(57)【要約】【課題】  複数段の段差部を有する電極基板の製造方法において、製造コストの低減が可能な電極基板の製造方法、ならびにその電極基板を用いた静電アクチュエータの製造方法および液滴吐出ヘッドの製造方法を提供する。【解決手段】  被加工基板に、複数段の階段状の段差部を有する電極を形成するための凹部３２を形成する電極基板の製造方法であって、電極３１が凹部３２の幅方向または長手方向に（２(n-1)＋１）〜２n段の階段状の段差部３２ａ〜３２ｄを有するように、ｎ＋１回のエッチングマスクのパターニングとエッチングを繰り返すことにより最大２n段の段差部を凹部３２の底面に形成する。【選択図】  図１
2007055160.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工基板に、４段以上の複数段の階段状の段差部を有する電極を形成するための凹部を形成する電極基板の製造方法であって、
前記電極が前記凹部の幅方向または長手方向に（２(n-1)＋１）〜２n（但し、ｎは整数である。）段の階段状の段差部を有するように、ｎ＋１回のエッチングマスクのパターニングとエッチングを繰り返すことにより最大２n段の段差部を前記凹部の底面に形成することを特徴とする電極基板の製造方法。
【請求項２】
被加工基板に、４段以上の複数段の階段状の段差部を有する電極を形成するための凹部を形成する電極基板の製造方法であって、
前記電極が前記凹部の幅方向または長手方向に（２(n-1)＋１）〜２n（但し、ｎは整数である。）段の階段状の段差部を有するように、ｎ＋１回のエッチングマスクのパターニングとエッチングを繰り返すことにより最大２n段の段差部を前記凹部の底面に形成するとともに、２回目以降のエッチングマスクのパターニングにおいてエッチング箇所を重複させることにより当該段差部の境界部に窪みを形成することを特徴とする電極基板の製造方法。
【請求項３】
被加工基板として、ガラス基板を用いることを特徴とする請求項１または２記載の電極基板の製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３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、前記電極に対向させて、かつ最大２n段の階段状のギャップ長を持たせて、シリコン振動板を絶縁膜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５】
前記ギャップ長は、中央部が最も大きく、両端部が最も小さく、ほぼ対称になっていることを特徴とする請求項４記載の静電アクチュエータの製造方法。
【請求項６】
請求項４または５記載の静電アクチュエータの製造方法を用いて液滴吐出ヘッドを製造する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、静電駆動方式の静電アクチュエータに適用される電極基板の製造方法、その電極基板を用いる静電アクチュエータの製造方法、およびその静電アクチュエータを用いる液滴吐出ヘッド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プレートと、このノズルプレートに接合されノズルプレート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プレートとを備え、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、インク吐出量を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すること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）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２０００−３１８１５５号公報（第１頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、静電アクチュエータの製造方法に関して、特許文献１には、「ｎ個の階段状の段差が形成されｎ個のギャップ長を持つ静電アクチュエータにおいて、・・・第ｎのギャップパターニングとエッチングを同様に繰り返す。このように、ギャップのパターニングとエッチングを繰り返し行うことにより、多数段の段差をもつギャップが酸化シリコン膜或いはガラス基板に形成される。」（第５頁第７欄２２行〜第８欄１９行）と記載されている。
しかし、このような製造方法では、段差数が増加すればするほどパターニングとエッチングの回数が比例して増加し、それによって工数が増加することと、歩留まりが低下することから、製造コストが大幅に上昇するといった課題がある。
【０００７】
本発明は、上記のような課題に鑑み、複数段の段差部を有する電極基板の製造方法において、製造コストの低減が可能な電極基板の製造方法、ならびにその電極基板を用いた静電アクチュエータの製造方法および液滴吐出ヘッド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の製造方法は、被加工基板に、４段以上の複数段の階段状の段差部を有する電極を形成するための凹部を形成する電極基板の製造方法であって、
前記電極が前記凹部の幅方向または長手方向に（２(n-1)＋１）〜２n（但し、ｎは整数である。）段の階段状の段差部を有するように、ｎ＋１回のエッチングマスクのパターニングとエッチングを繰り返すことにより最大２n段の段差部を前記凹部の底面に形成するものである。
【０００９】
本発明によれば、最大２n段の段差部をｎ＋１回のエッチングマスクのパターニングとエッチングを繰り返すことにより凹部の底面に形成するものであるので、段数が増加してもパターニングとエッチングの回数が対数的にしか増加しないため、工数が少なくて済み、かつ歩留まりも向上する。したがって、製造コストの低減効果がきわめて大きいものである。
【００１０】
また、本発明に係る電極基板の製造方法は、被加工基板に、４段以上の複数段の階段状の段差部を有する電極を形成するための凹部を形成する電極基板の製造方法であって、
前記電極が前記凹部の幅方向または長手方向に（２(n-1)＋１）〜２n（但し、ｎは整数である。）段の階段状の段差部を有するように、ｎ＋１回のエッチングマスクのパターニングとエッチングを繰り返すことにより最大２n段の段差部を前記凹部の底面に形成するとともに、２回目以降のエッチングマスクのパターニングにおいてエッチング箇所を重複させることにより当該段差部の境界部に窪みを形成するものである。
【００１１】
エッチングマスクのパターニングにおいて、アライメントのずれが発生すると、段差部の境界部に突起が生じ、このような突起が生じると、静電アクチュエータの駆動時において、他方の電極である振動板の連成当接（一方の電極の複数段の段差部に沿って振動板が変形当接することを「連成当接」と呼ぶ）の障害となり静電アクチュエータの駆動を妨げることになる。そこで、本発明のように構成することで、２回目以降のエッチングマスクのパターニングにおいてエッチング箇所を重複させ、これによって当該段差部の境界部に突起を発生させることなく窪みを形成することができる。
【００１２】
また、本発明の電極基板の製造方法においては、被加工基板として、ガラス基板を用いることが好ましい。
ガラス基板を用いることにより、接合技術の確立されている陽極接合法を用いてガラス基板とシリコン振動板とを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、前記電極に対向させて、かつ最大２n段の階段状のギャップ長を持たせて、シリコン振動板を絶縁膜を介して接合するものである。
本発明により、広範な用途に適用されるマイクロデバイスの駆動手段として、高性能の静電アクチュエータを提供することができる。
【００１４】
また、前記ギャップ長は、中央部が最も大きく、両端部が最も小さく、ほぼ対称になっていることが好ましい。
この静電アクチュエータを特にインクジェットヘッドなどの液滴吐出ヘッドに利用する場合には、本発明のように構成することで、振動板の弾性変形が中心に対して対称となるため、常に一定の吐出量が得られ安定した吐出特性が得られる。
【００１５】
本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記のいずれかの静電アクチュエータの製造方法を用いて液滴吐出ヘッドを製造するものである。
本発明により、安定した吐出特性を有し、高密度で安価な液滴吐出ヘッドを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
実施形態１．
以下、本発明を適用した静電アクチュエータの実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本実施形態１に係る静電アクチュエータの概略構成を示す断面図である。
この静電アクチュエータは、一方の電極を構成するシリコン等からなる振動板２２と、電極基板３の凹部３２内に形成され、振動板２２との間に階段状の複数段のギャップ長Ｇｉ（ここではｉ＝１〜４）を有するように対向する対向電極３１とを備えた構成となっている。また、振動板２２の対向電極３１と対向する面にはＳｉＯ2やＴＥＯＳ（Tetraethylorthosilicate、Tetraethoxysilane：テトラエトキシシラン、珪酸エチル）膜等からなる絶縁膜２６が形成されており、振動板２２と電極基板３は絶縁膜２６を介して接合されている。この絶縁膜２６は、静電アクチュエータの駆動時の絶縁破壊や短絡を防止する目的で設けられる。
さらに、振動板２２と対向電極３１との間にはそれらの電極間にパルス状の電圧を印加するための駆動制御回路４が接続されている。
【００１７】
凹部３２は、平面が略長方形状に形成されており、その底面は中央部に行くに従って深さが深くなるように左右対称の階段状の段差部３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄを有するように形成されている。したがって、対向電極３１は、この凹部３２内の複数段の底面上に例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）によりほぼ同じ厚さで形成され、振動板２２との間に凹部３２底面と同じ段数の段差部すなわち階段状のギャップ長Ｇｉを有する。なお、これらの段差部は、凹部３２の幅方向（短辺方向）または長手方向（長辺方向）のいずれの方向にも設けることができる。図１は凹部３２の幅方向（短辺方向）の断面を示している。
【００１８】
図１の静電アクチュエータの場合、凹部３２の底面および対向電極３１は４段の段差部を有するように形成されており、ギャップ長Ｇｉは、Ｇ４＞Ｇ３＞Ｇ２＞Ｇ１となっている。なお、ギャップ長Ｇｉは、最も大きい（深い）中央部では例えば１４０μｍ、最も小さい（浅い）両端部では例えば８０μｍとなっている。
また、対向電極３１の各段の段差は、凹部３２の中央部に行くに従って小さくなるように形成されていることが好ましい。ただし、必ずしもそのようにする必要はなく、
（Ｇ２−Ｇ１）≧（Ｇ３−Ｇ２）≧（Ｇ４−Ｇ３）、ただし、Ｇ１≧（Ｇ２−Ｇ１）
としてもよい。このようにすると、ギャップ長Ｇｉが最も小さい部分において振動板２２と対向電極３１が当接する駆動電圧で、図１に点線で示すように振動板２２の全体を対向電極３１に当接しやすくなる。
【００１９】
対向電極３１の厚さは、通常、各段において一定の厚さとされる。したがって、ギャップ長Ｇｉの大きさがＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４に対応する部分の凹部３２の深さをＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４とし、対向電極３１の厚さをｔとすると、
Ａ１＝Ｇ１＋ｔ、Ａ２＝Ｇ２＋ｔ、Ａ３＝Ｇ３＋ｔ、Ａ４＝Ｇ４＋ｔ
となっている。すなわちＡ４＞Ａ３＞Ａ２＞Ａ１となっている。
また、対向電極３１の厚さｔは、凹部３２の底面の各段のどの段差よりも厚く形成するのが好ましい。これにより、
ｔ＞（Ａ２−Ａ１）＞（Ａ３−Ａ２）＞（Ａ４−Ａ３）の関係が成り立つので、対向電極３１の段差部における段切れ（断線）を防止することができる。
【００２０】
上記のように構成された静電アクチュエータにおいて、振動板２２と対向電極３１との間に、ギャップ長Ｇ１に対応する部分の振動板２２が対向電極３１に当接するに必要十分な電圧を印加すると、振動板２２がギャップ長の最も小さい１段目の対向電極３１に当接し保持される。この時、ギャップ長のＧ１とＧ２に対応する境界部では、ギャップ長が一時的に（Ｇ２−Ｇ１）となり、それにより大きな静電吸引力が振動板２２に作用するため、次のギャップ長Ｇ２に対応する部分の振動板２２も、対向電極３１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Ｇ４に対応する部分まで連続して誘発されるため、結局、ギャップ長Ｇ１に対応する部分の振動板２２が対向電極３１に当接するに必要十分な電圧で、振動板２２の全体が対向電極３１に当接可能となる。以下では、上記のように振動板２２が対向電極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、振動板２２は必ずしも対向電極３１の全ての段差部に当接させる必要はない。例えば、最下段の対向電極３１に振動板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。
【００２１】
したがって、本実施形態の静電アクチュエータは、駆動電圧を上げることなく、もしくは低い駆動電圧でも、振動板２２の変位を大きくすることができる。そのため、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インク吐出量を安定して確保することができる。
【００２２】
次に、本発明の電極基板３の製造方法を図２乃至図４の工程図を参照して説明する。本発明では、段数が（２(n-1)＋１）〜２nの段差部をｎ＋１回のエッチングマスクのパターニングとエッチングにより形成するものである。ここでは例えば４段の段差部を有する電極基板３の製造方法を示す。なお、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。
【００２３】
まず、図２（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を用意する。次に、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を形成し、フォトリソグラフィーによってエッチングマスク３０１の表面に所定形状のレジスト（図示せず）をパターニングしてエッチングを行い、エッチングマスク３０１に凹部３２の２段目の段差部３２ｂと４段目の段差部３２ｄに対応する形状の開口部を形成する（図２（ｂ））。
【００２４】
次に、例えばふっ酸水溶液でガラス基板３００をエッチングすることにより、例えば２段目と４段目の凹部３０５ｂ、３０５ｄを形成する（図２（ｃ））。なおこのとき、２段目の凹部３０５ｂのエッチング深さは、図１の（Ａ２−Ａ１）にほぼ等しくなるようにし、４段目の凹部３０５ｄのエッチング深さは、図１の（Ａ４−Ａ３）にほぼ等しくなるようにする。ついで、レジスト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２（ｄ））。
【００２５】
次に、ガラス基板３００の端から２段目の凹部３０４ｂまでの部分を覆うように、フォトリソグラフィーによって２回目のエッチングマスク３０２のパターニングとエッチングを行う（図２（ｅ））。すなわち、図２（ｄ）のガラス基板３００の表面に例えばスパッタによりクロムからなるエッチングマスク３０２を形成し、フォトリソグラフィーによってエッチングマスク３０２の表面に所定形状のレジスト（図示せず）をパターニングしてエッチングを行い、エッチングマスク３０２に３段目と４段目の部分に対応する形状の開口部を形成する。そして、例えばふっ酸水溶液でガラス基板３００をエッチングすることにより、３段目と４段目の部分を掘り下げる（図３（ｆ））。なおこのとき、３段目のエッチング深さは、図１の（Ａ３−Ａ２）にほぼ等しくなるようにする。ついで、レジスト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３０２を除去すれば、２段目から４段目までの段差部３２ｂ〜３２ｄが階段状に形成される（図３（ｇ））。
【００２６】
次に、ガラス基板３００の端から１段目の端までの表面部分を覆うように、フォトリソグラフィーによって３回目のエッチングマスク３０３のパターニングとエッチングを行う（図３（ｈ））。すなわち、図３（ｇ）のガラス基板３００の表面に例えばスパッタによりクロムからなるエッチングマスク３０３を形成し、フォトリソグラフィーによってエッチングマスク３０３の表面に所定形状のレジスト（図示せず）をパターニングしてエッチングを行い、エッチングマスク３０３に１段目から４段目の部分に対応する形状の開口部を形成する。そして、例えばふっ酸水溶液でガラス基板３００をエッチングすることにより、１段目の部分を掘り下げる（図３（ｉ））。なおこのとき、１段目のエッチング深さは図１のＡ１となるようにする。ついで、レジスト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３０３を除去すれば、１段目から４段目までの段差部３２ａ〜３２ｄが階段状に形成される（図３（ｊ））。
【００２７】
以上により、３０１、３０２、３０３のエッチングマスクを計３回それぞれパターニングとエッチングを繰り返し行うことにより、底面に４段の段差部３２ａ〜３２ｄを有する凹部３２を形成することができる。なお、各段の段差および深さＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４はエッチング時間を調整することにより所要の寸法に形成することができる。なお、エッチング深さは、一例をあげれば、Ａ１＝１８０ｎｍ、Ａ２＝２００ｎｍ、Ａ３＝２２０ｎｍ、Ａ４＝２４０ｎｍとなっている。
【００２８】
その後、このガラス基板３００の凹部３２を含む全面に、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜３０６をスパッタにより成膜する（図４（ｋ））。ＩＴＯ膜３０６の厚さは、階段状に形成された凹部３２のいずれの段差よりも厚く形成する。例えば図１のｔ＝０．１μｍとなるようにＩＴＯ膜３０６を成膜する。そして、フォトリソグラフィーによってレジスト（図示せず）をパターニングしてエッチングすることにより、対向電極３１の部分に対応するＩＴＯパターンを形成する（図４（ｌ））。
なお、対向電極３１の材料はＩＴＯに限定するものではなく、クロム等の金属等を用いてもよいが、ＩＴＯは透明であるので放電したかどうかの確認が行いやすいことなどの理由から、一般にＩＴＯが用いられる。
【００２９】
以上により、図１に示した電極基板３が作製される。その後、この電極基板３に、振動板２２を対向電極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１の静電アクチュエータが作製される。
なお、上記の説明では被加工基板としてガラス基板を用いたが、基板材料は特に限定されるものではなく、例えばシリコン基板を用いることもできる。
【００３０】
本実施形態の電極基板３の製造方法によれば、凹部３２の底面に４段の段差部３２ａ〜３２ｄを形成するのに、従来は段差部ごと計４回のエッチングマスクのパターニングとエッチングを行っていたが、本実施形態では計３回のエッチングマスクのパターニングとエッチングで済むため、電極基板の製造コストを低減することができる。そして、段数が増加するにつれてパターニングとエッチングの回数は対数的にしか増加しないので更なる製造コストの低減が可能となる。
【００３１】
例えば、凹部３２の底面に８段の段差部３２ａ〜３２ｈを形成する場合のエッチングマスクのパターニング方法を図５に模式的に示す。この場合、エッチングマスクは３０１〜３０４の計４回パターニングとエッチングを繰り返し行えばよいことになる。
したがって、本発明は一般に、段数が（２(n-1)＋１）〜２nの段差部をｎ＋１回のエッチングマスクのパターニングとエッチングにより形成することができるので、段数が増加してもパターニングとエッチングの回数が対数的にしか増加しないため、工数が少なくて済み、かつ歩留まりも向上する。よって、大幅なコスト低減が可能となる。
【００３２】
次に、本発明のエッチングマスクのパターニング方法において、アライメントずれが発生した場合を図６、図７に示す。段数は４段の場合を例にとり簡単に説明する。製造方法は上述したとおりであるので省略する。
例えば、１回目のエッチングマスク３０１と２回目のエッチングマスク３０２のパターニングにおいて、アライメントのずれが発生した場合（図６（ｅ）参照）、２段目と３段目の段差部の境界部に突起３０７が発生する（図７（ｇ）参照）。この場合、他方の段差部の境界部には窪みが生じるが窪みは問題ない。しかし、このような突起３０７がガラス基板３００をエッチングしたときに発生すると、突起３０７が振動板２２の連成当接の阻害要因となってしまい、静電アクチュエータの良好な駆動ができなくなってしまう。
【００３３】
そこで、本発明では、図８、図９に示すように、１回目のエッチングマスク３０１と２回目のエッチングマスク３０２のパターニングにおいて、エッチング箇所が重複するように、２段目と３段目の段差部の境界部に両方とも窪み３０８がエッチングにより生じるようにエッチングマスクのパターニングを行うものである（図８（ｅ）、図９（ｆ）参照）。
このように段差部の境界部に窪み３０８を設けることにより、振動板２２の連成当接の阻害要因となる突起が生じないようにすることができる。なお、窪み３０８によってＩＴＯ膜からなる対向電極にもほぼ同様の窪みが生じるが、静電アクチュエータの駆動には問題はない。
【００３４】
図１０は、４〜８段および１６段の場合について、上記の突起３０７が発生する箇所（段差部の境界部）を例示した説明図（表）である。各表の横軸は段数を表し、縦軸はエッチングマスクのパターニング回数を表している。また、表中の数字有りの欄はその段をエッチングすることを意味し、数字無しの欄はその段をエッチングしないことを意味する。また、欄外の下の数字は突起が発生する箇所（段差部の境界部）を表している。
この図に示すように、エッチングマスクのパターニング方法を変えることによって突起の発生箇所が異なる。したがって、２回目以降のパターニングではアライメントのずれが生じないように注意を要する。よって、２回目以降は、エッチングマスクのパターニングにおいてアライメントのずれを生じないように厳密に位置合わせをするか、もしくは前述のようにエッチング箇所が重複するように、すなわち段差部の境界部に窪みが生じるように、パターニングを行うのがよい。
【００３５】
実施形態２．
図１１は、本発明の製造方法により製造された電極基板および静電アクチュエータを用いた液滴吐出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。ここでは、液滴吐出ヘッドの一例として、フェイス吐出型の静電駆動方式のインクジェットヘッドについて図１１乃至図１４を参照して説明する。なお、本発明は、以下の図に示す構造、形状に限定されるものではなく、エッジ吐出型の液滴吐出ヘッドにも同様に適用することができるものである。
【００３６】
図１２は、図１１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１３は、図２のインクジェットヘッドの上面図であり、図１４は静電アクチュエータ部の拡大断面図である。なお、図１１および図１２では、通常使用される状態とは上下逆に示されている。
【００３７】
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１１および図１２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プレート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プレート２と、キャビティプレート２の振動板２２に対峙して階段状に複数段のギャップ長Ｇｉ（ここでは、ｉ＝１〜３）を有する個別電極３１が配設された電極基板３とが貼り合わされた構成となっている。電極基板３は前述した製造方法により作製されているものである。
【００３８】
ノズルプレート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。ノズルプレート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の底面にインク液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。
【００３９】
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は先端がノズルプレート１の表面に開口し、導入口部分１１ｂはノズルプレート１の裏面（キャビティプレート２と接合される接合側の面）に開口している。
【００４０】
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。
【００４１】
また、ノズルプレート１の図１２において下面（キャビティプレート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プレート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。
【００４２】
キャビティプレート２は、例えば厚さ約５０μｍ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ボロンドープ層を有し、シリコン基板に異方性ドライエッチングおよび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１２に示すようにノズルプレート１とキャビティプレート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２２が構成されている。
【００４３】
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。
【００４４】
また、上述のように、キャビティプレート２に（１１０）面方位のシリコン単結晶基板を用いるのは、このシリコン基板に異方性ドライエッチングと異方性ウエットエッチングの２段階のエッチングを行うことにより、凹部や溝の側面をシリコン基板の上面または下面に対して垂直にかつ高い寸法精度でエッチングすることができるためであり、これによりインクジェットヘッドの高密度化および吐出特性の安定化ならびに低コスト化を図ることができる。
【００４５】
また、キャビティプレート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。
キャビティプレート２の上面すなわちノズルプレート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。
【００４６】
電極基板３は、前述した製造方法により、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１１に示すように、キャビティプレート２の各振動板２２に対向する面の位置にそれぞれ平面視、長方形状の凹部３２が設けられている。そして、凹部３２の底面には、この例では長手方向に３段の階段状の段差部３２ａ、３２ｂ、３２ｃが設けられ、これらの段差部３２ａ、３２ｂ、３２ｃ上に同数の段差部を持つ対向電極すなわち個別電極３１が例えば、ＩＴＯにより０．１μｍの厚さでスパッタにより形成されている。したがって、個別電極３１は、電極基板３とキャビティプレート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を有する構成となっている。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段目の電極部の表面との距離である。
また、個別電極３１はリード部３１ａと端子部３１ｂを有する。そのため、リード部３１ａ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。リード部３１ａは、個別電極３１の最上段から最下段のどの段から引き出してもよい。
【００４７】
個別電極３１の端子部３１ｂ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３１ｂは、図１１乃至図１３に示すように、配線のためにキャビティプレート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。
【００４８】
上述したように、ノズルプレート１、キャビティプレート２、および電極基板３は、図１２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。
【００４９】
そして最後に、図１２、図１３に簡略化して示すように、ＩＣドライバ等の駆動制御回路４が各個別電極３１の端子部３１ｂとキャビティプレート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。
【００５０】
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４は、個別電極３１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が設けられており、これによりギャップ長Ｇｉが階段状に大きくなっているので、振動板２２が第１段の段差部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１１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。
【００５１】
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の底面が長手方向に階段状の段差部３２ａ〜３２ｃを有し、かつその底面上に形成される個別電極３１が同数の階段状のギャップ長Ｇ１〜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１２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必要なインク吐出量を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。
【００５２】
実施形態３．
図１５は本発明の他の実施形態を示すインクジェットヘッドの幅方向の断面図であり、図１６は図１５のＡ−Ａ矢視上面図である。すなわち電極基板３の平面図である。
前記の実施形態では、電極基板３における凹部３２の長手方向の断面について示したが、本実施形態は凹部３２の幅方向の断面および電極基板３の平面を示すものである。
凹部３２の幅方向についても長手方向と同様に最大２n段の階段状の段差部３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄを形成し、その底面上に同数の階段状のギャップ長を有する個別電極３１を形成することができる。
【００５３】
本実施形態のインクジェットヘッド１０においても、駆動時、振動板２２が図１５に点線で示すように、幅方向において、階段状のギャップ長を有する個別電極３１に連成当接するので、吐出室２１の容積を増加させることができ、これにより駆動電圧を上げなくても必要なインク吐出量を確保することができ、常に安定した吐出を実現できる。
【００５４】
上記の実施形態では、電極基板の製造方法、ならびにその電極基板を用いた静電アクチュエータおよびインクジェットヘッドなら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。
また、振動板は、両端支持梁もしくは略長方形の全周が固定された薄板の形式のものとして説明したが、カンチレバー形式のものでもよい。この場合、対向電極の複数段の段差部は片側だけでよい。また、振動板の形状は特に限定されない。例えば円形でもよく、この場合には対向電極の段差部も同心円状に設けるのが適している。円形の振動板をもつ静電アクチュエータは、例えばマイクロポンプのダイヤフラム部に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施形態１に係る静電アクチュエータの概略構成を示す断面図。
【図２】本発明の電極基板（４段の場合）の製造方法を示す製造工程の断面図。
【図３】図２に続く製造工程の断面図。
【図４】図３に続く製造工程の断面図。
【図５】本発明の電極基板（８段の場合）の製造方法を示す製造工程の断面図。
【図６】段差部の境界部に突起が発生する場合の電極基板（４段の場合）の製造工程の断面図。
【図７】図６に続く製造工程の断面図。
【図８】段差部の境界部に窪みを設ける場合の電極基板（４段の場合）の製造工程の断面図。
【図９】図８に続く製造工程の断面図。
【図１０】４〜８段および１６段の場合について、突起が発生する箇所（段差部の境界部）の一例を示す説明図。
【図１１】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１２】図１１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１３】図１２のインクジェットヘッドの上面図。
【図１４】静電アクチュエータ部の拡大断面図。
【図１５】本発明の実施形態２に係るインクジェットヘッドの幅方向の断面図。
【図１６】図１５のＡ−Ａ矢視上面図。
【符号の説明】
【００５６】
１  ノズルプレート、２  キャビティプレート、３  電極基板、４  駆動制御回路、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、２３  リザーバ、２６  絶縁膜、２８  共通電極、２９  電極取り出し部、３１  対向電極（個別電極）、３２  凹部、３２ａ〜３２ｈ  段差部、３３  連通溝、３５  インク供給口、３７  封止材、３００  ガラス基板、３０１〜３０４  エッチングマスク、３０７  突起、３０８  窪み。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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