(57)【要約】【課題】低コストで、振動板と電極との吸着防止を防止して安定した動作を得ることができない。【解決手段】導電性を有している可動板１と電極２とが微小な空隙３を介して対向配置し、可動板１の対向電極側表面には圧電材料からなる圧電性薄膜４を形成し、可動板１と電極２とが当接したときの圧電性薄膜４の変形で可動板１と電極２との吸着を低減する。【選択図】　図１
2004001110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変形可能な可動板とこの可動板に対向する電極とを有し、前記可動板を静電力で変形させる静電型アクチュエータにおいて、前記可動板及び／又は電極の少なくとも接触面に圧電性薄膜が設けられていることを特徴とする静電型アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載の静電型アクチュエータにおいて、前記圧電性薄膜が前記可動板の全面に形成されていることを特徴とする静電型アクチュエータ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の静電型アクチュエータにおいて、前記可動板が電極に当接するまで変形させる駆動電圧を印加する手段を有していることを特徴とする静電型アクチュエータ。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の静電型アクチュエータにおいて、前記圧電性薄膜の撓み、歪み、又は振動によって発生する電圧及び／又は電流を検出する手段を有していることを特徴とする静電型アクチュエータ。
【請求項５】
液滴を吐出するノズルが連通する吐出室内の液体を加圧する圧力を発生する手段を備え、この圧力発生手段で発生した圧力で吐出室内の液体を加圧することで前記液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドにおいて、前記圧力発生手段が請求項１ないし４のいずれかに記載の静電型アクチュエータであることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
請求項５に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、このヘッドはインクを供給するためのインクタンクが一体化されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
インク滴を吐出するインクジェットヘッドを備えたインクジェット記録装置において、前記インクジェットヘッドが前記請求項５又は６に記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項８】
アクチュエータによって液体を輸送するマイクロデバイスにおいて、前記アクチュエータが前記請求項１ないし４のいずれかに記載の静電型アクチュエータであることを特徴とするマイクロデバイス。
【請求項９】
アクチュエータによって光の反射方向を変化させるマイクロデバイスにおいて、前記アクチュエータが前記請求項１ないし４のいずれかに記載の静電型アクチュエータであることを特徴とするマイクロデバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は静電型アクチュエータ、液滴吐出ヘッド及びインクジェット記録装置並びにマイクロデバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像記録装置或いは画像形成装置として用いるインクジェット記録装置において使用する液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドは、インク滴を吐出する単一又は複数のノズル孔と、このノズル孔が連通する吐出室（インク室、液室、加圧液室、圧力室、インク流路等とも称される。）と、吐出室内のインクを加圧する圧力を発生する圧力発生手段とを備えて、圧力発生手段で発生した圧力で吐出室内インクを加圧することによってノズル孔からインク滴を吐出させる。
【０００３】
なお、液滴吐出ヘッドとしては、例えば液体レジストを液滴として吐出する液滴吐出ヘッド、ＤＮＡの試料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドなどもあるが、以下ではインクジェットヘッドを中心に説明する。また、液滴吐出ヘッドのアクチュエータ部分を構成するマイクロアクチュエータは、例えばマイクロポンプ、マイクロ光変調デバイスなどの光学デバイス、マイクロスイッチ（マイクロリレー）、マルチ光学レンズのアクチュエータ（光スイッチ）、マイクロ流量計、圧力センサなどのマイクロデバイスにも適用することができる。
【０００４】
ところで、液滴吐出ヘッドとしては、圧力発生手段として圧電素子などの電気機械変換素子を用いて吐出室の壁面を形成している可動板である振動板を変形変位させることでインク滴を吐出させるピエゾ型（圧電型）のもの、吐出内に配設した発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いてインクの膜沸騰でバブルを発生させてインク滴を吐出させるサーマル型のもの、吐出室の壁面を形成する振動板を静電力で変形させることでインク滴を吐出させる静電型のものなどがある。
【０００５】
近年、環境問題から鉛フリーであるサーマル型、静電型が注目を集め、鉛フリーに加え低消費電力の観点からも環境に影響が少ない静電型のものが多く提案されている。
【０００６】
この静電型のインクジェットヘッドの駆動方式としては、例えば特許第２８５４８７６号公報に記載されているように、振動板が電極に当接する（実際には電極表面の保護膜である絶縁膜に当接する）まで変形変位させる当接駆動方式と、振動板が電極に当接しない非当接駆動方式とがある。当接駆動方式は、振動板の変位量を稼げて、且つ一定にすることができるため、低電圧化及びインク滴吐出量の均一化等が図られ、非当接駆動方式に比べ優れている。
【０００７】
ところが、この当接駆動方式では、振動板と電極又は保護膜とが接触するために、空気中の水分による液架橋力、またファンデルワース力等によって、振動板が電極又は電極保護膜に吸着してしまい、振動板の変位量を低下させ、インク吐出量の不均一が生じ、著しく信頼性を低下させてしまうことがある。
【０００８】
そこで、例えば、特開平１１−２６３０１２号公報などに記載されているように、振動板（可動板）と対向電極間の空隙にヘキサメチルシラザン（ＨＭＤＳ）等の疎水性を目的とするシランカップリング剤を封入して、可動板の吸着を防止しようとするものがある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したように、振動板（可動板）と電極との間の微小ギャップ内にシランカップリング剤を封入するための封入工程が複雑で、製造歩留まり及びコストが低下するという課題がある。
【００１０】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、低コストで、動作信頼性が高く、安定した動作特性が得られる静電型アクチュエータ、この静電型アクチュエータを備えた安定した滴吐出特性が得られ、高画質記録が可能な液滴吐出ヘッド、この液滴吐出ヘッドを搭載したインクジェット記録装置並びにこの静電型アクチュエータを備えたマイクロデバイスを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係る静電型アクチュエータは、可動板及び／又は電極の少なくとも接触面に圧電性薄膜が設けられているものである。
【００１２】
ここで、圧電性薄膜が前記可動板の全面に形成されていることが好ましい。また、可動板が電極に当接するまで変形させる駆動電圧を印加する手段を有しているものである。さらに、圧電性薄膜の撓み、歪み、又は振動によって発生する電圧及び／又は電流を検出する手段を有していることが好ましい。
【００１３】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、吐出室内の液体を加圧する圧力を発生する手段が本発明に係る静電型アクチュエータである構成としたものである。ここで、このヘッドはインクを供給するためのインクタンクが一体化されている構成とすることができる。
【００１４】
本発明に係るインクジェット記録装置は、本発明に係る液滴吐出ヘッドを備えたものである。
【００１５】
本発明に係るマイクロデバイスは、本発明に係る静電型アクチュエータによって液体を輸送するものである。また、本発明に係るマイクロデバイスは、本発明に係る静電型アクチュエータによって光の反射方向を変化させるものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。本発明に係る静電型アクチュエータの第１実施形態を説明するに可動板長手方向に沿う断面説明図である。
このアクチュエータは、導電性を有している可動板１と電極２とが微小な空隙３を介して対向配置さて、可動板１の対向電極側表面には圧電材料、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）からなる保護膜（圧電性薄膜）４が形成されている。なお、可動板１の端部は基板５にて保持され、可動板１と電極２との間にはスペーサ部材６を介在させて微小な空隙３の長さ（ギャップ長）を規定し、電極２は基板７にて保持している。
【００１７】
このアクチュエータにおいては、図２に示すように、可動板１と対向電極２との間に駆動回路８から駆動電圧を印加することにより、可動板１と電極２との間に静電吸引力が作用して、可動板１は対向電極２側に撓み、空隙幅（ギャップ長）の１／３程度変位した時点で、可動板１は対向電極２に急激に当接する。
【００１８】
ここで、可動板１と対向電極２間に電圧を印加して可動板１の一部が当接している状態で、可動板１と電極２とが当接している部分（当接部：図２のＡ部）の拡大説明図を図３（ａ）に、可動板１と電極２とが当接していない部分（非当接部：図２のＢ部）の拡大説明図を図３（ｂ）にそれぞれ示している。
【００１９】
このとき、印加電圧：Ｖ（Ｖ）、非当接部の空隙の幅：ｄａｉｒ、非当接部の空隙の誘電率：εａｉｒ、圧電性薄膜４の幅（厚さ）：ｄｐｉｅｚｏ、圧電性薄膜４の誘電率：εｐｉｅｚｏとすると、当接部で圧電性薄膜４にかかる電界強度Ｅｐｉｅｚｏ１、非当接部で圧電性薄膜４にかかる電界強度Ｅｐｉｅｚｏ２は、それぞれ次の（１）式、（２）式で表わされる。
【００２０】
【数１】
2004001110.tif 000003
【００２１】
【数２】
2004001110.tif 000004
【００２２】
圧電性薄膜４は、ひずみＳ＝圧電ｄ定数（ｍ／Ｖ）×印加電界Ｅ（Ｖ／ｍ）で表される大きさで変形するが、当接部においては空隙幅ｄａｉｒ＝０であるから、圧電性薄膜４には、（１）式で表される電界がかかり、可動板垂直方向（圧電定数ｄ３３）には伸びる（縮む）一方、可動板面方向（圧電定数ｄ３１）には縮む（伸びる）ように変形する。
【００２３】
したがって、当接後、可動板１を元の状態に復元させるため、可動板１と対向電極２間に印加している電圧をオフにすると、対向電極２に接触している圧電性薄膜４も対向電極４表面からずれるようにもとの状態に変形し、表面力による可動板１と対向電極３の吸着を抑制することができる。
【００２４】
ただし、圧電性薄膜４の分極処理時と同符号の電圧を可動板１と対向電極２間に印加した場合には、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）は可動板面方向（圧電定数ｄ３１）において通常収縮するように変形し、可動板１が静電力により対向電極２側に変形するのを阻害するように働く。しかし、非当接部においては、空隙層幅ｄａｉｒが「０」でなく、一方、圧電性薄膜４の誘電率εｐｉｅｚｏは数百以上で、εｐｉｅｚｏ／εａｉｒ≫１であるから、（２）式で表される圧電性薄膜４にかかる電界は非常に小さくなり、接触面付近以外の圧電性薄膜はほとんど歪まず、特に、可動板１の変形に寄与する可動板１の付根部（固定端部）にはほとんど影響がなくなる。
【００２５】
また、前述したように、圧電性薄膜４は比誘電率εが非常に大きい（数百）ため、通常保護膜（絶縁膜）として用いられるシリコン酸化膜（比誘電率４）やシリコン窒化膜（比誘電率６）を用いる場合よりも、実効空隙幅を小さくすることができ、近似的に次の（３）式で表される可動板１と対向電極２間の静電力Ｆｅを大きくすることになるため、低駆動電圧化がはかれる。絶縁耐圧も数百Ｖ／μｍあるので絶縁膜としても十分な耐性を有する。
【００２６】
【数３】
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【００２７】
なお、上記実施形態においては、導電性膜からなる可動板１と圧電性薄膜（保護膜）の２層構造としているが、より多層の膜から構成することもできる。例えば、単結晶シリコンやポリシリコン、窒化シリコンなどのヤング率の大きい主たる部材に膜の密着性を考慮して白金及び／又はチタン、銀、パラジウム、ニッケル等の金属電極膜を形成して可動板とし、そしてＰＺＴや酸化亜鉛などの圧電性薄膜を、スパッタリングやＣＶＤ、ゾル−ゲル法、レーザーアブレーション法などの薄膜成膜方法から、膜厚、可動板・金属電極の種類、必要な圧電特性等プロセスの整合性を考慮し選択して形成することができる。
【００２８】
また、本発明の静電アクチュエータは圧電膜自体で可動板を駆動しようというのではなく、あくまで吸着防止を目的としているため、圧電定数がＰＺＴほど大きくない酸化亜鉛などでも十分機能させることができる。
【００２９】
さらに、圧電性薄膜４は、図４或いは図５に示すように、パターニングして形成することもできる。図４に示す例は、可動板１の接合領域を除く領域に圧電性薄膜４を形成したものであり、電極２をスペーサ部材６を一体とする基板７に形成し、可動板１を基板５に形成して接合する場合の接合の自由度が向上する。また、図５に示す例は、可動板１が電極２に当接する領域内に圧電性薄膜４を形成したものである。ただし、上記実施形態のように圧電性薄膜を可動板の全面（変形可能領域全面）に形成することにより、製造工程が簡単になり、また吸着防止効果もより高まる。
【００３０】
さらにまた、図６に示すように、電極２の表面に保護膜（絶縁膜）８を形成することもできる。この対向電極２側に形成する保護膜９は圧電性を有している必要はなく、特に対向電極２が基板７に完全に固定され変形不可な場合には、対向電極２表面に圧電性薄膜４を形成しても、吸着防止という目的では効果的ではない。むしろ、吸着を効果的に抑制するという観点からは、対向電極２の保護膜８は、可動板１面の圧電性薄膜４とは異なる材料であることが好ましく、また可動板１と対向電極２の両方の表面に圧電性薄膜４を形成するのはプロセス的に難しいため、酸化シリコンや窒化シリコンなどの圧電材料以外の絶縁膜を保護膜８として用いるのが好ましい。
【００３１】
ここで、具体的に、可動板１をポリシリコン／シリコン酸化膜／チタン／白金の層構成とし、この白金層側に圧電性薄膜（保護膜）４としてＰＺＴ薄膜（比誘電率＝３００、圧電定数ｄ３１＝２０ｅ−１２ｍ／Ｖ）をスパッタリングで厚さ０．２μｍ形成し、空隙幅（ギャップ長）０．２μｍを介して表面に保護膜９として酸化シリコン膜を形成した電極２を配置した静電アクチュエータを作製し、湿度６０％の環境下で振動耐久試験（駆動電圧３０Ｖ）を行った。この結果、５Ｅ９回の振動耐久試験後においても対向電極２に吸着した可動板１は観察されず、また可動板１の破壊、保護膜４、９の絶縁破壊等の不良も発生しなかった。
【００３２】
これに対して、圧電性を示さないＰＺＴ膜を可動板に用いた場合、またポリシリコン／シリコン酸化膜の層構成からなる可動板を用いて同様の振動耐久試験をおこなった結果、５Ｅ９回の振動耐久試験後は前者は５０％以上、後者はほぼ１００％の割合で可動板１の電極表面への吸着が発生した。
【００３３】
このように、可動板及び／又は電極の少なくとも接触面（当接面）に圧電性薄膜を設けることによって、簡単な構成で、可動板が電極側に吸着することが防止され、低コストで、動作信頼性が高く、安定した動作が得らるアクチュエータを得ることができる。
【００３４】
次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドの第１実施形態について図７ないし図９を参照して説明する。なお、図７は同ヘッドの振動板長手方向に沿う断面説明図、図８は同ヘッドの振動板短手方向に沿う断面説明図、図９は同ヘッドのノズル板側からの透過平面説明図である。
【００３５】
このヘッドは、インク液滴を基板の面部に設けたノズル孔から吐出させるサイドシュータタイプの例を示すものであり、流路基板１１と、可動板である振動板１２と、電極基板１３と、ノズル板１４とを接合した積層構造となっており、これらによって、インク滴を吐出する複数のノズル孔１５が連通する吐出室１６、各吐出室１６に流体抵抗部１７を介してインクを供給する共通液室（共通インク室）１８などを形成している。なお、エッジシュータタイプとすることもできる。
【００３６】
流路基板１１は、シリコン基板からなり、吐出室１６を形成するための貫通部と、各々の吐出室１６にインクを供給するための共通液室１８を形成するための貫通部とを有する。この流路基板１１の厚さはインクの吐出効率の点から、１００μｍ以下の厚みに形成することが好ましい。また、シリコン基板を流路基板１１として用いることで、ドライエッチングやウェットエッチングで、異方的にも等方的にもエッチングするプロセスが確立されていて、様々な液室形状（流路形状）に容易に加工することができる。
【００３７】
この流路基板１１の上面に吐出室１６の壁面を形成する振動板１２を接合して、この振動板１２の上面には圧電性薄膜２４を形成している。
【００３８】
一方、電極基板１３は、シリコン基板に酸化膜を形成した部材、あるいはガラスなどの絶縁性部材からなり、絶縁性部分に凹部２１を形成し、この凹部２１の底面に振動板１２に所定のギャップ２２を置いて対向する電極２３を設け、これらの振動板１２と電極２３及び圧電性薄膜２４とで本発明に係る静電型アクチュエータを構成している。また、電極基板１３には共通液室１８に外部からインクを供給するための供給穴２５を形成している。
【００３９】
ノズル板１３は、例えば厚さ５０μｍのッケル基板を用い、吐出室１６と連通するようにそれぞれノズル孔１５を設け、また共通液室１８と吐出室１６とを連通する流体抵抗部１７となる溝部を形成している。
【００４０】
このように構成したこのヘッドにおいては、電極２３に発振回路２６により０Ｖから３０Ｖのパルス電位を印加し、電極２３の表面がプラスに帯電すると、パルス電位を印加していない振動板１２との間に静電気の吸引作用が働き、振動板１２は電極２３側へ撓み、振動板１２が電極２３表面に当接する。
【００４１】
このとき、インクが共通液室１８より流体抵抗部１７を通じて吐出室１６内へ供給される。その後、電極２３への電位を０Ｖに戻すことにより、電極１５と振動板１４との間で働いていた静電気力が０となり、撓んでいた振動板１２が自身の復元力で元の状態へ戻る時に吐出室１６内の圧力が急激に上昇し、ノズル孔１５よりインク液滴が吐出される。
【００４２】
このインクジェットヘッドにおいては、本発明に係る静電型アクチュエータの可動板（振動板）を変形させることでインク滴を吐出させるので、振動板が電極側に吸着して動作不良になることが防止され、インク滴吐出動作の信頼性が向上し、安定した滴吐出動作を行うことができる。
【００４３】
次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドの第２実施形態についてその製造工程とともに図１０ないし図１２を参照して説明する。なお、各図は可動板短手方向に沿う断面説明図である。
先ず、図１０（ａ）に示すように、表面に酸化膜５１が形成されている液室基板（流路基板）となるシリコン基板５０上に、可動板の主たる部材となるポリシリコン膜５２をＣＶＤで成膜した後、ポリシリコン膜５２表面を再び熱酸化して熱酸化膜５３を形成し、更に酸化膜５３表面に可動板を構成する電極及び密着層である白金／チタン層５４をスパッタリングにより形成する。
【００４４】
次いで、同図（ｂ）に示すように、ｓｏｌ−ｇｅｌ法によりＰＺＴ溶液をスピンコートした後、２００℃程度で乾燥し、ＲＴＡにより酸素雰囲気下で７００℃／１ｍｉｎのアニールしてＰＺＴ膜５５を形成する。このＰＺＴ膜５５の形成は１回のプロセスで０．２μｍ程度成膜でき、厚く形成したい場合にはこの作業を所望の厚さになるまで繰り返す。
【００４５】
一方、図１１に示すように、電極基板となるシリコン基板６０上に酸化膜６１を形成し、酸化膜６１に空隙部となる凹部６２を彫り込み、この凹部６２底面に白金／チタンからなる対向電極６３を形成して、電極基板を作製する。
【００４６】
そして、図１２（ａ）に示すように、シリコン基板６１をシリコン基板５０の可動板面側に接合した後、シリコン基板５０を１００μｍの厚さまで研磨した後、同図（ｂ）に示すように、シリコン基板５０の研磨した面に液室パターンをフォトレジストで形成した後、ＩＣＰ異方性ドライエッチングでエッチングして液室５６を形成する。この場合、シリコン基板５０とシリコン酸化膜５１のエッチング選択比が大きいためシリコン酸化膜５１でエッチングはストップする。
【００４７】
最後に、同図（ｃ）に示すように、ノズル孔７１が形成されたニッケルから作られたノズル板７２をシリコン基板５０に接合してヘッドを完成する。
【００４８】
次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドの第３実施形態について図１３及び図１４をも参照して説明する。
この実施形態では、駆動回路７６として、可動板１２と電極２３との間にインク滴吐出のための駆動パルスを印加する手段と、可動板（振動板）１２が対向電極２３に当接している状態で、図１４に示すような当接電圧Ｖａ以上の電圧の高周波パルスを可動板１２と対向電極２３間に印加する手段とを含む回路を備えている。
【００４９】
これにより、駆動回路７６から高周波パルスを可動板１２と対向電極２３との間に印加したときには、圧電性薄膜２４を数百ｋＨｚ以上の高周波数の振動発生源として機能させることができる。
【００５０】
したがって、例えば、長期間使用しなかったためにノズル内周辺部に乾燥して付着したインク構成材料や、シリコンなどの液室材料が弱アルカリ性であるインクに溶出して再び析出した異物を除去する場合、あるいは液室内に停留した気泡をノズルからインクを吸引しながら排出する場合に、同時に可動板１２を当接状態にして圧電性薄膜２４を高周波振動させることで、液室（吐出室６）内に振動を与えることができ、異物、気泡等の除去、排出を容易に行うことができる。
【００５１】
次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドの第４実施形態について図１５及び図１６をも参照して説明する。なお、図１５は同ヘッドの振動板長手方向に沿う断面説明図であり、図１６は同ヘッドの作用説明に供する断面説明図である。
【００５２】
この実施形態では、圧電性薄膜２４の撓み、歪み、又は振動によって発生する可動板１２と電極２３との間の電圧及び／又は電流を検出する電圧・電流検出手段８１と、可動板１２と電極２３との間にインク滴吐出のための駆動パルスを印加する手段及び駆動パルスの電圧値などのパラメータを所定の条件の下で電圧・電流検出手段８１の検出結果に応じて変化させる駆動パルス発生手段とを含む駆動回路８２とを備えている。
【００５３】
すなわち、圧電材料は応力Ｔ（Ｎ／ｍ２）が加わると、電界Ｅ（Ｖ／ｍ）＝圧電ｇ定数（Ｖｍ／Ｎ）×Ｔ（Ｎ／ｍ２）、また、分極Ｐ（Ｃ／ｍ２）＝圧電ｄ定数（Ｃ／Ｎ）×Ｔ（Ｎ／ｍ２）が発生する。そのため、圧電性保護膜（圧電性薄膜）２４の撓み・歪みによって発生する電圧・電流を可動板１２と対向電極２３間の電圧・電流として検出することにより、可動板１２の変形状態或いは内部応力を推測することができる。
【００５４】
そこで、先ず、通常、可動板１２と対向電極２３との間の空隙は、水滴、ちり等が侵入して可動板１２の変位の妨げになるのを防止するため、封止剤８０を用いて密封状態に保たれている。
【００５５】
この場合、空隙２２内の圧力Ｐｉｎと外気圧Ｐｏｕｔがほぼ等しいときには、図１６（ａ）に示すように可動板１２は撓まないが、高地等で大気圧が低くなると空隙２２中の圧力Ｐｉｎが相対的に高くなるので、同図（ｂ）に示すように可動板１２が対向電極２３とは反対側に撓んで可動板１２と対向電極２３の空隙２２幅（ギャップ長）が広がり、平地での駆動電圧では十分動作しない場合がある。
【００５６】
そこで、気圧変化による圧電性薄膜２４の撓みによって誘起される電位差から圧力差による可動板１２の撓み量を検出し、駆動電圧（駆動パルス）に反映させることにより大気圧の変化に対する調整が可能になり、高精度な動作を行うことができるようになる。
【００５７】
また、プロセス中の基板面内の温度ばらつき、また膜厚むらによって、可動板１２の内部応力がばらつく場合がある。薄膜である可動板１２に内部応力がある場合、膜の剛性は大きくなり、同じ電圧（静電力）を加えても可動板変位量が少なくなる。特に、ヘッドの高密度化により、可動板１２の厚さに対する可動板変位量の割合が大きくなると、内部応力の影響が無視できなくなる。
【００５８】
そこで、同様に膜応力によって圧電性薄膜（保護膜）２４に誘起される電位・電流を測定し、その結果をチップごと、あるいはビットごとで駆動電圧に反映することにより、製造ばらつきによる影響を補正して、高精度の動作を行うことができる。
【００５９】
さらに、静電型アクチュエータを液滴吐出ヘッド或いは後述するマイクロポンプなどの液体を扱うデバイスに用いる場合、液体の種類、また環境温度によっては液体の粘度が大きく異なるものがある。粘度が変化すると液体を輸送または吐出するのに必要な可動板復元力（静電力）、また液体の液室内での輸送・充填の周期も変化する。
【００６０】
そこで、液室内の圧力振動周期を圧電性薄膜２４の振動に伴う誘起電流・電位から測定することで液体の粘度を推定し、粘度に適合した駆動電圧・波形を選択することにより、安定した確実な動作を行うことができる。
【００６１】
次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドをインクタンクと一体にしたインクカートリッジ（インクタンク一体型ヘッド）について図１７を参照して説明する。
このインクカートリッジ１００は、ノズル孔１０１等を有する上記各実施形態のいずれかのインクジェットヘッド１０２と、このインクジェットヘッド１０２に対してインクを供給するインクタンク１０３とを一体化したものである。
【００６２】
このように本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドとインクタンクとを一体化することにより、安定した滴吐出特性を有し、信頼性の高い液滴吐出ヘッドを一体化したインクカートリッジ（インクタンク一体型ヘッド）が得られ、一体型ヘッドの低コスト化を図れる。
【００６３】
次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドを搭載したインクジェット記録装置の一例について図１８及び図１９を参照して説明する。なお、図１８は同記録装置の斜視説明図、図１９は同記録装置の機構部の側面説明図である。
【００６４】
このインクジェット記録装置は、記録装置本体１１１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載した本発明に係るインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部１１２等を収納し、装置本体１１１の下方部には前方側から多数枚の用紙１１３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）１１４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙１１３を手差しで給紙するための手差しトレイ１１５を開倒することができ、給紙カセット１１４或いは手差しトレイ１１５から給送される用紙１１３を取り込み、印字機構部１１２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ１１６に排紙する。
【００６５】
印字機構部１１２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド１２１と従ガイドロッド１２２とでキャリッジ１２３を主走査方向（図１９で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ１２３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドからなるヘッド１２４を複数のインク吐出口を主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。またキャリッジ１２３にはヘッド１２４に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ１２５を交換可能に装着している。なお、本発明に係るヘッド一体型ヘッド（インクカートリッジ）を搭載するようにすることもできる。
【００６６】
インクカートリッジ１２５は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッドへインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。
【００６７】
また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド１２４を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。
【００６８】
ここで、キャリッジ１２３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド１２１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド１２２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ１２３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１２７で回転駆動される駆動プーリ１２８と従動プーリ１２９との間にタイミングベルト１３０を張装し、このタイミングベルト１３０をキャリッジ１２３に固定しており、主走査モーター１２７の正逆回転によりキャリッジ１２３が往復駆動される。
【００６９】
一方、給紙カセット１１４にセットした用紙１１３をヘッド１２４の下方側に搬送するために、給紙カセット１１４から用紙１１３を分離給装する給紙ローラ１３１及びフリクションパッド１３２と、用紙１１３を案内するガイド部材１３３と、給紙された用紙１１３を反転させて搬送する搬送ローラ１３４と、この搬送ローラ１３４の周面に押し付けられる搬送コロ１３５及び搬送ローラ１３４からの用紙１１３の送り出し角度を規定する先端コロ１３６とを設けている。搬送ローラ１３４は副走査モータ１３７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【００７０】
そして、キャリッジ１２３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１３４から送り出された用紙１１３を記録ヘッド１２４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材１３９を設けている。この印写受け部材１３９の用紙搬送方向下流側には、用紙１１３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１４１、拍車１４２を設け、さらに用紙１１３を排紙トレイ１１６に送り出す排紙ローラ１４３及び拍車１４４と、排紙経路を形成するガイド部材１４５，１４６とを配設している。
【００７１】
記録時には、キャリッジ１２３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１２４を駆動することにより、停止している用紙１１３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙１１３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙１１３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙１１３を排紙する。この場合、ヘッド１２４を構成する本発明に係るインクジェットヘッドはインク滴噴射の制御性が向上し、特性変動が抑制されているので、安定して高い画像品質の画像を記録することができる。
【００７２】
また、キャリッジ１２３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド１２４の吐出不良を回復するための回復装置１４７を配置している。回復装置１４７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ１２３は印字待機中にはこの回復装置１４７側に移動されてキャッピング手段でヘッド１２４をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
【００７３】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド１２４の吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
【００７４】
このように、このインクジェット記録装置においては本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドを搭載しているので、安定した滴吐出動作を行うことができ、動作不良を生じることもなく、画像品質が向上した記録装置を低コストで得ることができる。
【００７５】
次に、本発明に係る静電型アクチュエータをマイクロデバイスとしてのマイクロポンプに適用した例ついて図２０を参照して説明する。なお、同図は同マイクロポンプの要部断面説明図である。
このマイクロポンプは、流路基板２０１と電極基板２０２とを重ねて接合した積層構造となっており、流路基板２０１には、流体が流れる流路２０３と、この流路２０３の壁面を形成する可動板（振動板）２０４を設け、この可動板２０４の外面側には圧電性薄膜２０５を形成している。電極基板２０２には、凹部２０６を形成し、この凹部２０６の底面に可動板２０４にギャップ２０７を介して対向する電極２０８を配置している。
【００７６】
このマイクロポンプの動作原理を説明すると、前述したインクジェットヘッドの場合と同様に、電極２０８にパルス電圧を印加することで、可動板２０４と電極２８との間で静電吸引力が生じて可動板２０４が電極２０７側に当接するまで変形し、当該可動板２０４が変形して容積が拡大した部分に流体が流れ込む。ここで、可動板２０４を図中右側から順次駆動する（変形させる）ことによって流路２０３内の流体は、矢印方向へ流れが生じ、流体の輸送が可能となる。
【００７７】
なお、この例では可動部分を複数設けた例を示したが、可動部分は１つでも良い。また、輸送効率を上げるために、可動部分間に１又は複数の弁、例えば逆止弁などを設けることもできる。
【００７８】
そして、このマイクロポンプでは、本発明に係る静電型アクチュエータを備え、可動板２０４の電極側表面に圧電性薄膜２０５を形成しているので、可動板２０４が電極２０８に吸着することが防止され、安定した液体輸送動作を行うことができる。
【００７９】
次に、本発明に係る静電型アクチュエータを適用したマイクロデバイスとしての光学デバイスの例について図２１を参照して説明する。なお、同図は同デバイスの概略構成図である。
この光学デバイスは、基板３０１上に隔壁部３０２を介して変形可能な可動板であるミラー３０３を設けるとともに、このミラー３０３に対向する電極３０４を設けている。そして、ミラー３０３の電極３０４側表面には圧電性薄膜３０５を形成している。なお、ミラー３０３の表面には反射率を増加させるため誘電体多層膜や金属膜を形成することが好ましい。
【００８０】
この光学デバイスの原理を説明すると、電極３０４に電圧を印加することで、当該電圧を印加された電極３０４に対応するミラー３０３の部分との間で静電吸引力が生じて、当該部分が電極３０４側に凹状に変形する。
【００８１】
したがって、光源３１０からの光がレンズ３１１を介してミラー３０３に照射した場合、ミラー３０３を駆動しないときには、光は入射角と同じ角度で反射するが、ミラー３０３を駆動した場合は駆動された部分が凹面ミラーとなるので反射光は散乱光となる。これにより光変調デバイスが実現できる。
【００８２】
そこで、この光学デバイスを応用した例を図２２をも参照して説明する。この例は、上述した光学デバイスを２次元に配列し、各ミラー３０３を独立して駆動するようにしたものである。なお、ここでは、４×４の配列を示しているが、これ以上配列することも可能である。
【００８３】
したがって、前述した図２１と同様に、光源３１０からの光はレンズ３１１を介してミラー３０１に照射され、ミラー３０３を駆動していないところに入射した光は、投影用レンズ３１２へ入射する。一方、ミラー３０３を凹状に変形させているところは、光は散乱し投影用レンズ３１２にほとんど入射しない。この投影用レンズ３１２に入射した光はスクリーン（図示しない）などに投影され、スクリーンに画像を表示することができる。
【００８４】
そして、この光学デバイスでは、本発明に係る静電型アクチュエータを備えているので、ミラー３０３が電極３０４に吸着することが防止され、安定した動作を行うことができる。
【００８５】
なお、上記実施形態においては、液滴吐出ヘッドとしてインクジェットヘッドに適用した例で説明したが、インクジェットヘッド以外の液滴吐出ヘッドとして、例えば、液体レジストを液滴として吐出する液滴吐出ヘッド、ＤＮＡの試料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドなどの他の液滴吐出ヘッドにも適用できる。また、静電型アクチュエータを備えるマイクロデバイスとしては、マイクロポンプ、光学デバイス（光変調デバイス）以外にも、マイクロスイッチ（マイクロリレー）、マルチ光学レンズのアクチュエータ（光スイッチ）、マイクロ流量計、圧力センサなどにも適用することができる。
【００８６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る静電型アクチュエータによれば、可動板及び／又は電極の少なくとも接触面に圧電性薄膜が設けられているので、可動板と電極との吸着が抑制されて、低コストで、動作信頼性が高く、安定した動作特性が得られる。
【００８７】
本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、本発明に係る静電型アクチュエータを備えているので、安定した滴吐出動作を行うことができ、信頼性が向上する。
【００８８】
本発明に係るインクジェット記録装置によれば、インク滴を吐出するインクジェットヘッドが本発明に係る液滴吐出ヘッドであるので、高画質記録を行うことができる。
【００８９】
本発明に係るマイクロデバイスによれば、本発明に係る静電型アクチュエータを備えているので、低コストで、動作信頼性が高く、安定した動作を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の静電型アクチュエータの第１実施形態を説明する断面説明図
【図２】
同アクチュエータの作用説明に供する断面説明図
【図３】
同アクチュエータの作用説明に供する図２の要部拡大説明図
【図４】
本発明の静電型アクチュエータの第２実施形態を説明する断面説明図
【図５】
本発明の静電型アクチュエータの第３実施形態を説明する断面説明図
【図６】
本発明の静電型アクチュエータの第４実施形態を説明する断面説明図
【図７】
本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドの第１実施形態を説明する可動板長手方向に沿う断面説明図
【図８】
同ヘッドの可動板短手方向に沿う断面説明図
【図９】
同ヘッドの透過平面説明図
【図１０】
同第２実施形態に係るインクジェットヘッドをその製造工程とともに説明する断面説明図
【図１１】
図１０に続く工程を説明する断面説明図
【図１２】
図１１に続く工程を説明する断面説明図
【図１３】
同第３実施形態に係るインクジェットヘッドの説明に供する説明図
【図１４】
同ヘッドの駆動回路の説明に供する説明図
【図１５】
同第４実施形態に係るインクジェットヘッドの説明に供する説明図
【図１６】
同ヘッドの作用説明に供する断面説明図
【図１７】
本発明に係る液滴吐出ヘッドを備えたインクタンク一体型ヘッドの説明に供する斜視説明図
【図１８】
本発明に係るインクジェット記録装置の一例を説明する斜視説明図
【図１９】
同記録装置の機構部の説明図
【図２０】
本発明に係る静電型アクチュエータを適用したマイクロポンプの例を説明する断面説明図
【図２１】
本発明に係る静電型アクチュエータを適用した光学デバイスの例を説明する断面説明図
【図２２】
同光学デバイスを用いた光変調デバイスの一例を説明する斜視説明図
【符号の説明】
１…可動板、２…ギャップ（空隙）、３…電極、４…圧電性薄膜（圧電性保護膜）、１１…流路基板、１２…可動板、１３…電極基板、１４…ノズル板、１５…ノズル孔、１６…吐出室、１７…流体抵抗部、１８…共通液室、２２…ギャップ、２３…電極、２４…圧電性保護膜、１００…タンク一体型ヘッド（インクカートリッジ）、１２４…インクジェットヘッド、２０１…流路基板、２０２…電極基板、２０３…流路、２０４…可動板、２０５…圧電性薄膜、２０８…電極、３０３…ミラー、３０４…電極、３０５…圧電性薄膜。
【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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【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】
2004001110.tif 000021
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
2004001110.tif 000025
【図２１】
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【図２２】
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