JP2009125972A - 液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吐出量を変化させることができる構造の液滴吐出ヘッド等を得る。
【解決手段】液体を液滴として吐出するノズル３１と、変形により液体を加圧する振動板２２を有し、ノズル３１に連通する液体の流路上に設けられる吐出室２１と、振動板２２との間で静電気力を発生させて、振動板２２を変形させる個別電極１２Ａとを備える液滴吐出ヘッドであって、個別電極１２Ａは、振動板２２に向かって、絶縁膜１６を介して積層された複数の個別電極１２Ａからなり、この個別電極部１２Ａは、振動板２２に近い個別電極部１２Ａほど、振動板２２と対向する面積が小さくなっているものである。
【選択図】図２

Description

本発明は液滴吐出ヘッド、その液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置に関するものである。

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、圧力センサ等がある。

液滴吐出方式（代表的なものとして、インクを吐出して印刷等を行うために用いるインクジェットがある）は、家庭用、工業用を問わず、あらゆる分野の印刷（プリント）等に利用されている。液滴吐出方式は、微細加工素子である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体を吐出するものである。近年では、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、有機電界発光（Organic ElectroLuminescence ）素子を用いた表示基板（ＯＬＥＤ）、ＤＮＡ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。

液滴吐出方式を実現する吐出ヘッドとして、流路上の吐出液体を溜めておく吐出室の少なくとも一面の壁（例えば底壁とする。この壁は他の壁と一体形成されているが、以下、この壁のことを振動板ということにする）が撓んで形状が変化するようにしておき、振動板を撓ませて吐出室内の圧力を高め、吐出室と連通するノズルから液滴を吐出させるものがある。

静電方式による液滴吐出ヘッドの場合には、可動電極である振動板と、振動板と対向する固定電極である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つける。その後、静電力を弱める又は発生を停止させると、変形（変位）した振動板が元に戻って平衡状態になろうとする復元力（弾性力）の方が働くため、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、液滴を吐出する（例えば特許文献１参照）。

特開２００５−００７７３５号公報

上記のように、液滴吐出ヘッドでは、ノズルに連通する流路上において振動板が振動しているが、基本的に個別電極に電荷を供給する又はしないことによる、二者選択的な駆動可否の制御しかできないものが多い。しかしながら、液滴吐出ヘッドにおいては、印刷の高画質化、高速化を図るため、着弾場所当たりの液滴吐出量（以下、吐出量という。液滴の径も吐出量に基づいて変化する）を変更できるように、各ノズルに対応する静電アクチュエータを制御したいという要求が高い。

そこで、本発明では、吐出量を変化させることができる構造の液滴吐出ヘッド等を得ることを目的とする。

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と、変形により液体を加圧する振動板を有し、ノズルに連通する液体の流路上に設けられる吐出室と、振動板との間で静電気力を発生させて、振動板を変形させる個別電極部とを備える液滴吐出ヘッドであって、個別電極部は、絶縁膜を介して積層された複数の個別電極からなり、個別電極は、振動板に近い個別電極ほど、振動板と対向する面積が小さくなっているものである。
本発明によれば、個別電極ごとに振動板と対向する面積を異ならせ、そのうちの１又は複数の個別電極と振動板との間で静電気力を発生させるようにして、振動板による当接面積（排除体積）を変化させるようにしたので、ノズルから吐出する液滴の吐出量を変化させることができる。したがって、必要に応じて複数種の吐出量を使い分けることができる。そのため、インク等を吐出して画像印刷を行う場合には高画質化を図ることができる。

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、個別電極ごとに振動板と当接する面積が異なる。
このため、ノズルから吐出する液滴の吐出量の種類を増加させることができる。

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、ノズルに近い方から遠い方に向けて、順に振動板と当接する面積が大きくなっている。
本発明によれば、ノズルに近い方から遠い方に向けて、順に振動板と当接する面積が大きくなっているので、静電力が小さくてもノズルからの液滴吐出を期待できる。

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搭載したものである。
本発明によれば、上記の液滴吐出ヘッドを搭載しているので、吐出量を制御することができ、例えば、画像印刷等の用途の場合、高画質化を図ることができる。

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１では、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。液滴吐出ヘッドは、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。ここで、ノズル３１が並んでいる方向を液滴吐出ヘッドの短手方向とし、各ノズルへの液体の流路が形成されている方向を液滴吐出ヘッドの長手方向とする。

図１に示すように、本実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドは、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。例えば電極基板１０とキャビティ基板２０とは陽極接合により接合している。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している。

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。この電極基板１０の表面には、例えば深さ約０．３μｍを有する凹部１１が複数形成されている。そして、各凹部１１の内側（特に底部）に、キャビティ基板２０の振動板２２と対向するように、固定電極部となる矩形状の個別電極１２Ａが設けられている。個別電極１２Ａには、リード部１３Ａ及び端子部１４Ａが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部１２として説明する）。本実施の形態１においては、絶縁膜１６を介して第１電極１２ｉ及び第２電極１２ｉｉを積層して電極部１２を形成している。なお、詳細については、図２において後述する。

振動板２２と電極部１２との間には、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）が凹部１１により形成されている。また、電極基板１０には、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となる液体供給口１７となる貫通穴が設けられている。

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）を主要な材料としている。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）には、振動板２２を電極部１２と電気的に絶縁して貼付き等を防止するため、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ＳｉＯ₂ 膜をいう）による絶縁膜２３を０．１μｍ（１００ｎｍ）成膜している。ここでは絶縁膜２３をＴＥＯＳ膜で形成しているが、例えばＡｌ₂Ｏ₃（酸化アルミニウム（アルミナ））等を用いてもよい。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。

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。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１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ダイヤフラム３２がさらに設けられている。また、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。

図２は実施の形態１における液滴吐出ヘッドの断面図である。図２では液滴吐出ヘッドを短手方向から見ている。吐出室２１はノズル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。

本実施の形態１では、各ノズル３１に連通する流路上の振動板２２を振動（変位）させるための電極部１２を、凹部１１から振動板２２に向かって、第１電極１２ｉと第２電極１２ｉｉとを絶縁膜１６を介して積層して形成している。第１電極１２ｉは、例えばスパッタリング等により、酸化錫を不純物としてドープした、可視光領域で透明のＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：インジウム錫酸化物）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。この第１電極１２ｉは、第１個別電極１２Ａｉ、第１リード部１３Ａｉ及び第１端子部１４Ａｉから構成されている。

第１電極１２ｉの上面には、少なくとも第２電極１２ｉｉが形成される範囲に絶縁膜１６となる例えばＴＥＯＳ膜が形成されている。この絶縁膜１６の上面には、第２電極１２ｉｉが、例えばスパッタリング等により、酸化錫を不純物としてドープした、可視光領域で透明のＩＴＯを約０．１μｍの厚さで成膜することで形成される。この第２電極１２ｉｉは、第２個別電極１２Ａｉｉ、第２リード部１３Ａｉｉ及び第２端子部１４Ａｉｉから構成されている。

第２個別電極１２Ａｉｉが振動板２２と対向する範囲の面積は、第１個別電極１２Ａｉが振動板２２と対向する範囲の面積よりも小さくなっている。このため、第１個別電極１２Ａｉには、第２個別電極１２Ａｉｉと対向しない範囲である第１被当接部１５ｉがノズル３１側に形成されている。ここで、第２個別電極１２Ａｉｉが振動板２２と対向する範囲を第２被当接部１５ｉｉとする。

本実施の形態１では、第１被当接部１５ｉと第２被当接部１５ｉｉの面積が異なる。ここでは、静電力が小さくてもノズル３１からの液滴吐出に必要な復元圧力が期待できるように、ノズル３１に近い方の第１被当接部１５ｉの面積が小さくなっており、第１被当接部１５ｉの面積＜第２被当接部１５ｉｉの面積となっている。また、第１被当接部１５ｉの面積を小さくすることにより、メニスカス振動によりインクの膜化を防止して、安定吐出を実現することも可能となる。

第１電極１２ｉに電圧を印加し、電荷を供給することで第１個別電極１２Ａｉに静電力が発生するが、このとき第２電極１２ｉｉへ第１個別電極１２Ａｉに発生する静電力を打ち消す電荷を供給するための電圧を印加することで、第１個別電極１２Ａｉの第１被当接部１５ｉのみに静電力が発生する。第２電極１２ｉｉに電圧を印加し、電荷を供給することで第２個別電極１２Ａｉｉ、つまり第２被当接部１５ｉｉに静電力が発生する。第１電極１２ｉ及び第２電極１２ｉｉに電圧を印加し、電荷を供給することで、第１個別電極１２Ａｉ及び第２個別電極１２Ａｉｉ、つまり第１被当接部１５ｉ及び第２被当接部１５ｉｉに静電力が発生する。このように、第１電極１２ｉ及び第２電極１２ｉｉに対する電圧印加を選択制御し、電荷供給により発生させる静電力を制御することにより、ノズル３１から吐出する液滴の吐出量を変化させる。

また、本実施の形態１では、上述のように、電極部１２を、凹部１１から振動板２２に向かって、第１電極１２ｉと第２電極１２ｉｉとを絶縁膜１６を介して積層して形成している。このため、電極取り出し部２６に露出している第１端子部１４Ａｉ及び第２端子部１４Ａｉｉは、従来の液滴吐出ヘッド同様にキャビティ基板２０の外部まで延設することが可能となっている。本実施の形態１では、ドライバＩＣ４８との配線を容易にするため、第１端子部１４Ａｉを第２端子部１４Ａｉｉよりも長く設け、第１端子部１４Ａｉと第２端子部１４Ａｉｉとが対向しない範囲を設けている。
つまり、第１端子部１４Ａｉと第２端子部１４Ａｉｉとの端部を階段状に設け、ドライバＩＣ４８との配線を容易にしている。

なお、第１端子部１４Ａｉ及び第２端子部１４Ａｉｉの形状は、本実施の形態１に示す形状に限られず、例えば以下に示す図３のように形成してもよい。
図３は、本実施の形態１に係る電極取り出し部２６の別の一例を示す概略図である。図３（ａ）は電極取り出し部２６に露出している第１端子部１４Ａｉ及び第２端子部１４Ａｉｉを上方に向かって延設した例であり、図３（ａ１）は上面図、図３（ａ２）は側面断面図を示す。また、図３（ｂ）は電極取り出し部２６に露出している第１端子部１４Ａｉ及び第２端子部１４Ａｉｉを前方（液滴吐出ヘッドの短手方向）に向かって延設した例であり、図３（ｂ１）は上面図、図３（ｂ２）は側面断面図を示す。

図３（ａ）に示すように、電極取り出し部２６に露出している第１端子部１４Ａｉ及び第２端子部１４Ａｉｉを上方に向かって延設することによって、横方向（液滴吐出ヘッドの長手方向）に配線スペースが無い場合でも、ドライバＩＣ４８との配線を容易にすることができる。図３（ｂ）に示すように、電極取り出し部２６に露出している第１端子部１４Ａｉ及び第２端子部１４Ａｉｉを前方（液滴吐出ヘッドの短手方向）に向かって延設することによって、上方向に配線スペースが無い場合でも、ドライバＩＣ４８との配線を容易にすることができる。

また、この電極取り出し部２６には、図２に示すように、異物、水分（水蒸気）等がギャップに浸入しないように、ギャップと外の空間とを遮断し、密閉するための封止材２５が設けられている。

図４は駆動制御回路４０を中心とする構成を表す図である。図４に基づいて、振動板２２の当接、離脱の制御を行い、液滴吐出ヘッド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。

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、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、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、電極部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。

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を介して電気的に第１端子部１４Ａｉ、第２端子部１４Ａｉｉ、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（振動板２２）及び電極部１２への電荷供給に関し、開始（充電）、保持及び放電を実際に行う手段である。電荷供給、保持、放電を繰り返すことにより振動板２２と電極部１２との間に電位差を生じさせている（電圧印加を行っている）。

電荷供給（電圧印加）により振動板２２と電極部１２との間に静電力が発生し、振動板２２は電極部１２側に引き寄せられて撓み、当接する。このため吐出室２１の容積（排除体積）は広がる。静電力の発生を停止したときに振動板２２が元に戻ろうとして電極部１２から離脱するが、このときの復元力による圧力（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。このとき、第１被当接部１５ｉ、第２被当接部１５ｉｉ、または第１被当接部１５ｉ及び第２被当接部１５ｉｉのいずれかに選択的に静電力を発生させることにより、所定の吐出量に設定することができる。

図５は本発明の実施の形態１に係る吐出量の制御例を表す図である。次に図５に基づいて、駆動制御回路４０が行うノズル３１から吐出する吐出量の制御例について説明する。ここで、第１被当接部１５ｉ、第２被当接部１５ｉｉが振動板２２と当接する当接面積をそれぞれＳ１、Ｓ２とし、その比率を例えばＳ１：Ｓ２＝１：２とする。
なお、第１個別電極１２Ａｉと振動板２２との間のギャップ量Ｇｉと、第２個別電極１２Ａｉｉと振動板２２との間のギャップ量Ｇｉｉとは、第２個別電極１２Ａｉｉ及び絶縁膜１６の合計膜厚分異なる。しかしながら、第２個別電極１２Ａｉｉ及び絶縁膜１６の合計膜厚は小さいためＧｉ≒Ｇｉｉと近似できる。このため、ノズル３１からの吐出量は、当接面積にほぼ比例する。

図５（ａ）は、第１被当接部１５ｉと振動板２２との間に静電力を発生させた場合を表している。このとき当接面積はＳ１ということになる。当接面積が最も小さいため、排除体積が少なく、（振動板２２が元に戻る際の復元圧力も小さく、）吐出量は最も少ない。また、図５（ｂ）は、第２被当接部１５ｉｉと振動板２２との間に静電力を発生させた場合を表している。このとき当接面積はＳ２ということになる。当接面積がＳ１よりも大きいため、図５（ａ）の場合よりも排除体積が多く、（復元圧力が大きく）吐出量が多くなる。そして、図５（ｃ）は、第１被当接部１５ｉ及び第２被当接部１５ｉｉと振動板２２との間に静電力を発生させた場合を表している。このとき当接面積はＳ１＋Ｓ２ということになる。当接面積が最も大きいため、排除体積も多く（復元圧力も大きく）なり、吐出量は最も多くなる。

以上のように実施の形態１の液滴吐出ヘッドによれば、振動板２２を振動（変位）させるための電極部１２を、凹部１１から振動板２２に向かって、第１電極１２ｉと第２電極１２ｉｉとを絶縁膜１６を介して積層して形成し、第１電極１２ｉと第２電極１２ｉｉのそれぞれに被当接部１５（第１被当接部１５ｉと第２被当接部１５ｉｉ）を備えている。このため、第１被当接部１５ｉ、第２被当接部１５ｉｉのいずれか一方又は両方に振動板２２との間で静電力を発生させ、振動板２２の当接面積を変化させるようにしたので、ノズル３１から吐出する液滴の吐出量を変化させることができる。そのため、必要に応じて複数種の吐出量を使い分けることができる。このとき、例えば第１被当接部１５ｉと第２被当接部１５ｉｉとの面積比率を所定の比率にすることで、吐出量の変化の幅を調整することができる。

実施の形態２．
図６は実施の形態２に係る液滴吐出ヘッドの断面図である。実施の形態１では電極部１２を、第１電極１２ｉ及び第２電極１２ｉｉを絶縁膜１６を介して積層して形成したが、本実施の形態２では、第１電極１２ｉ、第２電極１２ｉｉ及び第３電極１２ｉｉｉを絶縁膜１６を介して積層して形成している。

第２電極１２ｉｉの上面には、少なくとも第３電極１２ｉｉｉが形成される範囲に絶縁膜１６となる例えばＴＥＯＳ膜が形成されている。この絶縁膜１６の上面には、第３電極１２ｉｉｉが、例えばスパッタリング等により、酸化錫を不純物としてドープした、可視光領域で透明のＩＴＯを約０．１μｍの厚さで成膜することで形成される。この第３電極１２ｉｉｉは、第３個別電極１２Ａｉｉｉ、第３リード部１３Ａｉｉｉ及び第３端子部１４Ａｉｉｉから構成されている。

第３個別電極１２Ａｉｉｉが振動板２２と対向する範囲の面積は、第２個別電極１２Ａｉｉが振動板２２と対向する範囲の面積よりも小さくなっている。このため、第２個別電極１２Ａｉｉには、第３個別電極１２Ａｉｉｉと対向しない範囲である第２被当接部１５ｉｉがノズル３１側に形成されている。ここで、第３個別電極１２Ａｉｉｉが振動板２２と対向する範囲を第３被当接部１５ｉｉｉとする。

第１被当接部１５ｉ、第２被当接部１５ｉｉ及び第３被当接部１５ｉｉｉは、それぞれの面積（大きさ）が異なる。ここで、ノズル３１に近い方の被当接部１５の面積を小さくするようにし、さらに被当接部１５の面積順に並ぶようにして、第１被当接部１５ｉの面積＜第２被当接部１５ｉｉの面積＜第３被当接部１５ｉｉｉの面積であるものとする。

本実施の形態２では、各ノズル３１に連通する流路上の振動板２２を振動（変位）させるための被当接部１５を３つ（第１被当接部１５ｉ、第２被当接部１５ｉｉ及び第３被当接部１５ｉｉｉ）設けている。そして、面積の異なる第１被当接部１５ｉ、第２被当接部１５ｉｉ及び第３被当接部１５ｉｉｉに対して電荷供給を選択制御し、選択された電極部１２の面積に基づく静電力の違いにより、ノズル３１から吐出する液滴の吐出量を変化させる。特に本実施の形態２では、第１被当接部１５ｉ、第２被当接部１５ｉｉ及び第３被当接部１５ｉｉｉについて、それぞれ面積が異なるので、吐出量の変化の幅を大きくすることができる。

図７は３つの被当接部１５の面積比率、電圧印加を行う組み合わせ等の関係を表す図である。ここで、第１被当接部１５ｉ、第２被当接部１５ｉｉ及び第３被当接部１５ｉｉｉの面積をそれぞれＳ１、Ｓ２、Ｓ３とする。例１ではＳ１：Ｓ２：Ｓ３＝１：２：３とし、また例２ではＳ１：Ｓ２：Ｓ３＝１：２：４、例３ではＳ１：Ｓ２：Ｓ３＝１：３：５とする。

図８及び図９は本発明の実施の形態２に係る吐出量の制御例を表す図である。次に図８及び図９に基づいて、駆動制御回路４０が行うノズル３１から吐出する吐出量の制御例について説明する。

図８（ａ）は、第１被当接部１５ｉと振動板２２との間に静電力を発生させた場合を表している。このとき当接している部分の面積はＳ１ということになる。
当接面積が最も小さいため、排除体積が少なく、（振動板２２が元に戻る際の復元圧力も小さく、）吐出量は最も少ない。また、図８（ｂ）は、第２被当接部１５ｉｉと振動板２２との間に静電力を発生させた場合を表している。このとき当接している部分の面積はＳ２ということになる。当接面積が２番目に小さいため、吐出量も２番目に少ない。さらに、図８（ｃ）は、第３被当接部１５ｉｉｉと振動板２２との間に静電力を発生させた場合を表している。このとき当接している部分の面積はＳ３ということになる。そして、図８（ｄ）は、第１被当接部１５ｉ及び第２被当接部１５ｉｉと振動板２２との間に静電力を発生させた場合を表している。このとき当接している部分の面積はＳ１＋Ｓ２ということになる。

図９（ｅ）は、第１被当接部１５ｉ及び第３被当接部１５ｉｉｉと振動板２２との間に静電力を発生させた場合を表している。このとき当接している部分の面積はＳ１＋Ｓ３ということになる。ここで、図９（ｅ）のような場合、第２被当接部１５ｉｉの長さ等によっては、第１被当接部１５ｉ、第３被当接部１５ｉｉｉの静電力の影響が及ぶこともあるため、場合によっては、後述の図９（ｆ）よりも排除体積が多くなる可能性もある。また、図９（ｆ）は、第２被当接部１５ｉｉ及び第３被当接部１５ｉｉｉと振動板２２との間に静電力を発生させた場合を表している。このとき当接している部分の面積はＳ２＋Ｓ３ということになる。そして、図９（ｇ）は、第１被当接部１５ｉ、第２被当接部１５ｉｉ及び第３被当接部１５ｉｉｉと振動板２２との間に静電力を発生させた場合を表している。このとき当接している部分の面積はＳ１＋Ｓ２＋Ｓ３ということになる。当接面積が最も大きいため、吐出量が最も多い。

以上のように実施の形態２の液滴吐出ヘッドによれば、振動板２２を振動（変位）させるための電極部１２を、凹部１１から振動板２２に向かって、第１電極１２ｉ、第２電極１２ｉｉ及び第３電極１２ｉｉｉを絶縁膜１６を介して積層して形成し、第１電極１２ｉ、第２電極１２ｉｉ及び第３電極１２ｉｉｉのそれぞれに被当接部１５（第１被当接部１５ｉ、第２被当接部１５ｉｉ及び第３被当接部１５ｉｉｉ）を備えている。このため、第１被当接部１５ｉ、第２被当接部１５ｉｉ及び第３被当接部１５ｉｉｉを組み合わせて振動板２２との間で静電力を発生させることで、振動板２２の当接面積を変化させ、ノズル３１から吐出する液滴の吐出量を変化させることができる。そのため、必要に応じて複数種の吐出量を使い分けることができる。また、３つの被当接部１５の面積比率を変えることによって、所望の液滴の吐出量が得られるように調整することができる。

実施の形態３．
図１０は４つの被当接部１５を設けた場合のそれぞれの面積比率、電圧印加を行う組み合わせ等の関係を表す図である。ここで、４つの被当接部１５の面積をそれぞれＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４とする。例１ではＳ１：Ｓ２：Ｓ３：Ｓ４＝１：２：３：４とし、また例２ではＳ１：Ｓ２：Ｓ３：Ｓ４＝１：２：４：８、例３ではＳ１：Ｓ２：Ｓ３：Ｓ４＝１：３：５：７とする。このとき、４つの被当接部１５を設けた場合には１５通りの組み合わせを行うことができる。このように被当接部１５の数ｎを増やしていくことにより、２ⁿ −１通り（ｎ≧２）の組み合わせで電圧印加の制御を行うことができる。被当接部１５の数ｎ（特にｎ≧３）が多い方が吐出量のバリエーションを多くすることができるというさらなる効果を発揮することができる。

実施の形態４．
上述の実施の形態では、振動板２２の形状に合わせて、被当接部１５の形状をそれぞれ長方形としたが、これに限定するものではない。例えば正方形、円形等とすることもできる。

また、上述の実施の形態では、矩形状の振動板２２の長手方向に電極部１２を並べて設けるようにしたが、例えば短手方向に並べて設けるようにしてもよい。この場合でも、上述の実施の形態と同様に、吐出量を変化させることができる。

さらに、駆動制御回路４０により、例えば図９（ｅ）のように第１被当接部１５ｉと第３被当接部１５ｉｉｉとの組み合わせにおいて、第３被当接部１５ｉｉｉが第１被当接部１５ｉよりも当接した振動板２２を若干早く離脱させるようにし、ノズル３１の方向の加圧を大きくする等の制御を行うようにしてもよい。

実施の形態５．
例えば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について説明したがこれに限定されるものではない。例えば、吐出室２１とリザーバ２４とをそれぞれ別の基板に形成し、積層した４層の基板で構成した液滴吐出ヘッドについても適用することができる。

実施の形態６．
図１１は上述の実施の形態で製造した液滴吐出ヘッド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１２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１１及び図１２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１２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。

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から各電極部１２に対する電荷供給を制御して電圧を印加し、各振動板２２を振動させ、吐出量を変化させながらプリント紙１１０に印刷を行わせる。

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から吐出させるようにしてもよい。また、液滴吐出ヘッド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。

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。 実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの断面図である。 実施の形態１に係る電極取り出し部２６の別の一例を示す概略図である。 駆動制御回路４０を中心とする構成を表す図である。 実施の形態１に係る吐出量の制御例を表す図である。 実施の形態２に係る液滴吐出ヘッドの断面図である。 ３つの個別電極の面積比率、組み合わせ等の関係を表す図である。 実施の形態２に係る吐出量の制御例を表す図（その１）である。 実施の形態２に係る吐出量の制御例を表す図（その２）である。 ４つの個別電極の面積比率、組み合わせ等の関係を表す図である。 液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出装置の外観図である。 液滴吐出装置の主要な構成手段の一例を表す図である。

符号の説明

１０ 電極基板、１１ 凹部、１２ 電極部、１２ｉ 第１電極、１２ｉｉ 第２電極、１２ｉｉｉ 第３電極、１２Ａ 個別電極部、１２Ａｉ 第１個別電極、１２Ａｉｉ 第２個別電極、１２Ａｉｉｉ 第３個別電極、１３Ａ リード部、１３Ａｉ 第１リード部、１３Ａｉｉ 第２リード部、１３Ａｉｉｉ 第３リード部、１４Ａ 端子部、１４Ａｉ 第１端子部、１４Ａｉｉ 第２端子部、１４Ａｉｉｉ 第３端子部、１５ｉ 第１被当接部、１５ｉｉ 第２被当接部、１５ｉｉｉ 第３被当接部、１６ 絶縁膜、１７ 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 電極取り出し部、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、４２ａ ＣＰＵ、４２ｂ バス、４３ａ ＲＯＭ、４３ｂ ＲＡＭ、４３ｃ キャラクタジェネレータ、４５ 論理ゲートアレイ、４６ａ ＣＯＭ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 電源及び電源回路、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。

Claims (4)

1. 液体を液滴として吐出するノズルと、
   変形により液体を加圧する振動板を有し、前記ノズルに連通する液体の流路上に設けられる吐出室と、
   前記振動板との間で静電気力を発生させて、前記振動板を変形させる個別電極部と、
   を備える液滴吐出ヘッドであって、
   該個別電極部は、
   絶縁膜を介して積層された複数の個別電極からなり、
   該個別電極は、
   前記振動板に近い前記個別電極ほど、前記振動板と対向する面積が小さくなっていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
2. 前記個別電極ごとに前記振動板と当接する面積が異なることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
3. 前記ノズルに近い方から遠い方に向けて、順に前記振動板と当接する面積が大きくなっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッド。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを搭載したことを特徴とする液滴吐出装置。

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