静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、静電アクチュエータの製造方法
【課題】静電アクチュエータを構成する電極間隙間の封止を、封止材のための特別なスペースを各隙間毎に用意することなく、従来の封止構造及び封止方法よりも簡易に行える静電アクチュエータを提案する。
【解決手段】電極として作用する弾性変形可能な複数の振動板５が底面に形成されたキャビティプレート３と、各振動板５に対向する複数の電極部１７および各電極部１７から延びる電極リード部１８がそれぞれ電極用溝１６内に形成された電極基板４とを有し、キャビティプレート３の底面と電極用溝１６とにより形成された隙間１５を備えてなる静電アクチュエータであって、電極リード部１８の表面に絶縁膜２０が形成され、キャビティプレート３の底面が絶縁膜２０に密着接合されて隙間１５が封止されている静電アクチュエータ。
【解決手段】電極として作用する弾性変形可能な複数の振動板５が底面に形成されたキャビティプレート３と、各振動板５に対向する複数の電極部１７および各電極部１７から延びる電極リード部１８がそれぞれ電極用溝１６内に形成された電極基板４とを有し、キャビティプレート３の底面と電極用溝１６とにより形成された隙間１５を備えてなる静電アクチュエータであって、電極リード部１８の表面に絶縁膜２０が形成され、キャビティプレート３の底面が絶縁膜２０に密着接合されて隙間１５が封止されている静電アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は対向する電極間に電圧を印加することにより発生する静電気力を駆動源とする静電型アクチュエータ、及びそれを備えた液滴吐出ヘッド並びに液滴吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリンタのインクジェットヘッド等には、半導体の微細加工技術を用いて形成された微小構造のアクチュエータが用いられている。この微小構造のアクチュエータとしては、その駆動源として静電気力を利用した静電駆動方式のものが知られている。
【０００３】
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室の底面が弾性変形可能な振動板として形成されている。振動板は静電アクチュエータを構成する一対の電極の一方を構成しており、この振動板に、静電アクチュエータを構成する一対の電極の他方を構成する電極部が対向配置されている。これらの対向する電極間の隙間は封止された状態となっている。対向する電極間に電圧を印加すると、これらの間に発生する静電気力によってインク室の底面（振動板）が基板の側に静電吸引あるいは静電反発されて振動する。このインク室の底面の振動に伴って発生するインク室の内圧変動によりノズルからインク液滴が吐出される。
【０００４】
対向する電極間に繰り返し電圧を印加してインクジェットヘッドを駆動している間に、電極の表面、すなわち、対向しているインク室底面および電極部の表面に水分が付着すると、これらの極性分子の帯電によって、静電吸引特性あるいは静電反発特性が低下する恐れがある。また、電極部の表面に吸着した極性分子が相互に水素結合して、インク室底面が電極部側に貼り付いたままの状態（スティッキング状態）となり、動作不能となる恐れもある。
【０００５】
このような弊害を回避するために、静電アクチュエータを構成する振動板と電極部との間の隙間を気密封止することが従来から行われている。そこでは、接着剤を封止材としたものや（例えば特許文献１等）、酸化膜を堆積させて封止材としたたものがある（例えば特許文献２等）。また、電極間の空隙を犠牲層を用いて形成し、その気密封止をインク室底面に形成した耐腐食膜によって行っているものもある（例えば特許文献３等）。
【特許文献１】特開平１０−３０４６８５号公報
【特許文献２】特開２００２−１９７２号公報
【特許文献３】特開２００４−９８４２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１、２等の場合には、各隙間毎に封止材のためのスペースが必要となり、組み立て時には、接着剤を塗布したり酸化膜を堆積させるため製造工程が煩雑となる。また、特許文献３の場合も、気密封止に複雑な工程が必要とされていた。
【０００７】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、静電アクチュエータを構成する電極間隙間の封止を、封止材のための特別なスペースを各隙間毎に用意することなく、従来の封止構造及び封止方法よりも簡易に行える静電アクチュエータを提案するものである。また併せて、その静電アクチュエータを備えた液滴吐出ヘッド並びに液滴吐出装置をも提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の静電アクチュエータは、電極として作用する弾性変形可能な複数の振動板が底面に形成されたキャビティプレートと、各振動板に対向する複数の電極部および各電極部から延びる電極リード部がそれぞれ電極用溝内に形成された電極基板とを有し、前記キャビティプレートの底面と前記各溝とにより形成された隙間を備えてなる静電アクチュエータであって、前記電極リード部の表面に絶縁膜が形成され、前記キャビティプレートの底面が前記絶縁膜に密着接合されて前記隙間が封止されているものである。
これによれば、電極部端子部に気密封止用のスペースを各隙間毎に用意することなく、上記隙間を封止できるので、静電アクチュエータを小型化できる。また、絶縁膜を利用して気密封止を行っているため、気密性が高く、従って静電アクチュエータの信頼性が高まる。
【０００９】
なお、前記電極基板の前記電極用溝の前記電極リード部に対応する部分が、前記電極部に対応する部分より隆起していることが好ましい。これによれば、封止部の絶縁膜を薄くすることができる。
また、前記電極基板の前記電極用溝の前記電極リード部に対応する部分において、各溝が連通していることが好ましい。これによれば、前記電極用溝を確実に封止することができ、気密性が高く、信頼性の高い静電アクチュエータが実現できる。
また、前記絶縁膜が、前記電極リード部から前記電極部まで一体形成されていることが好ましい。これによれば、気密封止を行うための前記電極リード部表面の絶縁膜の形成と同時に、各振動板に対向する複数の電極部表面に絶縁膜が一体形成できるので、前記振動板表面に絶縁膜を形成する必要がない。従って、製造工程の簡略化が可能となる。
また、前記電極リード部から前記電極部まで形成されている前記絶縁膜が、ＳｉＯ２より比誘電率の高い材料であることが好ましい。これによれば、前記電極部に形成された絶縁膜の比誘電率を上げることにより、静電アクチュエータの発生圧力を向上させることができるため、静電アクチュエータの微小化、高密度化が可能となる。
【００１０】
本発明の液滴吐出ヘッドは、上記の静電アクチュエータにおける前記キャビティプレートの前記振動板を、容積変化を利用して吐出液を吐出させる圧力室の底壁としているものである。これにより、振動板の変動による圧力変動を利用して、インクなどの液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドを、小型化でき信頼性も高めることができる。なお、本発明の液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドを備えたものである。
【００１１】
本発明の静電アクチュエータの製造方法は、ガラス基板にエッチングマスクを適用して、複数の電極用溝と、前記各電極用溝と連通し後から接合されるキャビティプレートから開放される位置に引き出した調整用バイパス溝とを、エッチングするエッチング工程と、前記ガラス基板の全面にＩＴＯを成膜し、成膜したＩＴＯをパターニングして前記電極用溝に電極部と該電極部から延びる電極リード部及び端子部とを形成する工程と、前記電極リード部のみ開口したマスクを用いて、前記電極リード部上に絶縁膜を成膜する工程と、前記絶縁膜を研磨してその頂面高さを前記ガラス基板の頂面高さに合わせる工程と、前記絶縁膜が研磨された前記ガラス基板と、電極として作用する振動板を形成するキャビティプレートとを陽極接合する工程と、前記調整用バイパス溝を介して前記各隙間内の水分の除去を行った後、前記調整用バイパス溝の開放部を封止する工程とを備える。
この方法によれば、電極リード部において絶縁膜とキャビティプレートとの陽極接合により、ガラス基板の電極用溝とキャビティプレートとにより形成された隙間が封止されるため、封止用のスペースを各隙間毎に特に用意することなく、静電アクチュエータを小型化できる。また、絶縁膜を利用して気密封止を行っているため、樹脂や接着剤を用いた従来の封止より気密密性が高まり、信頼性が向上する。
【００１２】
また、本発明の静電アクチュエータの製造方法は、ガラス基板にエッチングマスクを適用して、複数の電極部用溝および端子部用溝と、前記電極部用溝と前記端子部用溝の間にそれらの溝より深さの浅い電極リード部用溝と、各電極部用溝と連通し後から接合されるキャビティプレートから開放される位置に引き出した調整用バイパス溝とを、エッチングするエッチング工程と、前記ガラス基板の全面にＩＴＯを成膜し、成膜したＩＴＯをパターニングして前記電極部用溝に電極部を、前記電極リード部用溝に電極リード部を、前記端子部用溝に端子部をそれぞれ形成する工程と、前記電極部及び前記電極リード部が形成された前記ガラス基板の全面に絶縁膜を成膜し、成膜した絶縁膜をパターニングして前記電極部および前記電極リード部以外の絶縁膜を除去する工程と、前記電極リード部の前記絶縁膜を研磨してその頂面高さを前記ガラス基板の頂面高さに合わせる工程と、前記絶縁膜が研磨された前記ガラス基板と、電極として作用する振動板を形成するキャビティプレートとを陽極接合する工程と、前記調整用バイパス溝を介して前記各隙間内の水分の除去を行った後、前記調整用バイパス溝の開放部を封止する工程とを備える。
この方法によれば、前述の方法と同様な効果を有する他、電極部及び前記電極リードへの絶縁膜の形成により、キャビティプレートの底面に絶縁膜を形成する必要がなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施形態１．
（静電アクチュエータおよびそれを適用したインクジェットヘッド）
以下、本発明の実施形態に係る静電アクチュエータについて、それを適用したインクジェットヘッドを基に説明する。図１は本実施形態のインクジェットヘッドの分解斜視図、図２は図１のインクジェットヘッドの個別電極長手方向に沿う断面図、図３は図１のインクジェットヘッドを説明する平面透視図である。
このインクジェットヘッド１は、ノズルプレート２、キャビティプレート３、及び電極基板（ガラス基板）の３つのプレートが積層された３層構造となっている。
【００１４】
キャビティプレート３は、例えばシリコン基板であり、プレートの表面には底壁が振動板５として機能するインク室（圧力室または吐出室ともいう）６と、インク室６の後部に設けられたインク供給口を形成することになるオリフィス８と、各々のインク室６にインクを供給するためのインクリザーバ１０とがエッチングによって形成されている。また、キャビティプレート３の下面には絶縁膜２２が成膜されている。
【００１５】
キャビティプレート３の上側に接合されるノズルプレート２は、キャビティプレート３と同様に、例えばシリコン基板である。ノズルプレート２において、インク室６の上面を規定している部分には各インク室６に連通する複数のインクノズル２１が形成されている。ノズルプレート２をキャビティプレート３に接合することにより、上記のインク室６と、オリフィス８と、インクリザーバ１０のそれぞれが区画形成される。
【００１６】
インクリザーバ１０の底面を規定する部分には、インクリザーバ１０にインクを供給するための孔１２ａが設けられており、基板接合後、後述する電極基板４に設けられた孔１２ｂと共にインク供給孔１２を形成する。インク供給孔１２には、不図示の接続チューブを介して不図示のインクタンクに接続される。インク供給孔１２から供給されたインクはインクリザーバ１０に貯えられ、オリフィス８を経由して各インク室６に供給される。
【００１７】
キャビティプレート３の下側に接合される電極基板４は、シリコンと熱膨張率が近いホウ珪酸ガラス基板である。この電極基板４において、各々の振動板５に対向する部分には複数の電極用溝１６が形成されており、その溝１６内に電極部１７、電極リード部１８及び端子部１９からなる個別電極が形成されている。電極用溝１６の電極リード部１８に対応する部分は該溝の他より浅く形成されており、ここではそれを電極用溝隆起部１６ａと称することとする。なお、個別電極は、通常、ＩＴＯで一体形成されている。
【００１８】
また、電極基板４には、キャビティプレート３との接合時に使用される調整用バイパス溝２３も設けられている。調整用バイパス溝２３は、その溝連通部２３ａを介して各電極用溝１６と連通している。これらの調整用バイパス溝２３および溝連通部２３ａの内部には、ＩＴＯなどの導電体は形成しない。
【００１９】
電極基板４にキャビティプレート３を接合することにより、キャビティプレート３の底面と、電極基板４の電極用溝１６とにより隙間１５が形成され、その隙間１５を挟んで振動板５と電極部１７とが対向配置される。なお、この隙間１５は、キャビティプレート３と電極基板４の電極リード部１８に形成した絶縁膜２０との密着接合と、調整用バイパス溝２３の封止材２４による封止とにより、封止されている。
【００２０】
上記インクジェットヘッド１における静電アクチュエータは、一時的に各インク室６内の圧力を上昇させて、対応するインクノズル２１からインク滴を吐出させるために、各インク室６毎にそれぞれ形成されている。静電アクチュエータは微少な隙間をもって対向する一対の電極を有しており、本実施形態では、一方の電極はインク室６の底に形成された弾性変形可能な振動板５であり、他方の電極は、電極基板４の電極用溝１６内に形成された電極部１７である。
【００２１】
振動板５は薄肉とされており、面外方向、すなわち、図２において上下方向に弾性変形可能となっている。振動板５の底面５１にはヘキサメチルジシラザン（（ＣＨ３）３ＳｉＮＨＳｉ（ＣＨ３）３、以下単にＨＭＤＳと呼ぶ）を用いて有機珪素化合物からなる疎水膜が形成されている。この振動板５に対向する電極部１７の表面にも、ＨＭＤＳを用いて有機珪素化合物からなる疎水膜が形成されている。
【００２２】
振動板５と電極部１７との間には電圧印加装置２５が接続されている。電圧印加装置２５の一方の出力は各電極部１７につながる端子部１９に接続され、他方の出力はキャビティプレート３に形成された共通電極端子１３に接続されている。キャビティプレート３はシリコン性であり導電性をもつため、この共通電極端子１３から振動板（共通電極として作用）５に電圧を供給することができる。また、より低い電気抵抗で振動板５に電圧を供給する必要がある場合には、例えば、キャビティプレート３の一方の面に金等の導電性材料の薄膜を蒸着やスパッタリングで形成すれば良い。本例では、キャビティプレート３と電極基板４との接続に陽極接合を用いているので、キャビティプレート３の流路形成面側に導電膜を形成してある。
【００２３】
このように構成したインクジェットヘッド１においては、電圧印加装置２５からの駆動電圧が対向する電極間に印加されると、電荷によるクーロン力が発生し、振動板５は電極基板４の電極部１７側へ撓み、インク室６の容積が拡大する。次に、電圧印加装置２５からの駆動電圧を解除して対向する電極間の電荷を放電すると、振動板５はその弾性復帰力によって復帰し、インク室６の容積が急激に収縮する。この時発生する内圧変動により、インク室６に貯留されたインクの一部が、インク室６に連通しているインクノズル２１から記録紙に向かって吐出する。
【００２４】
実施形態２．
（静電アクチュエータの電極部隙間封止構造）
次に、静電アクチュエータの対向する電極部分の隙間封止構造について詳細に説明する。図４は本発明の実施形態２に係る静電アクチュエータを適用したインクジェットヘッドの個別電極長手方向に沿う断面図、図５は図４のＡ−Ａ方向における電極用溝１つ分の断面模式図、図６は電極基板４の電極リード部分１８を中心とした平面模式図である。なお、図４〜６において、図１〜３と同じ符号は同一物または相当物を表している。
【００２５】
図４に示すように、電極基板４の電極用溝１６とキャビティプレート３とにより形成された隙間１５は、電極部１７と端子部１９をつないでいる電極リード部１８の上に形成された絶縁膜２０に、キャビティプレート３が陽極接合などにより密着接合されて封止されている。この構成は図５の断面図からよく理解できるであろう。図５に示すように、電極リード部１８は、絶縁膜２０によりキャビティプレート３に対して完全に絶縁された状態とされ、その絶縁膜２０にキャビティプレート３の底面が密着接合されている。
【００２６】
また、図４に示すように、電極用溝１６の電極リード部１８に対応する部分は、該溝１６の他の部分、すなわち電極部１７や端子部１９に対応する部分より隆起した電極用溝隆起部１６ａとなっているため、薄い絶縁膜２０で封止が可能となる。
【００２７】
また、図６に示すように、電極基板４の電極用溝１６の電極リード部１８に対応する部分においては、電極用溝１６間の隔壁（ガラス隔壁）を無くして、各溝１６を連通させている。電極用溝１６間の隔壁と電極リード部１８の隙間が狭い場合、絶縁膜を形成する際に、ボイドが発生しやすい。上記実施例のように電極用溝１６間の隔壁（ガラス隔壁）を無くすことで、電極用溝１６と電極リード部１８の隙間を拡げることができ、ボイド発生のない良好な絶縁膜を形成することができる。
【００２８】
上記構造における各部の寸法は例えば次の通りである。電極部１７の電極用溝深さ：３００ｎｍ、電極リード部１８の電極用溝深さ：１５０ｎｍ、個別電極（電極部１７、電極リード部１８及び端子部１９）のＩＴＯ膜厚：１００ｎｍ、絶縁膜２０の膜厚：５０ｎｍ、絶縁膜２２の膜厚：１００ｎｍ、隙間１５：２００ｎｍ。
【００２９】
上記のような静電アクチュエータの電極部隙間封止構造により、隙間１５毎に封止材のためのスペースを特別に用意することなく、隙間１５は、各電極リード部１８に対応する絶縁膜２０とキャビティプレート３との密着接合と、調整用バイパス溝２３の１箇所の解放部における封止材２４による封止とにより完全に封止される。
【００３０】
実施形態３．
（静電アクチュエータの電極部隙間封止構造）
次に、静電アクチュエータの対向する電極部分の別の隙間封止構造について詳細に説明する。図７は、本発明の実施形態３に係る静電アクチュエータを適用したインクジェットヘッドの個別電極長手方向に沿う断面図である。
図７に示すように、電極基板４の電極用溝１６とキャビティプレート３とにより形成された隙間１５は、電極部１７と端子部１９をつないでいる電極リード部１８の上に形成された絶縁膜２０に、キャビティプレート３が陽極接合などにより密着接合されて封止されている。また、絶縁膜２０は、電極リード部１８から電極部１７にかけて一体形成されており、静電アクチュエータの気密封止の機能を有するとともに、振動板５が電極部１７側に静電引力により撓んだ際の絶縁膜としての機能を有している。これによれば、気密封止を行うための前記電極リード部表面の絶縁膜の形成と同時に、各振動板に対向する複数の電極部表面にも絶縁膜が一体形成できるので、前記振動板表面に絶縁膜を形成する必要がない。また、絶縁膜２０には、ＳｉＯ２、あるいはＳｉＯ２より比誘電率の高い材料、例えば、HfSiO、HfAlON などを利用する。これによれば、電極部１７に形成された絶縁膜２０の比誘電率を上げることにより、静電アクチュエータの発生圧力を向上させることができるため、静電アクチュエータの微小化、高密度化が可能となる。
上記構造における各部の寸法は例えば次の通りである。電極部１７の電極用溝深さ：４００ｎｍ、電極リード部１８の電極用溝深さ：１５０ｎｍ、個別電極（電極部１７、電極リード部１８及び端子部１９）のＩＴＯ膜厚：１００ｎｍ、電極リード部の絶縁膜２０の膜厚：５０ｎｍ、電極部１７の絶縁膜２０の膜厚：１００ｎｍ、隙間１５：２００ｎｍ。
【００３１】
実施形態４．
（静電アクチュエータの製造方法）
実施例１
続いて、本発明に係る静電アクチュエータの製造方法をインクジェットヘッドの製造方法を例に挙げて説明する。図８〜図９は本発明に係る静電アクチュエータを適用したインクジェットヘッドの製造方法の実施例１を示す工程図である。
【００３２】
（１）電極基板４の素材であるガラス基板の表面を研磨し、その表面にエッチングマスクとなるＣｒ／Ａｕ膜を成膜する。
（２）Ｃｒ／Ａｕ膜に対して、電極部１７および端子部１９を形成するための電極用溝１６と、各電極用溝１６と連通する調整用バイパス溝２３を形成するためのパターニングを施す。
（３）ガラス基板４の全体をエッチング液につけて、各電極用溝１６と調整用バイパス溝２３を１５０ｎｍ程度エッチングを行う。
（４）ガラス基板４から電極リード部１８のＣｒ／Ａｕ膜を除去する。
（５）その後、ガラス基板４をさらに１５０ｎｍ程度エッチングを行う。これにより、電極用溝１６の電極部１７に対応する部分（電極部用溝）及び端子部１９に対応する部分（端子部用溝）と調整用バイパス溝２３が３００ｎｍの深さにエッチングされるとともに、電極リード部１８に対応する電極用溝隆起部（電極リード部用溝）１６ａが１５０ｎｍの深さにエッチングされる。
（６）ガラス基板４のエッチングされた側の面の全面に、スパッタなどによりＩＴＯを成膜する。
（７）ＩＴＯをパターニングして、電極用溝１６内以外のＩＴＯを除去する。
（８）電極リード部１８のみ開口したメタルマスクを使用して、電極リード部１８に絶縁膜２０を成膜する。なお、この成膜は、絶縁膜２０がガラス基板の最も高い部分より突出するまで行う。これによれば、メタルマスクを用いて、成膜したい部分のみ成膜しているので、成膜後にパターニングの工程が不要となり、製造工程が簡略化できる。また、絶縁膜２０にはＳｉＯ２ などを利用する。
（９）絶縁膜２０を研磨し、その頂面高さをガラス基板４の頂面高さに一致させる。
（１０）絶縁膜２０が形成されたガラス基板４に、キャビティプレート（ここでは振動板などが未加工のもの、底面には絶縁膜要）３を、陽極接合により接合する。この陽極接合によって、ガラス基板４の電極用溝１６とキャビティプレート３の底面との間に隙間１５が形成される。同時に、電極リード部１８においては、絶縁膜２０とキャビティプレート３の底面とが密着して接合され、その部分が封止される。
その後、図３で示しているように、調整用バイパス溝２３を利用して各隙間１５内の水分の除去を行った後、調整用バイパス溝２３を、樹脂などの封止材２４で封止する。
（１１）更に、キャビティプレート３にエッチングを施して、振動板５を備えたインク室６、インクリザーバ１０等を形成する。その後は図示していないが、そのキャビティプレート３にノズルプレート２を接合して、インクジェットヘッド１とする。
【００３３】
実施例２
図１０は本発明に係る静電アクチュエータを適用したインクジェットヘッドの製造方法の実施例２を示す工程図である。なお、実施例２は、実施例１とは（１）〜（７）の工程は同じであるため、ここでは（８）以降だけを説明する。
【００３４】
（８）ＩＴＯがパターニングされ個別電極（電極部１７、電極リード部１８および端子部１９）が形成された側の面の全面に絶縁膜２０を成膜する。なお、この成膜は、絶縁膜２０がガラス基板４の最も高い部分より突出するまで行う。絶縁膜２０にはＳｉＯ２、あるいはＳｉＯ２より比誘電率の高い材料、例えば、HfSiO、HfAlON などを利用する。
（９）絶縁膜２０をパターニングして、電極部１７および電極リード部１８以外の場所の絶縁膜２０を除去する。（８）〜（９）の工程において、気密封止を行うための電極リード部１８表面の絶縁膜２０の形成と同時に、各振動板５に対向する複数の電極部１７表面に絶縁膜２０が一体形成できるので、振動板５表面に絶縁膜２２を形成する必要がない。従って、実施例１と比べて、キャビティプレート３の製造工程の削減が可能となる。
（１０）電極リード部１８の絶縁膜２０を研磨し、その頂面高さをガラス基板４の頂面高さに一致させる。
（１１）絶縁膜２０が形成されたガラス基板４に、キャビティプレート（ここでは振動板などが未加工のもの、その底面に絶縁膜は不要）３を、陽極接合により接合する。この陽極接合によって、ガラス基板４の電極用溝１６とキャビティプレート３の底面との間に隙間１５が形成される。同時に、電極リード部１８においては、絶縁膜２０とキャビティプレート３の底面とが密着して接合され、その部分が封止される。
その後、図３で示しているように、調整用バイパス溝２３を利用して各隙間１５内の水分の除去を行った後、調整用バイパス溝２３を、樹脂などの封止材２４で封止する。
（１２）更に、キャビティプレート３にエッチングを施して、振動板５を備えたインク室６、インクリザーバ１０等を形成する。その後は図示していないが、そのキャビティプレート３にノズルプレート２を接合して、インクジェットヘッド１とする。
【００３５】
実施形態５．
（静電アクチュエータを適用した液滴吐出装置）
図１１は図１で説明したインクジェットヘッド１を組み込んだ液滴吐出装置であるインクジェットプリンタの概略構成図である。図１１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、記録を行うインクジェットヘッド１とで主に構成される。また、図示していないが、インクジェットヘッド１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、インクジェットヘッド１が保持されている。送りネジ１０４が回転することによって、インクジェットヘッド１がドラム１０１の軸方向に移動するようになっている。
一方、ドラム１０１は、ベルト１０５などを介してモータ１０６により回転駆動される。また、プリント制御手段１０７は、印画データ及び制御信号に基づいて送りネジ１０４及びモータ１０６を駆動させ、ここでは図示していない発振駆動回路を駆動させてインクジェットヘッド１の振動板を駆動させて、プリント紙１１０に印刷を行わせる。
【００３６】
なお、上記の例は、本発明の静電アクチュエータをインクジェットプリンタに適用した例であるが、本発明の静電型アクチュエータはそれ以外にも適用できる。例えば、特開平７−５４２５９号公報に開示されているようなマイクロメカニカル装置、静電型アクチュエータを用いた表示装置、マイクロポンプ等に対して同様に適用できる。また、吐出液は、インクに限らず各種の液滴を吐出させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施形態１に係るインクジェットヘッドの分解斜視図。
【図２】図１のインクジェットヘッドの個別電極長手方向に沿う断面図。
【図３】図１のインクジェットヘッドを説明する平面透視図。
【図４】実施形態２に係るインクジェットヘッドの個別電極長手方向に沿う断面図。
【図５】図４のＡ−Ａ方向における電極用溝１つ分の断面模式図。
【図６】図４における電極基板の電極リード部を中心とした平面模式図。
【図７】実施形態３に係るインクジェットヘッドの個別電極長手方向に沿う断面図。
【図８】実施形態４における実施例１のインクジェットヘッドの製造工程図。
【図９】図８の続きの製造工程図。
【図１０】実施形態４における実施例２のインクジェットヘッドの製造工程図。
【図１１】実施形態５に係るインクジェットプリンタの概略構成図。
【符号の説明】
【００３８】
１ インクジェットヘッド、２ ノズルプレート、３ キャビティプレート、４ 電極基板（ガラス基板）、５ 振動板、６ インク室、８ オリフィス、１０ インクリザーバ、１２，１２ａ，１２ｂ インク供給孔、１３ 共通電極端子、１５ キャビティプレートと電極用溝とにより形成される隙間、１６ 電極用溝、１６ａ 電極用溝隆起部、１７ 電極部、１８ 電極リード部、１９ 端子部、２０ 絶縁膜、２１ インクノズル、２２ 絶縁膜、２３ 調整用バイパス溝、２３ａ 溝連通部、２４ 封止材、２５ 電圧印可装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は対向する電極間に電圧を印加することにより発生する静電気力を駆動源とする静電型アクチュエータ、及びそれを備えた液滴吐出ヘッド並びに液滴吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリンタのインクジェットヘッド等には、半導体の微細加工技術を用いて形成された微小構造のアクチュエータが用いられている。この微小構造のアクチュエータとしては、その駆動源として静電気力を利用した静電駆動方式のものが知られている。
【０００３】
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室の底面が弾性変形可能な振動板として形成されている。振動板は静電アクチュエータを構成する一対の電極の一方を構成しており、この振動板に、静電アクチュエータを構成する一対の電極の他方を構成する電極部が対向配置されている。これらの対向する電極間の隙間は封止された状態となっている。対向する電極間に電圧を印加すると、これらの間に発生する静電気力によってインク室の底面（振動板）が基板の側に静電吸引あるいは静電反発されて振動する。このインク室の底面の振動に伴って発生するインク室の内圧変動によりノズルからインク液滴が吐出される。
【０００４】
対向する電極間に繰り返し電圧を印加してインクジェットヘッドを駆動している間に、電極の表面、すなわち、対向しているインク室底面および電極部の表面に水分が付着すると、これらの極性分子の帯電によって、静電吸引特性あるいは静電反発特性が低下する恐れがある。また、電極部の表面に吸着した極性分子が相互に水素結合して、インク室底面が電極部側に貼り付いたままの状態（スティッキング状態）となり、動作不能となる恐れもある。
【０００５】
このような弊害を回避するために、静電アクチュエータを構成する振動板と電極部との間の隙間を気密封止することが従来から行われている。そこでは、接着剤を封止材としたものや（例えば特許文献１等）、酸化膜を堆積させて封止材としたたものがある（例えば特許文献２等）。また、電極間の空隙を犠牲層を用いて形成し、その気密封止をインク室底面に形成した耐腐食膜によって行っているものもある（例えば特許文献３等）。
【特許文献１】特開平１０−３０４６８５号公報
【特許文献２】特開２００２−１９７２号公報
【特許文献３】特開２００４−９８４２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１、２等の場合には、各隙間毎に封止材のためのスペースが必要となり、組み立て時には、接着剤を塗布したり酸化膜を堆積させるため製造工程が煩雑となる。また、特許文献３の場合も、気密封止に複雑な工程が必要とされていた。
【０００７】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、静電アクチュエータを構成する電極間隙間の封止を、封止材のための特別なスペースを各隙間毎に用意することなく、従来の封止構造及び封止方法よりも簡易に行える静電アクチュエータを提案するものである。また併せて、その静電アクチュエータを備えた液滴吐出ヘッド並びに液滴吐出装置をも提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の静電アクチュエータは、電極として作用する弾性変形可能な複数の振動板が底面に形成されたキャビティプレートと、各振動板に対向する複数の電極部および各電極部から延びる電極リード部がそれぞれ電極用溝内に形成された電極基板とを有し、前記キャビティプレートの底面と前記各溝とにより形成された隙間を備えてなる静電アクチュエータであって、前記電極リード部の表面に絶縁膜が形成され、前記キャビティプレートの底面が前記絶縁膜に密着接合されて前記隙間が封止されているものである。
これによれば、電極部端子部に気密封止用のスペースを各隙間毎に用意することなく、上記隙間を封止できるので、静電アクチュエータを小型化できる。また、絶縁膜を利用して気密封止を行っているため、気密性が高く、従って静電アクチュエータの信頼性が高まる。
【０００９】
なお、前記電極基板の前記電極用溝の前記電極リード部に対応する部分が、前記電極部に対応する部分より隆起していることが好ましい。これによれば、封止部の絶縁膜を薄くすることができる。
また、前記電極基板の前記電極用溝の前記電極リード部に対応する部分において、各溝が連通していることが好ましい。これによれば、前記電極用溝を確実に封止することができ、気密性が高く、信頼性の高い静電アクチュエータが実現できる。
また、前記絶縁膜が、前記電極リード部から前記電極部まで一体形成されていることが好ましい。これによれば、気密封止を行うための前記電極リード部表面の絶縁膜の形成と同時に、各振動板に対向する複数の電極部表面に絶縁膜が一体形成できるので、前記振動板表面に絶縁膜を形成する必要がない。従って、製造工程の簡略化が可能となる。
また、前記電極リード部から前記電極部まで形成されている前記絶縁膜が、ＳｉＯ２より比誘電率の高い材料であることが好ましい。これによれば、前記電極部に形成された絶縁膜の比誘電率を上げることにより、静電アクチュエータの発生圧力を向上させることができるため、静電アクチュエータの微小化、高密度化が可能となる。
【００１０】
本発明の液滴吐出ヘッドは、上記の静電アクチュエータにおける前記キャビティプレートの前記振動板を、容積変化を利用して吐出液を吐出させる圧力室の底壁としているものである。これにより、振動板の変動による圧力変動を利用して、インクなどの液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドを、小型化でき信頼性も高めることができる。なお、本発明の液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドを備えたものである。
【００１１】
本発明の静電アクチュエータの製造方法は、ガラス基板にエッチングマスクを適用して、複数の電極用溝と、前記各電極用溝と連通し後から接合されるキャビティプレートから開放される位置に引き出した調整用バイパス溝とを、エッチングするエッチング工程と、前記ガラス基板の全面にＩＴＯを成膜し、成膜したＩＴＯをパターニングして前記電極用溝に電極部と該電極部から延びる電極リード部及び端子部とを形成する工程と、前記電極リード部のみ開口したマスクを用いて、前記電極リード部上に絶縁膜を成膜する工程と、前記絶縁膜を研磨してその頂面高さを前記ガラス基板の頂面高さに合わせる工程と、前記絶縁膜が研磨された前記ガラス基板と、電極として作用する振動板を形成するキャビティプレートとを陽極接合する工程と、前記調整用バイパス溝を介して前記各隙間内の水分の除去を行った後、前記調整用バイパス溝の開放部を封止する工程とを備える。
この方法によれば、電極リード部において絶縁膜とキャビティプレートとの陽極接合により、ガラス基板の電極用溝とキャビティプレートとにより形成された隙間が封止されるため、封止用のスペースを各隙間毎に特に用意することなく、静電アクチュエータを小型化できる。また、絶縁膜を利用して気密封止を行っているため、樹脂や接着剤を用いた従来の封止より気密密性が高まり、信頼性が向上する。
【００１２】
また、本発明の静電アクチュエータの製造方法は、ガラス基板にエッチングマスクを適用して、複数の電極部用溝および端子部用溝と、前記電極部用溝と前記端子部用溝の間にそれらの溝より深さの浅い電極リード部用溝と、各電極部用溝と連通し後から接合されるキャビティプレートから開放される位置に引き出した調整用バイパス溝とを、エッチングするエッチング工程と、前記ガラス基板の全面にＩＴＯを成膜し、成膜したＩＴＯをパターニングして前記電極部用溝に電極部を、前記電極リード部用溝に電極リード部を、前記端子部用溝に端子部をそれぞれ形成する工程と、前記電極部及び前記電極リード部が形成された前記ガラス基板の全面に絶縁膜を成膜し、成膜した絶縁膜をパターニングして前記電極部および前記電極リード部以外の絶縁膜を除去する工程と、前記電極リード部の前記絶縁膜を研磨してその頂面高さを前記ガラス基板の頂面高さに合わせる工程と、前記絶縁膜が研磨された前記ガラス基板と、電極として作用する振動板を形成するキャビティプレートとを陽極接合する工程と、前記調整用バイパス溝を介して前記各隙間内の水分の除去を行った後、前記調整用バイパス溝の開放部を封止する工程とを備える。
この方法によれば、前述の方法と同様な効果を有する他、電極部及び前記電極リードへの絶縁膜の形成により、キャビティプレートの底面に絶縁膜を形成する必要がなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施形態１．
（静電アクチュエータおよびそれを適用したインクジェットヘッド）
以下、本発明の実施形態に係る静電アクチュエータについて、それを適用したインクジェットヘッドを基に説明する。図１は本実施形態のインクジェットヘッドの分解斜視図、図２は図１のインクジェットヘッドの個別電極長手方向に沿う断面図、図３は図１のインクジェットヘッドを説明する平面透視図である。
このインクジェットヘッド１は、ノズルプレート２、キャビティプレート３、及び電極基板（ガラス基板）の３つのプレートが積層された３層構造となっている。
【００１４】
キャビティプレート３は、例えばシリコン基板であり、プレートの表面には底壁が振動板５として機能するインク室（圧力室または吐出室ともいう）６と、インク室６の後部に設けられたインク供給口を形成することになるオリフィス８と、各々のインク室６にインクを供給するためのインクリザーバ１０とがエッチングによって形成されている。また、キャビティプレート３の下面には絶縁膜２２が成膜されている。
【００１５】
キャビティプレート３の上側に接合されるノズルプレート２は、キャビティプレート３と同様に、例えばシリコン基板である。ノズルプレート２において、インク室６の上面を規定している部分には各インク室６に連通する複数のインクノズル２１が形成されている。ノズルプレート２をキャビティプレート３に接合することにより、上記のインク室６と、オリフィス８と、インクリザーバ１０のそれぞれが区画形成される。
【００１６】
インクリザーバ１０の底面を規定する部分には、インクリザーバ１０にインクを供給するための孔１２ａが設けられており、基板接合後、後述する電極基板４に設けられた孔１２ｂと共にインク供給孔１２を形成する。インク供給孔１２には、不図示の接続チューブを介して不図示のインクタンクに接続される。インク供給孔１２から供給されたインクはインクリザーバ１０に貯えられ、オリフィス８を経由して各インク室６に供給される。
【００１７】
キャビティプレート３の下側に接合される電極基板４は、シリコンと熱膨張率が近いホウ珪酸ガラス基板である。この電極基板４において、各々の振動板５に対向する部分には複数の電極用溝１６が形成されており、その溝１６内に電極部１７、電極リード部１８及び端子部１９からなる個別電極が形成されている。電極用溝１６の電極リード部１８に対応する部分は該溝の他より浅く形成されており、ここではそれを電極用溝隆起部１６ａと称することとする。なお、個別電極は、通常、ＩＴＯで一体形成されている。
【００１８】
また、電極基板４には、キャビティプレート３との接合時に使用される調整用バイパス溝２３も設けられている。調整用バイパス溝２３は、その溝連通部２３ａを介して各電極用溝１６と連通している。これらの調整用バイパス溝２３および溝連通部２３ａの内部には、ＩＴＯなどの導電体は形成しない。
【００１９】
電極基板４にキャビティプレート３を接合することにより、キャビティプレート３の底面と、電極基板４の電極用溝１６とにより隙間１５が形成され、その隙間１５を挟んで振動板５と電極部１７とが対向配置される。なお、この隙間１５は、キャビティプレート３と電極基板４の電極リード部１８に形成した絶縁膜２０との密着接合と、調整用バイパス溝２３の封止材２４による封止とにより、封止されている。
【００２０】
上記インクジェットヘッド１における静電アクチュエータは、一時的に各インク室６内の圧力を上昇させて、対応するインクノズル２１からインク滴を吐出させるために、各インク室６毎にそれぞれ形成されている。静電アクチュエータは微少な隙間をもって対向する一対の電極を有しており、本実施形態では、一方の電極はインク室６の底に形成された弾性変形可能な振動板５であり、他方の電極は、電極基板４の電極用溝１６内に形成された電極部１７である。
【００２１】
振動板５は薄肉とされており、面外方向、すなわち、図２において上下方向に弾性変形可能となっている。振動板５の底面５１にはヘキサメチルジシラザン（（ＣＨ３）３ＳｉＮＨＳｉ（ＣＨ３）３、以下単にＨＭＤＳと呼ぶ）を用いて有機珪素化合物からなる疎水膜が形成されている。この振動板５に対向する電極部１７の表面にも、ＨＭＤＳを用いて有機珪素化合物からなる疎水膜が形成されている。
【００２２】
振動板５と電極部１７との間には電圧印加装置２５が接続されている。電圧印加装置２５の一方の出力は各電極部１７につながる端子部１９に接続され、他方の出力はキャビティプレート３に形成された共通電極端子１３に接続されている。キャビティプレート３はシリコン性であり導電性をもつため、この共通電極端子１３から振動板（共通電極として作用）５に電圧を供給することができる。また、より低い電気抵抗で振動板５に電圧を供給する必要がある場合には、例えば、キャビティプレート３の一方の面に金等の導電性材料の薄膜を蒸着やスパッタリングで形成すれば良い。本例では、キャビティプレート３と電極基板４との接続に陽極接合を用いているので、キャビティプレート３の流路形成面側に導電膜を形成してある。
【００２３】
このように構成したインクジェットヘッド１においては、電圧印加装置２５からの駆動電圧が対向する電極間に印加されると、電荷によるクーロン力が発生し、振動板５は電極基板４の電極部１７側へ撓み、インク室６の容積が拡大する。次に、電圧印加装置２５からの駆動電圧を解除して対向する電極間の電荷を放電すると、振動板５はその弾性復帰力によって復帰し、インク室６の容積が急激に収縮する。この時発生する内圧変動により、インク室６に貯留されたインクの一部が、インク室６に連通しているインクノズル２１から記録紙に向かって吐出する。
【００２４】
実施形態２．
（静電アクチュエータの電極部隙間封止構造）
次に、静電アクチュエータの対向する電極部分の隙間封止構造について詳細に説明する。図４は本発明の実施形態２に係る静電アクチュエータを適用したインクジェットヘッドの個別電極長手方向に沿う断面図、図５は図４のＡ−Ａ方向における電極用溝１つ分の断面模式図、図６は電極基板４の電極リード部分１８を中心とした平面模式図である。なお、図４〜６において、図１〜３と同じ符号は同一物または相当物を表している。
【００２５】
図４に示すように、電極基板４の電極用溝１６とキャビティプレート３とにより形成された隙間１５は、電極部１７と端子部１９をつないでいる電極リード部１８の上に形成された絶縁膜２０に、キャビティプレート３が陽極接合などにより密着接合されて封止されている。この構成は図５の断面図からよく理解できるであろう。図５に示すように、電極リード部１８は、絶縁膜２０によりキャビティプレート３に対して完全に絶縁された状態とされ、その絶縁膜２０にキャビティプレート３の底面が密着接合されている。
【００２６】
また、図４に示すように、電極用溝１６の電極リード部１８に対応する部分は、該溝１６の他の部分、すなわち電極部１７や端子部１９に対応する部分より隆起した電極用溝隆起部１６ａとなっているため、薄い絶縁膜２０で封止が可能となる。
【００２７】
また、図６に示すように、電極基板４の電極用溝１６の電極リード部１８に対応する部分においては、電極用溝１６間の隔壁（ガラス隔壁）を無くして、各溝１６を連通させている。電極用溝１６間の隔壁と電極リード部１８の隙間が狭い場合、絶縁膜を形成する際に、ボイドが発生しやすい。上記実施例のように電極用溝１６間の隔壁（ガラス隔壁）を無くすことで、電極用溝１６と電極リード部１８の隙間を拡げることができ、ボイド発生のない良好な絶縁膜を形成することができる。
【００２８】
上記構造における各部の寸法は例えば次の通りである。電極部１７の電極用溝深さ：３００ｎｍ、電極リード部１８の電極用溝深さ：１５０ｎｍ、個別電極（電極部１７、電極リード部１８及び端子部１９）のＩＴＯ膜厚：１００ｎｍ、絶縁膜２０の膜厚：５０ｎｍ、絶縁膜２２の膜厚：１００ｎｍ、隙間１５：２００ｎｍ。
【００２９】
上記のような静電アクチュエータの電極部隙間封止構造により、隙間１５毎に封止材のためのスペースを特別に用意することなく、隙間１５は、各電極リード部１８に対応する絶縁膜２０とキャビティプレート３との密着接合と、調整用バイパス溝２３の１箇所の解放部における封止材２４による封止とにより完全に封止される。
【００３０】
実施形態３．
（静電アクチュエータの電極部隙間封止構造）
次に、静電アクチュエータの対向する電極部分の別の隙間封止構造について詳細に説明する。図７は、本発明の実施形態３に係る静電アクチュエータを適用したインクジェットヘッドの個別電極長手方向に沿う断面図である。
図７に示すように、電極基板４の電極用溝１６とキャビティプレート３とにより形成された隙間１５は、電極部１７と端子部１９をつないでいる電極リード部１８の上に形成された絶縁膜２０に、キャビティプレート３が陽極接合などにより密着接合されて封止されている。また、絶縁膜２０は、電極リード部１８から電極部１７にかけて一体形成されており、静電アクチュエータの気密封止の機能を有するとともに、振動板５が電極部１７側に静電引力により撓んだ際の絶縁膜としての機能を有している。これによれば、気密封止を行うための前記電極リード部表面の絶縁膜の形成と同時に、各振動板に対向する複数の電極部表面にも絶縁膜が一体形成できるので、前記振動板表面に絶縁膜を形成する必要がない。また、絶縁膜２０には、ＳｉＯ２、あるいはＳｉＯ２より比誘電率の高い材料、例えば、HfSiO、HfAlON などを利用する。これによれば、電極部１７に形成された絶縁膜２０の比誘電率を上げることにより、静電アクチュエータの発生圧力を向上させることができるため、静電アクチュエータの微小化、高密度化が可能となる。
上記構造における各部の寸法は例えば次の通りである。電極部１７の電極用溝深さ：４００ｎｍ、電極リード部１８の電極用溝深さ：１５０ｎｍ、個別電極（電極部１７、電極リード部１８及び端子部１９）のＩＴＯ膜厚：１００ｎｍ、電極リード部の絶縁膜２０の膜厚：５０ｎｍ、電極部１７の絶縁膜２０の膜厚：１００ｎｍ、隙間１５：２００ｎｍ。
【００３１】
実施形態４．
（静電アクチュエータの製造方法）
実施例１
続いて、本発明に係る静電アクチュエータの製造方法をインクジェットヘッドの製造方法を例に挙げて説明する。図８〜図９は本発明に係る静電アクチュエータを適用したインクジェットヘッドの製造方法の実施例１を示す工程図である。
【００３２】
（１）電極基板４の素材であるガラス基板の表面を研磨し、その表面にエッチングマスクとなるＣｒ／Ａｕ膜を成膜する。
（２）Ｃｒ／Ａｕ膜に対して、電極部１７および端子部１９を形成するための電極用溝１６と、各電極用溝１６と連通する調整用バイパス溝２３を形成するためのパターニングを施す。
（３）ガラス基板４の全体をエッチング液につけて、各電極用溝１６と調整用バイパス溝２３を１５０ｎｍ程度エッチングを行う。
（４）ガラス基板４から電極リード部１８のＣｒ／Ａｕ膜を除去する。
（５）その後、ガラス基板４をさらに１５０ｎｍ程度エッチングを行う。これにより、電極用溝１６の電極部１７に対応する部分（電極部用溝）及び端子部１９に対応する部分（端子部用溝）と調整用バイパス溝２３が３００ｎｍの深さにエッチングされるとともに、電極リード部１８に対応する電極用溝隆起部（電極リード部用溝）１６ａが１５０ｎｍの深さにエッチングされる。
（６）ガラス基板４のエッチングされた側の面の全面に、スパッタなどによりＩＴＯを成膜する。
（７）ＩＴＯをパターニングして、電極用溝１６内以外のＩＴＯを除去する。
（８）電極リード部１８のみ開口したメタルマスクを使用して、電極リード部１８に絶縁膜２０を成膜する。なお、この成膜は、絶縁膜２０がガラス基板の最も高い部分より突出するまで行う。これによれば、メタルマスクを用いて、成膜したい部分のみ成膜しているので、成膜後にパターニングの工程が不要となり、製造工程が簡略化できる。また、絶縁膜２０にはＳｉＯ２ などを利用する。
（９）絶縁膜２０を研磨し、その頂面高さをガラス基板４の頂面高さに一致させる。
（１０）絶縁膜２０が形成されたガラス基板４に、キャビティプレート（ここでは振動板などが未加工のもの、底面には絶縁膜要）３を、陽極接合により接合する。この陽極接合によって、ガラス基板４の電極用溝１６とキャビティプレート３の底面との間に隙間１５が形成される。同時に、電極リード部１８においては、絶縁膜２０とキャビティプレート３の底面とが密着して接合され、その部分が封止される。
その後、図３で示しているように、調整用バイパス溝２３を利用して各隙間１５内の水分の除去を行った後、調整用バイパス溝２３を、樹脂などの封止材２４で封止する。
（１１）更に、キャビティプレート３にエッチングを施して、振動板５を備えたインク室６、インクリザーバ１０等を形成する。その後は図示していないが、そのキャビティプレート３にノズルプレート２を接合して、インクジェットヘッド１とする。
【００３３】
実施例２
図１０は本発明に係る静電アクチュエータを適用したインクジェットヘッドの製造方法の実施例２を示す工程図である。なお、実施例２は、実施例１とは（１）〜（７）の工程は同じであるため、ここでは（８）以降だけを説明する。
【００３４】
（８）ＩＴＯがパターニングされ個別電極（電極部１７、電極リード部１８および端子部１９）が形成された側の面の全面に絶縁膜２０を成膜する。なお、この成膜は、絶縁膜２０がガラス基板４の最も高い部分より突出するまで行う。絶縁膜２０にはＳｉＯ２、あるいはＳｉＯ２より比誘電率の高い材料、例えば、HfSiO、HfAlON などを利用する。
（９）絶縁膜２０をパターニングして、電極部１７および電極リード部１８以外の場所の絶縁膜２０を除去する。（８）〜（９）の工程において、気密封止を行うための電極リード部１８表面の絶縁膜２０の形成と同時に、各振動板５に対向する複数の電極部１７表面に絶縁膜２０が一体形成できるので、振動板５表面に絶縁膜２２を形成する必要がない。従って、実施例１と比べて、キャビティプレート３の製造工程の削減が可能となる。
（１０）電極リード部１８の絶縁膜２０を研磨し、その頂面高さをガラス基板４の頂面高さに一致させる。
（１１）絶縁膜２０が形成されたガラス基板４に、キャビティプレート（ここでは振動板などが未加工のもの、その底面に絶縁膜は不要）３を、陽極接合により接合する。この陽極接合によって、ガラス基板４の電極用溝１６とキャビティプレート３の底面との間に隙間１５が形成される。同時に、電極リード部１８においては、絶縁膜２０とキャビティプレート３の底面とが密着して接合され、その部分が封止される。
その後、図３で示しているように、調整用バイパス溝２３を利用して各隙間１５内の水分の除去を行った後、調整用バイパス溝２３を、樹脂などの封止材２４で封止する。
（１２）更に、キャビティプレート３にエッチングを施して、振動板５を備えたインク室６、インクリザーバ１０等を形成する。その後は図示していないが、そのキャビティプレート３にノズルプレート２を接合して、インクジェットヘッド１とする。
【００３５】
実施形態５．
（静電アクチュエータを適用した液滴吐出装置）
図１１は図１で説明したインクジェットヘッド１を組み込んだ液滴吐出装置であるインクジェットプリンタの概略構成図である。図１１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、記録を行うインクジェットヘッド１とで主に構成される。また、図示していないが、インクジェットヘッド１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、インクジェットヘッド１が保持されている。送りネジ１０４が回転することによって、インクジェットヘッド１がドラム１０１の軸方向に移動するようになっている。
一方、ドラム１０１は、ベルト１０５などを介してモータ１０６により回転駆動される。また、プリント制御手段１０７は、印画データ及び制御信号に基づいて送りネジ１０４及びモータ１０６を駆動させ、ここでは図示していない発振駆動回路を駆動させてインクジェットヘッド１の振動板を駆動させて、プリント紙１１０に印刷を行わせる。
【００３６】
なお、上記の例は、本発明の静電アクチュエータをインクジェットプリンタに適用した例であるが、本発明の静電型アクチュエータはそれ以外にも適用できる。例えば、特開平７−５４２５９号公報に開示されているようなマイクロメカニカル装置、静電型アクチュエータを用いた表示装置、マイクロポンプ等に対して同様に適用できる。また、吐出液は、インクに限らず各種の液滴を吐出させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施形態１に係るインクジェットヘッドの分解斜視図。
【図２】図１のインクジェットヘッドの個別電極長手方向に沿う断面図。
【図３】図１のインクジェットヘッドを説明する平面透視図。
【図４】実施形態２に係るインクジェットヘッドの個別電極長手方向に沿う断面図。
【図５】図４のＡ−Ａ方向における電極用溝１つ分の断面模式図。
【図６】図４における電極基板の電極リード部を中心とした平面模式図。
【図７】実施形態３に係るインクジェットヘッドの個別電極長手方向に沿う断面図。
【図８】実施形態４における実施例１のインクジェットヘッドの製造工程図。
【図９】図８の続きの製造工程図。
【図１０】実施形態４における実施例２のインクジェットヘッドの製造工程図。
【図１１】実施形態５に係るインクジェットプリンタの概略構成図。
【符号の説明】
【００３８】
１ インクジェットヘッド、２ ノズルプレート、３ キャビティプレート、４ 電極基板（ガラス基板）、５ 振動板、６ インク室、８ オリフィス、１０ インクリザーバ、１２，１２ａ，１２ｂ インク供給孔、１３ 共通電極端子、１５ キャビティプレートと電極用溝とにより形成される隙間、１６ 電極用溝、１６ａ 電極用溝隆起部、１７ 電極部、１８ 電極リード部、１９ 端子部、２０ 絶縁膜、２１ インクノズル、２２ 絶縁膜、２３ 調整用バイパス溝、２３ａ 溝連通部、２４ 封止材、２５ 電圧印可装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極として作用する弾性変形可能な複数の振動板が底面に形成されたキャビティプレートと、各振動板に対向する複数の電極部および各電極部から延びる電極リード部がそれぞれ電極用溝内に形成された電極基板とを有し、前記キャビティプレートの底面と前記各溝とにより形成された隙間を備えてなる静電アクチュエータであって、
前記電極リード部の表面に絶縁膜が形成され、前記キャビティプレートの底面が前記絶縁膜に密着接合されて前記隙間が封止されている、ことを特徴とする静電アクチュエータ。
【請求項２】
前記電極基板の前記電極用溝の前記電極リード部に対応する部分が、前記電極部に対応する部分より隆起していることを特徴とする請求項１記載の静電アクチュエータ。
【請求項３】
前記電極基板の前記電極用溝の前記電極リード部に対応する部分において、各溝が連通していることを特徴とする請求項１または２記載の静電アクチュエータ。
【請求項４】
前記絶縁膜が、前記電極リード部から前記電極部まで一体形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の静電アクチュエータ。
【請求項５】
前記絶縁膜が、酸化膜、またはＳｉＯ２より比誘電率の高い材料である、ことを特徴とする請求項４記載の静電アクチュエータ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の静電アクチュエータを備え、該静電アクチュエータにおける前記キャビティプレートの前記振動板を、容積変化を利用して吐出液を吐出させる圧力室の底壁としている、ことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
請求項６記載の液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置。
【請求項８】
ガラス基板にエッチングマスクを適用して、複数の電極用溝と、前記各電極用溝と連通し後から接合されるキャビティプレートから開放される位置に引き出した調整用バイパス溝とを、エッチングするエッチング工程と、
前記ガラス基板の全面にＩＴＯを成膜し、成膜したＩＴＯをパターニングして前記電極用溝に電極部と該電極部から延びる電極リード部及び端子部とを形成する工程と、
前記電極リード部のみ開口したマスクを用いて、前記電極リード部上に絶縁膜を成膜する工程と、
前記絶縁膜を研磨してその頂面高さを前記ガラス基板の頂面高さに合わせる工程と、
前記絶縁膜が研磨された前記ガラス基板と、電極として作用する振動板を形成するキャビティプレートとを陽極接合する工程と、
前記調整用バイパス溝を介して前記各隙間内の水分の除去を行った後、前記調整用バイパス溝の開放部を封止する工程と、
を備えたことを特徴とする静電アクチュエータの製造方法。
【請求項９】
前記エッチング工程において、前記電極用溝の前記電極リード部を前記溝の他の部分より浅くする、ことを特徴とする請求項８記載の静電アクチュエータの製造方法。
【請求項１０】
ガラス基板にエッチングマスクを適用して、複数の電極部用溝および端子部用溝と、前記電極部用溝と前記端子部用溝の間にそれらの溝より深さの浅い電極リード部用溝と、各電極部用溝と連通し後から接合されるキャビティプレートから開放される位置に引き出した調整用バイパス溝とを、エッチングするエッチング工程と、
前記ガラス基板の全面にＩＴＯを成膜し、成膜したＩＴＯをパターニングして前記電極部用溝に電極部を、前記電極リード部用溝に電極リード部を、前記端子部用溝に端子部をそれぞれ形成する工程と、
前記電極部及び前記電極リード部が形成された前記ガラス基板の全面に絶縁膜を成膜し、成膜した絶縁膜をパターニングして前記電極部および前記電極リード部以外の絶縁膜を除去する工程と、
前記電極リード部の前記絶縁膜を研磨してその頂面高さを前記ガラス基板の頂面高さに合わせる工程と、
前記絶縁膜が研磨された前記ガラス基板と、電極として作用する振動板を形成するキャビティプレートとを陽極接合する工程と、
前記調整用バイパス溝を介して前記各隙間内の水分の除去を行った後、前記調整用バイパス溝の開放部を封止する工程と、
を備えたことを特徴とする静電アクチュエータの製造方法。
【請求項１】
電極として作用する弾性変形可能な複数の振動板が底面に形成されたキャビティプレートと、各振動板に対向する複数の電極部および各電極部から延びる電極リード部がそれぞれ電極用溝内に形成された電極基板とを有し、前記キャビティプレートの底面と前記各溝とにより形成された隙間を備えてなる静電アクチュエータであって、
前記電極リード部の表面に絶縁膜が形成され、前記キャビティプレートの底面が前記絶縁膜に密着接合されて前記隙間が封止されている、ことを特徴とする静電アクチュエータ。
【請求項２】
前記電極基板の前記電極用溝の前記電極リード部に対応する部分が、前記電極部に対応する部分より隆起していることを特徴とする請求項１記載の静電アクチュエータ。
【請求項３】
前記電極基板の前記電極用溝の前記電極リード部に対応する部分において、各溝が連通していることを特徴とする請求項１または２記載の静電アクチュエータ。
【請求項４】
前記絶縁膜が、前記電極リード部から前記電極部まで一体形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の静電アクチュエータ。
【請求項５】
前記絶縁膜が、酸化膜、またはＳｉＯ２より比誘電率の高い材料である、ことを特徴とする請求項４記載の静電アクチュエータ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の静電アクチュエータを備え、該静電アクチュエータにおける前記キャビティプレートの前記振動板を、容積変化を利用して吐出液を吐出させる圧力室の底壁としている、ことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
請求項６記載の液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置。
【請求項８】
ガラス基板にエッチングマスクを適用して、複数の電極用溝と、前記各電極用溝と連通し後から接合されるキャビティプレートから開放される位置に引き出した調整用バイパス溝とを、エッチングするエッチング工程と、
前記ガラス基板の全面にＩＴＯを成膜し、成膜したＩＴＯをパターニングして前記電極用溝に電極部と該電極部から延びる電極リード部及び端子部とを形成する工程と、
前記電極リード部のみ開口したマスクを用いて、前記電極リード部上に絶縁膜を成膜する工程と、
前記絶縁膜を研磨してその頂面高さを前記ガラス基板の頂面高さに合わせる工程と、
前記絶縁膜が研磨された前記ガラス基板と、電極として作用する振動板を形成するキャビティプレートとを陽極接合する工程と、
前記調整用バイパス溝を介して前記各隙間内の水分の除去を行った後、前記調整用バイパス溝の開放部を封止する工程と、
を備えたことを特徴とする静電アクチュエータの製造方法。
【請求項９】
前記エッチング工程において、前記電極用溝の前記電極リード部を前記溝の他の部分より浅くする、ことを特徴とする請求項８記載の静電アクチュエータの製造方法。
【請求項１０】
ガラス基板にエッチングマスクを適用して、複数の電極部用溝および端子部用溝と、前記電極部用溝と前記端子部用溝の間にそれらの溝より深さの浅い電極リード部用溝と、各電極部用溝と連通し後から接合されるキャビティプレートから開放される位置に引き出した調整用バイパス溝とを、エッチングするエッチング工程と、
前記ガラス基板の全面にＩＴＯを成膜し、成膜したＩＴＯをパターニングして前記電極部用溝に電極部を、前記電極リード部用溝に電極リード部を、前記端子部用溝に端子部をそれぞれ形成する工程と、
前記電極部及び前記電極リード部が形成された前記ガラス基板の全面に絶縁膜を成膜し、成膜した絶縁膜をパターニングして前記電極部および前記電極リード部以外の絶縁膜を除去する工程と、
前記電極リード部の前記絶縁膜を研磨してその頂面高さを前記ガラス基板の頂面高さに合わせる工程と、
前記絶縁膜が研磨された前記ガラス基板と、電極として作用する振動板を形成するキャビティプレートとを陽極接合する工程と、
前記調整用バイパス溝を介して前記各隙間内の水分の除去を行った後、前記調整用バイパス溝の開放部を封止する工程と、
を備えたことを特徴とする静電アクチュエータの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００８−２６０１９５（Ｐ２００８−２６０１９５Ａ）
【公開日】平成２０年１０月３０日（２００８．１０．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１０４１２１（Ｐ２００７−１０４１２１）
【出願日】平成１９年４月１１日（２００７．４．１１）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月３０日（２００８．１０．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月１１日（２００７．４．１１）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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