JP2003170581A - 液滴吐出ヘッド、インクカートリッジ、インクジェット記録装置、マイクロアクチュエータ、マイクロポンプ、光学デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低コストで高吐出効率が得られない。 【解決手段】 振動板１０には絶縁膜１１を形成し、絶
縁膜１１の表面に電気的に互いに絶縁分離された導電性
を有する構造体からなる複数の電極１４を、短辺方向端
部から少なくとも短辺長比で３５％以上の領域に設け
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
カートリッジ、インクジェット記録装置、マイクロアク
チュエータ、マイクロポンプ、光学デバイスに関する。

【０００２】

【従来の技術】プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の
画像記録装置或いは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、インク滴を吐出する単一又は
複数のノズル孔と、このノズル孔が連通する吐出室（イ
ンク室、液室、加圧液室、圧力室、インク流路等とも称
される。）と、吐出室内のインクを加圧する圧力を発生
する圧力発生手段とを備えて、圧力発生手段で発生した
圧力で吐出室内インクを加圧することによってノズル孔
からインク滴を吐出させる。

【０００３】なお、液滴吐出ヘッドとしては、例えば液
体レジストを液滴として吐出する液滴吐出ヘッド、ＤＮ
Ａの試料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドなどもあ
るが、以下ではインクジェットヘッドを中心に説明す
る。また、液滴吐出ヘッドのアクチュエータ部分を構成
するマイクロアクチュエータ、例えばマイクロポンプ、
マイクロ光変調デバイスなどの光学デバイス、マイクロ
スイッチ（マイクロリレー）、マルチ光学レンズのアク
チュエータ（光スイッチ）、マイクロ流量計、圧力セン
サなどにも適用することができる。

【０００４】ところで、液滴吐出ヘッドとしては、圧力
発生手段として圧電素子などの電気機械変換素子を用い
て吐出室の壁面を形成している振動板を変形変位させる
ことでインク滴を吐出させるピエゾ型のもの、吐出内に
配設した発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いてイン
クの膜沸騰でバブルを発生させてインク滴を吐出させる
バブル型（サーマル型）のもの、吐出室の壁面を形成す
る振動板を静電力で変形させることでインク滴を吐出さ
せる静電型のものなどがある。

【０００５】近年、環境問題から鉛フリーであるバブル
型、静電型が注目を集め、鉛フリーに加え、低消費電力
の観点からも環境に影響が少ない、静電型のものが複数
提案されている。

【０００６】この静電型ヘッドの中には、振動板をイン
ク室側に押し込みインク室内の内容積を小さくすること
でインク滴を吐出させる押し打ち法で駆動するものと、
振動板をインク室の外側方向の力で変形させインク室内
の内容積を広げた状態から元の内容積になるように振動
板の変位を元に戻すことでインク滴を吐出させる引き打
ち法で駆動するものとがある。

【０００７】押し打ち法タイプの静電型ヘッドとして
は、例えば特開平２−２６６９４３号公報に記載されて
いるように、一対の電極対の間にインクが充填されてお
り、片方あるいは両方の電極が振動板として働く形態
で、電極間に電圧を印加することによって電極間に静電
引力が働き、電極（振動板）が変形しそれによってイン
クが押し出され吐出するものがある。また、特開２００
０−１５８０５号公報に記載されているように、シリコ
ン基板からなる振動板表面に突起部を設け、この突起部
に電極を形成し、電極に電圧を印加することによって突
起部間に作用するという静電力によって振動板を変形さ
せ、インクを吐出するものもある。

【０００８】引き打ち法としては、例えば特開平６−７
１８８２号公報に記載されているように、一対の電極対
がエアギャップを介して設けられており、片方の電極が
振動板として働き、振動板の対向する電極と反対側にイ
ンクが充填されるインク室が形成され、電極間（振動板
−電極間）に電圧を印加することによって電極間に静電
引力が働き、電極（振動板）が変形し、電圧を除去する
と振動板が弾性力によってもとの状態に戻り、その力を
用いてインクを吐出するものがある。また、特開２００
１−４７６２４号公報に記載されているように、櫛歯状
に形成され互いに入れ子になった電極対の片方に振動板
を備え、電極対に電圧を印加することによって櫛歯間に
静電力引力を発生させ、電極の変位により振動板を変形
させ、電圧を切った時に振動板の弾性力でインクを吐出
するものもある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
開平２−２６６９４３号公報記載の液滴吐出ヘッドにあ
っては、電極間にインクを充填しているので必然的に電
極間距離が大きくなる。電極間に働く静電力は電極間距
離の２乗に反比例するので電極間距離が大きくなると必
要な電圧が非常に大きくなってしまうという問題があ
る。この場合、インクの誘電率によってある程度電圧を
下げることはできるが、電極間距離の影響が大きいので
あまり効果がない。また、インクの誘電率を大きくする
必要がある、あるいはインクに電界がかかることよりイ
ンクの自由度は小さくなる。そのため、インクの色、ｐ
Ｈ、粘度などのインク物性に制限が加わり、高画質化が
困難であるという課題がある。

【００１０】また、前記特開平６−７１８８２号公報記
載の液滴吐出ヘッドにあっては、電極間にインクを充填
していないのでインクに対する制限が少なく高画質化に
は有利である。しかしながら、低電圧化のためには電極
間のエアギャップを非常に小さくしなければならず、そ
のような微小なギャップを精度良く、バラツキ少なく形
成するのは非常に困難であり、歩留まりが上がらないと
いった問題がある。また振動板の弾性力によってインク
を吐出する、いわゆる引き打ちの方法であるので、振動
板はインクを吐出するだけの剛性が必要であり、そのよ
うな剛性の振動板を静電力で引き付けるため電圧が高く
なってしまうといった課題がある。

【００１１】さらに、前記特開２００１−４７６２４号
公報記載の液滴吐出ヘッドにあっては、櫛歯状電極を用
いているので変位量は大きくすることができるが、発生
力は非常に小さく、インクを吐出するだけの発生力を得
ようとした場合、非常に電圧が高くなってしまう。しか
も、構造が複雑であるので作製が困難であり、コスト高
となってしまうという課題がある。

【００１２】また、前記特開２０００−１５８０５号公
報記載の液滴吐出ヘッドにあっては、導電性を有するシ
リコン基板で形成した振動板に突起部を設けて、この突
起部に導電性部材の電極を形成しているので、シリコン
振動板を介して各電極間が同電位になって静電力が発生
せず、振動板を変形できないという課題がある。しか
も、振動板に突起部を形成して、この突起部に電極を付
けなければならず、そのような立体微細構造の表面に電
極を付けるのは困難であり、電極がうまく形成されない
部分ができたり、バラツキが生じたりで、安定して製造
できなく歩留まりが悪いという課題がある。さらに、低
電圧化のためには突起間の間隔は狭くしなければならな
いが、そのような狭い間隔の中に電極を形成するのは困
難であり、また狭い突起間に電極を形成するとショート
してしまうという不良が生じたりする。また、突起部に
電極を形成することは、立体構造でのフォトリソ工程は
レジストコート、露光などが困難であることから、一般
的な方法では不可能であり、そのため特別な装置を使用
したり、製造工程が長くなったりしてコスト高となって
しまうという課題がある。

【００１３】さらに、同公報に記載のヘッドにおいて、
仮に、電極間に静電力が発生するとした場合、振動板短
辺方向の座屈する領域は広いほど、振動板全体の撓み量
が大きいように見受けられるが、通常、静電力を利用し
て振動板をアクチュエートする構成では、振動板の４辺
の一部は固定されているため、振動板が面外方向に撓ん
だ状態では、振動板の各領域の撓む向きは同じではな
く、振動板の固定端付近と中央付近では撓む向きが逆に
なる。そのため、振動板の全面の突起部を設けてこの突
起部に電極を形成した場合、振動板の変位効率が低下す
るという課題が生じる。

【００１４】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、低コストで、滴吐出効率が高く、高画質印字が
可能な液滴吐出ヘッド、このヘッドを一体化したインク
カートリッジ、高画質記録が可能なインクジェット記録
装置、低コストで、駆動効率が高いマイクロアクチュエ
ータ、マイクロポンプ、光学デバイスを提供することを
目的とする。

【００１５】

【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、振動板には短辺方
向端部から少なくとも短辺長比で３５％以上の領域に電
気的に互いに絶縁分離された導電性を有する構造体から
なる複数の電極を設け、電極間に静電力を発生させるこ
とによって振動板を変形させるものである。

【００１６】ここで、振動板には短辺方向端部から少な
くとも短辺長比で１５％未満の領域に電極が存在しない
ことが好ましい。

【００１７】本発明に係る液滴吐出ヘッドは、振動板に
は短辺方向端部から少なくとも短辺長比で１５％以下の
領域に電気的に互いに絶縁分離された導電性を有する構
造体からなる複数の電極を設け、電極間に静電力を発生
させることによって振動板を変形させるものである。

【００１８】ここで、振動板には振動板短辺方向端部か
ら少なくとも短辺長比で３５％以上の領域に電極が存在
しないことが好ましい。

【００１９】本発明に係る液滴吐出ヘッドは、振動板に
は電気的に互いに絶縁分離された導電性を有する構造体
からなる複数の電極を設け、各電極のうちの振動板の短
辺方向端部から少なくとも短辺長比で３５％以上の領域
に存在する電極群と、各電極のうちの振動板の短辺方向
端部から少なくとも短辺長比で１５％以下の領域に存在
する電極群とを電気的に独立駆動可能とし、各電極群の
電極間に静電力を発生させることによって振動板を変形
させるものである。

【００２０】本発明に係る液滴吐出ヘッドは、振動板の
一方の面には短辺方向端部から少なくとも短辺長比で３
５％以上の領域に電気的に互いに絶縁分離された導電性
を有する構造体からなる複数の電極を設け、振動板の他
方の面には短辺方向端部から少なくとも短辺長比で１５
％以下の領域に電気的に互いに絶縁分離された導電性を
有する構造体からなる複数の電極を設け、電極間に静電
力を発生させることによって振動板を変形させるもので
ある。

【００２１】これらの本発明に係る液滴吐出ヘッドのう
ち、振動板の短辺方向端部から少なくとも短辺長比で１
５％以下の領域に電極を設けるヘッドにおいては、振動
板に設けられた電極に所定の間隔をおいて対向する固定
電極を固定部に設けることが好ましい。

【００２２】上記各本発明に係る液滴吐出ヘッドにおい
ては、電極は前記振動板が略ガウシャン形状に近似する
形状に変形するように配置されていることが好ましい。
また、電極は振動板短辺方向で振動板側基部が自由端部
よりも狭い構造とすることができる。さらに、振動板に
設けた複数の電極は、静電力の方向と電極の変位方向が
逆方向であるものとすることができる。

【００２３】本発明に係る液滴吐出ヘッドは、振動板に
は電気的に互いに絶縁分離された導電性を有する構造体
からなる複数の電極を設け、各電極のうちの振動板の短
辺方向端部から少なくとも短辺長比で３５％以上の領域
に存在する電極群の電極構造と、各電極のうちの振動板
の短辺方向端部から少なくとも短辺長比で１５％以下の
領域に存在する電極群の電極構造とが異なり、各電極群
の電極間に静電力を発生させることによって振動板を変
形させるものである。

【００２４】上記各本発明に係る液滴吐出ヘッドにおい
ては、振動板は単層又は複層の絶縁性薄膜、或いはシリ
コンと電極側に形成した絶縁性薄膜との積層構造である
ことが好ましい。

【００２５】本発明に係るインクカートリッジは、イン
ク滴を吐出する本発明に係る液滴吐出ヘッドとこの液滴
吐出ヘッドにインクを供給するインクタンクを一体化し
たものである。

【００２６】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本発明に係る液滴吐出ヘッド或いは
本発明に係るインクカートリッジを塔載したものであ
る。

【００２７】本発明に係るマイクロアクチュエータは、
可動部分を変形させるマイクロアクチュエータであっ
て、可動部分には短辺方向端部から少なくとも短辺長比
で３５％以上の領域に電気的に互いに絶縁分離された導
電性を有する構造体からなる複数の電極を設け、電極間
に静電力を発生させることによって可動部分を変形させ
るものである。ここで、可動部分には短辺方向端部から
少なくとも短辺長比で１５％以下の領域に上記短辺長比
で３５％以上の領域に設けた電極と同時に駆動される電
極が存在しないことが好ましい。

【００２８】本発明に係るマイクロアクチュエータは、
可動部分を変形させるマイクロアクチュエータであっ
て、可動部分には短辺方向端部から少なくとも短辺長比
で１５％以下の領域に電気的に互いに絶縁分離された導
電性を有する構造体からなる複数の電極を設け、電極間
に静電力を発生させることによって可動部分を変形させ
るものである。ここで、可動部分には振動板短辺方向端
部から少なくとも短辺長比で３５％以上の領域に上記短
辺長比で１５％以下の領域に設けた電極と同時に駆動さ
れる電極が存在しないことが好ましい。

【００２９】本発明に係るマイクロポンプは、可動部分
の変形によって液体を輸送するマイクロポンプであっ
て、本発明に係るマイクロアクチュエータを備えたもの
である。

【００３０】本発明に係る光学デバイスは、可動部分に
形成したミラーの変位によって光の反射方向を変化させ
る光学デバイスであって、本発明に係るマイクロアクチ
ュエータを備えたものである。

【００３１】

【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、本発明の液滴吐出ヘ
ッドの第１実施形態に係るインクジェットヘッドの分解
斜視図で、一部断面図で示している。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
短手方向の断面説明図、図４は同ヘッドの電極配置パタ
ーンを示す平面説明図である。

【００３２】このインクジェットヘッドは、インク液滴
を基板の面部に設けたノズル孔から吐出させるサイドシ
ュータタイプのものであり、下記に詳述する構造を持つ
３枚の第１、第２、第３基板１、２、３を重ねて接合し
た積層構造となっており、インク滴を吐出する複数のノ
ズル孔４、各ノズル孔４が連通する吐出室６、各吐出室
６に流体抵抗部７を介してインクを供給する共通液室
（共通インク室）８などを形成している。

【００３３】中間の第１基板１は、シリコン基板からな
り、底壁を振動板１０とする吐出室６を形成するための
凹部と、各々の吐出室６にインクを供給するための共通
液室８を形成するための凹部を有する。

【００３４】振動板１０の下面には、熱酸化膜、シリコ
ン窒化膜などの絶縁膜１１を形成し、この絶縁膜１１表
面で振動板１０の短辺方向中央部付近に複数の電極１４
を所定の間隔を置いて形成して、振動板１０と各電極１
４とを電気的に分離して設けるとともに各電極１４のう
ちの相隣り合う２つの電極（これを相対的に電極１４
ａ、１４ｂという。）は相互に電気的に分離している。
なお、電極１４は、例えばポリシリコン、或いは単結晶
シリコンから形成している。この振動板１０と複数の電
極１４によって可動部分である振動板１０を変形させる
本発明に係るマイクロアクチュエータを構成している。

【００３５】ここで、図４は第１基板１の電極１４側か
ら見た場合の一つの振動板に対する電極配置パターンの
一例を示すものである。同図に示すように、互いに電気
的に分離した相隣り合う電極１４ａと電極１４ｂには、
駆動回路（ここでは発信回路で図示）１５から互いに電
位差を生じる駆動電圧（異なる電位の電圧）が印加され
るようになっている。

【００３６】また、振動板１０に複数の電極１４を設け
る領域は、後述するように振動板１０の短辺方向端部か
ら少なくとも短辺長比で３５％以上の領域であり、か
つ、短辺方向端部から少なくとも短辺長比で１５％以下
の領域に電極１４が存在しない構成としている。

【００３７】さらに、電極１４は上述した矩形状のもの
に限らず、例えば図５に示すように、振動板１０に固定
する基部２４ａを自由端部２４ｂよりも短辺方向で幅狭
にした断面略Ｔ字状或いは略Ｌ字状などの形状の電極２
４とすることもできる。このような電極２４を用いるこ
とで、振動板１０表面（ここでは正確には絶縁膜１１表
面）に占める電極固定スペースが小さくなって振動板１
０の撓み可能領域が増加し、かつ、電極２４、２４間の
静電引力が作用するギャップを狭くすることができる。

【００３８】この第１基板１の下面に接合される第２基
板２は、電極１４を外部からの衝撃やホコリなどから保
護したり、第１基板１の強度を補強したりするための保
護基板である。この第２基板２には、ガラス、金属、シ
リコン、樹脂などからなる基板などを使用し、この基板
２には各振動板１０に対応する位置に例えば１ｍｍの深
さの凹部１６を形成している。ただし、必ずしも振動板
１０ごとに凹部１６を形成する必要はなく、振動板配列
を囲む凹部、あるいはチップの縁のみ接合される凹部を
形成する構成でも良い。

【００３９】また、第１基板１の上面に接合される第３
基板３には、例えば厚さ５０μｍのニッケル基板を用
い、第３基板３の面部に、吐出室６と連通するようにそ
れぞれノズル孔４、共通液室８と吐出室６を連通させる
流体抵抗部７となる溝を設け、また共通液室８と連通す
るようにインク供給口９を設けている。

【００４０】このように構成したインクジェットヘッド
の動作を説明する。例えば図４の構成において、電極１
４ａに発振回路１５により０Ｖから４０Ｖのパルス電位
を印加すると、電極１４ａの表面がプラスに帯電し、パ
ルス電位を印加していない隣り合う電極１４ｂとの間
で、図６に示すように、静電力が発生して、静電気の吸
引作用が働き、電極１４の自由端（振動板１０側が固定
端）が引き合って電極１４が変位し、これらの電極１４
の自由端側が変位することで、電極１４の固定端側であ
る振動板１０が上方へたわむことになる。その結果、吐
出室６内の圧力が急激に上昇し、図３に示すように、ノ
ズル孔４よりインク液滴２２を記録紙２３に向けて吐出
する。

【００４１】そして、電極１４ａの電位が０Ｖに戻る
と、電極１４ｂとの間に電位差はなくなり、振動板１０
は元の状態に復元する。振動板１０が復元することによ
り、インクが共通液室８より流体抵抗部７を通じて吐出
室６内に補給される。すなわち、この実施形態では押し
打ち法でインク滴を吐出させる。

【００４２】ここで、電極間に働く力Ｆは、次の（１）
式に示すように電極間距離ｄの２乗に反比例して大きく
なる。低電圧で駆動するためには、電極１４ａと電極１
４ｂとの間隔、つまり電極１４間の溝を狭く形成するこ
とが重要となる。

【００４３】

【数１】

【００４４】なお、（１）式において、Ｆ：電極間に働
く力、ε：誘電率、Ｓ：電極の対向する面の面積、ｄ：
電極間距離、 Ｖ：印加電圧である。

【００４５】したがって、前述した図５に示すように、
振動板１０に固定する基部２４ａを自由端部２４ｂより
も短辺方向で幅狭にした電極２４を用いることで、振動
板１０の撓み可能領域が増加し、かつ、電極２４、２４
間の静電引力が作用するギャップを狭くすることができ
る。

【００４６】このように、このインクジェットヘッドに
おいては、振動板１０の一方の面に絶縁膜１１を介して
それぞれ電気的に分離独立した電極１４を設け、電極１
４の対向する電極１４ａと電極１４ｂ間に電位差を生じ
る電圧を印加することによって、隣り合う電極１４ａと
電極１４ｂとの間で静電引力が発生し、電極１４のわず
かな変位により振動板１０の大きな変位を得ることがで
き、滴吐出効率が向上し、高画質記録が可能になる。

【００４７】そして、このヘッドのマイクロアクチュエ
ータにおいては、振動板１０に設けた構造体自体が電極
１４として働くので、従前のようにシリコン構造体に電
極を成膜などの方法により形成するという困難な工程の
必要がなく、コストダウンを図ることが可能であり、ま
た、構造体間の非常に狭い間隔に電極を形成することに
よって生じるショートなどの不良も低減できる。さら
に、構造体に電極を形成した後に電極を櫛の歯状に分離
するという工程も必要がなく、低コスト化、大量生産が
容易である。

【００４８】さらに、振動板１０と電極１４は絶縁膜１
１などで電気的に分離しているので、従来のように電極
に電圧を印加しても振動板を介してすべての電極が同電
位になって作動不良になることもなく、電極１４に印加
した電圧が振動板１０側にリークすることもなく、効率
良く電極１４に電圧を印加することができる。この場
合、振動板１０と電極１４を電気的に分離する一例とし
て振動板１０と電極１４の間に絶縁膜１１を形成するこ
とによって、容易に絶縁することができ信頼性の高い液
滴吐出ヘッドを得ることができる。なお、振動板自体を
絶縁性部材で形成すれば、絶縁膜を設けないでも良い。

【００４９】次に、本発明の第２実施形態に係るインク
ジェットヘッドについて図７を参照して説明する。な
お、同図は同ヘッドの振動板短手方向に沿う要部断面説
明図である。この実施形態では振動板１０は絶縁性薄
膜、ここでは引張り応力を有する絶縁膜である窒化シリ
コン膜１０Ａで形成している。この窒化シリコン膜１０
Ａの膜厚は１０ｎｍ〜９００ｎｍの範囲内としている。
この範囲内とすることで、振動板１０の十分な剛性を確
保しつつ、かつ、低電圧で駆動する（振動板１０を変形
させる）ことができる。

【００５０】また、引っ張り応力を有する窒化シリコン
膜１０Ａを形成するために、原子の導入法を熱拡散法や
イオン注入法等の種々の原子導入法を用いて検討したと
ころ、中でもイオン注入法により不純物原子を導入した
場合に応力制御性が一番良好であることを確認できた。

【００５１】そこで、本実施形態では、イオン注入法を
用いて、ボロン原子を注入エネルギー５０ｋｅｖ、ドー
ズ量１Ｅ１５ｃｍ^-2で導入し、引っ張り応力の窒化シリ
コン膜１０Ａを形成した。引っ張り応力の窒化膜１０Ａ
を用いることで挫屈による振動板１０の撓み変形が発生
しないことを確認できた。なお、窒化シリコン膜１０Ａ
に含む不純物原子としては、ボロン原子の他、リン原
子、砒素原子、水素原子などを用いることもできる。

【００５２】また、第１基板１に窒化シリコン膜１０Ａ
を設けた状態で、シリコンの異方性エッチングを用いて
吐出室６などを形成した場合、窒化シリコン膜１０Ａは
エッチング選択性を有するためダメージがないことを確
認できた。さらに、振動板１０の厚さを１５０ｎｍに設
定することで３００dpiや６００dpiに微細化した場合で
も十分な剛性が得られ、液滴吐出速度、吐出量ともに十
分マージンをもって吐出することが確認できた。

【００５３】なお、振動板１０を絶縁性薄膜で形成する
場合、引っ張り応力を有し、絶縁性を有する有機樹脂
膜、例えばポリイミド膜を用いることもできる。引っ張
り応力のポリイミド膜で振動板１０を形成することによ
って挫屈による振動板１０の変形が発生せず、振動板１
０を形成することができた。また、ヤング率が小さいの
で厚さ３μｍで形成することができ、振動板１０のピン
ホールの発生がなくなる。さらに、振動板１０を形成す
るポリイミド（有機樹脂材料）は、液に対する耐腐食性
に優れるので、アルカリ性や酸性の種々の化学的性質を
有する液に対しても溶出することがなく、十分な信頼性
をもって液滴を吐出することができる。

【００５４】次に、本発明の第３実施形態に係るインク
ジェットヘッドについて図８を参照して説明する。な
お、同図は同ヘッドの振動板短手方向の要部断面説明図
である。この実施形態では、絶縁性を有する振動板１０
を絶縁性薄膜の積層膜で構成したものである。すなわ
ち、振動板１０は、引っ張り応力を有する絶縁性を有す
る膜である窒化シリコン膜１０Ａと圧縮応力を有する膜
である酸化シリコン膜１０Ｃとの積層膜で形成してい
る。

【００５５】ここでは、窒化シリコン膜１０Ａの膜厚は
１５０ｎｍ、酸化シリコン膜１０Ｃの膜厚は１５０ｎｍ
とした。また、引っ張り応力の窒化シリコン膜１０Ａを
形成するために、第１実施形態の結果からイオン注入法
により不純物原子であるリン原子を導入した。

【００５６】このように、振動板１０を絶縁膜の積層膜
である絶縁性薄膜で形成し、特に引っ張り応力の膜（こ
こでは窒化シリコン膜）と圧縮応力の膜（ここでは酸化
シリコン膜）との積層膜とすることで、各膜の異なる内
部応力を独立に制御することによって、振動板１０の挫
屈による撓み変形を防止することができる。

【００５７】また、シリコンの異方性エッチングを用い
て吐出室６を形成する場合、窒化シリコン膜１０Ａがエ
ッチングストッパーとして機能するので振動板１０にダ
メージを与えることがなくなる。さらに、酸化シリコン
膜１０Ｃを厚さを１５０ｎｍ、窒化シリコン膜１０Ａの
厚さを１５０ｎｍに設定することで３００dpiや６００d
piに微細化した場合でも十分な剛性が得られ、液滴吐出
速度、吐出量ともに十分マージンをもって吐出すること
が確認できた。さらにまた、窒化シリコン膜１０Ａと酸
化シリコン膜１０Ｂの積層振動板であることからピンホ
ールの発生を防止することができる。

【００５８】そこで、これらの各実施形態において、振
動板１０に電極１４（或いは電極２４）を設ける領域に
ついて説明する。上述したようにヘッドの振動板１０
は、通常、４辺を固定された矩形板である。４辺を固定
された振動板１０に加圧力が加えられ、振動板１０が面
外に撓む場合、その撓み量は、振動板１０の短辺長に大
きく依存するが、長辺長には余り依存しない。例えば、
図９に示すように、振動板１０の一方の面に一様な荷重
Ｐを加えた場合、振動板短辺方向の撓みは同図（ａ）、
振動板長辺方向の撓みは同図（ｂ）にそれぞれ示すよう
になる。

【００５９】このような矩形板（振動板１０）に電極１
４を配設して、その電極１４間に発生する静電引力（静
電力）により振動板１０を撓ませる場合、電極１４は振
動板１０の短辺方向に静電引力が発生するように配設す
ると効率が向上する。しかしながら、振動板１０は４辺
が固定されているために、短辺方向断面でみると、振動
板の各領域の撓む向きは同じではなくなる。つまり、振
動板１０の固定端部（領域）付近と中央部（領域）付近
では撓む向きが逆になる。

【００６０】このように撓みの向きが逆になっている各
部分（各領域）両方共に同じ構成の電極１４を配設する
と、振動板１０の変位を抑制する部分が生じることにな
り、結果として振動板１０の撓み量は減少することにな
る。そこで、振動板１０の撓む方向が同じ領域にのみ電
極１４を配設することによって振動板１０の撓み量を大
きくすることができる。

【００６１】ここで、電極１４を配設する領域について
実験検討を重ねた結果、得られる振動板１０の撓み量δ
ｍａｘを１００％とすると、静電引力が発生する領域と
して振動板短辺方向端から短辺長比３５％以上の領域に
電極１４を配置することによって、振動板１０の撓み量
δは８０％以上を得ることが可能になることを確認し
た。更に、このように振動板１０の短辺長比３５％以上
の領域に電極１４を配置する場合、振動板１０の短辺方
向端から短辺長比１５％以下の領域には電極１４を配置
しないことによってより確実に撓み量δ＝８０％以上を
得ることができる。

【００６２】そこで、上記各実施形態においては、図１
０（ａ）に示すように、振動板１０の振動板短辺方向幅
ａに対してスペースＬ＝ａ＊０．３５以上の領域に電極
１４を配置し、また、振動板短辺方向幅ａに対してａ＊
０．１５以下の領域には電極１４を配置していない。こ
れにより、振動板１０は同図（ｂ）に示すように変位
し、効率的な振動板１０の変位が得られる。

【００６３】ここで、このような電極の配置領域につい
てのシュミレーション結果について説明する。ここで
は、構造解析用シミュレーションツールであるＩ−ＤＥ
ＡＳ（商品名）を用いて電極配置領域と撓み量の相関関
係をシュミレートした。

【００６４】先ず、シミュレートした振動板１０及び電
極２４の構成を図１１に示している。ここでは、ヘッド
の集積度３００ｄｐｉを想定して、振動板１０の短辺幅
は６０μｍとし、厚みを０．１５μｍとしている。振動
板材料は単層のＳｉＮ（窒化シリコン膜：第２実施形態
のもの）とし、ヤング率として２４０ＧＰａを用いた。

【００６５】また、電極２４は振動板短辺方向に５本配
設された構成とした。電極２４の高さｈは４μｍとし、
そのうち静電引力が働く部分の高さは２μｍとし、その
電極間距離は０．５μｍとした。電極材料はポリシリコ
ンであり、ヤング率は１７０ＧＰａを用いた。なお、電
極２４は直線型ではなく、上述したように静電引力が働
かない部分を細くした構成を採り、振動板の撓み易い領
域を増加させて振動板の撓み量を大きくできる構造し
た。電極２４の細い部分の厚みは２μｍである。また、
電極間に働く力は、６０ｍＮ／ｍｍ^２の引力を与えた。

【００６６】そして、パラメータとして振動板端の振動
板を撓ませない領域（電極１４を設けない領域、より正
確には、静電引力を発生させない領域）としてスペース
Ｌを採り、シミュレーションにより得られた振動板１０
の撓み量を表１に示している。

【００６７】

【表１】

【００６８】この表１の結果から分かるように、スペー
スＬ＝１５μｍ（短辺長ａに対する比率２５％）とした
場合の撓み量δを最大として、スペースＬが増加しても
減少しても、撓み量δは減少している。スペースＬが１
５μｍよりも小さい場合には、電極２４間の静電引力に
よる振動板１０の撓みが、短辺端部の逆向きへの撓みを
阻害し、結果として振動板１０の撓み量δを減らしてい
る。一方、スペースＬが１５μｍよりも大きい場合に
は、電極２４間の引力により撓む振動板１０のトータル
スペースが狭くなることにより、撓み量δが減少してい
る。

【００６９】したがって、撓み量δの最大値（Ｌ＝１５
μｍのケース）を１００％として、短辺端スペースＬを
振動板短辺幅ａの１５％以上３５％未満とすれば、撓み
量δを８０％以上とすることができる。

【００７０】すなわち、振動板１０の短辺方向端部から
少なくとも短辺長比で３５％以上の領域には電極を設け
ることによって撓み量δを最大撓み量δｍａｘの８０％
以上にすることができる。この場合、振動板１０に短辺
方向端部から少なくとも短辺長比で３５％未満の領域に
電極を設けるときには、短辺方向端部から短辺長比で１
５％未満の領域には電極を設けないことが好ましい。

【００７１】次に、本発明の第４実施形態に係るインク
ジェットヘッドについて図１２を参照して説明する。な
お、同図は同ヘッドの振動板短手方向に沿う断面説明図
である。この実施形態においては、振動板１０の短辺方
向両端部付近に複数の電極（ここでは、「可動電極」と
も称する。）１４を所定の間隔を置いて形成して、振動
板１０と各可動電極１４とを電気的に分離して設けると
ともに各可動電極１４のうちの相隣り合う２つの可動電
極１４は相互に電気的に分離し、さらに、第２基板２に
は可動電極１４に所定の間隔を置いて対向する固定電極
１４Ａを設けている。

【００７２】ここで、振動板１０に複数の可動電極１４
を設ける領域は、後述するように振動板１０の短辺方向
端部から少なくとも短辺長比で１５％以下の領域であ
り、かつ、短辺方向端部から少なくとも短辺長比で３５
％以上の領域に電極１４が存在しない構成としている。
なお、振動板１０の構成は前記各実施形態のものを用い
ることができ、電極１４に代えて電極２４を用いること
もできる（以下の実施形態でも同様である。）。

【００７３】このように構成したインクジェットヘッド
の動作を説明する。固定電極１４Ａ及び１つおきの可動
電極１４に駆動回路により０Ｖから４０Ｖのパルス電位
を印加すると、固定電極５４及び１つおきの可動電極１
４の表面がプラスに帯電し、パルス電位を印加していな
い隣り合う可動電極１４との間で、図１３に示すよう
に、静電気の吸引作用が働き、振動板１０が下方へたわ
む。その結果、吐出室６の内容積が増加するので、イン
クが共通液室８より流体抵抗部７を通じて吐出室６内に
補給される。

【００７４】そして、固定電極１４Ａ及び可動電極１４
の電位が０Ｖに戻ると、電極１４Ａ、１４間、１４、１
４間に電位差はなくなり、振動板１０は元の状態に復元
する。振動板１０が復元することにより、吐出室６内の
圧力が急激に上昇し、ノズル孔４よりインク液滴が吐出
される。すなわち、この実施形態では引き打ち法でイン
ク滴を吐出させることができる。

【００７５】ここで、振動板１０に可動電極１４を設け
る領域について説明する。この実施形態のインクジェッ
トヘッドについて電極１４を配設する領域について実験
検討を重ねた結果、得られる振動板１０の撓み量δｍａ
ｘを１００％とすると、静電引力が発生する領域として
振動板短辺方向端から短辺長比１５％以下の領域に電極
１４を配置することによって、振動板１０の撓み量δは
８０％以上を得ることが可能になることを確認した。更
に、このように振動板１０の短辺長比１５％以下の領域
に電極１４を配置する場合、振動板１０の短辺方向端か
ら短辺長比３５％以上の領域には電極１４を配置しない
ことによってより確実に撓み量δ＝８０％以上を得るこ
とができる。

【００７６】そこで、上記実施形態においては、図１４
（ａ）に示すように、振動板１０の振動板短辺方向幅ａ
に対してスペースＬ＝ａ＊０．１５以下の領域に電極１
４を配置し、また、振動板短辺方向幅ａに対してａ＊
０．３５以上の領域には電極１４を配置していない。こ
れにより、振動板１０は同図（ｂ）に示すように変位
し、効率的な振動板１０の変位が得られる。

【００７７】ここで、このような電極の配置領域につい
てのシュミレーション結果について説明する。なお、構
造解析用シミュレーションツールであるＩ−ＤＥＡＳ
（商品名）を用いて電極配置領域と撓み量の相関関係を
シュミレートした。

【００７８】先ず、シミュレートした振動板１０及び電
極２４の構成を図１５に示している。ここでは、ヘッド
の集積度３００ｄｐｉを想定して、振動板１０の短辺幅
は６０μｍとし、厚みを０．１５μｍとしている。振動
板材料は単層のＳｉＮ（窒化シリコン膜：第２実施形態
のもの）とし、ヤング率として２４０ＧＰａを用いた。

【００７９】また、電極２４は振動板短辺方向に合計６
本配設し、各端部に３本、うちの１本は固定電極とした
構成とした。電極２４の高さｈは４μｍとし、そのうち
静電引力が働く部分の高さは２μｍとし、その電極間距
離は０．５μｍとした。電極材料はポリシリコンであ
り、ヤング率は１７０ＧＰａを用いた。なお、電極２４
は直線型ではなく、上述したように静電引力が働かない
部分を細くした構成を採り、振動板の撓み易い領域を増
加させて振動板の撓み量を大きくできる構造した。電極
２４の細い部分の厚みは２μｍである。また、電極間に
働く力は、６０ｍＮ／ｍｍ^２の引力を与えた。

【００８０】そして、パラメータとして振動板端の振動
板を撓ませる領域（電極１４を設けない領域、より正確
には、静電引力を発生させない領域）としてスペースＬ
を採り、シミュレーションにより得られた振動板１０の
撓み量を表２に示している。

【００８１】

【表２】

【００８２】この表２の結果から分かるように、スペー
スＬ＝１５μｍ（短辺長ａに対する比率２５％）とした
場合の撓み量δを最大として、スペースＬが増加しても
減少しても、撓み量δは減少している。スペースＬが１
５μｍよりも大きい場合には、電極２４間の静電引力に
よる振動板１０の撓みが、短辺端部の逆向きへの撓みを
阻害し、結果として振動板１０の撓み量δを減らしてい
る。一方、スペースＬが１５μｍよりも小さい場合に
は、電極２４間の引力により撓む振動板１０のトータル
スペースが狭くなることにより、撓み量δが減少してい
る。

【００８３】したがって、撓み量δの最大値（Ｌ＝１５
μｍのケース）を１００％として、短辺端スペースＬを
振動板短辺幅ａの１５％以上３５％未満とすれば、撓み
量δを８０％以上とすることができる。

【００８４】すなわち、振動板１０の短辺方向端部から
短辺長比で１５％以下の領域に電極を設けることによっ
て撓み量δを最大撓み量δｍａｘの８０％以上にするこ
とができる。この場合、振動板１０に短辺方向端部から
短辺長比で１５％以上の領域に電極を設けるときには、
短辺方向端部から短辺長比で３５％以上の領域には電極
を設けないことが好ましい。

【００８５】上述した表１及び表２の結果を図１５にグ
ラフ化して示している。振動板短辺幅に対するスペース
Ｌ（Ｌ＝Ｌ、Ｌ）の領域比率を横軸に、変位量δの最大
値δｍａｘを１００％として各ケースにおける変位量δ
の比率を縦軸に採っている。同図から分かるように第１
乃至第３実施形態と第４実施形態の結果はほぼ同じライ
ンに乗る。ただし、第１乃至第３実施形態と第４実施形
態とでは、振動板の撓む向きは逆である。

【００８６】次に、振動板に設ける電極の振動板短辺方
向幅ｔと振動板の変位量（撓み量）δの関係について説
明する。ここでも、構造解析用シミュレーションツール
であるＩ−ＤＥＡＳ（商品名）を用いて電極幅ｔと撓み
量の相関関係をシュミレートした。

【００８７】先ず、シミュレートした振動板１０及び電
極２４の構成を図１７に示している。ここでは、ヘッド
の集積度６００ｄｐｉを想定して、振動板１０の短辺幅
は３０μｍとし、厚みを０．１５μｍとしている。振動
板材料は単層のＳｉＮ（窒化シリコン膜：第２実施形態
のもの）とし、ヤング率として２４０ＧＰａを用いた。

【００８８】また、電極２４は振動板短辺方向に３本配
設された構成とした。電極２４の高さｈは４μｍとし、
そのうち静電引力が働く部分の高さは２μｍとし、その
電極間距離は０．５μｍとした。電極材料はポリシリコ
ンであり、ヤング率は１７０ＧＰａを用いた。電極２４
の細い部分の厚み（これを「電極幅ｔ」とする。）はパ
ラメータとした。また、電極間に働く力は、６０ｍＮ／
ｍｍ^２の引力を与えた。

【００８９】そして、パラメータとして、各電極幅ｔに
ついて、振動板端の振動板を撓ませない領域（電極１４
を設けない領域、より正確には、静電引力を発生させな
い領域）としてスペースＬを採り、シミュレーションに
より得られた振動板１０の撓み量を表３（電極幅ｔ＝１
μｍ）、表４（電極幅ｔ＝２μｍ）、表５（電極幅ｔ＝
３μｍ）に示している。また、図１８に表３、表４、表
５の結果をグラフ化して示している。なお、同図中、２
点鎖線は表３、破線は表４、実線は表５の各結果を表し
ている。

【００９０】

【表３】

【００９１】

【表４】

【００９２】

【表５】

【００９３】この結果から分かるように、Ｌ＝８μｍ
（短辺長に対する比率２６．７％）とした場合に撓み量
δが最大となり、全ての電極幅ｔにおいてほぼ同じライ
ンに乗っている。

【００９４】前述した図１６と図１２のグラフが全く同
じラインに乗らないのは、振動板１０上の電極１４を配
置された領域の振動板１０に対する比率、また静電引力
が働く部分に対する比率が寄与しているためと考えられ
る。しかしながら、前述したように、パラメータＬを１
５％以上３５％以内とすることで、振動板の変位量δを
最大値δmaxのほぼ８０％以上にすることができる。こ
のことは材料力学的にも振動板の厚み等によらない結果
である。

【００９５】次に、本発明の第５実施形態に係るインク
ジェットヘッドついて図１９及び図２０を参照して説明
する。なお、図１９は同ヘッドの振動板短手方向に沿う
断面説明図、図２０は同ヘッドの説明に供する説明図で
ある。この実施形態においては、振動板１０のほぼ全面
に複数の電極１４を設けるとともに、第２基板２の固定
部にも固定電極１４Ａを設けたものである。

【００９６】そして、このヘッドにおいては、図２０に
示すように、振動板短辺方向端から少なくとも短辺長比
１５％以下の領域に存在する複数の電極１４、１４Ａの
群（第１電極群２５Ａ、２５Ａ）と、振動板短辺方向端
から少なくとも３５％以上の領域に存在する複数の電極
１４の群（第２電極群２５Ｂ）に対して、異なる駆動タ
イミングで電圧を印加できるようにしている。

【００９７】これによって、例えば、所定のタイミング
で第１電極群２５Ａの電極１４、１４Ａに駆動電圧を印
加することによって、前述した第４実施形態で説明した
図１５に示すと同様に、静電気の吸引作用が働き振動板
１０が下方へたわむ。その結果、吐出室６の内容積が増
加するので、インクが共通液室８より流体抵抗部７を通
じて吐出室６内に補給される。

【００９８】そこで、第１電極群２５Ａに対する電圧印
加を解除するとともに、第２電極群２５Ｂの電極１４に
駆動電圧を印加することによって、前述した第１実施形
態で説明した図１０に示すと同様に、静電気の吸引作用
が働き、振動板１０が上方へたわむ。その結果、吐出室
６内の圧力が急激に上昇し、ノズル孔４よりインク液滴
が吐出される。すなわち、この実施形態では、引き−押
し打ち法でインク滴を吐出させることができる。

【００９９】次に、本発明の第６実施形態に係るインク
ジェットヘッドついて図２１及び図２２を参照して説明
する。なお、図２１は同ヘッドの振動板短手方向に沿う
断面説明図、図２２は同ヘッドの説明に供する説明図で
ある。この実施形態においては、振動板１０の一方の
面、ここでは吐出室６側面に振動板短辺方向端から少な
くとも短辺長比１５％以下の領域に存在する複数の電極
１４、１４Ａの群（第１電極群２６Ａ、２６Ａ）を設け
るとともに、振動板１０の他方の面、ここでは電極側面
に振動板短辺方向端から少なくとも３５％以上の領域に
存在する複数の電極１４の群（第２電極群２６Ｂ）を設
けている。なお、少なくとも液室側に存在する第１電極
群２６Ａの電極１４、１４Ａについては、図示を省略し
ているが、液による腐食を防止するため熱酸化膜、シリ
コン窒化膜などの絶縁膜で表面を被覆している。

【０１００】このヘッドにおいては、第１電極群２６
Ａ、２６Ａ及び第２電極群２６Ｂの電極１４、１４Ａに
対して同時に駆動電圧を印加することによって、振動板
１０は図２２（ｂ）に示すように撓むことになる。すな
わち、第１電極群２６Ａ、２６Ａと第２電極群２６Ｂと
を異なる面に設けているので、各電極群に同時に駆動電
圧を印加しても、振動板１０の撓み方向は同じになる。

【０１０１】ここで、このような電極の配置領域につい
てのシュミレーション結果について説明する。なお、構
造解析用シミュレーションツールであるＩ−ＤＥＡＳ
（商品名）を用いて電極配置領域と撓み量の相関関係を
シュミレートした。

【０１０２】先ず、シミュレートした振動板１０及び電
極２４の構成を図２３に示している。ここでは、図１１
に示した構成において、最大の撓み量を与えたスペース
Ｌ＝１５μｍの構成において、振動板逆面のスペースＬ
の部分にさらに電極（第１電極群）を形成している。な
お、その他の振動板、電極形状、材料、構成などは図１
１で説明したとおりである。シミュレーションにより得
られた振動板１０の撓み量を表６に示している。なお、
同表にはスペースＬ＝１５μｍの領域に電極を設けない
ときの結果も比較のために示している。

【０１０３】

【表６】

【０１０４】ここでは、振動板変位量δを最大にするた
めの電極配置の最適化は行なっていないが、明らかに変
位量の増加が認められ、本実施形態による効果が得られ
ることが分かる。

【０１０５】次に、本発明に係るインクジェットヘッド
の電極構成の更に他の例について図２４を参照して説明
する。なお、同図は同ヘッドの電極部分を説明する模式
的斜視説明図である。この電極３４は、振動板１０に固
定され静電引力を生じない基部３４ａと自由端部３４ｂ
とを有し、自由端部３４ｂ、３４ｂには隣り合う電極３
４の自由端部３４ｂに形成した切り欠き部３４ｃ内に回
り込んで対向する対向部３４ｂ１を設けている。

【０１０６】このように構成したので、隣り合う２つの
電極３４、３４に駆動電圧を印加した場合、一方の電極
３４の対向部３４ｂ１と他方の電極３４の対向部３４ｂ
１との間で互いに引き合う静電引力が生じ、一方の電極
３４の対向部３４ｂ１が引かれる方向は自身の基部３４
ａが他方の電極３４から離れる方向になり、同様に他方
の電極３４の対向部３４ｂ１が引かれる方向は自身の基
部３４ａが一方の電極３４から離れる方向になる。

【０１０７】したがって、２つの電極３４、３４は振動
板１０に対して各鉛直軸が離れる方向に変位することに
なる。つまり、前述した各実施形態における電極１４，
２４の構成は静電引力と電極が変位する方向が同じにな
るのに対して、この実施形態における電極３４の構成は
静電引力の生じる方向と電極の変位する方向が逆にな
る。

【０１０８】このような電極３４は上記各実施形態のイ
ンクジェットヘッドに適用することができる。また、静
電引力の方向と電極の変位する方向が同じになる電極１
４（あるいは電極２４）と、静電引力の方向と電極の変
位する方向が逆になる電極３４とを用いて、振動板の撓
む方向が異なる領域においてそれぞれ異なる電極を配置
することによって、振動板の撓み量を大きくすることが
できる。

【０１０９】この場合の本発明に係る第７実施形態に係
るインクジェットヘッドについて図２５を参照して説明
する。なお、同図は同ヘッドの電極配置を説明する模式
的説明図である。この実施形態では、振動板１０には振
動板短辺方向端から少なくとも短辺長比１５％以下の領
域に設ける第１電極群３５Ａを構成する電極として上記
電極３４（図示は簡略化して示している）を配置し、振
動板短辺方向端から少なくとも３５％以上の領域に設け
る第２電極群３５Ｂを構成する電極として前記電極１４
（又は２４）を配置している。

【０１１０】したがって、この実施形態では、第１電極
群３５Ａと第２電極群３５Ｂに同じタイミングで駆動電
圧を印加して振動板１０を第６実施形態と同様に変形さ
せることができ、しかも、第６実施形態のように液室側
に電極を配置する必要がなくなる。

【０１１１】次に、振動板１０に複数の電極を設けて振
動板を変形させる場合の電極の配置構成と振動板１０の
変形形状との関係について説明する。振動板１０を平面
矩形状に形成し、振動板１０の一辺（ここでは短辺）を
ｘとし、振動板１０が変形したときの初期位置に対する
変位量をｙとし、定数をＡ、Ｌとしたとき、初期位置と
変形後の位置との間で、次の（２）式が成り立つことが
好ましい。

【０１１２】

【数２】

【０１１３】この（２）式で表される形状はガウシャン
形状と称される形状であり、最も変位効率が高くなる。
したがって、振動板の変形状態がガウシャン形状又は略
ガウシャン形状になるように、電極の配置位置を決定す
ることで、より効率的な滴吐出を行うことができる。こ
れは、特に、第６実施形態や第７実施形態のように振動
板全体に電極を設けて、且つ、各電極を同じタイミング
で駆動して振動板を変形させるような場合の電極配置に
有効である。

【０１１４】以上の各実施形態の結果より、電極構成と
しては、静電引力の発生により対向した電極が近づく構
成と離れる構成の２種類もしくはそのうちの一方を採用
し、電極の配置面は振動板両面もしくは片面を考えた場
合、さまざまな電極配置、組み合わせが考えられるが、
変位量を効率的に大きくするためには、本発明で示した
ようにパラメータＬの振動板短辺幅に対する比率を１５
％以上３５％以下とすることに留意して電極を配置すれ
ば効果的であることが分かる。

【０１１５】次に、第８実施形態に係るインクジェット
ヘッドについて図２６を参照して説明する。なお、同図
は同ヘッドの振動板短手方向に沿う断面説明図である。
この実施形態においては、電極１４と同一材料の層又は
構造体であるスペーサ２８を振動板１０以外の領域で電
極１４を形成する面と略同一平面に形成している。この
スペーサ２８は電極１４と同時に形成することができ、
振動板領域以外の電極材料を除去しないことで形成する
ことができる。

【０１１６】このようなスペーサ２８を設けることによ
り第１基板１を第２基板２に接合する前の工程におい
て、微小な構造体である電極１４を保護することがで
き、製造工程においてウェハ搬送や、プロセス中におけ
る電極１４の破損による不良を低減することができる。

【０１１７】次に、上述した第８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２７乃至図２９を
参照して説明する。ここでは、電極１４を単結晶シリコ
ンで形成している。また、振動板１０は、高濃度ｐ型不
純物層、例えば高濃度ボロン拡散層であって、高濃度ｐ
型不純物層は所望の振動板厚と同じだけの厚さ、ここで
は１μｍを有している。

【０１１８】すなわち、図２７（ａ）に示すように第１
基板１となる（１１０）を面方位とする厚さ４００μm
のシリコン基板４１にイオン注入法によりボロンを拡散
し、高濃度ボロン拡散層４２を形成する。ここでは、深
さ１μｍの高濃度ボロン拡散層４２を形成した。高濃度
ボロン拡散層４２の表面にはシリコンとボロンの化合物
層が形成されるが、この層を除去するためには、化合物
層を熱酸化し、フッ酸系エッチング液によりエッチング
することによって除去できる。シリコンの拡散した面は
面荒れが生じ、後の直接接合で強固な接合が得られない
ことがある。そのために拡散面をポリッシュして平滑な
面を形成しておく。なお、第１基板１となる基板として
は、（１１０）面方位のシリコン基板に代えて、（１０
０）面方位のシリコン基板を用いても良い。

【０１１９】次いで、同図（ｂ）に示すように化合物層
を除去しポリッシュした後に９００℃／５分のウェット
酸化により絶縁膜１１となる熱酸化膜４３を５０ｎｍ厚
みで形成する。ここで、酸化膜の成膜方法としては、プ
ラズマＣＶＤ、スパッタ、ＨＴＯ、ＴＥＯＳなどがある
が、絶縁耐圧、欠陥、残留電荷、耐久性などの点で熱酸
化膜が好ましい。

【０１２０】そして、同図（ｃ）に示すように、電極１
４を形成するための別のシリコン基板４４を用意し、こ
のシリコン基板４４をシリコン基板４１の高濃度ボロン
拡散層４２側に直接接合する。ここでは、シリコン基板
４４として（１００）面方位のシリコンウェハを用い
た。表面性の良いシリコンウェハを貼り合わせ高温加熱
することによって２枚のウェハは強固に接合される。こ
こでは１０００℃／２時間の加熱処理をした。

【０１２１】その後、同図（ｄ）に示すように、シリコ
ン基板４４を所望の電極１４の長さ（高さ）となる厚さ
２０μｍまで研磨する。

【０１２２】次いで、図２８（ａ）に示すように、フォ
トリソにより研磨したシリコン基板４４上にレジストパ
ターンを形成し、ドライエッチングによりシリコン基板
４４を間隔０．５μｍ、幅０．５μｍの線幅でエッチン
グし電極１４を形成するとともに、スペーサ２８を形成
する。電極１４の形状は、例えば図４のように櫛の歯形
状となっている。エッチングは酸化膜４３がストップ層
となる。非常に深い溝を細くエッチングする必要がある
のでドライエッチングはＩＣＰが有効である。

【０１２３】そして、同図（ｂ）に示すようにＬＰ−Ｃ
ＶＤで水酸化カリウムエッチングのマスクとなるシリコ
ン窒化膜４６を形成する。その後、同図（ｃ）に示すよ
うに、シリコン窒化膜４６上に吐出室６や共通液室８な
どの形状のレジストパターンを得て、レジストの開口部
のシリコン窒化膜４６と酸化膜４３をドライエッチによ
りエッチング除去し、レジストを除去する。

【０１２４】その後、図２９（ａ）に示すように、例え
ば８０℃の２５ｗｔ％の水酸化カリウム水溶液でシリコ
ン窒化膜４６および酸化膜４３の開口部からシリコン基
板４１を高濃度ボロン拡散層４２に達する直前（残り１
０μｍ程度）まで、エッチングを行う。次に、エッチン
グ液をＩＰＡを過飽和状態にした８０℃の３０ｗｔ％の
水酸化カリウム水溶液に変え、エッチングを継続して、
高濃度ボロン拡散層４２に達するとエッチングは自発的
に停止する。

【０１２５】ここで、２５ｗｔ％の水酸化カリウム水溶
液ではエッチレートが大きく、また安定したエッチング
が得られる。またＩＰＡ添加３０ｗｔ％の水酸化カリウ
ム水溶液ではシリコン基板と高濃度ボロン層のエッチン
グ選択比が大きく、精度よくエッチングストップができ
る。ＩＰＡは沸点が低く熱を加えると蒸発が激しいの
で、蒸気を冷却して液化しエッチング槽に戻してやる環
流装置を付けるのが好ましい。高濃度ボロン拡散層のエ
ッチング選択比を大きくできるエッチング液としてはＩ
ＰＡ添加の水酸化カリウム以外では、３wt％〜１０wt％
程度の低濃度の水酸化カリウム水溶液やＥＤＰなどでも
良い。

【０１２６】その後、同図（ｂ）に示すように、シリコ
ン窒化膜４６は熱リン酸、フッ酸などによって、熱酸化
膜４３をフッ酸などで除去して、吐出室６及び吐出室６
の底壁をなす１μｍの厚さのシリコンの振動板１０を形
成する。

【０１２７】ここでは、電極１４を単結晶シリコンで形
成しているので、ウェハ貼り合わせ後の研磨により電極
１４の厚さ（長さ）を決めることができ、成膜では不可
能な厚さの厚い電極を形成することができる。電極が厚
い（高さが高い）と小さな力で振動板を変形させること
ができ、低電圧で駆動することが可能となる。また、貼
り合わせたシリコンウェハ４４の電極として用いていな
い領域を利用して、液滴吐出ヘッドの駆動回路を集積化
することも可能である。シリコンウェハ４４は半導体素
子形成に用いるものそのものなので駆動回路を形成する
のに好適である。

【０１２８】また、高濃度ボロン拡散層の形成にはイオ
ン注入のほかに固体拡散、塗布拡散やボロンをドープし
たエピタキシャル層によっても形成することもできる。
イオン注入では浅い拡散層を精度良く形成することがで
きるので、薄い振動板を形成するのに好適である。ま
た、エピタキシャル層では、シリコン基板の上にボロン
をドープした層を成長させるので、固体拡散、イオン注
入、塗布拡散に比べ、高濃度ボロン領域の境界が明確に
なり、急峻なエッチングストップを実現できより精度の
良い振動板を形成することができる。

【０１２９】さらに、高濃度ボロンストップ以外には、
Ｐ型シリコン基板にＮ型層あるいはＮ型シリコン基板の
Ｐ型層を形成して電気化学エッチングストップを行う方
法などを用いることもできる。

【０１３０】また、上述したように電極１４に単結晶シ
リコン或いはポリシリコンなどの半導体を用いた場合に
は、高周波数駆動、多チャンネル駆動を行うと電極の電
気抵抗値が問題となることがある。この場合には、ｎ型
又はｐ型の伝導型を有する不純物原子、例えばｎ型であ
ればリン、砒素、ｐ型であればボロンやアンチモン等を
導入することが好ましい。

【０１３１】次に、本発明に係るインクカートリッジに
ついて図３０を参照して説明する。このインクカートリ
ッジ１００は、ノズル孔１０１等を有する上記各実施形
態のいずれかのインクジェットヘッド１０１と、このイ
ンクジェットヘッド１０１に対してインクを供給するイ
ンクタンク１０２とを一体化したものである。

【０１３２】このようにインクタンク一体型のヘッドの
場合、ヘッドの低コスト化、信頼性は、ただちにインク
カートリッジ全体の低コスト化、信頼性につながるの
で、上述したように低コスト化、高信頼性化、製造不良
低減することで、インクカートリッジの歩留まり、信頼
性が向上し、ヘッド一体型インクカートリッジの低コス
ト化を図れる。

【０１３３】次に、本発明に係るインクジェットヘッド
又はインクカートリッジを搭載したインクジェット記録
装置の一例について図３１及び図３２を参照して説明す
る。なお、図３１は同記録装置の斜視説明図、図３２は
同記録装置の機構部の側面説明図である。

【０１３４】このインクジェット記録装置は、記録装置
本体１１１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１１
２等を収納し、装置本体１１１の下方部には前方側から
多数枚の用紙１１３を積載可能な給紙カセット（或いは
給紙トレイでもよい。）１１４を抜き差し自在に装着す
ることができ、また、用紙１１３を手差しで給紙するた
めの手差しトレイ１１５を開倒することができ、給紙カ
セット１１４或いは手差しトレイ１１５から給送される
用紙１１３を取り込み、印字機構部１１２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１
１６に排紙する。

【０１３５】印字機構部１１２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１２１と
従ガイドロッド１２２とでキャリッジ１２３を主走査方
向（図３２で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、この
キャリッジ１２３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１２４を複数のインク吐出口
を主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方
向を下方に向けて装着している。またキャリッジ１２３
にはヘッド１２４に各色のインクを供給するための各イ
ンクカートリッジ１２５を交換可能に装着している。な
お、本発明に係るヘッド一体型のインクカートリッジを
搭載するようにすることもできる。

【０１３６】インクカートリッジ１２５は上方に大気と
連通する大気口、下方にはインクジェットヘッドへイン
クを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多
孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジ
ェットヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持
している。

【０１３７】また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘ
ッド１２４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。

【０１３８】ここで、キャリッジ１２３は後方側（用紙
搬送方向下流側）を主ガイドロッド１２１に摺動自在に
嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッ
ド１２２に摺動自在に載置している。そして、このキャ
リッジ１２３を主走査方向に移動走査するため、主走査
モータ１２７で回転駆動される駆動プーリ１２８と従動
プーリ１２９との間にタイミングベルト１３０を張装
し、このタイミングベルト１３０をキャリッジ１２３に
固定しており、主走査モーター１２７の正逆回転により
キャリッジ１２３が往復駆動される。

【０１３９】一方、給紙カセット１１４にセットした用
紙１１３をヘッド１２４の下方側に搬送するために、給
紙カセット１１４から用紙１１３を分離給装する給紙ロ
ーラ１３１及びフリクションパッド１３２と、用紙１１
３を案内するガイド部材１３３と、給紙された用紙１１
３を反転させて搬送する搬送ローラ１３４と、この搬送
ローラ１３４の周面に押し付けられる搬送コロ１３５及
び搬送ローラ１３４からの用紙１１３の送り出し角度を
規定する先端コロ１３６とを設けている。搬送ローラ１
３４は副走査モータ１３７によってギヤ列を介して回転
駆動される。

【０１４０】そして、キャリッジ１２３の主走査方向の
移動範囲に対応して搬送ローラ１３４から送り出された
用紙１１３を記録ヘッド１２４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１３９を設けている。こ
の印写受け部材１３９の用紙搬送方向下流側には、用紙
１１３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送
コロ１４１、拍車１４２を設け、さらに用紙１１３を排
紙トレイ１１６に送り出す排紙ローラ１４３及び拍車１
４４と、排紙経路を形成するガイド部材１４５，１４６
とを配設している。

【０１４１】記録時には、キャリッジ１２３を移動させ
ながら画像信号に応じて記録ヘッド１２４を駆動するこ
とにより、停止している用紙１１３にインクを吐出して
１行分を記録し、用紙１１３を所定量搬送後次の行の記
録を行う。記録終了信号または、用紙１１３の後端が記
録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を
終了させ用紙１１３を排紙する。この場合、ヘッド１２
４を構成する本発明に係るインクジェットヘッドはイン
ク滴噴射の制御性が向上し、特性変動が抑制されている
ので、安定して高い画像品質の画像を記録することがで
きる。

【０１４２】また、キャリッジ１２３の移動方向右端側
の記録領域を外れた位置には、ヘッド１２４の吐出不良
を回復するための回復装置１４７を配置している。回復
装置１４７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手
段を有している。キャリッジ１２３は印字待機中にはこ
の回復装置１４７側に移動されてキャッピング手段でヘ
ッド１２４をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に
保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。
また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出す
ることにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、
安定した吐出性能を維持する。

【０１４３】吐出不良が発生した場合等には、キャッピ
ング手段でヘッド１２４の吐出口（ノズル）を密封し、
チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに
気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等
はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復され
る。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された
廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のイ
ンク吸収体に吸収保持される。

【０１４４】このように、このインクジェット記録装置
においては本発明を実施したインクジェットヘッド又は
インクカートリッジを搭載しているので、滴吐出効率が
高く、安定したインク滴吐出特性が得られて、画像品質
が向上する。また、低電圧で駆動できるヘッドを搭載す
るので、インクジェット記録装置全体の消費電力も低減
できる。

【０１４５】次に、本発明に係るマイクロポンプについ
て図３３を参照して説明する。なお、同図は同マイクロ
ポンプの要部断面説明図である。このマイクロポンプ
は、流路基板２０１と保護基板２０２とを重ねて接合し
た積層構造となっており、流路基板２０１には流体が流
れる流路２０３を形成するとともに、流路２０３の一壁
面を形成する変形可能な可動板２０４（ヘッドの振動板
に相当する。）を設け、可動板２０４の保護基板２０２
と接合固定しない部分は可動部分２０５となっている。

【０１４６】そして、可動部分２０５には絶縁膜２０６
を介して外面側に、前記インクジェットヘッドと同様
に、複数の電極２０７を所定の間隔を置いて設け、可動
部分２０５と電極２０７で本発明に係るマイクロアクチ
ュエータを構成している。なお、電極の配置構成、材料
等は前述したヘッドの実施形態と同様である（ただし、
流路内に電極を配置する構成は好ましくない。）。保護
基板２０２は前記ヘッドの第２基板２と同様な機能を有
するものであり、電極２０７を配置するための凹部２０
８を形成している。ここでは、保護基板２０２は平板板
基板にスペーサ部２０９を設けることで凹部２０８を形
成している。

【０１４７】このマイクロポンプの動作原理を説明する
と、前述したように複数の電極２０７に対して１つおき
にパルス電位を与えることによって電極２０７間で静電
吸引力が生じるので、可動部分２０５が流路２０３側に
変形する。ここで、可動部分２０５を図中右側から順次
駆動することによって流路２０３内の流体は、矢印方向
へ流れが生じ、流体の輸送が可能となる。

【０１４８】この場合、本発明に係るマイクロアクチュ
エータを備えることで、可動部分の変位効率が向上し、
振動板の撓み量を大きくできるので、マイクロポンプの
性能が大きく向上する。なお、この実施形態では可動部
分を複数設けた例を示したが、可動部分は１つでも良
い。また、輸送効率を上げるために、可動部分間に１又
は複数の弁、例えば逆止弁などを設けることもできる。

【０１４９】次に、本発明に係る光学デバイスの実施形
態について図３４を参照して説明する。なお、同図は同
デバイスの概略構成図である。この光学デバイスは、変
形可能なミラー３０１と保護基板３０２とを重ねて接合
しており、ミラー３０１の保護基板３０２と接合固定し
ない部分は可動部分３０５となっている。そして、可動
部分３０５には絶縁膜３０６を介して外面側に複数の電
極３０７を所定の間隔を置いて設けている。これらの可
動部分３０５と電極３０７で本発明に係るマイクロアク
チュエータを構成している。なお、電極の配置構成、材
料等は前述したヘッドの実施形態と同様である（ただ
し、ミラー面に電極を配置する構成は採り得ない。）。

【０１５０】保護基板３０２は前記ヘッドの第２基板２
と同様な機能を有するものであり、電極３０７を配置す
るための凹部３０８を形成している。ここでは、保護基
板３０２は平板板基板にスペーサ部３０９を設けること
で凹部３０８を形成している。なお、ミラー３０１表面
は反射率を増加させるため誘電体多層膜や金属膜を形成
すると良い。

【０１５１】この光学デバイスの原理を説明すると、ミ
ラー３０１の可動部分３０５に設けた複数の電極３０７
に対して１つおきにパルス電位を与えることによって、
電極３０７間で静電吸引力が生じるので、可動部分３０
５が凸状に変形して凸面ミラーとなる。したがって、光
源３１０からの光がレンズ３１１を介してミラー３０１
に照射した場合、ミラー３０１を駆動しないときには、
光は入射角と同じ角度で反射するが、ミラー３０１を可
動部分３０５を駆動した場合はその可動部分３０５が凸
面ミラーとなるので反射光は発散光となる。これにより
光変調デバイスが実現できる。

【０１５２】そして、本発明のマイクロアクチュエータ
を備えることで可動部分の変位効率が向上し、可動部分
の撓み量を大きくできるので、光学ミラーの性能を大き
く向上させることができる。

【０１５３】そこで、この光学デバイスを応用した例を
図３５及び図３６をも参照して説明する。この例は、上
述した光学デバイスを２次元に配列し、各ミラーの可動
部分３０５を独立して駆動するようにしたものである。
なお、ここでは、４×４の配列を示しているが、これ以
上配列することも可能である。また、１つの可動部分３
０５において電極３０７は格子状に分割し、可動部分３
０５が２軸で変形するようにしている（前記ヘッド、マ
イクロアクチュエータ等においても同様の構成を採用す
ることができる。）。

【０１５４】したがって、前述した図３４と同様に、光
源３１０からの光はレンズ３１１を介してミラー３０１
に照射され、ミラー３０１を駆動していないところに入
射した光は、投影用レンズ３１２へ入射する。一方、電
極３０７に電圧を印加してミラー３０１の可動部分３０
５を変形させているところは凸面ミラーとなるので光は
発散し投影用レンズ３１２にほとんど入射しない。この
投影用レンズ３１２に入射した光はスクリーン（図示し
ない）などに投影され、スクリーンに画像を表示するこ
とができる。

【０１５５】これらのマイクロポンプや光学デバイスの
実施形態においては、上記各実施形態に係るインクジェ
ットヘッドと同様な構成のアクチュエータを用いること
ができる。

【０１５６】なお、上記実施形態においては、液滴吐出
ヘッドとしてインクジェットヘッドに適用した例で説明
したが、インクジェットヘッド以外の液滴吐出ヘッドと
して、例えば、液体レジストを液滴として吐出する液滴
吐出ヘッド、ＤＮＡの試料を液滴として吐出する液滴吐
出ヘッドなどの他の液滴吐出ヘッドにも適用できる。ま
た、マイクロアクチュエータは、マイクロポンプ、光学
デバイス（光変調デバイス）以外にも、マイクロスイッ
チ（マイクロリレー）、マルチ光学レンズのアクチュエ
ータ（光スイッチ）、マイクロ流量計、圧力センサなど
にも適用することができる。

【０１５７】

【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、振動板には短辺方向端部から少な
くとも短辺長比で３５％以上の領域に電気的に互いに絶
縁分離された導電性を有する構造体からなる複数の電極
を設け、電極間に静電力を発生させることによって振動
板を変形させるので、低コストで、振動板の変位量が大
きく、滴吐出効率が高くて、低電圧駆動が可能で、高画
質記録を行なうことができるヘッドが得られる。

【０１５８】ここで、振動板には短辺方向端部から少な
くとも短辺長比で１５％未満の領域に電極が存在しない
ことで、より振動板の変位量を大きくすることができ
る。

【０１５９】本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、振
動板には短辺方向端部から少なくとも短辺長比で１５％
以下の領域に電気的に互いに絶縁分離された導電性を有
する構造体からなる複数の電極を設け、電極間に静電力
を発生させることによって振動板を変形させるので、低
コストで、振動板の変位量が大きく、滴吐出効率が高く
て、低電圧駆動が可能で、高画質記録を行なうことがで
きるヘッドが得られる。

【０１６０】ここで、振動板には振動板短辺方向端部か
ら少なくとも短辺長比で３５％以上の領域に電極が存在
しないことで、より振動板の変位量を大きくすることが
できる。

【０１６１】本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、振
動板には電気的に互いに絶縁分離された導電性を有する
構造体からなる複数の電極を設け、各電極のうちの振動
板の短辺方向端部から少なくとも短辺長比で３５％以上
の領域に存在する電極群と、各電極のうちの振動板の短
辺方向端部から少なくとも短辺長比で１５％以下の領域
に存在する電極群とを電気的に独立駆動可能とし、各電
極群の電極間に静電力を発生させることによって振動板
を変形させるので、低コストで、振動板の変位量が大き
く、滴吐出効率が高くて、低電圧駆動が可能で、高画質
記録を行なうことができ、しかも、簡単な構成で、引き
打ち−押し打ち方式で駆動することができて、より滴吐
出効率を向上することができる。

【０１６２】本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、振
動板の一方の面には短辺方向端部から少なくとも短辺長
比で３５％以上の領域に電気的に互いに絶縁分離された
導電性を有する構造体からなる複数の電極を設け、振動
板の他方の面には短辺方向端部から少なくとも短辺長比
で１５％以下の領域に電気的に互いに絶縁分離された導
電性を有する構造体からなる複数の電極を設け、電極間
に静電力を発生させることによって振動板を変形させる
ので、低コストで、振動板の変位量が大きく、滴吐出効
率が高くて、低電圧駆動が可能で、高画質記録を行なう
ことができる。

【０１６３】これらの本発明に係る液滴吐出ヘッドのう
ち、振動板の短辺方向端部から少なくとも短辺長比で１
５％以下の領域に電極を設けるヘッドにおいては、振動
板に設けられた電極に所定の間隔をおいて対向する固定
電極を固定部に設けることで、効率的な駆動を行なうこ
とができる。

【０１６４】上記各本発明に係る液滴吐出ヘッドにおい
ては、電極は振動板が略ガウシャン形状に近似する形状
に変形するように配置されていることで、より効率的な
滴吐出特性を得ることができる。また、電極は振動板短
辺方向で振動板側基部が自由端部よりも狭い構造とする
ことで、振動板の変形可能領域を確保しつつ静電力を大
きくすることができる。さらに、振動板に設けた複数の
電極は、静電力の方向と電極の変位方向が逆方向である
ものとすることで、振動板の同一面に電極を配置しつつ
振動板の撓み量をより大きくすることができる。

【０１６５】本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、振
動板には電気的に互いに絶縁分離された導電性を有する
構造体からなる複数の電極を設け、各電極のうちの振動
板の短辺方向端部から少なくとも短辺長比で３５％以上
の領域に存在する電極群の電極構造と、各電極のうちの
振動板の短辺方向端部から少なくとも短辺長比で１５％
以下の領域に存在する電極群の電極構造とが異なり、各
電極群の電極間に静電力を発生させることによって振動
板を変形させるので、低コストで、振動板の変位量が大
きく、滴吐出効率が高くて、低電圧駆動が可能で、高画
質記録を行なうことができ、しかも振動板の同一面に電
極を配置しつつ振動板の撓み量をより大きくすることが
できる。

【０１６６】上記各本発明に係る液滴吐出ヘッドにおい
ては、振動板は単層又は複層の絶縁性薄膜、或いはシリ
コンと電極側に形成した絶縁性薄膜との積層構造とする
ことで、電極から振動板へのリークを防止できて、より
駆動効率を高めることができる。

【０１６７】本発明に係るインクカートリッジによれ
ば、インク滴を吐出する本発明に係る液滴吐出ヘッドと
この液滴吐出ヘッドにインクを供給するインクタンクを
一体化したので、低コストで、振動板の変位量が大き
く、滴吐出効率が高くて、低電圧駆動が可能で、高画質
記録を行なうことができるようになる。

【０１６８】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本発明に係る液滴吐出ヘッド
或いは本発明に係るインクカートリッジを塔載したの
で、低コストで、低電圧駆動が可能で、高画質記録を行
なうことができる。

【０１６９】本発明に係るマイクロアクチュエータによ
れば、可動部分を変形させるマイクロアクチュエータで
あって、可動部分には短辺方向端部から少なくとも短辺
長比で３５％以上の領域に電気的に互いに絶縁分離され
た導電性を有する構造体からなる複数の電極を設け、電
極間に静電力を発生させることによって可動部分を変形
させるので、低コストで、可動部分の変位量が大きく、
駆動効率が高くて、低電圧駆動が可能なアクチュエータ
が得られる。ここで、可動部分には短辺方向端部から少
なくとも短辺長比で１５％以下の領域に上記短辺長比で
３５％以上の領域に設けた電極と同時に駆動される電極
が存在しないことで、より駆動効率が向上する。

【０１７０】本発明に係るマイクロアクチュエータによ
れば、可動部分を変形させるマイクロアクチュエータで
あって、可動部分には短辺方向端部から少なくとも短辺
長比で１５％以下の領域に電気的に互いに絶縁分離され
た導電性を有する構造体からなる複数の電極を設け、電
極間に静電力を発生させることによって可動部分を変形
させるので、低コストで、可動部分の変位量が大きく、
駆動効率が高くて、低電圧駆動が可能なアクチュエータ
が得られる。ここで、可動部分には振動板短辺方向端部
から少なくとも短辺長比で３５％以上の領域に上記短辺
長比で１５％以下の領域に設けた電極と同時に駆動され
る電極が存在しないことで、より駆動効率が向上する。

【０１７１】本発明に係るマイクロポンプによれば、可
動部分の変形によって液体を輸送するマイクロポンプで
あって、本発明に係るマイクロアクチュエータを備えた
ので、可動部分の撓み量が増加して、ポンプ性能が向上
する。

【０１７２】本発明に係る光学デバイスによれば、可動
部分に形成したミラーの変位によって光の反射方向を変
化させる光学デバイスであって、本発明に係るマイクロ
アクチュエータを備えたので、可動部分の撓み量が増加
して、ミラー性能が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液滴吐出ヘッドの第１実施形態に係る
インクジェットヘッドの分解斜視説明図

【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説明
図

【図４】同ヘッドの電極配置パターンを説明する平面説
明図

【図５】同ヘッドの電極の他の例を説明する断面説明図

【図６】同ヘッドの作用説明に供する要部拡大断面説明
図

【図７】同第２実施形態に係るインクジェットヘッドの
振動板短手方向に沿う要部断面説明図

【図８】同第３実施形態に係るインクジェットヘッドの
振動板短手方向に沿う要部断面説明図

【図９】矩形状振動板の撓みの説明に供する説明図

【図１０】第１乃至第３実施形態のヘッドの電極配置構
成の説明に供する説明図

【図１１】第１乃至第４実施形態のヘッドの作用説明に
供するシュミレーションに用いた電極配置構成の説明図

【図１２】同第４実施形態に係るインクジェットヘッド
の振動板短手方向に沿う要部断面説明図

【図１３】同ヘッドの作用説明に供する要部拡大断面説
明図

【図１４】第２実施形態のヘッドの電極配置構成の説明
に供する説明図

【図１５】第２実施形態のヘッドの作用説明に供するシ
ュミレーションに用いた電極配置構成の説明図

【図１６】シュミレーション結果をグラフ化して示す説
明図

【図１７】電極幅の説明に供するシュミレーションに用
いた電極配置構成の説明図

【図１８】シュミレーション結果をグラフ化して示す説
明図

【図１９】同第５実施形態に係るインクジェットヘッド
の振動板短手方向に沿う要部断面説明図

【図２０】第５実施形態のヘッドの電極配置構成の説明
に供する説明図

【図２１】同第６実施形態に係るインクジェットヘッド
の振動板短手方向に沿う要部断面説明図

【図２２】第６実施形態のヘッドの電極配置構成の説明
に供する説明図

【図２３】第６実施形態のヘッドの作用説明に供するシ
ュミレーションに用いた電極配置構成の説明図

【図２４】電極構成の更に他の例を説明する斜視説明図

【図２５】同第７実施形態に係るインクジェットヘッド
の電極配置構成の説明に供する説明図

【図２６】同第８実施形態に係るインクジェットヘッド
の振動板短手方向に沿う要部断面説明図

【図２７】同実施形態に係るインクジェットヘッドの製
造工程の一例を説明する説明図

【図２８】図２７に続く工程を説明する説明図

【図２９】図２８に続く工程を説明する説明図

【図３０】本発明に係るインクカートリッジの説明に供
する斜視説明図

【図３１】本発明に係るインクジェット記録装置の一例
を説明する斜視説明図

【図３２】同記録装置の機構部の説明図

【図３３】本発明に係るマイクロポンプの実施形態を説
明する断面説明図

【図３４】本発明に係る光学デバイスの実施形態を説明
する断面説明図

【図３５】同光学デバイスを用いた光変調デバイスの一
例を説明する斜視説明図

【図３６】同光変調デバイスの要部斜視説明図

【符号の説明】 １…第１基板、２…第２基板、３…ノズル板、４…ノズ
ル孔、６…吐出室、７…流体抵抗部、８…共通液室、１
０…振動板、１４…電極、１４Ａ……固定電極、１００
…インクカートリッジ、２０１…流路基板、２０３…流
路、２０５…可動部分、２０７…電極、３０１…ミラ
ー、３０５…可動部分、３０７…電極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋本 憲一郎 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 安住 純一 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 入野田 貢 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 Ｆターム(参考） 2C057 AF54 AF93 AG53 AG54 AG55 AG70 AP31 AP56 AQ02 BA04 BA14 BA15

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液滴を吐出する単一又は複数のノズル孔
   と、前記ノズル孔のそれぞれに連通する吐出室と、前記
   吐出室の少なくとも一方の壁を構成する振動板とを備
   え、前記振動板を変形させることによって液に圧力を加
   え液滴を吐出する液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板
   には短辺方向端部から少なくとも短辺長比で３５％以上
   の領域に電気的に互いに絶縁分離された導電性を有する
   構造体からなる複数の電極を設け、前記電極間に静電力
   を発生させることによって前記振動板を変形させること
   を特徴とする液滴吐出ヘッド。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の液滴吐出ヘッドにおい
   て、前記振動板には短辺方向端部から少なくとも短辺長
   比で１５％未満の領域に前記電極が存在しないことを特
   徴とする液滴吐出ヘッド。
3. 【請求項３】 液滴を吐出する単一又は複数のノズル孔
   と、前記ノズル孔のそれぞれに連通する吐出室と、前記
   吐出室の少なくとも一方の壁を構成する振動板とを備
   え、前記振動板を変形させることによって液に圧力を加
   え液滴を吐出する液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板
   には短辺方向端部から少なくとも短辺長比で１５％以下
   の領域に電気的に互いに絶縁分離された導電性を有する
   構造体からなる複数の電極を設け、前記電極間に静電力
   を発生させることによって前記振動板を変形させること
   を特徴とする液滴吐出ヘッド。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の液滴吐出ヘッドにおい
   て、前記振動板には振動板短辺方向端部から少なくとも
   短辺長比で３５％以上の領域に前記電極が存在しないこ
   とを特徴とする液滴吐出ヘッド。
5. 【請求項５】 液滴を吐出する単一又は複数のノズル孔
   と、前記ノズル孔のそれぞれに連通する吐出室と、前記
   吐出室の少なくとも一方の壁を構成する振動板とを備
   え、前記振動板を変形させることによって液に圧力を加
   え液滴を吐出する液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板
   には電気的に互いに絶縁分離された導電性を有する構造
   体からなる複数の電極を設け、各電極のうちの前記振動
   板の短辺方向端部から少なくとも短辺長比で３５％以上
   の領域に存在する電極群と、各電極のうちの前記振動板
   の短辺方向端部から少なくとも短辺長比で１５％以下の
   領域に存在する電極群とを電気的に独立駆動可能とし、
   各電極群の前記電極間に静電力を発生させることによっ
   て前記振動板を変形させることを特徴とする液滴吐出ヘ
   ッド。
6. 【請求項６】 液滴を吐出する単一又は複数のノズル孔
   と、前記ノズル孔のそれぞれに連通する吐出室と、前記
   吐出室の少なくとも一方の壁を構成する振動板とを備
   え、前記振動板を変形させることによって液に圧力を加
   え液滴を吐出する液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板
   の一方の面には短辺方向端部から少なくとも短辺長比で
   ３５％以上の領域に電気的に互いに絶縁分離された導電
   性を有する構造体からなる複数の電極を設け、前記振動
   板の他方の面には短辺方向端部から少なくとも短辺長比
   で１５％以下の領域に電気的に互いに絶縁分離された導
   電性を有する構造体からなる複数の電極を設け、前記電
   極間に静電力を発生させることによって前記振動板を変
   形させることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
7. 【請求項７】 請求項３乃至６のいずれかに記載の液滴
   吐出ヘッドにおいて、前記振動板に設けられた電極に所
   定の間隔をおいて対向する固定電極を固定部に設けたこ
   とを特徴とする液滴吐出ヘッド。
8. 【請求項８】 請求項１乃至７のいずれかに記載の液滴
   吐出ヘッドにおいて、前記電極は前記振動板が略ガウシ
   ャン形状に近似する形状に変形するように配置されてい
   ることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
9. 【請求項９】 請求項１乃至８のいずれかに記載の液滴
   吐出ヘッドにおいて、前記電極は振動板短辺方向で振動
   板側基部が自由端部よりも狭いことを特徴とする液滴吐
   出ヘッド。
10. 【請求項１０】 請求項１乃至９のいずれかに記載の液
    滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板に設けた複数の電極
    は、静電力の方向と電極の変位方向が逆方向であること
    を特徴とする液滴吐出ヘッド。
11. 【請求項１１】 液滴を吐出する単一又は複数のノズル
    孔と、前記ノズル孔のそれぞれに連通する吐出室と、前
    記吐出室の少なくとも一方の壁を構成する振動板とを備
    え、前記振動板を変形させることによって液に圧力を加
    え液滴を吐出する液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板
    には電気的に互いに絶縁分離された導電性を有する構造
    体からなる複数の電極を設け、各電極のうちの前記振動
    板の短辺方向端部から少なくとも短辺長比で３５％以上
    の領域に存在する電極群の電極構造と、各電極のうちの
    前記振動板の短辺方向端部から少なくとも短辺長比で１
    ５％以下の領域に存在する電極群の電極構造とが異な
    り、各電極群の前記電極間に静電力を発生させることに
    よって前記振動板を変形させることを特徴とする液滴吐
    出ヘッド。
12. 【請求項１２】 請求項１乃至１１のいずれかに記載の
    液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板は単層又は複層の
    絶縁性薄膜、或いはシリコンと電極側に形成した絶縁性
    薄膜との積層構造であることを特徴とする液滴吐出ヘッ
    ド。
13. 【請求項１３】 インク滴を吐出する液滴吐出ヘッドと
    この液滴吐出ヘッドにインクを供給するインクタンクを
    一体化したインクカートリッジにおいて、前記液滴吐出
    ヘッドが請求項１乃至１２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カートリッジ。
14. 【請求項１４】 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請求項１乃至１２のいずれかに
    記載の液滴吐出ヘッド又は請求項１３に記載のインクカ
    ートリッジであることを特徴とするインクジェット記録
    装置。
15. 【請求項１５】 可動部分を変形させるマイクロアクチ
    ュエータであって、前記可動部分には短辺方向端部から
    少なくとも短辺長比で３５％以上の領域に電気的に互い
    に絶縁分離された導電性を有する構造体からなる複数の
    電極を設け、前記電極間に静電力を発生させることによ
    って前記可動部分を変形させることを特徴とするマイク
    ロアクチュエータ。
16. 【請求項１６】 請求項１５に記載のマイクロアクチュ
    エータにおいて、前記可動部分には短辺方向端部から少
    なくとも短辺長比で１５％以下の領域に前記短辺長比で
    ３５％以上の領域に設けた電極と同時に駆動される前記
    電極が存在しないことを特徴とするマイクロアクチュエ
    ータ。
17. 【請求項１７】 可動部分を変形させるマイクロアクチ
    ュエータであって、前記可動部分には短辺方向端部から
    少なくとも短辺長比で１５％以下の領域に電気的に互い
    に絶縁分離された導電性を有する構造体からなる複数の
    電極を設け、前記電極間に静電力を発生させることによ
    って前記可動部分を変形させることを特徴とするマイク
    ロアクチュエータ。
18. 【請求項１８】 請求項１７に記載のマイクロアクチュ
    エータにおいて、前記可動部分には振動板短辺方向端部
    から少なくとも短辺長比で３５％以上の領域に前記短辺
    長比で１５％以下の領域に設けた電極と同時に駆動され
    る前記電極が存在しないことを特徴とするマイクロアク
    チュエータ。
19. 【請求項１９】 可動部分の変形によって液体を輸送す
    るマイクロポンプであって、前記請求項１５乃至１８の
    いずれかに記載のマイクロアクチュエータを備えている
    ことを特徴とするマイクロポンプ。
20. 【請求項２０】 可動部分に形成したミラーの変位によ
    って光の反射方向を変化させる光学デバイスであって、
    前記請求項１５乃至１８のいずれかに記載のマイクロア
    クチュエータを備えていることを特徴とする光学デバイ
    ス。