(57)【要約】【課題】基板の凹部内に形成される電極が高精度の階段状の段差部を有するように構成した電極基板及びその製造方法を提供する。【解決手段】基板に形成された凹部３２内に電極３１を形成してなる電極基板３において、電極３１を階段状の段差部３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄを有するように電極材料を積層して構成された複数段の積層体から構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に形成された凹部内に電極を形成してなる電極基板において、前記電極は階段状の段差部を有するように電極材料を積層して構成された複数段の積層体からなることを特徴とする電極基板。
【請求項２】
前記凹部は、一定の深さを有するように単段で構成されていることを特徴とする請求項１記載の電極基板。
【請求項３】
前記凹部は、１回のエッチングにより形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の電極基板。
【請求項４】
前記基板として、硼珪酸系のガラス基板を用いることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電極基板。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の電極基板に、前記電極に対向して、弾性変形可能な可動電極部材を絶縁膜およびギャップを介して接合してなることを特徴とする静電アクチュエータ。
【請求項６】
前記電極の複数段の段差部は、中央部のギャップ長が最も大きく、両側端部のギャップ長が最も小さくなるように、ほぼ対称に形成されていることを特徴とする請求項５記載の静電アクチュエータ。
【請求項７】
ノズル孔に連通する流路に設けられた吐出室と、この吐出室の底壁を構成する弾性変形可能な可動電極部材と、この可動電極部材に絶縁膜およびギャップを介して対向配置された固定電極部材と、前記可動電極部材と前記固定電極部材との間に静電気力を発生させる駆動手段とを備えた静電駆動型の液滴吐出ヘッドであって、前記固定電極部材が、請求項１乃至４のいずれかに記載の電極基板により構成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項８】
一定の深さを有する凹部をエッチングにより基板に形成する工程と、
前記凹部を含む前記基板の表面に電極材料を成膜し、ついでこの成膜された電極材料をパターニングしてエッチングする工程を複数回繰り返すことにより、階段状の段差部を有する電極膜の積層体を前記凹部内に形成する工程と、
を有することを特徴とする電極基板の製造方法。
【請求項９】
最終段の電極膜に前記階段状の段差部が形成されていることを特徴とする請求項８記載の電極基板の製造方法。
【請求項１０】
一定の深さを有する凹部をエッチングにより基板に形成する工程と、
前記凹部を含む前記基板の表面に、マスクを用いて電極材料を成膜するマスク成膜を複数回繰り返すことにより、階段状の段差部を有する電極膜の積層体を形成する工程と、
最後に前記電極膜の積層体をパターニングしてエッチングすることにより、必要部位以外の電極膜部分を除去する工程と、
を有することを特徴とする電極基板の製造方法。
【請求項１１】
前記階段状の段差部は、中央部が最も低く、両側端部が最も高くなるように、ほぼ対称に形成されていることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれかに記載の電極基板の製造方法。
【請求項１２】
請求項８乃至１１のいずれかに記載の製造方法により製造された電極基板に、前記電極膜の積層体に対向して、弾性変形可能な可動電極部材を絶縁膜およびギャップを介して接合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１３】
請求項８乃至１１のいずれかに記載の製造方法により製造された電極基板にシリコン基板を接合してから、このシリコン基板を薄板に加工する工程と、
薄板に加工されたシリコン基板にエッチングにより吐出室となる凹部を形成する工程と、を含むことを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極に階段状の段差部を設けた電極基板、その電極基板を用いる静電アクチュエータ及び液滴吐出ヘッド並びにそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液滴を吐出するための液滴吐出ヘッドとして、例えばインクジェット記録装置に搭載されるインクジェットヘッドが知られている。インクジェットヘッドは、一般に、インク滴を吐出するための複数のノズル孔が形成されたノズル基板と、このノズル基板に接合されノズル基板との間で上記ノズル孔に連通する吐出室、リザーバ等のインク流路が形成されたキャビティ基板とを備え、駆動部により吐出室に圧力を加えることによりインク滴を選択されたノズル孔より吐出するように構成されている。駆動手段としては、静電気力を利用する方式や、圧電素子による圧電方式、発熱素子を利用するバブルジェット（登録商標）方式等がある。
【０００３】
ところで、静電駆動方式のインクジェットヘッドにおいては、一般に、吐出室の底部を振動板とし、この振動板に所定のギャップ（空隙）を介して対向する個別電極をガラス基板上に形成する構成となっている。個別電極は、振動板の変位を可能とするよう所定のギャップ長を確保するために、ガラス基板の表面に形成された凹部の底面にＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの電極材料を成膜することにより形成されている。
そして、インク滴を吐出する際には、振動板と個別電極間に駆動電圧を印加し、この時に生じる静電引力により振動板を弾性変形させ、駆動電圧をＯＦＦした時の振動板の復元力によって、吐出室内のインクの一部をインク滴としてノズル孔より吐出させる。
【０００４】
このような静電駆動方式のインクジェットヘッドにおいては、高密度化が求められる一方、駆動電圧の上昇を引き起こすことなく、吐出パワーを向上し、必要なインク吐出量を安定して確保することが求められている。その一つの方策として、ガラス基板の凹部の底面を多段の階段状に形成し、その上に単一層の電極材料を形成することにより、個別電極に階段状の段差部を形成し、これにより個別電極と振動板間のギャップ長を多段の階段状に形成するものが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
このように個別電極を階段状に多段に形成することによって、振動板が静電引力により弾性変形したときに階段状の個別電極の段差部に沿って当接し十分な弾性変形が得られるので、駆動電圧を上げなくても（もしくは駆動電圧を低くしても）吐出パワーを向上させることができ、所定のインク吐出量を確保することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−３９２３５号公報
【特許文献２】特開２０００−３１８１５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１や２に示されるインクジェットヘッドの電極基板では、ガラス基板に設けられた凹部の底面に階段状の段差部をウェットエッチングにより形成し、その上に単一層の電極材料を成膜してパターン形成する構成となっているため、段差精度のバラツキが大きいという問題がある。すなわち、個別電極（固定電極部材）に設けられる段差部の段差精度が凹部底面の階段状の段差部の段差精度に依存するものとなっている。しかも、凹部の深さはウェットエッチングの時間管理によって調整しているため、ウェットエッチングでは凹部底面の微小な段差を高精度に形成することが困難である。そのため、基板間のバラツキや基板内のバラツキが大きくなる。また、個人差の問題もある。
一方、ドライエッチングでは比較的バラツキは小さいが、時間がかかるため生産性の面でデメリットが大きい。
【０００７】
したがって、本発明は、基板の凹部内に形成される電極が高精度の階段状の段差部を有するように構成した電極基板及びその製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、このような電極基板を用いることにより低電圧で駆動可能な静電アクチュエータ及び液滴吐出ヘッド並びにそれらの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明に係る電極基板は、基板に形成された凹部内に電極を形成してなる電極基板において、前記電極は階段状の段差部を有するように電極材料を積層して構成された複数段の積層体からなることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の電極基板は、基板の凹部内に形成される電極が電極材料の複数段の積層体により階段状の段差部を有するように構成されているので、電極材料の成膜で段差部の段差精度を出すことができるため、高精度の段差部を形成することができる。
【００１０】
この場合、前記凹部は、一定の深さを有するように単段で構成されているものである。すなわち、凹部の底面は平坦面となっているものである。
【００１１】
また、前記凹部は、１回のエッチングにより形成されているものである。凹部を１回のエッチングにより形成することにより、ウェットエッチングでも凹部底面を平坦に形成することができる。
【００１２】
また、前記基板として、硼珪酸系のガラス基板を用いることが好ましい。硼珪酸系のガラス基板を用いることにより、静電アクチュエータを構成する際のシリコン製の可動電極部材との接合を陽極接合により容易かつ強固に接合することができる。
【００１３】
本発明に係る静電アクチュエータは、上記のいずれかの電極基板に、前記電極に対向して、弾性変形可能な可動電極部材を絶縁膜およびギャップを介して接合してなるものである。
本発明の電極基板は、上述のように基板の凹部内に形成される電極が高精度の階段状の段差部を有するため、この電極と可動電極部材との間に電圧を印加すると、両電極の間に発生する静電引力により可動電極部材は電極（固定電極部材）の階段状の段差部に沿って変形当接する（このような当接状態を「連成当接」と呼ぶものとする）。そのため、本発明の静電アクチュエータは低い駆動電圧でも可動電極部材の変位を大きくすることが可能である。
【００１４】
また、前記電極の複数段の段差部は、中央部のギャップ長が最も大きく、両側端部のギャップ長が最も小さくなるように、ほぼ対称に形成されていることが好ましい。
これによって、可動電極部材を凹湾曲状に変位させることができるので、本発明の静電アクチュエータを液滴吐出ヘッドに利用する場合に好適なものとなる。
【００１５】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、ノズル孔に連通する流路に設けられた吐出室と、この吐出室の底壁を構成する弾性変形可能な可動電極部材と、この可動電極部材に絶縁膜およびギャップを介して対向配置された固定電極部材と、前記可動電極部材と前記固定電極部材との間に静電気力を発生させる駆動手段とを備えた静電駆動型の液滴吐出ヘッドであって、前記固定電極部材が、上記のいずれかの電極基板により構成されているものである。
このように構成することにより、本発明の液滴吐出ヘッドは、低電圧駆動が可能で、かつ可動電極部材の連成当接により変位を大きくすることが可能なため吐出パワーを向上することができ、常に安定した吐出量を確保することができる。
【００１６】
本発明に係る電極基板の製造方法は、一定の深さを有する凹部をエッチングにより基板に形成する工程と、前記凹部を含む前記基板の表面に電極材料を成膜し、ついでこの成膜された電極材料をパターニングしてエッチングする工程を複数回繰り返すことにより、階段状の段差部を有する電極膜の積層体を前記凹部内に形成する工程と、を有することを特徴とする。
本発明の電極基板の製造方法によれば、電極材料の成膜とパターニングを所要段数分繰り返すことにより、基板の凹部内の電極（電極膜の積層体からなる）に高精度の階段状の段差部を形成することができる。
【００１７】
また、最終段の電極膜に前記階段状の段差部が形成されている。これにより最終段の電極膜は階段状の段差部が連続したものとなるため剥離のおそれが少ないものとなる。
【００１８】
また、本発明に係る電極基板の製造方法は、一定の深さを有する凹部をエッチングにより基板に形成する工程と、前記凹部を含む前記基板の表面に、マスクを用いて電極材料を成膜するマスク成膜を複数回繰り返すことにより、階段状の段差部を有する電極膜の積層体を形成する工程と、最後に前記電極膜の積層体をパターニングしてエッチングすることにより、必要部位以外の電極膜部分を除去する工程と、を有することを特徴とする。
本発明の電極基板の製造方法によれば、マスクを用いた電極材料のマスク成膜を所要段数分繰り返すことにより、基板の凹部内の電極（電極膜の積層体からなる）に高精度の階段状の段差部を形成することができる。また、電極膜の積層体に対するパターニングは最後の１回でよいので製造工程が簡素なものとなる。
【００１９】
また、前記階段状の段差部は、中央部が最も低く、両側端部が最も高くなるように、ほぼ対称に形成されていることが好ましい。
これによって、可動電極部材を凹湾曲状に変位させることができるので、本発明の静電アクチュエータを液滴吐出ヘッドに利用する場合に好適なものとなる。
【００２０】
本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、上記のいずれかの製造方法により製造された電極基板に、前記電極膜の積層体に対向して、弾性変形可能な可動電極部材を絶縁膜およびギャップを介して接合するものである。
これによって、低電圧で駆動可能な静電アクチュエータが得られる。
【００２１】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記のいずれかの製造方法により製造された電極基板にシリコン基板を接合してから、このシリコン基板を薄板に加工する工程と、
薄板に加工されたシリコン基板にエッチングにより吐出室となる凹部を形成する工程と、を含むものである。
これにより、吐出室となる凹部を有するシリコン基板からなるキャビティ基板を本発明の電極基板に接合した状態で形成することができるので、キャビティ基板の取り扱いが容易となり、基板の大口径化にも対応可能となる。そのため、液滴吐出ヘッドの製造コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を適用した実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
実施形態１．
図１は本実施形態に係る電極基板を備えた静電アクチュエータの概略構成を示す断面図であり、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。
本実施形態の電極基板３は、ガラス基板に凹部３２を形成し、この凹部３２内に階段状の段差部３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄを有するように電極材料を積層して構成された複数段（例えば４段）の積層体からなる電極（固定電極部材）３１を形成してなるものである。
凹部３２の深さは、例えば０．３μｍであり、一定の深さを有するように１回のエッチングにより形成されている。このように凹部３２は単段構造であるため、ウェットエッチングでも凹部３２の底面を精度よく平坦に形成することができる。
【００２４】
電極材料には、一般にＩＴＯ（Indium Tin Oxide）が用いられるが、特にこれに限定されるものではなく、例えばＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）を用いることもできる。また、各段の電極材料の膜厚についても特に限定はない。但し、積層体全体の合計厚さが凹部３２の深さよりも若干小さくなるように設定される。ここでは例えば、１段目（最下段）から３段目までの各段は２００オングストロームの膜厚、最上段（４段目）は１８００オングストロームの膜厚としている。
上記のような電極材料をスパッタすることにより、凹部３２内に階段状の段差部３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄを有する複数段の積層体からなる電極３１を高精度に形成することができる。電極基板３の製造方法については後で詳しく説明する。
電極基板３の基板材料は、特に限定するものではないが、硼珪酸系のガラスが好適である。もちろんその他の基板材料を用いることもでき、シリコンあるいは樹脂等でもよい。
【００２５】
この電極基板３の表面に絶縁膜２６を介して弾性変形可能な可動電極部材２２を接合することにより、図１、図２に示すような静電アクチュエータ５を構成することができる。ここで、可動電極部材２２はシリコン製のきわめて薄い平板からなる。その板厚は例えば１μｍ程度である。また、上記積層体からなる電極（固定電極部材）３１の段差部３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄは、例えば中央部のギャップ長Ｇ１が最も大きく、両側端部のギャップ長Ｇ４が最も小さくなるようにほぼ対称に形成されている。すなわち、Ｇ１＞Ｇ２＞Ｇ３＞Ｇ４とギャップ長が最下段（１段目）から順次小さくなるように形成されている。なお、ギャップ長Ｇｉ（ここでは、ｉ＝１〜４）は絶縁膜２６の下面と第ｉ段目の電極膜の表面との間の距離である。そして、電極３１と可動電極部材２２との間に駆動手段４として電圧印加装置を接続することにより、静電アクチュエータ５が構成される。
【００２６】
この静電アクチュエータ５は、例えばインクジェットヘッドの駆動部に応用することができる。インクジェットヘッドの場合、可動電極部材２２は「振動板」、電極（固定電極部材）３１は「個別電極」と一般に呼ばれているので、以下の説明においてはこれらの称呼を用いることもある。
【００２７】
この静電アクチュエータ５において、対向配置された電極３１と可動電極部材２２との間に、駆動手段４により、最上段（４段目）のギャップ長Ｇ４に対応する部分の可動電極部材２２が電極３１に当接するに必要十分な電圧を印加すると、可動電極部材２２はギャップ長の最も小さい４段目の段差部３１ｄに当接し保持される。この時、４段目と３段目のギャップ長のＧ４とＧ３に対応する境界部では、ギャップ長が一時的に（Ｇ３−Ｇ４）となり、それにより大きな静電吸引力が可動電極部材２２に作用するため、次のギャップ長Ｇ３に対応する部分の可動電極部材２２も、電極３１の３段目の段差部３１ｃに同一電圧にて当接する。このように順送りの作用が、ギャップ長の最も大きい１段目（最下段）のＧ１に対応する部分まで連続して誘発されるため、結局、最上段のギャップ長Ｇ４に対応する部分の可動電極部材２２が電極３１に当接するに必要十分な電圧で、可動電極部材２２の全体が図１に点線で示すように撓み、電極３１に当接可能となる。以下では、上記のように可動電極部材２２が電極３１の各段に沿って当接する仕方もしくは当接状態を「連成当接」と呼ぶことにする。なお、可動電極部材２２は必ずしも電極３１の全ての段差部に当接させる必要はない。例えば、最下段の段差部３１ａに可動電極部材２２が当接しない場合もあるが、このような状態も「連成当接」の概念に含むものとする。
【００２８】
したがって、本実施形態の静電アクチュエータ５は、駆動電圧を上げることなく、もしくは低い駆動電圧でも、可動電極部材２２の変位を大きくすることができる。そのため、この静電アクチュエータ５を後述するようなインクジェットヘッドに利用した場合には、低電圧駆動が可能であり、しかも連成当接により可動電極部材２２の変位を大きくすることができるので、大きな吐出パワーが得られ、かつ安定したインク吐出量を確保することができる。
【００２９】
なお、電極３１の階段状の段差部３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄは、図１に示す例では電極３１の長手方向にほぼ対称に形成されているが、電極３１の幅方向にほぼ対称に形成することもできる。また、本静電アクチュエータ５を例えばマイクロポンプのダイアフラム部に利用する場合は、段差部３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄを階段状の同心円状に形成することが好ましい。また、可動電極部材２２は、平面視方形状の全周縁部が固定された例であるが、これに限らず、両端支持あるいは片持ち式としても構成することができる。カンチレバーの場合、段差部３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄは、片側傾斜の階段状に形成する。
【００３０】
実施形態２．
本実施形態では、前述の静電アクチュエータ５を利用して構成した液滴吐出ヘッドの一例として、インクジェットヘッドの構成例を図３乃至図５を参照して説明する。このインクジェットヘッドは、ノズル基板の表面に設けられたノズル孔からインク滴を吐出するフェイス吐出型のものであるが、本発明は、図示の形状、構造に限られるものではなく、また基板の端部に設けられたノズル孔からインク滴を吐出するエッジ吐出型のインクジェットヘッドにも適用できるものである。
図３は、本実施形態に係るインクジェットヘッドの概略構成を分解して示す分解斜視図であり、一部を断面で表してある。図４は、図３の右半分の概略構成を示すインクジェットヘッドの断面図であり、さらに振動板の変形状態を点線で模式的に表してある。図５は、図３のインクジェットヘッドの上面図である。なお、図３および図４では、通常使用される状態とは上下逆に示されている。
【００３１】
本実施形態のインクジェットヘッド（液滴吐出ヘッドの一例）１０は、図３および図４に示すように、複数のノズル孔１１が所定のピッチで設けられたノズル基板１と、各ノズル孔１１に対して独立にインク供給路が設けられたキャビティ基板２と、キャビティ基板２の振動板２２に対峙して、階段状のギャップ長Ｇｉ（ここでは、ｉ＝１〜３）を有するように、凹部３２内に電極材料を複数段積層して形成された個別電極３１を有する電極基板３とが貼り合わされた構成となっている。
【００３２】
ここで、本実施形態の静電アクチュエータ５は、キャビティ基板２に独立して設けられた振動板２２と、この振動板２２に対向配置され、電極基板３の凹部３２内に形成された複数段（ここでは、３段）の段差部３１ａ、３１ｂ、３１ｃを有する電極材料の積層体からなる個別電極３１との間にそれぞれ独立して設けられている。また、振動板２２の下面すなわち電極基板３と接合する面には絶縁破壊や短絡を防止するための絶縁膜２６が形成されている。また、振動板２２と個別電極３１との間に、駆動電圧を印加して静電気力を発生させる駆動手段４として、ドライバＩＣ等からなる駆動制御回路が設けられている。駆動制御回路は、フレキシブル配線基板（図示せず）上に搭載され、フレキシブル配線基板は各個別電極３１の端子部３１Ｃとキャビティ基板２に設けられた共通電極２８とに接続されている。駆動制御回路により振動板２２と個別電極３１との間に駆動電圧を印加し静電気力を発生させると、振動板２２を図４に点線で示すように変形させることができる。
【００３３】
以下、各基板の構成について詳述する。
ノズル基板１は、例えば厚さ１８０μｍのシリコン単結晶基板（以下、単にシリコン基板とも称する）から作製されている。ノズル基板１は、複数のノズル孔１１が設けられる領域に凹部１２が形成され、この凹部１２の底面にインク滴を吐出するためのノズル孔１１が開口している。すなわち、ノズル部分の長さ（基板厚み）を凹部１２により薄肉化することにより各ノズル孔１１の流路抵抗を調整している。これにより、均一な吐出性能を確保するとともに、吐出面（凹部１２の底面）に記録用紙などの他の物体が直接接触することがないので、記録用紙の汚損やノズル孔１１の先端の損傷などを防止することができる。
【００３４】
インク滴を吐出するためのノズル孔１１は、例えば径の異なる２段の円筒状に形成されたノズル孔部分、すなわち径の小さい噴射口部分１１ａとこれよりも径の大きい導入口部分１１ｂとから構成されている。噴射口部分１１ａおよび導入口部分１１ｂは基板面に対して垂直にかつ同軸上に設けられており、噴射口部分１１ａは先端がノズル基板１の表面に開口し、導入口部分１１ｂはノズル基板１の裏面（キャビティ基板２と接合される接合側の面）に開口している。
【００３５】
上記のように、ノズル孔１１を噴射口部分１１ａとこれよりも径の大きい導入口部分１１ｂとから２段に構成することにより、インク滴の吐出方向をノズル孔１１の中心軸方向に揃えることができ、安定したインク吐出特性を発揮させることができる。すなわち、インク滴の飛翔方向のばらつきがなくなり、またインク滴の飛び散りがなく、インク滴の吐出量のばらつきを抑制することができる。また、ノズル密度を高密度化することが可能である。
【００３６】
また、ノズル基板１の図４において下面（キャビティ基板２との接合側の面）にはインク流路の一部を形成するオリフィス（細溝）１３が設けられている。また、後述するキャビティ基板２のリザーバ２３に対応する位置に凹部により薄肉化されたダイヤフラム部１４が設けられている。ダイヤフラム部１４はリザーバ２３内の圧力変動を抑制するために設けられている。
【００３７】
キャビティ基板２は、例えば厚さ約１４０μｍの（１１０）面方位のシリコン単結晶基板（この基板も以下、単にシリコン基板とも称する）から作製されている。このシリコン基板は振動板２２と同じ厚さのボロンドープ層を有し、シリコン基板に異方性ウェットエッチングを施すことにより、インク流路の吐出室２１およびリザーバ２３を構成するための凹部２４、２５が高精度に形成される。凹部２４は前記ノズル孔１１に対応する位置に独立に複数形成される。したがって、図４に示すようにノズル基板１とキャビティ基板２を接合した際、各凹部２４は吐出室２１を構成し、それぞれノズル孔１１に連通しており、またインク供給口である前記オリフィス１３ともそれぞれ連通している。そして、吐出室２１（凹部２４）の底壁を構成するボロンドープ層の厚さにより厚さ精度の高い振動板１１が構成されている。
【００３８】
他方の凹部２５は、液状材料のインクを貯留するためのものであり、各吐出室２１に共通のリザーバ（共通インク室）２３を構成する。そして、リザーバ２３（凹部２５）はそれぞれオリフィス１３を介して全ての吐出室２１に連通している。また、リザーバ２３の底部には後述する電極基板３を貫通する孔が設けられ、この孔のインク供給口３５を通じて図示しないインクカートリッジからインクが供給されるようになっている。
【００３９】
また、キャビティ基板２の少なくとも下面すなわち電極基板３と対向する面には、プラズマＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition）により例えばＳｉＯ2膜やＴＥＯＳ膜からなる絶縁膜２６が０．１μｍの厚さで形成されている。
キャビティ基板２の上面すなわちノズル基板１と対向する面（吐出室２１、リザーバ２３の内面を含む）には、図示しないインク保護膜となるＳｉＯ2膜（ＴＥＯＳ膜を含む）がプラズマＣＶＤまたはスパッタにより形成されている。このインク保護膜は、インクにより流路の腐食を防ぐために設けられている。
【００４０】
電極基板３は、例えば厚さ１ｍｍのガラス基板から作製されている。電極基板３には、図３、図４に示すように、キャビティ基板２の各振動板２２に対向する面の位置にそれぞれ一定の深さを有する凹部３２が設けられている。凹部３２の深さは例えば０．３μｍである。
この凹部３２内には、例えば、スパッタによりＩＴＯ（Indium Tin Oxide）からなる電極膜を複数段積層して、階段状の段差部３１ａ、３１ｂ、３１ｃを持つ個別電極３１が形成されている。したがって、個別電極３１は、電極基板３とキャビティ基板２の接合時において、振動板２２との間に階段状のギャップ長Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３（但し、Ｇ１＞Ｇ２＞Ｇ３）を有する構成となっている。ギャップ長Ｇｉは、中央部が最も大きく、両側端部が最も小さくなるように、個別電極３１の長手方向にほぼ対称に形成されている。なお、ギャップ長Ｇｉは、振動板２２の下面に形成された絶縁膜２６の表面（下面）と第ｉ段目の電極膜の表面との距離である。
【００４１】
個別電極３１は、電極部３１Ａとリード部３１Ｂと端子部３１Ｃとから構成されている。このリード部３１Ｂを引き出すために凹部３２には連通溝３３が形成されている。図４では、凹部３２と連通溝３３は同じ深さで形成されているが、もちろん深さは異なっていてもよい。例えば、連通溝３３の深さを凹部３２よりも浅く形成してもよい。すなわち、リード部３１Ｂおよび端子部３１Ｃは単一層もしくは電極部３１Ａより少ない数の積層構造としてもよい。また、端子部３１Ｃは電極基板３の表面とほぼ一致するか、もしくはこの基板表面より若干吐出するように電極パッドを形成することが好ましい。
したがって、前述の凹部３２の一定の深さというのは、少なくとも振動板２２に対応する電極部３１Ａが形成される範囲の凹部３２が一定の深さを有することを意味する。但し、電極基板３の加工上からすると、凹部３２と連通溝３３を同じ深さで１回のエッチングで形成することが好ましい。
【００４２】
個別電極３１の端子部３１Ｃには図示しないフレキシブル配線基板が接続される。これらの端子部３１Ｃは、図３乃至図５に示すように、配線のためにキャビティ基板２の末端部が開口された電極取り出し部２９内に露出している。
【００４３】
上述したように、ノズル基板１、キャビティ基板２、および電極基板３は、図４に示すように貼り合わせることによりインクジェットヘッド１０の本体部が作製される。さらに、振動板２２と個別電極３１との間に形成される電極間ギャップの開放端部はエポキシ等の樹脂による封止材３７で封止される。これにより、湿気や塵埃等が電極間ギャップへ侵入するのを防止することができ、インクジェットヘッド１０の信頼性を高く保持することができる。
【００４４】
そして最後に、図４、図５に簡略化して示すように、駆動手段４としてドライバＩＣ等の駆動制御回路が各個別電極３１の端子部３１Ｃとキャビティ基板２上に設けられた共通電極２８とに前記フレキシブル配線基板（図示せず）を介して接続される。
以上により、インクジェットヘッド１０が完成する。
【００４５】
次に、以上のように構成されるインクジェットヘッド１０の動作を説明する。
駆動制御回路は、個別電極７に電荷の供給および停止を制御する発振回路である。この発振回路は例えば２４ｋＨｚで発振し、個別電極３１に例えば０Ｖと３０Ｖのパルス電位を印加して電荷供給を行う。発振回路が駆動し、個別電極３１に電荷を供給して正に帯電させると、振動板２２は負に帯電し、個別電極３１と振動板２２間に静電気力（クーロン力）が発生する。したがって、この静電気力により振動板２２は個別電極３１に引き寄せられて撓む（変位する）。この時、個別電極３１は前述のように長手方向の中央部が最も低くなるように複数段の段差部３１ａ、３１ｂ、３１ｃが設けられており、これによりギャップ長Ｇｉが中央部に向かって階段状に大きくなっているので、振動板２２は最上段の段差部３１ｃから順送りで変位していき、個別電極３１に連成当接する。これによって吐出室２１の容積が増大する。そして、個別電極３１への電荷の供給を止めると振動板２２はその弾性力により元に戻り、その際、吐出室２１の容積が急激に減少するため、そのときの圧力により吐出室２１内のインクの一部がインク滴としてノズル孔４より吐出する。振動板２２が次に同様に変位すると、インクがリザーバ２３からオリフィス１３を通じて吐出室２１内に補給される。
【００４６】
このように、本実施形態のインクジェットヘッド１０は、電極基板３の凹部３２内の個別電極３１が電極材料の積層体により階段状の段差部３１ａ、３１ｂ、３１ｃを有するとともに階段状のギャップ長Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３を有するように形成されているので、駆動時、振動板２２の弾性変形が図４に点線で示すように個別電極３１の段差部に沿って変形当接（連成当接）するため、吐出室２１の容積増加が大きくなり、その結果、駆動電圧を上げなくても吐出パワーが向上して必要なインク吐出量を安定して確保することができる。換言すれば、低い駆動電圧でも必要な量のインク滴を常に安定して吐出させることができる。
【００４７】
次に、本発明の電極基板の製造方法の第１例を図６および図７の工程図を参照して説明する。ここでは例えば、インクジェットヘッド１０用として４段の段差部を有する個別電極３１を備えた電極基板３の製造方法を示す。なお、図６および図７では図３に示したインクジェットヘッド１０が左右対称であるので、便宜上、右側の半分の断面を示すが、実際には左側の部分も同時に形成される。また、以下の説明における基板の厚さやエッチング深さ等はあくまでも一例であり、本発明を限定するものではない。
【００４８】
まず、図６（ａ）に示すように、被加工基板として、所定の厚さ、例えば１ｍｍの厚さに加工された硼珪酸系のガラス基板３００を用意し、このガラス基板３００の表面に、例えばスパッタによりクロム（Ｃｒ）からなるエッチングマスク３０１を形成する。
次に、このエッチングマスク３０１の表面全体にレジスト３０２塗布する（図６（ｂ））。
【００４９】
次に、フォトリソグラフィーによってレジスト３０２をパターニングしてエッチングマスク３０１をエッチングすることにより、エッチングマスク３０１に凹部３２に対応する形状の開口部３０３を形成する（図６（ｃ））。
【００５０】
次に、例えばフッ酸水溶液でガラス基板３００を１回で所定量エッチングすることにより、一定の深さ（例えば、０．３μｍの深さ）を有する溝状の凹部３２を形成する（図６（ｄ））。そして、レジスト３０２を有機剥離液等で剥離後、ガラス基板３００をクロムエッチング液に浸しエッチングマスク３０１を除去する（図６（ｅ））。
【００５１】
次に、凹部３２が形成されたガラス基板３００の表面全面に、電極材料としてＩＴＯからなる第１層の電極膜３１１をスパッタにより所望の厚さで成膜する（図７（ｆ））。
次に、第１層の電極膜３１１の表面にレジスト３０４を塗布し、フォトリソグラフィーによってレジスト３０４をパターニングする（図７（ｇ））。ついで、第１層の電極膜３１１をエッチングすることにより、段差部を有する１段目の電極膜３１１ａを凹部３２内に形成する。その後、レジスト３０４を有機剥離液等で剥離する（図７（ｈ））。
【００５２】
次に、図７の（ｆ）から（ｈ）までの工程を所要回数繰り返して、最終段（最上段）まで電極膜の積層体を形成する。例えば、段差部を有する２段目の電極膜３１２ａを形成する場合は、図７（ｉ）に示すように、１段目の電極膜３１１ａ上に同じＩＴＯからなる第２層の電極膜３１２をスパッタにより所望の厚さで成膜する。これにより、第２層の電極膜３１２は１段目の電極膜３１１ａ上に積層され階段状の段差部が形成される。そして、この第２層の電極膜３１２の表面に図７（ｇ）と同様にレジスト３０４を塗布し、フォトリソグラフィーによってレジスト３０４をパターニングし、第２層の電極膜３１２をエッチングすれば階段状の段差部を有する２段目の電極膜３１２ａを形成することができる。その後、レジスト３０４を剥離する。以下、３段目の電極膜３１３ａ以降も上記と同様に形成することができる。
【００５３】
このようにして、最上段（４段目）の電極膜３１４ａまで積層して形成すると最上段の電極膜３１４ａは、図７（ｊ）に示すように、４段の電極膜の積層体として段付き状に形成されるので、この電極膜の積層体により複数段の階段状の段差部３１ａ〜３１ｄを有する個別電極３１をガラス基板３００の凹部３２内に形成することができる。
以上により、インクジェットヘッド１０用の電極基板３が作製される。なお、最後に個別電極３１の端子部にはスパッタによりパッド部が形成されるが、図示は省略する。
そして、この電極基板３に、振動板２２を個別電極３１に対向させて絶縁膜２６を介して陽極接合することにより図４の静電アクチュエータが作製される。
【００５４】
本実施形態の電極基板３の製造方法によれば、電極膜の成膜とパターニングを所要段数分繰り返すことにより、電極膜の積層体からなり、かつ階段状の段差部を有する個別電極３１を凹部３２内に形成することができる。しかも、電極膜の成膜で段差精度を出すため、ウェットエッチングにより凹部底面に段差部を形成し、その上に単一層の電極膜を成膜する従来法に比べて、高精度の段差部を形成することができる。また、最終段の電極膜３１４ａは階段状の段差部３１ａ〜３１ｄが連続して形成されているため、剥離のおそれが少ないものとなる。
【００５５】
次に、図８および図９により本発明の電極基板３の製造方法の第２例を示す。また、図１０（ａ）〜（ｃ）は本製造方法において使用するマスク成膜の状況を表す上面図であり、図１１は積層状に成膜された電極膜の不要部分を除去した後の個別電極３１の上面図である。なお、図１０（ａ）〜（ｃ）および図１１はガラス基板上に形成された左右２列群のうちの一部の凹部３２および個別電極３１を表している。また、図８、図９はその右側部分の断面図である。
【００５６】
図８（ａ）から図９（ｆ）までは、図６（ａ）から図７（ｆ）までに示した工程と同じであるので、各部には同一の符号を付して説明は省略する。なお、図９（ｆ）に対応する上面図は図１０（ａ）のようになる。
【００５７】
図９（ｇ）において、１段目の段差部３１ａをマスキングした第１のシリコンマスク３０５を用いて、第１層の電極膜３１１の上に２段目の段差部３１ｂとなる第２層の電極膜３１２を成膜する。なおこのときの上面図は図１０（ｂ）のようになる。第２層の電極膜３１２は各凹部３２に対して直交する方向に積層される。３段目以降においても同様である。なお、第１層の電極膜３１１を同様にシリコンマスクを用いて成膜してもよい。
次に、図９（ｈ）に示すように、２段目の段差部３１ｂをマスキングした第２のシリコンマスク３０６を用いて、第２層の電極膜３１２の上に３段目の段差部３１ｃとなる第３層の電極膜３１３を成膜する。
さらに、図９（ｉ）に示すように、３段目の段差部３１ｃをマスキングした第３のシリコンマスク３０７を用いて、第３層の電極膜３１３の上に最後の４段目の段差部３１ｄとなる第４層の電極膜３１４を成膜する。なおこのときの上面図は図１０（ｃ）のようになる。
このように、マスクを用いたマスク成膜を所要回数繰り返し、階段状の段差部を有する電極膜の積層体を形成する。
【００５８】
そして最後に、図９（ｊ）、図１１に示すように、上記電極膜の積層体にレジスト（図示せず）を塗布し、フォトリソグラフィーによってレジストをパターニングしてエッチングすることにより電極膜の不要部分（凹部３２内の電極膜以外の部分）を除去する。
以上により、図４に示したような電極膜の積層体からなり、かつ階段状の段差部を有する個別電極３１が凹部３２内に形成されたインクジェットヘッド１０用の電極基板３を製造することができる。
【００５９】
本実施形態の電極基板３の製造方法によれば、マスクを用いたマスク成膜を所要回数繰り返すことにより、階段状の段差部を有する電極膜の積層体からなる個別電極３１を凹部３２内に形成することができる。したがって、本製造方法でも、所要段数分のマスク成膜により高精度の段差部を形成することができる。また、電極膜の積層体に対するパターニングは最後の１回でよいので製造工程を簡素化することができる。
【００６０】
次に、本発明のインクジェットヘッド１０の製造方法の一例を図１２および図１３により説明する。ここでは、図９〜図１１に示す方法により製造された電極基板３を用いているが、図６および図７の方法による電極基板３でも構わない。
【００６１】
まず、図１２（ａ）に示すように、ボロンドープ層２０１を有する（１１０）面方位のシリコン基板の両面を研磨し、厚さを例えば５２５μｍとしたシリコン基板２００を用意し、このシリコン基板２００のボロンドープ層２０１の下面全体に絶縁膜２６となるＴＥＯＳ膜２０２を例えばプラズマＣＶＤにより０．１μｍの厚さで形成する。ＴＥＯＳ膜２０２の成膜は、例えば、温度３６０℃、高周波出力２５０Ｗ、圧力６６．７Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）、ガス流量はＴＥＯＳ流量１００ｃｍ3／ｍｉｎ（１００ｓｃｃｍ）、酸素流量１０００ｃｍ3／ｍｉｎ（１０００ｓｃｃｍ）の条件で行う。なお、絶縁膜２６はＳｉＯ2でもよい。
【００６２】
次に、図９（ｊ）のように作製された電極基板３とシリコン基板２００とをＴＥＯＳ膜２０２を介して陽極接合する（図１２（ｂ））。なお、電極基板３には接合前にインク供給口３５となる穴３５ａを貫通しないようにドリル等で加工しておく。穴３５ａを貫通させてしまうと、後の製造工程において電極間ギャップの内部にエッチング液が入り込み、振動板２２の動作不良等が起こるからである。
陽極接合は、電極基板３とシリコン基板２００を３６０℃に加熱し、電極基板３に負極、シリコン基板２００に陽極を接続して８００Ｖの電圧を印加して接合する。
【００６３】
次に、陽極接合後、シリコン基板２００の表面を、シリコン基板２００の厚さが約１５０μｍになるまで研削加工を行う（図１２（ｃ））。その後、加工変質層を除去するために、３２ｗｔ％の濃度の水酸化カリウム溶液でシリコン基板２００を約１０μｍエッチングする。これによりシリコン基板２００の厚さは約１４０μｍとなる。
【００６４】
次に、シリコン基板２００のエッチング面全面にプラズマＣＶＤを用いてＴＥＯＳエッチングマスク２０３を０．５μｍの厚さで成膜する（図１２（ｄ））。ＴＥＯＳエッチングマスク２０３の成膜は、例えば、温度３６０℃、高周波出力７００Ｗ、圧力は３３．３Ｐａ（０．２５Ｔｏｒｒ）、ガス流量はＴＥＯＳ流量１００ｃｍ3／ｍｉｎ（１００ｓｃｃｍ）、酸素流量１０００ｃｍ3／ｍｉｎ（１０００ｓｃｃｍ）の条件で行う。
【００６５】
次に、吐出室となる部分２１ａ、リザーバとなる部分２３ａ、電極取り出し部となる部分２９ａのＴＥＯＳエッチングマスク２０３をエッチングするために、レジストパターニングを施す（図１２（ｅ））。ＴＥＯＳエッチングマスク２０３のパターニング後レジストを剥離する。ここで、場合によっては、各部分２１ａ、２３ａ、２９ａの深さを異ならせるため、対応するＴＥＯＳエッチングマスク２０３のエッチング深さを異ならせることもある。
【００６６】
次に、接合済み基板（シリコン基板２００と電極基板３との接合後の基板をいう）を水酸化カリウム水溶液でエッチングすることにより、薄板化されたシリコン基板２００に、吐出室２１となる凹部２４、リザーバ２３となる凹部２５、電極取り出し部２９となる凹部２９ｂを形成する（図１２（ｆ））。なおこのエッチング工程では、最初は、濃度３５ｗｔ％の水酸化カリウム水溶液を用いて、シリコン基板２００の残りの厚さが例えば５μｍになるまでエッチングを行い、ついで濃度３ｗｔ％の水酸化カリウム水溶液に切り替えてエッチングを行う。これにより、ボロンドープ層２０１の表面が現れたとき、エッチングレートが極端に低下してエッチングストップが十分に働くため、振動板２２の面荒れを防ぎ、かつその厚さを０．８０±０．０５μｍと高精度の厚さに形成することができる。
そして、エッチング終了後、接合済み基板をフッ酸水溶液に浸してＴＥＯＳエッチングマスク２０３を剥離する。
【００６７】
次に、電極取出し部２９に残っているシリコン薄膜を除去するために、シリコンマスクをシリコン基板表面に取り付け、ＲＦパワー２００Ｗ、圧力４０Ｐａ（０．３Ｔｏｒｒ）、ＣＦ4流量３０ｃｍ3／ｍｉｎ（３０ｓｃｃｍ）の条件で、ＲＩＥドライエッチングを１時間行い、電極取出し部分のみにプラズマを当て、開口する（図１３（ｇ））。このとき、電極間ギャップ内は大気開放される。
【００６８】
次に、ＴＥＯＳインク保護膜２７を成膜したい部分（吐出室及びリザーバ部）のみ開口したシリコンマスクをシリコン基板の表面に取り付ける。そして、シリコン基板の上面にプラズマＣＶＤ法によりＴＥＯＳインク保護膜２７を０．１μｍの厚さで成膜する（図１３（ｈ））。ＴＥＯＳインク保護膜２７の成膜は、例えば、温度３６０℃、高周波出力２５０Ｗ、圧力６６．７Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）、ガス流量はＴＥＯＳ流量１００ｃｍ3／ｍｉｎ（１００ｓｃｃｍ）、酸素流量１０００ｃｍ3／ｍｉｎ（１０００ｓｃｃｍ）の条件で行う。ＴＥＯＳインク保護膜は、プラズマＣＶＤ法以外にもスパッタ法によって成膜したＳｉＯ2膜でもよい。
インク保護膜２７にはインクによる流路の腐食を防ぐといった効果のほか、絶縁膜２６の応力とインク保護膜２７の応力が相殺されるため、振動板部の反りが小さくなるといった効果もある。
【００６９】
また、金属マスク等を用いてＰｔ等の金属からなる共通電極２８をスパッタ法によってシリコン基板の表面の端部に形成する。
さらに、電極基板３のインク供給口３５となる孔部からレーザ加工を施してシリコン基板２００のリザーバ部の底部を貫通させて、インク供給口３５を形成する。
そして、エポキシ樹脂を電極間ギャップの開放端部に沿って流し込み、電極間ギャップを封止する。この封止材３７によって、電極間ギャップは密閉状態になる。
以上により、キャビティ基板２の各部分が作製される。このキャビティ基板２の上面に、図１３（ｉ）に示すように、予め作製されたノズル基板１をエポキシ系接着剤により接着する。
【００７０】
最後に、図１３（ｊ）に示すように、ダイシングによって個々のヘッドに切断すれば、図４に示したインクジェットヘッド１０の本体部が得られる。
【００７１】
本実施形態のインクジェットヘッドの製造方法によれば、シリコン基板と電極基板を接合した後に、吐出室等の各部分を形成する方法を用いることで、電極基板がシリコン基盤の支持を補強する機能を果たすため、シリコン基板の取り扱いが容易となる。そのため、シリコン基板の割れや欠けなどの損傷を低減することができ、かつ基板の大口径化が可能となる。大口径化が可能となれば、一枚の基板から多くのインクジェットヘッドを取り出すことができるため、生産性を向上させることができる。
【００７２】
上記の実施形態では、電極基板およびその電極基板を用いた静電アクチュエータ、インクジェットヘッド並びにそれらの製造方法について述べたが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の思想の範囲内で種々変更することができる。例えば、ノズル孔より吐出される液状材料を変更することにより、インクジェットプリンタのほか、液晶ディスプレイのカラーフィルタの製造、有機ＥＬ表示装置の発光部分の形成、遺伝子検査等に用いられる生体分子溶液のマイクロアレイの製造など様々な用途の液滴吐出装置として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施形態１に係る電極基板を備えた静電アクチュエータの概略構成を示す断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】本発明の実施形態２に係るインクジェットヘッドの概略構成を示す分解斜視図。
【図４】図３の右半分の概略構成を示すインクジェットヘッドの断面図。
【図５】図４のインクジェットヘッドの上面図。
【図６】本発明のインクジェットヘッド用の電極基板の製造方法の第１例を示す製造工程の断面図。
【図７】図６に続く製造工程の断面図。
【図８】本発明のインクジェットヘッド用の電極基板の製造方法の第２例を示す製造工程の断面図。
【図９】図８に続く製造工程の断面図。
【図１０】第２例の製造方法において使用するマスク成膜の状況を表す上面図。
【図１１】積層状に成膜された電極膜の不要部分を除去した後の個別電極の上面図。
【図１２】本発明のインクジェットヘッドの製造方法を示す製造工程の断面図。
【図１３】図１２に続く製造工程の断面図。
【００７４】
１  ノズル基板、２  キャビティ基板、３  電極基板、４  駆動手段、５  静電アクチュエータ、１０  インクジェットヘッド、１１  ノズル孔、１３  オリフィス、２１  吐出室、２２  振動板（可動電極部材）、２３  リザーバ、２６  絶縁膜、２８  共通電極、２９  電極取り出し部、３１  電極（固定電極部材、個別電極）、３１ａ〜３１ｄ  段差部、３２  凹部、３３  連通溝、３５  インク供給口、３７  封止材、３００  ガラス基板、３１１〜３１４  電極膜。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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