静電型アクチュエータ、液体吐出ヘッド及び画像形成装置
【課題】空隙内圧と大気圧の差圧解消や信頼性向上を目的とする空隙内へのガス導入を行う大気開放部を封止するときに封止材が不必要な部分に流れ出して接合不良、接続不良、特性不良を起こす。
【解決手段】空隙１３に連通する連通路１５と、連通路１５を外部に連通させる大気開放孔４２を有する大気開放部１６と、大気開放部１６の大気開放孔４２を封止する封止材３６と、大気開放部１６の周囲を囲む凸段差部３７とが設けられ、大気開放孔４２を通じてガス導入を行った後に封止材３６で大気開放孔４２を封止するとき、封止材３６の流動性が残っている段階でも凸段差部３７で堰きとめられて、大気開放部１６以外の箇所への流れ出しが防止される。
【解決手段】空隙１３に連通する連通路１５と、連通路１５を外部に連通させる大気開放孔４２を有する大気開放部１６と、大気開放部１６の大気開放孔４２を封止する封止材３６と、大気開放部１６の周囲を囲む凸段差部３７とが設けられ、大気開放孔４２を通じてガス導入を行った後に封止材３６で大気開放孔４２を封止するとき、封止材３６の流動性が残っている段階でも凸段差部３７で堰きとめられて、大気開放部１６以外の箇所への流れ出しが防止される。
【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、液体吐出ヘッド及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、プリンタ、ファックス、コピア、プロッタ、或いはこれらの内の複数の機能を複合した画像形成装置としては、例えば、インクの液滴を吐出する液体吐出ヘッドで構成した記録ヘッドを備え、媒体（以下「用紙」ともいうが材質を限定するものではなく、また、被記録媒体、記録媒体、転写材、記録紙なども同義で使用する。）を搬送しながら、インク滴を用紙に付着させて画像形成（記録、印刷、印写、印字も同義語で用いる。）を行なうものがある。
【０００３】
なお、「画像形成装置」は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の媒体に液体を吐出して画像形成を行う装置を意味し、また、「画像形成」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与する（単に液滴を吐出する液体吐出装置を含む）ことをも意味する。また、「インク」とは、狭義のインクに限るものではなく、吐出されるときに液体となるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、ＤＮＡ、処理液、試料、レジスト、パターン材料なども含まれる。
【０００４】
液体吐出ヘッドとしては、電気機械変換素子などの圧電型アクチュエータを用いたもの、電気熱変換素子に膜沸騰を利用するサーマル型アクチュエータを用いたもの、振動板と電極間の静電力を利用する静電型アクチュエータを用いたものなどがあり、この中でも静電型アクチュエータを用いたヘッドは、小型化、高速化、高密度化、省電力化において他の方式のヘッドに比べて優位であるという利点を有している。
【０００５】
このような、静電型アクチュエータを用いた液体吐出ヘッドにおいては、振動板と電極との間の空隙（ギャップ）の寸法（ギャップ長）精度がその特性に大きく影響を及ぼし、特に、画像形成装置に使用する液体吐出ヘッドの場合、各アクチュエータの特性のバラツキが大きければ、印字精度、画質の再現性が著しく低下することとなる。そこで、特許文献１に記載されているような２枚の基板を接合する構成ではギャップ精度が低下することから、特許文献１、２に記載されているように犠牲層エッチングでギャップを形成することが行われる。
【０００６】
そして、静電型アクチュエータにおいては、空隙内圧と大気圧の差圧解消あるいはアクチュエータの信頼性向上を目的として、空隙内へのガス導入のために各空隙を連通する連通路を設けることが行われている。例えば、特許文献２に開示されているように、アクチュエータの耐久性を向上させる目的で振動板と個別電極との空隙内部に疎水膜を形成する為に、アクチュエータ空隙と連通する連通路と、この連通路を外部に連通させる大気開放部を設けて、この大気開放部から連通路を介して疎水膜となるガス、液体をアクチュエータ空隙に導入し、空隙内部表面に疎水膜を形成後、大気開放部を封止材で封止したものが知られている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−７７８６４号公報
【特許文献２】特開２００８−０７７８４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、例えば、特許文献２に記載されている静電型アクチュエータ基板にあっては、アクチュエータ空隙、連通路、大気開放部の空隙を一度の犠牲層エッチングプロセスで形成されており、大気開放部から疎水膜となるガスや液体をアクチュエータ空隙に導入する場合、大気開放部のアクチュエータの振動板に相当する部分に大気開放孔を開口する必要がある。
【０００９】
一方、アクチュエータ空隙内へ疎水膜を形成した後は、疎水膜となるガスをアクチュエータ空隙内に閉じ込める必要があり、また開口した大気開放孔から大気中水分や異物の混入を防ぐために封止材、例えばエポキシ系接着剤、で大気開放孔を封止し、アクチュエータ空隙内を密閉する必要がある。
【００１０】
ところが、大気開放孔を封止するとき、封止材が本来封止を必要としない、例えば他の基板が接合する部分や外部への電極取り出し端子（パッド）となる部分、あるいは振動板領域に付着して、他の基板との接合や電気接続の障害、動作不良、接合不良、接続不良、特性不良などを引き起こしてしまうという課題がある。
【００１１】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、大気開放部の封止に伴って封止材が不必要な箇所に及ばないようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明に係る静電型アクチュエータは、
変形可能な振動板及びこの振動板に空隙を介して対向する電極を備える静電型アクチュエータにおいて、
前記空隙に連通する連通路と、
前記連通路を外部に連通させる大気開放孔を有する大気開放部と、
前記大気開放部の大気開放孔を封止する封止材と、
前記大気開放部の周囲を囲む凸段差部と、が設けられている
構成とした。
【００１３】
ここで、前記凸段差部は二重以上設けられている構成とできる。
【００１４】
また、前記凸段差部はアクチュエータを構成する１又は２以上の構成膜で形成されている構成とできる。
【００１５】
本発明に係る液体吐出ヘッドは、本発明に係る静電型アクチュエータを備えたものである。
【００１６】
本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えたものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る静電型アクチュエータによれば、大気開放部の周囲を囲む凸段差部が設けられているので、大気開放孔を封止する封止材が不必要な箇所に及ぶことが防止され、封止材が他の不必要な箇所の及ぶことで生じる動作不良、接合不良、接続不良、特性不良などを防止できる。
【００１８】
本発明に係る液体吐出ヘッドによれば、本発明に係る静電型アクチュエータを備えているので、信頼性の高い静電型液体吐出ヘッドを得ることができる。
【００１９】
本発明に係る画像形成装置によれば、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているので、信頼性の高い静電型液体吐出ヘッドを備える画像形成装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。図１は本発明に係る液体吐出ヘッドの斜視説明図、図２は同ヘッドの分解斜視説明図、図３は図１の面Ｓ１に沿う液室長辺方向の断面説明図、図４は図１の面Ｓ２に沿う液室長辺方向の断面説明図である。
【００２１】
この液体吐出ヘッド１００は、基板面部に設けたノズル孔から液滴を吐出させるサイドシュータタイプのものであり、第１の基板であるアクチュエータ基板１と第２の基板である流路基板２と第３の基板であるノズル基板３を順次積層して構成し、これら３枚の基板１〜３を接合して液滴吐出を吐出するノズル４がノズル連通路５を介して連通する液室（吐出室）６と、液室６にインクを供給するための流体抵抗部７及び共通液室８を形成している。各液室は液室間隔璧９で仕切られている。
【００２２】
アクチュエータ基板１は、図２に示すように、液室６の一部の壁面を形成する振動板領域（変形可能領域）１２Ａを形成する振動板１２と、この振動板１２の振動領域１２Ａを犠牲層エッチングによって形成した空隙（ギャップ）１３を介して対向する個別電極１４を備え、これらの振動板１２と個別電極１４によって各液室６に対応する静電型アクチュエータを構成する。
【００２３】
また、アクチュエータ基板１には、ノズル４の並び方向に、各空隙１３を相互に連通させるとともにアクチュエータ基板１自体の外部又は連通させるための共通連通路（連通管）１５を形成し、この共通連通路１５に個別連通路１５Ａを介して空隙１３を連通させ、共通連通路１５の他端部は共通連通路１５を大気に開放するための大気開放部１６に連通されている。この大気開放部１６はアクチュエータ基板１を形成した段階で封止剤によって封止される。
【００２４】
のアクチュエータ基板１は、図３に示すように、シリコン基板２１上に絶縁膜２２を介して個別電極１４となるエッチング可能な電極形成層２４を形成し、この電極形成層２４上に絶縁膜２５を形成し、更に絶縁膜２５上に空隙１３と共通連通路１５と個別連通路１５Ａ及び大気開放部１６の大気開放空隙を形成する為の犠牲層２７を形成し、この犠牲層２７上に絶縁膜２８を形成して、この絶縁膜２８に、図４に示すように、犠牲層除去孔２９を形成し、この犠牲層除去孔２９から犠牲層２７を除去して空隙１３と共通連通路１５と個別連通路１５Ａ及び大気開放部１６の大気開放空隙を形成するとともに絶縁膜２８上に振動板部材３０を積層形成している。
【００２５】
なお、個別電極１４の表面に形成した絶縁膜２５は、振動板１２との電気的短絡を防止するとともに、空隙１３を形成するために犠牲層エッチング時に個別電極１４を保護するためのものである。また、振動板１２側の絶縁膜２８も個別電極１４との電気的短絡を防止するとともに、空隙１３を形成するための犠牲層エッチング時に絶縁膜２８上に形成される振動板部材３０の一部の層を保護するためのものである。また、アクチュエータ基板１には流路基板２の共通液室８に外部からインクを供給するための供給口１８を形成している。
【００２６】
アクチュエータ基板１の上に接合する流路基板２は、例えば、結晶方位（１１０）のシリコン基板に、液室(吐出室)５と、各々の液室６に流体抵抗部７を介して連通する溝部又は凹部からなる共通液室８を設けている。
【００２７】
流路基板２の上に接合するノズル基板３は、例えば、厚さ５０μｍのニッケルを用い、ノズル４はドライ又はウェットエッチングやレーザー加工など周知の方法で形成することができる。
【００２８】
このように構成した液体吐出ヘッド１００においては、各液室６内にインクが満たされた状態で、図示しない制御部から画像データに基づいて、インク滴の吐出を行うノズル４に対応する個別電極１４に対して、駆動パルス発生回路により、４０Ｖのパルス電圧を印加する。この電圧を印加することにより、個別電極１４に表面にプラス電荷が帯電し、個別電極１４と、振動板電極を含む振動板１２との間に静電力による吸引作用が働いて、振動板１２が下方に撓む。これにより、液室６の容積が広げられことから、その容積分のインクが共通液室９より流体抵抗部７を介して液室６へ流入する。
【００２９】
その後、個別電極１４へ印加するパルス電圧を０Ｖにする（印加を止める）ことにより、静電力により下方に撓んでいた振動板１２は自身の剛性により元の位置へ戻る。これにより、液室６内の圧力が急激に上昇して、液室６に連通するノズル４よりインク滴が吐出される。そして、この動作を繰り返してノズル４から液滴を連続的に吐出することにより、液体吐出ヘッド１００に対向して配置した被記録媒体（用紙）に画像を形成する。
【００３０】
ここで、静電型アクチュエータにおいて、個別電極１４と振動板１２との間に作用する静電力は、Ｆ：電極間に働く静電力、ε：誘電率、Ｓ：電極の対向する面の面積、ｄ：電極間距離、Ｖ：印加電圧としたとき、次の（１）式で与えられる。
【００３１】
【数１】
【００３２】
すなわち、静電力Ｆは、電極間距離ｄの２乗に反比例し、印加電圧Ｖの２乗に正比例していることがかわる。従って、静電型アクチュエータ又はそれを搭載した液滴吐出ヘッド１００の駆動電圧の低電圧化を図るためには、個別電極１４と振動板１２との間隔(空隙高さ：ギャップ長)を小さくすることが重要となる。
【００３３】
そこで、前述したように、空隙１３を犠牲層エッチングで形成することにより、微小な空隙間隔を精度良くバラツキなく安定して形成することができるので、各アクチュエータ間での動作特性のバラツキが少なく静電型アクチュエータを得ることができ、また、この静電型アクチュエータを液体吐出ヘッド１００に適用することによりノズル４間での液滴吐出特性にバラツキが少なくなって、高品質画像を形成することができる。
【００３４】
次に、この液体吐出ヘッドにおける本発明の第１実施形態に係る静電型アクチュエータについて図５ないし図１０をも参照して説明する。なお、図５は同アクチュエータにおけるアクチュエータ基板１を透過状態で示す平面説明図、図６は図５のＸ１−Ｘ１線に沿う断面説明図、図７は図５のＸ２−Ｘ２線に沿う断面説明図、図８はアクチュエータ基板１の大気開放部の平面説明図、図９は図８のＸ３−Ｘ３線に沿う断面説明図、図１０は図８のＹ３−Ｙ３線に沿う断面説明図である。
【００３５】
このアクチュエータ基板１の振動板１２は、前述したように絶縁膜２８及び振動板部材３０で構成され、この振動板部材３０の振動板領域１２Ａは、図５に示すように、分離溝３１で分離されている。この振動板部材３０は、図６に示すように、絶縁膜２８上に振動板電極（上部電極）３２と膜剛性調整膜（窒化膜）３３と撓み防止膜３４及び樹脂膜３５を順次積層して形成している。また、シリコン基板２１表面に形成した絶縁膜２２上の各振動板領域１２Ａは、図５に示すように、短辺長ａ及び長辺長ｂは、例えば短辺長ａが６０μｍ、長辺長ｂが１０００μｍとしている。
【００３６】
これらの振動板領域１２Ａと個別電極１４との間の空隙１３は、犠牲層エッチングで形成する。犠牲層エッチングでは、絶縁膜２５上に空隙１３の高さ厚みを有する犠牲層２７を形成した後、絶縁膜２８と振動板電極３２と膜剛性調整膜(窒化膜)３３を順次積層形成して、これらを貫通する犠牲層除去孔２９を形成し、この犠牲層除去孔２９を介して空隙１３部分の犠牲層２７を除去する。
【００３７】
また、この犠牲層２７を除去する犠牲層エッチングでは、空隙１３形成とともに共通連通路１５及び個別連通路１５Ａと大気開放部１６の大気開放空隙４１を形成する。このように、振動板−電極間の空隙１３、共通連通路１５及び個別連通路１５Ａと、大気開放部１６の大気開放空隙４１を同じ犠牲層を除去して同時形成することによって、それぞれの空隙又は通路を相互に連通させることができ、構成が簡単で、製造工数が少なく、量産性、歩留まりが向上する。
【００３８】
ここで、犠牲層除去孔２９は、図５に示すように、振動板領域１２Ａの長辺方向に等間隔で配置するとともに、振動板領域１２Ａの短辺長ａ以下の間隔で、かつ、振動板領域１２Ａの対向する辺の同一に形成している。犠牲層エッチングは、等方性のため、振動板領域１２Ａの中央に犠牲層除去孔２９が並んでいる方が犠牲層除去効率が高く、処理時間が短縮できるが、振動板領域１２Ａに犠牲層除去孔２９があると、アクチュエータの振動特性に影響を及ぼす可能性があるため、犠牲層除去孔２９は振動板領域１２Ａの外側に配置することが好ましい。また、犠牲層除去孔２９を複数配置することにより、効率的に犠牲層２７を除去することができて空隙１３を効率良く形成することができる。
【００３９】
また、大気開放部１６の大気開放空隙４１を形成するための犠牲層除去孔２９については、図８ないし図１０に示すように振動板領域１２Ａとの面積比を考慮して、効率良く犠牲層２７が除去されるように犠牲層除去孔２９を配置する。
【００４０】
そして、犠牲層エッチング後は、犠牲層除去孔２９が膜撓み防止膜３４で完全封止する。その後、図示しないが外部電極への取り出しのための配線と、共通液室８にインクを供給する供給口１８を形成し、液滴と接液する樹脂膜３５を形成する。このとき、外部電極への取り出しのための配線形成工程で、同時に大気開放部１６の大気開放孔４２の周囲を取り囲むように、凸段差部３７を形成し、この凸段差部３７と大気開放部１６で凹部となるようにする。
【００４１】
さらに、大気開放部１６に内部の大気開放空隙４１に通じる大気開放孔４２を開口し、大気開放孔４２と大気開放空隙４１との共通連通路１５及び個別連通路１５Ａを通して空隙１３の大気開放、あるいは空隙１３へのヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）などの疎水膜形成材料の導入を行う。このとき、大気開放部１６領域の大気開放孔４２を形成するためには、レーザー法や物理的に大気開放部１６領域の振動板１２を除去する。あるいは、微細加工が可能なリソエッチ法で大気開放部１６の大気開放孔４２を形成すると、レーザー法や物理的方法に比べて、大気開放部１６の面積が小さくでき、また異物発生が抑えられるだけでなく、表面状態が平易なため、次工程への影響がほとんどないためより好ましい。
【００４２】
大気開放や疎水膜形成材料を導入後、エポキシ系樹脂などで大気開放部１６の大気開放孔４２を完全に封止する。
【００４３】
ここで、大気開放部１６の大気開放孔４２の封止時に、封止材が硬化までに流動し本来封止を必要としない、例えば他の基板が接合する部分や外部への電極取り出し端子（パッド）となる部分、あるいは、振動板領域に流動し付着してしまうと、他の基板との接合や電気接続の障害、動作不良となり、接合不良、接続不良、特性不良を起こしてしまう。また、封止材３６が流動することにより、大気開放孔４２を十分封止性を確保した状態で封止できないことがあり、耐久性の経時劣化等の信頼性に係る問題も起こる。
【００４４】
そこで、本発明のように、凸段差部３７で大気開放部１６の周囲を取り囲む構成にしておくことで、封止材３６が凸段差部３７で囲まれた領域で留まり、且つ、大気開放孔４２を十分の膜厚をもって封止できる。これにより、動作不良のない静電型アクチュエータが得られ、また、静電型アクチュエータの製造歩留まりが向上し、安定した静電型アクチュエータが得られる。
【００４５】
次に、アクチュエータ基板の製造工程について図１１ないし図１８を参照して説明する。図１１は図５のＸ１−Ｘ１線に沿う部分を示す製造工程の断面説明図、図１２は図１１に続く製造工程の断面説明図、図１３は図５のＸ２−Ｘ２線に沿う部分を示す製造工程の断面説明図、図１４は図１３に続く製造工程の断面説明図、図１５は図８のＸ３−Ｘ３線に沿う部分を示す製造工程の断面説明図、図１６は図１５に続く製造工程の断面説明図、図１７は図８のＹ３−Ｙ３線に沿う部分を示す製造工程の断面説明図、図１８は図１７に続く製造工程の断面説明図である。
【００４６】
図１１、図１３、図１５、図１７の各（ａ）に示すように、例えば厚さ４００μｍのシリコン（Ｓｉ）基板２１に表面（ここでは両面）に厚さ１．５μｍの絶縁膜（熱酸化膜）２２を形成し、この絶縁膜２２上に個別電極１４を形成する電極形成層として、リンドープポリシリコン（大気開放部１６の部分での符号１４Ａ）を厚さ０．３μｍに成膜する。
【００４７】
そして、ポリシリコン（電極形成層）をリソエッチ法によって分離溝４０を形成して、個別電極１４と隔壁を構成する部分５１とに分離及びパターニングするとともに、後にシリコン基板２１に貫通した供給口１８を形成する部分５３を除去する。その後、ＣＶＤ酸化膜を厚さ０．１μｍで堆積させて、ポリシリコンで形成された個別電極１４と隔壁を構成する部分５１上及び分離溝４０内に絶縁膜２５を形成する。そして、後に共通連通路１５を形成する部分５４と個別連通路１５Ａを形成する部分及び大気開放空隙４１を形成する部分５５の絶縁膜２５をリソエッチ法により除去する。
【００４８】
次に、図１１、図１３、図１５、図１７の各（ｂ）に示すように、絶縁間膜２５上に犠牲層２７として、ノンドープポリシリコンを空隙である０．２μｍの厚さにＣＶＤ法により成膜する。そして、ポリシリコンをリソエッチ法により空隙１３となる部分５７と隔壁を構成する部分５８と個別連通路１５Ａとなる部分５９と共通連通路１５となる部分６０とに分離及びパターニングし分離溝６１を形成するとともに、供給口１８となる部分５３に対応する部分を除去する。
【００４９】
このとき、大気開放部１６となる部分では、図１５、図１７の各（ｂ）に示すように、大気開放空隙４１となる部分７０と隔壁を構成する部分７１とに分離及びパターニングして分離溝６１を形成する。このように、犠牲層を形成する材料をポリシリコンとすることにより、犠牲層除去工程として一般的に知られた汎用技術を用いることができ、他材料との選択性があり、プロセスの自由度が高く、低コストで、量産性に優れ、安定したアクチュエータを得ることができる。
【００５０】
この犠牲層２７の形成、分離及びパターニング後、空隙１３となる部分５７と隔壁を構成する部分５８と個別連通路１５Ａ及び共通連通路１５となる部分５９，６０上に、また、大気開放部１６の大気開放空隙４１となる部分７０と共通連通路となる部分５９と隔壁を構成する部分７１上にＣＶＤ酸化膜を堆積させて絶縁膜２８を厚さ０．１μｍで形成する。このとき絶縁膜２８は分離溝６１内にも形成される。
【００５１】
次に、図１１、図１３、図１５、図１７の各（ｃ）に示すように、絶縁膜２８上に振動板電極層３２となるリンドープポリシリコン層を厚さ０．１μｍで形成し、このポリシリコン層をリソエッチ法により、振動板電極層３２と、隔壁を構成する部分６１とに分離するとともに、供給口１８となる部分５３は除去して開口を形成する。
【００５２】
このとき、同時に犠牲層２７と同じ材料からなる振動板電極層３２が犠牲層エッチング時にエッチングされないようにするため、後に形成する犠牲層除去孔２９よりも大きな開口径を有する開口６２を形成する。また、大気開放部１６となる部分では、図１５、図１７の各（ｃ）に示すように、振動板電極層３２となるポリシリコン層をリソエッチ法により、分離及びパターニングし、後に形成する犠牲層除去孔２９よりも大きな開口６２を形成する。そして、振動板電極層３２上に振動板１２の剛性調整層３３として、ＬＰ−ＣＶＤ法により０．１５μｍの厚さの窒化膜を堆積させる。この窒化膜からなる剛性調整膜３３は、開口６２内にも形成されることで振動板電極層３２の開口６２端面側を被覆する。
【００５３】
その後、図１１、図１３、図１５、図１７の各（ｄ）に示すように、リソエッチ法により膜剛性調整層３３である窒化膜及び絶縁膜２８を通じて開口径２μｍの犠牲層除去孔２９を形成し、また、供給口１８となる部分の膜剛性調整層（窒化膜）３３と絶縁膜２５及び絶縁膜２８を除去して供給口１８の加工孔６３を形成する。そして、例えば、ＳＦ６プラズマ処理や、ＸｅＦ２ガスによるドライエッチなどの犠牲層エッチングを行って空隙１３となる部分５７の犠牲層２７を完全に除去することにより、空隙１３と個別連通路１５Ａ及び共通連通路１５を形成する。なお、犠牲層エッチングをドライエッチでおこなっているが、ＴＭＡＨ溶液、ＫＯＨ溶液のウェットエッチ法を用いても構わない。
【００５４】
このとき、大気開放部１６でも図１５、図１７の各（ｄ）に示すように、リソエッチ法により剛性調整層３３である窒化膜及び絶縁膜２８を通じて開口径２μｍの犠牲層除去孔２９を形成する。犠牲層エッチングによって、大気開放空隙４１となる部分５５と共通連通路１５が形成される。
【００５５】
次に、図１２、図１４、図１６、図１８の各（ａ）に示すように、犠牲層除去孔２９の封止を目的として、常圧ＣＶＤ法により膜撓み防止膜３４を形成する。このときの膜厚は、犠牲層除去孔２９を封止可能な膜厚、例えば厚さ０．６μｍとする。この工程を実施することにより空隙１３及び大気開放空隙４１は封止されて外気と完全に遮断される。
【００５６】
その後、外部に電極を取り出すためにＡｌ材料を用いて電極取出し配線パターンを形成する。このとき、図１６、図１８の各（ｂ）に示すように配線形成工程で同時に大気開放部１６を取り囲むように配線層で凸段差部３７を形成する。
【００５７】
次に、図１２、図１４の各（ｂ）に示すように、リソエッチ法により供給口１８となる部分の封止膜（膜撓み防止膜）３４を除去した後、異方性エッチ、例えば、ＩＣＰエッチャーにより、シリコン基板２１を表面から背面まで貫通するようにエッチングし、供給口１８を形成する。ここで、異方性エッチで供給口１８を形成することにより、加工形状制御性、微細加工性及び加工精度並びに高密度化の面等において高い効果を得ることができる。
【００５８】
その後、図１２、図１４、図１６、図１８の各（ｃ）に示すように、アクチュエータ基板表面全体に被覆性の優れた蒸着重合法により接液膜として樹脂膜３５を厚さ１μｍで成膜する。その後、図示しない電極配線取り出しパッド部と図１６、図１８の各（ｃ）に示す大気開放部１６をリソエッチ法で開口する。ここで、樹脂膜３５として用いる材料としては、例えば、ＰＢＯ膜(ポリベンゾオキサゾール)、ポリイミド膜、ポリパラキシリレンなどが挙げられるが、液滴に対する耐腐食性がり、蒸着重合法で形成できる材料であれば他のものでもよい。
【００５９】
次に、図１６、図１８の各（ｇ）に示すように、リソエッチ法により大気開放孔４２を開口する。これにより、空隙１３は個別連通路１５Ａと共通連通路１５と大気開放空隙４１及び大気開放孔４２を介して大気に連通する。
【００６０】
そこで、静電型アクチュエータの信頼性を向上させるために、例えば撥水材料であるヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）を大気開放孔４２から大気開放空隙４１と共通連通路１５と個別連通路１５Ａを介して空隙１３内へ導入する。
【００６１】
その後、硬化樹脂３６により大気開放孔４２を封止する。このとき、大気開放孔１６を取り囲むように形成した凸段差部３７により、硬化するまで流動性のある硬化樹脂３６が大気開放部１６以外へ広がらず、確実に大気開放孔４２を封止することができる。
【００６２】
以上の工程より、本発明に係る静電型アクチュエータを形成したアクチュエータ基板１が完成する。そして、このアクチュエータ基板１と、流路基板２とノズル基板３を順次積層することにより、静電型アクチュエータを含む液体吐出ヘッド１００を製造することができる。
【００６３】
次に、本発明の静電型アクチュエータに係る第２実施形態について図１９ないし図２１を参照して説明する。図１９は同実施形態におけるアクチュエータ基板の大気開放部の平面説明図、図２０は図１９のＸ４−Ｘ４線に沿う断面説明図、図２１は図１９のＹ４−Ｙ４線に沿う断面説明図である。
【００６４】
アクチュエータ基板１の大気開放部１６の凸段差部３８は、配線層と接液膜（樹脂膜）３５の積層構造で形成されており、前記実施形態の配線層単層のみで形成した凸段差部３７よりも凸段差部３８の高さが高くなっている。
【００６５】
したがって、流動性の硬化樹脂３６の大気開放部１６以外への広がりを更に確実に抑えることができるとともに、大気開放孔４２の更なる確実な封止が可能となることから、製造歩留まりが低下することを防ぐことができる。
【００６６】
次に、本発明の静電型アクチュエータに係る第３実施形態について図２２ないし図２４を参照して説明する。図２２は同実施形態におけるアクチュエータ基板の大気開放部の平面説明図、図２３は図２２のＸ５−Ｘ５線に沿う断面説明図、図２４は図２２のＹ５−Ｙ５線に沿う断面説明図である。
【００６７】
アクチュエータ基板１の大気開放部１６の凸段差部３９は、配線層と接液膜（樹脂膜）３５の積層構造で形成されており、且つ凸段差部３９には溝４０が形成されている。つまり、凸段差部３９は凸段差部３９ａ、３９ｂからなる二重構造としている。このアクチュエータ基板１は、硬化樹脂３６が大気開放部１６の凸段差部３９の内側の凸段差部３９ａから溢れた場合でも、外側の凸段差部３９ｂとの間の溝４０内でとどまり、流動性のある硬化樹脂３６が大気開放部１６以外への広がりを前記各実施形態の凸段差部構成よりさらに確実に抑えることができる。
【００６８】
以上より、従来技術では困難であった良好な生産性、及び生産効率を有する高精度、高密度、且つ高い信頼性を持った圧力発生機構を備えたアクチュエータ基板が実現できる。
【００６９】
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの他の実施形態としての液体カートリッジ一体型液体吐出ヘッドについて図２５を参照して説明する。
この液体カートリッジ一体型ヘッド８０は、ノズル８１等を有する本発明に係るヘッド部８２と、このヘッド部８２に対して記録液（インク）を供給するインクタンク（液体タンク）８３とを一体化したものである。これにより、信頼性の高い静電型アクチュエータを備えた液体カートリッジ一体型液体吐出ヘッドを得ることができる。
【００７０】
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドを搭載した本発明に係る画像形成装置の一例について図２６及び図２７を参照して説明する。なお、図２６は同画像形成装置の全体構成を説明する側面説明図、図２７は同装置の要部平面説明図である。
【００７１】
この画像形成装置は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材であるガイドロッド１０１とガイドレール１０２とでキャリッジ１０３を主走査方向に摺動自在に保持し、主走査モータ１０４で駆動プーリ１０６Ａと従動プーリ１０６Ｂ間に架け渡したタイミングベルト１０５を介して矢示方向（主走査方向）に移動走査する。
【００７２】
このキャリッジ１０３には、例えば、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の各色の記録液の液滴（インク滴）を吐出する独立した４個の本発明に係る液体吐出ヘッド１０７ｋ、１０７ｃ、１０７ｍ、１０７ｙで構成した記録ヘッド１０７を主走査方向に沿う方向に配置し、液滴吐出方向を下方に向けて装着している。なお、ここでは独立した液体吐出ヘッドを用いているが、各色の記録液の液滴を吐出する複数のノズル列を有する１又は複数のヘッドを用いる構成とすることもできる。また、色の数及び配列順序はこれに限るものではない。
【００７３】
キャリッジ１０３には、記録ヘッド１０７に各色のインクを供給するための各色のサブタンク１０８を搭載している。このサブタンク１０８にはインク供給チューブ１０９を介して図示しないメインタンク（インクカートリッジ）からインクが補充供給される。
【００７４】
一方、給紙カセット１１０などの用紙積載部（圧板）１１１上に積載した被記録媒体（用紙）１１２を給紙するための給紙部として、用紙積載部１１１から用紙１１２を１枚ずつ分離給送する半月コロ（給紙ローラ）１１３及び給紙ローラ１１３に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド１１４を備え、この分離パッド１１４は給紙ローラ１１３側に付勢されている。
【００７５】
そして、この給紙部から給紙された用紙１１２を記録ヘッド１０７の下方側で搬送するための搬送部として、用紙１１２を静電吸着して搬送するための搬送ベルト１２１と、給紙部からガイド１１５を介して送られる用紙１１２を搬送ベルト１２１との間で挟んで搬送するためのカウンタローラ１２２と、略鉛直上方に送られる用紙１１２を略９０°方向転換させて搬送ベルト１２１上に倣わせるための搬送ガイド１２３と、押さえ部材１２４で搬送ベルト１２１側に付勢された先端加圧コロ１２５とを備えている。また、搬送ベルト１２１表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ１２６を備えている。
【００７６】
ここで、搬送ベルト１２１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ１２７とテンションローラ１２８との間に掛け渡されて、副走査モータ１３１からタイミングベルト１３２及びタイミングローラ１３３を介して搬送ローラ１２７が回転されることで、ベルト搬送方向（副走査方向）に周回するように構成している。なお、搬送ベルト１２１の裏面側には記録ヘッド１０７による画像形成領域に対応してガイド部材１２９を配置している。
【００７７】
また、搬送ローラ１２７の軸には、スリット円板１３４を取り付け、このスリット円板１３４のスリットを検知するセンサ１３５を設けて、これらのスリット円板１３４及びセンサ１３５によってエンコーダ１３６を構成している。
【００７８】
帯電ローラ１２６は、搬送ベルト１２１の表層に接触し、搬送ベルト１２１の回動に従動して回転するように配置され、加圧力として軸の両端に各２．５Ｎをかけている。
【００７９】
また、キャリッジ１０３の前方側には、スリットを形成したエンコーダスケール１４２を設け、キャリッジ１０３の前面側にはエンコーダスケール１４２のスリットを検出する透過型フォトセンサからなるエンコーダセンサ１４３を設け、これらによって、キャリッジ１０３の主走査方向位置を検知するためのエンコーダ１４４を構成している。
【００８０】
さらに、記録ヘッド１０７で記録された用紙１１２を排紙するための排紙部として、搬送ベルト１２１から用紙１１２を分離するための分離部と、排紙ローラ１５２及び排紙コロ１５３と、排紙される用紙１１２をストックする排紙トレイ１５４とを備えている。
【００８１】
また、背部には両面給紙ユニット１５５が着脱自在に装着されている。この両面給紙ユニット１５５は搬送ベルト１２１の逆方向回転で戻される用紙１１２を取り込んで反転させて再度カウンタローラ１２２と搬送ベルト１２１との間に給紙する。
【００８２】
さらに、キャリッジ１０３の走査方向の一方側の非印字領域には、記録ヘッド１０７のノズルの状態を維持し、回復するための維持回復機構１５６を配置している。この維持回復機構１５６は、記録ヘッド１０７の各ノズル面をキャピングするための各キャップ１５７と、ノズル面をワイピングするためのブレード部材であるワイパーブレード１５８と、増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行なうときの液滴を受ける空吐出受け１５９などを備えている。
【００８３】
このように構成した画像形成装置においては、給紙部から用紙１１２が１枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙１１２はガイド１１５で案内され、搬送ベルト１２１とカウンタローラ１２２との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド１２３で案内されて先端加圧コロ１２５で搬送ベルト１２１に押し付けられ、略９０°搬送方向を転換される。
【００８４】
このとき、図示しない制御回路によってＡＣバイアス供給部（高圧電源）から帯電ローラ１２６に対してプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返すように、つまり交番する電圧が印加され、搬送ベルト１２１が交番する帯電電圧パターン、すなわち、周回方向である副走査方向に、プラスとマイナスが所定の幅で帯状に交互に帯電されたものとなる。このプラス、マイナス交互に帯電した搬送ベルト１２１上に用紙１１２が給送されると、用紙１１２が搬送ベルト１２１に静電力で吸着され、搬送ベルト１２１の周回移動によって用紙１１２が副走査方向に搬送される。
【００８５】
そこで、キャリッジ１０３を往路及び復路方向に移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１０７を駆動することにより、停止している用紙１１２にインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙１１２を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙１１２の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙１１２を排紙トレイ１５４に排紙する。
【００８６】
また、両面印刷の場合には、表面（最初に印刷する面）の記録が終了したときに、搬送ベルト１２１を逆回転させることで、記録済みの用紙１１２を両面給紙ユニット１５５内に送り込み、用紙１１２を反転させて（裏面が印刷面となる状態にして）再度カウンタローラ１２２と搬送ベルト１２１との間に給紙し、タイミング制御を行って、前述したと同様に搬送ベル１２１上に搬送して裏面に記録を行った後、排紙トレイ１５４に排紙する
【００８７】
また、印字（記録）待機中にはキャリッジ１０３は維持回復機構１５５側に移動されて、キャップ１５７で記録ヘッド１０７のノズル面がキャッピングされて、ノズル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、キャップ１５７で記録ヘッド１０７をキャッピングした状態でノズルから記録液を吸引し（「ノズル吸引」又は「ヘッド吸引」という。）し、増粘した記録液や気泡を排出する回復動作を行い、この回復動作によって記録ヘッド１０７のノズル面に付着したインクを清掃除去するためにワイパーブレード１５８でワイピングを行なう。また、記録開始前、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出する空吐出動作を行う。これによって、記録ヘッド１０７の安定した吐出性能を維持する。
【００８８】
このように、この画像形成装置によれば、信頼性の高い液体吐出ヘッドを備えた画像形成装置を得ることができる。
【００８９】
次に、本発明に係る静電型アクチュエータを備えたマイクロデバイスとしてのマイクロポンプについて図２８を参照して説明する。なお、同図は同マイクロポンプの要部断面説明図である。
このマイクロポンプは、本発明に係る静電型アクチュエータで構成したアクチュエータ基板２０１と、流路基板２０２とを有し、流路基板２０２には流体が流れる流路２０３を形成している。アクチュエータ基板２０１は、流路２０３の壁面を形成する振動板部材２１２と、この振動板部材２１２の変形可能領域（振動板）２１１に犠牲層エッチングで形成した空隙（ギャップ）２１３を介して対向する個別電極２１４とを備えている。
【００９０】
このアクチュエータ基板２０１の構成も前記液体吐出ヘッドの実施形態と同様であり、シリコン基板２２１上に絶縁膜２２２を形成し、この絶縁膜２２２上に個別電極２１４を形成して絶縁膜２２５で被覆し、この絶縁膜２２５上に犠牲層２２７を形成し、更に振動板２１２のうちの一部の膜を形成した後犠牲層エッチングを行なって空隙２１３を形成し、図示しないが、空隙２１３に個別連通路を介して連通する共通連通路を形成したものである。
【００９１】
このマイクロポンプの動作原理を説明すると、前述した液体吐出ヘッドの場合と同様に、個別電極２１４に対して選択的にパルス電位を与えることによって振動板２１１との間で静電力による吸引作用が生じるので、振動板２１１が電極２１４側に変形する。ここで、振動板２１１を図中右側から順次駆動することによって流路２０３内の流体は、矢印方向へ流れが生じ、流体の輸送が可能となる。
【００９２】
このように、本発明に係る静電型アクチュエータを備えることで、信頼性の高い静電型アクチュエータを備え、安定した液体輸送が可能な小型で低消費電力のマイクロポンプを得られる。なお、輸送効率を上げるために、変形可能領域間に１又は複数の弁、例えば逆止弁などを設けることもできる。
【００９３】
次に、本発明に係る静電型アクチュエータを備えた光学デバイスの一例について図２９を参照して説明する。なお、同図は同デバイスの概略構成図である。
この光学デバイスは、表面が光を反射可能でかつ変形可能な振動板に相当するミラー３００を含むアクチュエータ基板３０１を有している。ミラー３００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形成する（これらは樹脂膜表面に形成する）と良い。
【００９４】
アクチュエータ基板３０１は、絶縁膜３２２を形成したベース基板３２１上に、変形可能なミラー３００と、このミラー３００の変形可能領域（振動板）３１１に所定の空隙３１３を介して対向する電極３１４とを備えている。また、電極３１４上には絶縁膜３２５を形成し、空隙３１３は犠牲層３２７をエッチングして形成している。その他の構成についても、振動板がミラー面を有する構成となっている点が、前述の液体吐出ヘッドの実施形態で説明した静電型アクチュエータと異なるだけであるので、詳細な図示及び説明は省略する。
【００９５】
この光学デバイスの原理を説明すると、前述した静電型アクチュエータの場合と同様に、電極３１４に対して選択的にパルス電位を与えることによって、電極３１４と対向するミラー３００の変形可能領域３１１間で静電力による吸引作用が生じるので、ミラー３００の変形可能領域３１１が凹状に変形して凹面ミラーとなる。したがって、光源３３０からの光がレンズ３３１を介してミラー３００に照射された場合、ミラー３００を駆動しないときには、光は入射角と同じ角度で反射するが、ミラー３００を駆動した場合は駆動された変形可能領域３１１が凹面ミラーとなるので反射光は発散光となる。これにより光変調デバイスが実現できる。
【００９６】
このように、本発明に係る静電型アクチュエータを備えることで、小型で低消費電力の光学デバイスを得ることができる。
【００９７】
そこで、この光学デバイスを応用した例を図３０をも参照して説明する。この例は、上述した光学デバイスを２次元に配列し、各ミラー３００の変形可能領域３１１を独立して駆動するようにしたものである。なお、ここでは、４×４の配列を示しているが、これ以上配列することも可能である。
【００９８】
したがって、前述した図２９と同様に、光源３３０からの光はレンズ３３１を介してミラー３００に照射され、ミラー３００を駆動していないところに入射した光は、投影用レンズ３３２へ入射する。一方、電極３１４に電圧を印加してミラー３００の変形可能領域３１１を変形させている部分は凹面ミラーとなるので光は発散し投影用レンズ３３２にほとんど入射しない。この投影用レンズ３３２に入射した光はスクリーン（図示しない）などに投影され、スクリーンに画像を表示することができる。
【００９９】
なお、上記実施形態においては、液体吐出ヘッドとしては、インク以外にも、例えば、液体レジストを液滴として吐出する液体吐出ヘッド、ＤＮＡの試料を液滴として吐出する液体吐出ヘッドなどの他の液体吐出ヘッドにも適用できる。また、静電型アクチュエータは、マイクロポンプ、光学デバイス（光変調デバイス）、マイクロスイッチ（マイクロリレー）、マルチ光学レンズのアクチュエータ（光スイッチ）、マイクロ流量計、圧力センサなどにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明に係る液体吐出ヘッドの斜視説明図である。
【図２】同ヘッドの分解斜視説明図である。
【図３】図１の面Ｓ１に沿う断面説明図である。
【図４】図１の面Ｓ２に沿う断面説明図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る静電型アクチュエータにおけるアクチュエータ基板を透過状態で示す平面説明図である。
【図６】図５のＸ１−Ｘ１線に沿う断面説明図である。
【図７】図５のＸ２−Ｘ２線に沿う断面説明図である。
【図８】同アクチュエータ基板の大気開放部の平面説明図である。
【図９】図８のＸ３−Ｘ３線に沿う断面説明図である。
【図１０】図８のＹ３−Ｙ３線に沿う断面説明図である。
【図１１】同アクチュエータ基板の製造工程の説明に供する図５のＸ１−Ｘ１線に沿う部分を示す製造工程の断面説明図である。
【図１２】図１１に続く製造工程の断面説明図である。
【図１３】同じく図５のＸ２−Ｘ２線に沿う部分を示す製造工程の断面説明図である。
【図１４】図１３に続く製造工程の断面説明図である。
【図１５】同じく図８のＸ３−Ｘ３線に沿う部分を示す製造工程の断面説明図である。
【図１６】図１５に続く製造工程の断面説明図である。
【図１７】同じく図８のＹ３−Ｙ３線に沿う部分を示す製造工程の断面説明図である。
【図１８】図１７に続く製造工程の断面説明図である。
【図１９】本発明の静電型アクチュエータに係る第２実施形態におけるアクチュエータ基板の大気開放部の平面説明図である。
【図２０】図１９のＸ４−Ｘ４線に沿う断面説明図である。
【図２１】図１９のＹ４−Ｙ４線に沿う断面説明図である。
【図２２】本発明の静電型アクチュエータに係る第３実施形態におけるアクチュエータ基板の大気開放部の平面説明図である。
【図２３】図２２のＸ５−Ｘ５線に沿う断面説明図である。
【図２４】図２２のＹ５−Ｙ５線に沿う断面説明図である。
【図２５】本発明に係る液体吐出ヘッドの他の例の説明に供する斜視説明図である。
【図２６】本発明に係る画像形成装置の一例を説明する側面説明図である。
【図２７】同画像形成装置の要部平面説明図である。
【図２８】本発明に係るマイクロポンプの一例を説明する模式的説明図である。
【図２９】本発明に係る光学デバイスの一例を説明する説明図である。
【図３０】同光学デバイスの応用例の説明に供する斜視説明図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１…アクチュエータ基板
２…流路基板
３…ノズル基板
４…ノズル
５…ノズル連通路
６…液室（吐出室）
７…流体抵抗部
９…液室間隔壁
１０…共通液室
１１…振動板
１２…振動板部材
１３…空隙
１４…個別電極
１５…共通連通路
１５Ａ…個別連通路
１６…大気開放部
２１…シリコン基板
２２…絶縁層（膜）
２４…電極形成層
２５…絶縁膜（中間膜）
２６…開口
２７…犠牲層
２８…絶縁膜
２９…犠牲層除去孔
３２…振動板電極（上部電極）
３３…膜撓み防止膜（窒化膜）
３４…膜剛性調整膜
３５…樹脂膜（接液膜）
３６…樹脂膜（封止膜）
３７、３８、３９…凸段差部
４０…溝
４２…大気開放孔
８０…液体カートリッジ
１０７ｋ、１０７ｃ、１０７ｍ、１０７ｙ…記録ヘッド（液体吐出ヘッド）
２０１、３０１…アクチュエータ基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は静電型アクチュエータ、液体吐出ヘッド及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、プリンタ、ファックス、コピア、プロッタ、或いはこれらの内の複数の機能を複合した画像形成装置としては、例えば、インクの液滴を吐出する液体吐出ヘッドで構成した記録ヘッドを備え、媒体（以下「用紙」ともいうが材質を限定するものではなく、また、被記録媒体、記録媒体、転写材、記録紙なども同義で使用する。）を搬送しながら、インク滴を用紙に付着させて画像形成（記録、印刷、印写、印字も同義語で用いる。）を行なうものがある。
【０００３】
なお、「画像形成装置」は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の媒体に液体を吐出して画像形成を行う装置を意味し、また、「画像形成」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与する（単に液滴を吐出する液体吐出装置を含む）ことをも意味する。また、「インク」とは、狭義のインクに限るものではなく、吐出されるときに液体となるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、ＤＮＡ、処理液、試料、レジスト、パターン材料なども含まれる。
【０００４】
液体吐出ヘッドとしては、電気機械変換素子などの圧電型アクチュエータを用いたもの、電気熱変換素子に膜沸騰を利用するサーマル型アクチュエータを用いたもの、振動板と電極間の静電力を利用する静電型アクチュエータを用いたものなどがあり、この中でも静電型アクチュエータを用いたヘッドは、小型化、高速化、高密度化、省電力化において他の方式のヘッドに比べて優位であるという利点を有している。
【０００５】
このような、静電型アクチュエータを用いた液体吐出ヘッドにおいては、振動板と電極との間の空隙（ギャップ）の寸法（ギャップ長）精度がその特性に大きく影響を及ぼし、特に、画像形成装置に使用する液体吐出ヘッドの場合、各アクチュエータの特性のバラツキが大きければ、印字精度、画質の再現性が著しく低下することとなる。そこで、特許文献１に記載されているような２枚の基板を接合する構成ではギャップ精度が低下することから、特許文献１、２に記載されているように犠牲層エッチングでギャップを形成することが行われる。
【０００６】
そして、静電型アクチュエータにおいては、空隙内圧と大気圧の差圧解消あるいはアクチュエータの信頼性向上を目的として、空隙内へのガス導入のために各空隙を連通する連通路を設けることが行われている。例えば、特許文献２に開示されているように、アクチュエータの耐久性を向上させる目的で振動板と個別電極との空隙内部に疎水膜を形成する為に、アクチュエータ空隙と連通する連通路と、この連通路を外部に連通させる大気開放部を設けて、この大気開放部から連通路を介して疎水膜となるガス、液体をアクチュエータ空隙に導入し、空隙内部表面に疎水膜を形成後、大気開放部を封止材で封止したものが知られている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−７７８６４号公報
【特許文献２】特開２００８−０７７８４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、例えば、特許文献２に記載されている静電型アクチュエータ基板にあっては、アクチュエータ空隙、連通路、大気開放部の空隙を一度の犠牲層エッチングプロセスで形成されており、大気開放部から疎水膜となるガスや液体をアクチュエータ空隙に導入する場合、大気開放部のアクチュエータの振動板に相当する部分に大気開放孔を開口する必要がある。
【０００９】
一方、アクチュエータ空隙内へ疎水膜を形成した後は、疎水膜となるガスをアクチュエータ空隙内に閉じ込める必要があり、また開口した大気開放孔から大気中水分や異物の混入を防ぐために封止材、例えばエポキシ系接着剤、で大気開放孔を封止し、アクチュエータ空隙内を密閉する必要がある。
【００１０】
ところが、大気開放孔を封止するとき、封止材が本来封止を必要としない、例えば他の基板が接合する部分や外部への電極取り出し端子（パッド）となる部分、あるいは振動板領域に付着して、他の基板との接合や電気接続の障害、動作不良、接合不良、接続不良、特性不良などを引き起こしてしまうという課題がある。
【００１１】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、大気開放部の封止に伴って封止材が不必要な箇所に及ばないようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明に係る静電型アクチュエータは、
変形可能な振動板及びこの振動板に空隙を介して対向する電極を備える静電型アクチュエータにおいて、
前記空隙に連通する連通路と、
前記連通路を外部に連通させる大気開放孔を有する大気開放部と、
前記大気開放部の大気開放孔を封止する封止材と、
前記大気開放部の周囲を囲む凸段差部と、が設けられている
構成とした。
【００１３】
ここで、前記凸段差部は二重以上設けられている構成とできる。
【００１４】
また、前記凸段差部はアクチュエータを構成する１又は２以上の構成膜で形成されている構成とできる。
【００１５】
本発明に係る液体吐出ヘッドは、本発明に係る静電型アクチュエータを備えたものである。
【００１６】
本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えたものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る静電型アクチュエータによれば、大気開放部の周囲を囲む凸段差部が設けられているので、大気開放孔を封止する封止材が不必要な箇所に及ぶことが防止され、封止材が他の不必要な箇所の及ぶことで生じる動作不良、接合不良、接続不良、特性不良などを防止できる。
【００１８】
本発明に係る液体吐出ヘッドによれば、本発明に係る静電型アクチュエータを備えているので、信頼性の高い静電型液体吐出ヘッドを得ることができる。
【００１９】
本発明に係る画像形成装置によれば、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているので、信頼性の高い静電型液体吐出ヘッドを備える画像形成装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。図１は本発明に係る液体吐出ヘッドの斜視説明図、図２は同ヘッドの分解斜視説明図、図３は図１の面Ｓ１に沿う液室長辺方向の断面説明図、図４は図１の面Ｓ２に沿う液室長辺方向の断面説明図である。
【００２１】
この液体吐出ヘッド１００は、基板面部に設けたノズル孔から液滴を吐出させるサイドシュータタイプのものであり、第１の基板であるアクチュエータ基板１と第２の基板である流路基板２と第３の基板であるノズル基板３を順次積層して構成し、これら３枚の基板１〜３を接合して液滴吐出を吐出するノズル４がノズル連通路５を介して連通する液室（吐出室）６と、液室６にインクを供給するための流体抵抗部７及び共通液室８を形成している。各液室は液室間隔璧９で仕切られている。
【００２２】
アクチュエータ基板１は、図２に示すように、液室６の一部の壁面を形成する振動板領域（変形可能領域）１２Ａを形成する振動板１２と、この振動板１２の振動領域１２Ａを犠牲層エッチングによって形成した空隙（ギャップ）１３を介して対向する個別電極１４を備え、これらの振動板１２と個別電極１４によって各液室６に対応する静電型アクチュエータを構成する。
【００２３】
また、アクチュエータ基板１には、ノズル４の並び方向に、各空隙１３を相互に連通させるとともにアクチュエータ基板１自体の外部又は連通させるための共通連通路（連通管）１５を形成し、この共通連通路１５に個別連通路１５Ａを介して空隙１３を連通させ、共通連通路１５の他端部は共通連通路１５を大気に開放するための大気開放部１６に連通されている。この大気開放部１６はアクチュエータ基板１を形成した段階で封止剤によって封止される。
【００２４】
のアクチュエータ基板１は、図３に示すように、シリコン基板２１上に絶縁膜２２を介して個別電極１４となるエッチング可能な電極形成層２４を形成し、この電極形成層２４上に絶縁膜２５を形成し、更に絶縁膜２５上に空隙１３と共通連通路１５と個別連通路１５Ａ及び大気開放部１６の大気開放空隙を形成する為の犠牲層２７を形成し、この犠牲層２７上に絶縁膜２８を形成して、この絶縁膜２８に、図４に示すように、犠牲層除去孔２９を形成し、この犠牲層除去孔２９から犠牲層２７を除去して空隙１３と共通連通路１５と個別連通路１５Ａ及び大気開放部１６の大気開放空隙を形成するとともに絶縁膜２８上に振動板部材３０を積層形成している。
【００２５】
なお、個別電極１４の表面に形成した絶縁膜２５は、振動板１２との電気的短絡を防止するとともに、空隙１３を形成するために犠牲層エッチング時に個別電極１４を保護するためのものである。また、振動板１２側の絶縁膜２８も個別電極１４との電気的短絡を防止するとともに、空隙１３を形成するための犠牲層エッチング時に絶縁膜２８上に形成される振動板部材３０の一部の層を保護するためのものである。また、アクチュエータ基板１には流路基板２の共通液室８に外部からインクを供給するための供給口１８を形成している。
【００２６】
アクチュエータ基板１の上に接合する流路基板２は、例えば、結晶方位（１１０）のシリコン基板に、液室(吐出室)５と、各々の液室６に流体抵抗部７を介して連通する溝部又は凹部からなる共通液室８を設けている。
【００２７】
流路基板２の上に接合するノズル基板３は、例えば、厚さ５０μｍのニッケルを用い、ノズル４はドライ又はウェットエッチングやレーザー加工など周知の方法で形成することができる。
【００２８】
このように構成した液体吐出ヘッド１００においては、各液室６内にインクが満たされた状態で、図示しない制御部から画像データに基づいて、インク滴の吐出を行うノズル４に対応する個別電極１４に対して、駆動パルス発生回路により、４０Ｖのパルス電圧を印加する。この電圧を印加することにより、個別電極１４に表面にプラス電荷が帯電し、個別電極１４と、振動板電極を含む振動板１２との間に静電力による吸引作用が働いて、振動板１２が下方に撓む。これにより、液室６の容積が広げられことから、その容積分のインクが共通液室９より流体抵抗部７を介して液室６へ流入する。
【００２９】
その後、個別電極１４へ印加するパルス電圧を０Ｖにする（印加を止める）ことにより、静電力により下方に撓んでいた振動板１２は自身の剛性により元の位置へ戻る。これにより、液室６内の圧力が急激に上昇して、液室６に連通するノズル４よりインク滴が吐出される。そして、この動作を繰り返してノズル４から液滴を連続的に吐出することにより、液体吐出ヘッド１００に対向して配置した被記録媒体（用紙）に画像を形成する。
【００３０】
ここで、静電型アクチュエータにおいて、個別電極１４と振動板１２との間に作用する静電力は、Ｆ：電極間に働く静電力、ε：誘電率、Ｓ：電極の対向する面の面積、ｄ：電極間距離、Ｖ：印加電圧としたとき、次の（１）式で与えられる。
【００３１】
【数１】
【００３２】
すなわち、静電力Ｆは、電極間距離ｄの２乗に反比例し、印加電圧Ｖの２乗に正比例していることがかわる。従って、静電型アクチュエータ又はそれを搭載した液滴吐出ヘッド１００の駆動電圧の低電圧化を図るためには、個別電極１４と振動板１２との間隔(空隙高さ：ギャップ長)を小さくすることが重要となる。
【００３３】
そこで、前述したように、空隙１３を犠牲層エッチングで形成することにより、微小な空隙間隔を精度良くバラツキなく安定して形成することができるので、各アクチュエータ間での動作特性のバラツキが少なく静電型アクチュエータを得ることができ、また、この静電型アクチュエータを液体吐出ヘッド１００に適用することによりノズル４間での液滴吐出特性にバラツキが少なくなって、高品質画像を形成することができる。
【００３４】
次に、この液体吐出ヘッドにおける本発明の第１実施形態に係る静電型アクチュエータについて図５ないし図１０をも参照して説明する。なお、図５は同アクチュエータにおけるアクチュエータ基板１を透過状態で示す平面説明図、図６は図５のＸ１−Ｘ１線に沿う断面説明図、図７は図５のＸ２−Ｘ２線に沿う断面説明図、図８はアクチュエータ基板１の大気開放部の平面説明図、図９は図８のＸ３−Ｘ３線に沿う断面説明図、図１０は図８のＹ３−Ｙ３線に沿う断面説明図である。
【００３５】
このアクチュエータ基板１の振動板１２は、前述したように絶縁膜２８及び振動板部材３０で構成され、この振動板部材３０の振動板領域１２Ａは、図５に示すように、分離溝３１で分離されている。この振動板部材３０は、図６に示すように、絶縁膜２８上に振動板電極（上部電極）３２と膜剛性調整膜（窒化膜）３３と撓み防止膜３４及び樹脂膜３５を順次積層して形成している。また、シリコン基板２１表面に形成した絶縁膜２２上の各振動板領域１２Ａは、図５に示すように、短辺長ａ及び長辺長ｂは、例えば短辺長ａが６０μｍ、長辺長ｂが１０００μｍとしている。
【００３６】
これらの振動板領域１２Ａと個別電極１４との間の空隙１３は、犠牲層エッチングで形成する。犠牲層エッチングでは、絶縁膜２５上に空隙１３の高さ厚みを有する犠牲層２７を形成した後、絶縁膜２８と振動板電極３２と膜剛性調整膜(窒化膜)３３を順次積層形成して、これらを貫通する犠牲層除去孔２９を形成し、この犠牲層除去孔２９を介して空隙１３部分の犠牲層２７を除去する。
【００３７】
また、この犠牲層２７を除去する犠牲層エッチングでは、空隙１３形成とともに共通連通路１５及び個別連通路１５Ａと大気開放部１６の大気開放空隙４１を形成する。このように、振動板−電極間の空隙１３、共通連通路１５及び個別連通路１５Ａと、大気開放部１６の大気開放空隙４１を同じ犠牲層を除去して同時形成することによって、それぞれの空隙又は通路を相互に連通させることができ、構成が簡単で、製造工数が少なく、量産性、歩留まりが向上する。
【００３８】
ここで、犠牲層除去孔２９は、図５に示すように、振動板領域１２Ａの長辺方向に等間隔で配置するとともに、振動板領域１２Ａの短辺長ａ以下の間隔で、かつ、振動板領域１２Ａの対向する辺の同一に形成している。犠牲層エッチングは、等方性のため、振動板領域１２Ａの中央に犠牲層除去孔２９が並んでいる方が犠牲層除去効率が高く、処理時間が短縮できるが、振動板領域１２Ａに犠牲層除去孔２９があると、アクチュエータの振動特性に影響を及ぼす可能性があるため、犠牲層除去孔２９は振動板領域１２Ａの外側に配置することが好ましい。また、犠牲層除去孔２９を複数配置することにより、効率的に犠牲層２７を除去することができて空隙１３を効率良く形成することができる。
【００３９】
また、大気開放部１６の大気開放空隙４１を形成するための犠牲層除去孔２９については、図８ないし図１０に示すように振動板領域１２Ａとの面積比を考慮して、効率良く犠牲層２７が除去されるように犠牲層除去孔２９を配置する。
【００４０】
そして、犠牲層エッチング後は、犠牲層除去孔２９が膜撓み防止膜３４で完全封止する。その後、図示しないが外部電極への取り出しのための配線と、共通液室８にインクを供給する供給口１８を形成し、液滴と接液する樹脂膜３５を形成する。このとき、外部電極への取り出しのための配線形成工程で、同時に大気開放部１６の大気開放孔４２の周囲を取り囲むように、凸段差部３７を形成し、この凸段差部３７と大気開放部１６で凹部となるようにする。
【００４１】
さらに、大気開放部１６に内部の大気開放空隙４１に通じる大気開放孔４２を開口し、大気開放孔４２と大気開放空隙４１との共通連通路１５及び個別連通路１５Ａを通して空隙１３の大気開放、あるいは空隙１３へのヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）などの疎水膜形成材料の導入を行う。このとき、大気開放部１６領域の大気開放孔４２を形成するためには、レーザー法や物理的に大気開放部１６領域の振動板１２を除去する。あるいは、微細加工が可能なリソエッチ法で大気開放部１６の大気開放孔４２を形成すると、レーザー法や物理的方法に比べて、大気開放部１６の面積が小さくでき、また異物発生が抑えられるだけでなく、表面状態が平易なため、次工程への影響がほとんどないためより好ましい。
【００４２】
大気開放や疎水膜形成材料を導入後、エポキシ系樹脂などで大気開放部１６の大気開放孔４２を完全に封止する。
【００４３】
ここで、大気開放部１６の大気開放孔４２の封止時に、封止材が硬化までに流動し本来封止を必要としない、例えば他の基板が接合する部分や外部への電極取り出し端子（パッド）となる部分、あるいは、振動板領域に流動し付着してしまうと、他の基板との接合や電気接続の障害、動作不良となり、接合不良、接続不良、特性不良を起こしてしまう。また、封止材３６が流動することにより、大気開放孔４２を十分封止性を確保した状態で封止できないことがあり、耐久性の経時劣化等の信頼性に係る問題も起こる。
【００４４】
そこで、本発明のように、凸段差部３７で大気開放部１６の周囲を取り囲む構成にしておくことで、封止材３６が凸段差部３７で囲まれた領域で留まり、且つ、大気開放孔４２を十分の膜厚をもって封止できる。これにより、動作不良のない静電型アクチュエータが得られ、また、静電型アクチュエータの製造歩留まりが向上し、安定した静電型アクチュエータが得られる。
【００４５】
次に、アクチュエータ基板の製造工程について図１１ないし図１８を参照して説明する。図１１は図５のＸ１−Ｘ１線に沿う部分を示す製造工程の断面説明図、図１２は図１１に続く製造工程の断面説明図、図１３は図５のＸ２−Ｘ２線に沿う部分を示す製造工程の断面説明図、図１４は図１３に続く製造工程の断面説明図、図１５は図８のＸ３−Ｘ３線に沿う部分を示す製造工程の断面説明図、図１６は図１５に続く製造工程の断面説明図、図１７は図８のＹ３−Ｙ３線に沿う部分を示す製造工程の断面説明図、図１８は図１７に続く製造工程の断面説明図である。
【００４６】
図１１、図１３、図１５、図１７の各（ａ）に示すように、例えば厚さ４００μｍのシリコン（Ｓｉ）基板２１に表面（ここでは両面）に厚さ１．５μｍの絶縁膜（熱酸化膜）２２を形成し、この絶縁膜２２上に個別電極１４を形成する電極形成層として、リンドープポリシリコン（大気開放部１６の部分での符号１４Ａ）を厚さ０．３μｍに成膜する。
【００４７】
そして、ポリシリコン（電極形成層）をリソエッチ法によって分離溝４０を形成して、個別電極１４と隔壁を構成する部分５１とに分離及びパターニングするとともに、後にシリコン基板２１に貫通した供給口１８を形成する部分５３を除去する。その後、ＣＶＤ酸化膜を厚さ０．１μｍで堆積させて、ポリシリコンで形成された個別電極１４と隔壁を構成する部分５１上及び分離溝４０内に絶縁膜２５を形成する。そして、後に共通連通路１５を形成する部分５４と個別連通路１５Ａを形成する部分及び大気開放空隙４１を形成する部分５５の絶縁膜２５をリソエッチ法により除去する。
【００４８】
次に、図１１、図１３、図１５、図１７の各（ｂ）に示すように、絶縁間膜２５上に犠牲層２７として、ノンドープポリシリコンを空隙である０．２μｍの厚さにＣＶＤ法により成膜する。そして、ポリシリコンをリソエッチ法により空隙１３となる部分５７と隔壁を構成する部分５８と個別連通路１５Ａとなる部分５９と共通連通路１５となる部分６０とに分離及びパターニングし分離溝６１を形成するとともに、供給口１８となる部分５３に対応する部分を除去する。
【００４９】
このとき、大気開放部１６となる部分では、図１５、図１７の各（ｂ）に示すように、大気開放空隙４１となる部分７０と隔壁を構成する部分７１とに分離及びパターニングして分離溝６１を形成する。このように、犠牲層を形成する材料をポリシリコンとすることにより、犠牲層除去工程として一般的に知られた汎用技術を用いることができ、他材料との選択性があり、プロセスの自由度が高く、低コストで、量産性に優れ、安定したアクチュエータを得ることができる。
【００５０】
この犠牲層２７の形成、分離及びパターニング後、空隙１３となる部分５７と隔壁を構成する部分５８と個別連通路１５Ａ及び共通連通路１５となる部分５９，６０上に、また、大気開放部１６の大気開放空隙４１となる部分７０と共通連通路となる部分５９と隔壁を構成する部分７１上にＣＶＤ酸化膜を堆積させて絶縁膜２８を厚さ０．１μｍで形成する。このとき絶縁膜２８は分離溝６１内にも形成される。
【００５１】
次に、図１１、図１３、図１５、図１７の各（ｃ）に示すように、絶縁膜２８上に振動板電極層３２となるリンドープポリシリコン層を厚さ０．１μｍで形成し、このポリシリコン層をリソエッチ法により、振動板電極層３２と、隔壁を構成する部分６１とに分離するとともに、供給口１８となる部分５３は除去して開口を形成する。
【００５２】
このとき、同時に犠牲層２７と同じ材料からなる振動板電極層３２が犠牲層エッチング時にエッチングされないようにするため、後に形成する犠牲層除去孔２９よりも大きな開口径を有する開口６２を形成する。また、大気開放部１６となる部分では、図１５、図１７の各（ｃ）に示すように、振動板電極層３２となるポリシリコン層をリソエッチ法により、分離及びパターニングし、後に形成する犠牲層除去孔２９よりも大きな開口６２を形成する。そして、振動板電極層３２上に振動板１２の剛性調整層３３として、ＬＰ−ＣＶＤ法により０．１５μｍの厚さの窒化膜を堆積させる。この窒化膜からなる剛性調整膜３３は、開口６２内にも形成されることで振動板電極層３２の開口６２端面側を被覆する。
【００５３】
その後、図１１、図１３、図１５、図１７の各（ｄ）に示すように、リソエッチ法により膜剛性調整層３３である窒化膜及び絶縁膜２８を通じて開口径２μｍの犠牲層除去孔２９を形成し、また、供給口１８となる部分の膜剛性調整層（窒化膜）３３と絶縁膜２５及び絶縁膜２８を除去して供給口１８の加工孔６３を形成する。そして、例えば、ＳＦ６プラズマ処理や、ＸｅＦ２ガスによるドライエッチなどの犠牲層エッチングを行って空隙１３となる部分５７の犠牲層２７を完全に除去することにより、空隙１３と個別連通路１５Ａ及び共通連通路１５を形成する。なお、犠牲層エッチングをドライエッチでおこなっているが、ＴＭＡＨ溶液、ＫＯＨ溶液のウェットエッチ法を用いても構わない。
【００５４】
このとき、大気開放部１６でも図１５、図１７の各（ｄ）に示すように、リソエッチ法により剛性調整層３３である窒化膜及び絶縁膜２８を通じて開口径２μｍの犠牲層除去孔２９を形成する。犠牲層エッチングによって、大気開放空隙４１となる部分５５と共通連通路１５が形成される。
【００５５】
次に、図１２、図１４、図１６、図１８の各（ａ）に示すように、犠牲層除去孔２９の封止を目的として、常圧ＣＶＤ法により膜撓み防止膜３４を形成する。このときの膜厚は、犠牲層除去孔２９を封止可能な膜厚、例えば厚さ０．６μｍとする。この工程を実施することにより空隙１３及び大気開放空隙４１は封止されて外気と完全に遮断される。
【００５６】
その後、外部に電極を取り出すためにＡｌ材料を用いて電極取出し配線パターンを形成する。このとき、図１６、図１８の各（ｂ）に示すように配線形成工程で同時に大気開放部１６を取り囲むように配線層で凸段差部３７を形成する。
【００５７】
次に、図１２、図１４の各（ｂ）に示すように、リソエッチ法により供給口１８となる部分の封止膜（膜撓み防止膜）３４を除去した後、異方性エッチ、例えば、ＩＣＰエッチャーにより、シリコン基板２１を表面から背面まで貫通するようにエッチングし、供給口１８を形成する。ここで、異方性エッチで供給口１８を形成することにより、加工形状制御性、微細加工性及び加工精度並びに高密度化の面等において高い効果を得ることができる。
【００５８】
その後、図１２、図１４、図１６、図１８の各（ｃ）に示すように、アクチュエータ基板表面全体に被覆性の優れた蒸着重合法により接液膜として樹脂膜３５を厚さ１μｍで成膜する。その後、図示しない電極配線取り出しパッド部と図１６、図１８の各（ｃ）に示す大気開放部１６をリソエッチ法で開口する。ここで、樹脂膜３５として用いる材料としては、例えば、ＰＢＯ膜(ポリベンゾオキサゾール)、ポリイミド膜、ポリパラキシリレンなどが挙げられるが、液滴に対する耐腐食性がり、蒸着重合法で形成できる材料であれば他のものでもよい。
【００５９】
次に、図１６、図１８の各（ｇ）に示すように、リソエッチ法により大気開放孔４２を開口する。これにより、空隙１３は個別連通路１５Ａと共通連通路１５と大気開放空隙４１及び大気開放孔４２を介して大気に連通する。
【００６０】
そこで、静電型アクチュエータの信頼性を向上させるために、例えば撥水材料であるヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）を大気開放孔４２から大気開放空隙４１と共通連通路１５と個別連通路１５Ａを介して空隙１３内へ導入する。
【００６１】
その後、硬化樹脂３６により大気開放孔４２を封止する。このとき、大気開放孔１６を取り囲むように形成した凸段差部３７により、硬化するまで流動性のある硬化樹脂３６が大気開放部１６以外へ広がらず、確実に大気開放孔４２を封止することができる。
【００６２】
以上の工程より、本発明に係る静電型アクチュエータを形成したアクチュエータ基板１が完成する。そして、このアクチュエータ基板１と、流路基板２とノズル基板３を順次積層することにより、静電型アクチュエータを含む液体吐出ヘッド１００を製造することができる。
【００６３】
次に、本発明の静電型アクチュエータに係る第２実施形態について図１９ないし図２１を参照して説明する。図１９は同実施形態におけるアクチュエータ基板の大気開放部の平面説明図、図２０は図１９のＸ４−Ｘ４線に沿う断面説明図、図２１は図１９のＹ４−Ｙ４線に沿う断面説明図である。
【００６４】
アクチュエータ基板１の大気開放部１６の凸段差部３８は、配線層と接液膜（樹脂膜）３５の積層構造で形成されており、前記実施形態の配線層単層のみで形成した凸段差部３７よりも凸段差部３８の高さが高くなっている。
【００６５】
したがって、流動性の硬化樹脂３６の大気開放部１６以外への広がりを更に確実に抑えることができるとともに、大気開放孔４２の更なる確実な封止が可能となることから、製造歩留まりが低下することを防ぐことができる。
【００６６】
次に、本発明の静電型アクチュエータに係る第３実施形態について図２２ないし図２４を参照して説明する。図２２は同実施形態におけるアクチュエータ基板の大気開放部の平面説明図、図２３は図２２のＸ５−Ｘ５線に沿う断面説明図、図２４は図２２のＹ５−Ｙ５線に沿う断面説明図である。
【００６７】
アクチュエータ基板１の大気開放部１６の凸段差部３９は、配線層と接液膜（樹脂膜）３５の積層構造で形成されており、且つ凸段差部３９には溝４０が形成されている。つまり、凸段差部３９は凸段差部３９ａ、３９ｂからなる二重構造としている。このアクチュエータ基板１は、硬化樹脂３６が大気開放部１６の凸段差部３９の内側の凸段差部３９ａから溢れた場合でも、外側の凸段差部３９ｂとの間の溝４０内でとどまり、流動性のある硬化樹脂３６が大気開放部１６以外への広がりを前記各実施形態の凸段差部構成よりさらに確実に抑えることができる。
【００６８】
以上より、従来技術では困難であった良好な生産性、及び生産効率を有する高精度、高密度、且つ高い信頼性を持った圧力発生機構を備えたアクチュエータ基板が実現できる。
【００６９】
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの他の実施形態としての液体カートリッジ一体型液体吐出ヘッドについて図２５を参照して説明する。
この液体カートリッジ一体型ヘッド８０は、ノズル８１等を有する本発明に係るヘッド部８２と、このヘッド部８２に対して記録液（インク）を供給するインクタンク（液体タンク）８３とを一体化したものである。これにより、信頼性の高い静電型アクチュエータを備えた液体カートリッジ一体型液体吐出ヘッドを得ることができる。
【００７０】
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドを搭載した本発明に係る画像形成装置の一例について図２６及び図２７を参照して説明する。なお、図２６は同画像形成装置の全体構成を説明する側面説明図、図２７は同装置の要部平面説明図である。
【００７１】
この画像形成装置は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材であるガイドロッド１０１とガイドレール１０２とでキャリッジ１０３を主走査方向に摺動自在に保持し、主走査モータ１０４で駆動プーリ１０６Ａと従動プーリ１０６Ｂ間に架け渡したタイミングベルト１０５を介して矢示方向（主走査方向）に移動走査する。
【００７２】
このキャリッジ１０３には、例えば、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の各色の記録液の液滴（インク滴）を吐出する独立した４個の本発明に係る液体吐出ヘッド１０７ｋ、１０７ｃ、１０７ｍ、１０７ｙで構成した記録ヘッド１０７を主走査方向に沿う方向に配置し、液滴吐出方向を下方に向けて装着している。なお、ここでは独立した液体吐出ヘッドを用いているが、各色の記録液の液滴を吐出する複数のノズル列を有する１又は複数のヘッドを用いる構成とすることもできる。また、色の数及び配列順序はこれに限るものではない。
【００７３】
キャリッジ１０３には、記録ヘッド１０７に各色のインクを供給するための各色のサブタンク１０８を搭載している。このサブタンク１０８にはインク供給チューブ１０９を介して図示しないメインタンク（インクカートリッジ）からインクが補充供給される。
【００７４】
一方、給紙カセット１１０などの用紙積載部（圧板）１１１上に積載した被記録媒体（用紙）１１２を給紙するための給紙部として、用紙積載部１１１から用紙１１２を１枚ずつ分離給送する半月コロ（給紙ローラ）１１３及び給紙ローラ１１３に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド１１４を備え、この分離パッド１１４は給紙ローラ１１３側に付勢されている。
【００７５】
そして、この給紙部から給紙された用紙１１２を記録ヘッド１０７の下方側で搬送するための搬送部として、用紙１１２を静電吸着して搬送するための搬送ベルト１２１と、給紙部からガイド１１５を介して送られる用紙１１２を搬送ベルト１２１との間で挟んで搬送するためのカウンタローラ１２２と、略鉛直上方に送られる用紙１１２を略９０°方向転換させて搬送ベルト１２１上に倣わせるための搬送ガイド１２３と、押さえ部材１２４で搬送ベルト１２１側に付勢された先端加圧コロ１２５とを備えている。また、搬送ベルト１２１表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ１２６を備えている。
【００７６】
ここで、搬送ベルト１２１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ１２７とテンションローラ１２８との間に掛け渡されて、副走査モータ１３１からタイミングベルト１３２及びタイミングローラ１３３を介して搬送ローラ１２７が回転されることで、ベルト搬送方向（副走査方向）に周回するように構成している。なお、搬送ベルト１２１の裏面側には記録ヘッド１０７による画像形成領域に対応してガイド部材１２９を配置している。
【００７７】
また、搬送ローラ１２７の軸には、スリット円板１３４を取り付け、このスリット円板１３４のスリットを検知するセンサ１３５を設けて、これらのスリット円板１３４及びセンサ１３５によってエンコーダ１３６を構成している。
【００７８】
帯電ローラ１２６は、搬送ベルト１２１の表層に接触し、搬送ベルト１２１の回動に従動して回転するように配置され、加圧力として軸の両端に各２．５Ｎをかけている。
【００７９】
また、キャリッジ１０３の前方側には、スリットを形成したエンコーダスケール１４２を設け、キャリッジ１０３の前面側にはエンコーダスケール１４２のスリットを検出する透過型フォトセンサからなるエンコーダセンサ１４３を設け、これらによって、キャリッジ１０３の主走査方向位置を検知するためのエンコーダ１４４を構成している。
【００８０】
さらに、記録ヘッド１０７で記録された用紙１１２を排紙するための排紙部として、搬送ベルト１２１から用紙１１２を分離するための分離部と、排紙ローラ１５２及び排紙コロ１５３と、排紙される用紙１１２をストックする排紙トレイ１５４とを備えている。
【００８１】
また、背部には両面給紙ユニット１５５が着脱自在に装着されている。この両面給紙ユニット１５５は搬送ベルト１２１の逆方向回転で戻される用紙１１２を取り込んで反転させて再度カウンタローラ１２２と搬送ベルト１２１との間に給紙する。
【００８２】
さらに、キャリッジ１０３の走査方向の一方側の非印字領域には、記録ヘッド１０７のノズルの状態を維持し、回復するための維持回復機構１５６を配置している。この維持回復機構１５６は、記録ヘッド１０７の各ノズル面をキャピングするための各キャップ１５７と、ノズル面をワイピングするためのブレード部材であるワイパーブレード１５８と、増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行なうときの液滴を受ける空吐出受け１５９などを備えている。
【００８３】
このように構成した画像形成装置においては、給紙部から用紙１１２が１枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙１１２はガイド１１５で案内され、搬送ベルト１２１とカウンタローラ１２２との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド１２３で案内されて先端加圧コロ１２５で搬送ベルト１２１に押し付けられ、略９０°搬送方向を転換される。
【００８４】
このとき、図示しない制御回路によってＡＣバイアス供給部（高圧電源）から帯電ローラ１２６に対してプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返すように、つまり交番する電圧が印加され、搬送ベルト１２１が交番する帯電電圧パターン、すなわち、周回方向である副走査方向に、プラスとマイナスが所定の幅で帯状に交互に帯電されたものとなる。このプラス、マイナス交互に帯電した搬送ベルト１２１上に用紙１１２が給送されると、用紙１１２が搬送ベルト１２１に静電力で吸着され、搬送ベルト１２１の周回移動によって用紙１１２が副走査方向に搬送される。
【００８５】
そこで、キャリッジ１０３を往路及び復路方向に移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１０７を駆動することにより、停止している用紙１１２にインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙１１２を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙１１２の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙１１２を排紙トレイ１５４に排紙する。
【００８６】
また、両面印刷の場合には、表面（最初に印刷する面）の記録が終了したときに、搬送ベルト１２１を逆回転させることで、記録済みの用紙１１２を両面給紙ユニット１５５内に送り込み、用紙１１２を反転させて（裏面が印刷面となる状態にして）再度カウンタローラ１２２と搬送ベルト１２１との間に給紙し、タイミング制御を行って、前述したと同様に搬送ベル１２１上に搬送して裏面に記録を行った後、排紙トレイ１５４に排紙する
【００８７】
また、印字（記録）待機中にはキャリッジ１０３は維持回復機構１５５側に移動されて、キャップ１５７で記録ヘッド１０７のノズル面がキャッピングされて、ノズル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、キャップ１５７で記録ヘッド１０７をキャッピングした状態でノズルから記録液を吸引し（「ノズル吸引」又は「ヘッド吸引」という。）し、増粘した記録液や気泡を排出する回復動作を行い、この回復動作によって記録ヘッド１０７のノズル面に付着したインクを清掃除去するためにワイパーブレード１５８でワイピングを行なう。また、記録開始前、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出する空吐出動作を行う。これによって、記録ヘッド１０７の安定した吐出性能を維持する。
【００８８】
このように、この画像形成装置によれば、信頼性の高い液体吐出ヘッドを備えた画像形成装置を得ることができる。
【００８９】
次に、本発明に係る静電型アクチュエータを備えたマイクロデバイスとしてのマイクロポンプについて図２８を参照して説明する。なお、同図は同マイクロポンプの要部断面説明図である。
このマイクロポンプは、本発明に係る静電型アクチュエータで構成したアクチュエータ基板２０１と、流路基板２０２とを有し、流路基板２０２には流体が流れる流路２０３を形成している。アクチュエータ基板２０１は、流路２０３の壁面を形成する振動板部材２１２と、この振動板部材２１２の変形可能領域（振動板）２１１に犠牲層エッチングで形成した空隙（ギャップ）２１３を介して対向する個別電極２１４とを備えている。
【００９０】
このアクチュエータ基板２０１の構成も前記液体吐出ヘッドの実施形態と同様であり、シリコン基板２２１上に絶縁膜２２２を形成し、この絶縁膜２２２上に個別電極２１４を形成して絶縁膜２２５で被覆し、この絶縁膜２２５上に犠牲層２２７を形成し、更に振動板２１２のうちの一部の膜を形成した後犠牲層エッチングを行なって空隙２１３を形成し、図示しないが、空隙２１３に個別連通路を介して連通する共通連通路を形成したものである。
【００９１】
このマイクロポンプの動作原理を説明すると、前述した液体吐出ヘッドの場合と同様に、個別電極２１４に対して選択的にパルス電位を与えることによって振動板２１１との間で静電力による吸引作用が生じるので、振動板２１１が電極２１４側に変形する。ここで、振動板２１１を図中右側から順次駆動することによって流路２０３内の流体は、矢印方向へ流れが生じ、流体の輸送が可能となる。
【００９２】
このように、本発明に係る静電型アクチュエータを備えることで、信頼性の高い静電型アクチュエータを備え、安定した液体輸送が可能な小型で低消費電力のマイクロポンプを得られる。なお、輸送効率を上げるために、変形可能領域間に１又は複数の弁、例えば逆止弁などを設けることもできる。
【００９３】
次に、本発明に係る静電型アクチュエータを備えた光学デバイスの一例について図２９を参照して説明する。なお、同図は同デバイスの概略構成図である。
この光学デバイスは、表面が光を反射可能でかつ変形可能な振動板に相当するミラー３００を含むアクチュエータ基板３０１を有している。ミラー３００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形成する（これらは樹脂膜表面に形成する）と良い。
【００９４】
アクチュエータ基板３０１は、絶縁膜３２２を形成したベース基板３２１上に、変形可能なミラー３００と、このミラー３００の変形可能領域（振動板）３１１に所定の空隙３１３を介して対向する電極３１４とを備えている。また、電極３１４上には絶縁膜３２５を形成し、空隙３１３は犠牲層３２７をエッチングして形成している。その他の構成についても、振動板がミラー面を有する構成となっている点が、前述の液体吐出ヘッドの実施形態で説明した静電型アクチュエータと異なるだけであるので、詳細な図示及び説明は省略する。
【００９５】
この光学デバイスの原理を説明すると、前述した静電型アクチュエータの場合と同様に、電極３１４に対して選択的にパルス電位を与えることによって、電極３１４と対向するミラー３００の変形可能領域３１１間で静電力による吸引作用が生じるので、ミラー３００の変形可能領域３１１が凹状に変形して凹面ミラーとなる。したがって、光源３３０からの光がレンズ３３１を介してミラー３００に照射された場合、ミラー３００を駆動しないときには、光は入射角と同じ角度で反射するが、ミラー３００を駆動した場合は駆動された変形可能領域３１１が凹面ミラーとなるので反射光は発散光となる。これにより光変調デバイスが実現できる。
【００９６】
このように、本発明に係る静電型アクチュエータを備えることで、小型で低消費電力の光学デバイスを得ることができる。
【００９７】
そこで、この光学デバイスを応用した例を図３０をも参照して説明する。この例は、上述した光学デバイスを２次元に配列し、各ミラー３００の変形可能領域３１１を独立して駆動するようにしたものである。なお、ここでは、４×４の配列を示しているが、これ以上配列することも可能である。
【００９８】
したがって、前述した図２９と同様に、光源３３０からの光はレンズ３３１を介してミラー３００に照射され、ミラー３００を駆動していないところに入射した光は、投影用レンズ３３２へ入射する。一方、電極３１４に電圧を印加してミラー３００の変形可能領域３１１を変形させている部分は凹面ミラーとなるので光は発散し投影用レンズ３３２にほとんど入射しない。この投影用レンズ３３２に入射した光はスクリーン（図示しない）などに投影され、スクリーンに画像を表示することができる。
【００９９】
なお、上記実施形態においては、液体吐出ヘッドとしては、インク以外にも、例えば、液体レジストを液滴として吐出する液体吐出ヘッド、ＤＮＡの試料を液滴として吐出する液体吐出ヘッドなどの他の液体吐出ヘッドにも適用できる。また、静電型アクチュエータは、マイクロポンプ、光学デバイス（光変調デバイス）、マイクロスイッチ（マイクロリレー）、マルチ光学レンズのアクチュエータ（光スイッチ）、マイクロ流量計、圧力センサなどにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明に係る液体吐出ヘッドの斜視説明図である。
【図２】同ヘッドの分解斜視説明図である。
【図３】図１の面Ｓ１に沿う断面説明図である。
【図４】図１の面Ｓ２に沿う断面説明図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る静電型アクチュエータにおけるアクチュエータ基板を透過状態で示す平面説明図である。
【図６】図５のＸ１−Ｘ１線に沿う断面説明図である。
【図７】図５のＸ２−Ｘ２線に沿う断面説明図である。
【図８】同アクチュエータ基板の大気開放部の平面説明図である。
【図９】図８のＸ３−Ｘ３線に沿う断面説明図である。
【図１０】図８のＹ３−Ｙ３線に沿う断面説明図である。
【図１１】同アクチュエータ基板の製造工程の説明に供する図５のＸ１−Ｘ１線に沿う部分を示す製造工程の断面説明図である。
【図１２】図１１に続く製造工程の断面説明図である。
【図１３】同じく図５のＸ２−Ｘ２線に沿う部分を示す製造工程の断面説明図である。
【図１４】図１３に続く製造工程の断面説明図である。
【図１５】同じく図８のＸ３−Ｘ３線に沿う部分を示す製造工程の断面説明図である。
【図１６】図１５に続く製造工程の断面説明図である。
【図１７】同じく図８のＹ３−Ｙ３線に沿う部分を示す製造工程の断面説明図である。
【図１８】図１７に続く製造工程の断面説明図である。
【図１９】本発明の静電型アクチュエータに係る第２実施形態におけるアクチュエータ基板の大気開放部の平面説明図である。
【図２０】図１９のＸ４−Ｘ４線に沿う断面説明図である。
【図２１】図１９のＹ４−Ｙ４線に沿う断面説明図である。
【図２２】本発明の静電型アクチュエータに係る第３実施形態におけるアクチュエータ基板の大気開放部の平面説明図である。
【図２３】図２２のＸ５−Ｘ５線に沿う断面説明図である。
【図２４】図２２のＹ５−Ｙ５線に沿う断面説明図である。
【図２５】本発明に係る液体吐出ヘッドの他の例の説明に供する斜視説明図である。
【図２６】本発明に係る画像形成装置の一例を説明する側面説明図である。
【図２７】同画像形成装置の要部平面説明図である。
【図２８】本発明に係るマイクロポンプの一例を説明する模式的説明図である。
【図２９】本発明に係る光学デバイスの一例を説明する説明図である。
【図３０】同光学デバイスの応用例の説明に供する斜視説明図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１…アクチュエータ基板
２…流路基板
３…ノズル基板
４…ノズル
５…ノズル連通路
６…液室（吐出室）
７…流体抵抗部
９…液室間隔壁
１０…共通液室
１１…振動板
１２…振動板部材
１３…空隙
１４…個別電極
１５…共通連通路
１５Ａ…個別連通路
１６…大気開放部
２１…シリコン基板
２２…絶縁層（膜）
２４…電極形成層
２５…絶縁膜（中間膜）
２６…開口
２７…犠牲層
２８…絶縁膜
２９…犠牲層除去孔
３２…振動板電極（上部電極）
３３…膜撓み防止膜（窒化膜）
３４…膜剛性調整膜
３５…樹脂膜（接液膜）
３６…樹脂膜（封止膜）
３７、３８、３９…凸段差部
４０…溝
４２…大気開放孔
８０…液体カートリッジ
１０７ｋ、１０７ｃ、１０７ｍ、１０７ｙ…記録ヘッド（液体吐出ヘッド）
２０１、３０１…アクチュエータ基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変形可能な振動板及びこの振動板に空隙を介して対向する電極を備える静電型アクチュエータにおいて、
前記空隙に連通する連通路と、
前記連通路を外部に連通させる大気開放孔を有する大気開放部と、
前記大気開放部の大気開放孔を封止する封止材と、
前記大気開放部の周囲を囲む凸段差部と、が設けられている
ことを特徴とする静電型アクチュエータ。
【請求項２】
前記凸段差部は二重以上設けられてい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】
前記凸段差部はアクチュエータを構成する１又は２以上の構成膜で形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の静電型アクチュエータ。
【請求項４】
ノズルから液滴を吐出させるための静電型アクチュエータを備えた液体吐出ヘッドにおいて、前記静電型アクチュエータが請求項１ないし３のいずれかに記載の静電型アクチュエータであることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項５】
液滴を吐出する液体吐出ヘッドを搭載した画像形成装置において、前記液体吐出ヘッドが請求項４に記載の液体吐出ヘッドであることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
変形可能な振動板及びこの振動板に空隙を介して対向する電極を備える静電型アクチュエータにおいて、
前記空隙に連通する連通路と、
前記連通路を外部に連通させる大気開放孔を有する大気開放部と、
前記大気開放部の大気開放孔を封止する封止材と、
前記大気開放部の周囲を囲む凸段差部と、が設けられている
ことを特徴とする静電型アクチュエータ。
【請求項２】
前記凸段差部は二重以上設けられてい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】
前記凸段差部はアクチュエータを構成する１又は２以上の構成膜で形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の静電型アクチュエータ。
【請求項４】
ノズルから液滴を吐出させるための静電型アクチュエータを備えた液体吐出ヘッドにおいて、前記静電型アクチュエータが請求項１ないし３のいずれかに記載の静電型アクチュエータであることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項５】
液滴を吐出する液体吐出ヘッドを搭載した画像形成装置において、前記液体吐出ヘッドが請求項４に記載の液体吐出ヘッドであることを特徴とする画像形成装置。
【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１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【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１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【公開番号】特開２０１０−１４３１５９（Ｐ２０１０−１４３１５９Ａ）
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３２４８２９（Ｐ２００８−３２４８２９）
【出願日】平成２０年１２月２１日（２００８．１２．２１）
【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７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月２１日（２００８．１２．２１）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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