JP5560535B2 - Electrostatic actuator - Google Patents
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Description
本発明は、静電駆動方式のインクジェットヘッド等に用いられる静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド及び静電アクチュエータの製造方法並びに液滴吐出装置に関する。 The present invention relates to an electrostatic actuator, a droplet discharge head, a manufacturing method of the electrostatic actuator, and a droplet discharge device used for an electrostatic drive type inkjet head or the like.
液滴を吐出するための液滴吐出ヘッドとして、例えばインクジェット記録装置に搭載される静電駆動方式のインクジェットヘッドが知られている。静電駆動方式のインクジェットヘッドは、一般に、ガラス基板上に形成された個別電極(固定電極)と、この個別電極に所定のギャップを介して対向配置されたシリコン製の振動板(可動電極)とから構成される静電アクチュエータ部を備えている。そして、インク滴を吐出するための複数のノズル孔が形成されたノズル基板と、このノズル基板に接合されノズル基板との間で上記ノズル孔に連通する吐出室、リザーバ等のインク流路が形成されたキャビティ基板とを備え、上記静電アクチュエータ部に静電気力を発生させることにより吐出室に圧力を加えて、選択されたノズル孔よりインク滴を吐出するようになっている。 As a droplet discharge head for discharging droplets, for example, an electrostatic drive type inkjet head mounted on an inkjet recording apparatus is known. In general, an electrostatic drive type inkjet head includes an individual electrode (fixed electrode) formed on a glass substrate, and a silicon diaphragm (movable electrode) disposed opposite to the individual electrode via a predetermined gap. The electrostatic actuator part comprised from these is provided. Then, a nozzle substrate in which a plurality of nozzle holes for discharging ink droplets is formed, and an ink flow path such as a discharge chamber and a reservoir that are joined to the nozzle substrate and communicated with the nozzle holes are formed. The cavity substrate is provided, and an electrostatic force is generated in the electrostatic actuator unit so as to apply pressure to the discharge chamber to discharge ink droplets from selected nozzle holes.
この種の静電アクチュエータにおいては、アクチュエータの駆動の安定性や駆動耐久性の向上が要求されている。この要求に応える技術として、従来より、アクチュエータの振動板と個別電極とが対向する少なくとも一方の対向面に、ダイヤモンドライクカーボン(以下、DLCと称する)を表面層として形成したものがあった(例えば、特許文献1参照)。この技術によれば、対向する接触面を硬質で摩擦係数の小さい材料であるDLCで構成することにより、接触による破壊や摩耗を防止し、信頼性の向上を図るとともに、長寿命化を可能としていた。 In this type of electrostatic actuator, it is required to improve the driving stability and driving durability of the actuator. As a technology that meets this requirement, there has conventionally been a technique in which diamond-like carbon (hereinafter referred to as DLC) is formed as a surface layer on at least one facing surface where the diaphragm of the actuator and the individual electrode face each other (for example, , See Patent Document 1). According to this technology, the opposing contact surfaces are made of DLC, which is a hard material with a low coefficient of friction, thereby preventing damage and wear due to contact, improving reliability, and enabling longer life. It was.
上記特許文献1では、振動板や個別電極の対向面にDLCを用いることで、駆動耐久性の向上や長寿命化を可能としているが、更に効率的に長寿命化を図るためには、更に簡便な構成にて、振動板の駆動の安定化を図り、且つ耐久性を向上することが必要となる。
In the above-mentioned
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、簡単な構成で駆動耐久性及び信頼性の向上を図ることが可能な静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド及び静電アクチュエータの製造方法並びに液滴吐出装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of such points, and an electrostatic actuator, a droplet discharge head, an electrostatic actuator manufacturing method, and a liquid that can improve driving durability and reliability with a simple configuration. It aims at providing a droplet discharge device.
本発明に係る静電アクチュエータは、基板上の凹部に形成された固定電極と、この固定電極に所定のギャップを介して対向配置された可動電極とを備え、固定電極と可動電極との間に静電気力を発生させて可動電極に変位を生じさせる静電アクチュエータにおいて、固定電極を導電性アモルファス炭素系薄膜で構成したものである。
このように、固定電極を、硬質で摩擦係数の小さい材料である導電性アモルファス炭素系薄膜で構成したので、可動電極の当接・離脱の繰り返しによる駆動の耐久性を向上させて持続性に優れた高信頼の静電アクチュエータを実現できる。また、固定電極自体をアモルファス炭素系薄膜で構成したので、従来、駆動耐久性向上を目的として固定電極に更にアモルファス炭素系薄膜を形成していた構成に比べて簡便な構成とすることができる。
An electrostatic actuator according to the present invention includes a fixed electrode formed in a concave portion on a substrate, and a movable electrode disposed to face the fixed electrode with a predetermined gap therebetween, and the gap is between the fixed electrode and the movable electrode. In an electrostatic actuator that generates an electrostatic force to cause displacement of a movable electrode, the fixed electrode is composed of a conductive amorphous carbon-based thin film.
In this way, the fixed electrode is made of a conductive amorphous carbon-based thin film that is a hard material with a low coefficient of friction. Therefore, the durability of the drive by repeated contact and release of the movable electrode is improved and it has excellent durability. A highly reliable electrostatic actuator can be realized. In addition, since the fixed electrode itself is composed of an amorphous carbon-based thin film, the structure can be made simpler than the conventional structure in which an amorphous carbon-based thin film is further formed on the fixed electrode for the purpose of improving driving durability.
また、本発明に係る静電アクチュエータは、基板上の凹部に形成された固定電極と、この固定電極に所定のギャップを介して対向配置された可動電極とを備え、固定電極と可動電極との間に静電気力を発生させて可動電極に変位を生じさせる静電アクチュエータにおいて、固定電極が、可動電極と対向する対向部と、それ以外の配線部とから構成され、対向部が導電性アモルファス炭素系薄膜で構成され、配線部が導電性アモルファス炭素系薄膜よりも導電性の高い膜で構成されているものである。
このように、固定電極のうち、特に可動電極と対向する対向部を導電性アモルファス炭素系薄膜で構成し、配線部については導電性アモルファス炭素系薄膜よりも導電性の高い低抵抗の膜で構成することにより、固定電極全体を導電性アモルファス炭素系薄膜で構成する場合に比べて、抵抗を低くすることができる。よって、固定電極全体を導電性アモルファス炭素系薄膜で構成する場合と同じ応答性を本構成で確保しようとした場合、配線部が低抵抗である分だけ、固定電極の対向部が高抵抗であっても許容できることになる。具体的には、対向部を構成する導電性アモルファス炭素系薄膜の膜厚を薄くしても、同じ機能と性能(導電性と応答性)を確保することができる。従って、成膜負荷を軽減することが可能となり、製造工程の簡略化及び低コスト化に寄与することが可能である。
The electrostatic actuator according to the present invention includes a fixed electrode formed in a recess on the substrate, and a movable electrode disposed opposite to the fixed electrode via a predetermined gap, and includes a fixed electrode and a movable electrode. In an electrostatic actuator that generates a displacement in the movable electrode by generating an electrostatic force between them, the fixed electrode is composed of a facing portion that faces the movable electrode and other wiring portions, and the facing portion is made of conductive amorphous carbon. The wiring portion is made of a film having higher conductivity than the conductive amorphous carbon thin film.
In this way, among the fixed electrodes, the facing part facing the movable electrode in particular is composed of a conductive amorphous carbon thin film, and the wiring part is composed of a low resistance film having higher conductivity than the conductive amorphous carbon thin film. By doing, resistance can be made low compared with the case where the whole fixed electrode is comprised with an electroconductive amorphous carbon-type thin film. Therefore, when it is attempted to secure the same responsiveness as in the case where the entire fixed electrode is made of a conductive amorphous carbon-based thin film with this configuration, the opposing portion of the fixed electrode has a high resistance corresponding to the low resistance of the wiring portion. Even that would be acceptable. Specifically, the same function and performance (conductivity and responsiveness) can be ensured even if the conductive amorphous carbon-based thin film constituting the facing portion is thinned. Therefore, the film forming load can be reduced, which can contribute to simplification of the manufacturing process and cost reduction.
また、本発明に係る静電アクチュエータは、基板上の凹部に形成された固定電極と、この固定電極に所定のギャップを介して対向配置された可動電極とを備え、固定電極と可動電極との間に静電気力を発生させて可動電極に変位を生じさせる静電アクチュエータにおいて、固定電極が、可動電極と対向する対向部と、それ以外の配線部とから構成され、固定電極の対向部が、アクチュエータ駆動時に可動電極と当接する当接部と、配線部と一体的に形成され、当接部の周囲を囲む周状配線部とから構成されており、当接部が導電性アモルファス炭素系薄膜で構成され、それ以外の部分が導電性アモルファス炭素系薄膜よりも導電性の高い膜で構成されているものである。
この構成によれば、上記の固定電極の対向部を導電性アモルファス炭素系薄膜で形成した場合に比べて、更に固定電極全体としての抵抗を下げることができる。よって、更に、導電性アモルファス炭素系薄膜の膜厚を薄くすることが可能となり、成膜負荷を更に軽減することが可能となる。従って、製造工程のより一層の簡略化及び低コスト化に寄与することが可能である。
The electrostatic actuator according to the present invention includes a fixed electrode formed in a recess on the substrate, and a movable electrode disposed opposite to the fixed electrode via a predetermined gap, and includes a fixed electrode and a movable electrode. In an electrostatic actuator that generates a displacement in the movable electrode by generating an electrostatic force therebetween, the fixed electrode is composed of a facing portion facing the movable electrode and other wiring portions, and the facing portion of the fixed electrode is A contact portion that contacts the movable electrode when the actuator is driven, and a circumferential wiring portion that is formed integrally with the wiring portion and surrounds the periphery of the contact portion. The contact portion is a conductive amorphous carbon thin film. The other part is composed of a film having higher conductivity than the conductive amorphous carbon-based thin film.
According to this configuration, the resistance of the fixed electrode as a whole can be further reduced as compared to the case where the opposing portion of the fixed electrode is formed of a conductive amorphous carbon-based thin film. Therefore, it is possible to further reduce the film thickness of the conductive amorphous carbon-based thin film, thereby further reducing the deposition load. Therefore, it is possible to contribute to further simplification and cost reduction of the manufacturing process.
また、導電性アモルファス炭素系薄膜としては、アモルファスカーボン膜を用いることができる。 An amorphous carbon film can be used as the conductive amorphous carbon-based thin film.
また、本発明に係る静電アクチュエータは、可動電極の固定電極との対向面に絶縁膜を設け、絶縁膜の表面に絶縁性アモルファス炭素系薄膜を設けたものである。
この構成によれば、駆動時に接触する可動電極表面と固定電極表面の表面同士が両方とも、硬質で低摩擦係数なアモルファス炭素系薄膜で構成されることになるため、当接(接触)時の真実接触面積が小さくなり、かつ同種材料であるために接触帯電が殆ど無く、接触の繰り返しによる駆動の繰り返しでの帯電が抑制されて残留電荷が少なく、より安定した駆動が可能となる。
In addition, the electrostatic actuator according to the present invention includes an insulating film provided on the surface of the movable electrode facing the fixed electrode, and an insulating amorphous carbon thin film provided on the surface of the insulating film.
According to this configuration, the surfaces of the movable electrode surface and the fixed electrode surface that are in contact with each other during driving are composed of a hard, low-friction coefficient amorphous carbon-based thin film. Since the true contact area is small and the material is the same, there is almost no contact charging, charging due to repeated driving due to repeated contact is suppressed, and there is less residual charge, enabling more stable driving.
また、絶縁性アモルファス炭素系薄膜としては、アモルファス水素化カーボン又はテトラヘデラル アモルファスカーボン膜を用いることができる。 Further, as the insulating amorphous carbon-based thin film, an amorphous hydrogenated carbon or a tetrahedral amorphous carbon film can be used.
また、本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、基板上の凹部に形成された固定電極と、この固定電極に所定のギャップを介して対向配置された可動電極とを備え、固定電極と可動電極との間に静電気力を発生させて可動電極に変位を生じさせる静電アクチュエータの製造方法において、凹部が形成されたガラス基板の表面に、導電性アモルファス炭素系薄膜を形成する工程と、導電性アモルファス炭素系薄膜のうち、不要な部分をエッチング除去して凹部内に固定電極を形成する工程と、シリコン基板に絶縁膜を形成する工程と、ガラス基板の固定電極形成面とシリコン基板の絶縁膜形成面とを陽極接合する工程と、シリコン基板を接合面と反対の表面からエッチング加工して可動電極を形成する工程とを有するものである。
これにより、可動電極の当接・離脱の繰り返しによる駆動の耐久性を向上させて持続性に優れた高信頼のアクチュエータを製造することができる。また、固定電極自体がアモルファス炭素系薄膜で構成されるので、従来、駆動耐久性向上を目的として固定電極に更にアモルファス炭素系薄膜を形成するようにしていた構成に比べて、製造工程を単純化することができる。
In addition, a method for manufacturing an electrostatic actuator according to the present invention includes a fixed electrode formed in a concave portion on a substrate, and a movable electrode disposed to face the fixed electrode with a predetermined gap therebetween. In a method for manufacturing an electrostatic actuator that generates a displacement in a movable electrode by generating an electrostatic force between the electrode and the electrode, a step of forming a conductive amorphous carbon-based thin film on the surface of the glass substrate on which the recess is formed; Of the conductive amorphous carbon thin film by etching away unnecessary portions to form a fixed electrode in the recess, forming an insulating film on the silicon substrate, and insulating the silicon substrate from the fixed electrode forming surface of the glass substrate The method includes a step of anodic bonding the film forming surface and a step of forming a movable electrode by etching the silicon substrate from the surface opposite to the bonding surface.
As a result, it is possible to manufacture a highly reliable actuator with excellent durability by improving the durability of driving by repeated contact and separation of the movable electrode. In addition, since the fixed electrode itself is composed of an amorphous carbon-based thin film, the manufacturing process is simplified compared to the conventional structure in which an amorphous carbon-based thin film is further formed on the fixed electrode for the purpose of improving driving durability. can do.
また、本発明に係る静電アクチュエータの製造方法は、基板上の凹部に形成された固定電極と、この固定電極に所定のギャップを介して対向配置された可動電極とを備え、固定電極と可動電極との間に静電気力を発生させて可動電極に変位を生じさせる静電アクチュエータの製造方法において、凹部が形成されたガラス基板の表面に、導電性アモルファス炭素系薄膜を形成する工程と、導電性アモルファス炭素系薄膜のうち、不要な部分をエッチング除去して凹部内に固定電極を形成する工程と、シリコン基板に絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜の表面に絶縁性アモルファス炭素系薄膜を形成する工程と、絶縁性アモルファス炭素系薄膜のうち、アクチュエータ駆動時に固定電極と当接する部分以外をエッチング除去する工程と、ガラス基板の固定電極形成面とシリコン基板の絶縁膜形成面とを陽極接合する工程と、シリコン基板を接合面と反対の表面からエッチング加工して可動電極を形成する工程とを有するものである。
この製造方法によれば、駆動時に接触する可動電極表面と固定電極表面の表面同士が両方とも、硬質で低摩擦係数なアモルファス炭素系薄膜で構成されることになるため、当接(接触)時の真実接触面積が小さくなり、かつ同種材料であるために接触帯電が殆ど無く、接触の繰り返しによる駆動の繰り返しでの帯電が抑制されて残留電荷が少なく、より安定した駆動が可能な静電アクチュエータを製造することができる。
In addition, a method for manufacturing an electrostatic actuator according to the present invention includes a fixed electrode formed in a concave portion on a substrate, and a movable electrode disposed to face the fixed electrode with a predetermined gap therebetween. In a method for manufacturing an electrostatic actuator that generates a displacement in a movable electrode by generating an electrostatic force between the electrode and the electrode, a step of forming a conductive amorphous carbon-based thin film on the surface of the glass substrate on which the recess is formed; Of the conductive amorphous carbon-based thin film, unnecessary portions are etched away to form a fixed electrode in the recess, an insulating film is formed on the silicon substrate, and an insulating amorphous carbon-based thin film is formed on the surface of the insulating film. A step of forming, a step of etching and removing a portion of the insulating amorphous carbon-based thin film other than a portion that contacts the fixed electrode when the actuator is driven, and a glass substrate A step of the fixed electrode forming surface and the silicon substrate of the insulating film forming surface to anodic bonding, and a step of forming a movable electrode of the silicon substrate from the junction surface opposite to the surface by etching.
According to this manufacturing method, both the movable electrode surface and the fixed electrode surface that are in contact with each other during driving are composed of a hard, low-coefficient amorphous carbon-based thin film. Electrostatic actuators that can be driven more stably because the true contact area of the material is small and there is almost no contact charging due to the same type of material, and there is little residual charge by suppressing charging due to repeated driving due to repeated contact. Can be manufactured.
また、導電性アモルファス炭素系薄膜は、ECRスパッタによりグラファイトをターゲットとして形成することができる。 The conductive amorphous carbon-based thin film can be formed by using ECR sputtering with graphite as a target.
また、絶縁性アモルファス炭素系薄膜は、トルエンを気化してRF−CVDにより形成することができる。 The insulating amorphous carbon-based thin film can be formed by vaporizing toluene and using RF-CVD.
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出する単一又は複数のノズル孔を有するノズル基板と、ノズル基板との間で、ノズル孔のそれぞれに連通する吐出室となる凹部が形成されたキャビティ基板と、吐出室の底部にて構成される可動電極の振動板に所定のギャップを介して対向配置される固定電極の個別電極が形成された電極基板とを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、上記の何れかの静電アクチュエータを備えたものである。
本発明の液滴吐出ヘッドは、上述のように駆動耐久性が高く持続性に優れた高信頼の静電アクチュエータを備えているので、液滴吐出の安定性や持続性に優れた液滴吐出ヘッドが得られる。
The droplet discharge head according to the present invention has a nozzle substrate having a single or a plurality of nozzle holes for discharging droplets, and a recess serving as a discharge chamber communicating with each of the nozzle holes. Droplet discharge comprising a formed cavity substrate and an electrode substrate on which an individual electrode of a fixed electrode is formed so as to face a diaphragm of a movable electrode formed at the bottom of a discharge chamber with a predetermined gap. The head includes any one of the electrostatic actuators described above.
As described above, the droplet discharge head of the present invention is equipped with a highly reliable electrostatic actuator having high driving durability and excellent sustainability, so that the droplet discharge excellent in droplet discharge stability and sustainability is achieved. A head is obtained.
また、本発明に係る液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドを備えたものである。
本発明に係る液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドを備えたものであるので、液滴吐出の安定性や持続性に優れた液滴吐出装置とすることができる。
A droplet discharge apparatus according to the present invention includes the above-described droplet discharge head.
Since the droplet discharge device according to the present invention includes the above-described droplet discharge head, a droplet discharge device having excellent droplet discharge stability and sustainability can be obtained.
以下、本発明を適用した静電アクチュエータを備える液滴吐出ヘッドの実施の形態を図面に基づいて説明する。ここでは、液滴吐出ヘッドの一例として、ノズル基板の表面に設けられたノズル孔からインク滴を吐出するフェイス吐出型の静電駆動方式のインクジェットヘッドについて図1から図5を参照して説明する。なお、本発明は、以下の図に示す構造、形状に限定されるものではなく、吐出室とリザーバ部が別々の基板に設けられた4枚の基板を積層した4層構造のものや、基板の端部に設けられたノズル孔からインク滴を吐出するエッジ吐出型の液滴吐出ヘッドにも同様に適用することができるものである。 Embodiments of a droplet discharge head including an electrostatic actuator to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings. Here, as an example of a droplet discharge head, a face discharge type electrostatic drive type inkjet head that discharges ink droplets from nozzle holes provided on the surface of a nozzle substrate will be described with reference to FIGS. . Note that the present invention is not limited to the structure and shape shown in the following drawings, and has a four-layer structure in which four substrates each having a discharge chamber and a reservoir portion provided on separate substrates are laminated, The present invention can be similarly applied to an edge discharge type droplet discharge head that discharges ink droplets from a nozzle hole provided at the end of the nozzle.
実施の形態1.
図1は実施の形態1に係るインクジェットヘッドの概略構成を分解して示す分解斜視図であり、一部を断面で表してある。図2は組立状態における図1の略右半分の概略構成を示すインクジェットヘッドの断面図、図3は図2のA部の拡大断面図、図4は図2のa−a拡大断面図、図5は図2のインクジェットヘッドの上面図である。なお、図1および図2では、通常使用される状態とは上下逆に示されている。
FIG. 1 is an exploded perspective view showing an exploded schematic configuration of the ink jet head according to the first embodiment, and a part thereof is shown in cross section. 2 is a cross-sectional view of the inkjet head showing a schematic configuration of the substantially right half of FIG. 1 in an assembled state, FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a portion A in FIG. 2, and FIG. 5 is a top view of the inkjet head of FIG. 1 and 2 are shown upside down from a state in which they are normally used.
本実施の形態のインクジェットヘッド(液滴吐出ヘッドの一例)10は、図1および図2に示すように、複数のノズル孔11が所定のピッチで設けられたノズル基板1と、各ノズル孔11に対して独立にインク供給路が設けられたキャビティ基板2と、キャビティ基板2に設けられた振動板6に対峙して個別電極5が配設された電極基板3とを貼り合わせることにより構成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the inkjet head (an example of a droplet discharge head) 10 according to the present embodiment includes a
インクジェットヘッド10のノズル孔11ごとに設けられる静電アクチュエータ部4は、図2から図4に示すように、固定電極として、ガラス製の電極基板3の凹部32内に形成された個別電極5と、可動電極として、シリコン製のキャビティ基板2の吐出室21の底壁で構成され、個別電極5に所定のギャップGを介して対向配置される振動板6とを備えている。個別電極5は、リード部5aと、フレキシブル配線基板(図示せず)に接続される端子部5aとから構成された配線部5cを有している。そして、各々の振動板6の個別電極5との対向面、すなわち電極基板3に接合されるキャビティ基板2の接合面全面には絶縁膜7が形成されている。
As shown in FIG. 2 to FIG. 4, the
絶縁膜7として、ここではシリコン酸化膜(SiO2)を用いているが、これに限られたものではなく、以下の材料を用いても良い。例えば、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、又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。
Here, a silicon oxide film (SiO 2 ) is used as the insulating
ところで、従来より、駆動耐久性を向上させるために、個別電極5上にアモルファス炭素系薄膜(DLC:ダイヤモンドライクカーボン)を設ける構成が提案されているが、本例では、個別電極そのものを、導電性を有するアモルファス炭素系薄膜(以下、導電性アモルファス炭素系薄膜という)により形成するようにしており、ここに一つの特徴がある。個別電極5として用いる導電性アモルファス炭素系薄膜として、具体的にはアモルファスカーボン膜(a-C)により形成するようにしている。また、本例で用いる導電性アモルファス炭素系薄膜は、抵抗率を、ここでは例えば5×10-2 Ω・cmと低く構成しており、抵抗率を低くすることで、導電性を有し電極として機能させるようにしている。アモルファス炭素系薄膜は、静電アクチュエータの当接・吸着保持・離脱の繰り返しによる破壊、すなわち摩耗に対して高い持続性を有していることから、個別電極5自体をアモルファス炭素系薄膜を用いて構成することにより、構成が単純でありながら、駆動耐久性を向上させて持続性に優れた信頼性が高く、長寿命の静電アクチュエータを構成することが可能となる。
By the way, conventionally, in order to improve driving durability, a configuration in which an amorphous carbon-based thin film (DLC: diamond-like carbon) is provided on the
ここで、アモルファス炭素系薄膜は、構成比sp2/sp3により分類され、sp3の組成が多い場合はダイヤモンドに近い性質を示し、より硬く、高い抵抗率を示して絶縁性となる一方、sp2の組成が多い場合はグラファイトに近い性質を示し、比較的低応力で、抵抗率を低く抑えることが可能となる。したがって、アモルファス炭素系薄膜を導電性とするためには、sp2とsp3の構成比sp2/sp3が1以上となるよう膜中の水素量を低減するようにすればよい。本例では、sp2リッチな膜(低抵抗)としてアモルファスカーボン(a−C)膜を用いる。アモルファス炭素系薄膜の構成比sp2/sp3は、ラマン散乱分光等による評価法での比により確認される。すなわち、ラマンシフトに対する強度で、sp2クラスターをdバンドのピークで、sp3クラスターをdバンドのショルダーで捉えて、それらの比を確認する。具体的な製造方法については、後記の実施の形態4で説明する。 Here, the amorphous carbon-based thin film is classified by the composition ratio sp2 / sp3, and when the composition of sp3 is large, the amorphous carbon-based thin film exhibits properties close to diamond, harder, and exhibits high resistivity and becomes insulating, while the composition of sp2 When there are many, it shows the property close to a graphite, and it becomes possible to suppress a resistivity low with a comparatively low stress. Therefore, in order to make the amorphous carbon-based thin film conductive, the amount of hydrogen in the film may be reduced so that the composition ratio sp2 / sp3 of sp2 and sp3 is 1 or more. In this example, an amorphous carbon (a-C) film is used as the sp2 rich film (low resistance). The composition ratio sp2 / sp3 of the amorphous carbon-based thin film is confirmed by a ratio in an evaluation method such as Raman scattering spectroscopy. That is, by comparing the sp2 cluster with the d-band peak and the sp3 cluster with the d-band shoulder by the intensity against the Raman shift, the ratio thereof is confirmed. A specific manufacturing method will be described in a fourth embodiment described later.
なお、膜厚については、導電性アモルファス炭素系薄膜を200nm、シリコン酸化膜を120nm、ギャップGの距離を200nmとしている。 Regarding the film thickness, the conductive amorphous carbon thin film is 200 nm, the silicon oxide film is 120 nm, and the distance of the gap G is 200 nm.
ここで、導電性アモルファス炭素系薄膜の抵抗率ρを本例では5×10-2 Ω・cmとしているが、この点に関し、以下に説明する。
静電アクチュエータの個別電極の電極厚みt、長さl、幅bとすると、個別電極の抵抗Rは次の(1)式となる。
Here, the resistivity ρ of the conductive amorphous carbon thin film is set to 5 × 10 −2 Ω · cm in this example, and this point will be described below.
Assuming that the electrode thickness t, length l, and width b of the individual electrode of the electrostatic actuator, the resistance R of the individual electrode is expressed by the following equation (1).
R=ρ・l/(b・t) ・・・(1) R = ρ · l / (b · t) (1)
静電アクチュエータの時定数は、静電アクチュエータの容量をCとすると、τ=CRであるから、これを(1)式に代入すると、次の(2)式となる。 The time constant of the electrostatic actuator is τ = CR when the capacitance of the electrostatic actuator is C. Therefore, when this is substituted into the equation (1), the following equation (2) is obtained.
τ=ρ・C・l/(b・t) ・・・(2) τ = ρ · C · l / (b · t) (2)
静電アクチュエータとして、インクジェットヘッド等のデバイスの応答性を確保し、アクチュエータへの充電と放電を速やかに行うためには、静電アクチュエータの時定数τには上限があり、これをτmaxとすると、次の(3)式が成り立つ。 In order to ensure the responsiveness of a device such as an ink jet head as an electrostatic actuator and to quickly charge and discharge the actuator, there is an upper limit to the time constant τ of the electrostatic actuator, and when this is τmax, The following equation (3) holds.
CR≦τmax ・・・(3) CR ≦ τmax (3)
上記(3)式に、(1)式を代入すると、次の(4)式となる。 Substituting equation (1) into equation (3) gives the following equation (4).
ρ≦τmax・b・t/(l・C) ・・・(4) ρ ≦ τmax · b · t / (l · C) (4)
(4)式より、個別電極5を構成する導電性アモルファス炭素系薄膜の抵抗率には上限があること、そして、その抵抗率は低いものである必要があることが分かる。そして、本例では、電極厚みt=20、長さl=1mm、幅b=30μm、容量C=10pF、時定数τ≦0.1secとしており、これによりρ≦6.0×10-2 Ω・cmと算出される。そして、本例では、6.0×10-2 Ω・cm以下のうち、5.0×10-2 Ω・cmの導電性アモルファス炭素系薄膜で個別電極5を構成している。
From equation (4), it can be seen that there is an upper limit to the resistivity of the conductive amorphous carbon-based thin film constituting the
以下、各基板の構成についてさらに詳細に説明する。
ノズル基板1は、例えばシリコン基板から作製されている。インク滴を吐出するためのノズル孔11は、例えば径の異なる2段の円筒状に形成されたノズル孔部分、すなわち径の小さい噴射口部分11aとこれよりも径の大きい導入口部分11bとから構成されている。噴射口部分11aおよび導入口部分11bは基板面に対して垂直にかつ同軸上に設けられており、噴射口部分11aは先端がノズル基板1の表面に開口し、導入口部分11bはノズル基板1の裏面(キャビティ基板2と接合される接合側の面)に開口している。
また、ノズル基板1には、キャビティ基板2の吐出室21とリザーバ23とを連通するオリフィス12とリザーバ23部の圧力変動を補償するためのダイヤフラム部13が形成されている。
Hereinafter, the configuration of each substrate will be described in more detail.
The
In addition, the
ノズル孔11を噴射口部分11aとこれよりも径の大きい導入口部分11bとから2段に構成することにより、インク滴の吐出方向をノズル孔11の中心軸方向に揃えることができ、安定したインク吐出特性を発揮させることができる。すなわち、インク滴の飛翔方向のばらつきがなくなり、またインク滴の飛び散りがなく、インク滴の吐出量のばらつきを抑制することができる。また、ノズル密度を高密度化することが可能である。
By forming the
キャビティ基板2は、例えば面方位が(110)のシリコン基板から作製されている。キャビティ基板2には、インク流路に設けられる吐出室21となる凹部22、およびリザーバ23となる凹部24がエッチングにより形成されている。凹部22は前記ノズル孔11に対応する位置に独立に複数形成される。したがって、図2に示すようにノズル基板1とキャビティ基板2を接合した際、各凹部22は吐出室21を構成し、それぞれノズル孔11に連通しており、またインク供給口である前記オリフィス12ともそれぞれ連通している。そして、吐出室21(凹部22)の底部が上記振動板6となっている。また、この振動板6は、シリコン基板の表面からボロン(B)を拡散させてボロン拡散層を形成し、ウェットエッチングによりエッチングストップしてそのボロン拡散層の厚さで薄く仕上げられている。また、キャビティ基板2の振動板6の個別電極5との対向面には前述のように絶縁膜7が形成されている。
The
凹部22は、インク等の液状材料を貯留するためのものであり、各吐出室21に共通のリザーバ(共通インク室)23を構成する。そして、リザーバ23(凹部24)はそれぞれオリフィス12を介して全ての吐出室21に連通している。また、リザーバ23の底部には後述する電極基板3を貫通する孔が設けられ、この孔のインク供給孔33を通じて図示しないインクカートリッジからインクが供給されるようになっている。
The
電極基板3は、例えばガラス基板から作製される。中でも、キャビティ基板2のシリコン基板と熱膨張係数の近い硼珪酸系の耐熱硬質ガラスを用いるのが適している。これは、電極基板3とキャビティ基板2を陽極接合する際、両基板の熱膨張係数が近いため、電極基板3とキャビティ基板2との間に生じる応力を低減することができ、その結果剥離等の問題を生じることなく電極基板3とキャビティ基板2を強固に接合することができるからである。
The
電極基板3には、キャビティ基板2の各振動板6に対向する表面位置にそれぞれ凹部32が設けられている。凹部32は、エッチングにより所要の深さで形成されている。そして、各凹部32内には、導電性アモルファスカーボン膜からなる個別電極5が、例えば200nmの厚さで形成される。したがって、振動板6と個別電極5との間に形成されるギャップ(空隙)Gは、この凹部32の深さ、個別電極5及び絶縁膜7の各厚さにより決まることになる。このギャップGはインクジェットヘッドの吐出特性に大きく影響するので、凹部32の深さ、個別電極5の厚さ、絶縁膜7の厚さを高精度に加工する必要がある。
The
個別電極5は、フレキシブル配線基板(図示せず)に接続される端子部5aを有する。端子部5aは、キャビティ基板2の末端部が開口された電極取り出し部34内に露出している。
また、振動板6と個別電極5との間に形成されるギャップGの開放端部はエポキシ等の樹脂による封止材35で封止される。これにより、湿気や塵埃等が電極間ギャップへ侵入するのを防止することができ、インクジェットヘッド10の信頼性を高く保持することができる。
The
The open end of the gap G formed between the
ノズル基板1、キャビティ基板2、および電極基板3は、図2に示すように貼り合わせることによりインクジェットヘッド10の本体部が作製される。すなわち、キャビティ基板2と電極基板3は陽極接合により接合され、そのキャビティ基板2の上面(図2において上面)にノズル基板1が接着等により接合される。
The
そして最後に、図2、図5に簡略化して示すように、ドライバIC等の駆動制御回路40が各個別電極5の端子部5aとキャビティ基板2上面の共通電極26とに上記フレキシブル配線基板(図示せず)を介して接続される。
以上により、インクジェットヘッド10が完成する。
Finally, as shown in FIGS. 2 and 5 in a simplified manner, a
Thus, the
次に、以上のように構成されるインクジェットヘッド10の動作を説明する。
駆動制御回路40により個別電極5とキャビティ基板2の共通電極26の間にパルス電圧を印加すると、振動板6は個別電極5側に引き寄せられて吸着し、吐出室21内に負圧を発生させて、リザーバ23内のインクを吸引し、インクの振動(メニスカス振動)を発生させる。このインクの振動が略最大となった時点で、電圧を解除すると、振動板6は離脱して、インクをノズル孔11から押出し、インク液滴を吐出する。
Next, the operation of the
When a pulse voltage is applied between the
インクジェットヘッド10の駆動時には、個別電極5に対し、振動板6が繰り返し当接および離脱を繰り返すことになる。このとき、個別電極5には繰り返し接触によるストレス等が作用するが、個別電極5を構成するアモルファス炭素系薄膜は硬質膜であるため、膜の破壊がなく、駆動耐久性を向上することが可能である。また、アモルファス炭素系薄膜は、従来より個別電極として一般的に用いられているITO(Indium Tin Oxide:インジウム錫酸化物)よりも、電極基板3を構成するガラス基板との密着性が良好なため、剥離等の欠陥や不具合がない高品質の静電アクチュエータを構成することが可能である。
When the
このように、実施の形態1の静電アクチュエータ部4は、個別電極5を、硬質で摩擦係数の小さい材料であるアモルファス炭素系薄膜で構成したので、振動板6の当接・離脱の繰り返しによる駆動の耐久性を向上させて持続性に優れた高信頼のアクチュエータを実現できる。また、個別電極5自体をアモルファス炭素系薄膜で構成したので、従来、駆動耐久性向上を目的として個別電極に更にアモルファス炭素系薄膜を形成していた構成に比べて簡便な構成とすることができる。
また、インクジェットヘッド10は、上記のように構成された静電アクチュエータ部4を備えているので、液滴吐出の安定性や持続性に優れ、高品位な印刷を長寿命で実現することが可能なものとすることができる。
As described above, in the
In addition, since the
実施の形態2.
図6は、実施の形態2の静電アクチュエータ部4Aを有するインクジェットヘッド10の概略断面図、図7は図6のB部の拡大断面図である。なお、実施の形態2以下において、特に断らない限り上記の実施の形態1と対応する部分には同じ符号を付して説明は省略する。
実施の形態2の静電アクチュエータ部4Aは、上記実施の形態1の静電アクチュエータ部において振動板6に形成した絶縁膜7の表面に、表面層8を形成したものであり、その他の構成は実施の形態1と同様である。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the
The
表面層8は、絶縁性を有する高抵抗のアモルファス炭素系薄膜(以下、絶縁性アモルファス炭素系薄膜という)で約10nmで形成され、振動板6において特に個別電極5に当接する部分に形成されている。絶縁性アモルファス炭素系薄膜は、個別電極5を構成する導電性アモルファス炭素系薄膜とは膜の構成が異なり、主に、SP3リッチ又は水素リッチな膜で構成される。絶縁性アモルファス炭素系薄膜の製造方法は、後記の実施の形態4で説明する。絶縁性アモルファス炭素系薄膜として、ここでは、α−C:H(アモルファス水素化カーボン)を用いているが、他に例えば、ta−C(テトラヘデラル アモルファスカーボン)や、ta−C:H(水素化ta−C)を用いてもよい。
The
このように、実施の形態2の静電アクチュエータは、アクチュエータ駆動時に接触する振動板表面と個別電極表面の表面同士が両方とも、硬質で低摩擦係数なアモルファス炭素系薄膜で構成しているため、当接(接触)時の真実接触面積が小さくなり、かつ同種材料であるために接触帯電が殆ど無く、接触の繰り返しによる駆動の繰り返しでの帯電が抑制されて残留電荷が少なく、より安定した駆動が可能となる。加えて、磨耗による破壊が無い。その結果、前述の実施の形態1に比べて、更に駆動の安定性及び信頼性の高い静電アクチュエータを実現し、インクジェットヘッド10の耐久性を向上することが可能となる。
As described above, the electrostatic actuator according to the second embodiment is composed of an amorphous carbon-based thin film that is hard and has a low friction coefficient, both of the surfaces of the diaphragm and the individual electrode surfaces that are in contact with each other when the actuator is driven. Real contact area at the time of contact (contact) is small, and since it is the same type of material, there is almost no contact charging, charging by repeated driving due to repeated contact is suppressed, residual charge is less, and more stable driving Is possible. In addition, there is no destruction due to wear. As a result, it is possible to realize an electrostatic actuator with higher driving stability and reliability than in the first embodiment, and to improve the durability of the
実施の形態3.
実施の形態3は、個別電極5の構成を工夫し、個別電極5を導電性アモルファス炭素系薄膜で形成する際の成膜負荷の軽減を図るものである。以下では、実施の形態3の特徴部分である個別電極部分について図を用いて説明し、インクジェットヘッド10全体の構成等は上記実施の形態1及び2と同様であるため、図示及びその説明は省略する。
In the third embodiment, the configuration of the
静電アクチュエータの時定数τは、前述したように上限があり、所望の応答性を確保しようとする場合、個別電極5の抵抗を低くすることが望まれる。個別電極5の抵抗を低くする方法としては、膜厚を厚くする方法があるが、膜厚を厚くすると、成膜に要する時間が膜厚に比例して長くなるため、生産性が悪く、また、成膜に要する材料を多く消費してしまうことになり、コスト的な面で問題がある。
The time constant τ of the electrostatic actuator has an upper limit as described above, and it is desirable to reduce the resistance of the
このような問題を、個別電極5の構成によって解決しようとしたものであり、以下に個別電極5の構成について、2つの構成例を挙げ、順に説明する。
Such a problem is sought to be solved by the configuration of the
(第1構成例)
図8は、実施の形態3の静電アクチュエータの第1構成例の個別電極部分の平面図である。図8において、矢印は電荷の流れを示しており、これについては次の第2構成例で説明する。
第1構成例の個別電極5は、個別電極5全体のうち、特に振動板6と対向する対向部であるアクチュエータ部50を導電性アモルファス炭素系薄膜で構成し、その他の配線部5cが、一般的に配線として使用され、導電性アモルファス炭素系薄膜よりも導電性の高い導電膜(例えば、Cr/Au膜)で構成したものである。
(First configuration example)
FIG. 8 is a plan view of the individual electrode portion of the first configuration example of the electrostatic actuator according to the third embodiment. In FIG. 8, the arrows indicate the flow of charges, which will be described in the second configuration example below.
In the
個別電極5を上記のように構成した場合、個別電極全体を導電性アモルファス炭素系薄膜で構成する場合に比べて、個別電極全体としての抵抗を低くすることができる。よって、個別電極全体を導電性アモルファス炭素系薄膜で構成する場合と同じ応答性を図8の構成で確保しようとした場合、配線部5cが低抵抗である分だけ、個別電極5のアクチュエータ部50が高抵抗であっても許容できることになる。すなわち、アクチュエータ部50を構成する導電性アモルファス炭素系薄膜の膜厚を薄くしても、同じ機能と性能(導電性と応答性)を確保することができる。
When the
このように、実施の形態3の第1構成例によれば、個別電極5を製造する際の成膜負荷を下げることが可能となり、製造工程の簡略化及び低コスト化に寄与することが可能である。また、次に説明する第2構成例に比べて構成が単純であるため、比較的幅が狭くピッチの細かいアクチュエータへ本構成を適用しても、より高精度な位置合わせを必要とすることは無く、また、インクジェットヘッドではノズルの高密度化に伴う配線の微細化のための配線形成プロセスの高精度化等への課題へ対応し易い。
As described above, according to the first configuration example of the third embodiment, it is possible to reduce the film forming load when manufacturing the
(第2構成例)
図9は、実施の形態3の静電アクチュエータの第2構成例の個別電極部分の平面図である。図10及び図11は、図9の個別電極を有する静電アクチュエータ部の断面図で、図10は振動板離脱時、図11は振動板当接時を示している。
第2構成例の個別電極5は、第1構成例のアクチュエータ部50を、振動板6と当接する当接部50aと、当接部50aの周囲を囲む周状配線部50bとに分け、当接部50aを導電性アモルファス炭素系薄膜で構成し、周状配線部50bを配線部5cと一体的に導電膜(例えば、Cr/Au)で構成したものである。
(Second configuration example)
FIG. 9 is a plan view of the individual electrode portion of the second configuration example of the electrostatic actuator according to the third embodiment. 10 and 11 are cross-sectional views of the electrostatic actuator unit having the individual electrodes of FIG. 9, where FIG. 10 shows when the diaphragm is detached and FIG. 11 shows when the diaphragm is in contact.
The
図9において、矢印は電荷の流れを示しており、外部から配線部50cに供給された電荷は、当接部50aに比べて抵抗の低い周状配線部50bに供給された後、当接部50aの幅方向(図示上下方向)の中心部に向かって供給される。ここで、第1構成例についても電荷の流れについて述べると、第1構成例の場合、外部から配線部5cに供給された電荷は、個別電極5のアクチュエータ部50を矢印方向に流れることになる。抵抗は、電荷が流れる方向の長さに比例して大きくなるため、第1構成例と第2構成例とで、導電性アモルファス炭素系薄膜で構成された部分(すなわちアクチュエータ部50全体と、当接部50a)の抵抗を比較すると、第2構成例の方が下げることができる。なお、導電膜で構成された部分(配線部50c、周状配線部50b)の抵抗については導電性アモルファス炭素系薄膜に比べて抵抗値が格段に小さく、ここでは無視できるものとする。
In FIG. 9, the arrows indicate the flow of charges, and the charge supplied from the outside to the wiring part 50 c is supplied to the
よって、第2構成例の構成では、第1構成例に比べて更に導電性アモルファス炭素系薄膜の膜厚を薄く形成しても、第1構成例と同じ応答性を確保することが可能となる。すなわち、成膜負荷を更に軽減することが可能となる。従って、製造工程の一層の簡略化及び低コスト化に寄与することが可能となる。 Therefore, in the configuration of the second configuration example, even when the conductive amorphous carbon-based thin film is formed thinner than the first configuration example, the same responsiveness as that of the first configuration example can be ensured. . That is, the film forming load can be further reduced. Therefore, it is possible to contribute to further simplification and cost reduction of the manufacturing process.
実施の形態4.
実施の形態4は、実施の形態1〜3に係るインクジェットヘッド10の製造方法の一例について図12から図14を参照して概要を説明する。図12はインクジェットヘッド10の製造工程の概略の流れを示すフローチャート、図13は電極基板3の製造工程の概要を示す断面図、図14はインクジェットヘッド10の製造工程の概要を示す断面図である。
図12において、ステップS1〜S4は電極基板3の製造工程を示すものであり、ステップS5〜S9はキャビティ基板2の元になるシリコン基板の製造工程を示すものである。
ここでは、主に実施の形態2の静電アクチュエータ部4Aを備えたインクジェットヘッド10の製造方法について説明する。
In FIG. 12, steps S <b> 1 to S <b> 4 indicate the manufacturing process of the
Here, a method for manufacturing the
電極基板3は以下のようにして製造される。
まず、硼珪酸ガラス等からなる板厚約1mmのガラス基板300に、例えば金・クロムのエッチングマスクを使用してフッ酸によってエッチングすることにより所望の深さの凹部32を形成する(図12のS1、図13(a))。なお、この凹部32は個別電極5の形状より少し大きめの溝状のものであり、個別電極5ごとに複数形成される。
そして、個別電極5となる導電性アモルファス炭素系薄膜51を、凹部32を形成したガラス基板300表面に全面成膜する(図12のS2、図13(b))。
The
First, a
Then, a conductive amorphous carbon
表1に、本例において個別電極5を構成する導電性アモルファス炭素系薄膜51として成膜されるアモルファスカーボン膜(a−C)の諸元と成膜方法を示し、表2に、ECRプラズマスパッタによる成膜条件を示す。
Table 1 shows the specifications of the amorphous carbon film (a-C) formed as the conductive amorphous carbon-based
表1に示すように、アモルファスカーボン膜(a−C)は、グラファイトをターゲットとしてECR(電子サイクロトロン共鳴)プラズマスパッタ(固体ソースECR成膜法)により、厚みt=200nmで形成する。抵抗率としては、ρ=5×10-2(Ω・cm)以下を確保し、導電体とする。また、膜密度は2.3g/cm3となる。また、表2に示すように、マイクロ波パワー500W、ターゲット電圧500V、基板バイアス−40V、照射イオン加速電圧150Vとする。 As shown in Table 1, the amorphous carbon film (a-C) is formed with a thickness t = 200 nm by ECR (electron cyclotron resonance) plasma sputtering (solid source ECR film forming method) using graphite as a target. As the resistivity, ρ = 5 × 10 −2 (Ω · cm) or less is ensured to be a conductor. The film density is 2.3 g / cm 3 . Further, as shown in Table 2, the microwave power is 500 W, the target voltage is 500 V, the substrate bias is −40 V, and the irradiation ion acceleration voltage is 150 V.
ここで、アモルファスカーボン膜の成膜方法として、ここではECRプラズマスパッタ法を用いているので、結晶性のカーボン膜となり、π電子による電気伝導が可能となる。このため、硬くて低抵抗で導電性を有する膜を形成することが可能となる。これにより、静電アクチュエータの駆動での、振動板表面と個別電極5の繰り返し当接による破壊を防止し、十分な応答性が確保され得る低抵抗の個別電極5が実現可能となる。
Here, since the ECR plasma sputtering method is used here as a method for forming the amorphous carbon film, the amorphous carbon film becomes a crystalline carbon film and can conduct electricity by π electrons. For this reason, it is possible to form a film that is hard and has low resistance and conductivity. As a result, it is possible to realize a low-resistance
なお、アモルファスカーボン膜は、上記のようにECRスパッタにてグラファイトをターゲットとして成膜する方法の他、アーク放電法により水素含有量の少ないアモルファスカーボンを成膜するようにしてもよい。また、アモルファス炭素系薄膜をCVDで成膜した後、例えば300℃〜500℃でアニールすることでも形成可能である。 The amorphous carbon film may be formed of amorphous carbon having a low hydrogen content by an arc discharge method in addition to the method of forming a film using graphite as a target by ECR sputtering as described above. Alternatively, the amorphous carbon-based thin film can be formed by CVD and then annealed at 300 ° C. to 500 ° C., for example.
その後、ドライフィルムレジストを、成膜した導電性アモルファス炭素系薄膜51の上にラミネートしてレジスト膜を形成し、導電性アモルファス炭素系薄膜51のうち個別電極5となる部分を残して、パターニングして除去、区画形成する(図12のS3)。次に酸素プラズマにより導電性アモルファス炭素系薄膜51を酸化して除去、エッチングする。その後レジスト剥離液でレジストを剥離して、導電性アモルファス炭素系薄膜51を区画形成し、個別電極5を形成する(図12のS4、図13(c))。
以上により、実施の形態1及び実施の形態2の電極基板3を作製することができる。
Thereafter, a dry film resist is laminated on the formed conductive amorphous carbon-based
As described above, the
キャビティ基板2は上記により作製された電極基板3にシリコン基板200を陽極接合してから作製される。
The
まず、例えば厚さが280μmのシリコン基板200の片面全面に、例えば厚さが0.8μmのボロン拡散層201を形成したシリコン基板200を作製する(図12のS5)。
次に、そのシリコン基板200のボロン拡散層201の表面(下面)上に、シリコン酸化膜等の絶縁膜7を全面形成し(図12のS6)、その後、その表面に絶縁性アモルファス炭素系薄膜80を表面層(絶縁体表面層)として全面形成する(図12のS7、図14(a))。
First, for example, a
Next, an insulating
表3に、本例において絶縁性アモルファス炭素系薄膜80として形成されるアモルファス水素化カーボン膜(a−C:H)の諸元と成膜方法を示す。
Table 3 shows the specifications of the amorphous hydrogenated carbon film (aC: H) formed as the insulating amorphous carbon
表3に示すように、アモルファス水素化カーボン膜は、トルエンを水素リッチにRF−CVDにて厚みt=10(nm)で形成する。抵抗率は、ρ=1×1015(Ω・cm)を確保し、絶縁体とする。 As shown in Table 3, the amorphous hydrogenated carbon film is formed in a thickness t = 10 (nm) by RF-CVD with toluene rich in hydrogen. The resistivity is ρ = 1 × 10 15 (Ω · cm), and an insulator is used.
その後、ドライフィルムレジストを、成膜した絶縁性アモルファス炭素系薄膜80の上にラミネートしてレジスト膜を形成し、絶縁性アモルファス炭素系薄膜80の振動板6の当接部を残して、パターニングして除去、区画形成する(図12のS8、図14(b))。次に酸素プラズマにより絶縁性アモルファス炭素系薄膜80を酸化して除去、エッチングする。その後レジスト剥離液でレジストを剥離して、絶縁性アモルファス炭素系薄膜80を区画形成する(図12のS9、図14(v))。
以上により、実施の形態1〜3のシリコン基板200を作製することができる。
Thereafter, a dry film resist is laminated on the formed insulating amorphous carbon-based
As described above, the
次に、以上により作製されたシリコン基板200を上記電極基板3上に位置合わせ(アライメント)して陽極接合する(図12のS10、図14(c))。
ついで、この接合済みシリコン基板200の表面全面を研削・CMPにより研磨加工して、厚さを例えば50μm程度に薄くする(図12のS11、図14(d))。その後、研磨されたシリコン基板表面にCVDによりシリコン酸化膜を成膜する。
Next, the
Next, the entire surface of the bonded
このシリコン酸化膜をフォトリソ・パターニングしてエッチングマスクを形成し(図12のS12)、KOH水溶液等で異方性ウエットエッチングしてインク流路溝を形成する(図12のS13)。これによって、吐出室21となる凹部22、リザーバ23となる凹部24及び電極取り出し部34となる凹部27が形成されると共に、エッチストップにより振動板6となる薄板部が形成される(図14(e))。その際、ボロン拡散層201の表面でエッチングストップがかかるので、振動板6の厚さを高精度に形成することができるとともに、表面荒れを防ぐことができる。次に、凹部27の底部をドライエッチング等で除去して電極取り出し部34を開口する(図14(f))。
This silicon oxide film is photolithographically patterned to form an etching mask (S12 in FIG. 12), and anisotropic wet etching is performed with a KOH aqueous solution or the like to form ink channel grooves (S13 in FIG. 12). As a result, a
そして、ギャップ開放端部にエポキシ樹脂や接着剤等の封止材35を塗布して気密に封止する。また、マイクロブラスト加工等により凹部24の底部を貫通させてインク供給孔33を形成する。そして、シリコン基板200の吐出室21となる凹部22内に、インク保護膜(図示せず)をCVDにより成膜して形成する。この際、電極取り出し部34はマスクして成膜する。インク保護膜を成膜する際に併せてギャップ開放端部を封止しても良い(図12のS14)。また、シリコン基板200上に金属からなる共通電極26を形成する(図14(g))。
And the sealing
以上の工程を経て電極基板3に接合されたシリコン基板200からキャビティ基板2が作製される。
その後、このキャビティ基板2の表面上に、予めノズル孔11等が形成されたノズル基板1を接着により接合する(図12のS15、図14(g))。そして最後に、ダイシングにより個々のヘッドチップに切断すれば、上述したインクジェットヘッド10の本体部が完成する(図12のS16、図14(h))。
The
Thereafter, the
このインクジェットヘッド10の製造方法によれば、駆動耐久性が高く持続性に優れた高信頼の静電アクチュエータを備えるインクジェットヘッドを製造することができる。
また、キャビティ基板2を、予め作製された電極基板3に接合した状態のシリコン基板200から作製するものであるので、その電極基板3によりキャビティ基板2を支持した状態となるため、キャビティ基板2を薄板化しても、割れたり欠けたりすることがなく、ハンドリングが容易となる。したがって、キャビティ基板2を単独で製造する場合よりも歩留まりが向上する。
According to the method for manufacturing the
Since the
以上の実施の形態では、静電アクチュエータおよびインクジェットヘッド、ならびにこれらの製造方法について述べたが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の思想の範囲内で種々変更することができる。例えば、本発明の静電アクチュエータは、プロジェクタに用いるミラーデバイスやレーザプリンタに用いるレーザスキャンミラー用のアクチュエータとして適用可能である。また、通信機器や分析機器に用いる光スイッチや光フィルタ等のアクチュエータとして適用可能である。また、本発明の適用により、同様な作用・効果を得ることができ、信頼性の高いアクチュエータを提供し、長寿命な各種情報機器の実現が可能となる。 In the above embodiment, the electrostatic actuator, the inkjet head, and the manufacturing method thereof have been described. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made within the scope of the idea of the present invention. can do. For example, the electrostatic actuator of the present invention can be applied as a mirror device used in a projector or an actuator for a laser scan mirror used in a laser printer. Moreover, it is applicable as actuators, such as an optical switch and an optical filter used for a communication apparatus and an analysis apparatus. In addition, by applying the present invention, similar actions and effects can be obtained, a highly reliable actuator can be provided, and various types of information equipment with a long life can be realized.
また、ノズル孔より吐出される液状材料を変更することにより、インクジェットプリンタのほか、液晶ディスプレイのカラーフィルタの製造、有機EL表示装置の発光部分の形成、遺伝子検査等に用いられる生体分子溶液のマイクロアレイの製造など様々な用途の液滴吐出装置として利用することができる。 Also, by changing the liquid material discharged from the nozzle holes, in addition to inkjet printers, the production of color filters for liquid crystal displays, the formation of light emitting portions of organic EL display devices, the microarray of biomolecule solutions used for genetic testing, etc. It can be used as a droplet discharge device for various uses such as manufacture of
例えば、図15は、本発明のインクジェットヘッドを備えるインクジェットプリンタの概要を示すものである。
このインクジェットプリンタ500は、記録紙501を副走査方向Yに向けて搬送するプラテン502と、このプラテン502にインクノズル面が対峙しているインクジェットヘッド10(又は10A)と、このインクジェットヘッド10(又は10A)を主走査方向Xに向けて往復移動させるためのキャリッジ503と、インクジェットヘッド10の各インクノズルにインクを供給するインクタンク504とを有している。
したがって、高解像度、高速駆動のインクジェットプリンタを実現できる。
For example, FIG. 15 shows an outline of an ink jet printer including the ink jet head of the present invention.
The
Therefore, a high-resolution, high-speed ink jet printer can be realized.
1 ノズル基板、2 キャビティ基板、3 電極基板、4,4A 静電アクチュエータ部、5 個別電極、5c 配線部、6 振動板、7 絶縁膜、8 表面層、10 インクジェットヘッド、11 ノズル孔、21 吐出室、26 共通電極、50 アクチュエータ部(対向部)、50a 当接部、50b 周状配線部、50c 配線部、51 導電性アモルファス炭素系薄膜。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記固定電極は、前記可動電極と対向する対向部と、配線部とを有し、前記固定電極の前記対向部は、アクチュエータ駆動時に前記可動電極と当接する当接部と、前記配線部と一体的に形成され、前記当接部の周囲を囲む周状配線部とから構成されており、前記当接部は導電性アモルファス炭素系薄膜で構成され、前記配線部と前記周状配線部とは前記導電性アモルファス炭素系薄膜よりも導電性の高い膜で構成されていることを特徴とする静電アクチュエータ。 A fixed electrode formed in a concave portion on the substrate, and a movable electrode disposed opposite to the fixed electrode with a predetermined gap, and generating an electrostatic force between the fixed electrode and the movable electrode In an electrostatic actuator that causes displacement in the movable electrode,
The fixed electrode includes a facing portion that faces the movable electrode and a wiring portion, and the facing portion of the fixed electrode is integrated with the contact portion that contacts the movable electrode when the actuator is driven, and the wiring portion. And is formed of a peripheral wiring portion surrounding the periphery of the contact portion, the contact portion is formed of a conductive amorphous carbon-based thin film, and the wiring portion and the peripheral wiring portion are An electrostatic actuator comprising a film having higher conductivity than the conductive amorphous carbon-based thin film.
前記固定電極は、前記可動電極と対向する対向部と、配線部とを有し、前記対向部は、第一の部分と、前記配線部と一体的に形成され、前記第一の部分の周囲を囲む第二の部分とを有し、
前記第一の部分は導電性アモルファス炭素系薄膜で構成され、
前記第二の部分及び前記配線部は前記導電性アモルファス炭素系薄膜よりも導電性の高い膜で構成されていることを特徴とする静電アクチュエータ。 An electrostatic actuator comprising a fixed electrode and a movable electrode disposed opposite to the fixed electrode via a gap, and generating an electrostatic force between the fixed electrode and the movable electrode to cause displacement of the movable electrode In
The fixed electrode includes a facing portion facing the movable electrode, and a wiring portion, and the facing portion is formed integrally with the first portion and the wiring portion, and surrounds the first portion. And a second part surrounding
The first part is composed of a conductive amorphous carbon-based thin film,
The electrostatic actuator, wherein the second part and the wiring part are formed of a film having higher conductivity than the conductive amorphous carbon thin film.
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