(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルと、該ノズルに連通するインク流路と、該インク流路の一部に設けられた振動板と、該振動板に設けられた振動板電極とを有する第１の基板と、上記振動板電極に対向して設けられた対向電極を有する第２の基板とを接合してなり、上記振動板電極と上記対向電極間にパルス電圧を印加し、上記振動板を静電気力により変形させ、この変形によって上記ノズルからインク滴を記録紙に向けて吐出し印刷を行うインクジェットヘッドにおいて、
上記振動板の変形時に上記振動板と上記対向電極との間にある空気が逃げるための空気室を設け、上記インク流路の対応位置から上記空気室の対応位置を通って駆動回路に接続される上記対向電極の幅を上記インク流路対応位置よりも上記空気室対応位置で広く形成してあることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
上記空気室は、上記第１の基板に設けた凹部によってのみ形成されている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】
ノズルと、該ノズルに連通するインク流路と、該インク流路の一部に設けられた振動板と、該振動板に設けられた振動板電極とを有する第１の基板と、上記振動板電極に対向して設けられた対向電極を有する第２の基板とを接合してなり、上記振動板電極と上記対向電極間にパルス電圧を印加し、上記振動板を静電気力により変形させ、この変形によって上記ノズルからインク滴を記録紙に向けて吐出し印刷を行うインクジェットヘッドにおいて、
上記振動板の変形時に上記振動板と上記対向電極との間にある空気が逃げるための空気室を上記第１及び第２の基板の少なくとも一方に設け、上記空気室は複数の前記インク流路に関して連通する密閉された共通空気室であることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項４】
上記共通空気室は、複数の支柱によって補強されていることを特徴とする請求項３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、静電アクチュエータ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、静電アクチュエータ方式のインクジェットヘッドとして、例えば特開平６−３４００６９号公報又は特開平７−２４６７０６号公報に図６に示すインクジェットヘッド１００が開示されている。このインクジェットヘッド１００は、カバープレート１２、チャンネルプレート１４及び基板１６を一体接合して構成されている。
【０００３】
上記チャンネルプレート１４はシリコンプレートからなり、異方性エッチングにより複数の溝部が形成されている。これら溝部が上記カバープレート１２によって覆われることによりそれぞれ、インクを収容するインクチャンネル１８、インクチャンネル１８内のインクを液滴として吐出するノズル２２、インクチャンネル１８に補給されるインクを収容する共通インク室２６、及びインクチャンネル１８と共通インク室２６とを連通させるインレット３０になっている。
【０００４】
インクチャンネル１８の底部は振動板１９となっており、この振動板１９のインクチャンネル１８とは反対側の表面に共通電極３４が形成されている。一方、基板１６のインクチャンネル１８に対応する位置には凹部３６が形成され、この凹部３６の底面には駆動電極３８が上記共通電極３４に対向して形成されている。
【０００５】
上記構成のインクジェットヘッド１００では、共通電極３４と駆動電極３８とに異なる極性の電圧をそれぞれ印加すると、静電吸引力により両電極３４、３８が引き合うために振動板１９が駆動電極３８側に撓み変形する。この変形によってインクチャンネル１８内の容積が増加し、それに伴ってインレット３０を介して共通インク室２６からインクチャンネル１８にインクが引き込まれる。そして、各電極３４、３８への電圧印加が解除されると、振動板１９はそれ自体の弾性により変形前の状態に復帰する。このとき、インクチャンネル１８内のインクが加圧され、ノズル２２からインク滴４６が吐出されるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記インクジェットヘッド１００では、振動板１９が変形するときに、上記凹部３６に密封された空気が圧縮され、その圧縮される空気が抵抗となって振動板１９の変形を阻害するという問題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで、上記問題を解決するため、本発明の第１態様は、ノズルと、該ノズルに連通するインク流路と、該インク流路の一部に設けられた振動板と、該振動板に設けられた振動板電極とを有する第１の基板と、上記振動板電極に対向して設けられた対向電極を有する第２の基板とを接合してなり、上記振動板電極と上記対向電極間にパルス電圧を印加し、上記振動板を静電気力により変形させ、この変形によって上記ノズルからインク滴を記録紙に向けて吐出し印刷を行うインクジェットヘッドにおいて、上記振動板の変形時に上記振動板と上記対向電極との間にある空気が逃げるための空気室を設け、上記インク流路の対応位置から上記空気室の対応位置を通って駆動回路に接続される上記対向電極の幅を上記インク流路対応位置よりも上記空気室対応位置で広く形成してあることを特徴とする。
本発明の第１態様のインクジェットヘッドにおいて、上記空気室は、上記第１の基板に設けた凹部によってのみ形成されていてもよい。
本発明の第２態様は、ノズルと、該ノズルに連通するインク流路と、該インク流路の一部に設けられた振動板と、該振動板に設けられた振動板電極とを有する第１の基板と、上記振動板電極に対向して設けられた対向電極を有する第２の基板とを接合してなり、上記振動板電極と上記対向電極間にパルス電圧を印加し、上記振動板を静電気力により変形させ、この変形によって上記ノズルからインク滴を記録紙に向けて吐出し印刷を行うインクジェットヘッドにおいて、上記振動板の変形時に上記振動板と上記対向電極との間にある空気が逃げるための空気室を上記第１及び第２の基板の少なくとも一方に設け、上記空気室は複数の前記インク流路に関して連通する密閉された共通空気室であることを特徴とする。
本発明の第２態様のインクジェットヘッドにおいて、上記共通空気室は、複数の支柱によって補強されていてもよい。
【０００８】
【発明の効果】
本発明のインクジェットヘッドによれば、振動板の変形時に上記振動板電極と上記対向電極との間にある空気が逃げるための空気室を設けてあるため、この空気室の容積を上記各電極間の隙間に比べて十分に大きくすることによって、振動板の変形時の空気の圧縮による抵抗力を振動板の変形に影響を及ぼさない程度に小さくすることができる。その結果、振動板は空気圧縮による抵抗を受けることなく十分に変形できるのでインク吐出効率を上げることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は第１の実施形態のインクジェットヘッド１０の平面図、図２は図１におけるＡ−Ａ線断面図である。このインクジェットヘッド１０は、カバープレート１２、チャンネルプレート１４及び基板１６を積層して陽極接合により一体接合されている。
【００１０】
カバープレート１２は例えばガラスプレートからなり、チャンネルプレート１４の上部を覆っている。チャンネルプレート１４は例えばシリコンプレートからなり、その上面には異方性エッチングにより複数の溝が形成されている。具体的には、インクチャンネル（インク流路）１８となる複数の長溝２０が互いに平行に配列形成されている。また、チャンネルプレート１４の縁部には、ノズル２２となる複数の細溝２４が上記各長溝２０にそれぞれ連通して形成されている。さらに、チャンネルプレート１４の上記細溝２４の反対側には、共通インク室２６となる横溝２８が上記複数の長溝２０の配列方向に沿って延設されている。そして、インクチャンネル１８となる各長溝２０と共通インク室２６となる横溝２８とは、インレット３０となる複数の細溝３２によってそれぞれ連通している。これらの溝部２０、２４、２８、３２がカバープレート１２によって覆われることにより、インクチャンネル１８、ノズル２２、共通インク室２６及びインレット３０がそれぞれ形成されている。
【００１１】
ノズル２２はインクチャンネル１８に連通し、インクチャンネル１８内のインクを吐出するようになっている。また、インクチャンネル１８と共通インク室２６とはインレット３０を介して連通しており、共通インク室２６から各インクチャンネル１８にインクが供給されて収容されるようになっている。さらに、共通インク室２６はインク供給路２９を介して図示しないインクタンクに接続され、そこからインクが供給されるようになっている。
【００１２】
インクチャンネル１８の底部は振動板１９になっている。振動板１９の基板対向面には、金属材料をスパッタリングすることにより共通電極（振動板電極）３４が形成されている。共通電極３４はすべてのインクチャンネル１８にわたってチャンネルプレートの下面のほぼ全体に形成されている。
【００１３】
例えばガラス等からなる基板１６の内部には、複数の駆動電極（対向電極）３８が各インクチャンネル１８にそれぞれ対応して形成されている。駆動電極３８はそれぞれ平行に延びる帯状をなし、例えばガラス層からなる絶縁層３７を介して共通電極３４と対向している。絶縁層３７のインクチャンネル１８に対応する位置には、複数の浅い凹部３６がパターンエッチングによりそれぞれ形成されている。この凹部３６の底部は、駆動電極３８を覆う絶縁層３７の一部であり、後述するように振動板１９が変形したときに駆動電極３８と共通電極３４間で電気的短絡が起こらないようにするための保護層となっている。そして、共通電極３４と駆動電極３８とは、ヘッド後端側から駆動回路４０にそれぞれ電気的に接続されている。
【００１４】
基板１６にはまた、上記凹部３６につながった凹部４２が異方性エッチングにより各インクチャンネル１８にそれぞれ対応して複数形成されている。これら凹部４２はチャンネルプレート１４によって覆われることにより、各凹部４２の内部がそれぞれ空気室４４となっている。この空気室４４は、上記凹部３６内部の容積に比べて十分に大きな容積をもっている。
【００１５】
続いて、上記構成からなるインクジェットヘッド１０のインク吐出動作について説明する。
図示しないインクタンクからインク供給路２９を介して共通インク室２６に供給されたインクは、対応するインレット３０を介して各インクチャンネル１８にそれぞれ収容されている。この状態で、駆動回路４０から駆動電極３８にパルス電圧が印加されると、上記パルス電圧とは異なる極性の電圧が印加された共通電極３４が静電気力によって引き付けられて振動板１９が変形する。このとき、凹部３６内の空気は、振動板１９の変形により押されて空気室４４へ逃げる。凹部３６からの空気の流入によって空気室４４内部では空気の圧縮が多少は起こるが、空気室４４の容積は凹部３６の容積に比べて十分に大きく形成してあるため、空気室４４での空気の圧縮が抵抗となって振動板１９の変形が阻害されることはない。
【００１６】
振動板１９の変形によってインクチャンネル１８の容積が増加し、それに伴ってインレット３０を介して共通インク室２６からインクチャンネル１８にインクが引き込まれる。そして、駆動電極３８への電圧印加が瞬時に解除されると、振動板１９はそれ自体の弾性による復元力によって変形前の状態に復帰する。このとき、インクチャンネル１８の容積が急激に減少して内部のインクが加圧され、ノズル２２からインク滴が吐出される。このインク滴が図示しない用紙等の記録媒体に付着してドットを形成し、このドットの集合により画像が記録される。
【００１７】
このように、本実施形態のインクジェットヘッド１０では、振動板１９の変形時に共通電極３４と駆動電極３８との間にある空気が逃げるための空気室４４を設けてあるため、この空気室４４の容積を上記各電極３４、３８間の凹部３６の容積に比べて十分に大きくすることによって、振動板１９の変形時の空気の圧縮による抵抗力を振動板１９の変形に影響を及ぼさない程度に小さくすることができる。その結果、振動板１９は空気圧縮による抵抗を受けることなく十分に変形できるのでインク吐出効率を上げることができる。
【００１８】
なお、本実施形態では、空気室４４を各凹部３６に対応するようにそれぞれ独立した状態で複数形成したが、複数の凹部３６に連通する１つの共通空気室として形成してもよい。また、図３に示すように、凹部４２をヘッド前方（図３の左側）に向かって開口するように形成し、その開口部をプレート４８でふさぐことにより凹部４２内部を空気室４４としてもよい。
【００１９】
次に、図４を参照して第２の実施形態のインクジェットヘッド５０について説明する。このインクジェットヘッド５０の平面図は、図１とほぼ同様である。また。上記インクジェットヘッド１０と同じ構成については同一符号を付すことにより詳細な説明を省略する。
【００２０】
インクジェットヘッド５０は、カバープレート１２が上記インクジェットヘッド１０よりも厚く形成され、共通インク室２６となる横溝２８がカバープレート１２に形成されている。また、チャンネルプレート１４の基板対向面には、各インクチャンネル１８に対応する複数の浅い凹部３６が形成され、この凹部３６の底部が振動板１９となっている。チャンネルプレート１４にはまた、凹部３６に連通する空気室４４となる凹部４２が形成されている。共通電極３４は、凹部３６及び空気室４４となる凹部４２の各底面に沿って形成されている。なお、空気室４４をすべての凹部３６に連通する共通空気室４４とする場合には、共通インク室４４となる凹部４２をエッチングで形成するときに複数の支柱５２を残すようにしてこの凹部４２を補強するようにしてもよい。
【００２１】
このように、本実施形態のインクジェットヘッド５０は、共通インク室２６をカバープレート１２に設けるとともに、凹部３６及び空気室４４となる凹部４２をチャンネルプレート１４に設けた点以外は、上記インクジェットヘッド１０と同様である。したがって、インク吐出動作もまた上記インクジェットヘッド１０と同様であり、その説明を省略する。
【００２２】
本実施形態のインクジェットヘッド５０によれば、第１の実施形態のインクジェットヘッド１０と同様の作用効果を奏することができる。それに加えて、空気室４４をチャンネルプレート１４に設けて共通電極３４を空気室４４となる凹部４２の底面に形成したことにより、空気室４４では凹部３６に比べて共通電極３４と駆動電極３８との間隔が非常に大きくなっている。そのため、空気室４４での共通電極３４と駆動電極３８間の静電容量が凹部３６での共通電極３４と駆動電極３８間の静電容量よりも格段に小さくなる。これにより、図５に示すように、空気室４４に対応する位置での駆動電極３８の部分３８ｂの幅を、凹部３６に対応する位置での駆動電極３８の部分３８ａの幅よりも大きく形成することができる。その結果、駆動電極３８の部分３８ｂの抵抗値が小さくなり、発熱量を抑えることができるとともに、空気室４４における静電容量が小さくなることにより充放電が速く行われるので駆動周波数を上げることができ、印字速度を速くすることができる。
【００２３】
なお、上述した本発明の各実施形態では、振動板１９側に共通電極を設けたが、振動板１９側に駆動電極を設けて基板１６側に共通電極を設けてもよい。
また、上記各実施形態では振動板１９にスパッタリングにより金属薄膜からなる電極を設けたが、振動板を含むチャンネルプレートの下部層にボロンドーピングを施すことにより導電性を付与して振動板及びチャンネルプレート自体を共通電極又は駆動電極として使用する場合にも本発明は適用可能である。
さらに、空気室４４は、上記第１と第２の実施形態を組み合わせた場合のように基板１６とチャンネルプレート１４の両方に設けてもよし、または、第１と第２の基板にまたがって空気室が形成されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１実施形態のインクジェットヘッドの平面図。
【図２】  図１におけるＡ−Ａ線断面図。
【図３】  第１実施形態の変形例を示す部分断面図。
【図４】  第２実施形態のインクジェットヘッドの部分断面図。
【図５】  第２実施形態のインクジェットヘッドの基板の部分平面図。
【図６】  従来のインクジェットヘッドの一例を示す部分断面図。
【符号の説明】
１４…チャンネルプレート（第１の基板）、１６…基板（第２の基板）、１８…インクチャンネル（インク流路）、１９…振動板、２２…ノズル、３４…共通電極（振動板電極）、３８…駆動電極（対向電極）、４４…空気室。
【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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