JP2002254633A - 静電型アクチュエータ、その製造方法及び前記静電型アクチュエータを用いたインクジェットヘッド、インクジェットプリンタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 静電型インクジェットヘッドのアクチュエー
タにおいて、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。 【解決手段】 インク室６の底部を形成する振動板５
と、該振動板と対向配置された対向電極１２と、振動板
５と対向電極１２間振動室を備えている静電型アクチュ
エータにおいて、振動板５と対向電極１２が接触した時
の振動板５と対向電極１２との吸着力が振動板５の弾性
に基づく復元力と等しくなる時の表面荒さをＲａ（ｔ
ｈ）とするときに、対向電極１２表面の表面荒さＲａが
Ｒａ（ｔｈ）以上とする。電極の保護膜である酸化膜１
３表面が表面荒さがＲａ（ｔｈ）以上となるようエッチ
ング等により粗面化される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電型アクチュエ
ータ、その製造方法及び静電型アクチュエータを用いた
該インクジェットヘッド、インクジェットプリンタに関
し、さらに詳しくは、記録を必要とする時にのみインク
液滴を吐出し、記録紙面に付着させるインクジェット記
録装置のインクジェットヘッドのアクチュエータであっ
て、振動板と対向電極とが固着することのない、高耐久
性の静電型アクチュエータ及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明に関連した従来技術として、特開
平１１−１７９９１９号公報、特開平７−１３００７号
公報等に記載されたものが知られている。特開平１１−
１７９９１９号公報（静電型アクチュエータ及びその製
造方法）の発明は、静電型アクチュエータを用いたイン
クジェットヘッドのインク室の底壁の表面及びセグメン
ト電極の表面を含む振動室は、外部を結ぶ管と接続して
おり、この管はさらにバイパス管を介して外部に連通し
ている。管の開放端を封止剤で封止した後、振動室内部
にバイパス管を介して疎水膜を形成するための化合物が
処理槽内で注入される。注入後、処理槽外で封止剤によ
りバイパス管を封止することにより振動室を気密封止す
ることを特徴としたものである。

【０００３】また、特開平７−１３００７号公報（マイ
クロメカニカル装置の表面処理方法及び得られる装置）
の発明は、２つの部品間のファンデルワールス力をこれ
らの表面にパッシベーション単分子層を生成することに
よって限定しているものである。マイクロメカニカル電
子装置を例えばチップ上に準備し、パッシベートされる
表面をプラズマでクリーニングおよび／またはアンダー
カットした後、その表面をプラズマでアクチベートし、
このチップを原料物資とともにコンテナに収容した集合
をオーブンに入れて加熱してその表面を原料物資の蒸気
に露出させ、その表面に上記単分子層を蒸着し、かつ過
剰原料物資を排気することを特徴としたものである。

【０００４】さらに、特開平５−１７２８４６号公報
（マイクロセンサ及びそれを用いた制御システム）の発
明は、可動電極と固定電極との付着を防止する手段を設
けている。具体的な構成としては、固体電極と弾性体に
よって支持された可動電極間に異常高電圧が印加される
か、または両電極に外部から静電気等の電荷が充電され
ても電気的絶縁層に電界が加わらないか、または電界強
度が小さくなる手段を設ける。また、可動電極か過大変
位した時の絶縁膜と固定電極との接触面積を微少化する
ような手段を設ける。これにより可動電極と固定電極の
付着を防止することを特徴とする。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】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
能なこと、インクの自由度が高く安価な普通紙を使用で
きること等多くの利点を有する。この中でも記録の必要
なとき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の主流となっている。

【０００６】インク・オン・デマンド方式のインクジェ
ットヘッドには、特公平２−５１７３４号公報に記載さ
れたもののように、駆動手段が圧電素子であるものや、
また特公昭６１−５９９１１号公報に記載されたものの
ように、インクを加熱して気泡を発生させ、その圧力で
インクを吐出させるもの等がある。しかしながら、上記
方式のインクジェットヘッドには以下に述べるような課
題がある。

【０００７】最近のインクジェット記録装置による印字
には、高速・高印字品質が求められてきており、これを
達成するためのマルチノズル化・ノズルの高密度化にお
いて、圧電素子を微細に加工して各々の振動板に接着す
ることはかなり困難である。また、従来の機械加工にお
ける寸法精度では印字品質のばらつきが大きくなってし
まうという課題がある。

【０００８】また、インクを加熱する方法においては、
駆動手段が薄膜の抵抗加熱体により形成されるため上記
のような課題は存在しないが、駆動時の急速な加熱・冷
却の繰り返しや気泡消滅時の衝撃により抵抗加熱体がダ
メージをうけるためにインクジェットヘッドの寿命が短
いという課題があった。

【０００９】上記の課題を解決するものとして、特開平
５−５０６０１号公報で開示されているように、駆動手
段に静電気力を利用した静電型インクジェットヘッド記
録装置がある。この方式は、小型高密度・高印字品質お
よび長寿命であるという利点を有している。

【００１０】上記静電方式においては、インクノズルに
連通しているインク吐出室の底面が弾性変形可能な振動
板として形成されている。この振動板には一定の間隔で
対向電極基板が対向配置され、これらの対向電極の間の
空間は封止された状態となっている。振動板と対向電極
間に電圧を印加すると、これらの間に発生する静電気力
によってインク室の底面（振動板）が基板の側に静電吸
引あるいは静電反発されて振動する。このインク室の底
面の振動に伴って発生するインク室の内圧変動によりイ
ンクノズルからインク液滴が吐出される。対向電極間に
印加する電圧を制御することにより、記録に必要なとき
のみインク液滴を吐出するインク・オン・デマンド方式
が実現される。

【００１１】ここで、対向電極間に繰り返し電圧を印加
してインクジェットヘッドを駆動している間に、対向電
極の表面すなわち対向しているインク室底面及び基板の
表面に水分が付着すると、これらの極性分子の帯電によ
って静電吸引特性あるいは静電反発特性が低下する恐れ
がある。また、基板の表面に吸着した極性分子が相互に
水素結合してインク室底面が基板側に貼り付いたままの
状態となり、動作不能となる恐れがある。また水分が付
着していなくてもファン・デル・ワールス力、静電引力
により上記と同様インク室底面が基板側に貼り付いたま
まの状態となるおそれがある。

【００１２】上記のような弊害を回避するためにインク
室底面および基板表面に疎水化処理を施すことが考えら
れる。例えば、特開平７−１３００７号公報ではパーフ
ルオロデカン酸（ＰＦＤＡ）の配向分子層をこれらの表
面に形成することによりこれらの表面を疎水化してい
る。また特開平１１−１７９９１９号公報ではヘキサメ
チルジシラザン等（ＨＭＤＳ）を用いて疎水化処理をす
ることを提案している。即ち疎水膜を形成するための化
合物を対向電極の間の空間に気密封止して、静電型アク
チュエータの耐久性を向上させることを提案している。

【００１３】確かに、上記のように疎水膜を形成するた
めの化合物を対向電極の間の空間に気密封止する方法で
は液架橋力あるいは水素結合力によるインク室底面の基
板側への付着は防ぐことができるが、ファンデルワール
ス力や、静電引力による振動板と電極との付着は防ぐこ
とができない。

【００１４】図１２は、従来の静電駆動方式のインクジ
ェットヘッドにおける個々のアクチュエータ部の縦断面
図である。図１３は、図１２に示す個々のアクチュエー
タを複数並列状態で集積したインクジェットヘッドの横
断面図であり、図中Ｘ−Ｘ断面が図１２に示されてい
る。

【００１５】個々の静電型アクチュエータ８１は微少な
隙間をもって対向する２個の電極部材を有しており、一
方の電極は弾性変形可能な振動板８３としてインク室８
２の底に形成されており、他方の電極８６はガラス基板
８５上に形成されている。振動板８３は薄肉とされてお
り、図１２において上下方向に弾性変形可能となってい
る。この振動板８３は各インク室８２側の共通電極とし
て機能する。従来例において、この共通電極としての振
動板８３の底面にはヘキサメチルジシラザン（以下単に
ＨＭＤＳと呼ぶ）を用いて有機珪素化合物からなる疎水
膜８４が形成されている。この振動板８３に対向する個
別電極としてのセグメント電極８６の表面にもＨＭＤＳ
を用いて有機珪素化合物からなる疎水膜８７が形成され
ている。疎水膜８４を挟み振動板８３と、対応する各セ
グメント電極８６とによって対向電極が形成されてい
る。この従来例では、有機珪素化合物からなる疎水膜８
４，８７を形成することにより振動板８３と電極８６と
が付着しないような構成としている。なお、各個別電極
としての各セグメント電極８６には端子部８８がリード
部を介して接続され、封止材８９の外方で露出してい
る。

【００１６】しかしながら、疎水膜の処理のみでは液架
橋、水素結合等の水分が原因となる振動板と電極との付
着を防止することは可能であるが、ファンデルワールス
力、静電引力が原因となる振動板と電極との付着を防止
することはできない。

【００１７】本発明は上記課題に鑑みてなされたもので
あり、ファンデルワールス力、静電引力、液架橋力、水
素結合力等が原因で生じる振動板と電極との付着を防止
することを目的とする。より詳しくは、固体振動板と、
該振動板と対向配置された電極部と、該振動板と該振動
板と対向配置された電極間の該振動板に変形を生じさせ
る振動室と該振動室を備えている静電型アクチュエータ
であって、該電極基板と該振動板が接触した時の該電極
基板と該振動板との吸着力が該振動板の復元力と等しく
なる時の表面荒さをＲａ（ｔｈ）としたときに、該電極
表面の表面荒さＲａがＲａ（ｔｈ）以上を有することを
特徴とするものである。

【００１８】静電方式のアクチュエータの場合、振動板
の復元力が振動板と電極との吸着力よりも小さくなる場
合に振動板と電極部が吸着し動作不良を起こす。振動板
の復元力は、以下の（１）式で表すことができる。 Ｆｘ＝３５Ｅｈ^３δ／ａ^４…（１） Ｆｘ：振動板の単位面積当たりの復元力 Ｅ：振動板ヤング率 ｈ：振動板板厚 δ：振動板最大変位量 ａ：振動板短辺幅

【００１９】また、吸着力と表面荒さの関係は、図１１
のグラフによって示すことができる。図１１のグラフの
ように表面荒さが小さいと吸着力は大きくなる。このた
め、振動板の復元力と振動板と電極部が接触したときの
振動板と電極部の吸着力が釣り合う表面荒さＲａ（ｔ
ｈ）が存在する。電極表面の表面荒さをこのＲａ（ｔ
ｈ）よりも大きくすることで電極と振動板の吸着を防止
することが可能となる。

【００２０】以上のように、本発明の目的は、振動板と
電極との付着を防止し高耐久性の静電型アクチュエータ
及び該静電型アクチュエータを使用して製造されたイン
クジェットヘッド、及び該インクジェットヘッドを使用
して製造されたインクジェットヘッドプリンタ及びその
製造方法を提供することである。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の技術手段
は、振動板と、該振動板と対向配置された対向電極と、
前記振動板と対向電極間に振動室を備えている静電型ア
クチュエータにおいて、前記振動板と対向電極が接触し
た時の前記振動板と対向電極との吸着力が前記振動板の
復元力と等しくなる時の前記対向電極の表面荒さをＲａ
（ｔｈ）としたときに、前記対向電極表面の表面荒さＲ
ａが前記Ｒａ（ｔｈ）以上であることを特徴とする。

【００２２】第２の技術手段は、第１の技術手段の静電
型アクチュエータにおいて、前記対向電極表面の表面荒
さＲａが０.２ｎｍ以上であることを特徴とする。

【００２３】第３の技術手段は、第１の技術手段の静電
型アクチュエータにおいて、前記対向電極の最上膜は絶
縁膜で形成されていることを特徴とする。

【００２４】第４の技術手段は、第１の技術手段の静電
型アクチュエータにおいて、前記対向電極の最上膜はＳ
ｉＯ_２膜で形成されてことを特徴とする。

【００２５】第５の技術手段は、第１の技術手段の静電
型アクチュエータにおいて、極上に形成された絶縁膜で
あることを特徴とする。

【００２６】第６の技術手段は、第１の技術手段の静電
型アクチュエータにおいて、前記対向電極の最上膜はエ
ッチングされた膜であることを特徴とする。

【００２７】第７の技術手段は、第４または５の技術手
段の静電型アクチュエータにおいて、前記対向電極の膜
上に絶縁膜を積層することを特徴とする。

【００２８】第８の技術手段は、第１技術手段の静電型
アクチュエータの製造方法において、前記振動板と対向
電極間の振動室をグラデーションマスクを使用して形成
することを特徴とする。

【００２９】第９の技術手段は、第１技術手段の静電型
アクチュエータの製造方法において、前記振動室中に不
活性ガスまたは乾燥空気を封入することを特徴とする。

【００３０】第１０の技術手段は、第１技術手段の静電
型アクチュエータを複数並列した静電型アクチュエータ
の製造方法において、それぞれの前記振動室を連通する
とともに外部に連通する連通孔を有し、該連通孔と外部
とを連通する連通孔口を、前記振動室内の雰囲気が不活
性ガスまたは乾燥空気で封入された後に封止することを
特徴とする。

【００３１】第１１の技術手段は、第１〜７技術手段の
静電型アクチュエータを使用して製造されたインクジェ
ットヘッド、または該インクジェットヘッドを使用して
製造されたインクジェットプリンタであることを特徴と
する。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の静電型アクチュエ
ータ及びその製造方法について、図１〜図１０に示す実
施例に基づいて説明する。 （実施例１）図１は、静電型インクジェットヘッドのア
クチュエータ部の分解斜視図、図２は組み立てられた静
電型インクジェットヘッドの断面構成図である。これら
の図に示すように、本発明によるインクジェットヘッド
のアクチュエータは、インク液滴を基板の上面に設けた
インクノズルから吐出させるサイドシュータ型であり、
静電駆動方式のものである。インクジェットヘッド１は
キャビティープレート３を中心にして、上側にノズルプ
レート４、下側にＳｉ基板上に形成された電極プレート
２がそれぞれ積層された３層構造となっている。キャビ
ティープレート３はシリコン基板であり、プレートの表
面には底壁が振動板５として機能するインク室６と各イ
ンク室に電極プレート側からインクを供給するためのイ
ンク供給口７がエッチングによって形成されている。こ
のキャビティープレート３の下面には、駆動時の電荷の
蓄積あるいは移動によって発生する振動劣化を防止する
ために酸化膜８が形成されている。

【００３３】キャビティープレート３の上側に接合され
るノズルプレート４は、例えばシリコン基板、金属、樹
脂等で形成されており、各インク室６に連通する複数の
ノズル９が形成されている。また、流体抵抗部１０もノ
ズルプレート４に形成されている。また、電極プレート
２はシリコン基板上に形成されており、インクジェット
ヘッドの裏面からインクを供給するためのインク供給口
１１が形成されている。また、各振動板５を静電引力あ
るいは静電反発力によって駆動させるための個別電極と
しての対向電極１２が形成されている。さらに、電極の
保護膜として酸化膜１３が対向電極１２の上部に形成さ
れている。酸化膜１３の表面は表面荒さがＲａ（ｔｈ）
以上となるようエッチング等により粗面化されており、
この表面荒さにより振動板駆動時に振動板５と個別電極
１２とが付着することを防止している。付着の原因とし
てはファンデルワールス力、静電引力、液架橋力、水素
結合力等があるが、表面荒さがＲａ（ｔｈ）以上となる
ように制御されているため、これらの全ての原因による
付着を防止することが可能となる。また、振動室内を不
活性ガスあるいは乾燥空気によって置換することによ
り、環境変化時の結露を防止することも可能であり、よ
り高信頼性の静電アクチュエータを形成することが可能
となる。

【００３４】次に、本発明の静電型アクチュエータの製
造方法について図３，図４，図５，図６に基づいて説明
する。図３，図４は、本発明の静電型アクチュエータを
形成する一連の工程の断面図である。また、図６は本発
明の静電型アクチュエータを用いた静電ヘッドの分解斜
視図である。図３（Ａ）に示すようにＰ型（１００）Ｓ
ｉ基板２１（厚さ６２５μｍ）を用意する。次に、図３
（Ｂ）に示すように２μｍの厚さに酸化膜２２をウェッ
ト酸化により形成する。酸化条件は１０５０℃、１８.
５ｈである。次に、酸化膜２２上に図示しないフォトレ
ジストを塗布し、グラデーションマスクを用いてレジス
トのパターニングを行い、図３（Ｃ）に示すようにドラ
イエッチングおよびウェットエッチングにより酸化膜２
２のパターニングを行う。グラデーションマスクを使用
して、電極形状を形成することにより振動板に対して傾
斜を有する非平行のギャップを形成することができ、低
電圧化に有利な電極形状を形成することが可能となる。
図５は、グラデーションマスクパターンの一例を示す図
である。グラデーションマスクは、所定のピッチで多数
の開口Ａが開いていて、ギャップ形状に対応して開口率
が変化されている。

【００３５】次に、図３（Ｄ）に示すように電極となる
ＴｉＮ２３を２００ｎｍの厚さにスパッタ法で形成す
る。その後、図３（Ｅ）に示すようにＴｉＮ２３を個別
電極用にエッチングにより分離を行い、その後、図３
（Ｆ）に示すように電極保護膜としてシリコン酸化膜２
４を２００ｎｍの厚さに形成する。次に、図３（Ｇ）に
示すように保護膜２４の上部を逆スパッタにより電極の
表面荒さが０.２ｎｍ以上となるように電極表面２５を
形成する。次に、図３（Ｈ）に示すように電極部以外の
前記シリコン酸化膜及びＴｉＮを各々ドライエッチン
グ、ウェットエッチングにより除去する。

【００３６】その後、図４（Ｉ）に示すようにボロンを
注入した厚さ４００μｍの（１１０）Ｓｉ基板２６を直
接接合により９００〜１０００℃で接合を行い、その
後、図４（Ｊ）に示すように１００μｍの厚さになるま
で研磨を行う。次に、図４（Ｋ）に示すように電極基板
２１およびＳｉ基板２６にそれぞれ窒化膜２７及び２８
を積層する。その後、図４（Ｌ）に示すように、窒化膜
のパターニングをして図４（Ｍ）に示すように液室部２
９をウェットエッチングにより形成する。ボロンを注入
した領域はボロン注入していないＳｉ領域と比較してエ
ッチングレートが低下するため、選択的にボロン注入領
域のみ残すことが可能である。上記方法により静電ヘッ
ドのアクチュエータ部の作製を行う。

【００３７】次に、図６について説明すると、上記のよ
うに形成した静電アクチュエータ３１及びドライバＩＣ
３２が搭載されたにＦＰＣケーブル３３を異方性導電膜
により接続する。その後、静電アクチュエータ３１とノ
ズルプレート３４とを接合するために、シリコン液室の
上面に接着剤を塗布する。シリコン液室とノズルプレー
ト３４を接着剤により接合する場合、接着剤のはみ出し
が噴射特性に影響を与えるため、塗布膜厚を１μｍ前後
にする必要がある。よって、シリコン液室上面に接着剤
を塗布する方法は、転写法により塗布を行う。本実施例
では、ローラーにドクターブレードで接着剤を薄膜化
し、転写パッドによりローラーから接着剤を転写し、更
に転写パッドからシリコン液室上面に接着剤を転写する
方法により行う。また、ノズルプレートとシリコン液室
の位置決めするために、仮接合用の紫外線硬化型接着剤
をシリコン液室の仮接着剤塗布領域３５にディスペンサ
により塗布した。

【００３８】そして、Ｎｉ電鋳により形成されたノズル
プレート３４と、接着剤が塗布された静電アクチュエー
タ３１を位置合わせし、仮加圧を行う。その後、紫外線
硬化型接着剤に紫外線を照射して接着剤を硬化させ、本
加圧を行い加熱硬化させる。加熱接合する際に、シリコ
ンとノズルプレート（ＮｉまたはＳＵＳ）間の線膨張係
数の差により反ってしまう。反りが発生すると、内部応
力によりアクチュエータを破壊してしまう可能性があ
る。そこで、接着剤の硬化温度は低い方が良いため、２
液混合型（常温硬化型）のエポキシ系接着剤を使用す
る。硬化温度は、低いほど良いが、本実施例では５０℃
で硬化を行う。また、インク供給タンクまたはインクカ
ートリッジからインクを供給するためのジョイント部３
６と、フィルタ３７が熱溶着されたフレーム３８を接着
接合する。フレーム３８にアクチュエータ３１とノズル
プレート３４を接着接合するために接着剤を塗布し、ア
クチュエータ３１の位置合わせをして接着接合を行う。
以上のような構成により、個別電極にパルス電圧を印加
することにより、振動板が静電気力によって電極側に変
形する。そして、インクが共通液室から流体抵抗部を通
り、圧力発生室に流入し、圧力発生室の体積が増加す
る。ここで、パルス電圧が解除されることで静電気力が
無くなり、振動板がもとの状態に戻る。この振動板の弾
性力によって圧力発生室の圧力が上昇し、ノズル孔から
インクが噴射される。

【００３９】（実施例２）以下、実施例２の静電型アク
チュエータを用いたインクジェットヘッドについて説明
する。図７，図８は、実施例２の静電型アクチュエータ
の一連の製造工程における各工程での断面図である。図
７（Ａ）に示すようにＰ型（１００）Ｓｉ基板４１（厚
さ６２５ｕｍ）を用意する。次に、図７（Ｂ）に示すよ
うに０.５μｍの厚さにポリシリコン膜４２を形成す
る。次に、図７（Ｃ）に示すようにポリシリコン膜４２
をパターニングし、個別電極に分割を行う。次に、図７
（Ｄ）に示すようにポリシリコン膜４２の上部に高温酸
化膜（ＨＴＯ）４３を積層し、上部が平坦になるまで化
学機械研磨（ＣＭＰ研磨）を行う。その後、図７（Ｅ）
に示すようにグラデーションマスクを用いてレジストの
パターニングを行い、ドライエッチングにより酸化膜の
パターニングを行う。グラデーションマスクを使用し
て、電極形状を形成することにより非平行のギャップを
形成することができ、低電圧化に有利な電極形状を形成
することが可能となる。グラデーションマスクパターン
は、実施例１で使用した図５に示すグラデーションマス
クのものと同様のものを使用することができる。グラデ
ーションのパターンを電極表面を荒らすように微少パタ
ーンを配置することにより、振動室を形成する際に同一
工程で電極表面４４の表面荒さを０.２ｎｍ以上にする
ことが可能である。また、グラデーションマスクに図５
に示すようなパターンを形成することにより、同時に酸
化膜に微細な突起を形成することが可能となる。

【００４０】その後、図８（Ｆ）に示すようにボロンを
注入した厚さ４００μｍの（１１０）Ｓｉ基板４５を直
接接合により９００〜１０００℃で接合を行い、その
後、図８（Ｇ）に示すように１００μｍの厚さになるま
で研磨を行う。次に、図８（Ｈ）に示すように電極基板
４１及びＳｉ基板４５に窒化膜４６及び４７を積層す
る。その後、図８（Ｉ）に示すように、パターニングを
して図８（Ｊ）に示すように液室部４８をウェットエッ
チングにより形成する。ボロンを注入した領域はボロン
注入していないＳｉ領域と比較してエッチングレートが
低下するため、選択的にボロン注入領域のみ残すことが
可能である。以下、ノズルおよびユニット部、ＦＰＣケ
ーブル等を接合する工程は前記した実施例１と同一工程
で行う。

【００４１】本発明によって作成した静電アクチュエー
タと、ウェットエッチングによって振動室を作成した静
電アクチュエータの振動耐久試験を行った結果を図９に
示す。また、両サンプル電極部の表面観察をＡＦＭにて
行った結果を図１０に示す。図９に示すように本発明に
よる静電アクチュエータでは３０ｍｉｎ経過後に吸着し
た振動板数は０％であったのに対し、ウェットエッチン
グによって振動室を作成した比較例では８０％の振動板
が吸着していた。各々の表面荒さは図１０に示すように
本発明：１.５ｎｍ、比較例：０.２ｎｍであった。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば次
のような効果が得られる。請求項１の発明によれば、対
向電極表面の表面荒さＲａが、対向電極と振動板との吸
着力が振動板の復元力と等しくなる時の表面荒さＲａ
（ｔｈ）よりも大きいことで、液架橋力、水素結合力、
ファン・デル・ワールス力、静電引力等によって生じる
振動板と対向電極との付着を防止することができるた
め、高耐久性の静電型アクチュエータを提供することが
可能となる。

【００４３】請求項２の発明によれば、対向電極表面の
表面荒さＲａが、Ｒａ＞０.２ｎｍであることで、低電
圧化に適したアクチュエータ（振動板厚さ：１〜３μ
ｍ、振動板材質：シリコン、振動板最大変位量：０.１
〜０.５ｕｍ、振動板幅：５０〜２００μｍ）において
液架橋力、水素結合力、ファン・デル・ワールス力、静
電引力等によって生じる振動板と電極との付着を防止す
ることができるため、高耐久性の静電型アクチュエータ
を提供することが可能となる。

【００４４】請求項３の発明によれば、対向電極の最上
膜は絶縁膜で形成されていることで、振動板と電極が接
触する際に短絡するのを防止することができるため、高
耐久性静電型アクチュエータを提供することが可能とな
る。

【００４５】請求項４の発明によれば、対向電極の最上
膜はＳｉＯ_２膜で形成されていることで、最上膜を酸化
膜のデポや熱酸化により容易に形成することができ、ま
た電極を覆う保護膜としても使用できるため、高耐久性
静電型アクチュエータを提供することが可能となる。

【００４６】請求項５の発明によれば、対向電極の最上
膜は電極上に形成された絶縁膜であることで、電極の表
面の凹凸を反映して最上膜表面の表面荒さをＲａ（ｔ
ｈ）以上とすることができるため、液架橋力、水素結合
力、ファン・デル・ワールス力、静電引力等によって生
じる振動板と電極との付着を防止することができ、高耐
久性の静電型アクチュエータを提供することが可能とな
る。

【００４７】請求項６の発明によれば、対向電極の最上
膜はエッチングされた膜であることで、エッチング工程
により最上膜表面の表面荒さをＲａ（ｔｈ）以上とする
ことができるため、液架橋力、水素結合力、ファン・デ
ル・ワールス力、静電引力等によって生じる振動板と電
極との付着を防止することができ、高耐久性の静電型ア
クチュエータを提供することが可能となる。

【００４８】請求項７の発明によれば、請求項４あるい
は請求項５記載の対向電極上の膜上に絶縁膜を積層する
ことで、電極表面の凹凸を反映、またはエッチング工程
により最上膜表面の表面荒さをＲａ（ｔｈ）以上とする
ことができるため、液架橋力、水素結合力、ファン・デ
ル・ワールス力、静電引力等によって生じる振動板と電
極との付着を防止することができ、高耐久性の静電型ア
クチュエータを提供することが可能となる。また、積層
する絶縁膜にフロー性のある絶縁膜を積層することで、
振動板と対向電極の接合防止効果をより強固なものにす
ることが可能となり高信頼性の静電型アクチュエータを
提供することが可能となる。

【００４９】請求項８の発明によれば、振動板と振動板
と対向配置された対向電極間の振動室をグラデーション
マスクを使用して形成することで、振動板と対向電極間
の空隙部形状を形成する工程で同時に最上膜表面の表面
荒さをＲａ（ｔｈ）以上とすることができるため、スル
ープットが良い。

【００５０】請求項９の発明によれば、振動室内部が不
活性ガスあるいは乾燥空気のため温度変化時に振動室が
結露することを防ぐことができる。また、電極表面の表
面荒さＲａがＲａ（ｔｈ）以上であることで、液架橋
力、水素結合力、ファン・デル・ワールス力、静電引力
等によって生じる振動板と電極との付着を防止すること
ができ、高耐久性の静電型アクチュエータの製造方法を
提供することが可能となる。

【００５１】請求項１０の発明によれば、振動室内を不
活性ガス、あるいは乾燥空気で置換した後に簡便かつ早
急に封止を行うことが可能であり、高スループットの製
造方法で高信頼性の静電型アクチュエータを製造する製
造方法を提供することが可能となる。

【００５２】請求項１１の発明によれば、請求項１〜７
記載の静電型アクチュエータを使用して製造されたイン
クジェットヘッド、及び該インクジェットヘッドを使用
して製造されたインクジェットヘッドプリンタにおい
て、アクチュエータの対向電極の表面荒さＲａがＲａ
（ｔｈ）以上であることで、液架橋力、水素結合力、フ
ァン・デル・ワールス力、静電引力等によって生じる振
動板と対向電極との付着を防止することができ、高耐久
性の静電型アクチュエータを提供することが可能とな
る。また、静電型アクチュエータを使用してインクジェ
ットヘッドおよびインクジェットヘッドプリンタを製造
することにより、高信頼性のインクジェットヘッド及び
インクジェットヘッドプリンタを提供することが可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 インクジェットヘッドの静電型アクチュエー
タ部の分解斜視図である。

【図２】 組み立てられたインクジェットヘッドの断面
構成図である。

【図３】 実施例１の静電型アクチュエータを形成する
一連の製造工程を示す断面図である。

【図４】 実施例１の静電型アクチュエータを形成する
一連の製造工程を示す断面図で、図３に示す製造工程か
ら続く製造工程を示す断面図である。

【図５】 静電型アクチュエータの製造時に用いるグラ
デーションマスクパターンの一例を示す図である。

【図６】 実施例１の静電型アクチュエータを用いたイ
ンクジェットヘッドを示す分解斜視図である。

【図７】 実施例２の静電型アクチュエータを形成する
一連の製造工程を示す断面図である。

【図８】 実施例２の静電型アクチュエータを形成する
一連の製造工程を示す断面図で、図７に示す製造工程か
ら続く製造工程を示す断面図である。

【図９】 本発明によって作成した静電型アクチュエー
タと、ウェットエッチングによって振動室を作成した比
較例の静電型アクチュエータの振動耐久試験を行った結
果を示す図である。

【図１０】 本発明によって作成した静電型アクチュエ
ータと、ウェットエッチングによって振動室を作成した
比較例の静電型アクチュエータの両サンプル電極部の表
面観察をＡＦＭにて行った結果を示す図である。

【図１１】 吸着力と表面荒さの関係を示す図である。

【図１２】 従来のインクジェットヘッドの静電型アク
チュエータ部の縦断面図である。

【図１３】 図１２に示す静電型アクチュエータを複数
並列状態で集積したインクジェットヘッドの横断面図で
ある。

【符号の説明】

１…インクジェットヘッド、２…電極プレート、３…キ
ャビティプレート、４…ノズルプレート、５…振動板、６
…インク室、７…インク供給口、８…酸化膜、９…ノズ
ル、１０…流体抵抗部、１１…インク供給口、１２…個別
電極、１３…酸化膜、２１…Ｐ型（１００）シリコン基
板、２２…酸化膜、２３…ＴｉＮ、２４…電極保護膜（シ
リコン酸化膜）、２５…電極表面、２６…（１１０）シ
リコン基板、２７，２８…窒化膜、２９…液室部、３１…
静電型アクチュエータ、３２…ドライバＩＣ、３３…Ｆ
ＰＣケーブル、３４…ノズルプレート、３５…仮接着剤塗
布領域、３６…ジョイント部、３７…フィルタ部、３８…
フレーム、４１…Ｐ型（１００）シリコン基板、４２…ポ
リシリコン膜、４３…高温酸化膜、４４…微細突起、４５
…（１００）シリコン基板、４６，４７…窒化膜、４８
…液室部。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動板と、該振動板と対向配置された対
   向電極と、前記振動板と対向電極間に振動室を備えてい
   る静電型アクチュエータにおいて、 前記振動板と対向電極が接触した時の前記振動板と対向
   電極との吸着力が前記振動板の復元力と等しくなる時の
   前記対向電極の表面荒さをＲａ（ｔｈ）としたときに、
   前記対向電極表面の表面荒さＲａが前記Ｒａ（ｔｈ）以
   上であることを特徴とする静電型アクチュエータ。
2. 【請求項２】 前記対向電極表面の表面荒さＲａが０.
   ２ｎｍ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。
3. 【請求項３】 前記対向電極の最上膜は絶縁膜で形成さ
   れてい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。
4. 【請求項４】 前記対向電極の最上膜はＳｉＯ_２膜で形
   成されてい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。
5. 【請求項５】 前記対向電極の最上膜は電極上に形成さ
   れた絶縁膜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。
6. 【請求項６】 前記対向電極の最上膜はエッチングされ
   た膜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。
7. 【請求項７】 前記対向電極の膜上に絶縁膜を積層する
   ことを特徴とする請求項４または５記載の静電型アクチ
   ュエータ。
8. 【請求項８】 請求項１記載の静電型アクチュエータの
   製造方法において、 前記振動板と対向電極間の振動室をグラデーションマス
   クを使用して形成することを特徴とする静電型アクチュ
   エータの製造方法。
9. 【請求項９】 請求項１記載の静電型アクチュエータの
   製造方法において、 前記振動室中に不活性ガスまたは乾燥空気を封入するこ
   とを特徴とする静電型アクチュエータの製造方法。
10. 【請求項１０】 請求項１記載の静電型アクチュエータ
    を複数並列した静電型アクチュエータの製造方法におい
    て、 それぞれの前記振動室を連通するとともに外部に連通す
    る連通孔を有し、該連通孔と外部とを連通する連通孔口
    を、前記振動室内の雰囲気が不活性ガスまたは乾燥空気
    で封入された後に封止することを特徴とする静電型アク
    チュエータの製造方法。
11. 【請求項１１】 請求項１〜７記載の静電型アクチュエ
    ータを使用して製造されたインクジェットヘッド、また
    は該インクジェットヘッドを使用して製造されたインク
    ジェットプリンタ。