JP2002046262A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、振動板に対向する個別電極部分に溝
を形成し、振動板を低電圧で適切に変形させて小型でイ
ンク吐出性能の良好なインクジェット記録ヘッドを提供
する。 【解決手段】インクジェット記録ヘッド１は、共通イン
ク流路１０から液体抵抗９を通してインクの供給される
各液室８の一部に設けられた振動板６及び各振動板６に
所定のギャップをおいて対向して配設された個別電極４
を有し封止されているアクチュエータ部１３の個別電極
４部分に、振動板６と個別電極４との間に電圧が印加さ
れたときに、当該個別電極４側に変形する振動板６が接
触しない形状の電極溝３を形成している。したがって、
振動板６が個別電極４側に変形する際にアクチュエータ
部１３内部に生じる圧力上昇を抑制して、低電力で安定
して振動板６を変形させ、安定したインク滴吐出性能を
実現して、高速記録を行うことができるとともに、記録
画像の画像品質を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット記
録ヘッドに関し、詳細には、記録を必要とするときのみ
静電引力を利用して振動板を変位させて、当該振動板上
の液室を圧縮してインク滴を吐出するインク・オン・デ
マンド型のインクジェット記録ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録装置は、現像・定着
等のプロセスを必要とせず、非接触で記録を行うことが
できるために、記録時の騒音が極めて小さいこと、高速
印字が可能であること、インクの自由度が高く、安価な
普通紙を使用できることなど多くの利点を有している。
インクジェット記録装置の中でも、記録を必要とすると
きにのみインク液滴を吐出する、いわゆるインク・オン
・デマンド方式のインクジェット記録装置が、記録に不
要なインク液滴の回収を必要せず、メインテナンスが容
易で、インクジェット記録装置が小型で、安価であるこ
とから、現在注目されている。

【０００３】このようなインク・オン・デマンド方式の
インクジェット記録ヘッドとしては、例えば、特公平２
−５１７３４号公報に記載されているように、駆動手段
として、圧電素子を用いたもの、特公昭６１−５９９１
１号公報に記載されているように、インクを加熱して気
泡を発生させることによる圧力でインクを吐出させるも
の及び特願平３−２３４５３７号公報に記載されている
ように、駆動手段として、静電気力を利用して振動板を
振動させインクの吐出を行うものがある。

【０００４】この静電気力を用いた方式のインクジェッ
ト記録ヘッドは、小型高密度・高印字品質及び長寿命で
あるという利点を有している。

【０００５】この静電気力を用いたインクジェット記録
ヘッドは、例えば、特開平５−５０６０１号公報に記載
されているように、シリコンからなる中基板に、ノズ
ル、吐出室、記録体キャビティー及び振動板をエッチン
グにより形成し、記録体供給口を有する上基板と振動板
に対向して電極を設けた下基板とを一体化した構成とし
ている。このインクジェット記録ヘッドでは、振動板と
電極に電界を引加して、振動板を振動させて、記録体キ
ャビティー内のインクを加圧して、インクの吐出を行
う。

【０００６】このような静電気力を用いたインクジェッ
ト記録ヘッドでは、静電気力が、印加電圧の２乗に比例
し、振動板と電極との距離あるいは振動板と絶縁膜との
距離の２乗に反比例するため、低電圧で駆動する場合、
振動板と絶縁体（電極）との距離を短くする必要があ
る。

【０００７】ところが、アクチュエータ部が密封されて
いる場合、距離を短くすればするほど、振動板の変位に
よるアクチュエータ部内部圧力の上昇の影響が大きくな
るという問題があった。

【０００８】そこで、従来、ノズルと、該ノズルに連通
するインク流路と、該流路の一部に形成された振動板
と、該振動板に対向して形成された電極とを有し、前記
振動板と前記電極との間に電気パルスを印加し、前記振
動板を静電気力により変形させ、前記ノズルからインク
液滴を吐出するインクジェットヘッドを有するインクジ
ェット記録装置において、前記振動板と前記電極とによ
って形成される振動室を少なくとも含むアクチュエータ
を気密に構成し、かつ、前記アクチュエータの容積Ｖ
と、駆動時に前記振動板によって排除される容積ΔＶと
の比が、２≦Ｖ／ΔＶ≦８の範囲に入るように、前記ア
クチュエータの容積Ｖを設定したことを特徴とするイン
クジェット記録装置が提案されている（特開平７−２９
９９０８号公報参照）。そして、このインクジェット記
録装置では、前記アクチュエータ容積Ｖには、前記電極
につながる配線部が形成された溝の容積が含まれている
ものも提案されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平７−２９９９０８号公報記載のインクジェット記録
装置にあっては、アクチュエータの容積Ｖと、駆動時に
前記振動板によって排除される容積ΔＶとの比が、２≦
Ｖ／ΔＶ≦８の範囲に入るように、前記アクチュエータ
の容積Ｖを設定し、また、アクチュエータ容積Ｖに、電
極につながる配線部が形成された溝の容積が含まれてい
るようにして、配線部が形成されている溝の容積を使っ
てアクチュエータの容積を増加させている。

【００１０】ところが、配線部が形成されている溝の容
積を使ってアクチュエータの容積を増加させようとする
と、逆に、不必要な配線であっても、配線部の溝でアク
チュエータの容積Ｖを２≦Ｖ／ΔＶ≦８の範囲に入る容
量に確保するために、当該不必要な配線部分を作成する
必要があるという問題があった。

【００１１】そこで、請求項１記載の発明は、共通液室
からインク流路を通してインクの供給される各液室の一
部に設けられた振動板及び各振動板に所定のギャップを
おいて対向して配設された個別電極を有し封止されてい
るアクチュエータ部の個別電極部分に、振動板と個別電
極との間に電圧が印加されたときに、当該個別電極側に
変形する振動板が接触しない形状の溝を形成することに
より、振動板が個別電極側に変形する際にアクチュエー
タ部内部に生じる圧力上昇を抑制して、低電力で安定し
て振動板を変形させ、高周波駆動を可能とするととも
に、安定したインク滴吐出性能（インク滴噴出特性）を
実現して、高速記録が可能で、記録画像の画像品質を向
上させることのできるインクジェット記録ヘッドを提供
することを目的としている。

【００１２】請求項２記載の発明は、溝を、個別電極の
中央部分から外れた位置に形成することにより、溝が形
成されることによる静電気力の低下を抑制して、より一
層低電力で安定して振動板を変形させ、安定したインク
滴吐出性能を実現して、高速記録が可能で、記録画像の
画像品質をより一層向上させることのできるインクジェ
ット記録ヘッドを提供することを目的としている。

【００１３】請求項３記載の発明は、個別電極の振動板
側の面に、電極保護膜を形成し、当該電極保護膜の厚さ
を変化させることで溝を形成することにより、溝が形成
されることによる静電気力の低下をより一層抑制して、
より一層低電力で安定して振動板を変形させ、安定した
インク滴吐出性能を実現して、高速記録が可能で、記録
画像の画像品質をより一層向上させることのできるイン
クジェット記録ヘッドを提供することを目的としてい
る。

【００１４】請求項４記載の発明は、溝に連通しアクチ
ュエータ部内の体積を調整する空気室を形成することに
より、振動板が個別電極側に変形する際にアクチュエー
タ部内部に生じる圧力上昇をより一層抑制して、より一
層低電力で安定して振動板を変形させ、高周波駆動を可
能として、より一層安定したインク滴吐出性能を実現し
て、高速記録が可能で、記録画像の画像品質をより一層
向上させることのできるインクジェット記録ヘッドを提
供することを目的としている。

【００１５】請求項５記載の発明は、アクチュエータ部
の内部に空気よりも圧力伝搬速度の速いガスを封入する
ことにより、振動板の変形によるアクチュエータ部内部
に生じる圧力変化の伝搬を良好なものとし、高周波駆動
した場合にもより一層安定したインク滴吐出性能を実現
して、より一層高速記録が可能で、記録画像の画像品質
をより一層向上させることのできるインクジェット記録
ヘッドを提供することを目的としている。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明のイ
ンクジェット記録ヘッドは、液室柱で区切られインクの
充填されている複数の液室と、前記液室内の前記インク
を吐出するノズルと、前記液室にインク流路で連通され
前記液室に前記インクを供給する共通液室と、前記各液
室の一部に設けられた振動板及び前記各振動板に所定の
ギャップをおいて対向して配設された個別電極を有し封
止されているアクチュエータ部と、を備え、前記振動板
と前記個別電極との間に印加される電圧で生じる静電気
力で前記振動板を変形させて前記液室に圧力を発生さ
せ、当該液室内の前記インクを前記ノズルから吐出させ
るインクジェット記録ヘッドにおいて、前記個別電極部
分に、前記電圧印加時に当該個別電極側に変形する前記
振動板が接触しない形状の溝が形成されていることによ
り、上記目的を達成している。

【００１７】上記構成によれば、共通液室からインク流
路を通してインクの供給される各液室の一部に設けられ
た振動板及び各振動板に所定のギャップをおいて対向し
て配設された個別電極を有し封止されているアクチュエ
ータ部の個別電極部分に、振動板と個別電極との間に電
圧が印加されたときに、当該個別電極側に変形する振動
板が接触しない形状の溝を形成しているので、振動板が
個別電極側に変形する際にアクチュエータ部内部に生じ
る圧力上昇を抑制して、低電力で安定して振動板を変形
させることができ、高周波駆動を可能とするとともに、
安定したインク滴吐出性能（インク滴噴出特性）を実現
して、高速記録を行うことができるとともに、記録画像
の画像品質を向上させることができる。

【００１８】この場合、例えば、請求項２に記載するよ
うに、前記溝は、前記個別電極の中央部分から外れた位
置に形成されていてもよい。

【００１９】上記構成によれば、溝を、個別電極の中央
部分から外れた位置に形成しているので、溝が形成され
ることによる静電気力の低下を抑制して、より一層低電
力で安定して振動板を変形させることができ、安定した
インク滴吐出性能を実現して、高速記録を行うことがで
きるとともに、記録画像の画像品質をより一層向上させ
ることができる。

【００２０】また、例えば、請求項３に記載するよう
に、前記個別電極は、前記振動板側の面に電極保護膜が
形成されており、前記溝は、当該電極保護膜の厚さを変
化させることで形成されていてもよい。

【００２１】上記構成によれば、個別電極の振動板側の
面に、電極保護膜を形成し、当該電極保護膜の厚さを変
化させることで溝を形成しているので、溝が形成される
ことによる静電気力の低下をより一層抑制して、より一
層低電力で安定して振動板を変形させることができ、安
定したインク滴吐出性能を実現して、高速記録を行うこ
とができるとともに、記録画像の画像品質をより一層向
上させることができる。

【００２２】さらに、例えば、請求項４に記載するよう
に、前記インクジェット記録ヘッドは、前記溝に連通し
前記アクチュエータ部内の体積を調整する空気室が形成
されていてもよい。

【００２３】上記構成によれば、溝に連通しアクチュエ
ータ部内の体積を調整する空気室を形成しているので、
振動板が個別電極側に変形する際にアクチュエータ部内
部に生じる圧力上昇をより一層抑制して、より一層低電
力で安定して振動板を変形させることができ、高周波駆
動を可能として、より一層安定したインク滴吐出性能を
実現して、高速記録を行うことができるとともに、記録
画像の画像品質をより一層向上させることができる。

【００２４】また、例えば、請求項５に記載するよう
に、前記アクチュエータ部は、その内部に空気よりも圧
力伝搬速度の速いガスが封入されていてもよい。

【００２５】上記構成によれば、アクチュエータ部の内
部に空気よりも圧力伝搬速度の速いガスを封入している
ので、振動板の変形によるアクチュエータ部内部に生じ
る圧力変化の伝搬を良好なものとすることができ、高周
波駆動した場合にもより一層安定したインク滴吐出性能
を実現して、より一層高速記録を行うことができるとと
もに、記録画像の画像品質をより一層向上させることが
できる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述
べる実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であるか
ら、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本
発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定す
る旨の記載がない限り、これらの態様に限られるもので
はない。

【００２７】図１〜図３は、本発明のインクジェット記
録ヘッドの第１の実施の形態を示す図であり、図１は、
本発明のインクジェット記録ヘッドの第１の実施の形態
を適用したインクジェット記録ヘッド１の長辺方向断面
図である。

【００２８】図１において、インクジェット記録ヘッド
１は、電極基板２の上面側に電極溝（溝）３（図２及び
図３参照）が形成されており、当該電極溝３内に個別電
極４（図２及び図３参照）が形成されている。

【００２９】個別電極４の形成された電極基板２上に、
図３に示すように、保護膜（電極保護膜）５が形成され
ており、保護膜５上に、所定間隔開けて、振動板６が形
成されている。

【００３０】振動板６上に液室部材７が積層されて、液
室８、液体抵抗（インク流路）９及び共通インク流路
（共通液室）１０が形成され、液室部材７上にノズル１
１の形成された蓋部材１２が接合されている。共通イン
ク流路１０は、図外のインクタンクに接続され、共通イ
ンク流路１０内のインクが液体抵抗９を通して液室８に
供給される。この液室８に連通する状態でノズル１１が
形成されており、液室８内のインクは、後述するよう
に、振動板６が振動することで生じる液室８内の圧力上
昇で、ノズル１１から吐出される。

【００３１】上記電極基板２は、単結晶シリコン、ガラ
ス、あるいは、セラミックス等の材料で形成され、電極
溝３は、単結晶シリコン等の電極基板２の上面を個別電
極４のパターニングされた異方性エッチングを行うこと
で形成されている。

【００３２】個別電極４は、電極溝３の形成された電極
基板２に高融点のＡｌ、Ｃｒ、Ｎｉ等の金属材料、不純
物をドープした半導体材料、あるいは、窒化チタン等の
導電性セラミック材料を用いて形成されており、電極基
板２の材料としてシリコンを用いる場合には、個別電極
４と電極基板２との間に、ＳｉＯ₂ 等の絶縁膜を形成す
る。

【００３３】電極溝３は、図２及び図３に示すように、
底部の中心部を挟んで両側に最深部が形成され、その他
の部分が平坦な形状に形成されており、この底部の中央
部を挟んだ両側の最深部に個別電極４が形成されてい
る。

【００３４】振動板６は、シリコン等を用いることがで
き、シリコンで振動板６を形成する場合、予め不純物を
拡散して電気化学的に所望の厚さでエッチングを停止さ
せる方法、あるいは、ＳＯＩ（silicon-on-insulator）
を用いる方法等の方法で形成されている。振動板６は、
厚さが、１〜２０μｍの範囲で形成されており、位置精
度の高い固相接合等の方法で電極基板２と接合されてい
る。なお、振動板６は、電極基板２としてホウケイ酸ガ
ラスを用いる場合には、３００℃の温度下で、数百ボル
トの電界をかけて陽極接合で電極基板２と接合させるこ
とができ、また、電極基板２としてシリコンを用いる場
合には、直接接合で電極基板２と接合させることができ
る。

【００３５】蓋部材１２は、液室部材７上に接合され、
液室８、液体抵抗９及び共通インク流路１０を液室部材
７との間に画成する。なお、液室部材７及び蓋部材１２
は、複数の基板を積層した積層構造としてもよい。

【００３６】インクジェット記録ヘッド１は、上記組立
形成された後、個別電極４がＦＰＣ基板２０に接続さ
れ、このとき振動板６と個別電極４への汚染を防止する
ために、開口部を封止して、電極基板２から振動板６に
至るアクチュエータ部１３を封止する。

【００３７】そして、上記電極溝３は、後述するよう
に、電極溝３の形成されていない場合のアクチュエータ
部１３の体積が、電極溝３が形成されることにより２０
％以上増加する大きさに形成されているとともに、振動
板６が印加電圧で変形変位しても接触しない形状に形成
されている。

【００３８】電極基板２に電極溝３を形成すると、電極
溝３内に形成されている個別電極４と振動板６との距離
が増加し、静電気力が低下して、振動板６をインクの吐
出に必要な量だけ変形させるのに必要な静電気力が大き
くなるおそれがある。

【００３９】振動板６を変形させるのに同一の静電気力
で吸引する場合、振動板６の中心部が最大変位となるよ
うに変形させると最も体積が増加する。

【００４０】したがって、低電圧で振動板６を必要量だ
け変位させるためには、振動板６の中心部に静電気力が
生じる構成とすることが必要である。すなわち、個別電
極４の中心部に電極溝３を形成しない構成、逆に、電極
溝３の最深部に個別電極４を形成しない構成とすること
で、静電気力の低下を抑制することができる。

【００４１】また、振動板６と個別電極４との間の距離
の最も短い箇所に最大の静電気力が作用するため、振動
板６と個別電極４との間の距離を短くすることが可能な
箇所、すなわち、振動板６の端に電極溝３を形成しない
ことが重要である。

【００４２】そこで、本実施の形態のインクジェット記
録ヘッド１は、図２及び図３に示すように、個別電極４
は、電極溝３の最深部を外して、傾斜面に１対形成され
ている。

【００４３】次に、本実施の形態の作用を説明する。本
実施の形態のインクジェット記録ヘッド１は、アクチュ
エータ部１３を封止しても、個別電極４を電極基板２に
形成した電極溝３内に形成することで、大きな電力を用
いることなく、振動板６を適切に振動させて、小型化す
るとともにインク吐出性能を向上させたところにその特
徴がある。

【００４４】すなわち、インクジェット記録ヘッド１
は、個別電極４と共通電極として機能する振動板６との
間に電圧Ｖが印加されると、次式（１）で示す静電引力
Ｐが発生する。なお、式（１）において、Ｐは、圧力
［Ｐａ＝Ｎ／ｍ² ］、Ｖは、電個別電極４と振動板６間
の電位［Ｖ］、ｔは、電個別電極４と振動板６間の距離
［ｍ］、εは、誘電率［Ｆ／ｍ］である。

【００４５】

【数１】 そして、振動板６は、上記静電引力Ｐが作用すると、そ
の復元力に抗して次式（２）で示す変位δまで変形変位
する。なお、式（２）において、ａは、振動板６の短辺
方向の幅（短辺幅）［ｍ］、ｋは、定数、Ｅは、ヤング
率［Ｐａ］、ｈは、振動板６の厚さ（振動板厚）
［ｍ］、νは、ポアソン比である。

【００４６】

【数２】 振動板６が、上記式（２）で示す変位δだけ変形変位す
ることによるアクチュエータ部１３内の排除体積ΔＶ
は、次式（３）で与えられる。なお、式（３）におい
て、ａは、振動板６の短辺方向の幅（短辺幅）［ｍ］、
ｂは、振動板６の長辺方向の幅（長辺幅）［ｍ］であ
る。

【００４７】

【数３】 そして、上述のように、アクチュエータ部１３が封止さ
れていると、振動板６が、上記式（２）で与えられる変
位δだけ変位して、アクチュエータ部１３内の体積が、
上記式（３）で与えられる排除体積ΔＶだけ排除される
と、次式（４）で示す内部圧力Ｐｉの上昇が生じる。な
お、式（４）において、Ｐｏは、大気圧［Ｐａ］、Ｖ
は、アクチュエータ部１３の容積［ｍ³ ］、ΔＶは、上
記式３で与えられる排除体積［ｍ³ ］である。

【００４８】

【数４】 振動板６は、アクチュエータ部１３が封止されている
と、静電引力Ｐにより変位することで、上記式（４）で
示す内部圧力Ｐｉをうけるため、上記静電引力Ｐ及び上
記内部圧力Ｐｉと振動板６の復元力との和が釣り合う位
置まで、変位が戻されることになる。

【００４９】そして、アクチュエータ部１３が封止され
ていると、インクの吐出に必要な振動板６の変位δを得
るためには、本実施の形態のように電極溝３が形成され
ていない場合、式（１）−式（２）で得られるアクチュ
エータ部１３が封止されていないとき、すなわち、開放
状態での電圧値に加えて、アクチュエータ部１３の内部
圧力上昇分と釣り合うだけの電圧を余分に印加する必要
がある。

【００５０】ところが、本実施の形態のインクジェット
記録ヘッド１は、電極基板２の振動板６側の面に電極溝
３が形成されているとともに当該電極溝３内に個別電極
４を形成しているため、電極溝３の分だけアクチュエー
タ部１３内部の容積を増加させることができるととも
に、振動板６が変位することにより、個別電極４と振動
板６との距離ｔが接近して、電極溝３内に形成されてい
る個別電極４と振動板６との静電気力を増加させること
ができる。

【００５１】したがって、電圧の上昇分を抑制しつつ、
振動板６をインク吐出に必要な量だけ変位させることが
でき、インクジェット記録ヘッド１を小型で、インク吐
出性能の良好なものとすることができる。

【００５２】例えば、上述のように、電極溝３をアクチ
ュエータ部１３の体積を、電極溝３が形成されていない
ときのアクチュエータ部１３の体積の２０％以上である
３０％の体積に形成すると、振動板６をインク吐出に必
要な変位δだけ変位させた場合のアクチュエータ部１３
の内部圧力の増加は、振動板６が電極溝３の形状に沿っ
て変形したとして、上記式（４）から大気圧Ｐｏの２倍
程度となる。

【００５３】ところが、電極溝３を形成しない場合に
は、振動板６の最大変位を電極溝３が形成されている本
実施の形態のインクジェット記録ヘッド１の場合の９０
％としても、アクチュエータ部１３の内部圧力の増加
は、大気圧Ｐｏの９倍となる。

【００５４】したがって、電極溝３を形成することによ
り、振動板６の変位に伴うアクチュエータ部１３の内部
圧力の増加を大幅に抑制することができ、電圧の上昇分
を抑制しつつ、振動板６をインク吐出に必要な量だけ変
位させて、インクジェット記録ヘッド１を小型で、イン
ク吐出性能の良好なものとすることができる。

【００５５】このように、本実施の形態のインクジェッ
ト記録ヘッド１は、共通インク流路１０から液体抵抗９
を通してインクの供給される各液室８の一部に設けられ
た振動板６及び各振動板６に所定のギャップをおいて対
向して配設された個別電極４を有し封止されているアク
チュエータ部１３の個別電極４部分に、振動板６と個別
電極４との間に電圧が印加されたときに、当該個別電極
４側に変形する振動板６が接触しない形状の電極溝３を
形成している。

【００５６】したがって、振動板６が個別電極４側に変
形変位する際にアクチュエータ部１３内部に生じる圧力
上昇を抑制して、低電力で安定して振動板６を変形させ
ることができ、高周波駆動を可能とするとともに、安定
したインク滴吐出性能を実現して、高速記録を行うこと
ができるとともに、記録画像の画像品質を向上させるこ
とができる。

【００５７】また、本実施の形態のインクジェット記録
ヘッド１は、電極溝３を、個別電極４の中央部分から外
れた位置に形成している。

【００５８】したがって、電極溝３が形成されることに
よる静電気力の低下を抑制して、より一層低電力で安定
して振動板６を変形させることができ、安定したインク
滴吐出性能を実現して、高速記録を行うことができると
ともに、記録画像の画像品質をより一層向上させること
ができる。

【００５９】なお、アクチュエータ部１３の体積を増加
させても静電気力を低下させない他の方法としては、例
えば、保護膜５の厚さを変えて保護膜５上に電極溝３に
代わる溝を形成してもよい。

【００６０】このようにすると、個別電極４と振動板６
との距離は変化しないため、静電気力の低下を抑制し
て、より一層低電力で安定して振動板６を変形させるこ
とができ、安定したインク滴吐出性能を実現して、高速
記録を行うことができるとともに、記録画像の画像品質
をより一層向上させることができる。

【００６１】図４及び図５は、本発明のインクジェット
記録ヘッドの第２の実施の形態を示す図であり、図４
は、本発明のインクジェット記録ヘッドの第２の実施の
形態を適用したインクジェット記録ヘッド３０の長辺方
向断面図である。

【００６２】図４において、インクジェット記録ヘッド
３０は、電極基板３１の上面側に電極溝（溝）３２（図
５参照）が形成されており、当該電極溝３２内に個別電
極３３（図５参照）が形成されている。

【００６３】電極基板３１には、電極溝３２に隣接して
空気室３４が形成されており、空気室３４は、連通孔３
５により電極溝３２に連通している。

【００６４】個別電極３３の形成された電極基板３１上
に、保護膜（電極保護膜）３６が形成されており、保護
膜３６上に、所定間隔開けて、振動板３７が形成されて
いる。

【００６５】振動板３７上に液室部材３８が積層され
て、液室３９、液体抵抗（インク流路）４０及び共通イ
ンク流路（共通液室）４１が形成され、液室部材３８上
にノズル４２の形成された蓋部材４３が接合されてい
る。共通インク流路４１は、図外のインクタンクに接続
され、共通インク流路４１内のインクが液体抵抗４０を
通して液室３９に供給される。この液室３９に連通する
状態でノズル４２が形成されており、液室３９内のイン
クは、振動板３７が振動することで生じる液室３９内の
圧力上昇で、ノズル４２から吐出される。

【００６６】上記電極基板３１は、上記第１の実施の形
態と同様に、単結晶シリコン、ガラス、あるいは、セラ
ミックス等の材料で形成され、電極溝３２は、単結晶シ
リコン等の電極基板３１の上面を個別電極３３のパター
ニングされた異方性エッチングを行うことで形成されて
いる。空気室３４及び連通孔３５は、電極基板３１をエ
ッチングすることで形成されている。

【００６７】個別電極３３は、第１の実施の形態と同様
に、電極溝３２の形成された電極基板３１に高融点のＡ
ｌ、Ｃｒ、Ｎｉ等の金属材料、不純物をドープした半導
体材料、あるいは、窒化チタン等の導電性セラミック材
料を用いて形成されており、電極基板３１の材料として
シリコンを用いる場合には、個別電極３３と電極基板３
１との間に、ＳｉＯ₂ 等の絶縁膜を形成する。

【００６８】振動板３７は、シリコン等を用いることが
でき、第１の実施の形態と同様の方法で、厚さ、１〜２
０μｍの範囲で形成されて、位置精度の高い固相接合等
で電極基板３１と接合されている。

【００６９】蓋部材４３は、液室部材３８上に接合さ
れ、液室３９、液体抵抗４０及び共通インク流路４１を
液室部材３８との間に画成する。なお、液室部材３８及
び蓋部材４３は、複数の基板を積層した積層構造として
もよい。

【００７０】インクジェット記録ヘッド３０は、上記組
立形成された後、個別電極３３が図示しないＦＰＣ基板
に接続され、このとき振動板３７と個別電極３３への汚
染を防止するために、開口部を封止して、電極基板３１
から振動板３７に至るアクチュエータ部４４を封止す
る。

【００７１】そして、上記電極溝３２は、第１の実施の
形態と同様に、電極溝３２の形成されていない場合のア
クチュエータ部４４の体積が、電極溝３２が形成される
ことにより２０％以上増加する大きさに形成されてい
る。

【００７２】さらに、アクチュエータ部４４内部と空気
室３４内には、圧力伝搬速度が空気よりも速いガス、例
えば、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスが封入
されており、振動板３７が高周波数で駆動された場合に
も短時間でアクチュエータ部４４内部と空気室３４との
圧力伝搬を行って、振動板３７の変位の乱れを防止して
いる。

【００７３】次に、本実施の形態の作用を説明する。本
実施の形態のインクジェット記録ヘッド３０は、アクチ
ュエータ部４４を封止しても、個別電極３３を電極基板
３１に形成した電極溝３２内に形成するとともに、電極
溝３２に連通する空気室３４を形成することで、大きな
電力を用いることなく、振動板６をより一層適切に振動
させて、小型化するとともにインク吐出性能をより一層
向上させたところにその特徴がある。

【００７４】すなわち、本実施の形態のインクジェット
記録ヘッド３０は、電極基板３１の振動板３７側の面に
電極溝３２が形成されており、この電極溝３２に連通孔
３５で連通する空気室３４が電極基板３１に形成されて
いる。

【００７５】したがって、電極溝３２及び空気室３４の
分だけアクチュエータ部４４内部の容積を増加させるこ
とができるとともに、振動板３７が変位して個別電極３
３と振動板３７との距離が接近した場合のアクチュエー
タ部４４内部の圧力上昇をより一層低下させることがで
き、電圧の上昇分をより一層抑制しつつ、振動板３７を
インク吐出に必要な量だけ変位させることができる。そ
の結果、インクジェット記録ヘッド３０を小型で、イン
ク吐出性能のより一層良好なものとすることができる。

【００７６】さらに、振動板３７が個別電極３３側に変
位した場合に、振動板３７と電極基板３１の表面との距
離が狭くなることで、アクチュエータ部４４内の空気が
移動しにくくなって、局部的にアクチュエータ部４４内
部の圧力上昇が生じて振動板３７の変位が乱れ、インク
吐出性能に影響を与えるおそれがある。

【００７７】ところが、本実施の形態のインクジェット
記録ヘッド３０は、アクチュエータ部４４内部及び空気
室３４内に圧力伝搬速度が空気よりも速いガスが封入さ
れているため、振動板３７が個別電極３３側に変位した
際に、当該ガスによりアクチュエータ部４４内部の圧力
変化を速やかに空気室３４に伝搬することができ、振動
板３７の変位の乱れを防止して、インク吐出性能を向上
させることができる。

【００７８】また、本実施の形態のインクジェット記録
ヘッド３０は、アクチュエータ部４４内部及び空気室３
４内に封入する圧力伝搬速度が空気よりも速いガスとし
て、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスを用いて
いるので、スパークの発生を防止することができ、保護
膜３６の信頼性を向上させて、インクジェット記録ヘッ
ド３０の信頼性を向上させることができる。

【００７９】このように、本実施の形態のインクジェッ
ト記録ヘッド３０は、電極溝３２に連通しアクチュエー
タ部４４内の体積を調整する空気室３４を形成してい
る。

【００８０】したがって、振動板３７が個別電極３３側
に変形する際にアクチュエータ部４４内部に生じる圧力
上昇をより一層抑制して、より一層低電力で安定して振
動板３７を変形させることができ、高周波駆動を可能と
して、より一層安定したインク滴吐出性能を実現して、
高速記録を行うことができるとともに、記録画像の画像
品質をより一層向上させることができる。

【００８１】また、本実施の形態のインクジェット記録
ヘッド３０は、アクチュエータ部４４の内部に空気より
も圧力伝搬速度の速いガスを封入している。

【００８２】したがって、振動板３７の変形によるアク
チュエータ部４４内部に生じる圧力変化の伝搬を良好な
ものとすることができ、高周波駆動した場合にもより一
層安定したインク滴吐出性能を実現して、より一層高速
記録を行うことができるとともに、記録画像の画像品質
をより一層向上させることができる。

【００８３】

【実施例】〈実施例１〉上記第１の実施の形態のインク
ジェット記録ヘッド１と同様のインクジェット記録ヘッ
ドを次の条件で作成し、振動板６の変位を観察した。

【００８４】すなわち、本実施例では、上記第１の実施
の形態のインクジェット記録ヘッド１と同様の形状、す
なわち、図３に示したように、一対の個別電極４部分が
深く、その他の部分が平坦な形状の電極溝３を形成し、
その上に保護膜５を電極溝３と同形状に形成した。そし
て、振動板６の幅を、１３０μｍ、長さを、１０００μ
ｍ、厚さを、３μｍとし、振動板６と個別電極４との最
大距離を、０．２５μｍとした。このときのアクチュエ
ータ部の体積は、２０ｐｌであった。

【００８５】このようにして作成したインクジェット記
録ヘッドの振動板６と個別電極４との間に、電圧を印加
して、振動板６の変位を観察した。

【００８６】振動板６の変位は、２８Ｖの印加電圧を印
加したときに、最大変位が０．２５μｍであった。 〈実施例２〉上記第１の実施の形態のインクジェット記
録ヘッド１と同様のインクジェット記録ヘッドを次の条
件で作成し、振動板６の変位を観察した。

【００８７】すなわち、本実施例では、上記第１の実施
の形態のインクジェット記録ヘッド１の電極溝３部分
を、図６に示すように、なめらかなすり鉢形状の電極溝
５０に形成して、その傾斜面に個別電極４を形成し、そ
の上に保護膜５１を形成して、当該保護膜５１の個別電
極４と対応する部分に溝５１ａを形成して、保護膜５１
の膜厚を薄く形成した。なお、振動板６は、その幅、長
さ及び厚さが、実施例１と同様であり、振動板６と個別
電極４との最大距離も同様に、０．２５μｍとした。こ
のときのアクチュエータ部の体積は、実施例１と同様
に、２０ｐｌである。

【００８８】このようにして作成したインクジェット記
録ヘッドの振動板６と個別電極４との間に、電圧を印加
して、振動板６の変位を観察した。

【００８９】振動板６の変位は、２６Ｖの印加電圧を印
加したときに、最大変位が０．２５μｍであった。

【００９０】〈比較例１〉上記第１の実施の形態のイン
クジェット記録ヘッド１と同様のインクジェット記録ヘ
ッドを次の条件で作成し、振動板６の変位を観察した。

【００９１】すなわち、本実施例では、上記第１の実施
の形態のインクジェット記録ヘッド１の電極溝３部分
を、図７に示すように、なめらかなすり鉢形状の電極溝
６０に形成して、その傾斜面に個別電極４を形成し、そ
の上に保護膜６１を均等の厚さに形成した。なお、振動
板６は、その幅、長さ及び厚さは、実施例１と同様であ
り、振動板６と個別電極４との最大距離も同様に、０．
２５μｍとした。このときのアクチュエータ部の体積
は、１７ｐｌである。

【００９２】このようにして作成したインクジェット記
録ヘッドの振動板６と個別電極４との間に、電圧を印加
して、振動板６の変位を観察した。

【００９３】振動板６の変位は、２８Ｖの印加電圧を印
加したときに、最大変位が０．２０２μｍであった。

【００９４】〈比較例２〉上記第１の実施の形態のイン
クジェット記録ヘッド１と同様のインクジェット記録ヘ
ッドを次の条件で作成し、振動板６の変位を観察した。

【００９５】すなわち、本実施例では、上記第１の実施
の形態のインクジェット記録ヘッド１の電極溝３部分
を、図８に示すように、底面が平らな腕形状の電極溝７
０に形成して、その傾斜面に個別電極４を形成し、その
上に保護膜７１を均等の厚さに形成した。なお、振動板
６は、その幅、長さ及び厚さは、実施例１と同様であ
り、振動板６と個別電極４との最大距離も同様に、０．
２５μｍとした。このときのアクチュエータ部の体積
は、２０ｐｌである。

【００９６】このようにして作成したインクジェット記
録ヘッドの振動板６と個別電極４との間に、電圧を印加
して、振動板６の変位を観察した。

【００９７】振動板６の変位は、３１Ｖの印加電圧を印
加したときに、最大変位が０．２５μｍであった。

【００９８】〈実施例３〉上記第２の実施の形態のイン
クジェット記録ヘッド３０と同様のインクジェット記録
ヘッドを次の条件で作成し、振動板３７の変位を観察し
た。

【００９９】すなわち、本実施例では、上記第２の実施
の形態のインクジェット記録ヘッド３０と同様の形状、
すなわち、図３に示したように、電極基板３１の振動板
３７側の面に、個別電極３３部分が深く、その他の部分
が平坦な形状の電極溝３２を形成し、その上に保護膜３
６を電極溝３２と同形状に形成した。そして、振動板３
７の幅を、１３０μｍ、長さを、１０００μｍ、厚さ
を、３μｍとし、振動板３７と個別電極３３との最大距
離を、０．２５μｍとした。このときのアクチュエータ
部の体積は、２０ｐｌであった。さらに、この電極溝３
２に連通する空気室３４を形成し、空気室３４の体積を
８ｐｌとした。そして、アクチュエータ部及び空気室３
４の内部にアルゴンガスを封入した。

【０１００】このようにして作成したインクジェット記
録ヘッドの振動板３７と個別電極３３との間に、駆動周
波数が１Ｋｈｚの電圧を印加して、振動板３７の変位を
観察した。

【０１０１】振動板３７の変位は、２３Ｖの印加電圧を
印加したときに、最大変位が０．２５μｍであった。

【０１０２】〈比較例３〉上記第２の実施の形態のイン
クジェット記録ヘッド３０と同様のインクジェット記録
ヘッドを次の条件で作成し、振動板３７の変位を観察し
た。

【０１０３】すなわち、本実施例では、上記第２の実施
の形態のインクジェット記録ヘッド６９の電極溝３２部
分を、図７に示したような、なめらかなすり鉢形状の電
極溝３２に形成して、その傾斜面に個別電極３３を形成
し、その上に保護膜３６を均等の厚さに形成した。な
お、振動板３７は、その幅、長さ及び厚さは、実施例３
と同様であり、振動板３７と個別電極３３との最大距離
も同様に、０．２５μｍとした。このときのアクチュエ
ータ部の体積は、１７ｐｌである。

【０１０４】そして、この電極溝３２に連通させて空気
室３４を形成し、空気室３４の体積を８ｐｌとした。

【０１０５】このようにして作成したインクジェット記
録ヘッドの振動板３７と個別電極３３との間に、駆動周
波数が１Ｋｈｚの電圧を印加して、振動板３７の変位を
観察した。

【０１０６】振動板３７の変位は、２３Ｖの印加電圧を
印加したときに、最大変位が０．２５μｍであった。

【０１０７】また、駆動周波数が８Ｋｈｚの電圧を印加
すると、振動板３７の変位は、２３Ｖの印加電圧を印加
したときに、最大変位が０．２１μｍであった。

【０１０８】以上、本発明者によってなされた発明を好
適な実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は
上記のものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱
しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもな
い。

【０１０９】

【発明の効果】請求項１記載の発明のインクジェット記
録ヘッドによれば、共通液室からインク流路を通してイ
ンクの供給される各液室の一部に設けられた振動板及び
各振動板に所定のギャップをおいて対向して配設された
個別電極を有し封止されているアクチュエータ部の個別
電極部分に、振動板と個別電極との間に電圧が印加され
たときに、当該個別電極側に変形する振動板が接触しな
い形状の溝を形成しているので、振動板が個別電極側に
変形する際にアクチュエータ部内部に生じる圧力上昇を
抑制して、低電力で安定して振動板を変形させることが
でき、高周波駆動を可能とするとともに、安定したイン
ク滴吐出性能（インク滴噴出特性）を実現して、高速記
録を行うことができるとともに、記録画像の画像品質を
向上させることができる。

【０１１０】請求項２記載の発明のインクジェット記録
ヘッドによれば、溝を、個別電極の中央部分から外れた
位置に形成しているので、溝が形成されることによる静
電気力の低下を抑制して、より一層低電力で安定して振
動板を変形させることができ、安定したインク滴吐出性
能を実現して、高速記録を行うことができるとともに、
記録画像の画像品質をより一層向上させることができ
る。

【０１１１】請求項３記載の発明のインクジェット記録
ヘッドによれば、個別電極の振動板側の面に、電極保護
膜を形成し、当該電極保護膜の厚さを変化させることで
溝を形成しているので、溝が形成されることによる静電
気力の低下をより一層抑制して、より一層低電力で安定
して振動板を変形させることができ、安定したインク滴
吐出性能を実現して、高速記録を行うことができるとと
もに、記録画像の画像品質をより一層向上させることが
できる。

【０１１２】請求項４記載の発明のインクジェット記録
ヘッドによれば、溝に連通しアクチュエータ部内の体積
を調整する空気室を形成しているので、振動板が個別電
極側に変形する際にアクチュエータ部内部に生じる圧力
上昇をより一層抑制して、より一層低電力で安定して振
動板を変形させることができ、高周波駆動を可能とし
て、より一層安定したインク滴吐出性能を実現して、高
速記録を行うことができるとともに、記録画像の画像品
質をより一層向上させることができる。

【０１１３】請求項５記載の発明のインクジェット記録
ヘッドによれば、アクチュエータ部の内部に空気よりも
圧力伝搬速度の速いガスを封入しているので、振動板の
変形によるアクチュエータ部内部に生じる圧力変化の伝
搬を良好なものとすることができ、高周波駆動した場合
にもより一層安定したインク滴吐出性能を実現して、よ
り一層高速記録を行うことができるとともに、記録画像
の画像品質をより一層向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェット記録ヘッドの第１の実
施の形態を適用したインクジェット記録ヘッドの長辺方
向断面図。

【図２】図１のインクジェット記録ヘッドの電極基板部
分の短辺方向斜視図。

【図３】図２のＡ−Ａ矢視断面図。

【図４】本発明のインクジェット記録ヘッドの第２の実
施の形態を適用したインクジェット記録ヘッドの長辺方
向断面図。

【図５】図４のインクジェット記録ヘッドの電極基板部
分の短辺方向斜視図。

【図６】実施例２で形成した電極基板の短辺方向断面
図。

【図７】比較例１で形成した電極基板の短辺方向断面
図。

【図８】比較例２で形成した電極基板の短辺方向断面
図。

【符号の説明】

１ インクジェット記録ヘッド ２ 電極基板 ３ 電極溝 ４ 個別電極 ５ 保護膜 ６ 振動板 ７ 液室部材 ８ 液室 ９ 液体抵抗 １０ 共通インク流路 １１ ノズル １２ 蓋部材 ２０ ＦＰＣ基板 ３０ インクジェット記録ヘッド ３１ 電極基板 ３２ 電極溝 ３３ 個別電極 ３４ 空気室 ３５ 連通孔 ３６ 保護膜 ３７ 振動板 ３８ 液室部材 ３９ 液室 ４０ 液体抵抗 ４１ 共通インク流路 ４２ ノズル ４３ 蓋部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤沢 悦子 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 Ｆターム(参考） 2C057 AF34 AF54 AF55 AG37 AG42 AG54 AG60

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液室柱で区切られインクの充填されている
   複数の液室と、前記液室内の前記インクを吐出するノズ
   ルと、前記液室にインク流路で連通され前記液室に前記
   インクを供給する共通液室と、前記各液室の一部に設け
   られた振動板及び前記各振動板に所定のギャップをおい
   て対向して配設された個別電極を有し封止されているア
   クチュエータ部と、を備え、前記振動板と前記個別電極
   との間に印加される電圧で生じる静電気力で前記振動板
   を変形させて前記液室に圧力を発生させ、当該液室内の
   前記インクを前記ノズルから吐出させるインクジェット
   記録ヘッドにおいて、前記個別電極部分に、前記電圧印
   加時に当該個別電極側に変形する前記振動板が接触しな
   い形状の溝が形成されていることを特徴とするインクジ
   ェット記録ヘッド。
2. 【請求項２】前記溝は、前記個別電極の中央部分から外
   れた位置に形成されていることを特徴とする請求項１記
   載のインクジェット記録ヘッド。
3. 【請求項３】前記個別電極は、前記振動板側の面に電極
   保護膜が形成されており、前記溝は、当該電極保護膜の
   厚さを変化させることで形成されていることを特徴とす
   る請求項１または請求項２記載のインクジェット記録ヘ
   ッド。
4. 【請求項４】前記インクジェット記録ヘッドは、前記溝
   に連通し前記アクチュエータ部内の体積を調整する空気
   室が形成されていることを特徴とする請求項１から請求
   項３のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
5. 【請求項５】前記アクチュエータ部は、その内部に空気
   よりも圧力伝搬速度の速いガスが封入されていることを
   特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のイ
   ンクジェット記録ヘッド。