JPH11157067A

JPH11157067A - 記録ヘッド

Info

Publication number: JPH11157067A
Application number: JP33006797A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Ota; 英一太田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1997-12-01
Filing date: 1997-12-01
Publication date: 1999-06-15

Abstract

(57)【要約】【課題】記録ヘッドの振動板基板と電極基板とを陽極
接合する際における振動板の変形を防止する。【解決手段】電極と振動板の間に働く静電力によって
振動板を変形せしめ、その発生した圧力によって記録体
を被記録体に吐出する記録ヘッドにおいて、前記振動板
と電極との間隔を一定に保つため前記電極基板に設けら
れた段差部の側面と電極の設けられた面とのなす角度が
著しく鋭角である場合、陽極接合時に前記段差部に発生
する大きな静電力による振動板の変形を防止するため、
前記角度を１４°以上にするか、電極と振動板基板を同
電位とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、記録ヘッドに関す
るものであり、カラープリント等の高画質印刷、また、
マイクロポンプ，圧力センサ等の構造としても利用可能
な記録ヘッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】オンデマンド型インクジェットヘッドと
しては、液室の壁の一部を薄い振動板にしておき、ここ
に電気機械変換素子として圧電素子を設け、電圧印加に
伴って発生する圧電素子の変形で前記振動板を変形せし
め、液室の圧力を変化させインクを吐出する方式（ピエ
ゾオンデマンド型）、液室内部に発熱体素子を設け、通
電による発熱体の加熱によって気泡を発生せしめ、気泡
の圧力によってインクを吐出する方式（バブルジェット
方式）が広く一般に知られている。これらの方式には、
小型化，高密度化，高速化，高画質化等の課題が有り、
これらの課題を解決するものとして、静電型インクジェ
ットが提案されている。静電型インクジェットは、液室
に設けた薄い振動板を静電気で変形させ、その変形によ
って液室の圧力を上昇させてインクを吐出させるもので
ある。例えば、特開平５−５０６０１号公報ではシリコ
ンから成る中基板に、ノズル，吐出室，インクキャビテ
ィー及び振動板をエッチングにて形成し、インク供給口
を有する上基板と前記振動板に対向して電極を設けた下
基板とを一体化してヘッドを構成し、振動板と電極間に
電界を印加して前記の原理でインクを吐出させるものが
開示されている。また、例えば、特開平６−７１８８２
号公報には、低電圧駆動を目的として、振動板と電極の
間隔を０.０５μ〜２.０μに限定したものが開示されて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような構成の静電
型ヘッド（アクチュエータ）は、振動板基板と電極基板
とを陽極接合法を用いて対向接合させるのが一般的であ
る。陽極接合時には振動板基板（Ｓｉ）側に＋、また、
電極基板（パイレックスガラス）側には−の電位を印加
し、ガラス基板内のアルカリイオンの移動に伴う電荷の
偏りによって両基板間に働く静電力が発生し、これを接
合の駆動力の一つとしている。この際、両基板の間隔を
一定にするために設けられた段差部の形状があまりにも
鋭角である場合には、その部分に働く静電力が著しく大
きくなり、振動板基板が変形をしたまま、接合される事
態が起こる。そこで、本発明の第１の課題は、接合時に
発生するこの変形を防止することであり、また、第２の
課題は、段差形状によってはその部分に働く静電力が著
しく大きくなる性質を積極的に利用し、比較的低電圧で
振動板の変位を大きくできる構成を提供することであ
る。また、更に第３の課題は、振動板と電極上の絶縁膜
とが接触した際の両者の固着を防止する構成を提供する
ことである。以下、各請求項毎にその課題を具体的に説
明する。

【０００４】請求項１の発明の課題は、振動板基板と電
極基板との陽極接合時における振動板基板の変形を防止
し、電極と振動板との間隔を所定に保ち、インク吐出の
均一性とギャップの再現性を向上させることである。

【０００５】請求項２の発明の課題は、前記段差の角度
が著しく鋭角であっても、振動板基板と電極基板との陽
極接合時における振動板基板の変形を防止し、電極と振
動板との間隔を所定に保ち、インク吐出の均一性とギャ
ップの再現性を向上させることである。

【０００６】請求項３及び４の発明の課題は、請求項２
の発明の課題に加え、陽極接合時における振動板基板と
電極とを同電位にするための電気配線の煩わしさを低減
することである。

【０００７】請求項５の発明の課題は、段差の側面と電
極も設けられた面とのなす角が著しく鋭角である場合
に、その部分に働く静電力が著しく大きくなる性質を積
極的に利用し、比較的低電圧で振動板の変位を大きくで
きる構成を提供し、かつ、陽極接合時の振動板基板の変
形を防ぐことで電極との間隔を所定に保つことができ、
インク吐出の均一性とギャップの再現性を向上させるこ
とである。

【０００８】請求項６の発明の課題は、振動板と電極上
の絶縁膜とが接触した際の両者の固着を防止するととも
に、陽極接合時の振動板基板の変形を防ぐことで電極と
の間隔を所定に保ち、かつ、インク吐出の均一性とギャ
ップの再現性を向上させることである。

【０００９】請求項７の発明の課題は、請求項５の課題
に加え、振動板と電極上の絶縁膜とが接触したさいの両
者の固着を防止することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、記録
体を吐出する吐出口と、記録体に吐出の圧力を加える加
圧液室を有し、加圧液室の一部を構成する振動板が形成
された振動板基板と、振動板と対向する位置に形成され
た第１電極を持つ電極基板とを有し、前記電極と振動板
の間に働く静電力によって振動板を変形せしめ、発生し
た圧力によって記録体を被記録体に吐出する記録ヘッド
において、前記振動板と電極との間隔を一定に保つため
前記電極基板に設けられた段差の側面と電極の設けられ
た面とのなす角度が１４°以上である記録ヘッドであ
る。

【００１１】請求項２の発明は、請求項１に記載された
記録ヘッドにおいて、前記段差の側面に第２の電極を設
けた記録ヘッドである。

【００１２】請求項３の発明は、請求項２に記載された
記録ヘッドにおいて、前記第２の電極が前記振動板基板
と電気的に接している記録ヘッドである。

【００１３】請求項３の発明は、請求項２に記載された
記録ヘッドにおいて、前記振動板基板と電極基板とが陽
極接合される以前は、前記第１電極と第２電極が引き出
し電極部で接続されており、陽極接合後には電気的に断
絶した状態となる記録ヘッドである。

【００１４】請求項５の発明は、記録体を吐出する吐出
口と、記録体に吐出の圧力を加える加圧液室を有し、加
圧液室の一部を構成する振動板が形成された振動板基板
と、振動板と対向する位置に形成された第１電極を持つ
電極基板とを有し、前記電極と振動板の間に働く静電力
によって振動板を変形せしめ、発生した圧力によって記
録体を被記録体に吐出する記録ヘッドにおいて、前記段
差の側面と電極の設けられた面とのなす角度が１５°以
下であって、前記第１電極が前記電極基板上面から前記
段差の側面に跨って設けられ、かつ、電極上あるいは振
動板の対向表面には絶縁膜が設けられている記録ヘッド
である。

【００１５】請求項６の発明は、請求項５に記載された
記録ヘッドにおいて、前記絶縁膜の全表面エネルギーが
５０ｍＪ／ｍ²以下である記録ヘッドである。

【００１６】請求項７の発明は、請求項５又は６に記載
された記録ヘッドにおいて、前記絶縁膜が硬質炭素膜で
ある記録ヘッドである。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の記録ヘッドの実
施例を断面で示したものである。図１において、前記記
録ヘッドの下基板（電極基板）１には振動板基板４の振
動板５に対向するように、第１電極２が配置されてお
り、下基板上には振動板５と加圧液室６となる凹部が設
けられた振動板基板４が接合され、さらに、その上に吐
出口８及び流路９とが形成された上基板７が接合されて
いる。前記記録ヘッドは、この構成において振動板５と
電極２間に電界を印加して、振動板を静電力で変形さ
せ、その変形或いは変形が復元するときの復元力によっ
て液室の圧力を上昇させてインクを吐出させるものであ
る。

【００１８】下基板１と振動板基板４とは陽極接合法に
よって接合される。陽極接合時には振動板基板（Ｓｉ）
側に＋を、また、電極基板（パイレックスガラス）側に
は−の電位を印加し、ガラス基板内のアルカリイオンの
移動に伴う電荷の偏りによって両基板間に働く静電力が
発生し、これを両基板を接合するための駆動力の一つと
している。この陽極接合の際に、両基板を一定にするた
めに設けられた段差部の形状があまりにも鋭角である場
合には、その部分に働く静電力が著しく大きくなり、振
動板基板が変形（電極側に引き寄せられた状態で）した
まま、接合される事態が起こる。本発明は、以上の問題
点を解決するためになされたものであって、陽極接合時
に上記のような過程で発生する振動板５の変形と段差部
の形状、特に、側面の角度の関係を詳細に調査した結
果、その知見に基づいてなされたものである。表１に角
度ａと振動板の変形量の関係を示す。

【００１９】

【表１】

【００２０】次に、図１におけるＸ−Ｘ′方向の断面図
を示した図２を参考にして請求項１の発明を説明する。
前記表は所定ギャップが０.５μｍである場合を示すも
のであり、この場合に許容できる縦方向の変形量はギャ
ップの６％以下である。表から明らかなように、角度ａ
が大きくなるに従って、縦方向の変形量は著しく低下で
き、１４°以上では許容範囲に入る。さらに、製造上の
マージンを考慮すれば、好ましくは１８°以上であっ
た。そこで、請求項１の発明は、前記振動板５と第１の
電極２との間隔を一定に保つために設けられた段差１０
の側面１１と第１の電極の設けられた面とのなす角度ａ
を１４°以上、さらに好ましくは、１８°以上とし、そ
れによって、前記振動板の変形は実用上支障をきたさな
いレベルまで減少させるものである。

【００２１】ここで、基板１，４，７の材料としては、
ガラス（特には、パイレックス＃７７４０，＃７０７
０，＃７０５９等）、或いは、結晶シリコンが微細加工
の面からは望ましいが、特にこれらに限定されるもので
はない。但し、振動板基板４に関しては、電圧を印加す
るために抵抗の低い材料が望ましく、この意味では低抵
抗の結晶シリコンが好適である。

【００２２】振動板５と第１電極２との間のギャップを
一定に保つために設ける段差１０及び電極を形成する方
法について説明すると、先ず、下基板１表面に段差１０
に相当する部分のみを開口したレジストパターン或いは
エッチングマスクパターンを形成しエッチングする。こ
の際、レジスト或いはマスク材料と基板との密着力が弱
い場合、或いは、レジスト、或いは、マスク材料が基板
エッチャントに侵食される場合には、段差１０の側面が
垂直ではなくなる。

【００２３】次に、電極及び保護層の形成方法について
説明する。下基板１上に電極材料として、主として金属
材料の薄膜をスパッタ法，蒸着法，ＥＢ蒸着法，等の気
相合成法にて堆積せしめ、フォトリソ，エッチングにて
電極とした。より具体的には、金属材料として、Ｔｉ／
Ｐｔ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｗ，Ｔａ，ＮｉＣｒ，Ｃｒｔ等を用
いて膜厚０.０５から０.５ミクロン形成した。金属の他
に透明導電（ＩＴＯ，ＺｎＯ，ＳｎＯ）等が使用できる
が、これらの材料に特に限定されるものではない。ま
た、保護層としては、ＳｉＯ₂，ＳｉＮｘ，ＳｉＯＮ
ｘ，等の無機絶縁膜が使用され、スパッタ法，蒸着法，
ＥＢ蒸着法，等の気相合成法にて堆積せしめ、フォトリ
ソ，エッチングにて保護層とした。

【００２４】さらに、振動板基板の作製方法を説明す
る。Ｓｉ（１００）或いは（１１０）表面にＳｉＯ₂を
約２ミクロンつけたものを基体として、この上の振動板
に対応した位置のＳｉＯ₂をエッチングして開口部をあ
けて、その部分のＳｉのみをＫＯＨ水溶液（数％〜約４
５％）をエッチャントとして、８０℃において振動板の
厚さまで異方性エッチングを施した。この他にウエット
の異方性エッチャントとしてはヒドラジン，ＴＭＨＡな
どが使用できる。また、Ｓｉの高ドープ層を利用した選
択エッチングやＰＮ接合基板の電気化学的手法によるエ
ッチストップ等の利用により振動板厚の制御性向上が図
れる。

【００２５】請求項２の発明は、図３（図には下基板１
と振動板基板４のみを示した。実際には、この上に上基
板７が順次接合されて記録ヘッドは構成される）に示す
ごとく、振動板基板４と第１電極２との間隔を一定に保
つために下基板１に設けられた段差１０の側面１１に第
２電極１２を設けたものである。陽極接合時には、第２
電極１２及び第１電極２と振動板基板４は外部配線で同
電位にする（それぞれに単独に引き出しパッド部にプロ
ーブ端子を接続し、その端子の配線を接続して同電位と
する）。こうすることによって接合時に段差１０の側面
１１と振動板基板４とに働く静電力を皆無にすることが
でき、従って、ギャップの再現性，均一性を著しく向上
できた。この構成のもう一つの利点は、効果が段差部の
形状（段差１０の側面１１と第１電極２の設けられた面
とのなす角度ａ）にほとんど依存しないことである。図
３では、第２電極１２上には絶縁膜３はないが、絶縁膜
の有無は本発明の効果には一向に関係がない。

【００２６】図４は、請求項３の発明を説明するための
図であって、図４には下基板１と振動板基板４のみを示
したが、実際には、この上に上基板７が順次接合されて
記録ヘッドは構成される。振動板基板４と第１電極２と
の間隔を一定に保つために、下基板１に設けられた段差
１０の側面１１に第２電極１２を設けた、かつ、図示し
たごとく第２電極１２は振動板基板４と電気的に接触す
るようにパターニングされている。下基板１の材料とし
ては、ガラス（特には、パイレックス＃７７４０，＃７
０７０，＃７０５９等）を使用したが、特にこれらに限
定されるものではない。記録ヘッドをこのような構成に
することにより、陽極接合時に第２電極１２と振動板基
板４を外部接続を使用することなしに同電位にすること
ができる。つまり、通常は、図３を参考に説明した請求
項２の発明の実施例のように、引き出しパッド部にプロ
ーブ端子を接続し、その端子の配線を接続して同電位と
しているが、プローブ端子では接続不良が起こる可能性
が高く、また、接続治具も複雑になる欠点があるが、本
発明によれば、第２電極１２と振動板基板は自動的に電
気的に接続され同電位となる。しかも、請求項２の発明
と同様の効果及び利点も得ることができる。

【００２７】次に、第２電極のパターン化について説明
する。先ず、下基板１上に電極材料として主として金属
材料の薄膜をスパッタ法，蒸着法，ＥＢ蒸着法，等の気
相合成法にて堆積した。より具体的には、金属材料とし
て、Ｔｉ／Ｐｔ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｗ，Ｔａ，ＮｉＣｒ，Ｃ
ｒｔ等を用いて膜厚０.０５から０.５ミクロン形成し
た。金属の他に透明導電（ＩＴＯ，ＺｎＯ，ＳｎＯ）等
が使用できるが、これらの材料に特に限定されるもので
はない。次に、レジストを塗布し、第１電極２及び第２
電極１２パターンを同時に露光し、エッチングにて電極
とした。第２電極１２パターンは、振動板基板４と接す
るように設計しておくことで、フォトリソ回数を増やす
ことなく第２電極を作製することができる。また、保護
層としては、ＳｉＯ₂，ＳｉＮｘ，ＳｉＯＮｘ，等の無
機絶縁膜が使用され、スパッタ法，蒸着法，ＥＢ蒸着
法，等の気相合成法にて堆積せしめ、フォトリソ，エッ
チングにて保護層とした。

【００２８】図５は、請求項４の発明の構成を示す図で
ある（図５には下基板１と振動板基板４のみを示した。
実際には、この上に上基板７が順次接合されて記録ヘッ
ドは構成される）。本発明は、請求項３の記録ヘッドに
おいて、振動板基板４と下基板１とが陽極接合される以
前には、第１電極２と第２電極１２が引き出し電極部１
３で接続されており、陽極接合後には、図５中にカット
分として示すように、例えば、レーザトリマー，エッチ
ング等によりカットして電気的に断絶した状態としたも
のである。図５に示したごとく、第２電極１２は、振動
板基板４と電極的に接触するようにパターニングされて
おり、しかも、第１電極２と第２電極１２が引き出し電
極部１３で接続されているため、振動板基板４と第１電
極２と第２電極１２とは自動的に同電位となる。この構
成によれば、請求項２，３の発明のように外部接続を使
用することなく接合することができる。従って、プロー
ブ端子に付帯する接続不良は皆無となり、かつ、接続治
具も簡単になる。また、ギャップの再現性，均一性を著
しく向上することができ、この効果は、段差部の形状
（図２に示したものと同一であり、段差１０の側面１１
と第１電極２の設けられた面とのなす角度ａ）にほとん
ど依存しない。

【００２９】図６は、請求項５の発明を説明するための
図であって、記録ヘッドの断面を示したものである。本
発明の最大の特徴は、段差の側面と電極の設けられた面
とのなす角度ａが著しい鋭角であることを積極的に利用
して、同一の駆動電圧であっても、比較的大きな振動板
の変位を得られるようにしたことにある。構成について
説明すると、段差１０の側面１１と電極の設けられた面
とのなす角度ａは１５°以下であり、第１電極２が段差
の側面１１に跨って設けられている。静電力は対向する
電極の距離の２乗に反比例して増加するため、振動板と
電極の距離が最も短い側面１１端部より、中心部へと比
較的低電圧で大きな静電力が順次作用していく。すなわ
ち、振動板５が電極表面に密着すると次の位置でのギャ
ップが実質減少するために、逐次中心部まで変形が進行
するものである。また、振動板５が電極表面に密着する
ので、ショート防止のために電極上あるいは振動板の対
向表面に絶縁膜３が設けられている。他の構成ではギャ
ップ０.５μｍで通常７０Ｖで０.１μｍの変位が発生す
るのに対して、本発明では、ギャップ０.５μｍで通常
４０Ｖで０.１μｍの変位が発生した。さらに、本発明
のもう一つの効果は、請求項２乃至４の発明に関連して
説明したと同様の方法によって、振動板基板４と電極基
板（下基板）１との接合時に段差１０の側面１１と振動
板基板４との間で働く静電力を皆無にすることができ、
従って、ギャップの再現性，均一性を著しく向上するこ
とができる。

【００３０】請求項５の発明に関連して説明した静電型
インクジェット特有の問題点として、絶縁膜の表面に吸
着した水分あるいはＯＨ基による電極と振動板との接着
等の問題点がある。そこで、振動板と絶縁膜の固着の問
題に関して鋭意研究を行った結果、膜の表面エネルギー
が固着を支配する主要因であることが判明した。振動板
固着と絶縁膜の全表面エネルギーの関係を示したのが下
表２である。

【００３１】

【表２】

【００３２】表から明らかなように、絶縁膜の全表面エ
ネルギーが約５０ｍＪ／ｍ²以下であれば、振動板固着
の確率は著しく減少し、実用上支障柄を来たさない程度
となる。さらに、好ましくは、４５ｍＪ／ｍ²以下であ
った。絶縁膜の材料としては実際上はフッ素樹脂，ポリ
スチレン，エポキシ系樹脂，パリレン等の有機材料が適
しているが、特にこれらに限定されるものではない。

【００３３】記録ヘッドの絶縁膜としては、前記振動板
との固着の問題の他に、絶縁破壊耐圧が高いこと、耐プ
ロセス性に鑑み化学的安定性が高く、かつ、硬度が高い
こと等が要求される。そのため、上記要件を全て満足す
る絶縁膜に関し、鋭意研究を重ねた結果、気相法で作製
した硬質炭素膜が好適であることが見出された。

【００３４】ここで、本発明の記録ヘッドの硬質炭素膜
についてその製法及び特性について説明する。硬質炭素
膜を形成するためには、有機化合物ガス、特に、炭化水
素ガスが用いられる。これら原料ガスにおける相状態
は、常温常圧において必ずしも気体である必要はなく、
加熱あるいは減圧によって溶融，蒸発，昇華等を経て気
化し得るものであれば液体でも固体でも使用可能であ
る。炭素源としては、Ｃ₂Ｈ₆，Ｃ₃Ｈ₈，Ｃ₄Ｈ₁₀，等の
パラフィン系炭化水素，Ｃ₂Ｈ₄，等のアセチレン系炭化
水素、あるいは、ジオレフィン系炭化水素、更には、芳
香族系炭化水素などすべての炭化水素を含むガスが使用
できる。さらに、炭化水素以外でも、例えば、アルコー
ル類，ケトン類，エーテル類，エステル類，ＣＯ，ＣＯ
₂等少なくとも炭素原子を含む化合物であれば使用可能
である。また、膜中にＳＰ₃結合の炭素と同時に生成さ
れてくるＳＰ₂結合の炭素を選択的に除去するためには
水素を含むガスが用いられる。具体的にはＨ₂，Ｈ₂Ｏ等
である。

【００３５】原料ガスからの硬質炭素膜の形成方法とし
ては、成膜活性種が直流，低周波，高周波、あるいは、
マイクロ波等を用いたプラズマ法により生成されるプラ
ズマ状態を経て形成される方法が好ましいが、大面積
化，均一性向上，成膜温度の低温化等の目的で磁場効果
をも併用した方法（ＥＣＲプラズマＣＶＤ法）が更に好
ましい。その他にもイオンプレーティング，クラスター
イオンビーム等により生成されるイオン状態を経て形成
してもよく、また、ＥＣＲスパッタあるいはスパッタ等
により生成される中性粒子から形成しても、更には、こ
れらを組み合わせた方法で形成してもよい。このように
して作製される硬質炭素膜の成膜条件の一例は、プラズ
マＣＶＤの場合の概ね次の通りである。また、得られた
膜の機械特性は前述した通りである。

【００３６】ＲＦパワー：０.１〜５０Ｗ／ｃｍ² 圧力：１０^-3〜１０Ｐａ堆積温度：室温〜９００℃

【００３７】得られた硬質炭素膜は炭素原子を主要な構
成元素とし、非晶質及び微結晶質の少なくとも一方を含
む膜状物質であった（ダイヤモンド状炭素膜，ｉ−Ｃ
膜，アモルファスダイヤモンド膜とも呼ばれている）。
硬質炭素膜の一つの特徴は、以下の通りである。気相成
長で比較的低温で合成できる点、膜の表面エネルギーが
低く撥水性がある点、絶縁耐圧の点で優れており（５×
１０⁶ｖ／ｃｍ以上）かつ化学的安定性に優れている。
硬度が高くかつ摩擦係数が小さい（０.３〜０.１）の
で、耐摩耗性が優れている。ヤング率が３〜７（１０⁴
Ｋｇ／ｍｍ²）と大きい。従って、前記絶縁膜の目的を
達成するためには好適な材料である。

【００３８】上記の目的に適している硬質炭素膜の膜厚
は、５０〜５００ｎｍであった。５０ｎｍ以下では基板
の表面性にもよるが、膜の耐圧が減少し、かつ、長期使
用時における安定性の低下が著しい。さらに、５００ｎ
ｍ以上では膜の剥離が頻発した。これらの理由から膜厚
の範囲としてより好ましくは１００〜３５０ｎｍであっ
た。

【００３９】更に、膜の表面エネルギーを低減すべく鋭
意研究した結果、膜中の水素原子をＦ原子で置換えする
か、あるいは、Ｎ原子を骨格の構成元素として膜中に導
入することが特に効果的であることが見出された。Ｆ原
子を導入するためには、原料ガスとして、ＣＨ₃Ｆ，Ｃ
Ｈ₂Ｆ₂，ＣＨＦ₃等のＦ元素を内包する炭化水素系のガ
スを使用すればよい。また、Ｎ原子を導入するためには
原料ガスとしてＮ₂，ＮＨ₃，Ｎ₂Ｈ₂，等のＮ元素を内包
するガスを使用すればよい。それぞれの原子を膜に導入
した際の純水に対する全表面エネルギーの変化を下表に
示した。

【００４０】

【表３】

【００４１】図７は、請求項７の発明を説明するための
図であって、図７（Ａ）は、第１電極２の表面全面にわ
たって硬質炭素膜１４を設けたものを示している。従来
素子では、電極の保護膜としてはＳｉＯ₂，Ｓｉ₃Ｎ₄等
の無機酸化物が使用されていた。電極及び保護膜の表面
には、空気中の水分，−ＯＨが吸着しており、電極と保
護膜が接触した場合に、水素結合的な化学結合が生じ、
電圧を零にしても両者が接合した状態のままになってし
まう。この現象は、電極を透明電極にしたときに特に著
しい。これに対して、硬質炭素膜は、水分，−ＯＨ基の
吸着量が非常に少なく、上記のような問題は生じなかっ
た。更に、硬質炭素膜は比抵抗及び絶縁耐圧が高く、電
気的な絶縁層の機能を果たすことは言うまでもない。図
７（Ｂ）は、電極２の上の一部だけに硬質炭素膜１４を
設けたもので、この構成でも上記目的は達成できる。

【００４２】

【発明の効果】請求項１に対応する効果：記録体を吐出
する吐出口と、記録体に吐出の圧力を加える加圧液室を
有し、加圧液室の一部を構成する振動板が形成された振
動板基板と、振動板と対向する位置に形成された第１電
極を持つ電極基板とを有し、前記電極と振動板の間に働
く静電力によって振動板を変形せしめ、その発生した圧
力によって記録体を被記録体に吐出する記録ヘッドにお
いて、前記振動板と電極との間隔を一定に保つために設
けられた段差の側面と電極の設けられた面とのなす角度
が１４°以上である構成をとったことで、ギャップの再
現性、均一性を著しく向上できる。

【００４３】請求項２に対応する効果：前記振動板と電
極との間隔を一定に保つために設けられた段差の側面に
第２の電極を設けたことで、ギャップの再現性、均一性
を著しく向上できる。また、この効果は段差部の形状
（段差１０の側面１１と第１電極２に設けられた面との
なす角度ａ）にほとんど依存しない。

【００４４】請求項３に対応する効果：前記第２の電極
が前記振動板と電気的に接している構成をとったこと
で、プローブ端子に付帯する接続不良は皆無となりか
つ、接続治具も簡単になる。また、ギャップの再現性、
均一性が著しく向上でき、この効果は段差部の形状（段
差１０の側面１１と第１電極２の設けられた面とのなす
角度ａ）にほとんど依存しない。

【００４５】請求項４に対応する効果：請求項３におい
て、前記振動板基板と電極基板とが陽極接合される以前
で、前記第１電極と第２電極が引き出し電極部で接続さ
れており、陽極接合後には電気的に断絶した状態とする
ことにより、プローブ端子に付帯する接続不良は皆無と
なりかつ、接続治具も簡単になる。また、ギャップの再
現性、均一性を著しく向上でき、この効果は段差部の形
状（段差１０の側面１１と第１電極２の設けられた面と
のなす角度ａ）にほとんど依存しない。

【００４６】請求項５に対応する効果：前記段差の側面
と電極の設けられた面とのなす角度が１５°以下の鋭角
であって、前記第１電極が該段差の側面に跨って設けら
れ、かつ、電極上あるいは振動板の対向表面には絶縁膜
が設けられているために、同一の駆動電圧であっても、
比較的大きな振動板の変位が得られる。接合時に段差１
０の側面１１と振動板基板４とに働く静電力を皆無にす
ることができ、従って、ギャップの再現性、均一性を著
しく向上できる。

【００４７】請求項６に対応する効果：請求項４におけ
る絶縁膜の全表面エネルギーが５０ｍＪ／ｍ²以下であ
るために、振動板との固着の問題が解決される。

【００４８】請求項７に対応する効果：前記絶縁膜が硬
質炭素膜であることにより、振動板との固着の問題が解
決される。絶縁破壊耐圧が高く素子の破壊が起こらな
い。化学的安定性が高くかつ、硬度がたかいため耐プロ
セス性が向上し歩留まりがあがる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による記録ヘッドの断面図である。

【図２】図１におけるＸ−Ｘ′方向でみた、請求項１
の発明を説明するための記録ヘッドの断面図である。

【図３】請求項２の発明を説明するための、図２と同
様の要部断面図である。

【図４】請求項３の発明を説明するための、図２と同
様の図である。

【図５】請求項４の発明を説明するための、電極基板
（第１の基板）の平面図である。

【図６】請求項５の発明を説明するための、図２と同
様の図である。

【図７】請求項７の発明を説明するための、図２と同
様の図であって、図７（Ａ）は硬質炭素膜を電極全面に
被覆した例を、又、図７（Ｂ）は電極の一部に被覆した
例をそれぞれ示している。

【符号の説明】

１…電極基板（下基板）、２…第１電極、３…絶縁膜、
４…振動板基板、５…振動板、６…加圧液室、７…上基
板、８…吐出口、９…流路、１０…段差、１１…（段差
の）側面、１２…第２電極、１３…引き出し電極部、１
４…硬質炭素膜。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】記録体を吐出する吐出口と、記録体に吐
出の圧力を加える加圧液室を有し、加圧液室の一部を構
成する振動板が形成された振動板基板と、振動板と対向
する位置に形成された第１電極を持つ電極基板とを有
し、前記電極と振動板の間に働く静電力によって振動板
を変形せしめ、発生した圧力によって記録体を被記録体
に吐出する記録ヘッドにおいて、前記振動板と電極との
間隔を一定に保つため前記電極基板に設けられた段差の
側面と電極の設けられた面とのなす角度が１４°以上で
あることを特徴とする記録ヘッド。
【請求項２】請求項１に記載された記録ヘッドにおい
て、前記段差の側面に第２の電極を設けたことを特徴と
する記録ヘッド。
【請求項３】請求項２に記載された記録ヘッドにおい
て、前記第２の電極が前記振動板基板と電気的に接して
いることを特徴とする記録ヘッド。
【請求項４】請求項３に記載された記録ヘッドにおい
て、前記振動板基板と電極基板とが陽極接合される以前
は、前記第１電極と第２電極が引き出し電極部で接続さ
れており、陽極接合後には電気的に断絶した状態となる
ことを特徴とする記録ヘッド。
【請求項５】記録体を吐出する吐出口と、記録体に吐
出の圧力を加える加圧液室を有し、加圧液室の一部を構
成する振動板が形成された振動板基板と、振動板と対向
する位置に形成された第１電極を持つ電極基板とを有
し、前記電極と振動板の間に働く静電力によって振動板
を変形せしめ、発生した圧力によって記録体を被記録体
に吐出する記録ヘッドにおいて、前記段差の側面と電極
の設けられた面とのなす角度が１５°以下であって、前
記第１電極が前記電極基板上面から前記段差の側面に跨
って設けられ、かつ、電極上あるいは振動板の対向表面
には絶縁膜が設けられていることを特徴とする記録ヘッ
ド。
【請求項６】請求項５に記載された記録ヘッドにおい
て、前記絶縁膜の全表面エネルギーが５０ｍＪ／ｍ²以
下であることを特徴とする記録ヘッド。
【請求項７】請求項５又は６に記載された記録ヘッド
において、前記絶縁膜が硬質炭素膜であることを特徴と
する記録ヘッド。