(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出するノズルと、そのノズルに連通する流路と、その流路の壁面を形成する振動板と、その振動板に対向する対向電極とを有し、前記振動板を静電力で変形させて液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板が変形して振動板が接触可能な接触対向部とを有し、その接触対向部が振動板と同電位であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記接触対向部の表面とその接触対向部に接する振動板の表面とは電気的伝導性を有していることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板と前記接触対向部との間の距離が前記振動板と前記対向電極との間の距離よりも短くしたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
請求項３に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記接触対向部の高さが前記対向電極の高さよりも高いことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記接触対向部は振動板短手方向の略中央部に設けたことを特徴とする液滴滴吐出ヘッド。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記対向電極の表面側に絶縁層を設け、その絶縁層上に前記振動板が接する接触対向部を設けたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
請求項６に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記接触対向部は前記対向電極の振動板短手方向の略中央部に設けたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項８】
インク滴を吐出するインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置において、前記インクジェットヘッドが前記請求項１乃至７のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項９】
液滴吐出ヘッドを備えた画像形成装置において、前記液滴吐出ヘッドが前記請求項１乃至７のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
液滴吐出ヘッドから液滴を吐出する装置において、前記液滴吐出ヘッドが前記請求項１乃至７のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とする液滴を吐出する装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は液滴吐出ヘッド及びインクジェット記録装置、画像形成装置、液滴を吐出する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の画像記録装置（画像形成装置を含む。）に用いられるインクジェット記録装置における液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドとして、インク滴を吐出するノズルと、そのノズルに連通するインク流路（インク室、圧力室、吐出室、加圧室、加圧液室などとも称される。）と、そのインク流路の壁面を形成する第一電極を兼ねる振動板と、これに対向する対向電極（第二電極）とを備え、振動板を静電力で変形変位させてノズルからインク滴を吐出させる静電力型インクジェットヘッドが知られている。
【０００３】
ここで、従来の静電力型インクジェットヘッドにおいては、各ノズルから吐出される一回当たりのインク吐出量を一定に安定させ、印字品質を安定化させるために、その振動板と対向電極との間の微小ギャップ（隙間）の寸法精度を高精度にして、振動板の変位量を精度よく一定に制御し保たなければならないが、現状の技術では極めて難しい技術である。
【０００４】
また、静電気力を利用して振動板を変形変位させる静電力型では、圧電素子を利用して振動板を変形変位させる圧電型のものに比べて、同じ電圧で発生できる吐出圧力が非常に低く、しかも発生圧力は距離の逆数の二乗に比例するので、圧電型と同等の吐出圧力を得るには圧電型に比べて倍以上の非常に高い駆動電圧が必要となり、ヘッドコストも高くなる。
【０００５】
そのため、静電力型インクジェットヘッドにおいて、低電圧駆動を行うためには、振動板と対向電極との間のギャップをより小さくすることが好ましいことではあるが、ギャップをより小さくすると、より強い静電引力が働くため、変形した振動板が対向電極に接触し、ギャップ部において気体の絶縁破壊や電界放出などによる放電の大電流が瞬間的に流れ、対向電極を溶融したり、対向電極と振動板とが短絡を生じたりしてヘッドを破壊するおそれがある。
【０００６】
そこで、特開平７−２１４７６９号公報に記載されているように、振動板側の対向電極に対向する面側に酸化膜や窒化膜等の絶縁膜を設け、また、対向電極としてＩＴＯから成る酸化物導電体を使用し、振動板を絶縁膜を介して対向電極に当接させることにより、振動板の変位量を一定に安定化させ、ギャップ部での短絡によるヘッド破壊を回避するようにしている。
【０００７】
ところが、このようなヘッドにおいて、振動板と対向電極との間に電圧を印加し、絶縁膜を介して振動板を対向電極側へ当接させた場合、振動板側の絶縁膜、及び対向電極側の誘電体に電荷が残留し、その残留電荷が作り出す電界により振動板と対向電極との相対変位量が低下する。この相対変位量の低下は、インク滴の吐出量やインク滴の吐出速度の低下等を招き、吐出不良の原因となり、例えば印字濃度や画素ずれ等の印字品質不良や画素抜け等の信頼性の低下を招くという問題を有している。
【０００８】
そのため、更に同公報に記載されているように、上記残留電荷を除去しながらインク吐出を行うために、１滴のインク吐出動作毎に極性の異なる駆動電圧を交互に対向電極へ印加するように構成している。すなわち、極性の異なる駆動電圧を交互に対向電極へ印加することにより、各極性の電圧で振動板と対向電極との間に発生した残留電荷を打ち消し合うことが可能となり、その結果、振動板と対向電極との相対変位量を一定に保つことができ、安定したインク滴吐出動作を維持することが可能となるというものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の静電力型インクジェットヘッドにあっては、残留電荷を除去し安定したインク吐出を行うために、極性の異なる駆動電圧源を別に設けなければならないので、装置が大型化する。また、駆動回路に使用される他の素子の耐電圧としても、両極性分の電圧に耐えうる必要性があるため、インクを吐出させる駆動電圧値よりも倍の耐電圧を有した素子を使用しなければならず、駆動回路側のコストが高くなってしまうといった問題を抱えている。
【００１０】
さらに、対向電極へ極性の異なる駆動電圧を交互に印加することにより残留電荷を打ち消しあっているだけに過ぎず、本質的に残留電荷が未発生の状態となっているわけではない。
【００１１】
したがって、例えば、対向電極へ印加される駆動電圧信号は画像信号に応じて印加されるわけであるが、画像信号に依っては、片方の極性の駆動電圧ばかりで印字されるような画像パターンもあり、その場合には、各極性の電圧での残留電荷の蓄積量が異なり、各電圧極性での振動板と対向電極との相対変位量が徐々に低下して異なってくるため、やはり、前述したように安定したインク吐出動作を行うことが困難となり、印字品質不良が発生するという課題がある。
【００１２】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、安定した滴吐出動作を行うことができる液滴吐出ヘッド及び画像品質が安定し装置構成が簡単なインクジェット記録装置、画像形成装置、液滴を吐出する装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、振動板が変形したときに振動板が接する接触対向部を有し、その接触対向部は振動板と同電位である構成としたものである。なお、「振動板」とは振動する部分の意味であり、振動板が第一電極を兼ねる場合のほか、振動板とは別体で振動板に第一電極を形成したものも含む。
【００１４】
ここで、接触対向部の表面とその接触対向部に接する振動板の表面とは電気的伝導性を有していることが好ましい。また、振動板と接触対向部との間の距離が振動板と対向電極との間の距離より短いことが好ましい。この場合、接触対向部の高さを対向電極の高さよりも高くすることができる。さらに、接触対向部は振動板短手方向の略中央部に設けることが好ましい。
【００１５】
また、対向電極の表面側に絶縁層を設け、この絶縁層上に振動板が接触する接触対向部を設けることができる。この場合、接触対向部は対向電極の振動板短手方向の略中央部に設けることが好ましい。
【００１６】
本発明に係るインクジェット記録装置は、液滴を吐出するインクジェットヘッドとして本発明に係る液滴吐出ヘッドを用いたものである。
本発明に係る画像形成装置、液滴を吐出する装置は、本発明に係る液滴吐出ヘッドを備えたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドの分解斜視説明図、図２は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図、図３は同ヘッドの振動板短手方向の要部拡大断面図である。
【００１８】
このインクジェットヘッドは、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板、ＳＯＩ基板などのシリコン基板等を用いた第一基板である振動板／液室基板１と、この振動板／液室基板１の下側に設けたシリコン基板、パイレックスガラス基板、セラミックス基板等を用いた第二基板である電極基板２と、振動板／液室基板１の上側に設けた第三基板であるノズル板３とを備え、インク滴を吐出する複数のノズル４、各ノズル４が連通するインク流路である吐出室６、各吐出室６にインク供給路を兼ねた流体抵抗部７を介して連通する共通液室８などを形成している。
【００１９】
振動板／液室基板１にはノズル４が連通する複数の吐出室６及びこの吐出室６の壁面である底部をなす振動板１０（電極を兼ねている）を形成する凹部を形成し、ノズル板３にはノズル４となる孔及び流体抵抗部７を形成する溝を形成し、また振動板／液室基板１と電極基板２には共通液室８を形成する貫通部を形成している。
【００２０】
ここで、振動板／液室基板１は、例えば単結晶シリコン基板を用いた場合、予め振動板厚さにボロンを注入してエッチングストップ層となる高濃度ボロン層を形成し、電極基板２と接合した後、吐出室６となる凹部をＫＯＨ水溶液などのエッチング液を用いて異方性エッチングすることにより、このとき高濃度ボロン層がエッチングストップ層となって振動板１０が高精度に形成される。また、多結晶シリコン基板で振動板１０を形成する場合は、液室基板上に振動板となる多結晶シリコン薄膜を形成する方法、または、予め電極基板２を犠牲材料で平坦化し、その上に多結晶シリコン薄膜を成膜した後、犠牲材料を除去することで形成できる。
【００２１】
なお、振動板１０に別途第一電極となる電極膜を形成してもよいが、上述したように不純物の拡散などによって振動板が電極を兼ねるようにしている。また、振動板１０の電極基板２側の面に絶縁膜を形成することもできる。この絶縁膜としてはＳiＯ2等の酸化膜系絶縁膜、Ｓi3Ｎ4等の窒化膜系絶縁膜などを用いることができる。絶縁膜の成膜は、振動板表面を熱酸化して酸化膜を形成したり、成膜手法を用いたりすることができる。
【００２２】
また、電極基板２にはパイレックスガラス（硼珪酸系ガラス）基板を用いて、このパイレックスガラス基板に凹部１４を形成して、この凹部１４底面に振動板１０に対向する対向電極１５ａ、１５ｂを設け、振動板１０と対向電極１５ａ、１５ｂとの間にギャップ１６を形成し、これらの振動板１０と対向電極１５ａ、１５ｂとによってアクチュエータ部（エネルギー発生手段）を構成している。このとき、凹部１４の深さはギャップ１６の長さを規定することになる。なお、電極基板２にはセラミック基板、シリコン基板なども用いることもでき、導電性を有するシリコン基板を用いた場合には酸化層を形成して、この酸化層に凹部１４を形成する。
【００２３】
対向電極１５ａ、１５ｂ表面にはＳiＯ2膜などの酸化膜系絶縁膜、Ｓi3Ｎ4膜などの窒化膜系絶縁膜からなる誘電絶縁膜１７を成膜している。なお、上述したように対向電極１５ａ、１５ｂ表面に絶縁膜１７を形成しないで、振動板１０側に絶縁膜を形成することもできる。
【００２４】
また、電極基板２の対向電極１５ａ、１５ｂとしては、金、或いは、通常半導体素子の形成プロセスで一般的に用いられるＡｌ、Ｃｒ、Ｎｉ等の金属材料や、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ等の高融点金属、または不純物により低抵抗化した多結晶シリコン材料などを用いることができる。
【００２５】
さらに、電極基板２の凹部１４内には、図３に示すように、振動板短手方向の略中央部で対向電極１５ａと電極１５ｂとの間に、振動板１０が変形したときに接触する接触対向部１８を設けている。この接触対向部１８は対向電極１５ａ、１５ｂと同工程で凹部１４の底面に形成したものである。この接触対向部１８の表面にも誘電絶縁膜１７を形成している。
【００２６】
さらに、接触対向部１８と振動板／液室基板１の振動板１０とが当接したときに同電位となるように配線１９で相互に接続し、更に振動板１０側が電気的にＧＮＤ（接地）電位となるように配線１９は接地している。ただし、接触対向部１８と振動板／液室基板１の振動板１０とが当接したときに同電位となるのであれば、接地する必要はなく、ある電位に接続されていても良い。
【００２７】
これらの振動板／液室基板１と電極基板２との接合は陽極接合で行っている。陽極接合は、基板間に電圧（−３００Ｖ〜−５００Ｖ程度）を印加することで比較的低温（３００℃〜４００℃）で精密な接合を行うことができる。
【００２８】
このような陽極接合を確実に行うには、基板の接合界面で基板同士の共有結合が生じるように振動板／液室基板（第１基板１）、或いは電極基板（第２基板）２のどちらかがアルカリイオンを多く含む基板であることが必要があり、また、接合する際、熱応力による基板同士の歪みが少なくなるように基板同士の熱膨張係数が比較的一致している材料を選択することが好ましい。
【００２９】
ここでは、上記のように第１基板１に単結晶のシリコン基板を使用し、第２基板２にＮａ等のアルカリイオンを多く含み、シリコン基板と比較的熱膨張係数が一致するパイレックスガラス（硼珪酸系ガラス）基板を使用するため、基板同士の熱歪みの少ない確実な接合が得られる。
【００３０】
なお、電極基板２がシリコンで形成される場合、酸化膜を介した直接接合法を用いることができる。この直接接合は１０００℃程度の高温化で実施する。また、電極基板２をシリコンで形成して、陽極接合を行う場合には、電極基板２と振動板／液室基板１との間にパイレックスガラスを成膜し、この膜を介して陽極接合を行うこともできる。さらに、振動板／液室基板１と電極基板２にシリコン基板を使用して金等のバインダーを接合面に介在させた共晶接合で接合することもできる。
【００３１】
ノズル板３には、多数のノズル４を形成するとともに、共通液室８と吐出室６を連通するための流体抵抗部７を形成する溝部を形成している。ここでは、インク吐出面（ノズル表面側）には撥水性皮膜を成膜している。このノズル板３にはステンレス基板を用いているが、この他、エレクトロフォーミング（電鋳）工法によるニッケルメッキ膜、ポリイミド等の樹脂にエキシマレーザー加工をしたもの、金属プレートにプレス加工で穴加工をしたもの等でも用いることができる。
【００３２】
また、撥水性皮膜は、フッ素系樹脂微粒子であるポリテトラフルオロエチレン微粒子を分散させた電解又は無電解ニッケル共析メッキ（ＰＴＦＥ−Ｎi共析メッキ）によるメッキ皮膜で形成することができる。
【００３３】
このインクジェットヘッドではノズル４を二列配置し、この各ノズル４に対応して吐出室６、振動板１０、対向電極１５なども二列配置し、各ノズル列の中央部に共通液室８を配置して、左右の吐出室６にインクを供給する構成を採用している。これにより、簡単なヘッド構成で多数のノズルを有するマルチノズルヘッドを構成することができる。
【００３４】
そして、対向電極１５ａは外部に延設して接続部（電極パッド部）１５Ａとし、これにヘッド駆動回路であるドライバＩＣ２０をＦＰＣケーブル２１上へのフリップチップボンドによって実装し，そのＦＰＣケーブル２１とインクジェットヘッドとを異方性導電膜などを介して接続している。このとき、電極基板２とノズル板３との間（ギャップ１６入口）はエポキシ樹脂等の接着剤を用いたギャップ封止剤２２にて気密封止し、ギャップ１６内に湿気が侵入して振動板１０が変位しなくなるのを防止している。
【００３５】
さらに、インクジェットヘッド全体をフレーム部材２５上に接着剤で接合している。このフレーム部材２５にはインクジェットヘッドの共通液室８に外部からインクを供給するためのインク供給穴２６を形成しており、またＦＰＣケーブル２１等はフレーム部材２５に形成した穴部２７に収納される。
【００３６】
このフレーム部材２５とノズル板３との間はエポキシ樹脂等の接着剤を用いたギャップ封止剤２８にて封止し、撥水性を有するノズル板３表面のインクが電極基板２やＦＰＣケーブル２１等に回り込むことを防止している。
【００３７】
そして、このヘッドのフレーム部材２５にはインクカートリッジとのジョイント部材３０が連結されて、フレーム部材２５に熱融着したフィルタ３１を介してインクカートリッジからインク供給穴２６を通じて共通液室８にインクが供給される。
【００３８】
次に、このように構成したインクジェットヘッドの動作について図４をも参照して説明する。
このインクジェットヘッドの対向電極１５ａ、１５ｂにドライバＩＣ２０によって正のパルス電圧（駆動波形）を印加すると、対向電極１５ａ、１５ｂの表面がプラス電位に帯電し、対応する振動板１０の下面はマイナス電位に帯電する。したがって、振動板１０は静電気の吸引作用により下方（対向電極１５ａ、１５ｂ側）へ撓む。
【００３９】
ここで、振動板１０に発生する静電吸引力の大きさＰは、（１）式のように表される。ただし、εは振動板１０と対向電極１５ａ、１５ｂとの間に存在する空気の誘電率、Ｓは振動板１０と対向電極１５ａ、１５ｂとの間に働く静電気力の有効面積、Ｖは対向電極１５ａ、１５ｂに印加する駆動電圧、ｄは振動板１０と対向電極１５ａ、１５ｂとの間の実効的なギャップ距離を表わす。
【００４０】
【数１】
0003902716.tif 000002
【００４１】
ここで、実効的なギャップ距離ｄとは、（２）式のような関係を意味し、振動板１０と対向電極１５ａ、１５ｂとの間に空気以外の誘電率を有する物質が介在する場合には、ｄは（２）式のように表わされる。但し、（２）式において、ｄaは振動板１０と対向電極１５ａ、１５ｂとの間に存在する空隙の距離、ｄεは振動板１０と対向電極１５ａ、１５ｂとの間に存在する誘電絶縁層１７の厚み、εrは誘電絶縁層１７の比誘電率を表わす。
【００４２】
【数２】
0003902716.tif 000003
【００４３】
すなわち、振動板１０と対向電極１５ａ、１５ｂとの間に、ある誘電率を有する物質を介在させると、（２）式のように、その介在させた誘電物質の厚みｄεとその誘電物質が有する比誘電率εrを変化させることによって、振動板１０と対向電極１５ａ、１５ｂとの間に発生する電界強度Ｅ（すなわちＥ＝Ｖ／ｄ）と、それによって生じる静電吸引力Ｐの大きさが変化するということである。したがって、（１）式に示されるように静電吸引力Ｐは、振動板１０と対向電極１５ａ、１５ｂとの間の実効的なギャップ距離ｄが小さいほど振動板１０に大きな静電引力が働くこととなる。
【００４４】
そこで、このインクジェットヘッドを駆動するときには、図４に示すように、振動板１０が対向する対向電極１５ａ、１５ｂ方向へ撓み、最終的には振動板１０が凹（段）部１４内に配置され、振動板１０と同電位である接触対向部１８に接触するまで変形変位する駆動波形を印加する。
【００４５】
従来のインクジェットヘッドにあっては、この振動板が駆動電圧Ｖの印加されている対向電極へ接触した瞬間に、振動板と対向電極との間に発生している電位差が主たる原因で残留電荷が発生していることが、実験上、判明した。そこで、本発明では、振動板１０が凹（段）部１４内で主に接触する部分に予め接触対向部１８を配置し、その接触対向部１８を予め電気的に振動板１０側の電位と同電位となるように構成しておくことにより、本質的に残留電荷の発生を未然に防止することができる。
【００４６】
次に、対向電極１５ａ、１５ｂへのパルス電圧の印加をＯＦＦすると、上記のようにして撓んだ振動板１０が復元し、吐出室６内の圧力が急激に上昇するため、ノズル４よりインク液滴が形成され、記録紙に向けてインク吐出が行われる。そして、さらに、再び、対向電極１５ａ、１５ｂへパルス電圧をＯＮすると、振動板１０が再び対向する対向電極１５ａ、１５ｂ、及び接触対向部１８の方向へ撓むので、インクが共通液室８より流体抵抗部７を通じて吐出室６内に補給されるようになる。
【００４７】
このように、振動板１０が変形して対向する対向電極１５ａ、１５ｂ側へ接触する際、予め第２基板２の凹（段）部１４内に振動板１０の接触対向部１８を配置し、また、その接触対向部１８を予め振動板１０側の電位と電気的に同電位としておくことにより、残留電荷の発生を未然に防止することができ、また、残留電荷の発生が無いため片方の極性の駆動電圧のみでもインク滴吐出不良の無い安定したインク滴吐出動作を行うことができるようになる。
【００４８】
なお、この場合、駆動電圧が印加される対向電極１５ａ、１５ｂと振動板１０の接触対向部１８との間でも電位差が発生するので、対向電極１５ａ、１５ｂと振動板１０の接触対向部１８との間で電界放出等による放電や短絡等が生じないよう十分な電気的な絶縁処理を施している。
【００４９】
これを確認するため、上記構成のインクジェットヘッドを使用し、第１基板１の上側にステンレス製の第３基板３をエポキシ系接着剤にて接合し、ドライバＩＣ２０等を接続して対向電極１５ａ、１５ｂにパルス状のプラス（正）電圧のみの片極性の電圧を印加して、作製したインクジェットヘッドの印字試験を行った。同様に、比較例として、接触対向部１８を持たないインクジェットヘッドも製作して同様の印字試験を行った。
【００５０】
この試験結果によると、従来の接触対向部１８を持たないインクジェットヘッドにあっては、振動板１０と対向電極との間で僅か数分の間に徐々に残留電荷が蓄積し、インク滴の吐出不良等が発生して極めてインク滴吐出状態が不安定であったのに対し、上記第１実施形態のインクジェットヘッドでは、片極性のプラス（正）電圧のみで数時間以上もの間、繰り返し安定してインク吐出することが可能となり、印字品質が安定することが確認された。
【００５１】
また、片極性のプラス（正）電圧のみでインク滴吐出駆動することが可能となったことから、従来に比較して駆動回路の装置構成がより簡易で小型となり、また、回路コストも３０％以上も安価にすることができた。
【００５２】
次に、本発明の第２実施形態に係るインクジェットヘッドについて図５を参照して説明する。なお、同図は図４と同様な振動板変形時の振動板短手方向の要部拡大説明図である。
【００５３】
このインクジェットヘッドでは、前述したような振動板１０の接触対向部として、第２基板２の凹（段）部１４内に二ヵ所に接触対向部１８ａ、１８ｂを配置し、また、駆動電圧を印加するための対向電極として、凹部１４内に三ヶ所に接触対向部１８ａ、１８ｂを振動板短手方向で挟んで対向電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃを配置している。
【００５４】
そして、電極を保護するためのＳｉＯ２等の誘電絶縁層１７の厚みを接触対向部１８ａ、１８ｂ上と対向電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃ上とで異ならせて、接触対向部１８ａ、１８ｂ上の方が厚くなるように形成している。また、接触対向部１８ａ、１８ｂを予め振動板１０側の電位と電気的に同電位としていることは前記実施形態と同様である。
【００５５】
この構成のインクジェットヘッドにおいても、上記のとおり接触対向部１８ａ、１８ｂを予め振動板１０側の電位と電気的に同電位としているので、振動板１０が接触対向部１８ａ、１８ｂに接触することで、本質的に残留電荷の発生を未然に防止することができる。
【００５６】
これに加えて、本実施形態の場合、第１実施形態のヘッドに比べて振動板１０からの接触対向部１８ａ、１８ｂまでの距離の方が電圧印加される対向電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃまでの距離よりも、より短くなっているため、振動板１０が電圧印加される対向電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃにより確実に接触し難くなっており、結果としてより確実に残留電荷の発生を防止でき、より信頼性の高い安定したインク滴吐出動作を行うことができる。
【００５７】
これを確認するため、このインクジェットヘッドを使用し、第１基板１の上側にステンレス製の第３基板３をエポキシ系接着剤にて接合し、ドライバＩＣ２０等を接続して対向電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃにパルス状のプラス（正）電圧のみの片極性の電圧を印加して、作製したインクジェットヘッドの印字試験を行った。
【００５８】
この試験結果によれば、第１実施形態のヘッドにおいては、時折、残留電荷の発生のためにインク滴吐出不良が生じるヘッドがあったのに対し、この第２実施形態のインクジェットヘッドでは、残留電荷によるインク滴吐出不良となるヘッドの発生はなく、歩留まりが向上し、より安定したインク吐出駆動をすることが可能となることを確認できた。
【００５９】
次に、本発明の第３実施形態に係るインクジェットヘッドについて図６を参照して説明する。なお、同図も図４と同様な振動板変形時の振動板短手方向の要部拡大説明図である。
【００６０】
このインクジェットヘッドでも、前述したような振動板１０の接触対向部として、第２基板２の凹（段）部１４内に二ヵ所に接触対向部１８ａ、１８ｂを配置し、また、駆動電圧を印加するための対向電極として、凹部１４内に三ヶ所に接触対向部１８ａ、１８ｂを振動板短手方向で挟んで対向電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃを配置している。
【００６１】
そして、第２実施形態と同じく振動板１０からの接触対向部１８ａ、１８ｂまでの距離の方を振動板１０から電圧印加される対向電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃまでの距離よりもより短くするために、凹（段）部１４内に凸部１４ａ、１４ｂを二ヵ所に形成し、この凸部１４ａ、１４ｂ上に上記振動板１０が接する接触対向部１８ａ、１８ｂを設けている。ここで、接触対向部１８ａ、１８ｂの表面側の材質としては、電極となるような電気的伝導性を有する材質（金属等）のもので形成している。
【００６２】
このインクジェットヘッドでは、前記第１、第２実施形態のヘッドに比べてその接触対向部１８ａ、１８ｂの表面側に前記のような誘電絶縁層１７が無く、金属等の電気的伝導性を有する材質のもので形成されている。
【００６３】
したがって、例えば、ヘッドの製造途中で何らかの原因により初めから誘電絶縁層１７上に電荷が初期帯電するような場合でも、このヘッドであれば、接触対向部１８ａ、１８ｂが予め比較的抵抗の低い電気伝導性を有する材質のもので形成されているので、接触対向部１８ａ、１８ｂ上に初めから電荷が帯電しているようなことは発生しない。また、残留電荷に対してもより確実に効果的に発生の防止をすることができる。
【００６４】
次に、本発明の第４実施形態に係るインクジェットヘッドについて図７を参照して説明する。なお、同図も図４と同様な振動板変形時の振動板短手方向の要部拡大説明図である。
【００６５】
このインクジェットヘッドでも、前述したような振動板１０の接触対向部として、第２基板２の凹（段）部１４内に二ヵ所に接触対向部１８ａ、１８ｂを配置し、また、駆動電圧を印加するための対向電極として、凹部１４内に三ヶ所に接触対向部１８ａ、１８ｂを振動板短手方向で挟んで対向電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃを配置している。
【００６６】
そして、第３実施形態と同じく振動板１０からの接触対向部１８ａ、１８ｂまでの距離の方を振動板１０から電圧印加される対向電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃまでの距離よりもより短くするために、接触対向部１８ａ、１８ｂそれ自体の全体を金属等の前記電気的伝導性を有する材質のもので構成し、その厚み自体を電圧印加される対向電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃの厚みよりも厚くするように形成している。
【００６７】
したがって、このインクジェットヘッドでは、第３実施形態のヘッドに比べて構成が簡易となり、容易に作製可能な構成で第３実施形態と同様な効果が得られる。
【００６８】
このインクジェットヘッドを使用し、第１基板１の上側にステンレス製の第３基板３をエポキシ系接着剤にて接合し、ドライバＩＣ２０等を接続して対向電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃにパルス状のプラス（正）電圧のみの片極性の電圧を印加して、作製したインクジェットヘッドの印字試験を行った。
【００６９】
この試験結果によれば、第２実施形態のヘッドにおいては、製造途中での初期帯電によるインク滴吐出不良となるヘッドが発生していたのに対し、この第４実施形態のインクジェットヘッドでは、製造途中での初期帯電によるインク滴吐出不良となるヘッドの発生はなく、歩留まりが向上し、より安定したインクジェットヘッドの製作が可能になることを確認できた。また、ヘッド構成がより簡易となり、容易に作製可能となったので、ヘッドの生産効率が向上するようになった。
【００７０】
次に、本発明の第５実施形態に係るインクジェットヘッドについて図８を参照して説明する。なお、同図も図４と同様な振動板変形時の振動板短手方向の要部拡大説明図である。
【００７１】
このインクジェットヘッドでは、前記第１実施形態と同様に、振動板１０の接触対向部１８を第２基板２の凹（段）部１４内で振動板短手方向略中央部に設け、また、駆動電圧を印加するための対向電極として、凹部１４内に二ヶ所に接触対向部１８を振動板短手方向で挟んで対向電極１５ａ、１５ｂを配置している。
【００７２】
さらに、第２実施形態と同様に、振動板１０と接触対向部１８までの距離の方を振動板１０と電圧印加される対向電極１５ａ、１５ｂまでの距離よりも短くするため、接触対向部１８を保護するための誘電絶縁層１７の厚みを接触対向部１８上の方が対向電極１５ａ、１５ｂ上の絶縁層１７より厚くなるように形成している。
【００７３】
このように構成した場合、第２、第３実施形態のヘッドに比べてより簡易な構成で確実に安定して残留電荷の発生を未然に防止する効果が十分得られる。
【００７４】
次に、本発明の第６実施形態に係るインクジェットヘッドについて図９を参照して説明する。なお、同図も図４と同様な振動板変形時の振動板短手方向の要部拡大説明図である。
【００７５】
このインクジェットヘッドでも、前記第１実施形態と同様に、振動板１０の接触対向部１８を第２基板２の凹（段）部１４内で振動板短手方向略中央部に設け、また、駆動電圧を印加するための対向電極として、凹部１４内に二ヶ所に接触対向部１８を振動板短手方向で挟んで対向電極１５ａ、１５ｂを配置している。そして、振動板１０の接触対向部１８表面側に誘電絶縁層１７を形成している。
【００７６】
このように構成した場合、第２、第３実施形態のヘッドに比べてより簡易な構成で確実に安定して残留電荷の発生を未然に防止する効果が十分得られる。
【００７７】
次に、本発明の第７実施形態に係るインクジェットヘッドについて図１０を参照して説明する。なお、同図も図４と同様な振動板変形時の振動板短手方向の要部拡大説明図である。
【００７８】
このインクジェットヘッドでも、前記第１実施形態と同様に、振動板１０の接触対向部１８を第２基板２の凹（段）部１４内で振動板短手方向略中央部に設け、また、駆動電圧を印加するための対向電極として、凹部１４内に二ヶ所に接触対向部１８を振動板短手方向で挟んで対向電極１５ａ、１５ｂを配置している。
【００７９】
さらに、第３実施形態と同様に、振動板１０と接触対向部１８までの距離の方を振動板１０と電圧印加される対向電極１５ａ、１５ｂまでの距離よりも短くするため、振動板１０と接触対向部１８との間の距離の方を振動板１０と電圧印加される対向電極１５ａ、１５ｂとの間の距離よりもより短くするため、凹（段）部１４内に凸部１４ａを一ヵ所設け、その凸部１４ａ上に金属等の電気的伝導性を有する材質の接触対向部１８を形成している。
【００８０】
このように構成した場合、第２、第３実施形態のヘッドに比べてより簡易な構成で確実に安定して残留電荷の発生を未然に防止する効果が十分得られる。
【００８１】
これらの各実施形態において、複数のノズルのヘッドの対向電極１５ａ、１５ｂと振動板１０の接触対向部１８とを第２基板２上に配置する場合には、図１１に示すように各ヘッドの対向電極１５ａ、１５ｂと振動板１０の接触対向部１８を第２基板２上に図のようにパターン形成し、各接触対向部１８を同図に示すようにパターン形成された配線４０で結線することにより、複数のノズルにおいても残留電荷の発生を防止しながら、安定したインク吐出駆動を行うことが可能となる。
【００８２】
次に、本発明の第８実施形態に係るインクジェットヘッドについて図１２を参照して説明する。なお、同図も図４と同様な振動板変形時の振動板短手方向の要部拡大説明図である。
【００８３】
このインクジェットヘッドでは、振動板１０が接触する接触対向部１８を第２基板２の凹（段）部１４内において図示のように駆動電圧を印加するための対向電極１５の表面上に誘電絶縁層１７を介して設置している。また、前記と同様に接触対向部１８は振動板１０の振動板短辺方向に対してほぼ中央部に一ヵ所設けている。この場合、振動板１０の接触対向部１８は対向電極１５表面上に誘電絶縁層１７を介して形成するので、必然的に振動板１０と接触対向部１８との間の距離の方が振動板１０と電圧印加される対向電極１５との間の距離よりも短くなる。
【００８４】
このように構成した場合、前記第２、第３実施形態のヘッドに比べてより簡易な構成で容易に作製可能となり、また、より確実に安定して残留電荷の発生を未然に防止する効果が得られる。
【００８５】
このインクジェットヘッドを使用し、第１基板１の上側にステンレス製の第３基板３をエポキシ系接着剤にて接合し、ドライバＩＣ２０等を接続して対向電極１５にパルス状のプラス（正）電圧のみの片極性の電圧を印加して、作製したインクジェットヘッドの印字試験を行った。
【００８６】
この試験結果によれば、第２、第３実施形態のヘッドにおいては、製造途中においてヘッド不良によりＮＧとなるヘッドが発生していたのに対し、この実施形態のヘッドでは、ヘッド不良によるＮＧが減少し、ヘッドの歩留まりがより向上し、より安定したインクジェットヘッドを得ることができた。また、ヘッド構成がより簡易となり、より容易に作製可能となったため、ヘッドの生産効率が向上するようになった。
【００８７】
次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドから液滴を吐出する装置を含む、本発明に係る画像形成装置としてのインクジェット記録装置の機構部の概要について図１３を参照して簡単に説明する。このインクジェット記録装置は、両側の側板５１，５２間に主支持ガイドロッド５３及び従支持ガイドロッド５４を略水平な位置関係で横架し、これらの主支持ガイドロッド５３及び従支持ガイドロッド５４でキャリッジ５５を主走査方向に摺動自在に支持している。
【００８８】
キャリッジ８には、それぞれイエロー（Ｙ）インク、マゼンタ（Ｍ）インク、シアン（Ｃ）インク、ブラック（Ｂｋ）インクをそれぞれ吐出する４個の本発明に係るインクジェットヘッドからなるヘッド５６ｙ，５６ｍ，５６ｃ，５６ｋを、その吐出面（ノズル面）を下方に向けて搭載し、またキャリッジ５５にはヘッド５６（符号「５６」は、「５６ｙ，５６ｍ，５６ｃ，５６ｋ」のいずれか又は総称である。）の上側に４個のヘッド５６に各々インクを供給するための各色のインク供給体である４個のインクカートリッジ５７（符号「５７」は、「５７ｙ，５７ｍ，５７ｃ，５７ｋ」のいずれか又は総称）を交換可能に搭載している。
【００８９】
そして、キャリッジ５５は主走査モータ５８で回転される駆動プーリ（駆動タイミングプーリ）５９と従動プーリ（アイドラプーリ）６０との間に張装したタイミングベルト６１に連結して、主走査モータ５８を駆動制御することによってキャリッジ５５、即ち４個のヘッド５６を主走査方向に移動するようにしている。
【００９０】
また、側板５１，５２をつなぐ底板６２上にサブフレーム６３，６４を立設し、このサブフレーム６３，６４間に用紙６６を主走査方向と直交する副走査方向に送るための搬送ローラ６５を回転自在に保持している。そして、サブフレーム６４側方に副走査モータ６７を配設し、この副走査モータ６７の回転を搬送ローラ６５に伝達するために、副走査モータ６７の回転軸に固定したギヤ６８と搬送ローラ６５の軸に固定したギヤ６９とを備えている。
【００９１】
さらに、側板５１とサブフレーム６２との間には、ヘッド５６の信頼性維持回復機構（以下、「サブシステム」という。）７１を配置している。サブシステム７１は、各ヘッド５６の吐出面をキャッピングする４個のキャップ手段７２をホルダ７３で保持し、このホルダ７３をリンク部材７４で揺動可能に保持して、キャリッジ５５の主走査方向の移動でホルダ７３に設けた係合部７５にキャリッジ５５が接触することで、キャリッジ５５の移動に従ってホルダ７３がリフトアップしてキャップ手段７２でヘッド５６の吐出面をキャッピングし、キャリッジ５５が印写領域側へ移動することで、キャリッジ５５の移動に従ってホルダ７３がリフトダウンしてキャップ手段７２がヘッド５６の吐出面から離れるようにしている。
【００９２】
なお、キャップ手段７２は、それぞれ吸引チューブ７６を介して吸引ポンプ７７に接続すると共に、大気開放口を形成して、大気開放チューブ及び大気開放バルブを介して大気に連通している。また、吸引ポンプ７７は吸引した廃液（廃インク）をドレインチューブ等を介して廃液貯留槽に排出する。
【００９３】
さらに、ホルダ７３の側方には、ヘッド５６の吐出面５６ａをワイピングする繊維部材、発泡部材或いはゴム等の弾性部材からなるワイピング手段であるワイパブレード８０をブレードアーム８１に取付け、このブレードアーム８１は揺動可能に軸支し、図示しない駆動手段で回動されるカムの回転によって揺動させるようにしている。
【００９４】
このように構成したこの記録装置では、ヘッド５６（キャリッジ５５）を主走査方向に移動走査させながら、用紙６６を副走査方向に搬送して、各ヘッドのノズルから所要の色のインク滴を吐出させることによって、用紙６６上に所要のカラー画像（モノクロ画像を含む。）を記録する。
【００９５】
このとき、前述したように本発明に係るインクジェットヘッドは、残留電荷の発生がなく、安定したインク滴吐出動作を行うことができるとともに、片極性の駆動波形でインク滴吐出動作を行うことができるので、駆動回路の構成が簡単になり、装置構成が簡易で、小型化を図れる。
【００９６】
なお、上記実施例においては、本発明を振動板変位方向とインク滴吐出方向が同じになるサイドシュータ方式のインクジェットヘッドに適用したが、振動板変位方向とインク滴吐出方向と直交するエッジシュータ方式のインクジェットヘッドにも同様に適用することができる。さらに、インクジェットヘッドだけでなく液体レジスト等を吐出させる液滴吐出ヘッドなどにも適用できる。また、前述したようにプリンタ、ファクシミリ、プロッタ等の画像形成装置及び液滴を吐出する装置にも本発明を適用することができる。
【００９７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、振動板が変形したときに振動板が接する接触対向部を有し、この接触対向部は振動板と同電位であるので、残留電荷が発生せず、安定した滴吐出動作を行うことができる。
【００９８】
ここで、接触対向部の表面とその接触対向部に接する振動板の表面とは電気的伝導性を有していることで、片極性の駆動波形でもより確実に残留電荷の発生を防止することができ、ヘッドの歩留まりが向上し、より安定したヘッドの製作が可能になる。
【００９９】
また、振動板と接触対向部との間の距離を振動板と対向電極との間の距離より短くすることで、片極性の駆動波形でもより確実に残留電荷の発生を防止することができ、より信頼性を向上できる。この場合、接触対向部の高さを対向電極の高さよりも高くすることで、より容易に残留電荷の発生を防止したヘッドを得ることができる。さらに、接触対向部は振動板短手方向の略中央部に設けることで、より容易に残留電荷の発生を防止したヘッドを得ることができる。
【０１００】
また、対向電極の表面側に絶縁層を設け、この絶縁層上に振動板が接する接触対向部を設けることで、より簡易な構成で確実に残留電荷の発生を防止でき、安定したヘッドを効率的に製作することが可能になる。この場合、接触対向部は対向電極の振動板短手方向の略中央部に設けることで、より簡易な構成で確実に残留電荷の発生を防止できる。
【０１０１】
本発明に係るインクジェット記録装置によれば、インク滴を吐出するインクジェットヘッドに本発明に係る液滴吐出ヘッドを用いたので、安定した画像品質を得ることができ、装置の構成も簡単になる。また、本発明に係る画像形成装置、液滴を吐出する装置によれば、本発明に係る液滴吐出ヘッドを用いたので、安定した画像品質を得ることができ、装置の構成も簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るインク滴吐出ヘッドの分解斜視説明図
【図２】同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図３】同ヘッドの振動板短手方向の要部拡大断面図
【図４】同ヘッドの振動板変形時の振動板短手方向の要部拡大説明図
【図５】本発明の第２実施形態に係るインク滴吐出ヘッドの振動板変形時の振動板短手方向の要部拡大説明図
【図６】本発明の第３実施形態に係るインク滴吐出ヘッドの振動板変形時の振動板短手方向の要部拡大説明図
【図７】本発明の第３実施形態に係るインク滴吐出ヘッドの振動板変形時の振動板短手方向の要部拡大説明図
【図８】本発明の第４実施形態に係るインク滴吐出ヘッドの振動板変形時の振動板短手方向の要部拡大説明図
【図９】本発明の第５実施形態に係るインク滴吐出ヘッドの振動板変形時の振動板短手方向の要部拡大説明図
【図１０】本発明の第５実施形態に係るインク滴吐出ヘッドの振動板変形時の振動板短手方向の要部拡大説明図
【図１１】上記各実施形態における複数のノズル間の配線構造を説明する平面説明図
【図１２】本発明の第６実施形態に係るインク滴吐出ヘッドの振動板変形時の振動板短手方向の要部拡大説明図
【図１３】本発明に係るインクジェット記録装置の機構部の概略説明図
【符号の説明】
１…振動板／液室基板、２…電極基板、３…ノズル板、４…ノズル、６…吐出室、７…流体抵抗部、８…共通液室、１０…振動板、１４…凹部、１４ａ、１４ｂ…凸部、１５、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ…対向電極、１７…絶縁膜、１８、１８ａ、１８ｂ…接触対向部、１９…配線、２０…ドライバＩＣ、５５…キャリッジ、５６…ヘッド。
【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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