(57)【要約】  静電インクジェットヘッドは、インクに高圧を提供し、高品質印刷が可能となる。膜（200）に圧力を提供することにより、開口（20）を有するチャンバ（50）内のインクが圧縮される静電アクチュエータは、作動電極（300）と可動電極（500）のオーバーラップ領域に特徴があり、この領域は、インクが収容されたチャンバ（50）を被覆する膜（200）の領域によっては定形されない。印加可能な最大圧力は、2つの電極のオーバーラップ領域（220）と、インクが収容されたチャンバ（50）を被覆する膜（200）の領域（210）の比により適合される。前記ヘッドを用いて、注射システムに使用される液体薬剤が放出される。
2009538108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの側に少なくとも一つの開口を有するチャンバと、
前記チャンバの境界の一部となる可撓性膜と、
少なくとも一つの作動電極と、
少なくとも一つの可動電極と、
前記可撓性膜と前記可動電極の動きを結合する圧力付加器と、
前記作動電極と前記可動電極の間に電圧を印加する電圧源と、
を有する静電装置。
【請求項２】
前記可動電極の静電活性領域は、前記チャンバの境界の一部となる前記膜の領域の部分よりも広いことを特徴とする請求項1に記載の静電装置。
【請求項３】
前記作動電極と前記可動電極の間には、絶縁誘電体層が設置されていることを特徴とする請求項1または2に記載の静電装置。
【請求項４】
前記作動電極は、少なくとも一部が前記膜の上部に延在していることを特徴とする請求項1、2または3に記載の静電装置。
【請求項５】
前記可動電極は、担持基板に直接または間接的に取り付けられていることを特徴とする請求項1、2、3、または4に記載の静電装置。
【請求項６】
前記可動電極は、弾性ガイドにより、直接または間接的にサスペンション構造と接続され、
前記サスペンション構造は、前記チャンバの壁に、直接または間接的に取り付けられていることを特徴とする請求項1、2、3、4または5に記載の静電装置。
【請求項７】
前記弾性ガイドは、少なくとも一つの材料の可撓性層により実現されることを特徴とする請求項6に記載の静電装置。
【請求項８】
前記弾性ガイドは、可撓性ブリッジ状構造により実現されることを特徴とする請求項6に記載の静電装置。
【請求項９】
請求項1乃至8のいずれか一つに記載の流体放出装置を有する印刷システム。
【請求項１０】
静電装置を駆動する方法であって、
前記静電装置は、
少なくとも一つの開口を有するチャンバと、
前記チャンバの境界の一部となる可撓性膜と、
少なくとも一つの作動電極と、
少なくとも一つの可動電極と、
前記可撓性膜と前記可動電極の動きを結合する圧力付加器と、
前記可動電極と前記作動電極の間に電圧を印加する電圧源と、
を有し、
当該方法は、
−前記可動電極と前記作動電極の間に、電圧を印加するステップと、
−前記可動電極を作動させるステップと、
−前記圧力付加器により、前記可動電極の動きを、前記可撓性膜に伝えるステップと、
−前記可撓性膜により、前記チャンバに充填された被排出流体に、力を付加するステップと、
−開口を介して、前記チャンバに充填された前記被排出流体を放出するステップと、
を有する方法。
【請求項１１】
前記チャンバの少なくとも一つの開口を介して流体を放出するための、請求項1乃至8のいずれか一つの静電装置の使用であって、
前記流体は、印刷システムに使用されるインクであることを特徴とする使用。
【請求項１２】
前記チャンバの少なくとも一つの開口を介して流体を放出するための、請求項1乃至8のいずれか一つの静電装置の使用であって、
前記流体は、注射システムに使用される液体薬剤であることを特徴とする使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、インクジェットヘッド用の静電アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットヘッド用の静電アクチュエータは、米国特許第5,734,395号に示されている。米国特許第5,734,395号に示されているような、ギャップ閉止タイプの静電アクチュエータは、相互に近接する2つの電極を有する。一つの電極は、静止しており、他方の電極は、プリントヘッドの排出チャンバの片側を覆うダイアフラムを構成し、変形または曲がることができる。両電極の間に、異なる電気的電位Uを印加すると、電場、さらには引き寄せる圧力Pが生じ、この圧力を用いて、負荷を動かすことができる。プリントヘッドの排出チャンバを覆うダイアフラムの面積は、静電アクチュエータの有効面積を抑制するため、この種類の静電アクチュエータに付加することのできる最大圧力Pは、
P=1／2ε0εrE2 
により計算することができる。従って、圧力は、電場Eの強度と、電極間の材料（例えば、真空、気体、流体、または圧縮可能な材料の固体）の比誘電率εrにより定まる。電場は、故障（ブレークダウン）現象により制限される；従来の半導体およびMEMS材料を用いた場合、75から150V／μmの範囲の電場が得られ、この結果、静電圧力は、0.25乃至1バール（bar）となる。これは、高品質インクジェットヘッド印刷には不十分である。
【特許文献１】米国特許第5,734,395号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、高圧力排出用の改善された静電アクチュエータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記目的は、
少なくとも一つの側に少なくとも一つの開口を有するチャンバと、
前記チャンバの境界の一部となる可撓性膜と、
少なくとも一つの作動電極と、
少なくとも一つの可動電極と、
前記可撓性膜と前記可動電極の動きを結合する圧力付加器と、
前記作動電極と前記可動電極の間に電圧を印加する電圧源と、
を有する静電装置によって達成される。可撓性膜は、例えば、チャンバの一方の側を被覆し、作動電極は、前記膜がチャンバを被覆する側に配置される。作動電極は、チャンバ壁に、直接または間接的に取り付けられ、静電アクチュエータの動作の間、チャンバ壁に対して位置が固定される。圧力付加器は、可撓性膜の少なくともチャンバを被覆する部分、および可動電極に、直接または間接的に取り付けられる。第1の物理的実体は、該第1の物理的実体の少なくとも一部が、別の第2の物理的実体に直接接続されている場合、第2の物理的実体に、直接取り付けられる。第1の物理的実体と第2の物理的実体の間に、少なくとも一つの中間層が存在する場合、両者は、相互に間接的に取り付けられる。可動電極の少なくとも一部は、作動電極と対面し、両電極は、実質的に相互に平行である。可動電極と固定作動電極の間に電圧が印加されると、可動電極の静電動作は、可撓性膜に連結される。可撓性膜は、チャンバの内側空間に移動し始める。チャンバ内に被排出流体が充填されている場合、可撓性膜は、被排出流体に圧力を付加する。チャンバ内の圧力により、開口を介して、被排出流体の排出が生じる。被排出流体は、例えば、チャンバの第2の開口により、チャンバ内に充填され、この第2の開口は、管により被排出流体が充填されたリザーバと接続されている。被排出流体は、可動電極と作動電極の間に電圧を印加している間に排出され、電圧源により印加される電圧パルスを調整することにより、液滴の動的挙動の制御が改善される。これは、静電アクチュエータに電圧が印加されないときに被排出流体が排出されるような、従来技術に比べて有意である。
【０００５】
本発明の好適実施例では、可動電極の静電活性領域は、チャンバの境界の一部となる膜の領域部分よりも広い。可動電極の静電活性領域は、作動電極と直接対面する可動電極の部分により定形され、これにより、両方の電極は、実質的に相互に平行となる。静電アクチュエータにより付加される圧力は、従来技術のように、膜のチャンバを被覆する領域には、限定されない。圧力は、可動電極の静電活性領域A1と、膜のチャンバを被覆する部分の領域A2の間のA1／A2の比、印加電圧により生じる電場、および作動電極と可動電極の間に設置された材料の誘電率によって、実質的に定められる。
【０００６】
静電アクチュエータの素子を活性化させる一つの考えられる構成は、作動電極および可動電極を、両方が真空、気体または液体誘電体により分離されるようにして、配置することである。気体または液体の誘電体により、これらが特徴として1よりも大きな誘電率を有する場合、真空に比べて圧力が高められる。この構成では、電極間の分離は、極めて高精度に制御され、短絡を防止することができる。通常の場合、短絡を防止するため、いくつかのパラメータを適合させる必要がある：
・可動電極と作動電極の間の印加電圧、
・可動電極と作動電極の間の距離、
・圧力付加器が設置される可撓性膜の剛性および寸法、
・圧力付加器の剛性および寸法、
・可動電極が圧力付加器に直接取り付けられる場合、可動電極の剛性および寸法、または
・上部に可動電極が設置される基板の剛性および寸法。
【０００７】
短絡の危険を抑制する方法は、作動電極と可動電極の間に、誘電体材料を設置することである。誘電体材料は、作動電極、可動電極、または両電極上に直接配置されても良い。誘電体材料の層の厚さ、および電気的故障（ブレークダウン）が生じる誘電体材料の電場により、作動電極および可動電極に印加し得る最大電圧が定められる。誘電体材料を有さない構成の場合、作動電極と可動電極の間の空間は、電圧が印加されない場合、真空にされ、または気体もしくは液体で充填されても良い。作動電極と可動電極の間の引力は、作動電極と可動電極の間の空間が、1よりも大きな誘電率を有することを特徴とする気体または液体で充填されている場合、増強される。液体が使用される場合、液体の非圧縮性により、圧縮性材料（好ましくは気体）が充填された追加の空間が必要となることに留意する必要がある。この場合、作動電極および可動電極に電圧が印加されると、液体が流れ、両電極間の空間が減少する。
【０００８】
さらに別の実施例では、作動電極は、少なくとも一部が、チャンバの一方の側でチャンバを被覆する可撓性膜の上部に延在する。さらに、チャンバを被覆する、または膜自身を構成する追加の層が存在する場合であって、さらなる層がチャンバを被覆しない場合、作動電極は、膜の一部となり、可撓性膜の上部全体に延在しても良い。この方法を使用することにより、チャンバを被覆する可撓性膜の弾性および機械的特性を調整することができる。また、チャンバ内に、可撓性膜と対面するチャンバ電極が存在しても良い。作動電極と可動電極の間に電圧が印加されると、これと同時にまたは異なる時間で、作動電極とチャンバ電極の間に、電圧が印加される。電圧が印加されるとともに、前述の圧力付加器を介して可撓性膜に圧力が付加された場合、可撓性膜の上部に延在し、または可撓性膜を構成する作動電極の部分と、チャンバ電極とにより、チャンバ内に可撓性膜を引き込む静電アクチュエータが構成される。この追加の静電アクチュエータを用いて、可撓性膜に付加される力を高めることができる。
【０００９】
可動電極は、導電性基板の一部であり、圧力付加器に直接取り付けられても良い。これは、可動電極と圧力付加器の間に、物理的な直接接触が存在すること、あるいは例えば、圧力付加器と導電性基板の間に、少なくとも一つの絶縁層が存在する場合、導電性基板の一部である可動電極が、圧力付加器に間接的に取り付けられることを意味する。これにより、作動電極と可動電極の間の分離が改善され、保証される。別の実施例では、可動電極は、直接または間接的に担持基板に取り付けられる。可動電極が担持基板に直接取り付けられる場合、可動電極は、担持基板と直接物理的に接触し、担持基板は、電気絶縁性材料で構成されることが好ましく、これにより、寄生容量のような好ましくない寄生効果が抑制される。可動電極が担持基板に間接的に取り付けられる場合、少なくとも一つの層が、可動電極と担持基板を分離する。この少なくとも一つの分離層は、電気絶縁層であることが好ましく、これにより、担持基板が導電性材料で構成される場合、好ましくない寄生効果が抑制される。絶縁層を有するまたは有さない剛性担持基板により、可動電極と圧力付加器の間で、力の伝達が可能となる。
【００１０】
さらに別の実施例では、可動電極は、弾性ガイドにより、実質的に柔軟性のない方法で、チャンバ壁に取り付けられた構造部と、直接または間接的に接続される。可動電極または可動電極を有する担持基板は、スプリング状構造（弾性ガイド）により、チャンバ壁に直接または間接的に接触された、一種のサスペンションと接続される。（弾性ガイドに比べて）非弾性的なチャンバ壁と直接または間接的に接続された、この種のスプリングサスペンションにより、可動電極に安定性が提供され、静電アクチュエータの信頼性が向上する。直接接続とは、サスペンションを構成する構造部が、チャンバ壁と直接物理的に接触することを意味する。間接的とは、サスペンションを構成する構造部と、チャンバ壁の間に、少なくとも一つの中間層が存在することを意味する。また、信頼性の点から、可動電極と作動電極に電圧が印加された後、弾性ガイドは、弾性ガイドを構成する材料の応力により、圧力付加器を介して、可撓性膜に引き戻されるような力を付加する。可撓性ガイドを得るためのある特定の実施例は、これを、可動電極または可動電極が設置された担持基板と、該可動電極または可動電極が設置された担持基板に対する、ある種のサスペンションを構成する構造部との間に延在する、少なくとも一つの材料の可撓性層とすることである。この少なくとも一つの層の材料および厚さは、一方では、弾性ガイドにより付加される引き戻し力が、可撓性膜を引き戻すのに十分な力であって、他方では、可撓性膜により付加される圧力が、著しく抑制されることのないように適合される。引き戻し力は、可動電極および作動電極により構成される静電アクチュエータにより付加される力に比べて、小さくする必要がある。可撓性ガイドの機械的特性を適合させるさらに別の方法は、可動電極（または可動電極が設置された担持基板）と、該可動電極用の一種のサスペンションを構成する構造部（または可動電極が設置された担持基板）とを接続する、1または2以上の層を構成することである。この構造化により、可撓性ガイドを構成する、可撓性のあるブリッジ状構造が得られる。また、この方法は、可動電極（または可動電極が設置された担持基板）と、該可動電極（または可動電極が設置された担持基板）用の一種のサスペンションを構成する構造部とが、一つのバルク材料で構成される場合にも、使用することができる。この場合、可動電極（または可動電極が設置された担持基板）と、該可動電極（または可動電極が設置された担持基板）用の一種のサスペンションを構成する構造部との間の材料は、可撓性ガイドを形成するため薄膜化される。この場合も、可動電極（または可動電極が設置された担持基板）と、該可動電極（または可動電極が設置された担持基板）用の一種のサスペンションを構成する構造部の間の、この薄膜化された材料を構造化して、可撓性ブリッジ状構造を形成することにより、可撓性ガイドの機械的特性を適合させることができる。
【００１１】
さらなる目的は、高圧放出用の静電アクチュエータを有する印刷システムを提供することである。
【００１２】
印刷システムは、本発明による静電アクチュエータを有する。静電アクチュエータは、印刷システムのプリントヘッドに導入され、高品質印刷用の高い圧力でのインクの放出が可能となる。
【００１３】
本発明のさらなる目的は、流体の高圧放出用の静電アクチュエータを駆動する方法を提供することである。
【００１４】
静電装置は、
少なくとも一つの開口を有するチャンバと、
前記チャンバの境界の一部となる可撓性膜と、
少なくとも一つの作動電極と、
少なくとも一つの可動電極と、
前記可撓性膜と前記可動電極の動きを結合する圧力付加器と、
前記可動電極と前記作動電極の間に電圧を印加する電圧源と、
を有する。前記静電アクチュエータを駆動する当該方法は、
−前記可動電極と前記作動電極の間に、電圧を印加するステップと、
−前記可動電極を作動させるステップと、
−前記圧力付加器により、前記可動電極の動きを、前記可撓性膜に伝えるステップと、
−前記可撓性膜により、前記チャンバに充填された被排出流体に、力を付加するステップと、
−開口を介して、前記チャンバに充填された前記被排出流体を放出するステップと、
を有する。
【００１５】
被排出流体に付加される力により、チャンバ内の圧力が高まり、これにより、被排出液体の放出が生じる。例えばチャンバと、被排出液体が充填されたリザーバを接続する管により、チャンバを再充填するために、第2の開口が設けられる。可撓性膜に力が付加されない場合、チャンバは、可撓性膜を引き戻すような可撓性膜の弾性特性により生じたチャンバ内の圧力上昇により、被排出流体で再充填される。弾性ガイドが提供される場合、引き戻す力は、弾性ガイドの弾性特性に応じて増強される。
【００１６】
本発明のさらに別の目的は、高圧放出用の静電アクチュエータを有する装置を提供することである。
【００１７】
静電アクチュエータを有する装置は、排出器またはポンプであっても良い。本装置を用いることにより、チャンバの少なくとも一つの開口を介して、流体を放出または排気することができる。チャンバには、流体が充填されたリザーバを、チャンバの第2の開口に接続する供給パイプにより、流体が充填される。チャンバが流体で充填された後、作動電極および可動電極に電圧が印加され、圧力付加器により、可撓性膜に力が付加され、チャンバ内の流体の圧力が上昇し、最終的に、少なくとも一つの開口を介して、流体が放出される。この場合、少なくとも一つの開口は、チャンバの第1の開口であり、この開口は、ノズルであることが好ましい。次に、可撓性膜の応力による可撓性膜の引き戻し力を用いて、またはさらに弾性ガイドにより、あるいはさらに必要な場合、流体リザーバに付加された圧力との組み合わせにより、供給パイプを介してチャンバが再充填される。また、バルブのような手段が、開口を閉止するために設置され、流体は、チャンバの再充填の間に放出される。静電アクチュエータは、経皮薬の供給、回路印刷、またはポリLED印刷のために使用され得る。チャンバの少なくとも一つの開口は、ノズルであり、流体は、液体薬、または薬剤、液体導体もしくは高分子を含む液体溶液であっても良い。また静電アクチュエータは、印刷システムにおいて、インクを放出する際に使用することも可能である。また、チャンバの少なくとも一つの開口は、ノズルであり、流体は、インクであっても良い。さらに、静電アクチュエータは、ポンプとして使用することもできる。この場合、少なくとも2つの開口が存在し、一つは、流体の入口であり、他方は、流体の出口である。バルブのような追加の手段により、流体が排出される開口は、閉止され、流体が導入される開口が開かれ、またはその逆が行われる。さらに、パイプは、流体を排出するため、追加の開口に接続されても良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面参照して、本発明についてより詳しく説明する。図において、同様の部品は、同じ参照符号で示されている。
【００１９】
図1には、静電アクチュエータのある実施例の基本的構造が示された断面を示す。開口20を有する層10が、チャンバ50を有する別の層100に設置されている。層100を構成する材料は、チャンバ50のチャンバ壁105を形成する。層10内の開口20は、これがチャンバ50の開口となるように配置される。また、開口20に対して反対の側には、チャンバを被覆する膜200がある。膜200は、層100全体にわたって延在する。膜200には、該膜200がチャンバ50を被覆している位置に、圧力付加器400が設置される。また、膜200には、実質的に、チャンバ50を被覆する膜200の領域の周囲に、作動電極300が設置される。また、膜200の、チャンバ50のチャンバ壁105を形成する層100が設置された側とは反対の側には、作動電極300から電気的に分離されたサスペンション700が設置される。可動電極500は、一方の側が圧力付加器400に設置され、他の側は、1または2以上の弾性ガイド600を介して、サスペンション700に取り付けられる。1または2以上の弾性ガイド600は、可動電極500、およびサスペンション700の少なくとも一部と同じ材料で構成される。材料は、薄膜化され、ブリッジ状弾性ガイドを形成するように構造化される（断面図では視認できない）。作動電極300と可動電極500の間に電圧が印加されると、作動電極および可動電極の作動電極と対面する部分の間に、引力が生じ、この力が、圧力付加器400を介して、チャンバ50を被覆する膜200に付与される。チャンバ50を被覆する膜200の部分は、変形し、チャンバ50に充填されている流体に、圧力が付加される（供給パイプおよび流体リザーバは、示されていない）。チャンバ50内の圧力により、開口20を介して、流体の放出が生じる。
【００２０】
図2には、チャンバ50を被覆する膜200の領域210、および可動電極500の静電活性領域220を示す。圧力付加器400を介して、膜200に印加される圧力は、領域220と210の比により、実質的に定められる。静電活性領域220の面積が、領域210に比べて大きくなると、膜200に印加される最大圧力が増加し、最終的にチャンバ50内の流体に印加される最大圧力が増加する。
【００２１】
図3a乃至3eには、静電装置の処理プロセスの一部を示す。図の上側部分には、ウェハの断面が示されており、図の下側部分には、断面に対応するウェハの上面図が示されている。図3aに示すように、約400μmの厚さの研磨Siウェハ510の最初の両側には、図3bに示すように、厚さが約0.25μmの熱SiO2の2つの層520、530が成長する。図3bには、さらに、静電装置が配置されるウェハAの部分と、静電装置の電気的接触部が配置される部分Cとが示されている。図3cには、熱酸化物520、530の層上の、低応力LPCVD法による約0.25μmのSiNの成膜を示すが、ここでは、低応力LPCVD法SiNの上部層は、540で示されており、底部層は、545で示されている。次の図3dには、ウェハの両側に、約1.5μmのドープ化ポリSiを成膜した後の処理プロセスが示されている。底部層570は、この処理ステップの間、構造化されない状態のままであるのに対して、上部ポリSi層は、構造化され、可動電極500を形成する領域と、可動電極500の周囲に配置された分離領域540とが得られている。校舎の位置では、ポリSiがエッチング除去され、低応力LPCVDの層が視認できる。これらの分離領域540同士の間のポリSiは、最終的に、弾性ガイド600を形成する。これらの弾性ガイド600は、可動電極500を、ポリSiの外側領域560と電気的に接続し、これにより、可動電極500は、接触領域Cと電気的に接続される。図3eに示されている次の処理ステップでは、ウェハ510の上側の、構造化ポリSi層の上部に、0.5μmのフォトBCBが成膜され、構造化される。可動電極500の中央には、環状パッチ410が残るとともに、残りのBCB420は、構造化ポリSi層の外側領域560を被覆する。また、接触領域Cには、開口430が形成され、ポリSiとの接触が可能となる。処理されたウェハは、1000で示されている。
【００２２】
図4a乃至4eには、静電装置の処理プロセスの別の一部を示す。図の上側には、異なる処理プロセスステップにおけるウェハの断面が示されており、図の下側には、断面に対応するウェハの上面が示されている。ここでも、Aは、静電装置を表し、Cは、接触領域を表している。厚さが約400μmの研磨Siウェハ110の第2の両側は、図4aに示すように、厚さが約0.25μmの熱SiO2の層120、130で被覆されている。図4bには、次のステップを示すが、ここでは、低応力LPCVD法により、層120、130上に、SiNの2つの層200、240が成膜され、これらの層の厚さは約、0.25μmである。また、層200は、最終的に、接触領域Cに、SiN層200を貫通する開口230、250が得られるように構造化される。図4cに示す次のステップでは、層200および240の上部に、約1.5μmのドープ化ポリSiが成膜される。上部層330は、構造化されていない状態のままであるのに対して、底部層は、構造化され、作動電極300、および接触点340までの接続部305が形成される。接触点340は、ドープ化ポリSi層の部分315から電気的に分離されている。また、作動電極300により取り囲まれた、ドープ化ポリSiの電気的に分離された環状パッチ310が存在する。接触領域Cでは、ポリSi層は、SiN層200内の開口250が、接触電極340を形成するポリSiで充填されるように構造化され、接触電極340は、作動電極300と接続され、周囲のポリSi315から、電気的に分離される。また、SiN層200の開口230の上部のポリSiは、除去される。図4dには、低応力LPCVD法により、厚さが約0.25μmのSiNの2つの層360、370が成膜された状態が示されている。SiN層370は、ポリSi層330の上部に成膜され、SiN層360は、底部ポリSi層の構造化部分310、300、315、340および305の上部、ならびに底部ポリSi層が除去されている、第1の底部SiN層200の上部に成膜される。接触領域Cでは、SiN層360は、部分的に除去され、SiO2層130への開口230は、完全に開放される。第2のウェハ2000は、0.5μmのBCBを、第2の底部SiN層360の上部に成膜し、構造化することにより完成される。BCB層は、作動電極300の上部、およびその周囲の僅かの部分において除去され、BCBの分離環状パッチ440、および残留BCB層450が形成される（処理フローの僅かな変更においては、ウェハ2000上にBCB層は存在せず、ウェハ1000上に約1μmの一つのBCB層のみが存在する。またはその逆である）。BCBの環状パッチ440は、第1のウェハ1000の上部のBCBの環状パッチ410と実質的に同じ寸法である。また、残留BCB層450は、第1のウェハ1000の上部の残留BCB層420に適合する。また、BCBの一部を除去することにより、接触領域Cの開口230が開放される。
【００２３】
図5aおよび5bには、2つのウェハ1000、2000の結合処理が示されている。ウェハ1000およびウェハ2000は、ウェハ2000の底部にあるBCBの環状パッチ440が、環状パッチ410と整列するように配置される。また、第2のウェハ2000上の残留BCB層450、および第1のウェハ1000上の残留BCB層420、ならびに第2のウェハ2000上の開口230、および第1のウェハ1000上の開口430は、図5aに示すように整列される。位置合わせの後、ウェハ1000および2000が相互に押し付けられる。熱および圧力の付加の結果、図5bに示すように、相互に配置された2つのBCB層に強固な結合が生じる。環状パッチ410および440は、相互に接合され、ポリSiの電気的に分離されたパッチ310の上部のSiN層360を介して、およびポリSiの電気的に分離されたパッチ310を介して、SiN層200に間接的に設置された圧力付加器400が形成される。
【００２４】
図6a乃至6eには、図5bに示した積層結合装置のさらに別の処理プロセスが示されている。図6aには、上部SiN層370、上部ポリSi層330、第2のSiN層240、およびウェハ2000の熱SiO2層120の、構造化処理および除去処理が示されており、後続の、Siウェハ110の深反応性イオンエッチング（DRIE）処理は、第2のウェハ2000の底部熱SiO2層130の上部で停止される。層のこの構造化処理および除去処理、ならびに後続のDRIEエッチング処理により、圧力付加器4000の上部に、第1の窪み55が形成され、この窪みは、作動電極300の境界近傍まで延伸する。また、層370、330、240、および120に、ならびに接触点340、430の上部のSiウェハ110に、2つのチャネル75および85がエッチング形成される。図6bに示す後続のステップでは、第2のウェハ2000の底部SiO2層130は、第1の窪み55、およびチャネル75、85においてエッチングされる。窪み56が形成され、接触領域Cでは、作動電極300と接触する接触点340が、チャネル80を介して、アクセス可能となるとともに、可動電極500と接触する接触点430は、チャネル70を介してアクセス可能となる。窪み56を介してアクセス可能なSiN層200は、静電装置の可撓性膜200を形成する。図6cには、可動電極500を開放する中間ステップが示されている。Siウェハ510のDRIEエッチング法により、底部ポリSi層570、底部SiN層545、および第1のウェハ1000の底部SiO2層530は、構造化されエッチング処理され、このエッチングは、第1のウェハ1000の上部SiO2層520上で停止され、図3dおよび3eの上面図に示すように、可撓性ガイド600の上部の環状溝610における可動電極500の境界で停止される。図6dに示す後続のステップでは、上部SiO2層520および上部SiN層540が、反応性イオンエッチング（RIE）法によりエッチングされ、リング状溝620が形成され、可動電極500は、開放され、ポリSiからなる弾性ガイドのみにより、可動電極500の左側および右側に、層のスタックおよびSiウェハにより形成されたサスペンションと接続される。弾性ガイド600は、図6dでは視認できない。これは、断面が、ポリSiがエッチング除去される線に沿っているためである。図6eには、図6dに示した静電装置が僅かに回転された図が示されており、ポリSiの弾性ガイドが視認できる（図3dおよび3eの上面図も参照）。代替実施例では、SiN層540は、エッチングされない。この場合、可動電極と作動電極の間に、密閉シールされた空間が得られる。
【００２５】
図7には、図6eに示した組み立てられたウェハの代替実施例を示す。第1のウェハ1000には、可動電極500の領域に、追加の通気チャネル800がエッチングされる。これらの通気チャネルは、空気湿潤を抑制し、可動電極500が設置される基板の質量を低下させるため、高速の可動電極が可能となる。通気チャネルは、小溝801で構成され、この直径は、約5μmであり、図3cに示した処理ステップの後に、エッチングされる。より大きな溝802は、直径が約50μmであり、図6cに示したリング状溝610とともにエッチングされる。チャネルの深さは、チャネルの直径とリング状溝610の幅の比により制御される。直径が大きくなると、ある時間にエッチングされるチャネルの深さが深くなる（図7には、取り入れられていない）。
【００２６】
図8には、さらに別のステップにおける、基板10の組立体を示す。この組立体は、開口（またはノズル）20、および開口20に接続された窪み900を有し、これは、図6eに示す静電装置の上部に、接着または結合される。基板10は、ウェハ1000、2000の処理と同様に、別個のウェハとして、半導体技術により処理される。また図7には、可動電極500の左側および右側に、サスペンション700が示されており、これは、膜200の下側の層のスタックにより形成される。このサスペンションは、膜200の上部のチャンバ壁105を構成する材料のスタックに、間接的に取り付けられる。チャンバ50は、窪み56および基板10により構成される。可動電極500は、シリコンウェハ510の一部により形成される担持基板515に間接的に取り付けられる。作動電極300および可動電極500は、作動電極300の上部のSiN層360により分離される。BCB410および420の接合された環状パッチは、圧力付加器400を形成し、この圧力付加器は、可撓性膜200に間接的に取り付けられる。
【００２７】
図9には、電気接触点430および340が示されており、これにより、作動電極および可動電極に、電圧が印加される。
【００２８】
図10には、静電アクチュエータのさらなる実施例の基本構造を示す断面が示されている。開口20を有する層10が、チャンバ50を有する別の層100に取り付けられる。層100を構成する材料は、チャンバ50のチャンバ壁105を形成する。層10の開口20は、この開口が、チャンバ50の開口となるように配置される。また、開口20に対して反対の側には、チャンバを被覆する膜200がある。膜200は、層100全体にわたって延在する。圧力付加器400は、膜200がチャンバ50を被覆する位置で、膜200に取り付けられる。また膜200には、第1の作動電極300が取り付けられ、これは、実質的に、チャンバ50を被覆する膜200の領域の周囲に取り付けられる。また膜には、第1の作動電極300から電気的に分離されたサスペンション700が取り付けられ、このサスペンションは、チャンバ50のチャンバ壁105を構成する層100が取り付けられた膜200の側とは別の側に、取り付けられる。可動電極500は、一方の側が圧力付加器400に取り付けられるとともに、他の側が1または2以上の弾性ガイド600を介して、サスペンション700に取り付けられる。1または2以上の弾性ガイド600は、可動電極500、およびサスペンション700の少なくとも一部と同じ材料で構成される。材料は、薄膜化され、ブリッジ状弾性ガイド600を形成するように構造化される（断面では視認できない）。また、サスペンション700の背面には、電気的に絶縁された背面基板560が取り付けられ、可動電極500と背面基板560の間には、穴570が形成される。背面基板560には、可動電極500と対面するように、第2の作動電極550が取り付けられ、穴570は、可動電極500と第2の作動電極550を分離する。必要な場合、可動電極および／または第2の作動電極550には、絶縁層が取り付けられても良く、これにより、可動電極500と第2の作動電極550の間に電圧が印加された際に、短絡が防止される。可動電極500を有する層は、第1の作動電極300と第2の作動電極550との間に配置される。第2の作動電極550と可動電極500の間に電圧が印加されると、第2の作動電極550と、該第2の作動電極550と対面する可動電極500の間に、引力が生じ、この引力は、圧力付加器400を介して、チャンバ50を被覆する膜200に付加される。膜200のチャンバ50を被覆する部分は、外側に引かれ、チャンバ50の体積が増加し、流体リザーバ（図示されていない）に接続された供給パイプを介して、チャンバに被排出流体が充填される。可動電極500と第2の作動電極560の間の印加電圧を、制御された方法で開放することにより、膜200および1または2以上の弾性ガイド600の弾性特性により、被排出流体に圧力が付加される。また、可動電極500と第1の作動電極300の間に電圧が印加されると、可動電極は、チャンバ50の方に引き寄せられ、圧力付加器400により、膜200がチャンバの内側に押し付けられ、チャンバ50内の圧力は、さらに上昇する。チャンバ50内の圧力により、開口20を介して流体が放出される。この実施例のより単純な構成は、第2の作動電極550のみを有する。この場合、被排出流体に付加される圧力は、主として、膜200および1または2以上の弾性ガイド600の機械的特性によって定まる。被排出流体の放出の間、チャンバ50内の圧力を高める追加の静電作動がないからである（第1の作動電極300は存在しない）。
【００２９】
ある図面を参照して、本発明の特定の実施例について説明した。しかしながら、本発明は、これに限られるものではなく、本発明は、特許請求の範囲によってのみ定められる。請求項内のいかなる参照符号も、本発明の範囲を限定するものと解してはならない。示された図面は、概略的なものに過ぎず、限定的なものではない。図において、いくつかの素子の寸法は、誇張して示されており、説明用のため、スケールは、示されていない。詳細な説明および特許請求の範囲において、「有する」という用語が使用されているが、この用語は、他の素子またはステップの存在を排斥するものではない。例えば「一つの」、「その」という単数名詞を参照する際に使用される、明確なまたは不明確な用語が使用されるが、これは、特に記載がない限り、そのものが複数あることを否定するものではない。
【００３０】
また、詳細な説明および特許請求の範囲における、第1、第2、第3等の用語は、同様の素子を区別するために使用され、必ずしも連続的にまたは時間的順番で示されているわけではない。従って、使用されている用語は、適切な環境下で、相互に交換することができ、本発明に記載の実施例は、示された手順以外の手順で作動し得ることに留意する必要がある。
【００３１】
また、詳細な説明および特許請求の範囲における、上部、底部、第1、第2等の用語は、説明のために使用され、必ずしも相対的な位置を表すために使用されているわけではない。従って、使用されている用語は、適切な環境下で、相互に交換することができ、本発明に記載の実施例は、示された構成以外の構成で作動し得ることに留意する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】静電アクチュエータのある実施例の基本的構造を示す概略図である。
【図２】チャンバを被覆する膜の領域、および可動電極の静電活性領域を示す図である。
【図３ａ】可動電極を有するウェハの処理プロセスを示す図である。
【図３ｂ】可動電極を有するウェハの処理プロセスを示す図である。
【図３ｃ】可動電極を有するウェハの処理プロセスを示す図である。
【図３ｄ】可動電極を有するウェハの処理プロセスを示す図である。
【図３ｅ】可動電極を有するウェハの処理プロセスを示す図である。
【図４ａ】膜を有するウェハの処理プロセスを示す図である。
【図４ｂ】膜を有するウェハの処理プロセスを示す図である。
【図４ｃ】膜を有するウェハの処理プロセスを示す図である。
【図４ｄ】膜を有するウェハの処理プロセスを示す図である。
【図４ｅ】膜を有するウェハの処理プロセスを示す図である。
【図５ａ】2つのウェハの組立を示す図である。
【図５ｂ】2つのウェハの組立を示す図である。
【図６ａ】組み立てられたウェハのさらなる処理プロセスを示す図である。
【図６ｂ】組み立てられたウェハのさらなる処理プロセスを示す図である。
【図６ｃ】組み立てられたウェハのさらなる処理プロセスを示す図である。
【図６ｄ】組み立てられたウェハのさらなる処理プロセスを示す図である。
【図６ｅ】組み立てられたウェハのさらなる処理プロセスを示す図である。
【図７】図6eに示す組み立てられたウェハの別の実施例を示す図である。
【図８】ノズルの組立体を示す図である。
【図９】静電アクチュエータの電気的接触を示す図である。
【図１０】静電アクチュエータのさらなる実施例の基本的構造を概略的に示した図である。
【図１】
2009538108.tif 000003
【図２】
2009538108.tif 000004
【図３ａ】
2009538108.tif 000005
【図３ｂ】
2009538108.tif 000006
【図３ｃ】
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【図３ｄ】
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【図３ｅ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
2009538108.tif 000011
【図４ｃ】
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【図４ｄ】
2009538108.tif 000013
【図４ｅ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
2009538108.tif 000019
【図６ｄ】
2009538108.tif 000020
【図６ｅ】
2009538108.tif 000021
【図７】
2009538108.tif 000022
【図８】
2009538108.tif 000023
【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年11月20日(2008.11.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの側に少なくとも一つの開口を有するチャンバと、
前記チャンバの境界の一部となる可撓性膜と、
少なくとも一つの作動電極と、
少なくとも一つの可動電極と、
前記可撓性膜と前記可動電極の動きを結合する圧力付加器と、
前記作動電極と前記可動電極の間に電圧を印加する電圧源と、
を有する静電装置であって、
前記可動電極は、弾性ガイドにより、直接または間接的にサスペンション構造と接続され、前記サスペンション構造は、前記チャンバの壁に、直接または間接的に取り付けられ、
前記弾性ガイドは、該弾性ガイドを構成する材料の応力により、前記可撓性膜に引き戻す力を付加することを特徴とする静電装置。
【請求項２】
前記可動電極の静電活性領域は、前記チャンバの境界の一部となる前記膜の領域の部分よりも広いことを特徴とする請求項1に記載の静電装置。
【請求項３】
前記作動電極と前記可動電極の間には、絶縁誘電体層が設置されていることを特徴とする請求項1または2に記載の静電装置。
【請求項４】
前記作動電極は、少なくとも一部が前記膜の上部に延在していることを特徴とする請求項1、2または3に記載の静電装置。
【請求項５】
前記可動電極は、担持基板に直接または間接的に取り付けられていることを特徴とする請求項1、2、3、または4に記載の静電装置。
【請求項６】
前記弾性ガイドは、少なくとも一つの材料の可撓性層により実現されることを特徴とする請求項1、2、3、4または5に記載の静電装置。
【請求項７】
前記弾性ガイドは、可撓性ブリッジ状構造により実現されることを特徴とする請求項1、2、3、4または5に記載の静電装置。
【請求項８】
請求項1乃至7のいずれか一つに記載の流体放出装置を有する印刷システム。
【請求項９】
請求項1乃至7のいずれか一つに記載の静電装置を駆動する方法であって、
当該方法は、
−前記可動電極と前記作動電極の間に、電圧を印加するステップと、
−前記可動電極を作動させるステップと、
−前記圧力付加器により、前記可動電極の動きを、前記可撓性膜に伝えるステップと、
−前記可撓性膜により、前記チャンバに充填された被排出流体に、力を付加するステップと、
−開口を介して、前記チャンバに充填された前記被排出流体を放出するステップと、
を有する方法。
【請求項１０】
前記チャンバの少なくとも一つの開口を介して流体を放出するための、請求項1乃至7のいずれか一つの静電装置の使用であって、
前記流体は、印刷システムに使用されるインクであることを特徴とする使用。
【請求項１１】
前記チャンバの少なくとも一つの開口を介して流体を放出するための、請求項1乃至7のいずれか一つの静電装置の使用であって、
前記流体は、注射システムに使用される液体薬剤であることを特徴とする使用。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
可動電極は、弾性ガイドにより、実質的に柔軟性のない方法で、チャンバ壁に直接または間接的に取り付けられた構造部と、直接または間接的に接続される。可動電極または可動電極を有する担持基板は、スプリング状構造（弾性ガイド）により、チャンバ壁に直接または間接的に接触された、一種のサスペンションと接続される。（弾性ガイドに比べて）非弾性的なチャンバ壁と直接または間接的に接続された、この種のスプリングサスペンションにより、可動電極に安定性が提供され、静電アクチュエータの信頼性が向上する。直接接続とは、サスペンションを構成する構造部が、チャンバ壁と直接物理的に接触することを意味する。間接的とは、サスペンションを構成する構造部と、チャンバ壁の間に、少なくとも一つの中間層が存在することを意味する。また、信頼性の点から、可動電極と作動電極に電圧が印加された後、弾性ガイドは、弾性ガイドを構成する材料の応力により、圧力付加器を介して、可撓性膜に引き戻されるような力を付加する。可撓性ガイドを得るためのある特定の実施例は、これを、可動電極または可動電極が設置された担持基板と、該可動電極または可動電極が設置された担持基板に対する、ある種のサスペンションを構成する構造部との間に延在する、少なくとも一つの材料の可撓性層とすることである。この少なくとも一つの層の材料および厚さは、一方では、弾性ガイドにより付加される引き戻し力が、可撓性膜を引き戻すのに十分な力であって、他方では、可撓性膜により付加される圧力が、著しく抑制されることのないように適合される。引き戻し力は、可動電極および作動電極により構成される静電アクチュエータにより付加される力に比べて、小さくする必要がある。可撓性ガイドの機械的特性を適合させるさらに別の方法は、可動電極（または可動電極が設置された担持基板）と、該可動電極用の一種のサスペンションを構成する構造部（または可動電極が設置された担持基板）とを接続する、1または2以上の層を構成することである。この構造化により、可撓性ガイドを構成する、可撓性のあるブリッジ状構造が得られる。また、この方法は、可動電極（または可動電極が設置された担持基板）と、該可動電極（または可動電極が設置された担持基板）用の一種のサスペンションを構成する構造部とが、一つのバルク材料で構成される場合にも、使用することができる。この場合、可動電極（または可動電極が設置された担持基板）と、該可動電極（または可動電極が設置された担持基板）用の一種のサスペンションを構成する構造部との間の材料は、可撓性ガイドを形成するため薄膜化される。この場合も、可動電極（または可動電極が設置された担持基板）と、該可動電極（または可動電極が設置された担持基板）用の一種のサスペンションを構成する構造部の間の、この薄膜化された材料を構造化して、可撓性ブリッジ状構造を形成することにより、可撓性ガイドの機械的特性を適合させることができる。
【国際調査報告】
2009538108.tif 000026
2009538108.tif 000027