(57)【要約】【課題】ギャップの封止を複雑な工程を要することなく、安価な材料を用いて行なうようにして小型化及び低コスト化を実現するようにした静電アクチュエーターを提供する。【解決手段】本発明に係る静電アクチュエーターは、固定電極３２及びリード部３３が形成された凹部３１を有する第１の基板（電極基板３０）と、固定電極３２にギャップ４０を隔てて対向し、固定電極３２との間で発生させた静電気力により動作する可動電極（振動板２２）及びリード部３３に対向し、凹部３１に挿入されることでギャップ４０を封止している封止薄膜部２５を有する第２の基板（キャビティ基板２０）と、を備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定電極及び前記固定電極から延び、前記固定電極に駆動信号を供給するリード部が形成された凹部を有する第１の基板と、
前記固定電極にギャップを隔てて対向し、前記固定電極との間で発生させた静電気力により動作する可動電極及び前記リード部に対向し、前記凹部に挿入されることで前記ギャップを封止している封止薄膜部を有する第２の基板と、を備えた
ことを特徴とする静電アクチュエーター。
【請求項２】
前記可動電極及び前記封止薄膜部は、
前記第２の基板の一部で構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の静電アクチュエーター。
【請求項３】
前記封止薄膜部は、
前記可動電極の厚みと略同等の厚みを有している
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の静電アクチュエーター。
【請求項４】
前記第１の基板がガラス基板、前記第２の基板がシリコン基板であって、
前記ガラス基板及び前記シリコン基板が陽極接合された際に前記封止薄膜部が弾性変形し前記凹部に挿入されることで前記ギャップを封止する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の静電アクチュエーター。
【請求項５】
前記封止薄膜部が挿入された部分の外側から封止材を注入している
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の静電アクチュエーター。
【請求項６】
固定電極及び前記固定電極から延び、前記固定電極に駆動信号を供給するリード部が形成された凹部を有する電極基板と、
前記固定電極にギャップを隔てて対向し、底壁が振動板となる吐出室及び前記リード部に対向し、前記凹部に挿入されることで前記ギャップを封止している封止薄膜部が形成されたキャビティ基板と、
前記吐出室から移送される液体を液滴として吐出するノズル孔が形成されたノズル基板と、を備えた
ことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
前記請求項６に記載の液滴吐出ヘッドを備えた
ことを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項８】
第１の基板に形成した凹部に、固定電極及び前記固定電極から延び、前記固定電極に駆動信号を供給するリード部を形成し、
第２の基板に、前記固定電極との間で発生させた静電気力により動作する可動電極及び前記リード部と前記凹部に接合する封止薄膜部を同一工程で形成し、
前記固定電極と前記可動電極とが、前記リード部と前記封止薄膜部とが、それぞれギャップを隔てて対向するように前記第１の基板及び前記第２の基板とを陽極接合させることで、前記封止薄膜部を弾性変形させて前記凹部に挿入することで前記ギャップを封止し、
前記封止薄膜部が挿入された部分に封止材を注入して前記ギャップを更に封止する
ことを特徴とする静電アクチュエーターの製造方法。
【請求項９】
前記第２の基板の片面にボロンドープ層を形成し、エッチングストップ技術を用いて前記可動電極及び前記封止薄膜部を前記ボロンドープ層で形成している
ことを特徴とする請求項８に記載の静電アクチュエーターの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電駆動方式のインクジェットヘッド等に用いられる静電アクチュエーター、その静電アクチュエーターを搭載した液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及び静電アクチュエーターの製造方法に関し、特にギャップの封止に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットヘッド式記録装置におけるインク吐出方法として、駆動手段に静電気力を利用した、いわゆる静電駆動方式のインクジェット記録装置が知られている。この静電駆動方式のインクジェット記録装置は、一般に、電極ガラス基板上に形成された対向電極（固定電極）と、この対向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、を備えている。そして、振動板と対向電極との間で電圧を供給／遮断することにより、振動板を対向電極に吸引／隔離させる動作を行ない、それによって生じる圧力変化を利用して液体を液滴として吐出するようになっている。つまり、振動板及び対向電極は、インクやその他の液体（以下、単に液体と称する）が貯えられた圧力室の圧力を変動させる静電アクチュエーターとして作用することになる。
【０００３】
このような静電アクチュエーターにおいて、対向する電極間に繰り返し電圧を印加して駆動している間に、電極の表面（すなわち振動板の底面及び対向電極の表面）に水分が付着してしまうと、これらの極性分子の帯電によって、静電吸引特性あるいは静電反発特性が低下する恐れがある。また、電極部の表面に吸着した極性分子が相互に水素結合して、振動板が対向電極に貼り付いたままの状態（スティッキング状態）となり、動作不能となる恐れもある。
【０００４】
このような弊害を回避するために、静電アクチュエーターを構成する振動板と対向電極との間のギャップを気密封止することが一般的に行なわれている。ギャップを封止する技術としては、接着剤等の樹脂を用いたものや、酸化膜を堆積させたもの、キャビティプレートの底面を対向電極リード部の表面に形成した絶縁膜に密着接合させたもの等が提案されている。
【０００５】
接着剤等の樹脂を用いてギャップを封止する技術としては、「振動板と、前記振動板に対向して配置された対向電極と、前記振動板と前記対向電極とによって形成される振動室と、一方が前記振動室に連通し他方が封止部材により気密封止されている通路からなる静電アクチュエータにおいて、前記通路に前記封止部材が溜まる封止溜まり部が形成されている」ものが開示されている（たとえば、特許文献１参照）。この技術では、封止部材としてエポキシ系低温熱硬化タイプで粘度が１０００〜１４０００ｃＰであるものを使用している。
【０００６】
酸化膜を堆積させてギャップを封止する技術としては、「インク液滴を吐出するノズル孔を有するノズル板と、前記ノズル孔に連通し少なくとも一方の壁が振動板によって形成された吐出室を有する吐出室基板と、前記振動板と対向する位置に電極を有する電極基板とからなり、前記振動板と前記電極間に振動室が形成され、前記振動板を静電気力により変形させるインクジェットヘッドにおいて、前記振動室と外部を連通する連通孔が酸化膜により封止されている」ものが開示されている（たとえば、特許文献２参照）。この技術では、ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて、酸化膜を堆積させてギャップの気密封止を行なうようにしている。
【０００７】
キャビティプレートの底面を電極リード部の表面に形成した絶縁膜に密着接合させてギャップを封止する技術としては、「電極として作用する弾性変形可能な複数の振動板が底面に形成されたキャビティプレートと、各振動板に対向する複数の電極部および各電極部から延びる電極リード部がそれぞれ電極用溝内に形成された電極基板とを有し、前記キャビティプレートの底面と前記各溝とにより形成された隙間を備えてなる静電アクチュエータであって、前記電極リード部の表面に絶縁膜が形成され、前記キャビティプレートの底面が前記絶縁膜に密着接合されて前記隙間が封止されている」ものが開示されている（たとえば、特許文献３参照）。この技術では、封止剤を用いないでギャップを封止するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−３０４６８５号公報（第３頁や第１図等）
【特許文献２】特開２００２−１９７２号公報（第４頁や第１図等）
【特許文献３】特開２００８−２６０１９５号公報（第７頁や第４図等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に記載のような技術では、封止溜まり部を形成するようになっており、封止溜まり部の配置上の制約や封止溜まり部を形成するための複雑な工程に対する改善の余地が残っている。
特許文献２に記載のような技術では、ＣＶＤ法を用いてギャップを封止することが前提となっているため、生産性が低く、また材料費が高くなり、コストパフォーマンスが悪いといった課題があった。
特許文献３に記載のような技術では、電極リード部の表面に形成する絶縁膜を研磨してその頂面高さをガラス基板の頂面高さに合わせる工程が必要であるとともに、その製造工程が難しいといった課題があった。
【００１０】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ギャップの封止を複雑な工程を要することなく、安価な材料を用いて行なうようにして小型化及び低コスト化を実現するようにした静電アクチュエーター、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及び静電アクチュエーターの製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る静電アクチュエーターは、固定電極及び固定電極から延び、固定電極に駆動信号を供給するリード部が形成された凹部を有する第１の基板と、固定電極にギャップを隔てて対向し、固定電極との間で発生させた静電気力により動作する可動電極及びリード部に対向し、凹部に挿入されることでギャップを封止している封止薄膜部を有する第２の基板と、を備えたことを特徴とする。
これにより、ギャップの断面積が縮小し、ギャップの封止が行なえる。したがって、ギャップ内に水分等の異物が侵入せず、静電アクチュエーターの耐久性が向上する。
【００１２】
本発明に係る静電アクチュエーターは、可動電極及び封止薄膜部が、第２の基板の一部で構成されていることを特徴とする。
したがって、封止薄膜部に第２の基板以外の材料を用いる必要がなく、製造に要する手間及びコストの低減を実現できる。
【００１３】
本発明に係る静電アクチュエーターは、封止薄膜部が、可動電極の厚みと略同等の厚みを有していることを特徴とする。
これにより、封止薄膜部を可動電極と同様の工程で作製することができ、製造に要する手間を低減することができる。
【００１４】
本発明に係る静電アクチュエーターは、第１の基板がガラス基板、第２の基板がシリコン基板であって、ガラス基板及びシリコン基板が陽極接合された際に封止薄膜部が弾性変形し凹部に挿入されることでギャップを封止することを特徴とする。
すなわち、封止薄膜部を弾性変形させるための特別の手段を要しなくて済み、製造に要する手間を更に軽減できることになる。
【００１５】
本発明に係る静電アクチュエーターは、封止薄膜部の底面とリード部及び凹部とが接合された部分の外側から封止材を注入していることを特徴とする。
これにより、ギャップを確実に封止することが可能になる。また、封止材の侵入長さを制御できるので、小型化を実現することにもなる。
【００１６】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、固定電極及び固定電極から延び、固定電極に駆動信号を供給するリード部が形成された凹部を有する電極基板と、固定電極にギャップを隔てて対向し、底壁が振動板となる吐出室及びリード部に対向し、凹部に挿入されることでギャップを封止している封止薄膜部が形成されたキャビティ基板と、吐出室から移送される液体を液滴として吐出するノズル孔が形成されたノズル基板と、を備えたことを特徴とする。
これにより、ギャップの断面積が縮小し、ギャップの封止が行なえる。したがって、ギャップ内に水分等の異物が侵入せず、液滴吐出ヘッドの耐久性が向上する。
【００１７】
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ことを特徴とする。したがって、上述の液滴吐出ヘッドの効果をすべて有している。
【００１８】
本発明に係る静電アクチュエーターの製造方法は、第１の基板に形成した凹部に、固定電極及び固定電極から延び、固定電極に駆動信号を供給するリード部を形成し、第２の基板に、固定電極との間で発生させた静電気力により動作する可動電極及びリード部と凹部に接合する封止薄膜部を同一工程で形成し、固定電極と可動電極とが、リード部と封止薄膜部とが、それぞれギャップを隔てて対向するように第１の基板及び第２の基板とを陽極接合させることで、封止薄膜部を弾性変形させて凹部に挿入することでギャップを封止し、封止薄膜部が挿入された部分に封止材を注入してギャップを更に封止することを特徴とする。
したがって、複雑な工程を経ることがなく、高価な材料を使用することがないので、製造に要する手間及びコストの低減を実現できる。また、ギャップを確実に封止することができるので、耐久性の向上に寄与する。さらに、封止材の侵入長さを制御できるので、小型化を実現することにもなる。
【００１９】
本発明に係る静電アクチュエーターの製造方法は、第２の基板の片面にボロンドープ層を形成し、エッチングストップ技術を用いて可動電極及び封止薄膜部をボロンドープ層で形成していることを特徴とする。
したがって、特段の手段を経ることなく、静電アクチュエーターを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドを分解した状態を示す分解斜視図である。
【図２】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドが組み立てられた状態の縦断面図である。
【図３】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの特徴事項を説明するための模式図である。
【図４】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの製造工程の流れの一例を示すフローチャートである。
【図５】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置の一例を示した斜視図である。
【図６】実施の形態２に係る液滴吐出装置の主要な構成手段の一例を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
実施の形態１.
図１は、本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド１を分解した状態を示す分解斜視図である。図２は、液滴吐出ヘッド１が組み立てられた状態の縦断面図であり、図１におけるＸ−Ｘ断面（吐出室２１の長辺方向における断面）を示している。図１及び図２に基づいて、液滴吐出ヘッド１の構成及び動作について説明する。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、図の上側を上とし、下側を下として説明するものとする。
【００２２】
この液滴吐出ヘッド１は、ノズル基板１０に設けられたノズル孔１１から液滴を吐出させるフェイスイジェクトタイプである場合を例に示している。図１及び図２に示すように、この液滴吐出ヘッド１は、電極基板３０、キャビティ基板２０及びノズル基板１０が下から順に積層されて構成されている。つまり、キャビティ基板２０を電極基板３０とノズル基板１０とで上下から挟む構造となっている。このように、液滴吐出ヘッド１が３層構造である場合を例に説明するが、リザーバーを独立して形成したリザーバー基板を含めた４層構造としてもよい。なお、電極基板３０とキャビティ基板２０とは陽極接合で、キャビティ基板２０とノズル基板１０とはエポキシ樹脂等の接着剤で、それぞれ接合するとよい。以下、各基板毎に構成を説明する。
【００２３】
［キャビティ基板２０］
第２の基板に相当するキャビティ基板２０は、たとえば厚さ約５０μｍ（マイクロメートル）の（１１０）面方位のシリコン単結晶基板（以下、単にシリコン基板という）を主要な材料として構成されている。このシリコン基板に異方性ウエットエッチングを行ない、底壁が可撓性を有し、弾性変形可能な振動板（可動電極）２２となる吐出室（または、圧力室）２１を複数形成する。この吐出室２１は、電極基板３０に形成した固定電極３２の電極列に対応して形成されており、液体が一時的に保持されて吐出圧が加えられるようになっている。また、吐出室２１は、紙面手前側から奥側にかけて平行に並んで形成されているものとする。
【００２４】
振動板２２は、高濃度のボロンドープ層で形成するようにしている。水酸化カリウム水溶液等のアルカリ溶液による単結晶シリコンのエッチングにおけるエッチングレートは、ドーパントがボロンの場合、約５×１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以上の高濃度の領域において、非常に小さくなる。このため、振動板２２の部分を高濃度のボロンドープ層とし、アルカリ溶液による異方性ウエットエッチングによって吐出室２１を形成する際に、ボロンドープ層が露出してエッチングレートが極端に小さくなる、いわゆるエッチングストップ技術を用いて、振動板２２を所望の厚さ（たとえば、０．８μｍ程度の厚さ）に形成することができる。
【００２５】
また、キャビティ基板２０には、封止薄膜部２５が形成されている。この封止薄膜部２５は、キャビティ基板２０の一部、つまり後述するリード部３３と対向する部分に形成されている。図２に示すように、封止薄膜部２５は、キャビティ基板２０と電極基板３０とが接合された状態において電極基板３０に接合（つまり、リード部３３及びリード部３３が形成されている後述する凹部３１内に挿入）されてギャップ４０を封止する。また、封止薄膜部２５は、振動板２２と同一工程で形成することができる。こうすれば、封止薄膜部２５は振動板２２と略同等の厚みで形成されることになる。
【００２６】
また、キャビティ基板２０には、各吐出室２１に共通に供給する液体を溜めておく共通液体室としての機能を有するリザーバー２３が形成されている。このリザーバー２３の底部には、電極基板３０に形成する液体供給穴３６と連通する液体供給穴２４が開口形成されている。この液体供給穴２４は、電極基板３０の液体供給穴３６と連通して、外部のタンク（図示省略）から供給された液体をリザーバー２３に取り入れる際の流路となるものである。さらに、キャビティ基板２０の上面（ノズル基板１０との接合面）には、リザーバー２３と吐出室２１とを連通させるためのオリフィス２６が形成されている。
【００２７】
キャビティ基板２０の下面（電極基板３０と対向する面）には、図示を省略しているが振動板２２と固定電極３２との間を電気的に絶縁するためのＴＥＯＳ膜（ここでは、Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ  ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ：テトラエトキシシラン（珪酸エチル）を用いてできるＳｉＯ2 膜をいう）である絶縁膜をプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＴＥＯＳ−ｐＣＶＤともいう）法を用いて、０．１μｍ程度成膜している。これは、振動板２２の駆動時における絶縁破壊及び短絡を防止するためと、液体によるエッチングを防止するためのものである。
【００２８】
ここでは、絶縁膜がＴＥＯＳ膜である場合を示しているが、これに限定するものではなく、絶縁性能が向上する物質であればよい。たとえば、Ａｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム（アルミナ））を用いてもよい。また、キャビティ基板２０の上面にも、図示省略の液体保護膜となるＳｉＯ2 膜（ＴＥＯＳ膜を含む）を、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法により成膜するとよい。液体保護膜を成膜することによって、液体で流路が腐食されるのを防止できるからである。この液体保護膜の応力と絶縁膜の応力とを相殺させ、振動板２２の反りを小さくできるという効果もある。
【００２９】
キャビティ基板２０のヘッド端部には、外部電極端子としての共通電極端子２８が形成されている。この共通電極端子２８は、図示省略のＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）と接続され、外部の発振回路５０から振動板２２に固定電極３２と反対の極性の電荷を供給する際の端子となるものである。なお、共通電極端子２８としては、たとえば０．１μｍ程度の厚さのＰｔ（ｐｌａｔｉｎｕｍ）膜を成膜することにより形成するとよい。
【００３０】
［電極基板３０］
第１の基板に相当する電極基板３０は、たとえば厚さ１ｍｍ（ミリメートル）の硼珪酸系の耐熱硬質ガラス等を主要な材料として形成するとよい。図１及び図２に示すように、電極基板３０は、キャビティ基板２０の下面（ノズル基板１０の接合面とは反対側の面）に接合される。この電極基板３０の表面には、キャビティ基板２０に形成される各吐出室２１に合わせ、エッチング等により深さ約０．２μｍの凹部（ガラス溝）３１が設けられる。この凹部３１のパターン形状は、その内部に固定電極３２、リード部３３及び端子部３４（特に区別する必要がない限り、固定電極３２にリード部３３及び端子部３４を含めて説明する）を設けるため、その固定電極３２よりも少し大きめに作製する。
【００３１】
また、各凹部３１の内部（特に底部）には、キャビティ基板２０の振動板２２と一定の間隔（ギャップ４０）をもって対向するように、固定電極部となる矩形状の固定電極３２が形成されている。固定電極３２には、発振回路５０からの駆動信号が端子部３４及びリード部３３を介して供給されるようになっている。端子部３４は、固定電極３２へ駆動信号を供給する発振回路５０に接続されるようになっている。リード部３３は、固定電極３２と端子部３４とを接続するようになっている。
【００３２】
この固定電極３２は、酸化錫を不純物としてドープした可視光領域で透明のＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ：インジウム錫酸化物）を材料として、凹部３１の内側に約０．１μｍの厚さにスパッタ法を用いて成膜することで形成される。なお、固定電極３２をクロム等の金属等を材料で形成してもよいが、実施の形態１では、ギャップ４０内の観察がし易い、透明であるので放電したかどうかの確認が行い易い等の理由でＩＴＯを用いることが好ましい。
【００３３】
ギャップ４０は、電極基板３０とキャビティ基板２０とを接合して積層体を形成した際に、振動板２２と固定電極３２との間に振動板２２を撓ませる（変位させる）ことができるように形成される。このギャップ４０の深さは、凹部３１の深さ、及び、固定電極３２の厚みにより決まることになる。このギャップ４０は、液滴吐出ヘッド１の吐出特性に大きく影響する。そのため、厳格な精度管理が要求される。このギャップ４０は、各振動板２２に対向する位置に細長い一定の深さを有するように形成されている。
【００３４】
ギャップ４０は、キャビティ基板２０の一部に形成した封止薄膜部２５及び樹脂材料等を使用した封止材４１により封止されており、水分等の侵入による振動板２２の貼りつきや放電が防止されている。キャビティ基板２０と電極基板３０とが接合された際、封止薄膜部２５が弾性変形することによって、ギャップ４０の縦断面積が縮小してギャップ４０を封止する。その封止に加えて、封止薄膜部２５の底面とリード部３３及び凹部３１とが接合された部分（封止薄膜部２５が凹部３１に挿入された部分）の外側から封止材４１を注入することによってギャップ４０を確実に封止している。
【００３５】
さらに、電極基板３０には、液体供給穴２４と連通する液体供給穴３６が開口形成されている。液体供給穴３６は、たとえばサンドブラスト加工または切削加工により形成するとよい。液滴吐出ヘッド１では、複数の固定電極３２が長辺及び短辺を有する長方形状に形成されており、固定電極３２が互いの長辺が平行になるように配置されている。そして、図１では、固定電極３２の短辺方向に伸びる２つの電極列を示している。なお、固定電極３２の短辺が長辺に対して斜めに形成されており、固定電極３２が細長い平行四辺形状になっている場合には、長辺方向に直角方向に伸びる電極列を形成するようにすればよい。また、ここで示した凹部３１の深さやギャップ４０の深さ、固定電極３２の厚み等は一例であり、ここで示す値に限定するものではない。
【００３６】
［ノズル基板１０］  
ノズル基板１０は、たとえば厚さ１８０μｍのシリコン基板を主要な材料として構成されている。ノズル基板１０は、キャビティ基板２０の上面（電極基板３０の接合面とは反対の面）に接合されている。このノズル基板１０には、各吐出室２１と連通するノズル孔１１が形成されている。そして、各ノズル孔１１からは、振動板２２の変位により加圧された吐出室２１内の液体が液滴として外部に吐出されるようになっている。
【００３７】
また、図２に示すように、ノズル孔１１を複数段（たとえば、２段）で形成すると、液滴を吐出する際の直進性の向上が期待できる。さらに、ノズル基板１０のリザーバー２３に対応する部分には、図示を省略しているが振動板２２の変位によりリザーバー２３側の液体に加わる圧力変動を吸収し、ノズル間のクロストークを抑制するダイヤフラムを形成するとよい。
【００３８】
以上のように構成された液滴吐出ヘッド１においては、吐出室２１にノズル孔１１から吐出させる液体を貯めておき、吐出室２１の底壁である振動板２２を撓ませることにより、吐出室２１内の圧力を高め、液体をノズル孔１１から液滴として吐出させるようになっている。なお、実施の形態１では、ノズル孔１１を有するノズル基板１０を上面とし、電極基板３０を下面として説明するが、実際に用いられる場合には、ノズル基板１０の方が電極基板３０よりも下面となることが多い。
【００３９】
［液滴吐出ヘッド１の動作］
発振回路５０は、キャビティ基板２０の共通電極端子２８及び端子部３４に接続され、振動板２２及び固定電極３２に電荷の供給及び停止を制御するようになっている。また、リザーバー２３には、液体供給穴３６及び液体供給穴２４を介して外部から液体が供給されている。さらに、吐出室２１には、オリフィス２６を介してリザーバー２３から液体が供給されている。このような状態で、液滴吐出ヘッド１は動作を開始する。
【００４０】
発振回路５０は、たとえば２４ｋＨｚで発振し、選択された固定電極３２に０Ｖ〜３０Ｖ程度のパルス電圧を印可して電荷供給を行ない、この固定電極３２を正に帯電させる。このとき、対応するキャビティ基板２０の振動板２２には共通電極端子２８を介して負の極性を有する電荷が供給され、この振動板２２を相対的に負に帯電させる。そのため、選択された固定電極３２とそれに対応する振動板２２との間では静電気力が発生することになる。固定電極３２と振動板２２との間に静電気力が発生すると、振動板２２は、その静電気力によって固定電極３２側に引き寄せられて撓むことになる。これにより吐出室２１の容積は広がる。
【００４１】
次に、固定電極３２へのパルス電圧の供給を止めると、振動板２２と固定電極３２との間の静電気力がなくなり、振動板２２は元の状態に復元する。このとき、吐出室２１の内部の圧力が急激に上昇し、その圧力により差分の液体がノズル孔１１から液滴として吐出されることになる。この液滴が、たとえば記録紙に着弾することによって印刷等が行われるようになっている。その後、液体がリザーバー２３からオリフィス２６を通じて吐出室２１内に補給され、初期状態に戻る。このような方法は、引き打ちと呼ばれるものであるが、バネ等を用いて液体を吐出する押し打ちと呼ばれる方法もある。
【００４２】
［実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド１の特徴事項］
図３は、実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド１の特徴事項を説明するための模式図である。図３（ａ）が図２におけるＡ−Ａ断面を、図３（ｂ）が図２におけるＢ−Ｂ断面を、それぞれ示している。上述したように、封止薄膜部２５は、振動板２２と略同等の厚みを有しているので、キャビティ基板２０と電極基板３０とを陽極接合した際に凹部３１内に挿入されるように弾性変形し、電極基板３０に形成したリード部３３及び凹部３１に接合し、ギャップ４０を封止する。
【００４３】
封止薄膜部２５だけでギャップ４０を封止するようにしてもよいが、ギャップ４０を確実に封止するために、液滴吐出ヘッド１では封止薄膜部２５の底面とリード部３３及び凹部３１とが接合された部分の外側から封止材４１を注入するようにしている（図３（ａ）参照）。一方、キャビティ基板２０と凹部３１との間は、キャビティ基板２０が厚みを有しているので、弾性変形しようとしてもシリコン基板の剛性が勝り、ギャップ４０の精度が維持される（図３（ｂ）参照）。同様に、静電アクチュエーターの振動板２２も、振動板の幅が封止薄膜部２５に比較して狭いため、振動板の剛性が勝り、ギャップ４０の精度が維持される。
【００４４】
したがって、実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド１では、ギャップ４０を封止薄膜部２５及び封止材４１によって封止するようにしているので、従来のようなギャップの封止に比べ、複雑な工程を経ることなく、ギャップ４０を確実に封止することができる。加えて、樹脂等の安価な材料で封止材４１を構成するので、低コストである。また、ギャップ４０を確実に封止できるので、ギャップ４０内に異物が侵入せず、静電アクチュエーターの耐久性の向上が可能になる。
【００４５】
封止材４１は、封止薄膜部２５と凹部３１との接合部分で確実に侵入が止まる。つまり、封止材４１の侵入長さの制御が可能であり、封止材４１の侵入長さを短くすることができる。このように封止材４１の侵入長さの制御が可能であるので、静電アクチュエーターの小型化が実現できることになる。すなわち、実施の形態１では、封止薄膜部２５及び封止材４１によってギャップ４０を確実に封止することによって耐久性の向上及び小型化を実現した液滴吐出ヘッド１を提供できるのである。
【００４６】
次に、静電アクチュエーターの製造工程について液滴吐出ヘッド１の製造工程とともに説明する。図４は、液滴吐出ヘッド１の製造工程の流れの一例を示すフローチャートである。図４に基づいて、液滴吐出ヘッド１の製造工程の流れの一例について説明する。なお、以下に示す基板の厚さやエッチング深さ、温度、圧力等の値はあくまでも一例であり、本発明はこれらの値によって限定されるものではない。また、実際には、シリコンウエハから複数個分の液滴吐出ヘッドの部材を同時形成するのが一般的になっている。
【００４７】
［電極基板３０の製作（図４（Ｓ０））］
電極基板３０は、たとえば厚さが約１ｍｍの両面鏡面のホウ珪酸ガラス基板を用意し、上面に金・クロムのエッチングマスクを施し、フッ酸水溶液等でエッチングして凹部３１を形成した後に、凹部３１内にスパッタ等によりＩＴＯからなる固定電極３２（リード部３３及び端子部３４も含む）を形成する。それから、このガラス基板にブラスト加工を施し、液体供給穴３６を形成する。このようにして電極基板３０を製作することができる。
【００４８】
［キャビティ基板２０の製作（図４（Ｓ１）〜（Ｓ９））］
まず、キャビティ基板２０となる両面を鏡面研磨したシリコン基板の片側表面に振動板２２及び封止薄膜部２５となるボロンドープ層を形成する（図４（Ｓ１））。更に、シリコン基板のボロンドープ層が形成されている表面に絶縁膜を数百ｎｍ形成する（図４（Ｓ２））。この絶縁膜は、たとえばプラズマＣＶＤ法やＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）スパッタ法等により成膜するとよい。
【００４９】
その後、絶縁膜の表面に図示省略のレジストを塗布し、吐出室２１及びリザーバー２３となる凹部等の流路と、封止薄膜部２５を形成するための凹部と、を形成するためのパターニングをフォトリソグラフィーによって行ない、それらの部分をたとえば水酸化カリウム水溶液等で異方性ウエットエッチングする（図４（Ｓ３））。これにより、液体流路となる吐出室２１、リザーバー２３及びオリフィス２６が形成されるとともに、封止薄膜部２５が形成される。
【００５０】
この異方性ウエットエッチングの工程では、たとえば始めに３５重量％の水酸化カリウム水溶液を使用し、その後３重量％の水酸化カリウム水溶液を使用する２段階のエッチングを実施するのが好ましい。これにより、振動板２２及び封止薄膜部２５の面荒れを抑制することができる。以上のエッチング処理においては、先に形成していたボロンドープ層がエッチングストップとして作用し、残ったボロンドープ層が振動板２２及び封止薄膜部２５として形成されることになる。
【００５１】
エッチング終了後、たとえばフッ酸水溶液を用いてシリコン基板の全面から絶縁膜を剥離する（図４（Ｓ４））。また、シリコン基板の流路形成面にたとえばＣＶＤによって酸化シリコン等からなる液体保護膜を形成する。さらに、ボロンドープ層の表面に絶縁膜を形成するとともに、共通電極端子２８も形成する（図４（Ｓ５））。共通電極端子２８は、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）によって、共通電極端子２８となる箇所の液体保護膜を除去し、たとえばＰｔをスパッタリングすることにより形成する。このＲＩＥは、ドライエッチングの一種であり、たとえば出力２００Ｗ、圧力４０Ｐａ（０．３Ｔｏｒｒ）、ＣＦ4 流量３０ｃｍ3 ／分（３０ｓｃｃｍ）の条件で、シリコンマスクを用いて行なう。このようにしてキャビティ基板２０を作製する。
【００５２】
それから、キャビティ基板２０と電極基板３０とをアライメントした後、３６０℃に加熱し、電極基板３０に負極、キャビティ基板２０に正極を接続して、８００Ｖの電圧を印加して陽極接合する（図４（Ｓ６））。キャビティ基板２０と電極基板３０とを陽極接合すると、封止薄膜部２５が弾性変形して、凹部３１に挿入され、電極基板３０に形成してあるリード部３３及び凹部３１に接合する。このようにしてギャップ４０が封止される。つまり、ギャップ４０は、陽極接合と同時に封止されることになる。
【００５３】
ギャップ４０を更に確実に封止するために、陽極接合後、封止薄膜部２５の底面とリード部３３及び凹部３１とが接合された部分の外側から封止材４１を注入する（図４（Ｓ７））。これによって、ギャップ４０が確実に封止され、ギャップ４０内に異物や湿気等が浸入するのが防止される。そして、ノズル孔１１が形成されたノズル基板１０をエポキシ樹脂等の接着剤を用いてキャビティ基板２０の電極基板３０との接合面とは反対側面に接合する（図４（Ｓ８））。最後に、電極基板３０、キャビティ基板２０、及び、ノズル基板１０が接合された接合基板をダイシング（切断）して個々の液滴吐出ヘッド１が完成する（図４（Ｓ９））。
【００５４】
このように製造された液滴吐出ヘッド１においては、ギャップ４０を封止薄膜部２５及び封止材４１によって確実に封止するようにしているので、低コスト化を実現できるとともに、耐久性の向上が可能になる。また、封止材４１の侵入長さの制御が可能であるので、小型化が実現できることになる。
【００５５】
実施の形態２．
図５は、実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド１を搭載した液滴吐出装置２の一例を示した斜視図である。また、図６は、液滴吐出装置２の主要な構成手段の一例を表す図である。図５及び図６に基づいて、実施の形態２に係る液滴吐出装置２について説明する。この液滴吐出装置２は、液滴吐出方式（インクジェット方式）による印刷を目的とする、いわゆる一般的なシリアル型のインクジェットプリンタである。また、搭載される液滴吐出ヘッド１は、上述したように耐久性の向上及び小型化を図るようにしたものであるので、液滴吐出装置２も耐久性の向上及び小型化を実現したものとなる。
【００５６】
液滴吐出装置２は、被印刷物であるプリント紙２１０が支持されるドラム２０１と、プリント紙２１０にインクを吐出し、記録を行う液滴吐出ヘッド１とで主に構成される。また、液滴吐出ヘッド１にインクを供給するための図示省略のインク供給手段がある。プリント紙２１０は、ドラム２０１の軸方向に平行に設けられた紙圧着ローラ２０３により、ドラム２０１に圧着して保持されるようになっている。このドラム２０１の軸方向に平行に設けられている送りネジ２０４によって液滴吐出ヘッド１が保持されるようになっている。
【００５７】
そして、この送りネジ２０４が回転することによって液滴吐出ヘッド１がドラム２０１の軸方向に移動する。一方、ドラム２０１は、ベルト２０５等を介してモータ２０６により回転駆動されるようになっている。また、プリント制御手段２０７は、印画データ及び制御信号に基づいて送りネジ２０４及びモータ２０６を駆動させるようになっている。さらに、プリント制御手段２０７は、図示省略の発振駆動回路を駆動させて振動板２２を制御しながらプリント紙２１０に印刷を行わせるようになっている。
【００５８】
ここでは、液体をインクとしてプリント紙２１０に吐出するようにしている場合を例に説明したが、これ限定するものではない。たとえば、カラーフィルターとなる基板に吐出させる用途においては、カラーフィルター用の顔料を含む液体であってもよい。また、有機化合物等の電界発光素子を用いた表示パネル（ＯＬＥＤ等）の基板に吐出させる用途においては、発光素子となる化合物を含む液体であってもよい。さらに、基板上に配線する用途においては、導電性金属を含む液体であってもよい。
【００５９】
一方、液滴吐出ヘッド１をディスペンサとし、生体分子のマイクロアレイとなる基板に吐出する用途に用いる場合では、ＤＮＡ（Ｄｅｏｘｙｒｉｂｏ  Ｎｕｃｌｅｉｃ  Ａｃｉｄｓ：デオキシリボ核酸）や、ＲＮＡ（Ｒｉｂｏ  Ｎｕｃｌｅｉｃ  Ａｃｉｄ：リボ核酸）、ＰＮＡ（Ｐｅｐｔｉｄｅ  Ｎｕｃｌｅｉｃ  Ａｃｉｄｓ：ペプチド核酸）等のタンパク質プローブを含む液体を吐出させるようにしてもよい。その他、布等の染料の吐出等にも利用することができる。
【００６０】
本発明の実施の形態に係る液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及び液滴吐出ヘッドの製造方法は、上述の実施の形態で説明した内容に限定されるものではなく、本発明の思想の範囲内において変更することができる。たとえば、液滴吐出ヘッド１の構成基板の積層数を上述した３層や４層に限定するものではない。また、液滴吐出ヘッド１の製造工程においても、上述した製造工程に限定するものではない。
【符号の説明】
【００６１】
１  液滴吐出ヘッド、２  液滴吐出装置、１０  ノズル基板、１１  ノズル孔、２０  キャビティ基板、２１  吐出室、２２  振動板、２３  リザーバー、２４  液体供給穴、２５  封止薄膜部、２６  オリフィス、２８  共通電極端子、３０  電極基板、３１  凹部、３２  固定電極、３３  リード部、３４  端子部、３６  液体供給穴、４０  ギャップ、４１  封止材、５０  発振回路、２０１  ドラム、２０３  紙圧着ローラ、２０４  ネジ、２０５  ベルト、２０６  モータ、２０７  プリント制御手段、２１０  プリント紙。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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