JP5200746B2 - Electrostatic actuator, droplet discharge head, droplet discharge device, and method for manufacturing droplet discharge head - Google Patents
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Description
本発明は、インクジェットヘッド等の駆動機構として用いられている静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドの製造方法等に関するものである。 The present invention relates to an electrostatic actuator, a droplet discharge head, a method for manufacturing a droplet discharge head, and the like used as a drive mechanism for an inkjet head or the like.
アクチュエータ駆動方式の液滴吐出ヘッドでは、吐出室の一部を構成する振動板を静電気力や圧電素子の圧電効果によって弾性変位させ、圧力室内に圧力を発生させることによりノズルから液滴を吐出させるようにしている。この種の液滴吐出ヘッドでは、近年、高速印字に対応するため多ノズル化が進んでおり、また高解像度化の要求から微小なアクチュエータが求められている。しかしながら、アクチュエータが小型化、高密度化されると、振動板の変位量が不十分となり、これにより圧力室内に十分な圧力が発生せず必要な液滴吐出量を得ることができないという問題があった。 In the actuator-driven droplet discharge head, the diaphragm constituting a part of the discharge chamber is elastically displaced by electrostatic force or the piezoelectric effect of the piezoelectric element, and a droplet is discharged from the nozzle by generating pressure in the pressure chamber. I am doing so. In this type of droplet discharge head, in recent years, the number of nozzles has been increased in order to cope with high-speed printing, and a minute actuator has been demanded from the demand for higher resolution. However, when the actuator is miniaturized and densified, the amount of displacement of the diaphragm becomes insufficient, which causes a problem that sufficient pressure is not generated in the pressure chamber and a necessary droplet discharge amount cannot be obtained. there were.
そこで、圧電駆動方式の液滴吐出装置では、振動板上に無機エレクトレット層を多層化することで大きな機械的駆動力を得て振動板の変位量を大きくするようにしたり(例えば、特許文献1)、振動板を、無機エレクトレット層と薄膜金属加熱パターンとを積層した構成とし、電圧印加によりエレクトレット層を変形させるとともに、薄膜金属加熱パターンによりエレクトレット層を膨張させることで、振動板を大きく変位させるようにするものがあった(例えば、特許文献2)。 Therefore, in a piezoelectric drive type liquid droplet ejection device, a large mechanical driving force is obtained by multilayering an inorganic electret layer on a vibration plate to increase the displacement of the vibration plate (for example, Patent Document 1). ), The diaphragm has a structure in which an inorganic electret layer and a thin film metal heating pattern are laminated, and the electret layer is deformed by applying a voltage, and the electret layer is expanded by the thin film metal heating pattern, so that the diaphragm is greatly displaced. There was something to do (for example, patent document 2).
特許文献1の技術では、無機エレクトレット層を振動板上に多層化しており、それを支えるために振動板の厚みを厚くする必要がある。また、特許文献2の技術では振動板そのものを多層化しているため、同様に振動板の厚みが厚くなる。このような構成では、機械的な抵抗が大きくなり、実際には液滴の安定吐出に十分な振動板変位を得るのが難しく、十分な振動板変位を得るために、駆動電圧を大きくする必要があるという課題があった。
In the technique of Patent Document 1, the inorganic electret layer is multilayered on the diaphragm, and in order to support it, it is necessary to increase the thickness of the diaphragm. In the technique of
本発明はこのような点に鑑みなされたもので、低電圧印加で振動板の十分な変位量が得られる静電アクチュエータを提供することを目的とする。また、この静電アクチュエータを備え、高速吐出が可能な液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置を提供することも目的とする。 The present invention has been made in view of these points, and an object of the present invention is to provide an electrostatic actuator capable of obtaining a sufficient amount of displacement of a diaphragm by applying a low voltage. It is another object of the present invention to provide a droplet discharge head and a droplet discharge device that include this electrostatic actuator and are capable of high-speed discharge.
本発明の静電アクチュエータは、電気分極したエレクトレット層、絶縁層、電極層が順に積層された電極側部材の前記電極層に、可撓性及び導電性を有する振動板が絶縁膜を介して変形可能に密接配置されており、前記振動板と前記電極層との間に電圧を印加して前記振動板を変形させるようにしたものである。
この静電アクチュエータは、エレクトレット層の電荷と同極の電荷を振動板に付与して、発生する斥力により振動板を変形させるものである。この構成においては、振動板と電極層との間に空隙がないため、より低い電圧の印加で、エレクトレット層の電場と作用して振動板を変形させる斥力を与える電荷を振動板に付与することができ、従って、振動板を低電圧で駆動することができる。また、離れていた電極同士を当接させる必要はないので、印加電圧の下限値は特になくなり、広い範囲から適切な電圧を設定できる。
According to the electrostatic actuator of the present invention, a flexible and conductive diaphragm is deformed via an insulating film on the electrode layer of the electrode side member in which an electrically polarized electret layer, an insulating layer, and an electrode layer are sequentially laminated. The diaphragms are arranged in close contact with each other, and the diaphragm is deformed by applying a voltage between the diaphragm and the electrode layer.
This electrostatic actuator applies a charge having the same polarity as the charge of the electret layer to the diaphragm, and deforms the diaphragm by the generated repulsive force. In this configuration, since there is no gap between the diaphragm and the electrode layer, by applying a lower voltage, an electric charge is applied to the diaphragm that acts on the electric field of the electret layer to give a repulsive force that deforms the diaphragm. Therefore, the diaphragm can be driven at a low voltage. In addition, since it is not necessary to bring the electrodes that are separated from each other into contact, there is no particular lower limit value of the applied voltage, and an appropriate voltage can be set from a wide range.
前記振動板と前記電極層との間に電圧を印加していない場合、前記振動板と前記絶縁膜と前記電極層とが密接状態にあることが好ましい。これによれば、振動板の動作時のみ、電圧を印加すればよいので、エネルギの効率的利用ができる。 When no voltage is applied between the diaphragm and the electrode layer, it is preferable that the diaphragm, the insulating film, and the electrode layer are in close contact with each other. According to this, since it is sufficient to apply a voltage only when the diaphragm is in operation, energy can be used efficiently.
本発明の液滴吐出ヘッドは、上記の静電アクチュエータを備え、前記振動板が、吐出液を貯えて該液をノズルから吐出させる吐出室の壁面の1つを形成しており、前記振動板と前記電極層との間に第1の電圧を印加して前記振動板を変形させ、前記吐出室の液体を前記ノズルから吐出させるようにしたものである。
この静電アクチュエータは、エレクトレット層の電荷と同極の電荷を振動板に付与して、発生する斥力により振動板を変形させ、それによって吐出室の液をノズルから吐出させるものである。この構成においては、振動板と電極層との間に空隙がないため、より低い電圧の印加で、エレクトレット層の電場と作用して振動板を変形させる斥力を与える電荷を振動板に付与することができ、従って、振動板を低電圧で駆動することができる。その他、上記の静電アクチュエータの効果を奏することができる。
A droplet discharge head of the present invention includes the electrostatic actuator described above, and the vibration plate forms one of the wall surfaces of a discharge chamber that stores discharge liquid and discharges the liquid from a nozzle. And the electrode layer are applied with a first voltage to deform the diaphragm so that the liquid in the discharge chamber is discharged from the nozzle.
In this electrostatic actuator, a charge having the same polarity as that of the electret layer is applied to the vibration plate, and the vibration plate is deformed by the generated repulsive force, thereby discharging the liquid in the discharge chamber from the nozzle. In this configuration, since there is no gap between the diaphragm and the electrode layer, by applying a lower voltage, an electric charge is applied to the diaphragm that acts on the electric field of the electret layer to give a repulsive force that deforms the diaphragm. Therefore, the diaphragm can be driven at a low voltage. In addition, the effect of the electrostatic actuator can be obtained.
上記液滴吐出ヘッドにおいて、前記ノズルからの液滴吐出後、前記振動板と前記電極層との間に前記第1の電圧と逆電圧の関係にある第2の電圧を印加することが好ましい。これにより、液滴吐出後、振動板に吸引力を発生させて振動板の残留振動を抑えることができ、高速印刷が可能となる。 In the droplet discharge head, it is preferable that a second voltage having a reverse voltage relationship with the first voltage is applied between the diaphragm and the electrode layer after droplet discharge from the nozzle. Thereby, after droplet discharge, a suction force can be generated on the vibration plate to suppress the residual vibration of the vibration plate, thereby enabling high-speed printing.
本発明の液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドを備えたものであり、液滴吐出ヘッドが奏する効果を同様に奏することができる。 The liquid droplet ejection apparatus of the present invention includes the above-described liquid droplet ejection head, and can similarly exhibit the effects exhibited by the liquid droplet ejection head.
本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法は、
ガラス基板の表面に電極材料を成膜する工程と、
成膜された前記電極材料をパターニングして、電極を形成する工程と、
前記ガラス基板の前記電極形成側面に絶縁膜を成膜する工程と、
前記ガラス基板の前記電極形成側面と反対側面に、電気分極したエレクトレット部材を積層する工程と、
振動板及び吐出室が形成されるシリコン基板を、前記ガラス基板の前記絶縁膜を介して前記電極に密接させ、前記ガラス基板の前記電極に対応する領域以外の部分を利用して前記ガラス基板に陽極接合する工程と、
前記ガラス基板に接合された前記シリコン基板をエッチングして、前記振動板及び前記吐出室を形成する工程と、を備えたものである。
The manufacturing method of the droplet discharge head of the present invention includes:
Forming an electrode material on the surface of the glass substrate;
Patterning the deposited electrode material to form an electrode;
Forming an insulating film on the electrode forming side surface of the glass substrate;
Laminating an electrically polarized electret member on the side opposite to the electrode forming side of the glass substrate;
A silicon substrate on which a vibration plate and a discharge chamber are formed is brought into close contact with the electrode through the insulating film of the glass substrate, and a portion other than the region corresponding to the electrode of the glass substrate is used for the glass substrate. An anodic bonding step;
Etching the silicon substrate bonded to the glass substrate to form the diaphragm and the discharge chamber.
また、ガラス基板の表面に電極材料を成膜する工程と、
成膜された前記電極材料をパターニングして、電極を形成する工程と、
前記ガラス基板の前記電極形成側面と反対側面に、電気分極したエレクトレット部材を積層する工程と、
振動板及び吐出室が形成されるシリコン基板の一方の面に絶縁膜を成膜する工程と、
前記シリコン基板を、前記絶縁膜を介して前記ガラス基板の前記電極に密接させ、前記ガラス基板の前記電極に対応する領域以外の部分を利用して前記ガラス基板に陽極接合する工程と、
前記ガラス基板に接合された前記シリコン基板をエッチングして、前記振動板及び前記吐出室を形成する工程と、を備えたものである。
A step of forming an electrode material on the surface of the glass substrate;
Patterning the deposited electrode material to form an electrode;
Laminating an electrically polarized electret member on the side opposite to the electrode forming side of the glass substrate;
Forming an insulating film on one surface of the silicon substrate on which the vibration plate and the discharge chamber are formed;
A step of bringing the silicon substrate into close contact with the electrode of the glass substrate through the insulating film, and anodic bonding to the glass substrate using a portion other than a region corresponding to the electrode of the glass substrate;
Etching the silicon substrate bonded to the glass substrate to form the diaphragm and the discharge chamber.
これらの方法により、低電圧で駆動可能な液滴吐出ヘッドを得ることができる。また、振動板と電極層との間に空隙がないため、ガラス基板に隔壁が無くなり、シリコン基板とガラス基板との接合の際、隔壁への振動板の乗り上げによる製造不良が解消される。
また、シリコン基板とガラス基板との接合の精度も、上記理由により緩和でき、製造工程を簡素化できる。
By these methods, a droplet discharge head that can be driven at a low voltage can be obtained. In addition, since there is no gap between the diaphragm and the electrode layer, there is no partition in the glass substrate, and manufacturing defects due to the vibration plate running on the partition are eliminated when the silicon substrate and the glass substrate are joined.
In addition, the accuracy of bonding between the silicon substrate and the glass substrate can be relaxed for the above reason, and the manufacturing process can be simplified.
実施の形態1(静電アクチュエータ).
図1は、本発明の実施の形態1の静電アクチュエータの(a)電圧印加前、(b)電圧印加中、及び(c)電圧解除後を示す模式図である。
実施の形態1の静電アクチュエータは、電気分極したエレクトレット層1、絶縁層2、電極層3が順に積層された電極側部材10の電極層3に、可撓性及び導電性を有する振動板21が絶縁膜25を介して変形可能に密接配置されている。
Embodiment 1 (electrostatic actuator).
FIG. 1 is a schematic diagram showing (a) before voltage application, (b) during voltage application, and (c) after voltage release of the electrostatic actuator according to the first embodiment of the present invention.
The electrostatic actuator according to the first embodiment includes a
エレクトレット層1はエレクトレット部材からなり、そのエレクトレット部材が絶縁層2であるガラス基板の電極層3形成面と反対側の面に積層されている。振動板21と電極層3との間には、電圧を印加するための駆動回路30が接続されている。
なお、電極層3は単に電極3とも称するものとする。また、絶縁膜25は、電極側部材10又は振動板21のいずれか一方、又は両方に形成される。図1では、絶縁膜25が電極側部材10に形成された例を示している。
The electret layer 1 is made of an electret member, and the electret member is laminated on the surface opposite to the
The
エレクトレットとは半永久的に電気分極した部材であり、一方の電極の電荷のみを持つことも可能である。ここでは一方の電極の電荷(例えば−電荷)のみをもつエレクトレットを利用する。図1のように、電極層3の下部に電気分極したエレクトレット層1を配置したことで、エレクトレット層1が生成する電場が、振動板21に蓄えられる電荷と作用して、振動板21を動作させることが可能となる。なお、生成される電場の大きさはエレクトレット層1からの距離に関係ないため、電極層3と振動板21の両方に同じ力が作用する。
図7はエレクトレット層に起因する電界の説明図である。図7に示すように、比誘電率εrの物質の一面に表面積がSで、電荷がQのエレクトレット層が形成されているとすると、そのエレクトレット層が作り出す電界Eは、式(1)で表せる。
E=σ/2(ε0εrS) ・・・・・(1)
ただし、σ=電荷密度Q/S、ε0=真空の比誘電率
式(1)により、エレクトレット層が作り出す電界の大きさは、エレクトレット層からの距離に依存しない。
An electret is a member that is semi-permanently electrically polarized, and can have only one electrode charge. Here, an electret having only one electrode charge (for example, -charge) is used. As shown in FIG. 1, by arranging the electret layer 1 that is electrically polarized below the
FIG. 7 is an explanatory diagram of an electric field caused by the electret layer. As shown in FIG. 7, when an electret layer having a surface area of S and a charge of Q is formed on one surface of a material having a relative dielectric constant εr, an electric field E generated by the electret layer can be expressed by the following equation (1). .
E = σ / 2 (ε0εrS) (1)
However, the magnitude of the electric field created by the electret layer does not depend on the distance from the electret layer according to the relative dielectric constant (1) where σ = charge density Q / S and ε0 = vacuum.
次の上記静電アクチュエータの作用を説明する。
電極層3と振動板21の間に電圧を印加していない状態では、電極層3と振動板21には電荷は蓄えられていない。この状態では、振動板21が、絶縁膜25を介して、電極層3と密接した状態となっている(図1(a))。
次に、駆動回路30を利用して、電極層3と振動板21の間に、振動板21にエレクトレット層1と同じ極性の電荷を生じさせる電圧を印加する。これにより、エレクトレット層1が生成する電場が、振動板21に蓄えられる電荷と作用して、振動板21に斥力を生じさせて、振動板21を電極層3から離すように変形させる(図1(b))。この場合、振動板21と電極層3との間に空隙がないため、より低い電圧の印加で振動板21に斥力を生じさせる電荷を付与することができ、従って、振動板21を低電圧で駆動することができる。
電極層3と振動板21の間に印加していた電圧を解除すると、その電圧に起因する電荷がなくなり、上記斥力が消滅して、振動板21は電極層3側に戻る(図1(c))。
Next, the operation of the electrostatic actuator will be described.
When no voltage is applied between the
Next, a voltage that generates electric charges having the same polarity as that of the electret layer 1 is applied to the
When the voltage applied between the
なお、単に印加していた電圧を除去しただけでは、振動板21が電極層3側に密接状態となる前に残留振動が生じる場合がある。しかし、静電アクチュエータの使用態様によってはこれを防止する必要がある。その場合には、電極層3と振動板21の間に印加されていた電圧と逆の電圧をそれらの間に印加して、振動板21を電極層3側に吸引させると、振動板21の残留振動をなくすことができる。
It should be noted that residual vibration may occur before the
実施の形態2(液滴吐出ヘッド).
図2は、本発明の実施の形態2に係る液滴吐出ヘッドの第1の例を示す断面模式図、図3は、図2と直交する方向から見た本発明の実施の形態2に係る液滴吐出ヘッドの第2の例を示す断面模式図である。図2と図3では形状は相違するが、その実体的構成は同じである。この液滴吐出ヘッドは、実施の形態1に示した静電アクチュエータの動作を利用したものであり、図2、図3において、図1と同じ符号は、同等物または相当物を表している。
Embodiment 2 (Droplet ejection head).
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a first example of a droplet discharge head according to
実施の形態2の液滴吐出ヘッドは、電気分極したエレクトレット層1、絶縁層2、電極層(個別電極とも称する)3が順に積層された電極側部材10と、液体を蓄えてそれをノズル孔41から吐出させる吐出室21が形成されたキャビティ基板20と、ノズル孔41が形成されたノズル基板40とが積層されて構成されている。
なお、図2、図3では、実施の形態1で示した駆動回路30を図示していないが、以下では、それがあるものとして説明する。
The droplet discharge head according to the second embodiment includes an
2 and 3, the
電極層3は、ガラス基板上に複数形成されており、それぞれが独立した電極、すなわち個別電極として作用する。そして、電極層3の一端がガラス基板の縁部まで引き出されて電極端子3aとなっている。ガラス基板の対向する他面側にはエレクトレット部材が積層されてエレクトレット層1となっている。従って、電極層3とエレクトレット層1の間にあるガラス基板が、絶縁層2となっている。
キャビティ基板20は、シリコン基板からなり、エッチングにより吐出液の流路である吐出室22やリザーバ23などが形成されている。なお、吐出室22の壁面の1つである吐出室底面が振動板21として形成されており、振動板21は電極層3と対向する位置に配置されている。
ノズル基板40は、シリコン基板などから形成され、キャビティ基板20の吐出室22のそれぞれに対応したノズル孔41を備えている。
A plurality of
The
The
次に、実施の形態2の液滴吐出ヘッドの動作について説明する。
電極層3と振動板21の間に電圧を印加していない状態では、電極層3と振動板21には電荷は蓄えられていない。この状態では、振動板21が、絶縁膜25を介して、電極層3と密接した状態となっている(図1(a)参照)。
次に、駆動回路30を利用して、電極層3と振動板21の間に、振動板21にエレクトレット層1の電荷と同じ極性の電圧を印加する。これにより、エレクトレット層1が生成する電場が、振動板21に蓄えられる電荷と作用して、振動板21に斥力を生じさせて、振動板21を電極層3から離すように変形させる(図1(b)参照)。これにより、吐出室22内の液がノズル孔41から吐出される。この場合、振動板21と電極層3との間に空隙がないため、より低い電圧の印加で振動板21に斥力を生じさせる電荷を付与することができ、従って、振動板21を低電圧で駆動することができる。
その後、電極層3と振動板21の間に印加していた電圧を解除すると、その電圧に起因する電荷がなくなり、上記斥力が消滅して、振動板21が電極層3側に戻る(図1(c)参照)。このとき、吐出室22が広がるため、吐出液がリザーバ22から吐出室22に新たに供給される。
また、電極層3と振動板21の間に印加していた電圧を解除する際、そこに印加されていた電圧と逆電圧で、印加されていた電圧以上の電圧をそれらの間に印加すると、振動板21が電極層3に強く吸引されるため、振動板21の残留振動が防止されて、高速な液滴吐出が可能となる。
Next, the operation of the droplet discharge head according to the second embodiment will be described.
When no voltage is applied between the
Next, a voltage having the same polarity as the charge of the electret layer 1 is applied to the
Thereafter, when the voltage applied between the
Further, when releasing the voltage applied between the
なお、図2、図3では、電極層3がガラス基板から突出して形成された例を示したが、図4の断面模式図に示すように、電極層3をガラス基板の溝内に埋め込んで、その表面だけがガラス基板から現れる態様としてもよい。
また、図2〜図4では、絶縁膜25をキャビティ基板に形成した例を示したが、図1に示したように、絶縁膜25をガラス基板の電極層3上に形成してもよい。さらに、一方側に設ける厚さの半分の厚さの絶縁膜25を、ガラス基板とキャビティ基板の両方にそれぞれ設けてもよい。
2 and 3 show an example in which the
2 to 4 show the example in which the insulating
実施の形態3(液滴吐出ヘッドの製造方法).
実施の形態3では、実施の形態2に示した液滴吐出ヘッドの製造方法の一例を、図5を参照して説明する。
(a)まず、厚さが1mm程度のホウ珪酸ガラスのガラス基板2を用意する。
(b)ガラス基板2の片面に、電極(個別電極)3を形成するための溝3Aを形成する。
(c)ガラス基板2の溝3Aが形成された側の面の全体に、電極部材(例えば、ITO)3Bを成膜する。
(d)ガラス基板2に成膜された電極部材3Bをパターニングして、溝3A内に電極3を形成する。
(e)ガラス基板2の電極3形成側面に酸化シリコンなどの絶縁膜25を成膜し、ガラス基板2の電極3形成側と反対面に、電気分極したエレクトレット部材1を積層する。
(f)一方で、振動板21などのキャビティが形成される厚さが500μm程度のシリコン基板(後にキャビティ基板となる)20を用意する。
(g)シリコン基板20の片面にボロンをドープし、振動板21となる部分を形成する。
(h)シリコン基板20のボロンドープ面をガラス基板2の絶縁膜25に密接させ、ガラス基板の電極3形成領域以外のガラス露出部分を利用して、シリコン基板20とガラス基板2とを陽極接合する。
Embodiment 3 (Manufacturing method of a droplet discharge head).
In
(A) First, a
(B) A
(C) An electrode member (for example, ITO) 3B is formed on the entire surface of the
(D) The
(E) An insulating
(F) On the other hand, a silicon substrate 20 (to be a cavity substrate later) having a thickness of about 500 μm on which a cavity such as the
(G) Boron is doped on one side of the
(H) The boron-doped surface of the
その後、シリコン基板20をエッチングして、振動板21、吐出室22、リザーバ23などを形成し、さらに、振動板21、吐出室22、リザーバ23の表面に液保護膜を成膜形成する。
そして、シリコン基板20の吐出室22、リザーバ23などの開口部側に、ノズル孔41が設けられたノズル基板40を接合して、液滴吐出ヘッドを完成させる。
Thereafter, the
Then, the
ここで、実施の形態3の方法で作られる液滴吐出ヘッドの実施例の1つを示しておく。
・振動板21の長手方向寸法 2mm
・振動板21の短手方向寸法 100μm
・振動板21の厚さ寸法 1μm
・絶縁膜25の厚さ寸法 50nm
・エレクトレット電荷密度 0.0075C/m2
(下記の印加電圧のコンデンサが作り出す電荷密度と同等)
・印加電圧 15V
Here, one example of a droplet discharge head manufactured by the method of
・ Longitudinal dimension of
・ Dimensions of
・ Thickness dimension of
・
・ Electret charge density 0.0075C / m 2
(Equivalent to the charge density produced by a capacitor with the following applied voltage)
・ Applied voltage 15V
図5では、電極層(又は電極)3がガラス基板2の溝内に形成された構成を示したが、図2、図3に示したように、ガラス基板2に溝を形成することなく、電極層(又は電極)3をガラス基板2の表面化から盛り上げて形成しても良い。
また、図5では、絶縁膜25をガラス基板2側に形成したが、図2〜図4に示したように、振動板21側に形成しても良い。
さらに、上記の各実施の形態では、電極層(又は電極)3が形成されたガラス基板2の下部に、電気分極したエレクトレット部材を積層した構成を示したが、エレクトレット化が可能な物質をガラス基板2に成膜し、その成膜された物資をエレクトレット化して、エレクトレット層1としてもよい。
FIG. 5 shows a configuration in which the electrode layer (or electrode) 3 is formed in the groove of the
In FIG. 5, the insulating
Furthermore, in each of the above-described embodiments, the configuration in which the electrically polarized electret member is laminated on the lower portion of the
実施の形態4(液滴吐出装置).
図6は、本発明の実施の形態4に係る液滴吐出装置を示す外観図である。この液滴吐出装置は、その液滴吐出部に、実施の形態2で説明した液滴吐出ヘッドを備えたインクジェットプリンタである。このため、インクの吐出を、低電圧かつ高速に行うことができる。
なお、実施の形態2で説明した液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置は、吐出する液体を種々変更することで、カラーフィルタのマトリクスパターンの形成、有機EL表示装置の発光部の形成、生体液体試料の吐出等を行う液滴吐出装置にも適用することができる。
Embodiment 4 (Droplet Discharge Device).
FIG. 6 is an external view showing a droplet discharge device according to Embodiment 4 of the present invention. This droplet discharge device is an ink jet printer in which the droplet discharge portion is provided with the droplet discharge head described in the second embodiment. For this reason, ink can be ejected at a low voltage and at a high speed.
Note that the droplet discharge device including the droplet discharge head described in the second embodiment can form a matrix pattern of a color filter, a light emitting portion of an organic EL display device, by changing various liquids to be discharged. The present invention can also be applied to a droplet discharge device that discharges a biological liquid sample.
1 エレクトレット層(エレクトレット部材)、2 絶縁層(ガラス基板)、3 電極層(電極又は個別電極)、3a 電極端子、10 電極側部材、20 キャビティ基板(シリコン基板)、21 振動板、22 吐出室、23 リザーバ、25 絶縁膜、30 駆動回路、40 ノズル基板、41 ノズル孔。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electret layer (electret member), 2 Insulating layer (glass substrate), 3 Electrode layer (electrode or individual electrode), 3a Electrode terminal, 10 Electrode side member, 20 Cavity substrate (silicon substrate), 21 Vibration plate, 22 Discharge chamber , 23 Reservoir, 25 Insulating film, 30 Drive circuit, 40 Nozzle substrate, 41 Nozzle hole.
Claims (7)
前記振動板と前記電極層との間に、前記エレクトレット層がもつ電荷と同極の電荷を前記振動板に生じさせる電圧を印加して前記振動板を変形させるようにしたことを特徴とする静電アクチュエータ。 A flexible and conductive diaphragm is in close contact with the electrode layer of the electrode-side member in which an electret layer having an electric charge of only one electrode , an insulating layer, and an electrode layer are sequentially laminated via an insulating film. Has been placed,
The diaphragm is deformed by applying a voltage between the diaphragm and the electrode layer to generate a charge having the same polarity as the charge of the electret layer on the diaphragm. Electric actuator.
前記振動板が、吐出液を貯えて該液をノズルから吐出させる吐出室の壁面の1つを形成しており、
前記振動板と前記電極層との間に、前記エレクトレット層がもつ電荷と同極の電荷を前記振動板に生じさせる電圧である第1の電圧を印加して前記振動板を変形させ、前記吐出室の液体を前記ノズルから吐出させることを特徴とする液滴吐出ヘッド。 Comprising the electrostatic actuator according to claim 1 or 2,
The diaphragm forms one of the wall surfaces of a discharge chamber for storing the discharge liquid and discharging the liquid from the nozzle;
A first voltage, which is a voltage that causes the diaphragm to generate a charge having the same polarity as the charge of the electret layer, is deformed between the diaphragm and the electrode layer, and the diaphragm is deformed. A liquid droplet discharge head, wherein liquid in a chamber is discharged from the nozzle.
成膜された前記電極材料をパターニングして、電極を形成する工程と、
前記ガラス基板の前記電極形成側面に絶縁膜を成膜する工程と、
前記ガラス基板の前記電極形成側面と反対側面に、一方の電極の電荷のみをもつエレクトレット部材を積層する工程と、
振動板及び吐出室が形成されるシリコン基板を、前記ガラス基板の前記絶縁膜を介して前記電極に密接させ、前記ガラス基板の前記電極に対応する領域以外の部分を利用して前記ガラス基板に陽極接合する工程と、
前記ガラス基板に接合された前記シリコン基板をエッチングして、前記振動板及び前記吐出室を形成する工程と、を備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。 Forming an electrode material on the surface of the glass substrate;
Patterning the deposited electrode material to form an electrode;
Forming an insulating film on the electrode forming side surface of the glass substrate;
Laminating an electret member having only the charge of one electrode on the side opposite to the electrode forming side of the glass substrate;
A silicon substrate on which a vibration plate and a discharge chamber are formed is brought into close contact with the electrode through the insulating film of the glass substrate, and a portion other than the region corresponding to the electrode of the glass substrate is used for the glass substrate. An anodic bonding step;
And a step of etching the silicon substrate bonded to the glass substrate to form the diaphragm and the discharge chamber.
成膜された前記電極材料をパターニングして、電極を形成する工程と、
前記ガラス基板の前記電極形成側面と反対側面に、一方の電極の電荷のみをもつエレクトレット部材を積層する工程と、
振動板及び吐出室が形成されるシリコン基板の一方の面に絶縁膜を成膜する工程と、
前記シリコン基板を、前記絶縁膜を介して前記ガラス基板の前記電極に密接させ、前記ガラス基板の前記電極に対応する領域以外の部分を利用して前記ガラス基板に陽極接合する工程と、
前記ガラス基板に接合された前記シリコン基板をエッチングして、前記振動板及び前記吐出室を形成する工程と、を備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。 Forming an electrode material on the surface of the glass substrate;
Patterning the deposited electrode material to form an electrode;
Laminating an electret member having only the charge of one electrode on the side opposite to the electrode forming side of the glass substrate;
Forming an insulating film on one surface of the silicon substrate on which the vibration plate and the discharge chamber are formed;
A step of bringing the silicon substrate into close contact with the electrode of the glass substrate through the insulating film, and anodic bonding to the glass substrate using a portion other than a region corresponding to the electrode of the glass substrate;
And a step of etching the silicon substrate bonded to the glass substrate to form the diaphragm and the discharge chamber.
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| AU2003224676A1 (en) * | 2002-03-11 | 2003-09-29 | Uni-Pixel Displays, Inc. | Double-electret mems actuator |
| JP4138421B2 (en) * | 2002-09-24 | 2008-08-27 | 株式会社リコー | Droplet discharge head |
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