(57)【要約】【課題】振動板の変位動作を排除体積が急激に変化することがないように制御することができる静電アクチュエーター、その駆動方法、並びに、その静電アクチュエーターを搭載した液滴吐出ヘッド及びそれを搭載した液滴吐出装置を得る。【解決手段】固定電極５における振動板４に対向する領域は、その領域の長手方向の一端から他端に向かってギャップが大きくなるように階段形状に形成されており、段５ｃ〜５ｅの３つの段によって構成されている。【選択図】図２
2011000756.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された固定電極と、
該固定電極に所定のギャップを介して対向配置された可動電極と、
前記固定電極と前記可動電極との間に駆動電圧を印加し静電気力を発生させて前記可動電極に変位を生じさせる駆動制御手段と、
を備え、
前記固定電極は、
それぞれの前記ギャップの大きさが異なる階段形状の複数段によって形成され、
該複数段における各段に対して、その対向する前記可動電極が当接した場合の排除体積は、それぞれの前記段において同一である
ことを特徴とする静電アクチュエーター。
【請求項２】
前記固定電極における前記複数段は、前記可動電極に対向する前記固定電極の領域の長手方向における一端から他端に向かって前記ギャップが大きくなるように形成された
ことを特徴とする請求項１記載の静電アクチュエーター。
【請求項３】
前記固定電極における前記複数段は、前記可動電極に対向する前記固定電極の領域の長手方向の両端から中央に向かって前記ギャップが大きくなるように形成された
ことを特徴とする請求項１記載の静電アクチュエーター。
【請求項４】
前記固定電極における前記複数段は、前記駆動制御手段が前記複数段におけるある特定の段が当接するための最小の前記駆動電圧の電圧値未満の前記駆動電圧を印加することによって、前記特定の段に対応する前記ギャップの大きさの次に小さい前記ギャップに対応する前記段が当接した場合、前記特定の段がその当接動作につられて当接しない程度の段差に形成された
ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の静電アクチュエーター。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の静電アクチュエーターの駆動方法であって、
前記固定電極と前記可動電極との間に、電圧値の立ち上がり部と、その立ち上がりによって上昇した電圧値を保持する保持部を繰り返し印加することによって階段形状の電圧波形となるような前記駆動電圧を印加する
ことを特徴とする静電アクチュエーターの駆動方法。
【請求項６】
階段形状の電圧波形を有する前記駆動電圧における電圧の段数、及び、前記固定電極の前記複数段における前記ギャップの大きさが異なる前記段の数は同一である
ことを特徴とする請求項５記載の静電アクチュエーターの駆動方法。
【請求項７】
階段形状の電圧波形を有する前記駆動電圧における電圧の段数をｎ個とし、
階段形状の電圧波形を有する前記駆動電圧を構成する前記保持部における電圧値を印加時刻が早いものからそれぞれＥ1、Ｅ2、・・・、Ｅn-1及びＥnとし、
前記固定電極の前記複数段における前記段に対向する前記可動電極の領域が前記段に当接するのに必要な最小の駆動電圧の電圧値を、前記ギャップが小さい前記段に対応するものからそれぞれＥＬ1、ＥＬ2、・・・、ＥＬn-1及びＥＬnとしたとき、
ＥＬ1＜Ｅ1＜ＥＬ2、ＥＬ2＜Ｅ2＜ＥＬ3、・・・、ＥＬnー1＜Ｅnー1＜ＥＬn、及び、ＥＬn＜Ｅnとする
ことを特徴とする請求項６記載の静電アクチュエーターの駆動方法。
【請求項８】
前記排除体積を縦軸とし、時間を横軸とするグラフにおいて、前記Ｅ1、Ｅ2、・・・、ＥＬn-1及びＥnそれぞれの電圧値の前記駆動電圧を印加する場合、前記固定電極と前記可動電極との当接状態がそれぞれ安定したときにおける前記時刻及び前記排除体積によって定まる前記グラフ上の点を結ぶ線は直線となる
ことを特徴とする請求項７記載の静電アクチュエーターの駆動方法。
【請求項９】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の静電アクチュエーターを備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項１０】
前記駆動制御手段は、前記固定電極と前記可動電極との間に、電圧値の立ち上がり部と、その立ち上がりによって上昇した電圧値を保持する保持部を繰り返し印加することによって階段形状の電圧波形となるような前記駆動電圧を印加する
ことを特徴とする請求項９記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項１１】
前記駆動制御手段は、階段形状の電圧波形を有する前記駆動電圧における電圧の段数と、前記固定電極の前記複数段における前記ギャップの大きさが異なる前記段の数は同一となるように前記駆動電圧を印加する
ことを特徴とする請求項１０記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項１２】
前記駆動制御手段によって印加される階段形状の電圧波形を有する前記駆動電圧における電圧の段数をｎ個とし、
前記駆動制御手段によって印加される階段形状の電圧波形を有する前記駆動電圧を構成する前記保持部における電圧値を印加時刻が早いものからそれぞれＥ1、Ｅ2、・・・、Ｅn-1及びＥnとし、
前記固定電極の前記複数段における前記段に対向する前記可動電極の領域が前記段に当接するのに必要な最小の駆動電圧の電圧値を、前記ギャップが小さい前記段に対応するものからそれぞれＥＬ1、ＥＬ2、・・・、ＥＬn-1及びＥＬnとしたとき、
前記駆動制御手段は、ＥＬ1＜Ｅ1＜ＥＬ2、ＥＬ2＜Ｅ2＜ＥＬ3、・・・、ＥＬnー1＜Ｅnー1＜ＥＬn、及び、ＥＬn＜Ｅnとなるように前記駆動電圧を印加する
ことを特徴とする請求項１１記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項１３】
前記駆動制御手段は、前記排除体積を縦軸とし、時間を横軸とするグラフにおいて、前記Ｅ1、Ｅ2、・・・、ＥＬn-1及びＥnそれぞれの電圧値の前記駆動電圧を印加する場合、前記固定電極と前記可動電極との当接状態がそれぞれ安定したときにおける前記時刻及び前記排除体積によって定まる前記グラフ上の点を結ぶ線が直線となるように前記駆動電圧を印加する
ことを特徴とする請求項１２記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項１４】
請求項９〜請求項１３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを搭載した
ことを特徴とする液滴吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電駆動方式の静電アクチュエーター、その駆動方法、並びに、その静電アクチュエーターを備えた液滴吐出ヘッド及びそれを搭載した液滴吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録装置におけるインク吐出方式として、駆動手段に静電気力を利用した、いわゆる静電駆動方式によるものが知られている。静電駆動方式のインクジェット記録装置は、可動電極である振動板と、ギャップを隔ててその対向に位置する固定電極との間において、電圧を印加し静電気力を発生させることによる振動板の固定電極へ吸引、又は、その電圧を解除することによる振動板の固定電極から離脱させる動作を行い、それによって生じる圧力変化を利用してノズル孔からインクを吐出している。したがって、振動板及び固定電極はインクが貯えられた吐出室の圧力を変動させる静電アクチュエーターとして作用し、その静電アクチュエーターが搭載されることで液滴吐出ヘッドが構成される。
【０００３】
このような静電アクチュエーター又は液滴吐出ヘッドにおいて、近時においては、高密度化が進んでおり、この高密度化に伴って振動板の幅は小さくなっている。この場合、振動板の初期状態から振動板の変位によってギャップ側へ凹む部分の容積（以下、排除体積という）が小さくなり、インクの吐出量も少なくなってしまう。この課題を解消するために、ギャップを広くしてインクの排除体積を確保することが考えられるが、振動板と対向電極の間のギャップを広くすると、振動板を駆動するための駆動電圧を大きくしなければならないという課題があった。
【０００４】
このような課題を解決するために、駆動電圧を低下させる液滴吐出ヘッドとして、振動板に対向する対向壁を階段状に形成し、小さなギャップ部分に位置している振動板の部分をその対向壁に当接させるための駆動電圧を印加することによって、その小さなギャップ部分に位置している振動板の部分が容易に対向壁の側に弾性変位し、この変位が大きなギャップ部分に位置している振動板の部分に伝搬して、振動板は全体として対向壁の側にクーロン力によって吸引されて密着するものがある（例えば、特許文献１参照）。
また、ギャップの短辺は凹形状であって、かつ、個別電極が階段状に形成され、その階段状に形成された溝部の段差を、溝部の端部から中央部に行くに従って小さくなるように形成し、溝部の端部の最もギャップの大きさが小さい部分において振動板と対向電極が当接する駆動電圧で、振動板全体を対向電極に当接させることを可能とする静電アクチュエータがある（例えば、特許文献２及び特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−３９２３５号公報（第５−６頁、図１）
【特許文献２】特開２０００−３１８１５５号公報（第５頁、図５）
【特許文献３】特開２００６−２８９９４４号公報（第９−１１頁、図３−４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に係る液滴吐出ヘッド、及び、特許文献２及び特許文献３に係る静電アクチュエータのいずれにおいても、振動板と対向電極とを当接させるための駆動電圧を低下させることはできるが、その振動板の変位動作を制御することはできず、その加速度的な動作によって、吐出室内のインクの流れに乱れを生じさせてしまい、吐出性能を低下させてしまうという問題点があった。
【０００７】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、振動板の変位動作を排除体積が急激に変化することがないように制御することができる静電アクチュエーター、その駆動方法、並びに、その静電アクチュエーターを搭載した液滴吐出ヘッド及びそれを搭載した液滴吐出装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る静電アクチュエーターは、基板上に形成された固定電極と、その固定電極に所定のギャップを介して対向配置された可動電極と、固定電極と可動電極との間に駆動電圧を印加し静電気力を発生させて可動電極に変位を生じさせる駆動制御手段と、を備え、固定電極は、それぞれのギャップの大きさが異なる階段形状の複数段によって形成され、その複数段における各段に対して、その対向する可動電極が当接した場合の排除体積は、それぞれの段において同一であることを特徴とするものである。
本発明によれば、各段ごとに可動電極が当接していく過程で、排除体積が急激に変化することがないように制御することができるので、静電アクチュエーターの各部分の寸法のばらつき等による可動電極の挙動のばらつきを抑制することもできる。
【０００９】
また、本発明に係る静電アクチュエーターは、固定電極における複数段は、可動電極に対向する固定電極の領域の長手方向における一端から他端に向かってギャップが大きくなるように形成されたことを特徴とするものである。
本発明によれば、可動電極に対向する固定電極の領域の一端であるギャップが最も小さい部分から、もう一端であるギャップが最も大きい部分に向かって順に当接させることができるので、排除体積が急激に変化することがないように制御することができる。
【００１０】
また、本発明に係る静電アクチュエーターは、固定電極における複数段は、可動電極に対向する固定電極の領域の長手方向の両端から中央に向かってギャップが大きくなるように形成されたことを特徴とするものである。
本発明によれば、可動電極に対向する固定電極の領域の両端であるギャップが最も小さい部分から、領域の中央であるギャップが最も大きい部分に向かって順に当接させることができるので、排除体積が急激に変化することがないように制御することができる。
【００１１】
また、本発明に係る静電アクチュエーターは、固定電極における複数段が、駆動制御手段が複数段におけるある特定の段が当接するための最小の駆動電圧の電圧値未満の駆動電圧を印加することによって、特定の段に対応するギャップの大きさの次に小さいギャップに対応する段が当接した場合、特定の段がその当接動作につられて当接しない程度の段差に形成されたことを特徴とするものである。
本発明によれば、複数段における特定の段が当接する動作につられて、その特定の段に対応するギャップの大きさの次に大きいギャップに対応する段が当接する動作を防止し、排除体積の変化のばらつきを抑制することができる。
【００１２】
また、本発明に係る静電アクチュエーターの駆動方法は、固定電極と可動電極との間に、電圧値の立ち上がり部と、その立ち上がりによって上昇した電圧値を保持する保持部を繰り返し印加することによって階段形状の電圧波形となるような駆動電圧を印加することを特徴とするものである。
本発明によれば、階段形状の駆動電圧を印加することによって、階段段状に形成された固定電極における各段ごとに可動電極を当接させることができ、排除体積の急激な変化を制御することができる。
【００１３】
また、本発明に係る静電アクチュエーターの駆動方法は、階段形状の電圧波形を有する駆動電圧における電圧の段数、及び、固定電極の複数段におけるギャップの大きさが異なる段の数は同一であることを特徴とするものである。
本発明によれば、階段段状に形成された固定電極における各段ごとに可動電極を当接させる駆動電圧波形となり、排除体積の急激な変化を制御することができる。
【００１４】
また、本発明に係る静電アクチュエーターの駆動方法は、階段形状の電圧波形を有する前記駆動電圧における電圧の段数をｎ個とし、階段形状の電圧波形を有する前記駆動電圧を構成する前記保持部における電圧値を印加時刻が早いものからそれぞれＥ1、Ｅ2、・・・、Ｅn-1及びＥnとし、前記固定電極の前記複数段における前記段に対向する前記可動電極の領域が前記段に当接するのに必要な最小の駆動電圧の電圧値を、前記ギャップが小さい前記段に対応するものからそれぞれＥＬ1、ＥＬ2、・・・、ＥＬn-1及びＥＬnとしたとき、ＥＬ1＜Ｅ1＜ＥＬ2、ＥＬ2＜Ｅ2＜ＥＬ3、・・・、ＥＬnー1＜Ｅnー1＜ＥＬn、及び、ＥＬn＜Ｅnとすることを特徴とするものである。
本発明によれば、階段段状に形成された固定電極において確実に各段ごとに可動電極を当接させることができる。
【００１５】
また、本発明に係る静電アクチュエーターの駆動方法は、排除体積を縦軸とし、時刻を横軸とするグラフにおいて、Ｅ1、Ｅ2、・・・、ＥＬn-1及びＥnそれぞれの電圧値の駆動電圧を印加する場合、固定電極と可動電極との当接状態がそれぞれ安定したときにおける時刻及び排除体積によって定まるグラフ上の点を結ぶ線は直線となることを特徴とするものである。
本発明によれば、排除体積を直線状に変位させることができ、排除体積の急激な変化をより抑制することができる。
【００１６】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、上記の静電アクチュエーターを備えたことを特徴とするものである。
本発明によれば、排除体積の急激な変化を抑制して吐出室のインクの流れの乱れを抑制することによって、吐出性能を向上させた液滴吐出ヘッドを得ることができる。
【００１７】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、駆動制御手段が、固定電極と可動電極との間に、電圧値の立ち上がり部と、その立ち上がりによって上昇した電圧値を保持する保持部を繰り返し印加することによって階段形状の電圧波形となるような駆動電圧を印加することを特徴とするものである。
本発明によれば、階段形状の駆動電圧を印加することによって、階段段状に形成された固定電極における各段ごとに可動電極を当接させることができ、排除体積の急激な変化を制御することができる液滴吐出ヘッドを得ることができる。
【００１８】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、駆動制御手段が、階段形状の電圧波形を有する駆動電圧における電圧の段数と、固定電極の複数段におけるギャップの大きさが異なる段の数は同一となるように駆動電圧を印加することを特徴とするものである。
本発明によれば、階段段状に形成された固定電極における各段ごとに可動電極を当接させる駆動電圧波形となり、排除体積の急激な変化を制御することができる液滴吐出ヘッドを得ることができる。
【００１９】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、駆動制御手段によって印加される階段形状の電圧波形を有する駆動電圧における電圧の段数をｎ個とし、駆動制御手段によって印加される階段形状の電圧波形を有する駆動電圧を構成する保持部における電圧値を印加時刻が早いものからそれぞれＥ1、Ｅ2、・・・、Ｅn-1及びＥnとし、固定電極の複数段における段に対向する可動電極の領域が段に当接するのに必要な最小の駆動電圧の電圧値を、ギャップが小さい段に対応するものからそれぞれＥＬ1、ＥＬ2、・・・、ＥＬn-1及びＥＬnとしたとき、駆動制御手段は、ＥＬ1＜Ｅ1＜ＥＬ2、ＥＬ2＜Ｅ2＜ＥＬ3、・・・、ＥＬnー1＜Ｅnー1＜ＥＬn、及び、ＥＬn＜Ｅnとなるように駆動電圧を印加することを特徴とするものである。
本発明によれば、階段段状に形成された固定電極において確実に各段ごとに可動電極を当接させることができる液滴吐出ヘッドを得ることができる。
【００２０】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、駆動制御手段が、排除体積を縦軸とし、時刻を横軸とするグラフにおいて、Ｅ1、Ｅ2、・・・、ＥＬn-1及びＥnそれぞれの電圧値の駆動電圧を印加する場合、固定電極と可動電極との当接状態がそれぞれ安定したときにおける時刻及び排除体積によって定まるグラフ上の点を結ぶ線が直線となるように駆動電圧を印加することを特徴とするものである。
本発明によれば、排除体積を直線状に変位させることができ、排除体積の急激な変化をより抑制することができる液滴吐出ヘッドを得ることができる。
【００２１】
また、本発明に係る液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドを搭載したことを特徴とするものである。
本発明によれば、排除体積の急激な変化を抑制して吐出室のインクの流れの乱れを抑制することによって、吐出性能を向上させた液滴吐出装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態１に係るインクジェットヘッド５１の分解外観斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るインクジェットヘッド５１の横断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るインクジェットヘッド５１における駆動電圧印加時の動作を示す図である。
【図４】図３で示される駆動電圧印加時の動作における駆動電圧波形及び排除体積の変位を示す図である。
【図５】振動板が固定電極における各段に当接したときの排除体積とその変位の関係を説明する図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係るインクジェットヘッド５１の横断面図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係るインクジェットヘッド５１における駆動電圧印加時の動作を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係る液滴吐出装置の一例を示す外観図である。
【図９】本発明の実施の形態３に係る液滴吐出装置の主要な構成手段の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るインクジェットヘッド５１の分解外観斜視図であり、図２は、そのインクジェットヘッド５１の横断面図である。
本実施の形態に示すインクジェットヘッド５１は、図１及び図２で示されるように、３枚の基板を貼り合わされて構成される積層構造体である。その３枚の基板とは、複数のノズル孔１１が所定のピッチで設けられたノズル基板１、各ノズル孔１１に対して独立にインク流路が形成されたキャビティー基板２、そして、各インク流路に設けられた吐出室２１の底壁を構成する可動電極である振動板４に対向して固定電極５が配置された電極基板３である。
なお、インクジェットヘッド５１は、本発明の「液滴吐出ヘッド」に相当するものである。
【００２４】
（ノズル基板１）
ノズル基板１は、単結晶のシリコン基板からなり、エッチングによってキャビティー基板２における吐出室２１に連通し、ノズル基板１に対し垂直に貫通するように形成されたノズル孔１１を備える構成となっている。ノズル孔１１は、径の小さい噴射口部及びこれより径の大きい導入口部による２段に構成されることによってインク滴の直進性を向上させることができる。このノズル基板１は、キャビティー基板２にエポキシ樹脂等を使用した接着剤による接着接合又は直接接合によって接合される。なお、図１で示されるように、ノズル孔１１は２列で形成された構成となっており、その列ごと左右に１個ずつヘッド部分をもつ構成となっているが、これに限られるものではなく、このヘッド部分は１列で構成されるものとしてもよく、また、ノズル孔１１の数についても制限されるものでもない。
【００２５】
（キャビティー基板２）
キャビティー基板２は、例えば、面方位が（１１０）の単結晶のシリコン基板からなり、その表面には、複数のインクの流路となる溝又は凹部が形成されている。このインクの流路となる溝又は凹部は、キャビティー基板２の底面側にボロン拡散を実施してエッチングストップ層を形成し、フォトリソグラフィ及びウェットエッチングを実施することによって形成され、この溝又は凹部、及び、ノズル基板１の底面によって吐出室２１が形成されている。このように形成された吐出室２１において、その底部は、ボロン拡散層として極めて薄い厚み（例えば、２μｍ）で高精度で形成された可動電極である振動板４となる。また、各流路には共通に連通する凹状のリザーバー部２３が形成されている。
【００２６】
（電極基板３）
電極基板３は、キャビティー基板２と陽極接合によって接合されるので、剥離のない接合強度を確保するために、熱膨張係数がシリコンのそれに近いホウ珪酸ガラスを一般的に用いて形成されている。この電極基板３には、一般的にＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ：インジウム錫酸化物）からなる固定電極５（厚さは、例えば、０．１μｍ）が、例えば、スパッタリングによって成膜され形成されている。各固定電極５は、振動板４と対向する位置にエッチングによって区画形成された凹部３１内における底部に形成されている。この凹部３１が形成されることによって、振動板４及び固定電極５は所定の間隔（以下、ギャップという）Ｇを隔てて対向配置される。また、図２で示されるように、この凹部３１の固定電極５における振動板４に対向する領域は、その領域の長手方向の一端（図２においてはノズル基板１におけるノズル孔１１側）から他端に向かってギャップが大きくなるように階段形状に形成されており、段５ｃ〜５ｅの３つの段によって構成されている。また、電極基板３には、インク供給孔３２が１つ又は複数形成されている。このインク供給孔３２は、研削加工又はマイクロブラスト加工によって形成され、前述のリザーバー部２３に連通するようにキャビティー基板２の底部を貫通して形成されている。また、インク供給孔３２は、インクタンク（図示せず）に接続されている。なお、図２で示されるように、固定電極５における振動板４に対向する領域は、その領域の長手方向のノズル基板１におけるノズル孔１１側の一端から他端に向かってギャップが大きくなるように階段形状に形成されているが、これに限られるものではなく、その他端からノズル孔１１側の一端に向かってギャップが大きくなるように形成されてもよい。
【００２７】
（封止剤２８）
振動板４と固定電極５との間に形成されるギャップＧの開放端部はエポキシ樹脂、又は、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によってＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ：テトラエトキシシラン）等の酸化膜を堆積させたものによって形成された封止剤２８によって気密に封止される。これによって、湿気及び塵埃等がギャップＧに浸入することを防止することができ、インクジェットヘッド５１の信頼性を高く保持することができる。
【００２８】
（駆動制御回路４１）
キャビティー基板２及び電極基板３の後端部は、図１及び図２で示されるように、エッチングによって開口された電極取り出し部３４となっている。そして、電極基板３上に形成された固定電極５は、リード部５ａと端子部５ｂとを有し、このうち端子部５ｂが電極取り出し部３４において露出するように形成されている。また、キャビティー基板２の後端部における片側又は両側に金属膜からなる共通電極２６が形成されている。そして、静電アクチュエーターの駆動手段として、振動板４と固定電極５との間に駆動電圧を印加するためのドライバーＩＣ等の駆動制御回路４１が、各固定電極５の端子部５ｂ及び共通電極２６に例えば導電性接着剤を用いて接着されている。ここで、静電アクチュエーターは、少なくとも振動板４、固定電極５及び駆動制御回路４１によって構成されているものとする。
なお、駆動制御回路４１は、本発明の「駆動制御手段」に相当するものである。
【００２９】
（インクジェットヘッド５１の動作概要）
インクは、キャビティー基板２に設けられたリザーバー部２３及び吐出室２１、そしてノズル基板１のノズル孔１１の先端に至るまで、気泡を生じることなく満たされており、図２で示される矢印で示す方向にインクは流れる。印刷が実施される際には、駆動制御回路４１によって振動板４と固定電極５との間に駆動電圧が印加されることによって静電気力による引力が発生し、振動板４は固定電極５側へ引き寄せられて撓み、固定電極５に当接して、吐出室２１に負圧が発生する。これによって、リザーバー部２３内のインクが吐出室２１内に吸引される。
そして、この駆動電圧を解除すると、振動板４は固定電極５から離脱して、その復元力によってインクがノズル孔１１から押し出され、その押し出されたインク滴が記録紙（図示せず）に向けて吐出される。
【００３０】
（インクジェットヘッド５１における駆動電圧の印加動作）
図３は本発明の実施の形態１に係るインクジェットヘッド５１における駆動電圧印加時の動作を示す図であり、図４はその駆動電圧波形及び排除体積の変位を示す図である。以下、図３及び図４を参照しながら、振動板４と固定電極５との間における駆動電圧印加時の動作を説明する。
まず、駆動制御回路４１は、駆動電圧を立ち上げ、電圧値Ｅ１（例えば、１０Ｖ）となるように駆動電圧を印加し、所定の時間その電圧値Ｅ１を保持する。駆動電圧が電圧値Ｅ１に達した時刻をｔ１１（例えば０．５μｓｅｃ）とすると、この時刻ｔ１１より後の時刻ｔ１に、振動板４における固定電極５の段５ｃに対向する部分が、段５ｃに当接し図３（ａ）で示される状態になる。このときの当接によって排除体積Ｖ１が生じる。
【００３１】
次に、駆動制御回路４１は、電圧値Ｅ１から駆動電圧を立ち上げ、電圧値Ｅ２（例えば、１５Ｖ）となるように駆動電圧を印加し、所定の時間その電圧値Ｅ２を保持する。駆動電圧が電圧値Ｅ２に達した時刻をｔ２１（例えば２μｓｅｃ）とすると、この時刻ｔ２１より後の時刻ｔ２に、振動板４における固定電極５の段５ｄに対向する部分が、段５ｄに当接し図３（ｂ）で示される状態になる。この振動板４の段５ｄに対向する部分の段５ｄへの当接によって排除体積Ｖ２がさらに生じ、全体の振動板４による排除体積はＶ１＋Ｖ２となる。
【００３２】
さらに、駆動制御回路４１は、電圧値Ｅ２から駆動電圧を立ち上げ、電圧値Ｅ３（例えば、２５Ｖ）となるように駆動電圧を印加し、所定の時間その電圧値Ｅ３を保持する。駆動電圧が電圧値Ｅ３に達した時刻をｔ３１（例えば６μｓｅｃ）とすると、この時刻ｔ３１より後の時刻ｔ３に、振動板４における固定電極５の段５ｅに対向する部分が、段５ｅに当接し図３（ｃ）で示される状態になる。この振動板４の段５ｅに対向する部分の段５ｅへの当接によって排除体積Ｖ３がさらに生じ、全体の振動板４による排除体積はＶ１＋Ｖ２＋Ｖ３となる。
【００３３】
そして、駆動制御回路４１が、この電圧値Ｅ３の駆動電圧の印加状態から、その印加を解放することによって、振動板４は固定電極５から離脱して、その復元力によってインクがノズル孔１１から吐出される。
【００３４】
上記の動作のように駆動電圧の立ち上がりと電圧値の保持を繰り返すことによって、図４（ａ）で示されるように駆動電圧は、階段形状の電圧波形となる。また、保持される電圧値であるＥ１〜Ｅ３のそれぞれにおいて、振動板４は、それぞれ固定電極５の段５ｃ〜５ｅに当接するので、上記の階段形状の駆動電圧の電圧波形の段数（図４においては３つ）、及び、階段形状に形成された固定電極５の段数、すなわち、ギャップの大きさが異なる段数（図３においては３つ）は同一である。また、図４（ｂ）で示されるような、時間を横軸とし、各時刻における排除体積を縦軸とする排除体積の変位を示すグラフにおいて、排除体積がＶ１となる時刻ｔ１で定まるグラフ上の点Ａ、排除体積がＶ１＋Ｖ２となる時刻ｔ２で定まるグラフ上の点Ｂ、及び、排除体積がＶ１＋Ｖ２＋Ｖ３となる時刻ｔ３で定まるグラフ上の点Ｃは、理想排除体積変位直線１０１上にあり、実際の排除体積の変位は、点Ａ〜点Ｃを通る排除体積変位曲線１０２となる。このとき、駆動制御回路４１は、上記のように点Ａ〜点Ｃが理想排除体積変位直線１０１上にあるように、時刻ｔ１１、ｔ２１及びｔ３１を調整して駆動電圧を印加する。さらに、振動板４が段５ｃ〜５ｅに当接するための最小の駆動電圧の電圧値を、それぞれＥＬ１、ＥＬ２及びＥＬ３とすると、駆動制御回路４１は、上記の駆動電圧の印加動作において、以下の式（１）〜式（３）を満たすような電圧値Ｅ１〜電圧値Ｅ３を印加する。
【００３５】
ＥＬ１＜Ｅ１＜ＥＬ２                                  （１）
ＥＬ２＜Ｅ２＜ＥＬ３                                  （２）
ＥＬ３＜Ｅ３                                          （３）
【００３６】
駆動制御回路４１は、上記の式（１）〜式（３）を満たす駆動電圧を印加することによて、保持される電圧値であるＥ１〜Ｅ３のそれぞれにおいて、振動板４をそれぞれ固定電極５の段５ｃ〜５ｅに確実に当接させることができる。また、例えば、段５ｃと段５ｄとの段差は、駆動制御回路４１が電圧値Ｅ１である駆動電圧を印加し、振動板４が固定電極５における段５ｃに当接する場合に、その動作につられて段５ｄにも当接してしまうのを防止するのに十分な程度の大きさをもって構成されている。なお、段５ｄと段５ｅとの段差についても同様である。
【００３７】
図５は、振動板が固定電極における各段に当接したときの排除体積とその変位の関係を説明する図である。
【００３８】
図５（ａ）は、固定電極が階段形状に形成されていない場合の振動板による排除体積の変位を示す図である。
ここで、時刻ｔ１ａに振動板が固定電極に完全に当接し、そのときの排除体積をＶ１ａとし、その時刻ｔ１ａ及び排除体積Ｖ１ａで定まる点をＡ’としている。
振動板と固定電極との間に駆動電圧が印加されることによって発生する静電気力はそれらのギャップの大きさの二乗に反比例するので、排除体積が増加、すなわち、振動板が固定電極に近づく程、静電気力が大きくなり振動板の速度が増加する結果、実際の排除体積の変位曲線は、図５（ａ）で示されるように、理想排除体積変位直線１０１に対して大きく湾曲した排除体積変位曲線１０２ａとなる。
【００３９】
図５（ｂ）は、固定電極が本実施の形態に係るインクジェットヘッド５１における固定電極５と同様に、３段の階段形状に形成されているが、各段の排除体積が異なる場合の排除体積の変位を示す図である。
ここで、時刻ｔ１ｂに最もギャップが小さい段に完全に当接し、そのときの排除体積をＶ１ｂとし、時刻ｔ２ｂに次にギャップが大きい段に完全に当接し、そのときのその段に当接したことによる排除体積をＶ２ｂとし、そして、時刻ｔ３ｂに最もギャップが大きい段に完全に当接し、そのときのその段に当接したことによる排除体積をＶ３ｂとしている。また、時刻ｔ１ｂ及び排除体積Ｖ１ｂで定まる点をＡ’’とし、時刻ｔ２ｂ及びそのときの全体の排除体積Ｖ１ｂ＋Ｖ２ｂで定まる点をＢ’’とし、そして、時刻ｔ３ｂ及びそのときの全体の排除体積Ｖ１ｂ＋Ｖ２ｂ＋Ｖ３ｂで定まる点をＣ’’としている。ここで、図５（ｂ）で示されるように、排除体積Ｖ１ｂ及びＶ２ｂと比較して、排除体積Ｖ３ｂがより大きいものとなるように、階段形状の固定電極が形成されているものとする。
図５（ｂ）で示されるように、点Ａ’’〜Ｃ’’はいずれも理想排除体積変位直線１０１上にあるが、排除体積Ｖ３ｂが、排除体積Ｖ１ｂ及びＶ２ｂと比較して大きいので、時刻ｔ２ｂ〜時刻ｔ３ｂの時間も大きくなり、振動板の速度の増加の影響を大きく受け、実際の排除体積の変位曲線は、この時刻ｔ２ｂ〜時刻ｔ３ｂにおける変位曲線の部分が理想排除体積変位直線１０１に対して大きく湾曲した排除体積変位曲線１０２ｂとなる。
【００４０】
図５（ｃ）は、本実施の形態に係るインクジェットヘッド５１の振動板４の変位曲線を示す図であり、上記の図４（ｂ）で示される排除体積の変位を示す図において時刻ｔ３までの部分を抜粋して示した図である。
図５（ｃ）で示されるように、本実施の形態において、階段形状の固定電極５は排除体積Ｖ１〜Ｖ３が略同一、すなわち、Ｖ１≒Ｖ２≒Ｖ３となるように形成されている。したがって、図２で示される振動板４に対向する段５ａ、５ｂ及び５ｃそれぞれの固定電極５の長手方向における幅は、段５ａ、５ｂ及び５ｃの順で小さくなる。このとき、上記で説明したように点Ａ〜Ｃは、理想排除体積変位直線１０１上にあるので、振動板４の変位開始時刻から時刻ｔ１までの時間（以下、Ｔ１という）、時刻ｔ１〜時刻ｔ２の時間（以下、Ｔ２という）、及び、時刻ｔ２〜時刻ｔ３の時間（以下、Ｔ３という）はいずれも略同一となりＴ１≒Ｔ２≒Ｔ３となる。したがって、図５（ｃ）で示される排除体積変位曲線１０２における振動板４の速度の増加による影響は、各時間Ｔ１〜Ｔ３において分散され、理想排除体積変位直線１０１に対する湾曲の程度も、上記の図５（ａ）で示される排除体積変位曲線１０２ａ及び図５（ｂ）で示される排除体積変位曲線１０２ｂと比較して小さくなり、理想排除体積変位直線１０１に近づく。これによって、振動板４による排除体積を直線状に変位させることができ、排除体積の急激な変化をより抑制することができる。
【００４１】
（実施の形態１の効果）
以上の構成及び動作のように、固定電極５が複数の段を有する階段形状に形成され、振動板４がその各段に当接することによる排除体積を同一とすることによって、各段ごとに可動電極が当接していく過程で、排除体積が急激に変化することがないように制御することができ、吐出室２１のインクの流れを乱すことを抑制し、さらに、インクジェットヘッド５１の各部分の寸法のばらつき等による振動板４の挙動のばらつきを抑制することもできる。
また、固定電極５における振動板４に対向する領域は、その領域の長手方向の一端から他端に向かってギャップが大きくなるように形成されているので、振動板４に対向する固定電極５の領域の一端であるギャップが最も小さい部分から、もう一端であるギャップが最も大きい部分に向かって順に当接させることができるので、排除体積が急激に変化することがないように制御することができる。
また、固定電極５において形成された階段形状の段差は、特定の段に振動板４が当接する動作につられて、その特定の段におけるギャップの次に大きいギャップに対応する隣の段が当接しない程度に形成されているので、排除体積の変化のばらつきを抑制することができる。
また、図４（ａ）で示されるように、駆動制御回路４１は、振動板４と固定電極５との間に電圧の立ち上がりと電圧値の保持を繰り返すことによる階段形状の電圧波形となる駆動電圧を印加するので、階段段状に形成された固定電極５における各段ごとに振動板４を当接させることができ、排除体積の急激な変化を制御することができる。
また、上記の階段形状の駆動電圧における電圧の段数と、階段形状に形成された固定電極５の段数、すなわち、ギャップの大きさが異なる段数を同一としているので、階段形状に形成された固定電極５における各段ごとに振動板４を当接させる駆動電圧波形となり、排除体積の急激な変化を制御することができる。
また、駆動制御回路４１が、前述の式（１）〜式（３）を満たす駆動電圧を印加することによって、駆動電圧において保持される電圧値によって、振動板４を固定電極５のそれぞれの段に確実に当接させることができる。
また、駆動制御回路４１が、排除体積を縦軸とし、時間を横軸とするグラフにおいて、階段形状の駆動電圧において保持される電圧の印加によって、固定電極５と振動板４との当接状態がそれぞれ安定したときにおける時刻及び排除体積によって定まるグラフ上の点を結ぶ線が直線となるように駆動電圧を印加することによって、排除体積を直線状に変位させることができ、排除体積の急激な変化をより抑制することができる。
【００４２】
なお、上記の駆動制御回路４１による駆動電圧の印加動作において、図４（ｂ）及び図５（ｃ）で示されるように、点Ａ〜点Ｃは理想排除体積変位直線１０１上にある、すなわち、点Ａ〜点Ｃを結ぶ線が直線となるものとしたが、厳密に直線である必要はなく、直線に近似した曲線となっていれば、上記の効果を得ることができる。
また、本実施の形態に係るインクジェットヘッド５１の固定電極５は、段５ｃ〜５ｅの３段による階段形状によって形成されるものとしたが、これに限られるものではなく、異なる段数の階段形状によって形成されるものとしてもよい。この場合、駆動制御回路４１によって振動板４と固定電極５との間に印加される階段形状の駆動電圧の電圧波形の段数が、固定電極５の階段形状の段数と同一の数となるようにし、固定電極５の各段に当接することによる排除体積を略同一となるように固定電極５を形成し、振動板４による排除体積の変位を示すグラフにおいてそれぞれの段に当接した時刻とそのときの全体の排除体積によって定まる点を結んだ線が略直線となるように駆動制御回路４１による駆動電圧の印加時刻を調整し、さらに、駆動制御回路４１によって前述の式（１）〜式（３）に準じた条件を満たすように駆動電圧が印加される構成とすればよい。
【００４３】
実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２に係るインクジェットヘッド５１の横断面図である。以下、本実施の形態においては、実施の形態１における構成及び動作と相違する点を中心に説明する。
図６で示されるように、電極基板３の固定電極５における振動板４に対向する領域は、その領域の長手方向の両端から中央に向かってギャップが大きくなるように階段形状に形成されており、段５ｆ〜５ｊの段によって構成されている。また、段５ｆ及び段５ｊそれぞれに対応する振動板４とのギャップの大きさは同一であり、段５ｇ及び段５ｉそれぞれに対応する振動板４とのギャップの大きさも同一となるように構成されている。
【００４４】
（インクジェットヘッド５１における駆動電圧の印加動作）
図７は、本発明の実施の形態２に係るインクジェットヘッド５１における駆動電圧印加時の動作を示す図である。
このうち、図７（ａ）は、振動板４が、振動板４とのギャップの大きさが同一である段５ｆ及び段５ｊに当接した状態を示す図であり、振動板４が段５ｆに当接することによる排除体積をＶ１ａ、そして、振動板４が段５ｊに当接することによる排除体積をＶ１ｂとしている。また、図７（ｂ）は、図７（ａ）の状態に加え、振動板４が、振動板４とのギャップの大きさが同一である段５ｇ及び段５ｉに当接した状態を示す図であり、振動板４が段５ｇに当接することによる排除体積をＶ２ａ、そして、振動板４が段５ｉに当接することによる排除体積をＶ２ｂとしている。そして、図７（ｃ）は、図７（ｂ）の状態に加え、振動板４が、段５ｈに当接した状態を示す図であり、振動板４が段５ｈに当接することによる排除体積をＶ３としている。
ここで、図７（ａ）で示される排除体積Ｖ１ａと排除体積Ｖ１ｂとの和をＶ１とし、図７（ｂ）で示される排除体積Ｖ２ａと排除体積Ｖ２ｂとの和をＶ２とし、段５ｆ及び段５ｊが実施の形態１における段５ｃに相当するものとし、段５ｇ及び段５ｉが実施の形態１における段５ｄに相当するものとし、そして、段５ｈが実施の形態１における段５ｅに相当するものとする。このとき、本実施の形態における駆動制御回路４１は、実施の形態１における図４及び図５で説明した駆動電圧の印加動作と同様の動作によって、振動板４と固定電極５との間に駆動電圧を印加する。
【００４５】
（実施の形態２の効果）
以上の構成及び動作によって、実施の形態１に係るインクジェットヘッド５１と同様の効果を得ることができる。また、実施の形態１に係る固定電極５については、固定電極５における振動板４に対向する領域が、その領域の長手方向の一端から他端に向かってギャップが大きくなるように形成されているのに対し、本実施の形態に係る固定電極５については、固定電極５における振動板４に対向する領域が、その領域の両端から中央に向かってギャップが大きくなるように形成されているので、振動板４に対向する固定電極５の領域の両端であるギャップが最も小さい部分から、領域の中央であるギャップが最も大きい部分に向かって順に当接させることができるので、排除体積が急激に変化することがないように制御することができる。
【００４６】
実施の形態３．
（液滴吐出装置２０１の構成）
図８は本発明の実施の形態３に係る液滴吐出装置の一例を示す外観図であり、図９はその液滴吐出装置の主要な構成手段の一例を示す図である。
図８で示される液滴吐出装置２０１は、インクジェット方式による印刷を目的とする、いわゆるシリアル型の装置である。また、図９で示されるように、液滴吐出装置２０１は、その内部に少なくとも、プリント紙２０８が支持されるドラム２０２、そのプリント紙２０８にインクを吐出し印刷を実施する実施の形態１又は実施の形態２に係るインクジェットヘッド５１、そのインクジェットヘッド５１にインクを供給するためのインク供給手段（図示せず）、及び、ドラム２０２の軸方向に平行に備えられた紙圧着ローラー２０３を備えている。さらに、液滴吐出装置２０１は、インクジェットヘッド５１が保持され、ドラム２０２の軸方向に平行に備えられた送りネジ２０４、ドラム２０２をベルト２０５を介して回転させるモーター２０６、及び、印刷データ及び制御信号に基づいて送りネジ２０４及びモーター２０６の回転駆動をさせるプリント制御手段２０７を備えている。
【００４７】
（液滴吐出装置２０１の動作）
ドラム２０２の上部に載置されたプリント紙２０８は、紙圧着ローラー２０３によってドラム２０２に圧着され保持される。次に、プリント制御手段２０７は、モーター２０６を回転駆動させることによってベルト２０５を介してドラム２０２を回転させ、プリント紙２０８をドラム２０２の回転方向に送り出す。それと同時に、プリント制御手段２０７は、送りネジ２０４を回転駆動させることによって、インクジェットヘッド５１をドラム２０２の軸方向に移動させ、印刷データ及び制御信号に基づいて、インクジェットヘッド５１におけるノズル孔１１からインクを吐出させてプリント紙２０８にインク滴を着弾させて印刷する。
【００４８】
以上の構成及び動作のように、本実施の形態に係る液滴吐出装置２０１が実施の形態１又は実施の形態２に係るインクジェットヘッド５１を備えることによって、排除体積の急激な変化を抑制して吐出室のインクの流れの乱れを抑制し、吐出性能を向上させた液滴吐出装置を得ることができる。
【００４９】
なお、本実施の形態においては、インクジェットヘッド５１から吐出する液体としてインクをプリント紙２０８に吐出するようにしているが、インクジェットヘッド５１から吐出する液体は、インクに限定されない。例えば、カラーフィルターとなる基板に吐出させる用途においてはカラーフィルター用の顔料を含む液体、ＯＬＥＤ基板上に配線する用途においては発光素子となる化合物を含む液体、又は、基板上に配線する用途においては、例えば、導電性金属を含む液体を、それぞれの装置において設けられた液滴吐出ヘッドから吐出させるようにしてもよい。その他、布等の染料の吐出等にも利用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
以上のような実施の形態１及び実施の形態２に係るインクジェットヘッド５１、並びに、実施の形態３に係る液滴吐出装置２０１は、バイオチップ製造装置又は液晶カラーフィルタ製造装置等の液滴吐出装置にも応用できる。
【符号の説明】
【００５１】
１  ノズル基板、２  キャビティー基板、３  電極基板、４  振動板、５  固定電極、５ａ  リード部、５ｂ  端子部、５ｃ〜５ｊ  段、１１  ノズル孔、２１  吐出室、２３  リザーバー部、２６  共通電極、２８  封止剤、３１  凹部、３２  インク供給孔、３４  電極取り出し部、４１  駆動制御回路、５１  インクジェットヘッド、１０１  理想排除体積変位直線、１０２、１０２ａ、１０２ｂ  排除体積変位曲線、２０１  液滴吐出装置、２０２  ドラム、２０３  紙圧着ローラー、２０４  送りネジ、２０５  ベルト、２０６  モーター、２０７  プリント制御手段、２０８  プリント紙。
【図１】
2011000756.tif 000003
【図２】
2011000756.tif 000004
【図３】
2011000756.tif 000005
【図４】
2011000756.tif 000006
【図５】
2011000756.tif 000007
【図６】
2011000756.tif 000008
【図７】
2011000756.tif 000009
【図８】
2011000756.tif 000010
【図９】
2011000756.tif 000011