JP2009056745A - 液体吐出ヘッド、画像形成装置、静電型アクチュエータ、マイクロポンプ及び光学デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】空隙内圧と大気圧の差圧解消や信頼性向上を目的とする空隙内へのガス導入を効率的に行うことができない。
【解決手段】アクチュエータ基板１上に構成された振動板２０及びこの振動板２０に空隙１４を介して対向する個別電極１２を備え、複数の空隙１４、１４間の隔壁部１５の下側に、隔壁部１５の長手方向に沿って個別連通路１６を設けるとともに、個別連通路１６と空隙１４とを連通する個別連通路孔１７を設け、更に各個別連通路１６が連通する共通連通路１８を設けた。
【選択図】図３

Description

本発明は液体吐出ヘッド、画像形成装置、静電型アクチュエータ、マイクロポンプ及び光学デバイスに関する。

一般に、プリンタ／ファックス／コピア或いはこれらの機能を複合した画像形成装置としては、例えば、記録液（液体）の液滴を吐出する液体吐出ヘッド（液滴吐出ヘッド）で構成した記録ヘッドを含む液体吐出装置を用いて、媒体（以下「用紙」ともいうが材質を限定するものではなく、また、被記録媒体、記録媒体、転写材、記録紙なども同義で使用する。）を搬送しながら、液体を用紙に付着させて画像形成（記録、印刷、印写、印字も同義語で用いる。）を行なうものがある。

なお、「画像形成装置」は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の媒体に液体を吐出して画像を形成する装置を意味し、また、「画像形成」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与することをも意味する。また、「インク」とは、狭義のインクに限らず、液体吐出ヘッドから吐出される液体であれば限定されるものではない。

液体吐出ヘッドとしては、液室の少なくとも一部の壁面を形成する振動板及びこの振動板に空隙を介して対向する固定電極を備える静電型アクチュエータを圧力発生手段に用いる静電型液体吐出ヘッドが知られている。

このような静電型アクチュエータを用いる液体吐出ヘッドにおいては、空隙内圧と大気圧の差圧の解消、あるいはアクチュエータの信頼性向上を目的として、空隙内へのガス導入のために各空隙を連通する連通路を設けることが行われ、疎水膜を形成するガスを効率的に振動室に導入するために、例えば特許文献１に開示されているように、各空隙（振動室）の長手方向端部に外部と連通する連通路を設け、この連通路を介してガスを封入した後個別連通路を封止することが行われている。
特開平１１−１７９９１９号公報

また、特許文献２に記載されているように、各空隙の長手方向端部に個別連通路を設け、各個別連通路を共通連通路で相互に連通したものも知られている。
特開２００６−１１５６２４号公報

その他、空隙が密閉されることで振動板の変位が阻害されることを抑えるために、特許文献３には空隙（ギャップ）を隔てるギャップ間隔壁を有しない構成が、特許文献４にはギャップ間隔壁に隣り合うギャップ空間を連通する連通路を設け、更に最も端部のギャップ空間を連通路を介して空気室に連通させる構成が、特許文献５にはギャップ間隔壁に隣り合うギャップ空間を連通する連通路を設ける構成が、それぞれ記載されている。
特開２００１−３０１１７３号公報 特開２００１−３２２２６９号公報 特開２００３−７２０７０号公報

また、犠牲層エッチングによる空隙の形成に関しては特許文献６に記載されている。
特開２００１−１８３８３号公報

しかしながら、前述した特許文献１、２に記載されているように各空隙の長手方向端部に空隙に連通する（個別）連通路を設けて、この連通路を介して疎水膜形成のためのガスを導入する場合、空隙内へのガスの導入に時間がかかり、効率的なガス導入を行うことができないという課題がある。

また、前述した特許文献３ないし５に記載されているように空隙が密閉されることで振動板の変位が阻害されることを抑えるために各空隙を相互に連通する構成を採用した場合、疎水膜形成のガス導入を行うとしても、１つの空隙側からガス導入を行うことになり、すべての空隙内へのガスの導入を行うには相当な時間がかかり、効率的なガス導入を行うことができないという課題がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、空隙内圧と大気圧の差圧解消や信頼性向上を目的とする複数の空隙内へのガス導入を効率的に行うことができるようにすることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る液体吐出ヘッドは、液滴を吐出する複数のノズルと、各ノズルが連通する複数の液室と、各液室の少なくとも一部の壁面を形成する振動板及びこの振動板に空隙を介して対向する固定電極を備え、振動板と固定電極間の静電力と振動板の機械的変位によりノズルから液滴を吐出させる液体吐出ヘッドにおいて、複数の液室に対応して複数の空隙が隔壁部を介して配置され、隣り合う空隙間の隔壁部の長手方向に沿って個別連通路が設けられるとともに、この個別連通路を空隙と連通させる孔が隔壁部の長手方向の異なる位置に複数設けられ、更に各個別連通路を相互に連通する共通連通路が設けられている構成とした。

ここで、個別連通路は複数の孔を介して隣り合う空隙の一方の空隙に連通している構成とできる。また、個別連通路は複数の孔を介して隣り合う両方の空隙に連通している構成とできる。また、吐出される液体を収容する液体タンクが一体化されている構成とできる。

本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えている構成とした。

本発明に係る静電型アクチュエータは、変形可能な振動板及びこの振動板に空隙を介して対向する固定電極を備えて、振動板と固定電極間の静電力で振動板を変形させる静電型アクチュエータにおいて、複数の空隙が隔壁部を介して配置され、隣り合う空隙間の隔壁部の長手方向に沿って個別連通路が設けられるとともに、この個別連通路を空隙と連通させる孔が隔壁部の長手方向の異なる位置に複数設けられ、更に各個別連通路を相互に連通する共通連通路が設けられている構成とした。

本発明に係るマイクロポンプ、本発明に係る光学デバイスは、本発明に係る静電型アクチュエータを備えた構成とした。

本発明に係る液体吐出装置、画像形成装置、静電型アクチュエータ、マイクロポンプ、光学デバイスによれば、隣り合う空隙間の隔壁部内には、隔壁部の長手方向に沿って個別連通路が設けられるとともに、この個別連通路を空隙と連通させる孔が隔壁部の長手方向の異なる位置に複数設けられ、更に各個別連通路を相互に連通する共通連通路が設けられている構成としたので、空隙の隔壁部の長手方向の異なる位置に設けられている複数の孔から空隙内に短い時間で万遍なくガス導入を行うことができるようになり、空隙内へのガス導入を効率的に行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る静電型アクチュエータを含む本発明に係る液体吐出ヘッドの斜視説明図、図２は同ヘッドの分解斜視説明図、図３は同ヘッドのアクチュエータ基板の要部平面説明図である。

この液体吐出ヘッドは、基板の面部に設けたノズル孔から液滴を吐出させるサイドシュータタイプのものであり、第１の基板であるアクチュエータ基板１と第２の基板である流路基板２と第３の基板であるノズル基板３を順次積層して構成し、これら３枚の基板１、２、３を接合することで、液滴を吐出する複数のノズル４がそれぞれノズル連通路５を介して連通する液室（吐出室）６、液室６に液体（インク）を供給するための流体抵抗部７及び共通液室８を形成している。各液室６は液室間隔壁９で仕切られている。

アクチュエータ基板１は、各液室６の一部の壁面を形成する振動板（変形可能領域）２０と、この振動板部材２０に犠牲層エッチングによって形成した空隙（ギャップ）１４を介して対向する個別電極（下部電極）１２を備え、これらの振動板２０と個別電極１２によって各液室６に対応する本発明に係る静電型アクチュエータを構成している。

また、アクチュエータ基板１には、上述した複数の液室６に対応する複数の空隙１４はそれぞれ隔壁部１５を介して配置され、隣り合う空隙１４、１４間の隔壁部１５の長手方向に沿って、隣り合う個別電極１２、１２間に個別連通路１６が設けられるとともに、この個別連通路１６を空隙１４と連通させる孔１７が隔壁部１５の長手方向の異なる位置に複数設けられ（図３参照）、更に各個別連通路１６を相互に連通する共通連通路１８が設けられ、この共通連通路１８はガス導入孔１９に連通している。

ここで、個別連通路１６は、図３に示すように、隔壁部１５の下側で隔壁部１５に沿って個別電極１２、１２間に形成される主通路１６ａと、この主通路１６ａから空隙１４の底部下側に分岐する分岐通路１６ｂとで構成され、分岐通路１６ｂから空隙１４の底部を貫通して空隙１４内に連通する孔（個別連通路孔）１７を設けている。また、複数の個別連通路孔１７の配置位置は、空隙１４の長手方向両端部側と中央部の３箇所（これに限るものではなく、４箇所以上でもよい。）とし、個別連通路孔１７，１７の長手方向の間隔は空隙１４の短手方向長さよりも短い間隔としている。

また、ここでは、空隙１４のノズル並び方向の両側の隔壁部１５、１５に沿って個別連通路孔１７、１７を配置する構成としているが、一方の隔壁部１５にだけ沿って個別連通路孔１７を配置する構成とすることもできる。

さらに、アクチュエータ基板１には流路基板２の共通液室８に外部からインクを供給するための供給口１０を形成している。

アクチュエータ基板１の上に接合する流路基板２は、例えば、結晶面方位（１１０）のシリコン基板に、液室（吐出室）６と、各々の液室６に流体抵抗部７を介して連通する共通液室８を設けている（実際に溝部又は凹部である。）。

流路基板２の上に接合するノズル基板３は、例えば、厚さ５０μｍのニッケルを用い、ノズル４はドライ又はウェットエッチングやレーザー加工など周知の方法で形成することができる。

このように構成した液体吐出ヘッドにおいては、各液室６内に記録液（インク）が満たされた状態で、図示しない制御部からの画像データに基づいて、記録液の吐出を行いたいノズル４に対応する個別電極１２に対して、発振回路により４０Ｖのパルス電圧を印加する。この電圧を印加することにより個別電極１２の表面にプラス電荷が帯電し、個別電極１２と、振動板電極を含む振動板２０との間に静電力による吸引作用が働いて、振動板２０が下方へ撓む。これにより、液室６の容積が広げられることから、その容積分の記録液が共通液室８より流体抵抗部７を介して液室６へ流入する。

その後、個別電極１２へのパルス電圧を０Ｖにする（印加を止める）ことにより、静電力により下方へ撓んだ振動板２０は自身の剛性により元の位置に戻る。これにより、液室６内の圧力が急激に上昇して、液室６に連通するノズル４より記録液の液滴が吐出される。そして、この動作を繰り返してノズル４から記録液を連続的に吐出することにより、液滴吐出ヘッドに対向して配置した被記録媒体（用紙）に画像を形成する。

そこで、アクチュエータ基板１の詳細について図４ないし９をも参照して説明する。なお、図４は同アクチュエータ基板の要部平面説明図、図５は図４のＹ１−Ｙ１線に沿う断面説明図、図６は図４のＹ２−Ｙ２線に沿う断面説明図、図７は図４のＸ１−Ｘ１線に沿う断面説明図、図８は図４のＸ２−Ｘ２線に沿う断面説明図、図９は図４のＸ３−Ｘ３線に沿う断面説明図である。

このアクチュエータ基板１は、シリコン基板１１０上に絶縁膜１１１を形成し、この絶縁膜１１１上に個別電極層１１２を形成し、個別電極層１１２をパターニングすることで各液室６に対応する個別電極１２を形成し、個別電極層１１２上に個別電極側絶縁膜１１３を成膜して被覆している。この個別電極側絶縁膜１１３上には犠牲層エッチングで除去されることで空隙１４を形成し、また残存されることで空隙間隔壁部１５を形成する犠牲層１１４が形成され、この犠牲層１１４上に多層膜からなる振動板２０が形成されている。

振動板２０は、犠牲層１１４上に、絶縁膜１２２、共通電極となる振動板電極層１２３、応力調整膜１２４、犠牲層除去孔封止膜を兼ねる膜剛性調整膜１２５及び接液膜１２６を順次積層形成したものである。振動板２０の振動板電極層１２３は、図４に示すように、分離溝１２８によって各空隙１４に対応する振動板領域１２０に分離されている。

ここで、分離溝１２８は空隙間隔壁部１５と振動板領域１２０で段差が生じないように設けられている。また、振動板領域１２０の短辺長ａ、長辺長ｂは、例えば短辺長ａ：６０μｍ、長辺長ｂ：１０００μｍであり、振動板領域１２０を静電気力で変位させるために、電圧を印加できるようになっており、振動板領域１２０に対応して個別電極層１１２をパターニングして個別電極１２をそれぞれ形成している。

また、犠牲層１１４及び個別電極層１１２を除去することで、空隙間隔壁部１５の長手方向に沿って空隙間隔壁部１５の下側には個別連通路１６が形成され、また、ノズル４の並び方向に沿って各個別連通路１６にそれぞれ連通する共通連通路１８が形成され、更に、空隙１４の底部の個別電極側絶縁膜１１３には空隙１４と個別連通路１６を連通する個別連通路孔１７が形成されている。

ここで、この犠牲層プロセスを行うため、振動板２０の絶縁膜１２２、振動板電極層１２３及び応力調整膜１２４を貫通する犠牲層除去孔１３０を形成している。また、個別連通路孔１７は個別電極側絶縁膜１１３の下側の個別電極層１１２を除去して個別連通路１６を形成する犠牲層除去孔を兼ねている。

この場合、犠牲層除去孔１３０及び個別連通路孔１７は、振動板領域１２０の長辺方向に等間隔に振動板領域１２０の短辺長以下の間隔で配置されており、対向する辺の同位置に犠牲層除去孔１３０及び個別連通路孔１７が形成されている。このように、犠牲層除去孔１３０及び個別連通路孔１７を複数配置することにより、犠牲層除去孔１３０から空隙１４と共通連通路１８を効率良く形成することができる。また、個別連通路孔１７により、個別連通路１６を空隙１４、共通連通路１８と同時に形成することができる。

犠牲層エッチングは等方性エッチングのため、振動板領域１２０の中央に犠牲層除去孔１３０が並んでいる方が犠牲層１１４の除去効率は高い。しかしながら、振動板領域１２０（変位領域）に犠牲層除去孔１３０を設けるとアクチュエータの振動特性に影響を及ぼす可能性があるため、犠牲層除去孔１３０は振動板領域１２０外に配置することが好ましい。また、個別連通路孔１７は、振動板２０の静電力に影響を及ぼさないように、なるべく振動板領域１２０の短手方向端付近に配置することが好ましい。また、後の工程で犠牲層除去孔１３０は封止されるため、その影響が及ばないように個別連通路孔１７と犠牲層除去孔１３０の配置は重ならないほうが好ましい。

なお、犠牲層エッチングを行った後には、犠牲層除去孔１３０を膜剛性調整膜１２５で完全封止される。また、図示しないが、外部電極への取り出しのため、配線層形成、裏面貫通インク供給口１０及び蒸着重合法などで液滴の接液膜として樹脂膜１２６が形成されている。

このように構成したアクチュエータ基板１において、アクチュエータの信頼性を確保するために、空隙１４内に疎水膜形成材料、例えばヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）を、ガス導入口１９から、図１０に矢印で示すように、共通連通路１８から個別連通路１６及び個別連通路孔１７を介して空隙１４内に導入する。

このとき、振動板長辺方向両側、すなわち、空隙１４の両側の隔壁部１５長手方向に沿って配置された個別連通路１６から空隙１４の長手方向端部及び中央部に配置された複数の個別連通路孔１７を介して、ＨＭＤＳが空隙１４内に導入されることになるので、効率よく短時間に空隙１４内へ導入されることになる。

比較のために、図１１に示す比較例のように、空隙１４の長手方向端部に個別連通路１６を配置した場合には、空隙１４全体に均一にＨＭＤＳ（疎水膜形成材料）を行き渡らせるためには、上記実施形態に比べてより多くの時間がかかり、効率が悪い。

また、上記実施形態のように空隙間隔壁部１５の下側に個別連通路１６を配置することによって、空隙間隔壁部１５を設けて振動板２０と個別電極１２で構成される各アクチュエータの相互干渉を抑制することができる。また、共通連通路１８と接続された個別連通路１６に個別連通路孔１７を介して、前述の減圧下での犠牲層除去孔１３０の封止による大気と空隙１４内部圧力の差圧による振動板２０の撓み解消を行うこともできる。

なお、空隙１４を外部から密閉した場合、コンダクタンスが十分なバッファ室を共通連通路１８に接続して設けることで、環境温度、大気圧の変動による外部と空隙１４内部との差圧解消を応答性良く行うこともできるようになる。

このように、隣り合う空隙間の隔壁部内には、隔壁部の長手方向に沿って個別連通路が設けられるとともに、この個別連通路を空隙と連通させる孔が隔壁部の長手方向の異なる位置に複数設けられ、更に各個別連通路を相互に連通する共通連通路が設けられている構成とすることで、空隙の隔壁部の長手方向の異なる位置に設けられている複数の孔から空隙内に短い時間で万遍なくガス導入を行うことができるようになり、空隙内へのガス導入を効率的に行うことができる。

次に、上述したアクチュエータ基板１の製造工程について図１２及び図１３を参照して説明する。なお、図１２は図４のＸ２−Ｘ２線に沿う断面に相当する断面説明図、図１３は図４のＸ３−Ｘ３線に沿う断面に相当する断面説明図である。

まず、各図（ａ）に示すように、例えば厚さ４００μｍのＳｉ基板１１０の表面（ここでは両面）に厚さ１．６μmの絶縁膜（熱酸化膜）１１１を形成し、この絶縁膜１１１上にＰドープポリシリコンを電極形成層１１２として厚さ０．６μｍ成膜する。そして、Ｐドープポリシリコン（電極形成層）１１２を、リソエッチ法により分離溝１５０を形成して、個別電極１２となる部分１１２ａと、個別連通路１６を構成する部分１１２ｂと、個別連通路１６と個別電極１２との間の隔壁となる部分１１２ｃと、共通連通路１８を形成する部分とに分離及びパターニングすると共に、後にシリコン基板１１０を貫通しインク供給口１０を形成する部分を除去する。

そして、ＣＶＤ酸化膜を厚さ０．１５μｍで堆積させて、Ｐドープポリシリコン（電極形成層）１１２で形成された個別電極１２となる部分１１２ａと個別連通路１６を構成する部分１１２ｂ、隔壁となる部分１１２ｃ及び共通連通路１８を形成する部分上に絶縁膜１１３を形成する。このとき、絶縁膜１１３は、各分離溝１５０内にも形成される。その後、絶縁膜１１３のうち、個別連通路孔１７となる部分１１３ａをリソエッチ法で除去し（図１３（ａ）参照）、共通連通路１８になる部分の絶縁膜１１３もリソエッチ法で除去する。

次に、各図（ｂ）に示すように、絶縁膜１１３上に犠牲層としてノンドープポリシリコンを空隙間隔（ギャップ長）である例えば０．２μｍ厚さにＣＶＤ法により成膜する。そして、リソエッチ法により空隙１４となる部分１１４ａと、隔壁部１５を構成する部分１１４ｂ、共通連通路１８となる部分とに分離及びパターニングするとともに、インク供給口１０となる部分を除去する。

このとき、ノンドープポリシリコンからなる犠牲層で形成される空隙１４となる部分１１４ａと下層部を構成するポリシリコンからなる個別連通路１６になる部分１１２ｃは、絶縁膜１１３の個別連通路孔１７となる部分１１３ａを介して連通されているので、犠牲層のポリシリコンと下層のポリシリコンは接した状態になり、一体化する。また、共通連通路１８となる部分も絶縁膜１１３を開口しているため、同様に犠牲層ポリシリコンと下層のポリシリコンも接した状態になり、一体化する。このように、犠牲層を形成する材料をポリシリコンにすることにより、犠牲層として一般的に知られた汎用技術を用いることができ、他材料との選択性があり、プロセスの自由度が高く、低コストで、量産性に優れ、安定したアクチュエータを得ることができる。

その後、空隙１４となる部分１１４ａ、隔壁部１５を構成する部分１１４ｂ、共通連通路１８となる部分、及びインク供給口１０となる部分上にＣＶＤ酸化膜を堆積させ振動板側絶縁膜１２２を厚さ０．１５μｍ形成する。

次に、各図（ｃ）に示すように、絶縁膜１２２上にＰドープポリシリコン層を振動板電極層１２３として厚さ０．１μｍで形成し、このポリシリコン層をリソエッチ法により、振動板電極１２０となる部分１２３ａと隔壁部となる部分１２３ｂとに分離溝（開口）１２８で分離するとともに、インク供給口１０となる部分を除去する。

このとき、同時に犠牲層と同じ材料からなる振動板電極層１２３が犠牲層エッチング時にエッチングされないようにするため、後に形成する犠牲層除去孔１３０よりも大きな開口径を有する開口（分離溝）１２８を形成する。そして、振動板電極層１２３上に、ＬＰ−ＣＶＤ法により０．１５μｍの厚さにシリコン窒化膜を振動板撓み防止層１２４として堆積させる。このシリコン窒化膜からなる撓み防止層１２４は、分離溝１２８内にも形成されることで振動板電極層１２３の端面側を被覆する。

次に、各図（ｄ）に示すように、リソエッチ法により振動板撓み防止層１２４としてのシリコン窒化膜及び絶縁膜１２２を通じて開口径２μｍの犠牲層除去孔１３０を形成し、また、インク供給口となる部分のシリコン窒化膜（振動板撓み防止層１２４）、絶縁膜１２２を除去する。

そして、例えば、ＳＦ_６プラズマ処理やＸｅＦ_２ガスによるドライエッチなどで犠牲層エッチングを行って、空隙１４、共通連通路１８、個別連通路１６、個別連通路孔１７となる部分のポリシリコン（犠牲層１１４、個別電極層１１２）を完全に除去することにより、空隙１４、共通連通路１８及び個別連通路１６を形成する。ここで、空隙１４と個別連通路１６は個別連通路孔１７を介して相互に連通している。なお、ここでは、犠牲層エッチングをドライエッチで行っているが、ＴＭＡＨ溶液、ＫＯＨ溶液のウェットエッチを用いても構わない。

次に、各図（ｅ）に示すように、犠牲層除去孔１３０の封止と振動板２０の剛性調整を目的として、常圧ＣＶＤ法により膜剛性調整膜１２５を形成する。このときの膜厚は、犠牲層除去孔１３０を封止可能な膜厚、例えば厚さ０．５μｍとする。なお、この工程を実施することにより、空隙１４は、封止され、外気と完全に遮断される。

その後、図示しないが、リソエッチ法によりインク供給口１０となる部分の膜剛性調整膜１２５を除去した後、異方性エッチング、例えばＩＣＰエッチャにより、シリコン基板１１０を表面から背面まで貫通するようにエッチングして、インク供給口１０を形成する。ここで、異方性エッチングでインク供給口１０を形成することにより、加工形状制御性、微細加工性、及び加工精度、並びに高密度化の面等において高い効果を得ることができる。

次に、各図（ｆ）に示すように、このアクチュエータ基板１表面全体に、被覆性の優れた蒸着重合法により接液膜１２６として樹脂膜を厚さ例えば１μｍで成膜する。これにより、振動板２０が形成される。その後、図示しない電極配線取り出しパッド部のみリソエッチ法により開口する。ここで、樹脂膜として用いる材料としては、例えばＰＢＯ膜(ポリベンゾオキサゾール)、ポリイミド膜、ポリパラキシリレンなどが挙げられるが、インクに対する耐腐食性があり、蒸着重合法であれば他のものでもよい。

その後、図示しないが、共通連通路１８に相互に連通した大気開放孔（ガス導入口１９）より、共通連通路１８、個別連通路１６、及び個別連通路孔１７を介して空隙１４内へ疎水性膜を形成する材料として、例えば、ＨＭＤＳを導入した後、大気開放孔を封止剤で封止する。この場合、封止剤は、空隙１４へは侵入せず、共通連通路１８で止まるようにする。このように、大気開放孔を封止剤で封止することにより、空隙１４内へ導入したガスが外部へ拡散することを防止し、かつ、外界からの異物や水分等の混入を防止することができ、信頼性の高いアクチュエータを得ることができる。

以上で、アクチュエータ基板１が完成するので、これに流路基板２及びノズル基板３を接合して液体吐出ヘッドが完成する。

次に、本発明の第２実施形態について図１４ないし図１７を参照して説明する。なお、図１４は同実施形態に係る液体吐出ヘッドにおけるアクチュエータ基板の要部平面説明図、図１５は図１４のＸ４−Ｘ４線に沿う断面説明図、図１６は図１４のＸ５−Ｘ５線に沿う断面説明図、図１７は図１４のＸ６−Ｘ６線に沿う断面説明図である。
この実施形態では、隔壁部１５の長手方向に沿って個別連通路１６を２つの個別連通路１６Ａ，１６Ｂに分離する個別連通路分離隔壁４０を設け、個別連通路１６Ａ，１６Ｂは隣り合う空隙１４、１４のいずれか一方に連通する構成としている。

つまり、アクチュエータ基板１上に流路基板２を接合する場合、流路基板２の液室間隔壁部９とアクチュエータ基板１の空隙間隔壁部１５を接着剤で圧着接合するが、このとき、アクチュエータ基板１の隔壁部１５の下側（下層）に個別連通路１６が形成されていることで、強度が不足すると接合時に隔壁部１５が破壊され不良となるおそれがある。

そこで、空隙間隔壁部１５の下側で個別連通路１６内に個別連通路分離隔壁４０を設けることにより、更に隔壁１５の強度が増すことにより、第１実施形態に比べて製造不良の低減、品質の安定化を図ることができる。

また、第１実施形態では、各個別連通路１６は、空隙間隔壁部１５の両側の空隙１４、１４と個別連通路孔１７を介して相互に連通しているため、隣接する一方のアクチュエータが駆動することによる空隙１４内の圧力変動の影響を他方のアクチュエータが受ける可能性があるが、この第２実施形態用のように個別連通路分離隔壁４０を設けることにより、隣接するアクチュエータの影響を確実に低減でき、駆動特性の安定化及び信頼性の向上を図ることができる。

なお、この第２実施形態におけるアクチュエータ基板１の製造工程は、個別電極側絶縁膜１１１を分離するパターンを変更することで対応することができる。

次に、本発明の第３実施形態について図１８を参照して説明する。なお、図１８は同実施形態におけるアクチュエータ基板の図１４のＸ３−Ｘ３線に沿う断面に相当する断面説明図である。
この第３実施形態では、シリコン基板１１０上の絶縁膜１１１に個別連通路１６Ａ、１６Ｂの一部を形成する掘り込み部４１ａ，４１ｂによる空間を形成し、個別連通路１６Ａ、１６Ｂの断面積を大きくしている。なお、共通連通路１８についても同様に絶縁膜１１１の一部を用いて断面積を大きくする。

これにより、前記第１、第２実施形態よりも個別連通路の断面積を大きくでき、十分なコンダクタンスが得られることにより、空隙へのガス導入等を効率よく行うことができ、製造工程の効率化、低コスト化を図ることができる。

次に、本発明の第４実施形態について図１９を参照して説明する。なお、図１９は同実施形態におけるアクチュエータ基板の図１４のＸ３−Ｘ３線に沿う断面に相当する断面説明図である。
この第４実施形態では、上記第３実施形態において、さらに、シリコン基板１１０にも個別連通路１６Ａ、１６Ｂの一部を形成する掘り込み部４２ａ，４２ｂによる空間を形成し、個別連通路１６Ａ、１６Ｂの断面積を第３実施形態よりも大きくしている。なお、共通連通路１８についても同様にシリコン基板１１０の一部を用いて断面積を大きくする。また、シリコン基板１１０の掘り込み部４２ａ，４２ｂの壁面は絶縁膜１１１ａを形成している。

これにより、前記第３実施形態よりも個別連通路の断面積を大きくでき、十分なコンダクタンスが得られることにより、空隙へのガス導入等を効率よく行うことができ、製造工程の効率化、低コスト化を図ることができる。

ここで、上記第３実施形態におけるアクチュエータ基板の製造工程について図２０を参照して説明する。
同図（ａ）に示すように、厚さ例えば４００μｍのシリコン基板１１０上に絶縁膜１１１を１．５μｍ形成する。次に、個別連通路の一部となる掘り込み部４１ａ、４１ｂをリソエッチ法で形成する。ここで、後の犠牲層エッチングでシリコン基板１１０がエッチングされないように掘り込み部４１ａ、４１ｂの底部には絶縁膜１１１の一部（例えば１００ｎｍ程度）残るようにする。

その後、同図（ｂ）に示すように、掘り込み部４１ａ、４１ｂが後の犠牲層エッチングでエッチングされるポリシリコン１６０で完全に埋まるように成膜し、同図（ｃ）に示すように、ＣＭＰ法で研磨して絶縁膜１１１の表面が露出するまでポリシリコン１６０を除去する。

次に、上記第４実施形態におけるアクチュエータ基板の製造工程について図２１を参照して説明する。
同図（ａ）に示すように、厚さ例えば４００μｍのシリコン基板１１０上に絶縁膜１１１を１．５μｍ形成する。次に、個別連通路の一部となる掘り込み部４１ａ、４１ｂをリソエッチ法でシリコン基板１１０が露出するまで掘り込み、更にリソエッチ法でシリコン基板１１０に個別連通路の一部となる掘り込み部４２ａ、４２ｂを形成する。そして、後の犠牲層エッチングでシリコン基板１１０がエッチングされないように掘り込み部４２ａ、４２ｂの壁面を酸化して酸化膜１１１ａを１００ｎｍ程度形成する。

その後、同図（ｂ）に示すように、掘り込み部４１ａ、４１ｂ及び掘り込み部４２ａ、４２ｂが後の犠牲層エッチングでエッチングされるポリシリコン１６０で完全に埋まるように成膜し、同図（ｃ）に示すように、ＣＭＰ法で研磨して絶縁膜１１１の表面が露出するまでポリシリコン１６０を除去する。

なお、上記第３実施形態及び第４実施形態についての製造工程の説明については、上記の各工程後、前述した第１実施形態で説明した同様に、個別電極層１１２の形成などを行い、犠牲層エッチングで掘り込み部４１ａ、４１ｂ、又は加えて掘り込み部４２ａ、４２ｂのポリシリコン１６０を除去する。

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの他の実施形態としての液体タンク一体型液体吐出ヘッドについて図２２を参照して説明する。
この液体タンク一体型液体吐出ヘッド８０は、ノズル８１等を有するヘッド部８２と、このヘッド部８２に対して供給するインクを収容するインクタンク（液体タンク）８３とを一体化したものである。これにより、信頼性の高い静電型アクチュエータを備えた液体タンク一体型液体吐出ヘッドを得ることができる。

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドを備える画像形成装置の一例について図２３及び図２４を参照して説明する。なお、図２３は同装置の機構部の全体構成を説明する概略構成図、図２４は同機構部の要部平面説明図である。
この画像形成装置はシリアル型画像形成装置であり、左右の側板２０１Ａ、２０１Ｂに横架したガイド部材である主従のガイドロッド２３１、２３２でキャリッジ２３３を主走査方向に摺動自在に保持し、図示しない主走査モータによってタイミングベルトを介して矢示方向（キャリッジ主走査方向）に移動走査する。

このキャリッジ２３３には、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色のインク滴を吐出するための本発明に係る液体吐出ヘッドからなる記録ヘッド２３４ａ、２３４ｂ（区別しないときは「記録ヘッド２３４」という。）を複数のノズルからなるノズル列を主走査方向と直交する副走査方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。

記録ヘッド２３４は、それぞれ２つのノズル列を有し、記録ヘッド２３４ａの一方のノズル列はブラック（Ｋ）の液滴を、他方のノズル列はシアン（Ｃ）の液滴を、記録ヘッド２３４ｂの一方のノズル列はマゼンタ（Ｍ）の液滴を、他方のノズル列はイエロー（Ｙ）の液滴を、それぞれ吐出する。

また、キャリッジ２３３には、記録ヘッド２３４のノズル列に対応して各色のインクを供給するためのヘッドタンク２３５ａ、２３５ｂ（区別しないときは「ヘッドタンク３５」という。）を搭載している。このサブタンク２３５には各色の供給チューブ３６を介して、各色のインクカートリッジ２１０から各色のインクが補充供給される。

一方、給紙トレイ２０２の用紙積載部（圧板）２４１上に積載した用紙２４２を給紙するための給紙部として、用紙積載部２４１から用紙２４２を１枚ずつ分離給送する半月コロ（給紙コロ）２４３及び給紙コロ２４３に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド２４４を備え、この分離パッド２４４は給紙コロ２４３側に付勢されている。

そして、この給紙部から給紙された用紙２４２を記録ヘッド２３４の下方側に送り込むために、用紙２４２を案内するガイド部材２４５と、カウンタローラ２４６と、搬送ガイド部材２４７と、先端加圧コロ２４９を有する押さえ部材２４８とを備えるとともに、給送された用紙２４２を静電吸着して記録ヘッド２３４に対向する位置で搬送するための搬送手段である搬送ベルト２５１を備えている。

この搬送ベルト２５１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ２５２とテンションローラ２５３との間に掛け渡されて、ベルト搬送方向（副走査方向）に周回するように構成している。また、この搬送ベルト２５１の表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ２５６を備えている。この帯電ローラ２５６は、搬送ベルト２５１の表層に接触し、搬送ベルト２５１の回動に従動して回転するように配置されている。この搬送ベルト２５１は、図示しない副走査モータによってタイミングを介して搬送ローラ２５２が回転駆動されることによってベルト搬送方向に周回移動する。

さらに、記録ヘッド２３４で記録された用紙２４２を排紙するための排紙部として、搬送ベルト２５１から用紙２４２を分離するための分離爪２６１と、排紙ローラ２６２及び排紙コロ２６３とを備え、排紙ローラ２６２の下方に排紙トレイ２０３を備えている。

また、装置本体１の背面部には両面ユニット２７１が着脱自在に装着されている。この両面ユニット２７１は搬送ベルト２５１の逆方向回転で戻される用紙２４２を取り込んで反転させて再度カウンタローラ２４６と搬送ベルト２５１との間に給紙する。また、この両面ユニット２７１の上面は手差しトレイ２７２としている。

さらに、キャリッジ２３３の走査方向一方側の非印字領域には、記録ヘッド２３４のノズルの状態を維持し、回復するための回復手段を含む本発明に係るヘッドの維持回復装置である維持回復機構２８１を配置している。この維持回復機構２８１には、記録ヘッド２３４の各ノズル面をキャピングするための各キャップ部材（以下「キャップ」という。）２８２ａ、２８２ｂ（区別しないときは「キャップ２８２」という。）と、ノズル面をワイピングするためのブレード部材であるワイパーブレード２８３と、増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける空吐出受け２８４などを備えている。

また、キャリッジ２３３の走査方向他方側の非印字領域には、記録中などに増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける液体回収容器であるインク回収ユニット（空吐出受け）２８８を配置し、このインク回収ユニット２８８には記録ヘッド２３４のノズル列方向に沿った開口部２８９などを備えている。

このように構成したこの画像形成装置においては、給紙トレイ２０２から用紙２４２が１枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙２４２はガイド２４５で案内され、搬送ベルト２５１とカウンタローラ２４６との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド２３７で案内されて先端加圧コロ２４９で搬送ベルト２５１に押し付けられ、略９０°搬送方向を転換される。

このとき、帯電ローラ２５６に対してプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返すように、つまり交番する電圧が印加され、搬送ベルト２５１が交番する帯電電圧パターン、すなわち、周回方向である副走査方向に、プラスとマイナスが所定の幅で帯状に交互に帯電されたものとなる。このプラス、マイナス交互に帯電した搬送ベルト２５１上に用紙２４２が給送されると、用紙２４２が搬送ベルト２５１に吸着され、搬送ベルト２５１の周回移動によって用紙２４２が副走査方向に搬送される。

そこで、キャリッジ２３３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド２３４を駆動することにより、停止している用紙２４２にインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙２４２を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙２４２の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙２４２を排紙トレイ２０３に排紙する。

この画像形成装置は本発明に係る液体吐出ヘッドを搭載しているので、信頼性が向上し、安定して高画質画像を形成することができる。

次に、本発明に係る静電型アクチュエータを備えたマイクロデバイスとしてのマイクロポンプについて図２５を参照して説明する。なお、同図は同マイクロポンプの要部断面説明図である。
このマイクロポンプは、本発明に係る静電型アクチュエータで構成したアクチュエータ基板４０１と、流路基板４０２とを有し、流路基板４０２には流体が流れる流路４０３を形成している。アクチュエータ基板４０１は、流路４０３の壁面を形成する振動板４１２と、この振動板４１２の変形可能領域４１１に犠牲層エッチングで形成した空隙（ギャップ）４１３を介して対向する個別電極４１４とを備えている。

このアクチュエータ基板４０１の構成も前記液体吐出ヘッドの各実施形態と同様であり、シリコン基板４２１上に絶縁膜４２２を形成し、この絶縁膜４２２上に個別電極４１４を形成して絶縁膜４２５で被覆し、この絶縁膜４２５上に犠牲層４２７を形成し、更に振動板４１２のうちの一部の膜を形成した後犠牲層エッチングを行なって空隙４１３を形成したものであり、空隙４１３間の隔壁部４３１の下側に個別連通路４３２を形成するとともに、絶縁膜４２５に図示しないが個別連通路４３２と空隙４１３を連通する個別連通路孔を形成し、更に個別連通路４３２がそれぞれ連通する共通連通路を形成したものである。

このマイクロポンプの動作原理を説明すると、前述した液体吐出ヘッドの場合と同様に、個別電極２１４に対して選択的にパルス電位を与えることによって振動板４１１との間で静電力による吸引作用が生じるので、振動板４１２が電極４１４側に変形する。ここで、振動板４１２の変形可能領域４１１を図中右側から順次駆動することによって流路４０３内の流体は、矢印方向へ流れが生じ、流体の輸送が可能となる。

このように、本発明に係る静電型アクチュエータを備えることで、信頼性の高い静電型アクチュエータを備え、安定した液体輸送が可能な小型で低消費電力のマイクロポンプを得られる。なお、輸送効率を上げるために、変形可能領域間に１又は複数の弁、例えば逆止弁などを設けることもできる。

次に、本発明に係る静電型アクチュエータを備えた光学デバイスの一例について図２６を参照して説明する。なお、同図は同デバイスの概略構成図である。
この光学デバイスは、表面が光を反射可能でかつ変形可能な振動板に相当するミラー５００を含むアクチュエータ基板５０１を有している。ミラー５００の表面は反射率を増加させるため誘電体多層膜や金属膜を形成する（これらは樹脂膜表面に形成する）と良い。

アクチュエータ基板５０１は、絶縁膜５２２を形成したベース基板５２１上に、変形可能なミラー５００と、このミラー５００の変形可能領域５１１に所定の空隙５１３を介して対向する電極５１４とを備えている。また、電極５１４上には絶縁膜５２５を形成し、空隙５１３は犠牲層５２７をエッチングして形成している。また、空隙５１３間の隔壁部５３１の下側に個別連通路５３２を形成するとともに、絶縁膜５２５に図示しないが個別連通路５３２と空隙５１３を連通する個別連通路孔を形成し、更に個別連通路５３２がそれぞれ連通する共通連通路を形成したものである。その他の構成についても、振動板がミラー面を有する構成となっている点が、前述の液体吐出ヘッドの実施形態で説明した静電型アクチュエータと異なるだけであるので、詳細な図示及び説明は省略する。

この光学デバイスの原理を説明すると、前述した静電型アクチュエータの場合と同様に、電極５１４に対して選択的にパルス電位を与えることによって、電極５１４と対向するミラー５００の変形可能領域５１１間で静電力による吸引作用が生じるので、ミラー５００の変形可能領域５１１が凹状に変形して凹面ミラーとなる。したがって、光源５４０からの光がレンズ５４１を介してミラー５００に照射された場合、ミラー５００を駆動しないときには、光は入射角と同じ角度で反射するが、ミラー５００を駆動した場合は駆動された変形可能領域５１１が凹面ミラーとなるので反射光は発散光となる。これにより光変調デバイスが実現できる。

このように、本発明に係る静電型アクチュエータを備えることで、小型で低消費電力の光学デバイスを得ることができる。

そこで、この光学デバイスを応用した例を図２７をも参照して説明する。この例は、上述した光学デバイスを２次元に配列し、各ミラー５００の変形可能領域５１１を独立して駆動するようにしたものである。なお、ここでは、４×４の配列を示しているが、これ以上配列することも可能である。

したがって、前述した図２６と同様に、光源５４０からの光はレンズ５４１を介してミラー５００に照射され、ミラー５００を駆動していないところに入射した光は、投影用レンズ５４２へ入射する。一方、電極５１４に電圧を印加してミラー５００の変形可能領域５１１を変形させている部分は凹面ミラーとなるので光は発散し投影用レンズ５４２にほとんど入射しない。この投影用レンズ５４２に入射した光はスクリーン（図示しない）などに投影され、スクリーンに画像を表示することができる。

なお、上記実施形態においては、液体吐出ヘッドとしては、狭義のインク以外にも、例えば、液体レジストを液滴として吐出する液体吐出ヘッド、ＤＮＡの試料を液滴として吐出する液体吐出ヘッドなどの他の液体吐出ヘッドにも適用できる。また、静電型アクチュエータは、マイクロポンプ、光学デバイス（光変調デバイス）、マイクロスイッチ（マイクロリレー）、マルチ光学レンズのアクチュエータ（光スイッチ）、マイクロ流量計、圧力センサなどにも適用することができる。

本発明の第１実施形態に係る静電型アクチュエータを備えた本発明に係る液体吐出ヘッドの斜視説明図である。 同ヘッドの分解斜視説明図である。 同ヘッドのアクチュエータ基板の要部平面説明図である。 同アクチュエータ基板の説明に供する要部平面説明図である。 図４のＹ１−Ｙ１線に沿う断面説明図である。 図４のＹ２−Ｙ２線に沿う断面説明図である。 図４のＸ１−Ｘ１線に沿う断面説明図である。 図４のＸ２−Ｘ２線に沿う断面説明図である。 図４のＸ３−Ｘ３線に沿う断面説明図である。 同アクチュエータ基板に対するガス導入経路の説明に供する平面説明図である。 比較例におけるアクチュエータ基板に対するガス導入経路の説明に供する平面説明図である。 同ヘッドのアクチュエータ基板の製造工程の説明に供する図４のＸ２−Ｘ２線に沿う断面に相当する断面説明図である。 同じく図４のＸ３−Ｘ３線に沿う断面に相当する断面説明図である。 本発明の第２実施形態におけるアクチュエータ基板の要部平面説明図である。 図１４のＸ４−Ｘ４線に沿う断面説明図である。 図１４のＸ５−Ｘ５線に沿う断面説明図である。 図１４のＸ６−Ｘ６線に沿う断面説明図である。 本発明の第３実施形態におけるアクチュエータ基板の要部断面説明図である。 本発明の第４実施形態におけるアクチュエータ基板の要部断面説明図である。 本発明の第３実施形態におけるアクチュエータ基板の製造工程の説明に供する要部断面説明図である。 本発明の第４実施形態におけるアクチュエータ基板の製造工程の説明に供する要部断面説明図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドの他の例の説明に供する斜視説明図である。 本発明に係る画像形成装置の一例を説明する側面説明図である。 同画像形成装置の要部平面説明図である。 本発明に係るマイクロポンプの一例を説明する模式的説明図である。 本発明に係る光学デバイスの一例を説明する説明図である。 同光学デバイスの応用例の説明に供する斜視説明図である。

符号の説明

１…アクチュエータ基板
２…流路基板
３…ノズル基板
４…ノズル
５…ノズル連通路
６…液室（吐出室）
７…流体抵抗部
９…液室間隔壁
１０…共通液室
１２…個別電極（固定電極）
１４…空隙
１５…空隙間隔壁部
１６、１６Ａ、１６Ｂ…個別連通路
１７…個別連通路孔
１８…共通連通路
１９…ガス導入口
２０…振動板
８０…液体吐出ヘッド
２３５…記録ヘッド
４０１、５０１…アクチュエータ基板

Claims (8)

1. 液滴を吐出する複数のノズルと、各ノズルが連通する複数の液室と、各液室の少なくとも一部の壁面を形成する振動板及びこの振動板に空隙を介して対向する固定電極を備え、前記振動板と固定電極間の静電力と前記振動板の機械的変位により前記ノズルから液滴を吐出させる液体吐出ヘッドにおいて、
   前記複数の液室に対応して複数の前記空隙が隔壁部を介して配置され、
   隣り合う前記空隙間の隔壁部の長手方向に沿って個別連通路が設けられるとともに、この個別連通路を前記空隙と連通させる孔が前記隔壁部の長手方向の異なる位置に複数設けられ、
   更に各個別連通路を相互に連通する共通連通路が設けられている
   ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 請求項１に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記個別連通路は前記複数の孔を介して隣り合う前記空隙の一方の空隙に連通していることを特徴とする液体吐出ヘッド。
3. 請求項１に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記個別連通路は前記複数の孔を介して隣り合う両方の前記空隙に連通していることを特徴とする液体吐出ヘッド。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の液体吐出ヘッドにおいて、吐出される液体を収容する液体タンクが一体化されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
5. 液体吐出ヘッドを備えて画像を形成する画像形成装置において、請求項１ないし４のいずれかに記載の液体吐出ヘッドを備えていることを特徴とする画像形成装置。
6. 変形可能な振動板及びこの振動板に空隙を介して対向する固定電極を備えて、前記振動板と固定電極間の静電力で前記振動板を変形させる静電型アクチュエータにおいて、
   複数の前記空隙が隔壁部を介して配置され、
   隣り合う前記空隙間の隔壁部の長手方向に沿って個別連通路が設けられるとともに、この個別連通路を前記空隙と連通させる孔が前記隔壁部の長手方向の異なる位置に複数設けられ、
   更に各個別連通路を相互に連通する共通連通路が設けられている
   ことを特徴とする静電型アクチュエータ。
7. 静電型アクチュエータによって液体を輸送するマイクロポンプにおいて、前記静電型アクチュエータが請求項６に記載の静電型アクチュエータであることを特徴とするマイクロポンプ。
8. 静電型アクチュエータによって光の反射方向を変化させる光学デバイスにおいて、前記静電型アクチュエータが請求項６に記載の静電型アクチュエータであることを特徴とする光学デバイス。

Images