JP4797589B2 - Electrostatic actuator, droplet discharge head, droplet discharge apparatus, and electrostatic device - Google Patents
Electrostatic actuator, droplet discharge head, droplet discharge apparatus, and electrostatic device Download PDFInfo
- Publication number
- JP4797589B2 JP4797589B2 JP2005333867A JP2005333867A JP4797589B2 JP 4797589 B2 JP4797589 B2 JP 4797589B2 JP 2005333867 A JP2005333867 A JP 2005333867A JP 2005333867 A JP2005333867 A JP 2005333867A JP 4797589 B2 JP4797589 B2 JP 4797589B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diaphragm
- counter electrode
- droplet discharge
- substrate
- surface layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
- Coating Apparatus (AREA)
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)。
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
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
The
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
By using DLC or the like for the
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
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
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
In addition, if the
The same effect can be obtained even when the
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
Example 1
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a droplet discharge head according to Example 1 of
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
In Example 3, a
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
(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
(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
(C) Subsequently, a
Further, after patterning the
The surface of the formed
(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
(E) Subsequently, the entire silicon substrate bonded to the
(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
(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
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
(H) Next, the nozzle substrate 4 on which the
(I) Finally, for example, the bonded substrate to which the
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
(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
(B) Subsequently, a
(C) Further, the
(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
(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
(G) Then, the surface on which the
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
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
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
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
The
The
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
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.
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
Claims (4)
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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005333867A JP4797589B2 (en) | 2005-11-18 | 2005-11-18 | Electrostatic actuator, droplet discharge head, droplet discharge apparatus, and electrostatic device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005333867A JP4797589B2 (en) | 2005-11-18 | 2005-11-18 | Electrostatic actuator, droplet discharge head, droplet discharge apparatus, and electrostatic device |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010276023A Division JP2011059718A (en) | 2010-12-10 | 2010-12-10 | Wavelength variable filter, and device for micromachine provided with the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007136856A JP2007136856A (en) | 2007-06-07 |
JP4797589B2 true JP4797589B2 (en) | 2011-10-19 |
Family
ID=38200293
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005333867A Expired - Fee Related JP4797589B2 (en) | 2005-11-18 | 2005-11-18 | Electrostatic actuator, droplet discharge head, droplet discharge apparatus, and electrostatic device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4797589B2 (en) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5223330B2 (en) * | 2007-12-27 | 2013-06-26 | セイコーエプソン株式会社 | Electrostatic actuator, droplet discharge head, droplet discharge device, electrostatic actuator manufacturing method, and droplet discharge head manufacturing method |
JP2009154421A (en) * | 2007-12-27 | 2009-07-16 | Seiko Epson Corp | Electrostatic actuator, liquid droplet discharge head, liquid droplet discharge apparatus, electrostatic actuator manufacturing method, and liquid droplet discharge head manufacturing method |
JP5233425B2 (en) * | 2008-06-11 | 2013-07-10 | セイコーエプソン株式会社 | Electrostatic actuator, droplet discharge head, droplet discharge device, method for manufacturing electrostatic actuator, method for manufacturing droplet discharge head, and method for manufacturing droplet discharge device |
FR2939003B1 (en) * | 2008-11-21 | 2011-02-25 | Commissariat Energie Atomique | CMUT CELL FORMED OF A MEMBRANE OF NANO-TUBES OR NANO-THREADS OR NANO-BEAMS AND ULTRA HIGH-FREQUENCY ACOUSTIC IMAGING DEVICE COMPRISING A PLURALITY OF SUCH CELLS |
JP2010143012A (en) * | 2008-12-17 | 2010-07-01 | Seiko Epson Corp | Electrostatic actuator and liquid droplet delivering head equipped with it and liquid droplet delivering apparatus |
KR20200145597A (en) | 2019-06-22 | 2020-12-30 | 정광수 | Beautiful Dog Sound |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10296973A (en) * | 1997-04-24 | 1998-11-10 | Ricoh Co Ltd | Recording head |
JPH11291488A (en) * | 1998-04-13 | 1999-10-26 | Minolta Co Ltd | Ink jet head |
JP2002273341A (en) * | 2001-03-15 | 2002-09-24 | Ricoh Co Ltd | Electrostatic actuator, ink jet head and ink jet recording apparatus |
-
2005
- 2005-11-18 JP JP2005333867A patent/JP4797589B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2007136856A (en) | 2007-06-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4371092B2 (en) | Electrostatic actuator, droplet discharge head and method for manufacturing the same, droplet discharge apparatus and device | |
JP4424331B2 (en) | Electrostatic actuator, droplet discharge head, method for driving droplet discharge head, and method for manufacturing electrostatic actuator | |
JP4797589B2 (en) | Electrostatic actuator, droplet discharge head, droplet discharge apparatus, and electrostatic device | |
JP2007038629A (en) | Electrostatic actuator, liquid droplet discharge head, liquid droplet discharge apparatus, electrostatic device, and those manufacturing methods | |
JP4183006B2 (en) | Electrostatic actuator, droplet discharge head, manufacturing method thereof, and droplet discharge apparatus | |
JP4379421B2 (en) | Electrostatic actuator, droplet discharge head, droplet discharge apparatus, and method for manufacturing electrostatic drive device | |
JP4507965B2 (en) | Method for manufacturing droplet discharge head | |
JP2011059718A (en) | Wavelength variable filter, and device for micromachine provided with the same | |
JP4379511B2 (en) | Method for manufacturing electrostatic actuator | |
JP2008114319A (en) | Manufacturing method of electrostatic actuator, droplet discharge head, droplet discharger, and electrostatic device | |
JP5267524B2 (en) | Tunable filter | |
JP2009269331A (en) | Liquid droplet discharge head, liquid droplet discharge device and method for manufacturing liquid droplet discharge head | |
JP2009023157A (en) | Liquid droplet discharge head, liquid-droplet discharge apparatuses, and their production methods | |
JP4697159B2 (en) | Electrostatic actuator, droplet discharge head and method for manufacturing the same, droplet discharge apparatus and device | |
JP2008125327A (en) | Electrostatic actuator, liquid drop discharge head and manufacturing method therefor, and liquid drop discharge apparatus | |
JP2006187934A (en) | Electrostatic actuator and its manufacturing method, droplet ejection head and its manufacturing method, droplet ejector, and device | |
JP2007038452A (en) | Electrostatic actuator, its manufacturing method, liquid droplet delivering head, its manufacturing method, device and liquid droplet delivering apparatus | |
JP2007098754A (en) | Electrostatic actuator, liquid droplet ejection head and manufacturing method for them | |
JP2010179514A (en) | Electrostatic actuator, liquid droplet ejection head, method for manufacturing those, and liquid droplet ejection device | |
JP2010143189A (en) | Electrostatic actuator, droplet discharge head, manufacturing methods thereof, and droplet discharge device | |
JP2010179470A (en) | Electrostatic actuator, liquid droplet ejecting head, liquid droplet ejecting apparatus and driving method of electrostatic actuator | |
JP2010221528A (en) | Method for manufacturing electrostatic actuator, method for manufacturing liquid droplet discharging head, and method for manufacturing liquid droplet discharging apparatus | |
JP2009248467A (en) | Method for manufacturing electrostatic actuator and method for manufacturing liquid droplet discharge head | |
JP2010155379A (en) | Electrostatic actuator, liquid droplet delivering head, liquid droplet delivering device, and method for manufacturing electrode substrate | |
JP2009248560A (en) | Electrostatic actuator, liquid droplet delivering head, method for manufacturing them and liquid droplet delivering device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20071217 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20101001 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20101012 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20101210 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110104 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110217 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110405 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110518 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110705 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110718 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140812 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |