(57)【要約】【課題】駆動制御回路の簡単な制御により、駆動デバイスにおける各アクチュエータの独立した駆動制御を実現する方法等を得る。【解決手段】固定電極となる個別電極１２と、個別電極１２と距離をおいて対向し、酸化シリコンよりも比誘電率が高い材料からなる圧電体膜２３を個別電極１２と対向する側に有する可動電極となる振動板２２とを備える液滴吐出ヘッド等のアクチュエータの駆動制御方法であって、圧電体膜２３の歪みに係る圧力及び個別電極２３と振動板２２との間に発生する静電圧力により、振動板２２を個別電極１２に当接させるための第１の電圧と、振動板２２を個別電極１２に当接させない変位をさせるための第２の電圧とのいずれか一方を選択する工程と、振動板２２と個別電極１２との間に、選択に係る電圧を印加して、振動板２２を動作させる工程とを有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定電極と、該固定電極と距離をおいて対向する可動電極とを備え、前記可動電極は、酸化シリコンよりも比誘電率が高い材料からなる圧電体膜を前記固定電極と対向する側に有するアクチュエータの駆動制御方法であって、
前記圧電体膜の歪みに係る圧力及び前記固定電極と前記可動電極との間に発生する静電圧力により、前記可動電極を前記固定電極に当接させるための第１の電圧と、前記可動電極を前記固定電極に当接させない変位をさせるための第２の電圧とのいずれか一方を選択する工程と、
前記可動電極と前記固定電極との間に、前記選択に係る電圧を印加して、前記可動電極を動作させる工程と
を有することを特徴とするアクチュエータの駆動制御方法。
【請求項２】
請求項１記載のアクチュエータ駆動制御方法を適用して駆動デバイスによる駆動を制御することを特徴とする駆動デバイスの駆動制御方法。
【請求項３】
請求項１記載のアクチュエータ駆動制御方法による駆動をアクチュエータに行わせるための駆動制御回路を備えることを特徴とする駆動デバイス。
【請求項４】
個別電極と、ノズルと、該ノズルに連通する流路と、前記個別電極と所定の距離で対向する形で前記流路の一部に設けられた振動板とを備え、前記振動板は、酸化シリコンよりも比誘電率が高い材料からなる圧電体膜を前記固定電極と対向する側に有する液滴吐出ヘッドの吐出制御方法であって、
前記圧電体膜の歪みに係る圧力及び前記個別電極と前記振動板との間に発生する静電圧力により、前記振動板を前記個別電極に当接させるための第１の電圧と、前記振動板を前記個別電極に当接させない変位をさせるための第２の電圧とのいずれか一方を選択する工程と、
前記振動板と前記個別電極との間に前記選択に係る電圧を印加し、前記振動板を変位させて前記流路内の液体を加圧して液滴を吐出する工程と
を有することを特徴とする液滴吐出ヘッドの吐出制御方法。
【請求項５】
請求項４記載の液滴吐出ヘッドの吐出制御方法を適用して液滴吐出装置の吐出を制御することを特徴とする液滴吐出装置の吐出制御方法。
【請求項６】
請求項４記載の液滴吐出ヘッドの吐出制御方法による吐出制御を行って、吐出対象物への液滴吐出を行うための駆動制御回路を備える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、微細加工素子において、加わる力（圧力）により可動部が変位等し、動作（駆動）等を行うアクチュエータ（駆動装置）、そのアクチュエータを用いた液滴吐出ヘッド等の駆動デバイスの駆動制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばシリコン等を加工して微小な素子等を形成する微細加工技術（ＭＥＭＳ：Micro Electro Mechanical Systems）が急激な進歩を遂げている。微細加工技術により形成される微細加工素子の例としては、例えば液滴吐出方式のプリンタのような記録（印刷）装置で用いられている液滴吐出ヘッド（インクジェットヘッド）、マイクロポンプ、光可変フィルタ、モータのような静電アクチュエータ等がある。
【０００３】
ここで、微細加工素子の一例として静電アクチュエータ（電気−機械エネルギ変換素子）を利用した液滴吐出ヘッドについて説明する。液滴吐出方式の記録（印刷）装置は、家庭用、工業用を問わず、あらゆる分野の印刷に利用されている。液滴吐出方式とは、例えば複数のノズルを有する液滴吐出ヘッドを対象物との間で相対移動させ、対象物の所定の位置に液滴を吐出させて印刷等の記録をするものである。この方式は、液晶（Liquid Crystal）を用いた表示装置を作製する際のカラーフィルタ、有機化合物等の電界発光（ElectroLuminescence ）素子を用いた表示パネル（ＯＬＥＤｓ）、ＤＮＡ、タンパク質等、生体分子のマイクロアレイ等の製造にも利用されている。
【０００４】
液滴吐出ヘッドにおいて、流路の一部に液体を溜めておく複数の吐出室を備え、吐出室の少なくとも一面の壁（ここでは、底部の壁とし、以下、この壁のことを振動板ということにする）を撓ませて（駆動させて）形状変化により吐出室内の圧力を高め、連通する各ノズルから液滴を吐出させる方法がある。可動部位である振動板を変位させる力（エネルギ）として、例えば、振動板を可動電極とし、振動板と一定距離を空けて個別に対向する固定電極（以下、個別電極という）との間に静電気力（ここでは特に静電引力を用いている。以下、静電圧力という）を発生させる。液滴吐出ヘッドでは、以上のような形で静電アクチュエータを利用している。
【０００５】
静電アクチュエータの駆動については、例えば変位駆動の場合、振動板と個別電極との間に静電圧力を発生させ、振動板を個別電極に引き寄せる。ここで振動板は吐出室の壁面であり、その周縁の位置は変化しない（固定されたままである）。その後、静電圧力を弱める又は発生を停止させると、引き寄せられて形状変化した吐出室（変位した振動板）が元に戻って平衡状態になろうとする復元力（弾性力、以下、復元圧力という）の方が大きくなるため、振動板が元の位置に変位する。これらを繰り返すことで振動板を駆動させる。このとき、個別電極と振動板とが貼り付かないように、個別電極に圧電性薄膜を成膜しているものもある（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１１１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
微細加工されたアクチュエータにおいては、例えば液滴吐出ヘッドのような駆動デバイスが複数の静電アクチュエータを有し、各静電アクチュエータが駆動しているが、基本的に各固定電極に電荷を供給する又はしないことによる、二者選択的な駆動可否の制御（二段レベルの制御）しかできないものが多かった。
【０００８】
しかしながら、各アクチュエータにおいて、さらに多くの駆動制御ができることが望ましい。特に、液滴吐出ヘッドでは、印刷の高画質化を図るため、着弾場所当たりの液滴吐出量を変更できたり、安定した吐出が行えたりできるように、各ノズルに対応する静電アクチュエータを制御したいという要求が高い。
【０００９】
例えば液滴吐出ヘッドにおいては、変位を変化させることにより吐出する液滴の量を変化させる方法が考えられるが、狭い空隙における振動板の変位制御が難しく、それに制御が複雑になるおそれがある。また、吐出回数を変化させることにより着弾場所における吐出量を変化させる方法も考えられるが、１カ所当たりの吐出回数が増えるため、印刷速度に影響を与える。
【００１０】
そこで駆動制御回路の簡単な制御により、駆動デバイスにおける各アクチュエータの独立した駆動制御を実現する方法を得ることを目的とする。特にこのような駆動制御を利用し、液滴吐出ヘッドにおいて複数のノズル間での液滴吐出量を変化できるような方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る駆動デバイスの駆動制御方法は、固定電極と、該固定電極と距離をおいて対向する可動電極とを備え、可動電極は、酸化シリコンよりも比誘電率が高い材料からなる圧電体膜を固定電極と対向する側に有するアクチュエータの駆動制御方法であって、圧電体膜の歪みに係る圧力及び固定電極と可動電極との間に発生する静電圧力により、可動電極を固定電極に当接させるための第１の電圧と、可動電極を固定電極に当接させない変位をさせるための第２の電圧とのいずれか一方を選択する工程と、可動電極と固定電極との間に、選択に係る電圧を印加して、可動電極を動作させる工程とを有する。
本発明によれば、酸化シリコンよりも比誘電率が高い材料からなる圧電体膜を可動電極の固定電極と対向する側に有するようにすることで、可動電極の変位を大きくすることができる。そして、可動電極と固定電極との間に第１の電圧又は第２の電圧を選択して印加することで、複雑な構造のアクチュエータを形成しなくても、段階的な駆動制御を行うことができる。
【００１２】
また、本発明に係る駆動デバイスの駆動制御方法は、上記のアクチュエータの駆動制御方法を適用して駆動デバイスによる駆動を制御する。
本発明によれば、上記のアクチュエータの駆動制御方法を適用したので、段階的な駆動制御を行うことができる。
【００１３】
また、本発明に係る駆動デバイスは、上記のアクチュエータ駆動制御方法による駆動をアクチュエータに行わせるための駆動制御回路を備える。
本発明によれば、上記のアクチュエータの駆動制御方法を適用して駆動を行わせる駆動制御回路を備えるので、段階的に可変駆動を行うことができる。
【００１４】
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドの吐出制御方法は、個別電極と、ノズルと、ノズルに連通する流路と、個別電極と所定の距離で対向し、流路の一部に設けられた振動板とを備え、振動板は、酸化シリコンよりも比誘電率が高い材料からなる圧電体膜を固定電極と対向する側に有する液滴吐出ヘッドの吐出制御方法であって、圧電体膜の歪みに係る圧力及び個別電極と振動板との間に発生する静電圧力により、振動板を個別電極に当接させるための第１の電圧と、振動板を個別電極に当接させない変位をさせるための第２の電圧とのいずれか一方を選択する工程と、振動板と個別電極との間に選択に係る電圧を印加し、振動板を変位させて流路内の液体を加圧して液滴を吐出する工程とを有する。
本発明によれば、酸化シリコンよりも比誘電率が高い材料からなる圧電体膜を振動板の個別電極と対向する側に有するようにすることで、振動板の変位を大きくすることができ、排除体積を増やし、吐出量を大きくすることができる。このとき、振動板と個別電極との間に第１の電圧又は第２の電圧のどちらか一方を選択して印加し、ノズルから液滴を吐出させるように吐出制御を行うようにしたので、液滴吐出ヘッドの構造を複雑なものにしなくても、印加する電圧を変化させるだけで、振動板の変位を異ならせて液滴吐出量を変化させることができる。これにより、例えば、同じノズルから着弾位置毎に液滴吐出量の異なるインクを吐出することにより印刷等を行う場合には高精細、高画質の印刷を行うことができる。
【００１５】
また、本発明に係る液滴吐出装置の吐出制御方法は、上記の液滴吐出ヘッドの吐出制御方法を適用して液滴吐出装置の吐出を制御する。
本発明によれば、上記の液滴吐出ヘッドの吐出制御方法を適用したので、液滴吐出ヘッドが有するノズルから、液滴毎に吐出特性を異ならせて吐出することができる。これにより、例えば液滴吐出装置により印刷等を行う場合には高精細、高画質の印刷を行うことができる。
【００１６】
また、本発明に係る液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドの吐出制御方法による吐出制御を行って、吐出対象物への液滴吐出を行うための駆動制御回路を備える。
本発明によれば、上記の液滴吐出ヘッドの吐出制御方法による吐出を液滴吐出ヘッドに行わせ得るための駆動制御回路を備えるので、液滴吐出ヘッドが有する各ノズルから、液滴の吐出特性を異ならせて吐出することができる。これにより、例えば液滴吐出装置により印刷等を行う場合には高精細、高画質の印刷を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドを分解して表した図である。図１では液滴吐出ヘッドの一部を示している。本実施の形態では、例えば静電方式で駆動する静電アクチュエータを用いるデバイスの代表として、プリンタ等、液滴吐出装置に用いられるフェイスイジェクト型の液滴吐出ヘッドについて説明する。液滴吐出ヘッドは、例えば液滴を吐出して画像を形成する等の目的のために、複数の静電アクチュエータが集約されたデバイスである。なお、構成部材を図示し、見やすくするため、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異なる場合がある。また、図の上側を上とし、下側を下として説明する。
【００１８】
図１に示すように本実施の形態に係る液滴吐出ヘッドは、電極基板１０、キャビティ基板２０及びノズル基板３０の３つの基板が下から順に積層されて構成される。本実施の形態では、電極基板１０とキャビティ基板２０とは陽極接合により接合する。また、キャビティ基板２０とノズル基板３０とはエポキシ樹脂等の接着剤を用いて接合する。
【００１９】
電極基板１０は、厚さ約１ｍｍの例えばホウ珪酸系の耐熱硬質ガラス等の基板を主要な材料としている。本実施形態では、ガラス基板とするが、例えば単結晶シリコンを基板とすることもできる。電極基板１０の表面には、後述するキャビティ基板２０の吐出室２１となる凹部に合わせ、例えば深さ約０．３μｍを有する複数の凹部１１が形成されている。そして、凹部１１の内側（特に底部）に、キャビティ基板２０の各吐出室２１（振動板２２）と対向するように固定電極となる個別電極１２が設けられ、さらにリード部１３及び端子部１４が一体となって設けられている（以下、特に区別する必要がない限り、これらを合わせて個別電極１２として説明する）。振動板２２と個別電極１２との間には、振動板２２が撓む（変位する）ことができる一定のギャップ（空隙）が凹部１１により形成されている。個別電極１２は、例えばスパッタ法により、ＩＴＯを０．１μｍの厚さで凹部１１の内側に成膜することで形成される。また、電極基板１０には、外部のタンク（図示せず）から供給された液体を取り入れる流路となる液体供給口１５となる貫通穴が設けられている。
【００２０】
キャビティ基板２０は、例えば表面が（１１０）面方位のシリコン単結晶基板（以下、シリコン基板という）を主要な材料としている。キャビティ基板２０には、吐出させる液体を一時的にためる吐出室２１となる凹部（底壁が可動電極となる振動板２２となっている）及びリザーバ２４となる凹部が形成されている。さらに、キャビティ基板２０の下面側（電極基板１０と対向する面）には、電圧印加による電歪効果（圧電効果）により変形させ（歪ませ）、かつ、貼り付き及び短絡を防ぎ、個別電極１２との間を電気的に絶縁等するための圧電体膜２３を成膜している。このような条件を満たす圧電体膜２３の材料としては、酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）よりも比誘電率が高い、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、ＰＺＴＮ（ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛）等がある。本実施の形態では、圧電体膜２３の変形により振動板２２を個別電極１２に引き寄せる方向に圧力がかかるものとする。以下、特に断らない限りにおいては、各振動板２２と各圧電体膜２３とは一体であるものとして説明する。ここで、キャビティ基板２０の下面の全面に成膜すると、任意の振動板２２だけを電歪効果により変位させることが難しくなる（膜全体として変形する可能性がある）ため、本実施の形態の液滴吐出ヘッドでは、圧電体膜２３は振動板２２毎に分けて成膜しているものとする。そして、キャビティ基板２０の下面側において、振動板２２と個別電極１２との間以外の部分には、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）を材料とする絶縁膜２３Ａを成膜している。成膜方法については特に限定しないが、例えば、ＴＥＯＳ（Tetraethyl orthosilicate Tetraethoxysilane：テトラエトキシシラン（珪酸エチル）を用いたプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ：ＴＥＯＳ−ｐＣＶＤともいう）法により成膜する。ここでは絶縁膜２３をＴＥＯＳ膜としているが、例えばＡｌ2 Ｏ3 （酸化アルミニウム（アルミナ））を用いてもよい。また、各吐出室２１に液体を供給するリザーバ（共通液室）２４となる凹部が形成されている。さらに、例えば個別電極１２と各振動板２２との間の電位差を安定させる（例えば振動板２２を変位させないときの電位差を０とする等）端子となる共通電極端子２７を備えている。
【００２１】
ノズル基板３０についても、例えばシリコン基板を主要な材料とする。ノズル基板３０には、複数のノズル３１が形成されている。各ノズル３１は、振動板２２の変位により加圧された液体を液滴として外部に吐出する。本実施の形態では、吐出した液滴の直進性向上を図るため、ノズル３１の孔を複数段で形成する。また、振動板２２が撓むことでリザーバ２４方向に加わる圧力を緩衝するダイヤフラム３２がさらに設けられている。また、吐出室２１とリザーバ２４とを連通させるための溝となるオリフィス３３が設けられている。
【００２２】
図２は液滴吐出ヘッドの断面図である。図２において、吐出室２１はノズル３１から吐出させる液体をためておく。吐出室２１の底壁である振動板２２を撓ませることにより、吐出室２１内の圧力を高め、ノズル３１から液滴を吐出させる。ここで、異物、水分（水蒸気）等がギャップに入り込まないように、ギャップを外気から遮断し、密閉するために電極取り出し口２６に封止材２５が設けられている。
【００２３】
図３は駆動制御回路４０を中心とする構成を表す図である。図３に基づいて、液滴吐出ヘッドから液滴を吐出させるための制御を行う手段等について説明する。駆動制御回路４０はＣＰＵ４２ａを中心に構成されたヘッド制御部４１を備えている。ヘッド制御部４１のＣＰＵ４２ａには、例えばコンピュータ等の外部装置５０からバス５１を介し、印刷用データ等を含む信号が送信される。
【００２４】
また、ヘッド制御部４１はＲＯＭ４３ａ、ＲＡＭ４３ｂ及びキャラクタジェネレータ４３ｃを有しており、内部バス４２ｂを介してＣＰＵ４２ａと接続されている。ＣＰＵ４２ａは、ＲＯＭ４３ａ内に格納されている制御プログラムに基づいて処理を実行し、印刷用データに対応した吐出制御信号を生成する。その際、ＲＡＭ４３ｂ内の記憶領域を作業領域として用い、また、文字等を印刷する等の場合、キャラクタジェネレータ４３ｃに記憶されたキャラクタデータ等に基づく処理を行う。ＣＰＵ４２ａが生成した吐出制御信号は、内部バス４２ｂを介して論理ゲートアレイ４５に送信される。論理ゲートアレイ４５は、吐出制御信号に基づいて、後述するように、各個別電極１２に対する電荷供給に関する信号を生成する。また、ＣＯＭ発生回路４６ａからは、後述するようにキャビティ基板２０（振動板２２）に対する電荷供給に関する信号を生成する。駆動パルス発生回路４６ｂは同期のための信号を生成する。これらの信号は、コネクタ４７を経由して、ドライバＩＣ４８に送信される。
【００２５】
そして、ドライバＩＣ４８は、直接又はＦＰＣ（Flexible Print Circuit）、ワイヤ等の配線４９を介して電気的に端子部１４、共通電極端子２７と接続される。ドライバＩＣ４８の端子数が液滴吐出ヘッドのノズル３１の数に足りなければ、複数のドライバＩＣ４８で構成されている場合もある。ドライバＩＣ４８は、電源及び電源回路６０（以下、電源回路６０という）から電力の供給を受け（電圧が印加され）、前述した各種信号に基づいて、キャビティ基板２０（各振動板２２）及び各個別電極１２への電荷供給の開始（充電）、電荷保持及び放電（これらが電荷供給制御となる。以下、これを出力という）を実際に行う手段である。ここで、本実施の形態では、ドライバＩＣ４８からの出力波形がパルス状となるように出力を繰り返すものとする（現実には立ち上がり時間、立ち下がり時間が０ではない（意図的に行われる場合も含む）ために台形状となるが、便宜上、この出力をパルスということにする）。
【００２６】
そして、例えば、振動板２２側、個別電極１２への電荷供給等を制御することにより、電位差を発生させる（電圧を印加する）と、振動板２２は個別電極１２側に引き寄せられて撓む。このため吐出室２１の容積は広がり、さらに液体が流れ込む。そして、撓んだ振動板２２が復元圧力により元に戻ろうとするときの力が液体に加わり、ノズル３１から液体を押し出して液滴が吐出される。この液滴が例えば記録対象となる記録紙に着弾することによって印刷等の記録が行われる。
【００２７】
図４は印加する電圧と振動板２２、圧電体膜２３との電気的な関係及び個別電極１２と振動板２２、圧電体膜２３との関係を表すための断面を表す図である。ここで、個別電極１２と振動板２２との間に印加した印加電圧Ｅは、図４（ａ）で示すように、振動板２２と個別電極１２との間の静電圧力に寄与する電圧と圧電体膜２３の電歪効果に寄与する電圧（以下、実効電圧という）とに分かれるものと考えられる。ここで、電圧を印加していない通常の状態は図４（ｂ）のようになる。そして、例えば電位差を発生させて、印加電圧Ｅを印加するによって圧電体膜２３に印加される実効電圧Ｖa は次式（１）で表される。ここで、ｄa は圧電体膜２３の厚さ、ｄg は電極間距離（ギャップ長）を表す。また、εa 、εg は、それぞれ圧電体膜２３、ギャップにおける比誘電率を表す。ここで、εg は１であるものとする。
【００２８】
【数１】
2009184285.tif 000003
【００２９】
図５は振動板２２と個別電極１２との間に所定の電圧を印加したときの振動板２２等の変位量と圧力Ｐとの関係を表す図である。ここで、復元圧力以外は、振動板２２側から個別電極１２側に向かう方向（＋方向とする）の圧力が加わるものとする。また、圧電体膜２３の電歪効果に係る圧力は、次式（２）で表される圧電体膜２３が発生するモーメントＭ0 から換算したものとなる。また、ＥA は圧電体膜２３のヤング率である。そして、圧電体膜２３のｄ３１方向の圧電定数である。また、Ｖa は上述した圧電体膜２３に印加される実効電圧である。
Ｍ0 ∝ＥA ×ｄ３１×Ｖa                                 …（２）
【００３０】
ここで、振動板２２において個別電極１２方向にかかる圧力が、どの位置においても少なくとも振動板２２の復元圧力以上であれば、図４（ｄ）のように、振動板２２を個別電極１２に当接させることができることになる。逆に復元圧力を下回る位置があれば、図４（ｃ）のように、当接させることができない（慣性力等により、再度復元圧力以上の位置まで振動板２２が変位すれば当接することになるが、ここでは考えないこととする）。
【００３１】
ここで、静電圧力は距離の二乗に反比例する。そのため、ギャップ長（電極間距離）が長い場合には圧電体膜２３の電歪効果に係る圧力の方が有効に作用する。そこで、静電圧力だけでなく、電歪効果に係る圧力が加わることで静電圧力が当接に有効に働く位置まで変位させることができれば、静電圧力のみで振動板２２を変位させる場合よりも大きな変位を生じさせることができる。これにより、ギャップ長を長くすることができ、また、ギャップの容積（排除体積）を増やすことができ、復元圧力を大きくすることができるため、吐出量を増やすことができる。
【００３２】
図６は個別電極１２と振動板２２との間に印加する電圧に係る出力波形を表す図である。さらに、本実施の形態ではドライバＩＣ４８により、第１の電圧（高い方の電圧）及び第２の電圧（低い方の電圧）の２種類の電圧を個別電極１２と振動板２２との間に印加することができるようにする。ここで、第１の電圧は、圧電体膜２３の電歪効果に係る圧力により振動板２２を変位させ、さらに静電圧力が有効に働いて振動板２２を個別電極１２に当接させることができる電圧である。一方、第２の電圧は、電歪効果に係る圧力が加わることにより振動板２２を一定の位置まで変位させることができるが、静電圧力が当接に有効に働く位置まで変位させることができず、復元圧力を上回れずに当接させることができない電圧である。これにより、振動板２２の変位を２段階にすることができ、１度の吐出量を変化させることができる。ここで、図６では第１の電圧と第２の電圧とにおける電圧印加時間を異ならせているが、同じ時間でもよく、それぞれのタイミングに応じて制御することができる。
【００３３】
例えば、圧電体膜２３の厚さを２００ｎｍ（＝０．２μｍ）、ギャップ長を４００ｎｍ（＝０．４μｍ）、振動板２２の厚さを１μｍ、振動板２２の幅を７０μｍとする。このとき、高電圧を４５Ｖとすると、上述した（１）式から、実効電圧は約１５Ｖとなり、振動板２２が約２００ｎｍ（＝０．２μｍ）だけ個別電極１２側に変位する。このとき、振動板２２と個別電極１２との間は約２００ｎｍ（＝０．２μｍ）であり、当接させるために必要となる電圧は約２０Ｖとなる。振動板２２と個別電極１２との間の静電圧力に寄与する電圧は約３０Ｖとなるため、振動板２２を個別電極１２に当接させることができる。当接により排除体積を最大にすることができるため、ノズル３１からの液滴吐出量を最大にすることができる。
【００３４】
一方、低電圧を３０Ｖとすると、上述した（１）式から、実効電圧は約１０Ｖとなり、振動板２２が約１５０ｎｍ（＝０．１５μｍ）だけ個別電極１２側に変位する。このとき、振動板２２と個別電極１２との間は約２５０ｎｍ（＝０．２５μｍ）であり、当接させるために必要となる電圧は約２５Ｖとなる。振動板２２と個別電極１２との間の静電圧力に寄与する電圧は約２０Ｖとなるため、振動板２２を個別電極１２に当接させることができない。この場合、変位はするが当接しないため、ノズル３１からの液滴吐出量は少なくなる。
【００３５】
以上のように実施の形態１によれば、振動板２２の個別電極１２と対向する側に、酸化シリコンよりも比誘電率が高い圧電体膜２３を有することにより、静電圧力のみで振動板２２を変位させる場合よりも大きな変位を生じさせることができ、ギャップ長を長くすることができる。そして、ギャップの容積（排除体積）を増やすことができ、復元圧力を大きくすることができるため、吐出量を増やすことができる。このとき、駆動制御回路４０の制御により、ドライバＩＣ４８を介して可動電極となる振動板２２と固定電極となる個別電極１２との間に振動板２２と個別電極１２とを当接させることができる第１の電圧（高電圧）と当接させることができない第２の電圧（低電圧）の２種類の電圧で印加し、ノズル３１から液滴を吐出させるような制御を行うようにしたので、例えば、段差構造の個別電極等、液滴吐出ヘッドの構造を複雑なものにしなくても、印加する電圧を変化させるだけで、振動板２２の変位を異ならせて液滴吐出量を変化させることができる。これにより、例えば、同じノズルから着弾位置毎に液滴吐出量の異なるインクを吐出することにより印刷等を行う場合には高精細、高画質の印刷を行うことができる。
【００３６】
実施の形態２．
上述の実施の形態では、電極基板１０、キャビティ基板２０及びノズル基板３０の３つの基板が積層されて構成された液滴吐出ヘッドについて説明したが、液滴吐出ヘッドの構成についてはこれに限定されるものではない。例えば、リザーバを吐出室とは別の基板に形成し、積層した４層の基板で構成した液滴吐出ヘッドについても適用することができる。
【００３７】
実施の形態３．
図７は上述の実施の形態で製造した液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出装置（プリンタ１００）の外観図である。また、図８は液滴吐出装置の主要な構成手段の一例を表す図である。図７及び図８の液滴吐出装置は液滴吐出方式（インクジェット方式）による印刷を目的とする。また、いわゆるシリアル型の装置である。図８において、被印刷物であるプリント紙１１０が支持されるドラム１０１と、プリント紙１１０にインクを吐出し、記録を行う液滴吐出ヘッド１０２とで主に構成される。また、図示していないが、液滴吐出ヘッド１０２にインクを供給するためのインク供給手段がある。プリント紙１１０は、ドラム１０１の軸方向に平行に設けられた紙圧着ローラ１０３により、ドラム１０１に圧着して保持される。そして、送りネジ１０４がドラム１０１の軸方向に平行に設けられ、液滴吐出ヘッド１０２が保持されている。送りネジ１０４が回転することによって液滴吐出ヘッド１０２がドラム１０１の軸方向に移動するようになっている。
【００３８】
一方、ドラム１０１は、ベルト１０５等を介してモータ１０６により回転駆動される。また、駆動制御回路４０は、印刷用データ及び制御信号に基づいて送りネジ１０４、モータ１０６を駆動させる。また、ここでは図示していないが、実施の形態１で説明したようにドライバＩＣ４８からＣＯＭ及び各ＳＥＧを出力して振動板２２を振動させ、制御をしながらプリント紙１１０に印刷を行わせる。
【００３９】
ここでは液体をインクとしてプリント紙１１０に吐出するようにしているが、液滴吐出ヘッドから吐出する液体はインクに限定されない。例えば、カラーフィルタとなる基板に吐出させる用途においては、カラーフィルタ用の顔料を含む液体、有機化合物等の電界発光素子を用いた表示パネル（ＯＬＥＤ等）の基板に吐出させる用途においては、発光素子となる化合物を含む液体、基板上に配線する用途においては、例えば導電性金属を含む液体を、それぞれの装置において設けられた液滴吐出ヘッドから吐出させるようにしてもよい。また、液滴吐出ヘッドをディスペンサとし、生体分子のマイクロアレイとなる基板に吐出する用途に用いる場合では、ＤＮＡ（Deoxyribo Nucleic Acids ：デオキシリボ核酸）、他の核酸（例えば、Ribo Nucleic Acid：リボ核酸、Peptide Nucleic Acids：ペプチド核酸等）タンパク質等のプローブを含む液体を吐出させるようにしてもよい。その他、布等の染料の吐出等にも利用することができる。
【００４０】
実施の形態４．
図９は本発明を利用した波長可変光フィルタを表す図である。上述の実施の形態は、液滴吐出ヘッドを例として説明した。本発明は液滴吐出ヘッドだけに限定されず、他の微細加工によるアクチュエータを利用した駆動デバイスにも適用することができる。例えば、図９の波長可変光フィルタは、ファブリ・ペロー干渉計の原理を利用し、可動鏡１２０と固定鏡１２１との間隔を変化させながら選択した波長の光を出力するものである。ここで、例えば、可動鏡１２０を圧電体となる材料の膜を積層して形成する。そして、可動鏡１２０を変位させるためには、可動鏡１２０が設けられている、シリコンを材料とする可動体１２２を変位させる。そのために固定電極１２３と可動体１２２（可動鏡１２０）とを所定の間隔（ギャップ）で対向配置する。また、固定電極１２３に電荷を供給して電圧印加を行うために固定電極端子１２４を取り出す。そして、可動体１２２には支持部が一体形成されており、支持部の弾性力が復元圧力となる。固定電極１２３側に可動体１２２を引き寄せて駆動動作をさせる際、前述したように、例えば、可動体１２２を固定電極１２３に当接させるような第１の電圧と、可動鏡１２０を撓ませるだけの第２の電圧とを、駆動制御回路４０Ａが選択して印加することにより、所定の駆動動作を行わせることができる。
【００４１】
同様にモータ、センサ、ＳＡＷフィルタのような振動素子（レゾネータ）、ミラーデバイス等、他の種類の微細加工のアクチュエータ等にも上述の駆動制御方法を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】実施の形態１に係る液滴吐出ヘッドを分解して表した図である。
【図２】液滴吐出ヘッドの断面図である。
【図３】駆動制御回路４０を中心とする構成を表す図である。
【図４】印加電圧と振動板２２、圧電体膜２３との電気的関係等を表す図である。
【図５】振動板２２等の変位量と圧力Ｐとの関係を表す図である。
【図６】印加する電圧に係る出力波形を表す図である。
【図７】液滴吐出ヘッドを用いた液滴吐出装置の外観図である。
【図８】液滴吐出装置の主要な構成手段の一例を表す図である。
【図９】本発明を利用した光スイッチを表す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０  電極基板、１１  凹部、１２  個別電極、１３  リード部、１４  端子部、１５  液体供給口、２０  キャビティ基板、２１  吐出室、２２  振動板、２３  圧電体膜、２３Ａ  絶縁膜、２４  リザーバ、２５  封止材、２６  電極取り出し口、２７  共通電極端子、３０  ノズル基板、３１  ノズル、３２  ダイヤフラム、３３  オリフィス、４０  駆動制御回路、４１  ヘッド制御部、４２ａ  ＣＰＵ、４２ｂ  バス、４３ａ  ＲＯＭ、４３ｂ  ＲＡＭ、４３ｃ  キャラクタジェネレータ、４５  論理ゲートアレイ、４６ａ  ＣＯＭ発生回路、４６ｂ  駆動パルス発生回路、４７  コネクタ、４８  ドライバＩＣ、４９  配線、５０  外部装置、５１  バス、６０  電源回路、１００  プリンタ、１０１  ドラム、１０２  液滴吐出ヘッド、１０３  紙圧着ローラ、１０４  送りネジ、１０５  ベルト、１０６  モータ、１０７  プリント制御手段、１１０  プリント紙、１２０  可動鏡、１２１  固定鏡、１２２  可動体、１２３  固定電極、１２４  固定電極端子。
【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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