(57)【要約】【課題】可動電極である振動板の貼り付きを防止し、また当接面側の酸化絶縁膜あるいはＤＬＣ膜である水素化アモルファスカーボン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ー等を提供する。【解決手段】基板上に形成された固定電極となる個別電極５と、個別電極５に対して所定の間隔で対向配置し、個別電極５との間に発生した静電気力で変位する可動電極となる振動板６を備える静電アクチュエーター４において、振動板６と個別電極５との少なくとも一方に、水素化アモルファスカーボン膜８を形成し、さらに、振動板６と個別電極５との対向配置に係る密閉空間であるギャップＧを、有機系処理剤に係る雰囲気とする。【選択図】図２
2010247389.tif 000002
【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、該固定電極に対して所定の間隔で対向配置し、前記固定電極との間に発生した静電気力で変位する可動電極とを備える静電アクチュエーターにおいて、
前記可動電極と前記固定電極との少なくとも一方に水素化アモルファスカーボン膜を形成し、さらに、前記可動電極と前記固定電極との対向配置に係る密閉空間を、有機系処理剤に係る雰囲気とすることを特徴とする静電アクチュエーター。
【請求項２】
水素化アモルファスカーボン膜は、前記可動電極と前記固定電極との少なくとも一方に形成された絶縁膜上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ー。
【請求項３】
前記絶縁膜は、酸化物系絶縁膜であることを特徴とする請求項２記載の静電アクチュエーター。
【請求項４】
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３記載の静電アクチュエーター。
【請求項５】
前記水素化アモルファスカーボン膜は、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乃至４のいずれかに記載の静電アクチュエーター。
【請求項６】
前記有機系処理剤は、ジメチルシリルアルキル基又はトリメチルシリルアルキル基を有する有機化合物を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の静電アクチュエーター。
【請求項７】
基板上に形成された固定電極と、該固定電極に対して所定の間隔により対向配置し、前記固定電極との間に発生した静電気力で変位する可動電極とを備える静電アクチュエーターの製造方法において、
前記可動電極と前記固定電極との一方または両方の対向面に、酸化物系絶縁膜を形成する工程と、
前記酸化物系絶縁膜に、さらに水素化アモルファスカーボン膜を形成する工程と、
前記固定電極と前記可動電極とが前記所定の間隔で対向するように固定する工程と、
前記可動電極と前記固定電極とが対向配置して形成される空間の水分を除去する工程と、
前記空間に有機系処理剤を導入して気相処理を行い、前記空間を封止する工程と
を有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８】
ジメチルシリルアルキル基又はトリメチルシリルアルキル基を有する有機化合物を含む前記有機系処理剤を用いて前記気相処理を行うことを特徴とする請求項７記載の静電アクチュエーターの製造方法。
【請求項９】
前記水素化アモルファスカーボン膜を成膜するときの基板温度を３００℃以下とすることを特徴とする請求項７または８記載の静電アクチュエーターの製造方法。
【請求項１０】
前記水素化アモルファスカーボン膜を成膜するときのＲＦ出力を３００Ｗ以下とすることを特徴とする請求項７乃至９記載の静電アクチュエーターの製造方法。
【請求項１１】
請求項１乃至６のいずれかに記載の静電アクチュエーターを搭載したことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項１２】
請求項７乃至１０のいずれかに記載の静電アクチュエーター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。
【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ー、液滴吐出ヘッド及びそれらの製造方法に関する。
【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、アクチュエーターの駆動方式として、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ーを「静電アクチュエーター」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ーは、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ーも微小化している。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ー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ーの駆動耐久性の向上およびアクチュエーター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（以下、ＤＬＣという）膜を形成した静電アクチュエーターを提案している（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ー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ーが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【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
【発明の概要】
【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ーでは、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ーにＤＬＣ膜を適用する場合の課題として、静電アクチュエーター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ーが帯電し、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ーにおいて、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】
水素化アモルファスカーボン膜の体積抵抗率を上げる方法として、炭素の結合状態をｓｐ３結合の多い膜とする方法がある。
しかしながら、ｓｐ３結合成分が多いと摩擦係数が高くなる傾向があり、ＤＬＣ膜の潤滑性が低下し、振動板側のＳｉＯ2膜が異物化（ＳｉＯ2膜の一部が剥がれて異物となる現象）して、インク吐出特性が耐久的に低下するという別の課題が生じた。
【０００９】
体積抵抗率を上げる別の方法として、膜中水素量を多くする方法がある。すなわち、ＤＬＣ膜の成膜時のＲＦ出力を下げて、原料ガスの分解を抑えた状態でＤＬＣ膜を成膜する方法であり、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。ここで、ＤＬＣ膜の膜中水素量とは、簡単に言えばＤＬＣ膜中の水素含有量をいい、正確には分子式をＣｘＨｙとすると、ｙ／（ｘ＋ｙ）の原子数の比であらわされる。膜中水素量の分析方法にはＥＲＤＡ（Elastic Recoil Detection Analysis：弾性反銚粒子検出法）などが用いられる。
【００１０】
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ー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。
【００１１】
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ー、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】
【００１２】
本発明に係る静電アクチュエーターは、基板上に形成された固定電極と、固定電極に対して所定の間隔で対向配置し、固定電極との間に発生した静電気力で変位する可動電極とを備える静電アクチュエーターにおいて、可動電極と固定電極との少なくとも一方に、酸化物系絶縁膜及び水素化アモルファスカーボン膜を形成し、さらに、可動電極と固定電極との対向配置に係る密閉空間を、有機系処理剤に係る雰囲気とする。
本発明によれば、可動電極と固定電極との対向配置に係る密閉空間を、有機系処理剤に係る雰囲気とするようにしたので、雰囲気内において、可動電極が固定電極に当接する際、有機系処理剤に係る有機系化合物質が、可動電極と固定電極とが密着しすぎないように接触面積を減らすことで、可動電極と固定電極との少なくとも一方の最表面の膜となる水素化アモルファスカーボン膜における接触帯電を抑制することができる。このため、例えば高電圧駆動を行っても可動電極と固定電極との貼り付きを防止することができ、駆動特性の維持、長寿命をはかることができる静電アクチュエーターを製造することができる。
【００１３】
また、本発明に係る静電アクチュエーターでは、水素化アモルファスカーボン膜は、可動電極と固定電極との少なくとも一方に形成された絶縁膜上に形成されている。
本発明によれば、絶縁膜が可動電極および固定電極の少なくとも一方に形成されているため、固定電極と可動電極との間に生じ得る絶縁破壊等を防ぎ、長寿命化を計ることができる。
【００１４】
また、本発明に係る静電アクチュエーターの絶縁膜は酸化物系絶縁膜である。
本発明によれば、絶縁膜を酸化物系絶縁膜としたので、水素化アモルファスカーボン膜との密着性を確保することができる。
【００１５】
また、本発明に係る静電アクチュエーターの酸化物系絶縁膜はシリコン酸化膜である。
本発明によれば、シリコン酸化膜を酸化物系絶縁膜としたので、水素化アモルファスカーボン膜との密着性をさらに確保することができる。
【００１６】
また、本発明に係る静電アクチュエーターでは、水素化アモルファスカーボン膜は、可動電極および固定電極の両方に形成されている。
本発明によれば、水素化アモルファスカーボン膜を可動電極および固定電極の両方に形成し、同種どうしの当接を行うようにしたので、当接によって異物が発生せず、駆動特性を維持することができる。
【００１７】
また、本発明に係る静電アクチュエーターでは、有機系処理剤は、ジメチルシリルアルキル基又はトリメチルシリルアルキル基を有する有機化合物を含む。
本発明によれば、密閉空間を、ジメチルシリルアルキル基又はトリメチルシリルアルキル基を有する有機化合物を含む有機系処理剤の雰囲気にすることで、貼り付きを防ぐことができる。
【００１８】
また、本発明に係る静電アクチュエーターの製造方法は、基板上に形成された固定電極と、固定電極に対して所定の間隔により対向配置し、固定電極との間に発生した静電気力で変位する可動電極とを備える静電アクチュエーターの製造方法において、可動電極と固定電極との一方または両方の対向面に、酸化物系絶縁膜を形成する工程と、酸化物系絶縁膜に、さらに水素化アモルファスカーボン膜を形成する工程と、固定電極と可動電極とが所定の間隔で対向するように固定する工程と、可動電極と固定電極とが対向配置して形成される空間の水分を除去する工程と、空間に有機系処理剤を導入して気相処理を行い、空間を封止する工程とを有する。
本発明によれば、可動電極と固定電極との対向配置に係る空間において、水分を除去した後、有機系処理剤に係る雰囲気として封止するようにしたので、静電アクチュエーターの駆動時において、雰囲気内の有機系化合物質が、可動電極が固定電極に当接する際、密着させすぎないようにして接触面積を減らすことで、可動電極と固定電極との少なくとも一方の最表面の膜となる水素化アモルファスカーボン膜における接触帯電を抑制することができる。このため、例えば高電圧駆動を行っても可動電極と固定電極との貼り付きを防止し、駆動特性の維持、長寿命をはかることができる静電アクチュエーターを製造することができる。
【００１９】
また、本発明に係る静電アクチュエーターの製造方法は、ジメチルシリルアルキル基又はトリメチルシリルアルキル基を有する有機化合物を含む有機系処理剤を用いて気相処理を行う。
本発明によれば、密閉空間を、より接触面積を小さくすることが可能な嵩高い置換基、具体的にはジメチルシリルアルキル基又はトリメチルシリルアルキル基を有する有機化合物を含む有機系処理剤で気相処理を行うようにしたので、駆動による貼り付きを防ぐことができる。
【００２０】
また、本発明に係る静電アクチュエーターの製造方法は、水素化アモルファスカーボン膜を成膜するときの基板温度を３００℃以下とする。
本発明によれば、水素化アモルファスカーボン膜を成膜する際、基板温度を３００℃以下とするようにしたので、低摩擦係数の水素化アモルファスカーボン膜を形成することができる。このため、当接における耐久性等を向上させることができ、駆動特性の維持、長寿命をはかることができる静電アクチュエーターを製造することができる。
【００２１】
また、本発明に係る静電アクチュエーターの製造方法は、水素化アモルファスカーボン膜を成膜するときのＲＦ出力を３００Ｗ以下とする。
本発明によれば、水素化アモルファスカーボン膜を成膜するときのＲＦ出力を３００Ｗ以下としたので、原料ガスの分解を抑えた状態で成膜することで、水素化アモルファスカーボン膜中の水素含有量を多くすることができ、体積抵抗率を上げることで、帯電しにくい水素化アモルファスカーボン膜を成膜することができる。
【００２２】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、上記の静電アクチュエーターを搭載したものである。
本発明によれば、可動電極と固定電極との対向配置に係る密閉空間を、有機系処理剤に係る雰囲気とすることで、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得ることができる。
【００２３】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記の静電アクチュエーターの製造方法を適用したものである。
本発明によれば、可動電極と固定電極との対向配置に係る空間を、有機系処理剤に係る雰囲気として封止することで、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製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る液滴吐出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の液滴吐出ヘッドの概略構成を示す断面図。
【図３】図２の液滴吐出ヘッドの上面図。
【図４】図２のＡ−Ａ拡大断面図。
【図５】本発明の実施の形態２に係る液滴吐出ヘッドの概略断面図。
【図６】図５のＢ−Ｂ拡大断面図。
【図７】本発明の実施の形態３に係る液滴吐出ヘッドの概略断面図。
【図８】図７のＣ−Ｃ拡大断面図。
【図９】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの電極基板の製造工程の概略断面図。
【図１０】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの製造工程の概略断面図。
【図１１】実施の形態２に係る液滴吐出ヘッドの製造工程の概略断面図。
【図１２】図１１に続く製造工程の概略断面図。
【図１３】液滴吐出ヘッドを適用したインクジェットプリンターを示す概略斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明を適用した静電アクチュエーター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液滴吐出ヘッドについて図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、吐出室とリザーバー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。
【００２６】
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液滴吐出ヘッドの断面図、図３は図２の液滴吐出ヘッドの上面図、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。
【００２７】
本実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド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ー基板２と、キャビティー基板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。
【００２８】
液滴吐出ヘッド１０のノズル孔１１ごとに設けられる静電アクチュエーター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ー基板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。
【００２９】
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、この酸化物系絶縁膜７上には、ＤＬＣ膜が形成されている。ここでは、ＤＬＣ膜として、水素化アモルファスカーボンの膜（以下、ａ−ｃ：Ｈ膜と記す）８を形成するものとする。このため、振動板６との間で実際に当接するのはａ−ｃ：Ｈ膜８となる。ここで、ａ−ｃ：Ｈ膜８は、できる限り帯電をなくすため、体積抵抗率を高くする。
【００３０】
一方、振動板６の当接面側、すなわちキャビティー基板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ー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。
【００３１】
また、ここでは個別電極５と振動板６との対向配置することでできるギャップＧを、水分を除去して脱水状態にした後、有機系処理剤で気相処理を行い、処理に係る雰囲気（以下、有機処理剤雰囲気という）で満たすようにする。ギャップＧを有機処理剤雰囲気で満たすことで、例えば有機系処理剤を構成する有機系の化合物質が、振動板６（絶縁膜９）の個別電極５への当接時に、振動板６と個別電極５との間に入り込んで、ａ−ｃ：Ｈ膜８との密着を阻害することで接触面積を減らすようにする。このため、ａ−ｃ：Ｈ膜８における接触帯電を抑え、例えば高電圧駆動を行っても振動板６の貼り付きを防止することができる。また、例えば酸化物系絶縁膜７が露出している場合には、有機系処理剤による処理により酸化物系絶縁膜７表面に疎水膜を形成することでも振動板６の貼り付きを防止することができる。
【００３２】
気相処理を行う場合において、処理雰囲気にわずかに水分が含まれていると、水分が帯電し貼り付きが発生する可能性があるため、水分を完全除去したあとに有機系処理剤による気相処理を行う。有機系処理剤については、より接触面積を小さくすることが可能な嵩高い置換基、具体的にはジメチルシリルアルキル基又はトリメチルシリルアルキル基を有する処理剤とする。ここでは特に細長いギャップ内を均一に有機系処理剤の雰囲気にするという観点から、沸点が１００℃程度であり、常温である程度の蒸気圧を有する有機化合物を用いることが望ましい。具体的にはトリメチルシリルアルキル基を有する処理剤として、ＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン（ＣＨ3 ）3 ＳｉＮＨＳｉ（ＣＨ3 ）3 ）、トリメチル−ノルマルプロポキシシラン（Ｃ3Ｈ7Ｏ−Ｓｉ（ＣＨ3 ）3 ）等を用いるのが望ましい。本発明ではＨＭＤＳを用いるものとする。
【００３３】
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とキャビティー基板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ー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。
【００３４】
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（キャビティー基板２との接合面側）に開口している。
また、ノズル基板１には、キャビティー基板２の吐出室２１とリザーバー２３とを連通するオリフィス１２とリザーバー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。
【００３５】
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。
【００３６】
電極基板３に接合されるキャビティー基板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。キャビティー基板２には、インク流路に設けられる吐出室２１となる凹部２２、およびリザーバー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とキャビティー基板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。
【００３７】
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に共通のリザーバー（共通インク室）２３を構成する。そして、リザーバー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、リザーバー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。
【００３８】
電極基板３は、ガラス基板から作製される。中でも、キャビティー基板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とキャビティー基板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とキャビティー基板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とキャビティー基板２を強固に接合することができるからである。
【００３９】
以上のように作製された電極基板３とキャビティー基板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に示すように液滴吐出ヘッド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ー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ー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、液滴吐出ヘッド１０の信頼性が向上する。
【００４０】
ここで、液滴吐出ヘッド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ー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、リザーバー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。
【００４１】
本実施の形態の静電アクチュエーター４は、個別電極５上に、酸化物系絶縁膜７としてシリコン酸化膜が形成され、ＤＬＣ膜であるａ−ｃ：Ｈ膜８を形成することで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、個別電極５と振動板６との対向配置によるギャップＧを、有機系処理剤雰囲気としたので、当接時にａ−ｃ：Ｈ膜８と振動板６との接触面積を減らすことができ、ａ−ｃ：Ｈ膜８における接触帯電を抑え、例えば高電圧駆動を行っても振動板６の貼り付きを防止することができる。
また、ａ−ｃ：Ｈ膜８の摩擦係数を低くすることで、ａ−ｃ：Ｈ膜８と振動板６側の絶縁膜９との接触による異物化発生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ー４を実現することができる。
【００４２】
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、アクチュエーター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。
【００４３】
実施の形態２．
図５は本発明の実施の形態２に係る液滴吐出ヘッドの概略断面図、図６は図５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。このため、振動板６の接合面側に、酸化物系絶縁膜７となるシリコン熱酸化膜を熱酸化法により全面成膜する。そして、シリコン熱酸化膜の上に、実施の形態１と同様にａ−ｃ：Ｈ膜８を形成する。キャビティー基板２にＤＬＣを全面成膜すると陽極接合ができないので、ここでは、個別電極５に対向する振動板６部分のみにａ−ｃ：Ｈ膜８を成膜するようにする。
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。
そして、個別電極５と振動板６との対向配置によるギャップＧを、有機系処理剤であるＨＤＭＳ雰囲気で満たし、ａ−ｃ：Ｈ膜８における接触帯電を抑えるようにする。
【００４４】
本実施の形態２の構成でも、実施の形態１と同様に、ギャップＧを有機系処理剤雰囲気で満たすようにしたので、ａ−ｃ：Ｈ膜８における接触帯電を抑制し、振動板６の貼り付きを防止することができる。また、当接面側の絶縁膜９とＤＬＣ膜（ａ−ｃ：Ｈ膜８）との接触による異物化を防止でき、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ー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、液滴吐出ヘッド１０に適用した場合、吐出圧力および吐出速度（印刷速度等）の向上に寄与する。
【００４５】
実施の形態３．
図７は本発明の実施の形態３に係る液滴吐出ヘッドの概略断面図、図８は図７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ー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においては共にＤＬＣ膜であるａ−ｃ：Ｈ膜どうしの当接、離脱となるため、異物が生じない。
よって、本実施の形態３においても、ギャップＧを有機系処理剤雰囲気で満たすようにしたので、ａ−ｃ：Ｈ膜８における接触帯電を抑制して振動板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ー４を実現することができる。
【００４６】
（液滴吐出ヘッドの製造方法）
次に、実施の形態１〜３に係る液滴吐出ヘッド１０の製造方法の一例について、図９から図１２を参照して説明する。
【００４７】
実施の形態１の場合（図９、図１０参照）
図９は実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド１０の電極基板の製造工程を示す部分断面図であり、ウエハー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１０は実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド１０の製造工程の部分断面図で、シリコンウエハー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。
【００４８】
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９（ａ））。
【００４９】
（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９（ｂ））。
【００５０】
（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、ａ−ｃ：Ｈ膜８となる膜を全面に形成する（図９（ｃ））。このときＲＦパワー（高周波出力）：３００Ｗ、原料ガス流量：５ｓｃｃｍ、窒素ガス（希釈ガス）流量：５ｓｃｃｍとして成膜を行うようにする。
【００５１】
（ｄ）次に、陽極接合による接合を行えるようにするため、個別電極５の電極部分のみにａ−ｃ：Ｈ膜８を残すようにする。このため、ａ−ｃ：Ｈ膜８となる部分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、ａ−ｃ：Ｈ膜８のみを残し、それ以外の部分の膜を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９（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。
【００５２】
次に、図１０を参照して、実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド１０の製造方法について説明する。ここでは、主にキャビティー基板２の製造方法を示す。キャビティー基板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。
【００５３】
（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１０（ａ））。
【００５４】
（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１０（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１０（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。
【００５５】
（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、リザーバー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１０（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。
【００５６】
（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１０（ｅ））。その後、静電アクチュエーター４の内部に付着している水分を除去する。水分除去は、接合済みシリコン基板２００を例えば真空チャンバー内に入れ、加熱真空引きをすることにより減圧して行う。このとき、接合済みシリコン基板２００の温度が３００℃以下となるように（３００℃を超えないように）加熱する。これは、ａ−ｃ：Ｈ膜８（ＤＬＣ膜）の物性を変化させずに保持できる温度が一般的には約３５０℃以下であるためである。３００℃を超えないように加熱することで、物性の変化を起こさせないようにする。
（ｆ）そして、所要時間経過後、有機系処理剤であるＨＭＤＳを導入し、ＨＭＤＳの雰囲気中に、所定時間、接合済み基板を放置する気相処理を行う。さらに、例えば有機系処理剤雰囲気下において、エポキシ樹脂等の封止材３５をギャップの外部連通部分（開口部分）に塗布等して気密封止を行う（図１０（ｆ））。ここで、有機系処理剤雰囲気中に晒すことにより、有機系処理剤に係る物質が吐出室２１、リザーバー２３となる凹部等に吸着等して吐出特性に影響を与えないようにするため、例えばＲＣＡ洗浄等を行って除去することが望ましい。
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ＴＥＯＳ−ＣＶＤ法による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。
【００５７】
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からキャビティー基板２が作製される。
（ｇ）その後、このキャビティー基板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、上述した液滴吐出ヘッド１０の本体部が完成する（図１０（ｇ））。
【００５８】
本実施の形態１に係る液滴吐出ヘッド１０の製造方法については、有機系処理剤雰囲気内に放置して気相処理を行い、ギャップＧを有機系処理剤雰囲気にすることで、当接時のａ−ｃ：Ｈ膜８と振動板６との接触面積を減らすことができ、より簡単なプロセスでａ−ｃ：Ｈ膜８における接触帯電を抑え、例えば高電圧駆動を行っても振動板６の貼り付きを防止することができる。
また、キャビティー基板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、キャビティー基板２を単独で製造する場合よりも歩留まりが向上する。
【００５９】
実施の形態２の場合（図１１、図１２参照）
実施の形態２に係る液滴吐出ヘッド１０の製造方法について、図１１、図１２を参照して説明する。但し、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９の（ａ）、（ｂ）の工程を経た後、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。
【００６０】
（ａ）実施の形態２の場合、図１０（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、さらに酸化物系絶縁膜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、ａ−ｃ：Ｈ膜８となる膜を全面に形成する（図９（ｃ））。この場合においても、ＲＦパワー（高周波出力）：３００Ｗ、原料ガス流量：５ｓｃｃｍ、窒素ガス（希釈ガス）流量：５ｓｃｃｍとして成膜を行うようにする。
【００６１】
（ｂ）次に、陽極接合による接合を行えるようにするため、振動板６となる部分のみにａ−ｃ：Ｈ膜８を残すようにする。このため、ａ−ｃ：Ｈ膜８となる部分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、ａ−ｃ：Ｈ膜８のみを残し、それ以外の部分の膜をＯ2 アッシングにより除去する（図１１（ｂ））。
【００６２】
（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１１（ｃ））。
この後は、図１０（ｃ）〜（ｇ）と同様に、シリコン基板２００の薄板化加工（図１１（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１１（ｅ））、ＦＰＣ実装部３４のドライエッチングによる開口（図１１（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１１（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の液滴吐出ヘッド１０の本体部が完成する（図１１（ｈ））。
【００６３】
本実施の形態２に係る液滴吐出ヘッド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。
【００６４】
実施の形態３の場合
実施の形態３に係る液滴吐出ヘッド１０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１１、図１２の電極ガラス基板３００Ｂに代えて、図９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液滴吐出ヘッド１０を製造することができる。
【００６５】
以上の実施の形態では、静電アクチュエーターおよび液滴吐出ヘッド、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ーは、光スイッチやミラーデバイス、マイクロポンプ、レーザプリンター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１３に示すようなインクジェットプリンター４００のほか、液晶ディスプレイのカラーフィルターの製造、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。
【符号の説明】
【００６６】
１  ノズル基板、２  キャビティー基板、３  電極基板、４  静電アクチュエーター、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  液滴吐出ヘッド、１１  ノズル孔、１２  オリフィス、１３  ダイヤフラム部、２１  吐出室、２３  リザーバー、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ー。
【図１】
2010247389.tif 000003
【図２】
2010247389.tif 000004
【図３】
2010247389.tif 000005
【図４】
2010247389.tif 000006
【図５】
2010247389.tif 000007
【図６】
2010247389.tif 000008
【図７】
2010247389.tif 000009
【図８】
2010247389.tif 000010
【図９】
2010247389.tif 000011
【図１０】
2010247389.tif 000012
【図１１】
2010247389.tif 000013
【図１２】
2010247389.tif 000014
【図１３】
2010247389.tif 000015