JP4412945B2 - 液滴吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は液滴吐出装置に関する。

液滴を吐出する液滴吐出装置は様々な分野に応用されているが、とりわけ、染料や顔料などの着色剤を含む液体（インク）を吐出して記録を行うインクジェット記録装置は、プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の画像形成装置として応用されている。

インクジェット記録は所謂記録ヘッドから被記録材へインクを吐出して記録を行うものであり、記録ヘッドのコンパクト化が容易であり、高精細な画像を高速で記録することができ、普通紙に特別の処理を必要とせずに記録することができ、ランニングコストが安く、ノンインパクト方式であるため騒音が少なく、しかも、カラーインクを使用してカラー画像を形成するのが容易であるなどの利点を有している。

また、このようなインクジェット記録装置に用いられる記録ヘッドを電子部品や電子部品の配線形成に、有機ＥＬパネル等のディスプレイ製造に、またマイクロレンズ加工などに応用することが近年活発に行われている。

このような応用分野では、インクジェット記録での記録画像の高精細化や電子部品の微細配線の要請などから、より微小の液滴を効率よく吐出することが要請されている。また、インクジェット記録での記録画像の諧調表現や抵抗、容量などの電子部品形成のために、吐出液滴径を可変にすることが要請されている。さらに、インクジェット記録での高速記録や電子部品形成や有機ＥＬパネル製造のスループット向上の要請から吐出口を高密度で長尺に形成することが要請されている。

従来、このような液滴吐出装置としては、圧電方式や静電方式のものが、用いられ、これらの方式では液室の一部にエネルギー作用部を設け、エネルギー作用部に対して平行に（エッジシューター）、あるいは垂直（サイドシューター）に離間して配置された吐出口より液滴を吐出させている。

しかしながら、より微小の液滴を形成すること、吐出効率を向上するなどの点からは吐出口を形成する弾性部材を直接振動させる方法が好ましい。

そこで、従前、液室の一部を構成する弾性部材に吐出口となる開口を形成するとともに、弾性部材に圧電素子を配置し、圧電素子への電圧印加で吐出口を有する弾性部材を機械振動させて液滴を吐出させるものが知られている。
ＵＳＰ第４５３３０８２号明細書 ＵＳＰ第４６０５１６７号明細書 ＵＳＰ第６４４５１０９号明細書

また、液室の一部を構成する弾性部材に吐出口となる開口を形成するとともに、弾性部材に離間して電極を対向配置し、弾性部材と電極間への電圧印加で静電力を発生させることにより弾性部材を機械振動させて液滴を吐出させるものも知られている。
特開平３−２９３１４１号公報 特開平３−２９５６５４号公報 ＵＳＰ第５８２８３９４号明細書

さらに、吐出口が形成された弾性部材の振動による液滴吐出方法ではないものの、静電力を利用した液滴吐出方法で印加電圧低減のために、高誘電率の液体を静電力を発生させる領域に充填させるものも知られている。
特許第２８５４８７６号公報

しかしながら、上述した従来の液滴吐出装置にあっては、液滴数を変化させことによって対象物上の液滴径を変化させることは可能であるが、吐出する液滴の径を直接変化させることが困難であるという課題があることが判明した。

また、インクジェット記録での高速記録や、電子部品形成や有機ＥＬパネル製造のスループット向上の要請から吐出口を高密度で長尺に形成した場合、消費電力や突入電流を低減するためにさらなる液滴吐出の効率化が必要であるという課題があることが判明した。

さらに、長期使用時の信頼性を更に向上させることが必要であるという解決しなければならない課題のあることも判明した。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、吐出液滴径の変調が可能で、吐出効率や信頼性に優れる液滴吐出装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係る液滴吐出装置は、
液体を貯留する液室と、
この液室の一方の壁面を構成し液滴を吐出する吐出口を有する第１の弾性部材と、
前記液室の他方の壁面を構成し前記第１の弾性部材に離間して対向配置された第２の弾性部材とを備え、
前記第２の弾性部材上に圧電素子部材を形成し、
前記第１の弾性部材と第２の弾性部材間の電圧印加に伴う静電力で前記第１の弾性部材と第２の弾性部材を機械振動させるとともに、前記圧電素子への電圧印加で前記第２の弾性部材を振動させるとき、前記圧電素子に対して第１駆動電圧を印加して前記第２の弾性部材を変位させた後、前記第１駆動電圧と所要の位相差を持って前記第１、第２の弾性部材間に第２駆動電圧を印加して前記第１、第２の弾性部材を変位させる手段を備えている
構成とした。

本発明に係る液滴吐出装置によれば、液体を貯留する液室と、この液室の一方の壁面を構成し液滴を吐出する吐出口を有する第１の弾性部材と、液室の他方の壁面を構成し第１の弾性部材に離間して対向配置された第２の弾性部材とを備え、第２の弾性部材上に圧電素子部材を形成し、第１の弾性部材と第２の弾性部材間の電圧印加に伴う静電力で第１の弾性部材と第２の弾性部材を機械振動させるとともに、圧電素子への電圧印加で第２の弾性部材を振動させるとき、圧電素子に対して第１駆動電圧を印加して第２の弾性部材を変位させた後、第１駆動電圧と所要の位相差を持って第１、第２の弾性部材間に第２駆動電圧を印加して第１、第２の弾性部材を変位させる手段を備えている構成としたので、両弾性部材を共振周波数近傍で駆動することによって対象物上の液滴径の変調が容易になり、また長期使用時の信頼性に優れる液滴吐出装置が得られる。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。なお、前述したように、液滴吐出装置は、インクジェット記録での高速記録や電子部品形成や有機ＥＬパネル製造時のスループット向上のために複数個配列されるものであるが、以下の説明では単一の液滴吐出装置についてのみ説明する。

まず、本発明の第１実施形態に係る液滴吐出装置ついて図1ないし図３を参照して説明する。なお、図１は同装置の概略構成を説明するための説明図、図２は同装置の駆動波形の説明図、図３は同実施形態の一製作例を説明するための説明図である。

図１を参照して、液室形成部材１には液体を貯留する液室２を形成している。この液室２の一方の壁面は、液滴を吐出する吐出口３を有する第１の弾性部材４で構成されており、液室２の他方の壁は、第２の弾性部材５で構成している。

また、第２の弾性部材５を介して液室２の反対側には振動室形成部材６に設けて、第２の弾性部材５の臨む振動室７を形成している。

ここで、第１の弾性部材４と第２の弾性部材５間に駆動回路８から駆動電圧パルスＰが印加されると、第１の弾性部材４と第２の弾性部材５間には静電力が発生し、両方の弾性部材４，５は液室２の容積を縮小させるように内方に変位する。その結果、液室２内部の圧力が増加し吐出口３より液滴を吐出する。このとき、駆動電圧パルスＰの波高値は、両方の弾性部材４，５が当接するように選定することが吐出液滴の安定性の点から好ましい。

前述した背景技術に記載した従来例では第１の弾性部材４のみが圧電素子や静電力で変位して吐出口から液滴を吐出させている。一方、本実施形態では、両弾性部材４，５が変位するため液室容積変化が大きいこと、及び圧力増加の相乗効果があることから、従来例に比べて、効率の良い液滴吐出が可能となる。

また、上記従来例では第１の弾性部材４のみが変位して固定壁に当接するために第１の弾性部材４の変位量は液室２の厚さ分必要であった。一方、本実施形態では、液室２の厚さの半分の変位で両弾性部材４，５が当接することとなる。このため、弾性部材の疲労や破壊の原因である内部応力増加を防止することができ長期使用時の信頼性が向上する。

次に、図２を参照して液滴径変調方法について説明する。ここで、周期Ｔｇは、例えばインクジェット記録では画像記録周波数に相当する繰り返し周期である。また、周期Ｔｒは、第１、第２の弾性部材４，５の共振周波数近傍に設定された周期である。

この例では、共振周波数近傍の3個の駆動電圧パルスＰで３個の液滴が周期Ｔｇで吐出されるが、共振周波数は上記繰り返し周波数より非常に高いため、３個の液滴は対象物上で位置ずれを起こすことなく対象物のほぼ一点に着弾される。このため、この駆動電圧パルスの数を変化させることにより、対称物上の液滴径を任意に可変することができる。

なお、第１、第２の弾性部材４，５を共振周波数近傍で駆動するため、両者の共振周波数は同じであることが好ましい。このため、第１、第２の弾性部材４，５を同一材質で、同一厚さで形成するするとともに、第１、第２の弾性部材４，５を液室形成部材１に同じ保持方法で固定することが好ましい。

次に、ＭＥＭＳ技術を利用した第１実施形態の製作方法について図３を参照して説明する。
ここでは、基板としてＳｉ基板２０を用い、Ｓｉ基板２０上には絶縁用の熱酸化膜２１を形成している。この熱酸化膜上２１には振動室形成用のポリシリコン２２をパターニングして形成し、ポリシリコン２２の一部を犠牲層として除去して振動室７を形成している。

そして、ポリシリコン２２上には保護用のＨＴＯ膜２３、電極用のポリシリコン２４、及び第２の弾性部材用の窒化膜２５を順次積層している。さらに、この窒化膜２５上には液室形成用ポリシリコン２６がパターニングして形成され、ポリシリコン２６の一部を犠牲層とし除去して液室２を形成している。さらにまた、ポリシリコン２６上には保護膜用のＨＴＯ膜２７、電極用にパターニングされたポリシリコン２８、及び第１の弾性部材用の窒化膜２９を順次積層して、ＨＴＯ膜２７、ポリシリコン２８、及び窒化膜２９には吐出口３を形成する穴部を形成している。

この構成においては、静電力を発生するための電圧は電極用ポリシリコン２４と電極用ポリシリコン２８間に印加する。

また、ＨＴＯ膜２３とＨＴＯ膜２７、ポリシリコン２４とポリシリコン２８、及び窒化膜２５と窒化膜２９は同一の厚さで構成され、同じ保持方法で構成されているために、第１、第２の弾性部材の共振周波数は同じとなる。なお、各層構成、犠牲層除去、及び吐出口形成などは、いずれも周知のＭＥＭＳ技術を用いることにより容易に行うことができ、吐出口間隔が３００ｄｐｉ相当以上の高密度配列の液滴吐出装置を長尺に製作することができる。

このように、本実施形態によれば、吐出効率や長期使用時の信頼性に優れる液滴吐出装置を得ることができる。また、両弾性部材を共振周波数近傍で駆動する（機械振動させる）ことにより、液滴径の変調が容易な液滴吐出装置を得ることができる。さらに、ＭＥＭＳ技術の応用で製作できるため高密度で長尺化が容易な液滴吐出装置を得ることができる。

次に、本発明の第２実施形態に係る液滴吐出装置ついて図４ないし図６を参照して説明する。なお、図４は同装置の概略構成を説明するための説明図、図５は同装置の駆動波形の説明図、図６は同実施形態の一製作例を説明するための説明図である。

図４を参照して、液室形成部材１には液体１１を貯留する液室２を形成している。この液室２の一方の壁面は、液滴が吐出される吐出口３を有する第１の弾性部材４で構成されており、液室２の他方の壁面は第２の弾性部材５で構成されている。また、第２の弾性部材５を介して液室２の反対側に配置された振動室形成部材６に振動室７を形成し、この振動室７内には第２の弾性部材５にギャップを置いて対向する導電体である電極９を配置している。

この装置では、図５をも参照して、第１の弾性部材４と第２の弾性部材５間に駆動回路１０Ａからの駆動電圧パルスＰＡが印加されると、第１の弾性部材４と第２の弾性部材５間には静電力が発生し、その結果、両方の弾性部材４，５は液室２の容積を縮小するように内方に変位する。また、第２の弾性部材５と電極９間に駆動回路１０Ｂからの駆動電圧パルスＰＢが印加されると第２の弾性部材５は液室２の容積を拡大するように電極９側に変位する。

次に、図５を参照して液滴径制御方法について説明する。駆動電圧パルスＰＡ及び駆動電圧パルスＰＢは周期Ｔｇで印加される。ここで、周期Ｔｇは、例えばインクジェット記録では画像記録周波数に相当する繰り返し周期である。

そして、はじめに駆動電圧パルスＰＢが印加されると、第２の弾性部材５は液室２の容積を拡大するように電極９側に変位するため、吐出口３のメニスカスは液室２の内側に後退する。続いて、駆動電圧パルスＰＢが解除される（印加されなくなる）と第２の弾性部材５はその剛性で液室２容積を縮少するように内側に復元するため、メニスカスは吐出口３側に前進する。

この駆動電圧パルスＰＢを印加した後に所定時間Ｔｄの間隔をおいて駆動電圧パルスＰＡを印加する、つまり、駆動電圧パルスＰＢと位相差を持って駆動電圧パルスＰＡを印加すると、第１、第２の両方の弾性部材４，５は液室２の容積を縮小するように変位して液室内部の圧力を増加させ液滴を吐出することとなる。

このとき、間隔Ｔｄを所定の値に設定することで駆動電圧パルスＰＢの印加に伴うメニスカス運動の任意のメニスカス位置で駆動電圧パルスＰＡを印加できるため、吐出液滴径を可変とすることができる。すなわち、駆動電圧パルスＰＢ印加後のメニスカス後退中に駆動電圧パルスＰＡを印加すると、相対的に少量の液滴が吐出し、メニスカスが前進中に駆動電圧パルスＰＡを印加すると、相対的に多量の液滴が吐出することとなる。

また、第２の弾性部材５は液室２の容積を縮小するように復元してその平衡位置よりオーバーシュートする。間隔Ｔｄをこの時点に設定すると、相対的に多量の液滴吐出が可能なばかりでなく、両弾性部材４，５の間隔が小さくなるため、より低電圧での液滴吐出が可能となる。

さらに、駆動電圧パルスＰＢを複数の液室２を有する第２の弾性部材５に共通に、駆動電圧パルスＰＡをその波高値を変化させて個別の第１の弾性部材４に印加することにより、複数の吐出口３から液滴径の異なる液滴を吐出することができるようになる。

このように、第２の弾性部材を介して液室の反対側に振動室を形成し、この振動室に導電体を離間して対向配置して第２の弾性部材を導電体間の静電力で第２の弾性部材を個別に振動できる構成としているので、第１、及び第２の弾性部材を位相差をもって振動させることにより、メニスカス位置制御が可能で液滴径の直接変調が可能になる。

次に、ＭＥＭＳ技術を利用した第２実施形態の液滴吐出装置の製作方法について図６を参照して説明する。
ここでは、基板としてＳｉ基板２０を用い、Ｓｉ基板２０上には絶縁用の熱酸化膜２１を形成している。熱酸化膜上２１には電極用のポリシリコン３０、及び保護膜用のＨＴＯ膜３１を順次形成している。このＨＴＯ膜３１には振動室形成用のポリシリコン３２をパターニングして形成し、ポリシリコン３２の一部を犠牲層として除去することで振動室７を形成している。

ポリシリコン３２上には保護膜用のＨＴＯ膜３３、電極用のポリシリコン３４、及び第２の弾性部材用の窒化膜３５を順次積層形成している。さらに、窒化膜３５上には液室形成用ポリシリコン３６をパターニングして形成し、ポリシリコン３６の一部を犠牲層とし除去することで液室２を形成している。

ポリシリコン３６上には平坦化用のＨＴＯ膜２７、電極用にパターニングされたポリシリコン３８、及び第１の弾性部材用の窒化膜３９を順次積層して形成し、ＨＴＯ膜３７、ポリシリコン３８、及び窒化膜３９には吐出口３となる孔部を形成している。

ここで、第１の弾性部材を構成する窒化膜３９と第２の弾性部材を構成する窒化膜３５間に静電力を発生するための電圧はポリシリコン３４とポリシリコン３８間に印加する。また、ポリシリコン３０とポリシリコン３４間に電圧を印加することにより第２の弾性部材を構成する窒化膜３５が変位する。

この場合、ＨＴＯ膜３３とＨＴＯ膜３７、ポリシリコン３４とポリシリコン３８、及び窒化膜３５と窒化膜３９は同一の厚さに構成されている。なお、上述した各層（膜）の形成方法、犠牲層除去方法、及び吐出口形成方法などは、いずれも周知のＭＥＭＳ技術を用いることにより容易に行うことができ、吐出口間隔が３００ｄｐｉ相当以上の高密度配列の液滴吐出装置を長尺に製作することができる。

このように、本実施形態では、液滴径の直接変調が可能な液滴吐出装置を得ることができる。また、ＭＥＭＳ技術の応用で製作できるため高密度で長尺化が容易な液滴吐出装置を得ることができる。

次に、本発明の第３実施形態に係る液滴吐出装置ついて図７を参照して説明する。なお、図７は同装置の概略構成を説明するための説明図である。
本実施形態は、上記第２実施形態とはほぼ同じであるが、第２の弾性部材５に開口１２を形成し、液室２と振動室７とを開口１２を通じて連通し、振動室７にも液室２の液体１１を充填している点のみが異なる。

本実施形態においても、第２実施形態の場合と同様に、駆動電圧パルスＰＡ、及び駆動電圧パルスＰＢの印加により液滴が吐出されるが、本実施形態の場合、液滴吐出後の液室２への液体１１の充填性が改善され、液滴吐出の繰り返し周波数が向上する。

すなわち、第２実施形態の場合には、液体は紙面垂直方向の一方、又は両方の端部に設けられた図示しない共通のインク溜めより供給されるが、低電圧駆動を目的として液室の厚さを薄くした場合に、液体の粘性抵抗が大きくなり、液滴吐出の繰り返し周波数向上が困難になることが確認された。

そこで、本実施形態の場合、開口１２は紙面垂直方向にスリット状に形成することにより、上記粘性抵抗増加を防止し、液滴吐出の繰り返し周波数を向上することができる。

このように、第２の弾性部材には液室に連通する開口を形成して振動室を液体で充填する構成とすることで、液滴吐出の繰り返し周波数を向することができる。なお、その他の液滴径制御方法、製作方法の詳細は前記第２実施形態と同様であるので説明は省略する。

次に、本発明の第４実施形態に係る液滴吐出装置ついて図８を参照して説明する。なお、図８は同装置の概略構成を説明するための説明図である。
本実施形態は、上記第２実施形態とはほぼ同じであるが、振動室７に高誘電率液体１３を充填している点のみが異なる。

本実施形態においても、第２実施形態の場合と同様に、駆動電圧パルスＰＡ、及び駆動電圧パルスＰＢの印加により液滴が吐出されるが、本実施形態の場合には駆動電圧パルスＰＢの低電圧化を図れる。

すなわち、前述した特許文献７に記載されているように、第２の弾性部材５を変位するための静電エネルギーは振動室７の液体の誘電率に比例するため、振動室７に高誘電率液体１３を充填することにより、低電圧化を図れる。なお、このような高誘電率液体１３としては前述した特許文献７に記載されている液体を用いることができる。

このように、振動室に高誘電率液体を充填することにより、低電圧で液滴吐出が可能になる。なお、その他の液滴径制御方法、製作方法の詳細は前記第２実施形態と同様であるので説明は省略する。

次に、本発明の第５実施形態に係る液滴吐出装置ついて図９及び図１０を参照して説明する。なお、図９は同装置の概略構成を説明するための説明図、図１０は同実施形態の一製作例を説明するための説明図である。

図９を参照して、第２の弾性部材５上には圧電素子１４を設け、その周囲に保護部材１６を設けている。なお、第１、第２実施形態などの振動室７及び振動室形成部材６は設けていない。そして、駆動回路１０Ｂから圧電素子１４に対して駆動電圧パルスＰＢを印加する構成としている。その他の構成は第２実施形態と同様である。

このように構成したので、第１の弾性部材４と第２の弾性部材５間に駆動電圧パルスＰＡを印加すると、第１の弾性部材４と第２の弾性部材５間の静電力により液室２の容積を縮小するように内方に変位する。また、第２の弾性部材５上に設けた圧電素子１４に駆動電圧パルスＰＢを印加すると、圧電素子１４の変形により第２の弾性部材５は液室２の容積を縮小するように内側に変位する。

液滴径直接変調を行う場合の第１、第２の弾性部材４，５の駆動方法は前記第２実施形態（図５の駆動電圧パルス）と同様である。すなわち、駆動電圧パルスＰＡ，及び駆動電圧パルスＰＢは各々周期Ｔｇで印加され、駆動電圧パルスＰＢ印加後の時間Ｔｄの間隔をおいて駆動電圧パルスＰＡを印加する。

本実施形態の場合、第２の弾性部材５は圧電素子１４のたわみ振動で変位するために、静電力で変位させる場合に比べてより低電圧で第２の弾性部材５を変位させることができる。

また、静電力を利用した弾性部材の変位では両弾性部材間の距離が平衡状態の間隔の１／３を超える、弾性部材の剛性と静電力のバランスが壊れ弾性部材が原理的に相互に当接してしまう現象が避けられない。これに対し、本実施形態の場合、第２の弾性部材５は圧電素子１４で変位されるため、第２の弾性部材５の変位量は駆動電圧パルスＰＢの波高値に比例して任意に制御することができ、その結果、液滴径の制御性が向上する。

なお、駆動電圧パルスＰＢを複数の液室２を有する第２の弾性部材５に共通に、駆動電圧パルスＰＡをその波高値を変化させて個別の第１の弾性部材４に印加することにより、複数の吐出口３から液滴径の異なる液滴を吐出することができる。また、図２の駆動電圧パルスによる駆動方法と同じく、両弾性部材４，５を共振周波数近傍で駆動して液滴数を変調し、液滴径を制御することができる。

このように、第１、第２の弾性部材間の静電力に加えて第２の弾性部材に圧電素子部材を設け、この圧電素子への電圧印加で一方の弾性部材を振動させる構成としたので、液滴吐出効率が向上し、液滴径の直接変調範囲を広くすることができる。

次に、ＭＥＭＳ技術を利用した第５実施形態の液滴吐出装置の製作方法について図１０を参照して説明する。
ここでは、基板としてＳｉ基板２０を用い、Ｓｉ基板２０上には絶縁用の熱酸化膜２１を形成している。熱酸化膜上２１には電極用のポリシリコン４０、及び第２弾性部材を構成する窒化膜４１を形成する。窒化膜４１上には液室形成用ポリシリコン４２をパターニングして形成し、ポリシリコン４２の一部を犠牲層とし除去することで液室２を形成している。

ポリシリコン４２上には保護膜用のＨＴＯ膜４３、電極用にパターニングしたポリシリコン４４、及び第１の弾性部材を構成する窒化膜４５を順次積層して、ＨＴＯ膜４３、ポリシリコン４４、及び窒化膜４５には吐出口３となる孔部を形成している。また、ポリシリコン４０の液室２と反対側には金などからなる電極４６と圧電素子としてのＰＺＴ４７と電極４６とを積層して形成している。

第１の弾性部材を構成する窒化膜４５と第２の弾性部材を構成する窒化膜４１間に静電力を発生するための電圧はポリシリコン４０とポリシリコン４４間に印加する。また、第２の弾性部材を構成する窒化膜４１はＰＺＴ４７により変位される。

なお、上述した各層（膜）の形成方法、犠牲層除去方法、及び吐出口形成方法などは、いずれも周知のＭＥＭＳ技術を用いることにより容易に行うことができ、吐出口間隔が３００ｄｐｉ相当以上の高密度配列の液滴吐出装置を長尺に製作することができる。

このように、本実施形態では、更に吐出効率の向上と、液滴径の直接変調範囲の拡大が可能な液滴吐出装置を得ることができる。また、ＭＥＭＳ技術の応用で製作できるため高密度で長尺化が容易な液滴吐出装置を得ることができる。

次に、本発明の第６実施形態に係る液滴吐出装置ついて図１１及び図１２を参照して説明する。なお、図１１は同装置の概略構成を説明するための説明図、図１２は同実施形態の一製作例を説明するための説明図である。

図１１を参照して、第１の弾性部材４の外面側には圧電素子１４を設けている。そして、駆動回路１０Ａから圧電素子１４に対して駆動電圧パルスＰＡを印加する構成としている。その他の構成は第２実施形態と同様である。

このように構成したので、第２の弾性部材５と電極９の間に駆動電圧パルスＰＢを印加することにより、第２の弾性部材５は静電力により電極９側に変位する。また、第１の弾性部材４上に設けられた圧電素子１４に対して駆動電圧パルスＰＡを印加すると、圧電素子１４の変形により第１の弾性部材４は液室２の容積を縮小するように変位する。

液滴径直接変調を行う場合の第１、第２の弾性部材４，５の駆動方法は前記第２実施形態（図５の駆動電圧パルス）と同様である。すなわち、駆動電圧パルスＰＡ及び駆動電圧パルスＰＢは各々周期Ｔｇで印加され、駆動電圧パルスＰＢを印加した後の時間Ｔｄの間隔をおいて駆動電圧パルスＰＡを印加する。本実施形態の場合、吐出口３を有する第１の弾性部材４を圧電素子１４で変位させるために、第５実施例に比べて更に効率の良い液滴吐出が可能である。

なお、駆動電圧パルスＰＢを複数の液室２を有する第２の弾性部材５に共通に、駆動電圧パルスＰＡをその波高値を変化させて個別の第１の弾性部材４に印加することにより、複数の吐出口３から液滴径の異なる液滴を吐出することができる。また、前記第１実施形態と同じ方法で、両弾性部材４，５を共振周波数近傍で駆動して液滴数を変調し液滴径を制御することができる。

このように、第１、第２の弾性部材間の静電力に加えて第１の弾性部材に圧電素子部材を設け、この圧電素子への電圧印加で一方の弾性部材を振動させる構成としたので、液滴吐出効率が向上し、液滴径の直接変調範囲を広くすることができる。

続いて、ＭＥＭＳ技術を利用した第６実施形態の液滴吐出装置の製作方法について図１２を参照して説明する。
ここでは、基板としてＳｉ基板２０を用い、Ｓｉ基板２０上には絶縁用の熱酸化膜２１を形成している。熱酸化膜上２１には電極として作用するポリシリコン３０、及び保護膜として作用するＨＴＯ膜３１を形成する。ＨＴＯ膜３１には振動室形成用のポリシリコン３２をパターニングして形成し、ポリシリコン３２の一部を犠牲層として除去することで振動室７を形成している。

ポリシリコン３２上には平坦化用のＨＴＯ膜３３、電極として作用するポリシリコン３４、及び第２の弾性部材を構成する窒化膜３５を順次積層している。窒化膜３５上には液室形成用ポリシリコン３６をパターニングして形し、ポリシリコン３６の一部を犠牲層とし除去することで液室２を形成している。

ポリシリコン３６上には平坦化用のＨＴＯ膜２７、及び第１の弾性部材を構成する窒化膜３９を順次積層し、これらのＨＴＯ膜３７、及び窒化膜３９には吐出口３となる孔部を形成している。また、窒化膜３９には金などからなる電極４６と圧電素子としてのＰＺＴ４７が形成されており、更に保護膜４８としての樹脂膜で圧電素子４７及び電極４８を覆っている。

第１の弾性部材を構成する窒化膜４５と第２の弾性部材を構成する窒化膜４１間に静電力を発生するための電圧はポリシリコン４０とポリシリコン４４間に印加される。また、第２の弾性部材４１はＰＺＴ４７により変位される。

なお、説明した各層の形成方法、犠牲層除去方法、吐出口形成方法、及び圧電素子形成方法などはいずれも周知のＭＥＭＳ技術を用いることにより容易に行うことができるため、吐出口間隔が３００ｄｐｉ相当以上の高密度配列の液滴吐出装置を長尺に製作することができる。

このように、本実施形態では液滴径の直接変調が可能で、高効率液滴吐出が可能な液滴吐出装置を得ることができる。また、ＭＥＭＳ技術の応用で製作できるため高密度で長尺化が容易な液滴吐出装置を得ることができる。そして、本実施形態では更に吐出効率の向上拡大が可能な液滴吐出装置を得ることができる。

また、本発明に係る液滴吐出装置によれば、上記構成に加えて、第２の弾性部材を介して液室の反対側に振動室を形成し、この振動室に導電体を離間して対向配置して第２の弾性部材を導電体間の静電力で第２の弾性部材を個別に振動できる構成とした。このため、第１、及び第２の弾性部材を位相差をもって振動させることによりメニスカス位置制御が可能で液滴径の直接変調が可能な液滴吐出装置を提供することができる。
さらに、第２の弾性部材には液室に連通する開口を形成して振動室を液体で充填する構成としたため液滴吐出の繰り返し周波数の向上した液滴吐出装置を提供することができる。さらにまた、振動室に高誘電率液体を充填する構成としたため低電圧で液滴吐出が可能な液滴吐出装置を提供することができる。
さらにまた、本発明に係る液滴吐出装置によれば、第１、第２の弾性部材間の静電力に加えて第１振動部材、または第２振動部材に圧電素子部材を形成し、この圧電素子への電圧印加で一方の弾性部材を振動させり構成とした。このため、液滴吐出口率が高く、液滴径の直接変調範囲の広い液滴吐出装置を提供することができる。
さらにまた、液滴吐出装置はＭＥＭＳ技術応用で製作できるため、高密度に吐出口が配列した液滴吐出装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る液滴吐出装置の概略構成を説明するための説明図である。 同装置の駆動波形の説明図である。 同実施形態の一製作例を説明するための説明図である。 本発明の第２実施形態に係る液滴吐出装置の概略構成を説明するための説明図である。 同装置の駆動波形の説明図である。 同実施形態の一製作例を説明するための説明図である。 本発明の第３実施形態に係る液滴吐出装置の概略構成を説明するための説明図である。 本発明の第４実施形態に係る液滴吐出装置の概略構成を説明するための説明図である。 本発明の第５実施形態に係る液滴吐出装置の概略構成を説明するための説明図である。 同実施形態の一製作例を説明するための説明図である。 本発明の第６実施形態に係る液滴吐出装置の概略構成を説明するための説明図である。 同実施形態の一製作例を説明するための説明図である。

符号の説明

１…液室形成部材
２…液室
３…ノズル孔
４…第１の弾性部材
５…第２の弾性部材
６…振動室形成部材
７…振動室
８、１０Ａ、１０Ｂ…駆動回路
９…電極（導電体）
１１…液体
１２…開口
１３…高誘電率液体
１４…圧電素子

Claims (1)

1. 液体を貯留する液室と、
   この液室の一方の壁面を構成し液滴を吐出する吐出口を有する第１の弾性部材と、
   前記液室の他方の壁面を構成し前記第１の弾性部材に離間して対向配置された第２の弾性部材とを備え、
   前記第２の弾性部材上に圧電素子部材を形成し、
   前記第１の弾性部材と第２の弾性部材間の電圧印加に伴う静電力で前記第１の弾性部材と第２の弾性部材を機械振動させるとともに、前記圧電素子への電圧印加で前記第２の弾性部材を振動させるとき、前記圧電素子に対して第１駆動電圧を印加して前記第２の弾性部材を変位させた後、前記第１駆動電圧と所要の位相差を持って前記第１、第２の弾性部材間に第２駆動電圧を印加して前記第１、第２の弾性部材を変位させる手段を備えている
   ことを特徴とする液滴吐出装置。

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