(57)【要約】【課題】犠牲層エッチングにより形成されるギャップの封止性を改良する。【解決手段】シリコン基板１１０上に、固定電極側絶縁膜（耐エッチング層）１１３で覆う固定電極１１２と、エッチングにより犠牲層１１９を除去することにより形成したギャップ１０２を介して、その上に振動板電極１１４ａの表裏を振動板側絶縁膜（耐エッチング層）１１５、１１８で覆う振動板１１４とを備える。振動板を支持する隔壁部分に、上記絶縁膜を貫通する犠牲層ホール１１６と、そこから導入したエッチング液によりギャップとともに、そのギャップに連通しかつシリコン基板の一部を露出するエッチング孔１０２ａとを設ける。一方、そのエッチング孔に露出するシリコン基板の一部に、エッチング孔を封止してギャップを閉塞するシリコン熱酸化膜１２０を成長形成する。そして、固定電極と振動板の振動板電極１１ａとの間に電圧を印加することにより振動板を変位する。【選択図】      図５
2006116880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板上に設ける固定電極と振動板間の犠牲層をエッチングすることによりそれら固定電極と振動板間にギャップを形成し、それら固定電極と振動板間に電圧を印加することにより前記振動板を変位する静電アクチュエータにおいて、
前記振動板を支持する部分に、前記ギャップを形成するとき同時に犠牲層をエッチングすることにより前記ギャップに連通しかつ前記シリコン基板の一部を露出して形成するエッチング孔を設け、
そのエッチング孔に露出する前記シリコン基板の一部に、成長形成することにより前記エッチング孔を封止して前記ギャップを閉塞するシリコン熱酸化膜を設けることを特徴とする、静電アクチュエータ。
【請求項２】
前記振動板を支持する部分に、前記振動板の耐エッチング層を貫通して前記エッチング孔に通ずる犠牲層ホールを設け、その犠牲層ホールを埋め込み封止する封止膜を備え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】
前記固定電極および前記振動板の各々の耐エッチング層をシリコン窒化膜により形成することを特徴とする、請求項１または２に記載の静電アクチュエータ。
【請求項４】
前記固定電極および前記振動板を各々多結晶シリコン膜により形成することを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１に記載の静電アクチュエータ。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１に記載の静電アクチュエータを設けるアクチュエータ基板と、液室を区画する液室基板と、液滴を吐出するノズルを有するノズル基板とを順に重ねて備えることを特徴とする、液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
前記振動板を支持する部分に、前記振動板の耐エッチング層を貫通して前記エッチング孔に通ずる犠牲層ホールを設け、その犠牲層ホールを埋め込み封止するとともに、前記液室に面して、インク耐性を有する封止接液膜を、前記アクチュエータ基板に備えることを特徴とする、請求項５に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
請求項５または６に記載の液滴吐出ヘッドを備えることを特徴とする、インクカートリッジ。
【請求項８】
請求項７に記載のインクカートリッジを備えることを特徴とする、インクジェット記録装置。
【請求項９】
シリコン基板上に、固定電極、その上に犠牲層、その上に振動板を形成し、
エッチングを行って前記犠牲層を除去することにより、前記固定電極と前記振動板間にギャップを形成するとともに、そのギャップに連通しかつ前記シリコン基板の一部を露出するエッチング孔を前記振動板を支持する部分に形成し、
そのエッチング孔に露出するシリコン基板の一部にシリコン熱酸化膜を成長形成し、前記エッチング孔を封止して前記ギャップを閉塞する
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１０】
前記犠牲層を、0.1umから0.5um厚のシリコン酸化膜によって形成することを特徴とする、請求項９に記載の静電アクチュエータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリなど、インクジェット方式を用いて、シート・ＯＨＰフィルム等の記録媒体に画像を記録するインクジェット記録装置に関する。および、そのインクジェット記録装置に、インクを収納して交換自在に取り付けるインクカートリッジに関する。および、そのインクカートリッジなどに備えて、例えば収納するインクをインク滴等の液滴として吐出する液滴吐出ヘッドに関する。および、そのような液滴吐出ヘッドの他、静電力によって駆動される光学走査ミラーや光学バルブなどの光学デバイスなどにも利用できる静電アクチュエータに関する。および、そのような静電アクチュエータを製造する静電アクチュエータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、プリンタ、ファクシミリ、複写機、プロッタなどの画像記録装置として用いるインクジェット記録装置において、液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドは、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する液室（吐出室、圧力室、加圧液室、インク流路とも称される）と、この液室内のインクを加圧するためのエネルギを発生するエネルギ発生手段とを備え、エネルギを発生することによって液室内のインクに圧力を作用させ、ノズルからインク滴を吐出させている。
【０００３】
このようなインクジェットヘッドにおいて、液室内のインクに圧力を作用させる方式として、電気熱変換素子によるものや、圧電素子または静電方式による電気機械変換素子を用いるものがある。その中で、静電方式による電気機械変換素子を用いるインクジェットヘッドは、小型化、高速化、高密度化、省電力化に対して優位であることから、現在開発が盛んに行われている。
【０００４】
この静電方式によるインクジェットヘッドは、振動板と、微小空隙であるギャップを介して他方に固定電極を配し、振動板の振動板電極と固定電極の間に駆動パルス電圧を印加することで、電極間に発生する静電力によって振動板に変位をもたらし、振動板上に形成されたインク液室に圧力を作用させ、インク滴が吐出するように構成されている。
【０００５】
このような静電アクチュエータにおいては、微小なギャップを精度よく形成することが課題である。ギャップの形成方法として、ギャップ段差が形成されたアクチュエータ基板と振動板およびインク液室が形成された液室基板とを接合して形成されるものや、ギャップと、振動板を同一基板に形成したアクチュエータ基板と、インク液室が形成された液室基板とを接合して形成されるものが知られているが、ギャップの加工精度や液室間の隔壁剛性を確保する必要から、後者のギャップと振動板を同一基板に形成する方法、いわゆる犠牲層エッチングによってギャップおよび振動板を形成する方法が多く用いられるようになってきた。
【０００６】
しかしながら、犠牲層エッチングによってギャップを形成する場合、ギャップ内の密閉性を保つ面から、犠牲層のエッチング開口部（以下「犠牲層ホール」という）を閉塞する必要がある。ところが、従来は、これら犠牲層ホールを完全に外気と密閉できる適正な材料が見出されていないこと、また密閉させるためにアクチュエータ形成工程が複雑化することから、ギャップ部と外気を完全に遮断することが困難であった。
【０００７】
従来は、このような犠牲層ホールの封止に関しては、樹脂材料による封止や、金属膜または無機膜の成膜により封止が主として用いられていた。しかしながら、樹脂材料による封止の場合は、材料の透気性から封止性が不完全であり、インクジェットヘッドを駆動させた際に生ずるアクチュエータ駆動室内の圧力変動によって、インク滴の吐出不良を招くという課題が別途生じることとなる。また、金属膜または無機膜の成膜による封止の場合は、多くはＣＶＤや蒸着により成膜されることになるが、それにより形成される膜の緻密性が劣ること、また成膜時に生ずる膜欠陥から封止性が損なわれることとなる。また、犠牲層ホールの寸法や構造が複雑化した場合の対応性に欠ける問題がある。さらに、成膜により封止を行う場合は、封止膜厚が厚膜化するため、その後のアクチュエータの形成工程が複雑になるという欠点を有する。
【０００８】
従来の封止方法には、例えば特許文献１に記載されるように、ガラス基板上に固定電極を形成しそれを絶縁膜で覆い、その絶縁膜の上に犠牲層を形成し、さらにその上に振動板を形成する。そして、振動板を支持する部分に犠牲層へ連通する開口である犠牲層ホールを設け、その犠牲層ホールを通じて犠牲層をエッチングしてギャップを形成するものがある。その後、犠牲層ホールを閉塞するためにＮｉ膜を堆積し、隔壁の一部を形成する方法が提案されている。しかしながら、これらの方法によると、犠牲層ホールを封止するためにＮｉ膜等の金属膜が用いられており、形成工程の熱履歴を通じてＮｉ膜の結晶化が進み、結晶粒界が生じるため密閉性に問題をきたす。高周波で駆動するインクジェットヘッドにおいては、ギャップ内の密閉性がインク吐出の安定性につながることから、確実なまた継続性がある密閉手段を施す必要がある。
【０００９】
また、特許文献２に記載されるように、振動板を形成するダイヤフラムに犠牲層ホールを形成し、犠牲層ホール直下の半導体基板にＬＯＣＯＳ法によって酸化膜を形成させることで、犠牲層ホールを封止する方法が提案されている。犠牲層ホールの封止に対しては、ギャップ深さや犠牲層ホールサイズが影響を及ぼすが、同時に厚い膜で封止された場合に振動板の剛性に対しても問題が生じるため、極力薄い膜で封止することが望ましい。本例では、犠牲層ホール直下の半導体基板に酸化膜を形成し、ギャップ深さを狭くさせた上でＣＶＤ膜により犠牲層ホールの封止を実現させるものである。しかしながら、これらの方法によると、振動板の一部に犠牲層ホールを形成するため振動板の面積に制約をきたし、静電アクチュエータの駆動エネルギが小さいものとなり、インクジェットヘッドとして用いることは困難である。また、ＬＯＣＯＳ法によって形成される酸化膜のみでは封止性が不十分な点から、さらに封止膜としてＣＶＤ膜を形成しているため、工数の増加につながる。
【００１０】
さらに、特許文献３に記載されるように、ギャップ内への塵埃や湿気の流入を防止するために、ギャップの開口部分をガスバリヤー性の高い樹脂材料および弾性率の小さい樹脂材料で封止する構成が示されている。しかし、これまでの実験より、樹脂材料によってギャップ封止したものでは、特に高周波で静電アクチュエータを駆動させた場合に、ギャップ内に気圧変動が生じて安定した振動板の変位が得られていない。
【００１１】
【特許文献１】ＷＯ９９／３４９７９号公報
【特許文献２】特開２００２−３４３９７９号公報
【特許文献３】特開２００２−２９２８６７号公報
【００１２】
図８には、従来から用いられている犠牲層エッチング工法により形成された静電インクジェットヘッドの一例を示す。図８（Ａ）は静電インクジェトヘッドの単一ビットの短辺方向断面図、（Ｂ）は長辺方向断面図である。図示するとおり、シリコン基板１０上に熱酸化膜１１を介して個別電極となる固定電極１２が形成され、その上に個別電極側絶縁膜１３が形成され、さらにギャップ２を介して、振動板１４を構成する振動板側絶縁膜１５、１８と振動板電極１４ａが形成されている。ギャップ２は、振動板１４の端に形成された犠牲層ホール１６を介して犠牲層エッチングにより形成されている。その後、ギャップ２の密閉性およびインク耐性を確保するために、樹脂材料による封止接液膜１７が形成されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、前述したように、このギャップ２の密閉性が不十分であると、駆動時の振動板１４の変位にともないギャップ２内に気圧変動が生じ、振動板１４の変位量が変動することからインクの吐出不良につながるという問題がある。また、上記のように構成された静電式インクジェットヘッドでは、樹脂材料が透気性を有することから、駆動時にギャップ２内の気圧から振動板１４ａの変位に変動をきたし、インクの吐出安定性が損なわれることとなる。
【００１４】
一方、図９（Ａ）、（Ｂ）に犠牲層ホール１６内に封止接液膜１７を形成させたときの拡大断面図を示す。図９（Ａ）は正常に接液封止膜１７が形成されたものであるが、図９（Ｂ）に示すように、封止接液膜１７がギャップ２内に浸透する場合があり、この場合は製造の歩留り低下の要因となる。このように、犠牲層エッチングにより形成される静電インクジェットヘッドにおいては、犠牲層ホール１６を確実に封止することが課題である。
【００１５】
なお、図８（Ａ）、（Ｂ）および図９（Ａ）、（Ｂ）において、符号５はパッド電極、６はインク供給路、１９は犠牲層、２１はインク液室、２５は隔壁、また３１はノズルである。
【００１６】
そこで、この発明の目的は、前記のような課題に対して鑑みてなされたものであり、犠牲層エッチングにより形成されるギャップの封止性を改良することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
かかる目的を達成すべく、請求項１に記載の発明は、シリコン基板上に設ける固定電極と振動板間の犠牲層をエッチングすることによりそれら固定電極と振動板間にギャップを形成し、それら固定電極と振動板間に電圧を印加することにより振動板を変位する静電アクチュエータにおいて、振動板を支持する部分に、ギャップを形成するとき同時に犠牲層をエッチングすることによりギャップに連通しかつシリコン基板の一部を露出して形成するエッチング孔を設け、そのエッチング孔に露出するシリコン基板の一部に、成長形成することによりエッチング孔を封止してギャップを閉塞するシリコン熱酸化膜を設ける、ことを特徴とする。
【００１８】
すなわち、シリコン基板を用いて形成される静電アクチュエータにおいて、犠牲層エッチングにより振動板およびギャップが形成された静電アクチュエータに対して、シリコン熱酸化膜を成長形成させることによってギャップの閉塞を行うものである。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の静電アクチュエータにおいて、振動板を支持する部分に、振動板の耐エッチング層を貫通してエッチング孔に通ずる犠牲層ホールを設け、その犠牲層ホールを埋め込み封止する封止膜を備える、ことを特徴とする。これにより、より効果的にギャップの密閉性が確保された静電アクチュエータを提供するものである。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の静電アクチュエータにおいて、固定電極および振動板の各々の耐エッチング層をシリコン窒化膜により形成する、ことを特徴とする。また、請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１に記載の静電アクチュエータにおいて、固定電極および振動板を各々多結晶シリコン膜により形成する、ことを特徴とする。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか１に記載の静電アクチュエータを設けるアクチュエータ基板と、液室を区画する液室基板と、液滴を吐出するノズルを有するノズル基板とを順に重ねて備えることを特徴とする、液滴吐出ヘッドである。通常、インクジェットヘッドは、高周波で駆動する点から、ギャップ内の気密性が確保できていない場合に、駆動にともないギャップ内に気圧の変化が生じる。それによって、振動板の変位量に変動をきたし、インクの吐出不良につながることが大きな問題である。この発明では、インクジェットヘッド等の液滴吐出ヘッドにあって、このような問題に対して、ギャップ内の気密性を確実に確保する構成を提供するものである。
【００２２】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、振動板を支持する部分に、振動板の耐エッチング層を貫通してエッチング孔に通ずる犠牲層ホールを設け、その犠牲層ホールを埋め込み封止するとともに、液室に面して、インク耐性を有する封止接液膜を、アクチュエータ基板に備える、ことを特徴とする、これにより、より効果的にギャップの密閉性が確保された液滴吐出ヘッドを提供するものである。
【００２３】
請求項７に記載の発明は、請求項５または６に記載の液滴吐出ヘッドを備えることを特徴とする、インクカートリッジである。また、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載のインクカートリッジを備えることを特徴とする、インクジェット記録装置である。
【００２４】
請求項９に記載の発明は、シリコン基板上に、固定電極、その上に犠牲層、その上に振動板を形成し、エッチングを行って犠牲層を除去することにより、固定電極と振動板間にギャップを形成するとともに、そのギャップに連通しかつシリコン基板の一部を露出するエッチング孔を振動板を支持する部分に形成し、そのエッチング孔に露出するシリコン基板の一部にシリコン熱酸化膜を成長形成し、エッチング孔を封止してギャップを閉塞することを特徴とする、静電アクチュエータの製造方法である。
【００２５】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の静電アクチュエータの製造方法において、犠牲層を、0.1umから0.5um厚のシリコン酸化膜によって形成する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
請求項１に記載の発明によれば、犠牲層エッチングにより形成されたギャップがシリコン熱酸化膜によって確実に封止されることから、駆動にともなうギャップ内の気圧変動が抑止され、振動板の振動変位がきわめて安定した静電アクチュエータが形成可能となる。シリコン熱酸化膜は、ＣＶＤや蒸着によって形成された膜と比較して、膜欠陥が少なく、膜の緻密性に優れ、また形成方法が容易である利点がある。
【００２７】
請求項２に記載の発明によれば、シリコン基板に形成されたシリコン熱酸化膜と合わせて、犠牲層ホール内に封止膜を埋め込み形成することから、エッチング孔とともに犠牲層ホールを封止して、より効果的にギャップの密閉性が確保された静電アクチュエータを提供することができる。
【００２８】
請求項３に記載の発明によれば、耐エッチング層をシリコン窒化膜により形成するので、選択エッチングや選択酸化（ＬＯＣＯＳ法）が行えることから、形成工程が簡素化されるとともに高い加工精度が得られ、生産性に優れた高品質な静電アクチュエータが形成可能となる。
【００２９】
請求項４に記載の発明によれば、固定電極および振動板を各々多結晶シリコン膜により形成するので、耐熱性に優れ、電極膜形成後の高温プロセスが可能となり、電気特性に優れた良質な犠牲層や耐エッチング層が形成できる。これによって、駆動信頼性に優れた静電アクチュエータが形成可能となる。
【００３０】
通常、インクジェットヘッドは、高周波で駆動されることから、駆動時の振動板変位にともなうギャップ内の気圧を一定に保つ必要があり、ギャップの封止が不十分であると、気圧変動により振動板の変位量が変動し、インクの吐出不良につながる。請求項５に記載の発明によれば、ギャップ内が確実に密閉性されていることから、駆動にともなうギャップ内の気圧変動が発生せず、インク等の液体の吐出安定性に優れた液滴吐出ヘッドが形成可能となる。
【００３１】
請求項６に記載の発明によれば、アクチュエータ基板に、犠牲層ホールを埋め込み封止するとともに、液室に面して、インク耐性を有する封止接液膜を備えるので、より効果的にギャップの密閉性が確保された液滴吐出ヘッドを提供することができる。また、上層の封止接液膜の塗布面が平坦化され、膜厚のばらつきがきわめて少ない封止接液膜が形成されるとともに、液室基板との接合面が平坦化されて確実な接合が可能となる。
【００３２】
請求項７に記載の発明によれば、請求項５または６に記載の液滴吐出ヘッドを備えることを特徴とするインクカートリッジであるので、犠牲層エッチングにより形成されたギャップがシリコン熱酸化膜によって確実に封止され、静電アクチュエータの駆動にともなうギャップ内の気圧変動が抑止され、振動板の振動変位がきわめて安定し、生産性に優れるとともに、インクの吐出特性および信頼性が優れた高品質なインクカートリッジを提供することができる。
【００３３】
請求項８に記載の発明によれば、請求項７に記載のインクカートリッジを備えることを特徴とするインクジェット記録装置であるので、犠牲層エッチングにより形成されたギャップがシリコン熱酸化膜によって確実に封止され、静電アクチュエータの駆動にともなうギャップ内の気圧変動が抑止され、振動板の振動変位がきわめて安定し、生産性に優れるとともに、インクの吐出特性および信頼性が優れた高品質なインクジェット記録装置を提供することができる。
【００３４】
請求項９に記載の発明によれば、犠牲層エッチングにより形成されたギャップがシリコン熱酸化膜によって確実に封止されることから、アクチュエータの駆動にともなうギャップ内の気圧変動が抑止され、振動板の振動変位がきわめて安定した静電アクチュエータが形成可能となる。シリコン熱酸化膜による封止は、ＣＶＤや蒸着によって形成された膜と比較して、膜欠陥が少なく、膜の緻密性に優れ、また形成方法が容易である利点がある。
【００３５】
請求項１０に記載の発明によれば、犠牲層を、0.1umから0.5um厚のシリコン酸化膜によって形成することから、ＬＯＣＯＳ法で形成されるシリコン熱酸化膜によって高い封止性が得られる。また、犠牲層をシリコン酸化膜とすることで、選択エッチングや選択酸化（ＬＯＣＯＳ法）が行えることから、形成工程が簡素化されるとともに高い加工精度が得られ、生産性に優れた高品質な静電アクチュエータが形成可能となる。また、後工程の熱履歴に制約がなく高温プロセスが可能となり、電気特性に優れた良質な振動板電極や耐エッチング層が形成可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、図面を参照しつつ、この発明の実施の最良形態につき説明する。
図１には、この発明の一例であるインクジェット記録装置を示す。図２には、その内部機構の全体概略構成を示す。
【００３７】
図示インクジェット記録装置は、記録装置本体８１の内部に、主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載した液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッド、そのインクジェットヘッドへインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部８２などを収納する。また、記録装置本体８１の下方部には、前方側から、記録媒体である多数枚の用紙８３を積載可能な給紙カセット（給紙トレイでもよい。）８４を抜き差し自在に装着する。また、用紙８３を手差しで給紙するための手差しトレイ８５を開閉自在とし、給紙カセット８４または手差しトレイ８５から給送される用紙８３を取り込み、印字機構部８２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ８６に排紙する。
【００３８】
印字機構部８２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド９１と従ガイドロッド９２とでキャリッジ９３を主走査方向（図２で紙面と直交する方向）に摺動自在に保持する。このキャリッジ９３には、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッド９４を、複数のノズル（インク吐出口）を主走査方向と交差する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。また、キャリッジ９３には、インクジェットヘッド９４に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ９５を交換可能に装着している。
【００３９】
インクカートリッジ９５は、図示省略するが、上方に大気と連通する大気口を、下方にはインクジェットヘッド９４へインクを供給する吐出口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッド９４へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。また、インクジェットヘッド９４としてここでは各色のヘッドを用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。
【００４０】
図３には、インクカートリッジ９５をインクジェットヘッド９４側から見て示す。
図から判るとおり、インクカートリッジ９５の底面には、後述するノズル３０１を複数並べて有するインクジェットヘッド９４を設けている。
【００４１】
さて、キャリッジ９３は、後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド９１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド９２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ９３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ９７で回転駆動される駆動プーリ９８と従動プーリ９９との間にタイミングベルト１００を張装し、このタイミングベルト１００をキャリッジ９３に固定しており、主走査モータ９７の正逆回転によりキャリッジ９３が往復駆動される。
【００４２】
一方、給紙カセット８４にセットした用紙８３をインクジェットヘッド９４の下方側に搬送するために、給紙カセット８４から用紙８３を分離給送する給紙ローラ１０１およびフリクションパッド１０２と、用紙８３を案内するガイド部材１０３と、給紙された用紙８３を反転させて搬送する搬送ローラ１０４と、この搬送ローラ１０４の周面に押し付けられる搬送コロ１０５および搬送ローラ１０４からの用紙８３の送り出し角度を規定する先端コロ１０６とを設けている。搬送ローラ１０４は、副走査モータ１０７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【００４３】
そして、インクジェットヘッド９４の下方には、用紙ガイド部材である印写受け部材１０９を設けている。印写受け部材１０９は、キャリッジ９３の主走査方向の移動範囲に対応して、搬送ローラ１０４から送り出された用紙８３を、インクジェットヘッド９４の下方側で案内する。この印写受け部材１０９の用紙搬送方向下流側には、用紙８３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１１１、拍車１１２を設け、さらに用紙８３を排紙トレイ８６に送り出す排紙ローラ１１３および拍車１１４と、排紙経路を形成するガイド部材１１５、１１６とを配設している。
【００４４】
そして、記録時には、キャリッジ９３を移動させながら画像信号に応じてインクジェットヘッド９４を駆動することにより、停止している用紙８３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙８３を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号、または用紙８３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ、用紙８３を排紙する。
【００４５】
また、キャリッジ９３の移動方向一端側の記録領域を外れた位置には、インクジェットヘッド９４の吐出不良を回復するための回復装置１１７を配置している。回復装置１１７は、キャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ９３は、印字待機中にはこの回復装置１１７側に移動されてキャッピング手段でインクジェットヘッド９４をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良が防止される。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、すべての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
【００４６】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でインクジェットヘッド９４のノズルを密封し、チューブを通して吸引手段でノズルからインクとともに気泡等を吸い出す。ノズル面に付着したインクやゴミ等は、クリーニング手段により除去され、吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
【００４７】
このように、このインクジェット記録装置においては、この発明によるインクジェットヘッド９４を搭載しているので、気泡溜まりによるインク滴吐出不良がなく、安定したインク滴吐出特性が得られて、画像品質が向上する。
【００４８】
図４（Ａ）にはこの発明による液滴吐出ヘッドの一例であるインクジェットヘッド９４の部分破断平面を、（Ｂ）にはそのインクジェットヘッド９４を分解して示す。図示インクジェットヘッド９４には、この発明による静電アクチュエータも設ける。
【００４９】
図４から判るとおり、インクジェットヘッド９４は、アクチュエータ基板１００と液室基板２００とノズル基板３００とが積層して構成される。アクチュエータ基板１００には、この発明による静電アクチュエータを設け、アクチュエータ素子１０１が複数列形成されている。液室基板２００には、各アクチュエータ素子１０１に対応したインク液室２０１が区画形成され、また隔壁２０５が形成されている。また、インク液室２０１には、インク供給孔２０３および流体抵抗路２０２が形成されており、アクチュエータ基板１００に形成されたインク供給路１０６を介してインク供給孔１０３から流体抵抗路２０２を通してインク液室２０１にインクが供給される。ノズル基板３００には、インク滴を吐出するためのノズル３０１がインク液室２０１に連通して形成されている。
【００５０】
図５（Ａ）には図４（Ｂ）のＡ−Ａ線断面を、（Ｂ）にはＢ−Ｂ線断面を示す。
【００５１】
アクチュエータ基板１００には、シリコン基板１１０上に熱酸化膜１１１を介して、固定電極１１２と、その上の固定電極側絶縁膜（耐エッチング層）１１３とが形成されている。その固定電極１１２に対向して、ギャップ１０２を介して、導電性を有する振動板１１４が形成されている。振動板１１４は、ギャップ１０２側の振動板側絶縁膜（耐エッチング層）１１５、その上の振動板電極１１４ａ、その上の振動板側絶縁膜（耐エッチング層）１１８、および封止接液膜１１７によって構成される。
【００５２】
振動板１１４を支持する隔壁部分には、耐エッチング層である振動板側絶縁膜１１５、１１８を貫通して犠牲層ホール１１６があけられている。この犠牲層ホール１１６からは、シリコン基板１１０上に設ける固定電極１１２と振動板１１４間にエッチング液を導入し、それらの間にある犠牲層１１９をエッチングすることにより、それら固定電極１１２と振動板１１４間にギャップ１０２が形成されるとともに、そのギャップ１０２を形成するとき同時に犠牲層１１９をエッチングすることにより、ギャップ１０２に連通しかつシリコン基板１１０の一部が犠牲層ホール１１６に向けて露出されるエッチング孔１０２ａが形成されている。
【００５３】
そして、そのエッチング孔１０２ａに露出されるシリコン基板１１０の一部には、温度８００℃から１０００℃の酸素雰囲気や水蒸気雰囲気中で成長形成することにより、エッチング孔１０２ａを封止してギャップ１０２を閉塞するシリコン熱酸化膜１２０が設けられている。
【００５４】
さらに、振動板１１４の一部を構成する封止接液膜１１７によって、エッチング孔１０２ａに通ずる犠牲層ホール１１６内が埋め込み封止されている。封止接液膜１１７は、インク耐性を有し、インク液室２０１に面して設けられている。ここで、ギャップ１０２を形成する犠牲層としてシリコン酸化膜が用いられる。固定電極側絶縁膜１１３および振動板側絶縁膜１１５、１１８は、シリコン窒化膜によって形成されており、犠牲層エッチング時の耐エッチングマスク、シリコン酸化膜形成時の耐選択マスクを兼ねるものである。また、前記の固定電極１１２および振動板電極１１４ａを形成する電極材料として、ここでは、多結晶シリコン膜であるポリシリコン膜が用いられている。高温耐性を有し、加工性に優れ、かつ成膜表面の凹凸が少ない材料が好ましく、ポリシリコン以外ではTiN等の高融点金属材料も使用可能である。
【００５５】
また、固定電極１１２および振動板電極１１４ａに形成される固定電極側絶縁膜１１３および振動板側絶縁膜１１５は、当接時の短絡や放電による損傷を防止するとともに、ギャップ１０２のスペーサを兼ねるよう構成されている。また、犠牲層ホール１１６の埋め込みおよびインク耐性を確保するために、振動板１１４上に形成された封止接液膜１１７として、ＰＢＯ膜（ポリベンゾオキサゾール膜）が用いられている。
【００５６】
液室基板２００は、シリコン基板からなり、それにインク液室２０１、隔壁２０５、流体抵抗路２０２およびインク供給孔２０３が形成されている。ここで、液室基板２００は、結晶面方位（110）のシリコン基板をKOH水溶液などの強アルカリ性エッチング液で異方性エッチングすることにより所望の液室パターンを形成したものである。また、アクチュエータ基板１００と液室基板２００は、接着剤により接合されている。
【００５７】
ノズル基板３００は、NiやSUSなどの金属板、セラミックス、ガラス、または樹脂などから構成されている。ノズル３０１は、ドライまたはウェットエッチングやレーザ加工など周知の方法で作製することができる。このノズル基板３００の吐出方向面には、インクとの撥水性を確保するために、メッキ被膜、撥水剤コーティングなどの周知の方法で撥水膜を形成している。
【００５８】
このように構成したインクジェットヘッド９４においては、振動板１１４の振動板電極１１４ａを共通電極とし、固定電極１１２を個別電極として、両電極間に駆動パルス電圧を印加することにより、振動板１１４と固定電極１１２間に働く静電気力によって振動板１１４を固定電極１１２側に変形変位させる。その後、駆動パルス電圧を放電することにより、振動板１１４が復帰変形して、インク液室２０１の内容積の変化、および圧力の作用によりノズル３０１からインク滴が吐出されるものである。なお、図中符号１０５はパッド電極、１０６はインク供給路、１１９は犠牲層である。
【００５９】
この例におけるインクジェットヘッド９４は、振動板１１４の短辺幅は60um、長辺幅は800um、隔壁幅は約24.5umとし、ノズル配列密度300dpiで上記アクチュエータ素子１０１が片側に３８４個配列して構成されている。また、ギャップ１０２は、0.2umから0.4umの間で形成されており、固定電極側絶縁膜１１３および振動板側絶縁膜１１５は、0.15umから0.25umで形成される。
【００６０】
このように構成されたインクジェットヘッド９４の静電アクチュエータによると、犠牲層エッチングにより形成されたギャップ１０２に対して、膜の緻密性および膜欠陥性に優れたシリコン熱酸化膜１２０により封止されることから、ギャップ１０２の封止性が確実なものとなり、アクチュエータの駆動にともなうギャップ１０２内の気圧変動が抑止され、振動板１１４の振動変位がきわめて安定した静電アクチュエータが形成可能となる。また、シリコン熱酸化膜１２０の形成においては、シリコン基板１１０を酸化させることで形成できることから、犠牲層ホール１１６の寸法、あるいは構造に対して制約をきたすことなく、簡易な手段でギャップ１０２の封止が可能となる。
【００６１】
図６には、この発明による液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッド９４の他例を示し、インクジェットヘッド９４の単一ビットの短辺方向の断面を示す。
【００６２】
図６に示す例では、犠牲層ホール１１６内を専用の封止膜１２１によって埋め込み封止し、その後その封止膜１２１上に封止接液膜１１７を形成する。封止膜１２１を設けると、インク耐性等の性質に影響せず液粘度を調整できることから、確実に犠牲層ホール１１６の埋め込みが可能となる。これによって、上層の封止接液膜１１７の塗布面が平坦化され、膜厚のばらつきがきわめて少ない封止接液膜１１７が形成されるとともに、液室基板２００との接合面が平坦化されて確実な接合が可能となる。なお、図中対応する部分には、前例と同一の符号を付す。
【００６３】
図７（Ａ）ないし（Ｆ）には、図４および図５に示すインクジェットヘッド９４の製造工程を示す。
【００６４】
図７（Ａ）に示すように、まずシリコン基板１１０上に、シリコン酸化膜１１１を熱酸化により1.5um形成する。続いて、固定電極１１２としてポリシリコン膜を0.5um形成する。ここで、ポリシリコン膜に対して電気抵抗を低くするために不純物としてリンをドーピング拡散させる。その後、リソグラフィおよびエッチングにより所望パターニングを行い、固定電極１１２パターンを形成する。次に、固定電極側絶縁膜１１３としてシリコン窒化膜を0.2um形成し、固定電極１１２を被覆するようにパターニングを行う。
【００６５】
それから、図７（Ｂ）に示すように、耐エッチング層である固定電極側絶縁膜１１３を挟んで、その上に犠牲層１１９としてシリコン酸化膜を0.1umから0.5um厚で形成し、ギャップ１０２が形成される領域のパターニングを行う。
【００６６】
次に、図７（Ｃ）に示すように、振動板側絶縁膜１１５としてシリコン窒化膜を0.2um形成する。続いて、耐エッチング層である振動板側絶縁膜１１５を挟んで、振動板電極１１４ａとなるポリシリコン膜を0.2um形成する。その後、振動板電極１１４ａのパターニングを行い、固定電極１１２に対向した振動板電極１１４ａを形成する。続いて、振動板側絶縁膜１１８としてシリコン窒化膜を0.1um形成する。これにより、犠牲層１１９の上に、振動板１１４の振動板側絶縁膜１１５、振動板電極１１４ａ、振動板側絶縁膜１１８を形成する。
【００６７】
次に、図７（Ｄ）に示すように、振動板１１４を支持する隔壁部分に犠牲層ホール１１６を、ドライエッチングによって振動板側絶縁膜１１５、１１８を除去することによりあける。その後、その犠牲送ホール１１６からフッ化水素溶液等のエッチング液を導入することにより犠牲層１１９のシリコン酸化膜のエッチングを行うことで、固定電極１１２と振動板１１４との間にギャップ１０２が形成されるとともに、そのギャップ１０２に連通しかつ犠牲層ホール１１６に向けてシリコン基板１１０の一部が露出されるエッチング孔１０２ａが形成される。
【００６８】
次いで、図７（Ｅ）に示すように、熱酸化処理を行い、エッチング孔１０２ａに露出するシリコン基板１１０の一部にシリコン熱酸化膜１２０を成長形成する。これによって、エッチング孔１０２ａを封止してギャップ１０２領域がシリコン熱酸化膜１２０により閉塞される。なお、ギャップ１０２内壁は、シリコン窒化膜によって覆われており、シリコン基板１１０が露出している一部に選択的にシリコン熱酸化膜１２０が形成される。
【００６９】
次に、図７（Ｆ）に示すように、封止接液膜１１７としてＰＢＯ膜（ポリベンゾオキサゾール膜）を形成し、犠牲層ホール１１６を埋め込むとともに、振動板１１４表面が被覆されてインク耐性を確保する。
【００７０】
なお、上述した例では、この発明による静電アクチュエータを、インクジェット記録装置のインクカートリッジに設ける液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドに適用した場合について説明したが、この発明による静電アクチュエータは、光学走査ミラーや光学バルブなどの光学デバイスとしても利用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】この発明の一例であるインクジェット記録装置の斜視図である。
【図２】そのインクジェット記録装置の内部機構の全体概略構成図である。
【図３】そのインクジェット記録装置に取り付けるインクカートリッジをインクジェットヘッド側から見て示す斜視図である。
【図４】（Ａ）はそのインクカートリッジに設けるインクジェットヘッドの部分破断平面図、（Ｂ）はそのインクジェットヘッドの分解図である。
【図５】（Ａ）は図４（Ｂ）のＡ−Ａ線断面、（Ｂ）はＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】この発明による液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドの他例を示し、インクジェットヘッドの単一ビットの短辺方向の断面図である。
【図７】（Ａ）ないし（Ｆ）は、図４および図５に示すインクジェットヘッドの製造工程図である。
【図８】（Ａ）は従来のインクジェトヘッドの単一ビットの短辺方向断面図、（Ｂ）は長辺方向断面図である。
【図９】その従来の静電インクジェトヘッドにおいて、犠牲層ホール内に封止接液膜を形成させた場合の断面図で、（Ａ）は正常、（Ｂ）は不良のときを示す。
【符号の説明】
【００７２】
９４    インクジェットヘッド（液滴吐出ヘッド）
９５    インクカートリッジ
１００    アクチュエータ基板
１０２    ギャップ
１０２ａ  エッチング孔
１１０    シリコン基板
１１２    固定電極
１１３    固定電極側絶縁膜（耐エッチング層）
１１４    振動板
１１４ａ  振動板電極
１１５    振動板側絶縁膜（耐エッチング層）
１１６    犠牲層ホール
１１７    封止接液膜
１１８    振動板側絶縁膜（耐エッチング層）
１１９    犠牲層
１２０    シリコン熱酸化膜
１２１    封止膜
２００    液室基板
２０１    インク液室
３００    ノズル基板
３０１    ノズル
【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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【図９】
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