JP7410755B2 - インクジェットヘッド及びインクジェットプリンタ - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、インクジェットヘッド及びインクジェットプリンタに関する。

印刷データに応じて印刷媒体に画像を形成するインクジェットプリンタが実用化されている。インクジェットプリンタは、例えば、インクジェットヘッドと、インクジェットヘッドを制御するヘッドコントローラとを備える。インクジェットヘッドは、インクを吐出する為のアクチュエータと、ヘッドコントローラの制御に基づいてアクチュエータを駆動するドライバＩＣとを備える。ドライバＩＣは、ヘッドコントローラの制御に基づいて、論理回路により半導体スイッチをスイッチングすることにより、高電位の電源供給ラインから供給される電流をアクチュエータに供給する。

ドライバＩＣにおいて、論理回路に電源が供給されないで高圧電源が供給された場合、すなわち論理回路の電源が何らかの要因でＧＮＤと短絡などの不具合が発生した状態で高圧電源が供給された場合、ドライバＩＣ内で、高圧電源供給ラインからＧＮＤに貫通電流が流れる場合がある。貫通電流が流れると、ドライバＩＣの温度が急激に上昇し、ドライバＩＣのパッケージが破損し、封止剤がガス化し、発煙、発火が生じる可能性がある。電源供給ラインにヒューズを設けることにより、貫通電流が流れ続けることを防ぐことができる。しかしながら、ドライバＩＣの通常動作時に電源供給ラインを流れる電流によってヒューズが溶断されることを防ぐために、容量（アンペア数）が大きいヒューズを用いる必要がある。ヒューズのサイズは、容量に比例する為、インクジェットヘッドが大型化する可能性があるという課題がある。

特開２０１０－７７６号公報 特開平６－８６５９７号公報

本発明は、安全性と小型化とを両立可能なインクジェットヘッド及びインクジェットプリンタを提供することを目的とする。

実施形態に係るインクジェットヘッドは、アクチュエータと、ドライバＩＣと、ヒューズと、コンデンサと、スイッチング素子とを備える。前記アクチュエータは、インクを吐出するためのノズルからインクを吐出させる。前記ドライバＩＣは、前記アクチュエータを駆動する。前記ヒューズは、前記ドライバＩＣに電源を供給する電源供給ラインに設けられている。前記コンデンサは、前記ヒューズよりも前記ドライバＩＣに近い位置で前記電源供給ラインに接続されている。前記スイッチング素子は、前記コンデンサの負極側とＧＮＤの間に設けられている。

図１は、第１の実施形態に係るインクジェットプリンタの構成の例についての説明図である。 図２は、第１の実施形態に係るインクジェットヘッド及びヘッドコントローラの構成の例についての説明図である。 図３は、第１の実施形態に係るスイッチング素子のドレイン電流の波形の例についての説明図である。 図４は、第１の実施形態に係る電源電圧及びスイッチング素子のゲート電位の例についての説明図である。 図５は、第１の実施形態に係るインクジェットヘッドのアクチュエータに印加される電界の例についての説明図である。 図６は、第１の実施形態に係るヒューズに流れる電流の例についての説明図である。 図７は、第１の実施形態に係るヒューズに流れる電流の例についての説明図である。 図８は、第１の実施形態に係るヒューズに流れる電流の例についての説明図である。 図９は、第２の実施形態に係るインクジェットヘッド及びヘッドコントローラの構成の例についての説明図である。 図１０は、第２の実施形態に係るヒューズに流れる電流の例についての説明図である。 図１１は、第２の実施形態に係るヒューズに流れる電流の例についての説明図である。 図１２は、第２の実施形態に係るヒューズに流れる電流の例についての説明図である。

［第１の実施形態］
以下、第１の実施形態に係るインクジェットプリンタ及びインクジェットヘッドについて図面を参照して説明する。
まず、インクジェットプリンタ１について説明する。図１は、一実施形態に係るインクジェットプリンタ１の構成例を示す説明図である。

インクジェットプリンタ１は、インクジェット記録装置の一例である。なお、インクジェット記録装置はこれに限らず、複写機のような他の装置であっても良い。

インクジェットプリンタ１は、例えば、記録媒体である印刷媒体を搬送しながら画像形成等の各種処理を行う。インクジェットプリンタ１は、制御部１１、ディスプレイ１２、操作部１３、通信インタフェース１４、搬送モータ１５、モータ駆動回路１６、ポンプ１７、ポンプ駆動回路１８、インクジェットヘッド１９、ヘッドコントローラ２０、及び電源回路２１を備える。さらに、インクジェットプリンタ１は、図示されない給紙カセット及び排紙トレイを備える。

制御部１１は、インクジェットプリンタ１の各種の制御を行う。制御部１１は、プロセッサ３１とメモリ３２とを備える。プロセッサ３１は、演算処理を実行する演算素子である。プロセッサ３１は、例えば、メモリ３２に記憶されているプログラム及びプログラムで用いられるデータに基づいて種々の処理を行う。メモリ３２は、プログラム及びプログラムで用いられるデータなどを記憶する。

ディスプレイ１２は、プロセッサ３１、または図示されないグラフィックコントローラなどの表示制御部から入力される映像信号に応じて画面を表示する表示装置である。

操作部１３は、操作に基づいて、操作信号を生成する操作部材を有する。操作部材は、例えば、タッチセンサ、テンキー、電源キー、用紙フィードキー、種々のファンクションキー、またはキーボードなどである。タッチセンサは、例えば、抵抗膜式タッチセンサ、または静電容量式タッチセンサ等である。タッチセンサは、ある領域内において指定された位置を示す情報を取得する。タッチセンサは、上記のディスプレイ１２と一体にタッチパネルとして構成されることにより、ディスプレイ１２に表示された画面上のタッチされた位置を示す信号を生成する。

通信インタフェース１４は、他の機器と通信するインタフェースである。通信インタフェース１４は、例えば、インクジェットプリンタ１に印刷データを送信するホストＰＣ２との通信に用いられる。通信インタフェース１４は、有線で構成されたネットワークを介して、ホストＰＣ２と通信する。また、通信インタフェース１４は、無線で構成されたネットワークを介して、ホストＰＣ２と通信する構成でもよい。

搬送モータ１５は、回転することによって、印刷媒体を搬送する為の図示されない搬送路の搬送部材を動作させる。搬送部材は、印刷媒体を搬送するベルト、ローラ、及びガイドなどである。搬送モータ１５は、印刷媒体を保持するベルトと連動して動作するローラを駆動することによって印刷媒体をガイドに沿って搬送させる。

モータ駆動回路１６は、搬送モータ１５を駆動する回路である。モータ駆動回路１６は、制御部１１から入力された搬送制御信号に従って搬送モータ１５を駆動する。これにより、給紙カセットの印刷媒体が、インクジェットヘッド１９を経由して排紙トレイに搬送される。給紙カセットは、複数の印刷媒体を収容するカセットである。排紙トレイは、インクジェットプリンタ１から排出された印刷媒体を収容するトレイである。

ポンプ１７は、例えばインクが保持されているインクタンク（図示せず）とインクジェットヘッド１９とを連通するチューブを備える。具体的には、チューブは、インクジェットヘッド１９の図示されない共通インク室と連通されている。

ポンプ駆動回路１８は、プロセッサ３１から入力されたインク供給制御信号に従ってポンプ１７を駆動することによって、インクタンク内のインクをインクジェットヘッド１９の共通インク室に供給させる。

インクジェットヘッド１９は、印刷媒体に画像を形成する画像形成部である。インクジェットヘッド１９は、ヘッドコントローラ２０から供給される電源電圧及び制御信号に基づき、搬送モータ１５及び図示されない保持ローラによって搬送される印刷媒体にインクを吐出することにより、画像を形成する。インクジェットプリンタ１は、例えば、シアン、マゼンダ、イエロー、及びブラック等の各色にそれぞれ対応した複数のインクジェットヘッド１９を備えていてもよい。

ヘッドコントローラ２０は、インクジェットヘッド１９を制御する回路である。ヘッドコントローラ２０は、インクジェットヘッド１９を動作させることにより、インクジェットヘッド１９からインクを吐出させる。ヘッドコントローラ２０は、インクジェットヘッド１９に複数の電源電圧を供給する。また、ヘッドコントローラ２０は、通信インタフェース１４を介して入力された印刷データに基づいて制御信号を生成する。ヘッドコントローラ２０は、電源電圧及び制御信号を供給することにより、印刷媒体に対してインクジェットヘッド１９により画像を形成させる。

電源回路２１は、商用電源から供給された交流電力を直流電力に変換する。電源回路２１は、直流電力をインクジェットプリンタ１内の各構成に供給する。

図２は、インクジェットヘッド１９及びヘッドコントローラ２０の詳細な構成について説明する為の説明図である。インクジェットヘッド１９とヘッドコントローラ２０とは、伝送用のフレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）基板を介して接続される。これにより、ヘッドコントローラ２０は、インクジェットヘッド１９に対して電源電圧及び制御信号を供給することができる。

まずヘッドコントローラ２０について説明する。
ヘッドコントローラ２０は、電源電圧生成回路４１、及び制御信号生成回路４２を備える。

電源電圧生成回路４１は、電源回路２１から供給された直流電圧ＤＣＶを用いて、インクジェットヘッド１９の動作に必要な複数の電源電圧、及び制御信号生成回路４２の動作に必要な電源電圧を生成する。

例えば、電源電圧生成回路４１は、直流電圧ＤＣＶを用いて、電源電圧ＶＡＡ、電源電圧ＶＣＣ、及び電源電圧ＶＤＤを生成する。電源電圧ＶＡＡ、電源電圧ＶＣＣ、及び電源電圧ＶＤＤは、インクジェットヘッド１９で用いられる電源電圧である。電源電圧生成回路４１は、電源電圧ＶＡＡ、電源電圧ＶＣＣ、及び電源電圧ＶＤＤをインクジェットヘッド１９に供給する。また、電源電圧生成回路４１は、直流電圧ＤＣＶを用いて、制御信号生成回路４２を動作させる為の電源電圧を生成する。電源電圧生成回路４１は、制御信号生成回路４２用の電源電圧を制御信号生成回路４２に供給する。本例では、電源電圧ＶＡＡは、３１［Ｖ］とする。電源電圧は、駆動電源ともいう。

制御信号生成回路４２は、通信インタフェース１４を介して入力された印刷データに基づいて、制御信号を生成する。制御信号は、クロック信号ＣＫ、リセット信号ＲＳＴ、初期化信号ＩＮＩＴ、及び印刷データＳＤＩなどを含む。制御信号生成回路４２は、制御信号をインクジェットヘッド１９に出力する。

次にインクジェットヘッド１９について説明する。
インクジェットヘッド１９は、チャネル群５１、ドライバＩＣ５２、及びヘッド基板５３を備える。ドライバＩＣ５２、ドライバＩＣ５２とチャネル群５１とを接続する配線、及びヘッド基板５３とドライバＩＣ５２とを接続する配線は、Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｆｉｌｍ（ＣＯＦ）パッケージとして構成されている。ＣＯＦパッケージは、ポリイミドフイルムなどのフィルム状の樹脂素材上に、配線が形成され、ドライバＩＣ５２が搭載されて構成される。またさらに、インクジェットヘッド１９は、ドライバＩＣ５２の熱を放出する為のヒートシンク（放熱フィン）を備えていてもよい。

チャネル群５１は、インクを吐出する部材である。チャネル群５１は、印加された電圧に応じてインクを吐出するチャネルが複数配列されて構成される。チャネル群５１は、第１の圧電部材、第１の圧電部材に接合された第２の圧電部材、複数の電極、及びノズルプレートを備える。

第１の圧電部材及び第２の圧電部材は、互いに分極方向が対向するように接合される。第１の圧電部材及び第２の圧電部材には、第２の圧電部材側から第１の圧電部材に至る複数の平行な溝が形成されている。また、溝毎に電極が形成されている。２つの溝に形成された２つの電極により挟まれた第１の圧電部材及び第２の圧電部材は、２つの電極の電位差によって変形するアクチュエータとして構成される。

ノズルプレートは、溝を封止する部材である。ノズルプレートは、溝とインクジェットヘッド１９の外部とを連通させる複数の吐出ノズルが溝毎に形成されている。また、ノズルプレートにより封止された溝は、ポンプ１７によりインクが充填され、且つ壁が１対のアクチュエータにより構成される圧力室として機能する。

ドライバＩＣ５２から駆動波形が圧力室の壁を構成するアクチュエータの電極に入力された場合、アクチュエータが変形し、圧力室の容積が変化する。これにより、圧力室の圧力が変化し、圧力室内のインクが吐出ノズルから吐出される。本例では、圧力室と、吐出ノズルとの組合せをチャネルと称する。即ち、チャネル群５１は、溝の数に応じたチャネルを備える。

ドライバＩＣ５２は、チャネル群５１の複数のアクチュエータの電極の電位を制御することにより、チャネル群５１の複数のアクチュエータを駆動する。ドライバＩＣ５２は、電源電圧ＶＡＡ、電源電圧ＶＣＣ、及び電源電圧ＶＤＤなどの電源入力、並びにクロック信号ＣＫ、リセット信号ＲＳＴ、初期化信号ＩＮＩＴ、及び印刷データＳＤＩなどの制御信号に基づき、駆動波形を生成する。ドライバＩＣ５２は、駆動波形をチャネル群５１のアクチュエータの電極に入力することにより、アクチュエータを変形させて、圧力室の容積を変化させる。これにより、ドライバＩＣ５２は、圧力室内のインクを吐出ノズルから吐出させる。

例えば、ドライバＩＣ５２は、論理回路、レベルシフタ、及びドライバを備える。論理回路は、電源電圧ＶＤＤにより動作する。論理回路は、制御信号として入力されたクロック信号ＣＫ、リセット信号ＲＳＴ、初期化信号ＩＮＩＴ、及び印刷データＳＤＩに基づき、ドライバＩＣ５２のドライバのスイッチング素子を制御する為の駆動信号を生成する。論理回路は、駆動信号をレベルシフタに入力する。

レベルシフタは、論理回路から入力された駆動信号の電圧レベルを、電源電圧ＶＣＣを用いて変換する。レベルシフタは、電圧レベルを変換した駆動信号をドライバに入力する。

ドライバは、例えばｐ－ＭＯＳＦＥＴにより構成されたスイッチング素子と、ｎ－ＭＯＳＦＥＴにより構成されたスイッチング素子とを、チャネル群５１の電極毎に備える。スイッチング素子のゲートは、それぞれレベルシフタの出力端子に接続されている。ｐ－ＭＯＳＦＥＴのソースは、電源電圧ＶＡＡに接続されている。また、ｎ－ＭＯＳＦＥＴのソースは、ＧＮＤに接続されている。また、２つのスイッチング素子の接続点であるそれぞれのドレインは、チャネル群５１の電極に接続されている。このような構成により、ドライバは、電源電圧ＶＡＡまたはＧＮＤレベルを、レベルシフタから入力された駆動信号に応じたタイミングで出力する。これにより、ドライバは、チャネル群５１の各電極に駆動波形を入力する。この結果、ドライバは、チャネル群５１の吐出ノズルからインクを吐出させる。

ヘッド基板５３は、ヘッドコントローラ２０からドライバＩＣ５２への電源入力及び制御信号の供給を中継する。ヘッド基板５３は、保護回路５４を備える。また、ヘッド基板５３は、ヘッドコントローラ２０から供給された電源電圧ＶＡＡをドライバＩＣ５２に供給する電源供給ライン６１と、ＧＮＤの配線とを備える。またさらに、ヘッド基板５３は、ヘッドコントローラ２０から供給された電源電圧ＶＣＣ、電源電圧ＶＤＤ、クロック信号ＣＫ、リセット信号ＲＳＴ、初期化信号ＩＮＩＴ、及び印刷データＳＤＩをドライバＩＣ５２に供給する複数の供給ラインを備える。

保護回路５４は、ドライバＩＣ５２の論理回路に電源が供給されないで高圧電源が供給されるような不具合の発生で、ドライバＩＣ５２内で電源供給ライン６１からＧＮＤに貫通電流が流れた場合に、ドライバＩＣ５２内で貫通電流が流れ続けることを防ぐ回路である。

保護回路５４は、第１の抵抗７１、第２の抵抗７２、ヒューズ７３、コンデンサ７４、スイッチング素子７５及びコンデンサ７６を備える。

第１の抵抗７１及び第２の抵抗７２は、電源電圧ＶＡＡとＧＮＤの間で直列に接続されている。第１の抵抗７１の第１端子は、電源電圧ＶＡＡに接続されている。第１の抵抗７１の第２端子は、第２の抵抗７２の第１端子に接続されている。第２の抵抗７２の第２端子は、ＧＮＤに接続されている。例えば、第１の抵抗７１は、４７［ｋΩ］であるものとする。第２の抵抗７２は、１０［ｋΩ］であるものとする。

ヒューズ７３は、電源供給ライン６１に設けられている。ヒューズ７３は、定格電流の２５０％以上の電流が５秒間流れた場合に溶断し、回路を開く素子である。ヒューズ７３は、定格内の電流が流れている場合、導体として機能する。ヒューズ７３は、電流が流れた際に生じるジュール熱によって溶断する。ヒューズ７３は、定格内の電流が流れている場合、電源供給ライン６１の一部として機能する。また、ヒューズ７３は、定格電流の２５０％以上の電流が５秒間流れた場合に溶断し、電源供給ライン６１とドライバＩＣ５２との接続を切る。電流ｉは、ヒューズ７３を流れる電流である。

ヒューズ７３の容量（アンペア数）の選定について説明する。
ヒューズ７３の溶断特性は、ドライバＩＣ５２において生じる貫通電流に応じて決定される。ドライバＩＣ５２で貫通電流が生じた場合の発熱によって、ドライバＩＣ５２またはＣＯＦパッケージなどが破損する際の電流の下限が３．５［Ａ］であるとする。この場合、ヒューズ７３は、ドライバＩＣ５２における貫通電流が３．５［Ａ］に達する前に、電源供給ライン６１とドライバＩＣ５２とを切断するように、溶断特性が決定される必要がある。本例では、ヒューズ７３により遮断する電流（異常電流）の値を３．２［Ａ］とする。

３．２［Ａ］で確実に溶断できるヒューズとして、一般的なメーカーの製品として、例えば定格電流１．２５［Ａ］の２５０［％］の溶断特性を備える素子がある。この溶断特性は、３．１２５［Ａ］の電流が流れたとき、５［ｓｅｃ］以内に溶断するヒューズであることを示す。

通常使用において、ヒューズ７３を溶断させないためには、以下の２つの判定基準を満足する必要がある。

１つ目の判定基準は、ジュール積分値による１０万回パルス耐久ラインの値を超えないことである。これは、電源のオンオフなどによる１０万回の繰り返しパルスの耐性を見極める目安である。つまり、１つ目の判定基準は、この値を超えなければヒューズ７３は溶断しない、この値を超えればヒューズ７３は溶断するという判定基準である。単位時間を１００［ｕｓ］としたときは、ジュール積分値は０．００２［Ａ＾２＊ｓｅｃ］である。これを電流の実効値に換算すると、電流の実効値は４．４７［Ａ］となる。１つ目の判定基準は、電源電圧ＶＡＡ投入時の電流ｉの実効値の判定基準に使用される。

２つ目の判定基準は、ジュール積分値による溶断特性の値の２５［％］を超えないことである。これは、インクジェットヘッド１９の通常駆動時（以下では、単に、「通常駆動時」ともいう）の耐性を見極める目安である。ジュール積分値による溶断特性の値に至ればヒューズ７３は溶断する、この溶断特性の値の２５［％］以内でマージンを持って使用すればヒューズ７３は溶断しないという判定基準である。インクジェットヘッド１９の通常駆動は決まった周期で駆動を繰り返すという性格上、電流の実効値は一定と考えて計算される。単位時間を１００［ｓｅｃ］としたときは、ジュール積分値による溶断特性の値は７８４［Ａ＾２＊ｓｅｃ］である。これを電流の実効値に換算すると、電流の実効値は２．８０［Ａ］である。このジュール積分値による溶断特性の値の２５［％］は、１９６［Ａ＾２＊ｓｅｃ］である。これを電流の実効値に換算すると、電流の実効値は１．４０［Ａ］である。２つ目の判定基準は、通常駆動時の電流ｉの実効値の判定基準に使用される。

このように、通常使用において、ヒューズ７３を溶断させないための２つの判定基準は以下のとおりである。
電源電圧ＶＡＡ投入時の電流ｉの実行値の判定基準は、４．４７［Ａ］である。
通常駆動時の電流ｉの実行値の判定基準は、１．４［Ａ］である。

コンデンサ７４は、ヒューズ７３よりもドライバＩＣ５２に近い位置で電源供給ライン６１に接続されている。コンデンサ７４の正極側（高圧側）の端子は、電源供給ライン６１に接続されている。コンデンサ７４の負極側（低圧側）の端子は、スイッチング素子７５に接続されている。コンデンサ７４の負極側の端子は、スイッチング素子７５のドレインに接続されている。コンデンサ７４は、ドライバＩＣ５２に高速に電流を供給するための大容量のバイパスコンデンサである。コンデンサ７４は、例えば高誘導電率のセラミックコンデンサである。コンデンサ７４は、電源供給ライン６１からの電源電圧ＶＡＡによって充電される。なお、コンデンサ７４は、電界コンデンサであってもよい。

コンデンサ７４の静電容量値について説明する。
コンデンサ７４の静電容量値は、駆動するアクチュエータの静電容量の合計の１００倍から１０００倍の値である。これは、通常駆動時に、コンデンサ７４がアクチュエータへ充電しても、電源電圧ＶＡＡの電位が降下しない、または、駆動波形の性能を満足する値とするためである。バイアスが印加されていない場合のコンデンサ７４の静電容量値は、仕様値１０［μＦ］であるものとする。

コンデンサ７４のバイアス特性について説明する。
コンデンサ７４は、高誘導電率のセラミックコンデンサであるため、印加されるバイアスに応じて静電容量値が変化する。電源電圧ＶＡＡ投入時では、コンデンサ７４は、電圧が掛かっていない０［Ｖ］の状態から開始する。そのため、コンデンサ７４の静電容量値は、仕様値１０［μＦ］である。通常駆動時では、コンデンサ７４は、ＶＡＡ電圧が掛かる。コンデンサ７４のバイアス特性により、コンデンサ７４の静電容量値は、仕様値１０［μＦ］の４０［％］である４［μＦ］に低下する。つまり、バイアスが印加されている場合のコンデンサ７４の静電容量値が４［μＦ］である。

スイッチング素子７５は、電源電圧ＶＡＡ投入時と通常駆動時とでインピーダンスの変動する素子である。例えば、スイッチング素子７５は、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。ここでは、スイッチング素子７５は、ｎ－ＭＯＳＦＥＴであるものとする。スイッチング素子７５は、コンデンサ７４の負極側とＧＮＤの間に設けられている。スイッチング素子７５のドレインは、コンデンサ７４の負極側の端子に接続されている。スイッチング素子７５のソースは、ＧＮＤに接続されている。スイッチング素子７５のゲートは、第１の抵抗７１と第２の抵抗７２との間に接続されている。スイッチング素子７５のゲートは、第１の抵抗７１の第２端子及び第２の抵抗７２の第１端子に接続されている。スイッチング素子７５におけるゲート電位は、第１の抵抗７１と第２の抵抗７２の抵抗分割によって作成される。

本例では、スイッチング素子７５におけるゲート電位は、｛３１／（４７ｋ＋１０ｋ）｝×１０ｋ＝５．４４［Ｖ］である。スイッチング素子７５におけるゲート電位が５［Ｖ］以上である場合にインピーダンスの低くなるスイッチング素子７５が用いられる。電源電圧ＶＡＡ投入時では、スイッチング素子７５のインピーダンスは、数百［Ω］から数十［Ω］で過渡的に低くなるように遷移する。例えば、電源電圧ＶＡＡ投入時とは、スイッチング素子７５におけるゲート電位が過渡的な遷移により５．４４［Ｖ］に立ち上がるまでである。通常駆動時では、スイッチング素子７５が完全なオン状態となり、スイッチング素子７５のインピーダンスは、一桁［Ω］以下となる。例えば、通常駆動時とは、スイッチング素子７５におけるゲート電位が５．４４［Ｖ］に立ち上がった後である。このように、スイッチング素子７５におけるゲート電位が大きくなるにつれ、スイッチング素子７５のインピーダンスは低くなる。

コンデンサ７６は、スイッチング素子７５のゲートとソースの間に設けられている。コンデンサ７６の正極側の端子は、スイッチング素子７５のゲートに接続されている。コンデンサ７６の負極側の端子は、スイッチング素子７５のソースと同様にＧＮＤに接続されている。コンデンサ７６は、電源ＶＡＡ投入時のスイッチング素子７５におけるゲート電位の過渡的な遷移をより遅延させるためのものである。例えば、コンデンサ７６は、４７０［ｐＦ］である。なお、コンデンサ７６が保護回路５４に設けられていなくても、電源ＶＡＡ投入時のゲート電位の過渡的な遷移は起こる。そのため、コンデンサ７６は、保護回路５４に設けられていなくてもよい。

次に、スイッチング素子７５の特性について説明する。
図３は、スイッチング素子７５のドレイン・ソース間を流れる電流ＩＤの波形の例を示す。図３の横軸は、スイッチング素子７５のゲート・ソース間の電圧ＶＧＳを示し、縦軸は、電流ＩＤを示す。上述のようなスイッチング素子７５のインピーダンス特性により、電圧ＶＧＳが低い場合、スイッチング素子７５のインピーダンスは高いので、電流ＩＤは小さい。電圧ＶＧＳが大きくなるにつれ、スイッチング素子７５のインピーダンスは低くなり、電流ＩＤは大きくなる。

次に、電源電圧ＶＡＡ電位及びスイッチング素子７５のゲート電位の遷移について説明する。
図４は、電源電圧ＶＡＡ電位及びスイッチング素子７５のゲート電位の波形の例を示す。
図４の横軸は、時間を示し、縦軸は、電圧値を示す。
０［μｓｅｃ］～１００［μｓｅｃ］の期間を電源電圧ＶＡＡ投入時の期間とする。１２５［μｓｅｃ］～１７９［μｓｅｃ］の期間を通常駆動時の期間とする。

電源電圧ＶＡＡ投入時では、スイッチング素子７５のゲート電位は、電源電圧ＶＡＡの立ち上がりに対して、０［Ｖ］から５．４４［Ｖ］まで過渡的な遷移により立ち上がる。スイッチング素子７５のインピーダンスは、上述のようなスイッチング素子７５のインピーダンス特性により、通常駆動時よりも高い。電源電圧ＶＡＡ投入時では、このようなスイッチング素子７５の状態で、コンデンサ７４の充電は行われる。

通常駆動時では、スイッチング素子７５におけるゲート電位は、５．４４［Ｖ］に立ち上がっている。スイッチング素子７５のインピーダンスは、上述のようなスイッチング素子７５のインピーダンス特性により、電源電圧ＶＡＡ投入時よりも低い。

次に、インクジェットヘッド１９の動作について説明する。
図５は、アクチュエータの駆動波形の例を示す。
図５の横軸は、時間を示し、縦軸は、アクチュエータに係る電界の強度を示す。
ドライバＩＣ５２は、図５に示す駆動波形をチャネル群５１のアクチュエータの電極に入力することにより、チャネル群５１を駆動する。図５の例は、インクジェットヘッド１９の製品仕様の最大の駆動電圧で駆動した場合の駆動波形である。

次に、ヒューズ７３に流れる電流ｉについて説明する。
図６は、電流ｉの波形の例を示す。
図６の横軸は、時間を示し、縦軸は、電流ｉの電流値を示す。
０［μｓｅｃ］～１００［μｓｅｃ］の期間を電源電圧ＶＡＡ投入時の期間とする。１２５［μｓｅｃ］～１７９［μｓｅｃ］の期間を通常駆動時の期間とする。

図７は、電源電圧ＶＡＡ投入時の電流ｉの波形の例を示す。
図７の横軸は、時間を示し、縦軸は、電流ｉの電流値を示す。
図７は、図６に示される電流ｉの波形のうち電源電圧ＶＡＡ投入時の期間を抜き出した電流ｉの波形を示す。

電源電圧ＶＡＡ投入時では、コンデンサ７４は空である。コンデンサ７４は、電源供給ライン６１を介して入力された電源電圧ＶＡＡによって充電される。コンデンサ７４を充電する電流は、ヒューズ７３を通りコンデンサ７４に供給される。スイッチング素子７５のインピーダンスは高いので、スイッチング素子７５のドレイン・ソース間を流れる電流は緩和される。そのため、コンデンサ７４への充電は緩慢になる。ヒューズ７３を流れる電流ｉの実効値は、スイッチング素子７５が設けられていない場合と比べて、低くなる。

本例では、電源電圧ＶＡＡ投入時の電流ｉの実効値は、４．２５［Ａ］である。４．２５［Ａ］は、電源電圧ＶＡＡ投入時の電流ｉの実行値の判定基準である４．４７［Ａ］以下である。本例は、この判定基準を満たす。

図８は、通常駆動時の電流ｉの波形の例を示す。
通常駆動時では、コンデンサ７４は、負荷であるドライバＩＣ５２におけるスイッチングに応じて、アクチュエータを充電するスイッチング電流をドライバＩＣ５２へ供給する。ヒューズ７３とコンデンサ７４の位置関係により、コンデンサ７４からドライバＩＣ５２へ流れるスイッチング電流は、ヒューズ７３へは流れない。ヒューズ７３には、コンデンサ７４からドライバＩＣ５２へのスイッチング電流の供給に応じて、コンデンサ７４で放電された電荷を補充する電流ｉが若干流れる。

本例では、通常駆動時の電流ｉの実効値は、０．７１［Ａ］である。０．７１［Ａ］は、通常駆動時の電流ｉの実行値の判定基準である１．４［Ａ］以下である。本例は、この判定基準を満たす。

上記したように、インクジェットヘッド１９は、貫通電流が発生した場合に、電力供給源であるヘッドコントローラ２０とドライバＩＣ５２との接続を遮断する保護回路５４を備える。保護回路５４は、ドライバＩＣ５２に電源を供給する電源供給ライン６１に設けられているヒューズ７３を備える。保護回路５４は、ヒューズ７３よりもドライバＩＣ５２に近い位置で電源供給ライン６１に接続されているコンデンサ７４を備える。保護回路５４は、コンデンサ７４の負極側とＧＮＤの間に設けられているスイッチング素子７５を備える。

第１の実施形態によれば、ドライバＩＣ５２の通常動作時の電流を確保しつつ、電源電圧ＶＡＡ投入時の電流ｉの実行値及び通常駆動時の電流ｉの実行値は、何れも判定基準を満たす。電源電圧ＶＡＡ投入時及び通常駆動時の何れでもヒューズ７３が溶断することはない。この結果、ヒューズ７３の容量（アンペア数）を抑えることができる。即ち、ヒューズのサイズを抑え、インクジェットヘッド１９を小型化することができる。

［第２の実施形態］
第２の実施形態では、保護回路５４の構成が第１の実施形態と異なっている。ここでは、第１の実施形態と異なる部分を主として説明し、第１の実施形態と同様であってもよい部分については、第１の実施形態と同一の符号を付し、その説明を省略する。

図９は、インクジェットヘッド１９及びヘッドコントローラ２０の詳細な構成について説明する為の説明図である。
保護回路５４は、第１の抵抗８１、第２の抵抗８２、ヒューズ８３、コンデンサ８４、スイッチング素子８５、コンデンサ８６及びコンデンサ８７を備える。

第１の抵抗８１及び第２の抵抗８２は、電源電圧ＶＡＡとＧＮＤの間で直列に接続されている。第１の抵抗８１の第１端子は、電源電圧ＶＡＡに接続されている。第１の抵抗８１の第２端子は、第２の抵抗８２の第１端子に接続されている。第２の抵抗８２の第２端子は、ＧＮＤに接続されている。例えば、第１の抵抗８１は、４７［ｋΩ］であるものとする。第２の抵抗８２は、１０［ｋΩ］であるものとする。

ヒューズ８３は、電源供給ライン６１に設けられている。電流ｉは、ヒューズ８３を流れる電流である。ヒューズ８３は、第１の実施形態で説明したヒューズ７３と同様の特性である。
そのため、通常使用において、ヒューズ８３を溶断させないための２つの判定基準は以下のとおりである。
電源電圧ＶＡＡ投入時の電流ｉの実行値の判定基準は、４．４７［Ａ］である。
通常駆動時の電流ｉの実行値の判定基準は、１．４［Ａ］である。

コンデンサ８４は、ヒューズ８３よりもドライバＩＣ５２に近い位置で電源供給ライン６１に接続されている。コンデンサ８４の正極側の端子は、電源供給ライン６１に接続されている。コンデンサ８４の負極側の端子は、後述するスイッチング素子８５に接続されている。コンデンサ８４の負極側の端子は、スイッチング素子８５のドレインに接続されている。コンデンサ８４は、ヒューズ８３を流れる電流ｉの実効値を低減させるためのコンデンサである。コンデンサ８４は、ドライバＩＣ５２に高速に電流を供給するためのコンデンサでもある。コンデンサ８４の静電容量値は、後述するコンデンサ８６の静電容量値よりも低い。コンデンサ８４は、例えば高誘導電率のセラミックコンデンサである。コンデンサ８４は、電源供給ライン６１を介して電源電圧ＶＡＡ及びコンデンサ８６によって充電される。なお、コンデンサ８４は、電界コンデンサであってもよい。

コンデンサ８４の静電容量値について説明する。
コンデンサ８４の静電容量値は、電源電圧ＶＡＡ投入時の電流ｉの実行値の判定基準及び通常駆動時の電流ｉの実行値の判定基準を満足する範囲内の値である。バイアスが印加されていない場合のコンデンサ７４の静電容量値は、仕様値２．２［μＦ］であるものとする。

コンデンサ８４のバイアス特性について説明する。
コンデンサ８４は、高誘導電率のセラミックコンデンサであるため、印加されるバイアスに応じて静電容量値が変化する。電源電圧ＶＡＡ投入時では、コンデンサ８４は、電圧が掛かっていない０［Ｖ］の状態から開始する。そのため、コンデンサ８４の静電容量値は、仕様値２．２［μＦ］である。通常駆動時では、コンデンサ８４は、ＶＡＡ電圧が掛かる。コンデンサ８４のバイアス特性により、コンデンサ８４の静電容量値は、仕様値２．２［μＦ］の４０［％］である０．８８［μＦ］に低下する。つまり、バイアスが印加されている場合のコンデンサ８４の静電容量値が０．８８［μＦ］である。

スイッチング素子８５は、第１の実施形態のスイッチング素子７５と同様に電源電圧ＶＡＡ投入時と通常駆動時とでインピーダンスの変動する素子である。スイッチング素子８５は、コンデンサ８４の負極側とＧＮＤの間に設けられている。スイッチング素子８５は、コンデンサ８６の負極側とＧＮＤの間に設けられている。スイッチング素子８５のドレインは、コンデンサ８４の負極側の端子及びコンデンサ８６の負極側の端子に接続されている。スイッチング素子８５のソースは、ＧＮＤに接続されている。スイッチング素子８５のゲートは、第１の抵抗８１と第２の抵抗８２との間に接続されている。スイッチング素子８５のゲートは、第１の抵抗８１の第２端子及び第２の抵抗８２の第１端子に接続されている。スイッチング素子８５におけるゲート電位は、第１の抵抗８１と第２の抵抗８２の抵抗分割によって作成される。

本例では、スイッチング素子８５におけるゲート電位は、｛３１／（４７ｋ＋１０ｋ）｝×１０ｋ＝５．４４［Ｖ］である。スイッチング素子８５におけるゲート電位が５［Ｖ］以上である場合にインピーダンスの低くなるスイッチング素子８５が用いられる。スイッチング素子８５では、スイッチング素子７５と同様に、スイッチング素子８５におけるゲート電位が大きくなるにつれ、スイッチング素子８５のインピーダンスは低くなる。

コンデンサ８６は、ヒューズ８３よりもドライバＩＣ５２から遠い位置で電源供給ライン６１に接続されている。コンデンサ８６は、コンデンサ８４との間にヒューズ８３を挟むように電源供給ライン６１に接続されている。コンデンサ８６の正極側の端子は、電源供給ライン６１に接続されている。コンデンサ８６の負極側の端子は、スイッチング素子８５に接続されている。コンデンサ８６の負極側の端子は、スイッチング素子８５のドレインに接続されている。コンデンサ８６は、ドライバＩＣ５２に高速に電流を供給するための大容量のバイパスコンデンサである。コンデンサ８６は、例えば高誘導電率のセラミックコンデンサである。コンデンサ８６は、電源供給ライン６１からの電源電圧ＶＡＡによって充電される。なお、コンデンサ８６は、電界コンデンサであってもよい。コンデンサ８６は、コンデンサ８４に対して他のコンデンサということもある。

コンデンサ８６の静電容量値は、第１の実施形態のコンデンサ７４の静電容量値と同様である。本例では、バイアスが印加されていない場合のコンデンサ８６の静電容量値は、仕様値１０［μＦ］であるものとする。

コンデンサ８６のバイアス特性は、第１の実施形態のコンデンサ７４のバイアス特性と同様である。つまり、バイアスが印加されている場合のコンデンサ８６の静電容量値が４［μＦ］である。

コンデンサ８７は、スイッチング素子８５のゲートとソースの間に設けられている。コンデンサ８７の正極側の端子は、スイッチング素子８５のゲートに接続されている。コンデンサ８７の負極側の端子は、スイッチング素子８５のソースと同様にＧＮＤに接続されている。コンデンサ８７は、第１の実施形態のコンデンサ７６と同様に、電源ＶＡＡ投入時のスイッチング素子８５におけるゲート電位の過渡的な遷移をより遅延させるためのものである。例えば、コンデンサ８７は、４７０［ｐＦ］である。なお、コンデンサ８７が保護回路５４に設けられていなくても、電源ＶＡＡ投入時のゲート電位の過渡的な遷移は起こる。そのため、コンデンサ８７は、保護回路５４に設けられていなくてもよい。

次に、ヒューズ８３に流れる電流ｉについて説明する。
図１０は、電流ｉの波形の例を示す。
図１０の横軸は、時間を示し、縦軸は、電流ｉの電流値を示す。
０［μｓｅｃ］～１００［μｓｅｃ］の期間を電源電圧ＶＡＡ投入時の期間とする。１２５［μｓｅｃ］～１７９［μｓｅｃ］の期間を通常駆動時の期間とする。

図１１は、電源電圧ＶＡＡ投入時の電流ｉの波形の例を示す。
図１１の横軸は、時間を示し、縦軸は、電流ｉの電流値を示す。
図１１は、図１０に示される電流ｉの波形のうち電源電圧ＶＡＡ投入時の期間を抜き出した電流ｉの波形を示す。

電源電圧ＶＡＡ投入時では、コンデンサ８６を充電する電流は、ヒューズ８３を通らない。コンデンサ８４を充電する電流は、ヒューズ８３を通りコンデンサ８４に供給される。スイッチング素子８５のインピーダンスは高いので、スイッチング素子８５のドレイン・ソース間を流れる電流は緩和される。そのため、コンデンサ８４への充電は緩慢になる。ヒューズ８３を流れる電流ｉの実効値は、スイッチング素子８５が設けられていない場合と比べて、低くなる。

本例では、電源電圧ＶＡＡ投入時の電流ｉの実効値は、０．８５［Ａ］である。０．８５［Ａ］は、電源電圧ＶＡＡ投入時の電流ｉの実行値の判定基準である４．４７［Ａ］以下である。本例は、この判定基準を満たす。

図１２は、通常駆動時の電流ｉの波形の例を示す。
通常駆動時では、アクチュエータを充電するスイッチング電流は、コンデンサ８４及びコンデンサ８６からドライバＩＣ５２へ供給される。ヒューズ８３とコンデンサ８４の位置関係により、コンデンサ８４からドライバＩＣ５２へ流れるスイッチング電流は、ヒューズ８３へは流れない。ヒューズ８３には、コンデンサ８６からドライバＩＣ５２へのスイッチング電流の供給に応じて、アクチュエータを充電するため及びコンデンサ８４で放電された電荷を補充するための電流ｉが若干流れる。アクチュエータを充電するスイッチング電流は、コンデンサ８４によって積極的に供給されるので、コンデンサ８６からの供給によってヒューズ８３を流れる電流ｉの実効値は低減する。

本例では、通常駆動時の電流ｉの実効値は、１．２５［Ａ］である。１．２５［Ａ］は、通常駆動時の電流ｉの実行値の判定基準である１．４［Ａ］以下である。本例は、この判定基準を満たす。

上記したように、インクジェットヘッド１９は、貫通電流が発生した場合に、電力供給源であるヘッドコントローラ２０とドライバＩＣ５２との接続を遮断する保護回路５４を備える。保護回路５４は、ドライバＩＣ５２に電源を供給する電源供給ライン６１に設けられているヒューズ８３を備える。保護回路５４は、ヒューズ８３よりもドライバＩＣ５２に近い位置で電源供給ライン６１に接続されているコンデンサ８４を備える。保護回路５４は、コンデンサ８４との間にヒューズ８３を挟むように電源供給ライン６１に接続されているコンデンサ８６を備える。保護回路５４は、コンデンサ８４の負極側及びコンデンサ８６の負極側とＧＮＤの間に設けられているスイッチング素子８５を備える。

第２の実施形態によれば、ドライバＩＣ５２の通常動作時の電流を確保しつつ、電源電圧ＶＡＡ投入時の電流ｉの実行値及び通常駆動時の電流ｉの実行値は、何れも判定基準を満たす。電源電圧ＶＡＡ投入時及び通常駆動時の何れでもヒューズ８３が溶断することはない。この結果、ヒューズ８３の容量（アンペア数）を抑えることができる。即ち、ヒューズのサイズを抑え、インクジェットヘッド１９を小型化することができる。

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。

１…インクジェットプリンタ、２…ホストＰＣ、１１…制御部、１２…ディスプレイ、１３…操作部、１４…通信インタフェース、１５…搬送モータ、１６…モータ駆動回路、１７…ポンプ、１８…ポンプ駆動回路、１９…インクジェットヘッド、２０…ヘッドコントローラ、２１…電源回路、３１…プロセッサ、３２…メモリ、４１…電源電圧生成回路、４２…制御信号生成回路、５１…チャネル群、５２…ドライバＩＣ、５３…ヘッド基板、５４…保護回路、６１…電源供給ライン、７１…第１の抵抗、７２…第２の抵抗、７３…ヒューズ、７４…コンデンサ、７５…スイッチング素子、７６…コンデンサ、８１…第１の抵抗、８２…第２の抵抗、８３…ヒューズ、８４…コンデンサ、８５…スイッチング素子、８６…コンデンサ、８７…コンデンサ。

Claims (4)

1. インクを吐出するためのノズルからインクを吐出させるためのアクチュエータと、
   前記アクチュエータを駆動するドライバＩＣと、
   前記ドライバＩＣに電源を供給する電源供給ラインに設けられているヒューズと、
   前記ヒューズよりも前記ドライバＩＣに近い位置で前記電源供給ラインに接続されているコンデンサと、
   前記コンデンサの負極側とＧＮＤの間に設けられているスイッチング素子と、
   を具備するインクジェットヘッド。
2. 前記コンデンサとの間に前記ヒューズを挟むように前記電源供給ラインに接続されている他のコンデンサをさらに備え、
   前記他のコンデンサの負極側は、前記コンデンサの負極側に接続されている前記スイッチング素子の端子に接続されている、
   請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. 前記コンデンサの静電容量値は、前記他のコンデンサの静電容量値よりも低い、請求項２に記載のインクジェットヘッド。
4. 印刷媒体を搬送する搬送モータと、
   前記搬送モータにより搬送される前記印刷媒体にインクを吐出するインクジェットヘッドと、
   前記インクジェットヘッドに電源電圧及び制御信号を供給するヘッドコントローラと、 を具備し、
   前記インクジェットヘッドは、
   インクを吐出するためのノズルからインクを吐出させるためのアクチュエータと、
   前記アクチュエータを駆動するドライバＩＣと、
   前記ドライバＩＣに電源を供給する電源供給ラインに設けられているヒューズと、
   前記ヒューズよりも前記ドライバＩＣに近い位置で前記電源供給ラインに接続されているコンデンサと、
   前記コンデンサの負極側とＧＮＤの間に設けられているスイッチング素子と、
   を具備するインクジェットプリンタ。