专利名称：静电激励器及其制造方法、液滴喷头及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种静电激励器以及其制造方法、应用静电激励器的液滴喷头以及其制造方法、具备液滴喷头的液滴喷吐装置、具备静电激励器的设备。
背景技术：
喷墨记录装置，具有可高速打印、记录时的噪音极小，油墨的自由度很高、可以使用廉价的普通纸等许多优点。近年来，即便在喷墨记录装置中，也是所谓油墨·打开·请求(ink·on·demand)方式的喷墨记录装置成为主流，其仅在需要记录时喷出油墨液滴。该油墨·打开·请求方式的喷墨记录装置，存在不需要记录所不需要的油墨液滴的回收等的优点。
在该油墨·打开·请求方式的喷墨记录装置中，存在所谓静电驱动方式的喷墨记录装置，作为使油墨液滴喷出的方法，其在驱动机构中利用静电力。并且，存在所谓的压电驱动方式的喷墨记录装置，其在驱动机构中利用压电元件；或所谓气泡式喷墨(bubblejet，登录商标)方式的喷墨记录装置等，其利用发热元件等。
在上述静电驱动方式的喷墨记录装置中，通过使振动板和与其对置的对置电极带电，从而在对置电极侧吸引振动板使之偏转。一般将这样通过使2种物体带电，从而进行驱动的机构称作静电激励器。在应用喷墨记录装置等的静电激励器的装置中，一般在由气体等组成的基板(电极基板)上形成多条槽，在其内部形成对置电极使振动板和对置电极之间具有间隙。
最近的喷墨记录装置中，促进了高密度化，随着该高密度化振动板的宽度变小了。因此，产生的问题在于，油墨的排除体积(振动板的平面面积×间隙宽度)变小，随着高密度化，油墨的喷出量变少。
为了消除这样的问题，考虑将间隙扩大确保油墨的排出体积，但若将振动板与对置电极之间的间隙扩大，则有必须使用于驱动振动板的驱动电压变大的问题。
在以往的静电激励器中，形成对置电极的细长形状的槽在宽度方向呈阶梯状，通过使对置电极和振动板之间的间隙宽度为2个种类以上，从而使驱动电压降低(例如参照专利文献1)。
另外，按照使形成对置电极的槽在宽度方向形成阶梯状，在对置电极以及振动板的中央部，间隙扩大的方式，缓和振动板的中央部的急剧的弯曲，防止振动板中央部的应力变大，使喷墨头的耐久性提高(例如参照专利文献2)。
但是，上述以往的静电激励器以及喷墨头中，由于使形成对置电极的细长形状的槽在宽度方向形成阶梯状，且在对置电极以及振动板的中央部的间隙变大，因此产生的问题在于，用于使弯曲变形最大的振动板在长度方向中央部与对置电极对接的驱动电压不怎么降低。
专利文献1特开2000-318155号公报(图2、图4、图5)专利文献2特开平11-291482号公报(图4～图7)发明内容本发明就是用于解决上述问题的，其目的在于提供一种即使构成静电激励器的一方电极的位移量很大，也能够以低的电压进行驱动的静电激励器以及其制造方法。同时，其目的在于提供一种应用该静电激励器的液滴喷头以及其制造方法、具备该液滴喷头的液滴喷吐装置、和具备上述静电激励器的设备。
本发明的静电激励器，具备构成一方电极的振动板、和形成与该振动板隔着间隙对置的对置电极的、电极基板，上述对置电极，其在上述电极基板上所形成的平面形状为大致长方形状的槽部形成，且形成随着向上述槽部的长边方向的中央部，上述间隙变大的多个段(阶梯状)。根据该静电激励器，与使槽部在短边(宽度)方向为阶梯状的情况相比，可对于振动板产生更大的力矩，即使振动板的位移量很大，也能使其驱动电压有效降低。另外，由于在槽部的中央部，间隙长度最长，在槽部的端部间隙长度最短，因此振动板从两端部开始变形，能够使驱动电压有效降低。
优选上述对置电极的各段的段差，随着从上述槽部的长边方向端部向中央部而变小。
如果形成阶梯状的槽部的段差，按照随着从槽部的端部向中央部而变小的方式形成，则在槽部的端部间隙长度最短的部分，以使振动板与对置电极对接的驱动电压，便可使振动板整体与对置电极对接，以很低的驱动电压便可进行驱动。因此，在将该激励器应用于液滴喷头的压力室的压力变动机构中的情况下，以很低的驱动电压可确保足够的液滴喷吐量。
另外，优选在上述对置电极的各段的边界部中，相邻的段按照进入到对方侧的方式所形成、或者在相邻的段的上段端部，形成至少由1个凹部形成的段差转移部、或者在上述相邻的段的下段端部，形成至少由1个凸部形成的段差转移部。
根据这些静电激励器，在段差部吸引振动板的静电吸引力，以在上段部的对接、在段差边界部的对接、和在下段部的对接的顺序产生，通过前段部分的对接，使接下来对接的部分的电场逐步变高。这样，便可利用与很窄的间隙对应的施加电压，进行振动板与对置电极的对接。
优选与上述对置电极的长边方向正交的宽度，随着从上述槽部的长边方向端部向中央部而按每个各段面依次变宽。由此，是因为由于在更宽的范围内作用静电吸引力，因此易诱发在振动板上对置电极相邻的段部的持续对接。
优选上述电极基板，由硼硅酸玻璃构成。若按照这样，则即使电极基板与硅制振动板接合，由于它们的膨胀率大不相同，因此也能够防止因热导致的错位。并且，优选上述对置电极，由ITO构成。由于ITO是透明的，因此存在在电极基板与硅制振动板的阳极接合时，能够确认放电状态的优点。
本发明的液滴喷头，具备上述任一项技术方案所述的静电激励器，上述振动板构成将液滴保留使之喷出的压力室的壁面。
本发明的液滴喷出装置，搭载上述液滴喷头。
本发明的设备，具备上述任一项技术方案所述的静电激励器。
在这些液滴喷头、液滴喷吐装置、以及设备中，能够以低电压进行液滴喷吐等的动作，并且可实现装置的小型化。
本发明的静电激励器的制造方法，具有槽形成工序，其在电极基板上实施多次蚀刻，形成平面形状为大致长方形状，随着向其长边方向的中央部而变深的阶梯状的槽部；电极形成工序，其在上述槽部的内部将电极材料成膜，形成具有与该槽部的段差对应的段差形状的对置电极；和接合工序，其将结束了上述各工序后的电极基板、与构成一方电极的振动板或者之后形成振动板的基板接合，且使上述对置电极与上述振动板或者上述基板的振动板形成预定面对置。根据该方法，能够得到具有上述特性的静电激励器。
另外，优选上述槽部的各段的段差为，随着从上述槽部的长边方向端部向中央部而变小。这样，对置电极的段差也与之对应，能够随着从长边方向端部向中央部而变小。
并且，优选与上述槽部的长边方向正交的宽度，随着从上述槽部的长边方向端部向中央部而按每个各段面依次变宽。这样，对置电极的宽度也与之对应随着从长边方向端部向中央部而变大。
进一步，优选在上述槽部的内部形成的对置电极的平坦厚度，比上述槽部的任一个段差更厚。按照这样一旦成膜形成对置电极，便能够防止对置电极在段差的边界部的中断。
在上述槽形成工序中，优选在上述槽部的各段的边界部，按照相邻的段相互进入到对方侧的方式，形成槽。
并且，在上述槽形成工序中，优选在上述槽部的各段的边界部，在相邻的段的上段端部形成至少由1个凹部形成的段差转移部、或者在上述相邻的下段端部形成至少由1个凸部形成的段差转移部。
本发明的液滴喷头的制造方法，应用上述任一项技术方案所述的静电激励器的制造方法，构成保留液滴使之喷出的压力室的压力变动机构。根据该方法，便能够得到很低的驱动电压且驱动性能高的液滴喷头。
图1为表示本发明第1实施方式的静电激励器以及液滴喷头的剖面图。
图2为表示图1的槽部、对置电极以及振动板的部分的放大剖面图。
图3为关于用于驱动使振动板与对置电极对接的驱动电压以及间隙长度的说明图。
图4为关于用于驱动使振动板与对置电极对接的驱动电压的说明图。
图5为表示第1实施方式的液滴喷头的制造方法一例的剖面工序图。
图6为继图5之后的工序图。
图7为继图6之后的工序图。
图8为表示本发明第2实施方式的静电激励器的剖面图。
图9为说明图8的对置电极的段差部的第1构成的仰视图。
图10为说明图8的对置电极的段差部的第2构成的仰视图。
图11为说明图8的对置电极的段差部的第3构成的仰视图。
图12为表示本发明第3实施方式的液滴喷吐装置的立体图。
图中1-液滴喷头，2-空穴基板，3、3A-电极基板，4-喷嘴基板，6-第1喷嘴孔，7-第2喷嘴孔，8-喷嘴，10-液滴喷吐面，11-接合面，12、12A-振动板，13-喷出室，14-储藏室，15-孔，16-绝缘膜，17、17A-对置电极，18-油墨供给孔，19、19A-槽部，19a-连通槽，20、20A-间隙，21-电极取出部，22-密封材料，24-边界部(或者段差转移部)，25、25A-驱动电路。
具体实施例方式
第1实施方式图1为表示本发明第1实施方式的液滴喷头的纵剖图。图1中，表示将本发明的静电激励器应用于液滴喷头的例子，该液滴喷头，为静电驱动方式的面喷射类型。
本第1实施方式的液滴喷头1，主要由通过将空穴基板2、电极基板3、以及喷嘴基板4接合而构成。
喷嘴基板4，由硅等组成，形成喷嘴8，其具有例如圆筒状的第1喷嘴孔6、和与第1喷嘴孔6连通，比第1喷嘴孔6孔径大的圆筒状的第2喷嘴孔7。第1喷嘴孔6，按照在液滴喷吐面10(与空穴基板2的接合面11的相反面)上开口的方式形成，第2喷嘴孔7，按照在与空穴基板2的接合面11上开口的方式形成。
另外，在喷嘴基板4上，形成成为用于使以下所示的喷吐室13与储藏室14连通的喷口15的凹部。相对多个喷出室13分别逐个形成该喷口15。并且，喷口15，也可在空穴基板2的喷嘴基板4侧形成。
空穴基板2，由例如单晶硅组成，形成多个成为喷出室13的凹部。作为构成喷出室13的1个壁面的底壁，成为具有韧性的振动板12。并且，多个喷出室13为，从图1的纸面前侧至纸面里侧平行并列而形成。另外在空穴基板12中，形成用于向各喷出室13供给油墨等的液滴的储藏室14的凹部。在如图1所示的液滴喷头1中，储藏室14，由单一的凹部形成。
进一步在空穴基板2的接合电极基板3的一侧的面，形成由氧化硅或氧化铝等组成的绝缘膜16。该绝缘膜16，防止液滴喷头1在驱动时的绝缘破坏或短路。并且，在空穴基板2的与喷嘴基板4接合的一侧面，形成由氧化硅等组成的耐液滴保护膜(未图示)。该耐液滴保护膜，防止因喷出室13或储藏室14内部的液滴而将空穴基板2蚀刻。
在空穴基板2的振动板12侧，接合例如由硼硅酸盐玻璃组成的电极基板3。在该电极基板3的接合面多个槽部19形成具有短边和长边的长方形状，该槽部19，形成长度方向的中央部最深，向两端部变浅的阶梯状。并且，在此所谓槽部19，是指面对振动板12的部分，区别于与电极取出部12连通的连通槽19a。并且，在槽部19的内部，形成与构成一方的电极的振动板12对置的多个对置电极17。该对置电极17，由喷溅例如ITO(Indium Tin Oxide)而形成。并且，槽部19与对置电极17之间的空间，成为间隙(间隙)20。关于槽部19以及对置电极17后面详细描述。
进一步，在电极基板3上，形成与储藏室14连通的油墨供给孔18。该油墨供给孔18，与在储藏室14的底壁设置的孔连接，用于从外部向储藏室14供给油墨等的液滴而设置。另外，为了防止水蒸气等浸入间隙20，而由密封材料22将由间隙20以及连通槽19a形成的空间密封。
在此，针对图1所示的液滴喷头1的动作进行说明。空穴基板2和各个对置电极(也称作单个电极)17中连接有驱动电路25。并且，对置电极17与驱动电路25的连接，是在电极取出部21的部分进行的。若通过驱动电路25向空穴基板2和电极17之间施加脉冲电压，则振动板12向对置电极17侧折弯，在储藏室14的内部保留的油墨等的液滴向喷出室13流入。另外，本第1实施方式中，当振动板12折弯时，对置电极17与振动板12(经由绝缘膜16)连接。并且，若没有向空穴基板2与电极17之间施加的电压，则振动板12返回原始的位置，喷出室13的内部压力变高，从喷嘴8喷出油墨等的液滴。这样，本第1实施方式中，由振动板12和对置电极17构成静电激励器。另外，包含振动板12和对置电极17，甚至驱动电路25，都称作静电激励器。
本第1实施方式中，作为应用本发明的静电激励器的例子，虽然表示静电驱动方式的液滴喷头，但本第1实施方式所示的液滴喷头以及其制造方法，还可应用于微型泵等的MEMS(Micro Electro Mechanical System)设备等中。
图2，是图1的槽部19、对置电极17以及振动板12的部分放大纵剖图。图2(a)，是包含对置电极17在内的放大纵剖图，图2(b)，是除去对置电极17后的状态的放大纵剖图。并且图2(a)以及图2(b)中，表示槽部19的长边方向，槽部19的短边方向，是从纸的前面向纸的背面的方向。
如图2(b)所示，阶梯状的槽部19，长边方向的中央部最深(深度A3)，中央部的两端部侧比中央部浅(深度A2)，最两端的部分最浅(深度A1)。即，成立A3＞A2＞A1的关系。另外，虽然图1以及图2所示的槽部19，成为3段的阶梯状，但是也可以是4段以上。并且，优选如图2(b)所示的槽部19的段差，随着从槽部19的两端部向中央部而依次变小。但是，并非一定需要遵循那样。也可以是(A2-A1)≥(A3-A2)的关系。本实施方式1中的液滴喷头1中，满足A1＞(A2-A1)＞(A3-A2)的关系。
在如图2(a)所示的液滴喷头1中，在阶梯状的槽部19的内部形成对置电极17。该对置电极17，由喷溅例如ITO而形成，一般对置电极17由在槽部19的内部相同的膜厚而形成。这样，当对置电极17在槽部19的平坦部，由相同的膜厚形成时，令对置电极17的厚度为t，则振动板12与对置电极17之间的间隙长度(间隙20的长度)，在槽部19的长边方向的中央部为G3＝A3-t，在中央部的两端部侧为G2＝A2-t，在最两端的部分为G1＝A1-t。
根据上述关系，成立G3＞G2＞G1的关系，并且成立G1＞(G2-G1)＞(G3-G2)的关系。即，振动板12与对置电极17之间的间隙长度为，随着从槽部19的长边方向的中央部向两端部而变短，并且每个段差的间隙长度的差值，是随着从槽部19的两端部向中央部而变小的。
另外，本第1实施方式中，对置电极17在槽部19内平坦部的厚度t，其形成为比形成阶梯状的槽部19的任一个段差还厚。其成立t＞(A2-A1)＞(A3-A2)的关系。这样，防止对置电极17在段差部中的失调(断开)。
图3以及图4，为用于针对驱动电压以及间隙长度进行说明的图，该驱动电压用于驱动使振动板与对置电极对接。另外，图3以及图4中，虽然通过振动板12从静电力最强的槽部19的两端部侧依次变形这样的模块而说明，但实际的振动板12，一般在槽部19的两端部与中央部几乎同时开始驱动。另外，图3以及图4中，所谓振动板12，包含在振动板12的间隙20侧形成的绝缘膜16，省略了图示。进一步，图3以及图4中，为了容易理解，图示使对置电极17的厚度比实际的厚度更薄。
图3(a)，为表示槽部19的端部(左侧)的纵剖图。另外如图3(a)所示的液滴喷头，与图1以及图2所示的液滴喷头1相同，由点划线表示振动板12的初始位置。并且，设为ΔG1＝(G2-G1)。
令G1为槽部19在两端部的间隙长度，令x为振动板12向对置电极17方向的位移量，令V为振动板12与对置电极17之间的电位差，则在槽部19的两端部作用在振动板12与对置电极17之间的静电力Fin由下式所表示。
Fin=Fin(x,V)=α(VG1-x)]]>(α为常数)……(1)并且，当振动板12折弯时，作用在振动板12中的复原力Fp，由下式表示。
Fp=Fp(x)=xC]]>(C为常数)……(2)另外式(2)中的常数C，由振动板12的材料参数、尺寸等规定。
在此如图3(b)所示，关于振动板12与槽部19的两端部的间隙长度为G1的部分对接，只要在振动板12的位移量改变期间，始终给振动板12与对置电极17之间施加使静电力Fin超过复原力Fp这样的电位差Vhit即可。
若用算式表示，则始终成立Fin(x，Vhit)≥Fp(x)……(3)图3(c)，为表示在槽部19的两端部作用在振动板12与对置电极17之间的静电力Fin、与作用在振动板12中的复原力Fp的关系的曲线图。另外图3(c)，为采用一般的液滴喷头的数据，G1＝200(nm)。另外，采用电压(V)作为电位差的单位，采用毫微米(nm)作为振动板12的位移量。
如图3(c)所示，当振动板12与对置电极17之间的电位差为14V(图3(c)的曲线B)以及16V(图3(c)的曲线C)时，有些部分静电力Fin未超过复原力Fp(图3(c)的直线A)，振动板12未与槽部19的两端部的电位差为G1的部分对接。但是，当振动板12与对置电极17之间的电位差为20V(图3(c)的曲线D)时，由于静电力Fin始终超过复原力Fp，因此振动板12与槽部19的两端部的间隙长度为G1的部分对接。即，成为Vhit＝20(V)。根据本发明的构成，通过以该电位差Vhit驱动振动板12，从而可使振动板12的全体与对置电极17对接，其原因以下进行说明。
如图3(b)所示，在振动板12与对置电极17的间隙长度G1的部分对接的状态下，在槽部20的间隙长度为G2的部分作用在振动板12与对置电极17之间的静电力Fin1以及作用在振动板12中的复原力Fp1(参照图3(b))，由下式表示。
Finl=Fin(ΔG1,Vhit)=α(VhitΔG1)---(4)]]>Fp1=Fp(G1)=G1C---(5)]]>在此，如果设定ΔG1使满足Fp1＜Fin1，则振动板12与对置电极17之间的电位差不会比Vhit大，可使间隙长度为G2的部分的振动板12折弯，产生如图4(d)所示这样的折弯变形。
这时，在间隙长度为G2的部分作用在振动板12与对置电极17之间的静电力Fin以及作用在振动板12中的复原力Fp，由下式表示。另外，式(6)、(7)为，振动板12从图3(b)的状态进一步产生变形，将在间隙长度为G2的部分产生折弯的位移量设为y(nm)(参照图4(d))。
Fin=α(VhitΔG1-y)2=α(VhitG1-(G1-ΔG1+y))2=α(VhitG1-(x-ΔG1))2]]>＝Fin(x-ΔG1，Vhit) ……(6)Fp＝Fp(G1+y)＝Fp(x)……(7)并且在式(6)、(7)中，利用x＝G1+y的关系对算式进行整理。
图4(e)，为表示在槽部19的间隙长度G2的部分作用在振动板12与对置电极17之间的静电力Fin，与作用在振动板12中的复原力Fp的关系的曲线图。并且，在图4(e)中，ΔG1＝67(nm)，G2＝G1+ΔG1＝200+67＝267(nm)。另外，在图4(e)中，直线A、直线D，与图3(c)所示相同，曲线E，为有关槽部19的间隙长度G2的部分。
如图4(e)所示如果适当设定ΔG1，则始终静电力Fin超过复原力Fp，振动板12与对置电极17之间的电位差仍然为Vhit，可使振动板12与槽部19的间隙长度G2的部分对接。
同样地，关于槽部19的中央部的间隙长度为G3的部分作考虑。
在振动板12与对置电极17的间隙长度G2的部分对接的状态下，在槽部20的间隙长度G3的部分，作用在振动板12与对置电极17之间的静电力Fin2以及作用在振动板12中的复原力Fp2，由下式表示。并且在此，设为ΔG2＝(G3-G2)。
Fin2=Fin(ΔG2,Vhit)=α(VhitΔG2)2---(8)]]>Fp2=Fp(G2)=G2C---(9)]]>在此，如果设定ΔG2使得满足Fp2＜Fin2，则振动板12与对置电极17之间的电位差不会大于Vhit，可使间隙长度为G3的部分的振动板12折弯，产生如图4(f)所示这样的折弯变形。
这时，在间隙长度为G3的部分，作用在振动板12与对置电极17之间的静电力Fin以及作用在振动板12中的复原力Fp由下式表示。另外式(10)、(11)中，将振动板12在间隙长度G3的部分折弯了的位移量设为z(nm)(参照图4(f))。
Fin=α(VhitΔG2-z)2=α(VhitG1-(G1-ΔG2+z))2=α(VhitG1-(x-ΔG1-ΔG2))2]]>
＝Fin(x-ΔG1-ΔG2，Vhit) ……(10)Fp＝Fp(G2+z)＝Fp(x)……(11)并且式(10)、(11)中，利用x＝G2+z＝G1+ΔG1+z的关系对算式进行整理。
图4(g)，为表示在槽部19的间隙长度为G3的部分，作用在振动板12与对置电极17之间的静电力Fin，与作用在振动板12中的复原力Fp的关系的曲线图。并且，在图4(g)中，ΔG2＝54(nm)，G3＝G1+ΔG1+ΔG2＝200+67+54＝321(nm)。另外图4(g)中，直线A、直线D、直线E，与图4(e)所示相同，曲线F，为有关槽部19的间隙长度G3的部分。
如图4(g)所示，如果适当设定ΔG2，则始终静电力Fin超过复原力Fp，振动板12与对置电极17之间的电位差仍然为Vhit，可使振动板12与槽部19的间隙长度G3的部分对接。
在此，关于在间隙长度为G2以及G3的部分，用于使振动板12与对置电极17对接的ΔG1以及ΔG2的条件进行考虑。
为了求出满足Fp(0)＜Fin(0，Vhit)、Fp1＜Fin1，Fp2＜Fin的解，在此，为了方便起见，令Fp1＝Fin1，Fp2＝Fin2。关于复原力，由于Fp(0)＜Fp1＜Fp2，因此成立Fin(0，Vhit)＜Fin1＜Fin2。
若在该式中代入下式，则得到关于G1、ΔG1、ΔG2的关系式。
Fin(0,Vhit)=α(VhitG1)2---(12)]]>Finl=Fin(ΔG1,Vhit)=α(VhitΔG1)2---(13)]]>Fin2=Fin(ΔG2,Vhit)=α(VhitΔG2)2---(14)]]>即，得到G1＞ΔG1＞ΔG2的关系式。这样如上述如果设定槽部19的段差使得G1＞(G2-G1)＞(G3-G2)，则以在槽部19的两端部(间隙最短的部分)，用于振动板12与对置电极17对接的驱动电压Vhit，便可使振动板12的整体与对置电极17对接。这样，可降低驱动电压，同时可确保例如液滴喷头1中的液滴的喷吐量。另外，关于用于使上述振动板12与对置电极17对接的驱动电压以及槽部19的段差的详细描述，即使在槽部19的段差为4段以上的情况下也同样。
图5、图6以及图7，为表示本发明的第1实施方式的液滴喷头的制造工序的纵剖图。图5至图7，表示制造图1以及图2所示的液滴喷头1的工序，并且仅表示槽部19的周边部。另外液滴喷头1的制造方法，并非限定于图5至图7所示。
首先，准备例如厚度为2～3mm且由硼硅酸玻璃组成的基板3a(图5(a))，通过机械研磨将例如基板3a的厚度研磨至1mm为止之后，用例如氟酸水溶液对基板3a的整体进行10～20μm蚀刻，去除加工变质层(图5(b)。该加工变质层的去除，可以是用例如SF6等进行的干蚀刻，也可以是用氟酸水溶液进行的旋转蚀刻。在进行干蚀刻时，可在基板3a的单面将加工变质层有效去除，不需要相反面的保护。另外，在进行旋转蚀刻时，所需要的蚀刻液为少量，并且由于始终供给新的蚀刻液，因此可进行稳定的蚀刻。并且，在图5(b)的工序中，代替机械研磨，可仅由例如氟酸水溶液使基板3a变薄。并且在图5(b)的工序之后，通过用酸性水溶液进行基板3a的表面处理，使基板3a的润湿性提高，从而能够促进后面工序的蚀刻。
接着，通过例如喷溅在变薄后的基板3a的单面整体，形成由铬(Cr)组成的蚀刻掩模30(图5(c))。
接着通过光刻法在蚀刻掩模30的表面形成给定形状的抗蚀剂(未图示)的图案，进行蚀刻，形成蚀刻掩模30为与槽部19的中央部(间隙长度G3的部分)对应的形状的开口部(图5(d))。另外，该开口部，一般形成多个长方形状。
然后，通过用例如氟酸水溶液对基板3a进行蚀刻，从而形成第1槽部19b(图5(e))。另外，这时的蚀刻量(蚀刻的深度)，成为图2(b)中的A3-A2。
之后，再次通过光刻法在蚀刻掩模30的表面形成给定形状的抗蚀剂(未图示)的图案，进行蚀刻，按照蚀刻掩模30成为与槽部19的间隙长度G2的部分(参照图1、图2)对应的形状的方式，在长边方向(图5以及图6的纸面左右方向)两侧展开开口部(图6(f))。
接着，通过用例如氟酸水溶液对基板3a进行蚀刻，从而形成第2槽部19c(图6(g))。并且使这时的蚀刻量(蚀刻的深度)，成为图2(b)中的(A2-A1)。另外，第2槽部19c，如图6(g)所示，成为2段的形状。
然后，再次通过光刻法在蚀刻掩模30的表面形成给定形状的抗蚀剂(未图示)的图案，进行蚀刻，按照蚀刻掩模30成为与槽部19的间隙长度G1的部分(参照图1、图2)对应的形状的方式，在长边方向两侧展开开口部(图6(h))。另外本第1实施方式中，在图6(h)的工序中，还将成为连通槽19a的部分的蚀刻掩模30也除去。
并且，在通过例如用氟酸水溶液对基板3a进行蚀刻形成槽部19以及连通槽19a之后，用例如氟酸水溶液对蚀刻掩模30进行去除(图6(i))。这时的蚀刻量(蚀刻的深度)，成为图2(b)中的A1。这样，形成具有深度A1、A2、A3的3段平坦面的阶梯形状的槽部19。
另外，通过反复上述工序，从而可形成4段以上的平坦面槽部19。
进一步，通过喷溅例如ITO(Indium Tin Oxide)膜31，从而在基板3a的形成槽部19等一侧的面形成ITO膜(图6(j))。另外，这时的ITO膜31的厚度，其形成为比形成阶梯状的槽部19的任何一个段差更厚(上述对置电极的厚度t)。并且，通过光刻法形成抗蚀剂的图案(未图示)，对ITO膜31进行蚀刻，划分形成对置电极17，形成电极基板3(图6(k))。这样，形成振动板12与对置电极17之间的间隙长度为距槽部19的端部侧G1、G2、G3所组成的对置电极17。
其后，将例如厚度为525μm且在单面形成由氧化硅等组成的绝缘膜16的硅基板2a、和在图6(k)的工序中形成对置电极17等的电极基板3加热为例如360℃，使硅基板2a与阳极连接，电极基板3与阴极连接，施加800V左右的电压进行阳极接合(图7(1))。另外，硅基板2a和电极基板3，将形成绝缘膜16的面和形成对置电极17等的面接合。另外，绝缘膜16，可以通过例如热氧化或等离子CVD而形成。
在对硅基板2a与电极基板3进行阳极接合后，通过例如机械研磨，使硅基板2a的整体变薄成为例如厚度140μm(图7(m))为止。在此在进行机械研磨之后，为了去除加工变质层，优选由氢氧化钾水溶液等进行干蚀刻。并且代替机械研磨，也可通过用氢氧化钾水溶液的湿蚀刻，进行使硅基板2a变薄。
接着，在硅基板2a的上面(接合电极基板3的面的相反面)的整个面，通过TEOS等离子CVD形成例如厚度1.5μm的氧化硅膜。
然后在该氧化硅膜上，形成用于形成成为喷出室13的凹部、成为储藏室14的凹部以及成为喷口的凹部的部分的、抗蚀剂的图案，将该部分的氧化硅膜蚀刻去除。
然后，通过用氢氧化钾水溶液等对硅基板2a进行异方性湿蚀刻，从而形成成为喷出室13的凹部13a、成为储藏室14的凹部(未图示)以及成为喷口15的凹部(未图示)之后，将氧化硅膜去除(图7(n))。并且，在图7(n)的湿蚀刻工序中，最初采用例如重量35％的氢氧化钾水溶液，其后便可采用重量3％的氢氧化钾水溶液。这样，便可以抑制振动板12的表面粗糙度。
另外，在图7(n)的工序之后，在形成成为硅基板2a的喷出室13的凹部13a等的面上，通过例如CVD形成例如厚度0.1μm的由氧化硅等组成的耐液滴保护膜(未图示)，但在图7(n)中将耐液滴保护膜省略。
接着，通过ICP(Inductively Coupled Plasma)放电等，将形成成为喷嘴8以及喷口15的凹部的喷嘴基板4，借助胶粘剂与硅基板2a(空穴基板2)接合(图7(o))。
最后，通过将接合例如空穴基板2、电极基板3、以及喷嘴基板4后的接合基板切割(切断)从而分离，完成液滴喷头1。
本第1实施方式中，由于形成阶梯状的对置电极17，该阶梯状为振动板12与对置电极17之间的间隙长度，随着从槽部19的长边方向的中央部向端部而变短，因此与槽部19在短边(宽度)方向呈阶梯状的情况相比，可对于振动板12提供更大的力矩，可以使驱动电压有效降低。另外由于在槽部19的中央部，间隙长度最长，在槽部19的端部，间隙长度最短，因此振动板12从两端部开始变形，可进一步使驱动电压有效降低。
并且，由于形成阶梯状的槽部19的段差，是按照随着从槽部19的端部向中央部而变小方式而形成的，因此对置电极17也形成与该形状一致。这样，在槽部19的端部间隙长度最短的部分，以振动板12与对置电极17对接的驱动电压，便可使振动板12整体与对置电极17对接。这样，可使驱动电压降低，同时确保液滴喷头1中的液滴的喷出量。
并且，与上述方法不同，还有预先将形成振动板12、喷出室13等的流道的空穴基板2、与形成对置电极17的电极基板3接合的方法。
另外，在未将静电激励器应用于液滴喷头的情况下，不需要在形成振动板12的基底部件上形成流道等，也不需要喷嘴基板4的组装。
(第2实施方式)图8，为本发明第2实施方式的静电激励器的示意构成图。该静电激励器，具备由构成一方的电极的硅等组成的振动板12A、与在电极基板3A上所形成的、且与振动板12A隔着间隙20A对置的对置电极17A。有些情况下振动板12A，也称作振动膜。并且，虽然在与振动板12A的对置电极17A对置的面，覆盖绝缘膜，但在此并未图示。进而，在振动板12A与对置电极17A之间连接有用于向这些电极之间供给驱动脉冲的驱动电路25A。
对置电极17A，在形成于电极基板3A上的平面为大致长方形状的槽部19A内形成，按照随着向槽部19A的长边方向的中央部，间隙20A展开(变大)的方式，形成多段对置电极17A。另外，图8，表示槽部19A的长边方向，槽部19A的短边方向，为从纸前面前面至背面的方向。
在图8的静电激励器时，对置电极17A，是具有4个段差的4段构成，左右几乎对称所形成。对置电极17A的各段与振动板12A的间隙20A，从沿着对置电极17A的槽部19A的长边方向端部向中央部分别成为G1、G2、G3。该间隙20A，其中央部最宽，随着从中央部向长边方向两端侧而变窄(变小)。即，变成G4＞G3＞G2＞G1。
在夜滴喷头用的静电激励器时，间隙20A，可成为例如G1＝80nm，G2＝95m，G3＝110nm，G4＝120nm。
并且，优选对置电极17A的各段的段差，按照随着从槽部19A的长边方向端部向中央部而变小的方式所形成。但是，并非一定要按照这样。只要是(G2-G1)≥(G3-G2)≥(G4-G3)，但是G1≥(G2-G1)即可。若按照这样，则在间隙20A最窄的部分，便容易以振动板12A与对置电极17A对接的驱动电压，使振动板12A整体与对置电极17A对接。
对置电极17A的厚度，一般在长边方向的各段为恒定的厚度。因此，若令与间隙20A的宽度G1、G2、G3、G4对应的部分的槽部19的深度为A1、A2、A3、A4，令对置电极17A的厚度为t，则A1＝G1+t，A2＝G2+t，A3＝G3+t，A4＝G4+t。即，A4＞A3＞A2＞A1。
另外，使槽部19A的段差，与对置电极17A的段差对应而形成，优选利用槽部19A的段差，使对置电极17A中也形成相同的段差。
并且，优选对置电极17A的厚度t，其形成为比形成阶梯状的槽部19A的各段的任一段差更厚。这样，是因为由于t＞(A2-A1)＞(A3-A2)＞(A4-A3)的关系成立，因此可防止对置电极17A的段差部中的失调(断开)的原因。
另外，对置电极17A以及槽部19A，并非限于4段的构成，即使依据静电激励器的大小作为2段、3段的构成或者5段以上的构成也可。
通过对玻璃基板进行蚀刻等，形成槽部19A，进而在该槽部19A内，进行喷溅例如ITO，使之与槽的形状对应等并成膜，使成膜后的ITO形成图案，形成对置电极，从而得到对置电极17A。将形成该对置电极17A的电极基板3A和振动板12A接合(例如阳极接合)，能够得到静电激励器。另外，即使将形成对置电极17A的电极基板3A与硅基板进行阳极接合，之后，对硅基板进行加工，形成在振动板12A上，也能够得到静电激励器。
在上述静电激励器中，在振动板12A与对置电极17A之间，若施加使与间隙20A的G1对应的部分的振动板12A与对置电极17A对接所需要的足够的电压，则保持振动板12A与间隙20A最窄的第1段的对置电极17A对接。此时，在与间隙20A的G1和G2对应的边界部，间隙20A暂时变成(G2-G1)，由此将很大的静电吸引压力作用在振动板12A中，与间隙20A的G2对应的部分的振动板12A，也因相同的电压与对置电极17A对接。这样的逐步作用，连续诱发直至与间隙20A最宽的G4相当的部分为止，其结果为，以使与间隙20A的G1对应的部分的振动板12A与对置电极17A对接所需要的电压，便可使振动板12A的整体与对置电极17A对接。以下，将如上述振动板12A与对置电极17A对接的方法称作持续对接。
如上述，虽然第2实施方式的静电激励器也基本与第1实施方式同样，但在第2实施方式中，还创造了一种方案，其在对置电极17A的各段的边界部(或者段差转移部)24中，通过对置电极17A使振动板12A更牢固地被保持，并且用于更可靠地诱发持续对接。以下，对该边界部(或者段差转移部)24的构成具体进行说明。
图9，为说明图8的对置电极17A的段差部的第1构成的仰视图。图9中，如图示，静电激励器的对置电极17A的各段(各段面)的段差部，其构成为，在相邻的上段(较浅的段面)和下段(较深的段面)的边界部，下段侧的端部的一部分(在此为中央部)突出为矩形状，向上端侧进入。这样，在该段差部吸引振动板12A的静电吸引力，以在上段部的对接、在边界部的对接、在下段部的对接的顺序产生，通过前段部分的对接，使接下来对接的部分的电场依次变高。这样，通过恒定的电压，便从对置电极17A的长边方向端部向中央部，执行振动板12A与对置电极17A的对接。
另外，与图9的情况相反，也可以是按照对置电极17A的上段侧的端部的一部分在下端侧进入的方式而构成。
图10，为说明图8的对置电极17A的段差部的第2构成的仰视图。图10的构成，是图9所示构成的变形例，包含对置电极17A的段差部的边界部，按照下段侧的端部的中央部突出成锥状，向上段侧进入的方式构成。根据这样，使具有对置电极17A的段差的边界部的吸引力更加平均化，以更可靠地进行振动板12A向对置电极17A的连续对接。并且，即使在此，也可按照对置电极17A的上段侧的端部的中央部向下段侧进入的方式的构成。
另外，在图10中，与槽部19A的长边方向正交的对置电极宽度以及槽部宽度，其构成为使它们的下段侧比上端侧宽。这样，在间隙20A很宽的部分，由于振动板12A对应的静电吸引力作用在很宽的范围内，因此更加容易诱发持续对接。并且，还容易避免因在槽部19A形成时的图案错位而引起的槽宽的变化的不利现象。
图11，是说明图8的对置电极17A的段差部的第3构成的仰视图。在图11中，包含对置电极17A的段差部的边界部，作为用于可靠地诱发上述持续对接的段差转移部24而构成。即，在相邻的上下段中的下段的端部，形成岛状的凸部。虽然该凸部的高度并非并未被限定，但根据对置电极制造方面的观点，优选成为与相邻的上段相同的高度。并且，虽然有些情况下，根据其形状该凸部的个数为1个便可，但是优选设置多个，尤其优选在与上段很近的部分密集配置凸部，接着随着距离变远而稀疏地配置。
这样通过在包含段差部的边界部设置段差转移部24，从而该转移部分的静电吸引力，变成将在相邻段的上段部的吸引力和在下段部的吸引力平均后的压力，更确切地诱发与较深的间隙的持续对接。因此，能够使该驱动电压变低。
另外，代替在对置电极17A的相邻的上下段的下段的端部设置凸部，即使作为在相邻的上段的端部形成岛状的凹部的构成，也能够得到同样的效果。
第2实施方式的静电激励器，也能够以第1实施方式的方法制造。该情况下，关于形成图9～图11所示的对置电极17的各段差的边界部或者段差转移部24的各个形状，预先使电极基板3的槽部19与它们的形状对应，优选这些形状因该槽部19的形状而形成，但是，也可利用掩模通过反复多次进行用于形成对置电极17的喷溅等，从而形成。
另外，利用该第2实施方式的静电激励器，也可以得到与第1实施方式所说明的液滴喷头1同样的液滴喷头。
(第3实施方式)图12，为表示本发明的液滴喷头、例如具备液滴喷头1的本发明的第3实施方式的液滴喷吐装置一例的立体图。如图12所示的液滴喷吐装置100，是喷出液为油墨的喷墨打印机。如已说明，由于液滴喷头1的驱动电压很低，液滴的喷出量也足够，因此利用该装置的液滴喷吐装置100，低消耗电力且喷出性能也优良。
并且，液滴喷头1以及液滴喷吐装置100，除油墨以外，还可应用于包含滤色器的过滤材料的溶液、包含有机EL显示装置的发光材料的溶液、生物液体等各种液滴的喷出。
另外，本发明的静电激励器，并非限于应用于上述液滴喷头，还可应用于其它各种设备中。若举出例子，则有微型泵的泵部、光开关的开关驱动部、配置多个超小型反射镜，将这些反射镜倾斜，控制光的方向的反射镜设备的反射镜驱动部、还有激光打印机的激光操作反射镜的驱动部等中可以应用静电激励器。通过在这些设备中搭载第1实施方式所示的静电激励器，从而便可得到很小的驱动电压且动作性优良的设备。
权利要求
1.一种静电激励器，具备构成一方的电极的振动板、和形成有与该振动板隔着间隙对置的对置电极的电极基板，其特征在于，所述对置电极，在所述电极基板上所形成的平面形状为大致长方形状的槽部形成，且形成为随着向所述槽部的长边方向的中央部，所述间隙变大的多个段。
2.根据权利要求1所述的静电激励器，其特征在于，所述对置电极的各段的段差为，随着从所述槽部的长边方向端部向中央部靠近，逐渐变小。
3.根据权利要求1或2所述的静电激励器，其特征在于，在所述对置电极的各段的边界部，相邻段按照相互进入到对方侧的方式形成。
4.根据权利要求1或2所述的静电激励器，其特征在于，在所述对置电极的各段的边界部，在相邻的段的上段端部，形成至少由1个凹部形成的段差转移部、或者在所述相邻的段的下段端部，形成由至少1个凸部形成的段差转移部。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的静电激励器，其特征在于，与所述对置电极的长边方向正交的宽度是，随着从所述槽部的长边方向端部向中央部，每个各段面依次变宽。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的静电激励器，其特征在于，所述电极基板，由硼硅酸玻璃构成。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的静电激励器，其特征在于，所述对置电极，由ITO构成。
8.一种液滴喷头，其特征在于，具备权利要求1～7中任一项所述的静电激励器，所述振动板构成将液滴保留并将其喷出的压力室的壁面。
9.一种液滴喷吐装置，其特征在于，具备权利要求8所述的液滴喷头。
10.一种设备，其具备权利要求1～7中任一项所述的静电激励器。
11.一种静电激励器的制造方法，包括槽形成工序，在电极基板上实施多次蚀刻，形成平面形状为大致长方形状，且随着向其长边方向的中央部而变深的阶梯状的槽部；电极形成工序，在所述槽部的内部将电极材料成膜，形成具有与该槽部的段差相对应的段差形状的对置电极；和接合工序，将结束了所述各工序后的电极基板、与构成一方电极的振动板或者之后形成振动板的基板，按照使所述对置电极与所述振动板或者所述基板的振动板形成预定面对置的方式进行接合。
12.根据权利要求11所述的静电激励器的制造方法，其特征在于，使所述槽部的各段的段差，随着从所述槽部的长边方向端部向中央部，逐渐变小。
13.根据权利要求11或12所述的静电激励器的制造方法，其特征在于，与所述槽部的长边方向正交的宽度，随着从所述槽部的长边方向端部向中央部，每个各段面依次变宽。
14.根据权利要求11～13中任一项所述的静电激励器的制造方法，其特征在于，使在所述槽部的内部形成的对置电极的平坦部的厚度，比所述槽部的任一个段差更厚。
15.根据权利要求11～14中任一项所述的静电激励器的制造方法，其特征在于，在所述槽形成工序中，在所述槽部的各段的边界部，按照相邻的段相互进入到对方侧的方式形成槽。
16.根据权利要求11～14中任一项所述的静电激励器的制造方法，其特征在于，在所述槽形成工序中，在所述槽部的各段的边界部，在相邻的段的上段端部形成至少由1个凹部形成的段差转移部、或者在所述相邻的下段端部形成至少由1个凸部形成的段差转移部。
17.一种液滴喷头的制造方法，其特征在于，应用所述权利要求12～16中任一项所述的静电激励器的制造方法，构成将液滴保留并将其喷出的压力室的压力变动机构。
全文摘要
一种静电激励器，具备构成一方的电极的振动板(12)、和形成与振动板(12)隔着间隙(20)对置的对置电极(17)的电极基板(3)，对置电极(17)在形成于电极基板(3)上的平面形状为大致长方形的槽部(19)中形成，且静电激励器形成为随着向槽部(19)的长边方向的中央部，间隙(20)变大的多段的面。这样便提供一种以很低的驱动电压便可驱动的静电激励器以及其制造方法、应用该静电激励器的液滴喷头以及其制造方法、搭载该液滴喷头的液滴喷吐装置、搭载所述静电激励器的设备。
文档编号B41J2/14GK1820947SQ200610004250
公开日2006年8月23日 申请日期2006年2月13日 优先权日2005年2月17日
发明者藤井正宽, 松野靖史, 佐野朗 申请人:精工爱普生株式会社