(57)【要約】【課題】大きな機械的駆動力が得られる無鉛アクチュエータがない。【解決手段】振動板１１上に、無機材料は陽イオン性、負イオン性の材料、または陽極性、負極性の分子団、或いは、電気陰性度の異なるイオン元素、または原子団を含ませて結晶化させて、電界を与え配向分極、イオン分極、電子分極させて無機エレクトレット層１２とし、この無機エレクトレット層１２を複層設けて層間に電極１３を設け、電極１３、１３間に駆動波形を印加することによって機械的変位を生起させる。【選択図】  図１
2004255605.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変形可能な部材に無機エレクトレット層を複層設け、層間に電極を設けたことを特徴とする多層エレクトレットアクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載の多層エレクトレットアクチュエータにおいて、前記無機エレクトレット層は無機材料を配向分極、イオン分極、電子分極させたエレクトレット層であることを特徴とする多層エレクトレットアクチュエータ
【請求項３】
請求項２に記載の多層エレクトレットアクチュエータにおいて、前記無機材料が強誘電体、誘電体、又は固体電解質材料を含むことを特徴とする多層エレクトレットアクチュエータ。
【請求項４】
請求項３に記載の多層エレクトレットアクチュエータにおいて、前記無機材料に目的金属イオンが選択的に打ち込まれて組成化されていることを特徴とする多層エレクトレットアクチュエータ。
【請求項５】
請求項２ないし４のいずれかに記載の多層エレクトレットアクチュエータにおいて、前記無機材料が金属酸化物又はアルカリ土類金属酸化物を含むことを特徴とする多層エレクトレットアクチュエータ。
【請求項６】
請求項２ないし５のいずれかに記載の多層エレクトレットアクチュエータにおいて、前記無機材料が遷移金属酸化物を含む複合酸化物であることを特徴とする多層エレクトレットアクチュエータ。
【請求項７】
変形可能な部材に異種の無機エレクトレット層を複層設け、層間に電極を設けたことを特徴とする多層エレクトレットアクチュエータ。
【請求項８】
変形可能な部材に無機エレクトレット層を複層設け、この複層中にはエレクトレット配向、分極の極性が反転した層を含むことを特徴とする多層エレクトレットアクチュエータ。
【請求項９】
変形可能な部材に無機エレクトレット層を複層設け、層間に電極を設けたアクチュエータ部と、このアクチュエータ部の電極に対する駆動波形を印加する駆動手段とを備えていることを特徴とする多層エレクトレットアクチュエータ。
【請求項１０】
液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドにおいて、前記液滴を吐出させる圧力を発生させるアクチュエータが請求項１ないし８のいずれかに記載の多層エレクトレット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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は多層エレクトレットアクチュエータ及びその駆動装置、液滴吐出ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットヘッドなどの液滴吐出ヘッド、マイクロポンプ、マイクロ光変調デバイス、光スイッチなどの光学デバイス、マイクロスイッチ（マイクロリレー）、マイクロ流量計、圧力センサ、マイクロモータなどの各種マイクロデバイスにおいては、マイクロアクチュエータが用いられる。
【０００３】
例えば、プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の画像記録装置（画像形成装置）として用いるインクジェット記録装置に使用するインクジェットヘッドでは、インク流路内のインクを加圧するエネルギーを発生するアクチュエータ手段として振動板を変形させる圧電素子などの圧電型アクチュエータや静電型アクチュエータが用いられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、機械的駆動を行うことができるアクチュエータとしては、上述したようなＰＺＴを主体とする圧電型アクチュエータや静電力を用いる静電型アクチュエータがあるが、前者の圧電型アクチュエータは鉛を含むＰＺＴが主体であり、また後者の静電型アクチュエータは発生できる駆動力がさほど大きくないという課題がある。
【０００５】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、新規な多層エレクトレットアクチュエータ及びその駆動装置、同アクチュエータを含む液滴吐出ヘッドを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係る多層エレクトレットアクチュエータは、変形可能な部材に無機エレクトレット層を複層設け、層間に電極を設けた構成とした。
【０００７】
ここで、無機エレクトレット層は無機材料を配向分極、イオン分極、電子分極させたエレクトレット層であることが好ましい。この場合、無機材料が強誘電体、誘電体、又は固体電解質材料を含むことが好ましく、無機材料に目的金属イオンが選択的に打ち込まれて組成化されていることが好ましい。または、無機材料が金属酸化物又はアルカリ土類金属酸化物を含むことが好ましい。あるいは、無機材料が遷移金属酸化物を含む複合酸化物であることが好ましい。
【０００８】
本発明に係る多層エレクトレットアクチュエータは、変形可能な部材に異種の無機エレクトレット層を複層設け、層間に電極を設けた構成とした。
【０００９】
本発明に係る多層エレクトレットアクチュエータは、変形可能な部材に無機エレクトレット層を複層設け、複層中にエレクトレット配向、分極の極性が反転した層を含む構成とした。
【００１０】
本発明に係る多層エレクトレットアクチュエータの駆動装置は、変形可能な部材に無機エレクトレット層を複層設け、層間に電極を設けたアクチュエータ部と、このアクチュエータ部の電極に対する駆動波形を印加する駆動手段とを備えている構成とした。
【００１１】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出させる圧力を発生させるアクチュエータが本発明に係るいずれかの多層エレクトレットアクチュエータである構成とした。
【００１２】
【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。
先ず、図１を参照して本発明に係る多層エレクトレットアクチュエータを含む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実施形態について説明する。なお、同図は同ヘッドの要部断面説明図である。
【００１３】
このインクジェットヘッドは、本発明に係る多層エレクトレットアクチュエータ１と、隔壁部材２と、ノズル部材３とを接合して、ノズル部材３に形成したインク滴を吐出させるためのノズル４に連通する圧力室５を形成している。
【００１４】
そして、多層エレクトレットアクチュエータ１を駆動することによって圧力室５内のインクを加圧することによってノズル４からインク滴（液滴）６を吐出させることができる。
【００１５】
ここで、多層エレクトレットアクチュエータ１は、圧力室５の壁面を形成する変形可能な部材である振動板１１に無機エレクトレット層（無機材料エレクトレット）１２、１２を二層構造で積層し、振動板１１をメタル系材料で形成することで電極部材を兼ねさせ、また無機エレクトレット層１２、１２間及び最上層の無機エレクトレット層１２の表面に電極１３を形成することで、無機エレクトレット層１２、１２の両面に電極（振動板）１１，１３、１３を形成したものである。
【００１６】
この実施形態では、無機エレクトレット層１２及び電極１３の幅を圧力室５の幅よりも狭く形成している。また、振動板１１が電極を兼ねているが、振動板１１自体は絶縁性部材で形成し、この振動板１１上に電極を形成することもできる。
【００１７】
それぞれの無機エレクトレット層１２は無機材料を配向分極、イオン分極、電子分極させたものである。
【００１８】
無機材料は陽イオン性、負イオン性の材料、または陽極性、負極性の分子団、或いは、電気陰性度の異なるイオン元素、または原子団を含ませて結晶化させて、電界を与え配向分極、イオン分極、電子分極させて無機エレクトレット層を構成する。この無機エレクトレット層の両面の電極間に矩形波、あるいは交番電圧を印加することで、全体としてモノモルフ振動或いはモノモルフ機械的駆動が生起する。
【００１９】
このような無機エレクトレット層の製造工程の一例について図２及び図３を参照して説明する。
先ず、図２に示すように、例えば、コーデライトの２ＭｇＯ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ２複合酸化物の微粉末（平均粒径０．５〜３μｍ）に微粉末（平均粒径０．５〜３μｍ）のＬａ２Ｏ３を０．５〜１ｗｔ％混合した材料２２を、ベルト２３上に供給してプレスローラ２４で加圧、層厚規制をしながら厚み５０μｍのグリーンシート２１を形成し、このグリーンシート２１上にカバーシート２５を供給して加圧ローラ２６で加圧することで、図３（ａ）に示すようなグリーンシート部材を得る。
【００２０】
そして、図３（ｂ）に示すようにグリーンシート２１に脱水処理を施し、同図（ｂ）に示すように４００〜５００℃で一次焼成を行い、更に同図（ｄ）に示すように、８５０〜１２００℃で焼成させると、高剛性（８０００〜１５０００ｋｇ／ｍｍ２）の結晶歪みの大きな材料３１が得られる。この材料３１は結晶性と非晶体の混合組成である。
【００２１】
その後、同図（ｅ）に示すように材料３１の両面に金属電極３２、３３を付け、同図（ｆ）に示すように大気中で、４５０℃雰囲気に置き、電極３２、３３間にＤＣ３００Ｖを印加させ、１時間保持した後、同（ｇ）に示すようにＤＣ３００Ｖ電界印加のまま除冷させ室温になるまで放置する。これにより、同図（ｈ）に示すように、配向、分極が生じて、結晶体部分は大きく歪みを保持したまま維持され、内部分極が大きい状態で無機エレクトレット化した無機エレクトレット層２０が得られる。
【００２２】
ここで、この無機エレクトレットを用いたデバイスの基本構成は、上述したように、例えば変形可能部材（以下、「振動板」ともいう。）を、導電材料、或いは絶縁材料の表面に電極材料をコーテイングしたもので形成して、この振動板を下電極３２とし、この下電極３３に上記無機材料のペーストやゾル・ゲルをスクリーン印刷、或いはメタルマスク印刷し、焼結条件で無機酸化物を形成する。そして、メタルマスク印刷時あるいは、乾式や湿式のエッチングで目的素子に分割した後又は前に、上電極３３を金属ペーストの印刷で形成、焼結する。この下、上電極３２、３３に電圧印加と加熱を同時に行って、無機エレクトレット化する。
【００２３】
このように、無機材料を配向分極、イオン分極、電子分極させたエレクトレット層を含むことで、無鉛の機械的強度の大きな新規なアクチュエータを得ることができる。
【００２４】
ここで、無機材料には、強誘電体、誘電体、または固体電解質材料を含む、さらに、これらの粒子配向セラミックスを包含するものである。具体的な材料としては、ＺｒＴｉＯ４−ＳｎＯ２ＴｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３−ＮｉＯ、Ｚｎ２ＴｉＯ２、ＺｎＮｉＴｉＯ４、ＺｎＦｅ２Ｏ４、Ｋ２ＯＡｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２、ＣａＯＡｌ２Ｏ３、ＢａＴｉＯ３、Ａｌ２Ｏ３ＴｉＯ２、ＭｇＯＡｌ２Ｏ３等多くの分極性無機材料がある。
【００２５】
また、遷移金属系の添加により、多価原子団によるイオン化、配向分極化が可能である。結晶構造としてはスピネル構造、ぺロブスカイト構造や焼結体の部分的に結晶化し、立方体、長方体、斜方体、菱面体等が存在する。
【００２６】
焼結温度は材料の組み合わせと組成比や、原材料の出発材料、さらに材料の粒子依存性による。２００℃〜１２００℃程度であるが、通常は３００℃〜６００℃で良い結果が得られる。吸湿性や印加電圧による強電界による分極反転が起き機能劣化が発生するが、本例の雰囲気制御条件では、材料の脱水性、高酸化物状態であり、また表面電極金属膜保護により、信頼性、寿命は満足される。
【００２７】
工程としては、これらの結晶の一部に歪みを形成させることが必要であるが、膜厚１μｍ〜３００μｍ１μｍで、３００℃〜４００℃の加熱温度で、印加電圧はＤＣ５０Ｖ〜５００Ｖで十分である。
【００２８】
また、粒子配向セラミックスとは焼結させたイオン性の異方性微粉末を一次焼結させ、さらに高温の加圧方向性を持たせ、二次加圧焼結結晶化させると、配向性セラミックスが得られ分極した状態になる。
【００２９】
ここでも、この無機エレクトレットを用いたデバイスの基本構成は、例えば振動板を導電材料、或いは絶縁材料の表面に電極材料をコーテイングたもので形成して、これを下電極とし、この下電極に上記無機材料のペーストやゾル・ゲルをスクリーン印刷、或いはメタルマスク印刷し、焼結条件で無機酸化物を形成する。そして、メタルマスク印刷時あるいは、乾式や湿式のエッチングで目的素子に分割した後、次に、上電極を金属ペーストの印刷で形成、焼結する。この上下電極に電圧印加と加熱を同時に行って、無機エレクトレット化する。
【００３０】
このように、無機材料が強誘電体、誘電体、又は固体電解質材料を含むことで、これらの材料は材料自体がダイポールモーメントを持ち分極配向性があるので、大きな変位量が得られる。
【００３１】
また、無機材料に目的金属イオンをイオン打ち込み装置で選択的に打ち込み組成化することもできる。
【００３２】
一般的には、有機材料では、コロナ放電によるものが多い。有機樹脂材料についてはフッソ樹脂系を始めナイロン（登録商標）１１等、雑多のブレンド樹脂の表面に、電子打ち込みやイオン打ち込みにより結晶構造に欠陥発生を誘起させ、歪みを形成してイオン分極や電荷分極を行っている。
【００３３】
これに対して、無機材料ではシリコンウエハの表面熱酸化膜ＳｉＯ２（結晶性酸化シリコン膜）に電子線を照射し、格子欠陥を発生させ、電荷トラップ層を形成して、エレクトレット層を作成することができる。しかしながら、無機材料では電子打ち込みによる結晶歪みは小さく、効果が殆ど無い。
【００３４】
そこで、ここでは、減圧中で金属イオンを打ち込むようにしている。このようなエレクトレット層の製作工程について図４を参照して説明する。
先ず、同図（ａ）に示すような複合酸化物４１に、同図（ｂ）に示すようにＢ、Ｓｂ、Ｐ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｗ、Ｍｎなどの加速イオンを打ち込むと、同図（ｃ）に示すように複合酸化物４１の表面から１００〜３０００Å程度までイオンが入るが、ここでは、金属は混在する状態でイオン化していない結晶歪みのみである。
【００３５】
さらに、同図（ｄ）に示すように、焼結拡散処理（加熱拡散処理）を行うことで、金属イオンは０．５〜１０μｍに達しイオン化する。これにより、結晶歪みとイオン効果の相効果が発揮できる。そして、同図（ｅ）に示すように電極３２，３３を付してエレクトレット化を行ってエレクトレット層２０を形成する。この場合、イオン分極と電荷分極、配向分極は大きいものが得られる。
【００３６】
このように、無機材料に目的金属イオンが選択的に打ち込まれて組成化されている構成とすることで、結晶歪みの増大と導入多価イオンの組成化でイオン配向と分極が大きくなる。
【００３７】
また、無機材料として、金属酸化物（ＴｉＯ２、ＮｉＯ、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＭｎＯ２、Ｃｏ２Ｏ３／ＣｏＯ、Ｓｎ２Ｏ３／ＳｎＯ、ＺｎＯ等）やアルカリ土類元素化合酸化物（ＢａＯ、Ｋ２Ｏ、ＣａＯ、ＭｇＯ等）と強誘電体、誘電体、または固体電解質材料を含むＺｒＴｉＯ４−ＳｎＯ２ＴｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３−ＮｉＯ、Ｚｎ２ＴｉＯ２、さらにＺｎＮｉＴｉＯ４、ＺｎＦｅ２Ｏ４、Ｋ２ＯＡｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２、ＣａＯＡｌ２Ｏ３、ＢａＴｉＯ３、Ａｌ２Ｏ３ＴｉＯ２、ＭｇＯＡｌ２Ｏ３等などの分極性無機材料の混合組成としたものを用いることができる。
【００３８】
特に、アルカリ土類元素の化合物は、その元素イオン団が陽イオンとして、他の無機材料が負イオンとして働き、その結晶性も大きく、イオン配向性が高い材料である。複合酸化物焼成時の酸化還元雰囲気制御で、イオン性の大きな材料が得られる。
【００３９】
この形態の概念を図５に示している。同図の例はイオン団の陰性度による分極の例であり、配向、分極が容易に起こる。実際は、Ｍｇ２Ａｌ２Ｏ４やＫ２ＳｉＯ３、ＢａＦｅ２Ｏ４等の複合塩の物質が高温と電界で分極する。
【００４０】
このように、無機材料が金属酸化物又はアルカリ土類金属酸化物を含む構成とすることで、イオン、電荷分極を大きくすることができる。
【００４１】
さらに、ＺｒＴｉＯ４−ＳｎＯ２ＴｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３−ＮｉＯ、Ｚｎ２ＴｉＯ２、さらにＺｎＮｉＴｉＯ４、ＺｎＦｅ２Ｏ４、Ｋ２ＯＡｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２、ＣａＯＡｌ２Ｏ３、ＢａＴｉＯ３、Ａｌ２Ｏ３ＴｉＯ２、ＭｇＯＡｌ２Ｏ３等などの分極性無機材料と、非金属元素のＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、Ｓｂ２Ｏ５、Ｂｉ２Ｏ３）の混合材料に、さらに遷移元素酸化物である（Ｖ２Ｏ５、Ｃｒ２Ｏ３、ＣｕＯ、Ｙ２Ｏ３、Ｚｒ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ３、Ｍｏ２Ｏ３、ＰＤ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３等を混成させた複合酸化物を用いることができ、この遷移元素を含む複合酸化物の焼成状態と雰囲気により、原子価制御が容易である。これは結晶歪みの大きさを結果として制御することができる。
【００４２】
この形態の概念図を図６に示している。無機誘電体、多価非金属元素、遷移元素の混合酸化物は、焼成雰囲気、特に、多価原子と遷移元素は第２イオン化電位も低いことから、容易にイオン化し、加熱と電界でイオン分極、配向分極が生じる。
【００４３】
このように、無機材料が遷移金属酸化物を含む複合酸化物である構成とすることで、多価元素の持つ、結晶体の中で未結合イオンが保持でき、大きなイオン分極が得られる。
【００４４】
次に、無機エレクトレット層における無機材料の成膜について説明する。
例えば、気相成長法を用いることができる。この場合には、プラズマＣＶＤ装置を用いて、例えば図７に示すように、無機材料の昇華性の高い有機金属、塩化物を減圧、加熱により下地電極を構成する基板５１を保持したチャンバー内５２に導入し、プラズマや酸化反応ガスと接触させ、気相成長させる。なお、同図中、５３はノズル、５４はアノード、５５はカソード、５６はモータ、５７はヒータ、５８は摺動接点である。また、平行平板電極型プラズマＣＶＤ装置の概略を図８に示している。
【００４５】
また、蒸着法を用いることができる。この場合には、目的の無機材料や金属を加熱昇華させ、酸化性ガスをチャンバー内に導入し、蒸着法成膜で膜を形成する。
さらに、スパッタ法で金属材料はＤＣ電源とスパッタガス（Ａｒ，Ｈｅ，Ｎ２のどれかとさらにＯ２添加）による放電スパッタで行ない、導電性が無い無機材料は高周波電源を用いて同様のスパッタガスでＲＦスパッタを行なうことができる。
【００４６】
ＣＶＤ装置やスパッタ装置は、薄膜形成に適しており、その膜成長１０〜３００Å／分程度である。また、基板加熱により結晶成長させながら成膜することが容易にできる。
【００４７】
これらのいずれかの方法を用いて成膜するとき、目的に合わせて、１層或いは多層成膜し、成膜時に基板加熱と反応ガスを導入し、プラズマ反応による酸化物や、チッ化物を形成させ、結晶性や非晶性を制御する。
【００４８】
この場合、形成される薄膜は平坦であるので、次に上電極を蒸着法やホトリソ法で形成し、加熱と電界により、無機エレクトレット層とする。
【００４９】
また、薄膜で分極効果が大きいことからアクチエータとして、マルチ化で各素子化するとき、上電極の個別化のみで、素子分割せずとも各素子間の相互干渉は小さく、従来の分割工程は不要であり、微細分割が可能である。
【００５０】
このように、無機材料を気相成長法又は蒸着法製膜で基板上に１層又は多層成膜し、成膜時に基板加熱と反応ガスを導入して、酸化物又はチッ化物を形成して結晶性又は非晶性を制御してエレクトレット層を形成することで、結晶性や非晶性を容易に制御することができる。
【００５１】
次に、図９を参照して本発明に係る多層エレクトレットアクチュエータを含む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実施形態について説明する。なお、同図は同ヘッドの要部断面説明図である。
この実施形態では、駆動電極となる電極１３の幅（領域）を圧力室５の幅よりも小さくすることで、多層エレクトレットアクチュエータ１の駆動領域（部分）を電極１３で制約している。すなわち、電極１３を形成した領域が振動領域となる。
【００５２】
このように構成した場合、相互干渉が小さくなるとともに、無機エレクトレット層１２を各チャンネル毎に分割しないでも、各圧力室５に対応した独立の電極１３を設けることによって容易にマルチ駆動素子を得ることができる。
【００５３】
次に、図１０を参照して本発明に係る多層エレクトレットアクチュエータを含む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実施形態について説明する。なお、同図は同ヘッドの要部断面説明図である。
このインクジェットヘッドは、本発明に係る多層エレクトレットアクチュエータ６１と、隔壁部材２と、ノズル部材３とを接合して、ノズル部材３に形成したインク滴を吐出させるためのノズル４に連通する圧力室５を形成している。
【００５４】
そして、多層エレクトレットアクチュエータ６１を駆動することによって圧力室５内のインクを加圧することによってノズル４からインク滴（液滴）６を吐出させることができる。
【００５５】
ここで、多層エレクトレットアクチュエータ６１は、圧力室５の壁面を形成する変形可能な部材である振動板１１に無機エレクトレット層（無機材料エレクトレット）１２をｎ層（ｎ＞２、ここではｎ＝６層で例示している。）積層した構造で、振動板１１をメタル系材料で形成することで電極部材を兼ねさせ、また無機エレクトレット層１２、１２間及び最上層の無機エレクトレット層１２の表面に電極１３を形成することで、無機エレクトレット層１２、１２の両面に電極（振動板）１１、１３、１３を形成したものである。なお、その他の構成は前記第１実施形態と同様である。
【００５６】
この実施形態の多層エレクトレットアクチュエータ６１は、第１、第２実施形態の多層エレクトレットアクチュエータ１がバイモルフ的駆動を行うものに対し、積層数が多くなることで、剛性が高くなり、共振周波数が大きくなって、高周波駆動が可能で、大きな駆動力が得られる。
【００５７】
この多層エレクトレットアクチュエータ６１の製造工程は前記第１実施形態で説明したと同様である。つまり、第１実施形態で説明した工法で、同一の無機材料エレクトレット層を多層とするもので、製法は振動板上に一般的な無機材料のゾルゲルや一次焼成材料の薄膜スクリーン印刷法でパターン化し、焼成結晶化させる。また、公知である薄膜グリーンシートの積層と焼成結晶化や、ＣＶＤ等、真空空間で結晶成長と積層をドライ法で作製することができる。
【００５８】
特に、ドライ式の減圧蒸着法は、以下に示すパラメータがあり、無機エレクトレット材料製膜要因の選択と条件で結晶と非晶質の割合が制御できる。すなわち、サブストレイト加熱温度や、ＲＦ（高周波）プラズマにバイアスを印加させ、イオン種選択や基板へのイオン種打ち込みで接合と衝撃マイグレーションでの結晶化度の制御と剛性向上が相乗し、固有振動数も高く、高周波駆動が可能になる。これは、特に、高粘度インクやアクチエータの駆動変位量を大きくし、高周波駆動を必要とする場合有効である。
【００５９】
次に、図１１を参照して本発明に係る多層エレクトレットアクチュエータを含む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実施形態について説明する。なお、同図は同ヘッドの要部断面説明図である。
【００６０】
この実施形態は、上記第３実施形態において、第２実施形態と同様に電極１３の幅（領域）を圧力室５の幅よりも小さくすることで、多層エレクトレットアクチュエータ６１の駆動領域（部分）を電極１３で制約している。すなわち、電極１３を形成した領域が振動領域となる。これにより、前記第２、第３実施形態の作用効果が得られる。
【００６１】
次に、図１２を参照して本発明に係る多層エレクトレットアクチュエータの駆動装置を含む画像形成装置の実施形態について説明する。なお、同図は同ヘッドの要部断面説明図である。
この画像形成装置では、アクチュエータ部である多層エレクトレットアクチュエータ６１の電極を兼ねる振動板１１及び各電極１３にデューティ、駆動電圧、パルス幅などの駆動パラメータを調整可能な駆動波形を印加する駆動手段７１を備えている。
【００６２】
すなわち、マルチノズルのインクジェットヘッドを構成した場合、各チャンネル毎の画素サイズが異なる場合は、インク噴射の液滴量を調整する必要がある。この場合、駆動波形（駆動パルス）のデューティ等を調整又は変化させることによってインク滴量を変化させることができる。
【００６３】
そこで、アクチュエータ部に本発明に係る多層エレクトレットアクチュエータ６１を用いることによって、制御範囲が大きくなり、各アクチエータ部の駆動電極に対する駆動パルスの極性の正負を必要に応じて変化させたり、駆動する層数を増減したり、あるいは、駆動波形のデューティを変化させたり、駆動電圧を変化させることによって、各アクチュエータ部の駆動変位を調整する。
【００６４】
これにより、インク滴の大小を制御して画素ドットサイズを変化させることができるので、各チャンネル間での滴バラツキを低減し、あるいは、ドットサイズを変化させて階調を表現することができるようになる。
【００６５】
例えば、図１２において、３層の電極１３について上層、中層、下層の電極１３をそれぞれ電極ＥＬ１、電極ＥＬ２、電極ＥＬ３、振動板１１を電極ＥＬ４として、各電極ＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ３、ＥＬ４に対する駆動波形として、例えば図１３に示すようなパターン▲１▼〜▲６▼のように変化させた場合、図１４に示すように多層エレクトレットアクチュエータ６１の変位量は各パターン▲１▼〜▲６▼に応じて変化する。
【００６６】
ここで、駆動波形の電位（絶対値）をＶｈ、Ｖｍ、Ｖｌ（Ｖｈ＞Ｖｍ＞Ｖｌ）として、パターン▲１▼は各電極ＥＬ１＝＋Ｖｈ、ＥＬ２＝＋Ｖｍ、ＥＬ３＝＋Ｖｌ、ＥＬ４＝０とした例、パターン▲２▼は各電極ＥＬ１＝−Ｖｈ、ＥＬ２＝−Ｖｍ、ＥＬ３＝−Ｖｌ、ＥＬ４＝０とした例、パターン▲３▼は各電極ＥＬ１＝−Ｖｍ、ＥＬ２＝−Ｖｌ、ＥＬ３＝０、ＥＬ４＝＋Ｖｌとした例、パターン▲４▼は各電極ＥＬ１＝＋Ｖｌ、ＥＬ２＝０、ＥＬ３＝＋Ｖｌ、ＥＬ４＝０とした例、パターン▲５▼は各電極ＥＬ１＝０、ＥＬ２＝＋Ｖｌ、ＥＬ３＝０、ＥＬ４＝＋Ｖｌとした例、パターン▲６▼は各電極ＥＬ１＝＋Ｖｈ、ＥＬ２＝＋Ｖｍ、ＥＬ３＝＋Ｖｌ、ＥＬ４＝０とし、かつ、パルス幅Ｐｗをパターン▲１▼〜▲５▼に比べて２倍にした例である。
【００６７】
これにより、パターン▲１▼はプル・プッシュ、同▲２▼はプッシュ、同▲３▼はプッシュ、同▲４▼はプル・プッシュ、同▲５▼はプッシュ、同▲６▼はプル・プッシュ、でそれぞれ駆動され、パターン▲１▼〜▲３▼では略同じ変位量を得られ、
【００６８】
次に、図１５を参照して本発明に係る多層エレクトレットアクチュエータを含む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５実施形態について説明する。なお、同図は同ヘッドの要部断面説明図である。
【００６９】
この実施形態の多層エレクトレットアクチュエータ８１は、振動板１１上に異種無機材料の無機エレクトレット層１５、１６を積層形成し、また駆動領域は電極１３の幅で規定するようにしている。
【００７０】
この場合、このように異種無機材料エレクトレット層を２層とし、２層の異種材料の歪み率を変える、例えば、歪み量の大きい材料と歪み量の小さい材料を組み合わせることで、その変位量が大きく、目的とする変位量を調整することできる。また、剛性の異なる材料を２層にし、隣接チャンネル間の障壁層（隔壁部）側の歪み材料の剛性を小さくすることで、駆動変位の隣接チャンネルへの相互干渉を小さくすることができる。
【００７１】
ここでは、隔壁部材２の無機エレクトレット層１５として剛性の小さいものを、無機エレクトレット層１６として剛性の大きなものを積層することにより、駆動時の振動が減衰して相互干渉が小さくなるようにしている。
【００７２】
次に、図１６を参照して本発明に係る多層エレクトレットアクチュエータを含む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６実施形態について説明する。なお、同図は同ヘッドの要部断面説明図である。
この実施形態では、多層エレクトレットアクチュエータ９１を構成する無機エレクトレット層９２〜９５として、エレクトレット材料を異ならせたり、エレクトレット配向や分極の極性をすべて順方向でなく一部を逆方向にしている。ここでは、無機エレクトレット層９２、９５を順方向、無機エレクトレット層９３、９４を逆方向にしている。
【００７３】
このように複層の無機エレクトレット層中にエレクトレット配向や分極の極性が異なる層を含ませることによって、駆動時のパルスパターンと整合させることでインク滴の制御を行うことができ、インク滴量の適正化を図れる。
【００７４】
上述したような多層エレクトレットアクチュエータを用いたマルチノズルインクジェットヘッドの異なる例を図１７及び図１８に示している。図１７は第１実施形態でマルチ化した例、図１８は第２実施形態でマルチ化した例である。なお、インクに限らず、液体を吐出する液滴吐出ヘッドに適用することができる。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る多層エレクトレットアクチュエータは、無機エレクトレット層を複層設け、層間に電極を設けた構造としたので、無鉛の大きな駆動変位が得られるアクチュエータを得ることができる。そして、本発明に係る多層エレクトレットアクチュエータを用いた液滴吐出ヘッドを構成することによって滴吐出特性に優れた液滴吐出ヘッドが得られる。また、本発明に係る多層エレクトレットアクチュエータの駆動装置を構成することで、駆動力の調整を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る多層エレクトレットアクチュエータを含む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実施形態の要部断面説明図
【図２】同多層エレクトレットアクチュエータの無機エレクトレット層の製造工程の一例の説明に供する説明図
【図３】図２に続く工程を説明する断面説明図
【図４】同じく無機エレクトレット層の他の製造工程の説明に供する断面説明図
【図５】同じく他の無機エレクトレット層の説明に供する概念図
【図６】同じく更に他の無機エレクトレット層の説明に供する概念図
【図７】同じく無機エレクトレット層の更に他の製造工程の説明に供するＣＶＤ装置の概略説明図
【図８】同じくＣＶＤ装置の他の例の概略説明図
【図９】同じくインクジェットヘッドの第２実施形態の要部断面説明図
【図１０】同じくインクジェットヘッドの第３実施形態の要部断面説明図
【図１１】同じくインクジェットヘッドの第４実施形態の要部断面説明図
【図１２】本発明に係る多層エレクトレットアクチュエータの駆動装置の実施形態の説明に供する説明図
【図１３】多層エレクトレットアクチュエータの電極に対する駆動波形の異なる例を説明する説明図
【図１４】図１３の各パターンにおける変位量の説明に供する説明図
【図１５】同じくインクジェットヘッドの第５実施形態の要部断面説明図
【図１６】同じくインクジェットヘッドの第６実施形態の要部断面説明図
【図１７】マルチノズルヘッドの一例を説明する説明図
【図１８】マルチノズルヘッドの他の例を説明する説明図
【符号の説明】
１、６１、８１、９１…多層エレクトレットアクチュエータ、２…隔壁部材、３…ノズル板、４…ノズル、１１…振動板、１２…無機エレクトレット層、１５、１６、９２〜９５、１３…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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【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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【図１７】
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【図１８】
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