JP3788047B2 - 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

Description

【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１１２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１３２が形成され、この凹部１３２の底面には駆動電極１３４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１３０，１３４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１１８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１１８内のインクが加圧され、ノズル１２０からインク滴１３６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１３０，１３４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１３４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上記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を設け、これらの突起部の電極に電圧を印加することによって上記各突起部間に作用する静電気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，４ｂ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２２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２０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〜５００μｍ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、ＹＡＧ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３２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４０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３０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３２に関する各種値を用いて表した下記の▲１▼式及び▲２▼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１２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，３２ｂ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１３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６０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１２，６０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３０ｂ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３０ｂ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，３２ｂ間に作用する吸引静電力により各突起部３２ａ，３２ｂ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１８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３２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３２ｃ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１０μｍ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２８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（３２ａ，３２ｂ）…突起部、３４（３４ａ，３４ｂ）…電極。

Claims (13)

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上記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を設け、これらの突起部の電極に電圧を印加することによって上記各突起部間に作用する静電気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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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。

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