(57)【要約】【課題】簡単な構造で吐出量を変化させることができる液滴吐出ヘッド等を得る。【解決手段】液体を液滴として吐出するノズル３１と、変位して液体を加圧する振動板２２とを有し、ノズル３１に連通する液体の流路上に設けられる吐出室２１と、吐出室２１の一部である振動板２２と対向し、電荷供給により振動板２２との間に静電気力を発生させて振動板２２を当接及び離脱により変位させる個別電極１２とを備え、個別電極１２は、外部からの電荷が供給される第１個別電極１２Ａと、第１個別電極１２Ａと異なる材料からなり、第１個別電極１２Ａよりも電気抵抗が高く、第１個別電極１２Ａを介して電荷が供給される第２個別電極１２Ｂとで構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を液滴として吐出するノズルと、変位して液体を加圧する振動板とを有し、前記ノズルに連通する液体の流路上に設けられる吐出室と、該吐出室の一部である前記振動板と対向し、電荷供給により前記振動板との間に静電気力を発生させて前記振動板を当接及び離脱により変位させる固定電極とを備え、
前記固定電極は、
外部からの電荷が供給される第１固定電極と、
該第１固定電極と異なる材料からなり、前記第１固定電極を介して電荷が供給される第２固定電極と
で構成されることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記第１固定電極から前記第２固定電極への電荷供給経路となる１又は複数の接続部により、前記第１固定電極と前記第２固定電極とを電気的に接続することを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記第２固定電極を、前記第１固定電極よりも電気抵抗率が高い材料で構成することを特徴とする請求項１又は２記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
ＩＴＯを前記第１固定電極の材料とし、チタンを前記第２固定電極の材料とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
前記チタンの代わりにクロム、白金又は金を前記第２固定電極の材料とすることを特徴とする請求項４記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
前記吐出室の短手方向に対して中央部分に前記第１固定電極を配し、その両側に前記第２固定電極を配して、前記吐出室の短手方向に沿って前記第１固定電極と前記第２固定電極とを並べて設けることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
前記吐出室の短手方向に対して前記第２固定電極の外側に、さらに前記第１固定電極及び前記第２固定電極と異なる材料からなる１又は複数の固定電極を設けることを特徴とする請求項６記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項８】
前記吐出室の長手方向に沿って前記第１固定電極と前記第２固定電極とを並べて設けることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項９】
請求項１〜８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１０】
液体を液滴として吐出するノズルと、変位して液体を加圧する振動板とを有し、前記ノズルに連通する液体の流路上に設けられる吐出室と、該吐出室の一部である前記振動板と対向し、電荷供給により前記振動板との間に静電気力を発生させて前記振動板を当接及び離脱により変位させる固定電極とを備え、前記固定電極は、外部からの電荷が供給される第１固定電極と、該第１固定電極と異なる材料からなり、前記第１固定電極を介して電荷が供給される第２固定電極とで構成される液滴吐出ヘッドの吐出制御方法において、
前記振動板が前記固定電極と当接する面積を変化させるために、前記固定電極への電荷供給による電圧印加時間を制御することを特徴とする液滴吐出ヘッドの吐出制御方法。
【請求項１１】
前記第１固定電極と前記第２固定電極との蓄電に係る時定数に基づいて、前記振動板と前記固定電極との間の電圧印加時間を定めることを特徴とする請求項１０に記載の液滴吐出ヘッドの吐出制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液滴吐出ヘッド、その液滴吐出ヘッドを有する液滴吐出装置等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばシリコン等を加工して微小な素子等を形成する微細加工技術（ＭＥＭＳ：Micro Electro Mechanical Systems）が急激な進歩を遂げている。微細加工技術により形成される微細加工素子の例としては、例えば液滴吐出方式のプリンタのような記録（印刷）装置で用いられている液滴吐出ヘッド（インクジェットヘッド）、マイクロポンプ、光可変フィルタ、モータのような静電アクチュエータ、圧力センサ等がある。
【０００３】
液滴吐出方式（代表的なものとして、インクを吐出して印刷等を行うために用いるインクジェットがある）は、家庭用、工業用を問わず、あらゆる分野の印刷（プリント）等に利用されている。液滴吐出方式は、微細加工素子である例えば複数のノズルを有する液滴吐出ヘッドを、対象物との間で相対移動させ、対象物の所定の位置に液体を吐出するものである。近年では、液晶（Liquid Crystal）を用いた表示装置を作製する際のカラーフィルタ、有機電界発光（Organic ElectroLuminescence ）素子を用いた表示基板（ＯＬＥＤ）、ＤＮＡ等、生体分子のマイクロアレイ等の製造にも利用されている。
【０００４】
液滴吐出方式を実現する吐出ヘッドとして、流路上の吐出液体を溜めておく吐出室の少なくとも一面の壁（例えば底壁とする。この壁は他の壁と一体形成されているが、以下、この壁のことを振動板ということにする）が撓んで形状が変化するようにしておき、振動板を撓ませて吐出室内の圧力を高め、吐出室と連通するノズルから液滴を吐出させるものがある。
【０００５】
静電方式による液滴吐出ヘッドの場合には、可動電極である振動板と、振動板と対向する固定電極である個別電極との間に静電力を発生させ、振動板を個別電極に引きつける。その後、静電力を弱める又は発生を停止させると、振動板が元に戻って平衡状態になろうとする復元力（弾性力）の方が働くため、振動板が元の位置に変位する。これらを繰り返すことで振動板を駆動させ、液滴を吐出する。このとき、液滴吐出ヘッドでは、印刷の高画質化、高速化を図るため、さまざまな制御ができた方が都合がよい。着弾場所当たりの液滴吐出量（以下、吐出量という）を変更できたり、安定した吐出が行えたりするように制御したいという要求が高い。そのため、個別電極を複数に分割してそれぞれの電圧印加を制御し、電圧を印加する電極数により静電力を変化させて吐出量を変化させるインクジェットヘッドが提案されている（例えば特許文献１参照）
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−０１５８０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ますます高密度化する中、各ノズルについて、複数の個別電極を設け、独立した配線を行うのは困難である。また、このような配線を行うためのコストも増大する。
【０００８】
そこで、簡単な構造で吐出量を変化させることができる液滴吐出ヘッド等を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液体を液滴として吐出するノズルと、変位して液体を加圧する振動板とを有し、ノズルに連通する液体の流路上に設けられる吐出室と、吐出室の一部である振動板と対向して電荷供給により振動板との間に静電気力を発生させて振動板を当接及び離脱により変位させる固定電極とを備え、固定電極は、外部からの電荷が供給される第１固定電極と、第１固定電極と異なる材料からなり、第１固定電極を介して電荷が供給される第２固定電極とで構成される。
本発明によれば、固定電極を、第１固定電極と、第１固定電極と異なる材料からなり、第１固定電極を介して電荷が供給される第２固定電極とで構成するようにしたので、固定電極への電荷供給制御により、第１固定電極の部分だけに振動板を当接させる又は第１固定電極及び第２固定電極の部分に振動板を当接させるかを選択して吐出動作を行わせることで、一回に吐出できる液滴吐出量を変化させることができる液滴吐出ヘッドを得ることができる。このとき、段差構造などの複雑な構造を有さないため簡単に製造することができる。
【００１０】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドにおいて、第１固定電極から第２固定電極への電荷供給経路となる１又は複数の接続部により、第１固定電極と第２固定電極とを電気的に接続する。
本発明によれば、第１固定電極と第２固定電極とを１又は複数の接続部により電気的に接続するようにしたので、電荷供給経路を規定することができ、接続部の数、幅等を設定することで、第１固定電極から第２固定電極への電荷供給量（時間）を任意に制御することができる。
【００１１】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、第２固定電極を、第１固定電極よりも電気抵抗率が高い材料で構成する。
本発明によれば、第２固定電極を第１固定電極よりも電気抵抗率が高い材料で構成するようにしたので、第１固定電極の場合に比べて、第２固定電極と振動板との間で当接に必要な静電力発生までの時間差を設けることができる。
【００１２】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、ＩＴＯを第１固定電極の材料とし、チタンを第２固定電極の材料とする。
本発明によれば、電気抵抗率の違い、土台となる基板がガラスであったときの密着性等から考えて最もよい組み合わせであるため、長寿命で良好な吐出を行うことができる。また、製造時においても、チタンは、ＩＴＯのエッチングを行う際に必要なエッチャント（エッチング溶液）に対して耐性があるため、チタンによる第２固定電極を先に基板に形成しておくことで、基板上に第１固定電極及び第２固定電極を容易に形成することができる。
【００１３】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、チタンの代わりにクロム、白金又は金を第２固定電極の材料とする。
本発明によれば、第２固定電極としてクロム、白金又は金を材料とすると、電気抵抗率等の点で良好な液滴吐出ヘッドを得ることができる。
【００１４】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、吐出室の短手方向に対して中央部分に第１固定電極を配し、その両側に第２固定電極を配して、吐出室の短手方向に沿って第１固定電極と第２固定電極とを並べて設ける。
本発明によれば、吐出室の短手方向に沿って固定電極を設けるようにしたので、少なくとも第１固定電極においては、従来と変わらず、液体の流路に沿って、吐出に必要な加圧を加えるために振動板の当接を行うことができる。また、第２固定電極を両側に設けるのでバランスよく当接させることができる。
【００１５】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、吐出室の短手方向に対して第２固定電極の外側に、さらに第１固定電極及び第２固定電極と異なる材料からなる１又は複数の固定電極を設ける。
本発明によれば、第２固定電極の外側にさらに１又は複数の固定電極を設けるようにしたので、例えば一回に吐出できる液滴吐出量を３段階以上に変化させることができる。
【００１６】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、吐出室の長手方向に沿って第１固定電極と第２固定電極とを並べて設ける。
本発明によれば、吐出室の長手方向に沿って第１固定電極と第２固定電極とを並べて設けるようにしたので、長手方向に沿っても一回に吐出できる液滴吐出量を複数段階に変化させることができる液滴吐出ヘッドを得ることができる。
【００１７】
また、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するものである。
本発明によれば、上記の液滴吐出ヘッドを搭載するようにしたので、液滴吐出ヘッドを簡単な構造にしつつ、電圧印加時間の制御を行うだけで、一回に吐出できる液滴吐出量を変化させることができ、例えば、画像印刷等の用途の場合、高画質化を図ることができる。
【００１８】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの吐出制御方法は、液体を液滴として吐出するノズルと、変位して液体を加圧する振動板とを有し、ノズルに連通する液体の流路上に設けられる吐出室と、吐出室の一部である振動板と対向し、電荷供給により振動板との間に静電気力を発生させて振動板を当接及び離脱により変位させる固定電極とを備え、固定電極は、外部からの電荷が供給される第１固定電極と、第１固定電極と異なる材料からなり、第１固定電極を介して電荷が供給される第２固定電極とで構成される液滴吐出ヘッドの吐出制御方法において、振動板が固定電極と当接する面積を変化させるために、固定電極への電荷供給による電圧印加時間を制御する。
本発明によれば、固定電極への電荷供給による電圧印加時間を制御するだけで、第１固定電極の部分だけに振動板を当接させる又は第１固定電極及び第２固定電極の部分に振動板を当接させるかを選択して吐出動作を行わせることができ、簡単な制御により液滴吐出量を変化させることができる。
【００１９】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの吐出制御方法は、第１固定電極と第２固定電極との蓄電に係る時定数に基づいて、振動板と固定電極との間の電圧印加時間を定める。
本発明によれば、蓄電に係る時定数に基づいて、振動板と固定電極との間の電圧印加時間を定めるようにしたので、効率的な設計を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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を分解して表した図である。図１は液滴吐出ヘッドの一部を示している（図１に見えるノズルだけでなく、実際にはさらに多くのノズルを有している）。本実施の形態では、例えば静電方式で駆動する静電アクチュエータを用いる素子（デバイス）の代表として、フェイスイジェクト型の液滴吐出ヘッドについて説明する。（なお、構成部材を図示し、見やすくするため、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものと異なる場合がある。また、図の上側を上とし、下側を下として説明する。また、ノズルが並んでいる方向が、矩形状の吐出室２１（振動板２２、個別電極１２）において短手方向となるため、短手方向、短手方向と直交する方向を長手方向として説明する）。
【００２１】
図１に示すように本実施の形態に係る液滴吐出ヘッドは、電極基板１０、キャビティ基板２０及びノズル基板３０の３つの基板が下から順に積層されて構成される。本実施の形態では、電極基板１０とキャビティ基板２０とは陽極接合により接合する。また、キャビティ基板２０とノズル基板３０とはエポキシ樹脂等の接着剤を用いて接合する。
【００２２】
電極基板１０は、厚さ約１ｍｍの例えばホウ珪酸系の耐熱硬質ガラス等の基板を主要な材料としている。本実施形態では、ガラス基板とするが、例えば単結晶シリコンを基板とすることもできる。電極基板１０の表面には、後述するキャビティ基板２０の吐出室２１となる凹部に合わせ、例えば深さ約０．３μｍを有する複数の凹部１１が形成されている。そして、凹部１１の内側（特に底部）に、キャビティ基板２０の各吐出室２１（振動板２２）と対向するように固定電極となる個別電極１２が設けられている。ここで、本実施の形態の個別電極１２は、それぞれ異なる材料からなる第１個別電極１２Ａと第２個別電極１２Ｂ及び接続部１２Ｃとで構成されている（図４参照）。凹部１１内の矩形部分において、第１個別電極１２Ａは短手方向における中央部分に設けられ、第２個別電極１２Ｂは第１個別電極１２Ａの両側に設けられている。そして、第１個別電極１２Ａと第２個別電極１２Ｂとは、接続部１２Ｃにより複数箇所で電気的に接続されている。また、個別電極１２と外部の電荷供給手段とを電気的に接続するためのリード部１３及び端子部１４が第１個別電極１２Ａと一体となって凹部１１内に設けられている（以下、特に区別する必要がない限り、これらを合わせて個別電極１２として説明する）。個別電極１２の詳細については後述する。
【００２３】
ここで、凹部１１により、振動板２２と個別電極１２との間には、振動板２２が撓む（変位する）ことができる一定のギャップ（空隙）が形成される。ここで、振動板２２（絶縁膜２３）と個別電極１２との間にできるギャップの間隔をギャップ長ということにする。また、電極基板１０には、外部のタンク（図示せず）から供給された液体を取り入れる流路となる液体供給口１５となる貫通穴が設けられている。
【００２４】
キャビティ基板２０は、例えば表面が（１１０）面方位のシリコン単結晶基板（以下、シリコン基板という）を主要な材料としている。キャビティ基板２０には、吐出させる液体を一時的にためる吐出室２１となる凹部（底壁が可動電極となる振動板２２となっている）及びリザーバ２４となる凹部が形成されている。さらに、キャビティ基板２０の下面（電極基板１０と対向する面）には、個別電極１２との間を電気的に絶縁等するため、ＴＥＯＳ膜（ここでは、Tetraethyl orthosilicate Tetraethoxysilane：テトラエチルオルソシリケート（珪酸エチル）を原料ガスとして用いてできる酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）膜をいう）による絶縁膜２３を０．１μｍ成膜している。ここでは絶縁膜２３をＴＥＯＳ膜で成膜しているが、例えばＡｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム（アルミナ））等を用いてもよい。ここで、特に断らない限り、振動板２２と絶縁膜２３とは一体であるものとして説明する。また、各吐出室２１に液体を供給するリザーバ（共通液室）２４となる凹部が形成されている。さらに、外部の電力供給手段（図示せず）からキャビティ基板２０（振動板２２）に電荷を供給する際の端子となる共通電極端子２７を備えている。
【００２５】
ノズル基板３０についても、例えばシリコン基板を主要な材料とする。ノズル基板３０には、複数のノズル３１が形成されている。各ノズル３１は、振動板２２の変位により加圧された液体を液滴として外部に吐出する。また、吐出室２１とリザーバ２４とを連通させるための溝となるオリフィス３２と、振動板２２が撓むことでリザーバ２４方向に加わる圧力を緩衝するダイヤフラム３３とが設けられている。
【００２６】
図２は液滴吐出ヘッドの長手方向における断面図である。図２において、吐出室２１はノズル孔３１から吐出させる液体をためておく。吐出室２１の底壁である振動板２２を撓ませることにより、吐出室２１内の圧力を高め、ノズル孔３１から液滴を吐出させる。ここで、本実施の形態では、電極とすることができ、かつウェットエッチング工程の際に都合がよい高濃度のボロンドープ層をシリコン基板に形成し、振動板２２を構成するものとする。また、異物、水分（水蒸気）等がギャップに入り込まないように、ギャップを外気から遮断し、密閉するために電極取り出し口２６に封止材２５が設けられている。
【００２７】
図３は駆動制御回路４０を中心とする構成を表す図である。図３に基づいて、振動板２２の当接（保持）、離脱の制御を行い、液滴吐出ヘッドから液滴を吐出させるための制御を行う手段等について説明する。駆動制御回路４０はＣＰＵ４２ａを中心に構成されたヘッド制御部４１を備えている。ヘッド制御部４１のＣＰＵ４２ａには、例えばコンピュータ等の外部装置５０からバス５１を介し、印刷用データ等を含む信号が送信される。
【００２８】
また、ヘッド制御部４１はＲＯＭ４３ａ、ＲＡＭ４３ｂ及びキャラクタジェネレータ４３ｃを有しており、内部バス４２ｂを介してＣＰＵ４２ａと接続されている。ＣＰＵ４２ａは、ＲＯＭ４３ａ内に格納されている制御プログラムに基づいて処理を実行し、印刷用データに対応した吐出制御信号を生成する。その際、ＲＡＭ４３ｂ内の記憶領域を作業領域として用い、また、文字等を印刷する等の場合、キャラクタジェネレータ４３ｃに記憶されたキャラクタデータ等に基づく処理を行う。ＣＰＵ４２ａが生成した吐出制御信号は、内部バス４２ｂを介して論理ゲートアレイ４５に送信される。論理ゲートアレイ４５は、吐出制御信号に基づいて、後述するように、各ノズル３１について設けられた各個別電極１２に対する電荷供給に関するＳＥＧ信号を生成する。また、ＣＯＭ発生回路４６ａからは、後述するようにキャビティ基板２０（振動板２２）に対する電荷供給に関するＣＯＭ信号を生成する。駆動パルス発生回路４６ｂは同期のための信号を生成する。これらの信号は、コネクタ４７を経由して、ドライバＩＣ４８に送信される。
【００２９】
そして、ドライバＩＣ４８は、直接又はＦＰＣ（Flexible Print Circuit）、ワイヤ等の配線４９を介して電気的に端子部１４、共通電極端子２７と接続される。ドライバＩＣ４８の端子数が液滴吐出ヘッドのノズル３１の数に足りなければ、複数のドライバＩＣ４８で構成されている場合もある。ドライバＩＣ４８は、電源回路５２から電力の供給を受け、前述した各種信号に基づいて、キャビティ基板２０（振動板２２）及び／又は個別電極１２への電荷供給の開始（充電）、電荷保持及び放電（以下、これを出力という）を実際に行って振動板２２と個別電極１２との間に電圧（駆動電圧）を印加する（電位差を生じさせる）手段である。出力を繰り返すことにより、ドライバＩＣ４８が出力により印加しようとする電圧の波形はパルス状となる（現実には立ち上がり時間、立ち下がり時間が０ではないために台形状となるが、便宜上、この出力をパルスということにする）。
【００３０】
電荷供給による電圧印加により、振動板２２と個別電極１２との間に静電力が発生し、振動板２２は個別電極１２側に引き寄せられて撓み、当接する。このため排除体積（吐出室２１の容積）が広がる。また、放電により振動板２２と個別電極１２との間の電位差がなくなる又は少なくなると、静電力の発生が停止又は少なくなる。振動板２２における復元力の方が大きくなると、振動板２２が元に戻ろうとして個別電極１２から離脱するが、このときの復元力による圧力（以下、復元圧力という）が液体に加わり、ノズル３１から液体を押し出して液滴が吐出される。この液滴が例えば記録対象となる記録紙に着弾することによって印刷等の記録が行われる。
【００３１】
図４は凹部１１及び個別電極１２の一部を拡大した図である。上述したように、凹部１１内には異なる材料からなる第１個別電極１２Ａ及び第２個別電極１２Ｂが形成されている。本実施の形態では、第１個別電極１２Ａ（リード部１３、端子部１４）の材料として、酸化インジウムに酸化錫を不純物としてドープした、可視光領域で透明のＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物）を用いるものとする。一方、第２個別電極１２Ｂ及び接続部１２Ｃの材料としては、Ｔｉ（チタン）を用いるものとする。温度等の条件によっても異なるが、一般的にチタンの電気抵抗率は、５．５×１０-5（Ω・ｃｍ）であり、ＩＴＯよりも高い。ここで第１個別電極１２Ａと第２個別電極１２Ｂの幅は特に規定しないが、幅が広いと電気抵抗が低いため、第１個別電極１２Ａの幅が広い方が、第１個別電極１２Ａ全体に電荷が行き渡るのがはやいため、応答をはやくして吐出を行うにはよい。また、第１個別電極１２Ａと第２個別電極１２Ｂとにおける当接幅等のバランスも考慮する必要がある。
【００３２】
本実施の形態においては、接続部１２Ｃは３箇所に設けられており、接続部１２Ｃにより第１個別電極１２Ａと第２個別電極１２Ｂとが電気的に接続されている。ドライバＩＣ４８からの電荷は、端子部１４、リード部１３を介して、第１個別電極１２Ａの方向に供給されていき、第１個別電極１２Ａ全体に供給される。そして、ドライバＩＣ４８から電荷が供給され続けると、第１個別電極１２Ａ、接続部１２Ｃを介してさらに第２個別電極１２Ｂにも電荷が供給されていく。第１個別電極１２Ａ、接続部１２Ｃを介して電荷供給され、また第２個別電極１２Ｂにおける電気抵抗が第１個別電極１２Ａよりも高いため、振動板２２を当接させることができる静電力を生じさせる電荷が第２個別電極１２Ｂ全体に供給されるまでには時間を要する。
【００３３】
ここで、例えば第１個別電極１２Ａと第２個別電極１２Ｂとが接触する面積が多いと、第１個別電極１２Ａと第２個別電極１２Ｂへの電荷供給経路が広くなるため、第２個別電極１２Ｂ全体に電荷が供給される時間と第１個別電極１２Ａ全体に電荷が行き渡る時間との差が生じなくなってしまうことがある。そこで、接続部１２Ｃを設け、第１個別電極１２Ａから第２個別電極１２Ｂに電荷供給される経路を制限することで、電荷供給の時間に差をつけることができる。ただ、逆に接触面積を減らしすぎた場合には、第２個別電極１２Ｂへの電荷供給に時間を要し過ぎて応答性が悪くなる可能性がある。したがって、第１個別電極１２Ａと第２個別電極１２Ｂとの電荷供給の時間差を決定する場合には、接続部１２Ｃの幅、設ける数等により調整するようにする。この時間差としては例えば約２μｓとなるようにできれば望ましいと考えられる。ここで、前述したように、第１個別電極１２Ａにおける電荷供給が全体に瞬時に行われるわけではなく、リード部１３及び端子部１４に近い側から遠い側の方向に電荷が供給されていくため、接続部１２Ｃを設ける位置によっても、若干、時間差が変化することもある。
【００３４】
図５は電圧を印加する時間と振動板２２の当接との関係を表す図である。図５（ａ）はドライバＩＣ４８が印加しようとする電圧のパルス波形を表す。ここで、共通電極端子２７に対するＣＯＭ信号の電圧はＧＮＤとし、各個別電極１２にそれぞれ個別の電荷供給制御を行うために印加するＳＥＧ信号の電圧はＶとする。本実施の形態は図５（ａ）に示すように、ドライバＩＣ４８が電荷を供給する時間（電圧を印加する時間）を変化させる。また、振動板２２を当接させる静電力が得られるまでの時間について、第１個別電極１２Ａと第２個別電極１２Ｂとの間で差を設ける。この差は、第１個別電極１２Ａと第２個別電極１２Ｂとで異なる材料を用いて電気抵抗を異ならせることで設ける。これにより、振動板２２を第１個別電極１２Ａのみに当接させるか（図５（ｂ））、個別電極１２全面（第１個別電極１２Ａ、第２個別電極１２Ｂ、接触部１２Ｃ）に当接させるか（図５（ｃ））を、電荷を供給する時間を調整することで選択することができるようにする。そして、振動板２２が個別電極１２と当接する面積（以下、当接面積という）を変化させて排除体積（吐出室２１の容積）を変化させ、ノズル３１から吐出する液滴の吐出量を変化させる。
【００３５】
ドライバＩＣ４８は、時間ｔａに電圧印加を開始する。そして、Δｔ１の間、印加電圧をＶに保持した場合には、第１個別電極１２Ａの部分だけが振動板２２との間で当接に必要な静電力を発生するだけの電荷を蓄える（蓄電する）ことができる（第２個別電極１２Ｂには、当接に必要な分の電荷が蓄えられない）。振動板２２は第１個別電極１２Ａの部分と当接した後、個別電極１２の電荷放電によって離脱する。このときの復元圧力によってノズル３１から液滴が吐出する。
【００３６】
一方、Δｔ２の間、印加電圧をＶに保持した場合には、第１個別電極１２Ａだけでなく、第２個別電極１２Ｂにも振動板２２との間で当接に必要な静電力を発生するだけの電荷を蓄えることができる。そのため、振動板２２は第１個別電極１２Ａ及び第２個別電極１２Ｂの部分と当接した後、個別電極１２の電荷放電によって離脱する。このときの復元圧力によってノズル３１から液滴が吐出する。第２個別電極１２Ｂにも当接している分、排除体積が拡がるため、Δｔ１の間、印加電圧をＶに保持した場合に比べてノズル３１からの液滴の吐出量が多くなる。
【００３７】
図６は第１個別電極１２Ａ、第２個別電極１２Ｂの幅と時定数との関係例を表す図である。図６においては、ＩＴＯからなる第１個別電極１２Ａ（図６ではＩＴＯ部という）とチタンからなる第２個別電極１２Ｂ（図６ではＴｉ部という）との幅の比、第１個別電極１２Ａ（ＩＴＯ部）における時定数τ１（ｓ）、第２個別電極１２Ｂ（Ｔｉ部）における時定数τ２（ｓ）及び第１個別電極１２Ａを経て第２個別電極１２Ｂに至るまでの時定数τ３（時定数τ１と時定数τ２との和と考える）を表している。また、図６（ａ）は１箇所の接続部１２Ｃにおいて、第１個別電極１２Ａと第２個別電極１２Ｂとを電気的に接続した場合を表す。図６（ｂ）は、図４で示すように、３箇所の接続部１２Ｃにおいて、第１個別電極１２Ａと第２個別電極１２Ｂとを電気的に接続した場合を表す。なお、第１個別電極１２Ａと第２個別電極１２Ｂとの長さは同じである。
【００３８】
ここで、時定数τは次式（１）で表される線型系における１次の周波数応答を示す値を表すものであり、通常、最終的な値の約６３．２％になるまでの時間を表す。
ｅ（ｔ）＝Ｅ（１−ｅｘｐ（−ｔ／τ））                              …（１）
ｅ：振動板２２と個別電極１２との間の電圧となる
Ｅ：ドライバＩＣ４８による印加電圧Ｖ
ｔ：時刻
τ：時定数
【００３９】
本実施の形態においては、第１個別電極１２Ａ、第２個別電極１２Ｂにおいて蓄えることができる電荷の約６３．２％が蓄えられる時間をそれぞれτ１、τ２として表すものとする。吐出量、吐出速度等、性能設計事項等にもよるが、静電力を発生させるために必要な電荷が第１個別電極１２Ａと第２個別電極１２Ｂとに供給され、蓄えられるまでには、時定数として示された時間以上の時間が必要になると考えられる。例えば時定数の約３倍で当接に必要な静電力が発生するときには約９５％の電荷が蓄えられていることになり、このときの時間が図５（ａ）に示すΔｔ１、Δｔ２となって表される。したがって、時定数を直接、電圧印加時間として用いるわけではないが、第１個別電極１２Ａ、第２個別電極１２Ｂにおける時定数を参照することができる。そして時定数に基づくことで効率的な設計を行い、電圧を印加する時間を設定することができる。
【００４０】
以上のように実施の形態１によれば、個別電極１２をＩＴＯからなる第１個別電極１２Ａと、チタンからなり、第１個別電極１２Ａを介して電荷が供給される第２個別電極１２Ｂとで構成するようにしたので、ドライバＩＣ４８からの電荷供給制御により、第１個別電極１２Ａだけに振動板２２を当接させる又は第１個別電極１２Ａ及び第２個別電極１２Ｂに振動板２２を当接させるかを選択して吐出動作を行わせることにより、一回に吐出できる液滴吐出量を変化させることができる。このとき、１又は複数箇所（ここでは３箇所）において接続部１２Ｃで第１個別電極１２Ａと第２個別電極１２Ｂとを電気的に接続しているので、第２個別電極１２Ｂへの電荷供給経路を任意に規定することができる。さらに吐出室２１(振動板２２)の短手方向に沿って個別電極１２を設けるようにしたので、液体の流路に沿って、吐出に必要な加圧を加えるための振動板２２の当接を行うことができる。
【００４１】
また、第１個別電極１２ＡをＩＴＯ、第２個別電極１２Ｂをチタンとして、第２個別電極１２Ｂを電気抵抗率が高い材料で構成するようにしたので、振動板２２との間で当接に必要な静電力が発生するまでの時間差を設けることができる。特にＩＴＯとチタンは、電気抵抗率の違い、土台となる基板がガラスであったときの密着性等から考えて最もよい組み合わせであり、長寿命で良好な吐出を行うことができる。
【００４２】
さらに、ドライバＩＣ４８においては、個別電極１２への電荷供給による電圧印加時間を制御するだけで吐出量の制御を行うことができるため、簡単な制御により一回に吐出できる液滴吐出量を変化させることができる。そして、時定数τ１、τ２に基づいて、電圧印加時間Δｔ１、Δｔ２を定めるようにしたので、効率的な設計を行うことができる。
【００４３】
実施の形態２．
図７は電極基板１０の製造工程を表す図である。本実施の形態では、電極基板１０の製造を中心とする液滴吐出ヘッドの製造方法について説明する。右側は第１個別電極１２Ａ等が形成される部分の長手方向断面を表し、左側は第２個別電極１２Ｂが形成される部分の長手方向断面を表す。ここで実際には電極基板１０は、ウェハ状のガラス基板で複数個分を同時形成する。そして、他の基板と接合等をした後、個々に切り離して液滴吐出ヘッドを製造するが、図７では１つの液滴吐出ヘッドの電極基板１０の一部分だけを示している（以下でも同様である）。
【００４４】
約１ｍｍのガラス基板６１の一方の面に対し、例えば、マスクとなるクロム（Ｃｒ）等の膜６２（以下、マスク膜６２という）を成膜する（図７（ａ））。マスク膜６２の形成は、例えばＰＶＤ（Physical Vapor Deposition ）法で行う。例えば、ＰＶＤ法としては、スパッタ、真空蒸着、イオンプレーティング等の方法がある。さらに、マスク膜６２上の全面にフォトレジスト６３を塗布する。そして、フォトリソグラフィ（Photolithography）法を用い、クロム膜上の全面に塗布したフォトレジスト用の感光性樹脂をマスクアライナ等で露光し、現像液で現像することで、ガラス基板６１に、後に電極基板１０の凹部１１となる部分を形成するためのフォトレジスト６３によるパターンを形成する。
【００４５】
フォトレジストパターンを形成した後、例えば硝酸セリウムアンモニウム水溶液によりウェットエッチングを行い、マスク膜６２の不要な部分を除去する（図７（ｂ））。これによりガラス基板６１上に、マスク膜６２による凹部１１となる部分のエッチングパターンが形成される。そして、例えばフッ化アンモニウム水溶液によりガラス基板６１のウェットエッチングを行って、約０．３μｍの高さの側壁を有する凹部１１を形成する（図７（ｃ））。その後、マスク膜６２を剥離する。
【００４６】
そして、第２個別電極１２Ｂ、接続部１２Ｃとなるチタンの膜６４（以下、チタン膜６４という）を凹部１１を形成した面に対して、例えば全面成膜する（図７（ｄ））。成膜方法については例えばスパッタ等のＰＶＤ法により成膜を行う。そして、チタン膜６４に対して、前述したフォトリソグラフィ法を用いてフォトレジスト６５を塗布し、パターニングを行う。その後、チタン膜６４に対して、六フッ化硫黄（ＳＦ6 ）によりドライエッチングを行い（図７（ｅ））、フォトレジスト６５を剥離して第２個別電極１２Ｂ及び接続部１２Ｃを形成する（図７（ｆ））。
【００４７】
さらに、第１個別電極１２Ａ、リード部１３及び端子部１４となるＩＴＯの膜６６（以下、ＩＴＯ膜６６という）を凹部１１を形成した面に対して全面成膜する（図７（ｇ））。ここで、成膜方法については特に限定するものではないが、例えばスパッタリング等により成膜を行う。そして、ＩＴＯ膜６６に対して、フォトリソグラフィ法を用いてフォトレジスト６７を塗布し、パターニングを行う。その後、ＩＴＯ膜６６に対して塩酸、硝酸、純水の混合液によりウェットエッチングを行い（図７（ｈ））、フォトレジスト６７を剥離して第１個別電極１２Ａ、リード部１３及び端子部１４を形成する（図７（ｉ））。そして、液体供給口１５を開口して電極基板１０を作製する（図７（ｊ））。ここでは、エッチングによるダメージの点を考慮して、チタンによる第２個別電極１２Ｂ及び接続部１２Ｃを形成した後に、ＩＴＯによる第１個別電極１２Ａ、リード部１３及び端子部１４を形成したが、各電極の材料、エッチングの方法、エッチャント等によっては、この順序に限定するものではない。
【００４８】
図８は液滴吐出ヘッドの製造工程を表す図である。図８に基づいて液滴吐出ヘッド製造工程について説明する。なお、実際には、ウェハ単位で複数個分の液滴吐出ヘッドの部材を同時形成するが、図８ではその一部分だけを示している。
【００４９】
シリコン基板７１の片面（電極基板１０との接合面側となる）を鏡面研磨し、例えば２２０μｍの厚みの基板（キャビティ基板２０となる）を作製する（図８（ａ））。次に、シリコン基板７１のボロンドープ層７２を形成する面を、Ｂ2Ｏ3を主成分とする固体の拡散源に対向させ、縦型炉に入れてボロンをシリコン基板７１中に拡散させ、ボロンドープ層７２を形成する。そして、ボロンドープ層７２を形成した面に、プラズマＣＶＤ法により、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）の条件で絶縁膜２３を０．１μｍ成膜する（図８（ｂ））。
【００５０】
そして、シリコン基板７１と電極基板１０を３６０℃に加熱した後、電極基板１０に負極、シリコン基板７１に正極を接続して、８００Ｖの電圧を印加し、陽極接合を行う。陽極接合を終えた基板（以下、接合基板という）に対し、シリコン基板７１の厚みが約６０μｍになるまでシリコン基板７１表面の研削加工を行う。その後、加工変質層を除去する為に、水酸化カリウム溶液でシリコン基板７１を約１０μｍ分ウェットエッチングを行う。これによりシリコン基板７１の厚みを約５０μｍにする（図８（ｃ））。
【００５１】
接合基板のウェットエッチングを行った面に対し、ＴＥＯＳによる酸化シリコンのハードマスク（以下、ＴＥＯＳハードマスクという）７３をプラズマＣＶＤ法により成膜する。成膜条件として、例えば、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）とし、その条件で１．５μｍ成膜する。
【００５２】
ＴＥＯＳハードマスク７３を成膜した後、吐出室２１及び電極取出し口２６となる部分のＴＥＯＳハードマスク７３をウェットエッチングするため、レジストパターニングを施す。そして、フッ酸水溶液を用いてＴＥＯＳハードマスク７３が無くなるまで、それらの部分をウェットエッチングしてＴＥＯＳハードマスク７３をパターニングし、シリコン基板７１を露出させる。リザーバ２４となる部分については、リザーバ２４底部に厚みを残しておくために、ＴＥＯＳハードマスク７３を若干残しておくようにする。また、例えば、面積が大きく、割れやすい電極取出し口２６となる部分についても、レジストの厚みを若干残しておき、後の工程で割れを防止するための厚みを残すようにしてもよい。そして、ウェットエッチングした後にレジストを剥離する（図８（ｄ））。
【００５３】
次に、接合基板を３５ｗｔ％の濃度の水酸化カリウム水溶液に浸し、吐出室２１及び電極取出し口２６となる部分の厚みが約１０μｍになるまでウェットエッチングを行う。さらに、接合基板を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７２が露出し、エッチングの進行が極度に遅くなるエッチングストップが十分効いたものと判断するまでウェットエッチングを続ける（図８（ｅ））。このように、２種類の濃度の異なる水酸化カリウム水溶液を用いたエッチングを行うことによって、吐出室２１となる部分に形成される振動板２２の面荒れを抑制し、厚み精度を高くすることができる。その結果、液滴吐出ヘッドの吐出性能を安定化させることができる。
【００５４】
ウェットエッチングを終了すると、接合基板をフッ酸水溶液に浸し、シリコン基板７１表面のＴＥＯＳハードマスク７３を剥離する。次に、電極取出し口２６となる部分のボロンドープ層７２を除去するため、電極取出し口２６となる部分が開口したシリコンマスクを、接合基板のシリコン基板７１側の表面に取り付ける。そして、例えば、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（異方性ドライエッチング）を３０分間行い、電極取出し口２６となる部分のみにプラズマを当てて、開口する。ここで、例えば接合基板とマスクとのアライメント精度を高めるため、シリコンマスクの装着は、接合基板とシリコンマスクとにピンを通すピンアライメントにより行うようにするとよい。ここでは、異方性ドライエッチングにより開口しているが、ピン等で突くことで、ボロンドープ層７２を壊してもよい。そして、封止材２５を用いて、ギャップ部分を外気から遮断するための封止を行う（図８（ｆ））。封止材２５の材料、封止方法等については特に限定するものではないが、例えば電極取り出し口２６の開口部分にエポキシ系樹脂を塗布したり、酸化シリコンを堆積させたりして形成する。
【００５５】
封止が完了すると、例えば、さらに共通電極端子２７となる部分を開口したマスクを、接合基板のシリコン基板７１側の表面に取り付けて、例えばプラチナ（Ｐｔ）をターゲットとしてスパッタ等を行い、共通電極端子２７を形成する。そして、あらかじめ別工程で作製していたノズル基板３０を、例えばエポキシ系接着剤により、接合基板のキャビティ基板２０側から接着し、接合する（図８（ｇ））。そして、ダイシングラインに沿ってダイシングを行い、個々の液滴吐出ヘッドに切断し、液滴吐出ヘッドが完成する。さらに配線４９を介してＩＣドライバ４８との接続等を行う。
【００５６】
以上のように電極基板１０の作製時において、特にチタンからなる第２個別電極１２Ｂを形成した後、ＩＴＯからなる第１個別電極１２Ａを形成することで、互いにダメージを受けることなく形成することができる。
【００５７】
実施の形態３．
図９は本発明の実施の形態３における凹部１１及び個別電極１２の一部を拡大した図である。上述の実施の形態では、矩形状の振動板２２の短手方向に第１個別電極１２Ａと第２個別電極１２Ｂとを並べて設けるようにしたが、例えば長手方向に並べて設けるようにしてもよい。この場合も、接続部１２Ｃで電気的に接続し、経路を制限するようにしてもよい。
【００５８】
実施の形態４．
図１０は各金属における一般的な電気抵抗率を表す図である。上記の実施の形態では、ＩＴＯを第１個別電極１２Ａの材料とし、チタンを第２個別電極１２Ｂの材料とした。ＩＴＯとの電気抵抗率等の関係等を考えるとチタンが最も適していると考えられるが、材料はこれに限定するものではない。例えば電極基板１０の土台となるガラスとの密着性等も考慮する必要があるが、例えば、チタン以外の金属材料としては、クロム（Ｃｒ）、プラチナ（白金：Ｐｔ）、金（Ａｕ）等が考えられる。また、他の合金、酸化チタン等の酸化金属等でもよい。
【００５９】
また、第１個別電極１２Ａの材料についてもＩＴＯに限定するものではない。例えば、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide ：酸化インジウム亜鉛）等を材料として用いるようにしてもよい。
【００６０】
図１１は凹部１１及び個別電極１２の一部を拡大した図である。上述の実施の形態では、中央部分に第１個別電極１２Ａと両端部分に第２個別電極１２Ｂを設けるようにした。図１１に示すように、例えば、第２個別電極１２Ｂ−１の外側に、さらに別の材料からなる第２個別電極１２Ｂ−２を設けるようにしてもよい。また、上述の実施の形態では、接続部１２Ｃの材料は第２個別電極１２Ｂと同じチタンを用いたが、これに限定するものではなく、別に材料を用いるようにしてもよい。
【００６１】
実施の形態５．
上述の実施の形態では、電極基板１０、キャビティ基板２０及びノズル基板３０の３層構造の液滴吐出ヘッドについて説明したが、例えば、リザーバ部分を独立した基板（以下、リザーバ基板という）で構成した４層構造の液滴吐出ヘッドについても適用することができる。
【００６２】
実施の形態６．
図１２は上述の実施の形態で製造した液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出装置の外観図である。また、図１３は液滴吐出装置の主要な構成手段の一例を表す図である。図１２及び図１３の液滴吐出装置は液滴吐出方式（インクジェット方式）による印刷を目的とする。また、いわゆるシリアル型の装置である。図１３において、被印刷物であるプリント紙１１０が支持されるドラム１０１と、プリント紙１１０にインクを吐出し、記録を行う液滴吐出ヘッド１０２とで主に構成される。また、図示していないが、液滴吐出ヘッド１０２にインクを供給するためのインク供給手段がある。プリント紙１１０は、ドラム１０１の軸方向に平行に設けられた紙圧着ローラ１０３により、ドラム１０１に圧着して保持される。そして、送りネジ１０４がドラム１０１の軸方向に平行に設けられ、液滴吐出ヘッド１０２が保持されている。送りネジ１０４が回転することによって液滴吐出ヘッド１０２がドラム１０１の軸方向に移動するようになっている。
【００６３】
一方、ドラム１０１は、ベルト１０５等を介してモータ１０６により回転駆動される。また、駆動制御回路４０は、印画データ及び制御信号に基づいて送りネジ１０４、モータ１０６を駆動させ、また、ここでは図示していないが、発振駆動回路を駆動させて振動板２２を振動させ、制御をしながらプリント紙１１０に印刷を行わせる。
【００６４】
ここでは液体をインクとしてプリント紙１１０に吐出するようにしているが、液滴吐出ヘッドから吐出する液体はインクに限定されない。例えば、カラーフィルタとなる基板に吐出させる用途においては、カラーフィルタ用の顔料を含む液体、ＯＬＥＤ等の表示基板に吐出させる用途においては、発光素子となる化合物を含む液体、基板上に配線する用途においては、例えば導電性金属を含む液体を、それぞれの装置において設けられた液滴吐出ヘッドから吐出させるようにしてもよい。また、液滴吐出ヘッドをディスペンサとし、生体分子のマイクロアレイとなる基板に吐出する用途に用いる場合では、ＤＮＡ（Deoxyribo Nucleic Acids ：デオキシリボ核酸）、他の核酸（例えば、Ribo Nucleic Acid：リボ核酸、Peptide Nucleic Acids：ペプチド核酸等）タンパク質等のプローブを含む液体を吐出させるようにしてもよい。その他、布等の染料の吐出等にも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドを分解して表した図である。
【図２】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの断面図である。
【図３】駆動制御回路４０を中心とする構成を表す図である。
【図４】凹部１１及び個別電極１２の一部を拡大した図である。
【図５】電圧を印加する時間と振動板２２の当接との関係を表す図である。
【図６】個別電極１２の幅と時定数との関係例を表す図である。
【図７】電極基板１０の製造工程を表す図である。
【図８】液滴吐出ヘッドの製造工程を表す図である。
【図９】凹部１１及び個別電極１２の一部を拡大した図である。
【図１０】各金属における一般的な電気抵抗率を表す図である。
【図１１】凹部１１及び個別電極１２の一部を拡大した図である。
【図１２】液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出装置の外観図である。
【図１３】液滴吐出装置の主要な構成手段の一例を表す図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０  電極基板、１１  凹部、１２  個別電極、１２Ａ  第１個別電極、１２Ｂ，１２Ｂ−１，１２Ｂ−２  第２個別電極、１２Ｃ  接続部、１３  リード部、１４  端子部、１５  液体供給口、２０  キャビティ基板、２１  吐出室、２２  振動板、２３  絶縁膜、２４  リザーバ、２５  封止材、２６  電極取出し口、２７  共通電極端子、３０  ノズル基板、３１  ノズル、３２  ダイヤフラム、３３  オリフィス、４０  駆動制御回路、４１  ヘッド制御部、４２ａ  ＣＰＵ、４２ｂ  バス、４３ａ  ＲＯＭ、４３ｂ  ＲＡＭ、４３ｃ  キャラクタジェネレータ、４５  論理ゲートアレイ、４６ａ  ＣＯＭ発生回路、４６ｂ  駆動パルス発生回路、４７  コネクタ、４８  ドライバＩＣ、４９  配線、５０  外部装置、５１  バス、５２  電源及び電源回路、６１  ガラス基板、６２  マスク膜、６３，６５，６７  フォトレジスト、６４  チタン膜、６６  ＩＴＯ膜、７１  シリコン基板、７２  ボロンドープ層、７３  ＴＥＯＳハードマスク、１００  プリンタ、１０１  ドラム、１０２  液滴吐出ヘッド、１０３  紙圧着ローラ、１０４  送りネジ、１０５  ベルト、１０６  モータ、１１０  プリント紙。
【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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