JP2008030337A - 液体吐出ヘッド、液体吐出装置、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大幅な工程増加、振動板面積率の低下を伴うことなく、全体的或いは局所的に振動板の剛性調整を行うことができない。
【解決手段】振動板１２の振動板領域１２Ａと固定電極１４Ａとが空隙１３を介して対向し、振動板１２側には振動板短辺方向に沿う複数の梁となる凸部４１を振動板長辺方向に所要の間隔で、所要の領域に並べて配置し、固定電極１４Ａ側には振動板１２側の梁となる凸部４１が入り込む溝部４２を固定電極１４Ａを貫通するまで形成し、振動板１２側の梁となる凸部４１の配置や形成領域で振動板１２の剛性が調整される。
【選択図】図６

Description

本発明は液体吐出ヘッド、液体吐出装置、画像形成装置に関し、特に、静電型液体吐出ヘッド、これを備える液体吐出装置、画像形成装置に関する。

一般に、プリンタ、ファックス、コピア、プロッタ、或いはこれらの内の複数の機能を複合した画像形成装置としては、例えば、記録液（液体）の液滴を吐出する液体吐出ヘッドで構成した記録ヘッドを含む液体吐出装置を用いて、媒体（以下「用紙」ともいうが材質を限定するものではなく、また、被記録媒体、記録媒体、転写材、記録紙なども同義で使用する。）を搬送しながら、液体としての記録液（以下、インクともいう。）を用紙に付着させて画像形成（記録、印刷、印写、印字も同義語で用いる。）を行なうものがある。

なお、「画像形成装置」は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の媒体に液体を吐出して画像形成を行う装置を意味し、また、「画像形成」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与することをも意味する。また、「液体」とは、記録液、インクに限るものではなく、吐出されるときに流体となるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、ＤＮＡ試料、レジスト、パターン材料なども含まれる。さらに、「液体吐出装置」は液体吐出ヘッドから液体を吐出させる装置であって画像を形成するものに限定されない。

液体吐出ヘッドとしては、液滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する液室（吐出室、圧力室、加圧室、インク流路等とも称される。）と、この液室の壁面を形成する振動板の少なくとも一部を構成する可変電極と、この可変電極に対向する対向電極とを有し、電極間に電圧が印加されることによって可変電極（振動板）を静電力で変位させて、振動板の機械的な復元力によって液室内に圧力を発生させる静電型アクチュエータを備えた静電型液体吐出ヘッドが知られている。

このような静電型液体吐出ヘッドにおいては、振動板の変位特性が安定した液滴吐出を行う上で重要な要素であり、この振動板の変位特性として振動板剛性が重要なパラメータの１つである。そこで、従来から振動板構成（形状）を工夫することで、工法面の精度などを変更することなく振動板の厚みのバラツキを小さくし、また、振動板剛性を場所（領域）ごとに細かく設定することで特性の向上を図ることが行われている。

例えば、特許文献１には、振動板が薄い場合には剛性が不足し、インク吐出に足る十分な吐出力が得られないが、一方で、振動板を厚くすることは難しく、厚みがバラツキ、印刷の品位及び信頼性が良くない、ということから、電極（固定電極）基板又は流路基板に、振動板の外周以外の部分を支持し、振動板の変形を一部規制する支柱を設けることが記載されている。
特開平０７−２４６７０６号公報

特許文献２には、振動板の一部に他の部分より剛性の低い低剛性部からなる高駆動コンプライアンス部、例えば、他の部分より薄い部分、他の部分より広い幅を有する部分を形成して、この高駆動コンプライアンス部を従動振動手段とし、これに対向する対向壁を振動規制手段とすることが記載されている。
特開平０９−３１４８３７号公報

特許文献３には、振動板と電極の間に微小空隙を形成する必要をなくし、比較的低電圧の印加によっても大きな振動板の変形を誘起できるようにするため、振動板の板厚に分布を持たせ、吐出口に近づくに従って厚くした構成が記載されている。
特開平１０−２１１６９７号公報

特許文献４には、駆動電圧を低くするため振動板と固定電極間の空隙を狭くしてもインク吐出に充分な振動板の変位が得られ、かつ振動板が固定電極に接することなく駆動できるようにし、駆動周波数を向上させるため、振動板を短辺両端近傍では薄く中央部では厚くし、空隙内の振動板下の短辺両端に段差を具備し、固定電極と段差の側面とが凹構造をなし、振動板の厚い部分と前記段差上面との距離より前記振動板の厚い部分と個別固定電極との距離の方が遠くなるようにした構成が記載されている。
特開２０００−０５２５５１号公報

特許文献５には、電極と振動板が非平行状態で配置されている場合、振動板に凹部又は凸部からなる変位制御パターンを設けた構成が記載されている。
特開２００１−０１００３６号公報

特許文献６には、一対の対向電極の対向面の少なくともいずれか一方に凸構造が設けられ、凸構造の対向部に相当する電極には内周形状が投影される凸形状と同じ、もしくは凸形状を含むスリットを形成する構成が記載されている。
特開２００５−０９４９４８号公報

特許文献７には、犠牲層エッチングでギャップを形成することが記載されている。
特開２００４−１０６０８９号公報

特許文献８には、液滴を吐出可能な駆動電圧の最小電圧をＶｍｉｎとし、振動板が対向する面に接触する最小当接電圧をＶｔｈとしたとき、Ｖｔｈ≦Ｖｍｉｎ≦１．２５×Ｖｔｈ、の関係を充足するように振動板の剛性を規定することが記載されている。
特開２００５−００１２５８号公報

特許文献９には、振動板と電極との吸着防止のために凸部を形成することが記載されている。
特開２００４−２８４０９８号公報

その他、ピエゾ型液体吐出ヘッドの振動板については特許文献１０に記載されている。
特開２００３−２７６１９２号公報

上述した特許文献には、概ね、振動板の剛性を変える構成として、（１）振動板の幅（短辺長）を変える構成、（２）振動板の厚みを変える（凹部、凸部形成することを含む）構成、（３）振動板の変形を一部規制する支柱を設ける構成が開示されている。

ここで、（１）の構成では、振動板のレイアウト（形状）を変更するだけで良いので、工程増無しで振動板剛性の調整が可能になるという利点がある。しかしながら、振動板の幅（短辺長）を狭くした部分で、ノズルピッチ（ノズル間隔）及び加工精度で決まる最大振動板幅に対して振動板面積が小さくなる（振動板面積率が下がる）、振動板幅（短辺方向）内で振動板剛性を変える（例えば、振動板の短辺長両端付近で柔らかく、中央部で固くする）等の局所的な振動板の剛性調整や剛性に方向性を持たせることができないという課題がある。

（２）の構成では、振動板幅をノズルピッチ及び加工精度で決まる最大幅に保ったまま振動板剛性の調整が可能で、（１）の構成よりも振動板面積率が高く、また、振動板幅（短辺方向）内で振動板の剛性を変える等、局所的に振動板の剛性調整が可能であり、凹部、凸部の配置によっては、剛性に方向性を持たせることも可能であるという利点がある。しかしながら、振動板厚みの異なる部分を形成するために工程が増加するという課題がある。

（３）の構成では、固定電極側に支柱を作成する場合、工程を増加することなく振動板の剛性の調整が可能であるという利点がある。しかしながら、支柱によりある領域の剛性を調整すると、それに伴って他の領域も影響を受け、振動板として有効に働かない領域ができるので、（１）と異なって振動板面積自体は低下しないが、有効な振動板面積率が低下し、また、同様な理由で、振動板面積率の低下を伴わない局所的な剛性調整等が困難であり、支柱を形成するため、振動板側に支柱を形成する場合には工程数が増加するという課題がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、大幅な工程増加を伴うことなく、振動板面積率を低下させることなく、全体的にも局所的にも振動板の剛性調整が可能で、振動板剛性に方向性を持たせることも可能な液体吐出ヘッド、この液体吐出ヘッドを備える液体吐出装置、画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る液体吐出ヘッドは、液滴を吐出するノズルが連通する流路の壁面を形成する振動板と、この振動板に犠牲層エッチングにより形成された空隙を介して対向する電極とを備え、振動板を静電力で変形させて機械的な復元力により液滴を吐出させる液体吐出ヘッドにおいて、振動板の電極に対する面にこの振動板の梁となる凸部が形成され、電極側には、振動板の凸部を逃げる溝が形成されている構成とした。

ここで、電極側に形成された溝は、電極を形成する層を貫通し、電極を積層形成している下地層に入り込んでいない構成、電極側に形成された溝は、電極を形成する層を貫通し、更に電極を積層形成している下地層に入り込んでいる構成、電極を形成する層はこの電極を積層形成している下地層上のほぼ全域にわたって残存している構成、液体吐出ヘッドに液体を供給する液体収容部が一体化されている構成とすることができる。

本発明に係る液体吐出装置、本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えたものである。

本発明に係る液体吐出ヘッドによれば、振動板の電極に対する面にこの振動板の梁となる凸部が形成され、電極側には、振動板の凸部を逃げる溝が形成されている構成としたので、大幅な工程増加を伴うことなく、振動板面積率を低下させることなく、全体的にも局所的にも振動板の剛性調整が可能で、振動板剛性に方向性を持たせることも可能になる。

本発明に係る液体吐出装置によれば、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているので、安定した滴吐出特性が得られる。本発明に係る画像形成装置によれば、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているので、安定した滴吐出特性が得られ、高画質画像を形成できる。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。本発明の第１実施形態に係る液体吐出ヘッドについて図１ないし図８を参照して説明する。なお、図１は同液体吐出ヘッドの分解斜視説明図、図２は同ヘッドの平面説明図、図３は同ヘッドの振動板の説明図、図４は図２のＸ１−Ｘ１線に沿う断面説明図、図５は図２のＸ２−Ｘ２線に沿う断面説明図、図６は図４の部分拡大断面説明図、図７は図２のＹ１−Ｙ１線に沿う断面説明図、図８は図２のＹ２−Ｙ２線に沿う断面説明図である。なお、断面線としてのＸ１−Ｘ１、Ｘ２−Ｘ２、Ｙ１−Ｙ１、Ｙ２−Ｙ２線は各図の対応する箇所に入れている。

この液体吐出ヘッドは、第１の基板であるアクチュエータ基板１と第２の基板である流路基板２と第３の基板であるノズル板３を順次積層して構成し、これら３枚の基板１、２、２を接合することで、液滴を吐出するノズル４がノズル連通路（連通管）５を介して連通する液室（吐出室）６、液室６に液体（インク）を供給するための流体抵抗部７及び共通液室８を形成している。各液室８は液室間隔壁９で仕切られている。また、共通液室８にはアクチュエータ基板１の液供給口１９から液体が供給される。

アクチュエータ基板１は、液室６の一部の壁面を形成する振動板領域（変形可能領域）１２Ａを形成する振動板１２と、この振動板１２の振動板領域１２Ａに犠牲層エッチングによって形成した空隙（ギャップ）１３を介して対向する固定電極１４Ａ備え、これらの空隙１３を介して対向する振動板領域１２Ａと固定電極１４Ａによって各液室６に対応する静電型アクチュエータを構成している。

このアクチュエータ基板１は、シリコン基板２１上に下地層である絶縁膜２２が積層され、この絶縁膜２２上に固定電極１４Ａ、固定電極引出し部１４Ｂ、ダミー電極（スペーサ）部１４Ｃが電極形成層をエッチングして形成されている。これらの固定電極１４Ａ、固定電極引出し部１４Ｂ、スペーサ部１４Ｃの表面には固定電極側絶縁層２５が形成されている。この絶縁層２５上には空隙１３、スペーサ部（残存犠牲層）２６が犠牲層エッチングで形成されている

この空隙１３を挟んで固定電極１４Ａ側に対向する振動板１２は、振動板側絶縁膜２７と、この絶縁膜２７上に積層された振動板電極層をエッチングして形成される振動板電極２８Ａ及びダミー振動板電極（スペーサ部）２８Ｂと、これらの振動板電極２８Ａ及びダミー振動板電極（スペーサ部）２８Ｂ上に順次積層された応力調整層２９（図６以外では図示省略、例えば四窒化三ケイ素膜）、振動板割れ防止膜３０（例えば二酸化ケイ素膜）、接液膜（耐腐食膜）３１で構成されている。

なお、このアクチュエータ基板１の固定電極１４Ａは固定電極引出し部１４Ｂから配線３３を介して外部への電気的接続部３４に接続されている。

アクチュエータ基板１の上に接着剤層３５を介して接合する流路基板２は、例えば、結晶面方位（１１０）のシリコン基板に、液室（吐出室）６と、各々の液室６に流体抵抗部７を介して連通する共通液室８を設けている（実際に溝部又は凹部である。）。

流路基板２の上に接着剤層３６を介して接合するノズル板３は、例えば、厚さ５０μｍのニッケルを用い、ノズル４はドライ又はウェットエッチングやレーザー加工など周知の方法で形成することができる。

このように構成した液滴吐出ヘッドにおいては、各液室６内に記録液（インク）が満たされた状態で、図示しない制御部からの画像データに基づいて、記録液の吐出を行いたいノズル４に対応する固定電極１４Ａに対して、発振回路により４０Ｖのパルス電圧を印加する。この電圧を印加することにより固定電極１４の表面にプラス電荷が帯電し、個別電極１４と、振動板電極２８Ａを含む振動板領域１２Ａとの間に静電力による吸引作用が働いて、振動板領域１２Ａが下方へ撓む。これにより、液室６の容積が広げられることから、その容積分の記録液が共通液室８より流体抵抗部７を介して液室６へ流入する。

その後、固定電極１４Ａへのパルス電圧を０Ｖにする（印加を止める）ことにより、静電力により下方へ撓んだ振動板領域１２Ａは自身の剛性による復元力により元の位置に戻る。これにより、液室６内の圧力が急激に上昇して、液室６に連通するノズル４より記録液の液滴が吐出される。そして、この動作を繰り返してノズル４から記録液を連続的に吐出することにより、液体吐出ヘッドに対向して送られる用紙に画像を形成する。

そこで、アクチュエータ基板１のうちの本発明に係る特徴的部分について説明する。
振動板１２側の固定電極１４Ａ側表面には、液室６の短手方向に所要の長さを有する複数の梁となる凸部（突条部）４１を液室６の長手方向に沿って並べて形成している。ここでは、複数の凸部４１は、図３に示すように、振動板１２の振動領域１２Ａのノズル４側からほぼ同じ間隔で長手方向の長さのほぼ１／２まで配置し、流体抵抗部７側には形成していない。

一方、固定電極１４Ａ側には、振動板１２側の凸部４１が入り込む溝４２を形成している。この溝４２は固定電極１４Ａを形成する固定電極形成層を貫通している（固定電極形成層がないという意味で、絶縁層２５は残存している。）している深さまで形成している。

ここで、固定電極１４Ａ側の溝４２は、固定電極形成層をエッチングして固定電極１４Ａなどを分離形成するときに、溝４２が形成される固定電極パターニング用フォトマスクを用いることで形成できる。そのため、従前の固定電極１４Ａなどをエッチングで形成する工法や工程の変更を行うことなく溝４２を形成することができる。

この場合、溝４２は、他の固定電極１４Ａを分離する分離溝と同様に、固定電極形成層を貫通し下地層である絶縁膜２２まで到達するように形成される。この溝４２は、固定電極形成層を下地層である絶縁膜２２に対して選択性のあるエッチングにて形成することで、ほぼ固定電極形成層の部分にのみ形成され、絶縁膜２２部分にはほとんど形成されない（選択比は無限大ではないのでわずかな窪みは形成される。）。これにより、溝４２の深さは固定電極形成層（固定電極１４Ａ）の厚みとほぼ同じになり、また、その結果、振動板１２側の凸部４１の高さもそれに等しくなり、凸部４１の高さを精度よく形成することができる。

このように、振動板側の固定電極側の面に梁となる凸部を形成することで、振動板の剛性を調整することできるので、振動板の幅はノズルピッチ及び加工精度で決まる最大幅に保つことが可能で、振動板面積率は低下しない。また、凸部を形成することにより、例えば、振動板の幅（短辺方向）内で局所的に振動板剛性を変えること、振動板の剛性に方向性を持たせることなど、細かい調整ができる。

また、固定電極側に凸部が入り込む溝を形成することで、この溝を利用して振動板側の凸部を形成し、また、固定電極の溝形成は、固定電極パターン形成用のマスクで行うことができるから、従前の犠牲層エッチングプロセスによる製造工程を増加することなく、振動板側に凸部を形成することができる。

この場合、固定電極側の溝（振動板側の凸部に対応した溝）は、固定電極を形成する層を貫通して固定電極を積層形成する下地層まで到達するように形成することで、工程の増加を全く招くことがなく形成することができ（固定電極を形成する従前の工程と全く同じ工程で形成できる。）とともに、下地層でエッチングをストップさせることができるので、溝の深さを精度良く形成することができ、つまりは振動板側の凸部の高さを精度よく形成することができる。

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの第２実施形態について図９を参照して説明する。なお、図９は同ヘッドの振動板の電極側表面の平面説明図である。
ここでは、複数の梁となる凸部４１を、振動板１２の振動板領域１２Ａのノズル４側で密に、中央部で疎に、流体抵抗部７側には配置しない構成としている。この場合、図１０に示すように、振動板領域１２Ａのノズル側の剛性が相対的に高く、中央部で中間、流体抵抗部７側で低い、３段階の剛性分布を持たせている。また、複数の梁となる凸部４１は、振動板短辺方向の幅と略同じ長さＷ１に形成している。この梁となる凸部４１の配置の仕方（密度）により、さらに多段階の変化をつけることも可能である。

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの第３実施形態について図１０を参照して説明する。なお、図１０は同ヘッドの振動板の電極側表面の平面説明図である。
ここでは、複数の梁となる凸部４１は、振動板短辺方向の長さＷ２が振動板短辺方向の幅よりも短く、振動板短辺方向で振動板中央付近に、振動板長手方向に沿って所要の間隔（一定である場合、一定でない場合のいずれも含む。）で配置している。これにより、短辺方向の振動板中央付近は相対的に剛性が高く、短辺方向両端部で低くすることができる。

それにより、振動板の短辺方向の剛性が均一な場合の振動板の撓み形状は図１１に示すように、中央部付近（中心）で大きく、両端が小さい形状になるのに対し、この実施形態のように、短辺方向の振動板中央部付近は相対的に剛性が高く、短辺方向両端部で低い場合の撓み形状は図１２に示すようになり、同じ変位量(ピーク位置)でより大きな体積変化を得ることができるようになる。

なお、ギャップ形状を、ギャップ内の振動板下の短辺両端に段差を備え、対向電極と段差の側面とが凹構造をなし、振動板の梁となる凸部と段差上面との距離より振動板の梁となる凸部と対向電極との距離の方が遠い構成とすることで、ギャップを狭くしても液滴吐出に充分な振動板の変位が得られ、かつ振動板が対向電極に接することなく駆動でき、このため、駆動周波数を向上することができるようになる。

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの第４実施形態について図１３及び図１４を参照して説明する。なお、図１３は同ヘッドの振動板の電極側表面の平面説明図、図１４は図１３のＸ１―Ｘ１線に沿う断面説明図である。
ここでは、本発明における剛性調整用の梁となる凸部４１の間に、振動板側と固定電極側との固着防止・耐久性向上用の凸部４３を形成している。なお、剛性調整用の梁となる凸部４１は振動板短辺方向に沿って長さＬ２を有し、振動板長辺方向に沿って並べて配置している。

固着防止・耐久性向上用の凸部４３については、凸部４３の部分でのみ振動板と固定電極が当接し、他の部分では当接しないように振動板剛性、ギャップ長及び凸部寸法（平面寸法、高さ)とする。また、固着防止・耐久性向上用の凸部４３の周辺では、振動板電極、固定電極間に電圧が印加されないような構成とすることでより耐久性向上が可能となるが、一方で、その場合その部分に電圧印加されないために、振動板を変形させる力（振動板−固定電極間の静電力）が小さくなる（空隙長、印加電圧が同じ場合で比較）。そのため、この点からは、凸部の大きさはできるだけ小さく、数は少なくしたいという要求がある。

この例では、固着防止・耐久性向上用の凸部４３の周りの振動板剛性を剛性調整用の梁となる凸部４１により調整することにより、固着防止用・耐久性向上用の凸部４３の寸法を小さく、個数を少なくしている。もちろん、振動板剛性調整用の凸部４１の部分では振動板電極と固定電極間に振動板を撓ませるような静電力が発生しないが、振動板剛性調整用の梁となる凸部４１と固着防止・耐久性向上用の凸部４３、それぞれの配置・寸法を適切に設定することにより、トータルで振動板を変形させる力を大きくすることができる（空隙長、印加電圧が同じ場合で比較）。

これらの振動板剛性調整用の梁となる凸部４１と固着防止・耐久性向上用の凸部４３の形成は、いずれもパターニング用フォトマスクの設計変更のみで対応することができ、工程の変更なしで作製することができる。

ここで、振動板剛性調整用の梁となる凸部４１と固着防止・耐久性向上用の凸部４３の違いについて表１にて説明している。

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの第５実施形態について図１５及び図１６を参照して説明する。なお、図１５は同ヘッドの振動板の電極側表面の平面説明図、図１６は図１５のＸ１―Ｘ１線に沿う断面説明図である。
ここでは、本発明における剛性調整用の梁となる凸部４１の間に、振動板側と固定電極側との固着防止・耐久性向上用の凸部４３を形成している。なお、剛性調整用の梁となる凸部４１は振動板長辺方向に沿って長さＬ３（長辺方向両端部の凸部４１は長さＬ３より短い）を有し、振動板長辺方向に沿って並べて配置している。

このように構成しても第４実施形態と同様の作用効果が得られる。

なお、これらの第２ないし第５実施形態の構成以外にも、単純振動板の全面に梁となる凸部を均一に形成することで、薄い振動板で高い剛性を得ることもできる。

本発明の第６実施形態に係る液体吐出ヘッドについて図１７及び図１８を参照して説明する。なお、図１７は図１８のＸ１−Ｘ１線に沿う液室長手方向の断面説明図、図１８は図１７のＹ１−Ｙ１線に沿う液室短手方向の断面説明図である。

ここでは、振動板１２側の梁となる凸部５１に対応する固定電極１４Ａ側の溝５２は、固定電極形成層を貫通せず、溝５２の底部分に固定電極形成層が残るようにしている。このような構成としたので、剛性を大きくする効果は前記第1実施形態よりも小さくなるが、一方で、電圧が印加される部分（振動板電極と固定電極が対向する部分）の面積が相対的に大きくなるので、同一空隙長・同一電圧で比較した場合、振動板変形力（振動板−固定電極間の静電引力）は第１実施形態よりも大きくすることができる。

この第６実施形態の工程電極側の製造工程の一例について図１９を参照して説明する。
図１９（ａ）に示すように、絶縁膜２２上に形成した固定電極形成層２４上に、ポジレジスト５５を塗布し、固定電極パターニング用マスク５６を用いて露光を行う。

固定電極パターニング用マスク５６は、図２０（ａ）にも示すように、固定電極に分離するための溝部に対応する透明部５６ａ、凸部５１を形成する溝（窪み）に対応する半透明部５６ｂを有する。透明部５６ａ、半透明部５６ｂの透過率は図２０（ｂ）に示すようになる。また、半透明領部５６ｂの透過率、露光量、（次ステップでの）現像時間はレジストの感度特性に応じて適切に設定する。

また、固定電極パターニング用マスク５６としては、図２１に示すように、解像しない寸法のガラスエリア（透明エリア）５６ｃをクロムエリア（遮光エリア）５６ｄに対して残存部分（遮光部分）が格子状になるように配置することで半透明部５６ｂを構成したものなども使用できる。この場合、開口率にて透過率を設定することができる。さらに、ネガレジスト及びコントラストが反転したマスクを用いても良い。

図１９（ｂ）に戻って、現像処理を行うことにより、固定電極形成層２４上に、分割溝に対応してレジスト５５が完全に除去された開口部５５ａと凸部に対応してレジスト５５の一部が除去されて薄くなっているが開口していない部分５５ｂを有するレジストパターンが得られる。

図１９（ｃ）に示すように、レジスト５５と固定電極形成層２４の両方がエッチングされる条件にてエッチングを行うことで、固定電極分離溝用の開口部５５ａに対応する部分は固定電極形成層２４の途中までエッチングされ、凸部５１に対応する部分５５ｂに対応した部分では、レジスト５５が膜減り消失する。なお、レジスト５５と固定電極形成層２４の選択比によってはこの段階で分離溝部分がすべてエッチングされるが、それでも良い。

その後、エッチングが進み、エッチング時間を適切に設定することで、図１９（ｄ）に示すように、固定電極形成層２４に分離溝２４ａが形成されて固定電極２４Ａなどに分離されるとともに、固定電極２４Ａには振動板側の凸部５１に対応する部分２４ｂが途中までエッチングされた状態になり、この上に絶縁膜２３を形成することで溝５２が形成される。その後、図示しないが、犠牲層や振動板１２の構成層を形成してエッチングを行うことで、凸部５１が形成される。

また、図示しないが、電極形成層に分離溝部をエッチングで形成する（途中まで又はすべて）工程（第1ステップ）、レジストをエッチングしてレジストマスクの凸部対応窪み部を開口する工程（第２ステップ）、電極形成層をエッチングして溝部分離を完了し、凸部対応窪み部を形成する工程（第３ステップ）の３ステップのエッチングを行うようにすることもできる。

これらのいずれによっても、同一のエッチングチャンバー内で連続的に処理した場合には、従来の工程に対し工程時間の増加はほとんどなく、コスト増加もほとんどない。

本発明の第７実施形態に係る液体吐出ヘッドについて図２２ないし図２５を参照して説明する。なお、図２２は図２３のＸ１−Ｘ１線に沿う液室長手方向の断面説明図、図２３は図２２のＹ１−Ｙ１線に沿う液室短手方向の断面説明図、図２４は図２２のＹ３−Ｙ３線に沿う拡大断面説明図、図２５は図２２のＹ４−Ｙ４線に沿う拡大断面説明図である。

ここでは、振動板１２に形成した梁となる凸部６１に対応する固定電極１４Ａ側の溝６２は、固定電極１４Ａを貫通し、更に固定電極１４Ａを積層形成した下地層である絶縁層２２にまで同一のパターンで形成されている。

この場合、アクチュエータ基板１表面の段差が大きくなり、レジストや接液膜３１のスピンコート時に塗布厚ムラが発生することを防止するために、固定電極形成層２４をアクチュエータ基板１の概ね全面（電極引き出し部３３、電極取り出し部３４、その他）に亘って残存させている。

また、製造工程は固定電極１４Ａの加工工程で固定電極形成層２４をエッチングした後、同一マスクで連続的に下地絶縁層２２のエッチングをする工程を増加するだけで、その他は第１実施形態と同様に行うことができる。固定電極形成層２４をアクチュエータ基板１の概ね全面に亘って残存させる点も、固定電極パターニング用のマスクを変更するのみで、工程的にはなんら変わりなく行える。

このような構成とすることで、溝６２の深さがより深くなり、振動板側の凸部６１の高さを高くすることができるので、その部分でより大きく振動板剛性を高めることができる。一方、製造工程上も、固定電極の下地層も固定電極形成層と同一マスクで連続的にエッチングすることで、工程増加も極わずかであり、コスト増加もほとんどない。

また、図２４及び図２５に示すように、電極配線３３、外部への電気的接続部３４の下に残存させた固定電極形成層２４については、隣接する電極配線３３、外部への電気的接続部３４の間で固定電極形成層２４を分離することで、浮遊容量を低減させるようにした。

なお、本実施形態では、固定電極形成層をアクチュエータ基板の概ね全面（電極引き出し部、電極取り出し部、その他）に亘って残存させることでアクチュエータ基板表面の平坦化を図っているが、第５実施形態の固定電極加工工程の例とは逆に、凸部６１に対応した溝６２に対応する部分が透明で、固定電極分離溝部分が半透明のフォトマスクを使用することで、工程増加無しに、凸部６１に対応した窪み部分は下地層にも溝を形成し、固定電極分離溝部分は電極形成層のみエッチングした形状とすることで平坦化を図ることもできる。

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの第７実施形態について図２６を参照して説明する。なお、図２６は同液体吐出ヘッドの一例を示す斜視説明図である。
この液体吐出ヘッド９０は、ノズル９１を有する液体吐出ヘッド部９２に液体としての例えば記録液を供給する液体収容部（タンク）９３とを一体的に備えている。これにより、タンク一体化型液体吐出ヘッドを得ることができる。

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドを備える本発明に係る液体吐出装置を含む画像形成装置の一例について図２７を参照して説明する。なお、図２７は同装置の機構部の全体構成を説明する概略構成図である。
この画像形成装置は、媒体の印字領域幅以上の長さのノズル列（ノズル４を並べたもの）を有するフルライン型ヘッドからなる記録ヘッドを搭載したライン型画像形成装置である。

この画像形成装置は、例えばブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の各色の液滴を吐出する、フルライン型の４個の本発明に係る液体吐出ヘッドで構成した記録ヘッド１０１ｋ、１０１ｃ、１０１ｍ、１０１ｙ（色を区別しないときには「記録ヘッド１０１）という。）を備え、各記録ヘッド１０１はノズル４を形成した面を下方に向けて図示しないヘッドホルダに装着している。また、各記録ヘッド１０１に対応してヘッドの性能を維持回復するための維持回復機構１０２を備え、パージ処理、ワイピング処理などのヘッドの性能維持動作時には、記録ヘッド１０１と維持回復機構１０２とを相対的に移動させて、記録ヘッド１０１のノズル面に維持回復機構１０２を構成するキャッピング部材などを対向させる。

なお、ここでは、記録ヘッド１０１は、用紙搬送方向上流側から、ブラック、シアン、マゼンダ、イエローの順に各色の液滴を吐出する配置としているが、配置及び色数はこれに限るものではない。また、ライン型ヘッドとしては、各色の液滴を吐出する複数のノズル列を所定間隔で設けた１又は複数のヘッドを用いることもできるし、ヘッドとこのヘッドに記録液を供給する記録液カートリッジを一体とすることも別体とすることもできる。

給紙トレイ１０３は、用紙１０４を載置する底板１０５と、用紙１０４を給送するための給紙コロ（半月コロ）１０６を備えている。底板１０５はベース１０８に取り付けられた回転軸１０９を中心に回転可能であって、加圧ばね１１０によって給紙コロ１０６側に付勢されている。なお、給紙コロ１０６に対向して、用紙１０４の重送を防止するため、人工皮、コルク材等の摩擦係数の大きい材質からなる図示しない分離パッドが設けられている。また、底板１０５と給紙コロ１０６の当接を解除する図示しないリリースカムが設けられている。

そして、この給紙トレイ１０３から給紙された用紙１０４を搬送ローラ１１２とピンチローラ１１３との間に送り込むために用紙１０４を案内するガイド部材１１０、１１１を設けている。

搬送ローラ１１２は、図示しない駆動源によって回転されて、送り込まれる用紙１０４を記録ヘッド１０１に対向して配置したプラテン１１５に向けて搬送する。プラテン１１５は、記録ヘッド１０１と用紙１０４とのギャップを維持することができるものであれば、剛体構造体でもよいし、搬送ベルトなどを用いることもできる。

プラテン１１５の下流側には、画像が形成された用紙１０４を排紙するための排紙ローラ１１６及びこれに対向する拍車１１７を配置し、排紙ローラ１１６によって画像が形成された用紙１０４を排紙トレイ１１８に排紙する。

また、排紙トレイ１１８と反対側には、用紙１０４を手差し給紙するための手差しトレイ１２１と、手差しトレイ１２１に載置された用紙１０４を給紙する給紙コロ１２２を配置している。この手差しトレイ１２１から給紙される用紙１０４はガイド部材１１１に案内されて搬送ローラ１１２とピンチローラ１１３との間に送り込まれる。

この画像形成装置においては、待機状態では、リリースカムが給紙トレイ１０３底板１０５を所定位置まで押し下げ、底板１０５と給紙コロ１０６との当接を解除している。そして、この状態で、搬送ローラ１１２が回転されることによって、この回転駆動力が図示しないギア等により給紙コロ１０６及び図示しないリリースカムに伝達されて、リリースカムが底板１０５から離れて底板１０５が上昇し、給紙コロ１０６と用紙１０４が当接し、給紙コロ１０６の回転に伴って用紙１０４がピックアップされて給紙が開始され、図示しない分離爪によって一枚ずつ分離される。

そして、給送コロ１０６の回転によって用紙１０４がガイド部材１１０、１１１に案内されて搬送ローラ１１２とピンチローラ１１３との間に送り込まれ、搬送ローラ１１２によって用紙１０４がプラテン１１５上に送り出される。その後、用紙１０４の後端は給紙コロ１０６のＤカット部に対向して当接が解除され、搬送ローラ１１２によってプラテン１１５上に搬送される。なお。給紙コロ１０６と搬送ローラ１１２との間に、補助的に、搬送回転対を設けることもできる。

このようにしてプラテン１１５上を搬送される用紙１０４に対して、記録ヘッド１から液滴を吐出して画像を形成し、画像が形成された用紙１０４は排紙ローラ１１６によって排紙トレイ１１８に排紙される。なお、画像形成時における紙搬送の速度と液滴吐出のタイミングは図示しない制御部によって制御される。

このように、この画像形成装置においては本発明を実施した振動板剛性を調整可能な液体吐出ヘッドを備えて安定した液体吐出を行うことができる液体吐出ヘッドを搭載しているので、高密度化も可能となり高画質、高速記録に対応できる画像形成装置を得ることができる。

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドを備える本発明に係る液体吐出装置を含む画像形成装置の他の例について図２８及び図２９を参照して説明する。なお、図２８は同装置の機構部の全体構成を説明する概略構成図、図２９は同機構部の要部平面説明図である。
この画像形成装置はシリアル型画像形成装置であり、左右の側板２０１Ａ、２０１Ｂに横架したガイド部材である主従のガイドロッド２３１、２３２でキャリッジ２３３を主走査方向に摺動自在に保持し、図示しない主走査モータによってタイミングベルトを介して図２９で矢示方向（キャリッジ主走査方向）に移動走査する。

このキャリッジ２３３には、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色のインク滴を吐出するための本発明に係る液体吐出ヘッドからなる記録ヘッド２３４ａ、２３４ｂ（区別しないときは「記録ヘッド２３４」という。）を複数のノズルからなるノズル列を主走査方向と直交する副走査方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。

記録ヘッド２３４は、それぞれ２つのノズル列を有し、記録ヘッド２３４ａの一方のノズル列はブラック（Ｋ）の液滴を、他方のノズル列はシアン（Ｃ）の液滴を、記録ヘッド２３４ｂの一方のノズル列はマゼンタ（Ｍ）の液滴を、他方のノズル列はイエロー（Ｙ）の液滴を、それぞれ吐出する。

また、キャリッジ２３３には、記録ヘッド２３４のノズル列に対応して各色のインクを供給するためのヘッドタンク２３５ａ、２３５ｂ（区別しないときは「ヘッドタンク３５」という。）を搭載している。このサブタンク２３５には各色の供給チューブ３６を介して、各色のインクカートリッジ２１０から各色のインクが補充供給される。

一方、給紙トレイ２０２の用紙積載部（圧板）２４１上に積載した用紙２４２を給紙するための給紙部として、用紙積載部２４１から用紙２４２を１枚ずつ分離給送する半月コロ（給紙コロ）２４３及び給紙コロ２４３に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド２４４を備え、この分離パッド２４４は給紙コロ２４３側に付勢されている。

そして、この給紙部から給紙された用紙２４２を記録ヘッド２３４の下方側に送り込むために、用紙２４２を案内するガイド部材２４５と、カウンタローラ２４６と、搬送ガイド部材２４７と、先端加圧コロ２４９を有する押さえ部材２４８とを備えるとともに、給送された用紙２４２を静電吸着して記録ヘッド２３４に対向する位置で搬送するための搬送手段である搬送ベルト２５１を備えている。

この搬送ベルト２５１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ２５２とテンションローラ２５３との間に掛け渡されて、ベルト搬送方向（副走査方向）に周回するように構成している。また、この搬送ベルト２５１の表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ２５６を備えている。この帯電ローラ２５６は、搬送ベルト２５１の表層に接触し、搬送ベルト２５１の回動に従動して回転するように配置されている。この搬送ベルト２５１は、図示しない副走査モータによってタイミングを介して搬送ローラ２５２が回転駆動されることによって図２９のベルト搬送方向に周回移動する。

さらに、記録ヘッド２３４で記録された用紙２４２を排紙するための排紙部として、搬送ベルト２５１から用紙２４２を分離するための分離爪２６１と、排紙ローラ２６２及び排紙コロ２６３とを備え、排紙ローラ２６２の下方に排紙トレイ２０３を備えている。

また、装置本体１の背面部には両面ユニット２７１が着脱自在に装着されている。この両面ユニット２７１は搬送ベルト２５１の逆方向回転で戻される用紙２４２を取り込んで反転させて再度カウンタローラ２４６と搬送ベルト２５１との間に給紙する。また、この両面ユニット２７１の上面は手差しトレイ２７２としている。

さらに、図２９に示すように、キャリッジ２３３の走査方向一方側の非印字領域には、記録ヘッド２３４のノズルの状態を維持し、回復するための回復手段を含む本発明に係るヘッドの維持回復装置である維持回復機構２８１を配置している。

この維持回復機構２８１には、記録ヘッド２３４の各ノズル面をキャピングするための各キャップ部材（以下「キャップ」という。）２８２ａ、２８２ｂ（区別しないときは「キャップ２８２」という。）と、ノズル面をワイピングするためのブレード部材であるワイパーブレード２８３と、増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける空吐出受け２８４などを備えている。

また、図２９に示すように、キャリッジ２３３の走査方向他方側の非印字領域には、記録中などに増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける液体回収容器であるインク回収ユニット（空吐出受け）２８８を配置し、このインク回収ユニット２８８には記録ヘッド２３４のノズル列方向に沿った開口部２８９などを備えている。

このように構成したこの画像形成装置においては、給紙トレイ２０２から用紙２４２が１枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙２４２はガイド２４５で案内され、搬送ベルト２５１とカウンタローラ２４６との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド２３７で案内されて先端加圧コロ２４９で搬送ベルト２５１に押し付けられ、略９０°搬送方向を転換される。

このとき、帯電ローラ２５６に対してプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返すように、つまり交番する電圧が印加され、搬送ベルト２５１が交番する帯電電圧パターン、すなわち、周回方向である副走査方向に、プラスとマイナスが所定の幅で帯状に交互に帯電されたものとなる。このプラス、マイナス交互に帯電した搬送ベルト２５１上に用紙２４２が給送されると、用紙２４２が搬送ベルト２５１に吸着され、搬送ベルト２５１の周回移動によって用紙２４２が副走査方向に搬送される。

そこで、キャリッジ２３３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド２３４を駆動することにより、停止している用紙２４２にインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙２４２を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙２４２の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙２４２を排紙トレイ２０３に排紙する。

このようなシリアル型画像形成装置であっても、本発明を実施した振動板剛性を調整可能な液体吐出ヘッドを備えて安定した液体吐出を行うことができる液体吐出ヘッドを搭載しているので、高密度化も可能となり高画質、高速記録に対応できる画像形成装置を得ることができる。

なお、上記実施形態では本発明に係る液体吐出装置をプリンタ構成の画像形成装置に適用した例で説明したが、これに限るものではなく、例えば、プリンタ／ファックス／コピア複合機などの画像形成装置にも適用することができる。また、記録液以外の液体を用いる液体吐出装置や画像形成装置、例えば、前述したように、ＤＮＡ試料、レジスト、パターン材料などを吐出する液体吐出装置や画像形成装置で用いる液体吐出ヘッドにも適用することができる。また、液体吐出ヘッドを構成してる静電型アクチュエータは、液体吐出ヘッドだけでなく、マイクロポンプ、光学デバイス（光変調デバイス）のみならず、マイクロスイッチ（マイクロリレー）、マルチ光学レンズのアクチュエータ（光スイッチ）、マイクロ流量計、圧力センサなどにも適用することができる。

本発明の第１実施形態に係る液体吐出ヘッドの分解斜視説明図である。 同ヘッドの平面説明図である。 同ヘッドの振動板の電極側表面の平面説明図である。 図２のＸ１−Ｘ１線に沿う断面説明図である。 図２のＸ２−Ｘ２線に沿う断面説明図である。 図４の部分拡大断面説明図である。 図２のＹ１−Ｙ１線に沿う断面説明図である。 図２のＹ２−Ｙ２線に沿う断面説明図である。 本発明の第２実施形態に係る液体吐出ヘッドの振動板の電極側表面の平面説明図である。 本発明の第３実施形態に係る液体吐出ヘッドの振動板の電極側表面の平面説明図である。 振動板剛性が均一な場合の撓み形状の説明図である。 振動板中央部の剛性が高く、両端で低い場合の撓み形状の説明図である。 本発明の第４実施形態に係る液体吐出ヘッドの振動板の電極側表面の平面説明図である。 図１３のＸ１−Ｘ１線に沿う拡大断面説明図である。 本発明の第５実施形態に係る液体吐出ヘッドの振動板の電極側表面の平面説明図である。 図１５のＸ１−Ｘ１線に沿う拡大断面説明図である。 本発明の第６実施形態に係る液体吐出ヘッドの図１８のＸ１−Ｘ１線に沿う液室長手方向の断面説明図である。 同じく図１７のＹ１−Ｙ１線に沿う液室短手方向の断面説明図である。 同じく固定電極側の溝の形成工程の説明に供する断面説明図である。 同形成工程で用いる固定電極形成用マスクの一例を説明する説明図である。 同じく固定電極形成用マスクの他の例を説明する説明図である。 本発明の第７実施形態に係る液体吐出ヘッドの図２３のＸ１−Ｘ１線に沿う液室長手方向の断面説明図である。 同じく図２２のＹ１−Ｙ１線に沿う液室短手方向の断面説明図である。 同じく図２２のＹ３−Ｙ３線に沿う拡大断面説明図である。 同じく図２２のＹ４−Ｙ４線に沿う拡大断面説明図である。 本発明の第８実施形態に係る液体吐出ヘッドの説明に供する斜視説明図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドを含む液体吐出装置を備えた本発明に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 本発明に係る液体吐出装置を含む画像形成装置の他の例を示す概略構成図である。 同じく要部平面説明図である。

符号の説明

１…アクチュエータ基板
２…流路基板
３…ノズル板
４…ノズル
５…ノズル連通路
６…液室（吐出室）
７…流体抵抗部
８…共通液室
１２…振動板
１３…空隙
１４Ａ…固定電極
４１、５１、６１…梁となる凸部
４２、５２、６２…溝
９０…液体吐出ヘッド
１０１…記録ヘッド（液体吐出ヘッド）
２３４…記録ヘッド（液体吐出ヘッド）

Claims (7)

1. 液滴を吐出するノズルが連通する流路の壁面を形成する振動板と、この振動板に犠牲層エッチングにより形成された空隙を介して対向する電極とを備え、前記振動板を静電力で変形させて機械的な復元力により前記液滴を吐出させる液体吐出ヘッドにおいて、
   前記振動板の前記電極に対する面にこの振動板の梁となる凸部が形成され、前記電極側には、前記振動板の凸部を逃げる溝が形成されている
   ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 請求項１に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記電極側に形成された溝は、前記電極を形成する層を貫通し、前記電極を積層形成している下地層に入り込んでいないことを特徴とする液体吐出ヘッド。
3. 請求項１に記載されている液体吐出ヘッドにおいて、前記電極側に形成された溝は、前記電極を形成する層を貫通し、更に前記電極を積層形成している下地層に入り込んでいることを特徴とする液体吐出ヘッド。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記電極を形成する層はこの電極を積層形成している下地層上のほぼ全域にわたって残存していることを特徴とする液体吐出ヘッド。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の液体吐出ヘッドにおいて、この液体吐出ヘッドに液体を供給する液体収容部が一体化されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
6. 液体吐出ヘッドから液滴を吐出させる液体吐出装置において、前記液体吐出ヘッドが請求項１ないし５のいずれかに記載の液体吐出ヘッドであることを特徴とする液体吐出装置。
7. 液滴を吐出する液体吐出ヘッドを搭載して画像を形成する画像形成装置において、前記液体吐出ヘッドが請求項１ないし５のいずれかに記載の液体吐出ヘッドであることを特徴とする画像形成装置。