(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インク滴を吐出するノズル孔と、このノズル孔が連通するインク流路と、このインク流路の壁面を形成する振動板と、この振動板に対向する連続した曲面で形成された電極とを備え、前記振動板と電極との間の静電力で振動板を変位させて前記ノズル孔からインク滴を吐出するインクジェットヘッドにおいて、
前記振動板と前記電極との間に電圧が印加されない状態で、
前記振動板の変形領域の端部と直接又は保護膜を介して接触する前記電極の端部は、前記振動板と接線をなして接触していることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記振動板と電極との間に形成されるギャップは断面形状で変曲点を有する形状であることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項３】
請求項２に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記ギャップは前記変曲点を長手方向で有することを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項４】
請求項２に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記ギャップは前記変曲点を短手方向で有することを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項５】
請求項１又は２に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記電極は長手方向の一端部で前記振動板と接触していることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項６】
請求項１又は２に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記電極は短手方向の両端部で前記振動板と接触していることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、前記電極の一辺をｘとし、この電極の一辺ｘに沿った前記振動板と電極とのギャップ寸法をｙとし、定数をＡ、Ｌとしたとき、ギャップの全域で、次の（１）式が成り立つことを特徴とするインクジェットヘッド。
【数１】
0004307637.tif 000006
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、前記電極の一辺をｘとし、この電極の一辺ｘに沿った前記振動板と電極とのギャップ寸法をｙとし、定数をＡ、Ｌとしたとき、ギャップの一部で、次の（１）式が成り立つことを特徴とするインクジェットヘッド。
【数２】
0004307637.tif 000007
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、前記振動板を形成した単結晶シリコン部材と前記電極を形成した単結晶シリコン部材とを接合していることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項１０】
請求項１乃至８のいずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、前記振動板を形成した単結晶シリコン部材と前記電極を形成した部材とを陽極接合で接合していることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれかに記載のインクジェットヘッドを搭載していることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はインクジェットヘッド及び画像形成装置に関し、特に静電型インクジェットヘッド及び画像形成装置に関する。
【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は、インク滴を吐出するノズル孔と、このノズル孔が連通する吐出室（圧力室、加圧液室、液室、インク流路等とも称される。）と、この吐出室内のインクを加圧するエネルギーを発生するエネルギー発生手段とを備えて、エネルギー発生手段を駆動することで吐出室内インクを加圧してノズル孔からインク滴を吐出させるものであり、記録の必要なときにのみインク滴を吐出するインク・オン・デマンド方式のものが主流である。
【０００３】
従来、吐出室内のインクを加圧するエネルギーを発生するエネルギー発生手段として、圧電素子を用いて吐出室の壁面を形成する振動板を変形させて吐出室内容積を変化させてインク滴を吐出させるようにしたもの（特開平２−５１７３４号公報参照）、或いは、発熱抵抗体を用いて吐出室内でインクを加熱して気泡を発生させることによる圧力でインク滴を吐出させるようにしたもの（特開昭６１−５９９１１号公報参照）などが知られている。
【０００４】
しかしながら、前者の圧電素子を用いる方式においては、吐出室に圧力を生じさせるために振動板に圧電素子のチップを貼り付ける工程が複雑であり、高速、高印字品質に対する限界があること、後者のインクを加熱する方式においては、圧電素子を用いる場合の問題は生じないものの、発熱抵抗体の急速な加熱、冷却の繰り返し、気泡消滅時の衝撃によって、発熱抵抗体がダメージを受けるために、総じてインクジェットヘッドの寿命が短くなるなどの不都合がある。
【０００５】
そこで、こうした問題を解決するものとして、特開平６−７１８８２号公報に記載されているように、吐出室の壁面を形成する振動板と電極とを平行に配置し（これにより形成されるギャップを「平行ギャップ」と称する。）、振動板と電極との間に発生させる静電力によって振動板を変形させることで、吐出室内容積を変化させてインク滴を吐出させるインクジェットヘッドが提案されている。
【０００６】
ところで、このような静電型インクジェットヘッドにおいて、振動板の変位量δ（ｍ）は、振動板と電極間の静電引力をＰ（Ｎ／ｍ２）、短辺の長さをａ（ｍ）、振動板の厚さをｈ（ｍ）、ポアソン比をν、ヤング率をＥ（Ｎ／ｍ２）、定数をｋとしたとき、次の（２）式で表される。
【０００７】
【数３】
0004307637.tif 000002
【０００８】
また、静電引力Ｐ（Ｎ／ｍ２）は、誘電率をε（Ｆ／ｍ）、電圧をＶ（Ｖ）、振動板と電極との距離（電極間距離）をｔ（ｍ）としたとき、次の（３）式で表される。
【０００９】
【数４】
0004307637.tif 000003
【００１０】
したがって、高速、高画質印字を行うためにノズルを高密度で配置するため、振動板のノズル配列方向（短辺方向）の長さａを短くすると、上記（２）式から分かるように、振動板変位量δは振動板の短辺方向長さａの４乗に比例して小さくなる。
【００１１】
そこで、振動板の変位量を確保して必要とするインク滴を得ようとすると、上記（２）、（３）式から、振動板の厚さを薄くするか、振動板と電極とのギャップ長（寸法）を狭くするか、駆動電圧を大きくすること必要になる。
【００１２】
しかしながら、振動板の厚さを薄くすることは振動板の剛性が低下してインク吐出力の低下を招くことになり、振動板と電極とのギャップ長（寸法）を狭くすることは振動板の最大変位量が小さくなりインク滴吐出量が減少してインクかすれなどの原因になり、駆動電圧を大きくすることはコストが高くなる。
【００１３】
そこで、特開平９−３９２３５号公報に開示されているように、振動板と電極との間にギャップを設け、且つ、電極を階段状に配置することでギャップ寸法が段階的に変化するようにして、低電圧駆動化を図るインクジェットヘッドが提案されている。また、特開平９−１９３３７５号公報に開示されているように振動板に対して電極を斜めに傾斜させて配置することで振動板と電極との間のギャップの断面形状が振動板側の面（辺）と電極側の面（辺）とで非平行になる（このようなギャップを「非平行ギャップ」と称する。）ようにしたインクジェットヘッドも提案されている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したようにギャップ寸法が段階的に変化するインクジェットヘッドや非平行ギャップを有するインクジェットヘッドにあっては、振動板は電極との間のギャップ寸法が短い（間隔の狭い）ところから変位を開始するため、低い駆動電圧で振動板を変位させることができるという利点がある。
【００１５】
しかしながら、これらのインクジェットヘッドのようにギャップ寸法を段階的に変化させたり、リニアに変化させたり（非平行ギャップ）しても、いまだ十分効率的に低電圧で駆動できないという課題がある。
【００１６】
そこで、本発明者らは振動板と電極との間のギャップの断面形状（以下「ギャップ形状」と称する。）、すなわち、振動板と電極との配置関係、電極の振動板側の面の形状と振動板の変位、駆動電圧の関係などについて鋭意研究を重ねることで、ギャップ形状の最適化、特に電極の振動板側の面の形状を最適化することでより効率的な低電圧駆動が可能になることを見出した。
【００１７】
よって、本発明は効率的な低電圧駆動が可能なインクジェットヘッド及びこのインクジェットヘッドを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係るインクジェットヘッドは、インク滴を吐出するノズル孔と、このノズル孔が連通するインク流路と、このインク流路の壁面を形成する振動板と、この振動板に対向する連続した曲面で形成された電極とを備え、前記振動板と電極との間の静電力で振動板を変位させて前記ノズル孔からインク滴を吐出するインクジェットヘッドにおいて、前記振動板と前記電極との間に電圧が印加されない状態で、前記振動板の変形領域の端部と直接又は保護膜を介して接触する前記電極の端部は、前記振動板と接線をなして接触している構成とした。
また、本発明に係る画像形成装置は、本発明に係るインクジェットヘッドを搭載したものである。
【００１９】
ここで、振動板と電極との間に形成されるギャップは断面形状で変曲点を有する形状である構成とできる。この場合、ギャップは変曲点を長手方向又は短手方向で有するものとすることができる。同様に、電極が長手方向の一端部又は短手方向の両端部で振動板と接触しているものとすることができる。
【００２０】
そして、電極の一辺をｘとし、この電極の一辺ｘに沿った振動板と電極とのギャップ寸法をｙとし、定数をＡ、Ｌとしたとき、ギャップの全域又はギャップの一部で、次の（１）式が成り立つことが好ましい。
【数５】
0004307637.tif 000004
【００２１】
さらに、振動板を形成した単結晶シリコン部材と電極を形成した単結晶シリコン部材とを接合してヘッドを形成し、或いは、振動板を形成した単結晶シリコン部材と電極を形成した部材とを陽極接合で接合することが好ましい。
【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。図１は本発明の第１実施形態に係るインクジェットヘッドの短手方向の断面説明図、図２は同ヘッドの長手方向の断面説明図、図３は同ヘッドのギャップの短手方向断面説明図である。
【００２３】
このインクジェットヘッドは、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板、ＳＯＩ基板などのシリコン基板等を用いた振動板／液室基板１と、この振動板／液室基板１の下側に設けたシリコン基板、パイレックスガラス基板、セラミックス基板等を用いた電極基板２と、振動板／液室基板１の上側に設けたノズル板３とを備え、複数（便宜上１個のみ図示する。）のインク滴を吐出するノズル孔４、各ノズル孔４が連通するインク流路である加圧室６、各加圧室６にインク供給路を兼ねた流体抵抗部７を介して連通する共通インク室８などを形成している。
【００２４】
振動板／液室基板１には、加圧室６及びこの加圧室６の壁面である底部をなす振動板（第1の電極）１０を形成する凹部１１と、流体抵抗部７を形成する溝１２と、共通インク室８を形成する凹部１３とを形成している。
【００２５】
ここで、この振動板／液室基板１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２と接合した後、凹部１１、１３及び溝部１２をそれぞれＫＯＨ水溶液などでエッチング液を用いて異方性エッチングし、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１０が形成される。また、多結晶シリコン基板で振動板１０を形成する場合は、液室基板１上に振動板となる多結晶シリコン薄膜を形成する方法、または、予め電極基板２を犠牲材料で平坦化し、その上に多結晶シリコン薄膜を成膜した後、犠牲材料を除去することで形成できる。
【００２６】
なお、振動板１０に別途電極膜を形成してもよいが、上述したように不純物の拡散などによって振動板が電極を兼ねるようにしている。また、振動板１０の電極基板２側の面に絶縁膜を形成することもできる。この絶縁膜としてはＳiＯ2等の酸化膜系絶縁膜、Ｓi3Ｎ4等の窒化膜系絶縁膜などを用いることができる。絶縁膜の成膜は、振動板表面を熱酸化して酸化膜を形成したり、成膜手法を用いたりすることができる。
【００２７】
また、電極基板２には凹部１４を形成して、この凹部１４底面に振動板１０に対向する電極（第２の電極）１５を設け、振動板１０と電極１５との間にギャップ１６を形成し、これらの振動板１０と電極１５とによってアクチュエータ部を構成している。なお、電極１５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１７を成膜しているが、電極表面１５に電極保護膜１７を形成しないでもよい。振動板１０側に絶縁膜を形成することもできる。
【００２８】
この電極基板２として単結晶シリコン基板を用いる場合には通常のシリコンウエハーを用いることができる。その厚さはシリコンウエハーの直径で異なるが、直径４インチのシリコンウエハーであれば厚さが５００μｍ程度、直径６インチのシリコンウエハーであれば厚さは６００μｍ程度であることが多い。シリコンウエハー以外の材料を選択する場合には、振動板／液室基板のシリコンと熱膨張係数の差が小さい方が振動板と接合する場合に信頼性を向上できる。例えば、ガラス材料としては、コーニング社製＃７７４０（商品名）、岩城硝子社製ＳＷ３（商品名）、ホーヤ社製ＳＤ２（商品名）などを用いることができる。
【００２９】
これらの振動板／液室基板１と電極基板２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２がシリコンで形成される場合、酸化膜を介した直接接合法を用いることができ、また、電極基板２がガラスの場合、陽極接合を行うことができる。電極基板２をシリコンで形成して、陽極接合を用いる場合には、電極基板２と振動板／液室基板１との間にパイレックスガラスを成膜して、この膜を介して陽極接合を行うこともできる。
【００３０】
この電極基板２の電極１５としては、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、ＴｉＮ、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。電極基板２をシリコンウエハで形成する場合には、電極基板２と電極１５との間には絶縁層を形成する必要があるが、この場合の絶縁層としてはＳiＯ2を用いる。電極基板２にガラス等の絶縁性材料を用いる場合には電極１５との間に絶縁層を形成する必要はない。
【００３１】
また、電極基板２にシリコン基板を用いる場合、電極１５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、電極１５と電極基板２とを電気的に絶縁する。
【００３２】
ギャップ１６は、電極１５と振動板１０との短手方向における間隔ｙが、周辺部が中央部より小さくなるように形成されている。その短辺方向、長辺方向の長さ、ギャップ深さ（ギャップ寸法）等の寸法は、使用目的、変位範囲、駆動する電圧等により選択されるが、一般的には、短辺長さ６０〜５００μｍ、長辺長さは２００〜４０００μｍ、ギャップ深さとしては０．１〜５．０μｍの範囲で設定される。
【００３３】
ここで、このインクジェットヘッドの振動板１０と電極１５との間に形成されるギャップ１６は、図３にも模式的に示すように、その短手方向断面形状で変曲点２０を有している。言いかえれば、電極１５の振動板側の表面は短手方向断面形状で変曲点２０を有する面としている。
【００３４】
また、電極１５はその短手方向（短辺方向）両端部で接線をなして振動板１０に接触する接触部位２１を有している。この電極１５の接触部位２１では振動板１０との実効的なギャップ長が「０」になる。
【００３５】
この場合、振動板１０及び電極１５を平面矩形状に形成し、図３に示すように、電極１５の一辺（ここでは短辺）をｘとし、この電極１５の一辺（短辺）ｘに沿った振動板１０と電極１５とのギャップ寸法をｙとし、定数をＡ、Ｌとしたとき、ギャップ１６の全域で、次の（１）式が成り立つ形状に、ギャップ１６の断面形状を設定している。
【００３６】
【数６】
0004307637.tif 000005
【００３７】
この（１）式で表される形状はガウシャン形状と称される形状である。ギャップ１６の断面形状の電極側をガウシャン形状にすることが特に好ましいが、ギャップ１６の断面形状に変曲点２０を有する形状にすることで、ガウシャン形状そのものでなくとも、ガウシャン形状に近い形状にすることができる。また、ここでは、ギャップ１６の全域において上記（１）式が成り立つようにしているが、ギャップ１６の一部の領域において上記（１）式が成り立つ形状にしても略同様の作用効果が得られる。
【００３８】
ノズル板３には複数のノズル孔４と共に、共通インク室８に外部からインクを供給するインク供給口１８を形成している。このノズル板３のインク吐出面には撥水性を有する表面処理層を形成することもできる。
【００３９】
このように構成したインクジェットヘッドにおいては、振動板１０と電極１５（いずれか一方を共通電極とし、他方を個別電極とする。）との間に駆動電圧を印加することによって静電力によって振動板１０が変形変位して、加圧室６の内容積が変化することによってノズル孔４からインク滴が吐出される。
【００４０】
この場合、振動板の変位駆動方式としては、振動板１０を電極１５に当接させないで状態で電極１５側に変位させて、この状態から放電して振動板１０を復帰させることでインク滴を吐出させる非当接駆動方式、振動板１０を電極１５に当接するまで変位させて、この状態から放電して振動板１０を復帰させることでインク滴を吐出させる当接駆動方式のいずれの方式も採用できる。
【００４１】
ここで、上述したようにギャップ１６は断面形状で電極１５に沿う辺に変曲点２０を有している、つまり電極１５の振動板側の表面は変曲点２０を有する形状に形成しているので、低い駆動電圧で振動板１０の大きな変位量を得ることができる。
【００４２】
すなわち、静電アクチュエータは振動板１０と電極１５との間に発生する静電力と振動板１０の剛性力の釣り合いにより動作する。この静電力は２つの電極間の距離ｔの二乗に反比例する（前述した（３）式参照）ので、電極間距離ｔが小さいほどより低い電圧Ｖで所望の静電力を得ることができる。
【００４３】
したがって、まず、このインクジェットヘッドでは振動板１０と電極１５との間のギャップ１６は周辺部が中央より小さくなっているために、駆動電圧の印加に従って振動板１０の変位は距離が小さい周辺部から開始する。この時の変位開始電圧は、振動板中央部の変位開始電圧より低い。そして、振動板１０の周辺部の変位開始に従い、振動板１０と電極１５との間隔が順次小さくなり、小さな電圧増加で大きな変位量が得られる。よって、従来のインクジェットヘッドに比べて低い電圧で駆動することが可能になる。
【００４４】
そして、このインクジェットヘッドでは、振動板１０と電極１５とは周辺の接触部位２１で接触しているので、振動板１０はギャップ長「０」から変位が開始され、より低電圧で駆動することが可能になる。
【００４５】
さらに、このインクジェットヘッドは、ギャップ１６が断面形状で電極１５に沿う辺に変曲点２０を有していることから、振動板１５の変位が一層容易になり、低い駆動電圧で振動板１０のより大きな変位量を得ることができる。
【００４６】
これを確認するため、次のように実施例と比較例のインクジェットヘッドを製作して、駆動電圧と振動板変位量との関係を測定した。
【００４７】
（実施例１）
振動板１０の短手方向長さを１２０μｍとし、振動板１０と電極１５の最大ギャップ寸法が０．３μｍで、ギャップ１６が断面形状で変曲点２０を有して変化するインクジェットヘッドを製作した。
【００４８】
（比較例１）
実施例１と同様に、振動板の短手方向長さを１２０μｍとしたが、振動板に対して平坦（変曲点を有しない）電極を斜めに傾斜させて配置し、振動板と電極との間の最大ギャップ寸法が０．３μｍとなるインクジェットヘッド（従来の非平行ギャップを有するインクジェットヘッド）を製作した。
【００４９】
これら実施例１及び比較例１の各インクジェットヘッドに駆動電圧を段階的に変化させて印加し、各駆動電圧における振動板変位量を測定した。この結果を図４に示している。
【００５０】
同図から分かるように、変曲点２０を有する実施例１のインクジェットヘッドでは、駆動電圧２０Ｖで振動板変位量が急激に大きくなって電極１５に当接する。これに対し、変曲点２０を有しない比較例１のインクジェットヘッドでは、駆動電圧３０Ｖでも僅かの変位量しか得られない。
【００５１】
（実施例２）
振動板１０の短手方向長さを６５μｍ、振動板１０と電極１５の最大ギャップ寸法が０．３μｍで、ギャップ１６が断面形状で変曲点２０を有して変化するインクジェットヘッドを製作した。
【００５２】
（比較例２）
実施例２と同様に、振動板の短手方向長さを６５μｍとしたが、振動板に対して平坦（変曲点を有しない）電極を斜めに傾斜させて配置し、振動板と電極との間の最大ギャップ寸法が０．３μｍとなるインクジェットヘッド（従来の非平行ギャップを有するインクジェットヘッド）を製作した。
【００５３】
これら実施例２及び比較例２の各インクジェットヘッドに駆動電圧を段階的に変化させて印加し、各駆動電圧における振動板変位量を測定した。この結果を図５に示している。
【００５４】
同図から分かるように、変曲点２０を有する実施例２のインクジェットヘッドでは、駆動電圧６０Ｖで振動板変位量が急激に大きくなり、７０Ｖで電極１５に当接する。これに対し、変曲点２０を有しない比較例２のインクジェットヘッドでは、駆動電圧１００Ｖでは僅かの変位量しか得られず、１１０Ｖに至ってようやく電極１５に当接する変位量になる。
【００５５】
このように、振動板と電極との間で形成されるギャップはその断面形状で電極の短手方向に沿う辺に変曲点を有する形状とする、つまりは、電極はその短手方向断面形状で振動板側の辺に変曲点が生じる表面を有する形状にすることによって、低い駆動電圧で振動板を効率的に変形変位させることができる。
【００５６】
次に、本発明の第２実施形態に係るインクジェットヘッドについて図６乃至図８を参照して説明する。なお、図６は同ヘッドの短手方向の断面説明図、図７は同ヘッドの長手方向の断面説明図、図８は同ヘッドのギャップの長手方向断面説明図である。
【００５７】
このインクジェットヘッドにおけるギャップ１６は、電極１５と振動板１０との長手方向における間隔ｙが、振動板１０の長手方向一端部に向かって滑らかな凹部に形成されている。その短辺方向、長辺方向の長さ、ギャップ深さ（ギャップ寸法）等の寸法は、使用目的、変位範囲、駆動する電圧等により選択されるが、一般的には、短辺長さ６０〜５００μｍ、長辺長さは２００〜４０００μｍ、ギャップ深さとしては０．１〜５．０μｍの範囲で設定される。ここでは、短辺長さ１３０μｍ、長辺長さ３０００μｍ、ギャップ深さ０．３μｍとした。
【００５８】
また、電極１５は３０００ÅのＴiＮ膜を用い、ＲＦスパッタにより形成した。電極１５と電極基板２との間にはシリコンの熱酸化膜（図示しない）を１μｍ厚さで形成し、電極１５表面はプラズマＣＶＤ法で成膜したシリコンの酸化膜（厚さ５０００Å）である電極保護膜１７でＴｉＮの全面を被覆している。そして、振動板／液室基板１と電極基板２との接合はシリコン熱酸化膜を介した直接接合で接合している。
【００５９】
ここで、このインクジェットヘッドにおいても、振動板１０と電極１５との間に形成されるギャップ１６は、図８にも模式的に示すように、その長手方向断面形状で変曲点２０を有している。言いかえれば、電極１５の振動板側の表面は長手方向断面形状で変曲点２０を有する面としている。
【００６０】
また、電極１５はその長手方向（長辺方向）一端部で接線をなして振動板１０に接触する接触部位２１を有している。この電極１５の接触部位２１では振動板１０とのギャップ長が「０」になる。
【００６１】
この場合、振動板１０及び電極１５を平面矩形状に形成し、図８に示すように、電極１５の一辺（ここでは長辺）をｘとし、この電極１５の一辺（長辺）ｘに沿った振動板１０と電極１５とのギャップ寸法をｙとし、定数をＡ、Ｌとしたとき、ギャップ１６の全域で、前記（１）式が成り立つ形状（ガウシャン形状）に、ギャップ１６の断面形状を設定している。なお、（１）式が成り立たない場合でも、ギャップ１６の断面形状に変曲点２０を有する形状にすることで、ガウシャン形状に近い形状にすることができる。また、ギャップ１６の一部の領域で上記（１）式が成り立つようにしても略同様の作用効果を得ることができる。
【００６２】
このように構成したインクジェットヘッドにおいても、前記第１実施形態のインクジェットヘッドと同様に低い駆動電圧で効率的に振動板を変位させることができる。
【００６３】
次に、本発明の第３実施形態に係るインクジェットヘッドについて図９及び図１０を参照して説明する。なお、図９は同ヘッドの短手方向の断面説明図、図１０は同ヘッドの長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、前記第１実施形態と同様に、ギャップ１６は、電極１５と振動板１０との短手方向における間隔ｙが、周辺部が中央部より小さくなるように形成し、その短手方向断面形状で変曲点２０を有する形状としている。言いかえれば、電極１５の振動板側の表面は短手方向断面形状で変曲点２０を有する面としている。
【００６４】
そして、このインクジェットヘッドは振動板１０と電極１５とを接触させないで、すなわち、従前の平行ギャップと同様に振動板１０と電極１５との間の全領域でギャップ１６が介在するようにしている。
【００６５】
このような構成にしても上記第１、第２実施形態と同様の作用効果を得ることができる。ただし、振動板１０と電極１５との間には必ずギャップ１６が存在しているので、上記第１、第２実施形態に比べて駆動電圧がある程度以上にならなければ振動板１０は変位を開始しない。また、上記第１実施形態と同じギャップ長に設定する場合に、電極両端部でオフセットがある分、若干形状が前記（１）式で得られる形状とずれることになる。
【００６６】
次に、本発明の第４実施形態に係るインクジェットヘッドについて図１１及び図１２を参照して説明する。なお、図９は同ヘッドの短手方向の断面説明図、図１０は同ヘッドの長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、前記第２実施形態と同様に、ギャップ１６は、電極１５と振動板１０との長辺方向における間隔ｙが、振動板１０の長手方向一端部に向かって滑らかな凹部に形成されている。言いかえれば、電極１５の振動板側の表面は長辺方向断面形状で変曲点２０を有する面としている。
【００６７】
そして、このインクジェットヘッドは振動板１０と電極１５とを接触させないで、すなわち、従前の平行ギャップと同様に振動板１０と電極１５との間の全領域でギャップ１６が介在するようにしている。
【００６８】
このような構成にしても上記第１、第２実施形態と同様の作用効果を得ることができる。ただし、振動板１０と電極１５との間には必ずギャップ１６が存在しているので、上記第２実施形態に比べて駆動電圧がある程度以上にならなければ振動板１０は変位を開始しない。また、上記第２実施形態と同じギャップ長に設定する場合に、電極一端部でオフセットがある分、若干形状が前記（１）式で得られる形状とずれることになる。
【００６９】
次に、第1実施形態のインクジェットヘッドのギャップ形成プロセスの一例について図１３を参照して説明する。
ここでは、同図（ａ）に示すように、シリコンウエハーからなる電極基板３１にフォトレジスト（OFPR-800：商品名）３２を厚さ１μｍで形成する。次いで、同図（ｂ）に示すように、フォトマスク３３を用いてフォトレジスト３２を露光する。
【００７０】
ここで、このフォトマスク３３は光が透過する領域は透過した光が散乱するように形成して、フォトレジストの露光領域は、マスクの中央部で深く、マスクの周辺部で浅く、且つ変曲点を有する凹部断面形状に露光される。このとき、露光の光強度、露光時間を調整して、フォトレジスト３２の露光領域が電極基板３１に到達しないようにすることで、現像後のフォトレジスト３２には、同図（ｃ）に示すように、拡散マスク（フォトマスク３３）での露光領域を反映して、断面形状で変曲点を有する凹部３４が形成される。
【００７１】
そこで、このフォトレジスト３２と電極基板３１を深さ方向に、エッチングガスとしてはＳＦ6Ｏ2の混合ガスを用いて、異方性ドライエッチングすることにより、エッチングの進行に従って、同図（ｄ）に示すように、フォトレジスト３２の凹部形状が電極基板３１に転写されて、断面形状で変曲点を有する凹部３５が形成される。
【００７２】
なお、エッチング条件はフォトレジスト３２のエッチングレートと電極基板３１のエッチングレートが等しくなるように調整した。これにより、フォトレジスト３２に形成したギャップ形状の深さと電極基板３１に形成される深さが等しく得られる。また、フォトレジストと電極基板のエッチングレート比を異ならせることで電極基板３１に形成されるギャップ深さを調整することもできる。なお、振動板（振動板／液室基板）との接合面の保護のためにギャップとなる凹部の周辺にフォトレジストを残すこともできる。
【００７３】
その後、同図（ｅ）に示すように、電極基板３１上に残ったフォトレジスト３２を除去した。
【００７４】
次に、第1実施形態のインクジェットヘッドのギャップ形成プロセスの他の例について図１４を参照して説明する。
ここでは、同図（ａ）に示すように、シリコンウエハーからなる電極基板４１にフォトレジスト（OFPR-800：商品名）４２を厚さ１μｍで形成する。次いで、同図（ｂ）に示すように、フォトマスクを用いてフォトレジスト４２を露光現像し、ギャップに対応する領域が開口したフォトレジスト４２のパターンを形成する。
【００７５】
その後、同図（ｃ）に示すように、再度フォトレジスト４２上にフォトレジスト４３を塗布し、次いで、これらのフォトレジスト４２，４３を熱処理することにより、同図（ｄ）に示すように、フォトレジスト４３は熱による流動性を得てその表面張力とのバランスによりフォトレジスト４２の開口部周辺で形状が滑らかな凸形状となり開口部の中央部付近で滑らかな凹形状に変化する凹部４４が形成される。このとき、熱処理を調整することで、フォトレジスト４３の凹部４４を、中央部で深く、周辺部で浅く、且つ変曲点を有する断面形状に形成する。
【００７６】
そこで、これらのフォトレジスト４２，４３と電極基板３１を深さ方向に、エッチングガスとしてはＳＦ6Ｏ2の混合ガスを用いて、異方性ドライエッチングすることにより、エッチングの進行に従って、同図（ｄ）に示すように、フォトレジスト４３の凹部４４の形状が電極基板４１に転写され、変曲点を有する凹部４５が形成される。
【００７７】
なお、エッチング条件はフォトレジスト４２，４３のエッチングレートと電極基板３１のエッチングレートが等しくなるように調整した。これにより、フォトレジスト４３に形成したギャップ形状の深さと電極基板３１に形成される深さが等しく得られる。また、フォトレジストと電極基板のエッチングレート比を異ならせることで電極基板３１に形成されるギャップ深さを調整することもできる。なお、振動板（振動板／液室基板）との接合面の保護のためにギャップと成る凹部の周辺にフォトレジストを残すこともできる。
【００７８】
その後、同図（ｅ）に示すように、電極基板３１上に残ったフォトレジスト４２を除去した。
【００７９】
なお、上記各実施形態においては、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、本発明をインクジェットヘッドに適用した例で説明しているが、振動板と電極とを用いるその他の静電型アクチュエータにも同様に適用することができる。さらに、上記実施形態では振動板と液室とを振動板／液室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。
【００８０】
また、振動板／液室基板中に形成したノズル孔、加圧室、流体抵抗部、共通インク室の形状、配置、形成方法は本発明の趣旨を越えない範囲で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、ノズル孔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に適用しているが、ノズル孔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にも同様に適用することができる。また、上述したインクジェットヘッドは、前述したように、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）に搭載することができる。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るインクジェットヘッドによれば、振動板とこの振動板に対向する連続した曲面で形成された電極との間に電圧が印加されない状態で、振動板の変形領域の端部と直接又は保護膜を介して接触する電極の端部は、振動板と接線をなして接触している構成としたので、低電圧で効率的に駆動することが可能になる。
そして、本発明に係る画像形成装置は、本発明に係るインクジェットヘッドを搭載するので、ヘッドを低電圧で効率的に駆動することが可能な画像形成装置が得られる。
【００８２】
ここで、振動板と電極との間に形成されるギャップは断面形状で変曲点を有する形状である構成とすることで、低電圧で効率的に駆動することができる。この場合、ギャップは変曲点を長手方向又は短手方向で有するものとし、同様に、電極が長手方向の一端部又は短手方向の両端部で振動板と接触しているものとすることで、効率的な低電圧駆動が可能になる。
【００８３】
そして、電極の一辺をｘとし、この電極の一辺ｘに沿った振動板と電極とのギャップ寸法をｙとし、定数をＡ、Ｌとしたとき、ギャップの全域又はギャップの一部で、前記（１）式が成り立つギャップ形状にすることで、より効率的に低電圧駆動を行うことができる。
【００８４】
さらに、振動板を形成した単結晶シリコン部材と電極を形成した単結晶シリコン部材とを接合してヘッドを構成することで、低コストで高精度のギャップ形状を有する信頼性の高いインクジェットヘッドを製造することが可能になる。また、振動板を形成した単結晶シリコン部材と電極を形成した部材とを陽極接合で接合してヘッドを構成することでも、低コストで高精度のギャップ形状を有する信頼性の高いインクジェットヘッドを製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るインクジェットヘッドの短手方向の断面説明図
【図２】同ヘッドの長手方向の断面説明図
【図３】同ヘッドのギャップの短手方向断面説明図
【図４】同ヘッドと従前のヘッドとの駆動電圧に対する振動板変位量の計測結果を説明する説明図
【図５】同ヘッドと従前のヘッドとの駆動電圧に対する振動板変位量の他の計測結果を説明する説明図
【図６】本発明の第２実施形態に係るインクジェットヘッドの短手方向の断面説明図
【図７】同ヘッドの長手方向の断面説明図
【図８】同ヘッドのギャップの長手方向断面説明図
【図９】本発明の第３実施形態に係るインクジェットヘッドの短手方向の断面説明図
【図１０】同ヘッドの長手方向の断面説明図
【図１１】本発明の第４実施形態に係るインクジェットヘッドの短手方向の断面説明図
【図１２】同ヘッドの長手方向の断面説明図
【図１３】第１実施形態に係るインクジェットヘッドのギャップ形成プロセスの一例を説明する説明図
【図１４】第１実施形態に係るインクジェットヘッドのギャップ形成プロセスの他の例を説明する説明図
【符号の説明】
１…振動板／液室基板、２…電極基板、３…ノズル板、４…ノズル孔、６…液室、７…流体抵抗部、８…共通インク液室、１０…振動板、１５…電極、１６…ギャップ、２０…変曲点、２１…電極の振動板との接触部位。
【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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