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JP2010143159A - Electrostatic actuator, liquid discharge head, and image forming apparatus - Google Patents

Electrostatic actuator, liquid discharge head, and image forming apparatus Download PDF

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JP2010143159A
JP2010143159A JP2008324829A JP2008324829A JP2010143159A JP 2010143159 A JP2010143159 A JP 2010143159A JP 2008324829 A JP2008324829 A JP 2008324829A JP 2008324829 A JP2008324829 A JP 2008324829A JP 2010143159 A JP2010143159 A JP 2010143159A
Authority
JP
Japan
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atmosphere opening
gap
electrostatic actuator
film
diaphragm
Prior art date
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Pending
Application number
JP2008324829A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takahiko Kuroda
隆彦 黒田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
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Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
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Abstract

【課題】空隙内圧と大気圧の差圧解消や信頼性向上を目的とする空隙内へのガス導入を行う大気開放部を封止するときに封止材が不必要な部分に流れ出して接合不良、接続不良、特性不良を起こす。
【解決手段】空隙13に連通する連通路15と、連通路15を外部に連通させる大気開放孔42を有する大気開放部16と、大気開放部16の大気開放孔42を封止する封止材36と、大気開放部16の周囲を囲む凸段差部37とが設けられ、大気開放孔42を通じてガス導入を行った後に封止材36で大気開放孔42を封止するとき、封止材36の流動性が残っている段階でも凸段差部37で堰きとめられて、大気開放部16以外の箇所への流れ出しが防止される。
【選択図】図9
An object of the present invention is to seal a sealing material that flows out to an unnecessary part when sealing an open air part that introduces gas into the gap for the purpose of eliminating the differential pressure between the internal pressure of the air gap and atmospheric pressure and improving reliability. Cause connection failure and characteristic failure.
SOLUTION: A communication passage 15 communicating with a gap 13, an atmosphere opening portion 16 having an atmosphere opening hole 42 communicating the communication passage 15 with the outside, and a sealing material for sealing the atmosphere opening hole 42 of the atmosphere opening portion 16. 36 and a convex stepped portion 37 surrounding the atmosphere opening portion 16, and when the atmosphere opening hole 42 is sealed with the sealing material 36 after gas introduction through the atmosphere opening hole 42, the sealing material 36 is provided. Even in the stage where the fluidity remains, the convex stepped portion 37 is dammed up, and the flow out to places other than the atmosphere opening portion 16 is prevented.
[Selection] Figure 9

Description

本発明は静電型アクチュエータ、液体吐出ヘッド及び画像形成装置に関する。   The present invention relates to an electrostatic actuator, a liquid discharge head, and an image forming apparatus.

一般に、プリンタ、ファックス、コピア、プロッタ、或いはこれらの内の複数の機能を複合した画像形成装置としては、例えば、インクの液滴を吐出する液体吐出ヘッドで構成した記録ヘッドを備え、媒体(以下「用紙」ともいうが材質を限定するものではなく、また、被記録媒体、記録媒体、転写材、記録紙なども同義で使用する。)を搬送しながら、インク滴を用紙に付着させて画像形成(記録、印刷、印写、印字も同義語で用いる。)を行なうものがある。   In general, a printer, a fax machine, a copier, a plotter, or an image forming apparatus that combines a plurality of these functions includes, for example, a recording head composed of a liquid ejection head that ejects ink droplets, It is also referred to as “paper”, but the material is not limited, and a recording medium, recording medium, transfer material, recording paper, etc. are also used synonymously.) Some perform formation (recording, printing, printing, and printing are also used synonymously).

なお、「画像形成装置」は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の媒体に液体を吐出して画像形成を行う装置を意味し、また、「画像形成」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与する(単に液滴を吐出する液体吐出装置を含む)ことをも意味する。また、「インク」とは、狭義のインクに限るものではなく、吐出されるときに液体となるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、DNA、処理液、試料、レジスト、パターン材料なども含まれる。   The “image forming apparatus” means an apparatus that forms an image by discharging liquid onto a medium such as paper, thread, fiber, fabric, leather, metal, plastic, glass, wood, ceramics, etc. “Formation” not only applies an image having a meaning such as a character or a figure to a medium, but also applies an image having no meaning such as a pattern to the medium (a liquid discharge device that simply discharges droplets). Means). Further, the “ink” is not limited to ink in a narrow sense and is not particularly limited as long as it becomes liquid when ejected. For example, DNA, treatment liquid, sample, resist, pattern material Etc. are also included.

液体吐出ヘッドとしては、電気機械変換素子などの圧電型アクチュエータを用いたもの、電気熱変換素子に膜沸騰を利用するサーマル型アクチュエータを用いたもの、振動板と電極間の静電力を利用する静電型アクチュエータを用いたものなどがあり、この中でも静電型アクチュエータを用いたヘッドは、小型化、高速化、高密度化、省電力化において他の方式のヘッドに比べて優位であるという利点を有している。   Liquid discharge heads include those that use piezoelectric actuators such as electromechanical transducers, those that use thermal actuators that use film boiling as electrothermal transducers, and electrostatic forces that use electrostatic force between the diaphragm and electrodes. There are some that use electric actuators. Among them, heads using electrostatic actuators have advantages over other types of heads in terms of miniaturization, high speed, high density, and power saving. have.

このような、静電型アクチュエータを用いた液体吐出ヘッドにおいては、振動板と電極との間の空隙(ギャップ)の寸法(ギャップ長)精度がその特性に大きく影響を及ぼし、特に、画像形成装置に使用する液体吐出ヘッドの場合、各アクチュエータの特性のバラツキが大きければ、印字精度、画質の再現性が著しく低下することとなる。そこで、特許文献1に記載されているような2枚の基板を接合する構成ではギャップ精度が低下することから、特許文献1、2に記載されているように犠牲層エッチングでギャップを形成することが行われる。   In such a liquid discharge head using an electrostatic actuator, the accuracy of the dimension (gap length) of the gap (gap) between the diaphragm and the electrode greatly affects the characteristics thereof. In the case of the liquid discharge head used in the above, if the variation in the characteristics of the actuators is large, the printing accuracy and the reproducibility of the image quality will be significantly reduced. Therefore, in the configuration in which two substrates are joined as described in Patent Document 1, the gap accuracy is lowered, so that a gap is formed by sacrificial layer etching as described in Patent Documents 1 and 2. Is done.

そして、静電型アクチュエータにおいては、空隙内圧と大気圧の差圧解消あるいはアクチュエータの信頼性向上を目的として、空隙内へのガス導入のために各空隙を連通する連通路を設けることが行われている。例えば、特許文献2に開示されているように、アクチュエータの耐久性を向上させる目的で振動板と個別電極との空隙内部に疎水膜を形成する為に、アクチュエータ空隙と連通する連通路と、この連通路を外部に連通させる大気開放部を設けて、この大気開放部から連通路を介して疎水膜となるガス、液体をアクチュエータ空隙に導入し、空隙内部表面に疎水膜を形成後、大気開放部を封止材で封止したものが知られている。   In the electrostatic actuator, for the purpose of eliminating the differential pressure between the internal pressure of the air gap and the atmospheric pressure or improving the reliability of the actuator, a communication passage that communicates each air gap is provided to introduce gas into the air gap. ing. For example, as disclosed in Patent Document 2, in order to form a hydrophobic film inside the gap between the diaphragm and the individual electrode for the purpose of improving the durability of the actuator, a communication path communicating with the actuator gap, An air release part that connects the communication path to the outside is provided, and gas and liquid that become a hydrophobic film are introduced from this air release part through the communication path into the actuator gap, and after forming the hydrophobic film on the inner surface of the gap, the atmosphere is released. What sealed the part with the sealing material is known.

特開2007−77864号公報JP 2007-77864 A 特開2008−077849号公報JP 2008-077849 A

しかしながら、例えば、特許文献2に記載されている静電型アクチュエータ基板にあっては、アクチュエータ空隙、連通路、大気開放部の空隙を一度の犠牲層エッチングプロセスで形成されており、大気開放部から疎水膜となるガスや液体をアクチュエータ空隙に導入する場合、大気開放部のアクチュエータの振動板に相当する部分に大気開放孔を開口する必要がある。   However, for example, in the electrostatic actuator substrate described in Patent Document 2, the actuator gap, the communication path, and the atmosphere opening portion are formed by a single sacrificial layer etching process. When introducing a gas or a liquid to be a hydrophobic film into the actuator gap, it is necessary to open an atmosphere opening hole in a portion corresponding to the diaphragm of the actuator in the atmosphere opening portion.

一方、アクチュエータ空隙内へ疎水膜を形成した後は、疎水膜となるガスをアクチュエータ空隙内に閉じ込める必要があり、また開口した大気開放孔から大気中水分や異物の混入を防ぐために封止材、例えばエポキシ系接着剤、で大気開放孔を封止し、アクチュエータ空隙内を密閉する必要がある。   On the other hand, after forming the hydrophobic film in the actuator gap, it is necessary to confine the gas that becomes the hydrophobic film in the actuator gap, and in order to prevent the entry of moisture and foreign matter in the atmosphere from the open air opening hole, For example, it is necessary to seal the air opening hole with an epoxy adhesive and seal the inside of the actuator gap.

ところが、大気開放孔を封止するとき、封止材が本来封止を必要としない、例えば他の基板が接合する部分や外部への電極取り出し端子(パッド)となる部分、あるいは振動板領域に付着して、他の基板との接合や電気接続の障害、動作不良、接合不良、接続不良、特性不良などを引き起こしてしまうという課題がある。   However, when sealing the air opening hole, the sealing material does not originally need to be sealed, for example, in a portion where another substrate is joined, a portion serving as an electrode extraction terminal (pad) to the outside, or a diaphragm region There is a problem that it adheres and causes a failure of bonding or electrical connection with another substrate, an operation failure, a bonding failure, a connection failure, a characteristic failure, or the like.

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、大気開放部の封止に伴って封止材が不必要な箇所に及ばないようにすることを目的とする。   This invention is made | formed in view of said subject, and it aims at making a sealing material not reach an unnecessary location with sealing of an air release part.

上記課題を解決するために、本発明に係る静電型アクチュエータは、
変形可能な振動板及びこの振動板に空隙を介して対向する電極を備える静電型アクチュエータにおいて、
前記空隙に連通する連通路と、
前記連通路を外部に連通させる大気開放孔を有する大気開放部と、
前記大気開放部の大気開放孔を封止する封止材と、
前記大気開放部の周囲を囲む凸段差部と、が設けられている
構成とした。
In order to solve the above problems, an electrostatic actuator according to the present invention is:
In an electrostatic actuator comprising a deformable diaphragm and an electrode facing the diaphragm through a gap,
A communication path communicating with the gap;
An atmosphere opening portion having an atmosphere opening hole for communicating the communication path to the outside;
A sealing material for sealing the atmosphere opening hole of the atmosphere opening portion;
And a convex stepped portion surrounding the atmosphere opening portion.

ここで、前記凸段差部は二重以上設けられている構成とできる。   Here, the convex step part can be configured to be provided more than double.

また、前記凸段差部はアクチュエータを構成する1又は2以上の構成膜で形成されている構成とできる。   Moreover, the said convex level | step-difference part can be set as the structure formed with the 1 or 2 or more structural film which comprises an actuator.

本発明に係る液体吐出ヘッドは、本発明に係る静電型アクチュエータを備えたものである。   The liquid discharge head according to the present invention includes the electrostatic actuator according to the present invention.

本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えたものである。   An image forming apparatus according to the present invention includes the liquid ejection head according to the present invention.

本発明に係る静電型アクチュエータによれば、大気開放部の周囲を囲む凸段差部が設けられているので、大気開放孔を封止する封止材が不必要な箇所に及ぶことが防止され、封止材が他の不必要な箇所の及ぶことで生じる動作不良、接合不良、接続不良、特性不良などを防止できる。   According to the electrostatic actuator according to the present invention, the convex stepped portion surrounding the atmosphere opening portion is provided, so that the sealing material for sealing the atmosphere opening hole is prevented from reaching unnecessary portions. In addition, it is possible to prevent an operation failure, a bonding failure, a connection failure, a characteristic failure, and the like caused by the sealing material reaching other unnecessary portions.

本発明に係る液体吐出ヘッドによれば、本発明に係る静電型アクチュエータを備えているので、信頼性の高い静電型液体吐出ヘッドを得ることができる。   According to the liquid ejection head according to the present invention, since the electrostatic actuator according to the present invention is provided, a highly reliable electrostatic liquid ejection head can be obtained.

本発明に係る画像形成装置によれば、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているので、信頼性の高い静電型液体吐出ヘッドを備える画像形成装置が得られる。   According to the image forming apparatus according to the present invention, since the liquid discharge head according to the present invention is provided, an image forming apparatus including a highly reliable electrostatic liquid discharge head can be obtained.

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。図1は本発明に係る液体吐出ヘッドの斜視説明図、図2は同ヘッドの分解斜視説明図、図3は図1の面S1に沿う液室長辺方向の断面説明図、図4は図1の面S2に沿う液室長辺方向の断面説明図である。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a perspective explanatory view of a liquid discharge head according to the present invention, FIG. 2 is an exploded perspective explanatory view of the head, FIG. 3 is a cross-sectional explanatory view along the surface S1 of FIG. It is a cross-sectional explanatory drawing of the liquid chamber long side direction along surface S2.

この液体吐出ヘッド100は、基板面部に設けたノズル孔から液滴を吐出させるサイドシュータタイプのものであり、第1の基板であるアクチュエータ基板1と第2の基板である流路基板2と第3の基板であるノズル基板3を順次積層して構成し、これら3枚の基板1〜3を接合して液滴吐出を吐出するノズル4がノズル連通路5を介して連通する液室(吐出室)6と、液室6にインクを供給するための流体抵抗部7及び共通液室8を形成している。各液室は液室間隔璧9で仕切られている。   The liquid discharge head 100 is of a side shooter type that discharges liquid droplets from nozzle holes provided in the substrate surface portion, and includes an actuator substrate 1 as a first substrate, a flow path substrate 2 as a second substrate, and a first substrate. The nozzle substrate 3 which is the substrate 3 is sequentially laminated, and the liquid chamber (discharge) in which the nozzle 4 for discharging the droplet discharge by joining these three substrates 1 to 3 communicates through the nozzle communication path 5 is used. Chamber) 6, a fluid resistance portion 7 for supplying ink to the liquid chamber 6, and a common liquid chamber 8. Each liquid chamber is partitioned by a liquid chamber space 9.

アクチュエータ基板1は、図2に示すように、液室6の一部の壁面を形成する振動板領域(変形可能領域)12Aを形成する振動板12と、この振動板12の振動領域12Aを犠牲層エッチングによって形成した空隙(ギャップ)13を介して対向する個別電極14を備え、これらの振動板12と個別電極14によって各液室6に対応する静電型アクチュエータを構成する。   As shown in FIG. 2, the actuator substrate 1 sacrifices the vibration plate 12 forming a vibration plate region (deformable region) 12 </ b> A that forms a part of the wall surface of the liquid chamber 6, and the vibration region 12 </ b> A of the vibration plate 12. The individual electrodes 14 that face each other through a gap (gap) 13 formed by layer etching are provided, and the diaphragm 12 and the individual electrodes 14 constitute an electrostatic actuator corresponding to each liquid chamber 6.

また、アクチュエータ基板1には、ノズル4の並び方向に、各空隙13を相互に連通させるとともにアクチュエータ基板1自体の外部又は連通させるための共通連通路(連通管)15を形成し、この共通連通路15に個別連通路15Aを介して空隙13を連通させ、共通連通路15の他端部は共通連通路15を大気に開放するための大気開放部16に連通されている。この大気開放部16はアクチュエータ基板1を形成した段階で封止剤によって封止される。   The actuator substrate 1 is formed with a common communication path (communication pipe) 15 in the direction in which the nozzles 4 are arranged so that the air gaps 13 communicate with each other and communicate with the outside of the actuator substrate 1 itself. The gap 13 is communicated with the passage 15 via the individual communication passage 15A, and the other end portion of the common communication passage 15 is communicated with an atmosphere opening portion 16 for opening the common communication passage 15 to the atmosphere. The air release portion 16 is sealed with a sealant at the stage where the actuator substrate 1 is formed.

のアクチュエータ基板1は、図3に示すように、シリコン基板21上に絶縁膜22を介して個別電極14となるエッチング可能な電極形成層24を形成し、この電極形成層24上に絶縁膜25を形成し、更に絶縁膜25上に空隙13と共通連通路15と個別連通路15A及び大気開放部16の大気開放空隙を形成する為の犠牲層27を形成し、この犠牲層27上に絶縁膜28を形成して、この絶縁膜28に、図4に示すように、犠牲層除去孔29を形成し、この犠牲層除去孔29から犠牲層27を除去して空隙13と共通連通路15と個別連通路15A及び大気開放部16の大気開放空隙を形成するとともに絶縁膜28上に振動板部材30を積層形成している。   As shown in FIG. 3, the actuator substrate 1 of FIG. 3 forms an etchable electrode forming layer 24 to be an individual electrode 14 on an insulating film 22 on a silicon substrate 21, and an insulating film 25 on the electrode forming layer 24. Further, a sacrificial layer 27 is formed on the insulating film 25 to form the air gap 13, the common communication path 15, the individual communication path 15 </ b> A, and the air release space of the air release portion 16. As shown in FIG. 4, a sacrificial layer removal hole 29 is formed in the insulating film 28, and the sacrificial layer 27 is removed from the sacrificial layer removal hole 29 to remove the sacrificial layer 27 and the common communication path 15. In addition, the individual communication passage 15 </ b> A and the open air gap of the open air portion 16 are formed, and the diaphragm member 30 is laminated on the insulating film 28.

なお、個別電極14の表面に形成した絶縁膜25は、振動板12との電気的短絡を防止するとともに、空隙13を形成するために犠牲層エッチング時に個別電極14を保護するためのものである。また、振動板12側の絶縁膜28も個別電極14との電気的短絡を防止するとともに、空隙13を形成するための犠牲層エッチング時に絶縁膜28上に形成される振動板部材30の一部の層を保護するためのものである。また、アクチュエータ基板1には流路基板2の共通液室8に外部からインクを供給するための供給口18を形成している。   The insulating film 25 formed on the surface of the individual electrode 14 is used to prevent an electrical short circuit with the diaphragm 12 and to protect the individual electrode 14 during etching of the sacrificial layer in order to form the gap 13. . In addition, the insulating film 28 on the diaphragm 12 side also prevents an electrical short circuit with the individual electrode 14, and a part of the diaphragm member 30 formed on the insulating film 28 at the time of sacrificial layer etching for forming the gap 13. It is for protecting the layer. The actuator substrate 1 is provided with a supply port 18 for supplying ink from the outside to the common liquid chamber 8 of the flow path substrate 2.

アクチュエータ基板1の上に接合する流路基板2は、例えば、結晶方位(110)のシリコン基板に、液室(吐出室)5と、各々の液室6に流体抵抗部7を介して連通する溝部又は凹部からなる共通液室8を設けている。   The flow path substrate 2 bonded onto the actuator substrate 1 communicates with, for example, a silicon substrate having a crystal orientation (110), a liquid chamber (discharge chamber) 5, and each liquid chamber 6 via a fluid resistance portion 7. A common liquid chamber 8 composed of a groove or a recess is provided.

流路基板2の上に接合するノズル基板3は、例えば、厚さ50μmのニッケルを用い、ノズル4はドライ又はウェットエッチングやレーザー加工など周知の方法で形成することができる。   The nozzle substrate 3 bonded on the flow path substrate 2 uses, for example, nickel having a thickness of 50 μm, and the nozzle 4 can be formed by a known method such as dry or wet etching or laser processing.

このように構成した液体吐出ヘッド100においては、各液室6内にインクが満たされた状態で、図示しない制御部から画像データに基づいて、インク滴の吐出を行うノズル4に対応する個別電極14に対して、駆動パルス発生回路により、40Vのパルス電圧を印加する。この電圧を印加することにより、個別電極14に表面にプラス電荷が帯電し、個別電極14と、振動板電極を含む振動板12との間に静電力による吸引作用が働いて、振動板12が下方に撓む。これにより、液室6の容積が広げられことから、その容積分のインクが共通液室9より流体抵抗部7を介して液室6へ流入する。   In the liquid ejection head 100 configured as described above, the individual electrodes corresponding to the nozzles 4 that eject ink droplets based on image data from a control unit (not shown) in a state where each liquid chamber 6 is filled with ink. 14, a pulse voltage of 40 V is applied by a drive pulse generation circuit. By applying this voltage, a positive charge is charged on the surface of the individual electrode 14, and a suction action by an electrostatic force acts between the individual electrode 14 and the diaphragm 12 including the diaphragm electrode, so that the diaphragm 12 Bends downward. Thereby, since the volume of the liquid chamber 6 is expanded, the ink for the volume flows from the common liquid chamber 9 into the liquid chamber 6 through the fluid resistance portion 7.

その後、個別電極14へ印加するパルス電圧を0Vにする(印加を止める)ことにより、静電力により下方に撓んでいた振動板12は自身の剛性により元の位置へ戻る。これにより、液室6内の圧力が急激に上昇して、液室6に連通するノズル4よりインク滴が吐出される。そして、この動作を繰り返してノズル4から液滴を連続的に吐出することにより、液体吐出ヘッド100に対向して配置した被記録媒体(用紙)に画像を形成する。   Thereafter, by setting the pulse voltage applied to the individual electrode 14 to 0 V (stopping the application), the diaphragm 12 bent downward by the electrostatic force returns to the original position due to its own rigidity. As a result, the pressure in the liquid chamber 6 rises rapidly, and ink droplets are ejected from the nozzles 4 communicating with the liquid chamber 6. Then, by repeating this operation and continuously ejecting droplets from the nozzle 4, an image is formed on a recording medium (paper) disposed facing the liquid ejection head 100.

ここで、静電型アクチュエータにおいて、個別電極14と振動板12との間に作用する静電力は、F:電極間に働く静電力、ε:誘電率、S:電極の対向する面の面積、d:電極間距離、V:印加電圧としたとき、次の(1)式で与えられる。   Here, in the electrostatic actuator, the electrostatic force acting between the individual electrode 14 and the diaphragm 12 is F: electrostatic force acting between the electrodes, ε: dielectric constant, S: area of the opposing surface of the electrode, When d: distance between electrodes and V: applied voltage, the following equation (1) is given.

Figure 2010143159
Figure 2010143159

すなわち、静電力Fは、電極間距離dの2乗に反比例し、印加電圧Vの2乗に正比例していることがかわる。従って、静電型アクチュエータ又はそれを搭載した液滴吐出ヘッド100の駆動電圧の低電圧化を図るためには、個別電極14と振動板12との間隔(空隙高さ:ギャップ長)を小さくすることが重要となる。   In other words, the electrostatic force F is inversely proportional to the square of the distance d between the electrodes and directly proportional to the square of the applied voltage V. Therefore, in order to reduce the driving voltage of the electrostatic actuator or the droplet discharge head 100 equipped with the electrostatic actuator, the distance (gap height: gap length) between the individual electrode 14 and the diaphragm 12 is reduced. It becomes important.

そこで、前述したように、空隙13を犠牲層エッチングで形成することにより、微小な空隙間隔を精度良くバラツキなく安定して形成することができるので、各アクチュエータ間での動作特性のバラツキが少なく静電型アクチュエータを得ることができ、また、この静電型アクチュエータを液体吐出ヘッド100に適用することによりノズル4間での液滴吐出特性にバラツキが少なくなって、高品質画像を形成することができる。   Therefore, as described above, by forming the gap 13 by sacrificial layer etching, a minute gap interval can be formed accurately and stably without variation, so that there is little variation in operating characteristics between the actuators, and there is little static. An electric actuator can be obtained, and by applying this electrostatic actuator to the liquid discharge head 100, variations in droplet discharge characteristics between the nozzles 4 can be reduced, and a high-quality image can be formed. it can.

次に、この液体吐出ヘッドにおける本発明の第1実施形態に係る静電型アクチュエータについて図5ないし図10をも参照して説明する。なお、図5は同アクチュエータにおけるアクチュエータ基板1を透過状態で示す平面説明図、図6は図5のX1−X1線に沿う断面説明図、図7は図5のX2−X2線に沿う断面説明図、図8はアクチュエータ基板1の大気開放部の平面説明図、図9は図8のX3−X3線に沿う断面説明図、図10は図8のY3−Y3線に沿う断面説明図である。   Next, the electrostatic actuator according to the first embodiment of the present invention in this liquid discharge head will be described with reference to FIGS. 5 is an explanatory plan view showing the actuator substrate 1 in a transparent state in the actuator, FIG. 6 is an explanatory sectional view taken along the line X1-X1 in FIG. 5, and FIG. 7 is an explanatory sectional view taken along the line X2-X2 in FIG. FIG. 8, FIG. 8 is an explanatory plan view of the atmosphere opening portion of the actuator substrate 1, FIG. 9 is an explanatory sectional view taken along line X3-X3 in FIG. 8, and FIG. 10 is an explanatory sectional view taken along line Y3-Y3 in FIG. .

このアクチュエータ基板1の振動板12は、前述したように絶縁膜28及び振動板部材30で構成され、この振動板部材30の振動板領域12Aは、図5に示すように、分離溝31で分離されている。この振動板部材30は、図6に示すように、絶縁膜28上に振動板電極(上部電極)32と膜剛性調整膜(窒化膜)33と撓み防止膜34及び樹脂膜35を順次積層して形成している。また、シリコン基板21表面に形成した絶縁膜22上の各振動板領域12Aは、図5に示すように、短辺長a及び長辺長bは、例えば短辺長aが60μm、長辺長bが1000μmとしている。   The diaphragm 12 of the actuator substrate 1 is composed of the insulating film 28 and the diaphragm member 30 as described above, and the diaphragm region 12A of the diaphragm member 30 is separated by the separation groove 31 as shown in FIG. Has been. As shown in FIG. 6, the diaphragm member 30 is formed by sequentially laminating a diaphragm electrode (upper electrode) 32, a film stiffness adjusting film (nitride film) 33, a deflection preventing film 34, and a resin film 35 on an insulating film 28. Formed. Further, each diaphragm region 12A on the insulating film 22 formed on the surface of the silicon substrate 21 has a short side length a and a long side length b, for example, a short side length a of 60 μm and a long side length as shown in FIG. b is 1000 μm.

これらの振動板領域12Aと個別電極14との間の空隙13は、犠牲層エッチングで形成する。犠牲層エッチングでは、絶縁膜25上に空隙13の高さ厚みを有する犠牲層27を形成した後、絶縁膜28と振動板電極32と膜剛性調整膜(窒化膜)33を順次積層形成して、これらを貫通する犠牲層除去孔29を形成し、この犠牲層除去孔29を介して空隙13部分の犠牲層27を除去する。   The gaps 13 between these diaphragm regions 12A and the individual electrodes 14 are formed by sacrificial layer etching. In sacrificial layer etching, a sacrificial layer 27 having the height and thickness of the gap 13 is formed on the insulating film 25, and then an insulating film 28, a diaphragm electrode 32, and a film stiffness adjusting film (nitride film) 33 are sequentially stacked. Then, a sacrificial layer removal hole 29 penetrating them is formed, and the sacrificial layer 27 in the space 13 is removed through the sacrificial layer removal hole 29.

また、この犠牲層27を除去する犠牲層エッチングでは、空隙13形成とともに共通連通路15及び個別連通路15Aと大気開放部16の大気開放空隙41を形成する。このように、振動板−電極間の空隙13、共通連通路15及び個別連通路15Aと、大気開放部16の大気開放空隙41を同じ犠牲層を除去して同時形成することによって、それぞれの空隙又は通路を相互に連通させることができ、構成が簡単で、製造工数が少なく、量産性、歩留まりが向上する。   In the sacrificial layer etching for removing the sacrificial layer 27, the common communication passage 15 and the individual communication passage 15 </ b> A and the air release space 41 of the air release portion 16 are formed together with the formation of the space 13. In this manner, the gap 13 between the diaphragm and the electrode, the common communication path 15 and the individual communication path 15A, and the air release space 41 of the air release portion 16 are simultaneously formed by removing the same sacrificial layer. Alternatively, the passages can be communicated with each other, the configuration is simple, the number of manufacturing steps is small, and the mass productivity and the yield are improved.

ここで、犠牲層除去孔29は、図5に示すように、振動板領域12Aの長辺方向に等間隔で配置するとともに、振動板領域12Aの短辺長a以下の間隔で、かつ、振動板領域12Aの対向する辺の同一に形成している。犠牲層エッチングは、等方性のため、振動板領域12Aの中央に犠牲層除去孔29が並んでいる方が犠牲層除去効率が高く、処理時間が短縮できるが、振動板領域12Aに犠牲層除去孔29があると、アクチュエータの振動特性に影響を及ぼす可能性があるため、犠牲層除去孔29は振動板領域12Aの外側に配置することが好ましい。また、犠牲層除去孔29を複数配置することにより、効率的に犠牲層27を除去することができて空隙13を効率良く形成することができる。   Here, as shown in FIG. 5, the sacrificial layer removal holes 29 are arranged at equal intervals in the long side direction of the diaphragm region 12 </ b> A and at intervals equal to or shorter than the short side length a of the diaphragm region 12 </ b> A. The opposite sides of the plate region 12A are formed to be the same. Since the sacrificial layer etching is isotropic, sacrificial layer removal efficiency is higher when the sacrificial layer removal hole 29 is arranged in the center of the diaphragm region 12A, and the processing time can be shortened. Since the removal hole 29 may affect the vibration characteristics of the actuator, the sacrificial layer removal hole 29 is preferably disposed outside the diaphragm region 12A. Further, by arranging a plurality of sacrificial layer removal holes 29, the sacrificial layer 27 can be efficiently removed, and the gap 13 can be formed efficiently.

また、大気開放部16の大気開放空隙41を形成するための犠牲層除去孔29については、図8ないし図10に示すように振動板領域12Aとの面積比を考慮して、効率良く犠牲層27が除去されるように犠牲層除去孔29を配置する。   Further, the sacrificial layer removal hole 29 for forming the open air gap 41 of the open air portion 16 is an efficient sacrificial layer in consideration of the area ratio with the diaphragm region 12A as shown in FIGS. Sacrificial layer removal holes 29 are arranged so that 27 is removed.

そして、犠牲層エッチング後は、犠牲層除去孔29が膜撓み防止膜34で完全封止する。その後、図示しないが外部電極への取り出しのための配線と、共通液室8にインクを供給する供給口18を形成し、液滴と接液する樹脂膜35を形成する。このとき、外部電極への取り出しのための配線形成工程で、同時に大気開放部16の大気開放孔42の周囲を取り囲むように、凸段差部37を形成し、この凸段差部37と大気開放部16で凹部となるようにする。   After the sacrificial layer etching, the sacrificial layer removal hole 29 is completely sealed with the film deflection preventing film 34. Thereafter, although not shown, a wiring for taking out to the external electrode and a supply port 18 for supplying ink to the common liquid chamber 8 are formed, and a resin film 35 in contact with the droplet is formed. At this time, in the wiring forming process for taking out to the external electrode, the convex stepped portion 37 is formed so as to surround the atmosphere opening hole 42 of the atmosphere opening portion 16 at the same time. 16 to be a recess.

さらに、大気開放部16に内部の大気開放空隙41に通じる大気開放孔42を開口し、大気開放孔42と大気開放空隙41との共通連通路15及び個別連通路15Aを通して空隙13の大気開放、あるいは空隙13へのヘキサメチルジシラザン(HMDS)などの疎水膜形成材料の導入を行う。このとき、大気開放部16領域の大気開放孔42を形成するためには、レーザー法や物理的に大気開放部16領域の振動板12を除去する。あるいは、微細加工が可能なリソエッチ法で大気開放部16の大気開放孔42を形成すると、レーザー法や物理的方法に比べて、大気開放部16の面積が小さくでき、また異物発生が抑えられるだけでなく、表面状態が平易なため、次工程への影響がほとんどないためより好ましい。   Further, the atmosphere opening portion 16 is opened with an atmosphere opening hole 42 communicating with the inside atmosphere opening gap 41, and the atmosphere 13 is opened to the atmosphere through the common communication path 15 and the individual communication path 15A of the atmosphere opening hole 42 and the atmosphere opening gap 41. Alternatively, a hydrophobic film forming material such as hexamethyldisilazane (HMDS) is introduced into the gap 13. At this time, in order to form the atmosphere opening hole 42 in the atmosphere opening portion 16 region, the diaphragm 12 in the atmosphere opening portion 16 region is removed physically by a laser method. Alternatively, when the atmosphere opening hole 42 of the atmosphere opening portion 16 is formed by a litho-etching method capable of fine processing, the area of the atmosphere opening portion 16 can be reduced and the generation of foreign matters can be suppressed as compared with the laser method and the physical method. In addition, since the surface state is simple, there is almost no influence on the next step, which is more preferable.

大気開放や疎水膜形成材料を導入後、エポキシ系樹脂などで大気開放部16の大気開放孔42を完全に封止する。   After introducing the air release or hydrophobic film forming material, the air release hole 42 of the air release portion 16 is completely sealed with an epoxy resin or the like.

ここで、大気開放部16の大気開放孔42の封止時に、封止材が硬化までに流動し本来封止を必要としない、例えば他の基板が接合する部分や外部への電極取り出し端子(パッド)となる部分、あるいは、振動板領域に流動し付着してしまうと、他の基板との接合や電気接続の障害、動作不良となり、接合不良、接続不良、特性不良を起こしてしまう。また、封止材36が流動することにより、大気開放孔42を十分封止性を確保した状態で封止できないことがあり、耐久性の経時劣化等の信頼性に係る問題も起こる。   Here, at the time of sealing the air opening hole 42 of the air opening portion 16, the sealing material flows until curing and does not need to be sealed, for example, a portion to which another substrate is joined or an electrode extraction terminal ( If it flows and adheres to a portion to be a pad) or a diaphragm region, it becomes a failure or operation failure of bonding or electrical connection with another substrate, resulting in bonding failure, connection failure, or characteristic failure. Further, when the sealing material 36 flows, the air opening hole 42 may not be sealed in a state in which the sealing property is sufficiently secured, and a problem relating to reliability such as deterioration of durability over time also occurs.

そこで、本発明のように、凸段差部37で大気開放部16の周囲を取り囲む構成にしておくことで、封止材36が凸段差部37で囲まれた領域で留まり、且つ、大気開放孔42を十分の膜厚をもって封止できる。これにより、動作不良のない静電型アクチュエータが得られ、また、静電型アクチュエータの製造歩留まりが向上し、安定した静電型アクチュエータが得られる。   Therefore, as in the present invention, the projecting step portion 37 surrounds the atmosphere opening portion 16 so that the sealing material 36 stays in the region surrounded by the projecting step portion 37 and the atmosphere opening hole. 42 can be sealed with a sufficient film thickness. As a result, an electrostatic actuator free from malfunction can be obtained, the manufacturing yield of the electrostatic actuator can be improved, and a stable electrostatic actuator can be obtained.

次に、アクチュエータ基板の製造工程について図11ないし図18を参照して説明する。図11は図5のX1−X1線に沿う部分を示す製造工程の断面説明図、図12は図11に続く製造工程の断面説明図、図13は図5のX2−X2線に沿う部分を示す製造工程の断面説明図、図14は図13に続く製造工程の断面説明図、図15は図8のX3−X3線に沿う部分を示す製造工程の断面説明図、図16は図15に続く製造工程の断面説明図、図17は図8のY3−Y3線に沿う部分を示す製造工程の断面説明図、図18は図17に続く製造工程の断面説明図である。   Next, the manufacturing process of the actuator substrate will be described with reference to FIGS. 11 is a cross-sectional explanatory view of the manufacturing process showing a portion along line X1-X1 in FIG. 5, FIG. 12 is a cross-sectional explanatory view of the manufacturing process following FIG. 11, and FIG. 13 is a cross-sectional view along line X2-X2 of FIG. FIG. 14 is a cross-sectional explanatory view of the manufacturing process following FIG. 13, FIG. 15 is a cross-sectional explanatory view of the manufacturing process showing the portion along the line X3-X3 of FIG. 8, and FIG. 17 is a cross-sectional explanatory view of the manufacturing process, FIG. 17 is a cross-sectional explanatory view of the manufacturing process showing a portion along the line Y3-Y3 of FIG. 8, and FIG. 18 is a cross-sectional explanatory view of the manufacturing process following FIG.

図11、図13、図15、図17の各(a)に示すように、例えば厚さ400μmのシリコン(Si)基板21に表面(ここでは両面)に厚さ1.5μmの絶縁膜(熱酸化膜)22を形成し、この絶縁膜22上に個別電極14を形成する電極形成層として、リンドープポリシリコン(大気開放部16の部分での符号14A)を厚さ0.3μmに成膜する。   As shown in FIGS. 11, 13, 15, and 17, (a), for example, a 400 μm-thick silicon (Si) substrate 21 has a surface (here, both surfaces) having a 1.5 μm-thick insulating film (thermal). As an electrode forming layer for forming the individual electrodes 14 on the insulating film 22, an oxide film is formed, and phosphorus-doped polysilicon (symbol 14A in the air opening portion 16) is formed to a thickness of 0.3 μm. To do.

そして、ポリシリコン(電極形成層)をリソエッチ法によって分離溝40を形成して、個別電極14と隔壁を構成する部分51とに分離及びパターニングするとともに、後にシリコン基板21に貫通した供給口18を形成する部分53を除去する。その後、CVD酸化膜を厚さ0.1μmで堆積させて、ポリシリコンで形成された個別電極14と隔壁を構成する部分51上及び分離溝40内に絶縁膜25を形成する。そして、後に共通連通路15を形成する部分54と個別連通路15Aを形成する部分及び大気開放空隙41を形成する部分55の絶縁膜25をリソエッチ法により除去する。   Then, a separation groove 40 is formed in the polysilicon (electrode formation layer) by lithoetching to separate and pattern the individual electrode 14 and the portion 51 constituting the partition wall, and the supply port 18 penetrating the silicon substrate 21 later is formed. The portion 53 to be formed is removed. Thereafter, a CVD oxide film is deposited to a thickness of 0.1 μm, and an insulating film 25 is formed on the individual electrode 14 made of polysilicon and the portion 51 constituting the partition and in the isolation groove 40. Then, the insulating film 25 is removed by a litho-etching method later on the portion 54 that forms the common communication passage 15, the portion that forms the individual communication passage 15 </ b> A, and the portion 55 that forms the air opening gap 41.

次に、図11、図13、図15、図17の各(b)に示すように、絶縁間膜25上に犠牲層27として、ノンドープポリシリコンを空隙である0.2μmの厚さにCVD法により成膜する。そして、ポリシリコンをリソエッチ法により空隙13となる部分57と隔壁を構成する部分58と個別連通路15Aとなる部分59と共通連通路15となる部分60とに分離及びパターニングし分離溝61を形成するとともに、供給口18となる部分53に対応する部分を除去する。   Next, as shown in FIGS. 11, 13, 15, and 17 (b), as a sacrificial layer 27 on the inter-insulating film 25, non-doped polysilicon is formed to a thickness of 0.2 μm as a gap. The film is formed by the method. Then, polysilicon is separated and patterned into a portion 57 that becomes the gap 13, a portion 58 that constitutes the partition wall, a portion 59 that becomes the individual communication passage 15 </ b> A, and a portion 60 that becomes the common communication passage 15 by lithoetching, thereby forming the separation groove 61. At the same time, the portion corresponding to the portion 53 to be the supply port 18 is removed.

このとき、大気開放部16となる部分では、図15、図17の各(b)に示すように、大気開放空隙41となる部分70と隔壁を構成する部分71とに分離及びパターニングして分離溝61を形成する。このように、犠牲層を形成する材料をポリシリコンとすることにより、犠牲層除去工程として一般的に知られた汎用技術を用いることができ、他材料との選択性があり、プロセスの自由度が高く、低コストで、量産性に優れ、安定したアクチュエータを得ることができる。   At this time, as shown in FIGS. 15 and 17B, the portion that becomes the atmosphere opening portion 16 is separated and patterned into a portion 70 that becomes the atmosphere opening gap 41 and a portion 71 that constitutes the partition wall. A groove 61 is formed. Thus, by using polysilicon as the material for forming the sacrificial layer, a general-purpose technique generally known as the sacrificial layer removing step can be used, and there is selectivity with other materials, and the degree of freedom of the process. Therefore, it is possible to obtain a high-cost, low-cost, excellent mass-productivity and stable actuator.

この犠牲層27の形成、分離及びパターニング後、空隙13となる部分57と隔壁を構成する部分58と個別連通路15A及び共通連通路15となる部分59,60上に、また、大気開放部16の大気開放空隙41となる部分70と共通連通路となる部分59と隔壁を構成する部分71上にCVD酸化膜を堆積させて絶縁膜28を厚さ0.1μmで形成する。このとき絶縁膜28は分離溝61内にも形成される。   After the formation, separation, and patterning of the sacrificial layer 27, the air release portion 16 is formed on the portion 57 that becomes the gap 13, the portion 58 that forms the partition wall, the portions 59 and 60 that become the individual communication passage 15 </ b> A, and the common communication passage 15. A CVD oxide film is deposited on the portion 70 to be the air opening gap 41, the portion 59 to be the common communication path, and the portion 71 constituting the partition wall to form the insulating film 28 with a thickness of 0.1 μm. At this time, the insulating film 28 is also formed in the isolation trench 61.

次に、図11、図13、図15、図17の各(c)に示すように、絶縁膜28上に振動板電極層32となるリンドープポリシリコン層を厚さ0.1μmで形成し、このポリシリコン層をリソエッチ法により、振動板電極層32と、隔壁を構成する部分61とに分離するとともに、供給口18となる部分53は除去して開口を形成する。   Next, as shown in FIGS. 11, 13, 15, and 17 (c), a phosphorus-doped polysilicon layer to be a diaphragm electrode layer 32 is formed on the insulating film 28 with a thickness of 0.1 μm. The polysilicon layer is separated into a diaphragm electrode layer 32 and a portion 61 constituting the partition wall by a litho-etching method, and the portion 53 serving as the supply port 18 is removed to form an opening.

このとき、同時に犠牲層27と同じ材料からなる振動板電極層32が犠牲層エッチング時にエッチングされないようにするため、後に形成する犠牲層除去孔29よりも大きな開口径を有する開口62を形成する。また、大気開放部16となる部分では、図15、図17の各(c)に示すように、振動板電極層32となるポリシリコン層をリソエッチ法により、分離及びパターニングし、後に形成する犠牲層除去孔29よりも大きな開口62を形成する。そして、振動板電極層32上に振動板12の剛性調整層33として、LP−CVD法により0.15μmの厚さの窒化膜を堆積させる。この窒化膜からなる剛性調整膜33は、開口62内にも形成されることで振動板電極層32の開口62端面側を被覆する。   At this time, in order to prevent the diaphragm electrode layer 32 made of the same material as the sacrificial layer 27 from being etched at the time of sacrificial layer etching, an opening 62 having a larger opening diameter than the sacrificial layer removal hole 29 to be formed later is formed. Further, in the portion that becomes the atmosphere opening portion 16, as shown in each of FIGS. 15 and 17, the polysilicon layer that becomes the diaphragm electrode layer 32 is separated and patterned by a litho-etching method, and sacrifice that is formed later. An opening 62 larger than the layer removal hole 29 is formed. Then, a nitride film having a thickness of 0.15 μm is deposited on the diaphragm electrode layer 32 as the stiffness adjusting layer 33 of the diaphragm 12 by the LP-CVD method. The rigidity adjusting film 33 made of the nitride film is also formed in the opening 62 to cover the end face side of the opening 62 of the diaphragm electrode layer 32.

その後、図11、図13、図15、図17の各(d)に示すように、リソエッチ法により膜剛性調整層33である窒化膜及び絶縁膜28を通じて開口径2μmの犠牲層除去孔29を形成し、また、供給口18となる部分の膜剛性調整層(窒化膜)33と絶縁膜25及び絶縁膜28を除去して供給口18の加工孔63を形成する。そして、例えば、SF6プラズマ処理や、XeF2ガスによるドライエッチなどの犠牲層エッチングを行って空隙13となる部分57の犠牲層27を完全に除去することにより、空隙13と個別連通路15A及び共通連通路15を形成する。なお、犠牲層エッチングをドライエッチでおこなっているが、TMAH溶液、KOH溶液のウェットエッチ法を用いても構わない。   Thereafter, as shown in FIGS. 11, 13, 15, and 17 (d), a sacrificial layer removal hole 29 having an opening diameter of 2 μm is formed through the nitride film as the film stiffness adjusting layer 33 and the insulating film 28 by a lithoetch method. Then, the film rigidity adjusting layer (nitride film) 33, the insulating film 25, and the insulating film 28 in the portion that becomes the supply port 18 are removed, and the processing hole 63 of the supply port 18 is formed. Then, for example, by performing sacrificial layer etching such as SF6 plasma processing or dry etching with XeF2 gas to completely remove the sacrificial layer 27 of the portion 57 that becomes the gap 13, the gap 13, the individual communication path 15A and the common communication path 15A. A passage 15 is formed. Although the sacrificial layer etching is performed by dry etching, a wet etching method using a TMAH solution or a KOH solution may be used.

このとき、大気開放部16でも図15、図17の各(d)に示すように、リソエッチ法により剛性調整層33である窒化膜及び絶縁膜28を通じて開口径2μmの犠牲層除去孔29を形成する。犠牲層エッチングによって、大気開放空隙41となる部分55と共通連通路15が形成される。   At this time, the sacrificial layer removal hole 29 having an opening diameter of 2 μm is also formed in the atmosphere opening portion 16 through the nitride film and the insulating film 28 as the stiffness adjusting layer 33 by the lithoetch method, as shown in each of FIGS. To do. By the sacrificial layer etching, the portion 55 that becomes the air opening gap 41 and the common communication path 15 are formed.

次に、図12、図14、図16、図18の各(a)に示すように、犠牲層除去孔29の封止を目的として、常圧CVD法により膜撓み防止膜34を形成する。このときの膜厚は、犠牲層除去孔29を封止可能な膜厚、例えば厚さ0.6μmとする。この工程を実施することにより空隙13及び大気開放空隙41は封止されて外気と完全に遮断される。   Next, as shown in FIGS. 12, 14, 16, and 18 (a), for the purpose of sealing the sacrificial layer removal hole 29, a film deflection preventing film 34 is formed by atmospheric pressure CVD. The film thickness at this time is set to a film thickness capable of sealing the sacrificial layer removal hole 29, for example, a thickness of 0.6 μm. By carrying out this step, the gap 13 and the open air gap 41 are sealed and completely blocked from the outside air.

その後、外部に電極を取り出すためにAl材料を用いて電極取出し配線パターンを形成する。このとき、図16、図18の各(b)に示すように配線形成工程で同時に大気開放部16を取り囲むように配線層で凸段差部37を形成する。   Then, in order to take out an electrode outside, an electrode lead-out wiring pattern is formed using an Al material. At this time, as shown in FIG. 16B and FIG. 18B, the convex stepped portion 37 is formed in the wiring layer so as to surround the atmosphere opening portion 16 at the same time in the wiring forming step.

次に、図12、図14の各(b)に示すように、リソエッチ法により供給口18となる部分の封止膜(膜撓み防止膜)34を除去した後、異方性エッチ、例えば、ICPエッチャーにより、シリコン基板21を表面から背面まで貫通するようにエッチングし、供給口18を形成する。ここで、異方性エッチで供給口18を形成することにより、加工形状制御性、微細加工性及び加工精度並びに高密度化の面等において高い効果を得ることができる。   Next, as shown in FIG. 12 and FIG. 14B, after removing the sealing film (film deflection preventing film) 34 in the portion serving as the supply port 18 by a lithoetch method, anisotropic etching, for example, By using an ICP etcher, the silicon substrate 21 is etched so as to penetrate from the front surface to the back surface, and the supply port 18 is formed. Here, by forming the supply port 18 by anisotropic etching, it is possible to obtain a high effect in terms of processing shape controllability, fine workability, processing accuracy, and higher density.

その後、図12、図14、図16、図18の各(c)に示すように、アクチュエータ基板表面全体に被覆性の優れた蒸着重合法により接液膜として樹脂膜35を厚さ1μmで成膜する。その後、図示しない電極配線取り出しパッド部と図16、図18の各(c)に示す大気開放部16をリソエッチ法で開口する。ここで、樹脂膜35として用いる材料としては、例えば、PBO膜(ポリベンゾオキサゾール)、ポリイミド膜、ポリパラキシリレンなどが挙げられるが、液滴に対する耐腐食性がり、蒸着重合法で形成できる材料であれば他のものでもよい。   Thereafter, as shown in FIG. 12, FIG. 14, FIG. 16 and FIG. 18 (c), a resin film 35 having a thickness of 1 μm is formed on the entire actuator substrate surface as a wetted film by vapor deposition polymerization method with excellent coverage. Film. Thereafter, an electrode wiring take-out pad portion (not shown) and the air release portion 16 shown in each of FIGS. 16 and 18 (c) are opened by a lithoetch method. Here, examples of the material used as the resin film 35 include a PBO film (polybenzoxazole), a polyimide film, and polyparaxylylene. However, the material has corrosion resistance to droplets and can be formed by vapor deposition polymerization. Others are acceptable.

次に、図16、図18の各(g)に示すように、リソエッチ法により大気開放孔42を開口する。これにより、空隙13は個別連通路15Aと共通連通路15と大気開放空隙41及び大気開放孔42を介して大気に連通する。   Next, as shown in FIG. 16 and FIG. 18G, the air opening hole 42 is opened by a lithoetch method. Thus, the air gap 13 communicates with the atmosphere via the individual communication passage 15 </ b> A, the common communication passage 15, the air release air gap 41, and the air release hole 42.

そこで、静電型アクチュエータの信頼性を向上させるために、例えば撥水材料であるヘキサメチルジシラザン(HMDS)を大気開放孔42から大気開放空隙41と共通連通路15と個別連通路15Aを介して空隙13内へ導入する。   Therefore, in order to improve the reliability of the electrostatic actuator, for example, hexamethyldisilazane (HMDS), which is a water-repellent material, is passed through the air opening hole 42 through the air opening air gap 41, the common communication passage 15, and the individual communication passage 15A. Into the gap 13.

その後、硬化樹脂36により大気開放孔42を封止する。このとき、大気開放孔16を取り囲むように形成した凸段差部37により、硬化するまで流動性のある硬化樹脂36が大気開放部16以外へ広がらず、確実に大気開放孔42を封止することができる。   Thereafter, the air opening hole 42 is sealed with the cured resin 36. At this time, by the convex stepped portion 37 formed so as to surround the atmosphere opening hole 16, the fluid cured resin 36 does not spread to other than the atmosphere opening portion 16 until it is cured, and the atmosphere opening hole 42 is reliably sealed. Can do.

以上の工程より、本発明に係る静電型アクチュエータを形成したアクチュエータ基板1が完成する。そして、このアクチュエータ基板1と、流路基板2とノズル基板3を順次積層することにより、静電型アクチュエータを含む液体吐出ヘッド100を製造することができる。   From the above steps, the actuator substrate 1 on which the electrostatic actuator according to the present invention is formed is completed. Then, by sequentially stacking the actuator substrate 1, the flow path substrate 2 and the nozzle substrate 3, the liquid discharge head 100 including the electrostatic actuator can be manufactured.

次に、本発明の静電型アクチュエータに係る第2実施形態について図19ないし図21を参照して説明する。図19は同実施形態におけるアクチュエータ基板の大気開放部の平面説明図、図20は図19のX4−X4線に沿う断面説明図、図21は図19のY4−Y4線に沿う断面説明図である。   Next, a second embodiment according to the electrostatic actuator of the present invention will be described with reference to FIGS. 19 is an explanatory plan view of the atmosphere opening portion of the actuator substrate in the same embodiment, FIG. 20 is a sectional explanatory view taken along line X4-X4 in FIG. 19, and FIG. 21 is a sectional explanatory view taken along line Y4-Y4 in FIG. is there.

アクチュエータ基板1の大気開放部16の凸段差部38は、配線層と接液膜(樹脂膜)35の積層構造で形成されており、前記実施形態の配線層単層のみで形成した凸段差部37よりも凸段差部38の高さが高くなっている。   The convex step portion 38 of the atmosphere opening portion 16 of the actuator substrate 1 is formed by a laminated structure of a wiring layer and a liquid contact film (resin film) 35, and the convex step portion formed by only the single wiring layer of the embodiment. The height of the convex step portion 38 is higher than 37.

したがって、流動性の硬化樹脂36の大気開放部16以外への広がりを更に確実に抑えることができるとともに、大気開放孔42の更なる確実な封止が可能となることから、製造歩留まりが低下することを防ぐことができる。   Accordingly, the spread of the fluid cured resin 36 to other than the atmosphere opening portion 16 can be further reliably suppressed, and the atmosphere opening hole 42 can be further reliably sealed, so that the manufacturing yield is reduced. Can be prevented.

次に、本発明の静電型アクチュエータに係る第3実施形態について図22ないし図24を参照して説明する。図22は同実施形態におけるアクチュエータ基板の大気開放部の平面説明図、図23は図22のX5−X5線に沿う断面説明図、図24は図22のY5−Y5線に沿う断面説明図である。   Next, a third embodiment according to the electrostatic actuator of the present invention will be described with reference to FIGS. 22 is an explanatory plan view of the atmosphere opening portion of the actuator substrate in the same embodiment, FIG. 23 is an explanatory sectional view taken along line X5-X5 in FIG. 22, and FIG. 24 is an explanatory sectional view taken along line Y5-Y5 in FIG. is there.

アクチュエータ基板1の大気開放部16の凸段差部39は、配線層と接液膜(樹脂膜)35の積層構造で形成されており、且つ凸段差部39には溝40が形成されている。つまり、凸段差部39は凸段差部39a、39bからなる二重構造としている。このアクチュエータ基板1は、硬化樹脂36が大気開放部16の凸段差部39の内側の凸段差部39aから溢れた場合でも、外側の凸段差部39bとの間の溝40内でとどまり、流動性のある硬化樹脂36が大気開放部16以外への広がりを前記各実施形態の凸段差部構成よりさらに確実に抑えることができる。   The convex step portion 39 of the atmosphere opening portion 16 of the actuator substrate 1 is formed by a laminated structure of a wiring layer and a liquid contact film (resin film) 35, and a groove 40 is formed in the convex step portion 39. That is, the convex step portion 39 has a double structure composed of the convex step portions 39a and 39b. Even when the cured resin 36 overflows from the convex stepped portion 39a inside the convex stepped portion 39 of the atmosphere opening portion 16, the actuator substrate 1 stays in the groove 40 between the outer convex stepped portion 39b and is fluid. The spread of the hardened resin 36 other than the atmosphere opening portion 16 can be more reliably suppressed than the convex stepped portion configuration of each of the embodiments.

以上より、従来技術では困難であった良好な生産性、及び生産効率を有する高精度、高密度、且つ高い信頼性を持った圧力発生機構を備えたアクチュエータ基板が実現できる。   From the above, it is possible to realize an actuator substrate having a pressure generating mechanism having high accuracy, high density, and high reliability, which has good productivity and production efficiency, which has been difficult with the prior art.

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの他の実施形態としての液体カートリッジ一体型液体吐出ヘッドについて図25を参照して説明する。
この液体カートリッジ一体型ヘッド80は、ノズル81等を有する本発明に係るヘッド部82と、このヘッド部82に対して記録液(インク)を供給するインクタンク(液体タンク)83とを一体化したものである。これにより、信頼性の高い静電型アクチュエータを備えた液体カートリッジ一体型液体吐出ヘッドを得ることができる。
Next, a liquid cartridge integrated liquid discharge head as another embodiment of the liquid discharge head according to the present invention will be described with reference to FIG.
The liquid cartridge integrated head 80 is formed by integrating a head portion 82 according to the present invention having nozzles 81 and the like, and an ink tank (liquid tank) 83 for supplying a recording liquid (ink) to the head portion 82. Is. Thereby, a liquid cartridge integrated liquid discharge head provided with a highly reliable electrostatic actuator can be obtained.

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドを搭載した本発明に係る画像形成装置の一例について図26及び図27を参照して説明する。なお、図26は同画像形成装置の全体構成を説明する側面説明図、図27は同装置の要部平面説明図である。   Next, an example of the image forming apparatus according to the present invention equipped with the liquid discharge head according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 26 is an explanatory side view for explaining the entire configuration of the image forming apparatus, and FIG. 27 is an explanatory plan view of a main part of the apparatus.

この画像形成装置は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材であるガイドロッド101とガイドレール102とでキャリッジ103を主走査方向に摺動自在に保持し、主走査モータ104で駆動プーリ106Aと従動プーリ106B間に架け渡したタイミングベルト105を介して矢示方向(主走査方向)に移動走査する。   In this image forming apparatus, a carriage 103 is slidably held in a main scanning direction by a guide rod 101 and a guide rail 102 that are horizontally mounted on left and right side plates (not shown), and a driving pulley 106A is driven by a main scanning motor 104. And the driven pulley 106B are moved and scanned in the direction indicated by the arrow (main scanning direction) via the timing belt 105.

このキャリッジ103には、例えば、ブラック(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の各色の記録液の液滴(インク滴)を吐出する独立した4個の本発明に係る液体吐出ヘッド107k、107c、107m、107yで構成した記録ヘッド107を主走査方向に沿う方向に配置し、液滴吐出方向を下方に向けて装着している。なお、ここでは独立した液体吐出ヘッドを用いているが、各色の記録液の液滴を吐出する複数のノズル列を有する1又は複数のヘッドを用いる構成とすることもできる。また、色の数及び配列順序はこれに限るものではない。   For example, four independent ink jet recording liquid droplets (ink droplets) of black (K), cyan (C), magenta (M), and yellow (Y) are recorded on the carriage 103. The recording head 107 composed of the liquid ejection heads 107k, 107c, 107m, and 107y is arranged in a direction along the main scanning direction, and is mounted with the droplet ejection direction facing downward. In addition, although the independent liquid discharge head is used here, it is also possible to employ a configuration in which one or a plurality of heads having a plurality of nozzle rows for discharging recording liquid droplets of each color are used. Further, the number of colors and the arrangement order are not limited to this.

キャリッジ103には、記録ヘッド107に各色のインクを供給するための各色のサブタンク108を搭載している。このサブタンク108にはインク供給チューブ109を介して図示しないメインタンク(インクカートリッジ)からインクが補充供給される。   The carriage 103 is equipped with a sub tank 108 for each color for supplying each color ink to the recording head 107. Ink is supplied to the sub tank 108 from a main tank (ink cartridge) (not shown) via an ink supply tube 109.

一方、給紙カセット110などの用紙積載部(圧板)111上に積載した被記録媒体(用紙)112を給紙するための給紙部として、用紙積載部111から用紙112を1枚ずつ分離給送する半月コロ(給紙ローラ)113及び給紙ローラ113に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド114を備え、この分離パッド114は給紙ローラ113側に付勢されている。   On the other hand, as a sheet feeding unit for feeding a recording medium (sheet) 112 loaded on a sheet stacking unit (pressure plate) 111 such as a sheet feeding cassette 110, the sheets 112 are separated and fed from the sheet stacking unit 111 one by one. Opposite to the half-moon roller (feed roller) 113 and the feed roller 113 to be fed, a separation pad 114 made of a material having a large friction coefficient is provided, and this separation pad 114 is urged toward the feed roller 113 side.

そして、この給紙部から給紙された用紙112を記録ヘッド107の下方側で搬送するための搬送部として、用紙112を静電吸着して搬送するための搬送ベルト121と、給紙部からガイド115を介して送られる用紙112を搬送ベルト121との間で挟んで搬送するためのカウンタローラ122と、略鉛直上方に送られる用紙112を略90°方向転換させて搬送ベルト121上に倣わせるための搬送ガイド123と、押さえ部材124で搬送ベルト121側に付勢された先端加圧コロ125とを備えている。また、搬送ベルト121表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ126を備えている。   As a transport unit for transporting the paper 112 fed from the paper feed unit below the recording head 107, a transport belt 121 for electrostatically attracting and transporting the paper 112, and a paper feed unit A counter roller 122 for transporting the paper 112 fed through the guide 115 while sandwiching it between the transport belt 121 and the paper 112 fed substantially vertically upward is changed by about 90 ° and copied on the transport belt 121. A conveying guide 123 for adjusting the pressure and a tip pressure roller 125 urged toward the conveying belt 121 by a pressing member 124. In addition, a charging roller 126 that is a charging unit for charging the surface of the conveyance belt 121 is provided.

ここで、搬送ベルト121は、無端状ベルトであり、搬送ローラ127とテンションローラ128との間に掛け渡されて、副走査モータ131からタイミングベルト132及びタイミングローラ133を介して搬送ローラ127が回転されることで、ベルト搬送方向(副走査方向)に周回するように構成している。なお、搬送ベルト121の裏面側には記録ヘッド107による画像形成領域に対応してガイド部材129を配置している。   Here, the conveyance belt 121 is an endless belt, is stretched between the conveyance roller 127 and the tension roller 128, and the conveyance roller 127 is rotated from the sub-scanning motor 131 via the timing belt 132 and the timing roller 133. By doing so, it is configured to go around in the belt conveyance direction (sub-scanning direction). A guide member 129 is disposed on the back side of the conveyance belt 121 in correspondence with the image forming area formed by the recording head 107.

また、搬送ローラ127の軸には、スリット円板134を取り付け、このスリット円板134のスリットを検知するセンサ135を設けて、これらのスリット円板134及びセンサ135によってエンコーダ136を構成している。   In addition, a slit disk 134 is attached to the shaft of the transport roller 127, and a sensor 135 for detecting the slit of the slit disk 134 is provided, and the encoder 136 is configured by the slit disk 134 and the sensor 135. .

帯電ローラ126は、搬送ベルト121の表層に接触し、搬送ベルト121の回動に従動して回転するように配置され、加圧力として軸の両端に各2.5Nをかけている。   The charging roller 126 is arranged so as to contact the surface layer of the conveyor belt 121 and rotate following the rotation of the conveyor belt 121, and applies 2.5N to both ends of the shaft as a pressing force.

また、キャリッジ103の前方側には、スリットを形成したエンコーダスケール142を設け、キャリッジ103の前面側にはエンコーダスケール142のスリットを検出する透過型フォトセンサからなるエンコーダセンサ143を設け、これらによって、キャリッジ103の主走査方向位置を検知するためのエンコーダ144を構成している。   Further, an encoder scale 142 having slits is provided on the front side of the carriage 103, and an encoder sensor 143 including a transmission type photosensor for detecting the slits of the encoder scale 142 is provided on the front side of the carriage 103. An encoder 144 for detecting the position of the carriage 103 in the main scanning direction is configured.

さらに、記録ヘッド107で記録された用紙112を排紙するための排紙部として、搬送ベルト121から用紙112を分離するための分離部と、排紙ローラ152及び排紙コロ153と、排紙される用紙112をストックする排紙トレイ154とを備えている。   Further, as a paper discharge unit for discharging the paper 112 recorded by the recording head 107, a separation unit for separating the paper 112 from the conveying belt 121, a paper discharge roller 152 and a paper discharge roller 153, and paper discharge A paper discharge tray 154 for stocking the paper 112 to be printed.

また、背部には両面給紙ユニット155が着脱自在に装着されている。この両面給紙ユニット155は搬送ベルト121の逆方向回転で戻される用紙112を取り込んで反転させて再度カウンタローラ122と搬送ベルト121との間に給紙する。   A double-sided paper feeding unit 155 is detachably mounted on the back. The double-sided paper feeding unit 155 takes in the paper 112 returned by the reverse rotation of the transport belt 121, reverses it, and feeds it again between the counter roller 122 and the transport belt 121.

さらに、キャリッジ103の走査方向の一方側の非印字領域には、記録ヘッド107のノズルの状態を維持し、回復するための維持回復機構156を配置している。この維持回復機構156は、記録ヘッド107の各ノズル面をキャピングするための各キャップ157と、ノズル面をワイピングするためのブレード部材であるワイパーブレード158と、増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行なうときの液滴を受ける空吐出受け159などを備えている。   Further, a maintenance / recovery mechanism 156 for maintaining and recovering the state of the nozzles of the recording head 107 is disposed in a non-printing area on one side of the carriage 103 in the scanning direction. The maintenance / recovery mechanism 156 includes a cap 157 for capping each nozzle surface of the recording head 107, a wiper blade 158 which is a blade member for wiping the nozzle surface, and a discharge unit for discharging the thickened recording liquid. An empty discharge receiver 159 for receiving droplets when performing empty discharge for discharging droplets that do not contribute to recording is provided.

このように構成した画像形成装置においては、給紙部から用紙112が1枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙112はガイド115で案内され、搬送ベルト121とカウンタローラ122との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド123で案内されて先端加圧コロ125で搬送ベルト121に押し付けられ、略90°搬送方向を転換される。   In the image forming apparatus configured as described above, the sheets 112 are separated and fed one by one from the sheet feeding unit, and the sheet 112 fed substantially vertically upward is guided by the guide 115, and includes the conveyance belt 121 and the counter roller 122. The leading end is guided by the conveying guide 123 and pressed against the conveying belt 121 by the leading end pressure roller 125, and the conveying direction is changed by approximately 90 °.

このとき、図示しない制御回路によってACバイアス供給部(高圧電源)から帯電ローラ126に対してプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返すように、つまり交番する電圧が印加され、搬送ベルト121が交番する帯電電圧パターン、すなわち、周回方向である副走査方向に、プラスとマイナスが所定の幅で帯状に交互に帯電されたものとなる。このプラス、マイナス交互に帯電した搬送ベルト121上に用紙112が給送されると、用紙112が搬送ベルト121に静電力で吸着され、搬送ベルト121の周回移動によって用紙112が副走査方向に搬送される。   At this time, a positive output and a negative output are alternately repeated from the AC bias supply unit (high-voltage power supply) to the charging roller 126 by a control circuit (not shown), that is, alternating voltages are applied, and the conveyor belt 121 alternates. In the charging voltage pattern, that is, in the sub-scanning direction that is the circumferential direction, plus and minus are alternately charged in a band shape with a predetermined width. When the paper 112 is fed onto the conveyance belt 121 charged alternately with plus and minus, the paper 112 is attracted to the conveyance belt 121 by electrostatic force, and the paper 112 is conveyed in the sub-scanning direction by the circular movement of the conveyance belt 121. Is done.

そこで、キャリッジ103を往路及び復路方向に移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド107を駆動することにより、停止している用紙112にインク滴を吐出して1行分を記録し、用紙112を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙112の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙112を排紙トレイ154に排紙する。   Therefore, by driving the recording head 107 according to the image signal while moving the carriage 103 in the forward and backward directions, ink droplets are ejected onto the stopped paper 112 to record one line, and the paper 112 is After transporting a predetermined amount, the next line is recorded. Upon receiving a recording end signal or a signal that the trailing edge of the paper 112 has reached the recording area, the recording operation is finished, and the paper 112 is discharged onto the paper discharge tray 154.

また、両面印刷の場合には、表面(最初に印刷する面)の記録が終了したときに、搬送ベルト121を逆回転させることで、記録済みの用紙112を両面給紙ユニット155内に送り込み、用紙112を反転させて(裏面が印刷面となる状態にして)再度カウンタローラ122と搬送ベルト121との間に給紙し、タイミング制御を行って、前述したと同様に搬送ベル121上に搬送して裏面に記録を行った後、排紙トレイ154に排紙する   In the case of double-sided printing, when recording on the front surface (surface to be printed first) is completed, the recording belt 112 is fed into the double-sided paper feeding unit 155 by rotating the conveyor belt 121 in the reverse direction. The paper 112 is reversed (with the back surface being the printing surface), and is fed again between the counter roller 122 and the conveyor belt 121. The timing is controlled, and the sheet is conveyed onto the conveyor bell 121 as described above. After recording on the back side, the sheet is discharged to the discharge tray 154.

また、印字(記録)待機中にはキャリッジ103は維持回復機構155側に移動されて、キャップ157で記録ヘッド107のノズル面がキャッピングされて、ノズルを湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、キャップ157で記録ヘッド107をキャッピングした状態でノズルから記録液を吸引し(「ノズル吸引」又は「ヘッド吸引」という。)し、増粘した記録液や気泡を排出する回復動作を行い、この回復動作によって記録ヘッド107のノズル面に付着したインクを清掃除去するためにワイパーブレード158でワイピングを行なう。また、記録開始前、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出する空吐出動作を行う。これによって、記録ヘッド107の安定した吐出性能を維持する。   Further, during printing (recording) standby, the carriage 103 is moved to the maintenance / recovery mechanism 155 side, and the nozzle surface of the recording head 107 is capped by the cap 157 so that the nozzles are kept in a wet state. To prevent. In addition, the recording liquid is sucked from the nozzle in a state where the recording head 107 is capped by the cap 157 (referred to as “nozzle suction” or “head suction”), and a recovery operation is performed to discharge the thickened recording liquid or bubbles. Wiping is performed by the wiper blade 158 in order to clean and remove ink adhering to the nozzle surface of the recording head 107 by this recovery operation. In addition, an idle ejection operation for ejecting ink not related to recording is performed before the start of recording or during recording. Thereby, the stable ejection performance of the recording head 107 is maintained.

このように、この画像形成装置によれば、信頼性の高い液体吐出ヘッドを備えた画像形成装置を得ることができる。   Thus, according to this image forming apparatus, it is possible to obtain an image forming apparatus including a highly reliable liquid ejection head.

次に、本発明に係る静電型アクチュエータを備えたマイクロデバイスとしてのマイクロポンプについて図28を参照して説明する。なお、同図は同マイクロポンプの要部断面説明図である。
このマイクロポンプは、本発明に係る静電型アクチュエータで構成したアクチュエータ基板201と、流路基板202とを有し、流路基板202には流体が流れる流路203を形成している。アクチュエータ基板201は、流路203の壁面を形成する振動板部材212と、この振動板部材212の変形可能領域(振動板)211に犠牲層エッチングで形成した空隙(ギャップ)213を介して対向する個別電極214とを備えている。
Next, a micro pump as a micro device provided with the electrostatic actuator according to the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the figure is principal part cross-sectional explanatory drawing of the micropump.
This micro pump has an actuator substrate 201 constituted by an electrostatic actuator according to the present invention and a flow path substrate 202, and a flow path 203 through which a fluid flows is formed in the flow path substrate 202. The actuator substrate 201 opposes the diaphragm member 212 that forms the wall surface of the flow path 203 and the deformable region (the diaphragm) 211 of the diaphragm member 212 via a gap (gap) 213 formed by sacrificial layer etching. And an individual electrode 214.

このアクチュエータ基板201の構成も前記液体吐出ヘッドの実施形態と同様であり、シリコン基板221上に絶縁膜222を形成し、この絶縁膜222上に個別電極214を形成して絶縁膜225で被覆し、この絶縁膜225上に犠牲層227を形成し、更に振動板212のうちの一部の膜を形成した後犠牲層エッチングを行なって空隙213を形成し、図示しないが、空隙213に個別連通路を介して連通する共通連通路を形成したものである。   The configuration of the actuator substrate 201 is the same as that of the embodiment of the liquid discharge head. The insulating film 222 is formed on the silicon substrate 221, the individual electrode 214 is formed on the insulating film 222, and is covered with the insulating film 225. Then, a sacrificial layer 227 is formed on the insulating film 225, and after forming a part of the diaphragm 212, sacrificial layer etching is performed to form a gap 213. Although not shown, the gap 213 is individually connected. A common communication path communicating through the passage is formed.

このマイクロポンプの動作原理を説明すると、前述した液体吐出ヘッドの場合と同様に、個別電極214に対して選択的にパルス電位を与えることによって振動板211との間で静電力による吸引作用が生じるので、振動板211が電極214側に変形する。ここで、振動板211を図中右側から順次駆動することによって流路203内の流体は、矢印方向へ流れが生じ、流体の輸送が可能となる。   The operation principle of the micropump will be described. As in the case of the liquid discharge head described above, by selectively applying a pulse potential to the individual electrode 214, a suction action by an electrostatic force is generated between the diaphragm 211 and the diaphragm 211. Therefore, the diaphragm 211 is deformed to the electrode 214 side. Here, by sequentially driving the diaphragm 211 from the right side in the figure, the fluid in the flow path 203 flows in the direction of the arrow, and the fluid can be transported.

このように、本発明に係る静電型アクチュエータを備えることで、信頼性の高い静電型アクチュエータを備え、安定した液体輸送が可能な小型で低消費電力のマイクロポンプを得られる。なお、輸送効率を上げるために、変形可能領域間に1又は複数の弁、例えば逆止弁などを設けることもできる。   Thus, by providing the electrostatic actuator according to the present invention, it is possible to obtain a small-sized and low-power-consumption micropump including a highly reliable electrostatic actuator and capable of stable liquid transportation. In order to increase transport efficiency, one or more valves, such as a check valve, may be provided between the deformable regions.

次に、本発明に係る静電型アクチュエータを備えた光学デバイスの一例について図29を参照して説明する。なお、同図は同デバイスの概略構成図である。
この光学デバイスは、表面が光を反射可能でかつ変形可能な振動板に相当するミラー300を含むアクチュエータ基板301を有している。ミラー300の表面は反射率を増加させるため誘電体多層膜や金属膜を形成する(これらは樹脂膜表面に形成する)と良い。
Next, an example of an optical device provided with the electrostatic actuator according to the present invention will be described with reference to FIG. This figure is a schematic configuration diagram of the device.
This optical device has an actuator substrate 301 including a mirror 300 corresponding to a diaphragm whose surface can reflect light and can be deformed. A dielectric multilayer film or a metal film is preferably formed on the surface of the mirror 300 in order to increase the reflectance (these are formed on the resin film surface).

アクチュエータ基板301は、絶縁膜322を形成したベース基板321上に、変形可能なミラー300と、このミラー300の変形可能領域(振動板)311に所定の空隙313を介して対向する電極314とを備えている。また、電極314上には絶縁膜325を形成し、空隙313は犠牲層327をエッチングして形成している。その他の構成についても、振動板がミラー面を有する構成となっている点が、前述の液体吐出ヘッドの実施形態で説明した静電型アクチュエータと異なるだけであるので、詳細な図示及び説明は省略する。   The actuator substrate 301 includes a deformable mirror 300 and an electrode 314 facing a deformable region (vibrating plate) 311 of the mirror 300 via a predetermined gap 313 on a base substrate 321 on which an insulating film 322 is formed. I have. Further, an insulating film 325 is formed over the electrode 314, and the gap 313 is formed by etching the sacrificial layer 327. Other configurations are different from the electrostatic actuator described in the above-described embodiment of the liquid discharge head in that the diaphragm has a mirror surface, and detailed illustration and description are omitted. To do.

この光学デバイスの原理を説明すると、前述した静電型アクチュエータの場合と同様に、電極314に対して選択的にパルス電位を与えることによって、電極314と対向するミラー300の変形可能領域311間で静電力による吸引作用が生じるので、ミラー300の変形可能領域311が凹状に変形して凹面ミラーとなる。したがって、光源330からの光がレンズ331を介してミラー300に照射された場合、ミラー300を駆動しないときには、光は入射角と同じ角度で反射するが、ミラー300を駆動した場合は駆動された変形可能領域311が凹面ミラーとなるので反射光は発散光となる。これにより光変調デバイスが実現できる。   The principle of this optical device will be described. As in the case of the electrostatic actuator described above, by selectively applying a pulse potential to the electrode 314, between the deformable region 311 of the mirror 300 facing the electrode 314. Since a suction action due to electrostatic force occurs, the deformable region 311 of the mirror 300 is deformed into a concave shape to form a concave mirror. Therefore, when the light from the light source 330 is applied to the mirror 300 via the lens 331, the light is reflected at the same angle as the incident angle when the mirror 300 is not driven, but is driven when the mirror 300 is driven. Since the deformable region 311 becomes a concave mirror, the reflected light becomes divergent light. Thereby, an optical modulation device can be realized.

このように、本発明に係る静電型アクチュエータを備えることで、小型で低消費電力の光学デバイスを得ることができる。   Thus, by providing the electrostatic actuator according to the present invention, a small and low power consumption optical device can be obtained.

そこで、この光学デバイスを応用した例を図30をも参照して説明する。この例は、上述した光学デバイスを2次元に配列し、各ミラー300の変形可能領域311を独立して駆動するようにしたものである。なお、ここでは、4×4の配列を示しているが、これ以上配列することも可能である。   An example in which this optical device is applied will be described with reference to FIG. In this example, the above-described optical devices are two-dimensionally arranged, and the deformable region 311 of each mirror 300 is driven independently. Although a 4 × 4 array is shown here, it is possible to arrange more than this.

したがって、前述した図29と同様に、光源330からの光はレンズ331を介してミラー300に照射され、ミラー300を駆動していないところに入射した光は、投影用レンズ332へ入射する。一方、電極314に電圧を印加してミラー300の変形可能領域311を変形させている部分は凹面ミラーとなるので光は発散し投影用レンズ332にほとんど入射しない。この投影用レンズ332に入射した光はスクリーン(図示しない)などに投影され、スクリーンに画像を表示することができる。   Accordingly, similarly to FIG. 29 described above, the light from the light source 330 is irradiated to the mirror 300 via the lens 331, and the light incident on the portion where the mirror 300 is not driven enters the projection lens 332. On the other hand, a portion where the deformable region 311 of the mirror 300 is deformed by applying a voltage to the electrode 314 becomes a concave mirror, so that light diverges and hardly enters the projection lens 332. The light incident on the projection lens 332 is projected on a screen (not shown) or the like, and an image can be displayed on the screen.

なお、上記実施形態においては、液体吐出ヘッドとしては、インク以外にも、例えば、液体レジストを液滴として吐出する液体吐出ヘッド、DNAの試料を液滴として吐出する液体吐出ヘッドなどの他の液体吐出ヘッドにも適用できる。また、静電型アクチュエータは、マイクロポンプ、光学デバイス(光変調デバイス)、マイクロスイッチ(マイクロリレー)、マルチ光学レンズのアクチュエータ(光スイッチ)、マイクロ流量計、圧力センサなどにも適用することができる。   In the above embodiment, as the liquid ejection head, in addition to ink, other liquids such as a liquid ejection head that ejects a liquid resist as droplets, a liquid ejection head that ejects DNA samples as droplets, and the like. It can also be applied to a discharge head. The electrostatic actuator can also be applied to micro pumps, optical devices (light modulation devices), micro switches (micro relays), multi-optical lens actuators (light switches), micro flow meters, pressure sensors, and the like. .

本発明に係る液体吐出ヘッドの斜視説明図である。FIG. 4 is a perspective explanatory view of a liquid discharge head according to the present invention. 同ヘッドの分解斜視説明図である。It is a disassembled perspective explanatory drawing of the head. 図1の面S1に沿う断面説明図である。FIG. 2 is a cross-sectional explanatory view taken along a surface S1 in FIG. 図1の面S2に沿う断面説明図である。FIG. 2 is an explanatory cross-sectional view along a surface S2 of FIG. 本発明の第1実施形態に係る静電型アクチュエータにおけるアクチュエータ基板を透過状態で示す平面説明図である。It is a plane explanatory view showing an actuator substrate in a permeation state in an electrostatic actuator concerning a 1st embodiment of the present invention. 図5のX1−X1線に沿う断面説明図である。FIG. 6 is a cross-sectional explanatory view taken along line X1-X1 in FIG. 5. 図5のX2−X2線に沿う断面説明図である。FIG. 6 is a cross-sectional explanatory view taken along line X2-X2 of FIG. 同アクチュエータ基板の大気開放部の平面説明図である。It is a plane explanatory view of the atmosphere release part of the actuator substrate. 図8のX3−X3線に沿う断面説明図である。FIG. 9 is a cross-sectional explanatory view taken along line X3-X3 in FIG. 図8のY3−Y3線に沿う断面説明図である。FIG. 9 is a cross-sectional explanatory view taken along line Y3-Y3 of FIG. 同アクチュエータ基板の製造工程の説明に供する図5のX1−X1線に沿う部分を示す製造工程の断面説明図である。It is sectional explanatory drawing of the manufacturing process which shows the part which follows the X1-X1 line | wire of FIG. 5 with which it uses for description of the manufacturing process of the same actuator substrate. 図11に続く製造工程の断面説明図である。FIG. 12 is a cross-sectional explanatory diagram of the manufacturing process following FIG. 11. 同じく図5のX2−X2線に沿う部分を示す製造工程の断面説明図である。FIG. 6 is a cross-sectional explanatory view of the manufacturing process showing a portion along line X2-X2 in FIG. 5. 図13に続く製造工程の断面説明図である。FIG. 14 is an explanatory cross-sectional view of the manufacturing process following FIG. 13. 同じく図8のX3−X3線に沿う部分を示す製造工程の断面説明図である。FIG. 9 is a cross-sectional explanatory view of the manufacturing process showing a portion along line X3-X3 in FIG. 8. 図15に続く製造工程の断面説明図である。FIG. 16 is a cross-sectional explanatory diagram of the manufacturing process following FIG. 15. 同じく図8のY3−Y3線に沿う部分を示す製造工程の断面説明図である。FIG. 9 is a cross-sectional explanatory view of the manufacturing process showing a portion along line Y3-Y3 in FIG. 8. 図17に続く製造工程の断面説明図である。FIG. 18 is a cross-sectional explanatory diagram of the manufacturing process following FIG. 17. 本発明の静電型アクチュエータに係る第2実施形態におけるアクチュエータ基板の大気開放部の平面説明図である。It is plane explanatory drawing of the air release part of the actuator board | substrate in 2nd Embodiment which concerns on the electrostatic actuator of this invention. 図19のX4−X4線に沿う断面説明図である。FIG. 20 is an explanatory cross-sectional view taken along line X4-X4 of FIG. 図19のY4−Y4線に沿う断面説明図である。FIG. 20 is an explanatory cross-sectional view taken along line Y4-Y4 of FIG. 本発明の静電型アクチュエータに係る第3実施形態におけるアクチュエータ基板の大気開放部の平面説明図である。It is plane explanatory drawing of the air release part of the actuator board | substrate in 3rd Embodiment which concerns on the electrostatic actuator of this invention. 図22のX5−X5線に沿う断面説明図である。It is sectional explanatory drawing which follows the X5-X5 line | wire of FIG. 図22のY5−Y5線に沿う断面説明図である。It is sectional explanatory drawing which follows the Y5-Y5 line | wire of FIG. 本発明に係る液体吐出ヘッドの他の例の説明に供する斜視説明図である。FIG. 6 is a perspective explanatory view for explaining another example of the liquid ejection head according to the present invention. 本発明に係る画像形成装置の一例を説明する側面説明図である。1 is a side explanatory view illustrating an example of an image forming apparatus according to the present invention. 同画像形成装置の要部平面説明図である。FIG. 2 is an explanatory plan view of a main part of the image forming apparatus. 本発明に係るマイクロポンプの一例を説明する模式的説明図である。It is typical explanatory drawing explaining an example of the micropump which concerns on this invention. 本発明に係る光学デバイスの一例を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining an example of the optical device which concerns on this invention. 同光学デバイスの応用例の説明に供する斜視説明図である。It is an isometric view explanatory drawing used for description of the application example of the same optical device.

符号の説明Explanation of symbols

1…アクチュエータ基板
2…流路基板
3…ノズル基板
4…ノズル
5…ノズル連通路
6…液室(吐出室)
7…流体抵抗部
9…液室間隔壁
10…共通液室
11…振動板
12…振動板部材
13…空隙
14…個別電極
15…共通連通路
15A…個別連通路
16…大気開放部
21…シリコン基板
22…絶縁層(膜)
24…電極形成層
25…絶縁膜(中間膜)
26…開口
27…犠牲層
28…絶縁膜
29…犠牲層除去孔
32…振動板電極(上部電極)
33…膜撓み防止膜(窒化膜)
34…膜剛性調整膜
35…樹脂膜(接液膜)
36…樹脂膜(封止膜)
37、38、39…凸段差部
40…溝
42…大気開放孔
80…液体カートリッジ
107k、107c、107m、107y…記録ヘッド(液体吐出ヘッド)
201、301…アクチュエータ基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Actuator board | substrate 2 ... Flow path board | substrate 3 ... Nozzle board | substrate 4 ... Nozzle 5 ... Nozzle communication path 6 ... Liquid chamber (discharge chamber)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 7 ... Fluid resistance part 9 ... Liquid chamber space | interval wall 10 ... Common liquid chamber 11 ... Diaphragm 12 ... Diaphragm member 13 ... Gap 14 ... Individual electrode 15 ... Common communication path 15A ... Individual communication path 16 ... Atmospheric release part 21 ... Silicon Substrate 22 ... Insulating layer (film)
24 ... Electrode forming layer 25 ... Insulating film (intermediate film)
26 ... Opening 27 ... Sacrificial layer 28 ... Insulating film 29 ... Sacrificial layer removal hole 32 ... Diaphragm electrode (upper electrode)
33 ... Film bending prevention film (nitride film)
34 ... Membrane stiffness adjustment film 35 ... Resin film (wetted film)
36 ... Resin film (sealing film)
37, 38, 39 ... convex stepped portion 40 ... groove 42 ... air opening hole 80 ... liquid cartridge 107k, 107c, 107m, 107y ... recording head (liquid ejection head)
201, 301 ... Actuator board

Claims (5)

変形可能な振動板及びこの振動板に空隙を介して対向する電極を備える静電型アクチュエータにおいて、
前記空隙に連通する連通路と、
前記連通路を外部に連通させる大気開放孔を有する大気開放部と、
前記大気開放部の大気開放孔を封止する封止材と、
前記大気開放部の周囲を囲む凸段差部と、が設けられている
ことを特徴とする静電型アクチュエータ。
In an electrostatic actuator comprising a deformable diaphragm and an electrode facing the diaphragm through a gap,
A communication path communicating with the gap;
An atmosphere opening portion having an atmosphere opening hole for communicating the communication path to the outside;
A sealing material for sealing the atmosphere opening hole of the atmosphere opening portion;
An electrostatic actuator, comprising: a convex step portion surrounding the atmosphere opening portion.
前記凸段差部は二重以上設けられていることを特徴とする請求項1に記載の静電型アクチュエータ。   The electrostatic actuator according to claim 1, wherein the convex stepped portion is provided more than double. 前記凸段差部はアクチュエータを構成する1又は2以上の構成膜で形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の静電型アクチュエータ。   3. The electrostatic actuator according to claim 1, wherein the convex stepped portion is formed of one or more constituent films constituting the actuator. ノズルから液滴を吐出させるための静電型アクチュエータを備えた液体吐出ヘッドにおいて、前記静電型アクチュエータが請求項1ないし3のいずれかに記載の静電型アクチュエータであることを特徴とする液体吐出ヘッド。   4. A liquid discharge head comprising an electrostatic actuator for discharging droplets from a nozzle, wherein the electrostatic actuator is the electrostatic actuator according to claim 1. Discharge head. 液滴を吐出する液体吐出ヘッドを搭載した画像形成装置において、前記液体吐出ヘッドが請求項4に記載の液体吐出ヘッドであることを特徴とする画像形成装置。   An image forming apparatus equipped with a liquid discharge head for discharging liquid droplets, wherein the liquid discharge head is the liquid discharge head according to claim 4.
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