JP2002210956A

JP2002210956A - インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置

Info

Publication number: JP2002210956A
Application number: JP2001010521A
Authority: JP
Inventors: Sukeaki Aoki; 右顕青木
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-01-18
Filing date: 2001-01-18
Publication date: 2002-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】非吐出チャンネルに対するクロストークが生
じる。【解決手段】チャンネル数ｎで、個別電極５５と振動
板５０間に所定値Ｖ１以上のパルス状電圧を印加するこ
とによってインク滴が吐出可能となり、振動板５０と個
別電極５５間の容量成分Ｃｓ、個別電極５５と電極基板
４２間の容量Ｃｅとして、個別電極５５と振動板５０間
に印加されるパルス状駆動波形の電圧値がＶ２（Ｖ２＞
Ｖ１）のとき、｛ｎ（ｎ−１）Ｃｅ／ｎ（ｎ−１）Ｃｅ
＋Ｃｓ｝Ｖ２＜Ｖ１の式を満足する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はインクジェットヘッド及
びインクジェット記録装置に関し、特に静電型インクジ
ェットヘッド及びこれを搭載したインクジェット記録装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プ
ロッタ等の画像記録装置（画像形成装置）として用いる
インクジェット記録装置として、インク滴を吐出するノ
ズルと、このノズルが連通する液室（インク流路、圧力
室、加圧液室、液室等とも称される。）と、この液室の
壁面を形成する振動板及びこの振動板に対向する電極と
からなるアクチュエータを有し、振動板を静電力で変形
変位させることでノズルからインク滴を吐出させる静電
型インクジェットヘッドを搭載したものが知られてい
る。

【０００３】静電型インクジェットヘッドは、静電気力
を用いるために、同じ体積に蓄えるエネルギーが小さ
く、アクチュエータ手段としてピエゾ素子や発熱抵抗体
を用いる他の形式のインクジェットヘッドに比べて、低
消費電力化、多数ノズルの同時駆動による高速化を図る
ことできる。すなわち、静電型以外のヘッドでは、イン
ク滴の運動エネルギーよりも数桁大きいエネルギーを使
用してインク滴を吐出させるために、余分なエネルギー
はヘッド或いはドライバＩＣ（駆動回路）で発熱するこ
とになり、蓄熱等の影響で同時に駆動できるノズル数や
駆動周波数に限界がある。

【０００４】従来の静電型インクジェットヘッドとして
は、例えば特開平９−５７９６５号公報に開示されてい
るように、振動板（第１電極を兼ねる）及び液室を形成
したシリコン基板からなる第１基板と、絶縁層であるシ
リコン酸化膜に凹部を形成して、この凹部底面に第１電
極（振動板）に所定のギャップをおいて対向する第２電
極を設けたシリコン基板からなる第２基板とを接合した
ものが知られている。

【０００５】このインクジェットヘッドにおいては、第
１電極である振動板を接地（GND電位）して、電極（個
別電極：第２電極）に対してパルス状駆動波形を印加す
ると、個別電極の電位が振動板の電位と異なることによ
り個別電極と振動板間には電界が発生し、この電界によ
る静電引力によって振動板が個別電極側に撓み、このと
き振動板上部の液室側も急激に負圧となりノズル近傍の
インクメニスカスが振動する。さらに、一定時間経過後
に個別電極の電位を振動板電位と同電位にすることによ
り、振動板は再び元の位置へ戻り、このとき液室は加圧
状態となってインク滴がノズルから吐出する。

【０００６】この場合、個別電極への印加電圧の大きさ
により振動板の変位量すなわちインク液室の体積変動量
も決まることになり吐出インク滴の体積は印加電圧によ
って制御することができる。また、インク滴を生成する
ためには所定値以上の電圧が必要であり所定値以下では
インクを滴化することができない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た静電型インクジェットヘッドのように第２電極を絶縁
膜を介してシリコン基板などの半導体基板からなる第２
基板に設けた場合、第２電極と第２基板との間に容量カ
ップリングが生じることから、１又は複数の第２電極に
駆動波形を印加したとき、他の駆動波形を印加していな
い非吐出チャンネル（インク滴を吐出させないチャンネ
ル：非駆動チャンネル）の第２電極にも容量カップリン
グによって分圧され（クロストークが生じ）、非吐出チ
ャンネルの振動板の不必要な振動やインク吐出が引き起
こされ、噴射特性が変動するという現象が生じ、特に、
多数のノズルから同時にインク滴を吐出させようとする
場合にその影響が大きくなり、信頼性の低下や画像品質
の低下を招くという課題がある。

【０００８】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、簡単な構成で安定したインク滴吐出特性が得ら
れる高周波駆動が可能なインクジェット記録装置を提供
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係るインクジェットヘッドは、チャンネル
数ｎで、電極と振動板間に所定値Ｖ１以上のパルス電圧
を印加することにより、振動板が静電気力により変形し
ノズルからインク滴が吐出可能となるインクジェットヘ
ッドであって、電極と振動板との間に印加されるパルス
状駆動波形の電圧値をＶ２（Ｖ２＞Ｖ１）、振動板と電
極間の容量成分をＣｓ、電極とこの電極を絶縁層を介し
て設けた基板との間の容量をＣｅとしたとき、次の
（１）式の関係が成り立つ構成としたものである。

【００１０】

【数５】

【００１１】本発明に係るインクジェットヘッドは、電
極と振動板間に所定値Ｖ１以上のパルス電圧を印加する
ことにより、振動板が静電気力により変形しノズルから
インク滴が吐出可能となるインクジェットヘッドであっ
て、電極と振動板との間に印加するパルス状駆動波形の
電圧値をＶ２（Ｖ２＞Ｖ１）、振動板と電極間の容量成
分をＣｓ、電極とこの電極を絶縁層を介して設けた基板
との間の容量をＣｅとしたとき、次の（２）式の関係が
成り立つ構成としたものである。

【００１２】

【数６】

【００１３】ここで、電極を設けた基板が半導体基板で
あることが好ましい。また、電極を設けた基板の抵抗率
が振動板を形成する基板の抵抗率よりも高いことが好ま
しい。さらに、電極の表面には高誘電率の絶縁層が形成
されていることが好ましい。

【００１４】本発明に係るインクジェット記録装置は、
チャンネル数ｎ、電極と振動板間に所定値Ｖ１以上のパ
ルス電圧を印加することにより、振動板が静電気力によ
り変形しノズルからインク滴が吐出可能となるインクジ
ェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置であっ
て、電極と振動板との間に印加するパルス状駆動波形の
電圧値をＶ２（Ｖ２＞Ｖ１）、振動板と電極間の容量成
分をＣｓ、電極とこの電極を絶縁層を介して設けた基板
との間の容量をＣｅとしたとき、前記（１）式の関係が
成り立つ電圧値Ｖ２のパルス状駆動波形をインクジェッ
トヘッドに出力する手段を備えている構成としたもので
ある。

【００１５】本発明に係るインクジェット記録装置は、
チャンネル数ｎ、電極と振動板間に所定値Ｖ１以上のパ
ルス電圧を印加することにより、振動板が静電気力によ
り変形しノズルからインク滴が吐出可能となるインクジ
ェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置であっ
て、電極と振動板との間に印加するパルス状駆動波形の
電圧値をＶ２（Ｖ２＞Ｖ１）、振動板と電極間の容量成
分をＣｓ、電極とこの電極を絶縁層を介して設けた基板
との間の容量をＣｅとしたとき、前記（２）式の関係が
成り立つ電圧値Ｖ２のパルス状駆動波形をインクジェッ
トヘッドに出力する手段を備えている構成としたもので
ある。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して説明する。図１は本発明に係るインクジ
ェット記録装置の機構部の概略斜視説明図、図２は同機
構部の側面説明図である。

【００１７】このインクジェット記録装置は、記録装置
本体１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キ
ャリッジに搭載したインクジェットヘッドからなるイン
クジェットヘッド、インクジェットヘッドへのインクを
供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部
２等を収納し、給紙カセット４或いは手差しトレイ５か
ら給送される用紙３を取り込み、印字機構部２によって
所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレ
イ６に排紙する。

【００１８】印字機構部２は、図示しない左右の側板に
横架したガイド部材である主ガイドロッド１１と従ガイ
ドロッド１２とでキャリッジ１３を主走査方向（図２で
紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ１
３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ
（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する
インクジェットヘッドからなるヘッド（記録ヘッド）１
４をインク滴吐出方向を下方に向けて装着し、キャリッ
ジ１３の上側にはヘッド１４に各色のインクを供給する
ための各インクタンク（インクカートリッジ）１５を交
換可能に装着している。

【００１９】ここで、キャリッジ１３は後方側（用紙搬
送方向下流側）を主ガイドロッド１１に摺動自在に嵌装
し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド１
２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ
１３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１
７で回転駆動される駆動プーリ１８と従動プーリ１９と
の間にタイミングベルト２０を張装し、このタイミング
ベルト２０をキャリッジ１３に固定している。

【００２０】また、インクジェットヘッドとして、ここ
では各色のヘッド１４を用いているが、各色のインク滴
を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。さら
に、ヘッド１４は、インク流路壁面を形成する振動板と
これに対向する電極との間の静電力で振動板を変位させ
てインクを加圧する静電型インクジェットヘッドであ
る。

【００２１】一方、給紙カセット４にセットした用紙３
をヘッド１４の下方側に搬送するために、給紙カセット
４から用紙３を分離給装する給紙ローラ２１及びフリク
ションパッド２２と、用紙３を案内するガイド部材２３
と、給紙された用紙３を反転させて搬送する搬送ローラ
２４と、この搬送ローラ２４の周面に押し付けられる搬
送コロ２５及び搬送ローラ２４からの用紙３の送り出し
角度を規定する先端コロ２６とを設けている。搬送ロー
ラ２４は副走査モータ２７によってギヤ列を介して回転
駆動される。

【００２２】そして、キャリッジ１３の主走査方向の移
動範囲に対応して搬送ローラ２４から送り出された用紙
３をヘッド１４の下方側で案内する用紙ガイド部材であ
る印写受け部材２９を設けている。この印写受け部材２
９の用紙搬送方向下流側には、用紙３を排紙方向へ送り
出すために回転駆動される搬送コロ３１、拍車３２を設
け、さらに用紙３を排紙トレイ６に送り出す排紙ローラ
３３及び拍車３４と、排紙経路を形成するガイド部材３
５、３６とを配設している。

【００２３】また、キャリッジ１３の移動方向右端側に
はヘッド１４の信頼性を維持、回復するための信頼性維
持回復機構（以下「サブシステム」という。）３７を配
置している。キャリッジ１３は印字待機中にはこのサブ
システム３７側に移動されてキャッピング手段などでヘ
ッド１４をキャッピングされる。

【００２４】次に、このインクジェット記録装置のヘッ
ド１４を構成するインクジェットヘッドについて図３及
び図４を参照して説明する。なお、図３はインクジェッ
トヘッドの振動板長手方向の断面説明図、図４は同ヘッ
ドの振動板短手方向の要部拡大断面図である。

【００２５】このインクジェットヘッド４０は、流路基
板である第１基板４１と、この第１基板４１の下側に設
けた電極基板である第２基板４２と、第１基板４１の上
側に設けた蓋部材である第３基板４３とを備え、複数の
インク滴を吐出するノズル溝４４、各ノズル溝４４が連
通するインク流路である加圧室（吐出室ともいう。）４
６、各加圧室４６にインク供給路を兼ねた流体抵抗部４
７を介して連通する共通液室流路４８などを形成してい
る。

【００２６】第１基板４１には、単結晶シリコン基板を
用いて、一端にノズル溝４４を形成し、更にこのノズル
溝４４に連通する加圧室４６及びこの加圧室４６の壁面
である底部をなす振動板５０を形成する凹部と、流体抵
抗部４７を形成する溝と、共通液室流路４８を形成する
凹部とを形成している。

【００２７】なお、第１基板４１に単結晶シリコン基板
を用いることで、数μｍ程度の厚さの薄い振動板５０を
エッチングで作製する際の加工が容易になり、また、数
μｍ程度の微小ギャップを高精度に第２基板４２との直
接接合で形成することができる。さらに、振動板５０を
振動させる際には、電極に電圧を印加して静電気力を発
生させる必要性があるが、シリコンは半導体性であるた
め、その振動板５０が電極を兼ねることができて振動板
５０側に別個に電極を設ける必要性がない等の利点があ
る。

【００２８】第２基板４２にも、単結晶シリコン基板を
用いて熱酸化法などで絶縁膜である酸化膜５２を形成
し、この酸化膜５２に電極形成用の凹部５４を形成し、
この凹部５４底面に、振動板５０にギャップ５６を置い
て対向する個別電極５５を例えば金等をスパッタして形
成し、これらの振動板５０と個別電極５５とによってア
クチュエータを構成している。なお、個別電極５５は外
部に延設して電極端子部５５ａを一体形成している。個
別電極５５を設ける基板として半導体基板であるシリコ
ン基板を用いることによって第１基板４１との線熱膨張
係数が一致するので、信頼性が向上する。

【００２９】また、個別電極５５表面には電極５５の耐
久性を向上させるためにＳiＯ_２膜などの誘電絶縁層
（酸化膜系絶縁膜）或いはＳi₃Ｎ_４膜などの窒化膜系絶
縁膜からなる電極保護膜５７を成膜しているが、個別電
極５５表面に電極保護膜５７を形成しないで、或いは、
個別電極５５表面に電極保護膜５７を形成するとともに
振動板５０側にも絶縁膜を形成することもできる。

【００３０】第３基板４３にはステンレス基板を使用
し、接着剤にて第１基板４１と接合する。この第３基板
４３の接合によって、ノズル溝４４、吐出室４６、流体
抵抗部４７及び共通液室流路４８が構成される。また、
第３基板４３には、共通液室流路４８に外部からインク
を供給するためのインク供給口６１を形成し、このイン
ク供給口６１に接続したインク供給パイプ６２を介して
前述したインクカートリッジ１５からインクが供給され
る。

【００３１】次に、このインクジェット記録装置の制御
部の概要について図５を参照して説明する。この制御部
は、この記録装置全体の制御を司るマイクロコンピュー
タ（以下、「ＣＰＵ」と称する。）８０と、所要の固定
情報を格納したＲＯＭ８１と、ワーキングメモリ等とし
て使用するＲＡＭ８２と、ホスト側から転送される画像
データを処理したデータを格納する画像メモリ８３と、
パラレル入出力（ＰＩＯ）ポート８４と、入力バッファ
８５と、パラレル入出力（ＰＩＯ）ポート８６と、波形
生成回路８７と、ヘッド駆動回路８８及びドライバ８９
等を備えている。

【００３２】ここで、ＰＩＯポート８４にはホスト側か
ら画像データなどの各種情報、図示しない操作パネルか
らの各種指示情報、用紙の始端、終端を検知する紙有無
センサからの検知信号、キャリッジ１３のホームポジシ
ョン（基準位置）を検知するホームポジションセンサ等
の各種センサからの信号等が入力され、またこのＰＩＯ
ポート８４を介してホスト側や操作パネル側に対して所
要の情報が送出される。

【００３３】また、波形生成回路８７は、ヘッド１４の
振動板５０と電極５５との間に、振動板５０をインク滴
が吐出するだけの変位量、タイミングで電極５５側に変
位させる駆動波形を発生する。この波形生成回路８７と
しては、ＣＰＵ８０からの駆動波形データをＤ／Ａ変換
するＤ／Ａ変換器を用いることで、簡単な構成で所要の
駆動波形を生成出力することができる。

【００３４】ヘッド駆動回路（ヘッドドライバ）８８
は、ＰＩＯポート８６を介して与えられる各種データ及
び信号に基づいて、ヘッド１４の各ノズル溝４４に対応
する各アクチュエータ（振動板５０と電極５５）に対し
て駆動波形を印加する。さらに、ドライバ８９は、ＰＩ
Ｏポート８６を介して与えられる駆動データに応じて主
走査モータ１７及び副走査モータ２７を各々駆動制御す
ることで、キャリッジ１３を主走査方向に移動走査し、
搬送ローラ２４を回転させて用紙３を所定量搬送させ
る。

【００３５】次に、この制御部におけるヘッド駆動制御
部に係わる部分について図６のブロック図を参照して説
明する。このヘッド駆動制御部は、前述したＣＰＵ８
０、ＲＯＭ８１、ＲＡＭ８２及び周辺回路等を含む主制
御部９１と、波形生成回路８７と、アンプ９２と、駆動
回路（ドライバＩＣ）９３等とを備えている。

【００３６】主制御部９１は、波形生成回路８７に対し
てヘッドの電極５５へ印加する駆動波形を生成するため
のデータを与え、ドライバＩＣ９３に対して印字信号
（シリアルデータである）ＳＤ、シフトクロックＣＬ
Ｋ、ラッチ信号ＬＡＴなどを与える。波形生成回路８７
は、前述したようにインクジェットヘッドのアクチュエ
ータ部に対してノズル４４からインク滴を吐出させるエ
ネルギーを発生させる駆動波形を時系列で発生する。す
なわち、主制御部９１と波形生成回路８７で駆動波形を
生成出力する手段を構成している。

【００３７】ドライバＩＣ９３は、時系列で入力される
駆動波形を印字信号に応じて選択して、ヘッド１４を構
成するインクジェットヘッドの各個別電極５５に与える
制御を行う制御手段である。すなわち、ドライバＩＣ９
３は、主制御部９１からのシリアルクロックＣＬＫ及び
印字信号であるシリアルデータＳＤを入力するｎビット
のシフトレジスタ９５と、シフトレジスタ９５のレジス
ト値を主制御部９１からのラッチ信号ＬＡＴでラッチす
るｎビットのラッチ回路９６と、ラッチ回路９６の出力
値をレベル変化するレベル変換回路（レベルシフタ）９
７と、このレベル変換回路９７でオン／オフが制御され
るアナログスイッチアレイ９８とからなる。アナログス
イッチアレイ９８は、インクジェットヘッド４０のｎ個
（ノズル数＝チャンネル数をｎ個とする。）の個別電極
５５に接続したアナログスイッチＡＳ１〜ＡＳｎからな
る。なお、インクジェットヘッド４０の共通電極となる
振動板５０は接地している。

【００３８】そして、このシフトレジスタ９５にシフト
クロックＣＬＫに応じてシリアルデータ（印字信号）Ｓ
Ｄを取込み、ラッチ回路９６でラッチ信号ＬＡＴによっ
てシフトレジスタ回路９５に取り込んだシリアルデータ
ＳＤをラッチしてレベル変換回路９８に入力する。この
レベル変換回路９８は、データの内容に応じて各アクチ
ュエータの個別電極５５に接続しているアナログスイッ
チＡＳｍ（ｍ＝１〜ｎ）をオン／オフする。

【００３９】このアナログスイッチＡＳｍ（ｍ＝１〜
ｎ）には波形生成回路８７からアンプ９２を介して駆動
波形を与えているので、アナログスイッチＡＳｍがオン
したときに駆動波形が個別電極５５に選択的に与えられ
る。

【００４０】ここで、インクジェットヘッド４０を等価
回路で示すと、図７に示すように、個別電極５５と振動
板５０との間には容量成分Ｃｓがあり、電極基板４２が
半導体基板であるシリコン基板からなるため個別電極５
５と電極基板４２との間は絶縁膜（酸化膜）５２を介し
て容量Ｃｅで結合された状態にある。この場合、振動板
５０は共通電極として接地しているが、電極基板４２も
接地している。

【００４１】次に、このインクジェットヘッド４０の動
作について説明すると、個別電極５５にヘッド駆動回路
８８から正のパルス状駆動波形が印加されると、個別電
極５５の表面がプラス電位に帯電し、その個別電極５５
に対向する振動板５０の下面がマイナス電位に帯電す
る。したがって、振動板５０は静電気の吸引作用（静電
吸引力）により、この振動板５０に対向する電極５５方
向へ撓む。ここで、振動板５０に発生する静電吸引力Ｐ
の大きさは、次の（３）式のように表される。

【００４２】

【数７】

【００４３】但し、この（３）式において、εは振動板
５０と個別電極５５との間に存在する空気の誘電率、Ｓ
は振動板５０と個別電極５５との間に働く静電気力の有
効面積、Ｖは個別電極５５に印加する駆動電圧値、ｄは
振動板５０と個別電極５５との間の実効的なギャップ距
離を示している。

【００４４】ここで、実効的なギャップ距離ｄは、振動
板５０と電極５５との間に空気以外の誘電率を有する物
質が介在する場合には、次の（４）式のように表わされ
る。

【００４５】

【数８】

【００４６】但し、この（４）式において、ｄ_ａは振動
板５０と電極５５との間に存在する空隙の距離、ｄ_εは
振動板５０と電極部５５との間に存在する誘電絶縁層５
７の厚み、ε_ｒは誘電絶縁層５７の比誘電率を示してい
る。

【００４７】即ち、振動板５０と電極５５との間に、あ
る誘電率を有する物質を介在させると、（４）式に示す
ように、その介在させた誘電物質の厚みｄ_εとその誘電
物質が有する比誘電率ε_ｒを変化させることによって、
振動板５０と電極５５との間に発生する電界強度Ｅ（Ｅ
＝Ｖ／ｄ）と、それによって生じる静電吸引力Ｐの大き
さが変化する。

【００４８】したがって、（３）式に示すように静電吸
引力Ｐの大きさは、振動板５０と個別電極５５との間の
実効的なギャップ距離ｄが小さいほど振動板５０に大き
な静電引力が働く。また、個別電極５５への駆動電圧値
Ｖを上昇させるに従って、振動板５０が電極５５方向へ
撓み、振動板５０が電極５５側に誘電絶縁層５７を介し
て接触する。このように振動板５０が電極５５に接触し
た状態を当接状態という。

【００４９】また、個別電極５５へのパルス状の電圧と
なるパルス状駆動波形の印加をＯＦＦすると、撓んだ
（変形した）振動板５０には復元力が作用しているの
で、振動板５０は復元力にて復元し、加圧室４６内の圧
力が急激に上昇するため、ノズル溝４４よりインク滴６
５が形成されて用紙３に向けてインク滴６５が吐出され
る。また、個別電極５５へパルス状電圧を印加（ＯＮ）
すると、振動板５０が再び電極５５側の方向へ撓むの
で、インクが共通液室流路４８より流体抵抗部４７を介
して加圧室４６内に補給される。

【００５０】ここで、個別電極５５を設ける電極基板４
２にシリコン基板などの半導体基板を用いた場合の非吐
出チャンネルに対するクロストークの発生と本件発明の
構成について説明する。先ず、上述したように、静電型
インクジェットヘッドにおいては、個別電極への印加電
圧の大きさにより振動板の変位量、すなわち、インク液
室（加圧室）の体積変動量も決まることになり、吐出イ
ンク滴の体積は印加する駆動電圧によって制御されてい
ることになる。また、インク滴を生成するためには所定
値以上の電圧が必要であり所定値未満の電圧ではインク
を滴化して吐出させることができない。

【００５１】そして、電極基板４２を半導体基板として
絶縁層（酸化層）５２を介して個別電極５５を配置した
ヘッドにおいては、前述したように、個別電極５５と振
動板５０との間にの容量成分Ｃｓが存在するだけでな
く、個別電極５５と電極基板４２との間にも容量Ｃｅが
存在する。

【００５２】このような静電型インクジェットヘッドに
おいて、１チャンネルを除いた全てのチャンネル（ノズ
ル）から同時にインク滴吐出動作を行うことを考える。
なお、チャンネル数をｎ個とする。このヘッドに対して
波高値Ｖｔｈ以上のパルス電圧を印加することによって
吐出動作が可能になる場合、実際には、ヘッド製造時の
ばらつきや、インク滴特性の安定を考えて、波高値Ｖｔ
ｈよりも高い電圧パルス（駆動波形）で駆動しなければ
ならない。このときの実際の駆動波形が波高値Ｖｈ（Ｖ
ｈ＞Ｖｔｈ）のパルス波形とすると、非吐出チャンネル
には、次の（５）式に示される波高値を持つ電圧Ｖｏｆ
ｆが印加されることになる。

【００５３】

【数９】

【００５４】例えば、ヘッドのチャンネル数（ノズル
数）ｎ＝１００、同時吐出チャンネル数９９＝（ｎ−
１）の場合を考える。この場合のインクジェットヘッド
４０全体の等価回路は図８のようになる。同図におい
て、矢印によって表わす電圧Ｖｏｎ、Ｖｏｆｆは、それ
ぞれ吐出チャンネル及び非吐出チャンネルの電圧を表わ
している。ここで、このインクジェットヘッドのパラメ
ータとして、振動板５０及び個別電極５５の面積を０．
８ｍｍ^２、振動板５０と個別電極５５間のギャップを
０．１５μｍ、個別電極５５の上側の誘電保護膜５７を
ＳｉＯ_２膜して膜厚を０．１５μｍ、下側酸化膜５２の
膜厚を０．５μｍとすると、容量成分Ｃｓは約３０ｐ
Ｆ、容量Ｃｅは約５５ｐＦ程度となる。また、このよう
なヘッドは、おおよそ１９Ｖ以上の波高値Ｖｔｈを持つ
電圧パルスによりインク滴の吐出が可能となる。

【００５５】このようなヘッドに対してＶｈ＝４０Ｖ程
度の駆動波形を印加することを考える。図９はこのとき
インクジェットヘッドの応答を示す波形をモニタリング
した結果を示すものである。駆動波形Ｖｉｎとして約４
０Ｖのパルス波形を吐出動作を行う個別電極５５に印加
すると、容量Ｃｅによって非吐出チャンネルは吐出チャ
ンネルと容量結合しているため、同図に示すように、非
吐出チャンネルの振動板５０と個別電極５５間には電圧
Ｖｏｆｆとして波高値約２６Ｖのパルスが印加されるこ
とになる。すなわち、非吐出チャンネルであるにもかか
わらず、インク滴の吐出が可能になる電圧がかかるため
にインク滴の吐出が起こることになる。

【００５６】そこで、本発明においては、半導体基板で
ある第２基板４２上に絶縁膜５２を介して設けられた個
別電極５５と半導体基板からなる振動板５０によって構
成されたアクチュエータが１つのインクジェットヘッド
にｎ個あり（チャンネル数ｎ）、各チャンネルは個別電
極５５と振動板５０間に所定値（波高値）Ｖ１（＝Ｖｔ
ｈ）以上のパルス状電圧を印加することによってインク
滴が吐出可能となるものであって、個別電極５５と振動
板５０間に電圧Ｖ２（Ｖ２＞Ｖ１）のパルス状駆動波形
Ｖｉｎを印加したとき、振動板５０と個別電極５５間の
容量成分Ｃｓ、個別電極５５と電極基板４２間の容量Ｃ
ｅとして、次の（１）式が成り立つ構成としている。

【００５７】

【数１０】

【００５８】すなわち、例えば、前述したように、ヘッ
ドのパラメータとして振動板５０及び個別電極５５の面
積を０．８ｍｍ^２、振動板５０と個別電極５５間のギャ
ップを０．１５μｍ、個別電極５５上の誘電絶縁膜５７
をＳｉＯ_２膜として膜厚を０．１５μｍ、個別電極５５
下側の酸化膜５２の膜厚を０．５μｍとすると、容量Ｃ
ｓは約３０ｐＦ、容量Ｃｅは約５５ｐＦ程度となり、ま
た、このようなヘッドは、おおよそ１９Ｖ以上の波高値
Ｖｔｈを持つ電圧パルスによりインク滴の吐出が可能と
なる。

【００５９】ここで、チャンネル数ｎを１００としたと
き、Ｖｔｈ＝Ｖ１（＝１９Ｖ）として上記（１）式によ
り電圧値Ｖ２（＝Ｖｉｎ）を算出すると、電圧値Ｖ２は
約２９．３Ｖより小さい値になる。

【００６０】そこで、このヘッド対して、図１０（ａ）
に示すように、電圧値Ｖ２（＝波高値２８Ｖ）のパルス
状駆動波形を印加すると、同図（ｂ）に示すように、非
吐出チャンネルの個別電極５５と振動板５０との間に印
加される電圧Ｖｏｆｆは約１８Ｖになり、この電圧値約
１８Ｖはインク滴吐出に必要な所定値Ｖ１（＝１９Ｖ）
より低いので、非吐出チャンネルでは吐出動作が起こら
ない。すなわち、非吐出チャンネルに対するクロストー
クが防止される。

【００６１】このことは、インクジェットヘッドをつい
て見れば、駆動波形の電圧値Ｖ２が定まっているとき、
上記（１）式を満足するチャンネル数ｎ、容量Ｃｓ、Ｃ
ｅに構成することによってクロストークを防止できると
いうことである。また、インクジェットヘッドを駆動す
るヘッド駆動制御部（記録装置）から見れば、搭載して
いるインクジェットヘッドに対して上記（１）式を満足
する電圧値Ｖ２のパルス状駆動波形を印加する手段を備
えた構成とすることによってクロストークを防止できる
ということである。

【００６２】また、本発明の他の構成では、半導体基板
である第２基板４２上に絶縁膜５２を介して設けられた
個別電極５５と半導体基板からなる振動板５０によって
構成されたアクチュエータが１つのインクジェットヘッ
ドにｎ個あり（チャンネル数ｎ）、各チャンネルは個別
電極５５と振動板５０間に所定値（波高値）Ｖ１（＝Ｖ
ｔｈ）以上のパルス状電圧を印加することによってイン
ク滴が吐出可能となるものであって、個別電極５５と振
動板５０間に電圧Ｖ２（Ｖ２＞Ｖ１）のパルス状駆動波
形Ｖｉｎを印加したとき、振動板５０と個別電極５５間
の容量成分Ｃｓ、個別電極５５と電極基板４２間の容量
Ｃｅとして、次の（２）式が成り立つ構成としている。

【００６３】

【数１１】

【００６４】この（２）式を満足する場合にも、非吐出
チャンネルの個別電極５５と振動板５０との間に印加さ
れる電圧Ｖｏｆｆは吐出動作を起こさないものとなるの
で、クロストークを防止できる。ここでも、インクジェ
ットヘッドをついて見れば、駆動波形の電圧値Ｖ２が定
まっているとき、上記（２）式を満足する容量Ｃｓ、Ｃ
ｅに構成することによってクロストークを防止できると
いうことである。また、インクジェットヘッドを駆動す
るヘッド駆動制御部（記録装置）から見れば、搭載して
いるインクジェットヘッドに対して上記（２）式を満足
する電圧値Ｖ２のパルス状駆動波形を印加する手段を備
えた構成とすることによってクロストークを防止できる
ということである。

【００６５】そして、この（２）式にはインクジェット
ヘッドのチャンネル数ｎが含まれていないので、ヘッド
をどんなに高集積化しても、この（２）式の関係さえ満
たしておけばクロストークによる誤吐出は起こらないヘ
ッドを得ることができることになり、ヘッドを製造する
上での大きな効果が得られる。

【００６６】つまり、静電型インクジェットヘッドを新
規に開発する場合を考えると、ヘッドのクロストークの
問題とは別に製造工程において半導体プロセスを用いる
ことからあまりにもチャンネル数ｎを大きくすると、歩
留まりが上がらない問題があるため、チャンネル数ｎは
歩留まりとの妥協点から決まる。しかし、その後の歩留
まりを向上させた場合、今度はプリンタ（記録装置）の
プリントアウトスピード（記録速度）を向上させるため
にチャンネル数ｎを大きくすることが必要になってく
る。このとき、上記（２）式に「ｎ」の値が含まれてい
ないことから、新規の設計時に（２）式さえ満たしてお
けばアクチュエータの構成を変えずにいくらでも高集積
化が可能になる。

【００６７】次に、本発明の他の実施形態について説明
する。前述したように、非吐出チャンネルに対するクロ
ストークは個別電極５５と第２基板４２との間が容量Ｃ
ｅによって結合されていることで起きるものであるか
ら、第２基板４２として高抵抗な値を持った基板を用い
ることで個別電極５５と第２基板４２との間に容量Ｃｅ
の他に抵抗成分Ｒｓを持たせることができ、クロストー
ク信号を抑えることができる。

【００６８】すなわち、電極基板４２に抵抗率の高い基
板を用いたときのヘッドの等価回路は図１１に示すよう
に、個別電極５５間には容量Ｃｅと抵抗成分Ｒｓが直列
接続されて介在することになる。この例で、Ｒｓ＝４．
８ｋΩになる第２基板４２を用いて実験を行ったとこ
ろ、非吐出チャンネルにかかる電圧Ｖｏｆｆは、図１２
に示すように、立ち上がり及び立ち下がり時に抵抗成分
Ｒｓの影響により波形になまりが生じており、より吐出
動作が起こりにくい波形となる。

【００６９】このように個別電極５５を形成する半導体
基板からなる第２基板４２の抵抗率を振動板基板（第１
基板）４１を形成する半導体材料のそれよりも高くして
構成することで、各個別電極５５と個別電極基板（第２
基板）４２間の容量どうしの結合に抵抗成分を介在さ
せ、この抵抗性分により吐出動作するチャンネルからの
クロストーク信号をダンピングして低く抑えることがで
きるようになり、さらに誤吐出の可能性を低く抑えるこ
とができる。

【００７０】また、個別電極５５の表面（振動板側）に
高誘電率の絶縁層５７を設けることによってより安定し
た吐出動作を確保することができる。すなわち、個別電
極５５と振動板５０の間に高誘電率の材料を介在させる
ことで、個別電極５５と振動板５０との間の容量成分Ｃ
ｓが大きくなり、結果的に、前記（１）式或いは（２）
式において駆動波形の電圧値Ｖ２として取り得る値が大
きくなる。

【００７１】この駆動波形の電圧値Ｖ２の値は安定した
吐出が行える所定値Ｖ１に対してマージンを考えた値で
決定することが好ましいが、（１）式或いは（２）式に
おける「Ｖ２」の係数が大きいと、クローストークを抑
えるために安定した吐出領域での動作が行えない可能性
が生じ得る。そこで、容量成分Ｃｓを大きくすることに
より、「Ｖ２」のとりうる範囲が広くなり、より安定し
た吐出動作を確保できることになる。

【００７２】なお、上記実施形態において、インクジェ
ットヘッドのノズル、加圧室、流体抵抗部、共通流路液
室の形状、配置、形成方法は適切に変更することができ
る。例えば、上記実施形態においては、ノズルを振動板
の変位方向と交差する方向にインク滴が吐出するように
形成したエッジシュータ方式のインクジェットヘッドで
あるが、ノズルを振動板の変位方向にインク滴が吐出す
るように形成したサイドシュータ方式のインクジェット
ヘッドでもよい。また、流路基板で振動板を形成してい
るが、流路を形成する部材と振動板とを別部材とするこ
ともできる。

【００７３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る本発
明に係るインクジェットヘッドによれば、電極と振動板
との間に印加されるパルス状駆動波形の電圧値をＶ２
（Ｖ２＞Ｖ１）、振動板と電極間の容量成分をＣｓ、電
極とこの電極を絶縁層を介して設けた基板との間の容量
をＣｅとして所定値Ｖ１でインク滴吐出が可能になるア
クチュエータについて前記（１）式の関係が成り立つ構
成としたので、個別電極と個別電極を設けた基板間との
容量結合を介して非吐出チャンネルの個別電極と振動板
間に電圧信号が印加されるクロストークによる誤吐出を
防止でき、安定したインク滴吐出動作を行うことができ
る。

【００７４】本発明に係るインクジェットヘッドによれ
ば、電極と振動板との間に印加されるパルス状駆動波形
の電圧値をＶ２（Ｖ２＞Ｖ１）、振動板と電極間の容量
成分をＣｓ、電極とこの電極を絶縁層を介して設けた基
板との間の容量をＣｅとして所定値Ｖ１でインク滴吐出
が可能になるアクチュエータについて前記（２）式の関
係が成り立つ構成としたので、個別電極と個別電極を設
けた基板間との容量結合を介して非吐出チャンネルの個
別電極と振動板間に電圧信号が印加されるクロストーク
による誤吐出を防止でき、安定したインク滴吐出動作を
行うことができるとともに、ヘッドの高集積化を容易に
図ることができる。

【００７５】ここで、電極を設けた基板が半導体基板で
あることで、振動板と設ける基板及び電極を設ける基板
にシリコン基板を用いることができ、両基板の接合信頼
性が向上する。また、電極を設けた基板の抵抗率が振動
板を形成する基板の抵抗率よりも高いことで、更にクロ
ストーク信号成分を低減することができて、より誤動作
のない安定したインク滴吐出を行うことができる。さら
に、電極の表面には高誘電率の絶縁層が形成されている
ことで、駆動波形の電圧値として取り得る範囲が広が
り、より安定したインク滴吐出動作を行うことができ
る。

【００７６】本発明に係るインクジェット記録装置によ
れば、電極と振動板間に所定値Ｖ１以上のパルス電圧を
印加することにより、振動板が静電気力により変形しノ
ズルからインク滴が吐出可能となるインクジェットヘッ
ドに対し、電極と振動板との間に印加するパルス状駆動
波形の電圧値をＶ２（Ｖ２＞Ｖ１）、振動板と電極間の
容量成分をＣｓ、電極とこの電極を絶縁層を介して設け
た基板との間の容量をＣｅとしたとき、前記（１）式の
関係が成り立つ電圧値Ｖ２のパルス状駆動波形を出力す
る手段を備えているので、個別電極と個別電極を設けた
基板間との容量結合を介して非吐出チャンネルの個別電
極と振動板間に電圧信号が印加されるクロストークによ
る誤吐出を防止でき、安定したインク滴吐出動作を行う
ことができる。

【００７７】本発明に係るインクジェット記録装置によ
れば、電極と振動板間に所定値Ｖ１以上のパルス電圧を
印加することにより、振動板が静電気力により変形しノ
ズルからインク滴が吐出可能となるインクジェットヘッ
ドに対し、電極と振動板との間に印加するパルス状駆動
波形の電圧値をＶ２（Ｖ２＞Ｖ１）、振動板と電極間の
容量成分をＣｓ、電極とこの電極を絶縁層を介して設け
た基板との間の容量をＣｅとしたとき、前記（２）式の
関係が成り立つ電圧値Ｖ２のパルス状駆動波形をインク
ジェットヘッドに出力する手段を備えているので、個別
電極と個別電極を設けた基板間との容量結合を介して非
吐出チャンネルの個別電極と振動板間に電圧信号が印加
されるクロストークによる誤吐出を防止でき、安定した
インク滴吐出動作を行うことができるとともに、インク
ジェットヘッドの高集積化を容易に図ることができるよ
うになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るインクジェット記録装置の機構部
の概略斜視説明図

【図２】同機構部の側面説明図

【図３】同記録装置のヘッドの一例を示す振動板長手方
向の断面説明図

【図４】同ヘッドの振動板短手方向の要部拡大断面説明
図

【図５】同記録装置の制御部の一例を示すブロック図

【図６】同記録装置のヘッド駆動制御部に係る部分のブ
ロック図

【図７】同ヘッドの等価回路を説明する説明図

【図８】同ヘッドの１つのチャンネルを除く他のすべて
のチャンネルに駆動波形を印加したときの等価回路を説
明する説明図

【図９】図８の回路におけるクロストークの発生の説明
に供する説明図

【図１０】本発明を適用したときのクロストークの低減
の説明に供する説明図

【図１１】本発明の他の実施形態の説明に供するヘッド
の等価回路を説明する説明図

【図１２】図１１のヘッドに対して駆動波形を印加した
ときのクロストークの低減の説明に供する説明図

【符号の説明】

１３…キャリッジ、１４…ヘッド、２４…搬送ローラ、
３３…排紙ローラ、４０…インクジェットヘッド、４１
…第１基板、４２…第２基板、４３…第３基板、４４…
ノズル溝、４６…加圧室、４７…流体抵抗部、４８…共
通流路液室、５０…振動板、５５…個別電極、８７…波
形生成回路、８８…ヘッド駆動回路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インク滴を吐出するノズルと、このノズ
ルが連通するインク流路と、このインク流路の一部に設
けた振動板及びこの振動板に対向する電極とからなるｎ
個（ｎ≧２）のアクチュエータとを有し、前記電極と振
動板間に所定値Ｖ１以上のパルス電圧を印加することに
より、前記振動板が静電気力により変形し前記ノズルか
らインク滴が吐出可能となるインクジェットヘッドにお
いて、前記電極と振動板との間に印加されるパルス状駆
動波形の電圧値をＶ２（Ｖ２＞Ｖ１）、前記振動板と電
極間の容量成分をＣｓ、前記電極とこの電極を絶縁層を
介して設けた基板との間の容量をＣｅとしたとき、次の
（１）式の関係が成り立つことを特徴とするインクジェ
ットヘッド。【数１】
【請求項２】インク滴を吐出するノズルと、このノズ
ルが連通するインク流路と、このインク流路の一部に設
けた振動板及びこの振動板に対向する電極とからなるｎ
個（ｎ≧２）のアクチュエータとを有し、前記電極と振
動板間に所定値Ｖ１以上のパルス電圧を印加することに
より、前記振動板が静電気力により変形し前記ノズルか
らインク滴が吐出可能となるインクジェットヘッドにお
いて、前記電極と振動板との間に印加するパルス状駆動
波形の電圧値をＶ２（Ｖ２＞Ｖ１）、前記振動板と電極
間の容量成分をＣｓ、前記電極とこの電極を絶縁層を介
して設けた基板との間の容量をＣｅとしたとき、次の
（２）式の関係が成り立つことを特徴とするインクジェ
ット記録装置。【数２】
【請求項３】請求項１又は２に記載のインクジェット
ヘッドにおいて、前記電極を設けた基板が半導体基板で
あることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項４】請求項３に記載のインクジェットヘッド
において、前記電極を設けた基板の抵抗率が前記振動板
を形成する基板の抵抗率よりも高いことを特徴とするイ
ンクジェットヘッド。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれかに記載のイン
クジェットヘッドにおいて、前記電極の表面には高誘電
率の絶縁層が形成されていることを特徴とするインクジ
ェットヘッド。
【請求項６】インク滴を吐出するノズルと、このノズ
ルが連通するインク流路と、このインク流路の一部に設
けた振動板及びこの振動板に対向する電極とからなるｎ
個（ｎ≧２）のアクチュエータとを有し、前記電極と振
動板間に所定値Ｖ１以上のパルス電圧を印加することに
より、前記振動板が静電気力により変形し前記ノズルか
らインク滴が吐出可能となるインクジェットヘッドを搭
載したインクジェット記録装置において、前記電極と振
動板との間に印加するパルス状駆動波形の電圧値をＶ２
（Ｖ２＞Ｖ１）、前記振動板と電極間の容量成分をＣ
ｓ、前記電極とこの電極を絶縁層を介して設けた基板と
の間の容量をＣｅとしたとき、次の（１）式の関係が成
り立つ電圧値Ｖ２の前記パルス状駆動波形をインクジェ
ットヘッドに出力する手段を備えていることを特徴とす
るインクジェット記録装置。【数３】
【請求項７】インク滴を吐出するノズルと、このノズ
ルが連通するインク流路と、このインク流路の一部に設
けた振動板及びこの振動板に対向する電極とからなるｎ
個（ｎ≧２）のアクチュエータとを有し、前記電極と振
動板間に所定値Ｖ１以上のパルス電圧を印加することに
より、前記振動板が静電気力により変形し前記ノズルか
らインク滴が吐出可能となるインクジェットヘッドを備
えたインクジェット記録装置において、前記電極と振動
板との間に印加するパルス状駆動波形の電圧値をＶ２
（Ｖ２＞Ｖ１）、前記振動板と電極間の容量成分をＣ
ｓ、前記電極とこの電極を絶縁層を介して設けた基板と
の間の容量をＣｅとしたとき、次の（２）式の関係が成
り立つ電圧値Ｖ２の前記パルス状駆動波形を前記インク
ジェットヘッドに出力する手段を備えていることを特徴
とするインクジェット記録装置。【数４】