(57)【要約】【課題】同一ノズルから吐出できる液滴量の幅を広くすることができ、またヘッドとして打ち分けることが可能な液滴量の種類を増やすことができる液滴吐出ヘッド等を提供すること。【解決手段】液滴を吐出する複数のノズル孔３０と、それぞれのノズル孔３０に連通する複数の吐出室１０と、吐出室１０に連通して吐出室１０に液体を供給する共通液滴室１１と、吐出室１０の壁面に形成された振動板Ａと、振動板Ａに対向して配置された個別電極Ｃとを備え、振動板Ａと個別電極Ｃとの間の静電力によって振動板Ａを変位させて吐出室１０の液をノズル孔３０から吐出させる液滴吐出ヘッドであって、各吐出室１０の壁面に形成された振動板Ａ１、Ａ２は吐出室１０の幅方向ロに厚みが異なり、振動板Ａ１、Ａ２のそれぞれの厚みに対応させて個別電極Ｃ１、Ｃ２を幅方向ロに分割形成した。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動板と、前記振動板に空隙を隔てて対向する個別電極とを備え、
前記振動板は幅方向に厚みが異なり、それぞれの厚みに対応させて前記個別電極を幅方向に分割形成したことを特徴とする静電アクチュエーター。
【請求項２】
液滴を吐出する複数のノズル孔と、前記それぞれのノズル孔に連通する複数の吐出室と、前記吐出室に連通して該吐出室に液体を供給する共通液滴室と、前記吐出室の壁面に形成された振動板と、前記振動板に対向して配置された個別電極とを備え、前記振動板と個別電極との間の静電力によって前記振動板を変位させて前記吐出室の液を前記ノズル孔から吐出させる液滴吐出ヘッドであって、
前記各吐出室の壁面に形成された振動板は該吐出室の幅方向に厚みが異なり、前記振動板のそれぞれの厚みに対応させて前記個別電極を幅方向に分割形成したことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
液滴を吐出する複数のノズル孔と、前記それぞれのノズル孔に連通する第１、第２の吐出室と、前記第１、第２の吐出室に連通され該第１、第２の吐出室に液体を供給する共通液滴室と、前記第１、第２吐出室の壁面に形成された振動板と、前記振動板にそれぞれ対向して配置された個別電極とを備え、前記振動板と前記個別電極との間の静電力によって前記振動板を変位させて前記第１、第２の吐出室の液を前記ノズル孔から吐出させる液滴吐出ヘッドであって、
前記第１の吐出室の壁面にそれぞれ形成された振動板は前記第１の吐出室の幅方向に厚みが異なり、前記振動板のそれぞれの厚みに対応させて個別電極を幅方向に分割形成するとともに、
前記第２の吐出室の壁面に形成された振動板は前記第２の吐出室の幅方向に厚みが同じで、前記振動板に対応させて単一の個別電極を形成し、
前記第１の吐出室を含む部分と前記第２の吐出室を含む部分とが混在して配設されたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
前記吐出室の幅方向に厚みが異なる振動板を別位相で駆動することを特徴とする請求項２または３記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
前記吐出室の幅方向に厚みが異なる振動板を同位相で駆動することを特徴とする請求項２または３記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを搭載したことを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項７】
シリコン基板の一方の面に所定幅のボロンを一定の間隔で拡散したのち、前記ボロンを拡散した側の面全体にさらにボロンを拡散し、幅方向に一定の間隔で厚みが異なるボロンドープ層を形成する工程と、
前記ボロンドープ層の厚みに対応する個別電極をガラス基板の凹部内に分割形成する工程と、
前記ボロンドープ層を形成した側の面と前記凹部内に分割形成した個別電極とを空隙を隔てて対向させて、前記シリコン基板と前記ガラス基板とを接合する工程と、
前記シリコン基板を前記ボロンドープ層を形成した側と反対側の面からエッチングして幅方向イに一定の間隔で厚みが異なる振動板を形成する工程と、
を有することを特徴とする静電アクチュエーターの製造方法。
【請求項８】
シリコン基板の一方の面に所定幅のボロンを所望の間隔で拡散したのち、前記ボロンを拡散した側の面全体にさらにボロンを拡散し、幅方向に所望の間隔で厚みが異なるボロンドープ層を形成する工程と、
幅方向に異なる厚みを有する前記ボロンドープ層に対応する個別電極をガラス基板の凹部内に分割形成すると共に、幅方向に厚みを持たない前記ボロンドープ層に対応する個別電極をガラス基板の凹部内に非分割で形成して、これらの分割された電極群と非分割の電極群とを混在して配設する工程と、
前記ボロンドープ層を形成した側の面と、前記凹部内に分割若しくは非分割で形成した個別電極とを空隙を隔てて対向させて、前記シリコン基板と前記ガラス基板とを接合する工程と、
前記シリコン基板を前記ボロンドープ層を形成した側と反対側の面からエッチングして幅方向イに所望の間隔で厚みが異なる振動板を形成する工程と、
を有することを特徴とする静電アクチュエーターの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電アクチュエーター、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、及び静電アクチュエーターの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットヘッドは、印刷速度の高速化を目的として、ノズル数の増加、ノズル密度の高密度化、同一ノズルから異なる大きさのインクを打ち分けるＭＳＤＴ（マルチ・サイズ・ドット・テクノロジー）の採用が進んでいる。
【０００３】
従来のインクジェットヘッドは、個別電極を分割して、振動板の多様な制御を可能としている。例えば、個別電極を３分割しており、それぞれが振動板に対して独立に電圧を印加できるようにしてある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１５８０１号公報（第４頁、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１記載の技術によれば、分割した個別電極に全て同位相で電圧を加えたり、個々に電圧を加えたりすることで、吐出させるインク量を可変することができるが、可変できる量が小さく、その効果が十分でない。
【０００６】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、同一ノズルから吐出できる液滴量の幅を広くすることができ、またヘッドとして打ち分けることが可能な液滴量の種類を増やすことができる静電アクチュエーター、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、及び静電アクチュエーターの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る静電アクチュエーターは、振動板と、振動板に空隙を隔てて対向する個別電極とを備え、振動板は幅方向に厚みが異なり、それぞれの厚みに対応させて個別電極を幅方向に分割形成したものである。
幅方向に厚みが異なる振動板が形成され、それぞれの厚みに対応させて個別電極を分割形成したので、振動板の多様な制御が可能となり、静電アクチュエーターのパワーを多様化することができる。
【０００８】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出する複数のノズル孔と、それぞれのノズル孔に連通する複数の吐出室と、吐出室に連通して吐出室に液体を供給する共通液滴室と、吐出室の壁面に形成された振動板と、振動板に対向して配置された個別電極とを備え、振動板と個別電極との間の静電力によって振動板を変位させて吐出室の液をノズル孔から吐出させる液滴吐出ヘッドであって、
各吐出室の壁面に形成された振動板は吐出室の幅方向に厚みが異なり、振動板のそれぞれの厚みに対応させて個別電極を幅方向に分割形成したものである。
同一吐出室の幅方向に異なる厚みの振動板が形成され、それぞれの厚みに対応させて個別電極を分割形成したので、振動板の多様な制御が可能となり、同一ノズルから吐出できる液滴量の幅を広くすることができる。
【０００９】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出する複数のノズル孔と、それぞれのノズル孔に連通する第１、第２の吐出室と、第１、第２の吐出室に連通され第１、第２の吐出室に液体を供給する共通液滴室と、第１、第２吐出室の壁面に形成された振動板と、振動板に対向して配置された個別電極とを備え、振動板と個別電極との間の静電力によって振動板を変位させて第１、第２の吐出室の液をノズル孔から吐出させる液滴吐出ヘッドであって、
第１の吐出室の壁面に形成された振動板は第１の吐出室の幅方向に厚みが異なり、振動板のそれぞれの厚みに対応させて個別電極を幅方向に分割形成するとともに、
第２の吐出室の壁面に形成された振動板は第２の吐出室の幅方向に厚みが同じで、振動板に対応させて単一の個別電極を形成し、
第１の吐出室を含む部分と第２の吐出室を含む部分とを混在して配設したものである。
【００１０】
同一吐出室内に異なる厚みの振動板が形成され、それぞれの厚みに対応させて個別電極を分割形成するようにしたので、振動板の多様な制御が可能となり、同一ノズルから吐出する液滴量の幅を広くすることができる。また、液滴吐出ヘッド内に個別電極を分割形成した部分と、個別電極を非分割にした部分とを混在させたので、ヘッドとして打ち分けることが可能な液滴量の種類を増やすことができる。
【００１１】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、吐出室の幅方向に厚みが異なる振動板を別位相で駆動するようにしたものである。
同一ノズルから吐出する液滴量を変化させて、液滴量の幅を広くすることができる。
【００１２】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、吐出室の幅方向に厚みが異なる振動板を同位相で駆動するようにしたものである。
同位相で駆動した場合は、別位相で駆動した場合と比べて、同一ノズルから吐出する液滴量を大きくすることができ、さらに別位相で駆動した場合と併用すると、吐出できる液滴量をさらに変化させて、液滴量の幅を広くすることができる。
【００１３】
本発明に係る液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドを搭載したものである。
液滴吐出ヘッドの振動板を多様に制御して同一ノズルから吐出する液滴量の幅を広くしたので、高速で高画質の液滴吐出装置を提供することができる。
【００１４】
本発明に係る静電アクチュエーターの製造方法は、シリコン基板１の一方の面にボロンを一定の間隔で拡散したのち、ボロンを拡散した側の面全体にさらにボロンを拡散し、幅方向に一定の間隔で厚みが異なるボロンドープ層を形成する工程と、
前記ボロンドープ層の厚みに対応する個別電極をガラス基板の凹部内に分割形成する工程と、
ボロンドープ層を形成した側の面と凹部内に分割形成した個別電極とを空隙を隔てて対向させて、シリコン基板とガラス基板とを接合する工程と、
シリコン基板をボロンドープ層を形成した側と反対側の面からエッチングして幅方向に一定の間隔で厚みが異なる振動板を形成する工程とを有するものである。
振動板を多様に制御することができる静電アクチュエーターを提供することができる。
【００１５】
また、本発明に係る静電アクチュエーターの製造方法は、
シリコン基板の一方の面に所定幅のボロンを所望の間隔で拡散したのち、ボロンを拡散した側の面全体にさらにボロンを拡散し、幅方向に所望の間隔で厚みが異なるボロンドープ層を形成する工程と、
幅方向に異なる厚みを有するボロンドープ層に対応する個別電極をガラス基板の凹部内に分割形成すると共に、幅方向に厚みを持たないボロンドープ層に対応する個別電極をガラス基板の凹部内に非分割で形成して、これらの分割された電極群と非分割の電極群とを混在して配設する工程と、
ボロンドープ層を形成した側の面と、凹部内に分割若しくは非分割で形成した個別電極とを空隙を隔てて対向させて、シリコン基板とガラス基板とを接合する工程と、
シリコン基板をボロンドープ層を形成した側と反対側の面からエッチングして幅方向に所望の間隔で厚みが異なる振動板を形成する工程とを有するものである。
振動板を多様に制御することができる静電アクチュエーターを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの分解斜視図。
【図２】図１の液滴吐出ヘッドを組立てて長辺方向に切断した縦断面図。
【図３】図２のａ−ａ断面図。
【図４】電極基板と接合する前のキャビティ基板の製造工程を示す断面図。
【図５】図４に続くキャビティ基板の製造工程を示す断面図。
【図６】キャビティ基板と接合する前の電極基板の製造工程を示す断面図。
【図７】図６に続く電極基板の製造工程を示す断面図。
【図８】図７に続く電極基板の製造工程を示す断面図。
【図９】電極基板とキャビティ基板との接合基板の製造工程を示す断面図。
【図１０】図９に続く電極基板とキャビティ基板との接合基板の製造工程を示す断面図。
【図１１】図１０に続く電極基板とキャビティ基板との接合基板の製造工程を示す断面図。
【図１２】図１１に続く電極基板とキャビティ基板との接合基板の製造工程を示す断面図。
【図１３】液滴吐出ヘッドの製造工程を示す断面図。
【図１４】本発明の実施の形態３に係る液滴吐出装置の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの分解斜視図、図２は図１の液滴吐出ヘッドを組立てて長辺方向イに切断した縦断面図、図３は図１の液滴吐出ヘッドを組立てて短辺方向ロに切断した縦断面図（図２のａ−ａ断面図）である。なお、本実施の形態１は、液滴を基板の面部に設けたノズル孔から吐出させるフェイス型の液滴吐出ヘッドに関する。
図１、図２に示すように、液滴吐出ヘッドは３層構造からなり、振動板を有するキャビティ基板１と、電極部を有する電極基板２と、ノズル孔を有するノズル基板３とが積層されている。
【００１８】
３層構造の中間に位置するキャビティ基板１は、例えば厚さ約５０μｍの（１１０）面方位のシリコン単結晶基板である。キャビティ基板１は、シリコン基板に異方性ウェットエッチングを行い、底壁が振動板となる吐出室１０、及び各ノズルへ共通に吐出する液体を溜めておくためのリザーバ（共通液滴室）１１が形成されている。
振動板は、同一吐出室１０内で幅方向ロ（吐出室１０の短辺方向ロ）に異なる厚みを有して段差状に形成された振動板Ａと、幅方向ロに同じ厚みで形成された振動板Ｂとからなっている。本実施の形態１では、図１のキャビティ基板１の右側に位置する振動板は幅方向ロに厚みが異なる段差状の振動板Ａであり、左側に位置する振動板は同じ厚みで形成された振動板Ｂである。振動板Ａは例えば２種類の厚みを持つ振動板、すなわち第１の振動板Ａ１とこれより厚い第２の振動板Ａ２とから形成されており、第１の振動板Ａ１と第２の振動板Ａ２の幅は同じになるようにしてある。なお、振動板は２種類の厚みを持つ振動板Ａに限定するものではなく、３種類以上の厚みを持つ振動板からなるものであってもよい。
【００１９】
振動板Ａ、Ｂは、高濃度のボロンドープ層で構成されている。所望の厚みの振動板Ａ、Ｂを形成するために、これと同じだけの厚みのボロンドープ層を形成する。本実施の形態１では、アルカリ性水溶液でシリコンの異方性ウェットエッチングを行った場合、ボロンをドーパントとしたときには高濃度（約５×１０19ａｔｏｍｓ・ｃｍ-3以上）の領域で極端にエッチングレートが小さくなることを利用した、いわゆるエッチングストップ技術を用いて、振動板Ａ、Ｂを高精度で形成する。
【００２０】
キャビティ基板１の下面（電極基板２と対向する側の面）には、絶縁膜となる約０．１μｍのＴＥＯＳ（Tetraethyl orthosilicate Tetraethoxysilane：テトラエトキシシラン、珪酸エチル）膜１２を、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により成膜している。これは、液滴吐出ヘッドを駆動させたときの絶縁膜破壊及び短絡を防止するためである。さらに、キャビティ基板１のヘッド端部に、共通電極端子部１３として、約０．１μｍの白金（Ｐｔ）膜を成膜してある。
【００２１】
キャビティ基板１の下側（図１の下側）には電極基板２が配設され、キャビティ基板１と接合されている。電極基板２は、例えば厚さ約１ｍｍの硼珪酸系の耐熱硬質ガラスで、キャビティ基板１に形成される各吐出室１０に合わせて、エッチングにより深さ約０．２μｍの凹部２０が設けられている。そして、その内部には、個別電極２２、リード部２３及び端子部２４（以下、これらを合わせて電極部という）を設けるので、その凹部２０のパターン形状は電極部の形状よりも少し大きめに作製される。
【００２２】
電極部は、振動板Ａの異なる厚みに対応して幅方向に分割形成された電極部Ｃ（図１の右側、図３）と、同じ厚みの振動板Ｂに対応して形成された非分割の電極部Ｄ（図１の左側）とからなっており、本実施の形態１では、電極部Ｃは、振動板Ａの第１の振動板Ａ１及び第２の振動板Ａ２に対応して、第１の電極部Ｃ１及び第２の電極部Ｃ２を形成する。この場合、振動板Ａ（Ａ１、Ａ２）は幅方向ロの中央部で段差部を形成しており、電極部Ｃ（Ｃ１、Ｃ２）は振動板Ａの段差の両側に同形状で形成されている。なお、電極部Ｃは２つに分割したものに限定するのではなく、振動板Ａの種類（数）に対応させて分割することができる。
【００２３】
凹部２０内に設ける電極部Ｃ、Ｄの材料として、酸化錫を不純物としてドープした透明のＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物）を用い、凹部２０内に例えば０．１μｍの厚さにスパッタ法を用いて成膜する。したがって、振動板Ａ、Ｂと個別電極２２（電極部Ｃ、Ｄ）との間で形成されるギャップＧは、この凹部２０の深さ、及び個別電極２２の厚みにより決まる。このギャップＧは、吐出特性に大きく影響する。ここで、電極部Ｃ、Ｄの材料はＩＴＯに限定するものではなく、クロム等の金属等を材料に用いてもよいが、本実施の形態１では、後述するように透明であるので、放電したかどうかの確認が行い易い等の理由でＩＴＯを用いることとする。
電極基板２に設けた液供給穴２５はサンドブラスト加工または切削加工により形成され、キャビティ基板１の液供給連通穴１４と連通する。
【００２４】
キャビティ基板１の上側（図１の上側）にはノズル基板３が配設され、電極基板２とは反対側の面でキャビティ基板１に接合されている。
ノズル基板３は、例えば厚さ約１８０μｍのシリコン基板である。そして、ノズル基板３の上面には、吐出室１０と連通して液滴を吐出するためのノズル孔３０が形成されており、径の異なる２段の円筒状に形成されたノズル孔部分、すなわち先端が液吐出面に開口する小径の吐出部３０ａと液導入面に開口する大径の導入部３０ｂとから構成され、基板面に対して垂直かつ同軸上に形成されている。また、ノズル基板３の下面にはオリフィス３１が設けられ、吐出室１０とリザーバ１１とを連通している。
なお、上記の液滴吐出ヘッドにおいて、振動板Ａ、Ｂと個別電極２２（電極部Ｃ、Ｄ）とからなるアクチュエーターーは、封止材４０によって個別電極２２ごとに封止されている。これにより、アクチュエーターーを駆動させた際の個別電極２２と振動板Ａ、Ｂとの貼り付き等を防止することができる。
【００２５】
液滴吐出ヘッド全体では、振動板Ａ（Ａ１、Ａ２）の厚みに合わせて電極部Ｃ（Ｃ１、Ｃ２）が分割されているアクチュエーターと、振動板Ｂの厚みが同一で電極部Ｄが非分割のアクチュエーターとが混在するように構成されている。本実施の形態１では、図１のイ方向の右半分が振動板Ａの厚みに合わせて電極部Ｃが分割されたアクチュエーター部であり、イ方向の左半分が振動板Ｂの厚みが同一で電極部Ｄが非分割のアクチュエーター部である。なお、電極基板２上に形成した電極部Ｃ、Ｄの端子部２４と、キャビティ基板１上に形成した共通電極の端子部１３とは、発振回路５０に接続されている。
【００２６】
上記の説明ではノズル孔３０を有するノズル基板３をキャビティ基板１の上面側とし、電極基板２を下面側とした場合を示したが、実際に用いられる場合には、ノズル基板３がキャビティ基板１の下面側になることが多い。
【００２７】
上記のように構成した液滴吐出ヘッドの動作を説明する。
図２に示すように、吐出室１０にはノズル孔３０から吐出する吐出液体を溜めておく。そして、吐出室１０の底壁である振動板Ａ、Ｂを撓ませ、吐出室１０内の圧力を高めて、ノズル孔３０から液滴を吐出させる。
【００２８】
この際、発振回路５０は、電極部Ｃ、Ｄ（個別電極２２）への電荷の供給及び停止を制御する。すなわち、キャビティ基板１上に形成された共通電極の端子部１３と電極基板２上に形成した電極部Ｃ、Ｄの端子部２４とは発振回路５０に接続され、電極部Ｃ、Ｄ（個別電極２２）への電荷の供給及び停止を制御する。
例えば、発振回路５０は２４ｋＨｚで発振し、個別電極２２に０Ｖと３０Ｖのパルス電位を印加して電荷供給を行う。電極部Ｃ、Ｄ（個別電極２２）に電荷を供給して正に帯電させると、振動板Ａ、Ｂは負に帯電し、静電気力により電極部Ｃ、Ｄ（個別電極２２）に引き寄せられて撓む。これにより吐出室１１の体積は増加する。そして電極部Ｃ、Ｄ（個別電極２２）への電荷供給を止めると振動板Ａ、Ｂは元に戻るが、そのときの吐出室１０の体積も急激に元に戻るため、その圧力により差分の液滴がノズル孔３０から吐出し、例えば液滴がインクである場合は、記録対象となる記録紙に着弾することによって記録が行われる。
【００２９】
振動板Ａと電極部Ｃを有するアクチュエーター部（図１の右半分側）の動作について、さらに詳述する。
発振回路５０によって、図３に示す第１の電極部Ｃ１にのみ電荷を供給して正に帯電させると振動板Ａは負に帯電し、第１の振動板Ａ１は静電気力により第１の電極部Ｃ１に引き寄せられて撓む。そして第１の電極部Ｃ１の電荷供給を止めると第１の振動板Ａ１は元に戻り、液滴がノズル孔３０から吐出する（吐出パターン１）。
【００３０】
また、発振回路５０によって、図３に示す第２の電極部Ｃ２にのみ電荷を供給して正に帯電させると振動板Ａは負に帯電し、第２の振動板Ａ２は静電気力により第２の電極部Ｃ２に引き寄せられて撓む。そして第２の電極部Ｃ２の電荷供給を止めると第２の振動板Ａ２は元に戻り、液滴がノズル孔３０から吐出する。この際、第２の振動板Ａ２は第１の振動板Ａ１よりも厚みが大でばね力が大きいため、第１の振動板Ａ１よりも単位時間あたりの液滴の吐出量が大きくなる（吐出パターン２）。
【００３１】
さらに、発振回路５０によって、図３に示す第１の電極部Ｃ１と第２の電極部Ｃ２の両者に同時に電荷を供給して正に帯電させると、振動板Ａは負に帯電して、第１の振動板Ａ１と第２の振動板Ａ２はそれぞれ静電気力により第１の電極部Ｃ１及び第２の電極部Ｃ２に引き寄せられて撓む。そして、第１の電極部Ｃ１と第２の電極部Ｃ２の電荷供給を止めると、第１の振動板Ａ１と第２の振動板Ａ２は元に戻り、液滴がノズル孔３０から吐出する。この際、第１の振動板Ａ１と第２の振動板Ａ２が同時に駆動される。すなわち同位相で駆動されるため、第１の振動板Ａ１だけの場合（吐出パターン１）や第２の振動板Ａ２だけの場合（吐出パターン２）のように別位相で駆動される場合よりも、単位時間あたりの液滴の吐出量が大きくなる（吐出パターン３）。
こうして、同一吐出室１０内に、異なる厚みの第１、第２の振動板Ａ１、Ａ２が形成され、それぞれの厚みを持つ部分ごとに対応する第１、第２の電極部Ｃ１、Ｃ２を形成したので、同一ノズル３０から吐出できる液滴の量の幅を広くすることができる。
【００３２】
また、上記のように、振動板Ａの厚みに合わせて電極部Ｃが分割されているアクチュエーター部による３通りの吐出パターン１、２、３に、振動板Ｂの厚みが同一で電極部Ｄが非分割のアクチュエーター部による吐出パターン４を加えて、４通りのパターンを形成することができる。すなわち、液滴吐出ヘッド内に、振動板Ａの厚みに合わせて電極部Ｃが分割されているアクチュエーター部と、振動板Ｂの厚みが同一で電極部Ｄが非分割のアクチュエーター部とを混在させたので、ヘッドとして打ち分けることができる液滴量の種類を増やすことができる。
なお、上記のような方法は引き打ちと呼ばれるものであるが、バネ等を用いて液滴を吐出する押し打ちと呼ばれる方法もある。
【００３３】
次に、上記のように構成した液滴吐出ヘッドの製造方法を図４〜図１３により説明する。
なお、以下の説明で記載した数値はその一例を示すもので、これに限定するものではない。
図４及び図５は、電極基板２と接合する前のキャビティ基板１の製造工程を表す断面図である。
（ａ）  図４（ａ）に示すように、（１１０）を面方位とする酸素濃度の低いシリコン製のキャビティ基板１の片面を鏡面研磨し、２２０μｍの厚みの基板を作製する。
【００３４】
（ｂ）  図４（ｂ）に示すように、酸素及び水蒸気雰囲気中において、１０７５℃の条件で１２時間酸化し、キャビティ基板１の両面に約２μｍのＳｉＯ2 膜１０１を成膜する。
【００３５】
（ｃ）  図４（ｃ）に示すように、キャビティ基板１の鏡面側にレジストを塗布し、厚みが大きい方の第２の振動板Ａ２に対応した部分のレジストパターニングを施し、ふっ酸水溶液でエッチングして、ＳｉＯ2 膜１０１をパターニングする。そしてレジストを剥離する。
【００３６】
（ｄ）  キャビティ基板１のボロンドープ層を形成する側の面（鏡面側の面）を、Ｂ2Ｏ3を主成分とする固体の拡散源に対向させて石英ボートにセットする。図５（ｄ）に示すように、縦型炉に石英ボートをセットし、炉内を窒素雰囲気にして温度を１０５０℃に上昇させ、そのまま温度を８時間保持し、ＳｉＯ2 膜１０１を開口した部分にボロンをシリコン製のキャビティ基板１中に拡散させ、第２の振動板Ａ２となるボロンドープ層ａ２を形成する。ボロンドープ工程では、キャビティン基板１の投入温度を８００℃とし、キャビティ基板１の取出し温度も８００℃とする。これにより、酸素欠陥の成長速度が速い領域（６００℃から８００℃）をすばやく通過することができるため、酸素欠陥の発生を抑えることができる。
【００３７】
（ｅ）  図５（ｅ）に示すように、ボロンドープ層ａ２の表面にはボロン化合物（ＳｉＢ6 ）が形成されるが（図示せず）、酸素及び水蒸気雰囲気中、６００℃の条件で１時間３０分酸化することで、ふっ酸水溶液によるエッチングが可能なＢ2Ｏ3＋ＳｉＯ2 に化学変化させることができる。そして、キャビティ基板１をふっ酸水溶液に３０分間浸して、拡散部のＢ2Ｏ3＋ＳｉＯ2 膜と残っているＳｉＯ2 膜をエッチングする。
【００３８】
（ｆ）  図５の工程（ｄ）と同様に、キャビティ基板１の鏡面側をＢ2Ｏ3を主成分とする固体の拡散源に対向させて石英ボートにセットする。図５（ｆ）に示すように、縦型炉に石英ボートをセットし、炉内を窒素雰囲気にして温度１０５０℃に上昇させ、そのまま温度を８時間保持し、鏡面側全面のキャビティ基板１中にボロンを拡散させ、第１の振動板Ａ１となるボロンドープ層ａ１を形成する。ボロンドープ工程では、キャビティ基板１の投入温度を８００℃とし、キャビティ基板１の取出し温度も８００℃とする。これにより、酸素欠陥の成長速度が速い領域（６００℃から８００℃）をすばやく通過することができるため、酸素欠陥の発生を抑えることができる。
これにより、先にボロン拡散した部分は、さらにボロンドープ層ａ２の厚みが増す。ボロンドープ層ａ１の表面にはボロン化合物（ＳｉＢ6 ）が形成されるが（図示せず）、酸素及び水蒸気雰囲気中、６００℃の条件で１時間３０分酸化することで、ふっ酸水溶液によるエッチングが可能なＢ2Ｏ3＋ＳｉＯ2 に化学変化させることができる。そして、キャビティ基板１をふっ酸水溶液に５分間浸すことで、拡散部のＢ2Ｏ3＋ＳｉＯ2 膜をエッチングする。
【００３９】
（ｇ）  図５（ｇ）に示すように、ボロンドープ層ａ１を形成した面にプラズマＣＶＤ法によりＴＥＯＳ絶縁膜１２を、成膜時の処理温度は３６０℃、高周波出力は２５０Ｗ、圧力は６６．７Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）、ガス流量はＴＥＯＳ流量１００ｃｍ3 ／ｍｉｎ（１００ｓｃｃｍ）、酸素流量１０００ｃｍ3 ／ｍｉｎ（１０００ｓｃｃｍ）の条件で、０．１μｍ成膜する。
【００４０】
図６〜図８は、キャビティ基板１と接合する前の電極基板２の製造工程を表す断面図である。
（ａ）  図６（ａ）に示すように、厚み約１ｍｍの硼珪酸ガラスからなる電極基板２の両面を鏡面研磨し、片面にエッチングマスクとなるクロム（Ｃｒ）膜２０１を０．１μｍ成膜する。
【００４１】
（ｂ）  図６（ｂ）に示すように、成膜したクロム膜２０１の表面にレジスト２０２を塗布し、凹部２０を作り込むためのレジストパターニングを施す。
【００４２】
（ｃ）  図６（ｃ）に示すように、硝酸セリウムアンモニウム水溶液でエッチングし、クロム（Ｃｒ）膜２０１をパターニングする。
【００４３】
（ｄ）  図６（ｄ）に示すように、レジスト２０２を付けた状態で電極基板２をフッ化アンモニウム水溶液に浸し、凹部２０を０．２μｍエッチングする。
【００４４】
（ｅ）  図７（ｅ）に示すように、レジスト２０２を剥離し、次にクロム膜２０１を剥離する。
【００４５】
（ｆ）  図７（ｆ）に示すように、例えばスパッタ法を用いて、０．１μｍの厚みの電極部材をパターニング面全面に成膜する。本実施の形態１では電極部材としてＩＴＯを用いる。
【００４６】
（ｇ）  図７（ｇ）に示すように、ＩＴＯ膜１２ａ上にレジスト２０３を塗布し、電極部にＩＴＯ膜１２ａが残るように、レジストパターニングを施す。
【００４７】
（ｈ）  図８（ｈ）に示すように、ＩＴＯ膜１２ａを塩酸と硝酸の混合液を用いてエッチングする。こうして、ＩＴＯ膜１２ａから電極部Ｃ（Ｃ１、Ｃ２）が形成される。
【００４８】
（ｉ）  図８（ｉ）に示すように、レジスト２０３を剥離する。
【００４９】
（ｊ）  図８（ｊ）に示すように、最後に液供給穴２５をサンドブラスト法または切削加工により形成する。
【００５０】
図９〜図１２は電極基板２とキャビティ基板１との接合基板を加工する工程の断面図である。
（ａ）  図４及び図５で加工したキャビティ基板１に、図６〜図８で製造した電極基板２を、３６０℃に加熱した後、電極基板２に負極、キャビティ基板１に正極を接続して、８００Ｖの電圧を印加し、図９（ａ）に示すように、陽極接合する。
【００５１】
（ｂ）  陽極接合後、図９（ｂ）に示すように、キャビティ基板１を厚みが約６０μｍになるまで研削加工する。その後、加工変質層を除去するために、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）を用いて、キャビティ基板１を約１０μｍ研磨する。これによりキャビティ基板１の厚みは約５０μｍとなる。
【００５２】
（ｃ）  図９（ｃ）に示すように、研磨面にプラズマＣＶＤを用いて、成膜時の処理温度は３６０℃、高周波出力は７００Ｗ、圧力は３３．３Ｐａ（０．２５Ｔｏｒｒ）、ガス流量はＴＥＯＳ流量１００ｃｍ3 ／ｍｉｎ（１００ｓｃｃｍ）、酸素流量１０００ｃｍ3 ／ｍｉｎ（１０００ｓｃｃｍ）の条件で、ＴＥＯＳエッチングマスク１０２を１．０μｍ成膜する。
【００５３】
（ｄ）  図１０（ｄ）に示すように、ＴＥＯＳエッチングマスク１０２にレジストパターニングを施し、ふっ酸水溶液でエッチングし、吐出室１０、電極取り出し上部６０ａとなる部分をパターニングする。そしてレジストを剥離する。
【００５４】
（ｅ）  図１０（ｅ）に示すように、ＴＥＯＳエッチングマスク１０２にレジストパターニングを施し、ふっ酸水溶液で０．７μｍだけエッチングし、リザーバ部１０２ａ（リザーバ１１となる部分）をパターニングする。リザーバ部１０２ａのＴＥＯＳエッチングマスク１０２の残りは、０．３μｍとなる。これは、最終的にリザーバ部１０２ａに厚みを持たせ、リザーバ部１０２ａの剛性を高めるためである。そしてレジストを剥離する。
【００５５】
（ｆ）  図１０（ｆ）に示すように、接合済み基板を３５ｗｔ％の濃度の水酸化カリウム水溶液に浸し、吐出室１０、電極取出し上部６０ａの厚みが約１０μｍになるまでエッチングを行う。このとき、リザーバ部１０２ａはエッチングがまだ始まらない。しかし、電極基板２に設けられた液供給穴２５に対応する部分は、水酸化カリウム水溶液の濃度が高いため、ボロンドープ層ａ１でのエッチングレートが低下するものの、接合面側からエッチングが進行していく。
【００５６】
（ｇ）  図１１（ｇ）に示すように、リザーバ部１０２ａのＴＥＯＳエッチングマスク１０２を除去するため、ふっ酸水溶液に接合済み基板を浸す。
【００５７】
（ｈ）  図１１（ｈ）に示すように、接合済み基板を３ｗｔ％の濃度の水酸化カリウム水溶液に浸し、ボロンドープ層ａ１、ａ２によるエッチングレート低下によるエッチングストップが十分効くまでエッチングを続ける。これにより、厚い部分のボロンドープ層ａ２は厚みが１．５μｍとなって第２の振動板Ａ２を形成し、薄い部分のボロンドープ層ａ１は厚みが０．８μｍとなって第１の振動板Ａ１を形成する。
【００５８】
（ｉ）  図１１（ｉ）に示すように、シリコンエッチングが終了したら、接合基板をふっ酸水溶液に浸し、キャビティ基板１の表面のＴＥＯＳエッチングマスク１０２を剥離する。
【００５９】
（ｊ）  図１２（ｊ）に示すように、電極取出し上部６０ａに残っているシリコン薄膜及びＴＥＯＳ絶縁膜を除去するために、シリコンマスクをキャビティ基板１の表面に取り付け、ＲＦパワー２００Ｗ、圧力４０Ｐａ（０．３Ｔｏｒｒ）、ＣＦ4 流量３０ｃｍ3 ／ｍｉｎ（３０ｓｃｃｍ）の条件で、ＲＩＥドライエッチングを１時間行い、所望の場所のみにプラズマを当て、開口する。このとき、ギャップＧは大気開放される。
【００６０】
（ｋ）  図１２（ｋ）に示すように、ギャップＧ内の水分除去及び疎水化処理を行った後、エポキシ系樹脂４０を電極取り出し上部６０ａの端部に盛り、ギャップＧを封止する。これによって、ギャップＧは密閉状態になる。
【００６１】
図１３は、液滴吐出ヘッドの製造工程を示す断面図である。
（ｌ）  ノズル孔３０、オリフィス３１、電極取り出し上部６０ｂを形成したノズル基板３を、図１３（ｌ）に示すように、エポキシ系接着剤によりキャビテイ基板１に接着する。
【００６２】
（ｍ）  図１３（ｍ）に示すように、ダイシングを行い、個々のヘッドに切断する。
こうして、電極基板２、キャビティ基板１及びノズル基板３がそれぞれ接合した液滴吐出ヘッドが完成する。
【００６３】
実施の形態２．  
実施の形態１においては、図３に示すように厚みが異なる第１の振動板Ａ１と第２の振動板Ａ２はその幅方向ロの長さが同じになるようにしてある、すなわち段差部が幅方向ロの中央部に位置するが、本実施の形態２では、幅方向ロの長さが異なるようにし、それに対応して第１の電極部Ｃ１と第２の電極部Ｃ２の幅方向ロの長さも変えたものである。
例えば、第２の振動板Ａ２の幅方向ロの長さを第１の振動板Ａ１の幅方向ロの長さよりも長くなるようにし、それに対応させて、第２の電極部Ｃ２の幅方向ロの長さが第１の電極部Ｃ１の幅方向ロの長さよりも長くなるようにしたものである（図示せず）。
【００６４】
なお、上記と逆の関係、すなわち、第１の振動板Ａ１の幅方向ロの長さを第２の振動板Ａ２の幅方向ロの長さよりも長くなるようにし、それに対応させて、第１の電極部Ｃ１の幅方向ロの長さが第２の電極部Ｃ２の幅方向の長さよりも長くなるようにしてもよい（図示せず）。
このように、振動板Ａの幅方向ロのバランス（厚みや長さ）を変えることによって、同一吐出室内に、異なる厚みと幅を有する第１、第２の振動板Ａ１、Ａ２が形成され、それぞれの振動板Ａに対応させて第１、第２の電極部Ｃ１、Ｃ２を形成することにより、同一ノズル３０から吐出する液滴の量の幅を広くし、かつ自在に変えることができる。
【００６５】
実施の形態３．
図１４は、実施の形態１、２の液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置を示す斜視図である。図１４に示す液滴吐出装置は、一般的なインクジェットプリンタである。
実施の形態１、２の液滴吐出ヘッドは、同一ノズル３０から吐出することができる液滴量の幅を広くすることができ、またヘッドとして打ち分けることが可能な液滴量の種類を増やすことができるので、同一ノズル３０から異なる大きさの液滴を高速で打ち分けることができる液滴吐出装置を得ることができる。
なお、実施の形態１、２の液滴吐出ヘッドは、図１４に示すインクジェットプリンタの他に、液を種々変更することで、液晶ディスプレイのカラーフィルタの製造、有機ＥＬ表示装置の発光部分の形成、生体液体の吐出等にも適用することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１  キャビティ基板、２  電極基板、３  ノズル基板、１０  吐出室、１１  リザーバ（共通液滴室）、２０  凹部、２２  個別電極、３０  ノズル孔、３１  オリフィス、Ａ、Ｂ  振動板、Ａ１  第１の振動板、Ａ２  第２の振動板、ａ１  第１のボロンドープ層、ａ２  第２のボロンドープ層、Ｃ、Ｄ  電極部、Ｃ１  第１の電極部、Ｃ２  第２の電極部、Ｇ  空隙。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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