JP4038864B2 - インクジェットヘッドおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は対向電極間に電圧を印加することにより発生する静電気力を駆動源として利用している静電型アクチュエータおよびその製造方法に関するものである。更に詳しくは、本発明は、静電気力により相対変位する部材の表面に疎水膜を備えた静電型アクチュエータにおける当該疎水膜の形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットプリンタのインクジェットヘッド等には、半導体の微細加工技術を用いて形成された微小構造のアクチュエータが用いられている。この微小構造のアクチュエータとしては、その駆動源として静電気力を利用した静電駆動方式のものが知られている。例えば、本出願人によって、静電気力を利用してインク液滴を吐出するタイプのインクジェットヘッドが特開平５−５０６０１号、同６−７０８８２号公報に開示されている。
【０００３】
この形式のインクジェットヘッドは、インクノズルに連通しているインク室の底面が弾性変形可能な振動板として形成されている。この振動板には、一定の間隔で基板が対向配置されている。これらの振動板および基板には、それぞれ対向電極が配置され、これらの対向電極の間の空間は封止された状態となっている。対向電極間に電圧を印加すると、これらの間に発生する静電気力によってインク室の底面（振動板）が基板の側に静電吸引あるいは静電反発されて振動する。このインク室の底面の振動に伴って発生するインク室の内圧変動によりインクノズルからインク液滴が吐出される。対向電極間に印加する電圧を制御することにより、記録に必要な時にのみインク液滴を吐出する、所謂インク・オン・デマンド方式が実現される。
【０００４】
ここで、対向電極間に繰り返し電圧を印加してインクジェットヘッドを駆動している間に、対向電極の表面、すなわち、対向しているインク室底面および基板の表面に水分が付着すると、これらの極性分子の帯電によって、静電吸引特性あるいは静電反発特性が低下する恐れがある。また、基板の表面に吸着した極性分子が相互に水素結合して、インク室底面が基板側に貼り付いたままの状態（スティッキング状態）となり、動作不能となる恐れがある。
【０００５】
このような弊害を回避するために、インク室底面および基板表面に疎水化処理を施すことが考えられる。例えば、パーフルオロデカン酸（ＰＦＤＡ）の配向単分子層をこれらの表面に形成することにより、これらの表面を疎水化することが考えられる。
【０００６】
ＰＦＤＡを用いた疎水化処理が施された静電型アクチュエータの例は、例えば、特開平７−１３００７号公報、ＵＳＰ５、３３１、４５４に開示されている。これらの公報においては、静電型アクチュエータであるマイクロメカニカル装置における対向電極の表面にＰＦＤＡの配向単分子層を形成することにより、これらが駆動中に膠着状態に陥ること等を防止するようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＰＦＤＡを用いた疎水化処理は次のような解決すべき課題がある。まず、ＰＦＤＡを単に相対変位する部材の対向表面に付着したのみでは、その層の耐久性が十分ではない。このため、静電気力によって繰り返し相対変位させられるこれらの部材の間に発生する繰り返し電界のために、ＰＦＤＡの層が部材の表面から剥離し、剥離部分が凝集して部材間の相対変位を妨げる異物が発生するおそれがある。このような異物が発生すると、静電型アクチュエータが動作不能に陥る危険性もある。
【０００８】
次に、静電型アクチュエータでは、印加する電圧が低くても相対変位する対向部材の間に発生する静電気力を十分に大きな力とするために、これらの対向部材の間隔を可能な限り狭くすることが望ましい。また、静電型アクチュエータの高密度化、一層の微小化を達成するためにも、対向部材の間隔を可能な限り狭くすることが望ましい。しかしながら、対向部材の間隔を狭くすると、ＰＦＤＡの分子は大きいので、狭い間隔の対向部材表面にそれを付着させることが不可能となってしまう。
【０００９】
本発明の課題は、このような点に鑑みて、耐久性のある疎水膜を備えた静電型アクチュエータおよびその製造方法を提案することにある。
【００１０】
また、本発明の課題は、静電気力により相対変位する対向部材の間隔が狭い場合においてもこれらの対向部材の表面に付着形成可能な疎水膜を備えた静電型アクチュエータおよびその製造方法を提案することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一定の間隔で対向配置され相対変位可能な対向部材と、これらの対向部材の間に静電気力を発生させて当該対向部材を相対変位させる駆動手段と、前記対向部材のうちの少なくとも一方の部材における他方の部材との対向表面に形成した疎水膜とを有する静電型アクチュエータにおいて、前記対向部材間には、疎水基を有し、かつ水酸基と反応可能な有機珪素化合物が気密封止されるようにしている。
【００１２】
前記有機珪素化合物は、例えば、前記有機珪素化合物は、式Ｒ３−Ｓｉ−Ｘ、もしくは式Ｒ３−ＳｉＮＨＳｉ− Ｒ３（Ｒはアルキル基、Ｘはハロゲンもしくはアミノ基を示す）で表される化合物であり、ヘキサメチルジシラザン（（ＣＨ３）３ＳｉＮＨＳｉ（ＣＨ３）３）、ヘキサエチルジシラザン（（Ｃ２Ｈ５）３ＳｉＮＨＳｉ（Ｃ２Ｈ５）３）、トリメチルクロロシラン（（ＣＨ３）３ＳｉＣｌ）、トリエチルクロロシラン（（Ｃ２Ｈ５）３ＳｉＣｌ）、トリメチルアミノシラン（（ＣＨ３）３ＳｉＮＨ２）、トリエチルアミノシラン（（Ｃ２Ｈ５）３ＳｉＮＨ２）等が含まれる。また、前記有機珪素化合物は、例えば、ジメチルジクロロシラン（（ＣＨ３）２ＳｉＣｌ２）等の式Ｒ２−Ｓｉ−Ｘ（Ｒはアルキル基、Ｘはハロゲン、アミノ基、もしくはシリル化アミンを示す）で表される化合物であってもよい。
【００１３】
本発明を適用可能な静電型アクチュエータはインクジェット記録装置に用いるインクジェットヘッドである。この場合には、静電型アクチュエータを、前記第１および第２の部材の相対変位によって容積が変動するインク室と、当該インク室に連通しているインクノズルとを有する構成とし、前記駆動手段を、前記第１の部材および前記第２の部材に形成した対向電極と、これらの対向電極の間に電気パルスを印加する電圧印加手段とを備えた構成とし、前記電気パルスの印加に応じて前記インクノズルからインク液滴を吐出させるようにすればよい。
【００１４】
このように、本発明では相対変位する部材の対向表面に疎水基を有し、かつ水酸基と反応可能な有機珪素化合物からなる疎水膜を形成し、対向部材間が気密封止されている。この疎水膜は、ＰＦＤＡからなる疎水膜に比べて耐久性がある。また、分子が小さいので、相対変位する部材の間隔が狭い場合においても、それらの対向表面に付着させることができる。
【００１５】
一方、本発明は、上記構成の静電型アクチュエータの製造方法に関するものであり、一定の間隔で対向配置され相対変位可能な対向部材と、これら対向部材の間に静電気力を発生させて当該対向部材を相対変位させる駆動手段と、前記対向部材のうちの少なくとも一方の部材における他方の部材との対向表面に形成された疎水膜とを有する静電型アクチュエータの製造方法において、前記対向表面に前述した疎水基を有し、かつ水酸基と反応可能な有機珪素化合物を用いて前記疎水膜を形成する付着工程と、前記疎水膜が安定して前記対向表面に定着するように、各対向部材の対向表面の隙間を気密封止する封止工程とを行うようにしている。
【００１６】
詳細に説明すると、本発明者等は、対向表面に疎水基を有し、かつ水酸基と反応可能な有機珪素化合物の一つであるヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）からなる疎水膜を付着した直後から外部（大気中）に放置した場合における疎水膜の耐久性を調べたところ、図７に示すように、放置した直後から急激に低下して数分後に所定のレベルにおちつき、その後、さらに数日間放置すると、耐久性は再び徐々に回復することが分かった。より詳しく現象を説明すると、図７の領域Ｂの範囲内で対向部材間を封止したものは、対向部材間（対向する電極から構成されるキャパシタ）の充放電を４００〜５００万回繰り返すと、対向部材間にゲル状の異物が発生し、アクチェエータを作動させることが困難となる。このゲル状の異物は、対向部材間の隙間を早く封止するほど、発生する時期が遅くなる（領域Ａ）。即ち対向部材間の隙間内のＨＭＤＳ濃度を上げるほど、ゲル状の異物が発生しにくくなるということが分かった。一方、気密封止まで所定時間以上放置したものもゲル状の異物が発生しにくくなる（領域Ｃ）。
【００１７】
この特異な現象は、対向部材間に過多に存在する有機珪素化合物は、静電型アクチュエータに充放電を繰り返すうちにゲル化しやすく、極めて過多な有機珪素化合物が封止されれば逆にゲル化が抑制されるということを示唆している。また、気密封止まで所定時間以上放置すれば、過多な有機珪素化合物が加水分解により除去され、異物化の原因となる過多な有機珪素化合物が除去されるものと考えられる。
【００１８】
即ち、このような実験結果から、耐久性のある疎水膜を得るためには、対向表面に有機珪素化合物からなる疎水膜を形成した後、1)隙間の有機珪素化合物の濃度が所定値以上に保たれた状態のまま当該隙間を気密封止するか、2)数日間大気中に対向部材を放置した後隙間を封止すればよいということが分かった。
【００１９】
隙間の有機珪素化合物の濃度が所定値以上に保たれた状態のまま当該隙間を気密封止する方法1)で静電型アクチュエータを製造する場合、本発明者等の実験によれば、有機珪素化合物の濃度が０．３％以上の状態で隙間を気密封止すれば、疎水膜の耐久性を実用上支障のない程度に高められることが確認された。また、有機珪素化合物の濃度が０．８％以上の状態で隙間を気密封止すれば、疎水膜の耐久性を実用上十分なものにできることが確認された。
【００２０】
更には、封止工程を、常温および常圧の下で行えばよいことも確認された。
【００２１】
また、付着工程では、常圧中で、予め定められた濃度となるように有機珪素化合物を気化させた雰囲気中に対向部材を放置すれば良い。この場合には、有機珪素化合物からなる疎水膜が形成された後は、対向部材を有機珪素化合物が充満した雰囲気中から取り出さずに、その雰囲気中で気密封止すれば良い。有機珪素化合物が充満した雰囲気中で気密封止を行えば、隙間内の有機珪素化合物の濃度を確実に所定値以上に保持できる。
【００２２】
また、数日間大気中に対向部材を放置した後、隙間を封止する方法2)を用いて静電型アクチュエータを製造する場合、この放置工程では、積極的に水分を与えるほうが好ましい。即ち湿度の高い雰囲気で放置したほうが、有機珪素化合物の加水分解が促進され、異物化の原因となる過多の有機珪素化合物が早く除去され、安定した疎水膜が形成される。
【００２３】
なお、1)2)いずれのタイミングで対向部材間の封止を行う封止方法を採用しても、前記付着工程に先立って、前記対向表面間の水分を低減する前処理を行うことが好ましい。即ち、本発明の静電型アクチュエータの製造方法においては、前記付着工程に先立って、前記対向表面間の水分を低減する乾燥工程を行えば、有機珪素化合物の付着状況の安定化を図ることができ、封止工程における有機珪素化合物の付着状態のばらつきが発生するのを回避できる。
【００２４】
本発明の製造方法によって製造された静電型アクチュエータは、インクジェットプリンタに用いるインクジェットヘッドに適用可能である。この場合には、静電型アクチュエータを、前記対向部材の相対変位によって圧力変動するインク室と、当該インク室に連通しているインクノズルとを有する構成とする。また、前記駆動手段を、前記対向部材の各々に形成した対向電極と、これらの対向電極に電圧パルスを印加する電圧印加手段とを備えた構成とする。さらに、前記電圧パルスの印加に応じて前記インクノズルからインク液滴が吐出されるようにすれば良い。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明の静電型アクチュエータインクジェットヘッドをインクジェットヘッドに適用した例について説明する。
【００２６】
（全体構成）
図１は本発明を適用したインクジェットヘッドの分解斜視図である。また、図２は組み立てられたインクジェットヘッドの断面構成図（図３のII-II断面）、図３はその平面図、図４はその部分（IV-IV）断面図である。
【００２７】
これらの図に示すように、インクジェットヘッド１は、インク液滴を基板の上面に設けたインクノズルから吐出させるフェイスインクジェットタイプであり、静電駆動方式のものである。インクジェットヘッド１は、キャビティープレート３を挟み、上側にノズルプレート２、下側にガラス基板４がそれぞれ積層された３層構造となっている。
【００２８】
キャビティープレート３は、例えばシリコン基板であり、プレートの表面には底壁が振動板５として機能するインク室６を構成することになる凹部７と、凹部７の後部に設けられたインク供給口８を形成することになる細溝９と、各々のインク室６にインクを供給するためのインクリザーバ１０を構成することになる凹部１１とがエッチングによって形成されている。このキャビティープレート３の下面は鏡面研磨によって平滑化されている。
【００２９】
このキャビティープレート３の上側に接合されるノズルプレート２は、キャビティープレート３と同様に、例えばシリコン基板である。ノズルプレート２において、インク室６の上面を規定している部分には各インク室６に連通する複数のインクノズル２１が形成されている。
【００３０】
静電型アクチュエータは、一時的に各インク室内の圧力を上昇させて、対応するインクノズルからインク滴を吐出させるために、各インク室に対して夫々設けられている。静電型アクチュエータは微少な隙間をもって対向する２個の電極部材を有しており、本実施形態では、一方の電極は後述する変形可能な振動板５としてインク室６の底に形成されており、他方の電極は、ガラス基板４の凹部１６に形成されている。なお、後述するように、本実施形態では、キャビティープレート３が導体であるため、振動板５自体が静電型アクチュエータの一方の電極として機能している。
【００３１】
ノズルプレート２をキャビティープレート３に接合することにより、上記の凹部７、１１、および細溝９が塞がれて、インク室６、インク供給口８、インクリザーバ１０のそれぞれが区画形成される。
【００３２】
なお、インクリザーバ１０の底面を規定する部分にはインクリザーバ１０にインクを供給するための孔１２ａが設けられており、基板接合後、後述するガラス基板４に設けられた孔１２ｂと共にインク供給孔１２を形成する。インク供給孔１２には、不図示の接続チューブを介して不図示のインクタンクに接続される。インク供給孔１２から供給されたインクは、各インク供給口８を経由して独立した各インク室６に供給される。
【００３３】
キャビティープレート３の下側に接合されるガラス基板４は、シリコンと熱膨張率が近いホウ珪酸ガラス基板である。このガラス基板４において、各々の振動板５に対向する部分には振動室（隙間）１５を構成することになる凹部１６が形成されている。この凹部１６の底面には、振動板５に対向する個別電極１７が形成されている。個別電極１７は、ＩＴＯからなるセグメント電極部１８と端子部１９を有している。
【００３４】
このガラス基板４をキャビティープレート３に接合することにより、各インク室６の底面を規定している振動板５と個別電極１７のセグメント電極部１８は、非常に狭い隙間を隔てて対向する。この隙間１５はキャビティープレート３とガラス基板４の間に配置した封止材２０によって封止される。
【００３５】
振動板５は薄肉とされており、面外方向、すなわち、図２において上下方向に弾性変形可能となっている。この振動板５は、各インク室側の共通電極として機能する。この共通電極としての振動板５の底面５１にはヘキサメチルジシラザン（（ＣＨ３）３ＳｉＮＨＳｉ（ＣＨ３）３、以下単にＨＭＤＳと呼ぶ）を用いて有機珪素化合物からなる疎水膜２２が形成されている。この振動板５に対向する個別電極１７のセグメント電極部１８の表面にも、ＨＭＤＳを用いて有機珪素化合物からなる疎水膜２３が形成されている。隙間１５を挟み、振動板５と、対応する各セグメント電極部１８とによって対向電極が形成されている。
【００３６】
振動板５と個別電極１７との間には電圧印加装置２５が接続されている。電圧印加装置２５の一方の出力は各個別電極１７の端子部１９に接続され、他方の出力はキャビティープレート３に形成された共通電極端子２６に接続されている。キャビティープレート３自体は導電性をもつため、この共通電極端子２６から振動板（共通電極）５に電圧を供給することができる。また、より低い電気抵抗で振動板５に電圧を供給する必要がある場合には、例えば、キャビティープレート３の一方の面に金等の導電性材料の薄膜を蒸着やスパッタリングで形成すれば良い。本例では、キャビティープレート３とガラス基板４との接続に陽極接合を用いているので、キャビティープレート３の流路形成面側に導電膜を形成してある。
【００３７】
このように構成したインクジェットヘッド１においては、電圧印加装置２５からの駆動電圧が対向電極間に印加されると、対向電極間に充電された電荷によるクーロン力が発生し、振動板５はセグメント電極部１８の側へ撓み、インク室５の容積が拡大する。次に、電圧印加装置２５からの駆動電圧を解除して対向電極間の電荷を放電すると、振動板５はその弾性復帰力によって復帰し、インク室６の容積が急激に収縮する。この時発生する内圧変動により、インク室６に貯留されたインクの一部が、インク室６に連通しているインクノズル２１から記録紙に向かって吐出する。
【００３８】
なお、インクジェットヘッド１で使用されるインクとしては、水、アルコール、トルエン等の主溶媒にエチレングリコール等の界面活性剤と、染料または顔料とを溶解または分散させることにより調製される。さらに、インクジェットヘッド１にヒータを設けておけば、ホットメルトインクも使用できる。
【００３９】
（製造方法）
以下静電型アクチュエータの最適な製造方法について説明する。
【００４０】
図５には上記構成のインクジェットヘッド１の製造工程の一例の概略フローチャートを示してある。この図に示すように、まず、ステップＳＴ１において、インクジェットヘッド１を構成しているキャビティープレート３、ノズルプレート２、ガラス基板４をそれぞれウエハから加工して製造する。次に、ステップＳＴ２において、それらの３部材を相互に組み立てて（接合して）インクジェットヘッドを形成する。すなわち、間隔１５が形成されるように、キャビティープレート３の底面側にガラス基板４を組み付ける。この状態では、共通電極である振動板５の底面５１、およびセグメント電極部１８の表面のいずれにも疎水膜は形成されていない。
【００４１】
次に、ステップＳＴ３の前処理（乾燥）工程において、インクジェットヘッド１に対して前処理を施し、その表面に付着している水分を除去、あるいは可能な限り低減する。例えば、ドライエアーを供給した処理槽内にインクジェットヘッド１を放置すれば良い。このような前処理工程を行うと、ＨＭＤＳの付着状況の安定化を図ることができる。すなわち、振動板５の底面５１、およびセグメント電極部１８の表面から余分な付着水分を低減・除去して、ＨＭＤＳの付着状況の安定化を図り、次の工程におけるＨＭＤＳの付着状態にばらつきが発生するのを回避できる。なお、ドライエアーを用いる方法の他、処理槽内を真空にして加熱する真空加熱工程、処理槽内を真空雰囲気および窒素雰囲気に交互に切り換える工程、及びこれらの組合せを前処理工程として採用することができる。
【００４２】
次に、ステップＳＴ４のＨＭＤＳ付着工程において、共通電極である振動板５の底面５１、およびセグメント電極部１８の表面に、それぞれＨＭＤＳからなる疎水膜２２、２３を形成する。例えば、ＨＭＤＳを入れた容器を前記処理槽内に置き、ドライエアーの供給を止め、常温、常湿で雰囲気圧力を大気圧として、この状態を、ＨＭＤＳが拡散により十分隙間１５に侵入するまで（本形態では約２０時間程度）維持する。この結果、共通電極である振動板５の底面５１およびセグメント電極部１８の表面にはＨＭＤＳからなる疎水膜２２、２３が形成される。この時の処理槽内のＨＭＤＳ濃度は約０．３％以上にすれば良い。
【００４３】
図６には、シリコン製の振動板５の底面およびＩＴＯ製のセグメント電極部１８の表面に形成されたＨＭＤＳの疎水層２２ａ、２３ａの分子結合状態を示してある。この図に示すように、各表面では、ＯＨ基が疎水基であるＯＳｉ（ＣＨ3 ）3 基と入れ代わった状態となる。
【００４４】
次に、ステップＳＴ５の気密封止工程において、処理槽内からインクジェットヘッド１を取り出さずに、処理槽内で振動板５とセグメント電極部１８との間の空間を気密封止し、隙間１５を形成する。この時、気密封止された隙間１５のＨＭＤＳ濃度は約０．３％以上になる。
【００４５】
図７は疎水膜２２、２３を形成した直後にインクジェットヘッドを外部に放置した場合における放置時間と疎水膜２２、２３の耐久性の相関関係のグラフである。なお、このグラフは、封止工程における処理槽内のＨＭＤＳ濃度が０．８％以上になるようにした場合に得られたものである。また、耐久性は、振動板５の１回の振動を１サイクルとして測定したものである。
【００４６】
このグラフから分かるように、ＨＭＤＳからなる疎水膜２２、２３を形成した後に、その状態のまま封止せずに処理槽内から取り出して、大気中に放置しておくと、疎水膜２２、２３の耐久性は処理槽内から取り出した直後（右下がり領域Ａ）に急激に低下する。そして、数分後に所定の耐久性レベルに安定する。（安定領域Ｂ）。その後、さらに放置しておくと、数日後には耐久性が再び徐々に回復する。（右上がり領域Ｃ）。また、右上がり領域Ｃの耐久性は、疎水膜２２、２３を形成した直後（右下がり領域Ａ）の耐久性に比べれば低いレベルである。
【００４７】
本例の製造方法では、隙間１５のＨＭＤＳ濃度が約０．３％以上の状態を保持したまま、当該隙間１５を気密封止している。従って、実質的にＨＭＤＳからなる疎水膜２２、２３を形成した直後に隙間１５が気密封止されることになる。すなわち、図７の右下がり領域Ａで隙間１５を気密封止したことになる。このため、振動板５の表面およびセグメント電極部１８の表面に形成された疎水膜２２、２３の耐久性としては、疎水膜２２、２３が形成された直後あるいはそれに近いものになる。図８から明らかなように、疎水膜２２、２３を形成した後、隙間１５のＨＭＤＳ濃度が約０．３％以上のまま気密封止すれば、数千万〜数十億サイクル程度の耐久性が得られる。
【００４８】
図８は、図７における右下がり領域Ａに含まれる放置時間内で隙間１５を気密封止したときに得られる当該隙間内のＨＭＤＳ濃度と、疎水膜２２、２３の耐久性の相関関係のグラフである。このグラフから分かるように、インクジェットヘッド１は隙間１５が０．３％以上のＨＭＤＳ濃度となるように気密封止されているので、疎水膜２２、２３の耐久性は、約２千万サイクル以上になる。従って、疎水膜２２、２３を形成してから数日間放置した後に、隙間１５を気密封止した場合と同等あるいはそれ以上の耐久性を持つ疎水膜を得ることができる。例えば、隙間１５のＨＭＤＳ濃度を約０．４％以上にすると、１億サイクル以上の耐久性を持つ疎水膜２２、２３を得ることができる。
【００４９】
ここで、隙間１５のＨＭＤＳ濃度を高めるにしたがって疎水膜２２、２３の耐久性は上昇する。但し、ＨＭＤＳ濃度が約０．８％となると疎水膜の耐久性は５０億サイクル程度に飽和する。このため、処理槽内のＨＭＤＳ濃度の管理誤差を考慮すれば、処理槽内のＨＭＤＳ濃度を１．０％ないし１．１％前後に設定して、この処理槽内で隙間１５を気密封止することが最も好ましい。 以上説明したように、本例の方法によれば、ＨＭＤＳからなる疎水膜２２、２３の耐久性を充分なものとするために、疎水膜形成後に数日間に渡って放置する必要がない。即ち、短時間で静電型アクチュエータを製造できるという利点を有する。
【００５０】
なお、気密封止工程では、処理槽内からインクジェットヘッド１を取り出して気密封止を行っても良い。この場合には、図７から分かるように、インクジェットヘッド１を処理槽内から取り出すと、疎水膜２２、２３の耐久性は急激に低下する。このため、インクジェットヘッド１を処理槽内から取り出した直後、例えば、図７の例では約３分以内に気密封止すれば良い。
【００５１】
ここで、ステップＳＴ４のＨＭＤＳ付着工程を行うと、キャビティープレート３のその他の表面にも疎水膜が形成されて疎水性が付与されてしまい、インク流路の気泡の排出性が悪化する等の問題が生じる。しかしながら、ステップＳＴ５の気密封止工程を行った後に、ＲＣＡ洗浄（アンモニア、過酸化水素水の混合液を用いた洗浄）等を行うことにより簡単にインク流路表面から疎水膜を除去することが可能である。このため、気泡の排出性悪化等の問題が併発されることを防止できる。
【００５２】
（製造方法の他の実施例）
以上、図７の領域Ａの特性を用いて、ＨＭＤＳの濃度を保った状態で封止する製造方法について説明したが、静電型アクチュエータ（インクジェットヘッド）の形状、設備上の理由から濃度を保った状態で封止する作業が困難な場合もあり得る。このような場合は、付着工程後、図７の領域Ｃに見られる特性を積極的に用いて耐久性を向上させてもよい。以下、図９の概略フローチャートを用いて、インクジェットヘッドの製造工程の他の実施例を説明する。尚、前述の実施例（図５）と同一の工程については一部説明を省略する。
【００５３】
ステップＳＴ１、ステップＳＴ２は、前述の実施例と同一の工程であり、共通電極である振動板５の底面５１、およびセグメント電極１８の表面の何れにも疎水膜は形成されていないインクジェットヘッドが組み立てられる。また、ステップＳＴ３の前処理工程においても、前述の実施例と同様な処理を施して、その表面に付着している水分を除去・低減する。
【００５４】
次に、ステップＳＴ４ａのＨＭＤＳの付着工程においては、気相処理あるいは液相処理によって、共通電極である振動板５の底面５１およびセグメント電極１８の表面にＨＭＤＳを付着させることができる。気相処理には、ＨＭＤＳを大気圧中で蒸着する方法と真空中で蒸着する方法がある。前述の実施例は大気圧中で蒸着させるものを説明したが、本実施例では、付着工程後直ぐに封止するものではないので、これに限るものではない。例えば、ＨＭＤＳ雰囲気中においてインクジェットヘッド１を２０°Ｃ乃至２００°Ｃに保持し、真空度を１０Ｔｏｒｒ以上に高い状態に保持して、約５乃至１５０分程度放置すれば、ＨＭＤＳからなる疎水膜を振動板５の底面５１およびセグメント電極１８の表面に形成できる。
【００５５】
液相処理はＨＭＤＳ中にインクジェットヘッドを浸漬することによりＨＭＤＳを付着する方法であり、この方法では、毛細管力によって、隙間Ｇの間にＨＭＤＳが入り込み、振動板５の底面５１およびセグメント電極１８の表面にＨＭＤＳが付着する。この方法では、例えば、インクジェットヘッド１およびＨＭＤＳを常温に保持し、ＨＭＤＳ液にインクジェットヘッド１を５分以上浸漬し、しかる後に、２０°乃至２００°Ｃの雰囲気中において隙間Ｇに入り込んでいる余分なＨＭＤＳを気化させて除去すればよい。これらの方法は、短時間でＨＭＤＳ付着を行うことができるという利点を有する。
【００５６】
次に、ステップＳＴ４ｂの後処理工程としては、水分付与工程と、放置工程とを挙げることができる。これらの各工程は単独でもよいし、組み合わせて採用してもよい。
【００５７】
まず、水分付与工程は、形成されたＨＭＤＳからなる疎水膜から余分なＨＭＤＳを加水分解することにより除去する工程である。形成されたＨＭＤＳの疎水膜に水分を付与すると、当該疎水膜の経時変化による異物化を抑制でき、膜の安定化を改善できることが確認された。この工程としては、例えば、前述したＨＭＤＳの付着工程の終了後に、インクジェットヘッドを、湿度が２０乃至１００％ＲＨ、温度が２０°Ｃ乃至２００°Ｃの雰囲気中に放置する工程を挙げることができる。ここで、水分付与工程は、ＨＭＤＳの付着工程の終了後に開始してもよいが、ＨＭＤＳの付着工程の途中から開始してもよい。この場合には、ＨＭＤＳの付着工程の最初ではＨＭＤＳのみの雰囲気中にインクジェットヘッドを入れ、途中から、雰囲気中にＨＭＤＳと共に水分を加えればよい。
【００５８】
次に、放置工程は、例えば、ＨＭＤＳの付着後にインクジェットヘッドを、温度２０°Ｃ乃至２００°Ｃで湿度が４５％Ｒｈ〜８５％Ｒｈ、好ましくは約６０％Ｒｈの雰囲気中に数日から１週間程度放置する工程である。この工程を経ることにより、ＨＭＤＳの結合状態を安定化させることができ、当該疎水膜の経時変化による異物化を抑制でき、膜の安定化を改善できることが確認された。
【００５９】
これら一連の工程後、対向部材間の隙間を封止し（ＳＴ５）、インクジェットヘッドが完成する。
【００６０】
（インクジェットヘッドの隙間の封止部分の構造）
以下、図７、図１０、図１１を用いて、インクジェットヘッドのインクジェットヘッドの隙間の封止部分の構造について説明する。
【００６１】
ＨＭＤＳの濃度の高い状態で対向部材間の隙間を封止することが望ましいことは、前述の実施例で説明した通りである。このためにはＨＭＤＳを充填した槽内で隙間を封止する作業を行う工程を採用することが好ましいが、反面、以下の欠点も併せ持つ。即ち、槽内で封止材、具体的にはエポキシ系の接着剤を用いて隙間を封止することは、容易な作業ではない。また、ＨＭＤＳ以外の接着剤の成分で槽内を汚染することは、品質管理上好ましくない。
【００６２】
従って、槽内に所定時間置かれた静電型アクチュエータを、槽内から取り出した後迅速に隙間の封止を行う工程を採用するほうが、静電型アクチュエータの大量生産には適している。
【００６３】
槽内から取り出した直後から、隙間内のＨＭＤＳが低下し、封止までの間に時間がかかれば耐久性が低下することは、図７からも明らかである。即ち、図７の領域Ａの部分の傾きは、槽内から取り出した後の静電型アクチュエータの対向部材間の隙間のＨＭＤＳの濃度の低下する速度を表し、この速度が大きいほど、素早く封止する必要がある。
【００６４】
本実施例は、対向部材間の隙間を封止する構造に関し、封止までの隙間内のＨＭＤＳの濃度の低下を抑えるものである。
【００６５】
図１０は、図１に示したインクジェットヘッドの対向部材間の隙間の封止部分を示す平面図である。符号１８は個別電極であり、端子部１９と個別電極１８はリード部１７ｂによって接続されている。これら電極１７、１７ｂはガラス基板４上に設けられた凹部１６にＩＴＯを蒸着することにより形成される。
【００６６】
図示のように、凹部１６は２つの部分に区画されている。アクチュエータ部分（振動室１５）となる部分の凹部の寸法は幅ｂ、長さａであり、振動室１５と外部とをつなぐ管１５ｂとなる部分の凹部の寸法は幅ｄ、長さＬである。尚、ガラス基板４とキャビティープレート３を接合し、ＨＭＤＳを振動室１５内に入れ付着させた後、管１５ｂの解放端は封止材２０によって閉じられる。
【００６７】
振動室１５の体積をＶ（ａ×ｂ×ｇ、ｇは対向部材間（振動板５と電極１７間の距離）とし、管１５ｂの断面積をＳ（ｄ×ｇ）としたとき、以下の式で表される値Ｋの大小が、槽内から取り出した後の静電型アクチュエータの対向部材間の隙間のＨＭＤＳの濃度の低下する速度に関係し、Ｋ≧２５であれば、槽外で隙間の封止を行っても十分静電型アクチュエータの耐久性を確保できることが実験で得られた。
【００６８】
Ｋ＝Ｖ・Ｌ／Ｓ
図７の領域Ａの実線部分はＫ＝１０、波線部分はＫ＝２５の場合の耐久性と気密封止までの時間の相関を示すものである。図から明らかなように１分以内で封止すれば、Ｋ＝２５であれば１億パルス程度の耐久性を得ることができるのに対し、Ｋ＝１０では１０００万パルス程度の耐久性を得ることも難しい。Ｋ＝１０で１億パルスの耐久性を得るためには、槽外に出して１０秒程度で封止工程を終了させる必要があり、大量生産を前提とした工程では事実上不可能である。
【００６９】
図１１は、他の実施例のインクジェットヘッドの隙間の封止部分の平面図を示すものである。なお、図１０と同一の符号のものは、図１０で説明した実施例と同一のものを指す。
【００７０】
列状に配置された複数の振動室１５には、それぞれ、各振動室１５と封止部２０ａを結ぶ管１５ｂが接続されており、更に、この各管１５ｂを結ぶバイパス管１５ｃが設けられている。このバイパス管１５ｃの解放端側にも封止部２０ｂが設けられている。
【００７１】
本実施例のインクジェットヘッドは、以下の手順により、ＨＭＤＳが振動室１５内に封止され、製造される。
【００７２】
まず、ガラス基板４の所定の位置をエッチングし凹部を形成し、凹部内の所定の位置に個別電極１７を形成する。このガラス基板４と、振動板５が設けられたキャビティープレート３を陽極接合することにより振動室１５，管１５ｂ、１５ｃが形成される。各管１５ｂの解放端を封止材２０ａにより封止した後、所定濃度のＨＭＤＳが充填された槽内にインクジェットヘッドを入れ、所定時間槽内に放置する。その後、インクジェットヘッドを槽外に取り出し、バイパス管１５ｃの解放端を封止材２０ｂにより封止し、振動室内に所定濃度以上のＨＭＤＳを入れたまま、振動室を外気から遮断する。
【００７３】
このようなバイパス管を設けることにより、インクジェットヘッド自体の面積を増やすことなく、バイパス管を設けないものに比べＫ値を５０〜６０倍程度を上げることができる。即ち、槽内から取り出した後の静電型アクチュエータの対向部材間の隙間のＨＭＤＳの濃度の低下を抑制することができる。
【００７４】
また、ＨＭＤＳ付着工程後、隙間を封止する箇所も１カ所ですみ、封止する面積もバイパス管を設けないものに比べ小さいので、より迅速に封止を行えるという利点を有する。
【００７５】
［その他の実施の形態］
なお、上述した実施形態では、一定の間隔で対向配置され相対変位可能な対向部材の両面に、即ち、共通電極として機能する振動板の底面と、振動板に対向する個別電極の表面に疎水膜を形成する例について述べたが、いずれか一方の面のみに形成しても、対向部材同士が貼り付いたままの状態（スティッキング状態）に陥ることを防止する効果が得られる。例えば、個別電極が形成されている基板の表面に疎水膜を形成した後、その基板に振動板が形成された基板を接合するようにすれば、対向部材の一方の面のみに疎水膜を形成した静電型アクチュエータを得ることができる。このような方法を用いてインクジェットヘッドを製造すれば、製造工程中にインク流路表面に疎水膜は形成されないので、ＲＣＡ洗浄（アンモニア、過酸化水素水の混合液を用いた洗浄）等を行ってインク流路表面の疎水膜を除去する後処理は不要となる。
【００７６】
更に、上述の実施形態では、対向部材間に気密封止される化合物としてＨＭＤＳを例にとって説明したが、これに限らず、疎水基を有し、かつ水酸基と反応可能な有機珪素化合物であれば本発明に適用可能である。この有機珪素化合物は、例えば、式Ｒ３−Ｓｉ−Ｘ、もしくは式Ｒ３−ＳｉＮＨＳｉ− Ｒ３（Ｒはアルキル基、Ｘはハロゲンもしくはアミノ基を示す）で表される化合物であり、ＨＭＤＳの他に例えば、ヘキサエチルジシラザン（（Ｃ２Ｈ５）３ＳｉＮＨＳｉ（Ｃ２Ｈ５）３）、トリメチルクロロシラン（（ＣＨ３）３ＳｉＣｌ）、トリエチルクロロシラン（（Ｃ２Ｈ５）３ＳｉＣｌ）、トリメチルアミノシラン（（ＣＨ３）３ＳｉＮＨ２）、トリエチルアミノシラン（（Ｃ２Ｈ５）３ＳｉＮＨ２）等が含まれる。また、例えば、ジメチルジクロロシラン（（ＣＨ３）２ＳｉＣｌ２）等の式Ｒ２−Ｓｉ−Ｘ（Ｒはアルキル基、Ｘはハロゲンもしくはアミノ基を示す）で表される有機珪素化合物を本発明に適用してもよい。
【００７７】
また、前述したインクジェットヘッド１は、インク液滴を基板の上面に設けたインクノズルから吐出させるフェイスインクジェットタイプであるが、基板の端部に設けたインクノズルから吐出させるエッジインクジェットタイプにも本発明のインクジェットヘッドを適用できる。
【００７８】
また、上記の例では、インクジェットヘッドに対して本発明を適用した例であるが、本発明はインクジェットヘッド以外の静電型アクチュエータ、例えば、例えば、特開平７−５４２５９号公報に開示されているようなマイクロメカニカル装置、静電型アクチュエータを用いた表示装置、マイクロポンプ等に対しても同様に適用できる。
【００７９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の静電型アクチュエータにおいては、静電気力により相対変位する対向部材の対向表面に、例えばＨＭＤＳ等の、疎水基を有し、かつ水酸基と反応可能な有機珪素化合物からなる疎水膜を形成した構成を採用している。これら有機珪素化合物はＰＦＤＡ等に比べて分子が小さく、しかも形成された疎水膜の耐久性が高く、膜安定性も高い。従って、本発明によれば、対向部材の間隔が狭い静電型アクチュエータに対しても均一でばらつきの無い疎水膜を形成できる。また、耐久性および動作安定性の高い静電型アクチュエータを実現することができる。
【００８０】
また、本発明の静電アクチェータの製造方法では、相対変位可能な対向部材の対向表面に、例えばＨＭＤＳ等の、疎水基を有し、かつ水酸基と反応可能な有機珪素化合物を用いて疎水膜を形成した後、各対向部材の対向表面の隙間における有機珪素化合物の濃度を予め定められた値以上の状態で、当該隙間を気密封止する。この方法によって、耐久性に優れた有機珪素化合物からなる疎水膜を短時間で得ることができる。また、疎水膜を形成した後、所定期間大気中に放置した後隙間を封止しても耐久性を向上することができる。
【００８１】
さらに、静電型アクチュエータとしてのインクジェットヘッドに対して有機珪素化合物の疎水膜を形成するする場合には、次のような利点もある。有機珪素化合物による疎水膜の形成は、インクジェットヘッドを構成しているシリコン基板、シリコン製のノズルプレート、ガラス基板を相互に組み立てた後、換言すると、一定のギャップで対向電極を配置した方が好ましい場合がある。この理由は、高温下で行われる陽極接合での疎水膜の分解防止と陽極接合強度を確保するためである。しかし、各部材を接合した後に疎水膜を形成すると、シリコン基板はインク流路も兼ねているので、インク流路にも疎水膜が形成されて疎水性が付与されしまい、気泡の排出性が悪化する等の問題を生ずる。しかしながら、ＨＭＤＳ等の有機珪素化合物は、封止剤による気密封止後にＲＣＡ洗浄等を行うことにより簡単にインク流路表面から除去することが可能であり、気泡の排出性悪化等の問題が併発することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したインクジェットヘッドの分解斜視図である。
【図２】図１のインクジェットヘッドの概略縦断面図である。
【図３】図１のインクジェットヘッドの平面図である。
【図４】図１のインクジェットヘッドの一部を示す概略横断面図である。
【図５】図１のインクジェットヘッドの製造工程を示す概略フローチャートである。
【図６】形成されたＨＭＤＳの疎水層を示す模式図である。
【図７】疎水膜を形成した直後にインクジェットヘッドを外部に放置した場合における放置時間と疎水膜の耐久性の相関関係のグラフである。
【図８】図７の右下がり領域に含まれる放置時間内で隙間を気密封止したときに得られる隙間内のＨＭＤＳ濃度と疎水膜の耐久性の相関関係のグラフである。
【図９】図１のインクジェットヘッドの製造工程の他の実施例を示す概略フローチャートである。
【図１０】図１に示したインクジェットヘッドの対向部材間の隙間の封止部分を示す平面図である。
【図１１】本発明の他の実施例のインクジェットヘッドの隙間の封止部分を示す平面図である。
【符号の説明】
１ インクジェットヘッド
２ ノズルプレート
３ キャビティープレート
４ ガラス基板
５ 振動板（共通電極）
６ インク室
８ インク供給口
１０ インクリザーバ
１５ 隙間
１７ 個別電極
１８ セグメント電極部
２０ 封止材
２５ 電圧印加装置
２６ 共通電極端子
【発明の属する技術分野】
本発明は対向電極間に電圧を印加することにより発生する静電気力を駆動源として利用している静電型アクチュエータおよびその製造方法に関するものである。更に詳しくは、本発明は、静電気力により相対変位する部材の表面に疎水膜を備えた静電型アクチュエータにおける当該疎水膜の形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットプリンタのインクジェットヘッド等には、半導体の微細加工技術を用いて形成された微小構造のアクチュエータが用いられている。この微小構造のアクチュエータとしては、その駆動源として静電気力を利用した静電駆動方式のものが知られている。例えば、本出願人によって、静電気力を利用してインク液滴を吐出するタイプのインクジェットヘッドが特開平５−５０６０１号、同６−７０８８２号公報に開示されている。
【０００３】
この形式のインクジェットヘッドは、インクノズルに連通しているインク室の底面が弾性変形可能な振動板として形成されている。この振動板には、一定の間隔で基板が対向配置されている。これらの振動板および基板には、それぞれ対向電極が配置され、これらの対向電極の間の空間は封止された状態となっている。対向電極間に電圧を印加すると、これらの間に発生する静電気力によってインク室の底面（振動板）が基板の側に静電吸引あるいは静電反発されて振動する。このインク室の底面の振動に伴って発生するインク室の内圧変動によりインクノズルからインク液滴が吐出される。対向電極間に印加する電圧を制御することにより、記録に必要な時にのみインク液滴を吐出する、所謂インク・オン・デマンド方式が実現される。
【０００４】
ここで、対向電極間に繰り返し電圧を印加してインクジェットヘッドを駆動している間に、対向電極の表面、すなわち、対向しているインク室底面および基板の表面に水分が付着すると、これらの極性分子の帯電によって、静電吸引特性あるいは静電反発特性が低下する恐れがある。また、基板の表面に吸着した極性分子が相互に水素結合して、インク室底面が基板側に貼り付いたままの状態（スティッキング状態）となり、動作不能となる恐れがある。
【０００５】
このような弊害を回避するために、インク室底面および基板表面に疎水化処理を施すことが考えられる。例えば、パーフルオロデカン酸（ＰＦＤＡ）の配向単分子層をこれらの表面に形成することにより、これらの表面を疎水化することが考えられる。
【０００６】
ＰＦＤＡを用いた疎水化処理が施された静電型アクチュエータの例は、例えば、特開平７−１３００７号公報、ＵＳＰ５、３３１、４５４に開示されている。これらの公報においては、静電型アクチュエータであるマイクロメカニカル装置における対向電極の表面にＰＦＤＡの配向単分子層を形成することにより、これらが駆動中に膠着状態に陥ること等を防止するようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＰＦＤＡを用いた疎水化処理は次のような解決すべき課題がある。まず、ＰＦＤＡを単に相対変位する部材の対向表面に付着したのみでは、その層の耐久性が十分ではない。このため、静電気力によって繰り返し相対変位させられるこれらの部材の間に発生する繰り返し電界のために、ＰＦＤＡの層が部材の表面から剥離し、剥離部分が凝集して部材間の相対変位を妨げる異物が発生するおそれがある。このような異物が発生すると、静電型アクチュエータが動作不能に陥る危険性もある。
【０００８】
次に、静電型アクチュエータでは、印加する電圧が低くても相対変位する対向部材の間に発生する静電気力を十分に大きな力とするために、これらの対向部材の間隔を可能な限り狭くすることが望ましい。また、静電型アクチュエータの高密度化、一層の微小化を達成するためにも、対向部材の間隔を可能な限り狭くすることが望ましい。しかしながら、対向部材の間隔を狭くすると、ＰＦＤＡの分子は大きいので、狭い間隔の対向部材表面にそれを付着させることが不可能となってしまう。
【０００９】
本発明の課題は、このような点に鑑みて、耐久性のある疎水膜を備えた静電型アクチュエータおよびその製造方法を提案することにある。
【００１０】
また、本発明の課題は、静電気力により相対変位する対向部材の間隔が狭い場合においてもこれらの対向部材の表面に付着形成可能な疎水膜を備えた静電型アクチュエータおよびその製造方法を提案することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一定の間隔で対向配置され相対変位可能な対向部材と、これらの対向部材の間に静電気力を発生させて当該対向部材を相対変位させる駆動手段と、前記対向部材のうちの少なくとも一方の部材における他方の部材との対向表面に形成した疎水膜とを有する静電型アクチュエータにおいて、前記対向部材間には、疎水基を有し、かつ水酸基と反応可能な有機珪素化合物が気密封止されるようにしている。
【００１２】
前記有機珪素化合物は、例えば、前記有機珪素化合物は、式Ｒ３−Ｓｉ−Ｘ、もしくは式Ｒ３−ＳｉＮＨＳｉ− Ｒ３（Ｒはアルキル基、Ｘはハロゲンもしくはアミノ基を示す）で表される化合物であり、ヘキサメチルジシラザン（（ＣＨ３）３ＳｉＮＨＳｉ（ＣＨ３）３）、ヘキサエチルジシラザン（（Ｃ２Ｈ５）３ＳｉＮＨＳｉ（Ｃ２Ｈ５）３）、トリメチルクロロシラン（（ＣＨ３）３ＳｉＣｌ）、トリエチルクロロシラン（（Ｃ２Ｈ５）３ＳｉＣｌ）、トリメチルアミノシラン（（ＣＨ３）３ＳｉＮＨ２）、トリエチルアミノシラン（（Ｃ２Ｈ５）３ＳｉＮＨ２）等が含まれる。また、前記有機珪素化合物は、例えば、ジメチルジクロロシラン（（ＣＨ３）２ＳｉＣｌ２）等の式Ｒ２−Ｓｉ−Ｘ（Ｒはアルキル基、Ｘはハロゲン、アミノ基、もしくはシリル化アミンを示す）で表される化合物であってもよい。
【００１３】
本発明を適用可能な静電型アクチュエータはインクジェット記録装置に用いるインクジェットヘッドである。この場合には、静電型アクチュエータを、前記第１および第２の部材の相対変位によって容積が変動するインク室と、当該インク室に連通しているインクノズルとを有する構成とし、前記駆動手段を、前記第１の部材および前記第２の部材に形成した対向電極と、これらの対向電極の間に電気パルスを印加する電圧印加手段とを備えた構成とし、前記電気パルスの印加に応じて前記インクノズルからインク液滴を吐出させるようにすればよい。
【００１４】
このように、本発明では相対変位する部材の対向表面に疎水基を有し、かつ水酸基と反応可能な有機珪素化合物からなる疎水膜を形成し、対向部材間が気密封止されている。この疎水膜は、ＰＦＤＡからなる疎水膜に比べて耐久性がある。また、分子が小さいので、相対変位する部材の間隔が狭い場合においても、それらの対向表面に付着させることができる。
【００１５】
一方、本発明は、上記構成の静電型アクチュエータの製造方法に関するものであり、一定の間隔で対向配置され相対変位可能な対向部材と、これら対向部材の間に静電気力を発生させて当該対向部材を相対変位させる駆動手段と、前記対向部材のうちの少なくとも一方の部材における他方の部材との対向表面に形成された疎水膜とを有する静電型アクチュエータの製造方法において、前記対向表面に前述した疎水基を有し、かつ水酸基と反応可能な有機珪素化合物を用いて前記疎水膜を形成する付着工程と、前記疎水膜が安定して前記対向表面に定着するように、各対向部材の対向表面の隙間を気密封止する封止工程とを行うようにしている。
【００１６】
詳細に説明すると、本発明者等は、対向表面に疎水基を有し、かつ水酸基と反応可能な有機珪素化合物の一つであるヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）からなる疎水膜を付着した直後から外部（大気中）に放置した場合における疎水膜の耐久性を調べたところ、図７に示すように、放置した直後から急激に低下して数分後に所定のレベルにおちつき、その後、さらに数日間放置すると、耐久性は再び徐々に回復することが分かった。より詳しく現象を説明すると、図７の領域Ｂの範囲内で対向部材間を封止したものは、対向部材間（対向する電極から構成されるキャパシタ）の充放電を４００〜５００万回繰り返すと、対向部材間にゲル状の異物が発生し、アクチェエータを作動させることが困難となる。このゲル状の異物は、対向部材間の隙間を早く封止するほど、発生する時期が遅くなる（領域Ａ）。即ち対向部材間の隙間内のＨＭＤＳ濃度を上げるほど、ゲル状の異物が発生しにくくなるということが分かった。一方、気密封止まで所定時間以上放置したものもゲル状の異物が発生しにくくなる（領域Ｃ）。
【００１７】
この特異な現象は、対向部材間に過多に存在する有機珪素化合物は、静電型アクチュエータに充放電を繰り返すうちにゲル化しやすく、極めて過多な有機珪素化合物が封止されれば逆にゲル化が抑制されるということを示唆している。また、気密封止まで所定時間以上放置すれば、過多な有機珪素化合物が加水分解により除去され、異物化の原因となる過多な有機珪素化合物が除去されるものと考えられる。
【００１８】
即ち、このような実験結果から、耐久性のある疎水膜を得るためには、対向表面に有機珪素化合物からなる疎水膜を形成した後、1)隙間の有機珪素化合物の濃度が所定値以上に保たれた状態のまま当該隙間を気密封止するか、2)数日間大気中に対向部材を放置した後隙間を封止すればよいということが分かった。
【００１９】
隙間の有機珪素化合物の濃度が所定値以上に保たれた状態のまま当該隙間を気密封止する方法1)で静電型アクチュエータを製造する場合、本発明者等の実験によれば、有機珪素化合物の濃度が０．３％以上の状態で隙間を気密封止すれば、疎水膜の耐久性を実用上支障のない程度に高められることが確認された。また、有機珪素化合物の濃度が０．８％以上の状態で隙間を気密封止すれば、疎水膜の耐久性を実用上十分なものにできることが確認された。
【００２０】
更には、封止工程を、常温および常圧の下で行えばよいことも確認された。
【００２１】
また、付着工程では、常圧中で、予め定められた濃度となるように有機珪素化合物を気化させた雰囲気中に対向部材を放置すれば良い。この場合には、有機珪素化合物からなる疎水膜が形成された後は、対向部材を有機珪素化合物が充満した雰囲気中から取り出さずに、その雰囲気中で気密封止すれば良い。有機珪素化合物が充満した雰囲気中で気密封止を行えば、隙間内の有機珪素化合物の濃度を確実に所定値以上に保持できる。
【００２２】
また、数日間大気中に対向部材を放置した後、隙間を封止する方法2)を用いて静電型アクチュエータを製造する場合、この放置工程では、積極的に水分を与えるほうが好ましい。即ち湿度の高い雰囲気で放置したほうが、有機珪素化合物の加水分解が促進され、異物化の原因となる過多の有機珪素化合物が早く除去され、安定した疎水膜が形成される。
【００２３】
なお、1)2)いずれのタイミングで対向部材間の封止を行う封止方法を採用しても、前記付着工程に先立って、前記対向表面間の水分を低減する前処理を行うことが好ましい。即ち、本発明の静電型アクチュエータの製造方法においては、前記付着工程に先立って、前記対向表面間の水分を低減する乾燥工程を行えば、有機珪素化合物の付着状況の安定化を図ることができ、封止工程における有機珪素化合物の付着状態のばらつきが発生するのを回避できる。
【００２４】
本発明の製造方法によって製造された静電型アクチュエータは、インクジェットプリンタに用いるインクジェットヘッドに適用可能である。この場合には、静電型アクチュエータを、前記対向部材の相対変位によって圧力変動するインク室と、当該インク室に連通しているインクノズルとを有する構成とする。また、前記駆動手段を、前記対向部材の各々に形成した対向電極と、これらの対向電極に電圧パルスを印加する電圧印加手段とを備えた構成とする。さらに、前記電圧パルスの印加に応じて前記インクノズルからインク液滴が吐出されるようにすれば良い。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明の静電型アクチュエータインクジェットヘッドをインクジェットヘッドに適用した例について説明する。
【００２６】
（全体構成）
図１は本発明を適用したインクジェットヘッドの分解斜視図である。また、図２は組み立てられたインクジェットヘッドの断面構成図（図３のII-II断面）、図３はその平面図、図４はその部分（IV-IV）断面図である。
【００２７】
これらの図に示すように、インクジェットヘッド１は、インク液滴を基板の上面に設けたインクノズルから吐出させるフェイスインクジェットタイプであり、静電駆動方式のものである。インクジェットヘッド１は、キャビティープレート３を挟み、上側にノズルプレート２、下側にガラス基板４がそれぞれ積層された３層構造となっている。
【００２８】
キャビティープレート３は、例えばシリコン基板であり、プレートの表面には底壁が振動板５として機能するインク室６を構成することになる凹部７と、凹部７の後部に設けられたインク供給口８を形成することになる細溝９と、各々のインク室６にインクを供給するためのインクリザーバ１０を構成することになる凹部１１とがエッチングによって形成されている。このキャビティープレート３の下面は鏡面研磨によって平滑化されている。
【００２９】
このキャビティープレート３の上側に接合されるノズルプレート２は、キャビティープレート３と同様に、例えばシリコン基板である。ノズルプレート２において、インク室６の上面を規定している部分には各インク室６に連通する複数のインクノズル２１が形成されている。
【００３０】
静電型アクチュエータは、一時的に各インク室内の圧力を上昇させて、対応するインクノズルからインク滴を吐出させるために、各インク室に対して夫々設けられている。静電型アクチュエータは微少な隙間をもって対向する２個の電極部材を有しており、本実施形態では、一方の電極は後述する変形可能な振動板５としてインク室６の底に形成されており、他方の電極は、ガラス基板４の凹部１６に形成されている。なお、後述するように、本実施形態では、キャビティープレート３が導体であるため、振動板５自体が静電型アクチュエータの一方の電極として機能している。
【００３１】
ノズルプレート２をキャビティープレート３に接合することにより、上記の凹部７、１１、および細溝９が塞がれて、インク室６、インク供給口８、インクリザーバ１０のそれぞれが区画形成される。
【００３２】
なお、インクリザーバ１０の底面を規定する部分にはインクリザーバ１０にインクを供給するための孔１２ａが設けられており、基板接合後、後述するガラス基板４に設けられた孔１２ｂと共にインク供給孔１２を形成する。インク供給孔１２には、不図示の接続チューブを介して不図示のインクタンクに接続される。インク供給孔１２から供給されたインクは、各インク供給口８を経由して独立した各インク室６に供給される。
【００３３】
キャビティープレート３の下側に接合されるガラス基板４は、シリコンと熱膨張率が近いホウ珪酸ガラス基板である。このガラス基板４において、各々の振動板５に対向する部分には振動室（隙間）１５を構成することになる凹部１６が形成されている。この凹部１６の底面には、振動板５に対向する個別電極１７が形成されている。個別電極１７は、ＩＴＯからなるセグメント電極部１８と端子部１９を有している。
【００３４】
このガラス基板４をキャビティープレート３に接合することにより、各インク室６の底面を規定している振動板５と個別電極１７のセグメント電極部１８は、非常に狭い隙間を隔てて対向する。この隙間１５はキャビティープレート３とガラス基板４の間に配置した封止材２０によって封止される。
【００３５】
振動板５は薄肉とされており、面外方向、すなわち、図２において上下方向に弾性変形可能となっている。この振動板５は、各インク室側の共通電極として機能する。この共通電極としての振動板５の底面５１にはヘキサメチルジシラザン（（ＣＨ３）３ＳｉＮＨＳｉ（ＣＨ３）３、以下単にＨＭＤＳと呼ぶ）を用いて有機珪素化合物からなる疎水膜２２が形成されている。この振動板５に対向する個別電極１７のセグメント電極部１８の表面にも、ＨＭＤＳを用いて有機珪素化合物からなる疎水膜２３が形成されている。隙間１５を挟み、振動板５と、対応する各セグメント電極部１８とによって対向電極が形成されている。
【００３６】
振動板５と個別電極１７との間には電圧印加装置２５が接続されている。電圧印加装置２５の一方の出力は各個別電極１７の端子部１９に接続され、他方の出力はキャビティープレート３に形成された共通電極端子２６に接続されている。キャビティープレート３自体は導電性をもつため、この共通電極端子２６から振動板（共通電極）５に電圧を供給することができる。また、より低い電気抵抗で振動板５に電圧を供給する必要がある場合には、例えば、キャビティープレート３の一方の面に金等の導電性材料の薄膜を蒸着やスパッタリングで形成すれば良い。本例では、キャビティープレート３とガラス基板４との接続に陽極接合を用いているので、キャビティープレート３の流路形成面側に導電膜を形成してある。
【００３７】
このように構成したインクジェットヘッド１においては、電圧印加装置２５からの駆動電圧が対向電極間に印加されると、対向電極間に充電された電荷によるクーロン力が発生し、振動板５はセグメント電極部１８の側へ撓み、インク室５の容積が拡大する。次に、電圧印加装置２５からの駆動電圧を解除して対向電極間の電荷を放電すると、振動板５はその弾性復帰力によって復帰し、インク室６の容積が急激に収縮する。この時発生する内圧変動により、インク室６に貯留されたインクの一部が、インク室６に連通しているインクノズル２１から記録紙に向かって吐出する。
【００３８】
なお、インクジェットヘッド１で使用されるインクとしては、水、アルコール、トルエン等の主溶媒にエチレングリコール等の界面活性剤と、染料または顔料とを溶解または分散させることにより調製される。さらに、インクジェットヘッド１にヒータを設けておけば、ホットメルトインクも使用できる。
【００３９】
（製造方法）
以下静電型アクチュエータの最適な製造方法について説明する。
【００４０】
図５には上記構成のインクジェットヘッド１の製造工程の一例の概略フローチャートを示してある。この図に示すように、まず、ステップＳＴ１において、インクジェットヘッド１を構成しているキャビティープレート３、ノズルプレート２、ガラス基板４をそれぞれウエハから加工して製造する。次に、ステップＳＴ２において、それらの３部材を相互に組み立てて（接合して）インクジェットヘッドを形成する。すなわち、間隔１５が形成されるように、キャビティープレート３の底面側にガラス基板４を組み付ける。この状態では、共通電極である振動板５の底面５１、およびセグメント電極部１８の表面のいずれにも疎水膜は形成されていない。
【００４１】
次に、ステップＳＴ３の前処理（乾燥）工程において、インクジェットヘッド１に対して前処理を施し、その表面に付着している水分を除去、あるいは可能な限り低減する。例えば、ドライエアーを供給した処理槽内にインクジェットヘッド１を放置すれば良い。このような前処理工程を行うと、ＨＭＤＳの付着状況の安定化を図ることができる。すなわち、振動板５の底面５１、およびセグメント電極部１８の表面から余分な付着水分を低減・除去して、ＨＭＤＳの付着状況の安定化を図り、次の工程におけるＨＭＤＳの付着状態にばらつきが発生するのを回避できる。なお、ドライエアーを用いる方法の他、処理槽内を真空にして加熱する真空加熱工程、処理槽内を真空雰囲気および窒素雰囲気に交互に切り換える工程、及びこれらの組合せを前処理工程として採用することができる。
【００４２】
次に、ステップＳＴ４のＨＭＤＳ付着工程において、共通電極である振動板５の底面５１、およびセグメント電極部１８の表面に、それぞれＨＭＤＳからなる疎水膜２２、２３を形成する。例えば、ＨＭＤＳを入れた容器を前記処理槽内に置き、ドライエアーの供給を止め、常温、常湿で雰囲気圧力を大気圧として、この状態を、ＨＭＤＳが拡散により十分隙間１５に侵入するまで（本形態では約２０時間程度）維持する。この結果、共通電極である振動板５の底面５１およびセグメント電極部１８の表面にはＨＭＤＳからなる疎水膜２２、２３が形成される。この時の処理槽内のＨＭＤＳ濃度は約０．３％以上にすれば良い。
【００４３】
図６には、シリコン製の振動板５の底面およびＩＴＯ製のセグメント電極部１８の表面に形成されたＨＭＤＳの疎水層２２ａ、２３ａの分子結合状態を示してある。この図に示すように、各表面では、ＯＨ基が疎水基であるＯＳｉ（ＣＨ3 ）3 基と入れ代わった状態となる。
【００４４】
次に、ステップＳＴ５の気密封止工程において、処理槽内からインクジェットヘッド１を取り出さずに、処理槽内で振動板５とセグメント電極部１８との間の空間を気密封止し、隙間１５を形成する。この時、気密封止された隙間１５のＨＭＤＳ濃度は約０．３％以上になる。
【００４５】
図７は疎水膜２２、２３を形成した直後にインクジェットヘッドを外部に放置した場合における放置時間と疎水膜２２、２３の耐久性の相関関係のグラフである。なお、このグラフは、封止工程における処理槽内のＨＭＤＳ濃度が０．８％以上になるようにした場合に得られたものである。また、耐久性は、振動板５の１回の振動を１サイクルとして測定したものである。
【００４６】
このグラフから分かるように、ＨＭＤＳからなる疎水膜２２、２３を形成した後に、その状態のまま封止せずに処理槽内から取り出して、大気中に放置しておくと、疎水膜２２、２３の耐久性は処理槽内から取り出した直後（右下がり領域Ａ）に急激に低下する。そして、数分後に所定の耐久性レベルに安定する。（安定領域Ｂ）。その後、さらに放置しておくと、数日後には耐久性が再び徐々に回復する。（右上がり領域Ｃ）。また、右上がり領域Ｃの耐久性は、疎水膜２２、２３を形成した直後（右下がり領域Ａ）の耐久性に比べれば低いレベルである。
【００４７】
本例の製造方法では、隙間１５のＨＭＤＳ濃度が約０．３％以上の状態を保持したまま、当該隙間１５を気密封止している。従って、実質的にＨＭＤＳからなる疎水膜２２、２３を形成した直後に隙間１５が気密封止されることになる。すなわち、図７の右下がり領域Ａで隙間１５を気密封止したことになる。このため、振動板５の表面およびセグメント電極部１８の表面に形成された疎水膜２２、２３の耐久性としては、疎水膜２２、２３が形成された直後あるいはそれに近いものになる。図８から明らかなように、疎水膜２２、２３を形成した後、隙間１５のＨＭＤＳ濃度が約０．３％以上のまま気密封止すれば、数千万〜数十億サイクル程度の耐久性が得られる。
【００４８】
図８は、図７における右下がり領域Ａに含まれる放置時間内で隙間１５を気密封止したときに得られる当該隙間内のＨＭＤＳ濃度と、疎水膜２２、２３の耐久性の相関関係のグラフである。このグラフから分かるように、インクジェットヘッド１は隙間１５が０．３％以上のＨＭＤＳ濃度となるように気密封止されているので、疎水膜２２、２３の耐久性は、約２千万サイクル以上になる。従って、疎水膜２２、２３を形成してから数日間放置した後に、隙間１５を気密封止した場合と同等あるいはそれ以上の耐久性を持つ疎水膜を得ることができる。例えば、隙間１５のＨＭＤＳ濃度を約０．４％以上にすると、１億サイクル以上の耐久性を持つ疎水膜２２、２３を得ることができる。
【００４９】
ここで、隙間１５のＨＭＤＳ濃度を高めるにしたがって疎水膜２２、２３の耐久性は上昇する。但し、ＨＭＤＳ濃度が約０．８％となると疎水膜の耐久性は５０億サイクル程度に飽和する。このため、処理槽内のＨＭＤＳ濃度の管理誤差を考慮すれば、処理槽内のＨＭＤＳ濃度を１．０％ないし１．１％前後に設定して、この処理槽内で隙間１５を気密封止することが最も好ましい。 以上説明したように、本例の方法によれば、ＨＭＤＳからなる疎水膜２２、２３の耐久性を充分なものとするために、疎水膜形成後に数日間に渡って放置する必要がない。即ち、短時間で静電型アクチュエータを製造できるという利点を有する。
【００５０】
なお、気密封止工程では、処理槽内からインクジェットヘッド１を取り出して気密封止を行っても良い。この場合には、図７から分かるように、インクジェットヘッド１を処理槽内から取り出すと、疎水膜２２、２３の耐久性は急激に低下する。このため、インクジェットヘッド１を処理槽内から取り出した直後、例えば、図７の例では約３分以内に気密封止すれば良い。
【００５１】
ここで、ステップＳＴ４のＨＭＤＳ付着工程を行うと、キャビティープレート３のその他の表面にも疎水膜が形成されて疎水性が付与されてしまい、インク流路の気泡の排出性が悪化する等の問題が生じる。しかしながら、ステップＳＴ５の気密封止工程を行った後に、ＲＣＡ洗浄（アンモニア、過酸化水素水の混合液を用いた洗浄）等を行うことにより簡単にインク流路表面から疎水膜を除去することが可能である。このため、気泡の排出性悪化等の問題が併発されることを防止できる。
【００５２】
（製造方法の他の実施例）
以上、図７の領域Ａの特性を用いて、ＨＭＤＳの濃度を保った状態で封止する製造方法について説明したが、静電型アクチュエータ（インクジェットヘッド）の形状、設備上の理由から濃度を保った状態で封止する作業が困難な場合もあり得る。このような場合は、付着工程後、図７の領域Ｃに見られる特性を積極的に用いて耐久性を向上させてもよい。以下、図９の概略フローチャートを用いて、インクジェットヘッドの製造工程の他の実施例を説明する。尚、前述の実施例（図５）と同一の工程については一部説明を省略する。
【００５３】
ステップＳＴ１、ステップＳＴ２は、前述の実施例と同一の工程であり、共通電極である振動板５の底面５１、およびセグメント電極１８の表面の何れにも疎水膜は形成されていないインクジェットヘッドが組み立てられる。また、ステップＳＴ３の前処理工程においても、前述の実施例と同様な処理を施して、その表面に付着している水分を除去・低減する。
【００５４】
次に、ステップＳＴ４ａのＨＭＤＳの付着工程においては、気相処理あるいは液相処理によって、共通電極である振動板５の底面５１およびセグメント電極１８の表面にＨＭＤＳを付着させることができる。気相処理には、ＨＭＤＳを大気圧中で蒸着する方法と真空中で蒸着する方法がある。前述の実施例は大気圧中で蒸着させるものを説明したが、本実施例では、付着工程後直ぐに封止するものではないので、これに限るものではない。例えば、ＨＭＤＳ雰囲気中においてインクジェットヘッド１を２０°Ｃ乃至２００°Ｃに保持し、真空度を１０Ｔｏｒｒ以上に高い状態に保持して、約５乃至１５０分程度放置すれば、ＨＭＤＳからなる疎水膜を振動板５の底面５１およびセグメント電極１８の表面に形成できる。
【００５５】
液相処理はＨＭＤＳ中にインクジェットヘッドを浸漬することによりＨＭＤＳを付着する方法であり、この方法では、毛細管力によって、隙間Ｇの間にＨＭＤＳが入り込み、振動板５の底面５１およびセグメント電極１８の表面にＨＭＤＳが付着する。この方法では、例えば、インクジェットヘッド１およびＨＭＤＳを常温に保持し、ＨＭＤＳ液にインクジェットヘッド１を５分以上浸漬し、しかる後に、２０°乃至２００°Ｃの雰囲気中において隙間Ｇに入り込んでいる余分なＨＭＤＳを気化させて除去すればよい。これらの方法は、短時間でＨＭＤＳ付着を行うことができるという利点を有する。
【００５６】
次に、ステップＳＴ４ｂの後処理工程としては、水分付与工程と、放置工程とを挙げることができる。これらの各工程は単独でもよいし、組み合わせて採用してもよい。
【００５７】
まず、水分付与工程は、形成されたＨＭＤＳからなる疎水膜から余分なＨＭＤＳを加水分解することにより除去する工程である。形成されたＨＭＤＳの疎水膜に水分を付与すると、当該疎水膜の経時変化による異物化を抑制でき、膜の安定化を改善できることが確認された。この工程としては、例えば、前述したＨＭＤＳの付着工程の終了後に、インクジェットヘッドを、湿度が２０乃至１００％ＲＨ、温度が２０°Ｃ乃至２００°Ｃの雰囲気中に放置する工程を挙げることができる。ここで、水分付与工程は、ＨＭＤＳの付着工程の終了後に開始してもよいが、ＨＭＤＳの付着工程の途中から開始してもよい。この場合には、ＨＭＤＳの付着工程の最初ではＨＭＤＳのみの雰囲気中にインクジェットヘッドを入れ、途中から、雰囲気中にＨＭＤＳと共に水分を加えればよい。
【００５８】
次に、放置工程は、例えば、ＨＭＤＳの付着後にインクジェットヘッドを、温度２０°Ｃ乃至２００°Ｃで湿度が４５％Ｒｈ〜８５％Ｒｈ、好ましくは約６０％Ｒｈの雰囲気中に数日から１週間程度放置する工程である。この工程を経ることにより、ＨＭＤＳの結合状態を安定化させることができ、当該疎水膜の経時変化による異物化を抑制でき、膜の安定化を改善できることが確認された。
【００５９】
これら一連の工程後、対向部材間の隙間を封止し（ＳＴ５）、インクジェットヘッドが完成する。
【００６０】
（インクジェットヘッドの隙間の封止部分の構造）
以下、図７、図１０、図１１を用いて、インクジェットヘッドのインクジェットヘッドの隙間の封止部分の構造について説明する。
【００６１】
ＨＭＤＳの濃度の高い状態で対向部材間の隙間を封止することが望ましいことは、前述の実施例で説明した通りである。このためにはＨＭＤＳを充填した槽内で隙間を封止する作業を行う工程を採用することが好ましいが、反面、以下の欠点も併せ持つ。即ち、槽内で封止材、具体的にはエポキシ系の接着剤を用いて隙間を封止することは、容易な作業ではない。また、ＨＭＤＳ以外の接着剤の成分で槽内を汚染することは、品質管理上好ましくない。
【００６２】
従って、槽内に所定時間置かれた静電型アクチュエータを、槽内から取り出した後迅速に隙間の封止を行う工程を採用するほうが、静電型アクチュエータの大量生産には適している。
【００６３】
槽内から取り出した直後から、隙間内のＨＭＤＳが低下し、封止までの間に時間がかかれば耐久性が低下することは、図７からも明らかである。即ち、図７の領域Ａの部分の傾きは、槽内から取り出した後の静電型アクチュエータの対向部材間の隙間のＨＭＤＳの濃度の低下する速度を表し、この速度が大きいほど、素早く封止する必要がある。
【００６４】
本実施例は、対向部材間の隙間を封止する構造に関し、封止までの隙間内のＨＭＤＳの濃度の低下を抑えるものである。
【００６５】
図１０は、図１に示したインクジェットヘッドの対向部材間の隙間の封止部分を示す平面図である。符号１８は個別電極であり、端子部１９と個別電極１８はリード部１７ｂによって接続されている。これら電極１７、１７ｂはガラス基板４上に設けられた凹部１６にＩＴＯを蒸着することにより形成される。
【００６６】
図示のように、凹部１６は２つの部分に区画されている。アクチュエータ部分（振動室１５）となる部分の凹部の寸法は幅ｂ、長さａであり、振動室１５と外部とをつなぐ管１５ｂとなる部分の凹部の寸法は幅ｄ、長さＬである。尚、ガラス基板４とキャビティープレート３を接合し、ＨＭＤＳを振動室１５内に入れ付着させた後、管１５ｂの解放端は封止材２０によって閉じられる。
【００６７】
振動室１５の体積をＶ（ａ×ｂ×ｇ、ｇは対向部材間（振動板５と電極１７間の距離）とし、管１５ｂの断面積をＳ（ｄ×ｇ）としたとき、以下の式で表される値Ｋの大小が、槽内から取り出した後の静電型アクチュエータの対向部材間の隙間のＨＭＤＳの濃度の低下する速度に関係し、Ｋ≧２５であれば、槽外で隙間の封止を行っても十分静電型アクチュエータの耐久性を確保できることが実験で得られた。
【００６８】
Ｋ＝Ｖ・Ｌ／Ｓ
図７の領域Ａの実線部分はＫ＝１０、波線部分はＫ＝２５の場合の耐久性と気密封止までの時間の相関を示すものである。図から明らかなように１分以内で封止すれば、Ｋ＝２５であれば１億パルス程度の耐久性を得ることができるのに対し、Ｋ＝１０では１０００万パルス程度の耐久性を得ることも難しい。Ｋ＝１０で１億パルスの耐久性を得るためには、槽外に出して１０秒程度で封止工程を終了させる必要があり、大量生産を前提とした工程では事実上不可能である。
【００６９】
図１１は、他の実施例のインクジェットヘッドの隙間の封止部分の平面図を示すものである。なお、図１０と同一の符号のものは、図１０で説明した実施例と同一のものを指す。
【００７０】
列状に配置された複数の振動室１５には、それぞれ、各振動室１５と封止部２０ａを結ぶ管１５ｂが接続されており、更に、この各管１５ｂを結ぶバイパス管１５ｃが設けられている。このバイパス管１５ｃの解放端側にも封止部２０ｂが設けられている。
【００７１】
本実施例のインクジェットヘッドは、以下の手順により、ＨＭＤＳが振動室１５内に封止され、製造される。
【００７２】
まず、ガラス基板４の所定の位置をエッチングし凹部を形成し、凹部内の所定の位置に個別電極１７を形成する。このガラス基板４と、振動板５が設けられたキャビティープレート３を陽極接合することにより振動室１５，管１５ｂ、１５ｃが形成される。各管１５ｂの解放端を封止材２０ａにより封止した後、所定濃度のＨＭＤＳが充填された槽内にインクジェットヘッドを入れ、所定時間槽内に放置する。その後、インクジェットヘッドを槽外に取り出し、バイパス管１５ｃの解放端を封止材２０ｂにより封止し、振動室内に所定濃度以上のＨＭＤＳを入れたまま、振動室を外気から遮断する。
【００７３】
このようなバイパス管を設けることにより、インクジェットヘッド自体の面積を増やすことなく、バイパス管を設けないものに比べＫ値を５０〜６０倍程度を上げることができる。即ち、槽内から取り出した後の静電型アクチュエータの対向部材間の隙間のＨＭＤＳの濃度の低下を抑制することができる。
【００７４】
また、ＨＭＤＳ付着工程後、隙間を封止する箇所も１カ所ですみ、封止する面積もバイパス管を設けないものに比べ小さいので、より迅速に封止を行えるという利点を有する。
【００７５】
［その他の実施の形態］
なお、上述した実施形態では、一定の間隔で対向配置され相対変位可能な対向部材の両面に、即ち、共通電極として機能する振動板の底面と、振動板に対向する個別電極の表面に疎水膜を形成する例について述べたが、いずれか一方の面のみに形成しても、対向部材同士が貼り付いたままの状態（スティッキング状態）に陥ることを防止する効果が得られる。例えば、個別電極が形成されている基板の表面に疎水膜を形成した後、その基板に振動板が形成された基板を接合するようにすれば、対向部材の一方の面のみに疎水膜を形成した静電型アクチュエータを得ることができる。このような方法を用いてインクジェットヘッドを製造すれば、製造工程中にインク流路表面に疎水膜は形成されないので、ＲＣＡ洗浄（アンモニア、過酸化水素水の混合液を用いた洗浄）等を行ってインク流路表面の疎水膜を除去する後処理は不要となる。
【００７６】
更に、上述の実施形態では、対向部材間に気密封止される化合物としてＨＭＤＳを例にとって説明したが、これに限らず、疎水基を有し、かつ水酸基と反応可能な有機珪素化合物であれば本発明に適用可能である。この有機珪素化合物は、例えば、式Ｒ３−Ｓｉ−Ｘ、もしくは式Ｒ３−ＳｉＮＨＳｉ− Ｒ３（Ｒはアルキル基、Ｘはハロゲンもしくはアミノ基を示す）で表される化合物であり、ＨＭＤＳの他に例えば、ヘキサエチルジシラザン（（Ｃ２Ｈ５）３ＳｉＮＨＳｉ（Ｃ２Ｈ５）３）、トリメチルクロロシラン（（ＣＨ３）３ＳｉＣｌ）、トリエチルクロロシラン（（Ｃ２Ｈ５）３ＳｉＣｌ）、トリメチルアミノシラン（（ＣＨ３）３ＳｉＮＨ２）、トリエチルアミノシラン（（Ｃ２Ｈ５）３ＳｉＮＨ２）等が含まれる。また、例えば、ジメチルジクロロシラン（（ＣＨ３）２ＳｉＣｌ２）等の式Ｒ２−Ｓｉ−Ｘ（Ｒはアルキル基、Ｘはハロゲンもしくはアミノ基を示す）で表される有機珪素化合物を本発明に適用してもよい。
【００７７】
また、前述したインクジェットヘッド１は、インク液滴を基板の上面に設けたインクノズルから吐出させるフェイスインクジェットタイプであるが、基板の端部に設けたインクノズルから吐出させるエッジインクジェットタイプにも本発明のインクジェットヘッドを適用できる。
【００７８】
また、上記の例では、インクジェットヘッドに対して本発明を適用した例であるが、本発明はインクジェットヘッド以外の静電型アクチュエータ、例えば、例えば、特開平７−５４２５９号公報に開示されているようなマイクロメカニカル装置、静電型アクチュエータを用いた表示装置、マイクロポンプ等に対しても同様に適用できる。
【００７９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の静電型アクチュエータにおいては、静電気力により相対変位する対向部材の対向表面に、例えばＨＭＤＳ等の、疎水基を有し、かつ水酸基と反応可能な有機珪素化合物からなる疎水膜を形成した構成を採用している。これら有機珪素化合物はＰＦＤＡ等に比べて分子が小さく、しかも形成された疎水膜の耐久性が高く、膜安定性も高い。従って、本発明によれば、対向部材の間隔が狭い静電型アクチュエータに対しても均一でばらつきの無い疎水膜を形成できる。また、耐久性および動作安定性の高い静電型アクチュエータを実現することができる。
【００８０】
また、本発明の静電アクチェータの製造方法では、相対変位可能な対向部材の対向表面に、例えばＨＭＤＳ等の、疎水基を有し、かつ水酸基と反応可能な有機珪素化合物を用いて疎水膜を形成した後、各対向部材の対向表面の隙間における有機珪素化合物の濃度を予め定められた値以上の状態で、当該隙間を気密封止する。この方法によって、耐久性に優れた有機珪素化合物からなる疎水膜を短時間で得ることができる。また、疎水膜を形成した後、所定期間大気中に放置した後隙間を封止しても耐久性を向上することができる。
【００８１】
さらに、静電型アクチュエータとしてのインクジェットヘッドに対して有機珪素化合物の疎水膜を形成するする場合には、次のような利点もある。有機珪素化合物による疎水膜の形成は、インクジェットヘッドを構成しているシリコン基板、シリコン製のノズルプレート、ガラス基板を相互に組み立てた後、換言すると、一定のギャップで対向電極を配置した方が好ましい場合がある。この理由は、高温下で行われる陽極接合での疎水膜の分解防止と陽極接合強度を確保するためである。しかし、各部材を接合した後に疎水膜を形成すると、シリコン基板はインク流路も兼ねているので、インク流路にも疎水膜が形成されて疎水性が付与されしまい、気泡の排出性が悪化する等の問題を生ずる。しかしながら、ＨＭＤＳ等の有機珪素化合物は、封止剤による気密封止後にＲＣＡ洗浄等を行うことにより簡単にインク流路表面から除去することが可能であり、気泡の排出性悪化等の問題が併発することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したインクジェットヘッドの分解斜視図である。
【図２】図１のインクジェットヘッドの概略縦断面図である。
【図３】図１のインクジェットヘッドの平面図である。
【図４】図１のインクジェットヘッドの一部を示す概略横断面図である。
【図５】図１のインクジェットヘッドの製造工程を示す概略フローチャートである。
【図６】形成されたＨＭＤＳの疎水層を示す模式図である。
【図７】疎水膜を形成した直後にインクジェットヘッドを外部に放置した場合における放置時間と疎水膜の耐久性の相関関係のグラフである。
【図８】図７の右下がり領域に含まれる放置時間内で隙間を気密封止したときに得られる隙間内のＨＭＤＳ濃度と疎水膜の耐久性の相関関係のグラフである。
【図９】図１のインクジェットヘッドの製造工程の他の実施例を示す概略フローチャートである。
【図１０】図１に示したインクジェットヘッドの対向部材間の隙間の封止部分を示す平面図である。
【図１１】本発明の他の実施例のインクジェットヘッドの隙間の封止部分を示す平面図である。
【符号の説明】
１ インクジェットヘッド
２ ノズルプレート
３ キャビティープレート
４ ガラス基板
５ 振動板（共通電極）
６ インク室
８ インク供給口
１０ インクリザーバ
１５ 隙間
１７ 個別電極
１８ セグメント電極部
２０ 封止材
２５ 電圧印加装置
２６ 共通電極端子
Claims (12)
- 一定の間隔で電極と対向配置され、相対変位可能な振動板と、
＿前記電極と前記振動板との間に静電気力を発生させて前記振動板を相対変位させる駆動手段と、
＿前記振動板の相対変位によって容積が変動するインク室と、
＿前記インク室に連通しているインクノズルとを備え、
＿前記駆動手段は、前記振動板のそれぞれに形成した電極と、これらの電極の間に電気パルスを印加する電圧印加手段とを備え、前記電気パルスの印加に応じて前記インクノズルからインク液滴が吐出されるインクジェットヘッドであって、
＿前記電極または前記振動板のうちの少なくとも一方の部材における他方の部材との対向表面には疎水膜が形成されており、前記疎水膜は疎水基を有し、かつ水酸基と反応可能な有機珪素化合物から形成されており、
＿前記有機珪素化合物は、ヘキサエチルジシラザン（（Ｃ ２ Ｈ ５ ） ３ ＳｉＮＨＳｉ（Ｃ ２ Ｈ ５ ） ３ ）、トリメチルクロロシラン（（ＣＨ ３ ） ３ ＳｉＣｌ）、トリエチルクロロシラン（（Ｃ ２ Ｈ ５ ） ３ ＳｉＣｌ）、トリメチルアミノシラン（（ＣＨ ３ ） ３ ＳｉＮＨ ２ ）、トリエチルアミノシラン（（Ｃ ２ Ｈ ５ ） ３ ＳｉＮＨ ２ ）、ジメチルジクロロシラン（（ＣＨ ３ ） ２ ＳｉＣｌ ２ ）のいずれかであることを特徴とするインクジェットヘッド。 - 請求項１に記載のインクジェットヘッドの製造方法において、
前記対向表面に前記有機珪素化合物を用いて前記疎水膜を形成する付着工程と、
各対向表面の隙間を気密封止する封止工程とを有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。 - 請求項２において、各対向表面の隙間における前記有機珪素化合物の濃度を０．３％以上に保持したまま、当該隙間を気密封止する封止工程を有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
- 請求項３において、前記封止工程の気密封止時における前記隙間内の前記有機珪素化合物の濃度が０．８％以上であることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
- 請求項２乃至４のいずれかにおいて、前記封止工程は、常温および常圧で行うことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
- 請求項２乃至４のいずれかにおいて、前記付着工程では、常圧中で前記有機珪素化合物を気化させた雰囲気中に当該インクジェットヘッドを放置し、前記封止工程では、前記雰囲気中で前記隙間を気密封止することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
- 請求項２において、更に、前記付着工程後の疎水膜を安定化させる後処理工程を含み、当該後処理工程は、前記疎水膜に水分を付与する水分付与工程、前記疎水膜を所定の時間に渡って放置する放置工程のうちの少なくとも一つの工程を含むことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
- 請求項７において、前記水分付与工程は、前記付着工程の終了前から開始することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
- 請求項２乃至８のいずれかにおいて、前記付着工程に先立って、前記対向表面間の水分を低減させる前処理工程を有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
- 請求項９において、前記前処理工程は真空加熱工程であることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
- 請求項９において、前記前処理工程は、前記対向表面の雰囲気を真空雰囲気および窒素雰囲気に交互に切り換える工程であることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
- 請求項９において、前記前処理工程は、当該インクジェットヘッドを槽内に置き、該槽内に一定時間乾燥ガスを送りこむ工程であることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
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