(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定の間隔で対向配置され相対変位可能な対向部材と、これら対向部材の間に静電気力を発生させて当該対向部材を相対変位させる駆動手段と、前記対向部材のうちの少なくとも一方の部材における他方の部材との対向表面に形成された疎水膜とを有する静電アクチュエータの製造方法において、前記対向表面にＨＭＤＳからなる前記疎水膜を形成する付着工程と、各対向部材間の隙間におけるＨＭＤＳ濃度を０．３％以上に保持した状態で、当該隙間を気密封止する封止工程とを有することを特徴とする静電アクチュエータの製造方法。
【請求項２】
請求項１において、前記封止工程の気密封止時における前記隙間内のＨＭＤＳ濃度が０．８％以上であることを特徴とする静電アクチュエータの製造方法。
【請求項３】
請求項１ないし２のいずれかの項において、前記封止工程は、常温および常圧で行うことを特徴とする静電アクチュエータの製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかの項において、前記付着工程では、常圧中でＨＭＤＳを気化させた雰囲気中に前記対向部材を放置することを特徴とする静電アクチュエータの製造方法。
【請求項５】
請求項４において、前記封止工程では、前記雰囲気中で前記隙間を気密封止することを特徴とする静電アクチュエータの製造方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のうちのいずれかの項において、前記付着工程の後、前記封止工程に先立って、前記対向表面の水分の除去を行う乾燥工程を有することを特徴とする静電アクチュエータの製造方法。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかの項に記載の製造方法で形成されたことを特徴とする静電アクチュエータ。
【請求項８】
請求項７において、前記対向部材の相対変位によって圧力変動するインク室と、当該インク室に連通しているインクノズルとを有し、
前記駆動手段は、前記対向部材の各々に形成した対向電極と、これらの対向電極に電圧パルスを印加する電圧印加手段とを備え、前記電圧パルスの印加に応じて前記インクノズルからインク液滴が吐出されるようになっ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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対向電極間に電圧を印加することにより発生する静電気力を駆動源として利用している静電アクチュエータの製造方法に関するものである。更に詳しくは、本発明は、静電気力により相対変位する部材の表面に疎水膜が形成された静電アクチュエータにおける当該疎水膜の形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットプリンタのインクジェットヘッド等には、半導体の微細加工技術を用いて形成された微小構造のアクチュエータが用いられている。この微小構造のアクチュエータとしては、その駆動源として静電気力を利用した静電駆動方式のものが知られている。例えば、本出願人によって、静電気力を利用してインク液滴を吐出するタイプのインクジェットヘッドが特開平５−５０６０１号、同６−７０８８２号公報に開示されている。
【０００３】
この形式のインクジェットヘッドは、インクノズルに連通しているインク室の底面が弾性変形可能な振動板として形成されている。この振動板には、一定の間隔で基板が対向配置されている。これらの振動板および基板には、それぞれ対向電極が配置され、これらの対向電極の間の空間は封止された状態となっている。対向電極間に電圧を印加すると、これらの間に発生する静電気力によってインク室の底面（振動板）が基板の側に静電吸引あるいは静電反発されて振動する。このインク室の底面の振動に伴って発生するインク室の内圧変動によりインクノズルからインク液滴が吐出される。対向電極間に印加する電圧を制御することにより、記録に必要な時にのみインク液滴を吐出する、所謂インク・オン・デマンド方式が実現される。
【０００４】
ここで、対向電極間に繰り返し電圧を印加してインクジェットヘッドが駆動していると、対向電極の表面、すなわち、対向しているインク室底面および基板の表面に水分が付着する。水分が付着すると、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、基板の表面に吸着した極性分子が相互に裾結合して、インク室底面が基板側に貼り付いたままの状態となり、動作不能となる恐れがある。
【０００５】
このような弊害を回避するために、インク室底面および基板表面に疎水化処理を施すことが考えられる。例えば、パーフルオロデカン酸（ＰＦＤＡ）の配向単分子層をこれらの表面に形成することにより、これらの表面を疎水化することが考えられる。
【０００６】
ＰＦＤＡを用いた疎水化処理が施された静電アクチュエータの例は、例えば、特開平５−５４２５９号公報に開示されている。この公報においては、静電アクチュエータであるマイクロメカニカル装置における対向電極の表面にＰＦＤＡの配向単分子層を形成することにより、これらが駆動中に膠着状態に陥ること等を防止するようにしている。
【０００７】
しかしながら、ＰＦＤＡを用いた疎水化処理は次のような問題がある。まず、ＰＦＤＡを単に相対変位する部材の対向表面に付着したのみでは、その層の耐久性が十分でない。このため、静電気力によって繰り返し相対変位させられるこれらの部材の間に発生する繰り返し電界のために、ＰＦＤＡの層が部材の表面から剥離し、剥離部分が凝集して部材間の相対変位を妨げる異物が発生する恐れがある。このような異物が発生すると、静電アクチュエータが動作不能に陥る危険性がある。
【０００８】
次に、静電アクチュエータでは、相対変位する対向部材間に発生する静電気力を十分に大きな力とするために、これらの対向部材の間隔をできる限り狭くすることが望ましい。また、静電アクチュエータの高密度化、一層の微小化を達成するためにも、対向部材の間隔を可能な限り狭くすることが望ましい。しかしながら、対向部材間隔を狭くすると、ＰＦＤＡは分子が大きいので、狭い間隔の対向部材表面にそれを付着させることが不可能となってしまう。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本出願人は、ＰＦＤＡに代わりヘキサメチルシジラザン（ＨＭＤＳ）を用いて対向部材表面に疎水化処理を施すことを提案している。ＨＭＤＳからなる疎水膜はＰＦＤＡからなる疎水膜に比べて耐久性に優れている。また、ＨＭＤＳはＰＦＤＡに比べて分子が小さいので、相対変位する対向部材の間隔が狭い場合でも、それらの対向表面に付着させることができる。
【００１０】
本発明の課題は、このように対向部材の表面にＨＭＤＳの疎水膜が形成されている静電アクチュエータにおいて、当該疎水膜の耐久性をより高めることができる方法を提案することにある。また、当該疎水膜を備えた静電アクチュエータをより短時間で形成できる方法を提案することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明では、一定の間隔で対向配置され相対変位可能な対向部材と、これら対向部材の間に静電気力を発生させて当該対向部材を相対変位させる駆動手段と、前記対向部材のうちの少なくとも一方の部材における他方の部材との対向表面に形成された疎水膜とを有する静電アクチュエータの製造方法において、前記対向表面にＨＭＤＳからなる前記疎水膜を形成する付着工程と、各対向部材の対向表面の隙間におけるＨＭＤＳ濃度を予め定められた値に保持したまま、当該隙間を気密封止する封止工程とを行うようにしている。
【００１２】
詳細に説明すると、本発明者等は、対向表面にＨＭＤＳからなる疎水膜を付着した直後から外部（大気中）に放置した場合における疎水膜の耐久性を調べたところ、図７に示すように、放置した直後から急激に低下して数分後に所定のレベルにおちつき、その後、さらに数日間放置すると、耐久性は再び徐々に回復することが分かった。また、疎水膜の耐久性は放置した直後が最も高いことも確認された。
【００１３】
本発明の製造方法では、かかる知見に基づき、対向表面にＨＭＤＳからなる疎水膜を形成した後、隙間のＨＭＤＳ濃度が所定値以上に保たれた状態のまま当該隙間を気密封止している。このため、対向表面に形成された疎水膜の耐久性を、当該疎水膜が形成された直後のものと同等あるいはそれに近いものにできる。また、疎水膜を形成してから隙間を封止するまでに対向部材を数日間放置しておく必要がないので、当該疎水膜を備えた静電アクチュエータを短時間で形成できる。
【００１４】
ここで、本発明者等の実験によれば、ＨＭＤＳ濃度が０．３％以上の状態で隙間を気密封止すれば、疎水膜の耐久性を実用上支障のない程度に高められることが確認された。また、ＨＭＤＳ濃度が０．８％以上の状態で隙間を気密封止すれば、疎水膜の耐久性を実用上十分なものにできることが確認された。
【００１５】
更には、封止工程を、常温および常圧の下で行えばよいことも確認された。
【００１６】
また、付着工程では、常圧中で、予め定められた濃度となるようにＨＭＤＳを気化させた雰囲気中に対向部材を放置すれば良い。この場合には、ＨＭＤＳからなる疎水膜が形成された後は、対向部材をＨＭＤＳ雰囲気中から取り出さずに、その雰囲気中で気密封止すれば良い。ＨＭＤＳ雰囲気中で気密封止を行えば、隙間内のＨＭＤＳ濃度を確実に所定値以上に保持できる。
【００１７】
なお、本発明の静電アクチュエータの製造方法においては、前記封止工程に先立って、前記対向表面の水分を除去する乾燥工程を行えば、ＨＭＤＳの付着状況の安定化を図ることができ、封止工程におけるＨＭＤＳの付着状態のばらつきが発生するのを回避できる。
【００１８】
本発明の製造方法によって製造された静電アクチュエータは、インクジェットプリンタに用いるインクジェットヘッドに適用可能である。この場合には、静電アクチュエータを、前記対向部材の相対変位によって圧力変動するインク室と、当該インク室に連通しているインクノズルと、当該インク室に連通しているインクノズルとを有する構成とする。また、前記駆動手段を、前記対向部材の各々に形成した対向電極と、これらの対向電極に電圧パルスを印加する電圧印加手段とを備えた構成とする。さらに、前記電圧パルスの印加に応じて前記インクノズルからインク液滴が吐出されるようにすれば良い。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した静電アクチュエータであるインクジェットヘッドを説明する。
【００２０】
（全体構成）
図１は本発明を適用したインクジェットヘッドの分解斜視図である。また、図２は組み立てられたインクジェットヘッドの断面構成図、図３はその平面図、図４はその部分断面図である。
【００２１】
これらの図に示すように、インクジェットヘッド１は、インク液滴を基板の上面に設けたインクノズルから吐出させるフェイスインクジェットタイプであり、静電駆動方式のものである。インクジェットヘッド１は、キャビティープレート３を挟み、上側にノズルプレート２、下側にガラス基板４がそれぞれ積層された３層構造となっている。
【００２２】
キャビティープレート３は、例えばシリコン基板であり、プレートの表面には底壁が振動板５として機能するインク室６を構成することになる凹部７と、凹部７の後部に設けられたインク供給口８を形成することになる細溝９と、各々のインク室６にインクを供給するためのインクリザーバ１０を構成することになる凹部１１とがエッチングによって形成されている。このキャビティープレート３の下面は鏡面研磨によって平滑化されている。
【００２３】
このキャビティープレート３の上側に接合されるノズルプレート２は、キャビティープレート３と同様に、例えばシリコン基板である。ノズルプレート２において、インク室６の上面を規定している部分には各インク室６に連通する複数のインクノズル２１が形成されている。また、インクリザーバ１０の上面を規定する部分にはインクリザーバ１０にインクを供給するインク供給孔１２が形成されている。
【００２４】
このノズルプレート２をキャビティープレート３に接合することにより、上記の凹部７、１１、および細溝９が塞がれて、インク室６、インク供給口８、インクリザーバ１０のそれぞれが区画形成される。
【００２５】
なお、インク供給孔１２は、接続パイプ１３およびチューブ１４を介して不図示のインクタンクに接続される。インク供給孔１２から供給されたインクは、各インク供給口８を経由して独立した各インク室６に供給される。
【００２６】
キャビティープレート２の下側に接合されるガラス基板４は、シリコンと熱膨張率が近いホウ珪酸ガラス基板である。このガラス基板４において、各々の振動板５に対向する部分には振動室（隙間）１５を構成することになる凹部１６が形成されている。この凹部１６の底面には、振動板５に対向する個別電極１７が形成されている。個別電極１７は、ＩＴＯからなるセグメント電極部１８と端子部１９を有している。
【００２７】
このガラス基板４をキャビティープレート３に接合することにより、各インク室６の底面を規定している振動板５と個別電極１７のセグメント電極部１８は、非常に狭い隙間１５を隔てて対向する。この隙間１５はキャビティープレート３とガラス基板４の間に配置した封止材２０によって封止される。
【００２８】
振動板５は薄肉とされており、面外方向、すなわち、図２において上下方向に弾性変形可能となっている。この振動板５は、各インク室側の共通電極として機能する。この共通電極としての振動板５の底面にはヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）からなる疎水膜２２が形成されている。この振動板５に対向する個別電１７のセグメント電極部１８の表面にも、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）からなる疎水膜２３が形成されている。隙間１５を挟み、振動板５と、対応する各セグメント電極部１９とによって対向電極が形成されている。
【００２９】
振動板５と個別電極１７との間には電圧印加装置２５が接続されている。電圧印加装置２５の一方の出力は各個別電極１７の端子部１９に接続され、他方の出力はキャビティープレート３に形成された共通電極端子２６に接続されている。キャビティープレート３自体は導電性をもつため、この共通電極端子２６から振動板（共通電極）５に電圧を供給することができる。また、より低い電気抵抗で振動板５に電圧を供給する必要がある場合には、例えば、キャビティープレート３の一方の面に金等の導電性材料の薄膜を蒸着やスパッタリングで形成すれば良い。本例では、キャビティープレート３とガラス基板４との接続に陽極接合を用いているので、キャビティープレート３の流路形成面側に導電膜を形成してある。
【００３０】
このように構成したインクジェットヘッド１においては、電圧印加装置２５からの駆動電圧が対向電極間に印加されると、対向電極間に充電された電荷によるクーロン力が発生し、振動板５はセグメント電極部１８の側へ撓み、インク室５の容積が拡大する。次に、電圧印加装置２５からの駆動電圧を解除して対向電極間の電荷を放電すると、振動板５はその弾性復帰力によって復帰し、インク室６の容積が急激に収縮する。この時発生する内圧変動により、インク室６に貯留されたインクの一部が、インク室６に連通しているインクノズル２１から記録紙に向かって吐出する。
【００３１】
なお、インクジェットヘッド１で使用されるインクとしては、水、アルコール、トルエン等の主溶媒にエチレングリコール等の界面活性剤と、染料または顔料とを溶解または分散させることにより調製される。さらに、インクジェットヘッド１にビータを設けておけば、ホットメルトインクも使用できる。
【００３２】
（製造方法）
図５には上記構成のインクジェットヘッド１の製造工程の概略フローチャートを示してある。この図に示すように、まず、ステップＳＴ１において、インクジェットヘッド１を構成しているキャビティープレート３、ノズルプレート２、ガラス基板４をそれぞれウエハから加工して製造する。次に、ステップＳＴ２において、それらの３部材を相互に組み立てて（ＡＢ接合して）インクジェットヘッドを形成する。すなわち、間隔１５が形成されるように、キャビティープレート３の底面側にガラス基板４を組み付ける。この状態では、共通電極である振動板５の底面、およびセグメント電極部１８の表面のいずれにも疎水膜は形成されていない。
【００３３】
次に、ステップＳＴ３の前処理（乾燥）工程において、インクジェットヘッド１に対して前処理を施し、その表面に付着している水分を除去する。例えば、ドライエアーを供給した処理槽内にインクジェットヘッド１を放置すれば良い。このような前処理工程を行うと、ＨＭＤＳの付着状況の安定化を図ることができる。すなわち、振動板５の底面、およびセグメント電極部１８の表面から余分な付着水分を除去して、ＨＭＤＳの付着状況の安定化を図り、次の工程におけるＨＭＤＳの付着状態にばらつきが発生するのを回避できる。
【００３４】
次に、ステップＳＴ４のＨＭＤＳ付着工程において、共通電極である振動板５の底面、およびセグメント電極部１８の表面に、それぞれＨＭＤＳからなる疎水膜２２、２３を形成する。例えば、ＨＭＤＳを入れた容器を前記処理槽内に置き、ドライエアーの供給を止め、常温、常湿で雰囲気圧力を大気圧として、この状態を、ＨＭＤＳが拡散により十分隙間１５に侵入するまで（本形態では約２０時間程度）維持する。この結果、共通電極である振動板５の底面およびセグメント電極部１８の表面にはＨＭＤＳからなる疎水膜２２、２３が形成される。この時の処理槽内のＨＭＤＳ濃度は約０．３％以上にすれば良い。
【００３５】
図６には、シリコン製の振動板５の底面およびＩＴＯ製のセグメント電極部１８の表面に形成されたＨＭＤＳの疎水層２２ａ、２３ａの分子結合状態を示してある。この図に示すように、各表面では、ＯＨ基が疎水基であるＯＳｉ（ＣＨ3 ）3 基と入れ代わった状態となる。
【００３６】
次に、ステップＳＴ５の気密封止工程において、処理槽内からインクジェットヘッド１を取り出さずに、処理槽内で振動板５とセグメント電極部１８との間の空間を気密封止し、隙間１５を形成する。この時、気密封止された隙間１５のＨＭＤＳ濃度は約０．３％以上になる。
【００３７】
図７は疎水膜２２、２３を形成した直後にインクジェットヘッドを外部に放置した場合における放置時間と疎水膜２２、２３の耐久性の相関関係のグラフである。なお、このグラフは、封止工程における処理槽内のＨＭＤＳ濃度が０．３％以上になるようにした場合に得られたものである。また、耐久性は、振動板５の１回の振動を１サイクルとして測定したものである。
【００３８】
このグラフから分かるように、ＨＭＤＳからなる疎水膜２２、２３を形成した後に、その状態のまま封止せずに処理槽内から取り出して、大気中に放置しておくと、疎水膜２２、２３の耐久性は処理槽内から取り出した直後（右下がり領域Ａ）に急激に低下する。そして、数分後に所定の耐久性レベルに安定する。（安定領域Ｂ）。その後、さらに放置しておくと、数日後には耐久性が再び徐々に回復する。（右上がり領域Ｃ）。また、右上がり領域Ｃの耐久性は、疎水膜２２、２３を形成した直後（右下がり領域Ａ）の耐久性に比べれば低いレベルである。
【００３９】
本例の製造方法では、隙間１５のＨＭＤＳ濃度が約０．３％以上の状態を保持したまま、当該隙間１５を気密封止している。従って、実質的にＨＭＤＳからなる疎水膜２２、２３を形成した直後に隙間１５が気密封止されることになる。すなわち、図７の右下がり領域Ａで隙間１５を気密封止したことになる。このため、振動板５の表面およびセグメント電極部１８の表面に形成された疎水膜２２、２３の耐久性としては、疎水膜２２、２３が形成された直後あるいはそれに近いものになる。図７から明らかなように、疎水膜２２、２３を形成した後、数日間放置して得られる耐久性は１億サイクル以下の程度でしかないが、疎水膜２２、２３を形成した後、隙間１５のＨＭＤＳ濃度が約０．３％以上のまま気密封止すれば、数千万〜数十億サイクル程度の耐久性が得られる。
【００４０】
図８は、図７における右下がり領域Ａに含まれる放置時間内で隙間１５を気密封止したときに得られる当該隙間内のＨＭＤＳ濃度と、疎水膜２２、２３の耐久性の相関関係のグラフである。このグラフから分かるように、インクジェットヘッド１は隙間１５が０．３％以上のＨＭＤＳ濃度となるように気密封止されているので、疎水膜２２、２３の耐久性は、約２千万サイクル以上になる。従って、疎水膜２２、２３を形成してから数日間放置した後に、隙間１５を気密封止した場合と同等あるいはそれ以上の耐久性を持つ疎水膜を得ることができる。例えば、隙間１５のＨＭＤＳ濃度を約０．４％以上にすると、１億サイクル以上の耐久性を持つ疎水膜２２、２３を得ることができる。この耐久性は、疎水膜を形成した後に数日間放置して得られる耐久性超えるものである。
【００４１】
ここで、隙間１５のＨＭＤＳ濃度を高めるにしたがって疎水膜２２、２３の耐久性は上昇する。但し、ＨＭＤＳ濃度が約０．８％となると疎水膜の耐久性は５０億サイクル程度に飽和する。このため、処理槽内のＨＭＤＳ濃度の管理誤差を考慮すれば、処理槽内のＨＭＤＳ濃度を１．０％ないし１．１％前後に設定して、この処理槽内で隙間１５を気密封止することが最も好ましい。
【００４２】
以上説明したように、本例の方法によれば、ＨＭＤＳからなる疎水膜２２、２３の耐久性を充分なものとするために、疎水膜形成後に数日間に渡って放置する必要がない。このため、充分な耐久性を備えたＨＭＤＳからなる疎水膜を備えたインクジェットヘッドを短時間で製造できる。また、得られる疎水膜の耐久性も極めて優れている。
【００４３】
なお、気密封止工程では、処理槽内からインクジェットヘッド１を取り出して気密封止を行っても良い。この場合には、図７から分かるように、インクジェットヘッド１を処理槽内から取り出すと、疎水膜２２、２３の耐久性は急激に低下する。このため、インクジェットヘッド１を処理槽内から取り出した直後、例えば、図７の例では約３分以内に気密封止すれば良い。
【００４４】
ここで、ステップＳＴ４のＨＭＤＳ付着工程を行うと、キャビティープレート３のその他の表面にも疎水膜が形成されて疎水性が付与されてしまい、インク流路の気泡の排出性が悪化する等の問題が生じる。しかしながら、ステップＳＴ５の気密封止工程を行った後に、ＲＣＡ洗浄等を行うことにより簡単にインク流路表面から疎水膜を除去することが可能である。このため、気泡の排出性悪化等の問題が併発されることを防止できる。
【００４５】
［その他の実施の形態］
なお、前述したインクジェットヘッド１は、インク液滴を基板の上面に設けたインクノズルから吐出させるフェイスインクジェットタイプであるが、基板の端部に設けたインクノズルから吐出させるエッジインクジェットタイプにも本発明のインクジェットヘッドを適用できる。
【００４６】
また、上記の例では、インクジェットヘッドに対して本発明を適用した例であるが、本発明はインクジェットヘッド以外の静電アクチュエータに対しても同様に適用できる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の静電アクチュエータの製造方法では、相対変位可能な対向部材の対向表面にヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）からなる疎水膜を形成した後、各対向部材の対向表面の隙間におけるＨＭＤＳ濃度を予め定められた値以上の状態で、当該隙間を気密封止する。この方法によって、耐久性に優れたＨＭＤＳからなる疎水膜を短時間で得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したインクジェットヘッドの分解斜視図である。
【図２】図１のインクジェットヘッドの概略縦断面図である。
【図３】図１のインクジェットヘッドの平面図である。
【図４】図１のインクジェットヘッドの一部を示す概略横断面図である。
【図５】図１のインクジェットヘッドの製造工程を示す概略フローチャートである。
【図６】形成されたＨＭＤＳの疎水層を示す模式図である。
【図７】疎水膜を形成した直後にインクジェットヘッドを外部に放置した場合における放置時間と疎水膜の耐久性の相関関係のグラフである。
【図８】図７の右下がり領域に含まれる放置時間内で隙間を気密封止したときに得られる隙間内のＨＭＤＳ濃度と疎水膜の耐久性の相関関係のグラフである。
【符号の説明】
１    インクジェットヘッド
２    ノズルプレート
３    キャビティープレート
４    ガラス基板
５    振動板（共通電極）
６    インク室
８    インク供給口
１０  インクリザーバ
１５  隙間
１７  個別電極
１８  セグメント電極部
２０  封止材
２５  電圧印加装置
２６  共通電極端子
【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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【図７】
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【図８】
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