JP2009232641A - Electrostatic actuator, method for manufacturing same, liquid drop discharge head, liquid cartridge, image forming apparatus, micro pump, and optical device - Google Patents

Electrostatic actuator, method for manufacturing same, liquid drop discharge head, liquid cartridge, image forming apparatus, micro pump, and optical device Download PDF

Info

Publication number
JP2009232641A
JP2009232641A JP2008077849A JP2008077849A JP2009232641A JP 2009232641 A JP2009232641 A JP 2009232641A JP 2008077849 A JP2008077849 A JP 2008077849A JP 2008077849 A JP2008077849 A JP 2008077849A JP 2009232641 A JP2009232641 A JP 2009232641A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
diaphragm
electrostatic actuator
discharge head
gap
atmosphere opening
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2008077849A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takahiko Kuroda
隆彦 黒田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP2008077849A priority Critical patent/JP2009232641A/en
Publication of JP2009232641A publication Critical patent/JP2009232641A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce an unevenness in property of an electrostatic actuator by introducing gas and liquid serving as a hydrophobic film to a cavity of the actuator without stagnation even when foreign materials adhere to clog a part through which an air introducing part communicates with a communicating part. <P>SOLUTION: In order to improve the durability of the cavity 13 between an oscillating plate 12 and a fixed electrode 14, the gas or the like is introduced to a communicating passage 15 from the air introducing hole communicating with the communicating passage 15 which communicates with the cavity 13. In a board side having the fixed electrode 14 of an air opening part 16, an air opening groove 45 is provided. Even when the foreign materials enter the air opening part 16 from an air opening hole 42 in a production process, the gas or the like can be introduced into the cavity 13 through the air opening groove 45 provided in the air opening part 16 to reduce the unevenness in the property of the electrostatic actuator and improve an accuracy. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は、静電アクチュエータとその製造方法と液滴吐出ヘッドと液体カートリッジと画像形成装置とマイクロポンプ及び光学デバイス、特に量産性の向上に関するものである。   The present invention relates to an electrostatic actuator, a manufacturing method thereof, a droplet discharge head, a liquid cartridge, an image forming apparatus, a micropump, and an optical device, and particularly to improvement of mass productivity.

プリンタやファクシミリ装置、複写装置、プロッタ等の画像記録装置ある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液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する液室(吐出室、圧力室、インク流路とも称される)と、この液室内のインクを加圧するエネルギーを発生するアクチュエータ手段とを備え、アクチュエータ手段で発生するエネルギーによって液室内の記録液に圧力を作用させてノズルから液滴を吐出させる。   A liquid droplet ejection head used in an image recording apparatus such as a printer, a facsimile apparatus, a copying apparatus, or a plotter or an ink jet recording apparatus used as an image forming apparatus includes a nozzle that ejects liquid droplets and a liquid chamber (discharge chamber) that communicates with the nozzle. And an actuator means for generating energy for pressurizing the ink in the liquid chamber, and pressure is applied to the recording liquid in the liquid chamber by the energy generated by the actuator means. Droplets are ejected from the nozzle.

液滴吐出ヘッドとしては、電気機械変換素子などの圧電型アクチュエータをもちいたもの、電気熱変換素子に膜沸騰を利用するサーマル型アクチュエータを用いたもの、振動板と電極間の静電力を利用する静電型アクチュエータを用いるものなどがあり、この中でも静電型アクチュエータを用いた液滴吐出ヘッドは、小型化、高速化、高密度化、省電力化において他の方式の液滴吐出ヘッドに比べて優位であることから、現在開発が盛んに行なわれている。   Droplet discharge heads that use piezoelectric actuators such as electromechanical transducers, those that use thermal actuators that use film boiling for electrothermal transducers, and electrostatic forces between the diaphragm and electrodes Some of them use electrostatic actuators. Among them, droplet discharge heads using electrostatic actuators are smaller than other types of droplet discharge heads in terms of size, speed, density, and power saving. Because of its superiority, development is actively underway.

この静電型アクチュエータを用いた液滴吐出ヘッドにおいては、振動板と電極との間の空隙(ギャップ)の寸法(ギャップ長)精度がその特性に大きく影響を及ぼし、特にインクジェットヘッドの場合、各アクチュエータの特性のバラツキが大きければ、印字精度、画質の再現性が著しく低下することとなる。また、低電圧化を図るためには、空隙空間を0.1〜0.5μm程度にしなければならず、非常に高い寸法精度が求められる。   In a droplet discharge head using this electrostatic actuator, the size (gap length) accuracy of the gap (gap) between the diaphragm and the electrode greatly affects its characteristics. If the variation in the characteristics of the actuator is large, the printing accuracy and the reproducibility of the image quality are remarkably lowered. In order to reduce the voltage, the gap space must be about 0.1 to 0.5 μm, and very high dimensional accuracy is required.

従来のインクジェットヘッドとしては、例えば特許文献1や特許文献2に記載されているように、加圧液室と振動板を形成した基板(キャビティー基板)と、空隙(振動室)となる凹部及びセグメント電極を形成した基板(ガラス基板)とを接合して形成している。しかしながら、このように2枚の基板を接合して振動板と電極との間の空隙を形成するヘッドであっては、凹部形成、電極形成、接合等多くの工程における加工時の寸法バラツキによって、空隙の高さ(ギャップ長)の寸法バラツキが大きくなり、その結果、高精度で高い信頼性を有するアクチュエータを得ることが困難である。   As a conventional inkjet head, for example, as described in Patent Document 1 and Patent Document 2, a substrate (cavity substrate) on which a pressurized liquid chamber and a vibration plate are formed, a concave portion serving as a gap (vibration chamber), and It is formed by bonding a substrate (glass substrate) on which segment electrodes are formed. However, in such a head that joins two substrates to form a gap between the diaphragm and the electrode, due to dimensional variations during processing in many steps such as recess formation, electrode formation, and bonding, As a result, it is difficult to obtain an actuator having high accuracy and high reliability.

そこで、例えば特許文献3に記載されているように、第1の基板に犠牲層エッチングにより、個別電極と犠牲層エッチングにより形成された空隙部を介して個別電極に対峙する振動板を形成し、第2の基板に圧力室用の溝部を形成して、第1の基板上に第2の基板を接合してインクジェットヘッドを構成して空隙高さ寸法のバラツキを抑制することが知られている。   Therefore, for example, as described in Patent Document 3, a diaphragm facing the individual electrode is formed by sacrificial layer etching on the first substrate through a gap formed by the individual electrode and sacrificial layer etching, It is known to form a pressure chamber groove on the second substrate and bond the second substrate on the first substrate to form an ink jet head to suppress variation in gap height. .

静電型アクチュエータにおいては、空隙内圧と大気圧の差圧解消あるいはアクチュエータの信頼性向上を目的として、空隙内へのガス導入のために各空隙を連通する連通路を設けることが行なわれている。例えば、特許文献3に開示されているように、アクチュエータの耐久性を向上させる目的で振動板と個別電極との空隙内部に疎水膜を形成するために、アクチュエータ空隙と連通する連通路と、この連通路を外部に連通させる大気開放部を設けて、この大気開放部から連通路を介して疎水膜となるガス、液体をアクチュエータ空隙に導入し、空隙内部表面に疎水膜を形成後、大気開放部を封止材で封止したものが知られている。
特開2007−237417号公報 特開2007−38583号公報 特開2007−77864号公報
In the electrostatic actuator, for the purpose of eliminating the differential pressure between the internal pressure of the air gap and the atmospheric pressure or improving the reliability of the actuator, a communication path that communicates each air gap is provided to introduce gas into the air gap. . For example, as disclosed in Patent Document 3, in order to form a hydrophobic film inside the gap between the diaphragm and the individual electrode for the purpose of improving the durability of the actuator, a communication path communicating with the actuator gap, An air opening part that connects the communication path to the outside is provided, and gas and liquid that becomes a hydrophobic film are introduced from the air opening part through the communication path into the actuator gap, and after forming the hydrophobic film on the inner surface of the gap, the atmosphere is opened. What sealed the part with the sealing material is known.
JP 2007-237417 A JP 2007-38583 A JP 2007-77864 A

特許文献3に記載されているアクチュエータ基板では、アクチュエータ空隙、連通路、大気開放部の空隙を一度の犠牲層エッチプロセスで形成されており、大気開放部から疎水膜となるガスや液体をアクチュエータ空隙に導入する場合、大気開放部のアクチュエータの振動板に相当する部分に大気開放孔を開口する必要がある。このように大気開放孔を開口して疎水膜となるガス、液体を導入する工程に至る間に、大気開放部と連通部を連通する部分を塞ぐような異物が付着すると、アクチュエータ空隙内へ疎水膜となるガス、液体を十分にあるいはまったく導入できない場合があり、所望するアクチュエータの性能が得られなくなる。   In the actuator substrate described in Patent Document 3, the actuator gap, the communication path, and the atmosphere opening portion are formed by a single sacrificial layer etch process, and a gas or liquid that becomes a hydrophobic film is released from the atmosphere opening portion into the actuator gap. In the case of introduction into the air opening, it is necessary to open an air opening hole in a portion corresponding to the diaphragm of the actuator in the air opening portion. When foreign matter adheres to the part that communicates with the atmosphere opening part and the communication part during the process of introducing the gas or liquid that forms the hydrophobic film by opening the atmosphere opening hole in this way, hydrophobicity is caused into the actuator gap. In some cases, the gas or liquid that forms the film cannot be introduced sufficiently or at all, and the desired actuator performance cannot be obtained.

この発明は、このような問題を解消し、大気導入部と連通部を連通する部分を塞ぐような異物が付着しても、大気開放部の空隙より下の下部層に溝を形成することにより、アクチュエータ空隙に疎水膜となるガス、液体を滞りなく導入できる静電型アクチュエータと、この静電型アクチュエータを備えた液滴吐出ヘッド、この液滴吐出ヘッドを一体化した液体カートリッジと、この液滴吐出ヘッド又は液体カートリッジを搭載した画像形成装置及びこの静電型アクチュエータを用いたマイクロポンプ、光学デバイスを提供することを目的とするものである。   The present invention eliminates such a problem and forms a groove in the lower layer below the air gap of the atmosphere opening portion even if foreign matter adhering to the portion communicating with the atmosphere introduction portion and the communication portion adheres. , An electrostatic actuator that can introduce a gas and a liquid that form a hydrophobic film into the actuator gap without delay, a liquid droplet ejection head that includes the electrostatic actuator, a liquid cartridge that integrates the liquid droplet ejection head, and the liquid It is an object of the present invention to provide an image forming apparatus equipped with a droplet discharge head or a liquid cartridge, a micropump using the electrostatic actuator, and an optical device.

この発明の静電型アクチュエータは、可動電極となっている変形可能な振動板と、該振動板に犠牲層エッチングにより形成された空隙を介して対向配置された固定電極とを備え、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、前記空隙に連通する連通路と、該連通路を外部に連通させる大気開放孔を有する大気開放部を備え、前記大気開放部の前記固定電極を有する基板側に大気開放部溝を備えたことを特徴とする。   An electrostatic actuator according to the present invention includes a deformable diaphragm serving as a movable electrode, and a fixed electrode disposed opposite to the diaphragm via a gap formed by sacrificial layer etching. In the electrostatic actuator that deforms with an electrostatic force, the electrostatic actuator includes an air release portion having a communication passage communicating with the gap and an air release hole communicating the communication passage with the outside, and the fixed electrode of the air release portion is included. An air release groove is provided on the substrate side.

前記大気開放部溝は、前記連通路に連通していることを特徴とする。また、前記大気開放部溝を複数有することが望ましい。   The atmosphere opening portion groove communicates with the communication path. In addition, it is desirable to have a plurality of the atmosphere opening groove.

この発明の静電型アクチュエータの製造方法は、可動電極となっている変形可能な振動板と、該振動板に犠牲層エッチングにより形成された空隙を介して対向配置された固定電極と、前記空隙に連通する連通路と、該連通路を外部に連通させる大気開放部及び前記大気開放部の前記固定電極を有する基板側に設けられた大気開放部溝を備え、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の製造方法であって、前記空隙と連通路と大気開放部及び大気開放部溝は、同じ犠牲層エッチングで形成することを特徴とする。   The manufacturing method of the electrostatic actuator according to the present invention includes a deformable diaphragm serving as a movable electrode, a fixed electrode disposed opposite to the diaphragm via a gap formed by sacrificial layer etching, and the gap. A communication passage that communicates with the atmosphere, an atmosphere opening portion that communicates the communication passage with the outside, and an atmosphere opening portion groove provided on the substrate side having the fixed electrode of the atmosphere opening portion, and the diaphragm is deformed by electrostatic force The manufacturing method of the electrostatic actuator to be performed is characterized in that the gap, the communication path, the atmosphere opening portion and the atmosphere opening portion groove are formed by the same sacrificial layer etching.

この発明の液滴吐出ヘッドは、前記静電型アクチュエータを有する第1の基板と、液体を貯溜する液室を形成する第2の基板と、ノズル孔を有する第3の基板とを順次積層して構成したことを特徴とする。   The droplet discharge head according to the present invention includes a first substrate having the electrostatic actuator, a second substrate forming a liquid chamber for storing a liquid, and a third substrate having a nozzle hole. It is characterized by being configured.

この発明の液体カートリッジは、前記液滴吐出ヘッドと、該液滴吐出ヘッドに液体を供給する液体タンクを一体化したことを特徴とする。   The liquid cartridge according to the present invention is characterized in that the droplet discharge head and a liquid tank for supplying a liquid to the droplet discharge head are integrated.

この発明の画像形成装置は、前記液滴吐出ヘッド又は液体カートリッジを有し、該液滴吐出ヘッドのノズル孔からインク滴を吐出させて画像を記録することを特徴とする。   The image forming apparatus of the present invention includes the droplet discharge head or the liquid cartridge, and records an image by discharging ink droplets from nozzle holes of the droplet discharge head.

この発明のマイクロポンプは、前記静電型アクチュエータを有し、静電型アクチュエータの振動板を静電力で変形させて液体を輸送することを特徴とする。   The micropump of the present invention includes the electrostatic actuator, and transports a liquid by deforming a diaphragm of the electrostatic actuator with an electrostatic force.

この発明の光学デバイスは、前記静電型アクチュエータを有し、該静電型アクチュエータの振動板の表面を反射面で形成し、振動板を静電力で変形させて入射光を散乱させることを特徴とする。   The optical device according to the present invention includes the electrostatic actuator, the surface of the diaphragm of the electrostatic actuator is formed by a reflecting surface, and the diaphragm is deformed by an electrostatic force to scatter incident light. And

この発明の静電型アクチュエータは、振動板と固定電極との間の空隙の耐久性を向上させるために、空隙に通じた連通路に通ずる大気導入孔からガス等を導入するが、製造工程において大気開放孔から大気開放部に異物が入り込んでも大気開放部に設けた大気開放部溝を介して空隙にガス等を導入することができ、静電型アクチュエータの特性ばらつきを小さくするとともに精度良く形成できる。   In the electrostatic actuator of the present invention, in order to improve the durability of the gap between the diaphragm and the fixed electrode, gas or the like is introduced from the air introduction hole that leads to the communication path that leads to the gap. Even if foreign matter enters the atmosphere opening part from the atmosphere opening hole, gas etc. can be introduced into the gap through the atmosphere opening part groove provided in the atmosphere opening part, reducing the characteristic variation of the electrostatic actuator and forming it with high accuracy it can.

この空隙と連通路と大気開放部及び大気開放部溝を同じ犠牲層エッチングで形成することにより量産性と歩留を向上でき、静電型アクチュエータの製造コストを低減することができる。   By forming the air gap, the communication path, the air opening portion, and the air opening portion groove by the same sacrificial layer etching, the mass productivity and the yield can be improved, and the manufacturing cost of the electrostatic actuator can be reduced.

また、この静電型アクチュエータを備えた液滴吐出ヘッドは、液滴吐出のバラツキを低減して信頼性を向上することができる。   In addition, the droplet discharge head provided with this electrostatic actuator can improve the reliability by reducing variations in droplet discharge.

さらに、この静電型アクチュエータを備えた液滴吐出ヘッドと、液滴吐出ヘッドに液体を供給する液体タンクを一体化することにより、量産性と歩留を向上でき、製造コストを低減することができる。   Furthermore, by integrating the droplet discharge head equipped with this electrostatic actuator and the liquid tank that supplies liquid to the droplet discharge head, mass productivity and yield can be improved, and manufacturing costs can be reduced. it can.

また、この液滴吐出ヘッド又は液体カートリッジを有し、該液滴吐出ヘッドのノズル孔からインク滴を吐出させて画像を記録する画像形成装置は、インク滴を安定して吐出するから、良質な画像を安定して形成するとともに製造不良が減少して低コスト化を図ることができる。   An image forming apparatus that has this droplet discharge head or liquid cartridge and records an image by discharging ink droplets from the nozzle holes of the droplet discharge head stably discharges ink droplets. It is possible to stably form an image and reduce manufacturing defects to reduce costs.

また、静電型アクチュエータの振動板を静電力で変形させて液体を輸送することにより、小型で低消費電力のマイクロポンプを実現することができる。   In addition, a micropump having a small size and low power consumption can be realized by deforming the diaphragm of the electrostatic actuator with an electrostatic force and transporting the liquid.

さらに、静電型アクチュエータの振動板の表面を反射面で形成し、振動板を静電力で変形させて入射光を散乱させることにより、小型で低消費電力の光学デバイスを実現することができる。   Furthermore, a compact and low power consumption optical device can be realized by forming the surface of the diaphragm of the electrostatic actuator with a reflecting surface and deforming the diaphragm with electrostatic force to scatter incident light.

図1はこの発明の静電型アクチュエータを有する液滴吐出ヘッドの斜視図、図2は液滴吐出ヘッドの分解斜視図、図3は図1の面A−Aに沿う液室長辺方向の断面図、図4は図1の面B−Bに沿う液室長辺方向の断面図である。図に示すように、液滴吐出ヘッド100は、基板面部に設けたノズル孔から液滴を吐出させるサイドシュータータイプのものであり、第1の基板であるアクチュエータ基板1と第2の基板である流路基板2と第3の基板であるノズル基板3を順次積層して構成し、これら3枚の基板1〜3を接合して液滴を吐出するノズル4とノズル連通路を介して連通する液室(吐出室)5と液室6に液体(インク)を供給するための液体抵抗部7及び共通液室8を形成している。各液室6は液室間隔璧9で仕切られている。   1 is a perspective view of a droplet discharge head having an electrostatic actuator according to the present invention, FIG. 2 is an exploded perspective view of the droplet discharge head, and FIG. 3 is a cross section in the direction of the long side of the liquid chamber along the plane AA in FIG. FIG. 4 and FIG. 4 are cross-sectional views in the liquid chamber long side direction along the plane BB in FIG. As shown in the figure, the droplet discharge head 100 is of a side shooter type that discharges droplets from nozzle holes provided in the substrate surface, and is an actuator substrate 1 and a second substrate that are first substrates. A flow path substrate 2 and a nozzle substrate 3 as a third substrate are sequentially laminated, and these three substrates 1 to 3 are joined to communicate with a nozzle 4 for discharging droplets via a nozzle communication path. A liquid resistance section 7 and a common liquid chamber 8 for supplying liquid (ink) to the liquid chamber (discharge chamber) 5 and the liquid chamber 6 are formed. Each liquid chamber 6 is partitioned by a liquid chamber interval wall 9.

アクチュエータ基板1は、図2に示すように、液室6の一部の壁面を形成する振動板領域(変形可能領域)12Aを形成する振動板12と、この振動板12の振動板領域12Aに犠牲層エッチングによって形成した空隙(ギャップ)13を介して対向する個別電極14を備え、これらの振動板12と個別電極14によって各液室6に対応する静電型アクチュエータを構成する。また、アクチュエータ基板1には、ノズル4の並び方向に、各空隙13を相互に連通させるとともにアクチュエータ基板1自体の外部又は連通させるための共通連通路(連通管)15を形成し、この共通連通路15に個別連通路15Aを介して空隙13を連通させ、共通連連通路15の他端部は共通連通路15を大気に開放するための大気開放部16に連通されている。この大気開放部16はアクチュエータ基板1を形成した段階で封止剤によって封止される。   As shown in FIG. 2, the actuator substrate 1 includes a diaphragm 12 that forms a diaphragm region (deformable region) 12 </ b> A that forms a part of the wall surface of the liquid chamber 6, and a diaphragm region 12 </ b> A of the diaphragm 12. The individual electrodes 14 that face each other through a gap (gap) 13 formed by sacrificial layer etching are provided, and the diaphragm 12 and the individual electrodes 14 constitute an electrostatic actuator corresponding to each liquid chamber 6. The actuator substrate 1 is formed with a common communication path (communication pipe) 15 in the direction in which the nozzles 4 are arranged so that the air gaps 13 communicate with each other and communicate with the outside of the actuator substrate 1 itself. The gap 13 is communicated with the passage 15 via the individual communication passage 15A, and the other end portion of the common communication passage 15 is communicated with an atmosphere opening portion 16 for opening the common communication passage 15 to the atmosphere. The air release portion 16 is sealed with a sealant at the stage where the actuator substrate 1 is formed.

このアクチュエータ基板1は、図3に示すように、シリコン基板21上に絶縁膜22を介して個別電極14となるエッチング可能な電極形成層24を形成し、この電極形成層24上に絶縁膜25を形成し、更に絶縁膜25上に空隙13と共通連通路15と個別連通路15A及び大気開放部16の大気開放空隙を形成するための犠牲層27を形成し、この犠牲層27上に絶縁膜28を形成して、この絶縁膜28に、図4に示すように、犠牲層除去孔29を形成し、この犠牲層除去孔29から犠牲層27を除去して空隙13と共通連通路15と個別連通路15A及び大気開放部16の大気開放空隙を形成するとともに絶縁膜28上に振動板部材30を積層形成している。なお、個別電極14の表面に形成した絶縁膜25は、振動板12との電気的短絡を防止するとともに、空隙13を形成するための犠牲層エッチング時に個別電極14を保護するためのものである。また、振動板12側の絶縁膜28も個別電極14との電気的短絡を防止するとともに、空隙13を形成するための犠牲層エッチング時に絶縁膜28上に形成される振動板部材30の一部の層を保護するためのものである。また、アクチュエータ基板1には流路基板2の共通液室8に外部からインクを供給するための供給口18を形成している。   In the actuator substrate 1, as shown in FIG. 3, an etchable electrode forming layer 24 to be an individual electrode 14 is formed on a silicon substrate 21 via an insulating film 22, and the insulating film 25 is formed on the electrode forming layer 24. Further, a sacrificial layer 27 is formed on the insulating film 25 to form the air gap 13, the common communication path 15, the individual communication path 15 </ b> A, and the air release space of the air release portion 16. As shown in FIG. 4, a sacrificial layer removal hole 29 is formed in the insulating film 28, and the sacrificial layer 27 is removed from the sacrificial layer removal hole 29 to remove the sacrificial layer 27 and the common communication path 15. In addition, the individual communication passage 15 </ b> A and the open air gap of the open air portion 16 are formed, and the diaphragm member 30 is laminated on the insulating film 28. The insulating film 25 formed on the surface of the individual electrode 14 is for preventing an electrical short circuit with the diaphragm 12 and protecting the individual electrode 14 during etching of the sacrificial layer for forming the gap 13. . In addition, the insulating film 28 on the diaphragm 12 side also prevents an electrical short circuit with the individual electrode 14, and a part of the diaphragm member 30 formed on the insulating film 28 at the time of sacrificial layer etching for forming the gap 13. It is for protecting the layer. The actuator substrate 1 is provided with a supply port 18 for supplying ink from the outside to the common liquid chamber 8 of the flow path substrate 2.

アクチュエータ基板1の上に接合する流路基板2は、例えば、結晶方位(110)のシリコン基板に、液室(吐出室)5と、各々の液室6に流体抵抗7を介して連通する溝部又は凹部からなる共通液室8を設けている。流路基板2の上に接合するノズル基板3は、例えば、厚さ50μmのニッケルを用い、ノズル4はドライ又はウエットエッチングやレーザー加工など周知の方法で形成することができる。   The flow path substrate 2 joined on the actuator substrate 1 is, for example, a groove portion communicating with a silicon substrate having a crystal orientation (110), a liquid chamber (discharge chamber) 5, and each liquid chamber 6 via a fluid resistance 7. Or the common liquid chamber 8 which consists of a recessed part is provided. The nozzle substrate 3 bonded onto the flow path substrate 2 uses, for example, nickel having a thickness of 50 μm, and the nozzle 4 can be formed by a known method such as dry or wet etching or laser processing.

このように構成した液滴吐出ヘッド100においては、各液室6内に液体例えば記録液(インク)が満たされた状態で、図示しない制御部から画像データに基いて、記録液の吐出を行いたいノズル4に対応する個別電極14に対して、発振回路により40Vのパルス電圧を印加する。この電圧を印加することにより個別電極14の表面にプラス電荷が帯電し、個別電極14と、振動板電極を含む振動板12との間に静電力による吸引作用が働いて、振動板12が下方に撓む。これにより、液室6の容積が広げられることから、その容積分の記録液が共通液室10より流体抵抗部7を介して液室6へ流入する。その後、個別電極14へパルス電圧を0Vにする(印加を止める)ことにより、静電力により下方へ撓んだ振動板12は自身の剛性により元の位置に戻る。これにより、液室6内の圧力が急激に上昇して、液室6に連通するノズル孔4より記録液の液滴が吐出される。そして、この動作を繰り返してノズル4から記録液を連続的に吐出することにより、液滴吐出ヘッドに対向して配置した被記録媒体(用紙)に画像を形成する。ここで、静電型アクチュエータにおいて、個別電極14と振動板12との間に作用する静電力は、下記式で与えられる。ここで、Fは電極間に働く静電力、εは誘電率、Sは電極の対向する面の面積、dは電極間距離、Vは印加電圧である。
F=(εS/2d)・V
In the droplet discharge head 100 configured as described above, a recording liquid is discharged from a control unit (not shown) based on image data in a state where each liquid chamber 6 is filled with a liquid, for example, a recording liquid (ink). A pulse voltage of 40 V is applied to the individual electrode 14 corresponding to the nozzle 4 by the oscillation circuit. By applying this voltage, a positive charge is charged on the surface of the individual electrode 14, and a suction action by an electrostatic force acts between the individual electrode 14 and the diaphragm 12 including the diaphragm electrode, so that the diaphragm 12 moves downward. Bend. As a result, the volume of the liquid chamber 6 is expanded, and the recording liquid corresponding to that volume flows from the common liquid chamber 10 into the liquid chamber 6 via the fluid resistance portion 7. Thereafter, by setting the pulse voltage to 0 V to the individual electrode 14 (stopping the application), the diaphragm 12 bent downward by the electrostatic force returns to its original position due to its own rigidity. As a result, the pressure in the liquid chamber 6 is rapidly increased, and a recording liquid droplet is ejected from the nozzle hole 4 communicating with the liquid chamber 6. Then, by repeating this operation and continuously ejecting the recording liquid from the nozzle 4, an image is formed on a recording medium (paper) disposed facing the droplet ejection head. Here, in the electrostatic actuator, the electrostatic force acting between the individual electrode 14 and the diaphragm 12 is given by the following equation. Here, F is the electrostatic force acting between the electrodes, ε is the dielectric constant, S is the area of the opposing surfaces of the electrodes, d is the distance between the electrodes, and V is the applied voltage.
F = (εS / 2d 2 ) · V 2

すなわち、静電力Fは、電極間距離dの2乗に反比例し、印加電圧Vの2乗に正比例していることがわかる。したがって静電型アクチュエータ又はそれを搭載した液滴吐出ヘッド100の駆動電圧の低電圧化を図るためには、個別電極14と振動板12との間隔(空隙高さ:ギャップ長)を小さく形成することが重要となる。   That is, it can be seen that the electrostatic force F is inversely proportional to the square of the inter-electrode distance d and directly proportional to the square of the applied voltage V. Therefore, in order to reduce the driving voltage of the electrostatic actuator or the droplet discharge head 100 equipped with the electrostatic actuator, the distance (gap height: gap length) between the individual electrode 14 and the diaphragm 12 is made small. It becomes important.

そこで、前述したように、空隙13を犠牲層エッチングで形成することにより、微小な空隙間隔を精度良くバラツキなく安定して形成することができるので、各アクチュエータ間での動作特性のバラツキが少ない静電型アクチュエータを得ることができ、また、この静電型アクチュエータを液滴吐出ヘッド100に適用することによりノズル4間での液滴吐出特性にバラツキが少なくなって、高品質画像を形成することができる。   Therefore, as described above, by forming the air gap 13 by sacrificial layer etching, it is possible to stably form a fine air gap accurately and without variation, so that static characteristics with less variation in operating characteristics between the actuators can be obtained. An electric actuator can be obtained, and by applying this electrostatic actuator to the droplet discharge head 100, variations in droplet discharge characteristics between the nozzles 4 are reduced, and a high-quality image is formed. Can do.

次にアクチュエータ基板1の詳細について図5から図10をも参照して説明する。図5はアクチュエータ基板1を透過状態で示す平面図、図6は図5のX1−X1線に沿う断面図、図7は図5のX2−X2線に沿う断面図、図8はアクチュエータ基板1の大気開放部の平面図、図9は図8のX3−X3線に沿う断面図、図10は図8のY3−Y3線に沿う断面図である。   Next, details of the actuator substrate 1 will be described with reference to FIGS. 5 is a plan view showing the actuator substrate 1 in a transparent state, FIG. 6 is a sectional view taken along line X1-X1 in FIG. 5, FIG. 7 is a sectional view taken along line X2-X2 in FIG. FIG. 9 is a sectional view taken along line X3-X3 in FIG. 8, and FIG. 10 is a sectional view taken along line Y3-Y3 in FIG.

このアクチュエータ基板1の振動板12は、前述したように絶縁膜28及び振動板部材30で構成され、この振動板部材30の振動板領域12Aは、図5に示すように、分離溝31で分離されている。この振動板部材30は、図6に示すように、絶縁膜28上に振動板電極(上部電極)32と膜剛性調整膜(窒化膜)33と撓み防止膜34及び樹脂膜35を順次積層して形成している。また、シリコン基板21表面に形成した絶縁膜22上の各振動板領域12Aは、図5に示すように、短辺長a及び長辺長bは、例えば短辺長が60μm、長辺長bが1000μmとしている。   The diaphragm 12 of the actuator substrate 1 is composed of the insulating film 28 and the diaphragm member 30 as described above, and the diaphragm region 12A of the diaphragm member 30 is separated by the separation groove 31 as shown in FIG. Has been. As shown in FIG. 6, the diaphragm member 30 is formed by sequentially laminating a diaphragm electrode (upper electrode) 32, a film stiffness adjusting film (nitride film) 33, a deflection preventing film 34, and a resin film 35 on an insulating film 28. Formed. Further, as shown in FIG. 5, each diaphragm region 12A on the insulating film 22 formed on the surface of the silicon substrate 21 has a short side length a and a long side length b of, for example, a short side length of 60 μm and a long side length b. Is 1000 μm.

これらの振動板領域12Aと個別電極14との間の空隙13は、犠牲層エッチングで形成する。犠牲層エッチングでは、絶縁膜25上に空隙13の高さの厚みを有する犠牲層27を形成した後、絶縁膜28と振動板電極32と膜剛性調整膜(窒化膜)33を順次積層形成して、これらを貫通する犠牲層除去孔29を形成し、この犠牲層除去孔29を介して空隙13部分の犠牲層27を除去する。   The gaps 13 between these diaphragm regions 12A and the individual electrodes 14 are formed by sacrificial layer etching. In the sacrificial layer etching, a sacrificial layer 27 having the height of the gap 13 is formed on the insulating film 25, and then an insulating film 28, a diaphragm electrode 32, and a film stiffness adjusting film (nitride film) 33 are sequentially stacked. Then, a sacrificial layer removal hole 29 penetrating them is formed, and the sacrificial layer 27 in the gap 13 portion is removed through the sacrificial layer removal hole 29.

また、この犠牲層27を除去する犠牲層エッチングでは、空隙13の形成とともに共通連通路15及び個別連通路15Aと大気開放部16の大気開放空隙41を形成する。このように、振動板−電極間の空隙13、共通連通路15及び個別連通路15Aと、大気開放部16の大気開放空隙41を同じ犠牲層を除去して同時形成することによって、それぞれの空隙又は通路を相互に連通させることができ、構成が簡単で、製造工数が少なく、量産性、歩留まりが向上する。   In the sacrificial layer etching for removing the sacrificial layer 27, the common communication passage 15 and the individual communication passage 15 </ b> A and the air release space 41 of the air release portion 16 are formed together with the formation of the space 13. In this manner, the gap 13 between the diaphragm and the electrode, the common communication path 15 and the individual communication path 15A, and the air release space 41 of the air release portion 16 are simultaneously formed by removing the same sacrificial layer. Alternatively, the passages can be communicated with each other, the configuration is simple, the number of manufacturing steps is small, and the mass productivity and the yield are improved.

ここで、犠牲層除去孔29は、図5に示すように、振動板領域12Aの長辺方向に等間隔で配置するとともに、振動板領域12Aの短辺長a以下の間隔で、かつ、振動板領域12Aの対向する辺の同位置に形成している。犠牲層エッチングは、等方性のため、振動板領域12Aに中央に犠牲層除去孔29が並んでいる方が犠牲層除去効率は高いが、振動板領域12Aに犠牲層除去孔29があると、アクチュエータの振動特性に影響を及ぼす可能性があるため、犠牲層除去孔29は振動板領域12Aの外側に配置することが好ましい。また、犠牲層除去孔29を複数配置することにより、効率的に犠牲層27を除去することができて空隙13を効率良く形成することができる。   Here, as shown in FIG. 5, the sacrificial layer removal holes 29 are arranged at equal intervals in the long side direction of the diaphragm region 12 </ b> A and at intervals equal to or shorter than the short side length a of the diaphragm region 12 </ b> A. It is formed at the same position on the opposite side of the plate region 12A. Since the sacrificial layer etching is isotropic, the sacrificial layer removal efficiency is higher when the sacrificial layer removal hole 29 is arranged in the center in the diaphragm region 12A. However, if the sacrificial layer removal hole 29 is present in the diaphragm region 12A. Since the vibration characteristics of the actuator may be affected, the sacrificial layer removal hole 29 is preferably disposed outside the diaphragm region 12A. Further, by arranging a plurality of sacrificial layer removal holes 29, the sacrificial layer 27 can be efficiently removed, and the gap 13 can be formed efficiently.

また、大気開放部16の大気開放空隙41を形成するための犠牲層除去孔29については、図8に示すように、振動板領域12Aとの面積比を考慮して、効率よく犠牲層27がエッチングされるように犠牲層除去孔29を配置する。   Further, as shown in FIG. 8, the sacrificial layer removal hole 29 for forming the open air gap 41 of the open air portion 16 efficiently takes into account the sacrificial layer 27 in consideration of the area ratio with the diaphragm region 12A. The sacrificial layer removal hole 29 is disposed so as to be etched.

そして、犠牲層エッチング後は、犠牲層除去孔29は膜撓み防止膜34で完全封止する。その後、図示しないが、外部電極への取り出しのための配線と、共通液室8に記録液を供給する供給口18を形成し、液滴と接液する樹脂膜35を形成する。更に大気開放部16に内部の大気開放空隙41に通じる大気開放孔42を開口し、大気開放孔42と大気開放空隙41と共通連通路15及び個別連通路15Aを通して空隙13の大気開放あるいは、空隙13へのヘキサメチルジシラザン(HMDS)などの疎水膜形成材料の導入を行なう。このとき、大気開放部16の大気開放孔42を形成するためには、レーザー法や物理的で大気開放部16領域の振動板12を除去する。あるいは、微細加工が可能なリソエッチ法で大気開放部16の大気開放孔42を形成してレーザー法や物理的方法に比べて、大気開放部16の面積が小さくでき、また異物の発生が抑えられるだけでなく、表面状態が平易ため、次工程への影響がほとんどないため、より好ましい。そして、スプレーコート法、蒸着重合法などで大気開放孔封止膜を形成する。あるいは、CVD法で無機材料、例えばシリコン酸化膜を大気開放孔封止膜としてもよい。   After sacrificial layer etching, the sacrificial layer removal hole 29 is completely sealed with a film deflection preventing film 34. Thereafter, although not shown, a wiring for taking out to the external electrode and a supply port 18 for supplying the recording liquid to the common liquid chamber 8 are formed, and a resin film 35 in contact with the droplet is formed. Further, an air opening hole 42 communicating with the internal air opening air gap 41 is opened in the air opening portion 16, and the air opening of the air gap 13 through the air opening hole 42, the air air opening air gap 41, the common communication path 15 and the individual communication path 15 </ b> A or the air gap 13 is introduced with a hydrophobic film forming material such as hexamethyldisilazane (HMDS). At this time, in order to form the atmosphere opening hole 42 of the atmosphere opening portion 16, the vibration plate 12 in the area of the atmosphere opening portion 16 is removed by a laser method or physical. Alternatively, the air opening hole 42 of the air opening portion 16 can be formed by a litho-etching method capable of microfabrication, so that the area of the air opening portion 16 can be reduced as compared with the laser method and the physical method, and the generation of foreign matters can be suppressed. In addition, since the surface state is simple, there is almost no influence on the next step, which is more preferable. Then, an air opening hole sealing film is formed by spray coating, vapor deposition polymerization or the like. Alternatively, an inorganic material, such as a silicon oxide film, may be used as the air opening hole sealing film by the CVD method.

ここで大気開放部16に大気開放孔42より大きな異物が付着した場合は、エアーブロー等で比較的簡単に異物が除去できるが、大気開放孔42より小さな異物が付着した場合は、大気開放部16の段差に異物が入り込み、簡単には除去できず、特にこの異物が大気開放空隙41から通じる共通連通路15の空隙を塞いだ場合、後の工程でアクチュエータの空隙13への疎水膜形成材料を導入することができず、所望する動作特性を得ることができなくなる。しかし、大気開放孔42の下に大気開放部溝45が形成されていることにより、例え大気開放孔42より小さい異物が大気開放部16に付着しても、この大気開放部溝45を介して疎水膜形成材料を空隙13に導入することができる。ここで、大気開放部溝45の幅は小さな異物へ対応できるために、狭幅にすることが好ましく、また、大気開放部溝45の数も可能な限り多くすることが好ましい。これにより、動作不良のない静電型アクチュエータが得られ、また、静電型アクチュエータの製造歩留まりが向上する。   Here, when a foreign matter larger than the atmosphere opening hole 42 adheres to the atmosphere opening portion 16, the foreign matter can be removed relatively easily by air blow or the like, but when a foreign matter smaller than the atmosphere opening hole 42 adheres, the atmosphere opening portion 16 The foreign material enters the step 16 and cannot be easily removed. Especially when this foreign material blocks the gap of the common communication path 15 communicating from the air opening gap 41, the hydrophobic film forming material to the gap 13 of the actuator in a later step Therefore, it is impossible to obtain desired operating characteristics. However, since the air release portion groove 45 is formed below the air release hole 42, even if foreign matter smaller than the air release hole 42 adheres to the air release portion 16, A hydrophobic film-forming material can be introduced into the gap 13. Here, the width of the air opening portion groove 45 is preferably narrow because it can accommodate small foreign substances, and the number of the air opening portion grooves 45 is preferably as large as possible. Thereby, an electrostatic actuator with no malfunction is obtained, and the manufacturing yield of the electrostatic actuator is improved.

次にアクチュエータ基板1の製造工程について、図11から図14を参照して説明する。図11は図5のX1−X1線に沿う部分を示す製造工程図、図12は図5のX2−X2線に沿う部分を示す製造工程図、図13は図8のX3−X3線に沿う部分を示す製造工程図、図14は図8のY3−Y3線に沿う部分を示す製造工程図である。   Next, the manufacturing process of the actuator substrate 1 will be described with reference to FIGS. 11 is a manufacturing process diagram showing a portion along line X1-X1 in FIG. 5, FIG. 12 is a manufacturing process diagram showing a part along line X2-X2 in FIG. 5, and FIG. 13 is along a line X3-X3 in FIG. FIG. 14 is a manufacturing process diagram showing a portion along the line Y3-Y3 in FIG.

図11、図12、図13、図14の(a)に示すように、例えば厚さ400μmのシリコン(Si)基板21の表面(ここでは両面)に厚さ1.5μmの絶縁膜(熱酸化膜)22を形成し、この絶縁膜22上に個別電極14を形成する電極形成層として、リンドープポリシリコン(大気開放部16の部分での符号14Aを付している。)を厚さ0.3μmに成膜する。そして、ポリシリコン(電極形成層)をリソエッチ法によって分離溝40を形成して、個別電極14と隔壁を構成する部分51とに分離及びパターニングするとともに、後にシリコン基板21に貫通し供給口18を形成する部分53を除去する。その後、CVD酸化膜を厚さ0.1μmで堆積させて、ポリシリコンで形成された個別電極14と隔壁を構成する部分51上及び分離溝40内に絶縁膜25を形成する。そして、後に共通連通路15を形成する部分54と個別連通路15Aを形成する部分及び大気開放空隙41を形成する部分55と大気開放部溝45を形成する部分56の絶縁膜25をリソエッチ法により除去する。   As shown in FIGS. 11, 12, 13, and 14A, for example, an insulating film (thermal oxide film) having a thickness of 1.5 μm is formed on the surface (here, both surfaces) of a silicon (Si) substrate 21 having a thickness of 400 μm. ) 22 is formed, and phosphorus-doped polysilicon (symbol 14A in the part of the air opening portion 16 is attached) as an electrode forming layer for forming the individual electrode 14 on the insulating film 22 has a thickness of 0.3 μm. A film is formed. Then, a separation groove 40 is formed in the polysilicon (electrode forming layer) by a litho-etching method, and is separated and patterned into the individual electrode 14 and the portion 51 constituting the partition wall. The portion 53 to be formed is removed. Thereafter, a CVD oxide film is deposited to a thickness of 0.1 μm, and an insulating film 25 is formed on the individual electrode 14 made of polysilicon and the portion 51 constituting the partition and in the isolation trench 40. Then, the insulating film 25 of the portion 54 that later forms the common communication passage 15, the portion that forms the individual communication passage 15 </ b> A, the portion 55 that forms the air opening gap 41, and the portion 56 that forms the air opening groove 45 is formed by lithoetching. Remove.

次に図11、図12、図13、図14の(b)に示すように、絶縁膜25上に犠牲層27としてノンドープポリシリコンを空隙である0.2μmの厚さにCVD法いより成膜する。そして、ポリシリコンをリソエッチ法により空隙13となる部分57と隔壁を構成する部分58と個別連通路15Aとなる部分59と共通連通路15となる部分60とに分離及びパターニングし分離溝61を形成するとともに、供給口18となる部分53に対応する部分を除去する。このとき、大気開放部16となる部分では、図13、図14の(b)に示すように、大気開放空隙41となる部分70と隔壁を構成する部分71とに分離及びパターニングして分離溝61を形成する。このように、犠牲層を形成する材料をポリシリコンとすることにより、犠牲層の除去工程として一般的に知られた汎用技術を用いることができ、他材料との選択性があり、プロセスの自由度が高く、低コストで、量産性に優れ、安定したアクチュエータをえることができる。   Next, as shown in FIGS. 11, 12, 13, and 14 (b), non-doped polysilicon is formed as a sacrificial layer 27 on the insulating film 25 to a thickness of 0.2 μm, which is a gap, by CVD. To do. Then, polysilicon is separated and patterned into a portion 57 that becomes the gap 13, a portion 58 that constitutes the partition wall, a portion 59 that becomes the individual communication passage 15 </ b> A, and a portion 60 that becomes the common communication passage 15 by lithoetching, thereby forming the separation groove 61. At the same time, the portion corresponding to the portion 53 to be the supply port 18 is removed. At this time, as shown in FIG. 13 and FIG. 14B, the portion that becomes the atmosphere opening portion 16 is separated and patterned into a portion 70 that becomes the atmosphere opening air gap 41 and a portion 71 that constitutes the partition wall. 61 is formed. In this way, by using polysilicon as the material for forming the sacrificial layer, a general-purpose technique generally known as a sacrificial layer removal step can be used, and there is selectivity with other materials and freedom of the process. High degree, low cost, excellent mass productivity and stable actuator can be obtained.

その後、犠牲層27を形成して、空隙13となる部分57と隔壁を構成する部分58と個別連通路15A及び共通連通路15となる部分59,60上に、また、大気開放部16の大気開放空隙41となる部分70と共通連通路となる部分59と隔壁を構成する部分71上にCVD酸化膜を堆積させて絶縁膜28を厚さ0.1μmで形成する。このとき絶縁膜28は分離溝61内にも形成される。   Thereafter, the sacrificial layer 27 is formed, and the atmosphere 57 of the atmosphere opening portion 16 is formed on the portion 57 serving as the gap 13, the portion 58 constituting the partition wall, the portions 59 and 60 serving as the individual communication path 15 </ b> A and the common communication path 15. A CVD oxide film is deposited on the portion 70 serving as the open air gap 41, the portion 59 serving as the common communication path, and the portion 71 constituting the partition wall to form the insulating film 28 with a thickness of 0.1 μm. At this time, the insulating film 28 is also formed in the isolation trench 61.

次に図12、図13、図14の(c)に示すように、絶縁膜28上に振動板電極層32となるリンドープポリシリコン層を厚さ0.1μmで形成し、このポリシリコン層を、リソエッチ法により、振動板電極層32と、隔壁を構成する部分61とに分離するとともに、供給口18となる部分53は除去して開口を形成する。この時、同時に、犠牲層27と同じ材料からなる振動板電極層32が犠牲層エッチング時にエッチングされないようにするため、後に形成する犠牲層除去孔29よりも大きな開口径を有する開口62を形成する。また、大気開放部16となる部分では、図13、図14の(c)に示すように、振動板電極層32となるポリシリコン層を、リソエッチ法により、分離及びパターニングし、後に形成する犠牲層除去孔29よりも大きな開口62を形成する。そして、振動板電極層32上に振動板12の剛性調整層33として、LP−CVD法により0.15μmの厚さの窒化膜を堆積させる。この窒化膜からなる剛性調整層33は、開口62内にも形成されることで振動板電極層32の開口62端面側を被覆する。   Next, as shown in FIGS. 12, 13, and 14 (c), a phosphorus-doped polysilicon layer to be the diaphragm electrode layer 32 is formed on the insulating film 28 with a thickness of 0.1 μm, and this polysilicon layer is formed. The diaphragm electrode layer 32 and the part 61 constituting the partition wall are separated by the litho-etching method, and the part 53 to be the supply port 18 is removed to form an opening. At the same time, in order to prevent the diaphragm electrode layer 32 made of the same material as the sacrificial layer 27 from being etched during the sacrificial layer etching, an opening 62 having a larger opening diameter than the sacrificial layer removal hole 29 to be formed later is formed. . Further, in the portion that becomes the atmosphere opening portion 16, as shown in FIGS. 13 and 14, the polysilicon layer that becomes the diaphragm electrode layer 32 is separated and patterned by the litho-etching method, and later formed. An opening 62 larger than the layer removal hole 29 is formed. Then, a nitride film having a thickness of 0.15 μm is deposited on the diaphragm electrode layer 32 as the stiffness adjusting layer 33 of the diaphragm 12 by the LP-CVD method. The rigidity adjusting layer 33 made of the nitride film is also formed in the opening 62 to cover the end face side of the opening 62 of the diaphragm electrode layer 32.

その後、図11、図12、図13、図14の(d)に示すように、リソエッチ法により膜剛性調整層33である窒化膜及び絶縁膜28を通じて開口径2μmの犠牲層除去孔29を形成し、また、供給口18となる部分の窒化膜33と絶縁膜27及び絶縁膜28を除去して供給口18の加工孔63を形成する。そして、例えば、SF6プラズマ処理や、XeF2ガスによるドライエッチなどの犠牲層エッチングを行なって空隙13となる部分57の犠牲層27を完全に除去することにより、空隙13と個別連通路15A及び共通連通路15を形成する。なお、犠牲層エッチングをドライエッチで行なっているが、TMAH溶液、KOH溶液のウェットエッチ法を用いても構わない。   Thereafter, as shown in FIGS. 11, 12, 13, and 14D, a sacrificial layer removal hole 29 having an opening diameter of 2 μm is formed through the nitride film as the film stiffness adjusting layer 33 and the insulating film 28 by lithoetching. Further, the nitride film 33, the insulating film 27, and the insulating film 28 in the portion that becomes the supply port 18 are removed to form the processing hole 63 of the supply port 18. Then, for example, by performing sacrificial layer etching such as SF6 plasma processing or dry etching with XeF2 gas to completely remove the sacrificial layer 27 in the portion 57 that becomes the gap 13, the gap 13, the individual communication path 15A, and the common communication path 15A are shared. A passage 15 is formed. Although the sacrificial layer etching is performed by dry etching, a wet etching method using a TMAH solution or a KOH solution may be used.

このとき、大気開放部16でも、図13、図14の(d)に示すように、リソエッチ法により剛性調整層33である窒化膜及び絶縁膜28を通じて開口径2μmの犠牲層除去孔29を形成する。犠牲層エッチングによって、大気開放空隙41となる部分55と大気開放部溝45となる部分56と共通連通路15となる部分54の犠牲層27と下部電極層14Aも完全に除去されて、大気開放空隙41と大気開放溝45及び共通連通路15が形成される。   At this time, the sacrificial layer removal hole 29 having an opening diameter of 2 μm is formed also in the atmosphere opening portion 16 through the nitride film and the insulating film 28 as the stiffness adjusting layer 33 by the lithoetch method, as shown in FIG. 13 and FIG. To do. The sacrificial layer etching completely removes the sacrificial layer 27 and the lower electrode layer 14 </ b> A of the portion 55 that becomes the air opening gap 41, the portion 56 that becomes the air opening groove 45, and the portion 54 that becomes the common communication path 15. The air gap 41, the air release groove 45, and the common communication path 15 are formed.

次に図11、図12図13、図14の(e)に示すように、犠牲層除去孔29の封止を目的として、常圧CVD法により膜撓み防止膜34を形成する。このときの膜厚は、犠牲層除去孔29を封止可能な膜厚、例えば、厚さ0.6μmとする。この工程を実施することにより空隙13及び大気開放空隙は封止されて外気と完全に遮断される。   Next, as shown in FIGS. 11, 12, 13, and 14 (e), for the purpose of sealing the sacrificial layer removal hole 29, a film deflection preventing film 34 is formed by atmospheric pressure CVD. The film thickness at this time is a film thickness that can seal the sacrificial layer removal hole 29, for example, a thickness of 0.6 μm. By performing this step, the air gap 13 and the air opening air gap are sealed and completely blocked from the outside air.

その後、図11、図12の(f)に示すように、リソエッチ法により供給口18となる部分の封止膜34を除去した後、異方性エッチ、例えば、ICPエッチャーにより、シリコン基板21を表面から背面まで貫通するようにエッチングして供給口18を形成する。ここで、異方性エッチで供給口18を形成することにより、加工形状制御性、微細加工性及び加工精度並びに高密度化の面等において高い効果を得ることができる。その後、図11、図12の(g)に示すように、アクチュエータ基板表面全体に被覆性の優れた蒸着中合法により接液膜としての樹脂膜35を厚さ1μmで成膜する。その後、図示しない電極配線取り出しパッド部のみリソエッチ法で開口する。ここで、樹脂膜35として用いる材料としては、例えば、PBO膜(ポリベンゾオキサゾール)、ポリイミド膜、ポリパラキシリレンなどが挙げられるが、液滴に対する耐腐食性があり、蒸着重合法で形成できる材料であれば他のものでもよい。   Thereafter, as shown in FIG. 11 and FIG. 12F, after removing the sealing film 34 in the portion serving as the supply port 18 by lithoetching, the silicon substrate 21 is formed by anisotropic etching, for example, ICP etcher. The supply port 18 is formed by etching so as to penetrate from the front surface to the back surface. Here, by forming the supply port 18 by anisotropic etching, it is possible to obtain a high effect in terms of processing shape controllability, fine workability, processing accuracy, and higher density. Thereafter, as shown in FIG. 11 and FIG. 12G, a resin film 35 as a wetted film is formed to a thickness of 1 μm on the entire surface of the actuator substrate by an intermediate deposition method with excellent coverage. Thereafter, only the electrode wiring take-out pad portion (not shown) is opened by the lithoetch method. Here, examples of the material used for the resin film 35 include a PBO film (polybenzoxazole), a polyimide film, and polyparaxylylene. However, the material has corrosion resistance against droplets and can be formed by vapor deposition polymerization. Other materials may be used.

次に、図13、図14の(f)に示すように、リソエッチ法により大気開放孔42を開口する。これにより空隙13は個別連通路15Aと共通連通路15と大気開放空隙41及び大気開放孔42を介して大気に連通する。静電型アクチュエータの信頼性を向上させるために例えば撥水性材料であるHMDS(ヘキサメチルジシラザン)を大気開放孔42から大気開放空隙41と共通連通路15と個別連通路15Aを介して、空隙13内へ導入する。大気開放孔42を開口してから疎水性材料を空隙13へ導入する工程を経る間に異物が大気開放孔42に付着する場合がある。大気開放部16に大気開放孔42より大きな異物が付着した場合は、エアーブロー等で比較的簡単に異物が除去できるが、大気開放孔42より小さな異物が付着した場合は、大気開放部16の段差に異物が入り込み、簡単には除去できず、特にこの異物が大気開放空隙41から通じる共通連通路15の空隙を塞いだ場合、静電型アクチュエータの空隙13への疎水膜形成材料を導入することができず、所望する動作特性を得ることができなくなる。しかし、大気開放孔42下に大気開放部溝45が形成されていることにより、例え大気開放孔42より小さい異物が大気開放部16に付着しても、この大気開放部溝45を介して疎水膜形成材料を空隙13に導入することができる。   Next, as shown in FIG. 13 and FIG. 14F, the air opening hole 42 is opened by a lithoetch method. Thus, the air gap 13 communicates with the atmosphere via the individual communication passage 15 </ b> A, the common communication passage 15, the air release air gap 41, and the air release hole 42. In order to improve the reliability of the electrostatic actuator, for example, a water repellent material such as HMDS (hexamethyldisilazane) is passed through the air opening hole 42 through the air opening air gap 41, the common communication passage 15 and the individual communication passage 15A. 13 is introduced. Foreign matter may adhere to the air opening hole 42 during the process of introducing the hydrophobic material into the gap 13 after opening the air opening hole 42. If foreign matter larger than the air opening hole 42 adheres to the atmosphere opening portion 16, the foreign matter can be removed relatively easily by air blow or the like, but if a foreign matter smaller than the atmosphere opening hole 42 adheres, A foreign material enters the step and cannot be easily removed. In particular, when the foreign material blocks the gap of the common communication path 15 communicating with the air opening gap 41, a hydrophobic film forming material is introduced into the gap 13 of the electrostatic actuator. It is impossible to obtain desired operating characteristics. However, since the air release portion groove 45 is formed under the air release hole 42, even if a foreign substance smaller than the air release hole 42 adheres to the air release portion 16, it is hydrophobic through the air release portion groove 45. A film forming material can be introduced into the gap 13.

その後、図13、図14の(g)に示すように大気開放孔42からアクチュエータ空隙13へ異物や水分等に混入を防ぐ為に大気開放孔42を含む領域が覆われるように封止材36で完全に封止する。封止材としては、常圧CVDによるシリコン酸化膜、あるいは、樹脂剤などでよい。以上の工程により、本発明に係わる静電型アクチュエータを形成したアクチュエータ基板1が完成する。そして、このアクチュエータ基板1と、流路基板2とノズル基板3を順次積層することにより、静電型アクチュエータを含む液滴吐出ヘッド100を製造することができる。   Thereafter, as shown in FIG. 13 and FIG. 14G, the sealing material 36 is formed so that the region including the air release hole 42 is covered in order to prevent foreign matter, moisture, etc. from entering from the air release hole 42 to the actuator gap 13. Seal completely. The sealing material may be a silicon oxide film by atmospheric pressure CVD or a resin agent. Through the above steps, the actuator substrate 1 on which the electrostatic actuator according to the present invention is formed is completed. Then, by sequentially stacking the actuator substrate 1, the flow path substrate 2 and the nozzle substrate 3, the droplet discharge head 100 including the electrostatic actuator can be manufactured.

次に液滴吐出ヘッド100に使用する他の静電型アクチュエータについて、図15から図19を参照して説明する。図15はアクチュエータ基板1の他の大気開放部16の平面図、図16は、図15のX4−X4線に沿う断面図、図17は図15のY4−Y4線に沿う断面図である。図18は、図15の犠牲層除去孔29周辺の拡大平面図、図19は、図18のY5−Y5線に沿う断面図である。   Next, another electrostatic actuator used in the droplet discharge head 100 will be described with reference to FIGS. 15 is a plan view of another atmosphere opening portion 16 of the actuator substrate 1, FIG. 16 is a sectional view taken along line X4-X4 in FIG. 15, and FIG. 17 is a sectional view taken along line Y4-Y4 in FIG. 18 is an enlarged plan view around the sacrificial layer removal hole 29 in FIG. 15, and FIG. 19 is a cross-sectional view taken along the line Y5-Y5 in FIG.

アクチュエータ基板1の大気開放部16は犠牲層除去孔29を大気開放孔42の領域で下部電極層を残した領域77に配置され、且つ犠牲層除去孔29の周囲に振動板12を固定する固定柱78が配置されている。このように振動板12を固定する固定柱78を配置することにより、大気開放部16の面積をアクチュエータの振動領域12A(図5)の短辺長より大きくしても大気開放空隙41を形成した後に振動板12部分が撓んだり、最悪の場合、割れてしまう不具合が発生することを防止することができ、製造歩留まりが低下することを防ぐことができる。また、大気開放部16の面積に応じて、大気開放部16の面積とアクチュエータ空隙の形成のバランスを考慮して、大気開放部16の犠牲層除去孔29の数と配置を決定することができるため、アクチュエータ空隙13の犠牲層を完全に除去するエッチング時間で大気開放空隙41の犠牲層を完全に除去できるとともにアクチュエータ空隙部の絶縁膜27、28がオーバーエッチされ所望より薄くなり、所望の特性が得られない等の不具合が生じることを防ぐことができ、プロセス課題を解決しつつ、設計の自由度をさらに増すことが可能となり、高精度で信頼性を確保するとともに製造歩留まりを向上させることができる。   In the atmosphere opening portion 16 of the actuator substrate 1, the sacrificial layer removal hole 29 is disposed in a region 77 where the lower electrode layer is left in the region of the air release hole 42, and the diaphragm 12 is fixed around the sacrifice layer removal hole 29. A pillar 78 is arranged. By disposing the fixed column 78 for fixing the diaphragm 12 in this way, the air release gap 41 is formed even if the area of the air release portion 16 is larger than the short side length of the vibration region 12A (FIG. 5) of the actuator. It is possible to prevent the vibration plate 12 from being bent later, or in the worst case, to be broken, and to prevent the manufacturing yield from being lowered. Further, the number and arrangement of the sacrificial layer removal holes 29 in the atmosphere opening portion 16 can be determined in consideration of the balance between the area of the atmosphere opening portion 16 and the formation of the actuator gap, according to the area of the atmosphere opening portion 16. Therefore, the sacrificial layer of the air opening air gap 41 can be completely removed in the etching time for completely removing the sacrificial layer of the actuator air gap 13, and the insulating films 27 and 28 in the actuator air gap portion are over-etched and become thinner than desired, and the desired characteristics. It is possible to prevent inconveniences such as failure to obtain, and to further increase design flexibility while solving process issues, ensuring high accuracy and reliability, and improving manufacturing yield. Can do.

したがって液滴吐出ヘッド100を一体化したインクカートリッジやこの液滴吐出ヘッド100を搭載した液滴吐出記録装置に提供することができる。また、従来技術では困難であった良好な生産性及び生産効率を有する寸法制御に優れた高精度、高密度、且つ高い信頼性を持った液滴吐出ヘッド100を製造することができる。   Therefore, the present invention can be provided for an ink cartridge in which the droplet discharge head 100 is integrated or a droplet discharge recording apparatus equipped with the droplet discharge head 100. In addition, it is possible to manufacture the droplet discharge head 100 having high precision, high density, and high reliability, which is excellent in dimensional control having good productivity and production efficiency, which has been difficult with the prior art.

この液滴吐出ヘッド100を一体化したインクカートリッジについて図20を参照して説明する。このインクカートリッジ80は、ノズル81等を有する液滴吐出ヘッド100と、この液滴吐出ヘッド100に対してインクを供給するインクタンク82とを一体化したものである。このようにインクタンク82が一体型の液滴吐出ヘッド100の場合、アクチュエータ部を高信頼性化することで、インクカートリッジ80の歩留まりや信頼性を向上することができ、インクカートリッジ80の低コスト化を図ることができる。   An ink cartridge in which the droplet discharge head 100 is integrated will be described with reference to FIG. The ink cartridge 80 is obtained by integrating a droplet discharge head 100 having nozzles 81 and the like and an ink tank 82 that supplies ink to the droplet discharge head 100. As described above, when the ink tank 82 is the integrated droplet discharge head 100, the yield and reliability of the ink cartridge 80 can be improved by increasing the reliability of the actuator unit, and the cost of the ink cartridge 80 can be reduced. Can be achieved.

次に液滴吐出ヘッド100を搭載したインクジェット記録装置の一例について図21の斜視図と図22の機構部の構成を示す側面図を参照して説明する。このインクジェット記録装置90は、装置本体の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ98とキャリッジ98に搭載した液滴吐出ヘッド100及び液滴吐出ヘッド100へインクを供給するインクカートリッジ99等で構成される印字機構部91等を収納し、装置本体の下方部には前方側から多数枚の用紙92を積載可能な給紙カセット(或いは給紙トレイでもよい)93を抜き差し自在に装着されている。また、用紙92を手差しで給紙するために開かれる手差しトレイ94を有し、給紙カセット93あるいは手差しトレイ94から給送される用紙92を取り込み、印字機構部91によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ95に排紙する。   Next, an example of an ink jet recording apparatus equipped with the droplet discharge head 100 will be described with reference to a perspective view of FIG. 21 and a side view showing a configuration of a mechanism portion of FIG. The ink jet recording apparatus 90 includes a carriage 98 that can move in the main scanning direction inside the apparatus main body, a droplet discharge head 100 mounted on the carriage 98, an ink cartridge 99 that supplies ink to the droplet discharge head 100, and the like. A paper feed cassette (or a paper feed tray) 93 on which a large number of sheets 92 can be stacked from the front side is detachably attached to the lower part of the apparatus main body. Further, it has a manual feed tray 94 that is opened to manually feed the paper 92, takes in the paper 92 fed from the paper feed cassette 93 or the manual feed tray 94, and records a required image by the printing mechanism 91. Thereafter, the paper is discharged onto a paper discharge tray 95 mounted on the rear side.

印字機構部91は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド96と従ガイドロッド97とでキャリッジ98を主走査方向に摺動自在に保持し、このキャリッジ98にはイエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(Bk)の各色のインク滴を吐出する液滴吐出ヘッド100を複数のインク吐出口(ノズル)を主走査方向と交差する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。またキャリッジ98には液滴吐出ヘッド100に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ99を交換可能に装着している。   The printing mechanism 91 holds a carriage 98 slidably in the main scanning direction by a main guide rod 96 and a sub guide rod 97 which are guide members horizontally mounted on left and right side plates (not shown). A droplet discharge head 100 that discharges ink droplets of each color (Y), cyan (C), magenta (M), and black (Bk) is arranged in a direction intersecting the main scanning direction with a plurality of ink discharge ports (nozzles). However, it is mounted with the ink droplet ejection direction facing downward. Further, each ink cartridge 99 for supplying ink of each color to the droplet discharge head 100 is replaceably mounted on the carriage 98.

インクカートリッジ99は上方に大気と連通する大気口、下方には液滴吐出ヘッド100へインクを供給する供給口が設けられ、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力により液滴吐出ヘッド100へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。また、液滴吐出ヘッド100としては各色の液滴吐出ヘッド100を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する1個の液室吐出ヘッドでもよい。   The ink cartridge 99 is provided with an air outlet communicating with the atmosphere at the upper side, and a supply port for supplying ink to the droplet discharge head 100 at the lower side, and has a porous body filled with ink inside. The ink supplied to the droplet discharge head 100 is maintained at a slight negative pressure by the capillary force of the material. Further, although the droplet discharge head 100 of each color is used as the droplet discharge head 100, one liquid chamber discharge head having nozzles for discharging ink droplets of each color may be used.

ここで、キャリッジ98は後方側(用紙搬送方向下流側)を主ガイドロッド96に摺動自在に嵌装し、前方側(用紙搬送方向上流側)を従ガイドロッド97に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ98を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ101で回転駆動される駆動プーリ102と従動プーリ103との間にタイミングベルト104を張装し、このタイミングベルト104をキャリッジ98に固定しており、主走査モータ101の正逆回転によりキャリッジ98が往復駆動される。   Here, the carriage 98 is slidably fitted to the main guide rod 96 on the rear side (downstream side in the paper conveyance direction), and is slidably mounted on the secondary guide rod 97 on the front side (upstream side in the paper conveyance direction). is doing. In order to move and scan the carriage 98 in the main scanning direction, a timing belt 104 is stretched between the driving pulley 102 and the driven pulley 103 that are rotationally driven by the main scanning motor 101, and the timing belt 104 is moved to the carriage 98. The carriage 98 is reciprocally driven by forward and reverse rotations of the main scanning motor 101.

一方、給紙カセット93にセットした用紙92を液滴吐出ヘッド100の下方側に搬送するために、給紙カセット93から用紙92を分離給装する給紙ローラ105及びフリクションパッド106と、用紙92を案内するガイド部材107と、給紙された用紙92を反転させて搬送する搬送ローラ108と、この搬送ローラ108の周面に押し付けられる搬送コロ109及び搬送ローラ108からの用紙92の送り出し角度を規定する先端コロ110とを有する。搬送ローラ108は副走査モータによってギヤ列を介して回転駆動される。   On the other hand, in order to convey the paper 92 set in the paper feed cassette 93 to the lower side of the droplet discharge head 100, the paper feed roller 105 and the friction pad 106 for separating and feeding the paper 92 from the paper feed cassette 93, and the paper 92 A guide member 107 that guides the sheet 92, a conveying roller 108 that reverses and conveys the fed paper 92, a conveying roller 109 that is pressed against the peripheral surface of the conveying roller 108, and a feeding angle of the sheet 92 from the conveying roller 108. And a tip roller 110 for defining. The transport roller 108 is rotationally driven through a gear train by a sub-scanning motor.

そして、キャリッジ98の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ108から送り出された用紙92を液滴吐出ヘッド100の下方側で案内するため用紙ガイド部材である印写受け部材111を設けている。この印写受け部材111の用紙搬送方向下流側には、用紙92を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ112と拍車113を設け、さらに用紙92を排紙トレイ95に送り出す排紙ローラ114と拍車115と、排紙経路を形成するガイド部材116,117とを配設している。   In addition, a printing receiving member 111 that is a sheet guide member is provided to guide the sheet 92 sent out from the conveying roller 108 corresponding to the moving range of the carriage 98 in the main scanning direction on the lower side of the droplet discharge head 100. Yes. A conveyance roller 112 and a spur 113 that are rotationally driven to send the paper 92 in the paper discharge direction are provided on the downstream side of the printing receiving member 111 in the paper conveyance direction, and the paper 92 is further discharged to the paper discharge tray 95. A roller 114, a spur 115, and guide members 116 and 117 that form a paper discharge path are disposed.

このインクジェット記録装置90で記録時には、キャリッジ98を移動させながら画像信号に応じて液滴吐出ヘッド100を駆動することにより、停止している用紙92にインクを吐出して1行分を記録し、その後、用紙92を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または用紙92の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙92を排紙する。   During recording by the inkjet recording apparatus 90, the droplet discharge head 100 is driven in accordance with the image signal while moving the carriage 98, thereby discharging ink onto the stopped sheet 92 to record one line. Thereafter, after the sheet 92 is conveyed by a predetermined amount, the next line is recorded. Upon receiving a recording end signal or a signal that the trailing edge of the paper 92 reaches the recording area, the recording operation is terminated and the paper 92 is discharged.

また、キャリッジ98の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、液滴吐出ヘッド100の吐出不良を回復するための回復装置117を配置している。回復装置117はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ98は印字待機中にはこの回復装置117側に移動されてキャッピング手段で液滴吐出ヘッド100をキャッピングして吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。   In addition, a recovery device 117 for recovering the ejection failure of the droplet ejection head 100 is disposed at a position outside the recording area on the right end side in the movement direction of the carriage 98. The recovery device 117 includes a cap unit, a suction unit, and a cleaning unit. During printing standby, the carriage 98 is moved to the recovery device 117 side, and the droplet discharge head 100 is capped by the capping unit to keep the discharge port portion in a wet state, thereby preventing discharge failure due to ink drying. Further, by ejecting ink that is not related to recording during recording or the like, the ink viscosity of all the ejection ports is made constant and stable ejection performance is maintained.

また、吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段で液滴吐出ヘッド100の吐出口(ノズル)を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜(不図示)に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。   In addition, when ejection failure occurs, the ejection port (nozzle) of the droplet ejection head 100 is sealed with a capping unit, and bubbles and the like are sucked out from the ejection port with the suction unit through the tube, and adhere to the surface of the ejection port. The discharged ink, dust, etc. are removed by the cleaning means, and the ejection failure is recovered. Further, the sucked ink is discharged to a waste ink reservoir (not shown) installed at the lower part of the main body and absorbed and held by an ink absorber inside the waste ink reservoir.

このように、このインクジェット記録装置90においては前記静電型アクチュエータを具備した液滴吐出ヘッド100を搭載しているので、振動板駆動不良によるインク滴吐出不良がなく、安定したインク滴吐出特性が得られて、画像品質が向上する。また低電圧で駆動できるヘッドを搭載するので、インクジェット記録装置全体の消費電力も低減できる。   As described above, since the ink jet recording apparatus 90 includes the liquid droplet ejection head 100 having the electrostatic actuator, there is no ink droplet ejection failure due to vibration plate drive failure, and stable ink droplet ejection characteristics. As a result, the image quality is improved. In addition, since a head that can be driven at a low voltage is mounted, the power consumption of the entire inkjet recording apparatus can be reduced.

前記説明ではインクジェット記録装置90に液滴吐出ヘッド100を使用した場合について説明したが、インク以外の液滴、例えば、パターニング用の液体レジストを吐出する装置に液滴吐出ヘッド100を適用しても良い。   In the above description, the case where the droplet discharge head 100 is used in the inkjet recording apparatus 90 has been described. However, the droplet discharge head 100 may be applied to an apparatus that discharges droplets other than ink, for example, a liquid resist for patterning. good.

次に液滴吐出ヘッド100の静電型アクチュエータをマイクロポンプに適用した場合について図23の断面図を参照して説明する。このマイクロポンプ200は、電極201が設けられた振動板202が複数設けられており、流路203の中を流体が流れる構造となっている。そして振動板203を図中右側から順次駆動することによって流路203内の流体は矢印204方向へ流れが生じて流体の輸送が可能となる。なお、マイクロポンプ200は振動板202を複数設けた場合について示したが振動板202は一つでも良く、また輸送効率を上げるために弁などを設けても良い。   Next, the case where the electrostatic actuator of the droplet discharge head 100 is applied to a micropump will be described with reference to the cross-sectional view of FIG. The micropump 200 is provided with a plurality of diaphragms 202 provided with electrodes 201, and has a structure in which a fluid flows in a flow path 203. Then, by sequentially driving the diaphragm 203 from the right side in the drawing, the fluid in the flow path 203 flows in the direction of the arrow 204, and the fluid can be transported. Although the micropump 200 is shown as having a plurality of diaphragms 202, the number of diaphragms 202 may be one, and a valve or the like may be provided to increase transport efficiency.

また、液滴吐出ヘッド100の静電型アクチュエータを光学デバイスに適用することもできる。例えば図24の断面図に示すように、光学デバイス210は複数の電極211と、各電極211と対向して振動板212が設けられている。この振動板212はミラーを兼ねている。この振動板212の表面は反射率を増加させるため誘電体多層膜や金属膜を形成すると良い。この光学デバイス210に光源213から出射した光を、レンズ214を通して振動板212に照射する。振動板212に入射した光は電極211で振動板212を駆動しない場合、入射角と同じ角度で反射して投影用レンズ215へ入射する。この状態で電極211で振動板212を駆動すると、その部分の振動板212は凹面ミラーとなるので反射光は発散光となる。このようにして光変調デバイスを実現できる。   The electrostatic actuator of the droplet discharge head 100 can also be applied to an optical device. For example, as shown in the cross-sectional view of FIG. 24, the optical device 210 is provided with a plurality of electrodes 211 and a diaphragm 212 facing each electrode 211. The diaphragm 212 also serves as a mirror. A dielectric multilayer film or a metal film is preferably formed on the surface of the vibration plate 212 in order to increase the reflectance. Light emitted from the light source 213 to the optical device 210 is irradiated to the diaphragm 212 through the lens 214. When the diaphragm 211 is not driven by the electrode 211, the light incident on the diaphragm 212 is reflected at the same angle as the incident angle and enters the projection lens 215. When the vibration plate 212 is driven by the electrode 211 in this state, the vibration plate 212 of that portion becomes a concave mirror, so that the reflected light becomes divergent light. In this way, a light modulation device can be realized.

この光学デバイス210を応用した光変調デバイスを示す。図25の斜視図に示すように、光変調デバイス220は光学デバイス210を2次元に配置する。そして光源213からの光をレンズ214を介して振動板212に入射し、各振動板212を独立に駆動する。このとき電極211で振動板212を駆動していない部分に入射した光は投影用レンズ215へ入射し、電極211に電圧を印加して振動板212を変形させている部分は振動板212が凹面ミラーとなり、入射した光は発散し投影用レンズ215にほとんど入射しない。この投影用レンズ215に入射した光をスクリーン(図示しない)などに投影することによりスクリーンに画像を表示できる。なお、図25では電極211を4×4に配列した光変調デバイス220について示したが、この限りではなく、多数の電極211を配列しても良い。   An optical modulation device to which the optical device 210 is applied will be described. As shown in the perspective view of FIG. 25, the light modulation device 220 arranges the optical device 210 in two dimensions. Then, light from the light source 213 enters the diaphragm 212 via the lens 214, and each diaphragm 212 is driven independently. At this time, the light incident on the part where the diaphragm 211 is not driven by the electrode 211 is incident on the projection lens 215, and the part where the diaphragm 212 is deformed by applying a voltage to the electrode 211 is concave. The incident light diverges and hardly enters the projection lens 215 as a mirror. An image can be displayed on the screen by projecting the light incident on the projection lens 215 onto a screen (not shown). 25 shows the light modulation device 220 in which the electrodes 211 are arranged in 4 × 4, this is not restrictive, and a large number of electrodes 211 may be arranged.

また、前記液滴吐出ヘッド100の静電型アクチュエータは、前記以外の光学デバイスやマイクロアクチュエータなどにも適用することができる。   Further, the electrostatic actuator of the droplet discharge head 100 can be applied to other optical devices and microactuators.

この発明の静電型アクチュエータを有する液滴吐出ヘッドの斜視図である。1 is a perspective view of a droplet discharge head having an electrostatic actuator according to the present invention. 液滴吐出ヘッドの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of a droplet discharge head. 図1のA−A断面図である。It is AA sectional drawing of FIG. 図1のB−B断面図である。It is BB sectional drawing of FIG. アクチュエータ基板を透過状態で示す平面図である。It is a top view which shows an actuator board | substrate in a permeation | transmission state. 図5のX1−X1断面図である。It is X1-X1 sectional drawing of FIG. 図5のX2−X2断面図である。It is X2-X2 sectional drawing of FIG. アクチュエータ基板の大気開放部を示す平面図である。It is a top view which shows the air release part of an actuator board | substrate. 図8のX3−X3断面図である。It is X3-X3 sectional drawing of FIG. 図のY3−Y3断面図である。It is Y3-Y3 sectional drawing of a figure. 図5のX1−X1線に沿う部分を示す製造工程図である。FIG. 6 is a manufacturing process diagram illustrating a portion along line X1-X1 in FIG. 5; 図5のX2−X2線に沿う部分を示す製造工程図である。FIG. 6 is a manufacturing process diagram illustrating a portion along line X2-X2 in FIG. 5; 図8のX3−X3線に沿う部分を示す製造工程図である。It is a manufacturing process figure which shows the part which follows the X3-X3 line | wire of FIG. 図8のY3−Y3線に沿う部分を示す製造工程図である。It is a manufacturing process figure which shows the part which follows the Y3-Y3 line | wire of FIG. アクチュエータ基板の他の大気開放部の平面図である。It is a top view of the other air release part of an actuator substrate. 図15のX4−X4断面図である。It is X4-X4 sectional drawing of FIG. 図15のY4−Y4断面図である。It is Y4-Y4 sectional drawing of FIG. 図15の犠牲層除去孔周辺の拡大平面図である。FIG. 16 is an enlarged plan view around a sacrificial layer removal hole in FIG. 15. 図18のY5−Y5断面図である。It is Y5-Y5 sectional drawing of FIG. 液滴吐出ヘッドを一体化したインクカートリッジの斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of an ink cartridge in which a droplet discharge head is integrated. 液滴吐出ヘッドを搭載したインクジェット記録装置の斜視図である。1 is a perspective view of an ink jet recording apparatus equipped with a droplet discharge head. インクジェット記録装置の機構部の構成を示す側面図である。It is a side view which shows the structure of the mechanism part of an inkjet recording device. 静電型アクチュエータを使用したマイクロポンプの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the micropump using an electrostatic actuator. 静電型アクチュエータを使用した光学デバイスの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the optical device which uses an electrostatic actuator. 2次元に配置した光学デバイスを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the optical device arrange | positioned two-dimensionally.

符号の説明Explanation of symbols

100;液滴吐出ヘッド、1;アクチュエータ基板、2;流路基板、
3;ノズル基板、4;ノズル、5;液室(吐出室)、6;液室、7;液体抵抗部、
8;共通液室、9;液室間隔璧、12;振動板、13;空隙(ギャップ)、
14;個別電極、15;共通連通路(連通管)、16;大気開放部、
21;シリコン基板、22;絶縁膜、24;電極形成層、25;絶縁膜、
27;犠牲層、28;絶縁膜、29;犠牲層除去孔、30;振動板部材、
32;振動板電極(上部電極)、33;膜剛性調整膜(窒化膜)、34;撓み防止膜、
35;樹脂膜、80;インクカートリッジ、90;インクジェット記録装置、
200;マイクロポンプ、210;光学デバイス、220;光変調デバイス。
100; droplet discharge head, 1; actuator substrate, 2; flow path substrate,
3; nozzle substrate, 4; nozzle, 5; liquid chamber (discharge chamber), 6; liquid chamber, 7;
8; common liquid chamber, 9; liquid chamber spacing, 12; diaphragm, 13; gap (gap),
14; Individual electrode, 15; Common communication path (communication pipe), 16;
21; Silicon substrate, 22; Insulating film, 24; Electrode forming layer, 25; Insulating film,
27; sacrificial layer, 28; insulating film, 29; sacrificial layer removal hole, 30; diaphragm member,
32; Diaphragm electrode (upper electrode), 33; Film stiffness adjusting film (nitride film), 34; Deflection preventing film,
35; resin film, 80; ink cartridge, 90; ink jet recording apparatus,
200; micropump, 210; optical device, 220; light modulation device.

Claims (10)

可動電極となっている変形可能な振動板と、該振動板に犠牲層エッチングにより形成された空隙を介して対向配置された固定電極とを備え、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、
前記空隙に連通する連通路と、該連通路を外部に連通させる大気開放孔を有する大気開放部を備え、前記大気開放部の前記固定電極を有する基板側に大気開放部溝を備えたことを特徴とする静電型アクチュエータ。
An electrostatic type comprising: a deformable diaphragm serving as a movable electrode; and a fixed electrode opposed to the diaphragm via a gap formed by sacrificial layer etching, wherein the diaphragm is deformed by an electrostatic force. In the actuator
A communication passage that communicates with the air gap, and an atmosphere opening portion that has an atmosphere opening hole that communicates the communication passage with the outside, and an atmosphere opening portion groove is provided on the substrate side of the atmosphere opening portion that has the fixed electrode. Features an electrostatic actuator.
前記大気開放部溝は、前記連通路に連通していることを特徴とする請求項1に記載の静電型アクチュエータ。   The electrostatic actuator according to claim 1, wherein the atmosphere opening portion groove communicates with the communication path. 前記大気開放部溝を複数有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の静電型アクチュエータ。   3. The electrostatic actuator according to claim 1, wherein the electrostatic actuator has a plurality of the atmosphere opening portion grooves. 可動電極となっている変形可能な振動板と、該振動板に犠牲層エッチングにより形成された空隙を介して対向配置された固定電極と、前記空隙に連通する連通路と、該連通路を外部に連通させる大気開放部及び前記大気開放部の前記固定電極を有する基板側に設けられた大気開放部溝を備え、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の製造方法であって、
前記空隙と連通路と大気開放部及び大気開放部溝は、同じ犠牲層エッチングで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。
A deformable diaphragm serving as a movable electrode, a fixed electrode opposed to the diaphragm via a gap formed by sacrificial layer etching, a communication path communicating with the gap, and the communication path outside A method for producing an electrostatic actuator comprising an atmosphere opening portion communicated with the substrate and an atmosphere opening portion groove provided on the substrate side having the fixed electrode of the atmosphere opening portion, wherein the diaphragm is deformed by an electrostatic force.
The method for manufacturing an electrostatic actuator, wherein the gap, the communication path, the atmosphere opening portion, and the atmosphere opening portion groove are formed by the same sacrificial layer etching.
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を有する第1の基板と、液体を貯溜する液室を形成する第2の基板と、ノズル孔を有する第3の基板とを順次積層して構成したことを特徴とする液滴吐出ヘッド。   A first substrate having the electrostatic actuator according to any one of claims 1 to 3, a second substrate forming a liquid chamber for storing a liquid, and a third substrate having a nozzle hole are sequentially stacked. A droplet discharge head characterized by being configured as described above. 請求項5に記載の液滴吐出ヘッドと、該液滴吐出ヘッドに液体を供給する液体タンクを一体化したことを特徴とする液体カートリッジ。   6. A liquid cartridge comprising the droplet discharge head according to claim 5 and a liquid tank for supplying a liquid to the droplet discharge head. 請求項5に記載の液滴吐出ヘッドを有し、該液滴吐出ヘッドのノズル孔からインク滴を吐出させて画像を記録することを特徴とする画像形成装置。   An image forming apparatus comprising the droplet discharge head according to claim 5, wherein an image is recorded by discharging an ink droplet from a nozzle hole of the droplet discharge head. 請求項6に記載の液体カートリッジを有し、該液体カートリッジの液滴吐出ヘッドのノズル孔からインク滴を吐出させて画像を記録することを特徴とする画像形成装置。   An image forming apparatus comprising the liquid cartridge according to claim 6, wherein an image is recorded by ejecting ink droplets from a nozzle hole of a droplet ejection head of the liquid cartridge. 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を有し、該静電型アクチュエータの振動板を静電力で変形させて液体を輸送することを特徴とするマイクロポンプ。   A micropump comprising the electrostatic actuator according to claim 1 and transporting a liquid by deforming a diaphragm of the electrostatic actuator with an electrostatic force. 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を有し、該静電型アクチュエータの振動板の表面を反射面で形成し、前記振動板を静電力で変形させて入射光を散乱させることを特徴とする光学デバイス。   The electrostatic actuator according to claim 1, wherein the surface of the diaphragm of the electrostatic actuator is formed by a reflecting surface, and the diaphragm is deformed by an electrostatic force to scatter incident light. An optical device characterized in that
JP2008077849A 2008-03-25 2008-03-25 Electrostatic actuator, method for manufacturing same, liquid drop discharge head, liquid cartridge, image forming apparatus, micro pump, and optical device Pending JP2009232641A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008077849A JP2009232641A (en) 2008-03-25 2008-03-25 Electrostatic actuator, method for manufacturing same, liquid drop discharge head, liquid cartridge, image forming apparatus, micro pump, and optical device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008077849A JP2009232641A (en) 2008-03-25 2008-03-25 Electrostatic actuator, method for manufacturing same, liquid drop discharge head, liquid cartridge, image forming apparatus, micro pump, and optical device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2009232641A true JP2009232641A (en) 2009-10-08

Family

ID=41247411

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008077849A Pending JP2009232641A (en) 2008-03-25 2008-03-25 Electrostatic actuator, method for manufacturing same, liquid drop discharge head, liquid cartridge, image forming apparatus, micro pump, and optical device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2009232641A (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002160374A (en) * 2000-11-22 2002-06-04 Ricoh Co Ltd Ink jet head, electrostatic actuator, and their manufacturing methods
JP2003072070A (en) * 2001-09-04 2003-03-12 Ricoh Co Ltd Electrostatic liquid jet recording head, its manufacturing method, electrostatic liquid jet recorder, and electrostatic microactuator
JP2004314396A (en) * 2003-04-15 2004-11-11 Seiko Epson Corp Ink jet head
JP2007077864A (en) * 2005-09-14 2007-03-29 Ricoh Co Ltd Electrostatic actuator, droplet delivery head, liquid cartridge, image forming device, micro pump and optical device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002160374A (en) * 2000-11-22 2002-06-04 Ricoh Co Ltd Ink jet head, electrostatic actuator, and their manufacturing methods
JP2003072070A (en) * 2001-09-04 2003-03-12 Ricoh Co Ltd Electrostatic liquid jet recording head, its manufacturing method, electrostatic liquid jet recorder, and electrostatic microactuator
JP2004314396A (en) * 2003-04-15 2004-11-11 Seiko Epson Corp Ink jet head
JP2007077864A (en) * 2005-09-14 2007-03-29 Ricoh Co Ltd Electrostatic actuator, droplet delivery head, liquid cartridge, image forming device, micro pump and optical device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100792776B1 (en) Actuator, Liquid drop discharge head, Ink cartrige, Inkjet recording device, Micro pump, Optical modulation device, and Substrate
JP2007077864A (en) Electrostatic actuator, droplet delivery head, liquid cartridge, image forming device, micro pump and optical device
JP2004066652A (en) Liquid droplet jetting head, ink cartridge, and ink jet recorder
JP2009051081A (en) Droplet discharge head, integrated droplet discharge head unit, and image forming apparatus
JP4282342B2 (en) Droplet discharge head and apparatus using the droplet discharge head
JP2012061689A (en) Liquid droplet ejection head, method for manufacturing liquid droplet ejection head, liquid cartridge and image forming apparatus
JP4557667B2 (en) Electrostatic actuator, method for manufacturing electrostatic actuator, droplet discharge head, liquid cartridge, image forming apparatus, micropump, and optical device
JP2004249668A (en) Liquid droplet discharge head, ink cartridge and ink jet recording apparatus
JP4111809B2 (en) Electrostatic actuator, droplet discharge head and manufacturing method thereof, ink cartridge, inkjet recording apparatus, micropump, optical device, image forming apparatus, and apparatus for discharging droplets
JP2009232641A (en) Electrostatic actuator, method for manufacturing same, liquid drop discharge head, liquid cartridge, image forming apparatus, micro pump, and optical device
JP2012139981A (en) Liquid droplet ejection head, liquid droplet ejection apparatus, and printing apparatus
JP4307938B2 (en) Electrostatic actuator, droplet discharge head, liquid cartridge, and image forming apparatus
JP2003260795A (en) Liquid drop discharge head and inkjet recorder
JP2006082448A (en) Liquid droplet discharging head, ink cartridge, image recording apparatus and method for manufacturing liquid droplet discharging head
JP2008099364A (en) Electrostatic actuator, liquid droplet discharge head, manufacturing method of the electrostatic actuator, ink cartridge, ink jet recording apparatus, micropump and optical modulation device
JP5195097B2 (en) Electrostatic actuator manufacturing method, droplet discharge head, liquid cartridge, image forming apparatus, micropump, and optical device
JP4424695B2 (en) Electrostatic actuator, droplet discharge head, image forming apparatus, and micropump
JP4115210B2 (en) Electrostatic actuator, droplet discharge head and manufacturing method thereof, ink cartridge, micropump, optical device, image forming apparatus, and droplet discharge apparatus
JP2003260792A (en) Liquid drop discharge head and capacitive actuator
JP4043895B2 (en) Method for manufacturing droplet discharge head
JP2010284012A (en) Piezoelectric-type actuator and method for manufacturing the same
JP3957054B2 (en) Droplet ejection head, ink cartridge, ink jet recording apparatus, microactuator, micropump, optical device, image forming apparatus, apparatus for ejecting droplets
JP2004106089A (en) Actuator, its manufacturing method, droplet discharge head, ink cartridge, ink jet recording device, micropump and optical modulation device
JP2003182070A (en) Liquid drop ejection head and its manufacturing method, ink cartridge, ink jet recorder, microactuator, micropump, optical device
JP2004114315A (en) Liquid drop ejecting head, ink cartridge, and inkjet recorder

Legal Events

Date Code Title Description
RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Effective date: 20091207

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20100115

A621 Written request for application examination

Effective date: 20101102

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120613

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120615

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20121102