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(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】P2024113250
(43)【公開日】2024-08-22
(54)【発明の名称】液体吐出ヘッド
(51)【国際特許分類】
B41J 2/01 20060101AFI20240815BHJP
B41J 2/045 20060101ALI20240815BHJP
【ＦＩ】
B41J2/01 301
B41J2/01 401
B41J2/045
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023018094
(22)【出願日】2023-02-09
(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）】
2C056
2C057
【Ｆターム（参考）】
2C056EC03
2C056EC07
2C056EC37
2C056EC38
2C056FA04
2C056FA13
2C057AG44
2C057AM03
2C057AM16
2C057AN05
2C057BA04
2C057BA14
2C057DB04
2C057DE02
(57)【要約】 （修正有）
【課題】駆動波形を構成するすべての電位について、各電圧レベルに制御された電源を用意しなくてすむ液体吐出ヘッドを提供する。
【解決手段】液体吐出ヘッドは、圧電アクチュエータ、電源供給部、中間電位生成回路、電荷補正回路を備える。圧電アクチュエータは、ノズルから液体を吐出する。中間電位生成回路は、電源供給部に供給される電圧から駆動波形の中間電位を生成し、圧電アクチュエータに充放電可能に電荷を蓄える。電荷補正回路は、中間電位生成回路を中間電位と異なる第１の電源電位にインダクターを介して接続するスイッチ素子をＯＮして、電荷を注入又は排出するとともに、インダクターにエネルギーを蓄え、スイッチ素子のＯＦＦに伴ってＯＮするダイオードで、中間電位生成回路を中間電位と異なる第２の電源電位にインダクターを介して接続して、インダクターに蓄えたエネルギーによって電荷を中間電位生成回路又は電源供給部に還流する。
【選択図】図７
【解決手段】液体吐出ヘッドは、圧電アクチュエータ、電源供給部、中間電位生成回路、電荷補正回路を備える。圧電アクチュエータは、ノズルから液体を吐出する。中間電位生成回路は、電源供給部に供給される電圧から駆動波形の中間電位を生成し、圧電アクチュエータに充放電可能に電荷を蓄える。電荷補正回路は、中間電位生成回路を中間電位と異なる第１の電源電位にインダクターを介して接続するスイッチ素子をＯＮして、電荷を注入又は排出するとともに、インダクターにエネルギーを蓄え、スイッチ素子のＯＦＦに伴ってＯＮするダイオードで、中間電位生成回路を中間電位と異なる第２の電源電位にインダクターを介して接続して、インダクターに蓄えたエネルギーによって電荷を中間電位生成回路又は電源供給部に還流する。
【選択図】図７
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ノズルから液体を吐出するように構成した圧電アクチュエータと、
電源供給部と、
前記電源供給部に供給される電圧から前記圧電アクチュエータに与える駆動波形の中の中間電位を生成し、前記圧電アクチュエータに充放電可能に電荷を蓄える中間電位生成回路と、
前記中間電位生成回路を、前記中間電位と異なる第１の電源電位にインダクターを介して接続するスイッチ素子をＯＮして、
前記インダクターを介して前記中間電位生成回路に電荷を補充又は前記中間電位生成回路から電荷を放出すると共に、前記インダクターにエネルギーを蓄え、
前記スイッチ素子をＯＦＦして、これに伴ってＯＮするダイオードで、前記中間電位生成回路を前記中間電位と異なる第２の電源電位に前記インダクターを介して接続して、
前記インダクターに蓄えたエネルギーによって電荷を前記中間電位生成回路又は前記電源供給部に還流する電荷補正回路と、を備えることを特徴とする液体吐出ヘッド。
電源供給部と、
前記電源供給部に供給される電圧から前記圧電アクチュエータに与える駆動波形の中の中間電位を生成し、前記圧電アクチュエータに充放電可能に電荷を蓄える中間電位生成回路と、
前記中間電位生成回路を、前記中間電位と異なる第１の電源電位にインダクターを介して接続するスイッチ素子をＯＮして、
前記インダクターを介して前記中間電位生成回路に電荷を補充又は前記中間電位生成回路から電荷を放出すると共に、前記インダクターにエネルギーを蓄え、
前記スイッチ素子をＯＦＦして、これに伴ってＯＮするダイオードで、前記中間電位生成回路を前記中間電位と異なる第２の電源電位に前記インダクターを介して接続して、
前記インダクターに蓄えたエネルギーによって電荷を前記中間電位生成回路又は前記電源供給部に還流する電荷補正回路と、を備えることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項2】
前記電荷補正回路は、前記液体を吐出する駆動周期内に前記中間電位生成回路の電荷の補正を完了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】
前記電荷補正回路は、前記中間電位の電圧が所定範囲から外れたときに補正パルスを出力し、パルス幅に対応する時間、前記スイッチ素子をＯＮす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】
前記電荷補正回路は、複数の前記圧電アクチュエータに与える前記駆動波形から前記中間電位の電荷の全体の収支を求める監視回路を備え、
前記電荷の収支バランスが所定範囲から外れたときに、補正パルスを出力し、パルス幅に対応する時間、前記スイッチ素子をＯＮす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。
前記電荷の収支バランスが所定範囲から外れたときに、補正パルスを出力し、パルス幅に対応する時間、前記スイッチ素子をＯＮす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5】
前記監視回路は、前記中間電位の電荷を増す駆動波形を検出すると累積カウンタ値を加算し、前記中間電位の電荷を減ずる駆動波形を検出すると累積カウンタ値を減算し、
前記累積カウンタ値が基準値を超えたときに前記補正パルスを出力し、パルス幅に対応する時間、前記スイッチ素子をＯＮすることを特徴とする請求項４に記載の液体吐出ヘッド。
前記累積カウンタ値が基準値を超えたときに前記補正パルスを出力し、パルス幅に対応する時間、前記スイッチ素子をＯＮすることを特徴とする請求項４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、圧力室の容積を変える圧電アクチュエータを備える。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、選択したチャネルの圧電アクチュエータに駆動波形を与えて液体を吐出させる。駆動波形は、例えば良好な吐出特性を得るために、複数の電圧レベルで構成する。そのため、各電圧レベルに制御された複数の電源を用意しなくてはならず、液体吐出ヘッドの電源回路が複雑になることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１９－１７１６５４号公報
【特許文献2】特開２０１６－５１９号公報
【特許文献3】特開２０１７－１７０６５２号公報
【特許文献4】特開２００３－２８５４４１号公報
【特許文献5】特開２００４－３０６３９５号公報
【特許文献6】特開２０１０－１８０２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明が解決しようとする課題は、駆動波形を構成する各電圧レベルを簡単な構成で生成す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】
【0006】
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、電源供給部、中間電位生成回路、電荷補正回路を備える。圧電アクチュエータは、ノズルから液体を吐出するように構成する。中間電位生成回路は、前記電源供給部に供給される電圧から前記圧電アクチュエータに与える駆動波形の中の中間電位を生成し、前記圧電アクチュエータに充放電可能に電荷を蓄える。電荷補正回路は、前記中間電位生成回路を、前記中間電位と異なる第１の電源電位にインダクターを介して接続するスイッチ素子をＯＮして、前記インダクターを介して前記中間電位生成回路に電荷を補充又は前記中間電位生成回路から電荷を放出すると共に、前記インダクターにエネルギーを蓄え、前記スイッチ素子をＯＦＦして、これに伴ってＯＮするダイオードで、前記中間電位生成回路を前記中間電位と異なる第２の電源電位に前記インダクターを介して接続して、前記インダクターに蓄えたエネルギーによって電荷を前記中間電位生成回路又は前記電源供給部に還流する。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【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駆動回路である。
【図7】上記駆動回路の中間電位生成回路である。
【図8】上記駆動回路の波形生成回路である。
【図9】上記インクジェットヘッドのアクチュエータに与える駆動波形である。
【図10】上記駆動波形を与えたアクチュエータの動作説明図である。
【図11】中間電位の電荷の補正を行ったときのシミュレーション結果である。
【図12】中間電位の電荷を補正しなかったときのシミュレーション結果である。
【図13】第２実施形態に従うインクジェットヘッドのアクチュエータに与える駆動波形である。
【図14】上記インクジェットヘッドの各駆動波形のステップごとの電位と時間の設定を示す図である。
【図15】上記インクジェットヘッドの駆動回路の波形生成回路である。
【図16】上記駆動回路の電荷計数カウンタの構成図である。
【図17】上記駆動回路の中間電位生成回路である。
【図18】放出する電荷Ｑ、電圧差ΔＶ、インダクターの関係を説明する図である。
【図19】補充する電荷Ｑ、電圧差ΔＶ、インダクターの関係を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
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。
【0009】
（第１実施形態）
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。
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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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５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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。インクジェットヘッド１００の制御部としての駆動ＩＣ３は、インクジェットプリンタ１０の制御部としてのＣＰＵを備えた制御基板１７からプリント基板２２を介して送られてくる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。
【0020】
図３～図５は、ヘッド部２の部分断面図である。図４は、図３のＡ－Ａの断面図であり、図５は、図３のＢ－Ｂの断面図である。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５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５は、外力を加えたときに変形する可撓性を有する。振動板５は、例えばニッケルやステンレスなどの金属で形成した薄板状のプレートである。振動板５の材質は、ポリイミドフィルムなど、金属以外でもよい。
【0021】
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。圧力室基板４は、例えばステンレスなどの金属で形成する。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５でそれぞれ塞ぐことによって形成する。
【0022】
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５を貫通する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５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５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】
各チャネルのアクチュエータ６は、振動板５を挟んで圧力室４２と対向する位置に配列している。各アクチュエータ６は、Ｚ方向における振動板５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】
圧電アクチュエータの一例であるアクチュエータ６は、例えばピエゾ素子などの圧電体６１、第１の内部電極６２、及び第２の内部電極６３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である（特に図３参照）。各圧電体６１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６２と第２の内部電極６３は、圧電体６１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６２は、それぞれＹ方向におけるアクチュエータ６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６４に接続する。第２の内部電極６３は、それぞれＹ方向におけるアクチュエータ６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６５に接続する。ダミー層６８は、圧電体６１と同材料である。但し、ダミー層６８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６８は、アクチュエータ６を支持部材４７に固定するベースとなり（特に図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】
複数の圧電体６１を積層したアクチュエータ６は、一例として、薄板状に加工した各圧電体６１の主面に第１の内部電極６２と第２の内部電極６３をそれぞれ成膜する。そして圧電体６１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６４と第２の外部電極６５を成膜する。その後、圧電体６１を着分極する。圧電体６１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６２と第２の内部電極６３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６４と第２の外部電極６５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。
【0026】
各アクチュエータ６の第１の外部電極６４は、フレキシブルプリント配線板２１の個別配線６６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、基材となる樹脂フィルム２６，個別配線６６，絶縁フィルム２７で構成する。フレキシブルプリント配線板２１は、個別配線６６が第１の外部電極６４と接触するように配置し、例えばＮＣＦ（Non-Conductive Film）などによって固定する。ＮＣＦはＡＣＦ（Anisotropic Conductive Film）から導電粒子を取り除いたものであって、それ自体は絶縁体だが第１の外部電極６４と個別配線６６を接触させつつ熱硬化することによって第１の外部電極６４と個別配線６６を導通させる。或いはハンダなどによって固定してもよい。一方、各チャネルの第２の外部電極６５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を介して共通電位に接続する。
【0027】
支柱６０は、各チャネルのアクチュエータ６の間に溝６９を介して配置する。駆動用のアクチュエータ６および支柱６０とするダミーのアクチュエータは、共通の圧電体６１、第１の内部電極６２、及び第２の内部電極６３を用いて一括で形成し、溝６９を形成することで個々のアクチュエータ６と支柱６０に分ける。支柱６０は、隣接する圧力室４２間の隔壁４０にあたる位置に配置する（図４参照）。支柱６０は、アクチュエータ６と同様に圧電体６１等で形成するのに代えて、別の部材で形成してもよい。例えば支持部材４７と一体的に支柱を形成してもよい。
【0028】
図６は、インクジェットヘッド１００の駆動回路である。図６に示すように、各チャネルのアクチュエータ６（ＣＸ１～ＣＸｎ）は、第１の外部電極６４に接続した個別配線６６を介して駆動ＩＣ３の出力端子にそれぞれ接続する。第１の外部電極６４と個別配線６６の接続点がアクチュエータ６の個別端子である。一方、各アクチュエータ６（ＣＸ１～ＣＸｎ）の第２の外部電極６５は、共通配線６７を介して例えばグランド（ＧＮＤ）などの共通電位に接続する。第２の外部電極６５と共通配線６７の接続点がアクチュエータ６のコモン端子である。
【0029】
各アクチュエータ６（ＣＸ１～ＣＸｎ）の個別配線６６は、駆動ＩＣ３の各チャネルの駆動ドライバＤにそれぞれ接続する。各駆動ドライバＤには、アクチュエータ６に与える電位Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ０の電源を接続する。最大電位である電位Ｖ１、最低電位である電位Ｖ０は、電源７から供給する。中間電位である電位Ｖ２、Ｖ３は、外部供給せず、電源７から供給されるＶ１－Ｖ０の電圧を電源にして中間電位生成回路７０で生成する。この場合、Ｖ１－Ｖ０の供給線が電源供給部の一例である。電位Ｖ２，Ｖ３は、電位Ｖ１と電位Ｖ０の間にある互いに異なる電位である。なお、中間電位の数は、電位Ｖ２と電位Ｖ３の２個に限らない。アクチュエータ６に与える駆動波形の形状に応じて増減してよい。
【0030】
各電位Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ０の値は、例えばアクチュエータ６の構造やインクの種類などに基づいて決めてよい。一例を挙げると、電位Ｖ１が１８Ｖ、電位Ｖ２が１２Ｖ、電位Ｖ３が８Ｖ、電位Ｖ０が０Ｖである。
【0031】
図７は、中間電位生成回路７０の好ましい一例である。中間電位生成回路７０は、電位Ｖ１と電位Ｖ０の間に３個の分圧抵抗Ｒｄ１，Ｒｄ２，Ｒｄ３を直列に接続している。これにより電位Ｖ１と電位Ｖ０の電位差を、抵抗値の比に応じた電位に分圧する。例えば電位Ｖ１が１８Ｖで電位Ｖ０が０Ｖの場合、抵抗値が７５ｋΩ，５０ｋΩ，１００ｋΩの分圧抵抗Ｒｄ１，Ｒｄ２，Ｒｄ３を用いることで、電位Ｖ２を１２Ｖ、電位Ｖ３を８Ｖにする。さらに電位Ｖ１と電位Ｖ０の間に、３個のキャパシタＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３を直列に接続する。キャパシタＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３の静電容量は、夫々、全チャネルのアクチュエータ６（ＣＸ１～ＣＸｎ）の合計静電容量よりも大きくする。好ましくは１０倍以上である。一例として、個々のアクチュエータ６（ＣＸ１～ＣＸｎ）の静電容量が１０００ｐＦ、チャネル数ｎが３００ｃｈの場合、合計静電容量は０．３μＦである。この場合、キャパシタＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３は、夫々、静電容量が１０倍以上となる３μＦ以上のものを用いる。
【0032】
中間電位生成回路７０は、分圧抵抗Ｒｄ１，Ｒｄ２，Ｒｄ３で生成した電位Ｖ２，Ｖ３の電荷をキャパシタＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３に充電する。キャパシタＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３に充電した電位Ｖ２，Ｖ３の電荷は、アクチュエータ６の充電に用いる。さらにキャパシタＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３は、アクチュエータ６から放電された電位Ｖ２，Ｖ３の電荷を受け取って蓄える。つまり、電位Ｖ２，Ｖ３のアクチュエータ６の充放電は、キャパシタＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３とアクチュエータ６との間の電荷の受け渡しによって行う。これによりアクチュエータ６を駆動させるときの電源の消費電力を軽減する。但し、アクチュエータ６に与える駆動波形の形状によっては、駆動波形を与える前と後で、中間電位生成回路７０の電位Ｖ２，Ｖ３の電圧が目標値からズレることがある。そのため、中間電位生成回路７０に、電位Ｖ２，Ｖ３の電圧を目標値に補正する電荷補正回路を設けている。
【0033】
電荷補正回路は、電位Ｖ３の電圧を目標値に補正する第１の電荷補正回路７１と、電位Ｖ２の電圧を目標値に補正する第２の電荷補正回路７２を有する。第１の電荷補正回路７１は、比較器７３、パルス発生器７４、スイッチ素子ＳＷ１、インダクターＬ１、ダイオードＤ１で構成する。比較器７３は、電位Ｖ３の供給線の電圧を目標値と比較する。電位Ｖ３の目標値は、電位Ｖ１と電位Ｖ０を分圧抵抗Ｒｄ４と分圧抵抗Ｒｄ５で分圧して設定する。例えば、抵抗値が１２５ｋΩの分圧抵抗Ｒｄ４と、抵抗値が１００ｋΩの分圧抵抗Ｒｄ５を用いて、電位Ｖ３の目標値を８Ｖに設置する。比較器７３は、電位Ｖ３の供給線の電圧が目標値から所定の範囲外れた場合、パルス発生器７４をＯＮする。所定の範囲は、例えば目標値との差が０．５Ｖ以内である。０．５Ｖの所定の範囲は、例えば比較器７３に０．５Ｖのヒステリシスを設けることによって設定する。パルス発生器７４は、補正パルスとして例えばパルス幅６μｓの単発パルスを出力し、スイッチ素子ＳＷ１をＯＮする。
【0034】
スイッチ素子ＳＷ１は、一方の端子をインダクターＬ１を介して電位Ｖ３の供給線に接続し、他方の端子を電位Ｖ１の供給線に接続している。従って、スイッチ素子ＳＷ１をＯＮすると、電位Ｖ３の供給線には、インダクターＬ１を介して電位Ｖ１の供給線が接続される。この場合の電位Ｖ１は、スイッチ素子ＳＷ１をＯＮすると電位Ｖ３の供給線に接続される第１の電源電位の一例である。スイッチ素子ＳＷ１をＯＮすると、インダクターＬ１を介して電位Ｖ３の供給線に電荷が補充されると共に、インダクターＬ１にエネルギーが蓄えられる。スイッチ素子ＳＷ１は、例えばトランジスタである。インダクターＬ１の静電容量は、例えば６０μＨである。
【0035】
ダイオードＤ１は、カソードをインダクターＬ１とスイッチ素子ＳＷ１の間のノードに接続し、アノードを電位Ｖ０の供給線に接続して、スイッチ素子ＳＷ１をＯＮしたときに電流が流れない向きにしている。すなわち、ダイオードＤ１は、スイッチ素子ＳＷ１がＯＦＦしたとき、それに伴ってＯＮして、電位Ｖ３の供給線にインダクターＬ１を介して電位Ｖ０の供給線を接続する。この場合の電位Ｖ０は、ダイオードＤ１がＯＮすると電位Ｖ３の供給線に接続される第２の電源電位の一例である。ダイオードＤ１がＯＮすると、インダクターＬ１に残っているエネルギーによって、電位Ｖ０から電位Ｖ３の供給線に向けて電荷が追加補充される。すなわち、ダイオードＤ１は、還流用のダイオードである。
【0036】
一方、第２の電荷補正回路７２は、比較器７５、パルス発生器７６、スイッチ素子ＳＷ２、インダクターＬ２、ダイオードＤ２で構成する。比較器７５は、電位Ｖ２の供給線の電圧を目標値と比較する。電位Ｖ２の目標値は、電位Ｖ１と電位Ｖ０を分圧抵抗Ｒｄ６と分圧抵抗Ｒｄ７で分圧して設定する。例えば、抵抗値が７５ｋΩの分圧抵抗Ｒｄ６と、抵抗値が１５０ｋΩの分圧抵抗Ｒｄ７を用いて、電位Ｖ２の目標値を１２Ｖに設置する。比較器７５は、電位Ｖ２の供給線の電圧が目標値から所定の範囲外れた場合、パルス発生器７６をＯＮする。所定の範囲は、例えば目標値との差が０．５Ｖ以内である。０．５Ｖの所定の範囲は、例えば比較器７５に０．５Ｖのヒステリシスを設けることによって設定する。パルス発生器７６は、補正パルスとして例えばパルス幅３μｓの単発パルスを出力し、スイッチ素子ＳＷ２をＯＮする。
【0037】
スイッチ素子ＳＷ２は、一方の端子をインダクターＬ２を介して電位Ｖ２の供給線に接続し、他方の端子をグランド（ＧＮＤ）に接続している。グランドは、例えば０Ｖである。従って、スイッチ素子ＳＷ２をＯＮすると、電位Ｖ２の供給線には、インダクターＬ２を介してグランド（ＧＮＤ）が接続される。この場合のグランド（ＧＮＤ）は、スイッチ素子ＳＷ２をＯＮすると電位Ｖ２の供給線に接続される第１の電源電位の一例である。スイッチ素子ＳＷ２をＯＮすると、インダクターＬ２を介して電位Ｖ１の供給線に電荷が放出されると共に、インダクターＬ２にエネルギーが蓄えられる。スイッチ素子ＳＷ２は、例えばトランジスタである。インダクターＬ２の静電容量は、例えば１２０μＨである。
【0038】
ダイオードＤ２は、カソードを電位Ｖ１の供給線に接続し、アノードをインダクターＬ２とスイッチ素子ＳＷ２の間のノードに接続して、スイッチ素子ＳＷ２をＯＮしたときに電流が流れない向きにしている。すなわち、ダイオードＤ２は、スイッチ素子ＳＷ２をＯＦＦしたとき、それに伴ってＯＮして、電位Ｖ２の供給線にインダクターＬ２を介して電位Ｖ１の供給線を接続する。この場合の電位Ｖ１は、ダイオードＤ２がＯＮすると電位Ｖ２の供給線に接続される第２の電源電位の一例である。ダイオードＤ２がＯＮすると、インダクターＬ２に残っているエネルギーによって、電位Ｖ２から電位Ｖ１の供給線に向けて電荷が放出される。すなわち、ダイオードＤ２は、還流用のダイオードである。
【0039】
駆動ＩＣ３の各チャネルの駆動ドライバＤは、電位Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ０を電源にして、チャネル毎に独立して駆動波形を生成する。図８は、チャネルごとの波形生成回路７７の一例である。波形生成回路７７は、電位Ｖ１をアクチュエータ６に与えるスイッチＳＷ３、電位Ｖ２をアクチュエータ６に与えるスイッチＳＷ４、電位Ｖ３をアクチュエータ６に与えるスイッチＳＷ５、電位Ｖ０をアクチュエータ６に与えるスイッチＳＷ６を有する。中間電位である電位Ｖ２，Ｖ３は、アクチュエータ６を充電する場合と放電させる場合の両方があるため、スイッチＳＷ４，ＳＷ５は、双方向スイッチとする。
【0040】
駆動ＩＣ３の各チャネルの駆動ドライバＤは、所定の順に制御信号を排他的に出力し、各スイッチＳＷ３～ＳＷ６のＯＮ－ＯＦＦを切り替えて駆動波形を生成する。図９は、マルチドロップの駆動波形の一例と、各スイッチＳＷ３～ＳＷ６をＯＮ／ＯＦＦするタイミングのシーケンスを示す。各スイッチＳＷ３～ＳＷ６のうち２以上が同時にＯＮすることは無い。どのチャネルからインクを吐出するかは、例えばインクジェットプリンタ１０の制御部としての制御基板１７（図１参照）から送られてくるプリントデータに基づく。
【0041】
【0042】
例えば印刷に先立って駆動ドライバＤはスイッチＳＷ４をＯＮし、アクチュエータ６に電位Ｖ２を与えておく。電位Ｖ２が与えられたアクチェータ６は、圧電体６１の分極軸の向きに電界が印加され、図１０（ａ）に示すように、圧電体６１の積層方向（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。そして、プリントデータに従ってインクの吐出動作が開始されるまで、電位Ｖ２を保持して、待機状態とする。
【0043】
その後、プリントデータに従ってインクを吐出する動作を開始する場合、スイッチＳＷ６をＯＮし、アクチュエータ６に電位Ｖ０を与える。これにより、図１０（ｂ）に示すように、伸長していたアクチュエータ６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と共にノズル２４のインクのメニスカスが後退する。
【0044】
そして、例えばヘッド部２の圧力振動周期の１／２の時間が経過した後、スイッチＳＷ５をＯＮし、アクチュエータ６に電位Ｖ３を与える。これにより、図１０（ｃ）に示すように、アクチュエータ６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１ドロップ目のインクの液滴Ｒが吐出する。続けて、スイッチＳＷ６をＯＮしてアクチュエータ６に電位Ｖ０を与え、例えばヘッド部２の圧力振動周期の１／２の時間が経過した後、スイッチＳＷ５をＯＮしてアクチュエータ６に電位Ｖ３を与えることによって、２ドロップ目のインクのインクの液滴Ｒが吐出する。同様にすることで３ドロップ目のインクのインクの液滴Ｒが吐出する。
【0045】
そして、例えばヘッド部２の圧力振動周期の１／２の時間が経過した後、スイッチＳＷ３をＯＮし、アクチュエータ６に電位Ｖ１を与え、所定時間後にスイッチＳＷ４をＯＮし、電位Ｖ２に戻す。その際のアクチュエータ６の伸長（図１０（ｄ））と復帰（図１０（ａ））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。この一連の動作によって、１ドットのインクの液滴Ｒを吐出することができる。続けてインクを吐出する場合、電位Ｖ２で始まり電位Ｖ２で終わる１ドットのインクの吐出動作を繰り返す。最後のドットのインクの吐出が終了し一連の液体吐出動作を終了するときはスイッチＳＷ４をＯＦＦし、スイッチＳＷ６をＯＮしてアクチュエータ６の電位をゼロにしてもよい。
【0046】
このように駆動周期内で１ドットのインクの液滴Ｒを吐出する動作を行っている最中、第１の電荷補正回路７１と第２の電荷補正回路７２は、中間電位生成回路７０内の電荷のバランスを監視して、電荷のバランスのズレを補正する。図１１は、補正動作を回路シミュレータでシミュレーションした結果を示す。比較のため、補正動作を行わなかったときのシミュレーション結果を図１２に示す。
【0047】
中間電位である電位Ｖ２，Ｖ３の電圧は、容量の大きいキャパシタＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３によって安定化させているが、電荷の補正を行わない場合、図１２のように、電位Ｖ３の電圧レベルが低下し、電位Ｖ２の電圧レベルが上昇する。すなわち、駆動波形Ｖｏｕｔのタイミングｒ１，ｒ２，ｒ３で電位Ｖ３の供給線からアクチュエータ６に電荷を供給する為、一回の駆動を終了すると電位Ｖ３は各タイミングで３段階に低下する。一方、タイミングｆ１ではアクチュエータ６から電位Ｖ２の供給線に向かって電荷が供給される為、一回の駆動を終了すると電位Ｖ２は上昇する。電圧レベルの変化は、同じ駆動周期に全チャネルのアクチュエータ６を駆動させたときに特に発生し易い。キャパシタＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３の静電容量値を大きくすれば動作一回あたりの電位Ｖ３の電圧低下と電位Ｖ２の電圧上昇を抑えることができるが、高い周波数で複数回の吐出を行うと電圧低下、電圧上昇は吐出特性に影響を与える程度まで累積してしまう。
【0048】
これに対して補正を行う場合、図１１に示すように、第１の電荷補正回路７１の比較器７３が電位Ｖ３の供給線の電圧の値を目標値と比較し、時刻９μｓにおいて目標値から所定の範囲外れると、パルス発生器７４をＯＮする。パルス発生器７４は、例えば６μｓの単発パルスＰ１を出力して、パルス幅に対応する時間、スイッチ素子ＳＷ１をＯＮする。
【0049】
そうすると電位Ｖ３の供給線にインダクターＬ１を介して電位Ｖ１の供給線が接続され、電位Ｖ３に電荷が補充される。さらにスイッチ素子ＳＷ１がＯＮしている時刻９μｓ～１５μｓの間、インダクターＬ１にはエネルギーが蓄えられる。図１１のｉ１は、インダクターＬ１を流れる電流を示す。次いでパルス幅の時間が経過してスイッチ素子ＳＷ１がＯＦＦすると、それに伴ってダイオードＤ１がＯＮする。そしてインダクターＬ１に残っているエネルギーによって、電位Ｖ０からダイオードＤ１を介して電荷が電位Ｖ３に補充される（時刻１５μｓ～約２２μｓまで）。この補充に際しては電源のエネルギーを消費しないので高効率に電荷が調節できる。こうして駆動周期が終了した時点で、電位Ｖ３の電圧が目標値と同じ値まで、或いは所定の範囲内に収まるように補正される。この補正動作は、駆動周期内に完了させて次の駆動周期の吐出に影響させないようにするのが望ましい。そのために補正パルスのパルス幅やインダクターＬ１の静電容量などの条件を上述のように設定している。
【0050】
同様に、第２の電荷補正回路７２の比較器７５が電位Ｖ２の供給線の電圧の値を目標値と比較し、時刻２０μｓにおいて目標値から所定の範囲外れると、パルス発生器７６をＯＮする。パルス発生器７６は、例えば３μｓの単発パルスＰ２を出力して、パルス幅に対応する時間、スイッチ素子ＳＷ２をＯＮする。
【0051】
そうすると電位Ｖ２の供給線にインダクターＬ２を介してグランドが接続され、電位Ｖ２の電荷がグランドに向けて放出される。さらにスイッチ素子ＳＷ２がＯＮしている２０μｓ～２３μｓの間、インダクターＬ２にはエネルギーが蓄えられる。図１１のｉ２は、インダクターＬ２を流れる電流を示す。次いでパルス幅の時間が経過してスイッチ素子ＳＷ２がＯＦＦすると、それに伴ってダイオードＤ２がＯＮする。そしてインダクターＬ２に残っているエネルギーによって、電位Ｖ２の電荷が電位Ｖ１の供給線を経由して電源供給部に向かって放出される（２３μｓ～約２８．５μｓまで）。この放出は電位Ｖ１への回生になるので高効率に電荷が調節できる。こうして駆動周期が終了した時点で、電位Ｖ２の電圧が目標値と同じ値まで、或いは所定の範囲内に収まるように補正される。この補正動作は、駆動周期内に完了させて次の駆動周期の吐出に影響させないようにするのが望ましい。そのために補正パルスのパルス幅やインダクターＬ２の静電容量などの条件を上述のように設定している。
【0052】
上述の実施形態は、中間電位である電位Ｖ２，Ｖ３については、キャパシタＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３とアクチュエータ６との間で電荷の受け渡しをするようにして、その分、アクチュエータ６を駆動させるときの電源の消費電力を軽減する。但し、この構成では駆動波形を与える前と後で電位Ｖ２，Ｖ３の電圧レベルが変化し易いことから、電荷補正回路を設けて電位Ｖ２，Ｖ３の電圧レベルを目標値に補正する。その結果、所定の電圧レベルに制御した各電位Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ０で駆動波形を生成することが可能となる。
【0053】
なお上述の実施形態では、電位Ｖ２，Ｖ３の供給線の電圧を検出して電荷の補正を行っているが、駆動波形とチャネル数が既知なのでインクジェットヘッド１００の駆動内容を参照して論理回路によってスイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２のＯＮ／ＯＦＦを制御してもよい。電荷補正の条件は、最も電荷の偏りが大きくなる条件（通常はベタ印字）でその駆動周期内に補正が完了可能な条件としておく。勿論、電位Ｖ２，Ｖ３の電圧を検出して補正する構成であれば、必要なときにだけ自動的に補正できるという利点がある。
【0054】
グレースケール印字など、駆動波形が変化するような場合には、印字内容次第で電荷が過多となるか不足となるか定まらない場合がある。そのような場合はスイッチＳＷ１とダイオードＤ１の対と、スイッチＳＷ２とダイオードＤ２の対を一つのインダクターＬ１／Ｌ２に対して並列に設けておけば、どちらにも対応可能な回路となる。以下に説明する第２実施形態はその一例である。
【0055】
（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、駆動回路の構成が異なることを除けば、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。
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、駆動回路の構成が異なることを除けば、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。
【0056】
図１３は、本実施形態の駆動回路が生成する複数種類の駆動波形（データ０～３）を示す。図１４には、各駆動波形（データ０～３）のステップごとの電位と時間の設定を示している。この例におけるヘッド部２の圧力振動周期の１／２の時間は、２μｓである。データ０～３の駆動波形は、各チャネルで選択的に生成してアクチュエータ６に与える。
【0057】
データ０の駆動波形は、一周期の間、電位Ｖ２をアクチュエータ６に与える。データ０の波形は、例えばインクを吐出しないチャネル或いは次の駆動周期でインクを吐出するチャネルに与えて、アクチュエータ６を待機状態にする（図１０（ａ）参照）。
【0058】
データ１の駆動波形は、電位Ｖ２を与えて待機状態にしたアクチュエータ６に対し、ステップ１で電位Ｖ３を与え、ステップ２で電位Ｖ２を与える。電位Ｖ０ではなく電位Ｖ３を与えることで、インクを吐出させずにノズル２４内のインクのメニスカスを微振動させる。そしてステップ３で電位Ｖ１を与え、ステップ４で電位Ｖ２に戻すことで、残留振動を減衰させる。データ１の駆動波形は、例えばインクを連続で吐出したチャネルに対して、例えばインクを吐出しない次の駆動周期で与える。これにより、ノズル２４内のインクのメニスカスを元の状態に復帰させる。
【0059】
データ２の駆動波形は、駆動周期内に１ドロップのインクを吐出する駆動波形である。データ２の駆動波形は、電位Ｖ２を与えて待機状態にしたアクチュエータ６に対し、ステップ１で電位Ｖ３を与え、ステップ２で電位Ｖ０を与える。この動作を２μｓで行う。次いでステップ３で電位Ｖ３を与えることでノズル２４からインクの液滴を吐出させる。そしてステップ４で電位Ｖ２を与え、さらにステップ５で電位Ｖ１を与えた後、ステップ６で電位Ｖ２に戻すことで、残留振動を減衰させる。データ２の駆動波形は、例えば１階調の印字を行うチャネルに与える。
【0060】
データ３の駆動波形は、駆動周期内に２ドロップのインクを吐出する駆動波形である。データ３の駆動波形は、電位Ｖ２を与えて待機状態にしたアクチュエータ６に対し、ステップ１で電位Ｖ３を与え、ステップ２で電位Ｖ０を与える。この動作を２μｓで行う。次いでステップ３で電位Ｖ３を与えることで１ドロップ目のノズル２４からインクの液滴を吐出させる。次いでステップ４で電位Ｖ０を与え、ステップ５で電位Ｖ３を与えることで２ドロップ目のインクを吐出させる。そしてステップ６で電位Ｖ２を与え、さらにステップ７で電位Ｖ１を与えた後、ステップ８で電位Ｖ２に戻すことで、残留振動を減衰させる。データ３の駆動波形は、例えば２階調の印字を行うチャネルに与える。
【0061】
図１３には、データ０～３の駆動波形毎に、一連の駆動波形を通しての電荷の収支を示している。すなわち、アクチュエータ６は、駆動波形の変化点で電位Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ０から電荷を流入又は排出するが、一連の駆動波形を通しての電荷の収支は駆動波形によって異なる。例えばデータ０～３の駆動波形は、電位Ｖ２に対してはどの波形でも電荷の収支がゼロ（０）となる。一方、電位Ｖ３に対する電荷の収支を考えると、データ０とデータ２では収支がゼロ（０）、データ１では正（＋Ｑ）、データ３では負（－Ｑ）となる。正は電源への流出、負は電源からの流入を表す。データ０～３のどの駆動波形が選択されるかは印字内容によって異なり又チャネル毎に異なるので、電位Ｖ３は、電荷の流出源として働く必要があるのか電荷の流入源として働く必要があるのかが定まらない。
【0062】
本実施形態の駆動回路は図１５のように構成する。駆動回路は、波形生成回路７７，シフトレジスタ８１及びセレクター８２をチャネル毎に有する。さらに全チャネルに共通の構成として、波形情報記憶部８３と電荷計数カウンタ８４を有する。
【0063】
波形情報記憶部８３は、各駆動波形（データ０～３）の波形情報を記憶する。波形情報記憶部８３は、図１４に例示したように各駆動波形（データ０～３）のステップごとの電位と時間を設定できる。波形情報記憶部８３は、例えば駆動波形のシーケンスを記憶し駆動の際に読み出すメモリである。アクチュエータ６にどの駆動波形を与えるかは、例えばインクジェットプリンタ１０の制御部としての制御基板１７のＣＰＵが印字内容に従って決定する。駆動回路は、例えば１ドットライン毎の０～３のデータを受け取り、各チャネルのシフトレジスタ８１が該当する０～３のデータを選択して、セレクター８２に与える。
【0064】
各チャネルのセレクター８２は、与えられた０～３のデータに対応する波形情報を波形情報記憶部８３から読み出し、そのシーケンスに従ってスイッチＳＷ３～ＳＷ６のＯＮ／ＯＦＦ信号を出力する。波形生成回路７７は、セレクター８２からのＯＮ／ＯＦＦ信号に従いスイッチＳＷ３～Ｗ６を排他的にＯＮすることで駆動波形を生成して、アクチュエータ６に与える。どのタイミングでどのチャネルにどのデータが与えられるかは各チャネル宛てに送られるデータの値（０，１，２，３）に依存する。
【0065】
電荷計数カウンタ８４は、送られてくる０～３のデータを監視する。電荷計数カウンタ８４は、監視回路の一例である。電荷計数カウンタ８４は、図１６に一例を示すように、データ検出部８５、累積カウンタ８６、比較器８７で構成する。データ検出部８５は、全チャネルにどの駆動波形を与えるかを例えば１ドットライン毎に設定して送られてくるデータ０，１，２，３を検出する。累積カウンタ８６は、検出した各データ０，１，２，３の数を累積カウントする。好ましい一例として、電位Ｖ３の電荷を増す駆動波形を出力するデータ１を検出したときは＋１をカウントし、電位Ｖ３の電荷を減ずる波形を出力するデータ３を検出したときは－１をカウントする。従って、例えばデータ１を２回検出すると累積カウンタ値は＋２に増加し、次にデータ３を検出すると累積カウンタ値は＋１に減る。
【0066】
比較器８７は、累積カウンタ値を基準値と比較する。基準値は、例えばヘッド部２のノズル数を用いて±ノズル数（例えば±３００）に設定する。累積カウンタ値が正の基準値を上回ったときは、全チャネルがデータ１に対応する駆動波形で１回駆動された場合と同じだけ電位Ｖ３の電圧が増加している。このとき、比較器８７は、補正を開始する制御信号ＴＧ１を出力し、同時にＯＲ回路８８を介して累積カウンタ値をリセットする。反対に、累積カウンタ値が負の基準値を下回ったときは、全チャネルがデータ３に対応する駆動波形で１回駆動された場合と同じだけ電位Ｖ３の電圧が低下している。このとき、比較器８７は、補正を開始する制御信号ＴＧ２を出力し、同時にＯＲ回路８８を介して累積値をリセットする。この実施形態ではデータ１で電位Ｖ３に追加される電荷の大きさとデータ３で電位Ｖ３から消費される電荷の大きさが等しい為、電荷Ｑを表す数値として累積カウンタに１を加算または１を減算するようにしているが、電位Ｖ３に追加される電荷の大きさと電位Ｖ３から消費される電荷の大きさは駆動波形と電圧設定に依存する。例えば電位Ｖ３から消費される電荷の大きさが電位Ｖ３に追加される電荷の大きさの２倍ある場合には、累積カウンタに１を加算または２を減算するするようにして適宜基準値を見直せばよい。電位Ｖ３に追加される電荷の大きさと電位Ｖ３から消費される電荷の大きさが他の値であったとしても、累積カウンタに加算する値、減算する値と基準値を適宜調整すればよい。
【0067】
図１７は、中間電位生成回路９０の好ましい一例である。中間電位生成回路９０は、図７の回路にオペアンプ９１，９２と制限抵抗ＲＳ１，ＲＳ２を追加した構成である。オペアンプ９１は、プラス入力に分圧抵抗Ｒｄ１，Ｒｄ２間のノードを接続し、マイナス入力にアンプの出力を接続したボルテージフォロワーの構成とする。さらにオペアンプ９１の出力とキャパシタＣＳ１，ＣＳ１間のノードとの間に、制限抵抗ＲＳ１を接続する。同様に、オペアンプ９２は、プラス入力に分圧抵抗Ｒｄ２，Ｒｄ３間のノードを接続し、マイナス入力にアンプの出力を接続したボルテージフォロワーの構成とする。さらにオペアンプ９２の出力とキャパシタＣＳ２，ＣＳ３間のノードとの間に、制限抵抗ＲＳ２を接続する。オペアンプ９１，９２は、分圧抵抗Ｒｄ１，Ｒｄ２，Ｒｄ３で決まる中間電位を目標値として、キャパシタＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３を充放電する。この例では、電位Ｖ１が１８Ｖ、電位Ｖ０が０Ｖであり、同じ抵抗値の分圧抵抗Ｒｄ１，Ｒｄ２，Ｒｄ３を用いて、電位Ｖ２を１２Ｖ、電位Ｖ３を６Ｖにする。本実施形態では中間電位生成回路９０にオペアンプ９１，９２を用いているので第１実施形態の図７の回路に比べて分圧抵抗Ｒｄ１，Ｒｄ２，Ｒｄ３の値を大きくすることができ、分圧抵抗Ｒｄ１，Ｒｄ２，Ｒｄ３に流れる電流を削減できる。分圧抵抗Ｒｄ１，Ｒｄ２，Ｒｄ３に流れる電流が問題無ければこの部分を図７の回路のように構成して回路を簡略化してもよく、逆に第１実施形態の図７の中間電位生成回路７０の分圧回路に本実施形態のオペアンプを使った回路を適用して分圧抵抗Ｒｄ１，Ｒｄ２，Ｒｄ３に流れる電流を削減してもよい。
【0068】
中間電位生成回路９０には、電位Ｖ３の電圧を目標値に補正する電荷補正回路９３を設ける。但し、上述したように電位Ｖ３は、電荷の流出源として働く場合と電荷の流入源として働く場合の両方があるので、どちらでも補正可能にしている。一方で、第１実施形態では電位Ｖ２の補正回路を設けたが、本実施形態の電位Ｖ２はデータ０～３のどの駆動波形を与えても電荷の収支がゼロとなるので（図１３）、電位Ｖ２は変動しない。よって制限抵抗ＲＳ１，ＲＳ２を設けた中間電位生成回路９０（すなわち高いインピーダンス有する供給源）から安定した電圧レベルで電位Ｖ２を与えることができる。制限抵抗ＲＳ１，ＲＳ２の抵抗値は、例えば１０ｋΩである。
【0069】
電荷補正回路９３は、スイッチ素子ＳＷ７，ＳＷ８、インダクターＬ３、ダイオードＤ３，Ｄ４、単安定マルチバイブレータ９４，９５で構成する。スイッチ素子ＳＷ７、ダイオードＤ３、インダクターＬ３、単安定マルチバイブレータ９４は、電位Ｖ３の電圧レベルを上げる方向に補正する。スイッチ素子ＳＷ７は、一方の端子をインダクターＬ３を介して電位Ｖ３の供給線に接続し、他方の端子を電位Ｖ１の供給線に接続している。従って、スイッチ素子ＳＷ７をＯＮすると、電位Ｖ３の供給線には、インダクターＬ３を介して電位Ｖ１の供給線が接続される。この場合の電位Ｖ１は、スイッチ素子ＳＷ７をＯＮすると電位Ｖ３の供給線に接続される第１の電源電位の一例である。スイッチ素子ＳＷ７をＯＮすると、インダクターＬ３を介して電位Ｖ３の供給線に電荷が補充されると共に、インダクターＬ３にエネルギーが蓄えられる。
【0070】
ダイオードＤ３は、カソードをインダクターＬ３とスイッチ素子ＳＷ７の間のノードに接続し、アノードを電位Ｖ０の供給線に接続して、スイッチ素子ＳＷ７をＯＮしたときに電流が流れない向きにしている。ダイオードＤ３は、スイッチ素子ＳＷ７がＯＦＦしたとき、それに伴ってＯＮして、電位Ｖ３の供給線にインダクターＬ３を介して電位Ｖ０の供給線を接続する。この場合の電位Ｖ０は、ダイオードＤ３がＯＮすると電位Ｖ３の供給線に接続される第２の電源電位の一例である。ダイオードＤ３がＯＮすると、インダクターＬ３に残っているエネルギーによって、電位Ｖ０から電位Ｖ３の供給線に電荷が補充される。すなわち、ダイオードＤ３は、還流用のダイオードである。
【0071】
一方、スイッチ素子ＳＷ８、ダイオードＤ４、インダクターＬ３、単安定マルチバイブレータ９５は、電位Ｖ３の電圧レベルを下げる方向に補正する。スイッチ素子ＳＷ８は、一方の端子をインダクターＬ３を介して電位Ｖ３の供給線に接続し、他方の端子をグランドに接続している。従って、スイッチ素子ＳＷ８をＯＮすると、電位Ｖ３の供給線には、インダクターＬ３を介してグランドが接続される。この場合のグランドは、スイッチ素子ＳＷ８をＯＮすると電位Ｖ３の供給線に接続される第１の電源電位の一例である。スイッチ素子ＳＷ８をＯＮすると、インダクターＬ３を介して電位Ｖ３からグランドに向けて電荷が放出されると共に、インダクターＬ３にエネルギーが蓄えられる。
【0072】
ダイオードＤ４は、カソードを電位Ｖ１の供給線に接続し、アノードをインダクターＬ３とスイッチ素子ＳＷ８の間のノードに接続して、スイッチ素子ＳＷ８をＯＮしたときに電流が流れない向きにしている。ダイオードＤ４は、スイッチ素子ＳＷ８をＯＦＦしたとき、それに伴ってＯＮして、電位Ｖ３の供給線にインダクターＬ３を介して電位Ｖ１の供給線を接続する。この場合の電位Ｖ１は、ダイオードＤ４がＯＮすると電位Ｖ３の供給線に接続される第２の電源電位の一例である。ダイオードＤ４がＯＮすると、インダクターＬ３に残っているエネルギーによって、電位Ｖ３から電位Ｖ１の供給線に向けて電荷が放出される。すなわち、ダイオードＤ４は、還流用のダイオードである。
【0073】
単安定マルチバイブレータ９４は、電荷計数カウンタ８４から制御信号ＴＧ２が入力されると、補正パルスとして例えばパルス幅Ｔのパルスを出力し、ＮＯＴ回路９６を介してスイッチ素子ＳＷ７をＯＮする。
【0074】
そうすると電位Ｖ３の供給線にインダクターＬ３を介して電位Ｖ１の供給線が接続され、電位Ｖ３に電荷が補充される。さらにスイッチ素子ＳＷ７がＯＮの間、インダクターＬ３にはエネルギーが蓄えられる。次いでパルス幅の時間が経過してスイッチ素子ＳＷ７がＯＦＦすると、それに伴ってダイオードＤ３がＯＮする。そしてインダクターＬ３に残っているエネルギーによって、電位Ｖ０からダイオードＤ３を介して電位Ｖ３に電荷が追加補充される。こうして電位Ｖ３の電圧が目標値と同じ値まで、或いは所定の範囲内に収まるように補正される。
【0075】
補充する電荷Ｑと、電位Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ０間の各々の電圧差ΔＶ、インダクターＬ３の関係は、図１８のようになる。電荷Ｑのうち前半Ｑ１は電位Ｖ１から補充するが、後半Ｑ２は電源を経由しないダイオードＤ３経由で電力消費無く補給される。図のｉはこのときインダクターＬを流れる電流波形である。
【0076】
一方、単安定マルチバイブレータ９５は、電荷計数カウンタ８４から制御信号ＴＧ１が入力されると、補正パルスとして例えばパルス幅２Ｔのパルスを出力して、バッファ９７を介してスイッチ素子ＳＷ８をＯＮする。
【0077】
そうすると電位Ｖ３の供給線にインダクターＬ３を介してグランドが接続され、電位Ｖ３の電荷がグランドに向けて放出される。さらにスイッチ素子ＳＷ８がＯＮの間、インダクターＬ３にはエネルギーが蓄えられる。次いでパルス幅の時間が経過してスイッチ素子ＳＷ８がＯＦＦすると、それに伴ってダイオードＤ４がＯＮし、インダクターＬ３に残っているエネルギーによって、電位Ｖ３の電荷が電位Ｖ１の供給線に向けて放出される。こうして電位Ｖ３の電圧が目標値と同じ値まで、或いは所定の範囲内に収まるように補正される。
【0078】
放出する電荷Ｑと、電位Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ０間の各々の電圧差ΔＶ、インダクターＬ３の関係は、図１９のようになる。電荷Ｑのうち前半Ｑ１は電位Ｖ０に放出されるが、後半Ｑ２は電位Ｖ１に回生される。図のｉはこのときインダクターＬ３を流れる電流波形である。
【0079】
単安定マルチバイブレータ９４，９５が作るパルス幅と調節する電荷の大きさとの関係について、図１８及び図１９を用いて説明する。図１８は、単安定マルチバイブレータ９４が作動して所定期間スイッチＳＷ７がＯＮしその後の還流も利用して電位Ｖ３に電荷を補充する場合に、インダクターＬ３に流れる電流の時間変化を表す。単安定マルチバイブレータ９４が生成する所定時間はTとする。この実施形態ではＶ１＝１８Ｖ，Ｖ２＝１２Ｖ，Ｖ３＝６Ｖ，Ｖ０＝０Ｖとしている。Ｖ１－Ｖ２＝Ｖ２－Ｖ３＝Ｖ３－Ｖ０＝ΔV＝６Vである。電荷補充時にインダクターL３に印加する電圧はＶ１－Ｖ３＝２ΔVなので、インダクターＬ３に流れる電流をｉ、その最大値をｉｐとすれば、
ｄｉ／ｄｔ＝ｉｐ／Ｔ＝２ΔV／Ｌ、 ｉｐ＝２T・ΔV／Ｌ
電位Ｖ１から補充されるされる電荷は、Ｑ１＝ｉｐ・Ｔ／２
その後還流によって電位Ｖ０から補充されるされる電荷は、Ｑ２＝ｉｐ・２Ｔ／２
補充される電荷の合計は、Ｑ１＋Ｑ２＝ｉｐ・３Ｔ／２＝３Ｔ２・ΔV／Ｌ となる。
ｄｉ／ｄｔ＝ｉｐ／Ｔ＝２ΔV／Ｌ、 ｉｐ＝２T・ΔV／Ｌ
電位Ｖ１から補充されるされる電荷は、Ｑ１＝ｉｐ・Ｔ／２
その後還流によって電位Ｖ０から補充されるされる電荷は、Ｑ２＝ｉｐ・２Ｔ／２
補充される電荷の合計は、Ｑ１＋Ｑ２＝ｉｐ・３Ｔ／２＝３Ｔ２・ΔV／Ｌ となる。
【0080】
図１９は、単安定マルチバイブレータ９５が作動して所定期間スイッチＳＷ８がＯＮしその後の還流も利用して電位Ｖ３から電荷を放出する場合に、図１８とは逆向きにインダクターＬ３に流れる電流の時間変化を表す。単安定マルチバイブレータ９５が生成する所定時間は２Tとする。電荷放出時にインダクターL３に印加する電圧はＶ３－Ｖ０＝ΔVなので、インダクターＬ３に流れる電流をｉ、その最大値をｉｐとすれば、
ｄｉ／ｄｔ＝ｉｐ／２Ｔ＝ΔV／Ｌ、 ｉｐ＝２T・ΔV／Ｌ
電位Ｖ０へ放出されるされる電荷は、Ｑ１＝ｉｐ・２Ｔ／２
その後還流によって電位Ｖ１へ放電されるされる電荷は、Ｑ２＝ｉｐ・Ｔ／２
放出される電荷の合計は、Ｑ１＋Ｑ２＝ｉｐ・３Ｔ／２＝３Ｔ２・ΔV／Ｌ となる。
ｄｉ／ｄｔ＝ｉｐ／２Ｔ＝ΔV／Ｌ、 ｉｐ＝２T・ΔV／Ｌ
電位Ｖ０へ放出されるされる電荷は、Ｑ１＝ｉｐ・２Ｔ／２
その後還流によって電位Ｖ１へ放電されるされる電荷は、Ｑ２＝ｉｐ・Ｔ／２
放出される電荷の合計は、Ｑ１＋Ｑ２＝ｉｐ・３Ｔ／２＝３Ｔ２・ΔV／Ｌ となる。
【0081】
すなわちこの実施形態では単安定マルチバイブレータ９４が生成する時間に対して単安定マルチバイブレータ９５が生成する時間を２倍にすれば電荷補正回路９３が１回の動作で電位Ｖ３に補充する電荷の大きさと１回の動作で電位Ｖ３から放出する電荷の大きさを揃えることができる。想定される最大の電荷の調節量が正負等しい場合には、１回の動作で補充する電荷の大きさと１回の動作で放出する電荷の大きさは揃えた方が望ましい。
この実施形態で、アクチュエータ６の静電容量をＣ＝１ｎＦ、アクチュエータ６のチャネル数をｎ＝３００ｃｈとしたとき、データ１またはデータ３で全チャネルが１回駆動するとき変化する電荷Ｑは、
Ｑ＝Ｃ・ｎ・ΔＶ＝１．８μＣ
Ｔ＝４μｓ、２Ｔ＝８μｓに設定するなら、
Ｌ＝３Ｔ２・ΔV／Q＝１６０μＨ
ｉｐ＝２Ｑ／３Ｔ＝０．３Ａ となる。
この実施形態では説明を簡単にするためにＶ１－Ｖ２＝Ｖ２－Ｖ３＝Ｖ３－Ｖ０＝ΔV＝６Vとしたが、これに限らない。電位Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の値がこの実施形態と異なる値であっても、単安定マルチバイブレータ９４が生成する時間と単安定マルチバイブレータ９５が生成する時間を調整すれば１回の動作で補充する電荷の大きさと１回の動作で放出する電荷の大きさを揃えることができる。
想定される最大の電荷の調節量が正と負で異なる場合は、単安定マルチバイブレータ９４、９５の動作時間を適宜調節することによって１回の動作で補充する電荷の大きさと１回の動作で放出する電荷の大きさのバランスを調節することができる。
この実施形態で、アクチュエータ６の静電容量をＣ＝１ｎＦ、アクチュエータ６のチャネル数をｎ＝３００ｃｈとしたとき、データ１またはデータ３で全チャネルが１回駆動するとき変化する電荷Ｑは、
Ｑ＝Ｃ・ｎ・ΔＶ＝１．８μＣ
Ｔ＝４μｓ、２Ｔ＝８μｓに設定するなら、
Ｌ＝３Ｔ２・ΔV／Q＝１６０μＨ
ｉｐ＝２Ｑ／３Ｔ＝０．３Ａ となる。
この実施形態では説明を簡単にするためにＶ１－Ｖ２＝Ｖ２－Ｖ３＝Ｖ３－Ｖ０＝ΔV＝６Vとしたが、これに限らない。電位Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の値がこの実施形態と異なる値であっても、単安定マルチバイブレータ９４が生成する時間と単安定マルチバイブレータ９５が生成する時間を調整すれば１回の動作で補充する電荷の大きさと１回の動作で放出する電荷の大きさを揃えることができる。
想定される最大の電荷の調節量が正と負で異なる場合は、単安定マルチバイブレータ９４、９５の動作時間を適宜調節することによって１回の動作で補充する電荷の大きさと１回の動作で放出する電荷の大きさのバランスを調節することができる。
【0082】
上記のように電荷を補正しても残ってしまう電荷バランスの若干のズレは、制限抵抗ＲＳ２を介してオペアンプ９２によって調整される。さらに、上述したように電位Ｖ２は電荷バランスが取れているが、長い間には若干のずれを生じる。これについても制限抵抗ＲＳ１，を介してオペアンプ９１によって調整される。
【0083】
インダクターＬ３の静電容量と単安定マルチバイブレータ９４，９５が出力するパルス幅は、電荷の収支のバランスが最も大きくずれる条件で、駆動周期の一周期以内に電荷のバランスを取れるように設定している。それよりも小さなズレは許容し、ズレの累積の積算値が電荷の収支のバランスが最も大きくずれる条件と一致した場合に、単安定マルチバイブレータ９４，９５を起動するようにしている。ズレの累積の積算値が電荷の収支のバランスが最も大きくずれる条件は、この実施形態ではデータ１の駆動波形を１００％デューティーで全チャネルに与えた場合、又はデータ３の駆動波形を１００％デューティーで全チャネルに与えた場合である。
【0084】
本実施形態は印字データから電荷の収支バランスを計算して電荷補正回路９３を駆動しているが、第１実施形態のように電位V3の電圧を監視して、電圧変動が所定値を超えたときに電荷補正回路９３を駆動するようにしてもよい。また第２実施形では電荷調整する対象を電位Ｖ３だけとしたがこれに限定されるものではなく、第１実施形態と同様な複数の中間電位に対して電荷の補充と放出の双方が可能な電荷補正回路９３をそれぞれ設けてもよい。第１実施形態と第２実施形態の各要素は自由に組み合わせてよい。
【0085】
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、駆動波形を構成するすべての電位Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ０について、各電圧レベルに制御された電源を用意しなくてすむインクジェットヘッド１００を提供することが可能である。
【0086】
なお、アクチュエータ６は、複数の圧電体６１を積層した積層型に限らない。圧電体６１が単一層のアクチュエータであってもよい。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。
【0087】
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を液体吐出ヘッドの一例として説明したが、液体吐出ヘッドは、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。
【0088】
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】
【0089】
１０ インクジェットプリンタ
１００～１０３ インクジェットヘッド
２４ ノズル
３ 駆動ＩＣ
６ アクチュエータ
７ 電源
７０ 中間電位生成回路
７１ 第１の電荷補正回路
７２ 第２の電荷補正回路
７７ 波形生成回路
８３ 波形情報記憶部
８４ 電荷計数カウンタ
９０ 中間電位生成回路
９３ 電荷補正回路
１００～１０３ インクジェットヘッド
２４ ノズル
３ 駆動ＩＣ
６ アクチュエータ
７ 電源
７０ 中間電位生成回路
７１ 第１の電荷補正回路
７２ 第２の電荷補正回路
７７ 波形生成回路
８３ 波形情報記憶部
８４ 電荷計数カウンタ
９０ 中間電位生成回路
９３ 電荷補正回路
【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】
【図19】