JP4329836B2 - 液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置並びに電極基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液滴を吐出するノズルが多ノズルの構成となっている液滴吐出ヘッド、及び
その液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置に関する。

昨今の静電駆動方式のインクジェットプリンタでは、高解像度画像の高速印刷及び多色
印刷のために、インクジェットヘッドの多ノズル化及び多列化が進んでいる。
このような状況の下、インクを吐出させるアクチュエータを駆動するためのドライバＩ
Ｃを、インクジェットヘッド内に埋め込む構造により、ノズル等を多列化、高密度化した
インクジェットヘッドが知られている（例えば、特許文献１）。
特開２００６−２２４５６４号公報

しかしながら、上記のように多ノズル化したヘッドでは、同時に複数のノズルを駆動す
るため、駆動ノズル数の増加に応じてアクチュエータの駆動回路の時定数が大きくなり、
アクチュエータの動作遅れ、すなわち液滴吐出動作の遅れが生じやすくなる。特に、アク
チュエータを構成している個別電極と、駆動信号を外部からドライバＩＣへ供給する入力
配線とを、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）から形成している場合にはそれ
が生じやすい。

本発明は、上記課題に対応したもので、同時に複数のノズルを駆動する多ノズル化した
液滴吐出ヘッドにおいて、静電アクチュエータの駆動回路の時定数を小さくして、液滴吐
出動作の遅れをできるだけ低減した液滴吐出ヘッド、及びその液滴吐出ヘッドを備えた液
滴吐出装置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、液滴を吐出する複数のノズル孔が形成されたノズル基
板と、底壁が電極として作用する振動板となっていて、前記液滴を前記ノズル孔から吐出
させる複数の吐出室が形成されたキャビティ基板と、第１の溝内に形成され前記振動板に
ギャップを隔てて対向し各振動板を駆動する複数の個別電極、前記複数の個別電極の駆動
を制御するドライバＩＣ、および第２の溝内に形成され前記ドライバＩＣ駆動用の電力ま
たは信号を外部から入力する入力配線を有した電極基板と、を備え、前記電極基板の前記
第２の溝が前記第１の溝より深く形成されていて、前記入力配線の導体厚さが前記個別電
極の厚さより厚くなっているものである。
これによれば、入力配線の線幅を平面的に広げることなしにその断面積が大きくなって
導電性が改善され、その電気抵抗が低減されるため、同時に複数のノズルを駆動する多ノ
ズル化した液滴吐出ヘッドにおいて、静電アクチュエータの駆動回路の時定数を小さくし
て液滴吐出動作の遅れを低減できる。従って、サイズが小型で、応答性に優れた液滴吐出
ヘッドが実現される。
なお、前記個別電極の頂面と入力配線の導体頂面とを同一平面とすれば、ドライバＩＣ
の装着が容易で、かつ電気的な接続も確実に行われ易くなる。また、実装後のＩＣのそり
や浮きも防止できる。

前記入力配線が金属材料から形成されていることが好ましい。金属材料は他の材料に比
べて電気抵抗が小さいため、静電アクチュエータの駆動回路の時定数を小さくして液滴吐
出動作の遅れを低減できるからである。
また、前記入力配線は前記第２の溝内の底面に接した第１の導体と、前記第１の導体の
上に形成された前記第１の導体より厚さの厚い第２の導体とから構成され、前記第１の導
体の線幅が前記第２の導体の線幅より広くなっていることが好ましい。こうすることで、
第１の導体には電極基板に対してより密着性のよい金属を適用し、第２の導体には電気抵
抗のより小さい金属を適用して、入力配線の電極基板への固定と電気抵抗の低減を同時に
図ることが可能となる。

前記電極基板はガラスから形成され、前記入力配線の前記第１の導体がクロムまたはチ
タンから形成されていることが好ましい。クロムやチタンは、ガラスや他の金属との密着
性が良いので、入力配線の固定力をより高めることができる。
また、前記第２の導体が、クロム、チタン、金、銀、銅、アルミニウム、または少なく
ともそれらの２つの金属の積層から形成されていることが好ましい。これらの金属は電気
抵抗が小さいので、アクチュエータの駆動回路の時定数を小さくできる。
また、前記個別電極がＩＴＯで形成されていることが好ましい。ＩＴＯは透明であるた
め電極の接触状態の確認がし易いことや、耐久性にも優れているなどの利点がある。

また、液滴を貯えて前記吐出室に供給する共通液滴室と、前記共通液滴室から前記吐出
室へ液滴を移送するための貫通孔と、前記吐出室から前記ノズル孔へ液滴を移送するノズ
ル連通孔とを有するリザーバ基板を、前記ノズル基板と前記キャビティ基板との間に備え
ているのが好ましい。これによれば、共通液滴室の容積を大きくできるので、液吐出時の
液の戻り圧力に伴う他ノズルへの影響を確実に回避することができる。
さらに、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、上記いずれかの液滴吐出ヘッドを備えた液滴
吐出装置である。

また、本発明に係る電極基板の製造方法は、ガラス基板にエッチングマスクを適用して
、入力配線を成膜するための溝をその途中の深さまでエッチングする第１エッチング工程
と、前記ガラス基板にエッチングマスクを適用して、個別電極を形成するための溝および
前記入力配線を形成するための溝を最終の深さまでエッチングする第二エッチング工程と
、前記入力配線を形成するための溝に金属材料からなる入力配線を成膜する入力配線形成
工程と、前記個別電極を形成するための溝にＩＴＯからなる個別電極を成膜する個別電極
形成工程と、を備えたものである。
これにより、電極基板の外形を大きくすることなく入力配線の導電性を改善できる。従
って、同時に複数のノズルを駆動する多ノズル化した液滴吐出ヘッドにおいて、静電アク
チュエータの駆動回路の時定数を小さくして液滴吐出動作の遅れを低減した液滴吐出ヘッ
ドが得られる。

実施形態１．
図１は本発明の実施形態１に係る液滴吐出ヘッドの分解斜視図であり、液滴吐出ヘッド
に駆動信号を供給するためのＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ
）の端子部（以下、ＦＰＣ３０と称す）一部を含めて示している。また、図２は図１に一
点波線で示したＸ−Ｘ方向断面図であり、図３は図１に示す液滴吐出ヘッドが組み立てら
れた状態での個別電極の長手方向に沿う断面図を示している。以下、図１〜図３を参照し
ながら、実施形態１に係る液滴吐出ヘッドの構造及び動作について説明する。

図１に示すように、本実施形態１に係る液滴吐出ヘッド１は、電極基板２、キャビティ
基板３、リザーバ基板４、ノズル基板５の４つの基板から構成されている。リザーバ基板
４の一方の面にはノズル基板５が接合されており、リザーバ基板４の他方の面にはキャビ
ティ基板３が接合されている。またキャビティ基板３のリザーバ基板４が接合された面の
反対面には、電極基板２が接合されている。即ち、液滴吐出ヘッド１は、電極基板２、キ
ャビティ基板３、リザーバ基板４、ノズル基板５の順で接合されている。

電極基板２は、例えば厚さ１ｍｍのガラス、たとえばホウ珪酸ガラス等から形成されて
いる。なお、電極基板２は、単結晶シリコンから形成することもできる。
電極基板２には第１の溝６ａが例えば深さ０．２μｍで形成されている。第１の溝６ａ
の内部には個別電極７が、一定の間隔を有して後述の振動板１１と対向するように、例え
ばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）を０．１μｍ程度の厚さでスパッタするこ
とにより形成されている。なおこの場合、電極基板２とキャビティ基板３を接合した後の
個別電極７と振動板１１のギャップは約０．１μｍとなる。
左右の第１の溝６ａの中間部はドライバＩＣ２０を電極基板２上に装着できるようにパ
ターンが形成されており、この部分にドライバＩＣ２０が装着されている。ドライバＩＣ
２０の入力端子が入力配線２５（ＦＰＣ実装部２５ａ、リード部２５ｂ及びドライバＩＣ
入力端子実装部２５ｃを含む）に接続され、ドライバＩＣ２０の出力端子が個別電極７の
端部に接続されている。なお、ドライバＩＣ２０の入力端子は入力配線２５と直接接続し
、出力端子は個別電極７の端部と直接接続するのが、回路抵抗を小さくする観点から望ま
しい。

入力配線２５は、複数の個別電極７を駆動するための駆動電力または信号を電極基板２
の外部から取り入れるための配線である。入力配線２５は、電極基板２に形成された第２
の溝６ｂの内部に、金属材料により、例えば厚さ０．１〜０．３μｍ程度の厚さに形成さ
れている。従って、第２の溝６ｂの深さは、例えば０．４μｍ程度となっている。
また、ここでは図２に示すように、個別電極７の頂面と入力配線２５の頂面の高さ位置
を略同一平面として、ドライバＩＣ２０の装着や接続が容易に行え、装着後も電気的に安
定した接続が得られるようにしている。
さらに、ここでは図２に示すように、入力配線２５を、第２の溝６ｂ内の底面に接した
第１の導体２５Ａと、第１の導体２５Ａの上に形成された第１の導体２５Ａより厚さの厚
い第２の導体２５Ｂとから構成し、第１の導体２５Ａの線幅を第２の導体２５Ｂの線幅よ
り広くしている。この場合、第１の導体２５Ａは、電極基板２及び第２の導体２５Ｂと密
着性がよい金属、例えばクロムやチタンから形成し、第２の導体２５Ｂは、第１の導体２
５Ａとの密着性がよく、しかも導電性がよく電気抵抗の小さいクロム、チタン、金、銀、
銅、アルミニウム、またはそれら適宜組み合わせた積層から形成するのが好ましい。

入力配線２５から取り込まれた駆動電力または信号は、ドライバＩＣ２０によって制御
されて、ドライバＩＣ２０から所定の個別電極７へパルス電圧として供給される。すなわ
ち、電極基板２の外部からドライバＩＣ２０への入力電力または信号は、ＦＰＣ３０→入
力配線２５のＦＰＣ実装部２５ａ→入力配線２５のリード部２５ｂ→入力配線２５のドラ
イバＩＣ入力端子実装部２５ｃ→ドライバＩＣ２０と入力される。そして、ドライバＩＣ
２０からは出力信号が、ノズル孔１６に対応した各個別電極７に対して、個別電極７のド
ライバＩＣ出力端子実装部→個別電極７のリード部７ａ→個別電極７の振動板１１と対向
する部分へと出力される。これよって、個別電極７と振動板１１等で形成される液滴吐出
用の静電アクチュエータが駆動される。

個別電極７は、長辺及び短辺を有する長方形状に形成されており、この個別電極７が、
互いの長辺が平行になるように並列に配置され、個別電極７の短辺方向に伸びる電極列を
形成している。
また、ドライバＩＣ２０が左右の個別電極７列の間に形成され、それぞれの個別電極７
に接続されている。これにより、ドライバＩＣ２０から左右２つの電極列に駆動信号を供
給することが可能となり、電極列の多列化が容易となる。また、ドライバＩＣ２０の個数
も少なくできるため、コストを削減することができ、液滴吐出ヘッド１の小型化も可能と
なる。なお、電極基板２には、吐出液を溜めておくリザーバ（リザーバ基板４の共通液滴
室１３が対応する）へ連通する液滴供給孔１０ａが形成されており、この液滴供給孔１０
ａは電極基板２を貫通している。

キャビティ基板３は、例えば単結晶シリコンからなり、底壁が振動板１１である吐出室
１２が形成されている。なお、吐出室１２は複数形成されており、個別電極７に対応して
２列に形成されている。また、キャビティ基板３には、左右の吐出室１２の列の中間部に
キャビティ基板３を貫通する第１の穴部２１が形成され、さらに、各振動板１１に電圧を
印加するための共通電極２２も備える。共通電極２２はＦＰＣ３０と接続されている。
本実施形態１では、キャビティ基板３は単結晶シリコンからなり、その全面にプラズマ
ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって、ＴＥＯＳ（Ｔ
ｅｔｒａＥｔｈｙｌＯｒｔｈｏＳｉｌｉｃａｔｅ）からなる絶縁膜（図示せず）を０．１
μｍ程度形成している。これは、振動板１１の駆動時における絶縁破壊及びショートを防
止するためと、インク等の液滴によるキャビティ基板３のエッチングを防止するためであ
る。また、キャビティ基板３には、共通液滴室１３に連通する液滴供給孔１０ｂが形成さ
れている。

振動板１１は、高濃度のボロンドープ層から形成するのが好ましい。シリコン基板の振
動板１１となる部分を高濃度のボロンドープ層としておけば、アルカリ溶液による異方性
エッチングによって吐出室１２を形成する際に、ボロンドープ層が露出してエッチングレ
ートが極端に小さくなるいわゆるエッチングストップ技術が利用でき、振動板１１を所望
の厚さに形成することができるからである。
電極基板２とキャビティ基板３とが接合されることにより、個別電極７と振動板１１の
間には振動板１１の振動領域となるギャップが形成される。このギャップは静電力を生じ
させるための重要な空間であり、内部に異物が入らないように、空間の開口端部に封止材
１７が塗布される（図３参照）。

リザーバ基板４は、例えば単結晶シリコンからなり、吐出室１２に吐出液を供給するた
めの液貯蔵室である共通液滴室１３が左右に２つ形成されている。共通液滴室１３の底面
には、共通液滴室１３から吐出室１２へ液滴を移送するための貫通孔１４と、該底面を貫
通する液滴供給孔１０ｃが形成されている。また、リザーバ基板４には、各々の吐出室１
２に連通し、吐出室１２から後述するノズル孔１６に液滴を移送するためのノズル連通孔
１５が形成されている。さらに、リザーバ基板４の左右の共通液滴室１３の間には、リザ
ーバ基板４を貫通する第２の穴部２３が形成されている。

図３に示すように、リザーバ基板４に形成された液滴供給孔１０ｃと、キャビティ基板
３に形成された液滴供給孔１０ｂ及び電極基板２に形成された液滴供給孔１０ａは、リザ
ーバ基板４、キャビティ基板３及び電極基板２が接合された状態において互いに繋がって
、外部から共通液滴室１３に液滴を供給するための液滴供給孔１０を形成する。
また、キャビティ基板３に形成された第１の穴部２１と、リザーバ基板４に形成された
第２の穴部２３は連通して、ドライバＩＣ２０の収容部２４を形成する。

ノズル基板５は、例えば厚さ１００μｍのシリコン基板からなり、各々のノズル連通孔
１５と連通する複数のノズル孔１６が形成されている。本実施形態１では、ノズル孔１６
を２段に形成して液滴を吐出する際の直進性を向上させている。
電極基板２、キャビティ基板３、リザーバ基板４及びノズル基板５の接合は、例えば、
シリコンからなる基板とホウ珪酸ガラスからなる基板を接合する場合は陽極接合により、
シリコンからなる基板同士は接着剤等を用いて行うことができる。

本実施形態の液滴吐出ヘッド１は、ドライバＩＣ２０が収容部２４の内部に収容されて
おり、収容部２４がノズル基板５、キャビティ基板３、リザーバ基板４及び電極基板２に
よって閉塞されている。即ち、ノズル基板５が収容部２４の上面を、電極基板２が収容部
２４の下面を、キャビティ基板３及びリザーバ基板４が収容部２４の側面を形成すること
により、収容部２４が閉塞されるようになっている。

図４は個別電極７と振動板１１で形成されるアクチュエータを含む駆動回路の等価回路
を示す模式図である。図４の中の記号は以下の通りである。
・ＰＬ（駆動電力又は駆動信号）
すなわち、ドライバＩＣ２０の駆動パルスである。
・Ｒ０（回路共通部抵抗）
すなわち、入力配線２５のＦＰＣ実装部２５ａ→入力配線２５のリード部２５ｂ→入力
配線２５のドライバＩＣ入力端子実装部２５ｃの間の抵抗の等価抵抗である。ここでは、
入力配線２５のリード部２５ｂの抵抗が最も大きく作用する。
・Ｒ１（回路個別部抵抗）
すなわち、ドライバＩＣ２０の内部抵抗、及び個別電極７の出力端子実装部→個別電極
７のリード部７ａ→振動板１１と対向する部分の個別電極７の間の抵抗の等価抵抗である
。
・Ｃ１（アクチュエータの静電容量）
すなわち、個別電極７と振動板１１で構成されるアクチュエータ（静電アクチュエータ
）の静電容量
・ｎ（駆動アクチュエータの個数）
すなわち、駆動ノズルの数
以上の条件の下、図４の回路における時定数τは、
τ＝（Ｃ１×ｎ）×（Ｒ０＋Ｒ１／ｎ）
となり、時定数τは駆動ノズルの数ｎの関数として表現できる。

図５は多ノズルインクジェットの同時駆動ノズル数ｎとアクチュエータ駆動回路の時定
数τと入力配線２５の材料との関係を示す相関図である。図５に示すように、同時駆動ノ
ズル数ｎを増やすと、アクチュエータ駆動回路の時定数τは増大する。この傾向は、入力
配線２５がＩＴＯから形成されている場合は特に顕著となっているのに対して、入力配線
２５がクロム（Ｃｒ）や金（Ａｕ）から形成されている場合には、時定数τの増加は極め
て小さい。従って、入力配線２５をクロムや金などの金属材料から形成すれば、多ノズル
ヘッドの同時駆動ノズル数ｎを増やしても、アクチュエータ駆動回路の時定数τの増大が
小さくて済み、液滴吐出の動作遅れを回避して応答性をよくすることができるということ
が分かる。

加工プロセスを考慮すると、入力配線２５は、ＩＴＯからなる個別電極７の形成時に、
ＩＴＯにより同時に形成する方が簡単である。しかし、ＩＴＯは抵抗値が大きいため、多
数のノズルを同時駆動させる場合、図５に示したように、対応するアクチュエータの時定
数が大きくなり、応答性が悪くなる。
そこで、入力配線２５をＩＴＯに比べて抵抗値が小さい金属材料から形成するものとす
る。例えば、入力配線２５をクロム、クロムと金の積層、またはＩＴＯとクロムと金の積
層から形成するのが好ましい。クロムはＩＴＯに比べて抵抗値が小さく、ガラス製の電極
基板との密着性も良いからである。また、金はクロムよりも抵抗値が小さいため、クロム
と金の積層、あるいはＩＴＯとクロムと金の積層により入力配線を形成しても、入力配線
全体として抵抗値が小さくなる。また、入力配線２５を、チタンと金の積層あるいは銀、
銅、アルミニウムなどから形成しても、ＩＴＯに比べて配線全体として抵抗値を小さくで
きる。したがって、このような金属材料により入力配線２５を形成することで、アクチュ
エータを同時に多数駆動させる場合にも、その動作の応答遅れを低減して、応答性をよく
することが可能となる。

次に、液滴吐出ヘッド１の動作について説明する。共通液滴室１３には外部から液滴供
給孔１０を介してインク等の液滴が供給されている。また、吐出室１２には共通液滴室１
３から貫通孔１４を介して液滴が供給されている。ドライバＩＣ２０には、ＦＰＣ３０の
ＩＣ用配線３１及び電極基板２に設けられた入力配線２５（２５ａ，２５ｂ，２５ｃ）を
介して、液滴吐出装置の制御部（図示せず）から駆動信号が供給されている。液滴をノズ
ル孔１６から吐出させるには、ドライバＩＣ２０から個別電極７に０Ｖから４０Ｖ程度の
パルス電圧を印加し個別電極７を例えばプラスに帯電させ、対応する振動板１１を共通電
極用配線３２を介して液滴吐出装置の制御部（図示せず）から駆動信号を供給してマイナ
スに帯電させる。このとき振動板１１は、静電気力によって個別電極７側に吸引されて撓
む。次に、上記パルス電圧をオフにすると、振動板１１にかけられた静電気力がなくなり
振動板１１は復元する。このとき吐出室１２の内部の圧力が急激に上昇し、吐出室１２内
の液滴がノズル連通孔１５を通過してノズル孔１６から吐出されることとなる。その後、
液滴が共通液滴室１３から貫通孔１４を通じて吐出室１２内に補給され初期状態に戻る。

液滴吐出ヘッド１の共通液滴室１３への液滴の供給は、例えば液滴供給孔１０に接続さ
れた液滴供給管（図示せず）により行われる。また、本実施形態１ではＦＰＣ３０が、個
別電極７の短辺方向と平行となるようにドライバＩＣ２０と接続されている。しかし、個
別電極７の短辺が長辺に対して斜めになっていて、個別電極７が細長い平行四辺形状にな
っているような場合には、個別電極７の長辺と直角方向にＦＰＣ３０を接続するのがよい
。これにより、複数の電極列を有する液滴吐出ヘッド１とＦＰＣ３０をコンパクトに接続
することが可能となる。

図６は、液滴吐出ヘッド１が搭載された液滴吐出装置の制御系を示す概略ブロック図で
ある。この液滴吐出装置は、一般的なインクジェットプリンタとする。なお、液滴吐出ヘ
ッド１が搭載された液滴吐出装置の制御系は図６に示すものに限られない。
液滴吐出ヘッド１が搭載された液滴吐出装置は、液滴吐出ヘッド１を駆動制御するため
の液滴吐出ヘッド駆動制御装置４１を有しており、この液滴吐出ヘッド駆動制御装置４１
は、ＣＰＵ４２ａを中心に構成された制御部（破線で囲まれた部分）４２を備えている。
ＣＰＵ４２ａにはパーソナル・コンピュータ等の外部装置４３からバス４３ａを介して印
刷情報が供給され、また内部バス４２ｂを介してＲＯＭ４４ａ、ＲＡＭ４４ｂ及びキャラ
クタジェネレータ４４ｃが接続されている。

制御部４２では、ＲＡＭ４４ｂ内の記憶領域を作業領域として用いて、ＲＯＭ４４ａ内
に格納されている制御プログラムを実行し、キャラクタジェネレータ４４ｃから発生する
キャラクタ情報に基づき、液滴吐出ヘッド１を駆動するための制御信号を生成する。制御
信号は論理ゲートアレイ４５及び駆動パルス発生回路４６を介して、印刷情報に対応した
駆動制御信号となって、コネクタ４７を経由して液滴吐出ヘッド１に内蔵されたドライバ
ＩＣ２０に供給されるほか、ＣＯＭ発生回路４６ａに供給される。また、ドライバＩＣ２
０には、印字用の駆動パルス信号Ｖ３、制御信号ＬＰ、極性反転制御信号ＲＥＶ等も供給
される（図７参照）。なお、ＣＯＭ発生回路４６ａは、例えば駆動パルスを発生するため
の共通電極ＩＣ（図示せず）から構成されている。

ＣＯＭ発生回路４６ａでは、供給された上記の各信号に基づき、液滴吐出ヘッド１の共
通電極２２、即ち各振動板１１に印加すべき駆動信号（駆動電圧パルス）をその共通出力
端子ＣＯＭ（図示せず）から出力する。またドライバＩＣ２０では、供給された上記の各
信号及び電源回路５０から供給される駆動電圧Ｖｐに基づき、各個別電極７に印加すべき
駆動信号（駆動電圧パルス）を、各個別電極７に対応した個数の個別出力端子ＳＥＧから
出力する。共通出力端子ＣＯＭの出力と個別出力端子ＳＥＧの出力との電位差が、各振動
板１１とそれに対向する個別電極７の間に印加される。振動板１１の駆動時（液滴の吐出
時）には指定された向きの駆動電位差波形を与え、非駆動時には駆動電位差を与えないよ
うになっている。

図７は、ドライバＩＣ２０及びＣＯＭ発生回路４６ａの内部構成の１例を示す概略ブロ
ック図である。なお、図７に示すドライバＩＣ２０及びＣＯＭ発生回路４６ａは、１組で
６４個の個別電極７及び振動板１１に駆動信号を供給するものとする。
ドライバＩＣ２０は電源回路５０から高電圧系の駆動電圧Ｖｐ及び論理回路系の駆動電
圧Ｖｃｃが供給されて動作するＣＭＯＳの６４ビット出力の高耐圧ドライバである。ドラ
イバＩＣ２０は、供給された駆動制御信号に応じて、駆動電圧パルスとＧＮＤ電位の一方
を、個別電極７に印加する。
ドライバＩＣ２０は６４ビットのシフトレジスタ６１を有し、シフトレジスタ６１はシ
リアルデータとして論理ゲートアレイ４５より送信された６４ビット長のＤＩ信号入力を
、ＤＩ信号に同期する基本クロックパルスであるＸＳＣＬパルス信号入力によりデータを
シフトアップし、シフトレジスタ６１内のレジスタに格納するスタティクシフトレジスタ
となっている。ＤＩ信号は６４個の個別電極７のそれぞれを選択するための選択情報をオ
ン／オフにより示す制御信号であり、この信号がシリアルデータとして送信される。

また、ドライバＩＣ２０は６４ビットのラッチ回路６２を有し、ラッチ回路６２はシフ
トレジスタ６１内に格納された６４ビットデータを制御信号（ラッチパルス）ＬＰにより
ラッチしてデータを格納し、格納されたデータを６４ビット反転回路６３に信号出力する
スタティクラッチである。ラッチ回路６２では、シリアルデータのＤＩ信号が各振動板１
１の駆動を行うための６４セグメント出力を行うための６４ビットのパラレル信号へと変
換される。反転回路６３では、ラッチ回路６２から入力される信号と、ＲＥＶ信号との排
他的論理和をレベルシフタ６４へ出力する。レベルシフタ６４は、反転回路６３からの信
号の電圧レベルを、ロジック系の電圧レベル（５Ｖレベル又は３．３Ｖレベル）からヘッ
ド駆動系の電圧レベル（０〜４５Ｖレベル）に変換するレベルインターフェイス回路であ
る。

ＳＥＧドライバ６５は、６４チャンネルのトランスミッションゲート出力となっていて
、レベルシフタ６４の入力によりＳＥＧ１〜ＳＥＧ６４のセグメント出力に対して、駆動
電圧パルス入力か又はＧＮＤ入力のいずれかを出力する。ＣＯＭ発生回路４６ａに内蔵さ
れたＣＯＭドライバ６６は、ＲＥＶ入力に対して駆動電圧パルスか又はＧＮＤ入力のいず
れかをＣＯＭへ出力する。
ＸＳＣＬ、ＤＩ、ＬＰ及びＲＥＶの各信号は、ロジック系の電圧レベルの信号であり、
論理ゲートアレイ４５よりドライバＩＣ２０に送信される信号である。このようにドライ
バＩＣ２０及びＣＯＭ発生回路４６ａを構成することにより、駆動するセグメント数（振
動板１１の数）が増加した場合においても、容易に液滴吐出ヘッド１の振動板１１の駆動
する駆動電圧パルスとＧＮＤとを切り替えることが可能となる。

上記のように構成した実施形態１の液滴吐出ヘッド１は、キャビティ基板３に第１の穴
部２１を設け、リザーバ基板４に第２の穴部２３を設けて第１の穴部２１と第２の穴部２
３によって収容部２４を形成し、この収容部２４にドライバＩＣ２０を収容しているため
、液滴吐出ヘッド１のサイズを小さくすることができる。
また、個別電極７が平行に並んで複数の電極列を形成し、ドライバＩＣ２０が２つの電
極列に接続されるため、ドライバＩＣ２０から左右の電極列に駆動信号を供給することが
可能となり、電極列の多列化が容易となる。またドライバＩＣ２０の個数が少なくなるた
め、コストを削減することができ、液滴吐出ヘッドの小型化も可能となる。

加えて、ドライバＩＣ２０への入力配線２５が金属材料から形成され、かつその金属導
体の厚さが従来より厚くされているため、全ノズルに共通な入力配線の低抵抗化が可能と
なり、同時に駆動するノズルの数が多くても、個別電極７や振動板１１等からなるアクチ
ュエータの駆動回路の時定数を小さくできる。これにより、動作遅れが低減されて、応答
性に優れた吐出性能の液滴吐出ヘッドが得られる。なお、上記回路の時定数は、例えば駆
動パルスの立ち上がり時間の１／４以下とするように構成すると、多ノズルを同時に駆動
した場合においても、アクチュエータの動作遅れを感じさせることがなく、安定した印字
品質を得ることができる。

実施形態２．
図８は、本発明の実施形態２に係る液滴吐出ヘッドの分解模式図（ａ）及び組み立て模
式図（ｂ）である。実施形態２に係る液滴吐出ヘッド１は、個別電極７等から構成される
電極列が６列であり、それに対応して吐出室１２も６列に形成されている。また、ドライ
バＩＣ２０は、２つの電極列ごとに２つずつ設置されており、ドライバＩＣ２０の両側に
形成された電極列に駆動信号を供給するようになっている。
その他の構造及び動作については、実施形態１の図１に示す液滴吐出ヘッド１と同様で
あり、説明を省略する。なお、実施形態１に係る液滴吐出ヘッド１と同一の構成要素には
、同一符号を付している。
本実施形態２では電極列を６列に形成しているため、例えば電極列（吐出室１２の列に
対応）ごとに色の異なるインクを吐出するようにすれば、容易に多色化することが可能と
なる。その他の効果については、実施形態１に係る液滴吐出ヘッド１と同様である。

実施形態３．
図９は、本発明の実施形態３に係る液滴吐出ヘッドが組み立てられた状態の縦断面図で
ある。実施形態３に係る液滴吐出ヘッド１は、リザーバ基板４に第２の穴部２３が形成さ
れておらず、キャビティ基板３に第１の穴部２１に相当する穴部２６が形成されており、
この穴部２６の内部にドライバＩＣ２０が収容されている。穴部２６は、リザーバ基板４
が穴部２６の上面を、電極基板２が穴部２６の下面を、キャビティ基板３が穴部２６の側
面を形成することにより、穴部２６が閉塞されるようになっている。
その他の構造及び動作については、実施形態１の図１に示す液滴吐出ヘッド１と同様で
あり、効果についても実施形態１に係る液滴吐出ヘッド１とほぼ同様である。

実施形態４．
図１０は、本発明の実施形態４に係る液滴吐出ヘッドが組み立てられた状態の縦断面図
である。実施形態４に係る液滴吐出ヘッド１は、リザーバ基板４がなく、電極基板２、キ
ャビティ基板３及びノズル基板５の３つの基板から構成されている。ここでは、共通液滴
室１３はキャビティ基板３に形成されており、共通液滴室１３と吐出室１２は貫通穴１４
の代わりに、ノズル基板５に形成されたオリフィス２７によって連通するようになってい
る。なお、オリフィス２７はキャビティ基板３に設けるようにしてもよい。本実施形態４
に係る液滴吐出ヘッド１は、個別電極７からなる２列の電極列を有しており、キャビティ
基板３には実施形態３に係る液滴吐出ヘッド１と同様に穴部２６が形成され、その穴部２
６の内部にドライバＩＣ２０が収容されている。なお個別電極７の電極列は、実施形態２
に係る液滴吐出ヘッド１と同様に３列以上にしてもよい。また穴部２６は、ノズル基板５
が穴部２６の上面を、電極基板２が穴部２６の下面を、キャビティ基板３が穴部２６の側
面を形成することにより、閉塞されるようになっている。
その他の構造及び動作については、実施形態１で説明した液滴吐出ヘッド１と同様であ
り、説明を省略する。この構造の場合、共通液滴室１３が実施形態１〜３に比べて狭いと
いうハンディはあるものの、リザーバ基板４がない分液滴吐出ヘッド１を小さくできると
いう利点がある。

実施形態５．
ここでは、実施形態１〜４で説明してきた液滴吐出ヘッド１に使用される電極基板２の
製造方法について簡単に説明しておく。図１１は電極基板２の製造方法の一例を示す工程
図であり、それに沿って説明する。
まず、電極基板２となるガラス基板にエッチングマスクを適用して、エッチングを行い
、入力配線形成用溝（これまで説明してきた第２の溝６ｂ）を、その途中の深さ（例えば
０．２μｍ）までエッチングする（第１エッチング工程…Ｓ１）。
続いて、上記ガラス基板にエッチングマスクを適用して、さらにエッチングを行い、入
力配線形成用溝（これまで説明してきた第２の溝６ｂ）と、個別電極形成用溝（これまで
説明してきた第１の溝６ａ）を、その最終深さまで（第１の溝６ａは例えば０．２μｍと
なるまで、第２の溝６ｂは例えば０．４μｍとなるまで）エッチングする（第２エッチン
グ工程…Ｓ２）。なお、Ｓ１，Ｓ２でのエッチングには、例えばウェットエッチングが利
用できる。
次に、入力配線２５を形成するための第２の溝６ｂに、第１の金属材料（例えばクロム
またはチタンなど）を、５〜３０ｎｍ程度の厚さに成膜する（入力配線の第１の導体２５
Ａの形成工程…Ｓ３）。これに続けて、上記第１の金属材料の上に、第２の金属材料（例
えばクロム、チタン、金、銀、同、アルミニウムなど）を、１００〜３００ｎｍ程度の厚
さに成膜する（入力配線の第２の導体２５Ｂの形成工程…Ｓ４）。
さらに、個別電極７を形成するための第１の溝６ａに、ＩＴＯをスパッタ等により０．
１μｍ程度の厚さに成膜する（個別電極形成工程…Ｓ５）。
なお、個別電極７と入力配線２５を成膜する際には、個別電極７の頂面と入力配線の第
２の導体２５Ｂの頂面とが、ほぼ同一平面（同一高さ）となるようにする。
最後に、上記ガラス基板に液滴供給孔１０ａを開けて、電極基板２が完成する。
以上のような電極基板の製造方法により、電極基板２の外形を大きくすることなく入力
配線の導電性を改善して電気抵抗を低減させることができるので、同時に複数のノズルを
駆動する多ノズル化した液滴吐出ヘッドにおいても、静電アクチュエータの駆動回路の時
定数を小さくして液滴吐出動作の遅れを低減した液滴吐出ヘッドを得ることができる。

実施形態６．
図１２は、これまでの実施形態で示したような液滴吐出ヘッドを、その液滴吐出部に搭
載した液滴吐出装置の一例を示すインクジェットプリンタ１００の斜視図である。本発明
の液滴吐出ヘッドは、上記のようにサイズが小さく耐久性に優れており、また多ノズルを
同時に駆動させても応答性に優れているという長所を有しているため、それを搭載した液
滴吐出装置でも同様の効果が得られる。
なお、各実施形態で説明してきた液滴吐出ヘッドは、図１２に示したようなプリンタと
しての利用の他に、吐出する液滴を種々変更することで、液晶ディスプレイのカラーフィ
ルタの製造装置、有機ＥＬ表示装置の発光部分の形成装置、生体液体の吐出装置等、様々
な用途に適用することができる。

本発明の実施形態１に係る液滴吐出ヘッドの分解斜視図。 図１のＸ−Ｘ方向断面図。 図１に示す液滴吐出ヘッドが組み立てられた状態での縦断面図。 液滴吐出用のアクチュエータの駆動回路の等価回路を示す模式図。 多ノズルインクジェットの同時駆動ノズル数とアクチュエータの駆動回路の時定数と入力配線の材料との関係を示す相関図。 図１に示す液滴吐出ヘッドが搭載された液滴吐出装置の制御系を示す概略ブロック図。 ドライバＩＣ及びＣＯＭ発生回路の内部構成の一例を示す概略ブロック図。 本発明の実施形態２に係る液滴吐出ヘッドの分解模式図（ａ）及び組み立て模式図（ｂ）。 本発明の実施形態３に係る液滴吐出ヘッドの液滴吐出ヘッドが組み立てられた状態の縦断面図。 本発明の実施形態４に係る液滴吐出ヘッドの液滴吐出ヘッドが組み立てられた状態の縦断面図。 電極基板の製造方法の一例を示す工程図。 本発明の液滴吐出ヘッドを搭載した実施形態６に係る液滴吐出装置の一例を示す斜視図。

符号の説明

１ 液滴吐出ヘッド、２ 電極基板、３ キャビティ基板、４ リザーバ基板、５ ノ
ズル基板、６ａ 第１の溝、６ｂ 第２の溝、７ 個別電極、１０（１０ａ，１０ｂ，１
０ｃ） 液滴供給孔、１１ 振動板、１２ 吐出室（圧力室）、 １３ 共通液滴室、１
４ 貫通孔、１５ ノズル連通孔、１６ ノズル孔、１７ 封止材、２０ ドライバＩＣ
、２１ 第１の穴部、２２ 共通電極、２３ 第２の穴部 ２４ 収容部、２５ 入力配
線、２５Ａ 入力配線の第１の導体、２５Ｂ 入力配線の第２の導体、２５ａ 入力配線
のＦＰＣ実装部、２５ｂ 入力配線のリード部、２５ｃ 入力配線のドライバＩＣ入力端
子実装部、３０ ＦＰＣ、３１ ＦＰＣ内のＩＣ用配線、３２ ＦＰＣ内の共通電極用配
線、１００ インクジェットプリンタ。

Claims (8)

1. 液滴を吐出する複数のノズル孔が形成されたノズル基板と、
   底壁が電極として作用する振動板となっていて、前記液滴を前記ノズル孔から吐出させる複数の吐出室が形成されたキャビティ基板と、
   第１の溝内に形成され前記振動板にギャップを隔てて対向し各振動板を駆動する複数の個別電極、前記複数の個別電極の駆動を制御するドライバＩＣ、および第２の溝内に形成され前記ドライバＩＣ駆動用の電力または信号を外部から入力する入力配線を有した電極基板と、を備え、
   前記電極基板の前記第２の溝が前記第１の溝より深く形成されていて、前記入力配線の導体厚さが前記個別電極の厚さより厚くなっており、
   前記個別電極の頂面と入力配線の導体頂面とが同一平面にあることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
2. 前記入力配線が金属材料から形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
3. 前記入力配線は前記第２の溝内の底面に接した第１の導体と、前記第１の導体の上に形成された前記第１の導体より厚さの厚い第２の導体とから構成され、前記第１の導体の線幅が前記第２の導体の線幅より広くなっていることを特徴とする請求項２記載の液滴吐出ヘッド。
4. 前記電極基板はガラスから形成され、
   前記入力配線の前記第１の導体がクロムまたはチタンから形成されていることを特徴とする請求項３記載の液滴吐出ヘッド。
5. 前記第２の導体がクロム、チタン、金、銀、銅、アルミニウム、または少なくともそれらの２つの金属の積層から形成されていることを特徴とする請求項３記載の液滴吐出ヘッド。
6. 前記個別電極がＩＴＯで形成されている、ことを特徴とする請求項１〜 ５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
7. 液滴を貯えて前記吐出室に供給する共通液滴室と、前記共通液滴室から前記吐出室へ液滴を移送するための貫通孔と、前記吐出室から前記ノズル孔へ液滴を移送するノズル連通孔とを有するリザーバ基板を、前記ノズル基板と前記キャビティ基板との間に備えていることを特徴とする請求項１〜 ６のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
8. 請求項１〜 ７のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置。

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