JPH11309855A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 静電アクチュエータ式のインクジェットヘッ
ドにおいて、インクを後方から順次前方に押し出し、イ
ンクの流れを位置方向化することによりインクの吐出効
率を高め、周波数追随性の向上を図ることができるイン
クジェットヘッドを提供する。 【解決手段】 静電アクチュエータ式のインクジェット
ヘッド３において、振動板５５を前記インク搬送路５１
の後方からノズル５４に向かって次第に変形させるよう
にしたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電気力で振動板
を変形させてインクを飛翔させる方式のインクジェット
ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、インクジェット式記録装置に
用いられるインクジェットヘッドには、静電アクチュエ
ータを利用したものが知られている。

【０００３】このインクジェットヘッドは、半導体装置
製造プロセスを利用して成形されることは周知であるが
（例えば、特開平６−７１８８２号公報，特開平７−２
１４７６９号公報，特開平８−７２２４０号公報等）、
ここで概説すれば、チャンネルプレート上に、複数の先
端ノズル、当該ノズルにそれぞれ連通したインク搬送路
及びこのインク搬送路にインクを供給するインク供給室
が刻設し、このチャンネルプレート上を覆うようにカバ
ープレートを設けるとともに前記インク搬送路の一部を
構成するように設けられた振動板に第１電極を設け、こ
の第１電極と対向する位置に第２電極を設けている。

【０００４】そして、振動板を動作してインクの吐出を
行なうときは、まず、第１及び第２電極間に電圧を印加
し、電極間に作用する静電気力で振動板を第２電極側に
引き付けることにより振動板を変形させ、インクを共通
インク室からインク搬送路内に引き込む。

【０００５】次に、対向電極間に印加した電圧を解除す
ると、振動板自身がその剛性により元の位置に戻る。こ
れによりインク搬送路の容積が急峻に収縮されるので、
インク搬送路内に充填しているインクは、ノズルから液
滴として吐出、飛翔し、記録媒体上に着弾して画像形成
が行われる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このインク
ジェットヘッドは、インク搬送路の先端にはノズルがあ
り、後端にはインク供給室からのインクが導入されるイ
ンレットが形成されているので、当該インク搬送路は前
後に開口を有する構造となっており、このインク搬送路
の一部を構成する振動板を電極に電圧を印加することに
より上下動させても、インク搬送路内のインクは、確実
に先端ノズル側に搬送されるものではなく、インクの一
部はインレット側にも移動することになる。

【０００７】この結果、インクは、確実にノズルから所
定量吐出されず、インクの吐出効率は低く、場合によっ
ては高速印字は不可能となり、また、振動板を振動させ
る駆動周波数を高めても、これに追随してインクが吐出
されず、いわゆる周波数追随性が上がらないという問題
がある。

【０００８】本発明は、上記した従来技術の課題に鑑み
てなされたものであり、その目的は、インクを後方から
順次前方に押し出し、インクの流れを一方向化すること
によりインクの吐出効率を高め、周波数追随性の向上を
図ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、下記す
る手段により達成される。

【００１０】（１）先端に設けられたノズルと、当該ノ
ズルに連通したインク搬送路と、このインク搬送路の一
部を構成するように設けられた振動板と、前記インク搬
送路にインクを供給するインク供給室と、前記振動板に
設けられた第１電極と、この第１電極と対向する位置に
設けられた第２電極とを有し、前記第１及び第２電極間
に電圧を印加することにより前記振動板を静電気力で変
形させ、前記インク搬送路内のインクをノズルから液滴
として吐出するようにしたインクジェットヘッドにおい
て、前記振動板を前記インク搬送路の後方からノズルに
向かって次第に変形させるようにしたことを特徴とする
インクジェットヘッド。

【００１１】（２）前記両電極の少なくとも一方は、前
記インク供給室とノズルとの間で前後に複数の個別電極
に分割され、当該各個別電極に電圧を印加することによ
りインク供給室側から順次駆動するようにしたことを特
徴とするインクジェットヘッド。

【００１２】（３）前記インク搬送路は、当該インク搬
送路中を搬送されるインクが流れにくい程度に狭小にす
るとともに、当該狭小なインク搬送路の流路断面積より
も、前記両電極間に電圧を印加することにより変形した
振動板の変形部分が流路断面積が大きくなるようにした
ことを特徴とするインクジェットヘッド。

【００１３】（４）前記両電極は、両電極間に蓄えられ
る電荷量を変化させることにより前記振動板が前記イン
ク搬送路の後方からノズルに向かって次第に変形するよ
うにしたことを特徴とするインクジェットヘッド。

【００１４】（５）前記インク搬送路は、当該インク搬
送路が形成されているチャンネルプレートの前記振動板
と、当該チャンネルプレート上に取り付けられるカバー
プレートとを、前記振動板が両電極により変形された部
分が前記カバープレートに接するように近接し、振動板
の変形部分とカバープレートとの間で形成される小部屋
が振動板の変形により順次ノズルに向かって移動するこ
とにより形成したことを特徴とするインクジェットヘッ
ド。

【００１５】（６）前記振動板は、前記インク搬送路の
後方からノズルに向かって波形状の変形部分が蛇行しつ
つ進行するように前記電極への電圧印加を制御するよう
にしたことを特徴とするインクジェットヘッド。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、添付した図面を参照して、
本発明の実施の形態を説明する。 《実施の形態１》図１はインクジェットプリンタの概略
構成を示す斜視図、図２は図１のインクジェットヘッド
を含むキャリッジ周辺の構成を示す斜視図、図３は本発
明の実施形態１に係るインクジェットヘッドの分解斜視
図、図４は同インクジェットヘッドの断面図、図５は個
別電極の動作状態を示す説明図である。

【００１７】インクジェットプリンタ１は、用紙やＯＨ
Ｐシートなどの記録媒体（以下記録シート）２に印字す
るものであって、インクジェットヘッド走査系と記録シ
ート搬送系とから構成される。

【００１８】インクジェットヘッド走査系は、インクジ
ェット方式のプリントヘッドを単色あるいは多色（例え
ば３色、４色又は７色等）分含むヘッドユニット３と、
ヘッドユニット３を保持するキャリッジ４と、キャリッ
ジ４を記録シート２の記録面に平行に往復移動させるた
めのスキャン軸５及びガイド軸６と、キャリッジ４をガ
イド軸６に沿って往復駆動するパルスモータ７と、パル
スモータ７の回転をキャリッジ４の往復動に変えるため
のアイドルプーリ８及びタイミングベルト９とから構成
されている。

【００１９】一方、記録シート搬送系は、記録シート２
を搬送経路に沿って案内するガイド板を兼ねるプラテン
１０と、プラテン１０との間の記録シート２を押えて浮
きを防止する押え板１１と、記録シート２を排出するた
めの排出ローラ１２と、押えローラ１３と、ヘッドユニ
ット３のインクを吐出するノズル面を洗浄しインク吐出
不良を良好な状態に回復させるメンテナンス装置１４
と、記録シート２を手動で搬送するための送りノブ１５
とから構成されている。

【００２０】記録シート２は、図示しない手差しあるい
はカットシートフィーダ等によりヘッドユニット３とプ
ラテン１０とが対向する記録部へ送り込まれる。

【００２１】ヘッドユニット３のプリントヘッドには、
後に詳細に説明するインクジェットヘッド３が組み込ま
れ、このインクジェットヘッド３から吐出したインク液
滴が記録シート２に着弾して画像形成が行われる。

【００２２】キャリッジ４は、パルスモータ７、アイド
ルプーリ８、タイミングベルト９により記録シート２を
横方向に走査（主走査）し、キャリッジ４に取り付けら
れたヘッドユニット３は１ライン分の画像を記録する。
１ライン分の記録が終わるごとに、記録シート２は縦方
向に送られ（副走査）、次のラインが記録される。

【００２３】このようにして記録シート２に画像が記録
され、記録部を通過した記録シート２は、その搬送方向
下流側に配置された排出ローラ１２とこれに一定の圧力
で接する押えローラ１３とによって排出される。

【００２４】図２に示すように、キャリッジ４周辺に
は、インクが内部に収容されかつ上部に通気口４０４が
開設されたインクカートリッジ４０３と、このインクカ
ートリッジ４０３が内部に収納されたケーシング４０１
と、ケーシング蓋４０５と、インクカートリッジ４０３
を着脱可能にしつつインクをインクジェットヘッド３に
供給するインク供給管４０２と、ケーシング蓋４０５を
閉じた際ケーシング４０１にケーシング蓋４０５を固定
するためのフック４０６及び蓋止め４０７と、インクカ
ートリッジ４０３を収納する向き（矢印Ｄ３の向き）と
は反対の向きにインクカートリッジ４０３を付勢しつつ
インクカートリッジ４０３をケーシング蓋４０５との間
でケーシング４０１内に保持する押えバネ４０８とが設
けられている。

【００２５】このキャリッジ４が、スキャン方向（矢印
Ｄ１の向き）に移動することによって記録シート２は主
走査され、また、記録シート２が送られることによって
副走査方向（矢印Ｄ２の向き）に印字されることにな
る。

【００２６】インクジェットヘッド３は、半導体装置製
造プロセスを利用して成形されるが、全体としては、図
３，４に示すように、チャンネルプレート５０、カバー
プレート６０及びガラス基板７０という３要素の積層構
造である。

【００２７】チャンネルプレート５０の上面側には、先
端に形成された複数のノズル５４と、当該ノズル５４に
それぞれ連通されたインク搬送路５１と、このインク搬
送路５１にインクを供給するようにインレット５３を介
して連通された１つのインク供給室５２とが刻設され、
前記インク搬送路５１の一部、つまり底壁が振動板５５
となっている。

【００２８】このチャンネルプレート５０の図示上側
は、カバープレート６０により覆われ、ノズル５４から
インク搬送路５１、インレット５３及びインク供給室５
２に至る一連のインク搬送用の通路が形成されている。

【００２９】また、チャンネルプレート５０下面側に
は、前記振動板５５の上下動を確実に行なわしめるため
の凹部５７が形成され、この振動板５５に直接第１電極
５６が取り付けられている。

【００３０】チャンネルプレート５０の図示下側は、ガ
ラス基板７０により覆われ、このガラス基板７０の前記
第１電極５６と対向する位置には第２電極７２が設けら
れている。

【００３１】特に、本実施の形態１では、第２電極７２
は、インク供給室５２とノズル５４との間で前後に複数
の個別電極７２ａ，７２ｂ，７２ｃに分割され、各個別
電極７２ａ，７２ｂ，７２ｃがそれぞれ独立して電圧が
印加されるようにリード線７３等を介して端子７４と接
続され、これら端子７４は、前記第１電極５６と配線８
１，８２によってヘッド吐出駆動部１０５に接続されて
いる。なお、本実施形態では、第１電極５６からの配線
８１はアースされている。

【００３２】そして、各個別電極７２ａ，７２ｂ，７２
ｃは、図５に示すように、インク供給室５２に近い後方
側の個別電極７２ｃから一定の時間差（Ｔｄ）を付けて
次々と電圧が印加され、振動板５５が後方側から駆動変
位するようにしている。

【００３３】このように複数の個別電極７２ａ，７２
ｂ，７２ｃに一定の時間差（Ｔｄ）を付けて振動板５５
を駆動すれば、振動板５５による絞りだし効果が発揮さ
れることになり、インク搬送路５１内のインクの流れを
一方向化することができ、インクは、確実に先端ノズル
５４側に搬送されることになる。

【００３４】この結果、インクの吐出効率が向上し、場
合によっては高速印字も可能となる。また、振動板を振
動させる駆動周波数を高めても、これに追随してインク
が吐出されることになり、いわゆる周波数追随性も上が
ることになる。

【００３５】より具体的に説明すれば、例えば、本実施
形態のインクジェットヘッド３として、インク搬送路５
１の幅が３００μｍ、長さが５ｍｍ、高さ１００μｍと
し、第２電極７２が、前後方向に３つ分割して設けら
れ、各個別電極の長さは１ｍｍ、間隔が０．５ｍｍで配
置されている。そして、このインクジェットヘッドに３
０Ｖ又は６０Ｖの駆動電圧をかける。

【００３６】このとき、各個別電極７２ａ，７２ｂ，７
２ｃ間に加える電圧の時間差Ｔｄを０〜５μｓで変え
て、インクのドット径と追随周波数とを調べた結果、図
６Ａ，Ｂに示すようになった。図６Ａはインクのドット
径（μｍ）が変化する状態を、図６Ｂは追随周波数
（ｆ）の大きさを示している。

【００３７】この図６Ａ，Ｂから明らかなように、一定
の時間差Ｔｄを付けて振動板５５を駆動すれば、インク
径も追随周波数もほぼ一定となっていることから、イン
クの吐出効率が向上し、駆動周波数に追随してインクが
吐出される高い周波数追随性が発揮されることが分か
る。

【００３８】この時間差Ｔｄの最適値としては、インク
の固有周波数に依存すると考えられるが、このインクジ
ェットヘッド３では、固有振動周期が約１２μｓである
ために、効率良くインクを飛翔させるには、その１／２
に相当する６μｓ以内に吐出動作を完了させることが必
要となる。

【００３９】したがって、本実施例では、３つの電極を
駆動しているので、それぞれの時間差Ｔｄとしては、３
μｓ以内が適当である。

【００４０】次に、インクジェットヘッド３を製造する
に当たっては、前述のように、半導体装置製造プロセス
やマイクロマシーン製造プロセスなどが利用されるが、
その方法は様々で、一例としては下記の方法がある。

【００４１】図７Ａ，図７Ｂ，図７Ｃは、図３，４に対
応するチャンネルプレート５０の製造方法工程順に示す
断面図である。

【００４２】まず、図７Ａに示すように、予め２００μ
ｍ程度にラッピングしたシリコン基板を使用して、シリ
コン基板１００の全面に、熱酸化法により酸化膜１０１
を形成する。

【００４３】そして、シリコン基板１００の図示上側表
面の酸化膜１０１に、公知のフォトリソグラフィー及び
ドライエッチングによって、インク搬送路５１、インク
供給室５２、インレット５３及びノズル５４の形状を規
定するための開口を設け、図７Ｂに示すように、エッチ
ングマスク１０１ａとする。

【００４４】次に、パターニングされた酸化膜１０１に
より形成されたエッチングマスク１０１ａを有するシリ
コン基板１００をＫＯＨ溶液により異方性エッチングす
る。ここで使用したシリコン基板１００は、基板表面が
（１１０）面（面方位を示す。以下同様。）または（１
００）面を有するものである。このＫＯＨ溶液による異
方性エッチングは、シリコン基板の（１１１）面が露出
することにより自動的にエッチングが停止するため、前
記エッチングマスク１０１ａの形成時において、ノズル
５４やインレット５３のとなる部分の開口の大きさを調
整することにより、これらの部分におけるエッチング深
さを所望の深さとすることができる。また、インク搬送
路５１及びインク供給室５２の深さは、これらの部分の
開口の大きさと共に、エッチング時間を調整すること
で、振動板５５となる部分の厚さが６．５μｍ程度取れ
るように設定する。

【００４５】このＫＯＨ溶液によるエッチングによっ
て、インク搬送路５１、インク供給室５２の側壁部分は
（１１１）面が露出することにより、適度なテーパが形
成される。その後、エッチングマスクとして使用した酸
化膜は除去する。

【００４６】このようにして、図７Ｃに示すように、イ
ンク搬送路５１、インク供給室５２、インレット５３、
及びノズル５４がシリコン基板１００に形成される。こ
こで形成したチャンネルプレート５０には、図３のよう
に、複数のインク搬送路５１と複数のノズル５４が形成
されているので、１つのヘッドから複数のインク液滴を
吐出するようになっている。

【００４７】このシリコン基板１００の裏面側に、第２
電極７２と第１電極５６との間の電極間ギャップ寸法Ｄ
1 が０．３μｍとなるように、凹部５７を上記と同様の
方法により形成すると、振動板５５がシリコン基板１０
０に形成される。

【００４８】そして、振動板５５と、この振動板５５部
分に形成される第１電極５６と電気的なコンタクトをと
るための部分とが開口したレジストパターンをフォトリ
ソグラフィーにより形成し、振動板５５とコンタクト部
分にホウ素をイオン注入して、第１電極５６及びコンタ
クトラインとなる不純物拡散層を形成する。

【００４９】その後、熱酸化工程により、シリコン基板
１００の全面に酸化膜を形成することで、振動板５５の
表面（シリコン基板の裏面側）に絶縁膜を形成する。こ
の絶縁膜は、第２電極７２との短絡を防止するためであ
る。

【００５０】次に、第２電極７２を設けたガラス基板７
０を形成する。このガラス基板７０には、ホウケイ酸ガ
ラス基板を使用している。そして、図４に示した状態に
接合されたときに、チャンネルプレート５０の振動板５
５が対向する位置及びこれに隣接する所定位置に、ＩＴ
Ｏ（スズを含む酸化インジウム）膜を成膜する。

【００５１】こうして、ガラス基板７０表面に、複数の
個別電極からなる第２電極７２と、この第２電極７２に
接続されるコンタクトラインとを形成する。このとき、
複数のインク搬送路５１とノズル５４を有するヘッドの
場合には、各インク搬送路５１ごとに第２電極７２とそ
れぞれのコンタクトラインとを形成する。

【００５２】その後、電極が形成された面全面に、Ｓｉ
ＦＨ膜やＳｉＯ₂ 膜等の保護膜を約１μｍ成膜する。こ
の保護膜は、パターン化せず、基板全面に設けて保護膜
とするもので、これにより、周囲の湿度の影響による駆
動電極の劣化を防止する。

【００５３】前記凹部５７を形成する際の深さは、第２
電極７２を形成したときに、凹部５７における第１電極
５６（絶縁膜表面）から対向する第２電極７２（ＳｉＦ
Ｈ膜表面）までの間隔が０．１〜１μｍ、好ましくはよ
り低い駆動電圧で駆動することができるように、０．１
〜０．５μｍとなるようにする。本実施形態では、凹部
５７は、上述した通り、上記第１及び第２電極の間隔が
０．３μｍとなるように形成されている。

【００５４】なお、この凹部５７は、前記したシリコン
基板１００の振動板５５部分をシリコン基板１００の裏
面（図示下側）からエッチングにより掘り込んで形成す
る代わりに、図４に示した状態に接合されたときに、ガ
ラス基板７０のチャンネルプレート５０の振動板５５が
対向する位置に、所定の深さの凹部を形成するようにし
てもよい。

【００５５】次に、カバープレート６０は、同じくホウ
ケイ酸ガラス基板を使用したものであり、インク搬送路
５２上部にインクカセットからのインクを導入させるた
めのインク供給口（図示せず）が形成されている。

【００５６】以上のようにそれぞれ形成したチャンネル
プレート５０、ガラス基板７０及びカバープレート６０
を、図４に示す３層構造となるように陽極接合し、振動
板５５に形成した不純物拡散層によるコンタクトライン
と、カバープレート６０、ガラス基板７０に形成したコ
ンタクトラインとにそれぞれ配線８１，８２等を接続し
て、インクジェットヘッドが完成する。

【００５７】次に、本実施形態において使用するインク
について説明する。本実施形態のインクは、下記表１に
示す組成であり、黒（Ｋ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ
（Ｍ）、及びシアン（Ｃ）の４色のインクを使用してお
り、表に示す通り、染料により各色調整したものである
が、染料に代わり顔料を用いたものであっても良い。

【００５８】

【表１】

【００５９】次に、インクジェットプリンタの制御部を
図８について脱明するが、この図８は、インクジェット
プリンタ１の制御部のブロック図である。

【００６０】制御部は、ＣＰＵ１０１、ＲＡＭ１０２、
ＲＯＭ１０３、データ受信郭１０４、ヘッド吐出駆動部
１０５、ヘッド移動駆動部１０６、紙送りモータ駆動部
１０７、回復系モータ駆動部１０８、および各種センサ
部１０９を有している。

【００６１】全体を制御するＣＰＵ１０１は、必要に応
じてＲＡＭ１０２を用い、ＲＯＭ１０３に記憶されてい
るプログラムを実行する。このプログラムには、ホスト
となるコンピュータ等に接続され記録すべき画像データ
を受信するデータ受信部１０４から読み込まれる画像デ
ータに基づいて、ヘッド吐出駆動部１０５、ヘッド移動
駆動部１０６、紙送りモータ駆動部１０７及び各種セン
サ部１０９を制御し、記録シート２上に画像を記録する
ための部分と、必要により各種センサ部１０９からの情
報を処理し、回復系モータ駆動部１０８を制御して、ヘ
ッドユニット３のノズル面を良好な状態に回復させるた
めの部分とが含まれる。

【００６２】ＣＰＵ１０１の制御に基づいて、ヘッド吐
出駆動部１０５は、画像データに対応するパルス電圧を
印加することによりヘッドユニット３内のインクジェッ
トヘッド３を駆動する。

【００６３】具体的には、ヘッド吐出駆動部１０５から
画像データに対応するパルス電圧が第２電極に所定のタ
イミングで印加される。なお、ヘッド吐出駆動部１０５
には、図示しない遅延回路、充放電回路、反転回路、反
転増幅回路が含まれる。

【００６４】また、ＣＰＵ１０１の制御に基づいて、ヘ
ッド移動駆動部１０６はヘッドユニット３を保持するキ
ャリッジ４を移動させる駆動モータ７を駆動し、紙送り
モータ駆動部１０７は紙送りローラを駆動する。さら
に、ＣＰＵ１０１の制御に基づいて、回復系モータ駆動
部１０８は、ヘッドユニット３のノズル面を良好な状態
に回復させるために必要なモータ等を駆動する。

【００６５】次に、前記実施の形態１の作用を説明す
る。インク液滴の吐出を行なうには、まず、図４におい
て、第１電極５６と、第２電極７２の内の最もインレッ
ト５３に近い電極である個別電極７２ｃとの間に電圧を
印加する。

【００６６】この駆動電圧の印加によって両電極５６，
７２ｃ間に生じる静電気力Ｆ１によって振動板５５は、
個別電極７２ｃ側に引き付けられ、図中点線で示すよう
に、振動板５５の個別電極７２ｃに対応する部分が個別
電極７２ｃ側に撓み変形する。これによりインク搬送路
５１の容積が増大し、インク供給室５２内のインクがイ
ンレット５３を通りインク搬送路５１内に流入する。

【００６７】この流入インクは、インク搬送路５１内で
所定の固有周波数で振動することになる。つまり、個別
電極７２ｃの撓み変形により一旦インク搬送路５１内に
流入したインクは、次にインレット５３あるいはノズル
５４という開口から出て行こうとし、所定の周期で振動
することになる。

【００６８】しかし、このインクの固有振動の周期より
も小さな時間差Ｔｄで次の個別電極７２ｂ、さらに次の
個別電極７２ａと次々に電圧が印加され、これら各個別
電極に対応する振動板５５が次々と局部的に撓み変形す
る。

【００６９】この結果、一旦インク搬送路５１内に流入
したインクは、インレット５３側に戻されることなく、
ノズル５４に向けて送られることになる。

【００７０】さらに具体的に述べると、前述した実験例
では、インクの固有振動周期が約１２μｓである。つま
り、振動板５５の変形によりインク搬送路５１内の容積
が増大すると、インク搬送路５１内でインク流動が生じ
る。例えば、満液状態のインク搬送路５１が振動板５５
により容積が増大すると、インレット５３等から流入し
たインクは、その反動によりインレット５３等から出よ
うとし、また再度インク搬送路５１に戻されるという振
動状態が生じる。この振動状態の周期が約１２μｓであ
る。

【００７１】したがって、一旦インク搬送路５１内に流
入したインクが、インレット５３等から出ようとする時
間、つまり１／２周期に相当する６μｓ以内に吐出動作
を完了させると、インクはインレット５３側に戻ること
はなく、次々と送られるはずである。

【００７２】そこで、本実施の形態では、電極７２ｃが
駆動した後、所定の時間、つまり６μｓ以内に２つの電
極７２ｂ，７２ａが駆動されるように、６μｓの１／２
に相当する時間差Ｔｄである３μｓ以内に各個別電極７
２ｂ，７２ａを駆動させるようになっている。

【００７３】したがって、前記個別電極７２ｃで振動板
５５が変形することにより取り込まれたインクは、各個
別電極７２ｂ，７２ａによる振動板５５の変形により速
やかにノズル５４に向けて送られることになる。

【００７４】そして、最終的に個別電極７２ａに印加さ
れた電圧を解除すると、振動板５５の変形部分が急激に
元の位置に戻る力によりインク搬送路５１の容積が急峻
に収縮され、インク搬送路５１内のインクが、ノズル５
４から液滴として吐出され、飛翔し、記録シート上に着
弾して画像形成が行われる。

【００７５】このように、本実施形態によれば、第１及
び第２電極５６，７２の間に電圧を印加することにより
振動板５５を静電気力で変形させ、インク搬送路５１内
のインクをノズル５４から液滴として吐出する場合に、
第２電極７２を複数の個別電極とし、当該個別電極に後
方から次々と所定の時間差Ｔｄで電圧を印加するように
したので、インク供給室５２から供給されるインクを確
実にノズル５４より吐出することができ、ヘッドの応答
性が向上し、周波数追随性も向上することになり、結果
的に高速印字も可能になる。特に、従来の電極を複数に
分割すれば良いために、簡単な構成で、前述したような
ノズルより確実なインクの吐出を達成できる。

【００７６】《実施の形態２》図９は本発明の実施形態
２に係るインクジェットヘッドの断面図、図１０は同実
施形態２の変形例１に係るインクジェットヘッドの断面
図、図１１は同変形例２に係るインクジェットヘッドの
断面図、図１２は同変形例３に係るインクジェットヘッ
ドの断面図であるが、前記図３，４に示す部材と共通す
る部材には同一符号を付している。

【００７７】本実施形態２に係るインクジェットヘッド
３は、図９に示すように、インクをインク搬送路５１内
で搬送する場合に、両電極５６，７２間に電圧を印加す
ることにより振動板５５をインク搬送路５１の後方から
ノズル５４に向かって次第に変形させ、この変形部分と
他の部分とで流路断面積が大きく異なるようにインク搬
送路５１の高さｈを低くしている。

【００７８】図中、「ｈN 」で示すインク搬送路５１の
高さｈが低くて狭小なインク搬送路５１では、インクは
流れにくい。流れにくいと言うことは、逆にいえば、逆
流を防止することができることを意味する。

【００７９】なお、図中、「ｈW 」で示す部分は、振動
板５５の変形により形成されたインク搬送路５１の高さ
ｈが高い部分である。

【００８０】したがって、インク搬送路５１の広い部分
に多量に蓄えられたインクを、次々とノズル５４に向か
って移動させると、狭い部分からインクが逃げ出すこと
なくノズル５４まで搬送できることになる。

【００８１】ここにおいて、インク搬送路５１のインク
の流路抵抗（Ｒ）は、一般に、断面が長方形の流路の場
合、次式で表される。

【００８２】 Ｒ＝８ηＬ（ａ＋ｂ）² ／ａ³ ｂ³ ……（１） η：粘度、 Ｌ：流路長さ、 ａ：流路幅、 ｂ：流路
高さ つまり、この（１）式からすれば、流路抵抗Ｒは、流路
高さｂの３乗に反比例することになる。

【００８３】したがって、本実施形態２のように、流路
高さｂを低くし、ａ＞＞ｂとなるように設定している場
合には、変形後の流路高さが変形前の流路高さの半分以
下になるように設定すると、その部分の流路抵抗は、８
倍以上になるので、流路高さを低くすることよる効果は
非常に大きくなる。

【００８４】本実施形態２は、かかる点を考慮し、チャ
ンネルプレート５０とカバープレート６０との間に形成
されるインク搬送路５１の高さｈを低くすることによ
り、インクが逃げ出しにくい部分を形成し、振動板５５
をインク搬送路５１の後方からノズル５４に向かって次
第に変形させ、インクを逃がすことなくノズル５４まで
搬送するようにしている。

【００８５】なお、振動板５５の変形により取り込まれ
たインクがインレット５３から逆流しないように、イン
レット５３の部分も狭小にすると、さらに好ましいもの
となる。

【００８６】本実施形態２について、さらに具体的に述
べる。静電気力による振動板５５の変形量は、数μｍ〜
数百μｍであるので、このインク搬送路５１の高さｈ
は、その数倍程度でよい。そして、ｈN 部分の高さは、
１０μｍ程度とすれば、前述した逆流防止効果を発揮す
る好ましいインクジェットヘッドとなる。

【００８７】図１０に示す実施形態２の変形例１に係る
インクジェットヘッドは、インレット５３部分の形成を
廃止したものである。前述のようにインク搬送路５１の
高さｈを小さくし、ある程度以上流路断面積を狭める
と、インレット５３部分を形成しなくても、逆流防止効
果が発揮されることになる。

【００８８】したがって、この変形例１では、インレッ
ト５３の形成を廃止し、より構造の簡素化を図ってい
る。

【００８９】図１１，図１２に示すものは、実施形態２
の変形例２と３に係るインクジェットヘッド３である。
これらインクジェットヘッド３は、前記第２電極７２を
インク搬送路５１を挾むように、カバープレート６０側
に設けられている。

【００９０】図１１に示す変形例２は、インク搬送路５
１の高さｈを小さくしていると、インク搬送路５１内に
インクが存在していても、静電気力が十分作用するの
で、第２電極７２を第１電極に対してより近くに配置で
きることから、カバープレート６０側に２電極７２を設
け、振動板５５の変形がより容易にできるようにしてい
る。この結果、消費電力の低減を図ることもできる。

【００９１】図１２に示す変形例３は、前述した実施形
態１のように第２電極７２をガラス基板７０側に設ける
と共にさらに複数の個別電極６１ａ，６１ｂ，６１ｃか
らなる第３電極６１をカバープレート６０側に設け、よ
り振動板５５を強力に復元させるようにしたものであ
る。この結果、本変形例３は、インクの吐出能力を高め
ることができる。

【００９２】このように本実施形態２は、第２電極７２
を複数の個別電極とするとともに、当該個別電極に後方
から次々と所定の時間差Ｔｄで電圧を印加する場合に、
インク搬送路５１の高さｈを低くし、インクが逃げ出し
にくい構造としたので、振動板５５の変形により取り込
まれたインクは、前記個別電極による振動板５５の変形
の移動に伴って、インクが逆流することなく確実にノズ
ル５４に向かって搬送され、インク供給室５２から供給
されるインクを確実にノズル５４より吐出することがで
き、ヘッドの応答性が向上し、周波数追随性も向上す
る。

【００９３】《実施の形態３》前記実施形態２では、電
極を複数設ける必要があり、それぞれの電極に対して個
別に信号を与える必要があるが、本実施形態３では、こ
れをさらに改良したものである。

【００９４】図１３は本発明の実施形態３に係るインク
ジェットヘッドの断面図、図１４は同実施形態３の変形
例に係るインクジェットヘッドの断面図である。なお、
この図１３，１４においても前記図３，４に示す部材と
共通する部材には同一符号を付している。

【００９５】本実施形態３に係るインクジェットヘッド
３は、両電極５６，７２間に蓄えられる電荷量を変化さ
せることにより振動板５５がインク搬送路５１の後方か
らノズル５４に向かって次第に変形するようにしたもの
である。

【００９６】図１３に示すように、前記第２電極、つま
り駆動電極７２は、各インク搬送路５１に対して１つ設
けられたものであり、インレット５３側でヘッド吐出駆
動部１０５からの配線８１，８２に結線されている。

【００９７】この駆動電極７２の電気抵抗は、高めに設
定されている。ここにおいて、駆動電極７２の電気抵抗
値（ｒ）と電極間のコンデンサ成分（Ｃ）とで決まる時
定数（τ）は、次式（２）で表される。

【００９８】τ＝１／ｒＣ ……（２） 両電極５６，７２間に電圧を印加すると、両電極間に電
荷が蓄えられ、静電気力が作用し、振動板５５の変形が
生じるが、この電荷の充電は、振動板５５の後方から前
方へ順次充電されるので、振動板５５が後方から前方へ
順次変形し、インクは前方へ送られることになる。

【００９９】この時の電気抵抗値（ｒ）の最適値は、式
（２）の時定数（τ）が圧力波伝播時間（ｔａ）以上
で、かつインク滴が飛翔し終わるまでの時間（ｔｄ）以
下にすると効果的である。つまり、 ｔｄ≧τ≧ｔａ ……（３） となることが好ましい。

【０１００】また、インク滴が飛翔し終わるまでの時間
（ｔｄ）は、インク搬送路５１の長さ（Ｌ）、インク中
の圧力波速度（ｖａ）（水系インクの場合はおよそ１５
００ｍ／ｓ）とすると、 ｔａ＝Ｌ／Ｖａ ……（４） である。

【０１０１】図１４に示す本実施形態３の変形例のよう
に、第２電極７２を複数に分割し、電極同士を上記条件
に合う抵抗を介して結線するか、あるいは分割した電極
同士をツェナーダイオード７５を介して結線し、両電極
間に後方から順次電荷が溜まるようにしても良い。

【０１０２】《実施の形態４》図１５は本発明の実施形
態４に係るインクジェットヘッドの断面図である。本実
施形態４は、インク搬送路５１を前述した実施形態のも
ののように所定の流通面積を有するものとせず、振動板
５５とほぼ密着し、インク搬送路５１としては外観上存
在しないものとなっている。

【０１０３】ただし、本実施形態４のインク搬送路５１
は、振動板５５の変形によってほぼ密封されたインク用
の小部屋５８を位相差をつけて移動することによって形
成してたもので、これにより実質的にインクを前方に搬
送するようにしたものである。

【０１０４】つまり、チャンネルプレート５０の振動板
５５とカバープレート６０とを、振動板５５の変形部分
が前記カバープレート６０に接するように近接し、振動
板５５の変形部分とカバープレート６０との間で形成さ
れる小部屋５８が振動板の変形により順次ノズル５４に
向かって位相差をつけて移動させ、インクを搬送するよ
うにしている。

【０１０５】この場合、１周期分の駆動電圧で、１つの
インク滴を吐出させてもよいし、あるいは複数の高周波
振動でインクをどんどん前方に送り出し、加えた振動数
に応じた体積のインク滴を飛ばすようにしても良い。

【０１０６】以上説明した種々の実施形態は、本発明を
限定するために記載されたものではなく、本発明の技術
的思想内において当業者により種々変更が可能である。

【０１０７】例えば、上述した実施形態では、複数設け
られた個別電極をあるいは一対の対向下電極の電荷を変
化させることにより振動板を変形させているが、この変
形は、極力波形状あるいは蛇行しつつ進行することがイ
ンクをスムーズに搬送することからすれば好ましいもの
である。

【０１０８】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１に記載の発
明では、振動板をインク搬送路の後方からノズルに向か
って次第に変形させるようにしたので、インク供給室か
ら供給されるインクを確実にノズルより吐出することが
できる。したがって、ヘッドの応答性が向上し、結果的
に高速印字も可能になる。

【０１０９】請求項２に記載の発明では、振動板の駆動
源となる電極を前後に複数の個別電極に分割して形成
し、各個別電極をインク供給室側から順次駆動するよう
にしたので、簡単な構成で、前述したようなノズルより
確実なインクの吐出を達成できる。

【０１１０】請求項３に記載の発明では、カバープレー
トとチャンネルプレートの振動板との間を所定距離離間
させることによりインク搬送路を形成するとき、インク
搬送路中を搬送されるインクが流れにくい程度に狭小に
し、またこの狭小なインク搬送路の流路断面積よりも振
動板の変形部分が流路断面積が大きくなるようにしたの
で、インク搬送路内のインクは逆流が防止され、ノズル
より確実なインクの吐出を達成できる。

【０１１１】請求項４に記載の発明では、両電極間に蓄
えられる電荷の量を変化させることにより振動板が後方
からノズルに向かって次第に変形するようにしたので、
複雑に配線することなく、前述したようなノズルより確
実なインクの吐出を達成できる。

【０１１２】請求項５に記載の発明では、カバープレー
トと振動板とを密着し、当該振動板が変形することによ
り形成される小部屋によりインク搬送路を形成したの
で、この小部屋が振動板の変形により順次ノズルに向か
って移動するようにすれば、一層確実にノズルよりイン
クを吐出できる。

【０１１３】請求項６に記載の発明では、振動板の変形
部分がインク搬送路の後方からノズルに向かって波形状
となり、蛇行しつつ進行するようにしたので、インク搬
送路内の液状のインクは滑らかに絞り出され、吐出がよ
り円滑になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 インクジェットプリンタの概略構成を示す斜
視図である。

【図２】 図１のインクジェットヘッドを含むキャリッ
ジ周辺の構成を示す斜視図である。

【図３】 本発明の実施形態１の分解斜視図である。

【図４】 同実施形態１のインクジェットヘッドの断面
図である。

【図５】 個別電極の動作状態を示す説明図である。

【図６】 個別電極間に加える電圧の時間差を変えたと
きの実験結果であり、Ａはインクのドット径が変化する
状態を、Ｂは追随周波数が変化する状態を示す。

【図７】 チャンネルプレートの製造方法工程順に示す
断面図である

【図８】 インクジェットプリンタの制御部のブロック
図である。

【図９】 本発明の実施形態２の断面図である。

【図１０】 同実施形態２の変形例１の断面図である。

【図１１】 同実施形態２の変形例２の断面図である。

【図１２】 同実施形態２の変形例３の断面図である。

【図１３】 本発明の実施形態３の断面図である。

【図１４】 同実施形態３の変形例の断面図である。

【図１５】 本発明の実施形態４の断面図である。

【符号の説明】

３…インクジェットヘッド、 ５０…チャンネルプレート、 ５１…インク搬送路、 ５２…インク供給室、 ５４…ノズル、 ５５…振動板、 ５６…第１電極、 ５７…凹部、 ５８…小部屋、 ６０…カバープレート、 ７２…第２電極、 ７２ａ，７２ｂ，７２ｃ…個別電極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大澤 以清 大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪 国際ビル ミノルタ株式会社内 (72)発明者 浅野 雅己 大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪 国際ビル ミノルタ株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端に設けられたノズルと、当該ノズル
   に連通したインク搬送路と、このインク搬送路の一部を
   構成するように設けられた振動板と、前記インク搬送路
   にインクを供給するインク供給室と、前記振動板に設け
   られた第１電極と、この第１電極と対向する位置に設け
   られた第２電極とを有し、前記第１及び第２電極間に電
   圧を印加することにより前記振動板を静電気力で変形さ
   せ、前記インク搬送路内のインクをノズルから液滴とし
   て吐出するようにしたインクジェットヘッドにおいて、 前記振動板を前記インク搬送路の後方からノズルに向か
   って次第に変形させるようにしたことを特徴とするイン
   クジェットヘッド。
2. 【請求項２】 前記両電極の少なくとも一方は、前記イ
   ンク供給室とノズルとの間で前後に複数の個別電極に分
   割され、当該各個別電極に電圧を印加することによりイ
   ンク供給室側から順次駆動するようにしたことを特徴と
   する請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. 【請求項３】 前記インク搬送路は、当該インク搬送路
   中を搬送されるインクが流れにくい程度に狭小にすると
   ともに、当該狭小なインク搬送路の流路断面積よりも、
   前記両電極間に電圧を印加することにより変形した振動
   板の変形部分が流路断面積が大きくなるようにしたこと
   を特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェットヘ
   ッド。
4. 【請求項４】 前記両電極は、両電極間に蓄えられる電
   荷量を変化させることにより前記振動板が前記インク搬
   送路の後方からノズルに向かって次第に変形するように
   したことを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジ
   ェットヘッド。
5. 【請求項５】 前記インク搬送路は、当該インク搬送路
   が形成されているチャンネルプレートの前記振動板と、
   当該チャンネルプレート上に取り付けられるカバープレ
   ートとを、前記振動板が両電極により変形された部分が
   前記カバープレートに接するように近接し、振動板の変
   形部分とカバープレートとの間で形成される小部屋が振
   動板の変形により順次ノズルに向かって移動することに
   より形成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか
   に記載のインクジェットヘッド。
6. 【請求項６】 前記振動板は、前記インク搬送路の後方
   からノズルに向かって波形状の変形部分が蛇行しつつ進
   行するように前記電極への電圧印加を制御するようにし
   たことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のイ
   ンクジェットヘッド。