JP2006264216A - 静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及び静電デバイス並びにそれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 確実な封止を行い、長寿命化を図ることができる静電アクチュエータ、液滴吐
出ヘッド、液滴吐出装置及び静電駆動デバイス並びにそれらの製造方法を得る。
【解決手段】 可動部である振動板４及び封止部材２０が形成される面を有するキャビテ
ィ基板１と、振動板４と一定距離で対向し、振動板４との間で静電力を発生させて振動板
４を動作させる電極部を有する電極基板２とを備え、封止部材２０は、電極部と振動板と
の間で形成される振動室１９を外気と遮断するために、開口部分（封止部）にキャビティ
基板１が有する面と電極基板２とにまたがって形成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、微細加工素子において、加わった力により可動部が変位等し、動作等を行う
静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド等の静電駆動デバイス等やその製造方法に関するも
のである。特に微細加工素子で行われる封止に関するものである。

例えばシリコン等を加工して微小な素子等を形成する微細加工技術（ＭＥＭＳ：Micro
Electro Mechanical Systems）が急激な進歩を遂げている。微細加工技術により形成され
る微細加工素子の例としては、例えば液滴吐出方式のプリンタのような記録（印刷）装置
で用いられている液滴吐出ヘッド（インクジェットヘッド）、マイクロポンプ、光可変フ
ィルタ、モータのような静電アクチュエータ等がある。

ここで、微細加工素子の一例として静電アクチュエータである液滴吐出ヘッドについて
説明する。液滴吐出方式の記録（印刷）装置は、家庭用、工業用を問わず、あらゆる分野
の印刷に利用されている。液滴吐出方式とは、例えば複数のノズルを有する液滴吐出ヘッ
ドを対象物との間で相対移動させ、対象物の所定の位置に液滴を吐出させて印刷等の記録
をするものである。この方式は、液晶（Liquid Crystal）を用いた表示装置を作製する際
のカラーフィルタ、有機化合物等の電界発光（ElectroLuminescence ）素子を用いた表示
パネル（ＯＬＥＤ）、ＤＮＡ、タンパク質等、生体分子のマイクロアレイ等の製造にも利
用されている。

液滴吐出ヘッドの中で、流路の一部に液体を溜めておく吐出室を備え、吐出室の少なく
とも一面の壁（ここでは、底部の壁とし、以下、この壁のことを振動板ということにする
）を撓ませて（動作させて）形状変化により吐出室内の圧力を高め、連通するノズルから
液滴を吐出させる方法がある。可動部となる振動板を変位させる力として、例えば、振動
板と一定距離を空けて対向する、電極（固定電極）との間に発生する静電気力（ここでは
、特に静電引力を用いている。以下、静電力という）を利用している。

ここで、上記のような静電力を利用した静電アクチュエータにおいて、可動部（振動板
）と電極の間に、それらの少なくとも一方の表面に水分等が付着すると、水等の極性分子
が帯電する等の原因で静電吸引特性が低下するおそれがある。さらに、極性分子が相互に
裾結合し、可動部が固定されている電極に貼り付いてしまい、動作不能となることがある
。したがって、可動部と個別電極の周囲を外気と遮断することが望ましい。ここで、土台
となる基板同士を接合することで、可動部と個別電極の周囲をほとんど塞ぐことはできる
が、完全に塞いでしまうと外部から個別電極に電荷供給することが困難となるため、一部
に電極取り出しをおこなうための開口部分を設ける。そこで、基板で塞ぐことができない
この開口部分（以下、この部分を封止部という）には、封止部材等を用いて気密封止を行
い、水分等が侵入することを阻止している（例えば特許文献１参照）。

特開２００２−１９７２号公報

封止部材を形成する方法としては、例えば封止材料を封止部に堆積、塗布等させる方法
があるが、何らかの対策をしておかないと（特に封止材料を堆積する場合）、形成した封
止部材と基板との間に隙間を生じさせてしまうことがあり、有効に封止を行うことができ
ず、長寿命化の障害になる。

そこで、本発明はこのような問題を解決するため、確実な封止を行い、長寿命化を図る
ことができる静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及び静電駆動デバイス
並びにそれらの製造方法を得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、可動部及び封止部材が形成される面を有する第１
の基板と、可動部と一定距離で対向し、可動部との間で静電力を発生させて可動部を動作
させる電極部を有する第２の基板とを備え、封止部材は、電極部と可動部との間で形成さ
れる空間を外気と遮断するために、空間の開口部分に第１の基板が有する面と第２の基板
とにまたがって形成される。
本発明によれば、第１の基板に少なくとも封止部材が形成される面を有し、その面と第
２の基板とにまたがって形成される封止部材とを備えるので、電極部と可動部との間で形
成される空間を確実に外気と遮断することができ、長寿命の静電アクチュエータを製造す
ることができる。

また、本発明に係る静電アクチュエータでは、第１の基板が有する封止部材が形成され
る面は、斜面である。
本発明によれば、封止部材が形成される面は斜面でもよいので、基板をウェットエッチ
ングすることにより、形成される斜面を用いることができ、他の部材形成と同じ工程で形
成することができる。

また、本発明に係る静電アクチュエータは、酸化シリコン、窒化シリコン、窒酸化シリ
コン、酸化アルミニウム又はポリパラキシリレンのうち、１又は複数を封止材料とする。
本発明によれば、以上の封止材料でＣＶＤ、スパッタ、蒸着等による堆積をさせた場合
に、第１の基板に面を形成することの効果を最も発揮させることができる。

また、本発明に係る静電アクチュエータは、表面が（１００）面方位のシリコン単結晶
基板を第１の基板の材料とする。
本発明によれば、表面が（１００）面方位のシリコン単結晶基板を第１の基板の材料と
することで、ウェットエッチングにより、封止部材を形成するのに適した斜面を形成する
ことができる。

また、本発明に係る静電アクチュエータは、表面が（１１０）面方位のシリコン単結晶
基板を第１の基板の材料とする。
本発明によれば、表面が（１１０）面方位のシリコン単結晶基板を第１の基板の材料と
することで、ウェットエッチングにより、封止部材を形成するのに適した斜面を形成する
ことができる。

また、本発明に係る静電アクチュエータにおいては、電極部と可動部との間で形成され
る空間により、第１の基板と第２の基板との間に形成される開口部分について、第１の基
板の開口部分の端面に形成された鋸歯形状の間隔が、第２の基板の開口部分に配列された
電極部の間隔の整数倍であり、配列された電極部の間に鋸歯の下刃となる部分が配される
。
本発明によれば、（１１０）面方位のシリコン単結晶基板をウェットエッチングした際
に、開口部分にできる鋸歯形状の端面について、若干斜面が形成されにくい鋸歯の下刃の
部分が電極部の直上に位置しないようにすることで、少なくとも必要な部分について確実
な封止を行うことができる。

また、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有し、液体が充填
される吐出室の少なくとも一部分を可動部として、可動部の変位により吐出室と連通する
ノズルから液滴を吐出させる。
本発明によれば、第１の基板と第２の基板とにまたがった封止部材により、確実に封止
を行うことができるので、長寿命の液滴吐出ヘッドを得ることができる。

また、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するものである。
本発明によれば、確実に封止した封止部材により、長寿命の液滴吐出装置を得ることが
できる。

また、本発明に係る静電デバイスは、上記の静電アクチュエータを有するものである。
本発明によれば、第１の基板と第２の基板とにまたがった封止部材により、確実に封止
を行うことができるので、長寿命の静電デバイスを得ることができる。

また、本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、可動部が設けられる第１の基板
に封止部材を形成するための面を設ける工程と、第１の基板の面と可動部を駆動させるた
めの電極を有する第２の基板とにまたがって封止材料を付し、電極と可動部との間に形成
される空間を外気と遮断するための封止部材を形成する工程とを少なくとも有する。
本発明によれば、第１の基板に封止部材を形成するための面を設け、第１の基板と第２
の基板にまたがった封止部材を形成するようにしたので、電極と可動部との間に形成され
る空間を外気と遮断するための封止を確実に行うことができ、長寿命の静電アクチュエー
タを製造することができる。

また、本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、ＣＶＤ、スパッタ又は蒸着のう
ち、１又は複数の方法で、封止材料を堆積させる。
本発明によれば、ＣＶＤ、スパッタ又は蒸着のうち、１又は複数の方法で、封止材料を
堆積させるようにしたので、第１の基板と第２の基板の双方にまたがって封止材料を堆積
させ、容易に封止部材を形成することができる。また、複数の静電アクチュエータ又はウ
ェハに対し、一度に行うことが可能であるので、生産性を高めることができる。

また、本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、表面が（１００）面方位のシリ
コン単結晶基板を第１の基板の材料とし、ウェットエッチングにより、封止部材を形成す
るための斜面を形成する。
本発明によれば、斜面形成のための特別な工程を行わなくても、ウェットエッチングで
形成する他の部材形成と同一の工程で、第１の基板に封止部材を形成するための斜面を形
成することができる。

また、本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、表面が（１１０）面方位のシリ
コン単結晶基板を第１の基板の材料とし、ウェットエッチングにより、封止部材を形成す
るための斜面を形成する。
本発明によれば、斜面形成のための特別な工程を行わなくても、ウェットエッチングで
形成する他の部材形成と同一の工程で、第１の基板に封止部材を形成するための斜面を形
成することができる。

また、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。
本発明によれば、第１の基板と第２の基板とにまたがった封止部材を形成し、確実な封
止を行うことができるので、長寿命の液滴吐出ヘッドを製造することができる。

また、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。
本発明によれば、確実な封止部材を形成した液滴吐出ヘッドを用いているので、長寿命
の液滴吐出装置を製造することができる。

また、本発明に係る静電駆動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。
本発明によれば、第１の基板と第２の基板とにまたがった封止部材を形成し、確実な封
止を行うことができるので、長寿命の静電デバイスを製造することができる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドを分解して表した図である。図１は
静電アクチュエータの代表として、フェイスイジェクト型の液滴吐出ヘッドを表している
（なお、構成部材を図示し、見やすくするため、図１を含め、以下の図面では各構成部材
の大きさの関係が実際のものと異なる場合がある。また、図の上側を上とし、下側を下と
して説明する）。図１において、キャビティ基板１は、例えば表面が（１００）面方位の
シリコン単結晶基板（以下、単にシリコン基板という）を材料としている。キャビティ基
板１には、吐出室５となる凹部（底壁が可動部となる振動板４となる）及び各ノズル共通
に吐出する液体を貯めておくためのリザーバ７となる凹部を形成している。本実施の形態
では、吐出室５となる凹部の形成には、ドライエッチング法（以下、ドライエッチングと
いう）を用いる。これは、壁面を垂直に形成することにより、吐出室５（ノズル１２）の
間隔を狭めて密度を高めるためである。また、リザーバ７となる凹部の形成には、例えば
異方性ウェットエッチング法（以下、ウェットエッチングという）を用いる。リザーバ７
は各吐出室５に液体を供給するために、タンク（図示せず）から液体供給口１３を介して
供給される液体を一旦貯めておく。

キャビティ基板１上に設けられた電極端子１７は、個別電極９に供給される電荷とは反
対の電荷をキャビティ基板１（振動板４）に供給するためのものである。また、個別電極
９と振動板４との絶縁性をはかるため、振動板４の下面には絶縁膜１４が成膜されている
。また、本実施の形態では、封止材料を堆積し、キャビティ基板１側にも封止部材２０の
一部分を形成するための封止部斜面２１を有している。これにより、キャビティ基板１か
ら電極基板２にまたがる封止部材２０を形成でき、さらに封止部材２０を堆積させる面積
（以下、堆積面積という）を拡げることで、封止部を確実に封止することができる。封止
部斜面２１は、前述のウェットエッチングによる工程において形成する。

電極基板２は厚さ約１ｍｍであり、図１では、キャビティ基板１の下面に、振動板４と
対向して接合される。本実施の形態では、電極基板２を構成する基板として硼珪酸系の耐
熱硬質ガラスを材料とする。電極基板２には、キャビティ基板１に形成される各吐出室５
に合わせ、例えば深さ約０．２５μｍの溝部８を設け、その内側（特に底部）に各吐出室
５（振動板４）と対向する個別電極９、リード部１０及び端子部１１（以下、これらを合
わせて電極部という）を設けている。溝部８により振動板４と個別電極９との間には振動
板４が撓む（変位する）ことができる、一定のギャップ（空隙）を有する空間が設けられ
る（以下、この部分を振動室１９という）。本実施の形態では、電極部の材料として、酸
化錫を不純物としてインジウムにドープしたＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫酸
化物）を用い、スパッタ法により溝部８底面に例えば０．１μｍの厚さで成膜する。また
、後述するように、外部から電荷を供給するために設ける端子部１１は、外部に露出させ
るため、電極部を有する電極基板２はキャビティ基板１よりも長い。そのため、封止部斜
面２１のような面を形成しなくても、電極基板２に封止材料を堆積させ、封止部材２０を
形成することができる。

ノズル基板３には、例えば厚さ約１８０μｍのシリコン基板を用いる。ノズル基板３は
電極基板２とは反対の面（図１の場合には上面）でキャビティ基板１と接合する。図１で
はノズル基板３が上面となり、電極基板２を下面としているが、実際に用いられる場合に
は、通常、ノズル基板３の方が電極基板２よりも下面となる。本実施の形態のノズル基板
３には、吐出室５と連通する２段のノズル１２が形成されている。１６はダイヤフラムで
ある。また、ノズル基板３の内側の面（図１の場合には下面）にはオリフィス６となる細
溝を設け、吐出室５とリザーバ７とを連通させる連通溝とする。

図２は液滴吐出ヘッドの断面図である。ノズル１２のノズル孔から吐出させる液体を吐
出室５で溜めておき、吐出室５の底壁である振動板４を変位（動作）させることにより、
吐出室５内の液体に圧力を加え、ノズル孔から液滴を吐出させる。発振駆動回路１５は、
例えばＦＰＣ１８を介して端子部１１と接続され、個別電極９等への電荷の供給及び停止
を制御する。ＦＰＣ１８と端子部１１とは、例えばＡＣＦ（Anisotropic Conductive Fil
m ）、ＡＣＰ（Anisotropic Conductive Paste）等の異方性導電材料等を用いて、個々の
端子部１１とＦＣＰ２１上の各配線とがそれぞれ接続できるようにする。また、個々の端
子部１１と発振駆動回路１５の端子とをＦＰＣ１８を介さずに接続してもよい。発振駆動
回路１５が駆動し、個別電極９に電荷を供給して正に帯電させると、キャビティ基板１の
振動板４は負に帯電し、静電力により個別電極９に引き寄せられて撓む。これにより吐出
室５の容積は広がる。そして、個別電極９への電荷供給を止めると振動板４は元に戻るが
、そのとき吐出室５の容積も元に戻るから、そのとき発生する圧力によりノズル孔から液
滴が吐出し、例えば記録紙に液滴が着弾することによって画像、文字等の記録が行われる
。

ここで、封止部材２０について説明する。本実施の形態では封止部材２０を形成する封
止材料として酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）を用い、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）
、スパッタ法等により堆積させ、封止部を封止する。例えば接着剤等のエポキシ樹脂等を
用いて封止部に塗布をしてもよいが、例えば、毛細管現象による個別電極９と振動板４と
の間への接着剤の侵入を防ぐため、リード部１０を長くとらなければならず、これが液滴
吐出ヘッドのサイズを小さくするための障害となる。酸化シリコンではこのようなことが
生じないので都合がよい。特に本実施の形態で行う、封止部斜面２１を用いた封止は、封
止材料を堆積させて封止部材２０を形成する場合に最も効果を発揮する。ここでは酸化シ
リコンを封止材料に用いるが、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）、窒酸化シリコン（ＳｉＯ
Ｎ）、酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ₂Ｏ₃）等を材料としてＣＶＤ、スパッタ法等に
より堆積させてもよい。また、ポリパラキシリレン（poly-pala-xylylene）を蒸着させ、
堆積させても同じ効果を得ることができる。

本発明は、可動部を有する基板（キャビティ基板１）と電極部を有する基板（電極基板
２）との間にできる封止部（特に振動室１９と連通し、開口している部分）を確実に封止
するため、キャビティ基板１にも封止材料を堆積する場所（面）を確保するものである。
そこで、本実施の形態では、封止部斜面２１を有するキャビティ基板１を製造する。封止
部斜面２１を設けることにより、ＣＶＤ、スパッタ法等、飛散した封止部材２０の材料を
、電極基板２だけでなくキャビティ基板１にも堆積させ、キャビティ基板１と電極基板２
とにまたがった封止部材２０を形成することで、封止部全体を確実に隙間なく封止する。
また、電極基板２への封止材料の堆積についても、キャビティ基板１が陰となって封止材
料を遮ることなく、有効に封止部材２０を堆積させる。特に本実施の形態では、表面が（
１００）面方位のシリコン基板を用い、ウェットエッチングを用いてキャビティ基板１を
製造するようにする。（１００）面方位でのウェットエッチングを行った場合、エッチン
グされにくい（１１１）面があらわれる。これにより、他の部材形成と同じ工程で約５４
．７゜の角度を成す封止部斜面２１を形成することができる。封止材料を堆積できるため
には、堆積する高さ等にもよるが１０μｍ以上の幅があることが望ましい。ここで、上面
からみると封止部斜面２１は約１００μｍの幅を有しているので、キャビティ基板１側に
封止材料を堆積できる場所は十分確保できているといえる。

図３は電極基板２の製造工程を表す図である。なお、図３は電極基板２となる基板等の
一部を表しているが、実際にはシリコンウェハ単位で製造されるので複数個分の液滴吐出
ヘッドの電極基板２を一体形成することとなる（後に説明するキャビティ基板１、場合に
よってはノズル基板３についても同様である）。硼珪酸系のガラス基板３０を用意し（図
３（ａ））、その表面にマスクを成膜した後、フォトリソグラフィ法により溝部８を形成
するためのパターニングを行う。そして、溝部８となる部分以外の部分についてガラス基
板３０を露出させる。さらに、フッ化アンモニウム水溶液等を用い、ガラス基板３０の露
出部分をエッチングして溝部８を形成する（図３（ｂ））。

溝部８を形成した後、さらにパターニングを行い、ガラス基板３０の溝部８の底部以外
の部分についてはレジストで覆う。そして、例えばスパッタ法により、電極部となるＩＴ
Ｏを成膜する。その後、溝部８の底部のＩＴＯのみ残してレジスト等を除去する。また、
図には現れていないが、液体供給口１３となる穴を開ける処理を行う。ただし、後にウェ
ットエッチング等の工程を行うため、ここでは穴は貫通させないようにする。以上の工程
により、ＩＴＯによる電極部が形成された電極基板２が完成する（図３（ｃ））。

図４はキャビティ基板１となるシリコン基板４０の処理工程を表す図である。まず、キ
ャビティ基板１となるシリコン基板４０（この時点では、通常ウェハ状となっている）に
洗浄等の処理を施す（図４（ａ））。そして、シリコン基板４０の一方の面をＢ₂Ｏ₃を主
成分とする固体の拡散源に対向させ、石英ボードにセットし、さらに拡散炉にその石英ボ
ートをセットしてボロン（硼素）をシリコン基板４０中に拡散させ、ボロン拡散（ボロン
ドーブ）層４２を形成する（図４（ｂ））。

次に絶縁膜１４となる酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）膜の層をボロン拡散層４１表面に形成
する（図４（ｃ））。成膜方法としては、例えばＣＶＤを用いる。ここで、絶縁膜１４を
成膜する前にＯ₂ プラズマ処理を行ってボロン拡散層４１の表面をクリーニングし、成膜
した絶縁膜１４の絶縁耐圧の均一性を向上させるようにしてもよい。また、場合によって
は、絶縁膜１４上にアニール処理を施し、膜の緻密性を向上させて絶縁耐圧を向上させる
ようにしてもよい。

図５は接合及び液滴吐出ヘッド作製の最終工程を表す図である。シリコン基板４０と電
極基板２との陽極接合を行う（図５（ａ））。陽極接合とは、キャビティ基板１となるシ
リコン基板４０と電極基板２とを重ね合わせ、加熱した後、両基板間に電圧を印加するこ
とで行う表面活性化接合である。陽極接合によって、電極基板２とシリコン基板４０（絶
縁膜１４）とは原子レベルで接合する。ここでは陽極接合で接合しているが、他の表面活
性化接合、接着剤による接合等を行ってもよい。

陽極接合後、例えば水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液に接合した基板を浸し、シリコン
基板４０を所望の厚さ（吐出室５等の高さ）になるまでエッチングする（図５（ｂ））。
シリコン基板の厚さを調整する方法としては他にグラインドする方法がある。例えば所望
の厚さよりも約１０μｍ多い厚さまでグラインドした後、グラインドにより生じた表面の
加工変質層をフッ酸・硝酸混合液を用いて取り除く方法こともできる。

次にＣＶＤ等により、リザーバ７、封止部斜面２１を形成するためのエッチングマスク
（レジスト）となる酸化シリコン膜を成膜、パターニングする。その後、基板全体を水酸
化カリウム（ＫＯＨ）水溶液に浸し、シリコン基板４０のウェットエッチングを行い、リ
ザーバ７となる凹部、封止部斜面２１を形成する（図５（ｃ））。このウェットエッチン
グ工程により、約５４．７の傾斜角を有する封止部斜面２１が形成される。凹部の底面に
はボロン拡散層４１が現れ、リザーバ７の底壁面となる。

さらに例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等のドライエッチングを行って、吐出室
５となる凹部を形成する（図５（ｄ））。さらに、封止部（電極取り出し部分）に残され
たボロン拡散層４１、絶縁膜１４についても除去する（図５（ｅ））。本実施の形態では
、吐出室５となる凹部を垂直な壁面で形成するため、ドライエッチングにより形成するが
、前述したウェットエッチング工程において、リザーバ７、封止部斜面２１と同時に吐出
室５となる凹部を形成してもよい。

図６はノズル基板３接合前の液滴吐出ヘッドを上面から見た図である。ノズル基板３を
接合した後に封止部材２０を堆積させてもよいが、ここでは、ノズル基板３を接合前にＣ
ＶＤ、スパッタ等で、封止材料を封止部に堆積させてキャビティ基板１と電極基板２とに
またがった封止部材２０を形成し、振動室１９を気密封止する（図５（ｆ））。本実施の
形態では、封止材料を約２μｍ堆積させる。溝部８が約０．２５μｍの高さ（深さ）であ
るため十分に封止が可能である。また、液体供給口１３等の穴を貫通させる処理を行う。
ここで、封止部材２０を封止部に堆積させる前に、封止部斜面２１を含む封止部以外の部
分に封止部材２０が堆積しないように、又は堆積した封止部材２０を除去できるように、
封止部斜面２１を含む封止部以外の部分にマスク等の処理を行っておく。

ノズル基板３については、例えば２００μｍのシリコン基板にノズル孔を開ける。また
、ウェットエッチング等を用いて細溝８、ダイヤフラム１６を形成する。そして、例えば
エポキシ樹脂等の接着剤を用いてノズル基板３とキャビティ基板１とを接着する（図５（
ｇ））。最後に、一体形成されている複数の液滴吐出ヘッドをダイシングを行って個々に
切り離し、液滴吐出ヘッドが完成する（図５（ｈ））。

以上のように実施の形態１によれば、キャビティ基板１に封止部斜面２１を形成し、例
えばＣＶＤ、スパッタ、蒸着等に飛散してくる封止部材２０が堆積する際にキャビティ基
板１に遮られることなく、また、堆積面積を拡げて飛散してきた封止部材２０をできるだ
け有効に堆積させるようにしたので、封止部に隙間なく封止部材２０を堆積し、振動室１
９の気密封止を確実に行うことができる。これにより、液滴吐出ヘッドの長寿命化を図る
ことができる。また、キャビティ基板１を表面が（１００）面方位のシリコン基板により
作製するようにしたので、部材形成と同一の工程で、工程数を増やすことなく封止部斜面
２１を形成することができる。そして、酸化シリコン等の封止部材２０をＣＶＤ、スパッ
タ、蒸着等で飛散させ、堆積して封止部を封止するようにしたので、接着剤等のエポキシ
樹脂等よりも効果が高い封止を行うことができる。一度に複数の基板に対して封止部材２
０を堆積させる処理を行うことができるので、生産性を高めることができ、全体として時
間短縮を図ることができる。また、リード部１０を短くして電極部を形成することができ
るので、液滴吐出ヘッドの小型化を図ることもできる。

実施の形態２．
図７は本発明の実施の形態２に係る液滴吐出ヘッドを分解して表した図である。実施の
形態１と同じ符号を付しているものは、形状は異なっていたとしても同様の機能を果たす
ものであるため、説明を省略する。実施の形態１の液滴吐出ヘッドは、表面が（１００）
面方位のシリコン基板をキャビティ基板１に用いたが、本実施の形態では、表面が（１１
０）面方位のシリコン基板を用いてキャビティ基板１Ａを作製する。（１１０）面方位の
シリコン基板の場合、ウェットエッチングにより、（１１１）面が垂直にあらわれる。そ
のため、リザーバ７となる凹部形成と同じウェットエッチング工程で、壁面（吐出室が配
列されている方向と垂直な方向に伸びる壁）が垂直な吐出室５となる凹部を形成すること
ができる。他の基板、部材の形成等については、実施の形態１で説明したことと同様の処
理を行うので説明を省略する。

図８は封止部斜面２１Ａとなる部分のウェットエッチングを行う際に付されるマスク形
状の一例を表す図である。表面が（１１０）面方位のシリコン基板のエッチングでは、基
板上面から見て、結晶構造に合わせて約７０．１９゜の角度をもって斜線（鋸歯における
上刃）とノズル１２配列方向に対して垂線（鋸歯における下刃）が組合わさった鋸歯形状
となるようにし、そのためのマスクを形成してシリコン基板に付す。ただし、鋸歯形状の
いわゆる刃先となる部分が過度にエッチングされないようにマスクに補正パターンを設け
て調整する。

ウェットエッチングにより封止部に垂直な面が形成されていくが、例えば、別の（１１
１）面により、封止材料を堆積させることができるだけの斜面も形成される。また、封止
部となる部分は、シリコンの露出面積が大きいため、エッチャントが侵入しやすく、エッ
チングも進行しやすくなる。特に刃先の部分等、角の部分がエッチングされやすいので、
これによっても、特に、厳密には垂直な面ではなく斜面が形成される。このため、実施の
形態１で形成した封止部斜面２１よりは複雑な形状となるが、キャビティ基板１Ａには封
止材となる材料を堆積させることができる封止部斜面２１Ａが形成される。封止材料を堆
積できる幅を有する斜面を形成するためには、角の部分が過度にエッチングされ、リザー
バ７となる凹部に影響を与えない範囲内で、補正パターンを短くしたマスクを形成すると
よい。

図９は封止部斜面２１Ａを含む封止部の一部を拡大した図である。ここで、上記の鋸歯
形状において斜線部分に比べて垂線部分には、若干、斜面が形成されにくい傾向にある。
もし、斜面が形成されないと、キャビティ基板１には封止部材２０が形成されず隙間が生
じる可能性がある。ここで、封止部のうち、確実に封止を必要とするのは、振動室１９と
連通している溝部８の壁面で囲まれた部分である。そこで、例えば、封止部における電極
部（溝部８）の間隔（ピッチ）の整数倍の間隔で鋸歯となる部分を形成し、上面から見て
垂線部分が溝部８の縁（壁）の直上になる（電極部の直上にならない）ようにする。そし
て、封止部斜面２１Ａが形成された斜線の部分が電極部の直上に位置するようにして、封
止材料を堆積する場所を確保するとさらに確実な封止を行うことができる。

以上のように実施の形態２によれば、表面が（１１０）面方位のシリコン基板を用いて
キャビティ基板１Ａを作製するようにしたので、実施の形態１による効果に加え、同じ工
程で吐出室となる凹部を垂直な壁面で形成することができる。また、（１１０）面方位の
場合、封止部における形状が鋸波形状となるが、封止部斜面２１Ａが斜線部分より形成さ
れにくい垂線の部分が溝部８の縁の直上になるように電極部（溝部８）との間隔を合わせ
て鋸歯形状を形成するようにしたので、確実な封止が必要な電極部の直上部分には少なく
とも封止部斜面２１Ａを形成することができる。

実施の形態３．
上述の実施の形態では、シリコン基板の面方位に基づいて封止部斜面２１、２１Ａを形
成したが、本発明は封止部材２０となる材料を堆積する場所を斜面に限定するものではな
い。例えば、通常、除去するボロン拡散層４１の一部を残す等、キャビティ基板１上に封
止部材２０となる封止材料を堆積できる場所を確保できる面があればよい。ドライエッチ
ング等により任意に封止部斜面等、キャビティ基板１に封止部材２０となる封止材料を堆
積する場所となる部材を形成することも可能である。この場合、キャビティ基板１の基板
材料について、任意のものを選択することができる。また、上述の実施の形態では、電極
基板２はキャビティ基板１より長く、封止材料を堆積する場所を積極的に設ける必要がな
かったが、例えば配線等の関係等、場合によっては積極的に設け、両基板にまたがるよう
に封止部材２０を形成してもよい。

実施の形態４．
図１０は上述の実施の形態で製造した液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出装置の主要な構
成手段を表す図である。図１０の液滴吐出装置は液滴吐出方式（インクジェット方式）に
よる印刷を目的とする。また、いわゆるシリアル型の装置である。図１０において、被印
刷物であるプリント紙５０が支持されるドラム５１と、プリント紙５０にインクを吐出し
、記録を行う液滴吐出ヘッド５２とで主に構成される。また、図示していないが、液滴吐
出ヘッド５２にインクを供給するためのインク供給手段がある。プリント紙５０は、ドラ
ム５１の軸方向に平行に設けられた紙圧着ローラ５３により、ドラム５１に圧着して保持
される。そして、送りネジ５４がドラム５１の軸方向に平行に設けられ、液滴吐出ヘッド
５２が保持されている。送りネジ５４が回転することによって液滴吐出ヘッド５２がドラ
ム５１の軸方向に移動するようになっている。

一方、ドラム５１は、ベルト５５等を介してモータ５６により回転駆動される。また、
プリント制御手段５７は、印画データ及び制御信号に基づいて送りネジ５４、モータ５６
を駆動させ、また、ここでは図示していないが、発振駆動回路を駆動させて振動板４を振
動させ、制御をしながらプリント紙５０に印刷を行わせる。

ここでは液体をインクとしてプリント紙５０に吐出するようにしているが、液滴吐出ヘ
ッドから吐出する液体はインクに限定されない。例えば、カラーフィルタとなる基板に吐
出する用途ではカラーフィルタ用の顔料を含む液体、有機化合物等の電界発光（ElectroL
uminescence ）素子を用いた表示パネル（ＯＬＥＤ等）の基板に吐出する用途では、発光
素子となる化合物を含む液体、基板上に配線する用途では例えば導電性金属を含む液体を
、それぞれの装置において設けられた液滴吐出ヘッドから吐出させるようにしてもよい。
また、液滴吐出ヘッドをディスペンサとし、生体分子のマイクロアレイとなる基板に吐出
する用途に用いる場合では、ＤＮＡ（Deoxyribo Nucleic Acids ：デオキシリボ核酸）、
他の核酸（例えば、Ribo Nucleic Acid：リボ核酸、Peptide Nucleic Acids：ペプチド核
酸等）タンパク質等のプローブを含む液体を吐出させるようにしてもよい。その他、染料
の吐出等にも利用することができる。

実施の形態５．
図１１は本発明を利用した波長可変光フィルタを表す図である。上述の実施の形態は、
液滴吐出ヘッドを例として説明したが、本発明は液滴吐出ヘッドだけに限定されず、他の
微細加工のアクチュエータにも適用することができる。例えば、図１１の波長可変光フィ
ルタは、ファブリ・ペロー干渉計の原理を利用し、可動鏡６０と固定鏡６１との間隔を変
化させながら選択した波長の光を出力するものである。可動鏡６０を変位させるためには
、可動鏡６０が設けられている、シリコンを材料とする可動体６２を変位させる。そのた
めに固定電極６３と可動体６２（可動鏡６０）とを所定の間隔（ギャップ）で対向配置す
る。ここで、固定電極に電荷を供給するために固定電極端子６４を取り出す。その際、可
動体を有する基板と固定電極６３を有する基板との間を封止部材６５により確実に気密封
止するため、本発明のように、可動体を有する基板に封止材料を堆積できる面を形成し、
封止を確実にする。

同様にモータ、センサ、ＳＡＷフィルタのような振動素子（レゾネータ）、波長可変光
フィルタ、ミラーデバイス等、他の種類の微細加工のアクチュエータ、圧力センサ等のセ
ンサ等にも上述の封止部材の形成等を適用することができる。また、本発明は、静電型の
アクチュエータ等には特に有効であるが、他に基板間の小さな開口部分の封止する場合に
も適用することができる。

実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドを分解して表した図である。 液滴吐出ヘッドの断面図である。 電極基板２の製造工程を表す図である。 キャビティ基板１となるシリコン基板４０の処理工程を表す図である。 接合及び液滴吐出ヘッド作製の最終工程を表す図である。 ノズル基板３接合前の液滴吐出ヘッドを上面から見た図である。 実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドを分解して表した図である。 封止部斜面２１Ａとなる部分のマスク形状を表す図である。 封止部斜面２１Ａを含む封止部の一部を拡大した図である。 液滴吐出記録装置の主要な構成手段を表す図である。 本発明を利用した圧力センサを表す図である。

符号の説明

１、１Ａ キャビティ基板、２ 電極基板、３ ノズル基板、４ 振動板、５ 吐出室
、６ オリフィス、７ リザーバ、８ 溝部、９ 個別電極、１０ リード部、１１ 端
子部、１２ ノズル、１３ 液体供給口、１４ 絶縁膜、１５ 発振駆動回路、１６ ダ
イヤフラム、１７ 電極端子、１８ ＦＰＣ、１９ 振動室、２０ 封止部材、２１、２
１Ａ 封止部斜面、３０ ガラス基板、４０ シリコン基板、４１ ボロン拡散層、５０
プリント紙、５１ ドラム、５２ 液滴吐出ヘッド、５３ 紙圧着ローラ、５４ 送り
ネジ、５５ ベルト、５６ モータ、５７ プリント制御手段、６０ 可動鏡、６１ 固
定鏡、６２ 可動体、６３ 固定電極、６４ 固定電極端子、６５ 封止部材

Claims (16)

1. 可動部及び封止部材が形成される面を有する第１の基板と、
   前記可動部と一定距離で対向し、前記可動部との間で静電力を発生させて前記可動部を
   動作させる電極部を有する第２の基板とを備え、
   前記封止部材は、前記電極部と前記可動部との間で形成される空間を外気と遮断するた
   めに、該空間の開口部分に前記第１の基板が有する前記面と前記第２の基板とにまたがっ
   て形成されることを特徴とする静電アクチュエータ。
2. 前記第１の基板が有する前記封止部材が形成される面は、斜面であ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。
3. 酸化シリコン、窒化シリコン、窒酸化シリコン、酸化アルミニウム又はポリパラキシリ
   レンのうち、１又は複数を前記封止材料とすることを特徴とする請求項１又は２記載の静
   電アクチュエータ。
4. 表面が（１００）面方位のシリコン単結晶基板を前記第１の基板の材料とすることを特
   徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の静電アクチュエータ。
5. 表面が（１１０）面方位のシリコン単結晶基板を前記第１の基板の材料とすることを特
   徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の静電アクチュエータ。
6. 前記開口部分について、前記第１の基板の前記開口部分の端面に形成された鋸歯形状の
   間隔が、前記第２の基板の前記開口部分に配列された電極部の間隔の整数倍であり、前記
   配列された電極部の間に前記鋸歯の下刃となる部分が配されることを特徴とする請求項５
   記載の静電アクチュエータ。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の静電アクチュエータを有し、
   液体が充填される吐出室の少なくとも一部分を前記可動部として、前記可動部の変位に
   より前記吐出室と連通するノズルから液滴を吐出させることを特徴とする液滴吐出ヘッド
   。
8. 請求項７に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。
9. 請求項１〜６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静電
   デバイス。
10. 可動部が設けられる第１の基板に封止部材を形成するための面を設ける工程と、
    前記第１の基板の前記面と可動部を駆動させるための電極を有する第２の基板とにまた
    がって前記封止材料を付し、前記電極と前記可動部との間に形成される空間を外気と遮断
    するための封止部材を形成する工程と
    を少なくとも有することを特徴とする静電アクチュエータの製造方法。
11. ＣＶＤ、スパッタ又は蒸着のうち、１又は複数の方法で、前記封止材料を堆積させるこ
    とを特徴とする請求項１０記載の静電アクチュエータの製造方法。
12. 表面が（１００）面方位のシリコン単結晶基板を前記第１の基板の材料とし、ウェット
    エッチングにより、前記封止部材を形成するための斜面を形成することを特徴とする請求
    項１０又は１１記載の静電アクチュエータの製造方法。
13. 表面が（１１０）面方位のシリコン単結晶基板を前記第１の基板の材料とし、ウェット
    エッチングにより、前記封止部材を形成するための斜面を形成することを特徴とする請求
    項１０又は１１記載の静電アクチュエータの製造方法。
14. 請求項１０〜１３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。
15. 請求項１４に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。
16. 請求項１０〜１３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静電デバイスの製造方法。
    

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