JP2010137486A

JP2010137486A - 静電アクチュエーター、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及び静電デバイス

Info

Publication number: JP2010137486A
Application number: JP2008318006A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Matsuno; 靖史松野; Hiroshi Komatsu; 洋小松; Yoshifumi Hano; 祥史杷野
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2008-12-15
Filing date: 2008-12-15
Publication date: 2010-06-24
Anticipated expiration: 2028-12-15
Also published as: JP5262667B2

Abstract

【課題】製造プロセス、構成を簡単にし、残留電荷等の除去等を行うことができる静電ア
クチュエーター等を得る。
【解決手段】電極基板１０上に形成された固定電極となる電極１２の個別電極部１２Ａと
、個別電極部１２Ａと所定の距離で対向し、個別電極部１２Ａとの間で発生した静電気力
により動作する可動電極となる振動板２２と、個別電極部１２Ａを覆う絶縁膜１３と、振
動板２２の個別電極部１２Ａと対向する面に直接設けられ、接触による摩耗から絶縁膜１
３を保護する、カーボン系材料からなる表面保護膜２３とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、微細加工素子において、加わった力により可動部が変位等し、動作（駆動）
等を行う静電アクチュエーター、液滴吐出ヘッド等の静電駆動デバイス等に関するもので
ある。

例えばシリコン等を加工して微小な素子等を形成する微細加工技術（ＭＥＭＳ：Micro
Electro Mechanical Systems）が急激な進歩を遂げている。微細加工技術により形成され
る微細加工素子の例としては、例えば液滴吐出方式のプリンターのような記録（印刷）装
置で用いられている液滴吐出ヘッド（インクジェットヘッド）、マイクロポンプ、光可変
フィルター、モーターのような静電アクチュエーター等がある。

ここで、微細加工素子の一例として静電アクチュエーター（電気−機械エネルギー変換
素子）を利用した液滴吐出ヘッドについて説明する。液滴吐出方式の記録（印刷）装置は
、家庭用、工業用を問わず、あらゆる分野の印刷に利用されている。液滴吐出方式とは、
例えば複数のノズルを有する液滴吐出ヘッドを対象物との間で相対移動させ、対象物の所
定の位置に液滴を吐出させて印刷等の記録をするものである。この方式は、液晶（Liquid
Crystal）を用いた表示装置を作製する際のカラーフィルター、有機化合物等の電界発光
（ElectroLuminescence ）素子を用いた表示パネル（ＯＬＥＤ）、ＤＮＡ、タンパク質等
、生体分子のマイクロアレイ等の製造にも利用されている。

液滴吐出ヘッドにおいて、流路の一部に液体を溜めておく複数の吐出室を備え、吐出室
の少なくとも一面の壁（ここでは、底部の壁とし、以下、この壁のことを振動板というこ
とにする）を撓ませて（駆動させて）形状変化により吐出室内の圧力を高め、連通する各
ノズルから液滴を吐出させる方法がある。静電アクチュエーターを液滴吐出ヘッドに利用
する場合、可動部位である振動板を変位させる力（エネルギー）として、例えば、振動板
を可動電極とし、振動板と一定距離を空けて個別に対向する固定電極（以下、個別電極と
いう）との間に発生する静電気力（ここでは特に静電引力を用いている。以下、静電力と
いう）を利用している。

そして、例えば駆動制御を行う制御手段の指示による電荷供給により、振動板と個別電
極との間に電位差を生じさせ、静電力を発生させて、振動板を個別電極に引きつけて変位
させ当接させる。その後、静電力を弱める、停止させる等すると、形状変化した吐出室（
変位した振動板）が元に戻って平衡状態になろうとする復元力（弾性力）の方が大きくな
るため、振動板が個別電極から離間して変位し、元の位置に戻る。これらを繰り返すこと
で振動板を変位駆動させる。

ここで、振動板と個別電極との間の絶縁破壊や短絡を防止し、静電力を保つため、一般
的に振動板と個別電極とが対向する面に絶縁膜を形成している。ただ、このとき、当接に
よる接触を繰り返すことにより、絶縁膜に電荷が残留していく現象が生じることがある。
絶縁膜に電荷が残留すると、外部からの制御に基づく電荷供給がなくても個別電極と振動
板との間に常に静電力が発生してしまうため、時間経過と共に電荷量が増えると、変位量
、速度の低減等が生じ、駆動に係る特性が変化する。また、場合によっては振動板が貼り
付いてしまうこともある。そこで、個別電極の表面に体積抵抗率が高い保護膜、低い保護
膜の２種類の膜を積層させ、低抵抗の保護膜から導電性材料に電荷を移動させて電荷の残
留を防ぐ静電アクチュエーターがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−４６２８２号公報

しかしながら、上記のような静電アクチュエーターは、例えば、モリブデンやタングス
テン、ニッケルなどの金属で振動板を構成している。また、体積抵抗率の低い保護膜の形
成を行うために、燐、硼素等をドープする等の処理を行うこともある。そのため、静電ア
クチュエーターの構成が複雑になり、また、製造プロセスが煩雑化する可能性がある。

そこで、本発明はこのような問題を解決するため、製造プロセス、構成を簡単にし、残
留電荷等の除去等を行うことができる静電アクチュエーター等を得ることを目的とする。

そのため、本発明に係る静電アクチュエーターは、基板上に形成された固定電極と、固
定電極と所定の距離で対向し、固定電極との間で発生した静電気力により動作する可動電
極と、固定電極を覆う絶縁膜と、可動電極の固定電極と対向する面に直接設けられ、接触
による摩耗から絶縁膜を保護する、カーボン系材料からなる表面保護膜とを備える。
本発明によれば、固定電極を絶縁膜で覆い、可動電極と固定電極との絶縁をはかった上
で、表面保護膜を可動電極に直接設けることにより、電荷供給等を停止し、可動電極を離
脱させても絶縁膜に残留した電荷を、当接時に表面保護膜、可動電極に移動させて逃がす
ことで、絶縁膜に電荷が残らないようにすることができるので、残留電荷に影響を受けず
に駆動特性を維持することができる。そして、可動電極側に直接表面保護膜を付すことに
より実現するため、構成、製造を簡便にすることができる。また、例えば表面平滑性が高
く、摩擦係数が低い表面保護膜を設けることにより、当接等、可動電極との接触による摩
耗から絶縁膜を保護することができ、耐久性を維持し、長寿命の静電アクチュエーターを
得ることができる。

また、本発明に係る静電アクチュエーターの表面保護膜は、ダイヤモンドまたはダイヤ
モンドライクカーボンからなる。
本発明によれば、表面保護膜を、硬質性を有するダイヤモンドまたはダイヤモンドライ
クカーボンで構成したので、可動電極の弾性による復元力を大きくするようにして固有振
動数を高め、駆動周波数を高めることで、省電力化、高速化を図ることができる。また、
復元力が大きくなるため、貼りつきを防ぐことができる。

また、本発明に係る静電アクチュエーターの表面保護膜の体積抵抗率は、１０⁹〜１０
¹²のオーダーである。
本発明によれば、表面保護膜の体積抵抗率が１０⁹〜１０¹²のオーダーとなるようにし
たので、表面保護膜における電気抵抗を低くし、絶縁膜に残留する電荷を移動させて残さ
ないようにし、駆動特性を維持することができる。

また、本発明に係る静電アクチュエーターは、固定電極を覆う絶縁膜上に、さらに体積
抵抗率が１０¹²以上のオーダーの表面保護膜を設ける。
本発明によれば、体積抵抗率が１０¹²以上のオーダーの表面保護膜を絶縁膜上に設ける
ようにしたので、個別電極側の表面保護膜においては絶縁性を保ちつつ、可動電極側の表
面保護膜との間で、表面保護膜同士で接触を行うことで、絶縁膜を可動電極等と接触させ
ることなく、保護することができる。

また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、上記の静電アクチュエーターを有し、液体が充
填される吐出室の少なくとも一部分を可動電極として、可動電極の変位により吐出室と連
通するノズルから液滴を吐出させる。
本発明によれば、上記の静電アクチュエーターを液滴吐出ヘッドの液体加圧手段として
利用するようにしたので、電荷残留を防いで吐出特性を維持することができ、当接等を繰
り返した場合の貼り付き等を防ぎ、耐久性を維持し、長寿命の液滴吐出ヘッドを得ること
ができる。

また、本発明に係る液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドを搭載したものである。
本発明によれば、上記の液滴吐出ヘッドを搭載するようにしたので、長寿命の液滴吐出
装置を得ることができる。

また、本発明に係る静電駆動デバイスは、上記の静電アクチュエーターを搭載したもの
である。
本発明によれば、上記の静電アクチュエーターを静電駆動デバイスに搭載するようにし
たので、電荷残留を防いで駆動特性を維持することができ、当接等を繰り返した場合の貼
り付き等を防ぎ、耐久性を維持し、長寿命の静電駆動デバイスを得ることができる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドを分解して表した図である。図１は
液滴吐出ヘッドの一部を示している。本実施の形態では、例えば静電方式で駆動する静電
アクチュエーターを用いる素子（デバイス）の代表として、フェイスイジェクト型の液滴
吐出ヘッドについて説明する。（なお、構成部材を図示し、見やすくするため、図１を含
め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものと異なる場合がある。また、
図の上側を上とし、下側を下として説明する）。また、厚さ、深さ等における具体的な数
値は一例である。

図１に示すように本実施の形態に係る液滴吐出ヘッドは、電極基板１０、キャビティー
基板２０、ノズル基板３０を下から順に積層することにより構成する。一般的に、電極基
板１０とキャビティー基板２０とは陽極接合により接合する。また、キャビティー基板２
０とノズル基板３０とはエポキシ樹脂等の接着剤を用いて接合する。

電極基板１０は、厚さ約１ｍｍの例えば硼珪酸系の耐熱硬質ガラス等の基板を主要な材
料としている。本実施形態では、ガラス基板とするが、例えば単結晶シリコンを基板とす
ることもできる。電極基板１０の表面には、後述するキャビティー基板２０の吐出室２１
となる凹部に合わせて複数の凹部１１が形成されている。そして、凹部１１の内側（特に
底面部分）には、個別電極部１２Ａ、リード配線部１２Ｂ及び端子部１２Ｃ（以下、特に
区別する必要がない場合はこれらを合わせて電極１２として説明する）を設ける。振動板
２２と個別電極部１２Ａとの間には、振動板２２が撓む（変位する）ことができる一定の
ギャップ（空隙）が凹部１１により形成されている。電極１２は、例えばスパッタリング
により、ＩＴＯを約０．１μｍの厚さで凹部１１の内側に成膜することで形成される。さ
らに本実施の形態においては、振動板２２と個別電極部１２Ａとの間を電気的に絶縁し、
個別電極部１２Ａを保護するための絶縁膜１３を、少なくとも個別電極部１２Ａを覆うよ
うに、例えば約０．０９μｍ（９０ｎｍ）成膜する。絶縁膜１３の材料については特に限
定するものではなく、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、窒化シリコン（ＳｉＮ）を材料
とすることができる。本実施の形態では、プラズマＣＶＤ（ＴＥＯＳ−ｐＣＶＤともいう
）法を用いたＴＥＯＳ膜（ここでは、Tetraethyl orthosilicate Tetraethoxysilane：テ
トラエチルオルソシリケート（珪酸エチル）を原料ガスとして用いてできるＳｉＯ₂膜を
いう）を用いるものとして説明する。ＴＥＯＳを原料ガスとして用いることにより、他の
材料で膜を形成する場合に比べてさらに緻密な膜を形成することができる。また、電極基
板１０には、他にも外部のタンク（図示せず）から供給された液体を取り入れる流路とな
る液体供給口１４となる貫通穴を設けている。

キャビティー基板２０は、例えば表面が（１１０）面方位のシリコン単結晶基板（以下
、シリコン基板という）を主要な材料としている。キャビティー基板２０には、吐出させ
る液体を一時的にためる吐出室２１となる凹部（底壁が可動電極となる振動板２２となっ
ている）及びリザーバー２４となる凹部が形成されている。また、外部の電力供給手段（
図示せず）から基板（振動板２２）に、例えば電極１２に供給する電荷と反対の極性の電
荷を供給する際の端子となる共通電極端子２７を備えている。

さらに本実施の形態では、キャビティー基板２０の下面の固定電極部１２Ａと対向する
部分（振動板２２の部分）に、振動板２２との接触により絶縁膜１３を損傷させないよう
にするための表面保護膜２３を設けるものとする。表面保護膜２３は、シリコンとの密着
性が高く、表面平滑性が高く、低摩擦性を有する膜となるような例えばダイヤモンド、ダ
イヤモンドライクカーボン（以下、ＤＬＣという）等の硬質のカーボン系材料を用いるも
のとする。ここで、ＤＬＣは、水素等を含有させることで物理的な特性を異ならせること
ができる。そこで、本実施の形態の表面保護膜２３は、体積抵抗率が１×１０⁹〜１×１
０¹²（Ω・ｃｍ）である（１０⁹〜１０¹²のオーダーとなる）ＤＬＣを材料として用いる
ものとする。これにより、当接による絶縁膜１３との接触時に絶縁膜１３に残った電荷が
表面保護膜２３に移動し、さらに可動電極となる振動板２２（キャビティー基板２０）に
移動して絶縁膜１３に電荷を残さないようにする。

ノズル基板３０についても、例えばシリコン基板を主要な材料とする。ノズル基板３０
には、複数のノズル３１が形成されている。各ノズル３１は、振動板２２の駆動により加
圧された液体を液滴として外部に吐出する。ノズル３１を複数段で形成すると、液滴を吐
出する際の直進性向上が期待できるため、本実施の形態ではノズル３１を２段で形成する
。本実施の形態では、振動板２２が撓むことでリザーバー２４方向に加わる圧力を緩衝す
るダイヤフラム３２がさらに設けられている。また、吐出室２１とリザーバー２４とを連
通させるための溝となるオリフィス３３が設けられている。

図２は実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの断面の一部を表す図である。図２（ａ）は
液滴吐出ヘッドにおいてノズル３１が並んでいる方向（吐出室２１における短手方向）か
ら見た図であり、図２（ｂ）はノズル３１が並んでいる方向と直交する方向（吐出室２１
における長手方向）から見た図である。

図２において、吐出室２１はノズル３１から吐出させる液体をためておく。吐出室２１
の底壁である振動板２２を撓ませることにより、吐出室２１内の圧力を高め、ノズル３１
から液滴を吐出させる。ここで、本実施の形態では、可動電極とすることができ、かつエ
ッチング工程の際に都合がよい高濃度のボロンドープ層をシリコン基板に形成し、振動板
２２を構成するものとする。また、異物、水分（水蒸気）等がギャップに入り込まないよ
うに、ギャップを外気から遮断し、密閉するために電極取り出し口２６に封止材２５が設
けられている。

例えばドライバーＩＣ等の発振駆動回路４１は、ＦＰＣ（Flexible Print Circuit）、
ワイヤ等の配線４２を介して電気的に端子部１２Ｃ、共通電極端子２７と接続され、電極
１２、キャビティー基板２０（振動板２２）に電荷（電力）の供給及び停止を制御する。
発振駆動回路４１は例えば所定の周波数で発振し、例えばパルス電位を電極１２に印加し
て電荷供給を行う。発振駆動回路４１が発振駆動することにより、個別電極部１２Ａに電
荷を供給して正に帯電させ、振動板２２を相対的に負に帯電させると、静電気力により個
別電極部１２Ａに引き寄せられて撓む。これにより吐出室２１の容積は広がる。そして電
荷供給を止めると振動板２２は元に戻るが、そのときの吐出室２１の容積も元に戻り、そ
の圧力により差分の液滴が吐出する。この液滴が例えば記録対象となる記録紙に着弾する
ことによって印刷等の記録が行われる。

本実施の形態では、個別電極部１２Ａを絶縁膜１３で覆い、振動板２２と個別電極部１
２Ａとの間の絶縁性を絶縁膜１３のみで確保する。また、振動板２２の個別電極部１２Ａ
と対向する部分に表面保護膜２３を設け、振動板２２との当接によって絶縁膜１３が摩耗
等が生じるのを防ぎ、長期の絶縁性、耐久性を確保できるようにする。さらに本実施の形
態の表面保護膜２３では、絶縁膜１３に電荷を残さないようにするため、接触時に絶縁膜
１３に残った電荷を移動させるようにする。そのため、キャビティー基板２０には絶縁膜
を成膜せず、直接、表面保護膜２３を設ける。そして、表面保護膜２３は、絶縁膜１３に
残る電荷を移動できるだけの導電性を有するようにする。そのために、本実施の形態では
体積抵抗率が１０⁹〜１０¹²（Ω・ｃｍ）のオーダーであるＤＬＣを用いる。ＤＬＣは膜
応力が大きく、下地の材料によっては密着性が課題となるが、シリコンについては密着性
がよい。そのため、変形する振動板２２に合わせて歪みが生じてもギャップ内で剥がれる
心配がなく、信頼性を維持することができる。

図３は実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドの製造工程を表す図である。図３に基づいて
液滴吐出ヘッドの製造工程について説明する。なお、実際には、ウェハー単位で複数個分
の液滴吐出ヘッドの部材を同時形成するが、図３ではその一部分だけを示している。

シリコン基板５１の片面（電極基板１０との接合面側となる）を鏡面研磨し、例えば２
２０μｍの厚みの基板（キャビティー基板２０となる）を作製する（図３（ａ））。次に
、シリコン基板５１のボロンドープ層５２を形成する面を、Ｂ₂Ｏ₃を主成分とする固体の
拡散源に対向させ、縦型炉に入れてボロンをシリコン基板５１中に拡散させ、ボロンドー
プ層５２を形成する。

そして、プラズマＣＶＤ法により、ボロンドープ層５２を形成した面に対し、直接、Ｄ
ＬＣ膜を所望の厚さで成膜する。そして、振動板２２に対応する部分が残るようにパター
ニングし、例えばＯ₂アッシングにより、不要なＤＬＣ膜を除去して表面保護膜２３を形
成する（図３（ｂ））。

電極基板１０については、上記（ａ）、（ｂ）とは別工程で作製する。約１ｍｍのガラ
スの基板の一方の面に対し、約０．３μｍの深さの凹部１１を形成する。凹部１１の形成
後、例えばスパッタリング法を用いて、例えば０．１μｍの厚さの電極１２を同時に形成
する。最後に液体取り入れ口１４となる穴をサンドブラスト法または切削加工により形成
する。これにより、電極基板１０を作製する。そして、シリコン基板５１と電極基板１０
を所定の温度に加熱した後、電極基板１０に負極、シリコン基板５１に正極を接続して、
電圧を印加して陽極接合を行う。

陽極接合を終えた基板（以下、接合基板という）に対し、シリコン基板５１表面の研削
加工及び異方性ウェットエッチング（以下、ウェットエッチングという）により、例えば
シリコン基板５１の厚みを約５０μｍにする（図３（ｃ））。

接合基板のウェットエッチングを行った面に対し、ＴＥＯＳによる酸化シリコンのハー
ドマスク（以下、ＴＥＯＳハードマスクという）５３をプラズマＣＶＤ法により、例えば
約１．５μｍ成膜する。さらに、吐出室２１及び電極取出し口２６となる部分のＴＥＯＳ
ハードマスク５３をウェットエッチングするため、レジストパターニングを施す。そして
、フッ酸水溶液を用いてＴＥＯＳハードマスク５３が無くなるまで、それらの部分をウェ
ットエッチングしてＴＥＯＳハードマスク５３をパターニングし、シリコン基板５１を露
出させる。リザーバー２４となる部分については、リザーバー２４底部に厚みを残してお
くために、ＴＥＯＳハードマスク５３を若干残しておくようにする。また、例えば、面積
の大きく、割れやすい電極取出し口２６となる部分についても、レジストの厚みを若干残
しておき、後の工程で割れを防止するための厚みを残すようにしてもよい。そして、ウェ
ットエッチングした後にレジストを剥離する（図３（ｄ））。

次に、接合基板を３５ｗｔ％の濃度の水酸化カリウム水溶液に浸し、吐出室２１及び電
極取出し口２６となる部分の厚みが約１０μｍになるまでウェットエッチングを行う。さ
らに、接合基板を３ｗｔ％の濃度の水酸化カリウム水溶液に浸し、ボロンドープ層５２が
露出し、エッチングの進行が極度に遅くなるエッチングストップが十分効いたものと判断
するまでウェットエッチングを続ける（図３（ｅ））。

ウェットエッチングを終了すると、接合基板をふっ酸水溶液に浸し、シリコン基板５１
表面のＴＥＯＳハードマスク５３を剥離する。次に、電極取出し口２６となる部分のボロ
ンドープ層５２を除去するため、電極取出し口２６となる部分が開口したシリコンマスク
を、接合基板のシリコン基板５１側の表面に取り付ける。

そして、ＲＩＥドライエッチング（異方性ドライエッチング）を３０分間行い、電極取
出し口２６となる部分のみにプラズマを当てて、開口する。ここで、例えば接合基板とマ
スクとのアライメント精度を高めるため、シリコンマスクの装着は、接合基板とシリコン
マスクとにピンを通すピンアライメントにより行うようにするとよい。ここでは、異方性
ドライエッチングにより開口しているが、ピン等で突くことで、ボロンドープ層５２を壊
してもよい。そして、封止材２５を用いて、ギャップ部分を外気から遮断するための封止
を行う（図３（ｆ））。封止材２５の材料、封止方法等については特に限定するものでは
ないが、例えば電極取り出し口２６の開口部分にエポキシ系樹脂を塗布したり、酸化シリ
コンを堆積させたりして形成する。

封止が完了すると、例えば、さらに共通電極端子２７となる部分を開口したマスクを、
接合基板のシリコン基板５１側の表面に取り付けて、例えばプラチナ（Ｐｔ）をターゲッ
トとしてスパッタ等を行い、共通電極端子２７を形成する。そして、あらかじめ別工程で
作製していたノズル基板３０を、例えばエポキシ系接着剤により、接合基板のキャビティ
ー基板２０側から接着し、接合する（図３（ｇ））。そして、ダイシングラインに沿って
ダイシングを行い、個々の液滴吐出ヘッドに切断し、液滴吐出ヘッドが完成する。さらに
配線４２を介してＩＣドライバー等の発振駆動回路４１との接続等を行う。

以上のように、実施の形態１の静電アクチュエーターである液滴吐出ヘッドにおいては
、固定電極となる個別電極部１２Ａ上に絶縁膜１３を設け、可動電極となる振動板２２に
、直接表面保護膜２３を設けるようにし、通常、電荷供給を停止しても絶縁膜１３に残留
した電荷を、当接時に表面保護膜２３、振動板２２（キャビティー基板２０）に移動させ
て逃がすようにしたので、絶縁膜１３の電荷を除去することができる。これにより、残留
電荷の蓄積等による不要な静電力の発生を防ぐことができ、吐出特性を維持することがで
きる。そして、振動板２２に直接、表面保護膜２３を付すことで、絶縁膜１３における残
留電荷の除去を実現するようにしたので、例えば、残留電荷除去を図るために、個別電極
上に複数の膜を積層させる必要がなく、表面平滑性が高く、接触の際の絶縁膜１３の保護
膜となる表面保護膜２３を兼用させることができる。そして、表面保護膜２３により、当
接等、接触による摩耗から絶縁膜１３を保護することができ、耐久性を維持し、長寿命の
静電アクチュエーターを得ることができる。

また、表面保護膜２３については、ＤＬＣを材料とするようにしたので、振動板２２の
弾性による復元力を大きくするようにして固有振動数を高めることで、省電力化、高速化
を図ることができる。また、復元力が大きくなるため、貼りつきを防ぐことができる。表
面保護膜２３の体積抵抗率が１０⁹〜１０¹²のオーダーとなるようにすることで、電気抵
抗を低くし、絶縁膜１３に残留する電荷を移動させることができる。

実施の形態２．
図４は実施の形態２に係る液滴吐出ヘッドの断面の一部を表す図である。図４（ａ）は
液滴吐出ヘッドにおいてノズル３１が並んでいる方向（吐出室２１における短手方向）か
ら見た図であり、図４（ｂ）はノズル３１が並んでいる方向と直交する方向（吐出室２１
における長手方向）から見た図である。図４において、図１及び図２と同じ番号を付して
いる手段、膜等は、それぞれ同様の役割を果たすものである。

絶縁膜１３上に設けた表面保護膜１５は、表面保護膜２３と同様に、絶縁膜１３の保護
を行うための膜である。本実施の形態における表面保護膜１５は表面保護膜２３と同様に
、ＤＬＣを材料として用いている。低摩擦性を有する同種の材料を当接させるようにする
ことで、さらに長期の耐久性を確保するようにする。ここで、表面保護膜１５と表面保護
膜２３とが共に導電性を有すると、振動板２２と個別電極部１２とが短絡して貼り付いて
しまい、機能障害が生じる。そのため、本実施の形態の表面保護膜１５は、絶縁性を確保
するため、体積抵抗率が１×１０¹²以上（Ω・ｃｍ）である（１０¹²以上のオーダーとな
る）ＤＬＣを用いる。したがって、表面保護膜２３に、表面保護膜１５に残った電荷が移
動することになる。

以上のように、実施の形態２の液滴吐出ヘッドは、絶縁膜１３上にもＤＬＣを材料とす
る表面保護膜１５を設けるようにしたので、絶縁膜１３を接触させることなく、摩耗を防
ぐことができる。同じ材料を接触させることで、さらに摩耗等を防ぐことができる。そし
て、表面保護膜１５の体積抵抗率が１０¹²以上（Ω・ｃｍ）となるＤＬＣを用いるように
したので、当接の際の電極間の短絡を防ぐことができる。

実施の形態３．
上述の実施の形態では、フェイスイジェクト型の液滴吐出ヘッドについて説明したが、
例えば側面から液滴吐出を行うエッジイジェクト型の液滴吐出ヘッドにも適用することが
できる。また、電極基板１０、キャビティー基板２０及びノズル基板３０の３層構造の液
滴吐出ヘッドについて説明したが、例えば、リザーバー部分を独立させた基板を新たに積
層して構成した４層構造の液滴吐出ヘッドについても適用することができる。

実施の形態４．
図５は上述の実施の形態で製造した液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出装置の外観図であ
る。また、図６は液滴吐出装置の主要な構成手段の一例を表す図である。図５及び図６の
液滴吐出装置は液滴吐出方式（インクジェット方式）による印刷を目的とする。また、い
わゆるシリアル型の装置である。図８において、被印刷物であるプリント紙１００が支持
されるドラム１０１と、プリント紙１００にインクを吐出し、記録を行う液滴吐出ヘッド
１０２とで主に構成される。また、図示していないが、液滴吐出ヘッド１０２にインクを
供給するためのインク供給手段がある。プリント紙１１０は、ドラム１０１の軸方向に平
行に設けられた紙圧着ローラー１０３により、ドラム１０１に圧着して保持される。そし
て、送りネジ１０４がドラム１０１の軸方向に平行に設けられ、液滴吐出ヘッド１０２が
保持されている。送りネジ１０４が回転することによって液滴吐出ヘッド１０２がドラム
１０１の軸方向に移動するようになっている。

一方、ドラム１０１は、ベルト１０５等を介してモーター１０６により回転駆動される
。また、プリント制御手段１０７は、印画データ及び制御信号に基づいて送りネジ１０４
、モーター１０６を駆動させ、また、ここでは図示していないが、発振駆動回路を駆動さ
せて振動板２２を振動させ、制御をしながらプリント紙１１０に印刷を行わせる。

ここでは液体をインクとしてプリント紙１１０に吐出するようにしているが、液滴吐出
ヘッドから吐出する液体はインクに限定されない。例えば、カラーフィルターとなる基板
に吐出させる用途においては、カラーフィルター用の顔料を含む液体、ＯＬＥＤ等の表示
基板に吐出させる用途においては、発光素子となる化合物を含む液体、基板上に配線する
用途においては、例えば導電性金属を含む液体を、それぞれの装置において設けられた液
滴吐出ヘッドから吐出させるようにしてもよい。また、液滴吐出ヘッドをディスペンサと
し、生体分子のマイクロアレイとなる基板に吐出する用途に用いる場合では、ＤＮＡ（De
oxyribo Nucleic Acids ：デオキシリボ核酸）、他の核酸（例えば、Ribo Nucleic Acid
：リボ核酸、Peptide Nucleic Acids：ペプチド核酸等）タンパク質等のプローブを含む
液体を吐出させるようにしてもよい。その他、布等の染料の吐出等にも利用することがで
きる。

実施の形態５．
図７は本発明を利用した波長可変光フィルターを表す図である。上述の実施の形態は、
液滴吐出ヘッドを例として説明したが、本発明は液滴吐出ヘッドだけに限定されず、他の
微細加工による静電アクチュエーターを利用した静電型の駆動デバイスにも適用すること
ができる。例えば、図７の波長可変光フィルターは、ファブリ・ペロー干渉計の原理を利
用し、可動鏡１２０と固定鏡１２１との間隔を変化させながら選択した波長の光を出力す
るものである。可動鏡１２０を変位させるためには、可動鏡１２０が設けられている、シ
リコンを材料とする可動体１２２を変位させる。そのために固定電極１２３と可動体１２
２（可動鏡１２０）とを所定の間隔（ギャップ）で対向配置する。このとき、固定電極１
２３には、絶縁膜１２４を成膜し、可動体１２２には表面保護膜１２５を成膜する。

同様にモーター、センサー、ＳＡＷフィルターのような振動素子（レゾネーター）、波
長可変光フィルター、ミラーデバイス等、他の種類の微細加工のアクチュエーター、圧力
センサー等のセンサー等にも上述の封止部の形成等を適用することができる。

実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドを分解して表した図である。液滴吐出ヘッドの断面の一部を表す図である。液滴吐出ヘッドの製造工程を表す図である。実施の形態２に係る液滴吐出ヘッドの断面の一部を表す図である。液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出装置の外観図である。液滴吐出装置の主要な構成手段の一例を表す図である。本発明を利用した波長可変光フィルターを表す図である。

符号の説明

１０電極基板、１１凹部、１２電極、１２Ａ個別電極部、１２Ｂリード配線
部、１２Ｃ端子部、１３絶縁膜、１４液体供給口、１５表面保護膜、２０キャ
ビティー基板、２１吐出室、２２振動板、２３表面保護膜、２４リザーバー、２
５封止材、２６電極取出し口、２７共通電極端子、３０ノズル基板、３１ノズ
ル、３２ダイヤフラム、３３オリフィス、４１発振駆動回路、４２配線、５１
シリコン基板、５２ボロンドープ層、５３ＴＥＯＳハードマスク、１００プリンタ
ー、１０１ドラム、１０２液滴吐出ヘッド、１０３紙圧着ローラー、１０４送り
ネジ、１０５ベルト、１０６モーター、１０７プリント制御手段、１１０プリン
ト紙、１２０可動鏡、１２１固定鏡、１２２可動体、１２３固定電極、１２４
絶縁膜、１２５表面保護膜。

Claims

基板上に形成された固定電極と、
該固定電極と所定の距離で対向し、前記固定電極との間で発生した静電気力により動作
する可動電極と、
前記固定電極を覆う絶縁膜と、
前記可動電極の前記固定電極と対向する面に直接設けられ、接触による摩耗から前記絶
縁膜を保護する、カーボン系材料からなる表面保護膜と
を備えることを特徴とする静電アクチュエーター。
前記表面保護膜は、ダイヤモンドまたはダイヤモンドライクカーボンからなることを特
徴とする請求項１記載の静電アクチュエーター。
前記表面保護膜の体積抵抗率が１０⁹〜１０¹²のオーダーであることを特徴とする請求
項１又は２記載の静電アクチュエーター。
前記固定電極を覆う前記絶縁膜上に、さらに体積抵抗率が１０¹²以上のオーダーの表面
保護膜を設けることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の静電アクチュエーター
。
請求項１〜４のいずれかに記載の静電アクチュエーターを有し、
液体が充填される吐出室の少なくとも一部分を前記可動電極として、前記可動電極の変
位により前記吐出室と連通するノズルから液滴を吐出させることを特徴とする液滴吐出ヘ
ッド。
請求項５に記載の液滴吐出ヘッドを搭載したことを特徴とする液滴吐出装置。
請求項１〜４のいずれかに記載の静電アクチュエーターを搭載したことを特徴とする静
電デバイス。