CN101310982A - 液滴喷吐头、液滴喷吐装置及液滴喷吐头的喷吐控制方法 - Google Patents

液滴喷吐头、液滴喷吐装置及液滴喷吐头的喷吐控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了能以简单的结构改变喷吐量的液滴喷吐头、液滴喷吐装置、液滴喷吐头的喷吐控制方法，该液滴喷吐装置包括：将液体以液滴形态喷吐的喷嘴(31)；具有通过位移对液体施加压力的振动膜(22)、并设置在与喷嘴(31)连通的液体的流道上设有的喷吐室(21)；以及与作为喷吐室(21)的一部分的振动膜(22)对置的、通过电荷供给使振动膜(22)间产生静电力、利用抵接和脱离使振动膜(22)位移的独立电极(12)，其中，独立电极(12)包括：由供给源自外部的电荷的第一独立电极(12A)；以及由与第一独立电极(12A)不同的材料构成、比第一独立电极(12A)电阻率高、且通过第一独立电极(12A)供给电荷的第二独立电极(12B)。

Description

液滴喷吐头、液滴喷吐装置及液滴喷吐头的喷吐控制方法
技术领域
本发明涉及一种液滴喷吐头、具有该液滴喷吐头的液滴喷吐装置以及液滴喷吐头的喷吐控制方法。
背景技术
例如通过加工硅等形成微小的器件等的精细加工技术(MEMS：Micro Electro Mechanical Systems，微型电子机械系统)实现了快速进步。利用微型电子机械系统形成的微机电器件的例子，例如在液滴喷吐方式的打印机那样的记录(印刷)装置中使用的液滴喷吐头(喷墨头)、微泵、光可变滤色器、马达那样的静电驱动器、压力传感器等。
液滴喷吐方式(作为典型例子，有为了喷吐墨进行印刷等而使用的喷墨方式)无论家庭用还是工业用，被应用于所有领域的印刷(print)等。在液滴喷吐方式下，使液滴喷吐头在与目标之间相对移动、向目标的规定位置喷出液体，该液滴喷吐头具有微机电器件，例如多个喷嘴的液滴喷吐头。近年，也应用于制造使用液晶(LiquidCrystal)的显示装置时的滤色器、使用有机电致发光(OrganicElectroLuminescence)器件的显示基板(OLED)、DNA等生物分子的微列阵等的制造中。
作为实现液滴喷吐方式的喷吐头，蓄积流道上的喷吐液体的喷吐室的至少一个面的壁(例如底壁，虽然此壁与其他壁成一体，但以下将此壁称为振动膜)因为挠变而形状发生变化，使振动膜挠变以提高喷吐室内压力，从与喷吐室连通的喷嘴喷吐液滴。
现有技术中公开了这样一种喷墨头，当为利用静电方式的液滴喷吐头时，使作为移动电极的振动膜和作为与振动膜对置的固定电极的独立电极间产生静电力，将振动膜吸向独立电极。其后，如果使静电力减弱或停止产生，由于使振动膜复原达到平衡状态的恢复力(弹力)的作用，振动膜移位到原来的位置。通过反复进行上述动作，驱动振动膜，喷出液滴。此时，在液滴喷吐头中，为了实现印刷的高画质化、高速化，优选能够进行各种各样的控制。对既能改变每一个落点的液滴喷吐量(以下称为喷吐量)、又能进行稳定的喷吐等这样的控制要求较高。因此，提出了将独立电极分成多个，控制每个独立电极的外加电压，根据外加电压的电极数改变静电力而使喷吐量改变(例如，参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开2000-015801号公报
不过，在越来越高密度化过程中，对各喷嘴设有多个独立电极，进行独立的配线是困难的。而且，进行这样配线也增加了成本。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种用简单构造实现喷吐量变化的液滴喷吐头等。
本发明涉及一种液滴喷吐头，包括：喷嘴，将液体以液滴形态喷吐；喷吐室，具有通过位移对液体加压的振动膜，喷吐室设置在与喷嘴连通的液体的流道上；以及固定电极，固定电极与作为喷吐室的一部分的振动膜对置，通过电荷供给使固定电极与振动膜间产生静电力，并利用抵接和脱离使振动膜位移，其中，该固定电极包括：第一固定电极，被供给有源自外部的电荷；以及第二固定电极，由与第一固定电极不同的材料构成，且通过第一固定电极被供给电荷。
本发明中，由于固定电极包括第一固定电极、与第一固定电极不同材料且通过第一固定电极供给电荷的第二固定电极，所以，通过控制向固定电极的电荷供给，选择仅仅使第一固定电极的部分与振动膜抵接或使第一固定电极和第二固定电极的部分与振动膜抵接，使其进行喷吐动作，从而可以提供可改变单次可喷吐的液滴喷吐量的液滴喷吐头。此时，由于不具有阶梯构造等复杂的构造，所以可以简单地制造。
而且，本发明涉及的液滴喷吐头，通过一个或多个连接部电连接第一固定电极与第二固定电极，其中，连接部作为从第一固定电极向第二固定电极供给电荷的电荷供给路径。
本发明中，由于第一固定电极和第二固定电极通过一个或多个连接部电连接，所以可以规定电荷供给路径，设定连接部的数量、宽度，可以任意控制由第一固定电极向第二固定电极的电荷供给量(时间)。
而且，在本发明涉及的液滴喷吐头中，第二固定电极由比第一固定电极电阻率高的材料构成。
本发明中，由于第二固定电极由比第一固定电极电阻率高的材料构成，所以与第一固定电极相比，在第二固定电极与振动膜之间可以设置到产生抵接所需的静电力的时间差。
而且，本发明涉及的液滴喷吐头，将ITO作为第一固定电极的材料，钛作为第二固定电极的材料。
本发明中，从电阻率不同、作为基础的基板为玻璃时的粘合性等角度考虑，存在最佳组合，所以可以长(使用)寿命、进行良好的喷吐。而且，在制造过程中，由于钛对于进行ITO刻蚀时的必要的刻蚀剂(刻蚀溶液)有抗性，所以首先在基板上形成利用钛的第二固定电极，可以在基板上容易地形成第一固定电极和第二固定电极。
而且，本发明涉及的液滴喷吐头，用铬、白金或金代替钛，作为第二固定电极的材料。
本发明中，如果第二固定电极以铬、白金或金作为材料，可以得到电阻率等方面良好的液滴喷吐头。
而且，本发明涉及的液滴喷吐头，在喷吐室的短边方向上，在中央部分配置第一固定电极，其两侧配置第二固定电极，沿喷吐室的短边方向并列设有第一固定电极和第二固定电极。
本发明中，由于沿喷吐室的短边方向设有固定电极，因此至少在第一固定电极中，与原来相比没有变化地沿液体的流道施加喷吐所需的压力，所以可以进行振动膜的抵接。而且，在两侧设有第二固定电极可以使其均衡性良好地抵接。
而且，本发明涉及的液滴喷吐头，在喷吐室的短边方向上，在第二固定电极的外侧，还设有由与第一固定电极和第二固定电极不同材料构成的一个或多个固定电极。
本发明中，由于在第二固定电极的外侧另外设有一个或多个固定电极，所以可以使例如单次可喷吐的液滴喷吐量进行三级以上改变。
而且，本发明涉及的液滴喷吐头，沿喷吐室的长边方向并列设有第一固定电极和第二固定电极。
本发明中，由于沿喷吐室的长边方向并列设有第一固定电极和第二固定电极，所以可以得到即使沿长边方向也可以使单次可喷吐的液滴喷吐量多级改变的液滴喷吐头。
而且，本发明涉及的液体喷吐装置是装载了上述液滴喷吐头的装置。
本发明中，由于装载了上述液滴喷吐头，所以虽然液滴喷吐头的构造简单，但只进行电压外加时间的控制就能使单次可喷吐的液滴喷吐量改变，例如，在用于图像印刷等用途时可以谋求高画质化。
而且，本发明涉及的液滴喷吐头的喷吐控制方法，液滴喷吐头包括：喷嘴，将液体以液滴形态喷吐；喷吐室，具有通过位移对液体加压的振动膜，喷吐室设置在与喷嘴连通的液体的流道上；以及固定电极，固定电极与作为喷吐室的一部分的振动膜对置，通过电荷供给使固定电极与振动膜间产生静电力，并利用抵接和脱离使振动膜位移，其中，固定电极包括：第一固定电极，被供给有源自外部的电荷；以及第二固定电极，由与第一固定电极不同的材料构成，且通过第一固定电极被供给有电荷，其中，为使振动膜与固定电极抵接的面积改变，控制向固定电极供给电荷的电压外加时间。
本发明中，仅仅通过控制向固定电极的电荷供给的电压外加时间，选择只第一固定电极的部分与振动膜抵接或第一固定电极和第二固定电极的部分与振动膜抵接，使其进行喷吐动作，可以通过简单的控制使液滴喷吐量改变。
而且，本发明涉及的液滴喷吐头的喷吐控制方法，根据关于第一固定电极和第二固定电极的蓄电的时间常数，确定振动膜和固定电极间的电压外加时间。
本发明中，由于根据蓄电的时间常数，确定振动膜和固定电极间的电压外加时间，所以可以进行高效的设计。
附图说明
图1是分解表示涉及实施例一的液滴喷吐头的图。
图2是涉及实施例一的液滴喷吐头的截面图。
图3是表示以驱动控制电路40为主的构成的图。
图4是放大凹部11和独立电极12的一部分的图。
图5是表示外加电压时间与振动膜22的抵接的关系图。
图6是表示独立电极12的宽度与时间常数的关系的图。
图7是表示电极基板10的制造工序的图。
图8是表示液滴喷吐头的制造工序的图。
图9是凹部11和独立电极12的局部放大图。
图10是表示各金属中一般情况下的电阻率的图。
图11是凹部11和独立电极12的局部放大图。
图12是使用了液滴喷吐头的液滴喷吐装置的外观图。
图13是表示液滴喷吐装置的主要构成单元的一个例子的示意图。
具体实施方式
实施例一
图1为分解地表示本发明的实施例一涉及的液滴喷吐头的图。图1所示为液滴喷吐头的一部分(不仅是图1中可见的喷嘴，实际上还设有更多的喷嘴)。本实施例中，例如，作为使用通过静电方式驱动的静电驱动器的器件(装置)的代表，对表面喷射(face eject)型的液滴喷吐头进行说明。(另外，用图表示构成部件，为了使其容易看清楚，包括图1在内的以下的图中存在构成部件的大小关系与实际的物品不同情况。而且，将图的上部视为上，下部视为下，进行说明。而且，在矩形的喷吐室21(振动膜22、独立电极12)中，喷嘴排列的方向为短边方向，所以以短边方向、与短边方向正交的方向作为长边方向为例进行说明。)
如图1所示，本实施例涉及的液滴喷吐头，由电极基板10、空腔基板(cavity substrate)20以及喷嘴基板30这三个基板由下而上顺序层叠构成。本实施例中，电极基板10与空腔基板20通过阳极接合(anodically bonded)连接在一起。而且，空腔基板20与喷嘴基板30用环氧树脂等粘合剂连接在一起。
电极基板10以厚约1mm的例如硼硅酸类的耐热硬质玻璃等的基板作为主要材料。本实施例中，虽然为玻璃基板，但是也可以将例如单晶硅作为基板。在电极基板10的表面，与后述空腔基板20的喷吐室21形成的凹部一致，形成例如具有深约0.3μm的多个凹部11。然后，在凹部11的内侧(特别是底部)，与空腔基板20的各喷吐室21(振动膜22)对置地设有成为固定电极的独立电极12。在此，本实施例的独立电极12包括彼此不同材料构成的第一独立电极12A、第二独立电极12B以及连接部12C(参照图4)。凹部11内的矩形部分中，第一独立电极12A设在短边方向的中央部分，第二独立电极12B设在第一独立电极12A的两侧。然后，第一独立电极12A与第二独立电极12B通过连接部12C在多处进行电连接。而且，使电连接独立电极12与外部电荷供给单元的导线(lead)部13和端子部14与第一独立电极12A成为一体，并设在凹部11内(以下，若无特别区分，则作为独立电极12进行说明)。对独立电极12的详细情况将在后面进行描述。
在此，在振动膜22和独立电极12之间，利用凹部11，形成振动膜22可以弯曲的一定的间隙(空隙)。在此，振动膜22(绝缘膜23)与独立电极12之间成的间隙称为间隙长。而且，在基板10上设有通孔，此通孔是作为从外部的容器(图中未显示)导入供给的液体的流道的液体供给口15。
空腔基板20例如以表面为(110)表面取向(orientation)的硅单晶基板(以下称为硅基板)为主要材料。在空腔基板20上形成有使喷吐的液体暂时蓄积的喷吐室21的凹部(底壁成为可动电极的振动膜22)及容器(reservoir)24的凹部。而且，在空腔基板20的下面(与电极基板10对置的面)，为使其与独立电极12之间电绝缘等，将利用TEOS膜(在此，称为Tetraethyl orthosilicateTeraethoxysilane：正硅酸乙酯(硅酸乙酯))作为原料气体使用，得到的二氧化硅(SiO2)膜)的绝缘膜23成膜0.1μm。此处，虽然用TEOS膜使绝缘膜23成膜，但也可以使用例如Al2O3(氧化铝(矾土))等。此处，若无特别说明，则将振动膜22与绝缘膜23作为一体进行说明。而且，形成有向各喷吐室21供给液体的容器(公共液室)24的凹部。而且，还具备公共电极端子27，作为由外部的电力供给单元(图中未显示)向空腔基板20(振动膜22)提供电荷时的端子。
对于喷嘴基板30，也将例如硅基板作为主要的材料。喷嘴基板30中，形成多个喷嘴31。各喷嘴31利用振动膜22的位移，将加压的液体以液滴形态向外部吐出。而且，设有作为用于喷吐室21与容器24连通的沟的孔口(orifice)32、缓冲由于振动膜22的弯曲向容器24方向施加的压力的隔膜(diaphragm)33。
图2为液滴喷吐头的长边方向上的截面图。在图2中，喷吐室21中事先蓄积着由喷嘴(喷嘴孔)31喷吐的液体。通过使作为喷吐室21底壁的振动膜22弯曲，提高喷吐室21内的压力，使液滴从喷嘴(喷嘴孔)31喷吐。此处，本实施例中，振动膜22可以作为电极，且在湿式刻蚀工序中，在硅基板上形成情况良好的高浓度的硼搀杂层，作为构成振动膜22的物质。而且，为了不在间隙中混入异物、水分(水蒸气)等，将间隙与外界气体截断、密闭，因此在电极取出口26设有密封材料25。
图3是表示以驱动控制电路40为主的构成的示意图。根据图3，针对控制振动膜22的抵接(保持)与脱离，继而控制使液滴从液滴喷吐头喷吐的技术等进行说明。驱动控制电路40还设置有以CPU42为中心构成的头控制部41。头控制部41的CPU 42a中，例如，通过总线51从电脑等外部装置50发送含有印刷用数据等的信号。
而且，头控制部41包含ROM 43a、RAM 43b以及字符发生器43c，通过内部总线42b与CPU 42a连接。CPU 42a根据ROM 43a内存储的控制程序执行处理，生成与印刷数据对应的喷吐控制信号。此时，作为操作区域使用RAM 43b内的存储区域，而且，在印刷文字等时，进行基于字符生成器43c中存储的字符数据等的处理。通过内部总线42b，将CPU 42a生成的喷吐控制信号发送给逻辑门阵列45。逻辑门阵列45根据喷吐控制信号，如下所述，生成关于电荷供给的SEG信号，此电荷供给为向针对各喷嘴31设置的独立电极12的电荷供给。而且，由COM发生电路46a生成关于如后述的向空腔基板20(振动膜22)供给电荷的COM信号。驱动脉冲发生电路46b生成用于同步的信号。通过连接器47，将这些信号发送给驱动器IC 48。
然后，驱动器IC 48直接或通过FPC(Flexible Print Circuit)、金属线等配线49，和端子部14、公共电极端子部27电气连接。驱动器IC 48的端子数如果少于液滴喷吐头的喷嘴31数，会存在由多个驱动器IC 48构成的情况。驱动器IC 48接受电源电路52提供的电力，根据前述各种信号，实际进行向空腔基板20(振动膜22)和/或独立电极12提供电荷的开始(充电)、电荷保持及放电(以下，称为输出)，向振动膜22和独立电极12之间外加电压(驱动电压)(使其生成电位差)。通过反复进行输出，驱动器IC 48通过输出欲施加的电压波形为脉冲状(为了实际上升沿时间、下降沿时间不为0而成梯形，为方便将此输出称为脉冲)。
利用基于电荷供给的电压外加，在振动膜22与独立电极12之间产生静电力，振动膜22被拉向独立电极12侧并挠变、抵接。因此，排出体积(喷吐室21的容积)变大。而且，通过放电使振动膜22与独立电极12之间的电位差消失或减小，则静电力的发生会停止或减小。当振动膜22上的恢复力变大时，振动膜22将会回到原位，与独立电极12脱离，向液体施加由此时的恢复力所产生的压力(以下，称为恢复力)，挤压液体，从喷嘴31喷吐液滴。此液滴例如以成为印刷对象的记录纸为目标，进行印刷等记录。
图4为凹部11和独立电极12的局部放大图。如上所述，凹部11内形成由不同材料构成的第一独立电极12A和第二独立电极12B。本实施例中，作为第一独立电极12A(导线部13、端子部14)的材料，使用在氧化铟中搀杂了作为杂质的氧化锡的、在可见光区域透明的ITO(Indium Tin Oxide：铟锡氧化物)。另一方面，作为第二独立电极12B及连接部12C的材料，使用Ti(钛)。即使温度等条件不同，一般情况下，钛的电阻率为5.5×10-5(Ω·cm)，比ITO高。此处，第一独立电极12A和第二独立电极12B的宽度无特殊规定，但由于如果宽度大则电阻低，所以第一独立电极12A的宽度大，电荷快速遍及第一独立电极12A全体，在加快应答速度进行喷吐方面良好。而且，也需要考虑第一独立电极12A和第二独立电极12B之间的抵接宽度等的平衡。
在本实施例中，在三个部位预先设有连接部12C，利用连接部12C电连接第一独立电极12A和第二独立电极12B。由驱动器IC 48提供的电荷，通过端子部14、导线部13，向第一独立电极12A的方向供给电荷，电荷供给到第一独立电极12A的全体。然后，当驱动器IC 48继续供给电荷时，通过第一独立电极12A、连接部12C，进一步向第二独立电极12B提供电荷。利用第一独立电极12A、连接部12C供给电荷，而且由于第二独立电极12B中的电阻比第一独立电极12A的高，所以产生可以使振动膜22抵接的静电力的电荷在被供给到第二独立电极12B全体之前是需要时间的。
此处，例如若第一独立电极12A与第二独立电极12B的接触面积大，则第一独立电极12A向第二独立电极12B的电荷供给路径变宽，所以在向第二独立电极12B全体提供电荷的时间与在第一独立电极12A全体遍及电荷的时间之间没有时间上的差异。因此，设有连接部12C，通过限制第一独立电极12A向第二独立电极12B的电荷供给路径，可以区别电荷供给时间的差。只是，相反地接触面积过度减少的话，可能产生向第二独立电极12B的电荷供给需要过于长的时间，应答性降低的问题。因此，决定第一独立电极12A和第二独立电极12B之间的电荷供给的时间差时，要利用连接部12C的宽度、设有的数目等进行调整。此时间差优选可以是如约2μs。此处，如前所述，第一独立电极12A的电荷供给并不是全体一瞬间完成的，是导线部13和端子部14由近及远提供电荷的，所以由于设有连接部12C的位置的不同，时间差会有些许变化。
图5为表示外加电压时间与振动膜22的抵接的关系的图。图5(a)表示驱动器IC 48欲外加的电压的脉冲波形。此处，将对于公共电极端子27的COM信号的电压视为GND，为对各个独立电极12中每个独立电极的电荷供给进行控制而外加的SEG信号的电压视为V。本实施例如图5(a)所示，驱动器IC 48使供给电荷的时间(外加电压时间)改变。而且，关于到获得使振动膜22抵接的静电力的时间，第一独立电极12A与第二独立电极12B之间设有差值。此差值是通过在第一独立电极12A与第二独立电极12B中使用不同的材料以使其电阻不同来设定的。按此方法，通过调整供给电荷时间，可以选择振动膜22只与第一独立电极12A抵接(5(b))或与独立电极12全面抵接(第一独立电极12A、第二独立电极12B、连接部12C)(5(c))。然后，使振动膜22与独立电极12抵接面积改变(以下，称为抵接面积)，使排出体积改变(喷吐室21的容积)，使喷嘴31喷吐的液滴喷吐量改变。
驱动器IC 48在时间ta开始外加电压。然后，Δt1的时间内，将外加电压保持为V时，在仅第一独立电极12A的部分与振动膜22间，可以储备(蓄电)只发生抵接所需的静电力(第二独立电极12B中，没有储备抵接所需的电荷)。振动膜22与第一独立电极12A的部分抵接后，利用独立电极12的放电而脱离。利用此时的恢复力，从喷嘴31喷吐液滴。
另一方面，Δt2期间内，将外加电压保持为V时，不仅在第一独立电极12A的部分，也可以在第二独立电极12B与振动膜22间，储备(蓄电)发生抵接所需的静电力。所以，振动膜22与第一独立电极12A和第二独立电极12B的部分抵接后，利用独立电极12的放电而脱离。利用此时的恢复力，从喷嘴31喷吐液滴。排出体积增大了与第二独立电极12B抵接的部分，所以比Δt1的期间内，外加电压保持为V时从喷嘴31的液滴喷吐量大。
图6为表示第一独立电极12A、第二独立电极12B的宽度与时间常数的关系的图。图6示出了由ITO构成的第一独立电极12A(图6中称为ITO部)和由钛构成的第二独立电极12B(图6中称为Ti部)的宽度的比、第一独立电极12A(ITO部)的时间常数τ1(s)、第二独立电极12B(Ti部)的时间常数τ2(s)、以及经由第一独立电极12A到达第二独立电极12B的时间常数τ3(认为是时间常数τ1与时间常数τ2的和)。而且，图6(a)表示在一处的连接部12C中，电连接第一独立电极12A和第二独立电极12B的情况。图6(b)表示如图4所示的在三处的连接部12C中，电连接第一独立电极12A和第二独立电极12B的情况。另外，第一独立电极12A和第二独立电极12B的长度相同。
此处，时间常数τ表示用下式(1)表示的线性的1次频率应答的值，通常表示达到最终的值的约63.2％的时间。
e(t)＝E(1-exp(-t/τ))...(1)
e：作为振动膜22与独立电极12间的电压
E：基于驱动器IC 48的外加电压V
t：时间
τ：时间常数
在本实施例中，在第一独立电极12A和第二独立电极12B中，存储可以存储的电荷的约63.2％的时间分别表示为τ1、τ2。虽然也与喷吐量、喷吐速度及性能设计项目等有关，但是为产生静电力所需要的电荷向第一独立电极12A和第二独立电极12B供给、存储所需电荷前，需要比被时间常数所表示的时间更多的时间。例如，用时间常数的约3倍，存储了产生抵接所需静电力时的95％的电荷量，此时的时间表示为如图5(a)所示的Δt1、Δt2。因此，虽然并不是作为电压外加时间使用时间常数，但是可以参照第一独立电极12A和第二独立电极12B中的时间常数。然后，根据时间常数，可以进行高效的设计和设定外加电压的时间。
根据上述实施例一，因为独立电极12包括：由ITO构成的第一独立电极12A、以及由钛构成、利用第一独立电极12A供给电荷的第二独立电极12B，所以通过控制驱动器IC 48输出电荷的供给，可以利用选择只第一独立电极12A与振动膜22抵接或第一独立电极12A及第二独立电极12B均与振动膜22抵接，使其进行喷吐动作，可以使能单次喷吐的液滴喷吐量改变。此时，一个或多个处(这里指三处)中，通过连接部12C使第一独立电极12A、第二独立电极12B电连接，所以可以任意地规定向第二独立电极12B的电荷供给路径。而且，因为沿喷吐室21(振动膜22)的短边方向设有独立电极12，所以可以沿液体流道为施加喷吐所需压力而进行振动膜22的抵接。
而且，第一独立电极12A为ITO、第二独立电极12B为钛，第二独立电极12B由电阻率高的材料构成，所以可以设定在与振动膜22间到发生抵接所需静电力的时间差。特别是ITO与钛的电阻率不同，从作为基础的基板为玻璃时的粘合性等角度考虑ITO与钛是最好的组合，可以使用寿命长地进行良好的喷吐。
而且，在驱动器IC 48中，只控制向独立电极12进行电荷供给所进行的电压外加时间，就可以进行喷吐量的控制，所以，通过简单的控制可以使单次喷吐的液滴喷吐量改变。而且，根据时间常数τ1、τ2，确定电压外加时间Δt1、Δt2，所以可以进行高效地设计。
实施例二
图7为表示电极基板10的制造工序的图。本实施例中，对以电极基板10的制造为主的液滴喷吐头的制造方法进行说明。右侧表示形成有第一独立电极12A等的部分长边方向截面，左侧表示形成有第二独立电极12B的部分长边方向截面。此处，实际上用圆片状的玻璃基板同时形成多个电极基板10。而且，与其他基板接合等之后，切断成一个一个的，制造液滴喷吐头，但是图7所示仅为一个液滴喷吐头的电极基板10的一部分(以下同)。
对于约1mm的玻璃基板61的一面，例如，使作为掩膜的铬(Cr)等膜62(以下称为掩膜62)成膜(图7(a))。用例如PVD(PhysicalVapor Deposition)法进行掩膜62的形成。例如，PVD法有喷溅、真空蒸镀、离子电镀等方法。而且，向掩膜62上的整个面涂布光刻胶(photoresist)63。然后，用照相平版(photolithography)法，用掩膜对准机等曝光在铬膜上整个面上涂布的光刻胶用感光性树脂，用显影液显影，从而，在玻璃基板61上形成利用光刻胶63的图案(pattern)，此光刻胶63是用于此后形成作为电极基板10的凹部11的部分。
形成光刻胶图案后，利用例如硝酸铈铵水溶液进行湿式刻蚀，除去掩膜62的不需要的部分(图7(b))。基于此，在玻璃基板61上，形成利用掩膜62的凹部11的部分的蚀刻图案。然后，利用例如氟化铵水溶液，进行玻璃基板61的湿式刻蚀，形成高度约0.3μm的侧壁的凹部11(图7(c))。然后，剥离掩膜62。
然后，将形成第二独立电极12B、连接部12C的钛的膜64(以下称为钛膜64)例如全面成膜(沉积)在形成凹部11的面上(图7(d))。关于成膜方法，例如利用前述的喷溅法等PVD法进行成膜。然后，对钛膜64用前述的照相平版法涂布光刻胶65，进行图案形成。此后，利用六氟化硫(SF6)对膜64进行干刻、剥离光刻胶65，形成第二独立电极12B和连接部12C(图7(f))。
进一步，将形成第一独立电极12A、导线部13以及端子14的ITO膜66(以下称ITO膜66)全面成膜在形成凹部11的面上(图7(g))。此处，对成膜方法虽无特殊要求，用例如溅射等进行成膜。然后，将ITO膜66，用照相平板法涂布光刻胶67，进行图案形成。其后，利用盐酸、硝酸、纯水的混合液对ITO膜进行湿式刻蚀(图7(h))，剥离光刻胶67，形成第一独立电极12A、导线部13以及端子部14(图7(i))。然后，开口液体供给口15，制作电极基板10(图7(j))。此处，考虑到蚀刻造成的损坏，则形成利用钛的第二独立电极12B和连接部12C后，形成利用ITO的第一独立电极12A、导线部13以及端子部14，但是各电极材料、蚀刻的方法，蚀刻剂等无此顺序限定。
图8为表示液滴喷吐头的制造工序的图。根据图8对液滴喷吐头制造工序进行说明。另外，实际上，以圆片为单位同时形成多个液滴喷吐头的部件，但是图8只显示其中一部分。
镜面研磨硅基板71的单面(成为与电极基板10接合面一侧)，制作例如220μm厚的基板(形成空腔基板20)(图8(a))。接下来，使形成硅基板71的硼搀杂层72的面与以B2O3为主成分的固体的扩散源对置，放入竖式炉使硼向硅基板71扩散，形成硼搀杂层72。然后，在形成硅搀杂层72的面上，用等离子CVD法，在成膜时的处理温度为360℃、高频输出为250W、压力66.7Pa(0.5Torr)、气体流速为TEOS流速100cm3/min(100sccm)、氧气流速1000cm3/min(100sccm)的条件下，将绝缘膜23成膜0.1μm(图8(b))。
然后，在360℃加热硅基板71与电极基板10后，将电极基板10与负极、硅基板与正极连接，外加800V电压，进行阳极接合。对于完成阳极接合的基板(以下称接合基板)，磨削加工硅基板71的表面，使其厚度至约60μm。其后，为去除加工变质层，用氢氧化钾溶液将硅基板71进行约10μm的湿式刻蚀。按此方法，硅基板71的厚度变为约50μm(图8(c))。
利用等离子CVD法将基于TEOS的二氧化硅的硬掩膜(以下称为TEOS硬掩膜)73成膜在接合基板进行了湿式刻蚀的面上。成膜条件，例如，成膜时的处理温度为360℃、高频输出为700W、压力33.3Pa(0.25Torr)、气体流速为TEOS流速100cm3/min(100sccm)、氧气流速1000cm3/min(1000sccm)的条件下，成1.5μm的膜。
将TEOS硬掩膜73成膜后，为将成为喷吐室21及电极取出口26的部分的TEOS硬掩膜73湿式刻蚀，实施抗蚀图案制作。然后，用氟酸水溶液湿式刻蚀这些部分，使TEOS硬掩膜73图案形成，直到TEOS硬掩膜73消失，露出硅基板71。针对形成容器24，为预先留出容器24底部的厚度，残留若干TEOS硬掩膜73。而且，例如，针对形成面积大、切割容易的电极取出口26的部分，预留若干抗蚀剂的厚度，也可以在之后的工序中，为防止切割而留些厚度。然后，湿式刻蚀后剥离抗蚀剂(图8(d))。
接下来，将接合基板浸在35wt％浓度的氢氧化钾水溶液中，进行湿式刻蚀至成为喷吐室21及电极取出口26部分的厚度约为10μm。进一步，将接合基板浸在3wt％浓度的氢氧化钾水溶液中，露出硼搀杂层72，持续进行湿式蚀刻，直到蚀刻进行极度的缓慢，认为刻蚀已经确切停止为止(图8(e))。按此方法，利用进行用两种不同浓度的氢氧化钾水溶液的蚀刻，可以抑制形成喷吐室21部分的振动膜22的表面皲裂、提高厚度精度。其结果，可是使液滴喷吐头的喷吐性能稳定化。
完成湿式刻蚀后，将接合基板浸在氟酸水溶液中，剥离硅基板71表面的TEOS硬掩膜73。接下来，为除去成为电极取出口26部分的硼搀杂层72，在接合基板的硅基板71侧的表面上安装开口了电极取出口26部分的硅掩膜。然后，在例如射频功率(RFpower)200W、压力40Pa(0.3Torr)、CF4流速30cm3/min(30sccm)的条件下，进行30分钟RIE干刻(各向异性干刻)，仅在形成电极取出口26的部分贴上等离子体，并开口。此处，例如为提高接合基板与掩膜的定位精度，硅掩膜的安装可以利用让针穿过接合基板和硅掩膜的针定位(pin alignment)来进行。此处，虽然用各向异性干刻开口，用针等刺穿，可以穿破硼搀杂层72。然后，用密封部件25，进行为截断空腔部分与外界气体的密封(图8(f))。密封部件25的材料、密封方法等虽无特殊限定，但例如在电极取出口26的开口部分涂布环氧类树脂、堆积二氧化硅等而形成。
密封完成后，例如进一步在接合基板的硅基板71侧的表面上安装开口了形成公共电极端子27部分的掩膜，例如以铂(pt)为目标进行溅射，形成公共电极端子27。然后，用例如环氧类粘合剂使预先用其他工序制作的喷嘴基板30紧贴接合基板的空腔基板20侧使其连接(图8(g))。然后，沿切割线进行切割，在各个液滴喷吐头处断开，液滴喷吐头完成。通过配线49进一步进行与IC驱动器48等的连接等。
在如上所述的电极基板10制作时，特别是通过在形成由钛构成的第二独立电极12B后，形成由ITO构成的第一独立电极12A，从而，可以相互不损坏地形成。
实施例三
图9为本发明实施例三中的凹部11和独立电极12的局部放大图。虽然上述实施例中，在矩形的振动膜22的短边方向上并列设有第一独立电极12A和第二独立电极12B，但也可以诸如在长边方向上并列设置。此时，可以用连接部12C电连接，限制路径。
实施例四
图10为表示各金属中一般情况下的电阻率的示意图。上述实施例中，ITO作为第一独立电极12A的材料，钛作为第二独立电极12B的材料。虽然，考虑到与ITO的电阻率等的关系等，钛最适合，但是材料不限于此。例如，虽然有需要考虑与成为电极基板10的基础的玻璃的粘合性等，但是例如作为钛以外的金属材料，可以考虑铬(Cr)、铂(白金：Pt)、金(Au)等。而且，可以使用其他合金、氧化钛等的氧化金属等。
而且，即使是第一独立电极12A的材料，也不限于ITO。例如，可以将IZO(Indium Zinc Oxide：氧化铟锌)等作为材料使用。
图11为凹部11和独立电极12的局部放大图。上述实施例中，在中央部分设有第一独立电极12A和在两端部分设有第二独立电极12B。如图11所示，例如在第二独立电极12B-1的外侧也可以设有由其他材料构成的第二独立电极12B-2。而且，上述实施例中，虽然连接部12C的材料用了与第二独立电极12B相同的钛，但是并不仅限于此，可以使用其他材料。
实施例五
上述实施例中，虽然对电极基板10、空腔基板20以及喷嘴基板30的三层构造的液滴喷吐头进行说明，但是也适用于例如由独立导线部分的基板(以下称为导线基板)构成的四层构造的液滴喷吐头。
实施例六
图12为使用上述实施例制造的液滴喷吐头的液滴喷吐装置的外观图。而且，图13为表示液滴喷吐装置的主要构成单元的一例的图。图12及图13的液滴喷吐装置是以利用液滴喷吐方式(墨喷吐方式)的印刷为目的。而且，是所谓的串联型的装置。图13示出了以支持作为被印刷物的打印纸110的滚筒101和在向打印纸110喷吐墨、进行记录的液滴喷吐头102的主要构成。而且，有图中未显示的向液体喷吐头供给墨的墨供给单元。打印纸110，利用在滚筒101的轴方向上平行地设有的压纸辊103，滚筒压接支承到滚筒101上。然后，在滚筒101的轴方向平行地设有进给丝杠104，支承液滴喷吐头102。利用进给丝杠104的回转，液滴喷吐头102在滚筒101的轴方向上移动。
另一方面，滚筒101通过传送带105等被马达106旋转驱动。而且，驱动控制电路40，根据印刷数据和控制信号，使进给丝杠104、马达106驱动，而且，虽然图中没有显示，但使振荡驱动电路驱动继而使振动膜22振动，一边控制一边使其在打印纸110上进行印刷。
此处，虽然将液体作为墨向打印纸110喷吐，但是液滴喷吐头喷吐的液体不限定为墨。可以使各装置中设有的液滴喷吐头喷吐例如，在形成滤色器的基板上的用途中，使其喷吐含有滤色器用颜料的液体，在OLED等显示基板上的用途中，使其喷吐含有发光器件的化合物的液体，在基板上配线的用途中，使其喷吐例如含有导电性金属的液体。而且，将液滴喷吐头作为分配器，喷吐到形成生物分子的微阵列的基板上的用途中，可以使其喷吐含有DNA(Deoxyribo Nucleic Acid：脱氧核糖核酸)、其他核酸(例如，RiboNucleic Acid：核糖核酸、Peptide Nucleic Acids：肽核酸等)蛋白质等的探头(probe)的液体。此外，也可以应用于向布等染料的喷吐等。
附图标记说明
10电极基板           11凹部
12独立电极           12A第一独立电极
12B、12B-1、12B-2第二独立电极
12C连接部            13导线部
14端子部             15液体供给口
20空腔基板           21喷吐室
22振动膜             23色缘膜
24容器               25密封部件
26电极取出口         27公共电极端子
30喷嘴基板           31喷嘴
32隔膜               33孔口
40驱动控制电路       41头控制部
42aCPU               42b总线
43aROM               43bRAM
43c字符发生器        45逻辑门阵列
46aCOM发生电路      46b驱动脉冲发生电路
47连接器            48驱动器IC
49配线              50外部装置
51总线              52电源及电源电路
61玻璃基板          62掩膜
63、65、67光刻胶    64钛膜
66ITO膜             71硅基板
72硼搀杂层          73TEOS硬掩膜
100打印机           101滚筒
102液滴喷吐头       103压纸辊
104进给丝杠         105传送带
106马达             110打印纸

Claims (11)

1.一种液滴喷吐头，其特征在于，包括：
喷嘴，将液体以液滴形态喷吐；喷吐室，具有通过位移对液体加压的振动膜，所述喷吐室设置在与所述喷嘴连通的液体的流道上；以及固定电极，所述固定电极与作为所述喷吐室的一部分的所述振动膜对置，通过电荷供给使所述固定电极与所述振动膜间产生静电力，并利用抵接和脱离使所述振动膜位移，
所述固定电极包括：
第一固定电极，被供给有源自外部的电荷；以及
第二固定电极，由与所述第一固定电极不同的材料构成，且通过所述第一固定电极被供给有电荷。
2.根据权利要求1所述的液滴喷吐头，其特征在于：
通过一个或多个连接部电连接所述第一固定电极与所述第二固定电极，其中，所述连接部作为从所述第一固定电极向所述第二固定电极供给电荷的电荷供给路径。
3.根据权利要求1或2所述的液滴喷吐头，其特征在于：
所述第二固定电极由比所述第一固定电极电阻率高的材料构成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的液滴喷吐头，其特征在于：
将ITO作为所述第一固定电极的材料，钛作为所述第二固定电极的材料。
5.根据权利要求4所述的液滴喷吐头，其特征在于：
用铬、白金或金代替所述钛，作为所述第二固定电极的材料。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的液滴喷吐头，其特征在于：
在所述喷吐室的短边方向上，在中央部分配置所述第一固定电极，在其两侧配置所述第二固定电极，沿所述喷吐室的短边方向并列设有所述第一固定电极和所述第二固定电极。
7.根据权利要求6所述的液滴喷吐头，其特征在于：
在所述喷吐室的短边方向上，在所述第二固定电极的外侧，还设有由与所述第一固定电极和所述第二固定电极不同材料构成的一个或多个固定电极。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的液滴喷吐头，其特征在于：
沿所述喷吐室的长边方向并列设有所述第一固定电极和所述第二固定电极。
9.一种液滴喷吐装置，其特征在于：装载有根据权利要求1至8中任何一项所述的液滴喷吐头。
10.一种液滴喷吐头的喷吐控制方法，所述液滴喷吐头包括：喷嘴，将液体以液滴形态喷吐；喷吐室，具有通过位移对液体加压的振动膜，所述喷吐室设置在与所述喷嘴连通的液体的流道上；以及固定电极，所述固定电极与作为所述喷吐室的一部分的所述振动膜对置，通过电荷供给使所述固定电极与所述振动膜间产生静电力，并利用抵接和脱离使所述振动膜位移，其中，所述固定电极包括：第一固定电极，被供给有源自外部的电荷；以及第二固定电极，由与所述第一固定电极不同的材料构成，且通过所述第一固定电极被供给有电荷，所述液滴喷吐头的喷吐控制方法的特征在于：
为使所述振动膜与所述固定电极抵接的面积改变，控制向所述固定电极供给电荷的电压外加时间。
11.根据权利要求10所述的液滴喷吐头的喷吐控制方法，其特征在于：
根据所述第一固定电极和所述第二固定电极的蓄电所涉及的时间常数，确定所述振动膜和所述固定电极间的电压外加时间。
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