第５駆動回路Ｄ５と第６駆動回路Ｄ６、第６駆動回路Ｄ６と第１駆動回路Ｄ１の６つのペアである。

駆動回路のローテーションでの配列において互いに隣り合う６つのペアと、図９に示す液体吐出ヘッド上の駆動回路の配置において互いに最も近接する７つのペアとは、一つも一致していない。すなわち、ローテーションにおける配列において互いに隣り合う駆動回路と、液体吐出ヘッド上の配置において互いに最も近接する駆動回路とが異なっている。これにより、特定の駆動回路における過度の温度上昇を低減することができる。

このように、本開示の液体吐出ヘッドは、ローテーションにおける配列において互いに隣り合う駆動回路と、液体吐出ヘッド上の配置において互いに最も近接する駆動回路とが異なっているという構成を有することができる。このような構成を有する場合には、特定の駆動回路における過度の温度上昇を低減することができる。

なお、基板の両面に駆動回路を配置し、基板を挟んで向かい合うように配置される駆動回路同士の距離が最も短い場合には、その２つの駆動回路が、液体吐出ヘッド上の配置において互いに最も近接する駆動回路となる。

図１０は、図７に示す駆動回路のローテーションを実施したときの、各々の駆動回路において各々の時刻に出力される駆動信号の一例を示す図である。図１０において、「不出力」は、駆動信号が出力されないことを示している。

図７における「リザーブ」は、前述したように、出力する駆動信号が状況に応じて変化する駆動回路を意味する。「リザーブ」の動作は、例えば、１つの駆動信号を出力する駆動回路に接続される加圧部３０の数が予め定めた基準値を超える場合には、その駆動信号を出力し、そうでない場合には駆動信号を出力しないように設定することができる。図１０に示す例では、時刻ｔ２および時刻ｔ３において、第１信号Ｓ１を出力する駆動回路に接続される加圧部３０の数のみが所定の基準値を超えるとともに、時刻ｔ５および時刻ｔ６において、第２信号Ｓ２を出力する駆動回路に接続される加圧部３０の数のみが所定の基準値を超える場合を示している。

図７に示すように、「リザーブ」となる駆動回路は、時刻ｔ１から時間の経過とともに、第２駆動回路Ｄ２、第３駆動回路Ｄ３、第４駆動回路Ｄ４、第５駆動回路Ｄ５、第１駆動回路Ｄ１、第２駆動回路Ｄ２、・・・と移っていく。これを踏まえて図１０を見ると、「リザーブ」は、時刻ｔ２および時刻ｔ３では第１信号Ｓ１を出力し、時刻ｔ５および時刻ｔ６では第２信号Ｓ２を出力し、時刻ｔ１および時刻ｔ４では駆動信号を出力しない。

このような「リザーブ」の動作により、図１０に示すように、時刻ｔ２では、第２駆動回路Ｄ２および第３駆動回路Ｄ３が第１信号Ｓ１を出力し、時刻ｔ３では、第３駆動回路Ｄ３および第４駆動回路Ｄ４が第１信号Ｓ１を出力し、時刻ｔ５では第１駆動回路Ｄ１および第４駆動回路Ｄ４が第２信号Ｓ２を出力し、時刻ｔ６では、第２駆動回路Ｄ２および第５駆動回路Ｄ５が第２信号Ｓ２を出力する。

このように、本開示の液体吐出ヘッドは、ある時点において少なくとも２つの駆動回路が同じ種類の駆動信号を出力するように、第１制御回路１０１Ａが複数の駆動回路（Ｄ１〜Ｄｎ）を制御する構成を有することができる。このような構成を有する場合には、１つの駆動回路の負担を減らすことができるので、特定の駆動回路における過度の温度上昇や、駆動回路間の温度差の増大を低減することができる。

また、図１０に示す例において、時刻ｔ２および時刻ｔ３では、第１信号Ｓ１を出力する駆動回路に接続される加圧部３０の数が、第２信号Ｓ２を出力する駆動回路に接続される加圧部３０の数よりも多く、且つ、第１信号Ｓ１を出力する駆動回路の数が第２信号Ｓ２を出力する駆動回路の数よりも多い。すなわち、本例の液体吐出ヘッドでは、ある時点において、第１信号Ｓ１を出力している駆動回路に接続されている加圧部３０の数が、第２信号Ｓ２を出力している駆動回路に接続されている加圧部３０の数よりも多く、第１信号Ｓ１を出力している駆動回路の数が第２信号Ｓ２を出力している駆動回路の数よりも多い（そうなるように第１制御回路１０１Ａが複数の駆動回路を制御する）。これにより、出力先の加圧部３０の数が多い駆動信号を出力する駆動回路の数を増やすことができるので、特定の駆動回路における過度の温度上昇や、駆動回路間の温度差の増大を低減することができる。

次に、このような「リザーブ」を用いた制御の詳細について説明する。例えば、入力された画素信号に基づいて、各々の駆動信号および加圧部３０をそれぞれ担当する駆動回路に割り当てながら、各々の駆動回路に接続する加圧部の数をカウントして行く。そして、ある駆動信号（例えば第１信号Ｓ１とする）を出力する駆動回路に接続する加圧部３０の数が予め定めた基準値を超えた場合には、「リザーブ」に第１信号Ｓ１の出力を割り当てるとともに、それ以降は、第１信号Ｓ１を送る加圧部３０を「リザーブ」に接続する。このようにして、「リザーブ」を用いた制御を行うことができる。

「リザーブ」を複数有するようにすることにより、より細かな制御が可能になる。また、各々の駆動信号を予め複数の駆動回路に割り当てるようにしても構わない。また、各々の駆動回路に接続される加圧部３０の数のカウントに変えて、各々の駆動信号の出力数（駆動信号が送られる加圧部３０の数）をカウントしても構わない。その場合に、例えば、基準値を複数設けることにより、その駆動信号の出力数が１番目の基準値を超えたら、それ以降はその駆動信号の出力を第１の「リザーブ」に割り当て、その駆動信号の出力数が２番目の基準値を超えたら、それ以降はその駆動信号の出力を第２の「リザーブ」に割り当てるような制御をすることができる。

また、各々の駆動信号を出力する駆動回路を予め定めた順番でシフトさせるのに代えて、各々の駆動回路の接続数（その駆動回路に接続される加圧部の数）の履歴や、各々の駆動信号の出力数の履歴を把握し、それに応じて各々の駆動信号を出力する駆動回路をシフトすることも可能である。

例えば、過去１回乃至複数回の吐出における、各々の駆動回路の接続数および各々の駆動信号の出力数をカウントし、接続数が多かった駆動回路に出力数が少なかった駆動信号の出力を割り当てるようにすることができる。例えば、接続数が多かった順番に駆動回路を並べて、出力数が少なかった順番で駆動信号を割り当てていくようにすることができる。

なお、同じ１回の駆動信号の出力であっても、例えば、大画素を記録媒体上に形成する駆動信号は、小画素を記録媒体上に形成する駆動信号よりも消費電力が大きい。このため、大画素を形成するための駆動信号の出力にともなう発熱量は、小画素を形成するための駆動信号の出力にともなう発熱量よりも多い。よって、各々の駆動信号の消費電力または各々の駆動信号の出力にともなう発熱量を考慮して、駆動回路のシフトを行うことも可能である。

例えば、過去の吐出における各々の駆動回路の発熱量（または消費電力）を求め、最も多かった駆動回路と最も少なかった駆動回路とで、出力する駆動信号を交換し、２番目に多かった駆動回路と２番目に少なかった駆動回路とで、出力する駆動信号を交換し、・・・というように、駆動回路のシフトを行うことも可能である。各駆動回路の温度を検知するセンサを設置して、センサからの情報に基づいて駆動回路のローテーションを行うようにしても構わない。

また、互いに近似する駆動信号（例えば、第１信号Ｓ１と第２信号Ｓ２とする）が存在する場合には、例えば、出力数が少ない駆動信号（例えば第１信号Ｓ１とする）の出力をとりやめて、第１信号Ｓ１が送られるはずだった加圧部３０には、第１信号Ｓ１の代わりに第２信号Ｓ２を他の駆動回路から送り、第１信号Ｓ１の出力を割り当てるはずだった駆動回路に、出力数の多い他の駆動信号の出力を割り当てるようにすることも可能である。

なお、図７では、駆動回路（Ｄ１〜Ｄｎ）が１つのスイッチ回路ＳＷに接続された例を示したが、吐出孔８の数が多い場合などでは、複数のスイッチ回路ＳＷを設けて、複数のスイッチ回路ＳＷの各々が、駆動回路（Ｄ１〜Ｄｎ）の全てに接続されるようにすれば良い。例えば、吐出孔８の数が２４００個であり、１つのスイッチ回路ＳＷの出力端子数が４００個であり、駆動回路の数が１６個である場合には、１つのヘッド制御部１０１に１６個の駆動回路（Ｄ１〜Ｄ１６）を接続し、１６個の駆動回路（Ｄ１〜Ｄ１６）の各々を６個のスイッチ回路ＳＷに接続するとともに、６個のスイッチ回路ＳＷの各々に、それぞれ４００個の加圧部３０を接続するようにすればよい。また、この構成を２つ備えるようにすれば、併せて４８００個の加圧部３０を制御することができる。すなわち、液体吐出ヘッドが有する加圧部３０を複数のグループに分けるとともに、図７に示したようなヘッド駆動システムを複数設けて、各々のグループに属する加圧部３０の制御を、各々のヘッド駆動システムが担当するようにしても構わない。

また、本開示の他の液体吐出ヘッドは、例えば、複数の加圧部３０と、複数の駆動回路（Ｄ１〜Ｄｎ）と、スイッチ回路ＳＷと、第１制御回路１０１Ａと、第２制御回路１０１Ｂと、を有している。複数の加圧部３０は、液体を加圧して吐出孔８から吐出する。複数の駆動回路（Ｄ１〜Ｄｎ）は、複数の加圧部３０を駆動する駆動信号を出力する。スイッチ回路ＳＷは、複数の加圧部３０と複数の駆動回路（Ｄ１〜Ｄｎ）との接続を切り替える。第１制御回路１０１Ａは、複数の駆動回路（Ｄ１〜Ｄｎ）を制御する。第２制御回路１０１Ｂは、スイッチ回路ＳＷを制御する。本開示の液体吐出ヘッドは、駆動信号として、第１サイズの画素を形成する液滴を吐出するための第１信号Ｓ１と、第１サイズと異なる第２サイズの画素を形成する液滴を吐出するための第２信号Ｓ２と、を少なくとも含む複数種類の信号を有する。第１制御回路１０１Ａは、異なる種類の駆動信号が異なる駆動回路から出力されるように、複数の駆動回路（Ｄ１〜Ｄｎ）を制御する。複数の加圧部３０の各々が、第１サイズの画素を形成する液滴を吐出するときには第１信号Ｓ１を出力している駆動回路に接続され、第２サイズの画素を形成する液滴を吐出するときには第２信号Ｓ２を出力している駆動回路に接続されるように、第２制御回路１０１Ｂがスイッチ回路ＳＷを制御する。すなわち、第１サイズの画素を形成する液滴を吐出する加圧部３０が、第１信号Ｓ１を出力する駆動回路に接続され、第２サイズの画素を形成する液滴を吐出する加圧部３０が、第２信号Ｓ２を出力する駆動回路に接続されるように、第２制御回路１０１Ｂがスイッチ回路ＳＷを制御する。そして、第１制御回路１０１Ａおよび第２制御回路１０１ＢがＦＰＧＡに搭載されている。

例えば、数千個の加圧部３０が５〜１００ｋＨｚ程度の駆動周波数で動作する液体吐出ヘッドにおいて、第１制御回路１０１Ａが、第１信号Ｓ１の出力を担当する駆動回路が時間の経過とともに複数の駆動回路（Ｄ１〜Ｄｎ）の中で移って行くように、複数の駆動回路（Ｄ１〜Ｄｎ）を制御することは、プログラムによる制御では困難である。しかしながら、第１制御回路１０１Ａおよび第２制御回路１０１ＢをＦＰＧＡに搭載することにより、このような動作をすることが可能な液体吐出ヘッドを低コストで実現することが可能となる。

本開示の液体吐出ヘッドは、上述した具体例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。異なる例に記載された構成を組み合わせた構成であっても構わない。

１・・・カラーインクジェットプリンタ
２・・・液体吐出ヘッド
２ａ・・・ヘッド本体
４・・・流路部材
４ａ〜ｌ・・・（流路部材の）プレート
４−１・・・吐出孔面
４−２・・・加圧室面
５・・・マニホールド
５ａ・・・（マニホールドの）開口
５ｂ・・・副マニホールド（共通流路）
６・・・しぼり
７・・・ディセンダ（部分流路）
８・・・吐出孔
９・・・吐出孔行
１０・・・加圧室
１１・・・加圧室行
１２・・・個別流路
１５・・・隔壁
１６・・・ダミー加圧室
２１・・・圧電アクチュエータ基板
２１ａ・・・圧電セラミック層（振動板）
２１ｂ・・・圧電セラミック層
２４・・・共通電極
２５・・・個別電極
２５ａ・・・個別電極本体
２５ｂ・・・引出電極
２６・・・接続電極
２８・・・共通電極用表面電極
３０・・・加圧部
６０・・・信号伝達部
７０・・・ヘッド搭載フレーム
７２・・・ヘッド群
８０Ａ・・・給紙ローラ
８０Ｂ・・・回収ローラ
８２Ａ・・・ガイドローラ
８２Ｂ・・・搬送ローラ
８８・・・制御部
Ｐ・・・印刷用紙
１０１・・・ヘッド制御部
１０１Ａ・・・第１制御回路
１０１Ｂ・・・第２制御回路
Ｄ１〜Ｄｎ・・・駆動回路
Ｄ１・・・第１駆動回路
Ｄ２・・・第２駆動回路
Ｄ３・・・第３駆動回路
Ｄ４・・・第４駆動回路
Ｄ５・・・第５駆動回路
Ｄ６・・・第６駆動回路
Ｓ１・・・第１信号
Ｓ２・・・第２信号
Ｓ３・・・第３信号
ＳＷ・・・スイッチ回路

Claims (7)

1. 複数の吐出孔と、
   液体を加圧して前記吐出孔から吐出する複数の加圧部と、
   該複数の加圧部を駆動する駆動信号を出力する複数の駆動回路と、
   前記複数の加圧部と前記複数の駆動回路との接続を切り替えるスイッチ回路と、
   前記複数の駆動回路を制御する第１制御回路と、
   前記スイッチ回路を制御する第２制御回路と、
   を有しており、
   前記駆動信号として、第１サイズの画素を形成する液滴を吐出するための第１信号と、前記第１サイズと異なる第２サイズの画素を形成する液滴を吐出するための第２信号と、を少なくとも含む複数種類の信号を有し、
   前記第１制御回路は、異なる種類の前記駆動信号が異なる前記駆動回路から出力されるように、前記複数の駆動回路を制御し、
   前記複数の加圧部の各々が、前記第１サイズの画素を形成する液滴を吐出するときには前記第１信号を出力している前記駆動回路に接続され、前記第２サイズの画素を形成する液滴を吐出するときには前記第２信号を出力している前記駆動回路に接続されるように、前記第２制御回路が前記スイッチ回路を制御し、
   前記第１制御回路は、前記第１信号の出力を担当する前記駆動回路が前記複数の駆動回路の中で入れ替わるように、前記複数の駆動回路を制御し、
   前記複数種類の駆動信号の各々の出力を担当する前記駆動回路が、時間の経過とともに前記複数の駆動回路の中でローテーションするように、前記第１制御回路が前記複数の駆動回路を制御し、
   前記ローテーションにおける配列において互いに隣り合う前記駆動回路と、前記液体吐出ヘッド上の配置において互いに最も近接する前記駆動回路とが異なっている、
   ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記駆動回路の数が前記駆動信号の種類の数よりも多いことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記複数の駆動回路の一部は前記駆動信号を出力せず、前記駆動信号を出力しない前記駆動回路が、時間の経過とともに前記複数の駆動回路の中で移って行くように、前記第１制御回路が前記複数の駆動回路を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
4. ある時点において少なくとも２つの前記駆動回路が同じ種類の前記駆動信号を出力するように、前記第１制御回路が前記複数の駆動回路を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
5. ある時点において、前記第１信号を出力している前記駆動回路に接続されている前記加圧部の数が、前記第２信号を出力している前記駆動回路に接続されている前記加圧部の数よりも多く、前記第１信号を出力している前記駆動回路の数が前記第２信号を出力している前記駆動回路の数よりも多いことを特徴とする請求項４に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記第１制御回路および前記第２制御回路がＦＰＧＡに搭載されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに対して搬送する搬送部と、を備えていることを特徴とする記録装置。

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