JP2004255759A

JP2004255759A - 液滴吐出ヘッド及び該液滴吐出ヘッドを用いた装置

Info

Publication number: JP2004255759A
Application number: JP2003050294A
Authority: JP
Inventors: Manabu Nishimura; 学西村
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2003-02-27
Filing date: 2003-02-27
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2023-02-27
Also published as: JP4282342B2

Abstract

【課題】液吐出室の少なくとも一方の壁を構成する振動板と、該振動板に対してギャップを介して対向配置された対向電極を有する静電駆動式液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板の前記対向電極面に振動板自体の一部が突起している突起部を形成し、振動板と対向電極との接触面を小さくする。
【解決手段】液滴を吐出する単一または複数のノズル孔３１と、該ノズル孔３１のそれぞれに連通する吐出室２１と、該吐出室２１の少なくとも一方の壁を構成する共通電極１１が積層された振動板１６と、該振動板１６に対してギャップＧを介して対向配置された対向電極３を有し、ギャップＧが犠牲層エッチングにより形成されている前記振動板１６の前記対向電極３に対する面に、該振動板１６自体の一部が突起部１３を形成されており、振動板１６が静電気力によって対向電極３側に吸引された時に該突起部１３が対向電極３側に当るようにして接触面積を小さくする。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液滴吐出ヘッド及び液滴吐出ヘッドを用いた各種装置、例えば、インクカートリッジ、インクジェット記録装置、液体の微小流量を搬送，移送するのに用いるマイクロポンプ、プロジェクター等に用いる光変調デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット記録装置は、記録時の騒音が極めて小さいこと、高速印字が可能であること、インクの自由度が高く安価な普通紙を使用できることなど多くの利点を有する。この中でも、記録が必要な時にのみインク液滴を吐出する、いわゆるインク・オン・デマンド方式が、記録に不要なインク液滴の回収を必要としないため、現在主流となってきている。
【０００３】
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としては、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する吐出室（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、該圧力発生手段で発生した圧力で吐出室内のインクを加圧することによってノズルからインク滴を吐出させる。
【０００４】
上述のような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、吐出室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多く提案されている。その中で、静電型固有の問題として、電極間絶縁膜の帯電による振動板の吸着問題を解決する方法がいくつか提案されている。
【０００６】
例えば、特開２００１−１００５２号公報（特許文献１）や、特開２００２−２４７８６６号公報（特許文献２）がある。特開２００１−１００５２号公報（特許文献１）に記載のものは、相対変位可能な第１及び第２の一対の電極対がギャップを介して設けられており、ＩＴＯ電極からなる第１の電極部材の表面にギャップより小さい凸部を複数形成している。また、特開２００２−２４７８６６号公報（特許文献２）に記載のものは、可動部となる振動板に対向する電極の表面に複数の微小突起を形成している。何れの方法も、電極間の接触面積を低減させ、電極又は電極保護膜表面の帯電等による信頼性低下を防いでいる。また、特開２００２−７９６６９号公報（特許文献３）に記載のものは、振動板の個別電極に対向する側の面に複数の凹部を形成し、この複数の凹部を形成することでギャップ内のエアダンパー効果を低減している。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−１００５２号公報
【特許文献２】
特開２００２−２４７８６６号公報
【特許文献３】
特開２００２−７９６６９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
静電型アクチュエータは対向する電極間のギャップを均一且つ精度良く作成することが最も重要であり、本発明は、犠牲層をエッチング除去することでギャップを精度良く作成する。これと同時に、対向する電極同士が表面帯電による静電気力や液架橋、水素結合力等などにより吸着してしまう現象を防止するため、接触面積を少なくするための突起を設けることで信頼性の向上を図っている。振動板の吸着問題を解決する方法は、他にも提案されているが、問題点が多い。
【０００９】
例えば、特開２００１−１００５２号公報（特許文献１）に示される静電型アクチュエータでは、電極部材であるＩＴＯ膜の表面に複数の凸部が設けられている。しかし、電極部材及び凸部をＩＴＯで形成しているため、後工程のプロセスに高温プロセスを使えない等の制約を受け、高コストなプロセスとなってしまう。
【００１０】
特開２００２−２４７８６６号公報（特許文献２）に示される静電型アクチュエータでは、可動部となる振動板に対向する電極の表面に複数の微小突起を形成しているが、電極又は電極保護膜表面を加工して突起を形成する必要があり、これにより信頼性が低下してしまう。また、ギャップとなる凹部形成後に、電極及び突起部を形成し、振動板基板を接合する方法でのみ実現可能な構成であるため、製造工程が複雑且つ長いため、歩留まり及び信頼性の低下を招くことになる。
【００１１】
特開２００２−７９６６９号公報（特許文献３）に示させる静電型アクチュエータでは、振動板の対向電極側に複数の凹部を形成しているが、振動板と対向電極間の吸着を防止する効果は低い。
【００１２】
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、信頼性が高く、高画質印字が可能な液滴吐出ヘッド、及び、この液滴吐出ヘッドを一体化したインクカートリッジ、及び、この液滴吐出ヘッドを搭載したインクジェット記録装置、及び、該液滴吐出ヘッドの振動板の駆動原理を利用して反射ミラーを変形させるようにした光変調デバイスを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、液滴を吐出する単一または複数のノズル孔と、該ノズル孔のそれぞれに連通する吐出室と、該吐出室の少なくとも一方の壁を構成する振動板と、該振動板に対してギャップを介して対向配置された対向電極を有し、前記ギャップが犠牲層エッチングにより形成されている静電駆動式液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板の前記対向電極面に振動板自体の一部が突起部を形成していることを特徴としたものである。
【００１４】
更には、前記振動板が多層膜から成り、該振動板の表面が略平坦に埋め込まれていること、前記振動板の表面段差が０．５μｍ以下であること、前記突起部が絶縁膜から成り、該絶縁膜が前記突起部以外の領域における絶縁膜の膜厚より厚く形成されていること、前記突起部の絶縁膜が選択酸化法により形成されている酸化膜であること、前記突起部が複数の微小な突起の集合体により形成されていることを特徴としたものである。
【００１５】
また、本発明は、インク滴を吐出する液滴吐出ヘッドと、該液滴吐出ヘッドにインクを供給するインクタンクを一体化したインクカートリッジにおいて、前記液滴吐出ヘッドが前述の液滴吐出ヘッドであることを特徴としたものである。
【００１６】
また、本発明は、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前述の液滴吐出ヘッドであることを特徴としたものである。
【００１７】
また、本発明は、振動板の変形によって液体を輸送するマイクロポンプにおいて、前記振動板は前述の液滴吐出ヘッドの構造により変形させることを特徴としたものである。
【００１８】
また、本発明は、ミラーの変形によって光の反射方向を変化させる光変調デバイスにおいて、前記ミラーは前述の液滴吐出ヘッドの構造により前記振動板を変形させ、該振動板の変形によって該ミラーを変形させることを特徴としたものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明が適用される液滴吐出ヘッドの分解斜視図で、同図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例を一部断面図で示すものである。図２は、組み立てられた全体装置の断面図で、便宜上、２つの液吐出室のみ示してある。
【００２０】
図１及び図２に示した液滴吐出ヘッドは、以下に詳記する構造を持つ３枚の基板１０，２０，３０を重ねた積層構造となっている。第１の基板（振動板基板）１０は、＜１００＞シリコン基板上に積層膜により個別電極３と、ギャップＧを介して共通電極が積層されている振動板１６が形成されている。ギャップＧは後に除去することを前提とした犠牲層を個別電極材料や振動板材料と同様に積層膜として成膜しておき、後に除去孔から犠牲層を除去することで形成する。第１の基板１０の上面に接合される第２の基板（液室基板）２０には、振動板１６を底壁とする吐出室２１と、各々の吐出室２１にインクを供給するための共通液室２３及び該共通液室２３と吐出室２１を連通させる流体抵抗となる溝２２を有する。また、第２の基板２０の上面に接合される第３の基板（ノズル基板）３０には、厚さ５０ミクロンのニッケル基板を用い、第２の基板２０の面部に、吐出室２１と連通するようにそれぞれノズル（孔）３１を有する。
【００２１】
次に、上述のように構成された液滴吐出ヘッドの動作について説明する。吐出室２１内がインクにより満たされた状態で個別電極３に発振回路により４０Ｖのパルス電位を印加する。電圧印加により個別電極３の表面がプラスに帯電すると、該個別電極３と振動板１６に積層されている共通電極との間に静電気の吸引作用が働き、振動板１６が下方へ撓み、共通液室２３より流体抵抗２２を通じて吐出室２１へインクが流入する。その後、個別電極３へのパルス電圧を０Ｖにすると静電気力により下方へ撓んだ振動板１６が自身の剛性により元に戻る。その結果、吐出室２１内の圧力が急激に上昇し、ノズル孔３１よりインク液滴４０を記録紙５０に向けて吐出する。これを繰り返すことによりインクを連続的に吐出することができる。
【００２２】
電極間に働く力Ｆは、（式１）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、個別電極３と共通電極が積層されている振動板１６のギャップ間隔を狭く形成することが重要となる。
【００２３】
【式１】

【００２４】
本発明の液滴吐出ヘッドでは、個別電極と振動板との間の微小なギャップ間隔を精度良く且つ安定して製造することが可能であり、静電力による振動板の動作を最大となるよう設計できる。以下に、本発明による液滴吐出ヘッド及び該液的吐出ヘッドを用いた装置などを実施例をあげて詳細に説明する。
（実施例１）
図３は、本発明による液滴吐出ヘッドの作成方法の一例を説明するための工程図で、本実施例においては、シリコン＜１００＞基板１に振動板材料及び電極材料を成膜していくことでアクチュエータを作成していく。
【００２５】
まず、図３（Ａ）に示すように、＜１００＞基板１の表面に絶縁膜となる熱酸化膜２をウェット酸化法により１．０μｍ形成する。次に、個別電極３となるＰドープポリシリコンを０．４μｍ成膜する。リソエッチ法により個別電極分離溝４を形成後、絶縁膜５としてＨＴＯを０．２５μｍ成膜する。ここで、前記個別電極分離溝４の幅は絶縁膜５成膜時、該絶縁膜５が埋め込まれ成膜後の表面が平坦となる様な溝幅に設計する。
【００２６】
更に、図３（Ｂ）に示すように、犠牲層６としてポリシリコンを０．５μｍ成膜後、振動板の突起を形成するための溝７をリソエッチ法により形成する。溝７の深さは振動板の突起の高さとなるので０．０５μｍ以上とするのが望ましい。更に、リソエッチ法により犠牲層分離溝８を形成し、更に、図３（Ｃ）に示すように、絶縁膜９としてＨＴＯを０．１μｍ成膜する。ここで、前記犠牲層分離溝８の幅は、絶縁膜９及び図３（Ｄ）で成膜する共通電極１１及び酸化膜１２で埋め込まれる溝幅に設計しておく。絶縁膜９や共通電極１１の膜厚によるが、２．０μｍ以下の溝幅とすることが望ましい。具体的には、本実施例の場合、０．５μｍ程度が良い。また、分離溝を狭くすると異物やパターン欠陥に起因するパターニング不良によってショートする可能性が有るため、前記個別電極分離溝４、前記犠牲層分離溝８と共に複数の分離溝により分離しておく方が良い。
【００２７】
次いで、図３（Ｄ）に示すように、共通電極１１となるＰドープポリシリコンを０．２μｍ、振動板保護膜となる酸化膜１２を０．３μｍ成膜する。ここで、図３（Ｂ）で形成されている犠牲層６の溝（凹部）７が絶縁膜９、共通電極１１及び酸化膜１２により埋め込まれ表面が平坦になるように凹部（溝部）７の大きさ及び深さを設計することが望ましい。ここで、振動板１６は、絶縁膜９、共通電極１１、酸化膜１２の積層体で構成されているが、図１においては、１６で代表して振動板とした。
【００２８】
突起部１３の形状はホール（多角形、丸）形状やライン形状がもっとも単純（図４（Ａ）、図５（Ａ）〜図８（Ｈ））で且つ吸着防止に十分な効果を持つが、複数の微細なスリット形状やホール形状（図８（Ｉ），（Ｊ））とし、絶縁膜９でスリットを埋め込み絶縁膜厚を厚くすることで電極間の耐圧を向上することができる（図４（Ｂ））。スリット又はホールを複数設け、微細な突起の集合体とすることで突起部の強度も確保できる。この場合のスリット幅は０．１μｍ〜１０μｍ程度の絶縁膜９で埋め込まれる幅とする必要がある。また、図３（Ｂ）で形成されている溝部７が酸化膜１２、共通電極１１及び絶縁膜９により埋め込めない場合においても、表面段差が０．５μｍ以内となるように凹部の大きさ及び深さを設計することで多層膜振動板の強度を損なうことがなく、多層膜振動板の設計を容易に行なうことができる（図４（Ｄ））。
【００２９】
犠牲層６によりギャップ形成を行なう場合、下部電極や振動板面に突起を別途設ける工法を取ると、犠牲層６や振動板面をＣＭＰ法により研磨することが必要になり、工法が複雑、且つプロセスコストが上昇することになる。本実施例における工法を取ることで簡便且つ低コストに突起を設けることができる。
【００３０】
また、ポリシリコン犠牲層６上にシリコン窒化膜を成膜し、犠牲層分離溝８を形成後に半導体製造で用いられているＬＯＣＯＳ法（窒化膜マスクで酸化を行なう選択酸化法）によりポリシリコン犠牲層６の一部を酸化し、熱酸化膜１４で突起部を形成することで、突起部の絶縁膜厚を厚くでき電極間の耐圧を向上することも可能である（図４（Ｅ）、図９）。また、犠牲層６にアモルファスシリコンを用いることで表面性（ラフネス）が改善し電極間の耐圧を更に向上させることができる。
【００３１】
その後、リソエッチ法により犠牲層除去孔１５を、後に隔壁となる領域に形成するために、犠牲層除去孔１５よりオーバーサイズしたパターンをリソエッチ法により形成し、酸化膜１２、ポリシリコン（共通電極）１１の順にエッチングを行なう。その後、酸化を行ない犠牲層除去孔１５の側面に露出したポリシリコン（共通電極）１１の表面に酸化膜１２を形成する（図３（Ｅ））。
【００３２】
更に、リソエッチ法により犠牲層除去孔１５のパターニングを行ない酸化膜９をエッチング除去し、ＳＦ_６を用いた等方性のドライエッチングにより犠牲層６を除去する（図３（Ｅ））。ここで、犠牲層ポリシリコン６の周りを酸化膜９で囲んだ構造としているため、酸化膜９に対して選択性の高い犠牲層エッチング条件で犠牲層６を除去でき、ギャップＧを精度よく形成することができる。また、分離溝８で分離されたギャップＧ間の犠牲層６′をギャップスペーサーとして残存させることで基板表面を略平坦に作り込むことができる。また、犠牲層ポリシリコン６の除去方法としては、ＴＭＡＨ、ＫＯＨなどのアルカリエッチング液を用いたウェットエッチングでも良いし、ＸｅＦ_２ガスを用いた常圧ドライエッチングでも良い。
【００３３】
ここで、犠牲層除去孔１５の大きさによりエッチングガス（又は液）導入部のコンダクタンスが決定されるため、これが小さいと、犠牲層除去時にガス（又は液）供給律速でエッチング速度が決定されエッチング速度が遅くなるため、反応律速となる様に犠牲層除去孔１５部のコンダクタンスを大きくする必要がある。このため、犠牲層除去孔１５の断面積がギャップ長の２乗よりも更に大きくしておくことが望ましい。また、犠牲層除去孔１５の配置間隔はギャップ部分の犠牲層を均等にエッチングできる様、ギャップＧの短辺長よりも小さいピッチで配置しておくことが望ましい。
【００３４】
その後、液室（吐出室）２１、流体抵抗溝２２、共通液室２３を作り込んだ液室基板２０を接着剤で貼り合わせるが、その際、基板１０の表面は略平坦に作成されているため、容易に接着が可能である。また、液室基板２０で前記犠牲層除去孔１５を塞ぐことでギャップＧを完全に封止することができる。最後に、ノズル３１を有するノズル基板３０を液室基板２０表面に張り合わせることで静電型液滴吐出ヘッドが完成する。
【００３５】
本実施例においては犠牲層６にポリシリコンを用いたが、犠牲層６として他の材料を使用することもできる。犠牲層６にシリコン酸化膜を使用する場合は保護膜としてポリシリコンを用いる。犠牲層酸化膜をＷｅｔエッチ法、ＨＦベーパー法、ケミカルドライエッチング法などにより除去後、保護膜としてポリシリコン表面を酸化することで絶縁層を形成する。また、犠牲層にレジストを用いてＯ_２プラズマや剥離液で除去する方法や犠牲層に高分子材料を用いて有機系剥離液で除去する方法、犠牲層にアルミを用いてＫＯＨなどの薬液で除去する方法、犠牲層にＴｉＮ用いてＮＨ_３ＯＨとＨ_２Ｏ_２混合液などの薬液で除去する方法等色々な組み合わせで同様のプロセスを組み立てることができる。
【００３６】
また、電極材料にはポリシリコン以外に金属とシリコンの化合物である化合物シリサイドや高融点金属を用いることもできる。また、絶縁膜にＣＶＤ酸化膜、ポリシリコンに低温ポリシリコンを持ちいればアルミの様な金属材料やＩＴＯ、ネサ膜（ＳｎＯ_２）等を電極に用いることも可能である。
【００３７】
また、前記振動板表面にＰｈ値の高いアルカリ性インクに対する保護膜として対インク接液膜１７を成膜する場合において、前記アクチュエータ基板１０の表面（多層膜振動板の表面）の段差が０．５μｍ以下に作成されているため、スピンコート法により斑の無い均一な接液膜を成膜し、且つ表面段差を埋め込むことができる（図４（Ｅ））。また、アクチュエータ基板１０の表面が略平坦であるのでスピンコート法により塗布された感光性ポリイミドやＤＲＦで液室（吐出室）を作成することも可能である。
【００３８】
本実施例における上記製造フローにより作成された液滴吐出ヘッドは犠牲層膜厚によりギャップ間隔を規定し、且つ振動板に突起を設けて対向電極との接触面積を大幅に低下させているため、精度良く、且つバラツキの少ないギャップ形成が可能であり、且つ対向する電極との接触面積を大幅に低下させることができるため、振動板が対向する電極に（帯電による）静電力や（ギャップ内の水分による）液架橋、水素結合力及びファン・デル・ワールス力などにより吸着する問題を防ぐことができる。また、対向する電極間の接触面積を大幅に低下させることにより、ギャップ内に侵入した微小な異物による絶縁耐圧の低下を防ぐこともできる。これにより、信頼性が高く、低コストなヘッドを作成できる。また、大半を半導体プロセスで作成できるため、歩留まり良く、安定した液滴吐出ヘッドを製造することができる。
【００３９】
（実施例２）
次に、図１０を参照して、本発明に係るインクカートリッジについて説明する。
図１０に示すインクカートリッジ９０は、ノズル３１等を有する前記実施形態のインクジェットヘッド９１と、このインクジェットヘッド９１に対してインクを供給するインクタンク９２とを一体化したものである。このような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。
【００４０】
（実施例３）
次に、図１１及び図１２を参照して、本発明に係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の一例について説明する。なお、図１１はインクジェット記録装置の斜視説明図、図１２は同記録装置の機構部の側面説明図である。このインクジェット記録装置は、記録装置本体１００の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ１０４、該キャリッジに搭載した本発明を実施したインクジェットヘッドからなる記録ヘッド１０５、該記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ１０６等で構成される印字機構部１０１等を収納し、装置本体１００の下方部には前方側から多数枚の用紙１１１を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）１１２を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙１１１を手差しで給紙するための手差しトレイ１１３を開倒することができ、給紙カセット１１２或いは手差しトレイ１１３から給送される用紙１１１を取り込み、印字機構部１０１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１１４に排紙する。
【００４１】
印字機構部１０１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１０２と従ガイドロッド１０３とでキャリッジ１０４を主走査方向に摺動自在に保持し、このキャリッジ１０４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インクジェットヘッドからなるヘッド１０５を複数のインク吐出口（ノズル）を主走査方向と交差する方向に配列し、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１０４にはヘッド１０５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１０６を交換可能に装着している。
【００４２】
インクカートリッジ１０６は上方に大気と連通する大気口を、下方にはインクジェットヘッド１０５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。また、記録ヘッドとして、ここでは各色のヘッド１０５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。
【００４３】
ここで、キャリッジ１０４は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド１０２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１０３に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ１０４を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１０７で回転駆動される駆動プーリ１０８と従動プーリ１０９との間にタイミングベルト１１０を張装し、このタイミングベルト１１０をキャリッジ１０４に固定しており、主走査モーター１０７の正逆回転によりキャリッジ１０４が往復駆動される。
【００４４】
一方、給紙カセット１１２にセットした用紙１１１をヘッド１０５の下方側に搬送するために、給紙カセット１１２から用紙１１１を分離給装する給紙ローラ１１５及びフリクションパッド１１６と、用紙１１１を案内するガイド部材１１７と、給紙された用紙１１１を反転させて搬送する搬送ローラ１１８と、この搬送ローラ１１８の周面に押し付けられる搬送コロ１１９及び搬送ローラ１１８からの用紙１１１の送り出し角度を規定する先端コロ１２０とを設けている。搬送ローラ１１８は副走査モータ１２１によってギヤ列を介して回転駆動される。
【００４５】
そして、キャリッジ１０４の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１１８から送り出された用紙１１１を記録ヘッド１０５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１２２を設けている。この印写受け部材１２２の用紙搬送方向下流側には、用紙１１１を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１２３、拍車１２４を設け、更に、用紙１１１を排紙トレイ１１４に送り出す排紙ローラ１２５及び拍車１２６と、排紙経路を形成するガイド部材１２７，１２８とを配設している。
【００４６】
記録時には、キャリッジ１０４を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１０５を駆動することにより、停止している用紙１１１にインクを吐出して１行分を記録し、用紙１１１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１１１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１１１を排紙する。
【００４７】
また、キャリッジ１０４の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド１０５の吐出不良を回復するための回復装置１２９を配置している。回復装置１２９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１０４は印字待機中にはこの回復装置１２９側に移動されてキャッピング手段でヘッド１０５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。
【００４８】
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１０５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。
【００４９】
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。
【００５０】
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、静電型アクチュエータとしては、インクジェットヘッド以外にも、マイクロポンプ、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（マイクロミラー）、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。
【００５１】
（実施例４）
図１３は、本発明の構成をマイクロポンプに応用した場合の例を示したもので、以下、その動作原理について説明する。図１３において、１０は、図１に示した第１基板１０に相当するもので、図中、３は、図２に示した個別電極３に相当し、１６は図２に示した共通電極１１を含む振動板に相当し、図示のように、個別電極３と該個別電極３に対向した共通電極を含む振動板１６とがギャップＧを介して複数設けられており、該振動板１６の面が流路壁の一部を形成し、流路５１の中を流体が流れる構造となっている。図１３では省略しているが、振動板１６は電極材料が絶縁膜に挟まれた積層構造になっている。図１３において、振動板１６を、右側から順次左側に駆動することによって流路５１内の流体に矢印Ａ方向への流れが生じ、流体の輸送が可能となる。本実施例では振動板を複数設けた例を示したが、振動板は一つでも良く、また、輸送効率を上げるために弁などを設けても良い。
【００５２】
（実施例５）
図１４は、本発明の構成を光学デバイスに応用した場合の例を示したもので、前述のように、個別電極３に対向して振動板１６が設けられており、該振動板１６の表面が光反射ミラーをかねている。振動板１６の表面は反射率を増加させるため、例えば、誘電体多層膜や金属膜で形成されている。光源６１からの光はレンズ６２を介して光反射ミラー（振動板）１６に照射される。反射ミラー１６を駆動しない場合は、光は入射角と同じ角度で反射する（θ_１＝θ_２）。しかし、反射ミラー１６を駆動した場合は、１６′にて示すように、凹面ミラーとなるので、反射光は発散光となる。このように、本発明により光変調デバイスが実現できる。
【００５３】
図１４において、光源６１からの光はレンズ６２を介してミラー１６に照射され、ミラー１６を駆動していないところに入射した光は、投影用レンズ６３へ入射する。一方、個別電極３に電圧を印加してミラー１６を変形させているところは凹面ミラー１６′となるので、光は発散し投影用レンズ６３にほとんど入射しない。投影用レンズ６３に入射した光はスクリーン（図示しない）などに投影される。この構造を、図１５に示すように２次元に配列し、それぞれのミラー１６を個別電極３に電圧を印加して独立に駆動することによって、スクリーンに画像を表示できる。図１５では、例として、４×４の配列を示したがもっと多数配列することも可能でありこの限りではない。
【００５４】
実施例４、５では動作原理を簡単に述べたが、実施例１に示した製造方法、構成を実施例４、５に適用することもできる。また、実施例１に記載した膜厚等の数値はこれに限ったものではない。
【００５５】
本発明の構成は液滴吐出ヘッド、マイクロポンプ、光学変調デバイスを例としてあげたが、これ以外の光学デバイス、マイクロアクチュエータなどにも適用可能である。
【００５６】
【発明の効果】
本発明の液滴吐出ヘッドは、対向する電極間に電圧を印加することで起きる静電気力を利用して振動板を駆動する静電型液滴吐出ヘッドであり、振動板に固定した電極と別途設けた対向電極間のギャップ間隔を犠牲層膜厚で規定し、且つ犠牲層表面を加工することで振動板自体に部分的に突起形状を形成することができるので、精度良く、且つバラツキの少ないギャップ形成が可能であり、且つ突起を設けることにより対向する電極間の接触面積を大幅に低下させることができるため、ギャップ内に侵入した微小な異物による絶縁耐圧の低下を防ぐことができる。
また、振動板が対向する電極に（帯電による）静電気力や（ギャップ内の水分による）液架橋、水素結合力及びファン・デル・ワールス力などにより吸着する問題を防ぐこともできる。
これにより性能バラツキが少なく且つ信頼性の高い液滴吐出ヘッドを作成することができる。
犠牲層の除去によりギャップ形成を行なう工法において、突起の形成が簡潔な工法で実現でき低コスト化を図ることができる。また、ほとんどの工程を半導体製造で用いられている工法で作成できるので、歩留まり良く低コストに液滴吐出ヘッドを作成することができる。
【００５７】
本発明の液滴吐出ヘッドでは、振動板自体に部分的に突起形状を形成しながら振動板表面が略平坦に埋め込まれている（０．５μｍ以下に作成されている）ので、後工程に対する段差の影響を最小限にすることができプロセス設計を容易にすることができる。
また、振動板強度を損なうことが無いため、多層膜振動板の設計も容易になる。スピンコート法により耐インク接液膜を成膜する場合においても、段差による膜ムラを最小限にすることができる。これにより、信頼性の高い液滴吐出ヘッドを低コストで作成することができる。
【００５８】
本発明の液滴吐出ヘッドでは、振動板自体に部分的に設けた突起部の絶縁膜の膜厚を厚く形成しているので、電極間の絶縁耐圧を大幅に向上させることができ信頼性の高い液滴吐出ヘッドを作成することができる。
【００５９】
本発明の液滴吐出ヘッドでは、振動板自体に部分的に設けた突起形状を半導体製造で用いられている工法で作成でき、また、酸化による（ＣＶＤではない）酸化膜を突起部のみ厚く形成することができるので、突起部の膜厚、膜質が共に向上し電極間の絶縁耐圧を大幅に向上させることができる。これにより、信頼性の高い液滴吐出ヘッドを低コストで作成することができる。
【００６０】
本発明の液滴吐出ヘッドでは、突起形状が微細な溝（スリット）や穴（ホール）により形成されており、これが絶縁膜により埋め込まれることで突起部の絶縁膜の膜厚を厚く形成できる。また、複数の突起の集合体とすることで突起部の強度も損なうことが無い。これにより、電極間の絶縁耐圧を大幅に向上させることができ信頼性の高い液滴吐出ヘッドを作成することができる。
【００６１】
本発明に係るいずれかの液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドと、このインクジェットヘッドにインクを供給するインクタンクを一体化することにより、製造不良が減少し、低コスト化を図ることができる。
【００６２】
本発明に係るインクジェット記録装置によれば、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、製造不良が減少し、低コスト化を図ることができる。電極間に働く静電力によって前記振動板を変形させるので、小型であり、低消費電極のマイクロポンプが実現できる。
【００６３】
電極間に働く静電力によって前記振動板を変形させるので、小型であり、低消費電極の光変調デバイスが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される液滴吐出ヘッドの分解斜視図である。
【図２】本発明による液滴吐出ヘッドの組立て後の要部断面図である。
【図３】本発明による液滴吐出ヘッドの作成方法の一例を説明するための工程図である。
【図４】突起部の作成例を示す図である。
【図５】突起部の配設例を示す図である。
【図６】突起部の他の配設例を示す図である。
【図７】突起部の更に他の配設例を示す図である。
【図８】突起部の更に他の配設例を示す図である。
【図９】突起部の他の作成例を示す図である。
【図１０】本発明が適用されたインクカートリッジの一例を示す図である。
【図１１】本発明による液吐出ヘッドを用いたインクジェット記録装置の要部概略斜視図である。
【図１２】図１１に示したインクジェット記録装置の内部構造を説明するための要部概略構成図である。
【図１３】本発明による液吐出ヘッドをマイクロポンプに応用した場合の一例を示す図である。
【図１４】本発明による液吐出ヘッドを光学デバイスに適用した場合の一例を示す図である。
【図１５】本発明による液吐出ヘッドを光デバイスの光反射ダブルミラーとした時の一部を断面で示す斜視図である。
【符号の説明】
３…個別電極、６…犠牲層、Ｇ…犠牲層を除去した後のギャップ、１０…第１の基板（振動板基板）、１６…振動板、２０…第２の基板（液室基板）、２１…液吐出室、２２…流体抵抗溝、２３…共通液室、３０…第３の基板（ノズル基板）、３１…ノズル。

Claims

液滴を吐出する単一または複数のノズル孔と、該ノズル孔のそれぞれに連通する吐出室と、該吐出室の少なくとも一方の壁を構成する振動板と、該振動板に対してギャップを介して対向配置された対向電極を有し、前記ギャップが犠牲層エッチングにより形成されている静電駆動式液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板の前記対向電極面に、該振動板自体の一部が突起部を形成していることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
前記振動板が多層膜から成り、該振動板の表面が略平坦に埋め込まれていることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
前記振動板の表面段差が０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の液滴吐出ヘッド。
前記突起部が絶縁膜から成り、該絶縁膜が前記突起部以外の領域における絶縁膜の膜厚より厚く形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
前記突起部の絶縁膜が選択酸化法により形成されている酸化膜であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
前記突起部が複数の微小な突起の集合体により形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
インク滴を吐出する液滴吐出ヘッドと、該液滴吐出ヘッドにインクを供給するインクタンクを一体化したインクカートリッジにおいて、前記液滴吐出ヘッドが請求項１乃至６のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とするインクカートリッジ。
インク滴を吐出するインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置において、前記インクジェットヘッドが請求項１乃至６のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とするインクジェット記録装置。
振動板の変形によって液体を輸送するマイクロポンプにおいて、前記振動板は請求項１乃至６のいずれかの構造により前記振動板を変形させることを特徴とするマイクロポンプ。
ミラーの変形によって光の反射方向を変化させる光変調デバイスにおいて、前記ミラーは請求項１乃至６のいずれかの構造により前記振動板を変形させ、該振動板の変形によって該ミラーを変形させることを特徴とする光変調デバイス。