JP2001191517A

JP2001191517A - インクジェットヘッド

Info

Publication number: JP2001191517A
Application number: JP2000000645A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Fujii; 正寛藤井; Hiroyuki Ishikawa; 博之石川; Yasushi Matsuno; 靖史松野
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2000-01-06
Filing date: 2000-01-06
Publication date: 2001-07-17
Anticipated expiration: 2020-01-06
Also published as: JP4075262B2

Abstract

(57)【要約】【課題】対向電極を複数の電極から構成したとき電極
間の動作遅れによる影響をなくして高精度な印字制御を
可能にしたインクジェットヘッドを提供する。【解決手段】インクを吐出する複数のインクノズル
と、このインクノズルの各々に連通している複数のイン
ク室と、この各インク室にインクを供給するインク供給
路と、インク室を形成している周壁に形成され、弾性変
位可能な振動板と、振動板に対して隙間を設けて配置さ
れた対向電極とを備え、振動板を共通電極として構成
し、対向電極と振動板との間で充放電を行うことによ
り、インクノズルからインク滴を吐出させるインクジェ
ットヘッドにおいて、対向電極は、印字パターンに応じ
て選択的に充放電される主電極１０と、他の前記振動板
に対向して形成されている電極と電気的に接続している
補助電極１０１，１０２とから構成される。そして、各
電極と共通電極とで構成される各回路の時定数が、イン
ク流路の固有振動周期に対して十分小さくなるように、
主電極１０及び補助電極１０１，１０２を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、記録を必要とする
時にのみインク滴を吐出して記録紙上に付着させるイン
クジェットヘッドに関し、更に詳しくは、対向電極を複
数の電極から構成したインクジェットヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にインクジェットヘッドは、インク
を加圧してインク滴を吐出するための圧力発生室を備え
ている。そして、圧力発生室の一端はインク供給路を経
てインクタンクに連通し、その他端にはインク滴を吐出
させるインクノズルが設けられている。そして、圧力発
生室の底部を変形しやすく形成してダイヤフラムとして
用い、これを電気機械変換手段によって弾性変位させる
ことによってインクノズルからインク滴を吐出するため
の圧力を発生させている。

【０００３】このようなインクジェットヘッドを用いた
プリンタは低騒音、低消費電力等の優れた特徴を有し、
情報処理装置用の出力装置として広く普及している。そ
の反面、インクジェットにおいては、圧力発生室に発生
した残留振動により、インクノズル内のメニスカスが不
安定な形状でノズル外へ押し出されるため、インク滴の
吐出直後に印字を構成しない不要なインク滴が吐出され
る場合がある。印字を構成しない不要なインク滴は、吐
出速度が遅いためノズル面に付着し、インクノズルの目
詰まりやドット抜けという現象を引き起こしてしまい、
印字に対する信頼性を低下させていた。

【０００４】さらに、インクジェットヘッドを駆動しな
い状態でプリンタを長時間放置した場合には、インクの
溶媒である水分等がインクノズルより蒸発してしまい、
インクノズル内のインクの粘度が上昇してインクノズル
の目詰まり状態となる。さらにまた、インクの粘度が上
昇することにより、インクノズルに対するインクのリフ
ィル速度が遅くなり、インク吐出量に対してリフィル量
が追いつかず、インクの中に気泡が混入することでイン
ク滴が吐出されなくなる不吐出状態となり、前述と同様
に、印字に対する信頼性を低下させていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本出願人は、上記の問
題点を解決するために、次のようなインクジェットヘッ
ドを既に提案している。すなわち、インクを吐出する複
数のインクノズルと、このインクノズルの各々に連通し
ている複数のインク室と、この各インク室にインクを供
給するインク供給路と、インク室を形成している周壁に
形成され、弾性変位可能な振動板と、振動板に対して隙
間を設けて配置された対向電極とを備え、対向電極と振
動板との間で充放電を行うことにより、インクノズルか
らインク滴を吐出させるインクジェットヘッドにおい
て、対向電極を主電極と補助電極とから構成し、主電極
は振動板との間で充放電を行うことによりインクノズル
からインク滴を吐出させ、補助電極は振動板との間で充
放電を行うことにより例えば次のような動作を得てい
る。吐出不良を防止するためにインクノズルのメニスカス
を振動させる。主電極と同時に駆動させて吐出量を変える。インク吐出後のインク柱の後端を積極的に切って、余
剰インク滴（サテライト）の生成を防止する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ように対向電極を主電極と補助電極とから構成した場合
には、主電極の形状と補助電極の形状とが異なり、主電
極と共通電極とで構成される回路の時定数と、補助電極
と共通電極とで構成される回路の時定数とが異なってい
る。このため、主電極による駆動と補助電極による駆動
とで、動作に時間差が生じるため、特に、上記の，
で狙う作用・効果が不充分となる場合があった。この点
について更に詳細に説明する。

【０００７】図３３は上記にて提案されているインクジ
ェットヘッドの対向電極の平面図であり、図３４はその
充電割合（時定数）を示した特性図である。共通の補助
電極の数が多くなると、補助電極の抵抗が増加し、その
結果、時定数が主電極と大きく異なってくる。ヘッド駆
動（充放電）時の時定数τは、インクジェットヘッドに
搭載された静電アクチュエータの静電容量Ｃと、対向電
極の主としてリード部の抵抗Ｒとの積によって決まる。
即ち、τ＝Ｃ×Ｒで表される。この時定数τの意味する
ところは、充放電時の静電アクチュエータへの電荷の充
電の様子（カーブ）を代表する特性値である。また、こ
の時定数τは静電アクチュエータの動作時間の遅れを代
表する特性値でもある。更に、図３３に示されるよう
に、静電アクチュエータが主電極１０と第１の補助電極
１０１とから構成される場合のそれぞれのアクチュエー
タの時定数は次のとおりとなる。

【０００８】主電極に係る回路の時定数 τ１＝Ｒ１×Ｃ１補助電極に係る回路の時定数 τ２＝Ｒ２×Ｃ２ここで、Ｒ１，Ｒ２はそれぞれ主電極１０，第１の補助
電極１０１のリード部１０ｂ，１０１ｂの抵抗値であ
り、Ｃ１，Ｃ２は同様にそれぞれ主電極１０、第１の補
助電極１０１の静電容量を示している。更に、第１の補
助電極１０１の静電容量Ｃ２は補助アクチュエータ部の
静電容量の総和であり、図３３の例では次のようにな
る。Ｃ２＝Ｃ２₁＋Ｃ２₂＋……＋Ｃ２₆₄

【０００９】このため、主電極１０に係る回路の時定数
と第１の補助電極１０１に係る回路の時定数は必然的に
異なったものとなり、また、補助アクチュエータ間にお
いても充電割合（即ち時定数）が異なったものとなる。
図３４の例においては、主電極１０によるメインアクチ
ュエータの充電割合と、第１の補助電極１０１による補
助アクチュエータ１＃，６４＃の充電割合を示している
が、この３者間において充電割合（時定数）が大きく異
なっていることが分かる。

【００１０】静電アクチュエータの吸引力（圧力）は、
アクチュエータ（コンデンサ）に蓄えられた（充電され
た）電荷により決まるので、主電極１０と第１の補助電
極１０１との間で充電の遅れがあると、それぞれのアク
チュエータ間で吸引力に差が生じてしまう。このため、
上述のように上記，の制御を適切に行うことができ
なかった。

【００１１】本発明は、このような課題を解決するため
になされたものであり、対向電極を複数の電極から構成
したとき電極間の動作遅れによる影響をなくして高精度
な印字制御を可能にしたインクジェットヘッドを提供す
ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】（１）本発明に係るイン
クジェットヘッドは、インクを吐出する複数のインクノ
ズルと、このインクノズルの各々に連通している複数の
インク室と、この各インク室にインクを供給するインク
供給路と、前記インク室を形成している周壁に形成さ
れ、弾性変位可能な振動板と、振動板に対して隙間を設
けて配置された対向電極とを備え、振動板を共通電極と
して構成し、対向電極と振動板との間で充放電を行うこ
とにより、インクノズルからインク滴を吐出させるイン
クジェットヘッドにおいて、対向電極は、印字パターン
に応じて選択的に充放電される主電極と、他の振動板に
対向して形成されている電極と電気的に接続している補
助電極とから構成され、そして、各電極と共通電極とで
構成される各回路の時定数は、インク流路の固有振動周
期に対して十分小さいものである。したがって、各回路
の時定数の差も小さなものとなり、適切な制御タイミン
グが容易に得られ、また、補助電極によって形成される
補助アクチュエータ間の動作遅れも小さくなり、主電極
による動作と補助電極による動作とが適切なものとな
る。例えば主電極と補助電極とを同時に駆動して、主電
極のみの駆動による場合に比べて吐出されるインク滴量
を多くする制御（印字濃度の多段階制御）を行う場合、
或いは、主電極を駆動した所定時間後に補助電極を駆動
して、吐出されたインク柱の後端を切って余剰インク滴
の生成を防止する制御を行う場合には、回路時定数の差
が小さいから、その制御タイミングが適切なものとな
り、高精度な印字制御を行うことができる。このため、
ノズル目詰まり状態や異常吐出による印字の不具合が避
けられる。

【００１３】（２）また、本発明に係るインクジェット
ヘッドは、上記の各電極と共通電極とで構成される各回
路の時定数が、インク流路の固有振動周期に対して１／
２５以下である。このように、各回路の時定数をインク
流路の固有振動周期に対して規定したことにより、両電
極による時定数の差が確実に所定の範囲に収まり、適切
な制御タイミングが容易に得られ、高精度な印字制御を
行うことができる。

【００１４】（３）また、本発明に係るインクジェット
ヘッドは、上記の各電極と共通電極とで構成される各回
路の時定数の差は、インク流路の固有振動周期に対して
十分小さい。このため、適切な制御タイミングが容易に
得られ、高精度な印字制御を行うことができる。

【００１５】（４）また、本発明に係るインクジェット
ヘッドは、上記の各電極と前記共通電極とで構成される
回路の各時定数の差は、インク流路の固有振動周期の１
／７５以下である。各時定数の差をインク流路の固有振
動周期の１／７５以下に規定したことにより、その差が
厳格に管理され、適切な制御タイミングが容易に得ら
れ、高精度な印字制御を行うことができる。

【００１６】（５）また、本発明に係るインクジェット
ヘッドは、インクを吐出する複数のインクノズルと、こ
のインクノズルの各々に連通している複数のインク室
と、この各インク室にインクを供給するインク供給路
と、インク室を形成している周壁に形成され、弾性変位
可能な振動板と、振動板に対して隙間を設けて配置され
た対向電極とを備え、振動板を共通電極として構成し、
対向電極と振動板との間で充放電を行うことにより、イ
ンクノズルからインク滴を吐出させるインクジェットヘ
ッドにおいて、対向電極は、印字パターンに応じて選択
的に充放電される主電極と、他の振動板に対向して形成
されている電極と電気的に接続している補助電極とから
構成され、そして、各電極と共通電極とで構成される各
回路の時定数は、最適駆動パルス幅に対して１／１０以
下である。各回路の時定数を最適駆動パルス幅に対して
１／１０以下と規定したことにより、その時定数の差も
また小さくなる。

【００１７】（６）また、本発明に係るインクジェット
ヘッドは、上記の各電極と共通電極とで構成される各回
路の時定数の差は、最適駆動パルス幅に対して１／３０
以下である。各回路の時定数の差を最適駆動パルス幅に
対して１／３０以下と規定したことにより、その時定数
の差を確実に管理することができる。

【００１８】（７）また、本発明に係るインクジェット
ヘッドは、上記の各電極と共通電極とで構成される各回
路の時定数の差が０．４μsec以下である。各回路の時
定数の差を０．４μｓｅｃ以下と定量的に規定するよう
にしたので、時定数の差を確実に管理することができ
る。

【００１９】（８）また、本発明に係るインクジェット
ヘッドは、主電極は振動板に対応してそれぞれ設けら
れ、補助電極は前記インクノズル側に所定数の振動板に
共通して対向するように設けられ、所定数の主電極と補
助電極とをユニットとし、ユニットを並列配置したもの
である。補助電極を並列に分割してその容量を小さくす
ることにより補助電極の時定数が大きくならないように
し、主電極に係る回路の時定数と補助電極に係る回路の
時定数の差が小さくなるようにしている。また、補助電
極が振動板に共通して設けられているので、インクノズ
ルの個数の増加してもそれに伴って補助電極への配線が
増加するという事態が避けられ、インクジェットヘッド
の配線数の増加や回路とインクジェットヘッドとを結線
する配線数の増加を伴わずして上述の動作が得られる。

【００２０】（９）また、本発明に係るインクジェット
ヘッドは、主電極は振動板に対応してそれぞれ設けら
れ、補助電極は、インクノズル側に振動板に共通して対
向するように設けられた第１の補助電極と、主電極と第
１の補助電極との間に振動板に共通して設けられた１又
は複数の第２の補助電極とを備えたものである。補助電
極を直列に分割してその静電容量を小さくすることによ
り補助電極の時定数が大きくならないようにし、主電極
に係る回路の時定数と補助電極に係る回路の時定数との
差が小さくなるようにしている。

【００２１】（１０）また、本発明に係るインクジェッ
トヘッドは、主電極は振動板に対応してそれぞれ設けら
れ、補助電極は、インクノズル側に所定数の振動板に共
通して対向するように設けられた第１の補助電極と、主
電極と第１の補助電極との間に所定数の振動板に共通し
て設けられた１又は複数の第２の補助電極とを備え、主
電極及び補助電極をユニットとし、このユニットを並列
配置したものである。補助電極を並列に且つ直列に分割
して、その静電容量を小さくすることにより補助電極に
係る回路の時定数が大きくならないようにし、主電極に
係る回路の時定数と補助電極に係る回路の時定数との差
が小さくなるようにしている。

【００２２】（１１）また、本発明に係るインクジェッ
トヘッドは、前記のユニットが隣接する２組のユニット
がその境界線を基準として対称となるように配置されて
なるものである。このように２組のユニットを対称に並
設したことにより、２組のユニットの主電極間に補助電
極が介在しないことから、製造の際には同一ピッチの主
電極のパターン群を生成すれば良いので製造が容易なも
のとなる。

【００２３】（１２）また、本発明に係るインクジェッ
トヘッドは、少なくとも補助電極のリード部は金属から
構成され、補助電極に係る回路の時定数が小さくなるよ
うにしている。（１３）また、本発明に係るインクジェットヘッドは、
主電極及び補助電極のリード部は金属から構成され、主
電極に係る回路の時定数及び補助電極の係る回路の時定
数の双方が小さくなるようにしている。（１４）また、本発明に係るインクジェットヘッドは、
金属がクロム又はチタンの膜の上に形成された金であ
る。金が基板に安定して取り付けられ、剥がれるおそれ
がなく長期間の使用に耐えられる。（１５）また、本発明に係るインクジェットヘッドは、
金属がアルミニウムである。アルミニウムが基板に安定
して取り付けられ、剥がれるおそれがなく長期間の使用
に耐えられる。（１６）また、本発明に係るインクジェットヘッドは、
主電極及び補助電極において振動板と対向する部分がＩ
ＴＯから構成されおり、このため、絶縁破壊や振動板と
の貼り付きが生じにくくなっている。

【００２４】

【発明の実施の形態】実施形態１．本発明においては、
上述のように、主電極に係る回路の時定数τ１及び補助
電極に係る回路の時定数τ２とその差Δτとを、インク
流路の固有振動数の周期又は最適駆動パルス幅との関連
でそれぞれ定義しているが、ここで、その詳細を実施形
態１として説明する。

【００２５】（ａ）インク流路の固有振動周期（固有振
動数）と振動板の駆動速度の関係について：まず、アク
チュエータが主電極からなる基本的な構成の静電アクチ
ュエータ（補助電極がない）を利用したインクジェット
ヘッドの駆動に必要な標記の条件について説明する。イ
ンクジェットヘッドのインク流路は、流路を構成するイ
ンク室内のインクのイナータンス（質量成分）と、振動
板及び流路壁とインクの圧縮によるコンプライアンス
（バネ成分）によって振動系を構成している。また、静
電アクチュエータは、振動板と、この振動板に対向する
対向電極とから構成されている。

【００２６】上記の構成のインクジェットヘッドは、こ
のインク流路の中のインクを静電アクチュエータにより
振動させ、タイミング良く振動板を駆動して、インク滴
を吐出させるが、振動板の駆動は、静電アクチュエータ
へ駆動パルスを印加して充電と放電を行うことにより行
われる。これらの駆動の過程は、更に詳細には、次のと
おりである。

【００２７】静電アクチュエータの充電により振動板が
対向電極側にへ吸引されると、インク流路の振動系が応
答する。そして、インク流路の振動系の固有振動数に対
応した速度でインク室内のインクが振動を開始する。イ
ンク室内の圧力が最大となった時に、静電アクチュエー
タに充電された電荷を放電すると、静電アクチュエータ
の放電により振動板は対向電極から離脱可能となる。振
動板の対向電極からの離脱とそれに続くインク滴の吐出
は、吸引時と同じくインク流路の振動系の固有振動数に
対応した応答速度で行われる。

【００２８】このようにして振動板の駆動に際して、振
動板の駆動（振動）速度は、インク流路の振動系の固有
振動数に対応した応答速度によって決まる。従って、振
動板の駆動をインク流路の振動系に応答させて駆動させ
るためには、静電アクチュエータへの充電と放電の速度
（即ち、時定数τ）は、これらインク流路の振動系の固
有振動数によって決まる応答速度（即ち、固有振動周期
Ｔ₀）よりも十分に速く行われる（小さい値である）必
要がある。実際に、実験で確認した例では、インク流路
の固有振動周期Ｔ₀は３０μsec（固有振動数で３３ｋＨ
ｚ）で、充電の速度を代表する時定数τは、中心値で
０．６μsec、抵抗値のばらつきにより出現する最大値
で１．２μsecであった。この時のインク吐出時のイン
クの吐出量やインクの射出速度は、十分な値が確保され
ていて、時定数τの変動の影響は現れていなかった。こ
れらの場合では、時定数τはインク流路の固有振動周期
Ｔ₀の１／２５以下となっていて、上記のインク流路の
固有振動周期Ｔ₀よりも静電アクチュエータへの充放電
の時定数τが十分小さくなくてはいけないという条件を
満たしている。

【００２９】上記より、インク流路の固有振動周期（振
動数）と振動板の駆動速度の関係として必要な条件を更
に具体的に記述すると次のとおりである。インク流路の固有振動周期（振動数）Ｔ₀に対して、
静電アクチュエータの時定数τは十分に小さい。Ｔ₀ ≫ τ また、少なくとも静電アクチュエータの時定数τはイ
ンクの固有振動周期Ｔ₀の１／２５以下。１／２５Ｔ₀ ≧ τ

【００３０】（ｂ）最適駆動パルス幅とインク流路の固
有振動周期（振動数）との関係：静電アクチュエータを
駆動し、インク滴をインクノズルから吐出する形態のイ
ンクジェットヘッドにおける駆動パルス幅と、インク流
路の固有振動周期（振動数）との関係について以下に説
明する。

【００３１】インクジェットヘッドを駆動してインク滴
を吐出するために静電アクチュエータへ印加する駆動パ
ルスの波形は前述したインクジェットヘッドの駆動の過
程に従って構成されている。即ち、駆動波形は、充電して振動板を対向電極側に吸引する過程と、インク流路内のインクの圧力がインク流路の応答によ
り最大となる直前まで電荷を保持する過程と、放電して振動板が対向電極から離脱可能とする過程とから構成されている。

【００３２】駆動パルスとして駆動波形を捕らえた場合
には、最適駆動パルス幅Ｐｗsは上述の駆動波形の構成
の内、との過程の時間に相当する。ここで、最適駆
動パルス幅Ｐｗｓは、駆動パルス幅Ｐｗの内最もインク
滴の吐出量が増えるＰｗを言う。次に更に詳細に説明す
る。

【００３３】上述のインクジェットヘッド駆動の過程で
説明したように、最適駆動パルス幅Ｐｗｓは振動板を吸
引して対向電極に当接するまでの時間に、振動板当接時
のインク流路の固有振動周期の１／４の時間を加算した
時間以下の時間となる。振動板が対向電極に当接するま
での時間はインク流路の固有振動周期の１／４以下の時
間である。ここで、振動板待機時のインク流路の固有振
動周期は、振動板当接時のインク流路の固有振動数とは
異なる。つまり、前者は振動板を含めたインク流路の振
動系であるのに対して、後者は振動板をコンプライアン
ス（バネ成分）として含まない別の振動系の固有振動周
期となる。実施した例では、振動板当接時のインク流路
の固有振動数は１３３ｋＨｚ（固有周期で７．５μse
c）であった。振動板当接時の固有振動周期は振動板待
機時の振動周期に比較して大変短い時間となる。従っ
て、最適駆動パルス幅Ｐｗｓはその殆どが振動板を吸引
して当接するまでの時間になる。これは、インク流路の
応答時間即ちインク流路の固有振動周期に関係した時間
であることが分かる。

【００３４】適正駆動パルス幅Ｐｗｓは実施した例では
１２μsecであった。目安として、固有振動周期と比較
すると、これは、インク流路の固有振動周期Ｔ₀の約１
／２．５の時間になる。これより、静電アクチュエータ
の時定数τが、（比較する基準としての）最適駆動パル
スＰｗｓの１／３０以下でなくてはいけないとする場合
には、（比較する対象をインク流路の固有振動周期とす
ると、）同じく、その時定数τは固有振動周期の１／７
５以下でなくてはいけないことになる。同様にして、静
電アクチュエータの時定数τが、固有振動周期（振動数
の）１／２５以下でなくてはいけないとすると、同じ
く、τは最適駆動パルス幅Ｐｗｓの１／１０以下でなく
てはいけないことになる。このように時定数τは、固有
振動周期（振動数）又は最適駆動パルス幅Ｐｗｓとの関
連で定義付けられる。そして、上述のように、固有振動
周期Ｔ₀（振動数）及び最適駆動パルス幅Ｐｗｓはいず
れもインクジェットヘッドのインク流路に固有のもので
ある。

【００３５】（ｃ）静電アクチュエータの時定数につい
て：１つの流路を駆動する静電アクチュエータの対向電
極を主電極と補助電極とに分割した本発明においては、
上記に説明した、静電アクチュエータの時定数τとイン
ク流路の固有振動周期Ｔ₀と最適駆動パルス幅Ｐwsとの
関係について必要となる条件を整理すると次のとおりで
ある。（１）主電極及び補助電極の各電極の時定数τ1及びτ2
は、インク流路の固有振動周期Ｔ₀に対して共に十分小
さい。（２）主電極及び補助電極の各電極の時定数τ1及びτ2
は、インク流路の固有振動周期Ｔ₀に対して共に１／２
５以下。（３）主電極及び補助電極の各電極の時定数τ1及びτ2
は、適正駆動パルス幅Ｐwsに対してともに１／１０以
下。（４）主電極と補助電極の各時定数の差Δτは、インク
流路の固有振動周期Ｔ₀に対して、十分小さい。（５）主電極と補助電極の各時定数の差Δτは、インク
流路の固有振動周期の１／７５以下。（６）主電極と補助電極の各時定数の差Δτは、インク
流路の最適駆動パルス幅Ｐｗｓの１／３０以下。（７）主電極と補助電極の各時定数の差Δτは、０．４
μsec以下。なお、上記（１）〜（３）においては主電極及び補助電
極の各電極の時定数τ1，τ2それ自体について着目して
いるが、時定数を小さくすることで、結果的に両者の時
定数の差Δτも所定の範囲内に収まる。また、上記
（７）の０．４μsec以下の根拠については後述の表１
に示される。

【００３６】次の表１は時定数の差異と計算結果とその
影響の調査結果を示したものである。

【００３７】

【表１】

【００３８】上記の構成Ｎo.において、は対向電極は
ＩＴＯのみ（図３３に相当）、は補助電極のリード部
を金の薄膜で構成した例、は主電極及び補助電極のリ
ード部を金の薄膜で構成した例である。また、このとき
使用したインクジェットヘッドの対向電極の平面形状は
後述の図１に示されるとおりであり、固有振動周期
Ｔ ₀：３０μsec（固有振動数：３３ＫＨｚ）、最適駆動
パルス幅Ｐｗｓ：１２μsecである。

【００３９】また、表２に表１の調査結果を各時定数と
上記インクジェットヘッドの固有振動周期Ｔ₀と最適駆
動パルスＰｗｓとを比較した結果を示す。Δτと影響の
有無の関係について調査した結果を示している。

【００４０】

【表２】

【００４１】次に、上記（１）〜（７）の時定数τ１，
τ２又は差Δτを得るための対向電極の構成について説
明する。

【００４２】（ａ）主極及び補助電極に係る回路の時定
数τ１，τ２を小さくする。両電極のリード部を金属材
料で構成する。リード部を例えば金の薄膜／クロム（若
しくはチタン）の薄膜、又はアルミニウムの薄膜により
構成することで、リード部の抵抗値を小さくする。ま
た、リード部の厚みを厚くしたり、その幅を広くするこ
とで抵抗値を小さくする。（ｂ）補助電極の時定数τ２を小さくする。この場合に
は、抵抗値Ｒ及び静電容量Ｃをいずれか又は双方を小さ
くすることで対応する。抵抗値Ｒを小さくするには、補
助電極のリード部を上記（ａ）の場合と同様にして小さ
くする。また、静電容量Ｃを小さくするには、補助電極
を並列に分割したり、補助電極を直列に分割したり、或
いはその双方を併用したりすることで対応する。

【００４３】図１（Ａ）（Ｂ）は対向電極（その１）の
平面図及びそのＢ−Ｂ断面図である。この例では、主電
極１０の端子部１０ａ及びリード部１０ｂについては金
属材料例えばクロム（又はチタン）をスパッタリングし
てクロム（又はチタン）の薄膜１０５を形成し、その上
に金（Ａｕ）をスパッタリングして金の薄膜１０６を形
成することにより作製される。主電極１０の対向電極部
１０ｃについては、ＩＴＯをスパッタリングしてＩＴＯ
の薄膜１０７を形成することにより作製される。そし
て、補助電極１０１についても、その端子部１０１ａ及
びリード部１０１ｂをクロム（又はチタン）をスパッタ
リングしてクロム（チタン）の薄膜１０５を形成し（例
えば０．０３μｍ程度）、その上に金（Ａｕ）をスパッ
タリングして金の薄膜１０６を形成する（例えば０．１
μｍ程度）ことで作製される。そして、補助電極１０１
の対向電極部１０１ｃについてはＩＴＯをスパッタリン
グしてＩＴＯの薄膜１０７を形成することにより作製さ
れる。

【００４４】このように主電極１０の端子部１０ａ及び
リード部１０ｂとその端子部１０１ａ及びリード部１０
１ｂとが金属材料から形成されることで、それらの抵抗
値Ｒが小さくなる。このことにより、主電極１０及び補
助電極１０１に係る回路の各時定数τ１，τ２が小さく
なる。その結果、差Δτも小さくなっている。

【００４５】なお、上記のクロム（チタン）及び金の薄
膜に代えてアルミニウムの薄膜を設けても良い（この点
は後述の例においても同様である。）。また、上記の例
においては、ガラス基板４と金の薄膜１０６との間にク
ロム（又はチタン）の薄膜１０５を介在させているが、
これにより、金の薄膜１０６がガラス基板４から剥がれ
難くなっている。また、対向電極部１０ｃ，１０１ｃが
ＩＴＯの薄膜１０７から構成されているので、絶縁破壊
や振動板５１との貼り付きが生じ難くなっている。ま
た、抵抗値Ｒが小さくなっているので、主電極１０及び
補助電極１０１の配線ピッチを微細化することが可能に
なっている。また、上記の例においては、補助電極１０
１のリード部１０１ｂをインク室（図６参照）の長さ方
向の部位及びそれに直交する方向の部位を金属の薄膜で
形成したが、どちらか一方のみであっても構わない（こ
のことは後述の図２〜図５の例においても同様であ
る）。但し、リード部１０１ｂを全て金属の薄膜で形成
することは、その分だけ抵抗値Ｒが小さくなり、配線ピ
ッチの微細化によってより多くの補助電極１０１を形成
することができる、或いは、透明度が増加すると抵抗値
Ｒが増加する特性をもっているＩＴＯの透明度を更に増
加させることができる、という利点につながる。また、
補助電極１０１に係る回路の時定数を小さくするという
観点から、リード部１０１ｂについてのみ金属膜から構
成して、リード部１０ｂについてはＩＴＯにより構成し
てもよい。

【００４６】図２は対向電極（その２）の平面図であ
る。この例では、第１の補助電極１０１を並列に分割し
て、第１の補助電極１０１の面積を小さくすることによ
り静電容量Ｃを小さくしている。更に、それに加えて主
電極１０の端子部１０ａ及びリード部１０ｂと第１の補
助電極１０１の端子部１０１ａ及びリード部１０１ｂを
クロムの薄膜１０５及びその上に形成された金の薄膜１
０６により形成して抵抗値Ｒを小さくすることで、主電
極１０及び第１の補助電極１０１に係る回路の各時定数
τ１，τ２を小さくしている。その結果、差Δτも小さ
くなっている。

【００４７】図３は対向電極（その３）の平面図であ
る。この例では、補助電極を直列に分割して、第１の補
助電極１０１及び第２の補助電極１０２を形成して、各
補助電極１０１，１０２の面積を小さくすることにより
静電容量Ｃを小さくしている。更に、上記と同様にして
抵抗値Ｒを小さくしている。その結果、主電極１０、第
１の補助電極１０１及び第２の補助電極の各電極に係る
回路の時定数τ１，τ２，τ３がそれぞれ小さくなり、
その差Δτも小さくなっている。

【００４８】図４は対向電極（その４）の平面図であ
る。この例では、補助電極を並列に、且つ直列に分割し
て、第１の補助電極１０１及び第２の補助電極１０２の
面積を小さくすることにより静電容量Ｃを小さくしてい
る。更に、上記と同様にして抵抗値を小さくしている。
その結果、主電極１０、第１の補助電極１０１及び第２
の補助電極１０２の各電極に係に係る回路の各時定数τ
１，τ２，τ３が小さくなり、その差Δτも小さくなっ
ている。

【００４９】図５は対向電極（その５）の平面図であ
る。この例では、図２の対向電極を配置する際に、隣接
するユニットの境界線１０８を中心として線対称になる
ように配置した例である。この図５の配置は上述の図４
にも同様に適用される。対向電極をこのように配置する
ことで、２組のユニットの主電極１０群がが並設される
とその間に第１の補助電極１０１が介在せず、同一のピ
ッチのパターンが並ぶことになるので製造し易いという
利点がある。この図５の対向電極のパターンは後述の実
施形態２〜５においても同様に適用されるものとする。

【００５０】次に、上述の対向電極（主電極１０，第１
の補助電極１０１，第２の補助電極１０２）を適用した
インクジェッドについて説明するが、いずれの実施形態
においても、主電極１０、第１の補助電極１０１及び第
２の補助電極１０２は上記の本発明の時定数τ１，τ
２，τ３，Δτに関する要件を満たしたものである。

【００５１】実施形態２．図６は本発明の実施形態２に
係るインクジェットヘッドの分解斜視図である。図７は
その内のガラス基板の平面図である。図８は図６のイン
クジェットヘッドの部分断面図である。

【００５２】インクジェッドヘッド１は、これらの図に
示されるように、３枚の基板２，３，４を重ねて接合し
た積層構造になっており、中間のシリコン基板２を挟ん
で、その上側に同じくシリコン製のノズルプレート３、
下側にシリコンと熱膨張率が近いホウ珪酸ガラス基板４
が積層されている。シリコン基板２には、その表面から
エッチングを施すことにより、独立した例えば４個のイ
ンク室（圧力発生室）５を構成することとなる凹部５
ａ、１つの共通インク室（リザーバ）６を構成すること
となる凹部６ａと、この共通インク室６から各インク室
５にインクを供給するインク供給路（オリフィス）７を
構成することとなる凹部７ａが形成されている。これら
の凹部５ａ，６ａ及び７ａがノズルプレート３によって
塞がれることにより、インク室５、共通インク室６及び
インク供給路７がそれぞれ区画形成される。

【００５３】ノズルプレート３には、各インク室５の先
端側の部分に対応する位置に、インクノズル１１が形成
されており、これらが各インク室５に連通している。ま
た、ガラス基板４の内、共通インク室６が位置している
部分には、これに連通するインク供給口１２が形成され
ている。インクは、外部の図示しないインクタンクか
ら、インク供給口１２を通って共通インク室６に供給さ
れる。共通インク室６に供給されたインクは、各インク
供給路７を通って、独立した各インク室５にそれぞれ供
給される。

【００５４】各インク室５は、その底壁５１が薄肉に構
成されており、底壁５１の面に直交する方向、すなわち
図６において上下方向に弾性変位可能な振動板として機
能するように設定されている。したがって、この底壁５
１の部分を以後の説明においては都合上、振動板と称し
て説明することもある。

【００５５】シリコン基板２の下側に位置しているガラ
ス基板４においては、その上面であるシリコン基板２と
の接合面には、シリコン基板２の各インク室５に対応し
た位置に、浅く（例えば０．３μｍ程度）エッチングさ
れた凹部９が形成されている。したがって、各インク室
５の底壁５１は、非常に僅かの隙間Ｇを隔ててガラス基
板４の凹部表面９１と対向している。そして、ガラス基
板４の凹部表面９１には、各インク室５の底壁５１に対
向するように、主電極１０及び第１の補助電極１０１か
らなる対向電極が形成されている。

【００５６】この第１の補助電極１０１は、インクノズ
ル１１側に主電極１０が対向する振動板５１の部分とは
独立して充放電が可能なように形成され、且つ、独立し
た４個の振動板５１に亘って対向した１つの電極から形
成されている。第１の補助電極１０１を複数の振動板５
１に亘って１つの電極により形成した場合には、電極の
個数がノズル数の増加に伴って増加することが無く、電
極の配線のために必要となるインクジェットヘッド１の
面積を増やさなくて良いため、インクジェットヘッド１
を大型化せずに済む。また、補助電極１０１が複数の振
動板５１に亘って電気的に接続されていることになるか
ら、後述の補助的な動作（例えばメニスカスの振動）を
させる場合には、各インク室５に対して共通に制御で
き、その制御が簡単なものとなる。

【００５７】また、主電極１０及び第１の補助電極１０
１は、上述ように示されるように、その各部に対応した
電極材料が用いられる。この例では、図１の例と同様
に、主電極１０の端子部１０ａ及びリード部１０ｂにつ
いてはクロム（又はチタン）の薄膜１０５を形成して、
その上に金の薄膜１０６を形成することにより作製され
る。主電極１０の対向電極部１０ｃについてはＩＴＯの
薄膜１０７を形成することにより作製される。また、補
助電極１０１の端子部１０１ａ及びリード部１０１ｂに
ついてはクロム（チタン）の薄膜１０５を形成し、その
上に金の薄膜１０６を形成することで作製される。そし
て、補助電極１０１の対向電極部１０１ｃについてはＩ
ＴＯの薄膜１０７を形成することにより作製される。

【００５８】このように主電極１０の端子部１０ａ及び
リード部１０ｂとその端子部１０１ａ及びリード部１０
１ｂとが金属材料から形成されることで、それらの抵抗
値Ｒが小さくなる。このことにより、主電極１０及び補
助電極１０１に係る回路の各時定数τ１，τ２が小さく
なる。その結果、差Δτも小さくなっている。

【００５９】なお、第１の補助電極１０１は複数の振動
板５１に共通して形成されるが、回路時定数を小さくす
るという観点からその個数は自ずと制限されることとな
る。このため、例えば図７の主電極１０及び第１の補助
電極１０１のパターンが複数組配置されることになり、
上述の図２又は図５に示されるパターンになる。このこ
とは後述の実施形態３，４においても同様である。

【００６０】シリコン基板２とガラス基板４との接合に
ついては、インクノズル１１側については両者が直接接
合され、その反対側においては、両者が例えば接着剤等
の熱硬化性の樹脂を介して接合される。シリコン基板２
の端部は主電極１０及び第１の補助電極１０１のリード
部１０ｂ，１０１ｂ上に位置しており、両者が上記の樹
脂を介して接合されることで、その樹脂は、シリコン基
板２の裏面側とガラス基板４の凹部表面９１とで形成さ
れる空間を封止することになり、気密封止部２３を形成
することとなる。このように気密封止部２３に樹脂が用
いられた場合には未硬化時の粘度を低くし易いので、封
止時には狭いギャップ内へ毛細管現象で浸入させ、硬化
することにより気密封止が確保されるという利点があ
る。なお、気密封止部２３には低融点のガラス等の無機
材料を用いても良い。

【００６１】ここで、各インク室５の底壁（振動板）５
１は、シリコン基板２は導電性があるので各インク室側
の共通電極として機能する。このため、底壁を共通電極
と称することもある。また、各インク室５の底壁５１の
ガラス基板４に対向した表面はシリコンの酸化膜からな
る絶縁層１５により覆われている。このように、インク
室５の底壁５１の表面に形成された絶縁層１５と隙間Ｇ
とを挟んで、各インク室５の底壁５１すなわち振動板
（共通電極）と、各主電極１０及び第１の補助電極１０
１とが対向している。

【００６２】これらの主電極１０，第１の補助電極１０
１と振動板５１との間に駆動電圧を印加するための電圧
制御回路部２１は、図８に示されるように、図示してい
ない外部からの印字信号に応じて、これらの主電極１
０，補助電極１１０と振動板５１との間に駆動電圧を印
加して充放電を行わせる。電圧制御回路部２１の一方の
出力は個々の主電極１０及び第１の補助電極１０１に接
続され、他方の出力はシリコン基板２に形成された共通
電極端子２２に接続されている。また、より低い電気抵
抗で振動板（共通電極）５１に駆動電圧を供給する必要
がある場合には、例えば、シリコン基板２の一方の面に
金等の導電性材料の薄膜を蒸着やスパッタリングで形成
すればよい。本実施形態では、シリコン基板２の流路の
形成面側に導電膜を形成することにより共通電極端子２
２を形成している。

【００６３】図９は本実施形態のインクジェットヘッド
１の部分断面図（後述の図１３のインク吐出１参照）で
ある。図９は主電極１０と振動板（共通電極）５１との
間に駆動電圧を印加したときの振動板５１の動作を示し
ている。上述のように構成されたインクジェットヘッド
１においては、電圧制御回路部２１からの駆動電圧が主
電極１０と振動板（共通電極）５１との間に印加される
と、両電極１０，５１間に充電された電荷によるクーロ
ン力が発生し、振動板５１は主電極１０側へ撓み、イン
ク室５の容積が拡大する。次に、電圧制御回路部２１か
らの駆動電圧を解除して両電極１０，５１間の電荷を放
電すると、振動板５１はその弾性復帰力によって復帰し
て、インク室５の容積が急激に収縮する。この時に発生
するインク圧力により、インク室５を満たしていたイン
クの一部が、このインク室５に連通しているインクノズ
ル１１からインク滴として吐出する。

【００６４】図１０は本実施形態のインクジェットヘッ
ド１の部分断面図（後述の図１３のメニスカス振動参
照）である。図１０は第１の補助電極１０１と振動板
（共通電極）５１の間に駆動電圧を印加した時の振動板
５１の動作を示している。電圧制御回路部２１からの駆
動電圧が第１の補助電極１０１と振動板（共通電極）５
１との間に印加されると、両電極１０１，５１間に充電
された電荷によるクーロン力が発生し、振動板５１は第
１の補助電極１０１側へ撓み、インク室５の容積が拡大
すると共に、インクノズル１１のインクと空気の境目で
あるメニスカスはインク室５側に引き込まれる。次に、
電圧制御回路部２１からの駆動電圧を解除して両電極１
０１，５１間の電荷を放電すると、振動板５１はその弾
性復帰力によって復帰して、インク室５の容積が急激に
収縮する。この時発生するインク圧力は前述の主電極１
０の充放電により発生した圧力より小さいため（第１の
補助電極１０１の面積は主電極１０に比して小さい）、
インク滴を吐出するには至らず、メニスカスは振動して
減衰し復元する。第１の補助電極１０１と振動板５１と
の間で上記の充放電を繰り返すことによって、メニスカ
スを継続的に振動させ、インクノズル１１の近傍のイン
クとインク室５を満たすインクを撹拌させることができ
る。

【００６５】図１１は本実施形態のインクジェットヘッ
ド１の部分断面図（後述の図１３のインク吐出量２参
照）である。図１１は第１の補助電極１０１及び主電極
１０の両方の対向電極と振動板５１との間に駆動電圧を
印加した時の振動板５１の動作を示している。第１の補
助電極１０１及び主電極１０の両方の対向電極と振動板
５１との間に電圧制御回路部２１からの駆動電圧が同時
に印加されると、主電極１０，第１の補助電極１０１と
振動板５１との間に充電された電荷によるクーロン力が
発生し、振動板５１は第１の補助電極１０１及び主電極
１０側へ撓み、インク室５の容積が拡大する。すなわ
ち、振動板５１の全面が撓んでインク室５の容積は最も
拡大した状態になる。次に、電圧制御回路部２１からの
駆動電圧を解除して両電極１０，１０１，５１間の電荷
を放電すると、振動板５１の全面がその弾性復帰力によ
って復帰し、インク室５の容積が急激に収縮する。この
時発生するインク圧力により、インク室５を満たすイン
クの一部が、このインク室５に連通しているインクノズ
ル１１からインク滴として吐出する。このときのインク
圧力は最も大きな圧力を発生することが可能となるた
め、主電極１０のみで振動板５１を駆動してインク滴を
吐出する場合より多い量のインク滴を吐出することが可
能となる。すなわち、ここでは、主電極１０と第１の補
助電極１０１とが一体化された状態での動作が得られ、
上記のように、相対的に多い量のインク滴が吐出され
る。

【００６６】図１２は図８の電圧制御回路部２１の詳細
を示したブロック図である。インクジェットヘッドの電
圧制御回路部２１はインクジェットヘッド制御部２００
を有する。このインクジェットヘッド制御部２００はＣ
ＰＵ２０１を中心に構成されている。すなわち、ＣＰＵ
２０１には外部装置２０３からバスを介して印刷情報が
供給される。ＣＰＵ２０１には、内部バスを介してＲＯ
Ｍ２０２ａ、ＲＡＭ２０２ｂ及びキャラクタジェネレー
タ２０４が接続されており、ＲＡＭ２０２ｂ内の記憶領
域を作業領域として用いて、ＲＯＭ２０２ａ内に格納さ
れている制御プログラムを実行して、キャラクタージェ
ネレータ２０４から発生するキャラクター情報に基づい
てインクジェットヘッド１の駆動用の制御信号を生成す
る。制御信号は論理ゲートアレイ２０５及び駆動パルス
発生回路２０６を介して、印刷情報に対応した駆動制御
信号となって、コネクタ２０７を経由して、ヘッド基板
２０８に形成されたヘッドドライバＩＣ２０９に供給さ
れる。このヘッドドライバＩＣ２０９は、主電極１０を
駆動するための主電極駆動制御部２０９ａと、第１の補
助電極１０１を駆動するための補助電極駆動制御部２０
９ｂとから構成される。

【００６７】ヘッドドライバＩＣ２０９では、供給され
た駆動制御信号及び電源回路２１０から供給される駆動
電圧Ｖｐ及び論理ゲートアレー２０５から伝送された信
号に基づいて、インクジェットヘッド１の内、駆動すべ
きインクノズル１１に対応するインク室５の振動板（共
通電極）５１と、駆動すべき主電極１０，第１の補助電
極１０１とに駆動パルスＰｗを所定のタイミングで印加
する。すなわち、ヘッドドライバＩＣ２０９では駆動パ
ルス発生回路２０６で出力された駆動パルスＰｗ又はグ
ランドレベルを適時選択して何れかを電極１０，１０
１，５１に低インピーダンスで出力する。この結果、例
えば共通電極端子２２か主電極１０かのどちらかに駆動
パルスＰｗが印加されると、主電極１０と振動板（共通
電極）５１との間に電位差を生じ、対応するインクノズ
ル１１からインク滴が吐出される。また、同様にして、
共通電極端子２２か第１の補助電極１０１かのどちらか
に駆動パルスＰｗが印加されると、第１の補助電極１０
１と振動板（共通電極）５１との間に電位差を生じ、そ
の第１の補助電極１０１に対応したインクノズル１１で
はメニスカスの振動又はメニスカスのインク室５への引
き込みが行われる。

【００６８】ここで、主電極１０に印加する駆動パルス
幅Ｐｗと第１の補助電極１０１に印加する駆動パルス幅
Ｐｗは同じ駆動パルス幅でも良いし、異なる電圧と通電
時間からなる駆動波形であっても良い。主電極１０に印
加する駆動パルスと第１の補助電極１０１に印加する駆
動パルスが異なる場合には、駆動パルス発生回路２０６
にてそれぞれ異なる波形を形成し、何れの波形をどの対
向電極（主電極１０，第１の補助電極１０１）に印加す
るかは、論理ゲートアレイ２０５にて出力される信号に
従ってヘッドドライバＩＣ２０９にて選択する。

【００６９】また、この電圧制御回路部２１は、例え
ば、長時間不使用状態であったインクノズル１１が存在
することを駆動制御装置にて監視し、そのようなものが
存在した場合には、インクジェットヘッド１の補助電極
１０１を駆動してメニスカスの振動を行うことにより、
インク吐出を正常に行わせるようにすることが可能とな
る。

【００７０】このように、本実施形態のインクジェット
ヘッド１の電圧制御回路部２１においては、インクジェ
ットヘッド１の駆動状況に基づき、インクジェットヘッ
ド１の主電極１０及び第１の補助電極１０１への駆動パ
ルスＰｗを選択して印加するので、長時間不使用状態に
あったノズルに対しても確実にインクノズル１１でのイ
ンクの物性の変化に起因したインク吐出特性の変動を補
償して、常に安定したインク吐出特性を得ることができ
る。

【００７１】ところで、図１２の電圧制御回路部２１に
おいて、ヘッド基板２０８に設けられたサーミスター
（温度検出回路）２５の出力はコネクタ２０７を介して
温度検出回路（Ａ／Ｄ変換）２１４に供給され、インク
ジェットヘッド１の温度補償のために用いられる。ま
た、同様にヘッド基板２０８に設けられたヘッドランク
識別回路（ショートランド３bits）２１２の出力はコネ
クタ２０７を介してランク検出回路２１３に供給されて
ヘッドランクが検出されてヘッドランクに対応した制御
がなされる。ヘッドランク識別回路２１２は、インクジ
ェットヘッド１に固有の最適駆動パルス幅Ｐｗｓの常温
での値に対応する情報が記録されており、インクジェッ
トヘッド１を最適駆動パルス幅Ｐｗｓで駆動するために
用いられる。

【００７２】最適駆動パルス幅Ｐｗｓは更に、温度や、
非印刷時間の経過時間等の駆動状況により異なるため、
この電圧制御回路部２１では、インクジェットヘッド１
のばらつきによる最適駆動パルス幅Ｐｗｓに対して、温
度による補正と加えて経過時間による補正を行い、ヘッ
ド駆動状況に合った最適駆動パルス幅Ｐｗｓ’を設定し
ている。これらヘッド基板上２０８上に設けられたイン
クジェットヘッド１の駆動状況に関する情報をヘッドラ
ンク検出回路２１３及び温度検出回路２１４で検出し
て、情報をＩ／Ｏを介して、ＣＰＵ２０１に送信する。
ＣＰＵ２０１では、ＲＯＭ２０１ｂに予め格納された情
報を読み出すと同時のＣＰＵ２０１で計時された経過時
間に関する情報をＲＡＭ２０２ａから読み出し、前述の
各駆動状況に関する情報と比較し、制御条件、即ち各温
度と、経過時間における、インクジェットヘッド１の駆
動状況に応じた最適駆動パルス幅Ｐｗｓ’を決定する。
論路ゲートアレイ２０５では、最適駆動パルス幅Ｐｗ
ｓ’に関する情報をＣＰＵ２０１から受けて、駆動パル
ス発生回路２０６に、最適駆動パルス幅Ｐｗｓを発生さ
せるための論理パルスを送信する。駆動パルス発生回路
では、最適駆動パルス幅Ｐｗｓ’に相当する駆動電圧波
形を生成し、ヘッドドライバＩＣ２０９へ最適駆動パル
ス幅Ｐｗｓ’の電圧波形を通電する。

【００７３】次に、本実施形態のインクジェットヘッド
１の駆動方法について説明する。図１３はインクジェッ
トヘッド１に印加される駆動パルスの例を示すタイミン
グチャートである。ここでは、主電極１０及び第１の補
助電極１０１と振動板５１との間に印加される電位は交
互に反転するように構成さている。これは静電駆動され
るインクジェットヘッドの特性を安定化させるためのも
のである。但し、本発明においては本実施形態に示し
た、これらの交互に反転させる駆動波形の組み合わせに
制限されるものではなく、電位を交互に反転させなくと
も同様な動作が得られる。

【００７４】図１３のタイミングチャートにおいては、
インクジェットヘッド１の駆動方法を大別して４つの駆
動パターンに分けて示している。図１３（ａ）のメニス
カスの駆動パターンでは、第１の補助電極１０１と振動
板５１との充放電によりインクノズル１１のメニスカス
を振動させる（図１０参照）。同図の波形によればメニ
スカスは４回振動する。図１３（ｂ）のインク吐出１の
駆動パターンでは、主電極１０と振動板５１との充放電
によりインク滴を吐出させる（図９参照）。同図の波形
ではインク吐出が２回なされる（２個のインク滴で１ド
ットを形成している）。図１３（ｃ）のインク吐出２の
駆動パターンでは、主電極１０及び第１の補助電極１０
１と振動板５１との充放電によりインク滴を吐出させる
（図１１参照）。振動板５１の全面が撓んで駆動される
ので、吐出されるインク滴の量がインク吐出１よりも多
くなり濃い印刷が可能になっている。また、図１３
（ｄ）の非駆動のパターンは、主電極１０、第１の補助
電極１０１及び振動板５１が常に同電位となるようにそ
れぞれ通電されている（図８の状態参照）。このときイ
ンク滴の吐出及びメニスカスの振動は行われない。

【００７５】以上のように本実施形態においては、対向
電極を主電極１０及び第１の補助電極１０１から構成
し、主電極１０と振動板（共通電極）５１とで構成され
る回路の時定数τ１と、第１の補助電極１０１と（共通
電極）５１とで構成される回路の時定数τ２とをそれぞ
れ小さくしてその差Δτが所定の範囲になるように構成
したので、上記の吐出モード１及び２、特に主電極１０
と第１の補助電極１０１とを同時に駆動する吐出モード
２において主電極１０による動作と第１の補助電極１０
１による動作とに遅れがなく、同時に駆動されるので適
切な印字動作が得られる。また、インク吐出１及び２の
ように吐出されるインク滴の量を多段階に調整すること
が可能になっており、印刷濃度を調整することができ
る。

【００７６】実施形態３．図１４は本発明の実施形態３
に係るインクジェットヘッド１の部分断面図であり（そ
の構成は上記の実施形態２によるものと同一である）、
第１の補助電極１０１と振動板（共通電極）５１との間
に駆動電圧を印加した時の振動板５１とメニスカスの動
作を示している。本実施形態においては、インク滴の吐
出後のインク柱の後端を積極的に切って余剰インク滴
（サテライト）の生成を防止している。

【００７７】主電極１０と振動板５１との間に電圧制御
回路部２１からの駆動電圧が印加されて（図９参照）イ
ンク滴の吐出がなされた後に、第１の補助電極１０１と
振動板（共通電極）５１との間に電圧制御回路部２１か
らの駆動電圧が印加されると、上述の場合と同様に、両
電極１０１，５１間に充電された電荷によるクーロン力
が発生し、振動板５１は第１の補助電極１０１側へ撓
み、インク室５の容積が拡大すると共に、インクノズル
１１部のインクと空気の境目であるメニスカスはインク
ノズル１１のインク室５側に引き込まれる。次に、電圧
制御回路部２１からの駆動電圧を解除して両電極１０
１，５１間の電荷を放電すると、振動板５１はその弾性
復帰力によって復帰し、インク室５の容積が急激に収縮
する。この時発生するインク圧力は前述の主電極１０の
充放電により発生した圧力より小さいため、インク滴を
吐出するには至らず、メニスカスはインク室５に引き込
まれた後、振動して減衰し復元する。

【００７８】以上のように、本実施形態では、主電極１
０と振動板５１との間の充放電によりインク滴を吐出さ
せる主たる動作に続いて、上記のように第１の補助電極
１０１と振動板５１との間で充放電を行い、メニスカス
をインク室５に引き込むという補助的な動作を行ってい
る。これらの主たる動作と補助的な動作により、主たる
動作によりインクノズル１１から吐出するインク柱の尾
部（後端）を上記の補助的な動作により確実に分離し、
インク滴の形成を安定的に行うことができる。これによ
り、不要なインク滴の形成や、インク滴の飛び散りをな
くすることが可能となる。更にこれらの動作により、ノ
ズル面への不要なインク滴の付着による吐出不良とそれ
による印刷装置の汚れや印刷不良を無くすることができ
る。

【００７９】インク吐出の主たる動作と、それに続くイ
ンク滴を分離させる補助的動作は、所定の時間の間隔を
もって行われる。この主たる動作と補助的な動作の間の
時間間隔はそれぞれの電極を駆動する電圧パルスの位相
差として予め設定される。この位相差は、インクノズル
１１及びインク室５（振動板５１）からなるインク流路
のインクの振動系の固有周期Ｔ₀に、主電極１０に印加
する駆動パルス幅Ｐｗｓを加えた時間にほぼ等しく設定
されるのが好ましい。すなわち、駆動パルスの位相差を
Ｔ０＋Ｐｗｓの時間間隔に予め設定してそれぞれ駆動さ
せて動作させることが好ましい。主たる動作を行わせる
ための駆動パルスを解除してから、１／２固有周期分の
時間の後にインクの吐出が行われ、更に１／２固有周期
分の時間で、第１の補助電極１０１と振動板５１との距
離は吐出時のインク流路内の自由振動によって最も小さ
くなるため、第１の補助電極１０１を効率的に静電吸引
させて動作させることができる。

【００８０】更に、主たる動作のための駆動パルスを解
除してから固有振動周期に相当する時間後には、インク
ノズル１１からメニスカスが最も飛び出す時間に相当す
るため、この位相差にてメニスカスをインク室５へ引き
込ませることが最も重要である。インクノズル１１の寸
法諸元や振動板の厚みの違いにより、厳密な固有周期が
ヘッド毎に異なる場合でも、これら駆動パルスの位相差
を凡そＴ０＋Ｐｗｓに予め一致させておくことにより、
補助的な動作では自ずと、厳密なＴ０＋Ｐｗｓに一致し
た時間にて目的とするメニスカスのインク室５への引き
込みが実現する。結果として、確実にインクノズル１１
から吐出するインク柱の尾部（後端）を分離し、安定的
なインク滴の形成を行うことができる。

【００８１】なお、図１１に示されるように、主電極１
０及び第１の補助電極１０１の両方に駆動電圧を同時に
印加して両電極を１つの電極として動作させてインク滴
を吐出させた場合においても、その主たる動作に続いて
前述した補助的な動作を続いて行えば、前述したインク
ノズル１１から吐出するインク柱を分離して安定的にイ
ンク滴を形成することができる。そして、その場合に
は、先の図９にて説明した動作にて吐出するインクの量
とは異なる量のインク滴を形成することが可能であり、
インク滴の量を駆動パターンにより変えることが可能と
なる。その結果、形成されるドットの大きさを駆動パタ
ーンにより変えて印刷結果の濃さを変えたり、表現力が
豊かな印刷を行うことが可能となる。

【００８２】次に、本実施形態のインクジェットヘッド
１の駆動方法について説明する。図１５は本実施形態に
係るインクジェットヘッド１の駆動モードの例を示した
タイミングチャートである。図１５の駆動パルスは上述
の図１２の電圧制御回路部２１により生成されるものと
する。

【００８３】ここで、駆動パルスは上述の形態と同様に
して生成されるが、第１の補助電極１０１を駆動させる
駆動波形の放電時間をより長く設定して（パルスの立ち
下がり時間が長くなるように設定）、主電極１０を駆動
させる駆動波形と異ならせており、メニスカス引き込み
後のメニスカスの振動を速やかに減衰させてメニスカス
を待機位置に復元させて、次の主電極駆動に備えるよう
にしている。このようにすることで、インクジェットヘ
ッド１を高い駆動周波数で駆動させることができ、印字
スピードの高速化を図ることができる。

【００８４】図１５のタイミングチャートにおいては、
駆動モードにはインク滴吐出とインク滴非吐出の２種類
の駆動モードの例が示されている。図１５（ａ）のイン
ク滴吐出の駆動モードでは、主電極１０及び第１の補助
電極１０１と振動板（共通電極）５１との間の充放電に
よる２回のインクの吐出動作と、第１の補助電極１０１
と振動板（共通電極）５１との間の充放電による、２回
目の吐出インクの分離動作の連続した動作とによりイン
ク滴が形成されて吐出されて、１つの画素が印刷面に印
刷される（図１１、図１４参照）。なお、この例におい
ては、１画素を２個のインク滴により生成するものとし
ており、そして、２回目のインク吐出のタイミング（１
回目のインク液の吐出動作から２回目のインク液の吐出
動作までの時間）を、補助電極に１０１による分離動作
のタイミング（２回目のインク液の吐出動作から分離動
作までの時間）と同一にしている。このため、１回目に
吐出されたインク柱の後端は、２回目に吐出される際の
動作により、第１の補助電極１０１による場合と同様に
切られてインク滴が分離される。このことは後述の実施
形態においても同様である。

【００８５】また、図１５（ｂ）のインク滴非吐出の駆
動モードにおいては、主電極１０、第１の補助電極１０
１及び振動板（共通電極）５１を同電位にしたインク非
吐出モードと、インク滴を吐出しない状態で、第１の補
助電極１０１と振動板（共通電極）５１との間の充放電
によりメニスカスの振動のみを行うメニスカス振動とが
ある（図１１参照）。このメニスカス振動では、画素は
印刷面に印刷されない。しかし、第１の補助電極１０１
の電位が反転されるため、第１の補助電極１０１と振動
板（共通電極）５１の電荷の蓄積を防止することにな
る。また、非吐出によって粘度が増加したインクノズル
１１のインクをメニスカスの振動によりインク室５へ拡
散し、非吐出による次の吐出不良を防止する。インク滴
非吐出の駆動モードをこのような駆動パターンで構成す
ることにより、第１の補助電極１０１と振動板（共通電
極）５１の電荷のリフレッシュとインクノズル１１のイ
ンクのリフレッシュを行うことができる。図１５に示さ
れる駆動モードを採用することにより、簡単な回路構成
にて、インクジェットヘッドの制御が可能となる。

【００８６】以上のように本実施形態においては、対向
電極を主電極１０及び第１の補助電極１０１から構成
し、主電極１０と振動板（共通電極）５１とで構成され
る回路の時定数τ１と、第１の補助電極１０１と振動板
（共通電極）５１とで構成される回路の時定数τ２とが
小さく、その差Δτも小さくなるように構成したので、
上記のインク滴吐出の駆動モードのように、主電極１０
を駆動してインク滴を吐出した後所定時間に、第１の補
助電極１０１を駆動してインク柱の後端を切って余剰イ
ンク（サテライト）の生成を防止しようとしたときに
は、両電極１０，１０１による動作時間の差異が小さい
から、その制御のタイミングが容易に得られ、高精度な
印字制御が可能になっている。

【００８７】実施形態４．図１６は本発明の実施形態３
に係るインクジェットヘッドの内のガラス基板の平面図
であり、図１７は同じくインクジェットヘッドの部分断
面図である。

【００８８】本実施形態のインクジェッドヘッド１は、
上述の図６〜図８のインクジェットヘッドとその基本構
成は同じであるが、主電極１０と振動板５１との間隙Ｇ
と第１の補助電極１０１と振動板５１との間隙Ｇ２とが
異なるように構成されている。このような構成を実現す
るために、ガラス基板４の凹部９を異なった深さで浅く
エッチングし、特に、第１の補助電極１０１が配置され
る箇所９２のエッチングを浅くしている。

【００８９】図１８はインクジェットヘッド１の部分断
面図（後述の図２１のインク吐出１参照）である。図１
８は主電極１０と振動板５１との間に駆動電圧を印加し
たときの振動板５１とメニスカスの動作を示している。
このように構成したインクジェットヘッド１において
は、電圧制御回路部２１からの駆動電圧が主電極１０と
振動板（共通電極）５１との間に印加されると、上述の
実施形態２の場合と同様に、両電極１０，５１間に充電
された電荷によるクーロン力が発生し、振動板５１は主
電極１０の側へ撓み、インク室５の容積が拡大する。次
に、電圧制御回路部２１からの駆動電圧を解除して両電
極１０，５１間の電荷を放電すると、振動板５１はその
弾性復帰力によって復帰し、インク室５の容積が急激に
収縮する。この時に発生するインク圧力により、インク
室５を満たすインクの一部が、このインク室に連通して
いるインクノズル１１からインクがインク柱となって吐
出する。吐出後、インクは自らの表面張力によりインク
液滴を形成し印刷面へ着弾する。

【００９０】図１９はインクジェットヘッド１の部分断
面図（後述の図２１のメニスカス振動参照）である。図
１９は第１の補助電極１０１と振動板５１の間に駆動電
圧を印加した時の振動板５１とメニスカスの動作を示し
ている。第１の補助電極１０１と振動板（共通電極）５
１との間に電圧制御回路部２１からの駆動電圧が両電極
１０１，５１間に印加されると、両電極１０１，５１間
に充電された電荷によるクーロン力が発生し、振動板５
１は第１の補助電極１０１の側へ撓み、インク室５の容
積が拡大すると共に、インクノズル１１部のインクと空
気の境目であるメニスカスはインクノズル１１のインク
室５側に引き込まれる。次に、電圧制御回路部２１から
の駆動電圧を解除して両電極１０１，５１間の電荷を放
電すると、振動板５１はその弾性復帰力によって復帰
し、インク室５の容積が急激に収縮する。この時に発生
するインク圧力は前述の主電極１０の充放電により発生
した圧力より小さいため、インク滴を吐出するには至ら
ず、メニスカスはインク室５に引き込まれた後、振動し
て減衰し復元する。

【００９１】主電極１０と振動板５１との間の充放電に
よりインクを吐出させる主たる動作に続いて、第１の補
助電極１０１と振動板５１との間の充放電を行うと、メ
ニスカスをインク室５に引き込む補助的な動作が行なわ
れる。これらの主たる動作と補助的な動作により、上述
の実施形態３の場合と同様に、主たる動作によってイン
クノズル１１から吐出するインク柱を補助的な動作によ
り確実に分離し、インク滴の形成を安定的に行うことが
できる。これにより、不要なインク滴の形成や、インク
滴の飛び散りをなくすことが可能となる。

【００９２】さらに、隙間Ｇ２が隙間Ｇより狭く設定し
てあるので、主たる動作の駆動電圧と同等の駆動電圧を
補助的な動作の際にも印加すると、主たる動作の際に発
生するクーロン力に比べて、補助的な動作の際に発生す
るクーロン力は大きく、補助的な動作の振動板５１の撓
む速度は主たる動作に対して早くなる。これにより、イ
ンクノズル１１内のメニスカスをインク室５に引き込む
動作を早めることができ、吐出したインク柱を補助的な
動作で更に確実に分離し、インク滴の形成を安定的に行
うことが可能となる。また、補助的な動作により振動板
５１の撓む速度を、主たる動作の振動板５１の撓む速度
と同程度にしたい場合は、第１の補助電極１０１へ印加
する駆動電圧を下げることが可能であり（後述の図２１
及び図２３の例では駆動パルスの電圧値を小さくしてい
る）、低消費電力化が可能となる。これらの作用により
ノズル面への不要なインク液滴の付着による吐出不良と
それによる印刷装置の汚れや印刷不良を無くすことがで
きる。

【００９３】なお、インク吐出の主たる動作とそれに続
くインク液滴を分離させる補助的動作は、所定の時間の
間隔をもって行われるが、その時間については既に説明
したとおりであるから省略する。このことは後述の実施
形態においても同様である。

【００９４】図２０は本実施形態のインクジェットヘッ
ド１の部分断面図（後述の図２１のインク吐出２参照）
である。図２０は主電極１０及び第１の補助電極１０１
の両方の対向電極と振動板５１との間に駆動電圧を印加
した時の振動板５１の動作を示している。主電極１０及
び第１の補助電極１０１の両方の対向電極と振動板（共
通電極）５１との間に電圧制御回路部２１からの駆動電
圧が印加されると、両電極１０，１０１、５１間に充電
された電荷によるクーロン力が発生し、前述の図１９に
示すとおりクーロン力の大きい第１の補助電極１０１側
の振動板５１から撓み始め、次いで、図２０に示すとお
り主電極１０側の振動板５１が撓み、インク室５の容積
が拡大する。主電極１０側の振動板５１が撓む前に第１
の補助電極１０１側の振動板５１が予め撓んでいるた
め、図１８に示した前述の主電極１０のみを駆動した場
合に比べて、主電極１０側の振動板５１の撓み始めるタ
イミングが早くなり、すなわち振動板５１の撓む速度が
速くなると共に、振動板５１全体が撓むことにより、イ
ンク室５の容積は最も拡大する。

【００９５】次に、電圧制御回路部２１からの駆動電圧
を解除して両電極１０，１０１、５１間の電荷を放電す
ると、振動板５１全体はその弾性復帰力によって復帰
し、インク室５の容積が急激に収縮する。この時に発生
するインク圧力により、インク室５を満たすインクの一
部が、このインク室５に連通しているインクノズル１１
からインク滴として吐出する。このときのインク圧力は
最も大きな圧力を発生することが可能となるため、主電
極１０のみにて振動板５１を駆動してインク滴を吐出す
る場合に比べてその量が多いインク滴を吐出することが
できる。

【００９６】ところで、本実施形態はＧ＞Ｇ２に設定さ
れているが、Ｇ２＞Ｇの構成を採用することができる。
その場合には、通常のインク吐出時は主電極１０のみを
駆動し、大きなインク吐出量が必要な場合には第１の補
助電極１０１を主電極１０とを同時に駆動するような制
御をする。

【００９７】図２０に示した方法によりインクの吐出を
行う場合でも、これを主たる動作として前述した補助的
な動作を続いて行えば、前述したインクノズル１１から
吐出するインク柱を分離して安定的にインク滴を形成す
る作用とその効果は同等である。さらに、この場合に
は、先の図１８にて説明した動作にて吐出するインク滴
より多い量のインク滴を形成することが可能であり、イ
ンク滴の量を駆動パターンにより変えることが可能とな
る。この結果、形成されるドットの大きさを駆動パター
ンにより変えて印刷結果の濃さを変えたり、表現力が豊
かな印刷を行うことが可能となる。また、振動板５１の
撓む速度が速くなることにより、同程度のインク滴吐出
量を得るためには、駆動電圧を下げることが可能で、低
消費電力化にも繋がる。

【００９８】図２１は本実施形態のインクジェットヘッ
ドの駆動パルスの例を示したタイミングチャートであ
る。この駆動パルスは上述の図１２の電圧制御回路部２
１により生成される。この駆動パルスは上述の実施形態
と同様にして生成されるが、ここではメニスカス振動を
させるときの第１の補助電極１０１の駆動電圧を大きさ
を若干小さくしている。

【００９９】図２１のタイミングチャートにおいて、イ
ンクジェットヘッド１の駆動方法を大別して４つの駆動
パターンに分けて示している。図２１（ａ）のインク吐
出の駆動パターンでは、主電極１０と振動板（共通電
極）５１との間の充放電により駆動してインク滴を吐出
している（図１８参照）。図示の波形ではインク滴の吐
出動作が２回なされる。図２１（ｂ）のインク吐出２の
駆動パターンでは、主電極１０及び第１の補助電極１０
１と振動板（共通電極）５１との間の充放電を同時に行
って、振動板５１の全面を撓まして駆動する（図２０参
照）。図示の波形ではインク滴の吐出動作が２回なされ
る。

【０１００】図２１（ｃ）のメニスカス振動の駆動パタ
ーンは、インク滴を吐出しないで、インクノズル１１の
メニスカスを振動させるパターンであり、第１の補助電
極１０１と振動板（共通電極）５１との間の充放電によ
り駆動するものである（図１９参照）。図中の波形によ
りメニスカスは２回振動する。図２１（ｄ）の非駆動の
駆動パターンでは、振動板（共通電極）５１、主電極１
０及び第１の補助電極１０１が常に同電位となるように
それぞれ通電されている（図１７の状態参照）。この時
は、インク滴の吐出及びメニスカスの振動は行われな
い。

【０１０１】図２２は駆動モードとそれらに対するイン
クの動作を示したタイミングチャートである。これら
は、図２１の駆動パターンが組み合わされた例である。
ここで、駆動モードはインク吐出とインク非吐出の２種
類の駆動モードの例が示されている。図２２（ａ）のイ
ンク吐出の駆動モードでは、２回のインク吐出動作と、
２回目のインク吐出後の吐出インク柱の分離動作の連続
した動作によりインク液滴が形成されて吐出し、１つの
画素が印刷面に印刷される。

【０１０２】また、図２２（ｂ）インク非吐出の駆動モ
ードでは、第１の補助電極１０１のみを駆動して、イン
ク滴を吐出すること無しにメニスカス振動のみを行わせ
ている。このとき、画素は印刷面に印刷されない。しか
し、第１の補助電極１０１の電位が反転されるため、第
１の補助電極１０１と振動板（共通電極）５１との間の
電荷の蓄積を防止することになる。また、長時間インク
吐出が無い事による、粘度が増加したインクをメニスカ
ス振動によりインク室５へ拡散し、インク吐出の際の吐
出不良を防止することもできる。インク非吐出の駆動モ
ードをこのような駆動パターンで構成することにより、
第１の補助電極１０１と振動板（共通電極）５１との間
の電荷のリフレッシュとインクノズル１１内のインクの
リフレッシュを行うことができる。

【０１０３】ところで、第１の補助電極１０１を駆動さ
せる駆動パルスを放電時間がより長くなるように設定し
て、主電極１０を駆動させる駆動パルスの波形と異なら
せれば、メニスカス引き込み後のメニスカスの振動を速
やかに減衰させてメニスカスを待機位置に復元させ、次
の主電極駆動に備えることが可能となり、インクジェッ
トヘッドを高い駆動周波数で駆動させることを可能とす
る更なる効果を有することになる。この点について図２
３及び図２４に基づいて更に詳細に説明する。

【０１０４】本発明の他のインクジェットヘッドの駆動
方法を図２３及び図２４に基づいて説明する。図２３は
第１の補助電極１０１と振動板（共通電極）５１との間
に印加される電圧波形の例を示している。図２４はイン
クジェットヘッド１の部分断面図である。図２３（Ａ）
は既出の電圧波形を示し、この電圧波形では主電極１０
側の振動板５１と第１の補助電極１０１側の振動板５１
とは略同時に放電して振動板５１は復帰動作をする。図
２３（Ｂ）、（Ｃ）における電圧波形を第１の補助電極
１０１に適用すると、図中の時間帯２１５、２１６で
は、図２４に示されるように、第１の補助電極１０１側
の振動板５１が当接状態のまま、主電極１０側の振動板
５１は復帰動作するため、メニスカス引き込み後のメニ
スカス振動を速やかに減衰させてメニスカスを待機位置
に復元させ、次の主電極１０の駆動に備えることが可能
となり、インクジェットヘッド１を高い駆動周波数で駆
動させることができる。このことは、上述の実施形態
２，３及び後述の実施形態５においても同様に適用され
る。

【０１０５】なお、本実施形態においては、主電極１０
と振動板（共通電極）５１との間隙Ｇと、補助電極１０
と振動板（共通電極）５１との間隙Ｇ２とを異ならせて
いるが、主電極１０に係る回路の時定数と第１の補助電
極１０１に係る回路の時定数との差は、本発明における
差Δτの範囲内になるように設定されている。

【０１０６】実施形態５．図２５は本発明の実施形態５
に係るインクジェットヘッドの内のガラス基板の平面図
であり、図２６はその部分断面図である。本実施形態に
おいては、対向電極が、主電極１０及び第１の補助電極
１０１の他に、第３の電極としての第２の補助電極１０
２が形成されている。この第２の補助電極１０２の端子
部１０２ａ及びリード部１０２ｂは、第１の補助電極１
０１と同様に、クロムの薄膜１０５及び金の薄膜１０６
を積層した構成となっており、対向電極部１０２ｃはＩ
ＴＯの薄膜１０７から構成されている。そして、この第
２の補助電極１０２と振動板（共通電極）５１とから構
成される回路の時定数τ３と、主電極１０と振動板（共
通電極）５１とから構成される回路の時定数τ１と、第
１の補助電極１０１と振動板（共通電極）５１とから構
成される回路の時定数τ２とはそれぞれ小さく、その差
Δτも小さな値になるように構成されている。

【０１０７】図２７はインクジェットヘッドの部分断面
図（後述の図３１のメニスカス振動参照）である。ここ
では、第１の補助電極１０１と振動板（共通電極）５１
との間に駆動電圧を印加して、両電極１０１，５１間の
充放電により第１の補助電極１０１に対応した振動板５
１に振動を与えることによりインクノズル１１のメニス
カスを振動させる。

【０１０８】図２８はインクジェットヘッドの部分断面
図（後述の図３１のインク吐出１参照）である。ここで
は、主電極１０、第１の補助電極１０１及び第２の補助
電極１０２が全体として１つの対向電極として機能する
ように、主電極１０、第１の補助電極１０１及び第２の
補助電極１０２と振動板（共通電極）５１との間に同時
に駆動電圧を印加して、両電極１０，１０１，１０２、
５１間の充放電により振動板５１の全面を撓ませて振動
板５１の変位容量が最大になるようにして、インク吐出
量が最大になるようにしている。

【０１０９】図２９はインクジェットヘッドの部分断面
図（後述の図３１インク吐出２参照）である。ここで
は、主電極１０及び第２の補助電極１０２が全体として
１つの対向電極として機能するように、主電極１０及び
第２の補助電極１０２と振動板（共通電極）５１との間
に駆動電圧を同時に印加して、両電極１０，１０２、５
１間の充放電により、主電極１０及び第２の補助電極１
０２に対応した振動板５１を撓ませて振動板５１の変位
容量が中程度になるようにして、インク吐出量が中程度
になるようにしている。

【０１１０】図３０はインクジェットヘッドの部分断面
図（後述の図３１インク吐出３参照）である。ここで
は、主電極１０のみが対向電極として機能するように、
主電極１０と振動板（共通電極）５１との間に駆動電圧
を印加して、両電極１０、５１間の充放電により、主電
極１０に対応した振動板５１を撓まして振動板５１によ
る変位容量が最小になるようにして、インク吐出量が最
小になるようにしている。

【０１１１】図３１は本実施形態に係るインクジェット
ヘッドの駆動パルスの例を示したタイミングチャートで
ある。ここでは、その駆動方法を大別して５つの駆動パ
ターンに分けている。図３１（ａ）のメニスカス振動の
駆動パターンでは、第１の補助電極１０１と振動板（共
通電極）５１電極との間に駆動パルスを印加して、第１
の補助電極１０１に対応した振動板５１に振動を与え
て、メニスカスを振動させる（図２７参照）。

【０１１２】図３１（ｂ）のインク吐出１では、主電極
１０、第１の補助電極１０１及び第２の補助電極１０２
が全体として１つの対向電極として機能するように、各
電極１０，１０１，１０２に駆動パルスを同時に印加す
ることで、振動板５１による変位容量が最大になるよう
にして、インク吐出量が最大になるようにしている（図
２８参照）。

【０１１３】図３１（ｃ）のインク吐出２では、主電極
１０及び第２の補助電極１０２がインク吐出時に１つの
電極の対向電極して機能するように、各電極１０，１０
２に駆動パルスを同時に印加することで、振動板５１に
よる変位容量が中程度になるようにして、インク吐出量
が中程度になるようにしている（図２９参照）。

【０１１４】図３１（ｄ）のインク吐出３では、主電極
１０だけがインク吐出時に対向電極として機能するよう
に、主電極１０に駆動パルスを印加することで、振動板
５１による変位容量が最少になるようにして、インク吐
出量が最少になるようにしている。

【０１１５】図３１（ｅ）の非駆動では、主電極１０、
第１の補助電極１０１及び第２の主電極１０２及び振動
板（共通電極）５１が同一の電位となるように駆動パル
スを印加することで、振動板５１が変位しないようにし
て、非駆動状態を得ている。

【０１１６】図３２は駆動モードの例を示したタイミン
グチャートである。これらは、図３１の駆動パターンが
組み合わされた例である。ここでは特に、図１５に示さ
れた実施形態と同様にインク柱の尾部（後端）を切るよ
うにした場合の駆動パルスの波形が示されている。

【０１１７】図３２（ａ）の駆動モード１（インク吐出
量多）では、図２８９に示されるようにインクジェット
ヘッドの主電極１０、第１の補助電極１０１及び第２の
補助電極１０２とが１つの対向電極として機能するよう
に、これらの主電極１０、第１の補助電極１０１及び第
２の補助電極１０２を同時に駆動して振動板５１の全面
を撓ませてその変位容量が最大になるようにしてインク
滴を吐出し、その所定時間後に、振動板５１を駆動して
第１の補助電極１０１に対応した振動板５１を撓ませて
インク柱の後端を切っている。

【０１１８】図３２（ｂ）のは駆動モード２（インク吐
出量少）では、図２８に示されるようにインクジェット
ヘッドの主電極１０、第１の第１の補助電極１０１及び
第２の補助電極１０２を駆動して、主電極１０、第１の
補助電極１０１及び第２の補助電極１０２に対応した振
動板５１の全面を変位させてインク滴を吐した後（この
例では２回吐出後に）に、所定時間後に、第１の補助電
極１０１及び第２の補助電極１０２を駆動して第１の補
助電極１０１及び第２の補助電極１０２に対応した振動
板５１の部分を撓ませてインク柱を切っている。この場
合、インク吐出動作を行う時の振動板５１の変位容量は
前述の駆動モード１と同じである。しかし、インク柱の
後端を切る際の振動板５１の変位容量は前述の駆動モー
ド１よりも大きくなり、切られるインク柱の容量が多く
なる。結果として駆動モード２によるインク滴の重量
（インク吐出量）は駆動モード１に比較すると少なくな
る。

【０１１９】図３２（ｃ）の非駆動時（インク非吐出）
の場合では、主電極１０、第１の補助電極１０１、第２
の主電極１０２及び振動板（共通電極）５１が同一の電
位となるようにして非駆動状態を得ている。

【０１２０】以上のように本実施形態においては、対向
電極に第２の補助電極を形成し、主電極１０と振動板
（共通電極）５１とから構成される回路の時定数τ１
と、第１の補助電極１０１と振動板（共通電極）５１と
から構成される回路の時定数τ２と、第２の補助電極１
０２と振動板（共通電極）５１とから構成される回路の
時定数τ３とをそれぞれ小さくし、その差Δτが小さく
なるようにしてあることから、各電極１０，１０１，１
０２による充電とそれによる動作の時間遅れが解消され
ており、各電極を適宜組み合わせて制御するときにその
制御タイミング容易に得られ、振動板の安定的な制御が
可能になっている。このため、インクジェヘッドの余剰
インク滴の発生を効果的に防止し、プリンタの信頼性の
確保が可能になっている。

【０１２１】また、対向電極として主電極１０及び第１
の補助電極１０１の他に第２の補助電極１０２を設けた
ことにより、インク吐出量を更に多段階に制御できるよ
うになっており、多段階の印刷濃度調整が容易に可能に
なっている。このため、印刷する媒体（シート／紙／再
生紙）や印刷モード（バーコード／文字／グラフィック
／写真／インクセーブ）に合わせた印刷を行うことが可
能になっており、印刷品位を容易に向上させることが可
能になっている。

【０１２２】なお、上述の実施形態においては、補助電
極を２個の補助電極１０１，１０２で構成した例につい
て説明したが、更に多数の補助電極から構成しても良
い。その場合にはより多段階の印刷濃度調整が容易に可
能になる。

【０１２３】実施形態５．ところで、本発明のインクジ
ェットヘッドは、対向電極と振動板（共通電極）との間
の充放電にて駆動される構成としているので、インクジ
ェットヘッドの駆動にて消費される電力はごく僅かであ
り、多ノズルにてインクジェットヘッドを構成した場合
でも、ヘッド全体で消費する電力は僅かであり、低消費
電力が実現できるといった更なる効果を有する。

【０１２４】例えば、インクジェットヘッドを構成する
ノズル数が１０００ノズルとなる場合には、１０００の
ノズルを列状に配置し、インクノズルと同数のインク室
もまた同様に１列にそれぞれ区画形成する。前述の補助
電極もまた、同数を同様に１列に配置する。このように
構成することにより、ライン状のインクジェットヘッド
を得ることが可能となる。但し、その場合には時定数τ
を小さくするために、図２又は図４に示されるように補
助電極を分割する必要がある。本発明によれば、このよ
うなライン状のインクジェットヘッドを構成した場合で
も、補助電極を複数の振動板に共通して設けることで、
補助電極を駆動するための配線数は少なくて済み、前述
の実施形態にて示した効果に加えて、更に、低消費電力
で、小型のライン状のインクジェットヘッドを実現する
ことができる。

【０１２５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、対向電極
はそれぞれ独立して振動板との間で充放電可能な主電極
と補助電極とから構成されており、そして、各電極と振
動板（共通電極）とで構成される各回路の時定数は、イ
ンク流路の固有振動周期に対して十分小さくしたので、
各回路の時定数の差も小さなものとなり、適切な制御タ
イミングが容易に得られ、主電極による動作と補助電極
による動作とが適切なものとなり、高精度な印字制御が
可能になっている。

【０１２６】また、本発明によれば、各電極と共通電極
とで構成される各回路の時定数がインク流路の固有振動
周期に対して１／２５以下に規定されており、このた
め、両電極による時定数の差も確実に所定の範囲に収ま
り、主電極による動作と補助電極による動作とが適切な
ものとなり、高精度な印字制御が可能になっている。

【０１２７】また、本発明によれば、各電極と振動板
（共通電極）とで構成される各回路の時定数の差がイン
ク流路の固有振動周期に対して十分小さくなるように規
定したので、主電極による動作と補助電極による動作と
が適切なものとなり、高精度な印字制御が可能になって
いる。

【０１２８】また、本発明によれば、各電極と共通電極
とで構成される回路の各時定数の差がインク流路の固有
振動周期の１／７５以下になるように規定したので、主
電極による動作と補助電極による動作とが適切なものと
なり、高精度な印字制御が可能になっている。

【０１２９】また、本発明によれば、各電極と振動板
（共通電極）とで構成される各回路の時定数が最適駆動
パルス幅に対して１／１０以下になるように規定したの
で、両電極による時定数の差も確実に所定の範囲に収ま
り、主電極による動作と補助電極による動作とが適切な
ものとなり、高精度な印字制御が可能になっている。

【０１３０】また、本発明によれば、各電極と振動板共
通電極とで構成される各回路の時定数の差が最適駆動パ
ルス幅に対して１／３０以下となるように規定したの
で、主電極による動作と補助電極による動作とが適切な
ものとなり、高精度な印字制御が可能になっている。

【０１３１】また、本発明によれば、各電極と振動板
（共通電極）とで構成される各回路の時定数の差が０．
４μｓｅｃ以下になるように規定したので、時定数の差
が十分小さく、主電極による動作と補助電極による動作
とが適切なものとなり、高精度な印字制御が可能になっ
ている。

【０１３２】また、本発明によれば、各主電極は振動板
に対応してそれぞれ設けられ、補助電極はインクノズル
側に所定数の振動板に共通して対向するように設けら
れ、所定数の主電極と前記補助電極とをユニットとし、
ユニットを並列配置したので、補助電極を並列に分割さ
れてその容量が小さくなるようにしており、主電極に係
る回路の時定数と補助電極に係る回路の時定数との差が
上記の条件を満たすことが可能になっている。

【０１３３】また、本発明によれば、主電極は振動板に
対応してそれぞれ設けられ、補助電極は、インクノズル
側に振動板に共通して対向するように設けられた第１の
補助電極と、主電極と第１の補助電極との間に振動板に
共通して設けられた１又は複数の第２の補助電極とを備
え、補助電極を直列に分割してその容量を小さくしたの
で、主電極に係る回路の時定数と補助電極に係る回路の
時定数との差も小さくなる。

【０１３４】また、本発明によれば、主電極は振動板に
対応してそれぞれ設けられ、補助電極は、インクノズル
側に所定数の振動板に共通して対向するように設けられ
た第１の補助電極と、主電極と第１の補助電極との間に
所定数の振動板に共通して設けられた１又は複数の第２
の補助電極とを備え、主電極及び補助電極をユニットと
しユニットを並列配置したので、補助電極が直列に分割
されてその容量が小さくなり、主電極に係る回路の時定
数と補助電極に係る回路の時定数の差もまた小さくな
る。

【０１３５】また、本発明によれば、前記のユニットが
隣接する２組のユニットがその境界線を基準として対称
となるように配置されたので、２組のユニットの主電極
に補助電極が介在しない。このため、製造の際には同一
ピッチの主電極のパターン群を生成すれば良いので製造
が容易なものとなる。

【０１３６】また、本発明によれば、補助電極のリード
部、又は主電極及び補助電極のリード部は金属から構成
されるので、補助電極に係る回路の時定数、又は主電極
及び補助電極の双方の回路の時定数を小さくすることが
できる。

【０１３７】また、本発明によれば、金属は、クロム若
しくはチタンの上に形成された金、又はアルミニウムか
ら構成されるので、基板に安定して取り付けられ剥がれ
るおそれがなく長期間の使用に耐えられる。

【０１３８】また、本発明によれば、主電極及び補助電
極振動板と対向する部分がＩＴＯから構成されるので、
上記の効果に加えて、絶縁破壊や振動板との貼り付きが
生じにくくなっている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１の対向電極（その１）の平
面図である。

【図２】本発明の実施形態１の対向電極（その２）の平
面図ある。

【図３】本発明の実施形態１の対向電極（その３）の平
面図である。

【図４】本発明の実施形態１の対向電極（その４）の平
面図である。

【図５】本発明の実施形態１の対向電極（その５）の平
面図である。

【図６】本発明の実施形態２に係るインクジェットの分
解斜視図である。

【図７】図６の実施形態２に係るインクジェットヘッド
のガラス基板の平面図及びそのＢ−Ｂ断面図である。

【図８】上記の実施形態２に係るインクジェットヘッド
の部分断面図である。

【図９】上記の実施形態２に係るインクジェットヘッド
の部分断面図（インク吐出１）である。

【図１０】上記の実施形態２に係るインクジェットヘッ
ドの部分断面図（メニスカス振動）である。

【図１１】上記の実施形態２に係るインクジェットヘッ
ドの部分断面図（インク吐出２）である。

【図１２】図８の電圧印加手段の詳細を示したブロック
図である。

【図１３】上記の実施形態２に係るインクジェットヘッ
ドに印加される駆動パルスの例を示すタイミングチャー
トである。

【図１４】本発明の実施形態３に係るインクジェットヘ
ッドの部分断面図である。

【図１５】上記の実施形態３に係るインクジェットヘッ
ドの駆動モードの例を示したタイミングチャートであ
る。

【図１６】本発明の実施形態４に係るインクジェットヘ
ッドのガラス基板の平面図である。

【図１７】上記の実施形態４に係るインクジェットヘッ
ドの部分断面図である。

【図１８】上記の実施形態４に係るインクジェットヘッ
ドの部分断面図（インク吐出１）である。

【図１９】上記の実施形態４に係るインクジェットヘッ
ドの部分断面図（メニスカス振動）である。

【図２０】上記の実施形態４に係るインクジェットヘッ
ドの部分断面図（インク吐出２）である。

【図２１】上記の実施形態４に係るインクジェットヘッ
ドの駆動パルスの例を示したタイミングチャートであ
る。

【図２２】上記の実施形態４に係るインクジェットヘッ
ドの駆動モードの例を示したタイミングチャートであ
る。

【図２３】上記の実施形態４に係るインクジェットヘッ
ドの駆動パルスの他の例を示したタイミングチャートで
ある。

【図２４】図２３の駆動パルスが印加されたときのイン
クジェットヘッドの動作を示したインクジェットヘッド
の部分断面図である。

【図２５】本発明の実施形態５に係るインクジェットヘ
ッドのガラス基板の平面図である。

【図２６】上記の実施形態５に係るインクジェットヘッ
ドの部分断面図である。

【図２７】上記の実施形態５に係るインクジェットヘッ
ドの部分断面図（メニスカス振動）である。

【図２８】上記の実施形態５に係るインクジェットヘッ
ドの部分断面図（インク吐出１）である。

【図２９】上記の実施形態５に係るインクジェットヘッ
ドの部分断面図（インク吐出２）である。

【図３０】上記の実施形態５に係るインクジェットヘッ
ドの部分断面図（インク吐出３）である。

【図３１】上記の実施形態５に係るインクジェットヘッ
ドの駆動パルスの波形を示したタイミングチャートであ
る。

【図３２】上記の実施形態５に係るインクジェットヘッ
ドの駆動モードの例を示したタイミングチャートであ
る。

【図３３】先に提案されているインクジェットヘッド対
向電極の平面図である。

【図３４】図３３の対向電極の充電割合（時定数）を示
した特性図である。

【符号の説明】

１インクジェットヘッド２シリコン基板３ノズルプレート４ガラス基板５インク室６共通インク室７インク供給路９凹部１０主電極１１インクノズル１２インク供給ロ２１電圧印加手段２２共通電極端子５１振動板（インク室の底壁／共通電極）１０１第１の補助電極１０２第２の補助電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松野靖史長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内Ｆターム(参考） 2C057 AF28 AF39 AG54 AG93 AG99 AL25 AM15 AM21 BA03 BA15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インクを吐出する複数のインクノズル
と、このインクノズルの各々に連通している複数のイン
ク室と、この各インク室にインクを供給するインク供給
路と、前記インク室を形成している周壁に形成され、弾
性変位可能な振動板と、前記振動板に対して隙間を設け
て配置された対向電極とを備え、前記振動板を共通電極
として構成し、前記対向電極と前記振動板との間で充放
電を行うことにより、前記インクノズルからインク滴を
吐出させるインクジェットヘッドにおいて、前記対向電極は、印字パターンに応じて選択的に充放電
される主電極と、他の前記振動板に対向して形成されて
いる電極と電気的に接続している補助電極とから構成さ
れ、そして、前記各電極と前記共通電極とで構成される
各回路の時定数は、インク流路の固有振動周期に対して
十分小さいことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】前記各電極と前記共通電極とで構成され
る各回路の時定数は、インク流路の固有振動周期に対し
て１／２５以下であることを特徴とするインクジェット
ヘッド。
【請求項３】前記各電極と前記共通電極とで構成され
る各回路の時定数の差は、インク流路の固有振動周期に
対して十分小さいことを特徴とする請求項１又は２記載
のインクジェットヘッド。
【請求項４】前記各電極と前記共通電極とで構成され
る回路の各時定数の差は、インク流路の固有振動周期の
１／７５以下であることを特徴とする請求項１〜３の何
れかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】インクを吐出する複数のインクノズル
と、このインクノズルの各々に連通している複数のイン
ク室と、この各インク室にインクを供給するインク供給
路と、前記インク室を形成している周壁に形成され、弾
性変位可能な振動板と、前記振動板に対して隙間を設け
て配置された対向電極とを備え、前記振動板を共通電極
として構成し、前記対向電極と前記振動板との間で充放
電を行うことにより、前記インクノズルからインク滴を
吐出させるインクジェットヘッドにおいて、前記対向電極は、印字パターンに応じて選択的に充放電
される主電極と、他の前記振動板に対向して形成されて
いる電極と電気的に接続している補助電極とから構成さ
れ、そして、前記各電極と前記共通電極とで構成される
各回路の時定数は、最適駆動パルス幅に対して１／１０
以下であることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項６】前記各電極と前記共通電極とで構成され
る各回路の時定数の差は、最適駆動パルス幅に対して１
／３０以下であることを特徴とする請求項５記載のイン
クジェットヘッド。インク。
【請求項７】前記各電極と前記共通電極とで構成され
る各回路の時定数の差は、０．４μｓｅｃ以下であるこ
とを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のインクジ
ェットヘッド。
【請求項８】前記主電極は振動板に対応してそれぞれ
設けられ、前記補助電極は前記インクノズル側に所定数
の振動板に共通して対向するように設けられ、所定数の
主電極と前記補助電極とをユニットとし、該ユニットを
並列配置したことを特徴とする請求項１〜７の何れかに
記載のインクジェットヘッド。
【請求項９】前記主電極は振動板に対応してそれぞれ
設けられ、前記補助電極は、インクノズル側に前記振動
板に共通して対向するように設けられた第１の補助電極
と、前記主電極と前記第１の補助電極との間に前記振動
板に共通して設けられた１又は複数の第２の補助電極と
を備えたことを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載
のインクジェットヘッド。
【請求項１０】前記主電極は振動板に対応してそれぞ
れ設けられ、前記補助電極は、インクノズル側に所定数
の振動板に共通して対向するように設けられた第１の補
助電極と、前記主電極と前記第１の補助電極との間に所
定数の前記振動板に共通して設けられた１又は複数の第
２の補助電極とを備え、前記主電極及び前記補助電極を
ユニットとし、該ユニットを並列配置したことを特徴と
する請求項１〜７の何れかに記載のインクジェットヘッ
ド。
【請求項１１】前記ユニットは、隣接する２組のユニ
ットがその境界線を基準として対称となるように配置さ
れることを特徴とする請求項８又は９記載のインクジェ
ットヘッド。
【請求項１２】少なくとも前記補助電極のリード部は
金属から構成されることを特徴とする請求項１〜１１記
載のインクジェットヘッド。
【請求項１３】前記主電極及び前記補助電極のリード
部は金属から構成されることを特徴とする請求項１〜１
１記載のインクジェットヘッド。
【請求項１４】前記金属は、クロム又はチタンの上に
形成された金から構成されることを特徴とする請求項１
１又は１２記載のインクジェットヘッド。
【請求項１５】前記金属は、アルミニウムであること
を特徴とする請求項１２又は１３記載のインクジェット
ヘッド。
【請求項１６】前記主電極及び前記補助電極におい
て、前記振動板と対向する部分がＩＴＯから構成される
ことを特徴とする請求項１２〜１５の何れかに記載のイ
ンクジェットヘッド。