(57)【要約】【課題】２種類の活性部の一方の活性部が充電されている状態から他方の活性部への充電を行うときに、その充電開始直後から大きな充電電流を他方の活性部に供給すること。【解決手段】ドライバＩＣ４７は、充電側定電流源５０と放電側定電流源５１とを結ぶ充放電経路５３と、充放電経路５３から分岐して第１電極４３に至る第１接続経路５４と、充放電経路５３から分岐して第２電極４４に至る第２接続経路５５と、充放電経路５３に設けられた３つのスイッチＳＷ１〜３を備えている。第１活性部３５の充電状態においては、第３スイッチＳＷ３がＯＦＦで充電側定電流源５０と電極４３，４４が遮断された状態で、第１スイッチＳＷ１をＯＮ、第２スイッチＳＷ２をＯＦＦにして第１活性部３５の放電を先行して開始し、所定時間経過後、第３スイッチＳＷ３をＯＮにして第２活性部３６の充電を開始する。【選択図】図４
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【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電極と前記第２電極とに挟まれた圧電層部分からなる第１活性部と、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る第２活性部とを備えた、圧電アクチュエータを駆動する駆動装置であって、
充電側定電流源、及び、放電側定電流源と、
前記充電側定電流源と前記放電側定電流源とを結ぶ充放電経路と、
前記充放電経路から第１分岐点で分岐して前記第１電極に至る第１接続経路と、
前記第１分岐点よりも前記充電側定電流源に近い第２分岐点において前記充放電経路から分岐し、前記第２電極に至る第２接続経路と、
前記第１分岐点と前記第２分岐点との間に設けられた第１スイッチ、前記第１分岐点と前記放電側定電流源との間に設けられた第２スイッチ、及び、前記充電側定電流源と前記第２分岐点との間に設けられた第３スイッチと、
前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、及び、前記第３スイッチのそれぞれのＯＮ／ＯＦＦを切り換えて、前記第１活性部及び前記第２活性部の充放電を制御する充放電制御回路を有し、
前記充放電制御回路は、
前記第１活性部の充電状態においては、まず、前記第３スイッチがＯＦＦの状態で前記第１スイッチをＯＮ、前記第２スイッチをＯＦＦにして前記第１活性部から放電させ、所定時間経過後、前記第３スイッチをＯＮにして前記第２活性部を充電し、
前記第２活性部の充電状態においては、前記第３スイッチがＯＮの状態で、前記第１スイッチをＯＦＦ、前記第２スイッチをＯＮにして前記第１活性部に充電するとともに前記第２活性部から放電す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活性部の静電容量が、前記第２活性部の静電容量よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータの駆動装置。
【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を駆動する駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、圧電層の圧電変形（圧電歪ともいう）を利用して対象を駆動する圧電アクチュエータが、様々な技術分野で広く用いられている。その中でも、本願と出願人が同一の出願である特許文献１には、インクジェットヘッド用の圧電アクチュエータが開示されている。
【０００３】
特許文献１の圧電アクチュエータは、複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室を備えた流路ユニットに設けられ、各圧力室内のインクに圧力を付与して、ノズルからインクの液滴を噴射させるものである。より具体的には、特許文献１の圧電アクチュエータは、流路ユニットの表面に複数の圧力室を覆うように積層された複数枚の圧電層と、これら複数枚の圧電層に設けられた第１電極（個別電極）、第２電極（第１の定電位電極）、及び、第３電極（第２の定電位電極）を有する。
【０００４】
上記３種類の電極は、積層された複数枚の圧電層の、厚み方向に関して互いに異なる位置に配置されており、第１電極（個別電極）と第２電極（第１の定電位電極）、第１電極と第３電極（第２の定電位電極）は、圧電層を挟んで対向している。また、第１電極は圧力室のほぼ全域と対向している。一方、第２電極は圧力室の中央部と対向し、第３電極は圧力室の外周側部分と対向している。そして、駆動装置（ドライバＩＣ）から、第１電極と第２電極間、及び、第１電極と第３電極間に、交互に電圧が印加されたときに、第１電極と第２電極に挟まれた、圧力室の中央部と対向する圧電層部分（第１活性部）と、第１電極と第３電極に挟まれた、圧力室の外周側部分と対向する圧電層部分（第２活性部）に、交互に圧電変形が生じることで、圧力室内のインクに圧力が付与されるようになっている。
【０００５】
ところで、前記特許文献１には詳細には記載されていないが、本願出願人が提案している、上記の圧電アクチュエータを駆動する駆動装置（ドライバＩＣ）は、各活性部（第１活性部及び第２活性部）を挟む電極組を一定電圧の電源と直接接続することで、各活性部に充電しつつ電極間に電位差を発生させるように構成されていた。この従来の駆動方式では、複数の第１活性部及び複数の第２活性部の各々は電源から供給される充電電流によって瞬時にフル充電され、フル充電後には、複数の第１活性部間、及び、複数の第２活性部間で、印加される電圧は等しくなる。
【０００６】
ところで、複数の活性部の間で静電容量の値がばらつくことがよくある。その要因としては、電極面積のばらつき、活性部の厚みばらつき、製造工程で生じた応力のばらつき、及び、圧電材料の面内不均一に起因する圧電定数のばらつき等が考えられる。このように、複数の活性部で静電容量がばらつく場合に、複数の活性部にそれぞれ同じ電圧が印加されると、活性部の変形量が、静電容量に応じてばらついてしまう。例えば、厚みが小さい（静電容量が大きい）活性部においては変形量が大きくなり、厚みが大きい（静電容量が小さい）活性部においては変形量が小さくなってしまう。そして、上記インクジェットヘッド用の圧電アクチュエータであれば、複数の活性部間で変形量がばらつくと、複数の圧力室間でインクに付与される圧力がばらつき、その結果、複数のノズルから噴射される液滴の速度が異なってしまうことになる。
【０００７】
そこで、本願発明者らは、複数の活性部間で静電容量がばらついても全ての活性部の変形量が等しくなるような、圧電アクチュエータの駆動方式を検討している。複数の活性部の変形量を等しくするためには、静電容量が大きい活性部に対しては印加電圧を小さくし、静電容量が小さい活性部に対しては印加電圧を大きくすればよい。ここで、コンデンサの静電容量（Ｃ）、印加電圧（Ｖ）、蓄えられる電荷量（Ｑ）の間にＱ＝ＣＶの関係が成立することがよく知られている。従って、Ｃ（大）のときにＶ（小）、Ｃ（小）のときにＶ（大）にするためには、複数の活性部で電荷量（Ｑ）が一定になるようにすればよい。具体的には、定電流源を用いて活性部への充電電流を一定に保ち、さらに、複数の活性部にそれぞれ蓄えられる電荷量が同じになるように充電時間を等しく制御する。
【０００８】
そして、上記の駆動方式（以下、定電荷駆動方式という）を、特許文献１に記載された２種類の活性部（第１活性部及び第２活性部）を有する圧電アクチュエータの駆動装置に適用すると、以下のようになる。図７は、特許文献１の圧電アクチュエータに定電荷駆動方式を採用したときの、駆動装置（ドライバＩＣ）の回路図である。図７に示すように、ドライバＩＣ２００は、充電側定電流源５０及び放電側定電流源５１を備え、充電側定電流源５０と放電側定電流源５１は、複数の第１活性部３５及び複数の第２活性部３６に対応する複数の充放電経路５３によって接続されている。また、充放電経路５３から分岐して第１電極４３に至る第１接続経路５４と、充放電経路５３から分岐して第２電極４４に至る第２接続経路５５が設けられている。尚、第３電極４５はグランドに接続されている。さらに、各々の充放電経路５３において、第１接続経路５４の分岐点Ｐ１と第２接続経路５５の分岐点Ｐ２の間には第１スイッチＳＷ１が設けられ、第１接続経路５４の分岐点Ｐ１と放電側定電流源５１との間には第２スイッチＳＷ２が設けられている。
【０００９】
このドライバＩＣ２００において、図７（ａ）のように、第１活性部３５が充電された状態で、第１スイッチＳＷ１がＯＮ、第２スイッチＳＷ２がＯＦＦになると、矢印Ａ１で示されるように第１活性部３５に蓄えられていた電荷が放電される一方で、第１電極４３が充電側定電流源５０と接続されて、矢印Ａ２で示されるように第２活性部３６が充電される。次に、図７（ｂ）のように、第１スイッチＳＷ１がＯＦＦ、第２スイッチＳＷ２がＯＮになると、矢印Ｂ１で示されるように第１活性部３５が充電される一方で、矢印Ｂ２で示されるように第２活性部３６に蓄えられていた電荷が放電される。ここで、第１活性部３５及び第２活性部３６の充電電流は、充電側定電流源５０と放電側定電流源５１により一定に保たれることから、複数の第１活性部３５間、及び、複数の第２活性部３６間について、充電時間をそれぞれ等しくすることで、複数の第１活性部３５、及び、複数の第２活性部３６に蓄えられる電荷量をそれぞれ一定に制御することができる。
【００１０】
尚、定電流源を用いた圧電アクチュエータの駆動装置として、特許文献２には、圧電素子への充電電流を一定に維持する充電側定電流回路と、圧電素子からの放電電流を一定に維持する放電側定電流回路とを備えた、インクジェットヘッド用圧電アクチュエータの駆動回路が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００９−９６１７３号公報（図４）
【特許文献２】特開２００１−１５０６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前述したように、複数の活性部間で蓄えられる電荷量を一定に制御するためには、定電流源から一定の充電電流が活性部に供給されることが前提となる。ここで、定電流源から一定の充電電流を送り続けるには、定電流源を構成するトランジスタの特性から、定電流源の上流側と下流側との間に、ある一定以上の電位差を確保することが必要となる。
【００１３】
しかし、図７（ａ）において、第１活性部３５が充電されている状態から、第１スイッチＳＷ１をＯＮ、第２スイッチＳＷ２をＯＦＦにして、充電側定電流源５０から第２活性部３６への充電（矢印Ａ２）を行うときに、このスイッチの切り換え直後においては、第１活性部３５に電荷が蓄えられている状態であることから第２電極４４の電位が高く、そのために、充電側定電流源５０の上流側と下流側の間の電圧は非常に小さくなっており、その結果、第２活性部３６への充電初期には充電電流がほとんど流れなくなる。そのため、一定の充電電流が維持されるという想定の上で設定された所定の充電時間が経過しても、第２活性部３６の実際の充電電荷量が所望の電荷量よりも少なくなり、その分、第２活性部３６の印加電圧が低くなってしまう。
【００１４】
尚、特許文献２には一定の充電電流で圧電素子（活性部）を充電する駆動回路が開示されているものの、特許文献１に開示されているような２種類の活性部を有する圧電アクチュエータを、定電荷駆動方式で駆動する場合に特有の、上述した課題は記載されておらず、当然ながら、その課題を解決する手段については何ら開示されていない。
【００１５】
本発明の目的は、２種類の活性部を有する圧電アクチュエータにおいて一方の活性部が充電されている状態から他方の活性部への充電を行うときに、その充電開始直後から大きな充電電流を他方の活性部に供給することが可能な、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】
【００１６】
第１の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電極と前記第２電極とに挟まれた圧電層部分からなる第１活性部と、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る第２活性部とを備えた、圧電アクチュエータを駆動する駆動装置であって、
充電側定電流源、及び、放電側定電流源と、前記充電側定電流源と前記放電側定電流源とを結ぶ充放電経路と、前記充放電経路から第１分岐点で分岐して前記第１電極に至る第１接続経路と、前記第１分岐点よりも前記充電側定電流源に近い第２分岐点において前記充放電経路から分岐し、前記第２電極に至る第２接続経路と、前記第１分岐点と前記第２分岐点との間に設けられた第１スイッチ、前記第１分岐点と前記放電側定電流源との間に設けられた第２スイッチ、及び、前記充電側定電流源と前記第２分岐点との間に設けられた第３スイッチと、前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、及び、前記第３スイッチのそれぞれのＯＮ／ＯＦＦを切り換えて、前記第１活性部及び前記第２活性部の充放電を制御する充放電制御回路を有し、
前記充放電制御回路は、前記第１活性部の充電状態においては、まず、前記第３スイッチがＯＦＦの状態で前記第１スイッチをＯＮ、前記第２スイッチをＯＦＦにして前記第１活性部から放電させ、所定時間経過後、前記第３スイッチをＯＮにして前記第２活性部を充電し、前記第２活性部の充電状態においては、前記第３スイッチがＯＮの状態で、前記第１スイッチをＯＦＦ、前記第２スイッチをＯＮにして前記第１活性部に充電するとともに前記第２活性部から放電することを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の駆動装置においては、充電側定電流源と、充放電経路から第２電極へ至る第２接続経路の、充放電経路からの分岐点（第２分岐点）との間に、第３スイッチが設けられている。そして、第１活性部が充電されている状態から、この第１活性部の放電及び第２活性部の充電を行う場合には、まず、第３スイッチをＯＦＦにして、充電側定電流源と第１電極及び第２電極との間が遮断されている状態で、第１スイッチをＯＮ、第２スイッチをＯＦＦにして、第１活性部の放電を先行して行う。そして、この第１活性部の放電が所定時間行われて、第２電極の電位がある程度下がった状態で、第３スイッチをＯＮにして充電側定電流源と第１電極とを接続し、第２活性部への充電を開始する。本発明によれば、第１活性部の放電によって第２電極の電位が下がった状態で、第２活性部の充電が開始されるため、第２活性部の充電開始直後においても、充電側定電流源における電圧が一定以上に確保されることから、第２活性部へ大きな充電電流を供給することができる。
【００１８】
第２の発明の圧電アクチュエータの駆動装置は、前記第１の発明において、前記第１活性部の静電容量が、前記第２活性部の静電容量よりも大きいことを特徴とするものである。
【００１９】
第１活性部の静電容量が大きい場合には、第１活性部の放電によって第２電極の電位が低下するのに時間がかかる。そのため、第１活性部の放電と第２活性部の充電が同時に開始されたときには、第１活性部の放電によって第２電極の電位が低下するのに時間がかかり、第２活性部の充電開始からしばらくの間、充電電流が低い状態が続いてしまう。そこで、第３スイッチをＯＦＦにして充電側定電流源と第１電極及び第２電極の間を遮断した上で、第１活性部の放電を先行して行い、第２電極の電位を十分に低下させてから、その後に、第３スイッチをＯＮにして、第２活性部の充電を開始することが特に好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、第１活性部の放電によって第２電極の電位が下がった状態で、第２活性部の充電が開始されるため、第２活性部の充電開始直後においても、充電側定電流源における電圧が一定以上に確保されることから、第２活性部へ大きな充電電流を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施形態のインクジェットヘッドの斜視図である。
【図２】インクジェットヘッドの平面図である。
【図３】インクジェットヘッドの部分拡大図であり、（ａ）は図２の一部拡大平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図４】ドライバＩＣの回路図であり、（ａ）は第２活性部の充電時（第１活性部の放電時）、（ｂ）は第１活性部の充電時（第２活性部の放電時）をそれぞれ示す。
【図５】定電流源を構成するＦＥＴの電圧（Ｖｄｓ）−電流（Ｉｄｓ）の特性を示す図である。
【図６】インクジェットプリンタの制御系を示すブロック図である。
【図７】特許文献１の圧電アクチュエータのドライバＩＣに、定電荷駆動方式を採用した場合の回路図であり、（ａ）は第２活性部の充電時（第１活性部の放電時）、（ｂ）は第１活性部の充電時（第２活性部の放電時）をそれぞれ示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に、本発明の実施の形態について説明する。本実施形態は、記録用紙に対してインクを噴射して画像等を記録するインクジェットヘッドの圧電アクチュエータに、本発明を適用した一例である。
【００２３】
図１は、本実施形態のインクジェットヘッドの斜視図、図２は、インクジェットヘッドの平面図である。尚、以下では、図１、図２の紙面手前側を上方、図１、図２の紙面向こう側を下方と定義して説明する。このインクジェットヘッド３は、図中の走査方向に往復移動しつつ、搬送機構（図６参照）によって前記走査方向と直交する紙送り方向に搬送される記録用紙（図示省略）に対して、下面に開口する複数のノズル１５（図３参照）からインクの液滴を噴射する、いわゆる、シリアル式のインクジェットヘッドである。図１、図２に示すように、インクジェットヘッド３は、ノズル１５や圧力室１０を含むインク流路が形成された流路ユニット３１と、この流路ユニット３１の上面に配置された圧電アクチュエータ３２とを備えている。また、図１に示すように、圧電アクチュエータ３２の上面には、ドライバＩＣ４７を実装したフレキシブル配線基板（ＦＰＣ）４６が接合される。
【００２４】
まず、流路ユニット３１について説明する。図１、図２に示すように、流路ユニット３１の上面には、インクジェットヘッド３で使用される４色のインク（ブラック、イエロー、シアン、マゼンタ）がそれぞれ供給される４つのインク供給口９が設けられている。そして、流路ユニット３１内には、前記インク供給口９に接続されたインク流路が形成されている。
【００２５】
図３はインクジェットヘッド３の部分拡大図であり、（ａ）は図２の一部拡大平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。図３に示すように、流路ユニット３１は、互いに積層された４枚のプレート１１〜１４で構成されている。４枚のプレート１１〜１４の材質は特に限定されないが、例えば、上の３枚のプレート１１〜１３はステンレス鋼等からなる金属プレートとし、一番下のノズル１５が形成されるプレート１４は合成樹脂材料で形成されたプレートとすることができる。この流路ユニット３１には、インク供給口９に接続されたマニホールド１６と、マニホールド１６に連通した複数の圧力室１０と、複数の圧力室１０にそれぞれ連通する複数のノズル１５が形成されている。
【００２６】
図３（ｂ）に示されるマニホールド１６は、インク供給口９から紙送り方向（図３（ｂ）の紙面垂直方向）に延在している。図２、図３（ａ）に示すように、複数の圧力室１０は、それぞれ、走査方向を長手方向とする略楕円形の平面形状を有する。また、図２に示すように、複数の圧力室１０は、紙送り方向に延在するマニホールド１６に沿って配列されることで、１つの圧力室列８が構成されている。さらに、走査方向に隣接する２つの圧力室列８によって１つの圧力室群７が構成され、流路ユニット３１には、合計５つの圧力室群７が設けられている。尚、５つの圧力室群７のうち、図２中右側に位置する２つの圧力室群７は、インク供給口９からブラックインクが供給される、ブラック用の圧力室群７である。また、図２中左側に位置する３つの圧力室群７は、３つのインク供給口９からそれぞれ３色のカラーインク（イエロー、マゼンタ、シアン）が供給される、カラー用の圧力室群７である。
【００２７】
複数の圧力室１０にそれぞれ連通する複数のノズル１５は、流路ユニット３１の下面（最下層に位置するプレート１４の下面）に開口している。また、図示は省略するが、これら複数のノズル１５も、複数の圧力室１０と同様に配列されており、図２中右側には、２つの圧力室群７にそれぞれ対応した、ブラックインクを噴射する２つのノズル群が配置され、図２中左側には、３つの圧力室群７にそれぞれ対応した、３色のカラーインク用を噴射する３つのノズル群が配置されている。
【００２８】
そして、図３（ｂ）に示すように、流路ユニット３１内には、インク供給口９に接続されたマニホールド１６から分岐して、圧力室１０を経てノズル１５に至る個別インク流路１７が複数形成されている。
【００２９】
次に、圧電アクチュエータ３２について説明する。図３に示すように、圧電アクチュエータ３２は、振動板３３、３枚の圧電層（第１圧電層４０、第２圧電層４１、第３圧電層４２）、複数の第１電極４３、第２電極４４、及び、第３電極４５を有する。
【００３０】
振動板３３は、例えば、ステンレス鋼等の鉄系合金、銅系合金、ニッケル系合金、あるいは、チタン系合金などからなる。この振動板３３は、流路ユニット３１の最上層のプレート１１の上面に複数の圧力室１０を覆うように配設された状態で、プレート１１に接合されている。
【００３１】
３枚の圧電層４０〜４２は、それぞれ、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強誘電性の圧電材料によって形成されており、互いに積層された状態で、複数の圧力室１０を覆うように振動板３３の上面に接合されている。また、３枚の圧電層４０〜４２の積層体４９は、例えば、未焼成の３枚のグリーンシートに後述の電極をそれぞれ形成した後に積層し、高温で焼成することによって得られる。尚、３枚の圧電層４０〜４２の積層体４９は、金属製の振動板３３によって圧力室１０と隔てられており、振動板３３によって圧電層４２の下面が保護されるとともに、圧力室１０内のインクの圧電層４０〜４２への浸入が振動板３３により防止される。
【００３２】
複数の第１電極４３は、最上層の第１圧電層４０の上面における、複数の圧力室１０とそれぞれ対向する領域に設けられている。図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、各第１電極４３は、圧力室１０とほぼ同じ平面形状を有し、最上層の圧電層４０の上面の、１つの圧力室１０と対向する領域全体に設けられている。また、各第１電極４３からは、圧力室１０と対向しない領域へ、第１電極４３をＦＰＣ４６（図１参照）と接続するための接点部４３ａが引き出されている。
【００３３】
第２電極４４は、第１圧電層４０と中間層の第２圧電層４１との間に配置されている。この第２電極４４は、複数の圧力室１０の短手方向（図３（ｃ）における左右方向）に関する中央部とそれぞれ対向する、複数の対向電極部４４ａを有し、これら複数の対向電極部４４ａは互いに導通している。
【００３４】
第３電極４５は、第２圧電層４１と最下層の第３圧電層４２との間に配置されている。この第３電極４５は、複数の圧力室１０の短手方向端部とそれぞれ対向する、複数の対向電極部４５ａを有し、これら複数の対向電極部４５ａは互いに導通している。
【００３５】
また、第１圧電層４０の、第１電極４３と第２電極４４の対向電極部４４ａとに挟まれた圧電層部分（図３（ｃ）における圧力室１０の中央部と対向する部分：第１活性部３５という）は、予め、その厚み方向に分極されている。また、第１圧電層４０及び第２圧電層４１の、第１電極４３と第３電極４５の対向電極部４５ａとに挟まれた圧電層部分（図３（ｃ）における圧力室１０の左右両端部と対向する部分：第２活性部３６という）も、予め、その厚み方向に分極されている。
【００３６】
尚、本実施形態では、第１電極４３との間で第１活性部３５を挟む第２電極４４の対向電極部４４ａの面積は、第１電極４３との間で第２活性部３６を挟む第３電極４５の対向電極部４５ａの面積よりも大きくなっている。また、第１活性部３５の厚みは圧電層１枚分（第１圧電層４０）であるのに対して、第２活性部３６の厚みは圧電層２枚分（第１圧電層４０と第２圧電層４１）であり、第１活性部３５の厚みのほぼ倍である。ここで、コンデンサの静電容量は、電極面積に比例し、誘電体の厚みに反比例する。従って、第１活性部３５の静電容量は、第２活性部３６の静電容量よりも大きくなっている。
【００３７】
また、図１のように、圧電アクチュエータ３２の上面（第１圧電層４０の上面）には、ドライバＩＣ４７を実装したＦＰＣ４６が配置される。そして、第１圧電層４０の上面に位置する複数の第１電極４３は、それぞれから引き出された接点部４３ａを介してＦＰＣ４６と接続される。また、図示は省略するが、第２圧電層４１の上面に位置する第２電極４４と、第３圧電層４２の上面に位置する第３電極４５は、それぞれ、第１圧電層４０の上面まで接点が引き出され、これらの接点においてＦＰＣ４６と接続される。
【００３８】
以上の構成によって、複数の第１電極４３、第２電極４４、及び、第３電極４５は、それぞれ、図１に示される、ＦＰＣ４６に実装されたドライバＩＣ４７（駆動装置）と接続されることになる。ドライバＩＣ４７は、圧電アクチュエータ３２の第１活性部３５と第２活性部３６の一方を充電するとともに他方を放電して、第１活性部３５（第１電極４３−第２電極４４の間）と第２活性部３６（第１電極４３−第３電極４５の間）に交互に電圧を発生させ、活性部３５，３６に交互に圧電変形を生じさせる。このドライバＩＣ４７の具体的構成については、後ほど説明する。
【００３９】
以上説明した圧電アクチュエータ３２の、インク噴射時における動作について述べる。
インクを噴射しない待機状態においては、ドライバＩＣ４７によって第１活性部３５に電荷が充電され、第２活性部３６には電荷が充電されていない状態である。つまり、第１活性部３５（第１電極４３−第２電極４４の間）に所定の電圧が印加された状態となり、第２活性部３６（第１電極４３−第３電極４５の間）は電圧が印加されない状態となっている。この状態では、電極４３，４４の間に挟まれる第１活性部３５には厚み方向の電界が作用している。この電界の方向は第１活性部３５の分極方向と平行であるから、この第１活性部３５は厚み方向と直交する面方向に収縮する。ここで、圧電層４０〜４２の下側に位置する振動板３３は、流路ユニット３１の上面に固定されているため、第１活性部３５の面方向の収縮に伴って、振動板３３の圧力室１０と対向する部分が、圧力室１０側（図３（ｃ）における下側）に凸となるように変形した状態となる。このとき、圧力室１０は、圧電層４０が変形していない状態と比較して、その容積が小さくなっている。
【００４０】
ノズル１５からインクを噴射させる際には、前述の待機状態（第１活性部３５が充電されている状態）から、ドライバＩＣ４７によって、第１活性部３５に蓄えられていた電荷が放電される一方で、第２活性部３６に充電が行われる。第１活性部３５の電荷が放電されると、この第１活性部３５（第１電極４３−第２電極４４の間）には電圧が印加されなくなり、変形していた第１活性部３５が元に戻る。逆に、電荷が充電された第２活性部３６（第１電極４３−第３電極４５の間）には所定の電圧が印加された状態となり、この第２活性部３６に厚み方向の電界が作用する。また、この電界の方向は第２活性部３６の分極方向と平行であるから、第２活性部３６は厚み方向と直交する面方向に収縮する。これにより、圧電層４０〜４２の圧力室１０の略中央部と対向する部分が上方に引っ張られることとなり、振動板３３の圧力室１０と対向する部分は全体として圧力室１０と反対側（図３（ｃ）上側）に凸となるように変形して、圧力室１０の容積が増加する。
【００４１】
その後、ドライバＩＣ４７によって、再び第１活性部３５の充電が行われる一方で、第２活性部３６の放電が行われる。すると、第２活性部３６に電圧が印加されなくなり、第２活性部３６の変形が元に戻る。同時に、第１活性部３５は電圧が印加された状態となって第１活性部３５が再び面方向に収縮し、これによって、振動板３３の圧力室１０と対向する部分が全体として圧力室１０側に凸となる。このときに、圧力室１０の容積が大きく減少するため、圧力室１０内のインクの圧力が増加して、圧力室１０に連通するノズル１５からインクが噴射される。
【００４２】
次に、第１活性部３５と第２活性部３６の充放電を行う、ドライバＩＣ４７の具体的な構成について説明する。図４は、ドライバＩＣ４７の回路図であり、（ａ）は第２活性部３６の充電時（第１活性部３５の放電時）、（ｂ）は第１活性部３５の充電時（第２活性部３６の放電時）をそれぞれ示す。尚、図４においては、図面の簡単のため、第１電極４３と第２電極４４に挟まれた第１活性部３５と、第１電極４３と第３電極４５に挟まれた第２活性部３６が、それぞれ２つしか示されていないが、実際には、ドライバＩＣ４７は、複数の圧力室１０に対応する複数の第１活性部３５と複数の第２活性部３６のそれぞれと接続されて、それら複数の第１活性部３５と複数の第２活性部３６に対して充放電を行う。尚、以下の説明において、ドライバＩＣ４７を構成する回路素子のうち、先に挙げた図７と同様の構成を有するものについては、図７と同じ符号を付すことにする。
【００４３】
本実施形態のドライバＩＣ４７について少し補足しておく。このドライバＩＣ４７は、複数の第１活性部３５間、及び、複数の第２活性部３６間において、静電容量のばらつきがある場合においても、複数の第１活性部３５間、及び、複数の第２活性部３６間で、圧電変形量が等しくなるように、複数の第１活性部３５に蓄えられる電荷量、及び、複数の第２活性部３６に蓄えられる電荷量を等しくして、静電容量に応じた電圧が各活性部３５，３６に印加されるようにする。より具体的には、複数の第１活性部３５及び複数の第２活性部３６の充電電流をそれぞれ一定に維持するとともに、充電時間を複数の第１活性部３５間、及び、複数の第２活性部３６間でそれぞれ等しくすることで、電荷量を一定に制御する。
【００４４】
図４に示すように、ドライバＩＣ４７は、電源電圧（ＶＤＤ）に接続された充電側定電流源５０及び放電側定電流源５１を備えている。充電側定電流源５０と放電側定電流源５１は、それぞれ、ＭＯＳＦＥＴ型トランジスタＴａと、トランジスタＴａのソースに接続された抵抗Ｒと、複数の第１活性部３５及び複数の第２活性部３６に対応した複数のＭＯＳＦＥＴ型トランジスタＴｂとを有する。各々の定電流源５０，５１のトランジスタＴａのドレインは電源（ＶＤＤ）と接続され、ソースは抵抗Ｒを介してグランドと接続されている。
【００４５】
充電側定電流源５０の複数のトランジスタＴｂのドレインは電源（ＶＤＤ）と接続されている。また、放電側定電流源５１の複数のトランジスタＴｂのソースはグランドと接続されている。さらに、充電側定電流源５０の複数のトランジスタＴｂのソースと放電側定電流源５１の複数のトランジスタＴｂのドレインとがそれぞれ接続され、複数の第１活性部３５及び複数の第２活性部３６の充放電をそれぞれ行うための複数の充放電経路５３が構成されている。また、各々の充放電経路５３からは、第１電極４３に至る第１接続経路５４が第１分岐点Ｐ１で分岐している。さらに、各々の充放電経路５３から、第２電極４４に至る第２接続経路５５が、第１分岐点Ｐ１よりも充電側定電流源５０に近い第２分岐点Ｐ２において分岐している。尚、第３電極４５はグランドに接続されている。
【００４６】
また、充電側定電流源５０と放電側定電流源５１において、トランジスタＴａ，Ｔｂのゲート端子は互いに接続されるとともに、これらゲート端子には電源電圧（ＶＤＤ）が印加されており、トランジスタＴａ，Ｔｂはカレントミラー回路を構成している。これにより、トランジスタＴａのドレイン−ソース間には抵抗Ｒによって定まる一定の電流が流れる一方で、トランジスタＴａとそれぞれカレントミラー回路を構成する、複数のトランジスタＴｂのドレイン−ソース間にもトランジスタＴａと同じ一定の電流が流れることになる。これにより、充電側定電流源５０から充放電経路５３に流れる電流、及び、充放電経路５３から放電側定電流源５１へ流れる電流が、それぞれ一定に保たれる。即ち、活性部３５，３６の充電電流が一定に保たれる。
【００４７】
また、複数の充放電経路５３の各々には、それぞれ、ＭＯＳＦＥＴ型トランジスタ（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３）からなる３つのスイッチが設けられている。まず、第１接続経路５４が分岐する第１分岐点Ｐ１と、第２接続経路５５が分岐する第２分岐点Ｐ２の間に、トランジスタＴ１からなる第１スイッチＳＷ１が設けられている。また、第１分岐点Ｐ１と放電側定電流源５１の間には、トランジスタＴ２からなる第２スイッチＳＷ２が設けられている。さらに、充電側定電流源５０と第２分岐点Ｐ２との間には、トランジスタＴ３からなる第３スイッチＳＷ３が設けられている。尚、この第３スイッチＳＷ３が設けられている点において、本実施形態のドライバＩＣ４７の回路構成は図７と異なっているが、この第３スイッチＳＷ３が設けられている理由については後ほど説明する。以上の第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、及び、第３スイッチＳＷ３のＯＮ／ＯＦＦは、充放電制御回路５２によってそれぞれ制御される。
【００４８】
充放電制御回路５２は、複数の充放電経路５３の各々に設けられた、第１スイッチＳＷ１を構成するトランジスタＴ１、第２スイッチＳＷ２を構成するトランジスタＴ２、及び、第３スイッチＳＷ３を構成するトランジスタＴ３の、それぞれのゲート端子にゲート電圧を印加して、第１〜第３スイッチＳＷ１〜ＳＷ３のＯＮ／ＯＦＦをそれぞれ切り換える。これにより、充放電制御回路５２は、複数の第１活性部３５の間、及び、複数の第２活性部３６の間で、充電電荷量が等しくなるようにそれぞれの充電時間を制御する。
【００４９】
充放電制御回路５２による、第１活性部３５及び第２活性部３６の充放電制御について具体的に説明する。第１活性部３５に電荷が充電されている状態から、この第１活性部３５の放電と第２活性部３６への充電を行う場合には、充放電制御回路５２は、まず、第３スイッチＳＷ３をＯＦＦにして、充電側定電流源５０と第１電極４３及び第２電極４４との間を遮断する。その上で、第１スイッチＳＷ１をＯＮ、第２スイッチＳＷ２をＯＦＦにする。すると、図４（ａ）に矢印Ａ１で示される経路で第１活性部３５からの放電が開始され、第１電極４３の電位が上昇するとともに、第２電極４４の電位が低下する。一方で、第３スイッチＳＷ３がＯＦＦであるために、充電側定電流源５０と第１電極４３は接続されていないことから、この段階では、第２活性部３６への充電は行われない。その後、所定時間が経過して第１活性部３５の放電がある程度進んだ段階で、充放電制御回路５２は、第３スイッチＳＷ３をＯＮにして、充電側定電流源５０と第１電極４３とを接続する。このとき初めて、矢印Ａ２で示される経路で、充電側定電流源５０から供給された充電電流により第２活性部３６が充電される。
【００５０】
ここで、先に挙げた図７の構成においては、充電側定電流源５０と第１電極４３及び第２電極４４を遮断する第３スイッチＳＷ３が存在しないため、第１スイッチＳＷ１をＯＮ、第２スイッチＳＷ２をＯＦＦにすると、第１活性部３５の放電と第２活性部３６の充電とが同時に開始されることになる。この場合には、第２活性部３６の充電開始時には第１活性部３５に十分な電荷が蓄えられて、第２電極４４の電位が高い状態であり、充電側定電流源５０のトランジスタＴｂの上流側（電源側）と下流側（第２分岐点Ｐ２側）の電圧（ドレイン−ソース間の電圧Ｖｄｓ）が小さくなる。
【００５１】
図５は、定電流源を構成する一般的なＦＥＴの電流特性を示す図である。尚、図５の横軸はドレイン−ソース電圧（Ｖｄｓ）、縦軸はドレイン−ソース電流（Ｉｄｓ）を示している。図５に示すように、ドレイン−ソース間の電圧Ｖｄｓが大きい場合（Ｖｄｓ＝Ｖａ）には、ドレイン−ソース間を流れる電流Ｉｄｓは一定電流Ｉａに維持される。しかし、Ｖｄｓが小さくなって、例えばＶｂ以下になると、ＩｄｓはＩａよりも小さくなってしまう。従って、第２活性部３６の充電開始時に、充電側定電流源５０のトランジスタＴｂのドレイン−ソース間の電圧Ｖｄｓが小さくなっていると、第２活性部３６の充電開始時の充電電流が小さくなってしまう。
【００５２】
しかし、本実施形態では、図４に示すように、充電側定電流源５０と、第２電極４４に至る第２接続経路５５の第２分岐点Ｐ２との間に、第３スイッチＳＷ３が設けられており、この第３スイッチＳＷ３をＯＦＦにして充電側定電流源５０と第１電極４３及び第２電極４４とが遮断された状態で、第１活性部３５の放電を第２活性部３６の充電に先行して行う。従って、第２活性部３６の充電開始前に、第２電極４４の電位がある程度低下するため、第２活性部３６の充電開始時には充電側定電流源５０のトランジスタＴｂの上流側（電源側）と下流側（第２分岐点Ｐ２側）の電圧が一定以上確保される。従って、この第２活性部３６の充電開始直後においても大きな充電電流が第２活性部３６へ供給される。
【００５３】
特に、本実施形態では、先に述べたように、第１活性部３５の静電容量が第２活性部３６よりも大きくなっている。そのため、第１活性部３５の放電と第２活性部の充電が同時に開始されたときには、第１活性部３５の放電によって第２電極４４の電位が低下するのに時間がかかり、第２活性部３６の充電開始からしばらくの間、充電電流が低い状態が続いてしまう。従って、先に第３スイッチＳＷ３をＯＦＦにした状態で、第１活性部３５の放電を先行して行い第２電極４４の電位を十分に低下させてから、その後に、第３スイッチＳＷ３をＯＮにして、第２活性部３６の充電を開始することが特に好ましい。
【００５４】
充放電制御回路５２は、第３スイッチＳＷ３をＯＮにした後は、第１スイッチＳＷ１がＯＮ、第２スイッチＳＷ２がＯＦＦの状態を、所定の充電時間の間保持する。すると、第１活性部３５に蓄えられた電荷の放電が継続して行われ、最終的に複数の第１活性部３５の電圧（第１電極４３と第２電極４４の電位差）は０となる。また、複数の第２活性部３６には前記充電時間に応じた等しい量の電荷が充電され、各第２活性部３６には、前記所定量の電荷と各々の静電容量によって定まる電圧が発生する。
【００５５】
次に、第２活性部３６への所定時間の充電が完了すると、充放電制御回路５２は、第３スイッチＳＷ３はＯＮにしたままで、第１スイッチＳＷ１をＯＦＦ、第２スイッチＳＷ２をＯＮに切り換え、この状態を所定の充電時間の間保持する。すると、図４（ｂ）に矢印Ｂ２で示されるように、第２活性部３６からは電荷が放電されて第１電極４３の電位が低下し、最終的には第２活性部３６の電圧（第１電極４３と第３電極４５の電位差）は０となる。同時に、矢印Ｂ１で示される経路で、また、複数の第１活性部３５には前記充電時間に応じた等しい量の電荷が充電され、各第１活性部３５には、前記所定量の電荷と各々の静電容量によって定まる電圧が発生する。
【００５６】
次に、プリンタ１の制御系について、図６のブロック図を参照して説明しておく。プリンタ１の全体制御を司る制御装置は、中央処理装置であるＣＰＵ（Central Processing Unit）６０、ＲＯＭ（Read Only Memory）６１、ＲＡＭ（Random Access Memory）６２、及び、これらを接続するバス６３からなるマイクロコンピュータを有する。また、バス６３には、インクジェットヘッド３のドライバＩＣ４７、キャリッジ２を駆動するキャリッジ駆動モータ１９、記録用紙を搬送する搬送機構４の各種モータ等を制御する、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）６４が接続されている。また、このＡＳＩＣ６４は、入出力インターフェイス（Ｉ／Ｆ）６８を介して外部装置であるＰＣ（パーソナルコンピュータ）６９とデータ通信可能に接続されている。
【００５７】
また、ＡＳＩＣ５４には、ＰＣ６９から入力された印刷データに基づいてインクジェットヘッド３のドライバＩＣ４７とキャリッジ駆動モータ１９をそれぞれ制御するヘッド制御回路７１と、同じく前記印刷データに基づいて搬送機構４の各種モータをそれぞれ制御する搬送制御回路７２等が組み込まれている。
【００５８】
さらに、ヘッド制御回路７１は記憶部７３を備えており、この記憶部７３には、ドライバＩＣ４７等の制御に用いる様々なデータが記憶されている。その中でも、記憶部７３には、圧電アクチュエータ３２の複数の第１活性部３５及び複数の第２活性部３６のそれぞれの静電容量に関するデータが格納されている。尚、複数の第１活性部３５及び第２活性部３６のそれぞれの静電容量は、インクジェットヘッド３の出荷前検査等において測定され、その測定値が記憶部７３に記憶される。
【００５９】
また、ヘッド制御回路７１は充電時間決定部７４を備えている。この充電時間決定部７４は、記憶部７３に記憶された複数の第１活性部３５，３６の静電容量のデータに基づいて、全てのノズル３０について所定の液滴噴射速度を実現する電圧が印加されるように、複数の第１活性部３５に共通の電荷量と、複数の第２活性部３６に共通の電荷量をそれぞれ設定する。さらに、この設定された充電量から、第１活性部３５の充電時間及び第２活性部３６の充電時間を決定する。また、充電時間決定部７４は、ドライバＩＣ４７に対して、前記充電時間に関する信号を送る。これらの信号に基づいて、前述したドライバＩＣ４７の充放電制御回路５２は、複数の活性部３５，３６の充電時間が、充電時間決定部７４で決定された時間となるように、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、及び、第３スイッチＳＷ３のＯＮ／ＯＦＦ切り換えを制御する。
【００６０】
以上説明した本実施形態のドライバＩＣにおいては、第１活性部３５及び第２活性部３６の充電電流は、充電側定電流源５０と放電側定電流源５１により一定に保たれる。従って、充放電制御回路５２により、複数の第１活性部３５の間、及び、複数の第２活性部３６の間で、充電時間（即ち、充電電荷量）を等しく設定することで、各活性部３５，３６に静電容量に応じた電圧を印加して、複数の第１活性部３５間の変形量のばらつき、及び、複数の第２活性部３６間の変形量のばらつきをそれぞれ抑えることができる。
【００６１】
また、第２活性部３６の充電前に、第３スイッチＳＷ３をＯＦＦにして、第１活性部３５の放電を第２活性部３６の充電に先だって行い、その後、第２電極４４の電位が下がった状態で、第２活性部３６の充電が開始されるため、第２活性部３６の充電初期においても、充電側定電流源５０における電圧が一定以上に確保されることから、充電開始直後から第２活性部３６へ大きな充電電流を供給することができる。
【００６２】
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。
【００６３】
１］前記実施形態では、３種類の電極（第１電極４３、第２電極４４、及び、第３電極４５）が３枚の圧電層４０〜４２の異なる面にそれぞれ配置され、圧電層の厚み方向に関する電極位置が異なっていたが、２種類以上の電極が圧電層の同じ面に配置されてもよい。
【００６４】
例えば、１つの第１電極４３とそれぞれ対向する、第２電極４４の対向電極部４４ａと第３電極４５の対向電極部４５ａが、圧電層の同じ面に配置されていてもよい。
【００６５】
あるいは、第１電極４３、第２電極４４、及び、第３電極４５の全てが、圧電層の同じ面に配置されていてもよい。この場合は、第１電極４３と第２電極４４によって圧電層の面方向に挟まれた圧電層部分が第１活性部３５として作用し、また、第１電極４３と第３電極４５によって面方向に挟まれた圧電層部分が第２活性部３６として作用する。
【００６６】
２］第１活性部３５の静電容量は、第２活性部３６よりも大きい場合に限られず、第２活性部３６の静電容量と同じ、あるいは、それ以下であってもよい。
【００６７】
３］充電側定電流源５０、放電側定電流源５１、第１スイッチＳＷ１、第２スイッチＳＷ２、第３スイッチＳＷ３の少なくとも１つ、あるいは、全部が、バイポーラトランジスタで構成されていてもよい。
【００６８】
以上説明した実施形態は、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本発明を適用した一例であるが、本発明の適用対象は液体を扱う装置に使用される圧電アクチュエータには限られない。例えば、活性部に生じる圧電歪みによって固形の駆動対象を振動させるような圧電アクチュエータの駆動装置に対しても、本発明を適用できる。
【符号の説明】
【００６９】
３２  圧電アクチュエータ
３５  第１活性部
３６  第２活性部
４０〜４２  圧電層
４３  第１電極
４４  第２電極
４５  第３電極
４７  ドライバＩＣ
５０  充電側定電流源
５１  放電側定電流源
５２  充放電制御回路
５３  充放電経路
５４  第１接続経路
５５  第２接続経路
Ｐ１  第１分岐点
Ｐ２  第２分岐点
ＳＷ１  第１スイッチ
ＳＷ２  第２スイッチ
ＳＷ３  第３スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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