JP2008131662A

JP2008131662A - Electrostatic actuator, electrostatic driving device, liquid droplet discharge head and liquid droplet discharge apparatus

Info

Publication number: JP2008131662A
Application number: JP2006310080A
Authority: JP
Inventors: Akira Sano; 朗佐野; Masahiro Fujii; 正寛藤井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2006-11-16
Filing date: 2006-11-16
Publication date: 2008-06-05

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an electrostatic actuator and a liquid droplet discharge head and the like for realizing more efficient control. <P>SOLUTION: The liquid droplet discharge head is provided with at least a nozzle substrate 30 having a plurality of nozzles 31 for discharging a liquid as liquid droplets; cavity substrates 20 each provided in accordance with each of the nozzles 31, used as a discharge chamber 21 provided with a vibration plate 22 vibrating to pressurize the liquid and having a plurality of recesses; and an electrode substrate 10 provided oppositely to the vibration plate 22, and having an individual electrode 12a for generating an electrostatic force to vibrate the vibration plate 22. The individual electrode 12a is configured to have a plurality of stages, and one of the stages of the individual electrode 12a contacts one part of the vibration plate 22 in an initial state. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、微細加工素子において、加わった力により可動部が変位等し、動作（駆動）等を行う静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド等の静電駆動デバイスに関するものである。 The present invention relates to an electrostatic drive device such as an electrostatic actuator or a droplet discharge head that performs an operation (drive) or the like in a microfabricated element in which a movable portion is displaced by an applied force.

例えばシリコン等を加工して微小な素子等を形成する微細加工技術（ＭＥＭＳ：Micro Electro Mechanical Systems）が急激な進歩を遂げている。微細加工技術により形成される微細加工素子の例としては、例えば液滴吐出方式のプリンタのような記録（印刷）装置で用いられている液滴吐出ヘッド（インクジェットヘッド）、マイクロポンプ、光可変フィルタ、モータのような静電アクチュエータ等がある。 For example, micro electro mechanical systems (MEMS) that process silicon or the like to form minute elements or the like have made rapid progress. Examples of microfabricated elements formed by microfabrication technology include, for example, a droplet discharge head (inkjet head), a micropump, and an optical variable filter used in a recording (printing) apparatus such as a droplet discharge type printer. There are electrostatic actuators such as motors.

ここで、微細加工素子の一例として静電アクチュエータ（電気−機械エネルギ変換素子）を利用した液滴吐出ヘッドについて説明する。液滴吐出方式の記録（印刷）装置は、家庭用、工業用を問わず、あらゆる分野の印刷に利用されている。液滴吐出方式とは、例えば複数のノズルを有する液滴吐出ヘッドを対象物との間で相対移動させ、対象物の所定の位置に液滴を吐出させて印刷等の記録をするものである。この方式は、液晶（Liquid Crystal）を用いた表示装置を作製する際のカラーフィルタ、有機化合物等の電界発光（ElectroLuminescence ）素子を用いた表示パネル（ＯＬＥＤｓ）、ＤＮＡ、タンパク質等、生体分子のマイクロアレイ等の製造にも利用されている。 Here, a droplet discharge head using an electrostatic actuator (electro-mechanical energy conversion element) will be described as an example of a microfabricated element. A droplet discharge type recording (printing) apparatus is used for printing in various fields regardless of whether it is for home use or industrial use. In the droplet discharge method, for example, a droplet discharge head having a plurality of nozzles is moved relative to an object, and droplets are discharged to a predetermined position of the object to record printing or the like. . This system is a microarray of biomolecules such as color filters for producing display devices using liquid crystals, display panels (OLEDs) using electroluminescent devices such as organic compounds, DNA, proteins, etc. Etc. are also used in the manufacture of

液滴吐出ヘッドにおいて、流路の一部に液体を溜めておく複数の吐出室を備え、吐出室の少なくとも一面の壁（ここでは、底部の壁とし、以下、この壁のことを振動板ということにする）を撓ませて（駆動させて）形状変化により吐出室内の圧力を高め、連通する各ノズルから液滴を吐出させる方法がある。可動部位である振動板を変位させる力（エネルギ）として、例えば、振動板を可動電極とし、振動板と一定距離を空けて個別に対向する固定電極（以下、個別電極という）との間に静電気力（ここでは特に静電引力を用いている。以下、静電力という）を発生させる。液滴吐出ヘッドでは、以上のような形で静電アクチュエータを利用している。 The droplet discharge head includes a plurality of discharge chambers for storing liquid in a part of the flow path, and is a wall on at least one surface of the discharge chamber (here, a bottom wall, hereinafter referred to as a diaphragm). There is a method in which the pressure in the discharge chamber is increased by changing the shape and the droplets are discharged from each communicating nozzle. As the force (energy) for displacing the diaphragm, which is a movable part, for example, the diaphragm is a movable electrode, and static electricity is generated between the diaphragm and a fixed electrode (hereinafter referred to as an individual electrode) facing each other with a certain distance. A force (in particular, electrostatic attraction is used here, hereinafter referred to as electrostatic force) is generated. In the droplet discharge head, the electrostatic actuator is used as described above.

静電アクチュエータの駆動については、例えば変位駆動の場合、振動板と個別電極との間に静電力を発生させ、振動板を個別電極に引き寄せる。ここで振動板は吐出室の壁面であるためその周縁の位置は変化しない（固定されたままである）。その後、静電力を弱める又は発生を停止させると、形状変化した吐出室（変位した振動板）が元に戻って平衡な状態になろうとする復元力（弾性力）の方が大きくなるため、振動板が元の位置に変位する。これらを繰り返すことで振動板を駆動させる（例えば特許文献１参照）。 For driving the electrostatic actuator, for example, in the case of displacement driving, an electrostatic force is generated between the diaphragm and the individual electrode, and the diaphragm is attracted to the individual electrode. Here, since the diaphragm is the wall surface of the discharge chamber, the position of the peripheral edge thereof does not change (it remains fixed). After that, when the electrostatic force is weakened or the generation is stopped, the restoring force (elastic force) that restores the shape of the discharge chamber (displaced diaphragm) to return to its original state and becomes equilibrium is increased. The plate is displaced to its original position. By repeating these, the diaphragm is driven (see, for example, Patent Document 1).

特開２００１−２３２７９０号公報JP 2001-232790 A

ここで、振動板が元の位置に戻ろうとするのを復元力に任せると、振動板はすぐに元の位置に戻るのではなく、元の位置を中心にオーバーシュートを繰り返しながら減衰していき、最終的に元の位置に収束する自由振動を行う。最初に元の位置に戻ろうとする変位以外の振動（以下、残留振動という）は、液滴の吐出には必要がないばかりでなく、次周期の動作、隣接する他のノズルにおける吐出にも悪影響を及ぼすことになる。そのため、液滴吐出のために振動板を駆動（変位）させるだけでなく、その変位により振動板が平衡状態になろうとする間も静電力を発生させて振動板の変位を制御（以下、駆動制御という）し、残留振動を抑えられることが望ましい。また、他にも、液滴の吐出特性を変化させたり、吐出量を変化させたりすることができればよい。 Here, if it is left to the restoring force that the diaphragm tries to return to the original position, the diaphragm does not immediately return to the original position, but attenuates while repeating overshoot around the original position. Then, free vibration is finally converged to the original position. The vibration other than the displacement to return to the original position first (hereinafter referred to as residual vibration) is not only necessary for the discharge of the droplet, but also adversely affects the operation of the next period and the discharge of other adjacent nozzles. Will be affected. For this reason, not only is the diaphragm driven (displaced) for droplet ejection, but the displacement of the diaphragm is controlled by generating an electrostatic force while the diaphragm is in equilibrium due to the displacement (hereinafter referred to as driving). It is desirable to suppress residual vibration. In addition, it is only necessary to be able to change the discharge characteristics of the droplets or change the discharge amount.

しかしながら、静電力の大きさは振動板と個別電極との距離の２乗に反比例することから、例えば初期状態（振動板の平衡状態）のときの、振動板と個別電極との距離よりも大きくなる方向（個別電極と反対の方向）にオーバーシュートしている（最大で初期状態時の振動板と固定電極との距離の２倍となり得る）状態では静電力は極端に小さくなる。そのため、このような状態から振動板を静電力で個別電極方向に引き戻すといった制御を行うのは困難である。したがって、振動板の駆動制御は、実質的には振動板と固定電極とが初期状態における位置付近か、それよりも近づいた位置の限られた範囲でしか行うことができなかった。また、制御を行う時間が限られるため、その分時間を費やすこととなる。このことは他の静電アクチュエータでも同様である。 However, since the magnitude of the electrostatic force is inversely proportional to the square of the distance between the diaphragm and the individual electrode, for example, it is larger than the distance between the diaphragm and the individual electrode in the initial state (equilibrium state of the diaphragm). The electrostatic force becomes extremely small in a state in which overshooting is performed in a direction (the direction opposite to the individual electrode) (which can be at most twice the distance between the diaphragm and the fixed electrode in the initial state). For this reason, it is difficult to perform control such that the diaphragm is pulled back toward the individual electrodes by electrostatic force from such a state. Therefore, the drive control of the diaphragm can be practically performed only in a limited range of the position where the diaphragm and the fixed electrode are close to the position in the initial state or closer than that. Moreover, since the time for performing the control is limited, the time is consumed accordingly. The same applies to other electrostatic actuators.

以上のことを鑑み、本発明では、より有効的に制御を実現するための静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド等を得ることを目的とする。 In view of the above, it is an object of the present invention to obtain an electrostatic actuator, a droplet discharge head, and the like for realizing control more effectively.

本発明に係る静電アクチュエータは、静電気力により駆動する板状の可動電極と、可動電極の変位制御が可能な電極間距離を常に確保するために、初期状態において、可動電極の一部と接触している面を一部に有する固定電極とを備える。
本発明によれば、初期状態において、固定電極の一部と可動電極の一部とが接触している構造としたので、オーバーシュートにより、初期状態での固定電極と可動電極との距離よりも離れたとしても、少なくとも接触していた部分においては、他の部分において発生する静電気力よりも大きく、駆動制御に有効な静電気力を発生させることができる。そのため、駆動制御が行えない時間をなくすことができ、可動電極の自由な駆動等を素早く抑え、制御時間短縮等を図ることができる。 The electrostatic actuator according to the present invention is in contact with a part of the movable electrode in an initial state in order to always ensure a plate-shaped movable electrode driven by electrostatic force and a distance between the electrodes that can control displacement of the movable electrode. And a fixed electrode having a part of the surface.
According to the present invention, since a part of the fixed electrode and a part of the movable electrode are in contact with each other in the initial state, the distance between the fixed electrode and the movable electrode in the initial state due to overshoot is increased. Even if they are separated from each other, at least at the part that is in contact with the other part, it is possible to generate an electrostatic force that is greater than the electrostatic force generated at the other part and that is effective for drive control. Therefore, time during which drive control cannot be performed can be eliminated, free drive of the movable electrode can be quickly suppressed, and control time can be shortened.

また、本発明に係る静電駆動デバイスは、上記の静電アクチュエータを有する。
本発明によれば、上記のアクチュエータを有するようにしたので、可動電極の状態にかかわらず、可動電極の駆動制御に有効な静電気力を発生させることができ、可動電極の自由な駆動等を素早く抑え、制御時間短縮等を図ることができる静電デバイスを得ることができる。 Moreover, the electrostatic drive device which concerns on this invention has said electrostatic actuator.
According to the present invention, since the actuator is provided, an electrostatic force effective for driving control of the movable electrode can be generated regardless of the state of the movable electrode, and free driving of the movable electrode can be performed quickly. It is possible to obtain an electrostatic device that can reduce the control time and the like.

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液体を液滴として吐出するノズルを複数有するノズル基板と、各ノズルに合わせて設けられ、振動して液体を加圧する振動板を備える吐出室となる複数の凹部を有するキャビティ基板と、振動板に対向する個別電極との間に静電気力を発生させて振動板を駆動させる電極基板とを備える液滴吐出ヘッドにおいて、振動板の変位状態に関わらず、静電気力による振動板の変位制御が可能な電極間距離を常に確保するために、初期状態において振動板と個別電極とが接触している面を一部に備える。
本発明によれば、初期状態において、個別電極の一部と振動板の一部とが接触している構造としたので、オーバーシュートにより、初期状態での個別電極と振動板との距離よりも離れたとしても、少なくとも接触していた部分においては、他の部分において発生する静電気力よりも大きく、駆動制御に有効な静電気力を発生させることができる。そのため、駆動制御が行えない時間をなくすことができ、振動板の自由振動等を素早く抑え、例えば、初期状態の位置に戻す等の制御における時間短縮等を図ることができる。 The droplet discharge head according to the present invention is a discharge chamber including a nozzle substrate having a plurality of nozzles that discharge liquid as droplets, and a vibration plate that is provided in accordance with each nozzle and pressurizes the liquid by vibration. In a droplet discharge head including a cavity substrate having a plurality of recesses and an electrode substrate that drives an oscillating plate by generating an electrostatic force between an individual electrode facing the oscillating plate, regardless of the displacement state of the oscillating plate In order to always ensure a distance between the electrodes that can control the displacement of the diaphragm by electrostatic force, a part of the surface where the diaphragm and the individual electrodes are in contact in the initial state is provided.
According to the present invention, since a part of the individual electrode and a part of the diaphragm are in contact with each other in the initial state, the distance between the individual electrode and the diaphragm in the initial state is caused by overshoot. Even if they are separated from each other, at least at the part that is in contact with the other part, it is possible to generate an electrostatic force that is greater than the electrostatic force generated at the other part and that is effective for drive control. As a result, time during which drive control cannot be performed can be eliminated, and free vibration of the diaphragm can be suppressed quickly, and for example, the time required for control such as returning to the initial position can be reduced.

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドにおいては、個別電極において、振動板の一部と接触している面が、ノズルとの距離が最も近い位置に設けられる。
本発明によれば、個別電極の、振動板の一部と接触している面について、ノズルに最も近い部分（効果が期待できれば厳密に最も近い部分でなくてもよい）に設けるようにしたので、ノズル付近の液体に対して力の伝達を素早く行うことができ、ノズルに形成されるメニスカスの制御を有効に行うことができる。 In the droplet discharge head according to the present invention, the surface of the individual electrode that is in contact with a part of the diaphragm is provided at a position where the distance from the nozzle is the shortest.
According to the present invention, the surface of the individual electrode that is in contact with a part of the diaphragm is provided in the portion closest to the nozzle (not necessarily the closest portion if the effect can be expected). The force can be quickly transmitted to the liquid in the vicinity of the nozzle, and the meniscus formed on the nozzle can be effectively controlled.

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、振動板の一部と接触している面は、キャビティ基板のうち、振動板と連続している部位とも接触している。
本発明によれば、個別電極の振動板の一部と接触している面と、キャビティ基板の振動板と連続している部位とが常に接触している構造にしたので、振動板と振動板でない部分の境界においては、個別電極と振動板との距離が限りなく０に近くなり、これにより、振動板に素早く大きな静電力を発生させることができる。 In the droplet discharge head according to the present invention, the surface in contact with a part of the diaphragm is also in contact with a portion of the cavity substrate that is continuous with the diaphragm.
According to the present invention, since the surface of the individual electrode that is in contact with a part of the diaphragm and the portion of the cavity substrate that is continuous with the diaphragm are in contact with each other, the diaphragm and the diaphragm At the boundary of the part that is not, the distance between the individual electrode and the diaphragm becomes as close to 0 as possible, and thereby a large electrostatic force can be quickly generated in the diaphragm.

また、本発明に係る液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドを有する。
本発明によれば、上記の液滴吐出ヘッドを有するようにしたので、振動板の状態にかかわらず、振動板の振動制御に有効な静電気力を発生させることができ、振動板の自由振動を素早く抑え、制御時間短縮等を図ることができる液滴吐出装置を得ることができる。 A droplet discharge apparatus according to the present invention includes the above-described droplet discharge head.
According to the present invention, since the liquid droplet ejection head is provided, an electrostatic force effective for vibration control of the diaphragm can be generated regardless of the state of the diaphragm, and free vibration of the diaphragm can be generated. It is possible to obtain a droplet discharge device that can quickly suppress the control time and the like.

また、本発明に係る液滴吐出装置は、振動板の加圧により、液滴としてノズルから吐出しようとする液体の後端部分をノズルと連通する液滴吐出ヘッド内部の流路に引き込ませるため、振動板と個別電極との間に静電気力を発生させて振動板を個別電極側に引き寄せる制御を行う駆動制御手段をさらに備える。
本発明によれば、液体の後端部分を流路内に引き込ませるように振動板を制御する駆動制御手段を設けるようにしたので、液体の後端部分がカットされ、液滴の吐出量を減らすことができ、これにより吐出量の制御を行うことができる。例えば、画像印刷等の場合には紙面上の各位置の吐出量調整により高画質化を図ることができる。 Further, the droplet discharge device according to the present invention draws the rear end portion of the liquid to be discharged from the nozzle as droplets into the flow path inside the droplet discharge head communicating with the nozzle by pressurizing the vibration plate. Drive control means is further provided for performing control to generate an electrostatic force between the diaphragm and the individual electrode to draw the diaphragm toward the individual electrode.
According to the present invention, since the drive control means for controlling the diaphragm is provided so that the rear end portion of the liquid is drawn into the flow path, the rear end portion of the liquid is cut, and the droplet discharge amount is reduced. Thus, the discharge amount can be controlled. For example, in the case of image printing or the like, high image quality can be achieved by adjusting the ejection amount at each position on the paper.

また、本発明に係る液滴吐出装置は、振動板の残留振動を抑制するため、液滴を吐出させるために液体加圧した後の復元力による振動板の変位速度を、振動板と個別電極との間に静電気力を発生させて減速させる制御を行う駆動制御手段をさらに備える。
本発明によれば、残留振動を抑制するために、液滴吐出後の振動板の変位速度を静電気力を発生させて制御する駆動制御手段を設けるようにしたので、次の吐出動作までの時間（駆動周期）を短くすることができ、高速化等を図ることができる。 In addition, the droplet discharge device according to the present invention is configured so that the vibration plate and the individual electrode are subjected to the displacement speed of the vibration plate due to the restoring force after the liquid is pressurized to discharge the droplet in order to suppress the residual vibration of the vibration plate. Drive control means for performing control to generate and decelerate by generating an electrostatic force therebetween.
According to the present invention, in order to suppress the residual vibration, the drive control means for generating the electrostatic force to control the displacement speed of the diaphragm after the droplet discharge is provided, so that the time until the next discharge operation is provided. (Drive cycle) can be shortened, and speeding up and the like can be achieved.

また、本発明に係る液滴吐出装置は、流路内の液体を攪拌するため、振動板と個別電極との間に静電気力を発生させて、ノズルから液滴を吐出させないように振動板を振動させる制御を行う駆動制御手段をさらに備える。
本発明によれば、振動板を振動させて液体を攪拌し、液体の増粘防止を行うための制御を行う駆動制御手段を設けるようにしたので、ノズルから液滴吐出が不能になってしまうのを防ぎ、信頼性の高い液滴吐出装置を得ることができる。 In addition, since the liquid droplet ejection device according to the present invention stirs the liquid in the flow path, an electrostatic force is generated between the vibration plate and the individual electrode so that the liquid droplet is not ejected from the nozzle. Drive control means for performing control to vibrate is further provided.
According to the present invention, since the drive control means for performing control for vibrating the diaphragm to stir the liquid and preventing the liquid from increasing in viscosity is provided, it becomes impossible to discharge liquid droplets from the nozzle. And a highly reliable droplet discharge device can be obtained.

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドを分解して表した図である。図１では液滴吐出ヘッドの一部を示している。本実施の形態では、例えば静電方式で駆動する静電アクチュエータを用いるデバイスの代表として、プリンタ等、液滴吐出装置に用いられるフェイスイジェクト型の液滴吐出ヘッドについて説明する。図１において、液滴吐出ヘッド１は、例えば液滴を吐出して画像を形成する等の目的のために、複数の静電アクチュエータが集約されたデバイスである。なお、構成部材を図示し、見やすくするため、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものと異なる場合がある。また、図の上側を上とし、下側を下として説明する。 Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is an exploded view of a droplet discharge head according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 1 shows a part of the droplet discharge head. In this embodiment, as a representative of a device using an electrostatic actuator driven by an electrostatic method, for example, a face eject type droplet discharge head used in a droplet discharge device such as a printer will be described. In FIG. 1, a droplet discharge head 1 is a device in which a plurality of electrostatic actuators are integrated for the purpose of forming an image by discharging droplets, for example. In addition, in order to illustrate the constituent members and make it easy to see, the relationship between the sizes of the constituent members in the following drawings including FIG. 1 may be different from the actual one. Further, description will be made with the upper side of the figure as the upper side and the lower side as the lower side.

図１に示すように本実施の形態に係る液滴吐出ヘッド１は、電極基板１０、キャビティ基板２０及びノズル基板３０の３つの基板が下から順に積層されて構成される。本実施の形態では、電極基板１０とキャビティ基板２０とは陽極接合により接合する。また、キャビティ基板２０とノズル基板３０とはエポキシ樹脂等の接着剤を用いて接合する。 As shown in FIG. 1, the droplet discharge head 1 according to the present embodiment is configured by laminating three substrates of an electrode substrate 10, a cavity substrate 20, and a nozzle substrate 30 in order from the bottom. In the present embodiment, the electrode substrate 10 and the cavity substrate 20 are bonded by anodic bonding. The cavity substrate 20 and the nozzle substrate 30 are bonded using an adhesive such as an epoxy resin.

電極基板１０は、厚さ約１ｍｍの例えばホウ珪酸系の耐熱硬質ガラス等の基板を主要な材料としている。本実施形態では、ガラス基板とするが、例えば単結晶シリコンを基板とすることもできる。電極基板１０の表面には、後述するキャビティ基板２０上に設けられた各吐出室２１に合わせて凹部１１が形成されている。ここで、凹部１１は少なくとも２段で形成されているものとする。本実施の形態では、後述する個別電極１２ａが設けられる部分については２段構成とし、さらにリード部１３等が設けられる部分（以下、リード段１１ｃという）を設けるため、全体として３段の構成となる。このため、個別電極１２ａも２段で構成される。ここで、個別電極１２ａが設けられる部分において、例えば浅い方の段（以下、接触段１１ａという）が約０．１μｍ、深い方の段（以下、ギャップ形成段１１ｂという）が約０．３μｍの深さで形成されているものとする。ここで、接触段１１ａとギャップ形成段１１ｂとの位置関係について、本実施の形態においては、ノズル３１近辺の液体に対して、力の伝達を素早く行えるように、ノズル３１に最も近い部分（ノズル３１近辺の液体に対して素早く力が伝達できれば、厳密的に最も近い部分でなくてもよい。）に接触段１１ａを設けるものとする。 The electrode substrate 10 is mainly made of a substrate such as a borosilicate heat-resistant hard glass having a thickness of about 1 mm. In the present embodiment, the glass substrate is used, but single crystal silicon may be used as the substrate, for example. Concave portions 11 are formed on the surface of the electrode substrate 10 in accordance with the respective discharge chambers 21 provided on the cavity substrate 20 described later. Here, it is assumed that the recess 11 is formed in at least two steps. In the present embodiment, a portion provided with an individual electrode 12a, which will be described later, has a two-stage configuration, and further, a portion provided with a lead portion 13 and the like (hereinafter referred to as a lead step 11c) is provided. Become. For this reason, the individual electrode 12a is also composed of two stages. Here, in the portion where the individual electrode 12a is provided, for example, the shallower step (hereinafter referred to as the contact step 11a) is approximately 0.1 μm, and the deeper step (hereinafter referred to as the gap forming step 11b) is approximately 0.3 μm. It is assumed that it is formed at a depth. Here, regarding the positional relationship between the contact stage 11a and the gap forming stage 11b, in this embodiment, the portion closest to the nozzle 31 (nozzle so that the force can be quickly transmitted to the liquid in the vicinity of the nozzle 31. If the force can be quickly transmitted to the liquid in the vicinity of 31, the contact step 11 a may be provided at a position that is not strictly closest.

そして、凹部１１の内側（特に底部）には、キャビティ基板２０の各吐出室２１（振動板２２）と対向するように、固定電極となる個別電極１２ａが、リード部１２ｂ及び端子部１２ｃと一体となって設けられている（以下、特に区別する必要がない限り、これらを合わせて電極１２として説明する）。この電極１２は、例えばスパッタ法により、ＩＴＯを約０．１μｍの厚さで凹部１１の内側に成膜することで形成される。そのため、前述したギャップ形成段１１ｂの部分においては、振動板２２と個別電極１２ａとの間に静電力の発生により振動板２２が撓む（変位する）ことができる一定のギャップ（空隙）が形成される（特に断らない限り、初期状態における空隙をギャップとして説明する）。一方、接触段１１ａの部分は、初期状態時において、振動板２２の一部と個別電極１２ａの一部とが接触している（空隙が形成されない）ものとする（ただし、貼り付いているわけではなく、例えば振動板２２と個別電極１２ａとの距離が初期状態における距離よりも大きくなる方向に変位するオーバーシュート（以下の説明におけるオーバーシュートは、このような状態のものを指すものとする）すると、振動板２２と個別電極１２ａとが離れる）。また、特に限定するものではないが、キャビティ基板２０の振動板２２以外の一部分と個別電極１２ａとが接触しているようにしてもよい（その部分は振動しないため、個別電極１２ａと常に接触していることになる）。例えば、振動板２２はキャビティ基板２０の一部であることから、振動板２２と振動板２２以外の部分とが連続して形成されている。そのため、振動板２２以外の部分と個別電極１２ａとが常に接触している場合、振動板２２と振動板２２以外の部分との境界部分においては、個別電極１２ａと振動板２２との距離が限りなく０に近くなり、これにより、振動板２２に素早く大きな静電力を発生させることができるようになる。本実施の形態においては常に接触しているものとする。電極基板１０には、他にも外部のタンク（図示せず）から供給された液体を取り入れる流路である液体供給口１３となる貫通穴が設けられている。 In addition, inside the recess 11 (particularly at the bottom), the individual electrodes 12a serving as fixed electrodes are integrated with the lead portions 12b and the terminal portions 12c so as to face the discharge chambers 21 (vibrating plates 22) of the cavity substrate 20. (Hereinafter, these are collectively described as the electrode 12 unless it is necessary to distinguish between them). The electrode 12 is formed by depositing ITO with a thickness of about 0.1 μm inside the recess 11 by, for example, sputtering. Therefore, in the gap forming step 11b described above, a certain gap (air gap) is formed between the diaphragm 22 and the individual electrode 12a so that the diaphragm 22 can bend (displace) due to generation of electrostatic force. (Unless otherwise specified, the gap in the initial state will be described as a gap). On the other hand, in the initial stage, the contact step 11a is partly in contact with part of the diaphragm 22 and part of the individual electrode 12a (no gap is formed) (however, it is attached) Instead, for example, an overshoot in which the distance between the diaphragm 22 and the individual electrode 12a is displaced in a direction larger than the distance in the initial state (the overshoot in the following description refers to such a state) Then, the diaphragm 22 and the individual electrode 12a are separated from each other). Although not particularly limited, a portion of the cavity substrate 20 other than the diaphragm 22 may be in contact with the individual electrode 12a (since that portion does not vibrate, the individual electrode 12a is always in contact. ) For example, since the diaphragm 22 is a part of the cavity substrate 20, the diaphragm 22 and portions other than the diaphragm 22 are continuously formed. Therefore, when the part other than the diaphragm 22 and the individual electrode 12a are always in contact, the distance between the individual electrode 12a and the diaphragm 22 is limited at the boundary portion between the diaphragm 22 and the part other than the diaphragm 22. As a result, it becomes close to 0, so that a large electrostatic force can be quickly generated in the diaphragm 22. In this embodiment, it is assumed that they are always in contact. The electrode substrate 10 is further provided with a through hole serving as a liquid supply port 13 that is a flow path for taking in liquid supplied from an external tank (not shown).

キャビティ基板２０は、例えば、表面が（１１０）面方位のシリコン単結晶基板（以下、シリコン基板という）を主要な材料とする基板である。キャビティ基板２０には、吐出させる液体を一時的にためる吐出室２１となる凹部（底壁が可動電極となる振動板２２となっている）及びリザーバ２４となる凹部が形成されている。さらに、キャビティ基板２０の下面（電極基板１０と対向する面）側は後述するようにボロンドープ層が形成される。また、電極１２との間を電気的に絶縁等するため、ＴＥＯＳ膜（ここでは、Tetraethyl orthosilicate Tetraethoxysilane：テトラエチルオルソシリケート（珪酸エチル）を原料ガスとして用いてできる酸化シリコン（ＳｉＯ₂）膜をいう）による絶縁膜２３を０．１μｍ成膜している。ここでは絶縁膜２３をＴＥＯＳ膜で成膜しているが、例えばＡｌ₂Ｏ₃（酸化アルミニウム（アルミナ））等を用いてもよい。ここで、特に断らない限り、振動板２２と絶縁膜２３とは一体であるものとして説明する。また、各吐出室２１に液体を供給するリザーバ（共通液室）２４となる凹部が形成されている。さらに、外部の電力供給手段（図示せず）からキャビティ基板２０（振動板２２）に電荷を供給する際の端子となる共通電極端子２７を備えている。 The cavity substrate 20 is a substrate whose main material is, for example, a silicon single crystal substrate (hereinafter referred to as a silicon substrate) having a (110) plane orientation on the surface. The cavity substrate 20 is formed with a recess that becomes a discharge chamber 21 for temporarily storing a liquid to be discharged (the bottom wall is a vibration plate 22 that becomes a movable electrode) and a recess that becomes a reservoir 24. Further, a boron-doped layer is formed on the lower surface (surface facing the electrode substrate 10) side of the cavity substrate 20 as will be described later. Further, in order to electrically insulate the electrode 12, a TEOS film (herein, it refers to a silicon oxide (SiO ₂ ) film formed using tetraethyl orthosilicate (ethyl silicate) as a source gas). The insulating film 23 is formed by 0.1 μm. Here, the insulating film 23 is formed of a TEOS film, but Al ₂ O ₃ (aluminum oxide (alumina)) or the like may be used, for example. Here, unless otherwise specified, the description will be made assuming that the diaphragm 22 and the insulating film 23 are integral. In addition, a recess is formed which becomes a reservoir (common liquid chamber) 24 for supplying a liquid to each discharge chamber 21. Furthermore, a common electrode terminal 27 is provided as a terminal for supplying electric charges from an external power supply means (not shown) to the cavity substrate 20 (the diaphragm 22).

ノズル基板３０についても、例えばシリコン基板を主要な材料とする基板である。ノズル基板３０には、複数のノズル３１が形成されている。各ノズル３１は、振動板２２の変位により加圧された液体を液滴として外部に吐出する。本実施の形態では、吐出した液滴の直進性向上を図るため、ノズル３１の孔を複数段で形成する。また、振動板２２が撓むことでリザーバ２４方向に加わる圧力を緩衝するためのダイヤフラム３２が設けられている。さらに、吐出室２１とリザーバ２４とを連通させるための溝となるオリフィス３３が設けられている。 The nozzle substrate 30 is also a substrate whose main material is a silicon substrate, for example. A plurality of nozzles 31 are formed on the nozzle substrate 30. Each nozzle 31 discharges the liquid pressurized by the displacement of the diaphragm 22 to the outside as a droplet. In the present embodiment, the holes of the nozzle 31 are formed in a plurality of stages in order to improve the straightness of the discharged droplets. In addition, a diaphragm 32 is provided for buffering pressure applied in the direction of the reservoir 24 as the diaphragm 22 is bent. Furthermore, an orifice 33 serving as a groove for communicating the discharge chamber 21 and the reservoir 24 is provided.

図２は液滴吐出ヘッド１の断面図である。図２において、吐出室２１は、前述したように、ノズル３１から吐出させる液体をためておく。吐出室２１の底壁である振動板２２を撓ませることにより、吐出室２１内の圧力を高め、ノズル３１から液滴を吐出させる。ここで、異物、水分（水蒸気）等がギャップ等に入り込まないように、ギャップを外気から遮断し、密閉するために電極取り出し口２６に封止材２５が設けられている。 FIG. 2 is a cross-sectional view of the droplet discharge head 1. In FIG. 2, the discharge chamber 21 stores the liquid discharged from the nozzle 31 as described above. By bending the diaphragm 22 which is the bottom wall of the discharge chamber 21, the pressure in the discharge chamber 21 is increased, and droplets are discharged from the nozzle 31. Here, a sealing material 25 is provided at the electrode outlet 26 in order to block and seal the gap from outside air so that foreign matter, moisture (water vapor) and the like do not enter the gap.

図３は駆動制御回路４０を中心とする構成を表す図である。図３に基づいて、液滴吐出ヘッド１から液滴を吐出させるための制御を行う手段等について説明する。駆動制御回路４０はＣＰＵ４２ａを中心に構成されたヘッド制御部４１を備えている。ヘッド制御部４１のＣＰＵ４２ａには、例えばコンピュータ等の外部装置５０からバス５１を介し、印刷用データ等を含む信号が送信される。 FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration centering on the drive control circuit 40. Based on FIG. 3, a description will be given of means for performing control for discharging droplets from the droplet discharge head 1. The drive control circuit 40 includes a head control unit 41 configured around a CPU 42a. For example, a signal including print data is transmitted from the external device 50 such as a computer to the CPU 42a of the head controller 41 via the bus 51.

また、ヘッド制御部４１はＲＯＭ４３ａ、ＲＡＭ４３ｂ及びキャラクタジェネレータ４３ｃを有しており、内部バス４２ｂを介してＣＰＵ４２ａと接続されている。ＣＰＵ４２ａは、ＲＯＭ４３ａ内に格納されている制御プログラムに基づいて処理を実行し、印刷用データに対応した吐出制御信号を生成する。その際、ＲＡＭ４３ｂ内の記憶領域を作業領域として用い、また、文字等を印刷する等の場合、キャラクタジェネレータ４３ｃに記憶されたキャラクタデータ等に基づく処理を行う。ＣＰＵ４２ａが生成した吐出制御信号は、内部バス４２ｂを介して論理ゲートアレイ４５に送信される。論理ゲートアレイ４５は、吐出制御信号に基づいて、後述するように、各電極１２に対する電荷供給に関する信号を生成する。また、ＣＯＭ発生回路４６ａからは、後述するようにキャビティ基板２０（振動板２２）に対する電荷供給に関する信号を生成する。駆動パルス発生回路４６ｂは同期のための信号を生成する。これらの信号は、コネクタ４７を経由して、ドライバＩＣ４８に送信される。 The head controller 41 includes a ROM 43a, a RAM 43b, and a character generator 43c, and is connected to the CPU 42a via an internal bus 42b. The CPU 42a executes processing based on a control program stored in the ROM 43a, and generates an ejection control signal corresponding to the printing data. At that time, the storage area in the RAM 43b is used as a work area, and when printing characters or the like, processing based on character data stored in the character generator 43c is performed. The ejection control signal generated by the CPU 42a is transmitted to the logic gate array 45 via the internal bus 42b. Based on the ejection control signal, the logic gate array 45 generates a signal related to charge supply to each electrode 12 as described later. Further, a signal relating to charge supply to the cavity substrate 20 (the diaphragm 22) is generated from the COM generation circuit 46a as described later. The drive pulse generation circuit 46b generates a signal for synchronization. These signals are transmitted to the driver IC 48 via the connector 47.

そして、ドライバＩＣ４８は、直接又はＦＰＣ（Flexible Print Circuit）、ワイヤ等の配線４９を介して電気的に端子部１２ｃ、共通電極端子２７と接続される。ドライバＩＣ４８の端子数が液滴吐出ヘッド１のノズル３１の数に足りなければ、複数のドライバＩＣ４８で構成されている場合もある。ドライバＩＣ４８は、電源及び電源回路５２（以下、電源回路５２という）から電力の供給を受け（電圧が印加され）、前述した各種信号に基づいて、キャビティ基板２０（各振動板２２）及び各電極１２への電荷供給の開始（充電）、電荷保持及び放電（これらが電荷供給制御となる。以下、これを出力という）を実際に行う手段である。特に限定するものではないが、一般的には、ドライバＩＣ４８からは、出力波形がパルス状となるように出力を繰り返すものとする（現実には立ち上がり時間、立ち下がり時間が０ではない（意図的に行われる場合も含む）ために台形状となる）。 The driver IC 48 is electrically connected to the terminal portion 12 c and the common electrode terminal 27 directly or via a wiring 49 such as an FPC (Flexible Print Circuit) or a wire. If the number of terminals of the driver IC 48 is not enough for the number of nozzles 31 of the droplet discharge head 1, the driver IC 48 may be composed of a plurality of driver ICs 48. The driver IC 48 is supplied with power (a voltage is applied) from a power supply and power supply circuit 52 (hereinafter referred to as the power supply circuit 52), and based on the various signals described above, the cavity substrate 20 (each diaphragm 22) and each electrode. 12 is a means for actually starting charge supply to 12, charge holding and discharging (these are charge supply control, hereinafter referred to as output). Although not particularly limited, in general, the driver IC 48 repeats the output so that the output waveform becomes a pulse shape (in reality, the rise time and the fall time are not zero (intentionally To be trapezoidal).

そして、キャビティ基板２０（振動板２２）、各電極１２のそれぞれのパルスの発生タイミングに基づいて、キャビティ基板２０と各電極１２との間に電位差を発生させる（電圧を印加する）。例えば、キャビティ基板２０（振動板２２側）又は電極１２側の一方に正又は負の電荷供給等を行い、他方に電荷の供給等を行わない状態をつくることにより電位差を発生させている。 Then, a potential difference is generated between the cavity substrate 20 and each electrode 12 (voltage is applied) based on the generation timing of each pulse of the cavity substrate 20 (vibrating plate 22) and each electrode 12. For example, a potential difference is generated by creating a state in which positive or negative charge is supplied to one of the cavity substrate 20 (vibrating plate 22 side) or the electrode 12 and no charge is supplied to the other.

電圧印加により振動板２２と個別電極１２ａとの間に静電力が発生し、振動板２２は個別電極１２ａ側に引き寄せられて撓む。このため吐出室２１の容積は広がるが、この撓みが大きければ、振動板２２が元に戻ろうとするときの復元力も大きく、特に復元力を制御しなければ、その圧力（以下、復元圧力という）が液体に加わり、ノズル３１から液体を押し出して液滴が吐出される。この液滴が例えば記録対象となる記録紙に着弾することによって印刷等の記録が行われる。 An electrostatic force is generated between the diaphragm 22 and the individual electrode 12a by the voltage application, and the diaphragm 22 is drawn toward the individual electrode 12a side and bends. For this reason, the volume of the discharge chamber 21 increases. However, if the deflection is large, the restoring force when the diaphragm 22 tries to return to the original state is large. If the restoring force is not particularly controlled, the pressure (hereinafter referred to as the restoring pressure). Is added to the liquid, and the liquid is ejected from the nozzle 31 to eject a droplet. Recording such as printing is performed when the droplets land on a recording sheet to be recorded, for example.

図４は本実施の形態の液滴吐出ヘッド１の静電アクチュエータ部分における振動板２２の変位を示すための図である。本実施の形態の液滴吐出ヘッド１の静電アクチュエータ部分については、凹部１１を３段（振動板２２と対向する部分については２段）で構成し、初期状態において振動板２２の一部と個別電極１２ａの一部とが接触するような構造にしている。例えば、図４（ａ）に示すように、振動板２２が個別電極１２ａと反対の方向もオーバーシュートをすると、振動板２２と個別電極１２ａとの距離（電極間距離）は、初期状態におけるギャップの長さｇ（初期状態の振動板２２と個別電極１２ａとの距離。以下、ギャップ長ｇという）の最大２倍程度の距離になる。基本的には、ギャップ長ｇ以下の距離において、振動板２２の制御に有効な静電力が発生するように、供給電力（印加電圧）等の設計を行っているため、ギャップ長より大きな距離になると、振動板２２の駆動制御に有効な静電力を発生させることが困難となる。そこで、本実施の形態の液滴吐出ヘッド１では、初期状態において、振動板２２と個別電極１２ａとを接触させた状態にしておき、その距離が０となる部分（接触段１１ａを有する部分）を設けておけば、その部分における電極間距離は、最大でも初期状態におけるギャップ長ｇとほぼ同じ距離になる。そのため、接触段１１ａを有する部分においては、振動板２２の状態に関係なく（特に振動板２２のオーバーシュートにより振動板２２と個別電極１２ａとの距離が大きくなっているときでも）、振動板２２の駆動制御に有効な静電力を発生させることができる。これにより、振動板２２の駆動制御の時間短縮等を図ることができる。 FIG. 4 is a diagram for illustrating the displacement of the diaphragm 22 in the electrostatic actuator portion of the droplet discharge head 1 of the present embodiment. For the electrostatic actuator portion of the droplet discharge head 1 of the present embodiment, the recess 11 is configured in three stages (two stages for the portion facing the diaphragm 22), and in an initial state, a part of the diaphragm 22 The structure is such that a part of the individual electrode 12a contacts. For example, as shown in FIG. 4A, when the diaphragm 22 overshoots in the direction opposite to the individual electrode 12a, the distance between the diaphragm 22 and the individual electrode 12a (distance between the electrodes) is the gap in the initial state. Is a distance approximately twice as long as the maximum length g (the distance between the diaphragm 22 and the individual electrode 12a in the initial state; hereinafter referred to as the gap length g). Basically, the power supply (applied voltage) and the like are designed so that an electrostatic force effective for controlling the diaphragm 22 is generated at a distance of the gap length g or less. As a result, it becomes difficult to generate an electrostatic force effective for drive control of the diaphragm 22. Therefore, in the liquid droplet ejection head 1 of the present embodiment, in the initial state, the diaphragm 22 and the individual electrode 12a are kept in contact with each other, and the distance is 0 (the part having the contact step 11a). Is provided, the distance between the electrodes at that portion is at most approximately the same as the gap length g in the initial state. Therefore, in the portion having the contact step 11a, regardless of the state of the vibration plate 22 (particularly even when the distance between the vibration plate 22 and the individual electrode 12a is increased due to overshoot of the vibration plate 22), the vibration plate 22 It is possible to generate an electrostatic force effective for the drive control. Thereby, the drive control time of the diaphragm 22 can be shortened.

図５は駆動制御に係る振動板２２と個別電極１２ａとの間の電位差（電圧）を表す図である。本実施の形態では駆動制御によりメニスカス（ノズル３１の孔内にできる液体の凹面）の制御を行って、液滴吐出時における液体の後端カット（切り取り）を行うものとする。また、残留振動制御を行うものとする。液体がノズル３１から吐出されると、最初は柱状を成しており、その後、液体の表面張力等で球状になって液滴吐出ヘッド１から分離していく。そこで、液体が液滴吐出ヘッド１から分離する前に、再度の電圧印加（充電）により静電力を発生させ、振動板２２を変位させて吐出室２１側に向けた力を加える。復元圧力により加圧された柱状の液体の先端側はその勢いを保ってヘッドから離れていくが、後端側は吐出室２１（ノズル３１）に引き込まれる。これにより、制御しない場合の液滴の吐出量と比して、吐出量（液滴の大きさ）を減らすような制御を行うことができる。 FIG. 5 is a diagram illustrating a potential difference (voltage) between the diaphragm 22 and the individual electrode 12a according to drive control. In the present embodiment, it is assumed that the meniscus (the concave surface of the liquid formed in the hole of the nozzle 31) is controlled by drive control, and the trailing edge of the liquid at the time of droplet discharge is cut (cut). Further, residual vibration control is performed. When the liquid is ejected from the nozzle 31, it first forms a columnar shape, and then becomes spherical due to the surface tension of the liquid or the like and is separated from the droplet ejection head 1. Therefore, before the liquid is separated from the droplet discharge head 1, an electrostatic force is generated by applying voltage (charging) again, and the diaphragm 22 is displaced to apply a force toward the discharge chamber 21 side. The front end side of the columnar liquid pressurized by the restoring pressure maintains its momentum and moves away from the head, but the rear end side is drawn into the discharge chamber 21 (nozzle 31). As a result, it is possible to perform control so as to reduce the discharge amount (droplet size) compared to the droplet discharge amount in the case of no control.

液体の後端側が吐出しようとするときには、振動板２２がオーバーシュートしているため、液滴吐出ヘッド１により、オーバーシュート時に有効な静電力を発生させることができれば引き込みを素早く行うことができる。そこで、ドライバＩＣ４８は、吐出のための出力を行った後、後端カットのための電圧印加を行う。また、本実施の形態では、放電を行う際、振動板２２を穏やかに元の位置（初期状態の位置）に戻すように変位速度を制御し、液滴を吐出させず、かつオーバーシュートを抑え、残留振動を抑制するようにする。 When the rear end side of the liquid is about to be ejected, the diaphragm 22 is overshooting. Therefore, if the droplet ejection head 1 can generate an effective electrostatic force at the time of overshooting, the drawing can be performed quickly. Therefore, the driver IC 48 outputs voltage for ejection and then applies voltage for cutting the rear end. In the present embodiment, when discharging, the displacement speed is controlled so as to gently return the diaphragm 22 to the original position (position in the initial state), so that no droplets are ejected and overshoot is suppressed. Restrain residual vibration.

また、特に出力波形は図示していないが、次に吐出を行うまでの間に、ノズル３１から液滴が吐出しない程度の復元圧力を液体に加えるようにしてもよい。これにより、液滴を吐出させない場合でも、できる限り液体に微少な振動を発生させ続け、液体を攪拌することで、液体が長時間同じ状態で停止するのを防ぐ。そのため外気に水分を蒸発させて増粘してしまうのを防ぎ、ノズル３１の目詰まり等による吐出不能状態になることを防止することができる。 Although the output waveform is not particularly shown, a restoring pressure that does not discharge droplets from the nozzle 31 may be applied to the liquid until the next discharge. This prevents the liquid from stopping in the same state for a long time by continuing to generate minute vibrations in the liquid as much as possible and stirring the liquid even when droplets are not ejected. Therefore, it is possible to prevent the moisture from evaporating into the outside air and increase the viscosity, and it is possible to prevent the discharge from being impossible due to clogging of the nozzle 31 or the like.

次にメニスカス制御による後端カットを効率的に図るための振動板２２と個別電極１２ａとの接触面積について検討する。基本的には振動板２２が変位する体積（容積）を多く確保できることが望ましく、そのためには、初期状態において振動板２２と個別電極１２ａとが接触する面積（接触段１１ａの面積）はできるだけ少なくした方が体積を拡げられる。 Next, the contact area between the diaphragm 22 and the individual electrode 12a for efficiently cutting the rear end by meniscus control will be examined. Basically, it is desirable to ensure a large volume (volume) in which the diaphragm 22 is displaced. For this purpose, the area where the diaphragm 22 and the individual electrode 12a are in contact in the initial state (the area of the contact step 11a) is as small as possible. You can expand the volume.

図４（ｂ）に示しているように、液体に力が加わったことにより、メニスカスが盛り上がった部分が球状であるものとし、その体積（引き込ませる体積）をＵとすると、Ｕ＝４πｒ³／３となる。ここで、ｒはノズルの半径である。一方、浅い方の段（振動板２２と個別電極１２ａとが接触した部分）の幅と長さをそれぞれＷ、Ｌとする。この部分がオーバーシュート時においても静電力を発生させることができる部分となる。 As shown in FIG. 4B, when the force is applied to the liquid, the portion where the meniscus is raised is assumed to be spherical, and when the volume (volume to be drawn in) is U, U = 4πr ³ / 3 Here, r is the radius of the nozzle. On the other hand, the width and length of the shallower step (the portion where the diaphragm 22 and the individual electrode 12a are in contact) are W and L, respectively. This part is a part that can generate an electrostatic force even during overshoot.

さらに、オーバーシュート時における振動板２２の形状が図４（ｃ）のようになると考えて、その最大高さをｇ（これは凹部１１の深い方の段における、振動板２２と個別電極１２ａとのギャップの長さとほぼ同じになる）とすると、図４（ｃ）における面積Ｓは（８／１５）×ｇＷで近似される。したがって、オーバーシュート時における体積ＶについてもＶ＝８ｇＷＬ／１５で近似される。 Further, assuming that the shape of the diaphragm 22 at the time of overshoot is as shown in FIG. 4C, the maximum height is g (this is the diaphragm 22 and the individual electrode 12a in the deeper step of the recess 11). 4), the area S in FIG. 4C is approximated by (8/15) × gW. Therefore, the volume V at the time of overshoot is also approximated by V = 8 gWL / 15.

メニスカスが盛り上がった部分を引き込むためにはＶ＞Ｕであればいいので、次式（２）を満たすようにする。
４／３πｒ³＞８ｇＷＬ／１５ …（２） In order to draw in the portion where the meniscus is raised, V> U may be satisfied, so that the following expression (2) is satisfied.
4 / 3πr ³ > 8 g WL / 15 (2)

例えば、ノズル３１の径がｒ＝１．００×１０^-5ｍの場合、メニスカスの盛り上がりによる液体の体積（引き込みを行いたい体積）はＵ＝４．１９×１０^-15ｍ³となる。このとき、例えば、接触段１１ａの部分において、ｇ＝２．００×１０^-7ｍ、Ｗ＝１．００×１０^-4ｍ、Ｌ＝５．００×１０^-4ｍとしたとき、Ｖ＝５．３３×１０^-15ｍ³となるため、（２）式を満たす。（計算上では例えばＬ＝４．００×１０^-4ｍとしても（２）式は満たせる）。 For example, when the diameter of the nozzle 31 is r = 1.00 × 10 ⁻⁵ m, the volume of the liquid due to the rising of the meniscus (the volume to be pulled in) is U = 4.19 × 10 ⁻¹⁵ m ³ . At this time, for example, when g = 2.00 × 10 ⁻⁷ m, W = 1.00 × 10 ⁻⁴ m, and L = 5.00 × 10 ⁻⁴ m in the contact stage 11a, V = Since it is 5.33 × 10 ⁻¹⁵ m ³ , the expression (2) is satisfied. (For calculation, for example, even if L = 4.00 × 10 ⁻⁴ m, equation (2) can be satisfied).

以上のように実施の形態１によれば、凹部１１において、振動板２２と対向する部分を接触段１１ａとギャップ段１１ｂによる２段構成にし、初期状態において、接触段１１ａ上に設けられた個別電極１２ａの一部と振動板２２の一部とを接触状態にして距離が０となる部分を設けておくようにしたので、振動板２２と個別電極１２ａとの距離について、少なくとも一部をギャップ長以下とすることができ、振動板２２の状態にかかわらず、駆動制御に有効な静電力を発生させることができる。これにより、駆動制御が行えない時間をなくすことができるため、例えば、初期状態の位置に戻すまでの時間の短縮等を図ることができる。また、キャビティ基板２０の振動板２２以外の部分と個別電極１２ａとが常に接触しているようにしたので、個別電極１２ａと振動板２２との距離が限りなく０に近くなり、これにより、振動板２２に素早く大きな静電力を発生させることができるようになる。そして、接触段１１ａがノズル３１の近い方に位置するため、ノズル３１付近の液体に対して力の伝達を速くすることができる。そのため、例えば、吐出しようとする液体の後端を吐出室２１に引き込む（後端カット）ことができ、これにより、例えば後端カットを行う吐出、行わない吐出等の選択を行うことで吐出量を制御することができる。また、液滴を吐出した後、再度電圧印加による電荷供給（充電）を行って振動板２２を個別電極１２ａに引きつけた後、放電を制御して静電力を発生させつつ、振動板２２の変位速度を制御しながら穏やかに元に戻すようにしたので、オーバーシュートを防ぎ、残留振動を制御することができる。また、液体に微小振動を与えるように制御して液体を攪拌することで、液体が長時間静止状態になることを防ぐことができる。そのため、水分蒸発による液体の増粘によりノズル３１の目詰まり等をしてしまい、吐出不能状態になることを防止することができる。 As described above, according to the first embodiment, the concave portion 11 has a two-stage configuration including the contact step 11a and the gap step 11b in the portion facing the diaphragm 22, and the individual portions provided on the contact step 11a in the initial state. Since a part where the distance is zero is provided by bringing a part of the electrode 12a and a part of the diaphragm 22 into contact with each other, at least a part of the distance between the diaphragm 22 and the individual electrode 12a is a gap. The electrostatic force effective for drive control can be generated regardless of the state of the diaphragm 22. As a result, the time during which drive control cannot be performed can be eliminated. For example, it is possible to reduce the time required to return to the initial position. In addition, since the portion of the cavity substrate 20 other than the diaphragm 22 and the individual electrode 12a are always in contact with each other, the distance between the individual electrode 12a and the diaphragm 22 becomes as close to 0 as possible, thereby causing vibration. A large electrostatic force can be quickly generated on the plate 22. Since the contact stage 11a is positioned closer to the nozzle 31, the force can be transmitted to the liquid near the nozzle 31 faster. For this reason, for example, the rear end of the liquid to be discharged can be drawn into the discharge chamber 21 (rear end cut). Can be controlled. In addition, after discharging the droplet, the charge is supplied (charged) by applying a voltage again, and the diaphragm 22 is attracted to the individual electrode 12a, and then the discharge of the diaphragm 22 is controlled to generate an electrostatic force. Since the speed is controlled to return gently, the overshoot can be prevented and the residual vibration can be controlled. In addition, the liquid can be prevented from standing still for a long time by controlling the liquid to give minute vibrations and stirring the liquid. For this reason, it is possible to prevent the nozzle 31 from being clogged due to the thickening of the liquid due to the evaporation of moisture, and thus being unable to discharge.

実施の形態２．
図６は電極基板１０の作製工程例を表す図である。図６に基づいて電極基板１０の作製について説明する。ここで、液滴吐出ヘッドの製造では、電極基板１０等、各基板は、実際にはウェハ単位で複数個分が同時に作製され、他の基板と接合等をした後に個々に切り離して、液滴吐出ヘッドを製造するが、以下の各工程を示す図では、１つの液滴吐出ヘッドに係る一部分を示している。 Embodiment 2. FIG.
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a manufacturing process of the electrode substrate 10. The production of the electrode substrate 10 will be described with reference to FIG. Here, in the manufacture of the droplet discharge head, a plurality of substrates such as the electrode substrate 10 are actually manufactured at the same time in units of wafers. A discharge head is manufactured. In the drawings showing the following steps, a part of one droplet discharge head is shown.

厚さが約１ｍｍのガラス基板６０を用意する（図６（ａ））。場合によっては、例えば厚さが２〜３ｍｍのガラス基板を、機械研削、エッチング等によって研削（グラインド）してもよい。 A glass substrate 60 having a thickness of about 1 mm is prepared (FIG. 6A). In some cases, for example, a glass substrate having a thickness of 2 to 3 mm may be ground (grinded) by mechanical grinding, etching, or the like.

ガラス基板６０に、例えばスパッタ法によってクロム（Ｃｒ）からなるエッチングマスク６１となる膜を形成する。そして、フォトリソグラフィ法によりエッチングマスク６１の表面に、レジスト（図示せず）をギャップ形成段１１ｂにおける形状に対応させてパターニングし、ウェットエッチング等を行い、ガラス基板６０を露出させる（図６（ｂ））。その後、例えばフッ酸水溶液でガラス基板６０をウェットエッチングし、凹部６２を形成する（図６（ｃ））。このときのエッチングの深さはギャップ形成段１１ｂとリード段１１ｃの間の段差と同じになるようにする。 A film to be an etching mask 61 made of chromium (Cr) is formed on the glass substrate 60 by, for example, sputtering. Then, a resist (not shown) is patterned on the surface of the etching mask 61 by photolithography so as to correspond to the shape in the gap formation step 11b, and wet etching or the like is performed to expose the glass substrate 60 (FIG. 6B). )). Thereafter, the glass substrate 60 is wet-etched with, for example, a hydrofluoric acid aqueous solution to form a recess 62 (FIG. 6C). The etching depth at this time is set to be the same as the step between the gap forming step 11b and the lead step 11c.

そして、フォトリソグラフィ法により、リード段１１ｃの部分の形状に対応させてパターニングしてウェットエッチング等を行い、リード段１１ｃの部分のガラス基板６０も露出させる（図６（ｄ））。そして、例えばフッ酸水溶液でガラス基板６０をウェットエッチングし、凹部６３を形成する（図６（ｅ））。このときのエッチングの深さはリード段１１ｃと接触段１１ａとの間の段差と同じになるようにする。これにより、凹部６３は２段となる。 Then, patterning is performed by photolithography so as to correspond to the shape of the lead step 11c portion, wet etching or the like is performed, and the glass substrate 60 in the lead step 11c portion is also exposed (FIG. 6D). Then, for example, the glass substrate 60 is wet-etched with a hydrofluoric acid aqueous solution to form a recess 63 (FIG. 6E). The etching depth at this time is set to be the same as the step between the lead step 11c and the contact step 11a. Thereby, the recessed part 63 becomes two steps.

さらにフォトリソグラフィ法により、接触段１１ａの部分の形状に対応させてパターニングしてウェットエッチング等を行い、接触段１１ａの部分のガラス基板６０も露出させる（図６（ｆ））。そして、例えばフッ酸水溶液でガラス基板６０をウェットエッチングし、凹部１１を形成する（図６（ｇ））。このときのエッチングの深さは接触段１１ａと同じになるようにする。 Further, patterning is performed by photolithography in accordance with the shape of the contact step 11a portion, wet etching or the like is performed, and the glass substrate 60 in the contact step 11a portion is also exposed (FIG. 6F). Then, for example, the glass substrate 60 is wet-etched with a hydrofluoric acid aqueous solution to form the recess 11 (FIG. 6G). The etching depth at this time is set to be the same as that of the contact step 11a.

その後、例えばスパッタによって、電極１２となるＩＴＯ膜６４をガラス基板６０の凹部１１が形成された側の面の全体に形成する（図６（ｈ））。そしてフォトリソグラフィ法によってレジスト（図示せず）をパターニングし、電極１２として残す部分だけを保護した上でＩＴＯ膜６４をエッチングする。また、液体供給口１３となる貫通穴をサンドブラスト法、切削加工等により形成する（図６（ｉ））。以上の工程により電極基板１０が作製される。 Thereafter, an ITO film 64 to be the electrode 12 is formed on the entire surface of the glass substrate 60 on which the concave portion 11 is formed, for example, by sputtering (FIG. 6H). Then, a resist (not shown) is patterned by photolithography, and only the portion left as the electrode 12 is protected, and then the ITO film 64 is etched. Further, a through hole that becomes the liquid supply port 13 is formed by a sandblasting method, a cutting process, or the like (FIG. 6 (i)). The electrode substrate 10 is manufactured through the above steps.

図７はキャビティ基板２０の作製から液滴吐出ヘッド１の製造までを表す図である。シリコン基板７１の片面（電極基板１０との接合面側となる）を鏡面研磨し、例えば約２２０μｍの厚みの基板を作製する。次に、シリコン基板７１のボロンドープ層７２を形成する面（鏡面研磨した面）を、Ｂ₂Ｏ₃を主成分とする固体の拡散源に対向させて石英ボートにセットする。これらを窒素雰囲気の縦型炉に入れ、シリコン基板７１中にボロンを拡散させ、ボロンドープ層７２を形成する。また、ボロンドープ層７２を形成した面に、プラズマＣＶＤ法により、絶縁膜２３を０．１μｍ成膜する（図７（ａ））。 FIG. 7 is a diagram illustrating from the production of the cavity substrate 20 to the production of the droplet discharge head 1. One side of the silicon substrate 71 (on the side of the bonding surface with the electrode substrate 10) is mirror-polished to produce a substrate having a thickness of about 220 μm, for example. Next, the surface (mirror-polished surface) on which the boron doped layer 72 of the silicon substrate 71 is formed is set on a quartz boat so as to face a solid diffusion source mainly composed of B ₂ O ₃ . These are put into a vertical furnace in a nitrogen atmosphere, and boron is diffused in the silicon substrate 71 to form a boron doped layer 72. Further, the insulating film 23 is formed to a thickness of 0.1 μm on the surface on which the boron doped layer 72 is formed by plasma CVD (FIG. 7A).

そして、シリコン基板７１と電極基板１０を３６０℃に加熱した後、電極基板１０に負極、シリコン基板７１に正極を接続して、８００Ｖの電圧を印加し、陽極接合を行う。そして、陽極接合した後の基板（以下、接合済み基板という）において、シリコン基板７１側表面の研削、ウェットエッチング等を行い、シリコン基板７１部分の厚みを約５０μｍにする（図７（ｂ））。 And after heating the silicon substrate 71 and the electrode substrate 10 to 360 degreeC, a negative electrode is connected to the electrode substrate 10, a positive electrode is connected to the silicon substrate 71, the voltage of 800V is applied, and anodic bonding is performed. Then, in the substrate after the anodic bonding (hereinafter referred to as a bonded substrate), the surface of the silicon substrate 71 side is ground, wet-etched, etc., so that the thickness of the silicon substrate 71 is about 50 μm (FIG. 7B). .

次に、ウェットエッチングを行ったシリコン基板７１側表面に対し、ＴＥＯＳによるエッチングマスク（以下、ＴＥＯＳエッチングマスクという）７３を１．５μｍ成膜する。そして、吐出室２１、リザーバ２３、電極取出し口２６となる部分に対し、ＴＥＯＳエッチングマスク７３のレジストパターニングを施す。フォトリソグラフィ法等により、最終的にフッ酸水溶液でそれらの部分のＴＥＯＳエッチングマスク７３をエッチングし、ＴＥＯＳエッチングマスク７３をパターニングする。（図７（ｃ））。ここで、例えば、リザーバ２３となる部分について、シリコンを残して剛性を確保するために、ＴＥＯＳエッチングマスク７３を若干残しておいてもよい。 Next, a TEOS etching mask (hereinafter referred to as a TEOS etching mask) 73 is formed to a thickness of 1.5 μm on the surface of the silicon substrate 71 on which wet etching has been performed. Then, the resist patterning of the TEOS etching mask 73 is performed on the portions that become the discharge chamber 21, the reservoir 23, and the electrode outlet 26. The TEOS etching mask 73 in those portions is finally etched with a hydrofluoric acid aqueous solution by a photolithography method or the like, and the TEOS etching mask 73 is patterned. (FIG. 7 (c)). Here, for example, a portion of the TEOS etching mask 73 may be left in order to ensure the rigidity of the portion that becomes the reservoir 23 by leaving silicon.

次に、接合基板を３５ｗｔ％の濃度の水酸化カリウム水溶液に浸し、吐出室２１、リザーバ２３及び電極取出し口２６となる部分の厚みが約１０μｍになるまで異方性ウェットエッチングを行う。さらに、接合基板を３ｗｔ％の濃度の水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液に浸し、ボロンドープ層７２が露出し、エッチングの進行が極度に遅くなるエッチングストップが十分効いたものと判断するまで異方性ウェットエッチングを続ける（図７（ｄ））。ここで２種類の濃度の異なる水酸化カリウム水溶液を用いた異方性ウェットエッチングを行うことによって、吐出室２１となる部分に形成される振動板２２の面荒れを抑制厚み精度を高くすることができる。その結果、液滴吐出ヘッドの吐出性能を安定化させることができる。異方性ウェットエッチングを終了すると、接合済み基板を例えばフッ酸水溶液に浸し、シリコン基板７１表面のＴＥＯＳエッチングマスク７３を剥離する（図７（ｅ））。 Next, the bonded substrate is immersed in a 35 wt% potassium hydroxide aqueous solution, and anisotropic wet etching is performed until the thickness of the portions that become the discharge chamber 21, the reservoir 23, and the electrode outlet 26 becomes about 10 μm. Further, the bonded substrate is immersed in a 3 wt% potassium hydroxide (KOH) aqueous solution, the boron doped layer 72 is exposed, and the anisotropic wet process is determined until it is judged that the etching stop is sufficiently effective in that the etching progress is extremely slow. Etching is continued (FIG. 7D). Here, by performing anisotropic wet etching using two types of potassium hydroxide aqueous solutions having different concentrations, the surface roughness of the diaphragm 22 formed in the portion that becomes the discharge chamber 21 can be suppressed, and the thickness accuracy can be increased. it can. As a result, the discharge performance of the droplet discharge head can be stabilized. When the anisotropic wet etching is completed, the bonded substrate is immersed in, for example, a hydrofluoric acid aqueous solution, and the TEOS etching mask 73 on the surface of the silicon substrate 71 is peeled off (FIG. 7E).

シリコン基板７１の電極取出し口２６となる部分のシリコン（ボロンドープ層７２）を除去し、開口する。その後、電極取出し口２６の端部にあるキャビティ基板２０と各凹部１１との間で形成されるギャップの開口部に沿って、例えばエポキシ樹脂を流し込んだり、酸化シリコンを堆積等させたりして封止材２５を形成して封止し、ギャップを外気から遮断する（図７（ｆ））。 The silicon (boron doped layer 72) in the portion that becomes the electrode outlet 26 of the silicon substrate 71 is removed and opened. Thereafter, sealing is performed by pouring, for example, epoxy resin or depositing silicon oxide along the opening of the gap formed between the cavity substrate 20 and each recess 11 at the end of the electrode outlet 26. A stopper 25 is formed and sealed, and the gap is blocked from the outside air (FIG. 7F).

封止が完了すると、例えば、共通電極端子２７となる部分を開口したマスクを、接合基板のシリコン基板７１側の表面に取り付ける。そして、例えばプラチナ（Ｐｔ）をターゲットとしてスパッタ等を行い、共通電極端子２７を形成する。そして、あらかじめ別工程で作製していたノズル基板３０を、例えばエポキシ系接着剤により、接合基板のキャビティ基板２０側から接着し、接合する（図７（ｇ））。そして、ダイシングラインに沿ってダイシングを行い、個々の液滴吐出ヘッドに切断し、液滴吐出ヘッド１が完成する。 When the sealing is completed, for example, a mask having an opening in the portion to be the common electrode terminal 27 is attached to the surface of the bonding substrate on the silicon substrate 71 side. Then, for example, sputtering is performed using platinum (Pt) as a target to form the common electrode terminal 27. And the nozzle board | substrate 30 produced by the separate process previously is adhere | attached and bonded from the cavity board | substrate 20 side of a joining board | substrate, for example with an epoxy-type adhesive agent (FIG.7 (g)). Then, dicing is performed along the dicing line, and the liquid droplet ejection head is cut into individual liquid droplet ejection heads to complete the liquid droplet ejection head 1.

以上のように、実施の形態２によれば、凹部１１において振動板２２と対向する部分を２段で形成し、これにより凹部１１に形成した個別電極１２ａを２段構成にして、そのうちの１段が初期状態において振動板２２と接触するような構成の液滴吐出ヘッドを製造するようにしたので、振動板２２と個別電極１２ａとの距離について、少なくとも一部をギャップ長以下とすることができ、振動板２２の状態にかかわらず、駆動制御に有効な静電力を発生させることができる液滴吐出ヘッドを製造することができる。 As described above, according to the second embodiment, the concave portion 11 is formed with a portion facing the diaphragm 22 in two stages, and thus the individual electrode 12a formed in the concave portion 11 is configured in two stages, Since the droplet discharge head having a configuration in which the stage is in contact with the vibration plate 22 in the initial state is manufactured, at least a part of the distance between the vibration plate 22 and the individual electrode 12a may be less than the gap length. In addition, it is possible to manufacture a droplet discharge head that can generate an electrostatic force effective for drive control regardless of the state of the diaphragm 22.

実施の形態３．
図８は本発明の実施の形態３に係る液滴吐出ヘッドの断面図である。上述の実施の形態では凹部１１を接触段１１ａ、ギャップ形成段１１ｂ及びリード段１１ｃの３段で構成したが、これに限定するものではない。振動板２２の一部と個別電極１２ａの一部とが初期状態において接触するような接触段１１ａを形成していれば、例えば、吐出室の変位を十分に確保できる限りにおいて、図８（ａ）に示すように、構成する段数、各段の深さ等を任意に構成することができる。また、接触段１１ａを形成していれば、図８（ｂ）に示すように、ギャップ形成段１１ｂのような平面で構成されていなくてもよい。 Embodiment 3 FIG.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a droplet discharge head according to Embodiment 3 of the present invention. In the above-described embodiment, the concave portion 11 is configured by the three steps of the contact step 11a, the gap forming step 11b, and the lead step 11c, but is not limited to this. If the contact stage 11a is formed such that a part of the diaphragm 22 and a part of the individual electrode 12a are in contact in the initial state, for example, as long as the displacement of the discharge chamber can be sufficiently ensured, FIG. ), The number of stages to be configured, the depth of each stage, and the like can be arbitrarily configured. Further, as long as the contact step 11a is formed, as shown in FIG. 8B, the contact step 11a does not have to be configured by a plane like the gap formation step 11b.

実施の形態４．
上述の実施の形態では、電極基板１０、キャビティ基板２０及びノズル基板３０の３つの基板が積層されて構成された液滴吐出ヘッド１について説明したが、液滴吐出ヘッド１の構成についてはこれに限定されるものではない。例えば、リザーバを吐出室とは別の基板に形成し、積層した４層の基板で構成した液滴吐出ヘッド１についても適用することができる。 Embodiment 4 FIG.
In the above-described embodiment, the droplet discharge head 1 configured by stacking the three substrates of the electrode substrate 10, the cavity substrate 20, and the nozzle substrate 30 has been described, but the configuration of the droplet discharge head 1 is not limited thereto. It is not limited. For example, the present invention can also be applied to a droplet discharge head 1 that is formed of a four-layer substrate in which a reservoir is formed on a substrate different from the discharge chamber.

実施の形態５．
図９は上述の実施の形態で製造した液滴吐出ヘッド１を用いた液滴吐出装置（プリンタ１００）の外観図である。また、図１０は液滴吐出装置の主要な構成手段の一例を表す図である。図９及び図１０の液滴吐出装置は液滴吐出方式（インクジェット方式）による印刷を目的とする。また、いわゆるシリアル型の装置である。図１０において、被印刷物であるプリント紙１１０が支持されるドラム１０１と、プリント紙１１０にインクを吐出し、記録を行う液滴吐出ヘッド１０２とで主に構成される。また、図示していないが、液滴吐出ヘッド１０２にインクを供給するためのインク供給手段がある。プリント紙１１０は、ドラム１０１の軸方向に平行に設けられた紙圧着ローラ１０３により、ドラム１０１に圧着して保持される。そして、送りネジ１０４がドラム１０１の軸方向に平行に設けられ、液滴吐出ヘッド１０２が保持されている。送りネジ１０４が回転することによって液滴吐出ヘッド１０２がドラム１０１の軸方向に移動するようになっている。 Embodiment 5. FIG.
FIG. 9 is an external view of a droplet discharge apparatus (printer 100) using the droplet discharge head 1 manufactured in the above embodiment. FIG. 10 is a diagram showing an example of main constituent means of the droplet discharge device. 9 and 10 is intended for printing by a droplet discharge method (inkjet method). Further, it is a so-called serial type device. In FIG. 10, a drum 101 that supports a printing paper 110 that is a substrate to be printed and a droplet discharge head 102 that discharges ink to the printing paper 110 and performs recording are mainly configured. Although not shown, there is an ink supply means for supplying ink to the droplet discharge head 102. The print paper 110 is held by being pressed against the drum 101 by a paper press roller 103 provided parallel to the axial direction of the drum 101. A feed screw 104 is provided parallel to the axial direction of the drum 101, and the droplet discharge head 102 is held. As the feed screw 104 rotates, the droplet discharge head 102 moves in the axial direction of the drum 101.

一方、ドラム１０１は、ベルト１０５等を介してモータ１０６により回転駆動される。また、駆動制御回路４０は、印刷用データ及び制御信号に基づいて送りネジ１０４、モータ１０６を駆動させる。また、ここでは図示していないが、実施の形態１で説明したようにドライバＩＣ４８からＣＯＭ及び各ＳＥＧを出力して振動板２２を振動させ、制御をしながらプリント紙１１０に印刷を行わせる。 On the other hand, the drum 101 is rotationally driven by a motor 106 via a belt 105 or the like. The drive control circuit 40 drives the feed screw 104 and the motor 106 based on the printing data and the control signal. Although not shown here, as described in the first embodiment, COM and each SEG are output from the driver IC 48 to vibrate the diaphragm 22, and printing is performed on the print paper 110 while being controlled.

ここでは液体をインクとしてプリント紙１１０に吐出するようにしているが、液滴吐出ヘッド１から吐出する液体はインクに限定されない。例えば、カラーフィルタとなる基板に吐出させる用途においては、カラーフィルタ用の顔料を含む液体、有機化合物等の電界発光素子を用いた表示パネル（ＯＬＥＤ等）の基板に吐出させる用途においては、発光素子となる化合物を含む液体、基板上に配線する用途においては、例えば導電性金属を含む液体を、それぞれの装置において設けられた液滴吐出ヘッド１から吐出させるようにしてもよい。また、液滴吐出ヘッド１をディスペンサとし、生体分子のマイクロアレイとなる基板に吐出する用途に用いる場合では、ＤＮＡ（Deoxyribo Nucleic Acids ：デオキシリボ核酸）、他の核酸（例えば、Ribo Nucleic Acid：リボ核酸、Peptide Nucleic Acids：ペプチド核酸等）タンパク質等のプローブを含む液体を吐出させるようにしてもよい。その他、布等の染料の吐出等にも利用することができる。 Here, the liquid is ejected onto the print paper 110 as ink, but the liquid ejected from the droplet ejection head 1 is not limited to ink. For example, in an application to be discharged onto a substrate to be a color filter, a light emitting element is used in an application to be discharged onto a substrate of a display panel (OLED or the like) using an electroluminescent element such as a liquid containing a color filter pigment or an organic compound. For example, a liquid containing a conductive metal and a liquid containing a conductive metal may be discharged from the droplet discharge head 1 provided in each device. In addition, when the droplet discharge head 1 is used as a dispenser and is used for discharging onto a substrate that becomes a microarray of biomolecules, DNA (Deoxyribo Nucleic Acids: deoxyribonucleic acid), other nucleic acids (for example, Ribo Nucleic Acid: ribonucleic acid, (Peptide Nucleic Acids: peptide nucleic acids, etc.) A liquid containing a probe such as a protein may be discharged. In addition, it can also be used for discharging dyes such as cloth.

実施の形態６．
図１１は本発明を利用したマイクロポンプを表す図である。上述の実施の形態は、液滴吐出ヘッド１を例として説明したが、本発明は液滴吐出ヘッド１だけに限定されず、他の微細加工による静電アクチュエータを利用した静電型のデバイスにも適用することができる。例えば、図１１のマイクロポンプは、気体、液体の流路１２３が形成されており、固定電極１２１とダイヤフラムとなる可動電極１２２を複数有して構成されている。固定電極１２１と可動電極１２２とは所定の間隔（ギャップ）で対向配置するが、固定電極１２１の一部と可動電極１２２の一部とは接触している。各固定電極１２１と可動電極１２２との間に発生させる静電力のタイミング等を制御することで、気体、液体の流れる方向等を制御することができる。ここで、前述したように、固定電極１２１の一部と可動電極１２２の一部とが接触しているため、可動電極１２２の駆動制御ができない時間をなくすことができる。 Embodiment 6 FIG.
FIG. 11 is a diagram showing a micropump using the present invention. In the above-described embodiment, the droplet discharge head 1 has been described as an example. However, the present invention is not limited to the droplet discharge head 1 and may be an electrostatic device using an electrostatic actuator by other microfabrication. Can also be applied. For example, the micropump of FIG. 11 has a flow path 123 for gas and liquid, and has a plurality of fixed electrodes 121 and a plurality of movable electrodes 122 serving as diaphragms. The fixed electrode 121 and the movable electrode 122 are opposed to each other with a predetermined gap (gap), but a part of the fixed electrode 121 and a part of the movable electrode 122 are in contact with each other. By controlling the timing of the electrostatic force generated between each fixed electrode 121 and the movable electrode 122, the direction in which the gas or liquid flows can be controlled. Here, as described above, since part of the fixed electrode 121 and part of the movable electrode 122 are in contact with each other, it is possible to eliminate time during which the drive control of the movable electrode 122 cannot be performed.

同様にモータ、センサ、ＳＡＷフィルタのような振動素子（レゾネータ）、ミラーデバイス、マイクロレンズ等、他の種類の微細加工のアクチュエータ、圧力センサ等のセンサ等にも上述のように可動電極の一部と固定電極の一部とを接触させた構造とすることができる。 Similarly, a part of the movable electrode as described above is also applied to a motor, a sensor, a vibration element (resonator) such as a SAW filter, a mirror device, a micro lens, and other types of micro-fabricated actuators, and a sensor such as a pressure sensor. And a part of the fixed electrode can be brought into contact with each other.

実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド１を分解して表した図である。2 is an exploded view of a droplet discharge head 1 according to Embodiment 1. FIG. 液滴吐出ヘッド１の断面図である。2 is a cross-sectional view of the droplet discharge head 1. FIG. 駆動制御回路４０を中心とする構成を表す図である。2 is a diagram illustrating a configuration centering on a drive control circuit 40. FIG. 液滴吐出ヘッド１の振動板２２の変位を示すための図である。FIG. 6 is a diagram for illustrating displacement of a vibration plate 22 of the droplet discharge head 1. 振動板２２と個別電極１２ａとの間の電位差（電圧）を表す図である。It is a figure showing the electric potential difference (voltage) between the diaphragm 22 and the individual electrode 12a. 電極基板１０の作製工程例を表す図である。5 is a diagram illustrating an example of a manufacturing process of the electrode substrate 10. キャビティ基板２０の作製、液滴吐出ヘッド１の製造を表す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating the production of the cavity substrate 20 and the production of the droplet discharge head 1. 実施の形態３に係る液滴吐出ヘッド１の断面図である。6 is a cross-sectional view of a droplet discharge head 1 according to Embodiment 3. FIG. 液滴吐出ヘッド１を用いた液滴吐出装置の外観図である。1 is an external view of a droplet discharge device using a droplet discharge head 1. FIG. 液滴吐出装置の主要な構成手段の一例を表す図である。It is a figure showing an example of the main structural means of a droplet discharge apparatus. 本発明を利用したマイクロポンプを表す図である。It is a figure showing the micropump using this invention.

Explanation of symbols

１０電極基板、１１凹部、１１ａ接触段、１１ｂギャップ形成段、１１ｃリード段、１２電極、１２ａ個別電極、１２ｂリード部、１２ｃ端子部、１３液体供給口、２０キャビティ基板、２１吐出室、２２振動板、２３絶縁膜、２４リザーバ、２５封止材、２６電極取り出し口、２７共通電極端子、３０ノズル基板、３１ノズル、３２ダイヤフラム、３３オリフィス、４０駆動制御回路、４１ヘッド制御部、４２ａＣＰＵ、４２ｂバス、４３ａＲＯＭ、４３ｂＲＡＭ、４３ｃキャラクタジェネレータ、４５論理ゲートアレイ、４６ａＣＯＭ発生回路、４６ｂ駆動パルス発生回路、４７コネクタ、４８ドライバＩＣ、４９配線、５０外部装置、５１バス、５２電源回路、６０ガラス基板、６１エッチングマスク、６２，６３凹部、６４ＩＴＯ膜、７１シリコン基板、７２ボロンドープ層、１００プリンタ、１０１ドラム、１０２液滴吐出ヘッド、１０３紙圧着ローラ、１０４送りネジ、１０５ベルト、１０６モータ、１０７プリント制御手段、１１０プリント紙、１２０マイクロポンプ、１２１固定電極、１２２可動電極、１２３流路。 10 electrode substrate, 11 recess, 11a contact step, 11b gap formation step, 11c lead step, 12 electrode, 12a individual electrode, 12b lead portion, 12c terminal portion, 13 liquid supply port, 20 cavity substrate, 21 discharge chamber, 22 vibration Plate, 23 Insulating film, 24 Reservoir, 25 Sealing material, 26 Electrode outlet, 27 Common electrode terminal, 30 Nozzle substrate, 31 Nozzle, 32 Diaphragm, 33 Orifice, 40 Drive control circuit, 41 Head controller, 42a CPU, 42b bus, 43a ROM, 43b RAM, 43c character generator, 45 logic gate array, 46a COM generation circuit, 46b drive pulse generation circuit, 47 connector, 48 driver IC, 49 wiring, 50 external device, 51 bus, 52 power supply circuit, 60 glass substrate, 61 etching mask, 62, 63 recess, 64 ITO film, 71 silicon substrate, 72 boron doped layer, 100 printer, 101 drum, 102 droplet discharge head, 103 paper pressure roller, 104 feed screw, 105 belt, 106 motor, 107 print Control means, 110 print paper, 120 micropump, 121 fixed electrode, 122 movable electrode, 123 flow path.

Claims

In an electrostatic actuator that generates and drives an electrostatic force between a plate-shaped movable electrode and a fixed electrode facing the movable electrode,
Regardless of the displacement state of the movable electrode, the movable electrode and the fixed electrode are in contact in the initial state so that at least a part of the distance between the electrodes that can be controlled by the electrostatic force can always be controlled. An electrostatic actuator, characterized in that a part of the surface is provided.

An electrostatic drive device comprising the electrostatic actuator according to claim 1.

A nozzle substrate having a plurality of nozzles for discharging liquid as liquid droplets, a cavity substrate having a plurality of recesses serving as a discharge chamber provided with a vibration plate that is provided in accordance with each nozzle and pressurizes the liquid by vibration, and the vibration In a liquid droplet ejection head comprising an electrode substrate that generates electrostatic force between the individual electrodes facing the plate and drives the diaphragm,
Regardless of the displacement state of the diaphragm, the diaphragm and the individual electrodes are in contact in the initial state so as to ensure at least a part of the distance between the electrodes that can always control the displacement of the diaphragm by the electrostatic force. A droplet discharge head characterized by comprising a part of the surface to be used.

3. The droplet discharge head according to claim 2, wherein a surface of the individual electrode that is in contact with a part of the diaphragm is provided at a position closest to the nozzle.

5. The droplet discharge head according to claim 3, wherein a surface of the cavity plate that is in contact with a part of the cavity substrate is also in contact with a portion that is not movable with respect to the diaphragm.

A droplet discharge apparatus comprising the droplet discharge head according to claim 3.

In order to cause the rear end portion of the liquid to be discharged from the nozzle as droplets to be drawn into the flow path inside the droplet discharge head communicating with the nozzle by pressurizing the diaphragm, the diaphragm and the individual electrode The liquid droplet ejection apparatus according to claim 6, further comprising: a drive control unit that performs control to generate an electrostatic force between the vibration plate and the diaphragm toward the individual electrode.

In order to suppress the residual vibration of the diaphragm, the displacement speed of the diaphragm due to the restoring force after liquid pressurization to discharge droplets is generated, and an electrostatic force is generated between the diaphragm and the individual electrode. The liquid droplet ejection apparatus according to claim 6, further comprising a drive control unit that performs control to reduce the speed.

In order to stir the liquid in the flow path inside the liquid droplet ejection head, an electrostatic force is generated between the vibration plate and the individual electrode, and the vibration plate is vibrated so as not to eject liquid droplets from the nozzle. The liquid droplet ejection apparatus according to claim 6, further comprising drive control means for performing control.