圧電アクチュエータの駆動装置
【課題】電源から電源電圧を供給した直後の、駆動回路が駆動する前における第１活性部の充電による駆動回路の故障を防止する。
【解決手段】駆動回路６１は、第１給電系統７０と接続されており、制御基板６０から駆動電位が付与される。コンデンサ８１の一端側である中間電極４４ａは、第１給電系統７０から分岐した第２給電系統７１と接続されており、制御基板６０から直接駆動電位が付与される。コンデンサ８２の一端側である下部電極４３は、グランドに接続されている。コンデンサ８１、８２それぞれの他端側である上部電極４５は、駆動回路６１の出力端子に接続されており、駆動電位とグランド電位のうち、いずれか一方の電位が選択的に付与される。第２給電系統７１において、コンデンサ８１に対して直列的に抵抗器８３が接続されているとともに、コンデンサ８１に対して並列的にコンデンサ８４が接続されている。
【解決手段】駆動回路６１は、第１給電系統７０と接続されており、制御基板６０から駆動電位が付与される。コンデンサ８１の一端側である中間電極４４ａは、第１給電系統７０から分岐した第２給電系統７１と接続されており、制御基板６０から直接駆動電位が付与される。コンデンサ８２の一端側である下部電極４３は、グランドに接続されている。コンデンサ８１、８２それぞれの他端側である上部電極４５は、駆動回路６１の出力端子に接続されており、駆動電位とグランド電位のうち、いずれか一方の電位が選択的に付与される。第２給電系統７１において、コンデンサ８１に対して直列的に抵抗器８３が接続されているとともに、コンデンサ８１に対して並列的にコンデンサ８４が接続されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電アクチュエータの駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、図９（ａ）に示すように、一方の電極となる振動板２１１の上面に、圧電層２１２が積層されて配置されており、圧電層２１２の上面に電極２１３が形成された圧電アクチュエータ２１０が知られている。このような圧電アクチュエータ２１０は、圧電層２１２の電極２１３と振動板２１１に挟まれた部分が両者の電位差によって変形する活性部Ｒ１０となっており、電極２１３に駆動回路２０１から出力されたグランド電位とグランド電位とは異なる所定の駆動電位のいずれかの一方の電位が付与され、振動板２１１にグランド電位が付与される。また、駆動回路２０１は、電源２００に接続されており、この電源２００から供給された電源電圧で駆動する。そして、圧電アクチュエータ２１０は、電極２１３と振動板２１１との間に生じた電位差によって、電界が作用したときの活性部Ｒ１０の変形（圧電歪）を利用して、対象を駆動する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、活性部Ｒ１０は、電極２１３と振動板２１１に絶縁性の圧電層２１２が挟まれており、充放電するコンデンサとみなすことができる。そして、電源２００から圧電アクチュエータ２１０までの電気的構成は、図９（ｂ）に示すように、電源２００が駆動回路２０１に接続され、この駆動回路２０１の出力端子が活性部Ｒ１０であるコンデンサ２０２の一端（電極２１３）に接続され、コンデンサ２０２の他端（振動板２１１）にグランドが接続された等価回路とみなすことができる。そして、駆動回路２０１に対して並列的にコンデンサ２０４が接続されている。このコンデンサ２０４は、電源２００から駆動回路２０１へ供給される電源電圧が常に一定となるように、電圧降下を抑制するとともに、電源電圧以上の電圧が駆動回路２０１へ供給されないようにするためのものである。このような圧電アクチュエータ２１０では、駆動回路２０１の出力端子に高い電圧が印加されることはない。
【０００４】
また、圧電アクチュエータは、特許文献１に記載されているもの以外に、電源から直接電源電圧が付与される第１電極と、グランド電位が付与される第２電極と、駆動回路２０１から出力されたグランド電位と駆動電位のいずれかの一方の電位が付与される第３電極とを有し、第２電極と第３電極の間だけではなく、第１電位と第３電位との間でもコンデンサ（第１活性部）を構成するものがある。
【０００５】
例えば、特願２００８−０９４１５０に記載されているような圧電アクチュエータ３２においては（本願図６参照）、振動板４０の上面に、２枚の圧電層４１、４２が積層されて配置されており、振動板４０の上面、下側の圧電層４１の上面、及び、上側の圧電層４２の上面に、下部電極４３（第２電極）、中間電極４４ａ（第１電極）、及び、上部電極４５（第３電極）がそれぞれ形成されている。そして、上側の圧電層４２の、中間電極４４ａと上部電極４５に挟まれた部分が第１活性部Ｒ１となっている。一方、２枚の圧電層４１、４２の、上部電極４５と下部電極４３に挟まれ、平面視で第１活性部Ｒ１よりも外周の部分が第２活性部Ｒ２となっている。このような圧電アクチュエータ３２は、下部電極４３をグランド電位に保持するとともに、中間電極４４ａを所定の正の電位（例えば、２０Ｖ程度）に保持した状態で、上部電極４５の電位をグランド電位と上記正の電位とで選択的に切り替える。そして、電位を切り替えることにより第１活性部Ｒ１及び第２活性部Ｒ２を変形させる。
【０００６】
このような構成における電源から圧電アクチュエータまでの電気的構成は、上述したような従来の電源から圧電アクチュエータまでの間の電気的構成に加えて、図１０に示すように、駆動回路２０１の出力端子が第１活性部Ｒ１であるコンデンサ２０５の一端（上部電極４５）に接続され、他端（中間電極４４ａ）に電源２００が直接接続された等価回路とみなすことができる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−３５０１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一般的に、駆動回路などのＩＣは、電源電圧が供給されて駆動する前に出力端子に対して高い電圧が印加されてしまうと、内部のトランジスタなどが破壊されてしまい、故障してしまうおそれがある。ここで、特願２００８−０９４１５０に記載の圧電アクチュエータ３２における、電源２００から圧電アクチュエータ３２までの電気的構成では、電源２００から駆動回路２０１に電源電圧が供給された直後において、駆動回路２０１が駆動する前に、中間電極４４ａと上部電極４５に挟まれた第１活性部Ｒ１であるコンデンサ２０５の充電が開始されて、コンデンサ２０５に瞬間的に電流が流れてしまうおそれがある。すると、駆動回路２０１の出力端子と接続された上部電極４５の電位が瞬間的に高くなってしまい、その結果、上述したように駆動回路２０１が故障してしまうおそれがある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、電源から駆動回路に電源電圧が供給された直後の第１活性部の充電時における駆動回路の故障を防止した圧電アクチュエータの駆動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の圧電アクチュエータの駆動装置は、圧電層と、この圧電層に設けられた第１電極、第２電極、及び、第３電極を有し、前記第１電極には所定の第１電位が付与され、前記第２電極には前記第１電位よりも低い所定の第２電位が付与され、前記第３電極の電位は前記第１電位と前記第２電位との間で切り換えられ、前記第１電極と前記第３電極とに挟まれた圧電層部分からなり、両電極間の電位差によってコンデンサとして作用する第１活性部と、前記第２電極と前記第３電極の間に挟まれた圧電層部分からなり、前記第１活性部と同じくコンデンサとして作用する第２活性部とを備え、前記第３電極の電位を前記第１電位と前記第２電位の間で切り換える駆動回路と、前記駆動回路と電源とを接続する第１給電系統と、前記第１給電系統から分岐して、前記駆動回路を介さずに前記電源と前記第１電極とを接続し、前記第１電極に前記第１電位を付与する第２給電系統を有し、前記第２給電系統において、前記第１活性部に対して直列的に第１の抵抗器が設けられるとともに、前記第１活性部に対して並列的に第１のコンデンサが設けられている。
【００１１】
本発明の圧電アクチュエータの駆動装置によると、コンデンサとして作用する第１活性部に対して充電を行う第２給電系統において、第１活性部と直列的に抵抗器、並列的にコンデンサを設けることで、第２給電系統のＲＣ時定数を大きくして、第１電極へ付与される電圧の立ち上がりをなまらせて、第１活性部の充電速度を遅らせている。これにより、電源から第１給電系統を介して駆動回路に電源電圧が供給されてから、第１活性部がゆるやかに充電され始めることになり、駆動回路の駆動開始前に第３電極（駆動回路の出力端子）に高い電位が付与されることがない。したがって、電源から電源電圧を供給した直後の、駆動回路が駆動する前における第１活性部の充電による駆動回路の故障を防止することができる。なお、第１のコンデンサは、圧電アクチュエータの通常駆動時において、電源から第１電極に付与されている電位が第１活性部の充放電時に第１電位よりも低下するのを抑制するとともに、第１電極に第１電位以上の電位が付与されないようにする役割も有する。
【００１２】
また、前記第１給電系統において、前記駆動回路に対して直列的に第２の抵抗器が設けられるとともに、前記駆動回路に対して並列的に第２のコンデンサが設けられていることが好ましい。これによると、第１給電系統においても、第２給電系統と同様に、駆動回路と直列的に抵抗器、並列的にコンデンサを設けることで、この第１給電系統のＲＣ時定数を大きくして、駆動回路に電源から電源電圧が供給されるのを遅らせることができる。また、第１電極に接続される第２給電系統は、この第１給電系統から分岐しているため、第１給電系統の時定数の影響は第２給電系統にも及び、第１活性部の充電によって生じる、第３電極の電位の上昇は一層遅れることになる。なお、第２のコンデンサは、圧電アクチュエータの通常駆動時において、電源から駆動回路に付与されている電位が第１電位よりも低下するのを抑制するとともに、駆動回路に第１電位以上の電位が付与されないようにする役割も有する。
【発明の効果】
【００１３】
第２給電系統のＲＣ時定数を大きくして、第１電極へ付与される電圧の立ち上がりをなまらせて、第１活性部の充電速度を遅らせている。これにより、電源から第１給電系統を介して駆動回路に電源電圧が供給されてから、第１活性部がゆるやかに充電され始めることになり、駆動回路の駆動開始前に第３電極（駆動回路の出力端子）に高い電位が付与されることがない。したがって、電源から電源電圧を供給した直後の、駆動回路が駆動する前における第１活性部の充電による駆動回路の故障を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態に係るプリンタの概略構成図である。
【図２】インクジェットヘッドの斜視図である。
【図３】インクジェットヘッドの平面図である。
【図４】（ａ）が図３の部分拡大図であり、（ｂ）〜（ｄ）が、（ａ）の振動板及び各圧電層の表面の図である。
【図５】図４（ａ）のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】図４（ａ）のＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】圧電アクチュエータと制御基板との接続構成を概略的に示す図である。
【図８】制御基板から上部電極、中間電極及び下部電極までの等価回路図である。
【図９】従来における電源から２つの電極までの接続構成を概略的に示す図であり、（ａ）は概略構成図であり、（ｂ）は等価回路図である。
【図１０】従来における電源から上部電極、中間電極及び下部電極までの等価回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るプリンタの概略構成図である。図１に示すように、プリンタ１は、キャリッジ２、インクジェットヘッド３、搬送ローラ４、制御基板６０（電源：図７参照）などを備えている。
【００１６】
キャリッジ２は、走査方向（図１の左右方向）に往復移動する。インクジェットヘッド３は、キャリッジ２の下面に取り付けられており、その下面に形成されたノズル１５（図３参照）からインクを吐出する。搬送ローラ４は、記録用紙Ｐを紙送り方向（図１の手前方向）に搬送する。そして、プリンタ１においては、キャリッジ２とともに走査方向に往復移動するインクジェットヘッド３のノズル１５から、記録用紙Ｐにインクが吐出されることにより、記録用紙Ｐに印刷が行われる。また、印刷が完了した記録用紙Ｐは、搬送ローラ４によって紙送り方向に排出される。
【００１７】
次に、インクジェットヘッド３について詳細に説明する。図２は、図１のインクジェットヘッドの分解斜視図である。図３は、図２のインクジェットヘッドの平面図である。図４（ａ）は、図３の部分拡大図である。図４（ｂ）〜（ｄ）は、それぞれ、図４（ａ）における、後述する振動板４０、下部圧電層４１及び上部圧電層４２の上面を示した図である。図５は、図４（ａ）のＶ−Ｖ線断面図である。図６は、図４（ａ）のＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【００１８】
なお、図面を分かりやすくするため、図３、図４においては、後述する流路ユニット３１の圧力室１０及びノズル１５除くインク流路の図示を省略し、図３においては、圧電アクチュエータ３２の下部電極４３及び中間電極４４の図示を省略している。また、図４（ａ）においては、ともに点線で図示すべき下部電極４３及び中間電極４４を、それぞれ二点鎖線及び一点鎖線で図示している。さらに、図４（ｂ）〜（ｄ）においては、それぞれ、後述する下部電極４３、中間電極４４及び上部電極４５にハッチングを付している。また、図６においては、流路ユニット３１の圧力室１０よりも下の部分の図示を省略している。
【００１９】
図２〜図６に示すように、インクジェットヘッド３は、流路ユニット３１と圧電アクチュエータ３２と、を有している。インクジェットヘッド３の圧電アクチュエータ３２の上面には、ＣＯＦ５０が接続されている。流路ユニット３１は、複数のプレート２１〜２７が互いに積層されることによって、インク供給口９からインクが供給されるマニホールド流路１１、及び、マニホールド流路１１の出口からアパーチャ流路１２を経て圧力室１０に至り、さらに、圧力室１０からディセンダ流路１４を経てノズル１５に至る複数の個別インク流路を有するインク流路が形成されている。そして、後述するように、圧電アクチュエータ３２により、圧力室１０内のインクに圧力が付与されると、圧力室１０に連通するノズル１５からインクが吐出される。
【００２０】
複数の圧力室１０は、走査方向（図３の左右方向）を長手方向とする略楕円形の平面形状を有しており、紙送り方向（図３の上下方向）に沿って配列されて１つの圧力室列８を構成しており、このような圧力室列８が、走査方向に２列に配列されることによって１つの圧力室群７を構成している。さらに、このような圧力室群７が走査方向に沿って５つ配列されている。ここで、１つの圧力室群７に含まれる２列の圧力室列８を構成する圧力室１０同士は、紙送り方向に関して互いにずれて配置されている。また、複数のノズル１５も、複数の圧力室１０と同様に配置されている。
【００２１】
そして、これら５つの圧力室群７のうち、図３の右側の２つを構成する圧力室１０に対応するノズル１５からはブラックのインクが吐出され、図３の左側の３つを構成する圧力室１０に対応するノズル１５からは、図３の右側に配列されているものから順に、イエロー、シアン、マゼンタのインクが吐出される。なお、インク流路の他の部分の構成については、従来のものと同様であるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。
【００２２】
圧電アクチュエータ３２は、振動板４０及び下部圧電層４１、上部圧電層４２、下部電極４３（第２電極）、中間電極４４（第１電極）、上部電極４５（第３電極）を有している。振動板４０は、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との混晶であるチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電材料からなり、複数の圧力室１０を覆うように、流路ユニット３１の上面に配置されている。また、振動板４０の厚みは２０μｍ程度となっている。なお、この振動板４０は必ずしも圧電材料からなる必要はない。
【００２３】
下部圧電層４１及び上部圧電層４２は、振動板４０と同様の圧電材料からなり、互いに積層されて振動板４０の上面に配置されている。また、下部圧電層４１及び上部圧電層４２の厚みは、それぞれ２０μｍ程度となっている。
【００２４】
下部電極４３は、振動板４０の上面に形成され、振動板４０と下部圧電層４１との間に配置されており、各圧力室群７に対応して、各圧力室群７を構成する２列の圧力室列８に沿って紙送り方向に延びており、これら２列の圧力室列８を構成する複数の圧力室１０と対向している。また、図示しないが、上記紙送り方向に延びた部分同士は互いに接続されている。また、下部電極４３には、ＣＯＭが入力されており、常にグランド電位（第２電位）に保持されている。
【００２５】
中間電極４４は、下部圧電層４１の上面に形成され、下部圧電層４１と上部圧電層４２との間に配置されており、圧力室群７毎に、それぞれ、複数の対向部４４ａ及び接続部４４ｂ、４４ｃを有している。複数の対向部４４ａは、紙送り方向に関する長さが圧力室１０よりも短い略矩形の平面形状を有しており、複数の圧力室１０の中央部分と対向するように配置されている。
【００２６】
接続部４４ｂは、紙送り方向に延びて、各圧力室群７を構成する２列の圧力室列８のうち、図４の右側に配置された圧力室列８を構成する複数の圧力室１０に対応する複数の対向部４４ａの図４右側の端同士を接続している。接続部４４ｃは、紙送り方向に延びて、各圧力室群７を構成する２列の圧力室列８のうち、図４の左側に配置された圧力室列８を構成する複数の圧力室１０に対応する複数の対向部４４ａの図４左側の端同士を接続している。また、中間電極４４には、ＶＤＤ２が入力されており、常にグランド電位とは異なる所定の駆動電位（例えば、２０Ｖ程度：第１電位）に保持されている。
【００２７】
複数の上部電極４５は、上部圧電層４２の上面（下部圧電層４１と反対側の面）に形成され、複数の圧力室１０に対応して、複数の圧力室１０のほぼ全域と対向するように配置されており、紙送り方向に関する長さが中間電極４４の対向部４４ａよりも長い、略矩形の平面形状を有している。また、上部電極４５は、走査方向に関するノズル１５と反対側の端における一部分が、走査方向に圧力室１０と対向しない部分まで延びており、この部分がＣＯＦ５０に接続される接続端子４５ａとなっている。また、上部電極４５には、後述する駆動回路６１からグランド電位と上記所定の駆動電位（例えば、２０Ｖ）のいずれかの電位が選択的に付与される。
【００２８】
そして、このように下部電極４３、中間電極４４及び上部電極４５が配置されることにより、上部圧電層４２における圧力室１０の中央部分と対向する部分において、上部電極４５と中間電極４４とが対向することとなる。そして、中間電極４４から上部電極４５に向かって上向きに分極されていることで、この領域は第１活性部Ｒ１となっている。
【００２９】
さらに、上部圧電層４２及び下部圧電層４１における圧力室１０と対向する部分のうち、中間電極４４と対向する部分よりも外周の部分（中間電極４４と対向しない部分）において上部電極４５と下部電極４３とが対向することとなる。そして、上部電極４５から下部電極４３に向かって下向きに分極されていることで、この領域は、第２活性部Ｒ２となっている。
【００３０】
なお、下部圧電層４１のうち、中間電極４４と下部電極４３とに挟まれた部分は、中間電極４４から下部電極４３に向かって下向きに分極されている。
【００３１】
ここで、圧電アクチュエータ３２の動作について説明する。まず、圧電アクチュエータ３２がインクを吐出させる動作を行う前の待機状態においては、前述したように、下部電極４３及び中間電極４４が、それぞれ、常にグランド電位及び上記所定の駆動電位（例えば、２０Ｖ）に保持されているとともに、上部電極４５の電位が予めグランド電位に保持されている。この状態では、上部電極４５が中間電極４４よりも低電位になっているとともに、下部電極４３と同電位となっている。
【００３２】
これにより、上部電極４５と中間電極４４との間の電位差が生じ、第１活性部Ｒ１にはその分極方向と同じ上向きの電界が発生し、第１活性部Ｒ１がこの電界と直交する水平方向に収縮する。これにより、いわゆるユニモルフ変形が生じ、上部圧電層４２、下部圧電層４１及び振動板４０の圧力室１０と対向する部分が全体として圧力室１０に向かって凸となるように変形する。この状態では、上部圧電層４２、下部圧電層４１及び振動板４０が変形していない場合と比較して、圧力室１０の容積が小さくなっている。
【００３３】
そして、インクを吐出させるべく圧電アクチュエータ３２を駆動させる際には、上部電極４５の電位を、一旦、上記所定の駆動電位に切り替えた後、グランド電位に戻す。上部電極４５の電位を上記所定の駆動電位に切り替えると、上部電極４５が中間電極４４と同電位となるとともに、下部電極４３よりも高電位となる。これにより、第１活性部Ｒ１の上記収縮が元に戻る。そして、これと同時に、上部電極４５と下部電極４３との間に電位差が生じ、第２活性部Ｒ２にはその分極方向と同じ下向きの電界が発生し、第２活性部Ｒ２が水平方向に収縮する。これにより、上部圧電層４２、下部圧電層４１及び振動板４０が全体として、圧力室１０と反対側に凸となるように変形し、圧力室１０の容積が増加する。
【００３４】
この後、上部電極４５の電位をグランド電位に戻すと、前述したのと同様に、上部圧電層４２、下部圧電層４１及び振動板４０の圧力室１０と対向する部分が全体として圧力室１０に向かって凸となるように変形し、圧力室１０の容積が小さくなる。これにより、圧力室１０内のインクの圧力が上昇し（圧力室１０内のインクに圧力が付与され）、圧力室１０に連通するノズル１５からインクが吐出される。
【００３５】
また、上述したようにして圧電アクチュエータ３２を駆動させる場合、上部電極４５の電位をグランド電位から所定の駆動電位に切り替えたときには、第１活性部Ｒ１が収縮した状態から収縮前の状態に伸長すると同時に、第２活性部Ｒ２が収縮するため、第１活性部Ｒ１の伸長が第２活性部Ｒ２の収縮に一部吸収される。一方、上部電極４５の電位を所定の駆動電位からグランド電位に戻したときには、第１活性部Ｒ１が収縮するとともに、第２活性部Ｒ２が収縮前の状態まで伸長するため、第１活性部Ｒ１の収縮が第２活性部Ｒ２の伸長によって一部吸収される。
【００３６】
以上のことから、下部圧電層４１及び上部圧電層４２の圧力室１０と対向する部分の変形が、他の圧力室１０と対向する部分に伝達して当該他の圧力室１０に連通するノズル１５からのインクの吐出特性が変動してしまう、いわゆるクロストークが抑制される。
【００３７】
なお、上述した待機状態及び圧電アクチュエータ３２が駆動されている間においては、下部圧電層４１の中間電極４４と下部電極４３との間の部分には常に電位差が生じており、下部圧電層４１のこの部分には、その分極方向と同じ方向の電界が発生している。これにより、下部圧電層４１のこの部分は電界方向に垂直な方向に常に収縮した状態となっている。
【００３８】
次に、インクジェットヘッド３の圧電アクチュエータ３２と、プリンタ１の制御基板６０との接続構成について説明する。図７は、圧電アクチュエータと制御基板との接続構成を概略的に示す図である。圧電アクチュエータ３２に接続されたＣＯＦ５０には、圧電アクチュエータ３２を駆動する２つのドライバＩＣ５１ａ、５１ｂが実装されている。また、ＣＯＦ５０は、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）１０２、キャリッジ基板１０４及びフラットケーブル（ＦＦＣ）１０６を介して制御基板６０に電気的に接続されている。各ドライバＩＣ５１ａ、５１ｂ内には、駆動回路６１がそれぞれ設けられており、駆動回路６１の複数の出力端子が、圧電アクチュエータ３２の複数の上部電極４５にそれぞれ接続されている。
【００３９】
そして、ドライバＩＣ５１ａ、５１ｂは、ＦＰＣ１０２、キャリッジ基板１０４及びＦＦＣ１０６を介して制御基板６０から入力された信号に基づき、ＣＯＦ５０上の配線を介して、駆動回路６１から複数の上部電極４５に対して、所定の駆動電位とグランド電位のうち、いずれか一方の電位を選択的に付与する。なお、ＣＯＦ５０に実装された各ドライバＩＣ５１ａ、５１ｂは、それぞれ、圧電アクチュエータ３２の全ての上部電極４５のうち、予め対応付けられた半数の上部電極４５に対して電位を付与するように構成されている。
【００４０】
ここで、制御基板６０からドライバＩＣ５１へ入力される各種入力信号について簡単に説明する。ＶＤＤ１は、ドライバＩＣ５１を駆動するための制御用の低圧電源（例えば、３．３Ｖ）の電圧入力、ＶＤＤ２は、圧電アクチュエータ３２駆動用の高圧電源（例えば、２０Ｖ）の電圧入力、ＣＯＭは、下部電極４３用のグランド入力、ＣＬＫは、制御基板６０からドライバＩＣ５１ａ、５１ｂへのデータ転送用クロックをそれぞれ示している。また、ＦＩＲＥ１〜６は、１つのノズル１５に対して、液滴を噴射しない、及び、５種類の液滴噴射サイズ（液滴体積）の計６種類の噴射態様のそれぞれ対応した６種類の駆動波形データ、ＳＩＮＡ＿１〜３、ＳＩＮＢ＿１〜３は、ドライバＩＣ５１ａ、５１ｂごとに１つのノズル１５の各々の噴射タイミングに６種類の噴射態様のうち１つを対応づけるための３ビットの選択データのシリアル入力である。
【００４１】
また、ＶＤＤ２が入力される配線は、ＦＰＣ１０２上で分岐して、ＶＤＤ２と同じ電位のＶＣＯＭが入力される配線となっており、このＶＣＯＭはドライバＩＣ５１ａ、５１ｂを介さずに中間電極４４へ直接入力される信号である。なお、制御基板６０からドライバＩＣ５１ａ、５２ｂの駆動回路６１までのＶＤＤ２が入力される配線を第１給電系統７０とし、ＶＤＤ２が入力される配線（第１給電系統７０）から分岐して、ＶＣＯＭが入力される配線を第２給電系統７１とする（図８参照）。
【００４２】
次に、制御基板６０から上部電極４５、中間電極４４ａ及び下部電極４３までの等価回路について説明する。なお、本実施形態における制御基板６０から上部電極４５、中間電極４４ａ及び下部電極４３までの間の、駆動電位やグランド電位が供給される配線や基板、具体的にはＣＯＦ５０、ドライバＩＣ５１、駆動回路６１、ＦＰＣ１０２、キャリッジ基板１０４及びＦＦＣ１０６が、本発明における駆動装置に相当する。図８は、制御基板から上部電極、中間電極及び下部電極までの等価回路図である。図８に示すように、上部電極４５と中間電極４４ａに挟まれ、分極された上部圧電層４２の駆動領域である第１活性部Ｒ１は、充放電を行うコンデンサ８１とみなすことができる。また、上部電極４５と下部電極４３に挟まれ、分極された下部圧電層４１の駆動領域である第２活性部Ｒ２は、充放電を行うコンデンサ８２とみなすことができる。
【００４３】
そして、駆動回路６１は、ＶＤＤ２が入力される第１給電系統７０と接続されており、制御基板６０から駆動電位が付与される（電源電圧が供給される）。コンデンサ８１の一端側である中間電極４４ａは、第１給電系統７０から分岐した第２給電系統７１と接続されており、制御基板６０から直接駆動電位が付与される。コンデンサ８２の一端側である下部電極４３は、グランドに接続されている。コンデンサ８１、８２それぞれの他端側である上部電極４５は、駆動回路６１の出力端子に接続されている。
【００４４】
このような回路構成により、制御基板６０からＶＤＤ２及びＣＯＭが入力されることで、中間電極４４ａに所定の駆動電位、及び、下部電極４３にグランド電位が直接付与される。また、制御基板６０から電源電圧が入力されることで、駆動回路６１は駆動し、この駆動回路６１から上部電極４５に所定の駆動電位とグランド電位のうち、いずれか一方の電位を選択的に付与可能となる。
【００４５】
ここで、一般的に、駆動回路６１などのＩＣは、電源電圧が供給されて駆動する前に出力端子に対して高い電圧が印加されてしまうと、内部のトランジスタなどが破壊されてしまい、故障してしまうおそれがある。図８に示すような等価回路において、仮に、後述する抵抗器８３及びコンデンサ８４が接続されていないとすると、制御基板６０から駆動回路６１に電源電圧が供給された直後において、駆動回路６１が駆動する前に、中間電極４４と上部電極４５に挟まれたコンデンサ８１の充電が開始されて、コンデンサ８１に瞬間的に電流が流れてしまうおそれがある。すると、駆動回路６１の出力端子と接続された上部電極４５の電位が瞬間的に高くなってしまい、その結果、上述したように駆動回路６１が故障してしまうおそれがある。
【００４６】
そこで、本実施形態では、第２給電系統７１において、コンデンサ８１に対して直列的に抵抗器８３（第１の抵抗器）を接続しているとともに、コンデンサ８１に対して並列的にコンデンサ８４（第２のコンデンサ）を接続している。このように、第２給電系統７１においてＲＣ回路を構成することで、時定数を大きくして、中間電極４４ａに付与される電圧の立ち上がりをなまらせて、コンデンサ８１の充電速度を遅らせている。具体的には、抵抗器８３及びコンデンサ８４は、ＣＯＦ５０上に設けられる（図７参照）。
【００４７】
これにより、制御基板６０から第１給電系統７０を介して駆動回路６１に電源電圧が確実に供給されてから、コンデンサ８１がゆるやかに充電され始めることになり、駆動回路６１の駆動開始前に上部電極４５（駆動回路６１の出力端子）に高い電位が付与されることがない。その結果、制御基板６０から電源電圧を供給した直後の、駆動回路６１が駆動する前におけるコンデンサ８１の充電による駆動回路６１の故障を防止することができる。なお、コンデンサ８４は、圧電アクチュエータ３２の通常駆動時における、制御基板６０から中間電極４４ａに付与されている電位がコンデンサ８１の充放電時の所定の駆動電位よりも低下するのを抑制するとともに、中間電極４４ａに所定の駆動電位以上の電位が付与されないようにする役割も有する。
【００４８】
さらに、本実施形態では、第１給電系統７０において、駆動回路６１に対して直列的に抵抗器８５（第２の抵抗器）を接続しているとともに、駆動回路６１に対して並列的にコンデンサ８６（第２のコンデンサ）を接続している。具体的には、抵抗器８５及びコンデンサ８６は、ＦＦＣ１０６上に設けられる（図７参照）。
【００４９】
このように、第１給電系統７０においても、第２給電系統７１と同様に、駆動回路６１と直列的に抵抗器８５、並列的にコンデンサ８６を設けて、この第１給電系統７０においてＲＣ回路を構成することで、時定数を大きくして、駆動回路６１に制御基板６０から電源電圧が供給されるのを遅らせることができる。また、中間電極４４ａに接続される第２給電系統７１は、この第１給電系統７０から分岐しているため、第１給電系統７０の時定数の影響は第２給電系統７１にも及び、コンデンサ８１の充電によって生じる、上部電極４５の電位の上昇は一層遅れることになる。なお、コンデンサ８６は、圧電アクチュエータ３２の通常駆動時における、制御基板６０から駆動回路６１に付与される電位が所定の駆動電圧よりも低下するのを抑制するとともに、駆動回路６１に所定の駆動電位以上の電圧が印加されないようにする役割も有する。
【００５０】
次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。
【００５１】
本実施形態においては、抵抗器８３はＣＯＦ５０上に設けられていたが、第２給電系統７１、すなわちＶＣＯＭが入力される配線上であれば、いかなる位置に設けられてもよい。また、コンデンサ８４はＣＯＦ５０上に設けられていたが、第２給電系統７１、すなわちＶＣＯＭが入力される配線とＣＯＭが入力される配線との間であれば、いかなる位置に設けられてもよい。また、抵抗器８５はＦＦＣ１０６上に設けられていたが、第１給電系統７０、すなわちＶＤＤ２が入力される配線上であれば、例えば、キャリッジ基板１０４やＦＰＣ１０２などいかなる位置に設けられてもよい。また、コンデンサ８６はＦＦＣ１０６上に設けられていたが、第１給電系統７０、すなわちＶＣＯＭが入力される配線とＣＯＭが入力される配線との間であれば、例えば、キャリッジ基板１０４やＦＰＣ１０２などいかなる位置に設けられてもよい。
【００５２】
また、抵抗器８３、８５は、抵抗素子ではなく、配線の長さや幅による抵抗成分であってもよい。例えば、抵抗器の抵抗値を大きくしたい場合には、配線の長さを長くしたり、幅を細くしたりする。これによると、抵抗素子を配置するスペースが必要なくなり、省スペース化を図ることができる。
【００５３】
さらに、本実施形態においては、第１給電系統７０において、駆動回路６１に対して直列的に抵抗器８５を接続しているとともに、駆動回路６１に対して並列的にコンデンサ８６を接続していたが、圧電アクチュエータ３２の通常駆動時における、制御基板６０から中間電極４４ａに付与されている電位がコンデンサ８１の充放電時の所定の駆動電位よりも低下するのを抑制するとともに、中間電極４４ａに所定の駆動電位以上の電位が付与されないようにする役割だけを果たすためであれば、抵抗器８５を設けずに、コンデンサ８６だけ設けられてもよい。
【００５４】
また、本実施形態においては、圧電層を２つの電極で厚み方向に挟んで活性部が構成されていたが、圧電層の面方向に２つの電極が離間して配置され、この２つの電極間を活性部としてもよい。このとき、活性部は電極の対向する方向（圧電層の面方向）に分極させる。
【００５５】
以上、説明した実施形態及びその変更形態では、本発明を、記録用紙にインクを噴射して画像などを記録するインクジェットヘッド用の圧電アクチュエータの駆動装置に適用したが、本発明の適用対象は、このようなインクジェットヘッド用の圧電アクチュエータに限られず、様々な用途に使用される圧電アクチュエータの駆動装置に適用できる。
【符号の説明】
【００５６】
１ プリンタ
３ インクジェットヘッド
３２ 圧電アクチュエータ
４０ 振動板
４１、４２ 圧電層
４５ 上部電極
４４ 中間電極
４３ 下部電極
６０ 制御基板
６１ 駆動回路
７０ 第１給電系統
７１ 第２給電系統
８１、８２、８４、８６ コンデンサ
８３、８５ 抵抗器
Ｒ１ 第１活性部
Ｒ２ 第２活性部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電アクチュエータの駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、図９（ａ）に示すように、一方の電極となる振動板２１１の上面に、圧電層２１２が積層されて配置されており、圧電層２１２の上面に電極２１３が形成された圧電アクチュエータ２１０が知られている。このような圧電アクチュエータ２１０は、圧電層２１２の電極２１３と振動板２１１に挟まれた部分が両者の電位差によって変形する活性部Ｒ１０となっており、電極２１３に駆動回路２０１から出力されたグランド電位とグランド電位とは異なる所定の駆動電位のいずれかの一方の電位が付与され、振動板２１１にグランド電位が付与される。また、駆動回路２０１は、電源２００に接続されており、この電源２００から供給された電源電圧で駆動する。そして、圧電アクチュエータ２１０は、電極２１３と振動板２１１との間に生じた電位差によって、電界が作用したときの活性部Ｒ１０の変形（圧電歪）を利用して、対象を駆動する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、活性部Ｒ１０は、電極２１３と振動板２１１に絶縁性の圧電層２１２が挟まれており、充放電するコンデンサとみなすことができる。そして、電源２００から圧電アクチュエータ２１０までの電気的構成は、図９（ｂ）に示すように、電源２００が駆動回路２０１に接続され、この駆動回路２０１の出力端子が活性部Ｒ１０であるコンデンサ２０２の一端（電極２１３）に接続され、コンデンサ２０２の他端（振動板２１１）にグランドが接続された等価回路とみなすことができる。そして、駆動回路２０１に対して並列的にコンデンサ２０４が接続されている。このコンデンサ２０４は、電源２００から駆動回路２０１へ供給される電源電圧が常に一定となるように、電圧降下を抑制するとともに、電源電圧以上の電圧が駆動回路２０１へ供給されないようにするためのものである。このような圧電アクチュエータ２１０では、駆動回路２０１の出力端子に高い電圧が印加されることはない。
【０００４】
また、圧電アクチュエータは、特許文献１に記載されているもの以外に、電源から直接電源電圧が付与される第１電極と、グランド電位が付与される第２電極と、駆動回路２０１から出力されたグランド電位と駆動電位のいずれかの一方の電位が付与される第３電極とを有し、第２電極と第３電極の間だけではなく、第１電位と第３電位との間でもコンデンサ（第１活性部）を構成するものがある。
【０００５】
例えば、特願２００８−０９４１５０に記載されているような圧電アクチュエータ３２においては（本願図６参照）、振動板４０の上面に、２枚の圧電層４１、４２が積層されて配置されており、振動板４０の上面、下側の圧電層４１の上面、及び、上側の圧電層４２の上面に、下部電極４３（第２電極）、中間電極４４ａ（第１電極）、及び、上部電極４５（第３電極）がそれぞれ形成されている。そして、上側の圧電層４２の、中間電極４４ａと上部電極４５に挟まれた部分が第１活性部Ｒ１となっている。一方、２枚の圧電層４１、４２の、上部電極４５と下部電極４３に挟まれ、平面視で第１活性部Ｒ１よりも外周の部分が第２活性部Ｒ２となっている。このような圧電アクチュエータ３２は、下部電極４３をグランド電位に保持するとともに、中間電極４４ａを所定の正の電位（例えば、２０Ｖ程度）に保持した状態で、上部電極４５の電位をグランド電位と上記正の電位とで選択的に切り替える。そして、電位を切り替えることにより第１活性部Ｒ１及び第２活性部Ｒ２を変形させる。
【０００６】
このような構成における電源から圧電アクチュエータまでの電気的構成は、上述したような従来の電源から圧電アクチュエータまでの間の電気的構成に加えて、図１０に示すように、駆動回路２０１の出力端子が第１活性部Ｒ１であるコンデンサ２０５の一端（上部電極４５）に接続され、他端（中間電極４４ａ）に電源２００が直接接続された等価回路とみなすことができる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−３５０１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一般的に、駆動回路などのＩＣは、電源電圧が供給されて駆動する前に出力端子に対して高い電圧が印加されてしまうと、内部のトランジスタなどが破壊されてしまい、故障してしまうおそれがある。ここで、特願２００８−０９４１５０に記載の圧電アクチュエータ３２における、電源２００から圧電アクチュエータ３２までの電気的構成では、電源２００から駆動回路２０１に電源電圧が供給された直後において、駆動回路２０１が駆動する前に、中間電極４４ａと上部電極４５に挟まれた第１活性部Ｒ１であるコンデンサ２０５の充電が開始されて、コンデンサ２０５に瞬間的に電流が流れてしまうおそれがある。すると、駆動回路２０１の出力端子と接続された上部電極４５の電位が瞬間的に高くなってしまい、その結果、上述したように駆動回路２０１が故障してしまうおそれがある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、電源から駆動回路に電源電圧が供給された直後の第１活性部の充電時における駆動回路の故障を防止した圧電アクチュエータの駆動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の圧電アクチュエータの駆動装置は、圧電層と、この圧電層に設けられた第１電極、第２電極、及び、第３電極を有し、前記第１電極には所定の第１電位が付与され、前記第２電極には前記第１電位よりも低い所定の第２電位が付与され、前記第３電極の電位は前記第１電位と前記第２電位との間で切り換えられ、前記第１電極と前記第３電極とに挟まれた圧電層部分からなり、両電極間の電位差によってコンデンサとして作用する第１活性部と、前記第２電極と前記第３電極の間に挟まれた圧電層部分からなり、前記第１活性部と同じくコンデンサとして作用する第２活性部とを備え、前記第３電極の電位を前記第１電位と前記第２電位の間で切り換える駆動回路と、前記駆動回路と電源とを接続する第１給電系統と、前記第１給電系統から分岐して、前記駆動回路を介さずに前記電源と前記第１電極とを接続し、前記第１電極に前記第１電位を付与する第２給電系統を有し、前記第２給電系統において、前記第１活性部に対して直列的に第１の抵抗器が設けられるとともに、前記第１活性部に対して並列的に第１のコンデンサが設けられている。
【００１１】
本発明の圧電アクチュエータの駆動装置によると、コンデンサとして作用する第１活性部に対して充電を行う第２給電系統において、第１活性部と直列的に抵抗器、並列的にコンデンサを設けることで、第２給電系統のＲＣ時定数を大きくして、第１電極へ付与される電圧の立ち上がりをなまらせて、第１活性部の充電速度を遅らせている。これにより、電源から第１給電系統を介して駆動回路に電源電圧が供給されてから、第１活性部がゆるやかに充電され始めることになり、駆動回路の駆動開始前に第３電極（駆動回路の出力端子）に高い電位が付与されることがない。したがって、電源から電源電圧を供給した直後の、駆動回路が駆動する前における第１活性部の充電による駆動回路の故障を防止することができる。なお、第１のコンデンサは、圧電アクチュエータの通常駆動時において、電源から第１電極に付与されている電位が第１活性部の充放電時に第１電位よりも低下するのを抑制するとともに、第１電極に第１電位以上の電位が付与されないようにする役割も有する。
【００１２】
また、前記第１給電系統において、前記駆動回路に対して直列的に第２の抵抗器が設けられるとともに、前記駆動回路に対して並列的に第２のコンデンサが設けられていることが好ましい。これによると、第１給電系統においても、第２給電系統と同様に、駆動回路と直列的に抵抗器、並列的にコンデンサを設けることで、この第１給電系統のＲＣ時定数を大きくして、駆動回路に電源から電源電圧が供給されるのを遅らせることができる。また、第１電極に接続される第２給電系統は、この第１給電系統から分岐しているため、第１給電系統の時定数の影響は第２給電系統にも及び、第１活性部の充電によって生じる、第３電極の電位の上昇は一層遅れることになる。なお、第２のコンデンサは、圧電アクチュエータの通常駆動時において、電源から駆動回路に付与されている電位が第１電位よりも低下するのを抑制するとともに、駆動回路に第１電位以上の電位が付与されないようにする役割も有する。
【発明の効果】
【００１３】
第２給電系統のＲＣ時定数を大きくして、第１電極へ付与される電圧の立ち上がりをなまらせて、第１活性部の充電速度を遅らせている。これにより、電源から第１給電系統を介して駆動回路に電源電圧が供給されてから、第１活性部がゆるやかに充電され始めることになり、駆動回路の駆動開始前に第３電極（駆動回路の出力端子）に高い電位が付与されることがない。したがって、電源から電源電圧を供給した直後の、駆動回路が駆動する前における第１活性部の充電による駆動回路の故障を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態に係るプリンタの概略構成図である。
【図２】インクジェットヘッドの斜視図である。
【図３】インクジェットヘッドの平面図である。
【図４】（ａ）が図３の部分拡大図であり、（ｂ）〜（ｄ）が、（ａ）の振動板及び各圧電層の表面の図である。
【図５】図４（ａ）のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】図４（ａ）のＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】圧電アクチュエータと制御基板との接続構成を概略的に示す図である。
【図８】制御基板から上部電極、中間電極及び下部電極までの等価回路図である。
【図９】従来における電源から２つの電極までの接続構成を概略的に示す図であり、（ａ）は概略構成図であり、（ｂ）は等価回路図である。
【図１０】従来における電源から上部電極、中間電極及び下部電極までの等価回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るプリンタの概略構成図である。図１に示すように、プリンタ１は、キャリッジ２、インクジェットヘッド３、搬送ローラ４、制御基板６０（電源：図７参照）などを備えている。
【００１６】
キャリッジ２は、走査方向（図１の左右方向）に往復移動する。インクジェットヘッド３は、キャリッジ２の下面に取り付けられており、その下面に形成されたノズル１５（図３参照）からインクを吐出する。搬送ローラ４は、記録用紙Ｐを紙送り方向（図１の手前方向）に搬送する。そして、プリンタ１においては、キャリッジ２とともに走査方向に往復移動するインクジェットヘッド３のノズル１５から、記録用紙Ｐにインクが吐出されることにより、記録用紙Ｐに印刷が行われる。また、印刷が完了した記録用紙Ｐは、搬送ローラ４によって紙送り方向に排出される。
【００１７】
次に、インクジェットヘッド３について詳細に説明する。図２は、図１のインクジェットヘッドの分解斜視図である。図３は、図２のインクジェットヘッドの平面図である。図４（ａ）は、図３の部分拡大図である。図４（ｂ）〜（ｄ）は、それぞれ、図４（ａ）における、後述する振動板４０、下部圧電層４１及び上部圧電層４２の上面を示した図である。図５は、図４（ａ）のＶ−Ｖ線断面図である。図６は、図４（ａ）のＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【００１８】
なお、図面を分かりやすくするため、図３、図４においては、後述する流路ユニット３１の圧力室１０及びノズル１５除くインク流路の図示を省略し、図３においては、圧電アクチュエータ３２の下部電極４３及び中間電極４４の図示を省略している。また、図４（ａ）においては、ともに点線で図示すべき下部電極４３及び中間電極４４を、それぞれ二点鎖線及び一点鎖線で図示している。さらに、図４（ｂ）〜（ｄ）においては、それぞれ、後述する下部電極４３、中間電極４４及び上部電極４５にハッチングを付している。また、図６においては、流路ユニット３１の圧力室１０よりも下の部分の図示を省略している。
【００１９】
図２〜図６に示すように、インクジェットヘッド３は、流路ユニット３１と圧電アクチュエータ３２と、を有している。インクジェットヘッド３の圧電アクチュエータ３２の上面には、ＣＯＦ５０が接続されている。流路ユニット３１は、複数のプレート２１〜２７が互いに積層されることによって、インク供給口９からインクが供給されるマニホールド流路１１、及び、マニホールド流路１１の出口からアパーチャ流路１２を経て圧力室１０に至り、さらに、圧力室１０からディセンダ流路１４を経てノズル１５に至る複数の個別インク流路を有するインク流路が形成されている。そして、後述するように、圧電アクチュエータ３２により、圧力室１０内のインクに圧力が付与されると、圧力室１０に連通するノズル１５からインクが吐出される。
【００２０】
複数の圧力室１０は、走査方向（図３の左右方向）を長手方向とする略楕円形の平面形状を有しており、紙送り方向（図３の上下方向）に沿って配列されて１つの圧力室列８を構成しており、このような圧力室列８が、走査方向に２列に配列されることによって１つの圧力室群７を構成している。さらに、このような圧力室群７が走査方向に沿って５つ配列されている。ここで、１つの圧力室群７に含まれる２列の圧力室列８を構成する圧力室１０同士は、紙送り方向に関して互いにずれて配置されている。また、複数のノズル１５も、複数の圧力室１０と同様に配置されている。
【００２１】
そして、これら５つの圧力室群７のうち、図３の右側の２つを構成する圧力室１０に対応するノズル１５からはブラックのインクが吐出され、図３の左側の３つを構成する圧力室１０に対応するノズル１５からは、図３の右側に配列されているものから順に、イエロー、シアン、マゼンタのインクが吐出される。なお、インク流路の他の部分の構成については、従来のものと同様であるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。
【００２２】
圧電アクチュエータ３２は、振動板４０及び下部圧電層４１、上部圧電層４２、下部電極４３（第２電極）、中間電極４４（第１電極）、上部電極４５（第３電極）を有している。振動板４０は、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との混晶であるチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電材料からなり、複数の圧力室１０を覆うように、流路ユニット３１の上面に配置されている。また、振動板４０の厚みは２０μｍ程度となっている。なお、この振動板４０は必ずしも圧電材料からなる必要はない。
【００２３】
下部圧電層４１及び上部圧電層４２は、振動板４０と同様の圧電材料からなり、互いに積層されて振動板４０の上面に配置されている。また、下部圧電層４１及び上部圧電層４２の厚みは、それぞれ２０μｍ程度となっている。
【００２４】
下部電極４３は、振動板４０の上面に形成され、振動板４０と下部圧電層４１との間に配置されており、各圧力室群７に対応して、各圧力室群７を構成する２列の圧力室列８に沿って紙送り方向に延びており、これら２列の圧力室列８を構成する複数の圧力室１０と対向している。また、図示しないが、上記紙送り方向に延びた部分同士は互いに接続されている。また、下部電極４３には、ＣＯＭが入力されており、常にグランド電位（第２電位）に保持されている。
【００２５】
中間電極４４は、下部圧電層４１の上面に形成され、下部圧電層４１と上部圧電層４２との間に配置されており、圧力室群７毎に、それぞれ、複数の対向部４４ａ及び接続部４４ｂ、４４ｃを有している。複数の対向部４４ａは、紙送り方向に関する長さが圧力室１０よりも短い略矩形の平面形状を有しており、複数の圧力室１０の中央部分と対向するように配置されている。
【００２６】
接続部４４ｂは、紙送り方向に延びて、各圧力室群７を構成する２列の圧力室列８のうち、図４の右側に配置された圧力室列８を構成する複数の圧力室１０に対応する複数の対向部４４ａの図４右側の端同士を接続している。接続部４４ｃは、紙送り方向に延びて、各圧力室群７を構成する２列の圧力室列８のうち、図４の左側に配置された圧力室列８を構成する複数の圧力室１０に対応する複数の対向部４４ａの図４左側の端同士を接続している。また、中間電極４４には、ＶＤＤ２が入力されており、常にグランド電位とは異なる所定の駆動電位（例えば、２０Ｖ程度：第１電位）に保持されている。
【００２７】
複数の上部電極４５は、上部圧電層４２の上面（下部圧電層４１と反対側の面）に形成され、複数の圧力室１０に対応して、複数の圧力室１０のほぼ全域と対向するように配置されており、紙送り方向に関する長さが中間電極４４の対向部４４ａよりも長い、略矩形の平面形状を有している。また、上部電極４５は、走査方向に関するノズル１５と反対側の端における一部分が、走査方向に圧力室１０と対向しない部分まで延びており、この部分がＣＯＦ５０に接続される接続端子４５ａとなっている。また、上部電極４５には、後述する駆動回路６１からグランド電位と上記所定の駆動電位（例えば、２０Ｖ）のいずれかの電位が選択的に付与される。
【００２８】
そして、このように下部電極４３、中間電極４４及び上部電極４５が配置されることにより、上部圧電層４２における圧力室１０の中央部分と対向する部分において、上部電極４５と中間電極４４とが対向することとなる。そして、中間電極４４から上部電極４５に向かって上向きに分極されていることで、この領域は第１活性部Ｒ１となっている。
【００２９】
さらに、上部圧電層４２及び下部圧電層４１における圧力室１０と対向する部分のうち、中間電極４４と対向する部分よりも外周の部分（中間電極４４と対向しない部分）において上部電極４５と下部電極４３とが対向することとなる。そして、上部電極４５から下部電極４３に向かって下向きに分極されていることで、この領域は、第２活性部Ｒ２となっている。
【００３０】
なお、下部圧電層４１のうち、中間電極４４と下部電極４３とに挟まれた部分は、中間電極４４から下部電極４３に向かって下向きに分極されている。
【００３１】
ここで、圧電アクチュエータ３２の動作について説明する。まず、圧電アクチュエータ３２がインクを吐出させる動作を行う前の待機状態においては、前述したように、下部電極４３及び中間電極４４が、それぞれ、常にグランド電位及び上記所定の駆動電位（例えば、２０Ｖ）に保持されているとともに、上部電極４５の電位が予めグランド電位に保持されている。この状態では、上部電極４５が中間電極４４よりも低電位になっているとともに、下部電極４３と同電位となっている。
【００３２】
これにより、上部電極４５と中間電極４４との間の電位差が生じ、第１活性部Ｒ１にはその分極方向と同じ上向きの電界が発生し、第１活性部Ｒ１がこの電界と直交する水平方向に収縮する。これにより、いわゆるユニモルフ変形が生じ、上部圧電層４２、下部圧電層４１及び振動板４０の圧力室１０と対向する部分が全体として圧力室１０に向かって凸となるように変形する。この状態では、上部圧電層４２、下部圧電層４１及び振動板４０が変形していない場合と比較して、圧力室１０の容積が小さくなっている。
【００３３】
そして、インクを吐出させるべく圧電アクチュエータ３２を駆動させる際には、上部電極４５の電位を、一旦、上記所定の駆動電位に切り替えた後、グランド電位に戻す。上部電極４５の電位を上記所定の駆動電位に切り替えると、上部電極４５が中間電極４４と同電位となるとともに、下部電極４３よりも高電位となる。これにより、第１活性部Ｒ１の上記収縮が元に戻る。そして、これと同時に、上部電極４５と下部電極４３との間に電位差が生じ、第２活性部Ｒ２にはその分極方向と同じ下向きの電界が発生し、第２活性部Ｒ２が水平方向に収縮する。これにより、上部圧電層４２、下部圧電層４１及び振動板４０が全体として、圧力室１０と反対側に凸となるように変形し、圧力室１０の容積が増加する。
【００３４】
この後、上部電極４５の電位をグランド電位に戻すと、前述したのと同様に、上部圧電層４２、下部圧電層４１及び振動板４０の圧力室１０と対向する部分が全体として圧力室１０に向かって凸となるように変形し、圧力室１０の容積が小さくなる。これにより、圧力室１０内のインクの圧力が上昇し（圧力室１０内のインクに圧力が付与され）、圧力室１０に連通するノズル１５からインクが吐出される。
【００３５】
また、上述したようにして圧電アクチュエータ３２を駆動させる場合、上部電極４５の電位をグランド電位から所定の駆動電位に切り替えたときには、第１活性部Ｒ１が収縮した状態から収縮前の状態に伸長すると同時に、第２活性部Ｒ２が収縮するため、第１活性部Ｒ１の伸長が第２活性部Ｒ２の収縮に一部吸収される。一方、上部電極４５の電位を所定の駆動電位からグランド電位に戻したときには、第１活性部Ｒ１が収縮するとともに、第２活性部Ｒ２が収縮前の状態まで伸長するため、第１活性部Ｒ１の収縮が第２活性部Ｒ２の伸長によって一部吸収される。
【００３６】
以上のことから、下部圧電層４１及び上部圧電層４２の圧力室１０と対向する部分の変形が、他の圧力室１０と対向する部分に伝達して当該他の圧力室１０に連通するノズル１５からのインクの吐出特性が変動してしまう、いわゆるクロストークが抑制される。
【００３７】
なお、上述した待機状態及び圧電アクチュエータ３２が駆動されている間においては、下部圧電層４１の中間電極４４と下部電極４３との間の部分には常に電位差が生じており、下部圧電層４１のこの部分には、その分極方向と同じ方向の電界が発生している。これにより、下部圧電層４１のこの部分は電界方向に垂直な方向に常に収縮した状態となっている。
【００３８】
次に、インクジェットヘッド３の圧電アクチュエータ３２と、プリンタ１の制御基板６０との接続構成について説明する。図７は、圧電アクチュエータと制御基板との接続構成を概略的に示す図である。圧電アクチュエータ３２に接続されたＣＯＦ５０には、圧電アクチュエータ３２を駆動する２つのドライバＩＣ５１ａ、５１ｂが実装されている。また、ＣＯＦ５０は、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）１０２、キャリッジ基板１０４及びフラットケーブル（ＦＦＣ）１０６を介して制御基板６０に電気的に接続されている。各ドライバＩＣ５１ａ、５１ｂ内には、駆動回路６１がそれぞれ設けられており、駆動回路６１の複数の出力端子が、圧電アクチュエータ３２の複数の上部電極４５にそれぞれ接続されている。
【００３９】
そして、ドライバＩＣ５１ａ、５１ｂは、ＦＰＣ１０２、キャリッジ基板１０４及びＦＦＣ１０６を介して制御基板６０から入力された信号に基づき、ＣＯＦ５０上の配線を介して、駆動回路６１から複数の上部電極４５に対して、所定の駆動電位とグランド電位のうち、いずれか一方の電位を選択的に付与する。なお、ＣＯＦ５０に実装された各ドライバＩＣ５１ａ、５１ｂは、それぞれ、圧電アクチュエータ３２の全ての上部電極４５のうち、予め対応付けられた半数の上部電極４５に対して電位を付与するように構成されている。
【００４０】
ここで、制御基板６０からドライバＩＣ５１へ入力される各種入力信号について簡単に説明する。ＶＤＤ１は、ドライバＩＣ５１を駆動するための制御用の低圧電源（例えば、３．３Ｖ）の電圧入力、ＶＤＤ２は、圧電アクチュエータ３２駆動用の高圧電源（例えば、２０Ｖ）の電圧入力、ＣＯＭは、下部電極４３用のグランド入力、ＣＬＫは、制御基板６０からドライバＩＣ５１ａ、５１ｂへのデータ転送用クロックをそれぞれ示している。また、ＦＩＲＥ１〜６は、１つのノズル１５に対して、液滴を噴射しない、及び、５種類の液滴噴射サイズ（液滴体積）の計６種類の噴射態様のそれぞれ対応した６種類の駆動波形データ、ＳＩＮＡ＿１〜３、ＳＩＮＢ＿１〜３は、ドライバＩＣ５１ａ、５１ｂごとに１つのノズル１５の各々の噴射タイミングに６種類の噴射態様のうち１つを対応づけるための３ビットの選択データのシリアル入力である。
【００４１】
また、ＶＤＤ２が入力される配線は、ＦＰＣ１０２上で分岐して、ＶＤＤ２と同じ電位のＶＣＯＭが入力される配線となっており、このＶＣＯＭはドライバＩＣ５１ａ、５１ｂを介さずに中間電極４４へ直接入力される信号である。なお、制御基板６０からドライバＩＣ５１ａ、５２ｂの駆動回路６１までのＶＤＤ２が入力される配線を第１給電系統７０とし、ＶＤＤ２が入力される配線（第１給電系統７０）から分岐して、ＶＣＯＭが入力される配線を第２給電系統７１とする（図８参照）。
【００４２】
次に、制御基板６０から上部電極４５、中間電極４４ａ及び下部電極４３までの等価回路について説明する。なお、本実施形態における制御基板６０から上部電極４５、中間電極４４ａ及び下部電極４３までの間の、駆動電位やグランド電位が供給される配線や基板、具体的にはＣＯＦ５０、ドライバＩＣ５１、駆動回路６１、ＦＰＣ１０２、キャリッジ基板１０４及びＦＦＣ１０６が、本発明における駆動装置に相当する。図８は、制御基板から上部電極、中間電極及び下部電極までの等価回路図である。図８に示すように、上部電極４５と中間電極４４ａに挟まれ、分極された上部圧電層４２の駆動領域である第１活性部Ｒ１は、充放電を行うコンデンサ８１とみなすことができる。また、上部電極４５と下部電極４３に挟まれ、分極された下部圧電層４１の駆動領域である第２活性部Ｒ２は、充放電を行うコンデンサ８２とみなすことができる。
【００４３】
そして、駆動回路６１は、ＶＤＤ２が入力される第１給電系統７０と接続されており、制御基板６０から駆動電位が付与される（電源電圧が供給される）。コンデンサ８１の一端側である中間電極４４ａは、第１給電系統７０から分岐した第２給電系統７１と接続されており、制御基板６０から直接駆動電位が付与される。コンデンサ８２の一端側である下部電極４３は、グランドに接続されている。コンデンサ８１、８２それぞれの他端側である上部電極４５は、駆動回路６１の出力端子に接続されている。
【００４４】
このような回路構成により、制御基板６０からＶＤＤ２及びＣＯＭが入力されることで、中間電極４４ａに所定の駆動電位、及び、下部電極４３にグランド電位が直接付与される。また、制御基板６０から電源電圧が入力されることで、駆動回路６１は駆動し、この駆動回路６１から上部電極４５に所定の駆動電位とグランド電位のうち、いずれか一方の電位を選択的に付与可能となる。
【００４５】
ここで、一般的に、駆動回路６１などのＩＣは、電源電圧が供給されて駆動する前に出力端子に対して高い電圧が印加されてしまうと、内部のトランジスタなどが破壊されてしまい、故障してしまうおそれがある。図８に示すような等価回路において、仮に、後述する抵抗器８３及びコンデンサ８４が接続されていないとすると、制御基板６０から駆動回路６１に電源電圧が供給された直後において、駆動回路６１が駆動する前に、中間電極４４と上部電極４５に挟まれたコンデンサ８１の充電が開始されて、コンデンサ８１に瞬間的に電流が流れてしまうおそれがある。すると、駆動回路６１の出力端子と接続された上部電極４５の電位が瞬間的に高くなってしまい、その結果、上述したように駆動回路６１が故障してしまうおそれがある。
【００４６】
そこで、本実施形態では、第２給電系統７１において、コンデンサ８１に対して直列的に抵抗器８３（第１の抵抗器）を接続しているとともに、コンデンサ８１に対して並列的にコンデンサ８４（第２のコンデンサ）を接続している。このように、第２給電系統７１においてＲＣ回路を構成することで、時定数を大きくして、中間電極４４ａに付与される電圧の立ち上がりをなまらせて、コンデンサ８１の充電速度を遅らせている。具体的には、抵抗器８３及びコンデンサ８４は、ＣＯＦ５０上に設けられる（図７参照）。
【００４７】
これにより、制御基板６０から第１給電系統７０を介して駆動回路６１に電源電圧が確実に供給されてから、コンデンサ８１がゆるやかに充電され始めることになり、駆動回路６１の駆動開始前に上部電極４５（駆動回路６１の出力端子）に高い電位が付与されることがない。その結果、制御基板６０から電源電圧を供給した直後の、駆動回路６１が駆動する前におけるコンデンサ８１の充電による駆動回路６１の故障を防止することができる。なお、コンデンサ８４は、圧電アクチュエータ３２の通常駆動時における、制御基板６０から中間電極４４ａに付与されている電位がコンデンサ８１の充放電時の所定の駆動電位よりも低下するのを抑制するとともに、中間電極４４ａに所定の駆動電位以上の電位が付与されないようにする役割も有する。
【００４８】
さらに、本実施形態では、第１給電系統７０において、駆動回路６１に対して直列的に抵抗器８５（第２の抵抗器）を接続しているとともに、駆動回路６１に対して並列的にコンデンサ８６（第２のコンデンサ）を接続している。具体的には、抵抗器８５及びコンデンサ８６は、ＦＦＣ１０６上に設けられる（図７参照）。
【００４９】
このように、第１給電系統７０においても、第２給電系統７１と同様に、駆動回路６１と直列的に抵抗器８５、並列的にコンデンサ８６を設けて、この第１給電系統７０においてＲＣ回路を構成することで、時定数を大きくして、駆動回路６１に制御基板６０から電源電圧が供給されるのを遅らせることができる。また、中間電極４４ａに接続される第２給電系統７１は、この第１給電系統７０から分岐しているため、第１給電系統７０の時定数の影響は第２給電系統７１にも及び、コンデンサ８１の充電によって生じる、上部電極４５の電位の上昇は一層遅れることになる。なお、コンデンサ８６は、圧電アクチュエータ３２の通常駆動時における、制御基板６０から駆動回路６１に付与される電位が所定の駆動電圧よりも低下するのを抑制するとともに、駆動回路６１に所定の駆動電位以上の電圧が印加されないようにする役割も有する。
【００５０】
次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。
【００５１】
本実施形態においては、抵抗器８３はＣＯＦ５０上に設けられていたが、第２給電系統７１、すなわちＶＣＯＭが入力される配線上であれば、いかなる位置に設けられてもよい。また、コンデンサ８４はＣＯＦ５０上に設けられていたが、第２給電系統７１、すなわちＶＣＯＭが入力される配線とＣＯＭが入力される配線との間であれば、いかなる位置に設けられてもよい。また、抵抗器８５はＦＦＣ１０６上に設けられていたが、第１給電系統７０、すなわちＶＤＤ２が入力される配線上であれば、例えば、キャリッジ基板１０４やＦＰＣ１０２などいかなる位置に設けられてもよい。また、コンデンサ８６はＦＦＣ１０６上に設けられていたが、第１給電系統７０、すなわちＶＣＯＭが入力される配線とＣＯＭが入力される配線との間であれば、例えば、キャリッジ基板１０４やＦＰＣ１０２などいかなる位置に設けられてもよい。
【００５２】
また、抵抗器８３、８５は、抵抗素子ではなく、配線の長さや幅による抵抗成分であってもよい。例えば、抵抗器の抵抗値を大きくしたい場合には、配線の長さを長くしたり、幅を細くしたりする。これによると、抵抗素子を配置するスペースが必要なくなり、省スペース化を図ることができる。
【００５３】
さらに、本実施形態においては、第１給電系統７０において、駆動回路６１に対して直列的に抵抗器８５を接続しているとともに、駆動回路６１に対して並列的にコンデンサ８６を接続していたが、圧電アクチュエータ３２の通常駆動時における、制御基板６０から中間電極４４ａに付与されている電位がコンデンサ８１の充放電時の所定の駆動電位よりも低下するのを抑制するとともに、中間電極４４ａに所定の駆動電位以上の電位が付与されないようにする役割だけを果たすためであれば、抵抗器８５を設けずに、コンデンサ８６だけ設けられてもよい。
【００５４】
また、本実施形態においては、圧電層を２つの電極で厚み方向に挟んで活性部が構成されていたが、圧電層の面方向に２つの電極が離間して配置され、この２つの電極間を活性部としてもよい。このとき、活性部は電極の対向する方向（圧電層の面方向）に分極させる。
【００５５】
以上、説明した実施形態及びその変更形態では、本発明を、記録用紙にインクを噴射して画像などを記録するインクジェットヘッド用の圧電アクチュエータの駆動装置に適用したが、本発明の適用対象は、このようなインクジェットヘッド用の圧電アクチュエータに限られず、様々な用途に使用される圧電アクチュエータの駆動装置に適用できる。
【符号の説明】
【００５６】
１ プリンタ
３ インクジェットヘッド
３２ 圧電アクチュエータ
４０ 振動板
４１、４２ 圧電層
４５ 上部電極
４４ 中間電極
４３ 下部電極
６０ 制御基板
６１ 駆動回路
７０ 第１給電系統
７１ 第２給電系統
８１、８２、８４、８６ コンデンサ
８３、８５ 抵抗器
Ｒ１ 第１活性部
Ｒ２ 第２活性部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電層と、この圧電層に設けられた第１電極、第２電極、及び、第３電極を有し、
前記第１電極には所定の第１電位が付与され、前記第２電極には前記第１電位よりも低い所定の第２電位が付与され、前記第３電極の電位は前記第１電位と前記第２電位との間で切り換えられ、
前記第１電極と前記第３電極とに挟まれた圧電層部分からなり、両電極間の電位差によってコンデンサとして作用する第１活性部と、前記第２電極と前記第３電極の間に挟まれた圧電層部分からなり、前記第１活性部と同じくコンデンサとして作用する第２活性部とを備え、
前記第３電極の電位を前記第１電位と前記第２電位の間で切り換える駆動回路と、
前記駆動回路と電源とを接続する第１給電系統と、
前記第１給電系統から分岐して、前記駆動回路を介さずに前記電源と前記第１電極とを接続し、前記第１電極に前記第１電位を付与する第２給電系統を有し、
前記第２給電系統において、前記第１活性部に対して直列的に第１の抵抗器が設けられるとともに、前記第１活性部に対して並列的に第１のコンデンサが設けられていることを特徴とする圧電アクチュエータの駆動装置。
【請求項２】
前記第１給電系統において、前記駆動回路に対して直列的に第２の抵抗器が設けられるとともに、前記駆動回路に対して並列的に第２のコンデンサが設けられていることを特徴とする圧電アクチュエータの駆動装置。
【請求項１】
圧電層と、この圧電層に設けられた第１電極、第２電極、及び、第３電極を有し、
前記第１電極には所定の第１電位が付与され、前記第２電極には前記第１電位よりも低い所定の第２電位が付与され、前記第３電極の電位は前記第１電位と前記第２電位との間で切り換えられ、
前記第１電極と前記第３電極とに挟まれた圧電層部分からなり、両電極間の電位差によってコンデンサとして作用する第１活性部と、前記第２電極と前記第３電極の間に挟まれた圧電層部分からなり、前記第１活性部と同じくコンデンサとして作用する第２活性部とを備え、
前記第３電極の電位を前記第１電位と前記第２電位の間で切り換える駆動回路と、
前記駆動回路と電源とを接続する第１給電系統と、
前記第１給電系統から分岐して、前記駆動回路を介さずに前記電源と前記第１電極とを接続し、前記第１電極に前記第１電位を付与する第２給電系統を有し、
前記第２給電系統において、前記第１活性部に対して直列的に第１の抵抗器が設けられるとともに、前記第１活性部に対して並列的に第１のコンデンサが設けられていることを特徴とする圧電アクチュエータの駆動装置。
【請求項２】
前記第１給電系統において、前記駆動回路に対して直列的に第２の抵抗器が設けられるとともに、前記駆動回路に対して並列的に第２のコンデンサが設けられていることを特徴とする圧電アクチュエータの駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−２３３４２８（Ｐ２０１０−２３３４２８Ａ）
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８１２８８（Ｐ２００９−８１２８８）
【出願日】平成２１年３月３０日（２００９．３．３０）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３０日（２００９．３．３０）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
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