静電型アクチュエータ、その製造方法、液滴吐出ヘッド、液体カートリッジ、画像形成装置、マイクロポンプおよび光学デバイス
【課題】コスト上昇を招くことなく、エッチング時の水素ガス発生による振動板破壊を防いだ精度の高い静電型アクチュエータなどを提供すること。
【解決手段】ベース基板上に変形可能な振動板とこれに所定のギャップを介して対向する電極とを備え、前記振動板を静電力により変形させる静電型アクチュエータにおいて、前記ギャップは、前記ギャップと略同じ高さに形成された梁で囲まれ、前記梁は複数の層からなる静電型アクチュエータを特徴とする。
【解決手段】ベース基板上に変形可能な振動板とこれに所定のギャップを介して対向する電極とを備え、前記振動板を静電力により変形させる静電型アクチュエータにおいて、前記ギャップは、前記ギャップと略同じ高さに形成された梁で囲まれ、前記梁は複数の層からなる静電型アクチュエータを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は静電型アクチュエータ、その製造方法、液滴吐出ヘッド、液体カートリッジ、画像形成装置、マイクロポンプおよび光学デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録装置は、記録時の騒音が極めて小さいこと、高速印字が可能であること、インクの自由度が高く安価な普通紙を使用できることなど多くの利点を有している。この中でも記録が必要な時にのみインク液滴を吐出する、いわゆるインク・オン・デマンド方式が、記録に不要なインク液滴の回収を必要としないため、現在主流となってきている。
このようなインクジェット記録装置として、たとえば、ベース基板上に電極を電極分離溝で分離して設け、電極分離溝は絶縁膜で埋め込んで平坦化し、更に犠牲層を形成し、振動板を形成した後、犠牲層をエッチング除去してギャップを形成することでアクチュエータ基板を構成し、アクチュエータ基板の振動板側表面を略平坦面に形成した静電型アクチュエータなどの発明が知られている（特許文献１参照）。
この発明によって特性のバラツキが小さく、信頼性の高いアクチュエータなどの発明が得られるようになった。
【０００３】
また液吐出室の少なくとも一方の壁を構成する振動板と、該振動板に対してギャップを介して対向配置された対向電極を有する静電駆動式液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板の前記対向電極面に振動板自体の一部が突起している突起部を形成し、振動板と対向電極との接触面を小さくする発明も知られている（特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−０９８５０６公報
【特許文献２】特開２００４−２５５７５９公報
【０００５】
このような特許文献１〜２に示される静電型アクチュエータでは、後に除去することを前提として犠牲層を個別電極材料や振動板材料と同様に積層膜として成膜し、除去孔からこの犠牲層を除去してギャップを形成することが提案されている。犠牲層としてはポリシリコンが用いられ、除去方法として、ＳＦ６によるドライエッチングやアルカリ水溶液によるウェットエッチングがあげられている。このようなシリコン材料を用いた犠牲層のアルカリエッチングを行なうと、大量の水素が発生し、この工法を採用すると発生したガスの放出が追いつかないという問題がある。その結果、内部の圧力上昇を招き、最悪の場合には振動板が破壊されてしまうという問題が発生する。
このため、大量のガスの発生を抑止する為にエッチングスピードを遅くすると、大幅なスループットの低下を招き、コストアップにつながりかねない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、コスト上昇を招くことなく、エッチング時の水素ガス発生による振動板破壊を防いでギャップを形成した、精度の高い静電型アクチュエータ、及びその静電型アクチュエータの製造方法を提供することを目的とする。また本発明は、液滴吐出ヘッドを一体化したインクカートリッジ、及びこの液滴吐出ヘッドを搭載したインクジェット記録装置を提供することを目的とする。更にまた、本発明は前記のアクチュエータを構成するアクチュエータを備えたマイクロポンプ、光学デバイス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】
【０００７】
上記の課題を解決するために、以下の解決手段を有する。
（１） ベース基板上に変形可能な振動板とこれに所定のギャップを介して対向する電極とを備え、前記振動板を静電力により変形させる静電型アクチュエータにおいて、前記ギャップは前記ギャップと略同じ高さにエッチングにより形成された梁で囲まれ、前記梁は複数の層からなることを特徴とする静電型アクチュエータ。
（２） 上記（１）に記載の静電型アクチュエータにおいて、前記梁は複数の層からなる積層構造であり、その主成分がシリコンであることを特徴とする。
（３） ベース基板上に変形可能な振動板とこれに所定のギャップを置いて対向する電極とを備え、前記振動板を静電力で変形させる静電型アクチュエータの製造方法において、複数の層からなる犠牲層を成膜する工程と、前記犠牲層の積層方向に所定の大きさに分離してギャップにする部と梁とを形成し、前記犠牲層の表面と前記分離部とにエッチング液に対して耐エッチング性を有する膜で被覆する工程と、前記ギャップとする部を前記エッチング液で除去するエッチング工程とを有し、前記エッチング工程において前記ギャップ部の１層を他の層よりも早くエッチングするようにしたことを特徴とする。
（４） 上記（３）に記載の静電型アクチュエータの製造方法において、前記犠牲層は、その成膜温度を調整して膜状に２層以上積層させその主成分がシリコンとなるように形成することを特徴とする。
（５） 上記（３）または（４）に記載の静電型アクチュエータの製造方法において、前記犠牲層は前記エッチング工程で他の層よりも早くエチッチングされる層を前記犠牲層の中央部に設けることを特徴とする。
（６） 液滴を吐出するノズルが連通する加圧液室内の液体を静電型アクチュエータに加圧して前記液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドにおいて、上記（１）又は（２）に記載の静電型アクチュエータを構成するアクチュエータ基板と前記加圧液室を形成する流路形成部材とを備えている液滴吐出ヘッドを特徴とする。
（７） 液滴を吐出する液滴吐出ヘッドとこの液滴吐出ヘッドに液体を供給する液体タンクを一体化した液体カートリッジにおいて、前記液滴吐出ヘッドが上記（６）に記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とする。
（８） 上記（６）に記載の液滴吐出ヘッド、もしくは上記（７）に記載の液体カートリッジを搭載した画像形成装置を特徴とする。
（９） 流路の液体を静電型アクチュエータで加圧して前記液体を輸送するマイクロポンプにおいて、上記（１）又は（２）に記載の静電型アクチュエータを構成するアクチュエータ基板と前記流路を形成する流路形成部材とを備えていることを特徴とするマイクロポンプ。
（１０） 光を反射するミラーを静電型アクチュエータで変形させて前記光の反射方向を変化させる光学デバイスにおいて、上記（１）又は（２）に記載の静電型アクチュエータを構成するアクチュエータ基板を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ギャップの梁を多層膜としたので、アルカリエッチング時に発生する水素ガスにより引き起こされるギャップ内の圧力上昇に起因する振動板破壊を防ぐことにより精度の高い、高品質な静電駆動式アクチュエータを提供することが出来る。このようなアクチュエータを有する本発明の液滴吐出ヘッドは、大幅にエッチングスピードを低下させる必要が無い為、スループットの低下によりコスト上昇を防ぐことが出来、低コストなヘッドを製造できるため、このようなヘッドを用いたインクカートリッジ、インクジェット記録装置を提供することができ、また、このような関連発明を応用して低コストで信頼性の高いマイクロポンプ、光学デバイスなどを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】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明のアクチュエータなどの発明を、実施形態により詳細に説明する。
＜第１の実施形態：アクチュエータ＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの一部断面を示す分解斜視図である。
本第１の実施形態では、インク液滴を基板面に設けたノズル孔から吐出させるサイドシュータタイプのアクチュエータの例を示す。図２は組み立てられた装置の全体の断面図であり、図２（ａ）は図１のＸ−Ｘ’線における断面図であり、図２（ｂ）は図１のＹ−Ｙ’線における断面図であり、図２（ｃ）は図１のＺ−Ｚ’線における断面図である。便宜上図２では、２つの吐出室のみを示してある。また図２ではインクが満たされている状態を示している。図２において、本実施形態のアクチュエータを有するインクジェットヘッドは、図１に示すように、以下に詳述する構造の第１基板〜第３基板の３枚からなる積層構造体となっている。
【００１０】
第１の基板（振動板基板）１はシリコン基板上に積層膜により個別電極４と、ギャップ１４を介して振動板５が形成されている。ギャップ１４はエッチング処理して除去するためのギャップ部を含む犠牲層を、個別電極材料や振動板材料と同様に積層膜として成膜し、エッチング処理により除去孔２１から犠牲層のギャップ部を除去することによって形成する。第１の基板１の上面に接合される第２の基板（液室基板）２には、振動板５を底壁とする吐出室６、６、・・・と、各吐出室６にインクを供給するための共通液室１０及び共通液室１０と吐出室６を連通させる流体抵抗となる溝９を有する。また、第２の基板２の上面に接合される第３の基板（ノズル基板）３には、厚さ３０ミクロンのニッケル基板を用い、第２の基板２の面に、吐出室６と連通するようにそれぞれ設けられるノズル孔８を有する。
【００１１】
上記したように構成される液滴吐出ヘッドの動作について説明する。吐出室６内がインクで満たされた状態で個別電極４に発振回路により４０Ｖのパルス電圧が印加される。この電圧印加により個別電極４の表面がプラスに帯電すると、電極である振動板５と個別電極４との間に静電気の吸引作用が働いて振動板５が下方へ撓み、共通液室１０より流体抵抗溝９を介して吐出室６へインクが流入する。その後個別電極４へのパルス電圧が０Ｖになると、この静電気力により下方へ撓んだ振動板５が自身の剛性により復元力が働き、元に戻ろうとする。その結果、吐出室６内の圧力が急激に上昇し、ノズル孔８よりインク液滴が記録紙に向けて吐出される。以上のことを繰り返すことにより、インクが連続的に吐出される。なお振動板５と個別電極４との間に働く静電力Ｆは、Ｆ＝εＳＶ２／（２ｄ２）で与えられ、電極間距離ｄ（ギャップ間隙）の２乗に反比例して大きくなる。低電圧で駆動するためには個別電極４と振動板５のギャップ１４の間隔（ギャップ長）を狭く形成することが重要である。なお上記式中、Ｆは電極間に働く力であり、εは誘電率であり、Ｓは電極に対向する面の面積であり、ｄはギャップ間隙であり、Ｖは印加電圧である。
【００１２】
次にアクチュエータ、インクジェットなどの作製方法、構成など実施例をあげて詳細に説明する。
【００１３】
（実施例：アクチュエータの製造方法）
本実施例を、図３を参照しながらそのアクチュエータの製造方法について説明する。本実施例ではシリコン基板１に振動板材料及び電極材料を成膜していくことによって本発明のアクチュエータを作成していく。
まず、＜１００＞ シリコン基板３００の表面に絶縁膜となる熱酸化膜７をウェット酸化法により１．０μｍの厚み程度に形成する。次に個別電極４となるPドープポリシリコンを０．４μｍの厚さ程度に成膜する。リソエッチ法により個別電極分離溝１５を形成後、絶縁膜１３としてＨＴＯ（High Temperature Oxide(s):SiO2）を０．２５μｍ成膜する（図３(a)）。ここで個別電極分離溝１５の幅は絶縁膜１３成膜後に埋め込まれ表面が平坦となる様な溝の幅に設計する。
【００１４】
更に犠牲層２０としてポリシリコンを０．５μm成膜するが、成膜処理中に処理温度を変化させて膜質を変えて犠牲層として多層膜を成膜する。たとえば成膜の初期には８００℃程度の温度でポリシリコン２０aの成膜を行う。その後、途中で温度を低下させ、たとえば４５０℃程度の温度で非晶質に近い膜で成膜２０bを行い、成膜後半には、たとえば再度温度を上昇させて８００℃程度の温度でポリシリコン２０cの成膜を行う（図３(b)）。これにより膜質の異なる３層膜を連続的に成膜することができる。さらにリソエッチ法（リソグラフィー・エッチング法）により犠牲層分離溝１７を形成し、さらに絶縁膜５ｃとしてＨＴＯを０．１μｍ成膜する（図３(c)）。
【００１５】
ここで犠牲層分離溝１７の幅は、絶縁膜５ｃ及び後に成膜する共通電極５ｂ及び酸化膜５aで埋め込まれる溝の幅に設計しておく。この幅は絶縁膜や共通電極の膜厚によるが、２．０μｍ以下の溝幅とすることが望ましい。具体的には本実施例の場合、０．５μｍ程度とした。また分離溝を狭くすると異物やパターン欠陥に起因するパターニング不良によってショートする可能性が有る為、前記個別電極分離溝１５、前記犠牲層分離溝１７共に複数の分離溝により分離しておく方が良い。
【００１６】
共通電極５bとなるPドープポリシリコンを０．２μｍ成膜し、リソエッチ法により不要な部分を取り除く。次いで振動板保護膜となる酸化膜５aを０．３μｍ、更にシリコン窒化膜５dを０．３μｍ成膜する（図３(d)）。なお共通電極５ｂはＡｓドープポリシリコンなどを用いることもできる。
その後リソエッチ法により犠牲層除去孔２１を犠牲層除去後には隔壁となる領域にオーバーサイズしたパターン状に形成し、シリコン窒化膜５d、酸化膜５a、ポリシリコン５bの順にエッチングを行なう。その後、酸化によりポリシリコン５b表面に犠牲層除去孔２１の側面に露出した酸化膜を形成する。
【００１７】
さらにリソエッチ法により犠牲層除去孔２１のパターニングを行ない酸化膜５cをエッチング除去し、ＴＭＡＨ（[Ｍｅ４Ｎ＋]ＯＨ-：テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）、ＫＯＨなどのアルカリエッチング液を用いたウェットエッチングにより犠牲層２０を除去する（図３(e)）。このエッチング処理の際に下記化学反応式（１）
Si + 2OH-
+ H2O → SiO32- + 2H2↑ ・・・（１）
により大量の水素が発生する。
【００１８】
上記化学反応式（１）に従って、狭いギャップとなる領域のシリコン原子１モルから、２モルの水素分子が発生する。この水素の発生により、三千倍を越す体積膨張が起きる。より具体的には、金属シリコンの比重は２．３３であるので、この金属シリコンを基準にして考察すると、次のようになる。
シリコンの原子量を２８とすると、シリコン１モルの体積は１２ｃｍ３程度であり、これが全て反応して２モルの水素分子が０℃１気圧下に発生することになる。この水素分子が理想気体の状態方程式に従うものとすると、シリコン１モルから、２２．４リットル×２＝４４．８リットルの水素が発生するものとなり、よって１２ｃｍ３程のＳｉにより、４４８００ｃｍ３程の水素分子が発生し、これは４４８００÷１２≒３７００倍と、なってしまう。
【００１９】
そして犠牲層（そのギャップとなる部分）が単層の膜で構成される場合には、化学反応式（１）による反応がいっせいに起こり、これによりギャップ内圧が急上昇して、犠牲層２０の上下にある振動板酸化膜５ａおよび振動板共通電極５cに耐圧を越える大きな負荷がかかる。このように犠牲層が単層の膜で構成される場合には、この振動板酸化膜５ａ、振動板共通電５cがエッチング処理の結果、水素発生により剥がれてしまうという問題が生じる。このような内圧上昇を防ぐためエッチングスピードを大幅に低下（１／５〜１／１０程度）させて水素ガスを放散させる必要があり、このままではスループットの低下が避けられない。
【００２０】
本実施例では、この点を勘案し、犠牲層を単層構成とせずに多層（２層以上：図４等では３層）からなる膜構成とし、たとえば本発明ではこの犠牲層の中心層２０ｂの膜質をエッチングスピードが最も速い膜質のものを採用することにしている（図４(a)(b)）。好ましくは、犠牲層のギャップ部における中心近傍の層２０ｂが先にエッチングされ、このギャップ部が上下の層に分けられる。これによってギャップ部が一斉に反応することが阻害され、この一斉反応による内圧上昇による力が解放されず抑制されて、振動板酸化膜５ａ、振動板共通電５ｃが剥がれるなどによる振動板の破壊がされることが有効に防止される（図４(c)）。このように本構成では犠牲層分離溝１７で分離された犠牲層２０で構成される梁部２４は、犠牲層のギャップ部がエッチング処理によりギャップスペーサ１４となり、残存する梁部２４は最終形態において犠牲層２０の層構成のままであるので、犠牲層がどの様な状態(構成)であったかを確認できる。また残された梁部２４を上記したエッチング液で処理し、その反応状態を観察すれば犠牲層の層構成が単層構成なのか積層構成であるのかを見分けることができる。すなわち中央近傍をエッチング液に対して最速のエッチング速度の層であるので、この中央近傍の層からエッチング反応が開始され、この中央近傍の層が消失後に他の層に反応が広がるのを観察することができ、またエッチング処理の途中でエッチング処理を停止すると図４（ａ）〜（ｃ）のように反応が進行していくので、これによって単層構成かどうかを判断することができる。
【００２１】
その後、基板表面（多層膜振動板の表面）にインクに対する保護膜として、スピンコート法によりポリイミド膜５eをたとえば１．０μｍに塗布しベーク処理する。このとき基板表面の濡れ性や塗布材料の粘度をコントロールすることにより犠牲層除去孔２１内に塗布材料は入り込まず穴を封止するようにしている（図３(f)）。
【００２２】
次いで、液室（吐出室）６、流体抵抗溝９、共通液室１０を形成した液室基板２を接着剤で振動板基板１と貼り合わせる。振動板基板１の表面は略平坦に作成されている為、容易に接着が可能である。最後にノズル板３を液室基板２の表面に張り合わせると、静電型液滴吐出ヘッドが完成する。
【００２３】
本実施例において、振動板基板１表面のインクに対する保護膜５ｅは基板表面が略平坦に作られている為、本実施例で示した様にスピンコート法による形成でも均一に成膜することができるが、他に、真空蒸着法によるポリイミド形成、あるいはポリパラキシリレン（パリレン）のような樹脂膜を形成する方法を採用することにより形成しても構わない。
【００２４】
また電極材料としてポリシリコンを用いているがこれ以外に金属とシリコンの化合物である化合物（シリサイド）や高融点金属を用いる事もできる。
また、アクチュエータ基板（振動板基板）１の表面が平坦であるので、スピンコート法により塗布された感光性ポリイミドやドライフィルムレジストで液室（吐出室）６を作成する事も可能である。これらも本発明に含まれる。なお本実施例で記載した数値は例であり、本発明はこれらの数値に限定されて解釈されるものではない。
【００２５】
＜第２実施形態：インクカートリッジに係る実施形態＞
次に、本発明に係るインクカートリッジについて図５を参照して説明する。
図５に示すインクカートリッジは、前記したアクチュエータを有するインクジェットヘッド６１と、このインクジェットヘッド６１に対してインクを供給するインクタンク６２とを一体化したものである。
このインクタンク一体型のヘッドの場合、ヘッドの低コスト化、信頼性向上は、ただちにインクカートリッジ全体の低コスト化、信頼性向上につながるので、上述したように低コスト化、高信頼性化、製造不良を大幅に低減できるので、インクカートリッジの歩留まり、信頼性が向上し、ヘッド一体型インクカートリッジのさらなる低コスト化を図ることができる。
【００２６】
＜第３実施形態：インクジェット記録装置に係る実施形態＞
次に、本発明に係る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の例について図６及び図７を参照して説明する。なお、図６はインクジェット記録装置の斜視説明図であり、図７はインクジェット記録装置の機構部の側面説明図である。
図７に示すインクジェット記録装置は、記録装置本体８１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ９３、キャリッジ９３に搭載した本発明のインクジェットヘッドからなる記録ヘッド９４、記録ヘッドに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８２等を収納し、装置本体８１の下方部には前方側から多数枚の用紙８３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）８４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙８３を手差しで給紙するための手差しトレイ８５を開倒することができ、給紙カセット８４或いは手差しトレイ８５から給送される用紙８３を取り込み、印字機構部８２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８６に排紙する。
【００２７】
印字機構部８２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９１と従ガイドロッド９２とでキャリッジ９３を主走査方向に摺動自在に保持し、このキャリッジ９３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本発明に係るインクジェットヘッドからなる記録ヘッド９４を複数のインク吐出口（ノズル）を主走査方向と交差する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。またキャリッジ９３には記録ヘッド９４に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ９５を交換可能に装着している。
インクカートリッジ９５は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッドにインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド９４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。
【００２８】
ここで、キャリッジ９３は図６に示すように、後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド９１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９２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ９３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ９７で回転駆動される駆動プーリ９８と従動プーリ９９との間にタイミングベルト１００を張装し、このタイミングベルト１００をキャリッジ９３に固定しており、主走査モータ９７の正逆回転によりキャリッジ９３が往復駆動される。
【００２９】
一方、給紙カセット８４にセットした用紙８３をヘッド９４の下方側に搬送するために、給紙カセット８４から用紙８３を分離給装する給紙ローラ１０１及びフリクションパッド１０２と、用紙８３を案内するガイド部材１０３と、給紙された用紙８３を反転させて搬送する搬送ローラ１０４と、この搬送ローラ１０４の周面に押し付けられる搬送コロ１０５及び搬送ローラ１０４からの用紙８３の送り出し角度を規定する先端コロ１０６とを設けている。搬送ローラ１０４は副走査モータ１０７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【００３０】
そして、キャリッジ９３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１０４から送り出された用紙８３を記録ヘッド９４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１０９を設けている。この印写受け部材１０９の用紙搬送方向下流側には、用紙８３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１１１、拍車１１２を設け、さらに用紙８３を排紙トレイ８６に送り出す排紙ローラ１１３及び拍車１１４と、排紙経路を形成するガイド部材１１５，１１６とを配設している。
【００３１】
記録時には、キャリッジ９３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド９４を駆動することにより、停止している用紙８３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙８３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙８３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙８３を排紙する。
【００３２】
また、キャリッジ９３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド９４の吐出不良を回復するための回復装置１１７を配置している。回復装置１１７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ９３は印字待機中にはこの回復装置１１７側に移動されてキャッピング手段でヘッド９４をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
【００３３】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド９４の吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
【００３４】
このように、このインクジェット記録装置においては本発明を実施したインクジェットヘッドを搭載しているので、振動板駆動不良によるインク滴吐出不良がなく、安定したインク滴吐出特性が得られて、画像品質が向上する。
なお、上記実施形態においては、液滴吐出ヘッドとしてインクジェットヘッドに適用した例で説明したが、インクジェットヘッド以外の液滴吐出ヘッドとして、例えば、液体レジストを液滴として吐出する液滴吐出ヘッド、ＤＮＡの試料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッド（スポッタ）などの他の液滴吐出ヘッドにも適用することができる。
【００３５】
＜第４実施形態：マイクロポンプの実施例＞
本実施形態は、本発明の構成をマイクロポンプに応用したものである。本実施形態のエネルギー（圧力）発生素子として、本発明の静電型アクチュエータを採用した場合の動作原理を、図８を基にして説明する。
このマイクロポンプは、流動基板２０２と本発明に係る静電型アクチュエータを構成するアクチュエータ基板２０１とを有している。
図８に示すように、電極４が設けられた振動板５が複数設けられ、流路３３の中を流体が流れる構造となっている。図８では省略しているが振動板５は図２等に示されるように電極材料が絶縁膜に挟まれた積層構造になっている。
振動板５を図８に示す矢印で指し示したように、図中右側から左に順次駆動することによって流路３３内の流体は図６の矢印方向へ流れが生じ、流体の輸送が可能となる。本第４実施形態では、振動板を複数設けた例を示したが、振動板は一つでも良く、また輸送効率を上げるために流路の途中に弁などを設けても良い。このように、本発明では、電極間に働く静電力によって前記振動板を変形させるので、小型な低消費電力のマイクロポンプが実現できる。
【００３６】
＜第５実施形態：光学デバイスへの応用例＞
本実施形態は、本発明の構成を光学デバイスに応用したものである。図９に示すように、電極４が設けられた振動板３０が複数配列され、振動板３０はミラー３６（反射手段）をかねる。振動板３０の表面は反射率を増加させるため、誘電体多層膜や金属膜を用いて形成されていると良い。光源３１からの出射光はレンズ３４を通過後、ミラー３６に照射される。ミラー３６が駆動されていない場合、照射光は入射角と同じ角度で反射される。ミラー３６を駆動した場合、凹面ミラー３０となって図５に示すようにその反射光は発散光となる。このように本発明の静電型アクチュエータを用いた光学デバイスにより、光変調デバイスが実現できる。
【００３７】
この光学デバイスを応用した例を、図９及び図１０を用いて説明する。図９に示すように、光源３１からの光はレンズ３４を介してミラー３６に照射され、ミラー３６を駆動していないところに入射した光は、投影用レンズ３２へ入射する。一方電極４に電圧を印加してミラー３６を変形させているところは凹面ミラー３０となるので光は発散し投影用レンズ３２にほとんど入射しない。投影用レンズ３２に入射した光はスクリーン（図示しない）などに投影される。この構造を図１０に示すように２次元に配列し、それぞれのミラー３６を独立に駆動することによって、スクリーン等に画像を表示することができる。図１０では例として４×４の配列を示したが、さらに多数の配列を実現することも可能であり、個数はこれに限らない。このように、本発明では電極間に働く静電力によって前記振動板を変形させるので、小型で低消費電力の光変調デバイスが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明のアクチュエータの分解斜視図である。
【図２】組み立てられた装置の全体の断面図であり、（ａ）は図１のＸ−Ｘ’線における断面図であり、（ｂ）は図１のＹ−Ｙ’線における断面図であり、（ｃ）は図１のＺ−Ｚ’線における断面図である。
【図３】アクチュエータの製造方法について説明するための図である。
【図４】図３におけるアクチュエータの製造方法における犠牲層のエッチング液によってギャップが形成されていく様子を説明するための図である。
【図５】本発明に係るインクカートリッジの概略構成を示す図である。
【図６】インクジェット記録装置の斜視説明図である。
【図７】インクジェット記録装置の機構部の側面説明図である。
【図８】本発明の構成をマイクロポンプに応用した、そのポンプの動作原理を説明するための図である。
【図９】本発明の構成を光学デバイスに応用したそのデバイスの動作原理を説明するための図である。
【図１０】光学デバイスに応用したそのデバイスの応用例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３９】
１・・・第１基板（振動板基板、アクチュエータ基板）、
２・・・第２基板（液室基板）、
３・・・第３基板（ノズル基板）、
４・・・個別電極、５・・・振動板、５a・・・酸化膜、５ｂ・・・共通電極、
５ｃ・・・絶縁膜、５d・・・シリコン窒化膜、５e・・・ポリイミド膜、
６・・・吐出室、７・・・熱酸化膜、８・・・ノズル孔、９・・・流体抵抗溝、
１０・・・共通液室、１２・・・吐出したインク滴、１３・・・絶縁膜、
１４・・・ギャップ、１５・・・個別電極分離溝、１７・・・犠牲層分離溝、
２１・・・犠牲層
２１・・・犠牲層除去孔、２２・・・流路形成部材、２４・・・梁、
３０・・・凹面ミラー、３１・・・光源、３２・・・投影用レンズ、
３３・・・流路、３４・・・レンズ、３６・・・ミラー、
４０・・・印刷媒体（印刷紙）、６１・・・インクジェットヘッド、
６２・・・インクタンク
８１・・・装置本体、８２・・・印字機構部、８３・・・用紙、
８４・・・給紙カセット、８５・・・手差しトレイ、８６・・・排紙トレイ、
９１・・・主ガイドロッド、９２・・・従ガイドロッド、
９３・・・キャリッジ、９４・・・記録ヘッド、
９５・・・インクカートリッジ、９７・・・主走査モータ
９８・・・駆動プーリ、９９・・・従動プーリ、
１００・・・タイミングベルト、１０１・・・給紙ローラ、
１０２・・・フリクションパッド、１０３・・・ガイド部材、
１０４・・・搬送ローラ、１０５・・・搬送コロ、１０６・・・先端コロ、
１０９・・・印写受け部材、１１１・・・搬送コロ、１１２・・・拍車、
１１３・・・排紙ローラ、１１４・・・拍車、
１１５、１１６・・・ガイド部材、１１７・・・回復装置、
２０１・・・アクチュエータ基板、２０２・・・流路基板（流路形成部材）、
３００・・・シリコン基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は静電型アクチュエータ、その製造方法、液滴吐出ヘッド、液体カートリッジ、画像形成装置、マイクロポンプおよび光学デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録装置は、記録時の騒音が極めて小さいこと、高速印字が可能であること、インクの自由度が高く安価な普通紙を使用できることなど多くの利点を有している。この中でも記録が必要な時にのみインク液滴を吐出する、いわゆるインク・オン・デマンド方式が、記録に不要なインク液滴の回収を必要としないため、現在主流となってきている。
このようなインクジェット記録装置として、たとえば、ベース基板上に電極を電極分離溝で分離して設け、電極分離溝は絶縁膜で埋め込んで平坦化し、更に犠牲層を形成し、振動板を形成した後、犠牲層をエッチング除去してギャップを形成することでアクチュエータ基板を構成し、アクチュエータ基板の振動板側表面を略平坦面に形成した静電型アクチュエータなどの発明が知られている（特許文献１参照）。
この発明によって特性のバラツキが小さく、信頼性の高いアクチュエータなどの発明が得られるようになった。
【０００３】
また液吐出室の少なくとも一方の壁を構成する振動板と、該振動板に対してギャップを介して対向配置された対向電極を有する静電駆動式液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板の前記対向電極面に振動板自体の一部が突起している突起部を形成し、振動板と対向電極との接触面を小さくする発明も知られている（特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−０９８５０６公報
【特許文献２】特開２００４−２５５７５９公報
【０００５】
このような特許文献１〜２に示される静電型アクチュエータでは、後に除去することを前提として犠牲層を個別電極材料や振動板材料と同様に積層膜として成膜し、除去孔からこの犠牲層を除去してギャップを形成することが提案されている。犠牲層としてはポリシリコンが用いられ、除去方法として、ＳＦ６によるドライエッチングやアルカリ水溶液によるウェットエッチングがあげられている。このようなシリコン材料を用いた犠牲層のアルカリエッチングを行なうと、大量の水素が発生し、この工法を採用すると発生したガスの放出が追いつかないという問題がある。その結果、内部の圧力上昇を招き、最悪の場合には振動板が破壊されてしまうという問題が発生する。
このため、大量のガスの発生を抑止する為にエッチングスピードを遅くすると、大幅なスループットの低下を招き、コストアップにつながりかねない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、コスト上昇を招くことなく、エッチング時の水素ガス発生による振動板破壊を防いでギャップを形成した、精度の高い静電型アクチュエータ、及びその静電型アクチュエータの製造方法を提供することを目的とする。また本発明は、液滴吐出ヘッドを一体化したインクカートリッジ、及びこの液滴吐出ヘッドを搭載したインクジェット記録装置を提供することを目的とする。更にまた、本発明は前記のアクチュエータを構成するアクチュエータを備えたマイクロポンプ、光学デバイス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】
【０００７】
上記の課題を解決するために、以下の解決手段を有する。
（１） ベース基板上に変形可能な振動板とこれに所定のギャップを介して対向する電極とを備え、前記振動板を静電力により変形させる静電型アクチュエータにおいて、前記ギャップは前記ギャップと略同じ高さにエッチングにより形成された梁で囲まれ、前記梁は複数の層からなることを特徴とする静電型アクチュエータ。
（２） 上記（１）に記載の静電型アクチュエータにおいて、前記梁は複数の層からなる積層構造であり、その主成分がシリコンであることを特徴とする。
（３） ベース基板上に変形可能な振動板とこれに所定のギャップを置いて対向する電極とを備え、前記振動板を静電力で変形させる静電型アクチュエータの製造方法において、複数の層からなる犠牲層を成膜する工程と、前記犠牲層の積層方向に所定の大きさに分離してギャップにする部と梁とを形成し、前記犠牲層の表面と前記分離部とにエッチング液に対して耐エッチング性を有する膜で被覆する工程と、前記ギャップとする部を前記エッチング液で除去するエッチング工程とを有し、前記エッチング工程において前記ギャップ部の１層を他の層よりも早くエッチングするようにしたことを特徴とする。
（４） 上記（３）に記載の静電型アクチュエータの製造方法において、前記犠牲層は、その成膜温度を調整して膜状に２層以上積層させその主成分がシリコンとなるように形成することを特徴とする。
（５） 上記（３）または（４）に記載の静電型アクチュエータの製造方法において、前記犠牲層は前記エッチング工程で他の層よりも早くエチッチングされる層を前記犠牲層の中央部に設けることを特徴とする。
（６） 液滴を吐出するノズルが連通する加圧液室内の液体を静電型アクチュエータに加圧して前記液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドにおいて、上記（１）又は（２）に記載の静電型アクチュエータを構成するアクチュエータ基板と前記加圧液室を形成する流路形成部材とを備えている液滴吐出ヘッドを特徴とする。
（７） 液滴を吐出する液滴吐出ヘッドとこの液滴吐出ヘッドに液体を供給する液体タンクを一体化した液体カートリッジにおいて、前記液滴吐出ヘッドが上記（６）に記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とする。
（８） 上記（６）に記載の液滴吐出ヘッド、もしくは上記（７）に記載の液体カートリッジを搭載した画像形成装置を特徴とする。
（９） 流路の液体を静電型アクチュエータで加圧して前記液体を輸送するマイクロポンプにおいて、上記（１）又は（２）に記載の静電型アクチュエータを構成するアクチュエータ基板と前記流路を形成する流路形成部材とを備えていることを特徴とするマイクロポンプ。
（１０） 光を反射するミラーを静電型アクチュエータで変形させて前記光の反射方向を変化させる光学デバイスにおいて、上記（１）又は（２）に記載の静電型アクチュエータを構成するアクチュエータ基板を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ギャップの梁を多層膜としたので、アルカリエッチング時に発生する水素ガスにより引き起こされるギャップ内の圧力上昇に起因する振動板破壊を防ぐことにより精度の高い、高品質な静電駆動式アクチュエータを提供することが出来る。このようなアクチュエータを有する本発明の液滴吐出ヘッドは、大幅にエッチングスピードを低下させる必要が無い為、スループットの低下によりコスト上昇を防ぐことが出来、低コストなヘッドを製造できるため、このようなヘッドを用いたインクカートリッジ、インクジェット記録装置を提供することができ、また、このような関連発明を応用して低コストで信頼性の高いマイクロポンプ、光学デバイスなどを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】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明のアクチュエータなどの発明を、実施形態により詳細に説明する。
＜第１の実施形態：アクチュエータ＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの一部断面を示す分解斜視図である。
本第１の実施形態では、インク液滴を基板面に設けたノズル孔から吐出させるサイドシュータタイプのアクチュエータの例を示す。図２は組み立てられた装置の全体の断面図であり、図２（ａ）は図１のＸ−Ｘ’線における断面図であり、図２（ｂ）は図１のＹ−Ｙ’線における断面図であり、図２（ｃ）は図１のＺ−Ｚ’線における断面図である。便宜上図２では、２つの吐出室のみを示してある。また図２ではインクが満たされている状態を示している。図２において、本実施形態のアクチュエータを有するインクジェットヘッドは、図１に示すように、以下に詳述する構造の第１基板〜第３基板の３枚からなる積層構造体となっている。
【００１０】
第１の基板（振動板基板）１はシリコン基板上に積層膜により個別電極４と、ギャップ１４を介して振動板５が形成されている。ギャップ１４はエッチング処理して除去するためのギャップ部を含む犠牲層を、個別電極材料や振動板材料と同様に積層膜として成膜し、エッチング処理により除去孔２１から犠牲層のギャップ部を除去することによって形成する。第１の基板１の上面に接合される第２の基板（液室基板）２には、振動板５を底壁とする吐出室６、６、・・・と、各吐出室６にインクを供給するための共通液室１０及び共通液室１０と吐出室６を連通させる流体抵抗となる溝９を有する。また、第２の基板２の上面に接合される第３の基板（ノズル基板）３には、厚さ３０ミクロンのニッケル基板を用い、第２の基板２の面に、吐出室６と連通するようにそれぞれ設けられるノズル孔８を有する。
【００１１】
上記したように構成される液滴吐出ヘッドの動作について説明する。吐出室６内がインクで満たされた状態で個別電極４に発振回路により４０Ｖのパルス電圧が印加される。この電圧印加により個別電極４の表面がプラスに帯電すると、電極である振動板５と個別電極４との間に静電気の吸引作用が働いて振動板５が下方へ撓み、共通液室１０より流体抵抗溝９を介して吐出室６へインクが流入する。その後個別電極４へのパルス電圧が０Ｖになると、この静電気力により下方へ撓んだ振動板５が自身の剛性により復元力が働き、元に戻ろうとする。その結果、吐出室６内の圧力が急激に上昇し、ノズル孔８よりインク液滴が記録紙に向けて吐出される。以上のことを繰り返すことにより、インクが連続的に吐出される。なお振動板５と個別電極４との間に働く静電力Ｆは、Ｆ＝εＳＶ２／（２ｄ２）で与えられ、電極間距離ｄ（ギャップ間隙）の２乗に反比例して大きくなる。低電圧で駆動するためには個別電極４と振動板５のギャップ１４の間隔（ギャップ長）を狭く形成することが重要である。なお上記式中、Ｆは電極間に働く力であり、εは誘電率であり、Ｓは電極に対向する面の面積であり、ｄはギャップ間隙であり、Ｖは印加電圧である。
【００１２】
次にアクチュエータ、インクジェットなどの作製方法、構成など実施例をあげて詳細に説明する。
【００１３】
（実施例：アクチュエータの製造方法）
本実施例を、図３を参照しながらそのアクチュエータの製造方法について説明する。本実施例ではシリコン基板１に振動板材料及び電極材料を成膜していくことによって本発明のアクチュエータを作成していく。
まず、＜１００＞ シリコン基板３００の表面に絶縁膜となる熱酸化膜７をウェット酸化法により１．０μｍの厚み程度に形成する。次に個別電極４となるPドープポリシリコンを０．４μｍの厚さ程度に成膜する。リソエッチ法により個別電極分離溝１５を形成後、絶縁膜１３としてＨＴＯ（High Temperature Oxide(s):SiO2）を０．２５μｍ成膜する（図３(a)）。ここで個別電極分離溝１５の幅は絶縁膜１３成膜後に埋め込まれ表面が平坦となる様な溝の幅に設計する。
【００１４】
更に犠牲層２０としてポリシリコンを０．５μm成膜するが、成膜処理中に処理温度を変化させて膜質を変えて犠牲層として多層膜を成膜する。たとえば成膜の初期には８００℃程度の温度でポリシリコン２０aの成膜を行う。その後、途中で温度を低下させ、たとえば４５０℃程度の温度で非晶質に近い膜で成膜２０bを行い、成膜後半には、たとえば再度温度を上昇させて８００℃程度の温度でポリシリコン２０cの成膜を行う（図３(b)）。これにより膜質の異なる３層膜を連続的に成膜することができる。さらにリソエッチ法（リソグラフィー・エッチング法）により犠牲層分離溝１７を形成し、さらに絶縁膜５ｃとしてＨＴＯを０．１μｍ成膜する（図３(c)）。
【００１５】
ここで犠牲層分離溝１７の幅は、絶縁膜５ｃ及び後に成膜する共通電極５ｂ及び酸化膜５aで埋め込まれる溝の幅に設計しておく。この幅は絶縁膜や共通電極の膜厚によるが、２．０μｍ以下の溝幅とすることが望ましい。具体的には本実施例の場合、０．５μｍ程度とした。また分離溝を狭くすると異物やパターン欠陥に起因するパターニング不良によってショートする可能性が有る為、前記個別電極分離溝１５、前記犠牲層分離溝１７共に複数の分離溝により分離しておく方が良い。
【００１６】
共通電極５bとなるPドープポリシリコンを０．２μｍ成膜し、リソエッチ法により不要な部分を取り除く。次いで振動板保護膜となる酸化膜５aを０．３μｍ、更にシリコン窒化膜５dを０．３μｍ成膜する（図３(d)）。なお共通電極５ｂはＡｓドープポリシリコンなどを用いることもできる。
その後リソエッチ法により犠牲層除去孔２１を犠牲層除去後には隔壁となる領域にオーバーサイズしたパターン状に形成し、シリコン窒化膜５d、酸化膜５a、ポリシリコン５bの順にエッチングを行なう。その後、酸化によりポリシリコン５b表面に犠牲層除去孔２１の側面に露出した酸化膜を形成する。
【００１７】
さらにリソエッチ法により犠牲層除去孔２１のパターニングを行ない酸化膜５cをエッチング除去し、ＴＭＡＨ（[Ｍｅ４Ｎ＋]ＯＨ-：テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）、ＫＯＨなどのアルカリエッチング液を用いたウェットエッチングにより犠牲層２０を除去する（図３(e)）。このエッチング処理の際に下記化学反応式（１）
Si + 2OH-
+ H2O → SiO32- + 2H2↑ ・・・（１）
により大量の水素が発生する。
【００１８】
上記化学反応式（１）に従って、狭いギャップとなる領域のシリコン原子１モルから、２モルの水素分子が発生する。この水素の発生により、三千倍を越す体積膨張が起きる。より具体的には、金属シリコンの比重は２．３３であるので、この金属シリコンを基準にして考察すると、次のようになる。
シリコンの原子量を２８とすると、シリコン１モルの体積は１２ｃｍ３程度であり、これが全て反応して２モルの水素分子が０℃１気圧下に発生することになる。この水素分子が理想気体の状態方程式に従うものとすると、シリコン１モルから、２２．４リットル×２＝４４．８リットルの水素が発生するものとなり、よって１２ｃｍ３程のＳｉにより、４４８００ｃｍ３程の水素分子が発生し、これは４４８００÷１２≒３７００倍と、なってしまう。
【００１９】
そして犠牲層（そのギャップとなる部分）が単層の膜で構成される場合には、化学反応式（１）による反応がいっせいに起こり、これによりギャップ内圧が急上昇して、犠牲層２０の上下にある振動板酸化膜５ａおよび振動板共通電極５cに耐圧を越える大きな負荷がかかる。このように犠牲層が単層の膜で構成される場合には、この振動板酸化膜５ａ、振動板共通電５cがエッチング処理の結果、水素発生により剥がれてしまうという問題が生じる。このような内圧上昇を防ぐためエッチングスピードを大幅に低下（１／５〜１／１０程度）させて水素ガスを放散させる必要があり、このままではスループットの低下が避けられない。
【００２０】
本実施例では、この点を勘案し、犠牲層を単層構成とせずに多層（２層以上：図４等では３層）からなる膜構成とし、たとえば本発明ではこの犠牲層の中心層２０ｂの膜質をエッチングスピードが最も速い膜質のものを採用することにしている（図４(a)(b)）。好ましくは、犠牲層のギャップ部における中心近傍の層２０ｂが先にエッチングされ、このギャップ部が上下の層に分けられる。これによってギャップ部が一斉に反応することが阻害され、この一斉反応による内圧上昇による力が解放されず抑制されて、振動板酸化膜５ａ、振動板共通電５ｃが剥がれるなどによる振動板の破壊がされることが有効に防止される（図４(c)）。このように本構成では犠牲層分離溝１７で分離された犠牲層２０で構成される梁部２４は、犠牲層のギャップ部がエッチング処理によりギャップスペーサ１４となり、残存する梁部２４は最終形態において犠牲層２０の層構成のままであるので、犠牲層がどの様な状態(構成)であったかを確認できる。また残された梁部２４を上記したエッチング液で処理し、その反応状態を観察すれば犠牲層の層構成が単層構成なのか積層構成であるのかを見分けることができる。すなわち中央近傍をエッチング液に対して最速のエッチング速度の層であるので、この中央近傍の層からエッチング反応が開始され、この中央近傍の層が消失後に他の層に反応が広がるのを観察することができ、またエッチング処理の途中でエッチング処理を停止すると図４（ａ）〜（ｃ）のように反応が進行していくので、これによって単層構成かどうかを判断することができる。
【００２１】
その後、基板表面（多層膜振動板の表面）にインクに対する保護膜として、スピンコート法によりポリイミド膜５eをたとえば１．０μｍに塗布しベーク処理する。このとき基板表面の濡れ性や塗布材料の粘度をコントロールすることにより犠牲層除去孔２１内に塗布材料は入り込まず穴を封止するようにしている（図３(f)）。
【００２２】
次いで、液室（吐出室）６、流体抵抗溝９、共通液室１０を形成した液室基板２を接着剤で振動板基板１と貼り合わせる。振動板基板１の表面は略平坦に作成されている為、容易に接着が可能である。最後にノズル板３を液室基板２の表面に張り合わせると、静電型液滴吐出ヘッドが完成する。
【００２３】
本実施例において、振動板基板１表面のインクに対する保護膜５ｅは基板表面が略平坦に作られている為、本実施例で示した様にスピンコート法による形成でも均一に成膜することができるが、他に、真空蒸着法によるポリイミド形成、あるいはポリパラキシリレン（パリレン）のような樹脂膜を形成する方法を採用することにより形成しても構わない。
【００２４】
また電極材料としてポリシリコンを用いているがこれ以外に金属とシリコンの化合物である化合物（シリサイド）や高融点金属を用いる事もできる。
また、アクチュエータ基板（振動板基板）１の表面が平坦であるので、スピンコート法により塗布された感光性ポリイミドやドライフィルムレジストで液室（吐出室）６を作成する事も可能である。これらも本発明に含まれる。なお本実施例で記載した数値は例であり、本発明はこれらの数値に限定されて解釈されるものではない。
【００２５】
＜第２実施形態：インクカートリッジに係る実施形態＞
次に、本発明に係るインクカートリッジについて図５を参照して説明する。
図５に示すインクカートリッジは、前記したアクチュエータを有するインクジェットヘッド６１と、このインクジェットヘッド６１に対してインクを供給するインクタンク６２とを一体化したものである。
このインクタンク一体型のヘッドの場合、ヘッドの低コスト化、信頼性向上は、ただちにインクカートリッジ全体の低コスト化、信頼性向上につながるので、上述したように低コスト化、高信頼性化、製造不良を大幅に低減できるので、インクカートリッジの歩留まり、信頼性が向上し、ヘッド一体型インクカートリッジのさらなる低コスト化を図ることができる。
【００２６】
＜第３実施形態：インクジェット記録装置に係る実施形態＞
次に、本発明に係る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の例について図６及び図７を参照して説明する。なお、図６はインクジェット記録装置の斜視説明図であり、図７はインクジェット記録装置の機構部の側面説明図である。
図７に示すインクジェット記録装置は、記録装置本体８１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ９３、キャリッジ９３に搭載した本発明のインクジェットヘッドからなる記録ヘッド９４、記録ヘッドに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８２等を収納し、装置本体８１の下方部には前方側から多数枚の用紙８３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）８４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙８３を手差しで給紙するための手差しトレイ８５を開倒することができ、給紙カセット８４或いは手差しトレイ８５から給送される用紙８３を取り込み、印字機構部８２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８６に排紙する。
【００２７】
印字機構部８２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９１と従ガイドロッド９２とでキャリッジ９３を主走査方向に摺動自在に保持し、このキャリッジ９３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本発明に係るインクジェットヘッドからなる記録ヘッド９４を複数のインク吐出口（ノズル）を主走査方向と交差する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。またキャリッジ９３には記録ヘッド９４に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ９５を交換可能に装着している。
インクカートリッジ９５は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッドにインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド９４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。
【００２８】
ここで、キャリッジ９３は図６に示すように、後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド９１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９２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ９３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ９７で回転駆動される駆動プーリ９８と従動プーリ９９との間にタイミングベルト１００を張装し、このタイミングベルト１００をキャリッジ９３に固定しており、主走査モータ９７の正逆回転によりキャリッジ９３が往復駆動される。
【００２９】
一方、給紙カセット８４にセットした用紙８３をヘッド９４の下方側に搬送するために、給紙カセット８４から用紙８３を分離給装する給紙ローラ１０１及びフリクションパッド１０２と、用紙８３を案内するガイド部材１０３と、給紙された用紙８３を反転させて搬送する搬送ローラ１０４と、この搬送ローラ１０４の周面に押し付けられる搬送コロ１０５及び搬送ローラ１０４からの用紙８３の送り出し角度を規定する先端コロ１０６とを設けている。搬送ローラ１０４は副走査モータ１０７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【００３０】
そして、キャリッジ９３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１０４から送り出された用紙８３を記録ヘッド９４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１０９を設けている。この印写受け部材１０９の用紙搬送方向下流側には、用紙８３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１１１、拍車１１２を設け、さらに用紙８３を排紙トレイ８６に送り出す排紙ローラ１１３及び拍車１１４と、排紙経路を形成するガイド部材１１５，１１６とを配設している。
【００３１】
記録時には、キャリッジ９３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド９４を駆動することにより、停止している用紙８３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙８３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙８３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙８３を排紙する。
【００３２】
また、キャリッジ９３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド９４の吐出不良を回復するための回復装置１１７を配置している。回復装置１１７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ９３は印字待機中にはこの回復装置１１７側に移動されてキャッピング手段でヘッド９４をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
【００３３】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド９４の吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
【００３４】
このように、このインクジェット記録装置においては本発明を実施したインクジェットヘッドを搭載しているので、振動板駆動不良によるインク滴吐出不良がなく、安定したインク滴吐出特性が得られて、画像品質が向上する。
なお、上記実施形態においては、液滴吐出ヘッドとしてインクジェットヘッドに適用した例で説明したが、インクジェットヘッド以外の液滴吐出ヘッドとして、例えば、液体レジストを液滴として吐出する液滴吐出ヘッド、ＤＮＡの試料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッド（スポッタ）などの他の液滴吐出ヘッドにも適用することができる。
【００３５】
＜第４実施形態：マイクロポンプの実施例＞
本実施形態は、本発明の構成をマイクロポンプに応用したものである。本実施形態のエネルギー（圧力）発生素子として、本発明の静電型アクチュエータを採用した場合の動作原理を、図８を基にして説明する。
このマイクロポンプは、流動基板２０２と本発明に係る静電型アクチュエータを構成するアクチュエータ基板２０１とを有している。
図８に示すように、電極４が設けられた振動板５が複数設けられ、流路３３の中を流体が流れる構造となっている。図８では省略しているが振動板５は図２等に示されるように電極材料が絶縁膜に挟まれた積層構造になっている。
振動板５を図８に示す矢印で指し示したように、図中右側から左に順次駆動することによって流路３３内の流体は図６の矢印方向へ流れが生じ、流体の輸送が可能となる。本第４実施形態では、振動板を複数設けた例を示したが、振動板は一つでも良く、また輸送効率を上げるために流路の途中に弁などを設けても良い。このように、本発明では、電極間に働く静電力によって前記振動板を変形させるので、小型な低消費電力のマイクロポンプが実現できる。
【００３６】
＜第５実施形態：光学デバイスへの応用例＞
本実施形態は、本発明の構成を光学デバイスに応用したものである。図９に示すように、電極４が設けられた振動板３０が複数配列され、振動板３０はミラー３６（反射手段）をかねる。振動板３０の表面は反射率を増加させるため、誘電体多層膜や金属膜を用いて形成されていると良い。光源３１からの出射光はレンズ３４を通過後、ミラー３６に照射される。ミラー３６が駆動されていない場合、照射光は入射角と同じ角度で反射される。ミラー３６を駆動した場合、凹面ミラー３０となって図５に示すようにその反射光は発散光となる。このように本発明の静電型アクチュエータを用いた光学デバイスにより、光変調デバイスが実現できる。
【００３７】
この光学デバイスを応用した例を、図９及び図１０を用いて説明する。図９に示すように、光源３１からの光はレンズ３４を介してミラー３６に照射され、ミラー３６を駆動していないところに入射した光は、投影用レンズ３２へ入射する。一方電極４に電圧を印加してミラー３６を変形させているところは凹面ミラー３０となるので光は発散し投影用レンズ３２にほとんど入射しない。投影用レンズ３２に入射した光はスクリーン（図示しない）などに投影される。この構造を図１０に示すように２次元に配列し、それぞれのミラー３６を独立に駆動することによって、スクリーン等に画像を表示することができる。図１０では例として４×４の配列を示したが、さらに多数の配列を実現することも可能であり、個数はこれに限らない。このように、本発明では電極間に働く静電力によって前記振動板を変形させるので、小型で低消費電力の光変調デバイスが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明のアクチュエータの分解斜視図である。
【図２】組み立てられた装置の全体の断面図であり、（ａ）は図１のＸ−Ｘ’線における断面図であり、（ｂ）は図１のＹ−Ｙ’線における断面図であり、（ｃ）は図１のＺ−Ｚ’線における断面図である。
【図３】アクチュエータの製造方法について説明するための図である。
【図４】図３におけるアクチュエータの製造方法における犠牲層のエッチング液によってギャップが形成されていく様子を説明するための図である。
【図５】本発明に係るインクカートリッジの概略構成を示す図である。
【図６】インクジェット記録装置の斜視説明図である。
【図７】インクジェット記録装置の機構部の側面説明図である。
【図８】本発明の構成をマイクロポンプに応用した、そのポンプの動作原理を説明するための図である。
【図９】本発明の構成を光学デバイスに応用したそのデバイスの動作原理を説明するための図である。
【図１０】光学デバイスに応用したそのデバイスの応用例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３９】
１・・・第１基板（振動板基板、アクチュエータ基板）、
２・・・第２基板（液室基板）、
３・・・第３基板（ノズル基板）、
４・・・個別電極、５・・・振動板、５a・・・酸化膜、５ｂ・・・共通電極、
５ｃ・・・絶縁膜、５d・・・シリコン窒化膜、５e・・・ポリイミド膜、
６・・・吐出室、７・・・熱酸化膜、８・・・ノズル孔、９・・・流体抵抗溝、
１０・・・共通液室、１２・・・吐出したインク滴、１３・・・絶縁膜、
１４・・・ギャップ、１５・・・個別電極分離溝、１７・・・犠牲層分離溝、
２１・・・犠牲層
２１・・・犠牲層除去孔、２２・・・流路形成部材、２４・・・梁、
３０・・・凹面ミラー、３１・・・光源、３２・・・投影用レンズ、
３３・・・流路、３４・・・レンズ、３６・・・ミラー、
４０・・・印刷媒体（印刷紙）、６１・・・インクジェットヘッド、
６２・・・インクタンク
８１・・・装置本体、８２・・・印字機構部、８３・・・用紙、
８４・・・給紙カセット、８５・・・手差しトレイ、８６・・・排紙トレイ、
９１・・・主ガイドロッド、９２・・・従ガイドロッド、
９３・・・キャリッジ、９４・・・記録ヘッド、
９５・・・インクカートリッジ、９７・・・主走査モータ
９８・・・駆動プーリ、９９・・・従動プーリ、
１００・・・タイミングベルト、１０１・・・給紙ローラ、
１０２・・・フリクションパッド、１０３・・・ガイド部材、
１０４・・・搬送ローラ、１０５・・・搬送コロ、１０６・・・先端コロ、
１０９・・・印写受け部材、１１１・・・搬送コロ、１１２・・・拍車、
１１３・・・排紙ローラ、１１４・・・拍車、
１１５、１１６・・・ガイド部材、１１７・・・回復装置、
２０１・・・アクチュエータ基板、２０２・・・流路基板（流路形成部材）、
３００・・・シリコン基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース基板上に変形可能な振動板とこれに所定のギャップを介して対向する電極とを備え、前記振動板を静電力により変形させる静電型アクチュエータにおいて、
前記ギャップは前記ギャップと略同じ高さにエッチングにより形成された梁で囲まれ、前記梁は複数の層からなることを特徴とする静電型アクチュエータ。
【請求項２】
前記複数の層からなる梁の主成分がシリコンであることを特徴とする請求項１に記載の静電型アクチュエータ。
【請求項３】
ベース基板上に変形可能な振動板とこれに所定のギャップを置いて対向する電極とを備え、前記振動板を静電力で変形させる静電型アクチュエータの製造方法において、
複数の層からなる犠牲層を成膜する工程と、
前記犠牲層の積層方向に所定の大きさに分離してギャップにする部と梁とを形成し、前記犠牲層の表面と前記分離する部分にエッチング液に対して耐エッチング性を有する膜で被覆する工程と、
前記ギャップにする部を前記エッチング液で除去するエッチング工程とを有し、
前記エッチング工程において前記ギャップ部の１層を他の層よりも早くエッチングするようにしたことを特徴とする静電型アクチュエータの製造方法。
【請求項４】
前記犠牲層は、その成膜温度を調整して膜状に２層以上積層させその主成分がシリコンとなるように形成することを特徴とする請求項３に記載の静電型アクチュエータの製造方法。
【請求項５】
前記犠牲層は前記エッチング工程で他の層よりも早くエッチングされる層を前記犠牲層の中央部に設けることを特徴とする請求項３または４に記載の静電型アクチュエータの製造方法。
【請求項６】
液滴を吐出するノズルが連通する加圧液室内の液体を静電型アクチュエータにより加圧して前記液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドにおいて、請求項１又は２に記載の静電型アクチュエータを構成するアクチュエータ基板と前記加圧液室を形成する流路形成部材とを備えていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
液滴を吐出する液滴吐出ヘッドとこの液滴吐出ヘッドに液体を供給する液体タンクを一体化した液体カートリッジにおいて、前記液滴吐出ヘッドが請求項６に記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とする液体カートリッジ。
【請求項８】
請求項６に記載の液滴吐出ヘッド、もしくは請求項７に記載の液体カートリッジを搭載したことを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
流路の液体を静電型アクチュエータで加圧して前記液体を輸送するマイクロポンプにおいて、請求項１又は２に記載の静電型アクチュエータを構成するアクチュエータ基板と前記流路を形成する流路形成部材とを備えていることを特徴とするマイクロポンプ。
【請求項１０】
光を反射するミラーを静電型アクチュエータで変形させて前記光の反射方向を変化させる光学デバイスにおいて、請求項１又は２に記載の静電型アクチュエータを構成するアクチュエータ基板を備えていることを備えていることを特徴とする光学デバイス。
【請求項１】
ベース基板上に変形可能な振動板とこれに所定のギャップを介して対向する電極とを備え、前記振動板を静電力により変形させる静電型アクチュエータにおいて、
前記ギャップは前記ギャップと略同じ高さにエッチングにより形成された梁で囲まれ、前記梁は複数の層からなることを特徴とする静電型アクチュエータ。
【請求項２】
前記複数の層からなる梁の主成分がシリコンであることを特徴とする請求項１に記載の静電型アクチュエータ。
【請求項３】
ベース基板上に変形可能な振動板とこれに所定のギャップを置いて対向する電極とを備え、前記振動板を静電力で変形させる静電型アクチュエータの製造方法において、
複数の層からなる犠牲層を成膜する工程と、
前記犠牲層の積層方向に所定の大きさに分離してギャップにする部と梁とを形成し、前記犠牲層の表面と前記分離する部分にエッチング液に対して耐エッチング性を有する膜で被覆する工程と、
前記ギャップにする部を前記エッチング液で除去するエッチング工程とを有し、
前記エッチング工程において前記ギャップ部の１層を他の層よりも早くエッチングするようにしたことを特徴とする静電型アクチュエータの製造方法。
【請求項４】
前記犠牲層は、その成膜温度を調整して膜状に２層以上積層させその主成分がシリコンとなるように形成することを特徴とする請求項３に記載の静電型アクチュエータの製造方法。
【請求項５】
前記犠牲層は前記エッチング工程で他の層よりも早くエッチングされる層を前記犠牲層の中央部に設けることを特徴とする請求項３または４に記載の静電型アクチュエータの製造方法。
【請求項６】
液滴を吐出するノズルが連通する加圧液室内の液体を静電型アクチュエータにより加圧して前記液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドにおいて、請求項１又は２に記載の静電型アクチュエータを構成するアクチュエータ基板と前記加圧液室を形成する流路形成部材とを備えていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
液滴を吐出する液滴吐出ヘッドとこの液滴吐出ヘッドに液体を供給する液体タンクを一体化した液体カートリッジにおいて、前記液滴吐出ヘッドが請求項６に記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とする液体カートリッジ。
【請求項８】
請求項６に記載の液滴吐出ヘッド、もしくは請求項７に記載の液体カートリッジを搭載したことを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
流路の液体を静電型アクチュエータで加圧して前記液体を輸送するマイクロポンプにおいて、請求項１又は２に記載の静電型アクチュエータを構成するアクチュエータ基板と前記流路を形成する流路形成部材とを備えていることを特徴とするマイクロポンプ。
【請求項１０】
光を反射するミラーを静電型アクチュエータで変形させて前記光の反射方向を変化させる光学デバイスにおいて、請求項１又は２に記載の静電型アクチュエータを構成するアクチュエータ基板を備えていることを備えていることを特徴とする光学デバイス。
【図１】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−１７９１７（Ｐ２０１０−１７９１７Ａ）
【公開日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７９５５８（Ｐ２００８−１７９５５８）
【出願日】平成２０年７月９日（２００８．７．９）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月９日（２００８．７．９）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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