JPH09314837A - インクジェットヘッド並びにそれを用いた印刷装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】インク滴を吐出させるための圧力の発生時には
インク室の圧力を効率よく利用でき、かつインク滴吐出
後にはサテライトの発生を防止する。吐出するインク滴
の質量を可変に制御し、静電アクチュエータを用いるイ
ンクジェットヘッドのインクノズルの高密度化を駆動電
圧を高めることなく実現する。 【解決手段】インクジェットヘッド１は、インク室５の
一部を構成する振動板８に他の部分８ｂより駆動コンプ
ライアンスの高い部分８ａを、振動板８と対向する対向
壁９１とを有し、インク滴を吐出させるための圧力の発
生時には駆動コンプライアンスの高い部分８ａが対向壁
に当接してコンプライアンスが極めて低い状態となり、
インク滴の吐出後は当該部分８ａが対向壁から離れてコ
ンプライアンスの高い状態となり、インク系の振動によ
るインク室の圧力を吸収する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はインクジェットヘッ
ドの構造に関し、特にインクに吐出圧力を加える圧力発
生室内の圧力を制御する技術に関する。

【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
ており、その一端はインク供給路を経てインクタンクに
連通し、他端にはインク滴を吐出させるノズル開口が設
けられている。そして、圧力発生室の一部を変形しやす
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ノズル開口
からインク滴を吐出する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
記録装置は低騒音、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
して、情報処理装置の高性能化に伴って出力文字及び画
像の更なる高品位化と出力の高速化が求められており、
より微細なインク滴をより高い周波数で安定して吐出さ
せる技術を開発することが急務となっている。

【０００４】インク滴吐出周波数（インク室の残留振
動を押さえる技術）について インクジェットヘッドは上記の構造から、インク滴吐出
後に圧力発生室（インクが充填されていることからイン
ク室ともいう。以下インク室と称する。）内にインクの
振動が残留し、これにより不所望のインク滴の吐出（サ
テライトともいう）が起こりやすい。また、飛翔するほ
どのサテライトが発生しなくても、インクの残留振動に
よりノズルからインクが湧き出るように盛り上がり、ノ
ズルの周囲が不均一に濡れてしまう。このようにノズル
の周囲が不均一に濡れると、その後吐出されるインク滴
の飛翔方向が定まらず、印字品質を低下させる原因とな
っていた。

【０００５】従来はこれを避けるため、インク室とイン
クタンクとを繋ぐインク供給路の流路抵抗を高く設定し
て、当該インクの残留振動の減衰を早めるようにしてい
た。しかし、インク供給路の流路抵抗が高いと、インク
滴吐出後にインク室へインクを補充、供給する速度が低
下するから、インク滴吐出の最高周波数、ひいては記録
装置の出力速度が低下してしまう。

【０００６】そこで、出願人は特開平６−３２０７２５
号公報において、インク室内の圧力に応じて変形する弾
性壁をダイヤフラムの薄肉部として形成し、この薄肉部
によってインク室の残留振動を吸収して不所望のインク
滴吐出を回避する技術を開示した。これによれば残留振
動があってもインク滴の吐出には至らないため、インク
供給路の流路抵抗を高く設定する必要がなく、従ってイ
ンク滴吐出周波数を高めることができるのである。

【０００７】高画質化（ドットの大きさを可変とする
技術）について 画像の品質を向上させるには、形成するドットの大きさ
を変えることによって濃淡の表現を可能にすることが望
ましい。インクジェットヘッドを用いた記録装置の出力
するドットの大きさは種々の条件によって決まるが、イ
ンクジェットヘッドによって吐出されるインク滴の大き
さ（吐出重量ともいう）に応じて変えることができる。
特開昭５５−７９１７１号公報には、インク室に大きさ
の異なる複数の電歪手段を設け、それぞれを独立に駆
動、制御することによって種々の大きさのインク滴を吐
出する技術が開示されている。

【０００８】高画質化（ドットの高密度化）について 通常、インクジェットヘッドは複数のノズルをほぼ直線
上に配置して有しており、これを用いた記録装置はイン
クジェットヘッドと記録紙とをこの直線と略直交する方
向に相対的に移動することによって二次元の画像を出力
する。従って、ドット密度を高めて高画質を達成するた
めには、隣接するノズル同士の間隔（ノズルピッチとも
いう）を狭めることが必要である。この点、出願人が開
発し、実用化した静電アクチュエータを用いたインクジ
ェットヘッドは、半導体と類似の製造プロセスが適用で
きることから、高密度化に最も適したもののひとつであ
る。このインクジェットヘッドの基本構造は、特開平５
−５０６０１号公報においてすでに開示したとおりであ
り、インク室の幅を狭くし、長さを増すことによってイ
ンク滴の大きさを変えることなくノズルピッチを狭める
ことができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来の
技術はそれぞれ以下のような解決すべき課題を有してい
た。 インク滴吐出周波数（インク室の残留振動を押さえる
技術）について 特開平６−３２０７２５号公報において開示した技術に
よれば、ダイヤフラムに設けた薄肉部によってインク室
のコンプライアンス（単位圧力に対する容積変化量）が
低下しており、従ってサテライトは抑制できるものの、
インク滴吐出時にはダイヤフラムによって発生する圧力
がインク滴の吐出に有効に用いられないためにインク滴
の安定な吐出に必要な吐出速度が得られないという問題
があった。また、充分な吐出速度を確保するためにダイ
ヤフラムの駆動力を増大させた場合には、より高い駆動
電圧を必要とするので、駆動装置が大型化し、消費電力
も増大した。

【００１０】高画質化（ドットの大きさを可変とする
技術）について また、特開昭５５−７９１７１号公報に開示されている
技術思想によれば、ダイヤフラムを変形させるための、
大きさの異なる複数のアクチュエータをそれぞれ駆動し
なければならず、そのための配線数が増大してノズルの
高密度化の妨げとなっていた。また、それぞれのアクチ
ュエータを独立に駆動しなければならないため、ドライ
バの数が増大して装置の小型化の障害となっていた。

【００１１】高画質化（ドットの高密度化）について また、特開平５−５０６０１号公報において開示した静
電アクチュエータを用いたインクジェットヘッドにおい
ては、上記のようにインク滴の大きさを変えずにノズル
ピッチを狭めることが可能である。しかし、この場合に
は、後述するようにダイヤフラムのコンプライアンスが
かなり増大してしまい、このため静電アクチュエータの
駆動に極めて高い電圧を必要とするという問題があっ
た。一般に駆動電圧が高いほど駆動装置の負担が大き
く、また不要輻射の対策も容易ではないため、このよう
なインクジェットヘッドを記録装置に実際に搭載するこ
とが困難であった。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明のインクジェットヘッドは、インク滴を吐出
するためのノズルと、このノズルに連通して設けられイ
ンクに圧力を加えるための圧力室と、この圧力室にイン
クを供給するインク供給路と、インク滴を吐出するため
の吐出圧力を圧力室に発生させる圧力発生手段とを有す
るタイプのインクジェットヘッドであって、更に、圧力
室のインクの振動に伴って従動振動する従動振動手段
と、この従動振動手段に当接して従動振動を制限する振
動規制手段とを有し、この振動規制手段は、少なくとも
インク滴を吐出させるための圧力の発生時においては、
従動振動手段の従動振動を制限することができるように
構成されていることを特徴とする。このように構成され
ているので、インク滴を吐出させるための圧力の発生時
にはインクの振動によって従動振動手段が振動をするこ
とがないので、圧力発生手段によって発生する圧力がイ
ンク滴の吐出のために有効に利用される。また、その後
はインクの振動は従動振動手段によって吸収されるの
で、サテライトの発生を抑制することができる。

【００１３】この場合において、ノズル、圧力室、イン
ク供給路及び圧力発生手段から成るインクジェットヘッ
ドユニットを複数連設してあっても、インク滴吐出時と
待機時とでインク系の固有振動数が異なるので、隣接す
るインクジェットヘッドユニット相互の間での共振の発
生を抑える効果がある。

【００１４】また、圧力室の一の壁部に設けられた弾性
壁を従動振動手段とすることも可能であり、圧力室の外
部であって弾性壁に対向する位置に設けられた対向壁を
振動規制手段として用いることができる。この場合にお
いて、振動規制手段に弾性壁を対向壁に当接させる弾性
壁変形手段を有するようにしてもよい。この弾性壁変形
手段は、例えば弾性壁と対向壁とに設けた導電手段とし
てもよく、電圧の印加に応じて弾性壁と対向壁との間に
吸引力を発生し、当接状態及び非当接状態を選択的に実
現することができる。

【００１５】上記の圧力発生手段として、圧力室の一の
壁を構成する振動板とこの振動板に対向して圧力室の外
部に設けられた対向壁とを対向電極として用いるととも
に、この対向電極間に印加される駆動電圧に応じて振動
板の弾性変位を生じる静電アクチュエータを用いること
が好ましい。この場合には、振動板の一部に他の部分よ
り低い駆動電圧によって弾性変位を生じる高駆動コンプ
ライアンス部を形成して従動振動手段とし、これに対向
する対向壁を振動規制手段とすることができる。

【００１６】この場合において、圧力室を、一の端部に
インク供給路が、他の端部にノズルがそれぞれ連通した
細長い形状とし、高駆動コンプライアンス部をインク供
給路に連通する端部に近接して設けることが望ましい。
これにより駆動電圧を印加した場合には高駆動コンプラ
イアンス部が始めに変形してインク供給路を介してイン
クを吸引し、その後ノズルに向かって振動板の変形が伝
搬していくので、インク供給路からノズルへ向かうイン
クの流れが発生し、これにより円滑なインクの供給が行
われる。

【００１７】振動板の高駆動コンプライアンス部は、他
の部分より低い剛性を有する低剛性部として構成するこ
とができる。具体的には、振動板に他の部分より薄い部
分を形成してもよく、振動板が細長い形状をしている場
合には、振動板の長手方向の一部に他の部分より広い幅
を有する部分を形成しても得ることができる。

【００１８】また、振動板が、任意の自然数Ｎに対し、
値が単調に減少する第１乃至第Ｎ＋１の隙間を有して対
向壁と対向する第１乃至第Ｎ＋１の部分を有するように
構成した場合には、第２以降の部分が高駆動コンプライ
アンス部として機能する。この場合において、振動板の
第１乃至第Ｎ＋１の部分は、対向壁を階段状に形成する
ことによって構成することができる。

【００１９】一方、本発明の印刷装置は、圧力発生手段
として、圧力室の一の壁を構成する振動板とこの振動板
に対向して圧力室の外部に設けられた対向壁とを対向電
極として用いるとともに、この対向電極間に印加される
駆動電圧に応じて振動板の弾性変位を生じる静電アクチ
ュエータを用い、その振動板は、任意の自然数Ｎに対
し、値が単調に減少する第１乃至第Ｎ＋１の隙間を有し
て対向壁と対向する第１乃至第Ｎ＋１の部分を第１乃至
第Ｎ＋１の順に連続配置して成る本発明のインクジェッ
トヘッドを用いるための印刷装置である。この印刷装置
は、インクジェットヘッドの駆動手段として、振動板の
第１乃至第Ｎ＋１の部分がすべて対向壁に当接可能な第
１の駆動電圧と、振動板の第２乃至第Ｎ＋１の各部分に
ついて、当該部分より小さい番号の部分の当接が解除さ
れるとともに当該部分の当接が維持される駆動電圧であ
る、第２乃至第Ｎ＋１の駆動電圧と、振動板の第１乃至
第Ｎ＋１の部分の当接がすべて解除される第Ｎ＋２の駆
動電圧とを、それぞれ実質的に異なるタイミングで静電
アクチュエータに印加可能な駆動回路を有していること
を特徴とする。

【００２０】載の印刷装置において、この場合におい
て、この駆動回路は、静電アクチュエータに充放及び放
電を行う充放電回路を含み、この充放電回路は、少なく
とも第１の駆動電圧にまで静電アクチュエータを充電可
能な充電回路と、少なくとも第２乃至第Ｎ＋１の駆動電
圧を実質的に同一のタイミングで印加できる速度で静電
アクチュエータを放電可能な第１の放電回路と、少なく
とも第２乃至第Ｎ＋１の駆動電圧を実質的に異なるタイ
ミングで印加できる、第１の速度より小さい第２の速度
で静電アクチュエータを放電可能な第２の放電回路とを
有するようにしてもよい。また、インクジェットヘッド
が複数のインクジェットヘッドユニットから成る場合に
おいては、駆動回路は、印刷データに対応して開閉する
複数のスイッチ手段を有し、充放電回路は複数の静電ア
クチュエータの対向電極の一方に共通に接続され、対向
電極の他方には、駆動回路のスイッチ手段が個別に接続
されるようにすることが望ましい。

【００２１】また、本発明の印刷装置の制御方法は、上
記の本発明の印刷装置において、静電アクチュエータに
第１の駆動電圧を印加する第１の工程と、この第１の工
程から第１の時間が経過した後に、第２乃至第Ｎ＋２の
内の１の駆動電圧を静電アクチュエータに印加する第２
の工程と、第２の工程から第２の時間が経過した後に、
第Ｎ＋２の駆動電圧を前記静電アクチュエータに印加す
る第３の工程とを有することを特徴とする。この場合に
おいて、印刷データに応じて第２乃至第Ｎ＋１の駆動電
圧の内から１の駆動電圧を選択する工程を、第２の工程
に先行して行うようにしてもよい。これにより、インク
滴の吐出に寄与する振動板の部分を選択することができ
るので、印刷データに応じて吐出するインク滴の質量を
変えることができる。これにより階調印刷が可能とな
る。

【００２２】また、駆動回路が上記の充放電回路を有す
る場合には、少なくとも第１の駆動電圧まで静電アクチ
ュエータの充電を行う第１の工程と、この第１の工程か
ら第１の時間が経過した後に、第２乃至第Ｎ＋２の内の
１の駆動電圧まで第１の速度で静電アクチュエータの放
電を行う第２の工程と、第２の工程の後に、第２の速度
で静電アクチュエータの放電を行う第３の工程とを有す
る制御方法が望ましい。

【００２３】更に、インクジェットヘッドが複数のイン
クジェットヘッドユニットを有して成る場合は、印刷デ
ータに応じてスイッチ手段の開閉状態を設定する工程を
第１の工程の前に実行することが必要である。

【００２４】また、更に、本発明の印刷装置の制御方法
は、上記の本発明の印刷装置において、前記静電アクチ
ュエータに前記第１の駆動電圧を印加する第１の工程
と、該第１の工程の後に、前記第Ｎ＋２の駆動電圧を前
記静電アクチュエータに印加する第２の工程と、該第２
の工程から所定時間が経過した後に、前記第２乃至第Ｎ
＋１の内の１の駆動電圧を前記静電アクチュエータに印
加する第３の工程と、該第３の工程の後に、再度、前記
第Ｎ＋２の駆動電圧を前記静電アクチュエータに印加す
る第４の工程とを有することを特徴とする。前記第１、
第２の工程でインク滴が吐出された後に圧力室に残留す
る振動を前記第３の工程により、より能動的に抑制する
ことができるので、インク滴吐出後にサテライトが発生
したり、ノズル周囲に不均一な濡れが生じることなく、
高い周波数で効率よくインクジェットヘッドを駆動する
ことができる。

【００２５】このように、前記第３の工程により圧力室
に残留する振動をより効率的に抑制するためには、ノズ
ルに近い位置の前記振動板と前記対向壁の隙間が他の位
置に比べ狭く構成されているインクジェットヘッドを用
いることが好ましい。

【００２６】また、駆動回路が上記の充放電回路を有す
る場合は、前記第１の駆動電圧まで前記静電アクチュエ
ータの充電を行う第１の工程と、該第１の工程の後に、
前記第１の速度で前記静電アクチュエータの放電を行う
第２の工程と、該第２の工程から所定時間経過した後
に、前記第２乃至第Ｎ＋１の内の１の駆動電圧まで前記
静電アクチュエータの充電を行う第３の工程と、該第３
の工程の後に、前記第２の速度で前記静電アクチュエー
タの放電を行う第４の工程とを有する制御方法が望まし
い。

【００２７】

【発明の実施の形態】

（静電アクチュエータの動作原理の説明）図１は本発明
を適用したインクジェットヘッドの断面図であり、図２
はその平面図であり、図３はその部分断面図である。こ
れらの図に示すように、インクジェッドヘッド１は、シ
リコン基板２を挟み、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がそれぞれ積層された３層構造となってい
る。中央のシリコン基板２には、それぞれ独立した複数
のインク室５、これらに共通に設けられた共通インク室
６及びこの共通インク室６を複数のインク室５にそれぞ
れ接続しているインク供給路７としてそれぞれ機能する
溝が、その表面（図中、上面）からエッチングを施すこ
とにより形成されている。これらの溝がノズルプレート
３によって塞がれて、各部分５、６、７が区画形成され
ている。

【００２８】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、ノズルプレート３には共通インク室６に連通するイ
ンク供給口１２（図２参照）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、インク供給路７を通って、
互いに独立したインク室５にそれぞれ供給される。

【００２９】インク室５は、その底壁８が図１の上下方
向に弾性変位可能なダイヤフラムとして機能するように
薄肉に形成されている。したがって、この底壁８の部分
を、以後の説明の都合上、ダイヤフラム８と称して説明
することもある。

【００３０】次に、シリコン基板２の下面に接している
ガラス基板４においては、その上面、即ちシリコン基板
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８は、非常に
僅かの隙間を隔てて、ガラス基板４の凹部９の表面９２
と対峙している。なお、ガラス基板４の凹部９はインク
室５の底壁８に対向しているので、振動板対向壁あるい
は単に対向壁９１と称する。

【００３１】ここで、各インク室５の底壁８は、それぞ
れ電荷を蓄えるための電極として機能する。そして、各
インク室５の底壁８に対峙するように、ガラス基板４の
凹部表面９２には、セグメント電極１０が形成されてい
る。各セグメント電極１０の表面は無機ガラスからなる
厚さＧ０の絶縁層１５により覆われている（図３参
照）。このように、セグメント電極１０と各インク室底
壁８とは、絶縁層１５を挟んで互いに対向電極（電極間
距離をＧとする）を形成している。

【００３２】図２に示すように、インクジェットヘッド
を駆動するための駆動回路２１は、図示していない外部
からの印字信号に応じて、これらの対向電極間の充放電
を行う。駆動回路２１の一方の出力は個々のセグメント
電極１０に直接接続され、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。シリ
コン基板２には不純物が注入されており、それ自体が導
電性をもつため、この共通電極端子２２から底壁８に電
荷を供給することができる。また、より低い電気抵抗で
共通電極に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。本実施例で
は、シリコン基板２とガラス基板４とを陽極接合によっ
て結合させているので、その必要からシリコン基板２の
流路形成面側に導電膜を形成してある。

【００３３】図３に図２のIII−III断面を示す。駆動回
路２１から対向電極間に駆動電圧が印加されると、対向
電極間にクーロン力が発生し、底壁（振動板）８はセグ
メント電極１０の側へ撓み、インク室５の容積が拡大す
る（図３（ｂ））。次に、駆動回路２１によって、対向
電極間の電荷を急激に放電させると、振動板８はその弾
性復元力によって復元し、インク室５の容積が急激に収
縮する（図３（ｃ））。この時インク室内に発生する圧
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からインク滴と
して吐出される。

【００３４】次に、対向電極間への印加電圧と振動板８
の挙動との関係を図４を参照して説明する。図４は振動
板８が変位した場合の、セグメント電極１０からの距離
と振動板８に作用する力との関係を示す図である。図
中、直線は振動板８の復元力を示し、振動板８がギャッ
プ長Ｇ１（後述する例におけるように、ギャップ長が複
数ある場合にはそれぞれＧ２又はＧ３）の位置からセグ
メント電極に向かって変形するに従い、変形量に比例し
て復元力が増加することがわかる。そして、その傾き
（絶対値）はコンプライアンスを表しており、コンプラ
イアンスが大きいほど傾きは小さくなる。また、曲線は
対向電極間に発生するクーロン力を示し、一定の印加電
圧のもとでは対向電極間の距離の２乗に反比例する。そ
して、クーロン力は印加電圧の２乗に比例するので、曲
線（ａ）は印加電圧を増加すると矢印Ａの方向へ、減少
させると矢印Ｂの方向へそれぞれ変化する。図中、Ｇ０
は図３に示す絶縁層１５の厚みであり、この位置で振動
板８は対向壁に当接することとなる。

【００３５】ギャップ長がＧ１の場合について説明する
と、ｄ１及びｄ２は振動板８の復元力と対向電極間に作
用するクーロン力とが釣り合う位置であり、ｄ１は不安
定な釣合点、ｄ２は安定な釣合点である。即ち、一定の
電圧を印加した場合には振動板８はＧ１からｄ２へ変位
して停止し、その後外力を加えてｄ２、ｄ１間まで変形
させても、その外力がなくなれば再びｄ２まで戻って釣
り合う。しかし、外力によって一度ｄ１を越えてセグメ
ント電極に接近した場合には当接位置、即ちＧ０まで変
位し、その後外力が除去されても当接した状態が維持さ
れるのである。

【００３６】今、ギャップ長がＧ１である振動板８を対
向壁に当接させようとする場合には、図４（ｂ）に示す
高い電圧を対向電極間に印加する。これにより、クーロ
ン力を示す曲線（ｂ）はＧ１を通る直線との交点、即ち
釣合点ｄ１及びｄ２を有さない状態となり、振動板８は
一気に当接位置Ｇ０まで変位する。なお、実際にはこれ
より低い電圧であってもｄ１とｄ２との距離が接近して
いる場合には、電圧を急激に印加することによって振動
板８の変形にｄ１を越えるオーバシュートを起こさせ、
これにより当接位置まで引き込ませることができる。

【００３７】また、ギャップ長がＧ３の場合には、振動
板８を対向壁に当接させるための電圧は図中（ｄ）に示
す曲線に対応する値となる。従って、この場合はギャッ
プ長がＧ１の場合に比べて高い電圧を必要とするのであ
る。このように、ギャップ長を異ならせることによって
振動板８を対向壁９１に当接させるのに必要な電圧を異
ならせることができる。ここでは、振動板を対向壁に当
接させるのに必要な電圧の高低を表す概念として駆動コ
ンプライアンスを定義する。即ち、当該電圧が高いほど
振動板は撓みにくいと考えられるから、駆動コンプライ
アンスは低いとするのである。

【００３８】また、ギャップ長を同一としても駆動コン
プライアンスを異ならせることができる。図５はギャッ
プ長をＧ１に統一し、振動板のコンプライアンスを異な
らせた例について、振動板に作用する力の関係を示した
ものである。コンプライアンスの低い振動板の場合、即
ちＧ１を通る直線の傾きが大きい場合には、上記の当接
電圧は曲線（ｂ）に対応する高い電圧となり、逆に振動
板のコンプライアンスが高い場合、即ち直線の傾きが小
さい場合には、曲線（ａ）に対応する低い電圧を印加す
ることにより、振動板を対向壁に当接させることができ
る。従って、振動板のコンプライアンスが高いほど上記
の駆動コンプライアンスが高いことになる。

【００３９】次に、振動板８を復元させようとする場合
には、放電などによって印加電圧を図４（ｃ）に示す低
い電圧まで下げる。これにより、振動板８は安定な釣合
点ｄ２へ向かってその復元力とクーロン力との差によっ
て定まる加速度で移動を開始する。従って、以降の印加
電圧の降下を速やかに行えば振動板８の復元加速度をイ
ンク滴の吐出に充分なものとすることができ、また、印
加電圧の降下を徐々に行えば振動板８の復元加速度を抑
えてインク滴の吐出を行わないように制御することもで
きる。

【００４０】（振動板のコンプライアンスの説明）ここ
で、振動板８のコンプライアンスについて説明してお
く。振動板の変形によってインク室の体積変化が生じる
ことから、ここでは振動板８のコンプライアンスをそれ
に作用する単位圧力に対するインク室の容積変化量と定
義している。ところで、振動板８はインクノズルのピッ
チを狭めるために、インクノズルの隣接する方向（図２
の上下方向）の寸法（以下、「幅」と呼ぶ。）を極力小
さく、これと直交する方向の寸法（「長さ」と呼ぶ。）
を大きく設計されている。例えば、幅２００マイクロメ
ートルに対し、長さ３ミリメートルという具合である。
従って、図６に示すように、圧力またはクーロン力等の
等分布荷重が作用した場合の振動板８の変形量において
は、長さ方向の両端部を除いて、幅方向の剛性が支配的
となる。従って、振動板８の形状とコンプライアンス
（Ｃｍ）との間には次の関係があることがわかってい
る。

【００４１】Ｃｍ ＝ Ｋ・Ｌ・Ｗ5／Ｔ3 Ｋ：定数 Ｌ：長さ Ｗ：幅 Ｔ：厚さ 即ち、振動板８のコンプライアンス（Ｃｍ）は振動板８
の長さ（Ｌ）に比例し、幅の５乗に比例し、厚さ（Ｔ）
の３乗に反比例するのである。

【００４２】また、いうまでもないが、振動板８が対向
壁に当接している状態では、コンプライアンスは０と考
えてよい。仮に振動板８の中央部が幅の３分の１だけ当
接した場合でも、コンプライアンスは、幅の５乗に比例
するので、１００分の１以下となるからである。以上を
踏まえて、本発明の具体的な実施形態を以下に詳細に説
明する。

【００４３】［例１］（振動板にコンプライアンスの異
なる部分を設けた例） 図１に戻って本発明の第１の実施例を説明する。本実施
例では、振動板８は圧力発生室５の長手方向に、その厚
さの薄い部分８ａと厚い部分８ｂとを有している。振動
板８を対向壁に当接させた後、電圧印加を解除して放電
させると、クーロン力が無くなり、振動板８はその弾性
エネルギにより復元しようとする。この時、厚い部分８
ｂは弾性エネルギが大きいため、薄い部分８ａより速く
応答し、インク室５の容積を急激に収縮させて高いイン
ク圧力を発生させる。

【００４４】一方、薄い部分８ａは、蓄えられていた弾
性エネルギが小さいため、緩やかに復元しようとする
が、厚い部分８ｂの復元により発生したインク圧力によ
って復元が妨げられ、対向壁に当接した状態を維持す
る。上述のように、この状態では対向壁に当接している
薄い部分８ａのコンプライアンスは非常に小さい。即
ち、インク滴の吐出に際してインク室５の剛性は高く
（コンプライアンスが小さい）、高いインク圧が発生す
るのでインク滴を高速度で吐出させることができる。

【００４５】このインク室５のインク圧は急激に高くな
ってインク滴の吐出を引き起こした後、振動板の厚い部
分８ｂの動きに対応して急激に低下する。この際、圧力
が所定の値にまで低下したとき、振動板の薄い部分８ａ
は対向壁から離れる。このように対向壁から離れている
状態では、振動板８の薄い部分８ａは大きいコンプライ
アンスを有するため、インク室５の剛性は低下し（コン
プライアンスが大きくなり）、インクの流れの振動を緩
和し、インク滴吐出後のノズルメニスカスの振動が小さ
く抑えられる。

【００４６】その後、インク流れの振動は、インクの粘
性抵抗やインク供給路の流路抵抗により徐々に減衰す
る。薄い部分８ａは対向壁に当接することなく、インク
室５の圧力を吸収して振動するので、サテライトの発生
を抑えることができる。従って、インクの粘度を高めた
り、インク供給路の抵抗を高めたりする必要がないの
で、インクの吸引に必要な時間を短くすることができ、
次のインク滴吐出迄の時間間隔を短く抑えることができ
る。即ち、インク滴吐出の周波数を高くすることができ
る。

【００４７】ところで、インク滴吐出時にインク室５に
発生する圧力によって薄い部分８ａを対向壁に当接させ
るには、振動板８の厚さ及び対向壁との空隙の距離を適
切に設定する必要がある。例えば、インク室を１インチ
当たり９０個の密度で配置させる場合について具体的に
述べる。インク室の幅を２００μｍ、長さを３ｍｍ、薄
い部分の厚さを３μｍ、厚い部分の厚さを５μｍ、薄い
部分の長さを０．８ｍｍ、厚い部分の長さを２．２ｍ
ｍ、振動板８と対向壁（絶縁層１５）との空隙の距離を
１μｍとする。この時、薄い部分は、およそ１気圧の圧
力で対向壁に当接する。コンプライアンスは振動板の厚
さの３乗に反比例し長さに比例するから、薄い部分と厚
い部分とのコンプライアンスの比率はおよそ２対１とな
る。従って、薄い部分が対向壁に当接すると、コンプラ
イアンスがおよそ３分の１に減少し、インクの固有振動
周期は４割も短くなる。即ち、インク室５はインク滴の
吐出後は吐出時の３倍軟らかくなり、インク滴を高速で
吐出させ得るとともに、その後のインクノズルのメニス
カスの振動を十分に小さく抑えることができる。

【００４８】本実施例では、振動板８そのものを対向電
極の一方として用いるため、振動板にボロン（元素記号
Ｂ）をドーピングしている。また、ボロンの濃度に応じ
てエッチングの速度が異なるから、これを利用して厚さ
の異なる部分を振動板に容易に形成することができた。
即ち、シリコン基板１の裏面よりＢを拡散させる際に、
その一部をマスクすることで、ボロン濃度の高い層の深
さを変え、エッチングでこの層を残すことで厚さの異な
る部分を振動板に形成した。

【００４９】次に、本発明の第１の実施例の変形例を、
図７に示すインクジェットヘッドの平面図を用いて説明
する。本実施例では、インク室２４の幅を一部広くし、
積層するガラス基板２３の凹部２９の幅もインク室２４
の幅に対応して広く形成し、この部分で振動板２８の幅
を広く構成した（幅広部２８ａ）。また、インク室２４
をより高密度に配置するため、隣接するインク室２４で
は幅広部２８ａをインク室の長手方向にずらして配置し
た。

【００５０】上述のように、振動板のコンプライアンス
は幅の５乗に比例するから、この幅広部２８ａは、他の
部分２８ｂより大きいコンプライアンスを有する。本実
施例では、幅広部２８ａの幅を他の部分２８ｂの１．３
倍に設定し、インク室２４のコンプライアンスの２分の
１を幅広部２８ａに持たせてある。従って、この幅広部
２８ａが対向壁に当接すると、圧力発生室２４のコンプ
ライアンスが２分の１となり、インク吐出時のインク流
れの応答性を高くすることが出来る。また、振動板の幅
広部２８ａに対応して、セグメント電極１０の幅も広く
形成（幅広部３０）し、更に低い電圧で幅広部２８ａを
対向壁に当接させ得るように構成した。

【００５１】上記の第１の実施例において、振動板の内
の他の部分に比べてコンプライアンスを大きく設定した
部分（８ａ及び２８ａ）は、駆動回路２１によりセグメ
ント電極１０との間に電圧を印加すると、他の部分（８
ｂ、２８ｂ）よりも容易にたわみ、より低い電圧で対向
壁に当接する。そして、電圧印加により低コンプライア
ンス部８ａ、２８ａがたわんで当接すると、他の部分８
ｂ、２８ｂの低コンプライアンス部との境界部分がこれ
に引かれ、不安定な釣合点を越えて対向壁に当接する。
そして、この作用が振動板全体に伝播していき、結果と
して低コンプライアンス部がない場合に比べ、かなり低
い電圧で振動板全体を対向壁に当接させることが可能と
なった。

【００５２】このことは、同一の駆動電圧を用いる場合
には、インク滴の吐出に関与する振動板のコンプライア
ンスを小さくすることが可能であることを意味してい
る。このことは、インクノズルの高密度化に有利であ
る。すなわち、インクジェットヘッドの高密度化を図る
ためには、インク室５の底壁である振動板の幅寸法を小
さくすることが必要であり、上述のとおり、コンプライ
アンスは幅の５乗に比例して小さくなってしまうからで
ある。

【００５３】また、低コンプライアンス部から徐々に変
形して当接するという作用に着目して、以下のような変
形例が可能である。図８はその変形例のインクジェット
ヘッドの断面図である。本実施例では、剛性の低い振動
板８ａをインク室５のインク供給路７側に形成した。こ
れによれば、振動板８の弾性変位は、インク室５の基端
側であるインク供給側から発生し、この弾性変位がイン
ク吐出側に向けて伝搬していく。インク供給路５からノ
ズル１１に向かう方向、すなわち、インクを供給すべき
方向にインクの流れを引き起こすように、振動板８の弾
性変位が発生するのである。従って、インクの供給が速
やかに行われ、インク吐出周波数を高めることが可能に
なった。

【００５４】［例２］（振動室にギャップの異なる部分
を設けた例） （振動板と対向壁の隙間）次に、本発明の第２の実施例
につき、図９を参照して詳細に説明する。先ず、本実施
例における振動板５１と対向壁９１との間隔Ｇについて
説明する。図に示すように、各振動板５１の裏面は平坦
面となっている。これに対して、ガラス基板４の側の対
向壁９１は、インク室５の長手方向に向けて階段状に深
さが異なるように構成されている。インク室５の基端
側、すなわち、インク供給路７の側の振動板部分とそれ
が対峙している対向壁９１の部分とのギャップＧ１が最
も小さく構成されている。この隙間Ｇ１に隣接した、振
動板５１の中程の部分では、対向壁９１との間にこれよ
りも大きな中程度のギャップＧ２が形成される。そし
て、インクノズル１１に近い側の振動板部分と対向壁９
１の間には最も大きなギャップＧ３が形成されている。
これらのギャップは、正確には、図３に示すように、セ
グメント電極１０の上面から振動板５１の裏面までの距
離、即ち電気的ギャップとする。なお、機械的ギャップ
はこれらから絶縁層１５の厚さＧ０を差し引いたものと
なる。ここで、振動板５１と対向壁９１の隙間Ｇは、イ
ンク室の長手方向に向けて、最も小さな隙間Ｇ１の部分
と、中程度の隙間Ｇ２の部分と、最も大きな隙間Ｇ３の
部分が、その基端側から先端側に向けてこの順序で形成
されている。したがって、インク滴を吐出させる際に、
対向壁との当接状態を維持させておく振動板５１の部分
を増減することによって、インク滴吐出時におけるイン
ク室のコンプライアンスを変化させ、インク振動系の固
有振動数を増減することができる。また、同時にインク
滴吐出に寄与する振動板５１の変位体積も変化させるこ
とができる。これにより、吐出されるインク液滴の量を
調整できる。一般に、インク振動系の固有振動数が高け
ればより微少なインク滴を吐出することができ、振動板
の変位体積が小さいほど吐出されるインク滴の量が少な
い。

【００５５】例えば、図１０に示すように、最も小さな
隙間Ｇ１の部分においてのみ、振動板５１の部分５１ａ
が対向壁９１の側に吸引された状態を維持しながら、振
動板５１の他の部分５１ｂ、５１ｃを駆動すれば、コン
プラインスは振動板の長さに比例するのであるあら、対
向壁９１に密着している部分５１ａの長さ分だけコンプ
ライアンスを小さくでき、したがって、振動板の全体を
振動させる場合に比べて、インクの振動系の固有周期が
短くなり、より微少なインク滴を高速で吐出させること
ができる。

【００５６】また、本例のように、小さな隙間Ｇ１の部
分を形成しておくと、振動板５１の対応する部分５１ａ
は、大きな隙間が形成されている場合に比べて、より小
さな駆動電圧を印加するのみで簡単に対向壁９１の側に
吸引されてそこに密着した状態となる。図１１に示すよ
うに、このように部分的に密着した状態が形成される
と、その部分が起点となって、振動板はその部分から徐
々に全体に渡って弾性変位が誘起される。振動板の他の
部分が５１ａの部分に引かれて不安定な釣合点を越え、
対向壁に当接するまで変位するからである。従って、小
さなギャップＧ１が形成されていない場合に比べてより
小さな電圧で駆動することができる。これにより、第１
の実施例において述べたのと同様の理由により、インク
ノズルの高密度化が容易に達成できる。

【００５７】ここで、本例では、隙間を、インク室５の
基端側から先端側に向けて大きくなるように形成してあ
る。これにより、図１１に示すように、振動板の変位は
インク供給路からインクノズルに向かって進行する。し
たがって、第１の実施例において述べたのと同様の理由
により、インクの供給を円滑に行うことが可能となり、
インク吐出周波数を高めることができる。

【００５８】なお、本例においては、隙間Ｇを大、中、
小の３段階に形成したが、２段階に形成してもよく、あ
るいは４段階以上に細かに形成してもよい。また、本例
のように平坦面を階段状に形成して異なる隙間を形成す
る代わりに、曲面もしくは斜面を利用して徐々に変化す
る隙間を形成することもできる。

【００５９】（インクジェットヘッドの駆動回路）次
に、上記構成のインクジェットヘッドに電圧を印加して
これを駆動する電圧印加手段２１として好適な駆動回路
について説明する。図１２に駆動回路の例を、図１３に
その動作シーケンスをそれぞれ示す。図中、ＩＮ１は対
向電極（振動板５１とセグメント電極１０）間に電荷を
蓄積することによって振動板５１を撓ませるための充電
信号である。充電信号ＩＮ１はレベルシフト用のトラン
ジスタＱ１を介して第１の定電流回路４００に入力され
る。定電流回路４００は、主としてトランジスタＱ２、
Ｑ３と抵抗Ｒ１とからなり、コンデンサＣを一定の電流
値で充電するように構成されている。

【００６０】ＩＮ２は充電状態にある対向電極から電荷
を取り除いて振動板５１を復元させるための放電信号で
ある。図中、４１０は吐出量制御回路であり、第１、第
２のワンショットマルチバイブレータＭＶ１、ＭＶ２か
ら構成されている。第１のワンショットマルチバイブレ
ータＭＶ１は、放電信号ＩＮ２が入力されたときにパル
ス幅Ｔｘの信号を出力する。第１のワンショットマルチ
バイブレータＭＶ１から出力されるパルス幅Ｔｘは、本
例では、吐出制御信号によって３種類のパルス幅から選
択できるように構成されている。具体的には、ワンショ
ットマルチバイブレータの出力パルス幅を決定するため
の時定数回路の時定数を、接続する抵抗を切り替えるこ
とによって変更している。尚、抵抗の切り替えはトラン
ジスタ等によるスイッチ回路等の周知の技術を用いて容
易に行うことができる。第２のワンショットマルチバイ
ブレータＭＶ２は、第１のワンショットマルチバイブレ
ータＭＶ１から出力されるパルスの立ち下がりに同期し
て、パルス幅Ｔｄの信号を出力する。

【００６１】第１のワンショットマルチバイブレータの
出力は第２の定電流回路４２０に、第２のワンショット
マルチバイブレータの出力は第３の定電流回路４３０に
それぞれ入力されている。第２の定電流回路４２０は、
主としてトランジスタＱ４、Ｑ５、及び抵抗Ｒ２からな
り、第１のワンショットから入力される信号に基づきＴ
ｘの期間、コンデンサＣの電荷を一定の速度で放電させ
るように構成されている。また、第３の定電流回路４３
０は、主としてトランジスタＱ１０、Ｑ１１、及び抵抗
Ｒ２より大きい抵抗値を有する抵抗Ｒ３からなり、第２
のワンショットから入力される信号に基づきＴｄの期
間、コンデンサＣの電荷を第２の定電流回路４２０より
低い一定の速度で放電させるように構成されている。

【００６２】コンデンサＣの端子はトランジスタＱ６、
Ｑ７、Ｑ８及びＱ９からなるバッファを介して出力端子
ＯＵＴに接続されている。そして、出力端子ＯＵＴには
インクジェットヘッドの共通電極端子２２が接続され、
また、トランジスタＴの出力がそれぞれのセグメント電
極１０に接続されている。

【００６３】これにより、充電信号ＩＮ１がアクティブ
となっている間はコンデンサＣが一定の電流で充電さ
れ、この時、ドットを形成すべきノズルのセグメント電
極に対応するトランジスタＴをオン状態にしておけば対
向電極間に充電が行われてコンデンサＣと同じ電圧とな
る。一方、放電信号が入力されると、コンデンサＣが放
電されるので、充電状態にある対向電極間の電荷が、ダ
イオードＤを介して放電されることになる。

【００６４】次にこのように構成した駆動回路の動作を
図１３に示したタイミング図を用いて説明する。充電信
号ＩＮ１（ａ）がアクティブとなると、その前端により
トランジスタＱ１、第１の定電流回路４００のトランジ
スタＱ２が順次にオンとなり、コンデンサＣは抵抗Ｒ１
で定まる一定の電流値をもって充電される。

【００６５】この結果、コンデンサＣの端子電圧は、図
１２（ｃ）に示したように０ボルトから一定の勾配τ１
で直線的に上昇する（図１２（ｅ）のｔ１までの区
間）。この勾配τ１は、抵抗Ｒ１の抵抗値、またはコン
デンサＣの静電容量によって定まる。つまり、抵抗Ｒ１
の抵抗値を大きくすることにより、コンデンサＣ及びこ
れにバッファを介して接続されている対向電極の充電速
度をより小さく設定できる。なお、この速度はインク室
へのインクの吸引速度等を勘案して定められる。これに
より、振動板５１がセグメント電極１０側に吸引されて
変位しインク室５が膨張するので、インク供給路を経由
して共通インク室６からインク室５にインクが流れ込
む。

【００６６】充電信号ＩＮ１をＴｏの期間の経過後（時
刻ｔ１）にインアクティブとすると、トランジスタＱ
１、Ｑ２がオフとなるから、コンデンサＣの充電が停止
する。この結果対向電極間の電圧はｔ１における電圧Ｖ
ｏに保持され、振動板５１は、セグメント電極１０に当
接した状態で停止している。

【００６７】更に、所定時間Ｔｈが経過すると、放電信
号ＩＮ２がアクティブとなる（図１２（ｂ））。これに
より、吐出量制御回路４１０の第１ワンショットマルチ
バイブレータＭＶ１から出力された信号（図７（ｃ））
によって第２の定電流回路４２０を構成しているトラン
ジスタＱ４がオンとなり、コンデンサＣの電荷を抵抗Ｒ
２で定まる速度でＴｘの期間放電させる。これにより、
コンデンサＣの端子間電圧は、抵抗Ｒ２の抵抗値に基づ
いた勾配τ２で直線的に降下する。

【００６８】第１のワンショットマルチバイブレータＭ
Ｖ１の出力パルス幅Ｔｘで定まる時間が経過すると、ト
ランジスタＱ４がオフとなって第２の低電流回路４２０
による放電が停止すると同時に、吐出量制御回路４１０
の第２ワンショットマルチバイブレータＭＶ２からの信
号（図７（ｄ））により第３の定電流回路４３０を構成
しているトランジスタＱ１０がオンとなり、コンデンサ
Ｃの電荷は、今度は抵抗Ｒ３を介して放電され始める。

【００６９】この抵抗Ｒ３の抵抗値は抵抗Ｒ２のそれよ
りも大きい値に設定されており、コンデンサＣの端子間
電圧はそれまでよりも小さい勾配τ３で直線的に降下す
る。尚、第２のワンショットマルチバイブレータＭＶ２
から出力される信号のパルス幅Ｔｄは、対向電極間の電
荷が完全に放電され得る時間及びインク滴吐出周波数を
考慮して設定される。

【００７０】（インクジェットヘッドの駆動方法）次
に、上記構成のインクジェットヘッドの駆動方法につい
て図１４及び図１５を用いて説明する。図１４には対向
電極間の電圧波形の一例を示してある。対向電極間の電
圧が時点ｔ１にピーク電圧Ｖｏまで上昇するように、充
電が行われ（Ｖ１０）、その後、時点ｔ２まで、ピーク
電圧Ｖｏが保持される（Ｖ１１）。更にその後、以下に
説明するように放電が行われ、インク滴が吐出される。

【００７１】本例では、対向電極間電荷の放電過程にお
いて、時間に対する電圧降下の傾きが急な第１の区間Ｖ
１２と、この第１の区間に連続して、電圧降下の傾きが
緩やかな第２の区間が形成されている。すなわち、対向
電極間の電圧がピーク電圧Ｖｏで保持される期間ｔ１か
らｔ２の後に、時点ｔ２で放電が開始されて、電圧降下
の急な第１の区間Ｖ１２に沿って電圧がＶａまで降下
し、この電圧値になった時点ｔ３の後は、緩やかな電圧
降下の第２の区間Ｖ１３に沿って電圧が零まで降下す
る。

【００７２】ここで、本例の電圧印加手段２１において
は、第１の区間Ｖ１２における降下電圧の目標値を変更
可能となっており、例えば、図に示すように、電圧Ｖ
ａ、Ｖｂ、Ｖｃに切り換え可能となっている。具体的に
は、上述のワンショットマルチバイブレータＭＶ１の出
力パルス幅を選択することによって実現している。例え
ば電圧Ｖｂ、Ｖｃに切り換えられた時には、この電圧ま
で降下した後は区間Ｖ１４及びＶ１５において区間Ｖ１
３と同一の速度で放電させるようになっている。

【００７３】ここで、対向電極間の電圧を、区間Ｖ１２
の傾きで降下させた後に、電圧Ｖａの時点ｔ３から波形
部分Ｖ１３に沿って緩やかに降下させるように放電した
場合には、振動板５１は次のように動作する。対向電極
間の電圧が電圧Ｖａの時点まで降下する間に、大きな隙
間Ｇ３の振動板５１の部分５１ｃが弾性復元力によって
対向壁９１の表面９１ａから最初に離れてインク室５の
内方に向けて弾性変位する。

【００７４】図１５には振動板５１の弾性変位状態を示
してあり、実線がこの場合の動作を示している。この後
は、電圧降下は緩やかに行われるので、中程度の隙間Ｇ
２の部分５１ｂ、最も小さな隙間Ｇ１の部分５１ａが順
次に対向壁９１から離れて弾性復帰力によってインク室
側に戻る。しかし、これらの部分５１ｂ及び５１ａが対
向壁９１から離れる時点ではすでにインク滴の吐出が終
了しており、したがって、基本的には、最も大きな隙間
Ｇ３の部分に対向する振動板５１の部分５１ｃによる弾
性復元エネルギによって発生するインク室５内のインク
圧力によってインク滴の吐出が行われる。インク滴の吐
出時には中程度の隙間Ｇ２の部分５１ｂおよび最も小さ
な隙間Ｇ１の部分５１ａは対向壁９１の表面９１ｂおよ
び９１ａにそれぞれ接した状態にあり、したがって、イ
ンクの振動系のコンプライアンスは小さくなっている。
よって、その固有周期を短くでき、微少なインク滴を高
速で吐出させることができる。また、インク滴の吐出後
は振動板の部分５１ｂ及び５１ａは対向壁９１から離れ
た状態となっているのでインク振動系のコンプライアン
スは大きくなっており、第１の実施例において説明した
ように、その後のインクの振動によるサテライトの発生
を防止することができる。

【００７５】これに対して、区間Ｖ１２の傾きで電圧が
Ｖｂにまで降下した時点から波形部分Ｖ１４に沿って緩
やかに電圧を降下させた場合には、振動板５１は、図１
５において破線で示すように、振動板の、最も大きな隙
間Ｇ３の部分および中程度の隙間Ｇ２の部分に対応する
部分５１ｃ、５１ｂが、対向壁の部分９１ｃ、９１ｂか
らほぼ同時に離れて弾性復元力によってインク室５の内
側に変位して、インクの吐出が行われる。この場合に
は、振動板５１の、最も小さな隙間Ｇ１の部分に対応す
る部分５１ｃは対向壁９１の表面９１ｃに接した状態と
なっており、インク吐出動作に寄与しない。したがっ
て、図１５において実線で示す場合、即ち振動板の５１
ｃの部分のみによってインクを吐出する場合に比べて、
インク吐出時のインク振動系のコンプライアンスが大き
く、また、振動板の変位量のうちの、インク吐出に寄与
する部分も多いので、インク滴の吐出量が多くなる。

【００７６】一方、対向電極間にかかる電圧の放電を電
圧がＶｃになるまで急激に行った場合には、図１５にお
いて二点鎖線で示すように、振動板５１の全体が弾性復
元力によってインク室内方に弾性変位してインク吐出動
作に寄与する。したがって、この場合には、対向壁９１
に接している振動板の部分が無く、コンプライアンスは
最も大きくなり、大きなインク滴を吐出することができ
る。

【００７７】このように、対向電極間の放電時における
電圧の降下特性、即ち放電速度を変えることにより、イ
ンクノズル１１のインク滴吐出特性、特に、インク滴の
吐出速度及び重量を変えることができる。

【００７８】［例３］（その他の例） 図１６は、インク室５の長手方向に沿った断面図で、共
通インク室６、インク供給路７、インク室５とつながる
流路が流路形成基板４４に形成され、この流路形成基板
４４の一方の面をノズルプレート３で塞ぎ、他方の面を
振動板４８で封止し流路を形成してある。ノズルプレー
ト３にはノズル１１が形成されており、インク室５に連
通している。インク室５の底壁となる振動板４８には、
細長い圧電素子４０が接続されており、この圧電素子４
０の他方の端部はフレーム４２に固定されている。この
圧電素子４０に電圧を印加すると、圧電素子４０は固定
部を支点にして長さ方向（図中、上下方向）、即ち振動
板４８に垂直に伸縮し、インク室５の容積を増加及び減
少させる。この圧電素子４０による圧力発生手段は、大
きな力を発生することが可能であり、インク滴を高速に
吐出させることができる。インク滴吐出後のインク流れ
の残留振動による不要なインク滴の吐出を防止するため
に、インク室５に、インクの圧力で変形する弾性壁４７
が配置されている。しかし、このような弾性壁を設ける
と、圧電素子４０の駆動力が弾性壁４７に吸収されてし
まい、インク滴の吐出速度が低下してしまうため、駆動
効率の低いインクジェットヘッドとなってしまう。そこ
で、本実施例では、インク室５の端部に形成した弾性壁
４７に対向する位置に、適当なギャップを有して当接部
４３を形成した。即ち、固定基板４１の、弾性壁４７に
対向する部分は、周囲に深く溝を形成た島状の凸部４３
とし、その面を固定基板４１の面から僅かに凹ませるこ
とによって弾性壁４７との間に微少なギャップを形成し
た。その周囲の溝は、振動板４８（弾性壁４７を含む）
と固定基板４１との接合に用いる接着剤が上記のギャッ
プへ流入しないように設けられている。

【００７９】この構成によれば、弾性壁４７は、インク
滴吐出時の高い正圧に対しては対向壁４３に当接するた
め大きくたわむことは無く、従ってインク滴を高い圧力
で吐出させるように機能し、吐出後の低い正圧及び負圧
に対しては当該圧力に比例してたわむので圧力の急激な
変化を緩和し、サテライトの発生を防止するように機能
する。

【００８０】［例４］（残留振動を能動的に抑制する
例）次に、本発明の第４の実施例につき、図１７及び図
１８を参照して詳細に説明する。

【００８１】図１７は本発明に適用されるインクジェッ
トヘッドの一例を示す断面図であり、図９に示すインク
ジェットヘッドと同様に３枚の基板２、３、４を積層す
ることにより形成されるものであり、同一部分には同一
符号を付し、詳細な説明は省略する。

【００８２】シリコン基板１の下面に接しているガラス
基板３においては、その上面、即ちシリコン基板１との
接合面には、シリコン基板１の各インク室５に対応した
位置に、浅く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８は、非常に僅か
の隙間を隔てて、ガラス基板３の凹部９の表面９２と対
峙している。

【００８３】凹部９のノズル１１側の表面の一部は、表
面９２から底壁８側に突出した表面９２ａが設けられて
いて、表面９２ａと底壁８１の間隔は、この部分以外の
表面９２と底壁８２の間隔より更に小さくなっている。

【００８４】ここで、各インク室５の底壁８は、それぞ
れ電荷を蓄えるための電極として機能する。そして、各
インク室５の底壁８に対峙するように、ガラス基板３の
凹部表面９２には、セグメント電極１０が形成されてい
る。各セグメント電極１０の表面は無機ガラスからなる
厚さＧ０の絶縁層１５により覆われている。このよう
に、セグメント電極１０と各インク室底壁８とは、絶縁
層１５を挟んで互いに部分的に電極間距離が異なる対向
電極を形成している。即ち、対向電極の電極間距離は、
ノズル付近では、小さな隙間Ｇ１で、その他の部分では
大きな隙間Ｇ２となるように形成されている。

【００８５】振動板８の隙間Ｇ１に対応する部分８１
は、他の部分８２に比べ、より小さな駆動電圧を印加す
るのみで簡単に対向壁９２ａの側に吸引され、密着した
状態になる。従って、振動板の全域が対向壁９２に密着
する大きさの駆動電圧と、振動板８の部分８１のみが密
着する大きさの駆動電圧の２種類の駆動電圧により、振
動板８を大きく振動させ、インク滴の吐出を行う駆動モ
ードと、振動板８を部分的に振動させ、ノズル近傍のイ
ンクの残留振動を抑制する駆動モードを得ることができ
る。なお、符号１２は、共通インク室６にインクを供給
するためのインク取込口である。

【００８６】図１８は、対向電極間の電圧波形と、ノズ
ルのメニスカスの変動を示す説明図である。

【００８７】本実施例は、対向電極間に、インク滴の吐
出を行うための主パルスＰ１を印加した後、所定時間後
に、インク滴の吐出により発生した圧力室５内の残留振
動を抑制するための補助パルスＰ２を印加する例を示す
ものである。

【００８８】対向電極間の電圧が時点ｔ１にピーク電圧
Ｖｏまで上昇するように、充電が行われ（Ｖ１０）、こ
れにより、振動板８のギャップＧ２に対応する部分８
２、ギャップＧ１に対応する部分８１共に、個別電極１
０ａ、１０ｂ側に撓む。このとき、圧力室５内には、負
の圧力が発生し、メニスカスも負方向（圧力室側）に変
位する。

【００８９】その後、時点ｔ２まで、ピーク電圧Ｖｏが
保持される（Ｖ１１）。更にその後、メニスカスが最も
引き込まれるタイミングを見計らって、対向電極間を０
Ｖまで急激に放電する。（Ｖ１２）、これにより振動板
８の全ての部分８１、８２が個別電極１０より離れ、振
動板５の弾性復元力により圧力室５内に正の圧力が発生
し、インク滴がノズル１１より吐出される。図１８にお
いて、斜線で示すメニスカスの正方向の変位ｖ１がイン
クは滴の吐出に寄与する部分である。区間Ｖ１２では、
圧力室５内に急激な圧力変動を発生させる放電速度（第
１の速度）で放電が行われる。

【００９０】インク滴の吐出後、メニスカスは流路固有
の固有振動数で周期的に振動し徐々に元の位置に戻る。
上述の吐出のためのパルスＰ１の印加を行った以降、後
述する補助パルスＰ２を与えない場合、メニスカスは、
図１８に想像線で示す波形ｗ２のように変動する。残留
振動を示す波形ｗ２において、正方向にメニスカスが変
位する部分ｖ２、ｖ３では、インクがノズルより湧出
し、ノズルの周囲を不均一に濡らしてしまう。前述した
ように、このようにノズル周囲が不均一に濡れると以降
吐出されるインク滴がノズル面に対して略垂直な方向に
飛翔せず、印字品質を劣化させる原因となる。

【００９１】このような不具合を防止するため、本例で
は、以下に説明する補助パルスＰ２を対向電極間に印加
している。即ち、インク滴を吐出するための主パルスＰ
１の放電を開始（時点ｔ２）してから、所定時間経過し
た時点ｔ３から、対向電極間の電圧が時点ｔ４に、電圧
Ｖ０より低い電圧Ｖ１まで上昇するように、再び充電が
行われる（Ｖ２０）。その後時点ｔ５まで、電圧Ｖ１が
保持され（Ｖ２１）、時点ｔ５から第１の速度より遅い
第２の速度で放電が行われる（Ｖ２２）。

【００９２】このように補助パルスＰ２を主パルスＰ１
印加後に加えることにより、振動板８のギャップＧ１に
対応する部分８１のみが、個別電極１０ａ側に撓み、圧
力室内５の残留振動が抑制される。即ち、ノズル近傍の
振動板８１のみを撓ませて、ノズル面の外方向に変位す
るメニスカスを圧力室５側にひき込むように補助パルス
Ｐ２が与えられる。これによりメニスカスは図の波形ｗ
１に示すように変位し、ノズル面からのインクの湧出を
防止することができる。

【００９３】なお、補助パルスＰ２印加時は、振動板５
の変位する領域、振幅とも、主パルスＰ１に比べ小さ
く、また、補助パルスＰ２の後端の傾きで示される放電
速度も小さいため、補助パルスＰ２の印加自体でメニス
カスの振動が増長されることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェットヘッドの実施例を示す
概略縦断面図である。

【図２】図１に示すインクジェットヘッドの実施例の平
面図である。

【図３】図１に示すインクジェットヘッドの実施例の作
用を示す概略横断面図であり、（ａ）は待機時、（ｂ）
はインク吸引時、（ｃ）はインク圧縮時をそれぞれ示す
図である。

【図４】本発明のインクジェットヘッドの動作を説明す
る図であり、対向電極間の距離と、作用する力との関係
を示す図である。

【図５】本発明のインクジェットヘッドの動作を説明す
る図であり、対向電極間の距離と作用する力との関係を
示す図である。

【図６】本発明のインクジェットヘッドの振動板の変形
状態を説明する説明図である。

【図７】本発明のインクジェットヘッドの実施例の平面
構造を示した図である。

【図８】本発明のインクジェットヘッドの実施例の概略
断面図である。

【図９】本発明のインクジェットヘッドの第２の実施例
を示す概略断面図である。

【図１０】図９に示すインクジェットヘッドの第２の実
施例の動作を説明する図である。

【図１１】図９に示すインクジェットヘッドの第２の実
施例の動作を説明する図である。

【図１２】図９に示すインクジェットヘッドの第２の実
施例に好適な駆動回路の一例を示す回路図である。

【図１３】図１２の駆動回路の動作を示す信号波形図で
ある。

【図１４】図９に示すインクジェットヘッドの第２の実
施例に好適な駆動方法を説明する図であり、対向電極間
の電圧波形を示す波形図である。

【図１５】図９に示すインクジェットヘッドの第２の実
施例における振動板の弾性変位状態を示す説明図であ
る。

【図１６】本発明のインクジェットヘッドの第３の実施
例を示す概略断面図である。

【図１７】本発明のインクジェットヘッドの第４の実施
例を示す概略断面図である。

【図１８】図１７に示すインクジェットヘッドの第４の
実施例における対向電極間の電圧の変化とノズルのメニ
スカスの変動の関係を示す説明図である。

【符号の説明】

１ インクジェットヘッド ２ 基板 ３ ノズルプレート ４ ガラス基板 ５ インク室 ５１ 振動板（インク室の底壁） ５１ａ 最も小さな隙間に位置している振動板の部分 ５１ｂ 中程度の隙間に位置している振動板の部分 ５１ｃ 最も大きな隙間に位置している振動板の部分 ６ 共通インク室 ７ インク供給路 ８、８１、８２ 振動板 ８ａ 振動板の薄い部分 ８ｂ 振動板の厚い部分 ９ 凹部 ９１ 対向壁 ９１ａ、９２ａ 最も小さな隙間に位置している対向壁
の表面 ９１ｂ 中程度の隙間に位置している対向壁の表面 ９１ｃ 最も大きな隙間に位置している対向壁の表面 ９２ 対向壁表面 １０、１０ａ、１０ｂ 電極 １１ インクノズル １２ インク供給口 １５ 絶縁層 ２１ 電圧印加手段 ２２ 共通電極端子 Ｇ 振動板と対向壁の隙間 Ｇ１ 最も小さな隙間 Ｇ２ 中程度の隙間 Ｇ３ 最も大きな隙間 ４０ 圧電素子 ４１ 固定基板 ４３ 対向壁 ４４ 流路形成基板 ４７ 弾性壁 ４８ 振動板

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インク滴を吐出するためのノズルと、該
   ノズルに連通して設けられインクに圧力を加えるための
   圧力室と、該圧力室にインクを供給するインク供給路
   と、インク滴を吐出するための吐出圧力を前記圧力室に
   発生させる圧力発生手段とを有するインクジェットヘッ
   ドにおいて、 前記圧力室のインクの振動に伴って従動振動する従動振
   動手段と 該従動振動手段に当接して前記従動振動を制限する振動
   規制手段とを有し、 前記振動規制手段は、少なくともインク滴を吐出させる
   ための圧力の発生時においては、前記従動振動手段の前
   記従動振動を制限可能に構成されることを特徴とするイ
   ンクジェットヘッド。
2. 【請求項２】 請求項１記載のインクジェットヘッドに
   おいて、前記ノズル、前記圧力室、前記インク供給路及
   び前記圧力発生手段から成るインクジェットヘッドユニ
   ットを複数連設して成ることを特徴とするインクジェッ
   トヘッド。
3. 【請求項３】 請求項１記載のインクジェットヘッドに
   おいて、 前記従動振動手段は前記圧力室の一の壁部に設けられた
   弾性壁であり、 前記振動規制手段は、前記圧力室の外部であって前記弾
   性壁に対向する位置に設けられた対向壁であることを特
   徴とするインクジェットヘッド。
4. 【請求項４】 請求項３記載のインクジェットヘッドに
   おいて、 前記振動規制手段は前記弾性壁を前記対向壁に当接させ
   る弾性壁変形手段を有してなることを特徴とするインク
   ジェットヘッド。
5. 【請求項５】 請求項４記載のインクジェットヘッドに
   おいて、 前記弾性壁変形手段は、前記弾性壁と前記対向壁とに設
   けた導電手段からなり、電圧の印加に応じて前記弾性壁
   と前記対向壁との間に吸引力を発生可能に構成されるこ
   とを特徴とするインクジェットヘッド。
6. 【請求項６】 請求項１記載のインクジェットヘッドに
   おいて、 前記圧力発生手段は、前記圧力室の一の壁を構成する振
   動板と該振動板に対向して圧力室の外部に設けられた対
   向壁とを対向電極として用いるとともに、該対向電極間
   に印加される駆動電圧に応じて該振動板の弾性変位を生
   じる静電アクチュエータであり、 前記従動振動手段は、前記振動板の一部であって、他の
   部分より低い前記駆動電圧によって弾性変位を生じる高
   駆動コンプライアンス部であり、 前記振動規制手段は、前記対向壁であることを特徴とす
   るインクジェットヘッド。
7. 【請求項７】 請求項６記載のインクジェットヘッドに
   おいて、 前記前記圧力室は細長い形状を為し、一の端部に前記イ
   ンク供給路が、他の端部に前記ノズルがそれぞれ連通し
   ており、 前記高駆動コンプライアンス部は前記インク供給路に連
   通する端部に近接して設けられることを特徴とするイン
   クジェットヘッド。
8. 【請求項８】 請求項６記載のインクジェットヘッドに
   おいて、 前記高駆動コンプライアンス部は、他の部分より低い剛
   性を有する低剛性部として構成されることを特徴とする
   インクジェットヘッド。
9. 【請求項９】 請求項８記載のインクジェットヘッドに
   おいて、前記低剛性部は、前記振動板の他の部分より薄
   いことを特徴とするインクジェットヘッド。
10. 【請求項１０】 請求項８記載のインクジェットヘッド
    において、前記振動板は細長い形状をしており、 前記低剛性部は、前記振動板の長手方向の一部であっ
    て、他の部分より広い幅を有して成ることを特徴とする
    インクジェットヘッド。
11. 【請求項１１】 請求項６記載のインクジェットヘッド
    において、 前記振動板は、任意の自然数Ｎに対し、値が単調に減少
    する第１乃至第Ｎ＋１の隙間を有して前記対向壁と対向
    する第１乃至第Ｎ＋１の部分を有して成り、 前記高駆動コンプライアンス部は、前記振動板の前記第
    ２乃至第Ｎ＋１の内の１又は複数の部分であることを特
    徴とするインクジェットヘッド。
12. 【請求項１２】 請求項１１記載のインクジェットヘッ
    ドにおいて、前記振動板の前記第１乃至第Ｎ＋１の部分
    は、前記対向壁を階段状に形成することによって構成さ
    れていることを特徴とするインクジェットヘッド。
13. 【請求項１３】 インク滴を吐出するためのノズルと、
    該ノズルに連通して設けられインクに圧力を加えるため
    の圧力室と、該圧力室にインクを供給するインク供給路
    と、インク滴を吐出するための吐出圧力を前記圧力室に
    発生させる圧力発生手段とから成るインクジェットヘッ
    ドと、該インクジェットヘッドを駆動する駆動手段とを
    有する印刷装置において、 前記圧力発生手段は、前記圧力室の一の壁を構成する振
    動板と該振動板に対向して圧力室の外部に設けられた対
    向壁とを対向電極として用いるとともに、該対向電極間
    に印加される駆動電圧に応じて該振動板の弾性変位を生
    じる静電アクチュエータであって、 前記振動板は、任意の自然数Ｎに対し、値が単調に減少
    する第１乃至第Ｎ＋１の隙間を有して前記対向壁と対向
    する第１乃至第Ｎ＋１の部分を第１乃至第Ｎ＋１の順に
    連続配置して成り、 前記駆動手段は、前記振動板の第１乃至第Ｎ＋１の部分
    がすべて前記対向壁に当接可能な第１の駆動電圧と、 前記振動板の第２乃至第Ｎ＋１の各部分について、当該
    部分より小さい番号の部分の当接が解除されるとともに
    当該部分の当接が維持される駆動電圧である、第２乃至
    第Ｎ＋１の駆動電圧と、 前記振動板の前記第１乃至第Ｎ＋１の部分の当接がすべ
    て解除される第Ｎ＋２の駆動電圧とを、 それぞれ実質的に異なるタイミングで前記静電アクチュ
    エータに印加可能な駆動回路を含んで成ることを特徴と
    する印刷装置。
14. 【請求項１４】 請求項１３記載の印刷装置において、 前記駆動回路は、前記静電アクチュエータに充放及び放
    電を行う充放電回路を含み、 該充放電回路は、 少なくとも前記第１の駆動電圧にまで前記静電アクチュ
    エータを充電可能な充電回路と、 少なくとも前記第２乃至第Ｎ＋１の駆動電圧を実質的に
    同一のタイミングで印加できる第１の速度で、前記静電
    アクチュエータを放電可能な第１の放電回路と、 少なくとも前記第２乃至第Ｎ＋１の駆動電圧を実質的に
    異なるタイミングで印加できる、第１の速度より小さい
    第２の速度で、前記静電アクチュエータを放電可能な第
    ２の放電回路とを有して成ることを特徴とする印刷装
    置。
15. 【請求項１５】 請求項１４記載の印刷装置において、 前記インクジェットヘッドは前記ノズル、前記圧力室、
    前記インク供給路及び前記圧力発生手段から成るインク
    ジェットヘッドユニットを複数有して成り、 前記駆動回路は、印刷データに対応して開閉する複数の
    スイッチ手段を有し、 前記充放電回路は複数の前記静電アクチュエータの前記
    対向電極の一方に共通に接続され、 前記対向電極の他方には、前記駆動回路の前記スイッチ
    手段がそれぞれ接続されることを特徴とする印刷装置。
16. 【請求項１６】 請求項１３乃至１５記載の印刷装置に
    おいて、ノズルに近い位置の前記振動板と前記対向壁の
    隙間が他の位置に比べ狭く構成されていることを特徴と
    する印刷装置。
17. 【請求項１７】 請求項１３記載の印刷装置に用いる制
    御方法であって、 前記静電アクチュエータに前記第１の駆動電圧を印加す
    る第１の工程と、 該第１の工程から第１の時間が経過した後に、前記第２
    乃至第Ｎ＋２の内の１の駆動電圧を前記静電アクチュエ
    ータに印加する第２の工程と、 前記第２の工程から第２の時間が経過した後に、前記第
    Ｎ＋２の駆動電圧を前記静電アクチュエータに印加する
    第３の工程とを有することを特徴とする印刷装置の制御
    方法。
18. 【請求項１８】 請求項１７記載の印刷装置の制御方法
    において、 印刷データに応じて前記第２乃至第Ｎ＋１の駆動電圧の
    内から１の駆動電圧を選択する工程を、前記第２の工程
    に先行して有することを特徴とする印刷装置の制御方
    法。
19. 【請求項１９】 請求項１４記載の印刷装置に用いる制
    御方法であって、 少なくとも前記第１の駆動電圧まで前記静電アクチュエ
    ータの充電を行う第１の工程と、 該第１の工程から第１の時間が経過した後に、前記第２
    乃至第Ｎ＋２の内の１の駆動電圧まで前記第１の速度で
    前記静電アクチュエータの放電を行う第２の工程と、 前記第２の工程の後に、前記第２の速度で前記静電アク
    チュエータの放電を行う第３の工程とを有することを特
    徴とする印刷装置の制御方法。
20. 【請求項２０】 請求項１５記載の印刷装置に用いる制
    御方法であって、 前記印刷データに応じて前記スイッチ手段の開閉状態を
    設定する第１の工程と、 前記静電アクチュエータに前記第１の駆動電圧を印加す
    る第２の工程と、 該第２の工程から第１の時間が経過した後に、前記第２
    乃至第Ｎ＋２の内の１の駆動電圧を前記静電アクチュエ
    ータに印加する第３の工程と、前記第３の工程から第２
    の時間が経過した後に、前記第Ｎ＋２の駆動電圧を前記
    静電アクチュエータに印加する第４の工程とを有するこ
    とを特徴とする印刷装置の制御方法。
21. 【請求項２１】 請求項１３記載の印刷装置に用いる
    制御方法であって、前記静電アクチュエータに前記第１
    の駆動電圧を印加する第１の工程と、該第１の工程の後
    に、前記第Ｎ＋２の駆動電圧を前記静電アクチュエータ
    に印加する第２の工程と、該第２の工程から所定時間が
    経過した後に、前記第２乃至第Ｎ＋１の内の１の駆動電
    圧を前記静電アクチュエータに印加する第３の工程と、
    該第３の工程の後に、再度、前記第Ｎ＋２の駆動電圧を
    前記静電アクチュエータに印加する第４の工程とを有す
    ることを特徴とする印刷装置の制御方法。
22. 【請求項２２】 請求項１４記載の印刷装置に用いる
    制御方法であって、前記第１の駆動電圧まで前記静電ア
    クチュエータの充電を行う第１の工程と、該第１の工程
    の後に、前記第１の速度で前記静電アクチュエータの放
    電を行う第２の工程と、該第２の工程から所定時間経過
    した後に、前記第２乃至第Ｎ＋１の内の１の駆動電圧ま
    で前記静電アクチュエータの充電を行う第３の工程と、
    該第３の工程の後に、前記第２の速度で前記静電アクチ
    ュエータの放電を行う第４の工程とを有することを特徴
    とする印刷装置の制御方法。