特開 2023-176851 液体吐出ヘッド

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023176851

(43)【公開日】2023-12-13

(54)【発明の名称】液体吐出ヘッド

(51)【国際特許分類】

   B41J 2/015 20060101AFI20231206BHJP

   B41J 2/14 20060101ALI20231206BHJP

   H10N 30/20 20230101ALI20231206BHJP

   H10N 30/045 20230101ALI20231206BHJP

   H10N 30/50 20230101ALI20231206BHJP

   H02N 2/06 20060101ALI20231206BHJP

【ＦＩ】

B41J2/015 101

B41J2/14 611

H01L41/09

H01L41/257

H01L41/083

H02N2/06

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022089374

(22)【出願日】2022-06-01

(71)【出願人】

【識別番号】000003562

【氏名又は名称】東芝テック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003362

【氏名又は名称】弁理士法人ｉ．ＰＡＲＴＮＥＲＳ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】仁田 昇

【テーマコード（参考）】

2C057

5H681

【Ｆターム（参考）】

2C057AF71

2C057AG44

2C057AG48

2C057AK09

2C057AR01

2C057AR08

2C057AR16

2C057AR20

2C057BA04

2C057BA14

5H681BC04

5H681FF31

(57)【要約】

【課題】液体吐出駆動電圧の電源から分極電圧を生成して、圧電アクチュエーターを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及び高電圧生成回路を備える。圧電アクチュエーターは、圧電体を備える。高電圧生成回路は、前記圧電アクチュエーターに与える液体吐出駆動電圧の電源から前記液体吐出駆動電圧よりも絶対値の大きい分極電圧を生成し、生成した前記分極電圧をコンデンサに蓄え、前記分極電圧の生成を停止する。液体吐出ヘッドは、前記液体の吐出をしない期間に、前記コンデンサに蓄えた前記分極電圧を前記圧電体に与えて分極する。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧電体を備える圧電アクチュエーターと、
前記圧電アクチュエーターに与える液体吐出駆動電圧の電源から前記液体吐出駆動電圧よりも絶対値の大きい分極電圧を生成し、生成した前記分極電圧をコンデンサに蓄え、前記分極電圧の生成を停止する高電圧生成回路と、を備え、
前記液体の吐出をしない期間に、前記コンデンサに蓄えた前記分極電圧を前記圧電体に与えて分極することを特徴とする液体吐出ヘッド。

【請求項2】

前記高電圧生成回路は、前記液体の吐出をしない期間に前記分極電圧を生成することを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。

【請求項3】

前記高電圧生成回路は、インダクターとダイオードを用いたフライバック回路であることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッド。

【請求項4】

前記高電圧生成回路は、複数のダイオードとコンデンサを用いたコッククロフト・ウォルトン回路であることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッド。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、液体吐出ヘッドに関する。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【0004】

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。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。分極劣化した圧電アクチュエーターは、駆動方向と同方向の高電圧を所定時間印加することで再分極することができる。しかしながら、液体吐出駆動用の電源とは別に、再分極用の高電圧の電源を用意しなくてはならない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００９－２５５５５３号公報

【特許文献2】特開２００２－１６０３７２号公報

【特許文献3】特開２０１０－１５５４１８号公報

【特許文献4】特開２００９－８３２７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明が解決しようとする課題は、液体吐出駆動電圧の電源から分極電圧を生成して、圧電アクチュエーター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。

【課題を解決するための手段】

【0007】

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及び高電圧生成回路を備える。圧電アクチュエーターは、圧電体を備える。高電圧生成回路は、前記圧電アクチュエーターに与える液体吐出駆動電圧の電源から前記液体吐出駆動電圧よりも絶対値の大きい分極電圧を生成し、生成した前記分極電圧をコンデンサに蓄え、前記分極電圧の生成を停止する。液体吐出ヘッドは、前記液体の吐出をしない期間に、前記コンデンサに蓄えた前記分極電圧を前記圧電体に与えて分極する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１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。

【図2】上記インクジェットヘッドの斜視図である。

【図3】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。

【図4】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。

【図5】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。

【図6】上記インクジェットヘッドの制御系の回路図である。

【図7】上記インクジェットヘッドの圧電アクチュエーターに与える駆動波形である。

【図8】上記インクジェットヘッドの高電圧生成回路である。

【図9】上記インクジェットヘッドを動作させたシミュレーションの結果である。

【図10】上記インクジェットヘッドを動作させたシミュレーションの結果である。

【図11】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。

【図12】第２実施形態に従うインクジェットヘッドの高電圧生成回路である。

【図13】上記インクジェットヘッドを動作させたシミュレーションの結果である。

【図14】上記インクジェットヘッドを動作させたシミュレーションの結果である。

【図15】上記インクジェットヘッドを動作させたシミュレーションの結果である。

【図16】第３実施形態に従うインクジェットヘッドの制御系の回路図である。

【図17】上記インクジェットヘッドの高電圧生成回路である。

【図18】上記インクジェットヘッドを動作させたシミュレーションの結果である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

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。

【0010】

（第１実施形態）
第１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。

【0011】

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。

【0012】

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。

【0013】

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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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、狭窄部を有するガイド流路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）。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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の間の隔壁４０にあたる位置に配置する。但し、この圧電アクチュエーター５０は、構造材として使用し変形させない。

【0026】

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一体にする。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。そして詳しくは後述する分極電圧で圧電体５１を着分極する。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。

【0027】

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（図３参照）。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。

【0028】

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に接続する。各圧電アクチュエーター５からの個別配線５６は、駆動ＩＣ３の出力回路の駆動ドライバＤ（すなわち、駆動回路）の出力端子にそれぞれ接続する。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。以下、この一方の端子を個別端子と称す。

【0029】

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、インクを吐出する各チャネル（＃１ｃｈ～＃ｎｃｈ）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。基準電位は、例えばグランド（ＧＮＤ）である。

【0030】

駆動ＩＣ３は、駆動電圧Ｖ１の電源である第１の駆動電源３２、及び駆動電圧Ｖ２の電源である第２の駆動電源３３と接続する。第１の駆動電源３２および第２の駆動電源３３は、それぞれ正極を駆動ＩＣ３に接続し、負極を例えばグランド（ＧＮＤ）に接続する。すなわち、この例では正電圧を駆動電圧Ｖ１，Ｖ２としている。駆動電圧Ｖ１は、例えば２０Ｖである。駆動電圧Ｖ２は、例えば１０Ｖである。グランド（ＧＮＤ）は、例えば０Ｖである。駆動電圧Ｖ１と駆動電圧Ｖ２は、液体吐出駆動電圧の一例である。

【0031】

駆動ＩＣ３は、さらに制御信号の信号線および制御電源と接続する。制御信号は、インクを吐出する印字実行時に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、後述する分極実行時に駆動ドライバＤを制御する信号などである。制御電源は、例えば駆動ＩＣ３を動作させる電源である。

【0032】

一方、各圧電アクチュエーター５の第２の外部電極５５は、共通配線５７に共通接続する。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。以下、この他方の端子をコモン端子と称す。共通配線５７は、スイッチＳ１であるＰｈｏｔｏ ＭＯＳスイッチ６を介して、グランド（ＧＮＤ）に接続する。すなわち、各圧電アクチュエーター５のコモン端子に、一例として０Ｖを共通電位として与える。

【0033】

さらに、各圧電アクチュエーター５のコモン端子は、共通配線５７を利用して、分極電源である高電圧生成回路７に共通接続する。分極電源である高電圧生成回路７は、負電圧の出力を共通配線５７に接続し、正電圧の出力を例えばグランド（ＧＮＤ）に接続する。高電圧生成回路７は、例えば第１の駆動電源３２からの正電圧を高圧生成電源にして昇圧し、駆動電圧Ｖ１よりも絶対値の大きい電圧を生成する。図６の例では、駆動電圧Ｖ１とは逆極性の負電圧を生成する。高電圧生成は、例えば液体の吐出を行う為に圧電アクチュエーター５を駆動する期間外に行う。

【0034】

生成した電圧は、詳しくは後述するが、高電圧生成回路７が備えるコンデンサに分極電圧として蓄える。高電圧生成回路７は、分極電圧がコンデンサに蓄えられると、電圧の生成を停止する。そして通常駆動を行わない期間、すなわちインクを吐出して印字を行わない期間にコンデンサに蓄えた分極電圧を各圧電アクチュエーター５のコモン端子に共通に与える。分極電圧は、例えば－５０Ｖ～－７０Ｖである。各圧電アクチュエーター５のコモン端子に分極電圧を与える際、個別端子側を例えば駆動電圧Ｖ１の正電圧に固定すれば、より高い電圧で圧電アクチュエーター５を分極することができる。

【0035】

Ｐｈｏｔｏ ＭＯＳスイッチ６は、通常駆動を行う期間にＯＮして圧電アクチュエーター５のコモン端子を共通電位（例えば０Ｖ）に接続するか、或いは分極実行時にＯＦＦして共通電位から切り離すかを切り替える。Ｐｈｏｔｏ ＭＯＳスイッチ６をＯＦＦすると、高電圧生成回路７から圧電アクチュエーター５のコモン端子に分極電圧を与えることが可能な状態になる。

【0036】

Ｐｈｏｔｏ ＭＯＳスイッチ６は、例えばＰｈｏｔｏ ＭＯＳトランジスタで構成する。Ｐｈｏｔｏ ＭＯＳトランジスタは、例えばＰａｎａｓｏｎｉｃ社の「ＡＱＶ２５５Ｇ３Ａ」を用いる。但し、Ｐｈｏｔｏ ＭＯＳスイッチ６は、片方向スイッチ用の接続として使用する。具体的には、Ｐｈｏｔｏ ＭＯＳトランジスタの６番ピンと４番ピンを短絡して５番ピンとの間をスイッチとする。この場合、２つのＰｈｏｔｏ ＭＯＳトランジスタを並列に使うことになる。但し、この接続では、５番ピンをアノードとし、６，４番ピンをカソードとする寄生ダイオード６２が、スイッチ内並列ダイオードとなる。

【0037】

圧電アクチュエーター５のコモン端子をスイッチする場合、通常動作である印字実行時には、スイッチ素子としてのＰｈｏｔｏ ＭＯＳスイッチ６は双方向にＯＮしなくてはならない。一般に、Ｐｈｏｔｏ ＭＯＳスイッチを双方向スイッチとして使用するには２つのＰｈｏｔｏ ＭＯＳトランジスタを直列に接続するが、直列接続するとＯＮ抵抗が大きくなってしまう。印字実行時のＰｈｏｔｏ ＭＯＳスイッチ６のＯＮ抵抗は小さいことが望ましい。この実施形態ではＰｈｏｔｏ ＭＯＳスイッチ６を、６番ピンと４番ピンを短絡して５番ピンとの間をスイッチとする片方向スイッチの使い方に接続する。この場合、２つのＰｈｏｔｏ ＭＯＳトランジスタを並列に使う並列モードになるのでＯＮ抵抗が直列の場合の１／４に減る。しかしこの接続では５番ピンをアノードとし、６，４番ピンをカソードとする寄生ダイオード６２が、並列ダイオードとしてスイッチに入ってしまう。分極実行時には共通配線５７を共通電位であるグランド（ＧＮＤ）から分離する必要があるので、分極実行時にはこの寄生ダイオード６２をＯＦＦしなくてはならない。本実施形態では、分極に際してインク吐出用の駆動電源とは逆極性の分極電圧を高電圧生成回路７で生成してコモン端子に与えるようにする。これにより分極時には寄生ダイオード６３を、分極電圧を阻止する方向にＯＦＦ動作させる。

【0038】

Ｐｈｏｔｏ ＭＯＳスイッチ６のＯＮ／ＯＦＦは、Ｏｎ１によりＬＥＤ６４をＯＮ／ＯＦＦさせることによって切り替える。ＬＥＤ６４のＯＮ／ＯＦＦの切り替えは、例えば駆動ＩＣ３に制御ポートを設けて駆動ＩＣ３経由で行うようにする。或いはインクジェットヘッド１００を組み立てる際に使用する回路を接続して行うようにしてもよい。

【0039】

続いて、インクを吐出する動作と、圧電アクチュエーター５の圧電体５１を分極する動作について説明する。通常駆動であるインクを吐出する動作は、Ｐｈｏｔｏ ＭＯＳスイッチ６をＯＮにして行う。駆動ＩＣ３の各駆動ドライバＤは、駆動電圧Ｖ１，Ｖ２及びグランド（ＧＮＤ）を使って、インクを吐出させる駆動波形を圧電アクチュエーター５の個別端子に与える。どの圧電アクチュエーター５を駆動させるかは、例えばプリントデータに基づく。

【0040】

図７は、駆動波形の一例である。共通電位としてグランド（ＧＮＤ）、例えば０Ｖをコモン端子に与えている圧電アクチュエーター５を駆動させる場合、個別端子に例えば電圧Ｖ２を与えて待機状態とする。このとき圧電体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が積層方向（Ｚ方向）に伸長して圧力室４２の容積が縮小した状態になっている。これはインク吐出のタイミングに先立って行っておく。その後インク吐出のタイミング（図７の時刻ｔ１）で最初に個別端子の電位をグランド（ＧＮＤ）に下げることで、伸長していた圧電アクチュエーター５が元に戻り、すなわち相対的に収縮し、圧力室４２の容積が相対的に拡張する。圧力室４２の容積が拡張した分、ガイド流路４３を介して圧力室４２内にインクが流れ込む。そして例えばヘッド部２の圧力振動周期の１／２の時間経過後、図７の時刻ｔ２において個別端子に電圧Ｖ２を与えると、圧電アクチュエーター５が積層方向（Ｚ方向）に伸長して相対的に圧力室４２の容積が縮小することでノズル２４からインクが吐出する。そして例えばヘッド部２の圧力振動周期の１／２の時間経過後、図７の時刻ｔ３において個別端子に電圧Ｖ１を与え、所定時間後の時刻ｔ４で電圧Ｖ２に戻す。その際の圧電アクチュエーター５の伸長と復帰によって圧力室４２の容積を縮小、復帰させ、この動作によって残留振動を減衰させる。このように圧電アクチュエーター５の積層方向の縦振動に合わせて圧力室４２の容積が変わり、インクを吐出することができる。その後、個別端子に電圧Ｖ２を与えて待機状態とする。

【0041】

印字実行時は、Ｐｈｏｔｏ ＭＯＳスイッチ６には、同時期に駆動させる圧電アクチュエーター５の電流が集中するので、印字品質を保つためにはＯＮ抵抗が小さくなくてはならない。またＰｈｏｔｏ ＭＯＳスイッチ６の発熱を抑えるためにもＯＮ抵抗が小さいことが望ましい。そのためＰｈｏｔｏ ＭＯＳスイッチ６を片方向スイッチモードで使用してＯＮ抵抗を下げる。寄生ダイオード６２は、印字実行時にＯＮする向きとなるタイミングが発生するが、印字実行時は寄生ダイオード６２がＯＮでもＯＦＦでも構わない。印字実行時はＰｈｏｔｏ ＭＯＳスイッチ６をＯＮにするからである。Ｐｈｏｔｏ ＭＯＳスイッチ６のＭＯＳトランジスタ部分の電圧降下は、寄生ダイオード６２がＯＮしたときの電圧降下よりも小さいのでスイッチ全体のＯＮ抵抗は、ＭＯＳトランジスタ部分のＯＮ抵抗に支配され、寄生ダイオード６２は動作にほとんど影響しない。

【0042】

次に、圧電アクチュエーター５の圧電体５１を分極する動作について説明する。圧電アクチュエーター５の分極は、適宜実行できる。一例として、インクジェットヘッド１００の検査工程で、インクジェットヘッド１００を検査装置に取り付けた後、テスト印刷を始める前に実行できる。或いは、インクジェットヘッド１００がインクジェットプリンタ１０に搭載されて最初の印字を行う前に、インクジェットプリンタ１０の検査工程で実行することができる。或いは、インクジェットヘッド１００がインクジェットプリンタ１０に搭載されて通常印刷を行える状態のとき、印字しない休止時間中に所定時間毎、或いは所定量を印刷する毎に実行することができる。或いは、インクジェットヘッド１００がインクジェットプリンタ１０に搭載されて通常印刷を行える状態のとき、インクジェットプリンタ１０への電源投入毎に実行することができる。或いは、所定のテストパターンを印刷し、テストパターン上に異常が認められる場合にユーザーに実行を促し、ユーザーがインクジェットプリンタ１０に対して所定の操作を行うことをきっかけに実行することができる。或いは、ユーザーがインクジェットプリンタ１０に対して所定の操作を行うと実行されるようにしておき、ユーザーが印刷結果の不具合を認識したときにユーザーの意思で実行を指示するようにすることができる。或いは、インクジェットプリンタ１０内に圧電アクチュエーター５の静電容量を測定する機能を設けておき、インクジェットプリンタ１０の制御部（例えば制御基板１７）が静電容量の低下を検出したときに実行されるようにしておくことができる。なお、分極は、圧電体５１の再分極であってもよく初回の着分極であってもよい。

【0043】

分極実行時、Ｐｈｏｔｏ ＭＯＳスイッチ６をＯＦＦして、高電圧生成回路７から分極電圧を圧電アクチュエーター５のコモン端子に与えることが可能な状態とする。分極電源である高電圧生成回路７は、負電圧を圧電アクチュエーター５のコモン端子に与える。Ｐｈｏｔｏ ＭＯＳスイッチ６の寄生ダイオード６２の向きは、この負電圧が流れない向き、すなわち圧電アクチュエーター５のコモン端子側がアノードとなる向きにしている。従って、寄生ダイオード６２は、ＬＥＤ６４の光入力がＯＦＦでかつコモン端子が負電位の場合にＯＦＦとなる。すなわち、寄生ダイオード６２は、高電圧生成回路７が負電圧を生じている間これを阻止する方向にＯＦＦ動作し、高電圧生成回路７へ電流を流さない。

【0044】

図８は、分極電圧を生成する高電圧生成回路７の一例として、インダクターＬ１とダイオドードＤ９を用いたフライバック回路７１の構成を示している。フライバック回路７１は、インク吐出用の電圧Ｖ１（例えば２０Ｖ）を高圧生成電源とし、スイッチＳ２のスイッチングよりインダクターＬ１に負電圧を発生させる。Ｏｎ２によるスイッチＳ２のＯＮ／ＯＦＦの切り替えは、例えば駆動ＩＣ３に制御ポートを設けて駆動ＩＣ３経由で行うようにする。或いはインクジェットヘッド１００を組み立てる際に使用する回路を接続して行うようにしてもよい。

【0045】

インダクターＬ１で発生した負電圧は、コンデンサＣ８に蓄え、電圧Ｖ１よりも絶対値の大きい分極電圧（例えば―５０Ｖ）にする。コンデンサＣ８に分極電圧が蓄えられたらスイッチＳ２のスイッチングは停止する。コンデンサＣ８に蓄えた分極電圧は、抵抗Ｒ５（１００ｋΩ）を介して出力し、共通配線５７を通じて各圧電アクチュエーター５のコモン端子に夫々与える。さらに駆動ＩＣ３を制御して個別端子の電圧を駆動電圧Ｖ１（例えば２０Ｖ）に固定すると、７０Ｖの電圧で圧電アクチュエーター５の圧電体５１を分極できる。分極時間は例えば６秒間である。７０Ｖは圧電アクチュエーター５の圧電体５１に加わる電界の大きさが抗電界を越える電圧である。

【0046】

コンデンサＣ８の容量（例えば４．７μＦ）は、圧電アクチュエーター５の静電容量の合計値の１０倍より少し大きくしている。圧電アクチュエーター５の静電容量の合計値は、例えば静電容量が１０００ｐＦの圧電アクチュエーター５を３００個配置した場合、０．３μＦである。

【0047】

続いて、図９～図１０を参照しながら、等価回路のシミュレーション結果について説明する。図９は、図７の駆動波形を用いたときの個別端子の電位Ｖ（ｄｒｉｖｅ）とコモン端子の電位Ｖ（ｖｃｏｍ）である。すなわち、例えば電圧Ｖ２（１０Ｖ）を与えて待機している圧電アクチュエーター５に、ヘッド部２の圧力振動周期の１／２の時間に相当する例えば２μｓの間、０Ｖを与えて圧力室４２の容積を相対的に拡張させ、電圧Ｖ２（１０Ｖ）を与えて圧力室４２の容積を戻して例えば２μｓ待ってインクを吐出させ、その後、例えば２μｓの間、電圧Ｖ１（２０Ｖ）を与えて圧力室４２を収縮させてから電圧Ｖ２（１０Ｖ）に戻して残留振動を減衰させる。駆動波形は、分極を行っていない通常駆動の期間であればどのタイミングで出力してもよい。図１０（ｄ）は、一例として、最初の５０μｓのあたりで駆動波形を出力している。この通常駆動の期間中、Ｐｈｏｔｏ ＭＯＳスイッチ６であるスイッチＳ１はＯＮ、フライバック回路７１のスイッチＳ２はＯＦＦである（図１０（ａ）（ｂ）参照）。

【0048】

その後、分極のシーケンスに入る。すなわち、Ｐｈｏｔｏ ＭＯＳスイッチ６であるスイッチＳ１をＯＦＦした後、フライバック回路７１のスイッチＳ２を例えば２００Ｈｚのスイッチング周波数でスイッチング（ＯＮ／ＯＦＦ）して、例えば１０ｍＨのインダクターＬ１に負電圧を発生させる（図１０（ａ）（ｂ）参照）。スイッチングによってインダクターＬ１に発生した負電圧は、コンデンサＣ８に蓄える。図１０（ｃ）はコンデンサＣ８の電圧を示す。

【0049】

コンデンサＣ８に所定の電圧が蓄えられたらスイッチＳ２のスイッチングを止めて電圧の生成を停止する。このシミュレーションではスイッチング開始から１．７５秒で－５１Ｖを生成し、この時点以降スイッチＳ２を常時ＯＦＦとしている。すなわち、スイッチングを止める。そうするとコンデンサＣ８に５１Ｖの電圧が蓄えられた状態になる。なお、このシミュレーションでは所定のスイッチング回数でスイッチＳ２のスイッチングを止めたが、コンデンサＣ８の電圧をモニターして所定の電圧に達したときにスイッチングを止めるようにしてもよい。

【0050】

こうしてコンデンサＣ８に蓄えた負電荷は、分極電圧として圧電アクチュエーター５のコモン端子に与える（図１０（ｄ）のＶ（ｖｃｏｍ）参照）。個別端子側は、駆動電圧Ｖ１の正電圧（例えば２０Ｖ）に固定する（図１０（ｄ）のＶ（ｄｒｉｖｅ）参照）。結果、圧電アクチュエーター５の圧電体５１に例えば７０Ｖの電圧が印加され、着分極が始まる。図１０（ｄ）のシミュレーション結果から明らかなように、コモン端子の電位Ｖ（ｖｃｏｍ）と各個別端子の電位Ｖ（ｄｒｉｖｅ）との電位差が、約６秒間、約７０Ｖに保たれて着分極できる。必要な着分極時間が経過したらＰｈｏｔｏ ＭＯＳスイッチ６であるスイッチＳ１をＯＮするとコモン端子の電位Ｖ（ｖｃｏｍ）はグランド（ＧＮＤ）（例えば０Ｖ）に戻り、通常駆動が行える状態になる。それと共にコンデンサＣ８に溜まっている分極電圧は放電されていく。

【0051】

なお、フライバック回路７１の抵抗Ｒ５は圧電アクチュエーター５に問題があった場合も過電流が流れないように制限する保護抵抗である。この抵抗の値を小さくすれば放電時間は早くなる。スイッチング周波数を高くすればインダクターＬ１をもっと小さくすることができるが、ノイズを発生し易くなる。抵抗Ｒ６を小さくすれば昇圧時間を短くすることができるが、ノイズを発生し易くなる。

【0052】

Ｐｈｏｔｏ ＭＯＳスイッチ６であるスイッチＳ１のＯＦＦは、図１０（ａ）のタイミングよりも前に行ってもよい。例えば、印字を実行する駆動動作が終わった直後にスイッチＳ１をＯＦＦにしてもよい。

【0053】

圧電アクチュエーター５のコモン端子は、グランド（ＧＮＤ）でなくてもよい。図１１に変形例を示すように、圧電アクチュエーター５のコモン端子は、グランド（ＧＮＤ）に代えて駆動電圧Ｖ３の駆動電源３４に接続してもよい。この場合、Ｐｈｏｔｏ ＭＯＳスイッチ６の接続先は、０Ｖに代わり電圧Ｖ３の正電圧となる。この接続であっても、インク吐出動作時はＬＥＤ６４に電流を流してＰｈｏｔｏ ＭＯＳスイッチ６を双方向にオン動作させることができ、分極時にはＬＥＤ６４に流す電流を止めて高電圧生成回路７から共通配線５７に負電圧を与えればＰｈｏｔｏ ＭＯＳスイッチ６とその寄生ダイオード６２はＯＦＦする。この接続の場合、個別端子に０Ｖを与えるタイミングでは圧電アクチュエーター５には分極方向と逆向きの電圧が加わる。すなわち圧電アクチュエーター５に加わる電圧がゼロを横切るため圧電体５１のヒステリシスによる作用で同じ電圧振幅でも圧電アクチュエーター５の変形量を大きく取ることができるという利点がある。電圧Ｖ３はインク吐出駆動電圧電源Ｖ１，Ｖ２と０Ｖの間の電位とし、例えば３Ｖとする。この構成では分極方向と逆向きの電圧を印加するタイミングがあるので分極劣化の恐れは増加するが、電圧Ｖ３の値が小さければ影響は小さく、更に、仮に分極劣化を起こしたとしてもこの構成であれば再分極動作によって元の分極状態に戻すことができる。

【0054】

（第２実施形態）
続いて、第２実施形態に従うインクジェットヘッド１００について説明する。第２実施形態に従うインクジェットヘッド１００は、図１２に示すように、高電圧生成回路７をコッククロフト・ウォルトン回路７２で構成したことを除けば、第１実施形態と同様の構成である。従って、第１実施形態と同様の構成については詳しい説明を省略する。

【0055】

高電圧生成回路７を図１２のコッククロフト・ウォルトン回路７２で構成した場合、各部の波形は、図１３～図１５に示す等価回路のシミュレーション結果のようになる。なお、図１４（ｂ）における駆動波形の出力は、第１実施形態の図９と同じである。図１３は、コッククロフト・ウォルトン回路７２のコンデンサＣ３，Ｃ１，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６，Ｃ７及びダイオードＤ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６，Ｄ７で構成する昇圧部へ入力する発振回路Ｂ２の波形である。発振回路Ｂ２は、駆動電圧Ｖ１を高圧生成電源として、２０Ｖ、２００Ｈｚのパルスを発生させる。発振回路Ｂ２は、例えば上述のフライバック回路７１のスイッチＳ２がスイッチングする期間と同様に、印字を実行していない期間に発振する。発振回路Ｂ２は、所定の昇圧を達成した以降のタイミングで発振を停止する。発振を停止したとき発振回路Ｂ２の出力電圧は０Ｖである。

【0056】

図１４（ａ）は、コッククロフト・ウォルトン回路７２の出力となるコンデンサＣ７の右端子の電圧波形である。発振回路Ｂ２が発振を開始するとコンデンサＣ７が抵抗Ｒ５と接続する点の電位は下がっていく。このシミュレーションでは発振開始から０．７秒で－５７Ｖを生成して平衡する。この状態にあるとき発振回路Ｂ２の発振を停止すると、コンデンサＣ７，Ｃ５，Ｃ１からなる直列コンデンサに電圧５７Ｖが蓄えられた状態になる。図１５は、コンデンサＣ７，Ｃ５，Ｃ１の各端子の電位の推移を示している。

【0057】

こうしてコンデンサＣ７，Ｃ５，Ｃ１に蓄えた負電荷（例えば－５７Ｖ）は、分極電圧として圧電アクチュエーター５のコモン端子に与える（図１４（ｂ）のＶ（ｖｃｏｍ）参照）。個別端子側は、駆動電圧Ｖ１の正電圧（例えば２０Ｖ）に固定する（図１４（ｂ）のＶ（ｄｒｉｖｅ）参照）。結果、圧電アクチュエーター５の圧電体５１に例えば７０Ｖの電圧が印加され、着分極が始まる。図１４（ｂ）のシミュレーション結果から明らかなように、コモン端子の電位Ｖ（ｖｃｏｍ）と各個別端子の電位Ｖ（ｄｒｉｖｅ）との電位差が、約６秒間、約７０Ｖに保たれて着分極できる。必要な着分極時間が経過したらＰｈｏｔｏ ＭＯＳスイッチ６であるスイッチＳ１をＯＮするとコモン端子の電位Ｖ（ｖｃｏｍ）はグランド（ＧＮＤ）（例えば０Ｖ）に戻り、通常駆動が行える状態になる。それと共にコンデンサＣ７，Ｃ５，Ｃ１からなる直列コンデンサに溜まった分極電圧は放電されていく。

【0058】

この実施形態では圧電アクチュエーター５の静電容量の合計は０．３μＦであり、コッククロフト・ウォルトン回路７２の各コンデンサＣ３，Ｃ１，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６，Ｃ７の静電容量は６．２μＦである。すなわちコンデンサＣ３，Ｃ１，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６，Ｃ７の静電容量は圧電アクチュエーター５の静電容量の合計の約２０倍とし、フライバック回路７１のコンデンサＣ８よりも大きな静電容量としている。コッククロフト・ウォルトン回路７２では、各コンデンサに加わる電圧は分散されるので、フライバック回路７１の例よりもコンデンサの耐電圧は小さくて済み、そのため大容量のコンデンサを使い易いという利点がある。

【0059】

（第３実施形態）
続いて、第３実施形態に従うインクジェットヘッド１００について説明する。図１６に示すように、第３実施形態のインクジェットヘッド１００は、第２実施形態でコッククロフト・ウォルトン回路７２の昇圧部へ入力する発振回路Ｂ２の波形に相当する高圧生成入力波形を、共通配線５７を介して、圧電アクチュエーター５のコモン端子から入力する。この場合、スイッチＳ３である第２のＰｈｏｔｏ ＭＯＳスイッチ６１をコモン端子と高電圧生成回路７の出力（－／ｏｕｔ）の間に配置し、スイッチＳ４である第３のＰｈｏｔｏ ＭＯＳスイッチ６６をコモン端子と高電圧生成回路７の高圧生成入力端子の間に配置する。

【0060】

但し、第２のＰｈｏｔｏ ＭＯＳスイッチ６１と第３のＰｈｏｔｏ ＭＯＳスイッチ６６は、双方向スイッチモードで使用する。つまり片方向スイッチとする第１のＰｈｏｔｏ ＭＯＳスイッチ６とはモードが異なる。具体的には、Ｐｈｏｔｏ ＭＯＳトランジスタの６番ピンと４番ピンとの間をスイッチとする。この場合、２つのＰｈｏｔｏ ＭＯＳトランジスタを直列に使うことになる。そしてこの接続では、互いに逆接続された寄生ダイオード６３は常時オフである。

【0061】

第３実施形態は、高電圧生成回路７に駆動電圧Ｖ１を供給せず、代わりに第２のＰｈｏｔｏ ＭＯＳスイッチ６１と第３のＰｈｏｔｏ ＭＯＳスイッチ６６のＯＮ／ＯＦＦを切り替え、圧電アクチュエーター５のコモン端子を高電圧生成回路７の入力と出力に選択的に接続する。すなわち、コッククロフト・ウォルトン回路７２が負電圧を生成するために生成している例えば２００Ｈｚのスイッチング波形を、駆動ＩＣ３の出力回路を利用して生成し、圧電アクチュエーター５を経由してコッククロフト・ウォルトン回路の昇圧部７３へ入力する。その他の第１実施形態と同様の構成については、詳しい説明を省略する。

【0062】

この実施形態では高電圧生成回路７は、例えば図１７に示すコッククロフト・ウォルトン回路の昇圧部７３である。コッククロフト・ウォルトン回路の昇圧部７３の入力はコンデンサＣ１の左側、出力はコンデンサＣ７の右側である。

【0063】

図１８は、等価回路のシミュレーション結果である。スイッチＳ１，Ｓ３，Ｓ４は、図１８（ａ）のように制御する。スイッチＳ１は第１のＰｈｏｔｏ ＭＯＳスイッチ６であり、スイッチＳ３は第２のＰｈｏｔｏ ＭＯＳスイッチ６１であり，スイッチＳ４は第３のＰｈｏｔｏ ＭＯＳスイッチ６６である（図１６参照）。通常駆動中、スイッチＳ１はＯＮ、スイッチＳ３とスイッチＳ４はＯＦＦする。そして例えば印字をしない期間にスイッチＳ１とスイッチＳ３をＯＦＦ、スイッチＳ４をＯＮして、駆動ＩＣ３の出力をコッククロフト・ウォルトン回路の昇圧部７３の高圧生成入力に接続する。さらに駆動ＩＣ３から例えば２０Ｖ、２００Ｈｚのパルスを出力する。このシミュレーションでは出力開始から１．７５秒後にコンデンサＣ７の右端子電圧は－７３Ｖに達する。この状態にあるとき駆動ＩＣ３の出力を停止し、スイッチＳ４をＯＦＦすると、コンデンサＣ７，Ｃ５，Ｃ１からなる直列コンデンサに高電圧（例えば５６Ｖ）が蓄えられた状態になる。このとき同時にＣ７，Ｃ５，Ｄ３，Ｃ３からなる直列回路、Ｃ７，Ｄ５，Ｃ４，Ｃ３からなる直列回路、Ｄ７，Ｃ６，Ｃ４，Ｃ３からなる直列回路等にも同じ高電圧（例えば５６Ｖ）が蓄えられている。

【0064】

その後スイッチＳ３をＯＮして、Ｃ７，Ｃ５，Ｄ３，Ｃ３からなる直列回路等に蓄えた負電荷を圧電アクチュエーター５のコモン端子に与える。このとき負電荷はコモン端子を介して静電容量性の圧電アクチュエーター５を充電するのでＣ７，Ｃ５，Ｄ３，Ｃ３からなる直列回路等に蓄えた負電圧の大きさは小さくなり、例えば５６Ｖから５０Ｖに低減して、その低減した電圧がアクチュエーター５のコモン端子の負電圧の大きさとなる（図１８（ｃ）のＶ（ｖｃｏｍ）参照）。このときの低減率は、圧電アクチュエーター５の静電容量の合計と、コッククロフト・ウォルトン回路の昇圧部７３のコンデンサの各直列回路（Ｃ７，Ｃ５，Ｄ３，Ｃ３等）の合成静電容量との比で決まる。低減率が大きいと所定の分極電圧を得ようとしたときの回路各部の耐電圧の要求が大きくなるので、この低減率は小さいことが好ましい。低減率を抑えるには圧電アクチュエーター５の合計静電容量に対してコッククロフト・ウォルトン回路の昇圧部７３の各直列回路（Ｃ７，Ｃ５，Ｄ３，Ｃ３等）の静電容量を大きく取っておけばよい。この実施形態では、圧電アクチュエーター５の静電容量の合計は０．３μＦであり、これに対してコッククロフト・ウォルトン回路の昇圧部７３の各コンデンサＣ３，Ｃ１，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６，Ｃ７の静電容量は夫々６．２μＦとし、約２０倍に設定している。その後、個別端子側を、駆動電圧Ｖ１の正電圧（例えば２０Ｖ）に固定する（図１８（ｃ）のＶ（ｄｒｉｖｅ）参照）。結果、圧電アクチュエーター５の圧電体５１にその差の例えば約７０Ｖの電圧がコモン端子を負とする向きに印加され、着分極が始まる。図１８（ｃ）のシミュレーション結果から明らかなように、コモン端子の電位Ｖ（ｖｃｏｍ）と各個別端子の電位Ｖ（ｄｒｉｖｅ）との電位差が、約５秒間、約７０Ｖに保たれて着分極できる。必要な着分極時間が経過したらスイッチＳ３をＯＦＦ、スイッチＳ４をＯＮした後、スイッチＳ１をＯＮするとコモン端子の電位Ｖ（ｖｃｏｍ）はグランド（ＧＮＤ）（例えば０Ｖ）に戻り、通常駆動が行える状態になる。それと共にコンデンサＣ７，Ｃ５，Ｃ１からなる直列コンデンサに溜まった分極電圧は放電されていく。

【0065】

なお、最後のタイミングでスイッチＳ４をＯＮしているのは、コッククロフト・ウォルトン回路の昇圧部７３の入力をハイインピーダンスにするとシミュレーションが不安定になるためである。スイッチＳ４はＯＦＦのままでもよく、一旦ＯＮにしその後にＯＦＦにしてもよい。スイッチＳ１がＯＮの間は、スイッチＳ４のＯＮ／ＯＦＦは回路の動作に大きく影響しない。

【0066】

また、駆動ＩＣ３から例えば２０Ｖ、２００Ｈｚのパルスを出力する間にノズル２４からインクを吐出してしまうおそれがあるが、例えばノズル面をキャップしておけばよい。あるいはインクを吐出しないように波形を微調整してもよい。ノズル２４内に形成されるインクのメニスカスの振動によってノズル２４から空気を吸い込んでしまうおそれがある場合は、インクに弱正圧を与えてメニスカスを内側に引き込まないようにしておけばよい。これによりノズル２４からの空気の混入を防ぐ。その間、圧電アクチュエーター５の充放電によって圧電アクチュエーター５が発熱するが温度が上昇すると分極の機能が向上する。温度を上げるために波形の周期を上げてもよい。温度を上げることを目的にして圧電アクチュエーター５を駆動し、その後に電圧を与えて分極処理してもよい。

【0067】

第３実施形態で説明したように分極を行う前に圧電アクチュエーター５を駆動して圧電アクチュエーター５の温度を上げておく操作を行うことによって、より小さい電圧で短時間に確実な分極を効果的に行うことができる。この構成は第３実施形態の場合にだけに有効なものではない。第１実施形態、第２実施形態と組み合わせて各実施形態による分極の前に圧電アクチュエーター５を駆動して圧電アクチュエーター５の温度を上げておいてもよい。

【0068】

以上説明したように、上述のいずれかの実施形態によれば、インク吐出用の駆動電圧の電源から分極電圧を生成して、圧電アクチュエーター５を分極処理することが可能である。

【0069】

すなわち、圧電アクチュエーター５の分極には、インク吐出用の駆動電圧よりも高い電圧を必要とする。そのためにインクジェットヘッド１００外に分極電源を準備すると、高圧電源線をヘッド部２にまで設けなくてはならないが、インクジェットヘッド１００の接続コネクタやケーブルは多極でピッチが細かく、高圧電源を引き回すには向かない。またインクジェットヘッド１００へ供給する配線ケーブルは多くの場合ヘッドの移動に伴って動くので断線の恐れがあり、断線した場合に人が触れるかもしれない危険性や断線した場所にインクなどが付着して異常電流が流れる恐れがあるためである。上述のいずれかの実施形態は、分極用の高圧電源を準備しなくても圧電アクチュエーター５を分極できるという利点がある。

【0070】

さらに、上述したフライバック回路７１やコッククロフト・ウォルトン回路７２，コッククロフト・ウォルトン回路の昇圧部７３などのスイッチング昇圧回路で高電圧の分極電圧の生成を、印字をしていない期間に実行可能な構成としたことにより、スイッチング昇圧回路からノイズが発生しても、吐出のための駆動波形に影響を与えることが抑えられる。また、回路に常時大きな電圧が印加されている状態を避けることができ、安全性、信頼性の点でも望ましい。

【0071】

上述の実施形態は、駆動電圧Ｖ１，Ｖ２を正電圧にしたが、分極方向がこの実施形態と逆転している場合には負電圧にする。駆動電圧Ｖ１，Ｖ２を負電圧とした場合、例えば図６の回路においては、第１の駆動電源３２と第２の駆動電源３３の正極と負極、高電圧生成回路７の正極と負極、第１のＰｈｏｔｏ ＭＯＳスイッチ６の並列ダイオード及び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。

【0072】

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。

【0073】

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。

【0074】

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。

【符号の説明】

【0075】

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
２４ ノズル
３ 駆動ＩＣ
５ 圧電アクチュエーター
５６ 個別配線
５７ 共通配線
６ 第１のＰｈｏｔｏ ＭＯＳスイッチ
６１ 第２のＰｈｏｔｏ ＭＯＳスイッチ
６６ 第３のＰｈｏｔｏ ＭＯＳスイッチ
７ 高電圧生成回路
７１ フライバック回路
７２ コッククロフト・ウォルトン回路
７３ コッククロフト・ウォルトン回路の昇圧部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】