JP2002079669A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、振動板の個別電極に対向する側の面
に複数の凹部を形成し、振動板を低電圧で適切に変形さ
せて小型でインク吐出性能の良好なインクジェット記録
ヘッドを提供する。 【解決手段】インクジェット記録ヘッド１は、共通液室
からインク流路を通してインクの供給される各液室の一
部に設けられた振動板６及び各振動板６に所定のギャッ
プをおいて対向して配設された個別電極４を有し封止さ
れているアクチュエータ部１１の振動板６の個別電極４
に対向する側の面に、複数の凹部１０が形成されてい
る。したがって、アクチュエータ部１１の体積を振動板
６の真下部分で増やして、振動板６が個別電極４側に変
形する際にアクチュエータ部１１内部に生じる圧力上昇
を抑制し、低電力で安定して振動板６を変形させて、安
定したインク滴吐出性能を実現して、高速記録を行うこ
とができるとともに、記録画像の画像品質を向上させる
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット記
録ヘッドに関し、詳細には、静電引力を利用して振動板
を変位させて、当該振動板上の液室を圧縮してインク滴
を吐出するインクジェット記録ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録ヘッドは、現像・定
着等のプロセスを必要とせず、非接触で記録を行うこと
ができるために、記録時の騒音が極めて小さいこと、イ
ンクの自由度が高く、安価な普通紙を使用できることな
ど多くの利点を有していることから、現在注目されてい
る。

【０００３】このようなインクジェット記録ヘッドとし
ては、静電気力で駆動されるアクチュエータを利用した
インクジェット記録ヘッドが多く用いられている（特開
平２−２８９３５１号公報参照）。

【０００４】この静電気力を利用したアクチュエータ
は、振動板と振動板に対向して配置された個別電極間の
電位差によって振動板を駆動し、低電圧で駆動可能であ
ることが望ましいが、振動板と個別電極間のギャップが
小さい場合、振動板の変位時に密封されたアクチュエー
タ内部の空気圧が上昇して、振動板の変位が十分に得ら
れない（エアーダンパ効果）ことがあり、余分な電圧を
印加するなどの対策を必要とするという問題がある。

【０００５】そこで、従来、ノズルと、該ノズルに連通
するインク流路と、該流路の一部に形成された振動板
と、該振動板に対向して形成された電極とを有し、前記
振動板と前記電極との間に電気パルスを印加し、前記振
動板を静電気力により変形させ、前記ノズルからインク
液滴を吐出するインクジェットヘッドを有するインクジ
ェット記録装置において、前記振動板と前記電極とによ
って形成される振動室を少なくとも含むアクチュエータ
を気密に構成し、かつ、前記アクチュエータの容積Ｖ
と、駆動時に前記振動板によって排除される容積ΔＶと
の比が、２≦Ｖ／ΔＶ≦８の範囲に入るように、前記ア
クチュエータの容積Ｖを設定したことを特徴とするイン
クジェット記録装置が提案されている（特開平７−２９
９９０８号公報参照）。そして、このインクジェット記
録装置では、前記アクチュエータ容積Ｖには、前記電極
につながる配線部が形成された溝の容積が含まれている
ものも提案されている。

【０００６】また、従来、記録体を吐出する吐出口と、
該記録体に吐出の圧力を加える加圧液室を有しかつ該加
圧液室の一部を構成する振動板が形成された振動板基板
と、電極を形成した電極板とを互いに対向する位置に配
置し、前記電極と振動板の間に働く静電力によって該振
動板を変形せしめ、該振動板の変形によって発生した圧
力によって前記記録体を被記録体に吐出する記録ヘッド
において、前記振動板が形成されている振動板基板と電
極との間隔が、振動板直下での間隔よりも振動板直下以
外での間隔の方が長いことを特徴とする記録ヘッドが提
案されている（特開平１１−３４３１９号公報参照）。

【０００７】すなわち、この記録ヘッドは、振動板直下
以外の部分でアクチュエータ部の容積を増加させて、振
動板の変位による内部圧力の上昇を少なくしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平７−２９９９０８号公報記載のインクジェット記録
装置にあっては、アクチュエータの容積Ｖと、駆動時に
振動板によって排除される容積ΔＶとの比が、２≦Ｖ／
ΔＶ≦８の範囲に入るように、アクチュエータの容積Ｖ
を設定し、また、アクチュエータ容積Ｖに、電極につな
がる配線部が形成された溝の容積が含まれているように
して、配線部が形成されている溝の容積を使ってアクチ
ュエータの容積を増加させている。

【０００９】ところが、配線部が形成されている溝の容
積を使ってアクチュエータの容積を増加させようとする
と、逆に、不必要な配線であっても、配線部の溝でアク
チュエータの容積Ｖを２≦Ｖ／ΔＶ≦８の範囲に入る容
量に確保するために、当該不必要な配線部分を作成する
必要があるという問題があった。

【００１０】また、上記特開平１１−３４３１９号公報
記載の記録ヘッドにあっては、振動板直下以外の部分で
アクチュエータ部の容積を増加させて、振動板の変位に
よる内部圧力の上昇を少なくしようとしているため、ア
クチュエータ部の内部圧力の上昇を十分に低下させるに
は、振動板以外の箇所に空間を形成する必要があり、イ
ンクジェット記録ヘッドが大型化するという問題があっ
た。

【００１１】そして、これらの問題を解決するために、
図１６に示すように、電極基板１００に凹状の所定の容
積Ｖを有する振動室１０１を形成し、振動室１０１の底
面に個別電極１０２を形成して、当該個別電極１０２の
表面上を絶縁膜１０３で被覆している。この振動室１０
１の下部の電極基板１００に大きな空気室１０４が形成
されており、空気室１０４と振動室１０１を連通する切
り欠き１０５が振動室１０１の底部に形成されている。

【００１２】電極基板１００の上面に、振動板基板１０
６が接合されており、振動板基板１０６には、振動室１
０１に面する部分に振動板１０７が形成されている。そ
して、振動室１０１に形成された個別電極１０２から振
動板１０７に至るアクチュエータ部１０８は、封止され
ている。

【００１３】このインクジェット記録ヘッドは、振動板
１０７と個別電極１０２との間に駆動電圧が印加される
と、振動板１０７が個別電極１０２との間の静電気力に
引っ張られて、復元力と静電気力がつりあうところまで
変位する。

【００１４】そして、アクチエータ部１０８が封止され
ている場合、振動板１０７は、上記静電気力と振動板１
０７自体の復元力の他に、アクチエータ部１０８の体積
変化による圧力を受けるようになる。振動板１０７は、
このアクチュエータ部１０８内の内部圧力の上昇をう
け、内部圧力と振動板１０７の復元力の和が静電気力と
つりあう位置まで戻されることになる。

【００１５】ところが、電極基板１００には、振動室１
０１、すなわち、アクチュエータ部１０８に切り欠き１
０５で連通する空気室１０４が形成されているため、振
動室１０１の容積Ｖを、空気室１０４の容積分だけ増大
させることができ、振動板１０７が個別電極１０２方向
に変位することによる排除容積ΔＶに対する振動室１０
１の実容積を増大させて、エアーダンパ効果を低減する
ことができる。

【００１６】ところが、上記図１６のように、振動室１
０１の底面に切り欠き１０５で連通する大きな容積の空
気室１０４を形成すると、振動板１０７が変位する際の
空気の移動距離が大きくなり、振動板１０７の駆動周波
数が高いと、振動室１０１の空気が切り欠き１０５を通
して空気室１０４に移動する移動速度が振動板１０７の
駆動周波数に追随できなくなり、高周波駆動を行う際に
不利となる。

【００１７】そこで、請求項１記載の発明は、共通液室
からインク流路を通してインクの供給される各液室の一
部に設けられた振動板及び各振動板に所定のギャップを
おいて対向して配設された個別電極を有し封止されてい
るアクチュエータ部の振動板の個別電極に対向する側の
面に、複数の凹部を形成することにより、簡単な構成で
アクチュエータ部内部の体積を振動板直下で増やして、
振動板が個別電極側に変形する際にアクチュエータ部内
部の圧力が上昇して十分な振動板の変位を得ることがで
きなくなるエアーダンパ効果を低減し、低電力で安定し
て振動板を変形させて、高周波駆動を可能とするととも
に、安定したインク滴吐出性能（インク滴噴出特性）を
実現して、高速記録が可能で、記録画像の画像品質を向
上させることのできる小型でかつ安価なインクジェット
記録ヘッドを提供することを目的としている。

【００１８】請求項２記載の発明は、凹部を、振動板に
格子状に配置して形成することにより、凹部を振動板と
なる部分に均等に配置して、振動板の変位時に加わるエ
アーダンパ効果を効率よく低減するとともに、個別電極
と振動板との間に電圧を印加したときに発生する静電気
力が、振動板に均一に働いて、効率よく振動板を変位さ
せ、高速記録が可能で、記録画像の画像品質を向上させ
ることのできる小型でかつ安価なインクジェット記録ヘ
ッドを提供することを目的としている。

【００１９】請求項３記載の発明は、凹部を、振動板に
千鳥状に配置して形成することにより、凹部を振動板と
なる部分に均等に配置して、振動板の変位時に加わるエ
アーダンパ効果を効率よく低減するとともに、個別電極
と振動板との間に電圧を印加したときに発生する静電気
力が、振動板に均一に働いて、効率よく振動板を変位さ
せ、高速記録が可能で、記録画像の画像品質を向上させ
ることのできる小型でかつ安価なインクジェット記録ヘ
ッドを提供することを目的としている。

【００２０】請求項４記載の発明は、振動板を、ＳＯＩ
基板を形成基板として形成することにより、凹部をドラ
イエッチングまたはウエットエッチングで形成する際の
エッチングの終点の検出を適切に行い、凹部の深さ寸法
を精度良く形成して、振動板の変位時に加わるエアーダ
ンパ効果をより一層効率よく低減して、より一層高速記
録が可能で、記録画像のより一層画像品質を向上させる
ことのできる小型でかつ安価なインクジェット記録ヘッ
ドを提供することを目的としている。

【００２１】請求項５記載の発明は、振動板を、少なく
とも凹部の形成される領域の面方位が（１００）である
シリコンウエハを基板として形成し、ウエットエッチン
グで凹部を形成することにより、シリコンウエハの（１
００）面をウエットエッチングして凹部を形成すると、
エッチング速度が非常に遅い（１１１）面で囲まれた凹
部を得ることができ、凹部の深さ寸法をより一層精度良
く形成して、振動板の変位時に加わるエアーダンパ効果
をより一層効率よく低減し、より一層高速記録が可能
で、記録画像のより一層画像品質を向上させることので
きる小型でかつ安価なインクジェット記録ヘッドを提供
することを目的としている。

【００２２】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明のイ
ンクジェット記録ヘッドは、インクの充填されている複
数の液室と、前記各液室に連通して当該液室内の前記イ
ンクを吐出する複数のノズルと、前記各液室にインク流
路で連通され前記液室に前記インクを供給する共通液室
と、前記各液室の一部に設けられた振動板及び前記各振
動板に所定のギャップをおいて対向して配設された個別
電極を有し封止されているアクチュエータ部と、を備
え、前記振動板と前記個別電極との間に印加される電圧
で生じる静電気力で前記振動板を変形させて前記液室に
圧力を発生させ、当該液室内の前記インクを前記ノズル
から吐出させるインクジェット記録ヘッドにおいて、前
記振動板は、前記個別電極に対向する側の面に複数の凹
部が形成されていることにより、上記目的を達成してい
る。

【００２３】上記構成によれば、共通液室からインク流
路を通してインクの供給される各液室の一部に設けられ
た振動板及び各振動板に所定のギャップをおいて対向し
て配設された個別電極を有し封止されているアクチュエ
ータ部の振動板の個別電極に対向する側の面に、複数の
凹部を形成しているので、簡単な構成でアクチュエータ
部内部の体積を振動板直下で増やして、振動板が個別電
極側に変形する際にアクチュエータ部内部の圧力が上昇
して十分な振動板の変位を得ることができなくなるエア
ーダンパ効果を低減して、低電力で安定して振動板を変
形させて、高周波駆動を可能とすることができ、安定し
たインク滴吐出性能（インク滴噴出特性）を実現して、
高速記録を行うことができるとともに、記録画像の画像
品質の良好なインクジェット記録ヘッドを小型でかつ安
価なものとすることができる。

【００２４】この場合、例えば、請求項２に記載するよ
うに、前記凹部は、前記振動板に格子状に配置されて形
成されていてもよい。

【００２５】上記構成によれば、凹部を、振動板に格子
状に配置して形成しているので、凹部を振動板となる部
分に均等に配置して、振動板の変位時に加わるエアーダ
ンパ効果を効率よく低減することができるとともに、個
別電極と振動板との間に電圧を印加したときに発生する
静電気力が、振動板に均一に働いて、効率よく振動板を
変位させることができ、高速記録を行うことができると
ともに、記録画像の画像品質のより一層良好なインクジ
ェット記録ヘッドを小型でかつ安価なものとすることが
できる。

【００２６】また、例えば、請求項３に記載するよう
に、前記凹部は、前記振動板に千鳥状に配置されて形成
されていてもよい。

【００２７】上記構成によれば、凹部を、振動板に千鳥
状に配置して形成しているので、凹部を振動板となる部
分に均等に配置して、振動板の変位時に加わるエアーダ
ンパ効果を効率よく低減することができるとともに、個
別電極と振動板との間に電圧を印加したときに発生する
静電気力が、振動板に均一に働いて、効率よく振動板を
変位させることができ、高速記録を行うことができると
ともに、記録画像の画像品質のより一層良好なインクジ
ェット記録ヘッドを小型でかつ安価なものとすることが
できる。

【００２８】さらに、例えば、請求項４に記載するよう
に、前記振動板は、ＳＯＩ基板を形成基板として形成さ
れていてもよい。

【００２９】上記構成によれば、振動板を、ＳＯＩ基板
を形成基板として形成しているので、凹部をドライエッ
チングまたはウエットエッチングで形成する際のエッチ
ングの終点の検出を適切に行うことができ、凹部の深さ
寸法を精度良く形成して、振動板の変位時に加わるエア
ーダンパ効果をより一層効率よく低減して、より一層高
速記録を行うことができるとともに、記録画像の画像品
質のより一層良好なインクジェット記録ヘッドを小型で
かつ安価なものとすることができる。

【００３０】また、例えば、請求項５に記載するよう
に、前記振動板は、少なくとも前記凹部の形成される領
域の面方位が（１００）であるシリコンウエハを基板と
して形成されており、ウエットエッチングで前記凹部が
形成されていてもよい。

【００３１】上記構成によれば、振動板を、少なくとも
凹部の形成される領域の面方位が（１００）であるシリ
コンウエハを基板として形成し、ウエットエッチングで
凹部を形成しているので、シリコンウエハの（１００）
面をウエットエッチングして凹部を形成すると、エッチ
ング速度が非常に遅い（１１１）面で囲まれた凹部を得
ることができ、凹部の深さ寸法をより一層精度良く形成
して、振動板の変位時に加わるエアーダンパ効果をより
一層効率よく低減することができ、より一層高速記録を
行うことができるとともに、記録画像の画像品質のより
一層良好なインクジェット記録ヘッドを小型でかつ安価
なものとすることができる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述
べる実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であるか
ら、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本
発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定す
る旨の記載がない限り、これらの態様に限られるもので
はない。

【００３３】図１〜図７は、本発明のインクジェット記
録ヘッドの第１の実施の形態を示す図であり、図１は、
本発明のインクジェット記録ヘッドの第１の実施の形態
を適用したインクジェット記録ヘッド１の短辺方向要部
断面図である。

【００３４】図１において、インクジェット記録ヘッド
１は、電極基板２の上面側に振動室３が形成されてお
り、当該振動室３内に個別電極４が形成されている。

【００３５】個別電極４の周囲に、保護膜５が形成され
ており、保護膜５上に、所定間隔開けて、振動板基板６
が配設されている。

【００３６】振動板基板６には、活性層７と酸化膜層８
からなる振動板９が形成されており、振動板９の電極基
板２側の層である活性層７には、図２の左側に示すよう
な四角形状の凹部１０が複数格子状に形成されている。

【００３７】凹部１０は、例えば、図２の左側半分に示
すように、１０μｍ毎のピッチｐで形成されており、２
×２μｍサイズの四角形状で、深さ１．５μｍに形成さ
れている。

【００３８】電極基板２の振動室３を含む個別電極４か
ら振動板９に至る部分がアクチュエータ部１１として機
能し、アクチュエータ部１１の振動室３は、図示しない
封止材で封止されて、密閉状態となっている。

【００３９】インクジェット記録ヘッド１は、図１には
図示しないが、振動板基板６に、各振動板９毎に形成さ
れた液室、各液室に連通するインク流路及びインク流路
を通して各液室にインクを供給する共通液室等が形成さ
れている。

【００４０】この振動板基板６上に図示しないノズル基
板が配設されており、ノズル基板には、各液室に連通す
るノズルが形成されている。

【００４１】上記インクジェット記録ヘッド１は、図３
〜図７に示す手順で製造される。すなわち、電極基板２
部分は、図１及び図７に示すように、電極基板２とし
て、その上面に２μｍの厚さに酸化膜２０の形成された
Ｓｉ基板２１を使用し、Ｓｉ基板２１の酸化膜（ＳｉＯ
₂ ）２０に、窪みを０．４μｍドライエッチングで形成
して振動室３とする。

【００４２】この振動室３となる窪みの底面に、厚さ
０．１μｍのＴｉＮをスパッタリングにより成膜し、そ
の後ドライエッチングによりパターンを形成して、個別
電極４を形成する。

【００４３】次に、電極保護膜５として、ＳｉＯ₂ を
０．１μｍの厚さでＬＰ−ＣＶＤにより成膜し、レジス
トコート、露光、現像を行った後、ドライエッチングに
よりパターニングした。

【００４４】振動板基板６は、図３に示すように、ＳＯ
Ｉ基板３０を用い、ＳＯＩ基板３０は、ベース基板３１
が厚さ４００μｍの基板であり、電極基板２に接合され
る面側に、厚さ１．５μｍのシリコンからなる活性層７
が形成され、ベース基板３１と活性層７との間に、厚さ
１．５μｍの酸化膜層８が形成されている。

【００４５】このＳＯＩ基板３０の活性層７側の面に、
図４に示すように、レジストコート膜３２を形成し、パ
ターニングにより振動板９となる部分全体に、ピッチｐ
１０μｍで、２×２μｍのサイズで格子状にシリコンを
露出させ、図５に示すように、ドライエッチングにより
エッチングを行って、エッチング深さが、１．５μｍの
酸化膜層８に達したところで、エッチングをストップさ
せる。

【００４６】エッチングを完了すると、図６に示すよう
に、レジストコート膜３２を除去すると、縦２×横２×
深さ１．５μｍの凹部１０が活性層７に形成され、振動
板基板６が作成される。

【００４７】その後、凹部１０の形成されたＳＯＩ基板
３０、すなわち、振動板基板６を、上記電極基板２上
に、図７に示すように、直接接合により接合する。この
直接接合の接合条件としては、減圧下でプリボンドした
後、９００℃で２時間接合し、その後、機械研磨を行っ
て振動板基板６を１００μｍまで減厚する。

【００４８】そして、振動板９の上面に、窒化膜を０．
２μｍの厚さに形成し、液室となる部分だけ窒化膜が露
出するようにパターニングし、ドライエッチングでシリ
コンを露出させる。その後（１１０）のＳｉをウエット
エッチングで酸化膜層８までエッチングして液室を形成
すると、液室の形成と同時に３μｍ厚の振動板９を得る
ことができる。

【００４９】なお、上記製造方法では、ドライエッチン
グにより凹部１０を形成しているが、ウエットエッチン
グで凹部１０を形成してもよい。

【００５０】ウエットエッチングで凹部１０を形成する
場合は、ＳＯＩ基板３０の（１１０）面の活性層７に、
ＳｉＯ₂ をＬＰ−ＣＶＤにより０．２μｍの厚さに形成
し、ドライエッチでパターニングしてＳｉを露出させ
る。次に、ウエットエッチングにより、凹部１０を形成
し、ＳｉＯ₂ の面に達した時点で、ウエットエッチング
をストップすることで、目的の形状の凹部１０を形成す
ることができる。

【００５１】また、上記製造方法では、振動板基板６と
して、ＳＯＩを用いているが、ＳＯＩに限るものではな
く、例えば、振動板基板６としては、シリコン基板に高
濃度の不純物（例えば、ボロン）を拡散させたようなＳ
ｉ振動板を用いてもよく、この場合、エッチング時間を
制御することで、凹部１０を寸法精度よく形成すること
ができる。

【００５２】このようにして形成した振動板基板６に
は、その振動板９部分の振動室３側の面、すなわち、個
別電極４に対向する側の面に複数の凹部１０が格子状に
形成されており、この凹部１０は、上記例では、ピッチ
ｐ１０μｍで、縦２×横２×深さ１．５μｍのサイズに
格子状に形成しているが、振動板９が振動室３側に変形
した際のエアーダンパ効果の低減作用を、振動板９とし
ての機能を損なわずに形成するには、ピッチｐを、１〜
１００μｍ、底面積を、０．５μｍ² 〜５００μｍ² 、
深さを、０．０５〜４μｍの範囲で形成することが望ま
しい。

【００５３】そして、本実施の形態の凹部１０の場合、
その体積Ｖは、２×２×１．５の６μｍ³ であり、振動
室３の体積は、長手方向１０００μｍ×短手方向１３０
μｍ×ギャップｇ０．２μｍとした場合、振動板９が振
動室３方向、すなわち、個別電極４方向に変形すること
により減少する減少体積をΔＶとすると、Ｖ／ΔＶは、
約２．５となる。

【００５４】次に、本実施の形態の作用を説明する。本
実施の形態のインクジェット記録ヘッド１は、アクチュ
エータ部１１を封止しても、振動板６の個別電極４側の
面に複数の凹部１０を形成することで、アクチュエータ
部１１内の容量を適切に増加させ、大きな電力を用いる
ことなく、振動板６を適切に振動させて、小型化すると
ともにインク吐出性能を向上させたところにその特徴が
ある。

【００５５】すなわち、インクジェット記録ヘッド１
は、個別電極４と共通電極として機能する振動板６との
間に電圧Ｖが印加されると、個別電極４と振動板６との
間に、電極間距離の２乗に反比例する静電引力が発生
し、振動板６は、静電気力に引っ張られて、復元力と静
電気力がつりあうところまで変位する。

【００５６】そして、アクチュエータ部１１が封止され
ている場合、振動板６は、上記静電気力と振動板６自体
の復元力の他に、アクチュエータ部１１の体積変化によ
る圧力を受けるようになる。振動板６は、このアクチュ
エータ部１１内の内部圧力の上昇をうけ、内部圧力と振
動板６の復元力の和が静電気力とつりあう位置まで戻さ
れることになる。

【００５７】この状態で吐出に必要な変位を振動板６に
生じさせるには、アクチュエータ部１１の内部圧力の上
昇分とつりあうだけの静電気力を余分に発生させる必要
がある。そして、アクチュエータ部１１の内部圧力の上
昇は、駆動電圧を印加しない状態（振動板６が変位して
いない状態）でのアクチュエータ部１１の体積と振動板
６が変位した後のアクチュエータ部１１の体積の割合で
決まる。

【００５８】すなわち、図８及び図９に、振動板６に凹
部１０を形成せずに上記本実施の形態のインクジェット
記録ヘッド１と同様の方法で作成した従来のインクジェ
ット記録ヘッド４０を示しているが、この従来のインク
ジェット記録ヘッド４０は、振動板６に凹部１０が形成
されていない以外は、本実施の形態のインクジェット記
録ヘッド１と同様である。そこで、図８及び図９では、
インクジェット記録ヘッド１と同様の構成部分には、同
一の符号を付しており、振動板基板４１に活性層４２と
酸化膜層４３からなる振動板４４が形成されている。ま
た、図９では、振動板４４上に液室４５が形成され、液
室４５がインク流路４６を通して共通液室４７に連通さ
れている。これら液室４５、インク流路４６及び共通液
室４７を覆う状態でノズル基板４８が接合されており、
ノズル基板４８には、液室４５に連通するノズル４９が
形成されている。そして、振動室３は、図９に示すよう
に、振動室容積部分と配線用溝容積部分とに分けること
ができ、振動室３の体積Ｖは、短手方向の長さを、ａ、
長手方向の長さを、ｂ、振動板４４と個別電極４との距
離を、ｇとすると、Ｖ＝ａ×ｂ×ｇとなる。

【００５９】この従来のインクジェット記録ヘッド４０
の場合、振動板４４が振動室３方向に変形した場合の排
除体積ΔＶは、ΔＶ＝８×ａ×ｂ×ｇ／１５となる。

【００６０】ここで、振動室３の容積Ｖと排除体積ΔＶ
の比Ｖ／ΔＶは、１５／８となり、２以下である。

【００６１】そして、実験の結果、エアーダンパ効果
は、アクチュエータ容積Ｖとしては、振動板９、４４の
直下の振動室３の容積の増加のみが大きな効果を及ぼ
し、振動板９、４４の直下以外の容積増加、すなわち、
図９に示す配線用溝容積による容積増加等によるエアー
ダンパ効果の低減効果は小さいことが判明した。

【００６２】したがって、図８及び図９に示した従来の
構成では、振動室３の容積Ｖを大きくして、振動室３の
容積Ｖと排除体積ΔＶの比Ｖ／ΔＶを大きくすることは
できない。

【００６３】そこで、本実施の形態のインクジェット記
録ヘッド１は、上述のように、振動板６の個別電極４に
対向する側の面に、複数の凹部１０を形成することで、
アクチュエータ部１１内の体積、すなわち、振動板６の
真下の振動室３の体積を増加させ、振動板６が変形する
ことによるアクチュエータ部１１内部の圧力増加を緩和
して、低電圧駆動を可能にしている。

【００６４】そして、本実施の形態のインクジェット記
録ヘッド１の振動板９の変位量と、本実施の形態のイン
クジェット記録ヘッド１と同様の方法と寸法で作製した
図８及び図９に示した振動板４４に凹部の形成されてい
ないインクジェット記録ヘッド４０の振動板４４の変位
量を測定したところ、振動板９、４４が電極基板２に接
触を開始する駆動電圧は、凹部１０を設けた振動板９の
方が低く、凹部１０が振動室３として機能したことが確
認できた。

【００６５】また、振動板９の活性層７に凹部１０を配
置するにあたって、図２の左側半分に示したように、格
子状に配置したことで、振動板９に一様な凹部１０を分
布させることができ、エアーダンパ効果による振動板９
の変位抵抗を効率よく抑制することができる。

【００６６】したがって、アクチュエータ部１１を封止
する場合にも、複数の凹部１０を振動板６の個別電極４
に対向する側の面に形成するという簡単な構成でアクチ
ュエータ部１１内部の体積を振動板６の真下部分で増や
して、振動板６が個別電極４側に変形する際にアクチュ
エータ部１１内部に生じる圧力上昇を抑制することがで
き、低電力で安定して振動板６を変形させて、高周波駆
動を可能とするとともに、安定したインク滴吐出性能を
実現して、高速記録を行うことができるとともに、記録
画像の画像品質の良好なインクジェット記録ヘッド１を
小型でかつ安価なものとすることができる。

【００６７】さらに、本実施の形態のインクジェット記
録ヘッド１は、振動板９を、ＳＯＩ基板３０を形成基板
として形成している。

【００６８】したがって、凹部１０をドライエッチング
またはウエットエッチングで形成する際のエッチングの
終点の検出を適切に行うことができ、凹部１０の深さ寸
法を精度良く形成して、振動板９の変位時に加わるエア
ーダンパ効果をより一層効率よく低減して、より一層高
速記録を行うことができるとともに、記録画像の画像品
質のより一層良好なインクジェット記録ヘッド１を小型
でかつ安価なものとすることができる。

【００６９】図１０〜図１５は、本発明のインクジェッ
ト記録ヘッドの第２の実施の形態を示す図であり、図１
０は、本発明のインクジェット記録ヘッドの第２の実施
の形態を適用したインクジェット記録ヘッド５０の短辺
方向要部断面図である。

【００７０】なお、本実施の形態は、上記第１の実施の
形態のインクジェット記録ヘッド１と同様のインクジェ
ット記録ヘッドに適用したものであり、第１の実施の形
態のインクジェット記録ヘッド１と同様の構成部分に
は、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。

【００７１】図１０において、インクジェット記録ヘッ
ド５０は、その電極基板２側の構成は、上記第１の実施
の形態と同様であり、振動板基板５１には、振動板５２
が形成されている。振動板５２には、その個別電極４側
の面に、複数の凹部５３が形成されており、凹部５３
は、図２の右側半分に示すように、四角錐形状に形成さ
れているとともに、千鳥状に配置して形成されている。
上記電極基板２の振動室３を含む個別電極４から振動板
５２に至る部分がアクチュエータ部５４として機能し、
アクチュエータ部５４の振動室３は、図示しない封止材
で封止されて、密閉状態となっている。

【００７２】この振動板基板５１は、図１１〜図１５に
示すように、以下の手順で製造される。すなわち、振動
板基板５１としては、図１１に示すように、ＳＯＩ基板
６０を用い、ＳＯＩ基板６０は、ベース基板６１が厚さ
４００μｍの基板であり、電極基板２に接合される面側
に、厚さ３μｍで面方位が（１００）のシリコンからな
る活性層６２が形成され、ベース基板６１と活性層６２
との間に、厚さ０．５μｍの酸化膜層６３が形成されて
いる。

【００７３】このＳＯＩ基板６０の活性層６２側の面
に、ＳｉＯ₂ を、ＬＰ−ＣＶＤにより０．１５μｍ成膜
し、次いで、図１２に示すように、レジストコート膜６
４を形成して、パターニングにより振動板５２となる部
分全体に、１０μｍのピッチｐで、３×３μｍのサイズ
で、千鳥状にＳｉＯ₂ を露出させる。次に、ドライエッ
チにより、ＳｉＯ₂ をエッチングし、Ｓｉを露出させ
る。その後、図１３に示すように、ＫＯＨによるウエッ
トエッチングで、図２の右側半分に示したような四角錐
形状の凹部５３を形成する。

【００７４】すなわち、凹部５３の形成においては、Ｓ
ｉの（１００）面をウエットエッチングすることで、図
２の右側半分に示したように、エッチングの進行速度が
非常に遅い（１１１）面によって囲まれた四角錐の形状
の凹部５３が形成される。すなわち、Ｓｉを露出させる
大きさによって、凹部５３の深さを決定することがで
き、寸法を精度よく制御することができる。

【００７５】ウエットエッチングを完了すると、図１４
に示すように、レジストコート膜６４を除去すると、縦
３×３μm²×深さ２．１５μｍの四角錐形状の凹部５３
が複数活性層６２に形成され、振動板基板５１が作成さ
れる。

【００７６】その後、複数の凹部５３の形成されたＳＯ
Ｉ基板６０、すなわち、振動板基板５１を、上記電極基
板２上に、図１５に示すように、直接接合により接合す
る。この直接接合の接合条件としては、減圧下でプリボ
ンドした後、９００℃で２時間接合し、その後、機械研
磨を行って振動板基板５１を１００μｍまで減厚する。
以下、上記第１の実施の形態と同様に、液室まで完成さ
せる。

【００７７】なお、本実施の形態では、振動板５２に形
成する複数の凹部５３を、１０μｍのピッチｐで、底面
積３×３μｍ² ×深さ２．１５μｍのサイズに形成して
いるが、振動板５２が振動室３側に変形した際のエアー
ダンパ効果の低減作用を、振動板５２としての機能を損
なわずに形成するには、ピッチｐを、１〜１００μｍ、
底面積を、０．５μｍ² 〜５００μｍ² 、深さを、０．
０５〜４μｍの範囲で形成することが望ましい。

【００７８】そして、本実施の形態の凹部５３の場合、
その体積Ｖは、６．４５μｍ³ であり、振動室３の体積
は、長手方向１０００μｍ×短手方向１３０μｍ×ギャ
ップｇ０．２μｍとした場合、振動板５２が振動室３方
向、すなわち、個別電極４方向に変形することにより減
少する減少体積をΔＶとすると、Ｖ／ΔＶは、約２．５
となる。

【００７９】本実施の形態のインクジェット記録ヘッド
５０は、上述のように、振動板５２の個別電極４に対向
する側の面に、複数の凹部５３を形成することで、アク
チュエータ部５４内の体積、すなわち、振動板６の真下
の振動室３の体積を増加させ、振動板５２が変形するこ
とによるアクチュエータ部５４内部の圧力増加を緩和し
て、低電圧駆動を可能にしている。

【００８０】そして、本実施の形態のインクジェット記
録ヘッド５０の振動板９の変位量と、本実施の形態のイ
ンクジェット記録ヘッド１と同様の方法と寸法で作製し
た図８及び図９に示したインクジェット記録ヘッド４０
の振動板４４の変位量を測定したところ、振動板５２、
４４が電極基板２に接触を開始する駆動電圧は、凹部５
３を設けた振動板５２の方が低く、凹部５３が振動室３
として機能したことが確認できた。

【００８１】また、振動板５２の活性層６２に凹部５３
を配置するにあたって、図２の右側半分に示したよう
に、千鳥状に配置したことで、振動板５２に一様な凹部
５３を分布させることができ、エアーダンパによる振動
板５２の変位抵抗を効率よく抑制することができる。

【００８２】したがって、アクチュエータ部５４を封止
する場合にも、複数の凹部５３を振動板５２の個別電極
４に対向する側の面に形成するという簡単な構成でアク
チュエータ部５４内部の体積を振動板５２の真下部分で
増やして、振動板５２が個別電極４側に変形する際にア
クチュエータ部５４内部に生じる圧力上昇を抑制するこ
とができ、低電力で安定して振動板５２を変形させて、
高周波駆動を可能とするとともに、安定したインク滴吐
出性能を実現して、高速記録を行うことができるととも
に、記録画像の画像品質の良好なインクジェット記録ヘ
ッド５０を小型でかつ安価なものとすることができる。

【００８３】さらに、本実施の形態のインクジェット記
録ヘッド５０は、振動板５２を、ＳＯＩ基板６０を形成
基板として形成している。

【００８４】したがって、凹部５３をドライエッチング
またはウエットエッチングで形成する際のエッチングの
終点の検出を適切に行うことができ、凹部５３の深さ寸
法を精度良く形成して、振動板５２の変位時に加わるエ
アーダンパ効果をより一層効率よく低減して、より一層
高速記録を行うことができるとともに、記録画像の画像
品質のより一層良好なインクジェット記録ヘッド５０を
小型でかつ安価なものとすることができる。

【００８５】また、本実施の形態のインクジェット記録
ヘッド５０は、振動板５２を、少なくとも凹部５３の形
成される領域の面方位が（１００）であるシリコンウエ
ハ６０を基板として形成し、ウエットエッチングで凹部
５３を形成している。

【００８６】したがって、シリコンウエハ６０の（１０
０）面をウエットエッチングして凹部５３を形成する
と、エッチング速度が非常に遅い（１１１）面で囲まれ
た凹部５３を得ることができ、凹部５３の深さ寸法をよ
り一層精度良く形成して、振動板５２の変位時に加わる
エアーダンパ効果をより一層効率よく低減することがで
き、より一層高速記録を行うことができるとともに、記
録画像の画像品質のより一層良好なインクジェット記録
ヘッド５０を小型でかつ安価なものとすることができ
る。

【００８７】さらに、凹部５３を、振動板５２に千鳥状
に配置して形成している。したがって、凹部５３を振動
板５２となる部分に均等に配置して、振動板５２の変位
時に加わるエアーダンパ効果を効率よく低減することが
できるとともに、個別電極４と振動板５２との間に電圧
を印加したときに発生する静電気力が、振動板５２に均
一に働いて、効率よく振動板５２を変位させることがで
き、高速記録を行うことができるとともに、記録画像の
画像品質のより一層良好なインクジェット記録ヘッド５
０を小型でかつ安価なものとすることができる。

【００８８】なお、上記各実施の形態に示したインクジ
ェット記録ヘッド１及びインクジェット記録ヘッド５０
は、上記構成においても十分にエアーダンパ効果の低減
作用を発揮させることができるが、上記図８及び図９に
示した配線用溝容積を形成したインクジェット記録ヘッ
ド４０の構成とを組み合わせて用いてもよく、このよう
にすると、エアーダンパ効果の低減作用をより一層効率
的に発揮させることができる。

【００８９】以上、本発明者によってなされた発明を好
適な実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は
上記のものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱
しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもな
い。

【００９０】

【発明の効果】請求項１記載の発明のインクジェット記
録ヘッドによれば、共通液室からインク流路を通してイ
ンクの供給される各液室の一部に設けられた振動板及び
各振動板に所定のギャップをおいて対向して配設された
個別電極を有し封止されているアクチュエータ部の振動
板の個別電極に対向する側の面に、複数の凹部を形成し
ているので、簡単な構成でアクチュエータ部内部の体積
を振動板直下で増やして、振動板が個別電極側に変形す
る際にアクチュエータ部内部の圧力が上昇して十分な振
動板の変位を得ることができなくなるエアーダンパ効果
を低減して、低電力で安定して振動板を変形させて、高
周波駆動を可能とすることができ、安定したインク滴吐
出性能（インク滴噴出特性）を実現して、高速記録を行
うことができるとともに、記録画像の画像品質の良好な
インクジェット記録ヘッドを小型でかつ安価なものとす
ることができる。

【００９１】請求項２記載の発明のインクジェット記録
ヘッドによれば、凹部を、振動板に格子状に配置して形
成しているので、凹部を振動板となる部分に均等に配置
して、振動板の変位時に加わるエアーダンパ効果を効率
よく低減することができるとともに、個別電極と振動板
との間に電圧を印加したときに発生する静電気力が、振
動板に均一に働いて、効率よく振動板を変位させること
ができ、高速記録を行うことができるとともに、記録画
像の画像品質のより一層良好なインクジェット記録ヘッ
ドを小型でかつ安価なものとすることができる。

【００９２】請求項３記載の発明のインクジェット記録
ヘッドによれば、凹部を、振動板に千鳥状に配置して形
成しているので、凹部を振動板となる部分に均等に配置
して、振動板の変位時に加わるエアーダンパ効果を効率
よく低減することができるとともに、個別電極と振動板
との間に電圧を印加したときに発生する静電気力が、振
動板に均一に働いて、効率よく振動板を変位させること
ができ、高速記録を行うことができるとともに、記録画
像の画像品質のより一層良好なインクジェット記録ヘッ
ドを小型でかつ安価なものとすることができる。

【００９３】請求項４記載の発明のインクジェット記録
ヘッドによれば、振動板を、ＳＯＩ基板を形成基板とし
て形成しているので、凹部をドライエッチングまたはウ
エットエッチングで形成する際のエッチングの終点の検
出を適切に行うことができ、凹部の深さ寸法を精度良く
形成して、振動板の変位時に加わるエアーダンパ効果を
より一層効率よく低減して、より一層高速記録を行うこ
とができるとともに、記録画像の画像品質のより一層良
好なインクジェット記録ヘッドを小型でかつ安価なもの
とすることができる。

【００９４】請求項５記載の発明のインクジェット記録
ヘッドによれば、振動板を、少なくとも凹部の形成され
る領域の面方位が（１００）であるシリコンウエハを基
板として形成し、ウエットエッチングで凹部を形成して
いるので、シリコンウエハの（１００）面をウエットエ
ッチングして凹部を形成すると、エッチング速度が非常
に遅い（１１１）面で囲まれた凹部を得ることができ、
凹部の深さ寸法をより一層精度良く形成して、振動板の
変位時に加わるエアーダンパ効果をより一層効率よく低
減することができ、より一層高速記録を行うことができ
るとともに、記録画像の画像品質のより一層良好なイン
クジェット記録ヘッドを小型でかつ安価なものとするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェット記録ヘッドの第１の実
施の形態を適用したインクジェット記録ヘッドの短辺方
向要部断面図。

【図２】図１及び図１０のインクジェット記録ヘッドの
個別電極側から見た振動板の平面図。

【図３】図２の振動板基板の製造工程の振動板基板とし
て用いられるＳＯＩ基板の短辺方向断面図。

【図４】図３のＳＯＩ基板の活性層側の面にレジストコ
ート膜を形成した短辺方向断面図。

【図５】図４のＳＯＩ基板をドライエッチングして凹部
を形成した短辺方向断面図。

【図６】図５の凹部の形成されたＳＯＩ基板からレジス
トコート膜を除去した短辺方向断面図。

【図７】図６のＳＯＩ基板と電極基板を接合した状態の
短辺方向断面図。

【図８】振動室に配線用溝容積を有する従来のインクジ
ェット記録ヘッドの短辺方向断面図。

【図９】図８のインクジェット記録ヘッドの長辺方向断
面図。

【図１０】本発明のインクジェット記録ヘッドの第２の
実施の形態を適用したインクジェット記録ヘッドの短辺
方向要部断面図。

【図１１】図１０の振動板基板の製造工程の振動板基板
として用いられるＳＯＩ基板の短辺方向断面図。

【図１２】図１１のＳＯＩ基板の活性層側の面にレジス
トコート膜を形成した短辺方向断面図。

【図１３】図１２のＳＯＩ基板をドライエッチングして
Ｓｉを露出させた後、ウエットエッチングして凹部を形
成した短辺方向断面図。

【図１４】図１３の凹部の形成されたＳＯＩ基板からレ
ジストコート膜を除去した短辺方向断面図。

【図１５】図１４のＳＯＩ基板と電極基板を接合した状
態の短辺方向断面図。

【図１６】振動室に連通する空気室の形成された従来の
インクジェット記録ヘッドの短辺方向断面図。

【符号の説明】

１ インクジェット記録ヘッド ２ 電極基板 ３ 振動室 ４ 個別電極 ５ 保護膜 ６ 振動板基板 ７ 活性層 ８ 酸化膜層 ９ 振動板 １０ 凹部 １１ アクチュエータ部 １２ 蓋部材 ２０ 酸化膜 ２１ Ｓｉ基板 ３０ ＳＯＩ基板 ３１ ベース基板 ３２ レジストコート膜 ４０ インクジェット記録ヘッド ４１ 振動板基板 ４２ 活性層 ４３ 酸化膜層 ４４ 振動板 ４５ 液室 ４６ インク流路 ４７ 共通液室 ４８ ノズル基板 ４９ ノズル ５０ インクジェット記録ヘッド ５１ 振動基板 ５２ 振動板 ５３ 凹部 ５４ アクチュエータ部 ６０ ＳＯＩ基板 ６１ ベース基板 ６２ 活性層 ６３ 酸化膜層 ６４ レジストコート膜

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】インクの充填されている複数の液室と、前
   記各液室に連通して当該液室内の前記インクを吐出する
   複数のノズルと、前記各液室にインク流路で連通され前
   記液室に前記インクを供給する共通液室と、前記各液室
   の一部に設けられた振動板及び前記各振動板に所定のギ
   ャップをおいて対向して配設された個別電極を有し封止
   されているアクチュエータ部と、を備え、前記振動板と
   前記個別電極との間に印加される電圧で生じる静電気力
   で前記振動板を変形させて前記液室に圧力を発生させ、
   当該液室内の前記インクを前記ノズルから吐出させるイ
   ンクジェット記録ヘッドにおいて、前記振動板は、前記
   個別電極に対向する側の面に複数の凹部が形成されてい
   ることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. 【請求項２】前記凹部は、前記振動板に格子状に配置さ
   れて形成されていることを特徴とする請求項１記載のイ
   ンクジェット記録ヘッド。
3. 【請求項３】前記凹部は、前記振動板に千鳥状に配置さ
   れて形成されていることを特徴とする請求項１記載のイ
   ンクジェット記録ヘッド。
4. 【請求項４】前記振動板は、ＳＯＩ基板を形成基板とし
   て形成されていることを特徴とする請求項１から請求項
   ３のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
5. 【請求項５】前記振動板は、少なくとも前記凹部の形成
   される領域の面方位が（１００）であるシリコンウエハ
   を基板として形成されており、ウエットエッチングで前
   記凹部が形成されていることを特徴とする請求項１また
   は請求項４記載のインクジェット記録ヘッド。