JP4075262B2 - インクジェットヘッド - Google Patents

Description

【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。
▲１▼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。
▲２▼主電極と同時に駆動させて吐出量を変える。
▲３▼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▲２▼，▲３▼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▲２▼，▲３▼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、該主電極の長さ方向に隣接して配置された１又は複数の補助電極とからなり、前記対向電極は複数並列に配置されており、各対向電極の補助電極は他の対向電極の対応する補助電極と電気的に接続されており、そして、前記対向電極の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、該主電極の長さ方向に隣接して配置された１又は複数の補助電極とからなり、前記対向電極は複数並列に配置されており、各対向電極の補助電極は他の対向電極の対応する補助電極と電気的に接続されており、そして、前記対向電極の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ＩＴＯ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３３ｋＨｚ）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。
▲１▼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
▲２▼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。
１／２５ Ｔ₀ ≧ 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、
▲１▼充電して振動板を対向電極側に吸引する過程と、
▲２▼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、
▲３▼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、▲１▼と▲２▼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７．５μsec）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１／７５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１／２５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、０．４μsec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、▲１▼は対向電極はＩＴＯのみ（図３３に相当）、▲２▼は補助電極のリード部を金の薄膜で構成した例、▲３▼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Ｔ₀：３０μsec（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０．１μｍ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１０１ｂ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１０１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１０６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τ１，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，τ２，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５ａ、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５１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５１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１０１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ＩＴＯ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１０１ｂ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）５１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１０１とが対向している。
【００６２】
これらの主電極１０，第１の補助電極１０１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１０，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２２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）５１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１０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ＣＰＵ２０１を中心に構成されている。すなわち、ＣＰＵ２０１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ＲＯＭ２０２ａ、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２０９ｂ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１０，１０１，５１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１０１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Ｐｗｓ’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１０１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１０１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１０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１０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１０１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１８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）５１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５１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２１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１０１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１０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２３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１０２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１０１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ＩＴＯ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５１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、５１間の充放電により、主電極１０及び第２の補助電極１０２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１０，１０２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１０，１０１，１０２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

Claims (16)

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、該主電極の長さ方向に隣接して配置された１又は複数の補助電極とからなり、
   前記対向電極は複数並列に配置されており、各対向電極の補助電極は他の対向電極の対応する補助電極と電気的に接続されており、そして、
   前記対向電極の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。
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。
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。
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。
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、該主電極の長さ方向に隣接して配置された１又は複数の補助電極とからなり、
   前記対向電極は複数並列に配置されており、各対向電極の補助電極は他の対向電極の対応する補助電極と電気的に接続されており、そして、
   前記対向電極の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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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１〜１１記載のインクジェットヘッド。
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１１又は１２記載のインクジェットヘッド。
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。
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。

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