(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と、この第１の基板に重ね合わされた第２の基板と、前記第１の基板に形成された第１の電極として機能する複数の振動板部分と、前記第２の基板における各振動板部分に対峙している表面部分に形成された電極配置用溝部分と、この電極配置用溝部分に連続して前記第２の基板の表面部分に形成された電極引き出し用溝部分と、この電極引き出し用溝部分における前記第１および第２の基板の合わせ面部分から外部に連通している外部連通口と、各電極配置用溝部分の底面に形成された第２の電極と、この第２の電極に連続して前記電極引き出し用溝部分の底面に形成された電極配線部分と、この電極配線部分に連続して前記外部連通口から外部に引き出されている電極接続部分と、前記電極引き出し用溝部分に充填した封止剤とを有し、
少なくとも隣接する２本の前記電極引き出し用溝部分は、少なくともそれらの一部分が共通溝部分として形成されており、当該共通溝部分の底面には、隣接する２本の前記電極配線部分におけるそれらの一部分が並列配置されていることを特徴とする静電アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１において、
前記電極引き出し用溝部分は、前記共通溝部分と、この共通溝部分から分岐して各電極配置用溝部分につながっている分岐溝部分とを備えており、
前記共通溝部分の断面積は、前記分岐溝部分の断面積の合計よりも小さいことを特徴とする静電アクチュエータ。
【請求項３】
第１の基板と、この第１の基板に重ね合わされた第２の基板と、前記第１の基板に形成された第１の電極として機能する複数の振動板部分と、前記第２の基板における各振動板部分に対峙している表面部分に形成された電極配置用溝部分と、この電極配置用溝部分に連続して前記第２の基板の表面部分に形成された電極引き出し用溝部分と、この電極引き出し用溝部分における前記第１および第２の基板の合わせ面部分から外部に連通している外部連通口と、各電極配置用溝部分の底面に形成された第２の電極と、この第２の電極に連続して前記電極引き出し用溝部分の底面に形成された電極引き出し用配線部分と、この電極引き出し用配線部分に連続して前記外部連通口から外部に引き出されている電極接続部分と、前記電極引き出し用溝部分に充填した封止剤と、前記の各振動板部分の振動により容積変化する複数のインク圧力室と、各インク圧力室に連通している複数のインクノズルとを有し、
少なくとも隣接する２本の前記電極引き出し用溝部分は、少なくともそれらの一部分が共通溝部分として形成されており、当該共通溝部分の底面には、隣接する２本の前記電極配線部分におけるそれらの一部分が並列配置されていることを特徴とする静電駆動式インクジェットヘッド。
【請求項４】
請求項３において、
前記電極引き出し用溝部分は、前記共通溝部分と、この共通溝部分から分岐して各電極配置用溝部分につながっている分岐溝部分とを備えており、
前記共通溝部分の断面積は、前記分岐溝部分の断面積の合計よりも小さいことを特徴とする静電駆動式インクジェットヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットヘッド等の駆動機構として用いられている静電アクチュエータおよび、静電アクチュエータをインク吐出用の駆動機構として用いている静電駆動式インクジェットヘッドに関するものである。
【０００２】
更に詳しくは、本発明は、対向電極間のギャップを形成している部分が適切な状態で気密封止されていると共に、当該気密封止部分がコンパクトに構成されている静電アクチュエータおよび、静電駆動式インクジェットヘッドに関するものである。
【０００３】
【従来の技術】
静電アクチュエータをインク液滴吐出用の駆動機構として採用している静電駆動式のインクジェットヘッドは、例えば、本願人により、特開平５―５０６０１号公報において提案されている。
【０００４】
この形式のインクジェットヘッドは、インクノズルに連通しているインク流路の底面が面外方向に弾性変形可能な振動板として形成され、この振動板には、一定の間隔でガラス基板が対向配置され、これら振動板およびガラス基板にそれぞれ対向電極が配置された構成となっている。対向電極間に電圧を印加すると、それらの間に発生する静電気力によって、振動板は基板の側に静電吸引されて振動する。この振動板の振動によって発生するインク流路（インク圧力室）の内圧変動によって、インクノズルからインク液滴が吐出される。
【０００５】
ここで、対向電極の隙間部分が大気と連通していると、対向電極間に発生する静電気の作用によって大気中の塵埃や水分が隙間部分に侵入し、振動板がガラス基板側に静電吸引されなくなる等の弊害が発生する。そこで、対向電極の隙間部分に連通している大気開放側の通路にエポキシ樹脂等の封止剤を充填して、当該隙間部分を気密封止するようにしている。
【０００６】
しかしながら、封止剤が対向電極の隙間部分の中まで侵入してしまうと、振動板の振動特性等が悪化するので、封止剤が対向電極の隙間部分に侵入しないようにする必要があると共に、封止剤の充填部分を振動板から所定の距離以上離す必要がある。また、気密封止を完全に行なうためには一定量以上の封止代を設ける必要がある。さらには、各静電アクチュエータの動作特性を一定にするためには、各静電アクチュエータ毎の封止代を一定にする必要がある。
【０００７】
かかる点に鑑みて、本件出願人は、特開平１０―３０４６８５号公報において、各対向電極の隙間部分に連通している通路に断面積の大きな封止剤溜り部分を形成し、毛細管現象を利用して当該通路内に充填する封止剤の流れを、封止剤溜り部分で止めることにより、封止剤の封止代を一定にすると共に、対向電極の隙間部分にまで封止剤が侵入しないようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、このように断面積の大きな封止剤溜り部分を形成する方法では、その分、封止剤による気密封止部分の寸法が大きくなる。この結果、例えば、ラインインクジェットヘッドのように多数の静電アクチュエータが配列されている場合には、インクジェットヘッドの小型化にとって不利になる場合がある。
【０００９】
本発明の課題は、封止剤による気密封止部分を適切に形成できると共に、当該気密封止部分をコンパクトに構成可能な静電アクチュエータ、および静電駆動式インクジェットヘッドを提案することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の静電アクチュエータは、第１の基板と、この第１の基板に重ね合わされた第２の基板と、前記第１の基板に形成された第１の電極として機能する複数の振動板部分と、前記第２の基板における各振動板部分に対峙している表面部分に形成された電極配置用溝部分と、この電極配置用溝部分に連続して前記第２の基板の表面部分に形成された電極引き出し用溝部分と、この電極引き出し用溝部分における前記第１および第２の基板の合わせ面部分から外部に連通している外部連通口と、各電極配置用溝部分の底面に形成された第２の電極と、この第２の電極に連続して前記電極引き出し用溝部分の底面に形成された電極配線部分と、この電極配線部分に連続して前記外部連通口から外部に引き出されている電極接続部分と、前記電極引き出し用溝部分に充填した封入剤とを有し、少なくとも隣接する２本の前記電極引き出し用溝部分は、少なくともそれらの一部分が共通溝部分として形成されており、当該共通溝部分の底面には、隣接する２本の前記電極配線部分におけるそれらの一部分が並列配置されていることを特徴としている。
【００１１】
この構成の静電アクチュエータにおいては、前記電極引き出し用溝部分における前記共通溝部分の断面積は、この共通溝部分から分岐して各電極配置用溝部分につながっている分岐部分の断面積の合計に比べて小さくできる。従って、この分岐部分が封止剤溜り部分として機能して、ここで封止剤の進行が遅くなり止る。
【００１２】
よって、分岐部分を適切な位置に形成しておけば、十分な封止剤封止代を確保でき、また、封止剤による気密封止部分と振動板部分との間隔を適切な距離にすることができ、さらには、各封止剤の封止代を一定量とすることができる。
【００１３】
また、共通溝部分を分岐させることにより封止剤溜り部分が形成されているので、通路に大断面積の封止剤溜り部分を別途形成する場合に比べて、封止剤による気密封止部分をコンパクトに構成できる。
【００１４】
これに加えて、共通溝部分に複数の電極引き出し配線部分を形成しているので、各溝に１本ずつの電極配線部分を形成する場合に比べて、電極配線部分を形成するために必要な溝幅が狭くて済む。よって、静電アクチュエータの小型化に有利である。
【００１５】
ここで、前記電極引き出し用溝部分を、前記共通溝部分と、この共通溝部分から分岐して各電極配置用溝部分につながっている分岐溝部分とを備えた構成とすることができ、この場合には、前記共通溝部分の断面積を、前記分岐溝部分の断面積の合計よりも小さくなるように設定すればよい。
【００１６】
次に、本発明の静電駆動式のインクジェットヘッドは、第１の基板と、この第１の基板に重ね合わされた第２の基板と、前記第１の基板に形成された第１の電極として機能する複数の振動板部分と、前記第２の基板における各振動板部分に対峙している表面部分に形成された電極配置用溝部分と、この電極配置用溝部分に連続して前記第２の基板の表面部分に形成された電極引き出し用溝部分と、この電極引き出し用溝部分における前記第１および第２の基板の合わせ面部分から外部に連通している外部連通口と、各電極配置用溝部分の底面に形成された第２の電極と、この第２の電極に連続して前記電極引き出し用溝部分の底面に形成された電極引き出し用配線部分と、この電極引き出し用配線部分に連続して前記外部連通口から外部に引き出されている電極接続部分と、前記電極引き出し用溝部分に充填した封止剤と、前記の各振動板部分の振動により容積変化する複数のインク圧力室と、各インク圧力室に連通している複数のインクノズルとを有し、少なくとも隣接する２本の前記電極引き出し用溝部分は、少なくともそれらの一部分が共通溝部分として形成されており、当該共通溝部分の底面には、隣接する２本の前記電極配線部分におけるそれらの一部分が並列配置されていることを特徴としている。
【００１７】
ここで、前記電極引き出し用溝部分は、前記共通溝部分と、この共通溝部分から分岐して各電極配置用溝部分につながっている分岐溝部分とを備え、前記共通溝部分の断面積が、前記分岐溝部分の断面積の合計よりも小さくなるように設定される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明を適用したインクジェットヘッドの実施例を説明する。
【００１９】
図１、図２および図３は、本発明を適用した静電駆動式のインクジェットヘッドの一例を示す平面図、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った縦断面図、および図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った横断面図である。本例のインクジェットヘッド１は、シリコン製のキャビティ基板３を挟み、その上下に、シリコン製のノズル基板２および電極ガラス基板４を積層した構成となっている。また、その前端面１ａには多数個のインクノズル５が開口している。
【００２０】
ノズル基板２およびキャビティ基板３の間には、共通インク室６、インクオリフィス７を介して共通インク室６に連通しているインク圧力室８、および各インク圧力室８にそれぞれ連通しているインクノズル５が区画形成されている。共通インク室６には、不図示のインク供給孔を介して外部からインクが供給される。各インク圧力室８の底面部分は面外方向に振動可能な振動板部分１０となっている。
【００２１】
電極ガラス基板４におけるキャビティ基板３との合わせ面４ａには、各振動板部分１０に対峙する位置に細長い一定深さの電極配置用溝部分１１が一定の間隔で平行に形成されている。各電極配置用溝部分１１の後端には細幅で同一深さの電極引き出し用溝部分１２が連続しており、この電極引き出し用溝部分１２は、キャビティ基板後端面３ｂの位置まで延びている。電極ガラス基板４の後端部分はキャビティ基板３の後端面３ｂよりも後方に突出しており、その露出面４ｃは電極引き出し用溝部分１２の底面に連続する平面とされている。従って、キャビティ基板後端面３ｂの位置において、電極引き出し用溝部分１２の外部連通口部分１３が露出している。
【００２２】
各電極配置用溝部分１１の底面には、各振動板部分１０に対峙しているＩＴＯなどからなる個別電極１４が形成され、各個別電極１４は一定の間隔で振動板部分１０に対峙している。個別電極１４の一端は、細幅の電極配線部分１５として、電極引き出し用溝部分１２の底面に沿って引き出されて、外部連通孔部分１３から露出面４ｃまで延びており、当該露出面４ｃにおいては、再び広幅の電極接続部分１６として、電極ガラス基板後端４ｄまで延びている。この電極接続部分１６が、外部配線接続用の電極端子部分とされる。
【００２３】
各電極配置用溝部分１１および電極引き出し用溝部分１２は、電極ガラス基板４の合わせ面４ａにキャビティ基板３の合わせ面３ａを重ね合わせることにより、キャビティ基板後端面３ｂの位置に形成された外部連通口部分１３を除き密閉状態となっている。また、この外部連通口部分１３も封止用の接着剤１７によって封鎖されており、これにより、各振動板部分１０と各個別電極１４の隙間部分は密閉空間とされている（気密封止状態とされている）。
【００２４】
ここで、電極引き出し用溝部分１２の外部連通口部分１３の気密封止構造について説明する。キャビティ基板３におけるガラス基板４との合わせ面３ａには、封止剤注入溝２１がエッチングにより形成されている。この封止剤注入溝２１は、電極引き出し用溝部分１２の外部連通口部分１３よりも内側の位置において、各電極引き出し用溝部分１２に対して直交する方向に延び、各溝部分１２に連通している。図１および図３から分かるように、この封止剤注入溝２１の両端２１Ｌ、２１Ｒは、両側に位置している電極引き出し用溝部分よりも更に外側に延びている。
【００２５】
キャビティ基板３に接合されている電極ガラス基板４には、その両端部分に、それぞれ、当該基板４を厚さ方向に貫通している封止剤注入孔２２および封止剤排出孔２３が形成されている。封止剤注入孔２２は、電極ガラス基板４の裏面４ｅの側に露出している大径の外部連通口２２ａと、封止剤注入溝２１の一端２１Ｒに連通している小径の連通口２２ｂとを備えている。同様に、封止剤排出孔２３は、電極ガラス基板４の裏面４ｅの側に露出している大径の外部連通口２３ａと、封止剤注入溝２１の一端２１Ｌに連通している小径の連通口２３ｂとを備えている。
【００２６】
封止用の接着剤１７は次のように充填される。まず、キャビティ基板３と電極ガラス基板４を例えば陽極接合により接合した後に、電極ガラス基板４に形成した封止剤注入孔２２の外部連通口２２ａからディスペンサにより接着剤１７を圧入する。封止剤注入孔２２に注入された接着剤１７は、封止剤注入溝２１内を他端側の封止剤排出孔２３に向けて流れる。
【００２７】
封止剤注入溝２１は細い電極引き出し用溝部分１２に連通しているので、毛細管力によって、接着剤１７は各溝部分１２内に浸透して、それらの中に充填される。接着剤１７の流れが封止剤注入溝２１の他端２１Ｌに達して、そこに連通している封止剤排出孔２３に入り込むまで接着剤１７の注入を行なう。
【００２８】
封止剤排出孔２３の側では、接着剤吸引動作を行い、封止剤注入溝２１内の接着剤を吸引して除去する。封止剤注入溝２１に接着剤が残留していると、当該接着剤と、シリコン製のキャビティ基板３および電極ガラス基板４とは熱膨張率が異なっているので、熱履歴によって、基板に割れが発生するおそれがある。従って、封止剤注入溝２１から接着剤を除去することは、このような弊害を回避するために望ましいことである。
【００２９】
また、毛細管力によって各溝部分１２内に入り込む接着剤１７は微量であるので、封止剤注入孔２２からの接着剤圧入動作と、封止剤排出孔２３からの接着剤排出動作とを平行して行うことも可能である。このようにすれば、各溝部分１２に対する接着剤１７の充填作業のサイクルタイムを短縮できるので好ましい。
【００３０】
ここで、図４を参照して、本例の電極引き出し用溝部分１２の構造について詳細に説明する。図４は、電極ガラス基板４の合わせ面４ａにおける端部分を拡大して示す部分拡大平面図である。この図に示すように、端部側の隣接する２本の電極引き出し用溝部分１２（１）、１２（２）は、共通溝部分３１と、この共通溝部分３１（１）の一端側から二股に分岐した分岐溝部分３２（１）および３２（２）と、共通溝部分３１（１）の反対側の端から二股に分岐した分岐部分３３（１）および３３（２）とを備えている。分岐溝部分３２（１）、３２（２）は、各電極配置用溝部分１１（１）、１１（２）につながっており、他方の分岐溝部分３３（１）、３３（２）は外部通気口部分１３（１）、１３（２）につながっている。
【００３１】
図５（ａ）に示すように、共通溝部分３１（１）には、各個別電極１４（１）、１４（２）につながっている電極配線部分１５（１）、１５（２）が並列配置されており、これらの電極配線部分１５（１）、１５（２）はそれぞれ、電極接続部分１６（１）、１６（２）につながっている。この共通溝部分３１（１）の溝幅寸法Ｌａは、２本の電極配線部分１５（１）、１５（２）の幅寸法Ｌ１と、これらの間に必要な幅寸法Ｌ３と、各電極配線部分１５（１）、１５（２）と溝側面３１ａ、３１ｂとの間に必要な幅寸法Ｌ２との合計となる。これらの寸法は、電極に必要な電気的特性、配線パターニング等の観点から設定されている。これに対して、図５（ｂ）に示すように、分岐溝部分３２（１）、３２（２）の溝幅寸法Ｌｂは、幅寸法Ｌ１と、両側の幅寸法Ｌ２の合計となる。
【００３２】
ここで、パターニングを行なうために必要な幅寸法Ｌ２は、電極相互間の距離Ｌ３に比べて大きい。よって、幅寸法Ｌａは、２本の分岐溝部分３２（１）、３２（２）の幅寸法の合計である２Ｌｂよりも小さい。共通溝部分３１（１）および各分岐溝部分３２（１）、３２（２）の溝深さは同一であるので、共通溝部分３１（１）の断面積は、分岐溝部分３２（１）、３２（２）の合計断面積よりも小さい。
【００３３】
従って、上記のように、接着剤注入溝２１から注入された接着剤が、毛細管力によって、共通溝部分３１（１）内に入り込み、ここを通って、分岐溝部分３２（１）、３２（２）に到ると、この分岐部分において溝断面積が大きくなるので、当該分岐部分の近傍において接着剤の進行が遅くなり止る。
【００３４】
なお、電極引き出し用溝部分１２（２）に隣接している２本の電極引き出し用溝部分１２（３）、１２（４）も同様な構成とされている。また、これらに隣接する３本の電極引き出し用溝部分１２（５）ないし１２（７）では、これら３本の電極引き出し用溝部分が共通溝部分を構成しており、ここに、３本の電極配線部分が並列配置されている。残りの電極引き出し用溝部分１２についても、２本あるいは３本毎に共通溝部分が形成され、これらの端部が２本あるいは３本に分岐して、各電極配置用溝部分１１につながっている。
【００３５】
このように、本例のインクジェットヘッド１においては、振動板および個別電極の隙間部分を気密封止するための接着剤１７は、共通溝部分３１から分岐溝部分３２に進行すると、溝断面積が増加するので、この分岐部分において毛細管力による進行が遅くなり止る。よって、接着剤が個別電極１４が配置されている電極配線用溝部分１１に侵入することがない。また、分岐部分を適切な位置に配置することにより、十分な長さの封止代を確保でき、さらに、接着剤による各封止部分の長さも一定にすることができる。
【００３６】
これに加えて、共通溝部分の溝幅は、個別の分岐溝部分の溝幅の合計よりも狭いので、当該共通溝部分を形成するために必要なスペース、換言すると、電極配線部分１５のパターニングに必要なスペースを少なくできる。よって、インクジェットヘッドの小型化、あるいは高密度化に有利である。
【００３７】
（その他の実施の形態）
なお、上記の例は、静電駆動式のインクジェットヘッドに対して本発明を適用したものである。しかし、本発明は、インクジェットヘッド以外の静電アクチュエータ、例えば、静電駆動式のセンサに対しても同様に適用することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、対向電極間（振動板部分と個別電極の間）の隙間部分を気密封止するための封止剤を充填する溝部分として、複数の電極が配列された共通溝部分と、この共通溝部分から分岐した分岐溝部分とを備えたものを採用している。従って、本発明によれば、共通溝部分から分岐溝部分への分岐部において、溝断面積が増加するので、この部分において毛細管力による封止剤の進行を遅くし止めることができる。よって、この分岐部分の位置を適切に設定することにより、目標とする気密封止部を形成することができる。
【００３９】
また、共通溝部分の溝幅は、個別の溝部分の溝幅合計よりも狭くできるので、電極引き出し部分の所要スペースが少なくて済むので、インクジェットヘッドの小型化、高密度化に有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した静電駆動式のインクジェットヘッドを示す平面図である。
【図２】図１のインクジェットヘッドをＩＩ−ＩＩ線で切断した部分を示す縦断面図である。
【図３】図１のインクジェットヘッドをＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断した部分を示す横断面図である。
【図４】図１のインクジェットヘッドにおける電極ガラス基板表面に形成されている電極引き出し用溝部分を示す部分拡大平面図である。
【図５】図４に示す電極引き出し用溝部分における共通溝部分および分岐溝部分を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１    静電駆動式のインクジェットヘッド
２    ノズル基板
３    キャビティ基板
３ａ  電極ガラス基板との合わせ面
３ｂ  キャビティ基板の後端面
４    電極ガラス基板
４ａ  キャビティ基板との合わせ面
４ｂ  電極ガラス基板の後端面
４ｃ  電極ガラス基板の露出面
５    インクノズル
６    共通インク室
７    インクオリフィス
８    インク圧力室
１０    振動板部分
１１    電極配置用溝部分
１２、１２（１）、１２（２）・・・  電極引き出し用溝部分
１３  外部通気口部分
１４、１４（１）、１４（２）・・・  個別電極
１５、１５（１）、１５（２）・・・  電極配線部分
１６、１６（１）、１６（２）・・・  電極接続部分
３１、３１（１）３１（２）・・・  共通溝部分
３２、３２（１），３２（２）・・・  分岐溝部分
１７  封止用の接着剤
２１    接着剤注入溝
２１Ｌ、２１Ｒ  封止剤注入溝の端部
２２    封止剤注入孔
２３    封止剤排出孔
【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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