(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の凹部に形成された固定電極と、前記固定電極に所定のギャップを介して対向配置された可動電極とを備え、前記固定電極と前記可動電極との間に静電気力を発生させて前記可動電極に変位を生じさせる静電アクチュエータにおいて、
前記固定電極は、前記可動電極と対向する対向部と、配線部とを有し、前記固定電極の前記対向部は、アクチュエータ駆動時に前記可動電極と当接する当接部と、前記配線部と一体的に形成され、前記当接部の周囲を囲む周状配線部とから構成されており、前記当接部は導電性アモルファス炭素系薄膜で構成され、前記配線部と前記周状配線部とは前記導電性アモルファス炭素系薄膜よりも導電性の高い膜で構成されていることを特徴とする静電アクチュエータ。
【請求項２】
前記導電性アモルファス炭素系薄膜は、アモルファスカーボン膜であ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。
【請求項３】
前記可動電極の前記固定電極との対向面に絶縁膜を設け、前記絶縁膜の表面に絶縁性アモルファス炭素系薄膜を設けたことを特徴とする請求項１または２の何れかに記載の静電アクチュエータ。
【請求項４】
前記絶縁性アモルファス炭素系薄膜は、アモルファス水素化カーボン又はテトラヘデラル  アモルファスカーボン膜であることを特徴とする請求項３に記載の静電アクチュエータ。
【請求項５】
固定電極と、前記固定電極にギャップを介して対向配置された可動電極とを備え、前記固定電極と前記可動電極との間に静電気力を発生させて前記可動電極に変位を生じさせる静電アクチュエータにおいて、
前記固定電極は、前記可動電極と対向する対向部と、配線部とを有し、前記対向部は、第一の部分と、前記配線部と一体的に形成され、前記第一の部分の周囲を囲む第二の部分とを有し、
前記第一の部分は導電性アモルファス炭素系薄膜で構成され、
前記第二の部分及び前記配線部は前記導電性アモルファス炭素系薄膜よりも導電性の高い膜で構成されていることを特徴とする静電アクチュエータ。
【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、液滴吐出ヘッド及び静電アクチュエータの製造方法並びに液滴吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液滴を吐出するための液滴吐出ヘッドとして、例えばインクジェット記録装置に搭載される静電駆動方式のインクジェットヘッドが知られている。静電駆動方式のインクジェットヘッドは、一般に、ガラス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）とから構成される静電アクチュエータ部を備えている。そして、インク滴を吐出するための複数のノズル孔が形成されたノズル基板と、このノズル基板に接合されノズル基板との間で上記ノズル孔に連通する吐出室、リザーバ等のインク流路が形成されたキャビティ基板とを備え、上記静電アクチュエータ部に静電気力を発生させることにより吐出室に圧力を加えて、選択されたノズル孔よりインク滴を吐出するようになっている。
【０００３】
この種の静電アクチュエータにおいては、アクチュエータの駆動の安定性や駆動耐久性の向上が要求されている。この要求に応える技術として、従来より、アクチュエータの振動板と個別電極とが対向する少なくとも一方の対向面に、ダイヤモンドライクカーボン（以下、ＤＬＣと称する）を表面層として形成したものがあった（例えば、特許文献１参照）。この技術によれば、対向する接触面を硬質で摩擦係数の小さい材料であるＤＬＣで構成することにより、接触による破壊や摩耗を防止し、信頼性の向上を図るとともに、長寿命化を可能としていた。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１３６８５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１では、振動板や個別電極の対向面にＤＬＣを用いることで、駆動耐久性の向上や長寿命化を可能としているが、更に効率的に長寿命化を図るためには、更に簡便な構成にて、振動板の駆動の安定化を図り、且つ耐久性を向上することが必要となる。
【０００６】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、簡単な構成で駆動耐久性及び信頼性の向上を図ることが可能な静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド及び静電アクチュエータ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している。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る静電アクチュエータは、基板上の凹部に形成された固定電極と、この固定電極に所定のギャップを介して対向配置された可動電極とを備え、固定電極と可動電極との間に静電気力を発生させて可動電極に変位を生じさせる静電アクチュエータにおいて、固定電極を導電性アモルファス炭素系薄膜で構成したものである。
このように、固定電極を、硬質で摩擦係数の小さい材料である導電性アモルファス炭素系薄膜で構成したので、可動電極の当接・離脱の繰り返しによる駆動の耐久性を向上させて持続性に優れた高信頼の静電アクチュエータを実現できる。また、固定電極自体をアモルファス炭素系薄膜で構成したので、従来、駆動耐久性向上を目的として固定電極に更にアモルファス炭素系薄膜を形成していた構成に比べて簡便な構成とすることができる。
【０００８】
また、本発明に係る静電アクチュエータは、基板上の凹部に形成された固定電極と、この固定電極に所定のギャップを介して対向配置された可動電極とを備え、固定電極と可動電極との間に静電気力を発生させて可動電極に変位を生じさせる静電アクチュエータにおいて、固定電極が、可動電極と対向する対向部と、それ以外の配線部とから構成され、対向部が導電性アモルファス炭素系薄膜で構成され、配線部が導電性アモルファス炭素系薄膜よりも導電性の高い膜で構成されているものである。
このように、固定電極のうち、特に可動電極と対向する対向部を導電性アモルファス炭素系薄膜で構成し、配線部については導電性アモルファス炭素系薄膜よりも導電性の高い低抵抗の膜で構成することにより、固定電極全体を導電性アモルファス炭素系薄膜で構成する場合に比べて、抵抗を低くすることができる。よって、固定電極全体を導電性アモルファス炭素系薄膜で構成する場合と同じ応答性を本構成で確保しようとした場合、配線部が低抵抗である分だけ、固定電極の対向部が高抵抗であっても許容できることになる。具体的には、対向部を構成する導電性アモルファス炭素系薄膜の膜厚を薄くしても、同じ機能と性能（導電性と応答性）を確保することができる。従って、成膜負荷を軽減することが可能となり、製造工程の簡略化及び低コスト化に寄与することが可能である。
【０００９】
また、本発明に係る静電アクチュエータは、基板上の凹部に形成された固定電極と、この固定電極に所定のギャップを介して対向配置された可動電極とを備え、固定電極と可動電極との間に静電気力を発生させて可動電極に変位を生じさせる静電アクチュエータにおいて、固定電極が、可動電極と対向する対向部と、それ以外の配線部とから構成され、固定電極の対向部が、アクチュエータ駆動時に可動電極と当接する当接部と、配線部と一体的に形成され、当接部の周囲を囲む周状配線部とから構成されており、当接部が導電性アモルファス炭素系薄膜で構成され、それ以外の部分が導電性アモルファス炭素系薄膜よりも導電性の高い膜で構成されているものである。
この構成によれば、上記の固定電極の対向部を導電性アモルファス炭素系薄膜で形成した場合に比べて、更に固定電極全体としての抵抗を下げることができる。よって、更に、導電性アモルファス炭素系薄膜の膜厚を薄くすることが可能となり、成膜負荷を更に軽減することが可能となる。従って、製造工程のより一層の簡略化及び低コスト化に寄与することが可能である。
【００１０】
また、導電性アモルファス炭素系薄膜としては、アモルファスカーボン膜を用いることができる。
【００１１】
また、本発明に係る静電アクチュエータは、可動電極の固定電極との対向面に絶縁膜を設け、絶縁膜の表面に絶縁性アモルファス炭素系薄膜を設けたものである。
この構成によれば、駆動時に接触する可動電極表面と固定電極表面の表面同士が両方とも、硬質で低摩擦係数なアモルファス炭素系薄膜で構成されることになるため、当接（接触）時の真実接触面積が小さくなり、かつ同種材料であるために接触帯電が殆ど無く、接触の繰り返しによる駆動の繰り返しでの帯電が抑制されて残留電荷が少なく、より安定した駆動が可能となる。
【００１２】
また、絶縁性アモルファス炭素系薄膜としては、アモルファス水素化カーボン又はテトラヘデラル  アモルファスカーボン膜を用いることができる。
【００１３】
また、本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、基板上の凹部に形成された固定電極と、この固定電極に所定のギャップを介して対向配置された可動電極とを備え、固定電極と可動電極との間に静電気力を発生させて可動電極に変位を生じさせる静電アクチュエータの製造方法において、凹部が形成されたガラス基板の表面に、導電性アモルファス炭素系薄膜を形成する工程と、導電性アモルファス炭素系薄膜のうち、不要な部分をエッチング除去して凹部内に固定電極を形成する工程と、シリコン基板に絶縁膜を形成する工程と、ガラス基板の固定電極形成面とシリコン基板の絶縁膜形成面とを陽極接合する工程と、シリコン基板を接合面と反対の表面からエッチング加工して可動電極を形成する工程とを有するものである。
これにより、可動電極の当接・離脱の繰り返しによる駆動の耐久性を向上させて持続性に優れた高信頼のアクチュエータを製造することができる。また、固定電極自体がアモルファス炭素系薄膜で構成されるので、従来、駆動耐久性向上を目的として固定電極に更にアモルファス炭素系薄膜を形成するようにしていた構成に比べて、製造工程を単純化することができる。
【００１４】
また、本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、基板上の凹部に形成された固定電極と、この固定電極に所定のギャップを介して対向配置された可動電極とを備え、固定電極と可動電極との間に静電気力を発生させて可動電極に変位を生じさせる静電アクチュエータの製造方法において、凹部が形成されたガラス基板の表面に、導電性アモルファス炭素系薄膜を形成する工程と、導電性アモルファス炭素系薄膜のうち、不要な部分をエッチング除去して凹部内に固定電極を形成する工程と、シリコン基板に絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜の表面に絶縁性アモルファス炭素系薄膜を形成する工程と、絶縁性アモルファス炭素系薄膜のうち、アクチュエータ駆動時に固定電極と当接する部分以外をエッチング除去する工程と、ガラス基板の固定電極形成面とシリコン基板の絶縁膜形成面とを陽極接合する工程と、シリコン基板を接合面と反対の表面からエッチング加工して可動電極を形成する工程とを有するものである。
この製造方法によれば、駆動時に接触する可動電極表面と固定電極表面の表面同士が両方とも、硬質で低摩擦係数なアモルファス炭素系薄膜で構成されることになるため、当接（接触）時の真実接触面積が小さくなり、かつ同種材料であるために接触帯電が殆ど無く、接触の繰り返しによる駆動の繰り返しでの帯電が抑制されて残留電荷が少なく、より安定した駆動が可能な静電アクチュエータを製造することができる。
【００１５】
また、導電性アモルファス炭素系薄膜は、ＥＣＲスパッタによりグラファイトをターゲットとして形成することができる。
【００１６】
また、絶縁性アモルファス炭素系薄膜は、トルエンを気化してＲＦ−ＣＶＤにより形成することができる。
【００１７】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出する単一又は複数のノズル孔を有するノズル基板と、ノズル基板との間で、ノズル孔のそれぞれに連通する吐出室となる凹部が形成されたキャビティ基板と、吐出室の底部にて構成される可動電極の振動板に所定のギャップを介して対向配置される固定電極の個別電極が形成された電極基板とを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、上記の何れかの静電アクチュエータを備えたものである。
本発明の液滴吐出ヘッドは、上述のように駆動耐久性が高く持続性に優れた高信頼の静電アクチュエータを備えているので、液滴吐出の安定性や持続性に優れた液滴吐出ヘッドが得られる。
【００１８】
また、本発明に係る液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドを備えたものである。
本発明に係る液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドを備えたものであるので、液滴吐出の安定性や持続性に優れた液滴吐出装置とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を適用した静電アクチュエータを備える液滴吐出ヘッドの実施の形態を図面に基づいて説明する。ここでは、液滴吐出ヘッドの一例として、ノズル基板の表面に設けられたノズル孔からインク滴を吐出するフェイス吐出型の静電駆動方式のインクジェットヘッドについて図１から図５を参照して説明する。なお、本発明は、以下の図に示す構造、形状に限定されるものではなく、吐出室とリザーバ部が別々の基板に設けられた４枚の基板を積層した４層構造のものや、基板の端部に設けられたノズル孔からインク滴を吐出するエッジ吐出型の液滴吐出ヘッドにも同様に適用することができるものである。
【００２０】
実施の形態１．
図１は実施の形態１に係るインクジェットヘッドの概略構成を分解して示す分解斜視図であり、一部を断面で表してある。図２は組立状態における図１の略右半分の概略構成を示すインクジェットヘッドの断面図、図３は図２のＡ部の拡大断面図、図４は図２のａ−ａ拡大断面図、図５は図２のインクジェットヘッドの上面図である。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。
【００２１】
本実施の形態のインクジェットヘッド（液滴吐出ヘッドの一例）１０は、図１および図２に示すように、複数のノズル孔１１が所定のピッチで設けられたノズル基板１と、各ノズル孔１１に対して独立にインク供給路が設けられたキャビティ基板２と、キャビティ基板２に設けられた振動板６に対峙して個別電極５が配設された電極基板３とを貼り合わせることにより構成されている。
【００２２】
インクジェットヘッド１０のノズル孔１１ごとに設けられる静電アクチュエータ部４は、図２から図４に示すように、固定電極として、ガラス製の電極基板３の凹部３２内に形成された個別電極５と、可動電極として、シリコン製のキャビティ基板２の吐出室２１の底壁で構成され、個別電極５に所定のギャップＧを介して対向配置される振動板６とを備えている。個別電極５は、リード部５ａと、フレキシブル配線基板（図示せず）に接続される端子部５ａとから構成された配線部５ｃを有している。そして、各々の振動板６の個別電極５との対向面、すなわち電極基板３に接合されるキャビティ基板２の接合面全面には絶縁膜７が形成されている。
【００２３】
絶縁膜７として、ここではシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）を用いているが、これに限られたものではなく、以下の材料を用いても良い。例えば、酸化シリコンの比誘電率（３．２）より大きな比誘電率を有する、酸化アルミニウム、酸窒化シリコン、酸化タンタル、窒化ハフニウムシリケート、又は酸窒化ハフニウムシリケートのいずれかを用いると、酸化シリコンより厚くして同等の静電吸引圧力を確保した上でより高い耐絶縁性を確保できる。換言すれば、酸化膜換算厚み（ＥＯＴ）を薄くして必要な耐絶縁性を確保できる。
【００２４】
ところで、従来より、駆動耐久性を向上させるために、個別電極５上にアモルファス炭素系薄膜（ＤＬＣ：ダイヤモンドライクカーボン）を設ける構成が提案されているが、本例では、個別電極そのものを、導電性を有するアモルファス炭素系薄膜（以下、導電性アモルファス炭素系薄膜という）により形成するようにしており、ここに一つの特徴がある。個別電極５として用いる導電性アモルファス炭素系薄膜として、具体的にはアモルファスカーボン膜（ａ-Ｃ）により形成するようにしている。また、本例で用いる導電性アモルファス炭素系薄膜は、抵抗率を、ここでは例えば５×１０-2 Ω・ｃｍと低く構成しており、抵抗率を低くすることで、導電性を有し電極として機能させるようにしている。アモルファス炭素系薄膜は、静電アクチュエータの当接・吸着保持・離脱の繰り返しによる破壊、すなわち摩耗に対して高い持続性を有していることから、個別電極５自体をアモルファス炭素系薄膜を用いて構成することにより、構成が単純でありながら、駆動耐久性を向上させて持続性に優れた信頼性が高く、長寿命の静電アクチュエータを構成することが可能となる。
【００２５】
ここで、アモルファス炭素系薄膜は、構成比ｓｐ２／ｓｐ３により分類され、ｓｐ３の組成が多い場合はダイヤモンドに近い性質を示し、より硬く、高い抵抗率を示して絶縁性となる一方、ｓｐ２の組成が多い場合はグラファイトに近い性質を示し、比較的低応力で、抵抗率を低く抑えることが可能となる。したがって、アモルファス炭素系薄膜を導電性とするためには、ｓｐ２とｓｐ３の構成比ｓｐ２／ｓｐ３が１以上となるよう膜中の水素量を低減するようにすればよい。本例では、ｓｐ２リッチな膜（低抵抗）としてアモルファスカーボン（ａ−Ｃ）膜を用いる。アモルファス炭素系薄膜の構成比ｓｐ２／ｓｐ３は、ラマン散乱分光等による評価法での比により確認される。すなわち、ラマンシフトに対する強度で、ｓｐ２クラスターをｄバンドのピークで、ｓｐ３クラスターをｄバンドのショルダーで捉えて、それらの比を確認する。具体的な製造方法については、後記の実施の形態４で説明する。
【００２６】
なお、膜厚については、導電性アモルファス炭素系薄膜を２００ｎｍ、シリコン酸化膜を１２０ｎｍ、ギャップＧの距離を２００ｎｍとしている。
【００２７】
ここで、導電性アモルファス炭素系薄膜の抵抗率ρを本例では５×１０-2 Ω・ｃｍとしているが、この点に関し、以下に説明する。
静電アクチュエータの個別電極の電極厚みｔ、長さｌ、幅ｂとすると、個別電極の抵抗Ｒは次の（１）式となる。
【００２８】
Ｒ＝ρ・ｌ／（ｂ・ｔ）            ・・・（１）
【００２９】
静電アクチュエータの時定数は、静電アクチュエータの容量をＣとすると、τ＝ＣＲであるから、これを（１）式に代入すると、次の（２）式となる。
【００３０】
τ＝ρ・Ｃ・ｌ／（ｂ・ｔ）        ・・・（２）
【００３１】
静電アクチュエータとして、インクジェットヘッド等のデバイスの応答性を確保し、アクチュエータへの充電と放電を速やかに行うためには、静電アクチュエータの時定数τには上限があり、これをτｍａｘとすると、次の（３）式が成り立つ。
【００３２】
ＣＲ≦τｍａｘ                    ・・・（３）
【００３３】
上記（３）式に、（１）式を代入すると、次の（４）式となる。
【００３４】
ρ≦τｍａｘ・ｂ・ｔ／（ｌ・Ｃ）  ・・・（４）
【００３５】
（４）式より、個別電極５を構成する導電性アモルファス炭素系薄膜の抵抗率には上限があること、そして、その抵抗率は低いものである必要があることが分かる。そして、本例では、電極厚みｔ＝２０、長さｌ＝１ｍｍ、幅ｂ＝３０μｍ、容量Ｃ＝１０ｐＦ、時定数τ≦０．１ｓｅｃとしており、これによりρ≦６．０×１０-2 Ω・ｃｍと算出される。そして、本例では、６．０×１０-2 Ω・ｃｍ以下のうち、５．０×１０-2 Ω・ｃｍの導電性アモルファス炭素系薄膜で個別電極５を構成している。
【００３６】
以下、各基板の構成についてさらに詳細に説明する。
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の表面に開口し、導入口部分１１ｂはノズル基板１の裏面（キャビティ基板２と接合される接合側の面）に開口している。
また、ノズル基板１には、キャビティ基板２の吐出室２１とリザーバ２３とを連通するオリフィス１２とリザーバ２３部の圧力変動を補償するためのダイヤフラム部１３が形成されている。
【００３７】
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ばらつきがなくなり、またインク滴の飛び散りがなく、インク滴の吐出量のばらつき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。
【００３８】
キャビティ基板２は、例えば面方位が（１１０）のシリコン基板から作製されている。キャビティ基板２には、インク流路に設けられる吐出室２１となる凹部２２、およびリザーバ２３となる凹部２４がエッチングにより形成されている。凹部２２は前記ノズル孔１１に対応する位置に独立に複数形成される。したがって、図２に示すようにノズル基板１とキャビティ基板２を接合した際、各凹部２２は吐出室２１を構成し、それぞれノズル孔１１に連通しており、またインク供給口である前記オリフィス１２ともそれぞれ連通している。そして、吐出室２１（凹部２２）の底部が上記振動板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からボロン（Ｂ）を拡散させてボロン拡散層を形成し、ウェットエッチングによりエッチングストップしてそのボロン拡散層の厚さで薄く仕上げられている。また、キャビティ基板２の振動板６の個別電極５との対向面には前述のように絶縁膜７が形成されている。
【００３９】
凹部２２は、インク等の液状材料を貯留するためのものであり、各吐出室２１に共通のリザーバ（共通インク室）２３を構成する。そして、リザーバ２３（凹部２４）はそれぞれオリフィス１２を介して全ての吐出室２１に連通している。また、リザーバ２３の底部には後述する電極基板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。
【００４０】
電極基板３は、例えばガラス基板から作製される。中でも、キャビティ基板２のシリコン基板と熱膨張係数の近い硼珪酸系の耐熱硬質ガラスを用いるのが適している。これは、電極基板３とキャビティ基板２を陽極接合する際、両基板の熱膨張係数が近いため、電極基板３とキャビティ基板２との間に生じる応力を低減することができ、その結果剥離等の問題を生じることなく電極基板３とキャビティ基板２を強固に接合することができるからである。
【００４１】
電極基板３には、キャビティ基板２の各振動板６に対向する表面位置にそれぞれ凹部３２が設けられている。凹部３２は、エッチングにより所要の深さで形成されている。そして、各凹部３２内には、導電性アモルファスカーボン膜からなる個別電極５が、例えば２００ｎｍの厚さで形成される。したがって、振動板６と個別電極５との間に形成されるギャップ（空隙）Ｇは、この凹部３２の深さ、個別電極５及び絶縁膜７の各厚さにより決まることになる。このギャップＧはインクジェットヘッドの吐出特性に大きく影響するので、凹部３２の深さ、個別電極５の厚さ、絶縁膜７の厚さを高精度に加工する必要がある。
【００４２】
個別電極５は、フレキシブル配線基板（図示せず）に接続される端子部５ａを有する。端子部５ａは、キャビティ基板２の末端部が開口された電極取り出し部３４内に露出している。
また、振動板６と個別電極５との間に形成されるギャップＧの開放端部はエポキシ等の樹脂による封止材３５で封止される。これにより、湿気や塵埃等が電極間ギャップへ侵入するのを防止することができ、インクジェットヘッド１０の信頼性を高く保持することができる。
【００４３】
ノズル基板１、キャビティ基板２、および電極基板３は、図２に示すように貼り合わせることによりインクジェットヘッド１０の本体部が作製される。すなわち、キャビティ基板２と電極基板３は陽極接合により接合され、そのキャビティ基板２の上面（図２において上面）にノズル基板１が接着等により接合される。
【００４４】
そして最後に、図２、図５に簡略化して示すように、ドライバＩＣ等の駆動制御回路４０が各個別電極５の端子部５ａとキャビティ基板２上面の共通電極２６とに上記フレキシブル配線基板（図示せず）を介して接続される。
以上により、インクジェットヘッド１０が完成する。
【００４５】
次に、以上のように構成されるインクジェットヘッド１０の動作を説明する。
駆動制御回路４０により個別電極５とキャビティ基板２の共通電極２６の間にパルス電圧を印加すると、振動板６は個別電極５側に引き寄せられて吸着し、吐出室２１内に負圧を発生させて、リザーバ２３内のインクを吸引し、インクの振動（メニスカス振動）を発生させる。このインクの振動が略最大となった時点で、電圧を解除すると、振動板６は離脱して、インクをノズル孔１１から押出し、インク液滴を吐出する。
【００４６】
インクジェットヘッド１０の駆動時には、個別電極５に対し、振動板６が繰り返し当接および離脱を繰り返すことになる。このとき、個別電極５には繰り返し接触によるストレス等が作用するが、個別電極５を構成するアモルファス炭素系薄膜は硬質膜であるため、膜の破壊がなく、駆動耐久性を向上することが可能である。また、アモルファス炭素系薄膜は、従来より個別電極として一般的に用いられているＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物）よりも、電極基板３を構成するガラス基板との密着性が良好なため、剥離等の欠陥や不具合がない高品質の静電アクチュエータを構成することが可能である。
【００４７】
このように、実施の形態１の静電アクチュエータ部４は、個別電極５を、硬質で摩擦係数の小さい材料であるアモルファス炭素系薄膜で構成したので、振動板６の当接・離脱の繰り返しによる駆動の耐久性を向上させて持続性に優れた高信頼のアクチュエータを実現できる。また、個別電極５自体をアモルファス炭素系薄膜で構成したので、従来、駆動耐久性向上を目的として個別電極に更にアモルファス炭素系薄膜を形成していた構成に比べて簡便な構成とすることができる。
また、インクジェットヘッド１０は、上記のように構成された静電アクチュエータ部４を備えているので、液滴吐出の安定性や持続性に優れ、高品位な印刷を長寿命で実現することが可能なものとすることができる。
【００４８】
実施の形態２．
図６は、実施の形態２の静電アクチュエータ部４Ａを有するインクジェットヘッド１０の概略断面図、図７は図６のＢ部の拡大断面図である。なお、実施の形態２以下において、特に断らない限り上記の実施の形態１と対応する部分には同じ符号を付して説明は省略する。
実施の形態２の静電アクチュエータ部４Ａは、上記実施の形態１の静電アクチュエータ部において振動板６に形成した絶縁膜７の表面に、表面層８を形成したものであり、その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００４９】
表面層８は、絶縁性を有する高抵抗のアモルファス炭素系薄膜（以下、絶縁性アモルファス炭素系薄膜という）で約１０ｎｍで形成され、振動板６において特に個別電極５に当接する部分に形成されている。絶縁性アモルファス炭素系薄膜は、個別電極５を構成する導電性アモルファス炭素系薄膜とは膜の構成が異なり、主に、ＳＰ３リッチ又は水素リッチな膜で構成される。絶縁性アモルファス炭素系薄膜の製造方法は、後記の実施の形態４で説明する。絶縁性アモルファス炭素系薄膜として、ここでは、α−Ｃ：Ｈ（アモルファス水素化カーボン）を用いているが、他に例えば、ｔａ−Ｃ（テトラヘデラル  アモルファスカーボン）や、ｔａ−Ｃ：Ｈ（水素化ｔａ−Ｃ）を用いてもよい。
【００５０】
このように、実施の形態２の静電アクチュエータは、アクチュエータ駆動時に接触する振動板表面と個別電極表面の表面同士が両方とも、硬質で低摩擦係数なアモルファス炭素系薄膜で構成しているため、当接（接触）時の真実接触面積が小さくなり、かつ同種材料であるために接触帯電が殆ど無く、接触の繰り返しによる駆動の繰り返しでの帯電が抑制されて残留電荷が少なく、より安定した駆動が可能となる。加えて、磨耗による破壊が無い。その結果、前述の実施の形態１に比べて、更に駆動の安定性及び信頼性の高い静電アクチュエータを実現し、インクジェットヘッド１０の耐久性を向上することが可能となる。
【００５１】
実施の形態３．
実施の形態３は、個別電極５の構成を工夫し、個別電極５を導電性アモルファス炭素系薄膜で形成する際の成膜負荷の軽減を図るものである。以下では、実施の形態３の特徴部分である個別電極部分について図を用いて説明し、インクジェットヘッド１０全体の構成等は上記実施の形態１及び２と同様であるため、図示及びその説明は省略する。
【００５２】
静電アクチュエータの時定数τは、前述したように上限があり、所望の応答性を確保しようとする場合、個別電極５の抵抗を低くすることが望まれる。個別電極５の抵抗を低くする方法としては、膜厚を厚くする方法があるが、膜厚を厚くすると、成膜に要する時間が膜厚に比例して長くなるため、生産性が悪く、また、成膜に要する材料を多く消費してしまうことになり、コスト的な面で問題がある。
【００５３】
このような問題を、個別電極５の構成によって解決しようとしたものであり、以下に個別電極５の構成について、２つの構成例を挙げ、順に説明する。
【００５４】
（第１構成例）
図８は、実施の形態３の静電アクチュエータの第１構成例の個別電極部分の平面図である。図８において、矢印は電荷の流れを示しており、これについては次の第２構成例で説明する。
第１構成例の個別電極５は、個別電極５全体のうち、特に振動板６と対向する対向部であるアクチュエータ部５０を導電性アモルファス炭素系薄膜で構成し、その他の配線部５ｃが、一般的に配線として使用され、導電性アモルファス炭素系薄膜よりも導電性の高い導電膜（例えば、Ｃｒ／Ａｕ膜）で構成したものである。
【００５５】
個別電極５を上記のように構成した場合、個別電極全体を導電性アモルファス炭素系薄膜で構成する場合に比べて、個別電極全体としての抵抗を低くすることができる。よって、個別電極全体を導電性アモルファス炭素系薄膜で構成する場合と同じ応答性を図８の構成で確保しようとした場合、配線部５ｃが低抵抗である分だけ、個別電極５のアクチュエータ部５０が高抵抗であっても許容できることになる。すなわち、アクチュエータ部５０を構成する導電性アモルファス炭素系薄膜の膜厚を薄くしても、同じ機能と性能（導電性と応答性）を確保することができる。
【００５６】
このように、実施の形態３の第１構成例によれば、個別電極５を製造する際の成膜負荷を下げることが可能となり、製造工程の簡略化及び低コスト化に寄与することが可能である。また、次に説明する第２構成例に比べて構成が単純であるため、比較的幅が狭くピッチの細かいアクチュエータへ本構成を適用しても、より高精度な位置合わせを必要とすることは無く、また、インクジェットヘッドではノズルの高密度化に伴う配線の微細化のための配線形成プロセスの高精度化等への課題へ対応し易い。
【００５７】
（第２構成例）
図９は、実施の形態３の静電アクチュエータの第２構成例の個別電極部分の平面図である。図１０及び図１１は、図９の個別電極を有する静電アクチュエータ部の断面図で、図１０は振動板離脱時、図１１は振動板当接時を示している。
第２構成例の個別電極５は、第１構成例のアクチュエータ部５０を、振動板６と当接する当接部５０ａと、当接部５０ａの周囲を囲む周状配線部５０ｂとに分け、当接部５０ａを導電性アモルファス炭素系薄膜で構成し、周状配線部５０ｂを配線部５ｃと一体的に導電膜（例えば、Ｃｒ／Ａｕ）で構成したものである。
【００５８】
図９において、矢印は電荷の流れを示しており、外部から配線部５０ｃに供給された電荷は、当接部５０ａに比べて抵抗の低い周状配線部５０ｂに供給された後、当接部５０ａの幅方向（図示上下方向）の中心部に向かって供給される。ここで、第１構成例についても電荷の流れについて述べると、第１構成例の場合、外部から配線部５ｃに供給された電荷は、個別電極５のアクチュエータ部５０を矢印方向に流れることになる。抵抗は、電荷が流れる方向の長さに比例して大きくなるため、第１構成例と第２構成例とで、導電性アモルファス炭素系薄膜で構成された部分（すなわちアクチュエータ部５０全体と、当接部５０ａ）の抵抗を比較すると、第２構成例の方が下げることができる。なお、導電膜で構成された部分（配線部５０ｃ、周状配線部５０ｂ）の抵抗については導電性アモルファス炭素系薄膜に比べて抵抗値が格段に小さく、ここでは無視できるものとする。
【００５９】
よって、第２構成例の構成では、第１構成例に比べて更に導電性アモルファス炭素系薄膜の膜厚を薄く形成しても、第１構成例と同じ応答性を確保することが可能となる。すなわち、成膜負荷を更に軽減することが可能となる。従って、製造工程の一層の簡略化及び低コスト化に寄与することが可能となる。
【００６０】
実施の形態４．
実施の形態４は、実施の形態１〜３に係るインクジェットヘッド１０の製造方法の一例について図１２から図１４を参照して概要を説明する。図１２はインクジェットヘッド１０の製造工程の概略の流れを示すフローチャート、図１３は電極基板３の製造工程の概要を示す断面図、図１４はインクジェットヘッド１０の製造工程の概要を示す断面図である。
【００６１】
図１２において、ステップＳ１〜Ｓ４は電極基板３の製造工程を示すものであり、ステップＳ５〜Ｓ９はキャビティ基板２の元になるシリコン基板の製造工程を示すものである。
ここでは、主に実施の形態２の静電アクチュエータ部４Ａを備えたインクジェットヘッド１０の製造方法について説明する。
【００６２】
電極基板３は以下のようにして製造される。
まず、硼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（図１２のＳ１、図１３（ａ））。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、個別電極５となる導電性アモルファス炭素系薄膜５１を、凹部３２を形成したガラス基板３００表面に全面成膜する（図１２のＳ２、図１３（ｂ））。
【００６３】
表１に、本例において個別電極５を構成する導電性アモルファス炭素系薄膜５１として成膜されるアモルファスカーボン膜（ａ−Ｃ）の諸元と成膜方法を示し、表２に、ＥＣＲプラズマスパッタによる成膜条件を示す。
【００６４】
【表１】
0005560535.tif 000002
【００６５】
【表２】
0005560535.tif 000003
【００６６】
表１に示すように、アモルファスカーボン膜（ａ−Ｃ）は、グラファイトをターゲットとしてＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）プラズマスパッタ（固体ソースＥＣＲ成膜法）により、厚みｔ＝２００ｎｍで形成する。抵抗率としては、ρ＝５×１０-2（Ω・ｃｍ）以下を確保し、導電体とする。また、膜密度は２．３ｇ／ｃｍ3となる。また、表２に示すように、マイクロ波パワー５００Ｗ、ターゲット電圧５００Ｖ、基板バイアス−４０Ｖ、照射イオン加速電圧１５０Ｖとする。
【００６７】
ここで、アモルファスカーボン膜の成膜方法として、ここではＥＣＲプラズマスパッタ法を用いているので、結晶性のカーボン膜となり、π電子による電気伝導が可能となる。このため、硬くて低抵抗で導電性を有する膜を形成することが可能となる。これにより、静電アクチュエータの駆動での、振動板表面と個別電極５の繰り返し当接による破壊を防止し、十分な応答性が確保され得る低抵抗の個別電極５が実現可能となる。
【００６８】
なお、アモルファスカーボン膜は、上記のようにＥＣＲスパッタにてグラファイトをターゲットとして成膜する方法の他、アーク放電法により水素含有量の少ないアモルファスカーボンを成膜するようにしてもよい。また、アモルファス炭素系薄膜をＣＶＤで成膜した後、例えば３００℃〜５００℃でアニールすることでも形成可能である。
【００６９】
その後、ドライフィルムレジストを、成膜した導電性アモルファス炭素系薄膜５１の上にラミネートしてレジスト膜を形成し、導電性アモルファス炭素系薄膜５１のうち個別電極５となる部分を残して、パターニングして除去、区画形成する（図１２のＳ３）。次に酸素プラズマにより導電性アモルファス炭素系薄膜５１を酸化して除去、エッチングする。その後レジスト剥離液でレジストを剥離して、導電性アモルファス炭素系薄膜５１を区画形成し、個別電極５を形成する（図１２のＳ４、図１３（ｃ））。
以上により、実施の形態１及び実施の形態２の電極基板３を作製することができる。
【００７０】
キャビティ基板２は上記により作製された電極基板３にシリコン基板２００を陽極接合してから作製される。
【００７１】
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（図１２のＳ５）。
次に、そのシリコン基板２００のボロン拡散層２０１の表面（下面）上に、シリコン酸化膜等の絶縁膜７を全面形成し（図１２のＳ６）、その後、その表面に絶縁性アモルファス炭素系薄膜８０を表面層（絶縁体表面層）として全面形成する（図１２のＳ７、図１４（ａ））。
【００７２】
表３に、本例において絶縁性アモルファス炭素系薄膜８０として形成されるアモルファス水素化カーボン膜（ａ−Ｃ：Ｈ）の諸元と成膜方法を示す。
【００７３】
【表３】
0005560535.tif 000004
【００７４】
表３に示すように、アモルファス水素化カーボン膜は、トルエンを水素リッチにＲＦ−ＣＶＤにて厚みｔ＝１０（ｎｍ）で形成する。抵抗率は、ρ＝1×１０15（Ω・ｃｍ）を確保し、絶縁体とする。
【００７５】
その後、ドライフィルムレジストを、成膜した絶縁性アモルファス炭素系薄膜８０の上にラミネートしてレジスト膜を形成し、絶縁性アモルファス炭素系薄膜８０の振動板６の当接部を残して、パターニングして除去、区画形成する（図１２のＳ８、図１４（ｂ））。次に酸素プラズマにより絶縁性アモルファス炭素系薄膜８０を酸化して除去、エッチングする。その後レジスト剥離液でレジストを剥離して、絶縁性アモルファス炭素系薄膜８０を区画形成する（図１２のＳ９、図１４（ｖ））。
以上により、実施の形態１〜３のシリコン基板２００を作製することができる。
【００７６】
次に、以上により作製されたシリコン基板２００を上記電極基板３上に位置合わせ（アライメント）して陽極接合する（図１２のＳ１０、図１４（ｃ））。
ついで、この接合済みシリコン基板２００の表面全面を研削・ＣＭＰにより研磨加工して、厚さを例えば５０μｍ程度に薄くする（図１２のＳ１１、図１４（ｄ））。その後、研磨されたシリコン基板表面にＣＶＤによりシリコン酸化膜を成膜する。
【００７７】
このシリコン酸化膜をフォトリソ・パターニングしてエッチングマスクを形成し（図１２のＳ１２）、ＫＯＨ水溶液等で異方性ウエットエッチングしてインク流路溝を形成する（図１２のＳ１３）。これによって、吐出室２１となる凹部２２、リザーバ２３となる凹部２４及び電極取り出し部３４となる凹部２７が形成されると共に、エッチストップにより振動板６となる薄板部が形成される（図１４（ｅ））。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。次に、凹部２７の底部をドライエッチング等で除去して電極取り出し部３４を開口する（図１４（ｆ））。
【００７８】
そして、ギャップ開放端部にエポキシ樹脂や接着剤等の封止材３５を塗布して気密に封止する。また、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。そして、シリコン基板２００の吐出室２１となる凹部２２内に、インク保護膜（図示せず）をＣＶＤにより成膜して形成する。この際、電極取り出し部３４はマスクして成膜する。インク保護膜を成膜する際に併せてギャップ開放端部を封止しても良い（図１２のＳ１４）。また、シリコン基板２００上に金属からなる共通電極２６を形成する（図１４（ｇ））。
【００７９】
以上の工程を経て電極基板３に接合されたシリコン基板２００からキャビティ基板２が作製される。
その後、このキャビティ基板２の表面上に、予めノズル孔１１等が形成されたノズル基板１を接着により接合する（図１２のＳ１５、図１４（ｇ））。そして最後に、ダイシングにより個々のヘッドチップに切断すれば、上述したインクジェットヘッド１０の本体部が完成する（図１２のＳ１６、図１４（ｈ））。
【００８０】
このインクジェットヘッド１０の製造方法によれば、駆動耐久性が高く持続性に優れた高信頼の静電アクチュエータを備えるインクジェットヘッドを製造することができる。
また、キャビティ基板２を、予め作製された電極基板３に接合した状態のシリコン基板２００から作製するものであるので、その電極基板３によりキャビティ基板２を支持した状態となるため、キャビティ基板２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。したがって、キャビティ基板２を単独で製造する場合よりも歩留まりが向上する。
【００８１】
以上の実施の形態では、静電アクチュエータおよびインクジェットヘッド、ならびにこれらの製造方法について述べたが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の思想の範囲内で種々変更することができる。例えば、本発明の静電アクチュエータは、プロジェクタに用いるミラーデバイスやレーザプリンタに用いるレーザスキャンミラー用のアクチュエータとして適用可能である。また、通信機器や分析機器に用いる光スイッチや光フィルタ等のアクチュエータとして適用可能である。また、本発明の適用により、同様な作用・効果を得ることができ、信頼性の高いアクチュエータを提供し、長寿命な各種情報機器の実現が可能となる。
【００８２】
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、インクジェットプリンタのほか、液晶ディスプレイのカラーフィルタの製造、有機ＥＬ表示装置の発光部分の形成、遺伝子検査等に用いられる生体分子溶液のマイクロアレイの製造など様々な用途の液滴吐出装置として利用することができる。
【００８３】
例えば、図１５は、本発明のインクジェットヘッドを備えるインクジェットプリンタの概要を示すものである。
このインクジェットプリンタ５００は、記録紙５０１を副走査方向Ｙに向けて搬送するプラテン５０２と、このプラテン５０２にインクノズル面が対峙しているインクジェットヘッド１０（又は１０Ａ）と、このインクジェットヘッド１０（又は１０Ａ）を主走査方向Ｘに向けて往復移動させるためのキャリッジ５０３と、インクジェットヘッド１０の各インクノズルにインクを供給するインクタンク５０４とを有している。
したがって、高解像度、高速駆動のインクジェットプリンタを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】実施の形態１に係るインクジェットヘッドの概略構成を示す分解斜視図。
【図２】実施の形態１に係る静電アクチュエータ部４を有するインクジェットヘッドの断面図。
【図３】図２のＡ部の拡大断面図。
【図４】図２のａ−ａ拡大断面図。
【図５】図２のインクジェットヘッドの上面図。
【図６】実施の形態２に係る静電アクチュエータ部４Ａを有するインクジェットヘッドの断面図。
【図７】図６のＢ部の拡大断面図。
【図８】実施の形態３の第１構成例の個別電極５の平面図。
【図９】実施の形態３の第２構成例の個別電極５の平面図。
【図１０】図９の個別電極を有する静電アクチュエータ部の断面図（振動板離脱時）。
【図１１】図９の個別電極を有する静電アクチュエータ部の断面図（振動板当接時）。
【図１２】インクジェットヘッドの製造工程の概略の流れを示すフローチャート。
【図１３】電極基板の製造工程の概要を示す断面図。
【図１４】インクジェットヘッドの製造工程の概要を示す断面図。
【図１５】本発明のインクジェットヘッドを適用したインクジェットプリンタの一例を示す概略斜視図。
【符号の説明】
【００８５】
１  ノズル基板、２  キャビティ基板、３  電極基板、４，４Ａ  静電アクチュエータ部、５ 個別電極、５ｃ 配線部、６ 振動板、７ 絶縁膜、８ 表面層、１０ インクジェットヘッド、１１ ノズル孔、２１ 吐出室、２６ 共通電極、５０ アクチュエータ部（対向部）、５０ａ 当接部、５０ｂ 周状配線部、５０ｃ 配線部、５１ 導電性アモルファス炭素系薄膜。
【図１】
0005560535.tif 000005
【図２】
0005560535.tif 000006
【図３】
0005560535.tif 000007
【図４】
0005560535.tif 000008
【図５】
0005560535.tif 000009
【図６】
0005560535.tif 000010
【図７】
0005560535.tif 000011
【図８】
0005560535.tif 000012
【図９】
0005560535.tif 000013
【図１０】
0005560535.tif 000014
【図１１】
0005560535.tif 000015
【図１２】
0005560535.tif 000016
【図１３】
0005560535.tif 000017
【図１４】
0005560535.tif 000018
【図１５】
0005560535.tif 000019