JP2001293863A

JP2001293863A - 液滴吐出ヘッド、インクジェット記録装置及びマイクロアクチュエータ

Info

Publication number: JP2001293863A
Application number: JP2000110456A
Authority: JP
Inventors: Hiromichi Komai; 博道駒井; Shuya Abe; 修也阿部
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2000-04-12
Filing date: 2000-04-12
Publication date: 2001-10-23

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】振動板とこの振動板に対抗する電極との間に
電圧を印加することで発生する静電力で振動板を変位さ
せる、インクジェットヘッドおよびマイクロアクチュエ
ータにおいて、低電圧駆動で安定した振動板変位が得ら
れる液滴吐出ヘッド及びこのヘッドを搭載したインクジ
ェット記録装置の提供、並びに低電圧駆動で安定した振
動板変位が得られるマイクロアクチュエータの提供。【解決手段】電極基板２の振動板１０と対向する凹部
底面に開口を有する連通路１７を介してギャップ空間１
５に連通する空気室１６を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液滴吐出ヘッド、インク
ジェット記録装置及びマイクロアクチュエータに関す
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）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
吐出ヘッドの１つであ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、このノズルが連通する液
室（インク流路、加圧室、吐出室、圧力室、加圧液室等
とも称される。）と、この液室の壁面を形成する振動板
と、この振動板に対向する電極を有し、振動板と電極と
の間に電圧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インクジ
ェットヘッドがある。

【０００３】このような静電型インクジェットヘッドに
あっては、低電圧駆動が要請されることから、例えば特
開平６−７１８８２号公報に記載されているように振動
板と電極間の距離（ギャップ長）を０．０５〜２．０μ
ｍという微小ギャップにしなければならない。

【０００４】ところが、このように振動板と電極との間
ギャップが小さい場合、振動板変形時にギャップ内の空
気圧力が上昇し、振動板の変形が阻害され、所望の変位
量が得らず、所望の振動板変位量を得るためには、電圧
の増加が必要になって低電圧化が困難となる、いわゆる
エアーダンパー効果が発生する。

【０００５】そこで、従来の静電型インクジェットヘッ
ドにおいては、特開平７−２９９９０８号公報に記載さ
れているように振動板と電極によって形成されるギャッ
プ空間（振動室）を含むアクチュエータを気密に構成
し、このアクチュエータ容積Ｖと、振動板によって排除
される容積ΔＶの比が２≦Ｖ／ΔＶ≦８の範囲に設定す
ることが提案されている。

【０００６】また、特開平１１−３４３１９号公報に記
載されているように振動板直下以外の振動板基板と電極
基板間のギャップを振動板直下の間隔より大きくし、ア
クチュエータ容積を大きくすることによりＶ／ΔＶを大
きくすることが提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しなしながら、上述し
た従来の静電型インクジェットヘッドのように振動板直
下の振動室以外の部分の容積を増加させる構造として
も、実際には、エアーダンパー効果の影響を除くことは
困難であった。

【０００８】そこで、本発明者らは実験を繰り返したと
ころ、アクチュエータ容積Ｖとしては振動板直下の容積
のみがエアーダンパー効果の低減に大きな効果を及ぼ
し、振動板直下以外の容積を増加してもエアーダンパー
効果の低減効果が小さいことが判明した。これは、低電
圧化を目的としてギャップを小さくした場合、ギャップ
が空気の平均自由工程である０．０６μｍに近づくた
め、空気を連続した流体として取り扱えなくなるためで
ある。

【０００９】本発明は上記の課題及び知見に基づいてな
されたものであり、低電圧駆動で安定した振動板変位が
得られる液滴吐出ヘッド及びこのヘッドを搭載したイン
クジェット記録装置並びに低電圧駆動で安定した振動板
変位が得られるマイクロアクチュエータを提供すること
を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、電極を設ける電極
基板には振動板に対向する部分に開口を有し、振動板と
電極との間のギャップ空間に連通する空気室を設けたも
のである。

【００１１】ここで、電極基板はシリコン基板に酸化膜
層を形成してなり、空気室を電極基板のシリコン部分に
形成し、この空気室のギャップ空間に臨む開口を形成す
る連通路を酸化膜層に形成することが好ましい。この場
合、酸化膜層に形成した連通路の幅よりも空気室の幅を
広くすることが好ましい。

【００１２】また、空気室を振動板短手方向で複数個設
けることが好ましい。さらに、空気室の容積Ｗと振動板
が電極側に変形変位したとき排除される空気の容積ΔＶ
との比Ｗ／ΔＶが少なくとも５以上であることが好まし
い。さらにまた、空気室はドライエッチングで等方的に
形成することができる。

【００１３】本発明に係るインクジェット記録装置は、
インク滴を吐出するインクジェットヘッドとして本発明
に係る液滴吐出ヘッドを用いたものである。

【００１４】本発明に係るマイクロアクチュエータは、
電極を設ける電極基板の振動板と対向する部分に振動板
と電極との間のギャップ空間が連通する空気室を設けた
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は本発明を適用した静電
型インクジェットヘッドの振動板長手方向の模式的断面
説明図、図２は同ヘッドの振動板短手方向の模式的断面
説明図、図３は同ヘッドの電極基板の平面図である。

【００１６】この静電型インクジェットヘッドは、振動
板基板１と、この振動板基板１の下面に接合した電極基
板２と、振動板基板１の上面に接合した天板３とを備
え、液滴であるインク滴を吐出するノズル４と、ノズル
４に連通する液室５と、液室５に流体抵抗部６を介して
インクを供給する共通液室７などを形成している。

【００１７】振動板基板１には、ノズル４を形成するノ
ズル溝と、液室５及びこの液室５の壁面（底面）となる
振動板１０を形成する凹部と、流体抵抗部６を形成する
溝及び共通液室８を形成する凹部を形成している。

【００１８】ここで、振動板基板１は、例えばシリコン
基板を熱酸化膜を介して接合したＳＯＩ基板を用いるこ
とができ、液室５となる凹部をＫＯＨ水溶液などのエッ
チング液を用いてエッチングすることにより、このとき
熱酸化膜がエッチングストップ層となって振動板１０が
高精度に形成される。

【００１９】また、振動板基板１としては予めボロンが
注入されたシリコン基板を用いることができ、ＫＯＨ水
溶液などのエッチング液を用いてエッチングする際に、
高濃度ボロン拡散層がエッチングストップ層となり、振
動板１０を高精度に形成したものでもよい。なお、振動
板１０に別途電極を形成してもよいが、不純物拡散など
によって振動板が電極を兼ねることも可能である。

【００２０】また、電極基板２にはシリコン基板を用い
て熱酸化法などにより酸化膜層２ａを形成し、この酸化
膜層２ａに凹部１１を形成して、この凹部１１底面に振
動板１０に所定のギャップをおいて対向する電極１３を
配置している。これらの振動板１０と電極１３によって
静電力で振動板１０を変形変位させる本発明に係るマイ
クロアクチュエータを構成している。

【００２１】この電極１３の表面には振動板１０との接
触による損傷などを防止するために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
保護膜（絶縁膜）１４を成膜しているが、電極１３表面
に保護膜１４を形成しないで、振動板１０側に絶縁膜を
形成することもできるし、いずれにも保護膜１４を形成
しないこともできる。

【００２２】そして、この電極基板２には振動板１０に
略対向する部分に、振動板１０と電極１３との間に形成
されるギャップ空間（振動板が変位する空間であり、こ
れを「振動室」と称する。）１５に臨む開口を形成する
連通路１７を介して振動室１５に連通する空気室１６を
形成している。

【００２３】ここで、空気室１６は電極基板２の熱酸化
膜層２ａを形成していないシリコン部分に形成し、連通
路１７は酸化膜層２ａに形成した切り欠きとしている。
また、空気室１６は振動板短手方向で複数個（ここでは
２個である）形成し、さらに、連通路１７の幅よりも空
気室１６の幅を広くしている。

【００２４】さらに、電極基板２と振動板基板１との間
の開口部は振動室１５内に水分等が浸入するのを防止す
るために封止剤１９によって封止している。また、天板
３には共通液室７に外部からインクを供給するためのイ
ンク供給口２０を形成している。

【００２５】このように構成したインクジェットヘッド
においては、振動板１０を共通電極とし、電極１３を個
別電極として、図１に示すようにドライバＩＣ２１から
振動板１０と電極１３との間に駆動電圧を印加すること
によって、振動板１０と電極１３との間に発生する静電
力によって振動板１０が電極１３側に変形変位し、この
状態から振動板１０と電極１３間の電荷を放電させるこ
とによって振動板１０が復帰変形して、液室５の内容積
（体積）／圧力が変化することによって、ノズル４から
インク滴が吐出される。

【００２６】すなわち、個別電極とする電極１３にパル
ス電圧を印加すると、共通電極となる振動板１０との間
に電位差が生じて、個別電極１３と振動板１０の間に静
電力が生じる。この結果、振動板１０は印加した電圧の
大きさに応じて変位する。なお、ここでは、振動板１０
が電極１３に当接するまで変形変位する駆動電圧を印加
している。その後、印加したパルス電圧を立ち下げるこ
とで、振動板１０の変位が復元して、その復元力により
液室５内の圧力が高くなり、ノズル４からインク滴が吐
出される。

【００２７】ここで、振動板１０と電極１３間で構成さ
れるギャップ空間である振動室１５の容積Ｖは振動板１
０の短手方向長さをａ、長手方向長さをｂ、ギャップ長
をδとすると、ほぼＶ＝ａ×ｂ×δとなる。一方、振動
板１０の変形時の排除容積ΔＶは、ΔＶ＝８×ａ×ｂ×
δ／１５となる。なお、ここでは、振動板１０の変位量
としてδを採用しているが、これは振動板１０を電極１
３に当接させて駆動するいわゆる当接駆動方式の方が低
電圧化、インク滴吐出量の均一化の点で優れるからであ
る。

【００２８】ところで、このような当接駆動方式の場
合、空気室１６を設けないで凹部１１底面を平坦面とし
たとき（図４の例）、振動室１５の容積（アクチュエー
タ容積）Ｖと排除容積ΔＶの比Ｖ／ΔＶは、約Ｖ／ΔＶ
＝１５／８で、２以下の値となる。ここで、実験を繰り
返した結果、エアーダンパー効果は、アクチュエータ容
積Ｖとしては、振動板直下の振動室容積の増加のみが大
きな効果を及ぼし、振動板直下以外の容積増加、即ち図
１で示す配線用溝領域の容積による容積増加等の効果は
小さいことが判明した。

【００２９】そこで、この実施形態のように、電極基板
２の振動板１０に略対向する部分、すなわち、ここでは
凹部１１底面の電極１３を形成しない部分に振動室１５
に臨む開口をなす連通路１７を形成して、この連通路１
７を介して振動室１５に連通する空気室１６を設けるこ
とによって、実効的な振動室容積Ｖを大きくし、Ｖ／Δ
Ｖの値を大きくすることができて、エアーダンパー効果
を低減でき、低電圧駆動で安定した振動板変位を得るこ
とができる。

【００３０】この場合、空気室１６を電極基板２内部に
設けて連通路１７を介して振動室１５に連通させること
で、電極形成面（凹部１１底面）の面積の減少が少な
く、電極形成面積が減少して静電力が低下することを回
避できる。そして、空気室１６の幅を連通路１７の幅よ
りも広くすることで、大きな容積の空気室１６を確保す
ることができる。

【００３１】ここで、この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製造工程を含めて説明する。
電極基板２としては結晶面方位（１００）のシリコン基
板を用いて、熱酸化法で厚さ２μｍの酸化膜層２ａを形
成した。そして、熱酸化膜層２ａにドライエッチング法
により振動室１５となる凹部１１を深さ０．６μｍで形
成した。この凹部１１の底面には厚さ０．１５μｍのＴ
ｉＮからなる電極１３をスパッタリングにより成膜し、
ドライエッチングによりパターニングした。電極保護膜
１４としてＳｉＯ₂を厚さ０．１５μｍになるようにＰ
−ＣＶＤ法で成膜し、ドライエッチングによりパターニ
ングした。

【００３２】次いで、凹部１１底面の電極１３周辺に幅
４μｍ、振動板長さ１ｍｍに対して長さ１．１ｍｍの切
り欠き（連通路１７）をドライエッチングによりシリコ
ン基板の熱酸化膜層２ａがない領域に到達する深さまで
形成した。その後、レジストパターンを形成して切り欠
き部のみを露出させ、ドライエッチングを行うことによ
り、等方性エッチングで得られる形状とほぼ同じ形状の
空気室１６を形成した。

【００３３】このとき、空気室１６の大きさはエッチン
グ時間で変化させることができ、空気室１６の形状を台
形で近似したとき、上辺長さ１６μｍ、下辺長さ６μ
ｍ、深さ１２μｍの空気室１６とした。熱酸化膜層２ａ
の切り欠き部（連通路１７）容積を除いても、一つの空
気室１６の断面積は約１３２μｍ²であり、空気室全体
の容積Ｗと排除容積ΔＶの比Ｗ／ΔＶは「１２」を越え
る値となった。

【００３４】一方、振動板基板１としてはシリコン基板
が熱酸化膜を介して接合されたＳＯＩ基板を使用し、こ
のＳＯＩ基板と電極基板２を温度９００℃の条件で直接
接合した後、ＳＯＩ基板の面方位（１１０）のＳｉをウ
エットエッチングによりエッチングして、液室５等とな
る凹部を形成すると同時に板厚３μｍの振動板１０を形
成した。

【００３５】また、比較例として、図４に示すように空
気室１６及び連通路１７を形成しないインクジェットヘ
ッドを製作した。

【００３６】そして、これらの各インクジェットヘッド
のアクチュエータの振動変位量をレーザードップラー計
で測定した。この結果、振動板１０が電極１３表面の保
護膜１４に当接を開始する電圧は、空気室１６を設けた
場合の方が約６Ｖ低く、空気室１６が実質的にも振動室
１５として機能し、その効果の大きいことを確認した。

【００３７】次に、本発明の他の実施形態について図５
を参照して説明する。なお、同図は同実施形態に係るヘ
ッドの振動板短手方向の模式的断面説明図である。この
実施形態では、電極基板２にはシリコン基板を用いて熱
酸化法などにより酸化膜層２ａを形成し、この酸化膜層
２ａに振動板１０に対応し、振動板１０の最大変位量を
規定するための第１凹部１１ａを形成し、この第１凹部
１１ａの底面に複数の第２凹部１１ｂを形成し、この第
２凹部１１ｂの底面に、振動板１０に所定のギャップを
おいて対向する電極１３を配置している。

【００３８】したがって、振動板１０が変位したとき、
振動板１０は第１凹部１１ａの底面のうちの第２凹部１
１ｂが形成されていない残存部分に当接することで変位
が規制される。すなわち、第１凹部１１ａの残存部分
（振動板短手方向中央部分では第２凹部１１ｂ間の隔壁
となる部分）は振動板１０が当接する電極１３より高い
当接部２２となる。

【００３９】ここで、振動板１０の短手方向での変位量
は第１凹部１１ａの底面形状によって規定されることに
なる。この場合、振動板１０を当接させる第１凹部１１
の底面形状（振動室１５の電極側形状）を振動板１０に
当分布荷重が加わった場合の振動板変位分布に一致させ
ている。すなわち、この第１凹部１１ａの底面の振動板
短手方向での断面形状は、振動板１０の変位量δとして
表わすとき、次の（１）式で示される形状にしている。
これにより、振動室１５の断面形状は振動板１０側と電
極１３側の辺（面）が非平行な非平行ギャップとなり、
この非平行なギャップに沿って電極１３を配置する。

【００４０】

【数１】

【００４１】ただし、（１）式で、ｗは荷重、ｌは振動
板１０の短手方向の長さ、Ｅは振動板１０のヤング率、
Ｉは振動板１０の断面二次モーメント、ｘは振動板１０
の短手方向の端部からの距離である。このように、非平
行ギャップの電極側形状を振動板１０に当分布荷重が加
わった場合の振動板変位分布に一致させることで、更な
る低電圧駆動化を図れるが、単純な傾斜面にすることも
できる。

【００４２】そして、この電極基板２には振動板１０に
対向する部分に振動板１０と電極１３との間に形成され
るギャップ空間（振動室）１５に第２凹部１１ｂ底面に
形成した連通路１７を介して連通する空気室１６を形成
している。ここで、空気室１６は電極基板２の熱酸化膜
層２ａを形成していないシリコン基板の部分に形成して
いること、また、空気室１６は振動板短手方向で複数個
（ここでは４個）形成し、さらに、空気室１６の幅を連
通路１７の幅より広く形成していることなどは前記実施
形態と同様である。

【００４３】このように構成したインクジェットヘッド
においては、駆動電圧を印加することにより振動板１０
が変形変位して個別電極１３に接触するが、前述したよ
うにギャップが非平行ギャップであるので、振動板１０
は電極１３との間のギャップ長が短い短手方向両端部か
ら変位を開始し、振動板１０が変位することで漸次電極
１３との間のギャップ長が短くなるので、低い駆動電圧
で発生する静電力でも振動板１３を変位させることがで
き、低電圧駆動化を図ることができる。

【００４４】ところが、非平行ギャップにした場合、第
２凹部１１ｂや空気室１６を設けないで第１凹部１１ａ
の底面に沿って電極１３を配置すると、振動板１０は電
極１３に接触しながら（実際には保護膜を形成するので
保護膜表面に接触することになる）変形することになっ
て、振動室１５と排除容積ΔＶとの比が略「１」に近い
値となり、エアーダンパー効果が極めて大きくなる。

【００４５】これに対して、この実施形態のように第２
凹部１１ｂを形成してその底面に電極１３を配置し、更
に振動室１５に連通する空気室１６を設けることによっ
て、実効的な振動室の容積を増加することができるの
で、非平行ギャップにした場合のエアーダンパー効果を
低減することができる。

【００４６】ここで、具体例として、Ｓｉ基板からなる
電極基板２に２μｍ程度の酸化膜層２ａを形成し、この
熱酸化膜層２ａにフォトレジスト層を形成し、このフォ
トレジスト層をフォトリングラフィーにより非平行なギ
ャップ形状とし、このフォトレジスト層をマスクとして
熱酸化膜層２ａをエッチングして、振動板１０に対応し
て底面形状が前記（１）式で表される形状となる第１凹
部１１ｂを形成する。

【００４７】そして、この第１凹部１１ｂの底面にウエ
ット又はドライエッチングによって複数の第２凹部１１
ｂを形成する。その後、第２凹部１１ｂの底面に電極１
３となるＴｉＮ膜をスパッタリング法により０．１５μ
ｍの厚みに成膜し、第２凹部１１ｂの立ち上がり部との
間に連通路１７を形成する部分などを残してレジストパ
ターンを形成し、ドライエッチングを行うことによって
第２凹部１１ｂの底面に所要の形状の電極１３を形成す
る。

【００４８】次いで、このＴｉＮ膜（電極１３を含む）
上に電極１３を被覆する形状にレジストをパターンニン
グし、このレジストパターンと残存しているＴｉＮ膜と
をマスクとして、第２凹部１１ｂの底面に連通路１７と
なる切り欠き部を熱酸化膜層２ａにを通過するまで掘り
込み、更にドライエッチングを行って空気室１６を形成
した。その後、前記実施形態と同様にしてインクジェッ
トヘッドを完成した。

【００４９】但し、ギャップは最大ギャップで０．３μ
ｍとし、切り欠き（連通路１７）の幅を２μｍ、長さ
１．１ｍｍとし、空気室１６は上辺長さ約１０μｍ、下
辺長さ約４μｍ、深さ約８μｍの断面形状とした。一つ
の空気室１６の断面積は約５６μｍ²であり、空気室の
全体の容積Ｗと排除容積ΔＶの比Ｗ／ΔＶは「１０」を
越える値となっている。

【００５０】また、比較例として、第２凹部１１ｂを設
けないで、第１凹部１１ａ底面に沿って電極１３を形成
したインクジェットヘッドを製作した。なお、この場合
には、電極１３表面には前記実施形態と同様に保護膜を
形成した。

【００５１】そして、これらの各インクジェットヘッド
について振動変位量をレーザードップラー計で測定し
た。この結果、振動板１０が電極基板に当接する電圧
は、空気室１６を設けた場合の方が約１０Ｖ低く、空気
室１６の効果の大きいことを確認した。、また、空気室
１６のないアクチュエータの場合、駆動周波数を２０Ｋ
Ｈｚ以上にすると振動変位が不安定になる現象が確認さ
れたが、空気室１６を設けた場合にはこのような周波数
変化に対する振動変位の不安定現象がないことを確認し
た。

【００５２】次に、各実施形態を含めて、空気室１５の
形成方法について説明すると、空気室１５の形成にはド
ライエッチング法が適している。これは、シリコン基板
のエッチングにはウエットエッチング法の採用も可能で
あるが、熱酸化膜の微細パターンを介してのシリコンエ
ッチングを行う場合の形状の選択性からドライエッチン
グの方が優れており、ウエットエッチングの場合にはエ
ッチング液の劣化に伴う液管理が必要であり、コスト高
となる等の点からである。

【００５３】また、空気室１５は振動板１０の短手方向
に複数個配置することが好ましい。本発明者らは、空気
室１５を１個配置したアクチュエータと、同じ空気室容
積となる複数の空気室１５を持つアクチュエータを作製
して、各アクチュエータの振動変位を比較したところ、
複数の空気室１５を持つアクチュエータの方が特に高周
波数領域での振動変位安定性が優れることを確認した。

【００５４】さらに、空気室１５の容積は、切り欠き部
（連通路）の振動板短手方向の幅、振動板長手方向の長
さ、エッチング時間を変えることにより、大幅に変更す
ることができる。そこで、空気室１５の容積を変化させ
て振動変位を測定したところ、少なくとも空気室の容積
Ｗと排除容積ΔＶの比Ｗ／ΔＶが「５」以上にすること
が好ましい。この比Ｗ／ΔＶが「５」未満では十分にエ
アーダンパー効果を低減できないことがある。また、特
に好ましくは比Ｗ／ΔＶを「１０」以上にする。

【００５５】次に、本発明に係るインクジェット記録装
置について図６及び図７を参照して簡単に説明する。な
お、図６は同記録装置の機構部の概略斜視説明図、図７
は同機構部の側面説明図である。

【００５６】このインクジェット記録装置は、記録装置
本体３１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３２等を収納し、装置本体３１の下方部
には前方側から多数枚の用紙３３を積載可能な給紙カセ
ット（或いは給紙トレイでもよい。）３４を抜き差し自
在に装着することができ、また、用紙３３を手差しで給
紙するための手差しトレイ３５を開倒することができ、
給紙カセット３４或いは手差しトレイ３５から給送され
る用紙３３を取り込み、印字機構部３２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３６
に排紙する。

【００５７】印字機構部３２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４１と従ガ
イドロッド４２とでキャリッジ４３を主走査方向（図９
で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ
４３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４４をインク滴吐出方向を下方に向け
て装着し、キャリッジ４３の上側にはヘッド４４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）４５を交換可能に装着している。このインク
カートリッジ４５から前記インク供給口２０を介してイ
ンクをヘッド４４内に供給する。

【００５８】ここで、キャリッジ４３は後方側（用紙搬
送方向下流側）を主ガイドロッド４１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４
２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ
４３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ４
７で回転駆動される駆動プーリ４８と従動プーリ４９と
の間にタイミングベルト５０を張装し、このタイミング
ベルト５０をキャリッジ４３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４４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。

【００５９】一方、給紙カセット３４にセットした用紙
３３をヘッド４４の下方側に搬送するために、給紙カセ
ット４４から用紙４３を分離給装する給紙ローラ５１及
びフリクションパッド５２と、用紙３３を案内するガイ
ド部材５３と、給紙された用紙３３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５５及び搬送ローラ５４からの用紙
３３の送り出し角度を規定する先端コロ５６とを設けて
いる。搬送ローラ５４は副走査モータ５７によってギヤ
列を介して回転駆動される。

【００６０】そして、キャリッジ４３の主走査方向の移
動範囲に対応して搬送ローラ５４から送り出された用紙
３３を記録ヘッド４４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５９を設けている。この印写受け
部材５９の用紙搬送方向下流側には、用紙３３を排紙方
向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ６１、拍車
６２を設け、さらに用紙３３を排紙トレイ３６に送り出
す排紙ローラ６３及び拍車６４と、排紙経路を形成する
ガイド部材６５，６６とを配設している。

【００６１】また、キャリッジ４３の移動方向右端側に
はヘッド４４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。）６７を配
置している。キャリッジ４３は印字待機中にはこのサブ
システム６７側に移動されてキャッピング手段などでヘ
ッド４４をキャッピングされる。

【００６２】なお、上記各実施形態においては、本発明
に係る液滴吐出ヘッド及びマイクロアクチュエータとし
て静電型インクジェットヘッドに適用した例で説明した
が、これに限るものではなく、例えば、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
液滴吐出ヘッドにも適用でき、或いはマイクロアクチュ
エータとしては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。

【００６３】また、液滴吐出ヘッドとして、振動板変位
方向とノズル滴吐出方向が直交するエッジシュータ方式
で説明しているが、振動板変位方向とノズル滴吐出方向
が同じになるサイドシュータ方式にすることもできる。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る液滴
吐出ヘッドによれば、電極を設ける電極基板には振動板
に略対向する部分に開口を有し、振動板と電極との間の
ギャップ空間に連通する空気室を設けたので、実効的な
ギャップ空間容積を増加できて、エア−ダンパー効果を
低減でき、低電圧駆動で安定した振動板変位を得ること
ができる。

【００６５】ここで、電極基板はシリコン基板に酸化膜
層を形成してなり、空気室を電極基板のシリコン部分に
形成し、この空気室のギャップ空間に臨む開口を形成す
る連通路を酸化膜層に形成することで、容易に空気室を
形成することができる。この場合、酸化膜層に形成した
連通路の幅よりも空気室の幅を広くすることで、電極形
成面積が減少して静電力が低下することを防止できる。

【００６６】また、空気室を振動板短手方向で複数個設
けることにより十分なギャップ空間容積を確保すること
ができて、特に高周波数駆動のときの振動板変位の安定
性を向上することができる。さらに、空気室の容積Ｗと
振動板が電極側に変形変位したとき排除される空気の容
積ΔＶとの比Ｗ／ΔＶが少なくとも５以上になるように
空気室を形成することでエア−ダンパー効果をより確実
に低減することができる。さらにまた、空気室はドライ
エッチングで等方的に形成することにより、空気室の形
状選択が容易になる。

【００６７】本発明に係るインクジェット記録装置によ
れば、インク滴を吐出するインクジェットヘッドとして
本発明に係る液滴吐出ヘッドを用いたので、振動板変位
のバラツキによる液滴吐出特性のバラツキがなくなり、
安定して高画像品質を得ることができる。

【００６８】本発明に係るマイクロアクチュエータによ
れば、電極を設ける電極基板の振動板と対向する部分に
振動板と電極との間のギャップ空間が連通する空気室を
設けたので、低電圧駆動で安定した振動板変位を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る静電型インクジェットヘッドの振
動板長手方向の模式的断面説明図

【図２】同ヘッドの振動板短手方向の模式的断面説明図

【図３】同ヘッドの要部平面説明図

【図４】空気室を有しないインクジェットヘッドの振動
板短手方向の模式的断面説明図

【図５】本発明の他の実施形態に係る静電型インクジェ
ットヘッドの振動板短手方向の模式的断面説明図

【図６】本発明に係るインクジェット記録装置の機構部
を示す概略斜視説明図

【図７】同記録装置の側断面説明図

【符号の説明】

１…振動板基板、２…電極基板、３…天板、４…ノズ
ル、５…液室、６…流体抵抗部、７…共通液室、１０…
振動板、１１…凹部、１３…電極、１４…保護膜、１５
…振動室（ギャップ空間）、１６…空気室、１７…連通
路、４３…キャリッジ、４４…ヘッド。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液滴を吐出するノズルに連通している液
室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、前記振動板を静電力で変形変位させて前記ノズル
から液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドにおいて、前記電
極を設ける電極基板には前記振動板に略対向する部分に
開口を有し、前記振動板と前記電極との間のギャップ空
間に連通する空気室を設けたことを特徴とする液滴吐出
ヘッド。
【請求項２】請求項１に記載の液滴吐出ヘッドにおい
て、前記電極基板はシリコン基板に酸化膜層を形成して
なり、前記空気室を前記電極基板のシリコン部分に形成
し、この空気室の前記ギャップ空間に臨む開口を形成す
る連通路を前記酸化膜層に形成したことを特徴とする液
滴吐出ヘッド。
【請求項３】請求項２に記載の液滴吐出ヘッドにおい
て、前記酸化膜層に形成した連通路の幅よりも前記空気
室の幅が広いことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれかに記載の液滴
吐出ヘッドにおいて、前記空気室を振動板短手方向で複
数個設けたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれかに記載の液滴
吐出ヘッドにおいて、前記空気室の容積Ｗと前記振動板
が電極側に変形変位したとき排除される空気の容積ΔＶ
との比Ｗ／ΔＶが少なくとも５以上であることを特徴と
する液滴吐出ヘッド。
【請求項６】請求項１乃至５のいずれかに記載の液滴
吐出ヘッドにおいて、前記空気室はドライエッチングで
等方的に形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッ
ド。
【請求項７】インク滴を吐出す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において、前記イ
ンクジェットヘッドが前記請求項１乃至６のいずれかの
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。
【請求項８】振動板と、この振動板に対向する電極と
を備えて、前記振動板を静電力で変形変位させるマイク
ロアクチュエータにおいて、前記電極を設ける電極基板
には前記振動板と略対向する部分に開口を有し、前記振
動板と電極との間のギャップ空間に連通する空気室を設
けたことを特徴とするマイクロアクチュエータ。