JP2003266695A - Electrostatic actuator, liquid drop discharge head and inkjet recorder - Google Patents

Electrostatic actuator, liquid drop discharge head and inkjet recorder

Info

Publication number
JP2003266695A
JP2003266695A JP2002077400A JP2002077400A JP2003266695A JP 2003266695 A JP2003266695 A JP 2003266695A JP 2002077400 A JP2002077400 A JP 2002077400A JP 2002077400 A JP2002077400 A JP 2002077400A JP 2003266695 A JP2003266695 A JP 2003266695A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
head
ink
electrostatic actuator
electrode
electrodes
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002077400A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koji Onishi
晃二 大西
Manabu Nishimura
学 西村
Tadashi Mimura
忠士 三村
Akira Shimizu
明 清水
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP2002077400A priority Critical patent/JP2003266695A/en
Publication of JP2003266695A publication Critical patent/JP2003266695A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that stable and high driving efficiency and performance characteristic cannot be obtained at low costs. <P>SOLUTION: Electrodes 14a and 14b for generating an electrostatic force are set at a diaphragm 10, which comprise structural bodies electrically isolated from each other and having conductive properties. Moreover, a dielectric material 19 and an inert gas are filled in a space 18 where the electrodes face. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は静電アクチュエータ、液
滴吐出ヘッド及びインクジェット記録装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrostatic actuator, a droplet discharge head and an ink jet recording apparatus.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art An ink jet head, which is a liquid drop ejection head used in an ink jet recording apparatus used as an image recording apparatus such as a printer, a facsimile, a copying machine or an image forming apparatus, has a single or a plurality of nozzle holes for ejecting ink droplets. And a discharge chamber (also referred to as an ink chamber, a liquid chamber, a pressurized liquid chamber, a pressure chamber, an ink flow path, etc.) communicating with the nozzle hole, and a pressure generation for generating a pressure for pressurizing the ink in the discharge chamber. And ejecting ink droplets from the nozzle holes by pressurizing the ink in the ejection chamber with the pressure generated by the pressure generating means.

【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。
As the droplet discharge head, for example, a droplet discharge head for discharging a liquid resist as droplets, DN
There is also a droplet discharge head that discharges the sample A as droplets, but in the following, an inkjet head will be mainly described. Further, the microactuator forming the actuator portion of the droplet discharge head is, for example, an optical device such as a micropump or a micro light modulation device, a micro switch (micro relay), an actuator (optical switch) of a multi-optical lens, a micro flow meter, It can also be applied to pressure sensors and the like.

【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。
By the way, as a droplet discharge head, an electromechanical conversion element such as a piezoelectric element is used as a pressure generating means to deform and displace a vibrating plate forming the wall surface of the discharge chamber to discharge ink droplets. Type, bubble type (thermal type) in which bubbles are generated by film boiling of ink and ink droplets are discharged by using an electrothermal conversion element such as a heating resistor arranged in the discharge, wall surface of discharge chamber There is an electrostatic type in which an ink droplet is ejected by deforming a vibration plate that forms an electrostatic force.

【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。
In recent years, a lead-free bubble type and an electrostatic type have been attracting attention due to environmental problems. In addition to lead-free, a plurality of electrostatic types have been proposed which have little influence on the environment from the viewpoint of low power consumption. ing.

【0006】この静電型インクジェットヘッドとして
は、例えば、特開平6−71882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滴を吐出するも
のがある。
In this electrostatic ink jet head, for example, as described in Japanese Patent Laid-Open No. 6-71882, a pair of electrodes is provided through an air gap, and one electrode is a vibrating plate. An ink chamber filled with ink is formed on the side opposite to the electrodes facing the vibrating plate, and an electrostatic attractive force acts between the electrodes by applying a voltage between the electrodes (between the vibrating plate and the electrodes). (Vibration plate)
When the voltage is removed and the voltage is removed, the vibrating plate returns to its original state due to the elastic force, and there is a method in which the force is used to eject ink droplets.

【0007】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、インク滴を吐出する
ものとするものもある。
Further, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-15805, a protrusion is provided on the surface of the vibration plate made of a silicon substrate, an electrode is formed on the protrusion, and a voltage is applied to the electrode. In some cases, the vibrating plate is deformed by an electrostatic force acting between the protrusions to eject ink droplets.

【0008】さらに、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。
Further, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-47624, a vibrating plate is provided on one of the electrode pairs which are formed in a comb-like shape and are nested in each other, and a voltage is applied to the electrode pair. Generates electrostatic attraction between the comb teeth,
There is also a type in which the diaphragm is deformed by the displacement of the electrodes and the ink is ejected by the elastic force of the diaphragm when the voltage is cut off.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た振動板とこれに対向する電極(電極対)を用いるヘッ
ドにあっては、振動板の変位を大きくすることができ
ず、大きな排除体積を得ることが難しく、大きなインク
液滴を吐出することが困難である。また、インク液吐出
の圧力発生手段として振動板の戻りバネ力を利用してい
るため、液吐出のための圧力制御性が良くなく高精度の
液滴量制御が難しく、高画質化を達成することが困難で
ある。さらに、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。
However, in the above-described head using the diaphragm and the electrode (electrode pair) facing the diaphragm, the displacement of the diaphragm cannot be increased and a large excluded volume is obtained. It is difficult to eject large ink droplets. Further, since the return spring force of the vibrating plate is used as the pressure generating means for ejecting the ink liquid, the pressure controllability for ejecting the liquid is not good, and it is difficult to control the liquid droplet amount with high precision, thereby achieving high image quality. Is difficult. Furthermore, in order to reduce the voltage, the air gap between the electrodes must be made extremely small, and it is very difficult to form such a minute gap with high accuracy and with little variation, and the yield does not increase. There is such a problem.

【0010】また、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たヘッドにあっては、
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、インク滴を吐出する
だけの発生力を得ようとした場合、非常に電圧が高くな
ってしまうという課題がある。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
う課題もある。
Further, in a head having a vibrating plate on one side of electrode pairs formed in a comb shape and nested in each other,
Since the comb-teeth-shaped electrode is used, the displacement amount can be increased, but the generated force is very small, and if an attempt is made to generate the generated force enough to eject ink droplets, the voltage will be extremely high. There is a problem. Moreover, since the structure is complicated, it is difficult to manufacture, and there is a problem that the cost becomes high.

【0011】さらに、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
材の電極を形成したヘッドにあっては、そもそもシリコ
ン振動板を介して各電極間が同電位になってしまうため
に電極間で静電力が発生せず、振動板を変形できないと
いう課題がある。
Further, in a head in which a vibrating plate formed of a conductive silicon substrate is provided with a protrusion and an electrode of a conductive member is formed on the vibrating plate, each electrode is originally disposed via the silicon vibrating plate. Since there is the same potential between the electrodes, there is a problem that electrostatic force is not generated between the electrodes and the diaphragm cannot be deformed.

【0012】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。
Moreover, it is necessary to form a protrusion on the diaphragm and attach an electrode to this protrusion, and it is difficult to attach an electrode to the surface of such a three-dimensional fine structure, and the electrode is not formed well. There is a problem that a part is formed or variation occurs, stable manufacturing cannot be performed, and yield is low.

【0013】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。
Further, in order to reduce the voltage, it is necessary to narrow the intervals between the protrusions, but it is difficult to form electrodes in such narrow intervals, and the electrodes are formed between the narrow protrusions. Then, a defect such as a short circuit may occur. Further, it is impossible to form an electrode on the protrusion by a general method because the photolithography process in a three-dimensional structure is difficult in resist coating, exposure, etc. Therefore, using a special device, There is a problem that the manufacturing process becomes long and the cost becomes high.

【0014】さらにまた、突起部を振動板と一体で形成
すると、突起部の高さはエッチング、レーザー加工、放
電加工、機械加工などの加工方法による溝の深さで決定
されるので高さ精度よく加工するのが困難である。振動
板のたわみ量は突起の高さに依存し、突起の高さがばら
つくと振動板のたわみ量の原因となり、液吐出特性のば
らつきが生じる。また、突起部間の間隔は溝加工するこ
とによって形成されるので、微小間隔を形成するのが困
難である。さらに、突起部間に働く静電気力は突起部間
の間隔に依存し、突起部間の間隔の2乗に反比例するの
で、突起部間の間隔が大きいと静電気力が急激に小さく
なり、駆動電圧を高くしなければならないというような
課題もある。
Furthermore, when the protrusion is formed integrally with the diaphragm, the height of the protrusion is determined by the depth of the groove by a processing method such as etching, laser machining, electric discharge machining, or machining, so that the height accuracy is high. Difficult to process well. The amount of deflection of the diaphragm depends on the height of the protrusions, and if the height of the protrusions varies, it causes the amount of deflection of the diaphragm, causing variations in liquid ejection characteristics. Further, since the interval between the protrusions is formed by machining the groove, it is difficult to form a minute interval. Furthermore, the electrostatic force acting between the protrusions depends on the distance between the protrusions and is inversely proportional to the square of the distance between the protrusions. Therefore, if the distance between the protrusions is large, the electrostatic force is rapidly reduced and the driving voltage is increased. There is also the problem that the value must be raised.

【0015】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、駆動効率が高く、安定した動作特
性が得られる静電アクチュエータ、この静電アクチュエ
ータを備えることで、滴吐出効率が高く、安定した滴吐
出特性が得られる液滴吐出ヘッド、この液滴吐出ヘッド
を備えることで高画質記録が可能なインクジェット記録
装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and is an electrostatic actuator that is low in cost, high in driving efficiency, and capable of obtaining stable operation characteristics. It is an object of the present invention to provide a droplet discharge head that has a high temperature and stable droplet discharge characteristics, and an inkjet recording apparatus that includes this droplet discharge head and that can perform high-quality recording.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係る静電アクチュエータは、可動部分には
互いに絶縁分離された導電性の構造体からなり、相互に
静電力を生じさせるための複数の電極を設け、この電極
が臨む空間内に誘電材料が充填されている構成としたも
のである。
In order to solve the above-mentioned problems, an electrostatic actuator according to the present invention is composed of conductive structures which are insulated and separated from each other in a movable part thereof, and generate electrostatic force between them. For this purpose, a plurality of electrodes are provided, and the space facing the electrodes is filled with a dielectric material.

【0017】ここで、電極が臨む空間内に誘電材料と気
体が充填されていることが好ましく、より好ましくは気
体が不活性ガスであることである。また、電極の略全面
が誘電材料に接していることが好ましい。さらに、空間
に連通するダンパー室を有することが好ましく、このダ
ンパー室は複数の空間に連通させることができる。
Here, it is preferable that the space facing the electrodes is filled with a dielectric material and gas, and more preferably the gas is an inert gas. Further, it is preferable that substantially the entire surface of the electrode is in contact with the dielectric material. Further, it is preferable to have a damper chamber which communicates with the space, and this damper chamber can communicate with a plurality of spaces.

【0018】本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液滴を吐
出するノズル孔が連通する吐出室の壁面の一部を形成す
る可動部分を有する振動板を備え、この振動板の可動部
分を変形させる本発明に係る静電アクチュエータを備え
ているものである。ここで、インクを供給するインクタ
ンクを一体に備えることができる。
The droplet discharge head according to the present invention comprises a vibrating plate having a movable part forming a part of the wall surface of the discharge chamber communicating with the nozzle hole for discharging a droplet, and deforming the movable part of the vibrating plate. The electrostatic actuator according to the present invention is provided. Here, an ink tank for supplying ink can be integrally provided.

【0019】本発明に係るインクジェット記録装置は、
インク滴を吐出させ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である構成としたものである。
The ink jet recording apparatus according to the present invention is
The inkjet head for ejecting ink droplets is the droplet ejection head according to the present invention.

【0020】[0020]

【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
振動板短手方向の断面説明図、図3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。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is an exploded perspective view of an inkjet head according to a first embodiment of a droplet discharge head of the present invention, and is shown in a partial sectional view. FIG. 2 is a cross-sectional explanatory view of the head in the lateral direction of the diaphragm, and FIG. 3 is a plan explanatory view showing an electrode arrangement pattern of the head.

【0021】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。なお、基板の
端部に設けたノズル孔からインク滴を吐出させるエッジ
シュータタイプとすることもできる。
This ink jet head is of a side shooter type in which ink droplets are ejected from nozzle holes provided on the surface of the substrate, and three first, second and third ink jet heads having a structure described in detail below are provided. It has a laminated structure in which the substrates 1, 2 and 3 are stacked and joined, and a plurality of nozzle holes 4 for ejecting ink droplets, an ejection chamber 6 communicating with each nozzle hole 4, and a fluid resistance portion 7 in each ejection chamber 6. A common liquid chamber (common ink chamber) 8 for supplying ink via the same is formed. It is also possible to use an edge shooter type in which ink droplets are ejected from nozzle holes provided at the end of the substrate.

【0022】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
貫通部と、各々の吐出室6にインクを供給するための共
通液室8を形成するための貫通部を有する。
The intermediate first substrate 1 is made of a silicon substrate, and has a penetrating portion for forming the ejection chamber 6 having the bottom wall as the vibration plate 10 and a common liquid for supplying ink to each ejection chamber 6. It has a penetration for forming the chamber 8.

【0023】振動板10は、高濃度p型不純物拡散層、
金属等の導電性を有する膜、或いは、シリコン酸化膜や
シリコン窒化膜等の絶縁性膜、或いはその積層膜、樹脂
フィルムなど、液吐出圧力に耐え得る強度を有する膜で
あれば特に限定されるものではない。ただし、振動板1
0に導電性の膜を用いた場合には吐出室6と反対側の面
(外面)に絶縁膜(層)11を形成する。
The diaphragm 10 is a high-concentration p-type impurity diffusion layer,
A film having conductivity such as a metal, an insulating film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film, a laminated film thereof, a resin film, or the like, is not particularly limited as long as the film has strength enough to withstand liquid discharge pressure. Not a thing. However, diaphragm 1
When a conductive film is used for 0, the insulating film (layer) 11 is formed on the surface (outer surface) opposite to the ejection chamber 6.

【0024】ここでは、振動板10の下面には絶縁膜1
1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り、相互間で静電
力を発生するための複数の電極14を所定の間隔を置い
て形成している。
Here, the insulating film 1 is formed on the lower surface of the diaphragm 10.
1 and a plurality of electrodes 14 are formed on the surface of the insulating film 11 and have a conductive structure that is electrically isolated from each other, and have a plurality of electrodes 14 for generating an electrostatic force therebetween. is doing.

【0025】この場合、振動板10と各電極14とは絶
縁膜11で電気的に分離され、また各電極14のうちの
異なる電位が印加される相隣り合う2つの電極14(こ
れを電極14a、電極14bという。)も空隙によって
相互に電気的に分離される。振動板10と複数の電極1
4によって可動部分である振動板10(吐出室6に対応
する変形可能領域)を変形させる本発明に係る静電アク
チュエータを構成している。
In this case, the vibrating plate 10 and each electrode 14 are electrically separated by the insulating film 11, and two adjacent electrodes 14 (each of which is the electrode 14a) to which different potentials are applied. , Electrode 14b) are also electrically separated from each other by the air gap. Vibration plate 10 and multiple electrodes 1
4 constitutes the electrostatic actuator according to the present invention which deforms the vibrating plate 10 (the deformable region corresponding to the discharge chamber 6) which is the movable part.

【0026】そして、電極14a、電極14bは、図3
に示すように平面形状で櫛歯状に形成配置し、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。
The electrodes 14a and 14b are shown in FIG.
As shown in FIG. 3, the drive circuit (here, the oscillator circuit is shown) 15 applies drive voltages (voltages of different potentials) that generate a potential difference to each other.

【0027】この第1基板1の下面に接合した第2基板
2に形成した凹部16との間で電極14a、14bが臨
む空間18を形成し、この空間18内に誘電材料19と
気体とを充填している。
A space 18 facing the electrodes 14a and 14b is formed between the lower surface of the first substrate 1 and the recess 16 formed in the second substrate 2, and a dielectric material 19 and a gas are stored in the space 18. Filling.

【0028】この場合、電極14a、14bの略全面が
誘電材料19に接するようにして、電極14a、14b
間に誘電材料19を充填することによる効率的な静電力
の発生を行い得るようにしている。また、気体としては
不活性ガスを充填している。不活性ガスを充填すること
で誘電材料19の特性変動を抑えることができ、長期に
安定した動作特性、駆動特性が維持できる。
In this case, the electrodes 14a, 14b are made so that substantially the entire surfaces of the electrodes 14a, 14b are in contact with the dielectric material 19.
By filling the dielectric material 19 between them, the electrostatic force can be efficiently generated. The gas is filled with an inert gas. By filling the inert gas, the characteristic variation of the dielectric material 19 can be suppressed, and stable operation characteristics and driving characteristics can be maintained for a long period of time.

【0029】また、第1基板1の吐出室6間の隔壁部2
0には、空間18に連通するダンパー室21を形成して
いる。このダンパー室21は隣接する2つの吐出室6に
対応する2つの空間18に連通するように形成すること
ができるし、あるいは、振動板長手方向端部の外側に振
動板短手方向に沿って設けることで3以上の吐出室6に
対応する各空間18に連通させることもでき、複数の空
間18に連通させることでヘッドのチップサイズの増大
を抑制することができる。
Further, the partition wall portion 2 between the discharge chambers 6 of the first substrate 1
At 0, a damper chamber 21 communicating with the space 18 is formed. The damper chamber 21 can be formed so as to communicate with the two spaces 18 corresponding to the two adjacent discharge chambers 6, or can be formed outside the longitudinal end of the diaphragm along the lateral direction of the diaphragm. By providing it, it is possible to communicate with each space 18 corresponding to three or more ejection chambers 6, and by communicating with a plurality of spaces 18, it is possible to suppress an increase in the chip size of the head.

【0030】なお、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用いることがで
き、また、凹部16の深さは例えば1mm程度とするこ
とができる。また、複数の振動板10に共通する凹部1
6を形成することで、前記空間18を複数の振動板10
に対応して形成することもできる。
The second substrate 2 may be a substrate made of glass, metal, silicon, resin or the like, and the depth of the recess 16 may be about 1 mm. In addition, the concave portion 1 common to the plurality of diaphragms 10
6 to form the space 18 into a plurality of diaphragms 10.
It can also be formed corresponding to.

【0031】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。
The third substrate bonded to the upper surface of the first substrate 1
For the substrate 3, for example, a nickel substrate having a thickness of 50 μm is used, and a fluid resistance portion for communicating the nozzle hole 4, the common liquid chamber 8 and the discharge chamber 6 with the surface portion of the third substrate 3 so as to communicate with the discharge chamber 6, respectively. 7 is provided, and an ink supply port 9 is provided so as to communicate with the common liquid chamber 8.

【0032】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、第1の
電極14a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、第1の電極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第2の
電極14bとの間で静電力が発生して、静電気の吸引作
用が働き、第1、第2の電極14a、14bの自由端
(振動板10側が固定端)が引き合って電極14a、1
4bが変位し、これらの電極14a、14bの自由端側
が変位することで、電極14a、14bの固定端側であ
る振動板10が上方へ撓むことになる。その結果、吐出
室6内の圧力が急激に上昇し、図2に示すように、ノズ
ル孔4よりインク液滴22を記録紙23に向けて吐出さ
れる。
The operation of the ink jet head thus constructed will be described. For example, in the configuration of FIG. 4, when a pulse potential of 0V to 40V is applied to the first electrode 14a by the oscillation circuit 15, the surface of the first electrode 14a is positively charged, and the adjacent first electrode 14a to which the pulse potential is not applied is applied. An electrostatic force is generated between the second electrode 14b and the second electrode 14b, and an electrostatic attraction action is exerted, so that the free ends (the vibrating plate 10 side is the fixed end) of the first and second electrodes 14a and 14b are attracted to each other.
4b is displaced, and the free ends of these electrodes 14a, 14b are displaced, so that the vibration plate 10, which is the fixed ends of the electrodes 14a, 14b, is bent upward. As a result, the pressure in the ejection chamber 6 rapidly rises, and the ink droplets 22 are ejected from the nozzle holes 4 toward the recording paper 23 as shown in FIG.

【0033】そして、第1の電極14aの電位が0Vに
戻ると、第2の電極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。なお、第1の電極14
aと第2の電極14bに対する異なる電位の印加は上述
と逆でもよい。
When the potential of the first electrode 14a returns to 0V, the potential difference between the first electrode 14a and the second electrode 14b disappears,
The diaphragm 10 is restored to the original state. When the vibration plate 10 is restored, ink is replenished from the common liquid chamber 8 into the ejection chamber 6 through the fluid resistance portion 7. The first electrode 14
The application of different potentials to a and the second electrode 14b may be reverse to the above.

【0034】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。したがって、低電圧で駆動するためには、第1の
電極14aと第2の電極14bとの間隔、つまり電極1
4間の溝を狭く形成することが重要となる。また、静電
力の作用する部分の面積Sを大きくすることも重要とな
り、面積Sを大きくするには電極14の高さを高くする
ことで対応できる。さらに、電極間の誘電率εを大きく
することも重要となる。
Here, the force F acting between the electrodes is as follows (1)
As shown in the formula, it increases in inverse proportion to the square of the inter-electrode distance d. Therefore, in order to drive at a low voltage, the distance between the first electrode 14a and the second electrode 14b, that is, the electrode 1
It is important to form a narrow groove between the four. It is also important to increase the area S of the portion where the electrostatic force acts, and the area S can be increased by increasing the height of the electrode 14. Further, it is important to increase the dielectric constant ε between the electrodes.

【0035】[0035]

【数1】 [Equation 1]

【0036】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。
In the equation (1), F: force acting between the electrodes, ε: permittivity, S: area of opposing surfaces of the electrodes, d:
Distance between electrodes, V: applied voltage.

【0037】このように、振動板10の可動部分となる
領域にそれぞれ電気的に分離独立した電極14a、14
bを設け、両者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る静電アクチュエー
タが得られ、この静電アクチュエータを用いることで、
安定した滴吐出特性が得られ、滴吐出効率が向上し、高
画質記録が可能になる。
In this way, the electrodes 14a, 14 which are electrically separated and independent from each other are formed in the movable portion of the diaphragm 10.
By providing b and applying a voltage that causes a potential difference between them, an electrostatic attractive force is generated between the adjacent electrodes 14a and 14b, and a slight displacement of the electrode 14 causes a large displacement of the diaphragm 10. The electrostatic actuator that can be obtained is obtained, and by using this electrostatic actuator,
Stable droplet ejection characteristics are obtained, droplet ejection efficiency is improved, and high image quality recording is possible.

【0038】さらに、振動板10と電極14との間を電
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1
4に電圧を印加することができる。また、振動板10が
電極14と絶縁分離されていることで、駆動電圧が液
(ここではインク)に印加されることがなく、駆動電圧
印加時の電気分解による液の変質が発生することがな
く、信頼性が向上し、高画質記録が可能になる。
Further, since the diaphragm 10 and the electrodes 14 are electrically separated, even if a voltage is applied to the electrodes as in the conventional case, all the electrodes have the same potential through the diaphragm. There is no malfunction and the voltage applied to the electrode 14 does not leak to the vibrating plate 10 side.
A voltage can be applied to 4. Further, since the vibrating plate 10 is insulated from the electrode 14, the drive voltage is not applied to the liquid (here, ink), and the liquid may be deteriorated by electrolysis when the drive voltage is applied. In addition, reliability is improved and high quality recording is possible.

【0039】そして、この実施形態においては、電極1
4が臨む空間18内に誘電材料19と気体とを充填して
いるので、同じ駆動電圧でも電極14a、14b間に大
きな静電力を発生させることができ、あるいは、同じ静
電力を発生させるための駆動電圧を低くすることができ
るので、より駆動効率が向上して滴吐出効率が向上し、
あるいはより一層の低電圧駆動化を図れる。
Then, in this embodiment, the electrode 1
Since the space 18 exposed by 4 is filled with the dielectric material 19 and the gas, a large electrostatic force can be generated between the electrodes 14a and 14b with the same driving voltage, or the same electrostatic force can be generated. Since the driving voltage can be lowered, the driving efficiency is further improved and the droplet ejection efficiency is improved.
Alternatively, further lower voltage driving can be achieved.

【0040】また、誘電材料19及び気体とを充填した
空間18に連通するダンパー室20を設けているので、
誘電材料19及び気体の移動が可能になって、振動板1
0の変形に対する抵抗を抑えることができ、より効率的
な駆動を行うことができる。
Further, since the damper chamber 20 communicating with the space 18 filled with the dielectric material 19 and the gas is provided,
The dielectric material 19 and the gas can be moved, and the diaphragm 1
Resistance to 0 deformation can be suppressed, and more efficient driving can be performed.

【0041】そこで、このヘッドの製造工程の一例につ
いて図4ないし図7を参照して説明する。先ず、図4
(a)に示すように、結晶方位(110)のシリコン基
板31を用いて、同図(b)に示すようにダンパー室2
0を形成する凹部(単に「ダンパー室20」という。)
を形成するためのレジストパターン32を形成し、ドラ
イエッチングあるいはウエットエッチングによりダンパ
ー室20を形成する。
Therefore, an example of the manufacturing process of this head will be described with reference to FIGS. First, FIG.
As shown in FIG. 3A, a silicon substrate 31 having a crystal orientation (110) is used, and as shown in FIG.
A recess forming 0 (hereinafter simply referred to as "damper chamber 20")
A resist pattern 32 for forming the is formed, and the damper chamber 20 is formed by dry etching or wet etching.

【0042】その後、同図(c)に示すように、シリコ
ン基板31にLP-CVDにより振動板を形成するため
の窒化膜33を0.2〜0.3μm厚みに形成し、この
窒化膜33上に酸化膜34を厚み0.1μmに、ポリシ
リコン35を1.5〜3.0μmの範囲内でそれぞれ形
成する。
Thereafter, as shown in FIG. 3C, a nitride film 33 for forming a vibration plate is formed on the silicon substrate 31 by LP-CVD to a thickness of 0.2 to 0.3 μm, and the nitride film 33 is formed. An oxide film 34 having a thickness of 0.1 μm and a polysilicon film 35 having a thickness of 1.5 to 3.0 μm are formed thereon.

【0043】次いで、同図(d)に示すように、フォト
リソ及びエッチングによってポリシリコン35の溝を掘
り込むことによって、ポリシリコン35からなる電極1
4を形成し、更に同図(e)に示すように、振動板10
に対応する部分以外の酸化膜34及び窒化膜33を除去
して、外面に酸化膜34を有する窒化膜33からなる振
動板10を形成する。なお、振動板10は酸化膜34と
窒化膜33の積層膜であってもよい。
Then, as shown in FIG. 3D, the electrode 1 made of polysilicon 35 is formed by digging the groove of the polysilicon 35 by photolithography and etching.
4 is formed, and as shown in FIG.
The oxide film 34 and the nitride film 33 other than the portion corresponding to are removed to form the diaphragm 10 made of the nitride film 33 having the oxide film 34 on the outer surface. The diaphragm 10 may be a laminated film of the oxide film 34 and the nitride film 33.

【0044】一方、図5(a)に示すように、第2基板
2となる面方位(110)のシリコン基板41を用意
し、同図(b)に示すように、酸化膜42を形成して、
同図(c)に示すように、この酸化膜42に凹部16を
形成する。
On the other hand, as shown in FIG. 5A, a silicon substrate 41 having a plane orientation (110) to be the second substrate 2 is prepared, and an oxide film 42 is formed as shown in FIG. 5B. hand,
As shown in FIG. 3C, the recess 16 is formed in the oxide film 42.

【0045】その後、図6(a)に示すようにシリコン
基板31とシリコン基板41とを直接接合によって貼り
合せた後、同図(b)に示すようにLP−CVDにより
マスクとなる窒化膜45を形成し、同図(c)に示すよ
うにKOH溶液のエッチングによってシリコン基板31
に吐出室6となる貫通部(単に吐出室6という。)を形
成する。
Thereafter, as shown in FIG. 6A, the silicon substrate 31 and the silicon substrate 41 are directly bonded to each other, and then the nitride film 45 serving as a mask is formed by LP-CVD as shown in FIG. 6B. And a silicon substrate 31 is formed by etching with a KOH solution as shown in FIG.
A penetrating portion to be the discharge chamber 6 (simply referred to as the discharge chamber 6) is formed in the.

【0046】次いで、図7(a)に示すように窒化膜4
5を除去して、同図(b)に示すようにノズルい板3を
シリコン基板31上に接合し、更に同図(c)に示すよ
うに電極14が臨む空間18内に誘電材料19と気体
(不活性ガス)とを充填する。
Then, as shown in FIG. 7A, the nitride film 4 is formed.
5 is removed, the nozzle plate 3 is bonded onto the silicon substrate 31 as shown in FIG. 2B, and the dielectric material 19 is formed in the space 18 facing the electrode 14 as shown in FIG. Fill with gas (inert gas).

【0047】次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドとイン
クタンクとを一体にしたインクカートリッジ(インクタ
ンク一体型ヘッド)について図8を参照して説明する。
このインクカートリッジ一体型ヘッド50は、ノズル孔
51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52と、このインクジェットヘッド52に対
してインクを供給するインクタンク53とを一体化した
ものである。
Next, an ink cartridge (ink tank integrated head) in which the droplet discharge head and the ink tank according to the present invention are integrated will be described with reference to FIG.
The ink cartridge-integrated head 50 is one in which the inkjet head 52 of any of the above-described embodiments having a nozzle hole 51 and the like and an ink tank 53 that supplies ink to the inkjet head 52 are integrated. .

【0048】このように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とインクタンクとを一体化す
ることで、滴吐出効率に優れ、安定した滴吐出特性が得
られるヘッド一体型のインクカートリッジを得ることが
できる。また、インクカートリッジにドライバを載せた
場合、ドライバコストもインクカートリッジに載ってく
る。本発明に係る液滴吐出ヘッドでは低電圧での駆動が
可能であるので、ドライバの耐圧も小さくてすみ、低コ
スト化を図れる。
By thus integrating the ink jet head, which is the droplet discharge head according to the present invention, and the ink tank, a head-integrated ink cartridge having excellent droplet discharge efficiency and stable droplet discharge characteristics can be obtained. Obtainable. Further, when the driver is mounted on the ink cartridge, the driver cost is also mounted on the ink cartridge. Since the droplet discharge head according to the present invention can be driven at a low voltage, the withstand voltage of the driver can be small and the cost can be reduced.

【0049】次に、本発明に係るインクジェットヘッド
(インクカートリッジを含む。)を搭載したインクジェ
ット記録装置の機構の一例について図9及び図10を参
照して説明する。なお、図9は同記録装置の斜視説明
図、図10は同記録装置の機構部の要部側面説明図であ
る。
Next, an example of the mechanism of the ink jet recording apparatus equipped with the ink jet head (including the ink cartridge) according to the present invention will be described with reference to FIGS. 9 and 10. 9 is a perspective explanatory view of the same recording apparatus, and FIG. 10 is a side view of a main part of a mechanical section of the same recording apparatus.

【0050】このインクジェット記録装置は、フレーム
61に主ガイドロッド62と従ガイドロッド63を略水
平な位置関係で横架し、これらの主ガイドロッド62及
び従ガイドロッド63でキャリッジ65を主走査方向に
摺動自在に支持している。
In this ink jet recording apparatus, a main guide rod 62 and a sub guide rod 63 are horizontally mounted on a frame 61 in a substantially horizontal positional relationship, and the main guide rod 62 and the sub guide rod 63 move a carriage 65 in the main scanning direction. It is slidably supported on.

【0051】キャリッジ65には、それぞれイエロー
(Y)インク、マゼンタ(M)インク、シアン(C)イ
ンク、ブラック(Bk)インクをそれぞれ吐出する4個
のヘッド66を搭載している。この記録装置におけるヘ
ッド66は、エッジシュータ方式のヘッドとして構成し
ている。また、キャリッジ65にはヘッド66に各色の
インクを供給するための4個のインクカートリッジ67
y,67m,67c,67kを交換可能に搭載してい
る。
The carriage 65 is equipped with four heads 66 for ejecting yellow (Y) ink, magenta (M) ink, cyan (C) ink, and black (Bk) ink, respectively. The head 66 in this recording apparatus is configured as an edge shooter type head. Further, the carriage 65 has four ink cartridges 67 for supplying ink of each color to the head 66.
The y, 67m, 67c and 67k are exchangeably mounted.

【0052】また、ヘッド66としては、上述した4色
に加えて、淡いシアン、淡いマゼンタ、淡いイエローの
3色を加えた7色のヘッドで構成することもできる。さ
らに、ヘッド66としては、各色毎に独立したヘッドで
はなく、1つのヘッドで各色のインク滴を吐出するノズ
ルを有するマルチカラーノズルヘッドなどを用いること
もできる。
The head 66 may be composed of a seven-color head in which, in addition to the above-mentioned four colors, three colors of light cyan, light magenta and light yellow are added. Further, as the head 66, a multi-color nozzle head having nozzles that eject ink droplets of each color with one head can be used instead of an independent head for each color.

【0053】インクカートリッジ67(y、m、c、
k)は上方に大気と連通する大気口、下方にはヘッド6
6の個々の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。この
インクカートリッジ67からインクをヘッド66の各イ
ンクジェットヘッド内に供給する。
Ink cartridge 67 (y, m, c,
k) is an atmosphere port communicating with the atmosphere in the upper part, and the head 6 is in the lower part.
6 has a supply port for supplying ink to each inkjet head, and has a porous body filled with ink inside, and the ink supplied to the inkjet head is slightly negative due to the capillary force of the porous body. The pressure is maintained. Ink is supplied from the ink cartridge 67 into each inkjet head of the head 66.

【0054】そして、キャリッジ65は図示しない主走
査モータで回転される駆動プーリ(駆動タイミングプー
リ)と従動プーリ(アイドラプーリ)との間に張装した
タイミングベルトに連結して、主走査モータを駆動制御
することによってキャリッジ65を主走査方向に移動走
査するようにしている。
The carriage 65 is connected to a timing belt stretched between a drive pulley (driving timing pulley) rotated by a main scanning motor (not shown) and a driven pulley (idler pulley) to drive the main scanning motor. The carriage 65 is controlled to move and scan in the main scanning direction.

【0055】また、ガイド板68にセットされる用紙7
0を、図示しない駆動源によってドライブギヤ71及び
スプロケットギヤ72を介して回動されるプラテンロー
ラ73にて取り込み、プラテンローラ73周面とこれに
圧接するガイドローラ74及びプレッシャローラ75と
によって矢示B方向に搬送可能としている。なお、プラ
テンローラ73にはノブ73aを取り付けている。
Further, the paper 7 set on the guide plate 68
0 is taken in by the platen roller 73 which is rotated by a drive source (not shown) via the drive gear 71 and the sprocket gear 72, and is indicated by the peripheral surface of the platen roller 73 and the guide roller 74 and the pressure roller 75 that are in pressure contact with the platen roller 73. It can be transported in the B direction. A knob 73a is attached to the platen roller 73.

【0056】そして、このインクジェット記録装置で
は、キャリッジ65を主走査方向(矢示A方向)に移動
走査させながら、記録ヘッド76の各ヘッドからインク
滴を噴射させて用紙70に一ライン分の画像を印字し、
用紙70を副走査方向(矢示B方向)に1ライン分搬送
する動作を繰り返しながら、用紙70に画像を記録す
る。
In this ink jet recording apparatus, while the carriage 65 is moved and scanned in the main scanning direction (A direction indicated by the arrow), ink droplets are ejected from each head of the recording head 76 to form an image of one line on the paper 70. Is printed,
An image is recorded on the sheet 70 by repeating the operation of conveying the sheet 70 by one line in the sub-scanning direction (the direction of arrow B).

【0057】また、キャリッジ65の移動方向右端側の
記録領域を外れた位置には、図示しないが,ヘッド66
の吐出不良を回復するための回復装置を配置している。
回復装置は、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65は印字待機中にはこの
回復装置側に移動されてキャッピング手段でヘッド66
をキャッピングされ、吐出口部(ノズル孔)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(パージする)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。
Although not shown, a head 66 is provided at a position outside the recording area on the right end side of the carriage 65 in the moving direction.
A recovery device for recovering the ejection failure of is disposed.
The recovery device has a cap unit, a suction unit, and a cleaning unit. The carriage 65 is moved to the recovery device side while waiting for printing, and the head 66 is moved by the capping means.
The ejection port portion (nozzle hole) is kept wet to prevent ejection failure due to ink drying. Further, by ejecting (purging) ink that is not related to recording during recording or the like, the ink viscosity of all the ejection ports is made constant, and stable ejection performance is maintained.

【0058】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66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。
When an ejection failure occurs, the ejection port (nozzle) of the head 66 is sealed by the capping means, and the ink is adsorbed on the ejection port surface by the suction means through the tube together with the ink. The dust and the like are removed by the cleaning means and the ejection failure is recovered. Further, the sucked ink is discharged to a waste ink reservoir (not shown) installed in the lower portion of the main body, and is absorbed and held by an ink absorber inside the waste ink reservoir.

【0059】このように、このインクジェット記録装置
においては本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジ
ェットヘッドを搭載しているので、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。
As described above, since this ink jet recording apparatus is equipped with the ink jet head which is the liquid droplet ejection head according to the present invention, stable ink droplet ejection characteristics are obtained and the image quality is improved. Further, since a head that can be driven at a low voltage is mounted, the power consumption of the entire inkjet recording device can be reduced.

【0060】次に、本発明に係る静電アクチュエータを
含むマイクロデバイスとしてのマイクロポンプについて
図11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。
Next, a micropump as a microdevice including the electrostatic actuator according to the present invention will be described with reference to FIG. It should be noted that the figure is a cross-sectional explanatory view of the main parts of the micropump. This micro pump
The flow path substrate 201 and the protection substrate 202 are laminated and bonded to each other. The flow path substrate 201 is formed with a flow path 203 through which a fluid flows, and is also deformable to form one wall surface of the flow path 203. A movable plate 204 (corresponding to a vibrating plate of the head) is provided, and a portion of the movable plate 204 which is not bonded and fixed to the protective substrate 202 is a movable portion 205.

【0061】そして、可動部分205には絶縁膜206
を介して外面側に、インクジェットヘッドと同様に、複
数の電極207、207を所定の間隔を置いて配置して
いる。
An insulating film 206 is formed on the movable portion 205.
A plurality of electrodes 207, 207 are arranged at predetermined intervals on the outer surface side via the, like the inkjet head.

【0062】保護基板202はヘッドの第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
めの空間208を形成している。ここでは、保護基板2
02は平板板基板にスペーサ部209を設けることで可
動板204と保護基板202との間に電極207が臨む
空間208を形成して、この空間208内に誘電材料2
10と気体とを充填している。
The protective substrate 202 has the same function as the second substrate 2 of the head, and forms a space 208 for arranging the electrodes 207. Here, the protective substrate 2
02 is a flat plate substrate provided with a spacer portion 209 to form a space 208 facing the electrode 207 between the movable plate 204 and the protective substrate 202.
10 and gas are filled.

【0063】このマイクロポンプの動作原理を説明する
と、液滴吐出ヘッドの動作で説明したように、複数の電
極207、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、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。
The principle of operation of this micropump will be described. As described in the operation of the droplet discharge head, a pulse potential is applied to the plurality of electrodes 207, 207 every other pulse, so that the electrodes 207, 207 are electrically connected to each other. Since the electrostatic attraction force is generated, the movable portion 205 is deformed toward the flow path 203 side.
Here, by sequentially driving the movable part 205 from the right side in the drawing, the fluid in the flow path 203 flows in the direction of the arrow, and the fluid can be transported.

【0064】この場合、可動部分205と電極207と
で構成される静電アクチュエータは、前述した液滴吐出
ヘッドの振動板と電極からなる静電アクチュエータと同
様に構成されているので、駆動効率が向上し、安定した
駆動特性が得られ、流体を安定して効率的に移送するこ
とができる。
In this case, since the electrostatic actuator composed of the movable portion 205 and the electrode 207 is structured in the same manner as the electrostatic actuator composed of the vibrating plate and the electrode of the droplet discharge head described above, the driving efficiency is improved. Improved and stable driving characteristics can be obtained, and the fluid can be stably and efficiently transferred.

【0065】なお、この例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。
In this example, a plurality of movable parts are provided, but the number of movable parts may be one. Also, one or more valves, such as a check valve, may be provided between the moving parts to increase transport efficiency.

【0066】次に、本発明に係る静電アクチュエータを
含むマイクロデバイスの他の例として光学デバイスの実
施形態について図12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。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。
Next, an embodiment of an optical device as another example of the microdevice including the electrostatic actuator according to the present invention will be described with reference to FIG. The figure is a schematic configuration diagram of the device. In this optical device, a deformable mirror 301 and a protective substrate 302 are overlapped and bonded to each other, and a portion of the mirror 301 which is not bonded and fixed to the protective substrate 302 is a movable part 305. A dielectric multilayer film or a metal film may be formed on the surface of the mirror 301 to increase the reflectance.

【0067】そして、可動部分305には絶縁膜306
を介して外面側に、インクジェットヘッドと同様に、複
数の電極307、307を所定の間隔を置いて配置して
いる。保護基板302はヘッドの第2基板2と同様な機
能を有するものであり、電極307を配置するための空
間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を設けることでミラー3
01と保護基板302との間で電極307が臨む空間3
08を形成して、この空間308内に誘電材料と気体と
を充填している。
The movable portion 305 has an insulating film 306.
A plurality of electrodes 307, 307 are arranged at predetermined intervals on the outer surface side via the, like the inkjet head. The protective substrate 302 has the same function as the second substrate 2 of the head, and forms a space 308 for disposing the electrode 307. Here, the protective substrate 302 is provided with a spacer portion 309 on a flat plate substrate so that the mirror 3
01 and the protective substrate 302 between the space 307 facing the electrode 307
08 is formed to fill the space 308 with the dielectric material and the gas.

【0068】この光学デバイスの原理を説明すると、前
記液滴吐出ヘッドの動作で説明したと同様に、ミラー3
01の可動部分305に設けた複数の電極307、30
7に対してパルス電位を与えることによって、電極30
7、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。
The principle of this optical device will be described. As with the operation of the droplet discharge head, the mirror 3
01, the plurality of electrodes 307, 30 provided on the movable part 305.
7 by applying a pulsed potential to the electrode 30
Since an electrostatic attraction force is generated between the moving parts 30 and 30,
5 is transformed into a convex shape to form a convex mirror. Therefore, the light from the light source 310 passes through the lens 311 and the mirror 301.
When the mirror 301 is not driven,
The light is reflected at the same angle as the incident angle, but when the movable portion 305 is driven by the mirror 301, the movable portion 305 serves as a convex mirror, so that the reflected light becomes divergent light. Thereby, an optical modulation device can be realized.

【0069】この場合、可動部分305と電極307と
で構成される静電アクチュエータは、前述した液滴吐出
ヘッドの振動板と電極とで構成される静電アクチュエー
タと同様に構成しているので、安定した、効率的な駆動
が可能になり、安定した動作特性が得られる光変調デバ
イスを構成できる。
In this case, since the electrostatic actuator composed of the movable portion 305 and the electrode 307 is constructed in the same manner as the electrostatic actuator composed of the vibrating plate and the electrode of the droplet discharge head described above, A stable and efficient driving is possible, and an optical modulation device that can obtain stable operation characteristics can be configured.

【0070】そこで、この光学デバイスを応用した例を
図13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、可動部分305を4×4のマトリクスに配列して
いる。
Therefore, an example in which this optical device is applied will be described with reference to FIG. In this example, the above-mentioned optical devices are arranged two-dimensionally, and the movable portion 305 of each mirror is arranged.
Is driven independently. Here, the movable parts 305 are arranged in a 4 × 4 matrix.

【0071】したがって、前述した図12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、307に電圧を印加してミラー301の可動
部分305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。
Therefore, as in the case of FIG. 12, the light from the light source 310 passes through the lens 311 and the mirror 301.
The light that is applied to the area where the mirror 301 is not driven enters the projection lens 312. On the other hand, a portion where the movable portion 305 of the mirror 301 is deformed by applying a voltage to the electrodes 307 and 307 is a convex mirror, so that light diverges and hardly enters the projection lens 312. The light incident on the projection lens 312 is projected on a screen (not shown) or the like, and an image can be displayed on the screen.

【0072】以上説明してきた各実施形態においては、
電極14は一方向のみに分離した例を示したが、図14
に示すように電極14を格子状に分離して、振動板10
(若しくは可動部分)が2軸に変形するようにしても良
い。
In each of the embodiments described above,
Although the electrode 14 is shown as being separated in only one direction,
The electrodes 14 are separated into a grid pattern as shown in FIG.
(Or the movable part) may be biaxially deformed.

【0073】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、静電アクチュエータは、マイクロポンプ、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。
In the above-described embodiment, an example in which the droplet ejection head is applied to an ink jet head has been described. However, as a droplet ejection head other than the ink jet head, for example, a droplet ejection for ejecting a liquid resist as a droplet. The present invention can also be applied to other droplet discharge heads such as a head and a droplet discharge head that discharges a DNA sample as droplets. Further, the electrostatic actuator can be applied to a micro switch (micro relay), a multi-optical lens actuator (optical switch), a micro flow meter, a pressure sensor, etc., in addition to the micro pump and the light modulation device.

【0074】[0074]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る静電
アクチュエータによれば、可動部分には互いに絶縁分離
された導電性の構造体からなり、相互に静電力を生じさ
せるための複数の電極を設け、この電極が臨む空間内に
誘電材料が充填されている構成としたので、低電圧で、
駆動効率が高く、安定した駆動を行えるアクチュエータ
を得ることができる。
As described above, according to the electrostatic actuator of the present invention, the movable portion is composed of the conductive structures that are insulated and separated from each other, and the plurality of movable members are provided for generating electrostatic force. Since the electrode is provided and the space facing this electrode is filled with the dielectric material, at a low voltage,
It is possible to obtain an actuator having high driving efficiency and capable of stable driving.

【0075】本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、振
動板の可動部分を変形させる本発明に係る静電アクチュ
エータを備えているので、低コストで、滴吐出効率が高
く、安定した滴吐出特性が得られる。
According to the droplet discharge head of the present invention, since the electrostatic actuator according to the present invention for deforming the movable portion of the vibration plate is provided, the droplet discharge efficiency is high and the droplet discharge is stable. The characteristics are obtained.

【0076】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である構成としたので、高画質
記録を行うことができる。
According to the ink jet recording apparatus of the present invention, since the ink jet head for ejecting ink droplets is the liquid droplet ejection head of the present invention, high image quality recording can be performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の液滴吐出ヘッドの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
FIG. 1 is an exploded perspective view showing an inkjet head according to an embodiment of a droplet discharge head of the present invention.

【図2】同ヘッドの振動板短手方向の断面説明図FIG. 2 is a cross-sectional explanatory view of the head in the lateral direction of the diaphragm.

【図3】同ヘッドの電極配置パターンを説明する平面説
明図
FIG. 3 is an explanatory plan view for explaining an electrode arrangement pattern of the head.

【図4】同ヘッドの製造工程の一例の説明に供する第1
基板側の製造工程を説明する説明図
FIG. 4 is a first diagram for explaining an example of a manufacturing process of the head.
Explanatory drawing explaining the manufacturing process on the substrate side

【図5】同第2基板側の製造工程を説明する説明図FIG. 5 is an explanatory view illustrating a manufacturing process on the second substrate side.

【図6】図4、図5に続く工程を説明する説明図FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a step following FIG. 4 and FIG.

【図7】図6に続く工程を説明する説明図FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating a step following FIG.

【図8】本発明に係る液滴吐出ヘッドを含むインクタン
ク一体型ヘッドの説明に供する斜視説明図
FIG. 8 is an explanatory perspective view for explaining an ink tank integrated head including a droplet discharge head according to the present invention.

【図9】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
FIG. 9 is an explanatory perspective view illustrating an example of an inkjet recording apparatus according to the present invention.

【図10】同記録装置の機構部の説明図FIG. 10 is an explanatory diagram of a mechanical section of the recording apparatus.

【図11】本発明に係る静電アクチュエータを含むマイ
クロポンプの一例を説明する説明図
FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating an example of a micropump including an electrostatic actuator according to the present invention.

【図12】本発明に係る静電アクチュエータを含む光学
デバイスの一例を説明する説明図
FIG. 12 is an explanatory diagram illustrating an example of an optical device including an electrostatic actuator according to the present invention.

【図13】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
FIG. 13 is a perspective explanatory view illustrating an example of a light modulation device using the optical device.

【図14】電極構成の他の例の説明に供する斜視説明図FIG. 14 is a perspective explanatory view for explaining another example of the electrode configuration.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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、11…絶縁膜、14…電極、18…電極が
臨む空間、19…誘電材料、20…ダンパー室、50…
インクタンク一体型ヘッド、66…記録ヘッド、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。
1 ... 1st substrate, 2 ... 2nd substrate, 3 ... Nozzle plate, 4 ... Nozzle hole, 6 ... Discharge chamber, 7 ... Fluid resistance part, 8 ... Common liquid chamber, 1
0 ... Vibration plate, 11 ... Insulating film, 14 ... Electrode, 18 ... Space that the electrode faces, 19 ... Dielectric material, 20 ... Damper chamber, 50 ...
Ink tank integrated head, 66 ... Recording head, 201
... flow path substrate, 203 ... flow path, 205 ... movable part, 207
... electrodes, 301 ... mirrors, 305 ... movable parts, 307 ...
electrode.

フロントページの続き (72)発明者 三村 忠士 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 清水 明 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 AF52 AF55 AG53 AG54 AG56 BA04 BA14 BA15 Continued front page    (72) Inventor Tadashi Mimura             1-3-3 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Stocks             Company Ricoh (72) Inventor Akira Shimizu             1-3-3 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Stocks             Company Ricoh F-term (reference) 2C057 AF52 AF55 AG53 AG54 AG56                       BA04 BA14 BA15

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 可動部分を変形させる静電アクチュエー
タにおいて、前記可動部分には互いに絶縁分離された導
電性の構造体からなり、相互に静電力を生じさせるため
の複数の電極を設け、この電極が臨む空間内に誘電材料
が充填されていることを特徴とする静電アクチュエー
タ。
1. An electrostatic actuator for deforming a movable part, wherein the movable part is provided with a plurality of electrodes that are made of a conductive structure that is insulated and separated from each other, and that are provided with a plurality of electrodes for generating mutual electrostatic force. An electrostatic actuator characterized in that a space facing a space is filled with a dielectric material.
【請求項2】 請求項1に記載の静電アクチュエータに
おいて、前記電極が臨む空間内に誘電材料と気体が充填
されていることを特徴とする静電アクチュエータ。
2. The electrostatic actuator according to claim 1, wherein a space facing the electrode is filled with a dielectric material and a gas.
【請求項3】 請求項2に記載の静電アクチュエータに
おいて、前記気体が不活性ガスであることを特徴とする
静電アクチュエータ。
3. The electrostatic actuator according to claim 2, wherein the gas is an inert gas.
【請求項4】 請求項1ないし3のいずれかに記載の静
電アクチュエータにおいて、前記電極の略全面が前記誘
電材料に接していることを特徴とする静電アクチュエー
タ。
4. The electrostatic actuator according to claim 1, wherein substantially the entire surface of the electrode is in contact with the dielectric material.
【請求項5】 請求項1ないし4のいずれかに記載に静
電アクチュエータにおいて、前記空間に連通するダンパ
ー室を有することを特徴とする静電アクチュエータ。
5. The electrostatic actuator according to claim 1, further comprising a damper chamber communicating with the space.
【請求項6】 請求項5に記載の静電アクチュエータに
おいて、前記ダンパー室は複数の空間に連通しているこ
とを特徴とする静電アクチュエータ。
6. The electrostatic actuator according to claim 5, wherein the damper chamber communicates with a plurality of spaces.
【請求項7】 液滴を吐出するノズル孔が連通する吐出
室の壁面の一部を形成する可動部分を有する振動板を備
え、この振動板を変形させることで前記液滴を吐出させ
る液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板の可動部分を変
形させる請求項1ないし6のいずれかに記載の静電アク
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。
7. A droplet having a movable portion forming a part of a wall surface of a discharge chamber communicating with a nozzle hole for discharging the droplet, and the droplet being discharged by deforming the diaphragm. A droplet discharge head comprising the electrostatic actuator according to any one of claims 1 to 6, which deforms a movable portion of the vibrating plate.
【請求項8】 請求項7に記載の液滴吐出ヘッドにおい
て、インクを供給するインクタンクを一体に備えている
ことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
8. The droplet discharge head according to claim 7, further comprising an ink tank for supplying ink.
【請求項9】 インク滴を吐出させるインクジェットヘ
ッドを備え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7又は8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ジェット記録装
置。
9. An ink jet recording apparatus having an ink jet head for ejecting ink droplets, wherein the ink jet head is the liquid droplet ejecting head according to claim 7.
JP2002077400A 2002-03-20 2002-03-20 Electrostatic actuator, liquid drop discharge head and inkjet recorder Pending JP2003266695A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002077400A JP2003266695A (en) 2002-03-20 2002-03-20 Electrostatic actuator, liquid drop discharge head and inkjet recorder

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002077400A JP2003266695A (en) 2002-03-20 2002-03-20 Electrostatic actuator, liquid drop discharge head and inkjet recorder

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003266695A true JP2003266695A (en) 2003-09-24

Family

ID=29205710

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002077400A Pending JP2003266695A (en) 2002-03-20 2002-03-20 Electrostatic actuator, liquid drop discharge head and inkjet recorder

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2003266695A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007077864A (en) * 2005-09-14 2007-03-29 Ricoh Co Ltd Electrostatic actuator, droplet delivery head, liquid cartridge, image forming device, micro pump and optical device
US7883182B2 (en) 2006-04-21 2011-02-08 Koninklijke Philips Electronics N.V. Fluid ejection device for ink jet heads
JP2013504730A (en) * 2009-09-14 2013-02-07 コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ Heat exchange device with confined convection boiling and improved efficiency

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007077864A (en) * 2005-09-14 2007-03-29 Ricoh Co Ltd Electrostatic actuator, droplet delivery head, liquid cartridge, image forming device, micro pump and optical device
US7883182B2 (en) 2006-04-21 2011-02-08 Koninklijke Philips Electronics N.V. Fluid ejection device for ink jet heads
JP2013504730A (en) * 2009-09-14 2013-02-07 コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ Heat exchange device with confined convection boiling and improved efficiency

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2009274226A (en) Liquid droplet ejecting head, ink cartridge, image forming apparatus, piezoelectric actuator, micropump, and light modulating device
JP2003266695A (en) Electrostatic actuator, liquid drop discharge head and inkjet recorder
JP4282342B2 (en) Droplet discharge head and apparatus using the droplet discharge head
JP2004001110A (en) Electrostatic actuator, liquid droplet discharge head, ink jet recording device, and micro device
JP2003211394A (en) Electrostatic actuator, droplet discharge head, ink jet recording device, micropump, and optical device
JP2003245897A (en) Electrostatic actuator, drop discharge head, and inkjet recording device
JP2003276194A (en) Electrostatic actuator, liquid drop ejection head and ink jet recorder
JP4111809B2 (en) Electrostatic actuator, droplet discharge head and manufacturing method thereof, ink cartridge, inkjet recording apparatus, micropump, optical device, image forming apparatus, and apparatus for discharging droplets
JP4043895B2 (en) Method for manufacturing droplet discharge head
JP2003211393A (en) Microactuator, droplet discharge head, ink cartridge, ink jet recording device, micropump, and optical device
JP4115210B2 (en) Electrostatic actuator, droplet discharge head and manufacturing method thereof, ink cartridge, micropump, optical device, image forming apparatus, and droplet discharge apparatus
JP2003182070A (en) Liquid drop ejection head and its manufacturing method, ink cartridge, ink jet recorder, microactuator, micropump, optical device
JP2003341055A (en) Liquid drop ejection head and inkjet recorder
JP2003246056A (en) Electrostatic actuator, liquid drop discharge head and inkjet recorder
JP2003266696A (en) Electrostatic actuator, liquid drop discharge head and inkjet recorder
JP2003246070A (en) Liquid drop discharge head, its manufacturing method, inkjet recorder, and micro device
JP3904438B2 (en) Droplet ejection head, ink cartridge, ink jet recording apparatus, microactuator, micropump, optical device, image forming apparatus, apparatus for ejecting droplets
JP2004066606A (en) Liquid drop ejecting head, its manufacturing process and inkjet recorder
JP2008099364A (en) Electrostatic actuator, liquid droplet discharge head, manufacturing method of the electrostatic actuator, ink cartridge, ink jet recording apparatus, micropump and optical modulation device
JP2003276191A (en) Electrostatic actuator, liquid drop ejection head, and ink jet recorder
JP2003340796A (en) Electrostatic actuator, liquid drop ejection head and ink jet recorder
JP2009190241A (en) Electrostatic actuator, liquid droplet discharge head and liquid droplet discharge device
JP3957054B2 (en) Droplet ejection head, ink cartridge, ink jet recording apparatus, microactuator, micropump, optical device, image forming apparatus, apparatus for ejecting droplets
JP2003205609A (en) Liquid droplet ejecting head, ink cartridge, ink-jet recording apparatus, micro actuator, micro pump, and optical device
JP2003259662A (en) Electrostatic actuator, droplet discharge head, and inkjet recording apparatus