JPH11263012A

JPH11263012A - 静電型アクチュエータ及びその製造方法

Info

Publication number: JPH11263012A
Application number: JP6910498A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Maruyama; 博幸丸山
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1998-03-18
Filing date: 1998-03-18
Publication date: 1999-09-28

Abstract

(57)【要約】【課題】静電気力によって相対変位する対向部材を備
えた静電型アクチュエータにおいて、対応部材同士の貼
り付きを防止する疎水膜を確実に形成することが可能な
形状の静電型アクチュエータを提供する。【解決手段】静電型アクチュエータを用いたインクジ
ェットヘッド１のインク室６の底壁（共通電極）５の表
面及びセグメント電極１７の表面を含む振動室１５は、
外部を結ぶ管１５ｂと接続しており、この管１５ｂは更
にバイパス管１５ｃを介して外部に連通している。ま
た、管１５ｂを取り出すための第１の貫通穴２７ａとバ
イパス管１５ｃを取り出すための第２の貫通穴２７ｂが
キャビティプレート３に形成されている。第１の貫通穴
２７ａから管１５ｂの解放端を封止材２０ａで封止した
後、振動室１５内部に、バイパス管１５ｃを介して疎水
膜を形成するための化合物を処理槽内で注入される。注
入後、処理槽外で第２の貫通穴よりバイパス管１５ｃの
解放端を封止材２０ｂで封止することにより、振動室１
５は気密封止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は対向電極間に電圧を
印加することにより発生する静電気力を駆動源として利
用している静電型アクチュエータに関するものである。
更に詳しくは、本発明は、静電気力により相対変位する
部材の表面に疎水膜を備えた静電型アクチュエータにお
ける当該疎水膜の形成方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】インクジェットプリンタのインクジェッ
トヘッド等には、半導体の微細加工技術を用いて形成さ
れた微小構造のアクチュエータが用いられている。この
微小構造のアクチュエータとしては、その駆動源として
静電気力を利用した静電駆動方式のものが知られてい
る。例えば、本出願人によって、静電気力を利用してイ
ンク液滴を吐出するタイプのインクジェットヘッドが特
開平５−５０６０１号、同６−７０８８２号公報に開示
されている。

【０００３】この形式のインクジェットヘッドは、イン
クノズルに連通しているインク室の底面が弾性変形可能
な振動板として形成されている。この振動板には、ほぼ
一定の間隔で基板が対向配置されている。これらの振動
板および基板には、それぞれ対向電極が配置され、これ
らの対向電極の間の空間は封止された状態となってい
る。対向電極間に電圧を印加すると、これらの間に発生
する静電気力によってインク室の底面（振動板）が基板
の側に静電吸引あるいは静電反発されて振動する。この
インク室の底面の振動に伴って発生するインク室の内圧
変動によりインクノズルからインク液滴が吐出される。
対向電極間に印加する電圧を制御することにより、記録
に必要な時にのみインク液滴を吐出する、所謂インク・
オン・デマンド方式が実現される。

【０００４】ここで、対向電極間に繰り返し電圧を印加
してインクジェットヘッドを駆動している間に、対向電
極の表面、すなわち、対向しているインク室底面および
基板の表面に水分が付着すると、これらの極性分子の帯
電によって、静電吸引特性あるいは静電反発特性が低下
する恐れがある。また、基板の表面に吸着した極性分子
が相互に水素結合して、インク室底面が基板側に貼り付
いたままの状態（スティッキング状態）となり、動作不
能となる恐れがある。

【０００５】このような弊害を回避するために、インク
室底面および基板表面に疎水化処理を施すことが考えら
れる。例えば、パーフルオロデカン酸（ＰＦＤＡ）の配
向単分子層をこれらの表面に形成することにより、これ
らの表面を疎水化することが考えられる。

【０００６】ＰＦＤＡを用いた疎水化処理が施された静
電型アクチュエータの例は、例えば、特開平７−１３０
０７号公報、ＵＳＰ５、３３１、４５４に開示されてい
る。これらの公報においては、静電型アクチュエータで
あるマイクロメカニカル装置における対向電極の表面に
ＰＦＤＡの配向単分子層を形成することにより、これら
が駆動中に膠着状態に陥ること等を防止するようにして
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ＰＦＤＡを用いた疎水
化処理の他に、本発明者等は、ＨＭＤＳ等（ヘキサメチ
ルジシラザン、（ＣＨ_３）_３ＳｉＮＨＳｉ（Ｃ
Ｈ_３）_３）を用いて疎水化処理を行うことを提案してい
る。即ち、疎水膜を形成するための化合物を対向電極の
間の空間に気密封止して、静電型アクチュエータの耐久
性を向上させることを提案している。

【０００８】本発明者等の知見によれば、アクチュエー
タの耐久性と、アクチュエータ内に気密封止された化合
物の濃度とは密接な関係があることが得られた。詳細に
説明すると、本発明者等は、対向表面に疎水基を有し、
かつ水酸基と反応可能な有機珪素化合物の一つであるヘ
キサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）からなる疎水膜を付
着した直後から外部（大気中）に放置した場合における
疎水膜の耐久性を調べたところ、図７に示すように、放
置した直後から急激に低下して数分後に所定のレベルに
おちつき、その後、さらに数日間放置すると、耐久性は
再び徐々に回復することが分かった。より詳しく現象を
説明すると、図７の領域Ｂの範囲内で対向部材間を封止
したものは、対向部材間（対向する電極から構成される
キャパシタ）の充放電を４００〜５００万回繰り返す
と、対向部材間にゲル状の異物が発生し、アクチェエー
タを作動させることが困難となる。このゲル状の異物
は、対向部材間の隙間を早く封止するほど、発生する時
期が遅くなる（領域Ａ）。即ち対向部材間の隙間内のＨ
ＭＤＳ濃度を上げるほど、ゲル状の異物が発生しにくく
なるということが分かった。一方、気密封止まで所定時
間以上放置したものもゲル状の異物が発生しにくくなる
（領域Ｃ）。

【０００９】この特異な現象は、疎水膜を形成するため
の化合物が対向部材間に過多に存在すると、静電型アク
チュエータに充放電を繰り返すうちに化合物がゲル化し
やすく、極めて過多な化合物が封止されれば逆にゲル化
が抑制されるということを示唆している。また、気密封
止まで所定時間以上放置すれば、過多な化合物が加水分
解により除去され、異物化の原因となる過多な化合物が
除去されるものと考えられる。

【００１０】即ち、このような実験結果から、耐久性の
ある疎水膜を得るためには、対向表面間に疎水膜を形成
するための化合物を注入した後、1) 対向表面間の隙間
に存在する疎水膜を形成するための化合物の濃度が所定
値以上に保たれた状態のまま当該隙間を気密封止する
か、2)数日間大気中に対向部材を放置した後隙間を封止
すればよいということが分かった。

【００１１】隙間に化合物の濃度が所定値以上に保たれ
た状態のまま当該隙間を気密封止する方法1)で静電型ア
クチュエータを製造する場合、本発明者等の実験によれ
ば、化合物の濃度が０．３〜０．８％以上の状態で隙間
を気密封止すれば、疎水膜の耐久性を実用上十分なもの
にできることが確認されている。

【００１２】このように、できる限り化合物の濃度の高
い状態で対向部材間の隙間を封止することが望ましい
が、ＨＭＤＳを充填した槽内で隙間をエポキシ系の接着
剤を用いて封止する場合にはＨＭＤＳ以外の接着剤の成
分で槽内を汚してしまい、品質管理上好ましくない。

【００１３】本発明の課題は、このような点に鑑みて、
耐久性のある疎水膜を備えた静電型アクチュエータを提
供するとともに、疎水膜を形成するための化合物を濃度
の高い状態に保って確実にアクチュエータ内に注入し、
かつ、槽外で封止することが可能な、即ち大量生産に適
した形状の静電型アクチュエータを提供することにあ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、略一定の間隔
で対向配置され相対変位可能な複数の対向部材と、これ
らの各対向部材の間に選択的に静電気力を発生させて当
該対向部材を選択的に相対変位させる駆動手段を有する
静電型アクチュエータにおいて、各対向部材の一方の部
材側に設けられ、前記駆動手段により選択的に通電され
るセグメント電極と、各対向部材が形成された面を壁面
の一部とし、夫々にセグメント電極が形成された振動室
と、各振動室に連通し、前記セグメント電極と電気的に
接続するリードが夫々に形成された第１の管と、前記振
動室側と反対側の端で、前記第１の管の全てに接続する
と共に、前記各リードと電気的に接続する端子が夫々に
形成された第１の凹部と、前記対向部材間に疎水膜を形
成する化合物を封入するために、前記第１の管の端子が
設けられた側の端を封止する第１の封止部材と、前記第
１の管の複数に連通する第２の管と、前記第２の管に接
続する第２の凹部と、前記第２の管の前記第２の凹部側
の端を封止する第２の封止部材を備えたことを特徴とす
る。また、本発明の静電型アクチュエータの製造方法
は、上記の静電型アクチュエータの製造方法において、
前記第１の管を前記第１の封止材で封止し、前記化合物
が充満した処理槽内にアクチュエータを置き、前記化合
物を対向部材間に侵入させ、該対向部材間に疎水膜を付
着させた後、前記処理槽外で前記第２の管を前記第２の
封止材で封止することを特徴とする。前記化合物は、
例えば、疎水基を有し、かつ水酸基と反応可能な有機珪
素化合物であることが好ましい。これらは分子量がフッ
素化合物に比べより微少な隙間に注入しやすいためであ
る。即ち、化合物を処理槽内充満させ、その中に置かれ
たアクチュエータ内に化合物を侵入させて疎水膜を形成
する方法では、分子量の小さな化合物である有機珪素化
合物を用いることが好ましい。

【００１５】より具体的な有機珪素化合物は、例えば、
式Ｒ_３−Ｓｉ−Ｘ、もしくは式Ｒ_３−ＳｉＮＨＳｉ−
Ｒ_３（Ｒはアルキル基、Ｘはハロゲンもしくはアミノ基
を示す）で表される化合物であり、ヘキサメチルジシラ
ザン（（ＣＨ_３）_３ＳｉＮＨＳｉ（ＣＨ_３）_３）、ヘキ
サエチルジシラザン（（Ｃ_２Ｈ_５）_３ＳｉＮＨＳｉ（Ｃ
_２Ｈ_５）_３）、トリメチルクロロシラン（（ＣＨ_３）_３
ＳｉＣｌ）、トリエチルクロロシラン（（Ｃ_２Ｈ_５）_３
ＳｉＣｌ）、トリメチルアミノシラン（（ＣＨ_３）_３Ｓ
ｉＮＨ_２）、トリエチルアミノシラン（（Ｃ_２Ｈ_５）_３
ＳｉＮＨ_２）等が含まれる。また、前記有機珪素化合物
は、例えば、ジメチルジクロロシラン（（ＣＨ_３）_２Ｓ
ｉＣｌ_２）等の式Ｒ_２−Ｓｉ−Ｘ（Ｒはアルキル基、Ｘ
はハロゲン、アミノ基、もしくはシリル化アミンを示
す）で表される化合物であってもよい。

【００１６】本発明を適用可能な静電型アクチュエータ
はインクジェット記録装置に用いるインクジェットヘッ
ドである。この場合には、静電型アクチュエータを、前
記第１および第２の部材の相対変位によって容積が変動
するインク室と、当該インク室に連通しているインクノ
ズルとを有する構成とし、前記駆動手段を、前記第１の
部材および前記第２の部材に形成した対向電極と、これ
らの対向電極の間に電気パルスを印加する電圧印加手段
とを備えた構成とし、前記電気パルスの印加に応じて前
記インクノズルからインク液滴を吐出させるようにすれ
ばよい。

【００１７】このように、本発明では、各振動室内に形
成されたセグメント電極と駆動回路を接続するために必
要不可欠な第１の管に対して、バイパスとして機能する
第２の管を設けることにより、疎水膜付着後に処理槽外
で第２の管のみを用いて、疎水膜を形成する化合物を所
定濃度に保った状態で、各振動室（対向部材間の隙間）
を気密封止することが可能である。第１の管の総断面積
に比べ第２の管の断面積は小さいため、処理槽外で封止
工程を行っても、第２の管を用いないものに比べ、封止
が完了するまでの間の振動室内の化合物の濃度低下が抑
制される。また、第１の管は、振動室の数が増えれば
（インクジェットヘッドの場合はノズル数が増加する）
それだけ必要となるが、第２の管は一本あれば十分機能
するので、付着工程後、隙間を封止する箇所も１カ所で
すみ、封止する面積もバイパス管を設けないものに比べ
小さいので、より迅速に封止を行えるという利点を有す
る。

【００１８】封止材として用いられる接着剤の中には、
加熱して硬化させるものがあるが、温度が加わることで
封止用接着剤の粘度が一旦低下し、接着剤が壁面を伝わ
って流動することがある。

【００１９】しかしながら、本発明では、振動室側と反
対側の端で、第１の管の全てに接続すると共に、前記各
リードと電気的に接続する端子が夫々に形成された第１
の凹部と、バイパス管としての第２の管に接続する第２
の凹部とが区切られて形成されている。即ち、第１の管
を封止する箇所の第１の凹部と、第２の管を封止する箇
所の第２の凹部は区画されて形成されているため、第１
の封止材が流動して、第２の管を塞いでしまう可能性が
なく、第２の管を通して疎水膜を形成するための化合物
を振動室に侵入させることができなくなるという不具合
が生じない。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して本発明の
静電型アクチュエータインクジェットヘッドをインクジ
ェットヘッドに適用した例について説明する。

【００２１】（全体構成）図１は本発明を適用しうるイ
ンクジェットヘッドの分解斜視図である。また、図２は
組み立てられたインクジェットヘッドの断面構成図（図
３のII-II断面）、図３はその平面図、図４はその部分
（IV-IV）断面図である。

【００２２】これらの図に示すように、インクジェット
ヘッド１は、インク液滴を基板の上面に設けたインクノ
ズルから吐出させるフェイスインクジェットタイプであ
り、静電駆動方式のものである。インクジェットヘッド
１は、キャビティープレート３を挟み、上側にノズルプ
レート２、下側にガラス基板４がそれぞれ積層された３
層構造となっている。

【００２３】キャビティープレート３は、例えばシリコ
ン基板であり、プレートの表面には底壁が振動板５とし
て機能するインク室６を構成することになる凹部７と、
凹部７の後部に設けられたインク供給口８を形成するこ
とになる細溝９と、各々のインク室６にインクを供給す
るためのインクリザーバ１０を構成することになる凹部
１１とがエッチングによって形成されている。このキャ
ビティープレート３の下面は鏡面研磨によって平滑化さ
れている。

【００２４】このキャビティープレート３の上側に接合
されるノズルプレート２は、キャビティープレート３と
同様に、例えばシリコン基板である。ノズルプレート２
において、インク室６の上面を規定している部分には各
インク室６に連通する複数のインクノズル２１が形成さ
れている。

【００２５】静電型アクチュエータは、一時的に各イン
ク室内の圧力を上昇させて、対応するインクノズルから
インク滴を吐出させるために、各インク室に対して夫々
設けられている。静電型アクチュエータは微少な隙間を
もって対向する２個の電極部材を有しており、本実施形
態では、一方の電極は後述する変形可能な振動板５とし
てインク室６の底に形成されており、他方の電極は、ガ
ラス基板４の凹部１６に形成されている。なお、後述す
るように、本実施形態では、キャビティープレート３が
導体であるため、振動板５自体が静電型アクチュエータ
の一方の電極として機能している。

【００２６】ノズルプレート２をキャビティープレート
３に接合することにより、上記の凹部７、１１、および
細溝９が塞がれて、インク室６、インク供給口８、イン
クリザーバ１０のそれぞれが区画形成される。

【００２７】なお、インクリザーバ１０の底面を規定す
る部分にはインクリザーバ１０にインクを供給するため
の孔１２ａが設けられており、基板接合後、後述するガ
ラス基板４に設けられた孔１２ｂと共にインク供給孔１
２を形成する。インク供給孔１２には、不図示の接続チ
ューブを介して不図示のインクタンクに接続される。イ
ンク供給孔１２から供給されたインクは、各インク供給
口８を経由して独立した各インク室６に供給される。

【００２８】キャビティープレート３の下側に接合され
るガラス基板４は、シリコンと熱膨張率が近いホウ珪酸
ガラス基板である。このガラス基板４において、各々の
振動板５に対向する部分には振動室（隙間）１５を構成
することになる凹部１６が形成されている。この凹部１
６の底面には、振動板５に対向する個別電極１７が形成
されている。個別電極１７は、ＩＴＯからなるセグメン
ト電極部１８と端子部１９を有している。

【００２９】このガラス基板４をキャビティープレート
３に接合することにより、各インク室６の底面を規定し
ている振動板５と個別電極１７のセグメント電極部１８
は、非常に狭い隙間を隔てて対向する。この隙間１５は
キャビティープレート３とガラス基板４の間に配置した
封止材２０によって封止される。

【００３０】振動板５は薄肉とされており、面外方向、
すなわち、図２において上下方向に弾性変形可能となっ
ている。この振動板５は、各インク室側の共通電極とし
て機能する。この共通電極としての振動板５の底面５１
にはヘキサメチルジシラザン（（ＣＨ_３）_３ＳｉＮＨＳ
ｉ（ＣＨ_３）_３、以下単にＨＭＤＳと呼ぶ）を用いて有
機珪素化合物からなる疎水膜２２が形成されている。こ
の振動板５に対向する個別電極１７のセグメント電極部
１８の表面にも、ＨＭＤＳを用いて有機珪素化合物から
なる疎水膜２３が形成されている。隙間１５を挟み、振
動板５と、対応する各セグメント電極部１８とによって
対向電極が形成されている。

【００３１】振動板５と個別電極１７との間には電圧印
加装置２５が接続されている。電圧印加装置２５の一方
の出力は各個別電極１７の端子部１９に接続され、他方
の出力はキャビティープレート３に形成された共通電極
端子２６に接続されている。キャビティープレート３自
体は導電性をもつため、この共通電極端子２６から振動
板（共通電極）５に電圧を供給することができる。ま
た、より低い電気抵抗で振動板５に電圧を供給する必要
がある場合には、例えば、キャビティープレート３の一
方の面に金等の導電性材料の薄膜を蒸着やスパッタリン
グで形成すれば良い。本例では、キャビティープレート
３とガラス基板４との接続に陽極接合を用いているの
で、キャビティープレート３の流路形成面側に導電膜を
形成してある。

【００３２】このように構成したインクジェットヘッド
１においては、電圧印加装置２５からの駆動電圧が対向
電極間に印加されると、対向電極間に充電された電荷に
よるクーロン力が発生し、振動板５はセグメント電極部
１８の側へ撓み、インク室５の容積が拡大する。次に、
電圧印加装置２５からの駆動電圧を解除して対向電極間
の電荷を放電すると、振動板５はその弾性復帰力によっ
て復帰し、インク室６の容積が急激に収縮する。この時
発生する内圧変動により、インク室６に貯留されたイン
クの一部が、インク室６に連通しているインクノズル２
１から記録紙に向かって吐出する。

【００３３】なお、インクジェットヘッド１で使用され
るインクとしては、水、アルコール、トルエン等の主溶
媒にエチレングリコール等の界面活性剤と、染料または
顔料とを溶解または分散させることにより調製される。
さらに、インクジェットヘッド１にヒータを設けておけ
ば、ホットメルトインクも使用できる。

【００３４】（製造方法）以下静電型アクチュエータの
最適な製造方法について説明する。

【００３５】図５には上記構成のインクジェットヘッド
１の製造工程の一例の概略フローチャートを示してあ
る。この図に示すように、まず、ステップＳＴ１におい
て、インクジェットヘッド１を構成しているキャビティ
ープレート３、ノズルプレート２、ガラス基板４をそれ
ぞれウエハから加工して製造する。次に、ステップＳＴ
２において、それらの３部材を相互に組み立てて（接合
して）インクジェットヘッドを形成する。すなわち、間
隔１５が形成されるように、キャビティープレート３の
底面側にガラス基板４を組み付ける。この状態では、共
通電極である振動板５の底面５１、およびセグメント電
極部１８の表面のいずれにも疎水膜は形成されていな
い。

【００３６】次に、ステップＳＴ３の前処理（乾燥）工
程において、インクジェットヘッド１に対して前処理を
施し、その表面に付着している水分を除去、あるいは可
能な限り低減する。例えば、ドライエアーを供給した処
理槽内にインクジェットヘッド１を放置すれば良い。こ
のような前処理工程を行うと、ＨＭＤＳの付着状況の安
定化を図ることができる。すなわち、振動板５の底面５
１、およびセグメント電極部１８の表面から余分な付着
水分を低減・除去して、ＨＭＤＳの付着状況の安定化を
図り、次の工程におけるＨＭＤＳの付着状態にばらつき
が発生するのを回避できる。なお、ドライエアーを用い
る方法の他、処理槽内を真空にして加熱する真空加熱工
程、処理槽内を真空雰囲気および窒素雰囲気に交互に切
り換える工程、及びこれらの組合せを前処理工程として
採用することができる。

【００３７】次に、ステップＳＴ４のＨＭＤＳ付着工程
において、共通電極である振動板５の底面５１、および
セグメント電極部１８の表面に、それぞれＨＭＤＳから
なる疎水膜２２、２３を形成する。例えば、ＨＭＤＳを
入れた容器を前記処理槽内に置き、ドライエアーの供給
を止め、常温、常湿で雰囲気圧力を大気圧として、この
状態を、ＨＭＤＳが拡散により十分隙間１５に侵入する
まで（本形態では約２０時間程度）維持する。この結
果、共通電極である振動板５の底面５１およびセグメン
ト電極部１８の表面にはＨＭＤＳからなる疎水膜２２、
２３が形成される。この時の処理槽内のＨＭＤＳ濃度
は、約０．８％以上にすれば良い。後述するように処理
槽外でアクチュエータの対向電極間の隙間を気密封止す
るため、気密封止するまでに隙間内のＨＭＤＳの濃度が
低下し、気密封止後の隙間内のＨＭＤＳの濃度は処理槽
内の濃度より低くなる。この濃度の低下分を予め見込ん
で、気密封止後のＨＭＤＳの濃度が少なくとも０．３％
以上となるように処理槽内のＨＭＤＳの濃度が設定され
ている。

【００３８】図６には、シリコン製の振動板５の底面お
よびＩＴＯ製のセグメント電極部１８の表面に形成され
たＨＭＤＳの疎水層２２ａ、２３ａの分子結合状態を示
してある。この図に示すように、各表面では、ＯＨ基が
疎水基であるＯＳｉ（ＣＨ3）3 基と入れ代わった状態
となる。

【００３９】次に、ステップＳＴ５の気密封止工程にお
いて、処理槽内からインクジェットヘッド１を取り出し
て、３分以内で処理槽外で振動板５とセグメント電極部
１８との間の空間を気密封止し、隙間１５を形成する。
この時、気密封止された隙間１５のＨＭＤＳ濃度は約
０．３％以上になる。

【００４０】図７は疎水膜２２、２３を形成した直後に
インクジェットヘッドを外部に放置した場合における放
置時間と疎水膜２２、２３の耐久性の相関関係のグラフ
である。なお、このグラフは、封止工程における処理槽
内のＨＭＤＳ濃度が０．８％以上になるようにした場合
に得られたものである。また、耐久性は、振動板５の１
回の振動を１サイクルとして測定したものである。

【００４１】このグラフから分かるように、ＨＭＤＳか
らなる疎水膜２２、２３を形成した後に、その状態のま
ま封止せずに処理槽内から取り出して、大気中に放置し
ておくと、疎水膜２２、２３の耐久性は処理槽内から取
り出した直後（右下がり領域Ａ）に急激に低下する。そ
して、数分後に所定の耐久性レベルに安定する。（安定
領域Ｂ）。その後、さらに放置しておくと、数日後には
耐久性が再び徐々に回復する。（右上がり領域Ｃ）。ま
た、右上がり領域Ｃの耐久性は、疎水膜２２、２３を形
成した直後（右下がり領域Ａ）の耐久性に比べれば低い
レベルである。

【００４２】本例の製造方法では、隙間１５のＨＭＤＳ
濃度が約０．３％以上になるように当該隙間１５を気密
封止している。すなわち、図７の右下がり領域Ａで隙間
１５を気密封止したことになる。このため、振動板５の
表面およびセグメント電極部１８の表面に形成された疎
水膜２２、２３の耐久性としては、疎水膜２２、２３が
形成された直後あるいはそれに近いものになる。図８か
ら明らかなように、疎水膜２２、２３を形成した後、隙
間１５のＨＭＤＳ濃度が約０．３％以上のまま気密封止
すれば、数千万〜数十億サイクル程度の耐久性が得られ
る。

【００４３】図８は、図７における右下がり領域Ａに含
まれる放置時間内で隙間１５を気密封止したときに得ら
れる当該隙間内のＨＭＤＳ濃度と、疎水膜２２、２３の
耐久性の相関関係のグラフである。このグラフから分か
るように、インクジェットヘッド１は隙間１５が０．３
％以上のＨＭＤＳ濃度となるように気密封止されている
ので、疎水膜２２、２３の耐久性は、約２千万サイクル
以上になる。従って、疎水膜２２、２３を形成してから
数日間放置した後に、隙間１５を気密封止した場合と同
等あるいはそれ以上の耐久性を持つ疎水膜を得ることが
できる。例えば、隙間１５のＨＭＤＳ濃度を約０．４％
以上にすると、１億サイクル以上の耐久性を持つ疎水膜
２２、２３を得ることができる。

【００４４】ここで、隙間１５のＨＭＤＳ濃度を高める
にしたがって疎水膜２２、２３の耐久性は上昇する。但
し、ＨＭＤＳ濃度が約０．８％となると疎水膜の耐久性
は５０億サイクル程度に飽和する。このため、処理槽内
のＨＭＤＳ濃度の管理誤差、処理槽外に取り出してから
気密封止までの濃度の低下等を考慮すれば、処理槽内の
ＨＭＤＳ濃度を１．０％ないし２．０％前後に設定する
ことが最も好ましい。

【００４５】以上説明したように、本例の方法によれ
ば、ＨＭＤＳからなる疎水膜２２、２３の耐久性を充分
なものとするために、疎水膜形成後に数日間に渡って放
置する必要がない。即ち、短時間で静電型アクチュエー
タを製造できるという利点を有する。

【００４６】ここで、ステップＳＴ４のＨＭＤＳ付着工
程を行うと、キャビティープレート３のその他の表面に
も疎水膜が形成されて疎水性が付与されてしまい、イン
ク流路の気泡の排出性が悪化する等の問題が生じる。し
かしながら、ステップＳＴ５の気密封止工程を行った後
に、ＲＣＡ洗浄（アンモニア、過酸化水素水の混合液を
用いた洗浄）等を行うことにより簡単にインク流路表面
から疎水膜を除去することが可能である。このため、気
泡の排出性悪化等の問題が併発されることを防止でき
る。

【００４７】（インクジェットヘッドの隙間の封止部分
の構造）以下、図７、図９を用いて、インクジェットヘ
ッドのインクジェットヘッドの隙間の封止部分の構造に
ついて説明する。

【００４８】ＨＭＤＳの濃度の高い状態で対向部材間の
隙間を封止することが望ましいことは、前述した通りで
ある。このためにはＨＭＤＳを充填した槽内で隙間を封
止する作業を行う工程を採用することが好ましいが、反
面、以下の欠点も併せ持つ。即ち、槽内で封止材、具体
的にはエポキシ系の接着剤を用いて隙間を封止すること
は、容易な作業ではない。また、ＨＭＤＳ以外の接着剤
の成分で槽内を汚染することは、品質管理上好ましくな
い。

【００４９】従って、槽内に所定時間置かれた静電型ア
クチュエータを、槽内から取り出した後迅速に隙間の封
止を行う工程を採用するほうが、静電型アクチュエータ
の大量生産には適している。

【００５０】槽内から取り出した直後から、隙間内のＨ
ＭＤＳが低下し、封止までの間に時間がかかれば耐久性
が低下することは、図７からも明らかである。即ち、図
７の領域Ａの部分の傾きは、槽内から取り出した後の静
電型アクチュエータの対向部材間の隙間のＨＭＤＳの濃
度の低下する速度を表し、この速度が大きいほど、素早
く封止する必要がある。

【００５１】本実施例は、対向部材間の隙間を封止する
構造に関し、封止までの隙間内のＨＭＤＳの濃度の低下
を抑えるものである。

【００５２】図９は、図１に示したインクジェットヘッ
ドの対向部材間の隙間の封止部分を示す平面図である。
符号１８は個別電極であり、端子部１９と個別電極１８
はリード部１７ｂによって接続されている。これら電極
１７、１７ｂはガラス基板４上に設けられた凹部１６に
ＩＴＯを蒸着することにより形成される。

【００５３】図示のように、凹部１６は２つの部分に区
画されている。アクチュエータ部分（振動室１５）とな
る部分の凹部の寸法は幅ｂ、長さａであり、振動室１５
と外部とをつなぐ管１５ｂとなる部分の凹部の寸法は幅
ｄ、長さＬである。尚、ガラス基板４とキャビティープ
レート３を接合し、ＨＭＤＳを振動室１５内に入れ付着
させた後、管１５ｂの解放端は封止材２０によって閉じ
られる。

【００５４】振動室１５の体積をＶ（ａ×ｂ×ｇ、ｇは
対向部材間（振動板５と電極１７間の距離）とし、管１
５ｂの断面積をＳ（ｄ×ｇ）としたとき、以下の式で表
される値Ｋの大小が、槽内から取り出した後の静電型ア
クチュエータの対向部材間の隙間のＨＭＤＳの濃度の低
下する速度に関係し、Ｋ≧２５であれば、槽外で隙間の
封止を行っても十分静電型アクチュエータの耐久性を確
保できることが実験で得られた。

【００５５】Ｋ＝Ｖ・Ｌ／Ｓ図７の領域Ａの実線部分はＫ＝１０、波線部分はＫ＝２
５の場合の耐久性と気密封止までの時間の相関を示すも
のである。図から明らかなように１分以内で封止すれ
ば、Ｋ＝２５であれば１億パルス程度の耐久性を得るこ
とができるのに対し、Ｋ＝１０では１０００万パルス程
度の耐久性を得ることも難しい。Ｋ＝１０で１億パルス
の耐久性を得るためには、槽外に出して１０秒程度で封
止工程を終了させる必要があり、大量生産を前提とした
工程では事実上不可能である。

【００５６】（本発明の静電アクチュエータの実施形
態）以下、本発明の特徴である静電型アクチュエータの
封止部分の構造について図１０、図１１、図１２、図１
３に示す一実施形態を用いて説明する。

【００５７】図１０は、本実施形態ののインクジェット
ヘッドの斜視図を示し、図１１は分解斜視図を示す。図
１と同一の符号のものは、図１で説明した例と同一のも
のを示す。

【００５８】また、図１２は図１０及び図１１のインク
ジェットヘッドの隙間の封止部分の平面図を示すもので
ある。図９と同一の符号のものは、図９で説明した例と
同一のものを示す。

【００５９】キャビティプレート３には、複数の振動室
１５に接続されている管１５ｂの解放端側に第１の凹部
３１の一部を構成する貫通孔２７ａが形成され、更に、
各管１５ｂを結ぶバイパス管１５ｃの解放端側に第２の
凹部３２の一部を構成する貫通孔２７ｂが形成されてい
る。また、電極基板４にも第１、第２の凹部の一部分と
なる凹部が３１ａ、３１ｂが設けられており、凹部３１
ａには端子部１９が設けられる。

【００６０】ノズルプレート２には、キャビティプレー
ト３に形成された貫通孔２７ａと貫通孔２７ｂを合わせ
た面積より一回り大きな貫通穴２８が形成されている。

【００６１】各管１５ｂの解放端側に封止部２０ａが形
成され、また、バイパス管１５ｃの解放端側に封止部２
０ｂが形成されている。よって、列状に配置された複数
の振動室１５は気密封止されている。

【００６２】個々のインクジェットヘッド１を構成する
インクノズル２１、インク室５、電極１７等の各要素
は、各基板１０２、１０３、１０４に複数セット形成さ
れる。各要素が形成された基板を接合した後、接合され
た基板１００を切断することにより、同時に複数個のイ
ンクジェットヘッドを得ることができる。

【００６３】図１３は、各要素が形成され、互いに接合
される３枚の基板を示す斜視図である。本実施の形態で
は、両端の列に夫々３個の、中央の５列には、１列当た
り５個のインクジェットヘッドを形成するための各要素
が各基板に形成されており、接合した基板を切断するこ
とにより、２枚のシリコンウエハ１０２、１０３と１枚
のガラス基板１０４から計３１個のインクジェットヘッ
ドを得ることができる。

【００６４】キャビティプレート３を構成することにな
るウエハ１０３には第１の凹部３１の一部を構成するこ
とになる貫通孔２７ａ、第２の凹部３２の一部を構成す
る貫通孔２７ｂが形成されている。また、ノズルプレー
ト２を構成することになるウエハ１０２には、貫通孔２
７ａと貫通孔２７ｂを合わせた面積より一回り大きな貫
通穴２８が形成されている。また、これらの貫通孔２７
ａ、２７ｂ、２８は、３枚の基板が接合されたときに、
電極端子１９、２６が接合基板の表面に露出させるため
の孔でもある。

【００６５】なお、符号７２ａ、７２ｂは基板１０２と
基板１０３を接合する際に位置決めに用いられる基板接
合用の基準マークであり、基板１０２に設けられた基板
切断用の基準マーク７３は、接合された基板１００を切
断するときに、切断位置を合わせるための基準となるマ
ークである。

【００６６】本実施形態のインクジェットヘッドは、以
下の手順により、ＨＭＤＳが振動室１５内に封止され、
製造される。

【００６７】ノズルプレート２を形成するウエハ１０
２、キャビティプレート３を形成するウエハ１０３の所
定の位置をエッチングし、ノズル等となる孔を形成す
る。これと同時にウエハ１０２には貫通孔２８が形成さ
れ、ウエハ１０３には貫通孔２７ａと貫通孔２７ｂが形
成される。

【００６８】同様に、ガラス基板１０４も所定の位置を
エッチングして凹部を形成し、凹部内の所定の位置に個
別電極１７を形成する。

【００６９】このガラス基板１０４と振動板５が設けら
れたキャビティプレート３を形成するウエハ１０３を陽
極接合することにより個々のヘッドの構成要素となる振
動室１５、管１５ｂ、バイパス管１５ｃが形成される。
更にウエハ１０３の上にノズルプレート２を形成するウ
エハ１０２を接合することにより、個々のヘッドの構成
要素となるインク室６が形成されると共に、各ノズル２
１とインク室６が連通する。

【００７０】各管１５ｂの解放端をウエハ１０３に形成
した各貫通孔２７ａから封止部材２０ａにより封止した
後、所定濃度のＨＭＤＳが充填された槽内に接合された
基板１００を入れ、所定時間槽内に放置する。その後、
接合された基板１００を槽外に取り出し、各バイパス管
１５ｃの解放端をウエハ１０３に形成した各貫通孔２７
ｂから封止部材２０ｂにより封止し、振動室内に所定濃
度以上のＨＭＤＳを入れたまま、各振動室１５を外気か
ら遮断する。その後、接合された基板１００を切断し、
個々のインクジェットヘッド１に分離する。

【００７１】気密封止する封止部材は、例えばエポキシ
系接着剤であり、この種の接着剤は加熱することにより
硬化させる。接着剤を加熱した場合接着剤の粘度は一旦
低下する。各管１５ｂとバイバス管１５ｃの位置に対応
するように、それぞれ第１の凹部３１と第２の凹部３２
を形成することにより、即ち、封止材で封止する箇所は
隣接しているが、２つの凹部を形成することにより仕切
られているため、封止用の接着剤を加熱硬化の際に各管
１５ｂの封止材が壁面を伝わってバイパス管１５ｃを塞
ぐことがなくなる。

【００７２】また、このようなバイパス管を設けること
により、インクジェットヘッド自体の面積を増やすこと
なく、バイパス管を設けないものに比べＫ値を５０〜６
０倍程度を上げることができる。即ち、槽内から取り出
した後の静電型アクチュエータの対向部材間の隙間のＨ
ＭＤＳの濃度の低下を抑制することができる。

【００７３】さらに、ＨＭＤＳ付着工程後、隙間を封止
する箇所もインクジェットヘッド１個当たり１カ所です
み、封止する面積もバイパス管を設けないものに比べ小
さいので、より迅速に封止を行えるという利点を有す
る。

【００７４】本実施形態では、所定濃度のＨＭＤＳが充
填された槽内に多数のインクジェットヘッドが形成され
た３枚の基板を接合した基板を入れ、所定時間槽内に放
置しているが、この形態に限定されるものではなく、キ
ャビティプレート３を形成するウエハ１０３と電極基板
４を形成するガラス基板１０４が接合され各振動室１５
が形成された後であれば、同様な効果がえられる。よっ
て、振動室に所定濃度以上のＨＭＤＳが封入された状態
で振動室が外気から遮断し、その後で、ノズルプレート
２を形成するウエハ１０２を接合してもよい。

【００７５】［その他の実施の形態］なお、上述の実施
形態では、対向部材間に気密封止される化合物としてＨ
ＭＤＳを例にとって説明したが、これに限らず、疎水基
を有し、かつ水酸基と反応可能な有機珪素化合物であれ
ば本発明に適用可能である。この有機珪素化合物は、例
えば、式Ｒ_３−Ｓｉ−Ｘ、もしくは式Ｒ_３−ＳｉＮＨＳ
ｉ− Ｒ_３（Ｒはアルキル基、Ｘはハロゲンもしくはア
ミノ基を示す）で表される化合物であり、ＨＭＤＳの他
に例えば、ヘキサエチルジシラザン（（Ｃ_２Ｈ_５）_３Ｓ
ｉＮＨＳｉ（Ｃ_２Ｈ_５）_３）、トリメチルクロロシラン
（（ＣＨ_３）_３ＳｉＣｌ）、トリエチルクロロシラン
（（Ｃ_２Ｈ_５）_３ＳｉＣｌ）、トリメチルアミノシラン
（（ＣＨ_３）_３ＳｉＮＨ_２）、トリエチルアミノシラン
（（Ｃ_２Ｈ_５）_３ＳｉＮＨ_２）等が含まれる。また、例
えば、ジメチルジクロロシラン（（ＣＨ_３）_２ＳｉＣｌ
_２）等の式Ｒ_２−Ｓｉ−Ｘ（Ｒはアルキル基、Ｘはハロ
ゲンもしくはアミノ基を示す）で表される有機珪素化合
物を本発明に適用してもよい。また、アクチュエータ内
に所定濃度以上を保って気密封止することによって疎水
膜が形成され、その疎水膜の耐久性が向上する性質を示
す化合物であれば、有機珪素化合物に限らず、例えばフ
ッ素を含む化合物であっても本発明に適用可能である。

【００７６】また、前述したインクジェットヘッド１
は、インク液滴を基板の上面に設けたインクノズルから
吐出させるフェイスインクジェットタイプであるが、基
板の端部に設けたインクノズルから吐出させるエッジイ
ンクジェットタイプにも本発明のインクジェットヘッド
を適用できる。

【００７７】また、上記の例では、インクジェットヘッ
ドに対して本発明を適用した例であるが、本発明はイン
クジェットヘッド以外の静電型アクチュエータ、例え
ば、例えば、特開平７−５４２５９号公報に開示されて
いるようなマイクロメカニカル装置、静電型アクチュエ
ータを用いた表示装置、マイクロポンプ等に対しても同
様に適用できる。

【００７８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の静電型ア
クチュエータにおいては、各振動室内に形成されたセグ
メント電極と駆動回路を接続するために必要不可欠な第
１の管に対して、バイパスとして機能する第２の管を設
け、かつ、第１の管と第２の管を取り出すための各凹部
を夫々の間が仕切られるように形成している。そのた
め、疎水膜を形成する化合物を注入する工程の前に行う
第１の管の封止の際に、封止用接着剤を加熱硬化させて
も封止用接着剤が第２の管を塞いでしまうおそれがな
く、第２の管を通して疎水膜を形成する化合物を確実に
注入することができる。また、処理槽外で封止工程を行
っても、第１の管の総面積に比べ第２の管の断面積は小
さいので、第２の管を用いないものに比べて、封止が完
了するまでの間の振動室内の化合物の濃度の低下は抑制
される。故に、槽外で隙間の封止を行っても十分なアク
チュエータの耐久性を確保することが可能で、大量生産
に適した静電型アクチュエータを提供することが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したインクジェットヘッドの分解
斜視図である。

【図２】図１のインクジェットヘッドの概略縦断面図で
ある。

【図３】図１のインクジェットヘッドの平面図である。

【図４】図１のインクジェットヘッドの一部を示す概略
横断面図である。

【図５】図１のインクジェットヘッドの製造工程を示す
概略フローチャートである。

【図６】形成されたＨＭＤＳの疎水層を示す模式図であ
る。

【図７】疎水膜を形成した直後にインクジェットヘッド
を外部に放置した場合における放置時間と疎水膜の耐久
性の相関関係のグラフである。

【図８】図７の右下がり領域に含まれる放置時間内で隙
間を気密封止したときに得られる隙間内のＨＭＤＳ濃度
と疎水膜の耐久性の相関関係のグラフである。

【図９】図１に示したインクジェットヘッドの対向部材
間の隙間の封止部分を示す平面図である。

【図１０】本発明の実施形態のインクジェットヘッドの
斜視図である。

【図１１】図１０に示したインクジェットヘッドの分解
斜視図である。

【図１２】図１０に示したインクジェットヘッドの対向
部材間の隙間の封止部分を示す平面図である。

【図１３】図１０に示すインクジェットヘッドを構成す
る要素が多数形成され、互いに接合された後個々のイン
クジェットヘッドに切断分離される３枚の基板を示す分
解斜視図である。

【符号の説明】

１インクジェットヘッド２ノズルプレート３キャビティープレート４ガラス基板５振動板（共通電極）６インク室８インク供給口１０インクリザーバ１５隙間１７個別電極１８セグメント電極部２０封止材２５電圧印加装置２６共通電極端子２７ａ第１の貫通孔２７ｂ第２の貫通孔３１第１の凹部３２第２の凹部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】略一定の間隔で対向配置され相対変位可
能な複数の対向部材と、これらの各対向部材の間に選択
的に静電気力を発生させて当該対向部材を選択的に相対
変位させる駆動手段を有する静電型アクチュエータにお
いて、各対向部材の一方の部材側に設けられ、前記駆動手段に
より選択的に通電されるセグメント電極と、各対向部材が形成された面を壁面の一部とし、夫々にセ
グメント電極が形成された振動室と、各振動室に連通し、前記セグメント電極と電気的に接続
するリードが夫々に形成された第１の管と、前記振動室側と反対側の端で、前記第１の管の全てに接
続すると共に、前記各リードと電気的に接続する端子が
夫々に形成された第１の凹部と、前記対向部材間に疎水膜を形成する化合物を封入するた
めに、前記第１の管の端子が設けられた側の端を封止す
る第１の封止部材と、前記第１の管の複数に連通する第２の管と、前記第２の管に接続する第２の凹部と、前記第２の管の前記第２の凹部側の端を封止する第２の
封止部材を備えたことを特徴とする静電型アクチュエー
タ。
【請求項２】請求項１において、前記化合物は、疎水
基を有し、かつ水酸基と反応可能な有機珪素化合物であ
ることを特徴とする静電型アクチュエータ。
【請求項３】請求項２において、前記有機珪素化合物
は、式Ｒ_３−Ｓｉ−Ｘ、もしくは式Ｒ_３−ＳｉＮＨＳｉ
− Ｒ_３（Ｒはアルキル基、Ｘはハロゲンもしくはアミ
ノ基を示す）で表される化合物であることを特徴とする
静電型アクチュエータ。
【請求項４】請求項２において、前記化合物が、ヘキ
サメチルジシラザン（（ＣＨ_３）_３ＳｉＮＨＳｉ（ＣＨ
_３）_３）、ヘキサエチルジシラザン（（Ｃ_２Ｈ_５）_３Ｓ
ｉＮＨＳｉ（Ｃ_２Ｈ_５）_３）、トリメチルクロロシラン
（（ＣＨ_３） _３ＳｉＣｌ）、トリエチルクロロシラン
（（Ｃ_２Ｈ_５）_３ＳｉＣｌ）、トリメチルアミノシラン
（（ＣＨ_３）_３ＳｉＮＨ_２）、トリエチルアミノシラン
（（Ｃ_２Ｈ_５）_３ＳｉＮＨ_２）のいずれかであることを
特徴とする静電型アクチュエータ。
【請求項５】請求項２において、前記有機珪素化合物
は、式Ｒ_２−Si−Ｘ（Ｒはアルキル基、Ｘはハロゲンも
しくはアミノ基を示す）で表される化合物であることを
特徴とする静電型アクチュエータ。
【請求項６】請求項５において、前記化合物が、ジメ
チルジクロロシラン（（ＣＨ_３）_２ＳｉＣｌ_２）である
ことを特徴とする静電型アクチュエータ。
【請求項７】請求項１乃至６のいずれかにおいて、前
記対向部材間の前記化合物の濃度が０．３％以上である
ことを特徴とする静電型アクチュエータ。
【請求項８】請求項１乃至６のいずれかにおいて、前
記対向部材間の前記化合物の濃度が０．８％以上である
ことを特徴とする静電型アクチュエータ。
【請求項９】請求項１乃至８のいずれかの項におい
て、前記対向部材の相対変位によって容積が変動するイ
ンク室と、当該インク室に連通しているインクノズルと
を有し、前記駆動手段は、前記対向部材のそれぞれに形
成した対向電極と、これらの対向電極の間に電気パルス
を印加する電圧印加手段とを備え、前記電気パルスの印
加に応じて前記インクノズルからインク液滴が吐出され
るようになっていることを特徴とする静電型アクチュエ
ータ。
【請求項１０】請求項１乃至９記載の静電型アクチュ
エータの製造方法において、前記第１の管を前記第１の
封止材で封止し、前記化合物が充満した処理槽内にアク
チュエータを置き、前記化合物を対向部材間に侵入さ
せ、該対向部材間に疎水膜を付着させた後、前記処理槽
外で前記第２の管を前記第２の封止材で封止することを
特徴とする静電型アクチュエータの製造方法。