(57)【要約】【課題】  液滴吐出ヘッドからの液体の吐出量のバラツキを防止して、高精度な印字品質が可能な液滴吐出ヘッド及び、液滴吐出ヘッドを備える液滴吐出装置を提供する。【解決手段】  液滴吐出ヘッド１を構成する各基板に存在していた加工変質層Ｘがエッチングによって除去されることで、加工精度の高い静電アクチューエータ５０及び液滴吐出ヘッド１が得られるので、液滴吐出ヘッド１のノズル２１から吐出されるインクの速度とインクの量がほぼ均一になる。【選択図】  図３
2005212294.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動板部を静電気力により駆動させる電極が形成された第１の基板と、前記振動板部が形成された第２の基板とを相互に重ね合わせることから成る静電アクチュエータの製造方法において、
研磨によって生じた前記第１の基板の加工変質層をエッチングして除去する工程と、
前記第１の基板に前記電極を形成する工程とを備えてい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】
振動板部を静電気力により駆動させる電極が形成された第１の基板と、前記振動板部と対応する位置に前記ノズルと連通する前記圧力室が形成された第２の基板とを相互に重ね合わせることから成る静電アクチュエータの製造方法において、
研磨によって生じた前記第２の基板の加工変質層をエッチングして除去する工程と、
前記第２の基板にエッチングによる溝加工を施して、前記振動板部を形成する工程とを備えてい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】
振動板部を静電気力により駆動させる電極が形成された第１の基板と、前記振動板部とそれに対応する位置に前記ノズルと連通する前記圧力室が形成された第２の基板と、前記第２の基板と第３の基板とをこの順に重ね合わせることから成る静電アクチュエータの製造方法において、
研磨によって生じた前記第３の基板の加工変質層をエッチングして除去する工程と、
前記第２の基板と前記第３の基板とを接合する工程を備えてい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４】
請求項１又は請求項２に記載の静電アクチュエータの製造方法において、前記第１の基板と前記第２の基板とを接合する工程を備えてい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】
振動板部を静電気力により駆動させる電極が形成された第１の基板と、前記振動板部とそれに対応する位置に前記ノズルと連通する前記圧力室が形成された第２の基板と、前記第２の基板と第３の基板とをこの順に重ね合わせることから成る液滴吐出ヘッドの製造方法において、
研磨によって生じた前記第１の基板の加工変質層をエッチングして除去する工程と、
前記第１の基板に前記電極を形成する工程とを備えていることを特徴とする液滴吐出ヘッド製造方法。
【請求項６】
振動板部を静電気力により駆動させる電極が形成された第１の基板と、前記振動板部とそれに対応する位置に前記ノズルと連通する前記圧力室が形成された第２の基板と、前記第２の基板と第３の基板とをこの順に重ね合わせることから成る液滴吐出ヘッドの製造方法において、
研磨によって生じた前記第２の基板の加工変質層をエッチングして除去する工程と、
前記第２の基板にエッチングによる溝加工を施して、前記振動板部とそれに対応する位置に前記ノズルと連通する前記圧力室を形成する工程とを備えていることを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項７】
振動板部を静電気力により駆動させる電極が形成された第１の基板と、前記振動板部とそれに対応する位置に前記ノズルと連通する前記圧力室が形成された第２の基板と、前記第２の基板と第３の基板とをこの順に重ね合わせることから成る液滴吐出ヘッドの製造方法において、
研磨によって生じた前記第３の基板の加工変質層をエッチングして除去する工程と、
前記第２の基板と前記第３の基板とを接合する工程を備えていることを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項８】
請求項６又は請求項７に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記第１の基板と前記第２の基板とを接合する工程を備えていることを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項９】
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の製造方法によって製造されたことを特徴とする静電アクチュエータ。
【請求項１０】
請求項５〜請求項８のいずれか一項に記載の製造方法によって製造されたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項１１】
請求項９に記載の静電アクチュエータを備えた液滴吐出ヘッド。
【請求項１２】
請求項１０又は請求項１１に記載の液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電アクチュエータ及び液滴吐出ヘッドに関するものである。更に詳しくは、ノズル間の液体吐出速度と量のバラツキを軽減させる静電アクチュエータ及び液滴吐出ヘッドの構造、並びに静電アクチュエータ及び液滴吐出ヘッドを備える液滴吐出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、液滴吐出装置の液滴吐出ヘッドとしては、液滴を発生（吐出）させるためのメカニズムに応じて各種の方式のものが知られている。例えば、ヒータを加熱して液体を沸騰させ、それによって生じる気泡圧で液滴を吐出する形式の液滴吐出ヘッドがある。また、液体を貯留した圧力室に貼り付けられた圧電素子に電圧を印加することにより圧力室の容積を膨張および収縮させて、液滴を吐出する形式の液滴吐出ヘッドがある。さらに、静電気力を利用して液体を貯留した圧力室の容積を変化させて、液滴の吐出を行う形式のものもある。いずれの形式の液滴吐出ヘッドにおいても、圧力室の圧力変動を利用して記録に必要なときにのみ液滴を吐出させるようになっている。
【０００３】
これらの形式の液滴吐出ヘッドは、一般的に、複数のノズルのそれぞれに対応して配置され、圧力変動によって対応するノズルから液滴を吐出させる圧力室と、各圧力室に液体を供給するリザーバと、各圧力室に前記リザーバに連通させている液体供給口とを有している。圧力室、リザーバ、および液体供給口は、平板状の基板を重ね合わせることにより、それらの基板間に平面方向に配列された状態に区画形成される静電アクチュエータ及び液滴吐出ヘッドの構成が知られている。
【０００４】
また、これらの形式の静電アクチュエータ及び液滴吐出ヘッド製造方法としては、基板に電極及び絶縁膜を形成することにより電極基板を作成する工程と、シリコン単結晶基板に異方性エッチングを施すことにより、各部を形成してキャビティプレートを作成する工程と、このキャビティプレートと接合されることによって、その間に振動板部と対応する位置にノズル孔と連通される圧力室が設けられるガラスプレートを作成する工程と、前記電極基板と前記キャビティプレートと前記ガラスプレートとを陽極接合により接合する工程とから成る（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１２７４２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、従来構造の静電アクチュエータ及び液滴吐出ヘッドでは、電極基板（第１の基板）とキャビティプレート（第２の基板）と、ガラスプレート（第３の基板）との基板表面上には研磨による加工変質層（マイクロクラック）が存在していた。このため、この加工変質層の中に水分が浸入する場合や、有機物および無機物等の汚物が付着することによって、各基板の形状を形成する工程と、各々の基板を陽極接合方法によって接合して、静電アクチュエータ及び液滴吐出ヘッドを製造する工程では、いろいろな品質問題が発生していた。
【０００７】
ここで、電極基板は、この基板上に加工変質層（マイクロクラック）が存在することによる影響で、電極基板に電極（ＩＴＯ膜）を形成する時に、ＩＴＯ膜の膜厚が面粗れ（面の凹凸）状に形成されてＩＴＯ膜の膜質が変化して、電気特性が変化してしまった。また、水分が振動板部と電極部とで構成されるギャップ部分に浸入することによって、電気特性が変化し、インク吐出時の速度と量にバラツキが発生してしまうという不具合があった。また、基板同士の接合強度が弱くなる問題があった。
【０００８】
同様にキャビティプレートは、この基板上に加工変質層（マイクロクラック）が存在すると、この基板上にエッチングによって振動板部を形成する時に、エッチング速度に差が生じていた。また、基板上に金属不純物が存在していることによって、熱酸化処理工程ではシリコン基板内に金属不純物が拡散して、結晶構造に歪が発生し、エッチング速度に差が生じていた。このエッチング速度の差が生じることによって、振動板部の厚さや幅の寸法が精度よく形成できないという不具合と面粗れ（面の凹凸）の不具合があった。振動板部の厚みのバラツキは、振動板部の撓み易さのバラツキに繋がるので、同じ静電気力が与えられたときの撓み量をばらつかせる不具合があった。
【０００９】
電極および振動板の面粗れ（面の凹凸）は、ギャップに面内分布を発生させ、ヘッド製品間で静電気力のバラツキを発生させる不具合があった。
【００１０】
また、電極基板とキャビティプレートとを陽極接合する工程や、この電極基板とキャビティプレートとが一体になった部材に、さらにガラスプレートを陽極接合する工程では加工変質層（マイクロクラック）の影響で、各基板同士の接合強度が低下し所定の接合強度が確保されにくくなる不具合があった。このことによって、各基板同士が剥離してしまうことがあり、特に、ガラスプレートとキャビティプレートとで構成される圧力室からインクを吐出するためのインク流路の密閉性が確保されないという不具合があった。
【００１１】
つまり、電極基板とキャビティプレートとガラスプレートの各基板上に存在する加工変質層（マイクロクラック）の影響で、振動板部のバラツキとギャップのバラツキによって、静電気力のバラツキが発生して、各ノズルから吐出されるインク吐出時の速度と量にバラツキが発生してしまう問題点があった。従って、液滴吐出ヘッドに内蔵される静電アクチュエータ駆動時に、各ノズルから吐出される液体の速度と量とがバラツクこととなり、高精度な印刷品質が得られない等の問題点があった。
【００１２】
本発明の目的は、上記課題を解決して、複数の基板を積層した積層構造を持つ静電アクチュエータを製造する際に、研磨によって基板に発生した加工変質層に起因する構造上の不具合を抑え、ひいては必要な駆動特性をより確保できる静電アクチュエータの製造方法、液滴吐出ヘッドの製造方法、静電アクチュエータ及び液滴吐出ヘッド並びに液滴吐出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の静電アクチュエータの製造方法は、振動板部を静電気力により駆動させる電極が形成された第１の基板と、前記振動板部が形成された第２の基板とを相互に重ね合わせることから成る静電アクチュエータの製造方法において、研磨によって生じた前記第１の基板の加工変質層をエッチングして除去する工程と、前記第１の基板に前記電極を形成する工程とを備えていることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、エッチングの工程では、前記第１の基板の加工変質層をエッチングして除去するので、基板上には加工変質層のない面が得られる。電極形成の工程では、この面に、電極材料であるＩＴＯ膜が加工変質層の影響を受けないで形成されることで膜質が向上し、しかも、膜厚が精度よく形成されることになる。よって、各圧力室に配置された振動板部の駆動が安定する。
【００１５】
本発明の静電アクチュエータの製造方法は、振動板部を静電気力により駆動させる電極が形成された第１の基板と、前記振動板部が形成された第２の基板とを相互に重ね合わせることから成る静電アクチュエータの製造方法において、研磨によって生じた前記第２の基板の加工変質層をエッチングして除去する工程と、前記第２の基板にエッチングによる溝加工を施すことにより、前記振動板部を形成する工程とを備えていることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、エッチングの工程では、前記第２の基板の加工変質層をエッチングして除去するので、基板上には加工変質層のない面が得られる。この面にエッチングによる溝加工を施すことにより振動板部を形成する工程では、加工変質層の影響を受けずに溝が精度良く形成される。しかも、振動板部を形成するパターン寸法が安定して形成されることによって、寸法不良の不具合が解消し、振動板部の厚さのバラツキ発生を防止できる。
【００１７】
本発明の静電アクチュエータの製造方法は、振動板部を静電気力により駆動させる電極が形成された第１の基板と、前記振動板部とそれに対応する位置に前記ノズルと連通する前記圧力室が形成された第２の基板と、前記第２の基板と基板とをこの順に重ね合わせることから成る静電アクチュエータの製造方法において、研磨によって生じた前記第３の基板の加工変質層をエッチングして除去する工程と、前記第２の基板と前記第３の基板とを接合する工程を備えていることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、エッチングの工程では、前記第３の基板の加工変質層をエッチングして除去するので、前記第３の基板上には加工変質層のない面が得られる。前記第２の基板に第３の基板を接合する工程を備えているので、基板同士の確実な接合強度が得られる。
【００１９】
本発明の静電アクチュエータの製造方法は、前記第１の基板と前記第２の基板とを接合する工程を備えていることを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、静電アクチュエータの製造方法は、研磨によって生じた加工変質層を除去してから前記第１の基板と前記第２の基板とを接合する工程を備えているので、基板同士の確実な接合強度が得られる。
【００２１】
本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法は、振動板部を静電気力により駆動させる電極が形成された第１の基板と、前記振動板部とそれに対応する位置に前記ノズルと連通する前記圧力室が形成された第２の基板とを相互に重ね合わせることから成る液滴吐出ヘッドの製造方法において、研磨によって生じた前記第１の基板の加工変質層をエッチングして除去する工程と、前記第１の基板に前記電極を形成する工程とを備えていることを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、エッチングの工程では、前記第１の基板の加工変質層をエッチングして除去するので、基板上には加工変質層のない面が得られる。電極形成の工程では、この清浄な面に、電極材料であるＩＴＯ膜が加工変質層の影響を受けないで形成されることで膜質が向上し、しかも、膜厚が精度よく形成されることによって、各圧力室に配置された振動板部の駆動が安定する。
【００２３】
本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法は、振動板部を静電気力により駆動させる電極が形成された第１の基板と、前記振動板部とそれに対応する位置に前記ノズルと連通する前記圧力室が形成された第２の基板とを相互に重ね合わせることから成る液滴吐出ヘッドの製造方法において、研磨によって生じた前記第２の基板の加工変質層をエッチングして除去する工程と、前記第２の基板にエッチングによる溝加工を施すことにより、前記振動板部を形成する工程とを備えていることを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、エッチングの工程では、前記第２の基板の加工変質層をエッチングして除去するので、基板上には加工変質層のない面が得られる。この面にエッチングによる溝加工を施すことにより振動板部を形成する工程では、加工変質層の影響を受けずに溝が精度良く形成される。しかも、振動板部を形成するパターン寸法が安定して形成されることによって、寸法不良の不具合が解消し、振動板部の厚さのバラツキ発生を防止できる。よって、振動板部の厚みのバラツキで生じる振動板部の撓み量のバラツキを防止できるので、振動板部の駆動が安定する。
【００２５】
本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法は、振動板部を静電気力により駆動させる電極が形成された第１の基板と、前記振動板部が形成された第２の基板と、前記第２の基板と第３の基板とを相互に重ね合わせることから成る液滴吐出ヘッドの製造方法において、研磨によって生じた前記第３の基板の加工変質層をエッチングして除去する工程を備えていることを特徴とする。
【００２６】
この発明によれば、エッチングの工程では、前記第３の基板の加工変質層をエッチングして除去するので、基板上には加工変質層のない清浄な面が得られるので、前記第２の基板と前記第３の基板とを接合する時の密着性が向上して基板同士が強固に接合できる。
【００２７】
本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法は、前記第１の基板と前記第２の基板とを接合する工程を備えていることを特徴とする。
【００２８】
この発明によれば、液滴吐出ヘッドの製造方法は、研磨によって生じた加工変質層を除去してから前記第１の基板と前記第２の基板とを接合する工程を備えているので、基板同士の確実な接合強度が得られる。
【００２９】
本発明の静電アクチュエータは、前述の製造方法によって製造された、静電アクチュエータであることが望ましい。
【００３０】
この発明によれば、静電アクチュエータは、第１の基板と第２の基板と第３の基板とが加工変質層の影響のない加工精度の高い基板が得られる。さらに、第１の基板と第２の基板と第３の基板との各基板同士の接合強度の高い静電アクチュエータが得られる。
【００３１】
本発明の液滴吐出ヘッドは、前述の製造方法によって製造された、液滴吐出ヘッドであることが望ましい。
【００３２】
この発明によれば、液滴吐出ヘッドは、第１の基板と第２の基板と第３の基板とが加工変質層の影響のない加工精度の高い基板が得られる。さらに、第１の基板と第２の基板と第３の基板との各基板同士の接合強度の高い液滴吐出ヘッドが得られる。
【００３３】
本発明の液滴吐出ヘッドは、前述の製造方法によって製造された、静電アクチュエータを備えた液滴吐出ヘッドであることが望ましい。
【００３４】
この発明によれば、液滴吐出ヘッドは精度の高い静電アクチュエータを備えているので、高精度な印刷品質が可能になる。
【００３５】
本発明の液滴吐出装置は、前述の液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置であることが望ましい。
【００３６】
この発明によれば、液滴吐出装置は前述の液滴吐出ヘッドを備えているので、高精度な印刷品質が得られる。従って、このような効果が得られる液滴吐出装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明の静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド及び、液滴吐出ヘッドを備える液滴吐出装置について実施形態を挙げ、添付図面に沿って詳細に説明する。
【００３８】
〔第１実施形態〕
図１は本発明の第１実施形態としての静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッドの一部を示す分解斜視図である。また、図２は静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッドの断面図である。また、図３は各基板の製造工程を示すフローチャートである。
【００３９】
図１及び図２に示すように、液滴吐出ヘッド１は、気体またはインク液滴を基板の側面端部に設けた複数のノズルから吐出させる、いわゆるエッジ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。液滴吐出ヘッド１は、電極基板２（第１の基板）、キャビティプレート３（第２の基板）、ガラスプレート４（第３の基板）が、この順序で相互に接合された積層構造をしている。
【００４０】
第２の基板であるキャビティプレート３は、例えばシリコン基板であり、図１及び図２に示すように、このキャビティプレート３の表面には底壁が振動板部５として機能する圧力室６を構成することになる凹部７と、この凹部７の後部に設けられたインク供給口８を構成することになる細溝９と、各々の圧力室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。このキャビティプレート３の下面は鏡面研磨によって平滑化されており、電極基板２に対する取付け部とされている。また、電極基板２への共通の電極として、共通電極４０が形成されている。
【００４１】
図１及び図２に示すように、このキャビティプレート３の側面に、各圧力室６に連通する複数のノズル２１が形成されている。しかも、図２に示すように、ノズル２１は細い溝形状の断面を備えている。
【００４２】
第３の基板であるガラスプレート４は、例えばホウ珪酸系のガラス基板であり、図１及び図２に示すように、キャビティプレート３と相互に重ね合わせることにより、ノズルプレート４とキャビティプレートと３の間に、圧力室６、インク供給口８、およびインクリザーバ１０とが平面方向Ｈに配列された状態に区画形成される。
【００４３】
このガラスプレート４において、インクリザーバ１０の側面の壁部分にはインク取り入れ口（図示せず）が形成されている。このインク取り入れ口はインクリザーバ１０と連通していて、接続パイプ（図示せず）が接続されている。この図示しない接続パイプはチューブ（図示せず）を介してインクタンク１０１（図９を参照）のインク供給源に接続されている。このインクタンク１０１からインク取り入れ口３１を介してインクリザーバ１０にインクが供給可能となっている。
【００４４】
第１の基板である電極基板２は、例えばホウ珪酸系のガラス基板であり、図１及び図２に示すように、各々の振動板部５に対峙する部分には、振動室１２を構成することになる凹部１３が形成されている。この凹部１３の底面には、振動板部５に対峙する個別電極１４が配置されている。この個別電極１４はリード部１５を介して端子部１６に接続されている。端子部１６にはリード線１８がボンディングされている。また、リード線１８はドライバ２０と接続され、外部から電圧を供給されるように構成されている（図示せず）。
【００４５】
図３に電極基板２と、キャビティプレート３と、ガラスプレート４の製造工程のフローチャートを示す。
図３に示すように、電極基板２は研磨後、Ｓ１１工程にて加工変質層Ｘ（図４（ａ）参照）がエッチング加工され、Ｓ１２工程にて溝加工がされ、Ｓ１３工程にて電極用薄膜形成がされ、Ｓ１４工程にてレジスト塗布・露光パターニングがされ、Ｓ１５工程にてエッチング・パターン形成とレジスト剥離がされて電極基板２が得られる。なお、ここで電極基板２は例えば、ラッピング加工、ポリッシング加工等の機械研磨がされていた。
図４に電極基板２の製造工程を示す。
図３及び図４に示すように、電極基板２は、研磨によって基板表面に加工変質層Ｘが約０．２μｍ生じていた。この加工変質層Ｘの存在する基板を例えばＫＯＨのアルカリ溶液中に浸漬することによって、基板表面がエッチングされて、この加工変質層Ｘが除去される。この加工変質層Ｘが除去されたかどうかの確認方法は、例えばエリプソメーターなどの光学測定器にて評価する方法があって、加工変質層Ｘの有無を確認できる。このようにして得られた清浄な電極基板２の表面に、電極形成部分の凹部１３をエッチング加工によって設ける。この凹部１３に個別電極１４がスパッタ法、または真空蒸着法などの方法によって、形成される。ここでは、ＩＴＯ膜をスパッタ法によって、約１５０ナノメートルの厚さで形成されることによって、個別電極１４が形成される。さらに、この個別電極１４にレジストを塗布し、露光し、エッチングして、レジストを剥離する、いわゆるフォトリソグラフィの工程を採用することによって、所望のパターンの電極１４が形成される。このようにして得られた個別電極１４（ＩＴＯ膜）を備えた電極基板２（第１の基板）が完成される。
【００４６】
図３に示すように、キャビティプレート３は研磨後、Ｓ２１工程にて加工変質層Ｘ（図５（ａ）参照）がエッチング加工され、Ｓ２２工程にて溝加工がされ、Ｓ２３工程にて酸化膜形成されてキャビティプレート３が得られる。なお、ここで、キャビティプレート３は例えば、ラッピング加工、ポリッシング加工等の機械研磨がされていた。
図５にキャビティプレート３の製造工程を示す。
図３及び図５に示すように、キャビティプレート３も、研磨によって基板表面に生じた加工変質層Ｘが約０．２μｍ生じていた。この加工変質層Ｘの存在する基板を例えばＫＯＨのアルカリ溶液中に浸漬することによって、基板表面がエッチングされて、この加工変質層Ｘが除去される。この加工変質層Ｘが除去されたかどうかの確認は前述の方法と同じである。このようにして得られた清浄なキャビティプレート３にフォトリソグラフィによるエッチング加工によりキャビティプレート３を溝加工し、圧力室６になる凹部７とインク供給口８を形成する細溝９との溝部が形成される。と同時に、ノズル２１と振動板部５とインクリザーバ１０の凹部１１が形成される。このようにして得られた各部の溝を備えたキャビティプレートに酸化膜を形成させ（図示せず）キャビティプレート３（第２の基板）が完成される。
【００４７】
図３に示すように、第３の基板であるガラスプレート４は研磨後、Ｓ３１工程にて加工変質層Ｘ（図６（ａ）参照）がエッチング加工され、ガラスプレート４が得られる。なお、ここで、ガラスプレート４は例えば、ラッピング加工、ポリッシング加工等の機械研磨がされていた。
図６にガラスプレート４の製造工程を示す。
図３及び図６に示すように、ノズルプレート４も、研磨によって基板表面に生じた加工変質層Ｘが約０．２μｍ生じていた。この加工変質層Ｘの存在する基板を例えばＫＯＨのアルカリ溶液中に浸漬することによって、基板表面がエッチングされて、この加工変質層Ｘが除去される。この加工変質層Ｘが除去されたかどうかの確認は前述の方法と同じである。このようにして得られたガラスプレート４は清浄な面を有したガラスプレート４（第３の基板）が完成される。
【００４８】
ここで、Ｓ１５の工程で得られた基板と、Ｓ２３の工程で得られた基板と、Ｓ３１の工程で得られた基板とを接合して、液滴吐出ヘッド１が製造される。なお、この際にＳ１５の工程で得られた基板と、Ｓ２３の工程で得られた基板とを接合して、静電アクチュエータ５０が製造される。
【００４９】
図７（ａ）は、電極基板２とキャビティプレート３との接合前の状態を示す。ここで、電極基板２の接合面とキャビティプレート３の接合面は互いに平坦に研磨されていると同時に、前述で示したように、電極基板２とキャビティプレート３は研磨によって生じた加工変質層Ｘが基板表面から除去されていて、清浄な面を有している。次に、図７（ｂ）は電極基板２とキャビティプレート３とが陽極接合されている接合後の状態を示す。ここで、陽極接合方法は、各基板同士を重ねて、３００〜５００℃で加熱し、シリコン基板側を陽極とし、ガラス基板側を陰極として、数百ボルトの電圧を印加して行う。従って、電極基板２とキャビティプレート３を接合することによって、電極１４および振動板部５を有する静電アクチュエータ５０が形成される。
【００５０】
図８（ａ）は、電極基板２とキャビティプレート３とが接合されている状態と、この積層基板（電極基板２とキャビティプレート３との接合体）にガラスプレート４を接合する前の状態を示す。ここで、キャビティプレート３とガラスプレート４の接合面は互いに平坦に研磨されていると同時に、前述で示したように、キャビティプレート３とガラスプレート４は研磨によって生じた加工変質層Ｘが基板表面から除去されていて、清浄な面を有している。次に、図８（ｂ）は、この積層基板（電極基板２とキャビティプレート３との接合体）に、さらにガラスプレート４が接合されている接合後の状態を示し、この時の接合方法は前述の陽極接合方法によって接合される。
【００５１】
図９は本実施形態の液滴吐出ヘッド１を搭載した液滴吐出装置（インクジェットプリンタ）の構成例を示す概略斜視図である。液滴吐出装置１００は、インクタンク１０１、キャリッジ１０２、プラテン１０３、記録紙１０４等を備えた構成になっていて、液滴吐出ヘッド１はキャリッジ１０２に搭載されている。
【００５２】
本実施形態における液滴吐出ヘッド１とこれに内蔵される静電アクチュエータ５０の構成は以上のようであって、図１〜図９を参照しながら、その動作について説明する。
【００５３】
液滴吐出装置１００は、プラテン１０３により記録紙１０４を搬送させつつ、キャリッジ１０２を移動させて、記録紙１０４と液滴吐出ヘッド１との相対位置を制御しながら、インクをインクタンク１０１から供給して、液滴吐出ヘッド１からインク液滴２３を吐出させることにより、任意の文字や画像を記録紙１０４に印刷する。
【００５４】
図１及び図２に示すように、キャビティプレート３に形成した各圧力室６の底面を規定している振動板部５は、圧力室６が振動する部分として機能し、この振動板部５に対峙するように設けられた各々の個別電極１４の端子部１６と共通電極４０との間にはリード線１８を介してドライバ２０が接続されている。このドライバ２０によって個別電極１４に電圧を印加すると、電圧が印加された個別電極１４と対峙している振動板部５が静電気力によって振動し、これに伴って圧力室６の圧力が変動してノズル２１からインク液滴２３が吐出される。
【００５５】
例えば、正の電圧パルスを印加して個別電極１４の表面を正の電位に帯電させると、対応する振動板部５の下面は負の電位に帯電される。従って、振動板部５は静電気力によって吸引されて下方へ撓む。次に、個別電極１４へ印加している電圧パルスをオフにすると、振動板部５が元の位置に復帰する。この復帰動作によって、圧力室６の内圧が急激に上昇して、ノズル２１からインク液滴２３が吐出される。そして、振動板部５が下方に撓むことにより、インクがインクリザーバ１０からインク供給口８を経由して、圧力室６に補給される。
【００５６】
前述のように、電極基板２、キャビティプレート３、ガラスプレート４は研磨後の加工変質層Ｘがエッチングによって除去されているので、電極基板２と、キャビティプレート３と、ガラスプレート４は加工変質層がない清浄な面を有している。なお、この加工変質層を除去するエッチングによって、基板表面上の水分や有機物および無機物などの汚物も除去されることになる。
ここで、電極基板２が加工変質層のない清浄な面を有しているので、この電極基板２に形成される個別電極１４の膜質が安定するのと同時に個別電極１４の膜厚がほぼ一定になる。このことによって、個別電極１４の電気的特性が安定する。また、キャビティプレート３が加工変質層のない清浄な面を有しているので、エッチング速度が均一になることによって、このキャビティプレート３に設けられる各種溝部（凹部７、溝部９、凹部１１）の形状が精度よく形成されることになる。さらに、ノズルプレート４が加工変質層のない清浄な面を有しているので、基板同士の接合面の密着性が向上することによって、ガラスプレート４とキャビティプレート３との接合時に、複数のノズル２１の形状を均一に形成することが期待できるので、ノズル２１の寸法精度が向上することになる。従って、バラツキの少ない安定した品質のノズル２１が複数形成できる。
つまり、電極基板２の電気的特性が安定し、キャビティプレート３の振動板部の形状が精度よく形成されることによって、安定した静電アクチュエータとしての動作が確保できると同時に液滴吐出ヘッド１のノズル２１から吐出される液滴２３の吐出速度と吐出量とが安定する。
【００５７】
さらに、電極基板２、キャビティプレート３、ガラスプレート４の各基板の研磨後の加工変質層Ｘがエッチングによって除去され、電極基板２と、キャビティプレート３と、ノズルプレート４は水分や有機物および無機物のない清浄な面を有するので、各基板の接合時に、これら汚物の影響がなくなる。従って、各基板を陽極接合方法によって接合する時、各基板同士が強固に接合され、固定されることになる。つまり、電極基板２とキャビティプレート３とガラスプレート４とがお互いに強固に固定されることによって、キャビティプレート３とガラスプレート４とで構成される圧力室６内のインクが漏れることもなくなる。
【００５８】
なお、液滴吐出ヘッド１で使用されるインクとしては、水、アルコール等の主溶媒または主分散媒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、液滴吐出ヘッド１にヒータを設けておけば、ホットメルトインクも使用できる。また、静電アクチュエータとしては、気体も使用できるので、酸素、窒素、水素などのガスの吐出に使用できる。
【００５９】
以上のような第１実施形態では、次のような効果が得られる。
（１）液滴吐出ヘッド１を構成する各基板に存在していた加工変質層Ｘがエッチングによって除去されて、これらの基板が加工変質層のない清浄な面を有することによって、前述のように加工変質層の影響がなくなる。従って、加工精度の高い静電アクチュエータ５０及び液滴吐出ヘッド１が得られることとなり、液滴吐出ヘッド１のノズル２１から吐出されるインクの速度とインクの量がほぼ均一になる。このため、液滴吐出装置１００に備えられた液滴吐出ヘッド１が任意の文字や画像を記録紙１０４に印刷する時に、高精度の印刷品質が得られる。
【００６０】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、前述の第１実施形態と同じ部品および同様な機能を有する部品には同一符号を付し、説明を省略する。
図１０は、第２実施形態としての液滴吐出ヘッドの一部を示す分解斜視図である。図１１は液滴吐出ヘッドの断面図である。図１２は各基板の製造工程を示すフローチャートである。
【００６１】
ここで、図１０及び図１１に示すように、液滴吐出ヘッド１はインク液滴２３を基板の上面に設けたノズル２１から吐出させるフェイスインクジェットタイプであることが第１実施形態と大きく異なる点である。ただし、第１実施形態と同様な、静電駆動方式である。
【００６２】
図１０に示すように、液滴吐出ヘッド１は電極基板２（第１の基板）と、キャビティプレート３（第２の基板）と、ノズルプレート４a（第３の基板）の３枚の基板が重ね合わされた状態に接合された積層構造をしている。
【００６３】
キャビティプレート３は、例えばシリコン基板であり、このキャビティプレート３の表面には底壁が振動板部５として機能する圧力室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を構成することになる細溝９と、各々の圧力室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。このキャビティプレート３の下面は鏡面研磨によって平滑化されており、電極基板２に対する取付け部とされている。
【００６４】
このキャビティプレート３の上面（溝形成側の基板表面）に接合されるノズルプレート４ａにおいて、圧力室６の上面を規定する壁部分には各圧力室６に連通する複数のノズル２１が形成されている。図１１に示すように、ノズル２１は段状断面をしており、インク液滴２３の吐出方向の前側には円形の小断面ノズル部分２１ａが形成され、後側には円形の大断面ノズル部分２１ｂが形成されている。
【００６５】
このノズルプレート４ａおよびキャビティプレート３を相互に重ね合わせることにより、ノズルプレート４ａとキャビティプレート３との間に、圧力室６、インク供給口８、およびインクリザーバ１０とが平面方向Ｈに配列された状態に区画形成される。
【００６６】
ノズルプレート４ａにおいて、インクリザーバ１０の底面（図１１では上面）に対応する壁部分にはインク取り入れ口３１が形成されている。このインク取り入れ口３１はインクリザーバ１０と連通していて、接続パイプ３２が接続されている。この接続パイプ３２はチューブ３３を介してインクタンク１０１（図９を参照）のインク供給源に接続されている。このインクタンク１０１からインク取り入れ口３１を介してインクリザーバ１０にインクが供給可能となっている。
【００６７】
図１０、図１１に示すように、電極基板２において、各々の振動板部５に対峙する部分には、振動室１２を構成することになる凹部１３が形成されている。この凹部１３の底面には、振動板部５に対峙する個別電極１４が配置されている。個別電極１４はリード部１５を介して端子部１６に接続されている。端子部１６を除く個別電極１４およびリード部１５は絶縁膜１７（図１１では省略）に被覆されている。各端子部１６にはリード線１８がボンディングされている。リード線１８はドライバ２０と接続され、外部から電圧を供給されるように構成されている（図示せず）。
【００６８】
ここで、図１２に電極基板２（第１の基板）と、キャビティプレート３（第２の基板）と、ノズルプレート４ａ（第３の基板）の製造工程のフローチャートを示す。
図１２に示すように、電極基板２は、例えばガラス基板であって、研磨後、Ｓ５１工程にて加工変質層Ｘがエッチング加工され、Ｓ５２工程にて溝加工がされ、Ｓ５３工程にて電極用薄膜形成がされ、Ｓ５４工程にてレジスト塗布・露光パターニングがされ、Ｓ５５工程にてエッチング・パターン形成レジスト剥離がされて電極基板２が得られる。ここで、加工変質層Ｘのない清浄な面を有する電極基板２が得られる。
【００６９】
図１２に示すように、キャビティプレート３は、例えばシリコン基板であって、研磨後、Ｓ６１工程にてエッチング加工がされ、Ｓ６２工程にて溝加工がされてキャビティプレート３が得られる。ここで、加工変質層Ｘのない清浄な面を有するキャビティプレート３が得られる。
【００７０】
図１２に示すように、ノズルプレート４ａは、例えばシリコン基板であって、研磨後、Ｓ７１工程にてエッチング加工がされ、Ｓ７２工程にてノズル孔加工がされ、Ｓ７３工程にて酸化膜形成されて、ノズルプレート４ａが得られる。ここで、加工変質層Ｘのない清浄な面を有するノズルプレート４ａが得られる。
【００７１】
次に、Ｓ５５工程にて得られた電極基板２と、Ｓ６３工程にて得られたキャビティプレート３とを陽極接合して、接合された積層基板がＳ５６工程で得られる。静電アクチュエータが製造される。
【００７２】
さらに、Ｓ５６工程にて得られた電極基板２とキャビティプレート３とが接合された積層基板に、Ｓ７３工程にて得られたノズルプレート４ａを接着剤によって貼り合わせることで液滴吐出ヘッド１がＳ５７工程で得られる。
【００７３】
本発明の第２実施形態における液滴吐出ヘッド１の構成は以上のようであって、図１０及び図１１を参照しながら、その動作について説明する。
【００７４】
ここで、液滴吐出ヘッド１をキャリッジ１０２に備えた図９に示す液滴吐出装置１００は、プラテン１０３により記録紙１０４を搬送させつつ、キャリッジ１０２を移動させて、記録紙１０４と液滴吐出ヘッド１との相対位置を制御しながら、インクをインクタンク１０１から供給して、液滴吐出ヘッド１からインク液滴２３を吐出させることにより、任意の文字や画像を記録紙１０４に印刷する。
【００７５】
図１０及び図１１に示すように、キャビティプレート３に形成した各圧力室６の底面を規定している振動板部５は、共通電極として機能し、この共通電極と各個別電極１４の端子部１６との間にはドライバ２０が接続されている。このドライバ２０によって個別電極１４に電圧を印加すると、電圧が印加された個別電極１４と対峙している振動板部５が静電気力によって振動し、これに伴って圧力室６の圧力が変動してノズル２１からインク液滴２３が吐出される。
【００７６】
例えば、正の電圧パルスを印加して個別電極１４の表面を正の電位に帯電させると、対応する振動板部５の下面は負の電位に帯電される。従って、振動板部５は静電気力によって吸引されて下方へ撓む。次に、個別電極１４へ印加している電圧パルスをオフにすると、振動板部５が元の位置に復帰する。この復帰動作によって、圧力室６の内圧が急激に上昇して、ノズル２１からインク液滴２３が吐出される。そして、振動板部５が下方に撓むことにより、インクがインクリザーバ１０からインク供給口８を経由して、圧力室６に補給される。
【００７７】
ドライバ２０によって個別電極１４に電圧を印加すると、電圧が印加された個別電極１４と対峙している振動板部５が静電気力によって振動し、この振動に伴って圧力室６の圧力が変動してノズル２１からインク液滴２３が吐出される。
【００７８】
電極基板２と、キャビティプレート３と、ノズルプレート４ａとの各基板の加工変質層Ｘが除去されているで、第１実施形態と同様に、各基板は加工変質層がない清浄な面を有する。しかも、水分や有機物および無機物等の汚物も除去されている。従って、液滴吐出ヘッド１を構成する電極基板２と、キャビティプレート３と、ノズルプレート４ａとが前述の通り、精度よく形成できる。と同時に、各基板同士が強固に接合されることによって、インクが漏れることもなく、ノズル２１から液滴２３を吐出することになる。従って、上面にノズル２１を設けて、インクを吐出させるタイプの静電アクチュエータ５０及び液滴吐出ヘッド１ができる。
【００７９】
以上のような第２実施形態では、第１実施形態で得られた効果以外に、次のような効果が得られる。
（２）液滴吐出ヘッド１のノズル２１が上面に設けられたタイプであるので、フェイスインクジェットタイプの液滴吐出装置に使用でき、用途の拡大が期待できる。
【００８０】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。変形例を以下に示す。
【００８１】
（変形例１）
本発明の製造方法が適用される液滴吐出ヘッドは、インクを吐出するインクジェットヘッドに限定されない。例えば水、有機溶媒、接着剤、色素機能液、コーティング剤などの液体を吐出する液滴吐出ヘッドの製造方法に適用することもできる。色素機能液としては、例えば液晶表示装置に使用されるカラーフィルタを、インクジェット技術を応用して製造する際にフィルタ基板上のサブ画素領域に吐出される色素機能液材料などが挙げられる。
【００８２】
（変形例２）
本発明の製造方法が適用される静電アクチュエータは、液滴吐出ヘッド（インクジェットヘッド）用に限定されない。例えば静電アクチュエータは、ノズル等から気体を吐出する気体吐出装置において吐出駆動源として使用されるものでもよい。さらに静電アクチュエータは、液体や固体等の媒体に振動を付与する振動発生装置において振動発生駆動源として使用されるものでもよい。
【００８３】
（変形例３）
第１、第２及び第３の基板の全てについて加工変質層Ｘを除去するエッチング工程Ｓ１１、Ｓ２１、Ｓ３１、Ｓ５１、Ｓ６１、Ｓ７１を採用したが、必ずしも全ての基板にエッチング工程を施す必要はない。例えば第１の基板である電極基板２のみに加工変質層Ｘを除去するエッチング工程を施せば、第１及び第２の基板の接合強度向上、電極１４のパターン形状適正化および面粗れ抑制を実現できる。また、第２の基板であるキャビティプレート３のみに加工変質層Ｘを除去するエッチング工程を施せば、振動板部５の厚みバラツキおよび面粗れ抑制を実現できる。さらに第３の基板であるノズルプレート４ａのみに加工変質層Ｘを除去するエッチング工程を施せば、第２及び第３の基板の接合強度向上などを実現できる。もちろん、第１〜第３の基板のうち選択した２つの基板についてのみ加工変質層Ｘを除去するエッチング工程を実施する製造方法も採用することができる。
【００８４】
前述の実施形態及び変形例を包含する技術的思想としては、第１、第２及び第３の基板の全ての基板について加工変質層Ｘを除去してから基板を接合する工程を備えていることを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【００８５】
この技術的思想によれば、静電アクチュエータを内蔵した液滴吐出ヘッドを精度よく、しかも大量に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】第１実施形態の液滴吐出ヘッドの一部を示す分解斜視図。
【図２】液滴吐出ヘッドの断面図。
【図３】各基板の製造工程を示すフローチャート。
【図４】第１の基板の製造工程を示す図。
【図５】第２の基板の製造工程を示す図。
【図６】第３の基板の製造工程を示す図。
【図７】液滴吐出ヘッドの製造工程を示す図。
【図８】液滴吐出ヘッドの製造工程を示す図。
【図９】液滴吐出装置の構成例を示す斜視図。
【図１０】第２実施形態の液滴吐出ヘッドの一部を示す分解斜視図。
【図１１】液滴吐出ヘッドの断面図。
【図１２】各基板の製造工程を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００８７】
１…液滴吐出ヘッド、２…電極基板、３…キャビティプレート、４…ガラスプレート、５…振動板部、６…圧力室、２１…ノズル、５０…静電アクチュエータ、１００…液滴吐出装置、Ｘ…加工変質層。
【図１】
2005212294.tif 000003
【図２】
2005212294.tif 000004
【図３】
2005212294.tif 000005
【図４】
2005212294.tif 000006
【図５】
2005212294.tif 000007
【図６】
2005212294.tif 000008
【図７】
2005212294.tif 000009
【図８】
2005212294.tif 000010
【図９】
2005212294.tif 000011
【図１０】
2005212294.tif 000012
【図１１】
2005212294.tif 000013
【図１２】
2005212294.tif 000014