JPH07125196A - インクジェットヘッドの駆動装置及びその駆動方法 - Google Patents
インクジェットヘッドの駆動装置及びその駆動方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】静電気力を利用した方式のインクジェットヘッ
ドを安定して駆動させ、良好な印字品質を得ることと、
信頼性の向上を目的とした駆動装置及び方法を提供す
る。 【構成】振動板５と、振動板５を擁し一体に形成された
基板１と、振動板５とギャップを介して対向配置された
個別電極２１を有するインクジェットヘッドにおいて、
基板１がＰ形半導体基板の時は基板１をプラス極とし個
別電極２１をマイナス極とする駆動手段を、基板１がＮ
形半導体の時は基板１をマイナス極とし個別電極２１を
プラス極とする駆動手段を有し、振動板５と個別電極２
１との間に生ずる静電気力によって振動板５を作動しイ
ンクを吐出することを特徴とする。
ドを安定して駆動させ、良好な印字品質を得ることと、
信頼性の向上を目的とした駆動装置及び方法を提供す
る。 【構成】振動板５と、振動板５を擁し一体に形成された
基板１と、振動板５とギャップを介して対向配置された
個別電極２１を有するインクジェットヘッドにおいて、
基板１がＰ形半導体基板の時は基板１をプラス極とし個
別電極２１をマイナス極とする駆動手段を、基板１がＮ
形半導体の時は基板１をマイナス極とし個別電極２１を
プラス極とする駆動手段を有し、振動板５と個別電極２
１との間に生ずる静電気力によって振動板５を作動しイ
ンクを吐出することを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、記録を必要とする時に
のみインク液滴を吐出し、記録紙面に付着させるインク
ジェット記録装置の主要部であるインクジェットヘッ
ド、特にその駆動方式として静電気力を利用するものの
駆動装置及びその駆動方法に関する。
のみインク液滴を吐出し、記録紙面に付着させるインク
ジェット記録装置の主要部であるインクジェットヘッ
ド、特にその駆動方式として静電気力を利用するものの
駆動装置及びその駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】インクジェット記録装置は、記録時の騒
音が極めて小さいこと、高速印字が可能であること、イ
ンクの自由度が高く安価な普通紙を使用できることなど
多くの利点を有する。この中でも記録の必要な時にのみ
インク液滴を吐出する、いわゆるインク・オン・デマン
ド方式が、記録に不要なインク液滴の回収を必要としな
いため、現在主流となってきている。
音が極めて小さいこと、高速印字が可能であること、イ
ンクの自由度が高く安価な普通紙を使用できることなど
多くの利点を有する。この中でも記録の必要な時にのみ
インク液滴を吐出する、いわゆるインク・オン・デマン
ド方式が、記録に不要なインク液滴の回収を必要としな
いため、現在主流となってきている。
【０００３】このインク・オン・デマンド方式のインク
ジェットヘッドには、特公平２−５１７３４号公報に示
されるように、駆動手段が圧電素子であるものや、特公
昭６１−５９９１１号公報に示されるように、インクを
加熱し気泡を発生させることによる圧力でインクを吐出
させる方式などがある。
ジェットヘッドには、特公平２−５１７３４号公報に示
されるように、駆動手段が圧電素子であるものや、特公
昭６１−５９９１１号公報に示されるように、インクを
加熱し気泡を発生させることによる圧力でインクを吐出
させる方式などがある。
【０００４】しかしながら、前述の従来のインクジェッ
トヘッドでは以下に述べるような課題があった。
トヘッドでは以下に述べるような課題があった。
【０００５】前者の圧電素子を用いる方式においては、
圧力室に圧力を生じさせるためのそれぞれの振動板に圧
電素子のチップを貼り付ける工程が複雑で、特に最近の
インクジェット記録装置による印字には、高速・高印字
品質が求められてきており、これを達成するためのマル
チノズル化・ノズルの高密度化において、圧電素子を微
細に加工し各々の振動板に接着することは極めて煩雑で
多大の時間がかかる。また、高密度化においては、圧電
素子を幅数１０〜１００数十ミクロンで加工する必要が
生じてきているが、従来の機械加工における寸法・形状
精度では、印字品質のバラツキが大きくなってしまうと
いう課題があった。
圧力室に圧力を生じさせるためのそれぞれの振動板に圧
電素子のチップを貼り付ける工程が複雑で、特に最近の
インクジェット記録装置による印字には、高速・高印字
品質が求められてきており、これを達成するためのマル
チノズル化・ノズルの高密度化において、圧電素子を微
細に加工し各々の振動板に接着することは極めて煩雑で
多大の時間がかかる。また、高密度化においては、圧電
素子を幅数１０〜１００数十ミクロンで加工する必要が
生じてきているが、従来の機械加工における寸法・形状
精度では、印字品質のバラツキが大きくなってしまうと
いう課題があった。
【０００６】また、後者のインクを加熱する方式におい
ては、駆動手段が薄膜の抵抗発熱体により形成されるた
め、上記のような課題は存在しないが、駆動手段の急速
な加熱・冷却の繰り返しや気泡消滅時の衝撃により、抵
抗発熱体がダメージを受けるため、インクジェットヘッ
ドの寿命が短いという課題があった。
ては、駆動手段が薄膜の抵抗発熱体により形成されるた
め、上記のような課題は存在しないが、駆動手段の急速
な加熱・冷却の繰り返しや気泡消滅時の衝撃により、抵
抗発熱体がダメージを受けるため、インクジェットヘッ
ドの寿命が短いという課題があった。
【０００７】これらの課題を解決するものとして、本出
願人は、駆動手段に静電気力を利用したインクジェット
ヘッド記録装置について出願しているが（特願平３−２
３４５３７号）、この方式は小型高密度・高印字品質及
び長寿命であるという利点を有し、前述したそれぞれの
方式が持つ課題を解決するものであった。
願人は、駆動手段に静電気力を利用したインクジェット
ヘッド記録装置について出願しているが（特願平３−２
３４５３７号）、この方式は小型高密度・高印字品質及
び長寿命であるという利点を有し、前述したそれぞれの
方式が持つ課題を解決するものであった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この静
電気力を利用したインクジェットヘッドの駆動におい
て、基板材料である半導体の特性をよく活かした駆動装
置及び駆動方法について詳述されておらず、より安定し
た駆動を得ることができていないという課題があった。
したがって、本発明の目的は、静電気力を利用した方式
のインクジェットヘッドを安定して駆動させ、振動板の
変位不良やばらつきを抑制して安定したインク吐出を確
保し良好な印字品質を得ることと、信頼性の向上を目的
とした駆動装置及び駆動方法を提供することにある。
電気力を利用したインクジェットヘッドの駆動におい
て、基板材料である半導体の特性をよく活かした駆動装
置及び駆動方法について詳述されておらず、より安定し
た駆動を得ることができていないという課題があった。
したがって、本発明の目的は、静電気力を利用した方式
のインクジェットヘッドを安定して駆動させ、振動板の
変位不良やばらつきを抑制して安定したインク吐出を確
保し良好な印字品質を得ることと、信頼性の向上を目的
とした駆動装置及び駆動方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
ヘッドの駆動装置は、インク液滴を吐出する単一または
複数のノズル孔と、該ノズル孔の各々に連通する吐出室
と、該吐出室にインクを供給するインク供給路と、前記
吐出室の少なくとも一方の壁を構成する振動板と、該振
動板を擁し一体に形成された基板と、前記振動板にギャ
ップを介して対向配置され前記ノズル孔に対応する個別
電極と、前記基板に共通に形成された共通電極とを有す
るインクジェットヘッドにおいて、前記基板がＰ形半導
体基板の時は前記基板をプラス極とし前記個別電極をマ
イナス極とする駆動手段を、前記基板がＮ形半導体の時
は前記基板をマイナス極とし前記個別電極をプラス極と
する駆動手段を有し、前記振動板と前記個別電極との間
に生ずる静電気力によって前記振動板を作動しインクを
吐出することを特徴とする。
ヘッドの駆動装置は、インク液滴を吐出する単一または
複数のノズル孔と、該ノズル孔の各々に連通する吐出室
と、該吐出室にインクを供給するインク供給路と、前記
吐出室の少なくとも一方の壁を構成する振動板と、該振
動板を擁し一体に形成された基板と、前記振動板にギャ
ップを介して対向配置され前記ノズル孔に対応する個別
電極と、前記基板に共通に形成された共通電極とを有す
るインクジェットヘッドにおいて、前記基板がＰ形半導
体基板の時は前記基板をプラス極とし前記個別電極をマ
イナス極とする駆動手段を、前記基板がＮ形半導体の時
は前記基板をマイナス極とし前記個別電極をプラス極と
する駆動手段を有し、前記振動板と前記個別電極との間
に生ずる静電気力によって前記振動板を作動しインクを
吐出することを特徴とする。
【００１０】またその駆動方法については、前記インク
ジェットヘッドの駆動装置において、前記単一または複
数の電極間に静電気をチャージする第１のスイッチング
素子と、これをディスチャージする第２のスイッチング
素子とを有し、前記インク液滴を吐出する際に、前記第
１、第２のスイッチング素子を用い、所定時間チャージ
した後所定時間ディスチャージすることにより前記イン
ク液滴を吐出することを特徴とする。
ジェットヘッドの駆動装置において、前記単一または複
数の電極間に静電気をチャージする第１のスイッチング
素子と、これをディスチャージする第２のスイッチング
素子とを有し、前記インク液滴を吐出する際に、前記第
１、第２のスイッチング素子を用い、所定時間チャージ
した後所定時間ディスチャージすることにより前記イン
ク液滴を吐出することを特徴とする。
【００１１】
【作用】本発明のインクジェットヘッドの駆動装置は、
共通電極と個別電極間にパルス電圧を印加することによ
り、振動板とこれに対向して配置された個別電極との間
に静電気力による引力が働き、この静電気力によって振
動板を変形させる。次にパルス電圧を解除することによ
り、振動板の復元力で吐出室内の圧力を上昇させ、イン
ク液滴をノズル孔より吐出させるものであり、半導体基
板の違いにより共通電極側の極性と個別電極側の極性を
規定し、更に、静電気力のチャージとディスチャージを
前述のような方法をとることによって、極めて狭いギャ
ップにおいて印加電圧による振動板の撓み量を制御する
ことが可能になり、振動板の変位不良やばらつきを抑制
してインクの吐出速度及び吐出量が安定し、極めて高品
質の印字が得られる。また振動板の安定駆動により振動
板の長寿命化ができ、さらにインク吐出における信頼性
が向上する。
共通電極と個別電極間にパルス電圧を印加することによ
り、振動板とこれに対向して配置された個別電極との間
に静電気力による引力が働き、この静電気力によって振
動板を変形させる。次にパルス電圧を解除することによ
り、振動板の復元力で吐出室内の圧力を上昇させ、イン
ク液滴をノズル孔より吐出させるものであり、半導体基
板の違いにより共通電極側の極性と個別電極側の極性を
規定し、更に、静電気力のチャージとディスチャージを
前述のような方法をとることによって、極めて狭いギャ
ップにおいて印加電圧による振動板の撓み量を制御する
ことが可能になり、振動板の変位不良やばらつきを抑制
してインクの吐出速度及び吐出量が安定し、極めて高品
質の印字が得られる。また振動板の安定駆動により振動
板の長寿命化ができ、さらにインク吐出における信頼性
が向上する。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面にしたがって詳
細に説明する。
細に説明する。
【００１３】図１は本発明の実施例におけるインクジェ
ットヘッドの分解斜視図で、一部断面図で示してある。
本実施例はインク液滴を基板の端部に設けたノズル孔か
ら吐出させるエッジインクジェットタイプの例を示すも
のであるが、基板上面部に設けたノズル孔からインク液
適を吐出させるフェイスインクジェットタイプでもよ
い。図２は組み立てられた全体装置の断面側面図、図３
は図２のＡ−Ａ線矢視図である。本実施例におけるイン
クジェットヘッド１０は、下記に詳述する構造を持つ３
枚の基板１、２、３を重ねて接合した積層構造となって
いる。
ットヘッドの分解斜視図で、一部断面図で示してある。
本実施例はインク液滴を基板の端部に設けたノズル孔か
ら吐出させるエッジインクジェットタイプの例を示すも
のであるが、基板上面部に設けたノズル孔からインク液
適を吐出させるフェイスインクジェットタイプでもよ
い。図２は組み立てられた全体装置の断面側面図、図３
は図２のＡ−Ａ線矢視図である。本実施例におけるイン
クジェットヘッド１０は、下記に詳述する構造を持つ３
枚の基板１、２、３を重ねて接合した積層構造となって
いる。
【００１４】中間の第１の基板１は、シリコン基板であ
り、複数のノズル孔４を構成するように、基板１の表面
に一端より平行に等間隔で形成された複数のノズル溝１
１と、各々のノズル溝１１に連通し、底壁を振動板５と
する吐出室６を構成することになる凹部１２と、凹部１
２の後部に設けられたオリフィス７を構成することにな
るインク流入口のための細溝１３と、各々の吐出室６に
インクを供給するための共通のインクキャビティ８を構
成することになる凹部１４を有する。また、振動板５の
下部には後述する電極を装着するため振動室９を構成す
ることになる凹部１５が設けられている。
り、複数のノズル孔４を構成するように、基板１の表面
に一端より平行に等間隔で形成された複数のノズル溝１
１と、各々のノズル溝１１に連通し、底壁を振動板５と
する吐出室６を構成することになる凹部１２と、凹部１
２の後部に設けられたオリフィス７を構成することにな
るインク流入口のための細溝１３と、各々の吐出室６に
インクを供給するための共通のインクキャビティ８を構
成することになる凹部１４を有する。また、振動板５の
下部には後述する電極を装着するため振動室９を構成す
ることになる凹部１５が設けられている。
【００１５】本実施例においては、振動板５とこれに対
向して配置される電極との対向間隔、すなわちギャップ
部１６の長さＧ（図２参照、以下「ギャップ長」と記
す。）が、凹部１５の深さと電極の厚さとの差になるよ
うに、間隔保持手段を第１の基板１の下面に形成した振
動室用の凹部１５により構成したものである。また、別
の例として凹部の形成は第２の基板２の上面でもよい。
ここでは、凹部１５の深さをエッチングにより０．６μ
ｍとしている。なお、ノズル溝１１のピッチは０．７２
mmであり、その幅は７０μｍである。
向して配置される電極との対向間隔、すなわちギャップ
部１６の長さＧ（図２参照、以下「ギャップ長」と記
す。）が、凹部１５の深さと電極の厚さとの差になるよ
うに、間隔保持手段を第１の基板１の下面に形成した振
動室用の凹部１５により構成したものである。また、別
の例として凹部の形成は第２の基板２の上面でもよい。
ここでは、凹部１５の深さをエッチングにより０．６μ
ｍとしている。なお、ノズル溝１１のピッチは０．７２
mmであり、その幅は７０μｍである。
【００１６】また第１の基板１への共通電極１７の付与
については、半導体および電極である金属の材料による
仕事関数の大小が重要であり、本実施例では半導体材料
の抵抗率を８〜１２Ωｃｍのものを、共通電極材料には
チタンを下付けとし白金、またはクロムを下付けとし金
を使用しているが、本実施例に限定されるものではな
く、半導体および電極材料の特性により別の組合わせで
もよい。
については、半導体および電極である金属の材料による
仕事関数の大小が重要であり、本実施例では半導体材料
の抵抗率を８〜１２Ωｃｍのものを、共通電極材料には
チタンを下付けとし白金、またはクロムを下付けとし金
を使用しているが、本実施例に限定されるものではな
く、半導体および電極材料の特性により別の組合わせで
もよい。
【００１７】第１の基板１の下面に接合される下側の第
２の基板２にはホウ珪酸系ガラスを使用し、この第２の
基板２の接合によって振動室９を構成するとともに、第
２の基板２上の前記振動板５に対応する各々の位置に、
金を０．１μｍスパッタし、ほぼ振動板５と同じ形状に
金パターンを形成して個別電極２１としている。個別電
極２１はリード部２２および端子部２３を持つ。さらに
電極端子部２３を除きパイレックススパッタ膜を全面に
０．２μｍ被覆して絶縁層２４とし、インクジェットヘ
ッド駆動時の絶縁破壊、ショートを防止するための膜を
形成している。
２の基板２にはホウ珪酸系ガラスを使用し、この第２の
基板２の接合によって振動室９を構成するとともに、第
２の基板２上の前記振動板５に対応する各々の位置に、
金を０．１μｍスパッタし、ほぼ振動板５と同じ形状に
金パターンを形成して個別電極２１としている。個別電
極２１はリード部２２および端子部２３を持つ。さらに
電極端子部２３を除きパイレックススパッタ膜を全面に
０．２μｍ被覆して絶縁層２４とし、インクジェットヘ
ッド駆動時の絶縁破壊、ショートを防止するための膜を
形成している。
【００１８】第１の基板１の上面に接合される上側の第
３の基板３は、第２の基板２と同じくホウ珪酸系ガラス
を用いている。この第３の基板３の接合によって、前記
ノズル孔４、吐出室６、オリフィス７及びインクキャビ
ティ８が構成される。そして、第３の基板３にはインク
キャビティ８に連通するインク供給口３１を設ける。イ
ンク供給口３１は接続パイプ３２およびチューブ３３を
介して図示しないインクタンクに接続される。
３の基板３は、第２の基板２と同じくホウ珪酸系ガラス
を用いている。この第３の基板３の接合によって、前記
ノズル孔４、吐出室６、オリフィス７及びインクキャビ
ティ８が構成される。そして、第３の基板３にはインク
キャビティ８に連通するインク供給口３１を設ける。イ
ンク供給口３１は接続パイプ３２およびチューブ３３を
介して図示しないインクタンクに接続される。
【００１９】次に、第１の基板１と第２の基板２を温度
３００℃、電圧５００Ｖの印加で陽極接合し、また同条
件で第１の基板１と第３の基板３を接合し、図２のよう
にインクジェットヘッドを組み立てる。陽極接合後にお
いて、振動板５と第２の基板２上の個別電極２１とのギ
ャップ長Ｇは、凹部１５の深さと個別電極２１の厚さと
の差であり、本実施例では０．５μｍとしてある。ま
た、振動板５と個別電極２１上の絶縁層２４との空隙間
隔Ｇ１は０．３μｍとなっている。
３００℃、電圧５００Ｖの印加で陽極接合し、また同条
件で第１の基板１と第３の基板３を接合し、図２のよう
にインクジェットヘッドを組み立てる。陽極接合後にお
いて、振動板５と第２の基板２上の個別電極２１とのギ
ャップ長Ｇは、凹部１５の深さと個別電極２１の厚さと
の差であり、本実施例では０．５μｍとしてある。ま
た、振動板５と個別電極２１上の絶縁層２４との空隙間
隔Ｇ１は０．３μｍとなっている。
【００２０】上記のようにインクジェットヘッドを組み
立てた後は、共通電極１７と個別電極２１の端子部２３
間にそれぞれ配線１０１により駆動回路１０２を接続
し、インクジェット記録装置を構成する。インク１０３
は、図示しないインクタンクよりインク供給口３１を経
て第１の基板１の内部に供給され、インクキャビティ
８、吐出室６等を満たしている。
立てた後は、共通電極１７と個別電極２１の端子部２３
間にそれぞれ配線１０１により駆動回路１０２を接続
し、インクジェット記録装置を構成する。インク１０３
は、図示しないインクタンクよりインク供給口３１を経
て第１の基板１の内部に供給され、インクキャビティ
８、吐出室６等を満たしている。
【００２１】図２において、１０４はインクジェットヘ
ッド駆動時にノズル孔より吐出されるインク液滴、１０
５は記録紙である。
ッド駆動時にノズル孔より吐出されるインク液滴、１０
５は記録紙である。
【００２２】次に上記のように構成された本実施例の電
気的接続について説明する。電極部分における半導体と
金属の接触において、印加電圧の極性により、電流の値
に大きな差がある場合と差のない場合が生ずることが、
空間電荷層（空乏層ともいう）の影響から現象として知
られている。基板材質である半導体がＰ形シリコンの場
合は、基板電極側にマイナス電界をかけた時（プラス極
性とした時）は導体とみなせるが、プラス電界をかけた
時（マイナス極性とした時）は空間電荷層の存在により
導体とはみなせずに容量を持つことがわかっている。こ
の点から本発明のインクジェットヘッドの駆動につい
て、図４以降に基づいて説明する。
気的接続について説明する。電極部分における半導体と
金属の接触において、印加電圧の極性により、電流の値
に大きな差がある場合と差のない場合が生ずることが、
空間電荷層（空乏層ともいう）の影響から現象として知
られている。基板材質である半導体がＰ形シリコンの場
合は、基板電極側にマイナス電界をかけた時（プラス極
性とした時）は導体とみなせるが、プラス電界をかけた
時（マイナス極性とした時）は空間電荷層の存在により
導体とはみなせずに容量を持つことがわかっている。こ
の点から本発明のインクジェットヘッドの駆動につい
て、図４以降に基づいて説明する。
【００２３】図４は本実施例における振動板と個別電極
の部分拡大詳細図であり、電荷の様子を模式化して示し
たものである。第１の基板１にＰ形シリコンを用い、第
１の基板１（振動板５）側、すなわち共通電極１７をプ
ラス極性、個別電極２１側をマイナス極性にし、共通電
極１７と個別電極２１に駆動回路１０２によりパルス電
圧を印加した場合である。Ｐ形シリコンはボロンをドー
プしており、電子がドープ量だけ不足するので、ドープ
量と等しい正孔を持っていることが知られている。Ｐ形
シリコン中の正孔１９は共通電極１７のプラス電界によ
り、絶縁層２６側へ反発させられる。この正孔１９の移
動により生じたボロンのマイナス電荷は、基板電極１７
から電荷の供給を受けるので、第１の基板１はプラス電
界となり、空間電荷層を発生せず導体とみなすことがで
きる。また個別電極２１側はマイナス電界であり、この
結果、印加したパルス電圧が振動板５を撓ませるに充分
な静電気による吸引力を発生する。したがって、振動板
５は個別電極２１側へ撓むことになる。
の部分拡大詳細図であり、電荷の様子を模式化して示し
たものである。第１の基板１にＰ形シリコンを用い、第
１の基板１（振動板５）側、すなわち共通電極１７をプ
ラス極性、個別電極２１側をマイナス極性にし、共通電
極１７と個別電極２１に駆動回路１０２によりパルス電
圧を印加した場合である。Ｐ形シリコンはボロンをドー
プしており、電子がドープ量だけ不足するので、ドープ
量と等しい正孔を持っていることが知られている。Ｐ形
シリコン中の正孔１９は共通電極１７のプラス電界によ
り、絶縁層２６側へ反発させられる。この正孔１９の移
動により生じたボロンのマイナス電荷は、基板電極１７
から電荷の供給を受けるので、第１の基板１はプラス電
界となり、空間電荷層を発生せず導体とみなすことがで
きる。また個別電極２１側はマイナス電界であり、この
結果、印加したパルス電圧が振動板５を撓ませるに充分
な静電気による吸引力を発生する。したがって、振動板
５は個別電極２１側へ撓むことになる。
【００２４】図５は振動板と個別電極の部分拡大詳細図
で、電荷の様子を模式化して示したものである。ただ
し、本実施例とは逆の極性とし、第１の基板１側をマイ
ナス、個別電極２１側をプラスにした場合を示してい
る。個別電極２１側は図５の説明とは逆にプラス電界と
なる。一方、Ｐ形シリコンである振動板５中の正孔１９
がプラス電界により吸引し共通電極１７側へ移動する
が、ドープ材であるボロンがシリコン結晶に固定されて
いて移動できないため、シリコン内部は正孔１９による
プラス電荷と、イオン化アクセプターによるマイナス電
荷２０の２層に分かれて存在することになる。したがっ
て、この空間電荷層２５の距離とシリコンの誘電率によ
って定まる容量を持つのでコンデンサとみなせるため、
導体としての機能を果たさなくなり、振動板５と個別電
極２１間に発生する静電引力は、印加したパルス電圧に
対しその容量分だけ減少することになる。よって振動板
５は十分撓まず、インク吐出性能も確保できなくなる。
また全く振動板５を撓ませることができなくなる場合も
あり、第１の基板１側をマイナス極性として駆動するこ
とはできない。
で、電荷の様子を模式化して示したものである。ただ
し、本実施例とは逆の極性とし、第１の基板１側をマイ
ナス、個別電極２１側をプラスにした場合を示してい
る。個別電極２１側は図５の説明とは逆にプラス電界と
なる。一方、Ｐ形シリコンである振動板５中の正孔１９
がプラス電界により吸引し共通電極１７側へ移動する
が、ドープ材であるボロンがシリコン結晶に固定されて
いて移動できないため、シリコン内部は正孔１９による
プラス電荷と、イオン化アクセプターによるマイナス電
荷２０の２層に分かれて存在することになる。したがっ
て、この空間電荷層２５の距離とシリコンの誘電率によ
って定まる容量を持つのでコンデンサとみなせるため、
導体としての機能を果たさなくなり、振動板５と個別電
極２１間に発生する静電引力は、印加したパルス電圧に
対しその容量分だけ減少することになる。よって振動板
５は十分撓まず、インク吐出性能も確保できなくなる。
また全く振動板５を撓ませることができなくなる場合も
あり、第１の基板１側をマイナス極性として駆動するこ
とはできない。
【００２５】また、基板材料である半導体がＮ形シリコ
ンの場合は、Ｐ形シリコンとは逆に空間電荷層の存在に
より基板側へプラス電界をかけた時（マイナス極性とし
た時）は導体とみなせるが、マイナス電界をかけた時
（プラス極性とした時）は、イオン化したドナーの正電
荷により導体とは成らずに容量を持つ。したがって、前
述したＰ形半導体の場合とは逆に電界をかけることによ
ってＰ形半導体の場合と同様に駆動でき、インク吐出性
能を確保することができる。
ンの場合は、Ｐ形シリコンとは逆に空間電荷層の存在に
より基板側へプラス電界をかけた時（マイナス極性とし
た時）は導体とみなせるが、マイナス電界をかけた時
（プラス極性とした時）は、イオン化したドナーの正電
荷により導体とは成らずに容量を持つ。したがって、前
述したＰ形半導体の場合とは逆に電界をかけることによ
ってＰ形半導体の場合と同様に駆動でき、インク吐出性
能を確保することができる。
【００２６】図６は本発明におけるインクジェットヘッ
ドの駆動装置の例を示す図である。１０６は第１のスイ
ッチング素子、１０７は第２のスイッチング素子であ
り、１１０はインクジェットヘッド１０の振動板５と個
別電極２１間の容量であるコンデンサである。スイッチ
ング素子１０６、１０７を構成するものとしては通常の
トランジスタまたはＭＯＳ形トランジスタでもよい。
ドの駆動装置の例を示す図である。１０６は第１のスイ
ッチング素子、１０７は第２のスイッチング素子であ
り、１１０はインクジェットヘッド１０の振動板５と個
別電極２１間の容量であるコンデンサである。スイッチ
ング素子１０６、１０７を構成するものとしては通常の
トランジスタまたはＭＯＳ形トランジスタでもよい。
【００２７】図７は静電気のチャージ、ディスチャージ
のタイミング図であり、図７（Ａ）はチャージ、図７
（Ｂ）はディスチャージのタイミングを示す。１１１は
チャージ信号、１１２はディスチャージ信号、Ｔは駆動
チャージ時間を示す。
のタイミング図であり、図７（Ａ）はチャージ、図７
（Ｂ）はディスチャージのタイミングを示す。１１１は
チャージ信号、１１２はディスチャージ信号、Ｔは駆動
チャージ時間を示す。
【００２８】図８、図９は本実施例における静電気のチ
ャージ時、ディスチャージ時のインクジェットヘッドの
状態を示すものである。
ャージ時、ディスチャージ時のインクジェットヘッドの
状態を示すものである。
【００２９】次に上記のように構成し接続された本実施
例の駆動を説明する。前述の本実施例のように接続後、
駆動回路１０２においてインク吐出信号すなわちチャー
ジ信号１１１が入力されると、トランジスタ１０８がオ
ンして第１のスイッチング素子１０６がオンすることに
より、振動板５と個別電極２１間に静電気がチャージさ
れる。したがって振動板５は静電引力により個別電極２
１側へ撓んだ状態になる（図９）。次に予め設定されて
いる駆動チャージ時間Ｔを経過したところで、ディスチ
ャージ信号１１２が入力され、トランジスタ１０９がオ
フして第２のスイッチング素子１０７がオンし、矢印Ａ
方向に電流が流れ、振動板５に貯えられた電荷が急激に
ディスチャージされる。この結果、個別電極２１と振動
板５に働いていた静電気による吸引力がなくなり、振動
板５が自己の持つ剛性により復元する。そのため、吐出
室６内の圧力が急激に上昇し、ノズル孔４よりインク液
滴１０４を記録紙１０５に向けて吐出する（図９）。そ
して次に、振動板５が再び下方へ撓むことにより、イン
ク１０３がインクキャビティ８よりオリフィス７を通じ
て吐出室６内に補給される。Ｎ形半導体を基板として用
いた場合は、駆動回路１０２とインクジェットヘッド１
０との接続配線はＰ形半導体とは逆とする。
例の駆動を説明する。前述の本実施例のように接続後、
駆動回路１０２においてインク吐出信号すなわちチャー
ジ信号１１１が入力されると、トランジスタ１０８がオ
ンして第１のスイッチング素子１０６がオンすることに
より、振動板５と個別電極２１間に静電気がチャージさ
れる。したがって振動板５は静電引力により個別電極２
１側へ撓んだ状態になる（図９）。次に予め設定されて
いる駆動チャージ時間Ｔを経過したところで、ディスチ
ャージ信号１１２が入力され、トランジスタ１０９がオ
フして第２のスイッチング素子１０７がオンし、矢印Ａ
方向に電流が流れ、振動板５に貯えられた電荷が急激に
ディスチャージされる。この結果、個別電極２１と振動
板５に働いていた静電気による吸引力がなくなり、振動
板５が自己の持つ剛性により復元する。そのため、吐出
室６内の圧力が急激に上昇し、ノズル孔４よりインク液
滴１０４を記録紙１０５に向けて吐出する（図９）。そ
して次に、振動板５が再び下方へ撓むことにより、イン
ク１０３がインクキャビティ８よりオリフィス７を通じ
て吐出室６内に補給される。Ｎ形半導体を基板として用
いた場合は、駆動回路１０２とインクジェットヘッド１
０との接続配線はＰ形半導体とは逆とする。
【００３０】図１０は前述のように作製されたインクジ
ェットヘッドを搭載したプリンタの概要図である。３０
０は記録紙１０５を搬送するプラテン、３０１は内部に
インクを貯蔵するインクタンクであり、インク供給チュ
ーブ３０６を介してインクジェットヘッド１０にインク
を供給する。３０２はキャリッジであり、インクジェッ
トヘッド１０を記録紙１０５の搬送方向と直行する方向
に移動させる。３０３はポンプであり、インクジェット
ヘッド１０のインク吐出不良等の場合、キャップ３０
４、廃インク回収チューブ３０８を介してインクを吸引
し、排インク溜３０５に回収する機能を果たしている。
ェットヘッドを搭載したプリンタの概要図である。３０
０は記録紙１０５を搬送するプラテン、３０１は内部に
インクを貯蔵するインクタンクであり、インク供給チュ
ーブ３０６を介してインクジェットヘッド１０にインク
を供給する。３０２はキャリッジであり、インクジェッ
トヘッド１０を記録紙１０５の搬送方向と直行する方向
に移動させる。３０３はポンプであり、インクジェット
ヘッド１０のインク吐出不良等の場合、キャップ３０
４、廃インク回収チューブ３０８を介してインクを吸引
し、排インク溜３０５に回収する機能を果たしている。
【００３１】このようなプリンタを用い、本実施例の駆
動方法で印字試験を行った結果、５０Ｖという低い電圧
で駆動でき、吐出インク重量が０．１５μｃｃ、吐出イ
ンク液滴速度が１０ｍ／ｓで、５ＫＨｚまで安定して飛
翔させられ良好な印字品位を得ることができた。またイ
ンク吐出繰り返し回数は２０億回以上であり、耐久性に
も優れたインクジェットヘッドの駆動方法であることが
確認できた。
動方法で印字試験を行った結果、５０Ｖという低い電圧
で駆動でき、吐出インク重量が０．１５μｃｃ、吐出イ
ンク液滴速度が１０ｍ／ｓで、５ＫＨｚまで安定して飛
翔させられ良好な印字品位を得ることができた。またイ
ンク吐出繰り返し回数は２０億回以上であり、耐久性に
も優れたインクジェットヘッドの駆動方法であることが
確認できた。
【００３２】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、振動
板と個別電極間にパルス電圧を印加することにより、個
別電極とこれに対向して配置された振動板との間に静電
引力を働かせてインク吐出を行うインクジェットヘッド
の駆動方法において、半導体基板（振動板）の材質の違
いにより、振動板側と個別電極側の極性を前述のように
規定し、更に静電気力のチャージ、ディスチャージを前
述のような方法をとることにより、振動板の変位不良や
ばらつきを抑制して、インクの吐出速度および吐出量が
安定し、極めて高品質の印字が得られるという効果を有
する。
板と個別電極間にパルス電圧を印加することにより、個
別電極とこれに対向して配置された振動板との間に静電
引力を働かせてインク吐出を行うインクジェットヘッド
の駆動方法において、半導体基板（振動板）の材質の違
いにより、振動板側と個別電極側の極性を前述のように
規定し、更に静電気力のチャージ、ディスチャージを前
述のような方法をとることにより、振動板の変位不良や
ばらつきを抑制して、インクの吐出速度および吐出量が
安定し、極めて高品質の印字が得られるという効果を有
する。
【００３３】また振動板の安定駆動により振動板の変位
が一定化するため、振動板部にかかるストレスも一定化
する。すなわち振動板部の長寿命化ができ、さらにイン
ク吐出における信頼性が向上するという効果も得られ
る。
が一定化するため、振動板部にかかるストレスも一定化
する。すなわち振動板部の長寿命化ができ、さらにイン
ク吐出における信頼性が向上するという効果も得られ
る。
【図１】 本発明の一実施例におけるインクジェットヘ
ッドを示す分解斜視図。
ッドを示す分解斜視図。
【図２】 本発明の一実施例におけるインクジェットヘ
ッドを示す断面側面図。
ッドを示す断面側面図。
【図３】 図１のＡ−Ａ線矢視図。
【図４】 本発明の一実施例を示す振動板と電極の部分
詳細模式図。
詳細模式図。
【図５】 図５の極性を逆にした場合を示す振動板と電
極の部分詳細模式図。
極の部分詳細模式図。
【図６】 本発明の一実施例を示すインクジェットヘッ
ドの駆動回路図。
ドの駆動回路図。
【図７】 本発明の一実施例を示す駆動タイミング図。
【図８】 本発明の一実施例における静電気のチャージ
時を示す図。
時を示す図。
【図９】 本発明の一実施例における静電気のディスチ
ャージ時を示す図。
ャージ時を示す図。
【図１０】 本発明の一実施例におけるインクジェット
ヘッドを組み込んだプリンタを示す概要図。
ヘッドを組み込んだプリンタを示す概要図。
１ 第１の基板 ２ 第２の基板 ３ 第３の基板 ４ ノズル孔 ５ 振動板 ６ 吐出室 ８ インクキャビティ ９ 振動室 １０ インクジェットヘッド ２１ 個別電極 ２４ 絶縁膜 １０２ 駆動回路 １０６ 第１のスイッチング素子 １０７ 第２のスイッチング素子
フロントページの続き (72)発明者 杉村 繁夫 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ ーエプソン株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 インク液滴を吐出する単一または複数の
ノズル孔と、該ノズル孔の各々に連通する吐出室と、該
吐出室にインクを供給するインク供給路と、前記吐出室
の少なくとも一方の壁を構成する振動板と、該振動板を
擁し一体に形成された基板と、前記振動板にギャップを
介して対向配置され前記ノズル孔に対応する個別電極
と、前記基板に共通に形成された共通電極とを有するイ
ンクジェットヘッドにおいて、前記基板がＰ形半導体基
板の時は前記基板をプラス極とし前記個別電極をマイナ
ス極とする駆動手段を、前記基板がＮ形半導体の時は前
記基板をマイナス極とし前記個別電極をプラス極とする
駆動手段を有し、前記振動板と前記個別電極との間に生
ずる静電気力によって前記振動板を作動しインクを吐出
することを特徴とするインクジェットヘッドの駆動装
置。 - 【請求項２】 請求項１のインクジェットヘッドの駆動
装置において、前記単一または複数の電極間に静電気を
チャージする第１のスイッチング素子と、これをディス
チャージする第２のスイッチング素子とを有し、前記イ
ンク液滴を吐出する際に、前記第１、第２のスイッチン
グ素子を用い、所定時間チャージした後所定時間ディス
チャージすることにより前記インク液滴を吐出すること
を特徴とするインクジェットヘッドの駆動方法。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14521393A JP3473045B2 (ja) | 1993-06-16 | 1993-06-16 | インクジェットプリンタ及びその駆動方法 |
| US08/259,656 US5668579A (en) | 1993-06-16 | 1994-06-14 | Apparatus for and a method of driving an ink jet head having an electrostatic actuator |
| DE69412915T DE69412915T2 (de) | 1993-06-16 | 1994-06-15 | Tintenstrahlaufzeichnungsgerät |
| EP94109194A EP0629502B1 (en) | 1993-06-16 | 1994-06-15 | Inkjet recording apparatus |
| KR1019940013437A KR100336257B1 (ko) | 1993-06-16 | 1994-06-15 | 잉크젯트인쇄장치및그구동방법 |
| CN94107506A CN1054807C (zh) | 1993-06-16 | 1994-06-16 | 喷墨记录设备及其驱动方法 |
| US08/840,827 US5975668A (en) | 1993-06-16 | 1997-04-16 | Ink jet printer and its control method for detecting a recording condition |
| US08/840,829 US5821951A (en) | 1993-06-16 | 1997-04-16 | Ink jet printer having an electrostatic activator and its control method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14521393A JP3473045B2 (ja) | 1993-06-16 | 1993-06-16 | インクジェットプリンタ及びその駆動方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07125196A true JPH07125196A (ja) | 1995-05-16 |
| JP3473045B2 JP3473045B2 (ja) | 2003-12-02 |
Family
ID=15379994
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14521393A Expired - Lifetime JP3473045B2 (ja) | 1993-06-16 | 1993-06-16 | インクジェットプリンタ及びその駆動方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3473045B2 (ja) |
| KR (1) | KR100336257B1 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6332669B1 (en) | 1997-06-05 | 2001-12-25 | Ricoh Company, Ltd. | Ink jet head including vibration plate and electrode substrate |
| US6361149B1 (en) | 1998-12-10 | 2002-03-26 | Ricoh Company Ltd. | Ink jet head configured to increase packaging density of counter electrode and oscillation plate |
| US6406133B1 (en) | 1999-08-06 | 2002-06-18 | Ricoh Company, Ltd. | Electrostatic ink jet head and method of producing the same |
| US6467881B2 (en) | 2000-08-04 | 2002-10-22 | Ricoh Company, Ltd. | Ink jet head, ink jet head production method, and imaging apparatus employing such ink jet head |
-
1993
- 1993-06-16 JP JP14521393A patent/JP3473045B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1994
- 1994-06-15 KR KR1019940013437A patent/KR100336257B1/ko not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6332669B1 (en) | 1997-06-05 | 2001-12-25 | Ricoh Company, Ltd. | Ink jet head including vibration plate and electrode substrate |
| US6361149B1 (en) | 1998-12-10 | 2002-03-26 | Ricoh Company Ltd. | Ink jet head configured to increase packaging density of counter electrode and oscillation plate |
| US6406133B1 (en) | 1999-08-06 | 2002-06-18 | Ricoh Company, Ltd. | Electrostatic ink jet head and method of producing the same |
| US6467881B2 (en) | 2000-08-04 | 2002-10-22 | Ricoh Company, Ltd. | Ink jet head, ink jet head production method, and imaging apparatus employing such ink jet head |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3473045B2 (ja) | 2003-12-02 |
| KR950000393A (ko) | 1995-01-03 |
| KR100336257B1 (ko) | 2002-08-19 |
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