(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
隔離壁を挟んで互いに隣接する第１および第２のインク圧力室と、各インク圧力室にそれぞれ連通している第１および第２のインクノズルと、各インク圧力室の一部を規定している面外方向に弾性変位可能な第１および第２の振動板と、各振動板に対峙している第１および第２の個別電極とを有し、前記第１の振動板と前記第１の個別電極の間、および前記第２の振動板と前記第２の個別電極の間に、駆動電圧を印加して各振動板を弾性変位させることにより前記第１および第２のインクノズルからインク液滴を吐出させる静電式インクジェットヘッドの駆動方法において、
前記第２の振動板を前記第２の個別電極の側に吸引して当該個別電極に吸着させる吸着工程と、
前記第２の振動板を前記第２の個別電極に吸着させた状態で、前記第１の振動板を弾性変位させて前記第１のインクノズルからインク液滴の吐出を行わせる吐出工程とを含むことを特徴とする静電式インクジェットヘッドの駆動方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記吸引工程は、前記第１の振動板を前記第１の個別電極に吸引する工程と同時に行われることを特徴とする静電式インクジェットヘッドの駆動方法。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記吐出工程の後に、前記第２の振動板を前記第２の個別電極から離脱させる離脱工程を含み、
当該離脱工程では、前記第２のインクノズルからインク液滴が吐出することのない速度で前記第２の振動板を離脱させることを特徴とする静電式インクジェットヘッドの駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクノズルに連通しているインク圧力室の一部を規定している振動板を静電力により弾性変位させてインク液滴の吐出を行う静電式インクジェットヘッドの駆動方法に関するものである。
【０００２】
さらに詳しくは、インク圧力室が高密度配置されている場合でも、隣接インク圧力室間でのインク圧力のクロストークを防止可能な静電式インクジェットヘッドの駆動方法に関するものである。
【０００３】
【従来の技術】
静電式インクジェットヘッドは、例えば、特開平２−２１９３５１号公報に開示されているように、インク流路を構成しているインク圧力室の底面に形成された共通電極としての振動板と、この振動板に対して僅な隙間を隔てて対峙している個別電極としての電極板とを有している。これらの対向電極間に駆動電圧を印加し静電力を作用させて振動板を撓ませることによりインク圧力室内の容積を変化させ、これにより生ずるインク圧力変動を利用して、インク圧力室に連通しているインクノズルからインク液滴を吐出させて記録を行うものである。
【０００４】
このような静電式インクジェットヘッドにおいて、出力画像の高品質化を図るためには多数のインクノズルを高密度配置する必要がある。このためには、各インクノズルが連通しているインク流路、すなわち、各インク圧力室も高密度配置する必要があり、この結果、インク圧力室間を仕切っている隔離壁も薄くする必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、インク圧力室間を仕切っている隔離壁が薄くなると、インク圧力室の内圧変動によって当該隔離壁も撓む可能性がある。すなわち、図６（ａ）に示すように、インク液滴の吐出を行う駆動インクノズル２１（３）が連通しているインク圧力室２２（３）の振動板２３（３）を個別電極２５（３）に吸引した場合、当該インク圧力室２２（３）の内圧変動によって隔離壁２４（２）、２４（３）が撓むおそれがある。
【０００６】
同様に、図６（ｂ）に示すように、インク吐出時においても、振動体２３（３）を個別電極２５（３）から離脱させた場合に、当該インク圧力室２２（３）の内圧変動によって隔離壁２４（２）、２４（３）が撓むおそれがある。
【０００７】
インク吐出時に隔離壁が撓んでしまうと、インク圧力室２２（３）に圧力損失が発生し、駆動インクノズル２１（３）から適切な量あるいは粒径のインク液滴が吐出されないおそれがある。
【０００８】
また、駆動インクノズル２１（３）に隣接している非駆動インクノズル２１（２）、２１（４）の側においては、隔離壁２４（２）、２４（３）が撓むことにより、当該非駆動インクノズル側のインク圧力室２２（２）、２２（４）に内圧変動が起き、場合によっては、僅かの量のインク液滴が不必要に吐出してしまうおそれもある。
【０００９】
さらには、このように隔離壁２４（２）、２４（３）を介して圧力変動が隣接インク圧力室に漏れるために、換言すると、圧力のクロストークが発生するために、一つのインクノズルにおいて、隣接インクノズルが同時に駆動される場合と、駆動されない場合とでは、インク圧力室内に発生する圧力変動状態が異なってしまう。この結果、一つのインクノズルのインク吐出特性（インク吐出速度、インク吐出量）が、隣接インクノズルの駆動状態に応じて変動して、印刷品位の低下を招くおそれもある。
【００１０】
本発明の課題は、このような問題点に鑑みて、インク圧力室間の隔離壁を撓ませることなくインク吐出動作を行い得るようにし、以て、高密度化してもインク圧力室間での圧力のクロストークを防止し、高精細で緻密な印字品位を容易に確保できる静電式インクジェットヘッドの駆動方法を提案することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は、隔離壁を挟んで互いに隣接する第１および第２のインク圧力室と、各インク圧力室にそれぞれ連通している第１および第２のインクノズルと、各インク圧力室の一部を規定している面外方向に弾性変位可能な第１および第２の振動板と、各振動板に対峙している第１および第２の個別電極とを有し、前記第１の振動板と前記第１の個別電極の間、および前記第２の振動板と前記第２の個別電極の間に、駆動電圧を印加して各振動板を弾性変位させることにより前記第１および第２のインクノズルからインク液滴を吐出させる静電式インクジェットヘッドの駆動方法において、前記第２の振動板を前記第２の個別電極の側に吸引して当該個別電極に吸着させる吸着工程と、前記第２の振動板を前記第２の個別電極に吸着させた状態で、前記第１の振動板を弾性変位させて前記第１のインクノズルからインク液滴の吐出を行わせる吐出工程とを含むことを特徴とする。
【００１２】
ここで、本発明の駆動方法では、前記吸引工程は、前記第１の振動板を前記第１の個別電極に吸引する工程と同時に行うようにしている。
【００１３】
また、本発明の駆動方法では、前記吐出工程の後に、前記第２の振動板を前記第２の個別電極から離脱させる離脱工程を含み、当該離脱工程では、前記第２のインクノズルからインク液滴が吐出することのない速度で前記第２の振動板を離脱させるようにしている。
【００１４】
本発明による静電式インクジェットヘッドの駆動方法においては、駆動側である第１のインクノズルからインク液滴が吐出されるときには、非駆動側である第２のインクノズルが連通している第２のインク圧力室の第２の振動板が第２の個別電極の側に吸引された状態とされる。従って、当該第２の振動板の弾性変位が拘束されてその剛性が高い状態に保持され、当該第２のインク圧力室のコンプライアンスが小さくなるように設定される。この結果、当該第２のインク圧力室と駆動側の第１のインク圧力室を仕切っている隔離壁の撓みが阻止され、当該隔離壁を介しての圧力のクロストークが防止あるいは抑制される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した静電式インクジェットヘッドの駆動方法を説明する。
（全体構成）
まず、図１〜３を参照して、本発明の駆動方法を適用可能な静電式インクジェットヘッドの構成を説明する。ここで、図１は本例の静電式インクジェットヘッドの横断面図であり、図２はその平面図であり、図３は縦断面図である。
【００１６】
これらの図に示すように、本例の静電式インクジェットヘッド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。
【００１７】
中央のシリコン基板２には、その表面からエッチングを施すことにより、独立した５つの細長いインク圧力室５（１）〜５（５）と、１つの共通インク室６と、この共通インク室６を各インク圧力室５（１）〜５（５）に連通しているインク供給口７としてそれぞれ機能する溝が加工されている。これらの溝がノズルプレート３によって塞がれ、各部分５、６、７が区画形成されている。各インク圧力室５（１）〜５（５）は、それぞれ隔離壁８（１）〜８（４）によって仕切られている。
【００１８】
また、インク供給口７に連通するように、共通インク室６の下面を規定する部分に、インク取入れ口１２が形成されている。したがって、インクは、外部のインクタンク（不図示）から、インク取入れ口１２を通って共通インク室６に供給され、さらにここから各インク供給口７を通って、独立した各インク圧力室５（１）〜５（５）に供給される。
【００１９】
ノズルプレート３には、各インク圧力室５（１）〜５（５）の先端側の部分に対応する位置、すなわち、インク供給口７とは反対側となる位置に、インクノズル１１（１）〜１１（５）が形成されており、これらがそれぞれ対応する各圧力室５（１）〜５（５）に連通している。
【００２０】
独立した各インク圧力室５（１）〜５（５）の底面は、薄肉で、面外方向、すなわち、図１において上下方向に弾性変位可能な振動板５１（１）〜５１（５）として機能するように設定されている（図においては振動板５１（１）のみを示してある。）。
【００２１】
次に、シリコン基板２の下側に位置しているガラス基板４において、シリコン基板２に接合されるその上面には、シリコン基板２の各圧力室５（１）〜５（５）の底面を規定している各振動板５１（１）〜５１（５）に対峙する位置に、浅くエッチングされた凹部９（１）〜９（５）がそれぞれ形成されている。各凹部９（１）〜９（５）の底面には振動板５１（１）〜５１（５）にそれぞれ対応する個別電極１０（１）〜１０（５）が形成されている。各個別電極１０（１）〜１０（５）は、それぞれ、ＩＴＯからなるセグメント電極１０ａと端子部１０ｂを有している。
【００２２】
ガラス基板４をシリコン基板２に接合することにより、各インク圧力室５の底面を規定している振動板５１（１）〜５１（５）と、対応する個別電極におけるセグメント電極１０ａとは、非常に狭い隙間Ｇを隔てて対向している。この隙間Ｇは、シリコン基板２とガラス基板４の間に配置された封止剤６０によって封止され、密閉状態とされている。
【００２３】
シリコン基板２には、共通電極端子２２が形成されており、ここと各個別電極１０（１）〜１０（５）との間に、駆動制御回路２１によって、駆動電圧パルスが印加される。シリコン基板２は導電性があるので、各振動板５１（１）〜５１（５）は共通電極として機能する。
【００２４】
振動板５１（１）〜５１（５）と個別電極１０（１）〜１０（５）の間に駆動電圧を印加することにより発生する静電力により、各振動板５１（１）〜５１（５）を個別電極側に吸引すると、振動板５１（１）〜５１（５）が弾性変位してセグメント電極１０ａの側に撓み、当該セグメント電極１０ａの表面に吸着する。この結果、インク圧力室５（１）〜５（５）の容積が拡大して、インク供給口７からインク圧力室５（１）〜５（５）にインクが供給される。
【００２５】
静電吸引力が解除されると、振動板５１（１）〜５１（５）はその弾性力によってセグメント電極１０ａの表面から離れて初期状態に復帰し、インク圧力室５（１）〜５（５）の容積が急激に減少する。このときインク圧力室内に発生するインク圧力振動により、インク圧力室内のインクの一部が、このインク圧力室５（１）〜５（５）に連通しているインクノズル１１からインク液滴として吐出される。
（駆動方法）
図４を参照して、本例のインクジェットヘッド１の駆動方法の概要を説明する。いま、インク液滴が吐出されるインクノズル（「駆動ノズル」と呼ぶ）がインクノズル１１（３）であるとする。また、この駆動ノズル１１（３）の両側に隣接しているインクノズル１１（２）、１１（４）はインク液滴の吐出が行われないインクノズル（「非駆動ノズル」と呼ぶ）であるとする。
【００２６】
本例の駆動方法では、まず、各インクノズル１１（２）〜１１（４）における振動板５１（２）〜５１（４）と個別電極１０（２）〜１０（４）の間に駆動電圧パルスを印加して、各振動板５１（２）〜５１（４）を同時に個別電極１０（２）〜１０（４）に吸引する。これにより、図４（ａ）に示すような各振動板５１（２）〜５１（４）の吸着状態が形成される。
【００２７】
次に、非駆動ノズル１１（２）、１１（４）の振動板５１（２）、５１（４）を個別電極１０（２）、１０（４）に吸着したままの状態で、駆動ノズル１１（３）の振動板５１（３）を個別電極１１（３）から素早く離脱させる。この結果、図４（ｂ）に示すように、当該振動板５１（３）が弾性復帰して、インク圧力室５（３）の容積が急激に減少して、駆動ノズル１１（３）からインク液滴が吐出する。
【００２８】
この後は、非駆動ノズル１１（２）、１１（４）の振動板５１（２）、５１（４）を個別電極１１（２）、１１（４）から離脱させる。この離脱速度は、非駆動ノズル１１（２）、１１（４）からインク液滴が吐出することのない遅い速度で行われる。以上の工程を経て、インク液滴の１回の吐出動作が終了する。
【００２９】
図５には、上記の動作を実現するために、共通電極である振動板と個別電極の間に印加される駆動電圧のパルス波形の一例を示してある。このような駆動電圧パルスは、駆動制御回路２１によって生成されるものである。
【００３０】
まず、図５（ｆ）には駆動電圧Ｖ３の基本電圧パルス波形を示してある。この基本電圧波形の１パルス毎に１回のインク液滴の吐出動作が行われる。例えば、時点ｔ１〜ｔ６の間、時点ｔ６〜ｔ１１の間がそれぞれ１回分の吐出サイクルである。これらの第１および第２の吐出サイクルが繰り返し実行される。この基本電圧波形パルスでは、その立ち上がり（時点ｔ１からｔ２の間）が急峻であり、その立ち下がり（時点ｔ４からｔ５の間）は緩やかな勾配とされている。
【００３１】
図４に示す３個のインクノズル１１（２）〜１１（４）を例にあげて説明すると、共通電極として機能する各振動板５１（２）〜５１（４）の印加電圧は、図５（ａ）に示すように、第１の吐出サイクルである時点ｔ１〜ｔ６では基本電圧波形と同一形状の電圧パルスとされ、次の第２の吐出サイクルである時点ｔ６〜ｔ１１では接地電位ＧＮＤに保持される。
【００３２】
駆動ノズル１１（３）の個別電極電位、すなわち振動板５１（３）の電位は、図５（ｂ）に示すように、第１の吐出サイクルにおいては、時点ｔ１から時点ｔ３までの間は接地電位に保持され、時点ｔ３において急峻に共通電極電位まで立ち上げられ、この後は、時点ｔ６まで共通電極電位と同一電位に保持される。また、第２の吐出サイクルにおいては、時点ｔ６において急峻に電位が立ち上げあれ、時点ｔ８まで高電位に保持され、この時点で急峻に接地電位まで立ち下げられ、以後時点ｔ１１まで接地電位に保持される。
【００３３】
この結果、駆動ノズル１１（３）における振動板５１（３）と個別電極１０（３）の電位差は、図５（ｃ）に示すように、第１の吐出サイクルにおける時点ｔ１〜ｔ３の間は正電位差状態に保持され、第２の吐出サイクルにおける時点ｔ６〜ｔ８の間は逆に負電位差状態に保持される。換言すると、振動板を個別電極に吸引する静電力が発生する。これら以外の時点では電位差無しの状態に保持され、静電力は発生しない。
【００３４】
よって、第１の吐出サイクルでは、時点ｔ１から振動板５１（３）が急激に個別電極１０（３）に向けて吸引され、そこに吸着された状態になり、時点ｔ３において振動板５１（３）が急激に個別電極１０（３）から離脱して弾性復帰する。この振動板の動作によって、駆動ノズル１１（３）からは、時点ｔ３から所定時間後の時点でインク液滴が吐出される。同様に、第２の吐出サイクルでは、時点ｔ６から振動板５１（３）が急激に個別電極１０（３）に向けて吸引され、そこに吸着された状態になり、時点ｔ８において振動板５１（３）が急激に個別電極１０（３）から離脱して弾性復帰する。この振動板の動作によって、駆動ノズル１１（３）からは、時点ｔ８から所定時間後の時点でインク液滴が吐出される。
【００３５】
なお、第１の吐出サイクルと第２の吐出サイクルで個別電極と共通電極の間の電位差の極性を反転させているのは、電位差の極性が常に同一であると、これらの電極間に電荷が蓄積して、所望の静電吸引力が得られなくなるおそれがあるからである。
【００３６】
これに対して、駆動ノズル１１（３）に隣接している非駆動ノズル１１（２）においては、第１の吐出サイクルでは、個別電極電位が図５（ｄ）に示すように、接地電位に保持され、第２の吐出サイクルでは、基本駆動電圧パルス波形と同一の電位状態とされる。すなわち、共通電極である振動板５１（２）における第１および第２の吐出サイクルにおける電位状態とは逆の状態に保持される。
【００３７】
この結果、非駆動ノズル１１（２）における振動板５１（２）と個別電極１０（２）の電位差状態は、図５（ｅ）に示すように、第１の吐出サイクルおよび第２の吐出サイクルにおいて、基本電圧波形と相似の状態となる。
【００３８】
従って、第１の吐出サイクルにおける時点ｔ１から振動板５１（２）が個別電極１０（２）に吸引されて、時点ｔ４までは吸着状態に保持される。この後は、電位差が徐々に減少する。すなわち、両電極間の放電が徐々に行われる。このために、時点ｔ４から時点ｔ５の間の位置で、振動板５１（２）の離脱が始まり、吸引時に比べて遅い速度で弾性復帰する。同様に、第２の吐出サイクルにおける時点ｔ６から振動板５１（２）が個別電極１０（２）に吸引されて、時点ｔ９までは吸着状態に保持される。この後は、電位差が徐々に減少する。すなわち、両電極間の放電が徐々に行われる。このために、時点ｔ９から時点ｔ１０の間の位置で、振動板５１（２）の離脱が始まり、吸引時に比べて遅い速度で弾性復帰する。
【００３９】
このように、非駆動ノズル１１（２）の側では、駆動ノズル１１（３）の側の振動板５１（３）の吸引動作と同期して振動板５１（２）の吸引動作が行われて、図４（ａ）に示すように全てのノズルが個別電極に吸着された状態になる。次に、この吸着状態において、駆動ノズル１１（３）からインク液滴が吐出される。この後は、非駆動ノズル１１（２）の側の振動板５１（２）は個別電極１０（２）から離脱して緩やかに弾性復帰する。この振動板の弾性復帰速度を調整することにより、当該振動板５１（２）の弾性復帰時に、非駆動ノズル１１（２）からインク液滴が吐出することを完全に阻止できる。
【００４０】
なお、非駆動ノズル１１（４）も非駆動ノズル１１（２）と同様に動作する。
【００４１】
以上のように、本例の静電式インクジェットヘッドの駆動方法においては、駆動ノズル１１（３）に隣接している非駆動ノズル１１（２）、１１（４）においても振動板５１（２）、５１（４）を個別電極１０（２）、１０（４）に吸着保持することにより、その剛性を高い状態に保持している。この結果、非駆動ノズルのインク圧力室５（２）、５（４）のコンプライアンスを小さくできる。
【００４２】
よって、コンプライアンスが小さい駆動ノズル側のインク圧力室５（３）と、同じくコンプラインスが小さい非駆動ノズル側のインク圧力室５（２）、５（４）とを仕切っている隔離壁８（２）、８（４）が、駆動ノズル側のインク圧力室の圧力変動によって撓んでしまうとを阻止あるいは抑制できる。
【００４３】
従って、隣接したインクノズルの駆動の有無にかかわらず、インク圧力室の圧力のクロストークを防止あるいは抑制できるので、インクジェットヘッドを高密度化して隔離壁が薄くなったとしても、その撓みに起因した各インクノズルのインク吐出特性の劣化を防止あるいは抑制できる。このために、本例の駆動方法を採用すれば、高精細で緻密な印刷品位を容易に確保できる。
【００４４】
なお、図５に示す駆動電圧波形は、本発明の駆動方法を実現するための一例であり、これとは異なる駆動形態を採用することも可能である。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の静電式インクジェットヘッドの駆動方法においては、駆動ノズルである第１のインクノズルの振動板だけでなく、隣接している非駆動ノズルである第２のインクノズルの振動板も個別電極に吸引して吸着状態とし、この吸着状態を保持しながら駆動ノズルからインク液滴を吐出するようにしている。
【００４６】
従って、非駆動ノズル側のインク圧力室のコンプライアンスも小さくできるので、駆動ノズルのインク圧力室と非駆動ノズルのインク圧力室を仕切っている隔離壁の変形を防止あるいは抑制できる。よって、隔離壁を介しての圧力のクロストークを防止あるいは抑制できるので、当該クロストークに起因したインク吐出特性の劣化を防止あるいは抑制できる。
【００４７】
この結果、本発明の駆動方法によれば、インクジェットヘッドの高密度化を、インク吐出特性の劣化を招くことなく実現できるので、高精細で緻密な印刷品位での印刷を容易に達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した静電式インクジェットヘッドの一例を示す概略縦断面図である。
【図２】図１に示す静電式インクジェットヘッドの概略平面構成図である。
【図３】図１に示す静電式インクジェットヘッドを直交する方向で切断した場合の概略横断面図である。
【図４】図１の静電式インクジェットヘッドの動作を示すための説明図である。
【図５】図４の動作を実現するための駆動電圧波形の一例を示すタイミングチャートである。
【図６】従来のインクジェットヘッドの駆動方法における不具合を説明するための説明である。
【符号の説明】
１    静電式インクジェットヘッド
２    シリコン基板
３    ノズルプレート
４    ガラス基板
５（１）〜５（５）    圧力室
６    共通インク室
７    インク供給口８（１）〜８（５）  隔離壁９（１）〜９（５）  凹部
１０（１）〜１９（５）    個別電極
１０ａ    セグメント電極
１０ｂ    端子部
１１（１）〜１１（５）    インクノズル
１２    インク取出し口
２１    電圧印加手段
２２    共通電極端子
５１（１）〜５１（５）    振動板
６０    封止剤
【図１】
0004003353.tif 000002
【図２】
0004003353.tif 000003
【図３】
0004003353.tif 000004
【図４】
0004003353.tif 000005
【図５】
0004003353.tif 000006
【図６】
0004003353.tif 000007