(57)【要約】【課題】静電型アクチュエータに印加する駆動電圧が高くなってドライバコストが高くなる。【解決手段】振動板１０と対向する電極１５とを有する静電型アクチュエータに対し、各アクチュエータの第１電極が電気的に結合された振動板１０を共通電極とし、電極１５を個別電極として、液滴を吐出するときに振動板１０と電極１５とに異なる極性の電位を与える。【選択図】　図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出するノズルが連通する吐出室の壁面を構成する第１電極を兼ね又は第１電極を含む振動板と、第１電極に対向する第２電極とを有し、第１、第２電極間に静電力を発生させて前記振動板を変形させる複数の静電型アクチュエータを備え、この複数の静電型アクチュエータの第１電極が電気的に結合されたヘッドを駆動するためのヘッド駆動制御装置において、前記液滴を吐出させるときに前記第１電極と第２電極に異なる極性の電位を与える手段を備えていることを特徴とするヘッド駆動制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のヘッド駆動制御装置において、前記第２電極に正極性の電位を与えることを特徴とするヘッド駆動制御装置。
【請求項３】
液滴を吐出するノズルが連通する吐出室の壁面を構成する第１電極を兼ね又は第１電極を含む振動板と、第１電極に対向する第２電極とを有し、第１、第２電極間に静電力を発生させて前記振動板を変形させる複数の静電型アクチュエータを備え、この複数の静電型アクチュエータの第２電極が電気的に結合されたヘッドを駆動するためのヘッド駆動制御装置において、前記液滴を吐出させるときに前記第１電極と第２電極に異なる極性の電位を与える手段を備えていることを特徴とするヘッド駆動制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載のヘッド駆動制御装置において、前記第１電極に正極性の電位を与えることを特徴とするヘッド駆動制御装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載のヘッド駆動制御装置において、前記第１電極と第２電極に印加する異なる極性の電位の最大値は、その絶対値が略同じであることを特徴とするヘッド駆動制御装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載のヘッド駆動制御装置において、前記第１電極と第２電極に印加する異なる極性の電位の波形がパルス状波形であることを特徴とするヘッド駆動制御装置。
【請求項７】
インク滴を吐出して画像を記録するインクジェット記録装置において、前記請求項１ないし６のいずれかに記載のヘッド駆動制御装置を備えていることを特徴とするインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はヘッド駆動制御装置及びインクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開２００１−２６０３４６号公報
【非特許文献１】ＰＲＯＣＥＥＤＩＮＧＳ　ＯＦ　ＴＨＥ　ＩＥＥＥ，ＶＯＬ．８６，ＮＯ．８，ＡＵＧＵＳＴ　１９９８　”Ａ　ＭＥＭＳ−Ｂａｓｅｄ　Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ　Ｄｉｓｐｌａｙ”
【０００３】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像記録装置或いは画像形成装置として用いるインクジェット記録装置の記録ヘッドを構成するインクジェットヘッド
として、
【特許文献１】に記載されているような静電型アクチュエータを用いたヘッドが知られている。
【０００４】
この静電型インクジェットヘッドは、ノズルが連通する吐出室の壁面を構成する第１電極を兼ね又は第１電極を含む振動板と第２電極（個別電極）とを所定のエアーギャップを介して対向配置した静電型アクチュエータを備え、この静電型アクチュエータの第１、第２電極間に駆動波形を印加することにより、静電引力を利用して各アクチュエータの振動板を変形させ、この変形時の機械的な力、もしくは静電引力をオフした際に振動板に生じる機械的な反発力により、吐出室内のインクをノズルから吐出させる。
【０００５】
このような静電型アクチュエータを用いたヘッドの駆動制御装置としては、複数の静電型アクチュエータの第１電極を電気的に結合して共通電極とし、この共通電極となる第１電極を０Ｖとし、液滴を吐出させるときに個別電極（第２電極）に対して選択的に＋Ｖのパスル状電位を与えるようにしている。
【０００６】
また、静電型アクチュエーターを駆動する駆動制御装置としては、
【非特許文献１】に記載されているように、光学ミラーのアクチュエータを構成する両電極に０でない電位を与えるものがある。これは、反射板にバイアス電位を印加し、反射板の向きを決定する電極にアドレス電位を印加している。一回の制御につき、反射板には２４Ｖ〜−２６Ｖの電位を与え、アドレス電極には０Ｖ又は５Ｖの電位を与えている。このような電圧の与え方は、光学ミラーとしての機能を最大限に引出すために考案されたものであり、制御信号に応じて、反射板を＋１０度又は−１０度に確実に振らせることができ、その信頼性は非常に高いものとなっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、インクジェットプリンタなどのインクジェット記録装置においては、要求される出力速度（記録速度）、画質などのトータルパフォーマンスが非常に高くなっている。これらの要求に対応するため、ヘッドのノズル集積度を上げ、ノズル数を増加することが行われている。
【０００８】
ここで、ノズル集積度の向上とヘッド構成との関係について見ると、一般的に、発熱抵抗体を用いてインクを膜沸騰させ、発生したキャビティの発生圧力により、ノズルからインクを吐出するタイプのサーマル型ヘッドとは異なり、剛性の低いダイヤフラム（振動板）を有し、このダイヤフラムを可変させることにより、インクを吐出するピエゾ型或いは静電型ヘッドは、集積度を上げ難いという難点を有する。
【０００９】
静電型ヘッドにおいて、集積度を上げるためには振動板の短辺幅（ノズル配列方向の幅）を短くしなければならないが、一方で、吐出インク滴体積は或る程度確保しなければならない。そのため、振動板の短辺幅を短くするためには、振動板の変位量を大きくする必要がある。この場合、単純には振動板の厚みを薄くすれば、短辺幅が短くても変位量を大きくできるが、液滴を吐出するという観点から、振動板には或る程度の剛性が必要であり、振動板を薄くできる範囲は限られている。
【００１０】
すなわち、静電型アクチュエーターに発生する静電引力は、Ｖ：駆動電圧，ｇ：ギャップ長（個別電極−共通電極間距離），δ：振動板の変位量、としたとき、次の（１）式で表される。
【００１１】
【数１】
2004106358.tif 000003
【００１２】
前述したように、ノズル集積度を上げると、ギャップ長ｇは大きくすべき方向である。（１）式より、ギャップ長ｇが大きくなれば、同じ大きさの静電引力を得るために、駆動電圧Ｖも上げる必要がある。さらに、ギャップ長ｇが大きい程、駆動電圧Ｖの変化幅に対して振動板変位量δの変化幅が小さいため、ギャップ長ｇが僅かに広がっただけでも、必要となる駆動電圧Ｖの増加は大きなものとなる。すなわち、液滴を吐出する能力を保ちながら集積度を上げて行くと、アクチュエータの駆動電圧は高くなる方向である。
【００１３】
このような駆動電圧の上昇は消費電力の増加だけでなく、アクチュエータを制御する駆動制御装置（ドライバ）を構成するトランジスタの耐圧が上昇することでもある。一般的に、トランジスタの耐圧はトランジスタの酸化膜厚みにも依るが、サイズが大きいほど耐圧が上がる。また、耐圧が大きい程、製造プロセスもコスト高となる。結果として、駆動電圧の上昇は、駆動制御装置のコストが上がることに繋がる。この場合、インクジェットヘッドには多数のアクチュエーターが集積されているため、ヘッド駆動制御装置のコスト上昇は大きなものとなる。
【００１４】
また、液滴吐出ヘッドにおけるアクチュエータの機能として必要なことは、電極間への電圧ＯＮにより振動板を電極側に撓ませて、電圧ＯＦＦにより振動板を元の位置に戻すことである。したがって、機能面から見れば、上述した
【非特許文献１】に記載の駆動方法のように、バイアス方式を用いる必要は無く。一方の電極に必要な電位を与え、もう一方の電極はＧＮＤとすれば良い。バイアス方式を用いる場合でも、一回の制御（１つの液滴を吐出する制御）において、電圧を正負に振らせる必要はなく、この場合むしろヘッドとしての機能を損ねることになる。また、一方の電極に特に大きな電位を与える必要もない。そのため、
【非特許文献１】の記載の駆動方法をヘッドの駆動制御装置にそのまま適用することはできない。
【００１５】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、低コストで集積度の高い液滴吐出ヘッドを駆動できるヘッド駆動制御装置及びこのヘッド駆動制御装置を備えたインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明に係るヘッド駆動制御装置は、複数の静電型アクチュエータの第１電極が電気的に結合されたヘッドを駆動するためのヘッド駆動制御装置において、液滴を吐出させるときに第１電極と第２電極に異なる極性の電位を与える手段を備えているものである。
【００１７】
この場合、第２電極に正極性の電位を与えることが好ましい。
【００１８】
本発明に係るヘッド駆動制御装置は、複数の静電型アクチュエータの第２電極が電気的に結合されたヘッドを駆動するためのヘッド駆動制御装置において、液滴を吐出させるときに第１電極と第２電極に異なる極性の電位を与える手段を備えているものである。
【００１９】
この場合、第１電極に正極性の電位を与えることが好ましい。
【００２０】
これらのヘッド駆動制御装置においては、第１電極と第２電極に印加する異なる極性の電位の最大値は、その絶対値が略同じであることが好ましく、また、第１電極と第２電極に印加する異なる極性の電位の波形がパルス状波形であることが好ましい。
【００２１】
本発明に係るインクジェット記録装置は、本発明に係るヘッド駆動制御装置を備えているものである。
【００２２】
【実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。先ず、本発明に係るヘッド駆動制御装置で駆動する液滴吐出ヘッドとしてのインクジェットヘッドの一例について図１乃至図５を参照して説明する。なお、図１は同ヘッドの分解斜視説明図、図２は同ヘッドのノズル板を透過状態で示す平面説明図、図３は同ヘッドの振動板長手方向に沿う模式的断面説明図、図４は同ヘッドの振動板短手方向に沿う模式的断面説明図である。
【００２３】
このインクジェットヘッドは、第１基板である流路基板１と、この流路基板１の下側に設けた第２基板である電極基板３と、流路基板１の上側に設けた第三基板であるノズル板４とを重ねて接合した積層構造体であり、これらにより、複数のノズル５が連通する吐出室６、吐出室６に流体抵抗部７を介して連通する共通液室８などを形成している。
【００２４】
流路基板１には、吐出室６及びこの吐出室６の底部となる壁面を形成する振動板１０、各吐出室６を隔てる隔壁１１を形成する凹部、共通液室８を形成する凹部などを形成している。また、共通液室８はその容積が各吐出室６の容積の２０倍以下になるように形成している。
【００２５】
この流路基板１は、（１１０）面方位の単結晶シリコン基板（シリコンウエハ）に振動板となる厚み（深さ）に高濃度不純物であるボロンを拡散し、この高濃度ボロンドープ層をエッチングストップ層として異方性エッチングを行うことにより、吐出室６となる凹部等を形成するときに所望の厚さの振動板１０を得たものである。なお、高濃度Ｐ型不純物としては、ボロンの他、ガリウム、アルミニウム等も用いることができる。
【００２６】
また、振動板１０を形成する方法としては、Ｐ型基板に振動板となるＮ型層、あるいはＮ型基板に振動板となるＰ型層を形成し電気化学エッチングによりエッチングを停止して振動板を形成する方法、ＳＯＩ基板を用いて酸化膜層でエッチングを停止する方法、あるいは時間を制御してエッチングを終了する方法などでもよい。
【００２７】
電極基板３には、凹部１４を形成して、この凹部１４の底面に振動板１０に所定のギャップ１６を置いて対向する電極１５を形成し、この電極１５と振動板１０によって、振動板１０を静電力で変形させて吐出室６の内容積を変化させるアクチュエータ部を構成している。この電極基板３の接合によってギャップ１６を構成すると共に、各振動板１０に対応する各々の位置に電極１５が配置される。
【００２８】
この電極基板３の電極１５上には振動板１０との接触によって電極１５が破損するのを防止するため、例えば０．１μｍ厚のＳｉＯ２などの絶縁層１７を成膜している。なお、電極１５を電極基板３の端部付近まで延設して外部駆動回路と接続手段を介して接続するための電極パッド部１５ａを形成している。
【００２９】
ここで、振動板短手方向の略中央部で対向電極１５、１５間に、振動板１０が変形したときに接触する接触対向部１８を設けている。この接触対向部１８は電極１５、１５と同工程で凹部１４の底面に形成したものである。この接触対向部１８の表面にも絶縁層１７を形成している。そして、この接触対向部１８と振動板１０とは電気的に接続して接触対向部１８と振動板１０とが当接したときに同電位となるようにしている。これにより、振動板１０の当接時の残留電荷の発生
をなくせることは前記
【特許文献１】に記載されているとおりである。
【００３０】
また、この電極基板３には、共通液室８に外部からインクを供給するための貫通穴であるインク供給口９が設けられている。そして、流路基板１の共通液室８にはインク供給口９に対応する部分に貫通穴９ａが形成されている。
【００３１】
この電極基板３は、ガラス基板、又は表面に熱酸化膜３ａを形成した単結晶シリコン基板上に、ＨＦ水溶液などでエッチングにより凹部１４を形成し、この凹部１４に窒化チタンなどの高耐熱性を有する電極材料をスパッタ、ＣＶＤ、蒸着などの成膜技術で所望の厚さに成膜し、その後、フォトレジストを形成してエッチングすることにより、凹部１４にのみ電極１５を形成したものである。この電極基板３と流路基板１とは陽極接合、直接接合などのプロセスで接合している。
【００３２】
ここで、電極１５及び対向接触部１８は、シリコン基板にエッチングで形成した深さ０．４μｍの凹部１４内に窒化チタンを０．１μｍの厚さにスパッタし形成し、その上にＳｉＯ２スパッタ膜を０．１μｍ厚みで絶縁層１７として形成している。したがって、このヘッドにおいては、電極基板３と流路基板１とを接合した後のエアギャップ１６の長さ（振動板１０と絶縁層１７表面との間隔）は、０．２μｍとなっている。
【００３３】
また、ノズル板４にはノズル５、液体抵抗部７となる溝を形成し、吐出面には撥水処理を施している。このノズル板４はポリイミドなどの樹脂部材で形成し、流路基板１に接着剤にて接合している。このノズル板４は共通液室８の壁面を構成している。
【００３４】
このヘッドにおいては、振動板１０を共通電極に接続し、電極パッド１５ａに、例えばリード線をボンディングして、図示しないドライバが接続され、インクジェットヘッドが駆動可能となる。
【００３５】
また、インク供給口９にインク供給管を接着して接続することにより、共通液室８、吐出室６等は、インクタンク（不図示）からインク供給口９を通して供給されたインクが充填されることが可能となる。なお、使用されるインクは、水、アルコール、トルエン等の主溶媒にエチレングリコール等の界面活性剤と、染料または顔料とを溶解または分散させることにより調製される。さらに、インクジェットヘッドにヒーター等を付設すれば、ホットメルトインクも使用できる。
【００３６】
そこで、電極１５に対して、ドライバにより、例えば、正の電圧パルスを印加して電極１５の表面が正の電位に帯電すると、対応する振動板１０の下面は負の電位に帯電する。したがって、振動板１０は静電気力によって吸引されて個別電極１５との間隔が狭まる方向へ撓む。このとき、振動板１０が撓むことにより、インクが共通液室８から流体抵抗７を経由して吐出室６に供給される。
【００３７】
次に、電極１５へ印加している電圧パルスをオフにし、蓄えられている電荷を放電すると、振動板１０は元の位置に復元する。この復元動作によって、吐出室６の内圧が急激に上昇して、ノズル５からインク液滴が記録紙（不図示）に向けて吐出される。
【００３８】
そこで、このような静電型アクチュエータを用いたヘッドを駆動するための本発明に係るヘッド駆動制御装置について説明する。
先ず、本発明に係るヘッド駆動制御装置のように、第１、第２の電極に異なる極性の電位を印加する駆動方法が可能な理由について説明する。上記インクジェットヘッドでは第１電極となる振動板が各アクチュエータで一体であるので、各アクチュエータの第１電極が電気的に結合されたものとなる。ただし、ここでは、一般的に、各アクチュエータ間で電気的に結合された電極を共通電極とし、各アクチュエータ間で電気的に結合されていない電極を個別電極とし、共通電極に印加する電圧を「バイアス電圧」と称する。
【００３９】
簡単のために、四辺を固定された振動板は、静電引力により一様荷重を受けると仮定する。そうすると、振動板の撓み量δは、次の（２）式で表される。なお、（２）式中、Ｅ：振動板材料のヤング率，ｈ：振動板の厚み，ν：振動板材料のポアソン比，ａ：振動板短辺幅，δ：振動板撓み量である。
【００４０】
【数２】
2004106358.tif 000004
【００４１】
両電極間に存在する気体の効果を無視して、前記（１）式、（２）式に表１に示す具体的な値を代入して、δ−Ｖ曲線をグラフ化すると、図５に示すようになる。
【００４２】
【表１】
2004106358.tif 000005
【００４３】
ここで、図５に示すように、理論的に得られるのは、曲線Ａ，Ｂであるが、曲線Ｂは現実には成立せず、曲線Ｂの領域の撓み量に対しては曲線Ｃの特性が実現される。
【００４４】
同図に見るように、最大撓み量＝０．３μｍ，最大駆動電圧＝２３．６Ｖであるが、最大駆動電圧の９０％にあたる２１Ｖを印加しても、撓み量は最大変位量の２０％にあたる０．０６μｍである。つまり、共通電極に２１Ｖのバイアス電圧を印加しながら、或るアクチュエータを駆動してノズルから液滴を吐出させた場合、液滴を吐出しないアクチュエータにもバイアス電圧２１Ｖが印加されるが、このバイアス電圧によって液滴が吐出される等の不具合は生じない。
【００４５】
実際には、両電極間に存在する気体のために、図５に示すようにはならないが、定性的に同じことが言える。
【００４６】
従来のヘッド駆動制御装置においては、図６（ｆ）に示すように、共通電極をＧＮＤとして、液滴吐出時に個別電極に＋電位を与えていた。
【００４７】
これに対して、本発明のヘッド駆動制御装置においては、図６（ａ）〜（ｅ）に示すように、吐出時（液滴を吐出させるとき）に共通電極と個別電極に対して極性の異なる電位を与える。
【００４８】
すなわち、図６（ａ）に示す第１例では、共通電極に＋電位（＋バイアス電圧）を与えておき、吐出時に、個別電極にパスル状波形で−電位を与える。また、同図（ｂ）に示す第２例では、吐出時に、共通電極にパスル状波形で＋電位を、個別電極にパスル状波形で−電位を略同時に与える。さらに、同図（ｃ）に示す第３例では、共通電極及び個別電極に与える電位を交互に極性を反転するパスル状波形とし、吐出時に、共通電極に＋電位を、個別電極に−電位を、次の吐出時には、共通電極に＋電位を、個別電極に−電位を与える。
【００４９】
また、同図（ｄ）に示す第４例では、吐出時に、共通電極にパスル状波形で＋電位を、個別電極にパスル状波形で−電位を略同時に与え、これらの共通電極及び個別電極に与える電位の最大値の絶対値を略同じに設定している。同様に、同図（ｅ）に示す第５例では、吐出時に、共通電極にパスル状波形で−電位を、個別電極にパスル状波形で＋電位を略同時に与え、これらの共通電極及び個別電極に与える電位の最大値の絶対値を略同じに設定している。
【００５０】
したがって、ヘッド駆動装置では、これらの図６（ａ）〜（ｅ）に示す駆動波形を生成する手段を備えることで、吐出時に共通電極と個別電極に対して極性の異なる電位を与えることができる。
【００５１】
ここで、上述した図６（ａ）、（ｂ）に示すような駆動波形は、アクチュエータ構成が残留電荷を発生しない、あるいは除去される構成である場合に採り得る。すなわち、前述したインクジェットヘッドのように、対向電極１５、１５間に接触対向部１８を備えて、振動板１０が接触対向部１８に接触することで同電位になるような構成を採用していることが好ましい。
【００５２】
なお、残留電荷を防止する構成としては、上記インクジェットヘッドの構成に限るものではなく、例えば図７或いは図８に示すような構成とすることもできる。これらの構成は、振動板と電極が接触できる凸部を振動板側に設け、この接触部において振動板と電極が同電位となる構成としたものである。
【００５３】
すなわち、図７に示す例では、振動板３０の電極側表面に形成した絶縁膜３１によって電極側に対向する凸部３２を形成し、一方、電極基板３側にはギャップ３６を置いて振動板３０に対向する電極３５、３４と、これらの電極３５、３４から分離され、振動板３０が変形したときに凸部３２が当接する位置に対応したセパレート電極３８を設け、電極２４、３４及びセパレート電極３８の表面に絶縁膜３７を形成している。そして、セパレート電極３８と振動板３０とを電気的に接続している。
【００５４】
したがって、この構成では、アクチュエータ駆動に際して、振動板３０に与えられる電位が、強制的にセパレート電極１８に与えられることになる。
【００５５】
また、図８に示す例では、振動板３０の電極側表面に形成した絶縁膜３１によって電極側に対向する凸部３２を形成するとともに、振動板３０とは絶縁膜３１で電気的に分離されたセパレート電極３３を凸部３２の背面側に形成し、一方、電極基板３側にはギャップ３６を置いて振動板３０に対向する電極３５、３４と、これらの電極３５、３４から分離され、振動板３０が変形したときに凸部３２が当接する位置に対応したセパレート電極３８を設け、電極２４、３４及びセパレート電極３８の表面に絶縁膜３７を形成している。そして、セパレート電極３８とセパレート電極３３とを電気的に接続している。
【００５６】
したがって、この構成では、アクチュエーター駆動により与えられる電位に関係無く、接触部（セパレート電極３８、３３）の電位を決めることができ、この場合、両電極３８、３３の電位は、常にＧＮＤとすることもできる。
【００５７】
なお、これらの例では絶縁膜で凸部を形成しているが、電極材料により形成することもできる。
【００５８】
また、図６（ｃ）に示すような駆動波形は、アクチュエータ構成が残留電荷の発生を防止していない場合に採ることが好ましい。すなわち、この駆動波形では、発生した残留電荷を打ち消すために、各電極に前パルスとは逆極性のパルス電位をそれぞれの電極に印加している。
【００５９】
なお、これらの例においては、ノズルから吐出した１液滴により、画像における１ドットを形成する場合を示しているが、ノズルから吐出した数滴により、１ドットを形成する場合、すなわち、１駆動周期内で複数のインク滴を吐出させてドットを形成する場合にも同様に適用することができる。
【００６０】
次に、本発明に係るヘッド駆動制御装置の構成について図９を参照して説明する。
このヘッド駆動制御装置は、複数の静電型アクチュエータの個別電極１５に対して選択的に駆動電位を与えるための駆動制御部５１と、共通電極とした振動板１０に駆動電位を与えるためのドライバモジュール５２と含んでいる。
【００６１】
駆動制御部５１は、一般的なヘッド駆動制御装置と同様に、図示しない主制御部から与えられる画像データがクロックに同期してシリアルにシフトレジスタ５３に送られ、パラレルデータに変換され、ラッチ回路５４にて一時記憶され、セレクタ５５により駆動するアクチュエータが選択され、図１０に示すようにアクチュエータの数に応じて設けられた（図９では１個のみを図示している。）ドライバモジュール５６内のレベルシフタ５７によりロジック駆動電圧５Ｖをスイッチ５８を駆動できる所望の電圧に変換してスイッチ（アナログスイッチ）５８に与える構成となっている。このスイッチ５８には駆動電圧が与えられており、スイッチ５８がオン状態になることによって個別電極１５に駆動電圧が与えられる。
【００６２】
一方、共通電極である振動板１０に対してもドライバモジュール５２から駆動電圧を与える。
【００６３】
ここで、シフトレジスタ５３、ラッチ５４及びセレクタ５５は所謂ロジック部であり、（０Ｖ，５Ｖ）で駆動されるため、構成素子であるトランジスタの耐圧も５Ｖで良い。一方、ドライバモジュール５６を構成するレベルシフタ６７とスイッチ５８の耐圧は、アクチュエータの駆動電圧に左右され、駆動電圧が高いと、構成素子トランジスタの耐圧も高くなければならない。つまり、アクュエータの駆動電圧が上がると、ドライバのコストが上がることになる。
【００６４】
また、ドライバモジュール５６を構成するレベルシフタ５７の基本的回路を図１１、図１２に、スイッチ５８の基本的回路を図１３にそれぞれ示している。なお、図１１のレベルシフタは正電圧変換、図１２のレベルシフタは負電圧変換のタイプである。
【００６５】
上述したように、レベルシフタ５７及びアナログスイッチ５８の耐圧は、アクチュエータの駆動電圧に左右される。静電型ヘッドにおいて、個別電極１４はアクチュエータの数に応じて存在し、共通電極は１つないし数個に限られる。したがって、駆動制御装置は、多数の個別電極用ドライバモジュール５６と、１ないし数個の共通電極用ドライバモジュール５２を必要とする。
【００６６】
ここで、それぞれのドライバモジュールを構成するトランジスタに必要な耐圧は、アクチュエータ駆動に扱う電圧程度である。したがって、アクチュエータに印加されるトータルの電圧が、例えば８０Ｖであり、共通電極に＋３０Ｖ、個別電極に−５０Ｖ印加されるとすれば、共通電極側のドライバモジュールを構成するトランジスタの耐圧は３０Ｖ、個別電極側は５０Ｖ程度である。
【００６７】
実際には後述する理由により、負極性電位を与える方のトランジスタの耐圧は若干上昇する。従来の駆動制御装置では、共通電極をＧＮＤとしていたので、共通電極用のドライバモジュールは必要なかった。本発明の駆動制御装置を採ると、静電型アクチュエータの駆動電圧が上昇しても、ドライバ構成素子であるトランジスタの耐圧を抑えることができる。このことは、共通電極用のドライバモジュールが１ないし数個増加するよりもコスト的には有利となる。
【００６８】
さらに、図１１ないし図１３に示す構成は基本的なものであり、実際には電源電圧の変動，温度変化に対する補償等が必要であるため、回路はよりトランジスタ数の多い複雑なものになる。この場合、本発明に係るヘッド駆動制御装置を用いることにより帰結するトランジスタの耐圧低下は、駆動制御装置の大幅なコストダウンを図ることを可能にする。
【００６９】
なお、本発明に係るヘッド駆動制御装置において、液滴吐出に際し、共通電極に印加する電位の大きさは固定しておいて、アクチュエータの駆動電圧の変更は、個別電極に印加する電位の大きさで制御すると、共通電極側のドライバモージュールが複雑にならずに済むのでより好ましい。
【００７０】
また、ここでは、振動板を共通電極に構成した例で説明しているが、製造プロセスにより、振動板側もしくはその対向電極のいずれを共通電極にした方が良いかが決まるので、対向電極側を共通電極にする場合にも同様に適用することがｄけいる。
【００７１】
次に、第１電極及び第２電極に印加する電位の最大値について説明する。第１電極及び第２電極に印加する電位は、図６（ｄ）、（ｅ）の第４例、第５例のように、その絶対値が略同じになる、つまり、最大電圧の絶対値をほぼ同じ大きさに設定することが好ましい。
【００７２】
なお、ここで言う、「最大電圧」とは、温度補償などのためのマージン電圧を含めるものである。また、「略同じ」というのは、ドライバモジュールを構成するＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ，ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴの耐圧がほぼ同じ程度、ということである。ただし、厳密には後述する理由により、第１電極と第２電極に印加する電位の最大値の絶対値は、負極性電位の方が正極性電位よりも、駆動制御装置のロジック部分に使用する電圧分、例えば５Ｖ程度低くする方が好ましい。
【００７３】
これにより、突出して大きな耐圧を有すべきトランジスタを設ける必要が無くなる。つまり、単一で大きな領域を占める素子が無くなる。また、耐圧をほぼ揃えることで、製造プロセス的にも煩雑にならず、結果として材料，製造を併せて、駆動制御装置のトータルコストを低下させることができる。
【００７４】
特に、インクジェットヘッドのようにノズル数が数百と多い、つまり、アクチュエータの数が多い場合、トータルコストの低減効果は非常に大きくなる。具体的に、試作を行った９６ビットの静電型アクチュエータを制御する駆動制御装置において、従来の駆動電圧印加方法（図６（ｆ））では、耐圧の大きいトランジスタを用いたドライバモジュールが９６個必要であったが、本発明のヘッド駆動制御装置（図６（ｄ）の例）では、耐圧が半分のトランジスタを用いたドライバモジュールが９６＋１＝９７個必要なだけであり、駆動制御装置全体として大きなコストダウンが図れることが確認できた。
【００７５】
なお、このような共通電極へのバイアス駆動方法は、従来の光学ミラーなどにおける駆動方法とは、電圧印加の方法，その効果の点で全く異なるものである。
【００７６】
次に、第１電極及び第２電極に印加する電位の波形について説明する。
各アクチュエータ間で電気的に結合した共通電極に印加する電位の波形としては、前述した図６（ｂ）〜（ｅ）に示すように、パルス状波形とすることが好ましい。この場合、共通電極、個別電極に印加するパルス電圧のパルス幅は、ほぼ同じにすることが好ましい。
【００７７】
すなわち、共通電極にはパルス状電圧以外に、直流電圧（図６（ａ））を印加することもでき、共通電極に直流電圧を印加する場合もパルス状電圧を印加する場合も、特性的はほとんど変わらず、一方で、直流電圧をバイアスさせる場合には回路構成が簡単になるメリットがある。
【００７８】
しかしながら、電圧オフ時の振動板の戻り力、即ち、振動板剛性による戻り力と、電極間に存在する気体が圧縮された後反発する力の和の小さいヘッドでは、直流バイアスが存在すると振動板が戻らない場合が発生する。
【００７９】
ここで、電極間のエアーの存在を無視した図５の理論曲線Ａ，Ｂを見てみる。前述した仮定を採り入れた場合、理論的には、一度電極に接触した振動板を電極から離反させるためには、アクチュエータに加えられる電圧を０Ｖにする必要がある。
【００８０】
しかし、現実の系では、印加電圧を或る値まで下げると、振動板は電極から離反する。この原因は、両電極が接触した際に電気的短絡を防止するために設けられた電極絶縁膜の存在などにより、振動板が電極に接触した際に発生する静電引力が無限大ではないことと、電極間に存在する気体が圧縮された後、反発膨張する力が発生するためである。以上のメカニズムにより、一度当接した振動板に印加する電圧を或る値まで下げると、振動板は電極から離反する。
【００８１】
そこで、表２に示したパラメ−タを有するアクチュエータ１、２を試作し、共通電極にバイアス可能な最大電圧を調べた。両アクチュエータ共に、液滴吐出に際し振動板が電極に接触することを前提としている。
【００８２】
【表２】
2004106358.tif 000006
【００８３】
ここで、この接触する電圧は、アクチュエータ１＝６７Ｖ、アクチュエータ２＝３７Ｖで、バイアス可能な最大電圧は、アクチュエータ１＝５４Ｖ、アクチュエータ２＝２３Ｖである。液滴吐出ヘッドは、温度変動、アクチュエータ間のバラツキなどの補償のため、また複数の画質モードに対応するために、駆動電圧は或る幅を有する必要がある。
【００８４】
そこで、アクチュエータ１に印加される最大電圧は８０Ｖ、アクチュエータ２に印加される最大電圧は４６Ｖとする。そうすると、本発明を適用して共通電極に印加するバイアス電圧は、アクチュエータに印加される電圧の半分程度が最適であるので、アクチュエータ１の場合は４０Ｖ、アクチュエータ２の場合は２３Ｖとなる。
【００８５】
したがって、アクチュエータ１の場合は、バイアス可能な最大電圧が５４Ｖであるので問題はない。一方、アクチュエータ２のバイアス可能な最大電圧は２３Ｖであり、同じ値となる。信頼性を考えれば、アクチュエータ２において、常に電圧が印加される直流電圧を用いたバイアス駆動方法は選択できない。しかし、アクチュエータ２においても、共通電極に印加される電圧がパルス状電圧であれば利用可能である。
【００８６】
さらに、アクチュエータの長時間駆動を行なうと、電極間ギャップ内は断熱膨張、収縮が繰り返され、水分が誘起される。この水分により、水素結合と液架橋力が発生し、接触する電極間の吸着力が増加する。したがって、振動板の戻り力が大きい場合でも、長時間駆動により、直流のバイアス電圧が存在すると、振動板が電極にスティキングされる現象が生じる。
【００８７】
よって、共通電極にパルス状電圧を印加することで、液滴吐出ヘッドとしての信頼性を確実にすることができる。
【００８８】
次に、共通電極と個別電極に与える電位の極性について説明する。
前述した図１１に示すレベルシフタは、例えば５Ｖ→１２Ｖに変換する正電圧変換レベルシフタである。一方、図１２に示すレベルシフタは、例えば５Ｖ→−１２Ｖに変換する負電圧変換レベルシフタである。いずれのレベルシフタも、入力端子Ｖｉｎから入力された電圧がレベルシフトされ、同相でＶｏｕｔ２から出力されるものである。
【００８９】
ここで、図１２に示す負電圧変換レベルシフタについて見てみる。入力端子Ｖｉｎに電圧ＶＨが入力されると、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ　ＰＭＯＳ２がオンし、電圧ＶＨの電圧がＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ　ＮＭＯＳ２のドレインに印加される。また、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ　ＮＭＯＳ１はゲートに電圧ＶＨが印加されることでＯＮし、負電圧ＶＬをＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ　ＮＭＯＳ２のゲートに印加する。
【００９０】
したがって、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ　ＮＭＯＳ２のゲート・ドレイン間に必要な耐圧が｜ＶＨ｜＋｜ＶＬ｜となることは一般に良く知られている。ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ　ＮＭＯＳ１についても同様である。
【００９１】
つまり、絶対値が同じ大きさの電圧を扱う場合、負電圧変換レベルシフタを構成するトランジスタは、正電圧変換レベルシフタを構成するトランジスタよりも大きい耐圧が必要である。
【００９２】
また、用いる製造プロセスによっては、信号反転時の反転スピードを上げるためには、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴ　ＰＭＯＳ１、２のゲート幅を、正電圧変換レベルシフタのそれよりも広くする必要のある場合が多々ある。ただし、この方法は反転過渡期の消費電力を増加させるので、他に付加的なトランジスタを用いて解決する手法もある。
【００９３】
したがって、絶対値が同じ大きさの電圧を扱う場合、負電圧変換レベルシフタは正電圧変換レベルシフタよりも大きく、つまりコスト高になる。
【００９４】
これより、静電型ヘッドを本発明のヘッド駆動制御装置（バイアス方式）で駆動する場合、図６（ｅ）に示すように、数の多い個別電極に正電位を与え、１つないし数個しかない共通電極に負電位を与える駆動波形とすることで、駆動制御装置は安く、小さいものとすることができる。
【００９５】
次に、本発明に係るインクジェット記録装置の一例について図１４及び図１５を参照して説明する。なお、図１４は同記録装置の斜視説明図、図１５は同記録装置の機構部の側面説明図である。
【００９６】
このインクジェット記録装置は、記録装置本体２１１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載した本発明に係るインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部２１２等を収納し、装置本体２１１の下方部には前方側から多数枚の用紙２１３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）２１４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙２１３を手差しで給紙するための手差しトレイ２１５を開倒することができ、給紙カセット２１４或いは手差しトレイ２１５から給送される用紙２１３を取り込み、印字機構部２１２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ２１６に排紙する。
【００９７】
印字機構部２１２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド２２１と従ガイドロッド２２２とでキャリッジ２２３を主走査方向（図１５で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ２２３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する静電型インクジェットヘッドからなるヘッド２２４を複数のインク吐出口を主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。またキャリッジ２２３にはヘッド２２４に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ２２５を交換可能に装着している。
【００９８】
インクカートリッジ２２５は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッドへインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。
【００９９】
また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド２２４を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。
【０１００】
ここで、キャリッジ２２３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド２２１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド２２２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ２２３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ２２７で回転駆動される駆動プーリ２２８と従動プーリ２２９との間にタイミングベルト２３０を張装し、このタイミングベルト２３０をキャリッジ２２３に固定しており、主走査モーター２２７の正逆回転によりキャリッジ２２３が往復駆動される。
【０１０１】
一方、給紙カセット２１４にセットした用紙２１３をヘッド２２４の下方側に搬送するために、給紙カセット２１４から用紙２１３を分離給装する給紙ローラ２３１及びフリクションパッド２３２と、用紙２１３を案内するガイド部材２３３と、給紙された用紙２１３を反転させて搬送する搬送ローラ２３４と、この搬送ローラ２３４の周面に押し付けられる搬送コロ２３５及び搬送ローラ２３４からの用紙２１３の送り出し角度を規定する先端コロ２３６とを設けている。搬送ローラ２３４は副走査モータ２３７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【０１０２】
そして、キャリッジ２２３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ２３４から送り出された用紙２１３を記録ヘッド２２４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材２３９を設けている。この印写受け部材２３９の用紙搬送方向下流側には、用紙２１３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ２４１、拍車２４２を設け、さらに用紙２１３を排紙トレイ２１６に送り出す排紙ローラ２４３及び拍車２４４と、排紙経路を形成するガイド部材２４５，２４６とを配設している。
【０１０３】
記録時には、キャリッジ２２３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド２２４を駆動することにより、停止している用紙２１３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙２１３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙２１３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙２１３を排紙する。
【０１０４】
また、キャリッジ２２３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド２２４の吐出不良を回復するための回復装置２４７を配置している。回復装置２４７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ２２３は印字待機中にはこの回復装置２４７側に移動されてキャッピング手段でヘッド２２４をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
【０１０５】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド２２４の吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
【０１０６】
そして、このインクジェット記録装置においては本発明に係るヘッド駆動制御装置によって記録ヘッド１４を構成するインクジェットヘッドを駆動する。これにより、低コストで集積度の高いインクジェットヘッドで記録ヘッド１４を構成することができ、高い画像品質で記録できる低コストのインクジェット記録装置が得られる。
【０１０７】
なお、上記実施形態においては、振動板を各アクチュエータ間で一体形成しているので、第１電極である振動板が各アクチュエータ間で電気的に結合されているので、これを共通電極とし、第２電極である対向電極を個別電極とした例であるが、対向する第２電極である電極を各アクチュエータ間で電気的に結合して共通電極とし、振動板を各アクチュエータ毎に分離して個別電極する構成にしてもよいことは前述したとおりである。
【０１０８】
また、共通電極は、全てのアクチュエータの第１又は第２電極を電気的に結合した構成とすることもできるし、複数のブロックに分割して複数の共通電極とする（この場合、総アクチュエータ数よりも少ない）こともできる。
【０１０９】
さらに、本発明に係るヘッド駆動制御装置で駆動制御する液滴吐出ヘッドとして、インクジェットヘッドを例に説明したが、インク以外の液体の滴、例えば、パターニング用の液体レジストを吐出する液滴吐出ヘッド、遺伝子分析試料を吐出する液滴吐出ヘッドのヘッド駆動制御装置としても適用することができる。
【０１１０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るヘッド駆動制御装置によれば、複数の静電型アクチュエータの第１電極が電気的に結合されたヘッドを駆動するためのヘッド駆動制御装置或いは複数の静電型アクチュエータの第２電極が電気的に結合されたヘッドを駆動するためのヘッド駆動制御装置において、液滴を吐出させるときに第１電極と第２電極に異なる極性の電位を与える手段を備えたので、低コストで集積度の高いインクジェットヘッドを駆動することができる。
【０１１１】
本発明に係るインクジェット記録装置によれば、本発明に係るヘッド駆動制御装置を備えているので、集積度の高いヘッドを駆動できて、低コストで高品質画像を記録することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るヘッド駆動制御装置で駆動制御するインクジェットヘッドの一例を示す分解斜視説明図、
【図２】同ヘッドのノズル板を透過状態で示す平面説明図
【図３】同ヘッドの液室長手方向に沿う模式的断面説明図
【図４】同ヘッドの液室短手方向に沿う模式的断面説明図
【図５】静電型アクチュエータにおける第１電極（振動板）撓み量と印加電位との関係を説明する説明図
【図６】本発明に係るヘッド駆動制御装置が静電型アクチュエータの共通電極及び個別電極に与える駆動波形の異なる例及び従来の駆動波形を説明する説明図
【図７】残留電荷対策を施したヘッドの他の例を示す要部断面説明図
【図８】残留電荷対策を施したヘッドの更に他の例を示す要部断面説明図
【図９】本発明に係るヘッド駆動制御装置の構成を説明するブロック図
【図１０】同駆動制御装置におけるドライバモジュールとアクチュエータとの関係を説明する説明図
【図１１】同駆動制御装置におけるレベルシフタの基本的構成を示す回路図
【図１２】同駆動制御装置における他のレベルシフタの基本的構成を示す回路図
【図１３】同駆動制御装置におけるアナログスイッチの基本的構成を示す回路図
【図１４】本発明に係るインクジェット記録装置の機構部の概要を説明する斜視説明図
【図１５】同記録装置の側断面説明図
【符号の説明】
１…流路基板、３…電極基板、４…ノズル板、５…ノズル、６…吐出室７…流体抵抗部、８…共通液室、１０…振動板（第１電極）、１５…電極（第２電極）、１８…接触対向部、５１…駆動制御部、５２、５６…ドライバモジュール、５７…レベルシフタ、５８…スイッチ。
【図１】
2004106358.tif 000007
【図２】
2004106358.tif 000008
【図３】
2004106358.tif 000009
【図４】
2004106358.tif 000010
【図５】
2004106358.tif 000011
【図６】
2004106358.tif 000012
【図７】
2004106358.tif 000013
【図８】
2004106358.tif 000014
【図９】
2004106358.tif 000015
【図１０】
2004106358.tif 000016
【図１１】
2004106358.tif 000017
【図１２】
2004106358.tif 000018
【図１３】
2004106358.tif 000019
【図１４】
2004106358.tif 000020
【図１５】
2004106358.tif 000021