(57)【要約】【課題】  インクジェットプリンタを含む印刷装置、微小流体駆動装置、インクジェットプリンタヘッドを含む微量流体吐出装置に適用される静電ＭＥＭＳアクチュエータにおいて、その低消費電力化、長寿命化、振動板の信頼性の向上を図り、静電ＭＥＭＳアクチュエータとしての高性能化を図る。【解決手段】  静電ＭＥＭＳアクチュエータにおいて、隣接する複数のＭＥＭＳ素子における下部電極３５〔３５Ａ，３５Ｂ〕及び振動板３９〔３９Ａ，３９Ｂ〕の上部電極３８〔３８Ａ，３８Ｂ〕をそれぞれ独立に形成する。下部電極３５の幅Ｌを、振動板が支持される両アンカー部４６間の間隔Ｗより大に設定する。隣接するＭＥＭＳ素子において、一方のＭＥＭＳ素子の振動板の上部電極３８Ｂと、他方のＭＥＭＳ素子の下部電極３５Ａとを電気的に接続する。  これらの構成を適宜組み合わせて静電ＭＥＭＳアクチュエータを構成する。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
隣接する複数のＭＥＭＳ素子における下部電極及び振動板の上部電極がそれぞれ独立に形成されて成る
ことを特徴とする静電ＭＥＭＳアクチュエータ。
【請求項２】
基板に形成された下部電極に対向して、前記基板上に両端をアンカー部により支持した上部電極を有する振動板が配置され、
前記下部電極の幅が、前記振動板を支持する両アンカー部間の間隔より大に設定されて成る
ことを特徴とする静電ＭＥＭＳアクチュエータ。
【請求項３】
隣接するＭＥＭＳ素子において、一方のＭＥＭＳ素子の振動板の上部電極と、他方のＭＥＭＳ素子の下部電極とが電気的に接続されて成る
ことを特徴とする静電ＭＥＭＳアクチュエータ。
【請求項４】
前記ＭＥＭＳ素子の下部電極の幅が、前記振動板の両端を支持する両アンカー部間の間隔より大に設定されて成る
ことを特徴とする請求項１記載の静電ＭＥＭＳアクチュエータ。
【請求項５】
隣接するＭＥＭＳ素子において、一方のＭＥＭＳ素子の振動板の上部電極と、他方のＭＥＭＳ素子の下部電極とが電気的に接続されて成る
ことを特徴とする請求項１記載の静電ＭＥＭＳアクチュエータ。
【請求項６】
隣接するＭＥＭＳ素子において、一方のＭＥＭＳ素子の振動板の上部電極と、他方のＭＥＭＳ素子の下部電極とが電気的に接続されて成る
ことを特徴とする請求項４記載の静電ＭＥＭＳアクチュエータ。
【請求項７】
隣接する複数のＭＥＭＳ素子における下部電極及び振動板の上部電極がそれぞれ独立に形成されてなる静電ＭＥＭＳアクチュエータと、
前記静電ＭＥＭＳアクチュエータ上に配置された流体の流路とを備えて成る
ことを特徴とする微小流体駆動装置。
【請求項８】
基板に形成された下部電極に対向して、前記基板上に両端をアンカー部により支持した上部電極を有する振動板が配置され、
前記下部電極の幅が、前記振動板を支持する両アンカー部間の間隔より大に設定されてなる静電ＭＥＭＳアクチュエータと、
前記静電ＭＥＭＳアクチュエータ上に配置された流体の流路とを備えて成る
ことを特徴とする微小流体駆動装置。
【請求項９】
隣接するＭＥＭＳ素子において、一方のＭＥＭＳ素子の振動板の上部電極と、他方のＭＥＭＳ素子の下部電極とが電気的に接続されてなる静電ＭＥＭＳアクチュエータと、
前記静電ＭＥＭＳアクチュエータ上に配置された流体の流路とを備えて成る
ことを特徴とする微小流体駆動装置。
【請求項１０】
前記ＭＥＭＳ素子の下部電極の幅が、前記振動板の両端を支持する両アンカー部間の間隔より大に設定されて成る
ことを特徴とする請求項７記載の微小流体駆動装置。
【請求項１１】
隣接するＭＥＭＳ素子において、一方のＭＥＭＳ素子の振動板の上部電極と、他方のＭＥＭＳ素子の下部電極とが電気的に接続されて成る
ことを特徴とする請求項７記載の微小流体駆動装置。
【請求項１２】
隣接するＭＥＭＳ素子において、一方のＭＥＭＳ素子の振動板の上部電極と、他方のＭＥＭＳ素子の下部電極とが電気的に接続されて成る
ことを特徴とする請求項１０記載の微小流体駆動装置。
【請求項１３】
隣接する複数のＭＥＭＳ素子における下部電極及び振動板の上部電極がそれぞれ独立に形成された静電ＭＥＭＳアクチュエータと、
前記静電ＭＥＭＳアクチュエータ上に配置されたノズルを有する液室とを備えて成る
ことを特徴とする微量流体吐出装置。
【請求項１４】
基板に形成された下部電極に対向して、前記基板上に両端をアンカー部により支持した上部電極を有する振動板が配置され、
前記下部電極の幅が、前記振動板を支持する両アンカー部間の間隔より大に設定されてなる静電ＭＥＭＳアクチュエータと、
前記静電ＭＥＭＳアクチュエータ上に配置されたノズルを有する液室とを備えて成る
ことを特徴とする微量流体吐出装置。
【請求項１５】
隣接するＭＥＭＳ素子において、一方のＭＥＭＳ素子の振動板の上部電極と、他方のＭＥＭＳ素子の下部電極とが電気的に接続されてなる静電ＭＥＭＳアクチュエータと、
前記静電ＭＥＭＳアクチュエータ上に配置されたノズルを有する液室とを備えて成る
ことを特徴とする微量流体吐出装置。
【請求項１６】
前記ＭＥＭＳ素子の下部電極の幅が、前記振動板の両端を支持する両アンカー部間の間隔より大に設定されて成る
ことを特徴とする請求項１３記載の微量流体吐出装置。
【請求項１７】
隣接するＭＥＭＳ素子において、一方のＭＥＭＳ素子の振動板の上部電極と、他方のＭＥＭＳ素子の下部電極とが電気的に接続されて成る
ことを特徴とする請求項１３記載の微量流体吐出装置。
【請求項１８】
隣接するＭＥＭＳ素子において、一方のＭＥＭＳ素子の振動板の上部電極と、他方のＭＥＭＳ素子の下部電極とが電気的に接続されて成る
ことを特徴とする請求項１６記載の微量流体吐出装置。
【請求項１９】
静電ＭＥＭＳアクチュエータと１つの液室とからなるマイクロポンプが、印画する対象物の幅以上にわたり複数個ライン状に配列されて成る
ことを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれかに記載の微量流体吐出装置。
【請求項２０】
微量流体吐出装置と、吐出対象流体供給機構と、印画対象物と前記微量流体吐出装置とを相対的に移動する機構を備え、
前記微量流体吐出装置が、請求項１３乃至１５のいずれかに記載の微量流体吐出装置で形成されて成る
ことを特徴とする印刷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小流体へのエネルギー伝達及び駆動に適した静電ＭＥＭＳアクチュエータ、この静電ＭＥＭＳアクチュエータを用いたスピーカーを含む圧力伝播装置、マイクロポンプを含む微小流体駆動装置及びインクジェットプリンタヘッドを含む微量流体吐出装置、さらにこの微量流体吐出装置を搭載したインクジェットプリンタを含む印刷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えばインクジェットプリンタでは、高速印字、高精細印字が可能で、且つ小型を図るため、静電ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）アクチュエータを用いたインクジェットプリンタヘッドを搭載したものが開発されてきている。また、静電ＭＥＭＳアクチュエータは、インクジェットプリンタヘッド以外にも、流体の流路と組み合わせて各種の微小流体駆動装置（いわゆるマイクロポンプ）に利用されることが考えられている。
【０００３】
図１０及び図１１は、従来の静電ＭＥＭＳアクチュエータとなる静電ＭＥＭＳ素子の例を示す。
図１０の静電ＭＥＭＳ素子１は、シリコン基板２の表面に絶縁膜（例えばシリコン酸化膜）３を有する基板４上に下部電極５を形成し、さらに下部電極５の表面に絶縁膜（例えばシリコン酸化膜）６を形成し、この下部電極５に対して空間７を挟んで対向するように上部電極８を有する振動板９を配置して構成される。静電ＭＥＭＳ素子１は、同様の構成をとる複数の静電ＭＥＭＳ素子１Ａ，１Ｂ・・を共通の基板４上に形成して構成される。この場合、下部電極５は各ＭＥＭＳ素子１Ａ，１Ｂ・・に共通に形成され、振動板９を構成する上部電極８は各ＭＥＭＳ素子１Ａ，１Ｂ・・において個別の電極８Ａ，８Ｂ・・に形成される。各振動板９は、両端をアンカー部１０を介して基板４上に支持され、いわゆる両持ち梁構造として形成される。振動板９は、絶縁膜と上部電極との組み合わせ、例えばシリコン酸化膜１１、上部電極８〔８Ａ，８Ｂ・・〕、シリコン酸化膜１２、シリコン窒化膜１３及び最表面のシリコン酸化膜１４からなる。アンカー部１０は、振動板９を構成するシリコン酸化膜１１、１２、シリコン窒化膜１３及びシリコン酸化膜１４の積層膜で振動板９と一体に形成される。さらに全面にわたりプラズマ・シリコン窒化（ＳｉＮ）膜が積層される場合もある。
【０００４】
図１１の静電ＭＥＭＳ素子２１は、下部電極５を各静電ＭＥＭＳ素子２１Ａ，２１Ｂ・・において個別に形成し、振動板を構成する上部電極８を各ＭＥＭＳ素子２１Ａ，２１Ｂ・・に共通に形成して構成される。即ち、静電ＭＥＭＳ素子２１は、シリコン基板の表面に絶縁膜３を有する基板４上に個別の下部電極５〔５Ａ，５Ｂ・・〕を形成し、各下部電極５Ａ，５Ｂ・・の表面を絶縁膜６で被覆し、各下部電極５Ａ，５Ｂ・・に対向するように共通の上部電極８を有する振動板９をアンカー部１０を介して配置して構成される。この場合、振動板９とアンカー部１０は、絶縁膜と上部電極の組み合わせ共通の積層膜、例えばシリコン酸化膜１６、上部電極８及びシリコン酸化膜１７を順次積層した共通の積層膜で構成される。この静電ＭＥＭＳ素子２１においては、図示するように下部電極５〔５Ａ，５Ｂ・・〕が個別に形成されるので、振動板９に製造時の下部電極５の段差に応じた段差部１８が形成される。
【０００５】
図１２は、例えば図１０の下部電極５を共通とし、上部電極８を個別に形成した静電ＭＥＭＳ素子１の配線構造を示す。各静電ＭＥＭＳ素子１Ａ〜１Ｄの共通の下部電極５が接地され、各静電ＭＥＭＳ素子１Ａ〜１Ｄの個別の上部電極８Ａ〜８Ｄが夫々スイッチ素子１９Ａ〜１９Ｄを介して所要のプラス電圧（＋Ｖ）または所要のマイナス電圧（−Ｖ）が印加される。
【０００６】
図１２の静電ＭＥＭＳ素子１の動作は次の通りである。例えば第１の静電ＭＥＭＳ素子１Ａのスイッチ素子１９Ａをオンすると、上部電極８Ａに＋Ｖが印加され、下部電極５に接地電圧が印加されることにより、上部電極８Ａと下部電極５との間に静電力が発生し、上部電極８Ａを有する振動板９Ａが下部電極５側に撓む。スイッチ素子１９Ａをオフすれば、振動板９Ａは元の位置に戻る。このようにして振動板９Ａが駆動する。スイッチ素子１９Ａ〜１９Ｄを選択的にオン・オフさせることにより、各静電ＭＥＭＳ素子１Ａ〜１Ｄの振動板９Ａ〜９Ｄが選択的に駆動することになる。
【０００７】
特許文献１には静電アクチュエータを用いたインクジェットプリンタヘッド、及びこれを搭載したインクジェットプリンタが記載されている。
【特許文献１】再公表特許ＷＯ９９／３４９７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の静電ＭＥＭＳアクチュエータとなる静電ＭＥＭＳ素子は、インクジェットプリンタ等に用いる場合、より高性能化が望まれている。例えば、静電ＭＥＭＳ素子は、消費電力が少ないことが特徴である。抵抗加熱方式、ピエゾ方式のインクジェットプリンタでは、消費電力が約５００ｎＪ／滴であり、更なる低消費電力化が求められている。静電ＭＥＭＳ方式であれば、約２０ｎJ／滴が可能である。消費電力は、上部電極及び下部電極間の静電容量が影響している。
また、静電ＭＥＭＳ素子には、チャージングという問題が付きまとい、この対策として特殊な駆動波形を使用する場合が多い。チャージングについて説明する。図１３に示すように、静電ＭＥＭＳ素子１を連続的に繰り返し駆動すると、プラス電圧（＋Ｖ）が印加される上部電極８の絶縁膜２３にはマイナス電荷２４がチャージし、接地電圧（０Ｖ）が印加される下部電極５の絶縁膜２５にはプラス電荷２６がチャージされる。従って、連続的に繰り返し動作すると、チャージした残留電荷２４、２６により、振動板８の振幅が小さくなるから反発力が弱くなり、例えばインクジェットプリンタヘッドに適用した場合、インク吐出量に変動を来す。
さらに、図１１に示す下部電極５Ａ，５Ｂを各ＭＥＭＳ素子毎に独立に形成した場合、振動板９に電極の厚みが転写されて振動板９が平坦に形成されず、両端に段差部１８が発生する。図１４に模式的に段差部１８を有する両持ち梁構造の振動板９を示す。このような振動板９の場合、振動板９の張力が段差部１８で吸収され、振動板の強度、寿命に悪影響を及ぼす。また、振動板９に段差部１８が発生すると、振動板９に不要な応力による反りが発生し、ギャップ２０（図11参照）の高さが低下する。このような静電ＭＥＭＳアクチュエータを例えばインクジェットプリンタヘッドに適用した場合、変位容量が不足し液滴の吐出速度、吐出量が低下してしまう。
【０００９】
本発明は、上述の点に鑑み、より性能の向上が図れる静電ＭＥＭＳアクチュエータを提供するものである。
また、本発明は、このような微小流体へのエネルギー伝達及び駆動に適した静電ＭＥＭＳアクチュエータを用いたスピーカー・マイクロポンプを含む微小流体駆動装置及びインクジェットプリンタヘッドを含む微量流体吐出装置、さらにこの微量流体吐出装置を搭載したインクジェットプリンタを含む印刷装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る静電ＭＥＭＳアクチュエータは、隣接する複数のＭＥＭＳ素子における下部電極及び振動板の上部電極がそれぞれ独立に形成された構成とする。
本発明に係る静電ＭＥＭＳアクチュエータは、基板に形成された下部電極に対向して、基板上に両端をアンカー部により支持した上部電極を有する振動板が配置され、下部電極の幅が、振動板を支持する両アンカー部間の間隔より大に設定された構成とする。
本発明に係る静電ＭＥＭＳアクチュエータは、隣接するＭＥＭＳ素子において、一方のＭＥＭＳ素子の振動板の上部電極と、他方のＭＥＭＳ素子の下部電極とが電気的に接続された構成する。
【００１１】
本発明に係る静電ＭＥＭＳアクチュエータは、上述の各構成を組み合わせた構成とすることができる。
即ち、静電ＭＥＭＳアクチュエータとしては、隣接する複数のＭＥＭＳ素子における下部電極及び振動板の上部電極をそれぞれ独立に形成し、下部電極の幅を、振動板を支持する両アンカー部間の間隔より大に設定して構成することができる。
静電ＭＥＭＳアクチュエータとしては、隣接する複数のＭＥＭＳ素子における下部電極及び振動板の上部電極をそれぞれ独立に形成し、隣接するＭＥＭＳ素子において、一方のＭＥＭＳ素子の振動板の上部電極と、他方のＭＥＭＳ素子の下部電極とを電気的に接続して構成することができる。
静電ＭＥＭＳアクチュエータとしては、隣接する複数のＭＥＭＳ素子における下部電極及び振動板の上部電極をそれぞれ独立に形成し、下部電極の幅を、振動板を支持する両アンカー部間の間隔より大に設定し、隣接するＭＥＭＳ素子において、一方のＭＥＭＳ素子の振動板の上部電極と他方のＭＥＭＳ素子の下部電極とを電気的に接続して構成することができる。
【００１２】
本発明に係る微小流体駆動装置は、上述した静電ＭＥＭＳアクチュエータと流体の流路とを備えて構成する。
即ち、本発明に係る微小流体駆動装置は、隣接する複数のＭＥＭＳ素子における下部電極及び振動板の上部電極がそれぞれ独立に形成されてなる静電ＭＥＭＳアクチュエータと、静電ＭＥＭＳアクチュエータ上に配置された流体の流路とを備えた構成とする。
本発明に係る微小流体駆動装置は、基板に形成された下部電極に対向して基板上に両端をアンカー部により支持した上部電極を有する振動板が配置され、下部電極の幅が振動板を支持する両アンカー部間の間隔より大に設定されてなる静電ＭＥＭＳアクチュエータと、静電ＭＥＭＳアクチュエータ上に配置された流体の流路とを備えた構成とする。
本発明に係る微小流体駆動装置は、隣接するＭＥＭＳ素子において一方のＭＥＭＳ素子の振動板の上部電極と他方のＭＥＭＳ素子の下部電極とが電気的に接続されてなる静電ＭＥＭＳアクチュエータと、静電ＭＥＭＳアクチュエータ上に配置された流体の流路とを備えた構成とする。
【００１３】
本発明に係る微小流体駆動装置は、上述の各構成を組み合わせた構成とすることができる。
即ち、微小流体駆動装置としては、隣接する複数のＭＥＭＳ素子における下部電極及び振動板の上部電極をそれぞれ独立に形成し、ＭＥＭＳ素子の下部電極の幅を振動板の両端を支持する両アンカー部間の間隔より大に設定してなる静電ＭＥＭＳアクチュエータと、静電ＭＥＭＳアクチュエータ上に配置された流体の流路とを備えて構成することができる。
微小流体駆動装置としては、隣接する複数のＭＥＭＳ素子における下部電極及び振動板の上部電極をそれぞれ独立に形成し、隣接するＭＥＭＳ素子において一方のＭＥＭＳ素子の振動板の上部電極と他方のＭＥＭＳ素子の下部電極とを電気的に接続してなる静電ＭＥＭＳアクチュエータと、静電ＭＥＭＳアクチュエータ上に配置された流体の流路とを備えて構成することができる。
微小流体駆動装置としては、隣接する複数のＭＥＭＳ素子における下部電極及び振動板の上部電極をそれぞれ独立に形成し、下部電極の幅を、振動板を支持する両アンカー部間の間隔より大に設定し、隣接するＭＥＭＳ素子において、一方のＭＥＭＳ素子の振動板の上部電極と他方のＭＥＭＳ素子の下部電極とを電気的に接続してなる静電ＭＥＭＳアクチュエータと、静電ＭＥＭＳアクチュエータ上に配置された流体の流路とを備えて構成することができる。
【００１４】
本発明に係る微量流体吐出装置は、隣接する複数のＭＥＭＳ素子における下部電極及び振動板の上部電極がそれぞれ独立に形成された静電ＭＥＭＳアクチュエータと、静電ＭＥＭＳアクチュエータ上に配置されたノズルを有する液室とを備えた構成とする。
本発明に係る微量流体吐出装置は、基板に形成された下部電極に対向して基板上に両端をアンカー部により支持した上部電極を有する振動板が配置され、下部電極の幅が振動板を支持する両アンカー部間の間隔より大に設定されてなる静電ＭＥＭＳアクチュエータと、静電ＭＥＭＳアクチュエータ上に配置されたノズルを有する液室とを備えた構成とする。
本発明に係る微量流体吐出装置は、隣接するＭＥＭＳ素子において、一方のＭＥＭＳ素子の振動板の上部電極と他方のＭＥＭＳ素子の下部電極とが電気的に接続されてなる静電ＭＥＭＳアクチュエータと、静電ＭＥＭＳアクチュエータ上に配置されたノズルを有する液室とを備えた構成とする。
【００１５】
本発明に係る微小流体駆動装置は、上述の各構成を組み合わせた構成とすることができる。
即ち、インクジェットプリンタヘッドを含む微量流体吐出装置としては、隣接する複数のＭＥＭＳ素子における下部電極及び振動板の上部電極をそれぞれ独立に形成し、ＭＥＭＳ素子の下部電極の幅を振動板の両端を支持する両アンカー部間の間隔より大に設定してなる静電ＭＥＭＳアクチュエータと、静電ＭＥＭＳアクチュエータ上に配置されたノズルを有する液室とを備えて構成することができる。
微量流体吐出装置としては、隣接する複数のＭＥＭＳ素子における下部電極及び振動板の上部電極をそれぞれ独立に形成し、隣接するＭＥＭＳ素子において一方のＭＥＭＳ素子の振動板の上部電極と他方のＭＥＭＳ素子の下部電極とを電気的に接続してなる静電ＭＥＭＳアクチュエータと、静電ＭＥＭＳアクチュエータ上に配置されたノズルを有する液室とを備えて構成することができる。
微量流体吐出装置としては、隣接する複数のＭＥＭＳ素子における下部電極及び振動板の上部電極をそれぞれ独立に形成し、下部電極の幅を、振動板を支持する両アンカー部間の間隔より大に設定し、隣接するＭＥＭＳ素子において、一方のＭＥＭＳ素子の振動板の上部電極と他方のＭＥＭＳ素子の下部電極とを電気的に接続してなる静電ＭＥＭＳアクチュエータと、静電ＭＥＭＳアクチュエータ上に配置されたノズルを有する液室とを備えて構成することができる。
【００１６】
本発明に係る微量流体吐出装置は、上述したいずれかの構成をとる静電ＭＥＭＳアクチュエータと１つの液室とからなるマイクロポンプが、印画する対象物の幅以上にわたり複数個ライン状に配列された構成とする。
【００１７】
本発明に係るインクジェットプリンタを含む印刷装置は、微量流体吐出装置と、吐出対象流体供給機構と、印画対象物と微量流体吐出装置とを相対的に移動する機構とを備え、微量流体吐出装置を上述したいずれかの微量流体吐出装置で形成した構成とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る静電ＭＥＭＳアクチュエータによれば、複数の静電ＭＥＭＳ素子における下部電極及び振動板の上部電極がそれぞれ独立にされているので、下部電極及び上部電極の面積が低減し、下部電極と上部電極間の静電容量が低減する。この結果、静電ＭＥＭＳアクチュエータの低消費電力化、駆動の高速化を実現することができ、高性能化を図ることができる。
【００１９】
本発明に係る静電ＭＥＭＳアクチュエータによれば、下部電極の電極幅が振動板を支持する両アンカー部間の間隔より大に設定されることにより、下部電極に対向して駆動される振動板の実効領域には、下部電極の厚みが転写された段差が形成されず、平坦化される。下部電極の厚みが転写される段差は、段差の影響が無視できるアンカー部に形成される。これにより、振動板の張力は維持され、振動板の強度、寿命を向上することができる。また、振動板に不要な応力が発生しないので、振動板に不必要な反りも生じない。このため、例えばインクジェットプリンタヘッドを含む微量流体吐出装置に適用した場合、液滴の吐出速度、吐出量が損なわれることがない。このように、振動板の信頼性が上がり、静電ＭＥＭＳアクチュエータの高性能化を図ることができる。
【００２０】
本発明に係る静電ＭＥＭＳアクチュエータによれば、一方のＭＥＭＳ素子の振動板の上部電極と、他方のＭＥＭＳ素子の下部電極とを電気的に接続するので、駆動の繰り返しにより発生する電荷、即ち下部電極及び上部電極を被覆する絶縁膜にチャージされる電荷が、隣接するＭＥＭＳ素子の電極間でリークされ、短時間で消滅される。これにより、振動板の振幅が小さくなることで、反発力が弱まる現象が回避され、静電ＭＥＭＳアクチュエータの高性能化を図ることができる。この結果、例えばインクジェットプリンタヘッドに適用した場合、インク吐出量の変動がなくなる。
【００２１】
上述の静電ＭＥＭＳアクチュエータの構成を適宜組み合わせた本発明に係る静電ＭＥＭＳアクチュエータによれば、それぞれの構成に基づく効果を同時に発揮することができ、静電ＭＥＭＳアクチュエータの更なる高性能化を図ることができる。
【００２２】
本発明に係る微小流体駆動装置によれば、隣接する複数のＭＥＭＳ素子における下部電極及び振動板の上部電極がそれぞれ独立に形成されてなる静電ＭＥＭＳアクチュエータと、静電ＭＥＭＳアクチュエータ上に配置された流体の流路とを備えた構成とすることにより、静電ＭＥＭＳアクチュエータにおける下部電極及び上部電極の面積が低減し、下部電極と上部電極間の静電容量が低減する。この結果、微小流体駆動装置の低消費電力化、駆動の高速化を実現することができ、高性能化を図ることができる。
【００２３】
本発明に係る微小流体駆動装置によれば、静電ＭＥＭＳアクチュエータと、静電ＭＥＭＳアクチュエータ上に配置された流体の流路とを備え、静電ＭＥＭＳアクチュエータにおける下部電極の幅が、振動板を支持する両アンカー部間の間隔より大に設定された構成とすることにより、下部電極に対向して駆動される振動板の実効領域に、下部電極の厚みが転写された段差が形成されず、平坦化される。下部電極の厚みが転写される段差は段差の影響が無視できるアンカー部に形成される。これにより、振動板の張力は維持され、振動板の強度、寿命を向上することができる。また、振動板に不要な応力が発生しないので、振動板と基板間の距離の変動もなく、駆動電圧も変動しない。このため、流体の流速、流量が変わることがなく、微小流体駆動装置の高性能化を図ることができる。
【００２４】
本発明に係る微小流体駆動装置によれば、静電ＭＥＭＳアクチュエータと、静電ＭＥＭＳアクチュエータ上に配置された流体の流路とを備えた構成において、静電ＭＥＭＳアクチュエータにおける隣接するＭＥＭＳ素子において、一方のＭＥＭＳ素子の振動板の上部電極と他方のＭＥＭＳ素子の下部電極とが電気的に接続される。これにより、静電ＭＥＭＳアクチュエータの駆動の繰り返しにより発生する電荷、即ち下部電極及び上部電極を被覆する絶縁膜にチャージされる電荷が、隣接するＭＥＭＳ素子の電極間でリークされ、短時間で消滅される。従って、振動板の反発力、振幅が弱まることが回避され、静電ＭＥＭＳアクチュエータの駆動毎の流体の流量の変動がなくなる。この結果、微小流体駆動装置の高性能化を図ることができる。
【００２５】
本発明に係る微小流体駆動装置によれば、上述の各静電ＭＥＭＳアクチュエータの構成を適宜組み合わせた静電ＭＥＭＳアクチュエータを備えることにより、静電ＭＥＭＳアクチュエータにおいて、それぞれの構成に基づく効果を同時に発揮することができ、微小流体駆動装置の更なる高性能化を図ることができる。
【００２６】
本発明に係る微量流体吐出装置によれば、隣接する複数のＭＥＭＳ素子における下部電極及び振動板の上部電極がそれぞれ独立に形成されてなる静電ＭＥＭＳアクチュエータと、静電ＭＥＭＳアクチュエータ上に配置されたノズルを有する液室とを備えた構成とすることにより、静電ＭＥＭＳアクチュエータにおける下部電極及び上部電極の面積が低減し、下部電極と上部電極間の静電容量が低減する。この結果、微量流体吐出装置の低消費電力化、駆動の高速化を実現することができ、高性能化を図ることができる。
【００２７】
本発明に係る微量流体吐出装置によれば、静電ＭＥＭＳアクチュエータと、静電ＭＥＭＳアクチュエータ上に配置されたノズルを有する液室とを備え、静電ＭＥＭＳアクチュエータにおける下部電極の幅が、振動板を支持する両アンカー部間の間隔より大に設定された構成とすることにより、下部電極に対向して駆動される振動板の実効領域に、下部電極の厚みが転写された段差が形成されず、平坦化される。下部電極の厚みが転写される段差は段差の影響が無視できるアンカー部に形成される。これにより、振動板の張力は維持され、振動板の強度、寿命を向上することができる。また、振動板に不要な応力が発生しないので、振動板と基板間の距離の変動もなく、駆動電圧も変動しない。このため、液滴の吐出速度、吐出量が損なわれることがなく、微量流体吐出装置の高性能化を図ることができる。
【００２８】
本発明に係る微量流体吐出装置によれば、静電ＭＥＭＳアクチュエータと、静電ＭＥＭＳアクチュエータ上に配置されたノズルを有する液室とを備えた構成において、静電ＭＥＭＳアクチュエータの隣接するＭＥＭＳ素子において、一方のＭＥＭＳ素子の振動板の上部電極と他方のＭＥＭＳ素子の下部電極とが電気的に接続される。これにより、静電ＭＥＭＳアクチュエータの駆動の繰り返しにより発生する電荷、即ち下部電極及び上部電極を被覆する絶縁膜にチャージされる電荷が、隣接するＭＥＭＳ素子の電極間でリークされ、短時間で消滅される。従って、振動板の振幅、反発力が弱まることが回避され、静電ＭＥＭＳアクチュエータのインク吐出速度、吐出量の変動がなくなる。この結果、微量流体吐出装置の高性能化を図ることができる。
【００２９】
本発明に係る微量流体吐出装置によれば、上述の各静電ＭＥＭＳアクチュエータの構成を適宜組み合わせた静電ＭＥＭＳアクチュエータを備えることにより、静電ＭＥＭＳアクチュエータにおいて、それぞれの構成に基づく効果を同時に発揮することができ、微量流体吐出装置の更なる高性能化を図ることができる。
【００３０】
本発明に係る微量流体吐出装置によれば、上述のいずれかの微量流体吐出装置において、静電ＭＥＭＳアクチュエータと１つの液室とからなるマイクロポンプを、印画する対象物の幅以上にわたり複数個ライン状に配列した構成とすることにより、高性能のラインヘッドを提供することができる。
【００３１】
本発明に係るインクジェットプリンタを含む印刷装置によれば、微量流体吐出装置と、吐出対象流体供給機構と、印画対象物と微量流体吐出装置とを相対的に移動する機構とを備え、微量流体吐出装置を上述のいずれかの微量流体吐出装置で形成することにより、消費電力が低減し、寿命が向上する。従って、例えば電池駆動する携帯用のインクジェットプリンタに用いることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００３３】
図１は、本発明に係る静電ＭＥＭＳアクチュエータの一実施の形態を示す。本実施の形態に係る静電ＭＥＭＳアクチュエータ３１は、共通の基板３４上に複数の静電アクチュエータとなるＭＥＭＳ素子が形成される。即ち、共通の基板３４上にそれぞれ個別（独立）の複数の（図１では２つを示す）下部電極３５〔３５Ａ，３５Ｂ〕が配列され、下部電極３５〔３５Ａ，３５Ｂ〕を被覆するように表面に絶縁膜３６が形成される。本例では絶縁膜３６が平坦化膜として形成される。この基板２４上に各下部電極３５Ａ，３５Ｂに対して夫々空間３７を介して対向するように、個別（独立）の上部電極３８〔３８Ａ，３８Ｂ〕を有する振動板３９〔３９Ａ，３９Ｂ〕が配置される。この下部電極３５Ａと上部電極３８Ａを有する振動板３９Ａにより静電ＭＥＭＳ素子３１Ａが構成され、下部電極３５Ｂと上部電極３８Ｂを有する振動板３９Ｂにより静電ＭＥＭＳ素子３１Ｂが構成される。下部電極３５は基板３４に形成されているため、下部電極３５への電圧印加時に空間変位を生じない。
【００３４】
振動板３９〔３９Ａ，３９Ｂ〕は、絶縁膜と上部電極との積層膜で形成され、例えばシリコン酸化膜４２、上部電極３８、シリコン酸化膜４３、シリコン窒化膜４４及び表面のシリコン酸化膜４５とを積層した積層膜で形成される。振動板３９〔３９Ａ，３９Ｂ〕は、その両端を基板３４上に形成したアンカー部４６により支持して、いわゆる両持ち梁構造に形成される。アンカー部４６は、例えば振動板３９と同じ構成の絶縁膜、即ちシリコン酸化膜４２、シリコン酸化膜４３、シリコン窒化膜４４及びシリコン酸化膜４５の積層膜で形成され、振動板３９と連続して一体に形成される。
【００３５】
基板３４は、例えばシリコン（Ｓｉ）やガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの半導体基板上に絶縁膜を形成した基板や、石英基板を含むガラス基板のような絶縁性基板等の所要の基板を用いることができる。本例ではシリコン基板４２上にシリコン酸化膜等による絶縁膜４３を形成した基板３４を用いている。下部電極３５〔３５Ａ，３５Ｂ〕は、導電性物質薄膜で形成し、例えば不純物をドーピングした多結晶シリコン膜、金属（多結晶Ｐｔ，Ｔｉ，Ａｌ，Ａｕ，Ｃｇ，Ｎｉ等の蒸着膜）、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）膜、さらには半導体基板３４内に形成した半導体層等で形成される。本例では不純物をドーピングした多結晶シリコン膜で形成される。上部電極３８〔３８Ａ，３８Ｂ〕は、導電性物質薄膜で形成し、例えば不純物をドーピングした多結晶シリコン膜、金属（多結晶Ｐｔ，Ｔｉ，Ａｌ，Ａｕ，Ｃｇ，Ｎｉ等の蒸着膜）、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）膜等で形成される。本例では不純物をドーピングした多結晶シリコン膜で形成される。
【００３６】
上述の静電ＭＥＭＳアクチュエータ３１の動作は、前述したと同様であり、上部電極３８と下部電極３５間に所要の電圧を印加したときの静電力により、振動板３９が駆動する。例えば、下部電極３５に接地電圧（０Ｖ）を印加し、上部電極３８にプラス電圧（＋Ｖ）又はマイナス電圧（−Ｖ）を印加すれば振動板３９は基板３４側へ撓み、上部電極３８に０Ｖを印加すれば振動板３８は元の位置の戻る、という駆動を繰り返す。上部電極３８と下部電極３５への印加電圧は逆でもよい。
【００３７】
本実施の形態に係る静電ＭＥＭＳアクチュエータ３１によれば、各静電ＭＥＭＳ素子３１Ａ，３１Ｂの夫々の下部電極３５Ａ，３５Ｂ及び上部電極３８Ａ，３８Ｂが独立に分離して形成されているので、下部電極３５〔３５Ａ，３５Ｂ〕及び上部電極３８〔３８Ａ，３８Ｂ〕の面積が低減し、下部電極３５と上部電極３８間の静電容量、及び下部電極３５と基板３４、本発明例ではシリコン基板３２との間の寄生容量Ｃ０（図1参照）を低減することができる。この結果、静電ＭＥＭＳアクチュエータの低消費電力化、駆動の高速化を実現し、高性能化を図ることができる。
【００３８】
図２は、本発明に係る静電ＭＥＭＳアクチュエータの他の実施の形態を示す。本実施の形態に係る静電ＭＥＭＳアクチュエータ５１は、共通のシリコン基板３４上に複数の静電アクチュエータとなる静電ＭＥＭＳ素子が形成される。即ち、共通の基板３４上にそれぞれ個別（独立）の複数の（図２では２つを示す）下部電極５２〔５２Ａ，５２Ｂ〕が配列され、各下部電極５２Ａ，５２Ｂの表面に絶縁膜、例えばシリコン酸化膜５３が形成される。この基板３４上に下部電極５２Ａ，５２Ｂに対してそれぞれ空間５４を介して上部電極５５〔５５Ａ，５５Ｂ〕を有した振動板５６〔５６Ａ，５６Ｂ〕が配置される。振動板５５Ａ，５５Ｂは、上部電極５５を共通として、絶縁膜と導電性物質薄膜（上部電極）との積層膜で形成される。振動板５５〔５５Ａ，５５Ｂ〕は、その両端を基板３４上に形成したアンカー部５７により支持して、両持ち梁構造に形成される。振動板５６〔５６Ａ，５６Ｂ〕とアンカー部５７とは、同じ膜構造で形成され、例えばシリコン酸化膜５８、多結晶シリコン膜の上部電極５５〔５５Ａ，５５Ｂ〕と表面のシリコン酸化膜５９の積層膜で形成される。上部電極５５を有する振動板５６Ａと下部電極５２Ａにより静電ＭＥＭＳ素子５１Ａが構成され、上部電極５５を有する振動板５６Ｂと下部電極５２Ｂにより静電ＭＥＭＳ素子５１Ｂが構成される。
【００３９】
そして、本実施の形態においては、特に、ＭＥＭＳ素子５１Ａ，５１Ｂの下部電極５２Ａ，５２Ｂの電極幅Ｌが振動板５６〔５６Ａ，５６Ｂ〕を支持する両アンカー部５７間の間隔Ｗより長く設定される。
図２において、図１と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００４０】
本実施の形態に係る静電ＭＥＭＳアクチュエータ５１によれば、ＭＥＭＳ素子５１Ａ，５１Ｂの下部電極５２Ａ，５２Ｂの電極幅Ｌが振動板５６〔５６Ａ，５６Ｂ〕を支持する両アンカー部５７間の間隔Ｗより長く設定されることにより、下部電極５２Ａ，５２Ｂと対向して駆動に供される振動板５６の実効領域には段差が形成されず、平坦化される。即ち、製造時に個別の下部電極５２Ａ，５２Ｂの厚みが転写されて振動板５２Ａ，５２Ｂに段差部６０が形成されるも、この段差部６０はアンカー部５７に位置し、振動板５６から外れる。即ち、段差部６０は、段差の影響が無視できるアンカー部５７上に形成される。これにより、振動板５６の張力は維持され、振動板５６の強度、寿命が向上する。また、振動板５６に不要な応力が発生しないので、振動板５６の反りが低減する。このため、例えば微量流体吐出装置に適用した場合、液滴の吐出速度、吐出量が損なわれることがない。
この結果、振動板の信頼性が上がり、静電ＭＥＭＳアクチュエータの高性能化を図ることができる。
【００４１】
図３は、本発明に係る静電ＭＥＭＳアクチュエータの他の実施の形態を示す。本例は図２に示す下部電極の電極幅をアンカー部間の間隔より長く設定した振動板の構成を、図１の各静電ＭＥＭＳ素子におけるそれぞれの上部電極及び下部電極を独立させた図１の静電ＭＥＭＳアクチュエータに適用した場合である。
本実施の形態に係る静電ＭＥＭＳアクチュエータ６１は、共通の基板４２上にそれぞれ独立した複数の（図３では２つを示す）下部電極３５〔３５Ａ，３５Ｂ〕を配置し、絶縁膜の例えばシリコン酸化膜３６′で被覆された各下部電極３５〔３５Ａ，３５Ｂ〕に対して空間３７を介して対向するように、それぞれ独立の上部電極３８〔３８Ａ，３８Ｂ〕を有す振動板３９〔３９Ａ，３９Ｂ〕を配置して、静電ＭＥＭＳアクチュエータとなる複数の静電ＭＥＭＳ素子６１Ａ，６１Ｂを形成するようにして構成される。そして、静電ＭＥＭＳ素子３１Ａ，３１Ｂの下部電極３５Ａ，３５Ｂの電極幅Ｌが、振動板３９〔３９Ａ，３９Ｂ〕を支持する両アンカー部４６間の間隔Ｗより長く設定される。
なお、図３において、図１と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００４２】
本実施の形態に係る静電ＭＥＭＳアクチュエータ６１によれば、各静電ＭＥＭＳ素子６１Ａ，６１Ｂのそれぞれの下部電極３５Ａ，３５Ｂ及び上部電極３８Ａ，３８Ｂが独立に形成されるので、低消費電力化、駆動の高速化を実現する。同時に下部電極３５Ａ，３５Ｂの電極幅Ｌが、振動板３９〔３９Ａ，３９Ｂ〕を支持する両アンカー部４６間の間隔Ｗより長く設定されるので、図２で説明した理由によって振動板の信頼性が上がる。従って、両効果が相俟ってさらに静電ＭＥＭＳアクチュエータの高性能化を図ることができる。
【００４３】
図４は、本発明に係る静電ＭＥＭＳアクチュエータの他の実施の形態を示す。本実施の形態に係る静電ＭＥＭＳアクチュエータ６３は、図４Ａに示すように、図１と同様の構成を採る。即ち、共通の基板上にそれぞれ独立した複数の下部電極３５〔３５Ａ，３５Ｂ，・・〕が配置され、この各下部電極３５〔３５Ａ，３５Ｂ，・・〕に対して空間３７を介して対向するように、それぞれ独立の上部電極３８〔３８Ａ，３８Ｂ，・・〕を有す振動板３９〔３９Ａ，３９Ｂ，・・〕が配置されて、静電ＭＥＭＳアクチュエータとなる複数の静電ＭＥＭＳ素子３１Ａ，３１Ｂ・・を形成するようにして構成される。その他の構成は図１と同様であるので、重複説明を省略する。
【００４４】
そして、本実施の形態においては、特に、隣接する静電ＭＥＭＳ素子において、一方の静電ＭＥＭＳ素子の下部電極３５と他方の静電ＭＥＭＳ素子の上部電極３８とを電気的に接続して構成される。
【００４５】
即ち、図４Ｂに示すように、共通の基板３４上に複数、本例では便宜的に４つの静電ＭＥＭＳ素子３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄが配列されている場合、隣接する２つの静電ＭＥＭＳ素子を組とする。例えば静電ＭＥＭＳ素子３１Ａ，３１Ｂを組とし、静電ＭＥＭＳ素子３１Ｃ，３１Ｄを組とする。この隣接する２つの静電ＭＥＭＳ素子３１Ａ，３１Ｂにおいて、一方の静電ＭＥＭＳ素子３１Ａの下部電極３５Ａと他方の静電ＭＥＭＳ素子３Ｂの上部電極３８Ｂとを電気的に接続する。また、隣接する２つの静電ＭＥＭＳ素子３１Ｃ，３１Ｄにおいて、一方の静電ＭＥＭＳ素子３１Ｃの下部電極３５Ｃと他方の静電ＭＥＭＳ素子３Ｄの上部電極３８Ｄとを電気的に接続する。そして、各隣接する２つの静電ＭＥＭＳ素子のうち、一方の静電ＭＥＭＳ素子３１Ａ，３１の上部電極３８Ａ，３８Ｃをそれぞれスイッチ素子ＳＷ11，ＳＷ13を介して共通接続して端子Ａを導出する。また、他方の静電ＭＥＭＳ素子３１Ｂ，３１Ｄの下部電極３５Ｂ，３５Ｄをそれぞれスイッチ素子ＳＷ12，ＳＷ14を介して共通接続して端子Ｂを導出する。さらに、一方の静電ＭＥＭＳ素子３１Ａ，３１Ｃの下部電極３５Ａ，３５Ｃを共通接続して端子Ｃを導出する。
【００４６】
本実施の形態では、この端子Ａ、Ｂ及びＣと、印加電圧となる接地電圧（０Ｖ）、プラス電圧（＋Ｖ）及びマイナス電圧（−Ｖ）を組み合わせて配線回路を構成する。図５Ａ〜Ｄは、図４Ｂにおける配線及び印加電圧の例を示す。
図５Ａは、端子Ａと端子Ｂを接続して０Ｖとプラス電圧（＋Ｖ）の２値のパルスＰ1 を印加し、端子Ｃに接地電圧（０Ｖ）を印加するように構成される。この回路では、例えばスイッチ素子ＳＷ11〜ＳＷ14を選択的にオンした時に、端子Ａ，ＢにパルスＰ1 の１周期分が同期して印加される。選択された静電ＭＥＭＳ素子においては、パルスＰ1 の＋Ｖで上部電極３８従って振動板３９が下に変位し、０Ｖで振動板３９が元に戻る。
今、例えば隣接２つの静電ＭＥＭＳ素子３１Ａ，３１Ｂを同時に駆動する場合を考えると、図６に示すように、一方の静電ＭＥＭＳ素子３１Ａの＋Ｖが印加される上部電極３８Ａを覆う絶縁膜１００にマイナス電荷ｅ―がチャージし、他方の静電ＭＥＭＳ素子３１Ｂの０Ｖが印加される上部電極３８Ｂを覆う絶縁膜１０１にプラス電荷ｈ＋がチャージする。ここで、振動板及びアンカー部を構成する絶縁膜１００、１０１の絶縁抵抗を駆動に影響しない程度に低下させておけば（例えば、不純物をドーピングして絶縁抵抗を低下させる）、電荷ｅ―，ｈ＋は隣接する上部電極３８Ａ及び３８Ｂ間でリークし、短時間で残留電荷ｅ―，ｈ＋が消滅される。隣接する静電ＭＥＭＳ素子３１Ａと３１Ｂをそれぞれスイッチ素子ＳＷ11，ＳＷ12を介して選択的に駆動される場合にも、多少の時間の遅れはあるももの、残留電荷ｅ―，ｈ＋を消滅させることができる。
【００４７】
図５Ｂは、端子Ａと端子Ｂを接続して０Ｖとプラス電圧（＋Ｖ）とマイナス電圧（−Ｖ）の３値のパルスＰ2 を印加し、端子Ｃに接地電圧（０Ｖ）を印加するように構成される。この回路では、例えばスイッチ素子ＳＷ11〜ＳＷ14を選択的にオンした時に、端子Ａ，ＢにパルスＰ２の半周期分が同期して印加される。選択された静電ＭＥＭＳ素子においては、パルスＰ2 の＋Ｖまたは−Ｖで上部電極３８従って振動板３９が下に変位し、０Ｖで振動板３９が元に戻る。
この構成においても、図５Ａの場合と同様に短時間で残留電荷ｅ，ｈが消滅される。
【００４８】
図５Ｃは、端子Ａと端子Ｂを接続してプラス電圧（＋Ｖ）を印加し、端子Ｃに接地電圧（０Ｖ）を印加するように構成される。この回路では、例えばスイッチ素子ＳＷ11〜ＳＷ14を選択的にオン・オフして静電ＭＥＭＳ素子を駆動する。この場合は、スイッチ素子をオンすると、静電ＭＥＭＳ素子の上部電極に＋Ｖが印加されて振動板３９が下に変位し、スイッチ素子をオフすると振動板３９が元に戻る。
今、例えば隣接する２つの静電ＭＥＭＳ素子３１Ａ，３１Ｂを同時に駆動する場合を考えると、下部電極３５Ａ，３５Ｂを覆う絶縁膜の絶縁抵抗を駆動に影響を与えない程度に低下させて置けば、隣接する下部電極３５Ａ及び３５Ｂ間でリークし、同様に残留電荷ｅ―，ｈ＋が消滅される。隣接する静電ＭＥＭＳ素子３１Ａと３１Ｂをそれぞれスイッチ素子ＳＷ11，ＳＷ12を介して選択的に駆動される場合にも、残留電荷ｅ―，ｈ＋を消滅させることができる。
【００４９】
図５Ｄは、端子Ａと端子Ｂを接続して０Ｖとプラス電圧（＋Ｖ1 ）の２値のパルスＰ3 を印加し、端子Ｃに０Ｖとプラス電圧（＋Ｖ2 ）の２値のパルスＰ4 を印加する。静電ＭＥＭＳアクチュエータを例えば微量流体吐出装置に適用した場合、＋Ｖ１はインク吐出可能な電圧であり、＋Ｖ2 はインクを吐出しないけれども振動板が動く電圧である。＋Ｖ1 ＞＋Ｖ2 である。このパルスＰ3 とパルスＰ4 は、位相をずらして＋Ｖ1 と＋Ｖ2 が交互に印加されるように供給される。このとき、＋Ｖ1 の印加期間ｔ1 、＋Ｖ2 の印加時間ｔ2 とすると、（＋Ｖ１）×印加時間ｔ1 ＝（＋Ｖ2 ）×印加時間ｔ2に設定して置くと、供給されるチャージ量が同じになって、残留電荷ｅ―，ｈ＋を容易に逃がすことができる。
今、例えば隣接する２つの静電ＭＥＭＳ素子３１Ａ，３１Ｂを同時に駆動する場合を考えると、パルスＰ3 で静電ＭＥＭＳ素子３１Ａ，３１Ｂの振動板が駆動し、パルスＰ4 で残留電荷ｅ―，ｈ＋を逃がすことができる。すなわち、パルスＰ３が印加されてオフした直後（ＴＡ）に振動板が戻るので、インクが吐出される。このインクの吐出が終わったところでパルスＰ４が印加されオフされる。このパルスＰ４のオン・オフでは振動板は僅かに振動するもインクを吐出するに至らない。パルスＰ３と逆極性のパルスＰ４が印加されることにより、残留電荷ｅ―，ｈ＋を逃がすことができる。また、タイミングの調整により振動板及び液室内の残留振動を低減することも可能となる。
【００５０】
上述の本実施の形態に係る静電ＭＥＭＳアクチュエータ６３によれば、隣接する静電ＭＥＭＳ素子３１Ａ及び３１Ｂ、３１Ｃ及び３１Ｄにおいて、一方の静電ＭＥＭＳ素子３１Ａ，３１Ｃの下部電極３５Ａ、３５Ｃと他方の静電ＭＥＭＳ素子３１Ｂ、３１Ｄの上部電極３８Ｂ、３８Ｄとを夫々電気的に接続した構成とすることにより、チャージされた電荷を隣接する静電ＭＥＭＳ素子３１Ａと３１Ｂの電極間、静電ＭＥＭＳ素子３１Ｃと３１Ｄの電極間で夫々短時間に逃がすことができる。
即ち、下部電極３５Ａ，３５Ｂ、３５Ｃ，３５Ｄ及び上部電極３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃ，３８Ｄを構成上個別にしても、配線、外部からの電極を増やさないため、隣接する静電ＭＥＭＳ素子３１Ａ，３１Ｂ、静電ＭＥＭＳ素子３１Ｃ，３１Ｄに共通電極を配線する場合に、隣接する静電ＭＥＭＳ素子３１Ａ，３１Ｂの下部電極３５Ａ，上部電極３８Ｂを接続し、静電ＭＥＭＳ素子３１Ｃ，３１Ｄの下部電極３５Ｃ，３８Ｄを接続することにより、チャージされた電荷ｅ，ｈを逃がすことができる。
【００５１】
本実施の形態に係る静電ＭＥＭＳアクチュエータ６３は、例えば微量流体吐出装置に適用した場合、１つの液室に対して同時駆動する２つの静電ＭＥＭＳアクチュエータを用いて１つのマイクロポンプを構成する場合に好適である。その他、１つの液室に１つの静電ＭＥＭＳアクチュエータで１つのマイクロポンプを構成する場合にも、隣接するマイクロポンプの静電ＭＥＭＳアクチュエータ間で図５に示すように接続配線することにより、上記構成に比べて多少時間がかかるもチャージする電荷を隣接する静電ＭＥＭＳアクチュエータの電極間で逃がすことができる。
【００５２】
本発明においては、上述した本実施の形態の静電ＭＥＭＳアクチュエータ単体をスピーカーなどの圧力伝播装置として利用することが出来る。
更に、上述した本実施の形態の静電ＭＥＭＳアクチュエータ上に流体の流路を配置することにより、各種の微小流体駆動装置（いわゆるマイクロポンプ）を構成することができる。本実施の形態の微小流体駆動装置は、例えば、インクジェットプリンタヘッドを含む微量流体吐出装置、ＣＰＵ等の半導体装置の冷却用として半導体装置上に冷却液を流して冷却するための冷却ポンプ、熱拡散装置、産業用では有機ＥＬ等の高分子、低分子有機材料塗布装置、プリント配線印刷装置、ハンダバンプ印刷装置、３次元モデリング装置、μＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｔｏｔａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）として薬液その他の液体をｐｌ（ピコリットル）以下の微小単位にてコントロールして供給する供給ヘッド、さらには気体を微小量精度良くコントロールして供給する供給ヘッド等に適用することができる。
本実施の形態の微小流体駆動装置に適用する静電ＭＥＭＳアクチュエータとしては、前述した図１、図２、図３、図４の構成、あるいはこれらを適宜組み合わせた構成の静電ＭＥＭＳアクチュエータを用いることができる。
【００５３】
図７〜図９は、上述の静電ＭＥＭＳアクチュエータを用いて微量流体吐出装置を構成した場合の実施の形態を示す。
本実施の形態に係る微量流体吐出装置７１は、高密度に並列配置した複数の静電ＭＥＭＳアクチュエータ７２〔７２１、７２２・・〕と、その各静電ＭＥＭＳアクチュエータ７２〔７２１、７２２、・・〕の振動板に対応する位置に液室７３、液滴を外部に吐出するノズル７４が形成された隔壁構体７５が配置され、各液室７３に連通し吐出対象流体供給機構（図示せず）より流体７６を供給する流路７７を有して構成される。各流路７７は、吐出対象流体供給機構からの共通の流路７８から分岐される（図７参照）。流路７７の液室７３の入り口近傍に逆流を抑制するためのオリフィス７９が設けられる（図８の模式図参照）。
【００５４】
微量流体吐出装置７１は、一組の液室７３及び静電ＭＥＭＳアクチュエータ７２で１つのマイクロポンプ（例えば、プリンタヘッド素子）８１が形成され、複数のマイクロポンプ８１〔８１Ａ，８１Ｂ，・・〕が所定の配列をもって配置されて成る。微量流体吐出装置７１は、例えば複数のマイクロポンプ８１Ａ，８１Ｂ・・を印画する対象物の幅以上にわたってライン状に配列したライン・微量流体吐出装置（例えば、ラインヘッド）として構成することができる。印画する対象物としては、紙、フレキシブルな樹脂フィルム、印刷配線基板用のフレキシブルシート等がある。
【００５５】
本実施の形態では、液室７３及び静電ＭＥＭＳアクチュエータ７２で構成される１つのマイクロポンプ８１に対応して複数の静電ＭＥＭＳアクチュエータが設けられる。即ち、１つの液室７３に対応する静電ＭＥＭＳアクチュエータ７２１、７２２・・が、夫々複数、本例では２つの静電ＭＥＭＳアクチュエータ７２Ａ，７２Ｂで構成される。これら２つの静電ＭＥＭＳアクチュエータ７２Ａ，７２Ｂは、図９に示すように、共通の基板３４上にそれぞれ独立した２つの下部電極３５Ａ，３５Ｂが形成され、この２つの下部電極３５Ａ，３５Ｂに対して空間３７を挟んで独立した２つの上部電極３８Ａ，３８Ｂを有する振動板３９Ａ，３９Ｂを配置して形成される。振動板３９Ａ，３９Ｂは両端をアンカー部で支持された両持ち梁構造に形成される。
【００５６】
１つの液室７３に対応した２つの振動板３９Ａ，３９Ｂは副アンカー（支柱）８２により支持され、隣接マイクロポンプ８１間において振動板３９〔３９Ａ，３９Ｂ〕は主アンカー部８３により支持される。この例では、主アンカー部８３及び副アンカー部８２が、振動板３９の長手方向に沿って所定間隔を置いて複数設けられる。主アンカー部８３及び副アンカー部８２は、振動板３９を構成する同じ絶縁膜によって振動板３９と一体に形成される。
【００５７】
静電ＭＥＭＳアクチュエータ７２は、前述の図３で説明したように、下部電極３５の電極幅Ｌを振動板３９Ａ，３９Ｂの両端を支持する両アンカー部８２及び８３の間の間隔Ｗより長く設定する構成、また、隣接する一対の静電ＭＥＭＳアクチュエータ７２Ａ，７２Ｂにおいて、一方の静電ＭＥＭＳアクチュエータ７２Ａの下部電極３５Ａと他方の静電ＭＥＭＳアクチュエータ７２Ｂの上部電極３８Ｂとを電気的に接続し、前述の図５で説明したような配線及び印加電圧を採用して構成することができる。
【００５８】
本実施の形態に係る微量流体吐出装置７１では、両静電ＭＥＭＳアクチュエータ７２Ａ，７２Ｂが同時に駆動し、振動板３９Ａ，３９Ｂが同時に下部電極３５側に変位したとき、液室７３内の体積が増加しオリフィス７９を通じてインク７６が液室７３内に供給される。次いで振動板３９Ａ，３９Ｂが元の位置に戻ると液室７３内の体積が収縮し液室７３内が加圧されることによって、体積変動量に基づく所要量のインク７６がノズル７３より吐出する。
【００５９】
本実施の形態に係る微量流体吐出装置７１によれば、隣接する静電ＭＥＭＳアクチュエータ７２Ａ，７２Ｂの下部電極３５Ａ，３５Ｂ及び上部電極３８Ａ，３８Ｂをそれぞれ独立に形成することにより、電極面積が低減し、下部電極３５〔３５Ａ，３５Ｂ〕及び上部電極３８〔３８Ａ，３８Ｂ〕間の静電容量、及び下部電極３５と基板３２との間の寄生容量を低減することができる。これによって、微量流体吐出装置７１の低消費電力化、長寿命化を図ることができる。
下部電極３５及び上部電極３８を独立形成する際に、両アンカー部８２及び８２間の間隔Ｗよりも下部電極３５〔３５Ａ，３５Ｂ〕の電極幅を若干長くすることにより、振動板３９〔３９Ａ，３９Ｂ〕に対してその膜厚方向の応力差による反りの発生が抑制され、振動板３９として所要の振幅を確保することができる。また、下部電極３５の厚みによる段差はアンカー部８２、８３に形成され、振動板３９から外れるので、段差の影響が無視され、振動板３９の強度、寿命への段差の影響を低減することができる。
一方の静電ＭＥＭＳアクチュエータ７２Ａの下部電極３５Ａを他方の静電ＭＥＭＳアクチュエータ７２Ｂの上部電極３８Ｂに接続するので、下部電極３５〕３５Ａ，３５Ｂ〕及び上部電極３８〔３８Ａ，３８Ｂ〕を覆う絶縁膜に発生する電荷を消滅することができ、振動板３９の反発力の変動、振幅変動、これに基づくインク７６の吐出速度及び吐出量の変動が回避される。従って、高性能の微量流体吐出装置を提供することができる。
【００６０】
この微量流体吐出装置７１に用いる静電ＭＥＭＳアクチュエータ７２としては、図１〜図５で説明した構成、あるいはこれらの構成を適宜組み合わせたて構成の静電ＭＥＭＳアクチュエータを採用することができる。
【００６１】
本発明に係る実施の形態おいては、上述の微量流体吐出装置を搭載した印刷装置の１つであるインクジェットプリンタを構成することができる。本実施の形態のインクジェットプリンタは、例えば、プリント用紙の幅と同じ長さに複数のノズルが並列されて成る、上述した本発明のライン・微量流体吐出装置と、吐出対象流体供給機構と、印画対象物と微量流体吐出装置とを相対的に移動する機構とを備えたラインヘッド方式のインクジェットプリンタとして構成することができる。印画対象物としては、前述したように、紙、フレキシブルな樹脂フィルム、印刷配線基板用のフレキシブルシート等がある。
上記移動する機構としては、ラインヘッドを固定にして印画対象物を移送するような機構、あるいは逆に印画対象物を固定にしてラインヘッドを移動するようにした機構とすることができる。
なお、本発明の他のインクジェットプリンタ及び印刷装置は、印画対象物の相対的な移送方向に対して微量流体吐出装置を垂直の動作させるようにしたシリアル走査方式の微量流体吐出装置を採用することもできる。
【００６２】
本実施の形態に係るインクジェットプリンタ及び印刷装置によれば、上述の本発明の微量流体吐出装置を搭載することにより、高信頼性、高性能のインクジェットプリンタ及び印刷装置を提供することができる。
特に、インクジェットプリンタを携帯可能にするには電池駆動としたい。また、その寿命も長いほど良い。このため、静電駆動のＭＥＭＳ方式の微量流体吐出装置は、原理的に消費電力が少ないので非常に有効である。従来のインクジェットプリンタ方式では前述したように電荷が無駄に消費されているが、本実施の形態の静電ＭＥＭＳ微量流体吐出装置を搭載することにより、消費電力の低減が可能になる。従って、携帯可能なインクジェットプリンタを提供することができる。
【００６３】
なお、本発明に係る静電ＭＥＭＳアクチュエータは、スピーカーを含む圧力伝達装置、光学ＭＥＭＳ(光スイチ、光強度変調器など)、高周波フィルタ、高周波スイッチ、また加速度センサ、圧力センサ、温度センサなどに適用される振動子、さらには微小流体駆動装置等、に適用することが出来る。
また、本発明に係る微小流体駆動装置はポンプ、インクジェットプリンタヘッドを含む微量流体吐出装置、さらにはインクジェトプリンタを含む印刷装置、に適用することができる。微量流体吐出装置としては、インクの吐出に限らず、半田ペースト材、有機半導体材料、配線材料、室内の香りの雰囲気を調整するための香水、その他の種々の吐出対象流体の吐出に適用できる。
本発明で対象とするＭＥＭＳ構造は、マイクロ・ナノスケールの構造である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明に係る静電ＭＥＭＳアクチュエータの一実施の形態を示す構成図である。
【図２】本発明に係る静電ＭＥＭＳアクチュエータの他の実施の形態を示す構成図である。
【図３】本発明に係る静電ＭＥＭＳアクチュエータの他の実施の形態を示す構成図である。
【図４】Ａ  本発明に係る静電ＭＥＭＳアクチュエータの他の実施の形態の接続配線を示す回路図である。    Ｂ  本発明に係る静電ＭＥＭＳアクチュエータの他の実施の形態を示す構成図である。
【図５】Ａ〜Ｄ  図４Ｂの静電ＭＥＭＳアクチュエータの接続配線の各実施の形態を示す回路図である。
【図６】本発明の静電ＭＥＭＳアクチュエータの動作説明図である。
【図７】本発明に係る微量流体吐出装置の一実施の形態を示す概略上面図である。
【図８】図７のＡーＡ線上の模式的な断面図である。
【図９】図７のＢーＢ線上の断面図である。
【図１０】従来の静電ＭＥＭＳアクチュエータの一例を示す構成図である。
【図１１】従来の静電ＭＥＭＳアクチュエータの他の例を示す構成図である。
【図１２】図１０の従来の静電ＭＥＭＳアクチュエータの接続配線を示す回路図である。
【図１３】従来の静電ＭＥＭＳアクチュエータの動作説明図である。
【図１４】従来の静電ＭＥＭＳアクチュエータにおいて、段差部のある振動板の問題点の説明図である。
【符号の説明】
【００６５】
３１・・静電ＭＥＭＳアクチュエータ、３１Ａ，３１Ｂ・・静電ＭＥＭＳ素子（静電ＭＥＭＳ素子アクチュエータ）、３２・・シリコン基板、３３・・絶縁膜、３４・・基板、３５〔３５Ａ，３５Ｂ〕・・下部電極、３６，３６′・・絶縁膜、３７・・空間、３８〔３８Ａ，３８Ｂ〕・・上部電極、３９〔３９Ａ，３９Ｂ〕・・振動板、４２，４３，４４，４５・・絶縁膜、４６・・アンカー部、５１・・静電ＭＥＭＳアクチュエータ、５１Ａ，５１Ｂ・・静電ＭＥＭＳ素子（静電ＭＥＭＳアクチュエータ）、５２〔５２Ａ，５２Ｂ〕・・下部電極、５３・・絶縁膜、５５〔５５Ａ，５５Ｂ〕・・上部電極、５７・・アンカー部、５８，５９・・絶縁膜、６０・・段差部、６１，６３・・静電ＭＥＭＳアクチュエータ、６１Ａ，６１Ｂ・・静電ＭＥＭＳ素子（静電ＭＥＭＳアクチュエータ）、１００，１０１・・絶縁膜、ｅ，ｈ・・電荷、７１・・微量流体吐出装置、７２Ａ，７２Ｂ・・静電ＭＥＭＳアクチュエータ、７２〔７２１，７２２〕・・静電ＭＥＭＳアクチュエータ、７３・・液室、７４・・ノズル、７５・・隔壁構体、７６・・インク、７７，７８・・流路、７９・・オリフィス、８１〔８１Ａ，８１Ｂ〕・・マイクロポンプ
【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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