(57)【要約】【課題】犠牲層エッチングによりギャップを形成した静電型アクチュエータ固有の問題を改善することによって、低コストで、信頼性が高く、高画質印字が可能な静電型アクチュエータ、液滴吐出ヘッド、この液滴吐出ヘッドを一体化したインクカートリッジ、及びこの液滴吐出ヘッドを搭載したインクジェット記録装置を提供する。【解決手段】液滴を吐出する液滴吐出ヘッドに設けかつ振動板５を変形・動作させる静電型アクチュエータにおいて、前記振動板に対してギャップを介して対向配置された対向電極４が形成されており、前記ギャップが犠牲層エッチングにより形成され、前記振動板５が紫外線を透過する。【選択図】図１
2008099364.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変形可能な振動板と、該振動板との間に積層した犠牲層をエッチング除去して形成したギャップを介して前記振動板に対向配置した対向電極と、を備え、該対向電極に電圧を印加して前記対向電極と前記振動板との間に発生させた静電気により前記振動板を変形・動作させる静電型アクチュエータにおいて、前記振動板は、紫外線を透過させる材質にて構成されていることを特徴とする静電型アクチュエータ。
【請求項２】
前記振動板は、圧縮応力膜及び引張り応力膜を積層した積層膜により構成され、前記引張り応力膜のバンドギャップは５．０ｅＶ以上であることを特徴とする請求項１記載の静電型アクチュエータ。
【請求項３】
前記引張り応力膜は、ＣＶＤ法により形成される酸素含有シリコン窒化膜であることを特徴とする請求項１又は２記載の静電型アクチュエータ。
【請求項４】
前記引張り応力膜は、ＣＶＤ法又はスパッタリング法により形成されるダイアモンド・ライク・カーボン膜であることを特徴とする請求項３記載の静電型アクチュエータ。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか一項記載の静電型アクチュエータを備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
請求項１乃至４の何れか一項記載の静電型アクチュエータを製造する静電型アクチュエータ製造方法において、変形可能な振動板と、該振動板に対向する対向電極との間に積層した犠牲層をエッチング除去して形成したギャップ内に酸素または空気を導入後、紫外線を照射することを特徴とする静電型アクチュエータ製造方法。
【請求項７】
請求項５記載の液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴とするインクカートリッジ。
【請求項８】
請求項５記載の液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項９】
請求項１乃至４の何れか一項記載の静電型アクチュエータを備えたことを特徴とするマイクロポンプ。
【請求項１０】
請求項１乃至４の何れか一項記載の静電型アクチュエータを備えたことを特徴とする光変調デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電型アクチュエータと、これを組み込んだ液滴吐出ヘッド、マイクロポンプ及び光変調デバイス、液滴吐出ヘッドを備えるインクカートリッジ及びインクジェット記録装置、及び静電型アクチュエータ製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録装置は、記録時の騒音が極めて小さいこと、高速印字が可能であること、インクの自由度が高く安価な普通紙を使用できることなど多くの利点を有する。この中でも記録が必要な時にのみインク液滴を吐出する、いわゆるインク・オン・デマンド方式が、記録に不要なインク液滴の回収を必要としないため、現在、主流となってきている。
プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像記録装置或いは画像形成装置として用いるインクジェット記録装置において使用する液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドとしては、インク滴を吐出するノズルと、このノズルと連通する吐出室（加圧液室、圧力室、インク流路等とも称される）と、吐出室内のインクを加圧する圧力を発生する圧力発生手段とを備えて、この圧力発生手段で発生した圧力で吐出室内インクを加圧することによってノズルからインク滴を吐出させる。
このような液滴吐出ヘッドとしては、圧力発生手段として圧電素子などの電気機械変換素子を用いて吐出室の壁面を形成している振動板を変形及び変位させることでインク液滴を吐出させるピエゾ型のもの、吐出内に配設した発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いてインクの膜沸騰でバブルを発生させてインク液滴を吐出させるバブル型（サーマル型）のもの、吐出室の壁面を形成する振動板を静電力で変形させることでインク液滴を吐出させる静電型のものなどがある。
【０００３】
近年、環境問題から鉛フリーであるバブル型、静電型が注目を集め、鉛フリーに加え低消費電力の観点からも環境に影響が少ない静電型のものが、多くの出願人から提案されている。その中で静電型固有の問題として電極／振動板間の吸着及び帯電問題を解決する方法が幾つか提案されている（例えば、特許文献１乃至３参照）。
例えば、特許文献１は、相対変位可能な第１及び第２の１対の電極対がギャップを介して設けられており、ＩＴＯ（インジウムすず酸化物）電極からなる第１の電極部材の表面にギャップより小さい凸部を複数形成し電極間の固着を防止している。
また、特許文献２は電極／振動板間の液架橋や水素結合力による固着防止のため電極／振動板の表面の粗面化を行い、その表面粗さを規定している。さらに、特許文献３は電極／振動板間の接触面積を低減するために微小凹凸を設けたり、表面の粗面化を行なったり、疎水膜形成を行なったりしている。
上述した特許文献１乃至３の何れの方法も電極間の接触面積を低減させたり、表面処理により電極及び振動板の固着又は電極保護膜表面の帯電を防止し、信頼性低下を防いでいる。
【特許文献１】特開２００１−１００５２公報
【特許文献２】特開２００２−２５４６３３公報
【特許文献３】特開２００４−９８１７８公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の静電型の液滴吐出ヘッドで用いられている静電型アクチュエータにおいては、電極同士が表面帯電による静電気力や液架橋、水素結合力等などにより吸着してしまう現象を防止するために、接触面積を少なくしたり、表面処理により信頼性の向上を図っている。振動板の吸着問題を解決する方法が他にも提案されてはいるものの問題点が多い。
従来技術についてさらに述べれば、特許文献１に示される静電型アクチュエータでは、電極部材であるＩＴＯ膜の表面に複数の凸部が設けられている。しかし、静電型のアクチュエータは駆動に必要な十分な静電力を得るためにギャップ間隔が非常に狭く、接触面表面に凹凸を設けようとしても僅かな凹凸しか設けることができず、それだけでは吸着防止対策としては不十分であると思われる。
【０００５】
特許文献２に示される静電型アクチュエータでも、振動板と対向電極間に生じる、ファン・デル・ワールス力、静電引力、液架橋力、水素結合力等を原因とする振動板と電極との付着を防止するために可動部となる振動板及びこれに対向する電極の表面の表面粗さを規定している。
振動板の戻り力が吸着力を上回るように、接触面の表面粗さＲａを規定している。しかし、先にも述べたように表面粗さの規定だけでは吸着防止対策としては不十分である。
特許文献３では、振動板と対向電極間の接触部に微小突起を設けている。さらに接触部に疎水膜を設ける構成が記載されている。疎水膜形成においては、その前処理にＯ2プラズマ処理などが実施されることが一般的であるが、この特許文献３にはその記載は無く、十分な耐久性、信頼性が得られる構成にはなっていないと思われる。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、上述した実情を考慮して、犠牲層エッチングによりギャップを形成した静電型アクチュエータ固有の問題を改善（狭いギャップを形成後に信頼性確保のための処理を実施）することによって、低コストで、信頼性が高く、高画質印字が可能な静電型アクチュエータ、液滴吐出ヘッド、この液滴吐出ヘッドを一体化したインクカートリッジ、及びこの液滴吐出ヘッドを搭載したインクジェット記録装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、変形可能な振動板と、該振動板との間に積層した犠牲層をエッチング除去して形成したギャップを介して前記振動板に対向配置した対向電極と、を備え、該対向電極に電圧を印加して前記対向電極と前記振動板との間に発生させた静電気により前記振動板を変形・動作させる静電型アクチュエータにおいて、前記振動板は、紫外線を透過させる材質にて構成されている静電型アクチュエータを特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、前記振動板は、圧縮応力膜及び引張り応力膜を積層した積層膜により構成され、前記引張り応力膜のバンドギャップが５．０ｅＶ以上である請求項１記載の静電型アクチュエータを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、前記引張り応力膜は、ＣＶＤ法により形成される酸素含有シリコン窒化膜である請求項１又は２記載の静電型アクチュエータを特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、前記引張り応力膜は、ＣＶＤ法又はスパッタリング法により形成されるダイアモンド・ライク・カーボン膜である請求項３記載の静電型アクチュエータを特徴とする。
【０００８】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の何れか一項記載の静電型アクチュエータを備えた液滴吐出ヘッドを特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至４の何れか一項記載の静電型アクチュエータを製造する静電型アクチュエータ製造方法において、変形可能な振動板と、該振動板に対向する対向電極との間に積層した犠牲層をエッチング除去して形成したギャップ内に酸素または空気を導入後、紫外線を照射する液滴吐出ヘッド製造方法を特徴とする。
また、請求項７に記載の発明は、請求項５記載の液滴吐出ヘッドを備えたインクカートリッジを特徴とする。
また、請求項８に記載の発明は、請求項５記載の液滴吐出ヘッドを備えたインクジェット記録装置を特徴とする。
また、請求項９に記載の発明は、請求項１乃至４の何れか一項に記載の静電型アクチュエータを備えたマイクロポンプを特徴とする。
また、請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至４の何れか一項に記載の静電型アクチュエータを備えた光変調デバイスを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、アクチュエータは対向する電極との間に電圧を印加することで起きる静電気力を利用して振動板を駆動する静電駆動式アクチュエータに関するものであり、振動板が対向する電極に（ギャップ内の水分による）液架橋、水素結合力及びファン・デル・ワールス力などにより吸着する問題を低減するための保護膜（疎水膜）形成の前処理を簡単な方法で実施できる。
紫外線が振動板を透過できる構成としているので、微小なギャップ（空隙）形成後にギャップ内に酸素を導入し、紫外線を照射することでオゾンを発生させ、オゾンの酸化作用によりギャップ内表面を活性化でき、その後、表面保護・改質材料をギャップ内に導入することで保護膜形成材の密着性が向上する。これにより犠牲層工法により形成した微小なギャップにおける振動板の吸着・固着問題を改善でき、信頼性の高いアクチュエータを作成できる。
また、このアクチュエータに吐出室（液室）及びノズルを組み合わせ形成することで信頼性の高い液滴吐出ヘッドを作成できる。さらに、ほとんどの工程を半導体製造で用いられている工法で作成できるので、歩留まり良く、低コストに液滴吐出ヘッドを作成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施の形態である液滴吐出ヘッドを一部断面で示す分解斜視図である。図２は組み立てられた全体装置を示す断面図である。
本実施の形態はインク液滴を基板の面部に設けたノズル孔から吐出させるサイドシュータタイプの例を示すものである。便宜上、２つの吐出室のみ示してある。本実施の形態のアクチュエータを含んでいるインクジェットヘッド（液滴吐出ヘッド）Ａは、以下に詳述する構造を有する３枚の基板１、２、３を重ねた積層構造となっている。
【００１１】
第１の基板１は、シリコン基板１８と、シリコン基板１８上に形成された個別電極４と、個別電極４上にギャップＧを介して配置された変形可能な振動板５と、を備えたアクチュエータ基板１である。図２に基づいて後述するように、ギャップＧは後に除去することを前提とした犠牲層２０を個別電極材料や振動板材料と同様に積層膜として成膜しておき、後に犠牲層除去孔２１から犠牲層２０を除去することで形成する。
第１の基板１の上面に接合される第２の基板２には、第１の基板１の振動板５を底壁とする吐出室６と、各々の吐出室６にインクを供給するための共通液室１０及び共通液室１０と吐出室６とを連通させる流体抵抗となる溝９を有する。
【００１２】
また、第２の基板２の上面に接合される第３の基板３には、厚さ３０ミクロンのニッケル基板を用い、基板３の面部に、吐出室６と連通するようにそれぞれノズル孔８を有している。
上記のように構成された液滴吐出ヘッドの動作を説明する。吐出室６内がインクで満たされた状態で個別電極４に発振回路により４０Ｖのパルス電位を印加する。
電圧印加により個別電極４の表面がプラスに帯電すると、振動板５との間に静電気の吸引作用が働き、振動板５が下方へ撓み、共通液室１０より流体抵抗を形成する溝９を通じて吐出室６へインクが流入する。
その後、個別電極４へのパルス電圧を０Ｖにすると、静電気力により下方へ撓んだ振動板５がそれ自体の剛性により元に戻る。その結果、吐出室６内の圧力が急激に上昇し、ノズル孔８より図２に示すように、インク液滴１２を記録紙４０に向けて吐出する。これを繰り返すことによりインクを連続的に吐出することができる。
【００１３】
電極間に働く力Ｆは式１に示すように電極間距離ｄの２乗に反比例して大きくなる。低電圧で駆動するためには個別電極４と振動板５のギャップ間隔を狭く形成することが重要となる。
Ｆ＝１／２・εＳ／ｄ2・Ｖ2・・・（式１）
Ｆ：電極間に働く力
ε：誘電率
Ｓ：電極の対抗する面の面積
ｄ：電極間距離
Ｖ：印加電圧
本発明の液滴吐出ヘッドでは、個別電極４と振動板５間の微小なギャップ間隔を精度良くかつ安定して製造することが可能であり、静電力による振動板５の動作を最大となるように設計できる。また、微小ギャップ（空隙）とすることで振動板５の戻り力が弱くなっているが、振動板５と個別電極４間の固着防止効果を長期にわたり維持し、高い信頼性を持った液滴吐出ヘッドを製作することができる。
【００１４】
図２に、組み立てられた全体装置を示しているので、簡単に説明し符号について説明しておく。インクジェットヘッドは、第１、第２及び第３の基板１、２、３を重ねた積層構造となっており、第２の基板２の吐出室６から第３の基板３のノズル孔８を通ってインク液滴１２が記録紙４０に向かうようになっている。
第１の基板１の範囲には、個別電極４、酸化膜５ａ、共通電極５ｂ、絶縁膜５ｃ、酸素含有窒化膜５ｄ、酸化膜５ｅ、熱酸化膜７、絶縁膜１３、突起１４、個別電極分離溝１５、犠牲層除去孔２１、犠牲層２４、シリコン基板１８が示されている。
【００１５】
図３はアクチュエータを組み込んだインクジェットヘッドの作成工程を説明する概略断面図である。図４はＵＶ光の透過量を増やすためにＩＴＯ電極のパターンをメッシュ形状とする構成を示す概略図である。本実施の形態においてアクチュエータはシリコン基板１に振動板材料及び電極材料を成膜して作成する。
まず、図３の（ａ）に示すように、シリコン基板１８表面に絶縁膜となる熱酸化膜７をウェット酸化法により１．０μｍ形成する。次に個別電極４となるＰドープポリシリコンを０．４μｍ成膜する。
リソエッチ法により個別電極分離溝１５を形成後、絶縁膜１３としてＨＴＯを０．２５μｍ成膜する。ここで、前記個別電極分離溝１５幅は絶縁膜１３を成膜後に埋め込まれ、表面が平坦となるような溝幅に設計する。
さらに、図３の（ｂ）に示すように、犠牲層２０としてポリシリコンを０．５μｍ成膜後、振動板の突起１４を形成するための溝をリソエッチ法により形成する。溝の深さは突起１４の高さとなるので可能な限り小さくかつ安定して形成できる深さとすることが望ましく０．０３μｍ以上とするのが望ましい。
【００１６】
さらに、図３の（ｃ）に示すように、リソエッチ法により犠牲層分離溝１７を形成し、さらにまた、絶縁膜５ｃとしてＨＴＯを０．１μｍ成膜する。ここで、個別電極分離溝１５及び犠牲層分離溝１７の幅は絶縁膜５ｃ及び後で成膜する共通電極５ｂ及び酸化膜５ａで埋め込まれる溝幅に設計しておく。
絶縁膜５ｃや共通電極５ｂの膜厚によるが、２．０μｍ以下の溝幅とすることが望ましい。具体的には、本実施の形態の場合、０．５μｍ程度が良い。また、個別電極分離溝１５及び犠牲層分離溝１７を狭くすると、異物やパターン欠陥に起因するパターニング不良によってショートする可能性が有る。
そのため、個別電極分離溝１５及び犠牲層分離溝１７ともに複数の分離溝により分離しておく方が良い。また、犠牲層材料にアモルファスシリコンを用いることで表面性（ラフネス）が改善し、電極間の耐圧をさらに向上させることができる。
共通電極５ｂとなるＩＴＯ（インジウムすず酸化物）膜を０．１μｍ、次いで振動板保護膜となる酸化膜５ａを０．５μｍ成膜し、さらに、ＵＶ透過率の高い酸素含有窒化膜５ｄを０．３μｍ成膜する。
この時、後の撥水膜形成工程の前処理で行なうＵＶ照射の時にギャップ内へＵＶ（紫外線）光が透過するようにＩＴＯ膜の膜厚は許す限り薄くすることが望ましい。また、図４に示すように、ＩＴＯ電極のパターンをメッシュ形状とすることもＵＶ光の透過量を増やすためには有効である。
【００１７】
また、酸素含有窒化膜５ｄは、図３の（ｄ）に示すように、積層振動板全体の内部応力（膜応力）のバランスを取るために引張り応力膜として成膜される。他に引張応力を持ったダイアモンド・ライク・カーボン（ＤＬＣ）膜でもＵＶ透過率が高くヤング率も大きいため、薄い膜厚で同様の効果を得ることができ、駆動能力の高い振動板を構成できる。
その後、リソエッチ法により犠牲層除去孔２１を後で隔壁となる領域に形成するために、犠牲層除去孔２１よりオーバーサイズしたパターンをリソエッチ法により形成し、酸素含有窒化膜５ｄ、酸化膜５ａ、ポリシリコン５ｂの順にエッチングを行なう。その後、図３の（ｅ）に示すように、酸化を行ない犠牲層除去孔２１の側面に露出したポリシリコン５ｂ表面に酸化膜を形成する。
さらに、リソエッチ法により犠牲層除去孔２１のパターニングを行ない、酸化膜５ｃをエッチング除去し、ＳＦ6を用いた等方性のドライエッチングによって、図３の（ｅ）に示すように、犠牲層２０を除去する。ここで、犠牲層ポリシリコン２０の周りを酸化膜で囲んだ構造としているため、酸化膜に対して選択性の高い犠牲層エッチング条件で犠牲層を除去でき、ギャップを精度よく形成することができる。
【００１８】
また、犠牲層分離溝１７で分離されたギャップ間の犠牲層２４をギャップスペーサとして残存させることで第１の基板１表面を略平坦に作り込むことができる。さらに、犠牲層ポリシリコン２０の除去方法としては、ＴＭＡＨ、ＫＯＨなどのアルカリエッチング液を用いたウェットエッチングでも良いし、ＸｅＦ2ガスを用いた常圧ドライエッチングでも良い。
その後、図３の（ｆ）に示すように、ＣＶＤ法により酸化膜５ｅを０．５μｍ成膜し、犠牲層除去孔２１を封止する。この時、ギャップ内が減圧状態で封止されるため、ギャップ内を大気圧に開放するための開放孔が別途設けられており、ここからギャップ内を大気圧に開放する。
この時、同時にギャップ内に疎水膜を形成するための材料〔ＦＤＴＳ（ペルフルオロデシルトリクロロシラン）、ＤＤＭＳ（ジメチルジクロロシラン）、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウム水酸化物）、ＯＴＳ（オクタデシルトリクロロシラン）、ＰＦＤＡ（ペルフルオロデカノイック酸）等〕を導入し、ギャップ内の酸化膜１３及び５ｃ表面に吸着させる。
【００１９】
一般的には、酸素プラズマ処理などにより膜表面を活性化した後に前記膜形成材料を蒸着等の方法により成膜することで高耐久性を実現している。しかし、本実施の形態においてギャップ内は微小かつ閉ざされた空間であり、プラズマによる前処理は不可能である。
このため、ＵＶ−Ｏ3処理により表面を活性化する方法を取っている。一般的に酸素ガスはＵＶ透過率が低く、とくに酸素分子は波長２４０ｎｍ以下のＵＶ光を効率よく吸収し、分解されて酸素原子となり、オゾン化することが解っている。これを利用してギャップ内の表面前処理に利用している。
具体的には、減圧チャンバ内でレーザ加工により前記開放孔に穴を開け、ギャップ内を開放し、その後、酸素ガスをチャンバ内に導入することでギャップ内は酸素ガスで満たされた状態になる。
【００２０】
本実施の形態における振動板はＵＶ光を透過するように作り込まれているため、ＵＶ光を照射することで、ギャップ内の酸素はオゾンに分解され、ギャップ内の酸化膜表面を活性化する。その後、同一チャンバ内に気化させた前記膜形成材料を導入し、ギャップ内に蒸着処理を行なうことで酸化膜表面に疎水膜が強固に結合でき、耐久性の高い保護膜を形成することが可能である。
ギャップ内の酸素を効率的にオゾンに分解するために振動板材料には、紫外線（とくに、波長２５０ｎｍ以下）を透過できる材料を使用しておく必要がある。シリコン酸化膜はそのバンドギャップ（禁止帯幅）が９．０ｅＶ程度であり、〜１４０ｎｍまでの紫外線を透過できる。
シリコン窒化膜は２５０ｎｍ以下の波長を透過できないため、酸素含有窒化膜とすることで効率的にギャップ内の蒸着前処理が可能になる。前にも述べたが、共通電極５ｂとして用いたＩＴＯ膜は３３０ｎｍまでのＵＶ光しか透過できないため、膜厚を薄くしたり、図４の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すようなメッシュ（格子）パターンにしたりする工夫が必要になる。
【００２１】
図４の（ａ）には、振動板５、突起１４、犠牲層除去孔２１、ギャップエリアが示してある。表１には、参考としてその他の膜の禁止帯及び透過波長を示している。
［表１］
2008099364.tif 000003
その後、液室（吐出室）６、流体抵抗９、共通液室１０を作り込んだ第２の基板である液室基板２を接着剤で貼り合わせる。第１の基板１表面は略平坦に作成されているため、容易に接着が可能である。
最後に、第３の基板であるノズル板３を液室基板２表面に張り合わせることで、図２に示したと同様な、図３の（ｇ）の、第２の基板２及びノズル孔８を有する第３の基板３の構成を有する静電型液滴吐出ヘッドが完成する。
振動板５は圧縮応力膜と引張り応力膜の積層（複合）膜により構成されており、その構成材料の一部に使用されている引張り応力膜のバンドギャップ（禁止帯幅）が５．０ｅＶ以上である。
従来構成の積層振動板における引張り応力膜はシリコン窒化膜が使用されているが、シリコン窒化膜のバンドギャップは５．０ｅＶ以下であり、紫外線透過率が低く、とくに酸素が効率よく吸収する２４０ｎｍ以下の波長は透過しない。
【００２２】
本発明においてはこれをバンドギャップが５．０ｅＶ以上の材料としているので、酸素ガスを効率よくオゾン化でき、ＵＶ／Ｏ3処理によるギャップ内表面改質が可能で、これにより振動板５の吸着・固着問題を改善でき、信頼性の高い液滴吐出ヘッドを作成できる。
本発明の液滴吐出ヘッドでは積層振動板の一部である引張り応力膜を酸素含有シリコン窒化膜としたので、積層振動板の紫外線透過率を高くでき、効率よく酸素ガスをオゾン化でき、ＵＶ／Ｏ3処理によるギャップ内表面改質が可能で、酸素含有シリコン窒化膜は半導体製造工程で使用されている膜であるため、安定した品質の膜が低コストに成膜できる。これにより低コストで信頼性の高い液滴吐出ヘッドを作成できる。
また、本発明の液滴吐出ヘッドでは積層振動板の一部である引張り応力膜をＤＬＣ膜としている。これにより積層振動板の紫外線透過率を高くでき、効率よく酸素ガスをオゾン化でき、ギャップ内表面改質が可能で、これにより信頼性の高い液滴吐出ヘッドを作成できる。
【００２３】
本実施の形態においては犠牲層にポリシリコンを用いたが、犠牲層として他の材料を使用することもできる。犠牲層にシリコン酸化膜を使用する場合は保護膜としてポリシリコンを用いる。犠牲層酸化膜をウェットエッチ法、ＨＦベーパー法、ケミカルドライエッチング法などにより除去後、保護膜としてポリシリコン表面を酸化することで絶縁層を形成する。
また、犠牲層にレジストを用いて剥離液で除去する方法や犠牲層に高分子材料を用いて有機系剥離液で除去する方法、犠牲層にアルミを用いてＫＯＨなどの薬液で除去する方法、犠牲層にＴｉＮを用いてＮＨ3ＯＨとＨ2Ｏ2混合液などの薬液で除去する方法等、色々な組み合わせで同様のプロセスを組み立てることができる。
さらに、電極材料にはポリシリコン以外に金属とシリコンの化合物である化合物シリサイドや高融点金属を用いることもできる。また、絶縁膜にＣＶＤ酸化膜、ポリシリコンに低温ポリシリコンを用いれば、アルミのような金属材料やＩＴＯ、ネサ膜（ＳｎＯ2）等を個別電極にも用いることが可能である。
【００２４】
さらにまた、前記振動板表面にＰｈ値の高いアルカリ性インクに対する保護膜が必要な場合は前記アクチュエータ基板（第１の基板）１表面（多層膜振動板の表面）にスピンコート法によるポリイミド膜を形成したり、真空蒸着法によりポリパラキシリレンのような樹脂膜を形成することで接液膜を形成できる。
また、アクチュエータ基板１表面が略平坦であるので、スピンコート法により塗布された感光性ポリイミドやドライフィルムレジストで液室（吐出室）６を作成することも可能である。
本実施の形態における上記製造フローにより作成された液滴吐出ヘッドはギャップ内の水分による液架橋、水素結合力及びファン・デル・ワールス力などにより振動板が吸着する問題を防ぐことが目的である。
振動板材料を可能な限り禁止帯幅（バンドギャップ）の広い材料を用いて、かつそれ以外の材料はメッシュパターンにするなど工夫をして酸素分子に吸収され易い２５０ｎｍ以下の波長の紫外線透過率を向上させることによって犠牲層除去により形成された微小ギャップ内への保護膜形成前処理をオゾンガスにより効率的に行なえるようにし、耐久性の優れた表面保護膜を形成することを可能としている。
これにより信頼性が高く、低コストのヘッドを作成できる。また、大半を半導体プロセスで実績のある工法で作成できるため、歩留まり良く、安定した液滴吐出ヘッドを製造することができる。
本発明による静電型液滴吐出ヘッドを製造する液滴吐出ヘッド製造方法において、ギャップ内に酸素または空気を導入後、紫外線照射を行うので、ギャップ形成後にギャップ内表面の保護膜形成前処理を簡単な方法で実施でき、これにより信頼性の高い液滴吐出ヘッドが低コストで実現できる。
【００２５】
図５は本発明に係るインクカートリッジを示す概略斜視図である。インクカートリッジについて図５を参照して説明する。このインクカートリッジ５０は、ノズル８等を有する上述した実施の形態の何れかのインクジェットヘッド６１と、このインクジェットヘッド６１に対してインクを供給するインクタンク６２とを一体化したものである。
このように、インクタンク一体型のヘッドの場合、ヘッドの低コスト化、信頼性向上は、直ちにインクカートリッジ全体の低コスト化、信頼性向上に繋がるので、上述したように低コスト化、高信頼性化、製造不良低減することで、インクカートリッジの歩留まり、信頼性が向上し、ヘッド一体型インクカートリッジの低コスト化を図れる。
【００２６】
図６はインクジェット記録装置を示す斜視図である。図７は図６のインクジェット記録装置の機構部の側面図である。次に、本発明に係るインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置の一例について図６及び図７を参照して説明する。
この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９３、このキャリッジ９３に搭載した本発明を実施したインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記録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等を収納している。
装置本体８１の下方部には前方側から多数枚の用紙８３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい）８４を抜き差し自在に装着することができる。また、用紙８３を手差しで給紙するための手差しトレイ８５を開倒することができ、給紙カセット８４或いは手差しトレイ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。
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を主走査方向に摺動自在に保持している。
【００２７】
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本発明に係るインクジェットヘッドからなるヘッド９４の複数のインク吐出口（ノズル）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。
インクカートリッジ９５は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッドへインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有している。この多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッドへ供給されるインクを僅かな負圧に維持している。また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド９４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。
ここで、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。
【００２８】
一方、給紙カセット８４にセットした用紙８３を記録ヘッド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を分離給装する給紙ローラ１０１及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及び搬送ローラ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。
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を記録ヘッド９４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材１０９を設けている。
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及び拍車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。
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記録ヘッド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。
【００２９】
また、キャリッジ９３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、記録ヘッド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。この回復装置１１７は図示しない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、回復装置１１７側に移動されてキャッピング手段で記録ヘッド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を防止する。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、全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。
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段で記録ヘッド９４の吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口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て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（図示せず）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。
【００３０】
このように、このインクジェット記録装置においては本発明を実施したインクジェットヘッドを搭載しているので、製造不良が減少し、低コスト化を図ることができ、振動板駆動不良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。
なお、上記実施の形態においては、液滴吐出ヘッドとしてインクジェットヘッドに適用した例で説明したが、インクジェットヘッド以外の液滴吐出ヘッドとして、例えば、液体レジストを液滴として吐出する液滴吐出ヘッド、ＤＮＡの試料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッド（スポッタ）などの他の液滴吐出ヘッドにも適用できる。
また、静電型アクチュエータとしては、インクジェットヘッド以外にも、マイクロポンプ、マイクロスイッチ（マイクロリレー）、マルチ光学レンズのアクチュエータ（マイクロミラー）、マイクロ流量計、圧力センサなどにも適用することができる。
【００３１】
図８は本発明の構成を応用したマイクロポンプを示す概略断面図である。図８を参照して、マイクロポンプ（ＭＰ）の動作原理を説明する。個別電極４が設けられた振動板５が複数設けられており、流路３３の中を流体が流れる構造となっている。図では省略しているが、振動板５は電極材料が絶縁膜に挟まれた積層構造になっている。
静電型アクチュエータによって振動板５を変形させ、振動板５を図中右側から順次駆動することによって流路３３内の流体は矢印方向へ流れが生じ、流体の輸送が可能となる。
電極間に働く静電力によって前記振動板を変形させるので、小型であり、かつ低消費電極のマイクロポンプが実現できる。本実施の形態では、振動板５を複数設けた例を示したが、振動板は１つでも良く、また輸送効率を上げるために弁などを設けても良い。
【００３２】
図９は本発明の構成を応用した光学デバイスを示す概略図である。図９を参照して、この光学デバイス（ＯＭＤ）個別電極４が設けられた振動板５が複数配列され、この振動板５はミラー３６を兼ねている。振動板５表面は反射率を増加させるため誘電体多層膜や金属膜を形成すると良い。
ミラー３６の変形によって光の反射方向を変化させる光変調デバイスにおいて、静電型アクチュエータによって振動板５を変形させ、この振動板５の変形によってミラー３６を変形させる。
光源３１からの光はレンズ３４を介してミラー３６に照射される。ミラー３６を駆動しない場合には、光は入射角と同じ角度で反射する。ミラー３６を駆動した場合には、凹面ミラーとなるので反射光は発散光となる。このように本発明により光変調デバイスが実現できる。
この光変調デバイスを応用した例を示す。光源３１からの光はレンズ３４を介してミラー３６に照射され、ミラー３６を駆動していないところに入射した光は、投影用レンズ３２へ入射する。
一方、個別電極４に電圧を印加してミラー３６を変形させているところは凹面ミラーとなるので光は発散し、投影用レンズ３２にほとんど入射しない。投影用レンズ３２に入射した光はスクリーン（図示しない）などに投影される。
【００３３】
図１０は２次元に配列された図９の構造を示す斜視図である。図１０のように、個別電極４及びミラー３６からなる図９の構造を２次元に配列し、それぞれのミラー３６を独立に駆動することによって、スクリーンに画像を表示できる。図１０では、例として４×４の配列を示したが、もっと多数配列することも可能であり、この限りではない。
上記では、マイクロポンプ及び光変調デバイスの動作原理を簡単に述べたけれども、本発明によるアクチュエータの製造方法及び構成をマイクロポンプ及び光変調デバイスに適用することで信頼性の高いアクチュエータとすることができる。電極間に働く静電力によって前記振動板を変形させるので、小型であり、低消費電極の光変調デバイスが実現できる。
本発明の構成は液滴吐出ヘッド、マイクロポンプ、光学変調デバイスを例としてあげたが、これ以外の光学デバイス、マイクロアクチュエータなどにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施の形態である液滴吐出ヘッドを一部断面で示す分解斜視図。
【図２】組み立てられた全体装置を示す断面図。
【図３】本発明のアクチュエータを組み込んだインクジェットヘッドの作成工程を説明する概略断面図。
【図４】ＵＶ光の透過量を増やすためにＩＴＯ電極のパターンをメッシュ形状とする構成を示す概略図。
【図５】本発明に係るインクカートリッジを示す概略斜視図。
【図６】インクジェット記録装置を示す斜視図。
【図７】図６のインクジェット記録装置の機構部の側面図。
【図８】本発明の構成を応用したマイクロポンプを示す概略断面図。
【図９】本発明の構成を応用した光学デバイスを示す概略図。
【図１０】２次元に配列された図９の構造を示す斜視図。
【符号の説明】
【００３５】
１  第１の基板、２  第２の基板、３  第３の基板、４  対向電極（個別電極）、５  振動板、５ａ  酸化膜、５ｂ  共通電極、５ｃ  絶縁膜、５ｄ  引張り応力膜（酸素含有窒化膜）、５ｅ  酸化膜、６  吐出室（液室）、８  ノズル孔、９  溝（流体抵抗）、１０  共通液室、１２  インク滴、１８  シリコン基板、５０  インクカートリッジ、８１  インクジェット記録装置（記録装置本体）、Ａ  静電駆動式アクチュエータ（液滴吐出ヘッド）、ＯＭＤ  光学デバイス（光変調デバイス）、ＭＰ  マイクロポンプ
【図１】
2008099364.tif 000004
【図２】
2008099364.tif 000005
【図３】
2008099364.tif 000006
【図４】
2008099364.tif 000007
【図５】
2008099364.tif 000008
【図６】
2008099364.tif 000009
【図７】
2008099364.tif 000010
【図８】
2008099364.tif 000011
【図９】
2008099364.tif 000012
【図１０】
2008099364.tif 000013