JP5112094B2 - 静電型アクチュエータ、液滴吐出ヘッド、及び画像形成装置、並びに静電型アクチュエータの製造方法 - Google Patents
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Description
そこで、特許文献4に開示されているように、空隙と連通路により連通した大気開放孔を開口し、空隙内圧が外圧(大気圧)と同じにし、振動板が撓んでいない状態で接液膜を塗布することが望ましい。また、大気開放孔を接液膜形成と同時に接液膜で封止することも可能である。しかし、接液膜材料は、振動板の吐出液への溶出防止や吐出液との塗れ性確保の点に主眼を置いて選定されており、塗布条件も均一に所望の膜厚になる様に設定されるため、このような方法では封止性が十分に得られない場合がある。さらに、接液膜の材料(溶媒)が空隙内に封入されることで、疎水性の阻害や異物発生の原因となる場合もある。
実施形態1は本発明の液滴吐出ヘッドであり、本発明の静電型アクチュエータを圧力発生手段として使用している。図3には、実施形態1の液滴吐出ヘッドの分解斜視図を示した。図4には、この液滴吐出ヘッドの一部の平面図を示した。但し、この平面図は、内部を透視して記載している。図5〜8は、それぞれ図4におけるX−X'、Y1−Y1'、Y2−Y2'、Y3−Y3'断面の断面図である。図3〜8を参照にして実施形態1の液滴吐出ヘッド1、及びこれに組み込まれている本発明の静電型アクチュエータについて説明する。
・振動板側絶縁膜21(酸化シリコン膜):振動板と対向電極が当接したときの短絡防止
・振動板電極22(ヒ素ドープポリシリコン膜):対向電極との間に電圧印可し静電力を発生させるための電極
・引っ張り応力膜24(窒化シリコン膜):振動板を全体として引っ張り応力とすることで、撓まず張った状態にすることおよび駆動時の反発力確保
・犠牲層除去孔封止膜25(酸化シリコン膜):犠牲層除去孔の封止(引っ張り応力膜24(窒化シリコン膜)の割れ防止も兼ねている。)
・振動板接液膜26(PBO膜):インクによる振動板腐食防止の保護膜(PBO;Polybenzoxazole(ポリベンゾオキサゾール))
その他に、振動板電極22と引っ張り応力膜24の間に、振動板20の撓み防止膜として酸化シリコン膜を設けてもよい。
本発明の静電型アクチュエータの製造方法について実施形態2として説明する。図9は、実施形態2の静電型アクチュエータの製造方法のフローチャートである。図10は、本発明の静電型アクチュエータの製造行程を断面図により表している。図9,10を参照にしながら説明する。
周知の静電型アクチュエータの製造方法と同様に犠牲層プロセスを用いて、アクチュエータ基板10上に固定電極12を形成し、その上に犠牲層を形成し、振動板20(但し、振動板接液膜26は積層されていない。)を配置し、空隙14a、連通路56を形成して静電型アクチュエータの主要部を形成する。この場合、犠牲層除去孔を減圧CVD法による酸化シリコン膜にて封止したので、空隙14a内は減圧に保持され、常温、常圧の環境下では振動板は大気圧に押され空隙14a側に撓んでいる。
第一の開放孔55aを開口する。これにより、空隙14a内の圧力を外部圧力と同一にすることができ、振動板20の撓みが解消される。第一の開放孔55aの開口方法はフォトリソ・エッチングにより行った。
保護膜であるPBO製の振動板接液膜26を塗布法にて形成した。感光性材料であるPBOとなる前駆体を用い、以下(1)〜(5)の順に実行することで、容易に所望の部分にのみPBO膜を形成することができる。
(1)PBOとなる前駆体を含んだ溶液をスピンコートにてアクチュエータ基板10表面に塗布する。
(2)ソフトベークを行い、溶媒を揮発させる。このとき、例えば、最初に60℃/3min程度ベークした後、120℃/4minベーク(いずれもホットプレートにてベーク)と段階的に温度を上げることで、第一の開放孔55a付近で発生し易い、溶媒の揮発に伴う発泡を抑えることができる。
(3)PBO不要部をマスク露光にて前駆体膜に露光する。
(4)アルカリ溶液に浸漬し露光したPBO前駆体膜部分を除去する。
(5)320℃程度の温度でハードベークを行い、残った前駆体膜部分を完全にPBO化する。
この実施形態の静電型アクチュエータは、アクチュエータ基板10を貫通する液供給路57を備えており、アクチュエータ基板10側から吐出液を吐出するタイプである。液供給路57は、フォトリソ・エッチング工程により形成した。
第二の開放孔55bを、所定の位置に、レーザ等により開口する。
第二の開放孔55bから連通路56を通じ空隙14aへHMDS(ヘキサメチルジシラザン)などの疎水膜となるガスを導入し、空隙14a内部表面、特に振動板側絶縁膜22および固定電極側絶縁膜13の空隙14aに面した部分の疎水化処理を行う。このとき、前処理(乾燥)工程として、空隙14a内部の表面に付着している水分や、振動板接液膜形成/第一の開放孔封止工程で、空隙14a内に入り込み、一部が表面に付着しているPBO前駆体を溶解していた溶媒等を除去、あるいは可能な限り低減することが望ましい。
疎水化処理槽内からアクチュエータ基板10を取り出し、速やかに第二の開放孔55bを封止材58bにて気密封止する。封止材58bとしては、前述したように紫外線硬化型のエポキシ樹脂を用いた。
本発明の静電型アクチュエータの実施形態3〜6は、複数の静電型アクチュエータ素子を備えた静電型アクチュエータであって、連通路56及び第一の開放孔55aと第二の開放孔55bの配置が、それぞれ異なった形態である。これらの静電型アクチュエータにおいては、複数の静電型アクチュエータ素子3がアクチュエータ基板10上に平行に並ぶように配列されており、それぞれの静電型アクチュエータ素子3の空隙14aの端部が、静電型アクチュエータ素子3の列(空隙14aの列でもある。)に沿うように配置された連通路56に連通している。
実施形態7は、上述の本発明に係る静電アクチュエータを吐出液の吐出圧力発生手段とした液滴吐出ヘッドを搭載した画像形成装置である。図14は実施形態6の斜視図であり、図15はこの画像形成装置の機構部を説明する側面説明図である。図14及び図15を参照にして実施形態6の画像形成装置について説明する。通常、この画像形成装置はインクジェット記録装置、インクジェットプリンタとも呼ばれている。このインクジェット記録装置は、記録装置本体81の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ93、キャリッジ93に搭載された本発明の液滴吐出ヘッドからなる記録ヘッド95、記録ヘッド95へ記録液を供給する液カートリッジ等で構成される印字機構部82等を収納している。装置本体81の下方部には前方側から多数枚の用紙83を積載可能な給紙カセット(或いは給紙トレイでもよい。)84を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙83を手差しで給紙するための手差しトレイ85を開倒することができる。給紙カセット84或いは手差しトレイ85から給送される用紙83を取り込み、印字機構部82によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ86に排紙される。
2: 静電型アクチュエータ
3: 静電型アクチュエータ素子
10: 基板(アクチュエータ基板)
11: 基板絶縁膜
12: 固定電極
12b: 固定電極 (引き出し部)
12c: 固定電極ダミー(スペーサ)
13: 固定電極側絶縁膜
14a: 空隙
14b: 残存犠牲層(スペーサ)
20: 振動板(積層振動板)
21: 振動板側絶縁膜
22: 振動板電極
22b: 振動板電極(引き出し部)
22c: 振動板電極ダミー(スペーサ)
24: 引っ張り応力膜
25: 犠牲層除去孔封止膜
26: 振動板接液膜(保護膜)
30: 液室基板
31: 共通液室
32: 流体抵抗部
33: 加圧液室
34: 連通管
35: 流路基板接液膜
40: ノズル板
41: ノズル孔
52: 電極−配線接続孔
53a: 固定電極配線
53b: 振動板電極配線
54: 外部との電気的接続部
55a: 第一の大気開放孔
55b: 第二の大気開放孔(HMDS導入孔)
56: 連通路
57: 液供給路
58a: 第一の封止部材
58b: 第二の封止部材(封止材)
60: 接着材層
61: 吐出液流通孔
61: 吐出液供給路接液膜
81: 画像形成装置(装置本体)
82: 印字機構部
83: 用紙
84: 給紙カセット
85: 手差しトレイ
86: 排紙トレイ
93: キャリッジ
95: 記録ヘッド
Claims (9)
- 振動板電極を含み表面に保護膜を形成した振動板と、この振動板に空隙を介して対向配置された固定電極と、
前記空隙に連通する連通路を備え、
前記保護膜を含む振動板には、前記連通路を大気に開放する第一の開放孔と第二の開放孔が形成され、
前記第二の開放孔は、前記保護膜まで貫通するように形成され、かつ前記第一の開放孔よりも前記空隙に近い側に形成され、
前記第二の開放孔を気密封止する封止材は、前記連通路の第二の開放孔との連通部を遮断し、
前記保護膜は、熱硬化性の保護膜前駆体を加熱硬化させた樹脂膜であり、
前記空隙は、前記保護膜の硬化温度で脱離又は分解する疎水膜を備えることを特徴とする静電型アクチュエータ。 - 請求項1に記載の静電型アクチュエータを複数備え、それぞれの静電型アクチュエータの連通路が互いに連通されていることを特徴とする静電型アクチュエータ。
- 前記第一の開放孔は、前記保護膜により封止されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の静電型アクチュエータ。
- 前記封止材は、エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の静電型アクチュエータ。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載の静電型アクチュエータを備え、前記静電型アクチュエータを作動させることによりノズルから液滴を吐出することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
- 請求項5に記載の液滴吐出ヘッドを搭載し、前記液滴吐出ヘッドにより記録材に液滴を噴射して画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
- 基板上に固定電極と、犠牲層と、振動板電極を含む振動板を順に積層した後、前記犠牲層にエッチング剤を導入して前記犠牲層を除去し、空隙及び前記空隙に連通する連通路を形成する静電型アクチュエータ構造形成行程と、
前記振動板に、前記連通路を大気中に連通させる第一の開放孔を設ける第一の開放孔形成行程と、
前記振動板の表面に、熱硬化性の保護膜前駆体を塗布し、加熱硬化させて保護膜を形成する保護膜形成行程と、
前記保護膜を形成した振動板の表面に、前記連通路を大気中に連通させる第二の開放孔を設ける第二の開放孔形成行程と、
前記第二の開放孔から、前記連通路を介して前記空隙に疎水剤を導入する疎水剤導入行程と、
前記第二の開放孔を、封止材で封止する第二の開放孔封止行程と、
を含むことを特徴とする静電型アクチュエータの製造方法。 - 前記保護膜形成行程は、吐出流体を流通させる液供給路を形成する液供給路形成行程を含むことを特徴とする請求項7に記載の静電型アクチュエータの製造方法。
- 前記保護膜形成行程は、前記第一の開放孔を封止する第一の開放孔封止行程を含むことを特徴とする請求項7又は8に記載の静電型アクチュエータの製造方法。
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