JP4397129B2

JP4397129B2 - Electrostatic actuator and ink jet head and ink jet printer using the electrostatic actuator

Info

Publication number: JP4397129B2
Application number: JP2001067922A
Authority: JP
Inventors: 滋金原
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-03-12
Filing date: 2001-03-12
Publication date: 2010-01-13
Anticipated expiration: 2021-03-12
Also published as: JP2002272145A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は静電型アクチュエータ及び該静電型アクチュエータを使用したインクジェットヘッド、インクジェットプリンタに関し、さらに詳しくは、記録を必要とする時にのみインク液滴を吐出し、記録紙面に付着させるインクジェット記録装置の静電型アクチュエータにおいて、使用環境が変化してもインク吐出し特性、振動板駆動特性が経時的に変化することがないようにしたは静電型アクチュエータ及び該静電型アクチュエータを使用したインクジェットヘッド、インクジェットプリンタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
以下、本発明に関連した従来技術を示す。
特開平６−７１８８２号公報（インクジェットヘッド及びその製造方法）の発明は、静電方式のインクジェットに関し、振動板と電極間のギャップ長を規定している。実施例の中で振動板と電極間の封止を熱硬化型接着剤または光硬化型接着剤により封止を行っている。
【０００３】
特開平１１−１７９９１９号公報（静電型アクチュエータ及びその製造方法）の発明は、静電型アクチュエータを用いたインクジェットヘッドのインク室の底壁の表面及びセグメント電極の表面を含む振動室は、外部と結ぶ管と接続しており、この管は更にバイパス管を介して外部に連通している。管の開放端を封止剤で封止した後、振動室内部にバイパス管を介して疎水膜を形成するための化合物が処理槽内で注入される。注入後、処理槽外で封止剤によりバイパス管を封止することにより振動室を気密封止する。
【０００４】
特開平１０−３０４６８５号公報（静電アクチュエータ及びそれを利用したインクジェットヘッド）の発明は、静電気力によって相対変位する振動室と振動室に連通し気密封止されている通路を備えた静電アクチュエータにおいて、振動室に封止剤が侵入しないように安定して通路を気密封止する。振動室に連通している通路に封止用接着剤が溜まる封止溜まり部を形成し、封止用接着剤の振動室への侵入を停止する。
【０００５】
特開平１０−２６４３８１号公報（インクジェットヘッド及びその製造方法）の発明は、シリコン基板を用いたインクジェットヘッドの製造方法において、封止剤からの気体の発生を防ぐことにより吐出の出力を安定させ高気密な封止を可能にする。電極と振動板を貼り合わせ、その貼り合わせ基板の電極取り出し部に低融点ガラスを用いて封止する。
【０００６】
特開平１１−２６３０１２号公報（静電型アクチュエータ及びその製造方法）の発明は、静電型アクチュエータを用いたインクジェットヘッドのインク室の底壁（共通電極）の表面及びセグメント電極の表面を含む振動室は外部を結ぶ管と接続しており、この管は更にバイパス管を介して外部に連通している。また、管を取り出すための第１の貫通穴とバイパス管を取り出すための第２の貫通穴がキャビティープレートに形成されている。第１の貫通穴から管の解放端を封止材で封止した後振動室内部にバイパス管を介して疎水膜を形成するための化合物を処理槽内で注入される。注入後、処理槽外で第２の貫通穴よりバイパス管の解放端を封止材で封止することにより、振動室は気密封止される。
【０００７】
特開平１１−３４３１９号公報（記録ヘッド）の発明は、静電型インクジェットヘッドにおいて、振動板基板と電極との間隔を一定に保つために、下基板に支柱部材を設け、この支柱部材に開口部を設けたものである。これにより、振動板が変形あるいは復元するときに発生するギャップ内の空気圧変動が、前記開口部から速やかに大気に解放されるため、振動板の動作が阻害されることがなくなり、振動板から発生する力がロスされないため駆動特性が向上する。
【０００８】
特開２０００−１８６５４１号公報（インクジェットヘッド及びその製造方法）の発明は、静電型インクジェットヘッドにおいて、振動室と外部を連通する連通孔を酸化膜により封止するものである。これにより、接着剤による封止時に懸念される硬化時の気体の発生、硬化収縮による振動板の変形がなく、また振動室への接着剤の入り込み量のバラツキがない高温高湿下での信頼性が向上する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
インクジェット記録装置は記録時の騒音が極めて小さいこと、高速印字が可能なこと、インクの自由度が高く安価な普通紙を使用できること等多くの利点を有する。この中でも記録の必要なときにのみインク液滴を吐出するいわゆるインク・オン・デマンド方式が記録に不要なインク液滴の回収を必要としないため現在主流となっている。
【００１０】
インク・オン・デマンド方式のインクジェットヘッドには、駆動手段が圧電素子であるもの（特公平２−５１７３４号公報）や、インクを加熱して気泡を発生させその圧力でインクを吐出させるもの（特公昭６１−５９９１１号公報）等がある。しかしながら、上記方式のインクジェットヘッドには以下に述べるような問題がある。
【００１１】
最近のインクジェット記録装置による印字には、高速・高印字品質が求められてきており、これを達成するためのマルチノズル化・ノズルの高密度化において、圧電素子を微細に加工して各々の振動板に接着することはかなり困難である。また、従来の機械加工における寸法精度では印字品質のばらつきが大きくなってしまうという問題がある。
また、インクを加熱する方法においては、駆動手段が薄膜の抵抗加熱体により形成されるため、上記のような問題は存在しないが駆動時の急速な加熱・冷却の繰り返しや気泡消滅時の衝撃により抵抗加熱体がダメージを受けるためにインクジェットヘッドの寿命が短いという問題がある。
【００１２】
上記の問題を解決するものとして、特開平５−５０６０１号公報で開示されているように駆動手段に静電気力を利用したインクジェットヘッド記録装置がある。この方式は、小型高密度、高印字品質および長寿命であるという利点を有している。
上記静電方式においてはインクノズルに連通しているインク吐出室の底面が弾性変形可能な振動板として形成されている。この振動板には一定の間隔で基板が対向配置されている。これらの振動板及び基板にはそれぞれ対向電極が配置され、これらの対向電極の間の空間は封止しておかなければならない。封止しない場合、インクジェットヘッドを駆動している間に、対向電極の表面すなわち対向している振動板の底面及び基板の表面に水分が付着し静電吸引特性及び静電反発特性が低下するおそれがある。また、基板の表面に付着した水分により振動板と電極基板が貼り付いたままの状態となり動作不能となるおそれがある。
【００１３】
従来、上記封止は、特開平６−７１８８２号公報に示されるように熱硬化型あるいは光硬化型の樹脂を用いて行われている。
しかし、この方法では接着剤が固まるときに接着剤から気体が発生する、接着剤が硬化収縮することにより振動板が変形を起こし吐出しが安定しない、接着剤が振動室領域に流れ込み振動板が吸着するといった問題がある。また、各ビット間での接着剤からの気体の発生量や接着剤の管の中への侵入量の差により振動板変形量のバラツキが生じてしまう等の問題がある。
弾性接着剤を使用して上記のような硬化収縮あるいは封止剤からのガスによる振動板の変形を接着剤により吸収することで回避する方法もあるが、弾性接着剤のみでの封止膜の場合、使用環境および保管環境（圧力，温度）が変化した場合にインク吐出特性、振動板駆動特性等が経時的に変化してしまう（封止剤を介して振動室内部と外部で空気が通過する）という問題がある。
【００１４】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、封止剤から発生する気体あるいは封止剤の硬化収縮による振動板の変形が生じることがなく、また使用環境及び保管環境（圧力，温度）が変化した場合に特性が経時的に変化してしまうことのない静電型アクチュエータ、該アクチュエータを使用したインクジェットヘッドを提供するものである。
【００１５】
より詳しくは、固体振動板と、該振動板と対向配置された電極部と、前記振動板と該振動板と対向配置された電極間の前記振動板に変形を生じさせる振動室と該振動室を含み該振動室が外部に連通するための第１の管を備えている静電型アクチュエータであって、前記第１の管が外部と連通する箇所が複数の有機材料により封止されていることを特徴とする静電型アクチュエータ及び該アクチュエータを使用したインクジェットヘッドを提供するものである。また、前記第１の管の複数に連通する第２の管を有することにより、封止の際に前記振動板が変形を起こしてもビット間でのバラツキのない静電型アクチュエータ及び該アクチュエータを使用したインクジェットヘッドを提供するものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、その第１の技術手段は、振動板と、該振動板と対向配置された対向電極と、前記振動板に変形を生じさせる振動室と、該振動室を含み該振動室が外部に連通するための第１の管を備えている静電型アクチュエータにおいて、前記対向電極と電気的に接続したフレキシブル基板を有し、前記第１の管が外部と連通する箇所が、有機材料によって封止された後、前記有機材料より低透気性の第２の有機材料によって、前記有機材料の上部が覆われ、かつ前記対向電極と前記フレキシブル基板との接続個所が封止されていることを特徴とする。
【００２２】
第２の技術手段は、第１の技術手段の静電型アクチュエータにおいて、前記第１の管の複数に連通する第２の管を有していることを特徴とする。
【００２３】
第３の技術手段は、第１〜２の技術手段の静電型アクチュエータを使用したインクジェットヘッド、または該インクジェットヘッドを使用したインクジェットプリンタであることを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図６に基づいて説明する。
図１は、本発明の前提となる静電型アクチュエータの構成を示す断面図である。
静電型インクジェットヘッドを形成する個々の静電型アクチュエータは、吐き出し室基板１と電極基板２は振動室６によって形成される所定のギャップ長をもって陽極接合またはＳｉ直接接合されている。接合時の温度は高いのでギャップ部の空気が膨張し、接合後常温に下がった時点ではギャップ部内の圧力が大気圧以下になるために吐き出し室５底部の振動板３が電極基板２表面に形成された対向電極４側にひずみ、対向電極４と接触し短絡したり、あるいは振動板３に不必要な応力を与えたりする等の障害が生じる。
このため、振動板３と対向電極４間のギャップ内を一度大気に解放する必要がある。ただし、ギャップを大気に解放したままにしておくと、静電気の作用により塵埃を吸引し塵埃が電極に付着したりして、振動板３の振動特性が変動する。そこで、従来例では振動室６を通路を介して大気に解放させると共に、通路の出口７を陽極接合またはＳｉ直接接合後、吐き出し室基板１と電極基板２が常温に下がった時点で、粘度の高いエポキシ等の接着剤８を用いて封止している。
【００２５】
この場合、封止時に接着剤硬化時の気体の発生、硬化収縮による振動板３の変形の発生が懸念される。また、振動室６への接着剤８の入り込み量のばらつきが生じ、振動板３の振動特性のばらつきが生じることも懸念される。
本発明では、上記した封止で懸念される問題点に鑑み、信頼性の高い静電型アクチュエータ及びインクジェットヘッドを提供するものである。
【００２６】
図２は、本発明の静電型アクチュエータを製造する一連の工程を示す平面図であり、図３は、図２から引き続く工程を示す同様の平面図である。
まず、図２（Ａ）に示すように、Ｐ型（１００）Ｓｉ基板１１を用意し、その上に対向電極１２及びギャップ１３を形成する。なお、Ｐ型（１００）Ｓｉ基板１１は、静電型アクチュエータの電極基板となるものである。
また、各々のアクチュエータの各ギャップ１３を連通するように連通孔１４を形成する。また、連通孔１４の途中にダンパ部を設けておく。
【００２７】
次に、図２（Ｂ）に示すように、ボロンを注入した（１１０）Ｓｉ基板１５を用意し、前記対向電極１２及びギャップ１３を形成したＰ型（１００）Ｓｉ基板１１とボロンを注入した（１１０）Ｓｉ基板１５を直接接合により接合を行い、その後ボロンを注入した（１１０）Ｓｉ基板１５の厚さが１００μｍになるまで研磨を行う。なお、ボロンを注入した（１１０）Ｓｉ基板１５は、静電型アクチュエータの吐き出し室基板となるものである。
【００２８】
次に、（１００）Ｓｉ基板１１とボロンを注入した（１１０）Ｓｉ基板１５とを直接接合した基板にエッチングマスクとなる窒化膜をデポし、図２（Ｃ）に示すように裏面流路部１６，吐き出し室部１８，仮接着領域１７をウェットエッチングにより形成する。（１００）Ｓｉ基板１１とボロンを注入した（１１０）Ｓｉ基板１５との直接接合により、振動室が形成される。
【００２９】
その後、図２（Ｄ）に示すように、ボロンを注入した（１１０）Ｓｉ基板（吐き出し室基板）１５の電極取り出し部１９をドライエッチングにて開口を行う。
【００３０】
その後、図３（Ｅ）に示すように、吐き出し室基板１５と電極基板１１の間の振動室（ギャップ部）を低アウトガス、低硬化収縮、高粘度の弾性接着剤２０により封止を行う。ただし、この弾性接着剤２０のみの封止では耐透気性に欠け、封止としては不十分である。
その後、ウェハ（Ｗａｆｅｒ）から各チップにダイシングにより切断する。
【００３１】
その後、図３（Ｆ）に示すように、露出した個別電極の対向電極１２とＦＰＣケーブル２１とを異方性導電膜によって電気的な接続を行なう。ＦＰＣケーブル２１にはドライバＩＣがワイヤーボンドによって搭載されている。
次に、低透気性の有機封止剤２２を低アウトガス、低硬化収縮、高粘度の弾性接着剤２０の上部を覆うように、かつＦＰＣケーブル２１に接触するように塗布を行う。この封止により、ギャップ部は完全に封止が行われる。またＦＰＣケーブル２１に接触するように塗布を行うためＦＰＣケーブル２１が電極基板１１から剥離しないようになる。
【００３２】
その後、ノズルプレート２４と図３（Ａ）〜（Ｆ）の工程で製造されたアクチュエータを接合する為に、吐き出し室基板１５の上面に接着剤を塗布する。その後、仮接着塗布領域１７に仮接着剤として光硬化型接着剤２３をディスペンサにより塗布する。
その後、図３（Ｇ）に示すように、Ｎｉ電鋳により形成されたノズルプレート２４と、接着剤が塗布された静電型アクチュエータを位置合わせし、仮加圧を行う。ここで、光硬化型接着剤に紫外線ＵＶを照射して仮接着剤を硬化させ、本加圧を行い加熱硬化させる。
【００３３】
上記したように、本製造方法では、まず低アウトガス、低硬化収縮、高粘度の弾性接着剤２０にて第１の管、すなわちギャップ部が外部と連通する箇所を封止し、その後低透気性の有機封止材２２によってＦＰＣケーブル２１とともに封止を行う。
このような構成にすることで、接着剤の硬化時に発生する振動板の変形を抑えることができ、また温度、圧力変化に伴う振動板変形量の経時変化を抑えることが可能となる。また、複数の第１の管を連通する第２の管、すなわち連通孔１４を構成しているので、接着剤の管への侵入量の差による振動板変形量のバラツキを抑えることができる。
【００３４】
また、本発明の異なる実施例では、無機材料あるいは該無機材料を最下層とした積層膜により封止を行う。このような構成とすることによって、樹脂封止のみのときと比較して耐透気性に優れ、前記実施例の構成同様に温度、圧力変化に伴う振動板変形量の経時変化を抑えることが可能となる。
無機材料によって完全に封止をする必要はなく、第１の管が外部に連通する箇所の構造が複雑で封止ができない場合は、その後低透気性の接着剤によって封止を行えば良い。無機封止を行うことにより、第１の管が外部に連通する箇所の断面積が小さくなり、低透気性の接着剤の振動室への侵入はほとんどない。
また、接着剤からの振動室へ侵入するアウトガスも少なく、それによる振動板の変形は小さい。
【００３５】
また、無機材料として表面反応型の膜を使用すると、第１の管が外部に連通する箇所の構造が複雑な場合でも完全封止することは可能である。この場合は使用する装置によっては振動室内が大気圧以下になる場合がある。この時は第２の管を外部に連通させて、一度振動板の変形をなくす方法もある。
また、第２の管の途中に形成したダンパ部で吸収しても良い。
【００３６】
次に、本発明による静電型アクチュエータを製造する異なる製造工程について図４，図５を用いて説明する。
図４は本発明による静電型アクチュエータを製造する一連の製造工程を示す吐き出し室部の断面図、図５は吐き出し室部と吐き出し室部の間の柱部の断面図である。
図４（Ａ），図５（Ａ）に示すように、Ｐ型（１００）Ｓｉ基板３１（厚さ６２５μｍ）を用意し、２μｍの厚さに酸化膜３２をウェット酸化により形成した。酸化条件は１０５０℃、１８．５ｈである。
【００３７】
次に、図４（Ｂ）に示すように、グラデーションマスクを用いてレジストのパターニングを行い、ドライエッチング及びウェットエッチングにより酸化膜３２のパターニングを行った。グラデーションマスクを使用して、電極形状を形成することにより非平行のギャップを形成することができ、低電圧化に有利な電極形状を形成することが可能となる。図５（Ｂ）に示すように、各電極パターン間の柱部には複数の振動室、すなわち第１の管を連通するように連通孔４１、すなわち第２の管を形成した。
【００３８】
次に、図４（Ｃ），図５（Ｃ）に示すように対向電極となるＴｉＮ３３を２００ｎｍの厚さにスパッタ法で形成した。
その後、ＴｉＮ３３を個別電極用にエッチングにより分離を行い、その後電極保護膜としてシリコン酸化膜３４を２００ｎｍの厚さに形成した。
次に、電極部以外の前記シリコン酸化膜３２及びＴｉＮ３３を各々ドライエッチング、ウェットエッチングにより除去した。
なお、図４（Ｃ），図５（Ｃ）に示すものが、静電型アクチュエータの電極基板となる。
【００３９】
その後、図４（Ｄ），図５（Ｄ）に示すようにボロンを注入した厚さ４００μｍの（１１０）Ｓｉ基板３５を直接接合により９００〜１０００℃で接合を行い、その後１００μｍの厚さになるまで研磨を行った。
【００４０】
次に、電極基板３１およびＳｉ基板３５に窒化膜を積層、パターニングをして、図４（Ｅ），図５（Ｅ）に示すように電極基板（図４（Ｃ），図５（Ｃ））に裏面流路３６をウェットエッチングにより形成した。
【００４１】
その後、図４（Ｆ），図５（Ｆ）に示すように、吐き出し室３７をウェットエッチングにより形成した。この時、図２，図３で説明した吐き出し室接合用の仮接着剤領域１７及びパッド開口領域を同時に形成した。ボロンを注入した領域はボロン注入していないＳｉ領域と比較してエッチングレートが低下するため、選択的にボロン注入領域のみ残すことが可能である。図４（Ｃ），図５（Ｃ）に示す電極基板とＳｉ基板３５を減圧下で接合しているためエッチングされて薄膜になった領域は下方に撓んだ形状となる。
その後、ボロン注入Ｓｉ基板３５及びシリコン酸化膜３２をエッチングして裏面流路３６の開口を行った。
【００４２】
その後、図４（Ｇ），図５（Ｇ）に示すように、電極取り出し部のＳｉ基板３５をエッチングにて開口した。この時、ギャップ部（振動室）は大気に開放されるため振動板は水平形状となる。
【００４３】
その後、図４（Ｈ），図５（Ｈ）に示すように、各振動室から外部に通ずる開放端を弾性接着剤３９にて封止を行った。本実施例では、東邦化成製ウルタイト１５４０を使用して封止を行った。
その後、ダイシングにてウェハからチップの形状に分離を行った。
【００４４】
また、各振動室から外部に通ずる開放端を封止する封止部材は、オゾンＴＥＯＳを用いたＣＶＤ酸化膜、または前記オゾンＴＥＯＳを用いたＣＶＤ酸化膜を最下層にした積層膜とすることができる。このような構成とすることによって、樹脂材料の封止の場合に比較して、透気性がなく、温度、圧力変化による振動板変形量の経時変化がなく安定した駆動が可能になる。また、オゾンＴＥＯＳを用いたＣＶＤ酸化膜を使用することで、第１の管すなわち振動室に通じた管が外部と連通する箇所の形状に依らず封止を行うことが可能である。
【００４５】
さらに、振動室が外部と連通する箇所を封止する封止部材は、ＬＰ−ＣＶＤを用いた窒化膜、あるいは該ＬＰ−ＣＶＤを用いた窒化膜を最下層にした積層膜とすることができる。このような構成とすることによって、樹脂材料の封止の場合に比較して、透気性がなく、温度、圧力変化による振動板変形量の経時変化がなく安定した駆動が可能になる。またＬＰ−ＣＶＤを用いた窒化膜を使用することで第１の管が外部と連通する箇所の形状に依らず封止を行うことが可能である。
【００４６】
その後、図４（Ｉ），図５（Ｉ）に示すように、ＦＰＣケーブル４０を異方性導電膜によって電気的な接続を行なった。ＦＰＣケーブル４０にはドライバＩＣがワイヤーボンドによって搭載されている。
次に、弾性接着剤３９を上部から覆うように、さらにＦＰＣケーブル４０に接触するようにフッ素ゴム系の接着剤４１にて封止を行った。このフッ素ゴム系の接着剤４１は耐透気性に優れている。
上記した一連の工程により静電型インクジェットヘッドのアクチュエータ部の作製を行った。
【００４７】
次に、前記のような製造工程によって形成した静電型アクチュエータを用いたインクジェットヘッドについて説明する。
図６は、静電型アクチュエータを用いたインクジェットヘッドを分解して示す斜視図である。
ドライバＩＣ５３が搭載されたＦＰＣケーブル５４が接続された静電アクチュエータ５１とノズルプレート５５とを接合する為に、静電アクチュエータ５１に形成された吐き出し室基板の上面に接着剤を塗布した。吐き出し室基板とノズルプレート５５を接着剤により接合する場合、接着剤のはみ出しが噴射特性に影響を与える為、塗布膜厚を１μｍ前後にする必要がある。したがって、吐き出し室上面に接着剤を塗布する方法は、転写法により塗布を行った。本実施例では、ローラにドクターブレードで接着剤を薄膜化し、転写パッドによりローラから接着剤を転写し、さらに転写パッドからシリコン液室上面に接着剤を転写する方法により行った。
【００４８】
また、ノズルプレート５５と吐き出し室の位置決めをする為に、仮接合用の紫外線硬化型接着剤を吐き出し室基板の仮接着剤塗布領域５２にディスペンサにより塗布した。
そして、Ｎｉ電鋳により形成されたノズルプレート５５と、接着剤が塗布された静電アクチュエータ５１を位置合わせし、仮加圧を行なった。
その後、紫外線硬化型接着剤に紫外線を照射して接着剤を硬化させ、本加圧を行い加熱硬化させた。加熱接合する際に、シリコンとノズルプレート（ＮｉまたはＳＵＳ）間の線膨張係数の差により反ってしまう。反りが発生すると、内部応力によりアクチュエータを破壊してしまう可能性がある。そこで、接着剤の硬化温度は低い方が良い為、２液混合型（常温硬化型）のエポキシ系接着剤を使用した。硬化温度は、低いほど良いが、本実施例では５０℃で硬化を行った。
また、インク供給タンクまたはインクカートリッジからインクを供給する為のジョイント部５６と、フィルター５７が熱溶着されたフレーム５８を接着接合した。
フレーム５８にアクチュエータ５１とノズルプレート５５を接着接合する為に接着剤を塗布し、アクチュエータの位置合わせをして接着接合を行った。
【００４９】
上記構成により、個別電極である対向電極にパルス電圧を印加することにより、振動板が静電気力によって対向電極側に変形する。そして、インクが共通液室から流体抵抗部を通り、吐き出し室に流入し、吐き出し室の体積が増加する。ここで、パルス電圧が解除されることで静電気力が無くなり、振動板がもとの状態に戻る。この振動板の弾性力によって吐き出し室の圧力が上昇し、ノズルプレートに設けられたノズル孔からインクが噴射される。
【００５０】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、静電型アクチュエータにおいて、第１の管が外部と連通する箇所が、有機材料からなる複数の積層膜により封止されているので、アウトガス、硬化収縮が少なく、高粘性の封止材を使用して封止され、その後低透気性の封止材により封止することで、封止材が硬化するときのアウトガス、硬化収縮による振動板の変形を防ぐことができ、透気性も少ないため、温度、圧力が変化した際の振動板変形量の経時変化を防ぐことができる。
【００５１】
また、対向電極と電気的に接続したフレキシブル基板を有し、前記対向電極とフレキシブル基板の接続個所が、第２の有機材料により封止されているので、第２の有機材料に低透気性の材料を選ぶことにより温度、圧力が変化した際の振動板変形量の経時変化を防ぐことができる。また、第２の有機材料がフレキシブル基板と接触しているためフレキシブル基板が電極基板と剥離するのを防ぐことができ、高信頼性の静電型アクチュエータを提供することができる。
【００５６】
請求項２の発明によれば、第１の管の複数に連通する第２の管を有しているので、封止材料として有機材料を使用し、アウトガス、硬化収縮等により振動板変形が生じた場合でも第２の管があるためビット間のバラツキを低減することが可能である。
【００５７】
請求項３の発明によれば、請求項１〜２の静電型アクチュエータを使用したインクジェットヘッドまたはインクジェットプリンタであるので、温度、圧力が変化した際の振動板変形量の経時変化を防ぐことができるため、高信頼性でインク滴速度、インク体積のバラツキの少ないインクジェットヘッドまたはインクジェットプリンタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の前提となる静電型アクチュエータの構成を示す断面図である。
【図２】本発明の静電型アクチュエータを製造する一連の工程を示す平面図である。
【図３】本発明の静電型アクチュエータを製造する図２から引き続く工程を示す平面図である。
【図４】本発明の静電型アクチュエータを製造する一連の製造工程を示す吐き出し室部の断面図である。
【図５】図４における吐き出し室部と吐き出し室部の間の柱部の断面図である。
【図６】静電型アクチュエータを用いたインクジェットヘッドを分解して示す斜視図である。
【符号の説明】
１…吐き出し室基板、２…電極基板、３…振動板、４…対向電極、５…吐き出し室、６…振動室、７…通路の開口端、８…接着剤、１１…Ｐ型（１００）Ｓｉ基板１１（電極基板）、１２…対向電極、１３…ギャップ、１４…連通孔、１５…ボロンを注入した（１１０）Ｓｉ基板（吐き出し室基板）、１６…裏面流路部、
１７…仮接着領域、１８…吐き出し室、１９…電極取り出し部、２０…弾性接着剤、２１…ＦＰＣケーブル、２２…有機封止剤、２３…光硬化型接着剤、２４…ノズルプレート、３１…Ｐ型（１００）Ｓｉ基板１１（電極基板）、３２…酸化膜、３３…ＴｉＮ、３４…Ｓｉ酸化膜、３５…ボロンを注入した（１１０）Ｓｉ基板（吐き出し室基板）、３６…裏面流路、３７…吐き出し室、３９…弾性接着剤、４０…ＦＰＣケーブル、４１…フッ素ゴム系の接着剤、５１…静電型アクチュエータ、５２…仮接着剤塗布領域、５３…ドライバＩＣ、５４…ＦＰＣケーブル、５５…ノズルプレート、５６…ジョイント部、５７…フィルタ、５８…フレーム。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrostatic actuator, an ink jet head using the electrostatic actuator, and an ink jet printer. More specifically, the present invention relates to an ink jet recording apparatus that ejects ink droplets only when recording is required and adheres to a recording paper surface. In an electrostatic actuator, even if the use environment changes, the ink ejection characteristics and the diaphragm driving characteristics do not change with time. An electrostatic actuator and an ink jet head using the electrostatic actuator The present invention relates to an ink jet printer.
[0002]
[Prior art]
Hereinafter, conventional techniques related to the present invention will be described.
The invention disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-71882 (ink jet head and manufacturing method thereof) relates to an electrostatic ink jet and defines a gap length between a diaphragm and an electrode. In the embodiment, sealing between the diaphragm and the electrode is performed with a thermosetting adhesive or a photocurable adhesive.
[0003]
In the invention of Japanese Patent Laid-Open No. 11-179919 (electrostatic actuator and manufacturing method thereof), the vibration chamber including the surface of the bottom wall of the ink chamber of the inkjet head using the electrostatic actuator and the surface of the segment electrode is external. This pipe is further connected to the outside through a bypass pipe. After the open end of the tube is sealed with a sealant, a compound for forming a hydrophobic film is injected into the vibration chamber through a bypass tube in the treatment tank. After the injection, the vibration chamber is hermetically sealed by sealing the bypass pipe with a sealant outside the treatment tank.
[0004]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-304685 (Electrostatic Actuator and Inkjet Head Using the Electrostatic Actuator) discloses an electrostatic actuator having a vibration chamber that is relatively displaced by electrostatic force and a passage that is hermetically sealed to the vibration chamber. The air passage is stably hermetically sealed so that the sealing agent does not enter the vibration chamber. A sealing pool portion in which the sealing adhesive is accumulated is formed in the passage communicating with the vibration chamber, and the penetration of the sealing adhesive into the vibration chamber is stopped.
[0005]
The invention of Japanese Patent Laid-Open No. 10-264381 (inkjet head and manufacturing method thereof) is a method for manufacturing an inkjet head using a silicon substrate, which stabilizes the discharge output by preventing the generation of gas from the sealant. Allows hermetic sealing. The electrode and the diaphragm are bonded together, and the electrode extraction portion of the bonded substrate is sealed with low melting glass.
[0006]
The invention disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-263012 (electrostatic actuator and manufacturing method thereof) is a vibration including the surface of the bottom wall (common electrode) of the ink chamber of the ink jet head using the electrostatic actuator and the surface of the segment electrode. The chamber is connected to a pipe connecting the outside, and this pipe further communicates with the outside through a bypass pipe. Moreover, the 1st through hole for taking out a pipe | tube and the 2nd through hole for taking out a bypass pipe are formed in the cavity plate. After the open end of the pipe is sealed with a sealing material from the first through hole, a compound for forming a hydrophobic film is injected into the vibration chamber through the bypass pipe in the treatment tank. After the injection, the vibration chamber is hermetically sealed by sealing the open end of the bypass pipe with a sealing material from the second through hole outside the treatment tank.
[0007]
The invention disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 11-34319 (recording head) is an electrostatic ink jet head in which a support member is provided on a lower substrate in order to keep a constant distance between the diaphragm substrate and the electrode, and an opening is formed in the support member. A part is provided. As a result, air pressure fluctuations in the gap that occur when the diaphragm is deformed or restored are immediately released to the atmosphere from the opening, so that the operation of the diaphragm is not hindered and generated from the diaphragm. The driving characteristics are improved because the force to be lost is not lost.
[0008]
The invention disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-186541 (inkjet head and method for manufacturing the same) is an electrostatic inkjet head in which a communication hole communicating with a vibration chamber and the outside is sealed with an oxide film. As a result, there is no generation of gas during curing, which is a concern during sealing with adhesive, there is no deformation of the diaphragm due to curing shrinkage, and there is no variation in the amount of adhesive entering the vibration chamber. Improves.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The ink jet recording apparatus has many advantages such as extremely low noise during recording, high speed printing, and the ability to use inexpensive plain paper with a high degree of ink freedom. Among them, a so-called ink-on-demand system that ejects ink droplets only when recording is necessary does not require the collection of ink droplets that are not necessary for recording, and is currently mainstream.
[0010]
Ink-on-demand ink jet heads have a driving means that is a piezoelectric element (Japanese Patent Publication No. 2-51734), or those that heat ink to generate bubbles and eject ink with that pressure (specialty). No. 61-59911). However, the above-described ink jet head has the following problems.
[0011]
High-speed and high-quality printing has been required for printing with recent inkjet recording devices. In order to achieve this, multi-nozzles and high-density nozzles are used to finely process the piezoelectric elements and generate vibrations. Adhering to the board is quite difficult. In addition, there is a problem that variation in print quality becomes large with dimensional accuracy in conventional machining.
In the method of heating ink, since the driving means is formed by a thin resistance heating element, the above-mentioned problem does not exist, but due to repeated rapid heating / cooling during driving and impact when bubbles disappear. Since the resistance heater is damaged, there is a problem that the life of the inkjet head is short.
[0012]
In order to solve the above problem, there is an ink jet head recording apparatus using electrostatic force as a driving means as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-50601. This method has the advantages of small size, high density, high print quality and long life.
In the electrostatic system, the bottom surface of the ink discharge chamber communicating with the ink nozzle is formed as a vibration plate that can be elastically deformed. A substrate is disposed opposite to the diaphragm at a constant interval. A counter electrode is disposed on each of the diaphragm and the substrate, and a space between these counter electrodes must be sealed. Otherwise, while the inkjet head is driven, moisture may adhere to the surface of the counter electrode, that is, the bottom surface of the opposing diaphragm and the surface of the substrate, which may reduce electrostatic attraction characteristics and electrostatic repulsion characteristics. There is. In addition, the moisture adhering to the surface of the substrate may cause the diaphragm and the electrode substrate to remain attached and become inoperable.
[0013]
Conventionally, the sealing is performed using a thermosetting or photocurable resin as disclosed in JP-A-6-71882.
However, in this method, gas is generated from the adhesive when the adhesive is hardened, the diaphragm is deformed by the curing and shrinkage of the adhesive, and the discharge is not stable, the adhesive flows into the vibration chamber region and the diaphragm is There is a problem of adsorption. In addition, there is a problem that variations in the amount of deformation of the diaphragm are caused by the difference in the amount of gas generated from the adhesive between the bits and the amount of the adhesive entering the pipe.
There is also a method of avoiding the above-mentioned curing shrinkage or deformation of the diaphragm due to gas from the sealing agent by using an elastic adhesive, but it is possible to avoid the sealing film with only the elastic adhesive. In this case, when the usage environment and storage environment (pressure, temperature) change, ink ejection characteristics, diaphragm drive characteristics, etc. will change over time (air passes inside and outside the vibration chamber via the sealant) Problem).
[0014]
The present invention has been made in view of the above problems, and there is no occurrence of deformation of the diaphragm due to gas generated from the sealant or curing shrinkage of the sealant, and the use environment and storage environment (pressure, temperature). ), The electrostatic actuator that does not change its characteristics over time, and the inkjet head using the actuator. Do It is to provide.
[0015]
More specifically, a solid diaphragm, an electrode portion disposed to face the diaphragm, a vibration chamber that causes deformation of the diaphragm between the diaphragm and an electrode disposed to face the diaphragm, and the vibration chamber An electrostatic actuator comprising a first tube for communicating the outside with the vibration chamber, wherein the first tube communicates with the outside at a plurality of organic materials. To charge An electrostatic actuator characterized by being more sealed and Ink jet head using the actuator Is to provide. In addition, by having a second tube communicating with a plurality of the first tubes, an electrostatic actuator that does not vary between bits even when the diaphragm deforms during sealing, and Ink jet head using the actuator Is to provide.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the first technical means thereof is a diaphragm, a counter electrode disposed to face the diaphragm, and a vibration chamber that causes deformation of the diaphragm. And an electrostatic actuator that includes the vibration chamber and includes a first tube that communicates with the outside of the vibration chamber. A flexible substrate electrically connected to the counter electrode; The portion where the first pipe communicates with the outside is an organic material. After the sealing, the upper part of the organic material is covered with a second organic material having a lower gas permeability than the organic material, and the connection point between the counter electrode and the flexible substrate is It is sealed.
[0022]
First 2 The technical means of 1's The electrostatic actuator of the technical means is characterized in that a second pipe communicating with a plurality of the first pipes is provided.
[0023]
First 3 The technical means of 2 It is an ink jet head using the electrostatic actuator of the technical means, or an ink jet printer using the ink jet head.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of an electrostatic actuator which is a premise of the present invention.
In each electrostatic actuator forming the electrostatic ink jet head, the discharge chamber substrate 1 and the electrode substrate 2 are anodic bonded or directly Si bonded with a predetermined gap length formed by the vibration chamber 6. Since the temperature at the time of bonding is high, the air in the gap portion expands, and when the temperature drops to room temperature after bonding, the pressure in the gap portion becomes less than atmospheric pressure, so the diaphragm 3 at the bottom of the discharge chamber 5 is formed on the surface of the electrode substrate 2. Distortion occurs on the counter electrode 4 side, which causes a short circuit due to contact with the counter electrode 4 or an unnecessary stress applied to the diaphragm 3.
For this reason, it is necessary to once release the inside of the gap between the diaphragm 3 and the counter electrode 4 to the atmosphere. However, if the gap is left open to the atmosphere, dust is attracted by the action of static electricity and the dust adheres to the electrodes, and the vibration characteristics of the diaphragm 3 change. Therefore, in the conventional example, the vibration chamber 6 is released to the atmosphere through the passage, and after the discharge chamber substrate 1 and the electrode substrate 2 are cooled to room temperature after the passage outlet 7 is anodic bonded or directly Si bonded, the viscosity is reduced. Sealing is performed using an adhesive 8 such as high epoxy.
[0025]
In this case, there is a concern about generation of gas during curing of the adhesive during sealing and deformation of the diaphragm 3 due to curing shrinkage. In addition, there is a concern that the amount of the adhesive 8 entering the vibration chamber 6 may vary, and the vibration characteristics of the diaphragm 3 may vary.
The present invention provides a highly reliable electrostatic actuator and ink jet head in view of the problems that are concerned about the sealing described above.
[0026]
FIG. 2 is a plan view showing a series of steps for manufacturing the electrostatic actuator of the present invention, and FIG. 3 is a similar plan view showing steps subsequent to FIG.
First, as shown in FIG. 2A, a P-type (100) Si substrate 11 is prepared, and a counter electrode 12 and a gap 13 are formed thereon. Note that the P-type (100) Si substrate 11 serves as an electrode substrate for an electrostatic actuator.
Moreover, the communication hole 14 is formed so that each gap 13 of each actuator may communicate. A damper portion is provided in the middle of the communication hole 14.
[0027]
Next, as shown in FIG. 2B, a (110) Si substrate 15 in which boron is implanted is prepared, and a P-type (100) Si substrate 11 in which the counter electrode 12 and the gap 13 are formed and boron is implanted. The (110) Si substrate 15 is bonded by direct bonding, and then the polishing is performed until the thickness of the (110) Si substrate 15 into which boron has been implanted reaches 100 μm. The (110) Si substrate 15 into which boron is implanted serves as a discharge chamber substrate of the electrostatic actuator.
[0028]
Next, a nitride film serving as an etching mask is deposited on a substrate obtained by directly bonding (100) Si substrate 11 and boron-implanted (110) Si substrate 15, and as shown in FIG. 16, the discharge chamber 18 and the temporary bonding region 17 are formed by wet etching. A vibration chamber is formed by direct bonding of the (100) Si substrate 11 and the (110) Si substrate 15 implanted with boron.
[0029]
After that, as shown in FIG. 2D, the electrode extraction portion 19 of the (110) Si substrate (discharge chamber substrate) 15 into which boron has been implanted is opened by dry etching.
[0030]
Thereafter, as shown in FIG. 3E, the vibration chamber (gap portion) between the discharge chamber substrate 15 and the electrode substrate 11 is sealed with an elastic adhesive 20 having low outgas, low curing shrinkage, and high viscosity. However, sealing with only the elastic adhesive 20 lacks air resistance and is insufficient as sealing.
Thereafter, the wafer (Wafer) is cut into individual chips by dicing.
[0031]
Thereafter, as shown in FIG. 3F, the exposed counter electrode 12 of the individual electrode and the FPC cable 21 are electrically connected by an anisotropic conductive film. A driver IC is mounted on the FPC cable 21 by wire bonding.
Next, the low air-permeable organic sealing agent 22 is applied so as to cover the upper part of the elastic adhesive 20 having low outgas, low curing shrinkage, and high viscosity and in contact with the FPC cable 21. By this sealing, the gap portion is completely sealed. Further, since the coating is performed so as to come into contact with the FPC cable 21, the FPC cable 21 does not peel from the electrode substrate 11.
[0032]
Thereafter, an adhesive is applied to the upper surface of the discharge chamber substrate 15 in order to join the nozzle plate 24 and the actuator manufactured in the steps of FIGS. Thereafter, the photocurable adhesive 23 is applied as a temporary adhesive to the temporary adhesive application region 17 by a dispenser.
Thereafter, as shown in FIG. 3G, the nozzle plate 24 formed by Ni electroforming and the electrostatic actuator to which the adhesive is applied are aligned and pre-pressurized. Here, the temporary adhesive is cured by irradiating the photo-curing adhesive with ultraviolet rays UV, and the pressure is applied and heat-cured.
[0033]
As described above, in this manufacturing method, first, the first tube, that is, the portion where the gap portion communicates with the outside is sealed with the low-outgas, low-curing-shrinkage, and high-viscosity elastic adhesive 20, and then the low-air permeability The organic sealing material 22 is sealed together with the FPC cable 21.
By adopting such a configuration, it is possible to suppress the deformation of the diaphragm that occurs when the adhesive is cured, and it is possible to suppress the change with time of the deformation amount of the diaphragm accompanying the change in temperature and pressure. Moreover, since the 2nd pipe | tube which connects a some 1st pipe | tube, ie, the communicating hole 14, is comprised, the variation in the diaphragm deformation amount by the difference in the penetration | invasion amount to the pipe | tube of an adhesive agent can be suppressed.
[0034]
In another embodiment of the present invention, sealing is performed with an inorganic material or a laminated film having the inorganic material as the lowest layer. By adopting such a configuration, it is superior in air resistance compared to the case of only resin sealing, and it is possible to suppress the change over time in the amount of deformation of the diaphragm accompanying the change in temperature and pressure as in the configuration of the above embodiment. It becomes.
It is not necessary to completely seal with an inorganic material, and if the structure where the first tube communicates with the outside is complicated and cannot be sealed, then sealing may be performed with a low-permeability adhesive. By performing the inorganic sealing, the cross-sectional area of the portion where the first tube communicates with the outside is reduced, and the low-air-permeable adhesive hardly penetrates into the vibration chamber.
Moreover, the outgas which penetrate | invades into the vibration chamber from an adhesive agent is also few, and the deformation | transformation of a diaphragm by it is small.
[0035]
In addition, when a surface reaction type film is used as the inorganic material, complete sealing is possible even when the structure of the portion where the first tube communicates with the outside is complicated. In this case, the vibration chamber may be under atmospheric pressure depending on the device used. At this time, there is also a method in which the deformation of the diaphragm is eliminated once by connecting the second tube to the outside.
Moreover, you may absorb with the damper part formed in the middle of the 2nd pipe | tube.
[0036]
Next, different manufacturing processes for manufacturing the electrostatic actuator according to the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a discharge chamber portion showing a series of manufacturing steps for manufacturing the electrostatic actuator according to the present invention, and FIG. 5 is a cross-sectional view of a column portion between the discharge chamber portion and the discharge chamber portion.
As shown in FIGS. 4A and 5A, a P-type (100) Si substrate 31 (thickness: 625 μm) was prepared, and an oxide film 32 was formed to a thickness of 2 μm by wet oxidation. The oxidation conditions are 1050 ° C. and 18.5 h.
[0037]
Next, as shown in FIG. 4B, the resist was patterned using a gradation mask, and the oxide film 32 was patterned by dry etching and wet etching. A non-parallel gap can be formed by forming an electrode shape using a gradation mask, and an electrode shape advantageous for lowering the voltage can be formed. As shown in FIG. 5B, a communication hole 41, that is, a second tube was formed in a column portion between each electrode pattern so as to communicate a plurality of vibration chambers, that is, the first tube.
[0038]
Next, as shown in FIGS. 4C and 5C, TiN33 to be a counter electrode was formed to a thickness of 200 nm by sputtering.
Thereafter, TiN 33 was separated by etching for individual electrodes, and then a silicon oxide film 34 was formed to a thickness of 200 nm as an electrode protective film.
Next, the silicon oxide film 32 and TiN 33 other than the electrode part were removed by dry etching and wet etching, respectively.
In addition, what is shown in FIG.4 (C) and FIG.5 (C) becomes an electrode substrate of an electrostatic actuator.
[0039]
Thereafter, as shown in FIGS. 4D and 5D, a (110) Si substrate 35 having a thickness of 400 μm into which boron has been implanted is bonded by direct bonding at 900 to 1000 ° C., and then the thickness is increased to 100 μm. Polishing was performed until
[0040]
Next, a nitride film is laminated on the electrode substrate 31 and the Si substrate 35 and patterned to form an electrode substrate (FIGS. 4C and 5C) as shown in FIGS. The back channel 36 was formed by wet etching.
[0041]
Thereafter, as shown in FIGS. 4F and 5F, the discharge chamber 37 was formed by wet etching. At this time, the temporary adhesive region 17 and the pad opening region for discharging chamber joining described in FIGS. 2 and 3 were formed at the same time. Since the etching rate is lower in the region where boron is implanted than in the Si region where boron is not implanted, it is possible to selectively leave only the boron implanted region. Since the electrode substrate and the Si substrate 35 shown in FIG. 4C and FIG. 5C are joined under reduced pressure, the region that has been etched to become a thin film is bent downward.
Thereafter, the boron-implanted Si substrate 35 and the silicon oxide film 32 were etched to open the back channel 36.
[0042]
Thereafter, as shown in FIGS. 4G and 5G, the Si substrate 35 in the electrode lead-out portion was opened by etching. At this time, since the gap portion (vibration chamber) is opened to the atmosphere, the diaphragm has a horizontal shape.
[0043]
Thereafter, as shown in FIGS. 4 (H) and 5 (H), the open ends communicating from the respective vibration chambers to the outside were sealed with an elastic adhesive 39. In this example, sealing was performed using Toho Kasei's Ultite 1540.
Thereafter, the wafer was separated into chips by dicing.
[0044]
Further, the sealing member that seals the open end that communicates with the outside from each vibration chamber may be a CVD oxide film using ozone TEOS or a laminated film having the CVD oxide film using ozone TEOS as the lowermost layer. it can. By adopting such a configuration, there is no air permeability as compared with the case of sealing with a resin material, and stable driving is possible without change over time in the amount of deformation of the diaphragm due to temperature and pressure changes. Further, by using a CVD oxide film using ozone TEOS, the first tube, that is, the tube connected to the vibration chamber can be sealed regardless of the shape of the portion communicating with the outside.
[0045]
Further, the sealing member for sealing the portion where the vibration chamber communicates with the outside can be a nitride film using LP-CVD, or a laminated film with the nitride film using LP-CVD as the lowermost layer. . By adopting such a configuration, there is no air permeability as compared with the case of sealing with a resin material, and stable driving is possible without change over time in the amount of deformation of the diaphragm due to temperature and pressure changes. Further, by using a nitride film using LP-CVD, sealing can be performed regardless of the shape of the portion where the first tube communicates with the outside.
[0046]
Thereafter, as shown in FIGS. 4I and 5I, the FPC cable 40 was electrically connected by an anisotropic conductive film. A driver IC is mounted on the FPC cable 40 by wire bonding.
Next, sealing was performed with a fluororubber-based adhesive 41 so as to cover the elastic adhesive 39 from above and further contact with the FPC cable 40. This fluororubber adhesive 41 is excellent in air permeability.
The actuator part of the electrostatic ink jet head was manufactured by the series of steps described above.
[0047]
Next, an ink jet head using an electrostatic actuator formed by the above manufacturing process will be described.
FIG. 6 is an exploded perspective view showing an ink jet head using an electrostatic actuator.
In order to join the electrostatic actuator 51 connected to the FPC cable 54 on which the driver IC 53 is mounted and the nozzle plate 55, an adhesive was applied to the upper surface of the discharge chamber substrate formed in the electrostatic actuator 51. When the discharge chamber substrate and the nozzle plate 55 are bonded with an adhesive, the protrusion of the adhesive affects the jetting characteristics, so that the coating film thickness needs to be about 1 μm. Therefore, the method of applying the adhesive on the upper surface of the discharge chamber was performed by the transfer method. In this embodiment, the adhesive was thinned on the roller with a doctor blade, the adhesive was transferred from the roller by the transfer pad, and the adhesive was transferred from the transfer pad to the upper surface of the silicon liquid chamber.
[0048]
Further, in order to position the nozzle plate 55 and the discharge chamber, an ultraviolet curable adhesive for temporary bonding was applied to the temporary adhesive application region 52 of the discharge chamber substrate by a dispenser.
Then, the nozzle plate 55 formed by Ni electroforming and the electrostatic actuator 51 coated with an adhesive were aligned and pre-pressurized.
Thereafter, the ultraviolet curable adhesive was irradiated with ultraviolet rays to cure the adhesive, and this pressure was applied to heat cure. At the time of heat bonding, warping occurs due to the difference in linear expansion coefficient between silicon and the nozzle plate (Ni or SUS). If warping occurs, the actuator may be destroyed by internal stress. Therefore, since it is better for the curing temperature of the adhesive to be low, a two-component mixed type (room temperature curing type) epoxy adhesive was used. The lower the curing temperature, the better, but in this example, curing was performed at 50 ° C.
Further, the joint portion 56 for supplying ink from the ink supply tank or the ink cartridge and the frame 58 on which the filter 57 is heat-welded are adhesively bonded.
An adhesive was applied to the frame 58 to bond the actuator 51 and the nozzle plate 55 together, and the actuator was aligned and bonded.
[0049]
With the above configuration, by applying a pulse voltage to the counter electrode which is an individual electrode, the diaphragm is deformed to the counter electrode side by electrostatic force. Then, the ink passes from the common liquid chamber through the fluid resistance portion and flows into the discharge chamber, and the volume of the discharge chamber increases. Here, when the pulse voltage is released, the electrostatic force disappears and the diaphragm returns to the original state. The pressure in the discharge chamber rises due to the elastic force of the diaphragm, and ink is ejected from the nozzle holes provided in the nozzle plate.
[0050]
【The invention's effect】
According to the invention of claim 1, in the electrostatic actuator, the portion where the first tube communicates with the outside is sealed by a plurality of laminated films made of an organic material, so there is less outgassing and curing shrinkage, Sealed using a high-viscosity sealant, and then sealed with a low-permeability sealant to prevent deformation of the diaphragm due to outgassing and cure shrinkage when the sealant is cured In addition, since the air permeability is low, it is possible to prevent the vibration deformation amount with time when the temperature and pressure are changed.
[0051]
Also, A flexible substrate electrically connected to the counter electrode is provided, and the connection portion between the counter electrode and the flexible substrate is sealed with the second organic material, so that a low air-permeable material is used as the second organic material. By selecting, it is possible to prevent the vibration deformation amount with time when the temperature and pressure are changed. In addition, since the second organic material is in contact with the flexible substrate, the flexible substrate can be prevented from peeling from the electrode substrate, and a highly reliable electrostatic actuator can be provided.
[0056]
Claim 2 According to the invention, since the second pipe communicated with a plurality of the first pipes is used, an organic material is used as the sealing material, and even when the diaphragm deformation occurs due to outgassing, curing shrinkage, or the like. Since there is the second tube, it is possible to reduce the variation between the bits.
[0057]
Claim 3 According to the present invention, claims 1 to 2 Since this is an inkjet head or inkjet printer using an electrostatic actuator, it is possible to prevent changes in the amount of deformation of the diaphragm when the temperature and pressure change over time. An ink jet head or an ink jet printer with little variation can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of an electrostatic actuator which is a premise of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing a series of steps for manufacturing the electrostatic actuator of the present invention.
FIG. 3 is a plan view showing a step subsequent to FIG. 2 for manufacturing the electrostatic actuator of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a discharge chamber showing a series of manufacturing steps for manufacturing the electrostatic actuator of the present invention.
5 is a cross-sectional view of a column portion between a discharge chamber portion and a discharge chamber portion in FIG. 4. FIG.
FIG. 6 is an exploded perspective view showing an ink jet head using an electrostatic actuator.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Discharge chamber substrate, 2 ... Electrode substrate, 3 ... Vibration plate, 4 ... Counter electrode, 5 ... Discharge chamber, 6 ... Vibration chamber, 7 ... Open end of passage, 8 ... Adhesive, 11 ... P type (100) Si substrate 11 (electrode substrate), 12 ... counter electrode, 13 ... gap, 14 ... communication hole, 15 ... Si substrate into which boron has been injected (110) Si substrate (discharge chamber substrate), 16 ... back channel portion,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 17 ... Temporary adhesion area | region, 18 ... Discharge chamber, 19 ... Electrode extraction part, 20 ... Elastic adhesive, 21 ... FPC cable, 22 ... Organic sealing agent, 23 ... Photocurable adhesive, 24 ... Nozzle plate, 31 ... P-type (100) Si substrate 11 (electrode substrate), 32 ... oxide film, 33 ... TiN, 34 ... Si oxide film, 35 ... boron-injected (110) Si substrate (discharge chamber substrate), 36 ... back channel 37 ... Discharge chamber, 39 ... Elastic adhesive, 40 ... FPC cable, 41 ... Fluoro rubber adhesive, 51 ... Electrostatic actuator, 52 ... Temporary adhesive application area, 53 ... Driver IC, 54 ... FPC cable 55 ... Nozzle plate, 56 ... Joint part, 57 ... Filter, 58 ... Frame.

Claims

振動板と、該振動板と対向配置された対向電極と、前記振動板に変形を生じさせる振動室と、該振動室を含み該振動室が外部に連通するための第１の管を備えている静電型アクチュエータにおいて、
前記対向電極と電気的に接続したフレキシブル基板を有し、
前記第１の管が外部と連通する箇所が、有機材料によって封止された後、
前記有機材料より低透気性の第２の有機材料によって、前記有機材料の上部が覆われ、かつ前記対向電極と前記フレキシブル基板との接続個所が封止されている
ことを特徴とする静電型アクチュエータ。A vibration plate; a counter electrode disposed opposite to the vibration plate; a vibration chamber that causes deformation of the vibration plate; and a first tube that includes the vibration chamber and communicates with the vibration chamber. In the electrostatic actuator
A flexible substrate electrically connected to the counter electrode;
After the portion where the first pipe communicates with the outside is sealed with an organic material ,
An electrostatic type characterized in that the upper part of the organic material is covered with a second organic material having a lower gas permeability than the organic material, and the connection portion between the counter electrode and the flexible substrate is sealed. Actuator.

請求項１記載の静電型アクチュエータにおいて、前記第１の管の複数に連通する第２の管を有していることを特徴とする静電型アクチュエータ。2. The electrostatic actuator according to claim 1 , further comprising a second tube communicating with a plurality of the first tubes.

請求項１または２のいずれかに記載の静電型アクチュエータを使用したインクジェットヘッド、または該インクジェットヘッドを使用したことを特徴とするインクジェットプリンタ。An ink jet head using the electrostatic actuator according to claim 1 or an ink jet printer using the ink jet head.