JP2007136856A - 静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、静電デバイス、静電アクチュエータの製造方法並びに液滴吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】振動板と対向電極との間の残留電荷影響の低減を実現して、安定した駆動が可能な静電アクチュエータを得ること。
【解決手段】一方の電極として作用する可撓性を有した振動板１２と、振動板１２にギャップ１０を隔てて対向し振動板１２との間で電圧が印加される対向電極１７とを備え、振動板１２の対向電極１７との対向面に絶縁膜１６Ｂが形成されている静電アクチュエータであって、絶縁膜１６Ｂが形成された振動板１２と対向電極１７との対向面の少なくとも一方の面に、ダイヤモンドライクカーボンなどのカーボン材料からなる表面層１６Ｃを形成している静電アクチュエータ。
【選択図】図１

Description

本発明は静電アクチュエータ、それを利用した液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及び静電デバイス、並びに静電アクチュエータの製造方法、液滴吐出ヘッドの製造方法に関する。

インクジェット式記録装置におけるインク吐出方法として、駆動手段に静電気力を利用した、いわゆる静電駆動方式のインクジェット記録装置が知られている。静電駆動方式のインクジェット記録装置は、振動板と固定電極である対向電極との間で電圧を供給／遮断することにより、振動板を対向電極に吸引、隔離させる動作を行わしめ、それによって生じる圧力変化を利用してインクを吐出している。従って、振動板と対向電極はインクが貯えられた圧力室の圧力を変動させる静電アクチュエータとして作用している。このような静電アクチュエータを適用した装置では、一般的に帯電した振動板と対向電極との間に、絶縁破壊やショートを防止するためのシリコン酸化膜の絶縁膜が形成されている（例えば、特許文献１）。
特開平１１−１６５４１３号公報

しかしながら、従来の絶縁膜は、絶縁膜表面での残留電荷影響により静電吸引圧力が安定せず、アクチュエータの安定駆動が確保できないという課題があった。また、絶縁膜が厚くなると静電吸引力が低下し、静電アクチュエータの小型化や高密度化が難しくなるという課題があった。

本発明は上記課題に対応してなされたもので、振動板と対向電極との間の残留電荷影響の低減を実現して、安定した駆動が可能な静電アクチュエータを得ることを第１の目的とする。また、アクチュエータ駆動電圧の低電圧化を可能にして、小型でしかも駆動耐久性に優れた静電アクチュエータを得ることを第２の目的とする。さらにこれらに併せて、上記静電アクチュエータを備えた液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置、静電デバイスを得ること、及びそれらの製造方法を提案する。

本発明の静電アクチュエータは、一方の電極として作用する可撓性を有した振動板と、前記振動板にギャップを隔てて対向し前記振動板との間で電圧が印加される対向電極とを備え、前記振動板の前記対向電極との対向面に絶縁膜が形成されている静電アクチュエータであって、前記絶縁膜が形成された前記振動板と前記対向電極との対向面の少なくとも一方の表面にカーボン材料からなる表面層が形成されていることを特徴とする。なお、前記カーボン材料は、ダイヤモンドライクカーボン、ダイヤモンド、フラーレンＣ６０またはカーボンナノチューブのいずれかであることが好ましい。
このように、振動板と対向電極との対向面の少なくとも一方の表面に、ダイヤモンドライクカーボンなどのカーボン材料からなる表面層を形成することにより、振動板の最表面の水酸基密度が極めて小さくなり、振動板最表面の電荷密度や、水分吸着に起因する表面残留電荷が抑制されて、静電アクチュエータの安定駆動及び耐久性向上が可能となる。

前記表面層は、駆動により前記振動板と前記対向電極が当接する面に区画形成されていることが好ましい。このようにすることで、最小限の膜応力により振動板の対向電極への吸着を防止でき、静電アクチュエータの安定駆動が実現できる。
また、対向電極側に表面層を形成する場合には、対向電極の表面に誘電体の保護膜が形成され、その保護膜上にカーボン材料が形成されていることが好ましい。これにより、絶縁耐圧の向上を図るとともに、基板に成膜されたカーボン材料を所定の形状にパターニングする際における電極の酸化が防止できる。

本発明の液滴吐出ヘッドは、上記いずれかに記載の静電アクチュエータを備え、前記振動板が液滴を貯えて吐出させる圧力室の底面を構成しているものである。この液滴吐出ヘッドによれば、アクチュエータの残留電荷影響が抑えられ、安定した駆動が可能となるため、高精度で安定したインク吐出特性を確保し、高い印刷特性が得られる。
また、本発明の液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドを備えたものである。
さらに、本発明の静電デバイスは、上記いずれかに記載の静電アクチュエータを備えたものである。

本発明の静電アクチュエータの製造方法は、シリコン基板の表面に絶縁膜を成膜し、その絶縁膜の上にカーボン材料からなる表面層を積層する工程と、電極基板に溝を形成し、その溝内に電極を形成する工程と、前記シリコン基板と前記電極基板とを、前記表面層と前記電極をギャップを介して対向させて接合する工程と、前記シリコン基板の前記表面層との対向部を可撓性を有した振動板に加工する工程とを備える。
この方法により製造された静電アクチュエータは、アクチュエータの残留電荷影響が抑えられ、安定した駆動が可能となる。

また本発明の静電アクチュエータの製造方法は、シリコン基板の表面に絶縁膜を成膜する工程と、電極基板に溝を形成し、その溝内に電極を形成し、その電極面上にカーボン材料からなる表面層を積層する工程と、前記シリコン基板と前記電極基板とを、前記絶縁膜と前記表面層をギャップを介して対向させて接合する工程と、前記シリコン基板の前記表面層との対向部を可撓性を有した振動板に加工する工程とを備える。この場合には、残留電荷影響の抑制効果が得られることに加えて、振動板に表面層を形成しなくてよいため振動板の製造工程が簡素化できる。
なお、前記電極基板の電極の表面に誘電体の保護膜を成膜した後、その保護膜上に前記表面層を積層してもよい。これにより、絶縁耐圧の向上が図れるとともに、基板に成膜されたカーボン材料を所定の形状にパターニングする際における電極の酸化が防止できる。 また、前記表面層の積層は、カーボン材料を前記基板の表面層形成面に成膜し、その成膜面に対してレジストパターニングを行った後、酸素プラズマにより不要な部分の前記成膜をエッチング除去して行うのが好ましい。表面層のパターニングを酸素プラズマに行うことで、炭素材料を効率良く酸化して除去することが可能となる。

本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記いずれかの製造方法を利用して静電アクチュエータを製造し、前記シリコン基板の振動板を液滴を貯えて吐出させる圧力室の底面とするものである。この方法によって得られた液滴吐出ヘッドは、アクチュエータの残留電荷影響が抑えられ、安定した駆動が可能となるため、高精度で安定したインク吐出特性を確保し、高い印刷特性が得られる。

実施形態１（静電アクチュエータ）
図１は本発明の実施形態１に係る静電アクチュエータの縦断面図である。本実施形態１に係る静電アクチュエータは、一方の電極として作用する可撓性を有した振動板１２と、振動板１２とギャップ１０を介して対向する対向電極１７が溝内に形成された電極基板３と、振動板１２と対向電極１７にパルス電圧を印可する駆動回路２０（図１ではブロック表示）とを備える。

振動板１２はシリコン基板からなり、対向電極１７に対向する面には、絶縁膜１６Ｂと表面層１６Ｃが積層されている。
絶縁膜１６Ｂは、振動板１２の駆動時、振動板１２と対向電極１７との間での絶縁破壊やショートを防止する作用を果たす。絶縁膜１６Ｂとしては酸化シリコンが利用できる。ただし、絶縁膜１６Ｂとして、酸化シリコンの比誘電率（３．２）より大きな比誘電率を有する、酸化アルミニウム、酸窒化シリコン、酸化タンタル、窒化ハフニウムシリケート、または酸窒化ハフニウムシリケートのいずれかを用いると、酸化シリコンより厚くして同等の静電吸引圧力を確保した上でより高い耐絶縁性を確保できる。換言すれば、酸化膜換算厚み（ＥＯＴ）を薄くして必要な耐絶縁性を確保できる。

一方、表面層１６Ｃは、振動板１２の最表面の帯電を防止する作用を果たす。表面層１６Ｃとして好ましい成膜材料は、ダイヤモンドライクカーボン（以下、ＤＬＣと称する）、ダイヤモンド、フラーレンＣ６０またはカーボンナノチューブなどのカーボン材料である。なお、フラーレンＣ６０は直径０．７ｎｍ程度の超微粒子を絶縁膜１６Ｂや対向電極１７の表面に付着させることにより、カーボンナノチューブは絶縁膜１６Ｂや対向電極１７の表面に植毛させることにより表面層１６Ｃを形成することができる。
表面層１６ＣにＤＬＣなどを用いることにより、振動板１２の最表面の水酸基密度が極めて小さくなり、振動板１２の表面電荷密度や、水分吸着による表面残留電荷が抑制されて、振動板１２の安定駆動が可能となる。特に、振動板１２と対向電極１７が当接する面にこの表面層１６Ｃを設けることにより、最小限の膜応力により、安定した駆動を実現できる。また、振動板１２と対向電極１７の接触面の硬度が上がるため、それらの真実接触面積が小さくなり、接触帯電量すなわち表面残留電荷も低減される。

電極基板３は例えばホウ珪酸ガラスからなり、その溝内に、振動板１２とギャップ１０を隔てて対向する複数の対向電極１７が形成されている。ギャップ１０は例えば１００〜３００ｎｍの間に設定される。対向電極１７は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）をスパッタすることにより形成できる。

ここで上記静電アクチュエータの動作について説明する。駆動回路２０を制御して振動板１２と対向電極１７の電極間に電圧の供給／遮断を行うことにより、振動板１２を撓ませて対向電極１７に接触させる動作と、振動板１２を対向電極１７から離して元の位置に戻す動作を行わせる。振動板１２のこのような動作を利用した静電アクチュエータは、各種の装置やデバイスに適用することができる。

上記静電アクチュエータによれば、表面層１６Ｃにより、振動板１２の最表面での電荷密度や、表面残留電荷が抑制される。従って、振動板１２の対向電極１７への吸着が防止されて、静電アクチュエータの安定駆動が可能となる。
また、絶縁膜１６Ｂとして、酸化シリコンの比誘電率より大きな比誘電率を有する酸化アルミニウムなどを成膜すれば、酸化膜換算厚み（ＥＯＴ）を薄くして絶縁耐圧を確保することができ、静電圧力を高めることができる。これにより、アクチュエータ駆動電圧の低電圧化を可能にして、小型でしかも駆動耐久性に優れた静電アクチュエータを得ることができる。
なお、表面層１６Ｃを、振動板１２の表面ではなく、対向電極１７の表面に形成する構成としても、同様の効果を奏することができる。

実施形態２（液滴吐出ヘッド）
次に、実施形態１の静電アクチュエータを適用した液滴吐出ヘッドについて説明する。
実施例１
図２は本発明の実施形態２の実施例１に係る液滴吐出ヘッドを示す縦断面図、図３は図２の液滴吐出ヘッドを９０度向きを変えた方向からみた圧力室付近の断面図である。この液滴吐出ヘッド１は、キャビティ基板２、電極基板３、及びノズル基板４が積層されて接合されており、キャビティ基板２に形成された可撓性を有する振動板１２と、電極基板３に形成された固定電極である対向電極１７とが静電アクチュエータを構成している。対向電極１７は、対応する圧力室毎に形成されているため個別電極とも称される。なお図２では、振動板１２の対向電極１７との対向面には絶縁膜１６Ｂのみ表示し、表面層（図１の符号１６Ｃに対応するもの）の図示は省略している。

キャビティ基板２は例えば単結晶シリコンからなり、底壁が振動板１２として形成され、吐出液を貯えて吐出させる圧力室（吐出室ともいう）１３となっている凹部が複数形成されている。圧力室１３は図２の紙面手前側から紙面奥側にかけて平行に並んで形成されており、圧力室１３の底面を構成する振動板１２は、シリコン基板表面からボロン（Ｂ）を拡散させたボロンドープ層として形成されている。また、キャビティ基板２には、各圧力室１３にインク等の液滴を供給するためのリザーバ１４となる凹部と、このリザーバ１４と各圧力室１３を連通する細溝状のオリフィス１５となる凹部が形成されている。また、リザーバ１４は単一の凹部から形成されており、オリフィス１５は各圧力室１３に対して１つずつ形成されている。オリフィス１５はノズル基板４の方に形成しても良い。

キャビティ基板２の電極基板３が接合される側の面には、実施形態１で説明した絶縁膜１６Ｂと表面層１６Ｃとが形成されている。一方、キャビティ基板２のノズル基板４が接合される側の面には、耐液滴保護膜１９が形成されている。この耐液滴保護膜１９は、圧力室１３やリザーバ１４の内部の液滴によりキャビティ基板２がエッチングされるのを防止するためのものである。

電極基板３は例えばホウ珪酸ガラスからなり、キャビティ基板２の振動板１２に対向するように接合されている。電極基板３には、振動板１２とギャップ１０を隔てて対向する複数の対向電極１７が形成されている。ギャップ１０は封止材１１で封止されている。対向電極１７は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）をスパッタすることにより形成できる。電極基板３には、リザーバ１４と連通する吐出液供給口１８が形成されている。この吐出液供給口１８は、リザーバ１４の底壁に設けられた孔と繋がっており、リザーバ１４にインク等の液滴を外部から供給するために設けられている。

ノズル基板４は圧力室に対応した複数のノズル８を備えた基板であり、キャビティ基板２の電極基板３が接合された面と反対側の面に接合されている。ノズル基板４はシリコン等からなり、そのノズル８は、例えば円筒状の第１のノズル孔と、第１のノズル孔と連通し第１のノズル孔よりも径の大きい円筒状の第２のノズル孔とからなる。

この液滴吐出ヘッド１のアクチュエータ部では、表面層１６Ｃを形成するＤＬＣ膜は、振動板１２と対向電極１７が吸着する部分に設けられていて、吸着部分に多く残留する残留電荷を効率的に抑制すると共に、電極基板３とキャビティ基板２の陽極接合等による接合強度と、気密性といった接合品質も確保している。
なお、図３に示す例では、それぞれの膜厚を、絶縁膜（ＳｉＯ₂）１６Ｂが８０ｎｍ、表面層（ＤＬＣ膜）１６Ｃが１０ｎｍとし、絶縁耐圧が優れたＳｉＯ₂膜の厚み割合を大きくしている。そして、ギャップ１０の距離は１１０ｎｍとしている。さらに、効率良く振動板１２を対向電極１７に吸引するために、振動板１２の幅と各対向電極１７の幅はほぼ等しく設定し、表面層１６Ｃの幅は振動板１２よりも狭く設定している。このように、表面層１６Ｃの幅を振動板１２の幅よりも狭く設定することにより、表面層１６ＣのＤＬＣ膜の大きな膜応力により振動板１２が撓む不具合を解消している。

ＤＬＣ膜は硬く、振動板１２が対向電極１７に吸着したときの真実接触面積が小さいため、絶縁膜１６Ｂの接触帯電による残留電荷を低減できる。また、ダイヤモンドライクな膜であるため、結晶を構成するＳＰ３混成軌道の全ての軌道に電子が充填された状態で表面に水酸基が形成され難いため、水分子（吸着水）の付着による帯電による残留電荷も低減できる。なお、ＤＬＣ膜の代わりに、同じく硬く、表面に水酸基を形成しないＣＶＤで成膜されるダイヤモンド薄膜を成膜してもよい。ダイヤモンド薄膜によれば、より硬く緻密な表面層を形成可能であるため、残留電荷の低減などの目的のためにはＤＬＣ膜よりも優れた表面層１６Ｃとなる。ただし、ＤＬＣ膜はダイヤモンド薄膜より簡便に所望の表面層を形成できる。

次に図３に示した液滴吐出ヘッド１の作用について説明する。キャビティ基板２と個々の対向電極１７には駆動回路２０が接続されている。駆動回路２０によりキャビティ基板２と対向電極１７の間にパルス電圧が印加されると、振動板１２が対向電極１７に引き寄せられて、その表面層１６Ｃが対向電極１７に吸着する。これにより圧力室１３の内部に負圧が発生し、リザーバ１４の内部に溜まっていたインク等の液体が圧力室１３に流れ込む。流れ込んだ液体により圧力室１３の内部の圧力が上昇に向かうタイミングで、キャビティ基板２と電極１７の間に印加されていた電圧が解除されると、振動板１２が元の位置に戻って圧力室１３の内部の圧力が更に上昇して高くなるため、ノズル８から液滴が吐出される。

実施例２
ここでは、振動板１２の表面に代えて、固定電極である対向電極１７に表面層１６Ｃを成膜した液滴吐出ヘッドの例を説明する。図４は図３に対応する実施例２の液滴吐出ヘッドの圧力室付近拡大図である。なお、この液滴吐出ヘッドは、表面層１６Ｃが対向電極１７に成膜されている点を除いて、図２の液滴吐出ヘッドと同じ構成とする。
ここでは、絶縁膜（ＳｉＯ₂）１６Ｂを８０ｎｍ、表面層（ＤＬＣ膜）１６Ｃを１０ｎｍとしている。絶縁膜１６Ｂと表面層１６Ｃの間の距離で決まるギャップは１１０ｎｍとしている。また、振動板１２が対向電極１７に当接する幅が、対向電極１７の幅よりも狭くなることから、表面層１６Ｃの対向電極１７に対するパターニングによる区画形成の位置合わせズレを考慮し、表面層Ｃ１６の幅は対向電極１７の幅よりも狭く設定している。 ＤＬＣは硬く、振動板１２が対向電極１７に吸着したときのＤＬＣ膜とＳｉＯ₂膜の真実接触面積が小さいため、同構成においても絶縁膜１６Ｂの接触帯電による、残留電荷を低減できる。なお、実施例２の液滴吐出ヘッドは、キャビティ基板２には絶縁膜（誘電体層）を設けるだけでよいので、キャビティ基板２の製造が容易となっている。

実施例３
ここでは、実施例２の表面層１６Ｃの配置態様を更に変更した例を示す。図５は図３に対応する実施例３の液滴吐出ヘッドの圧力室付近拡大図である。なお、この液滴吐出ヘッドは、表面層１６Ｃが対向電極１７に成膜された誘電体層上に成膜されている点を除いて、図２の液滴吐出ヘッドと同じ構成とする。
実施例３は、対向電極１６表面に、保護膜１６Ｄを成膜しその保護膜１６Ｄの上に表面層１６Ｃを成膜したものである。保護膜１６Ｄとしては誘電体と絶縁体の両方の機能も同時に有するものが好ましく、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸窒化シリコン、酸化タンタル、窒化ハフニウムシリケートなどを成膜する。これにより、対向電極１７上に表面層１６Ｃを酸素プラズマなどを利用して区画形成する際に、対向電極１７の酸化を防止できる。なお、実施例３の場合、各膜厚は、例えば絶縁膜１６Ｂを６０ｎｍ、表面層１６Ｃを１０ｎｍ、保護膜１６Ｄを３０ｎｍとしている。

ところで図３から図５では、振動板１２と対向電極１７の対向面の何れか一方の表面に表面層１６Ｃを設けているが、それらの対向面の双方に表面層１６Ｃを設ける構成としてもよい。この場合には、振動板１２と対向電極１７が当接した際の真実接触面積はより小さくなるため、接触帯電による残留電荷とそれによる駆動電圧の変動への影響は更に低減することができる。

（液滴吐出ヘッドの製造方法−図３に示す液滴吐出ヘッドの場合）
図６は上記実施例１に係る液滴吐出ヘッドの製造工程を示すフローチャートである。
（ａ）まず、電極基板３を製作する（Ｓ０）。電極基板３は、例えばホウ珪酸ガラス基板に金・クロムのエッチングマスクを施し、該ガラス基板をフッ酸水溶液等でエッチングして凹部（または溝部）を形成した後に、凹部内にスパッタ等によりＩＴＯからなる対向電極１７を形成することで製作することができる。
（ｂ）次に、キャビテキ基板となる例えば厚さが５２５μｍのシリコン基板を用意する。シリコン基板はその両面を鏡面研磨し、その片側表面にボロンをドープして、例えば２μｍ程度の厚さのボロンドーブ層を形成する。このボロンドーブ層は、後に振動板１２となるものである。さらに、シリコン基板のボロンドーブ層が形成されている表面に絶縁膜（又は誘電体層）１６Ｂを形成する（Ｓ１）。絶縁膜１６Ｂの形成は、ＴＥＳＯプラズマＣＶＤにより緻密で絶縁性に優れた酸化シリコン膜を成膜するのが好ましい。また、絶縁膜１６Ｂは、酸化アルミニウムや酸窒化シリコンを、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition)法、ＥＣＲスパッタまたはプラズマＣＶＤにより成膜してもよい。
（ｃ）続いて、絶縁膜１６Ｂの表面に表面層１６Ｃを形成する。表面層１６Ｃの形成は、ＲＦプラズマＣＶＤ等により、ＤＬＣやダイヤモンドを成膜する（Ｓ２）。また、フラーレンＣ６０の超微粒子を絶縁膜１６Ｂの表面に付着させる方法や、カーボンナノチューブを絶縁膜１６Ｂの表面に植毛させる方法によっても表面層１６Ｃを成膜してもよい。
さらに、表面層１６Ｃをドライフィルムレジストでパターニングして、対向電極１７との接触部分に対応する部分を保護した後（Ｓ３）、酸素プラズマにより余分なＤＬＣを酸化して除去する（Ｓ４）。酸素プラズマを利用すれば、ＤＬＣやダイヤモンド薄膜等のカーボン材料を効率良く酸化して除去し、区画形成することができる。
なお、成膜された表面層１６Ｃの表面は、工程Ｓ３の前に硝酸系やフッ酸系の洗浄液による洗浄とリンス等による表面処理により表面を水素終端させることにより、表面の水酸基を低減し、撥水性としておくのが良い。

（ｄ）以上のようにして絶縁層１６Ｂが形成されたシリコン基板と、対向電極１７が形成された電極基板３とを接合する（Ｓ５）。ここでは、電極基板３を例えば３６０℃に加熱し、シリコン基板に陽極、電極基板３に陰極をそれぞれ接続して８００Ｖ程度の電圧を印加して陽極接合により接合する。なお、シリコン基板と電極基板の接合は接着剤による接合も可能である。また、それらの接合の後には、残留電荷の蓄積を抑制する目的で、シリコン基板と電極基板とにより形成されたギャップ１０の内壁面を、シラン系またはフッ素系の処理剤で疎水化処理しておくのが好ましい。
（ｅ）続いて、電極基板３に接合されたシリコン基板の全体を、例えば機械研削によって、厚さ１４０μｍ程度になるまで薄板化する（Ｓ６）。なお、機械研削を行った後には、加工変質層を除去するため水酸化カリウム水溶液等でライトエッチングを行うのが望ましい（Ｓ７）。機械研削の代わりに、水酸化カリウム水溶液によるウェットエッチングによってシリコン基板の薄板化を行っても良い。
（ｆ）それから、シリコン基板の上面（電極基板３が接合されている面の反対面）の全面にＴＥＯＳプラズマＣＶＤによって例えば厚さ１．５μｍの酸化シリコン膜を形成する。そして、この酸化シリコン膜に、圧力室１３となる凹部、リザーバ１４となる凹部及びオリフィスとなる凹部となる部分を形成するためのレジストをパターニングし、この部分の酸化シリコン膜をエッチングして除去する（Ｓ８）。

（ｇ）その後、シリコン基板を水酸化カリウム水溶液等で異方性ウェットエッチングすることにより、圧力室１３となる凹部、リザーバ１４となる凹部（図示せず）及びオリフィスとなる凹部（図示せず）を形成し、その後酸化シリコン膜を除去する（Ｓ９）。このウェットエッチングの工程では、例えば初めに３５重量％の水酸化カリウム水溶液を使用し、その後３重量％の水酸化カリウム水溶液を使用する２段階のエッチングを実施するのが好ましい。これにより、振動板１２の面荒れを抑制することができるからである。以上のエッチング処理においては、先に形成していたボロンドープ層がエッチストップとして作用し、残ったボロンドープ層が振動板１２として形成される。
この後、シリコン基板の圧力室１３となる凹部等が形成された面に、例えばＣＶＤによって酸化シリコン等からなる耐液滴保護膜を例えば厚さ０．１μｍで形成する。また、シリコン基板の振動板１２と電極基板の対向電極との間に形成されているギャップを封止する（Ｓ１０）。
（ｈ）次に、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）放電によるドライエッチング等によってノズル８が形成されたノズル基板４を、シリコン基板（キャビティ基板２と同じ）の電極基板３が接合されている側と反対側に接着剤等により接合する（Ｓ１１）。
（ｉ）最後に、例えばキャビティ基板２、電極基板３、及びノズル基板４が接合された接合基板をダイシング（切断）により分離して、液滴吐出ヘッド１が完成する（Ｓ１２）。

図６の工程による液滴吐出ヘッドの製造方法によれば、振動板１２の表面を構成している表面層１６Ｃでの残留電荷影響の抑制が可能となり、安定した駆動を可能とする液滴吐出ヘッドが製造できる。また、絶縁膜１６Ｂとして酸化シリコンより比誘電率の高い材料を成膜することにより、絶縁膜の厚さを薄くしても振動板１２と対向電極１７との間に必要な絶縁耐圧を確保することが可能となるため、アクチュエータ駆動電圧の低電圧化が実現された、小型でしかも駆動耐久性に優れた液滴吐出ヘッドが製造できる。

（液滴吐出ヘッドの製造方法−図４に示す液滴吐出ヘッドの場合）
図７は上記実施例２に係る液滴吐出ヘッドの製造工程を示すフローチャートである。
（ａ）まず、電極基板３を形成する。電極基板３は、例えばホウ珪酸ガラス基板に金・クロムのエッチングマスクを施し、該ガラス基板をフッ酸水溶液等でエッチングして凹部（または溝部）を形成した後に、凹部内にスパッタ等によりＩＴＯからなる対向電極１７を形成する（Ｓ０１）。
（ｂ）続いて、電極基板３の対向電極１７が形成された側に表面層１６Ｃを形成する。表面層１６Ｃの形成は、プラズマＣＶＤにより、ＤＬＣやダイヤモンドを成膜する（Ｓ０２）。なお、実施例３の液滴吐出ヘッドを製造する場合には、対向電極１７面に誘電体層１６Ｄを形成してから、ＤＬＣやダイヤモンドを成膜する。
（ｃ）さらに、表面層１６Ｃをドライフィルムレジストでパターニングして、対向電極と接触部分に対応する部分を保護する（Ｓ０３）。なお、ＤＬＣ膜の対向電極１７に対するパターニングによる区画形成の位置合わせのずれを考慮し、ＤＬＣ膜は図４に示すように、対向電極１７の幅より少し狭くするのが好ましい。
（ｄ）そして、酸素プラズマにより余分なＤＬＣを酸化して除去し、その後ドライフィルムレジストを剥離する（０４）。
（ｅ）その後、電極基板３に吐出液供給口をドリルなどを利用して開口する（Ｓ０５）。
（ｆ）一方、キャビテキ基板となる例えば厚さが５２５μｍのシリコン基板を用意する。シリコン基板はその両面を鏡面研磨し、その片側表面にボロンをドープして、例えば２μｍ程度の厚さのボロンドーブ層を形成する。このボロンドーブ層は、後に振動板１２となるものである。さらに、シリコン基板のボロンドーブ層が形成されている表面に絶縁膜１６Ｂを形成する。絶縁膜１６Ｂの形成は、ＴＥＳＯプラズマＣＶＤにより緻密で絶縁性に優れた酸化シリコン膜を成膜できる。また、絶縁膜１６Ｂは、酸化アルミニウムや酸窒化シリコンを、ＡＬＤ法、ＥＣＲスパッタまたはプラズマＣＶＤにより成膜してもよい（Ｓ１）。
（ｇ）そして、Ｓ０１〜Ｓ０５の工程が終了した電極基板３と、Ｓ１の工程が終了したシリコン基板とを、表面層１６Ｃが形成された面と絶縁膜１６Ｂが形成された面とを対向させて陽極接合する（Ｓ５）。この後は、図６のＳ６〜Ｓ１２と同じ工程を経て、液滴吐出ヘッドが完成する。

図７の上記方法によっても、図６の方法とほぼ同様の効果が得られる。加えて、図７の方法によれば、キャビティ基板に表面層１６Ｃを形成しないため、その分キャビティ基板の加工が簡素化される。

実施形態３（液滴吐出装置）
図８は実施形態２の液滴吐出ヘッドを備えた本発明の実施形態３に係る液滴吐出装置の一例を示した外観図である。図８に示す液滴吐出装置１００は、液滴としてインクを吐出するインクジェットプリンタである。この液滴吐出装置１００は、そこに採用されている液滴吐出ヘッドの作用により、静電アクチュエータ部分の残留電荷影響が低減されるため、安定した駆動による高精度のインク吐出が可能となる。さらに、液滴吐出装置１００は、低電力駆動が可能となり小型で駆動耐久性に優れたものとなる。
なお、実施形態２の液滴吐出ヘッドは、ここに示したインクジェットプリンタの他に、吐出する液滴を種々変更することで、カラーフィルタのマトリクスパターンの形成、有機ＥＬ表示装置の発光部の形成、生体液体試料の吐出等を行う液滴吐出装置にも適用することができる。

実施形態４（静電デバイス）
図９は実施形態１の静電アクチュエータを備えた本発明の実施形態４に係る静電デバイスの一例を示す斜視図である。図９に示す静電デバイスは波長可変フィルタ２００であり、これは、駆動電極部２１０、可動部２２０及びパッケージ部２３０を備え、可動部２２０の位置変動を利用して、入射した光から特定の波長の光をフィルタリングして、それを出射させるものである。

可動部２２０は、可動反射面２２３を有し、可動反射面２２３の面方向と垂直な方向に変位することで所定の波長の光を透過させ所定の波長以外の光を反射させる可動体２２１ａと、可動体２２１ａを変位可能に支持する連結部２２１ｂ及び支持部２２１ｃ，２２１ｄと、可動反射面２２３の反対側に空間を形成するスペーサ２２１ｅとが一体形成されている。可動体２２１ａは、例えば厚さが１μｍ〜１０μｍのシリコン活性層からなる。
駆動電極部２１０は、可動体２２１ａと静電ギャップをＥＧを有して配置され、可動体２２１ａに対向してもう一方の電極を構成している駆動電極２１２と、可動反射面２２３と光学ギャップＯＧを有して配置され、可動反射面２２３で反射された光をさらに反射する固定反射面２１８とを有し、可動反射面２２３と固定反射面２１８とが対向するように、スペーサ２２１ｅを形成した側と反対側で可動部２２０と接合されている。駆動電極部２１０の基材には、例えばガラス基板を用いることができる。
パッケージ部２３０は、可動部２２０のスペーサ２２１ｅにより形成された空間を塞ぐように、スペーサ２２１ｅの先端に接合されている。

以上の構成の波長可変フィルタ２００において、可動体２２１ａは実施形態１の振動板１２に、駆動電極２１２は実施形態１の対向電極１７にそれぞれ対応しており、それらが静電アクチュエータを構成している。従って、可動体２２１ａの駆動電極２１２側表面に、実施形態１の絶縁層１６に相当する絶縁層を形成することで、静電アクチュエータの残留電荷影響が低減されて、可動体２２１ａの動作が安定し、高精度の光フィルタリングが可能となる。また、静電アクチュエータの絶縁耐圧及び静電圧力も向上し、波長可変フィルタ２００を小型でしかも駆動耐久性に優れたものとすることができる。

このように、本発明に係る静電アクチュエータは各種のデバイス、特にマイクロマシンのアクチュエータとしての利用が可能である。それらの例を挙げれば、マイクロポンプのポンプ部、光スイッチのスイッチ駆動部、超小型のミラーを多数配置しそれらのミラーを傾けて光の方向を制御するミラーデバイスのミラー駆動部に、更にレーザプリンタのレーザ走査ミラーの駆動部等に本発明に係る静電アクチュエータを適用することができる。

本発明の実施形態１に係る静電アクチュエータの縦断面図。 本発明の実施形態２に係る液滴吐出ヘッドの縦断面図。 図２の液滴吐出ヘッドの実施例１に係る圧力室付近拡大断面図。 図２の液滴吐出ヘッドの実施例２に係る圧力室付近拡大断面図。 図２の液滴吐出ヘッドの実施例３に係る圧力室付近拡大断面図。 上記実施例１に係る液滴吐出ヘッドの製造工程を示すフローチャート。 上記実施例２に係る液滴吐出ヘッドの製造工程を示すフローチャート。 本発明に係る静電アクチュエータを搭載した本発明の実施形態３に係る液滴吐出装置の一例を示す外観図。 本発明に係る静電アクチュエータを搭載した本発明の実施形態４に係るデバイスの一例を示す斜視図。

符号の説明

１ 液滴吐出ヘッド、２ キャビティ基板、２ａ シリコン基板、３ 電極基板、４ ノズル基板、８ ノズル、１０ ギャップ、１１ 封止材、１２ 振動板、１３ 圧力室、１４ リザーバ、１５ オリフィス、１６Ｂ 絶縁膜（又は誘電体膜）、１６Ｃ 表面層、１６Ｄ 絶縁膜（又は誘電体膜）、１７ 対向電極、１８ 吐出液供給口、１９ 耐液滴保護膜、２０ 駆動回路、１００ 液滴吐出装置、２００ 波長可変フィルタ。

Claims (12)

1. 一方の電極として作用する可撓性を有した振動板と、前記振動板にギャップを隔てて対向し前記振動板との間で電圧が印加される対向電極とを備え、前記振動板の前記対向電極との対向面に絶縁膜が形成されている静電アクチュエータであって、
   前記絶縁膜が形成された前記振動板と前記対向電極との対向面の少なくとも一方の表面にカーボン材料からなる表面層が形成されていることを特徴とする静電アクチュエータ。
2. 前記カーボン材料は、ダイヤモンドライクカーボン、ダイヤモンド、フラーレンＣ６０またはカーボンナノチューブのいずれかであることを特徴とする請求項１記載の静電アクチュエータ。
3. 前記表面層が、駆動により前記振動板と前記対向電極が当接する面に区画形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の静電アクチュエータ。
4. 前記対向電極の表面に誘電体の保護膜が形成され、前記保護膜上に前記カーボン材料が形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の静電アクチュエータ。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の静電アクチュエータを備え、前記振動板が液滴を貯えて吐出させる圧力室の底面を構成していることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
6. 請求項５記載の液滴吐出ヘッドを備えていることを特徴とする液滴吐出装置。
7. 請求項１ないし４のいずれかに記載の静電アクチュエータを備えていることを特徴とする静電デバイス。
8. シリコン基板の表面に絶縁膜を成膜し、その絶縁膜の上にカーボン材料からなる表面層を積層する工程と、
   電極基板に溝を形成し、その溝内に電極を形成する工程と、
   前記シリコン基板と前記電極基板とを、前記表面層と前記電極をギャップを介して対向させて接合する工程と、
   前記シリコン基板の前記表面層との対向部を可撓性を有した振動板に加工する工程と、
   を備えた静電アクチュエータの製造方法。
9. シリコン基板の表面に絶縁膜を成膜する工程と、
   電極基板に溝を形成し、その溝内に電極を形成し、その電極面上にカーボン材料からなる表面層を積層する工程と、
   前記シリコン基板と前記電極基板とを、前記絶縁膜と前記表面層をギャップを介して対向させて接合する工程と、
   前記シリコン基板の前記表面層との対向部を可撓性を有した振動板に加工する工程と、
   を備えた静電アクチュエータの製造方法。
10. 前記電極基板の電極の表面に誘電体の保護膜を成膜した後、その保護膜上に前記表面層を積層することを特徴とする請求項９記載の静電アクチュエータの製造方法。
11. 前記表面層の積層は、カーボン材料を前記基板の表面層形成面に成膜し、その成膜面に対してレジストパターニングを行った後、酸素プラズマにより不要な部分の前記成膜をエッチング除去して行う、ことを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の静電アクチュエータの製造方法。
12. 請求項８〜１１の方法を利用して静電アクチュエータを製造し、前記シリコン基板の振動板を液滴を貯えて吐出させる圧力室の底面とすることを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    

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