(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インク滴を吐出するノズルと、このノズルに連通するインク流路と、このインク流路の壁面を形成する振動板と、この振動板に対向する対向電極とを有し、前記振動板を静電気力で変形させてインク滴を吐出させるインクジェットヘッドにおいて、前記振動板が変形して接触可能な接触対向部を設け、前記振動板と接触対向部との間をスイッチング手段を介して接続し、このスイッチング手段がオン状態で、前記振動板が接触対向部に接触した状態のときに前記振動板と接触対向部が同電位となることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記対向電極の表面積に対する前記接触対向部の表面積の比の値が１／２を超えないことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項３】
インク滴を吐出するノズルと、このノズルに連通するインク流路と、このインク流路の壁面を形成する振動板と、この振動板に対向する対向電極とを有し、前記振動板を静電気力で変形させてインク滴を吐出させるインクジェットヘッドにおいて、前記振動板が変形して接触可能で、且つ、振動板と同電位になる接触対向部を複数有し、これら複数の接触対向部を結線し同電位としたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項４】
請求項３に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記振動板と前記結線された複数の接触対向部との間をスイッチング手段を介して接続し、このスイッチング手段がオン状態で、前記振動板が接触対向部に接触した状態のときに前記振動板と接触対向部とが同電位となることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項５】
インク滴を吐出するノズルと、このノズルに連通するインク流路と、このインク流路の壁面を形成する振動板と、この振動板に対向する対向電極と、前記振動板が変形して接触可能な接触対向部とを有し、前記振動板を静電気力で変形させてインク滴を吐出させ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であって、前記インクジェットヘッドの前記振動板と接触対向部との間をスイッチング手段を介して接続し、スイッチング手段がオン状態で、前記振動板が接触対向部に接触した状態のときに前記振動板と接触対向部とが同電位となることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項６】
請求項５に記載の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の前記振動板が変形して前記接触対向部に接触するまでの間は前記スイッチング手段をオフ状態とし、前記振動板が前記接触対向部に接触した後に前記スイッチング手段をオン状態にする制御手段を設けたことを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項７】
請求項５に記載の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の前記振動板が変形して前記接触対向部に接触した後に前記スイッチング手段をオン状態とし、前記振動板が前記対向電極との間に駆動電圧が印加されなくなった後に前記スイッチング手段をオフ状態にする制御手段を設けたことを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項８】
インク滴を吐出するノズルと、このノズルに連通するインク流路と、このインク流路の壁面を形成する振動板と、この振動板に対向する対向電極と、前記振動板が変形して接触可能な接触対向部とを有し、前記振動板を静電気力で変形させてインク滴を吐出させるインクジェットヘッドを搭載した画像形成装置であって、前記インクジェットヘッドの前記振動板と接触対向部との間をスイッチング手段を介して接続し、このスイッチング手段がオン状態で、前記振動板が接触対向部に接触した状態のときに前記振動板と接触対向部とが同電位となることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はインクジェットヘッド及びインクジェット記録装置、画像形成装置に関する。
【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、こ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、こ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、振動板を静電気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、更に特開平９−１３６４１３号公報記載のインクジェットヘッドでは、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、安定したインク滴吐出動作を行うことができるインクジェットヘッド、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及び画像形成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、本発明に係るインクジェットヘッドは、振動板が変形して接触可能な接触対向部を設け、振動板と接触対向部との間をスイッチング手段を介して接続し、このスイッチング手段がオン状態で、振動板が接触対向部に接触した状態のときに振動板と接触対向部とが同電位となる構成としたものである。
【００１４】
ここで、対向電極の表面積に対する前記接触対向部の表面積の比の値が１／２を超えないことが好ましい。
【００１５】
本発明に係るインクジェットヘッドは、振動板が変形して接触可能で、且つ、振動板と同電位になる接触対向部を複数有し、これら複数の接触対向部を結線し同電位とした構成としたものである。
【００１６】
ここで、振動板と複数の接触対向部との間をスイッチング手段を介して接続し、このスイッチング手段がオン状態で、振動板が接触対向部に接触した状態のときに振動板と複数の接触対向部とが同電位となる構成とすることが好ましい。
【００１７】
本発明に係るインクジェット記録装置及び画像形成装置は、振動板が変形して接触可能な接触対向部を有するインクジェットヘッドを搭載し、このインクジェットヘッドの振動板と接触対向部との間をスイッチング手段を介して接続し、このスイッチング手段がオン状態で、振動板が接触対向部に接触した状態のときに振動板と接触対向部とが同電位となる構成としたものである。
【００１８】
ここで、インクジェットヘッドの振動板が変形して接触対向部に接触するまでの間は前記スイッチング手段をオフ状態とし、振動板が接触対向部に接触した後にスイッチング手段をオン状態にする制御手段を設けることが好ましい。
【００１９】
また、インクジェットヘッドの振動板が変形して接触対向部に接触した後にスイッチング手段をオン状態とし、振動板が対向電極との間に駆動波形が印加されなくなった後にスイッチング手段をオフ状態にする制御手段を設けることが好ましい。
【００２０】
【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略斜視説明図、図２は同機構部の側面説明図である。
【００２１】
このインクジェット記録装置は、記録装置本体１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載したインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへのインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部２等を収納し、装置本体１の下方部には前方側から多数枚の用紙３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙３を手差しで給紙するための手差しトレイ５を開倒することができ、給紙カセット４或いは手差しトレイ５から給送される用紙３を取り込み、印字機構部２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ６に排紙する。
【００２２】
印字機構部２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド１１と従ガイドロッド１２とでキャリッジ１３を主走査方向（図２で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ１３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出するインクジェットヘッドからなる記録ヘッド１４をインク滴吐出方向を下方に向けて装着し、キャリッジ１３の上側には記録ヘッド１４に各色のインクを供給するための各インクタンク（インクカートリッジ）１５を交換可能に装着している。
【００２３】
ここで、キャリッジ１３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド１１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド１２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ１３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１７で回転駆動される駆動プーリ１８と従動プーリ１９との間にタイミングベルト２０を張装し、このタイミングベルト２０をキャリッジ１３に固定している。
【００２４】
また、記録ヘッドとしてここでは各色の記録ヘッド１４を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。さらに、記録ヘッド１４として用いるインクジェットヘッドは、インク流路壁面を形成する振動板とこれに対向する電極との間の静電気力で振動板を変位させてインクを加圧する静電型のものを用いている。
【００２５】
一方、給紙カセット４にセットした用紙３を記録ヘッド１４の下方側に搬送するために、給紙カセット４から用紙３を分離給送する給紙ローラ２１及びフリクションパッド２２と、用紙３を案内するガイド部材２３と、給紙された用紙３を反転させて搬送する搬送ローラ２４と、この搬送ローラ２４の周面に押し付けられる搬送コロ２５及び搬送ローラ２４からの用紙３の送り出し角度を規定する先端コロ２６とを設けている。搬送ローラ２４は副走査モータ２７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【００２６】
そして、キャリッジ１３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ２４から送り出された用紙３を記録ヘッド１４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材２９を設けている。この印写受け部材２９の用紙搬送方向下流側には、用紙３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ３１、拍車３２を設け、さらに用紙３を排紙トレイ６に送り出す排紙ローラ３３及び拍車３４と、排紙経路を形成するガイド部材３５，３６とを配設している。
【００２７】
また、キャリッジ１３の移動方向右端側には記録ヘッド１４の信頼性を維持、回復するための信頼性維持回復機構（以下「サブシステム」という。）３７を配置している。キャリッジ１３は印字待機中にはこのサブシステム３７側に移動されてキャッピング手段などで記録ヘッド１４をキャッピングされる。
【００２８】
次に、このインクジェット記録装置の記録ヘッド１４を構成する本発明に係るインクジェットヘッドについて図３乃至６を参照して説明する。図３は本発明の第１実施形態に係るインクジェットヘッドの分解斜視説明図、図４は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図、図５は同ヘッドの振動板短手方向の要部拡大断面図、図６は図５の要部拡大説明図である。
【００２９】
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４１と、この振動板／液室基板４１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４２と、振動板／液室基板４１の上側に設けた第三基板であるノズル板４３とを備え、インク滴を吐出する複数のノズル４４、各ノズル４４が連通するインク流路である吐出室４６、各吐出室４６にインク供給路を兼ねた流体抵抗部４７を介して連通する共通液室４８などを形成している。
【００３０】
振動板／液室基板４１にはノズル４４が連通する複数の吐出室４６及びこの吐出室４６の壁面である底部をなす振動板５０（電極を兼ねている）を形成する凹部を形成し、ノズル板４３にはノズル４４となる孔及び流体抵抗部４７を形成する溝を形成し、また振動板／液室基板４１と電極基板４２には共通液室４８を形成する貫通部を形成している。
【００３１】
ここで、振動板／液室基板４１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４２と接合した後、吐出室４６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５０が高精度に形成される。また、ベース基板に酸化膜を介して活性層基板を接合してなるＳＯＩ基板を用いて、酸化膜をエッチングストップとしてエッチングを行うことで活性層基板からなる振動板を形成することもできる。
【００３２】
なお、振動板５０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５０の電極基板４２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。
【００３３】
また、電極基板４２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５４を形成して、この凹部５４底面に振動板５０に対向する対向電極５５ａ、５５ｂを設け、振動板５０と対向電極５５ａ、５５ｂとの間にギャップ５６を形成し、これらの振動板５０と対向電極５５ａ、５５ｂ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５４の深さはギャップ５６の長さを規定することになる。なお、電極基板４２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５４を形成する。
【００３４】
対向電極５５ａ、５５ｂ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５７を成膜している。なお、上述したように対向電極５５ａ、５５ｂ表面に絶縁膜５７を形成しないで、振動板５０側に絶縁膜を形成することもできる。
【００３５】
また、電極基板４２の対向電極５５ａ、５５ｂ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。
【００３６】
さらに、電極基板４２の凹部５４内には、図５及び図６に示すように、振動板短手方向の略中央部で対向電極５５ａと電極５５ｂとの間に、振動板５０が変形したときに接触する金等の電気的伝導性を有する材質の接触対向部５８を設けている。この振動板５０の接触対向部５８は、第２基板４２の凹（段）部５４内で振動板短手方向略中央部に設けている。また、振動板５０と接触対向部５８までの距離の方を振動板５０と電圧印加される対向電極５５ａ、５５ｂまでの距離よりも短くするため、凹（段）部５４内に凸部５４ａを一ヵ所設け、その凸部５４ａ上に接触対向部５８を形成している。
【００３７】
そして、接触対向部５８と振動板／液室基板４１の振動板５０とが接触したときに同電位とできるように、配線５９及びスイッチング素子６０を介して相互に接続し、更に振動板５０側が電気的にＧＮＤ（接地）電位となるように配線５９は接地している。ただし、スイッチング素子６０がオン状態になって接触対向部５８と振動板／液室基板４１の振動板５０とが接触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。
【００３８】
スイッチング素子６０としては、メカニカルな接点スイッチを使用することもできるが、トランジスタ素子、アナログ／デジタルスイッチ、サイリスタ素子のＩＣ素子を用いる方が、オン／オフ制御が容易になる。
【００３９】
これらの振動板／液室基板４１と電極基板４２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。
【００４０】
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４１）、或いは電極基板（第２基板）４２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。
【００４１】
ここでは、上記のように第１基板４１に単結晶のシリコン基板を使用し、第２基板４２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。
【００４２】
なお、電極基板４２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４２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４２と振動板／液室基板４１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４１と電極基板４２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。
【００４３】
ノズル板４３には、多数のノズル４４を形成するとともに、共通液室４８と吐出室４６を連通するための流体抵抗部４７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４３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。
【００４４】
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。
【００４５】
このインクジェットヘッドではノズル４４を二列配置し、この各ノズル４４に対応して吐出室４６、振動板５０、対向電極５５ａ，５５ｂなども二列配置し、各ノズル列の中央部に共通液室４８を配置して、左右の吐出室４６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。
【００４６】
そして、対向電極５５ａは外部に延設して接続部（電極パッド部）５５Ａとし、これにヘッド駆動回路であるドライバＩＣ６１をＦＰＣケーブル６２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６２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。また、スイッチング素子６０をオン／オフ制御するためにＦＰＣケーブル６２を介して図示しない制御部に接続している。
【００４７】
また、電極基板４２とノズル板４３との間（ギャップ５６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６３にて気密封止し、ギャップ５６内に湿気が侵入して振動板５０が変位しなくなるのを防止している。
【００４８】
さらに、インクジェットヘッド全体をフレーム部材６５上に接着剤で接合している。このフレーム部材６５にはインクジェットヘッドの共通液室４８に外部からインクを供給するためのインク供給穴６６を形成しており、またＦＰＣケーブル６２等はフレーム部材６５に形成した穴部６７に収納される。
【００４９】
このフレーム部材６５とノズル板４３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６８にて封止し、撥水性を有するノズル板４３表面のインクが電極基板４２やＦＰＣケーブル６２等に回り込むことを防止している。
【００５０】
そして、このヘッドのフレーム部材６５にはインクカートリッジとのジョイント部材７０が連結されて、フレーム部材７５に熱融着したフィルタ７１を介してインクカートリッジからインク供給穴７６を通じて共通液室４８にインクが供給される。
【００５１】
次に、このインクジェット記録装置の制御部の概要について図７を参照して説明する。
この制御部は、この記録装置全体の制御を司るマイクロコンピュータ（以下、「ＣＰＵ」と称する。）８０と、所要の固定情報を格納したＲＯＭ８１と、ワーキングメモリ等として使用するＲＡＭ８２と、ホスト側から転送される画像データを処理したデータを格納する画像メモリ８３と、パラレル入出力（ＰＩＯ）ポート８４と、入力バッファ８５と、パラレル入出力（ＰＩＯ）ポート８６と、波形生成回路８７と、ヘッド駆動回路６１及びドライバ８９等を備えている。
【００５２】
ここで、ＰＩＯポート８４にはホスト側から画像データなどの各種情報、図示しない操作パネルからの信頼性回復指示情報等の各種指示情報、用紙の始端、終端を検知する紙有無センサからの検知信号、キャリッジ１３のホームポジション（基準位置）を検知するホームポジションセンサ等の各種センサからの信号等が入力され、またこのＰＩＯポート８４を介してホスト側や操作パネル側に対して所要の情報が送出される。
【００５３】
また、波形生成回路８７は、インクジェットヘッドの振動板５０と対向電極５５ａ，５５ｂとの間にインク滴を吐出させる駆動波形を生成して出力する。この波形生成回路８７にはＤ／Ａ変換器を用いてＣＰＵ８０から与えられる電圧データをＤ／Ａ変換することにより所定の駆動電圧の駆動波形（駆動パルス）を生成出力するようにしている。
【００５４】
さらに、ＣＰＵ８０は、ヘッド駆動回路（ドライバＩＣ）６１に対してＰＩＯポート８６を介して印字信号等の各種データ及び信号を与え、所定の駆動タイミングで所定のチャンネルを駆動するために、記録ヘッド１４の各ノズル４４に対応するエネルギー発生手段（振動板５０と電極５５ａ，５５ｂ）に対して駆動波形を印加させる。また、ＣＰＵ８０は、ヘッド駆動回路６１に対して印字信号を出力するときに、所定のタイミングで記録ヘッド１４に設けた各チャンネルのスイッチング素子６０からなるスイッチング素子アレイ６０Ａに対してＰＩＯポート８６を介してオン／オフ信号（スイッチ駆動信号）を出力する。
【００５５】
さらに、ドライバ８９は、ＰＩＯポート８６を介して与えられる駆動データに応じて主走査モータ１７及び副走査モータ２７を各々駆動制御することで、キャリッジ１３を主走査方向に移動走査し、搬送ローラ２４を回転させて用紙３を所定量搬送させる。
【００５６】
次に、以上のように構成したインクジェットヘッド及びインクジェット記録装置の作用について図８をも参照して説明する。
記録ヘッド１４を構成しているインクジェットヘッドの対向電極５５ａ、５５ｂにドライバＩＣ（ヘッド駆動回路）６１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５５ａ、５５ｂの表面がプラス電位に帯電し、対応する振動板５０の下面はマイナス電位に帯電する。したがって、振動板５０は静電気の吸引作用により下方（対向電極５５ａ、５５ｂ側）へ撓む。
【００５７】
ここで、振動板５０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５０と対向電極５５ａ、５５ｂとの間に存在する空気の誘電率、Ｓは振動板５０と対向電極５５ａ、５５ｂとの間に働く静電気力の有効面積、Ｖは対向電極５５ａ、５５ｂに印加する駆動電圧、ｄは振動板５０と対向電極５５ａ、５５ｂとの間の実効的なギャップ距離を表わす。
【００５８】
【数１】
0003933378.tif 000002
【００５９】
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５０と対向電極５５ａ、５５ｂ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５０と対向電極５５ａ、５５ｂとの間に存在する空隙の距離、ｄεは振動板５０と対向電極５５ａ、５５ｂとの間に存在する誘電絶縁層５７の厚み、εrは誘電絶縁層５７の比誘電率を表わす。
【００６０】
【数２】
0003933378.tif 000003
【００６１】
すなわち、振動板５０と対向電極５５ａ、５５ｂ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５０と対向電極５５ａ、５５ｂ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５０と対向電極５５ａ、５５ｂとの間の実効的なギャップ距離ｄが小さいほど振動板５０に大きな静電引力が働くこととなる。
【００６２】
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６に示すように、振動板５０が対向する対向電極５５ａ、５５ｂ方向へ撓み、最終的には振動板５０が凹（段）部５４内に配置され、振動板５０と同電位にすることができる接触対向部５８に接触するまで変形変位する駆動波形を印加する。
【００６３】
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。
【００６４】
そこで、本発明では、振動板５０が凹（段）部５４内で主に接触する部分に予め接触対向部５８を配置し、振動板５０と電極５５ａ，５５ｂとの間に電位差が発生している間に、スイッチング素子６０をオン制御して、接触対向部５８と振動板５０の電位が同電位となるようにすることにより、本質的に残留電荷の発生を除去することができるとともに，より低い駆動電圧でもって効率よく振動板５０を変形させることを可能としている。
【００６５】
次に、対向電極５５ａ、５５ｂ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５０が復元し、吐出室５６内の圧力が急激に上昇するため、ノズル４４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５５ａ、５５ｂへパルス電圧をＯＮすると、振動板５０が再び対向する対向電極５５ａ、５５ｂ、及び接触対向部５８の方向へ撓むので、インクが共通液室４８より流体抵抗部４７を通じて吐出室４６内に補給されるようになる。
【００６６】
このように、振動板５０が変形して対向する対向電極５５ａ、５５ｂ側へ接触する際、予め第２基板４２の凹（段）部５４内に振動板５０の接触対向部５８を配置し、また、その接触対向部５８をスイッチング素子６０により振動板５０側の電位と電気的に同電位とすることにより、本質的に残留電荷の発生を未然に防止することができ、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。
【００６７】
また、スイッチング素子６０がＯＦＦ状態となっている間は，接触対向部５８と振動板５０との間にも電位差が生じ，接触対向部５８を電極部として代用でき，前記（１）式で示される振動板５０と電極５５ａ，５５ｂとの間に働く静電気力の有効面積Ｓを実質的に広げることができるので、より低い駆動電圧でもって効率よく振動板５０を撓ませ、接触対向部５８へ接触させてインク吐出を行うことができる。
【００６８】
なお、電極５５ａ，５５ｂへ駆動電圧を印加中にスイッチング素子６０をオン状態とすると，電極５５ａ，５５ｂと接触対向部５８との間にも電位差が発生するので，電極５５ａ，５５ｂと接触対向部５８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おく必要がある。
【００６９】
そこで、制御部によるヘッド駆動制御の第１例について図８を参照して説明する。
この例では、同図（ａ）に示すように、時点Ｔ０で対向電極５５ａ，５５ｂに電圧値ｖａの正のパルス状の駆動電圧信号Ｖａを印加すると、振動板５０は同図（ｂ）に示すように対向電極５５ａ，５５ｂ側に変形変位を開始して、時間の経過とともに振動板５０が接触対向部５８へ接触し、このときの振動変位量はδとなる。そして、駆動制御信号を時点Ｔ３でオフ状態にすると、振動板５０が復元してインク滴が吐出される。
【００７０】
制御部は、この駆動波形（駆動制御信号）のタイミングに合わせて、同図（ｃ）に示すように、振動板５０が対向接触部５８に接触するまでの間はスイッチング素子６０をオフ状態にしておき、振動板５０が対向接触部５８に接触した後の時点Ｔ１でスイッチング素子６０をオン状態にして、振動板５０側の電位と接触対向部５８側の電位とを同電位とし、駆動制御信号をオフにする時点Ｔ３でスイッチング素子６０もオフ状態にする。
【００７１】
このようなタイミングでスイッチング素子６０のオン／オフの状態を切り替えることにより，残留電荷の発生を除去することができるとともに，より低い駆動電圧でもって効率よく安定したインク吐出動作が実現できる。
【００７２】
すなわち、主に残留電荷が大きく発生する時点は、前述したように振動板５０が駆動電圧Ｖａが印加されている電極５５ａ，５５ｂに接触した瞬間の時刻（本実施例では時刻Ｔ１の時）であることが、実験上判明している。
【００７３】
したがって、パルス状の駆動電圧Ｖａが電極５５ａ，５５ｂに印加された後、振動板５０が接触対向部５８に接触する時点Ｔ１になるまでの間は、スイッチング素子６０をオフ状態として，接触対向部５８を電極５５ａ，５５ｂのようにして代用して用いる。そして、時点Ｔ１で振動板５０が接触対向部５８に接触し、接触対向部５８上で主な残留電荷が大きく発生した後の時点Ｔ２のタイミングでスイッチング素子６０をオフ状態からオン状態にして、振動板５０側の電位と接触対向部５８側の電位とを同電位とすることにより、毎回の印字パルス毎に発生する残留電荷の発生を本質的に除去することができる。
【００７４】
また、振動板５０と接触対向部５８との間にスイッチング素子６０を設け、そのスイッチング素子６０のＯＮ／ＯＦＦ動作を利用することにより、従来に比べてより低い駆動電圧でもって効率よく振動板５０を撓ませられ、また、発生した残留電荷をより短い時間で効率よく除去できるので、より安定したインク吐出動作が可能となる。つまり、振動板５０と接触対向部５８とを常に同電位にした場合、駆動電圧に対して振動板５０が効率良く変形され難くなり、比較的高い駆動電圧を必要とするが、スイッチング素子６０を設けることで、このような事態を回避することができるのである。
【００７５】
次に、制御部によるヘッド駆動制御の第２例について図９を参照して説明する。
この例でも、同図（ａ）に示すように、時点Ｔ０で対向電極５５ａ，５５ｂに電圧値ｖａの正のパルス状の駆動電圧信号Ｖａを印加すると、振動板５０は同図（ｂ）に示すように対向電極５５ａ，５５ｂ側に変形変位を開始して、時間の経過とともに振動板５０が接触対向部５８へ接触し、このときの振動変位量はδとなる。そして、駆動制御信号を時点Ｔ３でオフ状態にすると、振動板５０が復元してインク滴が吐出される。
【００７６】
制御部は、この駆動波形（駆動制御信号）のタイミングに合わせて、同図（ｃ）に示すように、振動板５０が対向接触部５８に接触するまでの間はスイッチング素子６０をオフ状態にしておき、振動板５０が対向接触部５８に接触した後の時点Ｔ１でスイッチング素子６０をオン状態にして、振動板５０側の電位と接触対向部５８側の電位とを同電位とし、駆動制御信号をオフにして振動板５０が復元を開始した時点Ｔ３より後の時点Ｔ４でスイッチング素子６０をオフ状態にするようにしている。
【００７７】
このようなタイミングでもってスイッチング素子６０のオン／オフ制御を行うことにより、より低い駆動電圧でもって効率よく安定したインク吐出動作を行うことができるとともに、より確実に残留電荷の発生を除去することができる。
【００７８】
すなわち、振動板５０が接触対向部５８に接触した時点Ｔ１で、接触対向部５８上で主な残留電荷が大きく発生した後の時点Ｔ２のタイミングでスイッチング素子６０をオフ状態からオン状態にして、振動板５０側の電位と接触対向部５８側の電位とを同電位としてすることで、毎回の印字パルス毎に発生する残留電荷の発生を本質的に除去することができるのは、前記図８の例と同様である。
【００７９】
さらに、この例のように、電極５５ａ，５５ｂに駆動電圧Ｖａが印加されなくなる時点（駆動電圧ＶａがＯＦＦされる時点）Ｔ３を過ぎた後、電極５５ａ，５５ｂに駆動電圧Ｖａが印加されていない時点Ｔ４においてスイッチング素子６０をオフにすることにより，図８の動作に比較してより確実に安定して残留電荷の発生を除去することができる。
【００８０】
つまり、図８の例におけるスイッチング素子６０のＯＮ／ＯＦＦ動作では、電極５５ａ，５５ｂに駆動電圧Ｖａが印加されなくなる時点Ｔ３で同時にスイッチング素子６０の状態をＯＮからＯＦＦの状態にしていたため、スイッチング素子６０のＯＮ／ＯＦＦ動作の若干のタイミングのずれや、接触対向部５８に発生した残留電荷が除去されるまでの時間の違いなどにより、残留電荷を完全に除去できずに、不安定なインク吐出動作が発生することがあったが、スイッチング素子６０をオフ状態にするタイミングを駆動電圧Ｖａをオフするタイミングよりも遅らせることにより、確実に残留電荷を完全に除去することができるようになる。
【００８１】
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１０を参照して説明する。なお、同図は図６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。
【００８２】
このインクジェットヘッドでは、振動板５０が接触する接触対向部５８を第２基板４２の凹（段）部５４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５５の表面上に誘電絶縁層５７を介して設置している。また、前記と同様に接触対向部５８は振動板５０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５０の接触対向部５８は対向電極５５表面上に誘電絶縁層５７を介して形成するので、必然的に振動板５０と接触対向部５８との間の距離の方が振動板５０と電圧印加される対向電極５５との間の距離よりも短くなる。
【００８３】
このように構成した場合、前記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。
【００８４】
これを確認するため、この第２実施形態のインクジェットヘッドを使用し、第１基板４１の上側にステンレス製の第３基板４３をエポキシ系接着剤にて接合し、ドライバＩＣ６１等を接続して対向電極５５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、図９に示したタイミングでスイッチング素子６０のオン／オフ制御をして、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５８及びスイッチング素子６０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。
【００８５】
この試験結果によると、従来の接触対向部５８及びスイッチング素子６０を持たないインクジェットヘッドにあっては、片極性のプラス（正）電圧のみでインク滴を吐出させるには５０Ｖ程度の駆動電圧が必要であったが、接触対向部５８及びスイッチング素子６０を持つ本実施形態のインクジェットヘッドでは３０Ｖ程度の低い駆動電圧でもって残留電荷を除去しながら、より確実に安定してインク滴を吐出できることが確認された。
【００８６】
ここで、本発明に係るインクジェットヘッドにおける対向電極と接触対向部の表面積の関係について説明する。
表１は、対向電極５５（又は電極５１ａ，５１ｂの両者）の表面積Ａと接触対向部５８の表面積Ｂとの面積比Ｂ／Ａに対する振動板５０の振動変位安定性の関係を表わすものである。
【００８７】
【表１】
0003933378.tif 000004
【００８８】
この表１のように，面積比Ｂ／Ａを変化させるに従い、駆動電圧値に対して振動板５０の振動変位安定性が異なる。これは，すなわち前記した（１）式で示される振動板５０と電極５５（又は電極５５ａ，５５ｂ）との間に働く静電気力の有効面積Ｓが変化するためである。面積比１／１では駆動電圧値を５０Ｖとしても振動板５０を接触対向部５８に接触させることができず、面積比１／２にして駆動電圧値５０Ｖで振動板５０を接触対向部５８に接触させることができ、安定した振動変位が得られる。
【００８９】
しかしながら，駆動電圧値を３０Ｖ以下とすると、振動板５０と電極５５（又は電極５５ａ，５５ｂ）との間に働く静電気力が弱くなるために、振動板５０を接触対向部５８に接触させることができず不安定な振動変位状態となってしまう。
【００９０】
また、面積比１／３では、より電極５５（又は電極５５ａ，５５ｂ）側の表面積Ａの方が大きいので、駆動電圧値を３０Ｖ以下としても振動板５０を接触対向部５８に接触させることができ安定した振動変位が得られる。さらに、面積比を１／４とした場合でも、面積比１／３の場合と同様に駆動電圧値３０Ｖ以下で安定した振動変位が得られる。
【００９１】
したがって、電極５５（又は電極５５ａ，５５ｂ）の表面積Ａと接触対向部５５の表面積Ｂとの面積比Ｂ／Ａの値を１／２以下の値とすることにより、振動板の安定な振動変位が得られるようになり、より駆動電圧値を低くして安定な振動変位を得られるようにするためには面積比Ｂ／Ａの値を１／３以下の値とすることがより好ましい。
【００９２】
次に、本発明に係るインクジェットヘッドの第３実施形態について図１１を参照して説明する。なお、同図は同ヘッドの第２基板を見た平面説明図である。
この実施形態においては、複数のノズルのヘッドの対向電極５５と振動板５０の接触対向部５８とを第２基板４２上に配置し、各接触対向部５８を同図に示すようにパターン形成された配線６５で結線したものである。
【００９３】
このように構成することにより、複数ノズルのヘッドにおいても簡易な駆動回路構成で残留電荷の発生を除去することができる。
【００９４】
次に、本発明に係るインクジェットヘッドの第４実施形態について図１２を参照して説明する。
この実施形態は、第３実施形態における配線６５をスイッチング素子６０を介して振動板５０（ここでは、接地している。）に接続したものである。
【００９５】
このように構成することにより、駆動電圧信号の最高駆動周波数に同期したスイッチング周波数で１つのスイッチング素子６０をオン／オフ制御するだけで、各チャンネルの対向電極５８と振動板５０との接続／切断を行うことができて、複数ノズルのヘッドにおいても簡易な駆動回路構成で残留電荷の発生を除去することができ、また、より低い駆動電圧で効率よく安定したインク吐出動作をさせることが可能となる。
【００９６】
ここで、この実施形態のインクジェットヘッドを使用し、ヘッド駆動回路６１、スイッチング素子６０を配線６２、配線６５で接続して電極５５にパルス状のプラス（正）電圧のみの片極性電圧が印加されるようにし、図９で説明したタイミングでもってスイッチング素子６０を駆動電圧信号の最高駆動周波数である１０ｋＨｚに同期したスイッチング周波数で動作させて、作製したインクジェットヘッドの印字試験を行った。
【００９７】
この結果、複数ノズルのヘッドにおいても、片極性のプラス（正）電圧のみで３０Ｖ程度の従来に比較してより低い駆動電圧で残留電荷を除去することができ、より確実に安定してインク吐出することが可能となった。また、駆動回路構成が簡易になったため，複数ノズルを有するヘッドのコストも２０％以上も低下させることが可能となった。
【００９８】
なお、上記各実施形態においては、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。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インク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。
【００９９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るインクジェットヘッドによれば、振動板が変形して接触可能な接触対向部を設け、振動板と接触対向部との間をスイッチング手段を介して接続し、このスイッチング手段がオン状態で、振動板が接触対向部に接触した状態のときに振動板と接触対向部とが同電位となる構成としたので、本質的に残留電荷の発生を除去することができ、低電圧駆動化、インク滴吐出特性の安定化による画像品質の向上を図れ、更にヘッドの小型化、低コスト化を図れる。
【０１００】
ここで、対向電極の表面積に対する前記接触対向部の表面積の比の値が１／２を超えないようにすることで、より低い駆動電圧で安定して残留電荷の発生を除去することができ、より安定した信頼性の高いヘッドを得ることができる。
【０１０１】
本発明に係るインクジェットヘッドによれば、振動板が変形して接触可能で、且つ、振動板と同電位になる接触対向部を複数有し、これら複数の接触対向部を結線し同電位とした構成としたので、より簡単なヘッド構成で、本質的に残留電荷の発生を除去することができ、低電圧駆動化、インク滴吐出特性の安定化による画像品質の向上を図れ、更にヘッドの小型化、低コスト化を図れる。
【０１０２】
ここで、振動板と複数の接触対向部との間をスイッチング手段を介して接続し、このスイッチング手段がオン状態で、振動板が接触対向部に接触した状態のときに振動板と複数の接触対向部とが同電位となる構成とすることにより、より簡単なヘッド構成で、本質的に残留電荷の発生を除去することができ、低電圧駆動化、インク滴吐出特性の安定化による画像品質の向上を図れ、更にヘッドの小型化、低コスト化を図れる。
【０１０３】
本発明に係るインクジェット記録装置及び画像形成装置によれば、振動板が変形して接触可能な接触対向部を有するインクジェットヘッドを搭載し、このインクジェットヘッドの振動板と接触対向部との間をスイッチング手段を介して接続し、このスイッチング手段がオン状態で前記振動板が接触対向部に接触した状態のときに振動板と接触対向部とが同電位となる構成としたので、本質的に残留電荷の発生を除去することができ、低電圧駆動化、インク滴吐出特性の安定化による画像品質の向上を図れる。
【０１０４】
ここで、インクジェットヘッドの振動板が変形して接触対向部に接触するまでの間はスイッチング手段をオフ状態とし、振動板が接触対向部に接触した後にスイッチング手段をオン状態にする制御手段を設けることにより、より低い駆動電圧でより確実に残留電荷の発生を除去することができ、より安定したインク滴吐出動作で安定した印字品質が得られる。
【０１０５】
また、インクジェットヘッドの振動板が変形して接触対向部に接触した後にスイッチング手段をオン状態とし、振動板が対向電極との間に駆動波形が印加されなくなった後にスイッチング手段をオフ状態にする制御手段を設けることにより、確実に、より低い駆動電圧でより確実に残留電荷の発生を除去することができ、より安定したインク滴吐出動作で安定した印字品質が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るインクジェット記録装置の機構部の概略斜視説明図
【図２】同機構部の側面説明図
【図３】本発明の第１実施形態に係るインクジェットヘッドの分解斜視説明図
【図４】同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図５】同ヘッドの振動板短手方向の要部拡大断面図
【図６】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７】同記録装置の制御部の概要を示すブロック図
【図８】同制御部の行うヘッド駆動制御の一例の説明に供する説明図
【図９】同制御部の行うヘッド駆動制御の他の例の説明に供する説明図
【図１０】本発明の第２実施形態に係るインクジェット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】本発明の第３実施形態に係るインクジェットヘッドの説明に供する第２基板の平面説明図
【図１２】本発明の第４実施形態に係るインクジェットヘッドの説明に供する第２基板の平面説明図
【符号の説明】
１３…キャリッジ、１４…記録ヘッド、４１…振動板／液室基板、４２…電極基板、４３…ノズル板、４４…ノズル、４６…吐出室、４７…流体抵抗部、４８…共通液室、５０…振動板、５４…凹部、５５、５５ａ、５５ｂ…対向電極、５７…絶縁膜、５８…接触対向部、６０…スイッチング素子、６１…ヘッド駆動回路。
【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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