静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド及びそれらの製造方法並びに液滴吐出装置
【課題】振動板の貼り付きを防止し、また当接面側の絶縁膜あるいはDLC膜の異物化を防止するとともに、駆動耐久性に優れ、高電圧駆動が可能な静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド及びそれらの製造方法並びに液滴吐出装置を提供する。
【解決手段】基板上に形成された個別電極5と、この個別電極5に対して所定のギャップを介して対向配置された振動板6と、個別電極5と振動板6との間に静電気力を発生させて、振動板6に変位を生じさせる駆動制御回路40とを備えた静電アクチュエータにおいて、振動板6または個別電極5上に酸化物系絶縁膜7が形成され、この酸化物系絶縁膜7の上に当接面側が最も体積抵抗率が高くなるように、厚み方向に連続的に体積抵抗率が変化する水素化アモルファスカーボン膜8を形成する。
【解決手段】基板上に形成された個別電極5と、この個別電極5に対して所定のギャップを介して対向配置された振動板6と、個別電極5と振動板6との間に静電気力を発生させて、振動板6に変位を生じさせる駆動制御回路40とを備えた静電アクチュエータにおいて、振動板6または個別電極5上に酸化物系絶縁膜7が形成され、この酸化物系絶縁膜7の上に当接面側が最も体積抵抗率が高くなるように、厚み方向に連続的に体積抵抗率が変化する水素化アモルファスカーボン膜8を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、静電駆動方式の静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド及びそれらの製造方法並びに液滴吐出装置に関する。
【背景技術】
【0002】
ノズル孔から液滴を吐出する液滴吐出ヘッドには、アクチュエータの駆動方式として、静電気力を利用したものがある。以下、この駆動方式によるアクチュエータを「静電アクチュエータ」と称するものとする。
例えば、液滴吐出ヘッドの代表例であるインクジェットヘッドの静電アクチュエータは、一般に、ガラス等の基板上に形成された個別電極(固定電極)と、この個別電極に所定のギャップ(空隙)を介して対向配置されたシリコン製の振動板(可動電極)と、振動板と個別電極との間に静電気力を発生させて、振動板に変位を生じさせる駆動手段とを備えている。そして、インク流路中に形成された振動板を静電気力で振動させることにより、インク滴をノズル孔より記録紙に向けて吐出・着弾させて印字等が行われる。
【0003】
近年、インクジェットヘッドに対して、印字、画質等の高品位化、高精細化の要求が強まり、そのため、ノズル径はますます微小化の傾向にあり、それに伴い静電アクチュエータも微小化している。従って、このような微小径のノズル孔を有するインクジェットヘッドでは、インク滴の吐出を可能にするために、静電アクチュエータの駆動電圧を高くする必要がある。その一方、振動板は個別電極と当接、離脱を繰り返すため、静電アクチュエータの駆動耐久性の向上およびアクチュエータ発生圧力の向上などが要求される。本出願人は、これらの要求に応えるべく、振動板と個別電極の一方または両方の当接面側にダイアモンドライクカーボン膜(DLC膜)を形成した静電アクチュエータを提案している(例えば、特許文献1参照)。
また、DLC膜の応力特性に着目し、駆動能力の高い静電アクチュエータを実現するための手段として、圧縮応力膜上にDLC膜等の引張り応力膜を形成した静電アクチュエータが提案されている(例えば、特許文献2参照)。
【0004】
【特許文献1】特開2008−18706号公報
【特許文献2】特開2008−99364号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
DLC膜は、一般的に優れた潤滑特性を有するものの、膜応力が大きく、下地膜との密着性に課題があるため、摺動部材としてDLC膜を使用する場合には、下地膜との密着性確保の観点から、膜応力は小さいほうが望ましい。そのため、上記特許文献1に示す静電アクチュエータでは、DLC膜の下地膜としてシリコン酸化膜が用いられている。しかしながら、DLC膜には以下に示すような課題があることがわかった。
【0006】
静電アクチュエータにDLC膜を適用する場合の課題として、静電アクチュエータは静電気力により当接、離脱を行うため、当接、離脱により静電アクチュエータが帯電し、特に駆動電圧が高くなるとこの現象が現れ、振動板の貼り付きが発生して駆動不能に陥ることがあった。振動板の貼り付きとは、ここでは主に振動板および個別電極に発生した残留電荷により、駆動電圧を解除しても、振動板が個別電極に貼り付いたまま離れないこと(現象)をいう。
例えば、一方の電極の当接面にシリコン酸化膜を、他方の電極の当接面側にシリコン酸化膜とその上に水素化アモルファスカーボン膜(DLC膜の一種)を形成した静電アクチュエータにおいて、駆動電圧を従来の30〜40Vよりも高い、例えば70Vに上げると、振動板の貼り付きが発生した。
【0007】
上記現象は水素化アモルファスカーボン膜の帯電により発生していると考えられ、当接面の絶縁膜物性、具体的には当接面絶縁膜の体積抵抗率と相関が見られる。本発明者らの検討によれば、体積抵抗率の高いDLC膜を当接面に形成した場合、体積抵抗率の増加に応じて、高電圧駆動で振動板の貼り付きが発生しにくいことがわかった。ここで、絶縁膜の体積抵抗率とは、単位体積当たりの電気抵抗値をいい、導体の場合の電気抵抗率と同様の概念である。
【0008】
体積抵抗率を上げる方法として、DLC膜成膜時のRF出力を下げて、原料ガスの分解を抑えた状態でDLC膜を成膜する方法がある。この場合、電気的な欠陥が少なく、膜中水素量の多い膜が得られる。しかしながら、この方法は原料ガスからDLC膜への炭素原子の再結合が発生しにくく、DLC膜の硬さが軟らかくなるため、静電アクチュエータの動作回数が増加すると、膜表面にDLCに起因する異物が発生しやすくなり、インク吐出特性が耐久的に低下するという課題があった。
【0009】
本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、振動板の貼り付きを防止し、また当接面側の絶縁膜あるいはDLC膜の異物化を防止するとともに、駆動耐久性に優れ、高電圧駆動が可能な静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド及びそれらの製造方法並びに液滴吐出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明に係る静電アクチュエータは、基板上に形成された固定電極と、この固定電極に対して所定のギャップを介して対向配置された可動電極と、固定電極と可動電極との間に静電気力を発生させて、可動電極に変位を生じさせる駆動手段とを備えた静電アクチュエータにおいて、可動電極または固定電極上に酸化物系絶縁膜が形成され、この酸化物系絶縁膜の上に、当接面側が最も体積抵抗率が高くなるように、厚み方向に連続的に体積抵抗率が変化する水素化アモルファスカーボン膜が形成されているものである。
【0011】
この構成によれば、単一の体積抵抗率を有するDLC膜では得られない特性を実現することができる。すなわち、当接面側が最も体積抵抗率が高くなるように、厚み方向に連続的に体積抵抗率が変化するため、可動電極すなわち振動板の貼り付きを防止でき、かつ、当接面側が基板側に比べて低硬度、低摩擦係数となるため、高電圧駆動が可能で、長期駆動耐久性を有する静電アクチュエータを実現することができる。
【0012】
また、本発明の静電アクチュエータにおいて、酸化物系絶縁膜は、可動電極および固定電極の両方に形成してもよい。また、水素化アモルファスカーボン膜との密着性確保の点から、酸化物系絶縁膜は、シリコン酸化膜が望ましい。
【0013】
本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、基板上に形成された固定電極と、この固定電極に対して所定のギャップを介して対向配置された可動電極と、固定電極と可動電極との間に静電気力を発生させて、可動電極に変位を生じさせる駆動手段とを備えた静電アクチュエータの製造方法において、可動電極と固定電極の一方または両方の電極上に酸化物系絶縁膜を形成する工程と、酸化物系絶縁膜の上に、複数の水素化アモルファスカーボン膜を形成する工程と、を有し、水素化アモルファスカーボン膜の成膜中に、成膜条件を連続的に変更することにより、体積抵抗率が当接面側が最も高くなるように厚み方向に連続的に変化する水素化アモルファスカーボン膜を形成するものである。
【0014】
DLC膜の物性のDLC膜組成に対する関係は、例えばRF出力が小さい状態で成膜すると体積抵抗率が高くなり、高電圧印加時の振動板(可動電極)の貼り付きは改善できる傾向にあるが、RF出力が小さすぎると原料ガスのDLC化が十分に起こらず、駆動耐久によりDLC膜が異物化しやすい。
そこで、基板側を当接面側に比べて相対的に硬くすることで、DLC膜全体として硬さを確保しつつ、当接面は振動板貼り付きや摩擦係数を考慮して、高体積抵抗率、低硬度、低摩擦係数とする。この方法により、長期駆動耐久性を有し、高電圧駆動が可能な静電アクチュエータを製造することができる。
【0015】
また、本発明の静電アクチュエータの製造方法では、水素化アモルファスカーボン膜の成膜中に、成膜条件を連続的に変更するだけで、体積抵抗率が当接面側が最も高い水素化アモルファスカーボン膜を単一層で形成できるため、別途膜特性の異なる水素化アモルファスカーボン膜を積層して形成する場合に比べて、より簡単なプロセスで形成することができ、製造コストを低減することができる。この場合、成膜条件の変更は、原料ガス流量、希釈ガス流量、RF出力、成膜時の基板温度のうち1つ以上のパラメータを変更すればよい。
【0016】
また、本発明の静電アクチュエータの製造方法では、当接面側の最表面となる水素化アモルファスカーボン膜の成膜時の基板温度は300℃以下とすることが望ましく、また成膜時のRF出力は300W以下とすることが望ましい。
水素化アモルファスカーボン膜は一般的に350℃程度で膜中の炭素結合状態等の組成が変化し、高温側ではプラズマ雰囲気中で生成した炭素の結合状態から、より熱力学的に安定な状態、具体的には炭素−水素結合が離脱し、炭素−炭素単結合化し、その結果摩擦係数が上昇する傾向にある。当接面側は摺動特性確保のため低い摩擦係数を実現したいため、成膜条件としては炭素結合状態の変化が発生しない温度である基板温度300℃以下で成膜することが望ましい。
パラメータとしてRF出力を選択した場合、基材側は膜硬度確保のためRF出力が大きい状態で、当接面側は体積抵抗率と摺動特性確保のため、原料ガスの完全分解による水素原子の離脱が発生しにくいRF出力が小さい状態で成膜することが望ましい。
パラメータとして原料ガス流量、または希釈ガス流量を選択した場合、同様の理由で基材側はRF出力に対し、原料ガスの濃度が低い状態で成膜し、当接面側はRF出力に対し、原料ガスの濃度が高い状態で成膜することが望ましい。
また、目的によっては複数のパラメータを組み合わせ、最適な条件で成膜を行うことももちろん可能である。
【0017】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、上記のいずれかの静電アクチュエータを搭載したものである。
これにより、長期駆動耐久性を有し、高電圧駆動が可能な液滴吐出ヘッドを実現できる。
【0018】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記のいずれかの静電アクチュエータの製造方法を適用して液滴吐出ヘッドを製造するものである。
これにより、長期駆動耐久性を有し、高電圧駆動が可能な液滴吐出ヘッドを低コストで製造することができる。
【0019】
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したものである。これにより、長期駆動耐久性を有し、高電圧駆動が可能な液滴吐出装置を安価に提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0020】
以下、本発明を適用した静電アクチュエータを備える液滴吐出ヘッドの実施の形態について図面を参照して説明する。ここでは、液滴吐出ヘッドの一例として、ノズル基板の表面に設けられたノズル孔からインク滴を吐出するフェイス吐出型の静電駆動方式のインクジェットヘッドについて図1から図4を参照して説明する。なお、本発明は、以下の図に示す構造、形状に限定されるものではなく、吐出室とリザーバ部が別々の基板に設けられた4枚の基板を積層した4層構造のものや、基板の端部に設けられたノズル孔からインク滴を吐出するエッジ吐出型の液滴吐出ヘッドにも同様に適用することができるものである。
【0021】
実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1に係るインクジェットヘッドの概略構成を分解して示す分解斜視図であり、一部を断面で表してある。図2は組立状態における図1の略右半分の概略構成を示すインクジェットヘッドの断面図、図3は図2のインクジェットヘッドの上面図、図4は図2のA−A拡大断面図である。なお、図1および図2では、通常使用される状態とは上下逆に示されている。
【0022】
本実施の形態1に係るインクジェットヘッド10は、図1から図4に示すように、複数のノズル孔11が所定のピッチで設けられたノズル基板1と、各ノズル孔11に対して独立にインク供給路が設けられたキャビティ基板2と、キャビティ基板2に設けられた振動板6に対峙して個別電極5が配設された電極基板3とを貼り合わせることにより構成されている。
【0023】
インクジェットヘッド10のノズル孔11ごとに設けられる静電アクチュエータ4は、図2、図4に示すように、固定電極として、ガラス製の電極基板3の凹部32内に形成された個別電極5と、可動電極として、シリコン製のキャビティ基板2の吐出室21の底壁で構成され、個別電極5に所定のギャップ(空隙)Gを介して対向配置される振動板6とを備えている。
【0024】
ここで、個別電極5上には、酸化物系絶縁膜7として、例えばシリコン酸化膜(SiO2膜)が形成される。さらに、この絶縁膜7上には、体積抵抗率が当接面側(表面側)が最も高くなるように、厚み方向に連続的に変化するように水素化アモルファスカーボン膜(以下、a−c:H膜と記す)8が形成されている。当接面側の体積抵抗率が最も高くなるように成膜するには、後述するように、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法により成膜する際に、原料ガス流量、希釈ガス流量、RF出力、成膜時の基板温度のうち1つ以上のパラメータを連続的に変更することにより、表面側をsp3リッチに形成する。つまり、Si(ケイ素)元素の濃度を表面側が多く、基板側が少なくなるように、またH(水素)の濃度は表面側が少なく、基板側(本実施形態の場合はガラス基板側)が多くなるように、成膜する。
このような成膜方法により、体積抵抗率が、表面側が最も高く、厚み方向に連続的に変化する単層のa−c:H膜8を成膜することができる。
従って、この構成によれば、単一の体積抵抗率を有するDLC膜では得られない膜特性を実現することができる。
【0025】
振動板6の当接面側、すなわちキャビティ基板2の電極基板3と接合する側の接合面全面には、静電アクチュエータ4の絶縁破壊や短絡等を防ぐために、例えばシリコンの熱酸化膜からなる絶縁膜9が形成されている。
【0026】
個別電極5は、一般に透明電極であるITO(Indium Tin Oxide)により形成されるが、特にこれに限定されるものではない。IZO(Indium Zinc Oxide)の透明電極、あるいはAu、Al等の金属等でもかまわない。
この個別電極5の端子部5aとキャビティ基板2上に設けられた共通電極26とに、図4に簡略化して示すように、静電アクチュエータ4の駆動手段として、ドライバICなどの駆動制御回路40がFPCを介して配線接続される。
【0027】
ノズル基板1は、例えばシリコン基板から作製されている。インク滴を吐出するためのノズル孔11は、例えば径の異なる2段の同軸円筒状に形成されたノズル孔部分、すなわち径の小さい噴射口部分11aとこれよりも径の大きい導入口部分11bとから構成されている。噴射口部分11aおよび導入口部分11bは基板面に対して垂直にかつ同軸上に設けられており、噴射口部分11aは先端がノズル基板1の表面(インク吐出面)に開口し、導入口部分11bはノズル基板1の裏面(キャビティ基板2との接合面側)に開口している。
また、ノズル基板1には、キャビティ基板2の吐出室21とリザーバ23とを連通するオリフィス12とリザーバ23部の圧力変動を補償するためのダイヤフラム部13が形成されている。
【0028】
ノズル孔11を噴射口部分11aとこれよりも径の大きい導入口部分11bとから2段に構成することにより、インク滴の吐出方向をノズル孔11の中心軸方向に揃えることができ、安定したインク吐出特性を発揮させることができる。すなわち、インク滴の飛翔方向のバラツキがなくなり、またインク滴の飛び散りがなく、インク滴の吐出量のバラツキを抑制することができる。また、ノズル密度を高密度化することが可能である。
【0029】
電極基板3に接合されるキャビティ基板2は、例えば面方位が(110)の単結晶シリコン基板から作製されている。キャビティ基板2には、インク流路に設けられる吐出室21となる凹部22、およびリザーバ23となる凹部24がエッチングにより形成されている。凹部22はノズル孔11に対応する位置に独立に複数形成される。したがって、図2に示すようにノズル基板1とキャビティ基板2を接合した際、各凹部22は吐出室21を構成し、それぞれノズル孔11に連通しており、またインク供給口であるオリフィス12ともそれぞれ連通している。そして、吐出室21(凹部22)の底部が振動板6となっている。また、この振動板6は、シリコン基板の表面に高濃度のボロン(B)を拡散させたボロン拡散層により形成されており、ボロン拡散層の厚さを振動板6の厚さと同じにするものである。これは、アルカリによる異方性ウェットエッチングにより、吐出室21を形成する際に、ボロン拡散層が露出した時点でエッチングレートが極端に小さくなるため、いわゆるエッチングストップ技術により振動板6を所望の厚さに精度よく形成することができるからである。
【0030】
凹部24は、インク等の液状材料を貯留するためのものであり、各吐出室21に共通のリザーバ(共通インク室)23を構成する。そして、リザーバ23(凹部24)はそれぞれオリフィス12を介して全ての吐出室21に連通している。また、リザーバ23の底部には電極基板3を貫通する孔が設けられ、この孔のインク供給孔33を通じて図示しないインクカートリッジからインクが供給されるようになっている。
【0031】
電極基板3は、ガラス基板から作製される。中でも、キャビティ基板2のシリコン基板と熱膨張係数の近いホウ珪酸系の耐熱硬質ガラスを用いるのが適している。これは、電極基板3とキャビティ基板2を陽極接合する際、両基板の熱膨張係数が近いため、電極基板3とキャビティ基板2との間に生じる応力を低減することができ、その結果剥離等の問題を生じることなく電極基板3とキャビティ基板2を強固に接合することができるからである。
【0032】
以上のように作製された電極基板3とキャビティ基板2とを陽極接合し、その上にノズル基板1を接着接合することにより、図2に示すようにインクジェットヘッド10の本体部が完成する。その後、FPCを用いて駆動制御回路40を各個別電極5と共通電極26とに配線接続する。さらに、電極取り出し部(FRP実装部ともいう)34における静電アクチュエータ4の外部連通部にエポキシ系樹脂等の封止材35を塗布するなどして気密に封止する。これにより、湿気や異物等が静電アクチュエータ4のギャップ内へ侵入するのを確実に防止することができ、インクジェットヘッド10の信頼性が向上する。
【0033】
ここで、インクジェットヘッド10の動作について説明する。任意のノズル孔11よりインク滴を吐出させるためには、そのノズル孔11に対応する静電アクチュエータ4を以下のように駆動する。
駆動制御回路40により当該個別電極5と共通電極である振動板6間にパルス電圧を印加する。パルス電圧の印加によって発生する静電気力により振動板6が個別電極5側に引き寄せられて当接し、吐出室21内に負圧を発生させ、リザーバ23内のインクを吸引し、インクの振動(メニスカス振動)を発生させる。このインクの振動が略最大となった時点で、電圧を解除すると、振動板6は個別電極5から離脱して、その時の振動板6の復元力によりインクを当該ノズル孔11から押出し、インク滴を吐出する。
【0034】
本実施の形態の静電アクチュエータ4は、個別電極5上に、下地酸化物系絶縁膜7としてシリコン酸化膜が形成され、さらにその上に当接面側が最も体積抵抗率が高くなるように、体積抵抗率が厚み方向に連続的に変化するa−c:H膜8が形成されているため、高電圧駆動をしても帯電は生じにくい。よって、振動板6の貼り付きを防止でき、高電圧駆動が可能となる。
また、a−c:H膜8の膜硬度は、当接面側が基板側より低くなるため、DLC膜の耐摩耗性を確保でき、当接面側は摩擦係数が低く、かつ相対的に軟らかい(低硬度)DLC膜となっているため、当接面側のDLC膜の異物化を防止することができる。
さらに、当接面側は、低摩擦係数のDLC膜であるため、これに対向する振動板6側の絶縁膜9の異物化を防止することができる。
よって、本実施の形態によれば、高電圧駆動が可能で、長期駆動耐久性を有する静電アクチュエータ4を実現することができる。
【0035】
なお、本実施の形態では、個別電極5上の酸化物系絶縁膜7をシリコン酸化膜としたが、その他には、Al2O3やHfO2等のいわゆるHigh−k材を用いても良い。High−k材は比誘電率がSiO2よりも大きいため、アクチュエータ発生圧力を高めることができ、高電圧駆動に資するとともに、更なる高密度化が可能となる。
【0036】
(インクジェットヘッドの製造方法)
次に、実施の形態1に係るインクジェットヘッド10の製造方法の一例について、図5及び図6を参照して説明する。
図5は実施の形態1に係るインクジェットヘッド10の電極基板の製造工程を示す部分断面図であり、ウエハ状のガラス基板に複数個作製されるもののうちの一部分を断面であらわしたものである。図6は実施の形態1に係るインクジェットヘッド10の製造工程の部分断面図で、シリコンウエハのある部分の断面をあらわしたものである。なお、以下に記載する基板の厚み、膜厚、エッチング深さ、温度、圧力等についての数値はその一例を示すもので、これに限定されるものではない。
【0037】
はじめに、実施の形態1に係る電極基板3の製造方法について説明する。
(a)ホウ珪酸ガラス等からなる板厚約1mmのガラス基板300に、例えば金・クロムのエッチングマスクを使用してフッ酸によってエッチングすることにより所望の深さの凹部32を形成する。なお、この凹部32は個別電極5の形状より少し大きめの溝状のものであり、個別電極5ごとに複数形成される。
そして、例えば、スパッタ法によりITO(Indium Tin Oxide)膜を100nmの厚さで形成し、このITO膜をフォトリソグラフィーによりパターニングして個別電極5となる部分以外をエッチング除去して、凹部32の内部に個別電極5を形成する(図5(a))。
【0038】
(b)次に、個別電極5上の絶縁膜7として、ガラス基板300の接合面側の表面全体に、TEOS(Tetraethoxysilane:テトラエトキシシラン)を原料ガスとして用いたRF−CVD(Chemical Vapor Deposition)法(以下、TEOS−CVD法という)によりSiO2膜を30nmの厚さで形成する(図5(b))。
【0039】
(c)次に、このSiO2膜上に、トルエンを原料ガスとして用いたRF−CVD法により、成膜条件を連続的に変化させながら、a−c:H膜8を全面成膜する(図5(c))。このとき、次の3つの方法によりa−c:H膜8を成膜した。
(第1の成膜方法)
この方法は、RF出力のみを連続的に変更して成膜する方法である。例えば、RF出力を500Wから300Wまで連続的に変化させる。またこのとき、原料ガス流量は5sccm、窒素ガス流量は5sccm、成膜時の基板温度は300℃、成膜時間は20秒、膜厚は5nmとした。
(第2の成膜方法)
この方法は、成膜時の基板温度を変化させて成膜する方法である。例えば、ガラス基板300側を400℃、当接面側を300℃とするものである。またこのとき、RF出力は300W、原料ガス流量は5sccm、窒素ガス流量は5sccm、成膜時間は20秒、膜厚は5nmとした。
(第3の成膜方法)
この方法は、RF出力と成膜時の基板温度の両方を変化させて成膜する方法である。例えば、ガラス基板300側を400℃、RF出力を500W、当接面側を300℃、RF出力を300Wとするものである。またこのとき、原料ガス流量は5sccm、窒素ガス流量は5sccm、成膜時間は20秒、膜厚は5nmとした。
【0040】
図7はRF出力とDLC膜の体積抵抗率との関係を示すグラフであり、図8はRF出力とDLC膜の膜硬度との関係を示すグラフ、図9はRF出力とDLC膜の膜応力との関係、図10はRF出力とDLC膜の摩擦係数との関係を示すグラフである。
上記の各グラフのデータは、原料ガス:トルエン、原料ガス流量:20sccm、膜厚:100nmのときの測定値である。また、膜硬度については、測定装置として「ナノインデンテータENT−1100a(エリオニクス社製)」を用い、押し込み深さで測定しているため、値が大きい方が軟らかい(低硬度)ことを示す。
図7から、RF出力を変化させる場合、基板側をRF出力が大きい状態で、当接面側をRF出力が小さい状態で成膜することにより、当接面側の体積抵抗率が最も高くなるように連続的に体積抵抗率が傾斜したDLC膜が得られることがわかる。
膜硬度については、図8から基板側が当接面側よりも硬いDLC膜となることがわかる。また、膜応力については、図9から当接面側が基板側よりも低いDLC膜となることがわかる。但し、当接面側と基板側との膜応力差が大きくなると、膜が剥離しやすいと考えられる。そこで、RF出力を連続的に変更することで応力差を小さくし、耐久性を向上させる。図10よりRF出力を100Wとした場合、低摩擦係数を有するDLC膜となることがわかる。
上述した第1から第3の成膜方法のいずれかを用いることにより、体積抵抗率は当接面側が最も高くなるため、振動板6の貼り付きがなく、膜硬度はガラス基板300側が当接面側よりも高くなるため、膜応力は当接面側がガラス基板300側より低いため、DLC膜の耐摩耗性を確保でき、摩擦係数は当接面側が小さくなりDLC膜の摺動特性を確保できる。
【0041】
(d)次に、a−c:H膜8は陽極接合ができないので、個別電極5の電極部分のみにa−c:H膜8を残すように、それ以外のa−c:H膜8部分をO2アッシングにより除去する。すなわち、a−c:H膜8に対してレジストを塗布し、フォトリソグラフィーによりパターニングを行う。そして、レジストパターンを形成後、接合部36およびFPC実装部34(個別電極5の端子部5a)のa−c:H膜8部分のみをO2アッシングにより除去する。ついで、CHF3ガスを用いてRIE(Reactive Ion Etching)ドライエッチングにより、接合部36およびFPC実装部34(個別電極5の端子部5a)のSiO2膜を除去する(図5(d))。その後、ブラスト加工等によってインク供給孔33となる孔部33aをガラス基板300に形成する。
【0042】
次に、図6を参照して、実施の形態1に係るインクジェットヘッド10の製造方法について説明する。ここでは、主にキャビティ基板2の製造方法を示す。キャビティ基板2は上記により作製された電極ガラス基板300Aにシリコン基板200を陽極接合してから作製される。
【0043】
(a)まず、例えば厚さが280μmのシリコン基板200の片面全面に、例えば厚さが0.8μmのボロン拡散層201を形成したシリコン基板200を作製する。次に、そのシリコン基板200のボロン拡散層201の表面上に、絶縁膜9として、熱酸化法によりSiO2膜を110nmの厚さで全面成膜する(図6(a))。
【0044】
(b)次に、このシリコン基板200を電極ガラス基板300A上にアライメントして陽極接合する(図6(b))。
(c)ついで、この接合済みシリコン基板200の表面全面を研磨加工して、厚さを例えば50μm程度に薄くし(図6(c))、さらにこのシリコン基板200の表面全面をウェットエッチングによりライトエッチングして加工痕を除去する。
【0045】
(d)次に、薄板に加工された接合済みシリコン基板200の表面にフォトリソグラフィーによってレジストパターニングを行い、KOH水溶液による異方性ウェットエッチングによってインク流路溝を形成する。これによって、底壁を振動板6とする吐出室21となる凹部22、リザーバ23となる凹部24およびFPC実装部(電極取り出し部)34となる凹部27が形成される(図6(d))。その際、ボロン拡散層201の表面でエッチングストップがかかるので、振動板6の厚さを高精度に形成することができるとともに、表面荒れを防ぐことができる。
【0046】
(e)次に、CHF3ガスを用いてRIE(Reactive Ion Etching)ドライエッチングで、凹部27の底部を除去してFPC実装部(電極取り出し部)34を開口する(図6(e))。その後、静電アクチュエータの内部に付着している水分を除去する。水分除去はこのシリコン基板を例えば真空チャンバ内に入れ、加熱真空引きをすることにより水分を除去する。
(f)そして、所要時間経過後、窒素ガスを導入し窒素雰囲気下でギャップの外部連通部にエポキシ樹脂等の封止材35を塗布して気密に封止する(図6(f))。
さらに、マイクロブラスト加工等により凹部24の底部を貫通させてインク供給孔33を形成する。さらに、インク流路溝の腐食を防止するため、このシリコン基板の表面にプラズマCVD法によりTEOS−SiO2膜からなるインク保護膜(図示せず)を形成する。また、シリコン基板上に金属からなる共通電極26を形成する。
【0047】
以上の工程を経て電極基板3に接合されたシリコン基板200からキャビティ基板2が作製される。
(g)その後、このキャビティ基板2の表面上に、予めノズル孔11等が形成されたノズル基板1を接着により接合する。そして最後に、ダイシングにより個々のヘッドチップに切断すれば、上述したインクジェットヘッド10の本体部が完成する(図6(g))。
【0048】
本実施の形態1に係るインクジェットヘッド10の製造方法によれば、a−c:H膜8の成膜中に、成膜条件として、原料ガス流量、希釈ガス流量、RF出力、成膜時の基板温度のうち1つ以上のパラメータを変更するだけで、当接面側が最も体積抵抗率が高くなるように、厚み方向に連続的に体積抵抗率が変化するa−c:H膜8を形成できるため、別途膜特性の異なるa−c:H膜を積層する場合に比べて、より簡単なプロセスで形成することができる。従って、製造コストを低減することができる。
また、キャビティ基板2を、予め作製された電極ガラス基板300Aに接合した状態のシリコン基板200から作製するので、その電極ガラス基板300Aによりシリコン基板200を支持した状態となり、シリコン基板200を薄板化しても割れたり欠けたりすることがなく、ハンドリングが容易となる。従って、キャビティ基板2を単独で製造する場合よりも歩留まりが向上する。
【0049】
実施の形態2.
図11は本発明の実施の形態2に係るインクジェットヘッドの概略断面図、図12は図11のB−B拡大断面図である。なお、実施の形態2以降において、実施の形態1と同じ構成部分については同一符号を付し、その説明は省略する。
本実施の形態2は、実施の形態1で示したa−c:H膜8を振動板6側に形成したものである。すなわち、振動板6の接合面には、酸化物系絶縁膜7として、熱酸化法によりシリコン熱酸化膜を全面成膜する。このシリコン熱酸化膜の上に、実施の形態1と同様の組成および膜特性を有するa−c:H膜8を形成するものである。但し、DLC膜は陽極接合ができないので、個別電極5に対向する振動板6部分のみにa−c:H膜8が形成されている。
一方、個別電極5上には、絶縁破壊や短絡等を防ぐために、シリコン酸化膜からなる絶縁膜9が形成されている。
【0050】
本実施の形態2の構成でも、実施の形態1と同様に、振動板6の貼り付きおよび当接面側の絶縁膜9あるいはDLC膜(a−c:H膜8)の異物化を防止でき、高電圧駆動が可能で長期駆動耐久性を有する静電アクチュエータ4を実現することができる。
また、実施の形態2の場合、実施の形態1に比べて振動板6の剛性を高めることができるので、吐出圧力および吐出速度(印刷速度等)の向上に寄与する。
【0051】
次に、実施の形態2に係るインクジェットヘッド10の製造方法の一例について、図13および図14を参照して説明する。
図13、図14は実施の形態2に係るインクジェットヘッド10の製造工程を示す部分断面図であり、シリコンウエハのある部分の断面をあらわしたものである。電極ガラス基板300Bの製造工程については図示していないが、図5の(a)、(b)の工程を経たのち、CHF3ガスを用いてRIE(Reactive Ion Etching)ドライエッチングで、FPC実装部34(個別電極5の端子部5a)および接合部36のSiO2膜を除去すれば、本実施の形態2における電極ガラス基板300Bを作製することができる。
【0052】
(a)本実施の形態2の場合、図6(a)と同様に、まず、厚さが280μmのシリコン基板200の片面全面に、例えば厚さが0.8μmのボロン拡散層201を形成したシリコン基板200を作製し、さらに絶縁膜7として、熱酸化法によりSiO2膜を110nmの厚さで全面成膜する。次に、ボロン拡散層201のSiO2膜上に、トルエンを原料ガスとして用いたRF−CVD法により、成膜条件を変更しながらa−c:H膜8を全面成膜する(図13(a))。このとき、a−c:H膜8の成膜方法は実施の形態1で説明したとおりである。
【0053】
(b)次に、a−c:H膜8は陽極接合ができないので、振動板6部分のみにa−c:H膜8を残すように、それ以外のa−c:H膜8部分をO2アッシングにより除去する(図13(b))。すなわち、a−c:H膜8に対してレジストを塗布し、フォトリソグラフィーによりパターニングを行う。そして、レジストパターンを形成後、振動板6部分以外のa−c:H膜8部分をO2アッシングにより除去する。
【0054】
(c)このようにして形成されたシリコン基板200を、別工程で作製済みの電極ガラス基板300B上にアライメントして陽極接合する(図13(c))。
この後は、図6(c)〜(g)と同様に、シリコン基板200の薄板化加工(図14(d))、異方性ウェットエッチングによるインク流路溝の形成(図14(e))、FPC実装部34のドライエッチングによる開口(図14(f))、共通電極26、封止材35による封止部の形成、およびインク供給孔33の貫通形成(図14(g))を経て、ダイシングにより個々のヘッドチップに切断することにより、実施の形態2のインクジェットヘッド10の本体部が完成する(図14(h))。
【0055】
本実施の形態2に係るインクジェットヘッド10の製造方法でも、実施の形態1の場合と同様の効果が得られる。
【0056】
実施の形態3.
図15は本発明の実施の形態3に係るインクジェットヘッドの概略断面図、図16は図15のC−C拡大断面図である。
本実施の形態3の静電アクチュエータ4は、実施の形態1と実施の形態2とを組み合わせた構成である。この場合、個別電極5および振動板6の当接面側は共にa−c:H膜8となっているので、DLC膜どうしの当接、離脱となるため、当接面側のDLC膜(a−c:H膜8)の異物化は生じない。
よって、本実施の形態3によれば、振動板6の貼り付きを防止でき、高電圧駆動が可能で長期駆動耐久性を有する静電アクチュエータ4を実現することができる。
【0057】
また、本実施の形態のインクジェットヘッドの製造方法については、図示は省略するが、前述したところから明らかなように、図13、図14の電極ガラス基板300Bに代えて、図5の電極ガラス基板300Aを用いればよい。
本実施の形態3の場合、製造コストは、実施の形態1および実施の形態2に比べて多少上昇するが、絶縁膜の異物化のないインクジェットヘッド10を製造することができる。
【0058】
以上の実施の形態では、静電アクチュエータおよびインクジェットヘッド、ならびにこれらの製造方法について述べたが、本発明は上記の実施形態に限定されるものでなく、本発明の思想の範囲内で種々変更することができる。例えば、本発明の静電アクチュエータは、光スイッチやミラーデバイス、マイクロポンプ、レーザプリンタのレーザ操作ミラーの駆動部などにも利用することができる。また、ノズル孔より吐出される液状材料を変更することにより、例えば図17に示すようなインクジェットプリンタ400のほか、液晶ディスプレイのカラーフィルタの製造、有機EL表示装置の発光部分の形成、遺伝子検査等に用いられる生体分子溶液のマイクロアレイの製造など様々な用途の液滴吐出装置として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0059】
【図1】本発明の実施の形態1に係るインクジェットヘッドの概略構成を示す分解斜視図。
【図2】組立状態における図1の略右半分の概略構成を示すインクジェットヘッドの断面図。
【図3】図2のインクジェットヘッドの上面図。
【図4】図2のA−A拡大断面図。
【図5】実施の形態1に係るインクジェットヘッドの電極基板の製造工程の概略断面図。
【図6】実施の形態1に係るインクジェットヘッドの製造工程の概略断面図。
【図7】RF出力とDLC膜の体積抵抗率との関係を示すグラフ。
【図8】RF出力とDLC膜の膜硬度との関係を示すグラフ。
【図9】RF出力とDLC膜の膜応力との関係を示すグラフ。
【図10】RF出力とDLC膜の摩擦係数との関係を示すグラフ。
【図11】本発明の実施の形態2に係るインクジェットヘッドの概略断面図。
【図12】図11のB−B拡大断面図。
【図13】実施の形態2に係るインクジェットヘッドの製造工程の概略断面図。
【図14】図13に続く製造工程の概略断面図。
【図15】本発明の実施の形態3に係るインクジェットヘッドの概略断面図。
【図16】図15のC−C拡大断面図。
【図17】本発明のインクジェットヘッドを適用したインクジェットプリンタの一例を示す概略斜視図。
【符号の説明】
【0060】
1 ノズル基板、2 キャビティ基板、3 電極基板、4 静電アクチュエータ、5 個別電極(固定電極)、6 振動板(可動電極)、7 酸化物系絶縁膜、8 水素化アモルファスカーボン膜(a−c:H膜)、9 絶縁膜、10 インクジェットヘッド、11 ノズル孔、12 オリフィス、13 ダイヤフラム部、21 吐出室、23 リザーバ、26 共通電極、32 凹部、33 インク供給孔、34 電極取り出し部(FPC実装部)、35 封止材、36 接合部、40 駆動制御回路(駆動手段)、200 シリコン基板、300 ガラス基板、400 インクジェットプリンタ。
【技術分野】
【0001】
本発明は、静電駆動方式の静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド及びそれらの製造方法並びに液滴吐出装置に関する。
【背景技術】
【0002】
ノズル孔から液滴を吐出する液滴吐出ヘッドには、アクチュエータの駆動方式として、静電気力を利用したものがある。以下、この駆動方式によるアクチュエータを「静電アクチュエータ」と称するものとする。
例えば、液滴吐出ヘッドの代表例であるインクジェットヘッドの静電アクチュエータは、一般に、ガラス等の基板上に形成された個別電極(固定電極)と、この個別電極に所定のギャップ(空隙)を介して対向配置されたシリコン製の振動板(可動電極)と、振動板と個別電極との間に静電気力を発生させて、振動板に変位を生じさせる駆動手段とを備えている。そして、インク流路中に形成された振動板を静電気力で振動させることにより、インク滴をノズル孔より記録紙に向けて吐出・着弾させて印字等が行われる。
【0003】
近年、インクジェットヘッドに対して、印字、画質等の高品位化、高精細化の要求が強まり、そのため、ノズル径はますます微小化の傾向にあり、それに伴い静電アクチュエータも微小化している。従って、このような微小径のノズル孔を有するインクジェットヘッドでは、インク滴の吐出を可能にするために、静電アクチュエータの駆動電圧を高くする必要がある。その一方、振動板は個別電極と当接、離脱を繰り返すため、静電アクチュエータの駆動耐久性の向上およびアクチュエータ発生圧力の向上などが要求される。本出願人は、これらの要求に応えるべく、振動板と個別電極の一方または両方の当接面側にダイアモンドライクカーボン膜(DLC膜)を形成した静電アクチュエータを提案している(例えば、特許文献1参照)。
また、DLC膜の応力特性に着目し、駆動能力の高い静電アクチュエータを実現するための手段として、圧縮応力膜上にDLC膜等の引張り応力膜を形成した静電アクチュエータが提案されている(例えば、特許文献2参照)。
【0004】
【特許文献1】特開2008−18706号公報
【特許文献2】特開2008−99364号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
DLC膜は、一般的に優れた潤滑特性を有するものの、膜応力が大きく、下地膜との密着性に課題があるため、摺動部材としてDLC膜を使用する場合には、下地膜との密着性確保の観点から、膜応力は小さいほうが望ましい。そのため、上記特許文献1に示す静電アクチュエータでは、DLC膜の下地膜としてシリコン酸化膜が用いられている。しかしながら、DLC膜には以下に示すような課題があることがわかった。
【0006】
静電アクチュエータにDLC膜を適用する場合の課題として、静電アクチュエータは静電気力により当接、離脱を行うため、当接、離脱により静電アクチュエータが帯電し、特に駆動電圧が高くなるとこの現象が現れ、振動板の貼り付きが発生して駆動不能に陥ることがあった。振動板の貼り付きとは、ここでは主に振動板および個別電極に発生した残留電荷により、駆動電圧を解除しても、振動板が個別電極に貼り付いたまま離れないこと(現象)をいう。
例えば、一方の電極の当接面にシリコン酸化膜を、他方の電極の当接面側にシリコン酸化膜とその上に水素化アモルファスカーボン膜(DLC膜の一種)を形成した静電アクチュエータにおいて、駆動電圧を従来の30〜40Vよりも高い、例えば70Vに上げると、振動板の貼り付きが発生した。
【0007】
上記現象は水素化アモルファスカーボン膜の帯電により発生していると考えられ、当接面の絶縁膜物性、具体的には当接面絶縁膜の体積抵抗率と相関が見られる。本発明者らの検討によれば、体積抵抗率の高いDLC膜を当接面に形成した場合、体積抵抗率の増加に応じて、高電圧駆動で振動板の貼り付きが発生しにくいことがわかった。ここで、絶縁膜の体積抵抗率とは、単位体積当たりの電気抵抗値をいい、導体の場合の電気抵抗率と同様の概念である。
【0008】
体積抵抗率を上げる方法として、DLC膜成膜時のRF出力を下げて、原料ガスの分解を抑えた状態でDLC膜を成膜する方法がある。この場合、電気的な欠陥が少なく、膜中水素量の多い膜が得られる。しかしながら、この方法は原料ガスからDLC膜への炭素原子の再結合が発生しにくく、DLC膜の硬さが軟らかくなるため、静電アクチュエータの動作回数が増加すると、膜表面にDLCに起因する異物が発生しやすくなり、インク吐出特性が耐久的に低下するという課題があった。
【0009】
本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、振動板の貼り付きを防止し、また当接面側の絶縁膜あるいはDLC膜の異物化を防止するとともに、駆動耐久性に優れ、高電圧駆動が可能な静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド及びそれらの製造方法並びに液滴吐出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明に係る静電アクチュエータは、基板上に形成された固定電極と、この固定電極に対して所定のギャップを介して対向配置された可動電極と、固定電極と可動電極との間に静電気力を発生させて、可動電極に変位を生じさせる駆動手段とを備えた静電アクチュエータにおいて、可動電極または固定電極上に酸化物系絶縁膜が形成され、この酸化物系絶縁膜の上に、当接面側が最も体積抵抗率が高くなるように、厚み方向に連続的に体積抵抗率が変化する水素化アモルファスカーボン膜が形成されているものである。
【0011】
この構成によれば、単一の体積抵抗率を有するDLC膜では得られない特性を実現することができる。すなわち、当接面側が最も体積抵抗率が高くなるように、厚み方向に連続的に体積抵抗率が変化するため、可動電極すなわち振動板の貼り付きを防止でき、かつ、当接面側が基板側に比べて低硬度、低摩擦係数となるため、高電圧駆動が可能で、長期駆動耐久性を有する静電アクチュエータを実現することができる。
【0012】
また、本発明の静電アクチュエータにおいて、酸化物系絶縁膜は、可動電極および固定電極の両方に形成してもよい。また、水素化アモルファスカーボン膜との密着性確保の点から、酸化物系絶縁膜は、シリコン酸化膜が望ましい。
【0013】
本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、基板上に形成された固定電極と、この固定電極に対して所定のギャップを介して対向配置された可動電極と、固定電極と可動電極との間に静電気力を発生させて、可動電極に変位を生じさせる駆動手段とを備えた静電アクチュエータの製造方法において、可動電極と固定電極の一方または両方の電極上に酸化物系絶縁膜を形成する工程と、酸化物系絶縁膜の上に、複数の水素化アモルファスカーボン膜を形成する工程と、を有し、水素化アモルファスカーボン膜の成膜中に、成膜条件を連続的に変更することにより、体積抵抗率が当接面側が最も高くなるように厚み方向に連続的に変化する水素化アモルファスカーボン膜を形成するものである。
【0014】
DLC膜の物性のDLC膜組成に対する関係は、例えばRF出力が小さい状態で成膜すると体積抵抗率が高くなり、高電圧印加時の振動板(可動電極)の貼り付きは改善できる傾向にあるが、RF出力が小さすぎると原料ガスのDLC化が十分に起こらず、駆動耐久によりDLC膜が異物化しやすい。
そこで、基板側を当接面側に比べて相対的に硬くすることで、DLC膜全体として硬さを確保しつつ、当接面は振動板貼り付きや摩擦係数を考慮して、高体積抵抗率、低硬度、低摩擦係数とする。この方法により、長期駆動耐久性を有し、高電圧駆動が可能な静電アクチュエータを製造することができる。
【0015】
また、本発明の静電アクチュエータの製造方法では、水素化アモルファスカーボン膜の成膜中に、成膜条件を連続的に変更するだけで、体積抵抗率が当接面側が最も高い水素化アモルファスカーボン膜を単一層で形成できるため、別途膜特性の異なる水素化アモルファスカーボン膜を積層して形成する場合に比べて、より簡単なプロセスで形成することができ、製造コストを低減することができる。この場合、成膜条件の変更は、原料ガス流量、希釈ガス流量、RF出力、成膜時の基板温度のうち1つ以上のパラメータを変更すればよい。
【0016】
また、本発明の静電アクチュエータの製造方法では、当接面側の最表面となる水素化アモルファスカーボン膜の成膜時の基板温度は300℃以下とすることが望ましく、また成膜時のRF出力は300W以下とすることが望ましい。
水素化アモルファスカーボン膜は一般的に350℃程度で膜中の炭素結合状態等の組成が変化し、高温側ではプラズマ雰囲気中で生成した炭素の結合状態から、より熱力学的に安定な状態、具体的には炭素−水素結合が離脱し、炭素−炭素単結合化し、その結果摩擦係数が上昇する傾向にある。当接面側は摺動特性確保のため低い摩擦係数を実現したいため、成膜条件としては炭素結合状態の変化が発生しない温度である基板温度300℃以下で成膜することが望ましい。
パラメータとしてRF出力を選択した場合、基材側は膜硬度確保のためRF出力が大きい状態で、当接面側は体積抵抗率と摺動特性確保のため、原料ガスの完全分解による水素原子の離脱が発生しにくいRF出力が小さい状態で成膜することが望ましい。
パラメータとして原料ガス流量、または希釈ガス流量を選択した場合、同様の理由で基材側はRF出力に対し、原料ガスの濃度が低い状態で成膜し、当接面側はRF出力に対し、原料ガスの濃度が高い状態で成膜することが望ましい。
また、目的によっては複数のパラメータを組み合わせ、最適な条件で成膜を行うことももちろん可能である。
【0017】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、上記のいずれかの静電アクチュエータを搭載したものである。
これにより、長期駆動耐久性を有し、高電圧駆動が可能な液滴吐出ヘッドを実現できる。
【0018】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記のいずれかの静電アクチュエータの製造方法を適用して液滴吐出ヘッドを製造するものである。
これにより、長期駆動耐久性を有し、高電圧駆動が可能な液滴吐出ヘッドを低コストで製造することができる。
【0019】
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したものである。これにより、長期駆動耐久性を有し、高電圧駆動が可能な液滴吐出装置を安価に提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0020】
以下、本発明を適用した静電アクチュエータを備える液滴吐出ヘッドの実施の形態について図面を参照して説明する。ここでは、液滴吐出ヘッドの一例として、ノズル基板の表面に設けられたノズル孔からインク滴を吐出するフェイス吐出型の静電駆動方式のインクジェットヘッドについて図1から図4を参照して説明する。なお、本発明は、以下の図に示す構造、形状に限定されるものではなく、吐出室とリザーバ部が別々の基板に設けられた4枚の基板を積層した4層構造のものや、基板の端部に設けられたノズル孔からインク滴を吐出するエッジ吐出型の液滴吐出ヘッドにも同様に適用することができるものである。
【0021】
実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1に係るインクジェットヘッドの概略構成を分解して示す分解斜視図であり、一部を断面で表してある。図2は組立状態における図1の略右半分の概略構成を示すインクジェットヘッドの断面図、図3は図2のインクジェットヘッドの上面図、図4は図2のA−A拡大断面図である。なお、図1および図2では、通常使用される状態とは上下逆に示されている。
【0022】
本実施の形態1に係るインクジェットヘッド10は、図1から図4に示すように、複数のノズル孔11が所定のピッチで設けられたノズル基板1と、各ノズル孔11に対して独立にインク供給路が設けられたキャビティ基板2と、キャビティ基板2に設けられた振動板6に対峙して個別電極5が配設された電極基板3とを貼り合わせることにより構成されている。
【0023】
インクジェットヘッド10のノズル孔11ごとに設けられる静電アクチュエータ4は、図2、図4に示すように、固定電極として、ガラス製の電極基板3の凹部32内に形成された個別電極5と、可動電極として、シリコン製のキャビティ基板2の吐出室21の底壁で構成され、個別電極5に所定のギャップ(空隙)Gを介して対向配置される振動板6とを備えている。
【0024】
ここで、個別電極5上には、酸化物系絶縁膜7として、例えばシリコン酸化膜(SiO2膜)が形成される。さらに、この絶縁膜7上には、体積抵抗率が当接面側(表面側)が最も高くなるように、厚み方向に連続的に変化するように水素化アモルファスカーボン膜(以下、a−c:H膜と記す)8が形成されている。当接面側の体積抵抗率が最も高くなるように成膜するには、後述するように、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法により成膜する際に、原料ガス流量、希釈ガス流量、RF出力、成膜時の基板温度のうち1つ以上のパラメータを連続的に変更することにより、表面側をsp3リッチに形成する。つまり、Si(ケイ素)元素の濃度を表面側が多く、基板側が少なくなるように、またH(水素)の濃度は表面側が少なく、基板側(本実施形態の場合はガラス基板側)が多くなるように、成膜する。
このような成膜方法により、体積抵抗率が、表面側が最も高く、厚み方向に連続的に変化する単層のa−c:H膜8を成膜することができる。
従って、この構成によれば、単一の体積抵抗率を有するDLC膜では得られない膜特性を実現することができる。
【0025】
振動板6の当接面側、すなわちキャビティ基板2の電極基板3と接合する側の接合面全面には、静電アクチュエータ4の絶縁破壊や短絡等を防ぐために、例えばシリコンの熱酸化膜からなる絶縁膜9が形成されている。
【0026】
個別電極5は、一般に透明電極であるITO(Indium Tin Oxide)により形成されるが、特にこれに限定されるものではない。IZO(Indium Zinc Oxide)の透明電極、あるいはAu、Al等の金属等でもかまわない。
この個別電極5の端子部5aとキャビティ基板2上に設けられた共通電極26とに、図4に簡略化して示すように、静電アクチュエータ4の駆動手段として、ドライバICなどの駆動制御回路40がFPCを介して配線接続される。
【0027】
ノズル基板1は、例えばシリコン基板から作製されている。インク滴を吐出するためのノズル孔11は、例えば径の異なる2段の同軸円筒状に形成されたノズル孔部分、すなわち径の小さい噴射口部分11aとこれよりも径の大きい導入口部分11bとから構成されている。噴射口部分11aおよび導入口部分11bは基板面に対して垂直にかつ同軸上に設けられており、噴射口部分11aは先端がノズル基板1の表面(インク吐出面)に開口し、導入口部分11bはノズル基板1の裏面(キャビティ基板2との接合面側)に開口している。
また、ノズル基板1には、キャビティ基板2の吐出室21とリザーバ23とを連通するオリフィス12とリザーバ23部の圧力変動を補償するためのダイヤフラム部13が形成されている。
【0028】
ノズル孔11を噴射口部分11aとこれよりも径の大きい導入口部分11bとから2段に構成することにより、インク滴の吐出方向をノズル孔11の中心軸方向に揃えることができ、安定したインク吐出特性を発揮させることができる。すなわち、インク滴の飛翔方向のバラツキがなくなり、またインク滴の飛び散りがなく、インク滴の吐出量のバラツキを抑制することができる。また、ノズル密度を高密度化することが可能である。
【0029】
電極基板3に接合されるキャビティ基板2は、例えば面方位が(110)の単結晶シリコン基板から作製されている。キャビティ基板2には、インク流路に設けられる吐出室21となる凹部22、およびリザーバ23となる凹部24がエッチングにより形成されている。凹部22はノズル孔11に対応する位置に独立に複数形成される。したがって、図2に示すようにノズル基板1とキャビティ基板2を接合した際、各凹部22は吐出室21を構成し、それぞれノズル孔11に連通しており、またインク供給口であるオリフィス12ともそれぞれ連通している。そして、吐出室21(凹部22)の底部が振動板6となっている。また、この振動板6は、シリコン基板の表面に高濃度のボロン(B)を拡散させたボロン拡散層により形成されており、ボロン拡散層の厚さを振動板6の厚さと同じにするものである。これは、アルカリによる異方性ウェットエッチングにより、吐出室21を形成する際に、ボロン拡散層が露出した時点でエッチングレートが極端に小さくなるため、いわゆるエッチングストップ技術により振動板6を所望の厚さに精度よく形成することができるからである。
【0030】
凹部24は、インク等の液状材料を貯留するためのものであり、各吐出室21に共通のリザーバ(共通インク室)23を構成する。そして、リザーバ23(凹部24)はそれぞれオリフィス12を介して全ての吐出室21に連通している。また、リザーバ23の底部には電極基板3を貫通する孔が設けられ、この孔のインク供給孔33を通じて図示しないインクカートリッジからインクが供給されるようになっている。
【0031】
電極基板3は、ガラス基板から作製される。中でも、キャビティ基板2のシリコン基板と熱膨張係数の近いホウ珪酸系の耐熱硬質ガラスを用いるのが適している。これは、電極基板3とキャビティ基板2を陽極接合する際、両基板の熱膨張係数が近いため、電極基板3とキャビティ基板2との間に生じる応力を低減することができ、その結果剥離等の問題を生じることなく電極基板3とキャビティ基板2を強固に接合することができるからである。
【0032】
以上のように作製された電極基板3とキャビティ基板2とを陽極接合し、その上にノズル基板1を接着接合することにより、図2に示すようにインクジェットヘッド10の本体部が完成する。その後、FPCを用いて駆動制御回路40を各個別電極5と共通電極26とに配線接続する。さらに、電極取り出し部(FRP実装部ともいう)34における静電アクチュエータ4の外部連通部にエポキシ系樹脂等の封止材35を塗布するなどして気密に封止する。これにより、湿気や異物等が静電アクチュエータ4のギャップ内へ侵入するのを確実に防止することができ、インクジェットヘッド10の信頼性が向上する。
【0033】
ここで、インクジェットヘッド10の動作について説明する。任意のノズル孔11よりインク滴を吐出させるためには、そのノズル孔11に対応する静電アクチュエータ4を以下のように駆動する。
駆動制御回路40により当該個別電極5と共通電極である振動板6間にパルス電圧を印加する。パルス電圧の印加によって発生する静電気力により振動板6が個別電極5側に引き寄せられて当接し、吐出室21内に負圧を発生させ、リザーバ23内のインクを吸引し、インクの振動(メニスカス振動)を発生させる。このインクの振動が略最大となった時点で、電圧を解除すると、振動板6は個別電極5から離脱して、その時の振動板6の復元力によりインクを当該ノズル孔11から押出し、インク滴を吐出する。
【0034】
本実施の形態の静電アクチュエータ4は、個別電極5上に、下地酸化物系絶縁膜7としてシリコン酸化膜が形成され、さらにその上に当接面側が最も体積抵抗率が高くなるように、体積抵抗率が厚み方向に連続的に変化するa−c:H膜8が形成されているため、高電圧駆動をしても帯電は生じにくい。よって、振動板6の貼り付きを防止でき、高電圧駆動が可能となる。
また、a−c:H膜8の膜硬度は、当接面側が基板側より低くなるため、DLC膜の耐摩耗性を確保でき、当接面側は摩擦係数が低く、かつ相対的に軟らかい(低硬度)DLC膜となっているため、当接面側のDLC膜の異物化を防止することができる。
さらに、当接面側は、低摩擦係数のDLC膜であるため、これに対向する振動板6側の絶縁膜9の異物化を防止することができる。
よって、本実施の形態によれば、高電圧駆動が可能で、長期駆動耐久性を有する静電アクチュエータ4を実現することができる。
【0035】
なお、本実施の形態では、個別電極5上の酸化物系絶縁膜7をシリコン酸化膜としたが、その他には、Al2O3やHfO2等のいわゆるHigh−k材を用いても良い。High−k材は比誘電率がSiO2よりも大きいため、アクチュエータ発生圧力を高めることができ、高電圧駆動に資するとともに、更なる高密度化が可能となる。
【0036】
(インクジェットヘッドの製造方法)
次に、実施の形態1に係るインクジェットヘッド10の製造方法の一例について、図5及び図6を参照して説明する。
図5は実施の形態1に係るインクジェットヘッド10の電極基板の製造工程を示す部分断面図であり、ウエハ状のガラス基板に複数個作製されるもののうちの一部分を断面であらわしたものである。図6は実施の形態1に係るインクジェットヘッド10の製造工程の部分断面図で、シリコンウエハのある部分の断面をあらわしたものである。なお、以下に記載する基板の厚み、膜厚、エッチング深さ、温度、圧力等についての数値はその一例を示すもので、これに限定されるものではない。
【0037】
はじめに、実施の形態1に係る電極基板3の製造方法について説明する。
(a)ホウ珪酸ガラス等からなる板厚約1mmのガラス基板300に、例えば金・クロムのエッチングマスクを使用してフッ酸によってエッチングすることにより所望の深さの凹部32を形成する。なお、この凹部32は個別電極5の形状より少し大きめの溝状のものであり、個別電極5ごとに複数形成される。
そして、例えば、スパッタ法によりITO(Indium Tin Oxide)膜を100nmの厚さで形成し、このITO膜をフォトリソグラフィーによりパターニングして個別電極5となる部分以外をエッチング除去して、凹部32の内部に個別電極5を形成する(図5(a))。
【0038】
(b)次に、個別電極5上の絶縁膜7として、ガラス基板300の接合面側の表面全体に、TEOS(Tetraethoxysilane:テトラエトキシシラン)を原料ガスとして用いたRF−CVD(Chemical Vapor Deposition)法(以下、TEOS−CVD法という)によりSiO2膜を30nmの厚さで形成する(図5(b))。
【0039】
(c)次に、このSiO2膜上に、トルエンを原料ガスとして用いたRF−CVD法により、成膜条件を連続的に変化させながら、a−c:H膜8を全面成膜する(図5(c))。このとき、次の3つの方法によりa−c:H膜8を成膜した。
(第1の成膜方法)
この方法は、RF出力のみを連続的に変更して成膜する方法である。例えば、RF出力を500Wから300Wまで連続的に変化させる。またこのとき、原料ガス流量は5sccm、窒素ガス流量は5sccm、成膜時の基板温度は300℃、成膜時間は20秒、膜厚は5nmとした。
(第2の成膜方法)
この方法は、成膜時の基板温度を変化させて成膜する方法である。例えば、ガラス基板300側を400℃、当接面側を300℃とするものである。またこのとき、RF出力は300W、原料ガス流量は5sccm、窒素ガス流量は5sccm、成膜時間は20秒、膜厚は5nmとした。
(第3の成膜方法)
この方法は、RF出力と成膜時の基板温度の両方を変化させて成膜する方法である。例えば、ガラス基板300側を400℃、RF出力を500W、当接面側を300℃、RF出力を300Wとするものである。またこのとき、原料ガス流量は5sccm、窒素ガス流量は5sccm、成膜時間は20秒、膜厚は5nmとした。
【0040】
図7はRF出力とDLC膜の体積抵抗率との関係を示すグラフであり、図8はRF出力とDLC膜の膜硬度との関係を示すグラフ、図9はRF出力とDLC膜の膜応力との関係、図10はRF出力とDLC膜の摩擦係数との関係を示すグラフである。
上記の各グラフのデータは、原料ガス:トルエン、原料ガス流量:20sccm、膜厚:100nmのときの測定値である。また、膜硬度については、測定装置として「ナノインデンテータENT−1100a(エリオニクス社製)」を用い、押し込み深さで測定しているため、値が大きい方が軟らかい(低硬度)ことを示す。
図7から、RF出力を変化させる場合、基板側をRF出力が大きい状態で、当接面側をRF出力が小さい状態で成膜することにより、当接面側の体積抵抗率が最も高くなるように連続的に体積抵抗率が傾斜したDLC膜が得られることがわかる。
膜硬度については、図8から基板側が当接面側よりも硬いDLC膜となることがわかる。また、膜応力については、図9から当接面側が基板側よりも低いDLC膜となることがわかる。但し、当接面側と基板側との膜応力差が大きくなると、膜が剥離しやすいと考えられる。そこで、RF出力を連続的に変更することで応力差を小さくし、耐久性を向上させる。図10よりRF出力を100Wとした場合、低摩擦係数を有するDLC膜となることがわかる。
上述した第1から第3の成膜方法のいずれかを用いることにより、体積抵抗率は当接面側が最も高くなるため、振動板6の貼り付きがなく、膜硬度はガラス基板300側が当接面側よりも高くなるため、膜応力は当接面側がガラス基板300側より低いため、DLC膜の耐摩耗性を確保でき、摩擦係数は当接面側が小さくなりDLC膜の摺動特性を確保できる。
【0041】
(d)次に、a−c:H膜8は陽極接合ができないので、個別電極5の電極部分のみにa−c:H膜8を残すように、それ以外のa−c:H膜8部分をO2アッシングにより除去する。すなわち、a−c:H膜8に対してレジストを塗布し、フォトリソグラフィーによりパターニングを行う。そして、レジストパターンを形成後、接合部36およびFPC実装部34(個別電極5の端子部5a)のa−c:H膜8部分のみをO2アッシングにより除去する。ついで、CHF3ガスを用いてRIE(Reactive Ion Etching)ドライエッチングにより、接合部36およびFPC実装部34(個別電極5の端子部5a)のSiO2膜を除去する(図5(d))。その後、ブラスト加工等によってインク供給孔33となる孔部33aをガラス基板300に形成する。
【0042】
次に、図6を参照して、実施の形態1に係るインクジェットヘッド10の製造方法について説明する。ここでは、主にキャビティ基板2の製造方法を示す。キャビティ基板2は上記により作製された電極ガラス基板300Aにシリコン基板200を陽極接合してから作製される。
【0043】
(a)まず、例えば厚さが280μmのシリコン基板200の片面全面に、例えば厚さが0.8μmのボロン拡散層201を形成したシリコン基板200を作製する。次に、そのシリコン基板200のボロン拡散層201の表面上に、絶縁膜9として、熱酸化法によりSiO2膜を110nmの厚さで全面成膜する(図6(a))。
【0044】
(b)次に、このシリコン基板200を電極ガラス基板300A上にアライメントして陽極接合する(図6(b))。
(c)ついで、この接合済みシリコン基板200の表面全面を研磨加工して、厚さを例えば50μm程度に薄くし(図6(c))、さらにこのシリコン基板200の表面全面をウェットエッチングによりライトエッチングして加工痕を除去する。
【0045】
(d)次に、薄板に加工された接合済みシリコン基板200の表面にフォトリソグラフィーによってレジストパターニングを行い、KOH水溶液による異方性ウェットエッチングによってインク流路溝を形成する。これによって、底壁を振動板6とする吐出室21となる凹部22、リザーバ23となる凹部24およびFPC実装部(電極取り出し部)34となる凹部27が形成される(図6(d))。その際、ボロン拡散層201の表面でエッチングストップがかかるので、振動板6の厚さを高精度に形成することができるとともに、表面荒れを防ぐことができる。
【0046】
(e)次に、CHF3ガスを用いてRIE(Reactive Ion Etching)ドライエッチングで、凹部27の底部を除去してFPC実装部(電極取り出し部)34を開口する(図6(e))。その後、静電アクチュエータの内部に付着している水分を除去する。水分除去はこのシリコン基板を例えば真空チャンバ内に入れ、加熱真空引きをすることにより水分を除去する。
(f)そして、所要時間経過後、窒素ガスを導入し窒素雰囲気下でギャップの外部連通部にエポキシ樹脂等の封止材35を塗布して気密に封止する(図6(f))。
さらに、マイクロブラスト加工等により凹部24の底部を貫通させてインク供給孔33を形成する。さらに、インク流路溝の腐食を防止するため、このシリコン基板の表面にプラズマCVD法によりTEOS−SiO2膜からなるインク保護膜(図示せず)を形成する。また、シリコン基板上に金属からなる共通電極26を形成する。
【0047】
以上の工程を経て電極基板3に接合されたシリコン基板200からキャビティ基板2が作製される。
(g)その後、このキャビティ基板2の表面上に、予めノズル孔11等が形成されたノズル基板1を接着により接合する。そして最後に、ダイシングにより個々のヘッドチップに切断すれば、上述したインクジェットヘッド10の本体部が完成する(図6(g))。
【0048】
本実施の形態1に係るインクジェットヘッド10の製造方法によれば、a−c:H膜8の成膜中に、成膜条件として、原料ガス流量、希釈ガス流量、RF出力、成膜時の基板温度のうち1つ以上のパラメータを変更するだけで、当接面側が最も体積抵抗率が高くなるように、厚み方向に連続的に体積抵抗率が変化するa−c:H膜8を形成できるため、別途膜特性の異なるa−c:H膜を積層する場合に比べて、より簡単なプロセスで形成することができる。従って、製造コストを低減することができる。
また、キャビティ基板2を、予め作製された電極ガラス基板300Aに接合した状態のシリコン基板200から作製するので、その電極ガラス基板300Aによりシリコン基板200を支持した状態となり、シリコン基板200を薄板化しても割れたり欠けたりすることがなく、ハンドリングが容易となる。従って、キャビティ基板2を単独で製造する場合よりも歩留まりが向上する。
【0049】
実施の形態2.
図11は本発明の実施の形態2に係るインクジェットヘッドの概略断面図、図12は図11のB−B拡大断面図である。なお、実施の形態2以降において、実施の形態1と同じ構成部分については同一符号を付し、その説明は省略する。
本実施の形態2は、実施の形態1で示したa−c:H膜8を振動板6側に形成したものである。すなわち、振動板6の接合面には、酸化物系絶縁膜7として、熱酸化法によりシリコン熱酸化膜を全面成膜する。このシリコン熱酸化膜の上に、実施の形態1と同様の組成および膜特性を有するa−c:H膜8を形成するものである。但し、DLC膜は陽極接合ができないので、個別電極5に対向する振動板6部分のみにa−c:H膜8が形成されている。
一方、個別電極5上には、絶縁破壊や短絡等を防ぐために、シリコン酸化膜からなる絶縁膜9が形成されている。
【0050】
本実施の形態2の構成でも、実施の形態1と同様に、振動板6の貼り付きおよび当接面側の絶縁膜9あるいはDLC膜(a−c:H膜8)の異物化を防止でき、高電圧駆動が可能で長期駆動耐久性を有する静電アクチュエータ4を実現することができる。
また、実施の形態2の場合、実施の形態1に比べて振動板6の剛性を高めることができるので、吐出圧力および吐出速度(印刷速度等)の向上に寄与する。
【0051】
次に、実施の形態2に係るインクジェットヘッド10の製造方法の一例について、図13および図14を参照して説明する。
図13、図14は実施の形態2に係るインクジェットヘッド10の製造工程を示す部分断面図であり、シリコンウエハのある部分の断面をあらわしたものである。電極ガラス基板300Bの製造工程については図示していないが、図5の(a)、(b)の工程を経たのち、CHF3ガスを用いてRIE(Reactive Ion Etching)ドライエッチングで、FPC実装部34(個別電極5の端子部5a)および接合部36のSiO2膜を除去すれば、本実施の形態2における電極ガラス基板300Bを作製することができる。
【0052】
(a)本実施の形態2の場合、図6(a)と同様に、まず、厚さが280μmのシリコン基板200の片面全面に、例えば厚さが0.8μmのボロン拡散層201を形成したシリコン基板200を作製し、さらに絶縁膜7として、熱酸化法によりSiO2膜を110nmの厚さで全面成膜する。次に、ボロン拡散層201のSiO2膜上に、トルエンを原料ガスとして用いたRF−CVD法により、成膜条件を変更しながらa−c:H膜8を全面成膜する(図13(a))。このとき、a−c:H膜8の成膜方法は実施の形態1で説明したとおりである。
【0053】
(b)次に、a−c:H膜8は陽極接合ができないので、振動板6部分のみにa−c:H膜8を残すように、それ以外のa−c:H膜8部分をO2アッシングにより除去する(図13(b))。すなわち、a−c:H膜8に対してレジストを塗布し、フォトリソグラフィーによりパターニングを行う。そして、レジストパターンを形成後、振動板6部分以外のa−c:H膜8部分をO2アッシングにより除去する。
【0054】
(c)このようにして形成されたシリコン基板200を、別工程で作製済みの電極ガラス基板300B上にアライメントして陽極接合する(図13(c))。
この後は、図6(c)〜(g)と同様に、シリコン基板200の薄板化加工(図14(d))、異方性ウェットエッチングによるインク流路溝の形成(図14(e))、FPC実装部34のドライエッチングによる開口(図14(f))、共通電極26、封止材35による封止部の形成、およびインク供給孔33の貫通形成(図14(g))を経て、ダイシングにより個々のヘッドチップに切断することにより、実施の形態2のインクジェットヘッド10の本体部が完成する(図14(h))。
【0055】
本実施の形態2に係るインクジェットヘッド10の製造方法でも、実施の形態1の場合と同様の効果が得られる。
【0056】
実施の形態3.
図15は本発明の実施の形態3に係るインクジェットヘッドの概略断面図、図16は図15のC−C拡大断面図である。
本実施の形態3の静電アクチュエータ4は、実施の形態1と実施の形態2とを組み合わせた構成である。この場合、個別電極5および振動板6の当接面側は共にa−c:H膜8となっているので、DLC膜どうしの当接、離脱となるため、当接面側のDLC膜(a−c:H膜8)の異物化は生じない。
よって、本実施の形態3によれば、振動板6の貼り付きを防止でき、高電圧駆動が可能で長期駆動耐久性を有する静電アクチュエータ4を実現することができる。
【0057】
また、本実施の形態のインクジェットヘッドの製造方法については、図示は省略するが、前述したところから明らかなように、図13、図14の電極ガラス基板300Bに代えて、図5の電極ガラス基板300Aを用いればよい。
本実施の形態3の場合、製造コストは、実施の形態1および実施の形態2に比べて多少上昇するが、絶縁膜の異物化のないインクジェットヘッド10を製造することができる。
【0058】
以上の実施の形態では、静電アクチュエータおよびインクジェットヘッド、ならびにこれらの製造方法について述べたが、本発明は上記の実施形態に限定されるものでなく、本発明の思想の範囲内で種々変更することができる。例えば、本発明の静電アクチュエータは、光スイッチやミラーデバイス、マイクロポンプ、レーザプリンタのレーザ操作ミラーの駆動部などにも利用することができる。また、ノズル孔より吐出される液状材料を変更することにより、例えば図17に示すようなインクジェットプリンタ400のほか、液晶ディスプレイのカラーフィルタの製造、有機EL表示装置の発光部分の形成、遺伝子検査等に用いられる生体分子溶液のマイクロアレイの製造など様々な用途の液滴吐出装置として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0059】
【図1】本発明の実施の形態1に係るインクジェットヘッドの概略構成を示す分解斜視図。
【図2】組立状態における図1の略右半分の概略構成を示すインクジェットヘッドの断面図。
【図3】図2のインクジェットヘッドの上面図。
【図4】図2のA−A拡大断面図。
【図5】実施の形態1に係るインクジェットヘッドの電極基板の製造工程の概略断面図。
【図6】実施の形態1に係るインクジェットヘッドの製造工程の概略断面図。
【図7】RF出力とDLC膜の体積抵抗率との関係を示すグラフ。
【図8】RF出力とDLC膜の膜硬度との関係を示すグラフ。
【図9】RF出力とDLC膜の膜応力との関係を示すグラフ。
【図10】RF出力とDLC膜の摩擦係数との関係を示すグラフ。
【図11】本発明の実施の形態2に係るインクジェットヘッドの概略断面図。
【図12】図11のB−B拡大断面図。
【図13】実施の形態2に係るインクジェットヘッドの製造工程の概略断面図。
【図14】図13に続く製造工程の概略断面図。
【図15】本発明の実施の形態3に係るインクジェットヘッドの概略断面図。
【図16】図15のC−C拡大断面図。
【図17】本発明のインクジェットヘッドを適用したインクジェットプリンタの一例を示す概略斜視図。
【符号の説明】
【0060】
1 ノズル基板、2 キャビティ基板、3 電極基板、4 静電アクチュエータ、5 個別電極(固定電極)、6 振動板(可動電極)、7 酸化物系絶縁膜、8 水素化アモルファスカーボン膜(a−c:H膜)、9 絶縁膜、10 インクジェットヘッド、11 ノズル孔、12 オリフィス、13 ダイヤフラム部、21 吐出室、23 リザーバ、26 共通電極、32 凹部、33 インク供給孔、34 電極取り出し部(FPC実装部)、35 封止材、36 接合部、40 駆動制御回路(駆動手段)、200 シリコン基板、300 ガラス基板、400 インクジェットプリンタ。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板上に形成された固定電極と、前記固定電極に対して所定のギャップを介して対向配置された可動電極と、前記固定電極と前記可動電極との間に静電気力を発生させて、前記可動電極に変位を生じさせる駆動手段とを備えた静電アクチュエータにおいて、
前記可動電極または前記固定電極上に酸化物系絶縁膜が形成され、前記酸化物系絶縁膜の上に、当接面側が最も体積抵抗率が高くなるように、厚み方向に連続的に体積抵抗率が変化する水素化アモルファスカーボン膜が形成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】
前記酸化物系絶縁膜は、前記可動電極および前記固定電極の両方に形成され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】
前記酸化物系絶縁膜は、シリコン酸化膜であ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】
基板上に形成された固定電極と、前記固定電極に対して所定のギャップを介して対向配置された可動電極と、前記固定電極と前記可動電極との間に静電気力を発生させて、前記可動電極に変位を生じさせる駆動手段とを備えた静電アクチュエータの製造方法において、
前記可動電極と前記固定電極の一方または両方の電極上に酸化物系絶縁膜を形成する工程と、
前記酸化物系絶縁膜の上に、水素化アモルファスカーボン膜を形成する工程と、
を有し、
前記水素化アモルファスカーボン膜の成膜中に、成膜条件を連続的に変更することにより、体積抵抗率が当接面側が最も高くなるように厚み方向に連続的に変化する水素化アモルファスカーボン膜を形成する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5】
前記成膜条件の変更は、原料ガス流量、希釈ガス流量、RF出力、成膜時の基板温度のうち1つ以上のパラメータを変更す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の製造方法。
【請求項6】
当接面側の最表面となる水素化アモルファスカーボン膜の成膜時の基板温度は300℃以下とすることを特徴とする請求項4または5記載の静電アクチュエータの製造方法。
【請求項7】
当接面側の最表面となる水素化アモルファスカーボン膜の成膜時のRF出力は300W以下とすることを特徴とする請求項4乃至6のいずれかに記載の静電アクチュエータの製造方法。
【請求項8】
請求項1乃至3のいずれかに記載の静電アクチュエータを搭載したことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項9】
請求項4乃至7のいずれかに記載の静電アクチュエータの製造方法を適用して液滴吐出ヘッドを製造することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項10】
請求項8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1】
基板上に形成された固定電極と、前記固定電極に対して所定のギャップを介して対向配置された可動電極と、前記固定電極と前記可動電極との間に静電気力を発生させて、前記可動電極に変位を生じさせる駆動手段とを備えた静電アクチュエータにおいて、
前記可動電極または前記固定電極上に酸化物系絶縁膜が形成され、前記酸化物系絶縁膜の上に、当接面側が最も体積抵抗率が高くなるように、厚み方向に連続的に体積抵抗率が変化する水素化アモルファスカーボン膜が形成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】
前記酸化物系絶縁膜は、前記可動電極および前記固定電極の両方に形成され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】
前記酸化物系絶縁膜は、シリコン酸化膜であ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】
基板上に形成された固定電極と、前記固定電極に対して所定のギャップを介して対向配置された可動電極と、前記固定電極と前記可動電極との間に静電気力を発生させて、前記可動電極に変位を生じさせる駆動手段とを備えた静電アクチュエータの製造方法において、
前記可動電極と前記固定電極の一方または両方の電極上に酸化物系絶縁膜を形成する工程と、
前記酸化物系絶縁膜の上に、水素化アモルファスカーボン膜を形成する工程と、
を有し、
前記水素化アモルファスカーボン膜の成膜中に、成膜条件を連続的に変更することにより、体積抵抗率が当接面側が最も高くなるように厚み方向に連続的に変化する水素化アモルファスカーボン膜を形成する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5】
前記成膜条件の変更は、原料ガス流量、希釈ガス流量、RF出力、成膜時の基板温度のうち1つ以上のパラメータを変更す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の製造方法。
【請求項6】
当接面側の最表面となる水素化アモルファスカーボン膜の成膜時の基板温度は300℃以下とすることを特徴とする請求項4または5記載の静電アクチュエータの製造方法。
【請求項7】
当接面側の最表面となる水素化アモルファスカーボン膜の成膜時のRF出力は300W以下とすることを特徴とする請求項4乃至6のいずれかに記載の静電アクチュエータの製造方法。
【請求項8】
請求項1乃至3のいずれかに記載の静電アクチュエータを搭載したことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項9】
請求項4乃至7のいずれかに記載の静電アクチュエータの製造方法を適用して液滴吐出ヘッドを製造することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項10】
請求項8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。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【公開番号】特開2010−115817(P2010−115817A)
【公開日】平成22年5月27日(2010.5.27)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−289492(P2008−289492)
【出願日】平成20年11月12日(2008.11.12)
【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22年5月27日(2010.5.27)
【国際特許分類】
【出願日】平成20年11月12日(2008.11.12)
【出願人】(000002369)セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Fターム(参考)】
[ Back to top ]