JP2001205806A - 静電アクチュエータ、液滴吐出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 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高速駆動が困難になる。 【解決手段】 振動板５０と対向する電極５３のシート
抵抗を２００Ω以下にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は静電アクチュエータ、液
滴吐出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液滴吐出ヘッ
ドであるインクジェットヘッドは、液滴であるインク滴
を吐出するノズルと、このノズルが連通する液流路（吐
出室、圧力室、加圧室、加圧液室、液室、インク流路等
とも称される。）と、この液流路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とを備えて、
エネルギー発生手段を駆動することで液流路内インクを
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】従来、振動板とこれに対向する電極とを有
する静電アクチュエータをエネルギー発生手段に用いた
静電型インクジェットヘッドとして、特開平６−７１８
８２号公報などに記載されているように、酸化シリコン
をギャップスペーサーとして振動板に対向して設けられ
た、単結晶シリコン基板に拡散したｎ型、又はｐ型の拡
散層で形成された個別電極に電圧を印加し、振動板を静
電力により変形させ、ノズルからインク滴を吐出するよ
うにしたものがある。

【０００４】このような酸化シリコンをギャップスペー
サとしたインクジェットヘッドの場合の個別電極は、ｐ
型シリコン基板に対してはｎ⁺拡散領域を、ｎ型シリコ
ン基板に対してはｐ⁺拡散領域を各々用いており、個別
電極間の絶縁分離は逆バイアスを印加したｐｎ接合によ
る分離としている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに逆バイアスを印加したｐｎ接合による分離で個別電
極間の絶縁分離を行っても、ｐｎ接合の逆方向リーク電
流が僅かであるが、必ず発生する。比較的広い面積で数
百から数千、数万ビットにも及ぶインクジェットヘッド
の個別電極においては、この逆方向リーク電流が無視で
きなくなり、発熱や消費電力増大の原因となる。

【０００６】また、ｐｎ接合の逆バイアスによる絶縁分
離を行っているため、空乏層による大きな寄生容量が付
加されることや、ｎ⁺又はｐ⁺型の不純物拡散領域を個別
電極として用いた場合、拡散層のシート抵抗は高く、高
速動作の妨げになる。

【０００７】さらに、インクジェットヘッド動作中に振
動板と不純物を拡散した個別電極間のショート不良がし
ばしば発生し、不良ビット発生の原因となる。また、厚
さ２００μｍ程度のシリコン基板に液流路と数μｍの振
動板を形成した第一のシリコン基板とｎ⁺又はｐ⁺型の不
純物拡散個別電極を形成した第二のシリコン基板を各々
別々に作製し、直接接合するという従来の製造プロセス
では、第一のシリコン基板をハンドリングする際に破損
するといった問題が発生し、歩留まりが低下する。

【０００８】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、高速駆動で安定した駆動が可能な静電アクチュエ
ータ、高速駆動で安定した滴吐出動作が可能な液滴吐出
ヘッド及びその製造方法、並びに高速記録が可能なイン
クジェット記録装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係る静電アクチュエータは、振動板に対向
する電極のシート抵抗が２００Ω以下である構成とした
ものである。

【００１０】ここで、電極は少なくとも高融点金属と絶
縁物の二層を有することが好ましい。この場合、高融点
金属は窒化チタンであることが好ましい。また、電極は
少なくともＰ型又はＮ型の不純物原子を含むシリコンと
絶縁物の二層を有すること好ましい。

【００１１】本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液滴を吐
出するノズルと、このノズルが連通する液流路と、この
液流路の壁面を形成する振動板と、この振動板に対向す
る電極とを有し、電極のシート抵抗が２００Ω以下であ
る構成としたものである。

【００１２】ここで、電極は少なくとも高融点金属と絶
縁物の二層を有することが好ましい。この場合、高融点
金属としては窒化チタンが好ましい。また、電極は少な
くともＰ型又はＮ型の不純物原子を含むシリコンと絶縁
物の二層を有することが好ましい。

【００１３】本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法
は、上記液滴吐出ヘッドの製造方法であって、単結晶シ
リコン基板上に酸化シリコン層を形成する工程と酸化シ
リコン層に凹部を形成する工程とこの凹部内に電極を形
成する電極基板形成工程からなる第一の工程と、電極基
板と液流路を形成する単結晶シリコン基板を直接接合す
る第二の工程と、振動板、液流路、ノズルを形成する第
三の工程とを含む構成としたものである。

【００１４】本発明に係るインクジェット記録装置は、
上記液滴吐出ヘッドを搭載したものである。

【００１５】

【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。

【００１６】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。

【００１７】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１
３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
本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッ
ドからなるヘッド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。

【００１８】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（用紙搬送方向下流側）を従ガイドロッド１
２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１
７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。また、記
録ヘッドとしてここでは各色のヘッド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。

【００１９】一方、給紙カセット４にセットした用紙３
をヘッド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を分離給装する給紙ローラ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。

【００２０】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。

【００２１】また、キャリッジ１３の移動方向右端側に
はヘッド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ヘ
ッド１４をキャッピングされる。

【００２２】次に、このインクジェット記録装置のヘッ
ド１４を構成するインクジェットヘッドの一例について
図３乃至図６を参照して説明する。なお、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平面説明
図、図４は図３のＡ−Ａ線に沿う断面説明図、図５は図
３のＢ−Ｂ線に沿う断面説明図、図６は図３のＣ−Ｃ線
に沿う断面説明図である。

【００２３】このインクジェットヘッドは、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
た電極基板４２と、振動板／液室基板４１の上側に設け
たノズル板４４とを備え、液滴であるインク滴を吐出す
る複数のノズル孔４５、各ノズル孔４５が連通する液流
路である加圧室４６、各加圧室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インク室４８
などを形成している。

【００２４】振動板／液室基板４１は、単結晶シリコン
基板を用いており、加圧室４６及びこの加圧室４６の壁
面である底部をなす振動板（第1の電極）５０を形成す
る凹部と、流体抵抗部４７を形成する溝と、共通インク
室４８を形成する凹部とを形成している。

【００２５】また、電極基板４２は、結晶面方位（１０
０）のｎ型又はｐ型の単結晶シリコン基板を用いてお
り、この単結晶シリコン基板に熱酸化法などで酸化シリ
コン層４２ａを形成し、この酸化シリコン層４２ａに凹
部５１を形成して、この凹部５１の底面に振動板５０に
対向する電極５３を設け、振動板５０と電極５３との間
にギャップ５４を形成し、これらの振動板５０と電極５
３とによって静電アクチュエータを構成している。な
お、電極基板４２として結晶面方位（１１０）或いは
（１１１）のシリコン基板を用いることもできる。さら
に、電極基板４２としては、ガラス基板、セラミック基
板等の絶縁物基板を用いることもできる。この場合、前
記凹部５１はガラス基板、セラミック基板等の絶縁部基
板に形成する。

【００２６】ここで、電極５３は、反応性スパッタ法、
ＣＶＤ法などによって形成できるチタン、タングステ
ン、タルタン等の金属とその窒化物、化合物等の高融点
金属、好ましくは窒化チタン、或いはＰ型又はＮ型の不
純物原子を含むシリコンからなるシート抵抗が５００Ω
以下、好ましくは２００Ω以下のものである。

【００２７】なお、電極５３は振動板／液室基板４１の
外方まで延設して、外部から電圧を印加し、ＦＰＣ接続
やワイヤボンディングなどの実装を行うための電極パッ
ド部５６としている。

【００２８】ノズル板４４は金属、樹脂、金属と樹脂の
複層構造体、ガラス板などで形成し、複数のノズル孔４
５と共に、共通インク室４８に外部からインクを供給す
るインク供給口５７を形成している。このノズル板４４
のインク吐出面には撥水性を有する表面処理層を形成し
ている。

【００２９】このように構成したインクジェットヘッド
において、振動板５０を共通電極とし、電極５３を個別
電極として、振動板５０と電極５３との間に駆動波形を
印加することにより、振動板５０と電極５３との間に静
電力が発生して、振動板５０が電極５３側に変形変位
し、この状態から振動板５０と電極５３との間の電荷を
放電させることにより、振動板５０が復帰変形して加圧
室４６内のインクが加圧されてノズル孔４５からインク
滴が吐出される。

【００３０】この場合、振動板の変位駆動方式として
は、振動板５０を電極５３に当接させることなく電極５
３側に変位させ、この状態で放電して振動板５０を復帰
させることでインク滴を吐出させる非当接駆動方式、振
動板５０を電極５３に当接するまで変位させて、この状
態から放電して振動板５０を復帰させることでインク滴
を吐出させる当接駆動方式のいずれの方式も採用でき
る。ただし、当接駆動方式を用いる場合には、振動板及
び電極の少なくとも一方の対向面に絶縁層（絶縁膜）を
設ける必要がある。

【００３１】ここで、実験によれば、電極５３のシート
抵抗が２００Ω以下のときには駆動周波数６０ｋＨｚ程
度でも安定してインク滴を吐出することができたが、２
００Ωを越えると、インク滴を吐出できる限界の駆動周
波数（駆動限界周波数）が急激に低下するという結果が
得られた。したがって、電極５３のシート抵抗を２００
Ω以下にすることにより、高駆動周波数で安定的に駆動
して液滴を吐出することができる。

【００３２】次に、本発明の第２実施形態に係る液滴吐
出ヘッドであるインクジェットヘッドについて図７乃至
図１０を参照して説明する。図７は同ヘッドの平面説明
図、図８は図７のＤ−Ｄ線に沿う断面説明図、図９は図
７のＥ−Ｅ線に沿う断面説明図、図１０は図７のＦ−Ｆ
線に沿う断面説明図である

【００３３】このインクジェットヘッドは、上記第１実
施形態のノズル板４４に代えて蓋板６１を用いて、ノズ
ル溝６２を振動板／液室基板４１に溝形状で形成したも
のである。なお、ノズル溝６２は蓋板６２に形成するこ
ともできる。その他の構成作用は第１実施形態と同様で
あるので、その説明を省略する。

【００３４】次に、本発明の第３実施形態に係る液滴吐
出ヘッドであるインクジェットヘッドについて図１１乃
至図１４を参照して説明する。図１１は同ヘッドの平面
説明図、図１２は図１１のＧ−Ｇ線に沿う断面説明図、
図１３は図１１のＨ−Ｈ線に沿う断面説明図、図１４は
図１１のI−Ｉ線に沿う断面説明図である。

【００３５】このインクジェットヘッドは、上記第１実
施形態のインクジェットヘッドにおいて、電極５３上に
振動板５０との間のショートを防止するための絶縁物で
ある絶縁層５５を形成したものである。この絶縁層５５
はＣＶＤ法、スパッタ方、蒸着法等により絶縁物を成膜
したものであり、この実施形態では酸化シリコン層とし
ている。

【００３６】このように電極５３をチタン、タングステ
ン、タルタン等の金属とその窒化物、化合物等の高融点
金属、好ましくは窒化チタン、或いはＰ型又はＮ型の不
純物原子を含むシリコン層の表面に絶縁層５５を形成し
た二層構造とすることにより、振動板５０を電極５３に
当接させるまで変位させる当接駆動方式を採用する場合
に、振動板５０と電極５３とのショートを防止できる。
なお、非当接駆動方式を採用する場合でも、振動板５０
と電極５３との絶縁を確実に確保できる。その他の作用
効果は前記第１実施形態と同様であるのでその説明を省
略する。

【００３７】次に、本発明の第４実施形態に係る液滴吐
出ヘッドであるインクジェットヘッドについて図１５乃
至図１８を参照して説明する。図１５は同ヘッドの平面
説明図、図１６は図１５のＪ−Ｊ線に沿う断面説明図、
図１７は図１５のＫ−Ｋ線に沿う断面説明図、図１８は
図１５のＬ−Ｌ線に沿う断面説明図である。

【００３８】このインクジェットヘッドは、上記第３実
施形態のノズル板４４に代えて蓋板６１を用いて、ノズ
ル溝６２を振動板／液室基板４１に溝形状で形成したも
のである。なお、ノズル溝６２は蓋板６１に形成するこ
ともできる。その他の構成作用は第１、第３実施形態と
同様であるので、その説明を省略する。

【００３９】次に、本発明の第４実施形態に係るインク
ジェットヘッドの製造工程ついて図１９乃至図２２を参
照して説明する。なお、図１９及び図２１はヘッド長手
方向断面説明図、図２０及び図２２は電極パッド部にお
けるヘッド短手方向断面説明図である。

【００４０】先ず、図１９及び図２０の（ａ）に示すよ
うに、結晶面方位（１００）、（１１１）又は（１１
０）のｐ型又はｎ型の単結晶シリコン基板１０１上に熱
酸化法により酸化シリコン層１０２を形成する。次に、
この酸化シリコン層１０２に個別電極領域を規定するパ
ターニングを通常のフォトリソグラフィとエッチングで
行って、各図（ｂ）に示すように凹部５１を形成する。
このエッチングは、ドライエッチング法、又はウエット
エッチング法で行うことができる。ここで、単結晶シリ
コン基板１０１に代えて、ガラス基板、セラミック基板
等の絶縁物基板を用いることもできる。この場合には、
シリコン酸化層１０２は不要であり、絶縁物基板に直接
凹部５１を形成すれば良い。

【００４１】そして、各図（ｃ）に示すように、パター
ニングされた酸化シリコン層１０２上に反応性スパッタ
法、ＣＶＤ法等によって高融点金属１０３であるチタ
ン、タングステン、タンタル等の金属とその窒化物、好
ましくは、窒化チタン、又はＰ型或いはＮ型の不純物原
子を含むシリコンを全面形成する。このとき、高融点金
属１０３（又はシリコン）のシート抵抗は５００Ω以
下、好ましくは２００Ω以下になるように膜厚を設定す
る。

【００４２】さらに、各図（ｄ）に示すように、この高
融点金属１０３（又はシリコン）上にＣＶＤ法、スパッ
タ法、蒸着法等によって絶縁物である酸化シリコン層１
０４を形成し、個別電極を規定するパターニングを行
い、各図（ｅ）に示すように、この酸化シリコン層１０
４をエッチングマスクとして、高融点金属１０３（又は
シリコン）をエッチングしてパターニングし、各図
（ｅ）に示すように、高融点金属１０３（又はシリコ
ン）からなる電極５３上に酸化シリコン層１０４からな
る絶縁層５５を形成した個別電極を、酸化シリコン層４
２ａに形成した凹部５１内に配置された電極基板４２が
完成する。

【００４３】なお、高融点金属１０３（又はシリコン）
上に絶縁層である酸化シリコン層１０４を設けない個別
電極の構成の場合には、各図（ｄ）ので絶縁層に代えて
レジストをパターニングして高融点金属１０３（又はシ
リコン）をエッチングして電極５３を形成する。

【００４４】次に、図２１及び図２２の（ａ）に示すよ
うに、伝導型がＰ型又はＮ型で、結晶面方位（１１０）
の単結晶シリコン基板１１１の片面に振動板膜厚に等し
くなる深さまでＰ型或いはＮ型の伝導型を示す不純物を
１Ｅ１９／ｃｍ³以上拡散させた拡散領域１１２と、更
に、この拡散領域１１２と反対の面に圧力室と液滴ノズ
ルを規定する酸化シリコン、或いは、窒化シリコン又は
五酸化タンタル等の単結晶シリコンのエッチングパター
ン１１３を形成し、このシリコン基板１１１を電極基板
４２とアライメントし、接合する。

【００４５】なお、単結晶シリコン基板１１１と電極基
板４２とをアライメント接合した後にエッチングマスク
パターン１１３を形成することもできる。さらに、単結
晶シリコン基板の上に酸化シリコン層を介し，振動板膜
厚に等しい単結晶薄膜シリコンが形成されているＳＯＩ
（Silicon on Insulator)）基板と電極基板４２とを接
合してもよい。

【００４６】この場合においても，単結晶シリコン薄膜
と反対の面に圧力室と液滴ノズルを規定する酸化シリコ
ン層、窒化シリコン膜、五酸化タンタル等の単結晶シリ
コンエッチングマスクをあらかじめ形成した後に電極基
板４２と接合しても良いし、ＳＯＩ基板と電極基板４２
を接合した後にエッチングマスクパターン１１３を形成
しても良い。電極基板４２と振動板／液室基板４１とな
るシリコン基板１１１の接合は、３００℃以上、好まし
くは５００℃前後の温度で接合した後、８００℃以上の
温度でアニール処理（熱処理）を行う直接接合法で接合
する。

【００４７】次いで、電極基板４２と接合したシリコン
基板１１１をエッチングマスクパターン１１３を形成し
た側からＫＯＨ、ＴＭＡＨ等によって異方性エッチング
し、各図（ｂ）に示すように、ノズル溝６２、加圧室４
６、流体抵抗部４７、共通インク室４８となる溝１１
４、１１６及び凹部１１５、１１７を形成する。このと
き、高濃度に不純物を含む拡散領域１１２でエッチング
は自発的にストップして、振動板５０が形成され、振動
板／液室基板４１が得られる。

【００４８】なお、ＳＯＩ基板を用いて異方性エッチン
グをした場合には、酸化シリコン層上でエッチングがス
トップして振動板が形成される。また、このとき、酸化
シリコン層を除去しても何ら問題はない。

【００４９】そして、各図（ｃ）に示すように、電極基
板４２上に振動板／液室基板４１を接合した部材の上部
に、サンドブラスト加工やレーザー加工でレーザー加工
などでインク供給口５７を形成したガラス板や金属板な
どからなる蓋部材６１を接合する。その後、電極パッド
５６の領域のみ振動板５０と絶縁層１０４をエッチング
除去して、インクジェットヘッドを完成する。なお、個
別電極５３が高融点金属又は不純物原子を含むシリコン
のみの場合は絶縁層のエッチング工程は不要である。ま
た、ノズル溝６２を蓋板６１に形成することもでき、こ
の場合には、同図（ｄ）の工程で振動板／液室基板４１
側にはノズル溝６２となる溝を形成せず、ノズル溝６２
を形成した蓋板６１を接着接合する。

【００５０】これにより、振動板／液室基板４１は異方
性エッチングにより形成される個々のノズル溝６２に対
応した圧力室４６と、圧力室４６に流体抵抗部４７を介
してインクを供給するための共通インク室４８が形成さ
れる。

【００５１】この静電型インクジェットヘッドの電極パ
ッド部５６を介して個別電極５３に電圧を印加したと
き、振動板５０と個別電極５３の間に静電力が働き、振
動板５０は個別電極５３方向にたわみ、加圧室４６は引
圧となり、流体抵抗部４７を介して共通インク室４８か
ら加圧室４６へとインクが供給される。電圧を切ると、
振動板５０はシリコンの剛性によって元の位置へ戻り、
このとき加圧室４６のインクが加圧されて、ノズル溝６
２から液滴となって吐出される。なお、ここでは液滴の
吐出方向は基板に対して水平方向の例で示したが、液滴
ノズルの方向を変更することで基板の法線方向に液滴を
吐出させることもできる。

【００５２】次に、第４実施形態に係るインクジェット
ヘッドの具体例について説明する。このインクジェット
ヘッドは、前記図１９乃至図２２で説明したプロセスフ
ローに従って作製した。電極基板４２には結晶面方位
（１００）、抵抗率１０〜２０Ω-cmのｎ型単結晶シリ
コン基板を用いて、このシリコン基板に熱酸化方で厚さ
２μmの酸化シリコン層４２ａを形成し、この酸化シリ
コン層４２ａに深さ０．８μｍの凹部５１を形成して、
反応性スパッタ法で形成した窒化チタンであって互いに
絶縁分離された電極５３を形成し、この窒化チタンから
なる電極５３表面にはプラズマＣＶＤ法により厚さ２５
０ｎｍの酸化シリコン層５５を形成した。

【００５３】そして、振動板／液室基板４１となる結晶
面方位（１１０）の単結晶シリコン基板にボロン不純物
原子を１Ｅ２０／ｃｍ³以上含む拡散領域を形成したシ
リコン基板１１１を電極基板４２に接合し、ＫＯＨで異
方性エッチングして、膜厚２μｍの振動板５０と個々の
ノズル溝６２に対応した加圧室４６と、加圧室４６に流
体抵抗部４７を介してインクを供給するための共通イン
ク室４８となる溝１１４、１１６及び凹部１１５、１１
７を形成して、振動板／液室基板４１を形成した。

【００５４】さらに、振動板／液室基板４１上にサンド
ブラスト加工でインク供給口５７とノズル溝６２を形成
したガラス板からなる蓋板６１を接着接合して、インク
ジェットヘッドとした。

【００５５】このインクジェットヘッドにおいて、振動
板５０を電気的に接地し、電極パッド部５６を介して個
別電極５３に駆動波形（駆動電圧）を印加して、種々の
周波数で駆動した。電圧を印加したとき、振動板５０と
個別電極５３間に静電引力が働き、振動板５０は個別電
極５３方向に引かれた。このとき加圧室４６は引圧とな
り流体抵抗部４７を経て共通インク室４８から加圧室４
６にインクが供給された。駆動電圧の周波数に対応して
振動板５０はシリコンの剛性により元の位置へと戻り、
このとき加圧室４６が加圧され、ノズル溝６２からイン
ク滴が吐出された。

【００５６】ここで、電極５３となる窒化チタンの膜厚
を１０ｎｍから２００ｎｍまで変化させて、電極５３の
シート抵抗を１Ωから５００Ωまで変化させた種々のイ
ンクジェットヘッドを製作し、各インクジェットヘッド
についてインク滴が吐出される駆動限界周波数を調べ
た。この結果を、図２３に示している。

【００５７】同図から分かるように、窒化チタン（電極
５３）のシート抵抗が２００Ω以下のときには駆動周波
数６０ｋＨｚ程度で安定的なインク滴の噴射が認められ
たが、シート抵抗が２００Ωを越えると、インク滴を噴
射できる限界の周波数（駆動限界周波数）が急激に低下
する。また、シート抵抗値が５００Ω程度までであれ
ば、液滴噴射が認められたものの、更にそれ以上のシー
ト抵抗値では液滴の噴射は認められなかった。これよ
り、窒化チタンを用いた電極５３のシート抵抗値は２０
０Ω以下にすることが好ましいことが分かる。

【００５８】次に、本発明の第３実施形態に係るインク
ジェットヘッドの具体例について説明する。このインク
ジェットヘッドも、前記図１９乃至図２２で説明したプ
ロセスフローに従って作製した。電極基板４２には結晶
面方位（１００）、抵抗率１０〜２０Ω-cmのｎ型単結
晶シリコン基板を用いて、このシリコン基板に熱酸化法
で厚さ２μmの酸化シリコン層４２ａを形成し、この酸
化シリコン層４２ａに深さ０．８μｍの凹部５１を形成
して、ＣＶＤ法によって形成した多結晶シリコンにｎ型
不純物原子が導入され互いに絶縁分離された電極５３を
形成した。

【００５９】そして、振動板／液室基板４１となる結晶
面方位（１１０）の単結晶シリコン基板にボロン不純物
原子を１Ｅ２０／ｃｍ³以上含む拡散領域を形成したシ
リコン基板１１１を電極基板４２に接合し、ＫＯＨで異
方性エッチングして、膜厚２μｍの振動板５０と個々の
ノズル溝６２に対応した加圧室４６と、加圧室４６に流
体抵抗部４７を介してインクを供給するための共通イン
ク室４８となる溝１１４、１１６及び凹部１１５、１１
７を形成した。

【００６０】さらに、振動板／液室基板４１上にサンド
ブラスト加工でインク供給口５７とノズル溝６２を形成
したガラス板からなる蓋板６１を接着接合して、インク
ジェットヘッドとした。

【００６１】このインクジェットヘッドにおいて、振動
板５０を電気的に接地し、電極パッド部５６を介して個
別電極５３に駆動波形（駆動電圧）を印加して、種々の
周波数で駆動した。電圧を印加したとき、振動板５０と
個別電極５３間に静電引力が働き、振動板５０は個別電
極５３方向に引かれた。このとき加圧室４６は引圧とな
り流体抵抗部４７を経て共通インク室４８から加圧室４
６にインクが供給された。駆動電圧の周波数に対応して
振動板５０はシリコンの剛性により元の位置へと戻り、
このとき加圧室４６が加圧され、ノズル溝６２からイン
ク滴が吐出された。

【００６２】ここで、電極５３となる多結晶シリコンを
含有するｎ型不純物原子の量を変化させて、電極５３の
シート抵抗を１Ωから５００Ωまで変化させた種々のイ
ンクジェットヘッドを製作し、各インクジェットヘッド
についてインク滴が吐出される駆動限界周波数を調べ
た。この結果を、図２４に示している。

【００６３】同図から分かるように、多結晶シリコンを
含有するｎ型不純物原子（電極５３）のシート抵抗が２
００Ω以下のときには駆動周波数６０ｋＨｚ程度で安定
的なインク滴の噴射が認められたが、シート抵抗が２０
０Ωを越えると、インク滴を噴射できる限界の周波数
（駆動限界周波数）が急激に低下する。また、シート抵
抗値が５００Ω程度までであれば、液滴噴射が認められ
たものの、更にそれ以上のシート抵抗値では液滴の噴射
は認められなかった。これより、窒化チタンを用いた電
極５３のシート抵抗値は２００Ω以下にすることが好ま
しいことが分かる。また、このシート抵抗値は、電極材
料として窒化チタンを用いた場合と等しく、電極材料に
依存しないことが分かる。

【００６４】次に、本発明の第２実施形態に係るインク
ジェットヘッドの具体例について説明する。このインク
ジェットヘッドも、前記図１９乃至図２２で説明したプ
ロセスフローに従って作製した。電極基板４２には結晶
面方位（１００）、抵抗率１０〜２０Ω-cmのｎ型単結
晶シリコン基板を用いて、このシリコン基板に熱酸化方
で厚さ２μmの酸化シリコン層４２ａを形成し、この酸
化シリコン層４２ａに深さ０．８μｍの凹部５１を形成
して、スパッタ法によって形成したタングステンシリサ
イドであって互いに絶縁分離された電極５３を形成し
た。

【００６５】そして、振動板／液室基板４１となる結晶
面方位（１１０）の単結晶シリコン基板にボロン不純物
原子を１Ｅ２０／ｃｍ³以上含む拡散領域を形成した基
板を電極基板４２に接合し、ＫＯＨで異方性エッチング
して、膜厚２μｍの振動板５０と個々のノズル溝６２に
対応した加圧室４６と、加圧室４６に流体抵抗部４７を
介してインクを供給するための共通インク室４８となる
溝１１４、１１６及び凹部１１５、１１７を形成した。

【００６６】さらに、振動板／液室基板４１上にサンド
ブラスト加工でインク供給口５７とノズル溝６２を形成
したガラス板からなる蓋板６１を接着接合して、インク
ジェットヘッドとした。

【００６７】このインクジェットヘッドにおいて、振動
板５０を電気的に接地し、電極パッド部５６を介して個
別電極５３に駆動波形（駆動電圧）を印加して、種々の
周波数で駆動した。電圧を印加したとき、振動板５０と
個別電極５３間に静電引力が働き、振動板５０は個別電
極５３方向に引かれた。このとき加圧室４６は引圧とな
り流体抵抗部４７を経て共通インク室４８から加圧室４
６にインクが供給された。駆動電圧の周波数に対応して
振動板５０はシリコンの剛性により元の位置へと戻り、
このとき加圧室４６が加圧され、ノズル溝６２からイン
ク滴が吐出された。

【００６８】ここで、電極５３となるタングステンシリ
サイドの膜厚を１０ｎｍから２０ｎｍまで変化させて、
電極５３のシート抵抗を１Ωから５００Ωまで変化させ
た種々のインクジェットヘッドを製作し、各インクジェ
ットヘッドについてインク滴が吐出される駆動限界周波
数を調べた。この結果を、図２５に示している。

【００６９】同図から分かるように、タングステンシリ
サイド（電極５３）のシート抵抗が２００Ω以下のとき
には駆動周波数６０ｋＨｚ程度で安定的なインク滴の噴
射が認められたが、シート抵抗が２００Ωを越えると、
インク滴を噴射できる限界の周波数（駆動限界周波数）
が急激に低下する。また、シート抵抗値が５００Ω程度
までであれば、液滴噴射が認められたものの、更にそれ
以上のシート抵抗値では液滴の噴射は認められなかっ
た。これより、タングステンシリサイドを用いた電極５
３のシート抵抗値は２００Ω以下にすることが好ましい
ことが分かる。また、このシート抵抗値は、電極材料と
して窒化チタンを用いた場合、不純物原子を含むシリコ
ンを用いた場合と等しく、電極材料に依存しないことが
分かる。さらに、電極上の絶縁物の有無等、その構成に
依存しないことも分かる。

【００７０】なお、上記各実施形態では本発明をインク
ジェット記録装置のインクジェットヘッドに適用した例
で説明したが、静電型アクチュエータとしてはインクジ
ェットヘッドのアクチュエータ部に限らず、例えばマイ
クロモータのアクチュエータ部などにも適用することが
できる。また、液滴吐出ヘッドとしてはインク滴を吐出
するインクジェットヘッドに限らず、インク以外の液
滴、例えば、パターニング用の液体レジストを吐出する
液滴吐出ヘッドなどにも適用することができる。

【００７１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る静電
アクチュエータは、振動板に対向する電極のシート抵抗
が２００Ω以下である構成としたので、駆動限界周波数
の低下が発生せず、安定したアクチュエータ動作を行う
ことができる。

【００７２】ここで、電極は少なくとも高融点金属と絶
縁物の二層を有するで、シート抵抗を低下しつつ振動板
とのショート等による電極の損傷を防止することができ
る。高融点金属としては窒化チタンを用いることで、耐
熱性に優れ、製作工程中の熱処理の影響を受けることな
く低抵抗の安定した信頼性の高い電極を得ることができ
る。また、電極は少なくともＰ型又はＮ型の不純物原子
を含むシリコンと絶縁物の二層を有することで、シート
抵抗２００Ω以下を容易に得ることができ、振動板との
ショート等による電極の損傷を防止することができる。

【００７３】本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、液
滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する液流路
と、この液流路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有し、電極のシート抵抗が２００Ω
以下である構成としたので、駆動限界周波数の低下が発
生せず、安定したインク滴吐出を行うことができる。

【００７４】ここで、電極は少なくとも高融点金属と絶
縁物の二層を有するで、シート抵抗を低下しつつ振動板
とのショート等による電極の損傷を防止することができ
る。高融点金属としては窒化チタンを用いることで、耐
熱性に優れ、製作工程中の熱処理の影響を受けることな
く低抵抗の安定した信頼性の高い電極を得ることができ
る。また、電極は少なくともＰ型又はＮ型の不純物原子
を含むシリコンと絶縁物の二層を有することで、シート
抵抗２００Ω以下を容易に得ることができ、振動板との
ショート等による電極の損傷を防止することができる。

【００７５】本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法に
よれば、上記液滴吐出ヘッドの製造方法であって、単結
晶シリコン基板上に酸化シリコン層を形成する工程と酸
化シリコン層に凹部を形成する工程とこの凹部内に電極
を形成する電極基板形成工程からなる第一の工程と、電
極基板と液流路を形成する単結晶シリコン基板を直接接
合する第二の工程と、振動板、液流路、ノズルを形成す
る第三の工程とを含む構成としたので、取り扱い中の振
動板の破壊を防止することができ、歩留まりが向上す
る。

【００７６】本発明に係るインクジェット記録装置によ
れば、上記液滴吐出ヘッドを搭載したので、駆動限界周
波数の低下が発生せず、安定したインク滴吐出を行うこ
とができ、高速で高画質記録を行うことができる。

【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】同記録装置の側断面説明図

【図３】本発明の第１実施形態に係るインクジェットヘ
ッドの平面説明図

【図４】図３のＡ−Ａ線に沿う断面説明図

【図５】図３のＢ−Ｂ線に沿う断面説明図

【図６】図３のＣ−Ｃ線に沿う断面説明図

【図７】本発明の第２実施形態に係るインクジェットヘ
ッドの平面説明図

【図８】図７のＤ−Ｄ線に沿う断面説明図

【図９】図７のＥ−Ｅ線に沿う断面説明図

【図１０】図７のＦ−Ｆ線に沿う断面説明図

【図１１】本発明の第３実施形態に係るインクジェット
ヘッドの平面説明図

【図１２】図１１のＧ−Ｇ線に沿う断面説明図

【図１３】図１１のＨ−Ｈ線に沿う断面説明図

【図１４】図１１のＩ−Ｉ線に沿う断面説明図

【図１５】本発明の第４実施形態に係るインクジェット
ヘッドの平面説明図

【図１６】図１５のＧ−Ｇ線に沿う断面説明図

【図１７】図１５のＨ−Ｈ線に沿う断面説明図

【図１８】図１５のＩ−Ｉ線に沿う断面説明図

【図１９】第４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断面説明図

【図２０】図１９の電極パッド部に対応する側断面説明
図

【図２１】図１９の工程に続く工程を説明する断面説明
図

【図２２】図２１の電極パッド部に対応する側断面説明
図

【図２３】第４実施形態の具体例におけるシート抵抗と
駆動周波数との関係を説明する説明図

【図２４】第３実施形態の具体例におけるシート抵抗と
駆動周波数との関係を説明する説明図

【図２５】第２実施形態の具体例におけるシート抵抗と
駆動周波数との関係を説明する説明図

【符号の説明】

１３…キャリッジ、１４…ヘッド、４１…振動板／液室
基板、４２…電極基板、４２ａ…酸化シリコン層、４４
…ノズル板、４５…ノズル、４６…圧力室、４７…流体
抵抗部、４８…共通インク室、５０…振動板、５１…凹
部、５３…電極、５４…ギャップ、５５…絶縁層（酸化
シリコン層）、６１…蓋部材、６２…ノズル溝。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動板とこの振動板に対向する電極とを
   有する静電アクチュエータにおいて、前記電極のシート
   抵抗が２００Ω以下であることを特徴とする静電アクチ
   ュエータ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の静電アクチュエータに
   おいて、前記電極は少なくとも高融点金属と絶縁物の二
   層を有することを特徴とする静電アクチュエータ。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の静電アクチュエータに
   おいて、前記高融点金属は窒化チタンであることを特徴
   とする静電アクチュエータ。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の静電アクチュエータに
   おいて、前記電極は少なくともＰ型又はＮ型の不純物原
   子を含むシリコンと絶縁物の二層を有することを特徴と
   する静電アクチュエータ。
5. 【請求項５】 液滴を吐出するノズルと、このノズルが
   連通する液流路と、この液流路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有し、前記振動板と
   電極との間の静電力で前記振動板を変形させて前記ノズ
   ルから液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドにおいて、前記
   電極のシート抵抗が２００Ω以下であることを特徴とす
   る液滴吐出ヘッド。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の液滴吐出ヘッドにおい
   て、前記電極は少なくとも高融点金属と絶縁物の二層を
   有することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の液滴吐出ヘッドにおい
   て、前記高融点金属は窒化チタンであることを特徴とす
   る液滴吐出ヘッド。
8. 【請求項８】 請求項５に記載の液滴吐出ヘッドにおい
   て、前記電極は少なくともＰ型又はＮ型の不純物原子を
   含むシリコンと絶縁物の二層を有することを特徴とする
   液滴吐出ヘッド。
9. 【請求項９】 請求項５乃至８のいずれかに記載の液滴
   吐出ヘッドの製造方法において、単結晶シリコン基板上
   に酸化シリコン層を形成する工程と前記酸化シリコン層
   に凹部を形成する工程とこの凹部内に電極を形成する電
   極基板形成工程からなる第一の工程と、前記電極基板と
   液流路を形成する単結晶シリコン基板を互いに直接接合
   する第二の工程と、振動板、液流路、ノズルを形成する
   第三の工程とを含むことを特徴とする液滴吐出ヘッドの
   製造方法。
10. 【請求項１０】 液滴を吐出するノズルと、このノズル
    が連通する液流路と、この液流路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有し、前記振動板
    と電極との間の静電力で前記振動板を変形させて前記ノ
    ズルから液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドを搭載したイ
    ンクジェット記録装置において、前記液滴吐出ヘッドは
    請求項５乃至８のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドであ
    ることを特徴とするインクジェット記録装置。