(57)【要約】【課題】  積層膜に反りが生じないようにすることにより、アクチュエータの耐久性等が低下するのを防止する。【解決手段】  空隙４３をもって一対の電極４１，４２を対向配置し、その一方の電極４１を他方の電極４２側に変位可能な可変電極にし、電極４１，４２間に電位差を与えることにより電極４１を変位させて電極４２に接触させる。可変電極４１は、引張内部応力を有する引張応力層６１の両側に圧縮応力を有する圧縮応力層５１，５２をそれぞれ積層して、電極４１の積層膜全体として引張内部応力がキャンセルされるようにして反りが生じないようにする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空隙もしくは空隙と絶縁層をもって対向配置された一対の電極を備え、その少なくとも一方の電極が他方の電極側に変位可能な可変電極であり、前記一対の電極間に電位差を与えることにより前記可変電極を変位させて対向する電極に接触させるようにした静電アクチュエータにおいて、
前記可変電極を、引張内部応力を有する層の両側に圧縮応力を有する層をそれぞれ積層して構成したことを特徴とする静電アクチュエータ。
【請求項２】
前記一対の電極の少なくとも一方の電極の対向面には凸部が形成されてい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。
【請求項３】
前記可変電極全体の内部応力が０もしくは圧縮応力であ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。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の静電アクチュエータを搭載した液滴吐出ヘッドであり、液滴を吐出するノズルと、該ノズルに連通する液室とを備え、前記静電アクチュエータの可変電極を前記液室に設けると共に前記可変電極に対向する対向電極を前記液室外に設け、前記可変電極と対向電極との間に電圧を印加することにより前記可変電極を変位させて前記液室内の液滴を前記ノズルから吐出させるようにしたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
請求項４記載の液滴吐出ヘッドを搭載したことを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項６】
請求項４記載の液滴吐出ヘッドはインク滴を吐出するインクジェットヘッドであり、該インクジェットヘッドを搭載したことを特徴とするインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、対向配置された一対の電極間に電位差を与えることにより可変側の電極を変位させる静電アクチュエータと、それを搭載した液滴吐出ヘッドと、それを搭載した液滴吐出装置、及びインクジェット記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、それぞれ薄膜により形成した電極間に電位差を与えることにより、可変側の電極を静電力を利用して変位させる静電アクチュエータがある。このような静電アクチュエータに使用される薄膜は、積層膜であることが多く、その積層膜は用途に応じて構成するが、それは静電アクチュエータを設計する上で非常に重要である。そして、この積層膜を検討する上で特に注意しなければならないのは、各層における内部応力である。
通常、シリコン基板のように内部応力が無い材料を用いる場合は別として、上述したような積層膜を用いる場合には、そこに初期的な撓みが生じやすいので、その撓みが生じないようにする必要がある。そのため、少なくとも１層に引張内部応力を有する層を設けたりしている。
【０００３】
図１７は従来の静電アクチュエータの基本構成の一例を示した断面図であり、この静電アクチュエータは所定の空隙（ギャップ）１５０を置いて互いに対向配置した一対の電極１５１，１５２間に電位差を与えることにより可変側の電極１５１を変位させて対向する電極１５２に接触させるアクチュエータであり、電気的短絡を防止するため、対向する電極１５２側の対向面に絶縁層１５３を設けている。そして、電極１５２には、その他に求める機能により導電層１５４と熱酸化膜１５５も積層状態に設けている。
【０００４】
ところで、上述したような積層膜で構成した電極が、その電極全体として大きな引張内部応力を有していると、積層膜の剛性が著しく大きくなってしまうことが知られている。このような剛性の大きな積層膜を静電力により変位させようとすると、そのためには非常に大きな駆動電圧が必要となる。
そのため、従来の静電アクチュエータには、例えば図１８に示すように、積層膜を引張内部応力を有する層１６１と圧縮内部応力を有する層１７２との２層で構成し、その積層膜全体として引張内部応力が略キャンセルされるようにして積層膜全体の引張内部応力を低減するようにしたものがある（特許文献１参照）。
【０００５】
また、電極を積層膜で構成した静電アクチュエータとしては、例えば特許文献２に記載されているものもある。この積層膜は、図１９に示すように、引張応力（負の膜張力）を有する層１８１と圧縮応力（正の膜張力）を有する層１８２の２層で構成して、その２層全体の内部応力を実質的に零あるいは圧縮応力とし、それにさらに圧電材料１８３を積層して、全体の内部応力は引張張力となるようにしている。
【特許文献１】特開２００１−２７０１０５号公報（第８頁、図１３）
【特許文献２】ＷＯ９８／１８６３２号（図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、薄膜を積層して電極を構成する場合には、その積層する薄膜を引張内部応力を有する膜層と圧縮内部応力を有する膜層とを組み合わせた膜層にすることで、積層膜全体の引張内部応力を低減してアクチュエータの駆動電圧を下げることができる。しかしながら、このようにすることができるのは、可変側の電極が短辺長さに対して積層膜全体の厚さが十分に薄いときであり、そうでないときは積層膜の引張応力を低減して反りを無くすのは困難である。
そして、このような引張内部応力によって生じる積層膜の反りは、電極間の距離にバラツキを生じさせる等、結果としてアクチュエータの仕様や機能に種々の影響を与えるようになる。
【０００７】
例えば、図１７に示したように可変電極１５１が固定電極１５２に接触するタイプの静電アクチュエータの場合には、上記の反りは積層膜の破壊あるいは対向面の損傷に繋がるので、アクチュエータとしての耐久性に影響を与えるようになってしまうということが、実験等により判っている。
この発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、積層膜に反りが生じないようにすることにより、結果としてアクチュエータの耐久性等が低下するのを防止すると共に、駆動電圧の上昇も防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は上記の目的を達成するため、空隙もしくは空隙と絶縁層をもって対向配置された一対の電極を備え、その少なくとも一方の電極が他方の電極側に変位可能な可変電極であり、上記一対の電極間に電位差を与えることにより上記可変電極を変位させて対向する電極に接触させるようにした静電アクチュエータにおいて、上記可変電極を、引張内部応力を有する層の両側に圧縮応力を有する層をそれぞれ積層して構成したものである。
上記一対の電極の少なくとも一方の電極の対向面には凸部を形成するとよい。
そして、上記可変電極全体の内部応力が０もしくは圧縮応力になるようにするとよい。
【０００９】
また、上記のいずれかの静電アクチュエータを搭載した液滴吐出ヘッドであり、液滴を吐出するノズルと、そのノズルに連通する液室とを備え、上記静電アクチュエータの可変電極を上記液室に設けると共に上記可変電極に対向する対向電極を上記液室外に設け、上記可変電極と対向電極との間に電圧を印加することにより上記可変電極を変位させて上記液室内の液滴をノズルから吐出させるようにした液滴吐出ヘッドも提供する。
さらに、その液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置も提供する。
さらにまた、上記液滴吐出ヘッドをインク滴を吐出するインクジェットヘッドとし、そのインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置も提供する。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、積層膜が反る原因となる引張内部応力を有する層の両側に圧縮応力を有する層をそれぞれ積層するようにしたので、積層膜全体として引張内部応力がキャンセルされることにより反りが生じないようにすることができる。それにより、アクチュエータの耐久性が低下するのを防止することができる。
また、圧縮応力を有する層を引張内部応力を有する層の両側に振り分けて配置したことにより、引張内部応力を有する層の他方の電極に対向する面側に１枚の厚い圧縮応力を有する層を設けた場合に比べて対向電極間の距離を短くすることができるので、その分だけアクチュエータの駆動電圧を下げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、この発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図１はこの発明による静電アクチュエータの一実施例を示す縦断面図である。
この静電アクチュエータ４０は、空隙４３と絶縁層となる圧縮応力層５１と絶縁層５５（その圧縮応力層５１と絶縁層５５の一方は無くてもよい）をもって対向配置された一対の電極４１，４２を備えており、その一方の電極４１が他方の電極４２側に変位可能な可変電極であり、その一対の電極４１，４２間に電位差を与えることにより可変電極側の電極４１（以下、可変電極４１ともいう）を変位させて対向する電極４２に接触させる構成になっている。
そして、その可変電極４１を、引張内部応力を有する引張応力層６１の両側に圧縮応力を有する圧縮応力層５１，５２をそれぞれ積層して構成している。その圧縮応力層５１は、電気的短絡を防止するための絶縁膜として機能する。
【００１２】
図１で下側の電極４２は固定側の電極であり、絶縁層５５の下側に導電層５６を、その下側に熱酸化膜５７をそれぞれ積層した積層膜により構成されている。
なお、一対の電極４１，４２の両者を共に可変電極としてもよい。
圧縮応力層５１，５２は、同一材料である必要はなく、電極４１を構成している積層膜全体で反りが無いように応力のバランスがとれるものであればよい。そして、この実施例における可変電極４１を構成している積層膜は、そこに存在する引張応力を低減することが目的ではなく、その積層膜内の応力のバランスをとって積層膜に反りを発生させないようにすることを目的としている。
このようにして、この静電アクチュエータ４０は、可変電極４１を構成している積層膜内の応力がバランスしているので、可変電極４１に反りがほとんど発生しない。
【００１３】
ところで、対向する電極を互いに接触させるタイプの静電アクチュエータの場合には、積層膜からなる可変電極に反りがあるときには電極間に電圧を印加して強制的に可変電極を変位させると、その積層膜が損傷して割れ易くなるため、耐久性が低下するようになる。
しかしながら、この実施例による静電アクチュエータ４０は、上述したような構成にすることにより、可変電極４１を構成している積層膜に反りが発生しにくいようにしているので、静電アクチュエータとしての耐久性を向上させることができる。
なお、静電アクチュエータとしての完成状態では、積層膜は周辺もしくはその一部が拘束されているので積層膜の反りは見えにくいが、この反りがちな形状特性をもった積層膜を強制的にその周辺もしくはその一部を拘束したものでは、静電アクチュエータとして動作させた際に耐久性が低下する。
【００１４】
また、図１に示した静電アクチュエータ４０は、上述したように引張応力層６１の両側に圧縮応力層５１，５２をそれぞれ積層して可変電極４１を構成しているので、次に説明する理由により、静電アクチュエータとして低電圧化させることができるという効果も得られる。
すなわち、積層膜の内部応力をバランスさせて可変電極に反りが発生しにくいようにするためには、例えば図２に示す静電アクチュエータのように、可変電極４１′の電極４２に対向する面側に、図１に示した圧縮応力層５１よりも厚い圧縮応力層５１′を絶縁膜として積層し、可変電極４１′を構成することも可能である。
【００１５】
このように、引張応力層６１の内側にのみ、積層膜全体の大きな内部応力を低減させてバランスさせるために圧縮応力層５１′を積層して、２層のみで積層膜全体の内部応力をバランスさせようとすると、圧縮応力層５１′を構成する絶縁膜は引張応力層６１の引張内部応力をキャンセルできる程度に厚い膜にする必要がある。
ところが、その圧縮応力層５１′は、両電極間の空隙４３内に形成されるものであるため、圧縮応力層５１′が厚くなるということは両電極間の距離が大きくなってしまう。このようになると、静電力は電極間距離の２乗に反比例するため、圧縮応力層５１′の厚さが厚くなる分だけ静電アクチュエータは駆動電圧が大きくなってしまう。
【００１６】
しかしながら、この実施例による図１に示した静電アクチュエータ４０は、前述したように可変電極４１を、引張応力層６１の両側に圧縮応力層５１，５２をそれぞれ積層する構成にしているので、可変電極４１を構成している積層膜全体の内部応力をバランスさせながら、電極４１，４２の両電極間の空隙４３内における圧縮応力層５１の厚さを最小限に抑えることができる。それにより、静電アクチュエータ４０の駆動電圧が大きくなるのを防止することができる。
【００１７】
図３はこの発明による静電アクチュエータＡを説明するための図１と同様な縦断面図である。
この実施例２の静電アクチュエータＡも、空隙４３（ギャップ）を挾んで対向配置された一対の電極７１，７２を備えており、その一方の電極７１が他方の電極７２側に変位可能な可変電極であり、その一対の電極７１，７２間に電位差を与えることにより可変電極側の電極７１（以下、可変電極７１ともいう）を変位させて対向する電極７２に接触させる構成になっている。
可変電極７１は、それぞれ圧縮応力を有する層である絶縁層７３と導電層７４と、引張内部応力を有する引張応力層７５と、圧縮応力を有する層であって絶縁層となる高温酸化膜層７６とを積層してなる。また、固定側の電極７２は、熱酸化膜７７と導電層７８と高温酸化膜からなる絶縁層７９とを積層してなる。
【００１８】
この静電アクチュエータＡの作製プロセスは、まず最初にシリコン(Si)基板に熱酸化膜７７を形成し、その上に固定電極の導電層となるポリシリコン(PolySi)からなる導電層７８を形成し、さらにその上に高温酸化膜層(HTO)の絶縁層７９を形成する。
次に、その絶縁層７９の上に、対向する可変電極７１との間の空隙４３を形成するための犠牲層５９を、例えばポリシリコン(PolySi)で形成する。さらに、その犠牲層５９の上に高温酸化膜層(HTO)からなる絶縁層７３、ポリシリコン(PolySi)からなる導電層７４、例えば窒化シリコン（Si3N4）で形成する引張応力層７５、高温酸化膜層(HTO)７６を順次積層状態に形成していく。その後、犠牲層５９を除去すれば、静電アクチュエータＡが完成する。
なお、それぞれポリシリコンからなる導電層７４，７８は、伝導率を上げるために、そこにＡｓを注入している。そして、この静電アクチュエータを複数集積すると静電ヘッドができる。
【００１９】
図４は異なる構成の静電アクチュエータＢ１，Ｂ２を説明するための図３と同様な縦断面図であり、図３と対応する部分には同一の符号を付してある。
この静電アクチュエータＢ１，Ｂ２も、空隙４３を挾んで対向配置された一対の電極８１，７２を備えており、その一方の電極８１が他方の電極７２側に変位可能な可変電極であり、その一対の電極８１，７２間に電位差を与えることにより可変電極側の電極８１（以下、可変電極８１ともいう）を変位させて対向する電極７２に接触させる構成になっている。
【００２０】
可変電極８１は、図３で説明した静電アクチュエータと同様なそれぞれ圧縮応力を有する層である絶縁層７３と導電層７４と、引張応力層７５とを積層しており、その引張応力層７５の外側に引張内部応力を有する層である接液層８３を積層してなる。また、固定側の電極７２は、図３で説明した静電アクチュエータと同様の積層膜からなる。
この静電アクチュエータの作製プロセスは、図３で説明した静電アクチュエータＡの場合と引張応力層７５を形成するまでの工程は全く同一である。その後の工程で、ポリシリコンからなる犠牲層５９を除去し、最後にポリイミド樹脂（ＰＢＯ）からなる接液層８３を引張応力層７５の外側に積層することで、静電アクチュエータＢ１，Ｂ２が完成する。
【００２１】
ここで、上述した各静電アクチュエータＡ，Ｂ１，Ｂ２における可変電極７１，８１をそれぞれ構成している各層の厚さと内部応力値及び内部応力の種類を表１に示す。また、実験のため試作した静電アクチュエータＡと、静電アクチュエータＢ１，Ｂ２の各仕様を表２，表３に示す。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
【表２】
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【００２４】
【表３】
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【００２５】
次に、表２，表３に示した仕様でそれぞれ試作した静電アクチュエータＡと、静電アクチュエータＢ１，Ｂ２について、それぞれ耐久試験を行った結果について説明する。
耐久試験では、波高値＋７２Ｖ，パルス幅６μｓの矩形波と、波高値−７２Ｖ，パルス幅６μｓの矩形波を６１ｋＨｚを交互に電極に印加した。その試験時における静電アクチュエータ（ヘッド）の環境温度は３８℃であり、駆動回数は３Ｅ＋９回である。
また、静電アクチュエータの耐久性の良否の判断は、耐久試験後に静電アクチュエータから可変電極７１，８１を取り出して、その可変電極７１，８１及び固定側の電極７２に形成された高温酸化膜層(HTO)である絶縁層７３，７９の損傷の有無により判断した。
なお、この耐久試験では、各静電アクチュエータにより液滴を吐出させながら実験を行ったわけではないが、この耐久試験の結果は液滴を吐出しながら行った耐久試験の結果に直接繋がるものである。したがって、液滴吐出ヘッドにおける静電アクチュエータの耐久性も、今回の実験結果から判断することができる。
【００２６】
試験結果において、可変電極が対向する電極面に接触する接触最小電圧Ｖ１は、静電アクチュエータＡとＢ１で略同程度であった。これにより、静電アクチュエータＡとＢ１の可変電極の剛性は略同じと考えられる。
しかしながら、各高温酸化膜層（絶縁層）の損傷状態の確認結果では、静電アクチュエータＡの絶縁層７３，７９は共に損傷が無く、耐久性に問題はなかったが、静電アクチュエータＢ１では絶縁層７３，７９に共に損傷が認められ、可変電極の破壊（割れ）に繋がるものもあった。
【００２７】
そして、各静電アクチュエータから取り出した可変電極の観察結果では、静電アクチュエータＢ１の可変電極８１は、静電アクチュエータＡの可変電極７１に比べて明らかに大きな反りが観察された。また、静電アクチュエータＢ１の可変電極８１は、それがアクチュエータに組み込まれた状態では、その可変電極８１は４辺の周囲が固定（４辺全周を固定する構成にしている）されているため、その組付状態では反りはほとんど見られないが、固定電極７２側に向かった反りを有している。
【００２８】
さらに、静電アクチュエータＢ２の可変電極８１の確認結果は、表３から明らかなように、引張応力層７５（Si3N4からなる）は厚さが非常に薄いため、その分だけ接触最小電圧をＶ１が小さくなっており、可変電極８１の剛性が低いことがわかる。
また、この静電アクチュエータＢ２の耐久性は、静電アクチュエータＢ１と同様に悪い結果が得られた。そして、各静電アクチュエータから取り出した可変電極の観察結果では、やはり静電アクチュエータＡに比べて大きな反りが見られた。したがって、この可変電極８１の反りが、耐久性に悪影響を与えたものと考えられる。
【００２９】
図５は最大の引張応力を有する層を含んで引張応力層が複数（ここでは２層）ある静電アクチュエータの実施例を示す図１と同様な縦断面図であり、図１と対応する部分には同一の符号を付してある。
この実施例の静電アクチュエータは、図１の静電アクチュエータに対し、可変側の電極９１に引張応力層９２，９３を重ねて設け、その２つの引張応力層９２，９３を一つの引張応力層と見なして、その両側を圧縮応力層５１，５２で挾むように積層している。このような層構成にしたものも、この発明は含むものである。
【００３０】
図６は最大の引張応力を有する層を含む複数（ここでは２つ）の引張応力層のそれぞれの両側に圧縮応力層が設けられている静電アクチュエータの実施例を示す図５と同様な縦断面図であり、図５と対応する部分には同一の符号を付してある。
この実施例の静電アクチュエータは、図５の静電アクチュエータに対し、可変側の電極１０１に引張応力層９２の両側に圧縮応力層５１，５２を設け、その外側にさらに引張応力層９３を設けると共に、その外側に圧縮応力層５３を積層するようにした点のみが異なる。このような層構成にしたものも、この発明は含むものである。
【００３１】
図７は複数の引張応力層（ここでは２つ）のうち最大の引張応力を有する層を含む複数層（ここでは１層）の両側に圧縮応力を有する層を設けるようにした静電アクチュエータの実施例を示す図６と同様な縦断面図であり、図６と対応する部分には同一の符号を付してある。
この実施例の静電アクチュエータは、図６の静電アクチュエータに対し可変側の電極１０２に、最大の引張応力層９２の両側には共に圧縮応力層５１，５２を設けるが、引張応力層９３にはその外側に圧縮応力層を設けないようにした点のみが異なる。
このように、複数の引張応力層９２，９３が存在した場合、最大の引張応力を有する引張応力層９２に対して引張応力層９３の応力値が十分小さいとき、もしくはその引張応力層９３の厚さが十分に薄いときには、その引張応力層９３の外側に圧縮応力層を設けなくても、支障を来すことはない。
したがって、この発明は複数の引張応力層を持つものにおいて、そのいずれかの引張応力層の両側にのみ圧縮応力を有する層を積層した場合も含むものである。
【００３２】
なお、引張応力層９３の引張応力値及び厚さに関しては制限を加えるべきであるが、それを理論的に見出す手法は現在確立されていないので、現状では実際に積層膜を作製して、その特性を評価することにより決定する方法をとっている。そして、その使用可能な引張応力層９３の応力値は、実際に試作した静電アクチュエータの評価結果から、最大の引張応力を有する引張応力層９２の応力値の１／５以下を目安とする。
また、極端に厚みの薄い機能層は、この発明においては上述した積層膜の各層として考慮しない。例えば酸化シリコン膜と白金Ｐｔを積層する場合、中間層としてチタン，酸化チタン，チタンという３層をそれぞれ数十オングストローム積層し密着力を上げることがなされているが、このように積層膜の剛性を決める主用各層の厚みに対して、極端に厚みの薄い層は、上述した積層膜の１層として考慮しない。
【００３３】
図８は一対の電極の一方の電極の対向面に凸部を形成した静電アクチュエータの実施例を示す図１と同様な縦断面図であり、図１と対応する部分には同一の符号を付してある。
この静電アクチュエータも、空隙４３を挾んで対向配置された一対の電極（可変電極）１１１，４２を備えており、その一方の電極１１１が他方の電極４２側に変位可能な可変電極であり、その一対の電極１１１，４２間に電位差を与える点は、前述した各実施例の静電アクチュエータと同様であるが、この静電アクチュエータでは一方の可変電極側の電極１１１の対向面１１１ａに凸部１１２を形成している。
【００３４】
なお、この電極１１１は、図８では図示の簡略化のためそれぞれ図示を省略しているが、図１で説明した静電アクチュエータの電極４１と同様な構成の積層膜からなる。すなわち、電極１１１は、図１で説明した引張応力層６１の両側に圧縮応力層５１，５２をそれぞれ積層することにより形成されている。
この静電アクチュエータは、上述したように変位可能な可変側の電極１１１の固定側の電極４２に対向する面に凸部１１２を形成しているが、その理由は図８に仮想線で示したように電極１１１と電極４２を凸部１１２の部分のみで接触させて、静電アクチュエータの耐久性低下の要因を取り除くためである。
【００３５】
このように、電極１１１と電極４２を凸部１１２の部分のみで接触させたときの前述した接触最小電圧Ｖ１と、図９に示すように電極１１１と電極４２が凸部１１２の部分とその凸部１１２以外の部分でも接触したときの最小電圧Ｖ２とは異なるようになる。
そして、この接触最小電圧Ｖ１，Ｖ２は、電極１１１を構成している積層膜に残留する内部応力によりＶ１−Ｖ２の値が小さくなることが、実験により判っている。つまり、可変電極側の積層膜が対向電極側に向かって突出する方向の反りを有していると、Ｖ１−Ｖ２の値が小さくなって静電アクチュエータとして所望の機能が得られなくなる。
【００３６】
以下、それを確認するために各種の静電アクチュエータを作製して行った実験結果について説明する。
試作した静電アクチュエータは、図１０に示す静電アクチュエータＣと、図１１に示す静電アクチュエータＤと、図１２に示す静電アクチュエータＥの３種である。なお、図１０乃至図１２で図３と対応する部分には同一の符号を付してある。
静電アクチュエータＣの作製プロセスは、図３で説明した静電アクチュエータＡと略同様であるが、可変側の電極１２１と固定側の電極７２との対向電極間の空隙４３を形成するためのポリシリコン(PolySi)からなる犠牲層５９を電極７２上に形成した後、電極１２１の各層を形成する前に、凸部１１２を形成する部分をエッチングしている点のみが異なる。
なお、凸部を形成するためのエッチング部にその後、共に圧縮応力を有する層である絶縁層７３′及び導電層７４′と、引張内部応力を有する層である引張応力層７５′、高温酸化膜層（圧縮応力層）７６が順次積層されていくため、それぞれの層は凸部１１２で段差を有する形状となる。
【００３７】
静電アクチュエータＤの作製プロセスは、図４で説明した静電アクチュエータＢ１，Ｂ２と略同様であるが、その作製プロセスにおいて静電アクチュエータＣの場合と同様に電極１３１側に凸部１１２を形成するプロセスを追加したものである。
静電アクチュエータＥの作製プロセスは、図３で説明した静電アクチュエータＡと同様のプロセスで電極７２を形成し、その電極７２の高温酸化膜層(HTO)からなる絶縁層７９の上に、対向する可変電極１４１との間の空隙４３を形成するための犠牲層５９を、例えばポリシリコン(PolySi)で形成する。
【００３８】
さらに、その犠牲層５９の上に高温酸化膜層(HTO)からなる圧縮応力を有する層である絶縁層７３′、同様に圧縮応力を有する層であるポリシリコン（PolySi）からなる導電層７４′、例えば窒化シリコン（Si3N4）で形成する引張応力層７５、圧縮応力を有する層である高温酸化膜層（HTO）７６を順次積層状態に形成していく。その後、犠牲層５９を除去して、その外側にポリイミド膜である接液層（引張応力層）８３を積層すれば、静電アクチュエータＥが完成する。
このように、静電アクチュエータＣ〜Ｅはそれぞれ構成されているので、可変電極側のそれぞれ電極７２に対向する面に凸部１１２が対向し、その凸部１１２は高温酸化膜層(HTO)からなる絶縁層７３′により形成されている。
【００３９】
ここで、上述した静電アクチュエータＣの各電極７２，１２１を構成している各層の厚さと接触最小電圧Ｖ１，Ｖ２を表４に、静電アクチュエータＤの各電極７２，１３１を構成している各層の厚さと接触最小電圧Ｖ１，Ｖ２を表５に、静電アクチュエータＥの各電極７２，１４１を構成している各層の厚さと接触最小電圧Ｖ１，Ｖ２を表６にそれぞれ示す。
なお、静電アクチュエータＣ〜Ｅにおいて、可変側の各電極１２１，１３１，１４１は、それぞれ短辺幅＝６０μｍ，長辺長＝５００μｍとしている。また、各凸部１１２は、図１０乃至図１２でそれぞれ奥方向に沿って、図１３に示すように所定の間隔ｔｃ＝１２μｍを置いて複数個形成している。そして、その各凸部１１２は、高さｔ＝０．１μｍ、長辺側長さｔａ＝４μｍ、短辺側長さｔｂ＝３μｍとしている。
【００４０】
【表４】
2005341673.tif 000006
【００４１】
【表５】
2005341673.tif 000007
【００４２】
【表６】
2005341673.tif 000008
【００４３】
次に、この静電アクチュエータＣ〜Ｅについて、それぞれ行った実験結果について説明する。
実験結果で、静電アクチュエータＣ，Ｄの接触最小電圧を見ると、接触最小電圧Ｖ１は静電アクチュエータＣ，Ｄで略同じ値を示しているが、接触最小電圧Ｖ２は異なる値を示していて、静電アクチュエータＣの方が遥かに大きい。この静電アクチュエータＣのように、Ｖ２−Ｖ１が或る程度大きい値を示すことは、静電アクチュエータをＶ１からＶ２までのある程度広い範囲で利用したい場合、すなわちこの静電アクチュエータを例えばインクジェットヘッドとして利用する場合などに、必要不可欠なことである。
また、アクチュエータとしての耐久性は、静電アクチュエータＣは良いが、静電アクチュエータＤの耐久性は悪い。これは前述した図３，図４の静電アクチュエータＡ，Ｂ１，Ｂ２の結果と同様である。
【００４４】
次に、静電アクチュエータＥの実験結果は、この静電アクチュエータＥの可変側の電極１４１は、その最も外側に引張応力を有するポリイミド（PBO）膜である接液層８３を配置しているが、その接液層８３以外の４層で電極１４１の内部応力のバランスがとれているので、その外側に非常に弱い値を有する引張応力層(PBO)である接液層８３が配置されていても、電極１４１は反りを有しないものになっている。
そして、その可変電極をアクチュエータから取り外して観察すると、静電アクチュエータＣと同様に、可変電極の反りは静電アクチュエータＤに比べて非常に小さいものであった。そして、この静電アクチュエータＥでは、接触最小電圧Ｖ１，Ｖ２の差が大きく、耐久試験の結果も、非常に良好な結果が得られた。
【００４５】
ところで、例えば図１１に示した静電アクチュエータＤの可変側の電極１３１が固定側の電極７２に向かって突出する方向と逆の方向への反りを有している場合には、接触最小電圧Ｖ１，Ｖ２の電圧差Ｖ２−Ｖ１はむしろ大きくなるが、この静電アクチュエータＤのように引張応力層の両側に圧縮応力層を配置していない構成の場合には、静電アクチュエータの耐久性は低下してしまう。
したがって、静電アクチュエータの耐久性を良くするためには、例えば図１に示したように、引張応力層の両側に圧縮応力層をそれぞれ配置し、積層膜をできるだけ反らせないようにするとよい。
なお、可変側の電極の厚さは、静電アクチュエータとして求められる機能により決定し、積層膜の反りの調整は高温酸化膜層(HTO)７６により行うとよい。
【００４６】
ところで、上述した各実施例の静電アクチュエータにおいて、可変電極全体の内部応力は０（零）、もしくは圧縮応力を有するようにするとよい。そして、勿論積層膜に圧縮内部応力による初期的な撓みが生じないように、圧縮応力はある程度小さい値となるようにする必要がある。
このような構成にすることで、積層膜全体が引張応力である場合よりも、積層膜各層の厚みを厚くすることができる。つまり、積層膜全体が引張応力である場合は、積層膜の剛性はヤング率，ポアソン比のみから求められる計算値よりも大きな値となるが、積層膜全体が０もしくは圧縮応力である場合には、計算値と同じ或いは小さい値となる。
【００４７】
したがって、同じ駆動電圧を用いる場合、積層膜全体が圧縮応力であると、各層の厚みを厚くすることができる。
一方、静電アクチュエータも微細化，低電圧化の流れにあり、その中でアクチュエーターの仕上がりバラツキを抑える必要がある。例えば半導体技術を用いた場合、厚みのバラツキは厚みの値に依存するのではなく、膜の材料と形成方法に依存する。
したがって、この発明による静電アクチュエータの構成を採用すれば、各層の厚みを厚くできるので、各層の厚みのバラツキを抑えることができ、それにより静電アクチュエータとしての仕上がりバラツキを抑えることができる。
なお、このような構成にすることで、積層膜を対向面に接触させる動作をさせた場合の、アクチュエータとしての耐久性を向上させることができるのは勿論である。
【００４８】
次に、この発明による静電アクチュエータを搭載した液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッド１４と、そのインクジェットヘッド１４を搭載した液滴吐出装置であるインクジェット記録装置の一例について、図１４乃至図１６を参照して説明する。
図１４に示すインクジェット記録装置は、記録装置本体１の内部に印字機構部２を設けている。その印字機構部２は、主走査方向（図１５の矢示Ａ方向）に移動可能なキャリッジ３と、そのキャリッジ３に搭載した液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッド１４にインクを供給するインクタンク１５等からなる。
【００４９】
記録装置本体１の下方には、記録紙Ｐを多数枚積載可能な給紙カセット（給紙トレイでもよい）４を、装置の前方側から抜き差し自在に装着している。また、記録装置本体１の図１４で左方には、記録紙を手差しで給紙する際に開放して使用する手差しトレイ５を回動可能に設けている。したがって、記録紙Ｐは給紙カセット４と手差しトレイ５のいずれからも給送可能であり、そこから給送された記録紙Ｐは印字機構部２で所要の画像が記録され、その後で記録装置本体１の後面側（図１４で右方側）に設けられている排紙トレイ６上に排出される。
【００５０】
印字機構部２のキャリッジ３は、記録装置本体１内に設けている図示しない左右の側板に横架した主ガイドロッド１１と従ガイドロッド１２とにより、図１５の矢示Ａの主走査方向に摺動自在に保持されている。
そのキャリッジ３は、駆動プーリ１８と従動プーリ１９との間に張装したタイミングベルト２０に固定されていて、駆動プーリ１８は主走査モータ１７により回転駆動されるようになっている。そして、その主走査モータ１７の正逆回転により、タイミングベルト２０が回動してキャリッジ３が主走査方向に往復移動する。
そのキャリッジ３には、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインクを充填した４つのインクタンク１５を交換可能に装着している。そして、その各インクタンク１５から各色のインクがインクジェットヘッド１４に供給されるようになっている。
【００５１】
そのインクジェットヘッド１４は、図１６に示すように液滴を吐出するノズル２７と、そのノズル２７に連通する液室２８とを備えており、例えば図１で説明した静電アクチュエータ４０を複数個並べて配置し、その各静電アクチュエータ４０の可変電極４１を液室２８に設けると共に可変電極４１に対向する対向電極である電極４２を液室２８の外に設け、可変電極４１と電極４２との間に電圧を印加することにより可変電極４１を変位させて液室２８内の液滴をノズル２７から吐出させるものである。
【００５２】
各色用の各インクタンク１５は、それぞれ図１４で上方側に大気と連通する大気口を有し、下方側にはインクジェットヘッド１４へインクを供給する供給口を有している。また、内部にはインクが充填された多孔質体をそれぞれ有している。そして、その多孔質体の毛管力により、インクジェットヘッド１４へ供給するインクを、わずかな負圧状態に維持している。
なお、この実施例におけるインクジェットヘッド１４は、各色のインクに対応したヘッドをそれぞれ備えているが、１つのヘッドに各色のインク滴を吐出するノズルをそれぞれ設けたものであってもよい。
【００５３】
給紙カセット４は、前述したようにそこに記録紙Ｐを多数枚積載可能であるが、その給紙カセット４内に積載された記録紙Ｐは、給紙ローラ２１により給送される際にフリクションパッド２２により１枚に分離される。そして、その記録紙Ｐは、ガイド部材２３により案内されて搬送ローラ２４と、その搬送ローラ２４の周面に押し付けられている搬送コロ２５との間に反転されて送り込まれ、送り出し角度が先端コロ２６により規定されてインクジェットヘッド１４と印写受け部材２９との間に搬送される。
【００５４】
なお、印写受け部材２９は、用紙ガイド部材として機能するものである。また、搬送ローラ２４は、図示しない副走査モータによりギヤ列を介して駆動されて回転する。
印写受け部材２９の記録紙搬送方向下流側には、記録紙Ｐを排紙方向へ送り出すための搬送コロ３１及び拍車３２と、排紙ローラ３３及び拍車３４がそれぞれ設けられており、排紙経路を形成しているガイド部材３５，３６間を通して記録後の記録紙Ｐを排紙トレイ６上に排出するようにしている。
このインクジェット記録装置は、記録紙Ｐに記録を行うときには、キャリッジ３を図１５の矢示Ａ方向に移動させることにより画像信号に応じてインクジェットヘッド１４を移動させ、印字位置で停止状態にある記録紙Ｐにインクを吐出して１行分を記録し、その後で記録紙Ｐを所定量だけ搬送して次の行の記録を行う。そして、その記録の終了信号、あるいは記録紙Ｐの後端が記録位置に到達したことを検知して出力された信号を入力すると、記録動作を終了させて記録紙Ｐを排紙させる。
【００５５】
なお、図１５に示すように、キャリッジ３の移動方向の一方側端部の記録領域を外れた位置には、インクジェットヘッド１４のノズル２７からのインク吐出不良を回復するための回復装置３７を設けている。その回復装置３７には、インクの吐出不良を防止するための手段として、キャップ手段と吸引手段とクリーニング手段が、それぞれ設けられている。
このインクジェット記録装置によれば、信頼性の高い液滴吐出ができるので、信頼性の高い印字を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
この発明は、対向配置された一対の電極間に電位差を与えることにより可変側の電極を変位させる静電アクチュエータとして、広く適用することができる。そして、この静電アクチュエータは、液滴吐出ヘッドやそれを搭載した液滴吐出装置及びインクジェット記録装置等に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】この発明による静電アクチュエータの一実施例を示す縦断面図である。
【図２】同じくその静電アクチュエータと比較するために駆動電圧が大きくなる静電アクチュエータの例を示す図１と同様な縦断面図である。
【図３】この発明による静電アクチュエータＡを説明するための図１と同様な縦断面図である。
【図４】異なる構成の静電アクチュエータＢ１，Ｂ２を説明するための図１と同様な縦断面図である。
【図５】最大の引張応力を有する層が２層ある静電アクチュエータの実施例を示す図１と同様な縦断面図である。
【図６】２つの引張応力層がその間に圧縮応力層を介在させている静電アクチュエータの実施例を示す図５と同様な縦断面図である。
【００５８】
【図７】２つの引張応力層のうち一方の引張応力層の両側に圧縮応力を有する層を設けるようにした静電アクチュエータの実施例を示す図６と同様な縦断面図である。
【図８】一対の電極の一方の電極の対向面に凸部を形成した静電アクチュエータの実施例を示す図１と同様な縦断面図である。
【図９】同じくその静電アクチュエータで一対の電極が凸部の部分とその凸部以外の部分でも接触した状態を示す縦断面図である。
【図１０】試作した静電アクチュエータＣを示す縦断面図である。
【図１１】試作した静電アクチュエータＤを示す縦断面図である。
【図１２】試作した静電アクチュエータＥを示す縦断面図である。
【００５９】
【図１３】図８の凸部が絶縁膜上に複数個形成されている様子を示す下面図である。
【図１４】図１の静電アクチュエータをインクジェットヘッドに使用したインクジェット記録装置の例を示す全体構成図である。
【図１５】同じくそのインクジェット記録装置の外観形状を示す透視図である。
【図１６】図１４のインクジェット記録装置に搭載されているインクジェットヘッドを示す断面図である。
【図１７】従来の静電アクチュエータの基本構成を示す縦断面図である。
【図１８】従来の積層膜全体の引張内部応力を低減するようにした静電アクチュエータの電極部分を示す断面図である。
【図１９】従来の３層全体の内部応力を実質的に零あるいは圧縮応力とした静電アクチュエータの電極部分を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１４：インクジェットヘッド、２７：ノズル、２８：液室、４０：静電アクチュエータ、４１，４１′，７１，８１，９１，１０１，１０２，１１１，１２１，１３１，１４１：電極（可変電極）、４２，７２：電極、４３：空隙、５１，５１′，５２，５３：圧縮応力層（絶縁層）、５５：絶縁層、６１，７５，７５′，９２，９３：引張応力層、１１１ａ：対向面、１１２：凸部
【図１】
2005341673.tif 000009
【図２】
2005341673.tif 000010
【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】
2005341673.tif 000019
【図１２】
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【図１３】
2005341673.tif 000021
【図１４】
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【図１５】
2005341673.tif 000023
【図１６】
2005341673.tif 000024
【図１７】
2005341673.tif 000025
【図１８】
2005341673.tif 000026
【図１９】
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