(57)【要約】【課題】微小流体駆動装置の大きな駆動容積及び高い流体駆動力が得られるようにする。【解決手段】流体を保持するキャビティ２と、キャビティ２の内壁に独立に設けられた少なくとも第１電極４及び第２電極５と、キャビティ２内に配置され第１電極４及び第２電極５の夫々との間で電極間隔が連続的に変化した静電容量を形成する第３電極６とを有し、第１電極４及び第２電極５と第３電極６間に印加する夫々の電圧を制御して第３電極６を駆動するように構成する。【選択図】　　　　図１
2004025405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を保持するキャビティと、
前記キャビティの内壁に独立に設けられた少なくとも第１及び第２電極と、
前記キャビティ内に配置され前記第１及び第２電極の夫々との間で電極間隔が連続的に変化した静電容量を形成する第３電極とを有し、
前記第１及び第２電極と前記第３電極間に印加する夫々の電圧を制御して前記第３電極を駆動するように構成してなる
ことを特徴とする微小流体駆動装置。
【請求項２】
前記第１及び第２電極が互いに前記キャビティの相対向する内壁に設けられて成る
ことを特徴とする請求項１記載の微小流体駆動装置。
【請求項３】
前記第１及び第２電極が前記キャビティの一方側の内壁に設けられて成る
ことを特徴とする請求項１記載の微小流体駆動装置。
【請求項４】
前記第１及び第２電極が前記キャビティの一方側の内壁に設けられ、前記キャビティの他方側の内壁に独立した第４電極が設けられて成る
ことを特徴とする請求項１記載の微小流体駆動装置。
【請求項５】
基板上に第１電極を形成する工程と、
前記第１電極上に凹状開口部を有する絶縁層を形成し、該凹状開口部内に犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層の一部を、底部が残り且つ該底部から上面にかけて斜面が形成されるように選択的に除去し、前記絶縁層上及び一部除去された犠牲層の表面に沿って絶縁膜を有する第３電極を形成する工程と、
前記犠牲層の残りを除去してキャビティを形成する工程と、
前記絶縁層上に前記キャビティを閉塞するように第２電極を有した基板を配置する工程とを有する
ことを特徴とする微小流体駆動装置の製造方法。
【請求項６】
基板の同一面上に独立した第１及び第２電極を形成する工程と、前記第１及び第２電極上に跨がって両側面が傾斜した犠牲層を形成し、該犠牲層の表面に沿って絶縁膜を有する第３電極を形成する工程と、
前記犠牲層を除去する工程と、
前記第３電極を被冠してキャビティが形成されるように絶縁基体を前記基板上に配置する工程を有する
ことを特徴とする微小流体駆動装置の製造方法。
【請求項７】
前記絶縁基体の前記第３電極に対向する内壁に独立した第４電極を有する
ことを特徴とする請求項６記載の微小流体駆動装置の製造方法。
【請求項８】
流体を保持するキャビティの内壁に独立に設けた少なくとも第１及び第２電極と、
前記キャビティ内に配置され前記第１及び第２電極のそれぞれとの間で電極間隔が連続的に変化した静電容量を形成する第３電極とを有し、
前記第１及び第２電極と前記第３電極間に印加する夫々の電圧を制御し前記第３電極を駆動して前記流体の移動を行う
ことを特徴とする微小流体の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば微小量の液体や気体などの微小流体を駆動するための微小流体駆動装置とその製造方法、及び微小流体の駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
写真画質の印刷物を高速に印字するというニーズに対応するプリンタとして、微小な容積のインクを吐出するインクジェット・プリンタヘッドが広範囲に利用されている。今後、さらに高い画質を高速に印字するニーズに対応するため、消費電力を増加させず、吐出性能を落とさずに、さらに高密度にノズルを配置することが求められている。
【０００３】
従来、インクジェット・プリンタヘッドに用いる微小薬液の駆動方法には、インク保持空間（いわゆるキャビティ）内に保持された微小流体（微小容積のインク）に対して、抵抗加熱方式とダイアフラム方式がある。抵抗加熱方式は、抵抗加熱により発生した気体（バブル）によりキャビティ内の流体をノズルから噴出する方法である。ダイアフラム方式は、ピエゾ素子などを用いた静電気的に駆動可能な圧力印加手段（いわゆるダイアフラム）により流体をノズルから噴出する方法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、抵抗加熱方式は、抵抗発熱体を微小に作製することができるため、高密度にノズルを形成するには好都合であるが、電流によるジュール加熱を用いるため、ノズル数と共に消費電力が急激に増加する。
一方、ダイアフラム方式は、静電駆動のため抵抗加熱に比べて消費電力が極めて小さいが、駆動距離が小さいためミリ（ｍｍ）レベルの長さにまで駆動面積を拡大して駆動容積を確保する必要があるので、高密度化が困難である。また、ピエゾ効果を用いない容量型の薄膜ダイアフラムで駆動容積を増大させることもできるが、この場合、流体の駆動力が低下する。
【０００５】
本発明は、上述の点に鑑み、駆動容積を大きくしながら、高い流体駆動力を得ることができる、微小流体駆動装置とその製造方法、及び微小流体の駆動方法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る微小流体駆動装置は、流体を保持するキャビティと、キャビティの内壁に独立に設けた少なくとも第１及び第２電極と、キャビティ内に配置され第１及び第２電極の夫々との間で電極間隔が変化した静電容量を形成する第３電極とを有し、第１及び第２電極と第３電極間に印加する夫々の電圧を制御して第３電極を駆動するようにした構成とする。
【０００７】
本発明の微小流体駆動装置では、流体が第３電極とキャビティの内壁で囲まれた空間に保持される。第１電極と第３電極間に所要の電圧を印加することにより、第１及び第３電極間の電極間隔の狭い部分において静電吸着が発生して第３電極が第１電極側に吸着し、徐々にその吸着領域を広げるように第３電極が一方向へ移動する。逆に、第１電極への電圧印加を開放し、第２電極と第３電極間に所要の電圧を印加することにより、第２及び第３電極間の電極間隔の狭い部分において静電吸着が発生して第３電極が第２電極側に吸着し、徐々にその吸着領域を広げるように第３電極が他方向へ移動する。従って、流体は第３電極の移動に応じて駆動される。静電駆動する流体の駆動容積が大きく、且つ高い流体駆動力が得られる。また、第１電極または第２電極と第３電極間に印加する電圧を制御することにより、駆動容積を拡大する方向にも、縮小する方向にも駆動力を発生することができる。
【０００８】
本発明に係る微小流体駆動装置の製造方法は、基板上に第１電極を形成する工程と、第１電極上に凹状開口部を有する絶縁層を形成し、この凹状開口部内に犠牲層を形成する工程と、犠牲層の一部を、底部が残り且つこの底部から上面にかけて斜面が形成されるように選択的に除去し、絶縁層上及び一部除去された犠牲層の表面に沿って絶縁膜を有する第３電極を形成する工程と、犠牲層の残りを除去してキャビティを形成する工程と、絶縁層上にキャビティを閉塞するように第２電極を有した基板を配置する工程とを有する。
【０００９】
本発明の微小流体駆動装置の製造方法では、第１電極及び第２電極が互いにキャビティの相対向する内壁に形成され、第３電極が第１及び第２電極との間で電極間隔を連続的に変化するようにキャビティ内に配置された上記微小流体駆動装置を製造することができる。
【００１０】
本発明に係る微小流体駆動装置の製造方法は、基板の同一面上に独立した第１及び第２電極を形成する工程と、第１及び第２電極上に跨がって両側面が傾斜した犠牲層を形成し、この犠牲層の表面に沿って絶縁膜を有する第３電極を形成する工程と、犠牲層を除去する工程と、第３電極を被冠してキャビティが形成されるように絶縁基体を基板上に配置する工程を有する。
絶縁基体として、第３電極と対向する内壁側に独立した第４電極を有する絶縁基体を用いることもできる。
【００１１】
本発明の微小流体駆動装置の製造方法では、第１電極及び第２電極がキャビティの一方側の内壁に形成され、第３電極が第１及び第２電極との間で電極間隔を連続的に変化するようにキャビティ内に配置された上記微小流体駆動装置を製造できる。
絶縁基体として、第３電極と対向する内壁側に独立した第４電極を有する絶縁基体を用いるときは、第３電極をキャビティの内壁への密着を確保し、流体の逆流防止をより確実にする逆流防止弁機能を有した微小流体駆動装置を製造できる。
【００１２】
本発明に係る微小流体の駆動方法は、流体を保持するキャビティの内壁に独立に設けた少なくとも第１及び第２電極と、キャビティ内に配置され第１及び第２電極のそれぞれとの間で電極間隔が連続的に変化した静電容量を形成する第３電極とを有し、第１及び第２電極と第３電極間に印加する夫々の電圧を制御し第３電極を駆動して前記流体の移動を行うようにする。
【００１３】
本発明の微小流体の駆動方法では、第１または第２電極と第３電極とに印加する電極をを制御することで、第３電極が第１または第２電極側に吸着しながら移動する。流体は、第３電極とキャビティの内壁で囲まれた空間に保持され、第３電極の移動に応じて駆動されるので、駆動容積を大きくしながら高い駆動力が得られる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係る微小流体駆動装置の一実施の形態を示す。
本実施の形態に係る微小流体駆動装置１は、流体を保持するキャビティ（空間）２を有した絶縁基体３が設けられ、キャビティ２の一方の内壁、例えば下側の内壁３Ａに第１電極となる第１の駆動電極４が形成され、キャビティ２の他方の内壁、例えば上側の内壁３Ｂに第１の駆動電極４と対向するように第２電極となる第２の駆動電極５が形成され、さらにキャビティ２内に中空に保持されるように第３電極となる薄膜電極６が配置されて成る。
【００１６】
本例ではキャビティ２が直方体形に形成される。第１及び第２の駆動電極４及び５は、互いに独立に形成され、夫々独立の電位が与えられるように構成される。第１の駆動電極４はキャビティ２内に臨むように形成される。第２の駆動電極５のキャビティ２内に臨む表面は絶縁膜７で被覆される。薄膜電極６は、金属膜例えばＡｌ合金層で形成されると共に、その下面に絶縁膜３１例えばポリイミド膜が積層されて可撓性を有する断面平膜状の帯状に形成され、その両端が上側の絶縁膜７に沿うようにして絶縁基体３に支持される。薄膜電極６は、キャビティ上側壁面の絶縁膜７によって第２の駆動電極５と絶縁され、絶縁膜３１及び空間２ａを介してキャビティ２の下側壁の第１の駆動電極４と絶縁されている。薄膜電極６は、キャビティ２内ではその一方の支持端部から第２の駆動電極５に近接するように絶縁膜７に接触して延長し、キャビティ２の中間部から第１の駆動電極４に近づくようななだらかな斜面６ａを形成するように屈曲し、さらに屈曲して空間２ａを介して第１の駆動電極６に沿うように延長し、キャビティ２の側壁に沿って他方の他方の支持端部に至るように形成される。
【００１７】
即ち、薄膜電極６は、第１及び第２の駆動電極４及び５に対する電極間隔が第１の駆動電極４に近い部分から第２の駆動電極５に近い部分まで連続的に変化し、第１及び第２の駆動電極４及び５の夫々との間で構成される静電容量が連続的に変化するようにキャビティ２内に配置される。本例では、特に、薄膜電極６の第２の駆動電極５に近い部分から斜面６ａに移る上屈曲部において、薄膜電極６と第１の駆動電極５側の内壁との間に徐々に広がる狭い電極間隔、即ち空間２ｂを有し、また薄膜電極６の斜面６ａから第１の駆動電極４に近い部分に移る下屈曲部において、薄膜電極６と第１の駆動電極５側の内壁との間に徐々に広がる狭い電極間隔、即ち空間２ｃを有して構成される。
【００１８】
流体は、薄膜電極６とキャビティ２の上側壁面で囲まれた空間、あるいは薄膜電極６とキャビティ２の下側壁面で囲まれた空間に保持される。
【００１９】
次に、上述の微小流体駆動装置１の駆動原理を説明する。
第１の駆動電極４と薄膜電極６間には第１電源８が第１スイッチ９を介して接続され、第２の駆動電極５と薄膜電極６間には第２電源１０が第２スイッチ１１を介して接続される。第１電源８は、そのプラス側が薄膜電極６に、そのマイナス側が第１電極４に夫々接続される。第２電源１０は、そのプラス側が第２の駆動電極５に、そのマイナス側が薄膜電極６に夫々接続される。
図１Ａは、第１スイッチ９及び第２スイッチ１１がオフ状態で、第１の駆動電極４と薄膜電極６間、及び第２駆動電極５と薄膜電極６間に電圧が印加されないときの、薄膜電極６の状態を示す。これは待機状態である。
【００２０】
次に、図１Ｂに示すように、第１スイッチ９をオフ状態にして、第２スイッチ１１をオンして第２電源１１より第２の駆動電極５と薄膜電極６間に電圧を印加すると、薄膜電極６の上屈曲部と第２の駆動電極５側との電極間隔の狭い部分２ｂ（図中右側）で強い静電吸着力が発生して薄膜電極６が第２の駆動電極５側に吸着し、徐々にその吸着領域を図中左側へ広げて行く。
【００２１】
逆に、図１Ｃに示すように、第２スイッチ１１をオフして第２の駆動電極５への電圧印加を開放し、第１スイッチ９をオンして第１の駆動電極４と薄膜電極６間に電圧を印加すると、薄膜電極６の下屈曲部と第１の駆動電極４側との電極間隔の狭い部分２ｃ（図中左側）で強い静電吸着力が発生して薄膜電極６が第１の駆動電極４側に吸着し、その吸着領域が図１Ｂとは逆の方向へ移動する。
【００２２】
この薄膜電極６の図中左右方向の駆動により、キャビティ２内の薄膜電極６と第２の駆動電極５側の内壁とで囲まれた領域の容積、あるいは薄膜電極６と第１の駆動電極４側の内壁とで囲まれた領域の容積が変動する。これら第１及び第２の駆動電極４及び５と薄膜電極６との相互の吸着運動により変位する上記容積は、例えば一定の電極間隔をもつ静電ダイアフラムの駆動と比べて大きく、またより狭い電極間隔で駆動を行うために静電駆動力が高くなる。
【００２３】
上述の本実施の形態に係る微小流体駆動装置１によれば、キャビティ２内で薄膜電極６が中空に保持され、キャビティ２の相対向する内壁面間で薄膜電極６の傾斜する中間部が一方向又は逆方向へ移動する形となり、静電駆動する駆動容積を大きくしながら、高い流体駆動力を発生することができる。従って、低消費電力で駆動することができ、且つ高密度な流体吐出孔（ノズル）の配置を可能にする。さらに、流体充填孔を適当に配置することにより、逆流防止弁機能も付加することができ、流体吐出の効率を高めることができる。
【００２４】
図２は、上述の微小流体駆動装置１を用いたインクジェット・プリンタヘッドの一実施の形態を示す。本実施の形態に係るインクジェット・プリンタヘッド１４は、図２Ａに示すように、微小流体駆動装置１のキャビティ２を形成する絶縁基体３に外部のインク供給部（インク溜まり）からのインク１５を供給するインク供給路１６及びこれに連通してキャビティ２内に通じるインク供給孔１７と、インク供給孔１７から所定距離だけ離れてキャビティ２からインク１５を外部に吐出すためのインク吐出孔（いわゆるノズル）１８とを設けて構成される。これらインク供給路１６、インク供給孔１７及びインク吐出孔１８は、例えば絶縁基体３の第２の駆動電極５側の上側部に設けられる。
図２Ｂは、図２Ａの絶縁基体３の上側部の横断面図であり、インク供給孔１７とインク吐出孔１８が臨んでいる。図２Ｃは、図２Ａの絶縁基体３の上側部を除去し薄膜電極６を臨ました横断面図であり、薄膜電極６が帯状に形成され、薄膜電極６と絶縁基体３の側壁との間に隙間１９が形成されている。
【００２５】
このインクジェット・プリンタヘッド１４では、動作時に第１スイッチ９及び第２スイッチ１１が選択的にオン、オフ制御され、キャビティ２内にインク１５を充填され、またインク１５が吐出孔１８より吐出するようになされる。即ち、第２の駆動電極５と薄膜電極６間に所要の電圧を印加すると、前述の図１Ｂの動作が行われ、キャビティ２の上壁面と薄膜電極６間のインクが保持される容積が縮小するように変動しインク１５がインク吐出孔１８より外部に吐出される。
次に、第１の駆動電極４と薄膜電極６間に所要の電圧を印加することにより、前述の図１Ｃの動作が行われ、キャビティ２の上壁面と薄膜電極６間のインクが保持される容積が拡大するように変動しインク供給孔１７を通じてインク１５がキャビティ２内に充填される。インク１５は、薄膜電極６とキャビティ２の上側壁面で囲まれた空間に充填され、また隙間を通じて薄膜電極６とキャビティ２の下側壁面で囲まれた空間にも入り込む。
【００２６】
本例の構成では、前述した大きな容積変動や強い駆動力に加え、インク吐出時に薄膜電極６によりインク供給孔１７を塞ぐようにし、より効率的なインクの吐出を可能にしている。また、第１の駆動電極４と薄膜電極６間に電圧を印加して薄膜電極６を駆動することにより、吐出後のインク１５の再充填（リフィル）時にも十分な力を加えることができ、高速駆動が実現できる。
【００２７】
図２においては、薄膜電極６を所定幅の帯状に形成したが、その他、例えば図８に示すように、薄膜電極６を断面逆Ｕ字型の袋状に形成することも可能である。この構成によれば、インクジェット・プリンタヘッドに応用したときに、図２のように薄膜電極６と下側壁面間にインクが入り込むことがなく、インクを薄膜電極６と上側壁面間にのみ液密的に充填することができる。なお、例えば基体を扱うときは気密的に充填することが可能になる。
【００２８】
図３は、上述の微小流体駆動装置１の製造方法の実施の形態を示す。
先ず、図３Ａに示すように、基板、例えばシリコン基板２１の表面に絶縁膜の例えばシリコン酸化層（図示せず）を形成した後、第１の駆動電極４を形成し、第１の駆動電極４の表面を絶縁膜２３で絶縁する。本例では不純物ドープした多結晶シリコン層を用いて第１の駆動電極４を形成し、第１の駆動電極４の表面に熱酸化膜を形成する。次いで、全面上に厚膜、即ちキャビティが形成されるに十分な膜厚の例えばシリコン酸化膜等からなる絶縁層２４を形成し、この絶縁層２４に選択エッチングによりキャビティとなる凹状開口部２５を形成する。この凹状開口部２５の形成に際しては、凹状開口部２５の底部に絶縁層２４が一部残るようにする。次いで、凹状開口部２５内を埋め込むように絶縁層２４上に犠牲層となる膜、本例では非晶質シリコン膜を成膜し、その後にエッチバックを行って凹状開口部２５内に非晶質シリコンによる犠牲層２６を形成する。
【００２９】
次に、図３Ｂに示すように、犠牲層２６の所要領域を斜面２６ａが形成されるように深さ方向に選択エッチングにより除去し、凹部２８を形成する。本例では、犠牲層２５及び絶縁層２４上にハーフトーンマスクを用いたリソグラフィ工程により、犠牲層２６の一部所要領域上に開口部２７ａを有し、その開口部２７ａの一方の内面２７ｂが図１Ａの薄膜電極６のなだらかな斜面に対応した斜面を呈するレジストマスク２７（図３Ａ参照）を選択的に形成し、このレジストマスク２７と共に犠牲層２６をエッチバックして凹部２８を形成する。
【００３０】
次に、図３Ｃに示すように、凹部２８の内面、残りの犠牲層２５の表面及び絶縁層２４の表面に沿って、絶縁膜、例えばポリイミド膜３１とその上に電極材料層、例えばＡｌ合金層３２を積層し、図示しない帯状にパターニングしてＡｌ合金による薄膜電極６を形成する。このとき、前述の図２Ｃで示すように、断面平膜状とされた帯状の薄膜電極６は、その側部と凹状開口部２５の縁辺との間に多少の隙間１９が形成されるよに、即ち犠牲層２５が一部露出するように形成する。なお、必要に応じてＡｌ合金層３２上にに絶縁膜の例えばポリイミド膜３３を形成することもできる。ポリイミド膜を使用する理由は、柔軟性に富んでいて割れにくい。Ａｌ合金層３２上にポリイミド膜を形成するときは、Ａｌ合金層３２に水分等が付着して不都合が生じるのを防ぐことができる。
【００３１】
次に、残りの犠牲層２５をエッチング除去できるエッチング手段、本例では犠牲層２５が非晶質シリコンであるので、反応ガスであるＸｅＦ２　ガスを用いたドライエッチング装置により、凹状開口部２５内の残りの犠牲層２５を選択的に除去し、薄膜電極６が中空に保持たれたキャビティ２を形成する。次に、別途作成した第２の駆動電極５を含む基板３５を、キャビティ２を閉塞するように絶縁層上に接着する。基板３５はその一方の面上に第２の駆動電極５とその上の絶縁膜７が積層されて成る。このようにして目的の微小流体駆動装置１を得る。
かかる製造方法によれば、微小流体駆動装置１を容易に且つ精度良く製造することができる。
【００３２】
図４は、本発明に係る微小流体駆動装置の他の実施の形態を示す。
本実施の形態に係る微小流体駆動装置４１は、流体を保持時するキャビティ４２を有した絶縁基体４３が設けられ、キャビティ４２の一方の内壁面、例えば下側の同一内壁面に互いに並列するように互いに電気的に絶縁された第１電極となる第１の駆動電極４４と第２電極となる第２の駆動電極４５が形成され、さらにキャビティ４２内に中空に保持されるように且つ第１及び第２の駆動電極４４及び４５と電気的に絶縁された第３電極となる薄膜電極４６が配置れて成る。
【００３３】
本例では前述と同様にキャビティ４２が直方体形に形成される。第１及び第２の駆動電極４４及び４５は、互いに独立して形成され、夫々独立の電位が与えられる。薄膜電極４６は、絶縁膜４７を介して第１及び第２の駆動電極４４及び４５と絶縁されている。薄膜電極４６は、例えばＡｌ合金層などの金属膜で形成されると共に、その下面に例えばポリイミド膜などの絶縁膜４７が積層されて可撓性を有する断面平膜状の帯状に形成され、その両端部が夫々第１の駆動電極４４及び第２の駆動電極４５に対接し且つキャビティ４２の左右両側壁面に当接し、中間部分がなだらかな山型に屈曲してその頂部がキャビティ４２の上側内壁面に対接するように形成される。この山型状の薄膜電極４６は、第１及び第２の駆動電極４４及び４５に対する電極間隔が第１及び第２の駆動電極４４及び４５に近い部分から上側内壁面に近い部分まで連続的に変化し、薄膜電極４６と第１及び第２の駆動電極４４及び４５との間で構成される静電容量が連続的に変化するように左右になだらかな斜面４６ａ、４６ｂを有して成る。本例では、特に薄膜電極４６の夫々第１及び第２の駆動電極４４及び４５と対接する部分から斜面４６ａ、４６ｂに移る下屈曲部において、薄膜電極４６と第１の駆動電極４４間、薄膜電極４６と第２駆動電極４５間が夫々徐々に広がる狭い電極間隔、即ち４８ａ、４８ｂを有して構成される。
【００３４】
次に、上述の微小流体駆動装置４１の駆動原理を説明する。
第１の駆動電極４４と薄膜電極４６間には第１電源５１が第１スイッチ５２を介して接続され、第２の駆動電極４５と薄膜電極４６間には第２電源５３が第２スイッチ５４を介して接続される。第１電源５１は、そのプラス側が薄膜電極４６に、そのマイナス側が第１電極４４に夫々接続される。第２電源５３は、そのマイナス側が第２の駆動電極５に、そのプラス側が薄膜電極４６に夫々接続される。
図４Ａは、第１スイッチ５２及び第２スイッチ５４がオフ状態で、第１の駆動電極４４と薄膜電極４６間、及び第２駆動電極４５と薄膜電極４６間に電圧が印加されないときの、薄膜電極４６の状態を示す。これは待機状態である。
【００３５】
次に、図４Ｂに示すように、第１スイッチ５２をオフ状態にして、第２スイッチ５４をオンして第２電源５３より第２の駆動電極４５と薄膜電極４６間に電圧を印加すると、薄膜電極４６の下屈曲部と第２の駆動電極４５側との電極間隔の狭い部分４８ｂ（図中右側）で強い静電吸着力が発生して薄膜電極４６が第２の駆動電極４５側の全域に徐々に吸着し、薄膜電極４６の山型部分が図中左側へ移動して行く。
【００３６】
逆に、図４Ｃに示すように、第２スイッチ５４をオフして第２の駆動電極４５への電圧印加を開放し、第１スイッチ５２をオンして第１の駆動電極４４と薄膜電極４６間に電圧を印加すると、薄膜電極４６の下屈曲部と第１の駆動電極４４側との電極間隔の狭い部分４８ａ（図中左側）で強い静電吸着力が発生して薄膜電極４６が第１の駆動電極４４側の全域に徐々吸着し、薄膜電極４６の山型部分が図中右側に移動する。
【００３７】
この薄膜電極４６の山型部分の図中左右方向の移動により、キャビティ４２内の薄膜電極４６の一半分とキャビティ４２の上側内壁面で囲まれた領域の容積、あるいは薄膜電極４６の他半分とキャビティ４２の上側内壁面で囲まれた領域の容積が変動する。これら第１及び第２の駆動電極４４及び４５と薄膜電極４６との相互の吸着運動により変位する上記容積は、前述の例と同様に一定の電極間隔をもつインクジェット・プリンタヘッドのような静電ダイアフラムの駆動と比べて大きく、またより狭い電極間隔で駆動を行うために静電駆動力が高くなる。
【００３８】
本実施の形態に係る微小流体駆動装置４１によれば、キャビティ４２内に薄膜電極４６が中空に保持され、薄膜電極４６の山型部分が一方向又は逆方向へ移動する形となり、静電駆動する駆動容積を大きくしながら、高い流体駆動力を発生することができる。従って、低消費電力で駆動することができ、且つ高密度な流体吐出孔（ノズル）の配置を可能にする。
【００３９】
駆動の他の方法として、例えば、図５Ｂの動作において第２の駆動電極４５と薄膜電極４６間に印加する電圧に比べて第１の駆動電極４４と薄膜電極４６間に印加する電圧を小さく設定し、あるいは、図５Ｃの動作において第１の駆動電極４４と薄膜電極４６間に印加する電圧に比べて第２の駆動電極４５と薄膜電極４６間に印加する電圧を小さく設定することができる。このとき、薄膜電極４６は、その頂部がキャビティ４２の上側壁面から離れた状態で移動する。このような駆動方法は、後述のインクジェット・プリンタヘッドに適用した場合の、キャビティ内へのインクの充填をスムーズに行うことができ、また流体の逆流防止を可能にする。
【００４０】
図５は、上述の微小流体駆動装置４１を用いたインクジェット・プリンタヘッドの他の実施の形態を示す。本実施の形態に係るインクジェット・プリンタヘッド６１は、図５Ａに示すように、微小流体駆動装置４１のキャビティ４２を形成する絶縁基体４３に、前述と同様に外部のインク供給部（インク溜まり）からのインク５５を供給するインク供給路５６及びこれに連通してキャビティ４２内に通じるインク供給孔５７と、インク供給孔５７から所定距離だけ離れてキャビティ２からインク５５を外部に吐出すためのインク吐出孔（いわゆるノズル）５８とを設けて構成される。これらインク供給路５６、インク供給孔５７及びインク吐出孔５８は、例えば絶縁基体４３の上側部に設けられる。
図５Ｂは、図５Ａの絶縁基体４３の上側部の横断面図であり、インク供給孔５７とインク吐出孔５８が臨んでいる。図５Ｃは、図５Ａの絶縁基体４３の上側部を除去し薄膜電極４６を臨ました横断面図であり、薄膜電極４６が帯状に形成され、薄膜電極４６と絶縁基体４３の側壁との間に隙間５９が形成されている。
【００４１】
このインクジェット・プリンタヘッド６１では、動作時に第１スイッチ５２及び第２スイッチ５４が選択的にオン、オフ制御され、キャビティ４２内にインク５５を充填され、またインク５５が吐出孔５８より吐出するようになされる。
本例の構成においても、図２の場合と同様に、大きな容積変動や強い駆動力が得られ、また、より効率的なインクの吐出、高速駆動を可能にする。
【００４２】
図６は、上述の微小流体駆動装置４１の製造方法の実施の形態を示す。
先ず、図６Ａに示すように、基板、例えば絶縁基板６２の一面上に電極材料膜、例えばＡｌ合金層を成膜し、パターニングして互いに所定間隔を置いて並列するＡｌ合金による第１の駆動電極４４及び第２の駆動電極４５を形成する。
【００４３】
次に、図６Ｂに示すように、駆動電極４及び４５を含む基板６２上に厚膜、即ちキャビティが形成されるに十分な膜厚の犠牲層６３、本例でばフォトレジスト層を塗布形成する。次いで、このフォトレジスト層６３をキャビティの一部に対応する領域にパターニングし、即ちリソグラフィ工程で露光、現像してパターニングし、その後、高温でリフロー処理して図６Ｃに示す両側壁が傾斜したパターンの犠牲層６３を形成する。
【００４４】
次に、図６Ｄに示すように、犠牲層６３を含む表面に絶縁膜と電極材料膜、本例ではポリアミド膜４７及びＡｌ合金層４６Ａの積層膜６４成膜し、この積層膜６４をパターニングして平面投影形状がキャビティの平面形状となるように犠牲層６３の表面に沿い且つ一部第１及び第２の駆動電極４４及び４５に接する帯状で山型の薄膜電極４６を形成する。
【００４５】
次に、犠牲層６３を選択的にエッチング除去する。本例では犠牲層６３にフォトレジスト層を用いているので、アセトン系溶剤により、あるいは酸素プラズマに晒してフォトレジスト層６３を選択除去する。これにより、薄膜電極４６下が中空化（リリース）される。次いで、山型の薄膜電極４６の頂部と接するような高さに作成された別の絶縁基体、即ち断面逆Ｕ型のキャップ状の絶縁基体６５を基板６２に接合し、キャビティ４２を形成すると共に、キャビティ４２内に山型の薄膜電極４６を中空に保持した、図６Ｅに示す目的の微小流体駆動装置４１を得る。
なお、絶縁基体６５としては、平板状絶縁基板とキャビティ４２の高さに対応した環状の絶縁スペーサとで構成することもできる。
かかる製造方法によれば、微小流体駆動装置４１を容易に且つ精度良く製造することができる。
【００４６】
図７は、本発明に係る微小流体駆動装置の更に他の実施の形態を示す。
本実施の形態に係る微小流体駆動装置７１は、図４の構成に加えて、キャビティ４２の上側壁に表面を絶縁膜６７で被覆された第４電極となる第３の駆動電極６６を形成し、常時は薄膜電極４６の頂部をキャビティ４２の上側壁面から僅かに離れた状態にして構成される。この第３の駆動電極６６には、独立の電位が印加される。その他の構成は図４に示す微小流体駆動装置４１と同様であるので、同一符号を付して重複説明を省略する。
【００４７】
本実施の形態の微小流体駆動装置７１では、第１及び第２のスイッチ５２及び５４のオン、オフ制御による薄膜電極４６の駆動時に、その第１の駆動電極４４あるいは第２の駆動電極４５への電圧印加中に、同時に第３の駆動電極６６にも所要の電圧を印加し、薄膜電極４６の頂部を第３の駆動電極６６側へ引きつけながら、即ち薄膜電極４６の頂部をキャビティ４２の上側壁面への密着させながら薄膜電極４６の頂部を移動させる。
この微小流体駆動装置７１をインクジェット・プリンタヘッドに適用した場合、インク吐出時には薄膜電極４６の頂部をキャビティ上側壁面に密着させらがら薄膜電極４６を移動し、インク充填時には薄膜電極４６の頂部をキャビティ上側壁面より離して薄膜電極４６を移動させるようになす。
【００４８】
本実施の形態に係る微小流体駆動装置７１によれば、薄膜電極４６のキャビティ４２の上側壁面への密着を確保することができ、意図しない方向への流体の移動を抑制することができる。その他、図４の微小流体駆動装置４１と同様の効果を奏する。
【００４９】
【発明の効果】
本発明に係る微小流体駆動装置によれば、一定の電極間隔を持つ容量駆動型に比較して、静電駆動する駆動容積を大きくしながら、高い流体駆動力が得られるることから、低消費電力で駆動でき、且つ高密度な流体吐出孔（いわゆるノズル）の配置を可能にした微小流体駆動装置を提供することができる。
第１電極及び第２電極を互いにキャビティの相対向する内壁に設けたときには、第３電極の相対向する内壁間で傾斜する中間部が、一方向又は逆方向へ移動する形となり、駆動容積の大きい且つ流体駆動力の高い微小流体駆動装置を提供することができる。
第１電極及び第２がキャビティの一方側の内壁に設けたときには、第３電極の両側面を傾斜した山型部分が、一方向又は逆方向へ移動する形となり、上記と同様に駆動容積の大きい且つ流体駆動力の高い微小流体駆動装置を提供することができる。さらに、キャビティの他方側の内壁に第４電極が設けられるときは、山型をなす第３電極の頂部をキャビティの他方側の内壁面に密着させることができ、意図しない方向への流体の逆流防止を可能にする。
【００５０】
本発明に係る微小流体駆動装置の製造方法によれば、上述の微小流体駆動装置を容易に且つ精度良く製造することができる。
【００５１】
本発明に係る微小流体の駆動方法によれば、一定の電極間隔を持つ容量駆動型に比較して、流体の駆動容積を大きくし、且つ高い流体駆動力が得られ、低消費電力で流体駆動を行うことができる。高密度な流体吐出孔（いわゆるノズル）からの微小流体の駆動制御が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａ　本発明に係る微小流体駆動装置の一実施の形態を示す構成図である。
Ｂ〜Ｃ　図１Ａの微小流体駆動装置の動作説明図である。
【図２】Ａ　図１の微小流体駆動装置を用いたインクジェット・プリンタヘッドの一実施の形態を示す断面図である。
Ｂ　図２Ａの絶縁基体の上側部の横断面を見た平面図である。
Ｃ　図２Ａの絶縁基体の上側部を除いた平面図である。
【図３】Ａ〜Ｄ　図２Ａの微小流体駆動装置の製造方法の実施の形態を示す製造工程図である。
【図４】Ａ　本発明に係る微小流体駆動装置の他の実施の形態を示す構成図である。
Ｂ〜Ｃ　図４Ａの微小流体駆動装置の動作説明図である。
【図５】Ａ　図４の微小流体駆動装置を用いたインクジェット・プリンタヘッドの他の実施の形態を示す断面図である。
Ｂ　図５Ａの絶縁基体の上側部の横断面を見た平面図である。
Ｃ　図５Ａの絶縁基体の上側部を除いた平面図である。
【図６】Ａ〜Ｅ　図４Ａの微小流体駆動装置の製造方法の実施の形態を示す製造工程図である。
【図７】本発明に係る微小流体駆動装置の他の実施の形態を示す構成図である。
【図８】Ａ　本発明に係るさらに他の実施の形態の微小流体駆動装置を用いたインクジェット・プリンタヘッドの他の実施の形態を示す断面図である。
Ｂ　図８Ａの絶縁基体の上側部を除いた平面図である。
Ｃ　図８ＢのＣーＣ線上の断面図である。
【符号の説明】
１、４１、７１・・・微小流体駆動装置、２、４２・・・キャビティ、３、４３・・・絶縁基体、４、４４・・・第１電極、５、４５・・・第２電極、６、４６・・・第３電極、７・・・絶縁膜、８、１０、５１、５３・・・電源、９、１１、５２、５４・・・スイッチ、１４、６１・・・インクジェット・プリンタヘッド、１５、５５・・・インク、１６、５６・・・インク供給路、１７、５７・・・インク供給孔、１８、５８・・・インク吐出孔（ノズル）、１９、５９・・・隙間、２１、６２・・・基板、２２・・・絶縁膜、２４・・・絶縁層、２５・・・凹状開口部、２６・・・犠牲層、２７・・・レジストマスク、２８・・・凹部、３１、３３、４７・・・ポリイミド膜、３２、４６Ａ・・・Ａｌ合金、３５・・・基板、６５・・・キャップ、６６・・・第４電極
【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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【図８】
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