(57)【要約】      （修正有）【課題】チップサイズを小型化しつつ、アクチュエータの高速及び高周波駆動を安定的に行なうことのできる静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置を提供する。【解決手段】本発明に係る液滴吐出ヘッドは、底壁が振動板２２を形成し、振動板２２の変形による圧力変動を利用してインク液滴を吐出させる吐出室２１が形成されたキャビティ基板２０と、振動板２２に対向し、絶縁膜３３を介して積層され、振動板２２との間で距離の異なるギャップＡ及びギャップＢを形成する個別電極３１ａ及び個別電極３１ｂが形成された電極基板３０とを備え、個別電極３１ａ及び個別電極３１ｂのそれぞれに独立した駆動電圧を印加し、これにより発生する静電気力によって振動板２１を駆動させてインク液滴を吐出させることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性を有する振動板と、
前記振動板に対向し、絶縁膜を介して積層され、該振動板との間で距離の異なる空隙を形成する複数の個別電極とを備え、
前記複数の個別電極のそれぞれに独立した駆動電圧を印加し、これにより発生する静電気力によって前記振動板を駆動させる
ことを特徴とする静電アクチュエータ。
【請求項２】
前記複数の個別電極は、
前記振動板側に近い程、前記振動板に沿う長手方向の長さを短くしている
ことを特徴とする請求項１に記載の静電アクチュエータ。
【請求項３】
前記複数の個別電極のそれぞれに駆動波形の異なる独立した駆動電圧を印加可能にしている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の静電アクチュエータ。
【請求項４】
底壁が振動板を形成し、該振動板の変形による圧力変動を利用して液滴を吐出させる吐出室が形成されたキャビティ基板と、
前記振動板に対向し、絶縁膜を介して積層され、該振動板との間で距離の異なる空隙を形成する複数の個別電極が形成された電極基板とを備え、
前記複数の個別電極のそれぞれに独立した駆動電圧を印加し、これにより発生する静電気力によって前記振動板を駆動させて液滴を吐出させる
ことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
前記電極基板に形成した前記複数の個別電極のそれぞれに駆動波形の異なる独立した駆動電圧を印加可能にしている
ことを特徴とする請求項４に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
前記請求項５に記載の液滴吐出ヘッドを備えた
ことを特徴とする液滴吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置に関し、特に多段ギャップ構造を形成した静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液滴を吐出するための液滴吐出ヘッドとして、たとえばインクジェット記録装置に搭載されるインクジェットヘッドが知られている。一般に、このインクジェットヘッドは、インク滴を吐出するための複数のノズル孔が形成されたノズル基板と、このノズル基板に接合されノズル孔に連通する吐出室や、リザーバ等のインク流路が形成されたキャビティ基板とを備え、吐出室に圧力を加えることによりインク滴を選択されたノズル孔より吐出するように構成されている。このようにインク滴を吐出させる手段としては、静電気力を利用する静電アクチュエータによる静電駆動方式や、圧電素子による圧電方式、発熱素子を利用するバブルジェット（登録商標）方式等が存在する。
【０００３】
このうち、静電駆動方式のアクチュエータを使用したインクジェットヘッドにおいては、吐出室の底部を振動板としたキャビティ基板と、この振動板に所定のギャップ（空隙）を介して対向する個別電極を形成した電極基板とを接合させた構成となっている。この個別電極は、振動板の変位を可能とするよう所定のギャップ長を確保するために、たとえば電極基板の表面に形成された凹部の底面にＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）等をスパッタして形成されている。
【０００４】
そして、インク滴を吐出する際には、個別電極に駆動電圧を印加してプラスに帯電させ、対応する振動板に駆動電圧を印加してマイナスに帯電させる。そうすると、この時に生じる静電引力により振動板が個別電極側に弾性変形する。この駆動電圧をオフにすると、振動板が復元する。このとき、吐出室の内部の圧力が急激に上昇し、吐出室内のインクの一部をインク滴としてノズル孔から吐出されることになる。このような静電駆動方式は、圧電素子による圧電方式、発熱素子を利用するバブルジェット（登録商標）方式等と比較して、消費電力が少ないという特徴を有している。
【０００５】
近年、このような静電駆動方式のアクチュエータを使用したインクジェットヘッドにおいては、高解像度画像の高速印字やプリンタの省スペース化等のために、インクジェットヘッドの多ノズル化及び小型化が進行している。また、それに伴って、ノズル孔の高密度化及び駆動周波数の高周波化が進んでおり、インク滴の吐出性能の安定化を図り、インクジェットヘッドの信頼性を高いものとしている。
【０００６】
このインクジェットヘッドでは、インク液滴の吐出が行われない状態が継続すると、インクノズル内のインクが乾燥してインクの粘度が増加（増粘）する。インクが増粘すると、次のインク液滴を吐出できないという目詰まりが発生することがある。また、インク液滴を吐出できても、十分な量及び速度でインク液滴を吐出できないというインク液滴の吐出不良が発生することがある。このような目詰まりや吐出不良が発生した場合には、印字品質や画質が大幅に低下してしまうことになる。
【０００７】
そこで、このようなインクジェットヘッドには、インク液滴の吐出量や、インク液滴吐出後の残留振動、余剰インクの抑制、増粘防止のメニスカス振動等を適宜実行できるように駆動制御されることが望まれている。つまり、インクジェットヘッドの多ノズル化及び小型化に伴ったノズル孔の高密度化及び駆動周波数の高周波化を実現しつつ、インク液滴の吐出性能の更なる安定化を図り、信頼性の高いインクジェットヘッドが望まれている。
【０００８】
そのようなものとして、「対向電極を第一の対向電極と第二の対向電極に分割し、さらに対向する振動板との隙間を異ならせ、インク液滴吐出後、第二の対向電極と振動板間の補助的な充放電により振動板の一部を対向壁に当接させること、及び、インク液滴の吐出に先だって、同様に振動板の一部を対向壁に部分的に当接させることの実施により、インク液滴吐出後の不要なインク液滴の吐出と、インクノズルにおけるインクの粘度増加を防止し、インク不吐出や異常吐出を無くし、安定的に印字を行なう」インクジェットヘッドが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００９】
また、「ピーク電圧Ｖ０を充放電を行なって、インクジェットヘッドを駆動してインク滴を吐出させた後に、インク滴の吐出後のインク室内の正の圧力によって振動板が再び対向板に接触する時点において、その接触状態が形成されるようにピーク電圧Ｖ１の補助充電を行なって接触状態を保持するようにしている。インク滴吐出後の振動板の振動が、補助充電を行なうことにより拘束されるので、インク室内のインクの残留振動の減衰を速やかに達成でき、後続するインク滴の吐出動作に速やかに移行できる。よって、インク滴の高速吐出を行なっても、高周波数でのインク滴吐出動作を安定的に行なうことができる」インクジェット記録装置の駆動方法が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−３３４９４２号公報（第５頁、第６頁及び第１２図）
【特許文献２】特開平０９−３９２２８号公報（第５頁、第６頁及び第１２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１に記載のインクジェットヘッドは、振動板に対向する電極（個別電極）を分割し、それらを個別に駆動することで制御に多様性を持たせ、インク滴の吐出の安定化を図っている。しかしながら、個別電極毎に独立した配線の引き回しが必要なために基板面積が大きくなり、チップを小型化することができないという問題があった。また、１つのアクチュエータを３つ以上に分割するためには、より多くの基板面積を要するばかりでなく、各アクチュエータを高密度に配列することが困難となり、やはりチップを小型化することができなかった。
【００１２】
特許文献２に記載のインクジェット記録装置の駆動方法は、電極間距離を段階的に異なる構造にして静電アクチュエータの制御を行なっている。しかしながら、電極間距離の異なる各領域を個別に制御するためには、段差を大きくとらなければならず、チップを小型化することはできないという問題があった。また、電極間距離の遠い領域のみを駆動することはできないという問題もあった。つまり、静電アクチュエータを設計する上での制約や、アクチュエータの駆動制御の制約等により、チップの小型化及び高い信頼性を実現するものではなかった。
【００１３】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、チップサイズを小型化しつつ、アクチュエータの高速及び高周波駆動を安定的に行なうことのできる静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る静電アクチュエータは、可撓性を有する振動板と、振動板に対向し、絶縁膜を介して積層され、該振動板との間で距離の異なる空隙を形成する複数の個別電極とを備え、複数の個別電極のそれぞれに独立した駆動電圧を印加し、これにより発生する静電気力によって振動板を駆動させることを特徴とする。すなわち、複数の個別電極を絶縁膜と交互に積層し、振動板と各個別電極との間に形成される空隙（ギャップ）を距離の異なるものとしている。
【００１５】
したがって、各個別電極は、積層された他の個別電極とは電気的に独立したものとなっており、各個別電極に独立した駆動電圧を印加して振動板の駆動を制御することが可能となっている。また、各個別電極を電気的に独立させているので、異なるタイミング及び異なる大きさの駆動電圧をそれぞれの個別電極に印加でき、振動板の駆動を目的に応じて制御することが可能となっている。
【００１６】
本発明に係る静電アクチュエータは、複数の個別電極は、振動板側に近い程、振動板に沿う長手方向の長さを短くしていることを特徴とする。したがって、振動板と各個別電極との間には、階段状の空隙が形成されることになる。そして、各個別電極のそれぞれに独立した駆動電圧を印可できるので、個別電極の長手方向の長さの違いを利用して振動板の細かな制御を実行することが可能になる。
【００１７】
本発明に係る静電アクチュエータは、複数の個別電極のそれぞれに駆動波形の異なる独立した駆動電圧を印加可能にしていることを特徴とする。したがって、各個別電極を電気的に独立させているので、異なる駆動波形を有する駆動電圧をそれぞれの個別電極に印加することができ、振動板の駆動を目的に応じて制御することが可能となっている。つまり、異なる駆動波形を印加可能になっているので、個別電極毎にタイミングや大きさを変更することができる。
【００１８】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、底壁が振動板を形成し、該振動板の変形による圧力変動を利用して液滴を吐出させる吐出室が形成されたキャビティ基板と、振動板に対向し、絶縁膜を介して積層され、該振動板との間で距離の異なる空隙を形成する複数の個別電極が形成された電極基板とを備え、複数の個別電極のそれぞれに独立した駆動電圧を印加し、これにより発生する静電気力によって振動板を駆動させて液滴を吐出させることを特徴とする。
【００１９】
すなわち、電極基板に形成する複数の個別電極を絶縁膜と交互に積層し、振動板と個別電極との間に形成する空隙（ギャップ）を距離の異なるものとしている。したがって、各個別電極は、積層された他の個別電極とは電気的に独立したものとなっており、各個別電極に独立した駆動電圧を印加して振動板を駆動させ液滴の吐出を制御することが可能となっている。また、各個別電極を電気的に独立させているので、異なるタイミング及び異なる駆動波形を有する駆動電圧をそれぞれの個別電極に印加でき、液滴の吐出を目的に応じて制御することが可能となっている。
【００２０】
さらに、複数の個別電極を絶縁膜を介して積層させて形成しており、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｐｒｉｎｔ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の電力供給手段と接続する部分までも積層されているので、個別電極毎に独立した配線の引き回しをしなくて済み、液滴吐出ヘッドのチップサイズを小型化することができる。つまり、電力供給手段と接続する部分を同一平面上に形成しないので、配線の引き回しに要する面積を低減することが可能になっているのである。
【００２１】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、電極基板に形成した複数の個別電極のそれぞれに駆動波形の異なる独立した駆動電圧を印加可能にしていることを特徴とする。したがって、各個別電極を電気的に独立させているので、異なる駆動波形を有する駆動電圧をそれぞれの個別電極に印加することができ、振動板の駆動を目的に応じて制御することが可能となっている。つまり、異なる駆動波形を印加可能になっているので、個別電極毎にタイミングや大きさを変更することができる。
【００２２】
本発明に係る液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴とする。したがって、上記の液滴吐出が有する効果を同様に有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る液滴吐出ヘッド１００の分解斜視図である。図２は、液滴吐出ヘッド１００が組み立てられた状態の概略構成を示す断面図である。図１及び図２に基づいて、液滴吐出ヘッド１００の構成及び動作について説明する。この液滴吐出ヘッド１００は、特に静電アクチュエータ部分に特徴があるものである。なお、実施の形態では、静電駆動方式で駆動する静電アクチュエータを搭載したデバイスの代表として、ノズル基板の表面側に設けられたノズル孔から液滴を吐出するフェイスイジェクトタイプの液滴吐出ヘッドを例に説明するものとする。
【００２４】
なお、この実施の形態では、フェイスイジェクトタイプの液滴吐出ヘッドである場合を例に説明するが、これに限定するものではない。たとえば、ノズル基板又はキャビティ基板の側面側に設けられたノズル孔から液滴を吐出するサイドイジェクトタイプの液滴吐出ヘッドでもよい。また、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
【００２５】
図１に示すように、この液滴吐出ヘッド１００は、ノズル基板１０、キャビティ基板２０及び電極基板３０の３つの基板が順に積層されるように接合された３層構造を特徴としている。このキャビティ基板２０の一方の面（上面）にはノズル基板１０が接合されており、他方の面（下面）には電極基板３０が接合されている。すなわち、キャビティ基板２０を電極基板３０とノズル基板１０とが上下から挟む構造となっている。
【００２６】
この実施の形態では、電極基板３０とキャビティ基板２０とは陽極接合により接合するものとし、キャビティ基板２０とノズル基板１０とはエポキシ樹脂等の接着剤を用いて接合するものとして説明する。また、液滴吐出ヘッド１００の電極基板３０に形成する個別電極３１ａ及び個別電極３１ｂには、図示省略のドライバＩＣ等の電力供給手段によって駆動信号（パルス電圧）が供給されるようになっている。
【００２７】
［電極基板３０］
電極基板３０は、たとえば、厚さ１ｍｍのホウ珪酸ガラス等のガラスを主要な材料として形成するとよい。ここでは、電極基板３０がホウ珪酸ガラスで形成されている場合を例に示すが、電極基板３０を単結晶シリコンで形成してもよい。この電極基板３０の表面には、後述するキャビティ基板２０の吐出室２１の形状に合わせて複数のガラス溝３２が、たとえば０．３μｍで形成されている。
【００２８】
また、このガラス溝３２の内部（特に底部）には、固定電極となる個別電極３１ａが、一定の間隔を有してキャビティ基板２０の各吐出室２１（振動板２２）と対向するように作製されている。そして、このガラス溝３２は、その一部が個別電極３１ａを装着できるように、これらの形状に類似したやや大きめの形状にパターン形成されている。この個別電極３１は、たとえばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ：インジウム錫酸化物）を０．１μｍの厚さでスパッタして作製するとよい。
【００２９】
この実施の形態では、個別電極３１ａとは別個の電極３１ｂを、その個別電極３１ａの上側に積層されるように形成している。そして、この個別電極３１ａと個別電極３１ｂとの間には、それらの電極を電気的に独立させるための絶縁膜３３を形成している。なお、この実施の形態では、２つの個別電極（個別電極３１ａ及び個別電極３１ｂ）を積層した場合を例に示しているが、これに限定するものではない。たとえば、３つ以上の個別電極を積層させてもよい。積層させる個別電極の数を増加させると、より細かな駆動制御を実現できる（詳細については、図４で説明する）。
【００３０】
この個別電極３１ａと個別電極３１ｂとの長手方向の長さは、異なるように形成されている。つまり、個別電極３１ａの長手方向の長さは、個別電極３１ｂの長手方向の長さよりも長くなるように形成されている。つまり、図１に示すように、個別電極３１ｂは、個別電極３１ａの一部分に載置されるようになっている。そして、ギャップ（空隙）内に段差が形成されるようになっている。ここでは、個別電極が２つなので、２段の段差が形成されるようになっている。なお、個別電極３１ａ及び個別電極３１ｂの長手方向の長さを特に限定するものではなく、電極基板３０の大きさやガラス溝３２の大きさ等によって決定するとよい。
【００３１】
また、個別電極３１ａ及び個別電極３１ｂには、端子部３４ａ及び端子部３４ｂが作製されている。そして、個別電極３１ａ及び個別電極３１ｂは、端子部３４ａ及び端子部３４ｂでＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｐｒｉｎｔ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の電力供給手段と接続されており、その電力供給手段から個別電極３１ａ及び個別電極３１ｂに駆動信号が供給されるようになっている。なお、この電力供給手段と端子部３４ａ及び端子部３４ｂとが接続される部分を接続部３５というものとする。
【００３２】
個別電極３１ａと個別電極３１ｂとの間に形成する絶縁膜３３は、各電極を電気的に独立させるものであればよく、特に材料を限定するものではない。たとえば、酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）で絶縁膜３３を形成するとよい。この絶縁膜３３の大きさを特に限定するものではないが、個別電極３１ｂと同程度の大きさで形成するとよい。なお、電極基板３０には、図示省略の外部のインクタンクから供給される液体を取り入れる流路となるインク供給穴３６が設けられている。このインク供給口３６は、キャビティ基板２０に形成するインク供給口３６と連通し、リザーバ２３にインクを供給するようになっている。
【００３３】
また、この液滴吐出ヘッド１００は、複数の個別電極３１ａ及び個別電極３１ｂが長辺及び短辺を有する長方形状に形成されており、この個別電極３１ａ及び個別電極３１ｂが、互いの長辺が平行になるように配置されている。そして、図１では、個別電極３１ａ及び個別電極３１ｂの短辺方向に伸びる１つの電極列を示している。なお、個別電極３１ａ及び個別電極３１ｂの短辺が長辺に対して斜めに形成されており、個別電極３１ａ及び個別電極３１ｂが細長い平行四辺形状になっている場合には、長辺方向に直角方向に伸びる電極列を形成するようにすればよい。
【００３４】
［キャビティ基板２０］
キャビティ基板２０は、たとえば厚さ約５０μｍ（マイクロメートル）のシリコン単結晶基板（以下、単にシリコン基板と称する）を主要な材料として構成されている。このキャビティ基板２０には、底壁が振動板２２となる吐出室（または、圧力室）２１が複数形成されている。この吐出室２１は、個別電極３１ａ及び個別電極３１ｂの電極列に対応して形成されるようになっている。また、キャビティ基板２０には、各吐出室２１に液滴を供給するためのリザーバ２３が形成されている。さらに、キャビティ基板２０には、吐出室２１とリザーバ２３とを連通するオリフィス２４が形成されている。
【００３５】
キャビティ基板２０の下面（電極基板３０と対向する面）には、振動板２２と個別電極３１ａ及び個別電極３１ｂとの間を電気的に絶縁するためのＴＥＯＳ膜（ここでは、Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ  ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ：テトラエトキシシラン（珪酸エチル）を用いてできるＳｉＯ2 膜をいう）からなる図示省略の絶縁膜をプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＴＥＯＳ−ｐＣＶＤともいう）法を用いて、０．１μｍ成膜している。これは、振動板２２の駆動時における絶縁破壊及びショートを防止するためと、インク等の液滴によるキャビティ基板２０のエッチングを防止するためのものである。
【００３６】
ここでは、絶縁膜がＴＥＯＳ膜である場合を示しているが、これに限定するものではなく、絶縁性能が向上する物質であればよい。たとえば、Ａｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム（アルミナ））を用いてもよい。また、キャビティ基板２０にも、インク供給口３６が設けられている（電極基板３０に設けられたインク供給口３６と連通するようになっている）。さらに、電力供給手段から振動板２２に個別電極３１ａ及び個別電極３１ｂと反対の極性の電荷を供給する際の端子となる共通電極端子２７を備えている。
【００３７】
なお、振動板２２は、高濃度のボロンドープ層で形成するようにしてもよい。水酸化カリウム水溶液等のアルカリ溶液による単結晶シリコンのエッチングにおけるエッチングレートは、ドーパントがボロンの場合、約５×１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以上の高濃度の領域において、非常に小さくなる。このため、振動板２２の部分を高濃度のボロンドープ層とし、アルカリ溶液による異方性エッチングによって吐出室２１を形成する際に、ボロンドープ層が露出してエッチングレートが極端に小さくなる、いわゆるエッチングストップ技術を用いることにより、振動板２２を所望の厚さに形成することができる。
【００３８】
［ノズル基板１０］
ノズル基板１０は、たとえば厚さ約１００μｍのシリコン基板を主要な材料として構成されている。そして、キャビティ基板２０の上面（電極基板３０を接合する面の反対面）と接合している。このノズル基板１０には、吐出室２１と連通するノズル孔１１が複数形成されている。各ノズル孔１１は、吐出室２１から移送された液滴を外部に吐出するようになっている。なお、ノズル孔１１を複数段（たとえば、２段）で形成すると、液滴を吐出する際の直進性を向上できる。
【００３９】
ここでは、ノズル孔１１を有するノズル基板１０を上面とし、電極基板３０を下面として説明するが、実際に用いられる場合には、ノズル基板１０の方が電極基板３０よりも下面となることが多い。なお、実施の形態１では、キャビティ基板２０にオリフィス２４が形成されている場合を例に示しているが、ノズル基板１０にオリフィス２４を形成するようにしてもよい。また、ノズル基板１０には、振動板２２によりリザーバ２３側の液体に加わる圧力を緩衝するためのダイヤフラムを形成してもよい。
【００４０】
ここで、液滴吐出ヘッド１００の動作について簡単に説明する。リザーバ２３には、インク供給口３６を介して外部からインク等の液滴が供給されている。また、吐出室２１には、オリフィス２４を介してリザーバ２３から液滴が供給されている。そして、ドライバＩＣ等の図示省略の発信回路によって選択された個別電極３１ａや個別電極３１ｂには、０Ｖ〜４０Ｖ程度のパルス電圧が印可され、その個別電極３１ａや個別電極３１ｂを正に帯電させる。
【００４１】
このとき、共通電極端子２７を介してキャビティ基板２０には負の極性を有する電荷が供給され、正に帯電された個別電極３１ａや個別電極３１ｂに対応する振動板２２を相対的に負に帯電させる。そのため、選択された個別電極３１ａや個別電極３１ｂと振動板２２との間では静電気力が発生することになる。そうすると、振動板２２は、静電気力によって個別電極３１ａ及び個別電極３１ｂ側に引き寄せられて撓むことになる。
【００４２】
なお、個別電極３１ａや個別電極３１ｂが選択された場合の他、双方が選択される場合もある。これは、インク液滴６０の吐出量や、インク液滴６０吐出後の残留振動、余剰インク６１の抑制、インク液滴６０の増粘防止のメニスカス振動等により、選択される個別電極３１ａや個別電極３１ｂが決定する。たとえば、メニスカス振動を行なう場合には、振動板２２を大きく撓ませる必要がないので、個別電極３１ｂのみを選択し、振動板２２を撓ませればよい（詳細については、図４で説明する）。
【００４３】
その後、個別電極３１ａや個別電極３１ｂへの電荷の供給を止めると、振動板２２と個別電極３１ａ及び個別電極３１ｂとの間の静電気力がなくなり、振動板２２はその弾性力により元の状態に復元する。このとき、吐出室２１の容積が急激に減少するため、吐出室２１内部の圧力が急激に上昇する。これにより、吐出室２１内のインクの一部がインク滴としてノズル孔１１より吐出されることになる。この液滴が、たとえば記録紙に着弾することによって印刷等が行われるようになっている。その後、液滴がリザーバ２３から供給口３２を通じて吐出室２１内に補給され、初期状態に戻る。
【００４４】
図３は、個別電極３１ａ及び個別電極３１ｂとＦＰＣ４０との接続した状態を示す断面図である。図３に基づいて、インクジェットプリンタ等の液滴吐出装置への液滴吐出ヘッド１００の実装について説明する。液滴吐出ヘッド１００は、図３に示すように接続部３５においてＦＰＣ４０と接続されるようになっている。このＦＰＣ４０は、２層の可撓性の樹脂からなる絶縁層４１及び絶縁層４２を有している。つまり、個別電極３１ａ及び個別電極３１ｂに対応するように、２層の絶縁層を有しており、個別電極の個数の応じて絶縁層の層数を決定するとよい。
【００４５】
この絶縁層４１と絶縁層４２との間には金属等からなる配線４３が設けられており、また絶縁層４２の配線４３と反対面（絶縁層４２の下面）にも金属等からなる配線４４が設けられている。配線４３は、個別電極３１ｂの端子部３４ｂと接続するようになっている。また、配線４４は、個別電極３１ａの端子部３４ａと接続するようになっている。したがって、絶縁層４１及び配線４３は、絶縁層４２及び配線４４よりも突出した状態となっている。
【００４６】
この配線４３及び配線４４は、たとえばＡＣＦ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｆｉｌｍ：異方性導電フィルム）やＡＣＰ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｐａｓｔｅ：異方性導電ペースト）等の異方性導電接着剤５０によって端子部３４ｂ及び端子部３４ａに接続されている。この異方性導電接着剤は、絶縁樹脂に混練された伝導粒子が圧着されることにより、圧着された方向には導電性を有するが、それと直角方向には絶縁性を有するものである。なお、絶縁膜３３は、異方性導電接着剤の中にある伝導粒子の直径よりも小さく形成されている。
【００４７】
この実施の形態では、個別電極３１ａ及び個別電極３１ｂが絶縁膜３３を介して積層されているため、端子部３４ａ及び端子部３４ｂの面密度を減らすことができる。したがって、個別電極毎に独立した配線の引き回しをしなくて済み、電極基板３０の面積を小さくすることが可能になる。また、接続部３５の端子部３４ｂ及び端子部３４ａに、積層構造の配線４３及び配線４４を有するＦＰＣ４０を接続すれば、積層された個別電極３１ａ及び個別電極３１ｂが短絡することなく外部電源との導通を取ることができる。
【００４８】
なお、この実施の形態では、個別電極３１ａ及び個別電極３１ｂを絶縁膜３３を介して２段に積層する場合を例に示したが、これに限定するものではない。たとえば、３つ以上の個別電極を絶縁膜３３を介して積層するようにしてもよい。この場合、各個別電極の端子部に接続するＦＰＣ４０も３層以上の配線が絶縁層を介して積層されているものを使用するとよい。また、この実施の形態では、異方性導電接着剤５０を使用して接続部３５にＦＰＣ４０を接続した場合を例に示したが、これに限定するものでない。
【００４９】
図４は、振動板２２の当接状態を説明するための断面図である。図４に基づいて、個別電極３１ａのみに駆動電力を印加した場合、個別電極３１ｂのみに駆動電力を印加した場合、個別電極３１ａ及び個別電極３１ｂ双方に駆動電力を印加した場合における振動板２２の当接状態（駆動制御）について説明する。つまり、この実施の形態に係る液滴吐出ヘッド１００の駆動方法について説明する。
【００５０】
図４（ａ）は、個別電極３１ｂのみに駆動電力を印加した場合の振動板２２の当接状態を示している。図４（ｂ）は、個別電極３１ａのみに駆動電力を印加した場合の振動板２２の当接状態を示している。図４（ｃ）は、個別電極３１ａ及び個別電極３１ｂの双方に駆動電力を印加した場合の振動板２２の当接状態を示している。このように、駆動電圧を印加する個別電極に応じて、振動板２２の駆動状態が変化するのである。したがって、駆動電圧を印加する個別電極を目的に応じて選択すれば、その目的に応じて振動板２２を駆動させることができるのである。
【００５１】
上述したように、個別電極３１ａ及び個別電極３１ｂは、絶縁膜３３を介すことで電気的に独立している。個別電極３１ａと振動板２２との距離をギャップＡ、個別電極３１ｂと振動板２２との距離をギャップＢとすると、ギャップＡ＞ギャップＢという関係が成立する。つまり、２段ギャップ構造となっている。ここでは、個別電極が２つの場合を例に示しているので、２段ギャップ構造となっているが、これに限定するものではない。
【００５２】
このような構造を用いた静電アクチュエータの駆動制御について説明する。ここでは、想定される５つのパターンについて説明する。この液滴吐出ヘッド１００は、個別電極を積層させているので、１つの振動板２２の各個別電極に対応する領域毎に独立の波形を有する駆動電力を印加することができ、それに応じた振動板２２の制御が可能となっている。また、その積層に対応したＦＰＣ４０を接続部３５を介して接続するために、静電アクチュエータの高密度化も実現可能となっている。
【００５３】
第１のパターンは、メニスカス振動を行なう場合の駆動制御である。この場合は、振動板２２の大きな振動は必要ない。したがって、図４（ａ）に示すように、個別電極３１ｂのみに駆動電力を印加するように制御すればよい。また、大きな駆動電圧を印可する必要もないので、個別電極３１ｂのみに比較的小さな駆動電圧を印加すればよい。つまり、各個別電極は電気的に独立しているので、個別の制御することが可能となっている。
【００５４】
このように振動板２２を制御すると、ノズル孔１１からインク液滴６０を吐出させることなく、メニスカス振動を行なうことができる。このメニスカス振動を行なうと、インクの増粘を抑制することができる。インクの増粘は、たとえば液滴吐出ヘッド１００が印字休止中において、インクの流路（リザーバ２３、吐出室２１及びノズル孔１１）内で、インクの粘度が増加することにより発生する。したがって、このような時に定期的にメニスカス振動を行なうように制御すれば、印字が再開された後においてもインクの吐出性能を低下させずに済み、液滴吐出ヘッド１００の信頼性を向上できる。
【００５５】
第２のパターンは、通常量のインク液滴６０を吐出させる場合の駆動制御である。この場合は、振動板２２を通常動作させるように制御すればよい。したがって、図４（ｂ）に示すように、個別電極３１ａのみに駆動電力を印加するように制御すればよい。つまり、メニスカス振動の場合よりも、大きな電圧が要求されるので、通常要求される駆動電圧を印可すればよい。このように振動板２２を制御すると、通常量のインク液滴６０がノズル孔１１から吐出室されることになる。  
【００５６】
第３のパターンは、通常量よりも多い量のインク液滴６０を吐出室させる場合の駆動制御である。この場合は、振動板２２を通常動作させるよりも大きく振動させなければならない。したがって、図４（ｃ）に示すように、個別電極３１ａ及び個別電極３１ｂの双方に駆動電力を印加するように制御すればよい。つまり、振動板２２を個別電極３１ａと個別電極３１ｂとの双方に当接させて、大きく振動させることによって、多量のインク液滴６０をノズル孔１１から吐出させることができる。つまり、振動板２２の各個別電極に対応する領域毎に、異なるタイミング及び異なる大きさの駆動電圧を印加することが可能となっている。
【００５７】
第４のパターンは、余剰インク６１を吐出させない場合の駆動制御である。余剰インク６１とは、要求されたインク液滴６０とは別に吐出されてしまうインク液滴６０のことである。この余剰インク６１が吐出されると、あまりに軽量であるために、紙面に着弾せずにプリンタケース内に漂い、ケース内を汚すことになってしまう。また、余剰インク６１が、ノズル孔１１に再付着してしまうと、インク液滴６０の吐出が不安定になってしまう。
【００５８】
このような余剰インク６１を吐出させないためには、余剰インク６１がノズル孔１１から吐出されてしまう前に流路内に引き戻さなければならない。これを実現するためには、第２のパターンまたは第３のパターンによりインク液滴６０を吐出した直後において、個別電極３１ｂのみに駆動電力を印加し、振動板２２を少量変動させるように制御すればよい。このように制御すれば、余剰インク６１が流路内に引き戻されることになり、余剰インク６１を吐出させないことができる。
【００５９】
第５のパターンは、インク液滴６０の吐出後に流路内に残る残留振動を抑制する場合の駆動制御である。この残留振動とは、第２のパターンまたは第３のパターンによりインク液滴６０を吐出させた後に、吐出室２２内に発生する振動のことである。この残留振動がある状態で次ぎのインク液滴６０を吐出させようとすると、残留振動が抵抗になってしまい、インク液滴６０の吐出が不安定になってしまう。
【００６０】
したがって、この残留振動のない状態を迅速に作り出すように振動板２２を制御する必要がある。これを実現するためには、第２のパターンまたは第３のパターンによりインク液滴６０を吐出した直後において、個別電極３１ｂのみに駆動電力を印加し、振動板２２を少量変動させて、残留振動をなくすように制御すればよい。このように制御すれば、残留振動を迅速に解消し、次のインク液滴６０の吐出を安定的に行なうことができる。つまり、駆動周波数を高周波化することが可能になる。
【００６１】
なお、第４のパターン及び第５のパターンは、個別電極３１ｂのみに駆動電力を印加させて余剰インク６１の引き戻し及び残留振動の抑制を行なった場合を例に説明したが、これに限定するものではない。個別電極３１ａのみに駆動電力を印加したり、個別電極３１ａ及び個別電極３１ｂの双方に駆動電力を印加したりして、余剰インク６１の引き戻し及び残留振動の抑制を行なってもよい。また、ここでは、個別電極が２つの場合を例に説明したが、個別電極を３つ以上備えた場合には、更に細かな駆動制御が実現できる。
【００６２】
さらに、ギャップＡの大きさ及びギャップＢの大きさを特に限定するものではない。たとえば、ギャップ内に設ける個別電極の個数やガラス溝３２の深さ等を考慮して決定すればよい。また、吐出させるインク液滴６０の量やノズル孔１１の直径、振動板２２の当接具合等を考慮して決定すればよい。したがって、ギャップＢ＞（ギャップＡ−ギャップＢ）であってもよく、ギャップＢ＜（ギャップＡ−ギャップＢ）であってもよい。すなわち、ギャップ長を精密に固定しなくても、上記の駆動制御を実現することができる。
【００６３】
図５は、液滴吐出ヘッド１００を搭載した液滴吐出装置１５０の一例を示した斜視図である。図５に示す液滴吐出装置１５０は、一般的なインクジェットプリンタである。なお、この液滴吐出装置１５０は、周知の製造方法によって製造することができる。実施の形態で得られた液滴吐出ヘッド１００は、電極基板３０（特に、複数の個別電極の積層構造）において特徴を有するものである。
【００６４】
すなわち、実施の形態で得られた液滴吐出ヘッド１００は、振動板２２を当接させる個別電極３１ａ及び個別電極３１ｂを積層させて、メニスカス振動や残留振動の抑制、余剰インク６１の吐出防止、インク液滴６０の通常量の吐出、インク液滴６０の多量の吐出を実現するように振動板２２を詳細に制御するものである。この液滴吐出ヘッド１００を搭載する液滴吐出装置１５０も同様な効果を有することができる。
【００６５】
なお、実施の形態で得られた液滴吐出ヘッド１００は、図５に示す液滴吐出装置１５０の他に、液滴を種々変更することで、液晶ディスプレイのカラーフィルタの製造、有機ＥＬ表示装置の発光部分の形成、生体液体の吐出等にも適用することができる。また、本発明の実施の形態に係る静電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド１００及び液滴吐出装置１５０は、上述の実施の形態で説明した内容に限定されるものではなく、本発明の思想の範囲内において変更することができる。
【００６６】
さらに、実施の形態に係る液滴吐出ヘッド１００が電極基板３０、キャビティ基板２０及びノズル基板１０からなる３層構造である場合を例に説明したが、これに限定するものではない。たとえば、液滴吐出ヘッドが電極基板、キャビティ基板、リザーバ基板及びノズル基板からなる４層構造であってもよい。また、個別電極３１ａや個別電極３１ｂに印加する駆動電力の波形は、静電アクチュエータの用途に応じて決定するとよい。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドの分解斜視図である。
【図２】液滴吐出ヘッドが組み立てられた状態の概略構成を示す断面図である。
【図３】各個別電極とＦＰＣとの接続した状態を示す断面図である。
【図４】振動板の当接状態を説明するための断面図である。
【図５】液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置の一例を示した斜視図である。
【符号の説明】
【００６８】
１０  ノズル基板、１１  ノズル孔、２０  キャビティ基板、２１  吐出室、２２  振動板、２３  リザーバ、２４  オリフィス、２７  共通電極端子、３０  電極基板、３１ａ  個別電極、３１ｂ  個別電極、３２  ガラス溝、３３  絶縁膜、３４ａ  端子部、３４ｂ  端子部、３５  接続部、３６  インク供給口、４０  ＦＰＣ、４１  絶縁層、４２  絶縁層、４３  配線、４４  配線、５０  異方性導電接着剤、６０  インク液滴、６１  余剰インク、１００  液滴吐出ヘッド、１５０  液滴吐出装置。
【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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