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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】P2024047750
(43)【公開日】2024-04-08
(54)【発明の名称】液体吐出ヘッド
(51)【国際特許分類】
B41J 2/015 20060101AFI20240401BHJP
B41J 2/14 20060101ALI20240401BHJP
【ＦＩ】
B41J2/015 101
B41J2/14 307
B41J2/14 611
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022153413
(22)【出願日】2022-09-27
(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
【Ｆターム（参考）】
2C057AF99
2C057AG47
2C057AG99
2C057AM16
2C057AR03
2C057AR16
(57)【要約】 （修正有）
【課題】圧電アクチュエータと駆動回路の発熱を抑えることのできる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６、共通電圧波形信号線、電源供給部、補助電位供給部７３、トランジスタ、目標電圧波形生成部７４、および制御回路を備える。電源供給部は、圧電アクチュエータに最大の変形を与える最大電位Ｖ１、変形を与えない最低電位Ｖ０、最大の変形より小さい定常変形を与える中間電位Ｖ２を供給する。補助電位供給部は、最大電位と中間電位の電位差、及び／又は、中間電位と最低電位の電位差を分圧して補助電位を生成する。トランジスタは、電源供給部及び補助電位供給部から供給される各電位の供給線と共通電圧波形信号線を選択的に接続する。目標電圧波形生成部は、目標電圧波形を生成する。制御回路は、目標電圧波形と共通電圧波形を比較し、共通電圧波形が目標電圧波形に近づくようにトランジスタを制御する。
【選択図】図６
【解決手段】液体吐出ヘッドは、圧電アクチュエータ６、共通電圧波形信号線、電源供給部、補助電位供給部７３、トランジスタ、目標電圧波形生成部７４、および制御回路を備える。電源供給部は、圧電アクチュエータに最大の変形を与える最大電位Ｖ１、変形を与えない最低電位Ｖ０、最大の変形より小さい定常変形を与える中間電位Ｖ２を供給する。補助電位供給部は、最大電位と中間電位の電位差、及び／又は、中間電位と最低電位の電位差を分圧して補助電位を生成する。トランジスタは、電源供給部及び補助電位供給部から供給される各電位の供給線と共通電圧波形信号線を選択的に接続する。目標電圧波形生成部は、目標電圧波形を生成する。制御回路は、目標電圧波形と共通電圧波形を比較し、共通電圧波形が目標電圧波形に近づくようにトランジスタを制御する。
【選択図】図６
【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それぞれ構成した複数の圧電アクチュエータと、
複数の前記圧電アクチュエータに共通電圧波形を与える共通電圧波形信号線と、
前記圧電アクチュエータに最大の変形を与える最大電位、前記圧電アクチュエータに変形を与えない最低電位、前記圧電アクチュエータに前記最大の変形より小さい定常変形を与える中間電位を供給する電源供給部と、
前記最大電位と前記中間電位の電位差、及び／又は、前記中間電位と前記最低電位の電位差を分圧して補助電位を生成すると共に、キャパシタに前記補助電位の電荷を前記圧電アクチュエータに充放電可能に蓄える補助電位供給部と、
前記電源供給部及び前記補助電位供給部から供給される各電位の供給線と前記共通電圧波形信号線を選択的に接続するトランジスタ群と、
目標電圧波形を生成する目標電圧波形生成部と、
前記目標電圧波形と前記共通電圧波形を比較し、前記共通電圧波形が前記目標電圧波形に近づくように前記トランジスタ群を制御する制御回路と、を備えたことを特徴とする液体吐出ヘッド。
複数の前記圧電アクチュエータに共通電圧波形を与える共通電圧波形信号線と、
前記圧電アクチュエータに最大の変形を与える最大電位、前記圧電アクチュエータに変形を与えない最低電位、前記圧電アクチュエータに前記最大の変形より小さい定常変形を与える中間電位を供給する電源供給部と、
前記最大電位と前記中間電位の電位差、及び／又は、前記中間電位と前記最低電位の電位差を分圧して補助電位を生成すると共に、キャパシタに前記補助電位の電荷を前記圧電アクチュエータに充放電可能に蓄える補助電位供給部と、
前記電源供給部及び前記補助電位供給部から供給される各電位の供給線と前記共通電圧波形信号線を選択的に接続するトランジスタ群と、
目標電圧波形を生成する目標電圧波形生成部と、
前記目標電圧波形と前記共通電圧波形を比較し、前記共通電圧波形が前記目標電圧波形に近づくように前記トランジスタ群を制御する制御回路と、を備えたことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項2】
前記目標電圧波形は、１ドットの液体を吐出する毎に前記中間電位で始まって前記中間電位で終わる波形であ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】
複数ドットの液体の吐出を繰り返し、最後のドットの液体の吐出が終了したら、前記共通電圧波形を前記最低電位に戻して一連の液体吐出動作を終了することを特徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項4】
前記目標電圧波形は、前記補助電位を介して、前記最大電位、前記中間電位、前記最低電位のいずれかに変化する傾斜部を含み、
前記制御回路は、前記目標電圧波形と前記共通電圧波形を比較し、その電位差の大きさに応じた電圧を生成してＯＮ制御する前記トランジスタのゲートに与え、前記トランジスタのＯＮ抵抗を非飽和に変化させて前記傾斜部を含む共通電圧波形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。
前記制御回路は、前記目標電圧波形と前記共通電圧波形を比較し、その電位差の大きさに応じた電圧を生成してＯＮ制御する前記トランジスタのゲートに与え、前記トランジスタのＯＮ抵抗を非飽和に変化させて前記傾斜部を含む共通電圧波形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5】
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、
前記圧電アクチュエータに電圧波形を与える電圧印加部と、
前記圧電アクチュエータに最大の変形を与える最大電位、前記圧電アクチュエータに変形を与えない最低電位、前記圧電アクチュエータに前記最大の変形より小さい変形を与える複数の中間電位を供給する電源供給部と、
前記電源供給部から供給される各電位の供給線と前記電圧印加部を遮断するか又はＯＮ抵抗可変に接続する複数のトランジスタからなるトランジスタ群と、
目標電圧波形を生成する目標電圧波形生成部と、
前記目標電圧波形と前記電圧印加部の電圧波形を比較する比較部と、
目標電圧と比較した結果を参照して前記トランジスタ群の中からＯＮ動作させるトランジスタを選び、かつそのＯＮ抵抗を制御する制御回路と、を備えたことを特徴とする液体吐出ヘッド。
前記圧電アクチュエータに電圧波形を与える電圧印加部と、
前記圧電アクチュエータに最大の変形を与える最大電位、前記圧電アクチュエータに変形を与えない最低電位、前記圧電アクチュエータに前記最大の変形より小さい変形を与える複数の中間電位を供給する電源供給部と、
前記電源供給部から供給される各電位の供給線と前記電圧印加部を遮断するか又はＯＮ抵抗可変に接続する複数のトランジスタからなるトランジスタ群と、
目標電圧波形を生成する目標電圧波形生成部と、
前記目標電圧波形と前記電圧印加部の電圧波形を比較する比較部と、
目標電圧と比較した結果を参照して前記トランジスタ群の中からＯＮ動作させるトランジスタを選び、かつそのＯＮ抵抗を制御する制御回路と、を備えたことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【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、圧電アクチュエータに駆動信号を与えて駆動させる駆動回路をさらに備える。液体吐出ヘッドは、圧電アクチュエータの静電容量、充電電圧、充電回数、放電回数などに応じて、液体を吐出する動作時に圧電アクチュエータと駆動回路が発熱する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許５６２４７３４号公報
【特許文献2】特許５７５９７１０号公報
【特許文献3】特許４１５２７５７号公報
【特許文献4】特許４４８３８８４号公報
【特許文献5】米国特許公開ＵＳ２００７／００７６０２６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、液体を吐出する動作時の圧電アクチュエータまたは駆動回路の発熱を抑え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】
【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、共通電圧波形信号線、電源供給部、補助電位供給部、トランジスタ群、目標電圧波形生成部、および制御回路を備える。複数の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それぞれ構成する。共通電圧波形信号線は、複数の前記圧電アクチュエータに共通電圧波形を与える。電源供給部は、前記圧電アクチュエータに最大の変形を与える最大電位、前記圧電アクチュエータに変形を与えない最低電位、前記圧電アクチュエータに前記最大の変形より小さい定常変形を与える中間電位を供給する。補助電位供給部は、前記最大電位と中間電位の電位差、及び／又は、前記中間電位と前記最低電位の電位差を分圧して補助電位を生成すると共に、キャパシタに前記補助電位の電荷を前記圧電アクチュエータに充放電可能に蓄える。トランジスタ群は、前記電源供給部及び前記補助電位供給部から供給される各電位の供給線と前記共通電圧波形信号線を選択的に接続する。目標電圧波形生成部は、目標電圧波形を生成する。制御回路は、前記目標電圧波形と前記共通電圧波形を比較し、前記共通電圧波形が前記目標電圧波形に近づくように前記トランジスタを制御する。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図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】上記駆動回路で生成する共通電圧波形と目標電圧波形である。
【図8】上記駆動回路の判別回路と判別条件である。
【図9】上記駆動回路のゲート駆動回路である。
【図10】上記駆動回路のＶＣＯＭトランジスタ群である。
【図11】上記ＶＣＯＭトランジスタ群の中の動作させるトランジスタである。
【図12】上記ゲート駆動回路の変形例である。
【図13】ゲート駆動回路を上記変形例としたときのＶＣＯＭトランジスタ群の中の動作させるトランジスタである。
【図14】ゲート駆動回路を上記変形例としたときのＶＣＯＭトランジスタ群の回路図である。
【図15】上記駆動回路の補助電位生成回路である。
【図16】上記補助電位生成回路の変形例である。
【図17】上記駆動回路の選択スイッチである。
【図18】上記共通電圧波形を与えたアクチュエータの動作説明図である。
【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】
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。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。
【0020】
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およびガイド流路４３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２６，個別配線６６，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６４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６４と個別配線６６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、共通電圧波形ＶＣＯＭを生成し、アクチュエータ６に与えて駆動させるインクジェットヘッド１００の駆動回路を示す。駆動回路は、制御回路の一例であるＶＣＯＭ生成回路７、外部電源７１，７２を接続した補助電位生成回路７３、および駆動ＩＣ３で構成する。ＶＣＯＭ生成回路７は、さらに目標電圧生成回路７４、判別回路７５、ゲート駆動回路７６、ＶＣＯＭ生成トランジスタ群７７、および分圧回路７８を備える。
【0029】
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。
【0030】
各チャネルのアクチュエータ６は、それぞれ個別端子に電圧波形を与えることによって駆動する。図７（ａ）に例示する電圧波形は、一連のインク吐出動作のシーケンスを示した共通電圧波形ＶＣＯＭである。共通電圧波形ＶＣＯＭは、各チャネルのアクチュエータ６に共通に与える電圧波形の一例である。従って、チャネル毎に波形生成回路を設けて電圧波形を生成しなくてよい。
【0031】
共通電圧波形ＶＣＯＭは、図７（ａ）の例では、最大電位Ｖ１、最低電位Ｖ０、中間電位Ｖ２、および補助電位Ｖ４１，Ｖ３２，Ｖ３１に電圧を変化させる電圧波形である。最大電位Ｖ１は、インク吐出動作時におけるアクチュエータ６の変形範囲内で、最大の変形を与える電位である。最低電位Ｖ０は、アクチュエータ６に変形を与えない電位である。中間電位Ｖ２は、最大の変形よりも小さい変形をアクチュエータ６に与える電位である。補助電位Ｖ４１は、最大電位Ｖ１と中間電位Ｖ２の間にある電位である。補助電位Ｖ３２，Ｖ３１は、中間電位Ｖ２と最低電位Ｖ０の間にある電位である。
【0032】
ここで、アクチュエータ６に中間電位Ｖ２を与えて変形させることを「定常変形」と称する。定常変形は、例えばインクを吐出する動作の基準とする。例えばコモン端子が共通電位に接続され個別端子に電圧を与えるとｄ３３モード或いはｄ３１モードで縦変形するアクチュエータ６の場合、定常変形を基準にすれば、最大電位Ｖ１を与えて第１の方向（例えば伸長する方向）に変形させ、最低電位Ｖ０を与えて第１の方向とは反対の第２の方向（例えば収縮する方向）に変形させることができる。
【0033】
共通電圧波形ＶＣＯＭは、補助電位生成回路７３から各供給線を介してそれぞれ供給される各電位Ｖ１，Ｖ４１，Ｖ２，Ｖ３２，Ｖ３１，Ｖ０を用いて生成する。
【0034】
ＶＣＯＭ生成回路７の目標電圧生成回路７４は、共通電圧波形ＶＣＯＭの元になる目標電圧波形ＶＩＮを出力する。目標電圧波形ＶＩＮは、例えば図７（ｂ）に示すような波形である。すなわち、目標電圧波形ＶＩＮは、例えばアナログ信号で出力する場合、アクチュエータ６に与えようとする電圧波形と同じか或いはスケーリングした電圧波形で出力する。そしてＶＣＯＭ生成回路７内で、目標電圧波形ＶＩＮに追従するように共通電圧波形ＶＣＯＭを生成する。目標電圧波形ＶＩＮの波形情報は、メモリ７４１に格納しておく。メモリ７４１に格納しておく目標電圧波形ＶＩＮの種類は、一つに限らず、複数種類の目標電圧波形ＶＩＮを格納してよい。出力する目標電圧波形ＶＩＮは、アドレス発生７４２からアドレスを与えてメモリ７４１から読み出し、Ｄ／Ａコンバータ７４３でアナログに変換して出力する。目標電圧生成回路７４は、目標電圧波形生成部の一例である。
【0035】
目標電圧波形ＶＩＮは、例えばアナログ回路設計を扱い易くするために、実際の目標電圧よりも小さい値にスケーリングして出力するのが望ましい。一例として、実際の目標電圧を１／１０にスケーリングする。目標とする電圧波形の振幅が例えば２０Ｖのとき、Ｄ／Ａコンバータ７４３の出力振幅は１／１０の２Ｖにスケーリングして出力する。出力した目標電圧波形ＶＩＮは、判別回路７５とゲート駆動回路７６にそれぞれ与える。
【0036】
分圧回路７８は、共通電圧波形ＶＣＯＭをフィードバックし、目標電圧波形ＶＩＮと比較可能なようにスケーリングした比較電圧波形Ｖsensを出力する。例えば実際の目標電圧を１／１０にスケーリングして目標電圧波形ＶＩＮとした場合、共通電圧波形ＶＣＯＭも１／１０にスケーリングして比較電圧波形Ｖsensとする。出力した比較電圧波形Ｖsensは、判別回路７５とゲート駆動回路７６にそれぞれ与える。
【0037】
比較部の一例である判別回路７５は、図８（ａ）に示すように、目標電圧波形ＶＩＮと比較電圧波形Ｖsensを比較し、比較結果に基づいて制御信号ｅｎ－ａ～ｅｎ－ｊを出力する。図８（ｂ）は、判別回路７５が制御信号ｅｎ－ａ～ｅｎ－ｊを出力するのに用いる判別条件の一例である。
【0038】
図８（ｂ）に示すように、判別回路７５は、目標電圧波形ＶＩＮの電圧が最低電位Ｖ０～補助電位Ｖ３１の間にあるときに、目標電圧波形ＶＩＮの電圧よりも比較電圧波形Ｖsensの電圧の方が小さくなると（ＶIN＞Ｖsens）、制御信号ｅｎ－ａをＨｉｇｈにし、残りの制御信号はＬｏｗにする。反対に、目標電圧波形ＶＩＮの電圧よりも比較電圧波形Ｖsensの電圧の方が大きくなると（ＶIN＜Ｖsens）、制御信号ｅｎ－ｆをＨｉｇｈにし、残りの制御信号をＬｏｗにする。出力した各制御信号ｅｎ－ａ，ｅｎ－ｆは、ゲート駆動回路７６に与える。
【0039】
制御信号ｅｎ－ａ～ｅｎ－ｊは、ＶＣＯＭ生成トランジスタ群７７の複数のトランジスタを排他的に制御するのに用いる。但し、図８（ｂ）の判別条件において、例えばＶ３１などの境界値を目標電圧波形ＶＩＮが通過するときは、制御信号ｅｎ－ａと制御信号ｅｎ－ｂの両方をＨｉｇｈにしてよい（ＶIN＞Ｖsensのとき）。或いは、いずれか一方のみＨｉｇｈにするようにしてもよい。他の条件の境界値も同様である。
【0040】
同様に、判別回路７５は、目標電圧波形ＶＩＮの電圧が補助電位Ｖ３１～補助電位Ｖ３２の間にあるときに、目標電圧波形ＶＩＮの電圧よりも比較電圧波形Ｖsensの電圧の方が小さくなると（ＶIN＞Ｖsens）、制御信号ｅｎ－ｂをＨｉｇｈにし、残りの制御信号はＬｏｗにする。反対に、目標電圧波形ＶＩＮの電圧よりも比較電圧波形Ｖsensの電圧の方が大きくなると（ＶIN＜Ｖsens）、制御信号ｅｎ－ｇをＨｉｇｈにし、残りの制御信号をＬｏｗにする。出力した各制御信号ｅｎ－ｂ，ｅｎ－ｇは、ゲート駆動回路７６に与える。
【0041】
同様に、判別回路７５は、目標電圧波形ＶＩＮの電圧が補助電位Ｖ３２～中間電位Ｖ２の間にあるときに、目標電圧波形ＶＩＮの電圧よりも比較電圧波形Ｖsensの電位の方が小さくなると（ＶIN＞Ｖsens）、制御信号ｅｎ－ｃをＨｉｇｈにし、残りの制御信号はＬｏｗにする。反対に、目標電圧波形ＶＩＮの電圧よりも比較電圧波形Ｖsensの電圧の方が大きくなると（ＶIN＜Ｖsens）、制御信号ｅｎ－ｈをＨｉｇｈにし、残りの制御信号をＬｏｗにする。出力した各制御信号ｅｎ－ｃ，ｅｎ－ｈは、ゲート駆動回路７６に与える。
【0042】
同様に、判別回路７５は、目標電圧波形ＶＩＮの電圧が中間電位Ｖ２～補助電位Ｖ４１の間にあるときに、目標電圧波形ＶＩＮの電圧よりも比較電圧波形Ｖsensの電位の方が小さくなると（ＶIN＞Ｖsens）、制御信号ｅｎ－ｄをＨｉｇｈにし、残りの制御信号はＬｏｗにする。反対に、目標電圧波形ＶＩＮの電圧よりも比較電圧波形Ｖsensの電圧の方が大きくなると（ＶIN＜Ｖsens）、制御信号ｅｎ－ｉをＨｉｇｈにし、残りの制御信号をＬｏｗにする。出力した各制御信号ｅｎ－ｄ，ｅｎ－ｉは、ゲート駆動回路７６に与える。
【0043】
同様に、判別回路７５は、目標電圧波形ＶＩＮの電圧が補助電位Ｖ４１～最大電位Ｖ１の間にあるときに、目標電圧波形ＶＩＮの電圧よりも比較電圧波形Ｖsensの電圧の方が小さくなると（ＶIN＞Ｖsens）、制御信号ｅｎ－ｅをＨｉｇｈにし、残りの制御信号はＬｏｗにする。反対に、目標電圧波形ＶＩＮの電圧よりも比較電圧波形Ｖsensの電圧の方が大きくなると（ＶIN＜Ｖsens）、制御信号ｅｎ－ｊをＨｉｇｈにし、残りの制御信号をＬｏｗにする。出力した各制御信号ｅｎ－ｅ，ｅｎ－ｊは、ゲート駆動回路７６に与える。
【0044】
ゲート駆動回路７６は、判別回路７５から入力される制御信号ｅｎ－ａ～ｅｎ－ｊに基づき、ＶＣＯＭ生成トランジスタ群７７の複数のトランジスタを排他的にＯＮ制御すると共に、トランジスタのＯＮ抵抗まで制御する電圧（制御電圧Ｃ０Ｎ～Ｃ１Ｐ）を生成して出力する。
【0045】
目標電圧ＶINの値に関わらず、ＶIN＝Ｖsensのときは検出電圧が目標通りなので制御信号ｅｎ－ａ～ｅｎ－ｊは全てＬｏｗとし、すなわちＶＣＯＭ生成トランジスタ群７７は全てＯＦＦする。回路を安定動作させるために、検出電圧が目標通りだと見做す範囲を設定して、その範囲内をＶIN≒Ｖsensとして、そのとき制御信号ｅｎ－ａ～ｅｎ－ｊを全てＬｏｗとし、ＶＣＯＭ生成トランジスタ群７７を全てＯＦＦとしてもよい。
【0046】
図９は、ゲート駆動回路７６の一例である。図９のゲート駆動回路７６は、複数の差動増幅器８０～８９によって構成している。差動増幅器８０～８９は、ＶIN＞Ｖsensのときに動作する差動増幅器群８０～８４と、ＶIN＜Ｖsensのときに動作する差動増幅器群８５～８９を備える。ＶIN＞Ｖsensのときに動作する差動増幅器８０～８４は、プラス入力にＶsensを接続し、マイナス入力にＶＩＮを接続する。マイナス入力には、さらにダイオードＤのアノードを接続する。一方、ダイオードＤのカソードには、差動増幅器８０～８４毎に割り当てた制御信号ｅｎ－ａ～ｅｎ－ｅの入力を接続する。各差動増幅器８０～８４のプラス入力とマイナス入力にそれぞれ接続した抵抗は、制限抵抗である。特にマイナス入力の制限抵抗は、ダイオードＤを保護する。
【0047】
一方、ＶIN＜Ｖsensのときに動作する差動増幅器８５～８９も、プラス入力にＶsensを接続し、マイナス入力にＶＩＮを接続する。プラス入力には、さらにダイオードＤのアノードを接続する。一方、ダイオードＤのカソードには、差動増幅器８５～８９毎に割り当てた制御信号ｅｎ－ｆ～ｅｎ－ｊの入力を接続する。各差動増幅器８５～８９のプラス入力とマイナス入力にそれぞれ接続した抵抗は、制限抵抗である。特にマイナス入力の制限抵抗は、ダイオードＤを保護する。
【0048】
既述のとおり、判別回路７５からゲート駆動回路７６に入力する制御信号ｅｎ－ａ～ｅｎ－ｊは、例えば図８（ｂ）の判別表に示すように、条件毎にいずれかがＨｉｇｈで残りがＬｏｗである（境界値を通過するときは除く）。従って、差動増幅器８０～８９は排他的に動作する。一例として、目標電圧波形ＶＩＮの電圧が最低電位Ｖ０～補助電位Ｖ３１の間にあるときの、差動増幅器８０と差動増幅器８５の動作を、詳しくは後述する図１０のＶＣＯＭ生成トランジスタ群７７の該当トランジスタの動作と併せて説明する。目標電圧波形ＶＩＮの電圧よりも比較電圧波形Ｖsensの電圧の方が大きいとき（ＶIN＜Ｖsens）、制御信号ｅｎ－ａはＬｏｗであり差動増幅器８０はアナログ動作せず飽和して出力Ｃ３１Ｐを最大電圧に固定する。これがＶＣＯＭ生成トランジスタ群７７の該当するＰｃｈトランジスタ９６Pのゲート電圧を最大電圧とするのでＰｃｈトランジスタ９６Pはオフ動作に固定される。このとき制御信号ｅｎ－ｆはＨｉｇｈでありダイオードDがＯＦＦになって差動増幅器８５はアナログ動作する。より詳細には、差動増幅器８５は、マイナス入力のＶＩＮとプラス入力のＶsensの電位差に応じて増幅した電圧（制御電圧）Ｃ０Ｎを出力する。制御電圧Ｃ０Ｎの電圧は、ＶＩＮとＶsensの電位差に応じて変わる。これにより制御電圧Ｃ０Ｎは、ＶＣＯＭ生成トランジスタ群７７内の対応するＮｃｈトランジスタ９２のＯＮ抵抗を変えることができる。
【0049】
目標電圧波形ＶＩＮの電圧よりも比較電圧波形Ｖsensの電圧の方が小さくなると（ＶIN＞Ｖsens）、制御信号ｅｎ－ａがＨｉｇｈになり、ダイオードＤがＯＦＦになって差動増幅器８０はアナログ動作する。より詳細には、差動増幅器８０は、マイナス入力のＶＩＮとプラス入力のＶsensの電位差に応じて増幅した電圧（制御電圧）Ｃ３１Ｐを出力する。制御電圧Ｃ３１Ｐの電圧は、ＶＩＮとＶsensの電位差に応じて変わる。これにより制御電圧Ｃ３１Ｐは、ＶＣＯＭ生成トランジスタ群７７内の対応するＰｃｈトランジスタ９６ＰのＯＮ抵抗を変えることができる。このとき制御信号ｅｎ－ｆはＬｏｗであり差動増幅器８５はアナログ動作せず飽和して出力Ｃ０Ｎをゼロに固定する。これがＶＣＯＭ生成トランジスタ群７７の該当するＮｃｈトランジスタ９２のゲート電圧をゼロとするのでＮｃｈトランジスタ９２はオフ動作に固定される。他の差動増幅器８１～８９も同様に、制御電圧ＣｘＰ、ＣｘＮは、対応するトランジスタのＯＮ／ＯＦＦ制御に加えて、トランジスタのＯＮ抵抗も変えることができる。ＶＩＮとＶsensの各条件に対して有効となるＶＣＯＭ生成トランジスタ群７７のトランジスタは図１１のとおりとなる。
【0050】
ＶＣＯＭ生成トランジスタ群７７は、共通電圧波形ＶＣＯＭを生成する波形生成回路の一例である。ＶＣＯＭ生成トランジスタ群７７は、補助電位生成回路７３から供給される複数の電位Ｖ１，Ｖ２，Ｖ４１，Ｖ３１，Ｖ３２の各供給線と、共通電圧波形ＶＣＯＭを駆動ＩＣ３に与える共通電圧波形信号線を選択的に接続する。
【0051】
図１０は、ＶＣＯＭ生成トランジスタ群７７の構成の一例である。ＶＣＯＭ生成トランジスタ群７７は、最大電位Ｖ１を与える電流ソーススイッチ９１、最低電位Ｖ０を与える電流シンクスイッチ９２、中間電位Ｖ２を与える双方向スイッチ９３、補助電位Ｖ４１を与える双方向スイッチ９４、補助電位Ｖ３２を与える双方向スイッチ９５、補助電位Ｖ３１を与える双方向スイッチ９６を備えている。以下は、単に「スイッチ９１～９６」と称する場合がある。
【0052】
各スイッチ９１～９６は、トランジスタを用いて構成する。スイッチ９１は、ＰチャンネルのＰｃｈトランジスタを用い、Ｐｃｈトランジスタのゲートにゲート電圧Ｃ１Ｐを入力する。Ｐｃｈトランジスタのソースは最大電位Ｖ１に接続し、ドレインは共通電圧波形ＶＣＯＭの信号線に接続する。スイッチ９２は、ＮチャンネルのＮｃｈトランジスタを用い、Ｎｃｈトランジスタのゲートにゲート電圧Ｃ０Ｎを入力する。Ｎｃｈトランジスタのドレインは共通電圧波形ＶＣＯＭの信号線に接続し、ソースは最低電位Ｖ０に接続する。
【0053】
中間電位Ｖ２、補助電位Ｖ４１，Ｖ３２，Ｖ３１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９３～９６は、双方向スイッチとしている。スイッチ９３は、ＰチャンネルのＰｃｈトランジスタ９３ＰとＮチャンネルのＮｃｈトランジスタ９３Ｎを並列接続して双方向スイッチとしている。Ｐｃｈトランジスタ９３Ｐは、ゲートにゲート電圧Ｃ２Ｐを入力する。Ｐｃｈトランジスタ９３Ｐのソースは中間電位Ｖ２に接続し、ドレインは共通電圧波形ＶＣＯＭの信号線に接続する。一方、Ｎｃｈトランジスタ９３Ｎは、ゲートにゲート電圧Ｃ２Ｎを入力する。Ｎｃｈトランジスタ９３Ｎのソースは中間電位Ｖ２に接続し、ドレインは共通電圧波形ＶＣＯＭの信号線に接続する。各トランジスタに接続したショットキーダイオードは、逆電流を阻止する。
【0054】
スイッチ９４は、ＰチャンネルのＰｃｈトランジスタ９４ＰとＮチャンネルのＮｃｈトランジスタ９４Ｎを並列接続して双方向スイッチとしている。Ｐｃｈトランジスタ９４Ｐは、ゲートにゲート電圧Ｃ４１Ｐを入力する。Ｐｃｈトランジスタ９４Ｐのソースは補助電位Ｖ４１に接続し、ドレインは共通電圧波形ＶＣＯＭの信号線に接続する。一方、Ｎｃｈトランジスタ９４Ｎは、ゲートにゲート電圧Ｃ４１Ｎを入力する。Ｎｃｈトランジスタ９４Ｎのソースは補助電位Ｖ４１に接続し、ドレインは共通電圧波形ＶＣＯＭの信号線に接続する。各トランジスタに接続したショットキーダイオードは、逆電流を阻止する。
【0055】
スイッチ９５は、ＰチャンネルのＰｃｈトランジスタ９５ＰとＮチャンネルのＮｃｈトランジスタ９５Ｎを並列接続して双方向スイッチとしている。Ｐｃｈトランジスタ９５Ｐは、ゲートにゲート電圧Ｃ３２Ｐを入力する。Ｐｃｈトランジスタ９５Ｐのソースは補助電位Ｖ３２に接続し、ドレインは共通電圧波形ＶＣＯＭの信号線に接続する。一方、Ｎｃｈトランジスタ９５Ｎは、ゲートにゲート電圧Ｃ３２Ｎを入力する。Ｎｃｈトランジスタ９５Ｎのソースは補助電位Ｖ３２に接続し、ドレインは共通電圧波形ＶＣＯＭの信号線に接続する。各トランジスタに接続したショットキーダイオードは、逆電流を阻止する。
【0056】
スイッチ９６は、ＰチャンネルのＰｃｈトランジスタ９６ＰとＮチャンネルのＮｃｈトランジスタ９６Ｎを並列接続して双方向スイッチとしている。Ｐｃｈトランジスタ９６Ｐは、ゲートにゲート電圧Ｃ３１Ｐを入力する。Ｐｃｈトランジスタ９６Ｐのソースは補助電位Ｖ３１に接続し、ドレインは共通電圧波形ＶＣＯＭの信号線に接続する。一方、Ｎｃｈトランジスタ９６Ｎは、ゲートにゲート電圧Ｃ３１Ｎを入力する。Ｎｃｈトランジスタ９６Ｎのソースは補助電位Ｖ３１に接続し、ドレインは共通電圧波形ＶＣＯＭの信号線に接続する。各トランジスタに接続したショットキーダイオードは、逆電流を阻止する。
【0057】
ＶＣＯＭ生成トランジスタ群７７は、ゲート駆動回路７６から入力される制御電圧Ｃ０Ｎ～Ｃ１Ｐによって各スイッチ９１～９５の各トランジスタを排他的にＯＮ制御する。すなわち、各トランジスタのゲート電圧は、差動増幅器８０～８９によってアナログ制御される。但し、ＯＮ／ＯＦＦではなく、その電圧に従って非飽和にトランジスタのＯＮ抵抗が変化するように構成している。これにより、例えば図７（ａ）に示した傾斜部を含む共通電圧波形ＶＣＯＭを生成する。
【0058】
既述のように、図１０におけるソース側（Ｐ）のゲート入力Ｃ＊Ｐは、Ｌレベル入力でレベルに応じた抵抗でＯＮし、Ｈレベル入力でＯＦＦする。ソース側（Ｎ）のゲート入力Ｃ＊Ｎは、Ｈレベル入力レベルに応じた抵抗でＯＮし、Ｌレベル入力でＯＦＦする。各トランジスタは排他的に制御され、何れかひとつが抵抗を持ってＯＮのとき他はＯＦＦである。各双方向スイッチ９３～９６の同電位に接続されるソース側のトランジスタ（Ｐ）とシンク側のトランジスタ（Ｎ）は、他方のゲートをＯＮ制御するときもう一方も同時にＯＮ制御してもよい。また、使用するトランジスタにＭＯＳトランスファゲート（ＭＯＳアナログスイッチ）を用いることで逆電流阻止のショットキーダイオードを省略してもよい。或いは使用するトランジスタをＰｃｈ型ＤＭＯＳとＮｃｈ型ＤＭＯＳの直列で構成して、逆電流阻止のショットキーダイオードを省略してもよい。
【0059】
他方のゲートをＯＮ制御するときもう一方も同時にＯＮ制御する場合は、判別回路７５の制御信号ｅｎ－ａ～ｅｎ－ｅの出力を用いて、ゲート駆動回路７６を図１２のように構成すればよい。この場合、ＶＩＮとＶsensの各条件に対して有効となるＶＣＯＭ生成トランジスタ群７７のうちＶＩＮとＶsensの各条件に対して有効となるトランジスタは図１３のとおりとなる。また、使用するトランジスタにＭＯＳトランスファゲート（ＭＯＳアナログスイッチ）を用いることで逆電流阻止のショットキーダイオードを省略すると、ＶＣＯＭ生成トランジスタ群７７の回路は図１４のようになる。
【0060】
共通電圧波形ＶＣＯＭの生成に用いる各電位Ｖ１，Ｖ２，Ｖ４１，Ｖ３２，Ｖ３１，Ｖ０の電源は、補助電位生成回路７３から供給する。最大電位Ｖ１，中間電位Ｖ２及び最低電位Ｖ０は、補助電位生成回路７３に接続した外部電源７１，７２から供給する。すなわち、中間電位Ｖ２は、電圧Ｖ２の外部電源７１から供給する。最大電位Ｖ１は、直列に接続した電圧Ｖ２の外部電源７１と電圧Ｖ１－Ｖ２の外部電源７２から供給する。最低電位Ｖ０は、外部電源７１の負極側から供給する。各電位Ｖ１，Ｖ２，Ｖ０の値は、アクチュエータ６の構造やインクの種類などによって決定してよい。一例を挙げると、最大電位Ｖ１が３０Ｖ、中間電位Ｖ２が１８Ｖ、最低電位Ｖ０が０Ｖである。最大電位Ｖ１、中間電位Ｖ２、最低電位Ｖ０の電源７１，７２は、電源供給部の一例である。
【0061】
一方、補助電位Ｖ４１，Ｖ３２，Ｖ３１は、個別に外部電源は設けず、補助電位生成回路７３で生成する。補助電位Ｖ４１は、最大電位Ｖ１と中間電位Ｖ２の間にある電位である。この例では、最大電位Ｖ１と中間電位Ｖ２の電位差を二等分に分圧して、補助電位４１としている。一例を挙げるとＶ１＝３０Ｖ、Ｖ２＝１８Ｖ、Ｖ４１＝２４Ｖである。生成する補助電位の数は１個に限らない。すなわち、最大電位Ｖ１と中間電位Ｖ２の電位差をｍ等分に分圧し、ｍ－１個の補助電位を生成する。「ｍ」は、２以上である。
【0062】
補助電位Ｖ３１，Ｖ３２は、中間電位Ｖ２と最低電位Ｖ０の間にある互いに異なる電位である。この例では、中間電位Ｖ２と最低電位Ｖ０の電位差を三等分に分圧し、中間電位Ｖ２の１／３の電位を補助電位Ｖ３１とし、中間電位Ｖ２の２／３の電位をＶ３２としている。一例を挙げるとＶ２＝１８Ｖ、Ｖ３２＝１２Ｖ、Ｖ３１＝６Ｖである。生成する補助電位の数は２個に限らない。すなわち、中間電位Ｖ２と最低電位Ｖ０の電位差をｎ等分に分圧し、ｎ－１個の補助電位を生成する。「ｎ」は、２以上である。
【0063】
図１５は、補助電位生成回路７３の好ましい一例である。補助電位生成回路７３は、最大電位Ｖ１と中間電位Ｖ２の間に２個の分圧抵抗Ｒｄ１，Ｒｄ２を直列に接続して分圧する。２個の分圧抵抗Ｒｄ１，Ｒｄ２は、抵抗値が同じものを用いる。これにより最大電位Ｖ１と中間電位Ｖ２の電位差を、二等分に分圧する。さらに、最大電位Ｖ１と中間電位Ｖ２の間に、２個のキャパシタＣＳ１，ＣＳ２を直列に接続する。キャパシタＣＳ１，ＣＳ２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。
【0064】
分圧抵抗Ｒｄ１，Ｒｄ２間のノードとキャパシタＣＳ１，ＣＳ２間のノードは、オペアンプＯＰ１を介して接続する。オペアンプＯＰ１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ＯＰ１の出力とキャパシタＣＳ１，ＣＳ２間のノードとの間に、制限抵抗ＲＳ１を接続する。
【0065】
オペアンプＯＰ１は、分圧抵抗Ｒｄ１，Ｒｄ２で決まる補助電位を目標値として、キャパシタＣＳ１，ＣＳ２を充放電する。キャパシタＣＳ１，ＣＳ２に充電した補助電位Ｖ４１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は、アクチュエータ６から放電された補助電位Ｖ４１の電荷を受け取って蓄える。つまり、補助電位Ｖ４１のアクチュエータ６の充放電は、キャパシタＣＳ１，ＣＳ２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。
【0066】
さらに補助電位生成回路７３は、中間電位Ｖ２と最低電位Ｖ０の間に３個の分圧抵抗Ｒｄ３，Ｒｄ４，Ｒｄ５を直列に接続して分圧する。３個の分圧抵抗Ｒｄ３，Ｒｄ４，Ｒｄ５は、抵抗値が同じものを用いる。これにより中間電位Ｖ２と最低電位Ｖ０の電位差を、三等分に分圧する。さらに、中間電位Ｖ２と最低電位Ｖ０の間に、３個のキャパシタＣＳ３，ＣＳ４，ＣＳ５を直列に接続する。キャパシタＣＳ３，ＣＳ４，ＣＳ５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。
【0067】
各分圧抵抗Ｒｄ３，Ｒｄ４，Ｒｄ５間のノードと各キャパシタＣＳ３，ＣＳ４，ＣＳ５間のノードは、オペアンプＯＰ２を介して接続する。オペアンプＯＰ２は、プラス入力に分圧抵抗Ｒｄ３，Ｒｄ４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ＯＰ２の出力とキャパシタＣＳ３，ＣＳ４間のノードとの間に、制限抵抗ＲＳ２を接続する。同様に、オペアンプＯＰ３は、プラス入力に分圧抵抗Ｒｄ４，Ｒｄ５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ＯＰ３の出力とキャパシタＣＳ４，ＣＳ５間のノードとの間に、制限抵抗ＲＳ３を接続する。
【0068】
オペアンプＯＰ２，ＯＰ３は、分圧抵抗Ｒｄ３，Ｒｄ４，Ｒｄ５で決まる補助電位を目標値として、キャパシタＣＳ３，ＣＳ４，ＣＳ５を充放電する。キャパシタＣＳ３，ＣＳ４，ＣＳ５に充電した補助電位Ｖ３１，Ｖ３２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ＣＳ３，ＣＳ４，ＣＳ５は、アクチュエータ６から放電された補助電位Ｖ３１，Ｖ３２の電荷を受け取って蓄える。つまり、補助電位Ｖ３１，Ｖ３２のアクチュエータ６の充放電は、キャパシタＣＳ３，ＣＳ４，ＣＳ５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。
【0069】
制限抵抗ＲＳ１，ＲＳ２，ＲＳ３は、オペアンプＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３が補助電位Ｖ４１，Ｖ３１，Ｖ３２の電位変動に過剰に反応して動作するのを防ぐ。すなわち、補助電位Ｖ４１，Ｖ３１，Ｖ３２の電荷をアクチュエータ６に与えて充電すると、キャパシタＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３，ＣＳ４，ＣＳ５の電圧が下がるが、このキャパシタキャパシタＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３，ＣＳ４，ＣＳ５の電圧低下にオペアンプＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３が敏感に反応して動作すると、電力を消費する。そこで制限抵抗ＲＳ１，ＲＳ２，ＲＳ３を設けて、オペアンプＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３の反応の速さを調整している。オペアンプＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３は、出来るだけキャパシタＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３，ＣＳ４，ＣＳ５の初期充電時にだけ動作するのが望ましい。また、オペアンプＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３を用いると、分圧抵抗Ｒｄ１，Ｒｄ２，Ｒｄ３，Ｒｄ４，Ｒｄ５の抵抗値を大きくすることができ、その分、消費電力を抑えられる利点もある。
【0070】
上述の補助電位生成回路７３は、補助電位供給部の一例である。但し、補助電位生成回路７３は、図１６に変形例を示すように、オペアンプＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３と制限抵抗ＲＳ１，ＲＳ２，ＲＳ３を省略するようにしてもよい。
【0071】
生成した共通電圧波形ＶＣＯＭは、共通電圧波形信号線と駆動ＩＣ３を介して各チャネルのアクチュエータ６に与える。駆動ＩＣ３は、インクを吐出するアクチュエータ６に共通電圧波形ＶＣＯＭを選択的に与える選択スイッチを備える。図１７は、選択スイッチ９７をアナログスイッチ群で構成した一例である。アナログスイッチ群は、電圧印加部の一例である。図１７に示すように、各チャネルの選択スイッチ９７は、アクチュエータ６を充放電可能なように双方向スイッチとしている。駆動ＩＣ３は、プリントデータに基づき、インクを吐出するチャネルに制御信号ＣＣ１～ＣＣ２を与える。該当するチャネルの選択スイッチ９７は、制御信号ＣＣ１～ＣＣ２によってＯＮし、共通電圧波形ＶＣＯＭをアクチュエータ６に与える。制御信号ＣＣ１～ＣＣ２は、ピクセルデータとして例えばプリンタの制御部である制御基板１７から入力する。
【0072】
続いて、共通電圧波形ＶＣＯＭを生成し、生成した共通電圧波形ＶＣＯＭを選択的にアクチュエータ６に与えてインク吐出動作について説明する。
【0073】
例えば初期状態では、ＶＣＯＭ生成回路７は、最低電位Ｖ０の電圧波形を生成し、アクチュエータ６の個別端子に与える。そして、一連のインク吐出動作のシーケンスを開始すると、ＶＣＯＭ生成回路７は、最低電位Ｖ０から中間電位Ｖ２に変化する電圧波形を生成して、アクチュエータ６に与える。すなわち、ＶＣＯＭ生成回路７内で、最低電位Ｖ０から中間電位Ｖ２に変化する目標電圧波形ＶＩＮを出力し、それに追従するように共通電圧波形ＶＣＯＭを生成する。
【0074】
中間電位Ｖ２が与えられたアクチェータ６は、定常変形する。具体的には、図１８（ａ）に示すように、圧電体６１の分極軸の向きに電界が印加され、アクチュエータ６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、中間電位Ｖ２を保持して、待機状態とする。
【0075】
その後、プリントデータに従って１ドットのインクを吐出する動作を開始する場合、ＶＣＯＭ生成回路７は、補助電位Ｖ３２，Ｖ３１を経由して中間電位Ｖ２から最低電位Ｖ０に変化する電圧波形を生成する。一方で、駆動ＩＣ３は、インクを吐出するチャネルの選択スイッチ９７をＯＮする。これにより、補助電位Ｖ３２，Ｖ３１を経由して中間電位Ｖ２から最低電位Ｖ０に変化する電圧波形を、インクを吐出するアクチュエータ６に与える。その結果、図１８（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。
【0076】
そして、駆動電圧をＶ２からＶ０に下げる変化をさせ始めてから例えばヘッド部２の圧力振動周期の１／２の時間が経過した後、ＶＣＯＭ生成回路７は、補助電位Ｖ３２，Ｖ３１を経由して最低電位Ｖ０から中間電位Ｖ２に変化する電圧波形を生成し、アクチュエータ６に与える。このように補助電位Ｖ３２，Ｖ３１を経由して最低電位Ｖ０から中間電位Ｖ２にアクチュエータ６の電圧を上げることによって、図１８（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からインクの液滴Ｒが吐出する。
【0077】
そして、中間電位Ｖ２に挙げてから例えばヘッド部２の圧力振動周期の１／２の時間が経過した後、ＶＣＯＭ生成回路７は、補助電位Ｖ４１を経由して中間電位Ｖ２から最大電位Ｖ１に変化する電圧波形を生成し、アクチュエータ６に与える。所定時間後、ＶＣＯＭ生成回路７は、補助電位Ｖ４１を経由して最大電位Ｖ１から中間電位Ｖ２に変化する電圧波形を生成し、アクチュエータ６に与える。その際のアクチュエータ６の伸長（図１８（ｄ））と復帰（図１８（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。プリントデータに基づき続けてインクを吐出する場合、中間電位Ｖ２で始まり中間電位Ｖ２で終わる１ドットのインクの吐出動作を繰り返す。そして最後のドットのインクの吐出が終了したら、図７（ａ）に示すように最低電位Ｖ０に戻して一連の液体吐出動作を終了する。
【0078】
１ドットのインクを吐出する電圧波形（図７（ａ）参照）は、中間電位Ｖ２で始まり中間電位Ｖ２で終わる。その間ヘッドから補助電源Ｖ３１、Ｖ３２、Ｖ４１に充電するときのヘッドと補助電源の電圧差と回数は補助電源Ｖ３１、Ｖ３２、Ｖ４１からヘッドに充電するときのヘッドと補助電源の電圧差と回数に等しい。このため１ドットのインク吐出動作の間に補助電源Ｖ３１、Ｖ３２、Ｖ４１から放電された電荷と同じだけの電荷が補助電源Ｖ３１、Ｖ３２、Ｖ４１に回生され、補助電位Ｖ３１、Ｖ３２、Ｖ４１は、インクを吐出した後も従前の電圧を維持する。この補助電位Ｖ３１、Ｖ３２、Ｖ４１の電荷の供給と回生により、消費電力を軽減することができ、インクジェットヘッド１００の駆動回路とアクチュエータ６の発熱が抑えられる。勿論、１ドットのインクを吐出する電圧波形は、図７（ａ）の電圧波形に限らない。例えば複数のインク滴をドロップして１ドットを形成するマルチドロップの電圧波形などであってもよい。さらに、上述の引き打ちの電圧波形に限らない。中間電位Ｖ２で始まり中間電位Ｖ２で終わる間、ヘッドから各補助電源に充電するときのヘッドと補助電源の電圧差と補助電源からヘッドに充電するときのヘッドと補助電源の電圧差と回数を等しくするという規則を維持する限り、どのような電圧波形であっても補助電位Ｖ３１、Ｖ３２、Ｖ４１の電荷の収支は保たれるからである。従って、オペアンプＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３による充電量は小さく、消費電力を節約することができる。
【0079】
さらに、キャパシタＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３，ＣＳ４の静電容量を、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十分大きく設定しているので、１ドットのインクを吐出する電圧波形のシーケンスの中でキャパシタＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３，ＣＳ４の電圧変化を小さくできる。これにより、オペアンプＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３が過剰に反応して電力を消費するのを抑えることができる。更にオペアンプＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３の出力に制限抵抗ＲＳ１，ＲＳ２，ＲＳ３を設けたことで、キャパシタＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３，ＣＳ４の僅かな電圧変化にも、オペアンプＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３が反応しないようにしている。
【0080】
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、インク吐出動作時のアクチュエータ６及び駆動回路の発熱と消費電力を抑えることが可能である。さらに、図１０の各トランジスタをアナログ動作させているのでアクチュエータ６の発熱を抑えることができ、またアクチュエータ６の動作から不要な高周波成分を取り除いてインクを安定に吐出することが可能となる。
【0081】
なお、補助電位Ｖ３１、Ｖ３２、Ｖ４１は、中間電位Ｖ２とは生成方法が異なるが、最高電位と最低電位の間にある中間電位でもある。すなわち最高電位と最低電位の間に１以上の中間電位を設定している。インクを吐出するチャネルは、必ずしも複数設けなくてもよい。さらにアクチュエータ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。
【0082】
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。
【0083】
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】
【0084】
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
６ アクチュエータ
７ ＶＣＯＭ生成回路
７１，７２ 外部電源
７３ 補助電位生成回路
７４ 目標電圧生成回路
７５ 判別回路
７６ ゲート駆動回路
７７ ＶＣＯＭ生成トランジスタ群
Ｒｄ 分圧抵抗
Ｃｓ キャパシタ
Ｒｓ 制限抵抗
ＯＰ オペアンプ
Ｖ１ 最大電位
Ｖ２ 中間電位
Ｖ０ 最低電位
Ｖ３１，Ｖ３２，Ｖ４１ 補助電位
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
６ アクチュエータ
７ ＶＣＯＭ生成回路
７１，７２ 外部電源
７３ 補助電位生成回路
７４ 目標電圧生成回路
７５ 判別回路
７６ ゲート駆動回路
７７ ＶＣＯＭ生成トランジスタ群
Ｒｄ 分圧抵抗
Ｃｓ キャパシタ
Ｒｓ 制限抵抗
ＯＰ オペアンプ
Ｖ１ 最大電位
Ｖ２ 中間電位
Ｖ０ 最低電位
Ｖ３１，Ｖ３２，Ｖ４１ 補助電位
【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】