JP2002046282A - 液滴吐出ヘッド及びマイクロアクチュエータ - Google Patents
液滴吐出ヘッド及びマイクロアクチュエータInfo
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- JP2002046282A JP2002046282A JP2000233812A JP2000233812A JP2002046282A JP 2002046282 A JP2002046282 A JP 2002046282A JP 2000233812 A JP2000233812 A JP 2000233812A JP 2000233812 A JP2000233812 A JP 2000233812A JP 2002046282 A JP2002046282 A JP 2002046282A
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- film
- discharge head
- droplet discharge
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2002/14411—Groove in the nozzle plate
Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 残留電荷によって低電圧駆動ができない。
【解決手段】 電極１５の表面に高抵抗の保護膜１８と
低抵抗の保護膜１９の二層構造の電極保護膜１７を設け
た。
低抵抗の保護膜１９の二層構造の電極保護膜１７を設け
た。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は液滴吐出ヘッド及びマイ
クロアクチュエータに関する。
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
ドを搭載したものがある。
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
ドを搭載したものがある。
【０００３】従来の静電型インクジェットヘッドとして
は、特開平２−２８９３５１号公報に記載されているよ
うに、振動板と電極とを平行に配置したもの（平行な振
動板と電極との間に形成されるギャップを「平行ギャッ
プ」と称する。）、或いは、特開平９−１９３３７５号
公報に記載されているように、振動板と電極とを短手方
向又は長手方向で非平行に配置したもの（非平行な振動
板と電極との間に形成されるギャップを「非平行ギャッ
プ」と称する。）が知られている。
は、特開平２−２８９３５１号公報に記載されているよ
うに、振動板と電極とを平行に配置したもの（平行な振
動板と電極との間に形成されるギャップを「平行ギャッ
プ」と称する。）、或いは、特開平９−１９３３７５号
公報に記載されているように、振動板と電極とを短手方
向又は長手方向で非平行に配置したもの（非平行な振動
板と電極との間に形成されるギャップを「非平行ギャッ
プ」と称する。）が知られている。
【０００４】また、このような静電型インクジェットヘ
ッドの駆動方式としては、振動板が電極に当接する（実
際には電極表面の保護膜に当接する）まで変形変位させ
る当接駆動方式と、振動板が電極に当接しない位置まで
変形変位させる当接駆動方式とがある。このうち、当接
駆動方式によれば振動板の変形量（変位量）を一定にす
ることができるという利点がある。
ッドの駆動方式としては、振動板が電極に当接する（実
際には電極表面の保護膜に当接する）まで変形変位させ
る当接駆動方式と、振動板が電極に当接しない位置まで
変形変位させる当接駆動方式とがある。このうち、当接
駆動方式によれば振動板の変形量（変位量）を一定にす
ることができるという利点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の静電
型インクジェットヘッドにあっては、当接駆動方式で駆
動すると、同一極性の電圧を印加することによって、振
動板と電極との間の絶縁膜（電極保護膜）に電荷が残留
して、時間の経過と共に静電力が低減し、所望の振動板
変位量が得られなくなって滴吐出特性（滴速度、滴体
積）が変化して画質が低下することから、駆動電圧を高
くしなければならなくなる。
型インクジェットヘッドにあっては、当接駆動方式で駆
動すると、同一極性の電圧を印加することによって、振
動板と電極との間の絶縁膜（電極保護膜）に電荷が残留
して、時間の経過と共に静電力が低減し、所望の振動板
変位量が得られなくなって滴吐出特性（滴速度、滴体
積）が変化して画質が低下することから、駆動電圧を高
くしなければならなくなる。
【０００６】この場合、極性の異なる駆動電圧を交互に
印加すれば、絶縁膜の残留電荷を消去することができ
て、残留電荷の影響を大幅に低減することができる。し
かしながら、このように逆極性の駆動電圧を印加するた
めには、逆極性の電源を必要とするし、また実際の駆動
状態ではインク滴を吐出させるノズルとの関係で同一極
性の電圧が連続して印加されることがあり、有効な解決
手段ではない。
印加すれば、絶縁膜の残留電荷を消去することができ
て、残留電荷の影響を大幅に低減することができる。し
かしながら、このように逆極性の駆動電圧を印加するた
めには、逆極性の電源を必要とするし、また実際の駆動
状態ではインク滴を吐出させるノズルとの関係で同一極
性の電圧が連続して印加されることがあり、有効な解決
手段ではない。
【０００７】本発明は、上記の課題に鑑みてなされたも
のであり、残留電荷を低減して低電圧駆動が行える液滴
吐出ヘッド及びマイクロアクチュエータを提供すること
を目的とする。
のであり、残留電荷を低減して低電圧駆動が行える液滴
吐出ヘッド及びマイクロアクチュエータを提供すること
を目的とする。
【０００８】
【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、電極の表面に体積
抵抗の異なる複数の膜からなる電極保護膜を設けた構成
としたものである。
め、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、電極の表面に体積
抵抗の異なる複数の膜からなる電極保護膜を設けた構成
としたものである。
【０００９】ここで、電極保護膜は最表面側の膜の体積
抵抗が電極界面側の膜の体積抵抗より低い構成とする。
また、電極保護膜の全体の膜厚が５００〜６０００Åの
範囲内にあることが好ましい。さらに、電極保護膜は、
電極界面側の膜の体積抵抗が１０×Ｅ１２〜１０×Ｅ１
６の範囲内であり、最表面側の膜の体積抵抗が１０×Ｅ
３〜１０×Ｅ１２の範囲内であることが好ましい。
抵抗が電極界面側の膜の体積抵抗より低い構成とする。
また、電極保護膜の全体の膜厚が５００〜６０００Åの
範囲内にあることが好ましい。さらに、電極保護膜は、
電極界面側の膜の体積抵抗が１０×Ｅ１２〜１０×Ｅ１
６の範囲内であり、最表面側の膜の体積抵抗が１０×Ｅ
３〜１０×Ｅ１２の範囲内であることが好ましい。
【００１０】また、電極保護膜は、電極界面側の膜がＳ
ｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＮ、Ｔａ2Ｏ 5、ＡｌＮ、ＢＮの
少なくともいずれかの材料からなる膜であることが好ま
しい。さらに、電極保護膜は、最表面側の膜がＳｉＯ
Ｎ、ＳｉＯＨ：ＳｉＯＮ、ＳｉＯ2：ＳｉＯＮ、Ｓｉ
Ｏ2：ＳｉＯＨの複合酸化物の少なくともいずれかの材
料からなる膜であることが好ましい。
ｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＮ、Ｔａ2Ｏ 5、ＡｌＮ、ＢＮの
少なくともいずれかの材料からなる膜であることが好ま
しい。さらに、電極保護膜は、最表面側の膜がＳｉＯ
Ｎ、ＳｉＯＨ：ＳｉＯＮ、ＳｉＯ2：ＳｉＯＮ、Ｓｉ
Ｏ2：ＳｉＯＨの複合酸化物の少なくともいずれかの材
料からなる膜であることが好ましい。
【００１１】さらに、電極保護膜は、最表面側の膜がＳ
ｉＯＮ、ＳｉＯＨ：ＳｉＯＮ、ＳｉＯ2：ＳｉＯＮ、Ｓ
ｉＯ2：ＳｉＯＨの複合酸化物の少なくともいずれかの
材料にＰ又はＢのイオンを打ち込んで低抵抗化した膜と
することができる。また、電極保護膜は、最表面側の膜
がＳｉＯＮ、ＳｉＯＨ、ＳｉＯ2の少なくともいずれか
の単体膜をイオンドープして低抵抗化した膜とすること
ができる。
ｉＯＮ、ＳｉＯＨ：ＳｉＯＮ、ＳｉＯ2：ＳｉＯＮ、Ｓ
ｉＯ2：ＳｉＯＨの複合酸化物の少なくともいずれかの
材料にＰ又はＢのイオンを打ち込んで低抵抗化した膜と
することができる。また、電極保護膜は、最表面側の膜
がＳｉＯＮ、ＳｉＯＨ、ＳｉＯ2の少なくともいずれか
の単体膜をイオンドープして低抵抗化した膜とすること
ができる。
【００１２】本発明に係るマイクロアクチュエータは、
電極の表面に体積抵抗の異なる複数の膜からなる電極保
護膜を設けたものである。
電極の表面に体積抵抗の異なる複数の膜からなる電極保
護膜を設けたものである。
【００１３】
【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は本発明に係る液滴吐出
ヘッドであるインクジェットヘッドの分解斜視説明図、
図２は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図、図３は
同ヘッドの振動板短手方向の要部拡大断面図である。
図面を参照して説明する。図１は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の分解斜視説明図、
図２は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図、図３は
同ヘッドの振動板短手方向の要部拡大断面図である。
【００１４】このインクジェットヘッドは、例えば単結
晶シリコン基板を用いた第一基板である流路基板１と、
この流路基板１の下側に設けたシリコン基板又はガラス
基板或いはセラミックス基板等を用いた第二基板である
電極基板２と、流路基板１の上側に設けた第三基板であ
るノズル板３とを備え、インク滴を吐出する複数のノズ
ル４、各ノズル４が連通するインク流路である吐出室
６、各吐出室６にインク供給路を兼ねた流体抵抗部７を
介して連通する共通液室８などを形成している。
晶シリコン基板を用いた第一基板である流路基板１と、
この流路基板１の下側に設けたシリコン基板又はガラス
基板或いはセラミックス基板等を用いた第二基板である
電極基板２と、流路基板１の上側に設けた第三基板であ
るノズル板３とを備え、インク滴を吐出する複数のノズ
ル４、各ノズル４が連通するインク流路である吐出室
６、各吐出室６にインク供給路を兼ねた流体抵抗部７を
介して連通する共通液室８などを形成している。
【００１５】流路基板１にはノズル４が連通する複数の
吐出室６をなす貫通穴を形成し、流路基板１の下面に吐
出室６の壁面である底部をなす振動板１０を接合してい
る。ノズル板３にはノズル４となる孔及び流体抵抗部７
を形成する溝を形成し、また流路基板１と電極基板２に
は共通液室８を形成する貫通部を形成している。振動板
１０は、例えばＭｏ、Ｗ、Ｎｉ或いはＮｉ−Ｃｒなどの
材料で形成している。
吐出室６をなす貫通穴を形成し、流路基板１の下面に吐
出室６の壁面である底部をなす振動板１０を接合してい
る。ノズル板３にはノズル４となる孔及び流体抵抗部７
を形成する溝を形成し、また流路基板１と電極基板２に
は共通液室８を形成する貫通部を形成している。振動板
１０は、例えばＭｏ、Ｗ、Ｎｉ或いはＮｉ−Ｃｒなどの
材料で形成している。
【００１６】また、電極基板２にはｐ型或いはｎ型の単
結晶シリコン基板を用いて、熱酸化法などで酸化層２ａ
を形成し、この酸化層２ａに凹部１４を形成して、この
凹部１４底面に振動板１０に対向する電極１５を設け、
振動板１０と電極１５との間にギャップ１６を形成し、
これらの振動板１０と電極１５とによってマイクロアク
チュエータを構成している。
結晶シリコン基板を用いて、熱酸化法などで酸化層２ａ
を形成し、この酸化層２ａに凹部１４を形成して、この
凹部１４底面に振動板１０に対向する電極１５を設け、
振動板１０と電極１５との間にギャップ１６を形成し、
これらの振動板１０と電極１５とによってマイクロアク
チュエータを構成している。
【００１７】電極１５としては、金、或いは、通常半導
体素子の形成プロセスで一般的に用いられるＡｌ、Ｃ
ｒ、Ｎｉ等の金属材料や、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ等の高融点
金属、または不純物により低抵抗化した多結晶シリコン
材料などを用いることができる。また、電極基板２とし
てはパイレックス（登録商標）ガラス（硼珪酸ガラス）
などのガラス基板を用いることができ、この場合には絶
縁性を有しているので、そのまま凹部１４を形成する。
同様に、電極基板２としてはセラミック基板を用いるこ
ともできる。
体素子の形成プロセスで一般的に用いられるＡｌ、Ｃ
ｒ、Ｎｉ等の金属材料や、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ等の高融点
金属、または不純物により低抵抗化した多結晶シリコン
材料などを用いることができる。また、電極基板２とし
てはパイレックス（登録商標）ガラス（硼珪酸ガラス）
などのガラス基板を用いることができ、この場合には絶
縁性を有しているので、そのまま凹部１４を形成する。
同様に、電極基板２としてはセラミック基板を用いるこ
ともできる。
【００１８】この電極１５の表面は電極保護膜１７で被
覆している。この電極保護膜１７は、図４に示すよう
に、主として電極１５と振動板１０との間を絶縁して電
極１５を保護するための高抵抗（高い体積抵抗）の保護
膜１８と、電極保護膜１７に残留する電荷の移動を容易
にするための低抵抗（低い体積抵抗）の保護膜１９とを
積層した多層膜からなる。
覆している。この電極保護膜１７は、図４に示すよう
に、主として電極１５と振動板１０との間を絶縁して電
極１５を保護するための高抵抗（高い体積抵抗）の保護
膜１８と、電極保護膜１７に残留する電荷の移動を容易
にするための低抵抗（低い体積抵抗）の保護膜１９とを
積層した多層膜からなる。
【００１９】ここで、電極保護膜１７の内の電極界面側
の膜である保護膜１８の体積抵抗（Ω・ｃｍ2）が１０
×Ｅ１２〜１０×Ｅ１６（１×１０12〜１×１０16）の
範囲内であり、最表面の膜である保護膜１９の体積抵抗
（Ω・ｃｍ2）が１０×Ｅ３〜１０×Ｅ１２（１×１０3
〜１×１０12）の範囲内であることが好ましい。
の膜である保護膜１８の体積抵抗（Ω・ｃｍ2）が１０
×Ｅ１２〜１０×Ｅ１６（１×１０12〜１×１０16）の
範囲内であり、最表面の膜である保護膜１９の体積抵抗
（Ω・ｃｍ2）が１０×Ｅ３〜１０×Ｅ１２（１×１０3
〜１×１０12）の範囲内であることが好ましい。
【００２０】保護膜１８の体積抵抗が１０×Ｅ１２より
小さく（低く）なると振動板１０との接触時の電極１５
の絶縁保護に十分でなくなり、保護膜１９の体積抵抗が
１０×Ｅ１２より大きく（高く）なると電荷の移動によ
る残留電荷の除去を十分に行えなくなる。
小さく（低く）なると振動板１０との接触時の電極１５
の絶縁保護に十分でなくなり、保護膜１９の体積抵抗が
１０×Ｅ１２より大きく（高く）なると電荷の移動によ
る残留電荷の除去を十分に行えなくなる。
【００２１】高抵抗の保護膜１８としては、ＳｉＯ2、
Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＮ、Ｔａ2Ｏ5、ＡｌＮ、ＢＮの少なくと
もいずれかの材料からなる膜を用いることができる。ま
た、低抵抗の保護膜１９としては、ＳｉＯＮ、ＳｉＯ
Ｈ：ＳｉＯＮ、ＳｉＯ2：ＳｉＯＮ、ＳｉＯ2：ＳｉＯＨ
の複合酸化物などの少なくともいずれかの材料からなる
膜を用いることができる。これらの膜を用いることによ
って容易に所望の高抵抗或いは低抵抗の膜を成膜するこ
とができる。
Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＮ、Ｔａ2Ｏ5、ＡｌＮ、ＢＮの少なくと
もいずれかの材料からなる膜を用いることができる。ま
た、低抵抗の保護膜１９としては、ＳｉＯＮ、ＳｉＯ
Ｈ：ＳｉＯＮ、ＳｉＯ2：ＳｉＯＮ、ＳｉＯ2：ＳｉＯＨ
の複合酸化物などの少なくともいずれかの材料からなる
膜を用いることができる。これらの膜を用いることによ
って容易に所望の高抵抗或いは低抵抗の膜を成膜するこ
とができる。
【００２２】また、低抵抗の保護膜１９としては、Ｓｉ
ＯＮ、ＳｉＯＨ：ＳｉＯＮ、ＳｉＯ 2：ＳｉＯＮ、Ｓｉ
Ｏ2：ＳｉＯＨの複合酸化物にＰ（燐）又はＢ（ホウ
素）のイオンを打ち込みアニールすることで更に低抵抗
化した膜を用いることもできる。さらに、低抵抗の保護
膜１９としては、ＳｉＯＮ、ＳｉＯＨ、ＳｉＯ2の単体
膜にイオンをドープして活性化して低抵抗化した膜を用
いることもできる。これらの膜を用いることによって容
易に低抵抗の膜を成膜することができる。
ＯＮ、ＳｉＯＨ：ＳｉＯＮ、ＳｉＯ 2：ＳｉＯＮ、Ｓｉ
Ｏ2：ＳｉＯＨの複合酸化物にＰ（燐）又はＢ（ホウ
素）のイオンを打ち込みアニールすることで更に低抵抗
化した膜を用いることもできる。さらに、低抵抗の保護
膜１９としては、ＳｉＯＮ、ＳｉＯＨ、ＳｉＯ2の単体
膜にイオンをドープして活性化して低抵抗化した膜を用
いることもできる。これらの膜を用いることによって容
易に低抵抗の膜を成膜することができる。
【００２３】電極保護膜１７の全体の膜厚は５００〜６
０００Å（０．０５〜０．６μｍ）の範囲内にあること
が好ましい。膜厚が０．０５μｍ未満では電極１５の保
護膜としての十分な機能を果たさなくなり、０．６μｍ
を越えると、振動板１０と電極１５との間のギャップ１
６が大きくなりすぎるか、実効的なギャップ（ここでは
保護膜１７表面との間のギャップ）が小さくなりすぎ
る。
０００Å（０．０５〜０．６μｍ）の範囲内にあること
が好ましい。膜厚が０．０５μｍ未満では電極１５の保
護膜としての十分な機能を果たさなくなり、０．６μｍ
を越えると、振動板１０と電極１５との間のギャップ１
６が大きくなりすぎるか、実効的なギャップ（ここでは
保護膜１７表面との間のギャップ）が小さくなりすぎ
る。
【００２４】これらの流路基板１と電極基板２との接合
は、流路基板１及び電極基板２をいずれもシリコン基板
で形成したときには直接接合で接合することができる。
この直接接合は１０００℃程度の高温化で実施する。ま
た、電極基板２をシリコンで形成して、陽極接合を行う
こともでき、この場合には、電極基板２と流路基板１と
の間にパイレックスガラスを成膜し、この膜を介して陽
極接合を行うこともできる。さらに、流路基板１と電極
基板２にシリコン基板を使用して金等のバインダーを接
合面に介在させた共晶接合で接合することもできる。さ
らにまた、流路基板１と電極基板２にガラス基板を使用
して、ポリシリコンやアモルファスシリコンを介在膜と
して陽極接合することもできる。
は、流路基板１及び電極基板２をいずれもシリコン基板
で形成したときには直接接合で接合することができる。
この直接接合は１０００℃程度の高温化で実施する。ま
た、電極基板２をシリコンで形成して、陽極接合を行う
こともでき、この場合には、電極基板２と流路基板１と
の間にパイレックスガラスを成膜し、この膜を介して陽
極接合を行うこともできる。さらに、流路基板１と電極
基板２にシリコン基板を使用して金等のバインダーを接
合面に介在させた共晶接合で接合することもできる。さ
らにまた、流路基板１と電極基板２にガラス基板を使用
して、ポリシリコンやアモルファスシリコンを介在膜と
して陽極接合することもできる。
【００２５】また、流路基板１と電極基板２との接合
は、流路基板１をシリコン基板、電極基板２をパイレッ
クスガラスでそれぞれ形成した場合には、陽極接合で行
うことができる。陽極接合は、基板間に電圧（−３００
Ｖ〜−５００Ｖ程度）を印加することで比較的低温（３
００℃〜４００℃）で精密な接合を行うことができる。
は、流路基板１をシリコン基板、電極基板２をパイレッ
クスガラスでそれぞれ形成した場合には、陽極接合で行
うことができる。陽極接合は、基板間に電圧（−３００
Ｖ〜−５００Ｖ程度）を印加することで比較的低温（３
００℃〜４００℃）で精密な接合を行うことができる。
【００２６】なお、このような陽極接合を確実に行うに
は、基板の接合界面で基板同士の共有結合が生じるよう
に流路基板（第１基板）１、或いは電極基板（第２基
板）２のどちらかがアルカリイオンを多く含む基板であ
ることが必要があり、また、接合する際、熱応力による
基板同士の歪みが少なくなるように基板同士の熱膨張係
数が比較的一致している材料を選択することが好まし
い。したがって、流路基板１に単結晶のシリコン基板を
使用し、電極基板２にＮａ等のアルカリイオンを多く含
み、シリコン基板と比較的熱膨張係数が一致するパイレ
ックスガラス（硼珪酸系ガラス）基板を使用すること
で、基板同士の熱歪みの少ない確実な接合が得られる。
は、基板の接合界面で基板同士の共有結合が生じるよう
に流路基板（第１基板）１、或いは電極基板（第２基
板）２のどちらかがアルカリイオンを多く含む基板であ
ることが必要があり、また、接合する際、熱応力による
基板同士の歪みが少なくなるように基板同士の熱膨張係
数が比較的一致している材料を選択することが好まし
い。したがって、流路基板１に単結晶のシリコン基板を
使用し、電極基板２にＮａ等のアルカリイオンを多く含
み、シリコン基板と比較的熱膨張係数が一致するパイレ
ックスガラス（硼珪酸系ガラス）基板を使用すること
で、基板同士の熱歪みの少ない確実な接合が得られる。
【００２７】ノズル板３には、多数のノズル４を形成す
るとともに、共通液室８と吐出室６を連通するための流
体抵抗部７を形成する溝部を形成している。ここでは、
インク吐出面（ノズル４表面側）には撥水性皮膜を成膜
している。このノズル板３にはステンレス基板（ＳＵ
Ｓ）を用いているが、この他、エレクトロフォーミング
（電鋳）工法によるニッケルメッキ膜、ポリイミド等の
樹脂にエキシマレーザー加工をしたもの、金属プレート
にプレス加工で穴加工をしたもの等でも用いることがで
きる。
るとともに、共通液室８と吐出室６を連通するための流
体抵抗部７を形成する溝部を形成している。ここでは、
インク吐出面（ノズル４表面側）には撥水性皮膜を成膜
している。このノズル板３にはステンレス基板（ＳＵ
Ｓ）を用いているが、この他、エレクトロフォーミング
（電鋳）工法によるニッケルメッキ膜、ポリイミド等の
樹脂にエキシマレーザー加工をしたもの、金属プレート
にプレス加工で穴加工をしたもの等でも用いることがで
きる。
【００２８】また、撥水性皮膜は、フッ素系樹脂微粒子
であるポリテトラフルオロエチレン微粒子を分散させた
電解又は無電解ニッケル共析メッキ（ＰＴＦＥ−Ｎi共
析メッキ）によるメッキ皮膜で形成することができる。
であるポリテトラフルオロエチレン微粒子を分散させた
電解又は無電解ニッケル共析メッキ（ＰＴＦＥ−Ｎi共
析メッキ）によるメッキ皮膜で形成することができる。
【００２９】このインクジェットヘッドは、ノズル４を
二列配置し、この各ノズル４に対応して吐出室６、振動
板１０、電極１５なども二列配置し、各ノズル列の中央
部（ヘッド中央部）に共通液室８を配置して、共通液室
８から左右の吐出室６にインクを振り分けて供給する構
成を採用している。これにより、各吐出室６へのインク
供給を均等に配分することができ、各吐出室の駆動状態
の緩衝をほとんど受けることなく、均一なインク滴吐出
特性を確保することができて、簡単なヘッド構成で多数
のノズル４を有するマルチノズルヘッドを構成すること
ができる。このノズル４の配列密度で規定されるこのヘ
ッドの吐出密度は３００ｄｐｉとしている。
二列配置し、この各ノズル４に対応して吐出室６、振動
板１０、電極１５なども二列配置し、各ノズル列の中央
部（ヘッド中央部）に共通液室８を配置して、共通液室
８から左右の吐出室６にインクを振り分けて供給する構
成を採用している。これにより、各吐出室６へのインク
供給を均等に配分することができ、各吐出室の駆動状態
の緩衝をほとんど受けることなく、均一なインク滴吐出
特性を確保することができて、簡単なヘッド構成で多数
のノズル４を有するマルチノズルヘッドを構成すること
ができる。このノズル４の配列密度で規定されるこのヘ
ッドの吐出密度は３００ｄｐｉとしている。
【００３０】そして、電極１５は外部に延設して接続部
（電極パッド部）１５ａとし、これにヘッド駆動回路で
あるドライバＩＣをワイヤボンドによって搭載したＦＰ
Ｃケーブルを異方性導電膜などを介して接続している。
（電極パッド部）１５ａとし、これにヘッド駆動回路で
あるドライバＩＣをワイヤボンドによって搭載したＦＰ
Ｃケーブルを異方性導電膜などを介して接続している。
【００３１】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１５を個
別電極として、振動板１０と電極１５との間に駆動波形
を印加することにより、振動板１０と電極１５との間に
静電力（静電吸引力）が発生して、振動板１０が電極１
５側に変形変位する。これにより、吐出室６の内容積が
拡張されて内圧が下がるため、流体抵抗部７を介して共
通液室８から吐出室６にインクが充填される。
においては、振動板１０を共通電極とし、電極１５を個
別電極として、振動板１０と電極１５との間に駆動波形
を印加することにより、振動板１０と電極１５との間に
静電力（静電吸引力）が発生して、振動板１０が電極１
５側に変形変位する。これにより、吐出室６の内容積が
拡張されて内圧が下がるため、流体抵抗部７を介して共
通液室８から吐出室６にインクが充填される。
【００３２】次いで、電極１５への電圧印加を断つと、
静電力が作用しなくなり、振動板１０はそれ自身のもつ
弾性によって復元する。この動作に伴い吐出室６の内圧
が上昇し、ノズル４からインク滴が吐出される。再び電
極１５に電圧を印加すると、再び静電吸引力によって振
動板１０は電極側に引き込まれる。
静電力が作用しなくなり、振動板１０はそれ自身のもつ
弾性によって復元する。この動作に伴い吐出室６の内圧
が上昇し、ノズル４からインク滴が吐出される。再び電
極１５に電圧を印加すると、再び静電吸引力によって振
動板１０は電極側に引き込まれる。
【００３３】このインクジェットヘッドにおいては、振
動板の変位駆動方式として振動板１０を電極１５に当接
させないで状態で電極１５側に変位させて、この状態か
ら放電して振動板１０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も可能であるが、振動板１０を
電極１５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１０を復帰させることでインク滴を吐出させ
る当接駆動方式の方が安定したインク滴吐出を行うこと
ができる。
動板の変位駆動方式として振動板１０を電極１５に当接
させないで状態で電極１５側に変位させて、この状態か
ら放電して振動板１０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も可能であるが、振動板１０を
電極１５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１０を復帰させることでインク滴を吐出させ
る当接駆動方式の方が安定したインク滴吐出を行うこと
ができる。
【００３４】このように振動板を電極に当接させて駆動
する場合、電極表面を覆う絶縁保護膜に残留電荷が発生
する。残留電荷とは、振動板が電極側に接触したとき
に、そこに挟まれる保護膜（絶縁膜）の表面、或いは界
面、若しくは内部に電荷が残留する現象である（絶縁膜
が分極するという考えもある。）。この残留電荷が大き
くなると、駆動電圧を高くしても振動板が十分に変位し
なくなり、駆動電圧の高電圧化を招くことになる。
する場合、電極表面を覆う絶縁保護膜に残留電荷が発生
する。残留電荷とは、振動板が電極側に接触したとき
に、そこに挟まれる保護膜（絶縁膜）の表面、或いは界
面、若しくは内部に電荷が残留する現象である（絶縁膜
が分極するという考えもある。）。この残留電荷が大き
くなると、駆動電圧を高くしても振動板が十分に変位し
なくなり、駆動電圧の高電圧化を招くことになる。
【００３５】そこで、このインクジェットヘッドにおい
ては、電極保護膜１７を高抵抗の保護膜１８と低抵抗の
保護膜１９の二層膜とし、低抵抗の保護膜１９を最表面
側に形成することによって、電極保護膜１７に発生する
残留電荷が低抵抗の保護膜１９側に移動することで自然
的に除去されるとともに、近接する金属材料である振動
板１０などの導電性材料に移動して除去される。これに
よって、振動板１０を長期に亘って低電圧で安定して駆
動することができるようになる。
ては、電極保護膜１７を高抵抗の保護膜１８と低抵抗の
保護膜１９の二層膜とし、低抵抗の保護膜１９を最表面
側に形成することによって、電極保護膜１７に発生する
残留電荷が低抵抗の保護膜１９側に移動することで自然
的に除去されるとともに、近接する金属材料である振動
板１０などの導電性材料に移動して除去される。これに
よって、振動板１０を長期に亘って低電圧で安定して駆
動することができるようになる。
【００３６】なお、上記実施形態においては、本発明を
インクジェットヘッドに適用した例で説明しているが、
振動板と電極とを用いるその他の静電型アクチュエータ
にも同様に適用することができる。また、上記実施形態
では振動板と電極とを平行状態で配置した平行ギャップ
の構成で説明したが、振動板と電極とを非平行状態で配
置した非平行ギャップの構成にも同様に適用できる。さ
らに、上記実施形態では二層構造の電極保護膜とした
が、三層以上の多層膜とすることもできる。
インクジェットヘッドに適用した例で説明しているが、
振動板と電極とを用いるその他の静電型アクチュエータ
にも同様に適用することができる。また、上記実施形態
では振動板と電極とを平行状態で配置した平行ギャップ
の構成で説明したが、振動板と電極とを非平行状態で配
置した非平行ギャップの構成にも同様に適用できる。さ
らに、上記実施形態では二層構造の電極保護膜とした
が、三層以上の多層膜とすることもできる。
【００３７】また、上記実施形態では本発明に係るマイ
クロアクチュエータを静電型インクジェットヘッドのア
クチュエータ部に適用した例で説明したが、マイクロポ
ンプやマイクロモータなどのアクチュエータ部にも適用
することができる。
クロアクチュエータを静電型インクジェットヘッドのア
クチュエータ部に適用した例で説明したが、マイクロポ
ンプやマイクロモータなどのアクチュエータ部にも適用
することができる。
【００３８】
【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、電極の表面に体積抵抗の異なる複
数の膜からなる電極保護膜を設けたので、簡単な構成
で、残留電荷の発生を低減することができて、低電圧駆
動化を図れる。
吐出ヘッドによれば、電極の表面に体積抵抗の異なる複
数の膜からなる電極保護膜を設けたので、簡単な構成
で、残留電荷の発生を低減することができて、低電圧駆
動化を図れる。
【００３９】ここで、電極保護膜は最表面側の膜の体積
抵抗が電極界面側の膜の体積抵抗より低い構成とするこ
とにより、低抵抗の膜を通じて残留電荷を有効に除去す
ることができる。また、電極保護膜の全体の膜厚が５０
０〜６０００Åの範囲内にあることで、振動板と電極と
のギャップを確保しつつ電極を保護することができる。
抵抗が電極界面側の膜の体積抵抗より低い構成とするこ
とにより、低抵抗の膜を通じて残留電荷を有効に除去す
ることができる。また、電極保護膜の全体の膜厚が５０
０〜６０００Åの範囲内にあることで、振動板と電極と
のギャップを確保しつつ電極を保護することができる。
【００４０】さらに、電極保護膜は、電極界面側の膜の
体積抵抗が１０×Ｅ１２〜１０×Ｅ１６の範囲内であ
り、最表面側の膜の体積抵抗が１０×Ｅ３〜１０×Ｅ１
２の範囲内であることにより、電極の保護と残留電荷の
除去を有効に行うことができる。
体積抵抗が１０×Ｅ１２〜１０×Ｅ１６の範囲内であ
り、最表面側の膜の体積抵抗が１０×Ｅ３〜１０×Ｅ１
２の範囲内であることにより、電極の保護と残留電荷の
除去を有効に行うことができる。
【００４１】また、電極保護膜は、電極界面側の膜がＳ
ｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＮ、Ｔａ2Ｏ 5、ＡｌＮ、ＢＮの
少なくともいずれかの材料からなる膜であることで、容
易に適正な体積抵抗の高抵抗の膜を成膜することができ
る。さらに、電極保護膜は、最表面側の膜がＳｉＯＮ、
ＳｉＯＨ：ＳｉＯＮ、ＳｉＯ2：ＳｉＯＮ、ＳｉＯ2：Ｓ
ｉＯＨの複合酸化物の少なくともいずれかの材料からな
る膜であるで、容易に適正な体積抵抗の低抵抗の膜を成
膜することができる。
ｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＮ、Ｔａ2Ｏ 5、ＡｌＮ、ＢＮの
少なくともいずれかの材料からなる膜であることで、容
易に適正な体積抵抗の高抵抗の膜を成膜することができ
る。さらに、電極保護膜は、最表面側の膜がＳｉＯＮ、
ＳｉＯＨ：ＳｉＯＮ、ＳｉＯ2：ＳｉＯＮ、ＳｉＯ2：Ｓ
ｉＯＨの複合酸化物の少なくともいずれかの材料からな
る膜であるで、容易に適正な体積抵抗の低抵抗の膜を成
膜することができる。
【００４２】さらに、電極保護膜は、最表面側の膜がＳ
ｉＯＮ、ＳｉＯＨ：ＳｉＯＮ、ＳｉＯ2：ＳｉＯＮ、Ｓ
ｉＯ2：ＳｉＯＨの複合酸化物の少なくともいずれかの
材料にＰ又はＢのイオンを打ち込んで低抵抗化した膜と
することで、一層低抵抗の膜を成膜することができる。
また、電極保護膜は、最表面側の膜がＳｉＯＮ、ＳｉＯ
Ｈ、ＳｉＯ2の少なくともいずれかの単体膜をイオンド
ープして低抵抗化した膜とすることでも、容易に低抵抗
の膜を成膜することができる。
ｉＯＮ、ＳｉＯＨ：ＳｉＯＮ、ＳｉＯ2：ＳｉＯＮ、Ｓ
ｉＯ2：ＳｉＯＨの複合酸化物の少なくともいずれかの
材料にＰ又はＢのイオンを打ち込んで低抵抗化した膜と
することで、一層低抵抗の膜を成膜することができる。
また、電極保護膜は、最表面側の膜がＳｉＯＮ、ＳｉＯ
Ｈ、ＳｉＯ2の少なくともいずれかの単体膜をイオンド
ープして低抵抗化した膜とすることでも、容易に低抵抗
の膜を成膜することができる。
【００４３】本発明に係るマイクロアクチュエータによ
れば、電極の表面に体積抵抗の異なる複数の膜からなる
電極保護膜を設けたので、簡単な構成で残留電荷を低減
できて、低電圧で安定した駆動を行うことができる。
れば、電極の表面に体積抵抗の異なる複数の膜からなる
電極保護膜を設けたので、簡単な構成で残留電荷を低減
できて、低電圧で安定した駆動を行うことができる。
【図１】本発明に係るインクジェットヘッドの分解斜視
説明図
説明図
【図２】同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図３】同ヘッドの振動板短手方向の要部拡大断面図
【図４】同ヘッドの電極保護膜部分の拡大説明図
１…流路基板、２…電極基板、３…ノズル板、４…ノズ
ル、６…吐出室、７…流体抵抗部、８…共通液室、１０
…振動板、１５…電極、１７…電極保護膜、１８…高抵
抗の保護膜、１９…低抵抗の保護膜。
ル、６…吐出室、７…流体抵抗部、８…共通液室、１０
…振動板、１５…電極、１７…電極保護膜、１８…高抵
抗の保護膜、１９…低抵抗の保護膜。
Claims (9)
- 【請求項１】 液滴を吐出するノズルと、このノズルが
連通する液室と、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とを有し、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液を吐出させる液
滴吐出ヘッドにおいて、前記電極の表面に体積抵抗の異
なる複数の膜からなる電極保護膜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、前記電極保護膜は最表面側の膜の体積抵抗が電極界
面側の膜の体積抵抗より低いことを特徴とする液滴吐出
ヘッド。 - 【請求項３】 請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッド
において、前記電極保護膜の全体の膜厚が５００〜６０
００Åの範囲内にある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、前記電極保護膜は、電極界面側の
膜の体積抵抗が１０×Ｅ１２〜１０×Ｅ１６の範囲内で
あり、最表面側の膜の体積抵抗が１０×Ｅ３〜１０×Ｅ
１２の範囲内である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、前記電極保護膜は、電極界面側の
膜がＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＮ、Ｔａ2Ｏ5、ＡｌＮ、
ＢＮの少なくともいずれかの材料からなる膜であること
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、前記電極保護膜は、最表面側の膜
がＳｉＯＮ、ＳｉＯＨ：ＳｉＯＮ、ＳｉＯ2：ＳｉＯ
Ｎ、ＳｉＯ2：ＳｉＯＨの複合酸化物の少なくともいず
れかの材料からなる膜であることを特徴とする液滴吐出
ヘッド。 - 【請求項７】 請求項１乃至５に記載の液滴吐出ヘッド
において、前記電極保護膜は、最表面側の膜がＳｉＯ
Ｎ、ＳｉＯＨ：ＳｉＯＮ、ＳｉＯ2：ＳｉＯＮ、Ｓｉ
Ｏ2：ＳｉＯＨの複合酸化物の少なくともいずれかの材
料にＰ又はＢのイオンを打ち込んで低抵抗化した膜であ
ることを特徴とする液滴吐出ヘッド。 - 【請求項８】 請求項１乃至５に記載の液滴吐出ヘッド
において、前記電極保護膜は、最表面側の膜がＳｉＯ
Ｎ、ＳｉＯＨ、ＳｉＯ2の少なくともいずれかの単体膜
をイオンドープして低抵抗化した膜であることを特徴と
する液滴吐出ヘッド。 - 【請求項９】 振動板とこれに対向する電極とを備え、
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、前記電極の表面に体積抵抗の異なる複
数の膜からなる電極保護膜を設けたことを特徴とするマ
イクロアクチュエータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000233812A JP2002046282A (ja) | 2000-08-02 | 2000-08-02 | 液滴吐出ヘッド及びマイクロアクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000233812A JP2002046282A (ja) | 2000-08-02 | 2000-08-02 | 液滴吐出ヘッド及びマイクロアクチュエータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002046282A true JP2002046282A (ja) | 2002-02-12 |
Family
ID=18726280
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000233812A Pending JP2002046282A (ja) | 2000-08-02 | 2000-08-02 | 液滴吐出ヘッド及びマイクロアクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002046282A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7581824B2 (en) | 2004-12-14 | 2009-09-01 | Seiko Epson Corporation | Electrostatic actuator, droplet discharge head and method for manufacturing the droplet discharge head, droplet discharge apparatus, and device |
| JP2010115817A (ja) * | 2008-11-12 | 2010-05-27 | Seiko Epson Corp | 静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド及びそれらの製造方法並びに液滴吐出装置 |
| US7766456B2 (en) | 2006-06-12 | 2010-08-03 | Seiko Epson Corporation | Electrostatic actuator, liquid droplet discharging head, methods for manufacturing them, and liquid droplet discharging apparatus |
| US7976127B2 (en) | 2006-12-04 | 2011-07-12 | Seiko Epson Corporation | Electrostatic actuator, droplet discharge head, methods for manufacturing the same and droplet discharge apparatus |
| US8083328B2 (en) | 2007-01-09 | 2011-12-27 | Seiko Epson Corporation | Electrostatic actuator, droplet discharging head, method of manufacturing thereof and droplet discharging device |
| JPWO2017154808A1 (ja) * | 2016-03-09 | 2019-01-10 | 関西ペイント株式会社 | 水性塗料組成物 |
-
2000
- 2000-08-02 JP JP2000233812A patent/JP2002046282A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7581824B2 (en) | 2004-12-14 | 2009-09-01 | Seiko Epson Corporation | Electrostatic actuator, droplet discharge head and method for manufacturing the droplet discharge head, droplet discharge apparatus, and device |
| US7766456B2 (en) | 2006-06-12 | 2010-08-03 | Seiko Epson Corporation | Electrostatic actuator, liquid droplet discharging head, methods for manufacturing them, and liquid droplet discharging apparatus |
| US8136925B2 (en) | 2006-06-12 | 2012-03-20 | Seiko Epson Corporation | Electrostatic actuator, liquid droplet discharging head, methods for manufacturing them, and liquid droplet discharging apparatus |
| US7976127B2 (en) | 2006-12-04 | 2011-07-12 | Seiko Epson Corporation | Electrostatic actuator, droplet discharge head, methods for manufacturing the same and droplet discharge apparatus |
| US8083328B2 (en) | 2007-01-09 | 2011-12-27 | Seiko Epson Corporation | Electrostatic actuator, droplet discharging head, method of manufacturing thereof and droplet discharging device |
| JP2010115817A (ja) * | 2008-11-12 | 2010-05-27 | Seiko Epson Corp | 静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド及びそれらの製造方法並びに液滴吐出装置 |
| JPWO2017154808A1 (ja) * | 2016-03-09 | 2019-01-10 | 関西ペイント株式会社 | 水性塗料組成物 |
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