JP4307938B2 - 静電型アクチュエータ、液滴吐出ヘッド、液体カートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は静電型アクチュエータ、液滴吐出ヘッド、液体カートリッジ及び画像形成装置に関する。

例えば、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は、インク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、加圧液室、インク流路とも称される）と、この液室内のインクを加圧するためのエネルギーを発生するアクチュエータ手段とを備えて、エネルギーを発生することによって液室内のインクに圧力を作用させ、ノズルからインク滴を吐出させるものである。

インクジェットヘッドとしては、電気機械変換素子などの圧電型アクチュエータを用いたもの、電気熱変換素子に膜沸騰を利用するサーマル型アクチュエータを用いたもの、振動板と電極間の静電力を利用する静電型アクチュエータを用いたものなどがあり、この中でも静電型アクチュエータを用いたインクジェットヘッドは、小型化、高速化、高密度化、省電力化において他の方式のヘッドに比べて優位であることから、現在開発が盛んに行われている。

このような静電型アクチュエータを用いたインクジェットヘッドとしては、個別電極を形成した電極基板と、液室及び個別電極に空隙（ギャップ）を介して対向する振動板を形成した流路基板と、ノズルを形成したノズル基板との積層構造で構成されるものが知られている。
特開平６−７１８８２号公報

この静電型インクジェットヘッドは、ノズルに連通した液室の一面に振動板を形成し、また振動板に対向させて個別電極を配し、振動板と個別電極間に駆動パルス電圧を印加することで、個別電極と振動板の間に発生する静電力によって振動板を変形させ、電圧を除去することによって振動板が復帰変形することにより、液室内のインクに圧力をかけ、ノズルからインク滴を吐出させるものである。

ところで、静電型インクジェットヘッドにおいては、振動板の変位により液滴を吐出する機構を採用していることから、外気の気圧あるいは気温の変化によって振動板の変位に影響が生じると、滴吐出特性が変動することになる。

すなわち、静電型アクチュエータが閉じられた系により形成されることで、アクチュエータ駆動室内の気圧と外気圧の気圧差によって振動板の平衡状態が変化することになり、吐出される液滴の吐出量や速度（滴吐出特性）が変化し、安定した動作を維持できなくなる。

そこで、アクチュエータ駆動室に連通した第二の空気室を形成し、この第二の空気室は段差を複数有する形状に形成して、各段差部分に対応して個別電極及び振動板を形成することにより、段階的に容積を変化可能として、アクチュエータ駆動室に対する外気の気圧変動を緩和し、液滴の吐出不良防止を図り、より広範囲の環境気圧に対応できるようにしたヘッドが知られている。
特開２０００−２７２１２０公報

またアクチュエータの駆動室に連通した第二の空気室に、振動板より剛性の低い低剛性可変部を形成し、アクチュエータ駆動室内の容積変化あるいは圧力変動によって低剛性可変部が変形することで容積変化や圧力変動を吸収することにより、振動板の平衡状態を保持するようにしたヘッドも知られている。
特開２００２−２７３８７２公報

一方、上記のような電極基板、流路基板及びノズル基板を用いる静電型インクジェットヘッドにおいては、流路基板は、結晶面方位（１１０）のシリコン基板をＫＯＨ水溶液などの強いアルカリ性エッチング液で異方性エッチングすることで、所望の厚さの振動板及び液室が形成される。

しかしながら、インクジェットヘッドの更なる小型化、高密度化に伴って、シリコン基板の異方性エッチングで振動板を形成する方法では、隣接ビット間の隔壁が薄くなり、その結果隔壁の剛性が低下して、隣接ビット間のクロストークが発生して、滴吐出特性が不安定になる。

そこで、個別電極を形成する基板に犠牲層エッチングによって振動板及び空隙部（ギャップ）を形成し、この基板上に液室間隔壁を形成する流路基板を接合することでヘッドを構成すること提案されている。
特開２００１−１８３８３公報

この犠牲層エッチングによる方法を用いることにより、流路基板は振動板の厚みを考慮することなく隔壁を形成することが可能になり、所望の隔壁剛性を得ることができる。

上述したように、犠牲層エッチングによって振動板及び空隙部（ギャップ）を形成するためには、犠牲層を除去するためのエッチングホール（犠牲層除去孔）を形成して犠牲層を除去した後、ギャップ内に液室からインクが流入することを防止し、あるいは外気からの水分あるいは異物がギャップ内に侵入することを防止するために、エッチングホールを封止して外部と遮断しなければならない。

このようなエッチングホールの封止は、主に接着剤等の樹脂材料が用いられているが、樹脂材料は透気性を有することから、ギャップ内を外気と完全に遮断することはできない。

そのため、犠牲層エッチングでギャップを形成する静電型アクチュエータ及びこれを用いた液滴吐出ヘッドにあっては、アクチュエータ駆動室内の圧力変動によって、振動板の動作が不安定になり、またこの結果滴吐出特性が変動するという課題が生じている。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、安定した動作特性が得られる静電型アクチュエータ、安定した滴吐出特性が得られて高画質記録が可能な液滴吐出ヘッド、この液滴吐出ヘッドを一体化した液体カートリッジ、この液滴吐出ヘッド又は液体カートリッジを搭載した画像形成装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係る静電型アクチュエータは、犠牲層エッチングにより振動板と電極間にギャップ（空隙）を形成し、ギャップに連通し、犠牲層エッチングにより形成されたバッファ室を有し、ギャップ及びバッファ室を犠牲層エッチングにより形成するときに用いる犠牲層除去孔が、透気性を有する樹脂材料で封止されている構成とした。
本発明に係る静電型アクチュエータは、犠牲層エッチングにより振動板と電極間にギャップ（空隙）を形成し、ギャップに連通し、犠牲層エッチングにより形成されたバッファ室を有し、ギャップとバッファ室との間は犠牲層エッチングにより形成された連通路で連通され、連通路を犠牲層エッチングにより形成するときに用いる犠牲層除去孔が、透気性を有する樹脂材料で封止されている構成とした。

ここでバッファ室は、壁面の一部が容積可変に形成されていることが好ましい。

本発明に係る液滴吐出ヘッドは、本発明に係る静電型アクチュエータを含む基板と、液室が形成された流路基板と、液滴を吐出するためのノズルが形成されたノズル基板とによる構成とした。

ここで、バッファ室と連通したキャビティ室を有していることが好ましい。また、バッファ室と透気性を有した樹脂材料を介して連通したキャビティ室を有していることが好ましい。さらに、バッファ室が流路基板に形成されていることが好ましい。

本発明に係る液体カートリッジは、本発明に係る液滴吐出ヘッドとこの液滴吐出ヘッドに液体を供給する液体タンクを一体化したものである。

本発明に係る液体画像形成装置は、液滴を吐出する本発明に係る液滴吐出ヘッド、または本発明に係る液体カートリッジを搭載したものである。

本発明に係る静電型アクチュエータによれば、犠牲層エッチングにより振動板と電極間にギャップ（空隙）を形成し、ギャップに連通し、犠牲層エッチングにより形成されたバッファ室を有し、ギャップ及びバッファ室を犠牲層エッチングにより形成するときに用いる犠牲層除去孔が、透気性を有する樹脂材料で封止されている構成としたので、アクチュエータの駆動時に生ずるギャップ内の気圧変動をバッファ室の容積により吸収することができ、ギャップ内の気圧変動が緩和され、安定した動作が得られる。
本発明に係る静電型アクチュエータによれば、犠牲層エッチングにより振動板と電極間にギャップ（空隙）を形成し、ギャップに連通し、犠牲層エッチングにより形成されたバッファ室を有し、ギャップとバッファ室との間は犠牲層エッチングにより形成された連通路で連通され、連通路を犠牲層エッチングにより形成するときに用いる犠牲層除去孔が、透気性を有する樹脂材料で封止されている構成としたので、アクチュエータの駆動時に生ずるギャップ内の気圧変動をバッファ室の容積により吸収することができ、ギャップ内の気圧変動が緩和され、安定した動作が得られる。

また、本発明に係る液滴吐出ヘッド及び液体カートリッジによれば、本発明に係る静電型アクチュエータを備えているので、振動板の振動変位が安定するとともに、滴吐出量および滴吐出速度の安定化が図れ、信頼性に優れ、高画質記録が可能になる。

本発明に係る画像形成装置によれば、本発明に係る液滴吐出ヘッド又はこれを含む液体カートリッジを備えているので、高画質記録を行うことができる。

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。
先ず、本発明に係る静電型アクチュエータを含む本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドの第１実施形態について図１ないし図４を参照して説明する。なお、図１は同ヘッドの平断面説明図、図２は同ヘッドを分解した状態の平面説明図、図３は図２のＡ−Ａ線に沿う断面説明図、図４は図２のＢ−Ｂ線に沿う断面説明図である。

このインクジェットヘッドは、アクチュエータ基板１と流路基板２とノズル基板３を順次積層して構成し、これら３枚の基板１、２、３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５を介して連通する液室６、液室６に液体（インク）を供給するための流体抵抗部７及びインク供給孔８を形成している。各液室６は液室間隔壁９で仕切られている。

アクチュエータ基板１には、本発明に係る静電型アクチュエータであるアクチュエータ素子１１が各液室６に対応して形成されている。このアクチュエータ素子１１は、振動板１２と、この振動板１２と犠牲層エッチングで形成されたギャップ（空隙）１３を介して対向する電極（個別電極）１４とで構成される。

また、アクチュエータ基板１には各アクチュエータ素子１１のノズル４の並び方向側方に犠牲層エッチングで形成したバッファ室（第２の空隙）１６が形成され、各アクチュエータ素子１１のギャップ１３は同じく犠牲層エッチングで形成した連通路（通気管）１７を介してバッファ室１６に連通している。

さらに、アクチュエータ基板１には流路基板２のインク供給孔８が臨み、外部からインクが供給されるインク供給路１８を形成している。形成している。

流路基板２は、例えば、結晶面方位（１１０）の単結晶シリコン基板をＫＯＨ水溶液などの強アルカリ性エッチング液で異方性エッチングすることによって形成したものであり、アクチュエータ基板１と流路基板２は接着接合によって一体化している。

ノズル基板３は、ＮｉやＳＵＳなどの金属板、あるいはセラミックス、ガラス、あるいは樹脂などによって形成し、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。また、このノズル基板３の吐出方向面には、インクとの撥水性を確保するために、メッキ被膜、あるいは撥水剤コーティングなどの周知の方法で撥水膜が形成している。

ここで、アクチュエータ基板１の具体的構成を説明する。
図３及び図４に示すように、アクチュエータ基板１は、シリコン基板２１上に熱酸化膜２２などの絶縁膜を形成し、この熱酸化膜２２上に個別電極１４を所要の電極形状にパターニングして形成し、この個別電極１４に絶縁膜２３、ポリシリコンなどの犠牲層２４、絶縁膜２５を順次積層し、この絶縁膜２５上に振動板電極２６を所要の形状にパターニングして形成し、更に絶縁膜２７を形成した後、絶縁膜２５、２７にエッチングホール（犠牲層除去孔）２８を形成して、個別電極１４と振動板電極２６との間の犠牲層をエッチングで除去することでギャップ１３、バッファ室１６及び連通路１７並びに振動板１２を形成し、その後、犠牲層除去孔２８を封止するととも、アクチュエータ素子１１の耐接液性を向上するための樹脂材料からなる封止接液膜２９を振動板１２上に形成している。

なお、個別電極１４及び振動板電極２６としては、ポリシリコン膜を用いている。電極の材料としては、高温耐性を有し、加工性に優れ、且つ成膜表面の凹凸が少ない材料が好ましく、ポリシリコン以外では例えばＴｉＮなどの高融点金属材料も好ましい。また、個別電極１６はパッド配線３１を介して外部の電極パッド３２と接続されている。

また、個別電極１４及び振動板電極２６の対向面側に形成した個別電極側絶縁膜２３及び振動板側絶縁膜２５は、当接時の短絡、放電による損傷を防止するとともに、犠牲層２４の残存部分と相俟ってギャップ１３のスペーサーを兼ねるようしている。さらに、振動板１２上に形成し、エッチングホール２８を封止する封止接液膜２９としては、ＰＢＯ膜（ポリベンゾオキサゾール膜）が好ましい。

以上のように構成したヘッドにおいては、振動板１２を共通電極とし、個別電極１４との間に駆動パルス電圧を印加することによって、振動板１２と個別電極１４間に発生した静電力によって振動板１２が個別電極１４側に変形変位する。その後、駆動パルス電圧を放電することによって、振動板１２が復帰変形して、液室６の内容積の変化、及び圧力の作用によってノズル４からインク滴が吐出する。

ここで、アクチュエータ素子１１を高周波駆動したときのギャップ１３内の気圧変動は、ギャップ１３が連通路１７を介してバッファ室１６に連通していることにより、バッファ室１６によって吸収される。これにより、振動板１２の振動変位が安定して、アクチュエータ素子１１の安定した動作が行われ、滴吐出体積及び滴吐出速度の安定化が図れて、信頼性が向上する。

なお、バッファ室１６の大きさは、短辺幅０．１ｍｍから１．０ｍｍの間で形成されることが好ましい。また、バッファ室１６をアクチュエータ素子１１が配列された両端側にそれぞれ配置することによって、より一層気圧変動を緩和する効果を得ることができる。

次に、具体的な実施例について説明する。
（実施例）
アクチュエータ素子１１を形成する振動板１２の短辺幅は６０μｍ、長辺幅は８００μｍとし、ノズル配列密度を３００ｄｐｉ相当とし、アクチュエータ素子１１を３８４個配列して構成し、バッファ室１６は短辺幅０．２５ｍｍ、長辺幅３．２ｍｍで形成したヘッドを作製した。

（比較例）
図５ないし図８に示すように、バッファ室及び連通路を有しない構成のヘッドを作製した。なお、この比較例のヘッドのその他の構成は図１ないし図４と同様であるので、説明を省略する。

そこで、これらの実施例及び比較例のヘッドについて、駆動時間と滴吐出速度の関係を測定した。この結果を図９に示している。この図９から分かるように、バッファ室を具備した本発明に係る液滴吐出ヘッドである実施例のヘッドでは、バッファ室がない比較例のヘッドと比較して、駆動時間に対する滴吐出速度の変化がほとんどなく、安定した動作特性、吐出特性を得ることができる。

このように、犠牲層エッチングにより形成されたギャップに連通したバッファ室を設けることによって、静電型アクチュエータの駆動時に生ずるギャップ内の気圧変動をバッファ室の容積により吸収することができ、ギャップ内の気圧変動が緩和される。また、これによって、振動板の振動変位が安定するとともに、滴の吐出量及び吐出速度の安定化を図れて、信頼性に優れた高画質記録が可能な液滴吐出ヘッドが得られる。

この場合、バッファ室及びギャップとバッファ室とを連通する連通路を犠牲層エッチングで形成することにより、ギャップの形成と同様にバッファ室及び連通路を形成することができ、工程が複雑化することなく高品質のアクチュエータ及び液滴吐出ヘッドを製作することができる。

また、ギャップ及びバッファ室を形成するときの犠牲層エッチングホール（犠牲層除去孔）は透気性を有した樹脂により封止しているので、外気圧の変動に対してギャップ内の気圧が追従するため、常に振動板の変位を一定に保つことが可能となる。これによって、使用環境に影響されることなく、安定した動作特性、吐出性能が得られる。さらに、透気性を有する樹脂材料によって封止することで、ギャップ内への水分あるいは微粒子等の異物混入が避けられ、アクチュエータの安定駆動を行うことができる。

すなわち、犠牲層エッチングによって振動板及びアクチュエータのギャップ（空隙部）を形成するとともに、ギャップに連通するバッファ室（第２の空隙部）を形成することによって、アクチュエータ内の圧力変動をバッファ室で吸収して、動作特性ないし吐出特性の安定化を図っている。

さらに、ギャップ及びバッファ室を犠牲層エッチングで形成するためのエッチングホール（犠牲層除去孔）は透気性を有する樹脂材料を封入し外気と遮断している。つまり、アクチュエータのギャップが完全に閉じられた場合、外気圧の変動に対する補正機能を持たせなければならないため、アクチュエータの複雑化、大型化を招くことになる。これに対して、ギャップ内部が透気性を有する系とすることで、外気圧の変動に対する補正機能が不要になり、アクチュエータの小型化と構成の簡略化を図れる。

一方、ギャップ内部が透気性を有することで、アクチュエータ駆動時の振動板の変位に伴ってギャップ内部に気圧変動が生じることになる。例えば、振動板の変位に伴ってギャップ内部の気体が押し出されることによって、ギャップ内部が負圧になると、振動板初期位置が電極方向に移動することになり、振動板変位量が不足して、滴体積が減少し、滴速度が低下することになる。そこで、上述したようにバッファ室を設けることで圧力変動を吸収するが、この場合、エッチングホールを封止する封止材料に対する考慮も必要になる。

例えば、前述した図９で説明したように、数十秒のアクチュエータ駆動時間によってギャップ内の気圧変動が生じることから、用いる封止材料はある程度遮断性を有する材料が好ましい。また、透気性に関しては封止材料の種類に依存するが、封止材料の膜厚によっても影響を受ける。

本発明者らの実験によると、封止材料としてＰＢＯ膜を用いた場合、ＰＢＯ膜の膜厚を０．２μｍ〜１０μｍの範囲内、好ましくは、０．５μｍ〜５μｍの範囲内にすることで、良好な効果が得られることが確認できた。

このように、ギャップ及びバッファ室、若しくは連通路を犠牲層エッチングによって形成するときに用いる犠牲層除去孔を、透気性を有する樹脂材料で封止することで、外気圧の変動に対してギャップ内の気圧が追従するために振動板の変位を一定に保つことができ、使用環境に影響を受けることなく、安定した動作特性が得られ、ヘッドのおける滴吐出特性の安定化を図れる。また、透気性を有する樹脂を用いることにより、ギャップ内への水分、微粒子などの異物混入を防止できる。

次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドの第２実施形態について図１０及び図１１を参照して説明する。なお、図１０は同ヘッドの分解平面説明図、図１１は図１０のＥ−Ｅ線に沿う断面説明図である。

このヘッドでは、流路基板２に、アクチュエータ基板１に形成されたバッファ室１６に連通路４２を介して連通するキャビティ室４１を形成している。このキャビティ室４１は液室６と同様に、ＫＯＨ等のアルカリ水溶液よる異方性エッチングによって形成している。また、アクチュエータ基板１の連通路４２は、バッファ室１６上の振動板側絶縁膜２５、絶縁膜２７及び封止接液膜２９を開口することで形成している。

ここで、加工精度はキャビティ室４１よりもドライエッチングで形成するバッファ室１６の方が優れているため、キャビティ室４１はバッファ室１６よりも大きく形成することが好ましい。また、この方法によれば、バッファ室１６の短辺幅をより小さく形成することが可能となる。

例えば、アクチュエータ素子１１と同等の６０μｍ程度でバッファ室１６を形成した場合にも、キャビティ室４１の深さや容積によって、大容積のバッファエリアを形成することが可能であり、アクチュエータ素子１１の効率的な配置が可能になる。

具体的には、キャビティ室４１の大きさは、バッファ室１６の短辺幅０．２５ｍｍに対して、キャビティ室４１の短辺幅は０．３５ｍｍ、長辺幅は３．０ｍｍ、キャビティ室４１の深さは１００μｍで形成している。ただし、キャビティ室４１は前述したように異方性ウェットエッチングによって形成されるものとする。

なお、ここでは、優れた加工精度を得るために、キャビティ室４１をバッファ室１６よりも大きく形成しているが、キャビティ室４１の方がバッファ室１６よりも小さく形成されている場合においても、アクチュエータ素子１１の気圧変動を吸収する効果は十分得ることができる。

このように、バッファ室に連通したキャビティ室を流路基板に形成することによって、より大きなバッファ容積が確保でき、ギャップ内の気圧変動に対する吸収効果がより大きくなる。また、キャビティ室を流路基板に形成することにより、アクチュエータ基板に形成するバッファ室の寸法、容積の省スペース化を図れ、アクチュエータ素子が効率よく配置形成できるようになり、高密度な液滴吐出ヘッドの形成が可能となる。

次に、本発明の第３実施形態に係る液滴吐出ヘッドについて図１２及び図１３を参照して説明する。なお、図１２は同ヘッドの分解平面説明図、図１３は図１２のＦ−Ｆ線に沿う断面説明図である。

このヘッドでは、流路基板２にキャビティ室４１を形成するとともに、このキャビティ室４１とアクチュエータ基板１に設けたバッファ室１６との間に第２振動板（変形可能部分）５２を形成している。

この第２振動板５２は、振動板１２と同じ層構成であり、絶縁膜２５、振動板電極２６を構成しているポリシリコン層５３、絶縁膜２７で形成され、絶縁膜２７上には封止接液膜２９が形成されている。

このように、バッファ室１６の１つの壁面を変形可能な第２振動板５２とすることによって、アクチュエータ素子１１を高周波駆動したときに生ずるギャップ１３内の気圧変動に対して、バッファ室１６を介して第２振動板５２が動作（変位）することでバッファ室１６内の容積を変化させることができ、ギャップ１３内の気圧変動をより効果的に吸収することができる。

なお、バッファ室１６の短辺方向の幅は、アクチュエータ素子１１のギャップ１３の幅よりも大きく形成し、バッファ室１６上に形成する第２振動板５２の剛性はアクチュエータ素子１１の振動板１２の剛性よりも低くなるように設定する。すなわち、第２振動板５２の剛性が振動板１２よりも高いと、ギャップ１３及びバッファ室１６内の気圧変動による圧力は振動板１２に変形させようとする力となり、バッファ室１６の容積変化を生じさせるための第２振動板５２を変形させる力が少なくなる。具体的には、バッファ室１６上に形成する第２振動板５２の短辺方向の幅は１００μｍ〜４００μｍの間で形成することが好ましい。

このように、バッファ室の１つの壁面を変形可能な第２振動板（変形可能部分）とすることによって、バッファ室の容積を変化することができる。これにより、流路基板２に形成されるキャビティ室４１の容積を小さくすることができるので、流路基板にキャビティ室を形成することによる流路基板の剛性低下を抑制することができる。また、バッファ室の容積を可変とする第２振動板は、アクチュエータ素子の振動板と同様に形成することができ、工程が複雑化することなく高品質の液滴吐出ヘッドを製作することができる。

次に、本発明の第４実施形態に係る液滴吐出ヘッドについて図１４を参照して説明する。なお、図１４は同ヘッドの要部断面説明図である。
このヘッドでは、バッファ室１６を形成するための犠牲層エッチングホール（犠牲層除去孔）２８を第２振動板４１の部分に複数形成し、いずれのエッチングホール２８も封止説液膜２９によって封止している。

このように、犠牲層エッチングホール２８を介した透気性、すなわち犠牲層エッチングホール２８を封止する透気性を有した樹脂膜（封止接液膜２９）が増えることによって、バッファ室１６とキャビティ室４１間の透気性をより高めることができるとともに、第２振動板５２を設けることで、キャビティ室４１及びバッファ室１６内への外気からの水分の混入を回避することができるようになる。

次に、本発明の第５実施形態に係る液滴吐出ヘッドについて図１５及び図１６を参照して説明する。なお、図１５は同ヘッドの分解平面説明図、図１６は図１５のＧ−Ｇ線に沿う断面説明図である。
このヘッドでは、流路基板２に形成したキャビティ室４１を外気と連通させるための大気通気口５５５をアクチュエータ基板１に形成している。

ここで、キャビティ室４１はバッファ室１６より大きく形成し、大気連通口５５はバッファ室１６と干渉しない領域に形成する。

これにより、バッファ室１６は封止接液膜２９を介して、外気と同気圧であるキャビティ４１と透気性を保ちながら、外部と遮断されることになる。

次に、本発明の第６実施形態に係る液滴吐出ヘッドについて図１７ないし図１２０を参照して説明する。なお、図１７は同ヘッドの分解平面説明図、図１８は図１７のＨ−Ｈ線に沿う断面説明図、図１９は図１７のＩ部の拡大説明図、図２０は図１７のＩ部の他の例を示す拡大説明図である。

このヘッドは、アクチュエータ基板１にアクチュエータ素子１１を２列（一方の列を奇数（ｏｄｄ）列１１Ａ、他方の列を偶数（ｅｖｅｎ）列１１Ｂとする。）、各列１１Ａ，１１Ｂに３８４個、各々半ピッチずらして千鳥状に配置している。

そして、アクチュエータ基板１にはアクチュエータ素子１１の偶数列１１Ａと奇数列１１Ｂとの間に、各列用のバッファ室１６Ａ、１６Ｂ、各列のギャップ１３とバッファ室１６Ａ、１６Ｂをそれぞれ連通する連通路１７Ａ、１７Ｂを形成している。なお、バッファ室１６Ａ、１６Ｂ及び連通路１７Ａ、１７Ｂの形成方法は、第１実施形態で説明したと同様に、犠牲層エッチングホールを介した犠牲層エッチングによって行う。

また、犠牲層エッチングによって形成されるバッファ室１６Ａ、１６Ｂは、空隙部の強度を確保するために、部分的に柱状に犠牲層を残したバッファ室柱６１を形成している。

さらに、連通路１７の形状としては、図１９に示すように空隙として形成することもでき、あるいは、図２０に示すように、連通路１７内に部分的に犠牲層を柱状に残した通気管柱６２を形成したものとすることもできる。図２０に示すような構成とすることで、連通路１７として大きな通路を形成することができて、ギャップ１３とバッファ室１６Ａ、１６Ｂ間の通気効率が高めることができる。

具体的には、バッファ室１６Ａ、１６Ｂはａ方向３２００μｍ長、ｂ方向２５０μｍ長で形成し、バッファ室柱６１a方向５μｍ、ｂ方向７０μｍ、またバッファ室柱６１の配列ピッチはａ方向１０００μｍ、ｂ方向７０μｍとした。

次に、本発明に液体カートリッジについて図２１を参照して説明する。
このインクカートリッジ一体型ヘッド１００は、ノズル孔１０１等を有する上記各実施形態のいずれかの液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッド１０２と、このインクジェットヘッド１０１に対してインクを供給するインクタンク１０３とを一体化したものである。

このように本発明に係る液滴吐出ヘッドにインクを供給するインクタンク（液体タンク）を一体化することにより、滴吐出特性のバラツキが少なく、信頼性の高い液滴吐出ヘッドを一体化した液体カートリッジ（インクタンク一体型ヘッド）が低コストで得られる。

次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドを搭載した本発明に係る画像形成装置であるインクジェット記録装置の機構の一例について図２２及び図２３を参照して説明する。なお、図２２は同記録装置の斜視説明図、図２３は同記録装置の機構部の側面説明図である。

このインクジェット記録装置は、記録装置本体１１１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本発明に係る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１１２等を収納し、装置本体１１１の下方部には前方側から多数枚の用紙１１３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）１１４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙１１３を手差しで給紙するための手差しトレイ１１５を開倒することができ、給紙カセット１１４或いは手差しトレイ１１５から給送される用紙１１３を取り込み、印字機構部１１２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１１６に排紙する。

印字機構部１１２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１２１と従ガイドロッド１２２とでキャリッジ１２３を主走査方向（図１２で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ１２３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本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドからなるヘッド１２４を複数のインク吐出口を主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。またキャリッジ１２３にはヘッド１２４に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ１２５を交換可能に装着している。なお、本発明に係るインクカートリッジを搭載する構成とすることもできる。

インクカートリッジ１２５は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッドへインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。

また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド１２４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。

ここで、キャリッジ１２３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド１２１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１２２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ１２３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１２７で回転駆動される駆動プーリ１２８と従動プーリ１２９との間にタイミングベルト１３０を張装し、このタイミングベルト１３０をキャリッジ１２３に固定しており、主走査モーター１２７の正逆回転によりキャリッジ１２３が往復駆動される。

一方、給紙カセット１１４にセットした用紙１１３をヘッド１２４の下方側に搬送するために、給紙カセット１１４から用紙１１３を分離給装する給紙ローラ１３１及びフリクションパッド１３２と、用紙１１３を案内するガイド部材１３３と、給紙された用紙１１３を反転させて搬送する搬送ローラ１３４と、この搬送ローラ１３４の周面に押し付けられる搬送コロ１３５及び搬送ローラ１３４からの用紙１１３の送り出し角度を規定する先端コロ１３６とを設けている。搬送ローラ１３４は副走査モータ１３７によってギヤ列を介して回転駆動される。

そして、キャリッジ１２３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１３４から送り出された用紙１１３を記録ヘッド１２４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１３９を設けている。この印写受け部材１３９の用紙搬送方向下流側には、用紙１１３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１４１、拍車１４２を設け、さらに用紙１１３を排紙トレイ１１６に送り出す排紙ローラ１４３及び拍車１４４と、排紙経路を形成するガイド部材１４５，１４６とを配設している。

記録時には、キャリッジ１２３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１２４を駆動することにより、停止している用紙１１３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙１１３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙１１３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙１１３を排紙する。

また、キャリッジ１２３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド１２４の吐出不良を回復するための回復装置１４７を配置している。回復装置１４７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ１２３は印字待機中にはこの回復装置１４７側に移動されてキャッピング手段でヘッド１２４をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。

吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド１２４の吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。

このように、このインクジェット記録装置においては本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドを搭載しているので、インク滴の吐出特性のバラツキが少なく、高い画像品質の画像を記録できる画像形成装置が得られる。

ここまで述べてきたように、本実施形態の例として液滴吐出ヘッドを挙げてきたが、本発明による静電アクチュエータは光学走査ミラーや光学バルブなどの光学デバイスとしても利用できるものである。

本発明に係る液滴吐出ヘッドの第1実施形態を示す平断面図である。 同ヘッドを分解した状態の平面説明図である。 図２のＡ−Ａ線に沿う断面説明図である。 図２のＢ−Ｂ線に沿う断面説明図である。 バッファ室及び連通路を有しない液滴吐出ヘッドの平断面図である。 図５のヘッドを分解した状態の平面説明図である。 図６のＣ−Ｃ線に沿う断面説明図である。 図６のＤ−Ｄ線に沿う断面説明図である。 液滴吐出ヘッドの液吐出特性を示すグラフである。 本発明に係る液滴吐出ヘッドの第２実施形態を示す平断面図である。 図１０のＥ−Ｅ線に沿う断面説明図である。 本発明に係る液滴吐出ヘッドの第３実施形態を示す平断面図である。 図１２のＦ−Ｆ線に沿う断面説明図である。 本発明に係る液滴吐出ヘッドの第４実施形態を示す断面説明図である。 本発明に係る液滴吐出ヘッドの第５実施形態を示す平断面図である。 図１５のＧ−Ｇ線に沿う断面説明図である。 本発明に係る液滴吐出ヘッドの第６実施形態を示す平断面図である。 図１７のＨ−Ｈ線に沿う断面説明図である。 図１７のＩ部の拡大説明図である。 図１７のＩ部の他の例を示す拡大説明図である。 本発明に係る液体カートリッジの説明に供する斜視説明図 本発明に係る画像形成装置の一例を説明する斜視説明図 同画像形成装置の機構部の説明図

符号の説明

１…アクチュエータ基板
２…流路基板
３…ノズル基板
４…ノズル
５…ノズル連通路
６…液室
７…流体抵抗部
８…インク供給孔
９…液室間隔壁
１１…アクチュエータ素子
１２…振動板
１３…ギャップ（空隙）
１４…電極（個別電極）
１６…バッファ室
１７…連通路（通気管）
１８…インク供給路
２１…シリコン基板
２２…熱酸化膜
２３…絶縁膜
２４…犠牲層
２５…絶縁膜
２６…振動板電極
２７…絶縁膜
２８…エッチングホール（犠牲層除去孔）
２９…封止接液膜
３１…パッド配線
３２…電極パッド
４１…キャビティ室
４２…連通路
５２…第２振動板
５３…ポリシリコン層
５５…大気通気口
６１…バッファ室柱
６２…通気管柱

Claims (8)

1. 変形可能な振動板とこれに犠牲層エッチングにより形成されたギャップ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る静電型アクチュエータにおいて、
   前記ギャップに連通し、犠牲層エッチングにより形成されたバッファ室を有し、
   前記ギャップ及び前記バッファ室を犠牲層エッチングにより形成するときに用いる犠牲層除去孔が、透気性を有する樹脂材料で封止されている
   ことを特徴とする静電型アクチュエータ。
2. 変形可能な振動板とこれに犠牲層エッチングにより形成されたギャップ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る静電型アクチュエータにおいて、
   前記ギャップに連通し、犠牲層エッチングにより形成されたバッファ室を有し、
   前記ギャップと前記バッファ室との間は犠牲層エッチングにより形成された連通路で連通され、
   前記連通路を犠牲層エッチングにより形成するときに用いる犠牲層除去孔が、透気性を有する樹脂材料で封止されている
   ことを特徴とする静電型アクチュエータ。
3. 請求項１又は２に記載の静電型アクチュエータにおいて、前記バッファ室の壁面の一部が容積可変に形成されていることを特徴とする静電型アクチュエータ。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の静電型アクチュエータを含む基板と、液室が形成された流路基板と、液滴を吐出するためのノズルが形成されたノズル基板とによって構成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
5. 請求項４に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記バッファ室と連通したキャビティ室を有することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
6. 請求項４に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記バッファ室と透気性を有した樹脂材料を介して連通したキャビティ室を有することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
7. 液滴を吐出する液滴吐出ヘッドとこの液滴吐出ヘッドに液体を供給する液体タンクを一体化した液体カートリッジにおいて、前記液滴吐出ヘッドが請求項４ないし６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体カートリッジ。
8. 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、請求項４ないし６のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド又は請求項７に記載の液体カートリッジを備えていることを特徴とする画像形成装置。

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