JP2005161833A - 液吐出ヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 １つの液吐出ヘッドで、粘度特性の異なる複数種類の液をそれぞれ安定した吐出状態で吐出することを可能にする液吐出ヘッド及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 複数種類の液体をそれぞれ保持する共通液室４２ａ，４２ｂと、共通液室４２ａ，４２ｂにそれぞれ連通する複数の液室４１ａ，４１ｂが形成された基板４０と、各液室４１ａ，４１ｂにそれぞれ連通するノズル５２ａ，５２ｂとを備え、該ノズル５２ａ，５２ｂから液体を吐出する液吐出ヘッド２４であって、共通液室４２ａ、４２ｂ間は電気的に絶縁状態であり、共通液室４２ａ，４２ｂ毎に独立した電極４４ａ，４４ｂが形成されたものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、インクジェット法により液を吐出する液吐出ヘッド及びその製造方法に関し、更に詳しくは、粘度特性の異なる複数種類の液を吐出する場合に有効な技術に関する。

従来より、粘度などの物性の異なる種々の液体を扱えるようにした装置として、例えば、噴射ヘッドから吐出された液滴を補集して液滴の重量を測定するとともに、飛行中の液滴を検出位置にて検出することで液滴の飛行速度を測定し、基準波形の駆動パルスに対応して測定された液滴の飛行速度及び重量と、目標値として設定された飛行速度及び重量との差に基づいて、噴射ヘッドを駆動するための駆動パルスの波形を調整することで、物性の異なる複数種類の液体を扱うことができ、用途に応じた最適な吐出条件で液滴を吐出させることができるようにした液体噴射装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、従来より、複数の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けるインクジェットヘッドの駆動回路として、複数のインクジェットヘッドにそれぞれ対応する複数のヘッド駆動回路と、これらの複数のヘッド駆動回路に電源電圧を共通に給電する電源制御回路と、環境条件を検出する環境条件検出手段と、この環境条件検出手段の検出結果に応じて前記複数のヘッド駆動回路に共通に給電する電源電圧を調整する電源電圧調整手段とを備えたものがある（例えば、特許文献２参照）。
特開２００３−９４６２９号公報 特開平９−９９５５６号公報

近年、インクジェット記録装置では、インクを吸収する紙以外に、合成紙や、塗工紙や、プラスチックフィルム、プラスチックカード等の実質的に水をほとんど吸収しないメディア（記録媒体）が用いられる場合がある。このような記録媒体に対して印刷を行うに際しては、インクの他に、印刷品質の向上や、着色剤の耐擦過性向上等の目的で、着色剤を含まない、例えば樹脂を含む液や、無機イオン成分を含む液が使用される。
またバイオ分野において、インクジェット記録装置を用いて生体液体等を吐出する場合にも、物性の異なる複数種類の液が使用される。

この種の液の粘度に注目すると、例えば樹脂を含む液は、一般的にインクに比べて高粘度である。このような粘度特性の異なる複数種類の液体を扱える技術として、上記特許文献１の技術があるが、この技術は、交換により複数種類の液体を扱えるようにしたものであって、装置使用時に同時に扱える液体の種類はあくまでも１種類であった。

ここで、粘度特性の異なる複数種類の液を１台のインクジェット記録装置で同時に扱えるようにしたい場合、複数のインクジェットヘッドを設けるとともに、各インクジェットヘッド毎に駆動回路を設けて個別駆動するようにし、各インクジェットヘッドからそれぞれ物性の異なる複数種類の液体を吐出させる装置構成が有効であると考えられる。上記特許文献２の技術は、この構成を有するものであるが、この技術においては各インクジェットヘッドに同じ電圧を供給するようにしている。このため、粘度特性の違いが起因して吐出特性にばらつきが生じ、安定した吐出状態を得ることはできなかった。このような吐出特性のばらつきは、画像品質の低下を招くため、好ましくない。

また、近年のインクジェット記録装置の小型化、低コスト化の流れにより、１台のインクジェット記録装置で複数種類の液を扱えるのみならず、１つのインクジェットヘッドでこれらの液を安定した吐出状態で吐出できるようにしたいという声が高まっている。

本発明はこのような点に鑑みなされたもので、１つの液吐出ヘッドで、粘度特性の異なる複数種類の液をそれぞれ安定した吐出状態で吐出することが可能な液吐出ヘッド及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る液吐出ヘッドは、複数種類の液体をそれぞれ保持する複数の共通液室と、共通液室毎にそれぞれ連通する複数の液室とが形成された基板と、各液室にそれぞれ連通するノズルとを備え、該ノズルから液体を吐出する吐出ヘッドであって、共通液室間は電気的に絶縁状態であり、共通液室毎に独立した電極が形成されているものである。これにより駆動電圧を工夫することにより、１つの液吐出ヘッドで、粘度特性の異なる複数種類の液を、それぞれ安定した吐出状態で吐出することが可能となる。
ここで本発明において粘度特性の異なる複数種類の液とは、インクジェット記録装置で通常印刷可能な温度範囲、具体的には５℃から４５℃の温度範囲において、ある温度における液の粘度が異なる液のことである。
例えば、液１と液２を吐出するヘッドがある場合、２５℃の場合に液１と液２の粘度が異なる場合や、２５℃の場合に液１と液２の粘度が同じであるが、３０℃の場合に液１と液２の粘度が異なる場合が粘度特性の異なる複数種類の液に該当する。

本発明に係る液吐出ヘッドの製造方法は、複数の液室が形成される第１基板と、複数の電極が形成される第２基板とを備え、第１基板と第２基板を接合した後に、第１基板に第１基板を貫通する溝を形成して、液室を電気的に分離するものである。
第１基板と第２基板を接合した後に、第１基板に第１基板を貫通する溝を形成して、液室を電気的に分離するため、液室を個別に形成したり、液室を１つのユニットにまとめて製造する液吐出ヘッドの製造方法に比べて容易に製造することができ、コストの低い液吐出ヘッドを得ることができる。

また本発明に係る液吐出ヘッドの製造方法は、上記の第１基板がシリコンからなり、第２基板がガラスからなるものである。
第１基板がシリコンからなり、第２基板がガラスからなるため、第１基板と第２基板をエッチング等により容易に加工することができ、また第１基板と第２基板を陽極接合等により容易に接合することができる。

また本発明に係る液吐出ヘッドの製造方法は、上記の溝を、エッチングにより形成するものである。
第１基板の溝をエッチングによって形成すれば、容易に液室を分離することができる。

また本発明に係る液吐出ヘッドの製造方法は、上記の溝を、レーザー加工により形成するものである。
第１基板の溝をレーザー加工によって形成すれば、微細な加工を短時間で行うことができる。

また本発明に係る液吐出ヘッドの製造方法は、上記の溝を、液室と同時に形成するものである。
第１基板の溝を液室と同時に形成すれば、製造工程を簡略化でき、製造時間を短縮することができる。

また本発明に係る液吐出ヘッドの製造方法は、上記の溝を、液室を形成した後に形成するものである。

また本発明に係る液吐出ヘッドの製造方法は、上記の溝を、液室を形成する前に形成するものである。

また本発明に係る液吐出ヘッドの製造方法は、上記の溝を、複数の液室が１つずつ独立に分離されるように形成するものである。
第１基板の溝を、複数の液室が１つずつ独立に分離されるように形成することにより、粘度特性の異なる複数種類の液をより正確に吐出することが可能となる。

以下、本発明の液吐出ヘッド、その駆動方法について説明する。

まず、本発明による液吐出ヘッドの説明に先立って、この液吐出ヘッドを備えたインクジェット記録装置の概略構成から説明する。なお、本例のインクジェット記録装置は、インクに対して実質的に非吸収性である記録媒体に印刷を行った後、印刷部分のコーティングを行うものとし、また、粘度特性の異なる複数種類の液として、インクと、インクによる印刷部分をコーティングするためのコーティング液の例をとって説明することにする。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の一実施の形態の液吐出ヘッドの分解斜視図である。図２は、図１のガラス基板の部分平面図である。図３は、液吐出ヘッドの部分断面図である。
液吐出ヘッド２４は、インクジェット法により液を吐出するヘッドである。このインクジェット方式には、静電駆動方式、圧電駆動方式、サーマル方式があり、いずれの方式に用いられるヘッドであっても使用可能であるが、本例では、消費電力が小さく、また小型で安価に構成できる静電駆動方式を採用したヘッドを用いている。

図１〜図３に示すように、液吐出ヘッド２４は、シリコン基板４０を挟み、上側に同じくシリコン製のノズルプレート５０、下側にシリコンと熱膨張率が近いホウ珪酸ガラス基板６０がそれぞれ積層された３層構造となっている。

中央のシリコン基板４０には、互いに分離された共通液室４２ａ，４２ｂが複数（ここでは２つ）形成されており、各共通液室４２ａ，４２ｂ毎に、それぞれその共通液室４２ａ，４２ｂに連通する複数の液室４１ａ，４１ｂが形成されている。複数の液室４１ａ，４１ｂは、共通液室４２ａに連通する側と、共通液室４２ｂに連通する側とで液室群７０ａと液室群７０ｂとを構成している。また、シリコン基板４０には、各液室４１ａ，４１ｂに連通している液供給路４３ａ，４３ｂが形成されており、これら共通液室４２ａ，４２ｂ、液室４１ａ，４１ｂ、液供給路４３ａ，４３ｂは、シリコン基板４０を、その表面からエッチングを施すことにより得られた溝により構成されている。これらの溝がノズルプレート５０によって塞がれて、各部分４１ａ，４１ｂ、４２ａ，４２ｂ、４３ａ，４３ｂが区間形成されている。

ノズルプレート５０には、複数のノズル５２が形成されている。これら各ノズル５２は、液室４１ａに連通する側と液室４１ｂに連通する側とで、図１において点線で囲んだノズル群５１ａとノズル群５１ｂに分けられる。そして、各ノズル群５１ａ，５１ｂにおいて各ノズル５２ａ，５２ｂが、それぞれ列状に並べられた構成となっている。ここで、本例では、共通液室４２ａには、外部の図示しないタンクから低粘度液体が供給されており、共通液室４２ｂには、外部の図示しないタンクから低粘度液体とは粘度特性の異なる高粘度液体が供給されており、各液は、それぞれ液供給路４３ａ，４３ｂを介して各々独立した各液室４１ａ，４１ｂに供給されている。よって、ノズル群５１ａを構成する各ノズル５２ａからは低粘度液体が吐出され、ノズル群５１ｂを構成する各ノズル５２ｂからは高粘度液体が吐出されるようになっている。なお、共通液室４２ａ，４２ｂが位置しているガラス基板６０の部分には、これに連通する液供給口６１ａ，６１ｂがそれぞれ形成されており、この液供給口６１ａ，６１ｂを介して外部の図示しない各タンクから低粘度液体と高粘度液体が、それぞれ共通液室４２ａ，４２ｂに供給されるようになっている。

ここで、本発明の液吐出ヘッド２４は、粘度特性の異なる複数種類の液をそれぞれ安定した吐出状態で吐出させるために、シリコン基板４０において、共通液室４２ａ，４２ｂ毎に独立した共通電極を設け、粘度特性の異なる液をそれぞれ異なる駆動電圧による駆動で吐出できるようしたことが特徴である。

共通液室４２ａ，４２ｂ毎に独立した共通電極を設けるためには、シリコン基板４０が、それ自体で導電性をもつため、まず、シリコン基板４０を共通液室４２ａ側と、共通液室４２ｂ側とに絶縁する必要がある。ここで、シリコン基板４０の共通液室４２ａ側とは、シリコン基板４０において、共通液室４２ａと、これに連通する液供給口６１ａと、各液室４１ａとが形成された基板部分であり、共通液室４２ｂ側とは、シリコン基板４０において、共通液室４２ｂと、これに連通する液供給口６１ｂと、各液室４１ｂとが形成された基板部分を意味している。そして、絶縁された共通液室４２ａ側と共通液室４２ｂ側のそれぞれに共通電極端子４５ａ，４５ｂを設ければよい。このシリコン基板４０の共通液室４２ａ側と共通液室４２ｂ側との絶縁は、本例では次の図４に示すようにして行う。

図４は、シリコン基板を共通液室４２ａ側と共通液室４２ｂ側とに絶縁するための構成の一例を示す図である。
図４のシリコン基板４０断面に示されるように、シリコン基板４０の底面に熱酸化処理を施して絶縁膜８０を形成する。この絶縁膜８０は、シリコン基板４０の底面と液室４１ａの一部を構成する振動板４４ａの液室４１ａ側表面との間の厚みよりも薄い厚みに形成されている。そして、液室群７０ａと液室群７０ｂとの間に、各液室４１ａ，４１ｂの列方向に延び、且つ絶縁膜８０の上面に到達する深さを有する溝９０を形成する。この溝８０は、シリコン基板４０の図示手前側の端面から奥側の端面にかけて形成されており、かかる構造により、導電性を有するシリコン基板４０を、共通液室４２ａ側と共通液室４２ｂ側とに絶縁することができる。なお、図４の符号９１は、シリコン基板４０に溝９０を設けたことによるシリコン基板４０の強度低下を補うため、溝９０に嵌合された絶縁体である。なお、以上に説明した構造は一例であって、シリコン基板４０を、共通液室４２ａ側と共通液室４２ｂ側とに絶縁可能な構造であれば任意の構造を採用できる。

以下、その他の構成及び動作について説明するが、シリコン基板４０，ノズルプレート５０及びガラス基板６０において、共通液室４２ａ側と共通液室４２ｂ側にそれぞれ連通する各部の構成及び動作は同じであるため、以下では、共通液室４２ａ側の例を中心に説明する。
独立した各液室４１ａは、その底壁４４ａが薄肉とされて、面外方向、すなわち、図１において上下方向に弾性変位可能な振動板４４ａとして機能するように設定されている。したがって、この底壁４４ａの部分を、以後の説明の都合上、振動板４４ａと称して説明することもある。

次に、シリコン基板４０の下側に位置しているガラス基板６０においては、その上面であるシリコン基板４０との接合面には、シリコン基板４０の各液室４１ａに対応した位置に、浅くエッチングされた凹部６２が形成されている。したがって、各液室４１ａの底壁４４ａは、非常に僅かの隙間Ｇを隔てて凹部６２が形成されたガラス基板からなる対向壁の表面６２ａに対峙している。

ここで、各液室４１ａの底壁４４ａは、共通液室４２ａ側（液室群７０ａ側）の共通電極として機能する。そして、各液室４１ａの底壁４４ａに対峙するように、ガラス基板６０の凹部表面６２ａには、個別電極６３ａが形成されている。各液室４１ａの底壁４４ａの表面はシリコンの酸化膜からなる絶縁層により覆われている。このように、液室４１ａの底壁４４ａの表面に形成した絶縁層と間隙Ｇを挟み、各液室底壁４４ａすなわち振動板４４ａと、対応する各個別電極６３ａが対向電極を形成している。また、上述したように、共通液室４２ａ側も同様であり、各液室４１ｂの底壁４４ｂは、共通液室４２ｂ側（液室群７０ｂ側）の共通電極として機能し、各液室底壁４４ｂすなわち振動板４４ｂと、対応する各個別電極６３ｂが対向電極を形成している。

図３に示すように、これらの対向電極の間に駆動電圧を印加するための液吐出ヘッド駆動装置１００は、後述の図６に示す外部装置１０３からの印字信号に応じて、これらの対向電極間の充放電を行う。液吐出ヘッド駆動装置１００の一方の出力は個々の個別電極６３ａに接続され、他方の出力はシリコン基板４０に形成された共通電極端子４５ａに接続されている。また、図示省略しているが、液吐出ヘッド駆動装置１００の一方の出力は個々の個別電極６３ｂに接続され、他方の出力はシリコン基板４０に形成された共通電極端子４５ｂに接続されている。

シリコン基板４０は、上述したように導電性をもち、且つ、共通液室４２ａ側と共通液室４２ｂ側とで絶縁されているため、共通電極端子４５ａと共通電極端子４５ｂとからそれぞれ独立して底壁４４ａの共通電極と底壁４４ｂの共通電極に異なる電圧を供給することができるようになっている。また、より低い電気抵抗で共通電極に電圧を供給する必要がある場合には、例えば、シリコン基板４０の一方の面に金等の導電性材料の薄膜を蒸着やスパッタリングで形成すればよい。本例では、シリコン基板４０の流路形成面側に導電膜を形成し共通電極４５ａ，４５ｂを設けてある。

図５は、液吐出ヘッドの部分断面図である。特に、個別電極６３ａと振動板４４ａの間に駆動電圧を印加したときの振動板４４ａとメニスカスの動作を示した図である。なお、振動板４４ｂ側の動作も同様であるため、図示及び説明は省略する。
以上のように構成した液吐出ヘッド２４においては、液吐出ヘッド駆動装置１００からの駆動電圧が対向電極間に印加されると、対向電極間に充電された電荷によるクーロン力が発生し、底壁（振動板）４４ａは個別電極６３ａの側へ撓み、液室４１ａの容積が拡大する。次に、液吐出ヘッド駆動装置１００からの駆動電圧を解除して対向電極間の電荷を放電すると、振動板４４ａはその弾性復帰力によって復帰し、液室４１ａの容積が急激に収縮する。この時発生する液圧力により、液室４１ａを満たす吐出液の一部が、この液室４１ａに連通しているノズル５２ａから液柱となって吐出する。吐出後、吐出液は自ら表面張力により液滴を形成し、液滴となって印刷面へ着弾する。

図６は、液吐出ヘッド駆動装置の概略ブロック図である。
液吐出ヘッド駆動装置１００は、液吐出ヘッド制御手段１０２を有し、この液吐出ヘッド制御手段１０２は、ＣＰＵを中心に構成されている。すなわち、ＣＰＵには外部装置１０３からバスを介して印刷情報が供給される。ＣＰＵには、内部バスを介してＲＯＭ、ＲＡＭおよびキャラクタージェネレータ１０４が接続されており、ＲＡＭ内の記憶領域を作業領域として用いて、ＲＯＭ内に格納されている制御プログラムを実行し、キャラクタージェネレータ１０４から発生するキャラクター情報に基づき、液吐出ヘッド駆動用の制御信号を生成する。ゲートアレイ１０５はＣＰＵから制御信号によりヘッドドライバＩＣ２４３へ印刷情報に対応した駆動制御信号を供給すると共に、駆動パルス発生回路１０６へ、駆動電圧パルスを生成するための制御信号を供給する。

駆動パルス発生回路１０６は、液吐出ヘッド２４に駆動電圧パルスを供給する回路である。駆動パルス発生回路１０６は、ゲートアレイから制御信号を供給されて、駆動電圧パルスを発生し、ヘッドドライバＩＣ２４３へ駆動電圧パルスＶｐを供給する。駆動パルス発生回路１０６では駆動電圧パルスのパルス長、パルスの立ち上がり時間、立ち下がり時間等、パルス信号生成条件に関する制御信号より、駆動パルス波形を生成する。

駆動制御信号および駆動電圧パルスはコネクタ２４１を経由して、ヘッド基板２４２に形成されたヘッドドライバＩＣ２４３に供給される。ヘッド基板２４２には、複数の電圧を印加可能な電源及び電源回路１１０が接続されており、ヘッドドライバＩＣ２４３には、電源及び電源回路１１０から高耐圧系の駆動電源（Ｖｈ₀）又は駆動電源（Ｖｈ₁）と、論理回路系の駆動電圧（Ｖｃｃ）とが供給されて動作する。

ここで、本発明は、上述したように１つの液吐出ヘッド２４からそれぞれ粘度特性の異なる複数種類の液を安定した吐出状態で吐出できるようにすることを目的としたものである。この実現のために、本例では、共通液室４２ａ側の各液室４１ａに対応する対向電極間（共通電極４４ａと個別電極６３ａ間）には、その共通液室４２ａに保持された低粘度液体の粘度特性に応じて予め決定された駆動電圧を供給し、共通液室４２ｂ側の各液室４１ｂに対応する対向電極間（共通電極４４ｂと個別電極６３ｂ間）には、その共通液室４２ｂに保持された高粘度液体の粘度特性に応じて予め決定された駆動電圧を供給するようにしている。なお、以下では、共通液室４２ａ側の対向電極をノズル群５１ａ側の対向電極、共通液室４２ｂ側の対向電極をノズル群５１ｂ側の対向電極と言うことがある。

ここで、液の粘度特性によって予め決定される駆動電圧は、液の種類毎に異なったものとなる。よって、ノズル群５１ａ，５１ｂ別に、異なる駆動電圧で吐出動作を実施させることになる。また、本例の液吐出ヘッド２４において各ノズル５２ａ，５２ｂに対応する各振動板４４ａ，４４ｂは、それぞれ独立した共通電極となっていることから、ノズル群５１ａのノズル５２ａに対応する対向電極と、ノズル群５１ｂのノズル５２ｂに対応する対向電極の両方に、それぞれ独立して駆動電圧を供給することが可能となっている。すなわち、同時に異なる駆動電圧を供給することが可能となっている。

具体的な駆動制御としては、ノズル群５１ａ側の対向電極と、ノズル５１ｂ側の対向電極に印加する駆動パルス波形は同じ波形を使用し、電源及び電源回路１１０からヘッドドライバＩＣ２４３に、吐出液の粘度特性に基づいて予め設定された駆動電圧が共通液室４２ａ側の対向電極及び共通液室４２ｂ側の対向電極にそれぞれ供給されるようにしている。そして、ヘッドドライバＩＣ２４３が、駆動パルス波形と、電源及び電源回路１１０からの駆動電圧とにより波形を調整して、後述の図８に示すような波形の駆動電圧パルスをノズル群５１ａ側の対向電極と、ノズル５１ｂ側の対向電極それぞれに供給する。

なお、粘度は温度によって変化する。このため、液吐出ヘッド２４の近傍には温度を検知する温度センサ（図示せず）が設けられており、温度センサの検知信号が液吐出ヘッド駆動装置１００に入力されるようになっている。そして、ＲＯＭには、温度と駆動電圧との対応テーブルが吐出液毎に予め格納されており、液吐出ヘッド駆動装置１００は、温度に基づいて各対応テーブルを参照し、各ノズルに対応する対向電極に供給する各駆動電圧を決定し、その各駆動電圧がそれぞれ該当ノズルに対応する対向電極に供給されるように電源及び電源回路１１０を制御している。

ヘッドドライバＩＣ２４３は、供給された駆動制御信号により、駆動電圧パルスと接地電位ＧＮＤとを切り換えて、液吐出ヘッド２４の各ノズル５２ａ，５２ｂに対応する対向電極間に印加する。この結果、対向電極間に駆動電圧パルスにより電位差が生じた振動板４４ａ，４４ｂは、対向配置された個別電極６３ａ，６３ｂ側に吸着される。電位差が保持されている対向電極間では、振動板４４ａ，４４ｂが個別電極６３ａ，６３ｂに吸着されてそこに吸着された状態に保持される。電位差が急激に解除され変化が生じた対向電極に対応するノズル５２ａ，５２ｂでは、振動板４４ａ，４４ｂが振動して液滴が吐出される。

図７は、共通電極である振動板と個別電極の間に印加される駆動電圧のパルス波形の一例を示してある。このような駆動電圧パルスは、ヘッドドライバＩＣ２４３によって生成されるものである。なお、ノズル群５１ａ側とノズル群５１ｂ側の動作は同様であるため、ここではノズル群５１ａ側の例で説明する。

まず、図７（ｄ）には、駆動電圧Ｖｐの基本電圧パルス波形を示してある。この基本電圧波形の１パルス毎に１回のインク液滴の吐出動作が行われる。この基本電圧波形パルスでは、その立ち上がり（時点ｔ１からｔ２の間）が急峻であり、その立ち下がり（時点ｔ４からｔ５の間）は緩やかな勾配とされている。

共通電極として機能する各振動板４４の印加電圧は、図７（ａ）に示すように、第１の吐出サイクルである時点ｔ１〜ｔ５では基本電圧波形と同一形状の電圧パルスとされ、その後接地電位ＧＮＤに保持される。ノズル５２ａの個別電極６３ａ電位、すなわち振動板４４ａの電位は、図７（ｂ）に示すように、時点ｔ１から時点ｔ３までの間は接地電位に保持され、時点ｔ３において急峻に共通電極電位まで立ち上げられ、この後は、時点ｔ５まで共通電極電位と同一電位に保持される。この結果、ノズル５２ａにおける振動板４４ａと個別電極６３ａの電位差は、図７（ｃ）に示すように、時点ｔ１〜ｔ３の間は正電位差状態に保持される。換言すると、振動板４４ａを個別電極６３ａに吸着する静電力が発生する。これら以外の時点では電位差無しの状態に保持され、静電力は発生しない。

よって、時点ｔ１から振動板４４ａが急激に個別電極６３ａに向けて吸着され、そこに吸着された状態になり、時点ｔ３において振動板４４ａが急激に個別電極６３ａから離脱して弾性復帰する。この振動板４４ａの動作によって、ノズル５２ａからは、時点ｔ３から所定時間後の時点で液滴が吐出される。

以上の図７の説明により、共通電極である振動板４４ａと個別電極６３ａの間に印加される駆動電圧のパルス波形について明らかになったところで、以下、本発明の特徴部分の動作を実現するための駆動電圧波形の一例を示して説明する。

図８は、各ノズル群のノズルから吐出動作を行わせる際に、そのノズルに対応する対向電極間（共通電極と個別電極の間）に印加される駆動電圧のパルス波形を示した図である。特に、図８（１）はノズル群５１ａ側（高粘度液を吐出する側）から吐出動作を行なわせる際の波形、図８（２）はノズル群５１ｂ側（低粘度液を吐出する側）から吐出動作を行なわせる際の波形を示している。

図８に示すように、ノズル群５１ｂ側から吐出動作を行わせる際には、ノズル群５１ａ側から吐出動作を行わせる場合に比べて共通電極４４ａ及び個別電極６３ａに対して高い駆動電圧が供給され、よって、電極間電位差もノズル群５１ｂ側の方が、ノズル群５１ａ側に比べて大きいものとなっている。このようにして駆動されることにより、粘度の違いによる液振動速度の差が解消され、異なる粘度特性の液を吐出するノズル群５１ａとノズル群５１ｂからは、低粘度液体と高粘度液体それぞれの液滴が、本例では互いにほぼ同じ吐出速度及び吐出量で吐出される。ここで、本例の液吐出ヘッド２４では、図８に示しているように、各ノズル群５１ａ，５１ｂからそれぞれ同じタイミングで、且つ異なる駆動電圧による駆動で吐出動作を行うことが可能となっている。

以上説明したように、本実施の形態１によれば、粘度特性が異なる複数種類の液体を保持する共通液室４２ａ，４２ｂ毎に、独立の共通電極４４ａ，４４ｂを設けた構成としたので、共通液室４２ａ，４２ｂ毎の共通電極４４ａ，４４ｂと個別電極６３ａ，６３ｂ間に印加する駆動電圧を工夫することにより、１つの液吐出ヘッドで、粘度特性の異なる複数種類の液を、それぞれ安定した吐出状態で吐出することが可能となる。具体的には、ノズル５２から液を吐出させるに際し、そのノズル５２に連通する共通液室に対応する共通電極と個別電極間に、そのノズルから吐出される液の粘度特性に応じて予め決定された駆動電圧を印加する。これにより、１つの液吐出ヘッドで、それぞれの液を、それぞれ安定した吐出状態で吐出することが可能となる。また、温度変化による吐出液の粘度変化に対応可能で、常に安定した吐出状態を維持できる。本例では安定した吐出状態を得るために、具体的には各ノズル群５１ａ，５１ｂからそれぞれ吐出する液滴の吐出速度及び吐出量がほぼ同じとなるように駆動電圧を設定している。このため、吐出特性がばらつくことによる印刷物の品質低下を防止することができる。

なお、ノズル群５１ａ，５１ｂ毎に独立した共通電極４４ａ，４４ｂを設ける構造としては、共通液室４２ａ，４２ｂ及び各共通液室４２ａ，４２ｂにそれぞれ連通する液室４１ａ，４１ｂが形成されたシリコン基板４０において、共通液室４２ａとその共通液室４２ａに連通する複数の液室４１ａとが形成された基板部分と、共通液室４２ｂとその共通液室４２ｂに連通する複数の液室４１ｂとが形成された基板部分とを、互いに絶縁することにより対応できる。

また、液吐出ヘッド２４が、インクジェット法を用いた吐出を行うヘッドであり、本例では、特に静電駆動方式を採用したヘッドであるため、低消費電力且つ低コストでありながらも上述の効果を備えた液吐出ヘッドを構成できる。また、本発明を有効に利用できる液吐出ヘッドとしては、主走査方向に往復移動しつつ吐出動作を行うシリアルタイプのヘッドがある。

実施の形態２．
図９は、本発明に実施の形態２に係る液吐出ヘッドの構成を示す模式図である。図９（ａ）は、本実施の形態２の液吐出ヘッドの縦断面模式図であり、図９（ｂ）はこの液吐出ヘッドの上面図である。また図９（ｃ）は、図９（ｂ）に示すＡ−Ａ断面の断面模式図である。なお本実施の形態２では、実施の形態１の図１から図５に示す液吐出ヘッド２４と異なる部分のみを説明し、同じ構成部分は同一の符号を付して説明する。また、図９（ｂ）は、ノズルプレート５０を除いた状態の上面図である。

図９（ａ）に示す液吐出ヘッド２４の縦断面模式図は、実施の形態１の図３とほぼ同様である。ただし本実施の形態２の液吐出ヘッド２４は、図１の液吐出ヘッド２４の共通液室４２ａ側のみで構成されており、共通液室４２ｂ側はないものとする。また共通液室４２ａの代わりに個別液室４６ａが形成されており、それに対応して分離電極４７ａが設けられている。なお本実施の形態２では、実施の形態１における絶縁膜８０はないものとする。但し、実施の形態１と同様に絶縁膜８０を設けてもよく、この場合、以下に示す溝９３は絶縁膜８０を貫通させる必要はない。

図９（ｂ）及び図９（ｃ）に示すように、各液室４１ａの間にはシリコン基板４０を貫通する溝９３が形成されている。このため、各液室４１ａ（振動板４４）は他の液室４１ａから電気的に分離された状態となっている。なお実施の形態１と同様に、溝９３の部分に絶縁体を充填するようにしてもよい。

図９に示す液吐出ヘッド２４では、各個別液室４６ａに粘度特性の異なる複数種類の液を液供給口６１から供給することができるようになっている。また各分離電極４７ａ及び各個別電極６３ａには、液吐出ヘッド駆動装置（図９において図示せず）から粘度特性に応じた電圧を印加することができるようになっている。このため実施の形態１よりも、粘度特性の異なる複数種類の液をそれぞれ安定した状態で吐出することができ、吐出のタイミングを合わせやすくなる。

図１０は、本発明の実施の形態２に係る液吐出ヘッドの製造工程を示す断面模式図である。なお図１０は、図９（ｃ）に対応する断面模式図であり、ノズルプレート５０をシリコン基板４０に接合する前の工程を示したものである。
まず、個別電極６３ａの形成されたガラス基板６０を準備する（図１０（ａ））。このガラス基板６０には、エッチング等により凹部が形成されており、この凹部の底面にスパッタ等により例えば金属からなる個別電極６３ａが形成されている。

次に、図１０（ａ）に示すガラス基板６０にシリコン基板４０を陽極接合等により接合する（図１０（ｂ））。なお図１０（ｂ）の段階では、シリコン基板４０には液室４１ａ、溝９３等は形成されておらずシリコン基板４０は平板状のものであるとする。
そして、シリコン基板４０を例えばアルカリ液でエッチングすることにより、液室４１ａを形成する（図１０（ｃ））。このとき、液室４１ａの開口部以外の部分に酸化シリコン等からなるエッチングマスク（図示せず）をパターニングすることにより、液室４１ａの部分以外のシリコン基板４０がエッチングされるのを防止することができる。また図１０（ｃ）の工程において、個別液室４６ａ等を同時に形成するようにしてもよい。

その後、例えば液室４１ａの表面等をエッチングマスクで保護しながら、エッチングによりシリコン基板４０に溝９３を形成する（図１０（ｄ））。なおこのとき、溝９３がシリコン基板４０を貫通するようにするが、溝９３はガラス基板６０の個別電極６３ａが形成されている凹部に連通しないようにする。これは、溝９３を形成する際にアルカリ液等のエッチング液がガラス基板６０の凹部に浸入すると、振動板４４が駆動不良を起こす可能性があるからである。
この後、シリコン基板４０にノズルプレート５０を接合するなどして液吐出ヘッド２４が完成する。

なお本実施の形態２では、溝９３を液室４１ａを形成した後に形成しているが、例えばエッチングマスクを適当に形成し、振動板４４の部分にボロン拡散層を形成してエッチングストップ層とすることなどにより、溝９３と液室４１ａを同時に形成するようにしてもよい。また、溝９３を液室４１ａを形成する前に形成するようにしてもよい。
さらに、溝９３をレーザー加工により形成するようにしてもよい。溝９３をレーザー加工によって形成すれば、エッチングマスクを形成する必要がなく、製造工程を簡略化でき、製造時間を短縮することができる。

本実施の形態２では、シリコン基板４０とガラス基板６０を接合した後に、シリコン基板４０にシリコン基板４０を貫通する溝９３を形成することにより、液室４１ａを電気的に分離するため、液室４１ａを個別に形成したり、液室４１ａを１つのユニットにまとめて製造する液吐出ヘッドに比べて容易に製造することができ、コストの低い液吐出ヘッドを得ることができる。

なお本実施の形態２の図９に示す液吐出ヘッドの構造は、複数の駆動部（液吐出ヘッド２４における振動板４４等）を個別に駆動させる静電アクチュエータ一般に適用することができる。また本実施の形態２の図１０に示す液吐出ヘッドの製造方法は、液吐出ヘッド以外の静電アクチュエータにおいて、複数の駆動部を個別に駆動させたい場合にも適用することができる。

本発明の一実施の形態の液吐出ヘッドの分解斜視図。 図１の液吐出ヘッドのガラス基板の部分平面図。 図１の液吐出ヘッドの部分断面図（その１）。 図１のシリコン基板の断面図。 図１の液吐出ヘッドの部分断面図（その２）。 図１の液吐出ヘッドの駆動制御に係る部分のブロック図。 振動板と個別電極の間に印加される駆動電圧のパルス波形図。 各ノズル群に対応する対向電極間に印加される駆動電圧のパルス波形図。 本発明に実施の形態２に係る液吐出ヘッドの構成を示す模式図。 実施の形態２に係る液吐出ヘッドの製造工程を示す断面模式図。

符号の説明

２４ 液吐出ヘッド、４１ａ，４１ｂ 液室、４２ａ，４２ｂ 共通液室、４４ａ，４４ｂ 振動板、５２ａ，５２ｂ ノズル、６３ａ，６３ｂ 個別電極。

Claims (9)

1. 複数種類の液体をそれぞれ保持する複数の共通液室と、前記共通液室毎にそれぞれ連通する複数の液室とが形成された基板と、前記各液室にそれぞれ連通するノズルとを備え、該ノズルから液体を吐出する吐出ヘッドであって、
   前記共通液室間は電気的に絶縁状態であり、前記共通液室毎に独立した電極が形成されていることを特徴とする液吐出ヘッド。
2. 複数の液室が形成される第１基板と、複数の電極が形成される第２基板とを備え、前記第１基板と前記第２基板を接合した後に、前記第１基板に前記第１基板を貫通する溝を形成して、前記液室を電気的に分離することを特徴とする液吐出ヘッドの製造方法。
3. 前記第１基板がシリコンからなり、前記第２基板がガラスからなることを特徴とする請求項２記載の液吐出ヘッドの製造方法。
4. 前記溝を、エッチングにより形成することを特徴とする請求項２又は３記載の液吐出ヘッドの製造方法。
5. 前記溝を、レーザー加工により形成することを特徴とする請求項２又は３記載の液吐出ヘッドの製造方法。
6. 前記溝を、前記液室と同時に形成することを特徴とする請求項２又は３記載の液吐出ヘッドの製造方法。
7. 前記溝を、前記液室を形成した後に形成することを特徴とする請求項２又は３記載の液吐出ヘッドの製造方法。
8. 前記溝を、前記液室を形成する前に形成することを特徴とする請求項２又は３記載の液吐出ヘッドの製造方法。
9. 前記溝を、前記複数の液室が１つずつ独立に分離されるように形成することを特徴とする請求項２〜８のいずれかに記載の液吐出ヘッドの製造方法。
   

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