JPH11291489A

JPH11291489A - インクジェットヘッド

Info

Publication number: JPH11291489A
Application number: JP10116098A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Santo; 康博山東; Yasuhisa Fujii; 泰久藤井
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1998-04-13
Filing date: 1998-04-13
Publication date: 1999-10-26
Anticipated expiration: 2018-04-13
Also published as: JP3775047B2

Abstract

(57)【要約】【課題】インク吐出量を可変できるインクジェットヘ
ッドを提供する。【解決手段】静電型インクジェットヘッド１０におい
て、共通電極３２に対向して複数の個別電極３６、３
８、４０を配置し、これら個別電極３６、３８、４０と
共通電極３２との間隔を違えた。電圧を印加する個別電
極を変えることにより、電極間に形成される静電力が変
化し、インクジェットヘッドから吐出するインクの量が
変化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電型インクジェ
ットヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、基板上に固定された第１の電極
と、第１の電極と間隔を置いて配置された第２の電極
と、第２の電極を支持するダイヤフラムと、第１の電極
と第２の電極との間に電圧を印加する駆動部とを有し、
この駆動部から第１の電極と第２の電極との間に電圧
（画像信号）を印加することによりダイヤフラムを変形
し、この変形に基づいてインクを加圧して吐出する静電
型インクジェットヘッドが知られている。

【０００３】この静電型インクジェットヘッドのインク
吐出力は、第１の電極と第２の電極との間に生じる静電
力（数１参照）により決まる。

【０００４】

【数１】

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この数式によれば、電
極間電圧（Ｖ）を変化すると静電力が変化する。従っ
て、理論的には、電極間電圧を調節することにより異な
る量のインクを吐出することが可能である。しかし、電
極間電圧を変化するには、例えば、低圧用ドライバ、中
圧用ドライバ、高圧用ドライバといった複数のドライバ
を必要とする。また、ドライバの値段はその出力可能電
圧に応じて飛躍的に上昇し、インクジェットヘッドの高
価格化は避けられない。また、電極面積を変えることに
よりインク吐出量を調整することも可能であるが、高密
度なインクジェットヘッドでは、面積差がインク吐出量
に十分反映されない。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、基板
上に固定された第１の電極と、上記第１の電極と間隔を
置いて配置された第２の電極と、上記第２の電極を支持
するダイヤフラムと、上記第１の電極と第２の電極の間
に電圧を印加し、これにより上記第１の電極と第２の電
極との間に生じる静電力に基づいて上記ダイヤフラムを
変形する駆動部とを備え、上記ダイヤフラムの変形に基
づいて、上記ダイヤフラムの近傍に収容されているイン
クを加圧して吐出する静電型インクジェットヘッドにお
いて、上記第１の電極又は第２の電極の少なくともいず
れか一方は複数の互いに分離された複数の部分電極で構
成され、他方の電極である第１の電極又は第２の電極と
各部分電極との距離がそれぞれ異なることを特徴とする

【０００７】本発明に係るインクジェットヘッドの他の
形態では、上記複数の部分電極は、上記第１の電極と第
２の電極の対向方向から見たときに、互いに重ならない
ように配置されている。

【０００８】本発明に係るインクジェットヘッドの別の
形態では、上記複数の部分電極はそれぞれ、上記第１の
電極と第２の電極の対向方向から見たときに、他の電極
と少なくとも一部が重なるように配置されている。な
お、この場合、互いに重ねられた部分電極の間には絶縁
層が介在される。

【０００９】

【発明の効果】このように構成した本発明のインクジェ
ットヘッドでは、第１の電極又は第２の一方の電極が複
数の部分電極で構成されると共に、これら部分電極と他
方の電極との距離がそれぞれ異なるようにしてある。し
たがって、電圧を印加する部分電極の数を変えることに
より、第１の電極と第２の電極との間に形成される静電
力が変化し、インクジェットヘッドから吐出するインク
の量が変化する。そのため、同一の電圧を出力する電源
にスイッチング回路を介して各部分電極を接続しておけ
ば、このスイッチング回路で電圧を印加する部分電極を
選択するだけで、吐出するインクの量を変化できる。こ
れにより、ノズルを高密度に配置したインクジェットヘ
ッドでも、安価な低電圧用のドライバだけでインク吐出
量を可変できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施形態を説明する。図１と図２は、一実施形態のイ
ンクジェットヘッド１０を示す。このインクジェットヘ
ッド１０は、３つの基板、すなわち、第１の基板１２、
第２の基板１４、第３の基板１６を積層して構成されて
いる。これら３つの基板１２、１４、１６は、シリコ
ン、感光性ガラス、ニッケル、耐インク性に優れたポリ
イミド、ポリサルフォン等の樹脂で形成することができ
るが、本実施形態では、基板１２はホウ珪酸ガラス、基
板１４はシリコン、基板１６はホウ珪酸ガラスで形成さ
れており、陽極接合でそれぞれ隣接する基板に接合され
ている。

【００１１】第２の基板１４は、第１の基板１２に対向
する面を異方性エッチングで加工して、図３に詳細に示
すように、インク２０を収容することができる複数の窪
み、すなわち、複数のインク室２２、各インク室２２を
大気に連通するインク吐出用ノズル２４、各インク室２
２に補給するインク２０を収容しているインク補給室２
６、及び各インク室２２をインク補給室２６に接続する
インク補給路２８が形成し、これによりインク室２２の
底壁を薄肉（厚さ約３μｍ）のダイヤフラム３０として
ある。また、第３の基板１６に隣接する第２の基板１４
の面は、ボロンをイオン注入し拡散してボロンドーピン
グ層（共通電極３２）が形成されている。なお、ボロン
ドーピング層を最初に形成し、その後にエッチングでイ
ンク室２２を形成する場合、このボロンドーピング層が
エッチングストップ層と機能する。

【００１２】第３の基板１６は、第２の基板１４と対向
する面であって、ダイヤフラム３０に対向するそれぞれ
の領域に、絶縁空間３４が形成されている。この絶縁空
間３４の深さは、ノズル２４の位置する前部から反対側
に向けて段々に深くなるように、３つの段部３６、３
８、４０が形成されており、ダイヤフラム３０から各段
部３６、３８、４０までの距離が段々に長くなるように
してある。各段部３６、３８、４０にはそれぞれ、以下
の説明する成膜技術を用いて、個別電極（部分電極）４
２、４４、４６がそれぞれ形成され、これら個別電極４
２、４４、４６とダイヤフラム３０との間隔がそれぞれ
０．４μｍ、０．４５μｍ、０．５μｍに設定されてい
る。

【００１３】各個別電極４２、４４、４６は、ＳｉＮ等
の絶縁材料からなる厚さ約０．１μｍの絶縁被膜４８で
覆われている。なお、図１は、各個別電極を表示するた
めに、絶縁被膜４８が除いてある。各個別電極４２、４
４、４６はまた、導電リード部５６、５８、６０（図４
参照）を介して、スイッチング回路６２にそれぞれ接続
されており、このスイッチング回路６２により各個別電
極４２、４４、４６に対して個別的に一定の電圧が印加
できるようにしてある。スイッチング回路６２はまた、
上述した共通電極３２に接続されている。このスイッチ
ング回路６２はさらに駆動回路６４に接続されており、
この駆動回路６４からスイッチング回路６２に対して画
像信号が出力されるようになっている。

【００１４】このように構成されたインクジェットヘッ
ド１０を用いてインク２０を吐出する場合、駆動回路６
４からスイッチング回路６２に画像信号が出力される。
この画像信号は、インク２０の吐出を指令する信号と、
個別電極４２、４４、４６のうちいずれの個別電極に電
圧を印加するかを指令する信号が含まれている。スイッ
チング回路６２は、後者の信号から電圧を印加すべき個
別電極４２、４４又は４６を選択し、共通電極３２と選
択された個別電極４２、４４又は４６との間に電圧を印
加する。これにより、共通電極３２と選択された個別電
極４２、４４又は４６と間に静電力が発生し、共通電極
３２を支持している薄肉のダイヤフラム３０が選択され
た個別電極４２、４４又は４６に向けて変形する。この
とき、絶縁被膜４８により、共通電極３２と個別電極４
２、４４、４６との接触が防止される。また、絶縁被膜
４８を形成しているＳｉＮは比誘電率が空気の約２０倍
であるので、電極間の静電力を増大する効果がある。

【００１５】ダイヤフラム３０の変形により、インク室
２２に負圧が発生し、インク補給室２６のインク２０が
インク補給路２８を介してインク室２２に補給される。
次に、画像信号をオフすると、個別電極４２、４４又は
４６と共通電極３２との間の静電力が消滅し、ダイヤフ
ラム３０の弾性に基づいてこれが変形前の位置（図２参
照）に復帰する。その結果、インク室２２のインク２０
が加圧され、ノズル２４からインク２０が吐出する。

【００１６】上述した数式１から明らかなように、個別
電極と共通電極との間に発生する静電力は、これら電極
間の距離が大きくなるほど小さくなる。したがって、個
別電極３６、３８、４０にそれぞれ単独で一定の電圧を
印加した場合、個別電極３６に電圧を印加したときに生
じる静電力及びこれによるダイヤフラム３０の変位量は
最も小さく、そのために吐出するインクの量も最も少な
いのに対して、個別電極４０に電圧を印加したときに生
じる静電力及びこれによるダイヤフラム３０の変位量は
最も大きく、そのために吐出するインクの量も最も多
い。換言すれば、通常の大きさのインク滴を吐出する場
合は個別電極３８に電圧を印加し、これよりも小径又は
大径のインク滴を吐出する場合は３６又は４０に電圧を
印加することにより、印刷される画像の画質を種々変え
ることができる。また、電圧を印加する個別電極を組み
合わせることにより更に多段階にインク吐出量を変える
ことができる。

【００１７】因みに、４０ボルトの電圧を各個別電極３
６、３８、４０にそれぞれ印加したところ、それぞれの
場合のインク吐出量は６０ピコリットル、３８ピコリッ
トル、２０ピコリットルであった。また、個別電極３６
と３８に同時に４０ボルトを印加した場合のインク吐出
量は１０５ピコリットル、個別電極３８と４０に同時に
４０ボルトを印加した場合のインク吐出量は６５ピコリ
ットル、すべての個別電極３６、３８、４０に同時に４
０ボルトを印加した場合のインク吐出量は１３５ピコリ
ットルであった。

【００１８】図４を参照して、基板１６に個別電極４
２、４４、４６及びその配線を形成する手順の一例を説
明する。図示するように、基板１６に、サンドブラスト
法を用いて、それぞれの個別電極に対応するスルーホー
ル５０、５２、５４を形成する。次に、基板１６の電極
形成面にレジスト層を成膜した後、適当なマスク（図示
せず）を用いて個別電極４６に対応する領域を露光して
当該領域のレジスト層を除去し、さらにエッチングして
窪み６８を形成する。次に、個別電極４４に対応する領
域のレジストを除去し、エッチングして、この領域に窪
み７０を形成すると共に、すでに形成されている窪み６
８の深度を増す。同様にして更なる露光、エッチングを
繰り返し、個別電極４２に対応する領域に窪み７２を形
成すると共に、すでに形成されている窪み６８と７０の
深度をそれぞれ増し、これにより段部３６、３８、４０
を形成する。その後、スパッタリング、ＣＶＤ等の周知
の成膜技術を用いて、各段部３６、３８、４０にそれぞ
れ個別電極４２、４４、４６を形成する。また、スパッ
タリング、ＣＶＤ等の周知の成膜技術を用いて、スルー
ホール５０、５２、５４に導電リード部５６、５８、６
０を形成する。最後に、これら個別電極４２、４４、４
６上に絶縁被膜４８を形成し、レジスト膜を除去する。

【００１９】図５は他の形態のインクジェットヘッド１
０ａを示す。このインクジェットヘッド１０ａでは、第
３の基板１６のダイヤフラム３０に対向する領域には、
一定の深さを有する窪み７０が形成されている。また、
窪み７０の底部に３つの個別電極７２、７４、７６が積
層され、これにより各個別電極７２、７４、７６からダ
イヤフラム３０までの距離が違えてある。さらに、隣接
する個別電極７２と７４、７４と７６の間と、最上層の
個別電極７６の上には絶縁膜７８が形成され、これによ
り隣接する個別電極間と、ダイヤフラム３０と共に変位
する共通電極３２と個別電極７６との接触が防止されて
いる。

【００２０】これらの窪みと個別電極は、例えば、図６
に示す方法で形成される。この方法では、まず基板１６
の片面に窪み７０をエッチングする。次に、窪み７０に
ＣｒＡｕをスパッタリングして厚さ約０．１μｍの個別
電極７６を形成し、その上にＳｉＮをＬＰ−ＣＶＤ法に
より成膜して絶縁膜７８を作る。その後、スパッタリン
グとＣＶＤを繰り返して、個別電極７４、７２を形成す
ると共に、これらの間と最上層の個別電極７６上に絶縁
膜を７８形成する。なお、最上層の絶縁膜７８の厚さは
約０．１μｍとするのが好ましい。これらの個別電極７
２、７４、７６は、それぞれの成膜時に同時に形成され
た導電リード部を介してスイッチング回路６２に接続さ
れる。したがって、上記実施形態のように、スルーホー
ルを形成する必要がない。

【００２１】因みに、４０ボルトの電圧を各個別電極７
２、７４、７６にそれぞれ印加したところ、それぞれの
場合のインク吐出量は６５ピコリットル、４０ピコリッ
トル、２５ピコリットルであった。

【００２２】なお、以上で説明した実施形態の各部材の
材料は限定的なものでない。例えば、電極の材料には、
ＣｒＡｕに限るものでなく、ＩＴＯ、ＳｎＯ₂、Ｐｔ等
の低抵抗材料であればよい。絶縁層の材料も、ＳｉＮに
限らず、ＳｉＣ、ＳｉＯ₂、ＭｇＯ等を使用してもよ
い。

【００２３】また、複数の個別電極の配置状態は以上の
実施形態に限るものでなく、例えば、図７に示すよう
に、基板１６には底部が斜めに傾斜した窪み８０をエッ
チングで形成し、そこに傾斜方向に沿って順次３つの個
別電極８２、８４、８６を配置してもよいし、図８に示
すように、基板１６には底部がＶ字状に傾斜した窪み９
０をエッチングで形成し、中央部に個別電極９２、その
両側にそれぞれ個別電極９４、９６を配置してもよい。

【００２４】さらに、個別電極の数は３つに限るもので
なく、２つ以上であればよい。

【００２５】さらにまた、共通電極３２はイオンドーピ
ング層を用いたが、個別電極と同様にスパッタリング等
の公知の成膜技術により形成してもよい。なお、各電極
は独立して設ける必要はなく、これを取り付けている基
板を導電材料で形成している場合は、基板自体を電極と
して兼用することができる。

【００２６】そして、以上の説明では個別電極を複数設
けたが、共通電極を複数個設けると共に、複数の共通電
極に対してスイッチング回路を通じて選択的に電圧を印
加できるようにしてもよい。

【００２７】また、複数の電極を積層した実施形態で
は、これらの電極を完全に重ね合わせたが、少なくとも
一部分が重なっているだけもよい。この場合も、その重
なり部分で距離が異なるので、上述の実施形態と同様
に、電圧を印加する電極を違えることによりインク吐出
量を可変できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係るインクジェットヘッド
の拡大分解斜視図。

【図２】図１に示すインクジェットヘッドの拡大断面
図。

【図３】図１に示すインクジェットヘッドに用いた第
２の基板の拡大部分平面図。

【図４】個別電極の形成方法を示す工程図。

【図５】インクジェットヘッドの他の実施形態の拡大
断面図。

【図６】図５に示す個別電極の形成方法を示す工程
図。

【図７】個別電極の他の配置例を示す拡大断面図。

【図８】個別電極の他の配置例を示す拡大断面図。

【符号の説明】

１０…インクジェットヘッド、１２…第１の基板、１４
…第２の基板、１６…第３の基板、２０…インク、２２
…インク室、２４…ノズル、３０…ダイヤフラム、３２
…共通電極、３６、３８、４０…個別電極。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に固定された第１の電極と、上記第１の電極と間隔を置いて配置された第２の電極
と、上記第２の電極を支持するダイヤフラムと、上記第１の電極と第２の電極の間に電圧を印加し、これ
により上記第１の電極と第２の電極との間に生じる静電
力に基づいて上記ダイヤフラムを変形する駆動部とを備
え、上記ダイヤフラムの変形に基づいて、上記ダイヤフラム
の近傍に収容されているインクを加圧して吐出する静電
型インクジェットヘッドにおいて、上記第１の電極又は第２の電極の少なくともいずれか一
方は複数の互いに分離された複数の部分電極で構成さ
れ、他方の電極である第１の電極又は第２の電極と各部分電
極との距離がそれぞれ異なることを特徴とするインクジ
ェットヘッド。
【請求項２】上記複数の部分電極は、上記第１の電極
と第２の電極の対向方向から見たときに、互いに重なら
ないように配置されていることを特徴とする請求項１の
インクジェットヘッド。
【請求項３】上記複数の部分電極はそれぞれ、上記第
１の電極と第２の電極の対向方向から見たときに、他の
電極と少なくとも一部が重なるように配置されているこ
とを特徴とする請求項１のインクジェットヘッド。
【請求項４】上記第１の電極と第２の電極の対向方向
から見たときに重なるように配置された部分電極の間に
絶縁層が介在されていることを特徴とする請求項３のイ
ンクジェットヘッド。