JP2002272144A - Electrostatic actuator and ink jet head - Google Patents

Electrostatic actuator and ink jet head

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JP2002272144A
JP2002272144A JP2001065324A JP2001065324A JP2002272144A JP 2002272144 A JP2002272144 A JP 2002272144A JP 2001065324 A JP2001065324 A JP 2001065324A JP 2001065324 A JP2001065324 A JP 2001065324A JP 2002272144 A JP2002272144 A JP 2002272144A
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electrostatic actuator
membrane
electrostatic
width
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田中  誠
Kenichiro Hashimoto
憲一郎 橋本
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    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2002/14411Groove in the nozzle plate

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrostatic actuator and an ink jet head, which are capable of rejecting defective actuators and reducing characteristic variation by setting an optimum circuit correction value and improving the yield. SOLUTION: This electrostatic actuator includes a sealed hollow space 20 with one of its wall surfaces being constituted of a vibration plate 10 serving as a movable section and the same membrane 10m, where preferably, the fixed end width of the membrane 10m is specified as the width of the sealed hollow space 20. In is also preferable that the vibration plate and/or a casing which forms the vibration plate be formed from a surface oriented silicon substrate. Furthermore, it is preferable that '1' with different membrane fixed end width or a plurality of sealed hollow space be established.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は静電型アクチュエータ及
びインクジェットヘッドに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrostatic actuator and an ink jet head.

【0002】[0002]

【従来の技術】プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プ
ロッタ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
のノズルが連通する加圧液室(液室、加圧室、圧力室、
吐出室、インク流路等とも称される。)と、加圧液室の
壁面を形成する振動板及びこの振動板に対向する電極と
を有する静電型アクチュエータとを備え、振動板を静電
力で変形させることで加圧液室内インクを加圧してノズ
ルからインク滴を吐出させる静電型インクジェットヘッ
ドがある。
2. Description of the Related Art An ink jet head used in an image recording apparatus such as a printer, a facsimile, a copying machine, a plotter or the like which is used as an image forming apparatus has a nozzle for discharging ink droplets and a pressurized communication with the nozzle. Liquid chamber (liquid chamber, pressurized chamber, pressure chamber,
Also referred to as a discharge chamber, an ink flow path, or the like. ), And an electrostatic actuator having a vibrating plate forming the wall surface of the pressurized liquid chamber and an electrode facing the vibrating plate, and applying ink to the pressurized liquid chamber by deforming the vibrating plate by electrostatic force. 2. Description of the Related Art There is an electrostatic inkjet head that presses and ejects ink droplets from a nozzle.

【0003】また、振動板を可動部分する静電型アクチ
ュエータは、インクジェットヘッド以外にも、マイクロ
静電ポンプ、マイクロリレー、光スイッチ、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
ュエータなどにも用いられる。
[0003] In addition to an ink jet head, an electrostatic actuator having a movable portion of a diaphragm is used for a micro electrostatic pump, a micro relay, an optical switch, a micro switch (micro relay), an actuator of a multi-optical lens, and the like. Can be

【0004】従来の静電型インクジェットヘッドとし
て、例えば特開平6−71882号公報に記載されてい
るように、液室の壁面を形成する振動板と電極とを平行
に配置し(これにより形成されるギャップを「平行ギャ
ップ」と称する。)したもの、特開平9−39235号
公報に記載されているように、振動板と電極との間にギ
ャップを設け、且つ、電極を階段状に配置することでギ
ャップ寸法が段階的に変化するようにしたもの、或い
は、特開平9−193375号公報に記載されているよ
うに振動板に対して電極を斜めに傾斜させて配置するこ
とで振動板と電極との間のギャップの断面形状が振動板
側の面(辺)と電極側の面(辺)とで少なくとも一部が
非平行になる(このようなギャップを「非平行ギャッ
プ」と称する。)ようにしたものも知られている。
[0004] As a conventional electrostatic ink jet head, for example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-71882, a diaphragm forming a wall surface of a liquid chamber and an electrode are arranged in parallel (formed by this). The gap is referred to as a “parallel gap”. As described in JP-A-9-39235, a gap is provided between the diaphragm and the electrode, and the electrode is arranged in a stepwise manner. By changing the gap size in a stepwise manner, or by disposing the electrodes obliquely with respect to the diaphragm as described in JP-A-9-193375, At least part of the cross-sectional shape of the gap between the electrode and the surface (side) on the diaphragm side and the surface (side) on the electrode side is non-parallel (such a gap is referred to as a “non-parallel gap”). )like Also known as the.

【0005】このような静電型インクジェットヘッド
(静電型アクチュエータも同様)においては、振動板と
電極との間に形成されるギャップを高精度に形成するこ
とはもとより、振動板の剛性も高精度に作製・維持しな
ければならない。振動板の剛性は振動板材料のヤング
率、内部応力、振動板厚によってほぼ決まるが、特に振
動板厚のバラツキによる影響が大きい。
In such an electrostatic ink jet head (the same applies to an electrostatic actuator), not only is the gap formed between the diaphragm and the electrode formed with high precision, but also the rigidity of the diaphragm is high. It must be manufactured and maintained with precision. The rigidity of the diaphragm is substantially determined by the Young's modulus of the diaphragm material, the internal stress, and the thickness of the diaphragm, but the influence of the variation in the thickness of the diaphragm is particularly large.

【0006】そこで、上述した従来のインクジェットヘ
ッドにおいては、振動板厚を高精度に作製するため、シ
リコン(110)基板にボロン拡散層を形成し、アルカ
リエッチングストップ(一般にボロンストップ法と呼ば
れる)によりボロン拡散層からなる振動板を形成するよ
うにしている。
Therefore, in the above-described conventional ink jet head, a boron diffusion layer is formed on a silicon (110) substrate by an alkali etching stop (generally referred to as a boron stop method) in order to manufacture a diaphragm with high precision. A diaphragm made of a boron diffusion layer is formed.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たボロン拡散層によるエッチングストップ技術を用いて
振動板を形成しても、厚さ5μm程度以下、より具体的
には厚さ2μm程度の振動板を数%以下の厚さバラツキ
で高歩留まりで生産することは容易でない。
However, even if the diaphragm is formed by using the above-described etching stop technique using a boron diffusion layer, a diaphragm having a thickness of about 5 μm or less, more specifically, a thickness of about 2 μm is required. It is not easy to produce at a high yield with a thickness variation of several percent or less.

【0008】このように振動板を有するアクチュエータ
において振動板厚にバラツキが生じると、例えばインク
ジェットヘッドにおいては、インク滴吐出体積やインク
滴速度などの噴射特性にバラツキが生じ、インク着弾位
置がバラついたりして、画像品質が低下することにな
る。
[0008] When the thickness of the diaphragm varies in the actuator having the diaphragm as described above, for example, in the ink jet head, the ejection characteristics such as the ink droplet ejection volume and the ink droplet velocity vary, and the ink landing position varies. Or the image quality is degraded.

【0009】本発明者らは従来の単に「バラツキを極力
抑える」という観点ではなく、「バラツキを検出して回
路的に補正する」という観点からの検討が不可欠である
と認識して本発明を完成するに至ったものであり、本発
明は、上記の課題解決するため、不良アクチュエータの
排除、適切な回路補正値の設定による特性バラツキの低
減が可能で、歩留まりを向上できる静電型アクチュエー
タ及びインクジェットヘッドを提供することを目的とす
る。
The present inventors have recognized that it is indispensable to study from the viewpoint of "detecting variations and correcting them in a circuit" rather than the conventional viewpoint of simply suppressing variations as much as possible. In order to solve the above-described problems, the present invention provides an electrostatic actuator capable of eliminating a defective actuator, reducing a characteristic variation by setting an appropriate circuit correction value, and improving a yield. An object is to provide an inkjet head.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係る静電型アクチュエータは、可動部分と
なる振動板と同じメンブレンで1つの壁面が形成されて
いる密閉空室を有する構成としたものである。
In order to solve the above-mentioned problems, an electrostatic actuator according to the present invention has a closed cavity in which one wall is formed by the same membrane as a diaphragm which becomes a movable portion. It is configured.

【0011】ここで、メンブレンの固定端幅が密閉空室
の幅で規定されていることが好ましい。また、振動板及
び/又は振動板を形成する筐体が(110)面方位のシ
リコン基板から形成されていることが好ましい。さら
に、メンブレンの固定端幅が異なる1又は複数の密閉空
室を設けることが好ましい。
Here, the fixed end width of the membrane is preferably defined by the width of the closed space. In addition, it is preferable that the diaphragm and / or a casing forming the diaphragm be formed of a silicon substrate having a (110) plane orientation. Further, it is preferable to provide one or a plurality of closed cavities having different fixed end widths of the membrane.

【0012】また、メンブレンを形成する筐体の幅が駆
動ビットの側壁間の幅と同じであることが好ましい。さ
らに、密閉空室内の密閉圧力が1気圧より低いことが好
ましく、この場合より好ましくは密閉空室内の密閉圧力
を1/100気圧以下にする。さらにまた、密閉空間の
ギャップ長がメンブレンの厚さと略同等以下であること
が好ましい。
Further, it is preferable that the width of the housing forming the membrane is the same as the width between the side walls of the drive bit. Furthermore, it is preferable that the sealing pressure in the sealed chamber is lower than 1 atm. In this case, the sealing pressure in the sealed chamber is preferably set to 1/100 atm or less. Furthermore, it is preferable that the gap length of the closed space is substantially equal to or less than the thickness of the membrane.

【0013】本発明に係るインクジェットヘッドは、本
発明に係る静電型アクチュエータを備えたものである。
An ink jet head according to the present invention is provided with the electrostatic actuator according to the present invention.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して説明する。先ず、本発明の第1実施形態
について図1乃至図4を参照して説明する。なお、図1
は同実施形態に係るインクジェットヘッドの上面概略
図、図2は図1のA−A線に沿う振動板長手方向の断面
説明図、図3は図1のB−B線に沿う振動板短手方向の
断面説明図、図4は図1のC−C線に沿う振動板短手方
向の断面説明図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG.
Is a schematic top view of the ink jet head according to the embodiment, FIG. 2 is an explanatory cross-sectional view in the longitudinal direction of the diaphragm along the line AA in FIG. 1, and FIG. 3 is a short side of the diaphragm along the line BB in FIG. FIG. 4 is an explanatory cross-sectional view taken along the line CC of FIG. 1 in the transverse direction of the diaphragm.

【0015】このインクジェットヘッドは、振動板基板
1と、ベース基板2と、ノズル板4とを備えており、こ
れらによりインク滴を吐出する複数のノズル5が連通す
る加圧液室6、加圧液室6に流体抵抗部7を介してイン
クを供給する共通液室8などを形成し、インクはベース
基板2に形成した裏面流路(インク供給路)9から供給
されて、共通液室8、流体抵抗部7、加圧液室6を経
て、ノズル5より液滴として噴射される。
The ink jet head includes a vibration plate substrate 1, a base substrate 2, and a nozzle plate 4, and a pressurized liquid chamber 6 through which a plurality of nozzles 5 for discharging ink droplets communicate with each other. A common liquid chamber 8 for supplying ink to the liquid chamber 6 via a fluid resistance portion 7 is formed. The ink is supplied from a back surface flow path (ink supply path) 9 formed on the base substrate 2, and the common liquid chamber 8 is formed. The liquid is ejected as droplets from the nozzle 5 through the fluid resistance section 7 and the pressurized liquid chamber 6.

【0016】振動板基板1には加圧液室6となる凹部、
加圧液室6の壁面である底面を形成する振動板10、共
通液室8を形成する開口部などを設けている。この振動
板基板1は結晶面方位(110)のシリコン基板から形
成している。
A concave portion serving as a pressurized liquid chamber 6 is provided in the diaphragm substrate 1.
A diaphragm 10 forming the bottom surface which is a wall surface of the pressurized liquid chamber 6, an opening forming the common liquid chamber 8, and the like are provided. The diaphragm substrate 1 is formed from a silicon substrate having a crystal plane orientation (110).

【0017】この振動板基板1は、例えば、シリコン基
板を酸化膜を介して接合したSOI基板を用いて形成す
ることができる。この場合、液室6となる凹部をKOH
水溶液などのエッチング液を用いて異方性エッチングす
ることにより、酸化膜層をエッチストップ層として振動
板10を形成できる。すなわち、振動板基板1は振動板
10を形成する筐体である。
The diaphragm substrate 1 can be formed, for example, using an SOI substrate in which a silicon substrate is bonded via an oxide film. In this case, the concave portion serving as the liquid chamber 6 is KOH
By performing anisotropic etching using an etching solution such as an aqueous solution, the diaphragm 10 can be formed using the oxide film layer as an etch stop layer. That is, the diaphragm substrate 1 is a housing on which the diaphragm 10 is formed.

【0018】また、シリコン基板に高濃度P型不純物拡
散層、例えばボロン拡散層を形成し、このボロン拡散層
をエッチングストップ層としてエッチストップ(以下、
ボロンストップという)することによれば振動板10を
より高精度に形成することができる。
Further, a high-concentration P-type impurity diffusion layer, for example, a boron diffusion layer is formed on a silicon substrate, and the boron diffusion layer is used as an etching stop layer for an etch stop (hereinafter, referred to as an etch stop).
The diaphragm 10 can be formed with higher precision.

【0019】なお、数μm以下の活性層を有するSOI
基板はすでに市販されているが、静電型で駆動するイン
クジェットで使用するに至っては、その仕様値にはまだ
厳しいものがある。例えば、活性層2μmの基板の場
合、そのバラツキ仕様値は±0.5μm程度以下であ
る。もちろん、歩留まりコストを考慮しない場合にはこ
の限りではない。これに対し、ボロンストップの方法を
用いた場合には、たとえば2μm±0.1〜0.2μm
程度、或いはそれ以下の制御が可能であり、現状ではボ
ロンストップの方法のほうが薄膜振動板を高精度に形成
する方法として有利な方法といえる。
An SOI having an active layer of several μm or less
Substrates are already commercially available, but their specifications are still strict for use in electrostatically driven inkjets. For example, in the case of a substrate having an active layer of 2 μm, the variation specification value is about ± 0.5 μm or less. Of course, this is not the case when the yield cost is not considered. On the other hand, when the boron stop method is used, for example, 2 μm ± 0.1 to 0.2 μm
Control of the degree or less is possible, and at present, the boron stop method is more advantageous as a method for forming a thin film diaphragm with high accuracy.

【0020】ベース基板2にはシリコン基板を用いて熱
酸化法などにより熱酸化膜2aを形成し、この酸化膜2
aに静電ギャップの彫り込み14を形成し、この彫り込
み部14底面に、振動板10に所定の静電ギャップ16
をおいて対向する電極15を配置して、振動板10と電
極とで静電型アクチュエータを構成している。また、電
極15の表面には保護絶縁膜17が形成され、更に電極
15は電極取り出し部(以下、PADコンタクト部と称
す)18まで延設している。なお、彫り込み部14間の
部分などが振動板基板1と接合するためのギャップスペ
ーサ部となる。
A thermal oxide film 2a is formed on the base substrate 2 by a thermal oxidation method using a silicon substrate.
a is formed on the diaphragm 10, and a predetermined electrostatic gap 16 is formed on the diaphragm 10 on the bottom surface of the engraved portion 14.
In this case, the opposing electrodes 15 are arranged, and the diaphragm 10 and the electrodes constitute an electrostatic actuator. In addition, a protective insulating film 17 is formed on the surface of the electrode 15, and the electrode 15 extends to an electrode take-out portion (hereinafter, referred to as a PAD contact portion) 18. In addition, a portion between the engraved portions 14 and the like serve as a gap spacer portion for joining to the diaphragm substrate 1.

【0021】ここでは、電極15をTiN層で、保護絶
縁膜17をプラズマ酸化膜で形成しているが、これに限
らず、電極15として金、或いは、通常半導体素子の形
成プロセスで一般的に用いられるAl、Cr、Ni等の
金属材料や、Ti、W等の高融点金属などを、保護絶縁
膜17として、プラズマ窒化膜、スパッタ系絶縁膜、或
いはそれらの積層膜等を用いることもできる。
Here, the electrode 15 is formed of a TiN layer, and the protective insulating film 17 is formed of a plasma oxide film. However, the present invention is not limited to this. A metal material such as Al, Cr, or Ni, or a high-melting point metal such as Ti or W may be used as the protective insulating film 17, and a plasma nitride film, a sputter-based insulating film, or a stacked film thereof may be used. .

【0022】そして、このインクジェットヘッドでは、
振動板基板1に加圧液室6となる凹部と同様な方法で加
圧液室6の幅(駆動ビットの側壁の幅)と略同じ幅の振
動板剛性評価用の彫り込み部6mを形成している。ま
た、ベース基板2には静電ギャップの彫り込み部14と
同様な方法で振動板剛性評価用の彫り込み部14mを形
成している。この彫り込み部14mの上面には駆動ビッ
トの振動板10と同等のメンブレン10mが配されてい
る。これにより、可動部分となる振動板10と同じメン
ブレン10mで1つの壁面が形成されている評価用パタ
ーンとなる密閉空室20を形成している。
In this ink jet head,
In the same manner as the concave portion serving as the pressurized liquid chamber 6, a notch 6m for evaluating the diaphragm rigidity having substantially the same width as the width of the pressurized liquid chamber 6 (width of the side wall of the drive bit) is formed on the diaphragm substrate 1. ing. Further, a sculpture portion 14m for evaluating diaphragm rigidity is formed on the base substrate 2 in the same manner as the sculpture portion 14 of the electrostatic gap. On the upper surface of the carved portion 14m, a membrane 10m equivalent to the diaphragm 10 of the drive bit is arranged. In this way, a closed vacant space 20 which is an evaluation pattern in which one wall surface is formed by the same membrane 10 m as the diaphragm 10 which is a movable portion is formed.

【0023】また、ベース基板2にはこのベース基板2
の電位をとるための彫り込み部14gを形成し、この彫
り込み部14gにはベース基板2に電気的に接続した取
り出し電極15g及びその絶縁保護膜17gを形成し、
電極15gはベース基板2の電極取り出し部18gまで
延設している。
The base substrate 2 has
14g is formed to obtain the potential of the lead electrode, and a lead electrode 15g electrically connected to the base substrate 2 and an insulating protective film 17g thereof are formed in the carved portion 14g.
The electrode 15g extends to the electrode extraction portion 18g of the base substrate 2.

【0024】なお、図中ではギャップ16の彫り込み部
14等を顕著に図示しているが、実際のディメンジョン
は、たとえば、振動板10の厚さ2μm、振動板10の
幅125μm、振動板10の長さ800μm、静電ギャ
ップ16の深さ0.2μm、電極15の厚さ0.15μ
m、電極15の保護絶縁膜17の厚さ0.2μm、ギャ
ップスぺーサの幅(直接接合される領域の幅)44μm
であり、図の印象とはかなり異なる。
Although the engraved portion 14 of the gap 16 and the like are notably shown in the figure, the actual dimensions are, for example, the thickness of the diaphragm 10 2 μm, the width of the diaphragm 10 125 μm, 800 μm in length, 0.2 μm in depth of electrostatic gap 16, 0.15 μm in thickness of electrode 15
m, the thickness of the protective insulating film 17 of the electrode 15 is 0.2 μm, and the width of the gap spacer (the width of the region directly joined) is 44 μm.
This is quite different from the impression of the figure.

【0025】また、ノズル5を有するノズル板4は、金
属層、或いは金属層と高分子層あるいは樹脂部材とを接
合した積層部材、或いは、樹脂部材、或いは、ニッケル
電鋳などで形成されている。このノズル面(吐出方向の
表面:吐出面)には、インクとの撥水性を確保するた
め、メッキ被膜、あるいは撥水剤コーティングなどの周
知の方法で撥水膜を形成している。
The nozzle plate 4 having the nozzle 5 is formed of a metal layer, a laminated member in which the metal layer and a polymer layer or a resin member are joined, a resin member, nickel electroforming, or the like. . A water-repellent film is formed on the nozzle surface (surface in the discharge direction: discharge surface) by a known method such as a plating film or a water-repellent agent coating in order to ensure water repellency with ink.

【0026】ここで、振動板基板1とベース基板2(よ
り具体的には絶縁膜2a)間の接合はシリコンの直接接
合(DB:Silicon Direct-Bonding)なる方法を用いて
いる。振動板基板1とノズル板4との接合は耐インク性
のある接着剤で行っている。
Here, the bonding between the diaphragm substrate 1 and the base substrate 2 (more specifically, the insulating film 2a) uses a method of silicon direct bonding (DB: Silicon Direct-Bonding). The bonding between the diaphragm substrate 1 and the nozzle plate 4 is performed using an ink-resistant adhesive.

【0027】このように構成したインクジェットヘッド
においては、振動板10を共通電極とし、電極15を個
別電極として、振動板10と電極15との間に駆動電圧
を印加することによって、振動板10と電極15との間
に発生する静電力によって振動板10が電極15側に変
形変位し、この状態から振動板10と電極15間の電荷
を放電させる(駆動電圧を0にする)ことによって振動
板10が復帰変形して、液室6の内容積(体積)/圧力
が変化し、ノズル5からインク滴が吐出される。
In the ink-jet head thus configured, the diaphragm 10 is used as a common electrode, and the electrode 15 is used as an individual electrode. The diaphragm 10 is deformed and displaced toward the electrode 15 by the electrostatic force generated between the diaphragm 15 and the electrode 15, and in this state, the electric charge between the diaphragm 10 and the electrode 15 is discharged (the driving voltage is set to 0). 10 is deformed by return, the internal volume (volume) / pressure of the liquid chamber 6 changes, and ink droplets are ejected from the nozzle 5.

【0028】次に、この第1実施形態に係るインクジェ
ットヘッドの製造工程について図5及び図6を参照して
説明する。先ず、図5(a)に示すように、ベース基板
2と個別電極となる電極15との間の絶縁を図るための
ベース酸化膜2aを形成する。ここでは、膜厚0.5〜
2.0μm程度の熱酸化膜を形成したが、酸化膜種はこ
れに限定されるものではない。また、上記膜厚は電極間
の容量カップリングを減らすため、比較的厚い方が好ま
しいが、各ビットの静電容量や抵抗、これを駆動するド
ライバー容量、電圧で適宜設定されるもので、これに限
るものではない。
Next, a process of manufacturing the ink jet head according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 5A, a base oxide film 2a for insulating between the base substrate 2 and the electrode 15 serving as an individual electrode is formed. Here, the film thickness is 0.5 to
Although a thermal oxide film of about 2.0 μm was formed, the type of the oxide film is not limited to this. The film thickness is preferably relatively thick in order to reduce the capacitance coupling between the electrodes. However, the film thickness is appropriately set by the capacitance and resistance of each bit, the driver capacitance for driving the bit, and the voltage. It is not limited to.

【0029】次に、基板電位をとるためのコンタクトホ
ール14chを開口する。
Next, a contact hole 14ch for obtaining a substrate potential is opened.

【0030】そして、同図(b)に示すように、上記酸
化膜2a上に、静電ギャップのための彫り込み部14、
評価用パターンとなる空室20を形成するための彫り込
み部14m、基板電位取り出し用の彫り込み部14gを
形成する。これらの各彫り込み部14、14m、14g
は同時に形成することから、彫り込み量は、所望の静電
ギャップ量に電極15の厚さ、電極保護膜17の厚さ加
えた量となる。
Then, as shown in FIG. 2B, the engraved portions 14 for the electrostatic gap are formed on the oxide film 2a.
A carved portion 14m for forming the vacant space 20 serving as an evaluation pattern and a carved portion 14g for taking out a substrate potential are formed. Each of these engraved parts 14, 14m, 14g
Are formed at the same time, the engraving amount is an amount obtained by adding the thickness of the electrode 15 and the thickness of the electrode protection film 17 to the desired electrostatic gap amount.

【0031】次に、同図(c)に示すように、ベース基
板2の酸化膜2a上にTiN膜からなる電極15、プラ
ズマ酸化膜からなる電極保護膜17を形成する。ここ
で、酸化膜表面2sは、振動板基板1との接合面になる
ため、ドライエッチング等にさらされないような配慮が
なされている。なお、電極材料はTiNに限るものでは
ないが、振動板基板1との接合を高温で行うため、高融
点材料であることが好ましい。
Next, as shown in FIG. 3C, an electrode 15 made of a TiN film and an electrode protection film 17 made of a plasma oxide film are formed on the oxide film 2a of the base substrate 2. Here, since the oxide film surface 2s is a bonding surface with the diaphragm substrate 1, care is taken not to be exposed to dry etching or the like. Note that the electrode material is not limited to TiN, but is preferably a high-melting-point material because bonding with the diaphragm substrate 1 is performed at a high temperature.

【0032】このとき、電極15及び電極保護膜17と
ともに、基板電位をとるための電極15g及び電極保護
膜17gも同時に形成する。評価用の彫り込み部14m
の部分には、本実施形態では電極を形成していない。
At this time, together with the electrode 15 and the electrode protection film 17, an electrode 15g and an electrode protection film 17g for obtaining a substrate potential are simultaneously formed. Engraved part 14m for evaluation
In the present embodiment, no electrode is formed in the portion of.

【0033】次に、同図(d)に示すように、シリコン
基板に所望深さのボロン拡散層10sを形成した振動板
基板1と上記ベース基板2をシリコン直接接合法により
接合する。具体的には、両基板をアンモニア過水処理及
び/又は硫酸過水処理(親水化処理)し、所定の時間内
に減圧下(真空状態)でプリ接合して、窒素中(大気
圧)で700〜1100℃程度で焼成する。所望の要領
でプリ接合した場合には、焼成時に大気圧に戻しても、
前述の彫り込み部14、14m、14gが大気圧に戻る
ことはない。
Next, as shown in FIG. 2D, the diaphragm substrate 1 having a silicon substrate and a boron diffusion layer 10s having a desired depth formed thereon and the base substrate 2 are bonded by a silicon direct bonding method. Specifically, both substrates are subjected to an ammonia / hydrogen treatment and / or a sulfuric acid / hydrogen treatment (hydrophilization treatment), and are pre-joined under a reduced pressure (vacuum state) within a predetermined time, and are then subjected to a nitrogen (atmospheric pressure) treatment. It is fired at about 700 to 1100 ° C. When pre-joining in the desired manner, even if it is returned to atmospheric pressure during firing,
The above-mentioned engraved parts 14, 14m, 14g do not return to the atmospheric pressure.

【0034】次いで、図6(a)に示すように、シリコ
ン窒化膜でアルカリエッチングマスクを形成してアルカ
リエッチングを行い、所望の加圧液室6、評価用彫り込
み部6m、振動板10、評価用メンブレン10mを得
る。ここでは、振動板基板1として結晶面方位(11
0)のシリコン基板を用いて、10wt%〜30wt%程度
のKOH液にて異方性エッチングをしている。異方性エ
ッチングの際のマスクは、減圧CVD或いはプラズマC
VDによる窒化膜、或いは酸化膜と前記窒化膜の積層膜
をIRアライメントによるパターニングで形成してい
る。
Next, as shown in FIG. 6A, an alkali etching mask is formed with a silicon nitride film and alkali etching is performed, and a desired pressurized liquid chamber 6, a carved portion 6m for evaluation, a diaphragm 10, an evaluation plate 10 m of the membrane for use. Here, the crystal plane orientation (11
The silicon substrate of 0) is anisotropically etched with a KOH solution of about 10% to 30% by weight. The mask used for anisotropic etching is low-pressure CVD or plasma C.
A nitride film by VD or a laminated film of an oxide film and the nitride film is formed by patterning by IR alignment.

【0035】その後、同図(b)に示すようにノズル板
4を振動板基板1上に接合して、所望のインクジェット
ヘッドを得る。
Thereafter, as shown in FIG. 1B, the nozzle plate 4 is joined onto the diaphragm substrate 1 to obtain a desired ink jet head.

【0036】なお、ここでは、評価パターンとなる密閉
空室20を形成する部分には、電極及び保護膜を形成し
ていない。電極及び電極保護膜を形成した場合には、シ
リコン直接接合時(プリ接合後)に少なからずその部分
から出ガスが生じ、評価パターンの空室20内を歩留ま
り良く所望の真空状態にするのが難しくなる。出ガスを
減らすために、プリ接合前に空焼きを行って出ガスを行
うのであるが、電極保護膜にピンホール等の欠陥がある
と、上記のようなWET法にて親水化処理した場合には、
その部分に水分が残存したりして希に正圧なる場合があ
る。
In this case, no electrode and no protective film are formed in the portion where the closed space 20 serving as the evaluation pattern is formed. When an electrode and an electrode protective film are formed, gas is generated from the portion at the time of silicon direct bonding (after pre-bonding), and a desired vacuum state is obtained with good yield in the empty space 20 of the evaluation pattern. It becomes difficult. In order to reduce outgassing, outgassing is performed by baking before pre-joining, but if there is a defect such as a pinhole in the electrode protective film, when the hydrophilic treatment is performed by the WET method as described above In
In some cases, a positive pressure may be rarely generated due to residual moisture in the portion.

【0037】また、空室20内は密閉状態にする必要が
あるため、この実施形態の場合では電極を空室20内か
ら引き出すことは難しい。これに対し、後述する第3実
施形態ではこれらを解決している。
Further, since the inside of the vacant space 20 needs to be sealed, it is difficult to pull out the electrodes from the vacant space 20 in this embodiment. In contrast, a third embodiment described below solves these problems.

【0038】以上のように、本実施形態では、静電型ア
クチュエータを形成する際に、同ヘッド(チップ)上
に、振動板剛性評価用のパターンとなる密閉空室20を
形成している。その評価パターンは前述したように、メ
ンブレン10mを一壁とする空室20内が減圧状態に密
閉して保たれている。
As described above, in the present embodiment, when forming the electrostatic actuator, the closed vacant space 20 which is a pattern for evaluating the diaphragm rigidity is formed on the head (chip). As described above, the evaluation pattern is such that the inside of the vacant space 20 having the membrane 10 m as a wall is hermetically sealed in a reduced pressure state.

【0039】本実施例の場合、プリボンド時の圧力は1
0‐3Torr以下で行っており、通常、この空室20内は
大気圧に比べて十分小さく維持されており、振動板1
0、メンブレン10mには丁度1気圧がかかり、それに
応じて振動板10、メンブレン10mが変形する。予め
その変形量を調べておくことにより、振動板10の剛性
の評価を光学的に容易に行うことができる。この変形量
には、振動板厚の他に、固定端幅、圧力等が影響が含ま
れるが、アクチュエータの駆動の観点から言えば最も合
理的な評価法である。
In the case of this embodiment, the pressure during pre-bonding is 1
The pressure is kept at 0-3 Torr or less. Usually, the inside of the vacant room 20 is maintained sufficiently smaller than the atmospheric pressure.
0, just 1 atm is applied to the membrane 10m, and the diaphragm 10 and the membrane 10m are deformed accordingly. By examining the amount of deformation in advance, the rigidity of diaphragm 10 can be easily evaluated optically. The amount of deformation includes the influence of the fixed end width, the pressure, etc., in addition to the thickness of the diaphragm, but this is the most rational evaluation method from the viewpoint of driving the actuator.

【0040】また、メンブレン10mの固定端幅を正確
にするためには、振動板基板1に形成する彫り込み部6
mの幅ではなく、ベース基板2に形成する彫り込み部1
4mの幅、すなわち空室20の幅で規定することが好ま
しい。これは彫り込み部14mは、高精度な半導体プロ
セスを利用できるためである。彫り込み部14mをメン
ブレン10mの固定端にした場合には、異方性エッチン
グの角度ずれの影響が出てしまい(通常のウェハのオリ
フラ精度は1deg程度とあまり良くない。)、実験室レ
ベルでは種々の手法により適当な精度が得られるが、安
価に量産する場合にはバラツキが大きくなってしまう。
In order to make the fixed end width of the membrane 10 m accurate, the engraved portion 6 formed on the diaphragm substrate 1 is formed.
m width, not the engraved part 1 formed on the base substrate 2
It is preferable that the width be 4 m, that is, the width of the vacant space 20. This is because the engraved portion 14m can utilize a highly accurate semiconductor process. When the engraved portion 14m is a fixed end of the membrane 10m, the influence of the angle shift of anisotropic etching appears (the orientation accuracy of a normal wafer is about 1 deg, which is not very good), and various at a laboratory level. Although a suitable accuracy can be obtained by the above method, the variation becomes large in mass production at low cost.

【0041】また、通常、振動板基板1には結晶面方位
(110)のシリコン基板を用いる。(110)基板
は、基板面と垂直な面に、側壁のエッチングストップ面
となるSi(111)面が存在するため、チップ面積を
小さくできる。評価パターンとなる空室20を含む場合
においても、検査のための余分な領域を極力抑えること
ができる。
Usually, a silicon substrate having a crystal plane orientation (110) is used as diaphragm substrate 1. The (110) substrate has a Si (111) surface serving as an etching stop surface of a side wall on a surface perpendicular to the substrate surface, so that the chip area can be reduced. Even when the vacant space 20 serving as the evaluation pattern is included, an extra area for the inspection can be suppressed as much as possible.

【0042】次に、本発明の第2実施形態の異なる例に
ついて図7乃至図14を参照して説明する。この第2実
施形態はいずれもメンブレン10mの固定端が異なる評
価パターンを複数設けたものである。
Next, another example of the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In each of the second embodiments, a plurality of evaluation patterns having different fixed ends of the membrane 10m are provided.

【0043】すなわち、図7及び図8に示す第1例は、
平面形状が矩形状であって振動板短手方向の長さ(幅)
の異なる空室20a、20b、20cを振動板短手方向
に配列したものであり、彫り込み部6mは3個形成して
いる。また、図9及び図10に示す第2例は、平面形状
が矩形状であって平断面積の異なる空室20d、20
e、20fを振動板長手方向に配列したものであり、彫
り込み部6mは1個形成している。
That is, the first example shown in FIG. 7 and FIG.
The plane shape is rectangular and the length (width) in the short direction of the diaphragm
Are arranged in the transverse direction of the diaphragm, and three engraved portions 6m are formed. In the second example shown in FIGS. 9 and 10, the vacancies 20d and 20
e and 20f are arranged in the longitudinal direction of the diaphragm, and one engraved portion 6m is formed.

【0044】また、図11及び図12に示す第3例は、
平面形状が円形状であって平断面積の異なる空室20
g、20h、20iを振動板長手方向に配列したもので
あり、彫り込み部6mは1個形成している。図13及び
図14に示す第4例は、平面形状が台形状であって一端
部側から他端部側に向かって平断面積が連続的に狭くな
る1個の空室20jを振動板長手方向に設けたものであ
り、彫り込み部6mは1個形成している。
The third example shown in FIGS. 11 and 12 is as follows.
Vacancies 20 having a circular planar shape and different plane cross-sectional areas
g, 20h and 20i are arranged in the longitudinal direction of the diaphragm, and one engraved portion 6m is formed. In the fourth example shown in FIGS. 13 and 14, one vacant space 20j having a trapezoidal planar shape and a flat cross-sectional area continuously narrowing from one end side to the other end side is formed as a vibration plate longitudinally. Direction, and one engraved part 6m is formed.

【0045】この実施形態においては、各空室20のメ
ンブレン10mの変形量を比較する事により、より正確
に振動板10の剛性量を評価することができるばかりで
なく、ラフには変形量の測定をせずに、変形有無のみを
評価して検査を完了することもできる。
In this embodiment, not only can the rigidity of the diaphragm 10 be evaluated more accurately by comparing the amount of deformation of the membrane 10m in each of the cavities 20, but also the amount of deformation can be roughly estimated. The inspection can be completed by evaluating only the presence or absence of deformation without performing measurement.

【0046】すなわち、本パターンの駆動ビットのそれ
より、固定端幅を小さくし剛性を高く設定しておき、こ
の評価パターンの変形有無により、振動板厚バラツキが
許容範囲を超えた場合にのみ検出するというものであ
る。例えば、振動板10が所望の厚さの許容範囲以上に
なった場合には全ビットが変形せず、振動板10が所望
の厚さの許容の範囲以内の場合には固定端の幅の一番広
いビットのみが変形し、振動板が所望の厚さの許容の範
囲以下になった場合、全ビットが変形するように設定す
ればよい。
That is, the fixed end width is set smaller and the rigidity is set higher than that of the drive bit of the present pattern, and it is detected only when the thickness variation of the diaphragm exceeds the allowable range due to the deformation of the evaluation pattern. It is to do. For example, if the diaphragm 10 has a thickness greater than a desired thickness, all the bits are not deformed. If the diaphragm 10 is within a tolerance of a desired thickness, the width of the fixed end is smaller than one. If only the widest bit is deformed and the diaphragm becomes less than the allowable range of the desired thickness, the setting may be made so that all the bits are deformed.

【0047】ここで、上記の方法を使う仮定として、本
パターンの振動板厚と上記評価パターンのメンブレン厚
が等しいことが前提となる。通常、1つのヘッド(チッ
プ)内でのメンブレン厚のバラツキはそれほど顕著でな
いのであるが、評価パターンの彫り込み部6mを、本パ
ターンの液室6の幅と同じにすることによって、振動板
厚のバラツキは殆どなくなる。これはアルカリエッチン
グ時の気泡の付着によってエッチング量(残存する振動
板厚)が変化するためで、液室幅に依存する。通常、液
室幅が大きくなると気泡が付着しやすくなりエッチング
量が低下する(メンブレン厚が厚くなる)。
Here, assuming that the above method is used, it is assumed that the diaphragm thickness of the present pattern is equal to the membrane thickness of the evaluation pattern. Normally, the variation of the membrane thickness within one head (chip) is not so remarkable. However, by making the engraved portion 6m of the evaluation pattern the same as the width of the liquid chamber 6 of this pattern, the thickness of the diaphragm is reduced. There is almost no variation. This is because the amount of etching (the thickness of the remaining diaphragm) changes due to the attachment of bubbles during alkali etching, and depends on the width of the liquid chamber. Normally, when the width of the liquid chamber becomes large, air bubbles tend to adhere and the amount of etching decreases (the membrane thickness increases).

【0048】また、メンブレンの変形量は、大まかに、
メンブレン圧力に比例(メンブレンの厚さの3乗に反比
例、メンブレンの4乗に比例)する。したがって、評価
パターンの変形量を大まかに1%程度以下にするために
は、空室20内圧を1/100気圧程度以下にすること
が好ましい。
The amount of deformation of the membrane is roughly
It is proportional to the membrane pressure (inversely proportional to the cube of the membrane thickness, proportional to the fourth power of the membrane). Therefore, in order to roughly reduce the amount of deformation of the evaluation pattern to about 1% or less, it is preferable to set the internal pressure of the vacant chamber 20 to about 1/100 atmosphere or less.

【0049】さらに、メンブレン10m下のギャップ
(空室20)が大きいと、製造工程中にメンブレンが破
損する場合がある。実験によると、チップダイシング時
の洗浄時(ノズルからのシャワー洗浄)での破損が顕著
に発生した。メンブレン幅125μm、メンブレン厚2
μmの場合、ギャップ長1.2μmでは破損ゼロ、ギャッ
プ長2.0でμmでは破損率90%程度となった。破損
の詳細な未だ解明されていないが、これらの結果から、
メンブレン厚と略同等以下にギャップ長を抑えておくこ
とが好ましい。
Further, if the gap (vacant space 20) below the membrane 10m is large, the membrane may be damaged during the manufacturing process. According to the experiment, breakage occurred remarkably at the time of cleaning at the time of chip dicing (shower cleaning from the nozzle). Membrane width 125μm, membrane thickness 2
In the case of μm, breakage was zero when the gap length was 1.2 μm, and about 90% when the gap length was 2.0 μm. Although the details of the damage have not yet been elucidated, these results indicate that
It is preferable to keep the gap length substantially equal to or less than the membrane thickness.

【0050】次に、本発明の第3実施形態について図1
5乃至図19を参照して説明する。なお、図15は同実
施形態に係るインクジェットヘッドの上面概略図、図1
6は図15のD−D線に沿う振動板長手方向の断面説明
図、図17は図15のE−E線に沿う振動板短手方向の
断面説明図、図18は図15のF−F線に沿う振動板短
手方向の断面説明図、図19は図15のG−G線に沿う
振動板短手方向の断面説明図である。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIGS. FIG. 15 is a schematic top view of the inkjet head according to the same embodiment, and FIG.
6 is an explanatory cross-sectional view in the longitudinal direction of the diaphragm along the line DD in FIG. 15, FIG. 17 is an explanatory cross-sectional view in the lateral direction of the diaphragm along the line EE in FIG. 15, and FIG. FIG. 19 is an explanatory cross-sectional view of the diaphragm along the line F-G along the line F-G in FIG. 15.

【0051】このインクジェットヘッドにおいては、ベ
ース基板2にはシリコン基板を用いて熱酸化法などによ
り熱酸化膜2aを形成し、この酸化膜2a上に電極1
5、評価用電極15m及び基板電位取り出し用電極15
gを形成し、更に保護絶縁膜41を形成してこれらの電
極15、15gを埋め込み、さらに、この保護絶縁膜4
1に静電ギャップ用の彫り込み部14、評価用の彫り込
み部14m、基板電位取り出し用の彫り込み部14gを
形成している。したがって、このヘッドにおいては、ギ
ャップ16の開口部がギャップスペーサとなる保護絶縁
膜41で封止され、特別な封止工程が不要になる。
In this ink jet head, a thermal oxide film 2a is formed on a base substrate 2 by a thermal oxidation method using a silicon substrate, and an electrode 1 is formed on the oxide film 2a.
5.Evaluation electrode 15m and substrate potential extraction electrode 15
g, a protective insulating film 41 is further formed, and these electrodes 15 and 15g are buried.
In FIG. 1, a carved portion 14 for an electrostatic gap, a carved portion 14m for evaluation, and a carved portion 14g for taking out a substrate potential are formed. Therefore, in this head, the opening of the gap 16 is sealed with the protective insulating film 41 serving as a gap spacer, so that a special sealing step is not required.

【0052】ここでは、電極15をポリシリコン層で、
保護絶縁膜41をHTO(高温酸化膜:High−Temperat
ure-Oxide)膜で形成しており、少なくともギャップ用
の彫り込み部14より広い(大きい)領域で平坦に形成
している。
Here, the electrode 15 is a polysilicon layer,
The protective insulating film 41 is made of HTO (high-temperature oxide film: High-Temperat).
ure-Oxide) film, and is formed flat at least in a region wider (larger) than the engraved portion 14 for the gap.

【0053】なお、電極15は、ポリシリコンのみなら
ず、タングステンシリサイド、あるいはチタンシリサイ
ド、或いはそれらの積層膜であってもよい。また、保護
絶縁膜41としては、ポリシリコンを熱酸化して得られ
るポリシリコン酸化膜、或いは、高温の熱CVDで形成
される高温酸化膜(HTO)を用いることが好ましい。
The electrode 15 may be made of not only polysilicon but also tungsten silicide, titanium silicide, or a laminated film thereof. As the protective insulating film 41, it is preferable to use a polysilicon oxide film obtained by thermally oxidizing polysilicon or a high-temperature oxide film (HTO) formed by high-temperature thermal CVD.

【0054】この他、保護絶縁膜41としては、例え
ば、LP−CVD窒化膜、プラズマ酸化膜、プラズマ窒
化膜、スパッタ系絶縁膜、或いはそれらの積層膜等があ
るが、これらの絶縁膜では膜中の電子トラップレベルが
多く、電気的劣化が早くなる。この場合、この電気的劣
化を緩和するために膜厚を厚くする手段がとられるが静
電実効ギャップが増加するため駆動電圧が高くなる。
In addition, examples of the protective insulating film 41 include an LP-CVD nitride film, a plasma oxide film, a plasma nitride film, a sputter-based insulating film, and a laminated film thereof. There are many levels of electron traps inside, and electrical degradation is quicker. In this case, measures are taken to increase the film thickness in order to alleviate the electrical deterioration, but the driving voltage increases because the effective electrostatic gap increases.

【0055】また、ここでは静電ギャップ用の彫り込み
部14は断面略半円形状に形成して非平行ギャップ16
を形成しているが、前記実施形態と同様な平行ギャップ
でも良い。さらに、ベース基板2の絶縁保護膜41には
ギャップ16内に連通する連通路42、各連通路42が
連通する共通連通路43、共通連通路43の端部44を
形成し、流路基板1には共通連通路43の端部44が臨
む大気開放口45を形成して、製造途中でギャップ16
内を大気開放できるようにしている。
In this case, the engraved portion 14 for the electrostatic gap is formed to have a substantially semicircular cross section so that the non-parallel gap 16 is formed.
Is formed, but a parallel gap similar to the above embodiment may be used. Further, a communication passage 42 communicating with the gap 16, a common communication passage 43 communicating with each communication passage 42, and an end 44 of the common communication passage 43 are formed in the insulating protection film 41 of the base substrate 2. At the same time, an atmosphere opening port 45 facing the end 44 of the common communication path 43 is formed, and the gap 16 is formed during the production.
The inside is open to the atmosphere.

【0056】このように構成したので、密閉空間20の
下にも評価用電極15mを配することが可能になり、第
1実施形態のそれと比べて様々検査が可能となる。
With such a configuration, the evaluation electrode 15m can be disposed under the closed space 20, and various inspections can be performed as compared with those of the first embodiment.

【0057】また、上記のように、本実施例の場合、静
電ギャップ16は製造過程において減圧状態になる。そ
こで、これを一度大気圧下に戻すため、連通路42及び
共通連通路43を設け、共通連通路43の端部44に対
応する流路基板1側の大気開放口45のメンブレンをレ
ーザー加工などで貫通させることにより静電ギャップ1
6を大気圧に戻すことができる。大気圧に戻した後は、
大気開放口45を再度封止するのが通常であるが、場合
によっては大気開放口45を一度も貫通させずに、静電
ギャップ16を減圧下のままで使用することもできる。
As described above, in the case of the present embodiment, the electrostatic gap 16 is decompressed during the manufacturing process. Therefore, in order to return the pressure once to the atmospheric pressure, the communication path 42 and the common communication path 43 are provided, and the membrane of the air opening 45 on the flow path substrate 1 side corresponding to the end 44 of the common communication path 43 is subjected to laser processing or the like. The electrostatic gap 1
6 can be returned to atmospheric pressure. After returning to atmospheric pressure,
Usually, the air opening 45 is sealed again. However, in some cases, the electrostatic gap 16 can be used under reduced pressure without penetrating the air opening 45 once.

【0058】なお、上記各実施形態においては、本発明
に係る静電型アクチュエータをインクジェットヘッドに
適用した例で説明したが、マイクロポンプ、マイクロモ
ータ、マイクロリレーなどに用いるマイクロアクチュエ
ータにも同様に適用することができる。また、インクジ
ェットヘッドとしてはインク滴吐出方向が振動板変位方
向と直交する方向になるエッジシュータ方式のものでも
よい。
In each of the above embodiments, an example in which the electrostatic actuator according to the present invention is applied to an ink jet head has been described. However, the same applies to a microactuator used for a micropump, a micromotor, a microrelay, and the like. can do. Further, the ink jet head may be of an edge shooter type in which the ink droplet ejection direction is a direction orthogonal to the diaphragm displacement direction.

【0059】[0059]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る静電
型アクチュエータによれば、可動部分となる振動板と同
じメンブレンで1つの壁面が形成されている密閉空室を
有する構成としたので、振動板厚を検査することが可能
になって、スクリーニングや分類(厚さやそのバラツキ
別の分類)、不良アクチュエータの排除、適切な回路補
正値の設定による特性バラツキの低減が可能で、しいて
は歩留まりが向上する。
As described above, according to the electrostatic actuator of the present invention, the structure is such that the closed vacant space in which one wall surface is formed by the same membrane as the diaphragm as the movable portion is provided. Inspection of diaphragm thickness is possible, and screening and classification (classification according to thickness and its variation), elimination of defective actuators, and reduction of characteristic variations by setting appropriate circuit correction values are possible. Improves the yield.

【0060】ここで、メンブレンの固定端幅が密閉空室
の幅で規定されていることで、メンブレンの固定端幅が
高精度になり、高精度の振動板厚の検査精度が向上す
る。また、振動板及び/又は振動板を形成する筐体が結
晶面方位(110)のSi基板から形成することで、密
閉空室を設けることによるヘッドの大型化を抑制するこ
とができる。さらに、メンブレンの固定端幅が異なる1
又は複数の密閉空室を設けることで、より高精度の振動
板厚の検査が可能になる。
Here, since the fixed end width of the membrane is defined by the width of the closed space, the fixed end width of the membrane becomes highly accurate, and the inspection accuracy of the diaphragm thickness with high accuracy is improved. In addition, since the diaphragm and / or the housing that forms the diaphragm is formed of a Si substrate having a crystal plane orientation of (110), it is possible to suppress an increase in the size of the head due to the provision of a closed space. Furthermore, the fixed end width of the membrane is different.
Alternatively, by providing a plurality of closed cavities, it is possible to more accurately inspect the diaphragm thickness.

【0061】また、メンブレンを形成する筐体の幅が駆
動ビットの側壁間の幅と同じであることで、メンブレン
を振動板と同等にすることができる。さらに、密閉空室
内の密閉圧力が1気圧より低いことで、特別な手段を講
じなくともメンブレンが変形する。この場合より好まし
くは密閉空室内の密閉圧力を1/100気圧以下にする
ことで、高精度な厚みの評価が可能になる。さらにま
た、密閉空間のギャップ長がメンブレンの厚さと略同等
以下であることで、メンブレンの破損を防止することが
できる。
Since the width of the housing forming the membrane is the same as the width between the side walls of the drive bit, the membrane can be made equivalent to the diaphragm. Further, since the sealing pressure in the sealed chamber is lower than 1 atm, the membrane is deformed without taking any special measures. In this case, more preferably, by setting the sealing pressure in the sealed chamber to 1/100 atm or less, highly accurate thickness evaluation becomes possible. Furthermore, since the gap length of the closed space is substantially equal to or less than the thickness of the membrane, breakage of the membrane can be prevented.

【0062】本発明に係るインクジェットヘッドによれ
ば、本発明に係る静電型アクチュエータを備えたので、
振動板厚のバラツキに対する回路的な補正が容易になっ
て、インク滴吐出特性に優れ、高品質画像を記録するこ
とができるようになる。
According to the ink jet head of the present invention, since the ink jet head includes the electrostatic actuator of the present invention,
The circuit correction for the variation in the diaphragm thickness is facilitated, and the ink droplet ejection characteristics are excellent, and a high-quality image can be recorded.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施形態に係る静電型アクチュエ
ータを含む静電型インクジェットヘッドの一例を示す上
面概略説明図
FIG. 1 is a schematic top view illustrating an example of an electrostatic inkjet head including an electrostatic actuator according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1のA−A線に沿う同ヘッドの振動板長手方
向の模式的断面説明図
FIG. 2 is a schematic cross-sectional explanatory view of the head in the longitudinal direction of the diaphragm along the line AA in FIG. 1;

【図3】図2のB−B線に沿う同ヘッドの振動板短手方
向の模式的断面説明図
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the same head taken along line BB in FIG.

【図4】図2のC−C線に沿う同ヘッドの振動板短手方
向の模式的断面説明図
FIG. 4 is a schematic cross-sectional explanatory view of the same head taken along the line CC in FIG. 2 in the transverse direction of the diaphragm;

【図5】同ヘッドの製造工程の説明に供する説明図FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining a manufacturing process of the head.

【図6】図5の工程に続く工程の説明に供する説明図FIG. 6 is an explanatory view for explaining a step that follows the step of FIG. 5;

【図7】本発明の第2実施形態に係る静電型アクチュエ
ータを含む静電型インクジェットヘッドの第1例を示す
要部上面説明図
FIG. 7 is a main part top view illustrating a first example of an electrostatic inkjet head including an electrostatic actuator according to a second embodiment of the present invention;

【図8】同第1例の要部断面説明図FIG. 8 is an explanatory sectional view of a main part of the first example.

【図9】本発明の第2実施形態に係る静電型アクチュエ
ータを含む静電型インクジェットヘッドの第2例を示す
要部上面説明図
FIG. 9 is a partial top plan view showing a second example of the electrostatic inkjet head including the electrostatic actuator according to the second embodiment of the present invention.

【図10】同第2例の要部断面説明図FIG. 10 is an explanatory sectional view of a main part of the second example.

【図11】本発明の第2実施形態に係る静電型アクチュ
エータを含む静電型インクジェットヘッドの第3例を示
す要部上面説明図
FIG. 11 is an explanatory top view of a main part showing a third example of an electrostatic inkjet head including an electrostatic actuator according to a second embodiment of the present invention;

【図12】同第3例の要部断面説明図FIG. 12 is an explanatory sectional view of a main part of the third example.

【図13】本発明の第2実施形態に係る静電型アクチュ
エータを含む静電型インクジェットヘッドの第4例を示
す要部上面説明図
FIG. 13 is a main part top view illustrating a fourth example of the electrostatic inkjet head including the electrostatic actuator according to the second embodiment of the present invention;

【図14】同第4例の要部断面説明図FIG. 14 is an explanatory sectional view of a main part of the fourth example.

【図15】本発明の第3実施形態に係る静電アクチュエ
ータを含む静電型インクジェットヘッドの他の例を示す
上面概略説明図
FIG. 15 is a schematic top view showing another example of the electrostatic inkjet head including the electrostatic actuator according to the third embodiment of the present invention.

【図16】図15のD−D線に沿う同ヘッドの振動板長
手方向の模式的断面説明図
FIG. 16 is a schematic cross-sectional explanatory view of the head in the longitudinal direction of the diaphragm along the line DD in FIG. 15;

【図17】図15のE−E線に沿う同ヘッドの振動板短
手方向の模式的断面説明図
FIG. 17 is a schematic cross-sectional explanatory view of the head taken along the line EE in FIG.

【図18】図15のF−F線に沿う同ヘッドの振動板短
手方向の模式的断面説明図
FIG. 18 is a schematic cross-sectional view of the head taken along line FF in FIG.

【図19】図15のG−G線に沿う同ヘッドの振動板短
手方向の模式的断面説明図
FIG. 19 is a schematic cross-sectional explanatory view of the same head taken along a line GG in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…振動板基板、2…ベース基板、2a…酸化膜、5…
ノズル、6…加圧液室、10…振動板、10m…メンブ
レン、14…静電ギャップ用彫り込み部、14m…評価
パターン用彫り込み部、15…電極、20…密閉空室。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... diaphragm board, 2 ... base substrate, 2a ... oxide film, 5 ...
Nozzle, 6: pressurized liquid chamber, 10: diaphragm, 10m: membrane, 14: engraved portion for electrostatic gap, 14m: engraved portion for evaluation pattern, 15: electrode, 20: closed air chamber.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F04B 53/00 B41J 3/04 103A 53/16 103H 23/06 F04B 21/00 N 43/02 21/08 Z 43/04 Fターム(参考) 2C057 AF21 AG54 AG82 AP34 AP82 AQ02 BA04 BA15 3H071 AA05 BB01 CC17 CC31 CC34 CC35 DD04 DD06 EE02 EE08 EE15 3H075 AA07 BB04 BB21 CC30 CC32 CC35 CC36 CC37 DA02 DA03 DA05 DB01 DB02 3H077 AA06 BB03 CC02 CC09 CC17 DD06 EE34 FF06 FF36 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) F04B 53/00 B41J 3/04 103A 53/16 103H 23/06 F04B 21/00 N 43/02 21/08 Z43 / 04 F term (reference) 2C057 AF21 AG54 AG82 AP34 AP82 AQ02 BA04 BA15 3H071 AA05 BB01 CC17 CC31 CC34 CC35 DD04 DD06 EE02 EE08 EE15 3H075 AA07 BB04 BB21 CC30 CC32 CC35 CC36 CC37 DA02 DA03 DA05 DB01 CC02 DD06 EE34 FF06 FF36

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 可動部分となる振動板と、この振動板に
対向する電極とを備え、前記振動板を静電力で変形させ
る静電型アクチュエータにおいて、前記振動板と同じメ
ンブレンで1つの壁面が形成されている密閉空室を有す
ることを特徴とする静電型アクチュエータ。
1. An electrostatic actuator that includes a diaphragm serving as a movable portion and an electrode facing the diaphragm, and deforms the diaphragm by electrostatic force. In the electrostatic actuator, one wall is formed by the same membrane as the diaphragm. An electrostatic actuator having a closed vacant space formed therein.
【請求項2】 請求項1に記載の静電型アクチュエータ
において、前記メンブレンの固定端幅が前記密閉空室の
幅で規定されていることを特徴とする静電型アクチュエ
ータ。
2. The electrostatic actuator according to claim 1, wherein a fixed end width of the membrane is defined by a width of the closed space.
【請求項3】 請求項1又は2に記載の静電型アクチュ
エータにおいて、前記振動板及び/又は振動板を形成す
る筐体が(110)面方位のシリコン基板から形成され
ていることを特徴とする静電型アクチュエータ。
3. The electrostatic actuator according to claim 1, wherein the diaphragm and / or a casing forming the diaphragm are formed of a silicon substrate having a (110) plane orientation. Electrostatic actuator.
【請求項4】 請求項1乃至3のいずれかに記載の静電
型アクチュエータにおいて、前記メンブレンの固定端幅
が異なる1又は複数の前記密閉空室を設けたことを特徴
とする静電型アクチュエータ。
4. The electrostatic actuator according to claim 1, wherein one or a plurality of said closed cavities having different fixed end widths of said membrane are provided. .
【請求項5】 請求項1乃至4のいずれかに記載の静電
型アクチュエータにおいて、前記メンブレンを形成する
筐体の幅が駆動ビットの側壁間の幅と同じであることを
特徴とする静電型アクチュエータ。
5. The electrostatic actuator according to claim 1, wherein a width of a housing forming the membrane is the same as a width between side walls of the drive bit. Type actuator.
【請求項6】 請求項1乃至5のいずれかに記載の静電
型アクチュエータにおいて、前記密閉空室内の密閉圧力
が1気圧より低いことを特徴とする静電型アクチュエー
タ。
6. The electrostatic actuator according to claim 1, wherein a sealing pressure in the closed chamber is lower than 1 atm.
【請求項7】 請求項6に記載の静電型アクチュエータ
において、前記密閉空室内の密閉圧力が1/100気圧
以下であることを特徴とする静電型アクチュエータ。
7. The electrostatic actuator according to claim 6, wherein a sealing pressure in the closed chamber is 1/100 atm or less.
【請求項8】 請求項1乃至7のいずれかに記載の静電
型アクチュエータにおいて、前記密閉空間のギャップ長
がメンブレンの厚さと略同等以下であることを特徴とす
る静電型アクチュエータ。
8. The electrostatic actuator according to claim 1, wherein a gap length of the closed space is substantially equal to or less than a thickness of the membrane.
【請求項9】 インク滴を吐出するノズルと、このノズ
ルが連通する加圧液室と、この加圧液室の壁面を形成す
る振動板及びこの振動板に対向する電極とを有する静電
型アクチュエータとを備え、前記振動板を静電力で変形
させて前記ノズルからインク滴を吐出させるインクジェ
ットヘッドにおいて、前記静電型アクチュエータが前記
請求項1乃至8のいずれかに記載の静電型アクチュエー
タであることを特徴とするインクジェットヘッド。
9. An electrostatic type having a nozzle for ejecting ink droplets, a pressurized liquid chamber communicating with the nozzle, a vibration plate forming a wall surface of the pressurized liquid chamber, and an electrode facing the vibration plate. An inkjet head comprising an actuator, wherein the diaphragm is deformed by electrostatic force to discharge ink droplets from the nozzles, wherein the electrostatic actuator is the electrostatic actuator according to any one of claims 1 to 8. An inkjet head, comprising:
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