(57)【要約】【課題】焼成の際に生じる圧電層の反りを防止する。【解決手段】インクジェットヘッド３を製造するためには、電極４４〜４６を印刷した圧電シート４１〜４３となる圧電材料のグリーンシートと、圧力室１０となる貫通孔が形成されたキャビティプレート２１となる圧電材料のグリーンシートとを互いに積層させてからこれらを１１００℃程度で加熱することによって焼成し、その後、キャビティプレート２１の下面及び圧力室１０の側壁面となる部分、並びに、圧電シート４１の下面の圧力室１０の天井面となる部分に保護膜５０を形成する。そして、この積層体と、エッチングなどによりインク流路となる孔を形成した金属材料からなるプレート２２、２３、及び、レーザ加工などによりノズル１５を形成した合成樹脂材料からなるノズルプレート２４とを互いに積層させて接合する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力室を含む液体移送流路が形成された流路ユニットと、
圧電層と、前記圧電層に電界を発生させるための電極とを有しており、前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータとを備え、
前記流路ユニットは、その一部分だけが圧電材料によって構成されており、この圧電材料によって構成された圧電材料部には、前記液体移送流路の一部が形成されており、且つ、前記圧電材料部は、前記圧電層と一体化されていることを特徴とする液体移送装置。
【請求項２】
前記圧電材料部に形成された前記液体移送流路の一部に、前記圧力室が含まれていることを特徴とする請求項１に記載の液体移送装置。
【請求項３】
前記圧電材料部が、前記圧力室の側壁部分を形成しているとともに、
前記圧電アクチュエータの前記圧電層が前記圧力室の天井部分を形成していることを特徴とする請求項２に記載の液体移送装置。
【請求項４】
前記圧電層と前記圧電材料部とが互いに積層されていることを特徴とする請求項３に記載の液体移送装置。
【請求項５】
前記圧電アクチュエータの前記圧電層が、圧電材料からなる複数の圧電シートが積層されることによって形成されていることを特徴とする請求項４に記載の液体移送装置。
【請求項６】
前記圧電材料部が、圧電材料からなる複数の圧電シートが積層されることによって形成されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の液体移送装置。
【請求項７】
前記圧電材料部の前記圧力室を形成する部分が、前記圧力室となる孔が形成された複数の前記圧電シートが積層されることによって形成されており、
これら複数の圧電シートの積層方向に関する前記圧電アクチュエータ側の端に配置された圧電シートに形成された前記圧力室となる孔が、これら複数の圧電シートの厚み方向から見て、他の圧電シートに形成された前記圧力室となる孔の内側に位置していることを特徴とする請求項６に記載の液体移送装置。
【請求項８】
前記流路ユニットの前記圧電材料部に接合される部分が、金属又はシリコンによって形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の液体移送装置。
【請求項９】
前記圧電層及び前記圧電材料部の前記液体移送流路の壁面となる部分に、液体移送流路内の液体と前記圧電層及び前記圧電材料部とが接触するのを防止するための保護膜が形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の液体移送装置。
【請求項１０】
圧力室を含む液体移送流路が形成された流路ユニットと、
圧電層と、前記圧電層に電界を発生させるための電極とを有しており、前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータとを備えた液体移送装置の製造方法であって、
圧電材料により前記圧電アクチュエータの前記圧電層を形成する圧電層形成工程と、
圧電材料により、前記流路ユニットにおける前記液体移送流路の一部を形成する部分である圧電材料部を形成する流路ユニットの第１部分形成工程と、
前記電極を形成する電極形成工程と、
前記圧電層と前記圧電材料部とが一体化した圧電材料体を焼成する焼成工程と、
前記流路ユニットの前記圧電材料部以外の部分を形成する流路ユニットの第２部分形成工程と、
前記焼成工程の後、前記圧電材料部と、前記流路ユニットの前記圧電材料部以外の部分とを接合する接合工程とを備えていることを特徴とする液体移送装置の製造方法。
【請求項１１】
前記焼成工程の前に、前記圧電層と前記圧電材料部とを積層させることによって前記圧電材料体を形成する積層工程をさらに備えていることを特徴とする請求項１０に記載の液体移送装置の製造方法。
【請求項１２】
前記圧電層工程において、圧電材料からなる複数の圧電シートを積層させることによって前記圧電層を形成することを特徴とする請求項１１に記載の液体移送装置の製造方法。
【請求項１３】
前記第１部分形成工程において、圧電材料からなる複数の圧電シートを積層させることによって前記圧電材料部を形成することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の液体移送装置。
【請求項１４】
前記圧電層及び前記圧電材料部を一体的に形成することにより、前記圧電層形成工程と前記第１部分形成工程とを同時に行うことを特徴とする請求項１０に記載の液体移送装置の製造方法。
【請求項１５】
前記焼成工程の後、前記圧電層及び前記圧電材料部の前記液体移送流路の壁面となる部分に、前記液体移送流路内の液体が前記圧電層及び前記圧電材料部と接触するのを防止するための保護膜を形成する保護膜形成工程をさらに備えていることを特徴とする請求項１０〜１４のいずれかに記載の液体移送装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を移送する液体移送装置及び液体移送装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載のインクジェットヘッドにおいては、金属材料からなる複数のプレートが積層されることによって形成された流路ユニットの上面に、圧電材料からなる互いに積層された複数の圧電層を有するアクチュエータユニット（圧電アクチュエータ）が配置されており、アクチュエータユニットの圧電層をいわゆるユニモルフ変形させることによって、流路ユニットの圧力室内のインクに圧力を付与して圧力室に連通するノズルからインクを吐出させている。また、このようなインクジェットヘッドを製造する際には、共通電極のパターンを印刷した圧電材料のグリーンシートの上面に電極パターンが形成されていないグリーンシートを積層し、これらの積層体を焼成した後、積層体の最上面に個別電極の電極パターンを印刷することによってアクチュエータユニットを製造するとともに、これとは別に複数の金属プレートを互いに積層させて接合することによって流路ユニットを製造し、製造したアクチュエータユニットと流路ユニットとを接着剤などによって接合している。
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−６２５５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、特許文献１に記載されているようなユニモルフ変形を生じさせることによって圧力室内のインクに圧力を付与するアクチュエータユニットにおいては、圧電層の厚みを薄くする必要がある。しかしながら、圧電層の薄いアクチュエータユニットを、特許文献１に記載されているように互いに積層した複数のグリーンシートを焼成することによって形成すると、焼成の際の加熱により圧電層に大きな反りが発生してしまう。このため、アクチュエータユニットと流路ユニットとを接合する際に、圧力室と個別電極との位置ズレが生じ、ノズルからのインクの吐出特性にばらつきが発生してしまう虞がある。
【０００５】
ここで、特許文献１に記載されているのとは異なり、アクチュエータユニットを構成する複数の圧電材料のグリーンシートと流路ユニットを構成する複数の金属プレートとを積層させ、これらの積層体を加熱することによりグリーンシートの焼成を行えば、上述したような問題は発生しないようにも思われる。しかしながら、圧電材料のグリーンシートを焼成する際には１１００℃程度で加熱する必要があり、この温度は、ステンレスなどの金属材料の融点よりも高いため、圧電材料のグリーンシートと金属プレートとの積層体を加熱することによってグリーンシートを焼成することはできない。
【０００６】
本発明の目的は、製造の際に圧電層に反りが小さい液体移送装置及び液体移送装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明に係る液体移送装置は、圧力室を含む液体移送流路が形成された流路ユニットと、圧電層と、前記圧電層に電界を発生させるための電極とを有しており、前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータとを備え、前記流路ユニットは、その一部分だけが圧電材料によって構成されており、この圧電材料によって構成された圧電材料部には、前記液体移送流路の一部が形成されており、且つ、前記圧電材料部は、前記圧電層と一体化されていることを特徴とするものである。
【０００８】
これによると、圧電層と圧電材料部とが一体化した圧電材料体は、その厚みが大きくなるため、この圧電材料体を焼成することにより、焼成の際に生じる圧電層及び圧電材料部の反りを低減することができる。
【０００９】
第２の発明に係る液体移送装置は、第１の発明に係る液体移送装置であって、前記圧電材料部に形成された前記液体移送流路の一部に、前記圧力室が含まれていることを特徴とするものである。
【００１０】
これによると、圧力室は液体移送流路の中で比較的大きな部分であるので、圧電材料部に圧力室を容易に形成することができる。
【００１１】
第３の発明に係る液体移送装置は、第２の発明に係る液体移送装置であって、前記圧電材料部が、前記圧力室の側壁部分を形成しているとともに、前記圧電アクチュエータの前記圧電層が前記圧力室の天井部分を形成していることを特徴とするものである。
【００１２】
これによると、圧力室の側壁部分と天井部分とがともに圧電材料によって構成されているので、圧電アクチュエータを駆動させて圧電層の圧力室の天井部分を変形させても、圧力室の側壁部分と天井部分との境界部分にクラックが発生しにくい。
【００１３】
第４の発明に係る液体移送装置は、第３の発明に係る液体移送装置であって、前記圧電層と前記圧電材料部とが互いに積層されていることを特徴とするものである。
【００１４】
これによると、圧電層が薄い場合、圧電層と圧電材料部とを積層させることにより、これらの積層体の厚みが大きくなるため、これらの積層体を焼成したときの反りが小さくなる。
【００１５】
第５の発明に係る液体移送装置は、第４の発明に係る液体移送装置であって、前記圧電アクチュエータの前記圧電層が、圧電材料からなる複数の圧電シートが積層されることによって形成されていることを特徴とするものである。
【００１６】
これによると、複数の圧電シートを積層させて圧電層を形成することによって、これら複数の圧電シートの間に電極が配置された圧電アクチュエータを形成することができる。
【００１７】
第６の発明に係る液体移送装置は、第４又は第５の発明に係る液体移送装置であって、前記圧電材料部が、圧電材料からなる複数の圧電シートが積層されることによって形成されていることを特徴とするものである。
【００１８】
これによると、複数の圧電シートを積層させて圧電材料部を形成することによって、圧力室を含む液体移送流路の一部を容易に形成することができる。
【００１９】
第７の発明に係る液体移送装置は、第６の発明に係る液体移送装置であって、前記圧電材料部の前記圧力室を形成する部分が、前記圧力室となる孔が形成された複数の前記圧電シートが積層されることによって形成されており、これら複数の圧電シートの積層方向に関する前記圧電アクチュエータ側の端に配置された圧電シートに形成された前記圧力室となる孔が、これら複数の圧電シートの厚み方向から見て、他の圧電シートに形成された前記圧力室となる孔の内側に位置していることを特徴とするものである。
【００２０】
これによると、圧電シートの積層方向に関して圧電アクチュエータ側の端に位置する圧電シートに形成された圧力室となる孔が、圧電シートの積層方向から見て他の圧電シートに形成された圧力室となる孔の内側に位置しているため、圧力室が、角の部分に段差が形成された気泡がたまりにくい形状となる。
【００２１】
第８の発明に係る液体移送装置は、第１〜第７のいずれかの発明に係る液体移送装置であって、前記流路ユニットの前記圧電材料部に接合される部分が、金属又はシリコンによって形成されていることを特徴とするものである。
【００２２】
これによると、エッチングにより、流路ユニットの圧電材料部に接合される部分に容易に精度よく流路を形成することができる。
【００２３】
第９の発明に係る液体移送装置は、第１〜第８のいずれかの発明に係る液体移送装置であって、前記圧電層及び前記圧電材料部の前記液体移送流路の壁面となる部分に、液体移送流路内の液体と前記圧電層及び前記圧電材料部とが接触するのを防止するための保護膜が形成されていることを特徴とするものである。
【００２４】
これによると、圧電層及び圧電材料部の液体移送流路の壁面となる部分に保護膜が形成されているため、液体移送流路を移送される液体によって圧電材料部が浸食されてしまうのを防止することができる。
【００２５】
第１０の発明に係る液体移送装置の製造方法は、圧力室を含む液体移送流路が形成された流路ユニットと、圧電層と、前記圧電層に電界を発生させるための電極とを有しており、前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータとを備えた液体移送装置の製造方法であって、圧電材料により前記圧電アクチュエータの前記圧電層を形成する圧電層形成工程と、圧電材料により、前記流路ユニットにおける前記液体移送流路の一部を形成する部分である圧電材料部を形成する流路ユニットの第１部分形成工程と、前記電極を形成する電極形成工程と、前記圧電層と前記圧電材料部とが一体化した圧電材料体を焼成する焼成工程と、前記流路ユニットの前記圧電材料部以外の部分を形成する流路ユニットの第２部分形成工程と、前記焼成工程の後、前記圧電材料部と、前記流路ユニットの前記圧電材料部以外の部分とを接合する接合工程とを備えていることを特徴とするものである。
【００２６】
これによると、圧電層と圧電材料部とが一体化した圧電材料体は、その厚みが大きいため、この圧電材料体を焼成することにより、焼成の際に生じる圧電層及び圧電材料部の反りを低減することができる。
【００２７】
第１１の発明に係る液体移送装置の製造方法は、第１０の発明に係る液体移送装置の製造方法であって、前記焼成工程の前に、前記圧電層と前記圧電材料部とを積層させることによって前記圧電材料体を形成する積層工程をさらに備えていることを特徴とするものである。
【００２８】
これによると、圧電層と圧電材料部とを別々に形成する場合には、両者を積層することによって圧電層と圧電材料部とをあわせた圧電材料体を形成することができる。
【００２９】
第１２の発明に係る液体移送装置の製造方法は、第１１の発明に係る液体移送装置の製造方法であって、前記圧電層形成工程において、圧電材料からなる複数の圧電シートを積層させることによって前記圧電層を形成することを特徴とするものである。
【００３０】
これによると、複数の圧電シートを積層させて圧電層を形成することによって、これら複数の圧電シートの間に電極が配置された圧電アクチュエータを形成することができる。
【００３１】
第１３の発明に係る液体移送装置の製造方法は、第１１又は第１２の発明に係る液体移送装置の製造方法であって、前記第１部分形成工程において、圧電材料からなる複数の圧電シートを積層させることによって前記圧電材料部を形成することを特徴とするものである。
【００３２】
これによると、複数の圧電シートを積層させて圧電材料部を形成することによって、液体移送流路の一部を容易に形成することができる。
【００３３】
第１４の発明に係る液体移送装置の製造方法は、第１０の発明に係る液体移送装置の製造方法であって、前記圧電層及び前記圧電材料部を一体的に形成することにより、前記圧電層形成工程と前記第１部分形成工程とを同時に行うことを特徴とするものである。
【００３４】
これによると、圧電層と圧電材料部とを一度に形成することができるので、液体移送装置の製造工程が簡略化される。
【００３５】
第１５の発明に係る液体移送装置の製造方法は、第１０〜第１４の発明に係る液体移送装置の製造方法であって、前記焼成工程の後、前記圧電層及び前記圧電材料部の前記液体移送流路の壁面となる部分に、前記液体移送流路内の液体が前記圧電層及び前記圧電材料部と接触するのを防止するための保護膜を形成する保護膜形成工程をさらに備えていることを特徴とするものである。
【００３６】
これによると、圧電層及び圧電材料部の液体移送流路の壁面となる部分に保護膜が形成されているため、液体移送流路を移送される液体によって圧電材料部が浸食されてしまうのを防止することができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、圧電層と圧電材料部とが一体化した圧電材料体は、その厚みが大きくなるため、この圧電材料体を焼成することにより、焼成の際に生じる圧電層及び圧電材料部の反りを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００３９】
図１は、本実施の形態に係るプリンタの概略構成図である。図１に示すように、プリンタ１は、キャリッジ２、インクジェットヘッド３（液体移送装置）、搬送ローラ４などを備えている。
【００４０】
キャリッジ２は走査方向（図１の左右方向）に往復移動する。インクジェットヘッド３はキャリッジ２の下面に取り付けられており、その下面に形成されたノズル１５（図２参照）からインクを吐出する。搬送ローラ４は、記録用紙Ｐを紙送り方向（図１の手前方向）に搬送する。そして、プリンタ１においては、キャリッジ２とともに走査方向に往復移動するインクジェットヘッド３のノズル１５から、記録用紙Ｐにインクが吐出されることにより、記録用紙Ｐに印刷が行われる。また、印刷が完了した記録用紙Ｐは、搬送ローラ４によって紙送り方向に排出される。
【００４１】
次に、インクジェットヘッド３について詳細に説明する。図２は図１のインクジェットヘッド３の平面図である。図３は図２の部分拡大図である。図４は図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。図５は図３のＶ−Ｖ線断面図である。なお、図２、図３では、図面を分かりやすくするため、点線で描くべき後述する中間電極４５を一点鎖線によって描いている。
【００４２】
図２〜図５に示すように、インクジェットヘッド３は、後述する圧力室１０などのインク流路（液体移送流路）が形成された流路ユニット３１と、圧力室１０内のインクに圧力を付与する圧電アクチュエータ３２（圧力付与手段）とを備えている。
【００４３】
流路ユニット３１は、キャビティプレート２１、ベースプレート２２、マニホールドプレート２３及びノズルプレート２４が互いに積層されることによって構成されている。なお、これら４枚のプレート２１〜２４のうち、キャビティプレート２１は、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との混晶であるチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電材料によって構成されており、ベースプレート２２及びマニホールドプレート２３は、ステンレスなどの金属材料によって構成されており、ノズルプレート２４は、ポリイミド等の合成樹脂材料によって構成されている。あるいは、ノズルプレート２４もプレート２２、２３と同様、金属材料によって構成されていてもよい。このように、本実施の形態においては、流路ユニット３１は、その一部分であるキャビティプレート２１だけが圧電材料により構成されている。
【００４４】
圧電材料により構成されたキャビティプレート２１には、複数の圧力室１０（液体移送流路の一部）となる貫通孔が形成されており、キャビティプレート２１のこの貫通孔を取り囲む部分が、圧力室１０の側壁となっている。圧力室１０は、走査方向（図２の左右方向）を長手方向とする略楕円の平面形状を有している。そして、複数の圧力室１０は、紙送り方向（図２の上下方向）に配列されることにより圧力室列を形成しているとともに、このような圧力室列が走査方向に２列に配列されている。なお、キャビティプレート２１の厚みは、４０〜５０μｍである。また、本実施の形態においては、キャビティプレート２１が、本発明に係る圧電材料部に相当する。
【００４５】
ベースプレート２２には、平面視で圧力室１０の長手方向の両端部と重なる部分に、それぞれ、貫通孔１２、１３が形成されている。マニホールドプレート２３には、マニホールド流路１１が形成されている。マニホールド流路１１は、図２の右側に配列された圧力室１０の略右半分、及び、図２の左側に配列された圧力室１０の略左半分と重なるように紙送り方向に２列に延びているとともに、図２における下端部においてこれら２列に延びた部分が互いに接続されている。マニホールド流路１１には、その図２における下端部に形成されたインク供給流路９からインクが供給される。また、マニホールドプレート２３には平面視で貫通孔１３と重なる部分に貫通孔１４が形成されている。
【００４６】
ノズルプレート２４には、平面視で貫通孔１４と重なる部分にノズル１５が形成されている。そして、流路ユニット３１においては、マニホールド流路１１が貫通孔１２を介して圧力室１０に連通しており、圧力室１０が貫通孔１３、１４を介してノズル１５に連通している。すなわち、流路ユニット３１には、マニホールド流路１１の出口から圧力室１０を経てノズル１５に至る複数の個別インク流路が形成されている。
【００４７】
圧電アクチュエータ３２は、３つの圧電シート４１、４２、４３、下部電極４４、中間電極４５及び複数の上部電極４６を有している。圧電シート４１〜４３は、キャビティプレート２１と同様の圧電材料によって構成された、２０μｍ程度の厚みを有するシートであり、互いに積層されているとともに、複数の圧力室１０を覆うようにキャビティプレート２１の上面に配置されており、キャビティプレート２１と一体化している。そして、圧電シート４１〜４３がこのように配置されることにより、圧電シート４１〜４３の圧力室１０と対向する部分が、圧力室１０の天井部分となっている。なお、本実施の形態では、圧電シート４１〜４３が互いに積層されたものが、本発明に係る圧電層に相当する。
【００４８】
また、圧電シート４１〜４３のうち最下層となる圧電シート４１の下面の平面視で圧力室１０と重なる部分、及び、キャビティプレート２１の下面及び圧力室１０の側壁面となる部分（圧電層及び圧電材料部の液体流路の壁面となる部分）には、フッ素系樹脂、エポキシ系樹脂等からなる保護膜５０が形成されており、保護膜５０により圧電材料からなるキャビティプレート２１及び圧電シート４１が、圧力室１０内のインクによって浸食されてしまうのが防止されている。したがって、インクジェットヘッド３に様々な種類のインクを使用することができ、インクジェットヘッド３の汎用性が高くなる。
【００４９】
下部電極４４は、圧電シート４１と圧電シート４２との間のほぼ全域に連続的に形成されているとともに、圧電シート４２、４３の図２における上端部を貫通するようにされた貫通孔を介して、圧電シート４３の上面に形成された接続端子４４ａに接続されている。接続端子４４ａには、図示しないフレキシブル配線基板（ＦＰＣ）の配線を介して図示しないドライバＩＣが接続されており、下部電極４４は、ドライバＩＣにより常にグランド電位に保持されている。
【００５０】
中間電極４５は、圧電シート４２と圧電シート４３との間に形成されており、複数の対向部４５ａ及び接続部４５ｂを有している。複数の対向部４５ａは、走査方向を長手方向とする略長方形状を有しており、平面視で複数の圧力室１０の紙送り方向の略中央部にそれぞれ配置されている。接続部４５ｂは、平面視で２列の圧力室列の間と重なる部分を紙送り方向に延びており、複数の対向部４５ａのノズル１５側の端部同士を接続している。また、接続部４５ｂの図２における上端部は、圧電シート４３を貫通するように形成された貫通孔を介して圧電シート４３の上面に形成された接続端子４５ｃに接続されている。接続端子４５ｃには図示しないＦＰＣの配線を介して図示しないドライバＩＣが接続されており、中間電極４５は、ドライバＩＣにより常に所定の駆動電位（例えば２０Ｖ程度）に保持されている。
【００５１】
複数の上部電極４６は、圧力室１０と同様の略楕円の平面形状を有しており、圧電シート４３の上面に、平面視で圧力室１０の全域と重なるように配置されている。これにより、上部電極４６は、平面視で、圧力室１０の紙送り方向に関する略中央部と重なる部分において中間電極４５（対向部４５ａ）と対向しているとともに、圧力室１０の紙送り方向に関する両端部と重なる部分において下部電極４４と対向している。また、上部電極４６は、走査方向に関するノズル１５と反対側の端部が、圧力室１０と対向しない部分まで延びており、その先端部が接続端子４６ａとなっている。接続端子４６ａには、図示しないＦＰＣの配線を介して図示しないドライバＩＣが接続されており、複数の上部電極４６には、ドライバＩＣにより個別に、グランド電位及び上述の駆動電位のいずれかの電位が選択的に付与される。
【００５２】
また、圧電シート４２、４３の下部電極４４と上部電極４６とに挟まれた部分は、鉛直方向下向きに分極されており、圧電シート４３の中間電極４５と上部電極４６とに挟まれた部分は、鉛直方向上向きに分極されている。
【００５３】
ここで、圧電アクチュエータ３２の駆動方法について説明する。圧電アクチュエータ３２においては、下部電極４４及び中間電極４５が、それぞれ、前述したようにグランド電位及び駆動電位に保持されているとともに、複数の上部電極４６が全てグランド電位に保持されている。
【００５４】
この状態では、駆動電位に保持された中間電極４５とグランド電位に保持された上部電極４６との間の電位差により、圧電シート４３の中間電極４５と上部電極４６とに挟まれた部分に鉛直方向上向きの電界が発生する。この電界の向きは、圧電シート４３のこの部分の分極方向と一致しているので、圧電シート４３のこの部分は、この電界の方向と直交する水平方向に収縮する。これにともなって、圧電シート４１〜４３の圧力室１０と対向する部分は、圧力室１０側に凸となるように変形（いわゆるユニモルフ変形）する。これにより、圧力室１０は、圧電シート４１〜４３が変形していない状態と比較して、その容積が小さくなっている。
【００５５】
圧電アクチュエータ３２を駆動させる際には、インクを吐出させるノズル１５に対応する上部電極４６の電位をグランド電位から駆動電位に切り替え、所定時間経過後、再びグランド電位に戻す。
【００５６】
上部電極４６の電位がグランド電位から駆動電位に切り替わると、中間電極４５と上部電極４６とが同電位となり、圧電シート４３のこれらの電極に挟まれていた部分の電界がなくなるため、圧電シート４３のこの部分の変形が元に戻る。これと同時に、下部電極４４と上部電極４６との間に電位差が生じて、圧電シート４２、４３のこれらの電極に挟まれた部分には、鉛直方向下向きの電界が発生する。この電界の方向は、圧電シート４２、４３のこの部分の分極方向と一致しているため、圧電シート４２、４３のこの部分は、分極方向と直交する水平方向に収縮する。これにより、圧電シート４１〜４３の圧力室１０の略中央部と重なる部分が上方に引っ張られることとなり、圧電シート４１〜４３の圧力室１０と対向する部分は全体として圧力室１０と反対側に凸となるように変形して、圧力室１０の容積が増加する。
【００５７】
この状態で、上部電極４６の電位を駆動電位からグランド電位に戻すと、圧電シート４２、４３の下部電極４４と上部電極４６とに挟まれた部分の電界がなくなるとともに、圧電シート４３の中間電極４５と上部電極４６とに挟まれた部分に鉛直方向上向きの電界が生じるため、前述したのと同様、圧電シート４１〜４３の圧力室１０と対向する部分が全体として圧力室１０側に凸となるように変形する。これにより、圧力室１０の容積が減少し、圧力室１０内のインクの圧力が増加し、圧力室１０に連通するノズル１５からインクが吐出される。
【００５８】
ここで、このような圧電アクチュエータ３２においては、上部電極４６の電位をグランド電位から駆動電位に切り替えたときに、圧電シート４３の中間電極４５と上部電極４６とに挟まれた部分が収縮した状態から収縮前の状態に伸長するとともに、圧電シート４２、４３の下部電極４４と上部電極４６とに挟まれた部分が収縮するため、圧電シート４２、４３の上記収縮が圧電シート４３の上記伸長によって一部吸収されることとなる。これにより、圧電シート４２、４３の変形が、他の圧力室１０と対向する部分に伝播しにくく、当該他の圧力室１０に連通するノズル１５からのインクの吐出特性が変動してしまうのが防止される。
【００５９】
また、上部電極４６の電位を駆動電位からグランド電位に切り替えたときにも、圧電シート４２、４３の下部電極４４と上部電極４６とに挟まれた部分が収縮した状態から収縮前の状態に伸長するとともに、圧電シート４３の中間電極４５と上部電極４６とに挟まれた部分が収縮するため、圧電シート４３の上記収縮が、圧電シート４２、４３の上記伸長によって一部吸収されることとなる。これにより、圧電シート４２、４３の変形が、他の圧力室１０と対向する部分に伝播しにくく、当該他の圧力室１０に連通するノズル１５からのインクの吐出特性が変動してしまうのが防止される。
【００６０】
さらに、このようにして圧電アクチュエータ３２を駆動させると、圧電シート４１〜４３の圧力室１０の天井部分となる部分が変形することになるが、圧力室１０の側壁部分を形成するキャビティプレート２１と、圧力室１０の天井部分を形成する圧電シート４１〜４３が、ともに圧電材料により構成されているので、圧力室１０の側壁部分を形成するキャビティプレート２１が金属材料によって構成されている場合とは異なり、圧電シート４１〜４３が変形したときに圧力室１０の側壁部分と天井部分との境界部分にクラックが発生してしまうのを防止することができる。
【００６１】
次に、インクジェットヘッド３の製造方法について説明する。図６は、インクジェットヘッド３の製造過程を示す工程図である。
【００６２】
インクジェットヘッド３を製造するには、まず、図６（ａ）に示すように、表面に電極４４〜４６のパターンが印刷された圧電シート４１〜４３となる圧電材料のグリーンシートを互いに積層させるとともに（圧電層形成工程、電極形成工程）、図６（ｂ）に示すように、キャビティプレート２１となる圧電材料のグリーンシートにレーザ加工などによって圧力室１０となる貫通孔を形成する（第１部分形成工程）。ここで、圧力室１０は、流路ユニット３１に形成されるインク流路において比較的大きい部分であるので、圧電材料からなるキャビティプレート２１となる圧電材料のグリーンシートにレーザ加工などにより圧力室１０となる貫通孔を容易に形成することができる。
【００６３】
そして、図６（ｃ）に示すように、圧電シート４１〜４３及びキャビティプレート２１となるグリーンシートを互いに積層させて（積層工程）、これらが一体化された積層体（圧電材料体）を１１００℃程度で加熱して焼成する（焼成工程）。
【００６４】
ここで、圧電シート４１〜４３とキャビティプレート２１とを互いに積層させず、圧電シート４１〜４３となるグリーンシートのみを焼成すると、圧電シート４１〜４３の厚みの合計は６０μｍ程度と薄いため、圧電シート４１〜４３に大きな反りが発生してしまう虞がある。
【００６５】
これに対して、本実施の形態では、キャビティプレート２１が圧電材料により構成されており、圧電シート４１〜４３及びキャビティプレート２１となるグリーンシートを互いに積層させた上で焼成を行っているため、圧電シート４１〜４３及びキャビティプレート２１の厚みの合計１００〜１１０μｍ程度と上述した場合よりも大きく、焼成の際に生じる圧電シート４１〜４３及びキャビティプレート２１の反りを低減することができる。
【００６６】
次に、図６（ｄ）に示すように、キャビティプレート２１の下面及び圧力室１０の側壁面となる部分、並びに、圧電シート４１の下面における圧力室１０の天井面となる部分に保護膜５０を形成する。保護膜５０は、ＰＶＤ（物理蒸着）、ＣＶＤ（化学蒸着）や、保護膜５０となる樹脂材料を塗布することなどによって形成することができる。
【００６７】
また、図６（ａ）〜（ｄ）の工程とは別に、図６（ｅ）に示すように、金属材料からなるベースプレート２２及びマニホールドプレート２３にエッチングによりインク流路（貫通孔１２〜１４、マニホールド流路１１など）となる孔を形成し、合成樹脂材料からなるノズルプレート２４にレーザ加工などによりノズル１５を形成するとともに、ベースプレート２２、マニホールドプレート２３及びノズルプレート２４を互いに積層させて熱硬化性の接着剤などによって接合する（第２部分形成工程）。
【００６８】
このとき、貫通孔１２〜１４などは、流路ユニット３１に形成されるインク流路において小さい部分であるが、ベースプレート２２及びマニホールドプレート２３が金属材料により構成されているため、小さい貫通孔１２〜１４などを含むインク流路をエッチングにより容易に精度よく形成することができる。
【００６９】
そして、図６（ｆ）に示すようにキャビティプレート２１及び圧電アクチュエータ３２の積層体と、プレート２２〜２４の積層体とを互いに積層させて両者を熱硬化性の接着剤などによって接合する（接合工程）。このとき、前述したように、キャビティプレート２１及び圧電シート４１〜４３の反りが低減されているため、両者を接合する際に、電極４４〜４６と圧力室１０との間に位置ズレが生じにくい。これにより、ノズル１５からのインクの吐出特性にばらつきが発生してしまうのが防止される。以上のようにして、インクジェットヘッド３が製造される。
【００７０】
なお、ここでは、インク流路となる孔を形成したプレート２２〜２４を互いに積層して接合した後、これらの積層体と、キャビティプレート２１及び圧電アクチュエータ３２の積層体とを互いに積層して接合したが、インク流路となる孔を形成したプレート２２〜２４と、キャビティプレート２１及び圧電アクチュエータ３２の積層体とを互いに積層して、これらを一度に接合してもよい。
【００７１】
以上に説明した実施の形態によると、圧電シート４１〜４３及びキャビティプレート２１となるグリーンシートを互いに積層させた上で焼成を行っているため、圧電シート４１〜４３及びキャビティプレート２１の厚みの合計が１００〜１１０μｍ程度と大きく、焼成された圧電シート４１〜４３及びキャビティプレート２１の反りが低減される。
【００７２】
また、流路ユニット３１に形成されるインク流路のうち、圧力室１０は比較的大きい部分であるため、キャビティプレート２１が圧電材料により構成されている場合にも、レーザ加工などにより、圧力室１０を容易に形成することができる。
【００７３】
また、圧力室１０の側壁部分を形成するキャビティプレート２１と圧力室１０の天井部分を形成する圧電シート４１〜４３とが、ともに圧電材料によって構成されているので、圧電アクチュエータ３２を駆動させて圧電シート４１〜４３の圧力室１０の天井部分を変形させても、圧力室１０の側壁部分と天井部分との境界部分にクラックが発生しにくい。
【００７４】
また、複数の圧電シート４１〜４３を互いに積層させて圧電層を形成することにより、圧電シート４１〜４３の表面に電極４４〜４６が配置された圧電アクチュエータ３２を容易に形成することができる。
【００７５】
また、圧電シート４１（圧電層）における圧力室１０の天井面となる部分、及び、キャビティプレート２１における圧力室１０の側壁面となる部分に保護膜５０が形成されているので、インクにより圧電材料が浸食されてしまうのを防止することができる。これにより、インクジェットヘッド３に様々の種類のインクを用いることができ、インクジェットヘッド３の汎用性が高くなる。
【００７６】
また、流路ユニット３１を構成するベースプレート２２及びマニホールドプレート２３が金属材料によって構成されているので、ベースプレート２２及びマニホールドプレート２３に、小さい貫通孔１２〜１４などを含むインク流路を、エッチングにより容易に精度よく形成することができる。
【００７７】
次に、上述の実施の形態に種々の変更を加えた変形例について説明する。ただし、上述の実施の形態と同様の構成を有するものについては同じ符号を付し、適宜その説明を省略する。
【００７８】
上述の実施の形態では、圧電材料からなる１つのキャビティプレート２１により、圧力室１０の側壁が形成されていたが、これには限られない。一変形例では、図７に示すように、キャビティプレート２１（図５参照）の代わりに、３枚の圧電シート６１〜６３が互いに積層されて配置されている。そして、３枚の圧電シート６１〜６３のうち最も上に配置されたものを除いた２枚の圧電シート６１、６２には、平面視で圧力室１０（図５参照）と重なる位置に、圧力室１０とほぼ同じ大きさの貫通孔６１ａ、６２ａが形成されている。また、３枚の圧電シート６１〜６３のうち、最も上に配置された圧電シート６３には、平面視で圧力室１０と重なる部分に、圧力室１０よりも一回り小さい貫通孔６３ａが形成されており、貫通孔６３ａは、平面視で貫通孔６１ａ、６２ａの内側に位置している。そして、貫通孔６１ａ〜６３ａが互いに重なることで、圧力室６０となる孔が形成されている（変形例１）。なお、変形例１においては、３枚の圧電シート６１〜６３が、本発明に係る圧電材料部に相当する。
【００７９】
この場合には、圧力室６０が、その上端部の角に段差ができた構造となるため、圧力室６０のこの角の部分に気泡がたまりにくくなる。また、この場合には、圧電シート４１〜４３及び圧電シート６１〜６３の厚みの合計が、上述の実施の形態の場合と同様に大きくなる（１００〜１１０μｍ程度）ため、圧電シート４１〜４３となる圧電材料のグリーンシートと圧電シート６１〜６３となる圧電材料のグリーンシートとを互いに積層させてこれらを焼成することにより、焼成の際に生じる圧電シート４１〜４３及び圧電シート６１〜６３の反りを低減することができる。
【００８０】
また、この場合にも、圧力室６０は流路ユニットに形成されるインク流路において比較的大きい部分であるため、圧電材料からなる圧電シート６１〜６３にレーザ加工などにより貫通孔６１ａ〜６３ａを形成することにより、圧力室６０を容易に形成することができる。
【００８１】
また、上述の実施の形態では、圧電アクチュエータが、圧電シート４１〜４３が互いに積層され、圧電シート４１〜４３の表面に電極４４〜４６が配置された構造であったが、これには限られない。別の一変形例では、図８、図９に示すように、キャビティプレート２１の上面に圧電シート４１〜４３（図４参照）をあわせたのと同程度（６０μｍ程度）の厚みを有する圧電層７１が配置されている。また、圧電層７１の上面には、圧力室１０と対向する部分に複数の凹部７１ａ、７１ｂが形成されている。複数の凹部７１ａ、７１ｂは、それぞれ、紙送り方向（図９の左右方向）にほぼ等間隔に配列されることによって凹部７１ａの列及び凹部７１ｂの列を形成しており、凹部７１ａの列と凹部７１ｂの列とが、走査方向に交互にほぼ等間隔で配列されている。
【００８２】
複数の凹部７１ａ、７１ｂには、それぞれ、金属材料のペーストなどが充填されることにより電極７２ａ、７２ｂが形成されている。電極７２ａは、常にグランド電位に保持されており、電極７２ｂは、図示しないドライバＩＣにより、グランド電位と駆動電位との間でその電位が切り替えられる。また、圧電層７１の、電極７２ａと電極７２ｂとに挟まれた部分は、電極７２ｂから電極７２ａに向かって水平方向に分極されている（変形例２）。
【００８３】
このような圧電アクチュエータにおいては、予め電極７２ａ、７２ｂの両方がグランド電位に保持されており、ノズル１５からインクを吐出させる際には、電極７２ｂの電位を一端駆動電位にし、所定時間経過後、グランド電位に戻す。電極７２ｂの電位を駆動電位に変化させると、圧電層７１の電極７２ａと電極７２ｂとに挟まれた部分に分極方向と同じ水平方向の電界が発生し、圧電層７１のこの部分が水平方向に伸長する。一方、圧電層７１のこの部分よりも下の部分においては上述したような伸長は生じない。したがって、圧電層７１のこれら２つの部分の伸長差によって、圧電層７１が圧力室１０と反対側に凸となるように変形し、これにより、圧力室１０の容積が増加する。その後、電極７２ｂの電位をグランド電位に戻すと、圧電層７１の変形が元に戻り、圧力室１０の容積が減少する。これにより、圧力室１０内のインクの圧力が増加して、圧力室１０に連通するノズル１５からインクが吐出される。
【００８４】
また、この場合には、圧電層７１となる圧電材料のグリーンシート、及び、圧力室１０となる貫通孔が形成された、キャビティプレート２１となる圧電材料のグリーンシートを形成し（圧電層形成工程、第１部分形成工程）、これらを積層してから（積層工程）、これらの積層体（圧電材料体）を焼成し（焼成工程）、その後、レーザ加工などによって圧電層７１に凹部７１ａ、７１ｂを形成する、あるいは、圧電層７１を焼成した後で凹部７１ａ、７１ｂを形成する代わりに、射出成形などによって凹部７１ａ、７１ｂが形成された圧電層７１となるグリーンシートを形成してもよい（圧電層形成工程）。そして、焼成された圧電層７１の凹部７１ａ、７１ｂに導電性材料を充填することによって電極７２ａ、７２ｂを形成する（電極形成工程）。
【００８５】
そして、この場合でも、上述したように、圧電材料からなるキャビティプレート２１と圧電層７１とを積層させてからこれらの積層体を焼成することにより、焼成の際に生じるキャビティプレート２１及び圧電層７１の反りを低減することができる。
【００８６】
また、以上の説明では、流路ユニットの圧力室１０を形成する部分（キャビティプレート２１、圧電シート６１〜６３、つまり圧電材料部）と、圧電アクチュエータの圧電層となる部分（圧電シート４１〜４３、圧電層７１）とが互いに積層されていたがこれには限られない。別の一変形例では、図１０に示すように、ベースプレート２２の上面に、上記２つの部分（圧電材料部及び圧電層）を構成する圧電材料体８１が配置されている。そして、圧電材料体８１にはその略下半分に圧力室１０となる凹部８１ａが形成されているとともに、圧電材料体８１の上面には、変形例２と同様の凹部７１ａ、７１ｂが形成されており、凹部７１ａ、７１ｂの内部に、それぞれ、電極７２ａ、７２ｂが形成されている（変形例３）。
【００８７】
この場合には、圧電材料体８１は、射出成形により形成された圧電材料のグリーンシートを焼成してから、レーザ加工などにより凹部７１ａ、７１ｂ、８１ａを形成する、あるいは、射出成形により凹部７１ａ、７１ｂ、８１ａが形成されたグリーンシートを焼成することによって形成されるが、圧電材料体８１の厚みが大きいため、焼成の際に生じる圧電材料体８１の反りを低減することができる。なお、この場合には、射出成形により圧電材料体８１となるグリーンシートが形成されることにより、本発明に係る圧電層形成工程と流路ユニット３１の第１部分形成工程とが同時に行われる。
【００８８】
また、圧電アクチュエータは、以上に説明したものには限られず、圧電層の厚みが薄く、圧電層となるグリーンシートのみを焼成すると圧電層に大きな反りが発生してしまう虞のある圧電アクチュエータに本発明を適用することも可能である。
【００８９】
また、上述の実施の形態では、キャビティプレート２１の下面及び圧力室１０の側壁面となる部分、並びに、圧電シート４１の下面に保護膜５０が形成されていたが、図１１に示すように保護膜５０は形成されていなくてもよい（変形例４）。この場合でも、圧電材料を浸食しないような種類のインクを用いれば、インクによりキャビティプレート２１及び圧電シート４１〜４３が浸食されてしまうことがない。
【００９０】
また、上述の実施の形態では、プレート２２、２３が金属材料により構成されていたが、これには限られず、例えば、プレート２２、２３がシリコン材料によって構成されていてもよい。この場合でも、金属材料により構成されている場合と同様、プレート２２、２３に、小さい貫通孔１２〜１４等を含むインク流路を、エッチングにより容易に精度よく形成することができる。
【００９１】
また、以上の説明では、流路ユニットに形成されたインク流路のうち、圧力室を形成する部分のみが圧電材料によって構成されていたが、例えば、キャビティプレート２１に加えベースプレート２２も圧電材料により構成されているなど、流路ユニットが、その一部分だけが圧電材料によって構成されているとともに、この圧電材料により形成された圧電材料部に、インク流路の圧力室以外の部分が形成されおり、且つ、この圧電材料部が圧電層と一体化していてもよい。
【００９２】
また、以上では、ノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドに本発明を適用した例について説明したが、これには限られず、インク以外の液体を吐出するあるいは液体を移送する液体移送装置に本発明を適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明における実施の形態に係るプリンタの概略構成図である。
【図２】図１のインクジェットヘッドの平面図である。
【図３】図２の部分拡大図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】図３のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】インクジェットヘッドの製造過程を示す工程図である。
【図７】変形例１の図５相当の図である。
【図８】変形例２の図５相当の図である。
【図９】変形例２の図４相当の図である。
【図１０】変形例３の図５相当の図である。
【図１１】変形例４の図５相当の図である。
【符号の説明】
【００９４】
３  インクジェットヘッド
１０  圧力室
１２、１３、１４  貫通孔
２１  キャビティプレート
２２  ベースプレート
２３  マニホールドプレート
３１  流路ユニット
３２  圧電アクチュエータ
４１〜４３  圧電シート
４４  下部電極
４５  中間電極
４６  上部電極
５０  保護膜
６０  圧力室
６１〜６３  圧電シート
６１ａ〜６３ａ  貫通孔
７１  圧電層
７２  電極
８１  圧電材料体
【図１】
2010030131.tif 000003
【図２】
2010030131.tif 000004
【図３】
2010030131.tif 000005
【図４】
2010030131.tif 000006
【図５】
2010030131.tif 000007
【図６】
2010030131.tif 000008
【図７】
2010030131.tif 000009
【図８】
2010030131.tif 000010
【図９】
2010030131.tif 000011
【図１０】
2010030131.tif 000012
【図１１】
2010030131.tif 000013