JP4079406B2

JP4079406B2 - Droplet ejection head, inkjet recording apparatus, image forming apparatus, and apparatus for ejecting droplets

Info

Publication number: JP4079406B2
Application number: JP2001009704A
Authority: JP
Inventors: 清山口
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-01-18
Filing date: 2001-01-18
Publication date: 2008-04-23
Anticipated expiration: 2021-01-18
Also published as: JP2002210966A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は液滴吐出ヘッド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インクジェットヘッドとして、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、液室等とも称される。）と、このインク流路内の壁面の一部を形成する振動板及びこの振動板に対向する電極を有する静電アクチュエータを備え、振動板を静電気力で変形変位させて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静電型インクジェットヘッドがある。
【０００３】
静電型インクジェットヘッドは、静電気力を用いるために、同じ体積に蓄えるエネルギーが小さく、アクチュエータ手段としてピエゾ素子や発熱抵抗体を用いる他の形式のインクジェットヘッドに比べて、低消費電力化、多数ノズルの同時駆動による高速化を図ることできる。すなわち、静電型以外のヘッドでは、インク滴の運動エネルギーよりも数桁大きいエネルギーを使用してインク滴を吐出させるために、余分なエネルギーはヘッド或いはドライバＩＣ（駆動回路）で発熱することになり、蓄熱等の影響で同時に駆動できるノズル数や駆動周波数に限界がある。
【０００４】
このような静電型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、振動板（第１電極を兼ねる）及び液室を形成したシリコン基板からなる第１基板と、絶縁層であるシリコン酸化膜に凹部を形成して、この凹部底面に第１電極（振動板）に所定のギャップをおいて対向する第２電極を設けたシリコン基板からなる第２基板と、ノズルを形成した第３基板とをシリコン−シリコンの直接接合法で接合したものが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した静電型インクジェットヘッドのように第２電極を絶縁膜を介してシリコン基板などの導電性基板に設けた場合、第２電極と導電性基板（第２基板）との間に容量カップリングが生じることから、１又は複数の第２電極に駆動電圧を印加したとき、他の駆動電圧を印加していない非駆動チャンネルの第２電極にも容量カップリングによって分圧され（クロストークが生じ）、非駆動チャンネルの振動板の不必要な振動やインク吐出が引き起こされ、噴射特性が変動するという現象が生じ、特に、多数のノズルから同時にインク滴を吐出させようとする場合にその影響が大きくなり、信頼性の低下や画像品質の低下を招くという課題がある。
【０００６】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、チャンネル間のクロストークを低減した液滴吐出ヘッド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を提供することを目的とする。
【０００７】
【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、液滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する吐出室と、この吐出室の壁面を形成する振動板を兼ねる第１電極又は振動板と一体の第１電極に対向する第２電極を絶縁層を介して導電性基板上に設け、前記振動板を静電気力で変形させる静電アクチュエータとを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、前記静電アクチュエータの前記導電性基板を、接地する部材と電気的に接続した構成とした。
【０００８】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する吐出室と、この吐出室の壁面を形成する振動板を兼ねる第１電極又は振動板と一体の第１電極に対向する第２電極を絶縁層を介して導電性基板上に設け、前記振動板を静電気力で変形させる静電アクチュエータとを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、前記静電アクチュエータの前記導電性基板を、接地する部材と電気的に接続し、前記接地する部材が前記第１電極である構成とした。
ここで、導電性基板と第１電極とを静電容量結合で電気的に接続することができる。このとき、導電性基板と第１電極との間の静電容量が導電性基板と第２電極との間の静電容量の５倍以上であることが好ましい。また、導電性基板と第１電極とは第２電極の幅よりも幅の広い対向部分で対向していることが好ましい。
【０００９】
また、導電性基板と第１電極とは直流的な電気的接続とすることができる。さらに、導電性基板と第１電極とは流路面に形成した導電性膜で電気的に接続することができる。さらにまた、導電性基板と第１電極とはインクを介して電気的に接続することができる。この場合、導電性基板及び第１電極の流路面には導電性膜を形成することが好ましい。
【００１０】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する吐出室と、この吐出室の壁面を形成する振動板を兼ねる第１電極又は振動板と一体の第１電極に対向する第２電極を絶縁層を介して導電性基板上に設け、前記振動板を静電気力で変形させる静電アクチュエータとを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、前記静電アクチュエータの前記導電性基板を、接地する部材と電気的に接続し、前記接地する部材が絶縁層上に形成した第３電極である構成とした。
ここで、第３電極は第２電極と同じ層構成とすることが好ましい。また、導電性基板と第３電極とは絶縁層に形成したコンタクトホールを介して接続することが好ましい。この場合、導電性基板のコンタクトホールに臨む部分には酸化膜が形成されていないことが好ましい。また、第３電極の最下層には酸素原子をゲッターリングする効果のある金属層を形成することが好ましい。この金属層はＴｉ又はＣｒからなることが好ましい。
【００１７】
本発明に係るインクジェット記録装置は、本発明に係る液滴吐出ヘッドを備えたものである。
【００２１】
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吐出室と、この吐出室の壁面を形成する振動板を兼ねる第１電極又は振動板と一体の第１電極に対向する第２電極を絶縁層を介して導電性基板上に設けた本発明に係る静電アクチュエータとを備えたインクジェットヘッドを搭載し、このインクジェットヘッドの導電性基板を接地したものである。
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。
【００２２】
【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。先ず、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について図１及び図２を参照して説明する。なお、図１は同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。
【００２３】
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、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。
【００２４】
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。
【００２５】
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（用紙搬送方向上流側）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。
【００２６】
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。さらに、ヘッド１４としては、後述するように、インク流路の壁面の少なくとも一部を形成する振動板とこれに対向する電極とを備え、静電力で振動板を変形変位させてインク滴を吐出する静電型インクジェットヘッドを用いている。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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静電アクチュエータを含む本発明に係るアクチュエータ装置でもあるインクジェットヘッドの第１実施形態について図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分解斜視説明図、図４は同ヘッドの振動板長手方向に沿う断面説明図、図５は同ヘッドの振動板短手方向に沿う要部拡大断面図である。
【００３１】
インクジェットヘッド４０は、結晶面方位（１１０）の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第１基板である流路基板４１と、この流路基板４１の下側に設けたシリコン基板を用いた第２基板である電極基板４２と、流路基板４１の上側に設けた第３基板であるノズル板４３とを備え、インク滴を吐出する複数のノズル４４、各ノズル４４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。
【００３２】
流路基板４１には加圧室４６及びこの加圧室４６の壁面である底部をなす第１電極を兼ねた振動板５０を形成する凹部及び共通液室流路４８を形成する貫通部を形成している。この流路基板４１は、例えば単結晶シリコン基板を用いた場合、予め振動板厚さにボロンを注入してエッチングストップ層となる高濃度ボロン層を形成し、電極基板４２と接合した後、加圧室４６となる凹部をＫＯＨ水溶液などのエッチング液を用いて異方性エッチングすることにより、このとき高濃度ボロン層がエッチングストップ層となって振動板５０が高精度に形成される。また、シリコンのベース基板に酸化層を介してシリコンの活性層を接合したＳＯＩ基板を用いる場合には、活性層で振動板５０を形成する。なお、このヘッドでは、振動板５０は第１電極を兼ねているが、振動板５０とは別に第１電極を振動板５０と一体に形成することもできる。
【００３３】
また、電極基板４２には導電性基板である結晶面方位（１００）に単結晶シリコン基板を用いて、このシリコン基板に熱酸化法などで絶縁層であるシリコン酸化膜層５２を形成し、この酸化膜層５２の部分に凹部５４を形成して、この凹部５４底面に振動板５０に対向する第２電極である対向電極５５を設け、振動板５０と対向電極５５との間にギャップ５６を形成し、これらの振動板５０と対向電極５５とによって本発明に係る静電アクチュエータを構成している。
【００３４】
この対向電極５５の表面にはＳiＯ_２膜などの酸化膜系絶縁膜、Ｓi₃Ｎ_４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、対向電極５５の表面に電極保護膜５７を形成しないで、振動板５０側に絶縁膜を形成することもできる。また、対向電極５５は外部に延設して接続部（電極パッド部）５５ａとしている。さらに、電極基板４２には、共通液室流路４８に連通するインク供給口５９を形成している。
【００３５】
また、電極基板４２の対向電極５５としては、ＴｉＮを用いているが、この他、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、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。また、電極基板４２にシリコン基板を用いる場合、対向電極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、対向電極５５と電極基板４２とを電気的に絶縁する。
【００３６】
この電極基板４２として用いる単結晶シリコン基板としては通常のシリコンウエハを用いることができる。その厚さはシリコンウエハの直径で異なるが、直径４インチのシリコンウエハであれば厚さが５００μｍ程度、直径６インチのシリコンウエハであれば厚さは６００μｍ程度であることが多い。シリコンウエハ以外の材料を選択する場合には、流路基板４１のシリコンと熱膨張係数の差が小さい方が振動板５０と接合する場合に信頼性を向上できる。
【００３７】
これらの流路基板４１と電極基板４２との接合は、接着剤による接合も可能であるが、より信頼性の高い物理的な接合、例えば電極基板４２がシリコン基板で形成される場合、酸化膜を介した直接接合法を用いることができる。この直接接合は１０００℃程度の高温化で実施する。また、電極基板４２をシリコン基板で形成して、電極基板４２と流路基板４１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、流路基板４１と電極基板４２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。
【００３８】
ここで、流路基板４１と電極基板４２とは、図５に示すように、振動板短手方向（ノズル列方向）の端部に幅が広い領域（幅広部分）４１ａ、４２ａを設け、この幅広部分４１ａ、４２ａで振動板５０と電極基板４２とを静電容量結合で電気的に接続するための領域６０を形成する。この幅広部分４１ａ、４２ａのノズル列方向の幅は対向電極５５の幅よりも大きく（広く）している。
【００３９】
ノズル板４３は多数のノズル４４を二列配置して形成するとともに、共通液室流路４８と加圧室４６とを連通する流体抵抗部４７となる溝を形成し、また、吐出面には撥水処理を施している。このノズル板４３としては、例えば、Ｎｉ電鋳工法で製作しためっき膜、シリコン基板、ＳＵＳなどの金属、樹脂とジルコニアなどの金属層の複層構造のものなども用いることができる。ここでは、ノズル板４３は流路基板４１に接着剤にて接合している。
【００４０】
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５０、対向電極５５なども二列配置し、各ノズル列の中央部に共通液室流路４８を配置して、左右の加圧室４６にインクを供給する構成を採用している。これにより、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。
【００４１】
このインクジェットヘッドを駆動制御するヘッド駆動制御部について図６を参照して簡単に説明する。
このヘッド駆動制御部は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び周辺回路等を含む主制御部６１と、波形生成回路６２と、アンプ６３と、駆動回路（ドライバＩＣ）６４等とを備えている。
【００４２】
主制御部６１は、波形生成回路６２に対してインクジェットヘッド４０を駆動するための駆動電圧データを与え、ドライバＩＣ６４に対して印字信号（シリアルデータである）ＳＤ、シフトクロックＣＬＫ、ラッチ信号ＬＡＴなどを与える。波形生成回路６２は、主制御部６１からの駆動電圧データをＤ／Ａ変換してパルス状の駆動波形をアンプ６３を介してドライバＩＣ６４に出力する。
【００４３】
ドライバＩＣ６３は、印字信号ＳＤに応じて波形生成回路６２から与えられる駆動波形を選択してインクジェットヘッド４０の各個別電極５５に与える。このドライバＩＣ６４は、例えば、主制御部６１からのシリアルクロックＣＬＫ及び印字信号であるシリアルデータＳＤを入力するシフトレジスタ６５と、シフトレジスタ６５のレジスト値を主制御部６１からのラッチ信号ＬＡＴでラッチするラッチ回路６６と、ラッチ回路６６の出力値をレベル変化するレベル変換回路６７と、このレベル変換回路６７でオン／オフが制御されるアナログスイッチアレイ９８とからなる。アナログスイッチアレイ６８は、インクジェットヘッド４０のｍ個（ノズル数をｍ個とする。）の個別対向電極５５に接続したアナログスイッチＡＳ１〜ＡＳｍからなる。なお、インクジェットヘッド４０の共通電極となる第１電極を兼ねる振動板５０は接地している。
【００４４】
以上のように構成したインクジェット記録装置においては、ヘッド駆動制御部から印字信号ＳＤに応じてアナログスイッチＡＳｎをオン／オフ制御して、印字データに対応するチャンネルのインクジェットヘッド４０の個別対向電極５５に対して駆動波形（駆動電圧）を印加する。
【００４５】
このインクジェットヘッド４０においては、振動板５０と対向電極５５との間に駆動波形が印加されることによって、振動板５０と対向電極５５との間に静電気力が発生して、この静電気力によって振動板５０が対向電極５５側に変形変位し、この状態から駆動電圧が立ち下がって振動板５０と対向電極５５間の電荷が放電されると、振動板５０が復帰変形して、加圧室４６の内容積（体積）／圧力が変化し、これによってノズル４４からインク滴が吐出される。
【００４６】
すなわち、個別電極とする対向電極５５にパルス状の駆動波形が印加されると、接地された共通電極となる振動板５０との間に電位差が生じて、対向電極５５と振動板５０の間に静電力が生じる。この結果、振動板５０は印加した電圧の大きさに応じて変位する。その後、印加したパルス電圧を立ち下げることで、振動板５０の変位が復元して、その復元力により加圧室４６内の圧力が高くなり、ノズル４４からインク滴が吐出される。
【００４７】
ここで、インクジェットヘッド４０は前述した図５に示すように導電性基板である電極基板４２と振動板５０とを幅広部分４１ａ、４２ａによる領域６０によって静電容量結合で電気的に接続しているので、電極基板４２に導電性基板を用いた場合のクロストークを低減して安定したインク滴吐出特性を得ることができる。
【００４８】
すなわち、このインクジェットヘッド４０を静電容量の面から等価的に見ると、図７に示すように、振動板５０とｍ個の対向電極５５との間でそれぞれ静電容量Ｃｘｍ（ｍ＝１〜ｍ）が形成されるとともに、電極基板４２として導電性基板を用いているため、絶縁膜であるシリコン酸化膜５２を介してｍ個の対向電極５５と電極基板４２との間でそれぞれ静電容量Ｃｓｍ（ｍ＝１〜ｍ）が形成されることになり、各対向電極５５の位置を示す点Ｐｍ（ｍ＝１〜ｍ）は静電容量Ｃｓｍを介して電極基板４２に容量結合された状態にある。
【００４９】
しかしながら、このインクジェットヘッド４０では流路基板４１と電極基板４２との幅広部分４１ａ、４２ａで振動板５０と電極基板４２とを静電容量結合で電気的に接続するための領域６０を形成しているので、この領域６０によって、振動板５０と電極基板４２との間で静電容量Ｃｘｍよりも大きな静電容量Ｃｏが形成され、電極基板４２は静電容量Ｃｏ及び振動板５０を介して接地されていることになる。
【００５０】
これにより、同図で例えば電極Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３のうちの１つのチャンネルの電極Ｐ２に駆動波形Ｐｖを印加した場合、この駆動波形Ｐｖは静電容量Ｃｓ２を介して電極基板４２にも印加されるが、電極基板４２が静電容量Ｃｏ及び振動板５０を介して接地されているので、駆動波形Ｐｖが他のチャンネルの電極Ｐ１、Ｐ３に分圧されて印加されることがなくなる。
【００５１】
この場合、振動板５０と電極基板４２との間で形成される静電容量Ｃｏは振動板５０と各対向電極５５との間で形成される静電容量Ｃｘｎ（ｎ＝１〜ｍのいずれか）に対して十分に大きい方が好ましく、実験によると、静電容量Ｃｏを静電容量Ｃｘｎに対して５倍以上、好ましくは１０倍以上になるように振動板５０と電極基板４２の幅広部分４１ａ、４２ａを形成する。
【００５２】
つまり、図８に示すように、本発明に係るインクジェットヘッド４０のように幅広部分４１ａ、４２ａを持たないインクジェットヘッドの構成を等価的に見ると、図９に示すようにインクジェットヘッド４０の静電容量Ｃｏの相当する回路が存在しないことになる。そのため、電極基板４２がフローティング状態にあり、１つのチャンネルの電極Ｐｎは、導電性の電極基板４２及び静電容量Ｃｓｍを介して他のチャンネルの電極Ｐｍと静電容量結合で電気的に接続された状態になる。
【００５３】
したがって、図９で例えば電極Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３のうちの１つのチャンネルの電極Ｐ２に駆動波形Ｐｖを印加した場合、この駆動波形Ｐｖは静電容量Ｃｓ２を介して電極基板４２にも印加され、他のチャンネルの静電容量Ｃｓ１、Ｃｓ３を介して他の非吐出のチャンネルの電極Ｐ１、Ｐ３に分圧される（クロストークが生じる）ことになり、非吐出のチャンネルの振動板５０の不必要な振動や場合によってはインク滴吐出が引き起こされ、インク滴吐出が不安定になって信頼性が低下し、地汚れなどが生じることになる。
【００５４】
これに対して、本発明のように導電性基板である電極基板４２を静電容量Ｃｏによる静電容量結合によって接地される部材である振動板５０に電気的に接続することにより、上述したようにクロストークを防止でき、インク滴吐出が安定して信頼性が高くなり、地汚れなどが生じることがなく、画像品質が向上する。
【００５５】
そして、振動板（第１電極）５０を接地する部材として導電性基板である電極基板４２と電気的に接続することによって、簡単な構成で電極基板４２を接地することができるようになる。この場合、導電性基板である電極基板４２を、接地する部材である振動板５０と静電容量結合によって電気的に接続することにより、導電性基板に接地のためのコンタクトをとるための工程を付加する必要もなく、一層簡単な構成で導電性基板を接地することができる。
【００５６】
次に、本発明に係るインクジェットヘッドの第２実施形態について図１０を参照して説明する。なお、同図は同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である。
この実施形態では、導電性基板からなる電極基板４２の下面にＡｌ膜などの導電性膜（導体膜）７１を成膜したインクジェットヘッドを搭載し、導電性膜７１と振動板５０とを直流的に電気的に接続し、このインクジェットヘッドの導電性膜７１を接地している。
【００５７】
このインクジェットヘッドを静電容量の面から等価的に見ると、図１１に示すように、振動板５０と各対向電極５５との間で静電容量Ｃｘｍ（ｍ＝１〜ｍ）が形成されるとともに、電極基板４２として導電性基板を用いているため、絶縁膜であるシリコン酸化膜５２を介して各対向電極５５と電極基板４２との間で静電容量Ｃｓｍ（ｍ＝１〜ｍ）が形成されることになり、各対向電極５５の位置を示す点Ｐｍ（ｍ＝１〜ｍ）は静電容量Ｃｓｍを介して電極基板４２に容量結合された状態にある。
【００５８】
しかしながら、電極基板４２に成膜した導電性膜７１を介して電極基板４２を接地しているので、電極Ｐｍ間の静電容量Ｃｓｍを介しての容量結合がなくなる。したがって、前述したように各対向電極５５と導電性の電極基板４２との間の静電容量Ｃｓｍによるクロストークを防止することができる。
【００５９】
そして、このように導電性基板である電極基板４２と振動板（第１電極）５０との間で直流的な電気的接続を行うことによって、振動板５０と対向電極５５に接続するＦＰＣケーブルなどの接続手段を電極基板４２に接続するための電極パッドを設けることなく接地することができ、素子の面積を増加することなく、導電性基板を接地することができるようになる。
【００６０】
次に、本発明に係るインクジェットヘッドの第３実施形態について図１２乃至図１５参照して説明する。なお、図１２は同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１３は同ヘッドの第２電極部分における振動板長手方向の断面説明図、図１４は同ヘッドの第３電極部分における振動板長手方向の断面説明図、図１５は同ヘッドの振動板短手方向の断面説明図である。
【００６１】
このインクジェットヘッドにおいては、電極基板４２のシリコン酸化膜５２に、第２電極である対向電極５５を形成するための電極形成用溝（凹部）５４を形成するとともに、ノズル列方向の両端部に第３電極７５を形成するための電極形成溝（凹部）７４を形成している。
【００６２】
そして、この電極形成溝（凹部）７４の底部の一部のシリコン酸化膜５２を除去して導電性基板である電極基板４２を露出させるコンタクトホール７６を形成し、このコンタクトホール７６を含めて第３電極７５を形成することにより、第３電極７５と電極基板４２とを電気的に接続している。この第３電極７５は対向電極５５及び振動板５０に接続するＦＰＣケーブル７７などの接続手段の１つのラインを介して接地している。
【００６３】
ここで、コンタクトホール７６を形成した後、コンタクトホール７６内の電極基板４２上に形成される自然酸化膜を除去した上で第３電極７５を形成することによって、第３電極７５と電極基板４２との間に酸化膜がない状態にしている。
【００６４】
このように、電極基板４２を第３電極７５に電気的に接続し、この第３電極７５を接地することで電極基板４２を接地することにより、対向電極５５と電極基板４２との間の静電容量による容量結合によって生じるクロストークを防止することができる。
【００６５】
そして、導電性基板である電極基板４２を接地するための第３電極７５を設けて接地することにより、電極基板４２を確実に電気的に接地することができ、電気的信頼性が向上する。この場合、対向電極５５と第３電極７５とを導電性基板である電極基板４２上に形成する、つまり対向電極５５と第３電極７５とを略同一平面に隣接して形成することによって、対向電極５５と第３電極７５とを同一のＦＰＣケーブルなどの接続手段に実装することができるようになり、実装信頼性が向上し、低コスト化を図れる。
【００６６】
また、対向電極５５と第３電極７５とを同じ層構成とすることにより、同一の工程で形成することができ、コンタクトホール７６を形成する工程を追加するだけで電極基板４２を接地することができ、工程増加も比較的少なくなる。さらに、第３電極７５をノズル列方向で対向電極５５の列の両側又は片側に配置することにより、ノズルピッチが不揃いになることがなくなる。
【００６７】
さらに、第３電極７５と電極基板４２との間に酸化膜がない状態にすることにより、第３電極７５と電極基板４２との電気的な接続特性を良好な状態に保つことができ、電極基板４２を高い信頼性で接地することができる。
【００６８】
次に、本発明に係るインクジェットヘッドの第４実施形態について図１６乃至図１８を参照して説明する。なお、図１６は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図、図１７は同ヘッドの第３電極部分での振動板長手方向の断面説明図、図１８は同ヘッドの振動板短手方向の断面説明図である。
【００６９】
この実施形態では、電極５５及び第３電極７５として、電極基板４２上に形成したＴｉ層７７とこのＴｉ層７７上に形成したＴｉＮ層７８の２層構造としている。ＴｉＮ層７８の下層としてＴｉ層７７を設けることによってＴｉＮ層７８の密着強度を向上するとともに、電気的な信頼性が向上する。
【００７０】
そこで、上記第３実施形態のインクジェットヘッドの電極基板の製造工程について図１９乃至図２１を参照して説明する。なお、図１９及び図２０は同製造工程を説明する平面説明図、図２１は同製造工程を説明する振動板短手方向での断面説明図である。
【００７１】
先ず、図１９（ａ）及び図２１（ａ）に示すように、ｐ型の導電型を有し、（１００）の面方位であるシリコン基板である電極基板４２上に熱酸化によって膜厚１〜２μｍ程度のシリコン酸化膜５２を形成し、この酸化膜５２に電極５５及び第３電極７５を形成するための溝状の凹部５４、７４を通常のフォトリソとウェットエッチングによって深さ０．６μｍに形成する。
【００７２】
その後、図１９（ｂ）及び図２１（ｂ）に示すように、第３電極７５を形成するための凹部７４に通常のフォトリソとウェットエッチングによってシリコン基板４０に達するまでエッチングを行い、コンタクトホール７６を形成する。
【００７３】
次に、図２０（ａ）及び図２１（ｃ）に示すように、電極基板４２の全面に電極材料としてのＴｉＮを反応性スパッタリング法を用いて０．２μｍ成膜し、通常のフォトリソ技術とドライエッチング技術を用いてパターニングし、凹部５４の底面に電極５５を、コンタクトホール７６に電極基板４２に接する第３電極７５を形成する。このとき、ＴｉＮ膜を成膜する前に、ウェットエッチング液に浸し、コンタクトホール７６内の電極基板４２表面に形成された自然酸化膜を除去する。これにより、電極基板４２と第３電極７５の電気的な接続特性を良好な状態に保つことができる。
【００７４】
そして、図２０（ｂ）及び図２１（ｄ）に示すように、ＴＥＯＳを原料に用いたプラズマＣＶＤ法を用い、全面に０．２μｍの厚さでＳｉＯ₂膜を成膜し、通常のフォトリソ技術とドライエッチング技術を用いてパターニングし、電極５５及び第３電極７５を覆い隠すように電極保護膜５７を形成する。なお、前記第４実施形態のインクジェットヘッドを製造する場合には電極をＴｉ層及びＴｉＮ層の順に成膜して、電極５５及び第３電極７５の形状にパターニングすればよい。
【００７５】
次に、本発明に係るインクジェットヘッドの第５実施形態について図２２及び図２３を参照して説明する。なお、図２２は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図、図２３は同ヘッドの振動板短手方向の断面説明図である。
このインクジェットヘッドにおいては、振動板５０の加圧室４６側の面を含めて流路基板４１の内面及びインク供給口４９の壁面には例えばＴｉＮからなる導電性膜８０、８１を成膜している。
【００７６】
したがって、このインクジェットヘッドにインク８２が充填されたとき、インク８２は導電性を有するので、電極基板４２と振動板５０とは導電性膜８０、インク８２及び導電性膜８１を介して電気的に接続されることになり、振動板５０は接地されるので、電極基板４２も電気的に接地されることになる。
【００７７】
このインクジェットヘッドを静電容量の面から等価的に見ると、図２４に示すように、振動板５０とｍ個の対向電極５５との間でそれぞれ静電容量Ｃｘｍ（ｍ＝１〜ｍ）が形成されるとともに、電極基板４２として導電性基板を用いているため、絶縁膜であるシリコン酸化膜５２を介して各対向電極５５と電極基板４２との間でそれぞれ静電容量Ｃｓｍ（ｍ＝１〜ｍ）が形成されることになり、各対向電極５５の位置を示す点Ｐｍ（ｍ＝１〜ｍ）は静電容量Ｃｓｍを介して電極基板４２に容量結合された状態にある。
【００７８】
しかしながら、電極基板４２は導電性膜８０、インク８２及び導電性膜８１で構成される接続路８３を介して振動板５０に電気的に接続され、振動板５０は接地されているので電極基板４２が電気的に接地されることになる。したがって、前述したように各対向電極５５と導電性の電極基板４２との間の静電容量Ｃｓｍによるクロストークを防止することができる。
【００７９】
このように導電性基板を接地するための特別な電極を用いることなく、導電性基板を接地することができて、素子面積の増大なく、導電性基板を接地してクロストークを防止することができる。なお、流路内面に一体の導電性膜を形成して、電極基板４２と振動板５０とを電気的に接続することもできる。
【００８０】
なお、上記各実施形態においては、静電型インクジェットヘッドの振動板と電極の平面形状を矩形とした例で説明したが、平面形状を台形、三角形とすることもできる。また、上記各実施形態ではインクジェットヘッドは振動板と液室とを流路基板として同一部材から形成しているが、振動板と液室形成部材とを別部材で形成して接合することもできる。
【００８１】
また、上記実施形態におけるノズル、加圧室、流体抵抗部、共通液室流路の形状、配置、形成方法は適切に変更することができる。例えば、上記実施形態においては、ノズルは振動板の変位方向にインク滴が吐出するように形成したサイドシュータ方式のインクジェットヘッドであるが、ノズルを振動板の変位方向と交差する方向にインク滴が吐出するように形成したエッジシュータ方式のインクジェットヘッドでもよい。
【００８２】
さらに、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、マイクロモータ、マイクロポンプ、マイクロアクチュエータなどの他のアクチュエータ装置のアクチュエータ部に適用することもできる。また、インク滴を吐出するインクジェットヘッド以外にも液体レジストなどの液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドにも同様に適用することができる。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。
【００８３】
【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、液滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する吐出室と、この吐出室の壁面を形成する振動板を兼ねる第１電極又は振動板と一体の第１電極に対向する第２電極を絶縁層を介して設けた導電性基板を、接地する部材に電気的に接続した静電アクチュエータとを備えたので、第２電極の基板に導電性基板を用いた場合のクロストークを防止することができ、滴吐出が安定し、信頼性及び画像品質が向上する。
【００８４】
本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、液滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する吐出室と、この吐出室の壁面を形成する振動板を兼ねる第１電極又は振動板と一体の第１電極に対向する第２電極を絶縁層を介して設けた導電性基板を接地する部材である第１電極に電気的に接続した静電アクチュエータを備えたので、第２電極の基板に導電性基板を用いた場合のクロストークを簡単な構成で防止することができ、滴吐出が安定し、信頼性及び信頼性が向上する。
ここで、導電性基板と第１電極とを静電容量結合で電気的に接続することで、構成が一層簡単になる。このとき、導電性基板と第１電極との間の静電容量を導電性基板と第２電極との間の静電容量の５倍以上にすることで、確実にクロストークを防止することができる。また、導電性基板と第１電極とは第２電極の幅よりも幅の広い対向部分で対向させることで簡単な構成で第１電極と導電性基板との静電容量結合を行うことができる。
【００８５】
また、導電性基板と第１電極とを直流的な電気的接続とすることで、導電性基板の面積を増加することなく、導電性基板を接地することができる。
【００８６】
さらに、導電性基板と第１電極とは流路面に形成した導電性膜で電気的接続をとることで、簡単な構成で、素子面積を増加することなく、導電性基板を接地することができるようになる。
【００８７】
さらにまた、導電性基板と第１電極とはインクを介して電気的接続がなされるようにすることで、簡単な構成で導電性基板を接地することができる。この場合、導電性基板及び第１電極の流路面に導電性膜を形成することでより確実に導電性基板と第１電極とを電気的に接続することができる。
【００８８】
本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、液滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する吐出室と、この吐出室の壁面を形成する振動板を兼ねる第１電極又は振動板と一体の第１電極に対向する第２電極を絶縁層を介して設けた導電性基板を接地する部材である第３電極に電気的に接続した静電アクチュエータを備えたので、第２電極の基板に導電性基板を用いた場合のクロストークを高い信頼性で大幅な構成の複雑化を招くことなく防止することができ、インク滴吐出が安定し、信頼性が向上する。
【００８９】
この場合、第３電極は第２電極と同じ層構成とすることにより、コスト増加を招くことなく第３電極を形成することができる。また、導電性基板と第３電極とは絶縁層に形成したコンタクトホールを介して接続することで、導電性基板と第３電極とを確実に電気的に接続することができる。この場合、導電性基板のコンタクトホールに臨む部分には酸化膜が形成されていないことで、電気的接続が安定的に確保できる。また、第３電極のコンタクトホール側面には酸素原子をゲッターリングする効果のある金属層を形成することで、第３電極と絶縁層の密着強度が増加して剥がれ等の不良が防止され、安定した電気的接続を確保できる。この金属層はＴｉ又はＣｒとすることにより、簡単なプロセスで形成することができる。
【００９６】
本発明に係るインクジェット記録装置によれば、本発明に係る液滴吐出ヘッドを備えたので、第２電極の基板に導電性基板を用いた場合のクロストークが防止され、安定したインク滴吐出を行うことができて画像品質が向上する。
【０１００】
本発明に係るインクジェット記録装置によれば、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する吐出室と、この吐出室の壁面を形成する振動板を兼ねる第１電極又は振動板と一体の第１電極に対向する第２電極を絶縁層を介して導電性基板上に設けた静電アクチュエータとを備えたインクジェットヘッドを搭載し、このインクジェットヘッドの導電性基板を接地したので、第２電極の基板に導電性基板を用いた場合のクロストークが防止され、安定したインク滴吐出を行うことができて画像品質が向上する。
本発明に係る画像形成装置、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ているので、安定した液滴吐出を行うことができる。
【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１実施形態の分解斜視説明図
【図４】同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図５】同ヘッドの振動板短手方向の断面説明図
【図６】同記録装置のヘッド駆動制御部の一例を示すブロック図
【図７】同ヘッドの等価回路を説明する説明図
【図８】比較例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９】同比較例のヘッドの等価回路を説明する説明図
【図１０】本発明に係るインクジェットヘッドの第２実施形態の振動板短手方向の断面説明図
【図１１】同ヘッドの等価回路を説明する説明図
【図１２】本発明に係るインクジェットヘッドの第３実施形態の分解斜視説明図
【図１３】同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図１４】同ヘッドの第３電極部分における振動板長手方向の断面説明図
【図１５】同ヘッドの振動板短手方向の断面説明図
【図１６】本発明に係るインクジェットヘッドの第４実施形態の振動板長手方向の断面説明図
【図１７】同ヘッドの第３電極部分における振動板長手方向の断面説明図
【図１８】同ヘッドの振動板短手方向の断面説明図
【図１９】第３実施形態のインクジェットヘッドの電極基板の製造工程を説明する上面説明図
【図２０】図１９に続く工程を説明する上面説明図
【図２１】同製造工程を説明する断面説明図
【図２２】本発明に係るインクジェットヘッドの第５実施形態の振動板長手方向の断面説明図
【図２３】同ヘッドの振動板短手方向の断面説明図
【図２４】同ヘッドの等価回路を説明する説明図
【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、４０…インクジェットヘッド、４１…流路基板、４２…電極基板（導電性基板）、４３…ノズル板、４４…ノズル、４６…加圧室、４７…流体抵抗部、４８…共通流路液室、５０…振動板、５５…電極、５６…ギャップ、６０…静電容量結合領域、７１…導電性膜、７５…第３電極、７６…コンタクトホール、８０、８１…導電性膜、８２…インク。[0001]
[Industrial application fields]
  The present inventionLiquidThe present invention relates to a droplet discharge head, an ink jet recording apparatus, an image forming apparatus, and a device for discharging droplets.
[0002]
[Prior art]
As an inkjet head used in an inkjet recording apparatus used as an image recording apparatus (image forming apparatus) such as a printer, a facsimile machine, a copying apparatus, or a plotter, a nozzle that ejects ink droplets and an ink flow path (ejection chamber, A pressure chamber, a pressurized liquid chamber, a liquid chamber, etc.), and an electrostatic actuator having an oscillating plate forming a part of a wall surface in the ink flow path and an electrode facing the oscillating plate, There is an electrostatic inkjet head in which a diaphragm is deformed and displaced by electrostatic force to pressurize ink in an ink flow path and eject ink droplets from nozzles.
[0003]
Electrostatic ink-jet heads use less electrostatic energy, so less energy can be stored in the same volume, lower power consumption and more nozzles than other types of ink-jet heads that use piezo elements or heating resistors as actuator means It is possible to increase the speed by simultaneous driving. That is, in the non-electrostatic type head, since the ink droplet is ejected using energy several orders of magnitude larger than the kinetic energy of the ink droplet, the excess energy is generated by the head or the driver IC (driving circuit). Therefore, there is a limit to the number of nozzles and the driving frequency that can be driven simultaneously under the influence of heat storage and the like.
[0004]
As such an electrostatic ink jet head, for example, as described in JP-A-6-71882, a first substrate composed of a silicon substrate on which a diaphragm (also serving as a first electrode) and a liquid chamber are formed; A second substrate comprising a silicon substrate in which a recess is formed in a silicon oxide film that is an insulating layer, and a second electrode facing the first electrode (vibrating plate) with a predetermined gap is provided on the bottom of the recess; A substrate obtained by bonding a third substrate on which a nozzle is formed by a silicon-silicon direct bonding method is known.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the second electrode is provided on a conductive substrate such as a silicon substrate via an insulating film as in the electrostatic ink jet head described above, there is a capacitance between the second electrode and the conductive substrate (second substrate). Since coupling occurs, when a driving voltage is applied to one or a plurality of second electrodes, the second electrode of the non-driving channel to which no other driving voltage is applied is also divided by capacitive coupling (crosstalk). Undesired vibration and ink ejection of the diaphragm of the non-driving channel are caused and the ejection characteristics fluctuate, particularly when ink droplets are ejected simultaneously from a large number of nozzles. There is a problem that the influence becomes large, leading to a decrease in reliability and a decrease in image quality.
[0006]
  The present invention has been made in view of the above problems, and reduces crosstalk between channels.LiquidIt is an object of the present invention to provide a droplet discharge head, an ink jet recording apparatus, an image forming apparatus, and a droplet discharge apparatus.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above problems, the present invention relates toDroplet discharge headIsAn insulating layer comprising a nozzle that discharges droplets, a discharge chamber that communicates with the nozzle, and a first electrode that also serves as a vibration plate that forms a wall surface of the discharge chamber or a first electrode that is integral with the vibration plate A liquid droplet ejection head provided on an electrically conductive substrate through which the diaphragm is deformed by electrostatic force.The conductive substrate is electrically connected to a member to be groundedThe configuration.
[0008]
  The droplet discharge head according to the present invention includes a nozzle that discharges a droplet, a discharge chamber that communicates with the nozzle, and a first electrode that also serves as a diaphragm that forms a wall surface of the discharge chamber, or a first electrode that is integral with the diaphragm. A droplet discharge head comprising: a second electrode facing the electrode provided on a conductive substrate through an insulating layer; and an electrostatic actuator that deforms the diaphragm with electrostatic force. The substrate is electrically connected to a member to be grounded, and the member to be grounded is the first electrode.
  here,The conductive substrate and the first electrode can be electrically connected by capacitive coupling. At this time, it is preferable that the electrostatic capacitance between the conductive substrate and the first electrode is five times or more the electrostatic capacitance between the conductive substrate and the second electrode. Moreover, it is preferable that the conductive substrate and the first electrode are opposed to each other at a facing portion that is wider than the width of the second electrode.
[0009]
In addition, the conductive substrate and the first electrode can be in a direct electrical connection. Furthermore, the conductive substrate and the first electrode can be electrically connected by a conductive film formed on the flow path surface. Furthermore, the conductive substrate and the first electrode can be electrically connected via ink. In this case, it is preferable to form a conductive film on the flow paths of the conductive substrate and the first electrode.
[0010]
  The droplet discharge head according to the present invention includes a nozzle that discharges a droplet, a discharge chamber that communicates with the nozzle, and a first electrode that also serves as a diaphragm that forms a wall surface of the discharge chamber, or a first electrode that is integral with the diaphragm. A droplet discharge head comprising: a second electrode facing the electrode provided on a conductive substrate through an insulating layer; and an electrostatic actuator that deforms the diaphragm with electrostatic force. The substrate is electrically connected to a member to be grounded, and the member to be grounded is a third electrode formed on the insulating layer.
  here,The third electrode preferably has the same layer configuration as the second electrode. The conductive substrate and the third electrode are preferably connected via a contact hole formed in the insulating layer. In this case, it is preferable that no oxide film is formed on the portion of the conductive substrate that faces the contact hole. Moreover, it is preferable to form a metal layer having an effect of gettering oxygen atoms in the lowermost layer of the third electrode. This metal layer is preferably made of Ti or Cr.
[0017]
  The inkjet recording apparatus according to the present invention isProvided with a droplet discharge head according to the present inventionIs.
[0021]
  An ink jet recording apparatus according to the present invention includes a nozzle that discharges ink droplets, a discharge chamber that communicates with the nozzle, and a first electrode that doubles as a vibration plate that forms a wall surface of the discharge chamber, or a first electrode integrated with the vibration plate An ink jet head having an electrostatic actuator according to the present invention in which a second electrode facing the electrode is provided on a conductive substrate via an insulating layer is mounted, and the conductive substrate of the ink jet head is grounded.
  The image forming apparatus and the apparatus for ejecting droplets according to the present invention include the droplet ejection head according to the present invention.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. First, according to the present inventionAs an image forming apparatus according to the present invention, including an apparatus for discharging dropletsThe mechanism of the ink jet recording apparatus will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic perspective view of a mechanism portion of the recording apparatus, and FIG. 2 is a side view of the mechanism portion.
[0023]
The ink jet recording apparatus includes a carriage that is movable in the main scanning direction inside the recording apparatus main body 1, a recording head that includes an ink jet head mounted on the carriage, an ink cartridge that supplies ink to the recording head, and the like. 2 and the like, the paper 3 fed from the paper feed cassette 4 or the manual feed tray 5 is taken in, a required image is recorded by the printing mechanism unit 2, and then discharged to the paper discharge tray 6 mounted on the rear side. Make paper.
[0024]
The printing mechanism unit 2 holds the carriage 13 slidably in the main scanning direction (vertical direction in FIG. 2) with a main guide rod 11 and a sub guide rod 12 which are guide members horizontally mounted on left and right side plates (not shown). The carriage 13 has a head 14 composed of an inkjet head for discharging ink droplets of yellow (Y), cyan (C), magenta (M), and black (Bk) with the ink droplet discharge direction directed downward. Each ink tank (ink cartridge) 15 for supplying ink of each color to the head 14 is replaceably mounted on the carriage 13.
[0025]
Here, the carriage 13 is slidably fitted to the main guide rod 11 on the rear side (downstream side in the paper conveyance direction), and is slidably mounted on the secondary guide rod 12 on the front side (upstream side in the paper conveyance direction). is doing. In order to move and scan the carriage 13 in the main scanning direction, a timing belt 20 is stretched between a driving pulley 18 and a driven pulley 19 that are rotationally driven by a main scanning motor 17. It is fixed to.
[0026]
Further, although the heads 14 of the respective colors are used here as the recording heads, a single head having nozzles for ejecting ink droplets of the respective colors may be used. Further, as will be described later, the head 14 includes a diaphragm that forms at least a part of the wall surface of the ink flow path and an electrode facing the diaphragm, and discharges ink droplets by deforming and displacing the diaphragm with electrostatic force. An electrostatic inkjet head is used.
[0027]
On the other hand, in order to convey the paper 3 set in the paper feed cassette 4 to the lower side of the head 14, the paper feed roller 21 and the friction pad 22 for separating and feeding the paper 3 from the paper feed cassette 4 and the paper 3 are guided. A guide member 23, a transport roller 24 that reverses and transports the fed paper 3, a transport roller 25 that is pressed against the peripheral surface of the transport roller 24, and a tip that defines the feed angle of the paper 3 from the transport roller 24 A roller 26 is provided. The transport roller 24 is rotationally driven by a sub-scanning motor 27 through a gear train.
[0028]
A printing receiving member 29 is provided as a paper guide member for guiding the paper 3 fed from the transport roller 24 below the recording head 14 in accordance with the range of movement of the carriage 13 in the main scanning direction. A conveyance roller 31 and a spur 32 that are rotationally driven to send the paper 3 in the paper discharge direction are provided on the downstream side of the printing receiving member 29 in the paper conveyance direction, and the paper 3 is further delivered to the paper discharge tray 6. A roller 33 and a spur 34, and guide members 35 and 36 that form a paper discharge path are disposed.
[0029]
Further, a reliability maintenance / recovery mechanism (hereinafter referred to as “subsystem”) 37 for maintaining and recovering the reliability of the head 14 is disposed on the right end side in the movement direction of the carriage 13. The carriage 13 is moved to the subsystem 37 side during printing standby and the head 14 is capped by a capping means or the like.
[0030]
Next, a first embodiment of an ink-jet head that is also an actuator device according to the present invention including an electrostatic actuator according to the present invention constituting the head 14 of the ink-jet recording apparatus will be described with reference to FIGS. 3 is an exploded perspective view of the ink jet head, FIG. 4 is a cross-sectional explanatory view of the head along the longitudinal direction of the diaphragm, and FIG.
[0031]
The inkjet head 40 includes a channel substrate 41 that is a first substrate using a silicon substrate such as a single crystal silicon substrate having a crystal plane orientation (110), an SOI substrate, and the like, and silicon provided below the channel substrate 41. A plurality of nozzles 44 for ejecting ink droplets and each nozzle 44 communicate with each other, comprising an electrode substrate 42 that is a second substrate using a substrate and a nozzle plate 43 that is a third substrate provided above the flow path substrate 41. A pressure chamber 46 serving as an ink flow path and a common liquid chamber flow path 48 communicating with each pressure chamber 46 via a fluid resistance portion 47 also serving as an ink supply path are formed.
[0032]
The flow path substrate 41 is formed with a pressurizing chamber 46 and a concave portion that forms the diaphragm 50 that also serves as the first electrode that forms the bottom of the pressurizing chamber 46 and a through portion that forms the common liquid chamber flow path 48. is doing. For example, when a single crystal silicon substrate is used as the flow path substrate 41, boron is implanted in advance into the vibration plate thickness to form a high-concentration boron layer serving as an etching stop layer, and after bonding to the electrode substrate 42, By anisotropically etching the recess that becomes the pressure chamber 46 using an etchant such as a KOH aqueous solution, the high-concentration boron layer becomes an etching stop layer at this time, and the diaphragm 50 is formed with high accuracy. When an SOI substrate in which an active layer of silicon is bonded to a silicon base substrate through an oxide layer is used, the diaphragm 50 is formed of the active layer. In this head, the diaphragm 50 also serves as the first electrode, but the first electrode can be formed integrally with the diaphragm 50 separately from the diaphragm 50.
[0033]
Further, a single crystal silicon substrate is used for the electrode substrate 42 in the crystal plane orientation (100) which is a conductive substrate, and a silicon oxide film layer 52 which is an insulating layer is formed on the silicon substrate by a thermal oxidation method or the like. A recess 54 is formed in the oxide film layer 52, a counter electrode 55 as a second electrode facing the diaphragm 50 is provided on the bottom of the recess 54, and a gap 56 is formed between the diaphragm 50 and the counter electrode 55. The diaphragm 50 and the counter electrode 55 are formed to constitute an electrostatic actuator according to the present invention.
[0034]
The surface of the counter electrode 55 is SiO.₂Oxide-based insulating films such as films, Si_ThreeN₄Although the electrode protective film 57 made of a nitride insulating film such as a film is formed, the insulating film can also be formed on the vibration plate 50 side without forming the electrode protective film 57 on the surface of the counter electrode 55. . Further, the counter electrode 55 is extended outside to form a connection part (electrode pad part) 55a. Further, an ink supply port 59 that communicates with the common liquid chamber channel 48 is formed in the electrode substrate 42.
[0035]
In addition, TiN is used as the counter electrode 55 of the electrode substrate 42. In addition to this, metal materials such as Al, Cr, Ni, etc., which are generally used in the process of forming a semiconductor element, Ti, W, etc. A refractory metal, a polycrystalline silicon material whose resistance is reduced by an impurity, or the like can be used. When a silicon substrate is used for the electrode substrate 42, an impurity diffusion region can be used as the counter electrode 55. In this case, the impurity used for the diffusion is an impurity having a conductivity type opposite to that of the substrate silicon, a pn junction is formed around the diffusion region, and the counter electrode 55 and the electrode substrate 42 are electrically insulated.
[0036]
As the single crystal silicon substrate used as the electrode substrate 42, a normal silicon wafer can be used. Although the thickness varies depending on the diameter of the silicon wafer, the thickness of a silicon wafer having a diameter of 4 inches is often about 500 μm, and the thickness of a silicon wafer having a diameter of 6 inches is often about 600 μm. When a material other than the silicon wafer is selected, the smaller the difference between the thermal expansion coefficient and silicon of the flow path substrate 41, the reliability can be improved when the diaphragm 50 is joined.
[0037]
The flow path substrate 41 and the electrode substrate 42 can be bonded by an adhesive, but more reliable physical bonding, for example, when the electrode substrate 42 is formed of a silicon substrate, an oxide film It is possible to use a direct bonding method via This direct bonding is performed at a high temperature of about 1000 ° C. Alternatively, the electrode substrate 42 may be formed of a silicon substrate, and Pyrex glass may be formed between the electrode substrate 42 and the flow path substrate 41, and anodic bonding may be performed via this film. Furthermore, the flow path substrate 41 and the electrode substrate 42 can be bonded together by eutectic bonding using a silicon substrate and a binder such as gold interposed on the bonding surface.
[0038]
Here, as shown in FIG. 5, the flow path substrate 41 and the electrode substrate 42 are provided with wide regions (wide portions) 41 a and 42 a at the ends in the diaphragm lateral direction (nozzle row direction). A region 60 for electrically connecting the diaphragm 50 and the electrode substrate 42 by capacitive coupling is formed by the wide portions 41a and 42a. The width of the wide portions 41 a and 42 a in the nozzle row direction is larger (wider) than the width of the counter electrode 55.
[0039]
The nozzle plate 43 is formed by arranging a large number of nozzles 44 in two rows, and forms a groove serving as a fluid resistance portion 47 that communicates the common liquid chamber flow path 48 and the pressurizing chamber 46. Water repellent treatment is applied. As the nozzle plate 43, for example, a plating film manufactured by a Ni electroforming method, a silicon substrate, a metal such as SUS, or a multilayer structure of a resin and a metal layer such as zirconia can be used. Here, the nozzle plate 43 is bonded to the flow path substrate 41 with an adhesive.
[0040]
In this inkjet head 40, two rows of nozzles 44 are arranged, and two rows of pressurizing chambers 46, diaphragms 50, counter electrodes 55, etc. are arranged corresponding to each nozzle 44, and a common liquid chamber is located at the center of each nozzle row. A configuration is adopted in which the flow path 48 is arranged to supply ink to the left and right pressure chambers 46. Thus, a multi-nozzle head having a large number of nozzles can be configured with a simple head configuration.
[0041]
A head drive control unit that drives and controls the inkjet head will be briefly described with reference to FIG.
The head drive control unit includes a main control unit 61 including a CPU, ROM, RAM, peripheral circuits, and the like, a waveform generation circuit 62, an amplifier 63, a drive circuit (driver IC) 64, and the like.
[0042]
The main control unit 61 supplies drive voltage data for driving the inkjet head 40 to the waveform generation circuit 62, and print signals (which are serial data) SD, a shift clock CLK, a latch signal LAT, and the like to the driver IC 64. give. The waveform generation circuit 62 D / A converts the drive voltage data from the main control unit 61 and outputs a pulsed drive waveform to the driver IC 64 via the amplifier 63.
[0043]
The driver IC 63 selects a drive waveform supplied from the waveform generation circuit 62 in accordance with the print signal SD and applies the selected drive waveform to each individual electrode 55 of the inkjet head 40. For example, the driver IC 64 latches the shift register 65 that receives the serial clock CLK from the main control unit 61 and the serial data SD that is the print signal, and the register value of the shift register 65 is latched by the latch signal LAT from the main control unit 61. Latch circuit 66, a level conversion circuit 67 for changing the output value of the latch circuit 66, and an analog switch array 98 whose on / off is controlled by the level conversion circuit 67. The analog switch array 68 includes analog switches AS1 to ASm connected to m individual nozzles 55 (the number of nozzles is m) of the inkjet head 40. Note that the diaphragm 50 that also serves as the first electrode serving as the common electrode of the inkjet head 40 is grounded.
[0044]
In the ink jet recording apparatus configured as described above, the analog switch ASn is turned on / off in accordance with the print signal SD from the head drive control unit, and the individual counter electrode 55 of the ink jet head 40 of the channel corresponding to the print data is applied. On the other hand, a drive waveform (drive voltage) is applied.
[0045]
In the ink jet head 40, when a driving waveform is applied between the diaphragm 50 and the counter electrode 55, an electrostatic force is generated between the diaphragm 50 and the counter electrode 55, and the electrostatic force vibrates. When the plate 50 is deformed and displaced toward the counter electrode 55, the driving voltage falls from this state and the electric charge between the diaphragm 50 and the counter electrode 55 is discharged, the diaphragm 50 is restored and deformed, and the pressurizing chamber 46. The inner volume (volume) / pressure changes, and ink droplets are ejected from the nozzles 44.
[0046]
That is, when a pulsed drive waveform is applied to the counter electrode 55 that is an individual electrode, a potential difference is generated between the counter electrode 55 and the diaphragm 50. An electrostatic force is generated. As a result, the diaphragm 50 is displaced according to the magnitude of the applied voltage. Thereafter, the applied pulse voltage is lowered to restore the displacement of the diaphragm 50, the pressure in the pressurizing chamber 46 is increased by the restoring force, and ink droplets are ejected from the nozzle 44.
[0047]
Here, as shown in FIG. 5 described above, the inkjet head 40 electrically connects the electrode substrate 42, which is a conductive substrate, and the vibration plate 50 by capacitive coupling by the region 60 formed by the wide portions 41a and 42a. Therefore, it is possible to reduce crosstalk when a conductive substrate is used as the electrode substrate 42 and obtain stable ink droplet ejection characteristics.
[0048]
That is, when the inkjet head 40 is equivalently viewed from the viewpoint of capacitance, as shown in FIG. 7, the capacitance Cxm (m = 1 to 1) between the diaphragm 50 and the m counter electrodes 55, respectively. m) is formed and a conductive substrate is used as the electrode substrate 42. Therefore, the capacitance between the m counter electrodes 55 and the electrode substrate 42 via the silicon oxide film 52, which is an insulating film, respectively. Csm (m = 1 to m) is formed, and the point Pm (m = 1 to m) indicating the position of each counter electrode 55 is capacitively coupled to the electrode substrate 42 via the capacitance Csm. It is in.
[0049]
However, in this ink jet head 40, a wide area 41a, 42a between the flow path substrate 41 and the electrode substrate 42 forms a region 60 for electrically connecting the diaphragm 50 and the electrode substrate 42 by capacitive coupling. Therefore, the region 60 forms a capacitance Co larger than the capacitance Cxm between the diaphragm 50 and the electrode substrate 42, and the electrode substrate 42 is grounded via the capacitance Co and the diaphragm 50. Will be.
[0050]
As a result, when the drive waveform Pv is applied to the electrode P2 of one of the electrodes P1, P2, and P3 in the figure, the drive waveform Pv is also applied to the electrode substrate 42 via the capacitance Cs2. However, since the electrode substrate 42 is grounded via the capacitance Co and the diaphragm 50, the drive waveform Pv is not divided and applied to the electrodes P1 and P3 of the other channels.
[0051]
In this case, the capacitance Co formed between the vibration plate 50 and the electrode substrate 42 is the capacitance Cxn (n = 1 to m) formed between the vibration plate 50 and each counter electrode 55. ) Is sufficiently large, and according to experiments, the wide portions of the diaphragm 50 and the electrode substrate 42 are set so that the capacitance Co is 5 times or more, preferably 10 times or more than the capacitance Cxn. 41a and 42a are formed.
[0052]
That is, as shown in FIG. 8, when the configuration of an inkjet head that does not have the wide portions 41 a and 42 a like the inkjet head 40 according to the present invention is equivalently viewed, the electrostatic capacitance of the inkjet head 40 as illustrated in FIG. 9. There is no circuit corresponding to the capacitance Co. Therefore, the electrode substrate 42 is in a floating state, and the electrode Pn of one channel is electrically connected to the electrode Pm of another channel via the conductive electrode substrate 42 and the capacitance Csm by capacitive coupling. It becomes a state.
[0053]
Therefore, when the drive waveform Pv is applied to the electrode P2 of one of the electrodes P1, P2, P3 in FIG. 9, for example, the drive waveform Pv is also applied to the electrode substrate 42 via the capacitance Cs2, The voltage is divided to the electrodes P1 and P3 of the other non-ejection channels via the capacitances Cs1 and Cs3 of the other channels (crosstalk occurs), and the diaphragm 50 of the non-ejection channels is unnecessary. In some cases, ink droplets are ejected in some cases, and ink droplet ejection becomes unstable, resulting in a decrease in reliability and background contamination.
[0054]
On the other hand, as described above, the electrode substrate 42, which is a conductive substrate, is electrically connected to the diaphragm 50, which is a member to be grounded by capacitive coupling by the capacitance Co as in the present invention. In addition, crosstalk can be prevented, ink droplet ejection is stable and reliability is improved, background smearing does not occur, and image quality is improved.
[0055]
The electrode substrate 42 can be grounded with a simple configuration by electrically connecting the diaphragm (first electrode) 50 to the electrode substrate 42 which is a conductive substrate as a member for grounding. In this case, a step for making a contact for grounding the conductive substrate by electrically connecting the electrode substrate 42 which is a conductive substrate to the diaphragm 50 which is a grounding member by capacitive coupling is performed. There is no need to add it, and the conductive substrate can be grounded with a simpler configuration.
[0056]
Next, a second embodiment of the inkjet head according to the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the same figure is a cross-sectional explanatory drawing of the diaphragm short side direction of the inkjet head which concerns on the same embodiment.
In this embodiment, an ink jet head in which a conductive film (conductor film) 71 such as an Al film is formed on the lower surface of an electrode substrate 42 made of a conductive substrate is mounted, and the conductive film 71 and the diaphragm 50 are connected in a direct current manner. The conductive film 71 of this ink jet head is grounded.
[0057]
When this ink jet head is viewed equivalently from the viewpoint of electrostatic capacity, as shown in FIG. 11, electrostatic capacity Cxm (m = 1 to m) is formed between the diaphragm 50 and each counter electrode 55. In addition, since a conductive substrate is used as the electrode substrate 42, the capacitance Csm (m = 1 to m) is established between each counter electrode 55 and the electrode substrate 42 via the silicon oxide film 52 which is an insulating film. The point Pm (m = 1 to m) indicating the position of each counter electrode 55 is capacitively coupled to the electrode substrate 42 via the capacitance Csm.
[0058]
However, since the electrode substrate 42 is grounded via the conductive film 71 formed on the electrode substrate 42, capacitive coupling between the electrodes Pm via the capacitance Csm is lost. Therefore, as described above, crosstalk due to the capacitance Csm between each counter electrode 55 and the conductive electrode substrate 42 can be prevented.
[0059]
An FPC cable or the like connected to the diaphragm 50 and the counter electrode 55 by making a direct electrical connection between the electrode substrate 42 that is a conductive substrate and the diaphragm (first electrode) 50 in this manner. The connection means can be grounded without providing an electrode pad for connecting to the electrode substrate 42, and the conductive substrate can be grounded without increasing the area of the element.
[0060]
Next, a third embodiment of the ink jet head according to the present invention will be described with reference to FIGS. 12 is an exploded perspective view of the inkjet head according to the embodiment, FIG. 13 is a cross-sectional view of the second electrode portion of the head in the longitudinal direction of the diaphragm, and FIG. 14 is a vibration view of the third electrode portion of the head. FIG. 15 is a sectional explanatory view of the head in the lateral direction of the diaphragm.
[0061]
In this ink jet head, an electrode forming groove (concave portion) 54 for forming the counter electrode 55 as the second electrode is formed in the silicon oxide film 52 of the electrode substrate 42, and the first and second end portions in the nozzle row direction are formed at both ends. An electrode forming groove (concave portion) 74 for forming the three electrodes 75 is formed.
[0062]
Then, a part of the silicon oxide film 52 at the bottom of the electrode formation groove (recess) 74 is removed to form a contact hole 76 that exposes the electrode substrate 42 that is a conductive substrate. By forming the three electrodes 75, the third electrode 75 and the electrode substrate 42 are electrically connected. The third electrode 75 is grounded through one line of connection means such as an FPC cable 77 connected to the counter electrode 55 and the diaphragm 50.
[0063]
Here, after the contact hole 76 is formed, a natural oxide film formed on the electrode substrate 42 in the contact hole 76 is removed, and then the third electrode 75 is formed, whereby the third electrode 75 and the electrode substrate 42 are formed. There is no oxide film between them.
[0064]
In this way, the electrode substrate 42 is electrically connected to the third electrode 75, and the electrode substrate 42 is grounded by grounding the third electrode 75, thereby static electricity between the counter electrode 55 and the electrode substrate 42. Crosstalk caused by capacitive coupling due to electric capacity can be prevented.
[0065]
Then, by providing and grounding the third electrode 75 for grounding the electrode substrate 42 which is a conductive substrate, the electrode substrate 42 can be reliably electrically grounded, and the electrical reliability is improved. In this case, the counter electrode 55 and the third electrode 75 are formed on the electrode substrate 42 which is a conductive substrate, that is, the counter electrode 55 and the third electrode 75 are formed adjacent to each other in substantially the same plane. The electrode 55 and the third electrode 75 can be mounted on the same connecting means such as the FPC cable, so that the mounting reliability is improved and the cost can be reduced.
[0066]
In addition, by forming the counter electrode 55 and the third electrode 75 in the same layer configuration, they can be formed in the same process, and the electrode substrate 42 can be grounded only by adding the process of forming the contact hole 76. And the process increase is relatively small. Furthermore, by arranging the third electrodes 75 on both sides or one side of the row of the counter electrodes 55 in the nozzle row direction, the nozzle pitch does not become uneven.
[0067]
Furthermore, by providing a state where there is no oxide film between the third electrode 75 and the electrode substrate 42, the electrical connection characteristics between the third electrode 75 and the electrode substrate 42 can be maintained in a good state. The substrate 42 can be grounded with high reliability.
[0068]
Next, a fourth embodiment of the ink jet head according to the present invention will be described with reference to FIGS. 16 is a cross-sectional explanatory view of the head in the longitudinal direction of the vibration plate, FIG. 17 is a cross-sectional explanatory view of the third electrode portion of the head in the longitudinal direction of the vibration plate, and FIG. FIG.
[0069]
In this embodiment, the electrode 55 and the third electrode 75 have a two-layer structure of a Ti layer 77 formed on the electrode substrate 42 and a TiN layer 78 formed on the Ti layer 77. By providing the Ti layer 77 as the lower layer of the TiN layer 78, the adhesion strength of the TiN layer 78 is improved and the electrical reliability is improved.
[0070]
A manufacturing process of the electrode substrate of the ink jet head according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 19 and 20 are plan explanatory views for explaining the manufacturing process, and FIG. 21 is a cross-sectional explanatory view in the lateral direction of the diaphragm for explaining the manufacturing process.
[0071]
First, as shown in FIGS. 19A and 21A, a film thickness of 1 is formed by thermal oxidation on an electrode substrate 42 which is a silicon substrate having a p-type conductivity and having a (100) plane orientation. A silicon oxide film 52 having a thickness of about 2 μm is formed, and groove-like recesses 54 and 74 for forming the electrode 55 and the third electrode 75 are formed in the oxide film 52 to a depth of 0.6 μm by ordinary photolithography and wet etching. Form.
[0072]
After that, as shown in FIG. 19B and FIG. 21B, the recess 74 for forming the third electrode 75 is etched until it reaches the silicon substrate 40 by ordinary photolithography and wet etching, and contact holes 76 are formed. Form.
[0073]
Next, as shown in FIGS. 20A and 21C, TiN as an electrode material is formed on the entire surface of the electrode substrate 42 by using a reactive sputtering method to form a film having a thickness of 0.2 μm. Patterning is performed using a dry etching technique, and the electrode 55 is formed on the bottom surface of the recess 54, and the third electrode 75 in contact with the electrode substrate 42 is formed in the contact hole 76. At this time, before forming the TiN film, the natural oxide film formed on the surface of the electrode substrate 42 in the contact hole 76 is removed by dipping in a wet etching solution. Thereby, the electrical connection characteristic between the electrode substrate 42 and the third electrode 75 can be maintained in a good state.
[0074]
Then, as shown in FIGS. 20B and 21D, a plasma CVD method using TEOS as a raw material is used, and a 0.2 μm thick SiO 2 film is formed on the entire surface.₂A film is formed and patterned using a normal photolithography technique and a dry etching technique, and an electrode protective film 57 is formed so as to cover the electrode 55 and the third electrode 75. In the case of manufacturing the ink jet head of the fourth embodiment, the electrodes may be formed in the order of the Ti layer and the TiN layer and patterned into the shapes of the electrode 55 and the third electrode 75.
[0075]
Next, a fifth embodiment of the ink-jet head according to the present invention will be described with reference to FIGS. 22 is a cross-sectional explanatory view of the head in the longitudinal direction of the diaphragm, and FIG. 23 is a cross-sectional explanatory view of the head in the short side of the diaphragm.
In this ink jet head, conductive films 80 and 81 made of, for example, TiN are formed on the inner surface of the flow path substrate 41 and the wall surface of the ink supply port 49 including the surface of the vibration plate 50 on the pressure chamber 46 side. Yes.
[0076]
Accordingly, when the ink 82 is filled with the ink 82, the ink 82 has conductivity. Therefore, the electrode substrate 42 and the diaphragm 50 are electrically connected to each other through the conductive film 80, the ink 82, and the conductive film 81. Since the diaphragm 50 is grounded, the electrode substrate 42 is also electrically grounded.
[0077]
When this ink jet head is equivalently viewed from the viewpoint of capacitance, as shown in FIG. 24, capacitance Cxm (m = 1 to m) is present between the diaphragm 50 and the m counter electrodes 55, respectively. In addition, since a conductive substrate is used as the electrode substrate 42, the capacitance Csm (m = 1) is established between each counter electrode 55 and the electrode substrate 42 via the silicon oxide film 52 that is an insulating film. M) are formed, and the point Pm (m = 1 to m) indicating the position of each counter electrode 55 is capacitively coupled to the electrode substrate 42 via the capacitance Csm.
[0078]
However, since the electrode substrate 42 is electrically connected to the diaphragm 50 via the connection path 83 constituted by the conductive film 80, the ink 82, and the conductive film 81, and the diaphragm 50 is grounded, the electrode substrate 42 is provided. Will be electrically grounded. Therefore, as described above, crosstalk due to the capacitance Csm between each counter electrode 55 and the conductive electrode substrate 42 can be prevented.
[0079]
In this way, the conductive substrate can be grounded without using a special electrode for grounding the conductive substrate, and the cross-talk can be prevented by grounding the conductive substrate without increasing the element area. it can. It is also possible to electrically connect the electrode substrate 42 and the diaphragm 50 by forming an integral conductive film on the inner surface of the flow path.
[0080]
In each of the above embodiments, the example in which the planar shape of the diaphragm and the electrode of the electrostatic ink jet head is rectangular has been described, but the planar shape may be a trapezoid or a triangle. In each of the above embodiments, the ink jet head is formed from the same member using the vibration plate and the liquid chamber as the flow path substrate. However, the vibration plate and the liquid chamber forming member may be formed from different members and joined. .
[0081]
Moreover, the shape, arrangement | positioning, and formation method of a nozzle, a pressurization chamber, a fluid resistance part, and a common liquid chamber flow path in the said embodiment can be changed suitably. For example, in the above embodiment, the nozzle is a side shooter type inkjet head formed so that ink droplets are ejected in the displacement direction of the vibration plate, but the ink droplets are formed in the direction intersecting the displacement direction of the vibration plate. An edge shooter type inkjet head formed so as to be ejected may be used.
[0082]
  Furthermore, although the electrostatic actuator according to the present invention has been described as an example in which the electrostatic actuator according to the present invention is applied to an actuator unit of an inkjet head, the present invention is applied to an actuator unit of another actuator device such as a micromotor, a micropump, or a microactuator. You can also. Further, the present invention can be similarly applied to a droplet discharge head that discharges droplets such as a liquid resist in addition to an inkjet head that discharges ink droplets.Further, as described above, the image forming apparatus such as a printer, a facsimile machine, and a plotter, and the apparatus for ejecting liquid droplets can also include the liquid droplet ejection head according to the present invention.
[0083]
【The invention's effect】
  As described above, according to the present inventionDroplet discharge headAccording toAn insulating layer comprising a nozzle that discharges droplets, a discharge chamber that communicates with the nozzle, and a first electrode that also serves as a vibration plate that forms a wall surface of the discharge chamber or a first electrode that is integral with the vibration plate And an electrostatic actuator electrically connected to a member to be grounded.Therefore, crosstalk can be prevented when a conductive substrate is used as the second electrode substrate., Droplet ejection is stable, and reliability and image quality are improved.
[0084]
  According to the droplet discharge head according to the present invention, a nozzle that discharges droplets, a discharge chamber that communicates with the nozzle, and a first electrode that also serves as a diaphragm that forms the wall surface of the discharge chamber or the diaphragm are integrated. Since the electrostatic actuator electrically connected to the first electrode which is a member for grounding the conductive substrate provided with the second electrode facing the first electrode via the insulating layer is provided on the second electrode substrate. Crosstalk in the case of using a conductive substrate can be prevented with a simple configuration, droplet ejection is stable, and reliability and reliability are improved.
  here,The configuration is further simplified by electrically connecting the conductive substrate and the first electrode by capacitive coupling. At this time, by making the electrostatic capacitance between the conductive substrate and the first electrode more than five times the electrostatic capacitance between the conductive substrate and the second electrode, it is possible to reliably prevent crosstalk. it can. In addition, the conductive substrate and the first electrode can be opposed to each other at a facing portion that is wider than the width of the second electrode, so that capacitive coupling between the first electrode and the conductive substrate can be performed with a simple configuration. .
[0085]
Moreover, by making the conductive substrate and the first electrode into a direct electrical connection, the conductive substrate can be grounded without increasing the area of the conductive substrate.
[0086]
Furthermore, the conductive substrate and the first electrode are electrically connected by a conductive film formed on the flow path surface, so that the conductive substrate can be grounded with a simple configuration without increasing the element area. It becomes like this.
[0087]
Furthermore, since the conductive substrate and the first electrode are electrically connected via ink, the conductive substrate can be grounded with a simple configuration. In this case, the conductive substrate and the first electrode can be more reliably electrically connected by forming the conductive film on the flow path surfaces of the conductive substrate and the first electrode.
[0088]
  According to the droplet discharge head according to the present invention, a nozzle that discharges droplets, a discharge chamber that communicates with the nozzle, and a first electrode that also serves as a diaphragm that forms the wall surface of the discharge chamber or the diaphragm are integrated. Since the electrostatic actuator electrically connected to the third electrode, which is a member for grounding the conductive substrate provided with the second electrode facing the first electrode through the insulating layer, is provided on the second electrode substrate. Crosstalk in the case of using a conductive substrate can be prevented with high reliability without causing a significant complication of the configuration, ink droplet ejection is stabilized, and reliability is improved.
[0089]
In this case, the third electrode can have the same layer structure as the second electrode, so that the third electrode can be formed without increasing the cost. Moreover, the conductive substrate and the third electrode can be reliably electrically connected by connecting the conductive substrate and the third electrode through a contact hole formed in the insulating layer. In this case, since the oxide film is not formed on the portion facing the contact hole of the conductive substrate, the electrical connection can be stably secured. In addition, by forming a metal layer that has the effect of gettering oxygen atoms on the side surface of the contact hole of the third electrode, the adhesion strength between the third electrode and the insulating layer is increased, and defects such as peeling are prevented and stable. Secure electrical connection. This metal layer can be formed by a simple process by using Ti or Cr.
[0096]
  According to the inkjet recording apparatus of the present invention,Provided with a droplet discharge head according to the present inventionTherefore, crosstalk is prevented when a conductive substrate is used as the substrate for the second electrode, stable ink droplet ejection can be performed, and image quality is improved.
[0100]
  According to the ink jet recording apparatus of the present invention, a nozzle that discharges ink droplets, a discharge chamber that communicates with the nozzle, and a first electrode that also serves as a vibration plate that forms a wall surface of the discharge chamber or a vibration plate integrated with the first electrode. Since the inkjet head provided with the electrostatic actuator which provided the 2nd electrode facing 1 electrode on the conductive substrate through the insulating layer was mounted, and the conductive substrate of this inkjet head was grounded, the second electrode Crosstalk when a conductive substrate is used as the substrate is prevented, and stable ink droplet ejection can be performed, thereby improving image quality.
  According to the image forming apparatus and the apparatus for ejecting droplets according to the present invention, since the droplet ejection head according to the present invention is provided, stable droplet ejection can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective explanatory view of a mechanism portion of an ink jet recording apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory side view of the mechanism part.
FIG. 3 is an exploded perspective view of the ink jet head according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional explanatory view of the head in the longitudinal direction of the diaphragm.
FIG. 5 is a cross-sectional explanatory diagram of the head in the lateral direction of the diaphragm.
FIG. 6 is a block diagram illustrating an example of a head drive control unit of the recording apparatus.
FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining an equivalent circuit of the head
FIG. 8 is a cross-sectional explanatory view of a short side direction of a diaphragm of an inkjet head according to a comparative example.
FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining an equivalent circuit of the head of the comparative example.
FIG. 10 is a cross-sectional explanatory diagram of the second embodiment of the inkjet head according to the present invention in the diaphragm lateral direction.
FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating an equivalent circuit of the head
FIG. 12 is an exploded perspective view of a third embodiment of an inkjet head according to the present invention.
FIG. 13 is a cross-sectional explanatory view of the head in the longitudinal direction of the diaphragm.
FIG. 14 is a cross-sectional explanatory view of the third electrode portion of the head in the longitudinal direction of the diaphragm.
FIG. 15 is a cross-sectional explanatory view of the head in the lateral direction of the diaphragm.
FIG. 16 is a cross-sectional explanatory view of the fourth embodiment of the inkjet head according to the invention in the longitudinal direction of the diaphragm.
FIG. 17 is a cross-sectional explanatory diagram of the third electrode portion of the head in the longitudinal direction of the diaphragm.
FIG. 18 is a cross-sectional explanatory diagram of the head in the lateral direction of the diaphragm.
FIG. 19 is a top view for explaining the manufacturing process of the electrode substrate of the ink jet head according to the third embodiment.
20 is a top view for explaining the process following FIG. 19; FIG.
FIG. 21 is an explanatory cross-sectional view for explaining the same manufacturing process.
FIG. 22 is a cross-sectional explanatory view in the longitudinal direction of a diaphragm of a fifth embodiment of an inkjet head according to the invention.
FIG. 23 is a cross-sectional explanatory view of the head in the short direction of the diaphragm.
FIG. 24 is an explanatory diagram for explaining an equivalent circuit of the head
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 ... Carriage, 14 ... Head, 24 ... Conveyance roller, 33 ... Discharge roller, 40 ... Inkjet head, 41 ... Flow path substrate, 42 ... Electrode substrate (conductive substrate), 43 ... Nozzle plate, 44 ... Nozzle, 46 ... pressurizing chamber, 47 ... fluid resistance section, 48 ... common channel liquid chamber, 50 ... diaphragm, 55 ... electrode, 56 ... gap, 60 ... electrostatic capacity coupling region, 71 ... conductive film, 75 ... third Electrode, 76, contact hole, 80, 81, conductive film, 82, ink.

Claims

液滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する吐出室と、この吐出室の壁面を形成する振動板を兼ねる第１電極又は振動板と一体の第１電極に対向する第２電極を絶縁層を介して導電性基板上に設け、前記振動板を静電気力で変形させる静電アクチュエータとを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、前記静電アクチュエータの前記導電性基板を、接地する部材と電気的に接続したことを特徴とする液滴吐出ヘッド。 An insulating layer comprising a nozzle that discharges droplets, a discharge chamber that communicates with the nozzle, and a first electrode that also serves as a vibration plate that forms a wall surface of the discharge chamber or a first electrode that is integral with the vibration plate In the liquid droplet ejection head, which is provided on the conductive substrate via the electrode and includes an electrostatic actuator that deforms the vibration plate by electrostatic force, the conductive substrate of the electrostatic actuator is electrically connected to a grounding member. A droplet discharge head characterized by being connected.

液滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する吐出室と、この吐出室の壁面を形成する振動板を兼ねる第１電極又は振動板と一体の第１電極に対向する第２電極を絶縁層を介して導電性基板上に設け、前記振動板を静電気力で変形させる静電アクチュエータとを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、前記静電アクチュエータの前記導電性基板を、接地する部材と電気的に接続し、前記接地する部材が前記第１電極であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。 An insulating layer comprising a nozzle that discharges droplets, a discharge chamber that communicates with the nozzle, and a first electrode that also serves as a vibration plate that forms a wall surface of the discharge chamber or a first electrode that is integral with the vibration plate In the liquid droplet ejection head, which is provided on the conductive substrate via the electrode and includes an electrostatic actuator that deforms the vibration plate by electrostatic force, the conductive substrate of the electrostatic actuator is electrically connected to a grounding member. The droplet discharge head , wherein the member to be connected and grounded is the first electrode.

請求項２に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記導電性基板と前記第１電極とを静電容量結合で電気的に接続していることを特徴とする液滴吐出ヘッド。In the droplet discharge head according to claim 2, the droplet discharge head is characterized in that electrically connect a line between the electrically conductive substrate and the first electrode by electrostatic capacitive coupling.

請求項３に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記導電性基板と前記第１電極との間の静電容量が前記導電性基板と前記第２電極との間の静電容量の５倍以上であることを特徴と液滴吐出ヘッド。4. The liquid droplet ejection head according to claim 3, wherein a capacitance between the conductive substrate and the first electrode is not less than five times a capacitance between the conductive substrate and the second electrode. There are features and droplet discharge head .

請求項３又は４に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記導電性基板と前記第１電極とは前記第２電極の面積よりも面積の広い対向部分で対向していることを特徴とする液滴吐出ヘッド。In the droplet discharge head according to claim 3 or 4, the droplets, characterized in that facing a wide portion facing area than the area of the second electrode and the said electrically conductive substrate and the first electrode Discharge head .

請求項２に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記導電性基板と前記第１電極とは直流的な電気的接続がなされていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。In the droplet discharge head according to claim 2, the droplet discharge head, wherein said conductive substrate and the first electrode, characterized in that there have been direct electrical connection.

請求項２に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記導電性基板と前記第１電極とは素子表面に形成した導電性膜で電気的接続がなされていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。In the droplet discharge head according to claim 2, the droplet discharge head, characterized in that the said conductive substrate and the first electrode have been made electrically connected by the conductive film formed on the surface of the device.

請求項２に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記導電性基板と前記第１電極とはインクを介して電気的接続がなされることを特徴とする液滴吐出ヘッド。In the droplet discharge head according to claim 2, the droplet discharge head, wherein the said conductive substrate and the first electrode is made as electrically connected through the ink.

請求項８に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記導電性基板及び前記第１電極の素子表面には導電性膜が形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。In the droplet discharge head according to claim 8, the droplet discharge head is characterized in that the element surface of the conductive substrate and the first electrode is a conductive film is formed.

液滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する吐出室と、この吐出室の壁面を形成する振動板を兼ねる第１電極又は振動板と一体の第１電極に対向する第２電極を絶縁層を介して導電性基板上に設け、前記振動板を静電気力で変形させる静電アクチュエータとを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、前記静電アクチュエータの前記導電性基板を、接地する部材と電気的に接続し、前記接地する部材が前記絶縁層上に形成された第３電極であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。 An insulating layer comprising a nozzle that discharges droplets, a discharge chamber that communicates with the nozzle, and a first electrode that also serves as a vibration plate that forms a wall surface of the discharge chamber or a first electrode that is integral with the vibration plate In the liquid droplet ejection head, which is provided on the conductive substrate via the electrode and includes an electrostatic actuator that deforms the vibration plate by electrostatic force, the conductive substrate of the electrostatic actuator is electrically connected to a grounding member. A droplet discharge head , wherein the member to be connected and grounded is a third electrode formed on the insulating layer.

請求項１０に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記第３電極は前記第２電極同じ層構成であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。In the droplet discharge head according to claim 10, the droplet discharge head, wherein the third electrode is the second electrode same layer structure.

請求項１１に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記導電性基板と前記第３電極とは前記絶縁層に形成したコンタクトホールを介して接続されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。In the droplet discharge head according to claim 1 1, the droplet discharge f head of the said conductive substrate and the third electrode, characterized in that it is connected through a contact hole formed in said insulating layer .

請求項１２に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記導電性基板の前記コンタクトホールが臨む部分には酸化膜が形成されていないことを特徴とする液滴吐出ヘッド。In the droplet discharging head according to claim 12, the droplet discharge head in said contact hole faces the portion of the conductive substrate is characterized in that it is not formed oxide film.

請求項１２又は１３に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記第３電極の最下層には酸素原子をゲッターリングする効果のある金属層が形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。In the droplet discharging head according to claim 12 or 13, wherein the droplet discharge head is the lowest layer of the third electrode, wherein a metal layer having an effect of gettering oxygen atoms are formed.

請求項１４に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記金属層がＴｉ又はＣｒからなることを特徴とする液滴吐出ヘッド。In the droplet discharge head according to claim 14, the droplet discharge head, wherein the metal layer is made of Ti or Cr.

インク滴を吐出する静電型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、前記静電型インクジェットヘッドが前記請求項１ないし１５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。 16. An ink jet recording apparatus equipped with an electrostatic ink jet head for discharging ink droplets, wherein the electrostatic ink jet head is the liquid droplet ejecting head according to any one of claims 1 to 15. apparatus.

インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する吐出室と、この吐出室の壁面を形成する振動板を兼ねる第１電極又は振動板と一体の第１電極に対向する第２電極を絶縁層を介して導電性基板上に形成し、前記振動板を静電気力で変形させる静電アクチュエータとを備えた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の導電性基板を電気的に接地していることを特徴とするインクジェット記録装置。 Insulating layer includes a nozzle that discharges ink droplets, a discharge chamber that communicates with the nozzle, and a first electrode that doubles as a vibration plate that forms a wall surface of the discharge chamber, or a second electrode that faces the first electrode integrated with the vibration plate In an ink jet recording apparatus equipped with an ink jet head including an electrostatic actuator that is formed on a conductive substrate through an electrostatic force to deform the diaphragm with electrostatic force, the conductive substrate of the ink jet head is electrically grounded. An ink jet recording apparatus.

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１５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。 16. An image forming apparatus equipped with a droplet discharge head for discharging droplets, wherein the droplet discharge head is the droplet discharge head according to any one of claims 1 to 15 .

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１ないし１５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。 16. An apparatus for ejecting droplets from a droplet ejection head, wherein the droplet ejection head is the droplet ejection head according to any one of claims 1 to 15 .