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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-01-25
(54)【発明の名称】電気素子
(51)【国際特許分類】
H10N 30/20 20230101AFI20240118BHJP
H10N 30/853 20230101ALI20240118BHJP
H10N 30/87 20230101ALI20240118BHJP
H10N 30/88 20230101ALI20240118BHJP
H10N 30/30 20230101ALI20240118BHJP
【ＦＩ】
H10N30/20
H10N30/853
H10N30/87
H10N30/88
H10N30/30
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023540814
(86)(22)【出願日】2021-12-15
(85)【翻訳文提出日】2023-08-24
(86)【国際出願番号】 GB2021053317
(87)【国際公開番号】W WO2022148945
(87)【国際公開日】2022-07-14
(31)【優先権主張番号】2100106.0
(32)【優先日】2021-01-05
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】516154934
【氏名又は名称】ザール テクノロジー リミテッド
【氏名又は名称原語表記】ＸＡＡＲ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＬＩＭＩＴＥＤ
(74)【代理人】
【識別番号】100116850
【弁理士】
【氏名又は名称】廣瀬 隆行
(74)【代理人】
【識別番号】100165847
【弁理士】
【氏名又は名称】関 大祐
(72)【発明者】
【氏名】マルディロビッチ ピーター
(72)【発明者】
【氏名】シバラマクリシュナン スブラマニアン
(72)【発明者】
【氏名】コー ソン ウォン
(57)【要約】
改善された電気素子が提供され、セラミック部材であって、セラミック部材が、深さを有する少なくとも１つの層を備える、セラミック部材と、動作中に、セラミック部材の少なくとも一部分を通して、電位差が確立され得るように、セラミック部材の少なくとも１つの層に隣接して配設された第１及び第２の電極と、を備え、電気素子が、可撓性膜に隣接して配置され、第１の電極層が、少なくとも２つのフィンガーを備える第１の電極群と、少なくとも１つのフィンガーを備える第２の電極群と、を備え、第１及び第２の電極群のフィンガーが、相互嵌合方向において、第１の電極層において交互に配置され、第２の電極層が、少なくとも２つのフィンガーを備える第１の電極群と、少なくとも１つのフィンガーを備える第２の電極群と、を備え、第１及び第２の電極群のフィンガーが、相互嵌合方向において、第２の電極層において交互に配置され、各電極群について、群の全てのフィンガーが、互いに、かつ群電気接点に電気的に接続され、第１の電極層の第１の電極群のフィンガーが、相互嵌合方向において、第２の電極層の第１の電極群の対応するフィンガーと少なくとも部分的に重複し、第１の電極層の第２の電極群のフィンガーが、相互嵌合方向において、第２の電極層の第２の電極群の対応するフィンガーと少なくとも部分的に重複し、群電気接点が、相互嵌合方向において、同じ電極層の第１及び第２の電極群のフィンガー間の電位差、並びにセラミック部材のｄ３３モードでの変形を確立するようにアドレス指定可能であるように、かつ深さ方向において、第１及び第２の電極層の第１及び第２の電極群の少なくとも部分的に重複するフィンガー間の電位差、並びにセラミック部材のｄ３１モードでの変形を確立するようにアドレス指定可能であるように配置されている。当該電気素子を駆動するために好適な駆動信号、スイッチング回路、コントローラ、及び電気素子を駆動する方法も提供される。
【選択図】図２Ａ
【選択図】図２Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電気素子であって、セラミック部材であって、前記セラミック部材が、深さを有する少なくとも１つの層を備える、セラミック部材と、
動作中に、前記セラミック部材の少なくとも一部分を通して、電位差が確立され得るように、前記セラミック部材の前記少なくとも１つの層に隣接して配設された第１及び第２の電極と、を備え、
前記電気素子が、可撓性膜に隣接して配置され、
前記第１の電極層が、少なくとも２つのフィンガーを備える第１の電極群と、少なくとも１つのフィンガーを備える第２の電極群と、を備え、
前記第１及び第２の電極群の前記フィンガーが、相互嵌合方向において、前記第１の電極層において交互に配置され、
前記第２の電極層が、少なくとも２つのフィンガーを備える第１の電極群と、少なくとも１つのフィンガーを備える第２の電極群と、を備え、
前記第１及び第２の電極群の前記フィンガーが、相互嵌合方向において、前記第２の電極層において交互に配置され、
各電極群について、前記群の全ての前記フィンガーが、互いに、かつ群電気接点に電気的に接続され、
前記第１の電極層の前記第１の電極群の前記フィンガーが、前記相互嵌合方向において、前記第２の電極層の前記第１の電極群の対応するフィンガーと少なくとも部分的に重複し、
前記第１の電極層の前記第２の電極群の前記フィンガーが、前記相互嵌合方向において、前記第２の電極層の前記第２の電極群の対応するフィンガーと少なくとも部分的に重複し、
前記群電気接点が、前記相互嵌合方向において、同じ電極層の前記第１及び第２の電極群の前記フィンガー間の電位差、並びに前記セラミック部材のｄ３３モードでの変形を確立するようにアドレス指定可能であるように、かつ深さ方向において、前記第１及び第２の電極層の前記第１及び第２の電極群の前記少なくとも部分的に重複するフィンガー間の電位差、並びに前記セラミック部材のｄ３１モードでの変形を確立するようにアドレス指定可能であるように配置されている、電気素子。
【請求項2】
前記セラミック部材が、深さを有する少なくとも第２のセラミック層を更に備え、前記電気素子が、第３の電極層を更に備える、請求項１に記載の電気素子。
【請求項3】
前記第３の電極層が、第１の電極群及び第２の電極群を備え、前記電極群のうちの一方が、少なくとも１つのフィンガーを備え、前記電極群のうちの他方が、少なくとも２つのフィンガーを備え、前記第１及び第２の電極群の前記フィンガーが、前記相互嵌合方向において、前記第３の電極層に交互に配置され、各電極群について、前記群の全ての前記フィンガーが、互いに、かつ群電気接点に電気的に接続される、請求項２に記載の電気素子。
【請求項4】
前記第３の電極層が、前記可撓性膜に隣接して配設され、前記第２の電極層が、前記セラミック部材の第１及び第２の層に隣接して、かつこれらの間に配設され、前記第１の電極層が、前記セラミック部材の第１の層に隣接して配設される、請求項２又は請求項３に記載の電気素子。
【請求項5】
前記第３の電極層が、前記第１及び第２のセラミック層と前記第１及び第２の電極層との間に位置し、前記第３の電極層が、連続的である、請求項２に記載の電気素子。
【請求項6】
１つの電極層の前記第１の群及び別の電極層の前記第１の群が、互いに電気的に接続され、共通の群電気入力を共有し、１つの電極層の前記第２の群及び別の電極層の前記第２の群が、互いに電気的に接続され、共通の群電気入力を共有し、そのため、電位差が、動作中に、前記セラミック部材の少なくとも一部分の前記相互嵌合方向において、確立され得る、請求項２～５のいずれかに記載の電気素子。
【請求項7】
１つの電極層の前記第１の群及び同じ電極層の前記第２の群が、互いに電気的に接続され、共通の群電気入力を共有し、別の電極層の前記第１の群及び前記別の電極層の前記第２の群が、互いに電気的に接続され、共通の群電気入力を共有し、そのため、電位差が、動作中に、前記セラミック部材の少なくとも一部分の深さ方向において、確立され得る、請求項２～６のいずれかに記載の電気素子。
【請求項8】
少なくとも１つの流体チャンバを備える液滴吐出装置であって、前記少なくとも１つの流体チャンバが、流体入口と、そこからの液滴吐出のためのノズルと、請求項１～７のいずれかに記載の少なくとも１つの電気素子と、を備える、液滴吐出装置。
【請求項9】
請求項１～７のいずれかに記載の電気素子を備える、ＭＥＭＳデバイス。
【請求項10】
前記電気素子が、電気センサ素子であるように構成されており、ｄ３３モードでの前記セラミック部材の変形が、同じ電極層の前記第１及び第２の電極群の前記フィンガー間の電位差を確立して、前記相互嵌合方向と整列した有効電位フィールドを作成し、
ｄ３１モードでの前記セラミック部材の変形が、前記第１及び第２の電極層の前記第１及び第２の電極群の前記少なくとも部分的に重複するフィンガー間の電位差を確立して、深さ方向と整列した有効電位フィールドを作成する、請求項９に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項11】
前記電気素子が、電気アクチュエータ素子であるように構成されており、前記相互嵌合方向と整列した有効電位フィールドを作成する、同じ電極層の前記第１及び第２の電極群の前記フィンガー間の電位差の前記確立が、ｄ３３モードでの前記セラミック部材の変形を引き起こし、
前記深さ方向と整列した有効電位フィールドを作成する、前記第１及び第２の電極層の前記第１及び第２の電極群の前記少なくとも部分的に重複するフィンガー間の電位差の確立が、ｄ３１モードでの変形を引き起こす、請求項９に記載のＭＥＭＳデバイス。
【請求項12】
請求項１～７のいずれかに記載の電気素子、請求項８に記載の液滴吐出装置、又は請求項９若しくは請求項１１に記載のＭＥＭＳデバイスのためのスイッチング回路であって、前記スイッチング回路が、ｄ３１モード及びｄ３３モードの選択されたシーケンスにおいて前記電気素子を変形させるために、前記群電気接点の選択されたものから少なくとも２つの駆動信号を接続及び接続解除するように、少なくとも２つのスイッチを備える、スイッチング回路。
【請求項13】
請求項１２に記載のスイッチング回路のためのコントローラであって、前記コントローラが、前記ｄ３１モード及びｄ３３モードの選択されたシーケンスを実装するために、制御信号を前記スイッチング回路に供給する、コントローラ。
【請求項14】
電気アクチュエータ素子のための駆動信号であって、前記電気アクチュエータ素子が、深さを有するセラミック部材であって、前記セラミック部材が、少なくとも１つの層を備える、セラミック部材と、
動作中に、前記セラミック部材の少なくとも一部分を通して、電位差が確立され得るように、前記セラミック部材の前記少なくとも１つの層に隣接して配設された第１及び第２の電極と、を備え、
前記電気アクチュエータ素子が、可撓性膜に隣接して配置され、
前記第１の電極層が、第１の電極群及び第２の電極群を備え、前記第１及び第２の電極群のうちの一方が、少なくとも１つのフィンガーを備え、前記第１及び第２の電極群のうちの他方が、少なくとも２つのフィンガーを備え、
前記第１及び第２の電極群の前記フィンガーが、相互嵌合方向において、前記第１の電極層において交互に配置され、
前記第２の電極層が、第１の電極群及び第２の電極群を備え、
前記第１及び第２の電極群のうちの一方が、少なくとも１つのフィンガーを備え、前記第１及び第２の電極群のうちの他方が、少なくとも２つのフィンガーを備え、
前記第１及び第２の電極群の前記フィンガーが、前記相互嵌合方向において、前記第２の電極層において交互に配置され、
各電極群について、前記群の全ての前記フィンガーが、互いに、かつ群電気入力に電気的に接続され、
前記第１の電極層の前記第１の電極群の前記フィンガーが、前記相互嵌合方向において、前記第２の電極層の前記第１の電極群の対応するフィンガーと少なくとも部分的に重複し、
前記第１の電極層の前記第２の電極群の前記フィンガーが、前記相互嵌合方向において、前記第２の電極層の前記第２の電極群の対応するフィンガーと少なくとも部分的に重複し、
それぞれの電極群を選択して、前記それぞれの群間の電位差を確立することによって、前記セラミック部材が、ｄ３１モード及び／又はｄ３３モードで変形され得、
前記駆動信号が、少なくとも４つの駆動信号を含み、それによって、各駆動信号が、前記群電気接点のうちの１つに供給され、前記少なくとも４つの駆動信号のうちの少なくとも１つの電圧が、前記それぞれの電極群間の電位差を確立するように変化し、それによって、ｄ３１及び／又はｄ３３モードの選択されたシーケンスにおいて、前記セラミック部材を変形させ、それによって、前記電気アクチュエータ素子を変形させ、かつ前記可撓性膜を移動させる、駆動信号。
【請求項15】
前記駆動信号が、第１の駆動信号、第２の駆動信号、第３の駆動信号、及び第４の駆動信号を含む、請求項１４に記載の駆動信号。
【請求項16】
前記第１の駆動信号が、第１の保持信号を含み、前記第２の駆動信号が、第２の保持信号を含み、前記第３の駆動信号が、第３の保持信号を含み、前記第４の駆動信号が、第４の保持信号を含み、前記保持信号が、持続時間ｄを有する、請求項１５に記載の駆動信号。
【請求項17】
前記第１の保持信号及び前記第２の保持信号が、第１の電圧にあり、前記第３の保持信号及び前記第４の保持信号が、第２の電圧にあり、前記セラミック部材をｄ３１モードで変形させ、前記持続時間ｄの間、前記セラミック部材をそこに保持するようにする、請求項１６に記載の駆動信号。
【請求項18】
前記第１の保持信号、前記第２の保持信号、前記第３の保持信号、及び前記第４の保持信号が、第１の電圧にあり、前記持続期間ｄの間、前記セラミック部材を未変形に保持するようにする、請求項１６に記載の駆動信号。
【請求項19】
前記第１の保持信号及び前記第３の保持信号が、第２の電圧にあり、前記第２の保持信号及び前記第４の保持信号が、第１の電圧にあり、前記セラミック部材をｄ３３モードで変形させ、前記持続時間ｄの間、前記セラミック部材をそこに保持するようにする、請求項１６に記載の駆動信号。
【請求項20】
最初に、前記第１の駆動信号及び前記第２の駆動信号が、第１の電圧にあり、前記第３の駆動信号及び前記第４の駆動信号が、第２の電圧にあり、同時に、前記第３の駆動信号及び前記第４の駆動信号が、持続時間ｄ１の間、前記第２の電圧から前記第１の電圧に切り替わり、
前記持続時間ｄ１の後、前記第３の駆動信号及び前記第４の駆動信号が、前記第１の電圧から前記第２の電圧に同時に切り替わる、請求項１５～１９のいずれかに記載の駆動信号。
【請求項21】
最初に、前記第１の駆動信号、前記第２の駆動信号、前記第３の駆動信号、及び前記第４の駆動信号が、第１の電圧にあり、前記第１の駆動信号及び前記第３の駆動信号が、持続時間ｄ１の間、前記第１の電圧から前記第２の電圧に同時に切り替わり、
前記持続時間ｄ１の後、前記第１の駆動信号及び前記第３の駆動信号が、前記第２の電圧から前記第１の電圧に同時に切り替わる、請求項１５～２０のいずれかに記載の駆動信号。
【請求項22】
最初に、前記第１の駆動信号、前記第２の駆動信号、前記第３の駆動信号、及び前記第４の駆動信号が、第１の電圧にあり、前記第１の駆動信号及び前記第３の駆動信号が、前記第１の電圧から前記第２の電圧に同時に切り替わり、
持続時間ｄ２の後、前記第１の駆動信号が、前記第１の電圧に戻り、同時に、前記第４の駆動信号が、前記第１の電圧から前記第２の電圧に切り替わり、
後続の持続時間ｄ３の後、前記第３の駆動信号及び前記第４の駆動信号が、前記第２の電圧から前記第１の電圧に切り替わる、請求項１５～２１のいずれかに記載の駆動信号。
【請求項23】
最初に、前記第１の駆動信号及び前記第２の駆動信号が、第１の電圧にあり、前記第３の駆動信号及び前記第４の駆動信号が、第２の電圧にあり、同時に、持続時間ｄ１の間、前記第１の駆動信号が、前記第１の電圧から前記第２の電圧に切り替わり、前記第４の駆動信号が、前記第２の電圧から前記第１の電圧に切り替わり、
前記持続時間ｄ１の後、前記第１の駆動信号が、前記第１の電圧に切り替わり、前記第４の駆動信号が、前記第２の電圧に切り替わる、請求項１５～２２のいずれかに記載の駆動信号。
【請求項24】
最初に、前記第１の駆動信号、前記第２の駆動信号、前記第３の駆動信号、及び前記第４の駆動信号が、第１の電圧にあり、前記第３の駆動信号及び前記第４の駆動信号が、持続時間ｄ４の間、前記第１の電圧から前記第２の電圧に同時に切り替わり、
その後、持続時間ｄ５の間、前記第１の駆動信号が、前記第１の電圧から前記第２の電圧に切り替わり、同時に、前記第４の駆動信号が、前記第２の電圧から前記第１の電圧に切り替わり、
その後、前記持続時間ｄ５の後、持続時間ｄ６の間、前記第１の駆動信号が、前記第２の電圧から前記第１の電圧に切り替わり、同時に、前記第４の駆動信号が、前記第１の電圧から前記第２の電圧に切り替わり、
前記持続時間ｄ６の後、前記第３の駆動信号及び前記第４の駆動信号が、前記第２の電圧から前記第１の電圧に同時に切り替わる、請求項１５～２３のいずれかに記載の駆動信号。
【請求項25】
最初に、前記第１の駆動信号及び前記第２の駆動信号が、第１の電圧にあり、前記第３の駆動信号及び前記第４の駆動信号が、第２の電圧にあり、持続時間ｄ４の間、前記第３の駆動信号及び前記第４の駆動信号が、前記第２の電圧から前記第１の電圧に同時に切り替わり、
その後、前記持続時間ｄ４の後、持続時間ｄ５の間、前記第１の駆動信号及び前記第３の駆動信号が、前記第１の電圧から前記第２の電圧に同時に切り替わり、
その後、前記持続時間ｄ５の後、持続時間ｄ６の間、前記第１の駆動信号及び前記第３の駆動信号が、前記第２の電圧から前記第１の電圧に同時に切り替わり、
その後、持続時間ｄ６の後、前記第３の駆動信号及び前記第４の駆動信号が、前記第１の電圧から前記第２の電圧に同時に切り替わる、請求項１５～２４のいずれかに記載の駆動信号。
【請求項26】
前記第１の電圧が、基準電圧である、請求項１５～２５のいずれかに記載の駆動信号。
【請求項27】
前記第２の電圧が、前記第１の電圧よりも大きい、請求項１５～２６のいずれかに記載の駆動信号。
【請求項28】
電気アクチュエータ素子を駆動する方法であって、前記電気アクチュエータ素子が、セラミック部材であって、前記セラミック部材が、深さを有する少なくとも１つのセラミック層を備える、セラミック部材と、
動作中に、前記セラミック部材の少なくとも一部分を通して、電位差が確立され得るように、深さ方向において、前記少なくとも１つのセラミック層に隣接して配設された第１及び第２の電極層と、を備え、
前記電気アクチュエータ素子が、可撓性膜に隣接して配置され、
前記第１の電極層が、第１の電極群と、第２の電極群と、を備え、
前記第１及び第２の電極群のフィンガーが、相互嵌合方向において、前記第１の電極層において交互に配置され、
前記第２の電極層が、第１の電極群と、第２の電極群と、を備え、
前記第１及び第２の電極群の前記フィンガーが、前記第２の電極層において交互に配置され、
前記第１及び第２の電極層の各電極群について、前記群の全てのフィンガーが、互いに、かつ群電気接点に電気的に接続され、
前記第１の電極層の前記第１の電極群が、前記相互嵌合方向において、前記第２の電極層の前記第１の電極群と少なくとも部分的に重複し、
前記第１の電極層の前記第２の電極群が、前記相互嵌合方向において、前記第２の電極層の前記第２の電極群と少なくとも部分的に重複し、
前記電気アクチュエータ素子が、選択されたそれぞれの電極群をアドレス指定し、かつ前記セラミック部材の少なくとも一部分を通して電位差を確立し、それによって、ｄ３１モード又はｄ３３モードで前記セラミック部材を変形することによって変形され、
前記方法が、
－前記ｄ３１変形モード若しくは前記ｄ３３変形モードを選択するか、又はｄ３１及び／又はｄ３３変形モードのシーケンスを選択することと、
－選択されたそれぞれの電極群のそれぞれの群電気接点をアドレス指定することによって、少なくとも２つの駆動信号を前記電気アクチュエータ素子に供給し、それによって、前記選択されたそれぞれの電極群間の電位差を確立し、それによって、前記選択された変形モード又は前記選択された変形モードのシーケンスで前記セラミック部材を変形し、それによって、前記可撓性膜を移動させることと、を含む、方法。
【請求項29】
前記セラミック部材をｄ３１モードで変形させることが、前記少なくとも２つの駆動信号が、－第１の電圧を、前記第１の電極層における前記第１の電極群と、前記第１の電極層における前記第２の電極群と、に提供することと、
－第２の電圧を、前記第２の電極層における前記第１の電極群と、前記第２の電極層における前記第２の電極群と、に提供することと、を行うことによって、前記選択されたそれぞれの電極群間の電位差を確立することを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項30】
ｄ３３モードで前記セラミック部材を変形させる前記方法は、前記少なくとも２つの駆動信号が、－第１の電圧を、前記第１の電極層における前記第１の電極群と、前記第２の電極層における前記第１の電極群と、に提供することと、
－第２の電圧を、前記第１の電極層における前記第２の電極群と、前記第２の電極層における前記第２の電極群と、に提供することと、を行うことによって、前記選択されたそれぞれの電極群間の電位差を確立することを含む、請求項２８又は２９に記載の方法。
【請求項31】
前記セラミック部材が、前記セラミック部材にわたって電位差が確立されないニュートラル状態を含み、前記方法が、前記選択された変形モード又は前記ｄ３１及び／若しくはｄ３３変形モードの選択されたシーケンスにおいて、前記セラミック部材を変形させる前及び／若しくは後、並びに／あるいは前記ｄ３１及び／若しくはｄ３３変形モードの選択されたシーケンスにおける中間ステップとして、前記セラミック部材をニュートラル状態に保持するステップを更に含む、請求項２８～３０のいずれかに記載の方法。
【請求項32】
前記方法が、前記選択された変形モード又は前記ｄ３１及び／若しくはｄ３３変形モードの選択されたシーケンスにおいて、前記セラミック部材を変形させる前及び／若しくは後、並びに／あるいは前記ｄ３１及び／若しくはｄ３３の変形モードの選択されたシーケンスにおける中間ステップとして、前記セラミック部材を変形状態に保持するステップを更に含み、前記方法が、ｄ３３モードで変形させ、かつ保持するか、又はｄ３１モードで変形させ、かつ保持するかどうかを選択することを更に含む、請求項２８～３１のいずれかに記載の方法。
【請求項33】
前記第２の電圧が、前記第１の電圧よりも大きい、請求項２８～３２のいずれかに記載の方法。
【請求項34】
前記方法が、前記それぞれの群電気接点をアドレス指定することによって、少なくとも４つの駆動信号を前記電気アクチュエータ素子に供給することを更に含み、前記少なくとも４つの駆動信号のうちの前記少なくとも１つにおける電圧が、選択された変形モード、又はｄ３１及び／若しくはｄ３３変形モードの選択されたシーケンスを実装するように変化する、請求項２８～３３のいずれかに記載の方法。
【請求項35】
前記方法が、－第１の駆動信号を前記第１の電極層における前記第１の電極群に供給することと、
－第２の駆動信号を前記第１の電極層における前記第２の電極群に供給することと、
－第３の駆動信号を前記第２の電極層における前記第１の電極群に供給することと、
－第４の駆動信号を前記第２の電極層における前記第２の電極群に供給することと、を含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項36】
前記第１の駆動信号が、第１の保持信号を含み、前記第２の駆動信号が、第２の保持信号を含み、前記第３の駆動信号が、第３の保持信号を含み、前記第４の駆動信号が、第４の保持信号を含み、－前記セラミック部材をｄ３１モードで変形させ、かつ保持するために、前記保持信号が、選択された持続時間の間、ｄ３１モードで前記セラミック部材を変形させ、かつ保持するために好適な電圧にあり、
－前記セラミック部材をｄ３３モードで変形させ、かつ保持するために、前記保持信号が、選択された持続時間の間、ｄ３３モードで前記セラミック部材を変形させ、かつ保持するために好適な電圧にあり、
－前記セラミック部材を未変形位置に保持するために、前記第１、第２、第３、及び第４の保持信号が、全て同じ電圧にあり、選択された期間の間、そのように留まり、前記方法が、
前記セラミック部材の所望の位置を選択することと、
前記セラミック部材を前記所望の位置に保持するように、適切な駆動信号を、それらのそれぞれの電極群に供給することと、を含む、請求項３４又は請求項３５に記載の方法。
【請求項37】
前記方法が、前記セラミック部材を移動させるために、請求項１４～２７のいずれかに記載の駆動信号を使用することを含む、請求項３４～３６のいずれかに記載の方法。
【請求項38】
前記方法が、前記選択された変形モード又は前記ｄ３１及び／若しくはｄ３３変形モードの選択されたシーケンスを実装するために、前記それぞれの群電気接点から前記少なくとも２つの駆動信号のうちの第１の駆動信号及び／又は第２の駆動信号を接続及び接続解除するように、スイッチング回路を制御することを含む、請求項２８～３３のいずれかに記載の方法。
【請求項39】
前記第１の駆動信号が、前記第１の電圧を供給し、前記第２の駆動信号が、前記第２の電圧を供給する、請求項３８に記載の方法。
【請求項40】
電気センサ素子を使用して感知する方法であって、前記電気センサ素子が、セラミック部材であって、前記セラミック部材が、深さを有する少なくとも１つのセラミック層を備える、セラミック部材と、
動作中に、前記セラミック層の少なくとも一部分を通して、電位差が確立され得るように、深さ方向において、前記少なくとも１つのセラミック層に隣接して配設された第１及び第２の電極層と、を備え、
前記電気センサ素子が、可撓性膜に隣接して配置され、
前記第１の電極層が、少なくとも２つのフィンガーを備える第１の電極群と、少なくとも１つのフィンガーを備える第２の電極群と、を備え、
前記第１及び第２の電極群の前記フィンガーが、相互嵌合方向において、前記第１の電極層において交互に配置され、
前記第２の電極が、少なくとも２つのフィンガーを備える第１の電極群と、少なくとも１つのフィンガーを備える第２の電極群と、を備え、
前記第１及び第２の電極群の前記フィンガーが、前記相互嵌合方向において、前記第２の電極層において交互に配置され、
各電極群について、前記群の全ての前記フィンガーが、互いに、かつ群電気接点に電気的に接続され、
前記第１の電極層の前記第１の電極群が、前記相互嵌合方向において、前記第２の電極層の前記第１の電極群と少なくとも部分的に重複し、
前記第１の電極層の前記第２の電極群が、前記相互嵌合方向において、前記第２の電極層の前記第２の電極群と少なくとも部分的に重複し、
前記セラミック部材が、ｄ３１モード又はｄ３３モードで変形され得、
前記方法は、前記可撓性膜が、外力及び前記電気センサ素子に応答して移動し、それによって、変形し、前記セラミック部材が、それによって、前記群電気接点のうちの１つ以上に供給される電気信号（１つ又は複数）を生成するために、ｄ３１又はｄ３３モードで変形することを含み、前記群電気接点が、出力として構成される、方法。
【請求項41】
前記方法が、前記１つ以上の群電気接点に供給された前記生成された電気信号（１つ又は複数）を測定することと、前記信号（１つ又は複数）を使用して、前記可撓性膜の前記変形を判定し、ひいては前記外力の強度を判定することと、を更に含む、請求項４０に記載の方法。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスのための電気素子、具体的には、電気機械アクチュエータ又は電気機械センサに関するが、これらに限定されない。電気機械アクチュエータは、液滴吐出ヘッド、例えば、インクジェットプリントヘッドのアクチュエータ構成要素として、特に有益な用途を見出し得る。
【背景技術】
【0002】
液滴吐出ヘッドは、インクジェット印刷などのより従来からの用途、３Ｄ印刷などの高度な用途、他の材料堆積、又はラピッドプロトタイピング技術であるかにどうかにかかわらず、現在広く使用されている。したがって、使用される流体は、新たな基材に付着及び／又は堆積した材料の機能性を増加させる新規の化学特性を有し得る。
【0003】
近年、高い信頼性及びスループットでインクをセラミックタイル、テキスタイル、又は他の基材に直接堆積させることが可能なインクジェットプリントヘッドが開発されている。これは、基材上のパターンが顧客の正確な仕様になるようにカスタマイズされることを可能にし、全ての印刷生成物を在庫する必要性を低減することも可能にする。
【0004】
更に他の用途では、ＭＥＭＳアクチュエータデバイスは、アッセイ及び試験など、化学的及び生物学的用途に流体を堆積させるために使用され得、ＭＥＭＳ感知デバイスは、流体圧力などの特性を測定するために使用され得る。
【0005】
新しい、及び／又はますます困難な用途に好適となるように、アクチュエータ及びセンサなどのＭＥＭＳデバイスのための電気素子は進化及び特化し続けている。しかしながら、数々の開発が行われてきたが、改善の余地が依然として存在する。
【0006】
ＭＥＭＳデバイスのための電気素子は、例えば、薄フィルム技術分野で既知の１つ以上の技術を通して、基材上に配置された一連の層の堆積によって一般的に製造される。典型的な電気素子は、図１Ａ及び図１Ｂに示すもののように、強誘電性の挙動を示すセラミック材料の薄フィルム、例えば圧電材料又はリラクサー／強誘電性クロスオーバー材料が、下部電極と上部電極の２つの導電層の間に介在される構成を有し得る。このような電気素子は、基材上に層ごとに堆積され、通常、ウェハが、電気素子の複数のそのようなアレイを収容する。下部電極は、共通電極であり得るか、又はパターン形成されて、個々の電極のアレイを形成し得、各々が個々の電気素子と関連付けられる。セラミック材料の薄フィルムは、同様にパターン形成される場合、又はされない場合がある。したがって、個々の電気素子は、パターン形成されたセラミック材料の薄フィルム又はパターン形成されていない「共通」セラミック材料の薄フィルムの領域を含む可能性がある。電気素子の個々にアドレス指定可能な領域は、各電気素子に対して個別であるように、パターン形成されている電極の少なくとも１つによって画成され得る。駆動回路への電気素子の電気的接続は、電気素子の電極に直接接続される金属トレースの使用を通して確実にされ得る。
【0007】
通常用いられるセラミック材料は、ペロブスカイト構造を有する鉛系セラミック、特にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ドープＰＺＴ及びＰＺＴ系固溶体を含む。それらは、当技術分野で既知のいくつかの堆積技術、例えば、スパッタリング、化学気相堆積（ＣＶＤ）、化学溶液堆積（ＣＳＤ）を通して基材上に堆積され得る。近年、鉛フリー代替材料、例えば（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３系材料、（Ｂａ，Ｃａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３系材料、及び（Ｂｉ，Ｎａ，Ｋ）ＴｉＯ３系材料の開発に多大な努力が払われている。
【0008】
アクチュエータとして構成されるときに、このような電気素子の最も重要なパラメータのうちの１つは、その効率である。すなわち、可能な限り低い電圧を使用する最大変位（又はセンサのより高い感度に対する最大変位）である。このような電気素子に対して、３つの主要な動作モードがある。すなわち、ｄ３３ｄ１５、ｄ３１（簡略化のために全体を通してｄ３３、ｄ１５、及びｄ３１と称される）である。多くのＭＥＭＳアクチュエータは、ｄ３１モードで動作する。図１Ａは、ｄ３１モードで動作可能なＭＥＭＳアクチュエータの概略図であり、これは、液滴吐出装置のためのＭＥＭＳデバイス１０の概略レイアウトを示す断面図を描写し、ＭＥＭＳデバイス１０は、電気素子１２０を備えるアクチュエータ素子１０２を備え得る。電気素子１２０は、基材１１０上に装着され、その一部分は可撓性膜として自由に移動することができる。この場合、それは、流体チャンバ１９５のルーフの一部である。インクなどの流体は、キャッピング層１０３を通って切断又はエッチングされた流体ポート１９８を介して流体チャンバ１９５に供給され得る。キャッピング層１０３は、電気素子１２０の上に空洞１０６を更に備え得る。このような空洞は、流体チャンバ１９５及び流体ポート１９８から空洞１０６内に流体が入るのを防止するために、液密で封止され得る。
【0009】
一部のデバイスでは、入口流体ポート１９８のみが必要とされ得る。他のＭＥＭＳデバイスは、流体が入口流体ポート１９８から出口流体ポート１９８へ流体チャンバ１９５を通って流れ、電気素子１２０が適切に作動されるときに液滴としてノズル１９７を介して吐出される流体の割合で、いわゆるスルーフローモードで動作し得る。
【0010】
図１Ｂは、アクチュエータ構成要素１０２の一部を描写する、図１Ａの断面の一部分の概略図である。電気素子１２０は、基材層１１０の上に配置されることが分かる。電気素子１２０は、動作中に下部電極１２１と上部電極１２２との間にセラミック部材１２３を通して電位差が確立されるように、セラミック部材１２３と、セラミック部材１２３にそれぞれ隣接して配設された下部電極１２１及び上部電極１２２と、を備える。下部電極は、基材層１１０に隣接している。電気トレース１６０は、上部電極１２２への電気接続を提供する。下部電極１２１を電気的に接続するために、更なる電気的トレース（図１Ｂには図示せず）が提供される。
【0011】
アクチュエータ構成要素１０２は、それ自体が単一の層であり得るか、又はサブ層の積層物を備え得る、いくつかの他の層を備える。絶縁層１７０、パッシベーション層１５０及び中間層１４０などの層は、様々な機能を有し得る。中間層１４０は、例えば、応力勾配軽減層、セラミック部材と基材との間のイオンの拡散を防止するためのバリア層、及び／又は基材への電気素子の接着を改善するための接着層を備え得る。このような追加の層は、例えば、無機酸化物層又は窒化物層、例えばアルミナ、シリカ、窒化ケイ素、ジルコニア、タンタラ、ハフニアなどを含み得る。
【0012】
セラミック部材１２３は、ＸＹ平面内に延在し、上で説明される材料などの強誘電挙動を呈する任意の好適なタイプの薄フィルムセラミック材料を含む。電界がＺ方向に沿って印加されるときに、上部電極１２２と底部電極１２１との間に、かつセラミック部材１２３を通して電位差を確立し、セラミック材料は、Ｚ方向（ｄ３３）で膨張し、Ｘ－Ｙ方向（ｄ３１）で収縮する。電気素子１２０が、基材１１０（可撓性膜である部分を備える）に取り付けられるため、セラミック材料が変形するときに、可撓性膜が（負のＺ方向において）流体チャンバ１９５内に下に曲がる（図１Ａでは破線として概略的に示される）。電界が除去されるときに、セラミック材料は電位差を受けなくなり、ニュートラル（未成形）状態及び位置に戻り、可撓性膜をそれとともに移動させる。好適な駆動波形を適用することによって、図１Ａ及び図１Ｂのもののような電気素子１２０を使用して、所望されるように、及び所望されるときに、ノズル１９７を介して液滴を吐出し、それによって例えば、基材上に印刷することができる。典型的に、液滴吐出に使用されるＭＥＭＳアクチュエータデバイスは、基材の大きい領域に対処することができるように、複数のこのような電気素子及び関連する流体チャンバを備え、それらは、一般的に単一の列又は複数の列を含むアレイに配置される。液滴吐出ヘッドは、例えば、複数のアクチュエータを含み得、それ自体は、単独で、又は複数の他の液滴吐出ヘッドとともに使用され、液滴吐出装置の一部を形成し得る。
【0013】
ｄ３１モードで動作するのではなく、いくつかのＭＥＭＳアクチュエータはｄ３３モードで動作し、好適に位置した第１の電極と第２の電極を使用して、Ｘ方向に沿って電界を印加して、Ｘ方向において、セラミック部材を通して電位差を確立するようにする。セラミック材料は、Ｘ－Ｙ方向（ｄ３３）で膨張し、Ｚ方向（ｄ３１）で収縮する。アクチュエータは上へ（正のＺ方向に）曲がり、可撓性膜も同様に移動する。再び、電界が除去されると、セラミック部材は、可撓性膜のように、そのニュートラル状態及び位置に戻る。
【0014】
ｄ３３又はｄ３１モードで動作する上で説明されるものと同様のＭＥＭＳデバイスも、センサとして構成することができることが理解され得る。例えば、印加力（流体圧力など）が、可撓性膜を偏向させ、結果として、セラミック部材を変形させる場合、移動に比例して電気が生成される。好適なキャリブレーションデータにより、ＭＥＭＳデバイスを、このような力を測定するためのセンサとして使用することが可能となる。
【0015】
このような上で説明されるＭＥＭＳアクチュエータの制約は、所与の印加電圧に対する最大変位が、変形モード（ｄ３１又はｄ３３）によって達成可能なものに限定されることである（センサの場合、生成された電圧は、変形モードによって達成可能な最大変位に関係する）。アクチュエータとして使用されるときに、所与の印加電圧に対して利用可能なより大きい総変位範囲を有し、センサとして使用されるときに、より大きい変位を有する電気素子を有することが望ましい。
【0016】
図１Ａのものなどの液滴吐出ヘッドのためのアクチュエータ構成要素１０２の更なる特徴は、いくつかの用途及び駆動スキームでは、アクチュエータ素子が、セラミック部材１２３にわたって電位フィールドを生成するように、電極１２１、１２２に好適な電圧を印加することによって、ジェット現象間の変形ｄ３１位置に保持され得ることである。液滴吐出イベントが所望されるときに、好適な駆動波形がアクチュエータに供給され、次の一連のイベント、すなわち、電位フィールドが除去され（例えば、ｄ３１偏向が、オフに切り替えられる）、したがってアクチュエータがニュートラル位置に戻り、それとともに可撓性膜を移動させることが発生する。これにより、流体チャンバ１９５の体積が増加し、それによって流体が流体チャンバ１９５内に引き込まれる。次いで、駆動波形は、セラミック部材１２３にわたって電位フィールドを再確立し、もう一度ｄ３１モードでそれを変形するために（例えば、ｄ３１の偏向モードがオンに切り替えられる）、電極１２１、１２２に好適な電圧を印加し、それによって可撓性膜を流体チャンバ１９５内に移動させ、ノズル１９７を介して流体の液滴を吐出する。
【0017】
このような動作方法の有利な点は、アクチュエータの第１の移動が流体チャンバ充填イベントを引き起こすため、望ましくない液滴吐出イベントを軽減し得るため、より高い性能安定性を提供することである。このような液滴吐出方法の不利な点は、電気素子１２０が、液滴吐出イベントの間に保持電圧が印加された状態、変形したｄ３１位置に保持されることである。この印加保持電圧は、より高い電力消費をもたらし、動作に望ましくないコストを追加する。更に、これは、アクチュエータ構成要素１０２内に過剰な熱を引き起こすことがあり、例えば、可撓性膜の境界領域における長期にわたる応力によって、これは、補償される必要があることがあり、アクチュエータ性能の劣化の加速をもたらすことがある。したがって、他の理由で作動される（感知目的、ノズルのクリアランス、又はメンテナンスなどの液滴を排出しない他の機能など）とき以外は、電気素子１２０が液滴吐出イベント間で電力を消費しない駆動波形を使用することができ、例えば、スタートアップ時に不要な液滴吐出イベントを軽減することが依然としてできながら、作動イベント間の有意な電力消費なしで、電気素子１２０が、そのニュートラル非変形状態で位置付けられ得ることが望ましい。
【0018】
本発明は、ｄ３１モード及びｄ３３モードの両方で変形する電気素子、並びにこのような素子を駆動又は感知する方法を提供することによって、上記の要件に対処し、それらの素子は、それぞれ、達成可能な最大変位及び達成可能な最大感知感度に対する関連する利益を有する。更に、本発明は、駆動波形及び動作方法を含む、このような電気素子を駆動するための好適な駆動波形を提供し、所望される場合、電気素子が、電気素子が作動されるとき（液滴吐出の場合又は上で説明される他の目的の場合のいずれか）以外は、電力を消費しないようにニュートラル位置に保持され得るように動作することができる。
【発明の概要】
【0019】
本発明の態様が、添付の独立請求項に記載され、本発明の特定の実施形態が、添付の従属請求項に記載される。
【0020】
以下の開示は、一態様では、電気素子であって、
セラミック部材であって、当該セラミック部材が、深さを有する少なくとも１つの層を備える、セラミック部材と、
動作中に、セラミック部材の少なくとも一部分を通して、電位差が確立され得るように、セラミック部材の少なくとも１つの層に隣接して配設された第１及び第２の電極と、を備え、
当該電気素子が、可撓性膜に隣接して配置され、
第１の電極層が、少なくとも２つのフィンガーを備える第１の電極群と、少なくとも１つのフィンガーを備える第２の電極群と、を備え、
第１及び第２の電極群のフィンガーが、相互嵌合方向において、第１の電極層において交互に配置され、
第２の電極層が、少なくとも２つのフィンガーを備える第１の電極群と、少なくとも１つのフィンガーを備える第２の電極群と、を備え、
第１及び第２の電極群のフィンガーが、相互嵌合方向において、第２の電極層において交互に配置され、
各電極群について、当該群の全てのフィンガーが、互いに、かつ群電気接点に電気的に接続される、電気素子である。
セラミック部材であって、当該セラミック部材が、深さを有する少なくとも１つの層を備える、セラミック部材と、
動作中に、セラミック部材の少なくとも一部分を通して、電位差が確立され得るように、セラミック部材の少なくとも１つの層に隣接して配設された第１及び第２の電極と、を備え、
当該電気素子が、可撓性膜に隣接して配置され、
第１の電極層が、少なくとも２つのフィンガーを備える第１の電極群と、少なくとも１つのフィンガーを備える第２の電極群と、を備え、
第１及び第２の電極群のフィンガーが、相互嵌合方向において、第１の電極層において交互に配置され、
第２の電極層が、少なくとも２つのフィンガーを備える第１の電極群と、少なくとも１つのフィンガーを備える第２の電極群と、を備え、
第１及び第２の電極群のフィンガーが、相互嵌合方向において、第２の電極層において交互に配置され、
各電極群について、当該群の全てのフィンガーが、互いに、かつ群電気接点に電気的に接続される、電気素子である。
【0021】
第２の態様では、第１の態様による電気素子を駆動するための駆動信号が提供される。
【0022】
第３の態様では、第１の態様による電気素子のためのスイッチング回路が提供される。
【0023】
第４の態様では、第３の態様によるスイッチング回路のためのコントローラが提供される。
【0024】
第５の態様では、第１の態様による電気素子を駆動する方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0025】
ここで、図面を参照する。
【0026】
【図1A】液滴吐出ヘッドための既知の電気素子の概略レイアウトを示す、既知の電気構成要素を通る概略断面である。
【図2A】可撓性膜に装着された一実施形態による電気素子の上面図を描写する。
【図5A】別の実施形態による電気素子の上面図であり、この実施形態は、少なくとも２つの層を有するセラミック部材を備え、電気素子も、第３の電極層を備える。
【図6A】図５Ａのものと同様の、別の実施形態による電気素子の上面図であるが、第１及び第３の電極層の第１の電極群は、互いに電気的に接続され、第１及び第３の電極層の第２の電極群は、互いに電気的に接続される。
【図6F】電極の第１、第２、及び第３の電極層及びそれらの電気的接続の斜視図である。
【図7A】第１の電圧Ｖ１又は第２の電圧Ｖ２が印加されているかどうかに従って陰影付けされた電極群を有する図５又は図６のような電気素子を通る断面であり、印加電圧は、セラミック部材をｄ３３モードで変形させる。
【図8A】第１の電圧Ｖ１又は第２の電圧Ｖ２が印加されているかどうかに関して陰影付けされた電極群を有する図５又は図６のような電気素子を通る断面であり、印加電圧は、セラミック部材をｄ３１モードで変形させる。
【図10A】セラミック部材をｄ３１モードで変形させる駆動信号を描写する。
【図11A】セラミック部材をｄ３３モードで変形させる電気素子の駆動信号を描写する。
【図12A】ニュートラルからｄ３３変形、ｄ３１変形、及び再びニュートラルに戻る移動を含む第１のモードでセラミック部材を変形させる電気素子の駆動信号を描写する。
【図13A】ｄ３１変形からｄ３３変形、及びｄ３１に戻る移動を含む第２のモードで電気素子を変形させる駆動信号を描写する。
【図14A】ニュートラル位置からｄ３１モード、ｄ３３モード、ｄ３１モードに戻り、次いでニュートラル位置への移動を含む第３のモードで電気素子を変形させる電気素子の駆動信号を描写する。
【図15A】ｄ３１変形からニュートラル位置、ｄ３３変形、ニュートラル位置に戻り、ｄ３１の変形に戻る移動を含む第４モードで電気素子を変形させる電気素子の駆動信号を描写する。
【図16】電極の代替的な配置を有する様々な電気素子を描写する。
【0027】
図面では、全体を通して、同様の特徴は、同様の参照符号で示される。図面は原寸に比例したものではなく、特定の特徴がより明瞭に見えるように誇張されたサイズで示されている場合があることに留意されたい。
【発明を実施するための形態】
【0028】
【0029】
２層デバイス
図２Ａは、可撓性膜１０に装着された一実施形態による電気素子２０の上面図を描写する。電気素子２０は、セラミック部材３０及び第１及び第２の電極層４１、４２を備える。電気素子２０は、ＭＥＭＳデバイス１００の一部として可撓性膜１０に隣接して配置される。図２Ｂは、図２Ａの実施形態の側面図であり、図２Ｃは、図２Ａに描写された実施形態の斜視図であり、図２Ｄは、線ＡＡに沿った図２Ａに描写された実施形態を通る断面であり、図２Ｅは、線ＢＢに沿った図２Ａに描写された実施形態を通る断面である。
図２Ａは、可撓性膜１０に装着された一実施形態による電気素子２０の上面図を描写する。電気素子２０は、セラミック部材３０及び第１及び第２の電極層４１、４２を備える。電気素子２０は、ＭＥＭＳデバイス１００の一部として可撓性膜１０に隣接して配置される。図２Ｂは、図２Ａの実施形態の側面図であり、図２Ｃは、図２Ａに描写された実施形態の斜視図であり、図２Ｄは、線ＡＡに沿った図２Ａに描写された実施形態を通る断面であり、図２Ｅは、線ＢＢに沿った図２Ａに描写された実施形態を通る断面である。
【0030】
図２Ａ～図２Ｅから、第１及び第２の電極層４１、４２は、それぞれ第１及び第２の電極群Ｇ１（４１）、Ｇ２（４１）、Ｇ１（４２）、Ｇ２（４２）を備えることが分かる。更に、例えば、図２Ｄから、各電極群が、複数のフィンガーＧ１（４１）（ｉ～ｉｉ）、Ｇ２（４１）（ｉ～ｉｉｉ）、Ｇ１（４２）（ｉ～ｉｉ）、Ｇ２（４２）（ｉ～ｉｉｉ）を備えることが分かる。更に、各電極群Ｇ１（４１）、Ｇ２（４１）、Ｇ１（４２）、Ｇ２（４２）の全てのフィンガーが、それぞれ共通コネクタＣ１（４１）、Ｃ２（４１）、Ｃ１（４２）、Ｃ２（４２）によって互いに電気的に接続されていることが分かる。次いで、共通コネクタは各々、それぞれの群電気接点、すなわち、Ｃ１（４１）はＯＬに、Ｃ２（４１）からＯＲに、Ｃ１（４２）からＩＬに、Ｃ２（４２）はＩＲに電気的に接続される。駆動回路への電気素子の電気的接続は、電気素子の群電気接点ＯＬ、ＯＲ、ＩＬ、ＩＲに直接接続される金属トレースの使用を通して確実にされ得る。
【0031】
セラミック部材３０は、単一層３１を備えるように、図２Ａ～図２Ｅに示されているが、これに決して限定されるものではなく、セラミック部材３０は、セラミック部材３０を備える電気素子２０があるように、複数の層３１（ｉ～ｎ）を備え得、セラミック部材３０は、（深さ方向８０において）深さを有する少なくとも１つの層３１を備える。第１及び第２の電極層４１、４２は、セラミック部材３０の少なくとも１つの層３１に隣接して配設され、そのため、動作中に、電位差が、セラミック部材３０の少なくとも一部分を通して確立され得る。電気素子２０は、可撓性膜１０に隣接して配置される。別の言い方をすれば、図２に示すように、この実施形態では、第１及び第２の電極層４１、４２は、セラミック部材３０の対向面上に配置され、この実施形態では、セラミック部材３０が、層３１を備えるが、これは限定ではないことが理解され得、セラミック部材３０は、複数の層を備え得る。
【0032】
第１の電極層４１は、２つのフィンガーＧ１（４１）（ｉ～ｉｉ）を備える第１の電極群Ｇ１（４１）と、３つのフィンガーＧ２（４１）（ｉ～ｉｉｉ）を備える第２の電極群Ｇ２（４１）と、を備える。第１及び第２の電極群Ｇ１（４１）、Ｇ２（４１）のフィンガーは、相互嵌合方向８１において、第１の電極層４１において交互に嵌合（相互嵌合）するように配置される。電極層における交互のフィンガー間には、ギャップｙ１があり、そのため、それらが、互いに接触しないことが分かる。同様に、第２の電極層４２は、２つのフィンガーＧ１（４２）（ｉ～ｉｉ）を備える第１の電極群Ｇ１（４２）と、３つのフィンガーＧ２（４２）（ｉ～ｉｉｉ）を備える第２の電極群Ｇ２（４２）と、を備える。第１及び第２の電極群Ｇ１（４２）、Ｇ２（４２）のフィンガーは、相互嵌合方向８１において、第２の電極層４２において交互に配置される。図２Ｄから、この配置では、第２の電極層４２の交互のフィンガー間のギャップｙ１の各々が、層３１の一部を含む材料で満たされていることが分かる。
【0033】
各電極群について、群内の全てのフィンガーは、（例えば、それぞれ共通コネクタＣ１（４１）、Ｃ２（４１）、Ｃ１（４２）、Ｃ２（４２）を介して）互いに電気的に接続され、それぞれ、群電気接点ＯＬ、ＯＲ、ＩＬ、ＩＲに電気的に接続される。
【0034】
図２Ｄから分かるように、第１の電極層４１の第１の電極群Ｇ１（４１）のフィンガーは、それらが、相互嵌合方向８１において、セラミック部材３０の他方側で第２の電極層４２の第１の電極群Ｇ１（４２）の対応するフィンガーと重複するように配置され、フィンガーＧ１（４１）（ｉ）は、フィンガーＧ１（４２）（ｉ）と重複し、電極群Ｇ１（４１）、Ｇ１（４２）における残りのフィンガーに対しても同様である。同様に、第１の電極層４１の第２の電極群Ｇ２（４１）のフィンガーは、相互嵌合方向８１において、第２の電極層４２の第２の電極群Ｇ２（４２）の対応するフィンガーと重複し、例えば、フィンガーＧ２（４１）（ｉ）は、フィンガーＧ２（４２）（ｉ）と重複する。
【0035】
対応する電極群対は、少なくとも部分的に重複し得、好ましくは、それらは、相互嵌合方向８１において、少なくとも５０％重複し得、より好ましくは、それらは、５０％以上重複し得、更により好ましくは、９０％以上重複し得る。中心間間隔Ｚ１（図２Ｄに描写されるように）は、実質的に一定であり得る。中心間間隔Ｚ１を一定に維持することで、電極を実質的に整列させ、群及び層における対応するフィンガーの間の重複領域を最大化し得る。図２Ｄ及び図２Ｅから分かるように、この実施形態では、深さ方向８０及び相互嵌合方向８１は、互いに垂直である。図２Ｄ及び図２Ｅから分かるように、第２の電極層４２は、第１の電極層４１よりも可撓性膜１０に近い。
【0036】
セラミック部材３０の層３１は、例えば、所望の厚さのセラミック部材を形成するように、複数の層を蓄積するために、化学蒸着（ＣＶＤ）、化学溶液堆積（ＣＳＤ）、ゾルゲル堆積などによって、複数のサブ層を堆積させることによって形成され得ることが理解されよう。本明細書で使用される場合、セラミック材料は、強誘電性挙動を呈するセラミック材料を含み、その例が、上で考察されることが理解されよう。
【0037】
可撓性膜１０は、支持体５０に固定して取り付けられる。支持体５０が、可撓性膜１０の２つの側面に沿って示されているが、電気素子２０が使用されるデバイス及びデバイスにおける位置に応じて、他の２つの側面に沿って連続的な支持体、又は流体が、例えば、可撓性膜に隣接する空間に入ることを可能にするように、不連続な支持体又は開口部を有する支持体があり得る。例えば、図２Ａ～図２Ｅの電気素子２０は、既知の配置の代わりに、図１Ａの液滴吐出ヘッドアクチュエータ構成要素のアクチュエータ素子として使用され得る。更に、支持体５０は単に概略的に示されており、実際には任意の好適な配置を使用して、可撓性膜１０を、それが必要に応じて移動できるように支持し得ることが理解されよう。
【0038】
ここで、図３Ａを参照すると、これは、第１の電極群Ｇ１（４１）、Ｇ１（４２）が両方とも、２つではなく、３つのフィンガーを備えることを除き、図２Ａ～図２Ｅのものと同様の電気素子２１を通る断面を描写する。図３Ａ～図３Ｂは、アクチュエータ素子として電気素子２１を駆動するために電圧がどのように印加され得るかを描写する。簡略化のため、図２Ａ～図２Ｅの詳細の多くが図３Ａ～図３Ｂから省略されている。図３Ａ～図３Ｂでは、電極群Ｇ１（４１）、Ｇ２（４１）、Ｇ１（４２）、Ｇ２（４２）が、それらが第１の電圧Ｖ１（灰色）又は第２の電圧Ｖ２（黒色）にあるかどうかを示すために陰影付けされている。相互嵌合方向８１における電極フィンガーの交互の列９１、９２は、第１の電圧Ｖ１にあるか、又は第２の電圧Ｖ２にあり、例えば、第１の列９１（ｉ）は、第２の電圧Ｖ２にあるＧ１（４１）（ｉ）、Ｇ２（４１）（ｉ）を含み、第２の列９２（ｉ）は、第１の電圧Ｖ１にあるＧ２（４１）（ｉ）及びＧ２（４２）（ｉ）を含み、パターンが相互嵌合方向８１において繰り返されている。
【0039】
図３Ａの例では、電極群が選択され、セラミック部材３０がｄ３３モードで変形するように、それらに電圧が印加される。図３Ｂは、セラミック部材３０が省略された、図３Ａの電気素子２１の第１及び第２の電極層４１、４２の分解上面図を描写する。図３Ｂはまた、共通コネクタＣ１（４１）、Ｃ２（４１）、Ｃ１（４２）、Ｃ２（４２）、及び群電気接点ＯＬ、ＯＲ、ＩＬ及びＩＲも描写する。電極群Ｇ１（４１）、Ｇ２（４１）、Ｇ１（４２）、Ｇ２（４２）、それらのそれぞれのコネクタＣ１（４１）、Ｃ２（４１）、Ｃ１（４２）、Ｃ２（４２）、及び群電気接点ＯＬ、ＯＲ、ＩＬ及びＩＲは、図３Ａのように、第１の電圧Ｖ１（灰色）又は第２の電圧Ｖ２（黒色）がそれらに印加されたかどうかを示すために陰影付けされている。
【0040】
図３Ａ及び図３Ｂの両方から、各電極層４１、４２において、第１の電極群Ｇ１（４１）、Ｇ１（４２）が第２の電圧Ｖ２（黒色）にあり、第２の電極群Ｇ２（４１）、Ｇ２（４２）が第１の電圧Ｖ１（灰色）にあることが分かる。第２の電圧Ｖ２と第１の電圧Ｖ１（例えば、Ｖ２＞Ｖ１）との間に電圧差がある場合、このような構成は、相互嵌合方向８１と整列したセラミック部材３０に有効な電位フィールドを生成し、図３Ａの破線Ｌ３３によって示されるように、ｄ３３モードでセラミック部材３０が変形し、深さ方向８０に対して上へ曲がるようにする。効果的に、有効電位フィールドは、異なって荷電される群のそれぞれのフィンガー間に発達した全ての場の平均であることが理解されよう。
【0041】
簡略化のために、可撓性膜１０及び支持体５０は、図３Ａ又は図３Ｂには描写されていないが、電気素子２１に隣接して、かつ（例えば、図２に示すように）固定接続される可撓性膜１０がある場合、ｄ３３モードでのセラミック部材３０の変形は、同様に、深さ方向８０に対して可撓性膜１０を上へ移動させることが理解されよう。可撓性膜１０は、支持体５０及び電気素子２１に固定して取り付けられるため、支持体は、可撓性膜１０の移動を制約し、そのため、線Ｌ３３（例えば、概して中央）によって示されるように、支持体５０から最も離れて最大変位が発生する。
【0042】
図４Ａは、印加された第１及び第２の電圧Ｖ１、Ｖ２がｄ３１モードでセラミック部材３０が変形することをもたらすように、電極群が選択される点を除いて、図３Ａのもののような電気素子２１を通る断面を描写する。図４Ｂは、図４Ａの電気素子２１の第１及び第２の電極層４１、４２の分解上面図を表す。図３に関しては、図４の電極群、共通コネクタ、及び群電気接点は、第１の電圧Ｖ１又は第２の電圧Ｖ２がそれらに印加されているかどうかを示すために陰影付けされている。
【0043】
図４Ａ及び図４Ｂの両方から、第１の電極層４１において、第１及び第２の電極群Ｇ１（４１）、Ｇ２（４１）は両方とも第１の電圧Ｖ１にあり、第２の電極層４２において、第１及び第２の電極群Ｇ１（４２）、Ｇ２（４２）は両方とも第２の電圧Ｖ２であることが分かる。別の言い方をすると、図４Ａでは、所与の電極層４１、４２における全てのフィンガーが同じ電圧にあるのが分かるが、図３Ａでは、フィンガーに印加される電圧が、相互嵌合方向８１において、列９１、９２において交互になっている。
【0044】
第２の電圧Ｖ２と第１の電圧Ｖ１（例えば、Ｖ２＞Ｖ１）との間に電圧差がある場合、このような構成は、セラミック部材３０に有効電位フィールドを生成し、図４に描写される場合では、有効電位フィールドは、深さ方向８０と整列し、破線Ｌ３１によって示されるように、ｄ３１モードでセラミック部材３０が変形し、深さ方向８０において下へ曲がるようにする。図３に示すように、可撓性膜１０及び支持体５０は、図４には描写されていないが、ｄ３１モードでのセラミック部材３０の変形は、同様に可撓性膜１０が、深さ方向８０において下へ移動するようにすることが理解されよう。
【0045】
電極群Ｇ１（４１）、Ｇ２（４１）、Ｇ１（４２）、Ｇ２（４２）から選択された群に好適な駆動信号を適用することによって、それらのそれぞれの群電気接点ＯＬ、ＯＲ、ＩＬ、ＩＲをアドレス指定することによって、セラミック部材３０を駆動して、ｄ３３及び／又はｄ３１モードで変形させ得、電気素子２１が可撓性膜に取り付けられる場合、これは、例えば、流体チャンバから液滴を吐出するために液滴吐出ヘッドにおいて、使用する電気機械アクチュエータを作成することができる。
【0046】
代替として、例えば、可撓性膜１０に隣接する流体中の流体圧力が、それを偏向させ、ひいてはセラミック部材３０を変形させる場合、ｄ３１及び／又はｄ３３モードでのセラミック部材３０の変形が電気信号又は（圧力が変動する）信号を生成するため、電気素子２０、２１がセンサとして使用され得ることも理解されよう。センサは、例えば、流体内の圧力を測定するために、好適なキャリブレーションデータとともに使用され得る。更なる例として、液滴吐出ヘッドなどの流体デバイスにおける電気機械アクチュエータは、流体特性を測定及び監視するために液滴を吐出しないときに、アイドル時間に使用され得、例えば、アクチュエータとして使用されないときに、センサとして使用され得る。また更に、例えば、経年によるアクチュエータ性能の任意の変化（例えば、劣化）を追跡するか、又はアクチュエータの非応答性をチェックするなど、アクチュエータの特性を判定するために、流体液滴を吐出するのに不十分な、より小さい偏向を引き起こすために、アイドルのときに、より低い電圧信号が電気素子２０、２１に送信され得る。
【0047】
方法
一例として、電気素子２０、２１を電気アクチュエータ素子２０、２１として使用すると、電気アクチュエータ素子２０、２１を駆動する方法は、以下のようであり得、電気アクチュエータ素子２０、２１は、セラミック部材３０を備える。セラミック部材３０は、深さを有する少なくとも１つのセラミック層３１と、動作中に、セラミック層の少なくとも一部分を通して電位差が確立され得るように、深さ方向８０において、少なくとも１つのセラミック層３１に隣接して配設された第１及び第２の電極層４１、４２と、を備える。電気アクチュエータ素子２０は、可撓性膜１０に隣接して配置される。
一例として、電気素子２０、２１を電気アクチュエータ素子２０、２１として使用すると、電気アクチュエータ素子２０、２１を駆動する方法は、以下のようであり得、電気アクチュエータ素子２０、２１は、セラミック部材３０を備える。セラミック部材３０は、深さを有する少なくとも１つのセラミック層３１と、動作中に、セラミック層の少なくとも一部分を通して電位差が確立され得るように、深さ方向８０において、少なくとも１つのセラミック層３１に隣接して配設された第１及び第２の電極層４１、４２と、を備える。電気アクチュエータ素子２０は、可撓性膜１０に隣接して配置される。
【0048】
第１の電極層４１は、第１の電極群Ｇ１（４１）と、第２の電極群Ｇ２（４１）と、を備え、第１及び第２の電極群Ｇ１（４１）、Ｇ２（４１）のフィンガーは、相互嵌合方向８１において、第１の電極層４１において、交互に配置される。第２の電極層４２は、第１の電極群Ｇ１（４２）と、第２の電極群Ｇ２（４２）と、を備える。第１及び第２の電極群Ｇ１（４２）、Ｇ２（４２）のフィンガーは、相互嵌合方向８１において、第２の電極層４２において交互に配置される。
【0049】
各電極群Ｇ１（４１）、Ｇ２（４１）、Ｇ１（４２）、Ｇ２（４２）について、所与の群における全てのフィンガーは、互いに、かつ群電気接点ＯＬ、ＯＲ、ＩＬ、ＩＲに電気的に接続され、第１の電極層４１の第１の電極群Ｇ１（４１）は、相互嵌合方向８１において、第２の電極層４２の第１の電極群Ｇ１（４２）と少なくとも部分的に重複する。第１の電極層４１の第２の電極群Ｇ２（４１）は、相互嵌合方向８１において、第２の電極層４２の第２の電極群Ｇ２（４２）と少なくとも部分的に重複する。
【0050】
セラミック部材３０の少なくとも一部分（例えば、それぞれの選択された電極群間）を通して電位差を確立するためにそれぞれの電極群を選択することによって、セラミック部材３０は、ｄ３１モード又はｄ３３モードで変形され得る。方法は、変形モード、又は変形モードのシーケンスを選択することと、それぞれの群電気接点ＯＬ、ＯＲ、ＩＬ、ＩＲをアドレス指定することによって、少なくとも２つの駆動信号をセラミック部材３０に供給して、選択されたそれぞれの電極群間の電位差を確立して、選択された変形モード又は選択されたｄ３１及び／又はｄ３３変形モードのシーケンスでセラミック部材３０を変形させて、それによって、可撓性膜を移動させるようにする。
【0051】
セラミック部材３０は、深さ方向８０に対して上及び下の両方に移動できるため、ｄ３３及びｄ３１モードの両方で変形できる電気素子を使用し、かつｄ３３及び／又はｄ３１モードでこのような電気素子を変形するように駆動する方法を使用することは、所与の印加電圧に対して達成可能な最大変位を増加させるように使用され得る。セラミック部材３０の最大変位の増加は、電気アクチュエータ素子２０、２１の最大作動範囲を増加させる。例えば、液滴吐出装置では、これは、流体チャンバ内で達成可能な流体の変位体積を増加させ、ひいては達成可能な最大液滴サイズを増加させ得る。より大きい最大変位体積が達成可能になることは、より高い粘度を有する流体がより容易に吐出され、吐出可能な流体の範囲を拡張することを可能にする有益な効果も有し得る。
【0052】
代替的に、より低い印加電圧を使用して、図１Ａのもののような既知の電気素子と同じ変位を達成し得、電気素子、ひいてはこのような電気素子２０、２１を組み込む液滴吐出ヘッドなどの流体ＭＥＭＳデバイスに対して、達成可能な寿命関して有益な効果を有し得る。また更に、セラミック部材３０をｄ３３及びｄ３１モードで動作させることにより、このような材料で達成可能な最大変位を増加させることによって、全体的な性能がより低い材料の使用が可能となる。これは、このような材料が、製造コストの低減、又はより良好な環境証明書（鉛フリー材料など）などの他の利点のために使用に望ましい場合、有益であることがある。
【0053】
電気アクチュエータ素子２０、２１を未変形又はニュートラル位置（ニュートラル位置は、例えば、印加電圧が静止電圧又はゼロであるため、さもなければ、セラミック部材３０がいかなる印加電圧も受けないために、セラミック部材３０が電位差の影響を受けない場所である）からｄ３１モードで変形させるための方法は、第１の電圧Ｖ１を第１の電極層４１における第１及び第２の電極群Ｇ１（４１）、Ｇ２（４１）に供給することと、第２の電圧Ｖ２を第２の電極層４２における第１及び第２の電極群Ｇ１（４２）、Ｇ２（４２）に供給することと、を含み得る。これは、図４Ａに示されており、第１の電極層４１において、両方の群Ｇ１（４１）、Ｇ２（４１）における全ての電極は、電圧Ｖ１（陰影付きの灰色）にあり、第２の電極層４２において、両方の群Ｇ１（４１）、Ｇ２（４１）における全ての電極は、電圧Ｖ２（陰影付きの黒色）にある。理解され得るように、第１の電極群Ｇ１（４１）は、第１の群電気接点ＯＬ及び第１の共通コネクタＣ１（４１）を介して接続され得、第２の電極群Ｇ２（４１）の群は、第２の群電気接点ＯＲ及び第２の共通コネクタＣ２（４１）を介して接続され得る。同様に、第１の電極群Ｇ１（４２）は、第３の群電気接点ＩＬ及び第１の共通コネクタＣ１（４２）を介して接続され得、第２の電極群Ｇ２（４２）は、第４の群電気接点ＩＲ及び第２の共通コネクタＣ２（４２）を介して接続され得る。この配置によって確立される電位差は、深さ方向８０におけるものである。
【0054】
第２の電圧Ｖ２が第１の電圧Ｖ１よりも大きいときに、上で説明される電圧の印加は、図４Ａの点線Ｌ３１で示されるように、セラミック部材３０がｄ３１モードで深さ方向８０において下に変形させ得る。第１及び第２の電圧Ｖ１、Ｖ２が持続時間ｄの間維持される場合、セラミック部材３０、ひいては電気アクチュエータ素子２０、２１は、持続時間ｄの間、変形したｄ３１モード位置に保持される。例えば、第１の駆動信号は、第１の電圧Ｖ１にあり得、第２の駆動信号は、第２の電圧Ｖ２にあり得る。
【0055】
非変形位置又はニュートラル位置からｄ３３モードで電気アクチュエータ素子２０、２１を変形させる方法は、［第１の群電気接点ＯＬ及び第３の群電気接点ＩＬそれぞれを介して、］第１の電圧Ｖ１を第１の電極層４１における第１の電極群Ｇ１（４１）及び第２の電極層４２における第１の電極群Ｇ１（４２）に供給することと、［第２の群電気接点ＯＲ及び第４の群電気接点ＩＲそれぞれを介して、］第２の電圧Ｖ２を第１の電極層４１における第２の電極群Ｇ２（４１）及び第２の電極層４２における第２の電極群Ｇ２（４２）に供給することと、を含み得る。これは図３Ａに示されており、それぞれの第１及び第２の電極層４１、４２の第１の群Ｇ１（４１）、Ｇ１（４２）における全ての電極が、電圧Ｖ２（陰影付きの黒色）にあり、それぞれの第１及び第２の電極層４１、４２の第２の群Ｇ２（４１）、Ｇ２（４２）における全ての電極が、電圧Ｖ１（陰影付きの灰色）であり、例えば、先で説明されるように、フィンガーに印加される電圧Ｖ１、Ｖ２は、相互嵌合方向８１において、例９１、９２において交互する。このような配置は、相互嵌合方向８１において有効な電位フィールドを作成するであろう。
【0056】
第２の電圧Ｖ２が第１の電圧Ｖ１よりも大きいときに、電圧Ｖ１、Ｖ２の印加（例えば、上で説明されるように第１及び第２の駆動信号として）は、図３Ａの点線Ｌ３３で示されるように、セラミック部材３０がｄ３３モードで上に変形させ得る。第１及び第２の電圧Ｖ１、Ｖ２が持続時間ｄの間維持される場合、セラミック部材３０、ひいては電気アクチュエータ素子２０、２１は、持続時間ｄの間、変形したｄ３３モード位置に保持される。第１の電圧Ｖ１は、基準電圧、例えば、接地電圧であり得る。
【0057】
それぞれの電極群間の電位差を確立するためにそれぞれの電極群を選択することによって、セラミック部材３０は、ｄ３１モード又はｄ３３モード、又は選択されたｄ３１及び／又はｄ３３モードのシーケンスで変形され得、電気アクチュエータ素子２０、２１の使用に対してより大きい動作柔軟性を提供する。更に、このようなシーケンスは、セラミック部材３０がニュートラル位置にあるシーケンスにおける段階を更に含み得ることが理解されよう。
【0058】
先で説明されるように、電気アクチュエータ素子２０、２１が可撓性膜１０に固定して接続されるときに、セラミック部材３０を変形させることで、それとともに可撓性膜１０を移動させる。電気アクチュエータ素子２０、２１は、液滴吐出装置などの流体ＭＥＭＳデバイスにおいて流体チャンバ壁の一部を形成する可撓性膜１０に隣接して配置され得、流体チャンバは、流体入口及びノズルを更に備える。
【0059】
いくつかの実施形態では、流体チャンバは、流体チャンバがいわゆるスルーフローモードで（例えば、図１Ａのものと同様の配置において）使用され得るように、流体出口を更に備え得る。このような液滴吐出装置（スルーフローであるかどうかにかかわらず）では、方法は、電気アクチュエータ素子２０、２１を駆動して、ｄ３３モード又はｄ３１モード、並びに／又はｄ３３モード及び／若しくはｄ３１モードのシーケンスで変形させて、可撓性膜１０を移動させて、ノズルを介して液滴を吐出させるようにすることを含み得る。液滴吐出装置は、個々の電気アクチュエータ素子２０、２１が、上記の方法を使用して必要に応じて起動されるように、所与の位置で液滴の選択されたシーケンスを吐出するように、アレイで配置され得る複数のこのような流体チャンバを備え得る。このような方法は、基材上に印刷するために使用され得、液滴吐出装置が、インクジェットプリントヘッドなどの液滴吐出ヘッドとして構成されている。
【0060】
いくつかの用途では、変形したｄ３１モード位置に電気アクチュエータ素子２０、２１を下に曲げて保持することが望ましくあり得ることが理解されよう。例えば、可撓性膜１０が流体チャンバの壁の一部を形成する液滴吐出装置のための電気アクチュエータ素子において、ｄ３１モードで電気アクチュエータ素子２０、２１を下に変形して保持することにより、可撓性膜１０を流体チャンバ内に移動させ、流体チャンバ体積を低減させる。
【0061】
液滴吐出サイクルは、次いで、ｄ３１の変形を解放すること（例えば、セラミック部材３０にわたって電位差がないように、Ｖ１及びＶ２をオフに切り替えることによって）を含み得る。次いで、電気アクチュエータ素子２０、２１は、に戻り、それとともに可撓性膜１０を引き、流体チャンバ体積を増加させ、追加の流体を引き込み（ＤＲＡＷ）、次いで、後続のｄ３１変形の再適用により、流体チャンバ体積を減少させ、流体の一部をノズルから吐出（ＰＵＳＨ）させ得る。したがって、いくつかの液滴吐出サイクルでは、液滴吐出イベントなどの最初の作動イベント又は後続の作動イベントに準備した状態で、セラミック部材３０をｄ３１変形位置に保持するために、作動イベントの前又は後に、ある長さの時間の間、保持信号を印加することが望ましくあり得る。
【0062】
そのためセラミック部材を変形したｄ３１モードで変形して保持するための方法は、第１の電圧Ｖ１で第１の保持信号を供給し、かつ第２の電圧Ｖ２で第２の保持信号を供給することを含み得、本方法は、［それぞれ第１の群電気接点ＯＬ及び第２の群電気接点ＯＲを介して、］第１の保持信号を第１の電極層４１における第１及び第２の電極群Ｇ１（４１）、Ｇ２（４１）に供給し、［それぞれ第３の群電気接点ＩＬ及び第４の群電気接点ＩＲを介して、］第２の保持信号を第２の電極層４２における第１及び第２の電極群Ｇ１（４２）、Ｇ２（４２）に供給して、ｄ３１モードでセラミック部材３０を変形させて、それを定位置に保持し、電気素子２０、２１及び可撓性膜１０についても同様である、ことを含む。
【0063】
いくつかの実装では、セラミック部材３０を、作動イベントの前又は間に、セラミック部材３０にわたって電位差がないそのニュートラル位置又は未変形位置にセラミック部材を保持することが望ましくあり得る。このような状況では、本方法は、第１及び第２の電極層４１、４２の第１及び第２の電極群Ｇ１（４１）、Ｇ２（４１）、Ｇ１（４２）、Ｇ２（４２）に、保持信号（１つ又は複数）を供給することを含み得る。例えば、保持信号は、全て、第１の電圧Ｖ１にあり得、そのため、全ての電極が第１の電圧Ｖ１にある。代替的に、このような方法は、例えば、電圧信号をオフに切り替えることによって、電極群Ｇ１（４１）、Ｇ２（４１）、Ｇ１（４２）、Ｇ２（４２）のうちのいずれにも信号を供給しないことを含み得る。
【0064】
液滴吐出装置のための電気アクチュエータ素子では、可撓性膜１０が、流体チャンバの壁の一部を形成する場合、セラミック部材をｄ３３モードで上に変形させることにより、可撓性膜１０を流体チャンバから離れるように移動させ、流体チャンバ体積を増加させ、追加の流体を引き込む。このようなステップは、液滴吐出イベントの準備に使用され得、上記のｄ３１変形について説明されたものと同様の方式で、好適な保持信号を使用して、ｄ３３モードでセラミック部材３０を変形させ、それを定位置に保持し得る。
【0065】
このような方法は、第１の電圧Ｖ１にある第１の保持信号及び第２の電圧Ｖ２にある第２の保持信号を含み得、本方法は、第１の保持信号を、第１の電極層４１、４２における第２の電極群Ｇ２（４１）、Ｇ２（４２）に供給し、第２の保持信号を、第１及び第２の電極層４１、４２における第１の電極群Ｇ１（４１）、Ｇ１（４２）に供給して、ｄ３３モードでセラミック部材３０を変形させて、保持することを含む。
【0066】
３層デバイス、図５及び図６
図５Ａは、図２Ａの実施形態と同様の、別の実施形態による電気素子２２の上面図を示し、そのため、適切な場合、同様の数字が同様の特徴のために使用されてきた。図５Ａの実施形態（図５Ｂ～図５Ｅでより明確に見える）では、電気素子２２は、（深さ方向８０における）深さを有する少なくとも第２の層３２を更に備えるセラミック部材３０を備える。電気素子２２は、第３の電極層４３及び第３の電極群Ｇ１（４３）、Ｇ２（４３）を更に備える。
図５Ａは、図２Ａの実施形態と同様の、別の実施形態による電気素子２２の上面図を示し、そのため、適切な場合、同様の数字が同様の特徴のために使用されてきた。図５Ａの実施形態（図５Ｂ～図５Ｅでより明確に見える）では、電気素子２２は、（深さ方向８０における）深さを有する少なくとも第２の層３２を更に備えるセラミック部材３０を備える。電気素子２２は、第３の電極層４３及び第３の電極群Ｇ１（４３）、Ｇ２（４３）を更に備える。
【0067】
図５Ｂは、図５Ａの実施形態の側面図であり、図５Ｃは、図５Ａに描写された実施形態の斜視図であり、図５Ｄは、線ＡＡに沿った図５Ａに描写された実施形態を通る断面であり、図５Ｅは、線ＢＢに沿った図５Ａに描写された実施形態を通る断面である。電気素子２２は、可撓性膜１０及び支持体５０も備えるＭＥＭＳデバイス１０１の一部を備える。
【0068】
図５Ｄ及び図５Ｅから分かるように、第３の電極層４３は、２つのフィンガーを備える第１の電極群Ｇ１（４３）と、３つのフィンガーを備える第２の電極群Ｇ２（４３）と、備える、第１及び第２の電極群Ｇ１（４３）、Ｇ２（４３）のフィンガーは、相互嵌合方向８１において、第３の電極層４３において交互に配置され、各電極群Ｇ１（４３）、Ｇ２（４３）について、それぞれの群における全てのフィンガーは、（例えば、それぞれ共通コネクタＣ１（４３）、Ｃ２（４３）を介して、）互いに電気的に接続され、共通コネクタＣ１（４３）、Ｃ２（４３）は、群電気接点ＯＬ２、ＯＲ２に電気的に接続され、Ｃ１（４３）は、ＯＬ２に接続され、Ｃ２（４３）は、ＯＲ２に接続される。図５Ｄから更に分かるように、この実施形態では、第３の電極層４３は、第１の電極層４１よりも可撓性膜１０に近く、また、第２の電極層４２よりも可撓性膜１０に近い。明確にするために、図５に示すように、第１及び第３の電極層４１、４３は、セラミック部材３０の対向面上に配置され、セラミック部材の層３１は、第１及び第２の電極層４１、４２を分離し、セラミック部材３０の第２の層３２は、第２及び第３の電極層４２、４３を分離する。第３の電極層４３は、可撓性膜１０に隣接して配置される。
【0069】
このような３層配置は、３つの電極層４１、４２、４３の全て、又は３つの電極層のうち２つが、群電気接点ＯＬ、ＯＲ、ＩＬ、ＩＲ、ＯＬ２、ＯＲ２に提供される駆動信号に応じて駆動され得るため、駆動スキームのより大きい複雑さを可能にし得る。例えば、電気素子２２は、例えば、電気素子２２が流体チャンバから液滴を吐出するために使用されているときに、３つの電極層全てが駆動され得、一方、３つの電極層のうちの２つが、可撓性膜の十分な変位を引き起こして液滴を吐出することなく、電気素子２２の性能を試験するために（例えば、エージング効果又は損傷をチェックするために）駆動され得るように構成され得る。追加的に、３つの層のうちの２つが駆動されて、液滴を吐出するには不十分であるが、流体チャンバ内の反射された圧力波又は隣接する流体チャンバから到来する圧力波を消す流体チャンバにおける圧力波（このような望ましくない圧力波は、流体クロストークと称される）を生成するように調整され得る、可撓性膜１０のより小さい移動を提供することができる。クロストークは、そうでなければ、望ましくない液滴吐出イベント、又はより小さいサブ液滴の放出、又は所望されるものよりも大きい若しくは小さい体積の液滴の放出などの望ましくない効果を引き起こす可能性がある。
【0070】
ここで、図６Ａを参照すると、これは、図５Ａのものと同様の、別の実施形態による電気素子２３の上面図を示すが、第１の電極層４１の第１の電極群Ｇ１（４１）及び第３の電極層４３の第１の電極群Ｇ１（４３）は、互いに電気的に接続され、すなわち、Ｇ１（４１）の共通コネクタＣ１（４１）は、ショート６１を介してＧ１（４３）の共通コネクタＣ１（４３）に電気的に接続され、第１の電極層４１の第２の電極群Ｇ２（４１）及び第３の電極層４３の第２の電極群Ｇ２（４３）は、互いに電気的に接続され、すなわち、Ｇ２（４１）の共通コネクタＣ２（４１）は、ショート６２を介してＧ２（４３）の共通コネクタＣ２（４３）に電気的に接続される。この配置（例えば、図６Ｆにより明確に見える）は、図５Ａの電気素子２２の６つの電気トレースとは対照的に、４つのトレース及び４つの電気接点ＯＬ、ＯＲ、ＩＬ、ＩＲ（図２Ａの実施形態に関して）のみが必要とされるため、電気素子２３への電気接続の複雑さを低減し得る。これは、ダイ上の空間、若しくはデバイス内の空間が重要である場合、又は複数の電気素子の緊密なパッキングが必要とされる場合に有利であり得る。
【0071】
以下、図６Ｂは、図６Ａの実施形態の側面図であり、図６Ｃは、図６Ａに描写された実施形態の斜視図であり、図６Ｄは、線ＡＡに沿った図６Ａに描写された実施形態を通る断面であり、図６Ｅは、線ＢＢに沿った図６Ａに描写された実施形態を通る断面であり、図６Ｆは、図６Ａに描写された実施形態に対する第１、第２及び第３の電極層４１、４２、４３及びそれらの電気的接続の斜視図である（例えば、他の全ての特徴が省略されている）。
【0072】
図５Ａ及び図６Ａの両方から、これらの実施形態では、第３の電極層４３は、可撓性膜１０に隣接して配設され、第２の電極層４２は、セラミック部材３０の第１及び第２の層３１、３２に隣接して、かつこれらの間に配設され、第１の電極層４１は、セラミック部材３０の第１の層３１に隣接して配設される。図２を参照して先で考察されるように、第１の層３１及び第２の層３２が、単一の層を備え得るが、これは決して限定するものではなく、セラミック部材３０は、複数の層３１（ｉ～ｎ）及び（存在する場合）３２（ｉ～ｎ）を備え得る。例えば、層３１、３２は、例えば、所望の厚さのセラミック部材３０を形成するように、複数の層を蓄積するために、化学蒸着（ＣＶＤ）、化学溶液堆積（ＣＳＤ）、ゾルゲル堆積などによって、複数のサブ層を堆積させることによって形成され得る。
【0073】
ここで、図７Ａ、図７Ｂ及び図８Ａ、図８Ｂを参照すると、これらは、図３Ａ～図３Ｂ及び図４Ａ～４Ｂのものと同様の電気素子２４を描写するが、３つの電極層４１、４２、４３を備える。簡略化のために、セラミック部材３０は、図７Ａ及び図８Ａにおける連続構成要素として描写されるが、例えば、図５Ｃ及び図６Ｃにおいて描写されるような２つの層３１、３２を備える。
【0074】
図７Ａは、電気素子２４を通る断面を描写し、電極群Ｇ１（４１）、Ｇ２（４１）、Ｇ１（４２）、Ｇ２（４２）、Ｇ１（４３）、Ｇ２（４３）が、それらが、第１の電圧Ｖ１又は第２の電圧Ｖ２がそれらに印加されたかどうか、及び選択された群及びそれらに印加された電圧が、セラミック部材３０がｄ３３モードで変形することをもたらすかどうかを示すために陰影付けされている。
【0075】
図７Ｂは、図７Ａの電気素子２４の３つの電極層４１、４２、４３を表し、再び、電極群Ｇ１（４１）、Ｇ２（４１）、Ｇ１（４２）、Ｇ２（４２）、Ｇ１（４３）、Ｇ２（４３）、及びそれらに電気的に接続されるそれぞれの構成要素は、第１の電圧Ｖ１（灰色）又は第２の電圧Ｖ２（黒色）がそれらに印加されたかどうかを示すために陰影付けされている。
【0076】
図７Ａ～図７Ｂは、図３Ａ～図３Ｂと同様であり、相互嵌合方向８１における電極フィンガーの交互の列９１、９２は、電圧Ｖ１又は第２の電圧Ｖ２にある。図３Ａ～図３Ｂにおけるように、このような配置は、相互嵌合方向８１において、有効電位フィールドを作成し、これは、セラミック部材３０がｄ３３モードで変形させ、上に曲がるようにするであろう。効果は、関連する電圧が、図５Ａ～図５Ｅのもののような配置に対する電気入力として作用する６つの電気接点ＯＬ、ＩＬ、ＯＬ２、ＯＲ、ＩＲ、ＯＲ２を通して印加されるかによらず、又は電圧が、図６Ａ～図６Ｆの配置に関して、電気入力として作用する４つの電気接点ＯＬ、ＩＬ、ＯＲ、ＩＲを通して印加されるかによらず同じであろう。
【0077】
明確にするために、図７Ｂでは、図６Ａ～図６Ｆの配置は、第１の電極群Ｇ１（４１）、Ｇ１（４３）を接続するショート６１に対する黒色の点線と、第１及び第３の電極層４１、４３の第２の電極群Ｇ２（４１）、Ｇ２（４３）接続するショート６２に対する灰色の点線とで示されている。
【0078】
図７Ａに関しては、図８Ａは、電気素子２４を通す断面を描写し、電極群が、第１の電圧Ｖ１（灰色）又は第２の電圧Ｖ２（黒色）がそれらに印加されたかどうかを示すために陰影付けされている。図８Ａ及び図８Ｂから、この実装では、第１及び第３の電極層４１、４３が第１の電圧Ｖ１にあり、第２の電極層４２が第２の電圧Ｖ２にあることが分かる。図４Ａ及び図４Ｂに関しては、この配置によって確立される電位差は、深さ方向８０にあり、第２の電圧Ｖ２が第１の電圧Ｖ１よりも大きい場合、印加電圧は、セラミック部材３０がｄ３１モードで変形し、深さ方向８０において下に移動することをもたらすだろう。この移動は、図５Ａ～図５Ｅにおけるもののような配置に対して適切な電圧Ｖ１、Ｖ２を６つの電気接点ＯＬ、ＩＬ、ＯＬ２、ＯＲ、ＩＲ、ＯＲ２に印加することによって達成され得る。同じ効果はまた、灰色の点線がショート６１及びショート６２を示す、図６Ａ～図６Ｆにおけるもののような配置に対して電気入力として作用する４つの電気接点ＯＬ、ＩＬ、ＯＲ、ＩＲに適切な電圧Ｖ１、Ｖ２を印加することによって達成され得る。図７Ｂに関しては、ショート６１は、第１の及び第３の電極層４１、４３の第１の電極群Ｇ１（４１）、Ｇ１（４３）を接続し、ショート６２は、第２の電極群Ｇ２（４１）、Ｇ２（４３）を接続する。
【0079】
選択されたｄ３１及び／又はｄ３３モードのシーケンスで電気素子を変形させるために、２つ以上の駆動電圧を使用して、選択された電極群（１つ又は複数）に適切な電圧を印加する２つの主要な方法がある。
【0080】
スイッチング回路の方法及び装置
第１のこのような方法は、第１の駆動信号及び／又は第２の駆動信号を、選択されたシーケンスに従ってそれぞれの群電気接点から接続及び接続解除するように、スイッチング回路を制御することを含む。スイッチング回路８５を含む配置が、図９Ａ及び図９Ｂに描写されている。図９Ａは、図６Ａ～図６Ｆのもののような電気素子に対するスイッチング配置を描写する。簡略化のために、セラミック層３０は省略されているため、電極層のみが示されており、各電極層４１、４２、４３では、各電極群Ｇ１、Ｇ２に対する単一のフィンガー（ｉ）が描写されており（画像が、各電極層４１、４２、４３における２つの隣接するフィンガーを示すようにわずかに傾斜していると想像できる）、例えば、図９Ａは、図７Ｂと同じ印加電圧を示しているが、各層は、４１、４２、４３において単一のフィンガーを描写する。
第１のこのような方法は、第１の駆動信号及び／又は第２の駆動信号を、選択されたシーケンスに従ってそれぞれの群電気接点から接続及び接続解除するように、スイッチング回路を制御することを含む。スイッチング回路８５を含む配置が、図９Ａ及び図９Ｂに描写されている。図９Ａは、図６Ａ～図６Ｆのもののような電気素子に対するスイッチング配置を描写する。簡略化のために、セラミック層３０は省略されているため、電極層のみが示されており、各電極層４１、４２、４３では、各電極群Ｇ１、Ｇ２に対する単一のフィンガー（ｉ）が描写されており（画像が、各電極層４１、４２、４３における２つの隣接するフィンガーを示すようにわずかに傾斜していると想像できる）、例えば、図９Ａは、図７Ｂと同じ印加電圧を示しているが、各層は、４１、４２、４３において単一のフィンガーを描写する。
【0081】
図９Ａに示す配置では、スイッチ７１は、第１の群電気接点ＯＬを第３の群電気接点ＩＬに接続し、第２の電圧Ｖ２にある駆動信号が両方に供給される。スイッチ７２は、第２及び第４の群電気接点ＯＲ及びＩＲを、第１の電圧Ｖ１にある駆動信号に接続する。結果は、第１の電極群Ｇ１（４１）、Ｇ１（４２）及びＧ１（４３）が第２の電圧Ｖ２にあり、第２の電極群Ｇ２（４１）、Ｇ２（４２）及びＧ２（４３）が第１の電圧Ｖ１にあることである。第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２との間に電圧の差がある場合、印加される電圧及びスイッチ７１、７２の位置は、セラミック部材３０がｄ３３モードで偏向するようになっている。
【0082】
図９Ｂは、図９Ａのものと電気素子に対する同様のスイッチング配置を描写するが、スイッチ７１、７２の位置が変更されている。図９Ｂは、図８Ｂと同じ印加電圧を描写するが、各電極層４１、４２、４３における単一のフィンガーのみを描写することが分かる。
【0083】
図９Ｂに示す配置では、スイッチ７１は、第１の群電気接点ＯＬを第１の電圧Ｖ１にある駆動信号に接続する。第３の群電気接点ＩＬは、第２の電圧Ｖ２にある駆動信号に接続したままである。第２の群電気接点ＯＲは、第１の電圧Ｖ１にある駆動信号に接続したままであり、スイッチ７２は、第４の群電気接点ＩＲを第２の電圧Ｖ２にある駆動信号に接続するために移動している。結果は、第１及び第３の電極層４１、４３における第１及び第２の電極群Ｇ１（４１）、Ｇ１（４３）、Ｇ２（４１）、Ｇ２（４３）は、第１の電圧Ｖ１にあり、第２の電極層４２における第１及び第２の電極群Ｇ１（４２）、Ｇ２（４２）は、第２の電圧Ｖ２にあることである。Ｖ１とＶ２（Ｖ２＞Ｖ１）の間に電圧の差があるときに、印加される電圧及びスイッチ７１、７２の位置は、例えば、セラミック部材３０をｄ３１モードにおいて偏向させるようになっている。セラミック部材３０及び可撓性膜をニュートラル位置に戻すために、電圧Ｖ１及びＶ２は、印加電圧がなく、ひいてはセラミック部材に印加される電位差がないように、オフにされ得る。所望されるときに、接地に接続するための更なるスイッチのような代替的な方法もまた、実装され得る。
【0084】
図９Ａ及び図９Ｂは、本明細書に説明されるような電気素子２１、２２、２３、２４に対するスイッチング回路８５、又は電気素子などを組み込む液滴吐出装置などのＭＥＭＳデバイスを描写し、電気素子２１、２２、２３、２４は、電気アクチュエータ素子として構成されており、スイッチング回路８５は、少なくとも２つのスイッチ７１、７２を備え、群電気接点ＯＬ、ＩＬ、ＯＲ、ＩＲのうち選択された１つから少なくとも２つの駆動信号を接続及び／又は接続解除するようにし、［当該群電気接点は、電気入力として構成されている］、それによってスイッチング回路８５は、電気素子２１、２２、２３、２４が、選択されたｄ３１及び／又はｄ３３モードのシーケンスで変形されることを可能にする。スイッチング回路８５が液滴吐出装置のためのものであるときに、それは、電気素子が、選択されたｄ３１及び／又はｄ３３モードのシーケンスで変形し、それによって、可撓性膜１０を移動させ、ノズルから液滴を吐出することを可能にする。
【0085】
図９Ａ及び図９Ｂに描写されるようなスイッチング回路８５が、図６Ａ～図６Ｆにおけるもののような電気素子のためのものであると理解され得るが、更に、ショート６１、６２及び第３の電極層４３の省略により、スイッチング回路８５は、２つの電極層４１、４２を備える図２におけるもののような電気素子に対して等しく良好に機能することが理解されよう。更に、図５Ａ～図５Ｅのもののような電気素子に対して、異なる層における電極群を接続するショート６１、６２がない場合、図９Ａ～図９Ｂのものと同様の配置であるが、追加の群電気入力ＯＬ２及びＯＲ２に適切な電圧を印加するために使用するために使用され得るスイッチを更に備え、それによって複数のスイッチを含むスイッチング回路８５があるだろう。
【0086】
再度、図９Ａ及び図９Ｂを参照すると、コントローラ８６が、選択された変形モードのシーケンスを実装するために、制御信号をスイッチング回路８５に供給するように、スイッチング回路８５ためのコントローラ８６があることが分かる。このようなコントローラ８６は、事前にプログラムされたコントローラ８６であり得、制御信号をスイッチ７１、７２に提供するように、電気素子（１つ又は複数）に近接して配置され得る。更に、コントローラ８６は、液滴吐出ヘッド上に装着され得る。
【0087】
代替的に、コントローラ８６には、図９Ｂに示すように、外部コントローラ８７から情報が供給され得る。外部コントローラは、液滴吐出装置の一部であり得るが、液滴吐出ヘッドの外側に位置し得る。コントローラは、別個の制御ボードであり得るか、又は液滴吐出装置の様々な構成要素の機能を制御するように構成され得る液滴吐出装置の制御回路の一部であり得る。コントローラ８６は、システムオンチップモジュール、計算デバイス、マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、又はスイッチ７１、７２を制御するための他の任意の好適なデバイスであり得る。更に、コントローラ８６又は外部コントローラ８７は、外部プロセッサによって制御されるように構成され得る。外部プロセッサは、印刷プロセスパラメータを調整するためのユーザインターフェースを備え得、例えば、外部プロセッサが、パーソナルコンピュータ、又はユーザインターフェースを有する他の任意の好適な装置であり得る。
【0088】
更に、いくつかの配置では、第１及び第３の電極層４１、４３の電極群を接続するショート６１、６２はまた、電気素子が図２Ａ～図２Ｅ、図３Ａ～図３Ｂ及び図４Ａ～図４Ｂに描写されるもののような２層モードでか、又は図６Ａ～図６Ｆ、図７Ａ～図７Ｂ及び図８Ａ～図８Ｂに描写されるもののような３層モードで接続及び駆動され得るようにスイッチを備え得ることが理解されよう。動作における層数におけるこのような変更は、コントローラ８６によって、又は外部プロセッサから受信される入力に応答して、例えば、ユーザがアクチュエータの状態及び動作可能性に関する情報を必要とし、これを決定して動作モードを変更するための試験プログラムの実装することを望む場合に、制御され得る。更に、スイッチング回路は、３層配置に存在する３層のうちのいずれか２つを駆動して、２層モードで電気素子を変形させることができるように、スイッチを備え得ることが理解されよう。そのような柔軟性は、例えば、目的が、先で考察されるように、試験又は圧力パルスキャンセルのためのより弱い偏向を提供するときに、望ましくあり得る。
【0089】
ドライブ信号方法及びドライブ信号
電気素子を変形させるために、選択された電極群（１つ又は複数）に適切な電圧を印加する第２の方法であって、電気素子が、選択されたｄ３１及び／又はｄ３３モードのシーケンスにおいて、アクチュエータとして使用されていると理解され得る、方法は、それぞれの群電気接点ＯＬ、ＯＲ、ＩＬ、ＩＲを介して電気素子に最大４つの駆動信号ＤＯＬ、ＤＯＲ、ＤＩＬ、ＤＩＲを供給することであって、４つの駆動信号のうちの少なくとも１つにおける電圧が、選択されたシーケンスを実装するように変化する、ことを含む方法である。例えば、本方法は、
［第１の群電気接点（ＯＬ）をアドレス指定することによって、］第１の駆動信号ＤＯＬを第１の電極層４１における第１の電極群Ｇ１（４１）に供給することと、
－［第２の群電気接点（ＯＲ）をアドレス指定することによって、］第２の駆動信号ＤＯＲを第１の電極層４１における第２の電極群Ｇ２（４１）に供給することと、
－［第３の群電気接点（ＩＬ）をアドレス指定することによって、］第３の駆動信号ＤＩＬを第２の電極層４２における第１の電極群Ｇ１（４２）に供給することと、
－［第４の群電気接点（ＩＲ）をアドレス指定することによって、］第４の駆動信号ＤＩＲを第２の電極層４２における第２の電極群Ｇ２（４２）に供給することと、を含み得る。
電気素子を変形させるために、選択された電極群（１つ又は複数）に適切な電圧を印加する第２の方法であって、電気素子が、選択されたｄ３１及び／又はｄ３３モードのシーケンスにおいて、アクチュエータとして使用されていると理解され得る、方法は、それぞれの群電気接点ＯＬ、ＯＲ、ＩＬ、ＩＲを介して電気素子に最大４つの駆動信号ＤＯＬ、ＤＯＲ、ＤＩＬ、ＤＩＲを供給することであって、４つの駆動信号のうちの少なくとも１つにおける電圧が、選択されたシーケンスを実装するように変化する、ことを含む方法である。例えば、本方法は、
［第１の群電気接点（ＯＬ）をアドレス指定することによって、］第１の駆動信号ＤＯＬを第１の電極層４１における第１の電極群Ｇ１（４１）に供給することと、
－［第２の群電気接点（ＯＲ）をアドレス指定することによって、］第２の駆動信号ＤＯＲを第１の電極層４１における第２の電極群Ｇ２（４１）に供給することと、
－［第３の群電気接点（ＩＬ）をアドレス指定することによって、］第３の駆動信号ＤＩＬを第２の電極層４２における第１の電極群Ｇ１（４２）に供給することと、
－［第４の群電気接点（ＩＲ）をアドレス指定することによって、］第４の駆動信号ＤＩＲを第２の電極層４２における第２の電極群Ｇ２（４２）に供給することと、を含み得る。
【0090】
このような駆動信号のいくつかの非限定的な例が、図１０Ａ～図１５Ｅに描写されており、以下に説明される。第３の電極層４３がある場合、追加の一対の駆動信号を使用して第３の層を駆動し得ることが理解されよう。代替的に、図６Ａ～図６Ｆに示すように、３つの層における電極群は、４つの駆動信号のみが必要とされるように、好適に電子的に接続され得る。
【0091】
概して、必要なのは、電気アクチュエータ素子が、深さを有するセラミック部材３０を備え、セラミック部材３０が、少なくとも１つの層３１と、動作中に、セラミック部材３０の少なくとも一部分を通して、電位差が確立され得るように、セラミック部材３０の少なくとも１つの層３１に隣接して配設されたて配置された第１及び第２の電極層と、を備える電気アクチュエータ素子のための駆動信号である。電気アクチュエータ素子２０、２１、２２、２３、２４は、可撓性膜１０に隣接して配置され、第１の電極層４１は、第１の電極群Ｇ１（４１）及び第２の電極群Ｇ２（４１）を備え、第１及び第２の電極群Ｇ１（４１）、Ｇ２（４１）のうちの一方は、少なくとも１つのフィンガーを備え、第１及び第２の電極群Ｇ１（４１）、Ｇ２（４１）のうちの他方は、少なくとも２つのフィンガーを備え、第１及び第２の電極群Ｇ１（４１）、Ｇ２（４１）のフィンガーは、第１の電極層４１において交互に配置されている。
【0092】
第２の電極層４２は、第１の電極群Ｇ１（４２）及び第２の電極群Ｇ２（４２）を備え、第１及び第２の電極群Ｇ１（４２）、Ｇ２（４２）のうちの一方は、少なくとも１つのフィンガーを備え、第１及び第２の電極群Ｇ１（４２）、Ｇ２（４２）のうちの他方は、少なくとも２つのフィンガーを備える。第１及び第２の電極群Ｇ１（４２）、Ｇ２（４２）のフィンガーは、第２の電極層において交互に配置されている。各電極群Ｇ１（４１）、Ｇ２（４１）、Ｇ１（４２）、Ｇ２（４２）、当該群における全てのフィンガーは、互いに、かつ群電気入力ＯＬ、ＯＲ、ＩＬ、ＩＲに電気的に接続され、それぞれの群間に電位差を確立するためにそれぞれの電極群を選択することによって、セラミック部材が、ｄ３１モード又はｄ３３モードで変形することができ、駆動信号が、最大４つの駆動信号ＤＯＬ、ＤＯＲ、ＤＩＬ、ＤＩＲを備え、それによって駆動信号が群電気接点ＯＬ、ＯＲ、ＩＬ、ＩＲのうちの１つに供給され、４つの駆動信号のうちの少なくとも１つの電圧は、それぞれの電極群間に電位差を確立し、それによって、選択されたｄ３１及びｄ３３モードのシーケンスでセラミック部材３０を変形させ、それによって可撓性膜１０を移動させるように変化する。スイッチング回路ではなく、このように複数の駆動波形を使用することは、スイッチング回路及び接続はもはや必要ではなくなるため、ダイ上で使用される空間の観点から有利であり得る。また、用途に応じて良好な設計柔軟性を可能にし、駆動信号の異なる組み合わせを使用して、所望の効果を創出し、アクチュエータ性能を微調整することができる。
【0093】
最初に図１０Ａを考慮すると、これは、（群電気接点ＯＬに供給され、ひいては第１の電極層４１の第１の電極群Ｇ１（４１）に供給される）第１の駆動信号ＤＯＬ、（群電気接点ＯＲに供給され、ひいては第１の電極層４１の第２の電極Ｇ２（４１）に供給される）第２の駆動信号ＤＯＲ、（群電気接点ＩＬに供給され、ひいては第２の電極層４２の第１の電極群Ｇ１（４２）に供給される）第３の駆動信号ＤＩＬ、及び（群電気接点ＩＲに供給され、ひいては第２の電極層４２の電極群Ｇ２（４２）に供給される）第４の駆動信号ＤＩＲを含む、電気アクチュエータ素子のための駆動信号を描写する。明確にするために、駆動信号ＤＯＬ、ＤＯＲ、ＤＩＬ、及びＤＩＲは、図１０Ａの垂直軸上でシフトして描写され、互いに区別され得る。この例では、駆動信号ＤＩＬ及びＤＩＲの２つの電圧は、それらが、セラミック部材３０をｄ３１モードで変形させ、他の２つの駆動信号が、例えば、第１の電圧Ｖ１などの定電圧に維持されるように、経時的に変化する。
【0094】
図１０Ｂは、電気素子の変位を描写し（変位は、図１０Ａの駆動信号に応答して達成された総変位の割合として示される）、図１０Ｃは、群電気接点ＯＬ、ＯＲ、ＩＬ、ＩＲを通して、図６Ａ～図６Ｆのもののような電気素子に印加されるときの駆動信号の３つの段階Ｍ、Ｎ、及びＯにおける印加電圧を描写する。図１０Ｃは、図９Ａ及び図９Ｂと同じ表現方法を使用し、各電極層４１、４２、４３の各電極群の単一のフィンガー（ｉ）が示されており、陰影は、印加電圧、第１の電圧Ｖ１（灰色）又は第２の電圧Ｖ２（黒色）を示す。
【0095】
先で考察されるように、可撓性膜１０は流体チャンバの一部を形成し、液滴を吐出するためにｄ３１モードで駆動される場合、可撓性膜１０が流体チャンバ内に下に偏向するように、作動イベントの前にｄ３１モードで変形されたセラミック部材３０を保持することが望ましくあり得る。これは、図１０Ａ及び図１０Ｂの段階Ｍ、及び図１０Ｃの概略図に示される。そのため、第１の駆動信号ＤＯＬは、第１の保持信号ＨＯＬを含み、第２の駆動信号ＤＯＲは、第２の保持信号ＨＯＲを含み、第３の駆動信号ＤＩＬは、第３の保持信号ＨＩＬを含み、第４の駆動信号ＤＩＲは、第４の保持信号ＨＩＲを含む。保持信号ＨＯＬ、ＨＯＲ、ＨＩＬ、ＨＩＲは、持続時間ｄを有する。第１及び第２の保持信号ＨＯＬ、ＨＯＲは、第１の電圧Ｖ１にあり、第３及び第４の保持信号ＨＩＬ、ＨＩＲは、第２の電圧Ｖ２にあり、Ｖ２＞Ｖ１であり、そのため、駆動信号ＤＯＬ、ＤＯＲ、ＤＩＬ、ＤＩＲがセラミック部材３０に供給されるときに、それがｄ３１モードで、例えば、持続時間ｄの間、ｄ３１オンで変形される。
【0096】
選択された持続時間ｄは、作動イベント又はセラミック部材３０の他の移動が必要とされるまで、ｄ３１モードで変形されたセラミック部材３０を保持することである。動作要件に応じて、持続時間ｄは、変化し得る。多数の作動イベントが互いに密接に連続して続く場合、保持信号の持続時間ｄが短くあり得るか、又は省略され得るか、又は各開始イベント後の一連の後パルスが同様に／代わりに使用され得ることが理解されよう。更に、いくつかの実装では、セラミック部材３０は、代わりに、作動イベントの前及び／又は間にニュートラル位置に保持され得、代わりに、前パルス又は一連の前パルスを使用して、作動イベントの前にｄ３１モードでセラミック部材３０を変形し得ることが理解されよう。
【0097】
図１０Ａから、ｄ３１モードでの作動のための駆動シーケンスは、以下のようであり得ることが分かる。
【0098】
第１の段階Ｍ：第３及び第４の駆動信号ＤＩＬ、ＤＩＲは、第２の電圧Ｖ２にあり、第１の駆動信号ＤＯＬ及び第２の駆動信号ＤＯＲは、第１の電圧Ｖ１にあり、Ｖ２＞Ｖ１である。これらの電圧は、ある長さの時間の間保持され、図１０Ｂから、結果として、セラミック部材３０が、ｄ３１変形（下）位置（第１の段階Ｍは、－１００％変位にある）に保持されていることが分かる。次いで、
第２の段階Ｎ：時間ｔ＝ｔ１で、第３及び第４の駆動信号ＤＩＬ、ＤＩＲは、４つの駆動信号ＤＩＬ、ＤＩＲ、ＤＯＬ、ＤＯＲ全てが第１の電圧Ｖ１にあるように、持続時間ｄ１の間、電圧Ｖ１に切り替えられて、それに応答して、セラミック部材３０は、ｔ＝ｔ１（変位０％、図１０Ｂを参照）で、持続時間ｄ１の間、ニュートラルな未変形位置に移動する。
第２の段階Ｎ：時間ｔ＝ｔ１で、第３及び第４の駆動信号ＤＩＬ、ＤＩＲは、４つの駆動信号ＤＩＬ、ＤＩＲ、ＤＯＬ、ＤＯＲ全てが第１の電圧Ｖ１にあるように、持続時間ｄ１の間、電圧Ｖ１に切り替えられて、それに応答して、セラミック部材３０は、ｔ＝ｔ１（変位０％、図１０Ｂを参照）で、持続時間ｄ１の間、ニュートラルな未変形位置に移動する。
【0099】
第３段Ｏ：次いで、ｔ＝ｔ１＋ｄ１で、第３及び第４の駆動信号ＤＩＬ、ＤＩＲは、第２の電圧Ｖ２に戻り、電気素子は、ｄ３１変形下位置に戻る。
【0100】
【0101】
まとめると、液滴を吐出するように、圧電部材をｄ３１モードで駆動するときに、ｄ３１変形モード位置から開始し、駆動信号は、以下のよう、すなわち、開始時間ｔ＝ｔ１で、第３の駆動信号ＤＩＬ及び第４の駆動信号ＤＩＲが、同時に、持続時間ｄ１の間、第２の電圧Ｖ２から第１の電圧Ｖ１に切り替わり、次いで、第３の駆動信号ＤＩＬ及び第４の駆動信号ＤＩＲは、同時に、第２の電圧Ｖ２に戻り、例えば、セラミック部材３０は、ｄ３１オフ、持続時間ｄ１の間、ニュートラ未変形位置に移動し、次いで、再度ｄ３１オンを経験する。
【0102】
図１０の電気素子が、液滴吐出装置ための電気アクチュエータ素子である場合、可撓性膜は、段階Ｍで流体チャンバへの偏向を開始し、次いで、段階Ｎでニュートラル位置に移動し、チャンバ体積を増加させ、流体を引き込み（ドロー）、段階Ｏで偏向された位置に戻ると、チャンバ体積を低減させ、持続時間ｄ１及びＶ２とＶ１の間の電圧の差が十分である場合、流体の液滴が、ノズルを介して流体チャンバから吐出（プッシュ）される。
【0103】
ここで、図１１を参照すると、これは、電気アクチュエータ素子として作用する電気素子の図１０と同様の一連の画像を含むが、ここでは、駆動信号により、セラミック部材３０がｄ３３モードで変形するようにする。図１１Ａは、それぞれ第１、第２、第３、及び第４の駆動信号ＤＯＬ、ＤＯＲ、ＤＩＬ、ＤＩＲを含む駆動信号を描写する。図１１Ｂは、図１１Ａの駆動信号に応答した電気素子の変位率を描写する。図１１Ｃ及び図１１Ｄは、図９Ａ及び図９Ｂと同じ表現方法を使用して、図１１Ａの駆動信号に応答した図６Ａ～図６Ｆのもののような電気素子に印加された電圧を描写し、各電極層４１、４２、４３の各電極群の単一のフィンガー（ｉ）が示されており、陰影は、印加電圧、第１の電圧Ｖ１（灰色）又は第２の電圧Ｖ２（黒色）を示す。
【0104】
図１１から分かるように、
第１の段階Ｍ：電気素子は、セラミック部材３０にわたって電位差がないニュートラル位置で開始し、例えば、第１、第２、第３及び第４の駆動信号ＤＯＬ、ＤＯＲ、ＤＩＬ、ＤＩＲは、全て第１の電圧Ｖ１にある。その後に、
第２の段階Ｎ：時間ｔ＝ｔ１で、第１の駆動信号ＤＯＬ及び第３の駆動信号ＤＩＬは、同時に、持続時間ｄ１の間、第１の電圧Ｖ１から第２の電圧Ｖ２に切り替わる（セラミック部材をｄ３３モードで変形させる）。
第１の段階Ｍ：電気素子は、セラミック部材３０にわたって電位差がないニュートラル位置で開始し、例えば、第１、第２、第３及び第４の駆動信号ＤＯＬ、ＤＯＲ、ＤＩＬ、ＤＩＲは、全て第１の電圧Ｖ１にある。その後に、
第２の段階Ｎ：時間ｔ＝ｔ１で、第１の駆動信号ＤＯＬ及び第３の駆動信号ＤＩＬは、同時に、持続時間ｄ１の間、第１の電圧Ｖ１から第２の電圧Ｖ２に切り替わる（セラミック部材をｄ３３モードで変形させる）。
【0105】
第３の段階Ｏ：次いで、持続時間ｄ１の後、第１及び第３の駆動信号ＤＯＬ、ＤＩＬは、第１の電圧Ｖ１に戻る（また、セラミック部材３０は、ニュートラル位置に戻る）。
これは、図１１Ｂから分かるように、ｄ３３オフのニュートラルな位置で開始し、ｄ３３オン（ドロー）に切り替え、次いで、ｄ３３オフ（プッシュ）に戻る変形サイクルである。電気アクチュエータ素子が液滴吐出のために使用されている場合、これは、セラミック部材３０が上に変形して流体チャンバの体積が増加する際のそこへの流体のドロー、セラミック部材３０がニュートラルな位置に戻るように下に移動してチャンバの体積が減少する際のそこからの流体のプッシュと同等であり、Ｖ１とＶ２との間の電圧差及び持続時間ｄ１が十分である場合、この駆動信号は液滴吐出イベントを引き起こす。
これは、図１１Ｂから分かるように、ｄ３３オフのニュートラルな位置で開始し、ｄ３３オン（ドロー）に切り替え、次いで、ｄ３３オフ（プッシュ）に戻る変形サイクルである。電気アクチュエータ素子が液滴吐出のために使用されている場合、これは、セラミック部材３０が上に変形して流体チャンバの体積が増加する際のそこへの流体のドロー、セラミック部材３０がニュートラルな位置に戻るように下に移動してチャンバの体積が減少する際のそこからの流体のプッシュと同等であり、Ｖ１とＶ２との間の電圧差及び持続時間ｄ１が十分である場合、この駆動信号は液滴吐出イベントを引き起こす。
【0106】
電気素子が、ｄ３３モード又はｄ３１モードのいずれかで駆動され得るように構成されている場合、この能力を使用して、両方の変形モードの組み合わせにおいてセラミック部材３０を駆動する駆動信号を開発することができることが理解されよう。可能であろう複数の順列があり、図１２Ａ～図１５Ｅに例示され、かつ以下で考察される駆動信号は、セラミック部材３０がｄ３１及びｄ３３の変形のシーケンスで移動するであろう限られた一連の駆動信号を説明する。
【0107】
モード１：
ここで、図１２を考慮すると、これは、図１０Ａ～図１０Ｄ及び図１１Ａ～図１１Ｄのものと同様の一連の図を含むが、セラミック部材が、モード１と称されるｄ３３モードとｄ３１モードの組み合わせにおいて変形されている。前の図に示すように、図１２Ｃは、段階Ｍ（及び段階Ｐ）での各電極層４１、４２、４３の各電極群における単一のフィンガーでの電圧を描写し、同様に、図１２Ｄは、段階Ｎでの電圧を示し、図１２Ｅは、段階Ｏでの電圧を描写する。図１２Ａは、モード１変形を達成するための駆動信号を描写する。
ここで、図１２を考慮すると、これは、図１０Ａ～図１０Ｄ及び図１１Ａ～図１１Ｄのものと同様の一連の図を含むが、セラミック部材が、モード１と称されるｄ３３モードとｄ３１モードの組み合わせにおいて変形されている。前の図に示すように、図１２Ｃは、段階Ｍ（及び段階Ｐ）での各電極層４１、４２、４３の各電極群における単一のフィンガーでの電圧を描写し、同様に、図１２Ｄは、段階Ｎでの電圧を示し、図１２Ｅは、段階Ｏでの電圧を描写する。図１２Ａは、モード１変形を達成するための駆動信号を描写する。
【0108】
第１の段階Ｍ：第１、第２、第３、及び第４の駆動信号ＤＯＬ、ＤＯＲ、ＤＩＬ、ＤＩＲは全て、第１の電圧Ｖ１で開始するが、図１２Ｂから、第１の段階Ｍでは、全ての電極群における全てのフィンガーに対して電圧は、Ｖ１であり、セラミック部材は、そのニュートラルな未変形状態になることも分かる。その後に、
第２の段階Ｎ：時間ｔ＝ｔ１で、第１の駆動信号ＤＯＬ及び第３の駆動信号ＤＩＬは、同時に、第１の電圧Ｖ１から第２の電圧Ｖ２（ｄ３３オン）に切り替わり、各電極層４１、４２、４３における一方の電極群における全てのフィンガーの電圧は、第１の電圧Ｖ１にあり、各電極層４１、４２、４３における他方の電極群における全てのフィンガーは、第２の電圧Ｖ２にあり、セラミック部材３０は、ｄ３３モードで変形する（どの電極群が、第１の電圧Ｖ１にあり、どの電極群が第２の電圧Ｖ２にあるかは、各層４１、４２における同じ電極群が同じ電圧にある限り、問題ではなく、例えば、図７Ａに示すように、電極群が、第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２との間で交互になり、一連の列９１（ｉ）、９２（ｉ）、９１（ｉｉ）、９２（ｉｉ）を形成することなどであり、同じ列における全ての電極フィンガーが同じ電圧にあることに留意されたい）。
第２の段階Ｎ：時間ｔ＝ｔ１で、第１の駆動信号ＤＯＬ及び第３の駆動信号ＤＩＬは、同時に、第１の電圧Ｖ１から第２の電圧Ｖ２（ｄ３３オン）に切り替わり、各電極層４１、４２、４３における一方の電極群における全てのフィンガーの電圧は、第１の電圧Ｖ１にあり、各電極層４１、４２、４３における他方の電極群における全てのフィンガーは、第２の電圧Ｖ２にあり、セラミック部材３０は、ｄ３３モードで変形する（どの電極群が、第１の電圧Ｖ１にあり、どの電極群が第２の電圧Ｖ２にあるかは、各層４１、４２における同じ電極群が同じ電圧にある限り、問題ではなく、例えば、図７Ａに示すように、電極群が、第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２との間で交互になり、一連の列９１（ｉ）、９２（ｉ）、９１（ｉｉ）、９２（ｉｉ）を形成することなどであり、同じ列における全ての電極フィンガーが同じ電圧にあることに留意されたい）。
【0109】
第３の段階Ｏ：次いで、持続時間ｄ２の後、第１の駆動信号ＤＯＬは、第１の電圧Ｖ１に戻り、同時に、第４の駆動信号ＤＩＲは、第１の電圧Ｖ１から第２の電圧Ｖ２（ｄ３３オフ及びｄ３１オン）に切り替わり、第１及び第３の電極層４１、４３は、第１の電圧Ｖ１にあり、第２の電極層４２は、第２の電圧Ｖ２にあり、それによってセラミック部材はｄ３１モードで変形する。最後に、
第４の段階Ｐ：持続時間ｄ３の後、第３の駆動信号ＤＩＬ及び第４の駆動信号ＤＩＲは、第２の電圧Ｖ２から第１の電圧Ｖ１（ｄ３３及びｄ３１オフ）に切り替わり、図１２Ｃから、段階Ｐでは、段階Ｍとして、全ての電極群における全てのフィンガーに対する電圧がＶ１であり、セラミック部材３０はそのニュートラルな未変形状態になることが分かる。
第４の段階Ｐ：持続時間ｄ３の後、第３の駆動信号ＤＩＬ及び第４の駆動信号ＤＩＲは、第２の電圧Ｖ２から第１の電圧Ｖ１（ｄ３３及びｄ３１オフ）に切り替わり、図１２Ｃから、段階Ｐでは、段階Ｍとして、全ての電極群における全てのフィンガーに対する電圧がＶ１であり、セラミック部材３０はそのニュートラルな未変形状態になることが分かる。
【0110】
このような駆動信号を使用して、モード１でセラミック部材３０を変形させる方法は、セラミック部材３０が、ｄ３３及びｄ３１変形モードオフのニュートラル位置にあることから開始することと、次いで、４つの駆動信号を群電気接点に供給して、継続時間ｄ２の間、ｄ３３変形モードをオンに切り替え、次いで、同時に、持続時間ｄ３の間、ｄ３３変形モードオフ及びｄ３１変形モードオンに切り替え、次いで、ｄ３１変形モードオフに切り替え、ｄ３３及びｄ３１変形モードを両方ともオフにしてニュートラル位置に戻るようにすることと、を含む。
【0111】
モード２：
図１３Ａ～図１３Ｄを考慮すると、これらは、図１０Ａ～図１２Ｅのものと同様の一連の図を含むが、セラミック部材３０は、図１２Ａ～図１２Ｅのものとは異なり、モード２と称されるｄ３３モード及びｄ３１モードの組み合わせにおいて変形される。図１３Ｃは、段階Ｍ（及び段階Ｏ）での各電極層４１、４２、４３における各電極群における単一のフィンガー（ｉ）での電圧を示し、図１３Ｄは、同様に、段階Ｎでの電圧を示す。図１３Ａから、以下のことが分かる。
図１３Ａ～図１３Ｄを考慮すると、これらは、図１０Ａ～図１２Ｅのものと同様の一連の図を含むが、セラミック部材３０は、図１２Ａ～図１２Ｅのものとは異なり、モード２と称されるｄ３３モード及びｄ３１モードの組み合わせにおいて変形される。図１３Ｃは、段階Ｍ（及び段階Ｏ）での各電極層４１、４２、４３における各電極群における単一のフィンガー（ｉ）での電圧を示し、図１３Ｄは、同様に、段階Ｎでの電圧を示す。図１３Ａから、以下のことが分かる。
【0112】
第１の段階Ｍ：第１及び第２の駆動信号ＤＯＬ、ＤＯＲは、第１の電圧Ｖ１にあり、第３及び第４の駆動信号であり、ＤＩＬ、ＤＩＲは、第２の電圧Ｖ２にあり、そのため、図１３Ｂの負変位によって示されるように、セラミック部材３０がｄ３１モードで下に変形される。
【0113】
第２の段階Ｎ：時間ｔ＝ｔ１で、図１３Ｂに見られるように、第１の駆動信号ＤＯＬは、持続時間ｄ１の間、第１の電圧Ｖ１から第２の電圧Ｖ２に切り替わり、同時に、第４の駆動信号ＤＩＲは、持続時間ｄ１の間、第２の電圧Ｖ２から第１の電圧Ｖ１（ｄ３１オフ、ｄ３３オン）に切り替わり、セラミック部材３０は、ｄ３３モードで上に変形させる。
【0114】
第３の段階Ｏ：ｔ＝ｔ１＋ｄ１で、第１の駆動信号ＤＯＬは、第１の電圧Ｖ１に戻り、第４の駆動信号ＤＩＲは、第２の電圧Ｖ２（ｄ３３オフ、ｄ３１オン）に戻り、セラミック部材３０は、ｄ３１モードで下への変形に戻る。
【0115】
したがって、モード２でセラミック部材３０を変形させるための方法は、セラミック部材３０がｄ３１モードで下に変形した状態で開始することと、次いで、持続時間ｄ１の間、ｄ３１変形オフに切り替え、かつｄ３３変形オンに切り替えることと、次いで、同時に、ｄ３３変形オフ及びｄ３１変形オンに切り替えることと、を含む。
【0116】
【0117】
第１の段階Ｍ：図１４Ａから、モード１に関して、第１、第２、第３、及び第４の駆動信号ＤＯＬ、ＤＯＲ、ＤＩＬ、ＤＩＲは全て、第１の電圧Ｖ１で開始し、セラミック部材３０は、ニュートラル位置にあることが分かる（図１４Ｂを参照）。その後に、
第２の段階Ｎ：ｔ＝ｔ１で、第３の駆動信号ＤＩＬ及び第４の駆動信号ＤＩＲは、同時に、持続時間ｄ４の間、第１の電圧Ｖ１から第２の電圧Ｖ２に切り替わる（Ｄ３１オン、Ｄ３３オフ）。
第２の段階Ｎ：ｔ＝ｔ１で、第３の駆動信号ＤＩＬ及び第４の駆動信号ＤＩＲは、同時に、持続時間ｄ４の間、第１の電圧Ｖ１から第２の電圧Ｖ２に切り替わる（Ｄ３１オン、Ｄ３３オフ）。
【0118】
第３の段階Ｏ：持続時間ｄ４の後、第４の駆動信号ＤＩＲは、第２の電圧Ｖ２から第１の電圧Ｖ１に切り替わり、同時に、第１の駆動信号ＤＯＬは、第１の電圧Ｖ１から第２の電圧Ｖ２に切り替わる（ｄ３１オフ、ｄ３３オン）。その後に、
第４の段階Ｐ：持続時間ｄ５の後、第１の駆動信号ＤＯＬは、第２の電圧Ｖ２から第１の電圧Ｖ１に切り替わり、同時に、第４の駆動信号ＤＩＲは、第１の電圧Ｖ１から第２の電圧Ｖ２に切り替わる（ｄ３１オン、ｄ３３オフ）。最後に、
第５の段階Ｑ：持続時間ｄ６の後、第３の駆動信号ＤＩＬ及び第４の駆動信号ＤＩＲは、同時に、第２の電圧Ｖ２から第１の電圧Ｖ１（ｄ３１オフ、ｄ３３オフ）に切り替わり、セラミック部材３０はニュートラル位置に戻る。
第４の段階Ｐ：持続時間ｄ５の後、第１の駆動信号ＤＯＬは、第２の電圧Ｖ２から第１の電圧Ｖ１に切り替わり、同時に、第４の駆動信号ＤＩＲは、第１の電圧Ｖ１から第２の電圧Ｖ２に切り替わる（ｄ３１オン、ｄ３３オフ）。最後に、
第５の段階Ｑ：持続時間ｄ６の後、第３の駆動信号ＤＩＬ及び第４の駆動信号ＤＩＲは、同時に、第２の電圧Ｖ２から第１の電圧Ｖ１（ｄ３１オフ、ｄ３３オフ）に切り替わり、セラミック部材３０はニュートラル位置に戻る。
【0119】
したがって、モード３でセラミック部材３０を変形させる方法は、セラミック部材３０がニュートラル位置にある状態で開始することと、次いで、持続時間ｄ４の間、ｄ３１オンに切り替えることと、次いで、同時に、持続時間ｄ５の間、ｄ３１オフ及びｄ３３オンに切り替えることと、次いで、持続時間ｄ６の間、ｄ３１オン及びｄ３３オフに切り替えることと、次いで、ｄ３１オフに切り替えて、セラミック部材がニュートラル位置に戻るようにすることと、を含む。
【0120】
モード４：
最後に、図１５Ａ～１５Ｅを考慮すると、これらは、モード４を描写する。
最後に、図１５Ａ～１５Ｅを考慮すると、これらは、モード４を描写する。
【0121】
第１の段階Ｍ：ＭＯＤＥ２に関して、ＭＯＤＥ４は、第１及び第２の駆動信号ＤＯＬ、ＤＯＲが第１の電圧Ｖ１にあり、かつ第３及び第４の駆動信号ＤＩＬ、ＤＩＲが第２の電圧Ｖ２にある状態で開始し、（例えば、そのため、セラミック部材３０がｄ３１モードで下に変形される）、次いで、
第２の段階Ｎ：ｔ＝ｔ１で、第３の駆動信号ＤＩＬ及び第４の駆動信号ＤＩＲは、同時に、持続時間ｄ４の間、第２の電圧Ｖ２から第１の電圧Ｖ１に切り替え、それによって、セラミック部材３０が、持続時間ｄ４の間、ニュートラル位置に移動するように、ｄ３１オフに切り替え、次いで、
第３の段階Ｏ：ｔ＝ｔ１＋ｄ４で、第１の駆動信号ＤＯＬ及び第３の駆動信号ＤＩＬは、同時に、持続時間ｄ５の間、第１の電圧Ｖ１から第２の電圧Ｖ２（ｄ３３オン、セラミック部材３０が上に変形）に切り替わり、その後に、
第４の段階Ｐ：ｔ＝ｔ１＋ｄ４＋ｄ５で、第１の駆動信号ＤＯＬ及び第３の駆動信号ＤＩＬは、次いで、第１の電圧Ｖ１に戻り、ｄ３３オフに切り替え、持続時間ｄ６の間、ニュートラル位置に戻り、最後に、
第５の段階Ｑ：ｔ＝ｔ１＋ｄ４＋ｄ５＋ｄ６で、第３の駆動信号ＤＩＬ及び第４の駆動信号ＤＩＲは、同時に、第１の電圧Ｖ１から第２の電圧Ｖ２に切り替わり、ｄ３１オンに切り替えることによってセラミック部材３０を下に変形させる。図１５Ａから分かるように、第３の駆動信号ＤＩＬ及び第４の駆動信号ＤＩＲは、同時に、持続時間ｄ４の間、第２の電圧Ｖ２から第１の電圧Ｖ１に切り替わり、その後に、持続時間ｄ４の後、第１の駆動信号ＤＯＬ及び第３の駆動信号ＤＩＬは、同時に、持続時間ｄ５の間、第１の電圧Ｖ１から第２の電圧Ｖ２に切り替わり、次いで、第１の電圧Ｖ１に戻り、その後に、持続時間ｄ６の後、第３の駆動信号ＤＩＬ及び第４の駆動信号ＤＩＲは、同時に、第１の電圧Ｖ１から第２の電圧Ｖ２に同時に切り替わる。
第２の段階Ｎ：ｔ＝ｔ１で、第３の駆動信号ＤＩＬ及び第４の駆動信号ＤＩＲは、同時に、持続時間ｄ４の間、第２の電圧Ｖ２から第１の電圧Ｖ１に切り替え、それによって、セラミック部材３０が、持続時間ｄ４の間、ニュートラル位置に移動するように、ｄ３１オフに切り替え、次いで、
第３の段階Ｏ：ｔ＝ｔ１＋ｄ４で、第１の駆動信号ＤＯＬ及び第３の駆動信号ＤＩＬは、同時に、持続時間ｄ５の間、第１の電圧Ｖ１から第２の電圧Ｖ２（ｄ３３オン、セラミック部材３０が上に変形）に切り替わり、その後に、
第４の段階Ｐ：ｔ＝ｔ１＋ｄ４＋ｄ５で、第１の駆動信号ＤＯＬ及び第３の駆動信号ＤＩＬは、次いで、第１の電圧Ｖ１に戻り、ｄ３３オフに切り替え、持続時間ｄ６の間、ニュートラル位置に戻り、最後に、
第５の段階Ｑ：ｔ＝ｔ１＋ｄ４＋ｄ５＋ｄ６で、第３の駆動信号ＤＩＬ及び第４の駆動信号ＤＩＲは、同時に、第１の電圧Ｖ１から第２の電圧Ｖ２に切り替わり、ｄ３１オンに切り替えることによってセラミック部材３０を下に変形させる。図１５Ａから分かるように、第３の駆動信号ＤＩＬ及び第４の駆動信号ＤＩＲは、同時に、持続時間ｄ４の間、第２の電圧Ｖ２から第１の電圧Ｖ１に切り替わり、その後に、持続時間ｄ４の後、第１の駆動信号ＤＯＬ及び第３の駆動信号ＤＩＬは、同時に、持続時間ｄ５の間、第１の電圧Ｖ１から第２の電圧Ｖ２に切り替わり、次いで、第１の電圧Ｖ１に戻り、その後に、持続時間ｄ６の後、第３の駆動信号ＤＩＬ及び第４の駆動信号ＤＩＲは、同時に、第１の電圧Ｖ１から第２の電圧Ｖ２に同時に切り替わる。
【0122】
本明細書に説明されるモードは、可能な動作モード、並びにそれらに関連する方法及び駆動信号の小さいサブ選択であることが理解されよう。これらは、駆動波形の一式を提供することによって、設計及び動作性能の柔軟性を提供する。当業者は、ｄ３１及び／又はｄ３３モードでセラミック部材を変形させ、それによって電気素子を電気アクチュエータ素子として使用するための好適な駆動信号及び方法を開発し得る。セラミック部材３０、ひいては可撓性膜１０が変形位置で開始することが要求される場合、駆動信号ＤＯＬ、ＤＯＲ、ＤＩＬ、ＤＩＲは、必要に応じて、第１及び第２の電圧Ｖ１、Ｖ２の適切な組み合わせにおいて、それぞれ適切な保持信号ＨＯＬ、ＨＯＲ、ＨＩＬ、ＨＩＲを含んで、ｄ３３又はｄ３１モードでセラミック部材３０を変形させ得る。
【0123】
更に、本明細書に説明される駆動波形は、例えば、クロストークに対処するため、追加の流体プライミング及び機能性を提供するため、又は作動イベントの前にセラミック部材３０をある位置から別の位置へ移動させるために、前パルス及び後パルスを追加的に含み得る。複数のこのような駆動波形は、互いにつながって、一連の変形イベント、ひいては、必要に応じて作動イベントを形成し得る。好適な保持信号は、シーケンスにおいて、次の変形イベントの前に、セラミック部材を必要な位置に保持するように、液滴吐出イベントの間に使用され得ることが理解されよう。本明細書に説明される駆動信号のうちのいずれも、少なくとも１つの流体チャンバを備える液滴吐出装置に供給され得、少なくとも１つの流体チャンバは、流体入口、電気素子、及びそこからの液滴吐出のためのノズルを備え、適切な駆動信号に応答した可撓性膜の移動は、ノズルからの流体液滴の吐出を引き起こすと理解されよう。
【0124】
センサモード
先で説明されるように、本明細書に説明される電気素子２０、２１、２２、２３、２４は、電気アクチュエータ素子として使用されないときに、アイドル時間で電気センサ素子として動作し得る。代替的に、電気センサ素子として構成された電気素子と、電気素子が電気センサ素子であり、群電気接点（１つ又は複数）が電気出力として構成されるように構成されたＭＥＭＳデバイスとがあり得る。両方の場合で、当該電気センサ素子を使用して感知する方法があり得、電気センサ素子は、
ａ）セラミック部材３０であって、セラミック部材３０が、深さを有する少なくとも１つのセラミック層３１を備える、セラミック部材３０と、
ｂ）動作中に、セラミック層３１の少なくとも一部分を通して電位差が確立され得るように、深さ方向において、少なくとも１つのセラミック層３１に隣接して配設された第１及び第２の電極層４１、４２と、を備え、
電気センサ素子２０、２１、２２、２３、２４は、可撓性膜１０に隣接して配置される。第１の電極層４１は、第１の電極群Ｇ１（４１）及び第２の電極群Ｇ２（４１）を備え、第１及び第２の電極群Ｇ１（４１）、Ｇ２（４１）のうちの一方は、少なくとも１つのフィンガーを備え、第１及び第２の電極群のうちの他方は、少なくとも２つのフィンガーを備え、第１の電極群Ｇ１（４１）、Ｇ２（４１）は、相互嵌合方向８１において、第１の電極層４１において交互に配置される。第２の電極層４２は、第１の電極群Ｇ１（４２）及び第２の電極群Ｇ２（４２）を備え、第１及び第２の電極群Ｇ１（４２）、Ｇ２（４２）のうちの一方は、少なくとも１つのフィンガーを備え、第１及び第２の電極群のうちの他方は、少なくとも２つのフィンガーを備え、第１の電極群Ｇ１（４２）、Ｇ２（４２）は、相互嵌合方向８１において、第２の電極層４２において交互に配置され、各電極群Ｇ１（４１）、Ｇ２（４１）、Ｇ１（４２）、Ｇ２（４２）について、群における全てのフィンガーは、（共通コネクタを通して）互いに、かつ群電気接点ＯＬ、ＯＲ、ＩＬ、ＩＲに電気的に接続される。
先で説明されるように、本明細書に説明される電気素子２０、２１、２２、２３、２４は、電気アクチュエータ素子として使用されないときに、アイドル時間で電気センサ素子として動作し得る。代替的に、電気センサ素子として構成された電気素子と、電気素子が電気センサ素子であり、群電気接点（１つ又は複数）が電気出力として構成されるように構成されたＭＥＭＳデバイスとがあり得る。両方の場合で、当該電気センサ素子を使用して感知する方法があり得、電気センサ素子は、
ａ）セラミック部材３０であって、セラミック部材３０が、深さを有する少なくとも１つのセラミック層３１を備える、セラミック部材３０と、
ｂ）動作中に、セラミック層３１の少なくとも一部分を通して電位差が確立され得るように、深さ方向において、少なくとも１つのセラミック層３１に隣接して配設された第１及び第２の電極層４１、４２と、を備え、
電気センサ素子２０、２１、２２、２３、２４は、可撓性膜１０に隣接して配置される。第１の電極層４１は、第１の電極群Ｇ１（４１）及び第２の電極群Ｇ２（４１）を備え、第１及び第２の電極群Ｇ１（４１）、Ｇ２（４１）のうちの一方は、少なくとも１つのフィンガーを備え、第１及び第２の電極群のうちの他方は、少なくとも２つのフィンガーを備え、第１の電極群Ｇ１（４１）、Ｇ２（４１）は、相互嵌合方向８１において、第１の電極層４１において交互に配置される。第２の電極層４２は、第１の電極群Ｇ１（４２）及び第２の電極群Ｇ２（４２）を備え、第１及び第２の電極群Ｇ１（４２）、Ｇ２（４２）のうちの一方は、少なくとも１つのフィンガーを備え、第１及び第２の電極群のうちの他方は、少なくとも２つのフィンガーを備え、第１の電極群Ｇ１（４２）、Ｇ２（４２）は、相互嵌合方向８１において、第２の電極層４２において交互に配置され、各電極群Ｇ１（４１）、Ｇ２（４１）、Ｇ１（４２）、Ｇ２（４２）について、群における全てのフィンガーは、（共通コネクタを通して）互いに、かつ群電気接点ＯＬ、ＯＲ、ＩＬ、ＩＲに電気的に接続される。
【0125】
第１の電極層４１の第１の電極群Ｇ１（４１）は、相互嵌合方向８１において、第２の電極層４２の第１の電極群Ｇ１（４２）と重複し、第１の電極層４１の第２の電極群Ｇ２（４１）は、相互嵌合方向８１において、第２の電極層４２の第２の電極群Ｇ２（４２）と重複する。セラミック部材３０は、ｄ３１モード又はｄ３３モードで変形することができる。
【0126】
感知方法は、可撓性膜１０が、外力に応答して移動することと、セラミック部材３０が、それによって、群電気接点ＯＬ、ＯＲ、ＩＬ、ＩＲの１つ以上に供給される電気信号（１つ又は複数）生成するために、ｄ３１及び／又はｄ３３モードで変形することを含み、群電気接点ＯＬ、ＯＲ、ＩＬ、ＩＲが、出力として構成される。感知方法は、１つ以上の群電気接点ＯＬ、ＯＲ、ＩＬ、ＩＲに供給された生成された電気信号（１つ又は複数）を測定することと、当該信号（１つ又は複数）を使用して、可撓性膜１０の変形を判定し、ひいては外力（１つ又は複数）の強度を判定することと、を更に含み得る。このような方法は、例えば、既知の信号、既知の変形、及び既知の力の予め記憶された表又はルックアップ表を使用して、可撓性膜１０に印加された力を判定することを含み得る。
【0127】
代替的なレイアウト
図１６Ａ～図１６Ｄは、電極に対する様々な代替的な配置を描写する。図１６Ａは、図７Ａ又は図８Ａのものと同様の電気素子２５を有する配置を示すが、層のうちの１つは、この場合、第２の電極層４２であるが、この層は、電極層４１、４２、４３における電極群が整列されるように、中心間間隔Ｚ１が実質的に同じである状態で、相互嵌合方向８１において、他の２つの電極層４１、４３におけるものよりも長いフィンガーＧ１（４２）、Ｇ２（４２）を備える。したがって、電極４２の層の隣接するフィンガー間のギャップｙ２は、他の２層のギャップｙ１、ｙ３よりも小さいことが分かる。このような配置は、層間にミスアライメントがあっても、重複を確実にするように、２つの電極層４１、４３におけるより短い電極のフィンガーが、相互嵌合方向８１において、より長いフィンガーＧ１（４２）（ｉ～ｉｉｉ）、Ｇ２（４２）（ｉ～ｉｉｉ）の長さに含有されることを確実にし得る。このような配置は、より効果的なｄ３１変形モードを提供し得る。
図１６Ａ～図１６Ｄは、電極に対する様々な代替的な配置を描写する。図１６Ａは、図７Ａ又は図８Ａのものと同様の電気素子２５を有する配置を示すが、層のうちの１つは、この場合、第２の電極層４２であるが、この層は、電極層４１、４２、４３における電極群が整列されるように、中心間間隔Ｚ１が実質的に同じである状態で、相互嵌合方向８１において、他の２つの電極層４１、４３におけるものよりも長いフィンガーＧ１（４２）、Ｇ２（４２）を備える。したがって、電極４２の層の隣接するフィンガー間のギャップｙ２は、他の２層のギャップｙ１、ｙ３よりも小さいことが分かる。このような配置は、層間にミスアライメントがあっても、重複を確実にするように、２つの電極層４１、４３におけるより短い電極のフィンガーが、相互嵌合方向８１において、より長いフィンガーＧ１（４２）（ｉ～ｉｉｉ）、Ｇ２（４２）（ｉ～ｉｉｉ）の長さに含有されることを確実にし得る。このような配置は、より効果的なｄ３１変形モードを提供し得る。
【0128】
ここで、図１６Ｂを参照すると、これは、第１及び第２の電極層４１、４２と、第１及び第２の電極層４１及び４２間に位置する第３の連続電極層Ｇ（４２ａ）と、を有する電気素子２６を有する配置を描写し、第１及び第２の電極層４１、４２のみが、相互嵌合され、第１の電極層４１の第１の電極群Ｇ１（４１）及び第２の電極層４２の第１の電極群Ｇ１（４２）は、互いに電気的に接続され、共通の群電気コネクタを共有し得、同様に、第２の電極群Ｇ２（４１）及びＧ２（４２）は、互いに電気的に接続され、かつ共通の群電気コネクタを共有し得、一方で、第３の電極層Ｇ（４２ａ）は、別個の群電気入力を有する。図１６Ｂから更に分かるように、この実施形態では、第３の電極層は、第１の電極層よりも可撓性膜に近いが、第２の電極層は、第３の電極層よりも可撓性膜に近い。このような配置は、第１及び第２の電極層４１、４２を、ｄ３３モードでの変形のために使用し得、そのため、例えば、相互嵌合方向８１における電極フィンガーの交互の列９１、９２は、第１及び第２の電極層４１、４２のそれぞれ第１の群Ｇ１（４１）、Ｇ１（４２）と第２の群Ｇ２（４１）、Ｇ２（４２）から形成され、一方、第３の電極層Ｇ（４２ａ）は、ニュートラルのままである。このような配置は、例えば、図８Ａに示すものと同様の方式で、ｄ３１モードでの変形のために３つの層全てを使用し得る。
【0129】
図１６Ｃ及び図１６Ｄは、下の流体チャンバ（図示せず）、ひいては（電気アクチュエータ素子の場合）可撓性膜に対して異なる配向で配置された第１の電極層の相互嵌合されたフィンガーを有する電気素子２７及び２８の上面図を描写し、そのため、相互嵌合方向８１は各場合で異なる。図１６Ｃでは、相互方向８１は、チャンバ長さ方向ｙに平行であり、図１６Ｄでは、相互嵌合方向８１は、チャンバ長さ方向ｙに垂直である。どちらの配向も、本明細書に説明される実施形態及び配置のうちのいずれにおける使用にも好適であり、各場合で、第２及び（存在する場合）第３の電極層４２、４３（図示せず）が、適切に重複するように第１の電極層４１と同じ方法で配向され得ることが理解されよう。
【0130】
モデリング作業の例
ＣＯＭＳＯＬ Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓシミュレーションソフトウェアにおいてモデリング作業を行い、様々な構成の影響を調査し、結果を表１～表３に示す。
ＣＯＭＳＯＬ Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓシミュレーションソフトウェアにおいてモデリング作業を行い、様々な構成の影響を調査し、結果を表１～表３に示す。
【0131】
【0132】
表２は、３層の電極４１、４２、４３における電極フィンガーの相互嵌合方向８１の幅を変化させた結果を描写する。幅は、１μｍ～２．５μｍで変化し、５μｍの一定のピッチ（中心間間隔Ｚ１）を維持し、印加電圧を１０Ｖ～４０Ｖで変化させ、全ての場合で、同じ印加電界１０Ｖ／μｍを与えるようにする。この表では、全てのケースは、３層の電極４１、４２、４３を含み、第１の層４１及び第３の層４３における電極フィンガーの幅は同じである。
【表2】
【0133】
ｄ３３及びｄ３１動作モードの場合の異なる電極幅に対する総変位及び総変位面積が描写されている。全ての場合において、２０Ｖの同じ電圧差が印加された。
【表3】
【0134】
上記の表では、各電極層における電極フィンガー間のピッチは、全ての場合に対して５μｍである。
【0135】
総論
本明細書で説明される電気素子２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６のうちのいずれも、又はこれらの実施形態の変形例のうちのいずれも、ＭＥＭＳデバイスに組み込むことができる。いくつかのＭＥＭＳデバイスでは、電気素子は、例えば、液滴吐出装置が少なくとも１つの流体チャンバを含み、流体チャンバが、流体入口と、そこからの液滴吐出のためのノズルと、本明細書に説明される電気素子２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６のうちの少なくとも１つを含む、液滴吐出装置で説明されるような電気アクチュエータ素子として使用され得る。液滴吐出装置は、印刷デバイスとしての用途を含む、様々な用途に使用され得る。このような用途では、液滴吐出装置は、基材の大きい領域に対処するようにアレイに配置され得る、複数のこのような流体チャンバを備え得る。いくつかの液滴吐出装置は、複数の液滴吐出ヘッドを備え得、その各々は、複数のこのような流体チャンバを備える。
本明細書で説明される電気素子２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６のうちのいずれも、又はこれらの実施形態の変形例のうちのいずれも、ＭＥＭＳデバイスに組み込むことができる。いくつかのＭＥＭＳデバイスでは、電気素子は、例えば、液滴吐出装置が少なくとも１つの流体チャンバを含み、流体チャンバが、流体入口と、そこからの液滴吐出のためのノズルと、本明細書に説明される電気素子２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６のうちの少なくとも１つを含む、液滴吐出装置で説明されるような電気アクチュエータ素子として使用され得る。液滴吐出装置は、印刷デバイスとしての用途を含む、様々な用途に使用され得る。このような用途では、液滴吐出装置は、基材の大きい領域に対処するようにアレイに配置され得る、複数のこのような流体チャンバを備え得る。いくつかの液滴吐出装置は、複数の液滴吐出ヘッドを備え得、その各々は、複数のこのような流体チャンバを備える。
【0136】
各電極群におけるフィンガーの数は、本明細書に描写するものに限定されず、最小要件は、第１及び第２の電極群のうちの一方が少なくとも１つのフィンガーを備え、第１及び第２の電極群のうちの他方が少なくとも２つのフィンガーを備えることが理解されよう。本明細書で説明される実施形態のうちのいずれかによる電気素子２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６があり得、各電極群は、複数のフィンガーを備えることが更に理解されよう。
【0137】
更に、電極群のうちのいずれにおいても、偶数又は奇数のフィンガーに対する要件はなく、第１及び第２の電極群におけるフィンガーが交互に配設されることを条件に、第１及び第２の電極群が、同じ数のフィンガー、又は異なる数のフィンガーを備え得ることが理解されよう。いくつかの実施形態では、整列した群におけるフィンガーの数は、同じであり得、例えば、Ｇ１（４１）、Ｇ１（４２）、Ｇ１（４３）は、互いに同じ数のフィンガーを有し、同様に、Ｇ２（４１）、Ｇ２（４２）、Ｇ２（４３）は、互いに同じ数のフィンガーを有する。
【0138】
更に、電気素子２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６は、可撓性膜１０に隣接して配置され、かつ固定接続されるものとして説明されているが、他の層が必要に応じて、電気素子２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６などの部分と可撓性膜１０との間に介在し得るため、可撓性膜１０に直接接続されない場合があることが理解されよう。このような層は、図１Ａ及び図１Ｂを参照して説明したものと同様の、電気素子と可撓性膜１０との間にあり、電気素子の構成及び動作に必要なことがある、電気及び／又は化学パッシベーション層、接着層、応力勾配緩和層、拡散バリア、又は任意の他の追加層を備え得ることが理解されよう。例えば、電極層が白金（Ｐｔ）から作製される場合、軟質膜１０とそれに隣接した電極層（実施形態に応じて４２又は４３）との間の二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）の層は、白金電極がエッチングされた領域でのＰＺＴなどのセラミックの成長を補助し得る。
【0139】
しかしながら、電気素子２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６と軟質膜１０との間に介在する層が存在するかどうかにかかわらず、電気素子２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６が電気アクチュエータ素子として作用し、セラミック部材３０が、ｄ３３及び／又はｄ３１モードで変形するように駆動されて、それによって軟質膜１０を移動させるように、２つが互いに固定接続されることが理解されよう。同様に、電気素子２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６がセンサとして構成されているか、又はセンサとして作用するときに、可撓性膜に印加される力に応答して移動し、それによってセラミック部材３０は、ｄ３３及び／又はｄ３１モードで変形し、電気信号を生成する。したがって、隣接し、かつ固定接続されることは、電気素子２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６及び可撓性膜１０が、本明細書で説明される介在する層を有する配置を包含するが、依然として、電気素子２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６の移動（例えば、変形）が、可撓性膜１０の移動（逆に電気センサ素子に対して）を引き起こすことを可能にする。
【0140】
更に、セラミック部材の層３１及び層３２（存在する場合）は、それぞれ単一の層として描写されているが、これは単純化のために行われ、層３１、３２は、複数の層又はサブ層（例えば、層３１（１～ｍ）及び３２（１～ｎ）のスタック）を備え得ることが理解されよう。例えば、このような層のスタックは、層３１及び層３２（存在する場合）の所望の厚さに到達するまで、例えば、１つの薄フィルム層を次々に（例えば、１、２、３ｍ／ｎ）堆積させる連続的な堆積から典型的に形成される。ＭＥＭＳ用途用のセラミック薄フィルム層の調製は、通常、化学溶液前駆体を使用する化学溶液堆積、又は固体焼結セラミックターゲット若しくはホットプレスセラミックターゲットを使用するスパッタリング（例えば、ＲＦマグネトロンスパッタリング）を伴う。任意の他の好適な調製方法もまた、使用され得る。
【0141】
層３１、３２は、好ましくは、化学溶液堆積を通して形成され得る。例えば、多層薄フィルムセラミック部材３０は、セラミック材料の前駆体溶液の堆積及び乾燥の複数回の繰り返しによって、堆積及び乾燥ステップの各セット間に結晶化によって、又は堆積及び乾燥の複数回の繰り返しの終了時に結晶化ステップによって、形成され得る。理解されるように、多層薄フィルムセラミック部材３０の層の各々の組成物は、実質的に同一であり得る。代替的に、多層薄フィルムセラミック部材３０の個々の層の組成物は、例えば、サブ層のうちの１つが、電気素子の基材及び／又は電極と接触するかどうかに応じて、特定の動作要件を満たすように最適化され得る。したがって、このような実施形態では、多層薄フィルムセラミック材料３１（１～ｍ）、３２（１～ｎ）の個々の層の組成物は、互いに異なり得、例えば、それらは、異なるドーパント、異なる全体組成物などを含み得る。このような設計の柔軟性は、特性、及びしたがってセラミック部材３０の性能の微調整を可能にし得る。更に、２つの層３１、３２は、深さ方向８０において同じ厚さであるとして本明細書に描写されているが、これは決して必須ではなく、層３１、３２は異なる厚さを有し得、異なる数のサブ層を含み得ることが理解されよう。深さ方向８０におけるセラミック部材３０の典型的な厚さは、０．５～３μｍの範囲であり得るか、又は１～２μｍであり得、典型的な例は、１．３μｍ、１．４μｍ、又は１．５μｍであり得る。セラミック部材３０の厚さは、所望の動作周波数に依存し、概して高い動作周波数は、より厚い可撓性膜１０を必要とし得、したがって、より厚いセラミック部材３０は、より厚い可撓性膜を駆動することができるようにより強力である（より高いピエゾ効率を有するセラミック部材を設計することも利用され得る）。更に、それぞれの位置に基づいて適宜、層３１、３２は、それらに隣接するそれぞれの電極層における隣接するフィンガーの間にギャップｙ１、ｙ２、ｙ３を形成する部分を備え得ることが理解されよう。
【0142】
電極群４１、４２、４３は、１００～２００ｎｍであり得、例えば、深さ方向８０において、１５０ｎｍの厚さのオーダであり得る。電極群４１、４２（及び存在する場合）４３の厚さは、同じ若しくは異なり得、それらは、同じ材料を含み得るか、又はそれらは、全てが異なる材料を含み得、セラミック部材３０に含まれる電極群４２は、３層デバイスの外縁４１、４３上の材料とは異なる材料であり得る。電極群の材料及び厚さは、セラミック部材３０の設計及び目的のために最適化され得る。電極群４１、４２、４３は、例えば、スパッタリングなどの任意の好適な堆積技術などの任意の好適な方法によって形成され得る。
【0143】
当業者によって理解されるように、複数の電気素子がある場合、セラミック部材３０は最初に堆積され得、その後、パターン形成され、及び、例えば、エッチングによって複数の分離されたセラミック部材３０に分割され、各々が複数の電気素子２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６のうちの個々の１つと関連付けられる。更に、本明細書に描写されないが、パッシベーション層などの追加の層は、外部損傷から保護するために電気素子を覆って、電気及び化学パッシベーションなどを提供し得ることが理解されよう。
【0144】
本明細書で使用される場合、「セラミック材料」は、例えば、圧電材料又はリラクサー／強誘電体クロスオーバー材料などの強誘電体挙動を呈する任意の好適な材料を包含することが理解されよう。上で説明されるように、好適なセラミック材料の例は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ドープＰＺＴ及びＰＺＴ系固溶体などのペロブスカイト構造を有する鉛系セラミックを含むが、これらに限定されない。他の好適なセラミック材料は、（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３系材料、（Ｂａ，Ｃａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３系材料、及び（Ｂｉ，Ｎａ，Ｋ）ＴｉＯ３系材料などの鉛フリー代替セラミック材料を含む。これらの例示的な材料は、決して限定するものではなく、他の好適な材料も使用され得る。
【0145】
第１の電圧Ｖ１が基準電圧である場合、この電圧は接地であり得るが、これは決して必須ではなく、基準電圧は接地以外の電圧であり得ることが理解されよう。
【0146】
更に、本明細書で説明されるような第１及び第２の電圧Ｖ１、Ｖ２は、限定されず、異なる電圧が使用され得ることが理解されよう。更に、第２の電圧Ｖ２が第１の電圧Ｖ１よりも大きい場合、第１及び第２の電圧Ｖ１、Ｖ２間の差（Ｖ２－Ｖ１）は、限定されない。例えば、より小さい電圧差は、より小さい偏向を提供するために使用され得るか、又はより大きい電圧差は、より粘性の大きい流体とともに使用されるか、又はより大きい偏向を提供するために使用され得る。更に、異なる電圧若しくは電圧順序、又は異なる電圧差を使用して、クロストーク抑制などのための前パルス及び後パルスを形成し得る。
【0147】
また更に、所与の駆動波形内で、本明細書における実施例に使用されるバイナリの第１の電圧Ｖ１、第２の電圧Ｖ２ではなく、異なるステップ及びレベルの電圧を使用し得、例えば、第２の電圧Ｖ２は、例えば、前パルス及び後パルスのため、アクチュエータ感知のため、又はアクチュエータ評価のために使用される、より小さい電圧、及び液滴吐出イベントが必要とされるときに使用される、より強い電圧で、変化する電圧レベルの第２の電圧Ｖ２の範囲を含み得る。また更に、パルスの長さ（例えば、ある変形モードから別の変形モード、又はニュートラル位置への／からの変化の持続時間は、必要に応じて変化し得る。例えば、低電圧を有する短い持続時間のパルスを使用して、例えば、液滴吐出を防止しながら、アクチュエータ性能を感知又は試験するために、アクチュエータを移動させ、膜を励起させ得る。同様に、電圧がゆっくりとかつ徐々に変化する長い持続時間パルスを使用して、液滴吐出イベントを引き起こすことなく、セラミック部材をある位置から別の位置（例えば、保持位置）に移動させ得る。
【0148】
図１０Ａ～図１５Ａにおける電圧の切り替えは、瞬間的に発生するものとして描写されるが、決して限定されるものではなく、ある電圧レベルから別の電圧レベルに切り替えるときに、ゆっくりとした立ち上がり及び／又はゆっくりとした立下りがあり得る。また、ある電圧レベルから別の電圧レベルへの切り替えが、所定の又は動的である可能性がある間、遅延があり得る。更に、電圧レベルとパルスの幅との間の差は、必要に応じて制御され得る。結果として、遅延、最大電圧、最小電圧及び／又はパルス幅によれば、図１０Ｂ～図１５Ｂに描写される（ステップＭ～Ｐを通じた）セラミック部材３０の位置の変化は、同様に、制御され得る。
【0149】
図１０Ａ～図１５Ａに示す波形は、理解を容易にするためであり、特定の波形形状に限定されないが、例えば、台形、正弦波などの他の形態及び形状を採り得ることに留意されたい。更に、ｄ３１偏向及びｄ３３偏向の両方を含む波形は対称的に描写されるが、変位分割５０％：５０％では、提示が容易であり、ニュートラル位置の両側への非対称な変形が可能であることが理解されよう。更に、いくつかの用途については、非対称は、特定の用途に対して可撓性膜の偏向を調整するように設計され得る。これは、そのｄ３３応答及びｄ３１応答が非対称であるセラミック部材を設計することによって、及び／又は非対称波形を使用することによって行われ得る。
【図1A】
【図1B】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【国際調査報告】