(57)【要約】【課題】  振動板の変位量が大きく、信頼性が高い液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッドの製造方法及び画像形成装置を提供する。【解決手段】  上部電極１２０は、圧力室１０６の中心部を囲む環状に形成されており、圧力室１０６の中心部以外の領域（圧力室プレート１０２（圧力室隔壁）近傍の領域）である縁部と重なるように形成されている。また、下部電極１１２及び圧電膜１１６は、圧力室１０６の中心部に重なる領域に穴が形成されている。下部電極１１２に形成された穴１１２Ｈの径は、圧電膜１１６に形成された穴１１６Ｈの径よりも大きく、圧電膜１１６の穴１１６Ｈは、下部電極１１２に形成された穴１１２Ｈの中に収まるように形成される。従って、下部電極１１２の圧力室１０６の中心部側の端部は圧電膜１１６によって覆われる。これにより、上部電極１２０と下部電極１１２との間で沿面放電やイオンマイグレーションが発生するのを防止することができる。【選択図】    図５
2010208204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面に沿って配置された複数の圧力室を有する流路ユニットと、
前記圧力室の容積を変化させて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、
前記圧電アクチュエータは、
前記圧力室の一壁面を構成する振動板と、
前記平面に直交する方向から見て、前記振動板上の少なくとも前記圧力室の中心部と重なる領域以外の領域に形成された共通電極であって、前記複数の圧力室の中心部とそれぞれ重なる領域に形成された穴を有する共通電極と、
前記共通電極上に形成された圧電層であって、前記平面に直交する方向から見て、前記複数の圧力室の中心部とそれぞれ重なる領域に形成され、前記共通電極に形成された穴に収まる凹部を有し、前記共通電極の前記圧力室の中心部側の縁部を覆う圧電層と、
前記圧電層上に形成され、前記平面に直交する方向から見て、前記複数の圧力室の中心部以外の領域である縁部とそれぞれ重なる領域に配置された複数の環状の個別電極と、
を備える液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記圧電層の凹部の底面が前記振動板により構成される請求項１記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記圧電層が、前記平面に直交する方向から見て、前記複数の圧力室の中心部と重なる領域に形成された薄肉部を備え、
前記薄肉部が、前記平面に直交する方向から見て、前記圧電層の前記複数の圧力室の中心部と重なる領域以外の領域よりも薄く、前記凹部を構成する請求項１記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記共通電極の前記穴と、前記上部電極の前記圧力室の側の縁部の、前記平面に直交する方向から見たときの平面形状が互いに略相似形である請求項１から３のいずれか１項記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記圧電層の前記凹部と、前記上部電極の前記圧力室の側の縁部の、前記平面に直交する方向から見たときの平面形状が互いに略相似形である請求項４記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記圧力室と、前記上部電極の前記圧力室の側の縁部の、前記平面に直交する方向から見たときの平面形状が互いに略相似形である請求項４又は５記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】
前記個別電極が、前記圧力室の圧力室隔壁に重なる領域までのびている請求項１から６のいずれか１項記載の液体吐出ヘッド。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項記載の液体吐出ヘッドを備える画像形成装置において、
前記個別電極が前記圧電体の前記振動板とは反対側の面に配置されており、
前記共通電極が接地されており、
前記圧電層が前記振動板から前記個別電極に向かう方向に分極されており、
インク吐出動作時にのみ、前記個別電極にマイナス電位の駆動電圧波形を印加して、前記圧電層の分極方向と同方向の電界を前記圧電層に作用させる電圧印加手段を更に備える画像形成装置。
【請求項９】
（ａ）  平面に沿って配置された複数の圧力室を有する流路ユニットにおいて、前記平面に直交する方向から見て、前記圧力室の一壁面を構成する振動板上の少なくとも前記圧力室の中心部と重なる領域以外の領域に形成された共通電極であって、前記複数の圧力室の中心部とそれぞれ重なる領域に形成された穴を有する共通電極を形成するステップと、
（ｂ）  前記共通電極上に、前記平面に直交する方向から見て、前記複数の圧力室の中心部とそれぞれ重なる領域に形成され、前記共通電極に形成された穴に収まる凹部を有する圧電層を形成し、前記圧電層により前記共通電極の前記圧力室の中心部側の縁部を覆うステップと、
（ｃ）  前記圧電層上に、前記平面に直交する方向から見て、前記複数の圧力室の中心部以外の領域である縁部とそれぞれ重なる領域に配置された複数の環状の個別電極を形成するステップと、
を備える液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１０】
前記圧電層の凹部の底面が前記振動板により構成される請求項９記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１１】
前記ステップ（ｂ）が、前記圧電層の、前記平面に直交する方向から見て、前記複数の圧力室の中心部と重なる領域に、前記圧電層の前記複数の圧力室の中心部と重なる領域以外の領域よりも薄い薄肉部を形成し、前記凹部を形成するステップを備える請求項９記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１２】
前記共通電極の前記穴と、前記上部電極の前記圧力室の側の縁部の、前記平面に直交する方向から見たときの平面形状が互いに略相似形になるように形成される請求項９からの１１いずれか１項記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１３】
前記圧電層の前記凹部と、前記上部電極の前記圧力室の側の縁部の、前記平面に直交する方向から見たときの平面形状が互いに略相似形になるように形成される請求項１２記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１４】
前記圧力室と、前記上部電極の前記圧力室の側の縁部の、前記平面に直交する方向から見たときの平面形状が互いに略相似形になるように形成される請求項１２又は１３記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１５】
前記ステップ（ｃ）において、前記個別電極が、前記圧力室の圧力室隔壁に重なる領域までのびている請求項９から１４のいずれか１項記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１６】
前記ステップ（ｂ）において、前記圧電層をスパッタ法により形成する請求項９から１５のいずれか１項記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッドの製造方法及び画像形成装置に係り、特に２層の電極膜の間に圧電膜が設けられた液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッドの製造方法及び該液体吐出ヘッドを備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、環状の形状を有し、平面視で圧力室の中心部以外の縁部と重なる領域に、圧力室の中心部を取り囲むように形成された個別電極を備える圧電アクチュエータが開示されている。更に、特許文献１には、圧電層が平面視で圧力室の中心部と重なる領域には形成されておらず、この中心部と重なる領域以外の領域に形成された圧電アクチュエータが開示されている。特許文献１では、環状の個別電極（上部電極）を用いるとともに、圧力室の中心部と重なる領域に圧電層を設けない構造とすることで、振動板の変位量を大きくするようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１５０９４８号公報（例えば、段落［０００８］から［００１０］、［００２８］、［００３８］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、液体吐出ヘッドのノズルの高密度化が進んでおり、ノズル配置の高密度化（圧電アクチュエータの面積の縮小）と、圧電アクチュエータによる振動板の変位量の増大とを同時に実現することが求められている。
【０００５】
図１０に示すように、環状の個別電極（上部電極）２１０を有する圧電アクチュエータ２００において、振動板２０４（共通電極（下部電極）と兼用）の、圧力室プレート２０２に形成された圧力室２０６の中心部と重なる領域に圧電層２０８を設けない（すべて削ってしまう）場合、共通電極（下部電極）２０４が大気に剥き出しになってしまう。厚さ数ミクロン〜十数ミクロンの薄膜ＰＺＴからなる圧電層２０８の場合、上部電極２１０と下部電極２０４とが大気を介して接するため、沿面放電や圧電層２０８の側面を伝ったイオンマイグレーションによる電極のショート（短絡）等の問題が発生しやすい。上記の問題を回避するためには、上部電極２１０を圧力室２０６の中心部から縁部側に後退させて、上部電極２１０と下部電極２０４との間の距離を広げることが考えられる。しかしながら、通常のたわみ振動（横振動）モードの圧電アクチュエータとは異なり、環状の上部電極２１０を用いた圧電アクチュエータでは、上部電極２１０を圧力室２０６の中心部から後退させると、圧電層２０８の電圧が印加される部分の面積が減り、振動板２０４の変位量が小さくなってしまう。
【０００６】
また、振動板２０４を覆う圧電層２０８をすべて削ってしまうと、振動板２０４の変位量を大きくすることはできるが、振動板２０４の剛性が低くなってしまう。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、振動板の変位量が大きく、信頼性が高い液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッドの製造方法及び該液体吐出ヘッドを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。更に、本発明は、上記の目的に加えて、振動板の剛性の確保を併せて実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る液体吐出ヘッドは、平面に沿って配置された複数の圧力室を有する流路ユニットと、前記圧力室の容積を変化させて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、前記圧電アクチュエータは、前記圧力室の一壁面を構成する振動板と、前記平面に直交する方向から見て、前記振動板上の少なくとも前記圧力室の中心部と重なる領域以外の領域に形成された共通電極であって、前記複数の圧力室の中心部とそれぞれ重なる領域に形成された穴を有する共通電極と、前記共通電極上に形成された圧電層であって、前記平面に直交する方向から見て、前記複数の圧力室の中心部とそれぞれ重なる領域に形成され、前記共通電極に形成された穴に収まる凹部を有し、前記共通電極の前記圧力室の中心部側の縁部を覆う圧電層と、前記圧電層上に形成され、前記平面に直交する方向から見て、前記複数の圧力室の中心部以外の領域である縁部とそれぞれ重なる領域に配置された複数の環状の個別電極とを備える。
【０００９】
上記第１の態様によれば、下部電極を圧電膜により覆って大気に直接触れないようにすることにより、振動板の変位量の増大を実現しながら、（例えば、沿面放電、イオンマイグレーションによる）上部電極と下部電極との短絡を防止することができ、液体吐出ヘッドの信頼性を高めることが可能になる。
【００１０】
本発明の第２の態様に係る液体吐出ヘッドは、上記第１の態様において、前記圧電層の凹部の底面が前記振動板により構成されるようにしたものである。
【００１１】
上記第２の態様によれば、圧電層を圧力室の中心部以外の領域である縁部とそれぞれ重なる領域にのみ配置することにより、振動板の変位量をより大きくすることができる。
【００１２】
本発明の第３の態様に係る液体吐出ヘッドは、上記第１の態様において、前記圧電層が、前記平面に直交する方向から見て、前記複数の圧力室の中心部と重なる領域に形成された薄肉部を備え、前記薄肉部が、前記平面に直交する方向から見て、前記圧電層の前記複数の圧力室の中心部と重なる領域以外の領域よりも薄く、前記凹部を構成するようにしたものである。
【００１３】
上記第３の態様によれば、上記した効果に加え、圧力室の中心部に重なる領域に縁部よりも薄い圧電層を残すことにより、振動板の変位量を高めつつ、振動板の剛性を高めることができる。
【００１４】
本発明の第４の態様に係る液体吐出ヘッドは、上記第１から第３の態様において、前記共通電極の前記穴と、前記上部電極の前記圧力室の側の縁部の、前記平面に直交する方向から見たときの平面形状を互いに略相似形としたものである。
【００１５】
本発明の第５の態様に係る液体吐出ヘッドは、上記第４の態様において、前記圧電層の前記凹部と、前記上部電極の前記圧力室の側の縁部の、前記平面に直交する方向から見たときの平面形状を互いに略相似形としたものである。
【００１６】
本発明の第６の態様に係る液体吐出ヘッドは、上記第４又は第５の態様において、前記圧力室と、前記上部電極の前記圧力室の側の縁部の、前記平面に直交する方向から見たときの平面形状を互いに略相似形としたものである。
【００１７】
上記第４から６の態様によれば、圧電層の圧力室の中心部側の領域に略均等に電界を作用させることができるので、圧電層を有効に変位させることが可能になる。
【００１８】
本発明の第７の態様に係る液体吐出ヘッドは、上記第１から第６の態様において、前記個別電極が、前記圧力室の圧力室隔壁に重なる領域までのびるようにしたものである。
【００１９】
上記第７の態様によれば、個別電極と共通電極との間に生じる電界により変位する圧電層の活性部の面積を大きくすることができ、振動板の変位量をより大きくすることができる。
【００２０】
本発明の第８の態様に係る画像形成装置は、上記第１から第７の態様に係る液体吐出ヘッドを備える画像形成装置において、前記個別電極が前記圧電体の前記振動板とは反対側の面に配置されており、前記共通電極が接地されており、前記圧電層が前記振動板から前記個別電極に向かう方向に分極されており、インク吐出動作時にのみ、前記個別電極にマイナス電位の駆動電圧波形を印加して、前記圧電層の分極方向と同方向の電界を前記圧電層に作用させる電圧印加手段を更に備える。
【００２１】
上記第８の態様によれば、インク吐出動作が行われるときにのみ個別電極に駆動電圧を印加するので、通常時には圧電層に電界が作用しない。このため、圧電層の劣化を防止することができ、液体吐出ヘッドの信頼性をより高めることができる。
【００２２】
本発明の第９の態様に係る液体吐出ヘッドの製造方法は、（ａ）平面に沿って配置された複数の圧力室を有する流路ユニットにおいて、前記平面に直交する方向から見て、前記圧力室の一壁面を構成する振動板上の少なくとも前記圧力室の中心部と重なる領域以外の領域に形成された共通電極であって、前記複数の圧力室の中心部とそれぞれ重なる領域に形成された穴を有する共通電極を形成するステップと、（ｂ）前記共通電極上に、前記平面に直交する方向から見て、前記複数の圧力室の中心部とそれぞれ重なる領域に形成され、前記共通電極に形成された穴に収まる凹部を有する圧電層を形成し、前記圧電層により前記共通電極の前記圧力室の中心部側の縁部を覆うステップと、（ｃ）前記圧電層上に、前記平面に直交する方向から見て、前記複数の圧力室の中心部以外の領域である縁部とそれぞれ重なる領域に配置された複数の環状の個別電極を形成するステップとを備える。
【００２３】
本発明の第１０の態様に係る液体吐出ヘッドの製造方法は、上記第９の態様において、前記圧電層の凹部の底面が前記振動板により構成されるようにしたものである。
【００２４】
本発明の第１１の態様に係る液体吐出ヘッドの製造方法は、上記第９の態様の前記ステップ（ｂ）が、前記圧電層の、前記平面に直交する方向から見て、前記複数の圧力室の中心部と重なる領域に、前記圧電層の前記複数の圧力室の中心部と重なる領域以外の領域よりも薄い薄肉部を形成し、前記凹部を形成するステップを備えるものである。
【００２５】
本発明の第１２の態様に係る液体吐出ヘッドの製造方法は、上記第９から第１１の態様において、前記共通電極の前記穴と、前記上部電極の前記圧力室の側の縁部の、前記平面に直交する方向から見たときの平面形状が互いに略相似形になるように形成される。
【００２６】
本発明の第１３の態様に係る液体吐出ヘッドの製造方法は、上記第１２の態様において、前記圧電層の前記凹部と、前記上部電極の前記圧力室の側の縁部の、前記平面に直交する方向から見たときの平面形状が互いに略相似形になるように形成される。
【００２７】
本発明の第１４の態様に係る液体吐出ヘッドの製造方法は、上記第１２から第１３の態様において、前記圧力室と、前記上部電極の前記圧力室の側の縁部の、前記平面に直交する方向から見たときの平面形状が互いに略相似形になるように形成される。
【００２８】
本発明の第１５の態様に係る液体吐出ヘッドの製造方法は、上記第９から第１４の態様のステップ（ｃ）において、前記個別電極が、前記圧力室の圧力室隔壁に重なる領域までのびるように形成したものである。
【００２９】
本発明の第１６の態様に係る液体吐出ヘッドの製造方法は、上記第９から第１５の態様のステップ（ｂ）において、前記圧電層をスパッタ法により形成するようにしたものである。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、下部電極を圧電膜により覆って大気に直接触れないようにすることにより、振動板の変位量の増大を実現しながら、（例えば、沿面放電、イオンマイグレーションによる）上部電極と下部電極との短絡を防止することができ、液体吐出ヘッドの信頼性を高めることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態に係るインクジェット記録装置を模式的に示す図
【図２】インクジェット記録装置の印字部の周辺を示す平面図
【図３】インクジェット記録装置の制御系を示すブロック図
【図４】本発明の第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドを示す図
【図５】本発明の第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドを示す図
【図６】本発明の第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造方法を示す断面図
【図７】本発明の第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造方法を示す断面図（図５の続き）
【図８】本発明の第２の実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造方法を示す断面図
【図９】本発明に係る液体吐出ヘッドを駆動する時の駆動電圧の波形を示すグラフ
【図１０】環状の個別電極を備える圧電アクチュエータを示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、添付図面に従って本発明に係る液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッドの製造方法及び画像形成装置の好ましい実施の形態について説明する。
【００３３】
［画像形成装置の構成］
まず、本発明に係る液体吐出ヘッドを備える画像形成装置（インクジェット記録装置）の構成について、図１を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るインクジェット記録装置を模式的に示す図であり、図２は、インクジェット記録装置の印字部の周辺を示す平面図である。
【００３４】
図１に示すように、本実施形態に係るインクジェット記録装置１は、それぞれ黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の４色のインクを吐出する液体吐出ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙを有する印字部１０を備えており、ホストコンピュータ（図３の符号６０）から入力された画像データに基づいて、印字部１０から記録紙１６の印字面に４色のインクを吐出してカラー画像を形成する装置である。
【００３５】
図２に示すように、印字部１０は、記録紙１６の最大紙幅に対応する長さを有するライン型の液体吐出ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙが紙搬送方向（副走査方向）と直交する方向（主走査方向）に配置された、いわゆるフルライン型のヘッドである。
【００３６】
インク貯蔵／装填部１４は、ＫＣＭＹの４色のインクを貯蔵する。インク貯蔵／装填部１４に貯蔵されたインクは、インク供給路を介して液体吐出ヘッド１２に供給される。
【００３７】
なお、インク色や色数については上記のＫＣＭＹの標準色（４色）には限定されず、例えば、淡インク、濃インクを吐出する液体吐出ヘッドを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタ等のライト系インクを吐出する液体吐出ヘッドを追加してもよい。
【００３８】
給紙部１８は、印字部１０に記録紙１６を供給する。ロール紙（連続用紙）のマガジンを備えている。なお、紙幅や紙質等が異なるマガジンを複数設けてもよい。また、カット紙が装填されたカセットを設けてもよい。
【００３９】
デカール処理部２０は、給紙部１８から送り出された記録紙１６を加熱ドラム２２により加熱して記録紙１６の巻き癖（カール）を除去する。なお、デカール処理時には、加熱温度を制御して、印字面がやや外側にカールするようにすることが好ましい。
【００４０】
カッター２４は、記録紙１６の印字面の裏面側に配置された固定刃２４Ａと、印字面側に配置された丸刃２４Ｂとを備えている。給紙部１８から送り出された記録紙１６は、カッター２４によって所望のサイズにカットされる。デカール処理部２０によってデカール処理が施され、カットされた記録紙１６は、吸着ベルト搬送部２６へと送られる。
【００４１】
吸着ベルト搬送部２６は、２つのローラー２８及び３０と、ローラー２８と３０との間に巻き掛けられた無端状のベルト３２とを備えている。ローラー２８、３０の少なくとも一方にはモータの動力が伝達され、ベルト３２が図１の時計回り方向に駆動される。これにより、ベルト３２の表面に保持された記録紙１６が図１の左から右へと搬送される。
【００４２】
ローラー２８、３０及びベルト３２は、印字部１０の各液体吐出ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙのノズル面及び印字検出部３４のセンサ面に対向する部分が平面になるように配置されている。
【００４３】
ベルト３２の幅は、記録紙１６の幅よりも広くなっている（図２参照）。ベルト３２の表面には多数の吸引孔（不図示）が形成されている。ベルト３２の内側の印字部１０のノズル面及び印字検出部３４のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバー３６が設けられている。吸着チャンバー３６は、ファン３８によって負圧にされる。これにより、記録紙１６がベルト３２の表面に吸着されて保持される。
【００４４】
加熱部４０は、インクが記録紙１６に着弾してから乾燥するまでの時間を短縮するために、印字前に記録紙１６を加熱する。加熱部４０としては、例えば、記録紙１６に加熱空気を吹きつけて加熱する加熱ファンが用いられる。
【００４５】
印字検出部３４は、印字部１０によるインクの打滴結果を撮像するためのイメージセンサを含んでいる。図２に示すように、印字検出部３４は、各液体吐出ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙによるインク吐出幅（画像記録幅）よりも幅の広い受光素子列を有するラインセンサにより構成される。なお、印字検出部３４としては、例えば、エリアセンサを用いてもよい。
【００４６】
後乾燥部４２は、記録紙１６の印字面を乾燥させる装置である。後乾燥部４２としては、例えば、加熱ファンが用いられる。
【００４７】
ベルト清掃部４４は、ベルト３２に付着したインクを除去する。ベルト３２を清掃する方式としては、例えば、ブラシ・ロール、吸水ロール等をニップする方式、清浄エアーを吹き掛けるエアーブロー方式を適用することが可能である。
【００４８】
加熱・加圧部４６は、記録紙１６に印字された画像の表面の光沢度を制御するための装置である。加熱・加圧部４６は、後乾燥部４２の後段に配置されており、印字面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラー４８で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。
【００４９】
上記のようにして画像が印字された記録紙１６（プリント物）は、排紙部５２から排出される。本実施形態に係るインクジェット記録装置１は、印字対象の画像が印字されたプリント物と、印字結果検出用のテストパターンが印字されたプリント物とを選別してそれぞれの排紙部５２Ａ、５２Ｂに送るために排紙経路を切り換える選別手段（不図示）を備えている。
【００５０】
なお、記録紙１６に本画像とテスト印字とを同時に並列に形成する場合は、カッター５０によってテスト印字の部分を切り離す。カッター５０は、上記カッター２４と同様、固定刃５０Ａと丸刃５０Ｂとを含んでいる。
【００５１】
図３は、インクジェット記録装置１の制御系を示すブロック図である。
【００５２】
システムコントローラ６４は、インクジェット記録装置１の各部を制御する制御部である。システムコントローラ６４は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びその周辺回路を含んでおり、ホストコンピュータ６０との間の通信制御、メモリ６８の読み書き制御等を行うとともに、モータ７２及びヒータ７６を制御する制御信号を生成する。
【００５３】
プログラム格納部６６は、各種制御プログラムが格納される記憶領域である。プログラム格納部６６としては、例えば、ＲＯＭやＥＥＰＲＯＭ等の半導体メモリ、ハードディスク等の磁気媒体を用いることができる。
【００５４】
メモリ６８は、各種のデータの記憶領域、及びシステムコントローラ６４が演算を行うときの作業領域を含む記憶装置である。メモリ６８としては、例えば、ＲＡＭ等の半導体メモリ、ハードディスク等の磁気媒体を用いることができる。
【００５５】
通信インターフェース６２は、ホストコンピュータ６０との間で通信接続を行うためのインターフェースである。通信インターフェース６２としては、例えば、ＵＳＢ、IEEE1394等のシリアルインターフェース、セントロニクス等のパラレルインターフェース、無線ネットワーク、イーサネット（登録商標）を適用することができる。通信インターフェース６２を介して入力された画像データは、メモリ６８に一時記憶される。
【００５６】
プリント制御部７８は、システムコントローラ６４から入力される制御信号に従って、メモリ６８に一時記憶された画像データに対して所定の信号処理を施し、印字制御信号（ドットデータ）を生成する。プリント制御部７８は、上記印字制御信号に基づいてヘッドドライバ８２を制御して、印字部１０の各液体吐出ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙから吐出されるインクの吐出量や吐出タイミングの制御を行う。また、プリント制御部７８は、印字検出部３４から得られるインクの打滴結果に基づいて、印字制御信号を補正する。これにより、所望のドットサイズやドット配置が実現される。
【００５７】
バッファメモリ８０は、プリント制御部７８が画像データを処理するときの作業領域を含む記憶装置である。
【００５８】
ヘッドドライバ８２は、プリント制御部７８から入力されるドットデータに基づいて各液体吐出ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙを駆動するための駆動信号を生成し、各液体吐出ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙに供給する。
【００５９】
モータドライバ７０は、システムコントローラ６４から入力される制御信号に従ってモータ７２を駆動して、吸着ベルト搬送部２６のローラー２８、３０に動力を伝達し、記録紙１６の搬送制御を行う。
【００６０】
ヒータドライバ７４は、システムコントローラ６４から入力される制御信号に従ってデカール処理部２０、加熱部４０、後乾燥部４２及び加熱・加圧部４６等に含まれる各種の加熱手段（ヒータ７６）の加熱制御を行う。
【００６１】
［第１の実施形態］
次に、本発明の第１の実施形態に係る液体吐出ヘッド１２について説明する。図４及び図５は、本発明の第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドを示す図である。図４（ａ）及び図５（ａ）は液体吐出ヘッドの上面を示す平面図であり、図４（ｂ）及び図５（ｂ）は液体吐出ヘッドの断面図である。
【００６２】
図４（ｂ）に示すように、本実施形態に係る液体吐出ヘッド１２は、圧力室１０６が形成された流路ユニット１２６と、圧力室１０６の容積を変化させる圧電アクチュエータ１２４とを含んでいる。
【００６３】
流路ユニット１２６は、圧力室プレート１０２、スペーサプレート１２８、マニホールドプレート１３０及びノズルプレート１３２が積層されて構成される。圧力室プレート１０２、スペーサプレート１２８及びマニホールドプレート１３０の材料としては、例えば、Ｓｉ、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、石英ガラス等のシリコン系材料、又はステンレス等の金属系材料を用いることができる。また、ノズルプレート１３２の材料としては、例えば、ポリイミド等の樹脂系材料、ステンレス等の金属系材料又はＳｉを用いることができる。
【００６４】
圧力室プレート１０２には、複数の圧力室（圧力室孔）１０６が形成されている。圧力室１０６は、平面視で主走査方向に長い略長円形状（略楕円形状）である。圧力室１０６の大きさ（長手方向の長さ）は一例でφ３００μｍである。
【００６５】
図４（ａ）に示すように、スペーサプレート１２８には、各圧力室１０６の長手方向両端部に重なる位置にそれぞれ連通孔１３４、１４０が形成されている。また、マニホールドプレート１３０には、連通孔１３６及び共通流路１４２が形成されている。共通流路１４２は、スペーサプレート１２８の連通孔１４０に連通する。マニホールドプレート１３０の連通孔１３６は、スペーサプレート１２８の連通孔１３４と同一形状であり、平面視で互いに重なる位置に形成される。
【００６６】
ノズルプレート１３２には、上記連通孔１３４、１３６と重なる位置にノズル１３８が形成されている。図示は省略するが、液体吐出ヘッド１２の吐出面（ノズル面）には複数のノズル１３８が２次元状（マトリクス状）に設けられている。ノズル１３８は、例えば、エキシマレーザ−加工を施すことにより形成される。
【００６７】
図４に示すように、共通流路１４２は連通孔１４０を介して圧力室１０６に連通し、圧力室１０６は連通孔１３４、１３６を介してノズル１３８に連通する。これにより、インク貯蔵／装填部１４から共通流路１４２を介して供給されるインクが圧力室１０６を経てノズル１３８に至るインク流路が形成される。
【００６８】
次に、圧電アクチュエータ１２４について説明する。圧電アクチュエータ１２４は、圧力室１０６の壁面となる振動板１２２（表面シリコン層１０４、酸化シリコン層１０８）上に形成された下部電極１１２、圧電膜１１６及び圧電膜１１６の上に形成された上部電極１２０を含んでいる。ここで、振動板１２２の厚さは一例で１０μｍである。
【００６９】
本実施形態に係る圧電アクチュエータ１２４は、下部電極１１２が共通電極となり、上部電極１２０が個別電極となる構造（上部アドレス構造）である。上部電極１２０は、不図示の外部配線（例えば、フレキシブルケーブル）に接続される。下部電極１１２は、不図示の位置において互いに電気的に接続されて接地されている。
【００７０】
図４（ａ）及び図５（ａ）に示すように、上部電極１２０は、圧力室１０６の中心部を囲む環状に形成されており、圧力室１０６の中心部以外の領域（圧力室プレート１０２（圧力室隔壁）近傍の領域）である縁部と重なるように形成されている。
【００７１】
また、下部電極１１２及び圧電膜１１６は、圧力室１０６の中心部に重なる領域に穴が形成されている。下部電極１１２に形成された穴（図６の符号１１２Ｈ）の径は、圧電膜１１６に形成された穴（図７の符号１１６Ｈ）の径よりも大きく、圧電膜１１６の穴１１６Ｈは、下部電極１１２に形成された穴１１２Ｈの中に収まるように形成される。従って、図４（ｂ）及び図５（ｂ）に示すように、下部電極１１２の圧力室１０６の中心部側の端部は圧電膜１１６によって覆われる。これにより、上部電極１２０と下部電極１１２との間で沿面放電やイオンマイグレーションが発生するのを防止することができる。
【００７２】
本実施形態では、上部電極１２０及び穴１１２Ｈ、１１６Ｈの形状を長円形状としたが、その他の形状（例えば、多角形）であってもよい。下部電極１１２の穴１１２Ｈの平面形状は、上部電極１２０の内周形状（上部電極１２０の圧力室１０６の中心部側の縁部の平面形状）と略相似な形状とし、穴１１２Ｈと上部電極１２０とは互いの中心を共有するように配置することが好ましい。また、圧電膜１１６の穴１１６Ｈも、上部電極１２０の内周形状と略相似な形状とし、穴１１６Ｈと上部電極１２０とは互いの中心を共有するように配置することが好ましい。更に、圧力室１０６の平面形状も、上部電極１２０の内周形状と略相似な形状とし、圧力室１０６と上部電極１２０とは互いの中心を共有するように配置することが好ましい。これにより、圧電膜１１６の圧力室１０６の中心部側の領域に略均等に電界を作用させて、圧力室１０６に略均等に圧力を付与することが可能になる。
【００７３】
図４（ｂ）及び図５（ｂ）に示す例では、圧電膜１１６は、圧力室１０６の外周領域の圧力室プレート１０２（圧力室隔壁）と重なるように形成されている。また、圧電膜１１６と上部電極１２０とは、圧力室１０６の中心部側の縁部が平面視で重なるように配置されている。これにより、上部電極１２０と下部電極１１２との間に生じる電界により変位する圧電膜１１６の活性部の面積を大きくすることができ、振動板１２２の変位量をより大きくすることができる。
【００７４】
なお、図４（ｂ）及び図５（ｂ）に示す例では、上部電極１２０の方が下部電極１１２よりも圧力室１０６の中心部側にのびている。上部電極１２０に電圧が印加されると、下層に下部電極１１２が形成されていない部分の圧電膜１１６にも、上部電極１２０と下部電極１１２との間で生じる電界が加えられる（もれ出す）ので、振動板１２２の変位をより大きくすることができる。
【００７５】
以下、液体吐出ヘッド１２の動作の概略について説明する。ヘッドドライバ（図３の符号８２）から駆動信号が上部電極１２０に供給され、下部電極１１２及び上部電極１２０の間に配置された圧電膜１１６に電界が印加されると、圧電膜１１６が変位（伸縮）して振動板１２２が圧力室１０６側に凸状となるように変形する。これにより、圧力室１０６内のインクが加圧され、圧力室１０６に連通するノズル１３８からインク滴が吐出される。
【００７６】
インクが吐出された後、振動板１２２が元の状態に復帰する際、共通流路１４２から連通孔１４０を介して圧力室１０６に新しいインクが供給される。
【００７７】
［第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造方法］
次に、本発明の第１の実施形態に係るに液体吐出ヘッドの製造方法について説明する。図６及び図７は、本発明の第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【００７８】
まず、圧力室１０６が形成されてシリコン基板（Ｓｉ基板）からなる圧力室プレート１０２と、圧力室１０６の一壁面を構成する表面シリコン層１０４と、表面シリコン層１０４の圧力室１０６が形成された面に対して反対の面に形成された絶縁層（例えば、酸化シリコン層（ＳｉＯ２））１０８とを備えた基板構造体１００が作成される（図６（ａ））。ここで、圧力室１０６の寸法は、一例でφ３００μｍである。
【００７９】
次に、酸化シリコン層１０８の表面に下部電極膜１１０が形成される（図６（ｂ））。下部電極膜１１０の材料は、例えば、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｔｉ−Ｉｒ、ＴｉＷ−Ｉｒ、Ｔｉ−Ｐｔ又はＴｉＷ−Ｐｔである。下部電極膜１１０の形成方法は、例えば、スパッタ法、蒸着法又はＣＶＤ法である。下部電極膜１１０の厚さは、例えば、１００〜３００ｎｍである。
【００８０】
次に、下部電極膜１１０がエッチングされて、圧力室１０６の中心部に対応する位置に穴１１２Ｈが形成され、下部電極１１２が形成される（図６（ｃ））。なお、酸化シリコン層１０８上に下部電極膜１１０をベタ成膜してエッチングする代わりに、レジストを用いたリフトオフ成膜によって下部電極１１２を形成してもよい。
【００８１】
次に、下部電極１１２及び下部電極１１２の穴１１２Ｈから露出した酸化シリコン層１０８の表面に、スパッタ法により圧電膜（ＰＺＴ膜）１１４が形成される（図６（ｄ））。圧電膜１１４の材料は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ；Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）又はチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）である。圧電膜１１４の膜厚は、一例で３μｍ〜４μｍである。
【００８２】
次に、圧電膜１１４がドライエッチングされて、圧力室１０６の中心部に対応する位置に穴１１６Ｈが形成される（図７（ａ））。図７（ａ）の工程では、圧電膜１１４は有機膜又は金属膜をマスクとして、フッ素系ガス又は塩素系ガスを用いたドライエッチング（ＲＩＥ）によりパターニングされる。穴１１６Ｈが形成された後の圧電膜１１６の穴１１６Ｈの径は、下部電極１１２の穴１１２Ｈの径よりも小さく、圧電膜１１６は下部電極１１２を覆っている。圧電膜１１６の穴１１６Ｈと下部電極１１２の穴１１２Ｈの径の差Ｄ１は、一例で数μｍ〜５μｍである。
【００８３】
次に、圧電膜１１６を形成した後、酸素雰囲気中で所定の加熱温度（アニール温度）で圧電膜１１６のアニール処理が行われる。
【００８４】
次に、圧電膜１１６及び酸化シリコン層１０８の表面に上部電極膜１１８が形成される（図７（ｂ））。上部電極膜１１８の材料は、例えば、ＴｉＷ−Ａｕ、Ｔｉ−Ａｕ、ＴｉＷ−Ｃｕ又はＴｉ−Ｃｕ等の合金材料である。また、上部電極膜１１８の厚さは、一例で１００〜３００ｎｍである。
【００８５】
次に、上部電極膜１１８がエッチング（ドライエッチング又はウェットエッチング）されて、環状の上部電極１２０が形成される（図７（ｃ））。ここで、上部電極１２０は、一部が圧力室プレート１０２（圧力室隔壁）と重なるように形成される。上部電極１２０の径方向の幅Ｄ２は一例で６０μｍであり、上部電極１２０の圧力室プレート１０２と重なる部分の寸法Ｄ３は一例で１０μｍ、圧力室１０６と重なる部分の寸法Ｄ４は一例で５０μｍである。図７（ｃ）の工程では、例えば、有機膜又は金属膜をマスクとして、フッ素系ガス又は塩素系ガスを用いたドライエッチング（ＲＩＥ）又はウェットエッチングにより上部電極膜１１８がパターニングされる。なお、上部電極１２０は、例えば、レジストを用いたリフトオフ成膜によって形成してもよい。
【００８６】
本実施形態によれば、下部電極１１２を圧力室１０６の中心部以外の縁部のみに形成し、圧電膜１１６により覆って大気に直接触れないようにすることにより、振動板１２２の変位量の増大を実現しながら、（例えば、沿面放電、イオンマイグレーションによる）上部電極１２０と下部電極１１２との短絡を防止することができ、液体吐出ヘッドの信頼性を高めることが可能になる。
【００８７】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、上記第１の実施形態と同様の構成については説明を省略する。
【００８８】
本実施形態は、振動板１２２の圧力室１０６と重なる領域に圧電体の薄肉層を形成して、振動板１０４の剛性を確保するようにしたものである。
【００８９】
図８は、本発明の第２の実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造方法を示す断面図である。なお、圧電膜１１４の形成までの工程は、図６（ａ）から図６（ｄ）と同様である。
【００９０】
図８（ａ）に示すように、圧電膜１１４が形成された後、図８（ｂ）に示すように、下部電極１１２及び酸化シリコン層１０８の表面に形成された圧電膜１１４がエッチングされる。図８（ｂ）の工程では、圧電膜１１４の圧力室１０６の中心部と重なる領域に下部電極１１２の直上の領域１１４Ａよりも薄い薄肉部１１４Ｂが形成される。ここで、領域１１４Ａにおける圧電膜１１４の膜厚は一例で３μｍ〜４μｍであり、領域１１４Ｂにおける圧電膜１１４の膜厚は一例で１μｍである。
【００９１】
なお、薄肉部１１４Ｂは、上部電極１２０の内周形状（圧力室１０６の中心部側の縁部の平面形状）、下部電極１１２の穴１１２Ｈ及び圧力室１０６の平面形状と略相似な形状とし、これらと互いの中心を共有するように形成することが好ましい。これにより、圧電膜１１６の圧力室１０６の中心部側の領域に略均等に電界を作用させて、圧力室１０６に略均等に圧力を付与することが可能になる。
【００９２】
次に、圧電膜１１６及び酸化シリコン層１０８の表面に上部電極膜１１８が形成される（図８（ｃ））。
【００９３】
次に、上部電極膜１１８がエッチング（ドライエッチング又はウェットエッチング）されて、環状の上部電極１２０が形成される（図８（ｄ））。なお、上部電極１２０の平面形状及び圧力室１０６との位置関係は上記第１の実施形態と同様である。
【００９４】
本実施形態によれば、下部電極１１２を圧電膜１１６により覆って大気に直接触れないようにすることにより、振動板１２２の変位量の増大を実現しながら、（例えば、沿面放電、イオンマイグレーションによる）上部電極１２０と下部電極１１２との短絡を防止することができ、液体吐出ヘッドの信頼性を高めることが可能になる。
【００９５】
更に、本実施形態によれば、圧力室１０６の中心部に重なる領域に薄肉部１１４Ｂが形成されているので、振動板１２２の剛性を高めることができる。
【００９６】
［液体吐出ヘッドの駆動方法］
上記の実施形態では、圧電膜１１４がスパッタ法により形成されるので、下記のような効果も得ることができる。スパッタ法により形成された圧電膜１１４の分極方向は通常とは逆向き、即ち、振動板１２２から上部電極１２０に向かう方向（図４等の上向き）になる。このため、圧電膜１１４の分極方向と同方向の電界を作用させるためには、下部電極１１２をグランドに接地して電位０［Ｖ］としたときには、上部電極１２０がマイナス側の電位となるように駆動電圧を印加する必要がある。
【００９７】
図９に示すように、インク吐出動作が行われるとき以外の通常時には上部電極１２０の電位は０［Ｖ］になっており、振動板１２２は変形していない。インク吐出動作開始後、上部電極１２０の電位を０［Ｖ］から−Ｖ１［Ｖ］（但し、Ｖ１＞０）に変化させて振動板１２２を変形させて圧力室１０６の容積を拡げることにより、圧力室１０６内に共通流路１４２を介してインクが引き込まれる。そして、圧力室１０６内に発生した圧力波が正に転じるタイミングで、上部電極１２０の電位を−Ｖ１［Ｖ］から０［Ｖ］にして振動板１２２を変形前の状態に戻す。これにより、圧力室１０６内のインクが加圧されてノズル１３８からインク液滴が吐出される。
【００９８】
本実施形態によれば、インク吐出動作が行われるとき以外の通常時には上部電極１２０に駆動電圧は印加されず、圧電膜１１４に電界が作用しないので、圧電膜１１４の劣化を防止することができる。これにより、液体吐出ヘッド１２の信頼性をより高めることができる。
【００９９】
なお、本発明は、上記インクを吐出する液体吐出ヘッド以外の液体吐出ヘッド（例えば、導電ペーストを吐出して基板上に微細な配線パターンを形成するための液体吐出ヘッドや、有機発光体を基板上に吐出して高精細ディスプレイを形成するための液体吐出ヘッド、光学樹脂を基板上に吐出して光導波路等の微小電子デバイスを形成するための液体吐出ヘッド）にも適用することが可能である。
【符号の説明】
【０１００】
１…インクジェット記録装置、１０…印字部、１２…液体吐出ヘッド、１４…インク貯蔵／装填部、１６…記録紙、１８…給紙部、２０…デカール処理部、２２…加熱ドラム、２４…カッター、２６…吸着ベルト搬送部、２８、３０…ローラー、３２…ベルト、３４…印字検出部、３６…吸着チャンバー、３８…ファン、４０…加熱部、４２…後乾燥部、４４…ベルト清掃部、４６…加熱・加圧部、４８…加圧ローラー、５０…カッター、５２…排紙部、６０…ホストコンピュータ、６２…通信インターフェース、６４…システムコントローラ、６６…プログラム格納部、６８…メモリ、７０…モータドライバ、７２…モータ、７４…ヒータドライバ、７６…ヒータ、７８…プリント制御部、８０…バッファメモリ、８２…ヘッドドライバ、１００…基板構造体、１０２…圧力室プレート、１０４…表面シリコン層、１０６…圧力室、１０８…絶縁層（酸化シリコン層）、１１０…下部電極膜、１１２…下部電極、１１４、１１６…圧電膜、１１８…上部電極膜、１２０…上部電極、１２２…振動板、１２４…圧電アクチュエータ、１２６…流路ユニット、１２８…スペーサプレート、１３０…マニホールドプレート、１３２…ノズルプレート
【図１】
2010208204.tif 000003
【図２】
2010208204.tif 000004
【図３】
2010208204.tif 000005
【図４】
2010208204.tif 000006
【図５】
2010208204.tif 000007
【図６】
2010208204.tif 000008
【図７】
2010208204.tif 000009
【図８】
2010208204.tif 000010
【図９】
2010208204.tif 000011
【図１０】
2010208204.tif 000012