JP2003276191A - 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 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低コストで安定した滴吐出特性が得られな
い。 【解決手段】 振動板１０には絶縁膜１１を介して電気
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１４ａ、１４ｂを島状に配置して設け、電
極１４ａ、１４ｂ間で発生する静電引力で振動板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。

【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
センサなどのマイクロデバイス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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【００１４】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、低コストで、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。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係る静電アクチュエータは、可動部分に電
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、相互間で静電引力を発生させるための複数の電極
を島状に配置したものである。

【００１６】ここで、電極は平面形状で多角形状である
ことが好ましく、特に好ましくは平面形状で四角形状に
とする。また、電極は平面形状で多角形の角を落とした
形状であることも好ましい。さらに、電極は断面形状で
略Ｉ型形状又は略Ｔ型形状であることが好ましい。

【００１７】また、電極材料は製造工程の熱処理に耐え
得る導電性材料で形成されていることが好ましい。特に
好ましくは、電極がポリシリコン又は単結晶シリコンで
形成されていることである。

【００１８】さらに、複数の電極に対してライン状又は
千鳥状に電圧印加をするための配線層が形成されている
ことが好ましい。この配線層の膜厚は電極より薄いこと
が好ましく、配線層の膜厚は、０．０１〜１μｍの範囲
内であることが好ましい。また、配線層は、製造工程の
熱処理に耐え得る導電性材料で形成されていることが好
ましい。

【００１９】また、電極とこの電極に電圧を印加するた
めの配線層は共通の層から形成することができる。ある
いは、電極とこの電極に電圧を印加するための配線層は
独立の層から形成することができ、この場合、配線層が
ポリシリコン又は窒化チタンで形成されていることが好
ましい。

【００２０】本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液滴を吐
出するノズルが連通する吐出室の少なくとも一方の壁面
を構成する可動部分となる振動板を有し、この振動板を
変形させるための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。

【００２１】ここで、インクを供給するインクカートリ
ッジが一体に設けられている構成とすることができる。

【００２２】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
る液滴吐出ヘッドである構成としたものである。

【００２３】

【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、本発明の静電アクチ
ュエータを含む液滴吐出ヘッドの第１実施形態に係るイ
ンクジェットヘッドの分解斜視図で、一部断面図で示し
ている。図２は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明
図、図３は同ヘッドの振動板短手方向の断面説明図、図
４は同ヘッドの電極配置パターンを示す平面説明図、図
５は図４のＡ−Ａ線に沿う部分断面説明図である。

【００２４】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。

【００２５】中間の第１基板１は、シリコン基板からな
り、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。の第１基板１の底面に吐出室６及び共通
液室８などの底壁ともなる振動板１０を設けている。こ
の振動板１０は、第１基板１を形成するシリコン基板に
高濃度ボロンをドープして形成したボロン原子を１Ｅ２
０／ｃｍ^３以上含有する高濃度ボロン拡散層で形成して
いる。なお、振動板１０は、この他、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。

【００２６】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
体からなり、相互間で静電力を発生するための複数の電
極１４を島状にかつライン状に配置して形成している。
ここで、個々の電極１４について、相互間で静電力を発
生するために異なる電位が印加される２つの電極１４の
一方を電極１４ａ、他方を電極１４ｂとし、ライン状に
配置された電極１４ａの集まりを電極群１４Ａ、ライン
状に配置された電極１４ｂの集まりを電極群１４Ｂ、電
極群１４Ａと電極群１４Ｂとの間隔（電極１４ａと電極
１４ｂの間隔）を溝１４Ｃ、個々の電極の間隔をスリッ
ト１４Ｄという。

【００２７】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
相隣り合う２つの電極１４、１４も溝１４Ｃ（空隙）に
よって相互に電気的に分離される。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の吐出
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。

【００２８】そして、各電極群１４Ａの各電極１４ａに
電圧を印加するための配線層１５Ａと、各電極群１４Ｂ
の各電極１４ｂに電圧を印加するための配線層１５Ｂ
と、電極１４ａ、１４ｂの絶縁層１１側に一体に、すな
わち、ここでは電極１４ａ、１４ｂと配線層１５Ａと、
各電極群１４Ｂの各電極１４ｂに電圧を印加するための
配線層１５Ｂとを共通の層から形成し、これらの配線層
１５Ａ、１５Ｂにはそれぞれ電極引出し部１６Ａ，１６
Ｂを一体に形成して、駆動回路（ここでは発信回路で図
示）１７から電極引出し部１６Ａ、１６Ｂ及び配線層１
５Ａ、１５Ｂを通じて電極群１４Ａの電極１４ａと電極
群１４Ｂの電極１４ｂに互いに電位差を生じる駆動電圧
（異なる電位の電圧）を印加できるようにしている。な
お、電極引出し部１６Ａ、１６Ｂも配線層１５Ａ、１５
Ｂと共通の層から形成している。

【００２９】また、電極１４（電極１４ａ、１４ｂ）は
平面形状で多角形状、ここでは四角形状に形成してい
る。このように、電極１４の平面形状を多角形状にする
ことにより、対向する電極を大きく取ることができ、電
極１４ａ、１４ｂ間に大きな静電力を生じさせて、振動
板１０に大きな変位量を与えることができる。また、電
極の平面形状を四角形状にすることにより、複雑な製造
工程が必要でなく、製造コストの低減を図れる。

【００３０】さらに、電極１４（電極１４ａ、１４ｂ）
は断面形状で略Ｉ型形状に形成している。電極１４の断
面形状をこのように形成することで、異なる電位が印加
される対向する電極１４間での静電力を得る面積を大き
くすることができ、大きな静電力を得ることができるよ
うになる。

【００３１】また、電極１４及び配線層１５Ａ、１５Ｂ
の材料としては製造工程での熱処理に対して十分耐熱性
のある導電性材料で形成する。これにより、製造工程に
対する自由度が大きくなり、電極材料の物性に制限を受
けない製造工程を構築することができるようになる。こ
れらの電極１４及び配線層１５Ａ、１５Ｂの材料（電極
材料）として、ポリシリコンを用いることで、成膜性、
加工性に優れ、コストの低減を図れ、信頼性を向上でき
る。また、電極材料に単結晶シリコンを用いることによ
り、研磨により膜厚を決めることができ、成膜では不可
能な厚い電極を形成することができて、静電力を大きく
することができ、低電圧駆動化を図れる。

【００３２】さらに、異なる電位が印加される電極１４
をライン状に配置することよって、電極１４に電位を印
加する配線のための配線層１５Ａ、１５Ｂを電極１４
ａ、１４ｂと共通にすることができ、別途配線のための
工程が必要とせず、製造工程が簡略になり、低コスト化
を図ることができる。

【００３３】さらにまた、配線層１５Ａ、１５Ｂ及び電
極引出し層１６Ａ、１６Ｂは電極１４よりも膜厚を薄く
して、振動板１０の実質的な厚みの増加による剛性の増
加を抑制するようにしている。

【００３４】この第１基板１の下面に接合される第２基
板２は、電極１４を外部からの衝撃やホコリなどから保
護したり、第１基板１の強度を補強したりするための保
護基板である。この第２基板２には、ガラス、金属、シ
リコン、樹脂などからなる基板などを使用し、この基板
２には各振動板１０に対応する位置に例えば１ｍｍの深
さの凹部１８を形成している。ただし、必ずしも振動板
１０ごとに凹部１８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。

【００３５】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。

【００３６】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５の構成において、電極群
１４Ａの各電極１４ａに発振回路１７により０Ｖから４
０Ｖのパルス電位を印加し、電極群１４Ｂの各電極１４
ｂに電位を印加しないとすると、電極１４ａの表面がプ
ラスに帯電し、パルス電位を印加していない隣り合う電
極１４ｂとの間で、図６に示すように、静電力が発生し
て、静電気の吸引作用が働き、電極１４の自由端（振動
板１０側が固定端）が引き合って電極１４が変位し、こ
れらの電極１４の自由端側が変位することで、電極１４
の固定端側である振動板１０に曲げモーメントが発生し
て振動板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
ることできる。

【００３７】そして、電極１４ａの電位が０Ｖに戻る
と、電極１４ｂとの間に電位差はなくなり、振動板１０
は元の状態に復元する。振動板１０が復元することによ
り、インクが共通液室８より流体抵抗部７を通じて吐出
室６内に補給される。すなわち、この実施形態では押し
打ち法でインク滴を吐出させる。

【００３８】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１４Ｃを狭く形成
することが重要となる。

【００３９】

【数１】

【００４０】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。

【００４１】このように、この静電アクチュエータを含
む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１４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（駆動効率）
が向上し、高画質記録が可能になる。

【００４２】また、電極１４を溝１４Ｃ及びスリット１
４Ｄによって分割することで島状に配置しているので、
電極１４を振動板１０に設けることによる振動板１０の
剛性の増加を抑制することができる。すなわち、電極
（構造体）１４自体は曲がらないため、電極１４を設け
た設けた振動板１０の部分は振動板１０の厚みが実質的
に増加して剛性が高くなり、変位効率が低下することに
なる。そこで、電極１４を島状に配置することで、振動
板１０表面に占める電極１４の領域が少なくなり、振動
板１０の変形可能部分の減少が少なくなって剛性の増加
が抑制されるので、振動板１０を効率良く変位させるこ
とができるようになる。

【００４３】そして、振動板１０に設けた構造体自体が
電極１４として働くので、従前のようにシリコン構造体
に電極を成膜などの方法により形成するという困難な工
程の必要がなく、コストダウンを図ることが可能であ
り、また、構造体間の非常に狭い間隔に電極を形成する
ことによって生じるショートなどの不良も低減できる。
さらに、構造体に電極を形成した後に電極を櫛の歯状に
分離するという工程も必要がなく、低コスト化、大量生
産が容易である。

【００４４】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を向上で
きる。なお、振動板１０自体を絶縁性部材で形成すれ
ば、別途絶縁膜を設けないでも良い。

【００４５】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７を参照して説明する。なお、同図は
同ヘッドの振動板短手方向に沿う断面説明図である。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。

【００４６】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。

【００４７】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８を参照して説明する。なお、同図は
同ヘッドの振動板短手方向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。

【００４８】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。

【００４９】次に、第４実施形態に係るインクジェット
ヘッドについてその製造工程とともに図９ないし図１３
を参照して説明する。なお、図９は同ヘッドの１つの振
動板部分の平面説明図、図１０及び図１１は同ヘッドの
製造工程を説明する図９のＢ−Ｂ線に沿う振動板短辺方
向の断面説明図、図１２及び図１３は同ヘッドの製造工
程を説明する図１０、図１１と同工程の図９のＣ−Ｃ線
に沿う振動板長辺方向の断面説明図である。

【００５０】この実施形態は、電極１４の断面形状がＩ
型、電極１４と配線層１５を共通レイヤーのポリシリコ
ンで形成し、電極１４ａ、電極１４ｂに対してライン状
に電圧を印加するヘッドの例である。

【００５１】まず、図１０（ａ）及び図１２（ａ）に示
すように、（１１０）を面方位とする厚さ４００μｍの
シリコン基板３１にシリコン窒化膜４１、ＨＴＯ膜４
２、振動板１０となるシリコン窒化膜４３、及びＨＴＯ
膜４４を、ＣＶＤ法を用いて順次厚さ各々０．１／０．
１／０．１５／０．０５μｍに堆積する。そして、電極
１４となるポリシリコン４５を３μｍ厚みにＣＶＤ法を
用いて堆積させる。その後、ＣＭＰ等でウェハ表面をミ
ラー研磨し、且つ裏面のシリコン基板が露出するまで研
磨する。

【００５２】次いで、各図（ｂ）に示すように、電極１
４ａ、１４ｂ及びスペーサ部２５を形成するために、ポ
リシリコン４５に写真製版とドライエッチで幅０．４μ
ｍの電極間隔となる振動板長辺方向に沿う（短辺方向と
直交する）溝１４Ｃを形成するとともに、振動板短辺方
向に沿う（長辺方向と直交する）溝４６を形成して電極
群１４Ａとなる部分と配線層１５Ｂとなる部分（電極群
１４Ｂとなる部分と配線層１５Ａとなる部分も同様）と
を分割する。

【００５３】その後、各図（ｃ）に示すように、ポリシ
リコン４５に立体レジストとドライエッチによって振動
板短辺方向に沿う（長辺方向と直交する）スリット１４
Ｄを形成することで、島状の電極１４ａ、１４ｂ、配線
層１５Ａ、１５Ｂ、電極引き出し層１６Ａ、１６Ｂを形
成する。

【００５４】次いで、各図（ｄ）に示すように、凹部１
８を形成し、接合面に熱酸化膜４８を０．０５μｍ厚み
に形成した第２基板２となる下地基板３２を用意し、こ
の下地基板３２をポリシリコン４５からなるスペーサ部
２５に貼り合せ、高温加熱することによりシリコンーシ
リコン酸化膜の直接接合で強固に貼り合せる。

【００５５】その後、図１１（ａ）及び図１３（ａ）に
示すように、ＣＶＤ法でシリコン窒化膜４９を形成し、
各図（ｂ）に示すように、吐出室６などの液室形状のレ
ジストパターンを形成し、レジスト開口部のシリコン窒
化膜４９をドライエッチにより除去し、レジストを除去
して、シリコン窒化膜４９のマスクパターンを形成す
る。

【００５６】そして、各図（ｃ）に示すように、８０℃
の２５ｗｔ％水酸化カリウム水溶液でシリコン窒化膜の
マスクパターンの開口部をエッチングする。このエッチ
ングがシリコン窒化膜４１に達するとエッチングが停止
する。そこで、ドライエッチにより、開口部に露出して
いるシリコン窒化膜４１を１８０℃の熱燐酸で、ＨＴＯ
膜４２をフッ酸で除去することにより、シリコン窒化膜
４３及びＨＴＯ膜４４からなる振動板１０と吐出室６等
の液室を形成する。その後、ノズル板をシリコン基板３
１上に接合することでヘッドが完成する。

【００５７】このヘッド構造では、各電極１４ａ、１４
ｂには、スリット４７が形成されていることにより、配
線方向の電極１４による振動板剛性の増加が低減され、
電極１４ａ、１４ｂ間で発生した静電力を効率的に振動
板変位に変換することができ、液滴吐出速度、吐出量と
もに十分マージンをもって吐出することができる。

【００５８】次に、第５実施形態に係るインクジェット
ヘッドについてその製造工程とともに図１４ないし図１
８を参照して説明する。なお、図１４は同ヘッドの１つ
の振動板部分の平面説明図、図１５及び図１６は同ヘッ
ドの製造工程を説明する図１４のＤ−Ｄ線に沿う振動板
短辺方向の断面説明図、図１７は同ヘッドの製造工程を
説明する図１５、図１６と同工程の図１４のＥ−Ｅ線に
沿う振動板長辺方向の断面説明図である。

【００５９】この実施形態は、電極１４の断面形状がＩ
型、電極１４と配線層１５Ａ、１５Ｂを共通レイヤーの
単結晶シリコンで形成し、電極１４ａ、電極１４ｂに対
してライン状に電圧を印加するヘッドの例である。

【００６０】まず、図１５（ａ）及び図１７（ａ）に示
すように、（１１０）を面方位とする厚さ４００μｍの
シリコン基板５１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。

【００６１】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。

【００６２】そして、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熱酸化膜６
３を５０ｎｍ厚みに形成する。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、ＴＥＯ
Ｓ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。

【００６３】さらに、別のシリコン基板６５を用意し、
シリコン基板５１の高濃度ボロン拡散層６２側に直接接
合する。ここでは（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。そ
して、シリコン基板６５を厚さ２０μｍまで研磨する。

【００６４】次いで、各図（ｂ）に示すように、電極１
４ａ、１４ｂ及びスペーサ部２５を形成するために、シ
リコン基板６５に写真製版とドライエッチで幅０．４μ
ｍの電極間隔となる振動板長辺方向に沿う（短辺方向と
直交する）溝１４Ｃを形成するとともに、振動板短辺方
向に沿う（長辺方向と直交する）溝６６を形成して電極
群１４Ａとなる部分と配線層１５Ｂとなる部分（電極群
１４Ｂとなる部分と配線層１５Ａとなる部分も同様）と
を分割する。

【００６５】その後、各図（ｃ）に示すように、シリコ
ン基板６５に立体レジストとドライエッチによって振動
板短辺方向に沿う（長辺方向と直交する）スリット１４
Ｄを形成することで、島状の電極１４ａ、１４ｂ、配線
層１５Ａ、１５Ｂ、電極引き出し層１６Ａ、１６Ｂを形
成する。

【００６６】次いで、各図（ｄ）に示すように、凹部１
８を形成し、接合面に熱酸化膜６８を０．０５μｍ厚み
に形成した第２基板２となる下地基板５２を用意し、こ
の下地基板５２をシリコン基板６５からなるスペーサ部
２５に貼り合せ、高温加熱することによりシリコンーシ
リコンの直接接合で強固に貼り合せる。

【００６７】その後、図１６（ａ）及び図１８（ａ）に
示すように、ＣＶＤ法でシリコン窒化膜６９を形成し、
各図（ｂ）に示すように、吐出室６などの液室形状のレ
ジストパターンを形成し、レジスト開口部のシリコン窒
化膜６９をドライエッチにより除去し、レジストを除去
して、シリコン窒化膜６９のマスクパターンを形成す
る。

【００６８】そして、各図（ｃ）に示すように、８０℃
の２５ｗｔ％水酸化カリウム水溶液でシリコン窒化膜６
９のマスクパターンの開口部７０から高濃度ボロン拡散
層６２に達する直前（残り１０μｍ程度）までエッチン
グを行う。次に、エッチング液をＩＰＡを過飽和状態に
した８０℃の３０ｗｔ％の水酸化カリウム水溶液に変
え、エッチングを継続して、高濃度ボロン拡散層６２に
達するとエッチングは自発的に停止する。

【００６９】２５ｗｔ％の水酸化カリウム水溶液ではエ
ッチレートが大きく、また安定したエッチングが得られ
る。またＩＰＡ添加３０ｗｔ％の水酸化カリウム水溶液
ではシリコン基板と高濃度ボロン層のエッチング選択比
が大きく、精度よくエッチングストップができる。ＩＰ
Ａ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。なお、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％〜１０ｗｔt
％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。

【００７０】そこで、ドライエッチにより、開口部を形
成するシリコン窒化膜４１を１８０℃の熱燐酸で除去す
ることにより、高濃度ボロン拡散層６２からなる厚さ１
μｍのシリコン振動板１０と吐出室６等の液室を形成す
る。その後、ノズル板をシリコン基板５１上に接合する
ことでヘッドが完成する。

【００７１】このヘッドでは、電極に単結晶シリコンを
用いており、ウェハ貼り合せ後の研磨により電極の厚さ
を決めることできるので、成膜では不可能な厚さの厚い
電極を形成できる。従って、対向する電極１４ａ、１４
ｂの対向面積を大きくすることができ、大きな静電力が
得られて振動板を十分に変形させることが可能となる。
また、各電極１４ａ、１４ｂには、スリット１４Ｄが形
成されていることにより、配線方向の電極１４による振
動板剛性の増加が抑制され、電極１４ａ、１４ｂ間で発
生した静電力を効率的に振動板変位に変換することがで
き、液滴吐出速度、吐出量ともに十分マージンをもって
吐出することができる。

【００７２】次に、第６実施形態に係るインクジェット
ヘッドについてその製造工程とともに図１９ないし図２
３を参照して説明する。なお、図１９は同ヘッドの１つ
の振動板部分の平面説明図、図２０及び図２１は同ヘッ
ドの製造工程を説明する図１９のＦ−Ｆ線に沿う振動板
短辺方向の断面説明図、図２２及び図２３は同ヘッドの
製造工程を説明する図２０、図２１と同工程の図１９の
Ｇ−Ｇ線に沿う振動板長辺方向の断面説明図である。な
お、各図では配線層１５Ａ、１５Ｂとはハッチング及び
塗りつぶしで区別して表示している。

【００７３】この実施形態は、電極１４の断面形状がＩ
型、電極１４と配線層１５を独立レイヤーのポリシリコ
ンで形成し、電極１４ａ、電極１４ｂに対してライン状
に電圧を印加するヘッドの例である。

【００７４】まず、図２０（ａ）及び図２２（ａ）に示
すように、（１１０）を面方位とする厚さ４００μｍの
シリコン基板７１にシリコン窒化膜８１、ＨＴＯ膜８
２、振動板１０となるシリコン窒化膜８３、及びＨＴＯ
膜８４を、ＣＶＤ法を用いて順次厚さ各々０．１／０．
１／０．１５／０．０５μｍに堆積する。

【００７５】そして、各図（ｂ）に示すように、配線層
１５Ａ、１５Ｂとななるポリシリコンを０．１μｍ堆積
し、全面にボロン注入し、熱拡散させシート抵抗を下げ
るた後、レジストでパターニングし、ドライエッチで配
線層１５Ａ、１５Ｂを形成する。

【００７６】次いで、各図（ｃ）に示すように、配線層
１５Ａ，１５Ｂ側にＨＴＯ膜８５を０．１μｍ堆積さ
せ、電極１４ａ、１４ｂと配線層１５Ａ，１５Ｂとを接
続するための接続孔８６を写真製版とドライエッチで形
成する。

【００７７】その後、各図（ｄ）に示すように、電極１
４となるポリシリコン８７を３μｍ厚みにＣＶＤ法を用
いて堆積させ、ＣＭＰ等でウェハ表面をミラー研磨し、
且つ裏面のシリコン基板７１が露出するまで研磨する。

【００７８】次いで、図２１（ａ）及び図２３（ａ）に
示すように、ポリシリコン８７に写真製版とドライエッ
チで電極間隔（異なる電位の電極間隔）１４Ｃ及びスリ
ット（同じ電位の電極間隔）１４Ｄがそれぞれ幅０．４
μｍになるように加工して、島状の電極１４ａ、１４ｂ
を形成する。

【００７９】次いで、各図（ｂ）に示すように、凹部１
８を形成し、接合面に熱酸化膜８８を０．０５μｍ厚み
に形成した第２基板２となる下地基板７２を用意し、こ
の下地基板８２をポリシリコン８７からなるスペーサ部
２５に貼り合せ、高温加熱することによりシリコンーシ
リコン酸化膜の直接接合で強固に貼り合せる。

【００８０】その後、図示しないが、前述した第４、第
５実施形態で説明したと同様に、ＣＶＤ法でシリコン窒
化膜を形成し、吐出室６などの液室形状のレジストパタ
ーンを形成し、レジスト開口部のシリコン窒化膜をドラ
イエッチにより除去し、レジストを除去して、シリコン
窒化膜のマスクパターンを形成する。

【００８１】そして、各図（ｃ）に示すように、８０℃
の２５ｗｔ％水酸化カリウム水溶液でシリコン窒化膜の
マスクパターンの開口部をエッチングする。このエッチ
ングがシリコン窒化膜８１に達するとエッチングが停止
する。そこで、ドライエッチにより、開口部に露出して
いるシリコン窒化膜８１を１８０℃の熱燐酸で、ＨＴＯ
膜８２をフッ酸で除去することにより、シリコン窒化膜
８３及びＨＴＯ膜８４からなる振動板１０と吐出室６等
の液室を形成する。その後、ノズル板をシリコン基板７
１上に接合することでヘッドが完成する。

【００８２】このヘッド構造では、各電極１４ａ、１４
ｂには、スリット１４Ｄが形成されていることにより、
配線方向の電極１４による振動板剛性の増加が低減さ
れ、また、電極層（電極１４ａ、１４ｂを形成する層）
と配線層１５Ａ、１５Ｂとが独立であるため、配線層の
膜厚を精度よくコントロールできるため、電極１４ａ、
１４ｂ間で発生した静電力を効率的に振動板変位に変換
することができ、液滴吐出速度、吐出量ともに十分マー
ジンをもって吐出することができる。

【００８３】なお、配線層の材料としては電極材料（電
極層）との密着性が良く、製造工程の熱履歴に耐え得る
導電材料であればよく、上記に以外に例えばＴｉＮ膜な
どを用いることもできる。

【００８４】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２４及び図２５を参照して説明する。
なお、図２４は同ヘッドの１つの振動板部分の平面説明
図、図２５は図２４のＨ−Ｈ線に沿う断面説明図であ
る。なお、各図では配線層１５Ａ、１５Ｂとは塗りつぶ
しとハッチングで区別して表示している。

【００８５】この実施形態では、電極１４（１４ａ、１
４ｂ）を断面形状で略Ｔ型形状に形成し、マトリクス状
の島状に配置した各電極１４に対して千鳥状に配線層１
５Ａ，１５Ｂを形成することで、異なる電位が印加され
る電極１４ａと電極１４ｂとを電極間隔１４Ｅで千鳥状
に配置している。また、電極１４ａの配線層１５Ａ及び
電極１４ｂの配線層１５Ｂと電極１４とは独立させて形
成している。

【００８６】このように電極１４の断面形状を略Ｔ型形
状にすることにより、前述したように振動板１０表面で
の電極１４の占有スペースを小さくすることができて、
振動板１０の剛性増加を抑制することができる。また、
振動板１０表面での電極間隔を大きくすることができる
ため、電極１４ａ、１４ｂで得られた静電力を効率良く
振動板変位に変換することができる。

【００８７】また、異なる電位が印加される２つの電極
を千鳥状に配置しているので、最該周囲以外の電極１４
はすべての側面で静電力を生じさせることができ、大き
な静電力が得られて、振動板の変位効率が向上し、液滴
吐出能力が向上する。

【００８８】そこで、この第７実施形態のインクジェッ
トヘッドの製造工程について図２６を参照して説明す
る。同図（ａ）に示すように、（１１０）を面方位とす
る厚さ４００μｍのシリコン基板９１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９２を形成す
る。ここでは深さ１μｍの高濃度ボロン拡散層９２を形
成した。

【００８９】高濃度ボロン拡散層９２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。

【００９０】そして、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熱酸化膜９３
を５０ｎｍ厚みに形成する。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。

【００９１】次いで、ポリシリコンを０．１μｍ厚みに
ＣＶＤ法を用いて堆積させ、写真製版、ドライエッチに
より、配線層１５Ａ、１５Ｂのパターニングを行う。

【００９２】その後、同図（ｂ）に示すように、ＬＰ−
ＣＶＤ法を用いてシリコン窒化膜９４を０．１μｍ堆積
させた後、同図（ｃ）に示すように、Ｔ型形状の電極１
４のくびれ部を形成するための犠牲層９５としてＨＴＯ
膜を２μｍ厚みに堆積させ、配線層１５Ａ、１５Ｂと電
極１４ａ、１４ｂを接続させる部位に写真製版、ドライ
エッチにて接続孔９６を形成する。さらに、電極を形成
するためのポリシリコン９７を３μｍ厚みにＣＶＤ法で
堆積した後、下地基板との密着性を得るためにポリシリ
コン９７表面を研磨する。

【００９３】次いで、同図（ｄ）に示すように、写真製
版とドライエッチでポリシリコン９７に電極間隔１４Ｅ
が０．４μｍになるように溝加工を施して電極１４ａ、
１４ｂを形成する。

【００９４】次に、同図（ｅ）に示すように、犠牲層９
５をフッ酸で除去し、電極１４ａ、１４ｂのくびれ部を
形成して略Ｔ型形状にする。

【００９５】その後、図示を省略するが、前記第５実施
形態と同様に下地基板（第２基板を）を接合した後シリ
コン基板９１をエッチングして厚さ１μｍのシリコン振
動板１０及び吐出室６等の液室を形成し、ノズル板を接
合してヘッドを完成する。

【００９６】このように、異なる電位が印加される電極
１４ａ、１４ｂが千鳥状に配列されており、電極１４
ａ、１４ｂ側面全てを有効に活用できるため、静電力を
得るための十分な対向電極面積を稼ぐことができる。ま
た、電極が島状で且つ、静電力が全ての側面で得られる
ことから縦方向、横方向に静電力が得られる。従って、
静電力が十分得られ、振動板を十分に変形させることが
可能となって、変形効率（駆動効率）が更に向上する。

【００９７】また、各電極１４ａ、１４ｂが独立で形成
されていることにより、電極１４による振動板剛性が低
減され、電極１４ａ、１４ｂ間で発生した静電力を効率
的に振動板変位に変換することができ、液滴吐出速度、
吐出量ともに十分マージンをもって吐出することができ
る。ここでも、配線層の材料としては、前述したよう
に、電極材料との密着性が良く、製造工程の熱履歴に耐
え得る材料、例えばＴｉＮ膜などを用いることもでき
る。

【００９８】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２７を参照して説明する。なお、同図
は同ヘッドの電極部分の平面説明図である。この実施形
態においては、電極１４ａ、１４ｂは平面形状で四角形
の角を落としたした形状に形成している。これにより、
隣り合う４個の電極１４ａ、１４ｂ間に間隔が大きくな
る領域９９を形成することができる。この間隔が大きく
なる領域９９を設けることで、前述した第７実施形態に
おける製造工程で犠牲層９５をウェットエッチする時
に、犠牲層９５の除去性を向上させることができ、信頼
性の高い液滴吐出ヘッドを得ることができる。

【００９９】次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドとして
のインクジェットヘッドとインクタンクを一体にしたイ
ンクカートリッジについて図２８を参照して説明する。
このインクカートリッジ（インクタンク一体型ヘッド）
２００は、ノズル孔２０１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２０２と、このインク
ジェットヘッド２０２に対してインクを供給するインク
タンク２０３とを一体化したものである。

【０１００】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。

【０１０１】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一体型ヘッドを含む）を搭載した
インクジェット記録装置の一例について図２９及び図３
０を参照して説明する。なお、図２９は同記録装置の斜
視説明図、図３０は同記録装置の機構部の側面説明図で
ある。

【０１０２】このインクジェット記録装置は、記録装置
本体２１１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２１
２等を収納し、装置本体２１１の下方部には前方側から
多数枚の用紙２１３を積載可能な給紙カセット（或いは
給紙トレイでもよい。）２１４を抜き差し自在に装着す
ることができ、また、用紙２１３を手差しで給紙するた
めの手差しトレイ２１５を開倒することができ、給紙カ
セット２１４或いは手差しトレイ２１５から給送される
用紙２１３を取り込み、印字機構部２１２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２
１６に排紙する。

【０１０３】印字機構部２１２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２２１と
従ガイドロッド２２２とでキャリッジ２２３を主走査方
向（図３０で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、この
キャリッジ２２３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２２４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２２３
にはヘッド２２４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２２５を交換可能に装着している。な
お、上述したインクカートリッジ一体型ヘッドを搭載す
るようにすることもできる。

【０１０４】インクカートリッジ２２５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。

【０１０５】また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘ
ッド２２４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。

【０１０６】ここで、キャリッジ２２３は後方側（用紙
搬送方向下流側）を主ガイドロッド２２１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２２２に摺動自在に載置している。そして、このキャ
リッジ２２３を主走査方向に移動走査するため、主走査
モータ２２７で回転駆動される駆動プーリ２２８と従動
プーリ２２９との間にタイミングベルト２３０を張装
し、このタイミングベルト２３０をキャリッジ２２３に
固定しており、主走査モーター２２７の正逆回転により
キャリッジ２２３が往復駆動される。

【０１０７】一方、給紙カセット２１４にセットした用
紙２１３をヘッド２２４の下方側に搬送するために、給
紙カセット２１４から用紙２１３を分離給装する給紙ロ
ーラ２３１及びフリクションパッド２３２と、用紙２１
３を案内するガイド部材２３３と、給紙された用紙２１
３を反転させて搬送する搬送ローラ２３４と、この搬送
ローラ２３４の周面に押し付けられる搬送コロ２３５及
び搬送ローラ２３４からの用紙２１３の送り出し角度を
規定する先端コロ２３６とを設けている。搬送ローラ２
３４は副走査モータ２３７によってギヤ列を介して回転
駆動される。

【０１０８】そして、キャリッジ２２３の主走査方向の
移動範囲に対応して搬送ローラ２３４から送り出された
用紙２１３を記録ヘッド２２４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２３９を設けている。こ
の印写受け部材２３９の用紙搬送方向下流側には、用紙
２１３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送
コロ２４１、拍車２４２を設け、さらに用紙２１３を排
紙トレイ２１６に送り出す排紙ローラ２４３及び拍車２
４４と、排紙経路を形成するガイド部材２４５，２４６
とを配設している。

【０１０９】記録時には、キャリッジ２２３を移動させ
ながら画像信号に応じて記録ヘッド２２４を駆動するこ
とにより、停止している用紙２１３にインクを吐出して
１行分を記録し、用紙２１３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２１３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２１３を排紙する。この場合、ヘッド２２
４を構成する本発明に係るインクジェットヘッドは滴吐
出効率が高いので、安定して高い画像品質の画像を記録
することができる。

【０１１０】また、キャリッジ２２３の移動方向右端側
の記録領域を外れた位置には、ヘッド２２４の吐出不良
を回復するための回復装置２４７を配置している。回復
装置２４７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２２３は印字待機中にはこ
の回復装置２４７側に移動されてキャッピング手段でヘ
ッド２２４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。

【０１１１】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２２４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。

【０１１２】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。

【０１１３】次に、本発明に係る静電アクチュエータを
備えたマイクロデバイスの一例であるマイクロポンプに
ついて図３１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３０１と保護基板３０２とを重ねて接合
した積層構造となっており、流路基板３０１には流体が
流れる流路３０３を形成するとともに、流路３０３の一
壁面を形成する前記液滴吐出ヘッドの実施形態で説明し
た振動板と同様な可動板３０４を設け、可動板３０４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。

【０１１４】そして、可動部分３０５の流路３０３側の
反対の面に、前記インクジェットヘッドの電極１４（１
４ａ、１４ｂ）と同様に、複数の電極３０７を島状に配
置している。保護基板３０２は前記ヘッドの第２基板２
と同様な機能を有するものであり、電極３０７を配置す
るための凹部３０８を形成している。ここでは、保護基
板３０２は平板板基板にスペーサ部３０９を設けること
で凹部３０８を形成している。

【０１１５】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３０５が流路３０３側に
変形する。ここで、可動部分３０５を図中右側から順次
駆動することによって流路３０３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。

【０１１６】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。

【０１１７】次に、本発明に係る静電アクチュエータを
備えたマイクロデバイスの他の例としての光学デバイス
の実施形態について図３２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４０１と保護基板４０２とを重
ねて接合している。このミラー４０１の保護基板４０２
と接合固定しない部分は可動部分４０５となっている。
そして、可動部分４０５には前記液滴吐出ヘッドの実施
形態で説明した電極１４（１４ａ、１４ｂ）と同様に複
数の電極４０７を島状に配置している。

【０１１８】保護基板４０２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４０７を配置す
るための凹部４０８を形成している。ここでは、保護基
板４０２は平板板基板にスペーサ部４０９を設けること
で凹部４０８を形成している。なお、ミラー４０１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。

【０１１９】この光学デバイスの原理を説明すると、ミ
ラー４０１の可動部分４０５に設けた複数の電極４０７
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４０７間で静電吸引力が生じるので、可動部分４０
５が凸状に変形して凸面ミラーとなる。したがって、光
源４１０からの光がレンズ４１１を介してミラー４０１
に照射した場合、ミラー４０１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４０１を可
動部分４０５を駆動した場合はその可動部分４０５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。

【０１２０】そこで、この光学デバイスを応用した例を
図３３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４０５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。

【０１２１】したがって、前述した図３２と同様に、光
源４１０からの光はレンズ４１１を介してミラー４０１
に照射され、ミラー４０１を駆動していないところに入
射した光は、投影用レンズ４１２へ入射する。一方、電
極４０７に電圧を印加してミラー４０１の可動部分４０
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４１２にほとんど入射しない。この
投影用レンズ４１２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。

【０１２２】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静電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
ドと同様な構成の静電アクチュエータとすることもでき
る。

【０１２３】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、マイクロデバイスとしては、マイクロポンプ、光学
デバイス（光変調デバイス）以外にも、マイクロスイッ
チ（マイクロリレー）、マルチ光学レンズのアクチュエ
ータ（光スイッチ）、マイクロ流量計、圧力センサなど
にも適用することができる。

【０１２４】

【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、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
間で静電引力を発生させるための複数の電極を島状に配
置したので、低コストで、駆動効率が高いアクチュエー
タを得ることができる。

【０１２５】本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、液
滴を吐出するノズルが連通する吐出室の少なくとも一方
の壁面を構成する可動部分となる振動板を有し、この振
動板を変形させるための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、液滴吐出効率の高い
ヘッドが得られる。

【０１２６】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
る液滴吐出ヘッドである構成としたので、高画質記録を
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

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

【図２】同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図

【図３】同ヘッドの振動板短手方向の要部拡大断面説明
図

【図４】同ヘッドの電極配置パターンを説明する平面説
明図

【図５】図４のＡ−Ａ線に沿う部分断面説明図

【図６】同ヘッドの作用説明に供する要部拡大断面説明
図

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

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

【図９】同第４実施形態に係るインクジェットヘッドの
１つの振動板部分の平面説明図

【図１０】同ヘッドの製造工程を説明する図９のＢ−Ｂ
線に沿う振動板短辺方向の断面説明図

【図１１】図１１に続く工程を説明する断面説明図

【図１２】同ヘッドの製造工程を説明する図１０と同工
程の図９のＣ−Ｃ線に沿う振動板長辺方向の断面説明図

【図１３】図１２に続く工程を説明する断面説明図

【図１４】同第５実施形態に係るインクジェットヘッド
の１つの振動板部分の平面説明図

【図１５】同ヘッドの製造工程を説明する図１４のＤ−
Ｄ線に沿う振動板短辺方向の断面説明図

【図１６】図１５に続く工程を説明する断面説明図

【図１７】同ヘッドの製造工程を説明する図１５と同工
程の図１４のＥ−Ｅ線に沿う振動板長辺方向の断面説明
図

【図１８】図１７に続く工程を説明する断面説明図

【図１９】同第６実施形態に係るインクジェットヘッド
の１つの振動板部分の平面説明図

【図２０】同ヘッドの製造工程を説明する図１９のＦ−
Ｆ線に沿う振動板短辺方向の断面説明図

【図２１】図２０に続く工程を説明する断面説明図

【図２２】同ヘッドの製造工程を説明する図２０と同工
程の図１９のＧ−Ｇ線に沿う振動板長辺方向の断面説明
図

【図２３】図２２に続く工程を説明する断面説明図

【図２４】同第７実施形態に係るインクジェットヘッド
の１つの振動板部分の平面説明図

【図２５】図２４のＨ−Ｈ線に沿う断面説明図

【図２６】同ヘッドの製造工程を説明する断面説明図

【図２７】同第７実施形態に係るインクジェットヘッド
の電極部分の平面説明図

【図２８】本発明に係る液滴吐出ヘッドを備えたインク
カートリッジ一体型ヘッドの説明に供する斜視説明図

【図２９】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３０】同記録装置の機構部の説明図

【図３１】本発明に係る静電アクチュエータを備えたマ
イクロポンプの例を説明する断面説明図

【図３２】本発明に係る静電アクチュエータを備えた光
学デバイスの例を説明する断面説明図

【図３３】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

【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、１１…絶縁膜、１４、１４ａ、１４ｂ…電
極、１４Ａ、１４Ｂ…電極群、１５Ａ，１５Ｂ…配線
層、２００…インクカートリッジ、３０１…流路基板、
３０３…流路、３０５…可動部分、３０７…電極、４０
１…ミラー、４０５…可動部分、４０７…電極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｎ 1/00 (72)発明者 西村 学 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 豊田 源次郎 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 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 AG54 AN01 AP02 AP32 AP53 AQ02 BA04 BA15 3H075 AA07 CC30 DB02

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【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、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
   引力を発生させるための複数の電極を島状に配置したこ
   とを特徴とする静電アクチュエータ。
2. 【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、前記電極は平面形状で多角形状であることを特
   徴とする静電アクチュエータ。
3. 【請求項３】 請求項２記載の静電アクチュエータにお
   いて、前記電極は平面形状で四角形であることを特徴す
   る請求項１から２記載の液滴吐出ヘッド。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の静電アクチュエータに
   おいて、前記電極は平面形状で多角形の角を落とした形
   状であることを特徴とする静電アクチュエータ。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかに記載の静
   電アクチュエータにおいて、前記電極は断面形状で略Ｉ
   型形状又は略Ｔ型形状であることを特徴とする静電アク
   チュエータ。
6. 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれかに記載の静
   電アクチュエータにおいて、前記電極材料は製造工程の
   熱処理に耐え得る導電性材料で形成されていることを特
   徴とする静電アクチュエータ。
7. 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれかに記載の静
   電アクチュエータにおいて、前記電極がポリシリコン又
   は単結晶シリコンで形成されていることを特徴とする静
   電アクチュエータ。
8. 【請求項８】 請求項１ないし７のいずれかに記載の静
   電アクチュエータにおいて、前記複数の電極に対してラ
   イン状又は千鳥状に電圧印加をするための配線層が形成
   されていることを特徴とする静電アクチュエータ。
9. 【請求項９】 請求項８に記載の静電アクチュエータに
   おいて、前記配線層の膜厚が前記電極より薄いことを特
   徴とする静電アクチュエータ。
10. 【請求項１０】 請求項８又は９に記載の静電アクチュ
    エータにおいて、前記配線層の膜厚は、０．０１〜１μ
    ｍの範囲内であることを特徴とする静電アクチュエー
    タ。
11. 【請求項１１】 請求項８ないし１０のいずれかに記載
    の静電アクチュエータにおいて、前記配線層は、製造工
    程の熱処理に耐え得る導電性材料で形成されていること
    を特徴とする静電アクチュエータ。
12. 【請求項１２】 請求項８ないし１１のいずれかに記載
    の静電アクチュエータにおいて、前記電極とこの電極に
    電圧を印加するための配線層が共通の層から形成されて
    いることを特徴とする静電アクチュエータ。
13. 【請求項１３】 請求項８ないし１２のいずれかに記載
    の静電アクチュエータにおいて、前記電極とこの電極に
    電圧を印加するための配線層が独立の層から形成されて
    いることを特徴とする静電アクチュエータ。
14. 【請求項１４】 請求項１３に記載の静電アクチュエー
    タにおいて、前記配線層がポリシリコン又は窒化チタン
    で形成されていることを特徴とする静電アクチュエー
    タ。
15. 【請求項１５】 液滴を吐出するノズルが連通する吐出
    室の少なくとも一方の壁面を構成する可動部分となる振
    動板を有し、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、前記振動板を変形
    させるための前記請求項１ないし１４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。
16. 【請求項１６】 請求項１５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カートリッジが一体に
    設けられていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
17. 【請求項１７】 インク滴を吐出するインクジェットヘ
    ッドを搭載する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前記請求項１５又は１６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。