JP4797589B2 - Electrostatic actuator, droplet discharge head, droplet discharge apparatus, and electrostatic device - Google Patents

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Description

本発明は静電アクチュエータ、それを利用した液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及び静電デバイス、並びに静電アクチュエータの製造方法、液滴吐出ヘッドの製造方法に関する。   The present invention relates to an electrostatic actuator, a droplet discharge head using the same, a droplet discharge apparatus and an electrostatic device, a method for manufacturing an electrostatic actuator, and a method for manufacturing a droplet discharge head.

インクジェット式記録装置におけるインク吐出方法として、駆動手段に静電気力を利用した、いわゆる静電駆動方式のインクジェット記録装置が知られている。静電駆動方式のインクジェット記録装置は、振動板と固定電極である対向電極との間で電圧を供給/遮断することにより、振動板を対向電極に吸引、隔離させる動作を行わしめ、それによって生じる圧力変化を利用してインクを吐出している。従って、振動板と対向電極はインクが貯えられた圧力室の圧力を変動させる静電アクチュエータとして作用している。このような静電アクチュエータを適用した装置では、一般的に帯電した振動板と対向電極との間に、絶縁破壊やショートを防止するためのシリコン酸化膜の絶縁膜が形成されている(例えば、特許文献1)。
特開平11−165413号公報
As an ink discharge method in an ink jet recording apparatus, a so-called electrostatic driving ink jet recording apparatus using electrostatic force as a driving unit is known. The electrostatic drive type ink jet recording apparatus performs an operation of attracting and isolating the diaphragm from the counter electrode by supplying / cutting off a voltage between the diaphragm and the counter electrode which is a fixed electrode. Ink is ejected using pressure change. Therefore, the diaphragm and the counter electrode act as an electrostatic actuator that varies the pressure in the pressure chamber in which ink is stored. In an apparatus to which such an electrostatic actuator is applied, an insulating film of a silicon oxide film is generally formed between a charged diaphragm and a counter electrode to prevent dielectric breakdown or short circuit (for example, Patent Document 1).
Japanese Patent Laid-Open No. 11-165413

しかしながら、従来の絶縁膜は、絶縁膜表面での残留電荷影響により静電吸引圧力が安定せず、アクチュエータの安定駆動が確保できないという課題があった。また、絶縁膜が厚くなると静電吸引力が低下し、静電アクチュエータの小型化や高密度化が難しくなるという課題があった。   However, the conventional insulating film has a problem that the electrostatic suction pressure is not stabilized due to the influence of the residual charge on the surface of the insulating film, and the stable driving of the actuator cannot be secured. In addition, when the insulating film is thick, the electrostatic attractive force is reduced, which makes it difficult to reduce the size and increase the density of the electrostatic actuator.

本発明は上記課題に対応してなされたもので、振動板と対向電極との間の残留電荷影響の低減を実現して、安定した駆動が可能な静電アクチュエータを得ることを第1の目的とする。また、アクチュエータ駆動電圧の低電圧化を可能にして、小型でしかも駆動耐久性に優れた静電アクチュエータを得ることを第2の目的とする。さらにこれらに併せて、上記静電アクチュエータを備えた液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、静電デバイスを得ること、及びそれらの製造方法を提案する。   The present invention has been made in response to the above-mentioned problems. A first object of the present invention is to obtain an electrostatic actuator capable of stable driving by reducing the influence of residual charges between the diaphragm and the counter electrode. And It is a second object of the present invention to obtain a small-sized electrostatic actuator with excellent driving durability, which can reduce the actuator driving voltage. In addition to these, a droplet discharge head, a droplet discharge device, and an electrostatic device provided with the electrostatic actuator are obtained, and a manufacturing method thereof is proposed.

本発明の静電アクチュエータは、一方の電極として作用する平行に並んで形成された可撓性を有する複数のシリコン製の振動板と、前記振動板にギャップを隔てて対向し前記振動板との間で電圧が印加される複数の対向電極とを備え、前記振動板の前記対向電極との対向面に絶縁膜が形成されている静電アクチュエータであって、前記絶縁膜が形成された前記振動板と前記対向電極との対向面のそれぞれの表面に、ダイヤモンドライクカーボンからなる表面層が形成され、前記複数の振動板が平行に並んでいる方向を幅方向としたとき、各振動板の幅と各振動板に対向する各対向電極の幅とは等しく設定され、前記幅方向における各表面層の幅は各振動板の幅及び各対向電極の幅よりも狭く設定されており、前記表面層は、駆動により前記振動板と前記対向電極が当接する面の当接部分に区画形成され、かつその表面が撥水処理されており、前記対向電極の表面に酸化シリコンより大きな比誘電率を有する誘電体の保護膜が形成され、該保護膜上に前記表面層が形成されていることを特徴とする。
このように、振動板と対向電極との対向面のそれぞれの表面に、ダイヤモンドライクカーボンからなる表面層を形成することにより、振動板の最表面の水酸基密度が極めて小さくなり、振動板最表面の電荷密度や、水分吸着に起因する表面残留電荷が抑制されて、静電アクチュエータの安定駆動及び耐久性向上が可能となる。
Electrostatic actuator of the present invention, a plurality of silicon diaphragm to have a parallel side by side are formed flexible to act as one electrode, opposite to the diaphragm with a gap in the diaphragm A plurality of counter electrodes to which a voltage is applied, and an insulating film formed on a surface of the diaphragm facing the counter electrode, wherein the insulating film is formed When a surface layer made of diamond-like carbon is formed on each surface of the opposing surface of the diaphragm and the counter electrode, and the direction in which the plurality of diaphragms are arranged in parallel is a width direction, The width and the width of each counter electrode facing each diaphragm are set equal, and the width of each surface layer in the width direction is set narrower than the width of each diaphragm and each counter electrode, and the surface The layer is driven by the vibration. A dielectric protective film having a relative dielectric constant larger than that of silicon oxide is formed on a surface of the surface where the plate and the counter electrode are in contact with each other, and the surface thereof is water-repellent. And the surface layer is formed on the protective film.
Thus, by forming a surface layer made of diamond-like carbon on each surface of the opposing surface of the diaphragm and the counter electrode, the hydroxyl group density on the outermost surface of the diaphragm becomes extremely small, and The charge density and surface residual charge due to moisture adsorption are suppressed, and the electrostatic actuator can be stably driven and the durability can be improved.

前記表面層は、駆動により前記振動板と前記対向電極が当接する面に区画形成されていることが好ましい。このようにすることで、最小限の膜応力により振動板の対向電極への吸着を防止でき、静電アクチュエータの安定駆動が実現できる。
また、対向電極側に表面層を形成する場合には、対向電極の表面に誘電体の保護膜が形成され、その保護膜上にカーボン材料が形成されていることが好ましい。これにより、絶縁耐圧の向上を図るとともに、基板に成膜されたカーボン材料を所定の形状にパターニングする際における電極の酸化が防止できる。
It is preferable that the surface layer is partitioned and formed on a surface where the diaphragm and the counter electrode come into contact with each other by driving. By doing so, adsorption of the diaphragm to the counter electrode can be prevented with a minimum film stress, and stable driving of the electrostatic actuator can be realized.
When the surface layer is formed on the counter electrode side, a dielectric protective film is preferably formed on the surface of the counter electrode, and a carbon material is preferably formed on the protective film. Thereby, the withstand voltage can be improved and the oxidation of the electrode when the carbon material deposited on the substrate is patterned into a predetermined shape can be prevented.

本発明の液滴吐出ヘッドは、上記いずれかに記載の静電アクチュエータを備え、前記振動板が液滴を貯えて吐出させる圧力室の底面を構成しているものである。この液滴吐出ヘッドによれば、アクチュエータの残留電荷影響が抑えられ、安定した駆動が可能となるため、高精度で安定したインク吐出特性を確保し、高い印刷特性が得られる。
また、本発明の液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドを備えたものである。
さらに、本発明の静電デバイスは、上記いずれかに記載の静電アクチュエータを備えたものである。
A droplet discharge head of the present invention includes any one of the electrostatic actuators described above, and the diaphragm constitutes a bottom surface of a pressure chamber that stores and discharges droplets. According to this droplet discharge head, the influence of the residual charge of the actuator is suppressed and stable driving is possible. Therefore, highly accurate and stable ink discharge characteristics are ensured, and high printing characteristics can be obtained.
Moreover, a droplet discharge device of the present invention includes the above-described droplet discharge head.
Furthermore, an electrostatic device of the present invention includes any one of the electrostatic actuators described above.

実施形態1(静電アクチュエータ)
図1は本発明の実施形態1に係る静電アクチュエータの縦断面図である。本実施形態1に係る静電アクチュエータは、一方の電極として作用する可撓性を有した振動板12と、振動板12とギャップ10を介して対向する対向電極17が溝内に形成された電極基板3と、振動板12と対向電極17にパルス電圧を印可する駆動回路20(図1ではブロック表示)とを備える。
Embodiment 1 (electrostatic actuator)
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an electrostatic actuator according to Embodiment 1 of the present invention. The electrostatic actuator according to the first embodiment includes a flexible diaphragm 12 that functions as one electrode, and an electrode in which a counter electrode 17 facing the diaphragm 12 with a gap 10 is formed in the groove. A drive circuit 20 (block display in FIG. 1) that applies a pulse voltage to the substrate 3, the diaphragm 12, and the counter electrode 17 is provided.

振動板12はシリコン基板からなり、対向電極17に対向する面には、絶縁膜16Bと表面層16Cが積層されている。
絶縁膜16Bは、振動板12の駆動時、振動板12と対向電極17との間での絶縁破壊やショートを防止する作用を果たす。絶縁膜16Bとしては酸化シリコンが利用できる。ただし、絶縁膜16Bとして、酸化シリコンの比誘電率(3.2)より大きな比誘電率を有する、酸化アルミニウム、酸窒化シリコン、酸化タンタル、窒化ハフニウムシリケート、または酸窒化ハフニウムシリケートのいずれかを用いると、酸化シリコンより厚くして同等の静電吸引圧力を確保した上でより高い耐絶縁性を確保できる。換言すれば、酸化膜換算厚み(EOT)を薄くして必要な耐絶縁性を確保できる。
The diaphragm 12 is made of a silicon substrate, and an insulating film 16B and a surface layer 16C are laminated on the surface facing the counter electrode 17.
The insulating film 16 </ b> B functions to prevent dielectric breakdown and short circuit between the diaphragm 12 and the counter electrode 17 when the diaphragm 12 is driven. Silicon oxide can be used as the insulating film 16B. However, as the insulating film 16B, any one of aluminum oxide, silicon oxynitride, tantalum oxide, hafnium silicate, or hafnium oxynitride silicate having a relative dielectric constant larger than that of silicon oxide (3.2) is used. In addition, it can be made thicker than silicon oxide to ensure the same electrostatic attraction pressure and further ensure high insulation resistance. In other words, the required insulation resistance can be ensured by reducing the equivalent oxide thickness (EOT).

一方、表面層16Cは、振動板12の最表面の帯電を防止する作用を果たす。表面層16Cとして好ましい成膜材料は、ダイヤモンドライクカーボン(以下、DLCと称する)、ダイヤモンド、フラーレンC60またはカーボンナノチューブなどのカーボン材料である。なお、フラーレンC60は直径0.7nm程度の超微粒子を絶縁膜16Bや対向電極17の表面に付着させることにより、カーボンナノチューブは絶縁膜16Bや対向電極17の表面に植毛させることにより表面層16Cを形成することができる。
表面層16CにDLCなどを用いることにより、振動板12の最表面の水酸基密度が極めて小さくなり、振動板12の表面電荷密度や、水分吸着による表面残留電荷が抑制されて、振動板12の安定駆動が可能となる。特に、振動板12と対向電極17が当接する面にこの表面層16Cを設けることにより、最小限の膜応力により、安定した駆動を実現できる。また、振動板12と対向電極17の接触面の硬度が上がるため、それらの真実接触面積が小さくなり、接触帯電量すなわち表面残留電荷も低減される。
On the other hand, the surface layer 16 </ b> C functions to prevent charging of the outermost surface of the diaphragm 12. A preferable film forming material for the surface layer 16C is a carbon material such as diamond-like carbon (hereinafter referred to as DLC), diamond, fullerene C60, or carbon nanotube. The fullerene C60 attaches ultrafine particles having a diameter of about 0.7 nm to the surfaces of the insulating film 16B and the counter electrode 17, and the carbon nanotubes plant the surface layer 16C by flocking the surfaces of the insulating film 16B and the counter electrode 17. Can be formed.
By using DLC or the like for the surface layer 16C, the density of hydroxyl groups on the outermost surface of the diaphragm 12 becomes extremely small, the surface charge density of the diaphragm 12 and the surface residual charge due to moisture adsorption are suppressed, and the diaphragm 12 is stabilized. Drive becomes possible. In particular, by providing the surface layer 16C on the surface where the diaphragm 12 and the counter electrode 17 abut, stable driving can be realized with a minimum film stress. Further, since the hardness of the contact surface between the diaphragm 12 and the counter electrode 17 is increased, the true contact area is reduced, and the contact charge amount, that is, the surface residual charge is also reduced.

電極基板3は例えばホウ珪酸ガラスからなり、その溝内に、振動板12とギャップ10を隔てて対向する複数の対向電極17が形成されている。ギャップ10は例えば100〜300nmの間に設定される。対向電極17は、例えばITO(Indium Tin Oxide)をスパッタすることにより形成できる。   The electrode substrate 3 is made of, for example, borosilicate glass, and a plurality of counter electrodes 17 facing the diaphragm 12 with a gap 10 therebetween are formed in the groove. The gap 10 is set between 100 and 300 nm, for example. The counter electrode 17 can be formed, for example, by sputtering ITO (Indium Tin Oxide).

ここで上記静電アクチュエータの動作について説明する。駆動回路20を制御して振動板12と対向電極17の電極間に電圧の供給/遮断を行うことにより、振動板12を撓ませて対向電極17に接触させる動作と、振動板12を対向電極17から離して元の位置に戻す動作を行わせる。振動板12のこのような動作を利用した静電アクチュエータは、各種の装置やデバイスに適用することができる。   Here, the operation of the electrostatic actuator will be described. By controlling the drive circuit 20 to supply / shut off the voltage between the diaphragm 12 and the counter electrode 17, the diaphragm 12 is bent and brought into contact with the counter electrode 17, and the diaphragm 12 is brought into contact with the counter electrode. The operation of returning to the original position away from 17 is performed. The electrostatic actuator using such an operation of the diaphragm 12 can be applied to various apparatuses and devices.

上記静電アクチュエータによれば、表面層16Cにより、振動板12の最表面での電荷密度や、表面残留電荷が抑制される。従って、振動板12の対向電極17への吸着が防止されて、静電アクチュエータの安定駆動が可能となる。
また、絶縁膜16Bとして、酸化シリコンの比誘電率より大きな比誘電率を有する酸化アルミニウムなどを成膜すれば、酸化膜換算厚み(EOT)を薄くして絶縁耐圧を確保することができ、静電圧力を高めることができる。これにより、アクチュエータ駆動電圧の低電圧化を可能にして、小型でしかも駆動耐久性に優れた静電アクチュエータを得ることができる。
なお、表面層16Cを、振動板12の表面ではなく、対向電極17の表面に形成する構成としても、同様の効果を奏することができる。
According to the electrostatic actuator, the surface layer 16C suppresses the charge density at the outermost surface of the diaphragm 12 and the surface residual charge. Therefore, adsorption of the diaphragm 12 to the counter electrode 17 is prevented, and the electrostatic actuator can be driven stably.
In addition, if the insulating film 16B is formed of aluminum oxide or the like having a relative dielectric constant larger than that of silicon oxide, the equivalent oxide thickness (EOT) can be reduced to ensure a dielectric breakdown voltage. Voltage power can be increased. As a result, the actuator drive voltage can be lowered, and a small electrostatic actuator with excellent driving durability can be obtained.
The same effect can be obtained even when the surface layer 16C is formed not on the surface of the diaphragm 12 but on the surface of the counter electrode 17.

実施形態2(液滴吐出ヘッド)
次に、実施形態1の静電アクチュエータを適用した液滴吐出ヘッドについて説明する。
実施例1
図2は本発明の実施形態2の実施例1に係る液滴吐出ヘッドを示す縦断面図、図3は図2の液滴吐出ヘッドを90度向きを変えた方向からみた圧力室付近の断面図である。この液滴吐出ヘッド1は、キャビティ基板2、電極基板3、及びノズル基板4が積層されて接合されており、キャビティ基板2に形成された可撓性を有する振動板12と、電極基板3に形成された固定電極である対向電極17とが静電アクチュエータを構成している。対向電極17は、対応する圧力室毎に形成されているため個別電極とも称される。なお図2では、振動板12の対向電極17との対向面には絶縁膜16Bのみ表示し、表面層(図1の符号16Cに対応するもの)の図示は省略している。
Embodiment 2 (Droplet ejection head)
Next, a droplet discharge head to which the electrostatic actuator of Embodiment 1 is applied will be described.
Example 1
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a droplet discharge head according to Example 1 of Embodiment 2 of the present invention, and FIG. 3 is a cross section near the pressure chamber when the droplet discharge head of FIG. FIG. In this droplet discharge head 1, a cavity substrate 2, an electrode substrate 3, and a nozzle substrate 4 are laminated and bonded, and a flexible vibration plate 12 formed on the cavity substrate 2 and an electrode substrate 3. The counter electrode 17 which is the formed fixed electrode constitutes an electrostatic actuator. The counter electrode 17 is also called an individual electrode because it is formed for each corresponding pressure chamber. In FIG. 2, only the insulating film 16B is displayed on the surface of the diaphragm 12 facing the counter electrode 17, and the surface layer (corresponding to the reference numeral 16C in FIG. 1) is not shown.

キャビティ基板2は例えば単結晶シリコンからなり、底壁が振動板12として形成され、吐出液を貯えて吐出させる圧力室(吐出室ともいう)13となっている凹部が複数形成されている。圧力室13は図2の紙面手前側から紙面奥側にかけて平行に並んで形成されており、圧力室13の底面を構成する振動板12は、シリコン基板表面からボロン(B)を拡散させたボロンドープ層として形成されている。また、キャビティ基板2には、各圧力室13にインク等の液滴を供給するためのリザーバ14となる凹部と、このリザーバ14と各圧力室13を連通する細溝状のオリフィス15となる凹部が形成されている。また、リザーバ14は単一の凹部から形成されており、オリフィス15は各圧力室13に対して1つずつ形成されている。オリフィス15はノズル基板4の方に形成しても良い。   The cavity substrate 2 is made of, for example, single crystal silicon, has a bottom wall formed as a diaphragm 12, and a plurality of concave portions serving as pressure chambers (also referred to as discharge chambers) 13 for storing and discharging the discharge liquid. The pressure chambers 13 are formed in parallel from the front side to the back side in FIG. 2, and the diaphragm 12 constituting the bottom surface of the pressure chamber 13 is boron-doped by diffusing boron (B) from the silicon substrate surface. It is formed as a layer. The cavity substrate 2 has a recess serving as a reservoir 14 for supplying a droplet of ink or the like to each pressure chamber 13, and a recess serving as a narrow groove-like orifice 15 that communicates the reservoir 14 with each pressure chamber 13. Is formed. The reservoir 14 is formed from a single recess, and one orifice 15 is formed for each pressure chamber 13. The orifice 15 may be formed on the nozzle substrate 4.

キャビティ基板2の電極基板3が接合される側の面には、実施形態1で説明した絶縁膜16Bと表面層16Cとが形成されている。一方、キャビティ基板2のノズル基板4が接合される側の面には、耐液滴保護膜19が形成されている。この耐液滴保護膜19は、圧力室13やリザーバ14の内部の液滴によりキャビティ基板2がエッチングされるのを防止するためのものである。   The insulating film 16B and the surface layer 16C described in the first embodiment are formed on the surface of the cavity substrate 2 where the electrode substrate 3 is bonded. On the other hand, a droplet-proof protective film 19 is formed on the surface of the cavity substrate 2 on the side where the nozzle substrate 4 is bonded. The droplet-resistant protective film 19 is for preventing the cavity substrate 2 from being etched by droplets inside the pressure chamber 13 and the reservoir 14.

電極基板3は例えばホウ珪酸ガラスからなり、キャビティ基板2の振動板12に対向するように接合されている。電極基板3には、振動板12とギャップ10を隔てて対向する複数の対向電極17が形成されている。ギャップ10は封止材11で封止されている。対向電極17は、例えばITO(Indium Tin Oxide)をスパッタすることにより形成できる。電極基板3には、リザーバ14と連通する吐出液供給口18が形成されている。この吐出液供給口18は、リザーバ14の底壁に設けられた孔と繋がっており、リザーバ14にインク等の液滴を外部から供給するために設けられている。   The electrode substrate 3 is made of, for example, borosilicate glass, and is bonded so as to face the diaphragm 12 of the cavity substrate 2. A plurality of counter electrodes 17 are formed on the electrode substrate 3 to face the diaphragm 12 with a gap 10 therebetween. The gap 10 is sealed with a sealing material 11. The counter electrode 17 can be formed, for example, by sputtering ITO (Indium Tin Oxide). A discharge liquid supply port 18 communicating with the reservoir 14 is formed in the electrode substrate 3. The discharge liquid supply port 18 is connected to a hole provided in the bottom wall of the reservoir 14 and is provided to supply droplets such as ink to the reservoir 14 from the outside.

ノズル基板4は圧力室に対応した複数のノズル8を備えた基板であり、キャビティ基板2の電極基板3が接合された面と反対側の面に接合されている。ノズル基板4はシリコン等からなり、そのノズル8は、例えば円筒状の第1のノズル孔と、第1のノズル孔と連通し第1のノズル孔よりも径の大きい円筒状の第2のノズル孔とからなる。   The nozzle substrate 4 is a substrate provided with a plurality of nozzles 8 corresponding to the pressure chambers, and is bonded to the surface of the cavity substrate 2 opposite to the surface where the electrode substrate 3 is bonded. The nozzle substrate 4 is made of silicon or the like, and the nozzle 8 includes, for example, a cylindrical first nozzle hole and a cylindrical second nozzle that communicates with the first nozzle hole and has a larger diameter than the first nozzle hole. It consists of holes.

この液滴吐出ヘッド1のアクチュエータ部では、表面層16Cを形成するDLC膜は、振動板12と対向電極17が吸着する部分に設けられていて、吸着部分に多く残留する残留電荷を効率的に抑制すると共に、電極基板3とキャビティ基板2の陽極接合等による接合強度と、気密性といった接合品質も確保している。
なお、図3に示す例では、それぞれの膜厚を、絶縁膜(SiO2)16Bが80nm、表面層(DLC膜)16Cが10nmとし、絶縁耐圧が優れたSiO2膜の厚み割合を大きくしている。そして、ギャップ10の距離は110nmとしている。さらに、効率良く振動板12を対向電極17に吸引するために、振動板12の幅と各対向電極17の幅はほぼ等しく設定し、表面層16Cの幅は振動板12よりも狭く設定している。このように、表面層16Cの幅を振動板12の幅よりも狭く設定することにより、表面層16CのDLC膜の大きな膜応力により振動板12が撓む不具合を解消している。
In the actuator portion of the droplet discharge head 1, the DLC film forming the surface layer 16C is provided in a portion where the diaphragm 12 and the counter electrode 17 are adsorbed, and the residual charge remaining in the adsorbed portion is efficiently removed. In addition to the suppression, the bonding strength such as the anodic bonding of the electrode substrate 3 and the cavity substrate 2 and the airtightness are ensured.
In the example shown in FIG. 3, the thickness of the insulating film (SiO 2 ) 16B is 80 nm, the surface layer (DLC film) 16C is 10 nm, and the thickness ratio of the SiO 2 film having excellent withstand voltage is increased. ing. The distance of the gap 10 is 110 nm. Further, in order to suck the diaphragm 12 to the counter electrode 17 efficiently, the width of the diaphragm 12 and the width of each counter electrode 17 are set to be substantially equal, and the width of the surface layer 16C is set to be narrower than that of the diaphragm 12. Yes. Thus, by setting the width of the surface layer 16C to be narrower than the width of the diaphragm 12, the problem that the diaphragm 12 is bent due to a large film stress of the DLC film of the surface layer 16C is eliminated.

DLC膜は硬く、振動板12が対向電極17に吸着したときの真実接触面積が小さいため、絶縁膜16Bの接触帯電による残留電荷を低減できる。また、ダイヤモンドライクな膜であるため、結晶を構成するSP3混成軌道の全ての軌道に電子が充填された状態で表面に水酸基が形成され難いため、水分子(吸着水)の付着による帯電による残留電荷も低減できる。なお、DLC膜の代わりに、同じく硬く、表面に水酸基を形成しないCVDで成膜されるダイヤモンド薄膜を成膜してもよい。ダイヤモンド薄膜によれば、より硬く緻密な表面層を形成可能であるため、残留電荷の低減などの目的のためにはDLC膜よりも優れた表面層16Cとなる。ただし、DLC膜はダイヤモンド薄膜より簡便に所望の表面層を形成できる。   Since the DLC film is hard and the real contact area when the diaphragm 12 is adsorbed to the counter electrode 17 is small, the residual charge due to contact charging of the insulating film 16B can be reduced. In addition, since it is a diamond-like film, it is difficult to form hydroxyl groups on the surface when all the orbitals of the SP3 hybrid orbits constituting the crystal are filled with electrons. Electric charge can also be reduced. Instead of the DLC film, a diamond thin film formed by CVD which is also hard and does not form a hydroxyl group on the surface may be formed. According to the diamond thin film, a harder and denser surface layer can be formed. Therefore, the surface layer 16C is superior to the DLC film for the purpose of reducing residual charges. However, the DLC film can form a desired surface layer more easily than the diamond thin film.

次に図3に示した液滴吐出ヘッド1の作用について説明する。キャビティ基板2と個々の対向電極17には駆動回路20が接続されている。駆動回路20によりキャビティ基板2と対向電極17の間にパルス電圧が印加されると、振動板12が対向電極17に引き寄せられて、その表面層16Cが対向電極17に吸着する。これにより圧力室13の内部に負圧が発生し、リザーバ14の内部に溜まっていたインク等の液体が圧力室13に流れ込む。流れ込んだ液体により圧力室13の内部の圧力が上昇に向かうタイミングで、キャビティ基板2と電極17の間に印加されていた電圧が解除されると、振動板12が元の位置に戻って圧力室13の内部の圧力が更に上昇して高くなるため、ノズル8から液滴が吐出される。   Next, the operation of the droplet discharge head 1 shown in FIG. 3 will be described. A drive circuit 20 is connected to the cavity substrate 2 and each counter electrode 17. When a pulse voltage is applied between the cavity substrate 2 and the counter electrode 17 by the drive circuit 20, the diaphragm 12 is attracted to the counter electrode 17 and the surface layer 16 </ b> C is adsorbed to the counter electrode 17. As a result, a negative pressure is generated in the pressure chamber 13, and a liquid such as ink that has accumulated in the reservoir 14 flows into the pressure chamber 13. When the voltage applied between the cavity substrate 2 and the electrode 17 is released at the timing when the pressure inside the pressure chamber 13 increases due to the liquid that has flowed in, the diaphragm 12 returns to its original position and returns to the pressure chamber. Since the pressure inside 13 further rises and becomes higher, droplets are ejected from the nozzle 8.

実施例2
ここでは、振動板12の表面に代えて、固定電極である対向電極17に表面層16Cを成膜した液滴吐出ヘッドの例を説明する。図4は図3に対応する実施例2の液滴吐出ヘッドの圧力室付近拡大図である。なお、この液滴吐出ヘッドは、表面層16Cが対向電極17に成膜されている点を除いて、図2の液滴吐出ヘッドと同じ構成とする。
ここでは、絶縁膜(SiO2)16Bを80nm、表面層(DLC膜)16Cを10nmとしている。絶縁膜16Bと表面層16Cの間の距離で決まるギャップは110nmとしている。また、振動板12が対向電極17に当接する幅が、対向電極17の幅よりも狭くなることから、表面層16Cの対向電極17に対するパターニングによる区画形成の位置合わせズレを考慮し、表面層C16の幅は対向電極17の幅よりも狭く設定している。 DLCは硬く、振動板12が対向電極17に吸着したときのDLC膜とSiO2膜の真実接触面積が小さいため、同構成においても絶縁膜16Bの接触帯電による、残留電荷を低減できる。なお、実施例2の液滴吐出ヘッドは、キャビティ基板2には絶縁膜(誘電体層)を設けるだけでよいので、キャビティ基板2の製造が容易となっている。
Example 2
Here, an example of a droplet discharge head in which the surface layer 16C is formed on the counter electrode 17 that is a fixed electrode instead of the surface of the diaphragm 12 will be described. FIG. 4 is an enlarged view of the vicinity of the pressure chamber of the droplet discharge head according to the second embodiment corresponding to FIG. The droplet discharge head has the same configuration as the droplet discharge head of FIG. 2 except that the surface layer 16C is formed on the counter electrode 17.
Here, the insulating film (SiO 2 ) 16B is 80 nm, and the surface layer (DLC film) 16C is 10 nm. The gap determined by the distance between the insulating film 16B and the surface layer 16C is 110 nm. In addition, since the width of the diaphragm 12 in contact with the counter electrode 17 is narrower than the width of the counter electrode 17, the surface layer C 16 is considered in consideration of misalignment of partition formation by patterning of the surface layer 16 C with respect to the counter electrode 17. Is set to be narrower than the width of the counter electrode 17. Since the DLC is hard and the real contact area between the DLC film and the SiO 2 film when the diaphragm 12 is adsorbed to the counter electrode 17 is small, the residual charge due to the contact charging of the insulating film 16B can be reduced even in this configuration. In the liquid droplet ejection head of Example 2, the cavity substrate 2 only needs to be provided with an insulating film (dielectric layer), so that the cavity substrate 2 can be easily manufactured.

実施例3
ここでは、実施例2の表面層16Cの配置態様を更に変更した例を示す。図5は図3に対応する実施例3の液滴吐出ヘッドの圧力室付近拡大図である。なお、この液滴吐出ヘッドは、表面層16Cが対向電極17に成膜された誘電体層上に成膜されている点を除いて、図2の液滴吐出ヘッドと同じ構成とする。
実施例3は、対向電極16表面に、保護膜16Dを成膜しその保護膜16Dの上に表面層16Cを成膜したものである。保護膜16Dとしては誘電体と絶縁体の両方の機能も同時に有するものが好ましく、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸窒化シリコン、酸化タンタル、窒化ハフニウムシリケートなどを成膜する。これにより、対向電極17上に表面層16Cを酸素プラズマなどを利用して区画形成する際に、対向電極17の酸化を防止できる。なお、実施例3の場合、各膜厚は、例えば絶縁膜16Bを60nm、表面層16Cを10nm、保護膜16Dを30nmとしている。
Example 3
Here, the example which further changed the arrangement | positioning aspect of the surface layer 16C of Example 2 is shown. FIG. 5 is an enlarged view of the vicinity of the pressure chamber of the droplet discharge head according to the third embodiment corresponding to FIG. This droplet discharge head has the same configuration as the droplet discharge head of FIG. 2 except that the surface layer 16C is formed on the dielectric layer formed on the counter electrode 17.
In Example 3, a protective film 16D is formed on the surface of the counter electrode 16, and a surface layer 16C is formed on the protective film 16D. The protective film 16D preferably has both functions of a dielectric and an insulator. Silicon oxide, aluminum oxide, silicon oxynitride, tantalum oxide, hafnium silicate, or the like is formed. Thereby, when the surface layer 16C is partitioned and formed on the counter electrode 17 using oxygen plasma or the like, the counter electrode 17 can be prevented from being oxidized. In the case of Example 3, the film thicknesses are, for example, 60 nm for the insulating film 16B, 10 nm for the surface layer 16C, and 30 nm for the protective film 16D.

ところで図3から図5では、振動板12と対向電極17の対向面の何れか一方の表面に表面層16Cを設けているが、それらの対向面の双方に表面層16Cを設ける構成としてもよい。この場合には、振動板12と対向電極17が当接した際の真実接触面積はより小さくなるため、接触帯電による残留電荷とそれによる駆動電圧の変動への影響は更に低減することができる。   In FIGS. 3 to 5, the surface layer 16C is provided on one of the opposing surfaces of the diaphragm 12 and the counter electrode 17, but the surface layer 16C may be provided on both of the opposing surfaces. . In this case, since the real contact area when the diaphragm 12 and the counter electrode 17 are in contact with each other becomes smaller, it is possible to further reduce the residual charge due to contact charging and the influence on the fluctuation of the drive voltage.

(液滴吐出ヘッドの製造方法−図3に示す液滴吐出ヘッドの場合)
図6は上記実施例1に係る液滴吐出ヘッドの製造工程を示すフローチャートである。
(a)まず、電極基板3を製作する(S0)。電極基板3は、例えばホウ珪酸ガラス基板に金・クロムのエッチングマスクを施し、該ガラス基板をフッ酸水溶液等でエッチングして凹部(または溝部)を形成した後に、凹部内にスパッタ等によりITOからなる対向電極17を形成することで製作することができる。
(b)次に、キャビテキ基板となる例えば厚さが525μmのシリコン基板を用意する。シリコン基板はその両面を鏡面研磨し、その片側表面にボロンをドープして、例えば2μm程度の厚さのボロンドーブ層を形成する。このボロンドーブ層は、後に振動板12となるものである。さらに、シリコン基板のボロンドーブ層が形成されている表面に絶縁膜(又は誘電体層)16Bを形成する(S1)。絶縁膜16Bの形成は、TESOプラズマCVDにより緻密で絶縁性に優れた酸化シリコン膜を成膜するのが好ましい。また、絶縁膜16Bは、酸化アルミニウムや酸窒化シリコンを、ALD(Atomic Layer Deposition)法、ECRスパッタまたはプラズマCVDにより成膜してもよい。
(c)続いて、絶縁膜16Bの表面に表面層16Cを形成する。表面層16Cの形成は、RFプラズマCVD等により、DLCやダイヤモンドを成膜する(S2)。また、フラーレンC60の超微粒子を絶縁膜16Bの表面に付着させる方法や、カーボンナノチューブを絶縁膜16Bの表面に植毛させる方法によっても表面層16Cを成膜してもよい。
さらに、表面層16Cをドライフィルムレジストでパターニングして、対向電極17との接触部分に対応する部分を保護した後(S3)、酸素プラズマにより余分なDLCを酸化して除去する(S4)。酸素プラズマを利用すれば、DLCやダイヤモンド薄膜等のカーボン材料を効率良く酸化して除去し、区画形成することができる。
なお、成膜された表面層16Cの表面は、工程S3の前に硝酸系やフッ酸系の洗浄液による洗浄とリンス等による表面処理により表面を水素終端させることにより、表面の水酸基を低減し、撥水性としておくのが良い。
(Manufacturing method of the droplet discharge head-in the case of the droplet discharge head shown in FIG. 3)
FIG. 6 is a flowchart showing manufacturing steps of the droplet discharge head according to the first embodiment.
(A) First, the electrode substrate 3 is manufactured (S0). For example, the electrode substrate 3 is formed by applying a gold / chromium etching mask to a borosilicate glass substrate, etching the glass substrate with a hydrofluoric acid aqueous solution or the like to form a recess (or a groove), and then sputtering the ITO into the recess by sputtering or the like. The counter electrode 17 can be formed.
(B) Next, for example, a silicon substrate having a thickness of 525 μm to be a cavity substrate is prepared. The silicon substrate is mirror-polished on both sides, and boron is doped on one side surface to form a boron dove layer having a thickness of about 2 μm, for example. This boron dove layer will later become the diaphragm 12. Further, an insulating film (or dielectric layer) 16B is formed on the surface of the silicon substrate on which the boron dove layer is formed (S1). The insulating film 16B is preferably formed by forming a dense silicon oxide film having excellent insulating properties by TESO plasma CVD. The insulating film 16B may be formed of aluminum oxide or silicon oxynitride by an ALD (Atomic Layer Deposition) method, ECR sputtering, or plasma CVD.
(C) Subsequently, a surface layer 16C is formed on the surface of the insulating film 16B. The surface layer 16C is formed by depositing DLC or diamond by RF plasma CVD or the like (S2). Alternatively, the surface layer 16C may be formed by a method of attaching ultrafine particles of fullerene C60 to the surface of the insulating film 16B or a method of implanting carbon nanotubes on the surface of the insulating film 16B.
Further, after patterning the surface layer 16C with a dry film resist to protect the portion corresponding to the contact portion with the counter electrode 17 (S3), excess DLC is oxidized and removed by oxygen plasma (S4). If oxygen plasma is used, carbon materials such as DLC and diamond thin film can be efficiently oxidized and removed to form compartments.
The surface of the formed surface layer 16C is subjected to hydrogen termination by surface treatment with a nitric acid-based or hydrofluoric acid-based cleaning liquid and rinsing before the step S3, thereby reducing surface hydroxyl groups, It should be water-repellent.

(d)以上のようにして絶縁層16Bが形成されたシリコン基板と、対向電極17が形成された電極基板3とを接合する(S5)。ここでは、電極基板3を例えば360℃に加熱し、シリコン基板に陽極、電極基板3に陰極をそれぞれ接続して800V程度の電圧を印加して陽極接合により接合する。なお、シリコン基板と電極基板の接合は接着剤による接合も可能である。また、それらの接合の後には、残留電荷の蓄積を抑制する目的で、シリコン基板と電極基板とにより形成されたギャップ10の内壁面を、シラン系またはフッ素系の処理剤で疎水化処理しておくのが好ましい。
(e)続いて、電極基板3に接合されたシリコン基板の全体を、例えば機械研削によって、厚さ140μm程度になるまで薄板化する(S6)。なお、機械研削を行った後には、加工変質層を除去するため水酸化カリウム水溶液等でライトエッチングを行うのが望ましい(S7)。機械研削の代わりに、水酸化カリウム水溶液によるウェットエッチングによってシリコン基板の薄板化を行っても良い。
(f)それから、シリコン基板の上面(電極基板3が接合されている面の反対面)の全面にTEOSプラズマCVDによって例えば厚さ1.5μmの酸化シリコン膜を形成する。そして、この酸化シリコン膜に、圧力室13となる凹部、リザーバ14となる凹部及びオリフィスとなる凹部となる部分を形成するためのレジストをパターニングし、この部分の酸化シリコン膜をエッチングして除去する(S8)。
(D) The silicon substrate on which the insulating layer 16B is formed as described above is bonded to the electrode substrate 3 on which the counter electrode 17 is formed (S5). Here, the electrode substrate 3 is heated to, for example, 360 ° C., an anode is connected to the silicon substrate, and a cathode is connected to the electrode substrate 3. A voltage of about 800 V is applied and bonded by anodic bonding. Note that the silicon substrate and the electrode substrate can be joined with an adhesive. After the bonding, the inner wall surface of the gap 10 formed by the silicon substrate and the electrode substrate is hydrophobized with a silane-based or fluorine-based processing agent for the purpose of suppressing the accumulation of residual charges. It is preferable to leave.
(E) Subsequently, the entire silicon substrate bonded to the electrode substrate 3 is thinned to a thickness of about 140 μm by, for example, mechanical grinding (S6). After mechanical grinding, it is desirable to perform light etching with an aqueous potassium hydroxide solution or the like to remove the work-affected layer (S7). Instead of mechanical grinding, the silicon substrate may be thinned by wet etching with an aqueous potassium hydroxide solution.
(F) Then, a silicon oxide film having a thickness of, for example, 1.5 μm is formed on the entire upper surface of the silicon substrate (the surface opposite to the surface to which the electrode substrate 3 is bonded) by TEOS plasma CVD. Then, the silicon oxide film is patterned with a resist for forming a concave portion to be the pressure chamber 13, a concave portion to be the reservoir 14, and a concave portion to be the orifice, and the silicon oxide film in this portion is removed by etching. (S8).

(g)その後、シリコン基板を水酸化カリウム水溶液等で異方性ウェットエッチングすることにより、圧力室13となる凹部、リザーバ14となる凹部(図示せず)及びオリフィスとなる凹部(図示せず)を形成し、その後酸化シリコン膜を除去する(S9)。このウェットエッチングの工程では、例えば初めに35重量%の水酸化カリウム水溶液を使用し、その後3重量%の水酸化カリウム水溶液を使用する2段階のエッチングを実施するのが好ましい。これにより、振動板12の面荒れを抑制することができるからである。以上のエッチング処理においては、先に形成していたボロンドープ層がエッチストップとして作用し、残ったボロンドープ層が振動板12として形成される。
この後、シリコン基板の圧力室13となる凹部等が形成された面に、例えばCVDによって酸化シリコン等からなる耐液滴保護膜を例えば厚さ0.1μmで形成する。また、シリコン基板の振動板12と電極基板の対向電極との間に形成されているギャップを封止する(S10)。
(h)次に、ICP(Inductively Coupled Plasma)放電によるドライエッチング等によってノズル8が形成されたノズル基板4を、シリコン基板(キャビティ基板2と同じ)の電極基板3が接合されている側と反対側に接着剤等により接合する(S11)。
(i)最後に、例えばキャビティ基板2、電極基板3、及びノズル基板4が接合された接合基板をダイシング(切断)により分離して、液滴吐出ヘッド1が完成する(S12)。
(G) Thereafter, the silicon substrate is anisotropically wet etched with an aqueous potassium hydroxide solution or the like to thereby form a recess to be the pressure chamber 13, a recess to be the reservoir 14 (not shown), and a recess to be the orifice (not shown). After that, the silicon oxide film is removed (S9). In this wet etching step, it is preferable to perform two-stage etching using, for example, a 35% by weight potassium hydroxide aqueous solution first and then a 3% by weight potassium hydroxide aqueous solution. This is because surface roughness of the diaphragm 12 can be suppressed. In the above etching process, the previously formed boron doped layer acts as an etch stop, and the remaining boron doped layer is formed as the diaphragm 12.
Thereafter, a droplet-resistant protective film made of silicon oxide or the like is formed with a thickness of, for example, 0.1 μm on the surface of the silicon substrate on which the recesses or the like that will become the pressure chambers 13 are formed. Further, a gap formed between the vibration plate 12 of the silicon substrate and the counter electrode of the electrode substrate is sealed (S10).
(H) Next, the nozzle substrate 4 on which the nozzle 8 is formed by dry etching or the like by ICP (Inductively Coupled Plasma) discharge is opposite to the side where the electrode substrate 3 of the silicon substrate (same as the cavity substrate 2) is bonded. Bonded to the side by an adhesive or the like (S11).
(I) Finally, for example, the bonded substrate to which the cavity substrate 2, the electrode substrate 3, and the nozzle substrate 4 are bonded is separated by dicing (cutting), thereby completing the droplet discharge head 1 (S12).

図6の工程による液滴吐出ヘッドの製造方法によれば、振動板12の表面を構成している表面層16Cでの残留電荷影響の抑制が可能となり、安定した駆動を可能とする液滴吐出ヘッドが製造できる。また、絶縁膜16Bとして酸化シリコンより比誘電率の高い材料を成膜することにより、絶縁膜の厚さを薄くしても振動板12と対向電極17との間に必要な絶縁耐圧を確保することが可能となるため、アクチュエータ駆動電圧の低電圧化が実現された、小型でしかも駆動耐久性に優れた液滴吐出ヘッドが製造できる。   According to the method for manufacturing a droplet discharge head according to the process of FIG. 6, it is possible to suppress the influence of residual charges on the surface layer 16 </ b> C constituting the surface of the diaphragm 12, and the droplet discharge that enables stable driving. The head can be manufactured. Further, by forming a material having a relative dielectric constant higher than that of silicon oxide as the insulating film 16B, a necessary withstand voltage is ensured between the diaphragm 12 and the counter electrode 17 even if the thickness of the insulating film is reduced. Therefore, it is possible to manufacture a droplet discharge head that is small in size and excellent in driving durability, in which the actuator driving voltage is reduced.

(液滴吐出ヘッドの製造方法−図4に示す液滴吐出ヘッドの場合)
図7は上記実施例2に係る液滴吐出ヘッドの製造工程を示すフローチャートである。
(a)まず、電極基板3を形成する。電極基板3は、例えばホウ珪酸ガラス基板に金・クロムのエッチングマスクを施し、該ガラス基板をフッ酸水溶液等でエッチングして凹部(または溝部)を形成した後に、凹部内にスパッタ等によりITOからなる対向電極17を形成する(S01)。
(b)続いて、電極基板3の対向電極17が形成された側に表面層16Cを形成する。表面層16Cの形成は、プラズマCVDにより、DLCやダイヤモンドを成膜する(S02)。なお、実施例3の液滴吐出ヘッドを製造する場合には、対向電極17面に誘電体層16Dを形成してから、DLCやダイヤモンドを成膜する。
(c)さらに、表面層16Cをドライフィルムレジストでパターニングして、対向電極と接触部分に対応する部分を保護する(S03)。なお、DLC膜の対向電極17に対するパターニングによる区画形成の位置合わせのずれを考慮し、DLC膜は図4に示すように、対向電極17の幅より少し狭くするのが好ましい。
(d)そして、酸素プラズマにより余分なDLCを酸化して除去し、その後ドライフィルムレジストを剥離する(04)。
(e)その後、電極基板3に吐出液供給口をドリルなどを利用して開口する(S05)。
(f)一方、キャビテキ基板となる例えば厚さが525μmのシリコン基板を用意する。シリコン基板はその両面を鏡面研磨し、その片側表面にボロンをドープして、例えば2μm程度の厚さのボロンドーブ層を形成する。このボロンドーブ層は、後に振動板12となるものである。さらに、シリコン基板のボロンドーブ層が形成されている表面に絶縁膜16Bを形成する。絶縁膜16Bの形成は、TESOプラズマCVDにより緻密で絶縁性に優れた酸化シリコン膜を成膜できる。また、絶縁膜16Bは、酸化アルミニウムや酸窒化シリコンを、ALD法、ECRスパッタまたはプラズマCVDにより成膜してもよい(S1)。
(g)そして、S01〜S05の工程が終了した電極基板3と、S1の工程が終了したシリコン基板とを、表面層16Cが形成された面と絶縁膜16Bが形成された面とを対向させて陽極接合する(S5)。この後は、図6のS6〜S12と同じ工程を経て、液滴吐出ヘッドが完成する。
(Droplet Discharge Head Manufacturing Method—Droplet Discharge Head Shown in FIG. 4)
FIG. 7 is a flowchart showing manufacturing steps of the droplet discharge head according to the second embodiment.
(A) First, the electrode substrate 3 is formed. For example, the electrode substrate 3 is formed by applying a gold / chromium etching mask to a borosilicate glass substrate, etching the glass substrate with a hydrofluoric acid aqueous solution or the like to form a recess (or a groove), and then sputtering the ITO into the recess by sputtering or the like. The counter electrode 17 is formed (S01).
(B) Subsequently, a surface layer 16C is formed on the side of the electrode substrate 3 on which the counter electrode 17 is formed. The surface layer 16C is formed by depositing DLC or diamond by plasma CVD (S02). When manufacturing the droplet discharge head of Example 3, the dielectric layer 16D is formed on the surface of the counter electrode 17, and then DLC or diamond is formed.
(C) Further, the surface layer 16C is patterned with a dry film resist to protect the portion corresponding to the counter electrode and the contact portion (S03). In consideration of misalignment of partition formation due to patterning of the DLC film with respect to the counter electrode 17, the DLC film is preferably slightly narrower than the width of the counter electrode 17 as shown in FIG. 4.
(D) Then, excess DLC is oxidized and removed by oxygen plasma, and then the dry film resist is peeled off (04).
(E) Thereafter, a discharge liquid supply port is opened in the electrode substrate 3 by using a drill or the like (S05).
(F) On the other hand, for example, a silicon substrate having a thickness of 525 μm to be a cavity substrate is prepared. The silicon substrate is mirror-polished on both sides, and boron is doped on one side surface to form a boron dove layer having a thickness of about 2 μm, for example. This boron dove layer will later become the diaphragm 12. Further, an insulating film 16B is formed on the surface of the silicon substrate where the boron dove layer is formed. The insulating film 16B can be formed by forming a dense and excellent insulating silicon oxide film by TESO plasma CVD. The insulating film 16B may be formed of aluminum oxide or silicon oxynitride by ALD, ECR sputtering, or plasma CVD (S1).
(G) Then, the surface on which the surface layer 16C is formed and the surface on which the insulating film 16B is formed are opposed to the electrode substrate 3 on which the steps S01 to S05 are completed and the silicon substrate on which the step S1 is completed. And anodic bonding (S5). Thereafter, the same steps as S6 to S12 in FIG. 6 are performed to complete the droplet discharge head.

図7の上記方法によっても、図6の方法とほぼ同様の効果が得られる。加えて、図7の方法によれば、キャビティ基板に表面層16Cを形成しないため、その分キャビティ基板の加工が簡素化される。   Also by the above method of FIG. 7, substantially the same effect as the method of FIG. 6 can be obtained. In addition, according to the method of FIG. 7, since the surface layer 16C is not formed on the cavity substrate, the processing of the cavity substrate is simplified correspondingly.

実施形態3(液滴吐出装置)
図8は実施形態2の液滴吐出ヘッドを備えた本発明の実施形態3に係る液滴吐出装置の一例を示した外観図である。図8に示す液滴吐出装置100は、液滴としてインクを吐出するインクジェットプリンタである。この液滴吐出装置100は、そこに採用されている液滴吐出ヘッドの作用により、静電アクチュエータ部分の残留電荷影響が低減されるため、安定した駆動による高精度のインク吐出が可能となる。さらに、液滴吐出装置100は、低電力駆動が可能となり小型で駆動耐久性に優れたものとなる。
なお、実施形態2の液滴吐出ヘッドは、ここに示したインクジェットプリンタの他に、吐出する液滴を種々変更することで、カラーフィルタのマトリクスパターンの形成、有機EL表示装置の発光部の形成、生体液体試料の吐出等を行う液滴吐出装置にも適用することができる。
Embodiment 3 (Droplet Discharge Device)
FIG. 8 is an external view showing an example of a droplet discharge device according to a third embodiment of the present invention that includes the droplet discharge head according to the second embodiment. A droplet discharge device 100 shown in FIG. 8 is an inkjet printer that discharges ink as droplets. In this droplet discharge device 100, the effect of the residual charge in the electrostatic actuator portion is reduced by the action of the droplet discharge head employed therein, and therefore, highly accurate ink discharge by stable driving becomes possible. Further, the droplet discharge device 100 can be driven with low power, and is small in size and excellent in driving durability.
In addition to the ink jet printer shown here, the droplet discharge head according to the second embodiment can form a matrix pattern of a color filter and a light emitting portion of an organic EL display device by changing various droplets to be discharged. The present invention can also be applied to a droplet discharge device that discharges a biological liquid sample.

実施形態4(静電デバイス)
図9は実施形態1の静電アクチュエータを備えた本発明の実施形態4に係る静電デバイスの一例を示す斜視図である。図9に示す静電デバイスは波長可変フィルタ200であり、これは、駆動電極部210、可動部220及びパッケージ部230を備え、可動部220の位置変動を利用して、入射した光から特定の波長の光をフィルタリングして、それを出射させるものである。
Embodiment 4 (electrostatic device)
FIG. 9 is a perspective view showing an example of the electrostatic device according to the fourth embodiment of the present invention including the electrostatic actuator according to the first embodiment. The electrostatic device shown in FIG. 9 is a wavelength tunable filter 200, which includes a drive electrode unit 210, a movable unit 220, and a package unit 230, and uses a position variation of the movable unit 220 to specify a specific wavelength from incident light. It filters light of wavelength and emits it.

可動部220は、可動反射面223を有し、可動反射面223の面方向と垂直な方向に変位することで所定の波長の光を透過させ所定の波長以外の光を反射させる可動体221aと、可動体221aを変位可能に支持する連結部221b及び支持部221c,221dと、可動反射面223の反対側に空間を形成するスペーサ221eとが一体形成されている。可動体221aは、例えば厚さが1μm〜10μmのシリコン活性層からなる。
駆動電極部210は、可動体221aと静電ギャップをEGを有して配置され、可動体221aに対向してもう一方の電極を構成している駆動電極212と、可動反射面223と光学ギャップOGを有して配置され、可動反射面223で反射された光をさらに反射する固定反射面218とを有し、可動反射面223と固定反射面218とが対向するように、スペーサ221eを形成した側と反対側で可動部220と接合されている。駆動電極部210の基材には、例えばガラス基板を用いることができる。
パッケージ部230は、可動部220のスペーサ221eにより形成された空間を塞ぐように、スペーサ221eの先端に接合されている。
The movable part 220 has a movable reflection surface 223, and is displaced in a direction perpendicular to the surface direction of the movable reflection surface 223 so as to transmit light having a predetermined wavelength and reflect light having a wavelength other than the predetermined wavelength. The connecting portion 221b and the supporting portions 221c and 221d that support the movable body 221a so as to be displaceable, and the spacer 221e that forms a space on the opposite side of the movable reflecting surface 223 are integrally formed. The movable body 221a is made of, for example, a silicon active layer having a thickness of 1 μm to 10 μm.
The drive electrode section 210 is arranged with the movable body 221a and the electrostatic gap having an EG, and is opposed to the movable body 221a and constitutes the other electrode, the movable reflection surface 223, and the optical gap. A spacer 221e is formed so that the movable reflective surface 223 and the fixed reflective surface 218 are opposed to each other. The fixed reflective surface 218 further reflects the light reflected by the movable reflective surface 223. The movable portion 220 is joined to the opposite side to the above-mentioned side. For example, a glass substrate can be used as the base material of the drive electrode unit 210.
The package part 230 is joined to the tip of the spacer 221e so as to close the space formed by the spacer 221e of the movable part 220.

以上の構成の波長可変フィルタ200において、可動体221aは実施形態1の振動板12に、駆動電極212は実施形態1の対向電極17にそれぞれ対応しており、それらが静電アクチュエータを構成している。従って、可動体221aの駆動電極212側表面に、実施形態1の絶縁層16に相当する絶縁層を形成することで、静電アクチュエータの残留電荷影響が低減されて、可動体221aの動作が安定し、高精度の光フィルタリングが可能となる。また、静電アクチュエータの絶縁耐圧及び静電圧力も向上し、波長可変フィルタ200を小型でしかも駆動耐久性に優れたものとすることができる。   In the wavelength tunable filter 200 having the above configuration, the movable body 221a corresponds to the diaphragm 12 of the first embodiment, and the drive electrode 212 corresponds to the counter electrode 17 of the first embodiment, which constitute an electrostatic actuator. Yes. Therefore, by forming an insulating layer corresponding to the insulating layer 16 of Embodiment 1 on the surface of the movable body 221a on the driving electrode 212 side, the influence of the residual charge of the electrostatic actuator is reduced, and the operation of the movable body 221a is stable. In addition, highly accurate optical filtering is possible. In addition, the withstand voltage and electrostatic pressure of the electrostatic actuator are improved, and the wavelength tunable filter 200 can be made compact and excellent in driving durability.

このように、本発明に係る静電アクチュエータは各種のデバイス、特にマイクロマシンのアクチュエータとしての利用が可能である。それらの例を挙げれば、マイクロポンプのポンプ部、光スイッチのスイッチ駆動部、超小型のミラーを多数配置しそれらのミラーを傾けて光の方向を制御するミラーデバイスのミラー駆動部に、更にレーザプリンタのレーザ走査ミラーの駆動部等に本発明に係る静電アクチュエータを適用することができる。   Thus, the electrostatic actuator according to the present invention can be used as an actuator for various devices, particularly a micromachine. For example, the pump unit of the micro pump, the switch drive unit of the optical switch, the mirror drive unit of the mirror device that controls the direction of the light by tilting these mirrors, and further lasers The electrostatic actuator according to the present invention can be applied to a drive unit of a laser scanning mirror of a printer.

本発明の実施形態1に係る静電アクチュエータの縦断面図。1 is a longitudinal sectional view of an electrostatic actuator according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施形態2に係る液滴吐出ヘッドの縦断面図。FIG. 6 is a longitudinal sectional view of a droplet discharge head according to Embodiment 2 of the present invention. 図2の液滴吐出ヘッドの実施例1に係る圧力室付近拡大断面図。FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of a pressure chamber according to Embodiment 1 of the droplet discharge head of FIG. 2. 図2の液滴吐出ヘッドの実施例2に係る圧力室付近拡大断面図。FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of a pressure chamber according to a second embodiment of the droplet discharge head of FIG. 2. 図2の液滴吐出ヘッドの実施例3に係る圧力室付近拡大断面図。FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of a pressure chamber according to a third embodiment of the droplet discharge head of FIG. 2. 上記実施例1に係る液滴吐出ヘッドの製造工程を示すフローチャート。6 is a flowchart showing a manufacturing process of the droplet discharge head according to the first embodiment. 上記実施例2に係る液滴吐出ヘッドの製造工程を示すフローチャート。9 is a flowchart showing a manufacturing process of a droplet discharge head according to the second embodiment. 本発明に係る静電アクチュエータを搭載した本発明の実施形態3に係る液滴吐出装置の一例を示す外観図。FIG. 6 is an external view showing an example of a droplet discharge device according to a third embodiment of the present invention on which the electrostatic actuator according to the present invention is mounted. 本発明に係る静電アクチュエータを搭載した本発明の実施形態4に係るデバイスの一例を示す斜視図。The perspective view which shows an example of the device which concerns on Embodiment 4 of this invention carrying the electrostatic actuator which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 液滴吐出ヘッド、2 キャビティ基板、2a シリコン基板、3 電極基板、4 ノズル基板、8 ノズル、10 ギャップ、11 封止材、12 振動板、13 圧力室、14 リザーバ、15 オリフィス、16B 絶縁膜(又は誘電体膜)、16C 表面層、16D 絶縁膜(又は誘電体膜)、17 対向電極、18 吐出液供給口、19 耐液滴保護膜、20 駆動回路、100 液滴吐出装置、200 波長可変フィルタ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Droplet discharge head, 2 cavity substrate, 2a silicon substrate, 3 electrode substrate, 4 nozzle substrate, 8 nozzle, 10 gap, 11 sealing material, 12 diaphragm, 13 pressure chamber, 14 reservoir, 15 orifice, 16B insulating film (Or dielectric film), 16C surface layer, 16D insulating film (or dielectric film), 17 counter electrode, 18 discharge liquid supply port, 19 droplet-resistant protective film, 20 drive circuit, 100 droplet discharge device, 200 wavelength Variable filter.

Claims (4)

一方の電極として作用する平行に並んで形成された可撓性を有する複数のシリコン製の振動板と、前記振動板にギャップを隔てて対向し前記振動板との間で電圧が印加される複数の対向電極とを備え、前記振動板の前記対向電極との対向面に絶縁膜が形成されている静電アクチュエータであって、
前記絶縁膜が形成された前記振動板と前記対向電極との対向面のそれぞれの表面に、ダイヤモンドライクカーボンからなる表面層が形成され、
前記複数の振動板が平行に並んでいる方向を幅方向としたとき、各振動板の幅と各振動板に対向する各対向電極の幅とは等しく設定され、前記幅方向における各表面層の幅は各振動板の幅及び各対向電極の幅よりも狭く設定されており、
前記表面層は、駆動により前記振動板と前記対向電極が当接する面の当接部分に区画形成され、かつその表面が撥水処理されており、
前記対向電極の表面に酸化シリコンより大きな比誘電率を有する誘電体の保護膜が形成され、該保護膜上に前記表面層が形成されていることを特徴とする静電アクチュエータ。
A plurality of silicon diaphragm to have a parallel side by side are formed flexible to act as one electrode, a voltage is applied between opposing said diaphragm with a gap in the diaphragm and a plurality of counter electrodes, a said electrostatic actuator to the surface facing the counter electrode insulating film is formed of the diaphragm,
A surface layer made of diamond-like carbon is formed on each surface of the opposing surface of the diaphragm and the counter electrode on which the insulating film is formed,
When the direction in which the plurality of diaphragms are arranged in parallel is a width direction, the width of each diaphragm and the width of each counter electrode facing each diaphragm are set to be equal, and each surface layer in the width direction is The width is set narrower than the width of each diaphragm and the width of each counter electrode ,
The surface layer is partitioned and formed in a contact portion of a surface where the diaphragm and the counter electrode abut by driving, and the surface is water-repellent.
An electrostatic actuator, wherein a protective film made of a dielectric having a relative dielectric constant larger than that of silicon oxide is formed on the surface of the counter electrode, and the surface layer is formed on the protective film.
請求項1に記載の静電アクチュエータを備え、前記振動板が液滴を貯えて吐出させる圧力室の底面を構成していることを特徴とする液滴吐出ヘッド。   A droplet discharge head comprising the electrostatic actuator according to claim 1, wherein the vibration plate constitutes a bottom surface of a pressure chamber for storing and discharging droplets. 請求項2に記載の液滴吐出ヘッドを備えていることを特徴とする液滴吐出装置。   A droplet discharge apparatus comprising the droplet discharge head according to claim 2. 請求項1に記載の静電アクチュエータを備えていることを特徴とする静電デバイス。   An electrostatic device comprising the electrostatic actuator according to claim 1.
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