(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-09-26
(45)【発行日】2022-10-04
(54)【発明の名称】制御装置及びインクジェット記録装置
(51)【国際特許分類】
B41J 2/14 20060101AFI20220927BHJP
B41J 2/015 20060101ALI20220927BHJP
B41J 2/045 20060101ALI20220927BHJP
B41J 2/01 20060101ALI20220927BHJP
H01L 41/09 20060101ALI20220927BHJP
H01L 41/187 20060101ALI20220927BHJP
【ＦＩ】
B41J2/14 611
B41J2/015 101
B41J2/14 303
B41J2/045
B41J2/01 301
H01L41/09
H01L41/187
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2019019351
(22)【出願日】2019-02-06
(65)【公開番号】P2020124872
(43)【公開日】2020-08-20
【審査請求日】2021-10-13
(73)【特許権者】
【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】100108855
【弁理士】
【氏名又は名称】蔵田 昌俊
(74)【代理人】
【識別番号】100103034
【弁理士】
【氏名又は名称】野河 信久
(74)【代理人】
【識別番号】100075672
【弁理士】
【氏名又は名称】峰 隆司
(74)【代理人】
【識別番号】100153051
【弁理士】
【氏名又は名称】河野 直樹
(74)【代理人】
【識別番号】100179062
【弁理士】
【氏名又は名称】井上 正
(74)【代理人】
【識別番号】100162570
【弁理士】
【氏名又は名称】金子 早苗
(72)【発明者】
【氏名】小野 俊一
【審査官】牧島 元
(56)【参考文献】
【文献】特開２００３－１１２４２６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－０４１０７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－２８５４４１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－３０６３９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０１０７４８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ４１Ｊ ２／０１－２／２１５
Ｈ０１Ｌ ４１／０９
Ｈ０１Ｌ ４１／１８７
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
充電可能な電圧源と、第１の電極、第２の電極、及び前記第１の電極と前記第２の電極とに挟まれた圧電体によって構成され、電荷の充放電とともに前記圧電体が変形する等価キャパシタと、
前記圧電体の変形によって容積が変化する、液体を収容する圧力室と、
複数の前記等価キャパシタを前記電圧源に並列接続して充電し、
複数の前記等価キャパシタを前記電圧源に直列接続することで、前記等価キャパシタに蓄えられた電荷を前記電圧源に放電して前記電圧源を充電するとともに、前記圧電体の変形によって前記液体を前記圧力室から吐出させる、
制御部と、を備える制御装置。
【請求項2】
前記第１の電極を前記電圧源に接続する第１のスイッチと、前記第１の電極を他の等価キャパシタの前記第２の電極と接続する第２のスイッチと、をさらに備え、
前記制御部は、
前記第１のスイッチを閉じることで前記等価キャパシタを充電し、
前記第２のスイッチを閉じることで前記等価キャパシタを直列接続する、請求項１に記載の制御装置。
【請求項3】
前記制御部は、前記第１の電極とグラウンドとを接続することで、前記等価キャパシタに蓄えられている電荷をグラウンドに放電する、請求項１又は請求項２に記載の制御装置。
【請求項4】
前記第１の電極とグラウンドとを接続する第３のスイッチをさらに備え、前記制御部は、前記第３のスイッチを閉じることで、前記等価キャパシタに蓄えられている電荷をグラウンドに放電する、請求項３に記載の制御装置。
【請求項5】
充電可能な電圧源と、第１の電極、第２の電極、及び前記第１の電極と前記第２の電極とに挟まれた圧電体によって構成され、電荷の充放電とともに前記圧電体が変形する等価キャパシタと、
前記圧電体の変形によって容積が変化する、液体を収容する圧力室と、
前記圧力室に液体を供給する液体供給装置と、
複数の前記等価キャパシタを前記電圧源に並列接続して充電し、
複数の前記等価キャパシタを前記電圧源に直列接続することで、前記等価キャパシタに蓄えられた電荷を前記電圧源に放電して前記電圧源を充電するとともに、前記圧電体の変形によって前記液体を前記圧力室から吐出させる、
制御部と、を備えるインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、制御装置及びインクジェット記録装置に関する。
【背景技術】
【0002】
ピエゾ方式のインクジェットヘッドは、ピエゾアクチュエータを駆動させることでインク室の容積を増加及び減少させる。これにより、インクジェットヘッドは、インク室内の液体を吐出する。インクジェットヘッドは、ピエゾアクチュエータを駆動させるために、ＦＥＴ（field effect transistor）などのスイッチを用いるなどして、ピエゾアクチュエータが備える２つの電極間にかける電圧を切り替える。例えば、インクジェットヘッドは、当該電極間に電圧をかけることで、ピエゾアクチュエータを駆動させ、インク室の容積を膨張させる。そして、インクジェットヘッドは、当該電極間の電位差を等電位にすることで、インク室の容積を減少させる。このようにインク室の容積が減少することによって液体の圧力が上昇し、インク室内から液体が吐出される。
【0003】
ピエゾアクチュエータは、電極と電極との間に圧電体が挟まれた構造をしている。したがって、ピエゾアクチュエータは、電気的にキャパシタと等価である。すなわち、ピエゾアクチュエータは、電極間に電圧がかかることで電荷を充電する。そして、ピエゾアクチュエータは、充電した電荷を放電することで、電極間の電位差が等電位となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２００３－２８５４４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
従来、ピエゾ方式のインクジェットヘッドは、インク室の容積を膨張及び収縮させる度に、ピエゾアクチュエータに充電した電荷をグラウンドに放電する。放電される電荷は再利用されないため、消費電力が大きい。放電する電荷を再利用することができれば、消費電力を抑えることができると考えられる。
【0006】
本発明の実施形態が解決しようとする課題は、消費電力を抑えた制御装置及びインクジェット記録装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
実施形態の制御装置は、電圧源、等価キャパシタ、圧力室及び制御部を備える。電圧源は、充電可能である。等価キャパシタは、第１の電極、第２の電極、及び前記第１の電極と前記第２の電極とに挟まれた圧電体によって構成され、電荷の充放電とともに前記圧電体が変形する。圧力室は、前記圧電体の変形によって容積が変化する。圧力室は、液体を収容する。制御部は、複数の前記等価キャパシタを前記電圧源に並列接続して充電する。制御部は、複数の前記等価キャパシタを前記電圧源に直列接続することで、前記等価キャパシタに蓄えられた電荷を前記電圧源に放電して前記電圧源を充電するとともに、前記圧電体の変形によって前記液体を前記圧力室から吐出させる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】実施形態に係るインクジェット記録装置の構成の一例を示す模式図。
【図7】圧力室の状態を示す図。
【図8】圧力室の状態を示す図。
【図9】電荷の回生について説明するための回路図。
【図10】圧力室及びアクチュエータの状態を示す図。
【図11】電荷の回生について説明するための回路図。
【図12】圧力室及びアクチュエータの状態を示す図。
【図13】電荷の回生について説明するための回路図。
【図14】電荷の回生について説明するための回路図。
【図15】電荷の回生について説明するための回路図。
【図16】電荷の回生について説明するための回路図。
【図17】圧力室及びアクチュエータの状態を示す図。
【図18】電荷の回生について説明するための回路図。
【図19】実施形態に係るインクジェットヘッドが備える回路及び制御回路の回路図。
【図20】実施形態に係るインクジェットヘッドが備える回路の回路図。
【図21】実施形態に係るインクジェットヘッドが備える回路の回路図。
【図22】実施形態に係るインクジェットヘッドが備える回路の回路図。
【図23】実施形態に係るインクジェットヘッドが備える回路の回路図。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、実施形態に係るインクジェット記録装置について図面を用いて説明する。なお、実施形態の説明に用いる各図面は、説明のため、各部の縮尺を適宜変更して示している場合がある。また、実施形態の説明に用いる各図面は、説明のため、構成を省略して示している場合がある。また、図中、同一の符号を付している部分は、同一又は同等の部分であることを示す。
図１は、実施形態に係るインクジェット記録装置１の構成の一例を示す模式図である。
インクジェット記録装置１は、インクなどの液体状の記録材を用いて画像形成媒体Ｓなどに画像を形成する。インクジェット記録装置１は、一例として、複数の液体吐出部２と、液体吐出部２を移動可能に支持するヘッド支持機構３と、画像形成媒体Ｓを移動可能に支持する媒体支持機構４と、を備える。画像形成媒体Ｓは、例えば、シート状の紙などである。
図１は、実施形態に係るインクジェット記録装置１の構成の一例を示す模式図である。
インクジェット記録装置１は、インクなどの液体状の記録材を用いて画像形成媒体Ｓなどに画像を形成する。インクジェット記録装置１は、一例として、複数の液体吐出部２と、液体吐出部２を移動可能に支持するヘッド支持機構３と、画像形成媒体Ｓを移動可能に支持する媒体支持機構４と、を備える。画像形成媒体Ｓは、例えば、シート状の紙などである。
【0010】
図１に示すように、複数の液体吐出部２が、所定の方向に並列して配置された状態でヘッド支持機構３に支持される。ヘッド支持機構３は、ローラ３ａに掛けられたベルト３ｂに取り付けられている。インクジェット記録装置１は、ローラ３ａを回転させることで、ヘッド支持機構３を、画像形成媒体Ｓの搬送方向に対して直交する主走査方向Ａに移動させることが可能である。液体吐出部２は、インクジェットヘッド１０及び液体供給装置２０を一体に備える。液体吐出部２は、インクなどの液体Ｉをインクジェットヘッド１０から吐出させる吐出動作を行う。インクジェット記録装置１は、一例として、ヘッド支持機構３を主走査方向Ａに往復移動させながら液体吐出動作を行うことで、対向して配置される画像形成媒体Ｓに所望の画像を形成するスキャン方式である。あるいは、インクジェット記録装置１は、ヘッド支持機構３を移動させずに液体吐出動作を行うシングルパス方式であっても良い。この場合、ローラ３ａ及びベルト３ｂを設けるには及ばない。またこの場合、ヘッド支持機構３は、例えばインクジェット記録装置１の筐体などに固定される。
【0011】
複数の液体吐出部２のそれぞれは、例えば、ＣＭＹＫ（cyan, magenta, yellow, and key(black)）の４色のインクのいずれかに対応する。すなわち、複数の液体吐出部２は、それぞれがシアンインク、マゼンタインク、イエローインク又はブラックインクのいずれかに対応する。そして、複数の液体吐出部２のそれぞれは、対応する色のインクを吐出する。
【0012】
図２は、インクジェットヘッド１０の一例を示す斜視図である。インクジェットヘッド１０は、ノズル１０１、ヘッド基板１０２、駆動回路１０３、及びマニホールド１０４を備える。インクジェットヘッド１０は、制御装置の一例である。
【0013】
ノズル１０１は、ヘッド基板１０２上に設けられる。ノズル１０１は、ヘッド基板１０２の長手方向に沿って一列に並んでいる。ノズル１０１は、駆動回路１０３から与えられる駆動信号に応じて液体Ｉの液滴を吐出する。
【0014】
駆動回路１０３は、ノズル１０１から液体Ｉの液滴を吐出させるための駆動信号を出力する。駆動回路１０３は例えばドライバＩＣ（integrated circuit）である。駆動回路１０３は、例えば、波形データに基づいて駆動信号を生成する。
【0015】
マニホールド１０４は、液体供給口１０５及び液体排出口１０６を備える。液体供給口１０５は、インクジェットヘッド１０内に液体Ｉを供給するための供給口である。また、液体排出口１０６は、インクジェットヘッド１０内から液体Ｉが排出される排出口である。液体供給口１０５から供給された液体Ｉのうち、ノズル１０１から吐出されなかった液体Ｉが、液体排出口１０６から排出される。
【0016】
図３は、インクジェット記録装置１に用いられる液体供給装置２０の概略図である。液体供給装置２０は、インクジェットヘッド１０に液体Ｉを供給する装置である。液体供給装置２０は、例えば、供給側液体タンク２１、排出側液体タンク２２、供給側圧力調整ポンプ２３、輸送ポンプ２４、及び排出側圧力調整ポンプ２５を備える。これらは、液体Ｉを流すことができるチューブなどによって接続される。
【0017】
供給側液体タンク２１は、チューブなどを介して液体供給口１０５に接続されている。供給側液体タンク２１は、液体供給口１０５にインクを供給する。
排出側液体タンク２２は、チューブなどを介して液体排出口１０６に接続されている。排出側液体タンク２２は、液体排出口１０６から排出された液体Ｉを一時的に貯留する。
排出側液体タンク２２は、チューブなどを介して液体排出口１０６に接続されている。排出側液体タンク２２は、液体排出口１０６から排出された液体Ｉを一時的に貯留する。
【0018】
供給側圧力調整ポンプ２３は、供給側液体タンク２１の圧力を調整する。
輸送ポンプ２４は、チューブを介して、排出側液体タンク２２に貯留されたインクを供給側液体タンク２１に還流させる。
排出側圧力調整ポンプ２５は、排出側液体タンク２２の圧力を調整する。
輸送ポンプ２４は、チューブを介して、排出側液体タンク２２に貯留されたインクを供給側液体タンク２１に還流させる。
排出側圧力調整ポンプ２５は、排出側液体タンク２２の圧力を調整する。
【0019】
次に、インクジェットヘッド１０についてさらに詳細に説明する。
図４は、インクジェットヘッド１０に適用可能なヘッド基板１０２の平面図である。図４ではノズルプレート１０９の図中左下を部分的に不図示としヘッド基板１０２の内部構造を図示している。図５は図４に示すヘッド基板１０２のＡ－Ａ線断面図である。図６は、図４に示すヘッド基板１０２の斜視図である。
図４は、インクジェットヘッド１０に適用可能なヘッド基板１０２の平面図である。図４ではノズルプレート１０９の図中左下を部分的に不図示としヘッド基板１０２の内部構造を図示している。図５は図４に示すヘッド基板１０２のＡ－Ａ線断面図である。図６は、図４に示すヘッド基板１０２の斜視図である。
【0020】
ヘッド基板１０２は、図４及び図５に示すように、圧電部材１０７、流路部材１０８、ノズルプレート１０９、枠部材１１０、及び板壁１１１を備える。また、流路部材１０８には、液体供給穴１１２と液体排出穴１１３とが形成されている。流路部材１０８とノズルプレート１０９と枠部材１１０と板壁１１１とで囲まれ、液体供給穴１１２が形成されている空間は、液体供給路１１４である。また、流路部材１０８とノズルプレート１０９と枠部材１１０と板壁１１１とで囲まれ、液体排出穴１１３が形成されている空間は、液体排出路１１７である。液体供給穴１１２は、液体供給路１１４に連通している。液体排出穴１１３は、液体排出路１１７に連通している。液体供給穴１１２は、マニホールド１０４の液体供給口１０５と流体的に接続している。液体排出穴１１３は、マニホールド１０４の液体排出口１０６と流体的に接続している。
【0021】
圧電部材１０７は、液体供給路１１４から液体排出路１１７までに渡る複数の長溝を有する。これらの長溝は、圧力室１１５或いは空気室１１６の一部となる。圧力室１１５と空気室１１６は、それぞれ一つおきに形成される。すなわち、圧電部材１０７は、圧力室１１５と空気室１１６とが交互に形成される。空気室１１６は、長溝の両端を板壁１１１で塞ぐことにより形成される。板壁１１１で長溝の両端を塞ぐことにより、液体供給路１１４および液体排出路１１７の液体Ｉが空気室１１６に流入しないようにする。板壁１１１の圧力室１１５に接する箇所は溝が形成される。これにより、液体Ｉは、液体供給路１１４から、液体供給路１１４側の板壁１１１に形成された溝を通り、圧力室１１５に流入する。そして、液体Ｉは、圧力室１１５から、液体排出路１１７側の板壁１１１に形成された溝を通り、液体排出路１１７に排出される。
【0022】
圧電部材１０７には、図６～図８に示すように、配線電極１１９（１１９ａ、１１９ｂ、…、１１９ｇ、…）が形成されている。なお、図７及び図８は、圧力室１１５の状態を示す図である。圧力室１１５と空気室１１６の圧電部材内面には、後述する電極１２０が形成されている。配線電極１１９は、電極１２０と駆動回路１０３とを電気的に接続する。流路部材１０８、枠部材１１０及び板壁１１１は、例えば、誘電率が小さく、かつ圧電部材との熱膨張率の差が小さい材料で構成されることが好ましい。これらの材料としては、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などを用いることが可能である。
【0023】
圧電部材１０７は、図７及び図８に示すように、圧電部材１０７ａと圧電部材１０７ｂを積層することにより形成される。圧電部材１０７ａと圧電部材１０７ｂの分極方向は、板厚方向に沿って互いに反対向きとなっている。圧電部材１０７には、液体供給路１１４から液体排出路１１７へ繋がる複数の長溝が並列に形成されている。
【0024】
各長溝の内面には、電極１２０（１２０ａ、１２０ｂ、…、１２０ｇ、…）が形成されている。長溝と長溝を覆うノズルプレート１０９の一面とで囲まれた空間が、圧力室１１５及び空気室１１６となる。図７の例であれば、１１５ｂ、１１５ｄ、１１５ｆ、…の符号で示した空間それぞれが圧力室１１５であり、１１６ａ、１１６ｃ、１１６ｅ、１１６ｇ、…の符号で示した空間それぞれが空気室１１６である。
【0025】
上述したように、圧力室１１５と空気室１１６は交互に並んでいる。電極１２０は、配線電極１１９を通して駆動回路１０３に接続される。圧力室１１５の隔壁を構成する圧電部材１０７は、各長溝の内面に設けた電極１２０によって挟まれている。圧電部材１０７及び電極１２０はアクチュエータ１１８を構成する。
【0026】
駆動回路１０３は、駆動信号によりアクチュエータ１１８に電界を印加する。アクチュエータ１１８は、印加される電界によって、図８に示すアクチュエータ１１８ｄ及びアクチュエータ１１８ｅのように、圧電部材１０７ａと圧電部材１０７ｂとの接合部を頂部としてせん断変形する。アクチュエータ１１８が変形することにより、圧力室１１５の容積は変化する。圧力室１１５の容積の変化により、圧力室１１５の内部にある液体が加圧あるいは減圧される。この加圧あるいは減圧により、液体がノズル１０１から吐出される。圧電部材１０７としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）などが使用可能である。
【0027】
電極１２０は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）との２層構造である。電極１２０は、例えばメッキ法によって、長溝内に均一に成膜される。なお、電極１２０の形成方法としては、メッキ法以外に、スパッタ法、蒸着法を用いることも可能である。長溝は、例えば、長手方向１.５～２.５ｍｍ、深さ１５０．０～３００．０μｍ、幅３０．０～１１０．０μｍの形状で、７０～１８０μｍのピッチで平行に配列されている。前述したように、長溝は、圧力室１１５又は空気室１１６の一部となる。圧力室１１５と空気室１１６とは、交互に並んでいる。
【0028】
ノズルプレート１０９は、圧電部材１０７の上に接着されている。ノズルプレート１０９の圧力室１１５の長手方向の中央部にはノズル１０１が形成されている。ノズルプレート１０９の材質は、例えば、ステンレスなどの金属材料、単結晶シリコンなどの無機材料、或いは、ポリイミドフィルムなどの樹脂材料である。なお、本実施形態では、一例として、ノズルプレート１０９の材料はポリイミドフィルムであるものとする。
【0029】
上述したインクジェットヘッド１０は、圧力室１１５の一端に液体供給路１１４があり、他端に液体排出路１１７があり、圧力室１１５の中央部にノズル１０１がある。なお、インクジェットヘッド１０は、この構成例に限定されるものではない。例えば、インクジェットヘッドは、圧力室１１５の一端にノズルがあり、他端に液体供給路があってもよい。
【0030】
次に、本実施形態に係るインクジェットヘッド１０の動作原理について説明する。
図７は、配線電極１１９ａ～配線電極１１９ｇを介して、電極１２０ａ～電極１２０ｇにグラウンド電圧を印加した状態のヘッド基板１０２を示している。図７は、電極１２０ａ～電極１２０ｇが同電位であるため、アクチュエータ１１８ａ～アクチュエータ１１８ｈには電界がかからない。このため、アクチュエータ１１８ａ～アクチュエータ１１８ｈは変形していない。
図７は、配線電極１１９ａ～配線電極１１９ｇを介して、電極１２０ａ～電極１２０ｇにグラウンド電圧を印加した状態のヘッド基板１０２を示している。図７は、電極１２０ａ～電極１２０ｇが同電位であるため、アクチュエータ１１８ａ～アクチュエータ１１８ｈには電界がかからない。このため、アクチュエータ１１８ａ～アクチュエータ１１８ｈは変形していない。
【0031】
図８は、電極１２０ｄのみに電圧Ｖ１を印加し、その他の電極１２０にグラウンド電圧を印可した状態のヘッド基板１０２を示している。図８に示す状態では、電極１２０ｄと両隣の電極１２０ｃ及び電極１２０ｅとの間に電位差が生じる。アクチュエータ１１８ｄ及びアクチュエータ１１８ｅは、印加される電位差により、圧力室１１５ｄの容積を膨張させるようにせん断変形する。なお、アクチュエータ１１８の変形量は、圧電部材１０７を挟み込む電極間の電位差が大きいほど大きくなる。そのため、電極１２０ｄの電圧がＶ１から下がると、アクチュエータ１１８ｄ及びアクチュエータ１１８ｅの変形量が減少し、膨張した圧力室１１５ｄの容積が減少する。圧力室１１５ｄの容積が減少すると、圧力室１１５ｄ内の液体の圧力が増加して、ノズル１０１ｄから液滴が吐出される。例えば、電極１２０ｄの電圧がＶ１からグラウンド電圧に戻ると、アクチュエータ１１８ｄ及びアクチュエータ１１８ｅは、図８の状態から図７の状態に戻る。
【0032】
アクチュエータ１１８ｄは、圧電体である圧電部材１０７を電極１２０ｃと電極１２０ｄが挟み込んだ構造をしている。他のアクチュエータも同様の構造である。このような構造をしていることから、アクチュエータ１１８は、電気的にキャパシタと等価である。すなわち、アクチュエータ１１８は、電極１２０間に電圧がかかることで、変形すると同時に電荷を蓄える（充電する）。このとき、圧力室１１５の容積は、増加する。そして、アクチュエータ１１８は、蓄えた電荷を放電することにより、電極１２０間の電位差が低下して変形量が小さくなる。このとき、圧力室１１５の容積は減少し、ノズル１０１から液滴が吐出される。
【0033】
以上のように、ノズル１０１から液滴を吐出させるためには、その度にアクチュエータ１１８を充放電させる必要がある。従来のインクジェット記録装置は、アクチュエータから充電された電荷をグラウンドへ放電しているため電力効率が悪い。アクチュエータ１１８が放電する電荷を再利用することができれば、従来よりもインクジェット記録装置１の消費電力を抑えることができる。そこで、アクチュエータ１１８が放電する電荷を回生する方法について、以下に示す（Ａ１）～（Ａ７）の７ステップに分けて説明する。当該説明には、図９～図１８を用いる。図９、図１１、図１３～図１６及び図１８は、電荷の回生について説明するための回路図である。図１０、図１２及び図１７は、圧力室１１５及びアクチュエータ１１８の状態を示す図である。なお、図９、図１１、図１３～図１６及び図１８に示すキャパシタＣ１は、それぞれが１つの圧力室１１５に対応するアクチュエータ１１８を示す。１つの圧力室１１５につき、容積を増加又は減少させるためのアクチュエータ１１８は２つである。したがって、各キャパシタＣ１は、並列に接続された２つのアクチュエータ１１８（等価キャパシタ）の静電容量を合成したものを示す。なお、キャパシタＣ１の数は、ｎ個であるとする（ｎは、自然数。）。また、図９、図１１、図１３～図１６及び図１８に示す電圧源Ｅ１は、直流電圧Ｖ２を出力する。なお、図９、図１１、図１３～図１６及び図１８に示す各素子は、説明のために理想的な特性を示すものであるとする。
【0034】
（Ａ１）図９は、動作開始前の状態を示す。このとき、圧力室１１５は、図１０に示すように、アクチュエータ１１８が変形していない状態である。図９の状態では、全てのキャパシタＣ１が並列に接続されている。また、電圧源Ｅ１と接続するスイッチＳＷ１が開いているため、キャパシタＣ１は、充電も放電もしない。
【0035】
（Ａ２）図１１は、スイッチＳＷ１が閉じた状態を示す。電圧源Ｅ１に並列に接続された各キャパシタＣ１への充電が開始される。そして、各キャパシタＣ１の電極間電圧は、電圧源Ｅ１の出力電圧と同じＶ２となる。キャパシタＣ１が充電されることで、図１２に示すようにアクチュエータ１１８が変形して、圧力室１１５の容積は増加した状態となる。
【0036】
【0037】
（Ａ４）図１４は、並列接続されていたキャパシタＣ１を直列接続にした状態を示す。このように直列接続されたキャパシタＣ１の両端の電位差はＶ３となる。キャパシタＣ１の数はｎ個であるので、Ｖ３＝ｎＶ２である。図１４の状態のとき、圧力室１１５の状態は図１２に示す状態のままである。
【0038】
（Ａ５）図１５は、スイッチＳＷ３が閉じた状態を示す。スイッチＳＷ３が閉じることで、直列接続されたキャパシタＣ１は、電圧源Ｅ１と直列接続される。これにより、直列接続されたキャパシタＣ１の両端の電位差Ｖ３が電圧源Ｅ１の電圧Ｖ２より高いので、キャパシタＣ１に充電された電荷が電圧源Ｅ１に流れ込む。電圧源Ｅ１は、流れ込む電荷を蓄える。すなわち、電圧源Ｅ１は、充電される。ここで電圧源Ｅ１に充電された電荷は、（Ａ２）のステップにおいてキャパシタＣ１の充電に用いられる。また、キャパシタＣ１に充電された電荷が電圧源Ｅ１に流れ込むことで、アクチュエータ１１８が変形する。これにより、圧力室１１５の容積は減少して、ノズル１０１から液滴が吐出される。
【0039】
（Ａ６）図１６は、スイッチＳＷ３を閉じてから十分な時間が経過した後、スイッチＳＷ３を開いた状態を示す。これにより、直列接続されたｎ個のキャパシタＣ１の両端の電位差は、Ｖ２となり、各キャパシタＣ１の端子間電圧は、Ｖ４となる。なお、キャパシタＣ１の数はｎ個であるので、Ｖ４＝Ｖ２／ｎである。したがって、このときの圧力室１１５の状態は、図１７に示すように、図１０に示す状態より少し容積が大きい状態である。なお、ここで、「十分な時間が経過した後」とは、キャパシタＣ１の両端の電位差が安定した後のことをいう。
【0040】
（Ａ７）図１８は、直列接続されていたキャパシタＣ１を並列接続に戻した状態を示す。また、図１８は、スイッチＳＷ４を閉じた状態を示す。各スイッチＳＷ４が閉じられていることで、各キャパシタＣ１は、グラウンドと短絡する。これにより、各キャパシタＣ１に残っている電荷が放電される。これにより、圧力室１１５は、容積が減少し、図１７に示す状態から図１０に示す状態に変化する。
【0041】
以上のように（Ａ１）～（Ａ７）のステップが繰り返されることで、その度にノズル１０１から液滴が吐出される。また、以上のように（Ａ１）～（Ａ７）を繰り返すことで、各キャパシタＣ１から放電された電荷は、電圧源Ｅ１に充電される。そして、電圧源Ｅ１に充電された電荷は、各キャパシタＣ１を充電する際に再利用される。
【0042】
以上の（Ａ１）～（Ａ７）のステップを実現する実施形態の回路２００の構成について図１９を用いて説明する。図１９は、実施形態に係るインクジェットヘッド１０が備える回路２００及び制御回路３００の回路図である。
【0043】
回路２００は、電圧源Ｅ２、スイッチＳＷ５及び複数の回路２０１を備える。なお、回路２００は、例えば、インクジェットヘッド１０が備える圧力室１１５の数だけ回路２０１を備える。ただし、図１９～図２３に示す回路２００は、回路２０１を、回路２０１－１、回路２０１－２及び回路２０１－ｍの３つのみ図示し、残りを省略している。ここで、ｍは、圧力室１１５の数を示す自然数である。したがって、回路２００は、ｍ個の回路２０１を備える。
【0044】
電圧源Ｅ２は、直流電圧を出力する電圧源である。また、電圧源Ｅ２は、充電が可能である。電圧源Ｅ２の負極は、スイッチＳＷ５の一端と接続している。そして、スイッチＳＷ５の他端は、グラウンドと接続している。
【0045】
回路２０１は、回路２０１の外部と接続する導線Ｗ１～導線Ｗ３を備える。
導線Ｗ１は、電圧源Ｅ２の正極と接続している。
回路２０１－１の導線Ｗ２は、電圧源Ｅ２の正極と接続している。回路２０１－ｋ１（２≦ｋ１≦ｍ）の導線Ｗ２は、回路２０１－ｋ２（ｋ２＝ｋ１－１）の導線Ｗ３と接続している。
回路２０１－ｍの導線Ｗ３は、電圧源Ｅ２の正極と接続している。
導線Ｗ１は、電圧源Ｅ２の正極と接続している。
回路２０１－１の導線Ｗ２は、電圧源Ｅ２の正極と接続している。回路２０１－ｋ１（２≦ｋ１≦ｍ）の導線Ｗ２は、回路２０１－ｋ２（ｋ２＝ｋ１－１）の導線Ｗ３と接続している。
回路２０１－ｍの導線Ｗ３は、電圧源Ｅ２の正極と接続している。
【0046】
また、回路２０１は、スイッチＳＷ６～スイッチＳＷ９及びキャパシタＣ２を備える。
スイッチＳＷ６～スイッチＳＷ９は、例えば、ＦＥＴである。スイッチＳＷ６の一端は、導線Ｗ１と接続している。スイッチＳＷ６の他端は、スイッチＳＷ７の一端と接続している。スイッチＳＷ７の他端は、導線Ｗ３と接続している。また、スイッチＳＷ６の他端は、スイッチＳＷ８の一端とも接続している。スイッチＳＷ８の他端は、グラウンドと接続している。また、スイッチＳＷ６の他端は、キャパシタＣ２の一端とも接続している。キャパシタＣ２の他端は、スイッチＳＷ９の一端と接続している。スイッチＳＷ９の他端は、グラウンドと接続している。また、キャパシタＣ２の他端は、導線Ｗ２とも接続している。なお、上記キャパシタＣ２の一端は、第１の電極の一例である。また、上記キャパシタＣ２の他端は、第２の電極の一例である。
スイッチＳＷ６～スイッチＳＷ９は、例えば、ＦＥＴである。スイッチＳＷ６の一端は、導線Ｗ１と接続している。スイッチＳＷ６の他端は、スイッチＳＷ７の一端と接続している。スイッチＳＷ７の他端は、導線Ｗ３と接続している。また、スイッチＳＷ６の他端は、スイッチＳＷ８の一端とも接続している。スイッチＳＷ８の他端は、グラウンドと接続している。また、スイッチＳＷ６の他端は、キャパシタＣ２の一端とも接続している。キャパシタＣ２の他端は、スイッチＳＷ９の一端と接続している。スイッチＳＷ９の他端は、グラウンドと接続している。また、キャパシタＣ２の他端は、導線Ｗ２とも接続している。なお、上記キャパシタＣ２の一端は、第１の電極の一例である。また、上記キャパシタＣ２の他端は、第２の電極の一例である。
【0047】
以上より、スイッチＳＷ６は、第１の電極を前記電圧源に接続する第１のスイッチの一例である。また、スイッチＳＷ７は、第１の電極を他のキャパシタＣ２の第２の電極に接続する第２のスイッチの一例である。また、スイッチＳＷ８は、第１の電極をグラウンドに接続する第３のスイッチの一例である。
【0048】
キャパシタＣ２のそれぞれは、図９などに示すキャパシタＣ１と同様に、１つの圧力室１１５に対応する。すなわち、キャパシタＣ２のそれぞれは、並列に接続された２つのアクチュエータ１１８（等価キャパシタ）の静電容量を合成したものを示す。
【0049】
また、回路２００は、制御回路３００と接続している。制御回路３００は、スイッチＳＷ５～スイッチＳＷ９を制御するなどして、回路２００を制御する。制御回路３００は、制御部の一例である。
【0050】
回路２００及び制御回路３００の動作について、図１９～図２３を用いて説明する。図２０～図２３は、実施形態に係るインクジェットヘッド１０が備える回路２００の回路図である。なお、回路２００及び制御回路３００の動作について、以下に示す（Ｂ１）～（Ｂ５）の５ステップに分けて説明する。
【0051】
（Ｂ１）制御回路３００は、回路２００を制御して図１９に示す状態にする。すなわち、制御回路３００は、スイッチＳＷ６及びスイッチＳＷ７を開いた状態にし、スイッチＳＷ５、スイッチＳＷ８及びスイッチＳＷ９を閉じた状態にする。なお、このとき、キャパシタＣ２は、充電されていない状態であるものとする。図１９に示す状態では、各キャパシタＣ２の電極間には電圧がかかっていない。したがって、図１９に示す状態ではキャパシタＣ２は、充放電しない。なお、（Ｂ１）のステップは、前述の（Ａ１）のステップにあたる。
【0052】
（Ｂ２）制御回路３００は、回路２００を制御して図２０に示す状態にする。すなわち、制御回路３００は、スイッチＳＷ７及びスイッチＳＷ８を開いた状態にし、スイッチＳＷ５、スイッチＳＷ６及びスイッチＳＷ９を閉じた状態にする。この状態では、各キャパシタＣ２が、並列に電圧源Ｅ２と接続する。これにより、各キャパシタＣ２に対して充電が行われる。ここで、電圧源Ｅ２が充電されている状態である場合には、電圧源Ｅ２に充電されている電荷が各キャパシタＣ２の充電に用いられる。なお、（Ｂ２）のステップは、前述の（Ａ２）のステップにあたる。
【0053】
（Ｂ３）制御回路３００は、回路２００を制御して図２１に示す状態にする。すなわち、制御回路３００は、スイッチＳＷ５、スイッチＳＷ６、スイッチＳＷ８及びスイッチＳＷ９を開いた状態にし、スイッチＳＷ７を閉じた状態にする。この状態では、各キャパシタＣ２が直列に接続される。なお、（Ｂ３）のステップは、前述の（Ａ４）のステップにあたる。
【0054】
（Ｂ４）制御回路３００は、回路２００を制御して図２２に示す状態にする。すなわち、制御回路３００は、スイッチＳＷ６、スイッチＳＷ８及びスイッチＳＷ９を開いた状態にし、スイッチＳＷ５及びスイッチＳＷ７を閉じた状態にする。この状態では、直接に接続されたキャパシタＣ２が、電圧源Ｅ２に接続する。これにより、直列に接続されたキャパシタＣ２に蓄えられた電荷が放電される。そして、放電された電荷は、電圧源Ｅ２に流入する。電圧源Ｅ２は、流入した電荷を蓄える。これにより、電圧源Ｅ２の充電が行われる。また、キャパシタＣ２に蓄えられた電荷が放電されると共に、圧力室１１５の容積が減少して、ノズル１０１から液滴が吐出される。なお、（Ｂ４）のステップは、前述の（Ａ５）のステップにあたる。
【0055】
（Ｂ５）制御回路３００は、回路２００を制御して図２３に示す状態にする。すなわち、制御回路３００は、スイッチＳＷ６及びスイッチＳＷ７を開いた状態にし、スイッチＳＷ５、スイッチＳＷ８及びスイッチＳＷ９を閉じた状態にする。この状態では、各キャパシタＣ２の両電極がグラウンドと接続する。これにより、各キャパシタＣ２に残っている電荷が放電される。なお、（Ｂ５）のステップは、前述の（Ａ７）のステップにあたる。
【0056】
インクジェットヘッド１０は、上記の（Ｂ１）～（Ｂ５）のステップを実行する度にノズル１０１から液滴を吐出させる。
【0057】
実施形態のインクジェットヘッド１０は、複数のアクチュエータ１１８を電圧源Ｅ２に並列接続することで、アクチュエータ１１８を充電する。同時に、アクチュエータ１１８が変形して圧力室１１５の容積が増加する。その後、インクジェットヘッド１０は、複数のアクチュエータ１１８を電圧源Ｅ２に直列接続する。これにより、直列接続された複数のアクチュエータ１１８に蓄えられた電荷が放電されて電圧源Ｅ２に流入する。同時に、アクチュエータ１１８が変形して圧力室１１５の容積が減少する。このとき、圧力室１１５内の液体の圧力が上昇して、ノズル１０１から液滴が吐出される。また、電圧源Ｅ２は、流入する電荷によって充電が行われる。ここで電圧源Ｅ２に充電された電荷は、アクチュエータ１１８の充電に用いられる。
以上のように、実施形態のインクジェットヘッド１０は、アクチュエータ１１８から放電される電荷を再利用して、アクチュエータ１１８を充電する。これにより、実施形態のインクジェットヘッド１０は、従来よりも少ない電力消費で圧力室１１５の容積を増減させることができる。
以上のように、実施形態のインクジェットヘッド１０は、アクチュエータ１１８から放電される電荷を再利用して、アクチュエータ１１８を充電する。これにより、実施形態のインクジェットヘッド１０は、従来よりも少ない電力消費で圧力室１１５の容積を増減させることができる。
【0058】
実施形態のインクジェットヘッド１０は、アクチュエータ１１８に充電された電荷を電圧源Ｅ２に放電させた後、アクチュエータ１１８に残った電荷をグラウンドに放電する。これにより、圧力室１１５の容積は、減少する。このため、アクチュエータ１１８に電荷が充電された際の圧力室１１５の容積の増加量が大きくなるので、吐出効率が向上する。
【0059】
実施形態のインクジェットヘッド１０は、スイッチの制御によって、上記動作を実行する。このため、実施形態のインクジェットヘッド１０は、大きな電力を使わずに上記動作の制御が可能である。
【0060】
上記の実施形態は以下のような変形も可能である。
実施形態のインクジェット記録装置１は、画像形成媒体Ｓに、インクによる二次元の画像を形成するインクジェットプリンタである。しかしながら、実施形態のインクジェット記録装置は、これに限られるものではない。実施形態のインクジェット記録装置は、例えば、３Ｄプリンタ、産業用の製造機械、又は医療用機械などであっても良い。実施形態のインクジェット記録装置が３Ｄプリンタ、産業用の製造機械、又は医療用機械などである場合には、実施形態のインクジェット記録装置は、例えば、素材となる物質、又は素材を固めるためのバインダなどをインクジェットヘッドから吐出させることで、立体物を形成する。
実施形態のインクジェット記録装置１は、画像形成媒体Ｓに、インクによる二次元の画像を形成するインクジェットプリンタである。しかしながら、実施形態のインクジェット記録装置は、これに限られるものではない。実施形態のインクジェット記録装置は、例えば、３Ｄプリンタ、産業用の製造機械、又は医療用機械などであっても良い。実施形態のインクジェット記録装置が３Ｄプリンタ、産業用の製造機械、又は医療用機械などである場合には、実施形態のインクジェット記録装置は、例えば、素材となる物質、又は素材を固めるためのバインダなどをインクジェットヘッドから吐出させることで、立体物を形成する。
【0061】
実施形態のインクジェット記録装置１は、液体吐出部２を４つ備え、それぞれの液体吐出部２が使用する液体Ｉは、シアン、マゼンタ、イエロー又はブラックのインクである。しかしながら、インクジェット記録装置が備える液体吐出部２の数は４つに限定しないまた、インクジェット記録装置が備える液体吐出部２の数は複数ではなく１つでも良い。また、それぞれの液体吐出部２が使用するインクの色及び特性などは限定しない。
また、液体吐出部２は、透明光沢インク、赤外線又は紫外線等を照射したときに発色するインク、又はその他の特殊インクなども吐出可能である。さらに、液体吐出部２は、インク以外の液体を吐出することができるものであっても良い。なお、液体吐出部２が吐出する液体は、懸濁液などの分散液であっても良い。液体吐出部２が吐出するインク以外の液体としては例えば、プリント配線基板の配線パターンを形成するための導電性粒子を含む液体、人工的に組織又は臓器などを形成するための細胞などを含む液体、接着剤などのバインダ、ワックス、又は液体状の樹脂などが挙げられる。
また、液体吐出部２は、透明光沢インク、赤外線又は紫外線等を照射したときに発色するインク、又はその他の特殊インクなども吐出可能である。さらに、液体吐出部２は、インク以外の液体を吐出することができるものであっても良い。なお、液体吐出部２が吐出する液体は、懸濁液などの分散液であっても良い。液体吐出部２が吐出するインク以外の液体としては例えば、プリント配線基板の配線パターンを形成するための導電性粒子を含む液体、人工的に組織又は臓器などを形成するための細胞などを含む液体、接着剤などのバインダ、ワックス、又は液体状の樹脂などが挙げられる。
【0062】
インクジェットヘッド１０は、回路２００に代えて、（Ａ１）～（Ａ７）に示すような動作が可能な他の回路を備えていても良い。
【0063】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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】
【0064】
１……インクジェット記録装置、１０……インクジェットヘッド、１０７……圧電部材、１１５……圧力室、１１８……アクチュエータ、１２０……電極、２００……回路、３００……制御回路、Ｃ１，Ｃ２……キャパシタ、Ｅ１，Ｅ２……電圧源、ＳＷ１～ＳＷ９……スイッチ
【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】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
