JP4052781B2

JP4052781B2 - 静電インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置

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Publication number: JP4052781B2
Application number: JP2000095378A
Authority: JP
Inventors: 田中　　慎二
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2000-03-30
Publication date: 2008-02-27
Anticipated expiration: 2020-03-30
Also published as: US6511158B2; US20020191040A1; US6592208B2; JP2001277500A; US20010033311A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電力を利用したマイクロアクチュエータを用いた静電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する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、本発明が適用される静電力を利用したインクジェットヘッドを説明するための要部斜視図、図２は、図１に示したインクジェットヘッドの１つのアクチュエータの構成を示す断面図（図１のII−II線断面図）で、図中、１０は電極基板、２０は液室・振動板基板、３０はノズル基板（このノズル基板３０は、図１においては、取り外して示してある）で、周知のように、ノズル基板３０には、ノズル３１が設けられており、液室・振動板基板２０には、前記ノズル３１に連通するインク液室２１が設けられており、このインク液室２１の一部としてかつ共通電極の一部として働き、しかも、可変できるように厚みを薄くして剛性を低くしてある導電性を有する振動板２２が設けられている。電極基板１０には、前記振動板２２に対してかつ前記インク液室２１外に該振動板２２から所定の間隙をもって配設された個別電極１１を有する。なお、１２は個別電極１１と振動板２２との短絡等を防止するための保護膜、１３は個別電極１１が配設されている空間の開口部を封止する封止材である。図１に示したように、本発明が適用される静電インクジェットヘッドには、図２に示したようなアクチュエータが複数配設され、各アクチュエータよりインク液滴が吐出されるようになっている。
【０００３】
図１，図２において、振動板２２と個別電極１１との間に電圧を印加すると、振動板２２は、静電力により電極１１側に変位することになる。ここで、印加した電圧をＯＦＦにすると、振動板２２は元の電圧印加前の位置に復帰する。この静電力に対する振動板２２の機械的な振る舞いを、インクジェットのインク吐出力として利用したものが静電インクジェットである。なお、図２において、振動板２２を有する基板２０と個別電極１１との間の空間は、一般的に、外界と隔離させるために、封止材１３により封止処理が施されており、この空間をＧａｐ（ギャップ）室と称す。また、このギャップ室において、振動板直下に対応する部分を振動室と称す。
【０００４】
上述のごとき静電インクジェットヘッドにおいては、振動板２２と個別電極１１との間に電圧を印加すると、振動板２２は、該振動板２２と個別電極１１との間に働く静電力で変位するが、このような静電アクチュエータにおいては、振動板２２の厚みを薄くすることで、駆動電圧は低下を図っている。結果として、駆動電圧を下げることはできるが、振動板を薄くするため、振動板の剛性が低いことが欠点でもある。そのため、振動室又はＧａｐ室内のエア（もしくは、その他のガス）の存在が、その振る舞いに大きく影響を与える。その一つとしては、振動板２２が電極１１に近づく際に、エアの圧縮抵抗を受けるため、振動板２２が電極１１に当接する電圧（以下、当接電圧と記す）が、静的な場合に比べ、動的な場合には大きくなるという点が挙げられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述のごときエアの存在に起因する、以下に説明する、もう一つの大きな課題に対処する事を目的としてなされたものである。
【０００６】
図３（Ａ），図３（Ｂ）は、本発明が解決しようとする、静電インクジェットヘッドの課題を説明するための要部概略構成図で、図３（Ａ）は駆動周波数が低い場合の振動板２２の変位量（Ｄ）を示す図、図３（Ｂ）は駆動周波数が高い場合の振動板２２の変位量（ｄ）を示す図である。静電インクジェットヘッドの振動板２２（２２′は振動板２２が変位して個別電極１１に当接している状態を示す）は、〜１０ｋＨｚのオーダーで動的に振動することを必要とされ、そのため、元来、振動室の容積は小さく、その内で振動板２２が動くため、上述したように、振動板２２はエアの圧縮抵抗を受ける一方、一度振動室から出ていったエア（矢印にて示す）は、再び振動室に戻りにくいという特性を持つ。それは、駆動条件（駆動電圧パルスの形状）が同じであれば、駆動電圧パルスの周波数により異なり、周波数が高い程、振動室から出ていって、振動室に戻れないエアの量が多くなり、振動位置は電極１１側に近づく。
【０００７】
図６は、従来の静電インクジェットヘッドによる駆動結果を示す図で、図６に示すように、周波数を高くしていくと、振動室から出て戻れないエアが多くなり、結果として、図３（Ｂ）に示したように、振動板２２は電極１１により近い位置で振動し、実質的に、電極１１と振動板２２との間の距離が短くなったことになり、当接電圧が下がることを示している。このように、駆動周波数が低い場合には問題とならなかった周波数特性が、周波数を高くすると顕在化してくる。この現象は、静電力により振動板を駆動するという静電アクチュエータに特有のものであり、高周波駆動を行う場合には解決すべき課題である。
【０００８】
尚、上述した問題は、振動板が電極に当接する当接駆動であることが前提である。当接しない非当接駆動では、上述した周波数依存性の問題は生じないか、もしくは、問題とならない程度である。
【０００９】
前述のように、静電力インクジェットヘッドにおいては、Ｇａｐ室内のエアの存在により、振動板が圧縮抵抗を受け、それによって、当接電圧が上がるという問題があるが、この問題に対して、従来より幾つかの対策が示されている。その一例として、特開平７−２９９９０８号公報が挙げられる。これは、振動板が電極側に変位するとき、エアの圧縮抵抗を受けないように、エアの逃げる空間を振動室以外のＧａｐ室に設けたものであり、そこでは、振動室以外のＧａｐ室の体積を増加させることを指向しており、振動板により排除される体積ΔＶと、Ｇａｐ室の体積Ｖを関係付けて規定している。
【００１０】
しかし、高周波駆動において顕在化する上述のごとき課題に対する対策は何ら提示されていない。これは、従来の静電力インクジェットヘッドにおいては、最高駆動周波数をせいぜい１０ｋＨｚ程度に設定していたと考えられ、上述のごとき課題が顕在化し難い状況であったためではないかと考えられる。
【００１１】
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、前述の振動室体積とＧａｐ室体積を関係付け、さらには、振動室以外のＧａｐ室体積を減少させることを指向するものであり、前記特開平７−２９９９０８号公報の発明とは異なるものである。
【００１２】
更に、本発明は、駆動電圧波形の設定のみで、静電アクチュエータの上記周波数依存性を改善すること、
或るＧａp形状のアクチュエータに関して周波数依存性を十分に改善すること、アクチュエータの構成・仕様を変更して、静電アクチュエータの周波数依存性を改善すること、
アクチュエータの構成・仕様の変更と駆動電圧波形の設定により、静電アクチュエータの周波数依存性を改善すること、
或るＧａp形状のアクチュエータに関して周波数依存性を十分に改善すること、等を目的としてなされたものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、振動板と、該振動板に対向してＧａｐをもって配設された電極を有し、該電極と前記振動板との間にパルス電圧を印加して前記振動板を静電力により変位させ、該振動板の機械的な復元力によりインク滴を噴射する静電インクジェットヘッドであって、前記電極は、振動板短辺方向において中央部が前記振動板方向に凸となる弓形状に形成されることを特徴としたものである。
【００２２】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記Ｇａｐの形成されたＧａｐ室が封止材により封止されていることを特徴としたものである。
【００２６】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の静電インクジェットヘッドを搭載し、該静電インクジェットヘッドを記録紙に対向させ、インク液滴を噴射させて記録を行うことを特徴とするインクジェット記録装置である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明は、図１及び図２に示したような静電インクジェットヘッド、すなわち、ノズル３１と、該ノズル３１に連通するインク液室２１と、該インク液室２１の一部としてかつ共通電極の一部として設けられた振動板２２と、該振動板２２に対向して前記インク液室２１外に所定の間隙をもって設けられた個別電極１１とを有し、前記振動板２２と個別電極１１との間にパルス電圧を印加してこれら振動板２２と個別電極１１との間に静電力を発生させ、この静電力により前記振動板２２を変形させ、前記パルス電圧の印加を解除した時に該振動板２２に発生する機械的な復元力により前記ノズル３１からインク液滴を吐出することのできる静電アクチュエータを複数ビット有する静電インクジェットヘッドにおいて、１画素をパルス電圧で形成する場合に、１画素を形成するのに要する時間に対して、前記振動板２２と電極１１が当接する時間を４０％以下とし、これにより、周波数依存性を大きく抑えることができるようにしたものである。
【００２８】
当初は、上述した周波数依存性の原因が掴めなかった。しかし、実施例１において後述する実験データを含む多くの検証例により、上述した問題は、１画素時間において振動板２２が電極１１に当接する時間の割合に依ることが分かった。つまり、上記周波数依存性は、この１画素時間における当接時間の割合に対する依存性（以下、当接時間／１画素時間依存性と記す）の一側面である。なお、ここで、１画素時間というのは、１画素もしくは１画素相当、つまり複数滴により形成されたドットが円形状さらには１ドットでなくても１画素と認められる場合を含んで、これら１画素を形成するための時間のことである。
【００２９】
図４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、振動板２２と個別電極１１との間に印加する駆動電圧パルスの例を示す図で、１画素に対して駆動電圧は１パルスでも複数パルスでも良く、図４（Ａ）は、正の駆動パルスのみを用いて、１画素を１駆動パルスにて形成する場合の例、図４（Ｂ）は、正負（負のパルスを用いても振動板は変位する）の駆動パルスにて形成する場合の例（なお、このように、正負の電圧パルスを印加すると、静電インクジェットヘッドにおいて特有の残留電荷を除去するためである）、図４（Ｃ）は、１画素子を複数の電圧パルス（つまり複数のインク滴）にて形成する場合の例を示す。なお、ここで、複数パルスで１画素を形成する場合、記録媒体上においてインクドットは円形である必要はなく、さらには完全にマージして１ドットを形成している必要もなく、微少複数ドットによりほぼ１画素を形成する構成であればよい。また、図示してはいないが、場合によっては、インク非吐出時に０でない電圧が加わる構成も有り得る。しかしながら、本発明において駆動電圧というのは、振動板が電極に当接する電圧であり、１パルス／１画素では１回当接、ｎパルス／１画素ではｎ回当接して１画素を形成することになる。例えば、図４（Ａ），（Ｂ）に示す例では、１パルス／１画素の駆動条件であり、このとき最高駆動周波数は１／Ｔ（但し、Ｔは１画素を形成するのに要する時間）である。一方、図４（Ｃ）に示す例では、複数パルス／１画素の駆動条件であり、最高駆動周波数は１／Ｔではなく、１／Ｔ１である。
【００３０】
本発明では、上述のごとき１画素時間Ｔにおいて、振動板２２が電極１１に当接する時間が１画素を形成するのに要する時間Ｔの４０％以下とするもので、図４（Ｃ）の場合を例にとると、最高駆動周波数に対する駆動時間Ｔ１内で、振動板２２が電極１１に当接する時間がＴ１の４０％以上であっても、１画素時間Ｔ内において４０％以下であれば、本発明の効果、すなわち、周波数依存性を押さえることができる。
【００３１】
駆動周波数が高くなる程、駆動電圧パルス幅の設定できるマージンが狭くなり、結果として、ヘッドの構成に起因する固有振動数・メニスカス振動等との兼ね合いにより、ヘッドの最高のパフォーマンスによるインク吐出を実現できるパルス幅を選択出来ないかもしれない。しかし、このように、インクの吐出効率を多少犠牲にしても、本発明の構成を採る方が、トータルでのインク吐出効率，周波数特性が明らかに良い。
【００３２】
〔実施例１〕
静電アクチュエータの仕様：
ヘッドの基本的構成は図１，図２に示したとおりである。電極基板１０にエッチングにより彫り込み（Ｇａｐ室）を形成し、そこにＴｉＮを用いて個別電極１１を製膜した。電極１１上には、保護膜１２としてＳｉＯ_２を形成した。また、Ｓｉ基板２０にエッチングにより彫り込み（液室２１）を形成し、これにより形成される薄板を振動板２２とした。上記両基板１０，２０を接合することにより、静電インクジェットヘッドを形成した。
【００３３】
図５は、本発明が適用される静電インクジェットヘッドのギャップ形状の例を示す図で、図５（Ａ）は、振動板２２に対して個別電極１１が平行に配設される平行Ｇａｐを示す図、図５（Ｂ）は、振動板２２に対して個別電極１１の中央部が近接している非平行中央凸Ｇａｐを示す図、図５（Ｃ）は、振動板２２に対して個別電極１１の中央部が離れている非平行中央凹Ｇａｐである。
【００３４】
振動板−電極間Ｇａｐ：図５（Ａ）に示した平行Ｇａｐ，
Ｇａｐ長：０.２５μｍ
振動板厚み：３μｍ
振動板面積：１３０μｍ×２０００μｍ
【００３５】
図６〜図１３は全て、振動板短辺方向中央の振動変位量をレーザードップラー振動計にて計測したものである。横軸は駆動電圧の大きさであり、駆動電圧波形は矩形波である。また、駆動周波数は本発明における最高駆動周波数のことである。各図，各駆動条件において、或る電圧以上で変位量増加がほぼ飽和する領域が存在する。この飽和した際の変位量が当接変位量である。
【００３６】
評価結果：
図６に見るように、駆動パルス条件（立ち上がりＰｒ＝１μｓ，パルス幅Ｐｗ＝１０μｓ，立ち下がりＰｆ＝０μｓ；以下１０（１，０）というように記す）が同じであれば、周波数が高くなるにつれ、振動板が電極に当接した際の変位量（以下、当接変位量と記す）が減少しかつ当接電圧が下がる。しかし、これは前述したように、周波数依存性というよりは、当接時間／１画素時間依存性である。従って、図７に見るように、駆動電圧パルス幅を１画素時間（６０ｋＨｚでは１６.６μｓ）の４０％以下（図７では６μｓとした）とすれば、例えば、駆動周波数が６０ｋＨｚでも、２ｋＨｚの場合に対して当接変位量を１０％程度の減少に抑えることができる（図７のグラフ参照）。この程度であれば、インク吐出に際して、Ｖｊ，Ｍｊを仕様誤差範囲内に抑えることができる。ここで、駆動電圧パルス幅と当接時間は、条件にも依るがほぼ一致していることを挙げておく。
【００３７】
静電インクジェットヘッドにおいて駆動電圧の最適パルス幅は、吐出したいインク液量，インクの流体特性を勘案したヘッドによる吐出効率等により変わってくるが、概ね５〜２０μｓ程度のパルス幅を用いるものと思われる。図６においては、１０μｓのパルス幅電圧を用いた。ここでは、１画素時間に対する当接時間が３３％程度である３０ｋＨｚにおいて、２ｋＨｚに対する当接変位量が１５％程減少している。パルス幅が２０μｓ程度まで考慮すると、少なくとも２０ｋＨｚ以上では２ｋＨｚの場合に対して当接変位量が１０％以上減少することが危惧される。変位量減少が１０％程度であれば、インク吐出効率に影響はほとんど無いが、１５％以上では影響が生じ始める。変位量が３０％減少すると、インク吐出特性は明らかに変化する。
【００３８】
振動板が電極に当接する時間を１画素時間において２０％以下とすると、振動板と電極間のＧａｐ形状に依ることなく、当接時間／１画素時間依存性を大きく抑えることができる。
図５（Ａ），図５（Ｂ）に示すように、Ｇａｐ形状が平行，非平行中央凸もしくは片側平行かつ片側中央凸等の振動板のほぼ中央部に対するＧａｐ長が最小である場合には、前述の当接４０％以下の駆動条件において十分な当接時間／１画素時間依存性の改善が得られる。しかしながら、図５（Ｃ）に示したように、Ｇａｐ形状が非平行中央凹もしくは片側平行かつ片側非平行中央凹等の振動板のほぼ中央部に対するＧａｐ長が最大である場合、さらには、平行ＧａｐでさえもそのＧａｐ長が０．３μｍ以下と非常に狭い場合には、前述の当接４０％以下の駆動条件では十分な当接時間／１画素時間依存性の改善が得られない場合がある。この一因としては、振動板の当接時の振動室容積Ｖｌａと電圧ＯＦＦ時の振動室容積Ｖｌの比Ｖｌａ／Ｖｌが小さいため、振動室から出て行くエアの効果が相対的に大きくなるためと考えられる。このように、１画素時間における当接時間を２０％以下とすれば、Ｇａｐ形状に依ることなく当接時間／１画素時間依存性を抑えることができる。
【００３９】
もちろん、最高周波数を高くする程、当接時間が２０％以下となるようにパルス幅を狭くすることは、低周波におけるヘッドのインクの吐出効率を下げる方向になりかねない。しかし、本発明による構成を採る方が、トータルでのインク吐出効率，周波数特性は明らかに良くなる。
【００４０】
ここで、次の点を指摘しておく。図５（Ｂ）に示した構成は、振動板が電極に当接する際に、振動板が受ける空気の圧縮抵抗を減少させるのに都合が良い。空気の圧縮抵抗を下げるためには、エアの逃げ場を設ける必要があるが、この逃げ場は前述の特開平７−２９９９０８号公報に記載の発明のように、振動室以外のＧａｐ室に設けるのではなく、振動室の中に設ける方が効果的である。これは、エアの流れが振動板の速い運動に追従できず、結果として振動室以外のＧａｐ室の存在は、エアの圧縮抵抗を下げる目的を達成できないからである。さらには、振動室から出ていったエアは振動室に戻り難く、アクチュエータの当接時間／１画素時間依存性を生じさせてしまうためである。そこで、エアの圧縮抵抗を減少させるためには、振動板に最も効果的に静電力を働かせる振動板短辺方向中央部に対向する電極部分を最も振動板に近づけて、その両端のＧａｐ長を大きく採った図５（Ｂ）の構成が効果的である。
【００４１】
〔実施例２〕
静電アクチュエータの仕様：
ヘッドの基本的構成は図１，図２に示したとおりである。電極基板１０にエッチングにより彫り込み（Ｇａｐ室）を形成し、そこにＴｉＮを用いて個別電極１１を製膜した。電極１１上には、保護膜１２としてＳｉＯ_２を形成した。また、Ｓｉ基板２０にエッチングにより彫り込み（インク液室）を形成し、これにより形成される薄板を振動板２２とした。上記両基板１０，２０を接合することにより、静電ヘッドを形成した。
【００４２】
振動板−電極間Ｇａｐ：図５（Ｃ）に示した非平行中心凹Ｇａｐ，
最大Ｇａｐ長：０.３μｍ
振動板厚み：３μｍ
振動板面積：１３０μｍ×３０００μｍ
【００４３】
評価結果：
図８に見るように、駆動パルス条件（Ｐｒ＝１μｓ，Ｐｗ＝１０μｓ，Ｐｆ＝０μｓ；以下１０（１，０）というように記す）が同じであれば、周波数が高くなるにつれ、当接変位量が減少しかつ当接電圧が下がる。これが、当接時間／１画素時間依存性である。平行Ｇａｐアクチュエータの結果である図６との違いは、図８の方が、当接時間／１画素時間依存性が大きいということである。さらに、図６では或る電圧において不連続的に変位量が増大するのに対して、図８ではやや連続的である。図９において、駆動電圧パルス幅を１画素時間（６０ｋＨｚでは１６．６μｓ）の４０％以下（図９では６μｓとした。）とした場合には、２ｋＨｚの場合（図９ではパルス幅が１０μｓであるが）に対して、当接変位量が１０％以上減少し、当接電圧も明らかに下がっている。これでは、インクの吐出特性に明らかな違いが生じる。一方、パルス幅を１画素時間の２０％以下（図９では３μｓ）とした場合には、例えば、駆動周波数が６０ｋＨｚでも、２ｋＨｚの場合に対して当接変位量を１０％以内の減少に抑えることができ、当接電圧もほとんだ変わらない。この程度であれば、インク吐出に際して、Ｖｊ，Ｍｊを仕様誤差範囲内に抑えることができる。但し、駆動電圧パルス幅と当接時間は、条件にも依るがほぼ一致することを挙げておく。
【００４４】
電極と振動板を有する基板と封止材により形成される空間を称すＧａｐ室の体積をＶ、電極と振動板間の空間を称す振動室の体積をＶｌとしたとき、次の関係式Ｖｌ／Ｖ＞０．７を満たす構成を採る。これにより、上記当接時間／１画素時間依存性を大きく改善することができる。
これは、振動室以外のＧａｐ室の空間が小さいため、振動板が振動した際に振動室から出るはずのエアの行き場が無いため、結果として振動室からエアがほとんど出て行かないためと考えられる。
従って、もちろん、Ｖｌ／Ｖ＝１．０とすることが最も望ましいが、現実には難しく、前記関係式を見たせば十分な効果が得られる。
但し、本発明で問題にするＧａｐ室とは、振動室を含んで、封止材１３により外気と遮断された空間である。個別電極１１と振動板２２を有する基板により形成されていても、封止材１３により外気と遮断されていない部分はＧａｐ室ではない。
【００４５】
〔実施例３〕
静電アクチュエータの仕様：
ヘッドの基本的構成は図１，図２に示したとおりである。電極基板１０にエッチングにより彫り込み（Ｇａｐ室）を形成し、そこにＴｉＮを用いて個別電極１１を製膜した。電極１１上には、保護膜１２としてＳｉＯ_２を形成した。また、Ｓｉ基板２０にエッチングにより彫り込み（液室）を形成し、これにより形成される薄板を振動板２２とした。上記両基板１０，２０を接合することにより、静電ヘッドを形成した。接合後、Ｇａｐ室の開口部をエポキシ系接着剤１３を用いて封止したアクチュエータと、封止していないアクチュエータを形成した。
【００４６】
振動板−電極間Ｇａｐ：図５（Ａ）に示した非平行中心凹Ｇａｐ，
最大Ｇａｐ長：０.３μｍ
振動板厚み：３μｍ
振動板面積：１３０μｍ×３０００μｍ
振動室とＧａｐ室：Ｇａｐ室の開口部の封止により、Ｇａｐ室体積１.０に対して、振動室体積が０.８，０.６となるアクチュエータができるように設計してある。なお、ここでは未封止の場合も、便宜上封止ビットの場合のＧａｐ室部分を、Ｇａｐ室とする。
【００４７】
評価結果：
図１０，図１１は、封止によりＶｌ／Ｖ＝０.８となるアクチュエータにおいて、封止していないアクチュエータ（図１０）と封止したアクチュエータ（図１１）の評価結果である。また、図１２，図１３は、封止によりＶｌ／Ｖ＝０.６となるアクチュエータにおいて、封止していないアクチュエータ（図１２）と封止したアクチュエータ（図１３）の評価結果である。
図１０，図１１より、Ｖｌ／Ｖ＝０.８の条件を満たせば、周波数依存性つまりは当接時間／１画素時間依存性を十分に改善できることが分かる。この程度であれば、インク吐出特性を仕様誤差内に治めることができる。
一方、図１２，図１３より、Ｖｌ／Ｖ＝０.６である場合に、周波数依存性つまりは当接時間／１画素時間依存性を改善できないことが分かる。
【００４８】
振動板２２が電極１１に当接する時間を１画素時間において４０％以下とした。さらに、個別電極１１と振動板２２を有する基板２０と封止材１３により形成される空間を称すＧａｐ室の体積をＶ、個別電極１１と振動板２２との間の空間を称す振動室の体積をＶｌとしたとき、次の関係式Ｖｌ／Ｖ＞０.７を満たす構成を採る。これにより、上記当接時間／１画素時間依存性を飛躍的に改善することができる。
【００４９】
最高駆動周波数が高い領域、本発明においては２０ｋＨｚ以上において、振動板が電極に当接する時間を１画素時間において２０％以下とした。さらに、電極と振動板を有する基板と封止材により形成される空間を称すＧａｐ室の体積をＶ、電極と振動板間の空間を称す振動室の体積をＶｌとしたとき、次の関係式Ｖｌ／Ｖ＞０．７を満たす構成を採る。これにより、振動板と電極間のＧａｐ形状に依ることなく、上記当接時間／１画素時間依存性を飛躍的に改善することができる。
【００５０】
図１４乃至図２１は、追加の実験データで、これらの実験は、それぞれ、当接時間を一定にして駆動周波数を更に高くした時の振動板の駆動電圧と変位量との関係を示す図で、図１４乃至図１６は、平行Ｇａｐ形状のインクジェットヘッド（図５（Ａ）参照）に対して、当接時間を４.０μｓ（図１４）、６.０μｓ（図１５）、１０.０μｓとした時の特性図、図１７乃至図２１はガウスＧａｐ形状のインクジェットヘッド（図５（Ｃ）参照）に対して、当接時間を４.０μｓ（図１７）、６.０μｓ（図１８）、１０.０μｓ（図１９）、２０μｓ（図２０）、３０μｓ（図２１）とした時の特性図で、各図中に記載の％は当接時間の比率、μｍは当接時の変位量を示す。なお、図１４乃至図２１に示した追加の実験に使用したインクジェットヘッドは、図６乃至図１３に示した実験に使用したインクジェットヘッドとは異なるものであり、ヘッドのスケール値は、表１に示す通りであり、当接時間は、駆動電圧パルス幅ではなく、実際の当接時間を計測したものである。
【００５１】
【表１】

【００５２】
図１４乃至図１６に示した平行Ｇａｐ形状のインクジェットヘッドの場合には、当接時間の比率が４０％以下の場合には振動板の当接変位量が１０％以下となり、インク吐出にほとんど影響なく、図１７乃至図２１に示したガウスＧａｐ形状のインクジェットヘッドの場合は、当接時間の比率が２０％以下の場合に、振動板の当接変位量が１０％以下（ただし、図１９の場合は１０.８２％となるが、この程度であればインク吐出にほとんど影響がない。
【００５３】
図２２は、上述のごとき本発明による静電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の一使用例を説明するための要部概略構成図で、図中、４０はインクジェット記録ヘッド、４１は該インクジェット記録ヘッド４０を搭載し、該インクジェット記録ヘッド４０を矢印Ｘ方向に往復動させるキャリッジ、４２は該キャリッジ４１を矢印Ｘ方向に往復動させるための駆動軸、４３は該キャリッジ４１の往復動を案内するための案内ロッド、４４は記録紙である。周知のように、キャリッジ４１の往復動によりインクジェット記録ヘッド４０を矢印Ｘ方向に往復動させるとともに、記録紙４４を矢印Ｙ方向に移動させることにより、記録紙４４上に所望の文字，図形等を印写する。
【００５４】
図２３は、本発明による静電インクジェットヘッドを駆動するのに用いて好適なヘッド駆動回路の一例を説明するための要部構成図で、図中、５０は、ヘッド駆動制御回路部、５１はカウンタ、５２はメモリ、５３はＤ／Ａコンバータ、５４はアンプ、５５はヘッド部（アクチュエータ）で、ヘッド駆動制御回路部５０は、予め記憶させておいた複数の駆動電圧波形から１つを選択して出力する。カウンタ５１及びメモリ５２にて、駆動するビット（アクチュエータ）を選択し、そのディジタルに出力信号をＤ／Ａコンバータ５３にてアナログ信号に変換し、アンプ５４にて増幅し、ヘッド（アクチュエータ）５５を駆動する。
【００５５】
【発明の効果】
静電インクジェットヘッドにおける振動板と個別電極との間に印可するパルス電圧の１画素を形成するのに要する時間に対する割合（実質的には、振動板が電極に当接している時間割合）を適切に選択することにより、更には、Ｇａｐ室と振動室との割合を適切に選択することにより、静電インクジェットヘッドの周波特性を大幅に改善し、インク吐出特性の安定性を向上させ、延いては、ヘッドの信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される静電力を利用したインクジェットヘッドを説明するための要部斜視図である。
【図２】図１に示したインクジェットヘッドの１つのアクチュエータの構成を示す断面図（図１のII−II線断面図）である。
【図３】本発明が解決しようとする、静電インクジェットヘッドの課題を説明するための要部概略断面図である。
【図４】振動板と電極との間に印加するパルス電圧の例を示す図である。
【図５】本発明が適用される静電インクジェットヘッドの短辺方向のギャップ形状の例を示す図である。
【図６】平行Ｇａｐの静電インクジェットヘッドにおける周波数依存性（周波数をパラメータとした、印加パルス電圧と振動板の変位量の関係）を示す図である。
【図７】平行Ｇａｐの静電インクジェットヘッドにおけるパルス幅・周波数依存性（パルス幅を変えた周波数をパラメータとした印加パルス電圧と振動板の変位量との関係）を示す図である。
【図８】非平行Ｇａｐの静電インクジェットヘッドにおける周波数依存性（周波数をパラメータとした、印加パルス電圧と振動板の変位量の関係）を示す図である。
【図９】非平行Ｇａｐの静電インクジェットヘッドにおけるパルス幅・周波数依存性（パルス幅を変えた周波数をパラメータとした印加パルス電圧と振動板の変位量との関係）を示す図である。
【図１０】Ｇａｐ室未封止（Ｖｌ／Ｖ＝０.８）の静電インクジェットヘッドにおける周波数依存性を示す図である。
【図１１】Ｇａｐ室封止（Ｖｌ／Ｖ＝０.８）の静電インクジェットヘッドにおける周波数依存性を示す図である。
【図１２】Ｇａｐ室未封止（Ｖｌ／Ｖ＝０.６）の静電インクジェットヘッドにおける周波数依存性を示す図である。
【図１３】Ｇａｐ室封止（Ｖｌ／Ｖ＝０.６）の静電インクジェットヘッドにおける周波数依存性を示す図である。
【図１４】平行Ｇａｐ、当接時間４.０μｓにおける静電インクジェットヘッドの周波数依存性を示す図である。
【図１５】平行Ｇａｐ、当接時間６.０μｓにおける静電インクジェットヘッドの周波数依存性を示す図である。
【図１６】平行Ｇａｐ、当接時間１０.０μｓにおける静電インクジェットヘッドの周波数依存性を示す図である。
【図１７】ガウスＧａｐ形状、当接時間４.０μｓにおける静電インクジェットヘッドの周波数依存性を示す図である。
【図１８】ガウスＧａｐ形状、当接時間６.０μｓにおける静電インクジェットヘッドの周波数依存性を示す図である。
【図１９】ガウスＧａｐ形状、当接時間１０.０μｓにおける静電インクジェットヘッドの周波数依存性を示す図である。
【図２０】ガウスＧａｐ形状、当接時間２０.０μｓにおける静電インクジェットヘッドの周波数依存性を示す図である。
【図２１】ガウスＧａｐ形状、当接時間３０.０μｓにおける静電インクジェットヘッドの周波数依存性を示す図である。
【図２２】本発明による静電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の一例を示す要部斜視図である。
【図２３】本発明の実施に使用される駆動電圧パルス発生回路の一例を説明するための図である。
【符号の説明】
１０…電極基板、１１…個別電極、１２…保護膜、１３…封止材、２０…液室・振動板基板、２１…インク液室、２２…振動板、３０…ノズル基板、３１…ノズル。

Claims

振動板と、該振動板に対向してＧａｐをもって配設された電極を有し、該電極と前記振動板との間にパルス電圧を印加して前記振動板を静電力により変位させ、該振動板の機械的な復元力によりインク滴を噴射する静電インクジェットヘッドであって、前記電極は、振動板短辺方向において中央部が前記振動板方向に凸となる弓形状に形成されることを特徴とする静電インクジェットヘッド。
前記Ｇａｐの形成されたＧａｐ室が封止材により封止されていることを特徴とする請求項１に記載の静電インクジェットヘッド。
請求項１または２に記載の静電インクジェットヘッドを搭載し、該静電インクジェットヘッドを記録紙に対向させ、インク液滴を噴射させて記録を行うことを特徴とするインクジェット記録装置。