JP2003236797A - 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】 低コストで高い動作効率効率が得られない。 【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を設け、電極１
４、１４間に電位差を生じる第１の電位と第２の電位を
与えて静電力を発生させることによって振動板１０を変
形させる。

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は、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。

【０００８】また、特開２０００−１５８０５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。

【０００９】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。

【００１０】また、特開２００１−４７６２４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。

【００１１】

【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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】

【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、この複数の電極のうち
の互いに隣り合う電極に異なる第１の電位と第２の電位
を印加して、互いに隣り合う電極間で静電力を作用させ
て可動部分を変形させるものである。

【００２０】ここで、電極は可動部分に対して長手方向
に平行に配置されていることが好ましい。また、第１の
電位が与えられる電極及び第２の電位が与えられる電極
は、可動部分の領域内では一定の間隔を隔てて略等間隔
に平行に配置され、可動部分の領域外でそれぞれが共通
に接続されていることが好ましい。さらに、第１の電位
が与えられる電極及び第２の電位が与えられる電極は、
可動部分の領域外ではその間隔が少なくとも可動部分の
領域内よりも広くなっていることが好ましい。

【００２１】また、複数の可動部分を有し、第１の電位
が与えられる電極は各ビット単位で共通の電極引出し部
に接続され、第２の電位が与えられる電極も各ビット単
位で共通の電極引出し部に接続され、それぞれの電極引
出し部が各ビット毎に対になって設けられていることが
好ましい。

【００２２】さらに、複数の可動部分を有し、第１の電
位が与えられる電極は各ビット単位で共通の電極引出し
部に接続され、第２の電位が与えられる電極はすべての
ビットで共通の電極引出し部に接続されていることが好
ましい。この場合、第１の電位が与えられる電極の各ビ
ットの電極引出し部と第２の電位が与えられる電極の全
ビットの電極引出し部は、それぞれ略同一形状の電極パ
ッドを有することが好ましい。

【００２３】また、可動部分を形成する部材が導電性材
料で形成され、絶縁膜を介して電極が形成され、第１の
電位が与えられる電極又は第２の電位が与えられる電極
のいずれかは可動部分を形成する部材と電気的に接続さ
れていることが好ましい。

【００２４】さらに、可動部分内に設けた電極と可動部
分外に設けた電極引出し部とが可動部分に接しない空中
架橋部を介して電気的に接続されていることが好まし
い。また、可動部分の領域内に設けた電極と可動部分の
領域外に設けた電極引出し部とが電極材料よりも高弾性
又は低ヤング率の材料を用いて電気的に接続されている
ことが好ましい。さらに、可動部分の領域外に形成され
た電極引出し部の表面に凹部が形成されていることが好
ましい。

【００２５】本発明に係る液滴吐出ヘッドは、振動板を
変形させることによって液滴を吐出する液滴吐出ヘッド
において、振動板を可動部分とする本発明に係るマイク
ロアクチュエータを備えているものである。

【００２６】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。

【００２７】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が本発明に係
る液滴吐出ヘッド又は本発明に係るインクカートリッジ
であるものである。

【００２８】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ている
ものである。

【００２９】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
ュエータを備えているものである。

【００３０】

【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
振動板長手方向に沿う図４のＡ−Ａ線断面に相当する断
面説明図、図３は同ヘッドの振動板短手方向に沿う図４
のＡ−Ａ線断面に相当する断面説明図、図４は同ヘッド
の電極配置を示す平面説明図、図５は同ヘッドの電極配
置の他の例を示す平面説明図である。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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を所定の間隔を置いて設けて
いる。

【００３４】この場合、振動板１０と各電極１４とは絶
縁膜１１を介して電気的に分離される。また、各電極１
４のうちの相隣り合う２つの電極（これを相対的に電極
１４ａ、１４ｂという。）も空隙を介して相互に電気的
に分離される。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。なお、１つの振動板１０（変形可能領
域：可動部分）と複数の電極１４で構成される部分を
「ビット」と称する。

【００３５】ここで、１つの振動板１０について設けた
複数の電極１４は、図４に示すように、振動板の領域
（振動板変形可能領域）内では一定の間隔を隔てて略等
間隔に振動板長手方向に平行に配置している。

【００３６】そして、１つのビットにおいて、第１の電
位が与えられる複数の電極１４（ここでは「電極１４
ａ」とする。）と、第２の電位が与えられる複数の電極
１４（ここでは「電極１４ｂ」とする。）とは、それぞ
れ振動板領域外の領域で共通の電極引出し部１５Ａ、１
５Ｂと接続し、電極引出し部１５Ａは引出し部１６Ａを
通じて、電極引出し部１５Ｂは各ビット間に設けた引出
し部１６Ｂを通じて引き出し、各引出し部１６Ａ、１６
Ｂに設けた電極パッド部１７に、図示しないＦＰＣケー
ブルなどを介して駆動回路（ここでは発信回路で図示）
１８が接続され、駆動回路１８から互いに電位差を生じ
る駆動電圧（異なる第１、第２の電位の電圧）が印加さ
れるようになっている。

【００３７】なお、図４の例では、第２の電位が与えら
れる複数の電極１４ｂについては、各ビット毎に独立し
た電極引出し部１５Ｂおよび引出し部１６Ｂを設けてい
るが、図５の例に示すように、各ビット毎の電極引出し
部１５Ｂ、１５Ｂを相互に接続した上で１つの引出し部
１６Ｂを通じて引き出すようにすることもできる。

【００３８】また、電極１４（電極１４ａ、１４ｂ）
は、図２に示すように、振動板長手方向固定端近傍では
高さを低くした（薄層化した）薄層部１４Ａ、１４Ｂを
形成している。

【００３９】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
さの溝部（凹部）１９を形成している。ただし、必ずし
も振動板１０ごとに溝部１９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。なお、第２基板２を導
電性材料で形成する場合には電極引出し部との間を絶縁
するための絶縁膜を介在して第１基板１と接合する。

【００４０】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。

【００４１】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に駆動回路１８により０〜４０Ｖのパルス電位を印
加すると、パスル電位が印加された（第１の電位が与え
られた）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（第２の電位を与えられた）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。

【００４２】そして、電極１４ａの電位が０Ｖに戻る
と、電極１４ｂとの間に電位差がなくなり、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。

【００４３】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。

【００４４】

【数１】

【００４５】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。

【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、このヘッドにおいては、振動板１
０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】さらに、このヘッドにおいては、上述した
図４或いは図５で説明したように、複数の電極１４を振
動板長手方向に平行に配置している、つまり、電極１４
は振動板長手方向に沿った形状をなし、振動板短手方向
に所定に間隔を置いて配置している。これにより、電極
による振動板変位の阻害要因が低減し、振動板の変位効
率が向上し、低電圧駆動化を図れる。

【００５０】すなわち、各電極１４に所定の電位を与え
て振動板１０を変形させると、その中心部の断面では前
述した図６に示すようにように振動板１０の変形が発生
する。しかしながら、電極１４が形成された部分は振動
板１０を厚くしたのと同じ効果があり、電極１４が形成
された部分は曲がりにくくなるので、可能な限り少ない
電極数で駆動させることが好ましい。また、振動板の短
手方向に電極を配置する場合と長手方向に配置する場合
では、電極間の隙間を広くすると高い印加電圧が必要に
なるため、電極間隔を狭くできることが好ましい。これ
らのことから、電極を振動板長手方向に延設し、短手方
向に沿って平行に配置することで、少ない電極数で電極
間隔を狭小にすることができ、振動板が変形できる領域
を広くとれるので、高い変位効率と低電圧駆動化を図る
ことが可能になる。

【００５１】さらに、このヘッドにおいては、図４又は
図５で説明したように各ビットの電極１４（１４ａ、１
４ｂ）を引き出して振動板領域外に設けた共通の電極引
出し部１５Ａ、１５Ｂに接続している。これによって
も、電極又は電極引出し部による振動板変位の阻害要因
が低減し、振動板の変位効率が向上し、低電圧駆動化を
図れる。

【００５２】すなわち、図７に示すように、特に、電極
引出し部１５Ａ、１５Ｂを振動板領域内に設けた場合
（振動板領域内に電極を束ねる部分が存在する場合）、
電極の振動板１０の長手方向中央部付近では同図のＣ−
Ｃ線に沿う断面説明図である図８（ａ）に示すように振
動板１０は変形するが、振動板１０の長手方向固定端部
付近においては、同じくＤ−Ｄ線に沿う断面説明図であ
る同図（ｂ）に示すように、電極引出し部が振動板１０
の変形を妨げる方向に配置されて電極引出し部が突っ張
り棒のようになってしまうので、電極引出し部によて振
動板変形が抑制され、電極に囲まれた振動板領域の変形
可能領域面積が減少して、充分な駆動ができなくなる。
そこで、複数の電極を接続する電極引出し部を振動板領
域外に配置することで、電極及び電極引出し部による振
動板変形抑制効果を減少し、変形可能領域面積の減少を
防止することができる。

【００５３】さらにまた、このヘッドでは、図３で説明
したように各ビットの電極１４（１４ａ、１４ｂ）を振
動板領域外に設けた共通の電極引出し部１５Ａ、１５Ｂ
に接続するため、振動板１０の長手方向固定端部近傍の
部分では薄層部１４Ａ、１４Ｂを形成している。これに
よっても、電極による振動板変位の阻害要因が低減し、
振動板の変位効率が向上し、低電圧駆動化を図れる。

【００５４】すなわち、前述したように、振動板の電極
を設けた部分は実質的に振動板の厚みが厚くなったのと
同等であり、しかも、振動板の長手方向固定端部近傍で
はもとも振動板が変形しにくく、この固定端部近傍に電
極を設けると一層変形しにくくなる。そこで、振動板の
長手方向固定端部近傍では電極を薄層化することで、振
動板の長手方向固定端部近傍の実質的な厚みの増加を抑
制することができ、電極による振動板の変形阻害を低減
することができる。

【００５５】次に、第２実施形態に係るインクジェット
ヘッドについて図９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２５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２５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。

【００５６】このようなスペーサ２５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。

【００５７】次に、第３実施形態に係るインクジェット
ヘッドについて図１０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２５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するとともに、
このスペーサ２５の厚さを電極１４の厚さよりも厚く形
成している。この場合、第２基板２は平板板基板をその
まま用いることができ凹部を形成する必要がなくなる。

【００５８】このような構造とすることによって第２実
施形態よりもさらに電極１４はスペーサ２５のために接
触して破損することが少なくなり、電極破損による不良
を低減することができる。また、第１基板１の下に保護
基板（第２基板２）を接合する場合、保護基板に凹部を
形成しなくても良いという利点もある。

【００５９】次に、上述した第２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１１及び図１２を
参照して説明する。ここでは、電極１４をポリシリコン
（多結晶シリコン）で形成している。すなわち、図１１
（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のシリコン基板をベース基板
３１とし、酸化膜３２を介して（１００）面方位の厚さ
１μｍのシリコン基板である活性層３３を接合したＳＯ
Ｉ（Silicon on Insulator）ウェハ３０を用意する。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、（１００）面方位のシリコン
基板を用いても良い。

【００６０】そして、同図（ｂ）に示すように、ＳＯＩ
ウエハ３０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３４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。

【００６１】次いで、同図（ｃ）に示すように、表面に
ポリシリコン層３５を５μｍ厚みで成膜し、上面のポリ
シリコン層３５をエッチング除去して、活性層３３側に
熱酸化膜３４を介してポリシリコン層３５を形成する。

【００６２】その後、同図（ｄ）に示すように、フォト
リソによりポリシリコン層３５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ポリシリコン層３５を
間隔１μｍ、０．５μｍの線幅でエッチングして、電極
１４を形成するとともに、スペーサ２５を形成する。こ
のとき、酸化膜３４がエッチングストップ層をなす。電
極１４の配置パターン形状は例えば前述した図４に示す
ように櫛の歯形状となっている。

【００６３】次に、図１２（ａ）に示すように、全体に
ＬＰ−ＣＶＤ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３６を形成する。そして、同図（ｂ）
に示すように、シリコン窒化膜３６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３６と熱酸化膜３４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。

【００６４】そして、同図（ｃ）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３６および酸化膜３４の開口部からベース基板３
１をエッチングする。エッチングが酸化膜３２に達する
と酸化膜３２はほとんどエッチングされないのでエッチ
ングは停止する。この場合、ベース基板３１には（１１
０）面のシリコンウェハを用いているので、水酸化カリ
ウムによる異方性エッチングによって（１１１）面の垂
直壁が形成される。（１１０）面のウェハを用いること
によって垂直壁が得られるので吐出室６を高密度に並べ
ることができる。

【００６５】なお、ここでは水酸化カリウム水溶液を用
いたが、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムヒドロキ
シド溶液）、ＥＤＰ（エチレンジアミンピロカテコー
ル）、水酸化リチウムなどのアルカリ液でも良い。

【００６６】その後、同図（ｄ）に示すように、シリコ
ン窒化膜３６は熱リン酸、フッ酸などによって、熱酸化
膜３４および酸化膜３２の露出している部分をフッ酸な
どで除去して、吐出室６及び吐出室６の底壁をなす１μ
ｍの厚さのシリコンの振動板１０を形成する。

【００６７】このように、電極１４をポリシリコンで形
成することにより、比較的厚い電極１４を容易に形成す
ることができ、また、ドライエッチングにより電極１４
間の細い溝を形成することができる。つまり、電極１４
間の距離（ギャップ）を小さくできるので、前述したよ
うに大きな力を発生することができ、低電圧で駆動する
ことが可能となる。

【００６８】また、ここでは、振動板１０と電極１４の
間の絶縁膜１１に熱酸化膜３４を用いているので、絶縁
性が良く高耐圧なので、信頼性の高い液滴吐出ヘッドが
得られる。ここで、絶縁性を確保するためには、熱酸化
膜３４の厚みとしては５０ｎｍ以上の膜厚が必要であ
る。また、量産工程で現実的に形成できる厚さは１００
０ｎｍ以下である。したがって、熱酸化膜３４の厚さは
５０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内であることが好まし
い。

【００６９】さらに、多数の吐出室６を配列して高速印
字可能な液滴吐出ヘッドを実現する場合、電極１４から
振動板１０へのカップリングが問題となることがある。
そのような場合には熱酸化膜は３００ｎｍ以上の膜厚と
することが好ましい。他方、シリコンの振動板１０が薄
い場合（２μｍ以下の場合）、熱酸化膜の圧縮応力によ
り、振動板１０が座屈するという問題が生じることがあ
る。その場合、熱酸化膜の厚さは薄いほうが良く、８０
０ｎｍ以下とすることが好ましい。したがって、熱酸化
膜３４の膜厚は、より好ましくは、３００ｎｍ〜８００
ｎｍの範囲内である。

【００７０】また、熱酸化膜以外にも絶縁性にすぐれた
シリコン窒化膜を用いることもできる。シリコン窒化膜
も熱酸化膜同様、絶縁性が良く高耐圧であり、信頼性の
高い液滴吐出ヘッドが得られる。シリコン窒化膜の膜厚
も熱酸化膜と同様の理由により５０ｎｍ〜１０００ｎｍ
の範囲内であることが好ましい。。

【００７１】また、電極１４から振動板１０へのカップ
リングが問題となる場合には、シリコン窒化膜の膜厚は
３００ｎｍ以上であることが好ましい。シリコン窒化膜
は、熱酸化膜と反対に引っ張り応力の膜であるので、シ
リコン窒化膜の応力により振動板が座屈することはない
が、引っ張り応力によって振動板１０を変形させること
ができないことがある。そのような場合には、シリコン
窒化膜にボロン、リン、水素などの不純物をドープして
応力緩和することができる。

【００７２】次に、上述した第２実施形態に係るインク
ジェットヘッドの製造工程の他の例について図１３乃至
図１５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。

【００７３】すなわち、図１３（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。

【００７４】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。

【００７５】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。

【００７６】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。

【００７７】次いで、図１４（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２５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。

【００７８】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。

【００７９】その後、図１５（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。

【００８０】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。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３０ｗ
ｔ％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ＩＰＡ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。

【００８１】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。

【００８２】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。

【００８３】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。

【００８４】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。

【００８５】また、上述したように電極１４にポリシリ
コンや単結晶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。

【００８６】次に、第４実施形態に係るインクジェット
ヘッドについて図１６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。
この実施形態では、電極１４の表面に絶縁膜２６を形成
している。すなわち、前述したように、駆動電圧を低く
するためには、電極１４の間隔を小さくしなければなら
ないが、そのような微小な間隔で電極１４を形成した場
合、小さなダストであってもが電極１４上に載るとショ
ートの原因となり、動作不良を起こすことがあり、ま
た、非常に微小な間隔なので、空気の湿度によって電極
１４表面に微小な水滴が発生した場合にも、ショートの
原因となる。

【００８７】そこで、電極１４の表面に絶縁膜２６を設
けることによって、電極１４間のショートによる動作不
良を低減することができる。また、電圧を印加した時の
電極間１４の放電により動作不良を起こすことがある
が、これに対して絶縁膜２６を設けることによって、耐
圧も向上することができ、信頼性の高い液滴吐出ヘッド
が得られる。

【００８８】次に、第５実施形態に係るインクジェット
ヘッドについて図１７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電極部分の要部断面
説明図である。ここでは、第４実施形態の絶縁膜２６と
して熱酸化膜２７を用いている。すなわち、電極１４に
単結晶シリコンやポリシリコンを用いた場合、熱酸化膜
は電極表面に均一に精度良く形成することができる。ま
た、熱酸化膜は機械的、電気的な信頼性が高く、信頼性
の高い液滴吐出ヘッドが実現できる。

【００８９】この場合、熱酸化膜２７は約４４％のシリ
コンを消費しながら成長する。図１７を参照して説明す
ると、酸化前の電極１４は点線Ａで示す状態にあり、ギ
ャップＧ１の間隔を隔てて設けられている。これに厚さ
ｔの熱酸化膜２７を形成すると、約０．４４ｔの厚さの
シリコンが消費され、電極１４の間隔はＧ３、空間間隔
はＧ２となる。

【００９０】熱酸化膜２７を形成する前の電気的な電極
間間隔である実効ギャップＧは、Ｇ＝Ｇ１であり、厚さ
ｔの熱酸化膜２７形成した場合の実効ギャップＧ’は、
熱酸化膜の誘電率をεとすると、次の（２）式で表され
る。

【００９１】

【数２】

【００９２】ここで、熱酸化膜の誘電率εは３．７〜
３．９であるので、Ｇ’＜Ｇ、となり、熱酸化膜を形成
することによって、実効ギャップを小さくすることがで
きる。前述したように、電極１４、１４間に働く力は実
効ギャップが小さいほど大きくでき、電極１４、１４間
に働く静電力は実効ギャップの２乗に反比例する。した
がって、熱酸化膜を形成して実行ギャップを小さくする
ことによって力を大きくする、あるいは駆動電圧を低く
することができる。電極を加工して狭い間隔を形成する
のには限界があり、ドライエッチングで溝を形成した場
合には０．５μｍ程度が限界である。電極表面に絶縁膜
を形成することによって、この限界値よりもさらに小さ
い実効ギャップを形成し、駆動電圧を下げることができ
る。

【００９３】具体的に、ここで用いた熱酸化膜の誘電率
は３．８であった。Ｇ１を０．５μｍ、絶縁膜厚さｔを
０．４μｍとすると、実行ギャップＧ’は０．２６μｍ
となり、実効ギャップを約１／２に小さくできる。前述
した（１）式より、電極間に働く静電力に換算すると
３．７倍となり、同じ静電力を得ようとした場合、電圧
は約１／２に低電圧化することができる。

【００９４】すなわち、具体的には、Ｇ１＝０．５μｍ
（ε＝３．８）のとき ｔ＝０．２μｍの場合：Ｇ２＝０．２８μｍ、Ｇ’＝
０．３８μｍ ｔ＝０．４μｍの場合：Ｇ２＝０．０６μｍ、Ｇ’＝
０．２６μｍ となる。

【００９５】なお、シリコンを消費して成長する膜とし
ては、熱酸化膜以外に熱窒化膜もあり、この熱窒化膜も
機械的、電気的に信頼性が高く絶縁膜として用いること
ができる。

【００９６】次に、第６実施形態に係るインクジェット
ヘッドについて図１８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電極部分の要部断面
説明図である。ここでは、第４実施形態の電極１４表面
に形成する絶縁膜２６として堆積絶縁膜２８を用いてい
る。上記実施形態の熱酸化膜２７ではシリコンを消費し
て膜が形成されるが、本実施形態ではシリコンを消費せ
ずに膜を堆積させるものである。例えば、高温熱ＣＶ
Ｄ、低温熱ＣＶＤによるシリコン酸化膜、ＰＥ−ＣＶＤ
によるシリコン酸化膜やシリコン窒化膜、ＬＰ−ＣＶＤ
によるシリコン窒化膜、スパッタによるシリコン酸化
膜、酸化チタン、酸化モリブデン、酸化タングステンな
どの金属酸化膜、あるいは真空蒸着による金属膜を酸化
した膜などがあげられる。構造体表面にも均一に成膜で
きるという点でＣＶＤによる成膜が好ましい。

【００９７】ここでは、堆積絶縁膜２８の例として高温
ＣＶＤによるシリコン酸化膜を成膜している。高温ＣＶ
Ｄによるシリコン酸化膜は被成膜表面に堆積して成膜さ
れるので、成膜する前の電極面と成膜後の電極面は変化
しない。したがって、厚さｔだけ成膜した場合、成膜前
後の電極間隔Ｇ１は変化せず、空間間隔は膜厚分だけ狭
くなったＧ２となる。

【００９８】ここで、堆積絶縁膜（酸化膜）２８を形成
する前の電気的な電極間間隔である実効ギャップＧは、
Ｇ＝Ｇ１である。厚さｔの酸化膜２８形成した場合の実
効ギャップＧ’は、酸化膜の誘電率をε1とすると、次
の（３）式で表される。

【００９９】

【数３】

【０１００】高温ＣＶＤによるシリコン酸化膜の誘電率
ε1は４．０〜４．５であるので、Ｇ’＜Ｇ、となり、
酸化膜（堆積絶縁膜）を形成することによって、実効ギ
ャップを小さくすることができる。しかも、第５実施形
態の熱酸化膜のように電極の材料を消費せずに成膜する
ことができるので、第５実施形態に示したものよりもさ
らに実効ギャップを小さくすることが可能であり、さら
なる低電圧化が可能となる。ここで用いた酸化膜の誘電
率は４．０であった。Ｇ１を０．５μｍ、ｔを０．２μ
ｍとすると、Ｇ’は０．２μｍとなり実効ギャップを２
／５に小さくできる。前述した（１）式より電極間に働
く静電力に換算すると６倍となり、同じ静電力を得よう
とした場合、電圧は２／５に低電圧化できる。

【０１０１】すなわち、具体的には、Ｇ１＝０．５μｍ
（ε=４．０）のとき ｔ＝０．２μｍの場合：Ｇ２＝０．１μｍ、Ｇ’＝０．
２μｍ となる。

【０１０２】誘電率が高いほど実効ギャップを小さくす
る効果は大きく、その他、ＰＥ−ＣＶＤのシリコン酸化
膜などさらに大きな誘電率の膜を使うことによって実効
ギャップを小さくする効果が大きくなる。

【０１０３】次に、第７実施形態に係るインクジェット
ヘッドについて図１９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電極部分の要部断面
説明図である。この実施形態では、電極１４の表面に導
電性の膜２９を形成した。導電性の膜２９を電極表面に
成膜することによって、成膜前に電極間隔がＧ１であっ
たのに対し、厚さｔの成膜後電極間隔は成膜厚さの２倍
だけ小さいＧ２となる。これにより、電極間隔を導電性
膜の成膜により小さくすることができ、静電力の向上、
駆動電圧の低電圧化が可能となる。また、上記第５、第
６実施形態で説明した電極表面に絶縁膜を形成する方法
と併用して、信頼性の向上、更なる低電圧化も実現する
ことができる。

【０１０４】成膜する導電性膜としてはポリシリコン、
あるいはスパッタや真空蒸着によるアルミニウム、ニッ
ケル、タングステン金などの金属膜を用いることができ
るが、構造体である電極表面に均一に成膜できるポリシ
リコンがもっとも好ましい。この場合、ポリシリコン中
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。

【０１０５】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２０を参照して説明する。なお、同図
は同ヘッドの電極構成を説明する平面説明図である。こ
のヘッドでは、前記第１実施形態の第１の電位が与えら
れる電極１４ａを接続する共通の電極引出し部１５Ａ、
第２の電位が与えられる電極１４ｂを接続する共通の電
極引出し部１５Ｂ及びこの電極引出し部１５Ｂの引出し
部１６Ｂを、それぞれ電極１４よりも幅広に形成してい
る。このように、電極引出し部の幅を広くすることによ
って電気抵抗値を下げることができる。また、第１基板
上のランド部が広がるため、第２基板との接合などが容
易にできるようになる。

【０１０６】そして、振動板１０の領域内では電極１４
の間隔は振動板１０を駆動するために必要最小のギャッ
プ間隔とするが、振動板１０の領域外である同図に破線
で囲んで示す部分５０においては、電極１４の間隔或い
は電極１４と電極引出し部１６Ｂの間隔の幅を広くして
いる。

【０１０７】すなわち、振動板１０を駆動するために電
極１４に第１の電位及び第２の電位を与えた場合、振動
板１０の領域外における導体間に電位差があるとその空
間はコンデンサとして機能するため、ＲＣ遅延によって
高速応答が困難になる場合がある。そこで、駆動電極と
して機能する振動板１０上の電極１４は必要最小のギャ
ップとするが、それ以外の領域では幅ひろく間隔をとる
ことによって、高速応答が阻害されることを防止してい
る。

【０１０８】次に、第９実施形態に係るインクジェット
ヘッドについて図２１を参照して説明する。なお、同図
は同ヘッドの電極構成を説明する平面説明図である。こ
のヘッドでは、上記第８実施形態と同様に、第１の電位
が与えられる電極１４ａを接続する共通の電極引出し部
１５Ａ、第２の電位が与えられる電極１４ｂを接続する
共通の電極引出し部１５Ｂ及びこの電極引出し部１５Ｂ
の引出し部１６Ｂを、それぞれ電極１４よりも幅広に形
成し、更に電極引出し部１５Ａ、１５Ｂ（引出し部１６
Ｂなどを含む。）に複数の溝部（凹部）５１を形成して
いる。

【０１０９】なお、この凹部５１は、複数の電極に分離
の時のエッチング或いは新たにフォトリソ工程を経て形
成することができる。

【０１１０】このように凹部５１を形成することによっ
て、後工程で第１基板１と第２基板２とを接合／接着す
る際の接着剤の逃げとすることができ、接着剤のはみ出
しを最小限にすることができる。すなわち、この溝（凹
部）が無いと、接着剤が振動板１０の領域内のはみ出
し、振動板１０の動きが阻害されることがある。また、
別の接合方式をとった際にも、ガスの逃げなどに使うこ
とができる。さらに、電極材料の内部応力を緩和するこ
ともできるため、アクチュエータ部の反り等を最小にで
きる。

【０１１１】次に、第１０実施形態に係るインクジェッ
トヘッドの異なる例について図２２乃至図２４を参照し
て説明する。なお、図２２は同ヘッドの電極構成を説明
する平面説明図、図２３は同ヘッドの一例を示す図２２
のＥ−Ｅ線に沿う断面説明図、図２４は同ヘッドの他の
例を示す図２２のＥ−Ｅ線に沿う断面説明図である。

【０１１２】このヘッドにおいては、図２２に振動板１
０の長手方向固定端部近傍領域５２、５２に対応する電
極１４の部分について、図２３の例では第１実施形態と
同様に電極１４と電極引出し部１５Ａ、１５Ｂとの間に
薄膜部１４Ａ、１４Ｂを形成し、また図２４の例では電
極１４と電極引出し部１５Ａ、１５Ｂとの間に振動板１
０に接しないで空中で電気的に接続するための空中架橋
部１５Ｃ、１５Ｄを形成している。

【０１１３】前述したように、アクチュエータ部は、振
動板１０の４辺は固定された状態にあるため、振動板１
０の周辺部に近づくほど振動板１０が変形し難くなる。
この領域５２に電極（又は電極引出し部）が形成されて
いると、振動板１０の厚みが増加したのと同等の効果が
あるため、より変形し難い状態になる。

【０１１４】そこで、図２３の例では、これを防止する
ために、振動板固定端部領域５２に配置される電極１４
の厚さ（トータルでの振動板の厚さ）を減らすことで、
振動板１０の変形を妨げる作用を防止している。

【０１１５】また、図２４の例では、振動板１０に接す
る部分の電極材料を取り除き、空中架橋部１４Ｃ、１４
Ｄで電極１４と電極引出し部１５Ａ、１５Ｂとを橋渡し
の形で結んでいる。このようにすることで、図２３の場
合に比べて、振動板１０の実質的な膜厚が増加すること
なく、より確実に電極材料によって振動板１０の変形が
阻害されることを防止できる。

【０１１６】次に、この第１０実施形態に係るヘッドの
うちの図２４に示した例のヘッドの製造工程について図
２５乃至図２７を参照して説明する。なお、各図は振動
板長手方向での断面説明図である。図２５（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６１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６２を形成する。こ
こでは、深さ１μｍの高濃度ボロン拡散層６２を形成し
た。高濃度ボロン拡散層６２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、（１００）面方位のシリコン基板を用いても良い。

【０１１７】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６３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。

【０１１８】そして、同図（ｃ）に示すように、この表
面にポリシリコン膜６４を約２μｍの厚さにＣＶＤなど
の方法で体積させた。

【０１１９】次いで、図２６（ａ）に示すように、ポリ
シリコン膜６４の表面にフォトリソグラフィーを施し、
振動板との境界領域になる部分及び個別の電極パターン
のギャップとなる部分のポリシリコン膜６４をエッチン
グ除去して、振動板との境界領域になる部分に溝６５を
形成する。これにより、電極１４ａの一部となるポリシ
リコン膜６４ａ、電極１４ｂの一部となるポリシリコン
膜６４ｂ、電極引出し部１５Ａの一部となるポリシリコ
ン膜６４ｃ、電極引出し部１５Ｂの一部となるポリシリ
コン膜６４ｄがそれぞれ形成される。

【０１２０】なお、電極４の形状は例えば図４に示した
ように櫛の歯形状とする。また、エッチングは酸化膜６
３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。

【０１２１】その後、同図（ｂ）に示すように、全面に
ＳＯＧなどの酸化膜６６を堆積させる。このとき、電極
を形成するためのポリシリコン膜６４の溝部６５が完全
に埋まるまで堆積させる。

【０１２２】次いで、同図（ｃ）に示すように、ポリシ
リコン膜６４表面に形成されている酸化膜６５をＣＭＰ
等の方法でポリシリコン膜６４表面まで研磨した後、ポ
リシリコン膜を堆積させ、所望の電極形状にパターニン
グする。これにより、ポリシリコン膜の２層構造で、電
極１４（１４ａ、１４ｂ）及び電極引出し部１５Ａ、１
５Ｂと空中架橋部１４Ｃ、１４Ｄが形成される。なお、
このように２層構造の電極とすることで、単純な柱状電
極だけでなく、Ｔ型断面、逆Ｌ型断面、更に発展型とし
てＹ型断面などの形状を持った電極を形成することもで
き、このような電極は振動板に固定される部分が小さく
できるので振動板の変形効率を高めることができる。

【０１２３】その後、図２７（ａ）に示すように、ＬＰ
−ＣＶＤ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６７を形成し、シリコン窒化膜６７上に吐
出室６や共通液室８などの液室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６７、酸化
膜６６、６３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】そして、同図（ｂ）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６７、酸化膜６６、６３の開口部からシリコン基
板６１を高濃度ボロン拡散層６２に達する直前（残り１
０μｍ程度）まで、エッチングを行う。

【０１２５】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６２に
達するとエッチングは自発的に停止する。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３０ｗ
ｔ％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ＩＰＡ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（ｃ）に示すように、シリコ
ン窒化膜６７は熱リン酸、フッ酸などによって、酸化膜
６６、６３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。このとき、空中架橋部１４Ｃ，１４Ｄの内
部側の前記溝６５に埋め込まれた酸化膜６６も除去され
て、空中架橋部１４Ｃ、１４Ｄは文字通り電極１４ａと
電極引出し部１５Ａ、電極１４ｂと電極引出し部１５Ｂ
を、それぞれ空中で架橋する。

【０１２７】次に、第１１実施形態に係るインクジェッ
トヘッドの異なる例について図２８及び図２９を参照し
て説明する。なお、各図は同ヘッドの電極構成を説明す
る平面説明図である。これらのヘッドは、各ビットＢ
１、Ｂ２……毎に、第１の電位が与えられる電極１４ａ
と第２の電位が与えられる電極１４ｂをそれぞれ共通の
電極引出し部１５Ａ、１５Ｂに接続し、電極引出し部１
５Ａ、及び電極引出し部１５Ｂに接続した電極１４ｂに
それぞれ電極パッド部７１ａ、７１ｂを設けている。

【０１２８】そして、図２８の例では電極パッド部７１
ａ、７１ｂは長さを異ならせて、略同じ位置に配置して
いる。また、図２９の例では電極パッド部７１ａ、７１
ｂは略同じ長さとして、千鳥状に配置している。

【０１２９】このように複数のビット（振動板）を有す
る場合、第１の電位が与えられる電極は各ビット単位で
共通の電極引出し部に接続し、第２の電位が与えられる
電極も各ビット単位で共通の電極引出し部に接続して、
それぞれの電極引出し部を各ビット毎に対にして設ける
ことで、各ビット毎に任意の電位を与えることが可能と
なり、振動特性をビット毎に細かく制御でき、液滴吐出
信頼性が向上する。また、ドライバ回路（駆動回路）に
余裕があれば、各ビット毎の特性ばらつきを補正するこ
ともできるようになる。なお、図２９の例のように電極
パッドを千鳥配置にすることで、より高密度化が可能に
なる。

【０１３０】次に、第１２実施形態に係るインクジェッ
トヘッドの異なる例について図３０及び図３１を参照し
て説明する。なお、図３０は同ヘッドの電極構成を説明
する平面説明図、図３１は図３０のＦ−Ｆ線に沿う断面
説明図である。このヘッドでは、第１の電位が与えられ
る電極１４ａは、各ビットＢ１、Ｂ２……毎に共通の電
極引出し部１５Ａに接続し、電極引出し部１５Ａの引出
し部１６Ａに電極パッド部７１ａ、７１ｂを設けてい
る。

【０１３１】また、第２の電位が与えられる電極１４ｂ
は、各ビットの共通の電極引出し部１５Ｂに接続し、す
べてのビットの電極引出し部１５Ｂを１つにして１つの
引出し部１６Ｂを通じて引出し、この引出し部１６Ｂに
１つの電極パッド部７１ｂを設けている。なお、このヘ
ッドでは第１基板１をＳＯＩ基板から作製して振動板１
０表面の酸化膜７３を残存した構成にしている。

【０１３２】このように、各ビット毎、第１の電位が与
えられる電極を個別電極として取り出し、第２の電位が
与えられる電極は、ヘッド内で全て共通として一カ所で
電位を与えている構成をとることで小型化が図れる。ま
た、パッド領域として取り出すことで、配線材料が削減
でき、接続のための工程も簡素化できるためコストの低
減も図れる。なお、ここでは、電極パッド領域を上方向
から取る形状になっているが、下側から取る形状にする
ことも可能できる。

【０１３３】次に、第１３実施形態に係るインクジェッ
トヘッドについて図３２を参照して説明する。なお、同
図は同ヘッドの振動板長手方向に沿う断面説明図であ
る。このヘッドにおいては、電極１４ａと電極引出し部
１５Ａとの間、電極１４ｂと電極引出し部１５Ｂとの間
に、振動板１０の長手方向固定端部付近に溝を形成し
て、柔らかいアルミニウム等の金属膜７５によって電極
１４ａと電極引出し部１５Ａとを電気的に接続し、同様
に、柔らかいアルミニウム等の金属膜７５によって電極
１４ｂと電極引出し部１５Ｂとを電気的に接続してい
る。

【０１３４】これは、例えば、図２６（ａ）に示し工程
後、柔らかいアルミニウム等の金属を全面に堆積した
後、フォトリソグラフィーと、エッチングを用いて、そ
れぞれが接続されるようにパターニングして電気的接続
のための金属膜７５を形成する。

【０１３５】このように構成することで、振動板固定端
部の曲がりにくい領域に、高剛性の電極ではなく、柔ら
かい導電材料を配置することができ、前述したように振
動板の振動特性が阻害されることを著しく低減できる。

【０１３６】次に、第１４実施形態に係るインクジェッ
トヘッドについて図３３を参照して説明する。なお、同
図は同ヘッドの振動板長手方向に沿う断面説明図であ
る。このヘッドにおいては、電極１４ｂと電極引出し部
１５Ｂとの間に振動板１０の長手方向固定端部付近に溝
を形成し、更にこの溝部分の絶縁膜１１を除去して開口
部１１ａを形成し、柔らかいアルミニウム等の金属膜７
６によって電極１４ｂを振動板１０（この振動板１０は
高濃度ボロン拡散層からなり導電性を有する。）に電気
的に接続している。

【０１３７】これは、電極１４を形成した後、電極１４
を介して振動板１０に達するまでエッチングして絶縁膜
１１の所要部分を除去し、その後柔らかいアルミニウム
等の金属７６を全面に堆積した後、フォトリソグラフィ
ーと、エッチングを用いて、振動板１０と電極１４ｂが
接続されるようにパターニングする。

【０１３８】このように構成することで、振動板１０を
共通電極として使うことができ、配線領域を削減するこ
とができる。また、高剛性の電極が振動板から周辺領域
へ直接出て行かなくなるため、振動板の変位阻害要因も
低減できる。

【０１３９】次に、本発明に係るインクカートリッジに
ついて図３４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。

【０１４０】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。

【０１４１】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３６及び図３７を参照して説明す
る。なお、図３６は同記録装置の斜視説明図、図３７は
同記録装置の機構部の側面説明図である。

【０１４２】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。

【０１４３】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３６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。

【０１４４】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。

【０１４５】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。

【０１４６】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。

【０１４７】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。

【０１４８】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。

【０１４９】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。

【０１５０】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。

【０１５１】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。

【０１５２】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、振動板駆動不
良によるインク滴吐出不良がなく、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。

【０１５３】次に、本発明に係るマイクロポンプについ
て図３７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。

【０１５４】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てい
る。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２０８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２
０８を形成している。

【０１５５】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。

【０１５６】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。

【０１５７】次に、本発明に係る光学デバイスの実施形
態について図３８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。保護基板３
０２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。

【０１５８】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。

【０１５９】そこで、この光学デバイスを応用した例を
図３９及び図４０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（なお、前記インクジェッ
トヘッドの各実施形態においても同様である。）。

【０１６０】したがって、前述した図３８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。

【０１６１】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、第１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としたが、第２
実施形態以降の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とすることもできる。

【０１６２】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、液滴吐出ヘッド、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。

【０１６３】

【発明の効果】以上説明したように、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、この複数の電極のうちの互いに隣り合う
電極に異なる第１の電位と第２の電位を印加して、互い
に隣り合う電極間で静電力を作用させて可動部分を変形
させるので、低コストで、動作効率の高いアクチュエー
タを得ることができる。

【０１６４】ここで、電極は可動部分に対して長手方向
に平行に配置されていることで、可動部分の変形効率が
より向上する。また、第１の電位が与えられる電極及び
第２の電位が与えられる電極は、可動部分の領域内では
一定の間隔を隔てて略等間隔に平行に配置され、可動部
分の領域外でそれぞれが共通に接続されていることで、
可動部分の変形効率がより向上する。さらに、第１の電
位が与えられる電極及び第２の電位が与えられる電極
は、可動部分の領域外ではその間隔が少なくとも可動部
分の領域内よりも広くなっていることで、応答性を向上
することができる。

【０１６５】また、複数の可動部分を有し、第１の電位
が与えられる電極は各ビット単位で共通の電極引出し部
に接続され、第２の電位が与えられる電極も各ビット単
位で共通の電極引出し部に接続され、それぞれの電極引
出し部が各ビット毎に対になって設けられていること
で、ビット単位で電位差を電極に与えることができて、
可動部分の変形状態をビット単位で細かく制御できる。

【０１６６】さらに、複数の可動部分を有し、第１の電
位が与えられる電極は各ビット単位で共通の電極引出し
部に接続され、第２の電位が与えられる電極はすべての
ビットで共通の電極引出し部に接続されていることで、
電極引出し部の面積を縮小することができて、小型化を
図れる。この場合、第１の電位が与えられる電極の各ビ
ットの電極引出し部と第２の電位が与えられる電極の全
ビットの電極引出し部は、それぞれ略同一形状の電極パ
ッドを有することで、電気的な実装性が高まり、また接
続部品の低コスト化、省略化も可能となる。

【０１６７】また、可動部分を形成する部材が導電性材
料で形成され、絶縁膜を介して電極が形成され、第１の
電位が与えられる電極又は第２の電位が与えられる電極
のいずれかは可動部分を形成する部材と電気的に接続さ
れていることで、可動部分の変形阻害要因となる可動部
分領域内から領域外への電極引出しをなくすることがで
きて、可動部分の変形阻害を防止できるとともに、共通
電極の引き回しが不要になって小型化、低コスト化を図
れる。

【０１６８】さらに、可動部分内に設けた電極と可動部
分外に設けた電極引出し部とが可動部分に接しない空中
架橋部を介して電気的に接続されていることで、可動部
分の厚さの増加をなくすることができ、可動部分の変形
効率をより向上することができる。

【０１６９】また、可動部分の領域内に設けた電極と可
動部分の領域外に設けた電極引出し部とが電極材料より
も高弾性又は低ヤング率の材料を用いて電気的に接続さ
れていることで、可動部分の変形阻害が低減することが
できる。さらに、可動部分の領域外に形成された電極引
出し部の表面に凹部が形成されていることで、電極引出
し部の内部応力を緩和することができ、また接合時に接
着剤のはみ出しを低減することができ、或いはガス抜き
流路として用いることもできるようになる。

【０１７０】本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、振
動板を変形させることによって液滴を吐出する液滴吐出
ヘッドにおいて、振動板を可動部分とする本発明に係る
マイクロアクチュエータを備えているので、低コスト
で、滴吐出効率が高く、高画質印字が可能なヘッドが得
られる。

【０１７１】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、滴吐出効率が高く、高画
質印字が可能なヘッドを一体化でき、また製造不良が減
少し、低コスト化を図ることができる。

【０１７２】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が本発
明に係る液滴吐出ヘッド又は本発明に係るインクカート
リッジであるので、高画質記録を行うことができ、また
装置の低コスト化を図れる。

【０１７３】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て
いるので、動作効率が高く、小型で、低消費電力化を図
れるとともに、低コスト化を図れる。

【０１７４】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ているので、小型で、低消費電力
化を図れるとともに、低コスト化を図れる。

【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】同ヘッドの電極構成の一例を説明する平面説明
図

【図５】同ヘッドの電極構成の一例を説明する平面説明
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】同ヘッドの作用説明に供する比較例の電極配置
を説明する平面説明図

【図８】（ａ）は駆動時の図７のＣ−Ｃに沿う断面説明
図、（ｂ）は駆動時の図７のＤ−Ｄに沿う断面説明図

【図９】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１０】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１１】同第２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１２】図１１に続く工程を説明する説明図

【図１３】同第２実施形態に係るインクジェットヘッド
の製造工程の他の例を説明する説明図

【図１４】図１３に続く工程を説明する説明図

【図１５】図１４に続く工程を説明する説明図

【図１６】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１７】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電極部分の拡大説明図

【図１８】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電極部分の拡大説明図

【図１９】同第７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電極部分の拡大説明図

【図２０】同第８実施形態に係るインクジェットヘッド
の電極構成を説明する平面説明図

【図２１】同第９実施形態に係るインクジェットヘッド
の電極構成を説明する平面説明図

【図２２】同第１０実施形態に係るインクジェットヘッ
ドの電極構成を説明する平面説明図

【図２３】同ヘッドの一例を説明する図２２のＥ−Ｅ線
に沿う断面説明図

【図２４】同ヘッドの他の説明する図２２のＥ−Ｅ線に
沿う断面説明図

【図２５】図２４のヘッドの製造工程の説明に供する振
動板長手方向に沿う断面説明図

【図２６】図２５に続く工程を説明する断面説明図

【図２７】図２６に続く工程を説明する断面説明図

【図２８】同第１１実施形態に係るインクジェットヘッ
ドの一例を説明する平面説明図

【図２９】同実施形態に係るインクジェットヘッドの他
の例を説明する平面説明図

【図３０】同第１２実施形態に係るインクジェットヘッ
ドを説明する平面説明図

【図３１】図３１のＦ−Ｆ線に沿う断面説明図

【図３２】同第１３実施形態に係るインクジェットヘッ
ドを説明する振動板長手方向に沿う断面説明図

【図３３】同第１４実施形態に係るインクジェットヘッ
ドを説明する振動板長手方向に沿う断面説明図

【図３４】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３５】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３６】同記録装置の機構部の説明図

【図３７】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３８】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３９】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４０】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、１４ａ、１４ｂ…電極、１５Ａ、１
５Ｂ…電極引出し部、７１ａ、７１ｂ…電極パッド部、
７５、７６…勤続膜、１００…インクカートリッジ、２
０１…流路基板、２０３…流路、２０５…可動部分、２
０７…電極、３０１…ミラー、３０５…可動部分、３０
７…電極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (72)発明者 田中 慎二 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 木幡 八州太郎 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 山中 邦裕 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 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 Ｆターム(参考） 2C057 AF03 AF55 AF99 AG12 AG41 AG42 AG43 AG59 AG92 AG93 AP02 AP22 AP27 AP32 AP34 AP53 AP56 AP90 AQ02 AQ06 BA04 BA15 3H075 AA07 BB02 BB20 CC25 DB02

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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、この複数の電極のうちの互いに隣り合う電極に異
   なる第１の電位と第２の電位を印加して、前記互いに隣
   り合う電極間で静電力を作用させ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。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のマイクロアクチュエー
   タにおいて、前記電極は前記可動部分に対して長手方向
   に平行に配置されていることを特徴とするマイクロアク
   チュエータ。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載のマイクロアクチ
   ュエータにおいて、前記第１の電位が与えられる電極及
   び第２の電位が与えられる電極は、可動部分の領域内で
   は一定の間隔を隔てて略等間隔に平行に配置され、可動
   部分の領域外でそれぞれが共通に接続されていることを
   特徴とするマイクロアクチュエータ。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかに記載のマイ
   クロアクチュエータにおいて、前記第１の電位が与えら
   れる電極及び第２の電位が与えられる電極は、可動部分
   の領域外ではその間隔が少なくとも可動部分の領域内よ
   りも広くなっていることを特徴とするマイクロアクチュ
   エータ。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれかに記載のマイ
   クロアクチュエータにおいて、複数の可動部分を有し、
   前記第１の電位が与えられる電極は各ビット単位で共通
   の電極引出し部に接続され、前記第２の電位が与えられ
   る電極も各ビット単位で共通の電極引出し部に接続さ
   れ、それぞれの電極引出し部が各ビット毎に対になって
   設けられていることを特徴とするマイクロアクチュエー
   タ。
6. 【請求項６】 請求項１乃至４のいずれかに記載のマイ
   クロアクチュエータにおいて、複数の可動部分を有し、
   前記第１の電位が与えられる電極は各ビット単位で共通
   の電極引出し部に接続され、前記第２の電位が与えられ
   る電極はすべてのビットで共通の電極引出し部に接続さ
   れていることを特徴とするマイクロアクチュエータ。
7. 【請求項７】 請求項６に記載のマイクロアクチュエー
   タにおいて、前記第１の電位が与えられる電極の各ビッ
   トの電極引出し部と前記第２の電位が与えられる電極の
   全ビットの電極引出し部は、それぞれ略同一形状の電極
   パッドを有することを特徴とするマイクロアクチュエー
   タ。
8. 【請求項８】 請求項１乃至７のいずれかに記載のマイ
   クロアクチュエータにおいて、可動部分を形成する部材
   が導電性材料で形成され、絶縁膜を介して前記電極が形
   成され、前記第１の電位が与えられる電極又は前記第２
   の電位が与えられる電極のいずれかは前記可動部分を形
   成する部材と電気的に接続されていることを特徴とする
   マイクロアクチュエータ。
9. 【請求項９】 請求項１乃至８のいずれかに記載のマイ
   クロアクチュエータにおいて、前記可動部分内に設けた
   電極と可動部分外に設けた電極引出し部とが前記可動部
   分に接しない空中架橋部を介して電気的に接続されてい
   ることを特徴とするマイクロアクチュエータ。
10. 【請求項１０】 請求項１乃至８のいずれかに記載のマ
    イクロアクチュエータにおいて、前記可動部分の領域内
    に設けた電極と可動部分の領域外に設けた電極引出し部
    とが前記電極材料よりも高弾性又は低ヤング率の材料を
    用いて電気的に接続されていることを特徴とするマイク
    ロアクチュエータ。
11. 【請求項１１】 請求項１乃至１０のいずれかに記載の
    マイクロアクチュエータにおいて、前記可動部分の領域
    外に形成された電極引出し部の表面に凹部が形成されて
    いることを特徴とするマイクロアクチュエータ。
12. 【請求項１２】 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
    を可動部分とする請求項１乃至１１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
    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、請求項１２に
    記載の液滴吐出ヘッドを備えてい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１２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１乃至１１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。
16. 【請求項１６】 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１乃至１１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。