(57)【要約】【課題】電圧が低電圧であっても、大きな静電力を発生させることができ、また、これを利用して様々な吐出態様を行うことができる静電アクチュエータ等の駆動制御を実現する方法を得る。【解決手段】固定電極である個別電極１２と、個別電極１２と所定の距離で対向して支持された可動電極となる振動板２２とを備えた液滴吐出ヘッド等の静電アクチュエータの駆動制御方法において、振動板２２と個別電極１２とを接触させて、少なくとも一方の電極に電荷を蓄えさせる工程と、電荷が蓄えられた電極に、その電荷と同じ極性の電荷を供給して、振動板２２と個別電極１２との間に電位差を生じさせて静電気力を発生させ、振動板２２を動作させる工程とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定電極と、該固定電極と所定の距離で対向して支持された可動電極とを備えた静電アクチュエータの駆動制御方法において、
前記可動電極と前記固定電極とを接触させて、少なくとも一方の電極に電荷を蓄えさせる工程と、
前記電荷が蓄えられた電極に、その電荷と同じ極性の電荷を供給して、前記可動電極と前記固定電極との間に生じさせた電位差による静電気力を発生させて前記可動電極を動作させる工程と
を有することを特徴とする静電アクチュエータの駆動制御方法。
【請求項２】
固定電極と、該固定電極と所定の距離で対向して支持された可動電極とを備えた静電アクチュエータの駆動制御方法において、
前記可動電極と前記固定電極とを接触させて、一方の電極に電荷を蓄えさせる工程と、
前記一方の電極に蓄えられた電荷と異なる極性の電荷を、電荷が蓄えられていない電極に供給して、前記可動電極と前記固定電極との間に生じさせた電位差による静電気力を発生させ、前記可動電極を動作させる工程と
を有することを特徴とする静電アクチュエータの駆動制御方法。
【請求項３】
前記固定電極と前記可動電極との接触を複数回行うことを特徴とする請求項１又は２記載の静電アクチュエータの駆動制御方法。
【請求項４】
ノズルと、該ノズルに連通する流路と、個別電極と、該個別電極と所定の距離で対向して前記流路の一部として支持された振動板とを備えた液滴吐出ヘッドの吐出制御方法において、
前記振動板と前記個別電極とを接触させて、振動板に電荷を蓄えさせる工程と、
前記蓄えられた電荷と同じ極性の電荷を前記振動板に供給し、前記振動板と前記個別電極との間に生じさせた電位差による静電気力を発生させて前記振動板を変位させ、前記流路内の液体を加圧する工程と
を有することを特徴とする液滴吐出ヘッドの吐出制御方法。
【請求項５】
ノズルと、該ノズルに連通する流路と、個別電極と、該個別電極と所定の距離で対向して前記流路の一部として支持された振動板とを備えた液滴吐出ヘッドの吐出制御方法において、
前記振動板と前記個別電極とを接触させて、振動板に電荷を蓄えさせる工程と、
前記振動板に蓄えられた電荷と異なる極性の電荷を前記個別電極に供給し、前記振動板と前記個別電極との間に生じさせた電位差による静電気力を発生させて前記振動板を変位させ、前記流路内の液体を加圧する工程と
を有することを特徴とする液滴吐出ヘッドの吐出制御方法。
【請求項６】
接触した前記振動板と前記個別電極とに対して電位差を生じさせて静電気力を発生させ、前記ノズルから液滴を吐出させないように前記個別電極から離れていく前記振動板の変位速度を制御することを特徴とする請求項４又は５記載の液滴吐出ヘッドの吐出制御方法。
【請求項７】
前記振動板と前記個別電極との接触を複数回行うことを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッドの吐出制御方法。
【請求項８】
前記液滴吐出後の前記振動板の残留振動を抑制するための前記振動板の変位制御を行う際に、前記振動板と前記個別電極とを接触させることを特徴とする請求項４〜７のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッドの吐出制御方法。
【請求項９】
前記流路内の液体を攪拌するための前記振動板の変位制御を行う際に、前記振動板と前記個別電極とを接触させることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの吐出制御方法。
【請求項１０】
請求項４〜９のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドの吐出制御方法を適用して液滴吐出装置の吐出を制御することを特徴とする液滴吐出装置の吐出制御方法。
【請求項１１】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の静電アクチュエータの駆動制御方法を適用してデバイスを駆動制御することを特徴とする静電駆動デバイスの駆動制御方法。
【請求項１２】
請求項４〜９のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッドの吐出制御方法による吐出制御を行って、吐出対象物への液滴吐出を行うことを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項１３】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の静電アクチュエータの駆動制御方法による制御を行ってアクチュエータを駆動することを特徴とする静電駆動デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細加工素子において、加わった力により可動部が変位等し、動作（駆動）等を行う静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド等の静電駆動デバイスの駆動制御方法等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばシリコン等を加工して微小な素子等を形成する微細加工技術（ＭＥＭＳ：Micro Electro Mechanical Systems）が急激な進歩を遂げている。微細加工技術により形成される微細加工素子の例としては、例えば液滴吐出方式のプリンタのような記録（印刷）装置で用いられている液滴吐出ヘッド（インクジェットヘッド）、マイクロポンプ、光可変フィルタ、モータのような静電アクチュエータ等がある。
【０００３】
ここで、微細加工素子の一例として静電アクチュエータ（電気−機械エネルギ変換素子）を利用した液滴吐出ヘッドについて説明する。液滴吐出方式の記録（印刷）装置は、家庭用、工業用を問わず、あらゆる分野の印刷に利用されている。液滴吐出方式とは、例えば複数のノズルを有する液滴吐出ヘッドを対象物との間で相対移動させ、対象物の所定の位置に液滴を吐出させて印刷等の記録をするものである。この方式は、液晶（Liquid Crystal）を用いた表示装置を作製する際のカラーフィルタ、有機化合物等の電界発光（ElectroLuminescence ）素子を用いた表示パネル（ＯＬＥＤｓ）、ＤＮＡ、タンパク質等、生体分子のマイクロアレイ等の製造にも利用されている。
【０００４】
液滴吐出ヘッドにおいて、流路の一部に液体を溜めておく複数の吐出室を備え、吐出室の少なくとも一面の壁（ここでは、底部の壁とし、以下、この壁のことを振動板ということにする）を撓ませて（駆動させて）形状変化により吐出室内の圧力を高め、連通する各ノズルから液滴を吐出させる方法がある。可動部位である振動板を変位させる力（エネルギ）として、例えば、振動板を可動電極とし、振動板と一定距離を空けて個別に対向する固定電極（以下、個別電極という）との間に静電気力（ここでは特に静電引力を用いている。以下、静電力という）を発生させる。液滴吐出ヘッドでは、以上のような形で静電アクチュエータを利用している。
【０００５】
静電アクチュエータの駆動については、例えば変位駆動の場合、振動板と個別電極との間に静電力を発生させ、振動板を個別電極に引き寄せる。ここで振動板は吐出室の壁面であるためその周縁の位置は変化しない（固定されたままである）。その後、静電力を弱める又は発生を停止させると、形状変化した吐出室（変位した振動板）が元に戻って平衡状態になろうとする復元力（弾性力）の方が大きくなるため、振動板が元の位置に変位する。これらを繰り返すことで振動板を駆動させる（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２３２７９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
例えば振動板が個別電極に引き寄せられる変位を速くして液体を圧縮させると、振動板を元に戻したときに、液体に対してノズルの方向に加わる圧力が高めることができる。このため、吐出速度が高く、吐出量も多くなり、液滴を安定して吐出させることができる。そして、振動板を速く変位させるため、振動板と個別電極との間に高い電圧を印加し、大きな静電力を発生させていた。
【０００８】
しかしながら、高い電圧を印加するためには、それに応じた大型の電源回路、駆動用の発振回路等を用いて駆動制御を行わなければならないため、高コスト化を伴っていた。
【０００９】
そこで、印加する電圧が低電圧であっても、大きな静電力を発生させることができ、また、これを利用して様々な吐出態様を行うことができる静電アクチュエータ等の駆動制御を実現する方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る静電アクチュエータの駆動制御方法は、固定電極と、固定電極と所定の距離で対向して支持された可動電極とを備えた静電アクチュエータの駆動制御方法において、可動電極と固定電極とを接触させて、少なくとも一方の電極に電荷を蓄えさせる工程と、電荷が蓄えられた電極に、その電荷と同じ極性の電荷を供給して、可動電極と固定電極との間に生じさせた電位差による静電気力を発生させて可動電極を動作させる工程とを有する。
本発明によれば、可動電極と固定電極とを接触させて、少なくとも一方の電極に電荷を蓄えさせておき、電荷が蓄えられた電極に、その電荷と同じ極性の電荷を供給して、電位差を生じさせて静電気力を発生させるようにしたので、蓄えられた電荷によって、例えば、通常と同じ電荷供給を行ったとしても大きな電位差を発生することができ、その分大きな静電力を発生させることができる。そのため、例えば大きな電荷供給を行う素子（装置）、電源装置を用いることなく、アクチュエータに駆動特性のよい動作を行わせることができる。
【００１１】
また、本発明に係る静電アクチュエータの駆動制御方法は、固定電極と、固定電極と所定の距離で対向して支持された可動電極とを備えた静電アクチュエータの駆動制御方法において、可動電極と固定電極とを接触させて、一方の電極に電荷を蓄えさせる工程と、一方の電極に蓄えられた電荷と異なる極性の電荷を、電荷が蓄えられていない電極に供給して、可動電極と固定電極との間に生じさせた電位差による静電気力を発生させ、可動電極を動作させる工程とを有する。
本発明によれば、可動電極と固定電極とを接触させて、少なくとも一方の電極に電荷を蓄えさせておき、一方の電極に蓄えられた電荷と異なる極性の電荷を、電荷が蓄えられていない電極に供給して、電位差を生じさせて静電気力を発生させるようにしたので、蓄えられた電荷によって、例えば、通常と同じ電荷供給を行ったとしても大きな電位差を発生することができ、その分大きな静電力を発生させることができる。そのため、例えば大きな電荷供給を行う素子（装置）、電源装置を用いることなく、アクチュエータに駆動特性のよい動作を行わせることができる。
【００１２】
また、本発明に係る静電アクチュエータの駆動制御方法は、固定電極と可動電極との接触を複数回行う。
本発明によれば、複数回接触させることで電極に蓄えられる電荷量を多くすることができるため、その電荷量に対応した大きな静電力を発生させることができる。
【００１３】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの吐出制御方法は、ノズルと、ノズルに連通する流路と、個別電極と、個別電極と所定の距離で対向して流路の一部として支持された振動板とを備えた液滴吐出ヘッドの吐出制御方法において、振動板と個別電極とを接触させて、振動板に電荷を蓄えさせる工程と、蓄えられた電荷と同じ極性の電荷を振動板に供給し、振動板と個別電極との間に生じさせた電位差による静電気力を発生させて振動板を変位させ、流路内の液体を加圧する工程とを有する。
本発明によれば、振動板と個別電極とを接触させて、振動板に電荷を蓄えさせておき、蓄えられた電荷と同じ極性の電荷を振動板に供給して電位差を生じさせて静電気力を発生させるようにしたので、蓄えられた電荷によって、例えば、通常と同じ電荷供給を行ったとしても大きな電位差を発生することができ、その分、大きな静電力を発生させることができる。そのため、例えばコストが高い等の大型の電荷供給を行う素子（装置）、電源装置を用いることなく、吐出特性のよい液滴を吐出することができる。
【００１４】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの吐出制御方法は、ノズルと、ノズルに連通する流路と、個別電極と、個別電極と所定の距離で対向して流路の一部として支持された振動板とを備えた液滴吐出ヘッドの吐出制御方法において、振動板と個別電極とを接触させて、振動板に電荷を蓄えさせる工程と、振動板に蓄えられた電荷と異なる極性の電荷を個別電極に供給し、振動板と個別電極との間に生じさせた電位差による静電気力を発生させて振動板を変位させ、流路内の液体を加圧する工程とを有する。
本発明によれば、振動板と個別電極とを接触させて、振動板に電荷を蓄えさせておき、振動板に蓄えられた電荷と異なる極性の電荷を個別電極に供給して電位差を生じさせて静電気力を発生させるようにしたので、蓄えられた電荷によって、例えば、通常と同じ電荷供給を行ったとしても大きな電位差を発生することができ、その分、大きな静電力を発生させることができる。そのため、例えばコストが高い等の大型の電荷供給を行う素子（装置）、電源装置を用いることなく、吐出特性のよい液滴を吐出することができる。
【００１５】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの吐出制御方法は、接触した振動板と個別電極とに対して電位差を生じさせて静電気力を発生させ、ノズルから液滴を吐出させないように個別電極から離れていく振動板の変位速度を制御する。
本発明によれば、個別電極から離れていく振動板の変位速度を制御するようにしたので、接触による電荷蓄積だけを有効に行うことができる。
【００１６】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの吐出制御方法は、振動板と個別電極との接触を複数回行う。
本発明によれば、複数回接触させることで振動板に蓄えられる電荷量を多くすることができるため、その電荷量に対応した大きな静電力を発生させることができる。
【００１７】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの吐出制御方法は、液滴吐出後の振動板の残留振動を抑制するための振動板の変位制御を行う際に、振動板と個別電極とを接触させる。
本発明によれば、残留振動を抑制するための振動板の変位制御を行う際に振動板と個別電極とを接触させるようにしたので、接触させるための独立した振動板の変位制御を行う必要がなく、吐出間隔を長くすることなく大きな静電力を発生させて吐出特性のよい液滴を吐出することができる。
【００１８】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの吐出制御方法は、流路内の液体を攪拌するための振動板の変位制御を行う際に、振動板と個別電極とを接触させる。
本発明によれば、液体を攪拌し、液体の増粘防止を行うための振動板の変位制御を行う際に振動板と個別電極とを接触させるようにしたので、接触させるための独立した振動板の変位制御を行う必要がなく、吐出間隔を長くすることなく大きな静電力を発生させて吐出特性のよい液滴を吐出することができる。
【００１９】
また、本発明に係る液滴吐出装置の吐出制御方法は、上記の液滴吐出ヘッドの吐出制御方法を適用して液滴吐出装置の吐出を制御するものである。
本発明によれば、上記の液滴吐出ヘッドの吐出制御方法を適用したので、例えば、通常と同じ電荷供給を行ったとしても大きな電位差を発生することができるため例えばコストが高い等の大型の電荷供給を行う素子（装置）、電源装置を用いることなく、吐出特性のよい液滴を吐出することができる。
【００２０】
また、本発明に係る静電駆動デバイスの駆動制御方法は、上記の静電アクチュエータの駆動制御方法を適用してデバイスを駆動制御する。
本発明によれば、上記の駆動方法を適用したので、例えば大きな電荷供給を行う素子（装置）、電源装置を用いることなく、特性のよいデバイスの駆動制御を行うことができる。
【００２１】
また、本発明に係る液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドの吐出制御方法による吐出制御を行って、吐出対象物への液滴吐出を行うものである。
本発明によれば、上記の液滴吐出ヘッドの吐出制御方法を適用したので、例えば大型の電荷供給を行う素子（装置）、電源装置を用いずにコストを抑えつつ、大きな電位差を発生させて吐出特性のよい液滴を吐出することができる装置を得ることができる。
【００２２】
また、本発明に係る静電駆動デバイスは、上記の静電アクチュエータの駆動制御方法による制御を行ってアクチュエータを駆動する。
本発明によれば、上記の液滴吐出ヘッドの吐出制御方法を適用したので、例えば大型の電荷供給を行う素子（装置）、電源装置を用いずにコストを抑えつつ、大きな電位差を発生させて特性のよい駆動を行うデバイスを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドを分解して表した図である。図１では液滴吐出ヘッドの一部を示している。本実施の形態では、例えば静電方式で駆動する静電アクチュエータを用いるデバイスの代表として、プリンタ等、液滴吐出装置に用いられるフェイスイジェクト型の液滴吐出ヘッドについて説明する。液滴吐出ヘッドは、例えば液滴を吐出して画像を形成する等の目的のために、複数の静電アクチュエータが集約されたデバイスである。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。また、図の上側を上とし、下側を下として説明する。
【００２４】
図１に示すように本実施の形態に係る液滴吐出ヘッドは、電極基板１０、キャビティ基板２０及びノズル基板３０の３つの基板が下から順に積層されて構成される。本実施の形態では、電極基板１０とキャビティ基板２０とは陽極接合により接合する。また、キャビティ基板２０とノズル基板３０とはエポキシ樹脂等の接着剤を用いて接合する。
【００２５】
電極基板１０は、厚さ約１ｍｍの例えばホウ珪酸系の耐熱硬質ガラス等の基板を主要な材料としている。本実施形態では、ガラス基板とするが、例えば単結晶シリコンを基板とすることもできる。電極基板１０の表面には、後述するキャビティ基板２０の吐出室２１となる凹部に合わせ、例えば深さ約０．３μｍを有する複数の凹部１１が形成されている。そして、凹部１１の内側（特に底部）に、キャビティ基板２０の各吐出室２１（振動板２２）と対向するように固定電極となる個別電極１２が設けられ、さらにリード部１３及び端子部１４が一体となって設けられている（以下、特に区別する必要がない限り、これらを合わせて個別電極１２として説明する）。振動板２２と個別電極１２との間には、振動板２２が撓む（変位する）ことができる一定のギャップ（空隙）が凹部１１により形成されている。個別電極１２は、例えばスパッタ法により、ＩＴＯを０．１μｍの厚さで凹部１１の内側に成膜することで形成される。また、電極基板１０には、外部のタンク（図示せず）から供給された液体を取り入れる流路となる液体供給口１５となる貫通穴が設けられている。
【００２６】
キャビティ基板２０は、例えば表面が（１１０）面方位のシリコン単結晶基板（以下、シリコン基板という）を主要な材料としている。キャビティ基板２０には、吐出させる液体を一時的にためる吐出室２１となる凹部（底壁が可動電極となる振動板２２となっている）及びリザーバ２４となる凹部が形成されている。さらに、キャビティ基板２０の下面（電極基板１０と対向する面）には、個別電極１２との間を電気的に絶縁等するため、ＴＥＯＳ膜（ここでは、Tetraethyl orthosilicate Tetraethoxysilane：テトラエチルオルソシリケート（珪酸エチル）を原料ガスとして用いてできる酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）膜をいう）による絶縁膜２３を０．１μｍ成膜している。ここでは絶縁膜２３をＴＥＯＳ膜で成膜しているが、例えばＡｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム（アルミナ））等を用いてもよい。ここで、特に断らない限り、振動板２２と絶縁膜２３とは一体であるものとして説明する。また、各吐出室２１に液体を供給するリザーバ（共通液室）２４となる凹部が形成されている。さらに、外部の電力供給手段（図示せず）からキャビティ基板２０（振動板２２）に電荷を供給する際の端子となる共通電極端子２７を備えている。
【００２７】
ノズル基板３０についても、例えばシリコン基板を主要な材料とする。ノズル基板３０には、複数のノズル３１が形成されている。各ノズル３１は、振動板２２の変位により加圧された液体を液滴として外部に吐出する。本実施の形態では、吐出した液滴の直進性向上を図るため、ノズル３１の孔を複数段で形成する。また、振動板２２が撓むことでリザーバ２４方向に加わる圧力を緩衝するダイヤフラム３２がさらに設けられている。また、吐出室２１とリザーバ２４とを連通させるための溝となるオリフィス３３が設けられている。
【００２８】
図２は液滴吐出ヘッドの断面図である。図２において、吐出室２１はノズル３１から吐出させる液体をためておく。吐出室２１の底壁である振動板２２を撓ませることにより、吐出室２１内の圧力を高め、ノズル３１から液滴を吐出させる。ここで、異物、水分（水蒸気）等がギャップに入り込まないように、ギャップを外気から遮断し、密閉するために電極取り出し口２６に封止材２５が設けられている。
【００２９】
図３は駆動制御回路４０を中心とする構成を表す図である。図３に基づいて、液滴吐出ヘッドから液滴を吐出させるための制御を行う手段等について説明する。駆動制御回路４０はＣＰＵ４２ａを中心に構成されたヘッド制御部４１を備えている。ヘッド制御部４１のＣＰＵ４２ａには、例えばコンピュータ等の外部装置５０からバス５１を介し、印刷用データ等を含む信号が送信される。
【００３０】
また、ヘッド制御部４１はＲＯＭ４３ａ、ＲＡＭ４３ｂ及びキャラクタジェネレータ４３ｃを有しており、内部バス４２ｂを介してＣＰＵ４２ａと接続されている。ＣＰＵ４２ａは、ＲＯＭ４３ａ内に格納されている制御プログラムに基づいて処理を実行し、印刷用データに対応した吐出制御信号を生成する。その際、ＲＡＭ４３ｂ内の記憶領域を作業領域として用い、また、文字等を印刷する等の場合、キャラクタジェネレータ４３ｃに記憶されたキャラクタデータ等に基づく処理を行う。ＣＰＵ４２ａが生成した吐出制御信号は、内部バス４２ｂを介して論理ゲートアレイ４５に送信される。論理ゲートアレイ４５は、吐出制御信号に基づいて、後述するように、各個別電極１２に対する電荷供給に関する信号を生成する。また、ＣＯＭ発生回路４６ａからは、後述するようにキャビティ基板２０（振動板２２）に対する電荷供給に関する信号を生成する。駆動パルス発生回路４６ｂは同期のための信号を生成する。これらの信号は、コネクタ４７を経由して、ドライバＩＣ４８に送信される。
【００３１】
そして、ドライバＩＣ４８は、直接又はＦＰＣ（Flexible Print Circuit）、ワイヤ等の配線４９を介して電気的に端子部１４、共通電極端子２７と接続される。ドライバＩＣ４８の端子数が液滴吐出ヘッドのノズル３１の数に足りなければ、複数のドライバＩＣ４８で構成されている場合もある。ドライバＩＣ４８は、電源及び電源回路６０（以下、電源回路６０という）から電力の供給を受け（電圧が印加され）、前述した各種信号に基づいて、キャビティ基板２０（各振動板２２）及び各個別電極１２への電荷供給の開始（充電）、電荷保持及び放電（これらが電荷供給制御となる。以下、これを出力という）を実際に行う手段である。ここで、本実施の形態では、ドライバＩＣ４８からの出力波形がパルス状となるように出力を繰り返すものとする（現実には立ち上がり時間、立ち下がり時間が０ではない（意図的に行われる場合も含む）ために台形状となるが、便宜上、この出力をパルスということにする）。
【００３２】
そして、キャビティ基板２０（振動板２２）、各個別電極１２のそれぞれのパルスの発生タイミングに基づいて、キャビティ基板２０と各個別電極１２との間に電位差を発生させる（電圧を印加する）。本実施の形態においては、例えば、キャビティ基板２０（振動板２２側）又は個別電極１２側の一方に正又は負の電荷供給等を行い、他方に電荷の供給等を行わない状態をつくることにより電位差を発生させている。
【００３３】
電圧印加により振動板２２と個別電極１２との間に静電力が発生し、振動板２２は個別電極１２側に引き寄せられて撓む。このため吐出室２１の容積は広がるが、この撓みが大きければ、振動板２２が元に戻ろうとするときの復元力も大きく、特に復元力を制御しなければ、その圧力（以下、復元圧力という）が液体に加わり、ノズル３１から液体を押し出して液滴が吐出される。この液滴が例えば記録対象となる記録紙に着弾することによって印刷等の記録が行われる。
【００３４】
本実施の形態では、液滴を吐出させるための振動板２２の変位を行う前段階において、振動板２２（絶縁膜２３（ＳｉＯ2 ））と個別電極１２（ＩＴＯ）とを１又は複数回接触させて帯電させ、振動板２２（絶縁膜２３）に電荷を蓄えさせるようにする。そのために振動板２２と個別電極１２との間の電圧印加（以下、第１の充放電という）を制御して、振動板２２を個別電極１２に引き寄せ、接触させる。このとき、印加する電圧の特に立ち下がり部分（放電）を制御することで、液体に必要以上の加圧を行わないように調整し、液滴が吐出してしまわないようにする。
【００３５】
その後、液滴を吐出させるための振動板２２の変位を行うため、振動板２２と個別電極１２との間に電圧を印加（以下、第２の充放電という）する。ここで、振動板２２（絶縁膜２３）に蓄えられた電荷は負電荷となる。第２の充放電においては、個別電極１２に正の電荷を供給して電圧を印加するものとする。絶縁膜２３には負電荷が蓄えられているため、振動板２２と個別電極１２との間の電位差は、電荷が蓄えられていない場合に比べて大きくなる。そのため、通常、ドライバＩＣ４８からの出力により印加される電圧（生じる電位差）よりも大きな電圧（電位差）が振動板２２と個別電極１２との間に印加され、大きな静電力が発生する。そのため、ドライバＩＣ４８からの出力が従来と同様又はそれ以下であっても、その出力に係る静電力よりも大きな静電力を発生させて振動板２２を変位させ、吐出特性がよい液滴を吐出させることができるようになる。
【００３６】
ここで、第１の充放電により起こる帯電に関して、接触時間よりも接触する面積が大きくなると蓄えられる電荷量（帯電量）が増える。そこで、効率のよい帯電を行うため、振動板２２を個別電極１２に引き寄せた際の接触は、振動板２２と個別電極１２との接触面積ができるだけ大きくなるようにし、振動板２２と個別電極１２とが全面当接する（貼り付く）ようにする。また、接触させる回数について特に限定するものではないが、回数を増やすほどその分時間が必要となる。また、飽和量に達すれば電荷量を蓄えることができないし、さらに電荷が蓄えられることで振動板２２と個別電極１２との間に電位差が生じるため、電荷が蓄えられ過ぎると引き寄せられて貼り付いてしまい、駆動不能になるおそれがある。実現の際にはこれらを考慮した上で接触回数を設定する。また、振動板２２に蓄えられる電荷を打ち消してしまわないように第１の充放電を行う必要がある。
【００３７】
図４はある駆動周期における駆動制御回路４０（ドライバＩＣ４８）の入出力に係る波形の例を表す図である。本実施の形態では、ＣＯＭ発生回路４６からキャビティ基板２０に出力がなされる。この出力をＣＯＭとする（図４（ａ））。ＣＯＭにより、液滴吐出ヘッド内の全振動板２２に対して共通した電荷供給制御行う。一方、各個別電極１２への出力をＳＥＧとする（図４（ｂ））。また、図４（ｃ）は振動板２２と個別電極１２との間の電位差（電圧）を表す波形である。図４（ｃ）は振動板２２側の電荷供給等がないときの電位が基準になっている。
【００３８】
図５は絶縁膜２３を含む振動板２２と個別電極１２との電荷蓄積及び帯電状態のイメージを表す図である。図４及び図５に基づいて本実施の形態における液滴吐出ヘッドの特にアクチュエータ部分の駆動制御により液滴を吐出させる方法について説明する。駆動制御回路４０は、液滴吐出前の前段階として、第１の充放電となるＣＯＭを出力し、まず、振動板２２に電荷供給を行う。ここでは振動板２２に正電荷を供給するものとする（図５（ａ））。振動板２２が正に帯電することにより、個別電極１２は相対的に負に帯電する。これにより生じた電位差によって振動板２２は個別電極１２に引き寄せられる。振動板２２と個別電極１２とが十分な接触面積の当接が行われる時間分、電荷を保持する（図５（ｂ））。そして、放電により振動板２２と個別電極１２とを離間させる。このとき、振動板２２（絶縁膜２３）と個別電極１２との異なる物質同士の接触等が原因となり、振動板２２（絶縁膜２３）に負電荷が残る（図５（ｃ））。ここで、個別電極１２は（接地されているために正電荷は残らないが）相対的に正に帯電するが、発生する静電力が大きくないため、振動板２２は特に変位をしない。このような第１の充放電を１又は複数回繰り返す。
【００３９】
以上のようにして、振動板２２に電荷を蓄えた後、液体を加圧して液滴を吐出させるため、駆動制御回路４０は第２の充放電となるＳＥＧを出力する。このとき個別電極１２に正電荷を供給する。そのため、振動板２２側が相対的に負に帯電するが、振動板２２側には負電荷が蓄えられているため、振動板２２と個別電極１２との間の電位差は、ＩＣドライバ４８の出力のみによるものよりも大きくなる。その分の電圧が振動板２２と個別電極１２との間に印加されるため、大きな静電力が発生する。
【００４０】
大きな静電力で振動板２２が引き寄せられて変位すると、その変位により液体に加わる力も大きくなり液体が圧縮される。そのため、放電により振動板２２と個別電極１２とをあるタイミングで離間させると、液体に対してノズルの方向に大きな圧力を加えることができる。これにより、ノズル３１からは、吐出量が多く、速度が速い液滴を吐出することができる。ここで、以上のような制御を続けていくと、振動板２２に電荷が蓄えられていって貼り付いてしまい、駆動不能になる場合があり得るので、例えば、一定時間毎に振動板２２の電荷を反対の極性の電荷で相殺させるとよい。
【００４１】
以上のように実施の形態１によれば、駆動制御回路４０が電荷供給制御を行い、ドライバＩＣ４８を介して第１の充放電を行うことにより、可動電極となる振動板２２と固定電極となる個別電極１２との間に電位差を発生させることで、個別電極１２を振動板２２に引き寄せて接触させる。これにより振動板２２に電荷を蓄えておき、駆動制御回路４０の電荷供給制御により、ノズル３１から液滴を吐出させるための加圧を行う際、振動板２２に蓄えられた電荷と同じ極性に帯電するように、第２の充放電を行って振動板２２と個別電極１２の間に電位差を生じさせることで、ドライバＩＣ４８からの電荷供給により振動板２２と個別電極１２の間に生じる通常の電位差よりも大きな電位差を生じさせることができ、その電位差に対応する大きな静電力を発生させることができる。そのため、ドライバＩＣ４８、電源回路６０を大型化することなく、吐出特性のよい液滴を吐出することができる。また、ドライバＩＣ４８、電源回路６０を大型化しなくてよいので、コストを抑えることができる。
【００４２】
このとき、駆動制御回路４０は接触させる回数が複数回になるように制御することで、振動板２２に蓄えられる電荷量を多くすることができるため、その電荷量に対応した大きな静電力を発生させることができる。また、駆動制御回路４０は、振動板２２と個別電極１２との間に電位差を生じさせて静電力を発生させて接触させた後、振動板２２を個別電極１２から離間させて元の位置に戻すが、このとき、液体を加圧してノズル３１から液滴を吐出させないように、振動板２２と個別電極１２との間で静電力を発生させ、穏やかに戻すように振動板２２の変位速度を制御することで、電荷の蓄積を目的とする第１の充放電では液滴を吐出させずにすむ。
【００４３】
実施の形態２．
上述の実施の形態１では特に示さなかったが、振動板２２と個別電極１２との１又は複数回の接触のためのパルス出力の制御を、他の制御と独立して行えば、接触させる時間を必要とし、例えば印刷装置等の場合には印刷速度が遅くなる。ここで、例えば、連続して液滴を吐出する場合でも、液滴吐出のためのパルス出力（充放電）は、パルス何周期分かの間隔があり、例えば、この間隔において、他の制御を行うためのパルス出力を行っている場合がある。
【００４４】
そこで、装置としての速度が遅くならないように、他の制御を行うためのパルス出力を組み合わせることで、振動板２２と個別電極１２とを接触させるための第１の充放電を行うことができる。
【００４５】
図６は本発明の実施の形態２の制御に係る振動板２２と個別電極１２との間の電位差（電圧）を表す図である。図６では残留振動を制御するためのパルスと組み合わせている。ここで、残留振動制御用のパルスは、吐出を行った後の振動板２２の残留振動を抑制するために出力するものである。そのため、液体を加圧するための最初の電圧印加（第２の充放電）の前には出力されない。そこで、最初の吐出動作を行う前に、電荷蓄積だけを行うためのパルス（第１の充放電）を出力して、振動板２２を帯電させておくようにする。
【００４６】
図７は本発明の実施の形態２の別の制御に係る振動板２２と個別電極１２との間の電位差（電圧）を表す図である。図７では液体の増粘防止用のパルスと組み合わせている。例えば、液滴を吐出させず停止した状態が長時間続くと、外気に水分が蒸発することで増粘して目詰まりを起こしてしまう。これを防ぐために液滴を吐出させない場合でも、吐出室２１、ノズル３１内の液体を微小振動させ続けて、液体を攪拌させるようにする。液体を振動させるために、振動板２２を変位させて、液滴がノズル３１から吐出しない程度に液体を加圧するが、この変位の際に振動板２２を個別電極１２に接触させるようにすることができる。
【００４７】
ここで、増粘防止用のパルスと組み合わせる場合には、液滴吐出、非吐出に関係なく、振動板２２と個別電極１２との接触が一定間隔で行われる。そのため、電荷が蓄えられていく速度が残留振動制御用のパルスを利用した場合より速い傾向にあり、前述したように振動板２２の貼り付きにつながる可能性がある。そのため、例えば一定時間毎に振動板２２に蓄積された電荷を相殺させるとよい。
【００４８】
また、上記のような制御を行い、液滴を吐出する場合、液滴の吐出量が多くなるため、例えば、文字等の印字のような高精細な印刷を必要としない場合等、吐出間隔を長くしても特に問題がないような場合には、吐出回数を減らすことで、装置として速度を遅くせずにすみ、印刷時間への影響を少なくすることができる。
【００４９】
さらに、振動板２２に電荷を蓄えて吐出する場合と、電荷を蓄えないで吐出する場合とは、吐出量を異ならせることができるため、使い分けることにより、多様な吐出制御を行うことができる。
【００５０】
以上のように、実施の形態２によれば、第１の充放電を他の制御パルスと組み合わせるようにしたので、例えば、装置としての動作速度を落とすことなく、電荷を蓄わえることができる。
【００５１】
実施の形態３．
上述の実施の形態では、第１の充放電により振動板２２側に正電荷が蓄えられるようにし、第２の充放電により個別電極に負電荷を供給するようにして、大きな電位差を生じさせるようにしたが、これに限定するものではない。例えば、振動板２２（特に絶縁膜２３）、個別電極１２の材料、その材料の帯電列の順序等によって、振動板２２、個別電極１２に供給制御する電荷の極性等を考慮し、例えば、上述したＣＯＭとＳＥＧについてその極性を逆にした制御等を行うことができる。
【００５２】
実施の形態４．
上述の実施の形態では、電極基板１０、キャビティ基板２０及びノズル基板３０の３つの基板が積層されて構成された液滴吐出ヘッドについて説明したが、液滴吐出ヘッドの構成についてはこれに限定されるものではない。例えば、リザーバを吐出室とは別の基板に形成し、積層した４層の基板で構成した液滴吐出ヘッドについても適用することができる。
【００５３】
実施の形態５．
図８は上述の実施の形態で製造した液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出装置（プリンタ１００）の外観図である。また、図９は液滴吐出装置の主要な構成手段の一例を表す図である。図８及び図９の液滴吐出装置は液滴吐出方式（インクジェット方式）による印刷を目的とする。また、いわゆるシリアル型の装置である。図９において、被印刷物であるプリント紙１１０が支持されるドラム１０１と、プリント紙１１０にインクを吐出し、記録を行う液滴吐出ヘッド１０２とで主に構成される。また、図示していないが、液滴吐出ヘッド１０２にインクを供給するためのインク供給手段がある。プリント紙１１０は、ドラム１０１の軸方向に平行に設けられた紙圧着ローラ１０３により、ドラム１０１に圧着して保持される。そして、送りネジ１０４がドラム１０１の軸方向に平行に設けられ、液滴吐出ヘッド１０２が保持されている。送りネジ１０４が回転することによって液滴吐出ヘッド１０２がドラム１０１の軸方向に移動するようになっている。
【００５４】
一方、ドラム１０１は、ベルト１０５等を介してモータ１０６により回転駆動される。また、駆動制御回路４０は、印刷用データ及び制御信号に基づいて送りネジ１０４、モータ１０６を駆動させる。また、ここでは図示していないが、実施の形態１で説明したようにドライバＩＣ４８からＣＯＭ及び各ＳＥＧを出力して振動板２２を振動させ、制御をしながらプリント紙１１０に印刷を行わせる。
【００５５】
ここでは液体をインクとしてプリント紙１１０に吐出するようにしているが、液滴吐出ヘッドから吐出する液体はインクに限定されない。例えば、カラーフィルタとなる基板に吐出させる用途においては、カラーフィルタ用の顔料を含む液体、有機化合物等の電界発光素子を用いた表示パネル（ＯＬＥＤ等）の基板に吐出させる用途においては、発光素子となる化合物を含む液体、基板上に配線する用途においては、例えば導電性金属を含む液体を、それぞれの装置において設けられた液滴吐出ヘッドから吐出させるようにしてもよい。また、液滴吐出ヘッドをディスペンサとし、生体分子のマイクロアレイとなる基板に吐出する用途に用いる場合では、ＤＮＡ（Deoxyribo Nucleic Acids ：デオキシリボ核酸）、他の核酸（例えば、Ribo Nucleic Acid：リボ核酸、Peptide Nucleic Acids：ペプチド核酸等）タンパク質等のプローブを含む液体を吐出させるようにしてもよい。その他、布等の染料の吐出等にも利用することができる。
【００５６】
実施の形態６．
図１０は本発明を利用した波長可変光フィルタを表す図である。上述の実施の形態は、液滴吐出ヘッドを例として説明したが、本発明は液滴吐出ヘッドだけに限定されず、他の微細加工による静電アクチュエータを利用した静電型のデバイスにも適用することができる。例えば、図１０の波長可変光フィルタは、ファブリ・ペロー干渉計の原理を利用し、可動鏡１２０と固定鏡１２１との間隔を変化させながら選択した波長の光を出力するものである。可動鏡１２０を変位させるためには、可動鏡１２０が設けられている、シリコンを材料とする可動体１２２を変位させる。そのために固定電極１２３と可動体１２２（可動鏡１２０）とを所定の間隔（ギャップ）で対向配置する。また、固定電極に電荷を供給するために固定電極端子１２４を取り出す。そして、可動体１２２には支持部が一体形成されており、支持部の弾性力が復元力となる。静電力により固定電極１２３側に可動体１２２を引き寄せて駆動動作をさせる前に、前述したように、駆動制御回路４０Ａが第１の充放電を行うように制御することで、大きな静電力を発生させ、所定の駆動動作を行わせることができる。
【００５７】
同様にモータ、センサ、ＳＡＷフィルタのような振動素子（レゾネータ）、ミラーデバイス等、他の種類の微細加工のアクチュエータ、圧力センサ等のセンサ等にも上述の封止部の形成等を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドを分解して表した図である。
【図２】液滴吐出ヘッドの断面図である。
【図３】駆動制御回路４０を中心とする構成を表す図である。
【図４】駆動制御回路４０の入出力に係る波形の例を表す図である。
【図５】振動板２２と個別電極１２との帯電状態のイメージを表す図である。
【図６】実施の形態２に係る制御での電位差を表す図である。
【図７】実施の形態２に係る別の制御での電位差を表す図である。
【図８】液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出装置の外観図である。
【図９】液滴吐出装置の主要な構成手段の一例を表す図である。
【図１０】本発明を利用した光スイッチを表す図である。
【符号の説明】
【００５９】
１０  電極基板、１１  凹部、１２  個別電極、１３  リード部、１４  端子部、１５  液体供給口、２０  キャビティ基板、２１  吐出室、２２  振動板、２３  絶縁膜、２４  リザーバ、２５  封止材、２６  電極取り出し口、２７  共通電極端子、３０  ノズル基板、３１  ノズル、３２  ダイヤフラム、３３  オリフィス、４０  駆動制御回路、４１  ヘッド制御部、４２ａ  ＣＰＵ、４２ｂ  バス、４３ａ  ＲＯＭ、４３ｂ  ＲＡＭ、４３ｃ  キャラクタジェネレータ、４５  論理ゲートアレイ、４６ａ  ＣＯＭ発生回路、４６ｂ  駆動パルス発生回路、４７  コネクタ、４８  ドライバＩＣ、４９  配線、５０  外部装置、５１  バス、６０  電源回路、１００  プリンタ、１０１  ドラム、１０２  液滴吐出ヘッド、１０３  紙圧着ローラ、１０４  送りネジ、１０５  ベルト、１０６  モータ、１０７  プリント制御手段、１１０  プリント紙、１２０  可動鏡、１２１  固定鏡、１２２  可動体、１２３  固定電極、１２４  固定電極端子。
【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】
2008061383.tif 000009
【図８】
2008061383.tif 000010
【図９】
2008061383.tif 000011
【図１０】
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