(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する吐出室と、この吐出室の壁面を形成する振動板を兼ねる第１電極又は振動板と一体の第１電極に対向する第２電極を絶縁層を介して導電性基板上に設け、前記振動板を静電気力で変形させる静電アクチュエータとを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、前記静電アクチュエータの前記導電性基板を、接地する部材と電気的に接続したことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
液滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する吐出室と、この吐出室の壁面を形成する振動板を兼ねる第１電極又は振動板と一体の第１電極に対向する第２電極を絶縁層を介して導電性基板上に設け、前記振動板を静電気力で変形させる静電アクチュエータとを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、前記静電アクチュエータの前記導電性基板を、接地する部材と電気的に接続し、前記接地する部材が前記第１電極であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
請求項２に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記導電性基板と前記第１電極とを静電容量結合で電気的に接続していることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
請求項３に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記導電性基板と前記第１電極との間の静電容量が前記導電性基板と前記第２電極との間の静電容量の５倍以上であることを特徴と液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記導電性基板と前記第１電極とは前記第２電極の面積よりも面積の広い対向部分で対向していることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
請求項２に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記導電性基板と前記第１電極とは直流的な電気的接続がなされていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
請求項２に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記導電性基板と前記第１電極とは素子表面に形成した導電性膜で電気的接続がなされていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項８】
請求項２に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記導電性基板と前記第１電極とはインクを介して電気的接続がなされることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項９】
請求項８に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記導電性基板及び前記第１電極の素子表面には導電性膜が形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項１０】
液滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する吐出室と、この吐出室の壁面を形成する振動板を兼ねる第１電極又は振動板と一体の第１電極に対向する第２電極を絶縁層を介して導電性基板上に設け、前記振動板を静電気力で変形させる静電アクチュエータとを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、前記静電アクチュエータの前記導電性基板を、接地する部材と電気的に接続し、前記接地する部材が前記絶縁層上に形成された第３電極であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項１１】
請求項１０に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記第３電極は前記第２電極同じ層構成であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項１２】
請求項１１に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記導電性基板と前記第３電極とは前記絶縁層に形成したコンタクトホールを介して接続されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項１３】
請求項１２に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記導電性基板の前記コンタクトホールが臨む部分には酸化膜が形成されていないことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項１４】
請求項１２又は１３に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記第３電極の最下層には酸素原子をゲッターリングする効果のある金属層が形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項１５】
請求項１４に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記金属層がＴｉ又はＣｒからなることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項１６】
インク滴を吐出する静電型インクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置において、前記静電型インクジェットヘッドが前記請求項１ないし１５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インクジェット記録装置。
【請求項１７】
インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する吐出室と、この吐出室の壁面を形成する振動板を兼ねる第１電極又は振動板と一体の第１電極に対向する第２電極を絶縁層を介して導電性基板上に形成し、前記振動板を静電気力で変形させる静電アクチュエータとを備えたインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置において、前記インクジェットヘッドの導電性基板を電気的に接地していることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項１８】
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、前記液滴吐出ヘッドが前記請求項１ないし１５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画像形成装置。
【請求項１９】
液滴吐出ヘッドから液滴を吐出する装置において、前記液滴吐出ヘッドが前記請求項１ないし１５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滴を吐出する装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は液滴吐出ヘッド並びにインクジェット記録装置、画像形成装置、液滴を吐出する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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（画像形成装置）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として、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通するインク流路（吐出室、圧力室、加圧液室、液室等とも称される。）と、このインク流路内の壁面の一部を形成する振動板及びこの振動板に対向する電極を有する静電アクチュエータを備え、振動板を静電気力で変形変位させてインク流路内インクを加圧してノズルからインク滴を吐出させる静電型インクジェットヘッドがある。
【０００３】
静電型インクジェットヘッドは、静電気力を用いるために、同じ体積に蓄えるエネルギーが小さく、アクチュエータ手段としてピエゾ素子や発熱抵抗体を用いる他の形式のインクジェットヘッドに比べて、低消費電力化、多数ノズルの同時駆動による高速化を図ることできる。すなわち、静電型以外のヘッドでは、インク滴の運動エネルギーよりも数桁大きいエネルギーを使用してインク滴を吐出させるために、余分なエネルギーはヘッド或いはドライバＩＣ（駆動回路）で発熱することになり、蓄熱等の影響で同時に駆動できるノズル数や駆動周波数に限界がある。
【０００４】
このような静電型インクジェットヘッドとしては、例えば特開平６−７１８８２号公報に記載されているように、振動板（第１電極を兼ねる）及び液室を形成したシリコン基板からなる第１基板と、絶縁層であるシリコン酸化膜に凹部を形成して、この凹部底面に第１電極（振動板）に所定のギャップをおいて対向する第２電極を設けたシリコン基板からなる第２基板と、ノズルを形成した第３基板とをシリコン−シリコンの直接接合法で接合したものが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した静電型インクジェットヘッドのように第２電極を絶縁膜を介してシリコン基板などの導電性基板に設けた場合、第２電極と導電性基板（第２基板）との間に容量カップリングが生じることから、１又は複数の第２電極に駆動電圧を印加したとき、他の駆動電圧を印加していない非駆動チャンネルの第２電極にも容量カップリングによって分圧され（クロストークが生じ）、非駆動チャンネルの振動板の不必要な振動やインク吐出が引き起こされ、噴射特性が変動するという現象が生じ、特に、多数のノズルから同時にインク滴を吐出させようとする場合にその影響が大きくなり、信頼性の低下や画像品質の低下を招くという課題がある。
【０００６】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、チャンネル間のクロストークを低減した液滴吐出ヘッド並びにインクジェット記録装置、画像形成装置、液滴を吐出する装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する吐出室と、この吐出室の壁面を形成する振動板を兼ねる第１電極又は振動板と一体の第１電極に対向する第２電極を絶縁層を介して導電性基板上に設け、前記振動板を静電気力で変形させる静電アクチュエータとを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、前記静電アクチュエータの前記導電性基板を、接地する部材と電気的に接続した構成とした。
【０００８】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する吐出室と、この吐出室の壁面を形成する振動板を兼ねる第１電極又は振動板と一体の第１電極に対向する第２電極を絶縁層を介して導電性基板上に設け、前記振動板を静電気力で変形させる静電アクチュエータとを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、前記静電アクチュエータの前記導電性基板を、接地する部材と電気的に接続し、前記接地する部材が前記第１電極である構成とした。
ここで、導電性基板と第１電極とを静電容量結合で電気的に接続することができる。このとき、導電性基板と第１電極との間の静電容量が導電性基板と第２電極との間の静電容量の５倍以上であることが好ましい。また、導電性基板と第１電極とは第２電極の幅よりも幅の広い対向部分で対向していることが好ましい。
【０００９】
また、導電性基板と第１電極とは直流的な電気的接続とすることができる。さらに、導電性基板と第１電極とは流路面に形成した導電性膜で電気的に接続することができる。さらにまた、導電性基板と第１電極とはインクを介して電気的に接続することができる。この場合、導電性基板及び第１電極の流路面には導電性膜を形成することが好ましい。
【００１０】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する吐出室と、この吐出室の壁面を形成する振動板を兼ねる第１電極又は振動板と一体の第１電極に対向する第２電極を絶縁層を介して導電性基板上に設け、前記振動板を静電気力で変形させる静電アクチュエータとを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、前記静電アクチュエータの前記導電性基板を、接地する部材と電気的に接続し、前記接地する部材が絶縁層上に形成した第３電極である構成とした。
ここで、第３電極は第２電極と同じ層構成とすることが好ましい。また、導電性基板と第３電極とは絶縁層に形成したコンタクトホールを介して接続することが好ましい。この場合、導電性基板のコンタクトホールに臨む部分には酸化膜が形成されていないことが好ましい。また、第３電極の最下層には酸素原子をゲッターリングする効果のある金属層を形成することが好ましい。この金属層はＴｉ又はＣｒからなることが好ましい。
【００１７】
本発明に係るインクジェット記録装置は、本発明に係る液滴吐出ヘッドを備えたものである。
【００２１】
本発明に係るインクジェット記録装置は、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する吐出室と、この吐出室の壁面を形成する振動板を兼ねる第１電極又は振動板と一体の第１電極に対向する第２電極を絶縁層を介して導電性基板上に設けた本発明に係る静電アクチュエータとを備えたインクジェットヘッドを搭載し、このインクジェットヘッドの導電性基板を接地したものである。
本発明に係る画像形成装置、液滴を吐出する装置は、本発明に係る液滴吐出ヘッドを備えたものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。先ず、本発明に係る液滴を吐出する装置を含む、本発明に係る画像形成装置としてのインクジェット記録装置の機構部について図１及び図２を参照して説明する。なお、図１は同記録装置の機構部の概略斜視説明図、図２は同機構部の側面説明図である。
【００２３】
このインクジェット記録装置は、記録装置本体１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、記録ヘッドへの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２等を収納し、給紙カセット４或いは手差しトレイ５から給送される用紙３を取り込み、印字機構部２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６に排紙する。
【００２４】
印字機構部２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１１と従ガイドロッド１２とでキャリッジ１３を主走査方向（図２で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ１３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インクジェットヘッドからなるヘッド１４をインク滴吐出方向を下方に向けて装着し、キャリッジ１３の上側にはヘッド１４に各色のインクを供給するための各インクタンク（インクカートリッジ）１５を交換可能に装着している。
【００２５】
ここで、キャリッジ１３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド１１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１２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ１３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１７で回転駆動される駆動プーリ１８と従動プーリ１９との間にタイミングベルト２０を張装し、このタイミングベルト２０をキャリッジ１３に固定している。
【００２６】
また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド１４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。さらに、ヘッド１４としては、後述するように、インク流路の壁面の少なくとも一部を形成する振動板とこれに対向する電極とを備え、静電力で振動板を変形変位させてインク滴を吐出する静電型インクジェットヘッドを用いている。
【００２７】
一方、給紙カセット４にセットした用紙３をヘッド１４の下方側に搬送するために、給紙カセット４から用紙３を分離給装する給紙ローラ２１及びフリクションパッド２２と、用紙３を案内するガイド部材２３と、給紙された用紙３を反転させて搬送する搬送ローラ２４と、この搬送ローラ２４の周面に押し付けられる搬送コロ２５及び搬送ローラ２４からの用紙３の送り出し角度を規定する先端コロ２６とを設けている。搬送ローラ２４は副走査モータ２７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【００２８】
そして、キャリッジ１３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ２４から送り出された用紙３を記録ヘッド１４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２９を設けている。この印写受け部材２９の用紙搬送方向下流側には、用紙３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ３１、拍車３２を設け、さらに用紙３を排紙トレイ６に送り出す排紙ローラ３３及び拍車３４と、排紙経路を形成するガイド部材３５，３６とを配設している。
【００２９】
また、キャリッジ１３の移動方向右端側にはヘッド１４の信頼性を維持、回復するための信頼性維持回復機構（以下「サブシステム」という。）３７を配置している。キャリッジ１３は印字待機中にはこのサブシステム３７側に移動されてキャッピング手段などでヘッド１４をキャッピングされる。
【００３０】
次に、このインクジェット記録装置のヘッド１４を構成する本発明に係る静電アクチュエータを含む本発明に係るアクチュエータ装置でもあるインクジェットヘッドの第１実施形態について図３乃至図５を参照して説明する。なお、図３はインクジェットヘッドの分解斜視説明図、図４は同ヘッドの振動板長手方向に沿う断面説明図、図５は同ヘッドの振動板短手方向に沿う要部拡大断面図である。
【００３１】
インクジェットヘッド４０は、結晶面方位（１１０）の単結晶シリコン基板、ＳＯＩ基板などのシリコン基板等を用いた第１基板である流路基板４１と、この流路基板４１の下側に設けたシリコン基板を用いた第２基板である電極基板４２と、流路基板４１の上側に設けた第３基板であるノズル板４３とを備え、インク滴を吐出する複数のノズル４４、各ノズル４４が連通するインク流路である加圧室４６、各加圧室４６にインク供給路を兼ねた流体抵抗部４７を介して連通する共通液室流路４８などを形成している。
【００３２】
流路基板４１には加圧室４６及びこの加圧室４６の壁面である底部をなす第１電極を兼ねた振動板５０を形成する凹部及び共通液室流路４８を形成する貫通部を形成している。この流路基板４１は、例えば単結晶シリコン基板を用いた場合、予め振動板厚さにボロンを注入してエッチングストップ層となる高濃度ボロン層を形成し、電極基板４２と接合した後、加圧室４６となる凹部をＫＯＨ水溶液などのエッチング液を用いて異方性エッチングすることにより、このとき高濃度ボロン層がエッチングストップ層となって振動板５０が高精度に形成される。また、シリコンのベース基板に酸化層を介してシリコンの活性層を接合したＳＯＩ基板を用いる場合には、活性層で振動板５０を形成する。なお、このヘッドでは、振動板５０は第１電極を兼ねているが、振動板５０とは別に第１電極を振動板５０と一体に形成することもできる。
【００３３】
また、電極基板４２には導電性基板である結晶面方位（１００）に単結晶シリコン基板を用いて、このシリコン基板に熱酸化法などで絶縁層であるシリコン酸化膜層５２を形成し、この酸化膜層５２の部分に凹部５４を形成して、この凹部５４底面に振動板５０に対向する第２電極である対向電極５５を設け、振動板５０と対向電極５５との間にギャップ５６を形成し、これらの振動板５０と対向電極５５とによって本発明に係る静電アクチュエータを構成している。
【００３４】
この対向電極５５の表面にはＳiＯ２膜などの酸化膜系絶縁膜、Ｓi3Ｎ４膜などの窒化膜系絶縁膜からなる電極保護膜５７を成膜しているが、対向電極５５の表面に電極保護膜５７を形成しないで、振動板５０側に絶縁膜を形成することもできる。また、対向電極５５は外部に延設して接続部（電極パッド部）５５ａとしている。さらに、電極基板４２には、共通液室流路４８に連通するインク供給口５９を形成している。
【００３５】
また、電極基板４２の対向電極５５としては、ＴｉＮを用いているが、この他、通常半導体素子の形成プロセスで一般的に用いられるＡｌ、Ｃｒ、Ｎｉ等の金属材料や、Ｔｉ、Ｗ等の高融点金属、または不純物により低抵抗化した多結晶シリコン材料などを用いることができる。また、電極基板４２にシリコン基板を用いる場合、対向電極５５としては、不純物拡散領域を用いることができる。この場合、拡散に用いる不純物は基板シリコンの導電型と反対の導電型を示す不純物を用い、拡散領域周辺にｐｎ接合を形成し、対向電極５５と電極基板４２とを電気的に絶縁する。
【００３６】
この電極基板４２として用いる単結晶シリコン基板としては通常のシリコンウエハを用いることができる。その厚さはシリコンウエハの直径で異なるが、直径４インチのシリコンウエハであれば厚さが５００μｍ程度、直径６インチのシリコンウエハであれば厚さは６００μｍ程度であることが多い。シリコンウエハ以外の材料を選択する場合には、流路基板４１のシリコンと熱膨張係数の差が小さい方が振動板５０と接合する場合に信頼性を向上できる。
【００３７】
これらの流路基板４１と電極基板４２との接合は、接着剤による接合も可能であるが、より信頼性の高い物理的な接合、例えば電極基板４２がシリコン基板で形成される場合、酸化膜を介した直接接合法を用いることができる。この直接接合は１０００℃程度の高温化で実施する。また、電極基板４２をシリコン基板で形成して、電極基板４２と流路基板４１との間にパイレックスガラスを成膜し、この膜を介して陽極接合を行うこともできる。さらに、流路基板４１と電極基板４２にシリコン基板を使用して金等のバインダーを接合面に介在させた共晶接合で接合することもできる。
【００３８】
ここで、流路基板４１と電極基板４２とは、図５に示すように、振動板短手方向（ノズル列方向）の端部に幅が広い領域（幅広部分）４１ａ、４２ａを設け、この幅広部分４１ａ、４２ａで振動板５０と電極基板４２とを静電容量結合で電気的に接続するための領域６０を形成する。この幅広部分４１ａ、４２ａのノズル列方向の幅は対向電極５５の幅よりも大きく（広く）している。
【００３９】
ノズル板４３は多数のノズル４４を二列配置して形成するとともに、共通液室流路４８と加圧室４６とを連通する流体抵抗部４７となる溝を形成し、また、吐出面には撥水処理を施している。このノズル板４３としては、例えば、Ｎｉ電鋳工法で製作しためっき膜、シリコン基板、ＳＵＳなどの金属、樹脂とジルコニアなどの金属層の複層構造のものなども用いることができる。ここでは、ノズル板４３は流路基板４１に接着剤にて接合している。
【００４０】
このインクジェットヘッド４０ではノズル４４を二列配置し、この各ノズル４４に対応して加圧室４６、振動板５０、対向電極５５なども二列配置し、各ノズル列の中央部に共通液室流路４８を配置して、左右の加圧室４６にインクを供給する構成を採用している。これにより、簡単なヘッド構成で多数のノズルを有するマルチノズルヘッドを構成することができる。
【００４１】
このインクジェットヘッドを駆動制御するヘッド駆動制御部について図６を参照して簡単に説明する。
このヘッド駆動制御部は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び周辺回路等を含む主制御部６１と、波形生成回路６２と、アンプ６３と、駆動回路（ドライバＩＣ）６４等とを備えている。
【００４２】
主制御部６１は、波形生成回路６２に対してインクジェットヘッド４０を駆動するための駆動電圧データを与え、ドライバＩＣ６４に対して印字信号（シリアルデータである）ＳＤ、シフトクロックＣＬＫ、ラッチ信号ＬＡＴなどを与える。波形生成回路６２は、主制御部６１からの駆動電圧データをＤ／Ａ変換してパルス状の駆動波形をアンプ６３を介してドライバＩＣ６４に出力する。
【００４３】
ドライバＩＣ６３は、印字信号ＳＤに応じて波形生成回路６２から与えられる駆動波形を選択してインクジェットヘッド４０の各個別電極５５に与える。このドライバＩＣ６４は、例えば、主制御部６１からのシリアルクロックＣＬＫ及び印字信号であるシリアルデータＳＤを入力するシフトレジスタ６５と、シフトレジスタ６５のレジスト値を主制御部６１からのラッチ信号ＬＡＴでラッチするラッチ回路６６と、ラッチ回路６６の出力値をレベル変化するレベル変換回路６７と、このレベル変換回路６７でオン／オフが制御されるアナログスイッチアレイ９８とからなる。アナログスイッチアレイ６８は、インクジェットヘッド４０のｍ個（ノズル数をｍ個とする。）の個別対向電極５５に接続したアナログスイッチＡＳ１〜ＡＳｍからなる。なお、インクジェットヘッド４０の共通電極となる第１電極を兼ねる振動板５０は接地している。
【００４４】
以上のように構成したインクジェット記録装置においては、ヘッド駆動制御部から印字信号ＳＤに応じてアナログスイッチＡＳｎをオン／オフ制御して、印字データに対応するチャンネルのインクジェットヘッド４０の個別対向電極５５に対して駆動波形（駆動電圧）を印加する。
【００４５】
このインクジェットヘッド４０においては、振動板５０と対向電極５５との間に駆動波形が印加されることによって、振動板５０と対向電極５５との間に静電気力が発生して、この静電気力によって振動板５０が対向電極５５側に変形変位し、この状態から駆動電圧が立ち下がって振動板５０と対向電極５５間の電荷が放電されると、振動板５０が復帰変形して、加圧室４６の内容積（体積）／圧力が変化し、これによってノズル４４からインク滴が吐出される。
【００４６】
すなわち、個別電極とする対向電極５５にパルス状の駆動波形が印加されると、接地された共通電極となる振動板５０との間に電位差が生じて、対向電極５５と振動板５０の間に静電力が生じる。この結果、振動板５０は印加した電圧の大きさに応じて変位する。その後、印加したパルス電圧を立ち下げることで、振動板５０の変位が復元して、その復元力により加圧室４６内の圧力が高くなり、ノズル４４からインク滴が吐出される。
【００４７】
ここで、インクジェットヘッド４０は前述した図５に示すように導電性基板である電極基板４２と振動板５０とを幅広部分４１ａ、４２ａによる領域６０によって静電容量結合で電気的に接続しているので、電極基板４２に導電性基板を用いた場合のクロストークを低減して安定したインク滴吐出特性を得ることができる。
【００４８】
すなわち、このインクジェットヘッド４０を静電容量の面から等価的に見ると、図７に示すように、振動板５０とｍ個の対向電極５５との間でそれぞれ静電容量Ｃｘｍ（ｍ＝１〜ｍ）が形成されるとともに、電極基板４２として導電性基板を用いているため、絶縁膜であるシリコン酸化膜５２を介してｍ個の対向電極５５と電極基板４２との間でそれぞれ静電容量Ｃｓｍ（ｍ＝１〜ｍ）が形成されることになり、各対向電極５５の位置を示す点Ｐｍ（ｍ＝１〜ｍ）は静電容量Ｃｓｍを介して電極基板４２に容量結合された状態にある。
【００４９】
しかしながら、このインクジェットヘッド４０では流路基板４１と電極基板４２との幅広部分４１ａ、４２ａで振動板５０と電極基板４２とを静電容量結合で電気的に接続するための領域６０を形成しているので、この領域６０によって、振動板５０と電極基板４２との間で静電容量Ｃｘｍよりも大きな静電容量Ｃｏが形成され、電極基板４２は静電容量Ｃｏ及び振動板５０を介して接地されていることになる。
【００５０】
これにより、同図で例えば電極Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３のうちの１つのチャンネルの電極Ｐ２に駆動波形Ｐｖを印加した場合、この駆動波形Ｐｖは静電容量Ｃｓ２を介して電極基板４２にも印加されるが、電極基板４２が静電容量Ｃｏ及び振動板５０を介して接地されているので、駆動波形Ｐｖが他のチャンネルの電極Ｐ１、Ｐ３に分圧されて印加されることがなくなる。
【００５１】
この場合、振動板５０と電極基板４２との間で形成される静電容量Ｃｏは振動板５０と各対向電極５５との間で形成される静電容量Ｃｘｎ（ｎ＝１〜ｍのいずれか）に対して十分に大きい方が好ましく、実験によると、静電容量Ｃｏを静電容量Ｃｘｎに対して５倍以上、好ましくは１０倍以上になるように振動板５０と電極基板４２の幅広部分４１ａ、４２ａを形成する。
【００５２】
つまり、図８に示すように、本発明に係るインクジェットヘッド４０のように幅広部分４１ａ、４２ａを持たないインクジェットヘッドの構成を等価的に見ると、図９に示すようにインクジェットヘッド４０の静電容量Ｃｏの相当する回路が存在しないことになる。そのため、電極基板４２がフローティング状態にあり、１つのチャンネルの電極Ｐｎは、導電性の電極基板４２及び静電容量Ｃｓｍを介して他のチャンネルの電極Ｐｍと静電容量結合で電気的に接続された状態になる。
【００５３】
したがって、図９で例えば電極Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３のうちの１つのチャンネルの電極Ｐ２に駆動波形Ｐｖを印加した場合、この駆動波形Ｐｖは静電容量Ｃｓ２を介して電極基板４２にも印加され、他のチャンネルの静電容量Ｃｓ１、Ｃｓ３を介して他の非吐出のチャンネルの電極Ｐ１、Ｐ３に分圧される（クロストークが生じる）ことになり、非吐出のチャンネルの振動板５０の不必要な振動や場合によってはインク滴吐出が引き起こされ、インク滴吐出が不安定になって信頼性が低下し、地汚れなどが生じることになる。
【００５４】
これに対して、本発明のように導電性基板である電極基板４２を静電容量Ｃｏによる静電容量結合によって接地される部材である振動板５０に電気的に接続することにより、上述したようにクロストークを防止でき、インク滴吐出が安定して信頼性が高くなり、地汚れなどが生じることがなく、画像品質が向上する。
【００５５】
そして、振動板（第１電極）５０を接地する部材として導電性基板である電極基板４２と電気的に接続することによって、簡単な構成で電極基板４２を接地することができるようになる。この場合、導電性基板である電極基板４２を、接地する部材である振動板５０と静電容量結合によって電気的に接続することにより、導電性基板に接地のためのコンタクトをとるための工程を付加する必要もなく、一層簡単な構成で導電性基板を接地することができる。
【００５６】
次に、本発明に係るインクジェットヘッドの第２実施形態について図１０を参照して説明する。なお、同図は同実施形態に係るインクジェットヘッドの振動板短手方向の断面説明図である。
この実施形態では、導電性基板からなる電極基板４２の下面にＡｌ膜などの導電性膜（導体膜）７１を成膜したインクジェットヘッドを搭載し、導電性膜７１と振動板５０とを直流的に電気的に接続し、このインクジェットヘッドの導電性膜７１を接地している。
【００５７】
このインクジェットヘッドを静電容量の面から等価的に見ると、図１１に示すように、振動板５０と各対向電極５５との間で静電容量Ｃｘｍ（ｍ＝１〜ｍ）が形成されるとともに、電極基板４２として導電性基板を用いているため、絶縁膜であるシリコン酸化膜５２を介して各対向電極５５と電極基板４２との間で静電容量Ｃｓｍ（ｍ＝１〜ｍ）が形成されることになり、各対向電極５５の位置を示す点Ｐｍ（ｍ＝１〜ｍ）は静電容量Ｃｓｍを介して電極基板４２に容量結合された状態にある。
【００５８】
しかしながら、電極基板４２に成膜した導電性膜７１を介して電極基板４２を接地しているので、電極Ｐｍ間の静電容量Ｃｓｍを介しての容量結合がなくなる。したがって、前述したように各対向電極５５と導電性の電極基板４２との間の静電容量Ｃｓｍによるクロストークを防止することができる。
【００５９】
そして、このように導電性基板である電極基板４２と振動板（第１電極）５０との間で直流的な電気的接続を行うことによって、振動板５０と対向電極５５に接続するＦＰＣケーブルなどの接続手段を電極基板４２に接続するための電極パッドを設けることなく接地することができ、素子の面積を増加することなく、導電性基板を接地することができるようになる。
【００６０】
次に、本発明に係るインクジェットヘッドの第３実施形態について図１２乃至図１５参照して説明する。なお、図１２は同実施形態に係るインクジェットヘッドの分解斜視説明図、図１３は同ヘッドの第２電極部分における振動板長手方向の断面説明図、図１４は同ヘッドの第３電極部分における振動板長手方向の断面説明図、図１５は同ヘッドの振動板短手方向の断面説明図である。
【００６１】
このインクジェットヘッドにおいては、電極基板４２のシリコン酸化膜５２に、第２電極である対向電極５５を形成するための電極形成用溝（凹部）５４を形成するとともに、ノズル列方向の両端部に第３電極７５を形成するための電極形成溝（凹部）７４を形成している。
【００６２】
そして、この電極形成溝（凹部）７４の底部の一部のシリコン酸化膜５２を除去して導電性基板である電極基板４２を露出させるコンタクトホール７６を形成し、このコンタクトホール７６を含めて第３電極７５を形成することにより、第３電極７５と電極基板４２とを電気的に接続している。この第３電極７５は対向電極５５及び振動板５０に接続するＦＰＣケーブル７７などの接続手段の１つのラインを介して接地している。
【００６３】
ここで、コンタクトホール７６を形成した後、コンタクトホール７６内の電極基板４２上に形成される自然酸化膜を除去した上で第３電極７５を形成することによって、第３電極７５と電極基板４２との間に酸化膜がない状態にしている。
【００６４】
このように、電極基板４２を第３電極７５に電気的に接続し、この第３電極７５を接地することで電極基板４２を接地することにより、対向電極５５と電極基板４２との間の静電容量による容量結合によって生じるクロストークを防止することができる。
【００６５】
そして、導電性基板である電極基板４２を接地するための第３電極７５を設けて接地することにより、電極基板４２を確実に電気的に接地することができ、電気的信頼性が向上する。この場合、対向電極５５と第３電極７５とを導電性基板である電極基板４２上に形成する、つまり対向電極５５と第３電極７５とを略同一平面に隣接して形成することによって、対向電極５５と第３電極７５とを同一のＦＰＣケーブルなどの接続手段に実装することができるようになり、実装信頼性が向上し、低コスト化を図れる。
【００６６】
また、対向電極５５と第３電極７５とを同じ層構成とすることにより、同一の工程で形成することができ、コンタクトホール７６を形成する工程を追加するだけで電極基板４２を接地することができ、工程増加も比較的少なくなる。さらに、第３電極７５をノズル列方向で対向電極５５の列の両側又は片側に配置することにより、ノズルピッチが不揃いになることがなくなる。
【００６７】
さらに、第３電極７５と電極基板４２との間に酸化膜がない状態にすることにより、第３電極７５と電極基板４２との電気的な接続特性を良好な状態に保つことができ、電極基板４２を高い信頼性で接地することができる。
【００６８】
次に、本発明に係るインクジェットヘッドの第４実施形態について図１６乃至図１８を参照して説明する。なお、図１６は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図、図１７は同ヘッドの第３電極部分での振動板長手方向の断面説明図、図１８は同ヘッドの振動板短手方向の断面説明図である。
【００６９】
この実施形態では、電極５５及び第３電極７５として、電極基板４２上に形成したＴｉ層７７とこのＴｉ層７７上に形成したＴｉＮ層７８の２層構造としている。ＴｉＮ層７８の下層としてＴｉ層７７を設けることによってＴｉＮ層７８の密着強度を向上するとともに、電気的な信頼性が向上する。
【００７０】
そこで、上記第３実施形態のインクジェットヘッドの電極基板の製造工程について図１９乃至図２１を参照して説明する。なお、図１９及び図２０は同製造工程を説明する平面説明図、図２１は同製造工程を説明する振動板短手方向での断面説明図である。
【００７１】
先ず、図１９（ａ）及び図２１（ａ）に示すように、ｐ型の導電型を有し、（１００）の面方位であるシリコン基板である電極基板４２上に熱酸化によって膜厚１〜２μｍ程度のシリコン酸化膜５２を形成し、この酸化膜５２に電極５５及び第３電極７５を形成するための溝状の凹部５４、７４を通常のフォトリソとウェットエッチングによって深さ０．６μｍに形成する。
【００７２】
その後、図１９（ｂ）及び図２１（ｂ）に示すように、第３電極７５を形成するための凹部７４に通常のフォトリソとウェットエッチングによってシリコン基板４０に達するまでエッチングを行い、コンタクトホール７６を形成する。
【００７３】
次に、図２０（ａ）及び図２１（ｃ）に示すように、電極基板４２の全面に電極材料としてのＴｉＮを反応性スパッタリング法を用いて０．２μｍ成膜し、通常のフォトリソ技術とドライエッチング技術を用いてパターニングし、凹部５４の底面に電極５５を、コンタクトホール７６に電極基板４２に接する第３電極７５を形成する。このとき、ＴｉＮ膜を成膜する前に、ウェットエッチング液に浸し、コンタクトホール７６内の電極基板４２表面に形成された自然酸化膜を除去する。これにより、電極基板４２と第３電極７５の電気的な接続特性を良好な状態に保つことができる。
【００７４】
そして、図２０（ｂ）及び図２１（ｄ）に示すように、ＴＥＯＳを原料に用いたプラズマＣＶＤ法を用い、全面に０．２μｍの厚さでＳｉＯ2膜を成膜し、通常のフォトリソ技術とドライエッチング技術を用いてパターニングし、電極５５及び第３電極７５を覆い隠すように電極保護膜５７を形成する。なお、前記第４実施形態のインクジェットヘッドを製造する場合には電極をＴｉ層及びＴｉＮ層の順に成膜して、電極５５及び第３電極７５の形状にパターニングすればよい。
【００７５】
次に、本発明に係るインクジェットヘッドの第５実施形態について図２２及び図２３を参照して説明する。なお、図２２は同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図、図２３は同ヘッドの振動板短手方向の断面説明図である。
このインクジェットヘッドにおいては、振動板５０の加圧室４６側の面を含めて流路基板４１の内面及びインク供給口４９の壁面には例えばＴｉＮからなる導電性膜８０、８１を成膜している。
【００７６】
したがって、このインクジェットヘッドにインク８２が充填されたとき、インク８２は導電性を有するので、電極基板４２と振動板５０とは導電性膜８０、インク８２及び導電性膜８１を介して電気的に接続されることになり、振動板５０は接地されるので、電極基板４２も電気的に接地されることになる。
【００７７】
このインクジェットヘッドを静電容量の面から等価的に見ると、図２４に示すように、振動板５０とｍ個の対向電極５５との間でそれぞれ静電容量Ｃｘｍ（ｍ＝１〜ｍ）が形成されるとともに、電極基板４２として導電性基板を用いているため、絶縁膜であるシリコン酸化膜５２を介して各対向電極５５と電極基板４２との間でそれぞれ静電容量Ｃｓｍ（ｍ＝１〜ｍ）が形成されることになり、各対向電極５５の位置を示す点Ｐｍ（ｍ＝１〜ｍ）は静電容量Ｃｓｍを介して電極基板４２に容量結合された状態にある。
【００７８】
しかしながら、電極基板４２は導電性膜８０、インク８２及び導電性膜８１で構成される接続路８３を介して振動板５０に電気的に接続され、振動板５０は接地されているので電極基板４２が電気的に接地されることになる。したがって、前述したように各対向電極５５と導電性の電極基板４２との間の静電容量Ｃｓｍによるクロストークを防止することができる。
【００７９】
このように導電性基板を接地するための特別な電極を用いることなく、導電性基板を接地することができて、素子面積の増大なく、導電性基板を接地してクロストークを防止することができる。なお、流路内面に一体の導電性膜を形成して、電極基板４２と振動板５０とを電気的に接続することもできる。
【００８０】
なお、上記各実施形態においては、静電型インクジェットヘッドの振動板と電極の平面形状を矩形とした例で説明したが、平面形状を台形、三角形とすることもできる。また、上記各実施形態ではインクジェットヘッドは振動板と液室とを流路基板として同一部材から形成しているが、振動板と液室形成部材とを別部材で形成して接合することもできる。
【００８１】
また、上記実施形態におけるノズル、加圧室、流体抵抗部、共通液室流路の形状、配置、形成方法は適切に変更することができる。例えば、上記実施形態においては、ノズルは振動板の変位方向にインク滴が吐出するように形成したサイドシュータ方式のインクジェットヘッドであるが、ノズルを振動板の変位方向と交差する方向にインク滴が吐出するように形成したエッジシュータ方式のインクジェットヘッドでもよい。
【００８２】
さらに、上記実施形態においては、本発明に係る静電アクチュエータをインクジェットヘッドのアクチュエータ部に適用した例で説明したが、マイクロモータ、マイクロポンプ、マイクロアクチュエータなどの他のアクチュエータ装置のアクチュエータ部に適用することもできる。また、インク滴を吐出するインクジェットヘッド以外にも液体レジストなどの液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドにも同様に適用することができる。また、前述したようにプリンタ、ファクシミリ、プロッタ等の画像形成装置及び液滴を吐出する装置にも本発明に係る液滴吐出ヘッドを備えることができる。
【００８３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、液滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する吐出室と、この吐出室の壁面を形成する振動板を兼ねる第１電極又は振動板と一体の第１電極に対向する第２電極を絶縁層を介して設けた導電性基板を、接地する部材に電気的に接続した静電アクチュエータとを備えたので、第２電極の基板に導電性基板を用いた場合のクロストークを防止することができ、滴吐出が安定し、信頼性及び画像品質が向上する。
【００８４】
本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、液滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する吐出室と、この吐出室の壁面を形成する振動板を兼ねる第１電極又は振動板と一体の第１電極に対向する第２電極を絶縁層を介して設けた導電性基板を接地する部材である第１電極に電気的に接続した静電アクチュエータを備えたので、第２電極の基板に導電性基板を用いた場合のクロストークを簡単な構成で防止することができ、滴吐出が安定し、信頼性及び信頼性が向上する。
ここで、導電性基板と第１電極とを静電容量結合で電気的に接続することで、構成が一層簡単になる。このとき、導電性基板と第１電極との間の静電容量を導電性基板と第２電極との間の静電容量の５倍以上にすることで、確実にクロストークを防止することができる。また、導電性基板と第１電極とは第２電極の幅よりも幅の広い対向部分で対向させることで簡単な構成で第１電極と導電性基板との静電容量結合を行うことができる。
【００８５】
また、導電性基板と第１電極とを直流的な電気的接続とすることで、導電性基板の面積を増加することなく、導電性基板を接地することができる。
【００８６】
さらに、導電性基板と第１電極とは流路面に形成した導電性膜で電気的接続をとることで、簡単な構成で、素子面積を増加することなく、導電性基板を接地することができるようになる。
【００８７】
さらにまた、導電性基板と第１電極とはインクを介して電気的接続がなされるようにすることで、簡単な構成で導電性基板を接地することができる。この場合、導電性基板及び第１電極の流路面に導電性膜を形成することでより確実に導電性基板と第１電極とを電気的に接続することができる。
【００８８】
本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、液滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する吐出室と、この吐出室の壁面を形成する振動板を兼ねる第１電極又は振動板と一体の第１電極に対向する第２電極を絶縁層を介して設けた導電性基板を接地する部材である第３電極に電気的に接続した静電アクチュエータを備えたので、第２電極の基板に導電性基板を用いた場合のクロストークを高い信頼性で大幅な構成の複雑化を招くことなく防止することができ、インク滴吐出が安定し、信頼性が向上する。
【００８９】
この場合、第３電極は第２電極と同じ層構成とすることにより、コスト増加を招くことなく第３電極を形成することができる。また、導電性基板と第３電極とは絶縁層に形成したコンタクトホールを介して接続することで、導電性基板と第３電極とを確実に電気的に接続することができる。この場合、導電性基板のコンタクトホールに臨む部分には酸化膜が形成されていないことで、電気的接続が安定的に確保できる。また、第３電極のコンタクトホール側面には酸素原子をゲッターリングする効果のある金属層を形成することで、第３電極と絶縁層の密着強度が増加して剥がれ等の不良が防止され、安定した電気的接続を確保できる。この金属層はＴｉ又はＣｒとすることにより、簡単なプロセスで形成することができる。
【００９６】
本発明に係るインクジェット記録装置によれば、本発明に係る液滴吐出ヘッドを備えたので、第２電極の基板に導電性基板を用いた場合のクロストークが防止され、安定したインク滴吐出を行うことができて画像品質が向上する。
【０１００】
本発明に係るインクジェット記録装置によれば、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する吐出室と、この吐出室の壁面を形成する振動板を兼ねる第１電極又は振動板と一体の第１電極に対向する第２電極を絶縁層を介して導電性基板上に設けた静電アクチュエータとを備えたインクジェットヘッドを搭載し、このインクジェットヘッドの導電性基板を接地したので、第２電極の基板に導電性基板を用いた場合のクロストークが防止され、安定したインク滴吐出を行うことができて画像品質が向上する。
本発明に係る画像形成装置、液滴を吐出する装置によれば、本発明に係る液滴吐出ヘッドを備えているので、安定した液滴吐出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るインクジェット記録装置の機構部の概略斜視説明図
【図２】同機構部の側面説明図
【図３】本発明に係るインクジェットヘッドの第１実施形態の分解斜視説明図
【図４】同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図５】同ヘッドの振動板短手方向の断面説明図
【図６】同記録装置のヘッド駆動制御部の一例を示すブロック図
【図７】同ヘッドの等価回路を説明する説明図
【図８】比較例に係るインクジェットヘッドの振動板短手方向の断面説明図
【図９】同比較例のヘッドの等価回路を説明する説明図
【図１０】本発明に係るインクジェットヘッドの第２実施形態の振動板短手方向の断面説明図
【図１１】同ヘッドの等価回路を説明する説明図
【図１２】本発明に係るインクジェットヘッドの第３実施形態の分解斜視説明図
【図１３】同ヘッドの振動板長手方向の断面説明図
【図１４】同ヘッドの第３電極部分における振動板長手方向の断面説明図
【図１５】同ヘッドの振動板短手方向の断面説明図
【図１６】本発明に係るインクジェットヘッドの第４実施形態の振動板長手方向の断面説明図
【図１７】同ヘッドの第３電極部分における振動板長手方向の断面説明図
【図１８】同ヘッドの振動板短手方向の断面説明図
【図１９】第３実施形態のインクジェットヘッドの電極基板の製造工程を説明する上面説明図
【図２０】図１９に続く工程を説明する上面説明図
【図２１】同製造工程を説明する断面説明図
【図２２】本発明に係るインクジェットヘッドの第５実施形態の振動板長手方向の断面説明図
【図２３】同ヘッドの振動板短手方向の断面説明図
【図２４】同ヘッドの等価回路を説明する説明図
【符号の説明】
１３…キャリッジ、１４…ヘッド、２４…搬送ローラ、３３…排紙ローラ、４０…インクジェットヘッド、４１…流路基板、４２…電極基板（導電性基板）、４３…ノズル板、４４…ノズル、４６…加圧室、４７…流体抵抗部、４８…共通流路液室、５０…振動板、５５…電極、５６…ギャップ、６０…静電容量結合領域、７１…導電性膜、７５…第３電極、７６…コンタクトホール、８０、８１…導電性膜、８２…インク。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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