JP4067737B2 - 液滴吐出ヘッド、インクジェット記録装置及びマイクロアクチュエータ、画像形成装置、液滴を吐出する装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は液滴吐出ヘッド、インクジェット記録装置及びマイクロアクチュエータ、画像形成装置、液滴を吐出する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の画像記録装置（画像形成装置）として用いるインクジェット記録装置において使用するマイクロアクチュエータを含む液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドは、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通するインク流路（加圧室、圧力室、加圧液室、液室、吐出室等とも称される。）と、このインク流路内のインクを加圧する圧力発生手段（アクチュエータ手段）とを備えて、圧力発生手段を駆動することでインク流路内インクを加圧してノズルからインク滴を吐出させる。
【０００３】
従来のインクジェットヘッドは、圧力発生手段の種類という点から、圧電素子を用いて加圧室の壁面を形成して振動板を変形変位させることでインク滴を吐出させるピエゾ型のもの、加圧室内に配設した発熱抵抗体を用いてインクの膜沸騰でバブルを発生させてインク滴を吐出させるバブル型のもの、加圧室の壁面を形成する振動板（又はこれと一体の電極）と電極を用いて静電力で振動板を変形変位させることでインク滴を吐出させる静電型のものなどに大別される。
【０００４】
また、従来のインクジェットヘッドは、インク滴の吐出方向という点から、特にピエゾ型及び静電型のものにあっては、特開平６−８４４９号公報、特開平６−２３９８６号公報などに記載されているように、振動板の変位方向と直交する方向にインク滴を吐出させるエッジシュータ方式と、特開平９−３１４８３７号公報、特開平１０−３０４６８５号公報などに記載されているように振動板の変位方向にインク滴を吐出させるサイドシュータ方式とに大別される。
【０００５】
ところで、上述した振動板を用いるピエゾ型や静電型のインクジェットヘッドにおいては、高速化、高密度化に伴なって、或いは低電圧化の要求に従って、振動板の薄膜化、高精度化が必要になり、また薄膜化に伴なって、振動板の厚さ（剛性）とインク接液性（インクに対する耐溶出性）の確保が重要になる。なお、振動板とこれを変形変位させる電気機械変換素子、或いは振動板とこれに対向する電極で構成される部分をマイクロアクチュエータと称する。また、マイクロアクチュエータとしてはヘッドに限らず、マイクロポンプなどにも用いられるが、ここではヘッドについて説明する。
【０００６】
そこで、従来のインクジェットヘッドにおいては、特開平６−２３９８６号公報、特開平６−７１８８２号公報あるいは特開平９−２６７４７９公報などに記載されているように、振動板を形成するシリコン基板にボロンを拡散した高濃度ボロン拡散層を形成し、このシリコン基板を異方性エッチングすることにより、高濃度ボロン拡散層でエッチングストップすることから、高濃度ボロン拡散層による振動板を形成するようにしている。また、シリコン酸化膜をエッチングストップ層としてエッチングをストップさせることで、ＳＯＩ基板やＳＩＭＯＸ基板を利用した振動板を形成することもできる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の圧電型或いは静電型インクジェットヘッドは２００ｄｐｉ程度以下の吐出密度であり、このヘッドを用いてパス回数（ヘッド走査回数）を増加することで記録密度としては１２００ｄｐｉ程度の記録密度にしているが、ヘッド自体の吐出密度が低いために記録密度を上げるにはパス回数が多くなるなど記録速度が低下する。
【０００８】
そこで、ヘッド自体の吐出密度を３００ｄｐｉ以上に上げることで記録速度の高速化を図れるが、ヘッド自体の吐出密度を３００ｄｐｉ以上にするために隣り合うチャンネル間（ビット間）のピッチは８５μｍ程度になる。したがって、吐出のための振動板の幅を狭くしなければならないが、振動板幅を狭くして且つ所望の低電圧で安定な吐出特性を得るためには、振動板の厚みを薄くしなければならないとともに、特に静電型インクジェットヘッドにおいては振動板と電極との間のギャップを可能な範囲で狭くしてできるだけ効率的な駆動をしなければならない。
【０００９】
このように、振動板の厚みを薄くすると、それだけ裂傷などによって破損し易くなるとともに、インクへの溶出による破損も生じ易くなり、更に微小ギャップを維持するためには弛みや波打ちなどのない高精度な平面性を維持できなければならない。しかも、ヘッドの量産を行うためには、薄くて高精度の平面性を維持できる振動板を安定して歩留まり良く生産できなければならない。
【００１０】
しかしながら、上述した従来の静電型インクジェットヘッドで用いられている高濃度ボロン拡散層によって振動板を形成する場合、振動板厚みが１．５μｍを越えるときには量産に適しているが、１．５μｍ以下、特に１．０μｍ〜０．３μｍの厚みの振動板を、板厚バラツキを抑えて且つ高い平面精度で安定的に低コストで形成することは極めて困難である。
【００１１】
このように、従来の液滴吐出ヘッドにあっては、振動板の厚みや平面性の点で特に高密度（３００ｄｐｉ以上）の吐出密度を有するヘッドを低コストで得ることができないという課題がある。
【００１２】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、高密度化が可能な液滴吐出ヘッド、高速高密度記録が可能なインクジェット記録装置、画像形成装置、液体吐出装置及び高密度化が可能なマイクロアクチュエータを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液流路の壁面を形成する振動板を有し、この振動板を変形させることで液滴を吐出する液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板は、引張り応力性を有する膜と圧縮応力性を有する膜とを交互に積層した４層構造の積層膜であり、全体として引張り応力性を有する構成としたものである。なお、本明細書で「振動板」とは変形可能な領域部分を意味するものとしている。
【００１４】
ここで、圧縮応力性を有する膜が絶縁性膜である構成とすることができる。この場合、圧縮応力性を有する膜がシリコン酸化膜である構成とできる。また、引張り応力性を有する膜がシリコン窒化膜である構成とできる。また、振動板の表面に電極膜を有する構成とできる。また、積層膜の内部に電極膜を有する構成とできる。
【００１５】
また、電極膜を有する場合、電極膜はビット毎に分離されている構成とすることができる。
【００１６】
また、引張り応力性を有する膜が導電性膜からなる構成とできる。この場合、導電性膜がチタン窒化膜、高温金属膜又はポリシリコン膜であることが好ましい。
【００１９】
さらに、振動板はチタン窒化膜、高温金属膜、ポリシリコン膜又はこれらの２以上の組み合わせの膜とシリコン酸化膜との積層膜であることが好ましい。
【００２０】
さらにまた、振動板の流路側表面はシリコンに高濃度ボロンを拡散した層よりも高い接液性を有していることが好ましい。
【００２１】
また、上記本発明に係る各液滴吐出ヘッドは、振動板に対向する電極を有し、振動板を静電力で変位させることで液滴を吐出させる構成とすることができる。或いは、振動板を変形させる電気機械変換素子を有し、この電気機械変換素子の変位で振動板を変位させることで液滴を吐出させる構成とすることができる。
【００２２】
本発明に係るインクジェット記録装置は、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通するインク流路と、このインク流路内のインクを加圧する圧力発生手段とを有するインクジェットヘッドが本発明に係る液滴吐出ヘッドである構成としたものである。
本発明に係る画像形成装置、液滴を吐出する装置は、本発明に係る液滴吐出ヘッドを備えたものである。
【００２３】
本発明に係るマイクロアクチュエータは、振動板と、この振動板を変形させる駆動手段とを備え、振動板は、引張り応力性を有する膜と圧縮応力性を有する膜とを交互に積層した４層構造の積層膜であり、全体として引張り応力性を有する構成としたものである。
【００２５】
ここで、振動板に対向する電極を有し、振動板を静電力で変位させる構成とすることが好ましい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。図１は本発明に係る液滴を吐出する装置を含む本発明に係る画像形成装置としてのインクジェット記録装置の機構部の概略斜視説明図、図２は同機構部の側面説明図である。
【００２７】
このインクジェット記録装置は、記録装置本体１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載したインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへのインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部２等を収納し、装置本体１の下方部には前方側から多数枚の用紙３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙３を手差しで給紙するための手差しトレイ５を開倒することができ、給紙カセット４或いは手差しトレイ５から給送される用紙３を取り込み、印字機構部２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ６に排紙する。
【００２８】
印字機構部２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド１１と従ガイドロッド１２とでキャリッジ１３を主走査方向（図２で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ１３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドからなるヘッド１４をインク滴吐出方向を下方に向けて装着し、キャリッジ１３の上側にはヘッド１４に各色のインクを供給するための各インクタンク（インクカートリッジ）１５を交換可能に装着している。
【００２９】
ここで、キャリッジ１３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド１１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向下流側）を従ガイドロッド１２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ１３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１７で回転駆動される駆動プーリ１８と従動プーリ１９との間にタイミングベルト２０を張装し、このタイミングベルト２０をキャリッジ１３に固定している。また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド１４を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。
【００３０】
一方、給紙カセット４にセットした用紙３をヘッド１４の下方側に搬送するために、給紙カセット４から用紙３を分離給装する給紙ローラ２１及びフリクションパッド２２と、用紙３を案内するガイド部材２３と、給紙された用紙３を反転させて搬送する搬送ローラ２４と、この搬送ローラ２４の周面に押し付けられる搬送コロ２５及び搬送ローラ２４からの用紙３の送り出し角度を規定する先端コロ２６とを設けている。搬送ローラ２４は副走査モータ２７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【００３１】
そして、キャリッジ１３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ２４から送り出された用紙３を記録ヘッド１４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材２９を設けている。この印写受け部材２９の用紙搬送方向下流側には、用紙３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ３１、拍車３２を設け、さらに用紙３を排紙トレイ６に送り出す排紙ローラ３３及び拍車３４と、排紙経路を形成するガイド部材３５，３６とを配設している。
【００３２】
また、キャリッジ１３の移動方向右端側にはヘッド１４の信頼性を維持、回復するための信頼性維持回復機構（以下「サブシステム」という。）３７を配置している。キャリッジ１３は印字待機中にはこのサブシステム３７側に移動されてキャッピング手段などでヘッド１４をキャッピングされる。
【００３３】
次に、このインクジェット記録装置のヘッド１４を構成する本発明に係るマイクロアクチュエータを含む本発明の第１実施形態に係るインクジェットヘッドについて図３乃至図７を参照して説明する。なお、図３は同ヘッドの分解斜視説明図、図４は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図、図５は図４の要部拡大図、図６は同ヘッドの振動板短手方向の拡大断面説明図、図７は同ヘッドを透過状態で示す要部平面説明図である。
【００３４】
インクジェットヘッド４０は、単結晶シリコン基板、ＳＯＩ基板などのシリコン基板等を用いた流路基板（液室基板又は第１基板ともいう。）４１と、この流路基板４１の下面に設けた振動板４２と、流路基板４１の下側に振動板４２を介して設けたシリコン基板、パイレックスガラス基板、セラミックス基板等を用いた電極基板４３と、流路基板４１の上側に設けたノズル板４４とを備え、インク滴を吐出する複数のノズル４５、各ノズル４５が連通するインク流路である加圧室４６、各加圧室４６にインク供給路を兼ねた流体抵抗部４７を介して連通する共通液室４８などを形成している。
【００３５】
流路基板４１にはノズル４５が連通する複数の液流路である加圧室４６及びこの加圧室４６の底面となる振動板４２を形成し、ノズル板４４には流体抵抗部４７を形成する溝を形成し、また流路基板４１と電極基板４３には共通液室４８を形成する貫通部を形成している。
【００３６】
ここで、液流路である加圧室４６の壁面を形成する振動板４２は、全体として引張り応力性を有している。また、振動板４２の厚さは、ここでは３００ｄｐｉイ状のノズルピッチ（吐出密度）を得るために０．３μｍ〜１．５μｍの範囲内で選択した任意の値にしている。さらに、振動板４２全体の引張り応力は、応力による破損が生じないように１Ｅ＋１１（ｄｙｎｅ／ｃｍ2）を越えない値に収まるようにしている。なお、「１Ｅ＋１１」は「１×１０11」の意味である。
【００３７】
この振動板４２は、単層構造でも複層構造でもよく、複層構造にする場合引張り応力性の膜と圧縮応力性の膜との積層膜とすることができ、また、絶縁性膜、導電性膜、絶縁性膜の積層膜、導電性膜の積層膜、絶縁性膜と導電性膜との積層膜のいずれでもよい。
【００３８】
ここで、絶縁性膜としてはシリコン窒化膜（引張り応力性）、引張り応力性の膜と圧縮応力性の膜との積層膜でもある絶縁性膜の積層膜としてはシリコン窒化膜とシリコン酸化膜（圧縮応力性）或いはシリコン窒化膜とボロンガラス（圧縮応力性）とを積層したものなどを挙げることができる。導電性膜又は導電性膜の積層膜としては、例えばチタン窒化（ＴｉＮ）膜、ポリシリコン膜、或いはＴｉ、Ｗ、Ｍｏなどの高温金属膜、これらの膜の組み合わせを挙げることができる。また、引張り応力性の膜と圧縮応力性の膜との積層膜ともなる絶縁性膜と導電性膜の積層膜としては、上記シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、ボロンガラス、チタン窒化（ＴｉＮ）膜、ポリシリコン膜、或いはＴｉ、Ｗ、Ｍｏなどの高温金属膜の組み合わせを挙げることができる。
【００３９】
また、振動板４２に絶縁性膜又は絶縁性膜の積層膜を用いる場合には、振動板４２の表面又は内部（積層膜間）に電極膜を形成する。この電極膜としては、上述した導電性膜（引張り応力性を有するものに限らない）として用いた、チタン窒化（ＴｉＮ）、ポリシリコン、或いはＴｉ、Ｗ、Ｍｏなどの高温金属膜などを用いることができる。
【００４０】
また、電極基板４３にはシリコン酸化膜（層）４３ａを形成し、この酸化膜４３ａの部分に凹部５４を形成して、この凹部５４底面に振動板４２に対向する電極５５を設け、振動板４２と電極５５との間に１．０μｍ程度以下のギャップ５６を形成し、これらの振動板４２と電極５５とによって本発明に係るマイクロアクチュエータを構成している。
【００４１】
ここで、電極基板４３の凹部５４は図４にも示すように振動板短手方向で断面形状が傾斜面を有する形状とし、この凹部５４の底面に電極５５を形成することにより、振動板４２と電極５５とを振動板短手方向で非平行状態で対向させている。なお、このように非平行な振動板４２と電極５５との間に形成されるギャップ５６を非平行ギャップと称する。もちろん、振動板４２と電極５５とを平行な状態で対向させることもできるし、振動板長手方向で非平行ギャップとすることもできる。
【００４２】
また、電極５５は外部に延設して外部駆動回路に接続された接続手段と接続するための接続部（電極取り出し部）５５ａとしている。なお、電極５５表面にはＳiＯ2膜などの酸化膜系絶縁膜、Ｓi3Ｎ4膜などの窒化膜系絶縁膜からなる電極保護膜５７を成膜しているが、電極表面５５に電極保護膜５７を形成しないで、振動板４２側に絶縁膜を形成することもできる。
【００４３】
この電極基板４３として単結晶シリコン基板を用いる場合には通常のシリコンウエハーを用いることができる。その厚さはシリコンウエハーの直径で異なるが、直径４インチのシリコンウエハーであれば厚さが５００μｍ程度、直径６インチのシリコンウエハーであれば厚さは６００μｍ程度であることが多い。シリコンウエハー以外の材料を選択する場合には、流路基板のシリコンと熱膨張係数の差が小さい方が振動板と接合する場合に信頼性を向上できる。
【００４４】
これらの流路基板４１の振動板４２と電極基板４３との接合は、ギャップ５６を高精度に確保するため、より信頼性の高い物理的な接合、例えば電極基板４３がシリコンで形成される場合、酸化膜を介した直接接合法を用いて接合する。この直接接合は５００〜１２００℃程度の高温下で実施する。シリコンの直接接合は、温度の高い方が接合強度が高く、接合面に接合不良である空隙（ボイド）が発生しにくいので、この点では振動板４２にシリコン窒化膜或いはシリコン窒化膜と酸化膜の積層膜を用いるのが好ましい。特にシリコン窒化膜或いはシリコン窒化膜と酸化膜の積層膜を用いることで、アルカリ系のインクに対するインク接液性に優れているので、長期間の安定した駆動を行うことができる。
【００４５】
また、電極基板４３としてパイレックス（硼珪酸ガラス）などのガラスを用いた場合、陽極接合を行うことができる。電極基板４３をシリコンで形成して、陽極接合を行う場合には、電極基板４３と振動板４２との間にパイレックスガラスを成膜し、この膜を介して陽極接合を行うこともできる。さらに、振動板４２と電極基板４３にシリコン基板を使用して金等のバインダーを接合面に介在させた共晶接合で接合することもできる。
【００４６】
また、電極基板４３の電極５５としては、通常半導体素子の形成プロセスで一般的に用いられるＡｌ、Ｃｒ、Ｎｉ等の金属材料や、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ等の高融点金属、または不純物により低抵抗化した多結晶シリコン材料などを用いることができる。電極基板４３をシリコンウエハで形成する場合には、電極基板４３と電極５５との間には絶縁層（上述した酸化膜層４３ａ）を形成する必要がある。電極基板４３にガラス基板、セラミック基板等の絶縁性材料を用いる場合には電極５５との間に絶縁層を形成する必要はない。
【００４７】
また、電極基板４３にシリコン基板を用いる場合、電極５５としては、不純物拡散領域を用いることができる。この場合、拡散に用いる不純物は基板シリコンの導電型と反対の導電型を示す不純物を用い、拡散領域周辺にｐｎ接合を形成し、電極５５と電極基板４３とを電気的に絶縁する。
【００４８】
ノズル板４４には、多数のノズル４５を形成している。このノズル４５のピッチは吐出密度で３００ｄｐｉになるようにしている。また、ノズル板４４には、共通液室４８と加圧室４６を連通するための流体抵抗部４７を形成する溝部を形成している。ここでは、このノズル板４４はＮｉ電鋳、ＳＵＳ、或いは高分子樹脂層と金属層の複層構造のものなども用いることができる。
【００４９】
このノズル板４４は、電極基板４２よりも大きく形成し、ノズル板４４の一部がアクチュエータ部材の電極取り出し部５５ａを覆うようにしている。このようにノズル板４４をアクチュエータ部材よりも大きくすることにより、ノズル板４３でアクチュエータ部材の電極取り出し部５５ａを完全に覆うことができて、ノズル板４４上に滞留するインクが電極取り出し部５５ａの部分に侵入することを確実に防止することができる。
【００５０】
このインクジェットヘッド４０ではノズル４４を二列配置し、この各ノズル４４に対応して加圧室４６、振動板４２、電極５５なども二列配置し、各ノズル列の中央部（ヘッド中央部）に共通液室４８を配置して、共通液室４８から左右の加圧室４６にインクを振り分けて供給する構成を採用している。これにより、各加圧室４６へのインク供給を均等に配分することができ、各加圧室の駆動状態の緩衝をほとんど受けることなく、均一なインク滴吐出特性を確保することができて、簡単なヘッド構成で多数のノズルを有するマルチノズルヘッドを構成することができる。
【００５１】
そして、インクジェットヘッド４０の電極５５に連続する電極取り出し部５５ａにヘッド駆動回路であるドライバＩＣ（駆動用ＩＣチップ）６０をワイヤボンドによって搭載したＦＰＣケーブル６１を異方性導電膜などを介して接続している。このとき、電極基板４３とノズル板４４との間（ギャップ５６入口）を含めて電極取り出し部５５ａとノズル板４４との間は、図４及び図５に示すようにエポキシ樹脂等の接着剤を用いたギャップ封止剤６２にて気密封止し、ギャップ５６内に湿気が侵入して振動板４２が変位しなくなるのを防止している。
【００５２】
さらに、電極基板４３及びノズル板４４ををフレーム部材６５上に接着剤で接合している。また、ノズル板４４の端部とフレーム部材６５との間はエポキシ樹脂等の接着剤を用いたギャップ封止剤６８にて封止接合し、撥水性を有するノズル板４４表面のインクが電極基板４３やＦＰＣケーブル６１等に回り込むことを防止している。
【００５３】
このフレーム部材６５にはインクジェットヘッド４０の共通液室４８に外部からインクを供給するためのインク供給穴６６を形成しており、またＦＰＣケーブル６１等はフレーム部材６５に形成した穴部６７に収納される。
【００５４】
そして、このヘッド１４のフレーム部材６５にはインクカートリッジ１５とのジョイント部材７０が連結されて、フレーム部材６５に熱融着したフィルタ７１を介してインクカートリッジ１５からインク供給穴６６を通じて共通液室４８にインクが供給される。
【００５５】
このインクジェットヘッド４０においては、振動板４２を共通電極とし、電極５５を個別電極として、振動板４２と電極５５との間に駆動波形（駆動電圧）を印加することによって、振動板４２と電極５５との間に発生する静電力によって振動板４２が電極５５側に変形変位し、この状態から振動板４２と電極５５間の電荷を放電させることによって振動板４２が復帰変形して、加圧室４６の内容積（体積）／圧力が変化することによって、ノズル４５からインク滴が吐出される。
【００５６】
ここで、このインクジェットヘッド４０における振動板４２は全体として引張り応力性を有しているので、無負荷時（駆動波形を印加しない状態）で変形することがなく、微小ギャップ（０．５μｍ程度）を安定して確保することができるとともに、振動板４２の厚みを薄膜化（０．３〜１．５μｍ厚のシリコン振動板に相当する剛性を有する厚さ）にすることができて、吐出密度３００ｄｐｉ以上で配置しても低電圧で十分な吐出特性を得ることができる。これにより、吐出密度３００ｄｐｉ以上の高密度ヘッドを得ることができる。
【００５７】
これに対して、図８に示すように従来用いられている圧縮応力性の振動板７２を用いて薄膜化すると、駆動波形を印加しない状態でも、振動板７２は振動板７２’で示すように吐出室側或いは電極基板側のいずれかに変形してしまい、微小ギャップを維持することが困難になるとともに、振動板７２の定常状態が一定でないために各チャンネル間での吐出特性にバラツキが生じることになる。
【００５８】
また、シリコン基板の一部を残存して形成する従来のシリコン振動板（固体振動板）において、耐インク性を得る目的等で表面を酸化した場合、酸化膜が厚いと変形してしまうことを確認している。例えば、２μｍのシリコン板に０．２μｍ程度の酸化膜を形成した場合には、０．０２〜０．２μｍ程度の撓みが発生する。この撓み量はギャップ長１μｍ以下のアクチュエータを形成する場合に致命的な変形量である。シリコン基板の一部を残存して形成する従来のシリコン振動板の場合、１．５μｍ程度以下の厚さを制御性良く形成すること自体が極めて難しい上、振動板全体が圧縮応力性を持つような構成（たわみの問題）になると、その実現が一層困難になる。
【００５９】
次に、本発明の第２実施形態に係るインクジェットヘッドについて図９乃至図１１を参照して説明する。なお、図９は同ヘッドの平面説明図、図１０は図９のＡ−Ａ線に沿う振動板長手方向の断面説明図、図１１は図９のＢ−Ｂ線に沿う振動板短手方向の断面説明図である。
【００６０】
このインクジェットヘッドは、ノズル４５を一列で配置し、また、電極基板４２の凹部５４の底面を振動板４２と平行に形成し、この凹部５４の底面に電極５５を形成することで、振動板４２と電極５５とを平行に配置してギャップ５６を平行ギャップとしたものである。なお、その他の構成は前記第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００６１】
次に、本発明に係るマイクロアクチュエータを含む本発明の第３乃至第１５実施形態に係るインクジェットヘッドについて図１２乃至図２４を参照して説明する。なお、各図はいずれも流路基板と振動板の部分を示す要部断面説明図である。その他の部分はいずれも前記第１実施形態或いは第２実施形態の構成を適用できる。
【００６２】
図１２に示す第３実施形態は、振動板４２を引張り応力性を有する絶縁性膜であるシリコン窒化膜８１で形成したものであり、振動板４２全体として引張り応力性を有している。なお、シリコン窒化膜８１自体は絶縁膜であって電極として機能できないので、静電力を用いる場合には別途電極膜を形成する（以後の実施形態についても同様である。）。
【００６３】
このシリコン窒化膜８１は、例えばＣＶＤ（Chemical-Vaper-Deposition）法によって形成することができる。ＣＶＤ法としては減圧ＣＶＤ法とプラズマＣＶＤ法が知られているが、減圧ＣＶＤ法で成膜した膜の方がプラズマＣＶＤ法で成膜した膜よりも引張り応力が大きくなる。
【００６４】
また、引張り応力の絶対値は同じ成膜方法を用いても成膜条件で異なる。この場合、引張り応力が大きすぎると、流路基板４１に反りを与えたり、振動板剛性に大きな影響を与えたり、その膜がメンブレン（振動板）状態になったときに破損するなどするため、適切な応力値に設定する。
【００６５】
図１３に示す第４実施形態は、流路基板４１にエッチングストップ用のバッファ酸化膜８２を形成し、振動板４２を引張り応力性を有する絶縁膜であるシリコン窒化膜８１と圧縮応力性を有する絶縁性膜であるシリコン酸化膜（層）８３の積層膜で形成したものであり、振動板４２全体としては引張り応力性を有している。すなわち、シリコン窒化膜８１の引張り応力をシリコン酸化膜８３の圧縮応力で緩和しながら全体としては引張り応力性の膜としたものである。
【００６６】
このように、引張り応力性を有する絶縁膜膜と圧縮応力性を有する絶縁膜とを組み合わせることで、引張り応力を圧縮応力で緩和することができて、振動板４２全体として適度な引張り応力を容易に得ることができる。
【００６７】
図１４に示す第５実施形態は、振動板４２をバッファ酸化膜８４（第４実施形態のバッファ酸化膜８２をそのまま残存させたものである。）とシリコン窒化膜８１とシリコン酸化膜８３とシリコン窒化膜８１との４層の積層膜で形成し、振動板４２全体として引張り応力性を有する膜としている。この場合も、酸化膜８３、８４とシリコン窒化膜８１、８１の組み合わせで振動板４２に全体として適度の引張り応力を容易に得ることができる。
【００６８】
図１５に示す第６実施形態は、振動板４２を引張り応力性を有するＴｉＮ膜、ポリシリコン膜、或いはＴｉ、Ｗ、Ｍｏなどの高温金属膜からなる導電性膜８５で形成したものであり、振動板４２全体として引張り応力性を有している。なお、導電性膜８５を用いる場合にシリコン基板との直接接合ができないときには、前述したように陽極接合や共晶接合を用いれば良い。また、導電性膜８５を用いることで振動板４２をそのまま共通電極とすることができる。
【００６９】
図１６に示す第７実施形態は、振動板４２を引張り応力性の絶縁性膜であるシリコン窒化膜８１と引張り応力性の導電性膜８５との積層膜で形成したものであり、振動板４２全体としても引張り応力性を有している。この場合、絶縁性のシリコン窒化膜８１を用いているが導電性膜８５を電極膜として使用することができる。
【００７０】
図１７に示す第８実施形態は、振動板４２を引張り応力性の絶縁性膜であるシリコン窒化膜８１と引張り応力性の導電性膜８５と圧縮応力性の絶縁性膜であるシリコン酸化膜８３との積層膜で形成したものであり、振動板４２全体として引張り応力性を有している。
【００７１】
この場合もシリコン窒化膜８１や導電性膜８５の引張り応力をシリコン酸化膜８３の圧縮応力で緩和して、振動板４２全体としての所要の引張り応力を容易に得ることができる。また、絶縁性膜であるシリコン窒化膜８１とシリコン酸化膜８３との間に導電性膜８５をサンドイッチにしているので、導電性膜８５を電極膜（共通電極となる。）として使用することができ、しかも導電性膜８５と対向電極との接触をシリコン酸化膜８３で防止することができる。
【００７２】
図１８に示す第９実施形態は、流路基板４１にエッチングストップ用のバッファ酸化膜８２を形成し、振動板４２を第８実施形態と同様に引張り応力性の絶縁性膜であるシリコン窒化膜８１と導電性膜８５と圧縮応力性のシリコン酸化膜８３との積層膜で形成したものである。
【００７３】
図１９に示す第１０実施形態は、振動板４２を圧縮応力性の絶縁性膜であるシリコン酸化膜８４（第９実施形態のバッファ酸化膜８２をそのまま残存させたものである。）と引張り応力性の導電性膜８５と引張り応力性の絶縁性膜であるシリコン窒化膜８１との積層膜で形成し、振動板４２全体として引張り応力性を有しているものである
【００７４】
この場合もシリコン窒化膜８１や導電性膜８５の引張り応力をシリコン酸化膜８４の圧縮応力で緩和して、振動板４２全体としての所要の引張り応力を容易に得ることができる。また、絶縁性膜であるシリコン酸化膜８４とシリコン窒化膜８１との間に導電性膜８５をサンドイッチにしているので、導電性膜８５を電極膜（共通電極となる。）として使用することができ、しかも導電性膜８５と対向電極との接触をシリコン窒化膜８１で防止することができる。
【００７５】
図２０に示す第１１実施形態は、振動板４２を引張り応力性の絶縁性膜であるシリコン窒化膜８１で形成して全体として引張り応力性を持たせ、振動板４２を電極とするためにシリコン窒化膜８１に電極膜である導電層８６を形成し、この導電層８６は各ビット毎（各チャンネル毎）に分離したものである。なお、導電層８６としては、上述したようなＴｉＮ膜、ポリシリコン膜、或いはＴｉ、Ｗ、Ｍｏなどの高温金属膜、その他の前述した電極５５と同様な材料を用いることができる。この場合、導電層８６としては引張り応力性の導電性膜に限るものではない。
【００７６】
このように振動板４２側にビット毎に分割した導電層８６を設けることにより、電極基板側に個別電極を設ける必要がなくなる。なお、前述した第９、第１０実施形態のように内部に電極膜を兼ねる導電性膜８５を積層する場合にも同様にビット毎に分離することができる。
【００７７】
図２１に示す第１２実施形態は、振動板４２を引張り応力性の絶縁性膜であるシリコン窒化膜８１で形成して全体として引張り応力性を持たせ、振動板４２を電極とするためにシリコン窒化膜８１に各ビット毎に分離した電極膜である導電層８６を形成し、更にこの導電層８６を被覆する絶縁膜８７を形成したものである。なお、導電層８６は引張り応力性の膜に限るものではなく、また絶縁膜８７も圧縮応力性の膜に限るものではない。
【００７８】
このように振動板４２側にビット毎に分割した導電層８６を設けることにより、電極基板側に個別電極を設ける必要がなくなるとともに、この導電層８６を被覆する絶縁膜８７を形成することで、対向電極との間の電気的接触（回路ショート、破壊）を防止することができる。
【００７９】
また、対向電極５５のみに保護膜（絶縁膜）５７を形成した場合、残留電荷の発生が著しく多くなることが確認されている。残留電荷とは、振動板４２が対向電極５５側に接触したときに、そこに挟まれる保護膜（絶縁膜）の表面、或いは界面、若しくは内部に電荷が残留する現象である（絶縁膜が分極するという考えもある。）。残留電荷のメカニズムには未だ不明な点が多いが、振動板４２と対向電極５５の双方に保護膜（絶縁膜）が形成されている場合において、アクチュエータ駆動に支障がない範囲まで残留電荷が実用上抑制されることを確認している。すなわち、この実施形態のように振動板４２上に絶縁膜８７を形成することで残留電荷の発生を実用上抑制することができる。
【００８０】
図２２に示す第１３実施形態は、流路基板４１にバッファ酸化膜８２を形成し、振動板４２を引張り応力性を有する絶縁性膜であるシリコン窒化膜８１で形成して全体として引張り応力性を持たせ、振動板４２を電極とするために各ビット（チャンネル）毎に分離し、且つ、２つに分割した電極膜である導電層８８、８８を形成し、更に分割された導電層８８、８８間に振動板４２に導電層８８よりも厚みのあるシリコン酸化膜などの絶縁膜８９を形成したものである。また、振動板４２の加圧室間隔壁に対応する部分にも絶縁膜７９を設けている。
【００８１】
このように振動板４２側にビット毎に分割した導電層８８を設けることにより、電極基板側に個別電極を設ける必要がなくなるとともに、この導電層８８より厚みのある絶縁膜８９を形成することで、対向電極との間の電気的接触を防止することができ、残留電荷の発生を低減できる。
【００８２】
図２３に示す第１４実施形態は、流路基板４１にバッファ酸化膜８２を形成し、振動板４２を引張り応力性を有する絶縁性膜であるシリコン窒化膜８１で形成して全体として引張り応力性を持たせ、振動板４２を電極とするために各ビット（チャンネル）毎に分離し、且つ、２つに分割した電極膜である導電層８８、８８を形成し、更に分割された導電層８８、８８間に振動板４２に導電層８８よりも厚みのあるシリコン酸化膜などの絶縁膜８９を形成したものである。そして、振動板４２の加圧室間隔壁に対応する部分に、振動板４２と電極５５との間のギャップ５６の長さを規定するギャップスペーサになるとともに電極基板４３との接合部分となる絶縁膜９０を設けている。
【００８３】
したがって、上記第１３実施形態の作用効果に加えて、電極基板４３側にギャップ長を規定するための凹部５４を設ける必要がなくなり、平板状シリコン基板をそのまま電極基板として使用することができる。
【００８４】
図２４に示す第１５実施形態は、上記第１４実施形態に加えて、導電層８８、８８の保護膜を兼ねる絶縁膜９１を形成したものである。このようにすることで、より確実に残留電荷を低減できる。
【００８５】
次に、本発明に係るマイクロアクチュエータを含む本発明の第１６乃至第２０実施形態に係るインクジェットヘッドについて図２５乃至図２９を参照して説明する。なお、各図はいずれも振動板短手方向の断面説明図である。
【００８６】
図２５に示す第１６実施形態は、振動板４２として第１２実施形態（図２１）のものを使用し、シリコン基板からなる電極基板４３にシリコン酸化層４３ａを形成し、このシリコン酸化層４３ａにギャップ５６となる凹部５４を電極保護膜（保護層）５７となる部分を残して形成して、この電極基板４３上に上記振動板４２等を接合している。
【００８７】
したがって、振動板４２の導電層８６を個別電極とし、電極基板４３全体を共通電極として駆動波形を印加することで、振動板４２が変形変位してノズル４５からインク滴が吐出される。このように振動板４２の導電層８６が個別ビット毎に分割されていることで、電極基板４３を共通電極として使用することができるようになる。
【００８８】
図２６に示す第１７実施形態は、振動板４２として第１２実施形態（図２１）のものを使用し、シリコン基板からなる電極基板４３にギャップスペーサ９２を介して振動板４２等を接合し、振動板４２と対向電極となる平板状の電極基板４３との間に所定長さのギャップ５６を形成したものである。この実施形態においても電極基板４３全体を共通電極として使用する。
【００８９】
図２７に示す第１８実施形態は、振動板４２として第１１実施形態（図２０）のものを使用し、シリコン基板からなる電極基板４３にシリコン酸化層４３ａを形成し、このシリコン酸化層４３ａにギャップ５６を形成する凹部５４を電極保護層５７となる部分を残して形成して、この電極基板４３上に上記振動板４２等を接合している。この実施形態においても電極基板４２全体を共通電極として使用する。
【００９０】
図２８に示す第１９実施形態は、振動板４２として第１２実施形態（図２１）のものを使用し、電極側基板として第２実施形態（図１１参照）のものを使用したものであり、シリコン基板からなる電極基板４３にシリコン酸化層４３ａを形成し、このシリコン酸化層４３ａに電極形成溝となる凹部５４を形成し、凹部５４内に電極５５を形成したものである。
【００９１】
この実施形態においては、振動板４２の導電層８６及び電極基板４３の電極５５がそれぞれビット毎に対応し、各ビットを選択して駆動波形を印加することができるようになる。
【００９２】
図２９に示す第２０実施形態は、振動板４２として第１４実施形態（図２３）のものを使用し、シリコン基板からなる平板状の電極基板４３に振動板４２側のギャップスペーサ部材となる絶縁層９０を接合したものである。
【００９３】
この場合、電極基板４３全体を共通電極として使用するが、振動板４２が変形したときに凸状の絶縁層８９が電極基板４３に当接する（ストッパとして働く）ので、導電層８８が電極基板４３に接触（電気的ショート）することを防止できる。また、第１２実施形態の説明でも述べたように、残留電荷の発生は保護膜（絶縁膜）に起因すると考えられる。本実施形態の構成では両電極表面上に絶縁膜がないため、原理上残留電荷の発生がないはずであるが、実際にはシリコン基板表面に僅かに自然酸化膜が形成されること、加えて、放電に起因する影響などで若干の残留電荷が発生する。それでも、本実施形態のような構成を採ることで実用上問題ないレベルまで残留電荷を抑制することができる。
【００９４】
次に、前記第９実施形態に係る振動板を用いたインクジェットヘッドの製造工程について図３０及び図３１を参照して説明する。
先ず、同図（ａ）に示すようなシリコン基板４１上に、同図（ｂ）に示すようにバッファ酸化膜８２を形成（基板両面に形成される。）し、このバッファ酸化膜８２上に減圧ＣＶＤ法によりシリコン窒化膜８１を成膜し、シリコン窒化膜８１上に導電性層であるポリシリコン膜８５を成膜し、このポリシリコン膜８５の表面を酸化して表面保護層（シリコン酸化膜）８３を形成した。この場合、ポリシリコン膜はシリコン基板４１と熱膨張係数も略同じであるので応力を発生しない。
【００９５】
次に、振動板（積層膜）４２の表面、即ち酸化膜８３の表面を研磨（ポリッシング）し、研磨した面を、同図（ｄ）に示すように別途製作した電極５５等を形成した電極基板４３の面と合わせて、同図（ｃ）に示すようにシリコン直接接合法により接合した。なお、シリコン基板４３の酸化層４３ａ表面はエッチング等のダメージのないシリコン直接接合可能な表面性に仕上げられていることを当然である。
【００９６】
次いで、図３１（ａ）に示すように、シリコン基板４１を吐出高さまで研磨した後、加圧室４６等に対応するマスクパターン９５を例えばプラズマＣＶＤ法によって成膜した窒化膜をパターンに応じて除去することで形成している。そして、同図（ｂ）に示すようにＫＯＨ液を用いたアルカリエッチングでシリコン基板４１を彫り込んでバッファ酸化膜８２をエッチストップ検知層としてエッチングをストップし、残存しているバッファ酸化膜８２を除去することで加圧室４６となる凹部及びその壁面（底面）を形成する振動板４２を形成する。その後、同図（ｃ）に示すように、別途同図（ｄ）に示すように製作したノズル板４４をシリコン基板４１上に接合してインクジェットヘッドを完成する。
【００９７】
次に、本発明の第２０実施形態に係るインクジェットヘッドについて図３２乃至図３４を参照して説明する。なお、図３２は同ヘッドの平面説明図、図３３は図３２のＣ−Ｃ線に沿う振動板長手方向の断面説明図、図３４は図３２のＤ−Ｄ線に沿う振動板短手方向の断面説明図である。
【００９８】
このインクジェットヘッドは、振動板４２を変形変位させる圧電素子９６を設けたピエゾ型ヘッドである。なお、電極基板４２上には圧電素子９６に接続した電極９７を設けている。このようなピエゾ型ヘッド及びマイクロアクチュエータにも本発明は適用することができる。
【００９９】
次に、振動板４２の引張り応力について説明する。振動板の膜応力と振動板の撓み状態を評価するため、シリコン基板上にＲＦスパッタ装置にてＴｉＮ膜を成膜し、その膜を振動板として、或いは振動板の一部として使用した場合の撓みや変形について、ガス圧依存性、ガス流量比依存性の評価を行なった。ガス圧依存性の評価結果を表１、ガス流量比依存性の評価結果を表２に示している。なお、標準条件は反応性ガスＡｒ／Ｎ２、ガス圧６Ｅ−０３Ｔorrである。
【０１００】
【表１】
【０１０１】
【表２】
【０１０２】
これらの評価結果から、引張応力系の膜では振動板として撓みが無く良好であったが、圧縮応力系の膜では撓みが生じた。ただし、振動板としてＴｉＮ／Ｓｉ（１１０）なる構成を用いる場合、応力が大きすぎる（１Ｅ＋１１dyne／ｃｍ2程度)と、熱履歴等を経た時点でＳｉ（１１０）と垂直なＳｉ（１１１）面に亀裂が生じるという現象（不良）が生じた。これはＳｉ(111)面が、もともと破壊し易い面であるためである。
【０１０３】
本発明のような微少ギャップ(１μｍ程度以下)を利用するアクチュエータの場合、振動板の撓みや凹みは致命的であり、これを防ぐためには振動板は全体で引張応力性を有することが必要であるが、生産工程の高歩留まり、及び信頼耐久性の面（例えば亀裂を防ぐという観点)からは、引張応力もあまり大きすぎない方が良く、振動板に使用する材料やその形成方法、或いは、積層膜の場合はその構成（膜厚、材料、積層順等）によって、異なると推測されるが、上述した評価結果からは１Ｅ＋１１（dyne／ｃｍ2）を越えないことが好ましい。
【０１０４】
次に、振動板４２のインク接液性について説明する。各種材料のインク接液性について評価した結果を表３に示している。なお、同表中、○は５年間での膜ベリがデバイス駆動に影響しないレベルであること、△は５年間での膜ベリがデバイス駆動に影響を与えると推測されるレベルであること、×は５年間での膜ベリがデバイス駆動に影響を与えるレベルであることを示している。
【０１０５】
【表３】
【０１０６】
ここでは、耐インク性をｐＨで評価している。この評価結果によると、Ｓｉ、或いはＢ拡散層ではインクによる膜ベリが大きく、デバイス駆動に影響を与える。熱酸化膜やＳｉＮ膜はｐＨ７程度までのインクであれば影響は少ない。また、ＴｉＮ膜やＺｒ膜などは広い範囲（少なくともｐＨ１１程度まで）で良好な耐インク性を示す。これに対し、Ｎｉは逆にｐＨの高いインクを使用する場合に有利な材料である。
【０１０７】
したがって、本発明を適用した振動板は、振動板全体の応力が、許容範囲以内で引張応力性を有していることが重要であり、積層膜で振動板を形成する場合には、耐インク性の高い材料を液流路側に設けることが好ましい。
【０１０８】
なお、上記各実施形態においては本発明をインクジェットヘッドに適用した例で説明したが、液体レジスト等を吐出する液滴吐出ヘッドにも適用することができる。また、ヘッドとして３００ｄｐｉ以上のものに適用したが、３００ｄｐｉ未満のヘッドにも適用することはでき、同様の作用効果も得られる。さらに、本発明に係るマイクロアクチュエータをインクジェットヘッドのアクチュエータ部に適用した例で説明したが、マイクロポンプなどのアクチュエータ部にも適用することができる。さらにまた、引張り応力性を有する絶縁性膜としてシリコン窒化膜、圧縮応力性を有する絶縁性膜としてシリコン酸化膜或いはボロンガラス、導電性膜としてチタン窒化膜、ポリシリコン膜、高温金属膜を挙げたが、これらに限るものではない。また、前述したようにプリンタ、ファクシミリ、プロッタ等の画像形成装置及び液滴を吐出する装置にも本発明に係る液滴吐出ヘッドを搭載することができる。
【０１０９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、液流路の壁面を形成する振動板を有し、この振動板を変形させることで液滴を吐出する液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板は、引張り応力性を有する膜と圧縮応力性を有する膜とを交互に積層した４層構造の積層膜であり、全体として引張り応力性を有する構成としたので、高い平面精度で厚さバラツキの小さい極薄層の振動板を形成できるため、低電圧駆動可能で、滴吐出特性のバラツキのない高密度ヘッドを得ることができるようになるとともに、振動板全体の適度な引張り応力性を容易に得ることができる。
【０１１０】
ここで、圧縮応力性を有する膜が絶縁性膜である構成とすることで、積層膜全体の引張り応力を容易に調整することができる。この場合、圧縮応力性を有する膜がシリコン酸化膜である構成とすることで、積層膜全体の引張り応力を容易に調整することができる。また、引張り応力性を有する膜がシリコン窒化膜である構成とすることで引張り応力性を有する振動板を容易に形成できる。また、振動板の表面に電極膜を有することで振動板を電極として使用することができる。また、積層膜の内部に電極膜を有することで振動板を電極として使用することができる。
【０１１３】
また、電極膜を有する場合、電極膜はビット毎に分離されている構成とすることによって、振動板を静電力で変形変位させる場合の対向電極側を共通電極とすることができて構成が簡単になる。
【０１１４】
また、引張り応力性を有する膜が導電性膜からなる構成とすることで、高い平面精度で厚さバラツキの小さい極薄層の振動板を形成できるため、低電圧駆動可能で、滴吐出特性のバラツキのない高密度ヘッドを得ることができるようになる。この場合、導電性膜はチタン窒化膜、高温金属膜又はポリシリコン膜とすることにより、引張り応力性を有する膜を容易に得ることができる。
【０１２０】
さらに、振動板はチタン窒化膜、高温金属膜、ポリシリコン膜又はこれらの２以上の組み合わせの膜とシリコン酸化膜との積層膜であることで、振動板が電極を兼ねるようにすることができる。
【０１２１】
さらにまた、振動板の流路側表面はシリコンに高濃度ボロンを拡散した層よりも高い接液性を有しているので、長期間にわたって信頼性を確保できる。
【０１２２】
また、上記本発明に係る各液滴吐出ヘッドは、振動板に対向する電極を有し、振動板を静電力で変位させることで液滴を吐出させる構成とすることで、高速高密度記録可能な静電型ヘッドが得られる。或いは、振動板を変形させる電気機械変換素子を有し、この電気機械変換素子の変位で振動板を変位させることで液滴を吐出させる構成とするで、高速高密度記録可能なピエゾ型ヘッドが得られる。
【０１２３】
本発明に係るインクジェット記録装置、画像形成装置、液滴を吐出する装置によれば、本発明に係る液滴吐出ヘッドを備えた構成としたので、高速高密度記録行うことができるようになる。
【０１２４】
本発明に係るマイクロアクチュエータによれば、振動板と、この振動板を変形させる駆動手段とを備え、振動板は、引張り応力性を有する膜と圧縮応力性を有する膜とを交互に積層した４層構造の積層膜であり、全体として引張り応力性を有する構成としたので、高い平面精度で厚さバラツキの小さい極薄層の振動板を形成でき、低電圧駆動及び高密度配置が可能なアクチュエータが得られる。
【０１２７】
ここで、振動板に対向する電極を有し、振動板を静電力で変位させる構成とすることで、低電圧駆動が可能で高密度配置を行った静電型アクチュエータが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るインクジェット記録装置の機構部の概略斜視説明図
【図２】同記録装置の側断面説明図
【図３】本発明の第１実施形態に係るインクジェットヘッドの分解斜視説明図
【図４】同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図５】図４の要部拡大図
【図６】同ヘッドの振動板短手方向の断面説明図
【図７】同ヘッドを透過状態で示す要部平面説明図
【図８】従来の振動板を用いたヘッドにおける振動板の定常状態を説明する説明図
【図９】本発明の第２実施形態に係るインクジェットヘッドの平面説明図
【図１０】図９のＡ−Ａ線に沿う振動板長手方向の断面説明図
【図１１】図９のＢ−Ｂ線に沿う振動板短手方向の断面説明図
【図１２】本発明の第３実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板短手方向の要部断面説明図
【図１３】本発明の第４実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板短手方向の要部断面説明図
【図１４】本発明の第５実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板短手方向の要部断面説明図
【図１５】本発明の第６実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板短手方向の要部断面説明図
【図１６】本発明の第７実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板短手方向の要部断面説明図
【図１７】本発明の第８実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板短手方向の要部断面説明図
【図１８】本発明の第９実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板短手方向の要部断面説明図
【図１９】本発明の第１０実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板短手方向の要部断面説明図
【図２０】本発明の第１１実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板短手方向の要部断面説明図
【図２１】本発明の第１２実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板短手方向の要部断面説明図
【図２２】本発明の第１３実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板短手方向の要部断面説明図
【図２３】本発明の第１４実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板短手方向の要部断面説明図
【図２４】本発明の第１５実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板短手方向の要部断面説明図
【図２５】本発明の第１６実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板短手方向の断面説明図
【図２６】本発明の第１７実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板短手方向の断面説明図
【図２７】本発明の第１８実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板短手方向の断面説明図
【図２８】本発明の第１９実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板短手方向の断面説明図
【図２９】本発明の第２０実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板短手方向の断面説明図
【図３０】第９実施形態のインクジェットヘッドの製造工程を説明する説明図
【図３１】同じくヘッドの製造工程を説明する説明図
【図３２】本発明の第２１実施形態に係るインクジェットヘッドの平面説明図
【図３３】図３２のＣ−Ｃ線に沿う振動板長手方向の断面説明図
【図３４】図３２のＤ−Ｄ線に沿う振動板短手方向の断面説明図
【符号の説明】
１３…キャリッジ、１４…ヘッド、２４…搬送ローラ、３３…排紙ローラ、４０…インクジェットヘッド、４１…流路基板、４２…振動板、４３…電極基板、４４…ノズル板、４５…ノズル、４６…加圧室、４７…流体抵抗部、４８…共通液室、５４…凹部、５５…電極、５６…ギャップ、８１…シリコン窒化膜、８３…シリコン酸化膜、８５…導電性膜、８６、８８…導電層、８７…絶縁膜、９６…圧電素子。
【産業上の利用分野】
本発明は液滴吐出ヘッド、インクジェット記録装置及びマイクロアクチュエータ、画像形成装置、液滴を吐出する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の画像記録装置（画像形成装置）として用いるインクジェット記録装置において使用するマイクロアクチュエータを含む液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドは、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通するインク流路（加圧室、圧力室、加圧液室、液室、吐出室等とも称される。）と、このインク流路内のインクを加圧する圧力発生手段（アクチュエータ手段）とを備えて、圧力発生手段を駆動することでインク流路内インクを加圧してノズルからインク滴を吐出させる。
【０００３】
従来のインクジェットヘッドは、圧力発生手段の種類という点から、圧電素子を用いて加圧室の壁面を形成して振動板を変形変位させることでインク滴を吐出させるピエゾ型のもの、加圧室内に配設した発熱抵抗体を用いてインクの膜沸騰でバブルを発生させてインク滴を吐出させるバブル型のもの、加圧室の壁面を形成する振動板（又はこれと一体の電極）と電極を用いて静電力で振動板を変形変位させることでインク滴を吐出させる静電型のものなどに大別される。
【０００４】
また、従来のインクジェットヘッドは、インク滴の吐出方向という点から、特にピエゾ型及び静電型のものにあっては、特開平６−８４４９号公報、特開平６−２３９８６号公報などに記載されているように、振動板の変位方向と直交する方向にインク滴を吐出させるエッジシュータ方式と、特開平９−３１４８３７号公報、特開平１０−３０４６８５号公報などに記載されているように振動板の変位方向にインク滴を吐出させるサイドシュータ方式とに大別される。
【０００５】
ところで、上述した振動板を用いるピエゾ型や静電型のインクジェットヘッドにおいては、高速化、高密度化に伴なって、或いは低電圧化の要求に従って、振動板の薄膜化、高精度化が必要になり、また薄膜化に伴なって、振動板の厚さ（剛性）とインク接液性（インクに対する耐溶出性）の確保が重要になる。なお、振動板とこれを変形変位させる電気機械変換素子、或いは振動板とこれに対向する電極で構成される部分をマイクロアクチュエータと称する。また、マイクロアクチュエータとしてはヘッドに限らず、マイクロポンプなどにも用いられるが、ここではヘッドについて説明する。
【０００６】
そこで、従来のインクジェットヘッドにおいては、特開平６−２３９８６号公報、特開平６−７１８８２号公報あるいは特開平９−２６７４７９公報などに記載されているように、振動板を形成するシリコン基板にボロンを拡散した高濃度ボロン拡散層を形成し、このシリコン基板を異方性エッチングすることにより、高濃度ボロン拡散層でエッチングストップすることから、高濃度ボロン拡散層による振動板を形成するようにしている。また、シリコン酸化膜をエッチングストップ層としてエッチングをストップさせることで、ＳＯＩ基板やＳＩＭＯＸ基板を利用した振動板を形成することもできる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の圧電型或いは静電型インクジェットヘッドは２００ｄｐｉ程度以下の吐出密度であり、このヘッドを用いてパス回数（ヘッド走査回数）を増加することで記録密度としては１２００ｄｐｉ程度の記録密度にしているが、ヘッド自体の吐出密度が低いために記録密度を上げるにはパス回数が多くなるなど記録速度が低下する。
【０００８】
そこで、ヘッド自体の吐出密度を３００ｄｐｉ以上に上げることで記録速度の高速化を図れるが、ヘッド自体の吐出密度を３００ｄｐｉ以上にするために隣り合うチャンネル間（ビット間）のピッチは８５μｍ程度になる。したがって、吐出のための振動板の幅を狭くしなければならないが、振動板幅を狭くして且つ所望の低電圧で安定な吐出特性を得るためには、振動板の厚みを薄くしなければならないとともに、特に静電型インクジェットヘッドにおいては振動板と電極との間のギャップを可能な範囲で狭くしてできるだけ効率的な駆動をしなければならない。
【０００９】
このように、振動板の厚みを薄くすると、それだけ裂傷などによって破損し易くなるとともに、インクへの溶出による破損も生じ易くなり、更に微小ギャップを維持するためには弛みや波打ちなどのない高精度な平面性を維持できなければならない。しかも、ヘッドの量産を行うためには、薄くて高精度の平面性を維持できる振動板を安定して歩留まり良く生産できなければならない。
【００１０】
しかしながら、上述した従来の静電型インクジェットヘッドで用いられている高濃度ボロン拡散層によって振動板を形成する場合、振動板厚みが１．５μｍを越えるときには量産に適しているが、１．５μｍ以下、特に１．０μｍ〜０．３μｍの厚みの振動板を、板厚バラツキを抑えて且つ高い平面精度で安定的に低コストで形成することは極めて困難である。
【００１１】
このように、従来の液滴吐出ヘッドにあっては、振動板の厚みや平面性の点で特に高密度（３００ｄｐｉ以上）の吐出密度を有するヘッドを低コストで得ることができないという課題がある。
【００１２】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、高密度化が可能な液滴吐出ヘッド、高速高密度記録が可能なインクジェット記録装置、画像形成装置、液体吐出装置及び高密度化が可能なマイクロアクチュエータを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液流路の壁面を形成する振動板を有し、この振動板を変形させることで液滴を吐出する液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板は、引張り応力性を有する膜と圧縮応力性を有する膜とを交互に積層した４層構造の積層膜であり、全体として引張り応力性を有する構成としたものである。なお、本明細書で「振動板」とは変形可能な領域部分を意味するものとしている。
【００１４】
ここで、圧縮応力性を有する膜が絶縁性膜である構成とすることができる。この場合、圧縮応力性を有する膜がシリコン酸化膜である構成とできる。また、引張り応力性を有する膜がシリコン窒化膜である構成とできる。また、振動板の表面に電極膜を有する構成とできる。また、積層膜の内部に電極膜を有する構成とできる。
【００１５】
また、電極膜を有する場合、電極膜はビット毎に分離されている構成とすることができる。
【００１６】
また、引張り応力性を有する膜が導電性膜からなる構成とできる。この場合、導電性膜がチタン窒化膜、高温金属膜又はポリシリコン膜であることが好ましい。
【００１９】
さらに、振動板はチタン窒化膜、高温金属膜、ポリシリコン膜又はこれらの２以上の組み合わせの膜とシリコン酸化膜との積層膜であることが好ましい。
【００２０】
さらにまた、振動板の流路側表面はシリコンに高濃度ボロンを拡散した層よりも高い接液性を有していることが好ましい。
【００２１】
また、上記本発明に係る各液滴吐出ヘッドは、振動板に対向する電極を有し、振動板を静電力で変位させることで液滴を吐出させる構成とすることができる。或いは、振動板を変形させる電気機械変換素子を有し、この電気機械変換素子の変位で振動板を変位させることで液滴を吐出させる構成とすることができる。
【００２２】
本発明に係るインクジェット記録装置は、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通するインク流路と、このインク流路内のインクを加圧する圧力発生手段とを有するインクジェットヘッドが本発明に係る液滴吐出ヘッドである構成としたものである。
本発明に係る画像形成装置、液滴を吐出する装置は、本発明に係る液滴吐出ヘッドを備えたものである。
【００２３】
本発明に係るマイクロアクチュエータは、振動板と、この振動板を変形させる駆動手段とを備え、振動板は、引張り応力性を有する膜と圧縮応力性を有する膜とを交互に積層した４層構造の積層膜であり、全体として引張り応力性を有する構成としたものである。
【００２５】
ここで、振動板に対向する電極を有し、振動板を静電力で変位させる構成とすることが好ましい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。図１は本発明に係る液滴を吐出する装置を含む本発明に係る画像形成装置としてのインクジェット記録装置の機構部の概略斜視説明図、図２は同機構部の側面説明図である。
【００２７】
このインクジェット記録装置は、記録装置本体１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載したインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへのインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部２等を収納し、装置本体１の下方部には前方側から多数枚の用紙３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙３を手差しで給紙するための手差しトレイ５を開倒することができ、給紙カセット４或いは手差しトレイ５から給送される用紙３を取り込み、印字機構部２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ６に排紙する。
【００２８】
印字機構部２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド１１と従ガイドロッド１２とでキャリッジ１３を主走査方向（図２で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ１３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドからなるヘッド１４をインク滴吐出方向を下方に向けて装着し、キャリッジ１３の上側にはヘッド１４に各色のインクを供給するための各インクタンク（インクカートリッジ）１５を交換可能に装着している。
【００２９】
ここで、キャリッジ１３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド１１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向下流側）を従ガイドロッド１２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ１３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１７で回転駆動される駆動プーリ１８と従動プーリ１９との間にタイミングベルト２０を張装し、このタイミングベルト２０をキャリッジ１３に固定している。また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド１４を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。
【００３０】
一方、給紙カセット４にセットした用紙３をヘッド１４の下方側に搬送するために、給紙カセット４から用紙３を分離給装する給紙ローラ２１及びフリクションパッド２２と、用紙３を案内するガイド部材２３と、給紙された用紙３を反転させて搬送する搬送ローラ２４と、この搬送ローラ２４の周面に押し付けられる搬送コロ２５及び搬送ローラ２４からの用紙３の送り出し角度を規定する先端コロ２６とを設けている。搬送ローラ２４は副走査モータ２７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【００３１】
そして、キャリッジ１３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ２４から送り出された用紙３を記録ヘッド１４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材２９を設けている。この印写受け部材２９の用紙搬送方向下流側には、用紙３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ３１、拍車３２を設け、さらに用紙３を排紙トレイ６に送り出す排紙ローラ３３及び拍車３４と、排紙経路を形成するガイド部材３５，３６とを配設している。
【００３２】
また、キャリッジ１３の移動方向右端側にはヘッド１４の信頼性を維持、回復するための信頼性維持回復機構（以下「サブシステム」という。）３７を配置している。キャリッジ１３は印字待機中にはこのサブシステム３７側に移動されてキャッピング手段などでヘッド１４をキャッピングされる。
【００３３】
次に、このインクジェット記録装置のヘッド１４を構成する本発明に係るマイクロアクチュエータを含む本発明の第１実施形態に係るインクジェットヘッドについて図３乃至図７を参照して説明する。なお、図３は同ヘッドの分解斜視説明図、図４は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図、図５は図４の要部拡大図、図６は同ヘッドの振動板短手方向の拡大断面説明図、図７は同ヘッドを透過状態で示す要部平面説明図である。
【００３４】
インクジェットヘッド４０は、単結晶シリコン基板、ＳＯＩ基板などのシリコン基板等を用いた流路基板（液室基板又は第１基板ともいう。）４１と、この流路基板４１の下面に設けた振動板４２と、流路基板４１の下側に振動板４２を介して設けたシリコン基板、パイレックスガラス基板、セラミックス基板等を用いた電極基板４３と、流路基板４１の上側に設けたノズル板４４とを備え、インク滴を吐出する複数のノズル４５、各ノズル４５が連通するインク流路である加圧室４６、各加圧室４６にインク供給路を兼ねた流体抵抗部４７を介して連通する共通液室４８などを形成している。
【００３５】
流路基板４１にはノズル４５が連通する複数の液流路である加圧室４６及びこの加圧室４６の底面となる振動板４２を形成し、ノズル板４４には流体抵抗部４７を形成する溝を形成し、また流路基板４１と電極基板４３には共通液室４８を形成する貫通部を形成している。
【００３６】
ここで、液流路である加圧室４６の壁面を形成する振動板４２は、全体として引張り応力性を有している。また、振動板４２の厚さは、ここでは３００ｄｐｉイ状のノズルピッチ（吐出密度）を得るために０．３μｍ〜１．５μｍの範囲内で選択した任意の値にしている。さらに、振動板４２全体の引張り応力は、応力による破損が生じないように１Ｅ＋１１（ｄｙｎｅ／ｃｍ2）を越えない値に収まるようにしている。なお、「１Ｅ＋１１」は「１×１０11」の意味である。
【００３７】
この振動板４２は、単層構造でも複層構造でもよく、複層構造にする場合引張り応力性の膜と圧縮応力性の膜との積層膜とすることができ、また、絶縁性膜、導電性膜、絶縁性膜の積層膜、導電性膜の積層膜、絶縁性膜と導電性膜との積層膜のいずれでもよい。
【００３８】
ここで、絶縁性膜としてはシリコン窒化膜（引張り応力性）、引張り応力性の膜と圧縮応力性の膜との積層膜でもある絶縁性膜の積層膜としてはシリコン窒化膜とシリコン酸化膜（圧縮応力性）或いはシリコン窒化膜とボロンガラス（圧縮応力性）とを積層したものなどを挙げることができる。導電性膜又は導電性膜の積層膜としては、例えばチタン窒化（ＴｉＮ）膜、ポリシリコン膜、或いはＴｉ、Ｗ、Ｍｏなどの高温金属膜、これらの膜の組み合わせを挙げることができる。また、引張り応力性の膜と圧縮応力性の膜との積層膜ともなる絶縁性膜と導電性膜の積層膜としては、上記シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、ボロンガラス、チタン窒化（ＴｉＮ）膜、ポリシリコン膜、或いはＴｉ、Ｗ、Ｍｏなどの高温金属膜の組み合わせを挙げることができる。
【００３９】
また、振動板４２に絶縁性膜又は絶縁性膜の積層膜を用いる場合には、振動板４２の表面又は内部（積層膜間）に電極膜を形成する。この電極膜としては、上述した導電性膜（引張り応力性を有するものに限らない）として用いた、チタン窒化（ＴｉＮ）、ポリシリコン、或いはＴｉ、Ｗ、Ｍｏなどの高温金属膜などを用いることができる。
【００４０】
また、電極基板４３にはシリコン酸化膜（層）４３ａを形成し、この酸化膜４３ａの部分に凹部５４を形成して、この凹部５４底面に振動板４２に対向する電極５５を設け、振動板４２と電極５５との間に１．０μｍ程度以下のギャップ５６を形成し、これらの振動板４２と電極５５とによって本発明に係るマイクロアクチュエータを構成している。
【００４１】
ここで、電極基板４３の凹部５４は図４にも示すように振動板短手方向で断面形状が傾斜面を有する形状とし、この凹部５４の底面に電極５５を形成することにより、振動板４２と電極５５とを振動板短手方向で非平行状態で対向させている。なお、このように非平行な振動板４２と電極５５との間に形成されるギャップ５６を非平行ギャップと称する。もちろん、振動板４２と電極５５とを平行な状態で対向させることもできるし、振動板長手方向で非平行ギャップとすることもできる。
【００４２】
また、電極５５は外部に延設して外部駆動回路に接続された接続手段と接続するための接続部（電極取り出し部）５５ａとしている。なお、電極５５表面にはＳiＯ2膜などの酸化膜系絶縁膜、Ｓi3Ｎ4膜などの窒化膜系絶縁膜からなる電極保護膜５７を成膜しているが、電極表面５５に電極保護膜５７を形成しないで、振動板４２側に絶縁膜を形成することもできる。
【００４３】
この電極基板４３として単結晶シリコン基板を用いる場合には通常のシリコンウエハーを用いることができる。その厚さはシリコンウエハーの直径で異なるが、直径４インチのシリコンウエハーであれば厚さが５００μｍ程度、直径６インチのシリコンウエハーであれば厚さは６００μｍ程度であることが多い。シリコンウエハー以外の材料を選択する場合には、流路基板のシリコンと熱膨張係数の差が小さい方が振動板と接合する場合に信頼性を向上できる。
【００４４】
これらの流路基板４１の振動板４２と電極基板４３との接合は、ギャップ５６を高精度に確保するため、より信頼性の高い物理的な接合、例えば電極基板４３がシリコンで形成される場合、酸化膜を介した直接接合法を用いて接合する。この直接接合は５００〜１２００℃程度の高温下で実施する。シリコンの直接接合は、温度の高い方が接合強度が高く、接合面に接合不良である空隙（ボイド）が発生しにくいので、この点では振動板４２にシリコン窒化膜或いはシリコン窒化膜と酸化膜の積層膜を用いるのが好ましい。特にシリコン窒化膜或いはシリコン窒化膜と酸化膜の積層膜を用いることで、アルカリ系のインクに対するインク接液性に優れているので、長期間の安定した駆動を行うことができる。
【００４５】
また、電極基板４３としてパイレックス（硼珪酸ガラス）などのガラスを用いた場合、陽極接合を行うことができる。電極基板４３をシリコンで形成して、陽極接合を行う場合には、電極基板４３と振動板４２との間にパイレックスガラスを成膜し、この膜を介して陽極接合を行うこともできる。さらに、振動板４２と電極基板４３にシリコン基板を使用して金等のバインダーを接合面に介在させた共晶接合で接合することもできる。
【００４６】
また、電極基板４３の電極５５としては、通常半導体素子の形成プロセスで一般的に用いられるＡｌ、Ｃｒ、Ｎｉ等の金属材料や、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ等の高融点金属、または不純物により低抵抗化した多結晶シリコン材料などを用いることができる。電極基板４３をシリコンウエハで形成する場合には、電極基板４３と電極５５との間には絶縁層（上述した酸化膜層４３ａ）を形成する必要がある。電極基板４３にガラス基板、セラミック基板等の絶縁性材料を用いる場合には電極５５との間に絶縁層を形成する必要はない。
【００４７】
また、電極基板４３にシリコン基板を用いる場合、電極５５としては、不純物拡散領域を用いることができる。この場合、拡散に用いる不純物は基板シリコンの導電型と反対の導電型を示す不純物を用い、拡散領域周辺にｐｎ接合を形成し、電極５５と電極基板４３とを電気的に絶縁する。
【００４８】
ノズル板４４には、多数のノズル４５を形成している。このノズル４５のピッチは吐出密度で３００ｄｐｉになるようにしている。また、ノズル板４４には、共通液室４８と加圧室４６を連通するための流体抵抗部４７を形成する溝部を形成している。ここでは、このノズル板４４はＮｉ電鋳、ＳＵＳ、或いは高分子樹脂層と金属層の複層構造のものなども用いることができる。
【００４９】
このノズル板４４は、電極基板４２よりも大きく形成し、ノズル板４４の一部がアクチュエータ部材の電極取り出し部５５ａを覆うようにしている。このようにノズル板４４をアクチュエータ部材よりも大きくすることにより、ノズル板４３でアクチュエータ部材の電極取り出し部５５ａを完全に覆うことができて、ノズル板４４上に滞留するインクが電極取り出し部５５ａの部分に侵入することを確実に防止することができる。
【００５０】
このインクジェットヘッド４０ではノズル４４を二列配置し、この各ノズル４４に対応して加圧室４６、振動板４２、電極５５なども二列配置し、各ノズル列の中央部（ヘッド中央部）に共通液室４８を配置して、共通液室４８から左右の加圧室４６にインクを振り分けて供給する構成を採用している。これにより、各加圧室４６へのインク供給を均等に配分することができ、各加圧室の駆動状態の緩衝をほとんど受けることなく、均一なインク滴吐出特性を確保することができて、簡単なヘッド構成で多数のノズルを有するマルチノズルヘッドを構成することができる。
【００５１】
そして、インクジェットヘッド４０の電極５５に連続する電極取り出し部５５ａにヘッド駆動回路であるドライバＩＣ（駆動用ＩＣチップ）６０をワイヤボンドによって搭載したＦＰＣケーブル６１を異方性導電膜などを介して接続している。このとき、電極基板４３とノズル板４４との間（ギャップ５６入口）を含めて電極取り出し部５５ａとノズル板４４との間は、図４及び図５に示すようにエポキシ樹脂等の接着剤を用いたギャップ封止剤６２にて気密封止し、ギャップ５６内に湿気が侵入して振動板４２が変位しなくなるのを防止している。
【００５２】
さらに、電極基板４３及びノズル板４４ををフレーム部材６５上に接着剤で接合している。また、ノズル板４４の端部とフレーム部材６５との間はエポキシ樹脂等の接着剤を用いたギャップ封止剤６８にて封止接合し、撥水性を有するノズル板４４表面のインクが電極基板４３やＦＰＣケーブル６１等に回り込むことを防止している。
【００５３】
このフレーム部材６５にはインクジェットヘッド４０の共通液室４８に外部からインクを供給するためのインク供給穴６６を形成しており、またＦＰＣケーブル６１等はフレーム部材６５に形成した穴部６７に収納される。
【００５４】
そして、このヘッド１４のフレーム部材６５にはインクカートリッジ１５とのジョイント部材７０が連結されて、フレーム部材６５に熱融着したフィルタ７１を介してインクカートリッジ１５からインク供給穴６６を通じて共通液室４８にインクが供給される。
【００５５】
このインクジェットヘッド４０においては、振動板４２を共通電極とし、電極５５を個別電極として、振動板４２と電極５５との間に駆動波形（駆動電圧）を印加することによって、振動板４２と電極５５との間に発生する静電力によって振動板４２が電極５５側に変形変位し、この状態から振動板４２と電極５５間の電荷を放電させることによって振動板４２が復帰変形して、加圧室４６の内容積（体積）／圧力が変化することによって、ノズル４５からインク滴が吐出される。
【００５６】
ここで、このインクジェットヘッド４０における振動板４２は全体として引張り応力性を有しているので、無負荷時（駆動波形を印加しない状態）で変形することがなく、微小ギャップ（０．５μｍ程度）を安定して確保することができるとともに、振動板４２の厚みを薄膜化（０．３〜１．５μｍ厚のシリコン振動板に相当する剛性を有する厚さ）にすることができて、吐出密度３００ｄｐｉ以上で配置しても低電圧で十分な吐出特性を得ることができる。これにより、吐出密度３００ｄｐｉ以上の高密度ヘッドを得ることができる。
【００５７】
これに対して、図８に示すように従来用いられている圧縮応力性の振動板７２を用いて薄膜化すると、駆動波形を印加しない状態でも、振動板７２は振動板７２’で示すように吐出室側或いは電極基板側のいずれかに変形してしまい、微小ギャップを維持することが困難になるとともに、振動板７２の定常状態が一定でないために各チャンネル間での吐出特性にバラツキが生じることになる。
【００５８】
また、シリコン基板の一部を残存して形成する従来のシリコン振動板（固体振動板）において、耐インク性を得る目的等で表面を酸化した場合、酸化膜が厚いと変形してしまうことを確認している。例えば、２μｍのシリコン板に０．２μｍ程度の酸化膜を形成した場合には、０．０２〜０．２μｍ程度の撓みが発生する。この撓み量はギャップ長１μｍ以下のアクチュエータを形成する場合に致命的な変形量である。シリコン基板の一部を残存して形成する従来のシリコン振動板の場合、１．５μｍ程度以下の厚さを制御性良く形成すること自体が極めて難しい上、振動板全体が圧縮応力性を持つような構成（たわみの問題）になると、その実現が一層困難になる。
【００５９】
次に、本発明の第２実施形態に係るインクジェットヘッドについて図９乃至図１１を参照して説明する。なお、図９は同ヘッドの平面説明図、図１０は図９のＡ−Ａ線に沿う振動板長手方向の断面説明図、図１１は図９のＢ−Ｂ線に沿う振動板短手方向の断面説明図である。
【００６０】
このインクジェットヘッドは、ノズル４５を一列で配置し、また、電極基板４２の凹部５４の底面を振動板４２と平行に形成し、この凹部５４の底面に電極５５を形成することで、振動板４２と電極５５とを平行に配置してギャップ５６を平行ギャップとしたものである。なお、その他の構成は前記第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００６１】
次に、本発明に係るマイクロアクチュエータを含む本発明の第３乃至第１５実施形態に係るインクジェットヘッドについて図１２乃至図２４を参照して説明する。なお、各図はいずれも流路基板と振動板の部分を示す要部断面説明図である。その他の部分はいずれも前記第１実施形態或いは第２実施形態の構成を適用できる。
【００６２】
図１２に示す第３実施形態は、振動板４２を引張り応力性を有する絶縁性膜であるシリコン窒化膜８１で形成したものであり、振動板４２全体として引張り応力性を有している。なお、シリコン窒化膜８１自体は絶縁膜であって電極として機能できないので、静電力を用いる場合には別途電極膜を形成する（以後の実施形態についても同様である。）。
【００６３】
このシリコン窒化膜８１は、例えばＣＶＤ（Chemical-Vaper-Deposition）法によって形成することができる。ＣＶＤ法としては減圧ＣＶＤ法とプラズマＣＶＤ法が知られているが、減圧ＣＶＤ法で成膜した膜の方がプラズマＣＶＤ法で成膜した膜よりも引張り応力が大きくなる。
【００６４】
また、引張り応力の絶対値は同じ成膜方法を用いても成膜条件で異なる。この場合、引張り応力が大きすぎると、流路基板４１に反りを与えたり、振動板剛性に大きな影響を与えたり、その膜がメンブレン（振動板）状態になったときに破損するなどするため、適切な応力値に設定する。
【００６５】
図１３に示す第４実施形態は、流路基板４１にエッチングストップ用のバッファ酸化膜８２を形成し、振動板４２を引張り応力性を有する絶縁膜であるシリコン窒化膜８１と圧縮応力性を有する絶縁性膜であるシリコン酸化膜（層）８３の積層膜で形成したものであり、振動板４２全体としては引張り応力性を有している。すなわち、シリコン窒化膜８１の引張り応力をシリコン酸化膜８３の圧縮応力で緩和しながら全体としては引張り応力性の膜としたものである。
【００６６】
このように、引張り応力性を有する絶縁膜膜と圧縮応力性を有する絶縁膜とを組み合わせることで、引張り応力を圧縮応力で緩和することができて、振動板４２全体として適度な引張り応力を容易に得ることができる。
【００６７】
図１４に示す第５実施形態は、振動板４２をバッファ酸化膜８４（第４実施形態のバッファ酸化膜８２をそのまま残存させたものである。）とシリコン窒化膜８１とシリコン酸化膜８３とシリコン窒化膜８１との４層の積層膜で形成し、振動板４２全体として引張り応力性を有する膜としている。この場合も、酸化膜８３、８４とシリコン窒化膜８１、８１の組み合わせで振動板４２に全体として適度の引張り応力を容易に得ることができる。
【００６８】
図１５に示す第６実施形態は、振動板４２を引張り応力性を有するＴｉＮ膜、ポリシリコン膜、或いはＴｉ、Ｗ、Ｍｏなどの高温金属膜からなる導電性膜８５で形成したものであり、振動板４２全体として引張り応力性を有している。なお、導電性膜８５を用いる場合にシリコン基板との直接接合ができないときには、前述したように陽極接合や共晶接合を用いれば良い。また、導電性膜８５を用いることで振動板４２をそのまま共通電極とすることができる。
【００６９】
図１６に示す第７実施形態は、振動板４２を引張り応力性の絶縁性膜であるシリコン窒化膜８１と引張り応力性の導電性膜８５との積層膜で形成したものであり、振動板４２全体としても引張り応力性を有している。この場合、絶縁性のシリコン窒化膜８１を用いているが導電性膜８５を電極膜として使用することができる。
【００７０】
図１７に示す第８実施形態は、振動板４２を引張り応力性の絶縁性膜であるシリコン窒化膜８１と引張り応力性の導電性膜８５と圧縮応力性の絶縁性膜であるシリコン酸化膜８３との積層膜で形成したものであり、振動板４２全体として引張り応力性を有している。
【００７１】
この場合もシリコン窒化膜８１や導電性膜８５の引張り応力をシリコン酸化膜８３の圧縮応力で緩和して、振動板４２全体としての所要の引張り応力を容易に得ることができる。また、絶縁性膜であるシリコン窒化膜８１とシリコン酸化膜８３との間に導電性膜８５をサンドイッチにしているので、導電性膜８５を電極膜（共通電極となる。）として使用することができ、しかも導電性膜８５と対向電極との接触をシリコン酸化膜８３で防止することができる。
【００７２】
図１８に示す第９実施形態は、流路基板４１にエッチングストップ用のバッファ酸化膜８２を形成し、振動板４２を第８実施形態と同様に引張り応力性の絶縁性膜であるシリコン窒化膜８１と導電性膜８５と圧縮応力性のシリコン酸化膜８３との積層膜で形成したものである。
【００７３】
図１９に示す第１０実施形態は、振動板４２を圧縮応力性の絶縁性膜であるシリコン酸化膜８４（第９実施形態のバッファ酸化膜８２をそのまま残存させたものである。）と引張り応力性の導電性膜８５と引張り応力性の絶縁性膜であるシリコン窒化膜８１との積層膜で形成し、振動板４２全体として引張り応力性を有しているものである
【００７４】
この場合もシリコン窒化膜８１や導電性膜８５の引張り応力をシリコン酸化膜８４の圧縮応力で緩和して、振動板４２全体としての所要の引張り応力を容易に得ることができる。また、絶縁性膜であるシリコン酸化膜８４とシリコン窒化膜８１との間に導電性膜８５をサンドイッチにしているので、導電性膜８５を電極膜（共通電極となる。）として使用することができ、しかも導電性膜８５と対向電極との接触をシリコン窒化膜８１で防止することができる。
【００７５】
図２０に示す第１１実施形態は、振動板４２を引張り応力性の絶縁性膜であるシリコン窒化膜８１で形成して全体として引張り応力性を持たせ、振動板４２を電極とするためにシリコン窒化膜８１に電極膜である導電層８６を形成し、この導電層８６は各ビット毎（各チャンネル毎）に分離したものである。なお、導電層８６としては、上述したようなＴｉＮ膜、ポリシリコン膜、或いはＴｉ、Ｗ、Ｍｏなどの高温金属膜、その他の前述した電極５５と同様な材料を用いることができる。この場合、導電層８６としては引張り応力性の導電性膜に限るものではない。
【００７６】
このように振動板４２側にビット毎に分割した導電層８６を設けることにより、電極基板側に個別電極を設ける必要がなくなる。なお、前述した第９、第１０実施形態のように内部に電極膜を兼ねる導電性膜８５を積層する場合にも同様にビット毎に分離することができる。
【００７７】
図２１に示す第１２実施形態は、振動板４２を引張り応力性の絶縁性膜であるシリコン窒化膜８１で形成して全体として引張り応力性を持たせ、振動板４２を電極とするためにシリコン窒化膜８１に各ビット毎に分離した電極膜である導電層８６を形成し、更にこの導電層８６を被覆する絶縁膜８７を形成したものである。なお、導電層８６は引張り応力性の膜に限るものではなく、また絶縁膜８７も圧縮応力性の膜に限るものではない。
【００７８】
このように振動板４２側にビット毎に分割した導電層８６を設けることにより、電極基板側に個別電極を設ける必要がなくなるとともに、この導電層８６を被覆する絶縁膜８７を形成することで、対向電極との間の電気的接触（回路ショート、破壊）を防止することができる。
【００７９】
また、対向電極５５のみに保護膜（絶縁膜）５７を形成した場合、残留電荷の発生が著しく多くなることが確認されている。残留電荷とは、振動板４２が対向電極５５側に接触したときに、そこに挟まれる保護膜（絶縁膜）の表面、或いは界面、若しくは内部に電荷が残留する現象である（絶縁膜が分極するという考えもある。）。残留電荷のメカニズムには未だ不明な点が多いが、振動板４２と対向電極５５の双方に保護膜（絶縁膜）が形成されている場合において、アクチュエータ駆動に支障がない範囲まで残留電荷が実用上抑制されることを確認している。すなわち、この実施形態のように振動板４２上に絶縁膜８７を形成することで残留電荷の発生を実用上抑制することができる。
【００８０】
図２２に示す第１３実施形態は、流路基板４１にバッファ酸化膜８２を形成し、振動板４２を引張り応力性を有する絶縁性膜であるシリコン窒化膜８１で形成して全体として引張り応力性を持たせ、振動板４２を電極とするために各ビット（チャンネル）毎に分離し、且つ、２つに分割した電極膜である導電層８８、８８を形成し、更に分割された導電層８８、８８間に振動板４２に導電層８８よりも厚みのあるシリコン酸化膜などの絶縁膜８９を形成したものである。また、振動板４２の加圧室間隔壁に対応する部分にも絶縁膜７９を設けている。
【００８１】
このように振動板４２側にビット毎に分割した導電層８８を設けることにより、電極基板側に個別電極を設ける必要がなくなるとともに、この導電層８８より厚みのある絶縁膜８９を形成することで、対向電極との間の電気的接触を防止することができ、残留電荷の発生を低減できる。
【００８２】
図２３に示す第１４実施形態は、流路基板４１にバッファ酸化膜８２を形成し、振動板４２を引張り応力性を有する絶縁性膜であるシリコン窒化膜８１で形成して全体として引張り応力性を持たせ、振動板４２を電極とするために各ビット（チャンネル）毎に分離し、且つ、２つに分割した電極膜である導電層８８、８８を形成し、更に分割された導電層８８、８８間に振動板４２に導電層８８よりも厚みのあるシリコン酸化膜などの絶縁膜８９を形成したものである。そして、振動板４２の加圧室間隔壁に対応する部分に、振動板４２と電極５５との間のギャップ５６の長さを規定するギャップスペーサになるとともに電極基板４３との接合部分となる絶縁膜９０を設けている。
【００８３】
したがって、上記第１３実施形態の作用効果に加えて、電極基板４３側にギャップ長を規定するための凹部５４を設ける必要がなくなり、平板状シリコン基板をそのまま電極基板として使用することができる。
【００８４】
図２４に示す第１５実施形態は、上記第１４実施形態に加えて、導電層８８、８８の保護膜を兼ねる絶縁膜９１を形成したものである。このようにすることで、より確実に残留電荷を低減できる。
【００８５】
次に、本発明に係るマイクロアクチュエータを含む本発明の第１６乃至第２０実施形態に係るインクジェットヘッドについて図２５乃至図２９を参照して説明する。なお、各図はいずれも振動板短手方向の断面説明図である。
【００８６】
図２５に示す第１６実施形態は、振動板４２として第１２実施形態（図２１）のものを使用し、シリコン基板からなる電極基板４３にシリコン酸化層４３ａを形成し、このシリコン酸化層４３ａにギャップ５６となる凹部５４を電極保護膜（保護層）５７となる部分を残して形成して、この電極基板４３上に上記振動板４２等を接合している。
【００８７】
したがって、振動板４２の導電層８６を個別電極とし、電極基板４３全体を共通電極として駆動波形を印加することで、振動板４２が変形変位してノズル４５からインク滴が吐出される。このように振動板４２の導電層８６が個別ビット毎に分割されていることで、電極基板４３を共通電極として使用することができるようになる。
【００８８】
図２６に示す第１７実施形態は、振動板４２として第１２実施形態（図２１）のものを使用し、シリコン基板からなる電極基板４３にギャップスペーサ９２を介して振動板４２等を接合し、振動板４２と対向電極となる平板状の電極基板４３との間に所定長さのギャップ５６を形成したものである。この実施形態においても電極基板４３全体を共通電極として使用する。
【００８９】
図２７に示す第１８実施形態は、振動板４２として第１１実施形態（図２０）のものを使用し、シリコン基板からなる電極基板４３にシリコン酸化層４３ａを形成し、このシリコン酸化層４３ａにギャップ５６を形成する凹部５４を電極保護層５７となる部分を残して形成して、この電極基板４３上に上記振動板４２等を接合している。この実施形態においても電極基板４２全体を共通電極として使用する。
【００９０】
図２８に示す第１９実施形態は、振動板４２として第１２実施形態（図２１）のものを使用し、電極側基板として第２実施形態（図１１参照）のものを使用したものであり、シリコン基板からなる電極基板４３にシリコン酸化層４３ａを形成し、このシリコン酸化層４３ａに電極形成溝となる凹部５４を形成し、凹部５４内に電極５５を形成したものである。
【００９１】
この実施形態においては、振動板４２の導電層８６及び電極基板４３の電極５５がそれぞれビット毎に対応し、各ビットを選択して駆動波形を印加することができるようになる。
【００９２】
図２９に示す第２０実施形態は、振動板４２として第１４実施形態（図２３）のものを使用し、シリコン基板からなる平板状の電極基板４３に振動板４２側のギャップスペーサ部材となる絶縁層９０を接合したものである。
【００９３】
この場合、電極基板４３全体を共通電極として使用するが、振動板４２が変形したときに凸状の絶縁層８９が電極基板４３に当接する（ストッパとして働く）ので、導電層８８が電極基板４３に接触（電気的ショート）することを防止できる。また、第１２実施形態の説明でも述べたように、残留電荷の発生は保護膜（絶縁膜）に起因すると考えられる。本実施形態の構成では両電極表面上に絶縁膜がないため、原理上残留電荷の発生がないはずであるが、実際にはシリコン基板表面に僅かに自然酸化膜が形成されること、加えて、放電に起因する影響などで若干の残留電荷が発生する。それでも、本実施形態のような構成を採ることで実用上問題ないレベルまで残留電荷を抑制することができる。
【００９４】
次に、前記第９実施形態に係る振動板を用いたインクジェットヘッドの製造工程について図３０及び図３１を参照して説明する。
先ず、同図（ａ）に示すようなシリコン基板４１上に、同図（ｂ）に示すようにバッファ酸化膜８２を形成（基板両面に形成される。）し、このバッファ酸化膜８２上に減圧ＣＶＤ法によりシリコン窒化膜８１を成膜し、シリコン窒化膜８１上に導電性層であるポリシリコン膜８５を成膜し、このポリシリコン膜８５の表面を酸化して表面保護層（シリコン酸化膜）８３を形成した。この場合、ポリシリコン膜はシリコン基板４１と熱膨張係数も略同じであるので応力を発生しない。
【００９５】
次に、振動板（積層膜）４２の表面、即ち酸化膜８３の表面を研磨（ポリッシング）し、研磨した面を、同図（ｄ）に示すように別途製作した電極５５等を形成した電極基板４３の面と合わせて、同図（ｃ）に示すようにシリコン直接接合法により接合した。なお、シリコン基板４３の酸化層４３ａ表面はエッチング等のダメージのないシリコン直接接合可能な表面性に仕上げられていることを当然である。
【００９６】
次いで、図３１（ａ）に示すように、シリコン基板４１を吐出高さまで研磨した後、加圧室４６等に対応するマスクパターン９５を例えばプラズマＣＶＤ法によって成膜した窒化膜をパターンに応じて除去することで形成している。そして、同図（ｂ）に示すようにＫＯＨ液を用いたアルカリエッチングでシリコン基板４１を彫り込んでバッファ酸化膜８２をエッチストップ検知層としてエッチングをストップし、残存しているバッファ酸化膜８２を除去することで加圧室４６となる凹部及びその壁面（底面）を形成する振動板４２を形成する。その後、同図（ｃ）に示すように、別途同図（ｄ）に示すように製作したノズル板４４をシリコン基板４１上に接合してインクジェットヘッドを完成する。
【００９７】
次に、本発明の第２０実施形態に係るインクジェットヘッドについて図３２乃至図３４を参照して説明する。なお、図３２は同ヘッドの平面説明図、図３３は図３２のＣ−Ｃ線に沿う振動板長手方向の断面説明図、図３４は図３２のＤ−Ｄ線に沿う振動板短手方向の断面説明図である。
【００９８】
このインクジェットヘッドは、振動板４２を変形変位させる圧電素子９６を設けたピエゾ型ヘッドである。なお、電極基板４２上には圧電素子９６に接続した電極９７を設けている。このようなピエゾ型ヘッド及びマイクロアクチュエータにも本発明は適用することができる。
【００９９】
次に、振動板４２の引張り応力について説明する。振動板の膜応力と振動板の撓み状態を評価するため、シリコン基板上にＲＦスパッタ装置にてＴｉＮ膜を成膜し、その膜を振動板として、或いは振動板の一部として使用した場合の撓みや変形について、ガス圧依存性、ガス流量比依存性の評価を行なった。ガス圧依存性の評価結果を表１、ガス流量比依存性の評価結果を表２に示している。なお、標準条件は反応性ガスＡｒ／Ｎ２、ガス圧６Ｅ−０３Ｔorrである。
【０１００】
【表１】
【表２】
これらの評価結果から、引張応力系の膜では振動板として撓みが無く良好であったが、圧縮応力系の膜では撓みが生じた。ただし、振動板としてＴｉＮ／Ｓｉ（１１０）なる構成を用いる場合、応力が大きすぎる（１Ｅ＋１１dyne／ｃｍ2程度)と、熱履歴等を経た時点でＳｉ（１１０）と垂直なＳｉ（１１１）面に亀裂が生じるという現象（不良）が生じた。これはＳｉ(111)面が、もともと破壊し易い面であるためである。
【０１０３】
本発明のような微少ギャップ(１μｍ程度以下)を利用するアクチュエータの場合、振動板の撓みや凹みは致命的であり、これを防ぐためには振動板は全体で引張応力性を有することが必要であるが、生産工程の高歩留まり、及び信頼耐久性の面（例えば亀裂を防ぐという観点)からは、引張応力もあまり大きすぎない方が良く、振動板に使用する材料やその形成方法、或いは、積層膜の場合はその構成（膜厚、材料、積層順等）によって、異なると推測されるが、上述した評価結果からは１Ｅ＋１１（dyne／ｃｍ2）を越えないことが好ましい。
【０１０４】
次に、振動板４２のインク接液性について説明する。各種材料のインク接液性について評価した結果を表３に示している。なお、同表中、○は５年間での膜ベリがデバイス駆動に影響しないレベルであること、△は５年間での膜ベリがデバイス駆動に影響を与えると推測されるレベルであること、×は５年間での膜ベリがデバイス駆動に影響を与えるレベルであることを示している。
【０１０５】
【表３】
ここでは、耐インク性をｐＨで評価している。この評価結果によると、Ｓｉ、或いはＢ拡散層ではインクによる膜ベリが大きく、デバイス駆動に影響を与える。熱酸化膜やＳｉＮ膜はｐＨ７程度までのインクであれば影響は少ない。また、ＴｉＮ膜やＺｒ膜などは広い範囲（少なくともｐＨ１１程度まで）で良好な耐インク性を示す。これに対し、Ｎｉは逆にｐＨの高いインクを使用する場合に有利な材料である。
【０１０７】
したがって、本発明を適用した振動板は、振動板全体の応力が、許容範囲以内で引張応力性を有していることが重要であり、積層膜で振動板を形成する場合には、耐インク性の高い材料を液流路側に設けることが好ましい。
【０１０８】
なお、上記各実施形態においては本発明をインクジェットヘッドに適用した例で説明したが、液体レジスト等を吐出する液滴吐出ヘッドにも適用することができる。また、ヘッドとして３００ｄｐｉ以上のものに適用したが、３００ｄｐｉ未満のヘッドにも適用することはでき、同様の作用効果も得られる。さらに、本発明に係るマイクロアクチュエータをインクジェットヘッドのアクチュエータ部に適用した例で説明したが、マイクロポンプなどのアクチュエータ部にも適用することができる。さらにまた、引張り応力性を有する絶縁性膜としてシリコン窒化膜、圧縮応力性を有する絶縁性膜としてシリコン酸化膜或いはボロンガラス、導電性膜としてチタン窒化膜、ポリシリコン膜、高温金属膜を挙げたが、これらに限るものではない。また、前述したようにプリンタ、ファクシミリ、プロッタ等の画像形成装置及び液滴を吐出する装置にも本発明に係る液滴吐出ヘッドを搭載することができる。
【０１０９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、液流路の壁面を形成する振動板を有し、この振動板を変形させることで液滴を吐出する液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板は、引張り応力性を有する膜と圧縮応力性を有する膜とを交互に積層した４層構造の積層膜であり、全体として引張り応力性を有する構成としたので、高い平面精度で厚さバラツキの小さい極薄層の振動板を形成できるため、低電圧駆動可能で、滴吐出特性のバラツキのない高密度ヘッドを得ることができるようになるとともに、振動板全体の適度な引張り応力性を容易に得ることができる。
【０１１０】
ここで、圧縮応力性を有する膜が絶縁性膜である構成とすることで、積層膜全体の引張り応力を容易に調整することができる。この場合、圧縮応力性を有する膜がシリコン酸化膜である構成とすることで、積層膜全体の引張り応力を容易に調整することができる。また、引張り応力性を有する膜がシリコン窒化膜である構成とすることで引張り応力性を有する振動板を容易に形成できる。また、振動板の表面に電極膜を有することで振動板を電極として使用することができる。また、積層膜の内部に電極膜を有することで振動板を電極として使用することができる。
【０１１３】
また、電極膜を有する場合、電極膜はビット毎に分離されている構成とすることによって、振動板を静電力で変形変位させる場合の対向電極側を共通電極とすることができて構成が簡単になる。
【０１１４】
また、引張り応力性を有する膜が導電性膜からなる構成とすることで、高い平面精度で厚さバラツキの小さい極薄層の振動板を形成できるため、低電圧駆動可能で、滴吐出特性のバラツキのない高密度ヘッドを得ることができるようになる。この場合、導電性膜はチタン窒化膜、高温金属膜又はポリシリコン膜とすることにより、引張り応力性を有する膜を容易に得ることができる。
【０１２０】
さらに、振動板はチタン窒化膜、高温金属膜、ポリシリコン膜又はこれらの２以上の組み合わせの膜とシリコン酸化膜との積層膜であることで、振動板が電極を兼ねるようにすることができる。
【０１２１】
さらにまた、振動板の流路側表面はシリコンに高濃度ボロンを拡散した層よりも高い接液性を有しているので、長期間にわたって信頼性を確保できる。
【０１２２】
また、上記本発明に係る各液滴吐出ヘッドは、振動板に対向する電極を有し、振動板を静電力で変位させることで液滴を吐出させる構成とすることで、高速高密度記録可能な静電型ヘッドが得られる。或いは、振動板を変形させる電気機械変換素子を有し、この電気機械変換素子の変位で振動板を変位させることで液滴を吐出させる構成とするで、高速高密度記録可能なピエゾ型ヘッドが得られる。
【０１２３】
本発明に係るインクジェット記録装置、画像形成装置、液滴を吐出する装置によれば、本発明に係る液滴吐出ヘッドを備えた構成としたので、高速高密度記録行うことができるようになる。
【０１２４】
本発明に係るマイクロアクチュエータによれば、振動板と、この振動板を変形させる駆動手段とを備え、振動板は、引張り応力性を有する膜と圧縮応力性を有する膜とを交互に積層した４層構造の積層膜であり、全体として引張り応力性を有する構成としたので、高い平面精度で厚さバラツキの小さい極薄層の振動板を形成でき、低電圧駆動及び高密度配置が可能なアクチュエータが得られる。
【０１２７】
ここで、振動板に対向する電極を有し、振動板を静電力で変位させる構成とすることで、低電圧駆動が可能で高密度配置を行った静電型アクチュエータが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るインクジェット記録装置の機構部の概略斜視説明図
【図２】同記録装置の側断面説明図
【図３】本発明の第１実施形態に係るインクジェットヘッドの分解斜視説明図
【図４】同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図５】図４の要部拡大図
【図６】同ヘッドの振動板短手方向の断面説明図
【図７】同ヘッドを透過状態で示す要部平面説明図
【図８】従来の振動板を用いたヘッドにおける振動板の定常状態を説明する説明図
【図９】本発明の第２実施形態に係るインクジェットヘッドの平面説明図
【図１０】図９のＡ−Ａ線に沿う振動板長手方向の断面説明図
【図１１】図９のＢ−Ｂ線に沿う振動板短手方向の断面説明図
【図１２】本発明の第３実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板短手方向の要部断面説明図
【図１３】本発明の第４実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板短手方向の要部断面説明図
【図１４】本発明の第５実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板短手方向の要部断面説明図
【図１５】本発明の第６実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板短手方向の要部断面説明図
【図１６】本発明の第７実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板短手方向の要部断面説明図
【図１７】本発明の第８実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板短手方向の要部断面説明図
【図１８】本発明の第９実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板短手方向の要部断面説明図
【図１９】本発明の第１０実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板短手方向の要部断面説明図
【図２０】本発明の第１１実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板短手方向の要部断面説明図
【図２１】本発明の第１２実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板短手方向の要部断面説明図
【図２２】本発明の第１３実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板短手方向の要部断面説明図
【図２３】本発明の第１４実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板短手方向の要部断面説明図
【図２４】本発明の第１５実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板短手方向の要部断面説明図
【図２５】本発明の第１６実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板短手方向の断面説明図
【図２６】本発明の第１７実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板短手方向の断面説明図
【図２７】本発明の第１８実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板短手方向の断面説明図
【図２８】本発明の第１９実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板短手方向の断面説明図
【図２９】本発明の第２０実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板短手方向の断面説明図
【図３０】第９実施形態のインクジェットヘッドの製造工程を説明する説明図
【図３１】同じくヘッドの製造工程を説明する説明図
【図３２】本発明の第２１実施形態に係るインクジェットヘッドの平面説明図
【図３３】図３２のＣ−Ｃ線に沿う振動板長手方向の断面説明図
【図３４】図３２のＤ−Ｄ線に沿う振動板短手方向の断面説明図
【符号の説明】
１３…キャリッジ、１４…ヘッド、２４…搬送ローラ、３３…排紙ローラ、４０…インクジェットヘッド、４１…流路基板、４２…振動板、４３…電極基板、４４…ノズル板、４５…ノズル、４６…加圧室、４７…流体抵抗部、４８…共通液室、５４…凹部、５５…電極、５６…ギャップ、８１…シリコン窒化膜、８３…シリコン酸化膜、８５…導電性膜、８６、８８…導電層、８７…絶縁膜、９６…圧電素子。
Claims (18)
- 液流路の壁面を形成する振動板を有し、この振動板を変形させることで液滴を吐出する液滴吐出ヘッドにおいて、
前記振動板は、引張り応力性を有する膜と圧縮応力性を有する膜とを交互に積層した４層構造の積層膜であり、全体として引張り応力性を有する
ことを特徴とする液滴吐出ヘッド。 - 請求項１に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記圧縮応力性を有する膜が絶縁性膜であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
- 請求項２に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記圧縮応力性を有する膜がシリコン酸化膜であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
- 請求項１乃至３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記引張り応力性を有する膜がシリコン窒化膜であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
- 請求項１乃至４のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板の表面に電極膜を有することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
- 請求項１乃至４のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記積層膜の内部に電極膜を有することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
- 請求項５又は６に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記電極膜がビット毎に分離されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
- 請求項１乃至３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記引張り応力性を有する膜が導電性膜からなることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
- 請求項８に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記導電性膜がチタン窒化膜、高温金属膜又はポリシリコン膜であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
- 請求項１乃至３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板はチタン窒化膜、高温金属膜、ポリシリコン膜又はこれらの２以上の組み合わせの膜とシリコン酸化膜との積層膜であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
- 請求項１乃至９のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板の流路側表面はシリコンに高濃度ボロンを拡散した層よりも高い接液性を有していることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
- 請求項１乃至１１のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板に対向する電極を有し、前記振動板を静電力で変位させることで液滴を吐出させることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
- 請求項１乃至１１のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板を変形させる電気機械変換素子を有し、この電気機械変換素子の変位で前記振動板を変位させることで液滴を吐出させることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
- インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通するインク流路と、このインク流路内のインクを加圧する圧力発生手段とを有するインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置において、前記インクジェットヘッドが前記請求項１乃至１３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドからなることを特徴とするインクジェット記録装置。
- 振動板と、この振動板を変形させる駆動手段とを備えたマイクロアクチュエータにおいて、
前記振動板は、引張り応力性を有する膜と圧縮応力性を有する膜とを交互に積層した４層構造の積層膜であり、全体として引張り応力性を有する
ことを特徴とするマイクロアクチュエータ。 - 請求項１５に記載のマイクロアクチュエータにおいて、前記振動板に対向する電極を有し、前記振動板を静電力で変位させることを特徴とするマイクロアクチュエータ。
- 液滴を吐出する液滴吐出ヘッドを搭載した画像形成装置において、前記液滴吐出ヘッドが前記請求項１ないし１３のいずれかの液滴吐出ヘッドであることを特徴とする画像形成装置。
- 液滴吐出ヘッドを備えて液滴を吐出する液滴を吐出する装置において、前記液滴吐出ヘッドが前記請求項１ないし１３のいずれかの液滴吐出ヘッドであることを特徴とする液滴を吐出する装置。
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