JP2006256222A

JP2006256222A - 静電アクチュエータ、静電アクチュエータの製造方法、液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドの製造方法、液滴吐出装置、液滴吐出装置の製造方法、デバイスおよびデバイスの製造方法

Info

Publication number: JP2006256222A
Application number: JP2005079318A
Authority: JP
Inventors: Kazufumi Otani; 和史大谷
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-03-18
Filing date: 2005-03-18
Publication date: 2006-09-28

Abstract

【課題】高精度で安価な電極基板を用いた静電アクチュエータ、静電アクチュエータの製
造方法、液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドの製造方法、液滴吐出装置、液滴吐出装置の製
造方法、デバイスおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】振動板２３を有する第１の基板２と、電極溝を有しこの電極溝に振動板２３
とギャップを隔てて対向する対向電極４２が設けられた第２の基板４とを備え、振動板２
３と対向電極４２との間に電圧を印加することによりこれらの間に静電気力を発生させて
、振動板２３を変位させる静電アクチュエータであって、第２の基板４の電極溝４１の内
壁全体に対向電極４２を設けたものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、静電アクチュエータ、静電アクチュエータの製造方法、液滴吐出ヘッド、液
滴吐出ヘッドの製造方法、液滴吐出装置、液滴吐出装置の製造方法、デバイスおよびデバ
イスの製造方法に関するものである。

液滴吐出装置のひとつであるインクジェットヘッドは、インク収容室の壁面の一部を変
位させることによりインク収容室の容積を変化させ、インク収容室に連通するノズルから
インク滴を吐出するようになっている。例えば、インク収容室の壁面の一部を変位させる
ために、壁面の一部を振動板とする静電アクチュエータを備えている。この静電アクチュ
エータは、振動板に微小空隙を隔てて対向する個別電極と、振動板との間に電圧を印加す
ることにより、個別電極と振動板との間に静電気力を生じさせて、振動板を振動させるも
のである。個別電極は電極基板上に配されるが、微小空隙を設けるために、一般に電極基
板に形成された凹部の底面に設けられる。

このような凹部をガラス基板に形成するには、例えばエッチングによる方法（例えば、
特許文献１参照）や、プレス成形による方法があり、こうして形成された凹部の底面に電
極部材を成膜していた。エッチングによる方法では、ガラス基板の表面にウエットエッチ
ングによって微小ギャップを形成し、その後、微小ギャップの底面に電極部材を成膜して
いた。また、プレス成形による方法では、ガラス基板の微小ギャップをプレス成形し、そ
の後、微小ギャップの底面に電極部材を成膜していた。
こうした微小ギャップ底面への電極部材の成膜方法は、例えば、ガラス基板の凹部が形
成された側の面に、スパッタのような物理成膜法やプラズマＣＶＤのような化学成膜法な
どによって導電膜を形成し、導電膜をエッチングした後、ガラス基板の凹部の底面に個別
電極を形成していた。

特開２００２−１４５６４３号公報

しかしながら、インクジェットヘッドのような液滴吐出ヘッドでは、印刷速度の高速化
及びカラー化を目的として、ノズル列を複数有する構造の液滴吐出ヘッドが求められてお
り、さらに、近年のノズルの高密度化に伴い、微細な構造を高精度で加工することが不可
欠になってきているが、静電駆動方式によるインクジェットヘッドの電極基板への微小ギ
ャップの形成が必ずしも容易ではない。

例えば、エッチングを用いた凹部形成方法においては、ガラス基板の表面におけるパタ
ーンの広がりや丸まりのため、ガラス基板の表面パターンの微細化に限界があり、また、
多段ギャップや傾斜部を有するギャップの形成にも不向きであった。従って、この方法で
は、ガラス基板表面のパターンの微細化に限界があり、ギャップの形成にも不向きである
ため、このパターンを基にしたその後の凹部底面への個別電極の形成においても、十分な
精度が得られなかった。

また、例えばプレス成形を用いた凹部形成方法では、ガラス基板の表面における各種形
状の凹部をプレス成形によって精度よく形成できるが、微小ギャップが成形された側の面
に電極部材を全面成膜し、フォトリソグラフィーで凹部底面への個別電極にパターニング
する工程が存在するため、電極パターンが微細化するに伴い微小ギャップと個別電極との
クリアランスが小さくなり、電極パターンが微小ギャップ外に乗り上げてしまう等の不具
合が発生する場合があった。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、高精度で安価な電極基板
を用いた静電アクチュエータ、静電アクチュエータの製造方法、液滴吐出ヘッド、液滴吐
出ヘッドの製造方法、液滴吐出装置、液滴吐出装置の製造方法、デバイスおよびその製造
方法を提供することを目的とする。

本発明に係る静電アクチュエータは、振動板を有する第１の基板と、電極溝を有しこの
電極溝に振動板とギャップを隔てて対向する対向電極が設けられた第２の基板とを備え、
振動板と対向電極との間に電圧を印加することによりこれらの間に静電気力を発生させて
、振動板を変位させる静電アクチュエータであって、第２の基板の電極溝の内壁全体に対
向電極を設けたものである。このように、電極溝形状に沿って電極形状が形成されるため
、アライメントずれに起因する欠陥は発生せず、パターンが微細化され、高密度成形され
た高精度な対向電極を安価に提供することができる。

また、本発明に係る静電アクチュエータは、電極溝が多段構造を持つものである。この
ような多段構造の電極溝形状に沿って電極形状が形成されるため、アライメントずれに起
因する欠陥は発生せず、パターンが微細化され、高密度成形された高精度な電極を安価に
提供することができる。

また、本発明に係る静電アクチュエータは、電極溝がその一部に傾斜部を有するもので
ある。このため、電極形状の一部が傾斜部を構成することになるので、この斜めギャップ
によって、当接開始点での実行ギャップが零となり、振動板が対向電極に当接する電圧を
下げることができ、低電圧駆動が可能となる。

また、本発明に係る静電アクチュエータは、傾斜部が電極溝の長手方向及び幅方向の一
箇所に設けられたものである。このため、電極形状の一部が傾斜部を構成することになる
ので、この斜めギャップによって、当接開始点での実行ギャップが零となり、振動板が対
向電極に当接する電圧を下げることができ、低電圧駆動が可能となる。

本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、振動板を有する第１の基板と、電極溝
を有しこの電極溝に振動板とギャップを隔てて対向する対向電極が設けられた第２の基板
とを備え、振動板と対向電極との間に電圧を印加することにより、これらの間に静電気力
を発生させて、振動板を変位させる静電アクチュエータの製造方法であって、電極溝が形
成された側の第２の基板面に電極部材を全面成膜し、電極溝以外に成膜された電極部材を
研磨して除去するものである。電極パターンが微細化するに伴い微小ギャップと対向電極
のクリアランスが小さくなるが、電極溝形状に沿って電極形状を構成できるため、アライ
メントずれに起因する欠陥は発生せず、パターンの微細化も容易で、高密度成形が可能で
ある。また、電極部材のパターニング工程が不要なため、工程数削減で低コスト化が可能
になる。さらに、安価な設備による大量バッチ処理が可能となる。

また、本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、電極溝をウエットエッチングを
用いて形成したものである。ウエットエッチングによる電極溝形状に沿って電極形状を構
成できるため、乗り上げ不良は発生せず、高密度成形が可能である。

また、本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、電極溝をプレス成形を用いて形
成したものである。プレス成形により電極溝の形状をナノ単位で精度良くかつ安定した状
態で制御することができ、かかる電極溝形状に沿って電極形状を構成できるため、乗り上
げ不良は発生せず、高密度成形が可能である。また複雑な形状の溝や深い溝の加工が容易
で、基板の形やサイズの点で汎用性が高い。

また、本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、電極溝をサンドブラストを用い
て形成したものである。サンドブラストにより電極溝形状に沿って電極形状を構成できる
ため、乗り上げ不良は発生せず、高密度成形が可能である。また、サンドブラスト成形に
よれば、安価で大量成形が可能である。

本発明に係る液滴吐出ヘッドは、上記の静電アクチュエータを搭載したものである。こ
のため、高密度ノズルを有する液滴吐出ヘッドを安価に提供することができる。

本発明に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記の静電アクチュエータの製造方法を適
用して液滴吐出ヘッドを製造するものである。このようにして製造されたアクチュエータ
を液滴吐出ヘッドに適用した場合には、液滴吐出特性を向上させ、ノズル孔を高密度化さ
せ、製造コストを低減させることができる。

本発明に係る液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドを搭載したものである。このため
、高密度ノズルを有する高精度な液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置を安価に提供する
ことができる。

本発明に係る液滴吐出装置の製造方法は、上記の液滴吐出ヘッドの製造方法を適用して
液滴吐出装置を製造するものである。このため、高密度ノズルを有する高精度な液滴吐出
ヘッドを備えた液滴吐出装置を安価に製造することができる。

本発明に係るデバイスは、上記の静電アクチュエータを搭載したものである。このため
、高精度な静電アクチュエータを備えたデバイスを安価に提供することができる。

本発明に係るデバイスの製造方法は、上記の静電アクチュエータの製造方法を適用して
デバイスを製造するものである。このため、高精度な静電アクチュエータを備えたデバイ
スを安価に製造することができる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施形態１に係るインクジェットヘッドの分解斜視図、図２は図１の要
部の縦断面図である。なお、以下の説明では、図２中、上側を「上」または「上方」、下
側を「下」または「下方」、左側を「後方」、右側を「先方」とする。図に示すインクジ
ェットヘッド１は、キャビティ基板２の上面にノズル基板３が接合され、キャビティ基板
２の下面に電極基板４が接合されている。すなわち、インクジェットヘッド１は、下方か
ら上方へ電極基板４、キャビティ基板２、ノズル基板３が順次積層された３層構造となっ
ている。

キャビティ基板２は、ノズル基板３との間で、共有インク室２１と、複数のインク吐出
室２２とを区画形成するように溝が形成され、ノズル基板３は、キャビティ基板２との間
で、共通インク室２１と複数のインク吐出室２２とを連通させるインクオリフィス３１を
区画形成するように溝が形成されている。すなわち、キャビティ基板２とノズル基板３と
の間には、共通インク室２１と、インクオリフィス３１、複数のインク吐出室２２が区画
形成されている。このようなキャビティ基板２およびノズル基板３は、それぞれ、例えば
、シリコンを主材料として構成されている。ノズル基板３には、各インク吐出室２２の先
端側の部分に対応する位置に、ノズル孔３２が形成されており、ノズル孔３２はインク吐
出室２２に連通している。

また、キャビティ基板２の各インク吐出室２２の下壁部分は薄肉とされており、面外方
向、すなわち図２において上下方向に弾性変位可能な振動板２３として機能するようにな
っている。また、電極基板４はガラスを主材料として構成されており、キャビティ基板２
との接合面には、各振動板２３に対応した位置に凹部４１が形成されている。なお、キャ
ビティ基板２と電極基板４との熱膨張係数は近似するようにしてある。

凹部４１の底面４１１及び側面４１２には、凹部４１の内壁全体を覆うようにしてＩＴ
Ｏ等からなる個別電極４２が形成されている。そして凹部４１の内壁全体を覆うようにし
て形成された個別電極４２のうち、底面４１１側に位置する個別電極４２と振動板２３と
は微小の空隙を隔てて対向しており、個別電極４２の側面４１２側上端部においてキャビ
ティ基板２の底面と当接し、この当接位置において当接開始点のギャップを零にすること
ができる。こうして、振動板２３は、個別電極４２に対応する共通電極として機能する。
また、個別電極４２は、電極基板４の後端部まで引き出され、その後端部分が、外部配線
接続用の電極取出し部４７となっている。この電極取出し部４７には、個別電極４２と振
動板２３との間に電圧を印加する電圧印加手段（図示せず）が接続されている。

また、キャビティ基板２は、ガラス基板４との接合面に、封止剤注入溝２４が形成され
ている。この封止剤注入溝２４は、共通インク室２１よりも後端側であって、各凹部４１
と直交する方向に延在されており、各凹部４１との交点においてこの凹部４１に連通して
いる。そして、電極基板４には、この封止剤注入溝２４の両端部に対応する位置に、電極
基板４を厚さ方向に貫通し、かつ、封止剤注入溝２４に連通する封止剤注入孔４４および
封止剤排出孔４５が形成されている。

封止剤注入溝２４、封止剤注入孔４４、および封止剤排出孔４５は、凹部４１に封止剤
を充填する際の流路となるものである。すなわち、封止剤注入孔４４に注入された封止剤
は、封止剤注入溝２４の一端から他端に向かって流れる。この封止剤注入溝２４を流れる
封止剤の一部は、毛細管現象によって、各凹部４１内の封止剤注入溝２４の近傍に引き込
まれ、充填される。そして、封止剤が封止剤注入溝２４の他端に達し、封止剤排出孔４５
に入り込んだところで封止剤の注入を中止する。これにより、振動板２３と個別電極４２
との隙間が密閉される。

電極基板４には、共通インク室２１に連通するインク供給口４３が形成されている。イ
ンクは、外部の図示しないインクタンクから、インク供給口４３を通って共通インク室２
１に供給される。共通インク室２１に供給されたインクは、インクオリフィス３１を通っ
て、各インク吐出室２２に供給される。以上のようなインクジェットヘッド１では、振動
板２３と個別電極４２と電圧印加手段（図示せず）とが静電アクチュエータを構成する。
すなわち、電圧印加手段が振動板２３と個別電極４２との間に駆動電圧を印加すると、振
動板２３と個別電極４２との間に静電気力が発生する。これにより、振動板２３が個別電
極４２側へ撓んで変位し、インク吐出室２２の容積が拡大する。次に、駆動電圧を解除す
ると、振動板２３はその弾性復帰力によって復帰し、インク吐出室２２の容積が急激に収
縮する。このときに発生するインク圧力により、インク吐出室２２を満たすインクの一部
が、このインク吐出室２２に連通しているノズル孔３２からインク滴として吐出される。

次に、本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法について説明する。図３〜図８は
インクジェットヘッド１の製造工程を示す説明図である。このインクジェットヘッド１の
製造方法は、封止剤注入溝、不純物拡散層および絶縁膜形成工程と、電極基板作製工程と
、シリコン基板と電極基板の接合工程と、共通インク室およびインク吐出室形成工程と、
接合基板とノズル板の接合工程を有している。以下、これらの工程について、順次説明す
る。

［１］シリコン基板の封止剤注入溝、不純物拡散層および絶縁膜形成工程
（ａ）まず、下面が研磨されたシリコン基板２ａを用意する。そして、図３（ａ）に
示すように、このシリコン基板２ａに熱酸化処理を行い、両面に酸化膜（ＳｉＯ₂膜）６
１を形成する。熱酸化処理の方法としては、スチーム酸化、ウェット酸化、ドライ酸化、
高圧酸化、希釈酸素酸化等のうち１種または２種以上を組み合わせて用いることができる
。例えば、スチーム酸化の場合には、水蒸気を含有する酸素存在雰囲気下で行う。

（ｂ）次に、シリコン基板２ａに形成された酸化膜６１上に、フォトリソグラフィ法
によって、封止剤注入溝２４に対応する部分に開口部を有するフォトレジストを形成する
。そして、このフォトレジストをマスクとして、酸化膜６１をエッチングした後、フォト
レジストを除去する。これにより、図３（ｂ）に示すように、酸化膜６１の封止剤注入溝
２４に対応する部分に開口部６２が形成される。

（ｃ）続いて、この酸化膜６１をマスクとして、シリコン基板２ａをエッチングる。
これにより、図３（ｃ）に示すように、封止剤注入溝２４が形成される。
ここで、エッチング液としては、水酸化カリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、Ｔ
ＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）水溶液等が挙げられる。
（ｄ）その後、図３（ｄ）に示すように、シリコン基板２ａの表面に形成された酸化
膜６１をフッ酸水溶液等で除去する。

（ｅ）次に、図３（ｅ）に示すように、シリコン基板２ａの下面に、不純物をドープ
し、不純物拡散層２３ａを形成する。この不純物拡散層２３ａは、得られるインクジェッ
トヘッドにおいて振動板２３を構成するものである。また、この不純物拡散層２３ａは、
エッチング液に対するエッチング速度がシリコン基板２ａと異なるので、後工程で行うシ
リコン基板２ａのエッチングに際して、エッチングの停止層として機能する。したがって
、この不純物拡散層２３ａの厚さを制御することによって、所望の厚さの振動板２３を形
成することができる。なお、不純物拡散層２３ａは、シリコン基板２ａに比べて低抵抗で
あることから、特に、振動板２３となる部分においては、共通電極として良好な導電性が
得られる。

不純物としては、ボロン等が挙げられる。不純物のドープ量は、５×１０−１９〜１２
×１０−１９ａｔｏｍ／ｃｃであるのが好ましい。不純物のドープ量が前記下限値未満で
あると、シリコン基板２ａのエッチングに際して、使用するエッチング条件などによって
は、不純物拡散層２３ａが露出したところでエッチングを確実に停止するのが困難になる
。また、共通電極として十分な導電性が得られない場合がある。

（ｆ）続いて、図３（ｆ）に示すように、不純物拡散層２３ａの上に絶縁膜６３を形
成する。絶縁膜６３としては、ＳｉＯ₂等の酸化膜系絶縁膜、Ｓｉ₃Ｎ₄等の窒化膜系絶縁
膜等が挙げられる。絶縁膜６３の形成方法としては、例えば、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ
、レーザーＣＶＤのような化学成膜法（ＣＶＤ）、スパッタリング等の物理成膜法等が挙
げられる。

[２] 電極基板の作製工程
（ａ）次に、電極基板４を作製する。まず、図４（ａ）に示すように、ガラス基板４
ａを用意する。ガラス基板４ａは、シリコンと熱膨張係数が近い硼珪酸ガラスのようなガ
ラスを主材料としており、これによりシリコン製のキャビティ基板２と硼珪酸ガラス製の
電極基板４との熱膨張係数が近似するため、熱変化に起因する剥離などの欠陥を抑制する
ことができる。すなわち、キャビティ基板２と電極基板４を接合するに際して、これらの
基板２，４に生じる応力が小さく抑えられ、基板の破損を防止することができる。

（ｂ）次に、ガラス基板４ａの上面に、プレス成形によって凹部４１を形成する。こ
のプレス成形は、ガラス基板４ａに形成すべき凹部４１に対応した凹凸が形成された押し
型（図示せず）上に、ガラス基板４ａを載置し、加熱により軟化させることによって行う
。加熱温度は、ガラス基板４ａの結晶化温度以上であるのが好ましい。加熱温度が下限値
未満であると、ガラス基板４ａを構成する材料などによっては、ガラス基板４ａが十分に
軟化せず、押し型の凹凸が、ガラス基板４ａに十分に転写されないおそれがある。また、
加熱温度が前記上限値を超えると、プレス成形装置のプレス条件などによっては、押し型
等、プレス成形装置の各部にダメージを与える場合がある。こうして、ガラス基板４ａを
押し型によって押しつけると、押し型の凹凸が転写される。そして、加圧状態を維持した
ままガラス基板を冷却する。その結果、凹凸が転写された状態でガラス基板４ａが固化し
、図４（ｂ）に示すように、凹凸の反転パターンで凹凸、すなわち凹部４１が形成された
ガラス基板４ａが得られる。

（ｃ）次に、図４（ｃ）に示すように、ガラス基板４ａの凹部４１が形成された側の
面、すなわち上面全体に、ガラス基板４ａの凹部４１も含めて、導電膜４２ａを全面成膜
する。導電膜４２ａの構成材料である電極部材としては、ガラス基板４ａ上に形成できる
とともに電極として機能するものであれば、特に限定されず、例えば、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ
、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｃｕまたはこれらを含む合金等の金属材料、ＩＴ
Ｏ、ＦＴＯ、ＡＴＯ、ＳｎＯ₂等の導電性酸化物等が挙げられる。さらに、これらのうち
の１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。

導電膜４２ａの形成方法としては、例えば、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、レーザーＣＶ
Ｄのような化学成膜法（ＣＶＤ）、真空蒸着、スパッタリング（低温スパッタリング）
、イオンプレーティング等の物理成膜法、電解メッキ、浸漬メッキ、無電解メッキ等の湿
式メッキ法、溶射法、ゾル・ゲル法、ＭＯＤ法、金属箔の接合等が挙げられる。ここで、
導電膜４２ａの厚さは、凹部４１の深さよりも薄いものとする。

（ｄ）次に、ガラス基板４ａの上面に全面成膜した導電膜４２ａの凹部４１以外の部
分の成膜面を研磨し、凹部４１以外の部分の導電膜４２ａを除去する。こうすると、図４
（ｄ）に示すように、凹部４１内の電極部材は、凹部４１の内壁全体に、すなわちその底
面４１１のみならず側面４１２に沿った部分にも個別電極４２が形成され、個別電極４２
の側面４１２側の上端部がガラス基板４ａの上面と同一面となる。

なお、ガラス基板４ａの導電膜４２ａの凹部４１以外の部分の研磨、除去は、例えば以
下のようにして行う。すなわち、ガラス基板４ａの凹部４１以外の部分の表面に水酸基を
有する溶液を供給しながらスポンジ材を押し当て、スポンジ材をガラス基板４ａに対して
相対的に移動させる。こうしてスポンジ材を移動させながら、水酸基を有する溶液に変え
て、さらに洗浄液をガラス基板４ａの表面に供給し、その後、ガラス基板４ａの表面から
スポンジ材を離し、ガラス基板の表面をリンスする。

あるいは、ガラス基板４ａの導電膜４２ａの凹部４１以外の部分の研磨は、以下のよう
にして行う。すなわち、ガラス基板４ａを回転させる手段と、回転されるガラス基板４ａ
の表面に研磨テープを押しつける手段とを有する装置を使用して、ガラス基板４ａの表面
を研磨する際に、ガラス基板４ａの表面に水酸基を有する溶液を供給しつつ研磨テープを
押しつけ、ガラス基板４ａの表面を化学的機械的に研磨し、この研磨を終了するために、
研磨テープをガラス基板４ａ表面から離し、その後、ガラス基板４ａを装置から取り外す
ことなく、ガラス基板４ａの表面に洗浄液を吹きかけてガラス基板４ａの洗浄を行う。

（ｅ）次に、図４（ｅ）に示すように、ガラス基板４ａの、インク供給口４３、封止
剤注入孔４４および封止剤排出孔４５に対応する位置に、ダイヤモンドドリル等で穿孔加
工を行い、これら各孔４３，４４，４５を形成する。
以上の工程により電極基板４が作製される。

［３］基板と電極基板の接合工程
（ａ）次に、図５（ａ）に示すように、作製された電極基板４と、封止剤注入溝２４、
不純物拡散層２３ａおよび絶縁膜６３が形成されたシリコン基板２ａとを、電極基板４の
個別電極４２を形成した側の面と、シリコン基板２ａの絶縁膜６３を形成した側の面とが
対向し、かつ、封止剤注入孔４４および封止剤排出孔４５が封止剤注入溝２４の両端部に
対応するようにする。
（ｂ）そして、電極基板４とシリコン基板２ａとを、図５（ｂ）に示すように、陽極接
合等によって接合する。これにより、接合基板７１が得られる。この接合基板７１におい
て、封止剤注入溝２４、凹部４１、封止剤注入孔４４および封止剤排出孔４５は連通して
いる。なお、シリコン基板２ａと電極基板４との熱膨張係数が近似しているため、熱変化
に起因して剥離などを起こすことはない。

［４］インク吐出室、共通インク室および電極取出し部形成工程
（ａ）次に、電極基板４の下面に保護フィルムを貼付し、シリコン基板２ａの上側を
グラインダー等で切削し、シリコン基板２ａを薄板化する。
続いて、接合基板７１を、表面処理治具（図示せず）に、電極基板４の保護フィルムを
貼付した面が当接するように取付ける。そして、この接合基板７１と表面処理治具を真空
チャンバー内に搬入し、真空チャンバー内を徐々に減圧した後、急激に大気圧とする。こ
のとき、外部が大気圧となっているのに対して、空間内では減圧状態が維持されているの
で、接合基板７１が吸引され、表面処理治具の基板載置部に吸着固定される。このように
表面処理治具を使用することにより、保護フィルムで比較的耐薬品性を得難い強アルカリ
性エッチング液に対しても、電極基板４の下面を確実に保護することができる。そして、
このように接合基板７１を表面処理治具に取付けた状態で、シリコン基板２ａの上面全面
にウェットエッチングを行い、図６（ａ）に示すように、さらにシリコン基板２ａを薄板
化する。

ここで、エッチング液としては、水酸化カリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、Ｔ
ＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）水溶液等を用いる。なお、電極基板４の下面
が、保護フィルムおよび表面処理治具によって保護されていることにより、インク供給口
４３、封止剤注入孔４４および封止剤排出孔４５へのエッチング液の浸入が防止される。

このようにシリコン基板２ａを、切削加工とエッチングの２段階で薄板化すると、切削
加工によって比較的厚い厚さ分を高速で切削することができ、また、エッチングによって
、シリコン基板２ａの切削された加工面を比較的滑らかで欠陥の少ない面とすることがで
きる。したがって、シリコン基板２ａを、短時間で薄板化することができ、また良好な表
面性を得ることができる。

次に、必要に応じて、シリコン基板２ａを洗浄し、表面処理治具を取り外す。このシリ
コン基板２ａの洗浄は、特に限定されないが、アンモニア過水水溶液での洗浄、水洗、乾
燥を順次行った後、表面処理治具を取り外し、保護フィルムを貼った状態で再度水洗する
といった工程で行うのが好ましい。これにより、表面処理治具のＯリングとの接触面付近
に付着したエッチング液等、洗浄し難いエッチング液についても、確実に洗浄除去するこ
とができる。

（ｂ）次に、シリコン基板２ａの上面を、硫酸過水混合液等で洗浄する。そして、図
６（ｂ）に示すように、シリコン基板２ａの上に、ＳｉＯ₂膜７２を成膜する。ＳｉＯ₂膜
７２の成膜方法としては、特に限定されないが、例えば、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、レ
ーザーＣＶＤのような化学成膜法（ＣＶＤ）、スパッタリング等の物理成膜法等を用いる
ことができる。

（ｃ）そして、このＳｉＯ₂膜７２上に、フォトリソグラフィ法によって、共通インク
室２１、インク吐出室２２および電極取出し部４７に対応する部分に開口部を有するフォ
トレジストを形成する。そして、このフォトレジストをマスクとして、ＳｉＯ₂膜７２を
エッチングする。このとき、図６（ｃ）に示すように、インク吐出室２２および電極取出
し部４７に対応する部分ではＳｉＯ₂膜７２がほぼ完全に除去されるようにし、共通イン
ク室２１に対応する部分ではＳｉＯ₂膜７２が一部残るようにエッチング（ハーフエッチ
ング）する。

エッチング液としては、特に限定されないが、例えば、フッ酸水溶液、フッ化アンモニ
ウム水溶液等を用いることができる。なお、以上のような硫酸過水混合液による洗浄工程
〜ＳｉＯ₂膜のエッチング工程においても、必要に応じて保護フィルムおよび表面処理治
具を使用するのが好ましい。これにより、各工程において、硫酸加水混合液、フォトレジ
ストを現像するための現像液および水洗水、ＳｉＯ₂膜７２をエッチングするためのエッ
チング液および水洗水の、孔４３，４４，４５からの浸入が防止される。また、保護フィ
ルム７によって孔４３，４４，４５が閉塞されるため、例えば各工程で用いる装置への真
空チャッキングを確実に行うことができる。

（ｄ）次に、電極基板４の下面に保護フィルムを貼付し、接合基板７１を表面面処理
治具に取付ける。そして、図６（ｄ）に示すように、水酸化カリウム水溶液によって、イ
ンク吐出室２２および電極取出し部４７に対応する部分のシリコン基板２ａを途中までエ
ッチングする。続いて、フッ酸水溶液によって、共通インク室２１に対応する部分に残存
させたＳｉＯ₂膜７２を除去する。

（ｅ）その後、図７（ｅ）に示すように、水酸化カリウム水溶液によって、共通インク
室２１、インク吐出室２２および電極取出し部４７に対応する部分のシリコン基板２ａを
、インク吐出室２２および電極取出し部４７に対応する部分で不純物拡散層２３ａが露出
するまでエッチングする。水酸化カリウム水溶液に対するエッチングレートは、シリコン
基板２ａよりも不純物拡散層２３ａの方が小さいので、この不純物拡散層２３ａが露出し
たところで確実にエッチングを停止することができる。一方、共通インク室２１に対応す
る部分では、水酸化カリウム水溶液によるエッチング開始時間が、インク吐出室２２およ
び電極取出し部４７に対応する部分よりも遅らせているので、不純物拡散層２３ａ上にシ
リコン基板２ａが薄く残存した状態でエッチングが終了する。このときインク吐出室２２
に対応する部分で残存した層は、振動板２３となるので、その厚さが適正範囲であること
が重要となる。

（ｆ）続いて、図７（ｆ）に示すように、フッ酸水溶液を使用して、シリコン基板２ａ
の表面に残存するＳｉＯ₂膜を除去する。そして、共通インク室２１に対応する部分の底
部を、例えばレーザー加工によって開口し、インク供給口４３と共通インク室２１とを連
通させる。以上の工程により、キャビティ基板２が得られる。レーザー加工に用いるレー
ザーとしては、ＹＡＧレーザー、フェムト秒レーザー等が挙げられる。
（ｇ）続いて、図７（ｇ）に示すように、封止剤注入孔４４から封止剤８を注入し、キ
ャビティ基板２と電極基板４との隙間を密閉する。

［５］キャビティ基板とノズル基板の接合工程
（ａ）次に、図８（ａ）に示すように、キャビティ基板２と、インクオリフィス３１お
よびノズル孔３２が形成されたノズル基板３とを、ノズル孔３２がインク吐出室２２の先
端付近となるように接合する。これにより、キャビティ基板２とノズル基板３との間に、
共通インク室２１、インク吐出室２２およびインクオリフィス３１が画成される。

そして、このようにして形成された基板２、３、４の積層体を、図８（ｂ）に示すよ
うに、ヘッドチップ毎にダイシングすることによってインクジェットヘッドが製造される
。

以上のように、本発明に係る静電アクチュエータは、電極基板４としてガラス基板４ａ
を使用し、個別電極４２を形成する凹部４１を、ガラス基板４ａをプレス成形することに
よって形成しているので、パターンの広がりや、グレースケールを使用したときに生じる
小波状の凹凸の発生を回避することができる。また、プレス成形では、押し型の凹凸パタ
ーンがガラス基板に精密に転写されるので、静電アクチュエータの各部の高密度化にとも
なって凹部の形状が微細化された場合でも、この微細な凹部の形状を精度良く形成するこ
とができる。さらに、プレス成形では、同じ押し型を繰り返し使用することができるので
、電極基板４を再現性が良く製造することができ、製造コストも低く抑えることができる
。

また、ガラス基板４ａの上面に全面成膜した導電膜４２ａをＣＭＰで研磨し、凹部４１
以外の表面の導電膜４ａを除去するようにしたので、導電膜４２ａのパターニング工程が
不要であり、このため工程数が削減され、導電膜４２ａ成膜時に低コスト化が可能となる
。さらに、凹部４１の電極溝形状に沿って個別電極４２が形成されるため、すなわち溝自
体の形状が電極パターンに反映するので、アライメントずれに起因する欠陥や乗り上げ不
良は発生せず、パターンの微細化が容易となり、高密度成型が可能となる。さらに、安価
な設備による大量バッチ処理が可能で、コストが削減される。そして、プレス成形によっ
て凹部４１を成形し、凹部４１の形状をナノ単位で安定して制御することができるので、
後述のように、多段溝や斜め溝の形成も可能であり、また深い溝の加工も容易で、基板の
形やサイズの点で汎用性が高い。

なお、上記の説明では、図４（ｂ）に示すガラス基板４ａの凹部４１の成型においては
プレス成形を採用したが、かかるプレス成形に限定するものではなく、ウエットエッチン
グによって成形してもよい。この場合は、図４（ｂ）における凹部４１の形成がウエット
エッングによって行われることになる。また、サンドブラストによって成形してもよく、
この場合は、図４（ｂ）における凹部４１の形成がサンドブラストによって行われること
になる。

いずれの場合においても、図４（ｂ）における凹部４１の形成工程の後、図４（ｃ）に
示すようにガラス基板４ａの上面に導電膜４２ａを全面成膜し、図４（ｄ）に示すように
研磨し、凹部４１以外の表面の導電膜４ａを除去する工程を経ることになる。
なお、ガラス電極４ａの凹部４１の成型においてはプレス成形が最も優れ、この場合は
多段溝や斜め溝が形成できる。次にウエットエッチングによる成形が優れ、その次にサン
ドブラストによる成形が優れるが、サンドブラストによる成形の場合は安価で大量成形が
可能である。いずれにせよ、上記の方法によって形成した凹部４１の形状は、その形状に
沿って電極形状を構成することができるため、原理的に乗り上げ不良は発生せず、高密度
成形が可能である。

実施形態２．
図９は本発明の実施の形態２に係るインクジェットヘッドの縦断面図である。なお、図
２と同一部分には同じ符合を付し、説明を省略する。このインクジェットヘッド１は、電
極基板４に形成された凹部４１の形状が異なる以外は、図２で示したインクジェットヘッ
ドと同様である。インクジェットヘッド１において、電極基板４とキャビティ基板２との
接合面には、各振動板２３に対応した位置に、凹部４１が形成されている。そして、振動
板２３と個別電極４２との間に、後端側から先端側に向かって、段階的に大きくなるギャ
ップＧ１、Ｇ２、Ｇ３が形成されて、電極基板４の凹部４１の底面４１１が階段状となっ
ている。すなわち、凹部４１は、その深さが異なる部分を有しており、その深さが長手方
向においてその一端から他端に向かって段階的に漸増し、多段構造を形成している。そし
て、個別電極４２は凹部４１の内壁全体に形成されているのでその側面４１２にも形成さ
れ、個別電極４２の側面４１２の上端部はキャビティ基板２の底面と接触している。

このインクジェットヘッド１では、駆動電圧を印加したときに、振動板２３は、ギャッ
プＧ１に対応する部分が、先ず個別電極４２に吸引され、次に、ギャップＧ２に対応する
部分、その後に、ギャップＧ３に対応する部分が個別電極４２に吸引される。このように
振動板２３の各部分が段階的に個別電極４２に吸引されることにより、微小なインク圧力
波動が発生し、インク小滴が分断して噴射される。これにより、駆動電圧の低減を図りつ
つ、十分な発生力を得ることができ、その結果、良好なインク吐出特性を得ることができ
る。

次に、本発明にかかるインクジェットヘッドの製造方法について説明する。押し型（図
示せず）には、インクジェットヘッド１の、電極基板４に形成すべき階段状をなす凹部４
１に対応した凹凸パターンの反転パターンとして凹凸が形成されている。そして、この押
し型をプレス成形装置（図示せず）に搭載し、ガラス基板４ａをプレス成形することによ
って電極基板４を製造する。次に、ガラス基板４ａの上面に全面成膜した導電膜４２ａの
凹部４１以外の部分の成膜面をＣＭＰで研磨し、凹部４１以外の部分の導電膜４ａを除去
するようにした。
その他の作用、効果は、実施の形態１に示した場合と実質的に同様なので、説明は省略
する。

実施形態３．
図１０は本発明の実施形態３にかかるインクジェットヘッドを幅方向に沿って切断した
状態の断面図である。なお、図２と同一部分には同じ符合を付し、説明を省略する。この
インクジェットヘッド１は、電極基板４に形成された凹部４１の形状が異なる以外は、図
２で示したインクジェットヘッドと同様である。インクジェットヘッド１において、電極
基板４とキャビティ基板２との接合面には、各振動板２３に対応した位置に、凹部４１が
形成されている。そして、振動板２３と個別電極４２との間のギャップが、凹部４１の幅
方向（振動板２３の長手方向に直角な方向）において、一端部から中央部に向け大きくな
り、中央部から他端部へ向けほぼ一定となるように、凹部４１の底面４１１が、傾斜面４
１１ａと平坦面４１１ｂとで構成されている。こうして、電極基板４の電極溝の内壁全体
に沿って電極を設け、個別電極４２の上端部が電極基板４の上面と同一面になるようにし
てある。

このように、傾斜面４１１ａを有する溝部に形成された個別電極４２はその側面４１２
にも形成されており、個別電極４２の上端部はキャビティ基板２の底面と接触しているの
で、斜めギャップを採用した側の当接開始点での実行ギャップが零となり、振動板２３が
個別電極４２に当接する電圧を下げ、低電圧駆動が可能となる。すなわち、駆動電圧を印
加したときに、振動板２３の凹部４１の傾斜面４１１ａに対応する部分が、まず個別電極
４２に吸引され、その後に、凹部４１の平坦面４１１ｂに対応する部分が吸引される。こ
のように振動板２３の各部分が段階的に個別電極４２に吸引されるので、良好なインク吐
出特性を得ることができる。また、比較的低い駆動電圧で、振動板２３の一端部が変位す
ることにより、振動板２３の他端部の間隔が小さくなるので、全体として低い電圧で駆動
させることができる。

次に、本発明にかかるインクジェットヘッドの製造方法について説明する。押し型（図
示せず）には、インクジェットヘッドの電極基板に形成すべき傾斜面および平坦面を有す
る凹部４１の凹凸パターンの反転パターンとして凹凸が形成されている。そして、この押
し型をプレス成形装置（図示せず）に搭載し、ガラス基板４ａをプレス成形することによ
って電極基板４を製造する。次に、ガラス基板４ａの上面に全面成膜した導電膜４２ａの
凹部４１以外の部分の成膜面をＣＭＰで研磨し、凹部４１以外の部分の導電膜４ａを除去
する。
その他の作用、効果は、実施の形態１に示した場合と実質的に同様なので、説明は省略
する。

なお、上記の説明においては、幅方向の一方側にのみ斜めギャップを採用したが、これ
に限定するものではない。すなわち、斜めギャップは、長手方向、または長手方向に直交
する幅方向の少なくとも一カ所に設けることができる。

こうして、本実施の形態で製造された静電アクチュエータを例えばインクジェットヘッ
ドに適用した場合には、より優れたインク吐出特性が得られ、また、より低い駆動電圧で
駆動させることができる。
また、このような静電アクチュエータは、インクジェットプリンタ（図１１）に限らず
、他の液滴吐出装置にも用いることができる。例えば、他の液滴吐出装置としては、プロ
テインチップやＤＮＡチップの作製、有機ＥＬ製造装置や液晶表示装置のカラーフィルタ
の製造、インクジェット法による配線基板の作製などに用いるものが挙げられる。また、
かかる静電アクチュエータは、光スキャナなど、液滴吐出装置以外の装置にも用いること
ができる。

本発明の実施の形態１に係るインクジェットヘッドの分解斜視図。図１の要部の縦断面図。図１に示すインクジェットヘッドのシリコン基板の製造方法を説明するための縦断面図。図１に示すインクジェットヘッドのガラス基板の製造方法を説明するための縦断面図。図１に示すインクジェットヘッドの接合基板の製造方法を説明するための縦断面図。図１に示すインクジェットヘッドの接合基板の製造方法を説明するための縦断面図。図１に示すインクジェットヘッドの接合基板の製造方法を説明するための縦断面図。図１に示すインクジェットヘッドの接合基板の製造方法を説明するための縦断面図。本発明の実施の形態２に係るインクジェットヘッドの要部の縦断面図。本発明の実施の形態３に係るインクジェットヘッドの要部の断面図。本発明のインクジェットプリンタの斜視図。

符号の説明

１インクジェットヘッド、２キャビティ基板、２ａシリコン基板、３ノズル基
板、４電極基板、４ａガラス基板、２３振動板、４１凹部（電極溝）、４２個
別電極（対向電極）、４１１底面、４１２側面、４１１ａ傾斜面、４１１ｂ平坦
面。

Claims

振動板を有する第１の基板と、電極溝を有し該電極溝に前記振動板とギャップを隔てて
対向する対向電極が設けられた第２の基板とを備え、前記振動板と対向電極との間に電圧
を印加することによりこれらの間に静電気力を発生させて、前記振動板を変位させる静電
アクチュエータにおいて、
前記第２の基板の電極溝の内壁全体に対向電極を設けたことを特徴とする静電アクチュ
エータ。
前記電極溝が多段構造を持つことを特徴とする請求項１記載の静電アクチュエータ。
前記電極溝がその一部に傾斜部を有することを特徴とする請求項１記載の静電アクチュ
エータ。
前記傾斜部が前記電極溝の長手方向及び幅方向の少なくとも一箇所に設けられたことを
特徴とする請求項３記載の静電アクチュエータ。
振動板を有する第１の基板と、電極溝を有し該電極溝に前記振動板とギャップを隔てて
対向する対向電極が設けられた第２の基板とを備え、前記振動板と対向電極との間に電圧
を印加することにより、これらの間に静電気力を発生させて、前記振動板を変位させる静
電アクチュエータの製造方法において、
前記電極溝が形成された側の第２の基板面に電極部材を全面成膜し、前記電極溝以外に
成膜された電極部材を研磨して除去することを特徴とする静電アクチュエータの製造方法
。
前記電極溝をウエットエッチングを用いて形成したことを特徴とする請求項５記載の静
電アクチュエータの製造方法。
前記電極溝をプレス成形を用いて形成したことを特徴とする請求項５記載の静電アクチ
ュエータの製造方法。
前記電極溝をサンドブラストを用いて形成したことを特徴とする請求項５記載の静電ア
クチュエータの製造方法。
請求項１〜４のいずれかに記載の静電アクチュエータを搭載したことを特徴とする液滴
吐出ヘッド。
請求項５〜８のいずれかに記載の静電アクチュエータの製造方法を適用して液滴吐出ヘ
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。
請求項９記載の液滴吐出ヘッドを搭載したことを特徴とする液滴吐出装置。
請求項１０記載の液滴吐出ヘッドの製造方法を適用して液滴吐出装置を製造することを
特徴とする液滴吐出装置の製造方法。
請求項１〜４のいずれかに記載の静電アクチュエータを搭載したことを特徴とするデバ
イス。
請求項５〜８のいずれかに記載の静電アクチュエータの製造方法を適用してデバイスを
製造することを特徴とするデバイスの製造方法。