JP5657255B2 - インクジェットプリンタ及びその駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧電方式及び静電方式の複合方式によって駆動されるインクジェットプリンタとその駆動方法とに関する。

一般的に、インクジェットプリンタは、インクジェットヘッドを利用して印刷用インクの微小液滴（droplet）を、印刷媒体、例えば印刷用紙上の所望の位置に吐出させ、印刷用紙の表面に、所定色相の画像を印刷する装置である。このようなインクジェットプリンタは、最近、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：liquid crystal display）や有機発光素子（ＯＬＥＤ：organic light emitting device）のような平板ディスプレイ分野、電子紙（Ｅ−paper）のようなフレキシブルディスプレイ分野、金属配線のような印刷電子工学（printed electronics）分野、及び有機薄膜トランジスタ（ＯＴＦＴ：organic thin film transistor）といった多様な分野に応用範囲が拡大されている。このようなインクジェットプリンタが、前記ディスプレイ分野や印刷電子工学分野に適用されるにおいて、工程技術上、最も重要な技術的課題のうちの一つが、高解像度及び超精密プリンティングである。

インクジェットプリンタは、多様なインク吐出方式を採用でき、その吐出方式には、圧電方式と静電方式とがある。圧電方式は、圧電体の変形によってインクを吐出させる方式であり、静電方式は、静電気力によってインクを吐出させる方式である。前記静電方式は、静電誘導（electrostatic induction）によってインクを吐出させる方式と、帯電された顔料（charged pigments）を静電気力によって蓄積させた後、インク液滴として吐出する方式とに分けられる。

前記圧電方式のインクジェットプリンタは、ＤＯＤ（drop on demand）方式でインクを吐出させるので、プリンティング作業を制御しやすく、駆動方式が単純であり、圧電体の機械的変形によって吐出エネルギーを生成するので、使われるインクに制約がないという長所がある。しかし、圧電方式のインクジェットプリンタは、数ピコリットル（Pico liter）以下の微細液滴を吐出するのには困難さがあり、吐出されたインク液滴の直進性が落ちるという短所がある。

前記静電方式のインクジェットプリンタは、微細液滴を具現しやすく、駆動方式も単純であり、吐出されたインク液滴の直進性も良好であり、精密プリンティングに有利であるという長所がある。しかし、静電方式のインクジェットプリンタのうち静電誘導方式は、個別インク流路を形成し難いために多数のノズルからＤＯＤ方式でインクを吐出させ難いという短所があり、帯電顔料を利用する方式は、密度が高い顔料を蓄積させなければならないために、インクの吐出速度に限界があり、使われるインクにも制限があるという短所がある。

一方、インクジェットプリンタにおいて、吐出されるインク液滴のサイズは、一般的にノズルの直径に比例する。従って、微細なインク液滴を吐出するためには、ノズルのサイズを小さくする必要がある。しかし、ノズルのサイズを小さくする場合には、精密なノズルを作り難く、またノズルの詰まり（clogging）が発生する可能性が高くなり、信頼性が低下してしまう。

圧電方式のインクジェットプリンタとしては、たとえば下記特許文献１に示すようなものがあり、静電方式のインクジェットプリンタとしては、たとえば下記特許文献２に示すようなものがある。

特開２００９−２９２５７２号公報 特開２００８−１８３７２４号公報

本発明が解決しようとする課題は、圧電方式と静電方式とを共に採用する複合方式のインクジェットプリンタと、微細なインク液滴を吐出できる駆動方法とを提供することである。

前記課題を解決するために、本発明の一実施形態によるインクジェットプリンタは、インクが流入するインクインレットと流入したインクを収めている圧力チャンバと圧力チャンバ内のインクを液滴状に吐出させるノズルとが形成された流路プレートと、ノズルからインク液滴を吐出させる第１駆動力であって、圧力チャンバ内部のインクに圧力変化を提供する圧電アクチュエータと、ノズルからインク液滴を吐出させる第２駆動力であって、ノズル内部のインクに静電気力を印加する静電気力印加手段と、を具備し、ノズルの内部には、ノズルの中心軸に沿って延長されたガイドロッドが設けられ、圧電アクチュエータによって圧力チャンバの体積を増加させる前に、ガイドロッドによる表面張力によって、ガイドロッドの前部分のメニスカスが凸型に突出しうる。

圧電アクチュエータによって圧力チャンバの体積を増加させるときに、ガイドロッドの前部分に、ノズルの内径より小さい曲率半径を有した凸型のメニスカスが形成され、静電気力印加手段は、凸型に突出した部分のインクを、静電気力によって液滴状に吐出させうる。

ガイドロッドは、ノズルの内側壁面に固定されたブリッジによって支持され、流路プレートの底面から所定長ほど突出しうる。

インクインレットは、流路プレートの上面側に形成され、圧力チャンバは、流路プレートの内部に形成され、ノズルは、流路プレートの底面側に形成されうる。また、流路プレートには、インクインレットと圧力チャンバとを連結するマニホールド及びリストリクタと、圧力チャンバとノズルとを連結するダンパがさらに形成されうる。そして、流路プレートは、複数の基板からなりうる。

圧電アクチュエータは、流路プレートの上面に順次積層される下部電極、圧電膜及び上部電極と、下部電極と上部電極との間に電圧を印加するための第１電源とを含むことができる。

静電気力印加手段は、互いに対向するように配された第１静電電極及び第２静電電極と、第１静電電極と第２静電電極との間に電圧を印加する第２電源とを含むことができる。ここで、第１静電電極は、流路プレートの上面に配され、第２静電電極は、流路プレートの底面と離隔されるように配されうる。

前記課題を解決するために、本発明の一実施形態によるインクジェットプリンタの駆動方法は、インクが流入するインクインレットと流入したインクを収めている圧力チャンバと圧力チャンバ内のインクを液滴状に吐出させるノズルとが形成された流路プレートと、ノズルからインク液滴を吐出させる第１駆動力であって、圧力チャンバ内部のインクに圧力変化を提供する圧電アクチュエータと、ノズルからインク液滴を吐出させる第２駆動力であって、ノズル内部のインクに静電気力を印加する静電気力印加手段と、を具備し、前記ノズルの内部には、前記ノズルの中心軸に沿って延長されたガイドロッドが設けられたインクジェットプリンタの駆動方法において、前記静電気力印加手段に静電電圧を印加して前記ノズルの内部のインクに静電気力を印加する段階と、圧電アクチュエータに第１電圧を印加し、圧電アクチュエータを、圧力チャンバの体積を減少させる方向に変形させる段階と、圧電アクチュエータに第２電圧を印加し、圧電アクチュエータを、圧力チャンバの体積を増加させる方向に変形させる段階と、圧電アクチュエータに印加された第２電圧を除去する段階と、を含み、前記第２電圧を印加する段階前に、前記ガイドロッドによる表面張力によって、前記ガイドロッドの前部分のメニスカスが凸型に突出しうる。

第２電圧を印加する段階で、ガイドロッド前部分に、ノズルの内径より小さい曲率半径を有した凸型のメニスカスが形成され、凸型に突出した部分のインクは、静電気力によって液滴状に吐出されうる。また、静電電圧は、少なくとも第１電圧を印加する段階と、第２電圧を印加する段階とで維持されうる。

第１電圧を印加する段階で、ノズル内部のインクのメニスカスが凸型に変形されうる。

第２電圧を印加する段階で、ノズルの中央部に、ノズルの内径より小さい曲率半径を有した凸型のメニスカスが形成され、凸型に突出した部分のインクは、静電気力によって液滴状に吐出されうる。このとき、ノズルのサイズに比べて小サイズのインク液滴が吐出されうる。

第２電圧を除去する段階で、圧電アクチュエータ、圧力チャンバ内の圧力、及びノズル内部のインクのメニスカスは、元の状態に戻りうる。

前記課題を解決するために、本発明の他の実施形態によるインクジェットプリンタの駆動方法は、インクが流入するインクインレットと、流入したインクを収めている圧力チャンバと、圧力チャンバ内のインクを液滴状に吐出させるノズルとが形成された流路プレートと、ノズルからインク液滴を吐出させる第１駆動力であって、圧力チャンバ内部のインクに圧力変化を提供する圧電アクチュエータと、ノズルからインク液滴を吐出させる第２駆動力であって、ノズル内部のインクに静電気力を印加する静電気力印加手段と、を具備し、ノズルの内部には、ノズルの中心軸に沿って延長されたガイドロッドが設けられたインクジェットプリンタの駆動方法であって、静電気力印加手段に静電電圧を印加し、ノズルの内部のインクに静電気力を印加する段階と、圧電アクチュエータに第２電圧を印加し、圧電アクチュエータを、圧力チャンバの体積を増加させる方向に変形させる段階と、圧電アクチュエータに印加された第２電圧を除去する段階と、を含み、第２電圧を印加する段階前に、ガイドロッドによる表面張力によって、ガイドロッドの前部分のメニスカスが凸型に突出しうる。

第２電圧を印加する段階で、ガイドロッド前部分に、ノズルの内径より小さい曲率半径を有した凸型のメニスカスが形成され、凸型に突出した部分のインクは、静電気力によって液滴状に吐出されうる。

また、第２電圧を印加する段階前に、圧電アクチュエータに第１電圧を印加し、圧電アクチュエータを、圧力チャンバの体積を減少させる方向に変形させる段階をさらに含みうる。第１電圧を印加する段階で、ノズル内部のインクのメニスカスが凸型に変形できる。

静電電圧は、少なくとも第１電圧を印加する段階と、第２電圧を印加する段階とで維持されうる。

第２電圧を印加する段階前に、ガイドロッドによる表面張力によって、ガイドロッドの前部分のメニスカスが凸型に突出しうる。

第２電圧を印加する段階で、ガイドロッド前部分に、ノズルの内径より小さい曲率半径を有した凸型のメニスカスが形成され、凸型に突出した部分のインクは、静電気力によって液滴状に吐出されうる。このとき、ノズルのサイズに比べて小サイズのインク液滴が吐出されうる。

第２電圧を除去する段階で、圧電アクチュエータ、圧力チャンバ内の圧力、及びノズル内部のインクのメニスカスは、元の状態に戻りうる。

本発明に係るインクジェットプリンタ及びその駆動方法によれば、圧電方式のインクジェットプリンタと静電方式のインクジェットプリンタとの長所を併せ持ち、プリンティング作業を制御しやすく、微細液滴を具現しやすく、吐出されたインク液滴の直進性も良好であって精密プリンティングに有利である。

本発明の一実施形態によるインクジェットプリンタの断面図である。 図１に図示されたインクジェットプリンタの駆動方法の一実施形態について説明するための図である。 図２に示された駆動方法に適用される駆動波形の一例について説明するための図である。 図２に示された駆動方法に適用される駆動波形の他の例について説明するための図である。 本発明の他の実施形態によるインクジェットプリンタの断面図である。 図５に示されたノズル、ガイドロッド及びブリッジの平面図である。 図５に示されたインクジェット・プリンティング装置の駆動方法の一実施形態について説明するための図である。 図５に示されたインクジェットプリンタの駆動方法の他の実施形態について説明するための図である。 図８に図示された駆動方法に適用される駆動波形の一例について説明するための図面である。 図８に示された駆動方法に適用される駆動波形の他の例について説明するための面である。

以下、添付された図面を参照しつつ、本発明の実施形態について詳細に説明する。しかし、以下に例示された実施形態は、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明を当該技術分野で当業者に十分に説明するために提供されるものである。以下の図面で同じ参照符号は、同じ構成要素を指し、図面上で各構成要素の大きさは、説明の明瞭性と便宜性とのために、誇張されていることがある。

図１は、本発明の一実施形態によるインクジェットプリンタの断面図である。

図１を参照すれば、本発明の一実施形態によるインクジェットプリンタは、インク流路が形成された流路プレート１１０と、インク吐出のための駆動力を提供する圧電アクチュエータ１３０と、静電気力印加手段１４０とを具備する。

流路プレート１１０には、インク流路が形成され、インク流路は、インクが流入するインクインレット１２１と、流入したインクを収めている多数の圧力チャンバ１２５と、インク液滴を吐出させるための多数のノズル１２８とを含む。インクインレット１２１は、流路プレート１１０の上面側に形成され、インクタンク（図示せず）と連結される。インクタンク（図示せず）から供給されたインクは、インクインレット１２１を介して流路プレート１１０内部に流入する。多数の圧力チャンバ１２５は、流路プレート１１０内部に形成され、インクインレット１２１を介して流入したインクが保存される。そして、流路プレート１１０内部には、インクインレット１２１と、多数の圧力チャンバ１２５とを連結するマニホールド１２２，１２３と、リストリクタ１２４とが形成されうる。多数のノズル１２８は、多数の圧力チャンバ１２５に充填されたインクを液滴状に吐出するためのものであり、多数の圧力チャンバ１２５それぞれに対して、一つずつ対応して連結される。多数のノズル１２８は、流路プレート１１０の底面側に形成され、１列または２列に配列されうる。そして、流路プレート１１０には、前記多数の圧力チャンバ１２５と多数のノズル１２８とをそれぞれ連結する多数のダンパ１２６が形成されうる。

流路プレート１１０は、微細加工性が良好な材質の基板、例えばシリコン基板からなりうる。そして、流路プレート１１０は、順次積層された３枚の基板、すなわち第１基板１１１、第２基板１１２及び第３基板１１３を、ＳＤＢ（silicon direct bonding）によって接合して構成できる。この場合、インクインレット１２１は、最も上部に位置した基板、すなわち第３基板１１３を垂直に貫通するように形成され、多数の圧力チャンバ１２５は、第３基板１１３に、その底面から所定深さに形成されうる。多数のノズル１２８は、最も下部に位置した基板、すなわち第１基板１１１を垂直に貫通するように形成されうる。マニホールド１２２，１２３は、第３基板１１３と、中間に位置した第２基板１１２とに形成され、多数のダンパ１２６は、第２基板１１２を垂直に貫通するように形成されうる。

一方、以上では、流路プレート１１０が３枚の基板１１１，１１２，１１３によって構成された場合を説明しているが、それは例示的なものであり、本発明は、３枚の基板に限定されるものではない。従って、流路プレート１１０は、１枚または２枚の基板や、４枚以上の基板によっても構成され、その内部に形成されるインク流路も、多様な構成によって多様に配されうる。

圧電アクチュエータ１３０は、インク吐出のための第１の駆動力、すなわち多数の圧力チャンバ１２５に圧力変化を提供する役割を行うものであり、流路プレート１１０の上面に、多数の圧力チャンバ１２５に対応する位置に形成される。圧電アクチュエータ１３０は、流路プレート１１０の上面に順次積層される下部電極１３１、圧電膜１３２及び上部電極１３３からなりうる。下部電極１３１は、共通電極の役割を行い、上部電極１３３は、圧電膜１３２に電圧を印加する駆動電極の役割を行う。このために、下部電極１３１と上部電極１３３とには、第１電源１３５が連結される。そして、圧電膜１３２は、第１電源１３５からの電圧印加によって変形されることによって、圧力チャンバ１２５の上部壁をなす第３基板１１３を変形させる役割を行う。このような圧電膜１３２は、所定の圧電物質、例えばＰＺＴ（lead zircon ate titan ate）セラミック材料からなりうる。

静電気力印加手段１４０は、インク吐出のための第２の駆動力、すなわちノズル１２８内部のインクに静電気力を印加する役割を行うものであり、互いに対向するように配された第１静電電極１４１及び第２静電電極１４２と、第１静電電極１４１と第２静電電極１４２との間に電圧を印加する第２電源１４５とを具備する。

第１静電電極１４１は、流路プレート１１０に設けられる。具体的に、第１静電電極１４１は、流路プレート１１０の上面、すなわち第３基板１１３の上面に形成されうる。この場合、第１静電電極１４１は、圧電アクチュエータ１３０の下部電極１３１と離隔されるように、インクインレット１２１が形成された領域に配されうる。第２静電電極１４２は、流路プレート１１０の底面と所定間隔離隔されるように配され、第２静電電極１４２上には、流路プレート１１０のノズル１２８から吐出されるインク液滴が印刷される印刷媒体Ｐが配される。

前記構成を有したインクジェットプリンタは、圧電方式と静電方式とのインク吐出方式を共に採用するので、圧電方式の長所と静電方式の長所とを共に有することができる。すなわち、本発明の一実施形態によるインクジェットプリンタは、ＤＯＤ（drop on demand）方式でインクを吐出させることができ、プリンティング作業を制御しやすく、微細液滴を具現しやすく、吐出されたインク液滴の直進性も良好であって精密プリンティングに有利である。

図２は、図１に図示されたインクジェットプリンタの駆動方法の一実施形態について説明するための図であり、図３は、図２に示された駆動方法に適用される駆動波形の一例について説明するための図である。

図２と図３とを共に参照すれば、Ｓ２０２段階では、圧電アクチュエータ１３０には、電圧が印加されず、第１静電電極１４１と第２静電電極１４２との間には、第２電源１４５から、所定の静電電圧Ｖ_Ｅが印加される。このとき、ノズル１２８内部のインク１２９に作用する静電気力が大きくないために、インク１２９のメニスカスＭ（meniscus）は、静止状態（static state）である。

次に、Ｓ２０４段階では、圧電アクチュエータ１３０に、所定の第１電圧Ｖ_Ｐ１を印加し、圧電アクチュエータ１３０を、圧力チャンバ１２５の体積を減少させる方向に変形させる。このとき、第１静電電極１４１と第２静電電極１４２との間には、静電電圧Ｖ_Ｅが印加された状態が維持される。それにより、圧力チャンバ１２５内の圧力が増加するので、ノズル１２８内部のインク１２９のメニスカスＭが凸型に変形される。このように凸型のメニスカスＭが形成されれば、この部分に電場が集束し、これによって、インク１２９内部の正電荷は、第２静電電極１４２側に移動し、ノズル１２８の端部に集まる。

次に、Ｓ２０６段階で、圧電アクチュエータ１３０に所定の第２電圧Ｖ_Ｐ２を印加し、圧電アクチュエータ１３０を、圧力チャンバ１２５の体積を増加させる方向に変形させる。このとき、第１静電電極１４１と第２静電電極１４２との間には、静電電圧Ｖ_Ｅが印加された状態が維持される。それにより、圧力チャンバ１２５内の圧力が減少するので、ノズル１２８内部のインク１２９のメニスカスＭは、凹型に変形されるが、メニスカスＭの中央部は、集まった電荷と第２静電電極１４２との間に作用する静電気力によって、凸型を維持する。これによって、ノズル１２８の中央部には、ノズル１２８の内径よりはるかに小さい曲率半径を有した凸型のメニスカスＭが形成される。

一般的に、下記の数式１のように、静電気力Ｆ_Ｅは、電荷量ｑと電場の強度Ｅとに比例する。そして、下記の数式２のように、電荷量ｑも、電場の強度Ｅに比例する。従って、下記の数式３のように、静電気力Ｆ_Ｅは、電場の強度Ｅの自乗に比例する。また、下記の数式４のように、電場の強度Ｅは、印加された静電電圧Ｖ_Ｅに比例するが、メニスカスＭの曲率半径ｒ_ｍには反比例する。従って、下記の数式５のように、ノズル１２８端部で尖って突出した部分のインク１２９に作用する静電気力Ｆ_Ｅは、その部分のメニスカスＭの曲率半径ｒ_ｍの自乗に反比例する。

前述のように、尖って突出した部分のインク１２９に作用する静電気力Ｆ_Ｅは、大きくなり、これによって、ノズル１２８中央部のメニスカスＭの曲率半径は、さらに小さくなり、これは、さらに静電気力Ｆ_Ｅを一層増加させる。結局は、尖って突出した部分のインク１２９は、ノズル１２８内部のインク１２９から液滴１２９ａの形態で離れて出てくる。このとき、インク１２９は、ノズル１２９の中央部でのみ尖って突出しているので、ノズル１２８のサイズに比べてはるかに小サイズのインク液滴１２９ａが吐出されうる。このように分離されたインク液滴１２９ａは、静電気力Ｆ_Ｅによって、第２静電電極１４２側に移動し、印刷媒体Ｐ上に印刷される。

次に、Ｓ２０８段階で、圧電アクチュエータ１３０に印加された第２電圧Ｖ_Ｐ２を除去すれば、圧電アクチュエータ１３０は、元の状態に戻り、圧力チャンバ１２５内の圧力も、元の状態に回復するので、凹型のメニスカスＭも、元の状態に戻る。このとき、第１静電電極１４１と第２静電電極１４２との間には、静電電圧Ｖ_Ｅが印加された状態が維持されうる。

一方、以上では、第１静電電極１４１と第２静電電極１４２との間に印加される静電電圧Ｖ_Ｅが、Ｓ２０２段階からＳ２０８段階まで続けて維持されることを、図面で説明したが、静電電圧Ｖ_Ｅは、次に説明するように、一部段階でのみ印加される。

図４は、図２に示された駆動方法に適用される駆動波形の他の例について説明するための図である。

図４を参照すれば、第１静電電極１４１と第２静電電極１４２との間に印加される静電電圧Ｖ_Ｅは、Ｓ２０４段階とＳ２０６段階とでのみ維持されうる。すなわち、圧電アクチュエータ１３０に電圧が印加されず、メニスカスＭが停止した状態を維持するＳ２０２段階とＳ２０８段階では、静電電圧Ｖ_Ｅも印加されないことがある。

前述の通り、本発明の一実施形態による駆動方法によれば、ノズルのサイズに比べてはるかに小サイズのインク液滴を吐出できる。すなわち、ノズルのサイズを小さくせずに、比較的大径、例えば数μｍないし数十μｍほどの直径を有したノズルを介しても、数ピコリットル（Pico liter）レベルの微細な液滴を吐出できる。そして、微細な液滴を吐出しつつも、比較的大径のノズルを使用できるので、ノズルの詰まり（clogging）が発生する可能性が低くなって信頼性が高まる。また、電場がインクのメニスカスの一部分に集中するので、一定の静電気力を発生させるための静電電圧を低く維持させることができる。

図５は、本発明の他の実施形態によるインクジェットプリンタを示した断面図であり、図６は、図５に図示されたノズル、ガイドロッド及びブリッジを示した平面図である。図５と図６とに図示された実施形態は、ノズルの構成を除いては、図１に示された実施形態の構成と同一であるので、以下では、ノズルの構成についてのみ説明する。

図５と図６とを共に参照すれば、本発明の他の実施形態によるインクジェットプリンタにおいて、前記ノズル１２８内部には、ノズル１２８の中心軸に沿って延長されたガイドロッド１２８ａが配されうる。ガイドロッド１２８ａは、流路プレート１１０の底面から所定長ほど突出するように形成されうる。そして、ガイドロッド１２８ａは、ノズル１２８の内側壁面に固定されたブリッジ１２８ｂによって支持されうる。

図７は、図５に図示されたインクジェットプリンタの駆動方法の一実施形態について説明するための図である。そして、図７に示された駆動方法には、図３に示された駆動波形がそのまま適用されうる。

図７と図３とを共に参照すれば、Ｓ７０２段階では、圧電アクチュエータ１３０には、電圧が印加されず、第１静電電極１４１と第２静電電極１４２との間には、第２電源１４５から所定の静電電圧Ｖ_Ｅが印加される。このとき、ノズル１２８内部のインク１２９に作用する静電気力が大きくないために、インク１２９のメニスカスＭは、静止状態である。ただし、ノズル１２８の中央部に配されたガイドロッド１２８ａによる表面張力によって、ガイドロッド１２８ａの前部分のメニスカスＭは、若干突出している。

次に、Ｓ７０４段階では、圧電アクチュエータ１３０に、所定の第１電圧Ｖ_Ｐ１を印加し、圧電アクチュエータ１３０を、圧力チャンバ１２５の体積を減少させる方向に変形させる。このとき、第１静電電極１４１と第２静電電極１４２との間には、静電電圧Ｖ_Ｅが印加された状態が維持される。それにより、圧力チャンバ１２５内の圧力が増加するので、ノズル１２８内部のインク１２９のメニスカスＭが凸型に変形される。このように凸型のメニスカスＭが形成されれば、この部分に電場が集束し、これによって、インク１２９内部の正電荷は、第２静電電極１４２側に移動し、ノズル１２８の端部に集まる。

次に、Ｓ７０６で、圧電アクチュエータ１３０に所定の第２電圧Ｖ_Ｐ２を印加し、圧電アクチュエータ１３０を圧力チャンバ１２５の体積を増加させる方向に変形させる。このとき、第１静電電極１４１と第２静電電極１４２との間には、静電電圧Ｖ_Ｅが印加された状態が維持される。それにより、圧力チャンバ１２５内の圧力が減少するので、ノズル１２８内部のインク１２９のメニスカスＭは、凹型に変形されるが、メニスカスＭの中央部は、集まった電荷と第２静電電極１４２との間に作用する静電気力によって、凸型を維持する。このとき、ガイドロッド１２８ａによる表面張力によって、ガイドロッド１２８ａの前方に、凸型のメニスカスがＭがさらに容易に形成されうる。これによって、ノズル１２８の中央部には、ノズル１２８の内径よりはるかに小さい曲率半径を有した凸型のメニスカスＭが形成される。

前述のように、尖って突出した部分のインク１２９に作用する静電気力Ｆ_Ｅは大きくなり、これによって、ノズル１２８中央部のメニスカスＭの曲率半径はさらに小さくなり、これは、さらに静電気力Ｆ_Ｅを一層増加させる。結局は、尖って突出した部分のインク１２９は、ノズル１２８内部のインク１２９から液滴１２９ａの形態で離れて出てくる。このとき、インク１２９は、ノズル１２９の中央部でのみ尖って突出しているので、ノズル１２８のサイズに比べてはるかに小サイズのインク液滴１２９ａが吐出されうる。このように分離されたインク液滴１２９ａは、静電気力Ｆ_Ｅによって、第２静電電極１４２側に移動し、印刷媒体Ｐ上に印刷される。

次に、Ｓ７０８段階で、圧電アクチュエータ１３０に印加された第２電圧Ｖ_Ｐ２を除去すれば、圧電アクチュエータ１３０は、元の状態に戻り、圧力チャンバ１２５内の圧力も、元の状態に回復するので、凹型のメニスカスＭも、元の状態に戻る。このとき、第１静電電極１４１と第２静電電極１４２との間には、静電電圧Ｖ_Ｅが印加された状態が維持されうる。

一方、以上では、第１静電電極１４１と第２静電電極１４２との間に印加される静電電圧Ｖ_Ｅが、Ｓ７０２段階からＳ７０８段階まで続けて維持されることを図面で説明したが、静電電圧Ｖ_Ｅは、図４に図示されているように、Ｓ７０４段階とＳ７０６段階とでのみ維持される。

前述の通り、図７に示された駆動方法の一実施形態によれば、ノズル１２８の中央部に設けられたガイドロッド１２８ａによる表面張力が、静電気力と共に作用することによって、ノズル１２８の中央部にのみ、尖った形態のメニスカスＭがさらに容易に形成されうる。

図８は、図５に示されたインクジェットプリンタの駆動方法の他の実施形態について説明するための図であり、図９は、図８に示された駆動方法に適用される駆動波形の一例について説明するための図である。

図８と図９とを共に参照すれば、Ｓ８０２段階では、圧電アクチュエータ１３０には、電圧が印加されず、第１静電電極１４１と第２静電電極１４２との間には、第２電源１４５から所定の静電電圧Ｖ_Ｅが印加される。このとき、ノズル１２８内部のインク１２９に作用する静電気力が大きくないために、インク１２９のメニスカスＭは、静止状態である。ただし、ノズル１２８の中央部に配されたガイドロッド１２８ａによる表面張力によって、ガイドロッド１２８ａの前部分のメニスカスＭは、若干凸型に突出する。このようにガイドロッド１２８ａの前部分で、若干凸型に突出した部分には、静電気力によって、正電荷が集まる。

次に、Ｓ８０４段階では、圧電アクチュエータ１３０に、所定の第２電圧Ｖ_Ｐ２を印加し、圧電アクチュエータ１３０を、圧力チャンバ１２５の体積を増加させる方向に変形させる。このとき、第１静電電極１４１と第２静電電極１４２との間には、静電電圧Ｖ_Ｅが印加された状態が維持される。それにより、圧力チャンバ１２５内の圧力が減少するので、ノズル１２８内部のインク１２９のメニスカスＭは、凹型に変形されるが、メニスカスＭの中央部、すなわちガイドロッド１２８ａの前部には、集まった電荷と第２静電電極１４２との間に作用する静電気力、及びガイドロッド１２８ａによる表面張力によって、凸型を維持する。

図８に示された実施形態では、図７に示されたＳ７０４段階が省略されているので、ガイドロッド１２８ａの前部に残っているインク１２９の量が非常に少なく、これによって、メニスカスＭの曲率半径も非常に小さい。従って、ガイドロッド１２８ａの前部に残っているインク１２９に作用する静電気力Ｆ_Ｅは、さらに大きくなり、結局、その部分のインク１２９は、液滴１２９ａの形態で吐出される。このように分離されたインク液滴１２９ａは、静電気力Ｆ_Ｅによって、第２静電電極１４２側に移動し、印刷媒体Ｐ上に印刷される。

次に、Ｓ８０６段階で、圧電アクチュエータ１３０に印加された第２電圧Ｖ_Ｐ２を除去すれば、圧電アクチュエータ１３０は、元の状態に戻り、圧力チャンバ１２５内の圧力も、元の状態に回復するので、凹型のメニスカスＭも、元の状態に戻る。このとき、第１静電電極１４１と第２静電電極１４２との間には、静電電圧Ｖ_Ｅが印加された状態が維持されうる。

前述の通り、図８と図９とに図示された駆動方法の他の実施形態によれば、ノズル１２８の中央部に設けられたガイドロッド１２８ａの前部分に残るインク１２９の量が非常に少ないので、図７に図示された実施形態に比べて、さらに微細なサイズのインク液滴１２９ａを吐出できる。

図１０は、図８に示された駆動方法に適用される駆動波形の他の例について説明するための図である。

図１０を参照すれば、第１静電電極１４１と第２静電電極１４２との間に印加される静電電圧Ｖ_Ｅは、Ｓ８０４段階でのみ維持されうる。すなわち、圧電アクチュエータ１３０に電圧が印加されず、メニスカスＭが停止した状態を維持するＳ８０２とＳ８０６段階では、静電電圧Ｖ_Ｅも印加されない。

以上、本発明の理解を助けるために、図示された実施形態を基に本発明について説明した。しかし、このような実施形態は、単に例示的なものに過ぎず、当分野で当業者ならば、それらから多様な変形及び均等な他実施形態が可能であるという点を理解することができるであろう。従って、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲によって決まるものである。

１１０ 流路プレート、
１１１ 第１基板、
１１２ 第２基板、
１１３ 第３基板、
１２１ インクインレット、
１２２，１２３ マニホールド、
１２４ リストリクタ、
１２５ 圧力チャンバ、
１２６ ダンパ、
１２８ ノズル、
１２８ａ ガイドロッド、
１２８ｂ ブリッジ、
１２９ インク、
１２９ａ インク液滴、
１３０ 圧電アクチュエータ、
１３１ 下部電極、
１３２ 圧電膜、
１３３ 上部電極、
１３５ 第１電源、
１４０ 静電気力印加手段、
１４１ 第１静電電極、
１４２ 第２静電電極、
１４５ 第２電源、
Ｍ メニスカス、
Ｐ 印刷媒体。

Claims (24)

1. インクジェットプリンタにおいて、
   インクが流入するインクインレットと流入したインクを収めている圧力チャンバと前記圧力チャンバ内のインクを液滴状に吐出させるノズルとが形成された流路プレートと、
   前記ノズルからインク液滴を吐出させる第１駆動力であって、前記圧力チャンバ内部のインクに圧力変化を提供する圧電アクチュエータと、
   前記ノズルからインク液滴を吐出させる第２駆動力であって、前記ノズル内部のインクに静電気力を印加する静電気力印加手段と、を具備し、
   前記ノズルの内部には、前記ノズルの中心軸に沿って延長されたガイドロッドが設けられ、
   前記圧電アクチュエータによって前記圧力チャンバの体積を増加させる前に、前記ガイドロッドによる表面張力によって、前記ガイドロッドの前部分のメニスカスが凸型に突出することを特徴とするインクジェットプリンタ。
2. 前記圧電アクチュエータによって前記圧力チャンバの体積を増加させるときに、前記ガイドロッドの前部分に、前記ノズルの内径より小さい曲率半径を有した凸型のメニスカスが形成され、前記静電気力印加手段は、凸型に突出した部分のインクを、前記静電気力によって液滴状に吐出させることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリンタ。
3. 前記ガイドロッドは、前記ノズルの内側壁面に固定されたブリッジによって支持されることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェットプリンタ。
4. 前記ガイドロッドは、前記流路プレートの底面から所定長ほど突出したことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のインクジェットプリンタ。
5. 前記インクインレットは、前記流路プレートの上面側に形成され、前記圧力チャンバは、前記流路プレートの内部に形成され、前記ノズルは、前記流路プレートの底面側に形成されたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のインクジェットプリンタ。
6. 前記流路プレートには、前記インクインレットと圧力チャンバとを連結するマニホールド及びリストリクタと、前記圧力チャンバとノズルとを連結するダンパがさらに形成されたことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のインクジェットプリンタ。
7. 前記流路プレートは、複数の基板からなることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のインクジェットプリンタ。
8. 前記圧電アクチュエータは、前記流路プレートの上面に順次積層される下部電極、圧電膜及び上部電極と、前記下部電極と上部電極との間に電圧を印加するための第１電源とを含むことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のインクジェットプリンタ。
9. 前記静電気力印加手段は、互いに対向するように配された第１静電電極及び第２静電電極と、前記第１静電電極と第２静電電極との間に電圧を印加する第２電源とを含むことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のインクジェットプリンタ。
10. 前記第１静電電極は、前記流路プレートの上面に配され、前記第２静電電極は、前記流路プレートの底面と離隔されるように配されたことを特徴とする請求項９に記載のインクジェットプリンタ。
11. インクが流入するインクインレットと流入したインクを収めている圧力チャンバと前記圧力チャンバ内のインクを液滴状に吐出させるノズルとが形成された流路プレートと、前記ノズルからインク液滴を吐出させる第１駆動力であって、前記圧力チャンバ内部のインクに圧力変化を提供する圧電アクチュエータと、前記ノズルからインク液滴を吐出させる第２駆動力であって、前記ノズル内部のインクに静電気力を印加する静電気力印加手段と、を具備し、前記ノズルの内部には、前記ノズルの中心軸に沿って延長されたガイドロッドが設けられたインクジェットプリンタの駆動方法において、
    前記静電気力印加手段に静電電圧を印加して前記ノズルの内部のインクに静電気力を印加する段階と、
    前記圧電アクチュエータに第１電圧を印加し、前記圧電アクチュエータを、前記圧力チャンバの体積を減少させる方向に変形させる段階と、
    前記圧電アクチュエータに第２電圧を印加し、前記圧電アクチュエータを、前記圧力チャンバの体積を増加させる方向に変形させる段階と、
    前記圧電アクチュエータに印加された第２電圧を除去する段階と、を含み、
    前記第２電圧を印加する段階前に、前記ガイドロッドによる表面張力によって、前記ガイドロッドの前部分のメニスカスが凸型に突出したことを特徴とするインクジェットプリンタの駆動方法。
12. 前記第２電圧を印加する段階で、前記ガイドロッド前部分に、前記ノズルの内径より小さい曲率半径を有した凸型のメニスカスが形成され、凸型に突出した部分のインクは、前記静電気力によって液滴状に吐出されることを特徴とする請求項１１に記載のインクジェットプリンタの駆動方法。
13. 前記静電電圧は、少なくとも前記第１電圧を印加する段階と、前記第２電圧を印加する段階とで維持されることを特徴とする請求項１２に記載のインクジェットプリンタの駆動方法。
14. 前記第１電圧を印加する段階で、前記ノズル内部のインクのメニスカスが凸型に変形されることを特徴とする請求項１３に記載のインクジェットプリンタの駆動方法。
15. 前記第２電圧を印加する段階で、前記ノズルの中央部に、前記ノズルの内径より小さい曲率半径を有した凸型のメニスカスが形成され、凸型に突出した部分のインクは、前記静電気力によって液滴状に吐出されることを特徴とする請求項１３または１４に記載のインクジェットプリンタの駆動方法。
16. 前記第２電圧を印加する段階で、前記ノズルのサイズに比べて小サイズのインク液滴が吐出されることを特徴とする請求項１３から１５のいずれかに記載のインクジェットプリンタの駆動方法。
17. 前記第２電圧を除去する段階で、前記圧電アクチュエータ、前記圧力チャンバ内の圧力、及び前記ノズル内部のインクのメニスカスは、元の状態に戻ることを特徴とする請求項１４に記載のインクジェットプリンタの駆動方法。
18. インクが流入するインクインレットと、流入したインクを収めている圧力チャンバと、前記圧力チャンバ内のインクを液滴状に吐出させるノズルとが形成された流路プレートと、前記ノズルからインク液滴を吐出させる第１駆動力であって、前記圧力チャンバ内部のインクに圧力変化を提供する圧電アクチュエータと、前記ノズルからインク液滴を吐出させる第２駆動力であって、前記ノズル内部のインクに静電気力を印加する静電気力印加手段と、を具備し、前記ノズルの内部には、前記ノズルの中心軸に沿って延長されたガイドロッドが設けられたインクジェットプリンタの駆動方法において、
    前記静電気力印加手段に静電電圧を印加し、前記ノズルの内部のインクに静電気力を印加する段階と、
    前記圧電アクチュエータに第２電圧を印加し、前記圧電アクチュエータを、前記圧力チャンバの体積を増加させる方向に変形させる段階と、
    前記圧電アクチュエータに印加された第２電圧を除去する段階と、を含み、
    前記第２電圧を印加する段階前に、前記ガイドロッドによる表面張力によって、前記ガイドロッドの前部分のメニスカスが凸型に突出したことを特徴とするインクジェットプリンタの駆動方法。
19. 前記第２電圧を印加する段階で、前記ガイドロッド前部分に、前記ノズルの内径より小さい曲率半径を有した凸型のメニスカスが形成され、凸型に突出した部分のインクは、前記静電気力によって液滴状に吐出されることを特徴とする請求項１８に記載のインクジェットプリンタの駆動方法。
20. 前記第２電圧を印加する段階前に、前記圧電アクチュエータに第１電圧を印加し、前記圧電アクチュエータを、前記圧力チャンバの体積を減少させる方向に変形させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項１８または１９に記載のインクジェットプリンタの駆動方法。
21. 前記第１電圧を印加する段階で、前記ノズル内部のインクのメニスカスが凸型に変形されることを特徴とする請求項２０に記載のインクジェットプリンタの駆動方法。
22. 前記静電電圧は、少なくとも前記第１電圧を印加する段階と、前記第２電圧を印加する段階とで維持されることを特徴とする請求項２０または２１に記載のインクジェットプリンタの駆動方法。
23. 前記第２電圧を印加する段階で、前記ノズルのサイズに比べて小サイズのインク液滴が吐出されることを特徴とする請求項１９に記載のインクジェットプリンタの駆動方法。
24. 前記第２電圧を除去する段階で、前記圧電アクチュエータ、前記圧力チャンバ内の圧力、及び前記ノズル内部のインクのメニスカスは、元の状態に戻ることを特徴とする請求項２１に記載のインクジェットプリンタの駆動方法。

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