(57)【要約】【課題】  変位量の大きいアクチュエータを提供する。【解決手段】  本発明にかかるアクチュエータは、基板と、前記基板の上方に形成された下部電極と、前記下部電極の上方に形成された電歪ポリマー膜と、前記電歪ポリマー膜の上方に形成された上部電極と、を含む。【選択図】      図１
2006060127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上方に形成された下部電極と、
前記下部電極の上方に形成された電歪ポリマー膜と、
前記電歪ポリマー膜の上方に形成された上部電極と、
を含む、アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１において、
前記基板の上方であって、前記下部電極の下方に形成された弾性体膜を有する、アクチュエータ。
【請求項３】
請求項２において、
前記弾性体膜は、イットリア安定化ジルコニア、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、およびこれらを含む固溶体のうち、少なくとも１種を含む硬質膜を有する、アクチュエータ。
【請求項４】
請求項２または３において、
前記弾性体膜は、酸化シリコン膜を有する、アクチュエータ。
【請求項５】
請求項４において、
前記基板は、単結晶シリコンからなる、アクチュエータ。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかにおいて、
前記下部電極は、導電性ポリマーからなる、アクチュエータ。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかにおいて、
前記上部電極は、導電性ポリマーからなる、アクチュエータ。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかにおいて、
前記電歪ポリマー膜は、シリコーンゴム、ポリウレタン、フルオロエラストマー、およびポリブタジエンのうち、少なくとも１種からなる、アクチュエータ。
【請求項９】
請求項１ないし７のいずれかに記載のアクチュエータを有する、インクジェット式記録ヘッド。
【請求項１０】
請求項９に記載のインクジェット式記録ヘッドを有する、インクジェットプリンタ。
【請求項１１】
請求項１ないし７のいずれかに記載のアクチュエータを有する、アクチュエータポンプ。
【請求項１２】
（ａ）基板の上方に下部電極の材料を含む溶液を塗布し、熱処理することにより下部電極を形成する工程と、
（ｂ）前記下部電極の上方に、電歪ポリマーを含む溶液を塗布し、熱処理することにより電歪ポリマー膜を形成する工程と、
（ｃ）前記電歪ポリマー膜の上方に上部電極の材料を含む溶液を塗布し、熱処理することにより上部電極を形成する工程と、
を含む、アクチュエータの製造方法。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記工程（ａ）ないし（ｃ）のうち、少なくとも１つの工程では、液滴吐出法により前記溶液を塗布する、アクチュエータの製造方法。
【請求項１４】
請求項１２または１３において、
前記工程（ａ）の前に、
シリコンからなる前記基板の少なくとも表面を熱酸化することにより、酸化シリコンからなる弾性体膜を前記基板上に形成する工程、をさらに含む、アクチュエータの製造方法。
【請求項１５】
請求項１２ないし１４のいずれかにおいて、
前記上部電極の材料を含む溶液は、金属微粒子を含む液体、または導電性ポリマーを含む溶液である、アクチュエータの製造方法。
【請求項１６】
請求項１２ないし１５のいずれかにおいて、
前記下部電極の材料を含む溶液は、金属微粒子を含む液体、または導電性ポリマーを含む溶液である、アクチュエータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電歪ポリマー膜を有するアクチュエータならびにその製造方法、インクジェット式記録ヘッド、インクジェットプリンタ、およびアクチュエータポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、流体を制御するためのアクチュエータとしては、たとえば、セラミックス系材料を用いた圧電素子、電磁力、空気圧を用いたものがある。しかし、このようなアクチュエータは、変位量が小さい、消費エネルギーが大きい等の問題があった。
【０００３】
またこのようなアクチュエータを用いた応用デバイスとして、インクジェットプリンタが知られている。インクジェットプリンタは、内容積が変化するキャビティを有するインクジェット式記録ヘッドを備える。インクジェットプリンタは、インクジェット式記録ヘッドを走査させつつ、そのノズルからインク滴を吐出することにより、印刷を行うものである。
【０００４】
近年、このようなインクジェットプリンタにおいて、さらなる高画質化が要求されるようになっている。このような要求に応えるためには、インクジェット式記録ヘッドにおけるノズルの高密度化が欠かせない技術となってきている。
【０００５】
従来、インクジェットプリンタ用のインクジェット式記録ヘッドにおけるヘッドアクチュエーターとしては、ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）に代表される圧電体膜を用いた圧電素子が用いられている（例えば、特開２００１−２２３４０４号公報）。
【０００６】
しかしながら、インクジェット式記録ヘッドにおけるノズルを高密度化するためにキャビティを小さくした場合、圧電素子では、変位量に限界があるため、キャビティの内容積の変化量が不十分となり、インクの吐出性能が悪くなってしまうことがある。
【０００７】
また、圧電ポンプにおいても、その特性向上が望まれていることから、新たな材料による良好なポンプの提供が望まれている。
【特許文献１】特開２００１−２２３４０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、変位量の大きいアクチュエータおよびその製造方法を提供することにある。また本発明の他の目的は、上記アクチュエータを用いたインクジェット式記録ヘッド、インクジェットプリンタ、およびアクチュエータポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明にかかるアクチュエータは、
基板と、
前記基板の上方に形成された下部電極と、
前記下部電極の上方に形成された電歪ポリマー膜と、
前記電歪ポリマー膜の上方に形成された上部電極と、を含む。
【００１０】
本発明にかかるアクチュエータは、
前記基板の上方であって、前記下部電極の下方に形成された弾性体膜を有することができる。
【００１１】
本発明にかかるアクチュエータにおいて、前記弾性体膜は、イットリア安定化ジルコニア、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、およびこれらを含む固溶体のうち、少なくとも１種を含む硬質膜を有することができる。
【００１２】
本発明にかかるアクチュエータにおいて、前記弾性体膜は、酸化シリコン膜を有することができる。
【００１３】
本発明にかかるアクチュエータにおいて、前記基板は、単結晶シリコンからなることができる。
【００１４】
本発明にかかるアクチュエータにおいて、前記下部電極は、導電性ポリマーからなることができる。
【００１５】
本発明にかかるアクチュエータにおいて、前記上部電極は、導電性ポリマーからなることができる。
【００１６】
本発明にかかるアクチュエータにおいて、前記電歪ポリマー膜は、シリコーンゴム、ポリウレタン、フルオロエラストマー、およびポリブタジエンのうち、少なくとも１種からなることができる。
【００１７】
本発明にかかるインクジェット式記録ヘッドは、上述したアクチュエータを有する。
【００１８】
本発明にかかるインクジェットプリンタは、上述したインクジェット式記録ヘッドを有する。
【００１９】
本発明にかかるアクチュエータポンプは、上述したアクチュエータを有する。
【００２０】
本発明にかかるアクチュエータの製造方法は、
（ａ）基板の上方に下部電極の材料を含む溶液を塗布し、熱処理することにより下部電極を形成する工程と、
（ｂ）前記下部電極の上方に、電歪ポリマーを含む溶液を塗布し、熱処理することにより電歪ポリマー膜を形成する工程と、
（ｃ）前記電歪ポリマー膜の上方に上部電極の材料を含む溶液を塗布し、熱処理することにより上部電極を形成する工程と、
を含む。
【００２１】
本発明にかかるアクチュエータの製造方法において、前記工程（ａ）ないし（ｃ）のうち、少なくとも１つの工程では、液滴吐出法により前記溶液を塗布することができる。
【００２２】
本発明にかかるアクチュエータの製造方法において、前記工程（ａ）の前に、シリコンからなる前記基板の少なくとも表面を熱酸化することにより、酸化シリコンからなる弾性体膜を前記基板上に形成する工程、をさらに含むことができる。
【００２３】
本発明にかかるアクチュエータの製造方法において、前記上部電極の材料を含む溶液は、金属微粒子を含む液体、または導電性ポリマーを含む溶液であることができる。
【００２４】
本発明にかかるアクチュエータの製造方法において、前記下部電極の材料を含む溶液は、金属微粒子を含む液体、または導電性ポリマーを含む溶液であることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明に好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２６】
１．１．アクチュエータ
図１は、本実施の形態にかかるアクチュエータを示す断面図である。アクチュエータ１は、シリコン基板２と、シリコン基板２上に形成された酸化シリコン膜３と、酸化シリコン膜３上に形成された硬質膜４と、硬質膜４上に形成された下部電極５と、下部電極５上に形成された電歪ポリマー膜６と、電歪ポリマー膜６上に形成された上部電極７とを含む。本実施の形態において、弾性体膜８は、酸化シリコン膜３および硬質膜４を含む。
【００２７】
電歪ポリマー膜６の材質は、電圧が印加されると膜厚方向に圧縮され、平面方向に伸長する電歪ポリマーであり、たとえば、シリコーンゴム、ポリウレタン、フルオロエラストマー、およびポリブタジエンのうち、少なくとも１種からなる。これにより、電歪ポリマー膜６は、電圧が印加されることにより、膜の面と平行な方向に伸長し、面と垂直な方向に収縮する機能を有する。これにより電歪ポリマー膜６は、電圧が印加されると図中の下方に撓む。
【００２８】
弾性体膜８の材質は、電歪ポリマー膜６より硬い材質からなることが好ましい。電歪ポリマー膜６は、柔らかい材質の電歪ポリマーからなる。アクチュエータ１は、電歪ポリマー膜６より硬い材質からなる弾性体膜８を有することによって、弾性体膜８を有さない場合と比べて、流体の制御性を向上させることができる。よって、たとえば、このようなアクチュエータ１がインクジェット式記録ヘッドに用いられたときに、インクの吐出速度を向上させることができる。
【００２９】
弾性体膜８は、酸化シリコン膜３および硬質膜４の一方のみで形成されていてもよい。たとえば、弾性体膜８が酸化シリコン膜３のみで形成されている場合には、シリコン基板２を酸化させることにより弾性体膜８を形成することができるため、製造工程を簡略化することができる。弾性体膜８が酸化シリコン膜３および硬質膜４の双方を有する場合には、弾性体膜８が酸化シリコン膜３および硬質膜４の一方のみを有する場合と比べて、流体の制御性をより向上させることができる。
【００３０】
シリコン基板２としては、たとえば、（１００）配向または（１１０）配向の単結晶シリコン基板を用いる。酸化シリコン膜３は、上述したようにシリコン基板２を酸化させた膜である。硬質膜４は、イットリア安定化ジルコニア、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、およびこれらを含む固溶体のうち、少なくとも１種からなる。
【００３１】
下部電極５は、電歪ポリマー膜６に電圧を印加するための一方の電極である。下部電極５の材質としては、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇなどの金属、またはポリエチレンジオキサンチオフェン（以下ＰＥＤＯＴ）やポリアニリンなどの導電性ポリマーを用いる。
【００３２】
上部電極７は、電歪ポリマー膜６に電圧を印加するための他方の電極である。上部電極７の材質としては、下部電極５と同様に例えば金属のＰｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、またはポリエチレンジオキサンチオフェン（以下ＰＥＤＯＴ）やポリアニリンなどの導電性ポリマーを用いることができる。
【００３３】
下部電極５および上部電極７の材質としては、導電性ポリマーを用いることが好ましい。導電性ポリマーを用いた電極は、金属を用いた電極と比べて柔らかいため、電歪ポリマー膜６が撓むと同時に、無理なく追随して撓むことができるため、耐久性が高い。また導電性ポリマーを用いた電極は、柔らかいことから、かかる電極を有するアクチュエータ１は、動作性が良好である。
【００３４】
１．２．アクチュエータの製造方法
次に本実施の形態にかかるアクチュエータ１の製造方法について説明する。
【００３５】
（１）まず、シリコン基板２として、（１００）配向または（１１０）配向の単結晶シリコン基板を用意する。
【００３６】
（２）次に、図２に示すように、シリコン基板２上に酸化シリコン膜３を形成する。酸化シリコン膜３は、たとえば、シリコン基板２の表面を熱酸化することにより得られる。
【００３７】
（３）次に、図３に示すように、酸化シリコン膜３上に硬質膜４を形成する。硬質膜４の形成方法としては、ＣＶＤ法やスパッタ法、蒸着法などの気相法が、形成する材質に応じて適宜採用される。
【００３８】
（４）次に、図４に示すように、硬質膜４上に下部電極５が形成される。下部電極５は、金属微粒子を溶媒に分散させた金属微粒子を含む液体、または導電性ポリマーを含む液体を、硬質膜４上に塗布し、熱をかけて乾燥することによって形成される。上記液体を硬質膜４上に塗布する方法としては、スピンコート法、液滴吐出法等が挙げられる。液滴吐出法としては、たとえば、インクジェット法があげられる。また金属を用いた下部電極５の形成方法としては、スパッタ法、蒸着法などを用いることもできる。
【００３９】
（５）次に、図５に示すように、下部電極５上に電歪ポリマー膜６を形成する。電歪ポリマー膜６は、電歪ポリマーを含む溶液を下部電極５の表面に塗布し、熱処理し、乾燥することにより形成される。溶液を塗布する方法としては、スピンコート、ディップコート、インクジェット法などの液滴吐出法などをあげることができる。
【００４０】
（６）次に、図１に示すように、電歪ポリマー膜６上に上部電極７を形成する。上部電極７は、金属微粒子を溶媒に分散させた金属微粒子を含む液体、または導電性ポリマーを含む液体を、硬質膜４上に塗布し、熱処理し、乾燥することによって形成される。上記液体を硬質膜４上に塗布する方法としては、スピンコート法、液滴吐出法等が挙げられる。塗布する溶液に含まれる金属微粒子の粒径は、溶剤への分散のしやすさとインクジェット法の適用の観点から、５０ｎｍ以上０．１μｍ以下であることが好ましい。
【００４１】
１．３．アクチュエータの作用および効果
本実施の形態にかかるアクチュエータ１は、電歪ポリマーを用いて形成されているため、変位量が大きく、消費エネルギーが小さいため、効率的に流体を制御することができる。また、アクチュエータ１は、弾性体膜８である酸化シリコン膜３および硬質膜４を有する。これにより、アクチュエータ１がインクジェット式記録ヘッドに用いられたときに、インクの吐出速度を向上させることができる。
【００４２】
２．１．インクジェット式記録ヘッド
次に図１に示したアクチュエータ１を適用したインクジェット式記録ヘッドについて説明する。図６は、図１に示したアクチュエータ１を用いたインクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す側断面図であり、図７は、このインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。なお、図７は、通常使用される状態とは上下逆に示したものである。
【００４３】
インクジェット式記録ヘッド（以下、「ヘッド」ともいう）５０は、図６に示すように、ノズル板５１と、インク室基板５２と、インク室基板５２上に設けられた弾性板５５と、弾性板５５上に設けられた電歪ポリマー素子５４と、を備える。なお、図６に示した電歪ポリマー素子５４は、図１に示したアクチュエータ１における電歪ポリマー膜６、および上部電極７からなるものである。また、図６に示した弾性板５５は、図１に示したアクチュエータ１における酸化シリコン膜３、硬質膜４、および下部電極５からなるものである。
【００４４】
すなわち、ヘッド５０は、図７に示すように、ノズル板５１と、インク室基板５２と、弾性板５５と、弾性板５５に接合された電歪ポリマー素子（振動源）５４とを備え、これらが基体５６に収納されて構成されている。なお、このヘッド５０は、オンデマンド形のピエゾジェット式ヘッドを構成している。
【００４５】
ノズル板５１は、例えばステンレス製の圧延プレート等で構成されたもので、インク滴を吐出するための多数のノズル５１１を一列に形成したものである。これらノズル５１１間のピッチは、印刷精度に応じて適宜に設定されている。
【００４６】
ノズル板５１には、インク室基板５２が固着（固定）されている。インク室基板５２は、上述のシリコン基板２によって形成されたものである。インク室基板５２は、ノズル板５１、側壁（隔壁）５２２、および後述する弾性板５５によって、複数のキャビティ（インクキャビティ）５２１と、リザーバ５２３と、供給口５２４と、を区画形成したものである。リザーバ５２３は、インクカートリッジ６３１（図１４参照）から供給されるインクを一時的に貯留する。供給口５２４によって、リザーバ５２３から各キャビティ５２１にインクが供給される。
【００４７】
キャビティ５２１は、それぞれ短冊状に形成されている。キャビティ５２１の平面形状は、図８および図９に示すように、長軸と短軸とを有した矩形状（平行四辺形状）である。キャビティ５２１の長軸、短軸の代表的なスケールは、それぞれ２ｍｍ、６０μｍである。キャビティ５２１は、図６および図７に示すように、各ノズル５１１に対応して配設されている。キャビティ５２１は、後述する弾性板５５の振動によってそれぞれ容積可変になっている。キャビティ５２１は、この容積変化によってインクを吐出するよう構成されている。
【００４８】
インク室基板５２の平均厚さ、すなわちキャビティ５２１を含む厚さとしては、特に限定されないが、１０〜１０００μｍ程度とするのが好ましく、１００〜５００μｍ程度とするのがより好ましい。また、キャビティ５２１の容積としては、特に限定されないが、０．１〜１００ｎＬ程度とするのが好ましく、０．１〜１０ｎＬ程度とするのがより好ましい。
【００４９】
インク室基板５２のノズル板５１と反対の側には弾性板５５が配設されている。さらに弾性板５５のインク室基板５２と反対の側には複数の電歪ポリマー素子５４が設けられている。弾性板５５の所定位置には、図７に示すように、弾性板５５の厚さ方向に貫通して連通孔５３１が形成されている。連通孔５３１により、後述するインクカートリッジ６３１からリザーバ５２３へのインクの供給がなされる。
【００５０】
各電歪ポリマー素子５４は、前述したように電歪ポリマー膜６および上部電極７によって構成されている。各電歪ポリマー素子５４は、図９に示すように、各々が各キャビティ５２１のほぼ中央部に対応して配設された、平面視長方形状のものである。これら各電歪ポリマー素子５４は、後述する駆動回路に電気的に接続され、駆動回路の信号に基づいて作動（振動、変形）するよう構成されている。すなわち、各電歪ポリマー素子５４はそれぞれ振動源（ヘッドアクチュエーター）として機能する。弾性板５５は、電歪ポリマー素子５４の振動（たわみ）によって振動し（たわみ）、キャビティ５２１の内部圧力を瞬間的に高めるよう機能する。
【００５１】
２．２．インクジェット式記録ヘッドの動作
次に、本実施の形態におけるインクジェット式記録ヘッド５０の動作について説明する。図１０は、下部電極５と上部電極７との間に電圧が印加されていない状態におけるヘッド５０を示す。
【００５２】
アクチュエータ１の製造方法の説明において上述したように、下部電極５、電歪ポリマー膜６、および上部電極７は、材料を含む溶液を塗布し、当該溶液を熱処理により乾燥することによって形成される。ここで溶媒が蒸発するとともに、膜が収縮するため、下部電極５、電歪ポリマー膜６、および上部電極７は、面内方向に圧縮応力がかかる。この応力によって、電圧が印加されていない状態であっても、図１０に示すように、弾性板５５、電歪ポリマー膜６、および上部電極７は、キャビティ５２１側に撓んでいる。
【００５３】
図１１は、下部電極５と上部電極７の間に電圧が印加されている状態におけるヘッド５０を示す。電歪ポリマー膜６に電圧を印加すると、電歪ポリマー膜６は、面に対して平行な方向に伸長するため、面に対して垂直方向に撓む。ここで電歪ポリマー膜６は、図１０に示すように、電圧を印加していない状態で既にキャビティ５２１側に撓んでいるため、電圧が印加されたときには、図１１に示すように、キャビティ５２１側にさらに撓む。これにより、弾性板５５がたわみ、キャビティ５２１の容積変化が生じる。このとき、キャビティ５２１内の圧力が瞬間的に高まり、ノズル５１１からインク滴が吐出される。
【００５４】
ここで、キャビティ５２１の電歪ポリマー膜６の変位量（絶対値）が大きければ大きいほど、弾性板５５のたわみ量が大きくなり、より効率的にインク滴を吐出することが可能になる。ここで、効率的とは、より少ない電圧で同じ量のインク滴を飛ばすことができることを意味する。すなわち、駆動回路を簡略化することができ、同時に消費電力を低減することができるため、ノズル５１１のピッチをより高密度に形成することができる。または、キャビティ５２１の長軸の長さを短くすることができるため、ヘッド全体を小型化することができる。また、電歪ポリマー膜６に印加する電圧を大きくすると、電歪ポリマー膜６のたわみ量が大きくなる。よって、印加する電圧を変化させることにより、ヘッド５０が吐出するインク滴の量を調整することができる。
【００５５】
１回のインクの吐出が終了すると、駆動回路は、下部電極５と上部電極７との間への電圧の印加を停止する。これにより、電歪ポリマー素子５４は図１０に示した元の形状に戻り、キャビティ５２１の容積が増大する。なお、このとき、インクには、後述するインクカートリッジ６３１からノズル５１１へ向かう圧力（正方向への圧力）が作用している。このため、空気がノズル５１１からキャビティ５２１へと入り込むことが防止され、インクの吐出量に見合った量のインクがインクカートリッジ６３１からリザーバ５２３を経てキャビティ５２１へ供給される。
【００５６】
このように、インク滴の吐出を行わせたい位置の電歪ポリマー膜６に対して、駆動回路を介して吐出信号を順次入力することにより、任意の（所望の）文字や図形等を印刷することができる。
【００５７】
２．３．インクジェット式記録ヘッドの製造方法
次に、本実施の形態におけるインクジェット式記録ヘッド５０の製造方法の一例について説明する。
【００５８】
（１）まず、インク室基板５２となる母材、シリコン単結晶からなるシリコン基板２を用意する。シリコン基板２としては、（１１０）配向または（１００）配向のシリコン単結晶基板が用いられる。
【００５９】
（２）次に、図２〜図５、および図１に示すように、シリコン基板２上に、酸化シリコン膜３、硬質膜４、下部電極５、電歪ポリマー膜６、および上部電極７を順次形成する。ここで、電歪ポリマー膜６および上部電極７については、液滴吐出法を用いて、所定のパターンに形成することができる。本実施の形態では、液滴吐出法として、インクジェット法を用いるのが好ましい。インクジェット法は、他の方法に比べて材料を有効利用することができ、かつパターニング工程を簡略化することができるからである。特に、インクジェット法は、液滴の吐出量および着弾位置を微調節することができるため、ノズルが高密度化されたインクジェット式記録ヘッドに用いられるアクチュエータの製造に適している。この場合、溶液を塗布する前に、硬質膜４上の所定の位置に、撥液処理または親液処理をほどこしたり、バンクを形成したりしてもよい。これにより、簡便な方法で、精度の高い電歪ポリマー膜６のパターンを形成することができる。
【００６０】
（３）次に、図１２に示すように、電歪ポリマー膜６および上部電極７を所定形状に加工する。具体的には、上部電極７上にレジストをスピンコートした後、キャビティ５２１が形成されるべき位置に合わせて露光・現像してパターニングする。残ったレジストをマスクとして上部電極７および電歪ポリマー膜６をイオンミリング等でエッチングする。
【００６１】
ここで、下部電極５は、電歪ポリマー薄膜層４３に電圧を印加するための一方の電極であり、インク室基板２０上に形成される複数のアクチュエータに共通な電極として機能するように酸化シリコン膜３および硬質膜４と同じ領域に形成されるが、これにかえて、電歪ポリマー膜６および上部電極７と同様の形状に形成されてもよい。
【００６２】
（４）次に、図１３および図７に示すように、次いで、インク室基板５２となる母材（シリコン基板２）を加工（パターニング）し、電歪ポリマー素子５４に対応する位置にそれぞれキャビティ５２１となる凹部を、また、所定位置にリザーバ５２３および供給口５２４となる凹部を形成する。
【００６３】
具体的には、キャビティ５２１、リザーバ５２３および供給口５２４を形成すべき位置に合せてマスク層を形成する。次に、例えば平行平板型反応性イオンエッチング、誘導結合型方式、エレクトロンサイクロトロン共鳴方式、ヘリコン波励起方式、マグネトロン方式、プラズマエッチング方式、イオンビームエッチング方式などのドライエッチング、あるいは５重量％〜４０重量％程度の水酸化カリウム、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドなどの高濃度アルカリ水溶液によるウェットエッチングを行う。
【００６４】
本実施の形態では、母材として（１１０）配向のシリコン基板を用いているので、高濃度アルカリ水溶液を用いたウェットエッチング（異方性エッチング）が好適に採用される。高濃度アルカリ水溶液によるウェットエッチングの際には、酸化シリコン膜３をエッチングストッパとして機能させることができる。したがって、インク室基板５２の形成をより容易に行うことができる。
【００６５】
このようにして母材（シリコン基板２）を、その厚さ方向に酸化シリコン膜３が露出するまでエッチング除去することにより、インク室基板５２を形成する。このときエッチングされずに残った部分が側壁５２２となる。露出した酸化シリコン膜３、硬質膜４、および下部電極５は、弾性板５５としての機能を発揮し得る状態となる。
【００６６】
（５）次に、図６に示すように、複数のノズル５１１が形成されたノズル板５１を、各ノズル５１１が各キャビティ５２１となる凹部に対応するように位置合わせし、その状態で接合する。これにより、複数のキャビティ５２１、リザーバ５２３および複数の供給口５２４が形成される。ノズル板５１の接合については、例えば接着剤による接着法や、融着法などを用いることができる。次に、インク室基板５２を基体５６に取り付ける。
【００６７】
以上の工程によって、本実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッド５０を製造することができる。
【００６８】
２．４．作用・効果
本実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッド５０によれば、前述したように、電歪ポリマーを用いて形成されているため、変位量が大きい。よって、効率的なインクの吐出が可能となり、ノズル５１１の高密度化などが可能となる。したがって、高密度印刷や高速印刷が可能となる。さらには、ヘッド全体の小型化を図ることができる。また、たとえば圧電素子の材料として用いられる鉛のような有害物質を含まない。
【００６９】
３．１．インクジェットプリンタ
次に、上述のインクジェット式記録ヘッド５０を備えたインクジェットプリンタについて説明する。図１４は、本発明のインクジェットプリンタ６００を、紙等に印刷する一般的なプリンターに適用した場合の一実施形態を示す概略構成図である。なお、以下の説明では、図１４中の上側を「上部」、下側を「下部」と言う。
【００７０】
インクジェットプリンタ６００は、装置本体６２０を備えており、上部後方に記録用紙Ｐを設置するトレイ６２１を有し、下部前方に記録用紙Ｐを排出する排出口６２２を有し、上部面に操作パネル６７０を有する。
【００７１】
操作パネル６７０は、例えば液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤランプなどで構成されたもので、エラーメッセージなどを表示する表示部（図示せず）と、各種スイッチなどで構成される操作部（図示せず）とを備えている。
【００７２】
装置本体６２０の内部には、主に、往復動するヘッドユニット６３０を備えた印刷装置６４０と、記録用紙Ｐを１枚ずつ印刷装置６４０に送り込む給紙装置６５０と、印刷装置６４０および給紙装置６５０を制御する制御部６６０とが設けられている。
【００７３】
制御部６６０の制御により、給紙装置６５０は、記録用紙Ｐを一枚ずつ間欠送りするようになっている。間欠送りされる記録用紙Ｐは、ヘッドユニット６３０の下部近傍を通過する。このとき、ヘッドユニット６３０が記録用紙Ｐの送り方向とほぼ直交する方向に往復移動し、記録用紙Ｐへの印刷を行うようになっている。すなわち、ヘッドユニット６３０の往復動と、記録用紙Ｐの間欠送りとが、印刷における主走査および副走査となり、インクジェット方式の印刷が行なわれるようになっている。
【００７４】
印刷装置６４０は、ヘッドユニット６３０と、ヘッドユニット６３０の駆動源となるキャリッジモータ６４１と、キャリッジモータ６４１の回転を受けて、ヘッドユニット６３０を往復動させる往復動機構６４２とを備えている。
【００７５】
ヘッドユニット６３０は、その下部に、上述の多数のノズル５１１を備えるインクジェット式記録ヘッド５０と、このインクジェット式記録ヘッド５０にインクを供給するインクカートリッジ６３１と、インクジェット式記録ヘッド５０およびインクカートリッジ６３１を搭載したキャリッジ６３２とを有する。
【００７６】
インクカートリッジ６３１として、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラック（黒）の４色のインクを充填したものを用いることにより、フルカラー印刷が可能となるが、インクカートリッジの種類や個数は特に限定されるものではなく、５〜８色あるいはそれ以上の個数や種類であってもよい。ヘッドユニット６３０には、各色にそれぞれ対応したインクジェット式記録ヘッド５０が設けられることになる。
【００７７】
往復動機構６４２は、その両端がフレーム（図示せず）に支持されたキャリッジガイド軸６４３と、キャリッジガイド軸６４３と平行に延在するタイミングベルト６４４とを有する。キャリッジ６３２は、キャリッジガイド軸６４３に往復動自在に支持されるとともに、タイミングベルト６４４の一部に固定されている。キャリッジモータ６４１の作動により、プーリを介してタイミングベルト６４４を正逆走行させると、キャリッジガイド軸６４３に案内されて、ヘッドユニット６３０が往復動する。この往復動の際に、インクジェット式記録ヘッド５０から適宜インクが吐出され、記録用紙Ｐへの印刷が行われる。
【００７８】
給紙装置６５０は、その駆動源となる給紙モータ６５１と、給紙モータ６５１の作動により回転する給紙ローラ６５２とを有する。給紙ローラ６５２は、記録用紙Ｐの送り経路（記録用紙Ｐ）を挟んで上下に対向する従動ローラ６５２ａと、駆動ローラ６５２ｂとで構成されており、駆動ローラ６５２ｂは、給紙モータ６５１に連結されている。このような構成によって給紙ローラ６５２は、トレイ６２１に設置した多数枚の記録用紙Ｐを、印刷装置６４００に向かって１枚ずつ送り込むことができる。なお、トレイ６２１に代えて、記録用紙Ｐを収容する給紙カセットを着脱自在に装着し得るような構成とすることもできる。
【００７９】
制御部６６０は、例えばパーソナルコンピュータやディジタルカメラなどのホストコンピュータから入力された印刷データに基づいて、印刷装置６４０や給紙装置６５０などを制御することにより印刷を行うものである。
【００８０】
制御部６６０には、いずれも図示しないものの、主に各部を制御する制御プログラムなどを記憶するメモリ、アクチュエータ１を駆動してインクの吐出タイミングを制御する駆動回路、印刷装置６４０（キャリッジモータ６４１）を駆動する駆動回路、給紙装置６５０（給紙モータ６５１）を駆動する駆動回路、およびホストコンピュータからの印刷データを入手する通信回路と、これらに電気的に接続され、各部での各種制御を行うＣＰＵとが備えられている。
【００８１】
ＣＰＵには、例えば、インクカートリッジ６３１のインク残量、ヘッドユニット６３０の位置、温度、湿度などの印刷環境などを検出可能な各種センサが、それぞれ電気的に接続されている。制御部６６０は、通信回路を介して印刷データを入手してメモリに格納する。ＣＰＵは、この印刷データを処理し、この処理データおよび各種センサからの入力データに基づき、各駆動回路に駆動信号を出力する。この駆動信号によりインクジェット式記録ヘッド５０、印刷装置６４０および給紙装置６５０は、それぞれ作動する。これにより、記録用紙Ｐに所望の印刷がなされる。
【００８２】
３．２．作用および効果
本実施の形態にかかるインクジェットプリンタ６００によれば、前述したように、高性能でノズルの高密度化が可能なインクジェット式記録ヘッド５０を備えているので、高密度印刷や高速印刷が可能となる。
【００８３】
なお、本発明のインクジェットプリンタ６００は、工業的に用いられる液滴吐出装置として用いることもできる。その場合に、吐出するインク（液状材料）としては、各種の機能性材料を溶媒や分散媒によって適当な粘度に調整して使用することができる。
【００８４】
４．１．アクチュエータポンプ
次に、本実施の形態に係るアクチュエータポンプについて図面を参照しながら説明する。図１５および図１６は、図１に示すアクチュエータ１を用いたアクチュエータポンプ２０の概略断面図である。図１５および図１６に示す電歪ポリマー素子２２は、図１に示したアクチュエータ１における下部電極５、電歪ポリマー膜６、および上部電極７とからなるものであり、図１に示したアクチュエータ１における酸化シリコン膜３および硬質膜４は、図１５および図１６において振動板２４となっている。また、シリコン基板２（図１参照）は、アクチュエータポンプ２０の要部を構成する基体２１となっている。アクチュエータポンプ２０は、基体２１と、電歪ポリマー素子２２と、ポンプ室２３と、振動板２４と、吸入側逆止弁２６ａと、吐出側逆止弁２６ｂと、吸入口２８ａと、吐出口２８ｂとを含む。
【００８５】
４．２．アクチュエータポンプの動作
次に、上述のアクチュエータポンプの動作について説明する。まず、電歪ポリマー素子２２に電圧が供給されると、電歪ポリマー膜６（図１参照）の膜厚方向に電圧が印加される。そして、図１５に示すように、電歪ポリマー素子２２は、ポンプ室２３が広がる方向（図１５に示す矢印ａの方向）にたわむ。また、電歪ポリマー素子２２と共に振動板２４もポンプ室２３が広がる方向にたわむ。このため、ポンプ室２３内の圧力が変化し、逆止弁２６ａ、２６ｂの働きによって流体が吸入口２８ａからポンプ室２３内に流れる（図１５に示す矢印ｂの方向）。
【００８６】
次に、電歪ポリマー素子２２への電圧の供給を停止すると、電歪ポリマー膜６（図１参照）の膜厚方向への電圧の印加が停止される。そして、図１６に示すように、電歪ポリマー素子２２は、ポンプ室２３が狭まる方向（図１６に示す矢印ａの方向）にたわむ。また、電歪ポリマー素子２２と共に振動板２４もポンプ室２３が狭まる方向にたわむ。このため、ポンプ室２３内の圧力が変化し、逆止弁２６ａ、２６ｂの働きによって流体が吐出口２８ｂから外部に吐出される（図１６に示す矢印ｂの方向）。
【００８７】
アクチュエータポンプ２０の駆動電圧は、例えば１００Ｖ（ＡＣ）程度とすることができる。また、アクチュエータポンプ２０の駆動周波数は、例えば、数十Ｈｚ〜数十ｋＨｚ程度とすることができる。
【００８８】
アクチュエータポンプ２０は、電子機器、例えばパソコン用、好ましくはノートパソコン用の水冷モジュールとして用いることができる。水冷モジュールは、冷却液の駆動に上述のアクチュエータポンプ２０を用い、アクチュエータポンプ２０と循環水路等とを含む構造を有する。
【００８９】
４．３．作用および効果
本実施の形態に係るアクチュエータポンプ２０によれば、前述したように、電歪ポリマーを用いて形成されているため、変位量が大きい。よって、流体の吸入・吐出を効率的に行うことができる。したがって、本実施の形態に係るアクチュエータポンプ２０によれば、大きな吐出圧および吐出量を有することができる。また、アクチュエータポンプ２０の高速動作が可能となる。さらには、アクチュエータポンプ２０の全体の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本実施の形態にかかるアクチュエータを示す断面図。
【図２】アクチュエータの製造工程を示す断面図。
【図３】アクチュエータの製造工程を示す断面図。
【図４】アクチュエータの製造工程を示す断面図。
【図５】アクチュエータの製造工程を示す断面図。
【図６】インクジェット式記録ヘッドの概略構成図。
【図７】インクジェット式記録ヘッドの分解斜視図。
【図８】キャビティの平面図。
【図９】電歪ポリマー素子の平面図。
【図１０】インクジェット式記録ヘッドの動作を説明するための図。
【図１１】インクジェット式記録ヘッドの動作を説明するための図。
【図１２】インクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す図。
【図１３】インクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す図。
【図１４】実施の形態にかかるインクジェットプリンタの概略構成図。
【図１５】図１に示すアクチュエータを用いたアクチュエータポンプの概略断面図。
【図１６】図１に示すアクチュエータを用いたアクチュエータポンプの概略断面図。
【符号の説明】
【００９１】
１  アクチュエータ、２  シリコン基板、３  酸化シリコン膜、４  硬質膜、５  下部電極、６  電歪ポリマー膜、７  上部電極、２０  アクチュエータポンプ、２１  基体、２２  電歪ポリマー素子、２３  ポンプ室、２４  振動板、５０  インクジェット式記録ヘッド、５１  ノズル板、５２  インク室基板、５４  電歪ポリマー素子、５５  弾性板、５６  基体、５１１  ノズル、５２１  キャビティ、５２２  側壁、５２３  リザーバ、５２４  供給口、５３１  連通孔、６００  インクジェットプリンタ、６２０  装置本体、６２１  トレイ、６２２  排出口、６３０  ヘッドユニット、６３１  インクカートリッジ、６３２  キャリッジ、６４０  印刷装置、６４１  キャリッジモータ、６４２  往復動機構、６４３  キャリッジガイド軸、６４４  タイミングベルト、６５０  給紙装置、６５１  給紙モータ、６５２  給紙ローラ、６６０  制御部、６７０  操作パネル
【図１】
2006060127.tif 000003
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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