(57)【要約】【課題】振動板の挙動を制御することが可能な静電アクチュエーターを提供する。また、この静電アクチュエーターを備えた液滴吐出ヘッドを提供する。【解決手段】可動電極となる振動板４と、振動板４にギャップＧを隔てて対向し、振動板４との間で電圧が印加される固定電極２２と、振動板４の固定電極２２との対向面に形成された絶縁膜１０と、固定電極２２の振動板４との対向面に形成された絶縁膜２３とを備え、絶縁膜１０又は絶縁膜２３のどちらか一方の一部がエレクトレット化されているものである。【選択図】図２
2010214709.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動電極となる振動板と、
前記振動板にギャップを隔てて対向し、前記振動板との間で電圧が印加される固定電極と、
前記振動板の前記固定電極との対向面に形成された第１の絶縁膜と、
前記固定電極の前記振動板との対向面に形成された第２の絶縁膜とを備え、
前記第１の絶縁膜又は前記第２の絶縁膜のどちらか一方の一部がエレクトレット化されていることを特徴とする静電アクチュエーター。
【請求項２】
前記第１の絶縁膜又は前記第２の絶縁膜のどちらか一方において複数の領域がエレクトレット化され、その各領域の帯電量が異なることを特徴とする請求項１記載の静電アクチュエーター。
【請求項３】
前記第１の絶縁膜又は前記第２の絶縁膜のどちらか一方において振動板長手方向の両端部がエレクトレット化されており、その各エレクトレット部が帯電量が異なる複数の領域から形成されており、前記複数の領域は、振動板中心部から外側に向かうに従って帯電量が大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項１記載の静電アクチュエーター。
【請求項４】
前記第１の絶縁膜及び前記第２の絶縁膜の両方の一部がエレクトレット化されており、そのエレクトレット部が対向していることを特徴とする請求項１記載の静電アクチュエーター。
【請求項５】
前記第１の絶縁膜において複数の領域がエレクトレット化され、その各領域の帯電量が異なり、また、前記第２の絶縁膜においても同様に複数の領域がエレクトレット化され、その各領域の帯電量が異なることを特徴とする請求項４記載の静電アクチュエーター。
【請求項６】
前記第１の絶縁膜及び前記第２の絶縁膜のそれぞれにおいて振動板長手方向の両端部がエレクトレット化されており、その各エレクトレット部が帯電量が異なる複数の領域から形成されており、前記複数の領域は、振動板中心部から外側に向かうに従って帯電量が大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項３又は請求項４記載の静電アクチュエーター。
【請求項７】
前記第１の絶縁膜のエレクトレット部と前記第２の絶縁膜のエレクトレット部とは反対の極性を有することを特徴とする請求項４乃至請求項６の何れかに記載の静電アクチュエーター。
【請求項８】
前記第１の絶縁膜及び前記第２の絶縁膜は、シリコン酸化膜であることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れかに記載の静電アクチュエーター。
【請求項９】
前記第１の絶縁膜及び前記第２の絶縁膜は、Ｈｉｇｈ−ｋ材であることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れかに記載の静電アクチュエーター。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９の何れかに記載の静電アクチュエーターと、前記静電アクチュエーターの前記振動板が一部に形成されている圧力室と、前記振動板が変形変位することにより前記圧力室内の液滴を吐出するノズルとを備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項１１】
請求項３又は請求項６記載の静電アクチュエーターと、前記静電アクチュエーターの前記振動板が一部に形成されている圧力室と、前記振動板が変形変位することにより前記圧力室内の液滴を吐出するノズルとを備え、
振動板長手方向において振動板両端に対応する位置に、前記ノズルと前記圧力室への液滴供給口とが配置されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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ー及び液滴吐出ヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種の静電アクチュエーターは、振動板と、振動板にギャップを介して対向配置された対向電極とを備え、振動板と対向電極との間に電圧を印加することにより静電気力を発生させる。その静電気力により振動板を変形させて対向電極側に撓ませ、その後、電圧印加を停止させて振動板を元の状態に復帰させることでアクチュエーターとしての駆動力を得ているものである（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２０５８０６号公報（図４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、各アクチュエーター間でギャップ量の若干の差異や、振動板撓みの若干の差異があると、振動板の変形動作にばらつきが生じる。このような振動板の変形動作のばらつきは、静電アクチュエーターを駆動源として使用する静電駆動デバイスの挙動にばらつきを生じさせることになる。
【０００５】
静電アクチュエーターを駆動源とした静電駆動型の液滴吐出ヘッドでは、振動板を変形動作させることで液滴流路を加圧し、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、各ノズル間で均一な液滴吐出が必要とされており、すなわち静電アクチュエーターの挙動、すなわち振動板の挙動も均一であることが望まれている。しかしながら、特許文献１の技術では、この点について何ら配慮されていないため、製造上のばらつきの影響を受けて各ノズルの吐出量が不均一となってしまう可能性があるという問題があった。
【０００６】
本発明はこのような点に鑑みなされたもので、振動板の挙動を制御することが可能な静電アクチュエーター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ーを備えた液滴吐出ヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る静電アクチュエーターは、可動電極となる振動板と、振動板にギャップを隔てて対向し、振動板との間で電圧が印加される固定電極と、振動板の固定電極との対向面に形成された第１の絶縁膜と、固定電極の振動板との対向面に形成された第２の絶縁膜とを備え、第１の絶縁膜又は第２の絶縁膜のどちらか一方の一部がエレクトレット化されているものである。
このようにエレクトレット化された部分により、常に振動板に対して固定電極との間に部分的に静電吸引力が作用する。したがって、電圧印加時には、振動板全体のうち、そのエレクトレット部による静電吸引力の作用部分から固定電極側に撓む挙動となる。このように振動板の挙動を制御することが可能となるため、ギャップ量や振動板撓みがばらつくことによるアクチュエーター動作の不均一を低減することが可能となる。
【０００８】
また、本発明に係る静電アクチュエーターは、第１の絶縁膜又は第２の絶縁膜のどちらか一方において複数の領域がエレクトレット化され、その各領域の帯電量が異なるものである。
これにより、振動板の面内において帯電量が大きい部分から少ない部分の順に固定電極側に撓む動作を作り出すことができる。
【０００９】
また、本発明に係る静電アクチュエーターは、第１の絶縁膜又は第２の絶縁膜のどちらか一方において振動板長手方向の両端部がエレクトレット化されており、その各エレクトレット部が帯電量が異なる複数の領域から形成されており、複数の領域は、振動板中心部から外側に向かうに従って帯電量が大きくなるように形成されているものである。
これにより、振動板の面内において長手方向両端部から長手方向中央部の順に固定電極側に撓む動作を作り出すことができる。
【００１０】
また、本発明に係る静電アクチュエーターは、第１の絶縁膜及び第２の絶縁膜の両方の一部がエレクトレット化されており、そのエレクトレット部が対向しているものである。
これにより、電圧非印加時に振動板と固定電極とにおいてエレクトレット部の形成部分に集中して電界を形成することができ、電圧非印加時に振動板に対して部分的に集中して静電吸引力を作用させることができる。その結果、電圧印加時に振動板において静電吸引力の作用部分から固定電極側に撓ませる挙動を作り出すことが可能となる。
【００１１】
また、本発明に係る静電アクチュエーターは、第１の絶縁膜において複数の領域がエレクトレット化され、その各領域の帯電量が異なり、また、第２の絶縁膜においても同様に複数の領域がエレクトレット化され、その各領域の帯電量が異なるものである。
これにより、振動板の面内において帯電量が大きい部分から少ない部分の順に固定電極側に撓む動作を作り出すことができる。
【００１２】
また、本発明に係る静電アクチュエーターは、第１の絶縁膜及び第２の絶縁膜のそれぞれにおいて振動板長手方向の両端部がエレクトレット化されており、その各エレクトレット部が帯電量が異なる複数の領域から形成されており、複数の領域は、振動板中心部から外側に向かうに従って帯電量が大きくなるように形成されているものである。
これにより、振動板の面内において長手方向両端部から長手方向中央部の順に固定電極側に撓む動作を作り出すことができる。
【００１３】
また、本発明に係る静電アクチュエーターは、第１の絶縁膜のエレクトレット部と第２の絶縁膜のエレクトレット部とが反対の極性を有するものである。
これにより、ギャップ内で同じ向きの電界が形成され、静電吸引力を発生させることができる。
【００１４】
また、本発明に係る静電アクチュエーターは、第１の絶縁膜及び第２の絶縁膜が、シリコン酸化膜であるものである。
このようにエレクトレット化する絶縁膜としてシリコン酸化膜を用いることができる。
【００１５】
また、本発明に係る静電アクチュエーターは、第１の絶縁膜及び第２の絶縁膜は、Ｈｉｇｈ−ｋ材であるものである。
このようにエレクトレット化する絶縁膜としてＨｉｇｈ−ｋ材を用いることができる。Ｈｉｇｈ−ｋ材を用いることにより、静電アクチュエーターの絶縁性及び動作特性を向上させることが可能である。
【００１６】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、上記の何れかの静電アクチュエーターと、静電アクチュエーターの振動板が一部に形成されている圧力室と、振動板が変形変位することにより圧力室内の液滴を吐出するノズルとを備えたものである。
このように上記の静電アクチュエーターを備えたため、液滴吐出のノズル間ばらつきを低減することが可能な液滴吐出ヘッドを得ることができる。
【００１７】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、上記の静電アクチュエーターの振動板が一部に形成されている圧力室と、振動板を変形変位させることにより圧力室内の液滴を吐出するノズルとを備え、振動板長手方向において振動板両端に対応する位置に、ノズルと圧力室への液滴供給口とが配置されているものである。
振動板の面内において長手方向両端部から長手方向中央部の順に固定電極側に撓む動作を行う静電アクチュエーターを備えているため、ノズルと液滴供給口から圧力室へスムーズに液滴を輸送することが可能となり、安定した液滴吐出が可能な液滴吐出ヘッドを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施の形態１の静電アクチュエーターを備えたインクジェットヘッドの分解斜視図。
【図２】図１に示すインクジェットヘッドの概略縦断面図。
【図３】図２の静電アクチュエーター部分の拡大図。
【図４】実施の形態２の静電アクチュエーターを備えたインクジェットヘッドの動作説明図（電圧印加時）。
【図５】実施の形態２の静電アクチュエーターを備えたインクジェットヘッドの動作説明図（電圧解除時）。
【図６】図４及び図５の静電アクチュエーター部分の拡大図。
【図７】コロナ帯電による帯電装置の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
実施の形態１．
以下、本発明の静電アクチュエーターについて説明する。なお、ここでは、本発明の静電アクチュエーターを備えた液滴吐出ヘッドについて説明する。液滴吐出ヘッドの一例として、ノズル基板の表面に設けられたインクノズルからインク液滴を吐出するフェイス吐出型のインクジェットヘッドについて図１〜図３を参照して説明する。また、本発明は、以下の図に示す構造、形状に限定されるものではなく、基板の端部に設けられたインクノズルからインク液滴を吐出するエッジ吐出型のインクジェットヘッドにも適用できるものである。また、本発明の静電アクチュエーターは、圧力室とリザーバー部とが別々の基板に設けられた４層基板構造のインクジェットヘッドにも適用することができる。
【００２０】
図１は、本発明の実施の形態１に係る静電アクチュエーターを備えたインクジェットヘッドの分解斜視図である。図２は、図１のインクジェットヘッドの概略断面図である。図３は、図２の静電アクチュエーター部分の拡大図である。なお、構成部材を図示し、見やすくするため、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものと異なる場合がある。
【００２１】
実施の形態１のインクジェットヘッドは、主にキャビティー基板１、電極基板２及びノズル基板３が接合されることにより構成されている。キャビティー基板１は、例えば単結晶シリコン基板（以下、単にシリコン基板という）からなり、以下に示す所定の加工が施されている。なお、図１では、キャビティー基板１として（１１０）面方位のシリコン基板を使用している。キャビティー基板１には、シリコン基板を異方性ウェットエッチングすることにより、底壁が振動板４として形成されてインク液滴の圧力室５となる凹部５ａと、各圧力室５に供給すべきインク液滴を溜めるリザーバー６を構成する凹部６ａとが形成されている。リザーバー６を構成する凹部６ａの底面には、電極基板２に貫通形成された後述のインク供給孔２４に連通するインク供給孔１２が形成されている。このインク供給孔２４及びインク供給孔１２を介して外部からリザーバー６及び圧力室５内へとインクが供給されるようになっている。また、キャビティー基板１には共通電極端子７が設けられており駆動回路８（図２参照）と接続されている。
【００２２】
振動板４は、高濃度のボロン・ドープ層から形成されている。このボロン・ドープ層は、ボロンを高濃度（約５×１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上）にドープして形成されており、例えばアルカリ性水溶液で単結晶シリコンをエッチングしたときに、エッチング速度が極端に遅くなるいわゆるエッチングストップ層となっている。ボロン・ドープ層がエッチングストップ層として機能するため、振動板４の厚み及び圧力室５の容積を高精度で形成することができるようになっている。かかる構成の振動板４は、各圧力室５側の共通電極として機能する。
【００２３】
また、キャビティー基板１の電極基板２との対向面全体又は少なくとも後述の固定電極２２との対向面には絶縁膜（第１の絶縁膜）１０が形成されている。この絶縁膜１０は、各圧力室５側の共通電極として機能する振動板（可動電極）４と後述の固定電極２２との短絡及び絶縁破壊を防止する目的で設けられる。本発明では更に、絶縁膜１０において振動板４の面内の一部がエレクトレット化（永久的電気分極を有する誘電体）されている。エレクトレットは、電圧が印加されず外部に電界が存在しない状態でも恒久的に分極を保持し、周囲に対して電界を形成する作用を有するものである。以下では、絶縁膜１０のうち、エレクトレット化された部分をエレクトレット部１０ａという。図１及び図２の例では、絶縁膜１０において振動板長手方向の両端にエレクトレット部１０ａを形成した例を示している。
【００２４】
絶縁膜１０は、熱酸化により厚さ約０．１μｍのシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 膜）で形成されている。絶縁膜１０の材料としては、他に例えばプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition法）によりＴＥＯＳ（Tetraethylorthosillicate Tetraethoxysilane：テトラエトキシシラン、珪酸エチル）膜で形成してもよいし、酸化シリコンよりも比誘電率の高い誘電材料、すなわちアルミナ等の、いわゆるＨｉｇｈ−Ｋ（高誘電率ゲート絶縁膜）材で形成してもよい。Ｈｉｇｈ−Ｋ材からなる絶縁膜は、酸化シリコンよりも高い比誘電率を有するため、静電アクチュエーターの絶縁性及び動作特性を向上させることが可能である。他には、酸窒化シリコン、酸化タンタル、窒化ハフニウムシリケート、又は酸窒化ハフニウムシリケート等の他の膜を用いても良く、要はエレクトレット化が可能な絶縁膜であればよい。
【００２５】
電極基板２は、例えば厚さが１ｍｍのホウ珪酸ガラスからなり、キャビティー基板１の振動板４側に接合されている。この電極基板２には、振動板４との間にギャップＧを構成する例えば深さが０．２μｍの電極用凹部２１がエッチングにより形成されている。そして、この電極用凹部２１の内部には、振動板４に対向して固定電極２２が形成されている。固定電極２２は、リード部２２ａと、フレキシブル配線基板（図示せず）に接続される端子部２２ｂとを有し、端子部２２ｂで駆動回路８（図２参照）と接続されている。固定電極２２は、酸化錫をドープしたＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ、インジウム錫酸化物）等からなり、例えばスパッタにより厚さ０．１μｍで形成されている。
【００２６】
また、固定電極２２の振動板４との対向面には絶縁膜２３が形成されている。絶縁膜２３も絶縁膜１０と同様に一部がエレクトレット化されている。絶縁膜２３においてエレクトレット化された部分（以下、エレクトレット部２３ａという）は、絶縁膜１０のエレクトレット部１０ａと対向する位置に形成されている。すなわち、この例では、絶縁膜２３において振動板長手方向の両端にエレクトレット部２３ａが形成されている。
【００２７】
また、エレクトレット部１０ａとエレクトレット部２３ａとは極性が反対となっている。この例では、図３に示すように絶縁膜１０側のエレクトレット部１０ａを極性＋とし、絶縁膜２３側のエレクトレット部２３ａを極性−としているが、逆でも良い。なお、絶縁膜１０及び絶縁膜２３の一部にエレクトレット部１０ａ及びエレクトレット部２３ａを設けたことによる作用効果については後述する。
【００２８】
また、電極基板２には圧力室５に液滴を供給するためのインク供給孔２４が貫通形成されている。また、ギャップＧは封止材４０によって封止されている。なお、電極基板２は、ホウ珪酸ガラスではなくシリコン基板等で形成してもよい。
【００２９】
ノズル基板３は、例えば単結晶シリコン基板からなり、ノズル基板３の厚さ方向に貫通するノズル３０が形成されている。ノズル３０は、ノズル基板３の下面側が圧力室５に連通し、ノズル基板３の上面側が液滴を吐出するための開口部となっている。このノズル３０は、ノズル基板３の上面側が横断面の面積の小さい第１の孔３０ａからなり、ノズル基板３の下面側が横断面の面積の広い第２の孔３０ｂとなっており、階段状の２段ノズルとなっている。また、ノズル基板３の下面には、圧力室５とリザーバー６を連通するためのオリフィス３１となる凹部３１ａが設けられている。なお、実際にはノズル基板３の外表面全体にシリコン酸化膜が形成されているが、図１及び図２においてその図示は省略している。
【００３０】
また、電極基板２とキャビティー基板１の接合方法は特に問わないが、電極基板２がホウ珪酸ガラスからなり、キャビティー基板１がシリコン基板からなる場合には、絶縁膜（シリコン酸化膜）１０を介してそれらを陽極接合によって接合すると、高品質に精密接合できる。
【００３１】
次に、図１〜図３に示すインクジェットヘッドの動作について説明する。
駆動回路８は例えば２４ｋＨｚで発振し、キャビティー基板１の共通電極端子７と固定電極２２との間にパルス電圧を印加して共通電極端子７に電荷供給を行う。共通電極端子７に電荷を供給して振動板４を正に帯電させると、固定電極２２は負に帯電し、振動板４と固定電極２２との間に静電気力が発生する。この静電気力の吸引作用により振動板４が固定電極２２側に引き寄せられて撓み、圧力室５の容積が拡大する。これによりリザーバー６の内部に溜まっていたインク液滴がオリフィス３１を通じて圧力室５に流れ込む。次に、固定電極２２への電圧の印加を停止すると、静電吸引力が消滅して振動板４が復元し、圧力室５の容積が急激に収縮する。これにより、圧力室５内の圧力が急激に上昇し、この圧力室５に連通しているノズル３０からインク液滴が吐出される。
【００３２】
ここで、本例のインクジェットヘッドでは、絶縁膜１０及び絶縁膜２３が図３に示したように部分的にエレクトレット化され、エレクトレット部１０ａ側が正極、エレクトレット部２３ａ側が負極に帯電した状態にある。このため、エレクトレット部１０ａとエレクトレット部２３ａとの間には常に電界が作られ、静電吸引力が作用している。すなわち、電圧非印加状態であっても振動板４に対して部分的に固定電極２２側に吸着させようとする力が作用している。
【００３３】
そして、この状態で上述したように振動板４を正に帯電、固定電極２２を負に帯電させるように電圧を印加すると、電圧印加前の状態において既にエレクトレット部１０ａが正に帯電し、またエレクトレット部２３ａが負に帯電していることから、エレクトレット部１０ａとエレクトレット部２３ａとの間には、帯電による静電気力と電圧印加による静電気力との両方が作用する。したがって、振動板４全体のうち、エレクトレット部１０ａ形成部分がエレクトレット部１０ａの未形成部分よりも先に固定電極２２側に撓む挙動を示すことになる。すなわち、図２及び図３の例では、振動板４は長手方向両端側から長手方向中央部の順に撓む挙動を示すことになる。このように絶縁膜１０及び絶縁膜２３の一部をエレクトレット化することで振動板４の面内において振動板４の変形順序を故意に作り出すことができ、振動板４の挙動を制御することが可能となる。よって、ギャップ量や振動板撓みがばらつくことによるアクチュエーター動作の不均一を低減することが可能となる。
【００３４】
また、振動板４が長手方向両端側から長手方向中央部の順に撓む動作となることにより、ノズル３０と供給口３２から圧力室５へスムーズにインクを輸送することが可能となる。その結果、安定したインク吐出が可能となる。
【００３５】
また、上記と逆電圧（固定電極２２側に正、振動板４を負）の電圧を印加すると、上記とは逆にエレクトレット部１０ａとエレクトレット部２３ａの形成部分の振動板４は、これらが形成されていない部分に比較して遅く当接することになる。すなわち逆電圧を印加した場合、順電圧を印加した場合に比べてインク吐出量が少なくなる。これを利用して適宜電圧印加方向を切り替えることによりドット変調が可能となり、写真のような高画質の印刷が可能となる。
【００３６】
以上説明したように、本実施の形態１によれば、絶縁膜１０及び絶縁膜２３の一部にエレクトレット部１０ａ及びエレクトレット部２３ａを形成し、電圧非印加時に振動板４に対して固定電極２２との間に部分的に静電吸引力が作用するようにしたので、電圧印加時には、振動板４全体のうち、そのエレクトレット部による静電吸引力の作用部分から固定電極側に撓ませる挙動を作り出すことが可能となる。したがって、ギャップ量や振動板撓みがばらつくことによるアクチュエーター動作の不均一を低減することが可能となる。
【００３７】
また、本実施の形態１では、絶縁膜１０及び絶縁膜２３において振動板長手方向の両端部分にエレクトレット部を形成しているため、振動板４の面内において長手方向両端部から長手方向中央部の順に固定電極２２側に撓む動作を作り出すことができる。よって、ノズル３０と供給口３２から圧力室５へスムーズにインクを輸送することが可能となり、安定したインク吐出が可能なインクジェットヘッドを得ることができる。
【００３８】
また、絶縁膜１０及び絶縁膜２３において対向する一部をエレクトレット化し、そのエレクトレットの極性を互いに逆としたので、ギャップＧ内で同じ向きの電界が形成され、強い静電吸引力を発生させることができる。
【００３９】
なお、実施の形態１では、図２及び図３に示したように絶縁膜１０及び絶縁膜２３の両方の一部をエレクトレット化したが、本発明の静電アクチュエーターは、両方の一部に限定するものではなく、何れか一方の一部がエレクトレット化された構成を含むものである。この構成によっても、常に振動板４に対して部分的に固定電極２２と引き合う静電吸引力を作用させることができ、振動板４の挙動を制御することが可能である。
【００４０】
実施の形態２．
実施の形態１では各絶縁膜１０、２３のそれぞれにおいて帯電量が一様のエレクトレット部を設けていたが、実施の形態２では複数の領域がエレクトレット化され、その各領域の帯電量が異なるようにしたものである。その一例として、実施の形態２では各領域の帯電量が振動板長手方向に段階的に異なる構造を例に説明する。
【００４１】
図４及び図５は、実施の形態２の静電アクチュエーターを備えたインクジェットヘッドの動作説明図である。特に図４は、電圧印加時の時間ステップを示し、図５は、電圧解除時の時間ステップを示している。なお、図４及び図５において矢印はインクの流れを示している。図６は、図４の静電アクチュエーター部分の拡大図で、エレクトレット部の帯電状態の説明図である。図４〜図６において図１から図３と同一部分には同一符号を付している。この例では、絶縁膜１０側を極性＋とし、絶縁膜２３側を極性−としているが逆でもよい。
実施の形態２では、実施の形態１と同様に絶縁膜１０及び絶縁膜２３においてそれぞれ振動板長手方向の両端部がエレクトレット化されている。そして、この例では、絶縁膜１０及び絶縁膜２３のそれぞれの両端のエレクトレット部は複数（ここでは２つ）の領域から形成されており、振動板長手方向の中心部から外側に向かうに従って帯電量が段階的（ここでは２段階）に大きくなるように構成されている。以下では絶縁膜１０において振動板中心部側のエレクトレット領域をエレクトレット部１０ｂ、振動板外側をエレクトレット部１０ａという。また、絶縁膜２３側も同様において振動板中心部側のエレクトレット領域をエレクトレット部２３ｂ、振動板外側をエレクトレット部２３ａという。そして、ここではエレクトレット部１０ｂが＋６Ｖ相当、エレクトレット部１０ａが＋１２Ｖ相当の帯電量を有するように構成されている。また、エレクトレット部２３ｂが−６Ｖ相当、エレクトレット部２３ａが−１２Ｖ相当の帯電量を有するように構成されている。
【００４２】
このように構成された静電アクチュエーターを備えたインクジェットヘッドにおいて、共通電極端子７側を正に、固定電極２２側を負に電圧を印加すると、まず、図４（ａ）に示すように、エレクトレット部１０ａとエレクトレット部２３ａとの間の静電気力により振動板４の長手方向両端の外側部分（エレクトレット部１０ａとエレクトレット部２３ａの対向部）が固定電極２２に引き寄せられる。そして、図４（ｂ）に示すように振動板４の長手方向両端の外側部分が固定電極２２に当接する。このとき、振動板４の長手方向両端の内側部分（エレクトレット部１０ｂとエレクトレット部２３ｂの対向部）の間にも、これらが形成されていない部分に比べて強い静電気力が働いている。このため、この静電気力により、振動板長手方向中心部に比べて先に振動板長手方向両端の内側部分が固定電極２２に当接する。その後、図４（ｃ）に示すようにエレクトレット化されていない振動板中心部も固定電極２２に当接する。このように、振動板４の変形挙動を、実施の形態１の構成に比べてより緻密に制御可能となり、図４（ａ）〜（ｃ）の矢印に示すように、ノズル３０と供給口３２から圧力室５へ、よりスムーズにインクを輸送することが可能となる。その結果、安定したインク吐出が可能となる。
【００４３】
そして、電圧印加を解除すると、まずは図５（ｄ）に示すように振動板中心部の固定電極２２との当接が解除され、続いて図５（ｅ）、（ｆ）に示すように振動板長手方向両端の内側部分（エレクトレット部１０ｂとエレクトレット部２３ｂの対向部）、振動板長手方向両端の外側部分（エレクトレット部１０ａとエレクトレット部２３ａの対向部）の順で当接が解除される。これにより、圧力室５内のインクが図５中矢印に示すようにノズル３０から吐出される。
【００４４】
以上説明したように、実施の形態２によれば振動板長手方向に帯電量が段階的に異なる構成としたので、実施の形態１に比べて更に安定して振動板の挙動を制御することができる。なお、本実施の形態２では、振動板長手方向において振動板中心部から両端外側に向かうに従って帯電量が大きくなる構成としたが、本発明の静電アクチュエーターは、この構成に限られたものではなく、複数の領域がエレクトレット化され、その各領域の帯電量が異なる構成を含むものである。この構成の場合、帯電量の大きい順に振動板４を固定電極２２側に撓ませる挙動を作り出すことができ、振動板４の挙動を制御することが可能となる。
【００４５】
なお、本例のインクジェットヘッドでは、圧力室５の両端部分に、圧力室５へのインクの流入口となる供給口３２と、圧力室５からのインクの流出口となるノズル３０とが配置されている。このため、上記各実施の形態では、これらのインク流入口及び流出口にインク滴の流れを強く発生させることが可能な位置にエレクトレット部１０ａ、１０ｂ、２３ａ、２３ｂを配置している。すなわち、絶縁膜１０及び絶縁膜２３において振動板４の長手方向の両端部分に配置している。しかしながら、本発明の静電アクチュエーターにおいてエレクトレット部を設ける位置はこの位置に限定するものではなく、静電アクチュエーターを適用する装置に応じて適宜決定すればよい。
【００４６】
ところで、絶縁膜１０及び絶縁膜２３をエレクトレット化するための帯電方法としては、コロナ放電、熱エレクトレット法、電子ビーム法があるが、本例ではコロナ放電により帯電させるようにしている。ここで、コロナ放電による帯電方法について簡単に説明しておく。
【００４７】
図７は、コロナ放電による帯電装置の構成を示す図である。
この帯電装置は、タングステンからなるワイヤー電極５１と、格子状に構成されたグリッド電極５２とを有し、ワイヤー電極５１に高電圧Ｖ１を、グリッド電極５２に低電圧Ｖ２を印加することで、ステージ５３上に載置されたシリコン基板５４上の絶縁膜５４ａに帯電を行うものである。正の帯電を行う場合、高電圧Ｖ１及び低電圧Ｖ２に正の電圧を印加し、負の帯電を行う場合、高電圧Ｖ１及び低電圧Ｖ２に負の電圧を印加する。高電圧Ｖ１は、ワイヤーがコロナ放電を起こすのに十分な電圧を印加し、低電圧Ｖ２は、エレクトレットが絶縁破壊を起こさない範囲の値を設定する。本例では、この帯電装置を用いて、１００℃雰囲気で２ｋＶの電圧印加を１時間程度行い、絶縁膜１０に例えば１２Ｖに相当する電荷を帯電させ、一部をエレクトレット化した絶縁膜１０を得るようにしている。絶縁膜２３も同様に一部をエレクトレット化し、絶縁膜１０とは極性を入れ替えて帯電させる。なお、絶縁膜１０及び絶縁膜２３において部分的にエレクトレット化したいため、エレクトレット化する部分に開口を有するハードマスクを用いて処理を行う。
【００４８】
なお、上記各実施の形態の静電アクチュエーターを備えた液滴吐出ヘッドは、吐出する液体を種々変更することで、インクジェットプリンターの他、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にも適用することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１  キャビティー基板、２  電極基板、３  ノズル基板、４  振動板、５  圧力室、５ａ  凹部、６  リザーバー、６ａ  凹部、７  共通電極端子、８  駆動回路、１０  絶縁膜、１０ａ  エレクトレット部、１０ｂ  エレクトレット部、１２  インク供給孔、２１  電極用凹部、２２  固定電極、２２ａ  リード部、２２ｂ  端子部、２３  絶縁膜、２３ａ  エレクトレット部、２３ｂ  エレクトレット部、２４  インク供給孔、３０  ノズル、３０ａ  第１の孔、３０ｂ  第２の孔、３１  オリフィス、３１ａ  凹部、３２  供給口、４０  封止材、５１  ワイヤー電極、５２  グリッド電極、５３  ステージ、５４  シリコン基板、５４ａ  絶縁膜、Ｇ  ギャップ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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