(57)【要約】【課題】駆動回路の簡単な制御により、静電駆動デバイスにおける各静電アクチュエータの独立した駆動制御を実現する方法を得る。【解決手段】固定電極となる個別電極１２及びそれぞれの個別電極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を複数組有し、個別電極１２及び／又は振動板２２への電荷供給を制御して個別電極１２と振動板２２との間の電圧に基づいて発生する静電気力と、振動板２２に加わる復元力とにより、個別電極１２との当接と離間とを繰り返すように振動板２２を駆動させる液滴吐出ヘッド等に搭載された静電アクチュエータの駆動制御方法において、静電気力の発生時間として３段階以上の設定時間を設定し、駆動制御回路４０は、駆動周期毎に、各組の静電気力の発生時間が、設定時間のいずれかの時間となるように個別電極１２及び／又は振動板２２への電荷供給を制御する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定電極及び前記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複数組有し、前記固定電極及び／又は前記可動電極への電荷供給を制御して前記固定電極と前記可動電極との間の電圧に基づいて発生する静電気力と、前記可動電極に加わる復元力とにより、前記固定電極との当接と離間とを繰り返すように前記可動電極を駆動させる静電アクチュエータの駆動制御方法において、
前記静電気力の発生時間として３段階以上の設定時間を設定し、駆動周期毎に、前記各組の前記静電気力の発生時間が、前記設定時間のいずれかの時間となるように前記固定電極及び／又は前記可動電極への電荷供給を制御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】
前記各組における前記静電気力の発生開始を共通させ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の駆動制御方法。
【請求項３】
前記複数の可動電極には共通したパルス波形が形成されるように電荷を供給制御し、各固定電極にはいずれかの発生時間に合わせたパルス幅の波形となるようにそれぞれ電荷供給制御をする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、該流路の一部に設けられた可動電極となる振動板と、該振動板に対向して設けられた固定電極となる個別電極とを複数組有し、各振動板と各個別電極との間に印加した電圧に基づいて発生する静電気力と、前記振動板に加わる復元力とにより、前記個別電極との当接と離間とを繰り返すように前記振動板を変位させ、流路内の液体を加圧する液滴吐出ヘッドの吐出制御方法において、
前記液体の加圧タイミングに基づいて液滴吐出量を変化させるために、前記ノズルから液滴を吐出させるときの前記静電気力の発生時間として２段階以上の設定時間を設定し、駆動周期毎に、前記各組の前記静電気力の発生時間が、前記設定時間のいずれかの時間となるように前記個別電極及び／又は前記振動板への電荷供給を制御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】
前記流路内の液体の固有振動周期の間隔に基づいて、前記個別電極に当接した前記振動板を離間させることを特徴とする請求項２記載の液滴吐出ヘッドの吐出制御方法。
【請求項６】
前記ノズルから液滴を吐出させることなく前記流路内の液体を振動させる個別電極には、前記液体を振動させるだけの前記静電気力の発生時間に合わせた電荷供給制御をすることを特徴とする請求項３又４記載の液滴吐出ヘッドの吐出制御方法。
【請求項７】
ノズルと、該ノズルに連通する流路と、該流路の一部に設けられた可動電極となる振動板と、該振動板に対向して設けられた固定電極となる個別電極とを複数組有し、各振動板と各個別電極との間に印加した電圧に基づいて発生する静電気力と、前記振動板に加わる復元力とにより、前記個別電極との当接と離間とを繰り返すように前記振動板を変位させ、流路内の液体を加圧する液滴吐出ヘッドの吐出制御方法において、
各組の流路特性による吐出特性バラツキを補正するために、前記静電気力の発生時間が、最適時間となるように、駆動周期毎に、前記各組の前記個別電極及び／又は前記振動板への電荷供給を制御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８】
前記各組における前記静電気力の発生開始を共通させることを特徴とする請求項４〜７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９】
前記複数の振動板には共通したパルス波形が形成されるように電荷供給制御し、各個別電極にはいずれかの発生時間に合わせたパルス幅の波形となるようにそれぞれ電荷供給制御をすることを特徴とする請求項４〜８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（ＯＬＥＤ）、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、振動板を固定電極に引きつける。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】
微細加工された静電アクチュエータにおいては、例えば液滴吐出ヘッドのように、デバイスが複数の静電アクチュエータを有し、各静電アクチュエータが駆動しているが、基本的に各固定電極に電荷を供給する又はしないことによる、二者選択的な駆動可否の制御しかできないものが多かった。
【０００８】
しかしながら、各静電アクチュエータが任意の駆動制御ができることが望ましい。特に、液滴吐出ヘッドでは、印刷の高画質化を図るため、着弾場所当たりの液滴吐出量を変更できたり、安定した吐出が行えたりできるように、各ノズルに対応する静電アクチュエータを制御したいという要求が高い。
【０００９】
例えば液滴吐出ヘッドにおいては、変位を変化させることにより吐出する液滴の量を変化させる方法が考えられるが、狭い空隙における振動板の変位制御が難しく、それに制御が複雑になるおそれがある。また、吐出回数を変化させることにより着弾場所における吐出量を変化させる方法も考えられるが、１カ所当たりの吐出回数が増えるため、印刷速度に影響を与える。
【００１０】
そこで駆動回路の簡単な制御により、静電駆動デバイスにおける各静電アクチュエータの独立した駆動制御を実現する方法を得ることを目的とする。特にこのような駆動制御を利用し、液滴吐出ヘッドにおいて複数のノズル間での液滴吐出量を変化できるような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】
【００１１】
本発明に係る静電アクチュエータの駆動制御方法は、固定電極及びそれぞれの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複数組有し、固定電極及び／又は可動電極への電荷供給を制御して固定電極と可動電極との間の電圧に基づいて発生する静電気力と、可動電極に加わる復元力とにより、固定電極との当接と離間とを繰り返すように可動電極を駆動させる静電アクチュエータの駆動制御方法において、静電気力の発生時間として３段階以上の設定時間を設定し、駆動周期毎に、各組の静電気力の発生時間が、前記設定時間のいずれかの時間となるように固定電極及び／又は可動電極への電荷供給を制御するものである。
本発明によれば、可動電極が固定電極との当接と離間とを繰り返す静電アクチュエータの駆動制御において、可動電極と固定電極との間の電圧印加による静電気力の発生時間として３段階以上（発生時間０等も含む）の時間を設定するようにしたので、例えば各組の駆動が連動して発生時間に応じた多様な駆動制御を行うことができる。また、電圧変化等の複雑な制御を行わなくてもよいので、制御に係る回路の構成等をシンプルにすることができる。
【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、各組における静電気力の発生開始を共通させる。
本発明によれば、静電気力の発生開始を共通させるようにしておけば、静電気力の発生時間を制御するのに、各組について、発生開始、停止の両方のタイミングを考慮しなくてもよくなるため、制御を容易に行うことができる。
【００１３】
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、複数の可動電極には共通したパルス波形が形成されるように電荷を供給制御し、各固定電極にはいずれかの発生時間に合わせたパルス幅の波形となるようにそれぞれ電荷供給制御をする。
本発明によれば、複数の可動電極に共通したパルス波形が形成されるようにすることで各組の同期をとりやすくすることができる。また、微細加工素子の場合、可動電極がシリコンを材料として構成される場合が多く、このとき、複数の可動電極を例えば１枚の基板に形成することができるため、可動電極側を共通して制御する方が都合がよい。
【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、流路の一部に設けられた可動電極となる振動板と、振動板に対向して設けられた固定電極となる個別電極とを複数組有し、各振動板と各個別電極との間に印加した電圧に基づいて発生する静電気力と、振動板に加わる復元力とにより、個別電極との当接と離間とを繰り返すように振動板を変位させ、流路内の液体を加圧する液滴吐出ヘッドの吐出制御方法において、液体の加圧タイミングに基づいて液滴吐出量を変化させるために、ノズルから液滴を吐出させるときの静電気力の発生時間として２段階以上の設定時間を設定し、駆動周期毎に、各組の静電気力の発生時間が、前記設定時間のいずれかの時間となるように個別電極及び／又は振動板への電荷供給を制御するものである。
本発明によれば、振動板が個別電極との当接と離間とを繰り返す液滴吐出ヘッドの制御において、液体を加圧し、液滴を吐出させる場合の振動板と個別電極との間の電圧印加による静電気力の発生時間を２段階以上の時間を設定するようにしたので、各組において発生時間（加圧タイミング）を制御することで、吐出量の制御を行うことができ、例えば、画像印刷等の用途の場合、高画質化を図ることができる。また、電圧変化等の複雑な制御を行わなくてもよいので、制御に係る回路の構成、制御方法等をシンプルにすることができる。また、吐出回数により吐出量を制御しなくてもよいので、１カ所当たりに費やす時間を少なくし、全体として高速化を図ることができる。
【００１５】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの吐出制御方法は、流路内の液体の固有振動周期の間隔に基づいて、個別電極に当接した振動板を離間させる。
本発明によれば、振動板の変位により、流路内の液体が振動し、減衰し、収束することを利用して、その周期の間隔に合わせて吐出させることにより、１回の吐出で液滴吐出量を変化させることができる。
【００１６】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの吐出制御方法は、ノズルから液滴を吐出させることなく流路内の液体を振動させる振動板には、液体を振動させるだけの静電気力の発生時間に合わせた電荷供給制御をする。
本発明によれば、液滴を吐出しない場合でも、振動を与えることにより液体を攪拌し、例えば水分蒸発によって液体の増粘化を防ぎ、ノズルから液滴吐出が不能になってしまうのを防ぐことができる。
【００１７】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの吐出制御方法は、ノズルから液滴を吐出させた後に、流路内の液体の固有振動を打ち消すような振動を振動板に発生させる静電気力の発生時間に合わせた電荷供給制御をする。
本発明によれば、固有振動を打ち消すような振動を振動板に発生させて液滴吐出後の残留振動を抑制するようにしたので、流路内の液体及び振動板をすぐに安定させることができ、１回の吐出当たりの時間を短くすることができるため、高速化を図ることができる。
【００１８】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの吐出制御方法は、ノズルと、ノズルに連通する流路と、流路の一部に設けられた可動電極となる振動板と、振動板に対向して設けられた固定電極となる個別電極とを複数組有し、各振動板と各個別電極との間に印加した電圧に基づいて発生する静電気力と、振動板に加わる復元力とにより、個別電極との当接と離間とを繰り返すように振動板を変位させ、流路内の液体を加圧する液滴吐出ヘッドの吐出制御方法において、各組の流路特性による吐出特性バラツキを補正するために、静電気力の発生時間が、最適時間となるように、駆動周期毎に、各組の個別電極及び／又は振動板への電荷供給を制御するものである。
本発明によれば、各組の流路特性による吐出特性を補正するため、各組の静電気力の発生時間を調整するようにしたので、吐出特性のばらつきをなくすことができる。そのため、例えば高画質の印刷等を行うことができる。
【００１９】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの吐出制御方法は、各組における静電気力の発生開始を共通させる。
本発明によれば、静電気力の発生開始を共通させるようにしておけば、静電気力の発生時間を制御するのに、各組について、発生開始、停止の両方のタイミングを考慮しなくてもよくなるため、制御を容易に行うことができる。
【００２０】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの吐出制御方法は、複数の振動板には共通したパルス波形が形成されるように電荷供給制御し、各個別電極にはいずれかの発生時間に合わせたパルス幅となる電荷をそれぞれ供給制御する。
本発明によれば、複数の振動板に共通したパルス波形が形成されるようにすることで各組の同期をとりやすくすることができる。また、複数の振動板が１枚のシリコン基板から形成されているため都合がよい。
【００２１】
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、吐出量の制御等により、例えば、画像印刷等の用途の場合、高画質化を図ることができる。また、特に１カ所当たりに費やす時間を少なくすることができるため、印刷等の処理の高速化を図ることができる。
【００２２】
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、例えば各組の駆動が連動して発生時間に応じた多様なデバイスの駆動制御を行うことができる。
【００２３】
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、吐出量の制御等により、例えば、画像印刷等の用途の場合、高画質な印刷ができる液滴吐出装置を得ることができる。また、特に１カ所当たりに費やす時間を少なくすることができるため、処理が高速な装置を得ることができる。
【００２４】
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、上記の駆動方法を適用したので、例えば各組の駆動が連動して発生時間に応じた多様な駆動制御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】
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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、電源回路６０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（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（以下、これを出力という）を実際に行う手段である。電荷の供給を開始、保持、放電（これらが電荷供給制御となる）を繰り返すことにより、ドライバＩＣ４８からの出力波形はパルス状となる（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）。
【００３４】
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との間には電位差（電圧）が印加される。本実施の形態では、キャビティ基板２０側に電荷が供給される一方で、個別電極１２側に供給されていない状態をつくることにより電圧が生じさせている。
【００３５】
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、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させることによって印刷等の記録が行われる。
【００３６】
本実施の形態では、キャビティ基板２０については、従来と同様、一定の駆動周期（ここでは発振回路等の発振周波数に基づく周期ではなく、１回の吐出動作に必要な周期をいうものとする）毎に、所定のタイミングで所定のパルス幅を駆動制御回路４０により発生させるような出力を行う。一方、各個別電極１２については、駆動周期毎の充電（電荷供給開始、パルスの立ち上がり）タイミングをそれぞれ独立させる。ここで、各ノズル３１における液滴吐出動作（駆動）に関しては、例えば、液滴吐出ヘッド以外の他の手段等との関係で同期がとられており、駆動制御回路４０は、各個別電極１２と対になるキャビティ基板２０上の各振動板２２にに対して充電（パルスの立ち上がり）を一斉に行う。そのため、電圧印加時間（静電力発生時間）を制御する際は、電位差をなくすための各個別電極１２への充電タイミング（出力のパルス幅、電荷保持時間となる）だけを考慮すればよい。したがって、個別電極１２毎に振動板２２との間で電位差が生じ、静電力が発生する時間（キャビティ基板２０の電荷供給時間と個別電極１２の出力のパルス幅の差であり、電圧印加時間となる）の制御を容易に行うことができる。以上のようにして、静電力が発生する時間を３段階以上（静電力を発生させない場合も含む）とする。
【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。例えば、駆動パルス発生回路４６の信号である駆動電圧（図４（ａ））が印加（入力）される。そして、本実施の形態では、駆動電圧と同期する形で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（ｂ））。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。
【００３８】
一方、各個別電極１２への出力をＳＥＧとする。ここで、本実施の形態では、液滴吐出に関する３つの態様とそのときの各ＳＥＧについて説明する。図４（ｃ）は多量の液滴吐出を行う場合のＳＥＧと、ＳＥＧとＣＯＭとの間の出力の差分（電位差（電圧）となる）を表す波形である。また、図４（ｄ）は少量の液体吐出を行う場合のＳＥＧと、ＳＥＧとＣＯＭとの間の出力の差分を表す波形である。そして、図４（ｅ）は吐出を行わない場合のＳＥＧと、ＳＥＧとＣＯＭとの間の出力の差分を表す波形である。
【００３９】
図５は流路内の液体の固有振動を説明するため、振動板２２の変位について表した図である。図５（ａ）は振動板２２を固定電極１２に当接させ、復元により離間させた場合を表し、図５（ｂ）は振動板２２の当接を維持した場合を表す。振動板２２が当接した状態から離間して元に戻るまで、オーバーシュートを繰り返して減衰していく（これによって生じる振動を残留振動という）。流路内の液体は振動板２２と共に振動するため、振動板２２の残留振動が液体の固有振動となる。このとき、振動板２２の剛性、流路構造（例えば、流路形状（細さ、長さ）によって決まる流れの慣性抵抗）、液体の圧縮率によって流路内の液体の固有振動数が決まる。
【００４０】
一方、例えば振動板２２が個別電極１２側に撓んだとき、流路（吐出室２１）内の液体にも力が加わる。このため、振動板２２が当接した状態でも流路内の液体は振動し（波打ち）、これにより例えばメニスカス（ノズル３１の孔内にできる液体の凹面）の位置も変位する。このときの固有振動数は、当接した振動板２２は振動しないため、流路構造、液体の圧縮率によって決まることになる。
【００４１】
図６はキャビティ基板２０と個別電極１２との間の電圧印加時間と、吐出特性（吐出量）との関係を表す図である。ここでは、液滴の吐出量について示しているが、吐出速度についても同じ傾向がある。この流路内における液体の固有振動の周期（固有振動周期。以下、固有周期という）をＴとする。前述したように、流路内の液体は振動するため、振動板２２を復元するタイミングによって、液体に加わる力の大きさ、方向が変化する。このため、図６のようにノズル３１から吐出される液滴の量も変化する。例えば力の向きがノズル３１側から吐出室２１側の場合には復元圧力により吐出しようとする液体に加わる力を打ち消す方向となるため、振動しないときと比べて吐出量（速度）が減る。逆に力の向きが吐出室２１側からノズル３１側の場合には、液体に加わる力と同じ方向になり、共振することとなるため、振動しないときと比べて吐出量（速度）が増える。
【００４２】
そこで、ノズル３１からの吐出速度を高め、安定性を保つため、振幅のピーク（最大）近辺に合わせて振動板２２が元に戻るようにする。振幅のピークのタイミングに振動板２２の復元を合わせることで、吐出室２１内の液体の振動により加わる力方向と振動板２２による復元圧力の方向とが相まって吐出速度を高めることができる。本実施の形態では、キャビティ基板２０（振動板２２）の充電（パルスの立ち上がり）タイミングからの、各個別電極１２の充電タイミングを調整し、振動板２２が元に戻るタイミングを振幅のピークに対応させるようにすればよい。
【００４３】
また、振動板２２が固定電極１２に当接している間は、振動板２２の振動による影響は受けず、流路内の液体の振動は、その固有振動に依存するが、吐出室２１等の流路が有する流路抵抗により振動は減衰していく。本実施の形態では、この減衰を利用して液体の吐出量を変化させるようにする。例えば、液体の吐出量（吐出速度）を多くしようとすると、減衰が少なくて振幅のピークが高い段階で振動板２２を元に戻すようにすればよい。そこで、例えば、液体が振動して１周期目に当たる振幅のピーク（図６ではＰｗ１）に合わせて、ＣＯＭにおける充電からのＳＥＧにおける充電タイミングを制御する（図４（ｃ））。このとき当接時間を短くする。
【００４４】
一方、液体の吐出量（吐出速度）をＰｗ１におけるものよりも少なくするため、例えばさらに減衰した段階で振動板２２を元に戻す。そこで、固有周期Ｔの倍数に合わせるように（液体の振動の何周期目かの振幅のピークに合わせて）充電タイミングを設定する。ただ、減衰するのを待つために駆動周期を長くすると、時間あたりの吐出回数の減少を招き、液滴吐出の高速化を図ることができなくなる。そこで、例えば液体の振動の２周期目の振幅のピーク（図６ではＰｗ２（＝Ｐｗ１＋Ｔ））に合わせて、ＣＯＭにおける充電開始からのＳＥＧにおける充電開始タイミングを制御する（図４（ｄ））。
【００４５】
また、充電タイミングを図４（ｃ）の場合よりもさらに早いタイミングで行い、固定電極１２と振動板２２との間の電圧印加時間を短くする（図４（ｅ））。図６では例えばＰの時間で充電タイミングを設定する。これにより、例えば振動板２２を当接させず、ノズル３１から液滴が吐出しない程度の復元圧力を液体に加えるようにする。これにより、液滴を吐出させない場合でも、できる限り液体に微少な振動を発生させ続け、液体を攪拌することで、液体が長時間同じ状態で停止するのを防ぐ。そのため外気に水分を蒸発させて増粘してしまうのを防ぎ、ノズル３１の目詰まり等による吐出不能状態になることを防止する。
【００４６】
上記のように、駆動制御回路４０から、キャビティ基板２０（各振動板２２）にはＣＯＭを出力し、各個別電極１２には、対応するノズル３１からの液滴吐出量等に合わせたＳＥＧを出力して制御を行う。これにより液滴吐出ヘッドにおける各ノズル３１からの液滴吐出制御を行う。
【００４７】
以上のように実施の形態１によれば、可動電極となる振動板２２と固定電極となる各個別電極１２の静電アクチュエータの組を複数有して構成された液滴吐出ヘッドを制御する場合に、例えば振動板２２には共通のＣＯＭを出力し、各個別電極１２には液滴吐出量に合わせた各ＳＥＧを出力して、１回の吐出における吐出量が少なくとも３段階以上（吐出なし及び２段階以上の液滴吐出量）となるように、液滴吐出ヘッド内の各組における各振動板２２と各個別電極１２との間の静電力発生時間（電圧印加時間）を制御するようにしたので、各ノズルそれぞれが複数の形態による吐出が可能となる。特に、流路内の液体の固有振動により液体に加わる力の変化に基づいて、充電タイミングを制御することにより、１回の吐出で液滴吐出量を２段階以上にすることができるので、例えば吐出量を吐出回数で制御せずにすむ（又は吐出回数で併用する場合も回数を少なくすることができる）。そのため、例えば、液滴ヘッドの位置を移動させながら紙面全体に印刷等を行い、その際、各位置において液滴吐出量を変化させて高画質化を図る場合に、各位置当たりの吐出に係る時間を吐出回数で制御する場合に比べて減らすことができる。また、各個別電極１２に出力するＳＥＧにおいて充電タイミングについて制御すればよいので、例えば高画質化を図るために複雑な処理を行う駆動制御回路４０（ドライバＩＣ４８）を必要とせず、コストを抑えることができる。
【００４８】
また、液滴を吐出しない場合でも、液体がノズル孔内の一定位置に長時間留まらないように、静電力発生時間（電圧印加時間）を振動板２２を少しだけ変位させて液体を振動させるようにするので、例えば水分蒸発によって液体が増粘化し、ノズル３１から液滴吐出が不能になってしまうのを防ぐことができる。
【００４９】
実施の形態２．
上述の実施の形態では、各ノズル３１からの吐出量を制御する等のために、液滴吐出ヘッド内における各振動板２２と対応する個別電極１２との間の電圧発生時間を制御するようにしたが、これに限定するものではない。
【００５０】
例えば、液滴吐出ヘッドの製造には、ウェットエッチング、ドライエッチング等の方法を利用した流路となる凹部の形成、ＣＶＤ等の方法を利用した絶縁膜等の形成等を行う。このとき、ウェットエッチングにより形成された各振動板２２について、厚さにばらつきが生じている場合がある。そのため、振動板２２の固有振動が吐出特性に影響を与えることがある。
【００５１】
また、ノズル３１の間隔が定められることにより個別電極１２の間隔もそれに対応して定まる。一方で、駆動制御回路４０が有する端子の間隔もあらかじめ定まっていることが多い。例えばその間隔を調整するために、端子部１４の間隔を駆動制御回路４０が有する端子の間隔に合わせる等を行った場合、供給された電荷が各個別電極１２に至るまでの経路長に差が生じる。このため、同じタイミングで電荷供給したとしてもばらつきが生じることもあり得る。
【００５２】
そこで、そのばらつき等を補正するために、各ノズル３１における吐出特性を測定する。その特性に合わせて各タイミングを調整し、吐出させるようにしてもよい。また、前述したように、流路内の液体の固有振動による吐出量等を加味した上でタイミング調整を行うようにしてもよい。
【００５３】
実施の形態３．
図７は本発明の実施の形態３に係る駆動制御回路４０（ドライバＩＣ４８）の入出力に係る波形と振動板２２の変位との関係例を表す図である。前述したように液滴吐出後の振動板、吐出室２１等の流路内の液体には残留振動が発生するが、本実施の形態では残留振動を抑制するために、吐出後に再度、電圧印加による静電力を発生させて振動板の変位を制御し、振動板が流路内の液体の固有振動に共振せず、打ち消しあうように変位させる。静電力の発生時間は任意に設定することができるが、振動板２２を当接させない場合の固有振動数等を参考に、個別電極１２の充電タイミングを設定する。
【００５４】
以上のように、実施の形態３によれば、流路内の液体の固有振動を打ち消すような振動を振動板２２に発生させて液滴吐出後の残留振動を抑制するようにしたので、流路内の液体及び振動板２２をすぐに安定させることができ、駆動周期を短くし、１回の吐出当たりの時間を短くすることができるため、高速化を図ることができる。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
実施の形態６．
図１０は本発明を利用した静電アクチュエータを用いた光スイッチを表す図である。上述の実施の形態は、液滴吐出ヘッド、その液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出装置を例として説明したが、本発明はそれだけに限定されず、他の微細加工の素子（デバイス）、装置にも適用することができる。
【００６０】
例えば、光通信、光演算、光記憶装置、光プリンター、映像表示装置等に用いられている図１０の光スイッチは、マイクロミラー１２０の傾斜角度を変化させ、選択した方向に光を反射させ、光によるスイッチング素子を利用したとしての役割を果たすものである。マイクロミラー１２０の傾斜角度を制御するため、マイクロミラー１２０を支える支軸１２１を中心として例えば線対称の位置に被駆動部である可動電極１２２を設け、電極基板１２４に形成した、駆動部である固定電極１２３と所定の間隔（ギャップ）で対向配置させている。そして、静電力を利用して、支軸１２１を回転させることで、マイクロミラー１２０の傾斜角度を制御する。このとき、共通電極端子１２５と各固定電極端子１２６に前述したドライバＩＣ４８が接続されており、実施の形態１で説明した方法を複数のマイクロミラーを駆動させるために用いれば、上述した液滴吐出ヘッドと同様に、従来にない変化した駆動を行わせることができ、また、ばらつき等を補正して全体として能力向上を図ることができる。また、同様にマイクロポンプ、モータ、ＳＡＷフィルタのような振動素子（レゾネータ）、波長可変光フィルタ、他のミラーデバイス等、他の種類の微細加工の静電アクチュエータにも上述の制御方法を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【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】流路内の液体の固有振動、振動板の変位について表した図である。
【図６】振動板２２と個別電極１２の間の電圧と吐出特性の関係を表す図である。
【図７】駆動制御回路４０の入出力波形と振動板２２の変位の例を表す図である。
【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】
【００６２】
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  マイクロミラー、１２１  支軸、１２２  可動電極、１２３  固定電極、１２４  電極基板、１２５  共通電極端子、１２６  固定電極端子。
【図１】
2008023756.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】
2008023756.tif 000009
【図８】
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【図９】
2008023756.tif 000011
【図１０】
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