JP2001010036A

JP2001010036A - インクジェットヘッド及びその製造方法並びにインクジェット記録装置

Info

Publication number: JP2001010036A
Application number: JP18271299A
Authority: JP
Inventors: Makoto Tanaka; 田中　　誠
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1999-06-29
Filing date: 1999-06-29
Publication date: 2001-01-16

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】小型化を図りつつ多値化を簡単な構成で達成
する静電型インクジェットヘッド、その製造方法及び記
録装置を提供する。【解決手段】静電型ヘッドの構成で、振動板が変位特
性の異なる複数の領域を有する構成としたものである。
ここで、振動板の変位特性を異ならせるために、幅或い
は厚さを異ならせることができ、また、中心部領域又中
心線に沿う領域を薄くすることができる。具体的には、
振動板１０は短辺長の異なる複数の領域１０ａ、１０ｂ
からなり変位特性の異なる複数の領域を有する。

Description

【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
びその製造方法並びにインクジェット記録装置に関し、
特に静電型インクジェットヘッド及びその製造方法並び
に静電型インクジェットヘッドを搭載したインクジェッ
ト記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】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）として用いる
インクジェット記録装置において使用するインクジェッ
トヘッドは、インク滴を吐出するノズルと、このノズル
が連通する液室（吐出室、圧力室、加圧液室、インク流
路等とも称される。）と、この液室内のインクを加圧す
るエネルギーを発生するエネルギー発生手段（アクチュ
エータ）とを備えて、アクチュエータを駆動することで
液室内インクを加圧してノズルからインク滴を吐出させ
るものであり、記録の必要なときにのみインク滴を吐出
するインク・オン・デマンド方式のものが主流である。

【０００３】そして、インク滴（記録液体）の発生方法
及び飛翔方向を制御するための制御方法により、幾つか
の方式に大別される。例えば、液室の壁の一部を薄い振
動板とし、これに対応して電気機械変換素子としての圧
電素子を配置し、電圧印加に伴って発生する圧電素子の
変形により振動板を変形させることで液室内の圧力を変
化させて、インク滴を吐出させるピエゾ方式のもの、液
室内部に発熱体素子を配置し、通電による発熱体の加熱
によって気泡を発生させ、気泡の圧力によってインク滴
を吐出させるバブルジェット方式のものが一般に良く知
られている。

【０００４】これらの方式では小型化、高密度化、高速
化、省電力化などに限界があることから、例えば特開平
２−２８９３５１号公報に記載されているように、Ｓi
からなる液室の一部を形成する振動板と、この振動板に
対向して配置された液室外の個別電極とを備え、振動板
と電極との間に電界を印加することで発生する静電力に
より振動板を変形させて、液室内の圧力／体積を変化さ
せることによりノズルからインク滴を吐出させる静電型
のものが提案されている。

【０００５】このような静電型インクジェットヘッドに
おいて、簡単なプロセスで高密度に液室を形成する方法
として、マイクロマシニングの分野において技術が確立
されている単結晶Ｓiの異方性ウェットエッチング、特
に垂直壁が形成可能な結晶面方位（１１０）のＳi基板
を液室基板に用いるようにしている。

【０００６】また、画像品質を向上するためには高密度
化と共に多値化も要求される。多値化の方法としては、
インク滴を大きくする方法、印刷強度に合わせてインク
濃度（濃さ）を選択する方法などがある。後者のインク
濃度を選択する方法にあっては、インクの種類が増える
分、ヘッド数或いはノズル数を増やす必要があり、一般
にコスト高になることから、前者の方法が用いられてい
る。

【０００７】前者のインク滴を大きくする方法として、
１周期（定格の噴射周期）内に２つの駆動パルスを印加
して、１周期内に２滴のインク滴を吐出して飛翔中に合
体させて大きなインク滴を形成する方法が知られてい
る。すなわち、最初のインク滴を通常インク滴（１周期
内に１つの駆動パルスを印加して吐出させるインク滴）
と同様にして吐出し、その１周期内で次のインク滴を通
常のインク滴より小さくして吐出することで、飛翔中に
２つのインク滴が１つのインク滴に合体して、結果的に
通常よりも大きなインク滴が得られるというものであ
る。

【０００８】また、特開平９−３９２３５号公報に記載
されているように、電極を段階的に形成することで振動
板と電極とのギャップ長を段階的に異ならせて多値化を
実現しようとするものも知られている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、多値化
のために１周期内に２滴のインク滴を吐出して飛翔中に
合体させて大きなインク滴を形成する方法にあっては、
２番目に吐出させるインク滴は、液室内の圧力振動、或
いはノズルのメニスカス振動に同期させて駆動パルスを
印加して吐出させなければならず、技術的な難度が高い
という課題がある。また、電極を段階的に形成して振動
板と電極とのギャップ長を段階的に異ならせようとする
と、製造方法が複雑になる。

【００１０】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、高密度化、小型化、低電圧化を図りつつ多値化
を簡単な構成で達成できるインクジェットヘッド及びそ
の製造方法並びにインクジェット記録装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１１】

【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
位特性の異なる複数の領域を有する構成としたものであ
る。ここで、振動板の変位特性を異ならせるために、幅
或いは厚さを異ならせることができ、また、中心部領域
又中心線に沿う領域を薄くすることができる。

【００１２】また、本発明に係るインクジェットヘッド
は、振動板が連続的に厚みが変化している構成としたも
のである。さらに、本発明に係るインクジェットヘッド
は、振動板が臨む液室が幅の異なる複数の領域を有する
構成としたもの、若しくは、振動板を固定する電極側の
部材に幅の異なる複数の領域を有する凹部を設けた構成
としたものである。

【００１３】さらにまた、本発明に係るインクジェット
ヘッドは、振動板が臨む液室の短辺長が連続的に変化し
ている構成としたもの、或いは、振動板を固定する電極
側の部材に短辺長が連続的に変化する凹部を設けた構成
としたものである。

【００１４】本発明に係るインクジェットヘッドの製造
方法は、ＬＯＣＯＳ法により酸化膜を形成／除去して厚
さの異なる領域を有する振動板を形成する構成としたも
のである。

【００１５】本発明に係るインクジェット記録装置は、
上述したインクジェットヘッドの振動板に臨界変位を与
える電圧がＳＶであるときに、インク滴吐出を行うとき
の印加電圧Ｖが、ＳＶ＜Ｖの関係にある構成としたもの
である。また、本発明に係るインクジェット記録装置
は、上述した振動板の異なる変位領域Ａ1、Ａ2、…Ａｎ
に臨界変位を与える電圧がＳＶ1、ＳＶ2、…ＳＶｎであ
るときに、異なる液適量Ｍ1、Ｍ2、…Ｍｎのインク滴吐
出を行うときの印加電圧Ｖ1、Ｖ2、…Ｖｎが、ＳＶ1＜
Ｖ1＜ＳＶ2＜Ｖ2＜ＳＶ3…＜ＳＶｎ＜Ｖｎの関係にある
構成としたものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て添付図面を参照して説明する。図１は本発明の第１実
施形態に係るインクジェットヘッドの平面図、図２は図
１のＡ−Ａ線に沿う正断面図、図３は図１のＢ−Ｂ線に
沿う側断面図、図４は図１のＣ−Ｃ線に沿う側断面図で
ある。

【００１７】このインクジェットヘッドは、液室基板１
と、この液室基板１の下側に設けた電極側基板２と、液
室基板１と電極側基板２との間に介設したギャップ形成
用スペーサ部材３と、液室基板１の上側に設けたノズル
プレート４とを積層し、複数のノズル５、各ノズル５が
連通する液室（加圧液室）６、共通液室７及び流体抵抗
部８などを形成している。

【００１８】液室基板１には、液室６を形成する貫通
穴、各液室６にインクを供給するための共通液室７を形
成する凹部、共通液室７から各液室６へのインク供給路
となる流体抵抗部８を形成する溝部などを形成してい
る。そして、この液室基板１の下面には液室６の壁面の
一部をなす振動板１０を設けている。

【００１９】ここで、振動板１０を有する液室基板１
は、例えば結晶面方位（１１０）のシリコン単結晶基板
をＫＯＨ水溶液などの強アルカリ性エッチング液で異方
性エッチングして所望の微細な液室パターンを形成した
ものであり、シリコンの窒化膜や酸化膜などをエッチン
グマスク、振動板１０となるＳＯＩ基板のシリコン酸化
膜または高濃度Ｐ⁺拡散層或いはボロン層をエッチング
ストップ層として用いることができる。液室形成におい
てはウエットエッチングプロセスだけでなく、ＲＩＥや
ＩＣＰなどのドライエッチングプロセスを用いることも
可能である。

【００２０】また、振動板１０を有する液室基板１とし
ては、液室６を形成する部分と振動板１０とを異種の材
料、プロセスで形成した複合材料から構成することもで
きる。例えば振動板１０は、振動板として十分な機械的
強度が得られるならば、Ｓi基板やセラミック基板上に
ＣＶＤやスパッタリングなどの薄膜形成プロセスによっ
て形成されたＳiエピタキシャル層／多結晶膜、または
金属薄膜、セラミック薄膜などであってもよい。液室６
もシリコンやセラミックだけでなく、微細加工が可能で
液室としての剛性が得られるのであれば、樹脂やＳＵＳ
など金属を液室部材の一部として用いることができる。

【００２１】電極側基板２は、ガラス、Ｓi等からな
り、この電極基板２上に振動板１０に所定のギャップ１
２を置いて対向する電極１１を形成するためのスペーサ
部材３を設け、このスペーサ部材３には電極１１を形成
するための凹部１４を形成している。このスペーサ部材
３は電極１１と電極側基板２との絶縁分離膜を兼ねてい
る。

【００２２】電極１１はＮi、Ａ1、Ｔi、Ｐt、Ｃuまた
はＴiＮなどの導電性材料を、スパッタ、ＣＶＤ、蒸着
などの成膜技術で所望の厚さに成膜し、その後、フォト
レジストを形成してエッチングすることにより形成する
ことができる。そして、この電極１１上には電極保護ま
た短絡、放電による破損防止を目的としたＳiＯ₂などの
電極保護膜１５を形成している。

【００２３】この電極側基板２と液室基板１とは、スペ
ーサ部材３と振動板１０とを陽極接合、直接接合、共晶
接合などのプロセスで接合することで一体化している。

【００２４】ノズルプレート４は、ＮｉやＳＵＳなどの
金属板、セラミックス、ガラス、或いは樹脂などから構
成し、ノズルはドライ／ウエットエッチングやエレクト
ロフォーミング法、或いはレーザー加工などの周知の方
法で作製することができる。このノズルプレート４のノ
ズル面（吐出方向の表面）には、インクとの撥水性を確
保するため、メッキ被膜、あるいは撥水剤コーティング
などの周知の方法で撥水膜を形成している。

【００２５】このインクジェットヘッドにおいては、振
動板１０と電極１１との間に駆動パルス電圧を印加する
ことによって充電して、静電力によって振動板１０が電
極１１側に変形変位し、続いて振動板１０と電極１１間
の電荷を放電させることによって振動板１０が復帰変形
変位して、液室６の内容積（体積）が変化することによ
って、ノズル５からインク滴が吐出される。

【００２６】このように固体振動板を面屈曲振動させて
インク滴を吐出させる静電型インクジェットヘッドにお
いて、振動板の厚さをｔ、振動板の固定端の短辺長を
ａ、静電実効ギャップをｈ、ギャップ（振動板−電極
間）への印加電圧をＶとしたとき、振動板の変位（振動
変位）はδは、次の（１）式で近似的に与えられる。

【００２７】

【数１】

【００２８】すなわち、振動変位δは、短辺長ａの４
乗、印加電圧Ｖの２乗に比例し、実効ギャップｈの２
乗、振動板厚さｔの３乗に反比例する。

【００２９】また、インク滴噴射の面から考えると、振
動板変位時の体積変化量が噴射インク滴液量にとって重
要なファクターである。そこで、振動板の長辺長をｂ
（振動板面をａ×ｂの四角形と考えた場合）とすると、
体積変化量ΔＶolは、次の（２）式で与えられることに
なる。

【００３０】

【数２】

【００３１】これらの式は解析解の１例であり近似式で
ある。実際のインク噴射のメカニズムは複雑で、噴射ノ
ズルの大きさ・形状や位置及び表面状態、液の粘性、流
体抵抗部の大きさ・形状、液室の形状、表面状態等によ
って少なからず変化する。しかし、上式がヘッドの構
成、ディメンジョンを最適化あるいは決定する上での有
効な指標である。

【００３２】そこで、上式を参考にすると、原理上、印
加電圧を変化させることによって多値化は可能である
が、振動板と対向電極とを用いる静電アクチュエータの
場合、振動板の変位は実効ギャップｈの１／３程度が限
界とされている。これは印加電圧Ｖの印加による静電引
力と振動板の剛性による復元力の釣合から求まるもの
（(以下、このときの電圧を「臨界電圧」といい、変位
を「臨界変位」という。）のこれ以上の静電引力を発生
する電圧を印加すると、静電引力が復元力に勝って、上
式が成り立たなくなる。

【００３３】つまり、臨界変位を越えるような変位を発
生する印加電圧を印加した場合には振動板は対向する電
極あるいはその保護膜に接触することになる（以下、こ
の状態を「当接」といい、このときの振動板の変位を
「当接変位」いう。）。要するに、上式が成り立つ範
囲、即ち臨界変位以内において、印加電圧Ｖの調整によ
り多値化を行おうとすると、相対的に振動板と電極との
実効ギャップを大きくしなければならず、結果として高
電圧駆動が必要になる。

【００３４】そこで、本発明では当接変位での振動を基
本振動とし、臨界変位での電圧をしきい値として多値化
を行うために、この第１実施形態では振動板に短辺長の
異なる複数の領域を形成することで変位特性の異なる領
域を形成したものである。なお、「変位特性」とは駆動
電圧に対する変位量を言い、変位特性が異なるとは同じ
駆動電圧を印加した場合でも変位量が異なることを言う
ものとする。

【００３５】すなわち、振動板１０は短辺方向の幅（短
辺長）ａが異なる複数の領域、即ち短辺長ａ１の領域１
０ａと短辺長ａ２（ａ１＞ａ２）の領域１０ｂとを有す
る形状としている。したがって、駆動電圧０Ｖでレベル
０（インク滴吐出無＝液滴量Ｍｊ０）、領域１０ａのみ
が当接する臨界電圧ＳＶ１でレベル１（液滴量Ｍｊ１）
のインク滴吐出、領域１０ａ及び１０ｂの双方が当接す
る臨界電圧ＳＶ２でレベル２（液滴量Ｍｊ２）のインク
滴吐出を行うことができ、３値（Ｍｊ０，Ｍｊ１，Ｍｊ
２）を得ることができる。

【００３６】なお、ここでの「レベル」とはインク滴の
大きさを意味し、レベルに関しては、単純に体積や直径
だけで定めるものではなく、紙面への浸透性なども考慮
して定められるものであるが、便宜上滴体積Ｍｊの大き
さで表わしている。

【００３７】そこで、このインクジェットヘッドの振動
板１０と電極１１との間に駆動電圧Ｖとして、電圧Ｖ１
を印加することによって滴体積Ｍｊ１のインク滴を吐出
させることができ、電圧Ｖ２を印加することによって滴
体積Ｍｊ２（Ｍｊ２＞Ｍｊ１）のインク滴を吐出させる
ことができる。

【００３８】ここで、臨界電圧ＳＶと駆動電圧Ｖとの関
係は、ＳＶ１＜Ｖ１＜ＳＶ２＜Ｖ２に設定して、当接変
位を行わせている。すなわち、振動板の異なる変位領域
Ａ1、Ａ2、…Ａｎに臨界変位を与える電圧がＳＶ1、Ｓ
Ｖ2、…ＳＶｎであるときに、異なる液適量Ｍ1、Ｍ2、
…Ｍｎのインク滴吐出を行うときの印加電圧Ｖ1、Ｖ2、
…Ｖｎが、ＳＶ1＜Ｖ1＜ＳＶ2＜Ｖ2＜ＳＶ3…＜ＳＶｎ
＜Ｖｎの関係になるようにしている。これにより、当接
変位を行わせることができる。

【００３９】このように、振動板の幅を異ならせて変位
特性の異なる複数の領域を形成することによって、各ビ
ット（インク滴を吐出するための振動板、電極、液室、
ノズルから構成される単位を言う。）の電極数を増やす
ことなく、簡単な構成で多値化を図ることができ、低電
圧化も図れる。また、当接変位を行わせることで、製作
上のバラツキ、例えば振動板厚さ、ギャップ長、振動板
固定端長（短辺長）のバラツキが若干あっても液滴量の
バラツキに殆ど影響がなく、バラツキの少ないインク滴
を得られる。

【００４０】次に、本発明の第２実施形態について図５
及び図６を参照して説明する。なお、図５は同実施形態
のインクジェットヘッドの一例を示す平面説明図、図６
は同じく他の例を示す平面説明図である。この実施形態
においては、振動板１０の固定端となる液室６に短辺長
が異なる複数の領域６ａ、６ｂ（図５の例）或いは６
ａ、６ｂ、６ｃ（図６の例）を形成している。これによ
って、結果的に、振動板１０は変位特性の異なる複数の
領域１０ａ、１０ｂ（図５の例）或いは１０ａ、１０
ｂ、１０ｃ（図６の例）を有することになる。

【００４１】したがって、上記第１実施形態と同様に、
図５の例では、電圧０Ｖでレベル０（インク滴噴射
無）、液室６の領域６ａに対応する振動板１０の領域１
０ａのみが当接する臨界電圧でレベル１、液室６の領域
６ａ及び６ｂの双方に対応する振動板１０の領域１０ａ
及び１０ｂが当接する臨界電圧でレベル２に対応し、３
値が得られる。

【００４２】同様に、図６の例では、電圧０Ｖでレベル
０（インク滴噴射無）、液室６の領域６ａに対応する振
動板１０の領域１０ａのみが当接する臨界電圧でレベル
１、液室６の領域６ａ及び６ｂの双方に対応する振動板
１０の領域１０ａ、１０ｂが当接する臨界電圧でレベル
２、液室６の領域６ａ、６ｂ及び６ｃのすべてに対応す
る振動板１０の領域１０ａ、１０ｂ及び１０ｃが当接す
る臨界電圧でレベル３に対応し、４値が得られる。

【００４３】このように振動板が臨む液室は幅の異なる
複数の領域を有することで、ギャップ長を異ならせて多
値化を図る場合に比べて、製造方法が容易になり、簡単
な構成で多値化を実現できる。

【００４４】次に、本発明の第３実施形態について図７
及び図８を参照して説明する。なお、図７は同実施形態
のインクジェットヘッドの一例を示す平面説明図、図８
は同じく他の例を示す平面説明図である。この実施形態
においては、振動板１０の固定端となる液室６の平面形
状を略三角形状（図７の例）或いは楕円形状（図８の
例）に形成することで短辺長を連続的に変化させてい
る。これによって、結果的に、振動板１０の短辺長も連
続的に変化し各部位によって変位特性が異なることにな
る。

【００４５】この場合も液室６の各部位に対応する振動
板１０の各部位の臨界電圧が異なることになるので、振
動板１０と電極１１との間に印加する駆動電圧を変化さ
せることで、複数のレベルのインク滴を吐出させること
ができる。そして、振動板１０の短辺長が連続的に変化
していることから、低電圧でアナログ的に大きさの異な
るインク滴を吐出させることができる。ここで、液室形
状を選択することで、印加電圧と印字強度、大きさ（液
滴の大きさ）を線形的に変化させることも可能である。

【００４６】次に、本発明の第４実施形態について図９
を参照して説明する。なお、同図は同実施形態のインク
ジェットヘッドの一例を示す平面説明図である。この実
施形態においては、複数の振動板１０（液室６）を短辺
長が狭くなる領域がノズル列方向で交互に逆方向になる
ように配置したものであり、これにより、液室６間隔壁
の厚みを維持しつつ高密度に配置することが可能にな
る。なお、この場合、共通液室７や流体抵抗部８は立体
的な配置にて行うことが好ましい。

【００４７】次に、上記第２実施形態のインクジェット
ヘッドの製造工程の一例について図１０を参照して説明
する。先ず、同図（ａ）に示すように、電極側基板２上
に設けたスペーサ部材３に凹部１４を形成し、同図
（ｂ）に示すように電極１１を凹部１４に形成して保護
膜にて保護する。他方、同図（ｃ）に示すように振動板
１０を一体に形成し、液室６となる貫通穴の短辺長が２
段階に異なる液室基板１を得て、この液室基板１を電極
側基板２上に設けたスペーサ部材３上に接合する。そし
て、同図（ｄ）に示すように、液室基板１上にノズルプ
レート４を接合する。

【００４８】このように液室基板１と一体に振動板１０
を形成するには、例えば、振動板１０となる部分に高濃
度ボロン層を形成し結晶面方位（１１０）のシリコン単
結晶基板に窒化膜や酸化膜などのエッチングマスクを形
成して、ＫＯＨ水溶液などの強アルカリ性エッチング液
で異方性エッチングして所望の微細な液室パターンを形
成する。このときボロン層がエッチストップ層となって
薄膜の振動板１０が形成され、この振動板１０の形状は
液室６の形状として規定される。

【００４９】次に、本発明の第５実施形態について図１
１及び図１２を参照して説明する。なお、図１１は同実
施形態のインクジェットヘッドの一例を示す平面説明
図、図１２は同じく他の例を示す平面説明図である。こ
の実施形態においては、振動板１０の固定端となる電極
側部材であるスペーサ部材３に短辺長が異なる複数の領
域１４ａ、１４ｂ（図１１の例）或いは１４ａ、１４
ｂ、１４ｃ（図１２の例）を有する凹部１４を形成して
いる。これによって、結果的に、振動板１０は変位特性
の異なる複数の領域１０ａ、１０ｂ又は１０ａ、１０
ｂ、１０ｃを有することになる。

【００５０】したがって、前記第２実施形態と同様に、
図１１の例では、電圧０Ｖでレベル０（インク滴噴射
無）、スペーサ部材３の凹部１４の領域１４ａに対応す
る振動板１０の領域１０ａのみが当接する臨界電圧でレ
ベル１、凹部１４の領域１４ａａ及び１４ｂの双方に対
応する振動板１０の領域１０ａ及び１０ｂが当接する臨
界電圧でレベル２に対応し、３値が得られる。

【００５１】同様に、図１２の例では、電圧０Ｖでレベ
ル０（インク滴噴射無）、スペーサ部材３の凹部１４の
領域１４ａに対応する振動板１０の領域１０ａのみが当
接する臨界電圧でレベル１、凹部１４の領域１４ａ及び
１４ｂの双方に対応する振動板１０の領域１０ａ、１０
ｂが当接する臨界電圧でレベル２、凹部１４の領域１４
ａ、１４ｂ及び１４ｃのすべてに対応する振動板１０の
領域１０ａ、１０ｂ及び１０ｃが当接する臨界電圧でレ
ベル３に対応し、４値が得られる。

【００５２】このように振動板を固定する電極側部材
（ここではスペーサ部材）に幅の異なる複数の領域を有
する凹部を設けることで、ギャップ長を異ならせて多値
化を図る場合に比べて、製造方法が容易になり、簡単な
構成で多値化を実現できる。

【００５３】次に、この第５実施形態のインクジェット
ヘッドの製造過程の一例について図１３を参照して説明
する。先ず、同図（ａ）に示すように、電極側基板２上
に設けたスペーサ部材３に短辺長が２段階に異なる領域
１４ａ、１４ｂを有する凹部１４を形成し、同図（ｂ）
に示すように電極１１を凹部１４に形成して保護膜にて
保護する。他方、同図（ｃ）に示すように振動板１０を
一体に形成した液室基板１を得て、この液室基板１を電
極側基板２上に設けたスペーサ部材３上に接合する。そ
して、同図（ｄ）に示すように、液室基板１上にノズル
プレート４を接合する。前述した図１０の場合と比較す
ると、液室となる貫通穴ではなくスペーサ部材の凹部の
短辺長が段階的に異なっていることが理解できる。

【００５４】次に、本発明の第６実施形態について図１
４乃至図１７を参照して説明する。なお、図１４は同実
施形態に係るインクジェットヘッドの平面図、図１５は
図１４のＤ−Ｄ線に沿う正断面図、図１６は図１４のＥ
−Ｅ線に沿う側断面図、図１７は図１４のＦ−Ｆ線に沿
う側断面図である。

【００５５】この実施形態においては、液室６の壁面を
形成する振動板２０を設け、この振動板２０の電極１１
側の彫り込み部２１を形成して厚みの異なる複数の領域
２０ａ、２０ｂを形成することで、変位特性の異なる複
数の領域２０ａ、２０ｂを設けている。なお、この振動
板２０及び液室６の形状はいずれも方形状に形成してい
る。また、その他の構成は前記第１実施形態にかかるイ
ンクジェットヘッドと同様である。

【００５６】このように振動板２０に厚さの変化を与え
ることで、電極１１との間の実効ギャップ長が変化し、
振動板厚さが薄くなることとギャップ長が大きくなるこ
とは互いにトレードオフの関係にある。ここで、前述し
た（１）、（２）式よれば、振動変位（体積変位）は、
振動板厚さｔの３乗に反比例し、実効ギャップ長ｈの２
乗に反比例するため、振動板厚さの変化の方が体積変位
の効果が高い。すなわち、ある範囲内においては、振動
板厚さを薄くすることによって、臨界変位のしきい値電
圧を下げることができる。

【００５７】したがって、電圧０Ｖでレベル０（インク
滴噴射無）、振動板２０の領域２０ａのみが当接する臨
界電圧でレベル１、振動板２０の領域２０ａ及び２０ｂ
の双方が当接する臨界電圧でレベル２に対応し、３値が
得られる。

【００５８】このように振動板の厚さの異なる領域を形
成して変位特性の異なる複数の領域を設けることによっ
ても、各ビットに電極数を増やすことなく、簡単な構成
で多値化を図れ、低電圧化を図れる。

【００５９】次に、本発明の第７実施形態について図１
８を参照して説明する。なお、同図同実施形態に係るイ
ンクジェットヘッドの正断面図である。この実施形態に
おいては、振動板２０の彫り込み部２１を液室６側に形
成して厚みの異なる複数の領域２０ａ、２０ｂを形成し
ている。このようにすることで、振動板２０と電極１１
とのギャップ長は一定であるので、上記第６実施形態に
比べてディメンジョンの設定は容易になるが、製造プロ
セスが若干難しくなる。

【００６０】次に、本発明の第８実施形態について図１
９を参照して説明する。なお、同図は同実施形態のイン
クジェットヘッドの一例を示す平面説明図である。この
実施形態においては、振動板２０の電極面側に彫り込み
部を形成して厚みを薄くすると共に、その薄くした領域
の液室６側の中心部付近に彫り込み部を形成して厚さの
異なる複数の領域２０ａ、２０ｂ、２０ｃを形成し、変
位特性の異なる複数の領域を持たせている。

【００６１】したがって、上記第６実施形態と同様に、
電圧０Ｖでレベル０（インク滴噴射無）、振動板２０の
領域２０ａのみが当接する臨界電圧でレベル１、振動板
２０の領域２０ａ及び２０ｂが当接する臨界電圧でレベ
ル２に対応し、振動板２０の領域２０ａ、２０ｂ及び２
０ｃが当接する臨界電圧でレベル３に対応し、４値が得
られる。

【００６２】次に、本発明の第９実施形態について図２
０を参照して説明する。なお、同図は同実施形態のイン
クジェットヘッドの一例を示す平面説明図である。この
実施形態においては、振動板２０の液室６側の中心部付
近に彫り込み部２１を形成して厚さの異なる複数の領域
２０ａ、２０ｂを形成し、変位特性の異なる複数の領域
を持たせている。

【００６３】したがって、上記第６実施形態と同様に、
電圧０Ｖでレベル０（インク滴噴射無）、振動板２０の
領域２０ａのみが当接する臨界電圧でレベル１、振動板
２０の領域２０ａ及び２０ｂが当接する臨界電圧でレベ
ル２に対応し、３値が得られる。このとき、レベル２は
レベル１の当接変位（領域１０ａの当接変位）が補助的
に働いて、領域１０ｂの当接が容易になり、しきい値電
圧を下げることができる。

【００６４】次に、本発明の第１０実施形態について図
２１を参照して説明する。なお、同図は同実施形態のイ
ンクジェットヘッドの一例を示す平面説明図である。こ
の実施形態においては、振動板２０の液室６側の中心線
に沿って３個の彫り込み部２１を形成して厚さの異なる
複数の領域２０ａ、２０ｂを形成すると共に、領域２０
ａを３個形成し、変位特性の異なる複数の領域を持たせ
ている。

【００６５】したがって、上記第９実施形態と同様に、
電圧０Ｖでレベル０（インク滴噴射無）、振動板２０の
３個の領域２０ａのみが当接する臨界電圧でレベル１、
振動板２０の３個の領域２０ａ及び２０ｂが当接する臨
界電圧でレベル２に対応し、３値が得られる。このと
き、レベル２はレベル１の当接変位（３個の領域１０ａ
の当接変位）が補助的に働いて、領域１０ｂの当接が容
易になり、しきい値電圧を下げることができる。

【００６６】次に、前記第６実施形態に係るインクジェ
ットヘッドの製造工程について図２２を参照して説明す
る。先ず、同図（ａ）に示すように液室基板１となる結
晶方位面（１１０）のＳi基板３１にボロンを注入して
振動板２０となる高濃度ボロン（Ｂ）層３２を形成した
後、同図（ｂ）に示すように、マスク層３３、３４を順
次成膜し、写真製版技術を用いてマスク層３３、３４の
パターニングを行い、同図（ｃ）に示すようにフィール
ド酸化を行ってＬＯＣＯＳ酸化膜３５を形成する。

【００６７】そして、上記マスク層３３、３４及びＬＯ
ＣＯＳ酸化膜３５をウェットエッチングで除去して、ボ
ロン層３２に彫り込み部２１を形成することで、厚さの
異なる領域２０ａ、２０ｂを有する振動板２０を形成す
る。

【００６８】その後、図示しないが、Ｓｉ基板３１の振
動板２０と反対側の面にマスク層を形成してパターニン
グし、電極１１を有するスペーサ部材３を設けた電極側
基板２を接合した後、インク液室（液室６、共通液室
７、流体抵抗部８など)をＫＯＨ液等で異方性エッチン
グして形成する。なお、Ｓi基板に高濃度ボロン層を形
成するのは前述したようにＫＯＨ液でインク液室を形成
する場合のエッチストップ層として、振動板を得るため
である。また、前述したように、高濃度Ｂ層を形成する
以外にもＳＯＩ基板を用いるなど種々の方法を採用する
ことができる。

【００６９】このようにＬＯＣＯＳ法で振動板厚みの異
なるインクジェットヘッドを製造することによって、振
動板の厚み段差が滑らかになり、振動板強度の低下を招
くことがなく、プロセスが安定して、均一性、再現性に
優れることからインク滴吐出特性のバラツキも少なくな
る。

【００７０】次に、本発明の第１１実施形態について図
２３を参照して説明する。なお、同図は同実施形態のイ
ンクジェットヘッドの一例を示す平面説明図である。こ
の実施形態においては、振動板２０の厚みを連続的に変
化させている。このようにしても前述したように振動板
の短辺長を連続的に変化させる場合と同様に、アナログ
的に大きさの異なるインク滴を吐出することができ、多
値化を図ることができる。

【００７１】なお、上記各実施形態においては、インク
滴吐出無を含めて３値或いは４値若しくはアナログ的に
変化するインク滴を得られるようにした例で説明した
が、５値以上のインク滴が得られるようにすることもで
きる。また、上記各実施形態においては、電極側基板２
上にギャップ形成及び絶縁分離膜を兼ねたスペーサ部材
を介設した例で説明したが、電極側基板２に凹部を形成
して、この凹部内に電極を形成する構成とすることもで
きる。

【００７２】

【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、振動板が変位特性の異なる
複数の領域を有する構成としたので、簡単な構成で多値
化を図ることができると共に、低電圧化を図れる。この
場合、振動板の変位特性を異ならせるために幅或いは厚
さを異なることがで、製造工程が容易になる。また、振
動板の中心部領域又中心線に沿う領域を薄くすること
で、低電圧化を図れる。

【００７３】また、本発明に係るインクジェットヘッド
によれば、振動板が連続的に厚みが変化している構成と
したので、アナログ的に変化するインク滴を得ることが
できるようになる。

【００７４】さらに、本発明に係るインクジェットヘッ
ドによれば、振動板が臨む液室が幅の異なる複数の領域
を有する構成とし、或いは振動板を固定し電極とのギャ
ップを形成するスペーサ部材が幅の異なる複数の領域を
有する構成としたので、簡単な構成で多値化を図ること
ができると共に、低電圧化を図れ、製造工程も容易にな
る。

【００７５】さらにまた、本発明に係るインクジェット
ヘッドによれば、振動板が臨む液室の短辺長が連続的に
変化している構成とし、或いは、振動板を固定し電極と
のギャップを形成するスペーサ部材の短辺長が連続的に
変化している構成としたので、アナログ的にインク滴を
変化させることができ、簡単な構成で多値化を図ること
ができると共に、低電圧化を図れ、製造工程も容易にな
る。

【００７６】本発明に係るインクジェットヘッドの製造
方法によれば、ＬＯＣＯＳ法により酸化膜を形成／除去
して厚さの異なる領域を有する振動板を形成する構成と
したので、振動板強度を損なうことなく、厚さの異なる
領域を有する振動板を得ることができ、インク滴吐出特
性のバラツキも少なくなる。

【００７７】本発明に係るインクジェット記録装置によ
れば、上述したインクジェットヘッドの振動板の各変位
部位に臨界変位を与える電圧ＳＶと異なる液適量のイン
ク滴吐出を行うときの印加電圧Ｖとが、ＳＶ＜Ｖの関係
にある構成としたので、異なる大きさのインク滴を安定
して吐出することができる。

【００７８】また、本発明に係るインクジェット記録装
置によれば、上述した振動板の異なる変位領域Ａ1、Ａ
2、…Ａｎに臨界変位を与える電圧がＳＶ1、ＳＶ2、…
ＳＶｎであるときに、異なる液適量Ｍ1、Ｍ2、…Ｍｎの
インク滴吐出を行うときの印加電圧Ｖ1、Ｖ2、…Ｖｎ
が、ＳＶ1＜Ｖ1＜ＳＶ2＜Ｖ2＜ＳＶ3…＜ＳＶｎ＜Ｖｎ
の関係にある構成としたので、各変位領域で当接変位を
行わせることができて、異なる液適量のインク滴を安定
して吐出することができる。

【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ジェットヘ
ッドの平面説明図

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う正断面図

【図３】図１のＢ−Ｂ線に沿う側断面図

【図４】図１のＣ−Ｃ線に沿う側断面図

【図５】本発明の第２実施形態に係るインクジェットヘ
ッドの一例を示す平面説明図

【図６】同実施形態に係るインクジェットヘッドの他の
例を示す平面説明図

【図７】本発明の第３実施形態に係るインクジェットヘ
ッドの一例を示す平面説明図

【図８】同実施形態に係るインクジェットヘッドの他の
例を示す平面説明図

【図９】本発明の第４実施形態に係るインクジェットヘ
ッドの一例を示す平面説明図

【図１０】第２実施形態に係るインクジェットヘッドの
製造過程を説明する説明図

【図１１】本発明の第５実施形態に係るインクジェット
ヘッドの一例を示す平面説明図

【図１２】同実施形態に係るインクジェットヘッドの他
の例を示す平面説明図

【図１３】第５実施形態に係るインクジェットヘッドの
製造過程を説明する説明図

【図１４】本発明の第６実施形態に係るインクジェット
ヘッドの平面説明図

【図１５】図１４のＤ−Ｄ線に沿う正断面図

【図１６】図１４のＥ−Ｅ線に沿う側断面図

【図１７】図１４のＦ−Ｆ線に沿う側断面図

【図１８】本発明の第７実施形態に係るインクジェット
ヘッドの正断面図

【図１９】本発明の第８実施形態に係るインクジェット
ヘッドの正断面図

【図２０】本発明の第９実施形態に係るインクジェット
ヘッドの平面説明図

【図２１】本発明の第１０実施形態に係るインクジェッ
トヘッドの平面説明図

【図２２】第６実施形態に係るインクジェットヘッドの
製造工程を説明する説明図

【図２３】本発明の第１１実施形態に係るインクジェッ
トヘッドの正断面図

【符号の説明】

１…液室基板、２…電極側基板、３…スペーサ部材、４
…ノズルプレート、５…ノズル、６…液室、１０…振動
板、１１…電極。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インク滴を吐出するノズルと、ノズルが
連通する液室と、液室の少なくとも一部の壁面を形成す
る振動板と、この振動板に対向する電極とを備え、前記
振動板と電極との間の静電力により振動板を変形させる
ことで前記ノズルからインク滴を吐出させるインクジェ
ットヘッドにおいて、前記振動板は変位特性の異なる複
数の領域を有す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、前記振動板は幅の異なる複数の領域を有する
ことを特徴とするインクジェツトヘッド。
【請求項３】請求項１に記載のインクジェットヘッド
において、前記振動板は厚さの異なる複数の領域を有す
る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１に記載のインクジェットヘッド
において、前記振動板は中心部領域又中心線に沿う領域
が薄い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、ノズルが
連通する液室と、液室の少なくとも一部の壁面を形成す
る振動板と、この振動板に対向する電極とを備え、前記
振動板と電極との間の静電力により振動板を変形させる
ことで前記ノズルからインク滴を吐出させるインクジェ
ットヘッドにおいて、前記振動板は連続的に厚みが変化
していることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項６】インク滴を吐出するノズルと、ノズルが
連通する液室と、液室の少なくとも一部の壁面を形成す
る振動板と、この振動板に対向する電極とを備え、前記
振動板と電極との間の静電力により振動板を変形させる
ことで前記ノズルからインク滴を吐出させるインクジェ
ットヘッドにおいて、前記振動板が臨む液室は幅の異な
る複数の領域を有することを特徴とするインクジェツト
ヘッド。
【請求項７】インク滴を吐出するノズルと、ノズルが
連通する液室と、液室の少なくとも一部の壁面を形成す
る振動板と、この振動板に対向する電極とを備え、前記
振動板と電極との間の静電力により振動板を変形させる
ことで前記ノズルからインク滴を吐出させるインクジェ
ットヘッドにおいて、前記振動板を固定する前記電極側
の部材には幅の異なる複数の領域を有する凹部を設けた
ことを特徴とするインクジェツトヘッド。
【請求項８】インク滴を吐出するノズルと、ノズルが
連通する液室と、液室の少なくとも一部の壁面を形成す
る振動板と、この振動板に対向する電極とを備え、前記
振動板と電極との間の静電力により振動板を変形させる
ことで前記ノズルからインク滴を吐出させるインクジェ
ットヘッドにおいて、前記振動板が臨む液室は短辺長が
連続的に変化していることを特徴とするインクジェツト
ヘッド。
【請求項９】インク滴を吐出するノズルと、ノズルが
連通する液室と、液室の少なくとも一部の壁面を形成す
る振動板と、この振動板に対向する電極とを備え、前記
振動板と電極との間の静電力により振動板を変形させる
ことで前記ノズルからインク滴を吐出させるインクジェ
ットヘッドにおいて、前記振動板を固定する前記電極側
の部材には短辺長が連続的に変化している凹部を設けた
ことを特徴とするインクジェツトヘッド。
【請求項１０】請求項４に記載のインクジェットヘッ
ドを製造するインクジェットヘッドの製造方法におい
て、ＬＯＣＯＳ法により酸化膜を形成／除去して厚さの
異なる領域を有する振動板を形成することを特徴とする
インクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１１】請求項１乃至９のいずれかに記載のイ
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の振動板に臨界変
位を与える電圧がＳＶであるときに、インク滴吐出を行
うときの印加電圧Ｖが、ＳＶ＜Ｖの関係にあることを特
徴とするインクジェット記録装置。
【請求項１２】請求項１乃至９のいずれかに記載のイ
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の振動板の異なる
変位領域Ａ1、Ａ2、…Ａｎに臨界変位を与える電圧をＳ
Ｖ1、ＳＶ2、…ＳＶｎであるときに、異なる液適量Ｍ
1、Ｍ2、…Ｍｎのインク滴吐出を行うときの印加電圧Ｖ
1、Ｖ2、…Ｖｎが、ＳＶ1＜Ｖ1＜ＳＶ2＜Ｖ2＜ＳＶ3…
＜ＳＶｎ＜Ｖｎの関係にあることを特徴とするインクジ
ェット記録装置。