JP2000015805A - 記録用ヘッド、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

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造及び組立が容易な静電アクチュエータ方
式の記録用ヘッドを提供する。 【解決手段】 インク供給室２６から供給されたインク
を収容したインク室２０と、このインク室２０に隣接し
て配置された振動板３０とを備え、この振動板３０の変
形によりインク室２０内のインクをノズル２４から吐出
する記録用ヘッド１２において、上記振動板３０のイン
ク室２０とは反対側の面にそれぞれ電極３４を有する複
数の突起部３２を設け、これら突起部３２間に作用する
静電力により上記振動板３０を変形させるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電力により振動
板を駆動してインク滴を飛翔させ、このインク滴により
記録媒体上に画像を記録する記録用ヘッド、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。

【０００２】

【従来の技術】従来、静電アクチュエータ方式のインク
ジェットヘッドとして、図２９に示すものが提案されて
いる。このインクジェットヘッド１００は、カバープレ
ート１１２、チャンネルプレート１１４及び基板１１６
を一体接合して構成されている。

【０００３】上記チャンネルプレート１１４はシリコン
プレートからなり、異方性エッチングにより複数の溝部
が形成されている。これら溝部が上記カバープレート１
１２によって覆われることによりそれぞれ、インクを収
容するインク室１１８、インク室１１８内のインクを液
滴として吐出するノズル１２０、インク室１１８に補給
されるインクを収容するインク供給室１２２、及びイン
ク室１１８とインク供給室１２２とを連通させるインレ
ット１２６になっている。

【０００４】インク室１１８の底部は振動板１２８とな
っており、この振動板１２８のインク室１１８とは反対
側の表面に共通電極１３０が形成されている。一方、基
板１１６のインク室１１８に対応する位置には凹部１３
２が形成され、この凹部１３２の底面には駆動電極１３
４が上記共通電極１３０に対向して形成されている。

【０００５】上記構成のインクジェットヘッド１００で
は、共通電極１３０と駆動電極１３４とに異なる極性の
電圧をそれぞれ印加すると、静電吸引力により両電極１
３０，１３４が引き合うために振動板１２８が駆動電極
１３４側に撓み変形する。この変形によってインク室１
１８内の容積が増加し、それに伴ってインレット１２６
を介してインク供給室１２２からインク室１１８にイン
クが引き込まれる。そして、各電極１３０，１３４への
電圧印加が解除されると、振動板１２８はそれ自体の弾
性により元の状態に復帰する。このとき、インク室１１
８内のインクが加圧され、ノズル１２０からインク滴１
３６が吐出されるようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した静電アクチュ
エータ方式のインクジェットヘッド１００は、消費電力
が低く、構成も簡単であることから低価格で多ノズル化
が可能なヘッドとして期待されている。しかしながら、
上記インクジェットヘッド１００では各電極１３０，１
３４間のギャップが狭いほど低電圧駆動が可能であり、
汎用ＩＣでの駆動を想定すると、実用的には０．０５〜
０．２μｍ程度の微小ギャップにする必要がある。そし
て、そのギャップ精度は一般的に±０．００５μｍ程度
の誤差範囲内で形成することが要求される。そのため、
微小ギャップを形成する共通電極１３０や駆動電極１３
４の僅かな歪、あるいは組立時の僅かな会合誤差が必要
精度に大きく悪影響を及ぼしてしまうという問題があっ
た。

【０００７】そこで、本発明は非常に高い精度での電極
形成や組立を必要としない製造が容易な静電アクチュエ
ータ方式の記録用ヘッド、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。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、インク供給室から供給されたインクを収
容したインク室と、このインク室に隣接して配置された
振動板とを備え、この振動板の変形によりインク室内の
インクを加圧してノズルから吐出する記録用ヘッドにお
いて、上記振動板の表面にそれぞれ電極を有する複数の
突起部を設け、これら突起部間に作用する静電力により
上記振動板を変形させるようにしたものである（請求項
１）。

【０００９】本発明の記録用ヘッドでは、上記振動板の
インク室とは反対側の面に上記突起部を設けるのが好ま
しい（請求項２）。

【００１０】上記突起部を交互に隣接する第１の突起部
と第２の突起部とに分け、第１及び第２の突起部にそれ
ぞれ異なる極性の電圧を印加するようにしてもよいし
（請求項３）、上記各突起部に同極性の電圧をそれぞれ
印加するようにしてもよい（請求項４）。また、上記振
動板の変形量を規制する規制板を上記振動板に対向して
配置してもよい（請求項５）。

【００１１】さらに、上記振動板のインク室側の面にも
それぞれ電極を有する複数の突起部を設けてもよい（請
求項６）。この場合、上記振動板のインク室側の突起部
を防水部材で覆ってもよい（請求項７）。

【００１２】さらにまた、上記突起部は平板状でもよい
し（請求項８）、針状であってもよい（請求項９）。こ
れらの場合、上記突起部について根元が他の部分より太
く形成されているのが好ましい（請求項１０）。

【００１３】そして、上記請求項１から９のいずれかの
記録用ヘッドを複数並べてマルチノズル化したインクジ
ェットヘッドを構成してもよい（請求項１１）。この場
合、各インク室に対応する振動板の突起部形成部分を周
辺部材によりそれぞれシールドするのが好ましい（請求
項１２）。また、請求項１１又は１２のインクジェット
ヘッドを含むインクジェットプリンタを構成してもよい
（請求項１３）。

【００１４】

【発明の作用及び効果】請求項１の記録用ヘッドによれ
ば、振動板に設けた複数の突起部間における静電力によ
って振動板を変形させるようにしたため、従来の静電ア
クチュエータ式のインクジェットヘッドように平行に対
向する２つの電極間の微小ギャップを厳密に設定しなけ
ればならないということがなくなり、ヘッドの製造及び
組立が非常に容易になる。

【００１５】請求項２の記録用ヘッドによれば、振動板
のインク室とは反対側の面に突起部が設けてあるため、
電極を有する突起部がインクに直接接触することがな
く、導電性インクの使用も可能である。

【００１６】請求項３の記録用ヘッドによれば、交互に
隣接する第１及び第２の突起部にそれぞれ異なる極性の
電圧を印加することによって第１と第２の突起部間には
互いに引き合う方向の静電力が作用する。この静電力に
より各突起部が互いに接近するようとするのに伴って振
動板がインク室側に凸状に変形する。この変形によって
インク室内のインクを加圧され、ノズルからインク滴を
吐出することができる。以下、振動板のこのようなイン
ク吐出動作を「押し打ち」という。

【００１７】請求項４の記録用ヘッドによれば、振動板
の各突起部に同極性の電圧を印加することによって各突
起部間に互いに反発する方向の静電力が作用する。この
静電力により各突起部が互いに離れようとするのに伴っ
て振動板がインク室に対して凹状に変形する。これによ
り、インク室内の容積が増加し、インク供給室からイン
ク室にインクが引き込まれる。その後、各突起部への電
圧印加が解除されると振動板はそれ自体の弾性によって
復元し、このときインク室内のインクが加圧されてノズ
ルからインク滴を吐出することができる。以下、振動板
のこのようなインク吐出動作を「引き打ち」という。

【００１８】請求項５の記録用ヘッドによれば、振動板
の変形量を規制する規制板を振動板に対向して配置する
ことによって、引き打ちする際の振動板の変形量を常に
一定にすることができ、インク吐出量が安定する。

【００１９】請求項６の記録用ヘッドによれば、押し打
ちの際の振動板の変形時にインク室側の各突起部間に互
いに反発し合う方向の静電力を発生させることによっ
て、又は、引き打ちの際の振動板の変形時にインク室側
の各突起部間に互いに引き合う方向の静電力を発生させ
ることによって、振動板の変形量をさらに大きくするこ
とができ、インク吐出量を増加させることができる。ま
た、振動板が変形した後に復元するときにインク室側の
各突起部に電圧を印加することによって振動板を強制的
に復元させることができ、これにより応答周波数を上げ
られる。

【００２０】請求項７の記録用ヘッドによれば、インク
室側の突起部を防水部材で覆うことで、インク室内にお
けるインクの流れが円滑になると共に、導電性インクの
使用が可能となる。

【００２１】請求項８の記録用ヘッドによれば、突起部
が平板状であるため製造が容易である。また、請求項９
の記録用ヘッドによれば、突起部が針状に形成されてい
るため振動板を略球面状に変形させることができる。

【００２２】請求項１０の記録用ヘッドによれば、突起
部について根元が他の部分より太く形成されているた
め、耐久性が向上する。

【００２３】請求項１１のインクジェットヘッドによれ
ば、記録用ヘッドの構造が簡単であるため、複数の記録
用ヘッドを並べてマルチノズル化したヘッドを製造する
のが容易になる。

【００２４】請求項１２のインクジェットヘッドによれ
ば、各インク室に対応する振動板の突起部形成部分を周
辺部材によりそれぞれシールドしてあるため、各インク
室間における電磁障害を防止できると共に、コントロー
ラや駆動回路等への電磁障害も防止できる。

【００２５】請求項１３のインクジェットプリンタによ
れば、低電力駆動が可能となる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施の
形態であるインクジェットプリンタ１の主要部を示す斜
視図である。このインクジェットプリンタ１は、ベース
プレート２を備えている。ベースプレート２上には、支
持プレート３が立設されている。支持プレート３の長手
方向の両端側には、２つのサイドプレート３ａ，３ａが
所定間隔をおいてそれぞれ設けてある。これらサイドプ
レート３ａ，３ａ間には、２本のガイドロッド４ａ，４
ｂが平行に架け渡してある。ガイドロッド４ａ，４ｂに
は、キャリッジ５がスライド移動可能に係合している。
キャリッジ５の下部には、複数のインクジェットヘッド
１０がノズル面を下方に向けた状態で固定されている。

【００２７】支持プレート３の長手方向両側には、２つ
のプーリ６ａ，６ｂが取り付けられている。これらプー
リ６ａ，６ｂ間に無端状のベルト７が張り渡されてい
る。このベルト７に対してキャリッジ５が固定されてい
る。これにより、ベルト７を駆動することによりキャリ
ッジ５がガイドロッド４ａ，４ｂに沿って矢印ａ方向に
往復移動するようにしてある。

【００２８】一方、記録媒体である記録紙Ｐは送りロー
ラ８ａにより矢印ｂ方向に送られる。その途中で記録紙
Ｐ上には、キャリッジ５と共に移動するインクジェット
ヘッド１０から吐出されるインク滴によって画像が記録
される。画像が記録された記録紙Ｐは送りローラ８ａに
よってさらに送られ、排出ローラ８ｂにより排紙トレイ
９上に排出される。

【００２９】上記インクジェットヘッド１０は、複数の
記録用ヘッドを並列に配置することにより構成されてい
る。図２は、その記録用ヘッド１２の断面図である。記
録用ヘッド１２は、カバープレート１４、チャンネルプ
レート１６及び基板１８を一体接合して構成されてい
る。

【００３０】上記チャンネルプレート１６はシリコンプ
レートからなり、異方性エッチングにより複数の溝部が
形成されている。これら溝部が上記カバープレート１４
によって覆われることによりそれぞれ、インクを収容す
るインク室２０、インク室２０内のインクをインク滴２
２として吐出するノズル２４、インク室２０に供給され
るインクを収容するインク供給室２６、及びインク室２
０とインク供給室２６とを連通させるインレット２８に
なっている。

【００３１】上記チャンネルプレート１６の一部であっ
て上記インク室２０に隣接する底部が振動板３０となっ
ている。振動板３０のインク室２０とは反対側の面に
は、表面にそれぞれ電極３４を有する複数の突起部３２
が設けられている。これら突起部３２は基板１８に形成
された凹部１８ａ内に位置しているが、凹部１８ａの壁
面とは非接触状態にある。上記突起部３２はそれぞれ交
互に隣接する第１の突起部３２ａと第２の突起部３２ｂ
とに分けられている。そして、第１の突起部３２ａの電
極３４ａと第２の突起部３２ｂの電極３４ｂとには、そ
れぞれ異なる極性の電圧が印加できるようにしてある。

【００３２】それぞれ平板状の上記各突起部３２は振動
板３０と一体成形されており、図３の三面図に示すよう
に、それぞれ平行に等間隔ｄでインク室２０の長手方向
（図２の左右方向、以下に同じ。）に配列されている。
このように突起部３２を平板状に形成すれば、製造が容
易になる。突起部３２の幅ｃは、０．５μｍ〜５００μ
ｍ程度の範囲とするのが好ましいが、突起部３２の強度
を十分なものとするためには３μｍ以上とするのがさら
に好適であり、また、後述するように振動板３０につい
て十分な変位量を得るべく、突起部３２を多数配置する
ためには１００μｍ以下とするのがさらに好適である。
突起部３２の間隔ｄについては、０．０５μｍ〜５μｍ
程度の範囲が好ましい。突起部３２の間隔ｄは基本的に
は近接していればいるほど高い駆動力を得られるので好
ましいが、後述するように各突起部３２が互いに接近す
る方向に変形した場合に各突起部３２が接触しないよう
にするには０．２μｍ以上とするのがさらに好適である
一方、十分な駆動力を得るためには２μｍ以下とするの
がさらに好適である。突起部３２の振動板３０からの突
出高さｔについては、突起物３２の間隔ｄの１倍〜２０
倍程度の範囲とするのが好ましい。突起部３２の高さは
基本的には高ければ高いほど、高い駆動力が得られるた
め好ましいが、突起部の強度を確保するために１０倍以
下とするのがさらに好適である一方、十分な駆動力を得
るために５倍以上とするのがさらに好適である。

【００３３】上記突起部を形成するための加工方法とし
ては、以下のような手法を適宜用いればよい。エッチン
グ系加工法としては、Ｘ線リソグラフィ、イオンビーム
リソグラフィ、フォトファブリケーション加工等でパタ
ーニングを行った後に行うウェットエッチングやドライ
エッチング（例えば、イオンエッチング、プラズマエッ
チング、反応性イオンエッチング、ＥＣＲイオン流エッ
チングなど）があり、または、レーザ加工（例えば、Ｙ
ＡＧレーザ加工、ＳＨＧレーザ加工、ＦＨＧレーザ加
工、エキシマレーザ加工、ＣＯ₂レーザ加工など）や放
電加工（例えば、マイクロＥＤＭ加工など）がある。ま
た、機械系加工法としては、ダイシング加工やサンドブ
ラスト加工などがある。

【００３４】なお、本実施形態の記録用ヘッド１２で
は、各突起部３２をインク室２０の長手方向に配列形成
したが、図４に示すように、各突起部３２を上記長手方
向に沿って延びる平板状に形成すると共に上記長手方向
と直交する方向に配列して形成してもよい。このように
形成しても製造が容易である。また、突起部２３を結晶
シリコンの異方性エッチングなどで作製した場合、特定
のエッチング角度が発現するが、そのような場合には図
５に示すように、各突起部３２がインク室２０の長手方
向に対して特定の傾斜角を有した形状としてもよい。さ
らに、図６に示すように、突起部３２について根元を他
の部分より太く形成してもよく、この場合には突起部３
２の耐久性が向上する。さらにまた、本実施形態では図
７（ａ）に示すように振動板３０と各突起部３２を一体
に形成したが、図７（ｂ）に示すように振動板３０及び
突起部３２を少なくとも２つの部材を接合することによ
って構成してもよい。

【００３５】図８は上記記録用ヘッド１２の駆動回路４
０の一例を示す。この駆動回路４０によって、第１の突
起部３２ａの電極３４ａには駆動時にパルス電圧が印加
され、第２の突起部３２ｂの電極３４ｂには接地電圧が
常時印加されるようになっている。この駆動回路４０で
は、クロック回路４２からクロック信号がスイッチ回路
４４に送られる。また、何クロック目でスイッチＳを切
り替えるかのタイミングを指示する信号がタイマー回路
４６からスイッチ回路４４に入力される。この信号に基
づきスイッチ回路４４は、電源回路４８に接続された充
電回路５０側の端子５２と、グラウンドに接続された放
電回路５４側の端子５６との間でスイッチＳを切り替え
る信号を出力するようになっている。

【００３６】次に、上記記録用ヘッド１２において、振
動板３０を押し上げてインクを吐出させる「押し打ち」
によるインク吐出動作について説明する。記録用ヘッド
１２では、インク供給室２６からインレット２８を介し
て供給されたインクがインク室２０に収容されている。
この状態で、上記駆動回路４０から第１の突起部３２ａ
の電極３４ａにパルス電圧が印加されると、それぞれ交
互に隣接して配置された第１の突起部３２ａと第２の突
起部３２ｂとの間に互いに引き合う方向の静電力が作用
する。この静電力により図９（ａ）に示すように各突起
部３２が互いに接近しようとするのに伴って、振動板３
０がインク室２０側に凸状に変形する。この変形によっ
てインク室２０内のインクが加圧され、ノズル２４から
インク滴２２が吐出される。吐出されたインク滴２２は
記録紙Ｐ上に付着して画像が記録される。そして、第１
の突起部３２ａへの電圧印加が解除されると、図９
（ｂ）に示すように振動板３０はそれ自体の弾性によっ
て元の形状に復元する。このとき、インク室２０内に負
圧が発生し、これによりインク供給室２６から引き込ま
れたインクがインク室２０に補給される。

【００３７】ここで、上記振動板３０の変形時の変位体
積及び発生圧力は図１０に示す振動板３０及び突起部３
２に関する各種値を用いて表した下記の式及び式に
よって概算値を求めることができる。したがって、これ
らの変位体積及び発生圧力が所望の値となるように、図
１０に示す振動板３０と突起部３２に関する各種値及び
電極間電位を決定すればよい。

【００３８】

【数１】

【００３９】このように、本実施形態の記録用ヘッド１
２によれば、振動板３０の側だけに設けた複数の突起部
３２間に作用する静電力により振動板３０を変形させて
インクを吐出させている。したがって、従来の静電アク
チュエータ式のインクジェットヘッドのように、平行に
対向する２つの電極間の微小ギャップを厳密に設定しな
ければならないということがなくなり、ヘッドの製造及
び組立が非常に容易になる。

【００４０】なお、図１１に示すように、上記記録用ヘ
ッド１２において各突起部３２の周囲すなわち基板１８
の凹部１８ａ内に誘電材料５８を充填すれば、各突起部
３２間の電界強度が強くなって振動板３０の駆動力を高
めることができ、これにより一層の低電圧駆動が可能に
なる。このような誘電材料５８としては、絶縁性油や絶
縁性ゴムなどが使用できる。具体的には、絶縁性油とし
て、例えば、石油系鉱油、アルキルベンゼン系オイル、
ポリブテン系オイル、アルキルナフタレン系オイル、ア
ルキルフェニルエタン系オイル、シリコンオイルなどが
ある。また、絶縁性ゴムとして、例えば、天然ゴム、※
フッ素ゴム、※スチレンブタジエンゴム、アクリルゴ
ム、アルフィンゴム、クロロスルフォン化ポリエチレン
ゴム、※ブタジエンゴム、エピクロルヒドリンゴム、イ
ソプロピレンゴム、プロピレンオキシドゴム、※エチレ
ン−プロピレンゴム、ポリオレフィンスルフィド、ニト
リルブタジエンゴム、エチレン−酢酸ビニルゴム、アク
リロニトリルブタジエンゴム、アクリロニトリル−イソ
プレンゴム、クロロプレンゴム、交互重合ポリマ、※ブ
チルゴム、ポリペテナマ、ウレタンゴム、ポリエステル
ゴム、※シリコーンゴム、ネオプレンゴム、多硫化ゴ
ム、ヒドリンゴムなどがある。これらのゴム材料のう
ち、特に※印を付けた材料は極性が小さい化合物である
ため、高湿時における第１及び第２の突起部３２ａ，３
２ｂ間の電気的短絡を防止するという耐湿性の効果にも
優れている。

【００４１】次に、振動板３０を一旦引き下げてからイ
ンクを吐出させる「引き打ち」によるインク吐出動作が
可能な記録用ヘッドについて図１２を参照して説明す
る。この記録用ヘッド６０では、振動板３０に設けた各
突起部３２の電極３４がそれぞれ導通するように形成さ
れている。これにより、各突起部３２には同極性の電圧
がそれぞれ印加されるようになっている。これ以外の構
成は、上記記録用ヘッド１２と同様である。また、図１
３に記録用ヘッド６０の駆動回路６２を示す。この駆動
回路６２は、上記駆動回路４０とほぼ同様の構成を有し
ているが、各突起部３２の表面の電極３４に同極性の電
圧が印加されるようしてある点だけが異なる。

【００４２】上記記録用ヘッド６０では、次のようにし
て引き打ちによるインク吐出動作が行われる。インク供
給室２６から供給されたインクがインク室２０に収容さ
れている状態で、上記駆動回路６２により各突起部３２
の電極３４にパルス電圧が印加されると、各突起部３２
間に互いに反発する方向の静電力が作用する。この静電
力により、図１４（ａ）に示すように、各突起部３２が
互いに離れようとするのに伴って、振動板３０がインク
室２０に対して凹状に変形する。これにより、インク室
２０内の容積が増加し、インク供給室２６からインク室
２０にインクが引き込まれる。その後、各突起部３２へ
の電圧印加が解除されると、図１４（ｂ）に示すように
振動板３０はそれ自体の弾性によって復元し、このとき
インク室２０内のインクが加圧されてノズル２４からイ
ンク滴２２が吐出される。このように吐出されたインク
滴２２は記録紙Ｐ上に付着して画像が記録される。

【００４３】このように、引き打ち式の記録用ヘッド６
０でもまた、振動板３０の側だけに設けた複数の突起部
３２間に作用する静電力により振動板３０を変形させて
インクを吐出させている。したがって、上記記録用ヘッ
ド１２の場合と同様に、従来の静電アクチュエータ式の
インクジェットヘッドのように、平行に対向する２つの
電極間の微小ギャップを厳密に設定しなければならない
ということがなくなり、ヘッドの製造及び組立が非常に
容易になる。

【００４４】なお、引き打ち式の記録用ヘッド６０で
は、図１５に示すように、振動板３０の変形量を規制す
る規制板６４を上記振動板３０に対向して配置してもよ
い。これにより、引き打ちする際の振動板３０の変形量
を常に一定にすることができ、インク吐出量が安定す
る。また、上記各記録用ヘッド１２，６０では、振動板
３０のほぼ全面にわたって突起部３２を形成している
が、図１６に示すように、振動板３０に対して部分的
（この場合は両側部分）に突起部３２を形成してその部
分を湾曲変形させることによって振動板３０全体を変位
させるようにしてもよい。

【００４５】さらに、以上に説明した記録用ヘッド１
２，６０では、いずれも突起部３２が平板状に形成され
ているが、図１７,１８に示すように、突起部３２を針
状に形成してもよい。図１７，１８は理解を容易にする
ために、振動板３０を上下逆に描いてある。図１７は、
押し打ち式の記録用ヘッドに用いる振動板３０を示す。
この振動板３０は第１の振動板３０ａと第２の振動板３
０ｂを接合して構成される。第２の振動板３０ｂ上には
複数の第２の突起部３２ｂが一体形成されており、第２
の振動板３０ｂ及び各第２の突起部３２ｂの表面には電
極（図示せず）が形成されている。一方、第１の振動板
３０ａ上には複数の第１の突起部３２ａが一体形成され
ている。これら第１の突起部３２ａは第２の振動板３０
ｂに形成された複数の貫通孔６６を介して第２の振動板
３０ｂ上に突出し、第２の突起部３２ｂと交互に隣接し
ている。また、第１の振動板３０ａ及び各第１の突起部
３２ａの表面には電極（図示せず）が形成されている。
これにより、第１の振動板３０ａ上の電極と第２の振動
板３０ｂ上の電極とにそれぞれ異なる電圧を印加するこ
とによって第１の突起部３２ａと第２の突起部３２ｂと
にそれぞれ異極性の電圧を印加することができる。その
結果、図１７の右図に示すように各突起部３２ａ，３２
ｂ間に作用する吸引静電力により各突起部３２ａ，３２
ｂが互いに接近しようとするのに伴って、振動板３０を
インク室２０に対して凸状の略球面状に変形させること
ができる。

【００４６】また、図１８は引き打ち式の記録用ヘッド
に用いる振動板３０を示す。その構成は上述した第２の
振動板３０ｂとほぼ同様であり、振動板３０上には複数
の突起部３２が形成されており、振動板３０及び各突起
部３２の表面には電極（図示せず）が形成されている。
この電極に電圧を印加することによって各突起部３２に
同極性の電圧を印加することができる。その結果、図１
８の右図に示すように、各突起部３２間に作用する反発
静電力により互いに離れようとするのに伴って、振動板
３０をインク室２０に対して凹状の略球面状に変形させ
ることができる。

【００４７】なお、各突起部３２を針状に形成した場
合、その一本の形状は円柱状に限らず、例えば図１９
（ａ）〜（ｄ）に示すように円錐、円錐台、角柱、根元
を太くして補強した柱状体であってもよい。

【００４８】また、以上に説明した記録用ヘッドでは振
動板のインク室とは反対側の面に突起部を設けたが、振
動板のインク室側の面だけに突起部を設けて同様の原理
により振動板を変形させるようにしてもよい。

【００４９】次に、振動板３０の両面に複数の突起部３
２をそれぞれ設けたタイプの記録用ヘッドについて説明
するが、振動板３０及び突起部３２以外の構成は上記記
録用ヘッド１２と同様であるため説明を省略する。

【００５０】図２０に示すように、振動板３０の両面す
なわち振動板３０のインク室２０側の面にもそれぞれ電
極を有する複数の突起部３２を形成すれば、押し打ちの
際の振動板３０の変形時にインク室２０側の各突起部３
２ｃ間に互いに反発し合う方向の静電力を発生させるこ
とによって、又は、引き打ちの際の振動板３０の変形時
にインク室２０側の各突起部３２ｃ間に互いに引き合う
方向の静電力を発生させることによって、振動板３０の
変形量をさらに大きくすることができ、インク吐出量を
増加させることができる。また、振動板３０が変形した
後に復元するときにインク室２０側の各突起部３２ｃに
電圧を印加することによって振動板３０を強制的に復元
させることができ、これにより応答周波数を上げられ
る。

【００５１】振動板３０の両面に突起部３２を形成する
場合、図２０に示すように両面の突起部３２を必ずしも
対称に形成する必要はなく、図２１（ａ）〜（ｃ）に示
すように、上下の突起部３２を千鳥状に配置したり、上
下の突起部３２の配列ピッチを異ならせたり、あるい
は、上下の突起部３２の形状を変えてもよい。また、図
２１（ｄ）に示すように、同一形状の２つの部材を貼り
合わせることによって両面に突起部３２を有する振動板
３０を構成してもよい。

【００５２】また、振動板３０のインク室２０側の面に
も突起部３２を形成した場合には、突起部３２表面の電
極がインクと直接接触することになる。絶縁性インクの
場合には問題ないが、導電性インクを使用する場合には
図２２に示すようにインク室２０側の突起部３２ｃの周
囲を弾性絶縁体（防水部材）６８で覆えばよい。これに
より、各突起部３２ｃ間が絶縁されると共に、弾性絶縁
体６８が誘電体として働くため各突起部３２ｃ間の静電
力を強めて振動板３０の駆動力を高めることができ、し
かも、インク室２０内のインクの流れが円滑になる。ま
たは、図２３に示すように、弾性絶縁体６８に変えて防
水可撓性フィルム（防水部材）７０でインク室２０側の
突起部３２ｃを覆ってもよいし、図２４に示すように弾
性絶縁体６８と防水可撓性フィルム７０を併用してもよ
い。上記弾性絶縁体６８の具体的な材料としては、上述
した絶縁性ゴム、特に※印を付したゴム材料を好適に使
用できる。また、上記防水可撓性フィルム７０の材料と
しては、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィル
ム、イオノマーフィルム、ポリビニルアルコールフィル
ム、ポリ酢酸ビニルフィルム、エチレン酢酸ビニル共重
合体フィルム、ポリメタクリル酸メチルフィルム、ポリ
カーボネイトフィルム、ポリスチレンフィルム、ポリイ
ミドフィルム、ポリスルホンフィルム、ポリエーテルス
ルホンフィルム、ポリアミド系フィルム（ナイロン６フ
ィルム、ナイロン６６フィルム、ナイロン１１フィル
ム、ナイロン１２フィルムなど）、アクリロニトリル−
アクリル酸メチル共重合体フィルム、アクリロニトリル
−ブタジエン−スチレン共重合体フィルム、ポリテレフ
タル酸エチレンフィルム、ポリウレタンエラストマーフ
ィルム、セルロース系フィルム（硝酸セルロースフィル
ム、酢酸セルロースフィルム、三酢酸セルロースフィル
ム、プロピオン酸セルロースフィルム、酢酸酪酸セルロ
ースフィルム、エチルセルロース、再生セルロースな
ど）、ポリ塩化ビニルフィルム、塩化ビニル−酢酸ビニ
ル共重合体フィルム、ポリ塩化ビニリデンフィルム、塩
化ビニリデン−塩化ビニル共重合体フィルム、ビニルニ
トリルゴム合金フィルムなどが好適に使用できる。

【００５３】次に、本実施形態の記録用ヘッドを用いて
行ったインク吐出実験について説明する。この実験で
は、図２５（ａ）に示す記録用ヘッド８０を使用した。
この記録用ヘッド８０では、カバープレート１４を厚さ
２．５ｍｍの石英ガラス板とした。また、インク室２０
は幅１２０μｍ、高さ８０μｍ、長さ５ｍｍとした。チ
ャンネルプレート１６は、流路部材１６ａと振動板３０
の２つの部材で構成した。流路部材１６ａは、結晶シリ
コンを異方性エッチングすることによって作製した。ま
た、振動板３０は、硼素をドーピングした厚さ５μｍの
結晶シリコン板とした。突起部３２は結晶シリコンを異
方性エッチングすることにより上記振動板３０と一体形
成してあり、その長さを４．９ｍｍとした。基板１８
は、ダシシング加工にて作製した厚さ１ｍｍの結晶シリ
コン板とした。

【００５４】図２５（ｂ）に示すように、インク室２０
に臨む振動板３０の幅は１００μｍとした。突起部３２
は、その厚さを５μｍ、振動板３０からの突出高さを１
０μｍとした。これらの厚さと高さには、突起部３２の
表面に形成されているＣｒ製電極の厚さ０．１μｍが含
まれる。また、各突起部３２の間隔は、０．５μｍとし
た。図２５（ｃ）に示すように、ノズル２４及びインレ
ット２８はいずれも、幅４０μｍ、高さ２８の三角形状
の開口部とした。

【００５５】上記記録用ヘッド８０は、カバープレート
１４、流路部材１６ａ、振動板３０及び基板１８を陽極
接合法により一体に接合して構成されている。このよう
に構成された記録用ヘッド８０について、突起部３２の
電極が交互に別電極となっている押し打ちタイプ（図２
参照）と、各突起部３２の電極が導通している引き打ち
タイプ（図１２参照）の２種類のヘッドを作製した。そ
して、インクには、２０℃で表面張力が３５ｄｙｎ、粘
度が２．７ｃｐの物性のものを使用した。

【００５６】押し打ちタイプの記録用ヘッド８０には図
２６に示す波形のパルス電圧を駆動電圧として使用し
た。このパルス電圧の電圧値は、隣接する突起部３２間
の電位差を示している。このパルス電圧を一つ置きの突
起部３２に印加したところ、ノズル２４からインク滴が
飛翔するのを確認できた。一方、引き打ちタイプの記録
用ヘッド８０では、図２７に示すパルス電圧を各突起部
３２に印加したところ、この場合にもノズル２４からイ
ンク滴が飛翔するのを確認できた。

【００５７】以上に説明したように、本実施形態の記録
用ヘッド１２，６０は構造が簡単であるため、複数の記
録用ヘッドを並べてマルチノズル化したインクジェット
ヘッドを製造するのが容易である。このようにマルチノ
ズル化したインクジェットヘッドを構成する場合、図２
８に示すように、各インク室２０に対応する振動板３０
の突起部形成部分が収容される基板１８の各凹部１８ａ
の内面に金属製導電層をそれぞれ形成し、それら導電層
を引き出し配線８２によりそれぞれ接地することで、各
記録用ヘッドの突起部形成部分をそれぞれシールドする
ことが好ましい。これにより、各インク室２０間におけ
る電磁障害を防止できると共に、コントローラや駆動回
路等への電磁障害も防止できる。

【００５８】また、本実施形態の記録用ヘッドは低電圧
駆動が可能であるため、この記録用ヘッドを配列したイ
ンクジェットヘッド１０を含むインクジェットプリンタ
１もまた低電圧駆動が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 インクジェットプリンタの主要部を示す斜視
図。

【図２】 押し打ち式の記録用ヘッドの部分断面図。

【図３】 振動板及び突起部を示す三面図。

【図４】 突起部の変形例を示す三面図。

【図５】 突起部の別の変形例を示す平面図。

【図６】 （ａ）〜（ｄ）は突起部の根元を太くした変
形例を示す側面図。

【図７】 （ａ）は一体形成された振動板と突起部、
（ｂ）は２つの部材を接合して形成した振動板と突起部
をそれぞれ示す側面図。

【図８】 押し打ち式の記録用ヘッドの駆動回路を示す
回路図。

【図９】 （ａ）は振動板の変形時の状態、（ｂ）は振
動板の復元時の状態をそれぞれ示す側面図。

【図１０】 振動板及び突起部の各種値を示す斜視図。

【図１１】 突起部の周囲に誘電材料を充填した記録用
ヘッドの部分断面図。

【図１２】 引き打ち式の記録用ヘッドの部分断面図。

【図１３】 引き打ち式の記録用ヘッドの駆動回路を示
す回路図。

【図１４】 （ａ）は引き打ちする際の振動板の変形時
の状態、（ｂ）は振動板の復元時の状態を示す側面図。

【図１５】 振動板の変形量を規制する規制板を設けた
状態を示す側面図。

【図１６】 振動板に突起部を部分的に設けた変形例を
示す側面図。

【図１７】 突起部を針状に形成した押し打ち式の振動
板及び突起部の斜視図。

【図１８】 突起部を針状に形成した引き打ち式の振動
板及び突起部の斜視図。

【図１９】 （ａ）〜（ｄ）は、針状の突起部の各種形
状を示す斜視図。

【図２０】 振動板の両面に突起部を設けた例を示す側
面図。

【図２１】 （ａ）〜（ｄ）は、両面に突起部を設けた
振動板の各種変形例を示す側面図。

【図２２】 インク室側の突起部を弾性絶縁部材で覆っ
た状態を示す側面図。

【図２３】 インク室側の突起部を防水可撓性フィルム
で覆った状態を示す側面図。

【図２４】 インク室側の突起部を弾性絶縁部材及び防
水可撓性フィルムで覆った状態を示す側面図。

【図２５】 （ａ）はインク吐出実験で使用した記録用
ヘッドの部分断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線
断面図、（ｃ）はノズル及びインレットの形状を示す
図。

【図２６】 インク吐出実験で用いた押し打ち用のパル
ス電圧の波形図。

【図２７】 インク吐出実験で用いた引き打ち用のパル
ス電圧の波形図。

【図２８】 マルチノズル化したときの基板の各凹部内
にシールド用の導電層を設けた状態を示す斜視図。

【図２９】 従来の静電アクチュエータ方式のインクジ
ェットヘッドの一例を示す部分断面図。

【符号の説明】

１…インクジェットプリンタ、１０…インクジェットヘ
ッド、１２…記録用ヘッド、２０…インク室、２４…ノ
ズル、２６…インク供給室、３０…振動板、３２（３２
ａ，３２ｂ）…突起部、３４（３４ａ，３４ｂ）…電
極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2C057 AF37 AF54 AF93 AG12 AG53 AG54 AG90 AG92 AG93 AP02 AP14 AP22 AP23 AP32 AP33 AP34 BA05

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インク供給室から供給されたインクを収
   容したインク室と、このインク室に隣接して配置された
   振動板とを備え、この振動板の変形によりインク室内の
   インクを加圧してノズルから吐出する記録用ヘッドにお
   いて、 上記振動板の表面にそれぞれ電極を有する複数の突起部
   を設け、これら突起部間に作用する静電力により上記振
   動板を変形させるようにしたことを特徴とする記録用ヘ
   ッド。
2. 【請求項２】 上記振動板のインク室とは反対側の面に
   上記突起部を設けたことを特徴とする請求項１の記録用
   ヘッド。
3. 【請求項３】 上記突起部を交互に隣接する第１の突起
   部と第２の突起部とに分け、第１及び第２の突起部にそ
   れぞれ異なる極性の電圧を印加するようにしたことを特
   徴とする請求項１又は２の記録用ヘッド。
4. 【請求項４】 上記各突起部に同極性の電圧をそれぞれ
   印加するようにしたことを特徴とする請求項１又は２の
   記録用ヘッド。
5. 【請求項５】 上記振動板の変形量を規制する規制板を
   上記振動板に対向して配置した請求項１から４のいずれ
   かの記録用ヘッド。
6. 【請求項６】 上記振動板のインク室側の面にもそれぞ
   れ電極を有する複数の突起部を設けたことを特徴とする
   請求項２の記録用ヘッド。
7. 【請求項７】 上記振動板のインク室側の突起部を防水
   部材で覆ったことを特徴とする請求項６の記録用ヘッ
   ド。
8. 【請求項８】 上記突起部が平板状であることを特徴と
   する請求項１から７のいずれかの記録用ヘッド。
9. 【請求項９】 上記突起部が針状であることを特徴とす
   る請求項１から７のいずれかの記録用ヘッド。
10. 【請求項１０】 上記突起部について根元が他の部分よ
    り太く形成されていることを特徴とする請求項８又は９
    の記録用ヘッド。
11. 【請求項１１】 上記請求項１から１０のいずれかの記
    録用ヘッドを複数並べてマルチノズル化したインクジェ
    ットヘッド。
12. 【請求項１２】 各インク室に対応する振動板の突起部
    形成部分を周辺部材によりそれぞれシールドしたことを
    特徴とする請求項１１のインクジェットヘッド。
13. 【請求項１３】 上記請求項１１又は１２のインクジェ
    ットヘッドを含むインクジェットプリンタ。