JP4557667B2 - Electrostatic actuator, method for manufacturing electrostatic actuator, droplet discharge head, liquid cartridge, image forming apparatus, micropump, and optical device - Google Patents

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Description

本発明は静電型アクチュエータ、静電型アクチュエータの製造方法、液滴吐出ヘッド、液体カートリッジ、画像形成装置、マイクロポンプ及び光学デバイスに関する。   The present invention relates to an electrostatic actuator, a manufacturing method of an electrostatic actuator, a droplet discharge head, a liquid cartridge, an image forming apparatus, a micropump, and an optical device.

例えば、プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の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、加圧液室、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ためのエネルギーを発生するアクチュエータ手段とを備えて、エネルギーを発生することによって液室内の記録液に圧力を作用させ、ノズルから液滴を吐出させるものである。   For example, a droplet discharge head used in an ink jet recording apparatus used as an image forming apparatus such as a printer, a facsimile, a copying apparatus, or a plotter includes a nozzle that discharges a droplet and a liquid chamber (discharge chamber, pressure chamber) that communicates with the nozzle. Pressure chambers and ink flow paths) and actuator means for generating energy for pressurizing the ink in the liquid chamber, and generating pressure to the recording liquid in the liquid chamber by generating energy. To discharge droplets 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用いたもの、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たものなどがあり、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 as 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 superior to other types of heads in terms of miniaturization, high speed, high density, and power saving. As a result, development is actively underway.

このような、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、空隙間隔を0.1〜0.5μm程度にしなければならず、より高い寸法精度が求められる。   In such a droplet discharge head using an electrostatic actuator, the dimension (gap length) accuracy of the gap (gap) between the diaphragm and the electrode greatly affects its characteristics. In this case, if the variation in the characteristics of each actuator is large, the printing accuracy and the reproducibility of the image quality will be significantly reduced. In order to reduce the voltage, the gap interval must be about 0.1 to 0.5 μm, and higher dimensional accuracy is required.

ところで、従来のインクジェットヘッドとしては、特許文献1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(キャビティプレート)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。
特開平11−263012号公報
By the way, as described in Patent Document 1, a conventional ink jet head is formed with a substrate (cavity plate) on which a pressurized liquid chamber and a vibration plate are formed, and a recess and a segment electrode that form a gap (vibration chamber). It is formed by bonding to the substrate (glass substrate).
Japanese Patent Laid-Open No. 11-263012

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にあっては、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。   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 processes 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、特許文献2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することにより、空隙の高さ寸法のバラツキを抑制することが知られている。
特開2001−18383号公報
Therefore, as described in Patent Document 2, sacrificial layer etching is performed on the first substrate to form an individual electrode and a diaphragm facing the individual electrode via a gap formed by sacrificial layer etching, It is known that a gap portion for a pressure chamber is formed by forming a groove for a pressure chamber on a second substrate and bonding the second substrate on the first substrate to constitute an ink jet head. It has been.
JP 2001-18383 A

ところで、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の解消、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われている。   By the way, in an electrostatic actuator, in order to eliminate the differential pressure between the internal pressure of the air gap and the atmospheric pressure, or to improve the reliability of the actuator, a communication path that communicates each air gap may be provided to introduce gas into the air gap. Has been done.

例えば、上記特許文献1に開示されているように、振動板と電極との間の振動室(空隙)内部に疎水膜を形成するために、アクチュエータ外部と連通した連通路を各振動室に連通させて、この連通路を介して疎水膜となるガスを振動室に導入した後連通路を封止材にて封止したものが知られている。   For example, as disclosed in Patent Document 1, in order to form a hydrophobic film inside a vibration chamber (gap) between a diaphragm and an electrode, a communication path communicating with the outside of the actuator is communicated with each vibration chamber. Then, after introducing the gas which becomes a hydrophobic film into the vibration chamber through the communication path, the communication path is sealed with a sealing material.

この場合、疎水膜を形成するガスを効率的に振動室に導入するためには連通路の断面積を大きくすることが必要であることから、例えば特許文献3に開示されているように凹部及び電極を形成した電極基板を掘り込むことによって断面積の大きな連通路の形成することが知られている。
特開2003−72070号公報
In this case, in order to efficiently introduce the gas forming the hydrophobic film into the vibration chamber, it is necessary to increase the cross-sectional area of the communication path. It is known to form a communication path having a large cross-sectional area by digging an electrode substrate on which an electrode is formed.
JP 2003-72070 A

上述した特許文献2に記載されている犠牲層エッチングで空隙を形成した静電型アクチュエータにおいては、振動板と電極との間の空隙を犠牲層の高さで決定することができて寸法精度の高い空隙を得ることができるが、他方、特許文献1、2に記載されているような連通路を形成しようとすると、連通路の高さは空隙を形成するための犠牲層の高さによる制約を受けることになるため、断面積の大きな連通路を形成することが困難であるという課題がある。   In the electrostatic actuator in which a gap is formed by sacrificial layer etching described in Patent Document 2 described above, the gap between the diaphragm and the electrode can be determined by the height of the sacrificial layer. Although a high gap can be obtained, on the other hand, when trying to form a communication path as described in Patent Documents 1 and 2, the height of the communication path is limited by the height of the sacrificial layer for forming the gap. Therefore, there is a problem that it is difficult to form a communication path having a large cross-sectional area.

このように、従来の静電型アクチュエータ及びこれを用いた液滴吐出ヘッドにあっては、空隙の寸法バラツキを抑え、かつ、断面積の大きな連通路を形成することができず、信頼性が十分でないという課題があった。   As described above, in the conventional electrostatic actuator and the liquid droplet ejection head using the same, the dimensional variation of the air gap is suppressed, and a communication path having a large cross-sectional area cannot be formed, and the reliability is high. There was a problem that it was not enough.

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、高い信頼性が得られる静電型アクチュエータ、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、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。   The present invention has been made in view of the above problems, and an electrostatic actuator that can obtain high reliability, a droplet discharge head including the electrostatic actuator, and a liquid cartridge in which the droplet discharge head is integrated. An object of the present invention is to provide an image forming apparatus equipped with the droplet discharge head or the liquid cartridge, and a micropump and an optical device using the electrostatic actuator.

上記の課題を解決するため、本発明に係る静電型アクチュエータは、
変形可能な振動板と、この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する電極とを備え、前記振動板を静電力で変形させる静電型アクチュエータにおいて、
複数の前記空隙が共通連通路で相互に連通され、
前記共通連通路は、前記空隙を形成する犠牲層が除去されて形成されている第1部分と、前記第1部分に通じ、前記電極を形成する電極形成層が除去されて形成されている第2部分とを有し、
前記共通連通路の前記第1部分の短辺側断面の長さよりも前記第2部分の短辺側断面の長さが長い
構成とした。
In order to solve the above problems, an electrostatic actuator according to the present invention is:
In an electrostatic actuator comprising a deformable diaphragm and an electrode facing the diaphragm through a gap formed by sacrificial layer etching, and deforming the diaphragm with an electrostatic force,
The plurality of gaps communicate with each other through a common communication path,
The common communication path is formed by removing a sacrificial layer that forms the gap, and a first portion that is formed by removing the electrode forming layer that communicates with the first portion and forms the electrode. Two parts,
The length of the short side cross section of the second portion is longer than the length of the short side cross section of the first portion of the common communication path .

ここで、前記共通連通路は外部又はバッファ室に連通している構成とできる。また、前記共通連通路は分岐している構成とできる。 Here, the common communication path may be configured to communicate with the outside or the buffer chamber. The common communication path may be branched.

本発明に係る静電型アクチュエータの製造方法は、本発明に係る静電型アクチュエータを製造する方法であって、共通連通路は空隙を犠牲層エッチングで形成するときに同時に形成する構成としたものである。   The manufacturing method of the electrostatic actuator according to the present invention is a method of manufacturing the electrostatic actuator according to the present invention, wherein the common communication path is formed at the same time when the gap is formed by sacrificial layer etching. It is.

本発明に係る液滴吐出ヘッドは、本発明に係る静電型アクチュエータを備えたものである。   The droplet discharge head according to the present invention includes the electrostatic actuator according to the present invention.

本発明に係る液体カートリッジは、本発明に係る液滴吐出ヘッドとこの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ものである。   The liquid cartridge according to the present invention is obtained by integrating the liquid droplet ejection head according to the present invention and a liquid tank that supplies liquid to the liquid droplet ejection head.

本発明に係る画像形成装置は、液滴を吐出する本発明に係る液滴吐出ヘッド、又は本発明に係る液体カートリッジを搭載したものである。   An image forming apparatus according to the present invention is equipped with a liquid droplet ejection head according to the present invention for ejecting liquid droplets or a liquid cartridge according to the present invention.

本発明に係るマイクロポンプは、液体を輸送する本発明に係る静電型アクチュエータを備えたものである。   The micropump according to the present invention includes the electrostatic actuator according to the present invention for transporting a liquid.

本発明に係る光学デバイスは、光の反射方向を変化させる本発明に係る静電型アクチュエータを備えたものである。   The optical device according to the present invention includes the electrostatic actuator according to the present invention that changes the reflection direction of light.

本発明に係る静電型アクチュエータによれば、複数の空隙が共通連通路で相互に連通され、共通連通路は、空隙を形成する犠牲層が除去されて形成されている第1部分と、第1部分に通じ、電極を形成する電極形成層が除去されて形成されている第2部分とを有し、共通連通路の第1部分の短辺側断面の長さよりも第2部分の短辺側断面の長さが長い構成としたので、断面積の大きな連通路を得ることができ、信頼性が向上する。 According to the electrostatic actuator according to the present invention, the plurality of gaps communicate with each other through the common communication path, and the common communication path includes the first portion formed by removing the sacrificial layer that forms the gap, And a second portion formed by removing an electrode forming layer that forms an electrode, and having a shorter side of the second portion than the length of the short-side cross section of the first portion of the common communication path Since the length of the side cross section is long , a communication path having a large cross sectional area can be obtained, and the reliability is improved.

本発明に係る静電型アクチュエータの製造方法によれば、空隙と共通連通路を犠牲層エッチングで同時に形成するようにしたので、製造工程を短縮し、かつ、製造不良の低減と低コスト化を図ることができる。   According to the method for manufacturing an electrostatic actuator according to the present invention, the gap and the common communication path are simultaneously formed by sacrificial layer etching, which shortens the manufacturing process and reduces manufacturing defects and costs. Can be planned.

本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、本発明に係る静電型アクチュエータを備えているので、滴吐出特性のバラツキが低減し、信頼性の向上を図ることができる。   According to the droplet discharge head according to the present invention, since the electrostatic actuator according to the present invention is provided, variation in droplet discharge characteristics is reduced, and reliability can be improved.

本発明に係る液体カートリッジによれば、本発明に係る液滴吐出ヘッドとこの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ので、滴吐出特性のバラツキが少なく、信頼性の高い液滴吐出ヘッドを一体化した液体カートリッジ(液体タンク一体型ヘッド)を低コストで得ることができる。   According to the liquid cartridge according to the present invention, since the liquid droplet ejection head according to the present invention and the liquid tank that supplies the liquid to the liquid droplet ejection head are integrated, there is little variation in the liquid droplet ejection characteristics and the liquid is highly reliable. A liquid cartridge (liquid tank integrated head) integrated with a droplet discharge head can be obtained at low cost.

本発明に係る画像形成装置によれば、本発明に係る液滴吐出ヘッド又は液体カートリッジを備えているので、高画質画像を形成することができる。   The image forming apparatus according to the present invention includes the droplet discharge head or the liquid cartridge according to the present invention, so that a high-quality image can be formed.

本発明に係るマイクロポンプによれば、本発明に係る静電型アクチュエータを備えているので、小型で低消費電力のマイクロポンプが得られる。   According to the micropump according to the present invention, since the electrostatic actuator according to the present invention is provided, a small-sized and low power consumption micropump can be obtained.

本発明に係る光学デバイスによれば、本発明に係る静電型アクチュエータを備えているので、小型で低消費電力の光学デバイスが得られる。   According to the optical device according to the present invention, since the electrostatic actuator according to the present invention is provided, a small-sized and low power consumption optical device can be obtained.

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。図1は本発明の第1実施形態に係る静電型アクチュエータを含む本発明に係る液滴吐出ヘッドとしてのインクジェットヘッドの斜視説明図、図2は同ヘッドの分解斜視説明図、図3は図1の面S1に沿う液室長辺方向の断面説明図、図4は図1の面S2に沿う液室長辺方向の断面説明図である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a perspective explanatory view of an ink jet head as a droplet discharge head according to the present invention including an electrostatic actuator according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is an exploded perspective explanatory view of the head, and FIG. FIG. 4 is a cross-sectional explanatory view in the liquid chamber long side direction along the surface S1 of FIG. 1, and FIG. 4 is a cross-sectional explanatory view in the liquid chamber long side direction along the surface S2 in FIG.

このインクジェットヘッドは、基板の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、2、3を接合することで、液滴を吐出するノズル4がノズル連通路5を介して連通する液室(吐出室)6、液室6に液体(インク)を供給するための流体抵抗部7及び共通液室8を形成している。各液室6は液室間隔壁9で仕切られている。   This ink-jet head is of a side shooter type that discharges liquid droplets from nozzle holes provided in the surface portion of the substrate, and includes an actuator substrate 1 that is a first substrate, a flow path substrate 2 that is a second substrate, and a third substrate. A liquid chamber in which a nozzle 4 for ejecting liquid droplets communicates via a nozzle communication path 5 is formed by sequentially laminating a nozzle substrate 3 which is a substrate of the above-described substrate and joining the three substrates 1, 2 and 3 together. (Discharge chamber) 6, a fluid resistance portion 7 for supplying liquid (ink) to the liquid chamber 6 and a common liquid chamber 8 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、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に対応する本発明に係る静電型アクチュエータを構成している。   The actuator substrate 1 includes a diaphragm 12 that forms a diaphragm region (deformable region) 12A that forms a part of the wall surface of the liquid chamber 6, and a gap formed by sacrificial layer etching in the diaphragm region 12A of the diaphragm 12. (Electrostatic actuator) according to the present invention corresponding to each liquid chamber 6 is configured by the diaphragm 12 and the individual electrode 14.

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自体の外部又に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、また、共通連通路15の他端部にはアクチュエータ基板1の外部に開口するガス導入孔16を形成している。   Further, 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 gaps 13 communicate with each other and communicate with the outside of the actuator substrate 1 itself. The air gap 13 is communicated with the passage 15 via the individual communication passage 15 </ b> A, and a gas introduction hole 16 that opens to the outside of the actuator substrate 1 is formed at the other end of the common communication passage 15.

このアクチュエータ基板1の詳細は後述するが、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、この絶縁膜25には共通連通路15を形成するための開口26を形成し、更に、絶縁膜26上に空隙13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及び個別連通路15Aを形成するとともに、絶縁膜25の開口26を通じて電極形成層24も除去することによって共通連通路15を形成した後、絶縁膜28上に振動板部材30を積層形成している。   Although details of the actuator substrate 1 will be described later, an etchable electrode forming layer 24 to be the individual electrode 14 is formed on the silicon substrate 21 via the insulating film 22, and an insulating film 25 is formed on the electrode forming layer 24. Then, an opening 26 for forming the common communication path 15 is formed in the insulating film 25, and a sacrificial layer 27 for forming the gap 13 is formed on the insulating film 26, and the sacrificial layer 27 is formed on the sacrificial layer 27. An insulating film 28 is formed, a sacrificial layer removal hole 29 is formed in the insulating film 28, the sacrificial layer 27 is removed from the sacrificial layer removal hole 29 to form the gap 13 and the individual communication path 15A, and the insulating film The electrode forming layer 24 is also removed through the openings 26 to form the common communication path 15, and then the diaphragm member 30 is laminated on the insulating film 28.

なお、個別電極14の表面に形成した絶縁膜22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り、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。   The insulating film 22 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 vibration plate 12 side also prevents an electrical short circuit with the individual electrode 14 and is a part of the vibration plate member 30 formed on the insulating film 28 during etching of the sacrificial layer for forming the gap 13. It is for protecting the layer of the part.

これにより、共通連通路15の高さは空隙13を形成するための犠牲層27の高さ及びその下層部である電極形成層24と絶縁膜25の高さを加えたものになり、犠牲層27の高さ(空隙13の高さ)よりも高くなる。この場合、下層部である電極形成層24と絶縁膜25の厚みを犠牲層27の高さより厚くすることにより、共通連通路15の高さは空隙13の高さの2倍より高く形成される。   Thereby, the height of the common communication path 15 is the sum of the height of the sacrificial layer 27 for forming the air gap 13 and the height of the electrode forming layer 24 and the insulating film 25 which are lower layers thereof. It becomes higher than the height of 27 (height of the gap 13). In this case, the height of the common communication path 15 is formed to be higher than twice the height of the gap 13 by making the thickness of the electrode forming layer 24 and the insulating film 25 which are lower layers larger than the height of the sacrificial layer 27. .

さらに、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。   Further, a supply port 18 for supplying ink from the outside to the common liquid chamber 8 of the flow path substrate 2 is formed in the actuator substrate 1.

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、結晶面方位(110)のシリコン基板に、液室(吐出室)6と、各々の液室6に流体抵抗部7を介して連通する共通液室10を設けている(実際に溝部又は凹部である。)。   The flow path substrate 2 bonded on the actuator substrate 1 communicates with, for example, a silicon substrate having a crystal plane orientation (110), a liquid chamber (discharge chamber) 6, and each liquid chamber 6 via a fluid resistance portion 7. The common liquid chamber 10 is provided (actually a groove or a recess).

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はドライ又はウェ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 nozzle substrate 3 bonded on 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においては、各液室6内に記録液(インク)が満たされた状態で、図示しない制御部からの画像データに基づいて、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が下方へ撓む。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。   In the droplet discharge head configured as described above, the nozzles that are desired to discharge the recording liquid based on the image data from the control unit (not shown) in a state where each liquid chamber 6 is filled with the recording liquid (ink). A pulse voltage of 40 V is applied to the individual electrode 14 corresponding to 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. Flex. As a result, the volume of the liquid chamber 6 is expanded, so that the recording liquid corresponding to the volume flows from the common liquid chamber 10 into the liquid chamber 6 via the fluid resistance portion 7.

その後、個別電極14へのパルス電圧を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。   Thereafter, by setting the pulse voltage to the individual electrode 14 to 0 V (stopping application), the diaphragm 12 bent downward by the electrostatic force returns to the 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.

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、次に示す(1)式で与えられる。ここで、F:電極間に働く静電力、ε:誘電率、S:電極の対抗する面の面積、d:電極間距離、V:印加電圧である。   Here, in the electrostatic actuator, the electrostatic force acting between the individual electrode 14 and the diaphragm 12 is given by the following equation (1). Here, F: electrostatic force acting between the electrodes, ε: dielectric constant, S: area of the opposing surface of the electrodes, d: distance between the electrodes, V: applied voltage.

Figure 0004557667
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つまり、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分かる。すなわち、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(空隙の高さ: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. That is, in order to reduce the drive voltage of the electrostatic actuator or the droplet discharge head equipped with the electrostatic actuator, the distance (gap height: gap length) between the individual electrode 14 and the diaphragm 12 is reduced. It is important to form.

そこで、上述したように、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に適用することで、ノズル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ようになる。   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 little variation in operating characteristics between the actuators can be obtained. Electrostatic actuators can be obtained, and by applying this electrostatic actuator to a droplet discharge head, variations in droplet discharge characteristics between nozzles can be reduced and high quality images can be formed. become able to.

ここで、このように犠牲層エッチングで空隙13を形成する場合、各空隙13を連通させる共通連通路を犠牲層エッチングで形成しようとした場合、空隙13の高さに制限されることになる。   Here, when the gap 13 is formed by the sacrificial layer etching as described above, the height of the gap 13 is limited when the common communication path for communicating the gaps 13 is formed by the sacrificial layer etching.

そこで、本実施形態の液滴吐出ヘッドの静電型アクチュエータでは、犠牲層エッチングで除去する層の下側の下層部を構成している個別電極14を形成する電極形成層24も犠牲層エッチングで除去できる材料(犠牲層と同じ材料)で形成し、この個別電極14の表面を保護する絶縁膜25に開口26を形成することで、電極形成層24及び空隙13を形成するための犠牲層を一体化し、犠牲層エッチングで同時に除去して共通連通路15を形成しているので、全体として、共通連通路15の高さが空隙13の高さよりも高く形成され、これによって、断面積の大きな連通路を得ることができ、信頼性の高いアクチュエータ及び液滴吐出ヘッドが得られる。   Therefore, in the electrostatic actuator of the droplet discharge head according to the present embodiment, the electrode forming layer 24 that forms the individual lower layer 14 constituting the lower layer part below the layer to be removed by sacrificial layer etching is also sacrificial layer etched. A sacrificial layer for forming the electrode forming layer 24 and the gap 13 is formed by forming the opening 26 in the insulating film 25 that protects the surface of the individual electrode 14 by forming it with a material that can be removed (the same material as the sacrificial layer). Since they are integrated and removed simultaneously by sacrificial layer etching to form the common communication path 15, the height of the common communication path 15 is formed higher than the height of the gap 13 as a whole, and thereby the cross-sectional area is large. A communication path can be obtained, and a highly reliable actuator and droplet discharge head can be obtained.

また、空隙を形成する犠牲層の下層部を、犠牲層と同じ材料からなる下層膜と、この下層膜と犠牲層との間に介在する中間膜で構成し、中間膜に開口を設けて共通連通路の壁面を形成するようにすることで、犠牲層と下層膜とを同時にエッチングで除去することができ、空隙よりも高さの高い共通連通路を容易に形成することができる。しかも、下層部の部分で共通連通路に一部を形成することによって、容易に共通連通路の高さを空隙の高さよりも高くすることができ、下層部の膜厚(層厚)を選択することによって、簡単に、空隙の高さの2倍を越える高さの共通連通路を形成することができる。また、このような空隙の高さの2倍を越える高さの共通連通路を形成することで、共通連通路の流体抵抗を大幅に低減することができる。   In addition, the lower layer of the sacrificial layer forming the void is composed of a lower layer film made of the same material as the sacrificial layer, and an intermediate film interposed between the lower layer film and the sacrificial layer, and an opening is provided in the intermediate film. By forming the wall surface of the communication path, the sacrificial layer and the lower layer film can be simultaneously removed by etching, and a common communication path having a height higher than the gap can be easily formed. Moreover, by forming a part of the common communication path in the lower layer part, the height of the common communication path can be easily made higher than the height of the gap, and the film thickness (layer thickness) of the lower layer part can be selected. By doing so, it is possible to easily form a common communication path having a height exceeding twice the height of the gap. Further, by forming the common communication path having a height exceeding twice the height of the gap, the fluid resistance of the common communication path can be greatly reduced.

次に、アクチュエータ基板1の詳細について図5ないし8をも参照して説明する。なお、図5は同基板を透過状態で示す平面説明図、図6は図5のA−A線に沿う断面説明図、図7は図5のB−B線に沿う断面説明図、図8は連通路周辺の拡大説明図である。   Next, details of the actuator substrate 1 will be described with reference to FIGS. 5 is an explanatory plan view showing the substrate in a transparent state, FIG. 6 is an explanatory sectional view taken along line AA in FIG. 5, FIG. 7 is an explanatory sectional view taken along line BB in FIG. These are expansion explanatory drawings around a communicating path.

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は、絶縁膜28上に振動板電極(上部電極)32、撓み防止膜(窒化膜)33、膜剛性調整膜34及び樹脂膜35を順次積層形成して構成している。   As described above, the diaphragm 12 of the actuator substrate 1 is composed of the insulating film 28 and the diaphragm member 30. The diaphragm member 30 is formed on the insulating film 28 with a diaphragm electrode (upper electrode) 32 and a deflection preventing film. A (nitride film) 33, a film stiffness adjusting film 34, and a resin film 35 are sequentially laminated.

この振動板12は、図5に示すように、各液室6間の隔壁部9に対応して形成される隔壁部31で分離される変形可能な各振動板領域12Aを有している。ここで、1つの振動板領域12Aの短辺長a及び長辺長bは、例えば、短辺長aが60μm、長辺長bが1000μmとしている。   As shown in FIG. 5, the diaphragm 12 includes deformable diaphragm regions 12 </ b> A separated by partition walls 31 formed corresponding to the partition walls 9 between the liquid chambers 6. Here, the short side length a and the long side length b of one diaphragm region 12A are, for example, a short side length a of 60 μm and a long side length b of 1000 μm.

一方、前述したように、シリコン基板21表面に形成した絶縁膜22上には、各振動板領域12Aに対向して個別的に分離された個別電極14が形成され、この個別電極14の表面には絶縁膜25が形成されている。   On the other hand, as described above, on the insulating film 22 formed on the surface of the silicon substrate 21, individual electrodes 14 that are individually separated so as to face each diaphragm region 12 </ b> A are formed. An insulating film 25 is formed.

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、振動板電極32、撓み防止膜(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を除去して行なう。   The gaps 13 between these diaphragm regions 12A and the individual electrodes 14 are formed by sacrificial layer etching. The sacrificial layer etching is performed by forming a sacrificial layer 27 having the height of the gap 13 on the insulating film 25 and then sequentially laminating an insulating film 28, a diaphragm electrode 32, and a deflection preventing film (nitride film) 33. A sacrificial layer removal hole 29 penetrating them is formed, and the sacrificial layer 27 in the space 13 is removed through the sacrificial layer removal hole 29.

この犠牲層除去孔29は、図5にも示すように、振動板領域12Aの長辺方向で、等間隔に振動板領域12Aの短辺長a以下の間隔で、かつ、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の中央に犠牲層除去孔29が並んでいる方が犠牲層の除去効率は高いが、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。   As shown in FIG. 5, the sacrificial layer removal holes 29 are equally spaced in the long side direction of the diaphragm region 12 </ b> A at intervals equal to or shorter than the short side length a of the diaphragm region 12 </ b> A and the same side of the opposite side. Formed in position. 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 of the diaphragm region 12A, but the sacrificial layer removal hole 29 is present in the diaphragm region 12A. Therefore, the sacrificial layer removal hole 29 is preferably arranged 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、犠牲層エッチング後は、犠牲層除去孔29は膜剛性調整膜34で完全封止する。その後、図示しないが、外部電極への取出しのため配線層と、共通液室8に記録液を供給する供給口18を形成し、このアクチュエータ基板1の全面に蒸着重合法などで接液膜としての樹脂膜35が形成される。   After the sacrificial layer etching, the sacrificial layer removal hole 29 is completely sealed with the film stiffness adjusting film 34. Thereafter, although not shown, a wiring layer and a supply port 18 for supplying the recording liquid to the common liquid chamber 8 are formed for taking out to the external electrode, and a liquid contact film is formed on the entire surface of the actuator substrate 1 by vapor deposition polymerization or the like. The resin film 35 is formed.

さらに、アクチュエータの信頼性を確保するため、ここで形成した共通連通路15及びガス導入孔16を介して、外部より空隙13内に疎水膜形成材料である、例えば、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)を導入する。   Further, in order to ensure the reliability of the actuator, a hydrophobic film forming material, such as hexamethyldisilazane (HMDS), is formed in the gap 13 from the outside through the common communication path 15 and the gas introduction hole 16 formed here. Is introduced.

これにより、図8に示すように、共通連通路15の高さH1は、(電極形成層24の厚さ+絶縁膜25の厚さ+犠牲層27の厚さ)となり、犠牲層27の厚さH2と同じである空隙13の高さH2よりも高くなる(H1>H2)。これに対して、図9に示すように、共通連通路15´を空隙13を形成するための犠牲層27だけのエッチングで形成した場合には、共通連通路15の高さH1´は空隙の高さH2と同じになる(H1´=H2)。   Thus, as shown in FIG. 8, the height H1 of the common communication path 15 becomes (the thickness of the electrode forming layer 24 + the thickness of the insulating film 25 + the thickness of the sacrificial layer 27). It becomes higher than the height H2 of the gap 13 which is the same as the height H2 (H1> H2). On the other hand, as shown in FIG. 9, when the common communication path 15 'is formed by etching only the sacrificial layer 27 for forming the gap 13, the height H1' of the common communication path 15 is the gap It becomes the same as the height H2 (H1 ′ = H2).

つまり、空隙を形成するための犠牲層だけで共通連通路15´を形成した場合に比べて、共通連通路15の高さが高くなるので、断面積が大きくなり、大きなコンダクタンスを確保することができる。   In other words, the height of the common communication path 15 is higher than that in the case where the common communication path 15 ′ is formed only by the sacrificial layer for forming the gap, so that the cross-sectional area is increased and a large conductance can be ensured. it can.

これによって、例えば、共通連通路を介して外部から空隙内への疎水膜形成材料を導入する場合、疎水膜形成材料のガスの導入が容易になる。また、共通連通路を外部に開口させた状態で、犠牲層除去孔を封止することにより、大気圧と空隙内部圧力の差圧による振動板の撓みを解消することもできる。さらに、共通連通路を十分な容積を有するバッファ室内に連通させることにより、環境温度、大気圧の変動による外部と空隙内部との差圧解消を応答性良く行なうことができる。   Thereby, for example, when the hydrophobic film forming material is introduced from the outside into the gap via the common communication path, the gas of the hydrophobic film forming material can be easily introduced. Further, by sealing the sacrificial layer removal hole with the common communication path opened to the outside, it is possible to eliminate the bending of the diaphragm due to the differential pressure between the atmospheric pressure and the internal pressure of the air gap. Furthermore, by connecting the common communication path to a buffer chamber having a sufficient volume, it is possible to eliminate the differential pressure between the outside and the inside of the air gap due to changes in environmental temperature and atmospheric pressure with high responsiveness.

次に、本発明に係る製造方法を適用したアクチュエータ基板1の製造工程について図10ないし図15をも参照して説明する。なお、図10ないし図12は図5のA−A線に沿う断面に相当する断面説明図、図13ないし図15は図5のB−B線に沿う断面に相当する断面説明図である。
まず、図10(a)及び図13(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1.6μm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24としてPドープポリシリコンを厚さ0.6μmに成膜する。
Next, the manufacturing process of the actuator substrate 1 to which the manufacturing method according to the present invention is applied will be described with reference to FIGS. 10 to 12 are cross-sectional explanatory views corresponding to the cross section along the line AA in FIG. 5, and FIGS. 13 to 15 are cross-sectional explanatory views corresponding to the cross section along the line BB in FIG.
First, as shown in FIGS. 10A and 13A, for example, an insulating film (thermal oxide film) having a thickness of 1.6 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 P-doped polysilicon is formed to a thickness of 0.6 μm on the insulating film 22 as an electrode forming layer 24 for forming the individual electrode 14.

そして、各図(b)に示すように、ポリシリコン(電極形成層)24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41と、共通連通路15となる部分42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を貫通し供給口18を形成する部分43に対応する部分を除去する。   Then, as shown in each figure (b), the polysilicon (electrode forming layer) 24 is formed by forming a separation groove 40 by a litho-etching method, so that the individual electrode 14, the portion 41 constituting the partition wall, and the common communication path 15 are formed. In addition to the separation and patterning, the portion 42 corresponding to the portion 43 that penetrates the silicon substrate 21 and forms the supply port 18 is removed.

そして、各図(c)に示すように、CVD酸化膜を厚さ0.2μmで堆積させて、ポリシリコン24aで形成された個別電極14、隔壁を構成する部分41と、連通路となる部分42上に絶縁膜25を形成する。このとき、絶縁膜25は個別電極14、隔壁を構成する部分41及び、共通連通路となる部分42をそれぞれ分離している分離溝40内にも形成される。その後、共通連通路となる部分42上の絶縁膜25をリソエッチ法によって除去して開口26を形成して、共通連通路となる部分42を露出させる。   Then, as shown in each figure (c), a CVD oxide film is deposited to a thickness of 0.2 μm, the individual electrode 14 formed of polysilicon 24a, the part 41 constituting the partition, and the part that becomes the communication path An insulating film 25 is formed on 42. At this time, the insulating film 25 is also formed in the separation groove 40 that separates the individual electrode 14, the portion 41 constituting the partition wall, and the portion 42 serving as a common communication path. Thereafter, the insulating film 25 on the portion 42 that becomes the common communication path is removed by a lithoetch method to form the opening 26, and the portion 42 that becomes the common communication path is exposed.

次に、図11(a)及び図14(a)に示すように、絶縁層(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間隔である0.2μm厚さにCVD法により成膜する。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45と、隔壁を構成する部分46と、個別連通路15Aとなる部分47、共通連通路15となる部分48とに分離及びパターニングするとともに、供給口18となる部分43に対応する部分を除去する。   Next, as shown in FIGS. 11A and 14A, a non-doped polysilicon film is formed as a sacrificial layer 27 on the insulating layer (film) 25 to a thickness of 0.2 μm, which is a gap interval, by a CVD method. To do. Then, the polysilicon is separated and patterned into a portion 45 that becomes the gap 13, a portion 46 that forms the partition wall, a portion 47 that becomes the individual communication passage 15 </ b> A, and a portion 48 that becomes the common communication passage 15 by the litho-etching method and supplies the polysilicon. A portion corresponding to the portion 43 to be the mouth 18 is removed.

このとき、ポリシリコンからなる犠牲層27で形成される共通連通路15を形成する部分48と下層部を構成するポリシリコンからなる電極形成層24で形成される共通連通路15を形成する部分42は、中間膜である絶縁膜25に開口26を形成しているので、下層膜である電極形成層24を形成するポリシリコン上に犠牲層27を形成するポリシリコンが直接成膜されて、つまり、犠牲層と電極形成層とは接した状態になり、一体化する。   At this time, a portion 48 for forming the common communication passage 15 formed of the sacrificial layer 27 made of polysilicon and a portion 42 for forming the common communication passage 15 formed of the electrode forming layer 24 made of polysilicon constituting the lower layer portion. Since the opening 26 is formed in the insulating film 25 that is an intermediate film, the polysilicon that forms the sacrificial layer 27 is directly formed on the polysilicon that forms the electrode forming layer 24 that is the lower layer film, that is, The sacrificial layer and the electrode forming layer are in contact with each other and are integrated.

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得ることができる。   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. A stable actuator with high degree, low cost, excellent mass productivity can be obtained.

その後、犠牲層27で形成して、空隙となる部分45、隔壁を構成する部分46、個別連通路15A及び共通連通路15となる部分47,48上に、のCVD酸化膜を堆積させて絶縁膜28を厚さ0.1μmで形成する。   Thereafter, a sacrificial layer 27 is formed, and a CVD oxide film is deposited on the portion 45 serving as a gap, the portion 46 constituting the partition, the portions 47 and 48 serving as the individual communication passage 15A and the common communication passage 15, and insulated. The film 28 is formed with a thickness of 0.1 μm.

次に、各図(b)に示すように、絶縁膜28上に振動板電極層32となるP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49とに分離するとともに、供給口18となる部分43は除去して開口を形成する。   Next, as shown in each figure (b), a P-doped polysilicon layer to be a diaphragm electrode layer 32 is formed on the insulating film 28 with a thickness of 0.1 μm, and this polysilicon layer is formed by a lithoetch method. While separating into the diaphragm electrode layer 32 and the part 49 which comprises a partition, the part 43 used as the supply port 18 is removed, and opening is formed.

このとき、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50を形成する。そして、振動板電極層32上に振動板12の撓み防止層33として、LP−CVD法により0.15μmの厚さの窒化膜33aを堆積させる。この窒化膜からなる撓み防止層33は、開口50内にも形成されることで振動板電極層32の開口50の端面側を被覆する。   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 50 having an opening diameter larger than the sacrificial layer removal hole 29 to be formed later is formed. . Then, a nitride film 33a having a thickness of 0.15 μm is deposited on the diaphragm electrode layer 32 as an anti-bending layer 33 of the diaphragm 12 by the LP-CVD method. The deflection preventing layer 33 made of this nitride film is also formed in the opening 50 to cover the end face side of the opening 50 of the diaphragm electrode layer 32.

その後、各図(c)に示すように、リソエッチ法により撓み防止層33である窒化膜33a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33a、絶縁膜28及び絶縁膜25を除去して供給口18の加工孔51を形成する。   After that, as shown in each figure (c), a sacrificial layer removal hole 29 having an opening diameter of 2 μm is formed through the nitride film 33a and the insulating film 28 as the deflection preventing layer 33 by a litho-etching method, and the portion that becomes the supply port 18 The processed hole 51 of the supply port 18 is formed by removing the nitride film 33a, the insulating film 28, and the insulating film 25.

そして、例えば、SFプラズマ処理やXeF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45の犠牲層27、個別連通路15Aとなる分部47の犠牲層27、共通連通路15となる部分48の犠牲層27、並びに共通連通路15となる部分42の電極形成層24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、ここでは、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を用いても構わない。 Then, for example, sacrificial layer etching such as SF 6 plasma treatment or dry etching with XeF 2 gas is performed to form the sacrificial layer 27 in the portion 45 that becomes the gap 13, the sacrificial layer 27 in the segment 47 that becomes the individual communication path 15A, By completely removing the sacrificial layer 27 of the portion 48 that becomes the passage 15 and the electrode forming layer 24 of the portion 42 that becomes the common communication passage 15, the air gap 13, the individual communication passage 15 </ b> A, and the common communication passage 15 are formed. Here, the sacrificial layer etching is performed by dry etching, but wet etching of a TMAH solution or a KOH solution may be used.

このように、犠牲層27の下層部を、個別電極14を形成するエッチング除去可能な電極形成層24及び個別電極14を保護するための中間層である絶縁膜25で形成し、共通連通路に対応する部分では絶縁膜25を除去して開口26を形成することで下層の電極形成層24を露出させて、空隙13を形成するための犠牲層27に連続させた状態にした後、犠牲層エッチングを行なって、空隙13を形成するための犠牲層27と犠牲層27の下側に位置する下層膜である共通連通路15に対応する部分の電極形成層24を同時に除去することにより、形成された共通連通路15の高さは下層部(絶縁膜25と電極形成層24の厚さの合計)の高さ分だけ、空隙13の高さよりも高くなることとなり、犠牲層24だけで共通連通路15を形成した場合よりも、断面積の大きな共通連通路15を形成できて、共通連通路15のコンダクタンスを十分確保することができる。   In this way, the lower layer portion of the sacrificial layer 27 is formed by the etching-removable electrode forming layer 24 that forms the individual electrode 14 and the insulating film 25 that is an intermediate layer for protecting the individual electrode 14, and is formed in the common communication path. In the corresponding portion, the insulating film 25 is removed and the opening 26 is formed to expose the lower electrode forming layer 24 and to be in a state of being continuous with the sacrificial layer 27 for forming the gap 13. Etching is performed to simultaneously remove the sacrificial layer 27 for forming the air gap 13 and the portion of the electrode forming layer 24 corresponding to the common communication path 15, which is a lower layer film located below the sacrificial layer 27. The height of the common communication path 15 thus made is higher than the height of the gap 13 by the height of the lower layer (the total thickness of the insulating film 25 and the electrode forming layer 24), and is common only to the sacrificial layer 24. A communication passage 15 is formed Than, be able form a large common connection path 15 of the cross-sectional area, it is possible to sufficiently ensure the conductance of the common connection path 15.

このように、下層部は犠牲層と同じ材料からなる下層膜と、この下層膜と犠牲層との間に介在する中間膜で構成され、中間膜には連通路を形成する開口が形成されることにより、空隙を形成する犠牲層エッチングの一工程で、空隙と連通路を同時に形成することができるため、寸法ばらつきの少ない、信頼性の高いアクチュエータを得ることができ、また製造工程を短縮することができる。   In this way, the lower layer portion is composed of a lower layer film made of the same material as the sacrificial layer and an intermediate film interposed between the lower layer film and the sacrificial layer, and an opening for forming a communication path is formed in the intermediate film. As a result, the gap and the communication path can be formed simultaneously in one step of sacrificial layer etching to form the gap, so that a highly reliable actuator with little dimensional variation can be obtained and the manufacturing process can be shortened. be able to.

また、空隙と高さの異なる十分なコンダクタンスが得られる連通路を、空隙と同じ工程で形成できるため、量産化と低コスト化を図ることができる。   In addition, since a communication path that can obtain a sufficient conductance different in height from the gap can be formed in the same process as the gap, mass production and cost reduction can be achieved.

次に、図12(a)及び図15(a)に示すように、犠牲層除去孔29の封止、及び振動板12の剛性調整を目的として、常圧CVD法により剛性調整膜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。なお、この工程を実施することにより空隙13は封止され、外気と完全に遮断される。   Next, as shown in FIGS. 12A and 15A, a rigidity adjusting film 34 is formed by atmospheric pressure CVD for the purpose of sealing the sacrificial layer removal hole 29 and adjusting the rigidity of the diaphragm 12. To do. 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 gap 13 is sealed and completely blocked from the outside air.

その後、各図(b)に示すように、リソエッチ法により供給口18となる部分の剛性調整膜34と絶縁膜22、28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。   Thereafter, as shown in each figure (b), after removing the rigidity adjusting film 34 and the insulating films 22 and 28 in the portion serving as the supply port 18 by a lithoetch method, the silicon substrate is subjected to anisotropic etching, for example, an ICP etcher. The supply port 18 is formed by etching so as to penetrate 21 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 and processing accuracy, and high density.

次に、各図(c)に示すように、このアクチュエータ基板1の表面全体に、被覆性の優れた蒸着重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により開口する。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良い。   Next, as shown in each figure (c), a resin film 35 as a liquid contact film is formed to a thickness of 1 μm on the entire surface of the actuator substrate 1 by a vapor deposition polymerization 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 as 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.

その後、図示しないが、前述のガス導入孔16より、共通連通路15及び個別連通路15Aを介して空隙13へ疎水性膜を形成する材料として、例えば、HMDSを導入した後、ガス導入孔16を、例えば、エポキシ系接着剤等を用いて封止する。この場合、封止剤は、空隙13へは侵入せず、共通連通路15内部で止まるようにする。   Thereafter, although not shown, for example, after introducing HMDS as a material for forming a hydrophobic film into the gap 13 from the gas introduction hole 16 through the common communication path 15 and the individual communication path 15A, the gas introduction hole 16 is introduced. Is sealed using, for example, an epoxy adhesive or the like. In this case, the sealing agent does not enter the gap 13 and stops inside the common communication path 15.

このように、共通連通路15を封止剤で封止することにより、空隙13内へ導入したガスが外部へ拡散することを防止し、かつ、外界からの異物や水分等の混入を防止することができ、信頼性の高いアクチュエータを得ることができる。   Thus, by sealing the common communication path 15 with the sealant, the gas introduced into the gap 13 is prevented from diffusing to the outside, and foreign matter, moisture, and the like from the outside are prevented from being mixed. Therefore, a highly reliable actuator can be obtained.

以上の工程により、本発明に係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、前述の流路基板2と、ノズル基板3を順次積層することにより、本発明に係る静電型アクチュエータを含む本発明に係る液滴吐出ヘッドを製造することができる。
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 above-described flow path substrate 2, and the nozzle substrate 3, the droplet discharge head according to the present invention including the electrostatic actuator according to the present invention can be manufactured. .

次に、本発明に係る静電型アクチュエータの第2の実施形態について図16ないし図18をも参照して説明する。なお、図16は同静電型アクチュエータのアクチュエータ基板の平面説明図、図17は図16のC−C線に沿う断面説明図、図18は図16のD−D線に沿う断面説明図である。   Next, a second embodiment of the electrostatic actuator according to the present invention will be described with reference to FIGS. 16 is an explanatory plan view of the actuator substrate of the electrostatic actuator, FIG. 17 is an explanatory sectional view taken along the line CC in FIG. 16, and FIG. 18 is an explanatory sectional view taken along the line DD in FIG. is there.

この実施形態の共通連通路15は、電極形成層24の犠牲層エッチングで形成される下側部分15aと、絶縁膜25及び犠牲層27の犠牲層エッチングで形成される上側部分15bとで、ノズルの並び方向に直交する方向の幅(液室長辺方向に沿う方向の幅、これを「長さ」という。)を異ならせたものである。つまり、図16及び図18に示すように、共通連通路15の短辺断面における上辺長cと下辺長dの関係が、上辺長c<下辺長dとなるように、電極形成層24の犠牲層エッチングで形成する下側部分15aの長さを長くしている。   In this embodiment, the common communication path 15 includes a lower portion 15 a formed by sacrificial layer etching of the electrode formation layer 24 and an upper portion 15 b formed by sacrificial layer etching of the insulating film 25 and the sacrificial layer 27. The widths in the direction orthogonal to the direction in which the liquid crystal is arranged (the width in the direction along the liquid chamber long side direction, which is referred to as “length”) are made different. That is, as shown in FIGS. 16 and 18, the sacrifice of the electrode formation layer 24 is performed so that the relationship between the upper side length c and the lower side length d in the short side cross section of the common communication path 15 is upper side length c <lower side length d. The length of the lower portion 15a formed by layer etching is increased.

このように、共通連通路15の短辺断面における上辺長cと下辺長dの関係が上辺長c<下辺長dとなるように形成することで、共通連通路15の断面積を前記第1実施形態の場合よりも更に大きくすることができ、より十分なコンダクタンスを確保することができる。 Thus, by forming the relationship between the upper side length c and the lower side length d in the short side cross section of the common communication path 15 such that the upper side length c <the lower side length d, the cross sectional area of the common communication path 15 is set to the first side. It can be made larger than in the case of the embodiment , and more sufficient conductance can be ensured.

なお、共通連通路15の短辺断面における上辺長cの長さも長くすることにより、共通連通路15の断面積をさらに大きくすることができるが、ここで、上辺長cをあまり大きくすると、振動板12の強度を十分に確保することができなくなり、アクチュエータ基板1上に構造体、例えば、流路基板2を接合する場合に共通連通路15上の振動板12が割れるおそれがある。   Note that the cross-sectional area of the common communication path 15 can be further increased by increasing the length of the upper side length c in the short side cross section of the common communication path 15, but if the upper side length c is increased too much, vibration will occur. The strength of the plate 12 cannot be sufficiently ensured, and the vibration plate 12 on the common communication path 15 may break when a structure, for example, the flow path substrate 2 is joined to the actuator substrate 1.

そこで、ここでは、共通連通路15の上辺長cは長くせずに、下辺長dを長くすることによって、共通連通路15上の振動板12の強度を維持しつつ、共通連通路15の断面積を大きくして、十分なコンダクタンスを確保できるようにしている。   Therefore, here, the upper side length c of the common communication path 15 is not increased, but the lower side length d is increased, so that the strength of the diaphragm 12 on the common communication path 15 is maintained and the common communication path 15 is disconnected. The area is increased to ensure sufficient conductance.

なお、この第2実施形態のその他の構成は前記第1の実施形態と同様である。また、そ製造工程は、前述の図10(b)及び図13(b)の工程で、電極形成層24であるポリシリコンをパターニングするときに、共通連通路15となる部分42の長さ(幅)を上記下辺長dに相当する長さ(幅)に形成する点が異なるだけで、その他の工程は同様である。   The remaining configuration of the second embodiment is the same as that of the first embodiment. Further, in the manufacturing process, when the polysilicon which is the electrode forming layer 24 is patterned in the process of FIG. 10B and FIG. The other steps are the same except that the width (width) is formed to a length (width) corresponding to the lower side length d.

次に、上記各実施形態におけるガス導入孔と共通連通路の配置の異なる例について図19ないし図22を参照して説明する。
図19は各空隙13の一端部側を個別連通路15Aを介して1つの共通連通路15に連通させ、共通連通路15の一端部にガス導入孔16を形成した例である。図20は各空隙13の一端部側を個別連通路15Aを介して1つの共通連通路15に連通させ、共通連通路15の両側端部にガス導入孔16、16を形成した例である。
Next, different examples of the arrangement of the gas introduction hole and the common communication path in each of the above embodiments will be described with reference to FIGS.
FIG. 19 shows an example in which one end side of each gap 13 is communicated with one common communication path 15 via an individual communication path 15 </ b> A, and a gas introduction hole 16 is formed at one end of the common communication path 15. FIG. 20 shows an example in which one end side of each gap 13 is communicated with one common communication path 15 via an individual communication path 15 </ b> A, and gas introduction holes 16 are formed at both side ends of the common communication path 15.

図21は各空隙13の両端部をそれぞれ個別連通路15A、15Aを介して共通連通路15、15に連通させ、各共通連通路15、15の両端部にガス導入孔16、16を形成した例である。図22は各空隙13の両端部をそれぞれ個別連通路15A、15Aを介して共通連通路15、15に連通させ、各共通連通路15、15の一端部にガス導入孔16を形成した例である。   In FIG. 21, both end portions of each gap 13 are communicated with the common communication passages 15 and 15 via the individual communication passages 15A and 15A, respectively, and gas introduction holes 16 and 16 are formed at both ends of each common communication passage 15 and 15, respectively. It is an example. FIG. 22 is an example in which both end portions of each air gap 13 are communicated with the common communication passages 15 and 15 via the individual communication passages 15A and 15A, respectively, and the gas introduction holes 16 are formed at one end portions of the respective common communication passages 15 and 15. is there.

なお、これらの例では、相対的に、ガス導入孔の数、共通連通路の数が多いほど、空隙内への効率的なガス導入が可能になる。   In these examples, as the number of gas introduction holes and the number of common communication paths are relatively large, the gas can be efficiently introduced into the gap.

次に、上記各実施形態におけるガス導入孔と共通連通路の配置の更に他の例について図図23を参照して説明する。
この例では、各空隙13をそれぞれ所要数毎にグループ化して空隙群13G1〜13Gnとし、各空隙群13G1〜13Gn毎にサブ共通連通路15S1〜15Snを形成し、更にサブ共通連通路15S1〜15Snを1つのメイン共通連通路15M2に連通し、このメイン共通連通路15M2をメイン共通連通路15M1を介してガス導入孔16に接続している。
Next, still another example of the arrangement of the gas introduction hole and the common communication path in each of the above embodiments will be described with reference to FIG.
In this example, the gaps 13 are grouped into a required number to form gap groups 13G1 to 13Gn, sub-common communication paths 15S1 to 15Sn are formed for the gap groups 13G1 to 13Gn, and sub-common communication paths 15S1 to 15Sn are further formed. Is connected to one main common communication path 15M2, and this main common communication path 15M2 is connected to the gas introduction hole 16 via the main common communication path 15M1.

つまり、ガス導入孔に共通連通路を枝分かれさせながら、所要数毎にグループ化した空隙群の空隙に連通させるようにしている。これによって、各空隙13へのガス導入をより均一に行なうことができる。   In other words, the common communication path is branched into the gas introduction holes, and the gas communication holes are communicated with the gaps of the gap groups grouped according to the required number. As a result, the gas can be introduced into each gap 13 more uniformly.

次に、本発明に係る静電型アクチュエータの他の例について図24を参照して説明する。なお、同図は同アクチュエータの要部平面説明図である。
この例では、共通連通路15とは別に、各空隙13の間の隔壁部31の一部を除去して連通路71を形成することにより、各空隙13を隣接する空隙13と連通させている。ここでは、各空隙13間の犠牲層除去孔29が存在する隔壁部31の一部を除去している。
Next, another example of the electrostatic actuator according to the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the figure is a principal plane explanatory drawing of the actuator.
In this example, apart from the common communication path 15, a part of the partition wall portion 31 between the gaps 13 is removed to form the communication path 71, so that each gap 13 communicates with the adjacent gap 13. . Here, a part of the partition wall 31 where the sacrificial layer removal holes 29 between the gaps 13 are present is removed.

これにより、各空隙13へのガス導入、あるいは排気効率を向上させることができる。ただし、この場合、各アクチュエータ間のクロストークが生じない範囲で連通させることが重要である。   As a result, gas introduction into each gap 13 or exhaust efficiency can be improved. However, in this case, it is important to communicate within a range in which crosstalk between the actuators does not occur.

次に、本発明に係る液体カートリッジについて図25を参照して説明する。
この液体カートリッジ一体型ヘッド100は、ノズル孔101等を有する本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッド102と、このインクジェットヘッド102に対して記録液(インク)を供給するインクタンク(液体タンク)103とを一体化したものである。
Next, a liquid cartridge according to the present invention will be described with reference to FIG.
The liquid cartridge integrated head 100 includes an ink jet head 102 that is a droplet discharge head according to the present invention having nozzle holes 101 and the like, and an ink tank (liquid tank) that supplies recording liquid (ink) to the ink jet head 102. ) 103 is integrated.

このように本発明に係る液滴吐出ヘッドに記録液(インク)を供給するインクタンク(液体タンク)を一体化することにより、滴吐出特性のバラツキが少なく、信頼性の高い液滴吐出ヘッドを一体化した液体カートリッジ(インクタンク一体型ヘッド)を低コストで得ることができる。   As described above, by integrating the ink tank (liquid tank) for supplying the recording liquid (ink) to the liquid droplet ejection head according to the present invention, there is little variation in the liquid droplet ejection characteristics, and a highly reliable liquid droplet ejection head is obtained. An integrated liquid cartridge (ink tank integrated head) can be obtained at low cost.

次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドを搭載した本発明に係る画像形成装置の一例について図26及び図27を参照して説明する。なお、図26は同画像形成装置の斜視説明図、図27は同画像形成装置の機構部の側面説明図である。   Next, an example of an image forming apparatus according to the present invention equipped with an ink jet head which is a droplet discharge head according to the present invention will be described with reference to FIGS. 26 is a perspective explanatory view of the image forming apparatus, and FIG. 27 is a side explanatory view of a mechanism portion of the image forming apparatus.

この画像形成装置は、記録装置本体111の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載した本発明に係る液滴吐出ヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへ記録液を供給する液体カートリッジ等で構成される印字機構部112等を収納し、装置本体111の下方部には前方側から多数枚の用紙113を積載可能な給紙カセット(或いは給紙トレイでもよい。)114を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙113を手差しで給紙するための手差しトレイ115を開倒することができ、給紙カセット114或いは手差しトレイ115から給送される用紙113を取り込み、印字機構部112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116に排紙する。   The image forming apparatus includes a carriage that can move in the main scanning direction inside the recording apparatus main body 111, a recording head that includes the droplet discharge head according to the present invention mounted on the carriage, a liquid cartridge that supplies recording liquid to the recording head, and the like. A sheet feeding cassette (or a sheet feeding tray) 114 on which a large number of sheets 113 can be stacked from the front side is removably inserted in the lower part of the apparatus main body 111. The manual feed tray 115 for manually feeding the paper 113 can be opened, the paper 113 fed from the paper feed cassette 114 or the manual feed tray 115 is taken in, and the printing mechanism section After a required image is recorded by 112, it is discharged onto a discharge tray 116 mounted on the rear side.

印字機構部112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121と従ガイドロッド122とでキャリッジ123を主走査方向に摺動自在に保持し、このキャリッジ123にはイエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(Bk)の各色の記録液の液滴(インク滴)を吐出する本発明に係る液滴吐出ヘッドからなる記録ヘッド124を複数の液滴吐出口を主走査方向と交叉する方向に配列し、液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123にはヘッド124に各色の記録液を供給するための各液体カートリッジ125を交換可能に装着している。なお、本発明に係る液体カートリッジを搭載する構成とすることもできる。   The printing mechanism 112 holds a carriage 123 slidably in the main scanning direction by a main guide rod 121 and a sub guide rod 122 which are guide members horizontally mounted on left and right side plates (not shown). (Y), cyan (C), magenta (M), and black (Bk) recording liquid droplets (ink droplets) of the respective colors are ejected from a recording head 124 including a liquid droplet ejection head according to the present invention. The droplet discharge ports are arranged in a direction crossing the main scanning direction, and are mounted with the droplet discharge direction facing downward. Also, the liquid cartridges 125 for supplying the recording liquids of the respective colors to the head 124 are replaceably mounted on the carriage 123. In addition, it can also be set as the structure which mounts the liquid cartridge based on this invention.

液体カートリッジ125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へ記録液を供給する供給口を、内部には記録液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へ供給される記録液をわずかな負圧に維持している。   The liquid cartridge 125 has an air port that communicates with the atmosphere above, a supply port that supplies recording liquid to the droplet discharge head below, and a porous body filled with the recording liquid inside. The recording liquid supplied to the droplet discharge head is maintained at a slight negative pressure by the capillary force of the body.

また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド124を用いているが、各色の記録液滴を吐出するノズルを有する1個のヘッドでもよい。   Further, although the heads 124 of the respective colors are used here as the recording heads, a single head having nozzles for ejecting recording droplets of the respective colors may be used.

ここで、キャリッジ123は後方側(用紙搬送方向下流側)を主ガイドロッド121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122に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ123を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ127で回転駆動される駆動プーリ128と従動プーリ129との間にタイミングベルト130を張装し、このタイミングベルト130をキャリッジ123に固定しており、主走査モータ127の正逆回転によりキャリッジ123が往復駆動される。   Here, the carriage 123 is slidably fitted to the main guide rod 121 on the rear side (downstream side in the paper conveyance direction), and is slidably mounted on the sub guide rod 122 on the front side (upstream side in the paper conveyance direction). is doing. In order to move and scan the carriage 123 in the main scanning direction, a timing belt 130 is stretched between a driving pulley 128 and a driven pulley 129 that are rotationally driven by a main scanning motor 127. The carriage 123 is reciprocally driven by forward and reverse rotations of the main scanning motor 127.

一方、給紙カセット114にセットした用紙113をヘッド124の下方側に搬送するために、給紙カセット114から用紙113を分離給装する給紙ローラ131及びフリクションパッド132と、用紙113を案内するガイド部材133と、給紙された用紙113を反転させて搬送する搬送ローラ134と、この搬送ローラ134の周面に押し付けられる搬送コロ135及び搬送ローラ134からの用紙113の送り出し角度を規定する先端コロ136とを設けている。搬送ローラ134は副走査モータ137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 sheet 113 set in the sheet cassette 114 to the lower side of the head 124, the sheet 113 is guided from the sheet feeding cassette 114 to the sheet feeding roller 131 and the friction pad 132. A guide member 133, a transport roller 134 that reverses and transports the fed paper 113, a transport roller 135 that is pressed against the peripheral surface of the transport roller 134, and a tip that defines the feed angle of the paper 113 from the transport roller 134 A roller 136 is provided. The transport roller 134 is rotationally driven by a sub-scanning motor 137 through a gear train.

そして、キャリッジ123の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ134から送り出された用紙113を記録ヘッド124の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材139を設けている。この印写受け部材139の用紙搬送方向下流側には、用紙113を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ141、拍車142を設け、さらに用紙113を排紙トレイ116に送り出す排紙ローラ143及び拍車144と、排紙経路を形成するガイド部材145,146とを配設している。   A printing receiving member 139 is provided as a paper guide member that guides the paper 113 fed from the transport roller 134 on the lower side of the recording head 124 corresponding to the movement range of the carriage 123 in the main scanning direction. On the downstream side of the printing receiving member 139 in the paper conveyance direction, a conveyance roller 141 and a spur 142 that are rotationally driven to send the paper 113 in the paper discharge direction are provided, and paper discharge that further feeds the paper 113 to the paper discharge tray 116. A roller 143 and a spur 144, and guide members 145 and 146 forming a paper discharge path are disposed.

記録時には、キャリッジ123を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド124を駆動することにより、停止している用紙113に記録液を吐出して1行分を記録し、用紙113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113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113を排紙する。   At the time of recording, the recording head 124 is driven according to the image signal while moving the carriage 123 to discharge the recording liquid onto the stopped sheet 113 to record one line, and after the sheet 113 is conveyed by a predetermined amount. Record the next line. Upon receiving a recording end signal or a signal that the trailing edge of the sheet 113 reaches the recording area, the recording operation is terminated and the sheet 113 is discharged.

また、キャリッジ123の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド124の吐出不良を回復するための回復装置147を配置している。回復装置147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123は印字待機中にはこの回復装置147側に移動されてキャッピング手段でヘッド124をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことにより記録液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記録液を吐出することにより、全ての吐出口の記録液粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。   A recovery device 147 for recovering defective ejection of the head 124 is disposed at a position outside the recording area on the right end side in the movement direction of the carriage 123. The recovery device 147 includes a cap unit, a suction unit, and a cleaning unit. The carriage 123 is moved to the recovery device 147 side during printing standby, and the head 124 is capped by the capping unit, and the ejection port portion is kept in a wet state to prevent ejection failure due to recording liquid drying. Further, by ejecting a recording liquid not related to recording during recording or the like, the recording liquid viscosity of all the ejection ports is made constant and stable ejection performance is maintained.

吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド124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記録液とともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着した記録液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、吸引された記録液は、本体下部に設置された図示しない廃液受け部に排出され、廃液受け部の液体吸収体に吸収保持される。   When ejection failure occurs, the ejection port (nozzle) of the head 124 is sealed with a capping unit, and bubbles and the like are sucked out together with the recording liquid from the ejection port with a suction unit through the tube. Dust and the like are removed by the cleaning means, and the ejection failure is recovered. The sucked recording liquid is discharged to a waste liquid receiving portion (not shown) installed at the lower part of the main body, and is absorbed and held by the liquid absorber of the waste liquid receiving portion.

このように、本発明に係る画像形成装置によれば、本発明に係る液滴吐出ヘッド又は液体カートリッジを備えているので、高画質記録を行うことができる。   As described above, according to the image forming apparatus of the present invention, since the liquid droplet ejection head or the liquid cartridge according to the present invention is provided, high-quality recording can be performed.

次に、本発明に係る静電型アクチュエータを備えたマイクロデバイスとしてのマイクロポンプについて図28を参照して説明する。なお、同図は同マイクロポンプの要部断面説明図である。
このマイクロポンプは、本発明に係る静電型アクチュエータで構成したアクチュエータ基板201と、流路基板202とを有し、流路基板202には流体が流れる流路203を形成している。アクチュエータ基板201は、流路203の壁面を形成する振動板212と、この振動板212の変形可能領域212Aに犠牲層エッチングで形成した空隙213を介して対向する個別電極214とを備えている。
Next, a micro pump as a micro device provided with the electrostatic actuator according to the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the figure is principal part cross-sectional explanatory drawing of the micropump.
This micro pump has an actuator substrate 201 constituted by an electrostatic actuator according to the present invention and a flow path substrate 202, and a flow path 203 through which a fluid flows is formed in the flow path substrate 202. The actuator substrate 201 includes a vibration plate 212 that forms the wall surface of the flow path 203, and an individual electrode 214 that faces the deformable region 212A of the vibration plate 212 via a gap 213 formed by sacrificial layer etching.

このアクチュエータ基板1の構成も前記各実施形態と同様であり、シリコン基板221上に絶縁膜222を形成し、この絶縁膜222上に個別電極214を形成して絶縁膜225で被覆し、この絶縁膜225上に犠牲層227を形成し、更に振動板212のうちの一部の膜を形成した後犠牲層エッチングを行なって空隙213を形成したものである。図示しないが、各空隙213を連通する共通連通路を形成している。   The configuration of the actuator substrate 1 is the same as that of each of the above embodiments. An insulating film 222 is formed on the silicon substrate 221, an individual electrode 214 is formed on the insulating film 222, and the insulating film 225 is covered. A sacrificial layer 227 is formed on the film 225, a part of the diaphragm 212 is further formed, and then the sacrificial layer is etched to form a gap 213. Although not shown, a common communication path that communicates each gap 213 is formed.

このマイクロポンプの動作原理を説明すると、前述した液滴吐出ヘッドの場合と同様に、個別電極214に対して選択的にパルス電位を与えることによって振動板212との間で静電力による吸引作用が生じるので、振動板212の変形可能領域212Aが電極214側に変形する。ここで、振動板212の変形可能領域212A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、矢印方向へ流れが生じ、流体の輸送が可能となる。   The operation principle of the micropump will be described. As in the case of the droplet discharge head described above, by selectively applying a pulse potential to the individual electrode 214, the suction action by the electrostatic force is performed between the diaphragm 212 and the diaphragm 212. As a result, the deformable region 212A of the diaphragm 212 is deformed to the electrode 214 side. Here, by sequentially driving the deformable region 212A of the diaphragm 212 from the right side in the figure, the fluid in the flow path 203 flows in the direction of the arrow, and the fluid can be transported.

このように、本発明に係る静電型アクチュエータを備えることで、安定した液体輸送が可能な小型で低消費電力のマイクロポンプを得られる。なお、輸送効率を上げるために、変形可能領域間に1又は複数の弁、例えば逆止弁などを設けることもできる。   Thus, by providing the electrostatic actuator according to the present invention, a small and low-power-consumption micropump capable of stable liquid transportation can be obtained. In order to increase transport efficiency, one or more valves, such as a check valve, may be provided between the deformable regions.

次に、本発明に係る静電型アクチュエータを備えた光学デバイスの一例について図29を参照して説明する。なお、同図は同デバイスの概略構成図である。
この光学デバイスは、表面が光を反射可能でかつ変形可能な振動板に相当するミラー300を含むアクチュエータ基板301を有している。ミラー300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(これらは樹脂膜表面に形成する)と良い。
Next, an example of an optical device provided with the electrostatic actuator according to the present invention will be described with reference to FIG. This figure is a schematic configuration diagram of the device.
This optical device has an actuator substrate 301 including a mirror 300 corresponding to a diaphragm whose surface can reflect light and can be deformed. A dielectric multilayer film or a metal film is preferably formed on the surface of the mirror 300 in order to increase the reflectance (these are formed on the resin film surface).

アクチュエータ基板301は、絶縁膜322を形成したベース基板321上に、変形可能なミラー300(ヘッドの振動板に相当する。)と、このミラー300の変形可能領域300Aに所定の空隙313を介して対向する電極314とを備えている。また、電極314上には絶縁膜325を形成し、空隙313は犠牲層327をエッチングして形成している。その他の構成についても、振動板がミラー面を有する構成となっている点が、前述の静電型アクチュエータの実施形態で説明したものと異なるだけであるので、詳細な図示及び説明は省略する。   The actuator substrate 301 has a deformable mirror 300 (corresponding to a vibration plate of the head) on a base substrate 321 on which an insulating film 322 is formed, and a deformable region 300A of the mirror 300 via a predetermined gap 313. And an opposing electrode 314. Further, an insulating film 325 is formed over the electrode 314, and the gap 313 is formed by etching the sacrificial layer 327. Other configurations are different from those described in the foregoing embodiment of the electrostatic actuator in that the diaphragm has a mirror surface, and thus detailed illustration and description are omitted.

この光学デバイスの原理を説明すると、前述した静電型アクチュエータの場合と同様に、電極314に対して選択的にパルス電位を与えることによって、電極314と対向するミラー300の変形可能領域300A間で静電力による吸引作用が生じるので、ミラー300の変形可能領域300Aが凹状に変形して凹面ミラーとなる。したがって、光源330からの光がレンズ331を介してミラー300に照射された場合、ミラー300を駆動しないときには、光は入射角と同じ角度で反射するが、ミラー300を駆動した場合は駆動された変形可能領域300Aが凹面ミラーとなるので反射光は発散光となる。これにより光変調デバイスが実現できる。   The principle of this optical device will be described. As in the case of the electrostatic actuator described above, by selectively applying a pulse potential to the electrode 314, the deformable region 300A of the mirror 300 facing the electrode 314 is deformed. Since a suction action due to electrostatic force occurs, the deformable region 300A of the mirror 300 is deformed into a concave shape to form a concave mirror. Therefore, when the light from the light source 330 is applied to the mirror 300 via the lens 331, the light is reflected at the same angle as the incident angle when the mirror 300 is not driven, but is driven when the mirror 300 is driven. Since the deformable region 300A becomes a concave mirror, the reflected light becomes divergent light. Thereby, an optical modulation device can be realized.

このように、本発明に係る静電型アクチュエータを備えることで、小型で低消費電力の光学デバイスを得ることができる。   Thus, by providing the electrostatic actuator according to the present invention, a small and low power consumption optical device can be obtained.

そこで、この光学デバイスを応用した例を図30をも参照して説明する。この例は、上述した光学デバイスを2次元に配列し、各ミラー300の変形可能領域300Aを独立して駆動するようにしたものである。なお、ここでは、4×4の配列を示しているが、これ以上配列することも可能である。   An example in which this optical device is applied will be described with reference to FIG. In this example, the optical devices described above are two-dimensionally arranged, and the deformable region 300A of each mirror 300 is driven independently. Although a 4 × 4 array is shown here, it is possible to arrange more than this.

したがって、前述した図29と同様に、光源330からの光はレンズ331を介してミラー300に照射され、ミラー300を駆動していないところに入射した光は、投影用レンズ332へ入射する。一方、電極314に電圧を印加してミラー300の変形可能領域Aを変形させている部分は凹面ミラーとなるので光は発散し投影用レンズ732にほとんど入射しない。この投影用レンズ332に入射した光はスクリーン(図示しない)などに投影され、スクリーンに画像を表示することができる。   Accordingly, similarly to FIG. 29 described above, the light from the light source 330 is irradiated to the mirror 300 via the lens 331, and the light incident on the portion where the mirror 300 is not driven enters the projection lens 332. On the other hand, the portion where the deformable area A of the mirror 300 is deformed by applying a voltage to the electrode 314 becomes a concave mirror, so that light diverges and hardly enters the projection lens 732. The light incident on the projection lens 332 is projected on a screen (not shown) or the like, and an image can be displayed on the screen.

なお、上記実施形態においては、液滴吐出ヘッドとしてインクジェットヘッドに適用した例で説明したが、インクジェットヘッド以外の液滴吐出ヘッドとして、例えば、液体レジストを液滴として吐出する液滴吐出ヘッド、DNAの試料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドなどの他の液滴吐出ヘッドにも適用できる。また、静電型アクチュエータ及びその製造方法は、マイクロポンプ、光学デバイス(光変調デバイス)のみならず、マイクロスイッチ(マイクロリレー)、マルチ光学レンズのアクチュエータ(光スイッチ)、マイクロ流量計、圧力センサなどにも適用することができる。   In the above-described embodiment, the example in which the ink jet head is applied as a liquid droplet ejection head has been described. However, as a liquid droplet ejection head other than the ink jet head, for example, a liquid droplet ejection head that ejects liquid resist as liquid droplets, DNA The present invention can also be applied to other droplet discharge heads such as a droplet discharge head that discharges the sample as droplets. Electrostatic actuators and their manufacturing methods include not only micro pumps and optical devices (light modulation devices), but also micro switches (micro relays), multi optical lens actuators (light switches), micro flow meters, pressure sensors, etc. It can also be applied to.

本発明の第1実施形態に係る静電型アクチュエータを備えた本発明に係る液滴吐出ヘッドの斜視説明図である。FIG. 3 is a perspective explanatory view of a droplet discharge head according to the present invention including the electrostatic actuator according to the first embodiment of the present invention. 同ヘッドの分解斜視説明図である。It is a disassembled perspective explanatory drawing of the head. 図1の面S1に沿う断面説明図である。FIG. 2 is a cross-sectional explanatory view taken along a surface S1 in FIG. 図1の面S2に沿う断面説明図である。FIG. 2 is an explanatory cross-sectional view along a surface S2 of FIG. 同静電型アクチュエータを構成するアクチュエータ基板の要部平面説明図である。It is principal part plane explanatory drawing of the actuator board | substrate which comprises the electrostatic actuator. 図5のA−A線に沿う断面説明図である。FIG. 6 is a cross-sectional explanatory view taken along line AA in FIG. 5. 図5のB−B線に沿う断面説明図である。FIG. 6 is a cross-sectional explanatory view taken along line BB in FIG. 5. 図7の要部拡大断面説明図である。It is principal part expanded sectional explanatory drawing of FIG. 比較例の説明に供する図7と同様な要部拡大断面説明図である。It is principal part expanded sectional explanatory drawing similar to FIG. 7 with which it uses for description of a comparative example. 本発明に係る製造方法を適用した同アクチュエータ基板の製造工程の説明に供する図5のA−A線に沿う断面に相当する断面説明図である。FIG. 6 is an explanatory cross-sectional view corresponding to a cross section taken along line AA of FIG. 5 for explaining the manufacturing process of the actuator substrate to which the manufacturing method according to the present invention is applied. 図10に続く工程の説明に供する説明図である。It is explanatory drawing with which it uses for description of the process following FIG. 図11に続く工程の説明に供する説明図である。It is explanatory drawing with which it uses for description of the process following FIG. 同じく同アクチュエータ基板の製造工程の説明に供する図5のB−B線に沿う断面に相当する断面説明図である。FIG. 6 is a cross-sectional explanatory view corresponding to a cross section taken along line BB in FIG. 5 for explaining the manufacturing process of the actuator substrate. 図13に続く工程の説明に供する説明図である。It is explanatory drawing with which it uses for description of the process following FIG. 図14に続く工程の説明に供する説明図である。It is explanatory drawing with which it uses for description of the process following FIG. 本発明の第2実施形態に係る静電型アクチュエータを構成するアクチュエータ基板の説明に供する平面説明図である。It is a plane explanatory view used for explanation of an actuator substrate which constitutes an electrostatic actuator concerning a 2nd embodiment of the present invention. 図16のC−C線に沿う断面説明図である。It is sectional explanatory drawing which follows the CC line of FIG. 図16のD−D線に沿う断面説明図である。It is sectional explanatory drawing which follows the DD line | wire of FIG. 各実施形態における共通連通路とガス導入孔の配置の第1例の説明に供する模式的説明図である。It is typical explanatory drawing with which it uses for description of the 1st example of arrangement | positioning of the common communicating path and gas introduction hole in each embodiment. 同じく第2例の説明に供する模式的説明図である。It is a typical explanatory view similarly used for explanation of the 2nd example. 同じく第3例の説明に供する模式的説明図である。It is a typical explanatory view similarly provided for description of the third example. 同じく第4例の説明に供する模式的説明図である。It is a typical explanatory view similarly provided for description of the fourth example. 各実施形態における共通連通路とガス導入孔の配置の他の例の説明に供する模式的説明図である。It is typical explanatory drawing with which it uses for description of the other example of arrangement | positioning of the common communicating path and gas introduction hole in each embodiment. 本発明に係る静電型アクチュエータの他の例の説明に供する平面説明図である。It is a plane explanatory view used for explanation of other examples of the electrostatic actuator according to the present invention. 本発明に係る液体カートリッジの説明に供する斜視説明図である。FIG. 6 is a perspective explanatory view for explaining a liquid cartridge according to the present invention. 本発明に係る画像形成装置の一例を説明する斜視説明図である。1 is a perspective explanatory view illustrating an example of an image forming apparatus according to the present invention. 同画像形成装置の機構部の説明図である。It is explanatory drawing of the mechanism part of the image forming apparatus. 本発明に係るマイクロポンプの一例を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining an example of the micropump which concerns on this invention. 本発明に係る光学デバイスの一例を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining an example of the optical device which concerns on this invention. 同光学デバイスの応用例の説明に供する斜視説明図である。It is an isometric view explanatory drawing used for description of the application example of the same optical device.

符号の説明Explanation of symbols

1…アクチュエータ基板
2…流路基板
3…ノズル基板
4…ノズル孔
5…ノズル連通路
6…液室(吐出室)
7…流体抵抗部
9…液室間隔壁
10…共通液室
11…アクチュエータ素子
12…振動板
13…空隙
14…個別電極
15…共通連通路
15A…個別連通路
24…電極形成層(下層膜)
25…絶縁膜(中間膜)
26…開口
27…犠牲層
28…絶縁膜
29…犠牲層除去孔
32…振動板電極(上部電極)
33…膜撓み防止膜(窒化膜)
34…膜剛性調整膜
35…樹脂膜
100…液体カートリッジ
111…画像形成装置
124…記録ヘッド
201、301…アクチュエータ基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Actuator board | substrate 2 ... Flow path board | substrate 3 ... Nozzle board | substrate 4 ... Nozzle hole 5 ... Nozzle communication path 6 ... Liquid chamber (discharge chamber)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 7 ... Fluid resistance part 9 ... Liquid chamber space | interval wall 10 ... Common liquid chamber 11 ... Actuator element 12 ... Diaphragm 13 ... Air gap 14 ... Individual electrode 15 ... Common communication path 15A ... Individual communication path 24 ... Electrode formation layer (lower layer film)
25. Insulating film (intermediate film)
26 ... Opening 27 ... Sacrificial layer 28 ... Insulating film 29 ... Sacrificial layer removal hole 32 ... Diaphragm electrode (upper electrode)
33 ... Film bending prevention film (nitride film)
34 ... Film rigidity adjusting film 35 ... Resin film 100 ... Liquid cartridge 111 ... Image forming apparatus 124 ... Recording head 201, 301 ... Actuator substrate

Claims (9)

変形可能な振動板と、この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する電極とを備え、前記振動板を静電力で変形させる静電型アクチュエータにおいて、
複数の前記空隙が共通連通路で相互に連通され、
前記共通連通路は、前記空隙を形成する犠牲層が除去されて形成されている第1部分と、前記第1部分に通じ、前記電極を形成する電極形成層が除去されて形成されている第2部分とを有し、
前記共通連通路の前記第1部分の短辺側断面の長さよりも前記第2部分の短辺側断面の長さが長い
ことを特徴とする静電型アクチュエータ。
In an electrostatic actuator comprising a deformable diaphragm and an electrode facing the diaphragm through a gap formed by sacrificial layer etching, and deforming the diaphragm with an electrostatic force,
The plurality of gaps communicate with each other through a common communication path,
The common communication path is formed by removing a sacrificial layer that forms the gap, and a first portion that is formed by removing the electrode forming layer that communicates with the first portion and forms the electrode. Two parts,
The electrostatic actuator, wherein a length of a short side cross section of the second portion is longer than a length of a short side cross section of the first portion of the common communication path .
請求項に記載の静電型アクチュエータにおいて、前記共通連通路は外部又はバッファ室に連通していることを特徴とする静電型アクチュエータ。 2. The electrostatic actuator according to claim 1 , wherein the common communication path communicates with the outside or a buffer chamber. 請求項1又は2に記載の静電型アクチュエータにおいて、前記共通連通路は分岐していることを特徴とする静電型アクチュエータ。 3. The electrostatic actuator according to claim 1 or 2 , wherein the common communication path is branched. 請求項1ないし3のいずれかに記載の静電型アクチュエータを製造する製造方法において、前記共通連通路は前記空隙を犠牲層エッチングで形成するときに同時に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。 In the method for manufacturing an electrostatic actuator as claimed in any one of claims 1 to 3, wherein the common connection path is electrostatic actuator, characterized in that formed at the same time of forming a sacrificial layer etching said gap Manufacturing method. ノズルから液滴を吐出させるための静電型アクチュエータを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、前記静電型アクチュエータが請求項1ないしのいずれかに記載の静電型アクチュエータであることを特徴とする液滴吐出ヘッド。 4. A droplet discharge head comprising an electrostatic actuator for discharging droplets from a nozzle, wherein the electrostatic actuator is the electrostatic actuator according to any one of claims 1 to 3. Droplet discharge head. 液滴を吐出する液滴吐出ヘッドとこの液滴吐出ヘッドに記録液を供給するインクタンクを一体化した液体カートリッジにおいて、前記液滴吐出ヘッドが請求項に記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とする液体カートリッジ。 The liquid droplet ejection head according to claim 5 , wherein the liquid droplet ejection head for ejecting liquid droplets and an ink tank for supplying a recording liquid to the liquid droplet ejection head are integrated. A liquid cartridge characterized by. 液滴を吐出する液滴吐出ヘッドを搭載した画像形成装置において、前記液滴吐出ヘッドが請求項に記載の液滴吐出ヘッド又は請求項に記載の液体カートリッジの液滴吐出ヘッドであることを特徴とする画像形成装置。 8. An image forming apparatus equipped with a droplet discharge head for discharging droplets, wherein the droplet discharge head is the droplet discharge head according to claim 5 or the droplet discharge head of the liquid cartridge according to claim 7. An image forming apparatus. 静電型アクチュエータによって液体を輸送するマイクロポンプにおいて、前記静電型アクチュエータが請求項1ないしのいずれかに記載の静電型アクチュエータであることを特徴とするマイクロポンプ。 4. A micropump for transporting liquid by an electrostatic actuator, wherein the electrostatic actuator is the electrostatic actuator according to any one of claims 1 to 3 . 静電型アクチュエータによって光の反射方向を変化させる光学デバイスにおいて、前記静電型アクチュエータが請求項1ないしのいずれかに記載の静電型アクチュエータであることを特徴とする光学デバイス。 4. An optical device that changes the reflection direction of light by an electrostatic actuator, wherein the electrostatic actuator is the electrostatic actuator according to any one of claims 1 to 3 .
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