JP4138198B2

JP4138198B2 - 静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド及びその製造方法並びに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

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Publication number: JP4138198B2
Application number: JP2000072030A
Authority: JP
Inventors: 淳高浦
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2000-03-15
Filing date: 2000-03-15
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2020-03-15
Also published as: JP2001258274A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド及びその製造方法並びにインクジェット記録装置、画像形成装置及び液滴を吐出する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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（吐出室、圧力室、加圧液室、液室、加圧室等とも称される。）と、このインク流路内のインクを加圧するエネルギーを発生するエネルギー発生手段とを備えて、エネルギー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ものである。
【０００３】
従来のインクジェットヘッドとしては、例えば、特開平６−７１８８２号公報に記載されているように、吐出室の壁面を形成し、第一電極を兼ねた振動板と第二電極とをその対向面が平行状態になるように配置し（これにより形成されるギャップを「平行ギャップ」と称する。）、振動板と第二電極との間に発生させる静電力によって振動板を変形させることで、吐出室内容積を変化させてインク滴を吐出させるようにした静電アクチュエータを用いた静電型インクジェットヘッドがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の静電型インクジェットヘッドにおいては、振動板全体が第一電極を兼ねており、振動板を共通電極とし、第二電極を個別電極として、振動板と第二電極との間に駆動電圧を印加するようにしている。一方、インクジェットヘッドにおいては、高速、高密度記録を行うためにノズル数（チャンネル数）が増加しており、これに伴なってアクチュエータの数も増加しており、各アクチュエータを駆動するための消費電力が大きくなっている。そのため、アクチュエータの駆動効率を高めることが要求されている。
【０００５】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、振動板の変位効率を高めた静電型アクチュエータ、静電型液滴吐出ヘッドを提供するとともに、その液滴吐出ヘッドの製造方法を提供し、更に低消費電力の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を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係る静電アクチュエータは、第一電極を有する振動板と、この振動板に対向する第二電極とを備え、前記振動板を静電力で変形変位させる静電アクチュエータにおいて、前記振動板の面形状が略長方形状であって、この振動板における第一電極を振動板短手方向及び長手方向の中央部に形成し、前記第二電極の短手方向及び長手方向の長さが前記第一電極の短手方向及び長手方向の長さよりもいずれも長い構成とした。
【０００７】
本発明に係る静電アクチュエータは、第一電極領域を有する振動板と、この振動板に対向する第二電極とを備え、前記振動板を静電力で変形変位させる静電アクチュエータにおいて、前記振動板の面形状が略長方形状であって、この振動板における第一電極領域を振動板短手方向及び長手方向の中央部に形成し、前記第二電極の短手方向及び長手方向の長さが前記第一電極領域の短手方向及び長手方向の長さよりもいずれも長い構成とした。
【０００８】
ここで、振動板の第一電極領域は他の領域よりも電気抵抗を小さくする不純物のドーピング領域とすることができる。この場合、不純物としては砒素、燐、硼素のいずれかが好ましい。
【０００９】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、第一電極を有する振動板と、この振動板に対向する第二電極とを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板の面形状が略長方形状であって、この振動板における第一電極を振動板短手方向及び長手方向の中央部に形成し、前記第二電極の短手方向及び長手方向の長さが前記第一電極の短手方向及び長手方向の長さよりもいずれも長い構成とした。
【００１０】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、第一電極領域を有する振動板と、この振動板に対向する第二電極とを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板の面形状が略長方形状であって、この振動板における第一電極領域を振動板短手方向及び長手方向の中央部に形成し、前記第二電極の短手方向及び長手方向の長さが前記第一電極領域の短手方向及び長手方向の長さよりもいずれも長い構成とした。
【００１１】
ここで、振動板の第一電極領域は他の領域よりも電気抵抗を小さくする不純物のドーピング領域とすることができる。この場合、不純物としては砒素、燐、硼素のいずれかが好ましい。また、振動板はシリコンで形成されていることが好ましい。さらに、第一電極領域の抵抗値は他の領域の抵抗値に対して一桁以上低い抵抗値であることが好ましい。
【００１２】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、本発明に係る不純物のドーピング領域である第一電極領域を有する振動板を備えた液滴吐出ヘッドを製造する方法であって、不純物のドーピングをイオン注入で行う構成としたものである。
【００１３】
ここで、不純物のイオン注入後活性化処理を施すことが好ましい。この場合、活性化温度を８００℃以上又は１０００℃以上とすることが好ましい。さらに、不純物の注入エネルギーが５０〜１２０ｋｅｖ、注入ドーズ量が１×１０^１５〜１×１０^１６ｃｍ^−２の範囲内であることが好ましい。
【００１４】
本発明に係るインクジェット記録装置は、インクジェットヘッドとして上記本発明に係る液滴吐出ヘッドを備えたものである。
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。
【００１５】
【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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドの第一例について図３乃至図５を参照して説明する。なお、図３はインクジェットヘッドの長手方向の断面説明図、図４は同ヘッドの短手方向の断面説明図、図５は同ヘッドの振動板部分の平面説明図である。
【００２３】
このインクジェットヘッドは、インク流路基板４１と、振動板４２と、電極基板４３と、ノズル板４４とを備え、液滴である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流路４８などを形成している。
【００２４】
インク流路基板４１は単結晶シリコン基板を用いており、加圧室４６及び共通液室流路４８を形成する凹部と、流体抵抗部４７を形成する溝部と、ノズル連通路４９を形成する溝部とをエッチングで形成している。このインク流路基板４１に加圧室４６の壁面の一部をなす例えば導電性ｎ型シリコン基板から形成した振動板４２を一体に設けている。
【００２５】
この振動板４２は面形状が略長方形状であって、振動板４２の加圧室４６とは反端側の面に第一電極５０を形成している。この第一電極５０は反応性スパッタ法、ＣＶＤ法などによって形成できるチタン、タングステン、タルタン等の金属とその窒化物、化合物等の高融点金属、好ましくは窒化チタンなどで形成することができる。
【００２６】
また、電極基板４３は、ｎ型又はｐ型の単結晶シリコン基板を用いており、この単結晶シリコン基板に熱酸化法などで酸化シリコン層（ＳiＯ₂層）４３ａを形成し、この酸化シリコン層４３ａに凹部５１を形成して、この凹部５１の底面に沿って振動板４２の第一電極５０に対向する第二電極５３を設け、振動板４２と電極５３との間にギャップ５４を形成し、振動板４２の第一電極５０と第二電極５３とによって静電アクチュエータを構成している。
【００２７】
なお、電極５３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５５を成膜しているが、振動板４２の第一電極５０表面に絶縁膜を形成することもできる。また、電極基板４３としてシリコン基板以外にも、ガラス基板、セラミック基板等の絶縁物基板を用いることもできる。この場合、前記凹部５１はガラス基板、セラミック基板等の絶縁部基板に形成する。
【００２８】
また、電極５３は、反応性スパッタ法、ＣＶＤ法などによって形成できるチタン、タングステン、タルタン等の金属とその窒化物、化合物等の高融点金属、好ましくは窒化チタン、或いはＰ型又はＮ型の不純物原子を含むシリコンなどを用いることができる。
【００２９】
ここで、振動板４２の第一電極５０は振動板短手方向中央部に形成し、この第一電極５０と第二電極５３とは、図５に示すように、第一電極５０の振動板短手方向の長さＷ１を第二電極５３の振動板短手方向の長さＷ２よりも短く（Ｗ１＜Ｗ２）している。
【００３０】
ノズル板４４は、金属層、金属層と高分子層の積層部材などの基材にノズル４５を形成してなり、ノズル面（吐出方向の表面：吐出面）には、インクとの撥水性を確保するため、メッキ被膜、あるいは撥水剤コーティングなどの周知の方法で撥水膜を形成している。また、インク流路基板４１には共通液室流路４８にインクカートリッジ１５からインクを供給するためのインク供給穴５６を有する連結部材５７を接合している。
【００３１】
このように構成したインクジェットヘッドにおいては、振動板４２の第一電極５０と第二電極５３との間に駆動波形を印加することにより、振動板４２の第一電極５０と第二電極５３との間に静電力（静電吸引力）が発生して、この静電力により振動板４２が第二電極５３側に変形変位する。これにより、加圧室４６の内容積が拡張されて内圧が下がるため、流体抵抗部４７を介して共通液室流路４８から加圧室４６にインクが充填される。
【００３２】
次いで、第一電極５０と第二電極５３との間への電圧印加を断つと、静電力が作用しなくなり、振動板４２はそれ自身のもつ弾性によって復元する。この動作に伴い加圧室４６の内圧が上昇し、ノズル連通路４９を経て、ノズル４５からインク滴が吐出される。再び電極に電圧を印加すると、再び静電吸引力によって振動板は電極側に引き込まれる。なお、第一電極５０を第二電極５３（実際には絶縁保護膜５５表面）に当接するまで変位させる方式を当接駆動方式、第一電極５０を第二電極５３に当接させない位置まで変位させる方式を非当接駆動方式と称する。
【００３３】
ここで、第一電極５０と第二電極５３との間に電圧を印加した際に生じるギャップ５４内の電位差は、第一電極５０と第二電極５３が同じ大きさである場合、ギャップ５４の高さ方向に対して等方的であり、顕著な指向性は認められない。当接駆動方式で駆動した場合の振動板４２の変形形状は、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、振動板４２の中央部の変形が大きくなり、振動板４２の周囲、すなわちインク流路基板４１と近い部分は変形し難い。
【００３４】
そこで、このインクジェットヘッドのように第一電極５０を振動板４２の短手方向中央部に形成し、第一電極５０の振動板短手方向の長さＷ１を第二電極５３の振動板短手方向の長さＷ２より短く（Ｗ１＜Ｗ２）することにより、第一電極５０と第二電極５３との間に電圧を印加したときに生じるギャップ５４内の電位差が非等方的になり、静電力を振動板４２が変形（屈曲）し易い中央部に集中させることができ、振動板の効率的な変形変位を行うことできる。これにより、低い駆動電圧で振動板４２を変位させることができる。
【００３５】
次に、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の第二例について図７乃至図９を参照して説明する。なお、図７はインクジェットヘッドの長手方向の断面説明図、図８は同ヘッドの短手方向の断面説明図、図９は同ヘッドの振動板部分の平面説明図である。また、上記図３乃至図５の例と同じ部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３６】
このインクジェットヘッドでは、振動板４２自体の第二電極５３側に他の領域よりも電気抵抗値が小さな第一電極領域６０を形成している。そして、ここでも、図９に示すように、第一電極領域６０を振動板４２の短手方向中央部に形成し、第一電極領域６０の振動板短手方向の長さＷ１を第二電極５３の振動板短手方向の長さＷ２より短く（Ｗ１＜Ｗ２）している。このとき、振動板４２を短手方向で見ると、電気抵抗値は図１０に示すようになる。
【００３７】
これにより、第一電極領域６０と第二電極５３との間に電圧を印加して電荷をチャージすると、振動板４２側では電気抵抗値の小さい第一電極領域６０の電荷密度が高くなり、振動板４２と第二電極５３との間に発生する静電力は電荷が集中する振動板４２の中央部に集まり、電荷が振動板全体に均一にある状態と比較して大きな静電力が振動板４２の中央部に発生することになる。また、振動板面内において中央部は周辺部より同一の吸引力で大きく変形させることができる。これらが相乗することにより、振動板４２の変形効率が高くなる。したがって、低い駆動電圧で振動板４２を変位させることができる。
【００３８】
ここで、第一電極領域６０の製造方法について説明する。この第一電極領域６０は、例えばシリコン基板に不純物をドーピングしたドーピング領域として形成することができる。シリコン基板に不純物をドーピングして抵抗値を下げることにより、低抵抗化を精度良く簡単な工程でできるようになる。
【００３９】
ドーピングする不純物としては、例えば、砒素、燐、硼素などを用いることができる。シリコン結晶に対し、ｎ型のドーパントを導入することによって低抵抗化が可能になるが、特に、ｎ型ドーパントの砒素、燐は、ドーピング領域の制御性に優れ、他のドーパントに比べて活性化率が高く、低抵抗化し易いうえ、製造ラインへの適用が容易である。また、シリコン結晶に対し、ｐ型のドーパントを導入することによっても低抵抗化が可能になるが、特に、ｐ型ドーパントの硼素は、ドーピング領域の制御性に優れ、他のドーパントに比べて活性化率が高く、低抵抗化し易いうえ、製造ラインへの適用が容易である。
【００４０】
この不純物のドーピングは、イオン注入で行うことができる。イオン注入で行うことより、ドーピング領域及びその抵抗値をより精密に制御することができ、またスループットも高く、量産性に優れている。
【００４１】
この場合、不純物のイオン注入後活性化処理を施すことにより、抵抗値を下げることができる。アニール装置として炉体アニール装置を用いることで量産性を高めることができ、また、ランプアニール装置を用いることで制御性を高めることができる。アニール装置として炉体アニール装置を用いる場合の活性化温度は８００℃以上にすることで、またランプアニール装置を用いる場合の活性化温度は１０００℃以上にすることで、短時間で充分な熱量を与えることができて、スループットを低下せずに充分に低抵抗化を図ることができる。
【００４２】
さらに、不純物の注入エネルギーは５０〜１２０ｋｅｖ、注入ドーズ量が１×１０¹⁵〜１×１０¹⁶ｃｍ^-2の範囲内にすることが好ましい。すなわち、イオン注入よりドーピングを行う場合、注入エネルギーの最適値は必要となるドーピング領域の深さによって決定されるが、電荷集中を目的として抵抗値を下げる場合、特に振動板表面の抵抗を下げる必要から注入領域は浅い領域に限られ、これには注入エネルギーは５０〜１２０ｋｅｖが適しており、この範囲であれば、スループットも高く量産性にも優れる。より具体的には、砒素イオン注入時は８０〜１２０ｋｖｅ、燐イオン注入時は５０〜１００ｋｖｅ、硼素イオン注入時は５０〜８０ｋｖｅ、二フッ化硼素注入時は８０〜１２０ｋｖｅが最も適している。
【００４３】
また、注入ドーズ量は必要となる抵抗値とスループットから決定されるが、表面の不純物濃度を１０²¹ｃｍ^-3のオーダーにすれば適切な抵抗値が得られ、そのために必要となるドーズ量は１×１０¹⁵〜１×１０¹⁶ｃｍ^-2の範囲が適している。
【００４４】
次に、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の第三例について図１１を参照して説明する。なお、同図は図９と同様な平面説明図である。このインクジェットヘッドにおいては、図１１に示すように、振動板４２の第二電極５３側の面に長手方向中央部に第一電極５０を設け、この第一電極５０の振動板長手方向の長さＬ１を第二電極５３の振動板長手方向の長さＬ２よりも短く（Ｌ１＜Ｌ２）している。なお、第二電極５３の振動板長手方向の長さＬ２は第二電極５３が振動板４２と対向している領域における振動板長手方向の長さである。
【００４５】
このようにすることで、前記第一例と同様に、第一電極５０と第二電極５３との間に電圧を印加したときに生じるギャップ５４内の電位差が非等方的になり、静電力を振動板４２が変形（屈曲）し易い中央部に集中させることができ、効率的な変形変位を行うことできる。したがって、低い駆動電圧で振動板４２を変位させることができる。
【００４６】
次に、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の第四例について図１２を参照して説明する。なお、同図は図９と同様な平面説明図である。このインクジェットヘッドにおいては、図１２に示すように、振動板４２の第二電極５３側の面に他の領域より電気抵抗値が小さい第一電極領域６０を長手方向中央部に設け、この第一電極領域６０の振動板長手方向の長さＬ１を第二電極５３の振動板長手方向の長さＬ２よりも短く（Ｌ１＜Ｌ２）している。なお、第二電極５３の振動板長手方向の長さＬ２は第二電極６０が振動板４２と対向している領域における振動板長手方向の長さである。このときの振動板長手方向の抵抗値は図１３に示すようになる。
【００４７】
これにより、第一電極領域６０と第二電極５３との間に電圧を印加して電荷をチャージすると、振動板４２側では電気抵抗の小さい第一電極領域６０の電荷密度が高くなり、振動板４２と第二電極との間に発生する静電力は電荷が集中する振動板４２の中央部に集まり、電荷が振動板全体に均一にある状態と比較して大きな静電力が振動板４２の中央部に発生することになる。また、振動板面内において中央部は周辺部より同一の吸引力で大きく変形させることができる。これらが相乗することにより、振動板４２の変形効率が高くなる。したがって、低い駆動電圧で振動板４２を変位させることができる。
【００４８】
次に、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の第五例について図１４を参照して説明する。なお、同図は図９と同様な平面説明図である。このインクジェットヘッドにおいては、図１４に示すように、振動板４２の第二電極５３側の面に短手方向及び長手方向中央部に第一電極５０を設け、この第一電極５０の振動板短手方向の長さＷ１及び振動板長手方向の長さＬ１を第二電極５３の振動板短手方向の長さＷ２及び振動板長手方向の長さＬ２よりもいずれも短く（Ｗ１＜Ｗ２，Ｌ１＜Ｌ２）している。なお、第二電極５３の振動板長手方向の長さＬ２は第二電極５３が振動板４２と対向している領域における振動板長手方向の長さである。
【００４９】
このようにすることで、第一電極５０と第二電極５３との間に電圧を印加したときに生じるギャップ５４内の電位差が非等方的になり、静電力を振動板４２が変形（屈曲）し易い中央部に集中させることができ、前記第一例及び第三例に比べて更に効率的な変形変位を行うことできる。したがって、より低い駆動電圧で振動板４２を変位させることができる。
【００５０】
次に、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の第六例について図１５を参照して説明する。なお、同図は図９と同様な平面説明図である。このインクジェットヘッドにおいては、図１５に示すように、振動板４２の第二電極５３側の面に他の領域より電気抵抗値が小さい第一電極領域５４を短手方向及び長手方向中央部に設け、この第一電極領域６０の振動板短手方向の長さＷ１及び振動板長手方向の長さＬ１を第二電極５３の振動板短手方向の長さＷ２及び振動板長手方向の長さＬ２よりもいずれも短く（Ｗ１＜Ｗ２、Ｌ１＜Ｌ２）している。なお、第二電極５３の振動板長手方向の長さＬ２は第二電極５３が振動板４２と対向している領域における振動板長手方向の長さである。このときの振動板短手方向の抵抗値は図１６（ａ）に、振動板長手方向の抵抗値は同図（ｂ）に示すようになる。
【００５１】
これにより、第一電極領域６０と第二電極５３との間に電圧を印加して電荷をチャージすると、振動板４２側では電気抵抗の小さい第一電極領域６０の電荷密度が高くなり、振動板４２と第二電極との間に発生する静電力は電荷が集中する振動板４２の中央部に集まり、電荷が振動板全体に均一にある状態と比較して大きな静電力が振動板４２の中央部に発生することになる。また、振動板面内において中央部は周辺部より同一の吸引力で大きく変形させることができる。これらが相乗することにより、振動板４２の変形効率が第二例及び第四例に比べて更に高くなる。したがって、より低い駆動電圧で振動板４２を変位させることができる。
【００５２】
なお、上記実施形態においては、本発明に係る静電アクチュエータを静電型インクジェットヘッドに適用した例で説明したが、マイクロモータのアクチュエータ部などにも適用することができ、また、液滴吐出ヘッドとしてはインクジェットヘッド以外にも液体レジストを吐出させるヘッドなどとしても用いることができる。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備えることができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る静電アクチュエータ及び液滴吐出ヘッドによれば、振動板における第二電極の短手方向及び長手方向の長さが第一電極の短手方向及び長手方向の長さよりもいずれも長い構成としたので、振動板の変位効率が向上して低電圧駆動化を図れる。
【００５４】
本発明に係る静電アクチュエータ及び液滴吐出ヘッドによれば、振動板における第二電極の短手方向及び長手方向の長さが前記第一電極領域の短手方向及び長手方向の長さよりもいずれも長い構成としたので、振動板の変位効率が向上して低電圧駆動化を図れる。
【００５５】
ここで、振動板の第一電極領域を他の領域よりも電気抵抗値を小さくする不純物のドーピング領域とすることにより、簡単に第一電極領域を形成することができる。この場合、不純物として砒素、燐、硼素のいずれかを用いることで、簡単に低抵抗化を実現できる。また、振動板をシリコンで形成することで、簡単な工程で低抵抗化を図れる。さらに、第一電極領域の抵抗値は他の領域の抵抗値に対して一桁以上低い抵抗値とすることで、確実に振動板の変位効率を向上できる。また、第一電極領域のシート抵抗値を５０Ω／□未満とすることにより、確実に振動板の変位効率を向上できる。
【００５６】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法によれば、不純物のドーピングをイオン注入で行うので、精度良く高いスル−プットで第一電極領域を形成できる。この場合、不純物のイオン注入後炉体アニール装置或いはランプアニール装置を用いて活性化処理を施すことにより、より効果的に低抵抗化を実現できる。このとき、炉体アニール装置の活性化温度は８００℃以上、ランプアニール装置の活性化温度は１０００℃以上にすることで、高いスル−プットで低抵抗化を実現できる。さらに、不純物の注入エネルギーを５０〜１２０ｋｅｖ、注入ドーズ量が１×１０¹⁵〜１×１０¹⁶ｃｍ^-2の範囲内にすることで、振動板表面の抵抗値を効率的に低下させることができる。
【００５７】
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用いたので、低電圧駆動が可能になって、消費電力を低減することができる。
【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】同機構部の側面説明図
【図３】本発明に係るインクジェットヘッドの第一例の振動板長手方向に沿う模式的断面説明図
【図４】同ヘッドの振動板短手方向に沿う模式的断面説明図
【図５】同ヘッドの第一電極と第二電極の関係を説明する説明図
【図６】振動板の変位状態を説明する説明図
【図７】本発明に係るインクジェットヘッドの第二例の振動板長手方向に沿う模式的断面説明図
【図８】同ヘッドの振動板短手方向に沿う模式的断面説明図
【図９】同ヘッドの第一電極と第二電極の関係を説明する説明図
【図１０】同ヘッドの振動板の短手方向における電気抵抗値の説明に供する説明図
【図１１】本発明に係るインクジェットヘッドの第三例の説明に供する第一電極と第二電極の関係を説明する説明図
【図１２】本発明に係るインクジェットヘッドの第四例の説明に供する第一電極と第二電極の関係を説明する説明図
【図１３】同ヘッドの振動板の長手方向における電気抵抗値の説明に供する説明図
【図１４】本発明に係るインクジェットヘッドの第五例の説明に供する第一電極と第二電極の関係を説明する説明図
【図１５】本発明に係るインクジェットヘッドの第六例の説明に供する第一電極と第二電極の関係を説明する説明図
【図１６】同ヘッドの振動板の短手方向及び長手方向における電気抵抗値の説明に供する説明図
【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、４１…インク流路基板、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…共通液室流路、４９…ノズル連通路、５０…第一電極、５３…第二電極、５４…ギャップ、６０…第一電極領域。

Claims

第一電極を有する振動板と、この振動板に対向する第二電極とを備え、前記振動板を静電力で変形変位させる静電アクチュエータにおいて、
前記振動板の面形状が略長方形状であって、
この振動板における第一電極を振動板短手方向及び長手方向の中央部に形成し、
前記第二電極の短手方向及び長手方向の長さが前記第一電極の短手方向及び長手方向の長さよりもいずれも長い
ことを特徴とする静電アクチュエータ。
第一電極領域を有する振動板と、この振動板に対向する第二電極とを備え、前記振動板を静電力で変形変位させる静電アクチュエータにおいて、
前記振動板の面形状が略長方形状であって、
この振動板における第一電極領域を振動板短手方向及び長手方向の中央部に形成し、
前記第二電極の短手方向及び長手方向の長さが前記第一電極領域の短手方向及び長手方向の長さよりもいずれも長い
ことを特徴とする静電アクチュエータ。
請求項２に記載の静電アクチュエータにおいて、前記振動板の第一電極領域が他の領域よりも電気抵抗値を小さくする不純物のドーピング領域であることを特徴とする静電アクチュエータ。
請求項３に記載の静電アクチュエータにおいて、前記不純物が砒素、燐、硼素のいずれかであることを特徴とする静電アクチュエータ。
液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、このインク流路の壁面を形成し、第一電極を有する振動板と、この振動板に対向する第二電極とを備え、前記振動板を静電力で変形変位させて前記ノズルから液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドにおいて、
前記振動板の面形状が略長方形状であって、
この振動板における第一電極を振動板短手方向及び長手方向の中央部に形成し、
前記第二電極の短手方向及び長手方向の長さが前記第一電極の短手方向及び長手方向の長さよりもいずれも長い
ことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
液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、このインク流路の壁面を形成し、第一電極領域を有する振動板と、この振動板に対向する第二電極とを備え、前記振動板を静電力で変形変位させて前記ノズルから液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドにおいて、
前記振動板の面形状が略長方形状であって、
この振動板における第一電極領域を振動板短手方向及び長手方向の中央部に形成し、
前記第二電極の短手方向及び長手方向の長さが前記第一電極領域の短手方向及び長手方向の長さよりもいずれも長い
ことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
請求項６に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板の第一電極領域が他の領域よりも電気抵抗値を小さくする不純物のドーピング領域であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
請求項５乃至７のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板がシリコンで形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
請求項７に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記不純物が砒素、燐、硼素のいずれかであることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
請求項６又は９に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記第一電極領域の抵抗値は他の領域の抵抗値に対して一桁以上低い抵抗値であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
請求項９又は１０に記載の液滴吐出ヘッドを製造する方法において、前記不純物のドーピングをイオン注入で行うことを特徴とする特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
請求項１１に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記不純物のイオン注入後活性化処理を施すことを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
請求項１２に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記不純物の注入エネルギーが５０〜１２０ｋｅｖ、注入ドーズ量が１×１０^１５〜１×１０^１６ｃｍ^−２の範囲内であることを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
請求項１２又は１３に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記活性化温度を８００℃以上とすることを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
請求項１２又は１３に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記活性化温度を１０００℃以上とすることを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
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５乃至１０のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とするインクジェット記録装置。
液滴吐出ヘッドを備え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５乃至１０のいずれかに記載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。
液滴吐出ヘッドから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５乃至１０のいずれかに記載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。