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JP2000318155A - Electrostatic actuator and method of manufacturing the same - Google Patents

Electrostatic actuator and method of manufacturing the same

Info

Publication number
JP2000318155A
JP2000318155A JP13191799A JP13191799A JP2000318155A JP 2000318155 A JP2000318155 A JP 2000318155A JP 13191799 A JP13191799 A JP 13191799A JP 13191799 A JP13191799 A JP 13191799A JP 2000318155 A JP2000318155 A JP 2000318155A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gap
electrostatic actuator
diaphragm
individual electrode
individual
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP13191799A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mitsugi Irinoda
貢 入野田
Shuya Abe
修也 阿部
Koichi Otaka
剛一 大高
Hidekazu Ota
英一 太田
Makoto Tanaka
田中  誠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP13191799A priority Critical patent/JP2000318155A/en
Publication of JP2000318155A publication Critical patent/JP2000318155A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 駆動電圧の上昇を引き起こすことなく、イン
ク吐出量を可変出来る、高密度インクジェットヘッドを
実現する。 【解決手段】 静電アクチュエータの駆動方法として、
振動板15と絶縁膜14が直接接触する当接駆動を行う
場合に、振動板15と個別電極13の絶縁を確保するた
めの絶縁膜14が個別電極13上に形成されている。振
動板15と個別電極13の間隔(ギャップ長)が少なく
とも二種類以上となるように階段状の段差が形成されて
いる。ギャップ長が二つ以上であれば、アクチュエータ
の駆動電圧低下の効果が見られるが、段差数の増加に従
い、その効果は顕著となる。この場合、個別電極13と
絶縁膜14はn段の段差位置まで形成することで、振動
板15と電極基板の静電引力の作用する面積を広げるこ
とが出来るため、効率的な動作が可能となる。
(57) [Problem] To provide a high-density ink-jet head capable of changing an ink ejection amount without causing an increase in drive voltage. SOLUTION: As a driving method of an electrostatic actuator,
The insulating film 14 for ensuring insulation between the diaphragm 15 and the individual electrode 13 is formed on the individual electrode 13 when performing a contact drive in which the diaphragm 15 and the insulating film 14 are in direct contact with each other. A step-like step is formed so that the interval (gap length) between the diaphragm 15 and the individual electrode 13 is at least two or more. If the gap length is two or more, the effect of reducing the drive voltage of the actuator can be seen, but the effect becomes more pronounced as the number of steps increases. In this case, by forming the individual electrodes 13 and the insulating film 14 up to the n-step position, the area where the electrostatic attraction of the vibration plate 15 and the electrode substrate acts can be increased, so that efficient operation is possible. Become.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、静電アクチュエー
タ及びその製造方法、更には、該静電アクチュエータを
用いたインクジェットヘッドに関し、より詳細には、オ
ンディマンド型のインクジェットプリンタ用静電型イン
クジェットヘッド及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrostatic actuator and a method for manufacturing the same, and more particularly, to an ink jet head using the electrostatic actuator. More specifically, the present invention relates to an electrostatic ink jet head for an on-demand type ink jet printer and an ink jet head. It relates to the manufacturing method.

【0002】[0002]

【従来の技術】インク液滴をノズルから直接記録媒体上
に噴射して記録する静電型アクチュエータを用いたイン
クジェットプリンタ用ヘッド及びその駆動方法につい
て、従来より種々提案されているが、その駆動方法に
は、大きく分けて、振動板と個別電極が直接接触しない
ように駆動する非接触駆動方法と、個別電極が振動板と
直接接触する当接駆動方法の2種類があり、これらは、
例えば、特開平7−214770号公報に開示されてい
る。しかしながら、何れの駆動方法にも長所,短所があ
り、特に、当接駆動方法は、ビット間のバラツキの小さ
い安定した一定のインク吐出量が得られる(デジタル
的)が、その反面、インク吐出重量等の吐出特性をより
多様に制御し、多階調に対応させる事は困難であった。
その問題を解決するために、例えば、特開平9−392
35号公報には、静電型インクジェットヘッドの振動板
と個別電極の長手方向のギャップを多段に形成すること
が開示されている。
2. Description of the Related Art Various heads for an ink jet printer using an electrostatic actuator for recording by ejecting ink droplets directly from a nozzle onto a recording medium and a method for driving the same have been conventionally proposed. In general, there are two types, a non-contact driving method in which the diaphragm and the individual electrode are driven so as not to directly contact each other, and a contact driving method in which the individual electrode directly contacts the diaphragm.
For example, it is disclosed in JP-A-7-214770. However, each of the driving methods has advantages and disadvantages. In particular, the contact driving method can obtain a stable and constant ink ejection amount with little variation between bits (digital), but on the other hand, the ink ejection weight It is difficult to control the ejection characteristics such as the above variously so as to correspond to multiple gradations.
To solve the problem, see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-392.
No. 35 discloses that a gap in the longitudinal direction between a diaphragm of an electrostatic inkjet head and an individual electrode is formed in multiple stages.

【0003】また、本出願人は、静電型インクジェット
ヘッドの振動板と個別電極の短手方向のギャップ長を2
段にし、かつ、振動板の膜厚が厚い領域と薄い領域を形
成したインクジェットヘッドについて提案したが、この
インクジェットヘッドの駆動方法は、非接触駆動方法で
あって、この駆動方法に関わる本質的な問題である振動
板膜厚の分布によるバネ定数の不均一等に起因する各ノ
ズルから吐出されるインク量の不均一を生じる。記録画
像におけるドット径を均一にすることも困難である。
又、個別電極は2段に形成されたギャップ内の、かつ、
ギャップ長の長い領域にのみ配置されているため、振動
板と個別電極に作用する静電引力の作用面積が小さくな
り駆動電圧が高くなる。
The applicant of the present invention has proposed that the gap between the diaphragm of the electrostatic ink jet head and the individual electrode in the lateral direction is 2.
An ink jet head having a step and having a thick region and a thin region of the diaphragm has been proposed. However, the driving method of the ink jet head is a non-contact driving method, which is an essential method related to this driving method. The problem is that the amount of ink ejected from each nozzle is uneven due to the uneven spring constant due to the distribution of the diaphragm thickness. It is also difficult to make the dot diameter in a recorded image uniform.
In addition, the individual electrodes are in the gap formed in two steps, and
Since it is arranged only in the region where the gap length is long, the area of action of the electrostatic attraction acting on the diaphragm and the individual electrodes is reduced, and the driving voltage is increased.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】静電型アクチュエータ
の応用製品にオンデマンド型インクジェットヘッドがあ
り、この静電型インクジェットヘッドの駆動方法には、
前述のように、大きく分けて、振動板と個別電極が直接
接触しないように駆動する非接触駆動方法と、個別電極
が振動板と直接接触する当接駆動方法の2種類がある。
非接触駆動の場合、個別電極や振動板に対する電気的,
機械的ストレスが小さいため、比較的ヘッドの寿命が長
いというメリットがあるものの振動板の厚み等の形状の
違いによる各振動板のバネ定数の不均一等の要因によ
り、各ノズルから吐出されるインク量を一定にすること
が困難であった。これに対し、個別電極が振動板と直接
接触する当接駆動方法は非接触駆動と異なり、常に、振
動板が個別電極に接触する電圧以上で駆動するため、各
ノズルから吐出されるインクの吐出量がギャップ長で一
義的に決定されるため、インク吐出量が安定する(特開
平7−214770号公報)。しかし、このような、当
接駆動を行った場合、ビット間のバラツキの小さい安定
した一定のインク吐出量が得られる(デジタル的)反
面、インク吐出重量等の吐出特性をより多様に制御し、
多階調に対応させる事は困難であった。その問題を解決
するために、特開平9−39235号公報には、静電型
インクジェットヘッドの振動板と個別電極の長手方向の
ギャップを多段に形成することが開示されている。しか
しながら、高密度化のトレンドの中で、以下の理由によ
り、駆動電圧が上昇し、駆動回路のコスト上昇を引き起
こす。
There is an on-demand type ink jet head as an application product of the electrostatic type actuator, and the driving method of the electrostatic type ink jet head includes:
As described above, there are roughly two types, a non-contact driving method in which the diaphragm and the individual electrode are driven so as not to directly contact each other, and a contact driving method in which the individual electrode directly contacts the diaphragm.
In the case of non-contact drive, the electric and
Although the mechanical stress is small, there is an advantage that the service life of the head is relatively long, but ink discharged from each nozzle due to unevenness of the spring constant of each diaphragm due to differences in shape such as thickness of the diaphragm. It was difficult to make the amount constant. On the other hand, the contact drive method in which the individual electrode directly contacts the diaphragm is different from the non-contact drive, and the diaphragm is always driven at a voltage higher than the voltage at which the diaphragm comes into contact with the individual electrode. Since the amount is uniquely determined by the gap length, the ink ejection amount is stabilized (Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-214770). However, when such contact driving is performed, a stable and constant ink ejection amount with small variation between bits can be obtained (digitally). On the other hand, ejection characteristics such as ink ejection weight are more variously controlled.
It was difficult to support multiple gradations. In order to solve the problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-39235 discloses that a gap in the longitudinal direction between a diaphragm of an electrostatic ink jet head and an individual electrode is formed in multiple stages. However, in the trend of high density, the driving voltage increases for the following reasons, which causes the cost of the driving circuit to increase.

【0005】インクジェットヘッドでは、高速,高画質
の印字を行うためには、ノズルの高密度化が必要不可欠
であるが、静電引力により振動板を駆動するインクジェ
ットヘッドにおいて、ノズルピッチを狭くして高密度化
するためには、個々の振動板におけるノズルピッチ方向
の短辺長を短くする必要がある。ここで、(1)式より
静電引力による振動板の変位量は振動板短辺長の4乗に
比例することから、高密度化を目的として振動板の短辺
長を短くすると変位量は著しく小さくなる。したがっ
て、変位を大きくして必要とするインク液滴の吐出量を
確保するためには(1)式,(2)式より振動板の厚さ
を薄くするか、振動板と個別電極との間のギャップ長を
狭くするか、あるいは、駆動電圧を大きくすることが必
要となってくる。
In an ink jet head, it is essential to increase the density of nozzles in order to perform high-speed, high-quality printing. However, in an ink jet head that drives a diaphragm by electrostatic attraction, the nozzle pitch is reduced. In order to increase the density, it is necessary to shorten the short side length in the nozzle pitch direction of each diaphragm. From equation (1), the amount of displacement of the diaphragm due to electrostatic attraction is proportional to the fourth power of the shorter side of the diaphragm. Therefore, if the shorter side of the diaphragm is shortened for the purpose of higher density, the amount of displacement becomes smaller. It becomes significantly smaller. Therefore, in order to increase the displacement and secure the required amount of ink droplets to be ejected, the thickness of the diaphragm is reduced by using the equations (1) and (2) or the distance between the diaphragm and the individual electrode is reduced. It is necessary to reduce the gap length or increase the driving voltage.

【0006】[0006]

【数1】 (Equation 1)

【0007】ここで、振動板の厚さを薄くすることは、
振動板の剛性が低下することを意味し、インク吐出力の
低下を引き起こすため、好ましくない。一方、振動板と
個別電極のギャップ長を短くすることは、振動板の変位
量の減少に伴うインクの吐出量が減少することを意味
し、インクかすれ等の原因になるため好ましくない。そ
こで、駆動電圧を大きくすることで、高密度化に対応し
ようとしたが、電源,駆動回路のコストが高くなる等の
問題があった。
Here, reducing the thickness of the diaphragm is as follows.
This means that the rigidity of the diaphragm is reduced, which causes a reduction in the ink ejection force, which is not preferable. On the other hand, shortening the gap length between the diaphragm and the individual electrodes means that the amount of ink ejection decreases as the amount of displacement of the diaphragm decreases, and this is not preferable because it causes ink blurring. Therefore, an attempt was made to cope with higher density by increasing the drive voltage, but there was a problem that the cost of the power supply and the drive circuit was increased.

【0008】本発明の目的は、上述のごとき問題点を解
決し、高密度化に対応したインクジェットヘッドに対応
できる静電型アクチュエータを提供することにある。つ
まり、駆動電圧の上昇を引き起こすことなく、更には、
インク吐出量を可変出来る、高密度インクジェットヘッ
ドを実現する静電型アクチュエータを提供することにあ
る。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide an electrostatic actuator capable of coping with an ink jet head corresponding to high density. In other words, without causing the drive voltage to increase,
It is an object of the present invention to provide an electrostatic actuator that realizes a high-density inkjet head that can vary the ink ejection amount.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、振動板と該振
動板とギャップを介して接合される電極基板上に前記振
動板に対向して設けられた個別電極を有し、前記振動板
に取り付けられた共通電極と前記個別電極との間に駆動
電圧を印加し、前記振動板を静電力により変形させる静
電型アクチュエータであって、短辺と長辺の長方形で構
成された振動板と個別電極との間に空隙を形成している
ギャップを有し、該ギャップの短辺は凹形状であって、
かつ、少なくとも、二つ以上のギャップ長を持つ階段状
に形成されていること、更には、前記ギャップの長辺が
凹形状であって、かつ、少なくとも二つ以上のギャップ
長を持つ階段状に形成されていること、更には、前記凹
形状、かつ、階段形状のギャップ内には、段差を被覆す
るように個別電極が形成されていること、更には、前記
個別電極の上に絶縁物が形成されていること、更には、
前記個別電極の上に形成された絶縁物が酸化シリコン膜
或いは窒化シリコン膜であること、更には、前記個別電
極が形成された電極基板がシリコンウェハ或いはホウ珪
酸ガラスであることを特徴としたものである。
The present invention comprises a diaphragm and an individual electrode provided on an electrode substrate joined to the diaphragm via a gap, the individual electrode being provided so as to face the diaphragm. A driving voltage is applied between the common electrode and the individual electrodes attached to the actuator and the electrostatic actuator deforms the diaphragm by electrostatic force, wherein the diaphragm is configured by rectangles having short sides and long sides. And a gap forming a gap between the individual electrodes, the short side of the gap is concave,
And, at least, it is formed in a step shape having a gap length of two or more, furthermore, the long side of the gap is concave, and in a step shape having a gap length of at least two or more Being formed, further, that the individual electrode is formed so as to cover the step, in the concave shape, and in the step-shaped gap, furthermore, an insulator is provided on the individual electrode. Being formed, furthermore,
The insulator formed on the individual electrode is a silicon oxide film or a silicon nitride film, and the electrode substrate on which the individual electrode is formed is a silicon wafer or borosilicate glass. It is.

【0010】また、本発明は、前述の静電型アクチュエ
ータの製造方法であって、短辺と長辺の長方形で構成さ
れた振動板と個別電極の空隙を形成しているギャップの
形成方法において、第一のギャップ形成工程、更に、少
なくとも、前記第一のギャップ形成工程で形成された第
一のギャップ幅より広い第二のギャップを形成する第二
のギャップ形成工程、更に、それ以上のギャップを形成
する工程を有し、二つ以上のギャップ長を形成する階段
状のギャップを持つ静電型アクチュエータの製造方法を
特徴とするものである。
The present invention also relates to a method of manufacturing the above-mentioned electrostatic actuator, wherein the method comprises the steps of: forming a gap between a diaphragm constituted by rectangles having short and long sides and an individual electrode; , A first gap forming step, further at least a second gap forming step of forming a second gap wider than the first gap width formed in the first gap forming step, further gaps And a method for manufacturing an electrostatic actuator having a stepwise gap that forms two or more gap lengths.

【0011】更に、本発明は、前述の静電型アクチュエ
ータを用いたインクジェットヘッドであって、該インク
ジェットヘッドは、インクを吐出するために、振動板の
一部を用いて液室を形成したインクジェットヘッドを特
徴とするものである。
Further, the present invention relates to an ink jet head using the above-mentioned electrostatic actuator, wherein the ink jet head uses a part of a vibration plate to form a liquid chamber for discharging ink. It features a head.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】図1は、本発明による静電アクチ
ュエータの上面図の一部を示す図、図2は、本発明によ
る静電型アクチュエータの要部構成図で、図2(A)
は、図1に示した本発明の静電アクチュエータの単一ビ
ットの拡大図であって、駆動電圧を印加するためのパッ
ド部の短辺方向であるA−A線断面を示す図、図2
(B)は、図1に示した単一ビットの静電アクチュエー
タの振動板領域の短辺方向であるB−B線断面を示す
図、図2(C)は、図1に示した静電アクチュエータの
長辺方向であるC−C線断面を示す図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a diagram showing a part of a top view of an electrostatic actuator according to the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing a main part of the electrostatic actuator according to the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view of a single bit of the electrostatic actuator of the present invention shown in FIG. 1, showing a cross section taken along line AA in a short side direction of a pad portion for applying a drive voltage;
FIG. 2B is a view showing a cross section taken along line BB which is a short side direction of the diaphragm region of the single-bit electrostatic actuator shown in FIG. 1, and FIG. 2C is a view showing the electrostatic actuator shown in FIG. It is a figure which shows the CC cross section which is a long side direction of an actuator.

【0013】図1及び図2において、11は本発明によ
る静電アクチュエータの支持体であるシリコン基板、或
いは、ガラス基板である。12は支持体にシリコン基板
を用いた時に、シリコン基板11と個別電極間、或い
は、個別電極間の絶縁分離を行う、図1のA−A線断面
で少なくとも階段状に形成される酸化シリコン膜であ
る。一方、支持体11にガラス基板を用いた時は、ガラ
ス基板を階段状に形成し、そのまま用いるため、11と
12は同一となり、共にガラス基板である。13は静電
アクチュエータの個別電極であって、n+又はP+の多
結晶シリコン,TiN等の高融点金属、或いは、Al,
Au等の金属である。静電アクチュエータの駆動方法と
して、振動板15と絶縁膜14が直接接触する当接駆動
を行う場合に、振動板15と個別電極13の絶縁を確保
するための酸化シリコン又は窒化シリコン等の絶縁膜1
4が個別電極13上に形成されている。
1 and 2, reference numeral 11 denotes a silicon substrate or a glass substrate which is a support of the electrostatic actuator according to the present invention. Reference numeral 12 denotes a silicon oxide film formed at least stepwise in a cross section taken along the line AA in FIG. 1 to perform insulation separation between the silicon substrate 11 and the individual electrodes or between the individual electrodes when a silicon substrate is used as the support. It is. On the other hand, when a glass substrate is used for the support 11, the glass substrate is formed in a step shape and is used as it is, so that 11 and 12 are the same, and both are glass substrates. Reference numeral 13 denotes an individual electrode of the electrostatic actuator, which is composed of n + or P + polycrystalline silicon, a high melting point metal such as TiN, or Al,
It is a metal such as Au. As a driving method of the electrostatic actuator, an insulating film such as silicon oxide or silicon nitride for ensuring insulation between the vibration plate 15 and the individual electrodes 13 when performing a contact drive in which the vibration plate 15 and the insulating film 14 are in direct contact with each other. 1
4 are formed on the individual electrodes 13.

【0014】振動板15と個別電極13の間隔(ギャッ
プ長)が少なくとも二種類以上となるように階段状の段
差が、図2(A)と図2(B)の断面に示すように、形
成されている。この階段状の段差により形成されたギャ
ップ長が二つ以上であれば、アクチュエータの駆動電圧
低下の効果が見られるが、図2(B)に示すnギャップ
長:G1〜Gn(n段)のように段差数の増加に従い、
その効果は顕著となる。この場合、個別電極13と絶縁
膜14はn段の段差位置まで形成することで、振動板1
5と電極基板13の静電引力の作用する面積を広げるこ
とが出来るため、効率的な動作が可能となる。
As shown in the cross-sections of FIGS. 2A and 2B, step-like steps are formed so that the distance (gap length) between the diaphragm 15 and the individual electrode 13 is at least two or more. Have been. If the gap length formed by the step-like steps is two or more, the effect of lowering the drive voltage of the actuator can be obtained. However, the n gap length shown in FIG. 2B: G1 to Gn (n steps) As the number of steps increases,
The effect is remarkable. In this case, the individual electrode 13 and the insulating film 14 are formed up to the n-step position, so that the diaphragm 1
Since the area where the electrostatic attraction of the electrode substrate 5 and the electrode substrate 13 act can be increased, efficient operation is possible.

【0015】アクチュエータの駆動電圧を低下させる効
果は、図1及び図2に示したように、アクチュエータの
短辺方向である図1のB−B線断面(図2(B))に階
段状の段差を形成し2つ以上のギャップ長を形成するこ
とで得られるが、更に、アクチュエータの短辺方向に追
加して長辺C−C線方向に2つ以上のギャップ長を形成
することによって、その効果を高めることができる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the effect of lowering the drive voltage of the actuator has a step-like shape in the cross section taken along the line BB of FIG. 1 (FIG. 2B), which is the short side direction of the actuator. It is obtained by forming a step and forming two or more gap lengths, and further by forming two or more gap lengths in the long side CC line direction in addition to the short side direction of the actuator, The effect can be enhanced.

【0016】図3及び図4は、前述のように、アクチュ
エータの長辺方向(C−C線方向)にも2つ以上のギャ
ップ長を形成した場合の実施例を説明するための要部構
成図で、図1及び図2と同様に、図3は上面図、図4
(A)は、図3に示した静電アクチュエータの単一ビッ
トの拡大図であって、駆動電圧を印加するためのパット
部の短辺方向である図3のA−A線断面を示し、図3
(B)は、単一ビットの静電アクチュエータの振動板領
域の短辺方向である図3のB−B線断面を示し、更に、
図3(C)は、図3に示した静電アクチュエータの長辺
方向である図3のC−C線断面を示す。
FIG. 3 and FIG. 4 show the configuration of a main part for explaining an embodiment in which two or more gap lengths are formed also in the long side direction (CC line direction) of the actuator as described above. FIG. 3 is a top view and FIG.
(A) is an enlarged view of a single bit of the electrostatic actuator shown in FIG. 3, and shows a cross section taken along line AA of FIG. 3, which is a short side direction of a pad portion for applying a drive voltage; FIG.
3B is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 3, which is a short side direction of the diaphragm region of the single-bit electrostatic actuator.
FIG. 3C shows a cross section taken along the line CC of FIG. 3, which is a long side direction of the electrostatic actuator shown in FIG.

【0017】図3及び図4において、21は本発明によ
る静電アクチュエータの支持体であるシリコン基板、或
いは、ガラス基板である。22は支持体にシリコン基板
を用いた時に、シリコン基板21と個別電極との間、或
いは、個別電極間の絶縁分離を行う、図3のA−A線断
面(図4(A))で少なくとも階段状に形成される酸化
シリコン膜である。一方、支持体にガラス基板を用いた
時は、ガラス基板を階段状に形成してそのまま用いるた
め、21と22は共にガラス基板で同一となる。23は
静電アクチュエータの個別電極であって、n+又はP+
の多結晶シリコン、TiN等の高融点金属、或いは、A
l,Au等の金属である。静電アクチュエータの駆動方
法として、振動板25と絶縁膜24が直接接触する当接
駆動を行う場合に、振動板25と個別電極23の絶縁を
確保するための酸化シリコン又は窒化シリコン等の絶縁
膜24が個別電極23上に形成されている。
3 and 4, reference numeral 21 denotes a silicon substrate or a glass substrate which is a support of the electrostatic actuator according to the present invention. Reference numeral 22 denotes at least a section taken along the line AA in FIG. 3 (FIG. 4A) for performing insulation separation between the silicon substrate 21 and the individual electrodes or between the individual electrodes when a silicon substrate is used as the support. This is a silicon oxide film formed in a step shape. On the other hand, when a glass substrate is used as the support, the glass substrate is formed in steps and used as it is, so that both 21 and 22 are the same glass substrate. 23 is an individual electrode of the electrostatic actuator, n + or P +
Polycrystalline silicon, high melting point metal such as TiN, or A
1 and metals such as Au. As a driving method of the electrostatic actuator, when performing contact driving in which the diaphragm 25 and the insulating film 24 are in direct contact with each other, an insulating film such as silicon oxide or silicon nitride for ensuring insulation between the diaphragm 25 and the individual electrodes 23. 24 are formed on the individual electrodes 23.

【0018】振動板25と個別電極23の間隔(ギャッ
プ長)が、少なくとも二種類以上となるように、階段状
の段差が、図4(A),図4(B)に示すように、図3
のA−A線断面部とB−B線断面部に形成されている。
この階段状の段差により形成されたギャップ長が二つ以
上であれば、アクチュエータの駆動電圧低下の効果が見
られるが、図4(B)に示すn個(図示例の場合、4
個)のギャップ長:G1〜Gn(n段)のように段差数
の増加に従い、その効果は顕著となる。この場合、個別
電極23と絶縁膜24はn段の段差位置まで形成するこ
とで、振動板25と電極基板23の静電引力の作用する
面積を広げることが出来るため効率的な動作が可能とな
る。
The steps (gap lengths) between the diaphragm 25 and the individual electrodes 23 are at least two or more, and the step-like steps are formed as shown in FIGS. 4A and 4B. 3
Are formed at the AA line cross section and the BB line cross section.
If the gap length formed by the step-like steps is two or more, the effect of lowering the drive voltage of the actuator can be obtained, but the number n of the actuators shown in FIG.
), The effect becomes remarkable as the number of steps increases, as in G1 to Gn (n steps). In this case, by forming the individual electrode 23 and the insulating film 24 up to the n-step position, the area where the electrostatic attraction of the vibration plate 25 and the electrode substrate 23 acts can be increased, so that efficient operation is possible. Become.

【0019】更なる駆動電圧の低下を図るため、図3の
A−A線断面(図4(A)),B−B線断面(図4
(B))に加えて、図4(C)に示したように、図3の
C−C線断面の長辺方向に階段状の段差G5〜Gn(図
示例の場合、G5〜G8)を形成した。駆動電圧の低下
は少なくとも二種類以上のギャップ長が形成されれば、
その効果は見られるが、n個のギャップ長:G1〜Gn
(n段)を形成することで顕著に駆動電圧は低下する。
In order to further reduce the driving voltage, a cross section taken along line AA of FIG. 3 (FIG. 4A) and a cross section taken along line BB of FIG.
In addition to (B)), as shown in FIG. 4 (C), steps G5 to Gn (in the illustrated example, G5 to G8 in the example shown in FIG. Formed. If at least two or more types of gap lengths are formed,
Although the effect is seen, n gap lengths: G1 to Gn
By forming (n stages), the driving voltage is significantly reduced.

【0020】次に、図5を用いて、前述のように階段状
の段差により形成された2つ以上のギャップ長を持つ静
電型アクチュエータにおいて、駆動電圧が低下する理由
を説明する。図5は、図1,図3のB−B線断面((図
2(B),図4(B)に相当)で、シリコン酸化膜32
にn個の階段状の段差が形成されn個のギャップ長を持
つ静電アクチュエータにおいて、個別電極33に駆動電
圧が印加され、静電引力Fにより振動板35が撓み、絶
縁物34に接触し、当接駆動している状態を示した。こ
の時、シリコン基板31の表面と階段状段差のなす角を
θ°(:ギャップテーパ角)として、静電力による吸引
力Fの関係を図6に示した。図6に示すように、静電引
力Fはギャップテーパ角(θ°)が小さいほど急激に強
くなることから、ギャップテーパ角が小さいほど、同じ
静電引力を発生させるために必要な電圧は小さくなり、
駆動電圧は低下する。ギャップテーパ角を小さくするた
めには、ギャップ形成のエッチング量を少なくし、階段
状の段差数を増加させればよい。
Next, with reference to FIG. 5, the reason why the drive voltage is reduced in the electrostatic actuator having two or more gaps formed by the step-like steps as described above will be described. FIG. 5 is a sectional view taken along the line BB of FIGS. 1 and 3 (corresponding to FIGS. 2 (B) and 4 (B)).
A driving voltage is applied to the individual electrode 33, the diaphragm 35 is bent by the electrostatic attraction F, and comes into contact with the insulator 34. , A state in which the contact driving is performed. At this time, the angle between the surface of the silicon substrate 31 and the step-like step was defined as θ ° (: gap taper angle), and the relationship of the attraction force F due to the electrostatic force was shown in FIG. As shown in FIG. 6, since the electrostatic attraction F increases rapidly as the gap taper angle (θ °) decreases, the voltage required to generate the same electrostatic attraction decreases as the gap taper angle decreases. Become
The drive voltage drops. In order to reduce the gap taper angle, the etching amount for forming the gap may be reduced, and the number of steps may be increased.

【0021】次に、図7と図8を用いて、本発明の静電
アクチュエータの作製工程について説明する(なお、図
7,図8において、左側の図は、右側の図のII−II線断
面図、右側の図は、左側の図のI−I線断面図であ
る)。図7はシリコン酸化膜を加工し、階段状の段差を
形成するプロセスである。この場合、支持体であるシリ
コン基板上に形成されたシリコン酸化膜を加工する代わ
りに支持体としてガラス基板を用いて加工しても同様に
階段状の段差が形成出来る作製フローである。図8は支
持体であるシリコン基板を加工し、階段状の段差をあら
かじめ形成した後に、シリコン表面にシリコン酸化膜を
形成し、階段状の段差を形成する作製フローである。本
発明の静電型アクチュエータは何れの方法で形成しても
良い。
Next, a manufacturing process of the electrostatic actuator of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 and 8 (note that in FIGS. 7 and 8, the left-hand drawing is taken along the line II-II of the right-hand drawing). The cross-sectional view and the right-hand drawing are cross-sectional views taken along line II of the left-hand drawing.) FIG. 7 shows a process of processing a silicon oxide film to form a step-like step. In this case, a step flow can be similarly formed by processing using a glass substrate as a support instead of processing a silicon oxide film formed on a silicon substrate as a support. FIG. 8 shows a manufacturing flow in which a silicon substrate as a support is processed and a step-like step is formed in advance, and then a silicon oxide film is formed on the silicon surface to form a step-like step. The electrostatic actuator of the present invention may be formed by any method.

【0022】最初に、図7の例について説明する。支持
体であるシリコン基板41上に酸化シリコン膜41′を
1μm〜5μm形成し、静電アクチュエータの個別電極
領域をレジスト42で第一のギャップ形成パターニング
する(図7(A))。レジスト42をマスクとして酸化
シリコン膜41′を異方性或いは等方性のドライエッチ
ング、又は、ウエットエッチングでエッチングし、第一
のギャップパターンを形成する(図7(B))。
First, the example of FIG. 7 will be described. A silicon oxide film 41 'is formed in a thickness of 1 to 5 [mu] m on a silicon substrate 41 which is a support, and an individual electrode region of the electrostatic actuator is patterned with a resist 42 for forming a first gap (FIG. 7A). Using the resist 42 as a mask, the silicon oxide film 41 'is etched by anisotropic or isotropic dry etching or wet etching to form a first gap pattern (FIG. 7B).

【0023】次に、短辺方向において第一のギャップパ
ターン幅より広い幅の第二のギャップ形成のため、レジ
スト43のパターニングを行う。この時、長辺方向にお
いて、第一のギャップパターンと等しい長さで第二のギ
ャップ形成パターニングを行った場合は、図1,図2に
示した構成の静電アクチュエータとなり、第一のギャッ
プパターンより短い長さで第二のギャップ形成パターニ
ングを行った場合は、図3,図4に示した構成の静電ア
クチュエータとなる(図7(C))。第二のギャップパ
ターン43をマスクとして、酸化シリコン膜を前記ドラ
イエッチング、或いは、ウエットエッチングし、第一の
ギャップパターンと、第二のギャップパターンを持つ階
段状の段差を形成する(図7(D))。更に、望ましく
は、第三,第四,…第nのギャップパターニング(図7
(D′))とエッチング(図7(D″))を同様に繰り
返す。このように、ギャップのパターニングとエッチン
グを繰り返して行うことにより、多数段の段差をもつギ
ャップが酸化シリコン膜或いはガラス基板に形成され
る。
Next, the resist 43 is patterned to form a second gap having a width larger than the first gap pattern width in the short side direction. At this time, when the second gap formation patterning is performed in the long side direction with the same length as the first gap pattern, the electrostatic actuator having the configuration shown in FIGS. When the second gap formation patterning is performed with a shorter length, an electrostatic actuator having the configuration shown in FIGS. 3 and 4 is obtained (FIG. 7C). Using the second gap pattern 43 as a mask, the silicon oxide film is dry-etched or wet-etched to form a step-like step having a first gap pattern and a second gap pattern (FIG. 7D )). Further, desirably, the third, fourth,...
(D ′)) and etching (FIG. 7D ″) are repeated in the same manner as described above. By repeating the patterning and etching of the gap, a gap having many steps is formed in the silicon oxide film or the glass substrate. Formed.

【0024】次に、個別電極であるリン又はボロンを多
量に含む多結晶シリコン、或いは、TiN等の高融点金
属,Al,Au等の金属44を全面に成膜し、更に、そ
の上に、酸化シリコン膜,窒化シリコン膜等の絶縁物4
5を形成する(図7(E))。この絶縁物45の厚さ
は、静電型アクチュエータを駆動するための駆動電圧を
個別電極に印加しても絶縁破壊を生じない膜厚とする。
Next, polycrystalline silicon containing a large amount of phosphorus or boron, which is an individual electrode, or a refractory metal such as TiN, or a metal 44 such as Al or Au is formed on the entire surface. Insulator 4 such as silicon oxide film and silicon nitride film
5 is formed (FIG. 7E). The thickness of the insulator 45 is a thickness that does not cause dielectric breakdown even when a drive voltage for driving the electrostatic actuator is applied to the individual electrodes.

【0025】個別電極44のパターンに絶縁物45をエ
ッチングし、セルフアラインで個別電極44をエッチン
グし、個別電極44′とパターニングされた絶縁物4
5′が階段状の段差を持つギャップ内に形成される(図
7(F))。以上のような電極基板にシリコン等の導電
性をもつ振動板46を陽極接合、或いは、直接接合,共
晶接合し、本発明の静電アクチュエータが完成する(図
7(G))。
The insulator 45 is etched in the pattern of the individual electrode 44, the individual electrode 44 is etched in a self-aligned manner, and the individual electrode 44 ′ and the patterned insulator 4 are etched.
5 'is formed in a gap having a step-like step (FIG. 7F). A conductive plate 46 made of silicon or the like is anodic-bonded or directly bonded or eutectic-bonded to the electrode substrate as described above to complete the electrostatic actuator of the present invention (FIG. 7 (G)).

【0026】次に、図8に示す支持体であるシリコン基
板を加工し、糸階段状の段差をあらかじめ形成した後
に、シリコン表面にシリコン酸化膜を形成し階段状の段
差を形成する作製フローについて説明する。まず、支持
体であるシリコン基板51上に、静電アクチュエータの
個別電極領域をレジスト52で第一のギャップ形成パタ
ーニングする(図8(A))。レジスト52をマスクと
してシリコン基板を異方性或いは等方性のドライエッチ
ング又はウエットエッチングでエッチングし、第一のギ
ャップパターンを形成する(図8(B))。
Next, the fabrication flow of processing the silicon substrate as a support shown in FIG. 8 and forming a step in the form of a thread step in advance and then forming a silicon oxide film on the silicon surface to form the step in the step will be described. explain. First, an individual electrode region of an electrostatic actuator is first patterned to form a gap on a silicon substrate 51 as a support with a resist 52 (FIG. 8A). Using the resist 52 as a mask, the silicon substrate is etched by anisotropic or isotropic dry etching or wet etching to form a first gap pattern (FIG. 8B).

【0027】次に、短辺方向において第一のギャップパ
ターン幅より広い幅の第二のギャップ形成のためのレジ
スト53パターニングを行う。この時、長辺方向におい
て第一のギャップパターンと等しい長さで第二のギャッ
プ形成パターニングを行った場合は、図1,図2に示し
た構成の静電アクチュエータとなり、第一のギャップパ
ターンより短い長さで第二のギャップ形成パターニング
を行った場合は、図3,図4に示した構成の静電アクチ
ュエータとなる(図8(C))。第二のギャップパター
ン53をマスクとして、シリコン基板を前記ドライエッ
チング或いはウエットエッチングし、第一のギャップパ
ターンと、第二のギャップパターンを持つ階段状の段差
をシリコン基板に形成する(図8(D))。更に、望ま
しくは、第三,第四,第nのギャップパターニング(図
8(D′))とエッチング(図8(D″))を同様に繰
り返す。このように、ギャップのパターニング53′と
エッチングを繰り返して行うことにより多数段の段差を
もつギャップがシリコン基板に形成される(図8
(D″))。
Next, a resist 53 is patterned for forming a second gap having a width larger than the first gap pattern width in the short side direction. At this time, when the second gap forming patterning is performed in the long side direction with the same length as the first gap pattern, the electrostatic actuator having the configuration shown in FIGS. 1 and 2 is obtained. When the second gap formation patterning is performed with a short length, an electrostatic actuator having the configuration shown in FIGS. 3 and 4 is obtained (FIG. 8C). Using the second gap pattern 53 as a mask, the silicon substrate is dry-etched or wet-etched to form a step-like step having a first gap pattern and a second gap pattern on the silicon substrate (FIG. 8D )). More preferably, the third, fourth, and n-th gap patterning (FIG. 8 (D ')) and etching (FIG. 8 (D ")) are similarly repeated. Is repeated, a gap having many steps is formed on the silicon substrate (FIG. 8).
(D ″)).

【0028】次に、多数の段差が形成されたシリコン基
板上に酸化シリコン膜54を厚さ100nm〜3μmに
て全面に形成する(図8(E))。次に、個別電極であ
るリン又はボロンを多量に含む多結晶シリコン、或い
は、TiN等の高融点金属,Al,Au等の金属55を
全面に成膜し、更に、その上に、酸化シリコン膜,窒化
シリコン膜等の絶縁物56を形成する(図8(F))。
この絶縁物56の厚さは、静電型アクチュエータを駆動
するための駆動電圧が個別電極に印加しても絶縁破壊を
生じない膜厚とする。
Next, a silicon oxide film 54 having a thickness of 100 nm to 3 μm is formed on the entire surface of the silicon substrate on which many steps are formed (FIG. 8E). Next, polycrystalline silicon containing a large amount of phosphorus or boron, which is an individual electrode, or a refractory metal such as TiN, or a metal 55 such as Al or Au is formed on the entire surface, and a silicon oxide film is further formed thereon. Then, an insulator 56 such as a silicon nitride film is formed (FIG. 8F).
The thickness of the insulator 56 is a thickness that does not cause dielectric breakdown even when a drive voltage for driving the electrostatic actuator is applied to the individual electrodes.

【0029】個別電極55のパターンに絶縁物56をエ
ッチングしセルフアラインで個別電極55をエッチング
し、個別電極55′とパターニングされた絶縁物56′
が階段状の段差を持つギャップ内に形成される(図8
(G))。以上のような電極基板にシリコン等の導電性
をもつ振動板57を陽極接合、或いは、直接接合,共晶
接合し、本発明の静電アクチュエータが完成する(図8
(H))。
The insulator 56 is etched in the pattern of the individual electrode 55, and the individual electrode 55 is etched in a self-aligned manner.
Is formed in a gap having a step-like step (FIG. 8).
(G)). The conductive plate 57 made of silicon or the like is connected to the electrode substrate as described above by anodic bonding, direct bonding, or eutectic bonding to complete the electrostatic actuator of the present invention (FIG. 8).
(H)).

【0030】次に、図9を参照して、応用例としてイン
クジェットヘッドに本発明の静電アクチュエータを用い
た例を説明する。伝導型がP型又はN型、面方位(11
0)の単結晶Si基板61の片面に振動板膜厚に等しく
なる深さまでP型或いはN型の伝導型を示す不純物を1
E19/cm3以上拡散させた拡散領域62と、この拡
散領域62の反対の面にインク液室とインクノズルを規
定する酸化Si膜,窒化Si膜,五酸化タンタル等の単
結晶Siエッチングマスクパターン63が形成されたイ
ンク液室基板60を図7,8に示した電極基板40又は
50(図7(F),図8(G))と接合する。或いは、
面方位(110)単結晶Si基板61の上にSi酸化膜
を介して振動板膜厚に等しい厚さの単結晶薄膜(62に
相当)が形成されている:SOI(Silicon o
n Insulater)基板と電極基板を接合しても
良い。接合は800℃以上の温度で減圧又は常圧の酸素
又は窒素雰囲気で接合を行う直接接合法やNaイオン,
Hイオン等の可動イオンを含む絶縁膜を(110)単結
晶Si基板61の拡散領域62上にスパッタ法で全面形
成した後、電界を印加しながら200℃〜500℃望ま
しくは350℃〜450℃の温度で接合する陽極接合法
で行う(図9(A))。
Next, an example in which the electrostatic actuator of the present invention is used in an ink jet head will be described as an application example with reference to FIG. Conduction type is P type or N type, plane orientation (11
1) One side of the single-crystal Si substrate 61 is doped with an impurity exhibiting a P-type or N-type conductivity to a depth equal to the thickness of the diaphragm.
A diffusion region 62 diffused by not less than E19 / cm 3, and a single-crystal Si etching mask pattern such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a tantalum pentoxide for defining an ink liquid chamber and an ink nozzle on a surface opposite to the diffusion region 62. The ink liquid chamber substrate 60 on which the 63 is formed is joined to the electrode substrate 40 or 50 (FIGS. 7F and 8G) shown in FIGS. Or,
A single-crystal thin film (corresponding to 62) having a thickness equal to the thickness of the diaphragm is formed on a (110) plane-oriented single-crystal Si substrate 61 via a Si oxide film: SOI (silicon silicon)
n Insulator) substrate and the electrode substrate may be joined. The bonding is performed by a direct bonding method of bonding in an oxygen or nitrogen atmosphere at a reduced pressure or a normal pressure at a temperature of 800 ° C. or higher, Na ion,
After an insulating film containing mobile ions such as H ions is entirely formed on the diffusion region 62 of the (110) single crystal Si substrate 61 by a sputtering method, 200 ° C. to 500 ° C., preferably 350 ° C. to 450 ° C. while applying an electric field. (FIG. 9 (A)).

【0031】図9(A)に示した電極基板40(又は5
0)とインク液室基板60が接合された基板を単結晶S
iエッチングマスクパターン63が形成された側からK
OH,TMAH等によって(110)単結晶Si基板6
1を異方性エッチングする。この時、高濃度に不純物を
含む拡散領域62でエッチングは自発的にストップし振
動板62が形成される(図9(B))。SOI基板を異
方性エッチングした場合はSi酸化膜上でエッチングは
ストップする。尚、この時、前記Si酸化膜を除去して
も何ら問題はない。サンドブラスト加工やレーザ加工で
インク供給用の流路65が形成されているガラス板や金
属板からなるインク液室カバー64を異方性エッチング
を行った(110)単結晶シリコン基板上部に張り付け
る。パッド領域AのみSi薄膜振動板62と個別電極1
3(23)上の絶縁物14(24)をエッチングにより
除去し個別電極表面を露出させ本発明のインクジェット
ヘッドは完成する(図9(C))。
The electrode substrate 40 (or 5) shown in FIG.
0) and the ink liquid chamber substrate 60 are bonded to a single crystal S
i from the side where the etching mask pattern 63 is formed.
(110) single crystal Si substrate 6 by OH, TMAH, etc.
1 is anisotropically etched. At this time, the etching is spontaneously stopped in the diffusion region 62 containing the impurity at a high concentration, and the vibration plate 62 is formed (FIG. 9B). When the SOI substrate is anisotropically etched, the etching stops on the Si oxide film. At this time, there is no problem even if the Si oxide film is removed. An ink liquid chamber cover 64 made of a glass plate or a metal plate having an ink supply channel 65 formed by sandblasting or laser processing is attached to the upper portion of the anisotropically etched (110) single crystal silicon substrate. Only in pad area A, Si thin film diaphragm 62 and individual electrode 1
The insulator 14 (24) on 3 (23) is removed by etching to expose the surface of the individual electrode, thereby completing the ink jet head of the present invention (FIG. 9C).

【0032】この時点で、インク液室側は異方性エッチ
ングにより形成される個々のノズルに対応した個別液室
68とそこへインクを供給するための共通液室66が形
成され、両者は異方性エッチングで形成した流路57で
連通された構造となる。このインクジェットヘッドのパ
ッド領域において、個別電極44′(55′)に電圧を
印加した時、単結晶Si振動板63と個別電極44′
(55′)の間に静電力が働き、振動板62は個別電極
44′(55′)方向にたわみ、液室68は陰圧となり
インク供給のための流路67を経て共通液室66から個
別液室68へとインクが供給される。電圧を切ると単結
晶Si振動板62はSiの剛性によって元の位置へ戻
り、この時個別液室68は加圧されノズル69を経て矢
印方向にインクが吐出され、記録紙上へ着弾する。
At this point, on the ink liquid chamber side, an individual liquid chamber 68 corresponding to each nozzle formed by anisotropic etching and a common liquid chamber 66 for supplying ink thereto are formed. The structure is such that they are connected by a flow path 57 formed by anisotropic etching. When a voltage is applied to the individual electrode 44 '(55') in the pad area of the ink jet head, the single crystal Si diaphragm 63 and the individual electrode 44 '
(55 '), an electrostatic force acts, the diaphragm 62 flexes in the direction of the individual electrode 44' (55 '), the liquid chamber 68 becomes negative pressure, and flows from the common liquid chamber 66 through a flow path 67 for ink supply. The ink is supplied to the individual liquid chamber 68. When the voltage is turned off, the single crystal Si vibration plate 62 returns to the original position due to the rigidity of Si. At this time, the individual liquid chamber 68 is pressurized, the ink is ejected through the nozzle 69 in the direction of the arrow, and lands on the recording paper.

【0033】尚、ここではインクの吐出方向は基板に対
して水平方向の例で示したが、インクノズルの方向を変
更する事で基板の法線方向にインクを吐出させることも
出来る。また、本インクジェットヘッド作製フローでは
振動板とインク液室を形成する単結晶シリコン基板と電
極基板を接合した後に異方性エッチングを行い振動板と
インク液室とノズル部を形成した例を示したが、異方性
エッチングによりインク液室と振動板を形成した単結晶
シリコン基板と電極基板を接合してからノズル部を形成
してもよい。
Although the ink discharge direction is shown as an example in the horizontal direction with respect to the substrate, ink can be discharged in the normal direction of the substrate by changing the direction of the ink nozzle. Also, in the present ink jet head manufacturing flow, an example is shown in which the vibration plate, the ink liquid chamber, and the nozzle portion are formed by joining the single crystal silicon substrate and the electrode substrate that form the vibration plate and the ink liquid chamber and then performing anisotropic etching. However, the nozzle portion may be formed after the single crystal silicon substrate on which the ink liquid chamber and the vibration plate are formed by anisotropic etching and the electrode substrate are joined.

【0034】(実施例1)図10は、本発明による静電
型アクチュエータの一実施例を説明するための要部断面
図で、この実施例は本発明による静電型アクチュエータ
をインクジェットヘッドに適用したものである。図10
(A)は、図1の駆動電圧を印加するためのパッド部の
短辺方向であるA−A線断面(図2(A)に相当)を示
し、図10(B)は図1の振動板領域の短辺方向である
B−B線断面(図2(B)に相当)を示した。更に、図
10(C)は、図1の長辺方向であるC−C線断面(図
2(C)に相当)を各々示した。本実施例のインクジェ
ットヘッドは、前述の図7に示した製作フローに従って
作製した。図10において、81は面方位(100)、
抵抗率10〜20Ω−cmのn型単結晶Si基板であ
る。81′は振動板92と個別電極86のギャップスペ
ーサであってH2ガスとO2ガス雰囲気のパイロ酸化炉
で形成したSi酸化膜であり、リソ、エッチングを繰り
返すことで形成した、例えば、4段の階段状の段差を持
つシリコン酸化膜である。この時、個別電極86と単結
晶シリコン基板81との間のSi酸化膜厚は最大で2μ
mであり、最小で400nmである。振動板92と個別
電極86のギャップ長は4種類であって、図2(B),
図4(B)の表現を用いれば、G1=1.6μm,G2
=1.2μm,G3=0.8μm,G4=0.4μmであ
る。個別電極86は厚さ200nmのTiN個別電極で
ある。個別電極86上にはプラズマCVD法により形成
した厚さ200nmの酸化シリコン膜87が形成されて
いる。
(Embodiment 1) FIG. 10 is a sectional view of an essential part for explaining an embodiment of an electrostatic actuator according to the present invention. In this embodiment, the electrostatic actuator according to the present invention is applied to an ink jet head. It was done. FIG.
1A shows a cross section taken along the line AA (corresponding to FIG. 2A), which is a short side direction of the pad portion for applying the driving voltage of FIG. 1, and FIG. 10B shows the vibration of FIG. A cross section taken along line BB (corresponding to FIG. 2B), which is a short side direction of the plate region, is shown. Further, FIG. 10C shows a cross section taken along the line CC (corresponding to FIG. 2C), which is the long side direction of FIG. The inkjet head of this example was manufactured according to the manufacturing flow shown in FIG. In FIG. 10, 81 is a plane orientation (100),
It is an n-type single crystal Si substrate having a resistivity of 10 to 20 Ω-cm. Reference numeral 81 'denotes a gap spacer between the vibration plate 92 and the individual electrode 86, which is a Si oxide film formed by a pyro-oxidation furnace in an atmosphere of H2 gas and O2 gas, and formed by repeating lithography and etching, for example, a four-stage structure. It is a silicon oxide film having a step-like step. At this time, the Si oxide film thickness between the individual electrode 86 and the single crystal silicon substrate 81 is 2 μm at the maximum.
m and at least 400 nm. There are four types of gap lengths between the diaphragm 92 and the individual electrodes 86, as shown in FIG.
Using the expression of FIG. 4B, G1 = 1.6 μm, G2
= 1.2 µm, G3 = 0.8 µm, and G4 = 0.4 µm. The individual electrode 86 is a 200-nm-thick TiN individual electrode. On the individual electrode 86, a 200-nm-thick silicon oxide film 87 formed by a plasma CVD method is formed.

【0035】前記酸化シリコン膜87は振動板92と酸
化シリコン膜87が直接接触して駆動する当接駆動を行
う時に振動板92と個別電極86の絶縁を確保するもの
であって、TiN個別電極をパターニングするエッチン
グマスクとして用いたものをそのまま用いた。86′は
駆動電圧を個別電極86に印加するための、前記酸化シ
リコン膜87が形成されていない電極パッド領域であ
る。面方位(110)の単結晶Si基板91をKOHで
異方性エッチングして形成したボロン不純物原子を1E
20/cm3以上含む膜厚3μmの振動板92がギャッ
プスペーサのSi酸化膜81′と接合されている。面方
位(110)単結晶Si基板91には、KOHの異方性
エッチングで形成したインク液室98と、そこへインク
を供給する共通液室96が形成され、両者が流路97に
よって連通されている。
The silicon oxide film 87 secures insulation between the vibration plate 92 and the individual electrode 86 when the diaphragm 92 and the silicon oxide film 87 are brought into direct contact with each other to perform driving. The one used as an etching mask for patterning was used as it was. Reference numeral 86 'denotes an electrode pad region where the silicon oxide film 87 is not formed for applying a drive voltage to the individual electrode 86. Boron impurity atoms formed by anisotropically etching a single crystal Si substrate 91 having a plane orientation of (110) with KOH are removed by 1E.
A 3 μm-thick diaphragm 92 containing 20 / cm 3 or more is joined to the Si oxide film 81 ′ of the gap spacer. An ink liquid chamber 98 formed by anisotropic etching of KOH and a common liquid chamber 96 for supplying ink thereto are formed on the (110) single-crystal Si substrate 91 in plane orientation, and both are communicated by a flow path 97. ing.

【0036】更に、サンドブラスト加工でインク供給用
の流路95とインクノズル99が形成されたガラス板9
4がインク液室98の上に貼り付けられている。この
時、インク液室98の幅は個別電極86を内部に形成し
ている階段状のギャップスペーサの幅より小さい。この
ようなインクジェットヘッドにおいて、振動板92を電
気的に接地し電極パッド86′を介して個別電極86に
正の駆動電圧を印加し、一定周波数で駆動した。電圧を
印加した時、振動板92と個別電極86との間に静電引
力が働き、振動板92は個別電極86方向に引かれた。
この時、インク液室98は陰圧となりインク供給のため
の流路97を経て共通液室96から個別液室98へイン
クが供給された。駆動電圧の周波数に対応して振動板9
2はSiの剛性により元の位置へと戻り、この時、個別
液室98は加圧され、ノズル99を経てインクが矢印方
向へ吐出され、記録紙上へ着弾し、記録された。
Further, the glass plate 9 on which the ink supply channels 95 and the ink nozzles 99 are formed by sandblasting.
4 is stuck on the ink liquid chamber 98. At this time, the width of the ink liquid chamber 98 is smaller than the width of the step-shaped gap spacer in which the individual electrode 86 is formed. In such an ink jet head, the diaphragm 92 was electrically grounded, a positive drive voltage was applied to the individual electrode 86 via the electrode pad 86 ', and the ink jet head was driven at a constant frequency. When a voltage was applied, an electrostatic attraction was exerted between the diaphragm 92 and the individual electrode 86, and the diaphragm 92 was pulled in the direction of the individual electrode 86.
At this time, the ink liquid chamber 98 became negative pressure, and the ink was supplied from the common liquid chamber 96 to the individual liquid chamber 98 via the flow path 97 for supplying ink. Diaphragm 9 corresponding to the frequency of the drive voltage
2 returned to the original position due to the rigidity of Si, at this time, the individual liquid chamber 98 was pressurized, ink was ejected in the direction of the arrow via the nozzle 99, landed on the recording paper, and was recorded.

【0037】(実施例2)図11は、本発明による静電
型アクチュエータの他の実施例を説明するための要部断
面図で、この実施例は、本発明による静電型アクチュエ
ータをインクジェットヘッドに適用した場合のものであ
る。図11(A)は、図1の駆動電圧を印加するための
パッド部の短辺方向であるA−A線断面(図2(A)に
相当)を示し、図11(B)は、図1の振動板領域の短
辺方向であるB−B線断面(図2(B)に相当)を示し
た。更に、図11(C)は、図1の長辺方向であるC−
C線断面(図2(C)に相当)を各々示した。本実施例
によるインクジェットヘッドは、前述の図7に示した製
作フローに従って作製した。101は振動板112と個
別電極106のギャップスペーサが形成された支持体で
あり、リソ、エッチングを繰り返すことで形成した4段
の階段状の段差を持つガラス基板である。この時、振動
板112と個別電極106のギャップ長は4種類であっ
て、図2(B),図4(B)の表現を用いれば、G1=
2.0μm,G2=1.5μm,G3=1.0μm,G4
=0.5μmである。106は厚さ500nmのAlの
個別電極である。この個別電極106上にはプラズマC
VD法により形成した厚さ150nmの窒化シリコン膜
107が形成されている。
(Embodiment 2) FIG. 11 is a cross-sectional view of a principal part for explaining another embodiment of the electrostatic actuator according to the present invention. It is a case when applied to. FIG. 11A is a cross-sectional view (corresponding to FIG. 2A) taken along the line AA in the short side direction of the pad portion for applying the driving voltage of FIG. 1, and FIG. 1 shows a cross section taken along the line BB (corresponding to FIG. 2B), which is a short side direction of the diaphragm region. Further, FIG. 11 (C) shows C-
The cross section taken along the line C (corresponding to FIG. 2C) is shown. The ink jet head according to the present embodiment was manufactured according to the manufacturing flow shown in FIG. Reference numeral 101 denotes a support on which a gap spacer between the vibration plate 112 and the individual electrode 106 is formed, and is a glass substrate having four steps formed by repeating lithography and etching. At this time, there are four types of gap lengths between the diaphragm 112 and the individual electrodes 106, and using the expressions in FIGS. 2B and 4B, G1 =
2.0 μm, G2 = 1.5 μm, G3 = 1.0 μm, G4
= 0.5 μm. Reference numeral 106 denotes an Al individual electrode having a thickness of 500 nm. On this individual electrode 106, plasma C
A 150-nm-thick silicon nitride film 107 formed by the VD method is formed.

【0038】前記窒化シリコン膜107は振動板112
と窒化シリコン膜107が直接接触して駆動する当接駆
動を行う時に、振動板112と個別電極106の絶縁を
確保するものであって、Al個別電極をパターニングす
る時のエッチングマスクとして用いたものをそのまま用
いた。106′は駆動電圧を個別電極106に印加する
ための、前記窒化シリコン膜107が形成されていない
電極パッド領域を示す。面方位(110)の単結晶Si
基板と前記電極基板を基板温度400℃で電圧を印加し
ながら陽極接合した後にKOHで異方性エッチングして
形成したボロン不純物原子を1E20/cm3以上含む
3μmの振動板112がギャップスペーサを形成するガ
ラス基板101と接合されている。面方位(110)単
結晶Si基板111には、KOHの異方性エッチングで
形成したインク液室118と、そこへインクを供給する
共通液室116が形成され、両者が流路117によって
連通されている。
The silicon nitride film 107 has a diaphragm 112
Is used as an etching mask for patterning the Al individual electrode when the contact driving is performed in which the silicon nitride film 107 and the silicon nitride film 107 are brought into direct contact with each other to perform insulation. Was used as is. Reference numeral 106 'denotes an electrode pad region where the silicon nitride film 107 is not formed for applying a drive voltage to the individual electrode 106. Single crystal Si with plane orientation (110)
A 3 μm diaphragm 112 containing 1E20 / cm 3 or more of boron impurity atoms formed by anodically bonding a substrate and the electrode substrate at a substrate temperature of 400 ° C. while applying a voltage at a substrate temperature of 400 ° C. and then forming an anisotropic etching with KOH forms a gap spacer. Glass substrate 101 to be bonded. An ink liquid chamber 118 formed by anisotropic etching of KOH and a common liquid chamber 116 for supplying ink thereto are formed on the (110) plane orientation single crystal Si substrate 111, and both are communicated by a channel 117. ing.

【0039】更に、サンドブラスト加工でインク供給用
の流路115とインクノズル119が形成されたガラス
板114がインク液室の上に張り付けられている。この
時、インク液室118の幅は個別電極を内部に形成して
いる階段状のギャップスペーサの幅より小さい。このよ
うなインクジェットヘッドにおいて、振動板112を電
気的に接地し、電極パッド106′を介して個別電極1
06に正の駆動電圧を印加し、一定周波数で駆動した。
電圧を印加したとき振動板112と個別電極106との
間に静電引力が働き、振動板112は個別電極106の
方向に引かれた。この時、インク液室118は陰圧とな
り、インク供給のための流路117を経て共通液室11
6から個別液室118へインクが供給された。駆動電圧
の周波数に対応して振動板112はSiの剛性により元
の位置へと戻り、この時、個別液室118は加圧され、
ノズル119を経てインクが矢印方向へ吐出され、記録
紙上へ着弾し、記録された。
Further, a glass plate 114 on which an ink supply channel 115 and an ink nozzle 119 are formed by sandblasting is adhered on the ink liquid chamber. At this time, the width of the ink liquid chamber 118 is smaller than the width of the step-shaped gap spacer in which the individual electrode is formed. In such an ink jet head, the diaphragm 112 is electrically grounded, and the individual electrodes 1 are connected via the electrode pads 106 '.
06 was applied with a positive drive voltage to drive at a constant frequency.
When a voltage was applied, an electrostatic attraction acted between the diaphragm 112 and the individual electrode 106, and the diaphragm 112 was pulled in the direction of the individual electrode 106. At this time, the ink liquid chamber 118 has a negative pressure and passes through the flow path 117 for supplying ink to the common liquid chamber 11.
6 to the individual liquid chamber 118. In accordance with the frequency of the drive voltage, the diaphragm 112 returns to the original position due to the rigidity of Si. At this time, the individual liquid chamber 118 is pressurized,
Ink was ejected through the nozzle 119 in the direction of the arrow, landed on the recording paper, and was recorded.

【0040】(実施例3)図12は、本発明による静電
型アクチュエータの更に他の実施例を説明するための要
部断面図で、この実施例は、本発明による静電型アクチ
ュエータをインクジェットヘッドに適用したものであ
る。図12(A)は、図1の駆動電圧を印加するための
パッド部の短辺方向であるA−A線断面(図2(A)に
相当)を示し、図12(B)は図1の振動板領域の短辺
方向であるB−B線断面(図2(B)に相当)を示し
た。更に、図12(C)は、図1の長辺方向であるC−
C線断面(図2(C)に相当)を各々示した。本実施例
のインクジェットヘッドは、前述の図7に示した製作フ
ローに従って作製した。121は面方位(100)、抵
抗率10〜20Ω−cmのp型単結晶Si基板である。
121′は振動板132と個別電極126のギャップス
ペーサであって、前記、単結晶シリコン基板121に対
してリソ、エッチングを繰り返すことで階段状の段差を
形成した後に、H2ガスとO2ガス雰囲気のパイロ酸化
炉で形成したSi酸化膜であり、8段の階段状の段差が
形成されたシリコン酸化膜である。この時、個別電極1
26と単結晶シリコン基板121との間のSi酸化膜厚
は1μmである。振動板132と個別電極126のギャ
ップ長は8種類であって、図4(B),図4(C)の表
現を用いれば、G1=2.0μm,G2=1.8μm,G
3=1.6μm,G4=1.4μm,G5=1.2μm,
G6=1.0μm,G7=0.8μm,G8=0.6μm
である。126は厚さ300nmのリン原子を1E20
/cm3以上含む多結晶シリコンの個別電極である。個
別電極126の上には熱酸化法により形成した厚さ20
0nmの酸化シリコン膜127が形成されている。
(Embodiment 3) FIG. 12 is a cross-sectional view of a principal part for explaining still another embodiment of the electrostatic actuator according to the present invention. This is applied to the head. FIG. 12A is a cross-sectional view (corresponding to FIG. 2A) taken along the line AA in the short side direction of the pad portion for applying the driving voltage of FIG. 1, and FIG. A cross section taken along the line BB (corresponding to FIG. 2B), which is a short side direction of the diaphragm region of FIG. Further, FIG. 12C shows C- direction which is the long side direction of FIG.
The cross section taken along the line C (corresponding to FIG. 2C) is shown. The inkjet head of this example was manufactured according to the manufacturing flow shown in FIG. Reference numeral 121 denotes a p-type single crystal Si substrate having a plane orientation (100) and a resistivity of 10 to 20 Ω-cm.
Reference numeral 121 'denotes a gap spacer between the vibration plate 132 and the individual electrode 126. The gap spacer is formed by repeating lithography and etching with respect to the single crystal silicon substrate 121 to form a step-like step. It is a silicon oxide film formed in a pyro-oxidation furnace, and is a silicon oxide film in which eight steps are formed. At this time, the individual electrode 1
The Si oxide film thickness between 26 and single crystal silicon substrate 121 is 1 μm. There are eight types of gap lengths between the diaphragm 132 and the individual electrodes 126. According to the expressions shown in FIGS. 4B and 4C, G1 = 2.0 μm, G2 = 1.8 μm, G
3 = 1.6 μm, G4 = 1.4 μm, G5 = 1.2 μm,
G6 = 1.0 μm, G7 = 0.8 μm, G8 = 0.6 μm
It is. 126 is a phosphor atom having a thickness of 300 nm
/ Cm 3 or more. On the individual electrode 126, a thickness of 20
A 0 nm silicon oxide film 127 is formed.

【0041】前記酸化シリコン膜127は振動板132
と酸化シリコン膜127が直接接触して駆動する当接駆
動を行う時に、振動板132と個別電極126の絶縁を
確保するものである。126′は駆動電圧を個別電極1
26に印加するための、前記酸化シリコン膜127が形
成されていない電極パッド領域である。面方位(11
0)の単結晶Si基板131をKOHで異方性エッチン
グして形成したボロン不純物原子を1E20/cm3
上含む3μmの振動板132がギャップスペーサのSi
酸化膜121′と接合されている。面方位(110)単
結晶Si基板131には、KOHの異方性エッチングで
形成したインク液室138と、そこへインクを供給する
共通液室136が形成され、両者が流路137によって
連通されている。
The silicon oxide film 127 is formed on the diaphragm 132
When the contact drive is performed in which the silicon oxide film 127 and the silicon oxide film 127 are brought into direct contact with each other, the insulation between the diaphragm 132 and the individual electrodes 126 is ensured. Reference numeral 126 'denotes a drive voltage applied to the individual electrode 1.
This is an electrode pad region where the silicon oxide film 127 is not formed for application to the electrode pad 26. Plane orientation (11
0) A 3 μm diaphragm 132 containing boron impurity atoms of 1E20 / cm 3 or more formed by anisotropically etching a single crystal Si substrate 131 with KOH is used as a gap spacer Si.
It is bonded to the oxide film 121 '. An ink liquid chamber 138 formed by KOH anisotropic etching and a common liquid chamber 136 for supplying ink thereto are formed on the (110) plane orientation single crystal Si substrate 131, and both are communicated by a flow path 137. ing.

【0042】更に、サンドブラスト加工でインク供給用
の流路135とインクノズル139が形成されたガラス
板134がインク液室138の上に張り付けられてい
る。この時、インク液室138の幅は個別電極を内部に
形成している階段状のギャップスペーサの幅より小さ
い。このようなインクジェットヘッドにおいて、振動板
132を電気的に接地し電極パッド126′を介して個
別電極126に正の駆動電圧を印加し、一定周波数で駆
動した。電圧を印加した時、振動板132と個別電極1
26との間に静電引力が働き、振動板132は個別電極
126の方向に引かれた。この時、インク液室138は
陰圧となりインク供給のための流路137を経て共通液
室136から個別液室138へインクが供給された。駆
動電圧の周波数に対応して振動板132はSiの剛性に
より元の位置へと戻り、この時、個別液室138は加圧
され、ノズル139を経てインクが矢印方向へ吐出さ
れ、記録紙上へ着弾し、記録された。
Further, a glass plate 134 in which an ink supply channel 135 and an ink nozzle 139 are formed by sandblasting is stuck on the ink liquid chamber 138. At this time, the width of the ink liquid chamber 138 is smaller than the width of the step-shaped gap spacer in which the individual electrode is formed. In such an ink jet head, the diaphragm 132 was electrically grounded, a positive drive voltage was applied to the individual electrode 126 via the electrode pad 126 ', and the ink jet head was driven at a constant frequency. When a voltage is applied, the diaphragm 132 and the individual electrode 1
26, the diaphragm 132 was pulled in the direction of the individual electrode 126. At this time, the ink liquid chamber 138 became negative pressure, and the ink was supplied from the common liquid chamber 136 to the individual liquid chamber 138 via the flow path 137 for supplying ink. In accordance with the frequency of the drive voltage, the diaphragm 132 returns to its original position due to the rigidity of Si. At this time, the individual liquid chamber 138 is pressurized, and ink is ejected in the direction of the arrow via the nozzle 139, onto the recording paper. Landed and recorded.

【0043】[0043]

【発明の効果】請求項1記載の静電型アクチュエータに
おいては、ギャップの短辺は凹形状であって、かつ、少
なくとも二つ以上のギャップ長を持つ階段状に形成され
ているので、アクチュエータの低電圧駆動が可能とな
り、ドライバーのコストを低下できる。更に、振動板の
剛性が高くなり、駆動力,反発力の強い、アクチュエー
タを形成出来る。
According to the first aspect of the present invention, the short side of the gap is concave and is formed in a step shape having at least two gap lengths. Low voltage driving becomes possible, and the cost of the driver can be reduced. Further, the rigidity of the diaphragm is increased, and an actuator having strong driving force and repulsive force can be formed.

【0044】請求項2記載の静電型アクチュエータにお
いては、前記ギャップの短辺と、長辺が凹形状であっ
て、かつ、少なくとも二つ以上のギャップ長を持つ階段
状に形成されているので、請求項1の発明より更なるア
クチュエータの低電圧駆動が可能となる。
In the electrostatic actuator according to the second aspect, the short side and the long side of the gap are concave, and the gap is formed in a step shape having at least two or more gap lengths. Further, the actuator can be driven at a lower voltage than in the first aspect of the present invention.

【0045】請求項3記載の静電型アクチュエータにお
いては、前記凹形状、かつ、階段形状のギャップ内に
は、段差を被覆するように個別電極が形成されているの
で、個別電極と振動板との間に生じる静電引力の作用す
る面積が大きくなり、効率的なアクチュエータの駆動が
可能となる。
In the electrostatic actuator according to the third aspect, since the individual electrodes are formed in the concave and step-shaped gaps so as to cover the steps, the individual electrodes, the diaphragm and The area on which the electrostatic attraction acts increases, and the actuator can be driven efficiently.

【0046】請求項4記載の静電型アクチュエータにお
いては、個別電極の上に絶縁物が形成されているので、
振動板と個別電極が当接する当接駆動が可能となり、ア
クチュエータ間の振動変位量のバラツキを小さくでき
る。
In the electrostatic actuator according to the fourth aspect, since the insulator is formed on the individual electrode,
Contact driving in which the diaphragm and the individual electrode are in contact with each other is enabled, and variation in the amount of vibration displacement between the actuators can be reduced.

【0047】請求項5,請求項6,請求項7記載の静電
アクチュエータにおいては、個別電極上に形成された絶
縁物が酸化シリコン膜,窒化シリコン膜であって、該個
別電極が形成された電極基板がシリコンウェハであるの
で、通常の、シリコン半導体プロセスを用いて作製する
ことが出来るため、大幅なコストダウンが可能となる。
In the electrostatic actuator according to the fifth, sixth, and seventh aspects, the insulator formed on the individual electrode is a silicon oxide film or a silicon nitride film, and the individual electrode is formed. Since the electrode substrate is a silicon wafer, it can be manufactured using a normal silicon semiconductor process, so that a significant cost reduction is possible.

【0048】請求項8記載の静電型アクチュエータにお
いては、個別電極が形成された電極基板がホウ珪酸ガラ
スであるので、振動板と電極基板を接合する時に比較的
接合温度が低く、プロセスマージンの広い陽極接合が可
能となるため、歩留まりを含むプロセスコストを大幅に
低減することが出来る。
In the electrostatic actuator according to the eighth aspect, since the electrode substrate on which the individual electrodes are formed is made of borosilicate glass, the bonding temperature is relatively low when the vibration plate and the electrode substrate are bonded, and the process margin is reduced. Since wide anodic bonding can be performed, process costs including yield can be significantly reduced.

【0049】請求項9記載の静電型アクチュエータの製
作方法においては、ギャップの形成において、第一のギ
ャップ形成工程、更に、少なくとも、第一のギャップ形
成工程で形成された第一のギャップ幅より広い第二のギ
ャップを形成する工程、更に、それ以上のギャップを形
成する工程で二つ以上のギャップ長を持つ階段状のギャ
ップを形成するので、階段状のギャップを制御性良く、
更に、再現性良く形成できるため、ギャップ形状のバラ
ツキを小さく出来る。
In the method of manufacturing an electrostatic actuator according to the ninth aspect, in forming the gap, the first gap forming step may be further performed at least by the first gap width formed in the first gap forming step. Step of forming a wide second gap, further, since a step-shaped gap having two or more gap lengths is formed in the step of forming a larger gap, the step-shaped gap is well controlled,
Furthermore, since it can be formed with good reproducibility, the variation in the gap shape can be reduced.

【0050】請求項10記載の本発明による静電型アク
チュエータを用いたインクジェットヘッドにおいては、
インクを吐出するために液室を振動板の一部を用いて形
成しているため、低消費電力のインクジェットヘッドが
作製できるだけでなく、高密度のノズルを持つインクジ
ェットヘッドが容易に実現できる。
In an ink jet head using the electrostatic actuator according to the present invention,
Since the liquid chamber is formed using a part of the diaphragm in order to eject ink, not only can an ink jet head with low power consumption be manufactured, but also an ink jet head having high-density nozzles can be easily realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明による静電アクチュエータの一例を示
す上面の一部を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a part of an upper surface showing an example of an electrostatic actuator according to the present invention.

【図2】 図1に示した静電型アクチュエータの要部断
面構成図である。
FIG. 2 is a cross-sectional configuration diagram of a main part of the electrostatic actuator illustrated in FIG. 1;

【図3】 本発明による静電アクチュエータの他の例を
示す上面の一部を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a part of the upper surface showing another example of the electrostatic actuator according to the present invention.

【図4】 図3に示した静電アクチュエータの要部断面
構成図である。
FIG. 4 is a sectional view showing a principal part of the electrostatic actuator shown in FIG. 3;

【図5】 本発明による静電アクチュエータの動作説明
をするための要部断面構成図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view of a main part for describing an operation of the electrostatic actuator according to the present invention.

【図6】 静電力による吸引力Fとギャップテーパ角の
関係を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between an attractive force F by an electrostatic force and a gap taper angle.

【図7】 本発明による静電アクチュエータの作製工程
の一例を説明するための図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining an example of a manufacturing process of the electrostatic actuator according to the present invention.

【図8】 本発明による静電アクチュエータの他の作製
工程を説明するための図である。
FIG. 8 is a diagram for explaining another manufacturing process of the electrostatic actuator according to the present invention.

【図9】 インクジェットヘッドに本発明による静電ア
クチュエータを用いた例を説明するための要部断面図で
ある。
FIG. 9 is a sectional view of an essential part for explaining an example in which the electrostatic actuator according to the present invention is used for an ink jet head.

【図10】 本発明による静電型アクチュエータをイン
クジェットヘッドに適用した一実施例を説明するための
要部断面図である。
FIG. 10 is a sectional view of an essential part for explaining an embodiment in which the electrostatic actuator according to the present invention is applied to an ink jet head.

【図11】 本発明による静電型アクチュエータをイン
クジェットヘッドに適用した他の実施例を説明するため
の要部断面図である。
FIG. 11 is a sectional view of a principal part for explaining another embodiment in which the electrostatic actuator according to the present invention is applied to an ink jet head.

【図12】 本発明による静電型アクチュエータをイン
クジェットヘッドに適用した更に他の実施例を説明する
ための要部断面図である。
FIG. 12 is a sectional view of a principal part for explaining still another embodiment in which the electrostatic actuator according to the present invention is applied to an ink jet head.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11,21,31…基板、12,22,32…絶縁部
材、13,23,33…個別電極、14,24,34,
55′…絶縁膜、15,25,35,46…振動板。
11, 21, 31 ... substrate, 12, 22, 32 ... insulating member, 13, 23, 33 ... individual electrode, 14, 24, 34,
55 ': insulating film; 15, 25, 35, 46 ... diaphragm.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大高 剛一 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 太田 英一 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 田中 誠 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 Fターム(参考) 2C057 AF24 AF39 AF52 AF55 AF93 AG12 AG53 AG54 AG93 AP02 AP24 AQ02 BA04 BA15 CA01 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Goichi Otaka 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Inside Ricoh Company (72) Inventor Eiichi Ota 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo No. Ricoh Co., Ltd. (72) Inventor Makoto Tanaka 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo F-term in Ricoh Co., Ltd. 2C057 AF24 AF39 AF52 AF55 AF93 AG12 AG53 AG54 AG93 AP02 AP24 AQ02 BA04 BA15 CA01

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 振動板と該振動板とギャップを介して接
合された電極基板上に前記振動板に対向して設けられた
個別電極を有し、前記振動板と前記個別電極間に駆動電
圧を印加し、前記振動板を静電力により変形させる静電
型アクチュエータであって、短辺と長辺の長方形で構成
された前記振動板と個別電極との間に空隙を形成してい
るギャップを有し、該ギャップの短辺は凹形状であっ
て、かつ、少なくとも二つ以上のギャップ長を持つ階段
状に形成されていることを特徴とする静電型アクチュエ
ータ。
1. A vibration plate and an individual electrode provided on an electrode substrate joined to the diaphragm with a gap interposed therebetween, wherein a driving voltage is applied between the diaphragm and the individual electrode. And an electrostatic actuator that deforms the vibrating plate by electrostatic force, wherein a gap that forms a gap between the vibrating plate and the individual electrodes, each of which has a rectangular shape with short sides and long sides, is formed. An electrostatic actuator having a gap, wherein a short side of the gap is concave, and is formed in a step shape having at least two or more gap lengths.
【請求項2】 請求項1記載の静電型アクチュエータに
おいて、前記ギャップの長辺は凹形状であって、かつ、
少なくとも二つ以上のギャップ長を持つ階段状に形成さ
れ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, wherein a long side of the gap has a concave shape, and
An electrostatic actuator characterized by being formed in a step shape having at least two gap lengths.
【請求項3】 請求項1又は2記載の静電型アクチュエ
ータにおいて、前記凹形状かつ階段形状のギャップ内に
は、段差を被覆するように前記個別電極が形成されてい
ることを特徴とする静電型アクチュエータ。
3. The electrostatic actuator according to claim 1, wherein the individual electrode is formed in the concave and step-shaped gap so as to cover a step. Electric actuator.
【請求項4】 請求項3記載の静電型アクチュエータに
おいて、前記個別電極の上に絶縁物が形成されているこ
とを特徴とする静電型アクチュエータ。
4. The electrostatic actuator according to claim 3, wherein an insulator is formed on the individual electrode.
【請求項5】 請求項4記載の静電型アクチュエータに
おいて、前記個別電極の上に形成された絶縁物が酸化シ
リコン膜であることを特徴とする静電型アクチュエー
タ。
5. The electrostatic actuator according to claim 4, wherein the insulator formed on the individual electrode is a silicon oxide film.
【請求項6】 請求項4記載の静電型アクチュエータに
おいて、前記個別電極の上に形成された絶縁膜が窒化シ
リコン膜であることを特徴とする静電型アクチュエー
タ。
6. The electrostatic actuator according to claim 4, wherein the insulating film formed on the individual electrode is a silicon nitride film.
【請求項7】 請求項1乃至6のいずれかに記載の静電
型アクチュエータにおいて、前記個別電極が形成された
電極基板がシリコンウェハであることを特徴とする静電
型アクチュエータ。
7. The electrostatic actuator according to claim 1, wherein the electrode substrate on which the individual electrodes are formed is a silicon wafer.
【請求項8】 請求項1乃至6のいずれかに記載の静電
型アクチュエータにおいて、前記個別電極が形成された
電極基板がホウ珪酸ガラスであることを特徴とする静電
型アクチュエータ。
8. The electrostatic actuator according to claim 1, wherein the electrode substrate on which the individual electrodes are formed is made of borosilicate glass.
【請求項9】 請求項1乃至8のいずれかに記載の静電
型アクチュエータの製造方法であって、前記短辺と長辺
の長方形で構成された振動板と個別電極との間の空隙を
形成しているギャップの形成方法において、第一のギャ
ップ形成工程、更に、少なくとも、前記第一のギャップ
形成工程で形成された第一のギャップ幅より広い第二の
ギャップを形成する第二のギャップ形成工程とから成る
二つ以上階段状ののギャップ長を形成する静電型アクチ
ュエータの製造方法。
9. The method for manufacturing an electrostatic actuator according to claim 1, wherein a gap between the diaphragm formed of the rectangle having the short side and the long side and the individual electrode is formed. In the method for forming a gap being formed, a first gap forming step, and further, at least a second gap forming a second gap wider than the first gap width formed in the first gap forming step Forming a gap length of two or more steps in a step-like manner.
【請求項10】 請求項1乃至8のいずれかに記載の静
電型アクチュエータを用いたインクジェットヘッドであ
って、インクを吐出するために、前記振動板の一部を用
いて液室を形成したことを特徴とするインクジェットヘ
ッド。
10. An ink jet head using the electrostatic actuator according to claim 1, wherein a liquid chamber is formed using a part of the vibration plate in order to discharge ink. An ink jet head, characterized in that:
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