JP5223330B2 - 静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、静電アクチュエータの製造方法及び液滴吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents
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これを防止するために、特許文献1記載の技術においては、酸化物系の対向電極の上に保護膜を設け、その上に水素化アモルファスカーボン(a−C:H)膜を形成しているが、保護膜はいずれも酸素を含むものであり、アクチュエータ特性が悪化してしまう等の問題があった。
水素化アモルファスカーボン膜(a−C:H膜)は高硬度で潤滑性が高いので、静電アクチュエータに、優れた駆動耐久特性を付与することができる。また、表面膜が膜中に水素を含む水素化アモルファスカーボン膜(a−C:H膜)であっても、保護膜は酸素原子を含まないので、アクチュエータ特性が悪化することはない。
振動板と対向電極の両側に絶縁膜を有してもアクチュエータ特性が悪化することがなく、優れた駆動耐久性を有する。
対向電極が酸化物系の電極であり、絶縁膜が酸化膜であっても、保護膜は酸素原子を含まないので、水素化アモルファスーボン膜(a−C:H膜)が対向電極や絶縁膜にダメージを与えることがなく、良好な電気特性を示す。
表面膜が膜中に水素を含む水素化アモルファスカーボン膜(a−C:H膜)であっても、保護膜は酸素原子を含まないSiN膜であるので、対向電極や絶縁膜へのダメージがなく、アクチュエータ特性が悪化することはない。
表面膜画が膜中に水素を含む水素化アモルファスカーボン膜(a−C:H膜)であっても、保護膜は酸素原子を含まないa−SiC膜またはa−BN膜であるので、対向電極や絶縁膜へのダメージがなく、アクチュエータ特性が悪化することはない。
保護膜は酸素原子を含まないので、水素化アモルファスーボン膜(a−C:H膜)が酸化物系のITO電極にダメージを与えることはない。
絶縁膜として、酸化シリコンからなる酸化膜のみならず、これよりも比誘電率が高い酸化膜、またはこれらの膜が積層して形成された酸化膜を用いたので、アクチュエータ能力を向上させることができる。
駆動耐久特性に優れ、高い吐出能力を備えた液滴吐出ヘッドを提供することができる。
駆動耐久特性に優れ、高い吐出能力を備えたた液滴吐出ヘッドを搭載した高性能の液滴吐出装置を提供することができる。
駆動耐久特性に優れ、高い吐出能力を備えた液滴吐出ヘッドを提供することができる。
駆動耐久特性に優れ、高い吐出能力を備えた液滴吐出ヘッドを搭載した高性能の液滴吐出装置を提供することができる。
図1は本発明の実施の形態1に係る静電アクチュエータの縦断面図である。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する振動板(可動電極)20と、振動板20とギャップGを隔てて対向する対向電極(固定電極)30が形成された電極基板3と、振動板20と対向電極30にパルス電圧を印可する駆動回路50とを備えている。
表面膜100はダイヤモンドライクカーボン(Diamonmd Like Carbon、以下、DLCという)からなる膜である。DLC膜は、一般に、膜中に水素を含む水素化アモルファスカーボン(以下、a−C:Hともいう)膜と、膜中に水素をほとんど含まないアモルファスカーボン(以下、a−Cともいう)膜とに分類されるが、本願発明に係るDLC膜はa−C:H膜である。
保護膜101は、SiN(窒化シリコン)からなる膜であるが、a−SiCからなる膜、あるいはa−BNからなる膜であってもよい。SiN膜等の保護膜101は膜中に酸素原子を含まないため、そのうえにa−C:Hからなる表面膜100を形成した場合であっても、対向電極30へのダメージがなく、良好な電気特性を示す。
駆動回路50を制御して、振動板20と対向電極30の間に電圧の印加、遮断を行うことにより、振動板20を撓ませて対向電極30に接触させる動作と、振動板20を対向電極30から離して元の位置に戻す動作を行わせる。振動板20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。
図2は本発明の実施の形態2に係る静電アクチュエータの縦断面図である。
本実施の形態2では、振動板20はシリコン基板からなり、対向電極30に対向する側の面には絶縁膜21が形成されている。絶縁膜21の上には酸素原子を含まない誘電体の保護膜101が形成され、その上に表面膜100が形成されている。
その他の構成、作用、効果は、実施の形態1に示した場合と実質的に同様なので説明を省略する。
次に、実施の形態1に係る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。図3は本発明の実施の形態3に係る液滴吐出ヘッドの一部を断面で示した分解斜視図、図4は図3を組み立てた状態の要部を示す縦断面図、図5は図4の液滴吐出ヘッドの向きを90度変えた方向からみた圧力室付近の断面図、図6は図4のA部を拡大した説明図である。
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を積層して接合されており、キャビティ基板2に形成された可撓性を有する振動板(可動電極)20と、電極基板3に形成された対向電極(固定電極)30とが静電アクチュエータを構成している。
キャビティ基板2と個々の対向電極30には駆動回路50が接続されている。駆動回路50により、キャビティ基板2と対向電極30の間にパルス電圧が印加されると、振動板20が対向電極30に引き寄せられて、対向電極30の表面膜100に吸着される。これによって圧力室22の内部に負圧が発生し、リザーバ23の内部に溜まっているインク等の液体が圧力室22に流れ込む。流れ込んだ液体により圧力室22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と対向電極30の間に印加されていた電圧が解除されると、振動板30が元の位置に戻って圧力室22の内部の圧力が更に上昇して高くなるため、ノズル40から吐出液が吐出される。
図7は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)ホウ珪酸ガラス基板を用意し、このガラス基板に金・クロムのエッチングマスクを施し、フッ酸水溶液等でエッチングして溝部を形成し、溝部内にスパッタ等によりITOからなる対向電極30を形成する(ステップS−1)。
図8は本発明の実施の形態4に係る液滴吐出ヘッドの要部を示す縦断面図、図9は図8の液滴吐出ヘッドの向きを90度変えた方向からみた圧力室付近の断面図、図10は図8のA部を拡大した説明図である。
実施の形態3では、対向電極30側に保護膜101と表面膜100を設けたが、本実施の形態4では、振動板20側に保護膜101と表面膜100を設けたものである。
電極基板3の溝内には、複数の対向電極30が設けられている。対向電極30は酸化物系の電極からなり、例えばITO(Indium Tin Oxide)をスパッタすることにより形成する。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、振動板20の面上にTEOS−SiO2 からなる絶縁膜21が形成されている。絶縁膜21の上には酸素原子を含まない誘電体の保護膜101が形成され、その上に表面膜100が形成されている。表面膜100は膜中に水素を含む水素化アモルファスカーボン(a−C:H)からなる膜である。保護膜101はSiNからなる膜である。
上記のように、TEOS−SiO2 からなる絶縁膜21の上にa−C:Hからなる表面膜100を積層する場合であっても、SiNを保護膜101として使用しているので、絶縁膜21へのダメージがなく、良好な電気特性を示す。
その他の、構成、作用は、実施の形態2と同様なので、説明を省略する。
図11は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)ホウ珪酸ガラス基板を用意し、このガラス基板に金・クロムのエッチングマスクを施し、フッ酸水溶液等でエッチングして溝部を形成し、溝部内にスパッタ等によりITOからなる対向電極30を形成する(ステップS−1)。
それ以降の製造工程は、実施の形態3で示した製造工程と実質的に同様なので、説明を省略する。
図12は本発明の実施の形態5に係る液滴吐出ヘッドの要部(図8のA部に相当)を拡大した説明図である。実施の形態4では、振動板20の上に絶縁膜(TEOS−SiO2 膜)21、そのうえに保護膜(SiN膜)101、そのうえに表面膜(a−C:H膜)100を形成し、振動板20(振動板20の表面膜100)を対向電極(ITO電極)30に対向させたが、本実施の形態5では、対向電極30の上に対向電極側絶縁膜(TEOS−SiO2 膜)31を形成して、この膜31を振動板20(振動板20の表面膜100)に対向させたものである。
その他の、構成、作用は、実施の形態4と同様なので、説明を省略する。
本発明に係る液滴吐出ヘッド1は、振動板20と対向電極30の両側に、絶縁膜21と対向電極側絶縁膜31を有するアクチュエータに対しても、適用することができる。
図13は本発明の実施の形態6に係る液滴吐出ヘッドの要部(図8のA部に相当)を拡大した説明図である。実施の形態5では、振動板20の上にTEOS−SiO2 膜からなる絶縁膜21を形成したが、本実施の形態6では、振動板20の上にAl2 O3 膜を形成し、そのうえにさらにTEOS−SiO2 膜を形成して、これらの2層によって絶縁膜21を形成したものである。なお、絶縁膜21の上に保護膜(SiN膜)101を形成し、そのうえに表面膜(a−C:H膜)100を形成することは、実施の形態5に示した場合と同様である。
その他の、構成、作用は、実施の形態4と同様なので、説明を省略する。
図14は本発明の実施の形態7に係る液滴吐出ヘッドの要部(図8のA部に相当)を拡大した説明図である。実施の形態5では、振動板20の上に絶縁膜(TEOS−SiO2 膜)21、そのうえに酸素原子を含まない誘電体の保護膜(SiN膜)101、そのうえに表面膜(a−C:H膜)100を形成したが、本実施の形態7では、保護膜101をa−SiC膜としたものである。
a−SiCからなる保護膜101は、モノメチルシランを原料ガスに用いたRF−プラズマCVD法によって形成する。
それぞれの膜厚は、振動板20の上に形成した絶縁膜(TEOS−SiO2 膜)21が例えば80nm、酸素原子を含まない誘電体の保護膜(a−SiC膜)101が例えば10nm、表面膜(a−C:H膜)100が例えば10nmとし、対向電極(ITO膜)30の上に形成した対向電極側絶縁膜(TEOS−SiO2 膜)31を例えば30nmとしてある。
その他の、構成、作用は、実施の形態5と同様なので、説明を省略する。
図15は本発明の実施の形態8に係る液滴吐出ヘッドの要部(図8のA部に相当)を拡大した説明図である。実施の形態5では、振動板20の上に絶縁膜(TEOS−SiO2 膜)21、そのうえに酸素原子を含まない誘電体の保護膜(SiN膜)101、そのうえに表面膜(a−C:H膜)100を形成したが、本実施の形態8では、保護膜101をa−BN膜としたものである。
a−BNからなる保護膜101は、ボロンをターゲットとした反応性ECRスパッタ法によって形成する。
それぞれの膜厚は、振動板20の上に形成した絶縁膜(TEOS−SiO2 膜)21が例えば80nm、酸素原子を含まない誘電体の保護膜(a−BN膜)101が例えば10nm、表面膜(a−C:H膜)100が例えば10nmとし、対向電極(ITO膜)30の上に形成した対向電極側絶縁膜(TEOS−SiO2 膜)31を例えば30nmとしてある。
その他の、構成、作用は、実施の形態5と同様なので、説明を省略する。
図16は本発明の実施形態9に係る液滴吐出装置の斜視図である。液滴吐出装置500は、実施の形態3〜8に係る液滴吐出ヘッド1を搭載したもので、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。
液滴吐出装置500は、液滴吐出ヘッド1の振動板20側もしくは対向電極30側に形成された表面膜100が高硬度で潤滑性の高い膜からなり、しかも保護膜101によって保護されて下地となる絶縁膜21もしくは対向電極30にダメージを与えることがないため、安定した駆動による高精度のインク吐出が可能となる。
なお、実施の形態2〜8に示した液滴吐出ヘッド1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。
Claims (11)
- 振動板と、前記振動板にギャップを隔てて対向する対向電極とを備え、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た静電アクチュエータであって、
前記振動板の絶縁膜と前記対向電極とのいずれか一方の上に、保護膜が形成されるとともに、前記保護膜の上に水素化アモルファスカーボン膜(a−C:H膜)が形成され、
前記保護膜と前記水素化アモルファスカーボン膜(a−C:H膜)とが前記振動板の絶縁膜の上に形成され、前記対向電極の上に対向電極側絶縁膜が形成され、
前記保護膜が酸素原子を含まない誘電体の保護膜であることを特徴とする静電アクチュエータ。 - 前記対向電極が酸化物系の電極であり、前記絶縁膜が酸化膜であることを特徴とする請求項1に記載の静電アクチュエータ。
- 前記保護膜がSiN膜であることを特徴とする請求項1〜2のいずれかに記載の静電アクチュエータ。
- 前記保護膜がa−SiC膜及びa−BN膜のいずれかであることを特徴とする請求項1〜2のいずれかに記載の静電アクチュエータ。
- 前記対向電極がITO電極であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の静電アクチュエータ。
- 前記絶縁膜が、酸化シリコンからなる酸化膜、前記酸化シリコンより比誘電率が高い酸化膜、及びこれらの膜が積層して形成された酸化膜のいずれかであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の静電アクチュエータ。
- 振動板と、
前記振動板にギャップを隔てて対向する対向電極と、
前記振動板の前記対向電極と対向する面に配置された絶縁膜と、
前記絶縁膜の前記対向電極と対向する面に配置され、酸素原子を含まず、水素原子から前記絶縁膜を保護する保護膜と、
前記保護膜の前記対向電極と対向する面に配置された水素化アモルファスカーボン膜(a−C:H膜)と、
前記対向電極の前記水素化アモルファスカーボン膜(a−C:H膜)と対向する面に配置された振動板対向電極側絶縁膜と、
を備えたことを特徴とする静電アクチュエータ。 - 請求項1〜7のいずれかに記載の静電アクチュエータを備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
- 請求項8記載の液滴吐出ヘッドを搭載したことを特徴とする液滴吐出装置。
- シリコン基板の表面に絶縁膜を形成する工程と、
電極基板に溝を形成してその溝内に対向電極を形成する工程と、
前記シリコン基板の絶縁膜と前記電極基板の対向電極のいずれか一方の面上に保護膜を形成し、前記保護膜の上に水素化アモルファスカーボン膜(a−C:H膜)を形成する工程と、
前記絶縁膜と前記対向電極とをギャップを隔てて対向させて、前記シリコン基板と前記電極基板とを接合する工程と、
前記シリコン基板と前記電極基板間に形成されたギャップ内の水分を除去して前記ギャップを封止する工程と、
前記シリコン基板に振動板を形成する工程と、
を有することを特徴とする静電アクチュエータの製造方法。 - 請求項10記載の静電アクチュエータの製造方法を適用して、液滴吐出ヘッドのアクチュエータ部分を形成することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
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