JP2011000756A - Electrostatic actuator, driving method therefor, liquid droplet ejecting head including the electrostatic actuator and liquid droplet ejecting device equipped therewith - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、静電駆動方式の静電アクチュエーター、その駆動方法、並びに、その静電アクチュエーターを備えた液滴吐出ヘッド及びそれを搭載した液滴吐出装置に関する。 The present invention relates to an electrostatic actuator of an electrostatic drive type, a driving method thereof, a droplet discharge head provided with the electrostatic actuator, and a droplet discharge apparatus equipped with the droplet discharge head.
インクジェット記録装置におけるインク吐出方式として、駆動手段に静電気力を利用した、いわゆる静電駆動方式によるものが知られている。静電駆動方式のインクジェット記録装置は、可動電極である振動板と、ギャップを隔ててその対向に位置する固定電極との間において、電圧を印加し静電気力を発生させることによる振動板の固定電極へ吸引、又は、その電圧を解除することによる振動板の固定電極から離脱させる動作を行い、それによって生じる圧力変化を利用してノズル孔からインクを吐出している。したがって、振動板及び固定電極はインクが貯えられた吐出室の圧力を変動させる静電アクチュエーターとして作用し、その静電アクチュエーターが搭載されることで液滴吐出ヘッドが構成される。 As an ink ejection method in an ink jet recording apparatus, a so-called electrostatic driving method using electrostatic force as a driving unit is known. The electrostatic drive type ink jet recording apparatus is a fixed electrode for a diaphragm by applying a voltage to generate an electrostatic force between a diaphragm that is a movable electrode and a fixed electrode that is positioned opposite to the gap. An operation of releasing the voltage from the stationary electrode of the diaphragm by releasing the voltage is performed, and ink is ejected from the nozzle hole using a pressure change generated thereby. Therefore, the vibration plate and the fixed electrode act as an electrostatic actuator that varies the pressure of the discharge chamber in which ink is stored, and the droplet discharge head is configured by mounting the electrostatic actuator.
このような静電アクチュエーター又は液滴吐出ヘッドにおいて、近時においては、高密度化が進んでおり、この高密度化に伴って振動板の幅は小さくなっている。この場合、振動板の初期状態から振動板の変位によってギャップ側へ凹む部分の容積(以下、排除体積という)が小さくなり、インクの吐出量も少なくなってしまう。この課題を解消するために、ギャップを広くしてインクの排除体積を確保することが考えられるが、振動板と対向電極の間のギャップを広くすると、振動板を駆動するための駆動電圧を大きくしなければならないという課題があった。 In such electrostatic actuators or droplet discharge heads, the density has been increasing recently, and the width of the diaphragm has been reduced with the increase in density. In this case, the volume of the portion recessed toward the gap due to the displacement of the diaphragm from the initial state of the diaphragm (hereinafter referred to as “excluded volume”) is reduced, and the amount of ink discharged is also reduced. In order to solve this problem, it is conceivable to widen the gap and secure an excluded volume of ink. However, if the gap between the diaphragm and the counter electrode is widened, the driving voltage for driving the diaphragm is increased. There was a problem that had to be done.
このような課題を解決するために、駆動電圧を低下させる液滴吐出ヘッドとして、振動板に対向する対向壁を階段状に形成し、小さなギャップ部分に位置している振動板の部分をその対向壁に当接させるための駆動電圧を印加することによって、その小さなギャップ部分に位置している振動板の部分が容易に対向壁の側に弾性変位し、この変位が大きなギャップ部分に位置している振動板の部分に伝搬して、振動板は全体として対向壁の側にクーロン力によって吸引されて密着するものがある(例えば、特許文献1参照)。
また、ギャップの短辺は凹形状であって、かつ、個別電極が階段状に形成され、その階段状に形成された溝部の段差を、溝部の端部から中央部に行くに従って小さくなるように形成し、溝部の端部の最もギャップの大きさが小さい部分において振動板と対向電極が当接する駆動電圧で、振動板全体を対向電極に当接させることを可能とする静電アクチュエータがある(例えば、特許文献2及び特許文献3参照)。
In order to solve such a problem, as a droplet discharge head for lowering the driving voltage, the opposing wall facing the diaphragm is formed in a stepped shape, and the diaphragm portion located in the small gap portion is opposed to it. By applying a driving voltage for contacting the wall, the diaphragm portion located in the small gap portion is easily elastically displaced toward the opposing wall, and this displacement is located in the large gap portion. Some diaphragms are attracted to and closely adhered to the opposing wall side by the Coulomb force as a whole (see, for example, Patent Document 1).
In addition, the short side of the gap is concave, and the individual electrodes are formed in a staircase shape so that the step of the groove portion formed in the staircase shape becomes smaller from the end of the groove portion toward the center portion. There is an electrostatic actuator that can be formed and brought into contact with the counter electrode with a driving voltage at which the diaphragm and the counter electrode are in contact with each other at the end of the groove where the gap is the smallest (see FIG. For example, see
しかしながら、特許文献1に係る液滴吐出ヘッド、及び、特許文献2及び特許文献3に係る静電アクチュエータのいずれにおいても、振動板と対向電極とを当接させるための駆動電圧を低下させることはできるが、その振動板の変位動作を制御することはできず、その加速度的な動作によって、吐出室内のインクの流れに乱れを生じさせてしまい、吐出性能を低下させてしまうという問題点があった。
However, in any of the droplet discharge head according to
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あり、振動板の変位動作を排除体積が急激に変化することがないように制御することができる静電アクチュエーター、その駆動方法、並びに、その静電アクチュエーターを搭載した液滴吐出ヘッド及びそれを搭載した液滴吐出装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an electrostatic actuator capable of controlling the displacement operation of the diaphragm so that the excluded volume does not change rapidly, and a driving method thereof Another object of the present invention is to obtain a droplet discharge head equipped with the electrostatic actuator and a droplet discharge device equipped with the droplet discharge head.
本発明に係る静電アクチュエーターは、基板上に形成された固定電極と、その固定電極に所定のギャップを介して対向配置された可動電極と、固定電極と可動電極との間に駆動電圧を印加し静電気力を発生させて可動電極に変位を生じさせる駆動制御手段と、を備え、固定電極は、それぞれのギャップの大きさが異なる階段形状の複数段によって形成され、その複数段における各段に対して、その対向する可動電極が当接した場合の排除体積は、それぞれの段において同一であることを特徴とするものである。
本発明によれば、各段ごとに可動電極が当接していく過程で、排除体積が急激に変化することがないように制御することができるので、静電アクチュエーターの各部分の寸法のばらつき等による可動電極の挙動のばらつきを抑制することもできる。
The electrostatic actuator according to the present invention applies a driving voltage between a fixed electrode formed on a substrate, a movable electrode disposed opposite to the fixed electrode with a predetermined gap therebetween, and the fixed electrode and the movable electrode. Drive control means for generating a displacement in the movable electrode by generating an electrostatic force, and the fixed electrode is formed by a plurality of steps having a step shape with different gap sizes. On the other hand, the excluded volume when the opposed movable electrodes are in contact with each other is the same in each stage.
According to the present invention, it is possible to control the excluded volume so that it does not change suddenly in the process in which the movable electrode is in contact with each stage. It is also possible to suppress variations in the behavior of the movable electrode due to.
また、本発明に係る静電アクチュエーターは、固定電極における複数段は、可動電極に対向する固定電極の領域の長手方向における一端から他端に向かってギャップが大きくなるように形成されたことを特徴とするものである。
本発明によれば、可動電極に対向する固定電極の領域の一端であるギャップが最も小さい部分から、もう一端であるギャップが最も大きい部分に向かって順に当接させることができるので、排除体積が急激に変化することがないように制御することができる。
Further, the electrostatic actuator according to the present invention is characterized in that the plurality of steps of the fixed electrode are formed such that a gap increases from one end to the other end in the longitudinal direction of the region of the fixed electrode facing the movable electrode. It is what.
According to the present invention, since the gap that is one end of the region of the fixed electrode that faces the movable electrode can be made to contact in order from the portion that has the smallest gap that is the other end, the excluded volume is reduced. It can be controlled so that it does not change rapidly.
また、本発明に係る静電アクチュエーターは、固定電極における複数段は、可動電極に対向する固定電極の領域の長手方向の両端から中央に向かってギャップが大きくなるように形成されたことを特徴とするものである。
本発明によれば、可動電極に対向する固定電極の領域の両端であるギャップが最も小さい部分から、領域の中央であるギャップが最も大きい部分に向かって順に当接させることができるので、排除体積が急激に変化することがないように制御することができる。
Further, the electrostatic actuator according to the present invention is characterized in that the plurality of steps of the fixed electrode are formed such that the gap increases from the longitudinal ends to the center of the fixed electrode region facing the movable electrode. To do.
According to the present invention, since the gap that is the opposite end of the region of the fixed electrode that faces the movable electrode can be sequentially contacted from the portion that has the largest gap that is the center of the region, the excluded volume Can be controlled so as not to change rapidly.
また、本発明に係る静電アクチュエーターは、固定電極における複数段が、駆動制御手段が複数段におけるある特定の段が当接するための最小の駆動電圧の電圧値未満の駆動電圧を印加することによって、特定の段に対応するギャップの大きさの次に小さいギャップに対応する段が当接した場合、特定の段がその当接動作につられて当接しない程度の段差に形成されたことを特徴とするものである。
本発明によれば、複数段における特定の段が当接する動作につられて、その特定の段に対応するギャップの大きさの次に大きいギャップに対応する段が当接する動作を防止し、排除体積の変化のばらつきを抑制することができる。
Further, in the electrostatic actuator according to the present invention, the plurality of stages in the fixed electrode apply a driving voltage that is less than the voltage value of the minimum driving voltage for the drive control means to contact a certain stage in the plurality of stages. When the step corresponding to the next smallest gap of the gap corresponding to the specific step abuts, the specific step is formed to have a level difference that does not come into contact with the contact operation. It is what.
According to the present invention, an operation in which a specific step in a plurality of steps abuts prevents an operation in which a step corresponding to the next largest gap corresponds to the size of the gap corresponding to the specific step, and an excluded volume. The variation of the change of the can be suppressed.
また、本発明に係る静電アクチュエーターの駆動方法は、固定電極と可動電極との間に、電圧値の立ち上がり部と、その立ち上がりによって上昇した電圧値を保持する保持部を繰り返し印加することによって階段形状の電圧波形となるような駆動電圧を印加することを特徴とするものである。
本発明によれば、階段形状の駆動電圧を印加することによって、階段段状に形成された固定電極における各段ごとに可動電極を当接させることができ、排除体積の急激な変化を制御することができる。
Further, the electrostatic actuator driving method according to the present invention includes a step by repeatedly applying a rising portion of the voltage value and a holding portion that holds the voltage value increased by the rising between the fixed electrode and the movable electrode. A drive voltage having a shape voltage waveform is applied.
According to the present invention, by applying a staircase-shaped drive voltage, the movable electrode can be brought into contact with each step of the fixed electrode formed in a staircase step shape, and a sudden change in the excluded volume is controlled. be able to.
また、本発明に係る静電アクチュエーターの駆動方法は、階段形状の電圧波形を有する駆動電圧における電圧の段数、及び、固定電極の複数段におけるギャップの大きさが異なる段の数は同一であることを特徴とするものである。
本発明によれば、階段段状に形成された固定電極における各段ごとに可動電極を当接させる駆動電圧波形となり、排除体積の急激な変化を制御することができる。
In the driving method of the electrostatic actuator according to the present invention, the number of voltage steps in the driving voltage having a stepped voltage waveform and the number of steps having different gap sizes in the plurality of steps of the fixed electrode are the same. It is characterized by.
According to the present invention, it becomes a drive voltage waveform in which the movable electrode is brought into contact with each step in the fixed electrode formed in a stepped shape, and a sudden change in the excluded volume can be controlled.
また、本発明に係る静電アクチュエーターの駆動方法は、階段形状の電圧波形を有する前記駆動電圧における電圧の段数をn個とし、階段形状の電圧波形を有する前記駆動電圧を構成する前記保持部における電圧値を印加時刻が早いものからそれぞれE1、E2、・・・、En-1及びEnとし、前記固定電極の前記複数段における前記段に対向する前記可動電極の領域が前記段に当接するのに必要な最小の駆動電圧の電圧値を、前記ギャップが小さい前記段に対応するものからそれぞれEL1、EL2、・・・、ELn-1及びELnとしたとき、EL1<E1<EL2、EL2<E2<EL3、・・・、ELnー1<Enー1<ELn、及び、ELn<Enとすることを特徴とするものである。
本発明によれば、階段段状に形成された固定電極において確実に各段ごとに可動電極を当接させることができる。
Further, in the driving method of the electrostatic actuator according to the present invention, the number of voltage stages in the driving voltage having a staircase-shaped voltage waveform is n, and the holding unit constituting the driving voltage having the staircase-shaped voltage waveform is used. The voltage values are set to E 1 , E 2 ,..., E n−1 and E n respectively from the application time earlier, and the region of the movable electrode facing the step in the plurality of steps of the fixed electrode is the step. the voltage value of the minimum driving voltage required to contact, EL 1, EL 2 each from those corresponding to the stage the gap is small, ..., when the EL n-1 and EL n, EL 1 <E 1 <EL 2 , EL 2 <E 2 <EL 3 ,..., EL n−1 <E n−1 <EL n , and EL n <E n. is there.
According to the present invention, the movable electrode can be reliably brought into contact with each step in the fixed electrode formed in the stepped shape.
また、本発明に係る静電アクチュエーターの駆動方法は、排除体積を縦軸とし、時刻を横軸とするグラフにおいて、E1、E2、・・・、ELn-1及びEnそれぞれの電圧値の駆動電圧を印加する場合、固定電極と可動電極との当接状態がそれぞれ安定したときにおける時刻及び排除体積によって定まるグラフ上の点を結ぶ線は直線となることを特徴とするものである。
本発明によれば、排除体積を直線状に変位させることができ、排除体積の急激な変化をより抑制することができる。
The driving method of the electrostatic actuator according to the present invention, the displacement volume on the vertical axis, the graph of the time and the horizontal axis, E 1, E 2, ··· , EL n-1 and E n each voltage When a driving voltage of a value is applied, the line connecting points on the graph determined by the time and the excluded volume when the contact state between the fixed electrode and the movable electrode is stabilized is a straight line. .
According to the present invention, it is possible to displace the excluded volume linearly, and it is possible to further suppress an abrupt change in the excluded volume.
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、上記の静電アクチュエーターを備えたことを特徴とするものである。
本発明によれば、排除体積の急激な変化を抑制して吐出室のインクの流れの乱れを抑制することによって、吐出性能を向上させた液滴吐出ヘッドを得ることができる。
In addition, a liquid droplet ejection head according to the present invention includes the electrostatic actuator described above.
According to the present invention, it is possible to obtain a droplet discharge head with improved discharge performance by suppressing a sudden change in the excluded volume and suppressing the disturbance of the ink flow in the discharge chamber.
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、駆動制御手段が、固定電極と可動電極との間に、電圧値の立ち上がり部と、その立ち上がりによって上昇した電圧値を保持する保持部を繰り返し印加することによって階段形状の電圧波形となるような駆動電圧を印加することを特徴とするものである。
本発明によれば、階段形状の駆動電圧を印加することによって、階段段状に形成された固定電極における各段ごとに可動電極を当接させることができ、排除体積の急激な変化を制御することができる液滴吐出ヘッドを得ることができる。
In the droplet discharge head according to the present invention, the drive control unit repeatedly applies the rising portion of the voltage value and the holding portion that holds the voltage value increased by the rising between the fixed electrode and the movable electrode. Thus, a drive voltage that has a stepped voltage waveform is applied.
According to the present invention, by applying a staircase-shaped drive voltage, the movable electrode can be brought into contact with each step of the fixed electrode formed in a staircase step shape, and a sudden change in the excluded volume is controlled. A droplet discharge head that can be obtained can be obtained.
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、駆動制御手段が、階段形状の電圧波形を有する駆動電圧における電圧の段数と、固定電極の複数段におけるギャップの大きさが異なる段の数は同一となるように駆動電圧を印加することを特徴とするものである。
本発明によれば、階段段状に形成された固定電極における各段ごとに可動電極を当接させる駆動電圧波形となり、排除体積の急激な変化を制御することができる液滴吐出ヘッドを得ることができる。
Further, in the liquid droplet ejection head according to the present invention, the drive control means has the same number of voltage steps in the drive voltage having the stepped voltage waveform and the number of steps having different gap sizes in the plurality of steps of the fixed electrode. A drive voltage is applied so as to be.
According to the present invention, it is possible to obtain a liquid droplet ejection head that has a driving voltage waveform in which a movable electrode is brought into contact with each step of a fixed electrode formed in a stepped shape, and can control a sudden change in excluded volume. Can do.
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、駆動制御手段によって印加される階段形状の電圧波形を有する駆動電圧における電圧の段数をn個とし、駆動制御手段によって印加される階段形状の電圧波形を有する駆動電圧を構成する保持部における電圧値を印加時刻が早いものからそれぞれE1、E2、・・・、En-1及びEnとし、固定電極の複数段における段に対向する可動電極の領域が段に当接するのに必要な最小の駆動電圧の電圧値を、ギャップが小さい段に対応するものからそれぞれEL1、EL2、・・・、ELn-1及びELnとしたとき、駆動制御手段は、EL1<E1<EL2、EL2<E2<EL3、・・・、ELnー1<Enー1<ELn、及び、ELn<Enとなるように駆動電圧を印加することを特徴とするものである。
本発明によれば、階段段状に形成された固定電極において確実に各段ごとに可動電極を当接させることができる液滴吐出ヘッドを得ることができる。
Further, the droplet discharge head according to the present invention has n voltage steps in the drive voltage having a staircase-shaped voltage waveform applied by the drive control means, and has a staircase-shaped voltage waveform applied by the drive control means. The voltage value in the holding part constituting the driving voltage is set to E 1 , E 2 ,..., E n-1 and E n from the one having the earlier application time, respectively, and the movable electrode facing the plurality of stages of the fixed electrode When the minimum drive voltage value required for the region to abut the step is EL 1 , EL 2 ,..., EL n−1 and EL n from those corresponding to the step with a small gap, respectively. The drive control means satisfy EL 1 <E 1 <EL 2 , EL 2 <E 2 <EL 3 ,..., EL n−1 <E n−1 <EL n , and EL n <E n. Thus, a drive voltage is applied.
According to the present invention, it is possible to obtain a droplet discharge head that can reliably contact a movable electrode for each step in a fixed electrode formed in a stepped shape.
また、本発明に係る液滴吐出ヘッドは、駆動制御手段が、排除体積を縦軸とし、時刻を横軸とするグラフにおいて、E1、E2、・・・、ELn-1及びEnそれぞれの電圧値の駆動電圧を印加する場合、固定電極と可動電極との当接状態がそれぞれ安定したときにおける時刻及び排除体積によって定まるグラフ上の点を結ぶ線が直線となるように駆動電圧を印加することを特徴とするものである。
本発明によれば、排除体積を直線状に変位させることができ、排除体積の急激な変化をより抑制することができる液滴吐出ヘッドを得ることができる。
The liquid drop discharge head of the present invention, the drive control means, the displacement volume on the vertical axis, the graph of the time and the horizontal axis, E 1, E 2, ··· , EL n-1 and E n When applying a driving voltage of each voltage value, the driving voltage is set so that the line connecting the points on the graph determined by the time and the excluded volume when the contact state between the fixed electrode and the movable electrode is stabilized becomes a straight line. It is characterized by applying.
According to the present invention, it is possible to obtain a liquid droplet ejection head capable of displacing the excluded volume linearly and further suppressing a rapid change in the excluded volume.
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を搭載したことを特徴とするものである。
本発明によれば、排除体積の急激な変化を抑制して吐出室のインクの流れの乱れを抑制することによって、吐出性能を向上させた液滴吐出装置を得ることができる。
In addition, a droplet discharge apparatus according to the present invention is characterized by mounting the above-described droplet discharge head.
According to the present invention, it is possible to obtain a droplet discharge device with improved discharge performance by suppressing a sudden change in the excluded volume and suppressing the disturbance of the ink flow in the discharge chamber.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係るインクジェットヘッド51の分解外観斜視図であり、図2は、そのインクジェットヘッド51の横断面図である。
本実施の形態に示すインクジェットヘッド51は、図1及び図2で示されるように、3枚の基板を貼り合わされて構成される積層構造体である。その3枚の基板とは、複数のノズル孔11が所定のピッチで設けられたノズル基板1、各ノズル孔11に対して独立にインク流路が形成されたキャビティー基板2、そして、各インク流路に設けられた吐出室21の底壁を構成する可動電極である振動板4に対向して固定電極5が配置された電極基板3である。
なお、インクジェットヘッド51は、本発明の「液滴吐出ヘッド」に相当するものである。
FIG. 1 is an exploded external perspective view of an
As shown in FIGS. 1 and 2, the
The
(ノズル基板1)
ノズル基板1は、単結晶のシリコン基板からなり、エッチングによってキャビティー基板2における吐出室21に連通し、ノズル基板1に対し垂直に貫通するように形成されたノズル孔11を備える構成となっている。ノズル孔11は、径の小さい噴射口部及びこれより径の大きい導入口部による2段に構成されることによってインク滴の直進性を向上させることができる。このノズル基板1は、キャビティー基板2にエポキシ樹脂等を使用した接着剤による接着接合又は直接接合によって接合される。なお、図1で示されるように、ノズル孔11は2列で形成された構成となっており、その列ごと左右に1個ずつヘッド部分をもつ構成となっているが、これに限られるものではなく、このヘッド部分は1列で構成されるものとしてもよく、また、ノズル孔11の数についても制限されるものでもない。
(Nozzle substrate 1)
The
(キャビティー基板2)
キャビティー基板2は、例えば、面方位が(110)の単結晶のシリコン基板からなり、その表面には、複数のインクの流路となる溝又は凹部が形成されている。このインクの流路となる溝又は凹部は、キャビティー基板2の底面側にボロン拡散を実施してエッチングストップ層を形成し、フォトリソグラフィ及びウェットエッチングを実施することによって形成され、この溝又は凹部、及び、ノズル基板1の底面によって吐出室21が形成されている。このように形成された吐出室21において、その底部は、ボロン拡散層として極めて薄い厚み(例えば、2μm)で高精度で形成された可動電極である振動板4となる。また、各流路には共通に連通する凹状のリザーバー部23が形成されている。
(Cavity substrate 2)
The
(電極基板3)
電極基板3は、キャビティー基板2と陽極接合によって接合されるので、剥離のない接合強度を確保するために、熱膨張係数がシリコンのそれに近いホウ珪酸ガラスを一般的に用いて形成されている。この電極基板3には、一般的にITO(Indium Tin Oxide:インジウム錫酸化物)からなる固定電極5(厚さは、例えば、0.1μm)が、例えば、スパッタリングによって成膜され形成されている。各固定電極5は、振動板4と対向する位置にエッチングによって区画形成された凹部31内における底部に形成されている。この凹部31が形成されることによって、振動板4及び固定電極5は所定の間隔(以下、ギャップという)Gを隔てて対向配置される。また、図2で示されるように、この凹部31の固定電極5における振動板4に対向する領域は、その領域の長手方向の一端(図2においてはノズル基板1におけるノズル孔11側)から他端に向かってギャップが大きくなるように階段形状に形成されており、段5c〜5eの3つの段によって構成されている。また、電極基板3には、インク供給孔32が1つ又は複数形成されている。このインク供給孔32は、研削加工又はマイクロブラスト加工によって形成され、前述のリザーバー部23に連通するようにキャビティー基板2の底部を貫通して形成されている。また、インク供給孔32は、インクタンク(図示せず)に接続されている。なお、図2で示されるように、固定電極5における振動板4に対向する領域は、その領域の長手方向のノズル基板1におけるノズル孔11側の一端から他端に向かってギャップが大きくなるように階段形状に形成されているが、これに限られるものではなく、その他端からノズル孔11側の一端に向かってギャップが大きくなるように形成されてもよい。
(Electrode substrate 3)
Since the
(封止剤28)
振動板4と固定電極5との間に形成されるギャップGの開放端部はエポキシ樹脂、又は、CVD(Chemical Vapor Deposition)法によってTEOS(Tetraethoxysilane:テトラエトキシシラン)等の酸化膜を堆積させたものによって形成された封止剤28によって気密に封止される。これによって、湿気及び塵埃等がギャップGに浸入することを防止することができ、インクジェットヘッド51の信頼性を高く保持することができる。
(Sealing agent 28)
The open end of the gap G formed between the
(駆動制御回路41)
キャビティー基板2及び電極基板3の後端部は、図1及び図2で示されるように、エッチングによって開口された電極取り出し部34となっている。そして、電極基板3上に形成された固定電極5は、リード部5aと端子部5bとを有し、このうち端子部5bが電極取り出し部34において露出するように形成されている。また、キャビティー基板2の後端部における片側又は両側に金属膜からなる共通電極26が形成されている。そして、静電アクチュエーターの駆動手段として、振動板4と固定電極5との間に駆動電圧を印加するためのドライバーIC等の駆動制御回路41が、各固定電極5の端子部5b及び共通電極26に例えば導電性接着剤を用いて接着されている。ここで、静電アクチュエーターは、少なくとも振動板4、固定電極5及び駆動制御回路41によって構成されているものとする。
なお、駆動制御回路41は、本発明の「駆動制御手段」に相当するものである。
(Drive control circuit 41)
As shown in FIGS. 1 and 2, the rear end portions of the
The
(インクジェットヘッド51の動作概要)
インクは、キャビティー基板2に設けられたリザーバー部23及び吐出室21、そしてノズル基板1のノズル孔11の先端に至るまで、気泡を生じることなく満たされており、図2で示される矢印で示す方向にインクは流れる。印刷が実施される際には、駆動制御回路41によって振動板4と固定電極5との間に駆動電圧が印加されることによって静電気力による引力が発生し、振動板4は固定電極5側へ引き寄せられて撓み、固定電極5に当接して、吐出室21に負圧が発生する。これによって、リザーバー部23内のインクが吐出室21内に吸引される。
そして、この駆動電圧を解除すると、振動板4は固定電極5から離脱して、その復元力によってインクがノズル孔11から押し出され、その押し出されたインク滴が記録紙(図示せず)に向けて吐出される。
(Outline of operation of inkjet head 51)
The ink is filled without generating bubbles until the
When the driving voltage is released, the
(インクジェットヘッド51における駆動電圧の印加動作)
図3は本発明の実施の形態1に係るインクジェットヘッド51における駆動電圧印加時の動作を示す図であり、図4はその駆動電圧波形及び排除体積の変位を示す図である。以下、図3及び図4を参照しながら、振動板4と固定電極5との間における駆動電圧印加時の動作を説明する。
まず、駆動制御回路41は、駆動電圧を立ち上げ、電圧値E1(例えば、10V)となるように駆動電圧を印加し、所定の時間その電圧値E1を保持する。駆動電圧が電圧値E1に達した時刻をt11(例えば0.5μsec)とすると、この時刻t11より後の時刻t1に、振動板4における固定電極5の段5cに対向する部分が、段5cに当接し図3(a)で示される状態になる。このときの当接によって排除体積V1が生じる。
(Drive voltage application operation in the inkjet head 51)
FIG. 3 is a diagram showing an operation when a drive voltage is applied in the
First, the
次に、駆動制御回路41は、電圧値E1から駆動電圧を立ち上げ、電圧値E2(例えば、15V)となるように駆動電圧を印加し、所定の時間その電圧値E2を保持する。駆動電圧が電圧値E2に達した時刻をt21(例えば2μsec)とすると、この時刻t21より後の時刻t2に、振動板4における固定電極5の段5dに対向する部分が、段5dに当接し図3(b)で示される状態になる。この振動板4の段5dに対向する部分の段5dへの当接によって排除体積V2がさらに生じ、全体の振動板4による排除体積はV1+V2となる。
Next, the
さらに、駆動制御回路41は、電圧値E2から駆動電圧を立ち上げ、電圧値E3(例えば、25V)となるように駆動電圧を印加し、所定の時間その電圧値E3を保持する。駆動電圧が電圧値E3に達した時刻をt31(例えば6μsec)とすると、この時刻t31より後の時刻t3に、振動板4における固定電極5の段5eに対向する部分が、段5eに当接し図3(c)で示される状態になる。この振動板4の段5eに対向する部分の段5eへの当接によって排除体積V3がさらに生じ、全体の振動板4による排除体積はV1+V2+V3となる。
Further, the
そして、駆動制御回路41が、この電圧値E3の駆動電圧の印加状態から、その印加を解放することによって、振動板4は固定電極5から離脱して、その復元力によってインクがノズル孔11から吐出される。
Then, when the
上記の動作のように駆動電圧の立ち上がりと電圧値の保持を繰り返すことによって、図4(a)で示されるように駆動電圧は、階段形状の電圧波形となる。また、保持される電圧値であるE1〜E3のそれぞれにおいて、振動板4は、それぞれ固定電極5の段5c〜5eに当接するので、上記の階段形状の駆動電圧の電圧波形の段数(図4においては3つ)、及び、階段形状に形成された固定電極5の段数、すなわち、ギャップの大きさが異なる段数(図3においては3つ)は同一である。また、図4(b)で示されるような、時間を横軸とし、各時刻における排除体積を縦軸とする排除体積の変位を示すグラフにおいて、排除体積がV1となる時刻t1で定まるグラフ上の点A、排除体積がV1+V2となる時刻t2で定まるグラフ上の点B、及び、排除体積がV1+V2+V3となる時刻t3で定まるグラフ上の点Cは、理想排除体積変位直線101上にあり、実際の排除体積の変位は、点A〜点Cを通る排除体積変位曲線102となる。このとき、駆動制御回路41は、上記のように点A〜点Cが理想排除体積変位直線101上にあるように、時刻t11、t21及びt31を調整して駆動電圧を印加する。さらに、振動板4が段5c〜5eに当接するための最小の駆動電圧の電圧値を、それぞれEL1、EL2及びEL3とすると、駆動制御回路41は、上記の駆動電圧の印加動作において、以下の式(1)〜式(3)を満たすような電圧値E1〜電圧値E3を印加する。
By repeating the rise of the drive voltage and the holding of the voltage value as in the above operation, the drive voltage becomes a stepped voltage waveform as shown in FIG. Further, in each of the held voltage values E1 to E3, the
EL1<E1<EL2 (1)
EL2<E2<EL3 (2)
EL3<E3 (3)
EL1 <E1 <EL2 (1)
EL2 <E2 <EL3 (2)
EL3 <E3 (3)
駆動制御回路41は、上記の式(1)〜式(3)を満たす駆動電圧を印加することによて、保持される電圧値であるE1〜E3のそれぞれにおいて、振動板4をそれぞれ固定電極5の段5c〜5eに確実に当接させることができる。また、例えば、段5cと段5dとの段差は、駆動制御回路41が電圧値E1である駆動電圧を印加し、振動板4が固定電極5における段5cに当接する場合に、その動作につられて段5dにも当接してしまうのを防止するのに十分な程度の大きさをもって構成されている。なお、段5dと段5eとの段差についても同様である。
The
図5は、振動板が固定電極における各段に当接したときの排除体積とその変位の関係を説明する図である。 FIG. 5 is a diagram for explaining the relationship between the displacement volume and its displacement when the diaphragm comes into contact with each step of the fixed electrode.
図5(a)は、固定電極が階段形状に形成されていない場合の振動板による排除体積の変位を示す図である。
ここで、時刻t1aに振動板が固定電極に完全に当接し、そのときの排除体積をV1aとし、その時刻t1a及び排除体積V1aで定まる点をA’としている。
振動板と固定電極との間に駆動電圧が印加されることによって発生する静電気力はそれらのギャップの大きさの二乗に反比例するので、排除体積が増加、すなわち、振動板が固定電極に近づく程、静電気力が大きくなり振動板の速度が増加する結果、実際の排除体積の変位曲線は、図5(a)で示されるように、理想排除体積変位直線101に対して大きく湾曲した排除体積変位曲線102aとなる。
FIG. 5A is a diagram illustrating displacement of the excluded volume by the diaphragm when the fixed electrode is not formed in a staircase shape.
Here, at time t1a, the diaphragm is completely in contact with the fixed electrode, the excluded volume at that time is V1a, and the point determined by the time t1a and the excluded volume V1a is A ′.
The electrostatic force generated when a driving voltage is applied between the diaphragm and the fixed electrode is inversely proportional to the square of the size of the gap, so the excluded volume increases, that is, the closer the diaphragm is to the fixed electrode. As a result of increasing the electrostatic force and increasing the speed of the diaphragm, the displacement curve of the actual displacement volume is a displacement volume displacement greatly curved with respect to the ideal displacement volume displacement
図5(b)は、固定電極が本実施の形態に係るインクジェットヘッド51における固定電極5と同様に、3段の階段形状に形成されているが、各段の排除体積が異なる場合の排除体積の変位を示す図である。
ここで、時刻t1bに最もギャップが小さい段に完全に当接し、そのときの排除体積をV1bとし、時刻t2bに次にギャップが大きい段に完全に当接し、そのときのその段に当接したことによる排除体積をV2bとし、そして、時刻t3bに最もギャップが大きい段に完全に当接し、そのときのその段に当接したことによる排除体積をV3bとしている。また、時刻t1b及び排除体積V1bで定まる点をA’’とし、時刻t2b及びそのときの全体の排除体積V1b+V2bで定まる点をB’’とし、そして、時刻t3b及びそのときの全体の排除体積V1b+V2b+V3bで定まる点をC’’としている。ここで、図5(b)で示されるように、排除体積V1b及びV2bと比較して、排除体積V3bがより大きいものとなるように、階段形状の固定電極が形成されているものとする。
図5(b)で示されるように、点A’’〜C’’はいずれも理想排除体積変位直線101上にあるが、排除体積V3bが、排除体積V1b及びV2bと比較して大きいので、時刻t2b〜時刻t3bの時間も大きくなり、振動板の速度の増加の影響を大きく受け、実際の排除体積の変位曲線は、この時刻t2b〜時刻t3bにおける変位曲線の部分が理想排除体積変位直線101に対して大きく湾曲した排除体積変位曲線102bとなる。
FIG. 5B shows an excluded volume when the fixed electrode is formed in a three-step staircase shape like the fixed
Here, the time when the gap is the smallest is completely abutted at time t1b, the excluded volume at that time is V1b, and the time when the gap is the next largest is completely abutted at time t2b, and is abutted on that stage at that time. The excluded volume due to this is V2b, and at time t3b, it completely contacts the step with the largest gap, and the excluded volume due to contact with that step at that time is V3b. The point determined by the time t1b and the excluded volume V1b is A ″, the point determined by the time t2b and the entire excluded volume V1b + V2b at that time is B ″, and the time t3b and the entire excluded volume V1b + V2b + V3b at that time The point determined by is C ″. Here, as shown in FIG. 5B, it is assumed that the staircase-shaped fixed electrode is formed so that the excluded volume V3b is larger than the excluded volumes V1b and V2b.
As shown in FIG. 5B, the points A ″ to C ″ are all on the ideal excluded volume displacement
図5(c)は、本実施の形態に係るインクジェットヘッド51の振動板4の変位曲線を示す図であり、上記の図4(b)で示される排除体積の変位を示す図において時刻t3までの部分を抜粋して示した図である。
図5(c)で示されるように、本実施の形態において、階段形状の固定電極5は排除体積V1〜V3が略同一、すなわち、V1≒V2≒V3となるように形成されている。したがって、図2で示される振動板4に対向する段5a、5b及び5cそれぞれの固定電極5の長手方向における幅は、段5a、5b及び5cの順で小さくなる。このとき、上記で説明したように点A〜Cは、理想排除体積変位直線101上にあるので、振動板4の変位開始時刻から時刻t1までの時間(以下、T1という)、時刻t1〜時刻t2の時間(以下、T2という)、及び、時刻t2〜時刻t3の時間(以下、T3という)はいずれも略同一となりT1≒T2≒T3となる。したがって、図5(c)で示される排除体積変位曲線102における振動板4の速度の増加による影響は、各時間T1〜T3において分散され、理想排除体積変位直線101に対する湾曲の程度も、上記の図5(a)で示される排除体積変位曲線102a及び図5(b)で示される排除体積変位曲線102bと比較して小さくなり、理想排除体積変位直線101に近づく。これによって、振動板4による排除体積を直線状に変位させることができ、排除体積の急激な変化をより抑制することができる。
FIG. 5C is a diagram showing a displacement curve of the
As shown in FIG. 5C, in the present embodiment, the staircase-shaped fixed
(実施の形態1の効果)
以上の構成及び動作のように、固定電極5が複数の段を有する階段形状に形成され、振動板4がその各段に当接することによる排除体積を同一とすることによって、各段ごとに可動電極が当接していく過程で、排除体積が急激に変化することがないように制御することができ、吐出室21のインクの流れを乱すことを抑制し、さらに、インクジェットヘッド51の各部分の寸法のばらつき等による振動板4の挙動のばらつきを抑制することもできる。
また、固定電極5における振動板4に対向する領域は、その領域の長手方向の一端から他端に向かってギャップが大きくなるように形成されているので、振動板4に対向する固定電極5の領域の一端であるギャップが最も小さい部分から、もう一端であるギャップが最も大きい部分に向かって順に当接させることができるので、排除体積が急激に変化することがないように制御することができる。
また、固定電極5において形成された階段形状の段差は、特定の段に振動板4が当接する動作につられて、その特定の段におけるギャップの次に大きいギャップに対応する隣の段が当接しない程度に形成されているので、排除体積の変化のばらつきを抑制することができる。
また、図4(a)で示されるように、駆動制御回路41は、振動板4と固定電極5との間に電圧の立ち上がりと電圧値の保持を繰り返すことによる階段形状の電圧波形となる駆動電圧を印加するので、階段段状に形成された固定電極5における各段ごとに振動板4を当接させることができ、排除体積の急激な変化を制御することができる。
また、上記の階段形状の駆動電圧における電圧の段数と、階段形状に形成された固定電極5の段数、すなわち、ギャップの大きさが異なる段数を同一としているので、階段形状に形成された固定電極5における各段ごとに振動板4を当接させる駆動電圧波形となり、排除体積の急激な変化を制御することができる。
また、駆動制御回路41が、前述の式(1)〜式(3)を満たす駆動電圧を印加することによって、駆動電圧において保持される電圧値によって、振動板4を固定電極5のそれぞれの段に確実に当接させることができる。
また、駆動制御回路41が、排除体積を縦軸とし、時間を横軸とするグラフにおいて、階段形状の駆動電圧において保持される電圧の印加によって、固定電極5と振動板4との当接状態がそれぞれ安定したときにおける時刻及び排除体積によって定まるグラフ上の点を結ぶ線が直線となるように駆動電圧を印加することによって、排除体積を直線状に変位させることができ、排除体積の急激な変化をより抑制することができる。
(Effect of Embodiment 1)
As described above, the fixed
Further, the region of the fixed
Further, the stepped step formed in the fixed
Also, as shown in FIG. 4A, the
In addition, since the number of voltage steps in the staircase-shaped driving voltage is the same as the number of steps of the fixed
Further, the
Further, in the graph in which the
なお、上記の駆動制御回路41による駆動電圧の印加動作において、図4(b)及び図5(c)で示されるように、点A〜点Cは理想排除体積変位直線101上にある、すなわち、点A〜点Cを結ぶ線が直線となるものとしたが、厳密に直線である必要はなく、直線に近似した曲線となっていれば、上記の効果を得ることができる。
また、本実施の形態に係るインクジェットヘッド51の固定電極5は、段5c〜5eの3段による階段形状によって形成されるものとしたが、これに限られるものではなく、異なる段数の階段形状によって形成されるものとしてもよい。この場合、駆動制御回路41によって振動板4と固定電極5との間に印加される階段形状の駆動電圧の電圧波形の段数が、固定電極5の階段形状の段数と同一の数となるようにし、固定電極5の各段に当接することによる排除体積を略同一となるように固定電極5を形成し、振動板4による排除体積の変位を示すグラフにおいてそれぞれの段に当接した時刻とそのときの全体の排除体積によって定まる点を結んだ線が略直線となるように駆動制御回路41による駆動電圧の印加時刻を調整し、さらに、駆動制御回路41によって前述の式(1)〜式(3)に準じた条件を満たすように駆動電圧が印加される構成とすればよい。
In the drive voltage application operation by the
In addition, the fixed
実施の形態2.
図6は、本発明の実施の形態2に係るインクジェットヘッド51の横断面図である。以下、本実施の形態においては、実施の形態1における構成及び動作と相違する点を中心に説明する。
図6で示されるように、電極基板3の固定電極5における振動板4に対向する領域は、その領域の長手方向の両端から中央に向かってギャップが大きくなるように階段形状に形成されており、段5f〜5jの段によって構成されている。また、段5f及び段5jそれぞれに対応する振動板4とのギャップの大きさは同一であり、段5g及び段5iそれぞれに対応する振動板4とのギャップの大きさも同一となるように構成されている。
FIG. 6 is a cross-sectional view of the
As shown in FIG. 6, the region of the fixed
(インクジェットヘッド51における駆動電圧の印加動作)
図7は、本発明の実施の形態2に係るインクジェットヘッド51における駆動電圧印加時の動作を示す図である。
このうち、図7(a)は、振動板4が、振動板4とのギャップの大きさが同一である段5f及び段5jに当接した状態を示す図であり、振動板4が段5fに当接することによる排除体積をV1a、そして、振動板4が段5jに当接することによる排除体積をV1bとしている。また、図7(b)は、図7(a)の状態に加え、振動板4が、振動板4とのギャップの大きさが同一である段5g及び段5iに当接した状態を示す図であり、振動板4が段5gに当接することによる排除体積をV2a、そして、振動板4が段5iに当接することによる排除体積をV2bとしている。そして、図7(c)は、図7(b)の状態に加え、振動板4が、段5hに当接した状態を示す図であり、振動板4が段5hに当接することによる排除体積をV3としている。
ここで、図7(a)で示される排除体積V1aと排除体積V1bとの和をV1とし、図7(b)で示される排除体積V2aと排除体積V2bとの和をV2とし、段5f及び段5jが実施の形態1における段5cに相当するものとし、段5g及び段5iが実施の形態1における段5dに相当するものとし、そして、段5hが実施の形態1における段5eに相当するものとする。このとき、本実施の形態における駆動制御回路41は、実施の形態1における図4及び図5で説明した駆動電圧の印加動作と同様の動作によって、振動板4と固定電極5との間に駆動電圧を印加する。
(Drive voltage application operation in the inkjet head 51)
FIG. 7 is a diagram showing an operation when a drive voltage is applied in the
7A is a diagram showing a state in which the
Here, the sum of the excluded volume V1a and the excluded volume V1b shown in FIG. 7A is V1, the sum of the excluded volume V2a and the excluded volume V2b shown in FIG. The stage 5j corresponds to the
(実施の形態2の効果)
以上の構成及び動作によって、実施の形態1に係るインクジェットヘッド51と同様の効果を得ることができる。また、実施の形態1に係る固定電極5については、固定電極5における振動板4に対向する領域が、その領域の長手方向の一端から他端に向かってギャップが大きくなるように形成されているのに対し、本実施の形態に係る固定電極5については、固定電極5における振動板4に対向する領域が、その領域の両端から中央に向かってギャップが大きくなるように形成されているので、振動板4に対向する固定電極5の領域の両端であるギャップが最も小さい部分から、領域の中央であるギャップが最も大きい部分に向かって順に当接させることができるので、排除体積が急激に変化することがないように制御することができる。
(Effect of Embodiment 2)
With the above configuration and operation, the same effects as those of the
実施の形態3.
(液滴吐出装置201の構成)
図8は本発明の実施の形態3に係る液滴吐出装置の一例を示す外観図であり、図9はその液滴吐出装置の主要な構成手段の一例を示す図である。
図8で示される液滴吐出装置201は、インクジェット方式による印刷を目的とする、いわゆるシリアル型の装置である。また、図9で示されるように、液滴吐出装置201は、その内部に少なくとも、プリント紙208が支持されるドラム202、そのプリント紙208にインクを吐出し印刷を実施する実施の形態1又は実施の形態2に係るインクジェットヘッド51、そのインクジェットヘッド51にインクを供給するためのインク供給手段(図示せず)、及び、ドラム202の軸方向に平行に備えられた紙圧着ローラー203を備えている。さらに、液滴吐出装置201は、インクジェットヘッド51が保持され、ドラム202の軸方向に平行に備えられた送りネジ204、ドラム202をベルト205を介して回転させるモーター206、及び、印刷データ及び制御信号に基づいて送りネジ204及びモーター206の回転駆動をさせるプリント制御手段207を備えている。
(Configuration of the droplet discharge device 201)
FIG. 8 is an external view showing an example of a droplet discharge device according to
A
(液滴吐出装置201の動作)
ドラム202の上部に載置されたプリント紙208は、紙圧着ローラー203によってドラム202に圧着され保持される。次に、プリント制御手段207は、モーター206を回転駆動させることによってベルト205を介してドラム202を回転させ、プリント紙208をドラム202の回転方向に送り出す。それと同時に、プリント制御手段207は、送りネジ204を回転駆動させることによって、インクジェットヘッド51をドラム202の軸方向に移動させ、印刷データ及び制御信号に基づいて、インクジェットヘッド51におけるノズル孔11からインクを吐出させてプリント紙208にインク滴を着弾させて印刷する。
(Operation of the droplet discharge device 201)
The
以上の構成及び動作のように、本実施の形態に係る液滴吐出装置201が実施の形態1又は実施の形態2に係るインクジェットヘッド51を備えることによって、排除体積の急激な変化を抑制して吐出室のインクの流れの乱れを抑制し、吐出性能を向上させた液滴吐出装置を得ることができる。
As described above, the
なお、本実施の形態においては、インクジェットヘッド51から吐出する液体としてインクをプリント紙208に吐出するようにしているが、インクジェットヘッド51から吐出する液体は、インクに限定されない。例えば、カラーフィルター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ー用の顔料を含む液体、OLED基板上に配線する用途においては発光素子となる化合物を含む液体、又は、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。その他、布等の染料の吐出等にも利用してもよい。
In the present embodiment, ink is ejected onto the
以上のような実施の形態1及び実施の形態2に係るインクジェットヘッド51、並びに、実施の形態3に係る液滴吐出装置201は、バイオチップ製造装置又は液晶カラーフィルタ製造装置等の液滴吐出装置にも応用できる。
As described above, the
1 ノズル基板、2 キャビティー基板、3 電極基板、4 振動板、5 固定電極、5a リード部、5b 端子部、5c〜5j 段、11 ノズル孔、21 吐出室、23 リザーバー部、26 共通電極、28 封止剤、31 凹部、32 インク供給孔、34 電極取り出し部、41 駆動制御回路、51 インクジェットヘッド、101 理想排除体積変位直線、102、102a、102b 排除体積変位曲線、201 液滴吐出装置、202 ドラム、203 紙圧着ローラー、204 送りネジ、205 ベルト、206 モーター、207 プリント制御手段、208 プリント紙。 1 nozzle substrate, 2 cavity substrate, 3 electrode substrate, 4 diaphragm, 5 fixed electrode, 5a lead part, 5b terminal part, 5c-5j stage, 11 nozzle hole, 21 discharge chamber, 23 reservoir part, 26 common electrode, 28 Sealant, 31 Concave part, 32 Ink supply hole, 34 Electrode extraction part, 41 Drive control circuit, 51 Ink jet head, 101 Ideal excluded volume displacement straight line, 102, 102a, 102b Excluded volume displacement curve, 201 Liquid droplet ejection device, 202 drum, 203 paper press roller, 204 feed screw, 205 belt, 206 motor, 207 print control means, 208 print paper.
Claims (14)
該固定電極に所定のギャップを介して対向配置された可動電極と、
前記固定電極と前記可動電極との間に駆動電圧を印加し静電気力を発生させて前記可動電極に変位を生じさせる駆動制御手段と、
を備え、
前記固定電極は、
それぞれの前記ギャップの大きさが異なる階段形状の複数段によって形成され、
該複数段における各段に対して、その対向する前記可動電極が当接した場合の排除体積は、それぞれの前記段において同一である
ことを特徴とする静電アクチュエーター。 A fixed electrode formed on the substrate;
A movable electrode disposed opposite to the fixed electrode via a predetermined gap;
Drive control means for applying a drive voltage between the fixed electrode and the movable electrode to generate an electrostatic force to cause displacement of the movable electrode;
With
The fixed electrode is
Each step is formed by a plurality of steps having a step shape with different gap sizes,
The electrostatic actuator, wherein the excluded volume when the opposing movable electrode abuts on each of the plurality of stages is the same in each of the stages.
ことを特徴とする請求項1記載の静電アクチュエーター。 The plurality of steps of the fixed electrode are formed such that the gap increases from one end to the other end in the longitudinal direction of the region of the fixed electrode facing the movable electrode. Electrostatic actuator.
ことを特徴とする請求項1記載の静電アクチュエーター。 The plurality of steps of the fixed electrode are formed such that the gap increases from both ends in the longitudinal direction of the region of the fixed electrode facing the movable electrode toward the center. Electrostatic actuator.
ことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の静電アクチュエーター。 The plurality of stages in the fixed electrode may be configured such that the drive control unit applies the drive voltage that is less than a voltage value of the minimum drive voltage for a certain stage in the plurality of stages to contact the specific stage. When the step corresponding to the gap that is the next smallest in size of the gap corresponding to the contact is made, the specific step is formed to have a level difference that does not come into contact with the contact operation. The electrostatic actuator according to any one of claims 1 to 3.
前記固定電極と前記可動電極との間に、電圧値の立ち上がり部と、その立ち上がりによって上昇した電圧値を保持する保持部を繰り返し印加することによって階段形状の電圧波形となるような前記駆動電圧を印加する
ことを特徴とする静電アクチュエーターの駆動方法。 It is a drive method of the electrostatic actuator in any one of Claims 1-4, Comprising:
The drive voltage that forms a stepped voltage waveform by repeatedly applying a rising portion of the voltage value and a holding portion that holds the voltage value increased by the rising between the fixed electrode and the movable electrode. A method for driving an electrostatic actuator, comprising: applying the electrostatic actuator.
ことを特徴とする請求項5記載の静電アクチュエーターの駆動方法。 6. The number of steps of the voltage in the driving voltage having a stepped voltage waveform and the number of steps having different gap sizes in the plurality of steps of the fixed electrode are the same. Driving method of electrostatic actuator.
階段形状の電圧波形を有する前記駆動電圧を構成する前記保持部における電圧値を印加時刻が早いものからそれぞれE1、E2、・・・、En-1及びEnとし、
前記固定電極の前記複数段における前記段に対向する前記可動電極の領域が前記段に当接するのに必要な最小の駆動電圧の電圧値を、前記ギャップが小さい前記段に対応するものからそれぞれEL1、EL2、・・・、ELn-1及びELnとしたとき、
EL1<E1<EL2、EL2<E2<EL3、・・・、ELnー1<Enー1<ELn、及び、ELn<Enとする
ことを特徴とする請求項6記載の静電アクチュエーターの駆動方法。 The number of voltage stages in the drive voltage having a stepped voltage waveform is n,
E 1 , E 2 ,..., E n-1 and E n are respectively applied to the voltage values in the holding unit constituting the drive voltage having a staircase-shaped voltage waveform from the ones with earlier application time,
The voltage value of the minimum driving voltage required for the movable electrode region facing the step in the plurality of steps of the fixed electrode to be in contact with the step is changed from EL corresponding to the step having the small gap, respectively. 1 , EL 2 ,..., EL n-1 and EL n ,
EL 1 <E 1 <EL 2 , EL 2 <E 2 <EL 3 ,..., EL n−1 <E n−1 <EL n , and EL n <E n Item 7. A driving method of an electrostatic actuator according to Item 6.
ことを特徴とする請求項7記載の静電アクチュエーターの駆動方法。 In the graph in which the excluded volume is the vertical axis and the time is the horizontal axis, the fixed voltage is applied when the driving voltages of the voltage values of E 1 , E 2 ,..., EL n−1 and E n are applied. 8. The electrostatic actuator according to claim 7, wherein a line connecting the points on the graph determined by the time and the excluded volume when the contact state between the electrode and the movable electrode is stabilized is a straight line. Driving method.
ことを特徴とする請求項9記載の液滴吐出ヘッド。 The drive control means forms a stepped voltage waveform by repeatedly applying a rising portion of the voltage value and a holding portion that holds the voltage value increased by the rising between the fixed electrode and the movable electrode. The droplet discharge head according to claim 9, wherein the drive voltage is applied.
ことを特徴とする請求項10記載の液滴吐出ヘッド。 The drive control means is configured so that the number of voltage stages in the drive voltage having a staircase-shaped voltage waveform and the number of stages in which the gap sizes of the fixed electrodes are different are the same. The droplet discharge head according to claim 10, wherein the droplet discharge head is applied.
前記駆動制御手段によって印加される階段形状の電圧波形を有する前記駆動電圧を構成する前記保持部における電圧値を印加時刻が早いものからそれぞれE1、E2、・・・、En-1及びEnとし、
前記固定電極の前記複数段における前記段に対向する前記可動電極の領域が前記段に当接するのに必要な最小の駆動電圧の電圧値を、前記ギャップが小さい前記段に対応するものからそれぞれEL1、EL2、・・・、ELn-1及びELnとしたとき、
前記駆動制御手段は、EL1<E1<EL2、EL2<E2<EL3、・・・、ELnー1<Enー1<ELn、及び、ELn<Enとなるように前記駆動電圧を印加する
ことを特徴とする請求項11記載の液滴吐出ヘッド。 The number of voltage steps in the drive voltage having a stepped voltage waveform applied by the drive control means is n,
E 1 , E 2 ,..., E n-1 and voltage values in the holding unit constituting the drive voltage having the staircase-shaped voltage waveform applied by the drive control means, respectively, from the earlier application time. E n
The voltage value of the minimum driving voltage required for the movable electrode region facing the step in the plurality of steps of the fixed electrode to be in contact with the step is changed from EL corresponding to the step having the small gap, respectively. 1 , EL 2 ,..., EL n-1 and EL n ,
The drive control means satisfies EL 1 <E 1 <EL 2 , EL 2 <E 2 <EL 3 ,..., EL n−1 <E n−1 <EL n , and EL n <E n. The droplet discharge head according to claim 11, wherein the driving voltage is applied as described above.
ことを特徴とする請求項12記載の液滴吐出ヘッド。 In the graph with the excluded volume as the vertical axis and the time as the horizontal axis, the drive control means represents the drive voltages of the voltage values of E 1 , E 2 ,..., EL n−1 and E n. When applying, the drive voltage is applied so that a line connecting the points on the graph determined by the time and the excluded volume when the contact state between the fixed electrode and the movable electrode is stabilized is a straight line. The droplet discharge head according to claim 12.
ことを特徴とする液滴吐出装置。 A droplet discharge apparatus comprising the droplet discharge head according to claim 9.
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