(57)【特許請求の範囲】
【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。
【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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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１〜３のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【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７−２１４７６９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を刻設し、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。
【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。
【００１３】
（３）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。
【００１５】
（４）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ＯＨＰ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５２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８１，８２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，７２ｃ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，７２ｂ，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５１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３０Ｖ又は６０Ｖの駆動電圧をかける。
【００３６】
このとき、各個別電極７２ａ，７２ｂ，７２ｃ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、３μｓ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２００μｍ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（１００）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Ｄ1 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１００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７０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５５が対向する位置及びこれに隣接する所定位置に、ＩＴＯ（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、ＳｉＦＨ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（ＳｉＦＨ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】
0003959837.tif 000002
【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７２ｂ，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５４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５１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１５００ｍ／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。また、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。
【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。
【０１１１】
請求項３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。
【０１１３】
請求項４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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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