JP3941387B2

JP3941387B2 - Electrostatic actuator and manufacturing method thereof

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Publication number: JP3941387B2
Application number: JP2000387321A
Authority: JP
Inventors: 正寛藤井; 博之石川; 靖史松野
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2000-01-06
Filing date: 2000-12-20
Publication date: 2007-07-04
Anticipated expiration: 2020-12-20
Also published as: JP2001253079A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電アクチュエータおよび、当該静電アクチュエータをインクノズルからインクを吐出させるための駆動力発生機構として用いているインクジェットヘッドに関するものである。さらに詳しくは、当該静電アクチュエータを構成する対向電極の電極材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットヘッドとしては、静電アクチュエータによってインク液滴をインクノズルから吐出させるための吐出力を発生させる形式のものが知られており、例えば、特開平５−５０６０１号公報、特開平６−７０８８２号公報に開示されている。
【０００３】
この形式のインクジェットは、インクを加圧してインク滴を吐出するためのインク圧力室を備えており、その一端はインク供給路を経てインクタンクに連通し、他端はインク滴を吐出させるインクノズルに連通している。インク圧力室の底部は面外方向に弾性変形可能とされ、この振動板を静電アクチュエータによって弾性変形させることにより、インク圧力室内にインク吐出力を発生させ、インクノズルからインク液滴を吐出させるようになっている。
【０００４】
静電アクチュエータは、この振動板と、微小な隙間を介してこの振動板に対向配置した対向電極とを備え、これらの間に電圧を印加して静電気力を発生させて、振動板を弾性変形させるように構成されている。振動板と、この振動板に対峙している対向電極の部分（対向電極部）との間は気密封止され、塵等が侵入しないように構成されている。従って、対向電極は、振動板に対峙している気密封止状態の対向電極部から外部に引き出されている配線部を備えており、当該配線部に対して外部から電圧を印加するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、対向電極を構成している対向電極部及び配線部の材料には一般に、耐久性のあるＩＴＯ（インジュウム錫酸化物）が採用されている。また、ＩＴＯは対向電極部を光学的に検査し易くするために用いられているが、ＩＴＯの透明度を増加させようとすると、抵抗値が増大する性質を有している。その為、対向電極部及び配線部の材料にＩＴＯを採用した場合には次のような課題がある。
【０００６】
まず、対向電極の配線ピッチを微細化するために、配線幅を狭くすると配線抵抗が大きくなる。その結果、その回路時定数が大きくなり、静電アクチュエータの動作に遅れが生じてしまう。結果、高密度な静電アクチュエータを得ることが難しくなる。
【０００７】
また、ＩＴＯの透明度を更に増加させようとすると、抵抗値が増大して回路時定数が大きくなる。
【０００８】
更に、外部に露出した配線部にインク等が付着した状態のままで駆動すると、ＩＴＯ配線がインク等に溶解して消失してしまうような事態が起きる場合がある。
【０００９】
一方、対向電極を金属材料にて構成した場合には、静電アクチュエータの耐久性や検査に課題が生じる。特に、対向電極における外部に露出している配線部を金属材料により形成した場合には、コロージョン（放置による腐蝕）やマイグレーション（駆動による隣接配線部どうしの短絡）といった不具合により、動作不能に陥る可能性がある。
【００１０】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、動作遅れがなく、高密度化が容易に可能で、耐久性に優れ、且つ外部に露出した配線が消失してしまうような事態が起こらないようにした静電アクチュエータを提案することにある。
【００１１】
また、本発明の課題は、かかる静電アクチュエータの製造方法を提案することにある。
【００１２】
さらに、本発明の課題は、かかる静電アクチュエータが搭載されたインクジェットヘッドを提案することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の静電アクチュエータは、間隙を隔てて対向して配置される振動板と対向電極とを備えた静電アクチュエータにおいて、前記対向電極は、気密封止状態で前記振動板に対向している対向電極部と、この対向電極部に連続して気密封止された隙間部分から外部に引き出されている配線部とを含み、前記対向電極部はＩＴＯから形成され、配線部は金属材料から形成されていることを特徴としている。
【００１４】
本発明では、対向電極の配線部を抵抗の小さい金属材料から構成したので、アクチュエータの動作遅れがなくなり応答性が向上する。また、配線の高密度化も可能となり、更には、インク等が付着してもＩＴＯの場合と異なり配線が消失するようなおそれは無くなる。これに加えて、アクチュエータの抵抗を増加することなくＩＴＯの透明度を増加させることが可能となるので、当該アクチュエータが搭載されたインクジェットヘッドの検査精度を向上でき、高品質なインクジェットヘッドを提供できる。
【００１５】
ここで、上記の配線部がクロム又はチタンの薄膜及びその上に形成された金の薄膜から構成されるのが望ましい。クロム又はチタンは金に比較してガラスとの接着の強度があるため剥離しにくく、金は抵抗が小さいことから、剥離しにくく動作遅れのない応答性の向上した配線の高密度な静電アクチュエータを実現できる。
【００１６】
また、配線部をアルミニウムの薄膜から構成することもできる。
【００１７】
次に、本発明の静電アクチュエータでは、配線部を、クロムの薄膜と、この上に積層したＩＴＯ薄膜から構成したことを特徴としている。この構成によれば、対向電極における外部に露出している金属材料からなる配線部がＩＴＯで覆われているので、金属材料がそのまま露出している場合とは異なり、コロージョン（放置による腐蝕）やマイグレーション（駆動による隣接配線部どうしの短絡）といった不具合による動作不能を回避できる。
【００１８】
ここで、典型的な静電アクチュエータは、電極ガラスプレートと、この電極ガラスプレートの表面に積層接合した半導体基板とを有し、前記電極ガラスプレートの表面には凹部が形成され、当該凹部に対峙している半導体基板の部分には前記振動板が形成されており、前記凹部の底面には前記対向電極が形成されている。
【００１９】
この場合、前記凹部を形成するためのマスク用クロム薄膜を前記電極ガラスプレートの表面に形成する処理工程と同一の処理工程により、前記凹部の底面に前記配線部の構成要素であるクロム薄膜を形成することができる。
【００２０】
一方、本発明のインクジェットヘッドは、インクノズルと、このインクノズルからインク液滴を吐出させるためのインク吐出力を発生する静電アクチュエータとを有し、当該静電アクチュエータは上記構成のものであることを特徴としている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１に係るインクジェットヘッドの分解斜視図である。図２は図１のＡ−Ａ断面図であり、図３は図２のＢ部の拡大図である。また、図４は図１の対向電極の平面図である。
【００２２】
これらの図を参照して説明すると、インクジェットヘッド１は、３枚のプレート２、３、４を重ねて接合した積層構造になっており、中間のシリコン基板からなるキャビティプレート２を挟んで、その上側に同じくシリコン製のノズルプレート３、下側にシリコンと熱膨張率が近いホウ珪酸ガラス等から構成される電極ガラスプレート４が積層されている。
【００２３】
キャビティプレート２には、その表面からエッチングを施すことにより、独立した例えば４個のインク圧力室５を構成することとなる凹部５ａ、１つの共通のリザーバ６を構成することとなる凹部６ａと、このリザーバ６から各インク圧力室５にインクを供給するインク供給路（オリフィス）７を構成することとなる凹部７ａが形成されている。これらの凹部５ａ、６ｂ、７ａがノズルプレート３によって塞がれることにより、インク圧力室５、リザーバ６及びインク供給路７がそれぞれ区画形成される。
【００２４】
ノズルプレート３には、各インク圧力室５の先端側の部分に対応する位置に、インクノズル１１が形成されており、これらが各インク圧力室５に連通している。また、電極ガラスプレート４の内、リザーバ６が位置している部分には、これに連通するインク供給口１２が形成されている。インクは、外部の図示しないインクタンクから、インク供給口１２を通ってリザーバ６に供給される。リザーバ６に供給されたインクは、各インク供給路７を通って、独立した各インク圧力室５にそれぞれ供給される。
【００２５】
各インク圧力室５は、その底壁５１が薄肉に構成されており、底壁５１の面と直交する方向、即ち図１の上下方向に弾性変位可能な振動板として機能するように設定されている。したがって、この底壁５１の部分を以後の説明においては都合上振動板と称して説明することもある。
【００２６】
キャビティプレート２の下側に位置している電極ガラスプレート４においては、その上面であるキャビティプレート２との接合面には、キャビティプレート２の各インク圧力室５に対応した位置に、浅く（例えば０．３μｍ程度）エッチングされた凹部９が形成されている。したがって、各インク圧力室５の底壁５１は非常に小さな隙間Ｇを隔てて電極ガラスプレート４の凹部表面９１と対向している。そして、電極ガラスプレート４の凹部表面９１には、各インク圧力室５の底壁５１に対向するように対向電極１０が形成されている。
【００２７】
この対向電極１０は、対向電極端子部１０ａ、対向電極配線部（リ−ド部）１０ｂ及び対向電極部１０ｃから構成されている。対向電極１０のうち、対向電極端子部１０ａ及び対向電極配線部１０ｂは次のようにして形成されたものである。
【００２８】
図３及び図４に示すように、電極ガラスプレート４の凹部表面９１にクロム（Ｃｒ）をスパッタリングしてクロムの薄膜１０１（例えば０．０３μｍ程度）を形成し、その上に金（Ａｕ）をスパッタリングして金の薄膜１０２（例えば０．１μｍ程度）を形成する。これらスパッタリングされたクロムの薄膜１０１と金の薄膜１０２にレジストを塗布して、露光、現像し、対向電極端子部１０ａと対向電極配線部１０ｂとなる部分以外をヨウ化カリウムと硝酸第二セリウムアンモニウムにて金とクロムを順次エッチングして除去することで、対向電極端子部１０ａと対向電極配線部１０ｂを作製する。
【００２９】
また、対向電極部１０ｃは、対向電極端子部１０ａと対向電極配線部１０ｂを形成後に、ＩＴＯをスパッタリングしてＩＴＯの薄膜１０３を形成し、対向電極部１０ｃとなる部分以外を塩酸と硝酸の混合水溶液にてエッチングして除去することで形成されたものである。
【００３０】
この対向電極１０の形成過程においては、対向電極部１０ｃと対向電極端子部１０ａ及び対向電極配線部１０ｂとを形成する順番は、前述の逆でも良い。対向電極１０のそれぞれの部位の形成順番は、対向電極１０の各部位の形成に使用する材料とそのエッチング液等の条件により、合理的な順番で決められる。
【００３１】
即ち、前述の対向電極１０の形成過程において、ＩＴＯのエッチング液として、より酸化力の強い王水等を用いる場合には、まず、対向電極部１０ｃを形成した後に対向電極端子部１０ａ及び対向電極配線部１０ｂを形成する順番とするのが好ましい。これは、ＩＴＯによる対向電極部１０ｃの形成過程において、金による対向電極端子部１０ａ及び対向電極配線部１０ｂがＩＴＯのエッチング液である王水にて溶解消失しないようにするためである。なお、クロムの薄膜１０１についてはチタン（Ｔｉ）の薄膜に置き換えてもよい。
【００３２】
図３は、上述の対向電極１０の作製過程において、対向電極端子部１０ａ及び対向電極配線部１０ｂの形成を対向電極部１０ｃに先立って行った場合の、対向電極配線部１０ｂと対向電極部１０ｃとの接続部の拡大断面を示している。この場合には、ＩＴＯの薄膜１０３と金の薄膜１０２とが直接に接続されるため、これらの間の接続部分の抵抗を小さくかつ、接続の信頼性を高めることが可能である。また、ＩＴＯの薄膜１０３を形成した後に、クロムの薄膜１０１と金の薄膜１０２を形成した場合には、ＩＴＯの薄膜１０３と金の薄膜１０２との固着がクロムの薄膜１０１により確保することが出来る。
【００３３】
また、図１及び図２に示されるキャビティプレート２と電極ガラスプレート４とは陽極接合等により接合されている。対向電極１０の対向電極端子部１０ａ側においては、キャビティプレート２の端部が対向電極配線部１０ｂ上に位置しており、例えば接着剤等の熱硬化性の樹脂よりなる封止材で気密封止部２１を形成し、キャビティプレート２の裏面側と電極ガラスプレート４の凹部表面９１とで形成される空間を封止している。
【００３４】
また、各インク圧力室５の底壁５１のガラス基板４に対向した表面はシリコンの酸化膜からなる絶縁層１５により覆われている。このように、インク圧力室５の底壁５１の表面に形成された絶縁層１５と隙間Ｇとを挟んで、各インク圧力室５の底壁５１すなわち振動板と各対向電極１０とが対向している。
【００３５】
これらの対向電極１０と振動板５１との間に駆動電圧が印加するための電圧制御回路部２２は、図２に示されるように、図示していない外部からの印字信号に応じて、これらの対向電極１０と振動板５１との間に駆動電圧を印加して充放電を行わせる。電圧制御回路部２２の一方の出力は対向電極端子部１０ａに接続され、他方の出力はシリコン基板２に形成された共通電極端子２３に接続されている。
【００３６】
キャビティプレート（シリコン基板）２はそれ自体が導電性をもっているため、この共通電極端子２３から底壁５１に電圧を印加することで底壁（振動板）５１は共通電極として機能する。なお、本実施形態では、キャビティプレート２の流路の形成面側に導電膜を形成することにより共通電極端子２３を形成している。以上のようにして構成されているキャビティプレート２及び電極ガラスプレート４が静電アクチュエータ３０を構成している。
【００３７】
図５は本実施形態の動作を示すインクジェットヘッド１の部分断面図である。対向電極１０と振動板（共通電極）５１との間に電圧制御回路部２１からの駆動電圧が印加されると、対向電極１０と振動板（共通電極）５１との間に充電された電荷によるクーロン力が発生し、振動板（共通電極）５１は対向電極１０の側へ撓み、インク圧力室５の容積が拡大する。次に、電圧制御回路部２２からの駆動電圧を解除して両電極１０、５１間の電荷を放電すると、振動板（共通電極）５１の全面がその弾性復帰力によって復帰し、インク圧力室５の容積が急激に収縮する。この時発生するインク圧力により、インク圧力室５を満たすインクの一部が、このインク圧力室５に連通しているインクノズル１１からインク滴として吐出される。
【００３８】
次に、本実施形態の効果について説明する。本実施形態においては、上述のように、対向電極の１０の対向電極端子部１０ａ及び対向電極配線部１０ｂを構成する際に、電極ガラスプレート４と金の薄膜１０３との間にクロム（又はチタン）の薄膜１０１を介在させている。これにより、金の薄膜１０２が電極ガラスプレート４から剥がれ難くなっている。
【００３９】
また、対向電極端子部１０ａ及び対向電極配線部１０ｂの抵抗値も小さくなっている。このため、アクチュエータ３０を構成する回路の時定数も小さくなり、動作遅れがなくなり応答性が向上し、また、対向電極１０の配線ピッチを微細化することも可能となっている。
【００４０】
更には、インク等が付着してもＩＴＯの場合と異なり配線が消失するようなおそれは無くなっている。
【００４１】
また、対向電極部１０ｃがＩＴＯの薄膜１０３から構成されているので、振動板５１の上述の撓み（図５参照）による振動板５１と対向電極１０との接触によって起きるおそれのある絶縁破壊や、振動板５１と対向電極１０との貼り付きが生じ難くなっている。
【００４２】
更に、対向電極部１０ｃをＩＴＯの薄膜１０３にて構成したことにより、対向電極１０の対向電極部１０ｃと振動板５１との間の気密封止された静電アクチュエータ部分が可視化されるので、電極ガラスプレート４を通して、静電アクチュエータ内部の異物や、対向する振動板５１の撓みによる電極間距離の不均一を確認することができる。
【００４３】
次に、上記の静電アクチュエータ３０の気密封止について更に詳述すると、この気密封止は、キャビティプレート２と電極ガラスプレート４との陽極接合等による接合界面と、上述の対向電極配線部１０ｂにおける各界面とにより確保されている。本発明では、対向電極配線部１０ｂが金等の金属配線により行われているので、気密封止部２１の封止界面は、金属表面と、キャビティプレート２の裏面側表面と、電極ガラスプレート４の凹部表面９１と、気密封止部２１の封止材の各界面で構成される。
【００４４】
気密封止を確保している界面を構成するこれらの各表面の内、金属表面となる対向電極配線部１０ｂは、作製過程におけるエッチングにて形成した出来上がり形状がＩＴＯの薄膜１０３より滑らかなことから、封止材との濡れ性が良く、封止材の接着面積が広くなって接着強度は増加する。その結果、より高い気密性を確保することが可能となり、静電アクチュエータ３０の内部を完全に外気と遮断してより高い耐久性を得ることが可能となる。
【００４５】
気密封止部２１に樹脂を用いた場合には、未硬化時の粘度を低くし易いので封止時には狭いギャップ内へ毛細管現象で浸入し、硬化により気密封止が確保されるという利点がある。なお、気密封止部２１には低融点のガラス等の無機材料を用いても良い。この場合には、更に、水蒸気透過性や、ガス透過性に優れた気密性を確保することが可能となる。加えて、気密封止部２１の耐薬品性や耐熱性が向上するといった更なる効果もある。
【００４６】
（実施形態２）
ところで、上記の実施形態においては、対向電極１０の内、対向電子端子部１０ａ及び対向電極配線部１０ｂをクロム（又はチタン）の薄膜１０１及び金の薄膜１０２の複層により構成した例を示したが、例えばクロムやチタン、プラチナ、アルミニウム等の電極ガラスプレート４との密着性に優れた金属の薄膜により単層若しくは複層に構成しても良く、その場合にも同様な機能が得られる。
【００４７】
対向電極端子部１０ａ及び対向電極配線部１０ｂを金やプラチナ等の貴金属の薄膜で構成した場合には、腐食等に優れた、信頼性の高い電極を構成することが出来る。また、対向電極端子部１０ａ及び配線部１０ｂをアルミニウム等の電極ガラスプレート４との密着性に優れた金属の薄膜にて構成した場合には、電極形成がより安価で容易に可能となる等の効果がある。
【００４８】
（実施形態３）
また、上記の電極ガラスプレート４としてパイレックスガラスを用いても良く、或いはまたガラス材に代えてシリコン基板を用いても良い。シリコン基板を用いた場合には平坦度を確保することができ、接合相手（キャビティプレート２：シリコン基板）と同一材料であることから、接合時の膨張による歪みを最小にすることができる。
【００４９】
また、対向電極端子部１０ａ及び対向電極配線部１０ｂを形成する際には、パイレックスガラスやシリコン基板上に金属膜を形成しても良いし、また、上記のパイレックスガラス等のガラスプレートやシリコン基板上にＳｉＯ_２（膜）を形成してその上に金属膜を形成しても良い。特に後者の場合にはＳｉＯ_２（膜）がガラス上のパッシベーション膜として機能し、材料中の不純物の影響を除去することができる。しかし何れの場合も金との密着性が悪いので、金の薄膜を形成する場合には上述の実施形態と同様にクロム（Ｃｒ）やチタン（Ｔｉ）を下地にすることが望ましい。
【００５０】
（実施形態４）
次に、図６ないし図８は本発明の実施形態４に係るインクジェットヘッドの構成および製造方法を示すものである。本実施形態のインクジェットヘッド２００の基本構成は図１ないし５に示すインクジェットヘッド１と同様であり、対向電極の構成のみが異なっている。従って、図において対応する部位には同一の符号を付して示してあり、また、以下の説明においては、対向電極の構成について説明し、それ以外の部分についての説明は省略する。
【００５１】
本実施形態のインクジェットヘッド２００の対向電極２１０も、対向電極部２１０ｃ、対向電極配線部２１０ｂ、および対向電極端子部２１０ａから形成されている。図６は図１におけるＡ−Ａ線で切断した断面に対応する断面図であり、図７は図６のＣ−Ｃ線で切断した部分の部分断面図である。
【００５２】
これらの図を参照して説明すると、対向電極部２１０ｃはＩＴＯ薄膜２１１からなる単層構造であり、対向電極配線部２１０ｂおよび対向電極端子部２１０ａは、クロム薄膜２１２と、この上に積層配置されたＩＴＯ薄膜２１３からなる二層構造となっており、クロム薄膜２１２がＩＴＯ薄膜２１３によって被覆されている。双方のＩＴＯ薄膜２１１およびＩＴＯ薄膜２１３は同時に形成された連続したＩＴＯ薄膜である。
【００５３】
本実施形態の効果について説明すると、本実施形態においては、上述のように、対向電極２１０の対向電極端子部２１０ａ及び対向電極配線部２１０ｂを構成する際に、電極ガラスプレート４とＩＴＯ薄膜２１３との間にクロム薄膜２１２を介在させている。これにより、当該対向電極端子部２１０ａおよび対向電極配線部２１０ｂが電極ガラスプレート４から剥がれ難くい。
【００５４】
また、金属材料であるクロム薄膜２１２を用いたことにより、対向電極端子部２１０ａ及び対向電極配線部２１０ｂの抵抗値が小さくなっている。このため、アクチュエータ３０を構成する回路の時定数も小さくなり、動作遅れがなくなり応答性が向上し、また、対向電極２１０の配線ピッチを微細化することも可能となっている。
【００５５】
さらに、対向電極部２１０ｃと対向電極配線部２１０ｂは、連続したＩＴＯ薄膜によって接続されているので、これらの間の接続部分の抵抗を小さく、しかも、接続の信頼性も高い。
【００５６】
更にまた、対向電極２１０における外部に露出している対向電極配線部２１０ｂおよび対向電極端子部２１０ａの金属材料であるクロム薄膜２１２がＩＴＯ薄膜２１３で被覆されているので、金属材料がそのまま露出している場合とは異なり、コロージョン（放置による腐蝕）やマイグレーション（駆動による隣接配線部どうしの短絡）といった不具合による動作不能を確実に回避できるという優れた効果を奏する。
【００５７】
これらの各効果に加えて、対向電極部２１０ｃがＩＴＯ薄膜２１１から形成されているので、振動板５１と対向電極２１０との接触によって起きるおそれのある絶縁破壊や、振動板５１と対向電極２１０との貼り付きが生じ難くなっている。
【００５８】
また、対向電極部２１０ｃをＩＴＯ薄膜２１１から形成されているので、対向電極２１０の対向電極部２１０ｃと振動板５１との間の気密封止された静電アクチュエータ部分が可視化されるので、電極ガラスプレート４を通して、静電アクチュエータ内部の異物や、対向する振動板５１の撓みによる電極間距離の不均一を確認することができる。
【００５９】
なお、クロム薄膜２１２をチタンの薄膜に置き換えることも可能である。
【００６０】
更に、クロム薄膜２１２を銀、パラジウム、銅よりなる合金に置き換えることも可能である。
【００６１】
次に、本実施形態のインクジェットヘッド２００における対向電極２１０は次のように形成することができる。図８はインクジェットヘッド２００の製造工程を示す概略フローチャートである。図９は図８に示されたインクジェットヘッド２００の製造工程の各工程のステップと製造条件について更に詳細に説明した表である。
【００６２】
この図を参照して説明すると、まず、電極ガラスプレート４のキャビティプレート２との接合面における、キャビティプレート２の各インク圧力室５に対応した位置に、浅く（例えば０．３μｍ程度）エッチングされた凹部９を形成する（工程ＳＴ１）。
【００６３】
この場合、電極ガラスプレート４の表面にクロムをスパッタリングして（例えば０．３μｍ程度）のクロム薄膜を形成し、これにレジストを塗布して、露光、現像して、硝酸第二セリウムアンモニウムからなるエッチング液を用いてクロムをエッチングして除去することで、凹部９を形成するためのマスクを形成する。この後は、ＨＦ系エッチング液を用いて電極ガラスプレート４の表面をウエットエッチングして、凹部９を形成する。しかる後に、マスク用クロム薄膜をエッチ除去する。
【００６４】
次に、凹部９が形成された後の電極ガラスプレート４における凹部９の底面に対向電極端子部２１０ａおよび対向電極配線部２１０ｂの構成要素であるクロム薄膜２１２を形成する（工程ＳＴ２）。
【００６５】
この場合の処理工程は、上記の凹部９を形成するためのマスク用クロム薄膜のパターニングと同一の処理工程が採用される。すなわち、電極ガラスプレート４の凹部表面９１にクロム（Ｃｒ）をスパッタリングしてクロム薄膜（例えば０．０３μｍ程度）を形成する。スパッタリングされたクロム薄膜にレジストを塗布して、露光、現像し、対向電極端子部２１０ａと対向電極配線部２１０ｂとなる部分以外を硝酸第二セリウムアンモニウムにてエッチングして除去することで、対向電極端子部２１０ａと対向電極配線部２１０ｂを構成するクロム薄膜２１２を形成する。
【００６６】
この後は、凹部表面９１にＩＴＯをスパッタリングしてＩＴＯ薄膜を形成し、対向電極部２１０ｃ、対向電極配線部２１ｂおよび対向電極端子部２１０ａとなる部分以外を王水にてエッチングして除去することで、ＩＴＯ薄膜２１１、２１３をパターニングする（工程ＳＴ３）。この結果、図６、７に示すように、クロム薄膜２１２がＩＴＯ薄膜２１３によって被覆された状態になる。
【００６７】
このようにして対向電極２１０を凹部表面９１にパターニングした後は、別個に製作したキャビティプレート２と電極ガラスプレート４を陽極接合し（工程ＳＴ４）、次に、封止材を用いて気密封止部２１を形成する（工程ＳＴ５）。しかる後に、別個に製作したノズルプレート３を積層接合し（工程ＳＴ６）、積層体を各インクジェットヘッド毎に切断することにより、各インクジェットヘッドが得られる（工程ＳＴ７）。
【００６８】
このように本実施形態のインクジェットヘッド２００では、その対向電極２１０のクロム薄膜２１２を凹部表面９１にパターニングする処理工程（図８の工程ＳＴ２の処理）として、電極ガラスプレート４の表面に凹部９を形成するために、当該電極ガラスプレート表面にマスク用クロム薄膜をパターニングする処理工程（図８の工程ＳＴ１における処理）と同一の処理工程を採用できる。従って、インクジェットヘッドの製造工程の複雑化を招くことなく、比較的容易に対向電極２１０の低抵抗化等を図ることができる。
【００６９】
クロム薄膜２１２をチタン薄膜に置き換える場合は、ＳＴ２において、クロムの代わりにチタンをスパッタリングしてチタン薄膜をクロム薄膜の代わりに形成する。この場合は、まず、レジストを塗布して、露光現像し、対向電極端子部２１０ａと対向電極配線部２１０ｂとなる部分を開口し、次にチタンをスパッタリングする。その後、レジストを溶解して、不要なチタンを取り除いて対向電極端子部２１０ａと対向電極配線部２１０ｂを構成するチタン薄膜をクロム薄膜２１２の代わりに形成する。この形成方法を都合上リフトオフと称して説明することもある。
【００７０】
クロム薄膜２１２の代わりにチタン薄膜をリフトオフにより形成することにより、より腐食性と密着性に優れた配線を形成することが可能となる。
【００７１】
また、クロム薄膜２１２の代わりに銀、パラジウム、銅よりなる合金（都合上ＡＰＣと称する）に置き換える場合は、ＳＴ２において、クロムの代わりにＡＰＣをスパッタリングして、リフトオフ又は塩化第二鉄溶液によるエッチングにより、対向電極端子部２１０ａと対向電極配線部２１０ｂを構成するＡＰＣ薄膜をクロム薄膜２１２の代わりに形成する。
【００７２】
クロム薄膜２１２の代わりに銀、パラジウム、銅よりなる合金の薄膜を形成することにより、より、低抵抗の配線を形成でき、更に配線の高密度化が可能となる。
【００７３】
（その他の実施の形態）
上記の各実施形態は本発明の静電アクチュエータをインクジェットヘッドのインク吐出機構として採用した例であるが、本発明はインクジェットヘッド以外の駆動機構としても採用できることは勿論である。
【００７４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、気密封止された間隙を隔てて対向して配置される振動板と対向電極とを備えた静電アクチュエータにおいて、対向電極部をＩＴＯにて形成したので絶縁破壊や振動板との貼り付きが生じ難くなる。また、配線部を金属材料から構成したので、配線部の抵抗が小さくなり、アクチュエータの動作遅れがなくなり応答性が向上し、また、配線の高密度化も可能になっている。
【００７５】
また、本発明によれば、対向電極の配線部をクロム又はチタンの薄膜及びその上に形成された金の薄膜から構成したので、配線部が基板から剥がれるおそれがなく長期間の使用に耐えられるという効果が得られる。また、外部に露出した配線部にインク等が付着しても、この部分がＩＴＯの単層からなる場合のように当該配線部分が消失するようなおそれも無い。
【００７６】
さらに、本発明によれば、対向電極の配線部をクロムの薄膜及び、これを被覆する状態に形成したＩＴＯ薄膜から構成したので、配線部が基板から剥がれるおそれがなく長期間の使用に耐えられるという効果が得られる。また、クロム薄膜がＩＴＯ電極によって被覆されているので、クロム薄膜が外部に直接に露出していることに起因して発生するおそれのある当該部分のコロージョンやマイグレーションといった不具合を回避できる。
【００７７】
また、本発明では、この構成の静電アクチュエータの製造に当たって、対向電極がパターニングされる凹部を電極ガラスプレートに形成するために用いるマスク用クロム薄膜のパターニング処理工程をそのまま、対向電極のクロク薄膜のパターニング処理工程として採用している。このようにすれば、製造工程の複雑化を招くことなく、目標とする対向電極を容易に形成できる。
【００７８】
次に、本発明によれば、対向電極の配線部をアルミニウムにより構成したので、電極形成がより安価で容易に可能となるという効果が得られる。
【００７９】
一方、本発明によれば、インクジェットヘッドに上記の効果を有する静電アクチュエータを搭載したので、長時間使用しても安定したインク滴の吐出が確保でき、高い駆動周波数でインク滴を吐出することができる。このため、高密度な印刷が可能なインクジェット記録装置を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係るインクジェットヘッドの分解斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線で切断した部分の断面図である。
【図３】図２のＢ部の拡大断面図である。
【図４】図１の対向電極の配置例を示した説明図である。
【図５】図１のインクジェットヘッドの動作を示す部分断面図である。
【図６】本発明の実施形態４に係るインクジェットヘッドにおける図１のＡ−Ａ線で切断した部分に対応する断面を示す断面図である。
【図７】図６のＣ−Ｃ線で切断した部分を示す部分断面図である。
【図８】本発明の実施形態４に係るインクジェットヘッドの製造工程を示す概略フローチャートである。
【図９】図８に示した工程の更に詳細な製造工程と製造条件を示す表である。
【符号の説明】
１、２１０インクジェットヘッド
２キャビティプレート
３ノズルプレート
４電極ガラスプレート
５インク圧力室
６リザーバ
７インク供給路
９凹部
９１凹部表面
１０対向電極
１０ａ、２１０ａ対向電極端子部
１０ｂ，２１０ｂ対向電極配線部
１０ｃ、２１０ｃ対向電極部
１０３、２１１、２１３ＩＴＯ薄膜
１０１、２１２クロム薄膜
１０２金の薄膜
１１インクノズル
１２インク供給口
２２電圧制御回路部
２３共通電極端子
５１振動板（インク圧力室の底壁／共通電極）
Ｇ隙間（気密封止された隙間部分）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrostatic actuator and an inkjet head using the electrostatic actuator as a driving force generation mechanism for ejecting ink from an ink nozzle. More specifically, the present invention relates to an electrode material of a counter electrode constituting the electrostatic actuator.
[0002]
[Prior art]
As an ink jet head, there is known an ink jet head that generates an ejection force for ejecting ink droplets from an ink nozzle by an electrostatic actuator. For example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 5-50601 and 6-70882 are known. It is disclosed in the publication.
[0003]
This type of ink jet has an ink pressure chamber for pressurizing ink and ejecting ink droplets, one end of which is connected to an ink tank via an ink supply path, and the other end is an ink nozzle for ejecting ink droplets. Communicating with The bottom of the ink pressure chamber can be elastically deformed in the out-of-plane direction, and this diaphragm is elastically deformed by an electrostatic actuator, thereby generating ink ejection force in the ink pressure chamber and ejecting ink droplets from the ink nozzles. It is like that.
[0004]
The electrostatic actuator is equipped with this diaphragm and a counter electrode that is placed opposite to this diaphragm via a minute gap, and generates an electrostatic force by applying a voltage between them to elastically deform the diaphragm. It is configured to let you. The diaphragm and the portion of the counter electrode (counter electrode portion) facing the diaphragm are hermetically sealed so that dust and the like do not enter. Accordingly, the counter electrode includes a wiring portion that is drawn out from the hermetically sealed counter electrode portion facing the diaphragm, and a voltage is applied to the wiring portion from the outside. ing.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Here, in general, durable ITO (indium tin oxide) is adopted as the material of the counter electrode portion and the wiring portion constituting the counter electrode. In addition, ITO is used to make it easier to optically inspect the counter electrode portion. However, when the transparency of the ITO is increased, the resistance value increases. Therefore, when ITO is adopted as the material of the counter electrode part and the wiring part, there are the following problems.
[0006]
First, in order to reduce the wiring pitch of the counter electrode, the wiring resistance increases when the wiring width is narrowed. As a result, the circuit time constant becomes large, and the operation of the electrostatic actuator is delayed. As a result, it becomes difficult to obtain a high-density electrostatic actuator.
[0007]
Further, if the transparency of ITO is further increased, the resistance value increases and the circuit time constant increases.
[0008]
Furthermore, when driving with the ink or the like attached to the wiring portion exposed to the outside, a situation may occur in which the ITO wiring dissolves in the ink or the like and disappears.
[0009]
On the other hand, when the counter electrode is made of a metal material, problems arise in durability and inspection of the electrostatic actuator. In particular, when the wiring part exposed to the outside of the counter electrode is made of a metal material, it may become inoperable due to problems such as corrosion (corrosion due to neglect) and migration (short circuit between adjacent wiring parts due to driving). There is sex.
[0010]
The present invention has been made to solve such a problem. There is no operation delay, the density can be easily increased, the durability is excellent, and the wiring exposed to the outside disappears. It is to propose an electrostatic actuator that prevents a situation from occurring.
[0011]
Another object of the present invention is to propose a method for manufacturing such an electrostatic actuator.
[0012]
A further object of the present invention is to propose an ink jet head equipped with such an electrostatic actuator.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The electrostatic actuator of the present invention is an electrostatic actuator including a diaphragm and a counter electrode that are arranged to face each other with a gap therebetween, and the counter electrode faces the diaphragm in a hermetically sealed state. Including a counter electrode part and a wiring part led out to the outside from a gap part that is hermetically sealed continuously to the counter electrode part. The counter electrode part is made of ITO, and the wiring part is made of a metal material. It is characterized by being.
[0014]
In the present invention, since the wiring portion of the counter electrode is made of a metal material having a low resistance, the operation delay of the actuator is eliminated and the response is improved. Further, the wiring density can be increased, and furthermore, even if ink or the like is adhered, unlike the case of ITO, there is no possibility that the wiring disappears. In addition, since the transparency of ITO can be increased without increasing the resistance of the actuator, the inspection accuracy of the ink jet head on which the actuator is mounted can be improved, and a high quality ink jet head can be provided.
[0015]
Here, it is desirable that the wiring part is composed of a chromium or titanium thin film and a gold thin film formed thereon. Chromium or titanium is harder to peel off because it has stronger adhesion to glass than gold, and gold has a low resistance, so it is hard to peel off and has high responsiveness without delay in operation. Can be realized.
[0016]
Further, the wiring portion can be formed of an aluminum thin film.
[0017]
Next, the electrostatic actuator of the present invention is characterized in that the wiring portion is composed of a chromium thin film and an ITO thin film laminated thereon. According to this configuration, since the wiring portion made of a metal material exposed to the outside in the counter electrode is covered with ITO, unlike the case where the metal material is exposed as it is, corrosion (corrosion due to neglect) and It is possible to avoid inoperability due to a problem such as migration (short circuit between adjacent wiring parts by driving).
[0018]
Here, a typical electrostatic actuator has an electrode glass plate and a semiconductor substrate laminated and bonded to the surface of the electrode glass plate, and a concave portion is formed on the surface of the electrode glass plate. The diaphragm is formed on the portion of the semiconductor substrate that is formed, and the counter electrode is formed on the bottom surface of the recess.
[0019]
In this case, a chromium thin film that is a constituent element of the wiring portion is formed on the bottom surface of the concave portion by the same processing step as that for forming a chromium thin film for mask for forming the concave portion on the surface of the electrode glass plate. can do.
[0020]
On the other hand, the inkjet head of the present invention has an ink nozzle and an electrostatic actuator that generates an ink ejection force for ejecting ink droplets from the ink nozzle, and the electrostatic actuator has the above-described configuration. It is characterized by that.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an exploded perspective view of an inkjet head according to Embodiment 1 of the present invention. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1, and FIG. 3 is an enlarged view of a portion B in FIG. FIG. 4 is a plan view of the counter electrode of FIG.
[0022]
Referring to these drawings, the inkjet head 1 has a laminated structure in which three plates 2, 3, 4 are stacked and joined, and a cavity plate 2 made of an intermediate silicon substrate is sandwiched between them. A silicon nozzle plate 3 is laminated on the upper side, and an electrode glass plate 4 made of borosilicate glass having a thermal expansion coefficient close to that of silicon is laminated on the lower side.
[0023]
The cavity plate 2 is etched from the surface thereof, so that, for example, four independent ink pressure chambers 5 constitute a concave portion 5a, one concave portion 6a that constitutes a common reservoir 6, and Concave portions 7 a that constitute ink supply paths (orifices) 7 for supplying ink from the reservoir 6 to the ink pressure chambers 5 are formed. When these recesses 5a, 6b, and 7a are closed by the nozzle plate 3, the ink pressure chamber 5, the reservoir 6, and the ink supply path 7 are formed in sections.
[0024]
In the nozzle plate 3, ink nozzles 11 are formed at positions corresponding to the tip side portions of the respective ink pressure chambers 5, and these communicate with the respective ink pressure chambers 5. Further, an ink supply port 12 communicating with the reservoir 6 is formed in a portion of the electrode glass plate 4 where the reservoir 6 is located. Ink is supplied from an external ink tank (not shown) to the reservoir 6 through the ink supply port 12. The ink supplied to the reservoir 6 is supplied to each independent ink pressure chamber 5 through each ink supply path 7.
[0025]
Each ink pressure chamber 5 has a thin bottom wall 51 and is set to function as a diaphragm that can be elastically displaced in a direction perpendicular to the surface of the bottom wall 51, that is, in the vertical direction in FIG. 1. Yes. Therefore, the bottom wall 51 may be referred to as a diaphragm for convenience in the following description.
[0026]
In the electrode glass plate 4 located on the lower side of the cavity plate 2, the joint surface with the cavity plate 2 on the upper surface is shallow at a position corresponding to each ink pressure chamber 5 of the cavity plate 2 (for example, An etched recess 9 is formed (about 0.3 μm). Accordingly, the bottom wall 51 of each ink pressure chamber 5 faces the concave surface 91 of the electrode glass plate 4 with a very small gap G therebetween. The counter electrode 10 is formed on the concave surface 91 of the electrode glass plate 4 so as to face the bottom wall 51 of each ink pressure chamber 5.
[0027]
The counter electrode 10 includes a counter electrode terminal portion 10a, a counter electrode wiring portion (lead portion) 10b, and a counter electrode portion 10c. Of the counter electrode 10, the counter electrode terminal portion 10a and the counter electrode wiring portion 10b are formed as follows.
[0028]
As shown in FIGS. 3 and 4, chromium (Cr) is sputtered on the concave surface 91 of the electrode glass plate 4 to form a chromium thin film 101 (for example, about 0.03 μm), and gold (Au) is formed thereon. A gold thin film 102 (for example, about 0.1 μm) is formed by sputtering. A resist is applied to the sputtered chromium thin film 101 and the gold thin film 102, exposed and developed, and potassium iodide and ceric ammonium nitrate are formed except for the portions to be the counter electrode terminal portion 10a and the counter electrode wiring portion 10b. The counter electrode terminal portion 10a and the counter electrode wiring portion 10b are manufactured by sequentially etching and removing gold and chromium.
[0029]
The counter electrode portion 10c is formed by forming ITO thin film 103 by sputtering ITO after forming the counter electrode terminal portion 10a and the counter electrode wiring portion 10b, and mixing hydrochloric acid and nitric acid except for the portion that becomes the counter electrode portion 10c. It is formed by etching away with an aqueous solution.
[0030]
In the process of forming the counter electrode 10, the order of forming the counter electrode portion 10c, the counter electrode terminal portion 10a, and the counter electrode wiring portion 10b may be reversed. The order of forming each part of the counter electrode 10 is determined in a reasonable order depending on the conditions such as the material used for forming each part of the counter electrode 10 and its etching solution.
[0031]
That is, in the process of forming the counter electrode 10 described above, when using an aqua regia having stronger oxidizing power as the ITO etchant, first, the counter electrode terminal portion 10a and the counter electrode are formed after the counter electrode portion 10c is formed. The order in which the wiring portions 10b are formed is preferable. This is to prevent the counter electrode terminal portion 10a and the counter electrode wiring portion 10b made of gold from dissolving and disappearing with aqua regia, which is an etching solution of ITO, in the process of forming the counter electrode portion 10c made of ITO. The chromium thin film 101 may be replaced with a titanium (Ti) thin film.
[0032]
FIG. 3 illustrates the counter electrode wiring portion 10b and the counter electrode portion 10c when the counter electrode terminal portion 10a and the counter electrode wiring portion 10b are formed prior to the counter electrode portion 10c in the manufacturing process of the counter electrode 10 described above. The enlarged cross section of the connection part is shown. In this case, since the ITO thin film 103 and the gold thin film 102 are directly connected, it is possible to reduce the resistance of the connecting portion between them and to improve the connection reliability. Further, when the chromium thin film 101 and the gold thin film 102 are formed after the ITO thin film 103 is formed, the adhesion between the ITO thin film 103 and the gold thin film 102 can be secured by the chromium thin film 101. .
[0033]
Further, the cavity plate 2 and the electrode glass plate 4 shown in FIGS. 1 and 2 are joined by anodic bonding or the like. On the counter electrode terminal portion 10a side of the counter electrode 10, the end of the cavity plate 2 is located on the counter electrode wiring portion 10b, and is hermetically sealed with a sealing material made of a thermosetting resin such as an adhesive. A stop portion 21 is formed to seal a space formed by the back surface side of the cavity plate 2 and the concave surface 91 of the electrode glass plate 4.
[0034]
The surface of the bottom wall 51 of each ink pressure chamber 5 facing the glass substrate 4 is covered with an insulating layer 15 made of a silicon oxide film. In this way, the bottom wall 51 of each ink pressure chamber 5, that is, the diaphragm, and each counter electrode 10 face each other across the insulating layer 15 formed on the surface of the bottom wall 51 of the ink pressure chamber 5 and the gap G. ing.
[0035]
As shown in FIG. 2, the voltage control circuit unit 22 for applying a driving voltage between the counter electrode 10 and the diaphragm 51 is configured to output these signals according to an external print signal (not shown). Charging / discharging is performed by applying a driving voltage between the counter electrode 10 and the diaphragm 51. One output of the voltage control circuit unit 22 is connected to the counter electrode terminal unit 10 a, and the other output is connected to the common electrode terminal 23 formed on the silicon substrate 2.
[0036]
Since the cavity plate (silicon substrate) 2 itself has conductivity, the bottom wall (vibration plate) 51 functions as a common electrode by applying a voltage from the common electrode terminal 23 to the bottom wall 51. In the present embodiment, the common electrode terminal 23 is formed by forming a conductive film on the flow path forming surface side of the cavity plate 2. The cavity plate 2 and the electrode glass plate 4 configured as described above constitute an electrostatic actuator 30.
[0037]
FIG. 5 is a partial cross-sectional view of the inkjet head 1 showing the operation of the present embodiment. When a drive voltage from the voltage control circuit unit 21 is applied between the counter electrode 10 and the diaphragm (common electrode) 51, the charge charged between the counter electrode 10 and the diaphragm (common electrode) 51 Coulomb force is generated, and the diaphragm (common electrode) 51 bends toward the counter electrode 10 to increase the volume of the ink pressure chamber 5. Next, when the driving voltage from the voltage control circuit unit 22 is released and the electric charge between the electrodes 10 and 51 is discharged, the entire surface of the diaphragm (common electrode) 51 is restored by its elastic restoring force, and the ink pressure chamber 5 The volume of the material shrinks rapidly. Due to the ink pressure generated at this time, a part of the ink filling the ink pressure chamber 5 is ejected as ink droplets from the ink nozzle 11 communicating with the ink pressure chamber 5.
[0038]
Next, the effect of this embodiment will be described. In the present embodiment, as described above, when the counter electrode terminal portion 10a and the counter electrode wiring portion 10b of the counter electrode 10 are configured, chromium (or titanium) is interposed between the electrode glass plate 4 and the gold thin film 103. ) Thin film 101 is interposed. As a result, the gold thin film 102 is difficult to peel off from the electrode glass plate 4.
[0039]
Further, the resistance values of the counter electrode terminal portion 10a and the counter electrode wiring portion 10b are also small. For this reason, the time constant of the circuit constituting the actuator 30 is reduced, the operation delay is eliminated, the responsiveness is improved, and the wiring pitch of the counter electrode 10 can be miniaturized.
[0040]
Furthermore, unlike the case of ITO, there is no possibility that the wiring disappears even when ink or the like is attached.
[0041]
Further, since the counter electrode portion 10c is composed of the ITO thin film 103, dielectric breakdown that may occur due to the contact between the diaphragm 51 and the counter electrode 10 due to the above-described bending of the diaphragm 51 (see FIG. 5), It is difficult for the vibration plate 51 and the counter electrode 10 to stick to each other.
[0042]
Further, since the counter electrode portion 10c is composed of the ITO thin film 103, the hermetically sealed electrostatic actuator portion between the counter electrode portion 10c of the counter electrode 10 and the diaphragm 51 is visualized. Through the glass plate 4, it is possible to confirm the non-uniformity of the distance between the electrodes due to the foreign matter inside the electrostatic actuator and the bending of the opposing diaphragm 51.
[0043]
Next, the hermetic sealing of the electrostatic actuator 30 will be described in more detail. This hermetic sealing is performed by joining the cavity plate 2 and the electrode glass plate 4 by anodic bonding, etc. Are secured by each interface. In the present invention, since the counter electrode wiring part 10b is made of metal wiring such as gold, the sealing interface of the hermetic sealing part 21 is the metal surface, the back side surface of the cavity plate 2, and the electrode glass plate 4. The recess surface 91 and the interface of the sealing material of the hermetic sealing portion 21.
[0044]
Of these surfaces constituting the interface that ensures hermetic sealing, the counter electrode wiring portion 10b that becomes the metal surface has a smoother finished shape than the ITO thin film 103 formed by etching in the manufacturing process. The wettability with the sealing material is good, the bonding area of the sealing material is widened, and the adhesive strength is increased. As a result, higher airtightness can be ensured, and the interior of the electrostatic actuator 30 can be completely cut off from the outside air to obtain higher durability.
[0045]
When the resin is used for the hermetic sealing portion 21, the viscosity when uncured is easily lowered, and therefore, there is an advantage that the hermetic sealing is ensured by curing by entering into a narrow gap at the time of sealing. . Note that an inorganic material such as low-melting glass may be used for the hermetic sealing portion 21. In this case, it is further possible to ensure airtightness excellent in water vapor permeability and gas permeability. In addition, there is a further effect that the chemical resistance and heat resistance of the hermetic sealing portion 21 are improved.
[0046]
(Embodiment 2)
By the way, in said embodiment, the example which comprised the counter electronic terminal part 10a and the counter electrode wiring part 10b by the multilayer of the thin film 101 of chromium (or titanium) and the thin film 102 of gold | metal | money was shown among the counter electrodes 10. However, for example, a single layer or a plurality of layers may be formed by a metal thin film having excellent adhesion to the electrode glass plate 4 such as chromium, titanium, platinum, and aluminum, and in this case, the same function can be obtained.
[0047]
When the counter electrode terminal portion 10a and the counter electrode wiring portion 10b are made of a thin film of a noble metal such as gold or platinum, a highly reliable electrode excellent in corrosion or the like can be formed. In addition, when the counter electrode terminal portion 10a and the wiring portion 10b are made of a thin metal film having excellent adhesion to the electrode glass plate 4 such as aluminum, the electrode can be formed more inexpensively and easily. effective.
[0048]
(Embodiment 3)
Further, Pyrex glass may be used as the electrode glass plate 4, or a silicon substrate may be used instead of the glass material. When a silicon substrate is used, the flatness can be ensured, and since it is the same material as the bonding partner (cavity plate 2: silicon substrate), distortion due to expansion during bonding can be minimized.
[0049]
Further, when forming the counter electrode terminal portion 10a and the counter electrode wiring portion 10b, a metal film may be formed on a Pyrex glass or a silicon substrate, or a glass plate or a silicon substrate such as the above Pyrex glass. SiO on ₂ A (film) may be formed and a metal film may be formed thereon. Especially in the latter case, SiO ₂ The (film) functions as a passivation film on the glass, and the influence of impurities in the material can be removed. However, in any case, since the adhesion with gold is poor, it is desirable to use chromium (Cr) or titanium (Ti) as a base when forming a gold thin film, as in the above-described embodiment.
[0050]
(Embodiment 4)
Next, FIGS. 6 to 8 show the configuration and manufacturing method of an ink jet head according to Embodiment 4 of the present invention. The basic configuration of the inkjet head 200 of this embodiment is the same as that of the inkjet head 1 shown in FIGS. 1 to 5, and only the configuration of the counter electrode is different. Accordingly, corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals, and in the following description, the configuration of the counter electrode will be described, and description of other parts will be omitted.
[0051]
The counter electrode 210 of the inkjet head 200 of the present embodiment is also formed of a counter electrode portion 210c, a counter electrode wiring portion 210b, and a counter electrode terminal portion 210a. 6 is a cross-sectional view corresponding to the cross section taken along line AA in FIG. 1, and FIG. 7 is a partial cross-sectional view taken along line CC in FIG.
[0052]
Referring to these drawings, the counter electrode portion 210c has a single layer structure made of an ITO thin film 211, and the counter electrode wiring portion 210b and the counter electrode terminal portion 210a are laminated on the chromium thin film 212. The ITO thin film 213 has a two-layer structure, and the chromium thin film 212 is covered with the ITO thin film 213. Both the ITO thin film 211 and the ITO thin film 213 are continuous ITO thin films formed simultaneously.
[0053]
The effects of the present embodiment will be described. In the present embodiment, as described above, when the counter electrode terminal portion 210a and the counter electrode wiring portion 210b of the counter electrode 210 are configured, the electrode glass plate 4 and the ITO thin film 213 A chromium thin film 212 is interposed therebetween. Thereby, the counter electrode terminal portion 210a and the counter electrode wiring portion 210b are not easily peeled off from the electrode glass plate 4.
[0054]
Moreover, the resistance value of the counter electrode terminal part 210a and the counter electrode wiring part 210b is small by using the chromium thin film 212 which is a metal material. For this reason, the time constant of the circuit constituting the actuator 30 is also reduced, the operation delay is eliminated, the responsiveness is improved, and the wiring pitch of the counter electrode 210 can be miniaturized.
[0055]
Furthermore, since the counter electrode portion 210c and the counter electrode wiring portion 210b are connected by a continuous ITO thin film, the resistance of the connection portion between them is small, and the connection reliability is high.
[0056]
Further, since the chromium thin film 212 which is the metal material of the counter electrode wiring portion 210b and the counter electrode terminal portion 210a exposed to the outside in the counter electrode 210 is covered with the ITO thin film 213, the metal material is exposed as it is. Unlike the case where it is, it has the outstanding effect that the inoperability by malfunctions, such as corrosion (corrosion by leaving) and migration (short-circuiting between adjacent wiring parts by drive), can be avoided reliably.
[0057]
In addition to these effects, since the counter electrode portion 210c is formed of the ITO thin film 211, dielectric breakdown that may occur due to contact between the diaphragm 51 and the counter electrode 210, and the diaphragm 51 and the counter electrode 210 The sticking of becomes difficult to occur.
[0058]
Further, since the counter electrode portion 210c is formed of the ITO thin film 211, the hermetically sealed electrostatic actuator portion between the counter electrode portion 210c of the counter electrode 210 and the diaphragm 51 is visualized, so that the electrode glass Through the plate 4, it is possible to confirm the non-uniformity in the distance between the electrodes due to the foreign matter inside the electrostatic actuator and the bending of the opposing diaphragm 51.
[0059]
It is also possible to replace the chromium thin film 212 with a titanium thin film.
[0060]
Furthermore, the chromium thin film 212 can be replaced with an alloy made of silver, palladium, or copper.
[0061]
Next, the counter electrode 210 in the inkjet head 200 of the present embodiment can be formed as follows. FIG. 8 is a schematic flowchart showing the manufacturing process of the inkjet head 200. FIG. 9 is a table illustrating the steps and manufacturing conditions of each process of the inkjet head 200 shown in FIG. 8 in more detail.
[0062]
Referring to this figure, first, shallow etching (for example, about 0.3 μm) is first performed at a position corresponding to each ink pressure chamber 5 of the cavity plate 2 on the joint surface of the electrode glass plate 4 with the cavity plate 2. The concave portion 9 is formed (step ST1).
[0063]
In this case, chromium is sputtered on the surface of the electrode glass plate 4 (for example, about 0.3 μm) to form a chromium thin film, and a resist is applied to the thin film, which is then exposed and developed to be made of ceric ammonium nitrate. A mask for forming the recess 9 is formed by etching away the chromium using an etching solution. Thereafter, the recess 9 is formed by wet etching the surface of the electrode glass plate 4 using an HF-based etchant. After that, the mask chromium thin film is removed by etching.
[0064]
Next, the chromium thin film 212 which is a component of the counter electrode terminal part 210a and the counter electrode wiring part 210b is formed on the bottom surface of the recess 9 in the electrode glass plate 4 after the recess 9 is formed (step ST2).
[0065]
The processing step in this case is the same processing step as that for patterning the mask chrome thin film for forming the recess 9 described above. That is, chromium (Cr) is sputtered on the concave surface 91 of the electrode glass plate 4 to form a chromium thin film (for example, about 0.03 μm). A resist is applied to the sputtered chromium thin film, exposed and developed, and the portions other than the portions that become the counter electrode terminal portion 210a and the counter electrode wiring portion 210b are removed by etching with ceric ammonium nitrate. A chromium thin film 212 constituting the terminal portion 210a and the counter electrode wiring portion 210b is formed.
[0066]
Thereafter, ITO is sputtered on the concave surface 91 to form an ITO thin film, and portions other than the counter electrode portion 210c, the counter electrode wiring portion 21b, and the counter electrode terminal portion 210a are etched and removed with aqua regia. Thus, the ITO thin films 211 and 213 are patterned (step ST3). As a result, the chromium thin film 212 is covered with the ITO thin film 213 as shown in FIGS.
[0067]
After patterning the counter electrode 210 on the concave surface 91 in this manner, the cavity plate 2 and the electrode glass plate 4 manufactured separately are anodically bonded (step ST4), and then hermetically sealed using a sealing material. Part 21 is formed (step ST5). Thereafter, separately manufactured nozzle plates 3 are laminated and bonded (step ST6), and the multilayer body is cut for each inkjet head to obtain each inkjet head (step ST7).
[0068]
As described above, in the inkjet head 200 of the present embodiment, the recess 9 is formed on the surface of the electrode glass plate 4 as a process step (pattern ST2 in FIG. 8) for patterning the chromium thin film 212 of the counter electrode 210 on the recess surface 91. In order to form, the process process same as the process process (process in process ST1 of FIG. 8) which patterns the chromium thin film for a mask on the said electrode glass plate surface is employable. Therefore, the resistance of the counter electrode 210 can be reduced relatively easily without complicating the manufacturing process of the inkjet head.
[0069]
When replacing the chromium thin film 212 with a titanium thin film, in ST2, titanium is sputtered instead of chromium to form a titanium thin film instead of the chromium thin film. In this case, first, a resist is applied, exposed and developed, portions where the counter electrode terminal portion 210a and the counter electrode wiring portion 210b are formed are opened, and then titanium is sputtered. Thereafter, the resist is dissolved, unnecessary titanium is removed, and a titanium thin film constituting the counter electrode terminal portion 210 a and the counter electrode wiring portion 210 b is formed instead of the chromium thin film 212. This forming method is sometimes referred to as lift-off for convenience.
[0070]
By forming a titanium thin film by lift-off instead of the chromium thin film 212, it is possible to form a wiring with better corrosion and adhesion.
[0071]
In addition, when replacing the chromium thin film 212 with an alloy made of silver, palladium, or copper (referred to as APC for convenience), in ST2, APC is sputtered instead of chromium, and lift-off or etching with a ferric chloride solution is performed. As a result, the APC thin film constituting the counter electrode terminal portion 210 a and the counter electrode wiring portion 210 b is formed instead of the chromium thin film 212.
[0072]
By forming a thin film of an alloy made of silver, palladium, and copper instead of the chromium thin film 212, it is possible to form a low-resistance wiring and further increase the wiring density.
[0073]
(Other embodiments)
Each of the above embodiments is an example in which the electrostatic actuator of the present invention is employed as an ink discharge mechanism of an inkjet head, but the present invention can of course be employed as a drive mechanism other than an inkjet head.
[0074]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the electrostatic actuator including the diaphragm and the counter electrode that are arranged to face each other with a gap hermetically sealed, the counter electrode portion is formed of ITO, so that it is insulated. Destruction and sticking to the diaphragm are less likely to occur. Further, since the wiring portion is made of a metal material, the resistance of the wiring portion is reduced, the operation delay of the actuator is eliminated, the response is improved, and the wiring density can be increased.
[0075]
Further, according to the present invention, the wiring portion of the counter electrode is composed of a chromium or titanium thin film and a gold thin film formed thereon, so that the wiring portion can be used for a long time without fear of peeling off from the substrate. The effect is obtained. Further, even if ink or the like adheres to the wiring portion exposed to the outside, there is no possibility that the wiring portion disappears as in the case where this portion is made of a single layer of ITO.
[0076]
Furthermore, according to the present invention, the wiring portion of the counter electrode is composed of a chromium thin film and an ITO thin film formed so as to cover it, so that the wiring portion can be used for a long time without fear of peeling off from the substrate. The effect is obtained. Further, since the chrome thin film is covered with the ITO electrode, it is possible to avoid problems such as corrosion and migration of the portion that may occur due to the chrome thin film being directly exposed to the outside.
[0077]
Further, in the present invention, in manufacturing the electrostatic actuator having this configuration, the patterning process of the mask thin film used for forming the concave portion in which the counter electrode is patterned is formed in the electrode glass plate, and the counter thin film of the counter electrode is formed as it is. It is used as a patterning process. In this way, the target counter electrode can be easily formed without complicating the manufacturing process.
[0078]
Next, according to the present invention, since the wiring portion of the counter electrode is made of aluminum, there is an effect that the electrode can be formed more inexpensively and easily.
[0079]
On the other hand, according to the present invention, since the electrostatic actuator having the above-described effect is mounted on the ink jet head, stable ink droplet ejection can be ensured even when used for a long time, and ink droplets can be ejected at a high driving frequency. Can do. For this reason, an ink jet recording apparatus capable of high density printing can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of an inkjet head according to Embodiment 1 of the present invention.
2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a portion B in FIG.
4 is an explanatory view showing an example of arrangement of the counter electrode of FIG. 1; FIG.
FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing the operation of the ink jet head of FIG. 1;
6 is a cross-sectional view showing a cross section corresponding to a portion cut along line AA of FIG. 1 in an inkjet head according to a fourth embodiment of the present invention.
7 is a partial cross-sectional view showing a portion cut along line CC in FIG. 6; FIG.
FIG. 8 is a schematic flowchart showing a manufacturing process of an inkjet head according to a fourth embodiment of the present invention.
9 is a table showing a more detailed manufacturing process and manufacturing conditions of the process shown in FIG.
[Explanation of symbols]
1,210 Inkjet head
2 Cavity plate
3 Nozzle plate
4 electrode glass plate
5 Ink pressure chamber
6 Reservoir
7 Ink supply path
9 recess
91 concave surface
10 Counter electrode
10a, 210a Counter electrode terminal
10b, 210b Counter electrode wiring part
10c, 210c Counter electrode part
103, 211, 213 ITO thin film
101, 212 Chrome thin film
102 Gold thin film
11 Ink nozzle
12 Ink supply port
22 Voltage control circuit
23 Common electrode terminal
51 Vibration plate (bottom wall of ink pressure chamber / common electrode)
G Gap (Gap part sealed hermetically)

Claims

間隙を隔てて対向して配置される振動板と対向電極とを備えた静電アクチュエータにおいて、
前記対向電極は、気密封止された状態で前記振動板に対向している対向電極部と、この対向電極部に連続して気密封止された隙間部分から外部に引き出されている配線部とを含み、
前記対向電極部はＩＴＯから形成され、前記配線部は、クロム又はチタンの薄膜と、前記クロム又はチタンの薄膜の上に積層した金の薄膜から形成され、前記ＩＴＯの端部は前記金の薄膜の端部に積層されていることを特徴とする静電アクチュエータ。In an electrostatic actuator including a diaphragm and a counter electrode that are arranged to face each other with a gap therebetween,
The counter electrode includes a counter electrode portion facing the diaphragm in a state of being hermetically sealed, and a wiring portion extending outside from a gap portion that is hermetically sealed continuously to the counter electrode portion. Including
The counter electrode portion is formed of ITO, the wiring portion is formed of a chromium or titanium thin film, and a gold thin film laminated on the chromium or titanium thin film, and the end of the ITO is the gold thin film. An electrostatic actuator, wherein the electrostatic actuator is laminated at the end of the.

間隙を隔てて対向して配置される振動板と対向電極とを備えた静電アクチュエータにおいて、
前記対向電極は、気密封止された状態で前記振動板に対向している対向電極部と、この対向電極部に連続して気密封止された隙間部分から外部に引き出されている配線部とを含み、
前記対向電極部はＩＴＯから形成され、前記配線部は、クロムの薄膜から形成され、前記ＩＴＯの一部は前記クロムの薄膜の全部に積層されていることを特徴とする静電アクチュエータ。In an electrostatic actuator including a diaphragm and a counter electrode that are arranged to face each other with a gap therebetween,
The counter electrode includes a counter electrode portion facing the diaphragm in a state of being hermetically sealed, and a wiring portion extending outside from a gap portion that is hermetically sealed continuously to the counter electrode portion. Including
2. The electrostatic actuator according to claim 1, wherein the counter electrode portion is made of ITO, the wiring portion is made of a chromium thin film, and a part of the ITO is laminated on the entire chromium thin film.

請求項２において、
電極ガラスプレートと、この電極ガラスプレートの表面に積層接合した半導体基板とを有し、
前記電極ガラスプレートの表面には凹部が形成され、当該凹部に対峙している半導体基板の部分には前記振動板が形成されており、
前記凹部の底面には前記対向電極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。In claim 2,
An electrode glass plate and a semiconductor substrate laminated and bonded to the surface of the electrode glass plate;
A concave portion is formed on the surface of the electrode glass plate, and the diaphragm is formed on a portion of the semiconductor substrate facing the concave portion,
The electrostatic actuator, wherein the counter electrode is formed on a bottom surface of the recess.

請求項３に記載の静電アクチュエータの製造方法であって、
前記凹部を形成するためのマスク用クロム薄膜を前記電極ガラスプレートの表面に形成する処理工程と同様の処理工程により、前記凹部の底面に前記配線部の構成要素であるクロム薄膜を形成することを特徴とする静電アクチュエータの製造方法。It is a manufacturing method of the electrostatic actuator according to claim 3,
Forming a chromium thin film as a component of the wiring portion on the bottom surface of the recess by a processing step similar to the processing step of forming a mask thin chromium film for forming the recess on the surface of the electrode glass plate. A manufacturing method of an electrostatic actuator characterized.

インクノズルと、このインクノズルからインク液滴を吐出させるためのインク吐出力を発生する静電アクチュエータとを有し、当該静電アクチュエータは、請求項１又は２に記載されたものであることを特徴とするインクジェットヘッド。 It has an ink nozzle and an electrostatic actuator that generates an ink ejection force for ejecting ink droplets from the ink nozzle, and the electrostatic actuator is the one described in claim 1 or 2. Inkjet head characterized.