(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に、互いに繋がった液体加圧室としぼりとになる穴が開口しているとともに、前記液体加圧室に液体流路を介して繋がっている液体吐出孔と前記しぼりに繋がっている液体供給流路とを備えている流路部材に、前記穴を覆うように加圧部が積層されている液体吐出素子であって、前記穴には、前記液体加圧室となる部分と前記しぼりとなる部分との両方が露出しており、前記穴の前記しぼりとなる部分の深さが前記液体加圧室となる部分の深さより浅く、前記加圧部を駆動する駆動部が、前記液体加圧室および前記しぼりと重なるように設けられていることを特徴とする液体吐出素子。
【請求項２】
前記流路部材の前記表面に、前記液体加圧室と前記液体吐出孔とを繋ぐ前記液体流路としての、前記穴の前記液体加圧室となる部分より深さが浅い第２の穴が開口しているとともに、該第２の穴を覆うように第２の加圧部が積層されていることを特徴とする請求項１記載の液体吐出素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の液体吐出素子を複数備え、該液体吐出素子の前記液体吐出孔が同一の面に開口しており、前記流路部材内に前記液体吐出素子の前記しぼりが複数繋がっているマニホールドを備えていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項４】
請求項３に記載の液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに対して搬送する搬送部と、前記液体吐出ヘッドの駆動を制御する制御部とを備えていることを特徴とする記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット記録ヘッドなどの液体吐出ヘッドなどに用いられる液体吐出素子、それを用いた液体吐出ヘッドおよびそれを用いた記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インクジェットプリンタやインクジェットプロッタなどの、インクジェット記録方式を利用した印刷装置が、一般消費者向けのプリンタだけでなく、例えば電子回路の形成や液晶ディスプレイ用のカラーフィルタの製造、有機ＥＬディスプレイの製造といった工業用途にも広く利用されている。
【０００３】
このようなインクジェット方式の印刷装置には、液体を吐出させるための液体吐出素子を備えた液体吐出ヘッドが印刷ヘッドとして搭載されている。この種の印刷ヘッドには、インクが充填されたインク流路内に加圧手段としてのヒータを備え、ヒータによりインクを加熱、沸騰させ、インク流路内に発生する気泡によってインクを加圧し、インク吐出孔より、液滴として吐出させるサーマル方式と、インクが充填されるインク流路の一部の壁を変位素子によって屈曲変位させ、機械的にインク流路内のインクを加圧し、インク吐出孔より液滴として吐出させる圧電方式が一般的に知られている。
【０００４】
圧電方式の液体吐出素子としては、図９に示すように、液体吐出ヘッド９１３を、マニホールド９０５と、マニホールド９０５から順に、液体供給流路９０６（中にしぼり９１２を含む）、液体加圧室９１０および連通路９０７を介して液体吐出孔９０８まで繋がる個別流路９３２を有した平板状の流路部材９０４と、液体加圧室９１０をそれぞれ覆うように設けられた複数の変位素子９５０を有するアクチュエータユニット９２１とを積層して構成したものが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。液体吐出ヘッド９１３では、液体加圧室９１０を覆うように設けられたアクチュエータユニット９２１の変位素子９５０を変位させることで、各液体加圧室９１０の各液体吐出孔９０８から液滴を吐出させ、主走査方向に６００ｄｐｉの解像度で印刷が可能とされている。
【０００５】
なお、流路部材９０４は金属製のプレート９２２〜９３１を積層したものであり、圧電アクチュエータ９２１は流路部材９０４側から順に圧電セラミック層９２１ａ、共通電極９３４、圧電セラミック層９２１ｂおよび個別電極９３５を積層したものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３０５８５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載されているような液体吐出素子では、変位素子を駆動させて液体加圧室の体積を小さくすることにより、液体吐出孔から液滴を吐出させ、変位素子を駆動させて液体加圧室の体積を大きくすることにより、マニホールドから液体加圧室に液体が供給されるようになっている。そして、液体加圧室の体積を小さくする際に加えられた圧力の一部が、液体供給流路を通じてマニホールドに逃げないようにする為には、しぼりは液体の移動を阻害する方が望ましい。しかしながら、阻害の程度が大きいと、液体加圧室の体積を大きくしても、マニホールドからの液体の供給が足りなくなるという問題があった。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、しぼりから液体加圧室への液体の供給が安定してできる液体吐出素子およびそれを用いた液体吐出ヘッドおよび記録装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の液体吐出素子は、表面に、互いに繋がった液体加圧室としぼりとになる穴が開口しているとともに、前記液体加圧室に液体流路を介して繋がっている液体吐出孔と前記しぼりに繋がっている液体供給流路とを備えている流路部材に、前記穴を覆うように加圧部が積層されている液体吐出素子であって、前記穴には、前記液体加圧室となる部分と前記しぼりとなる部分との両方が露出しており、前記穴の前記しぼりとなる部分の深さが前
記液体加圧室となる部分の深さより浅く、前記加圧部を駆動する駆動部が、前記液体加圧室および前記しぼりと重なるように設けられていることを特徴とする。
【００１０】
また、前記流路部材の前記表面に、前記液体加圧室と前記液体吐出孔とを繋ぐ前記液体流路としての、前記穴の前記液体加圧室となる部分より深さが浅い第２の穴が開口しているとともに、該第２の穴を覆うように第２の加圧部が積層されていることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の液体吐出ヘッドは、前記液体吐出素子を複数備え、該液体吐出素子の前記液体吐出孔が同一の面に開口しており、前記流路部材内に前記液体吐出素子の前記しぼりが複数繋がっているマニホールドを備えていることが好ましい。
【００１２】
また、本発明の記録装置は、前記液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに対して搬送する搬送部と、前記液体吐出ヘッドの駆動を制御する制御部とを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の液体吐出素子によれば、表面に、互いに繋がった液体加圧室としぼりとになる穴が開口しているとともに、前記液体加圧室に液体流路を介して繋がっている液体吐出孔と前記しぼりに繋がっている液体供給流路とを備えている流路部材に、前記穴を覆うように加圧部が積層されている液体吐出素子であって、前記穴には、前記液体加圧室となる部分と前記しぼりとなる部分との両方が露出しており、前記穴の前記しぼりとなる部分の深さが前記液体加圧室となる部分の深さより浅く、前記加圧部を駆動する駆動部が、前記液体加圧室および前記しぼりと重なるように設けられていることにより、前記加圧部が前記液体加圧室の体積を小さくする際には、前記加圧部は、前記しぼりの、液体が前記液体供給流路から前記液体加圧室へ流れる方向の断面積を小さくするため、前記液体加圧室内の液体に加わった圧力が、前記しぼりの内部の液体を介して逃げにくくなるとともに、前記加圧部が前記液体加圧室の体積を大きくする際には、前記加圧部は、前記しぼりの、液体が前記液体供給流路から前記液体加圧室へ流れる方向の断面積を大きくするため、前記液体供給流路から前記しぼり介して前記液体加圧室までの液体の流れがスムーズになるので液体の供給量を多くできる。
【００１４】
また、前記流路部材の前記表面に、前記液体加圧室と前記液体吐出孔とを繋ぐ前記液体流路としての、前記穴の前記液体加圧室となる部分より深さが浅い第２の穴が開口しているとともに、該第２の穴を覆うように第２の加圧部が積層されている場合、前記加圧部が前記液体加圧室の体積を大きくする際に、前記第２の加圧部が、前記液体加圧室と前記液体吐出孔とを繋ぐ液体流路の、液体が前記液体吐出孔から前記液体加圧室へ流れる方向の断面積を小さくするようにできるため、液体が前記液体吐出孔から前記液体加圧室へと流れにくくなるので、液体が前記液体供給流路から前記しぼりを介して前記液体加圧室へとより供給されやすくなる。
【００１５】
また、本発明の液体吐出ヘッドは、前記液体吐出素子を複数備え、該液体吐出素子の前記液体吐出孔が同一の面に開口しており、前記流路部材内に前記液体吐出素子の前記しぼりが複数繋がっているマニホールドを備えていることにより、広い面積に対して液体を吐出することができる。
【００１６】
また、本発明の記録装置によれば、前記液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに対して搬送する搬送部と、前記液体吐出ヘッドの駆動を制御する制御部とを備えていることにより、良好な画像が記録できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の記録装置の一例であるプリンタを示す概略構成図である。
【図２】図１の液体吐出ヘッドを構成するヘッド本体を示す平面図である。
【図３】図２の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図である、説明のため一部の流路を省略した図である。
【図４】図２の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図であり、説明のため一部の流路を省略した図である。
【図５】（ａ）は図３の中の液体吐出素子１つの断面図であり、（ｂ）は（ａ）平面図である。
【図６】（ａ）は本発明の液体吐出素子の他の例の平面図であり、（ｂ）は（ａ）平面図である。
【図７】本発明の液体吐出ヘッドの他の例の平面図である。
【図８】（ａ）本発明の液体吐出素子の他の例の断面図であり、（ｂ）は平面図であり、（ｃ）は（ａ）および（ｂ）の液体吐出素子を用いた本発明の他の液体吐出ヘッドの斜視図である。
【図９】（ａ）は従来の液体吐出素子の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、本発明の記録装置の一例であるカラーインクジェットプリンタを示す概略構成図である。このカラーインクジェットプリンタ１（以下、プリンタ１とする）は、４つの液体吐出ヘッド２を有している。これらの液体吐出ヘッド２は、記録媒体である記録用紙Ｐの搬送方向に沿って並べられ、プリンタ１に固定されている。液体吐出ヘッド２は、図１の手前から奥へ向かう方向に細長い形状を有している。
【００１９】
プリンタ１には、記録用紙Ｐの搬送経路に沿って、給紙ユニット１１４、搬送ユニット１２０および紙受け部１１６が順に設けられている。また、プリンタ１には、液体吐出ヘッド２や給紙ユニット１１４などのプリンタ１の各部における動作を制御するための制御部１００が設けられている。
【００２０】
給紙ユニット１１４は、複数枚の記録用紙Ｐを収容することができる用紙収容ケース１１５と、給紙ローラ１４５とを有している。給紙ローラ１４５は、用紙収容ケース１１５に積層して収容された記録用紙Ｐのうち、最も上にある記録用紙Ｐを１枚ずつ送り出すことができる。
【００２１】
給紙ユニット１１４と搬送ユニット１２０との間には、記録用紙Ｐの搬送経路に沿って、二対の送りローラ１１８ａおよび１１８ｂ、ならびに、１１９ａおよび１１９ｂが配置されている。給紙ユニット１１４から送り出された記録用紙Ｐは、これらの送りローラ１１８ａ、１１８ｂ、１１９ａおよび１１９ｂによってガイドされて、さらに搬送ユニット１２０へと送り出される。
【００２２】
搬送ユニット１２０は、エンドレスの搬送ベルト１１１と２つのベルトローラ１０６および１０７を有している。搬送ベルト１１１は、ベルトローラ１０６および１０７に巻き掛けられている。搬送ベルト１１１は、２つのベルトローラ１０６および１０７に巻き掛けられたとき所定の張力で張られるような長さに調整されている。これによって、搬送ベルト１１１は、２つのベルトローラ１０６および１０７の共通接線をそれぞれ含む互いに平行な２つの平面に沿って、弛むことなく張られている。これら２つの平面のうち、液体吐出ヘッド２に近い方の平面が、記録用紙Ｐを搬送する搬送面１２７である。
【００２３】
ベルトローラ１０６には、図１に示されるように、搬送モータ１７４が接続されている。搬送モータ１７４は、ベルトローラ１０６を矢印Ａの方向に回転させることができる。また、ベルトローラ１０７は、搬送ベルト１１１に連動して回転することができる。したがって、搬送モータ１７４を駆動してベルトローラ１０６を回転させることにより、搬送ベルト１１１は、矢印Ａの方向に沿って移動する。
【００２４】
ベルトローラ１０７の近傍には、ニップローラ１３８とニップ受けローラ１３９とが、搬送ベルト１１１を挟むように配置されている。ニップローラ１３８は、図示しないバネによって下方に付勢されている。ニップローラ１３８の下方のニップ受けローラ１３９は、下方に付勢されたニップローラ１３８を、搬送ベルト１１１を介して受け止めている。２つのニップローラは回転可能に設置されており、搬送ベルト１１１に連動して回転する。
【００２５】
給紙ユニット１１４から搬送ユニット１２０へと送り出された記録用紙Ｐは、ニップローラ１３８と搬送ベルト１１１との間に挟み込まれる。これによって、記録用紙Ｐは、搬送ベルト１１１の搬送面１２７に押し付けられ、搬送面１２７上に固着する。そして、記録用紙Ｐは、搬送ベルト１１１の回転に従って、液体吐出ヘッド２が設置されている方向へと搬送される。なお、搬送ベルト１１１の外周面１１３に粘着性のシリコンゴムによる処理を施してもよい。これにより、記録用紙Ｐを搬送面１２７に確実に固着させることができる。
【００２６】
４つの液体吐出ヘッド２は、搬送ベルト１１１による搬送方向に沿って互いに近接して配置されている。各液体吐出ヘッド２は、下端にヘッド本体１３を有している。ヘッド本体１３の下面には、液体を吐出する多数の液体吐出孔８が設けられている（図３参照）。
【００２７】
１つの液体吐出ヘッド２に設けられた液体吐出孔８からは、同じ色の液滴（インク）が吐出されるようになっている。各液体吐出ヘッド２の液体吐出孔８は一方方向（記録用紙Ｐと平行で記録用紙Ｐの搬送方向に直交する方向であり、液体吐出ヘッド２の長手方向）に等間隔に等間隔で配置されているため、一方方向に隙間なく記録することができる。各液体吐出ヘッド２から吐出される液体の色は、それぞれ、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｋ）である。各液体吐出ヘッド２は、ヘッド本体１３の下面と搬送ベルト１１１の搬送面１２７との間にわずかな隙間をおいて配置されている。
【００２８】
搬送ベルト１１１によって搬送された記録用紙Ｐは、液体吐出ヘッド２の下面側で、搬送ベルト１１１との間の隙間を通過する。その際に、液体吐出ヘッド２を構成するヘッド本体１３から記録用紙Ｐの上面に向けて液滴が吐出される。これによって、記録用紙Ｐの上面には、制御部１００によって記憶された画像データに基づくカラー画像が形成される。
【００２９】
搬送ユニット１２０と紙受け部１１６との間には、剥離プレート１４０と二対の送りローラ１２１ａおよび１２１ｂならびに１２２ａおよび１２２ｂとが配置されている。カラー画像が記録された記録用紙Ｐは、搬送ベルト１１１から剥離プレート１４０へと搬送される。このとき、記録用紙Ｐは、剥離プレート１４０の右端によって、搬送面１２７から剥離される。そして、記録用紙Ｐは、送りローラ１２１ａ、１２１ｂ、１２２ａおよび１２２ｂによって、紙受け部１１６に送り出される。このように、記録済みの記録用紙Ｐが順次紙受け部１１６に送られ、紙受け部１１６に重ねられる。
【００３０】
なお、記録用紙Ｐの搬送方向について最も上流側にある液体吐出ヘッド２とニップローラ１３８との間には、紙面センサ１３３が設置されている。紙面センサ１３３は、発光素子および受光素子によって構成され、搬送経路上の記録用紙Ｐの先端位置を検出することができる。紙面センサ１３３による検出結果は制御部１００に送られる。制御部１００は、紙面センサ１３３から送られた検出結果により、記録用紙Ｐの搬送と画像の記録とが同期するように、液体吐出ヘッド２や搬送モータ１７４等を制御することができる。
【００３１】
次に本発明の液体吐出ヘッド２を構成するヘッド本体１３について説明する。図２は、図１に示されたヘッド本体１３を示す平面図である。図３は、図２の一点鎖線で囲まれた領域の拡大図であり、ヘッド本体１３の一部であり、ディセンダ７の途中から液体吐出孔８までの流路を省略して描いている。図４は、図３と同じ位置の拡大透視図で、液体吐出孔８の位置が分かりやすいように、一部の流路を省略して描いている。なお、図３および図４において、図面を分かりやすくするために、圧電アクチュエータユニット２１の下方にあって破線で描くべき液体加圧室１０およびしぼり１２となる穴１５およびディセンダ７を実線で描いている。図５（ａ）は図３の中の１つの液体吐出素子の縦断面図であり、図５（ｂ）は、その平面図である。図５（ｂ）においては隣接する液体吐出素子については流路を省略して描いている。
【００３２】
ヘッド本体１３は、平板状の流路部材４と、流路部材４上に配置された、アクチュエータユニットである圧電アクチュエータユニット２１とを有している。圧電アクチュエータユニット２１は台形形状を有しており、その台形形状の１対の平行対向辺が流路部材４の長手方向と平行になるように流路部材４の上面に配置されている。また、流路部材４の長手方向と平行な２本の仮想直線のそれぞれに沿って２つずつ、つまり合計４つの圧電アクチュエータユニット２１が、全体として千鳥状に流路部材４上に配列されている。流路部材４上で隣り合う圧電アクチュエータユニット２１の斜辺同士は、流路部材４の短手方向を見たときに部分的にオーバーラップしている。このオーバーラップしている部分の圧電アクチェータユニット２１を駆動することにより記録される領域では、２つの圧電アクチュエータユニット２１により吐出された液滴が混在して着弾することになる。
【００３３】
流路部材４の内部には液体流路の一部であるマニホールド５が形成されている。マニホールド５は流路部材４の長手方向に沿って延び細長い形状を有しており、流路部材４の上面にはマニホールド５の開口５ｂが形成されている。開口５ｂは、流路部材４の長手方向と平行な２本の直線（仮想線）のそれぞれに沿って５個ずつ、合計１０個形成されている。開口５ｂは、４つの圧電アクチュエータユニット２１が配置された領域を避ける位置に形成されている。マニホールド５には開口５ｂを通じて図示されていない液体タンクから液体が供給されるようになっている。
【００３４】
流路部材４内に形成されたマニホールド５は、複数本に分岐している（分岐した部分のマニホールド５を副マニホールド５ａということがある）。開口５ｂに繋がるマニホールド５は、圧電アクチュエータユニット２１の斜辺に沿うように延在しており、流路部材４の長手方向と交差して配置されている。２つの圧電アクチュエータユニット２１に挟まれた領域では、１つのマニホールド５が、隣接する圧電アクチュエータユニット２１に共有されており、副マニホールド５ａがマニホールド５の両側から分岐している。これらの副マニホールド５ａは、流路部材４の内部の各圧電アクチュエータユニット２１に対向する領域に互いに隣接して、ヘッド本体１３の長手方向に延在している。
【００３５】
流路部材４は、複数の液体加圧室１０および複数のしぼり１２となるが穴１５複数形成されている。流路部材４を平面視した場合、流路部材４の穴１５の配置は、マトリクス状（すなわち、２次元的かつ規則的）になるように形成されている４つの液体加圧室群９を形成するようになっている。穴１５は、角部にアールが施された多角形状の平面形状を有する中空の領域である。穴１５の平面形状は、より詳しくは、長方形の角部にアールが施されたもので、長方形の一方の短辺近くでディセンダ７が繋がり、他方の短辺近くで液体供給流路６が繋がっている。
【００３６】
穴１５は流路部材４の上面に開口するように形成されている。これらの穴１５は、流路部材４の上面における圧電アクチュエータユニット２１に対向する領域のほぼ全面にわたって配列されている。したがって、これらの穴１５によって形成された各液体加圧室群９は圧電アクチュエータユニット２１とほぼ同一の大きさおよび形状の領域を占有している。また、穴１５の開口は、流路部材４の上面に圧電アクチュエータユニット２１が接着されることで閉塞されている。
【００３７】
本実施形態では、図３に示されているように、マニホールド５は、流路部材４の短手方向に互いに平行に並んだ６列の副マニホールド５ａに分岐し、各副マニホールド５ａに繋がった穴１５は、等間隔に流路部材４の長手方向に並ぶ穴１５の列を構成し、その列は、短手方向に互いに平行に２列配列されている。副マニホールド５ａに繋がった穴１５の並ぶ列は副マニホールド５ａの両側に１列ずつ配列されている。
【００３８】
全体では、マニホールド５から繋がる穴１５は、等間隔に流路部材４の長手方向に並ぶ穴１５の列を構成し、その列は、短手方向に互いに平行に１２列配列されている。各穴１５の列に含まれる穴１５の数は、アクチュエータである変位素子５０の外形形状に対応して、その長辺側から短辺側に向かって次第に少なくなるように配置されている。
【００３９】
さらに、穴９と液体吐出孔８とを繋ぐ液体流路であるディセンダ７は、穴９とディセンダ７が繋がる位置は同じとなっており、ディセンダ７の位置は、穴９から液体吐出孔８の間で、流路部材４の平面方向に位置をずらしながら繋がっている。そして、１つの穴１５の列におけるディセンダ形状は同じになっている。これによって、１つの穴１５の列に繋がっている液体吐出孔８の列は直線状にＲの間隔になっている。そして、各穴１５の列に繋がっているディセンダ７の平面方向でのずれ方は、流路部材４の長手方向のＲの長さの間に、穴１５の各列に属する穴１５に繋がる液体吐出孔８が１つあり、１６列の穴１５の列から繋がる１６個の液体吐出孔８が流路部材４の長手方向にＲ／１６の間隔で並ぶようになっている。これによって、全体として長手方向に６００ｄｐｉの解像度で画像形成が可能となっている。すなわち、各副マニホールド５ａには平均すれば１００ｄｐｉに相当する間隔で個別流路３２が接続されている。
【００４０】
圧電アクチュエータユニット２１の上面の各穴１５に対向する位置には後述する個別電極３５がそれぞれ形成されている。個別電極３５の穴１５と重なる部分である個別電極本体は液体加圧室１０より一回り小さく、穴１５とほぼ相似な形状を有している。
【００４１】
流路部材４の下面の液体吐出面には多数の液体吐出孔８が形成されている。これらの液体吐出孔８は、流路部材４の下面側に配置された副マニホールド５ａと対向する領域を避けた位置に配置されている。また、これらの液体吐出孔８は、流路部材４の下面側における圧電アクチュエータユニット２１と対向する領域内に配置されている。これらの液体吐出孔群は圧電アクチュエータユニット２１とほぼ同一の大きさおよび形状の領域を占有しており、対応する圧電アクチュエータユニット２１の変位素子５０を変位させることにより液体吐出孔８から液滴が吐出できる。液体吐出孔８の配置については後で詳述する。そして、それぞれの領域内の液体吐出孔８は、流路部材４の長手方向と平行な複数の直線に沿って等間隔に配列されている。
【００４２】
ヘッド本体１３を構成する流路部材４は、複数のプレートが積層された積層構造を有している。これらのプレートは、流路部材４の上面から順に、キャビティプレート２２、サプライプレート２３、２４、マニホールドプレート２５、２６、２７、２８、カバープレート２９およびノズルプレート３０である。これらのプレートには多数の孔が形成されている。各プレートは、これらの孔が互いに連通して個別流路３２および副マニホールド５ａを構成するように、位置合わせして積層されている。ヘッド本体１３は、図５（ａ）に示されているように、液体加圧室１０およびしぼり１２となる穴１５は流路部材４の上面に、副マニホールド５ａは内部の下面側に、液体吐出孔８は下面にと、個別流路３２を構成する各部分が異なる位置に互いに近接して配設され、液体加圧室１０を介して副マニホールド５ａと液体吐出孔８とが繋がる構成を有している。
【００４３】
各プレートに形成された孔について説明する。これらの孔には、次のようなものがある。第１に、キャビティプレート２２に形成された液体加圧室１０および液体加圧室１０に繋がっているしぼり１２である。第２に、しぼり１２の一端から副マニホールド５ａへと繋がる流路を構成する連通孔である液体供給流路６である。液体供給流路６は、キャビティプレート２２（詳細にはしぼり１２の入り口）からサプライプレート２４（詳細には副マニホールド５ａの出口）までの各プレートに形成されている。
【００４４】
第３に、液体加圧室１０の他端から液体吐出孔８へと連通する連通路を構成する連通孔であり、この連通路は、液体吐出孔８および以下の記載においてディセンダ（部分流路）７と呼称される部分からなる。ディセンダ７は、サプライプレート２３（詳細には液体加圧室１０の出口）からカバープレート２９（詳細には液体吐出孔８との接続端）までの各プレートに形成されている。第４に、副マニホールド５ａを構成する連通孔である。この連通孔は、マニホールドプレート２５〜２８に形成されている。
【００４５】
このような連通孔が相互に繋がり、副マニホールド５ａからの液体の流入口（副マニホールド５ａの出口）から液体吐出孔８に至る個別流路３２を構成している。副マニホールド５ａに供給された液体は、以下の経路で液体吐出孔８から吐出される。まず、副マニホールド５ａから上方向に向かって液体供給流路６を通り、しぼり１２の一端部に至る。次に、しぼり１２の延在方向に沿って水平に進み、液体加圧室１０の一端部に至る。さらに、液体加圧室１０の延在方向に沿って水平に進み、液体加圧室１０の他端部に至る。そこからディセンダ７の中を少しずつ平面方向に移動しながら、主に下方に向かい、下面に開口した液体吐出孔８へと進む。なお、ディセンダ７は少しずつ平面方向にずれるように形成されているので、液体加圧室１０に対する液体吐出孔８の平面方向の位置が変えられ、その結果、図４に示したような液体吐出孔８の配置が得られる。なお、ディセンダ７ａはプレート２４に開口している孔、ディセンダ７ｂはプレート２３に開口している孔、ディセンダ７ｃは、プレート２４〜２９に開口している孔を表し、全て同じ直径の孔である。
【００４６】
圧電アクチュエータユニット２１は、図５（ａ）に示されるように、２枚の圧電セラミック層２１ａ、２１ｂからなる積層構造を有している。これらの圧電セラミック層２１ａ、２１ｂはそれぞれ２０μｍ程度の厚さを有している。圧電アクチュエータユニット２１全体の厚さは４０μｍ程度である。圧電セラミック層２１ａ、２１ｂのいずれの層も複数の液体加圧室１０を跨ぐように延在している（図３参照）。これらの圧電セラミック層２１ａ、２１ｂは、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料からなる。
【００４７】
圧電アクチュエータユニット２１と流路部材４との接着は、例えば接着層を介して行なう。接着層としては、圧電アクチュエータユニット２１や流路部材４への影響を及ぼさないために、熱硬化温度が１００〜１５０℃のエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂の群から選ばれる少なくとも１種の熱硬化性樹脂の接着剤が用いられる。熱硬化性樹脂の接着剤を用いるのは、常温硬化の接着剤では、耐インク性が十分確保されないおそれがあるためである。このため、圧電アクチュエータユニット２１には、熱硬化温度から室温まで冷却されることにより、流路部材４と圧電アクチュエータユニット２１との熱膨張係数の差により発生する応力が加わった状態になる。応力が大きい場合、圧電アクチュエータユニット２１が壊れてしまうおそれがあり、また、応力が圧電アクチュエータユニット２１を壊してしまうほど高くなくても、加わっている応力により圧電アクチュエータユニット２１の特性が変動する。具体的には、圧縮応力が加わった状態では、圧電定数が低くなるが、駆動を非常に長い時間にわたって繰り返した際に変位量が低下する駆動劣化という現象の影響は小さくなる。逆に、引張り応力が加わった状態では、圧電定数が高くなるが、駆動劣化の影響は大きくなる。いずれにしても、流路部材４と圧電アクチュエータユニット２１との熱膨張係数の差は、少なくする必要があり、長期間使用しても吐出特性の変動が大きくならないように、駆動劣化の影響の小さい圧縮応力が弱く加わった状態にするのが好ましい。そこで、圧電アクチュエータユニット２１にＰＺＴ系のセラミックスを用いる場合には、流路部材４の材料としては４２アロイを用いるのが好ましい。
【００４８】
圧電アクチュエータユニット２１は、Ａｇ−Ｐｄ系などの金属材料からなる共通電極３４およびとＡｕ系などの金属材料からなる個別電極３５を有している。個別電極３５は上述のように圧電アクチュエータユニット２１の上面における液体加圧室１０と対向する位置に配置されている。より詳細には、図５（ｂ）に示すように、個別電極３５は、液体加圧室１０と重なっている個別電極本体３５ａと、個別電極本体３５ａから液体加圧室１０の外側に引き出されている接続電極３５ａを含んでいる。接続電極３５ｂの上には、例えばガラスフリットを含む金からなり、厚さが１５μｍ程度で凸状にランドが形成されている。また、接続電極３５ｂ上のランドには、図示されていないＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）に設けられた電極と電気的に接合されている。詳細は後述するが、個別電極３５には、制御部１００からＦＰＣを通じて駆動信号が供給される。駆動信号は、記録用紙Ｐの搬送速度と同期して一定の周期で供給される。
【００４９】
共通電極３４は、圧電セラミック層２１ａと圧電セラミック層２１ｂとの間の領域に面方向のほぼ全面にわたって形成されている。すなわち、共通電極３４は、圧電アクチュエータユニット２１に対向する領域内の全ての液体加圧室１０を覆うように延在している。共通電極３４の厚さは２μｍ程度である。共通電極３４は図示しない領域において接地され、グランド電位に保持されている。本実施形態では、圧電セラミック層２１ｂ上において、個別電極３５からなる電極群を避ける位置に個別電極３５とは異なる表面電極（不図示）が形成されている。表面電極は、圧電セラミック層２１ｂの内部に形成されたスルーホールを介して共通電極３４と電気的に接続されているとともに、多数の個別電極３５と同様に、ＦＰＣ上の別の電極と接続されている。
【００５０】
図５（ａ）に示されるように、共通電極３４と個別電極３５とは、最上層の圧電セラミック層２１ｂのみを挟むように配置されている。圧電セラミック層２１ｂにおける個別電極３５と共通電極３４とに挟まれた領域は活性部と呼称され、その部分の圧電セラミックスには分極が施されている。本実施形態の圧電アクチュエータユニット２１においては、最上層の圧電セラミック層２１ｂのみが活性部を含んでおり、圧電セラミック２１層ａは活性部を含んでおらず、振動板として働く。この圧電アクチュエータユニット２１はいわゆるユニモルフタイプの構成を有している。
【００５１】
なお、後述のように、個別電極３５に選択的に所定の駆動信号が供給されることにより、この個別電極３５に対応する液体加圧室１０内の液体に圧力が加えられる。これによって、個別流路３２を通じて、対応する液体吐出口８から液滴が吐出される。すなわち、圧電アクチュエータユニット２１における各液体加圧室１０に対向する部分は、各液体加圧室１０および液体吐出口８に対応する個別の変位素子５０（アクチュエータ、加圧部）に相当する。つまり、２枚の圧電セラミック層２１ａ、２１ｂからなる積層体中には、図５に示されているような構造を単位構造とする変位素子５０が液体加圧室１０毎に、液体加圧室１０の直上に位置する圧電セラミック層（振動板）２１ａ、共通電極３４、圧電セラミック層２１ｂ、個別電極３５により作り込まれており、圧電アクチュエータユニット２１には変位素子５０が複数含まれている。
【００５２】
多数の個別電極３５は、個別に電位を制御することができるように、それぞれがＦＰＣ上のコンタクトおよび配線を介して、個別にアクチュエータ制御手段に電気的に接続されている。
【００５３】
本実施形態における圧電アクチュエータユニット２１においては、個別電極３５を共通電極３４と異なる電位にして圧電セラミック層２１ｂに対してその分極方向に電界を印加したとき、この電界が印加された部分が、圧電効果により歪む活性部として働く。この時圧電セラミック層２１ｂは、その厚み方向すなわち積層方向に伸長または収縮し、圧電横効果により積層方向と垂直な方向すなわち面方向には収縮または伸長しようとする。一方、残りの圧電セラミック層２１ａは、個別電極３５と共通電極３４とに挟まれた領域を持たない非活性層であるので、自発的に変形しない。つまり、圧電アクチュエータユニット２１は、上側（つまり、液体加圧室１０とは離れた側）の圧電セラミック層２１ｂを、活性部を含む層とし、かつ下側（つまり、液体加圧室１０に近い側）の圧電セラミック層２１ａを非活性層とした、いわゆるユニモルフタイプの構成となっている。
【００５４】
この構成において、電界と分極とが同方向となるように、アクチュエータ制御部により個別電極３５を共通電極３４に対して正または負の所定電位とすると、圧電セラミック層２１ｂの電極に挟まれた部分（活性部）が、面方向に収縮する。一方、非活性層の圧電セラミック層２１ａは電界の影響を受けないため、自発的には縮むことがなく活性部の変形を規制しようとする。この結果、圧電セラミック層２１ｂと圧電セラミック層２１ａとの間で分極方向への歪みに差が生じて、圧電セラミック層２１ｂは液体加圧室１０側へ凸となるように変形（ユニモルフ変形）する。
【００５５】
本実施形態における実際の駆動手順は、あらかじめ個別電極３５を共通電極３４より高い電位（以下高電位と称す）にしておき、吐出要求がある毎に個別電極３５を共通電極３４と一旦同じ電位（以下低電位と称す）とし、その後所定のタイミングで再び高電位とする。これにより、個別電極３５が低電位になるタイミングで、圧電セラミック層２１ａ、２１ｂが元の形状に戻り、液体加圧室１０の容積が初期状態（両電極の電位が異なる状態）と比較して増加する。このとき、液体加圧室１０内に負圧が与えられ、液体がマニホールド５側から液体加圧室１０内に吸い込まれる。その後再び個別電極３５を高電位にしたタイミングで、圧電セラミック層２１ａ、２１ｂが液体加圧室１０側へ凸となるように変形し、液体加圧室１０の容積減少により液体加圧室１０内の圧力が正圧となり液体への圧力が上昇し、液滴が吐出される。つまり、液滴を吐出させるため、高電位を基準とするパルスを含む駆動信号を個別電極３５に供給することになる。このパルス幅は、液体加圧室１０内において圧力波がマニホールド５から液体吐出孔８まで伝播する時間長さであるＡＬ（Acoustic Length）が理想的である。これによると、液体加圧室１０内部が負圧状態から正圧状態に反転するときに両者の圧力が合わさり、より強い圧力で液滴を吐出させることができる。
【００５６】
また、階調をつけて記録する場合においては、液体吐出孔８から連続して吐出される液滴の数、つまり液滴吐出回数で調整される液滴量（体積）で階調表現が行なわれる。このため、指定された階調表現に対応する回数の液滴吐出を、指定されたドット領域に対応する液体吐出孔８から連続して行なう。一般に、液体吐出を連続して行なう場合は、液滴を吐出させるために供給するパルスとパルスとの間隔をＡＬとすることが好ましい。これにより、先に吐出された液滴を吐出させるときに発生した圧力の残余圧力波と、後に吐出させる液滴を吐出させるときに発生する圧力の圧力波との周期が一致し、これらが重畳して液滴を吐出するための圧力を増幅させることができる。
【００５７】
このようなプリンタ１では、記録用紙Ｐの搬送速度および駆動信号に周期を調整することにより、解像度が長手方向に６００ｄｐｉ、搬送方向に６００ｄｐｉの画像を記録することができる。例えば、駆動信号を周波数２０ｋＨｚとし搬送速度を０．８５ｍ／ｓとすれば、吐出した液滴を記録用紙Ｐに搬送方向に約４２μｍ毎に着弾させることができ、搬送方向の解像度は６００ｄｐｉとなる。
【００５８】
ここでさらに、液体流路、特に液体加圧室１０およびしぼり１２の形状と吐出時の液体の挙動について詳述する。液体加圧室１０は穴１５のうち液体吐出孔８に繋がる側が加圧部である圧電アクチュエータ２１に覆われた部分である。しぼり１２は穴１５のうち液体供給路６に繋がる側が加圧部である圧電アクチュエータ２１に覆われた部分である。以下の説明で、穴９の中の液体供給路６から液体吐出孔８に向かう方向を長さ方向、それに直交する方向を幅方向とする。
【００５９】
液体加圧室は、深さは１０〜２００μｍで、幅は１００〜１０００μｍ、長さは２００〜２０００μｍ程度である。液体加圧室１０は、ディセンダ７と合わせて、それらの内部の液体の固有振動周期が液体の吐出動作に適したものに設計される。
【００６０】
しぼり１２は、深さが０．０５〜１μｍで、幅は１００〜１０００μｍ、長さは１０〜１００μｍ程度である。液体加圧室１０の幅としぼり１５の幅は異なる値にしてもよいが、駆動部の振動状態が複雑になって不要な振動を生じないように同じ幅にするのがよい。また、しぼり１５の部分の駆動部の変位量が大きくなるように液体加圧室１０からしぼり１５までの間には、それらの幅より幅の狭い部分は設けない。
【００６１】
駆動部の変位量は、穴１５の面積重心付近で最大になると考えられ、その量は例えば０．０５〜０．５μｍ程度のものを用いる。液体加圧室１０は穴１５の面積重心を含み、穴１５の平面視した面積の２／３以上を占めるようにすると、駆動部の変位のおおくが液体加圧室１０内の液体を加圧するために使用でき、好ましい。しぼり１２は、駆動部の駆動により、その断面積が変化することにより、流路抵抗が変化し、液体加圧室１０の体積が小さくなり、液体が液体加圧室１０から液体吐出孔８に向かう時に、しぼり１２の断面積が小さくなり、液体がしぼり１２を通して液体供給路６に向かうのを抑制する。また、駆動部の駆動により、液体加圧室１０の体積が大きくなる際には、しぼり１２の断面積が大きく、液体がしぼり１２を通して液体供給路６から供給される。このような動作をさせるためには、しぼり１２となる部分の穴１５の深さは、液体加圧室１０となる部分の穴１５の深さの１／１０以下、特に１／２０であることが好ましい。
【００６２】
流路抵抗の変化が大きくなるように、駆動部のしぼり１２の部分における最大変位量は、しぼり１２の深さの１／３以上であること好ましい。これは駆動部の変形が略円錐形状であると考えると、しぼり１２の駆動部による体積変化が１／９程度となり、流路抵抗の変化が液体の移動に変化に十分寄与する値となる。しぼり１２の流路抵抗の変化をより大きくするために、駆動部のしぼり１２の部分における最大変位量は、しぼり１２の深さの１／２以上であることがより好ましい。駆動部のしぼり１２の部分における最大変位量は、しぼり１２の深さ以上、すなわち、駆動した際にしぼり１２に接触するようにしてもよい。これにより、しぼり１２の流路の流路抵抗の変化を大きくできる。
【００６３】
図６は本発明の他の液体吐出素子の断面図である。この液体吐出素子を用いる液体吐出ヘッドの基本的な構成は図１〜４に示したものと同様である。図６の液体吐出素子の流路は、マニホールド２０５から順に液体供給流路２０６、しぼり２１２、液体加圧室２１０、ディセンダ２０７を通って液体吐出孔２０８に繋がっている。穴２１５には前述の穴１５と同様に、しぼり２１２となる穴の深さが浅い部分と、液体加圧室２１０となる穴の深さの深い部分とがある。穴２１５は加圧部である圧電アクチュエータ２２１、より詳しくは変位素子２５０で覆われている。また、流路部材２０４には液体加圧室２１０に繋がるディセンダ２０７の一部となる、液体加圧室２１０となる部分の穴２１５よりも深さの浅い第２の穴２２５が開口している。第２の穴２２５は、第２の加圧部である圧電アクチュエータ２２１、より詳しくは電極２３７、電極２３８、それらに挟まれた圧電セラミック層２２１ａおよびその直下の振動板２２１ｂで構成される変位素子で覆われている。
【００６４】
このような液体吐出素子を駆動する際に、しぼり２１２は前述の液体吐出素子のしぼり１２と同様に、駆動部によりその断面積を変えることができる。その際に、変位素子２５０とでは、圧電セラミックス層２２１ａに加わる電圧の位相が逆にして電極２３７、電極２３８、それらに挟まれた圧電セラミック層２２１ａおよびその直下の振動板２２１ｂで構成される変位素子を駆動すると、加圧部が液体加圧室２１０の体積を大きくする際に、第２の加圧部が、ディセンダ２０７の、液体が液体吐出孔２０８から液体加圧室２１０へ流れる方向の断面積を小さくするようにできるため、液体が液体吐出孔２０８から液体加圧室２１０へと流れにくくなるので、液体が液体供給流路２０６からしぼり２１２を介して液体加圧室２１０へとより供給されやすくなる。
【００６５】
図７は本発明の他の液体吐出ヘッドの部分平面図である。この液体吐出ヘッドの基本的な構成は、後述のようにマニホールドに繋がる液体吐出素子の配置が異なる以外は、図１〜４に示したものと同様である。
【００６６】
図７の液体吐出素子の流路は、マニホールド３０５から順に液体供給流路３０６、しぼり３１２、液体加圧室３１０、ディセンダ３０７を通って液体吐出孔３０８に繋がっている。２つのマニホールド３０５の間にある液体吐出孔３０８は、仮想直線Ａ上に等間隔で配置される。このような配置では１７個のマニホールド３０５から、１６列の液体吐出孔３０８の列が形成される。このような配置にすることにより、液体吐出素子を効率よく配置できるとともに、仮想直線Ａ上配置される液体吐出孔３０８が異なるマニホールド３０５に繋がっているため、マニホールド３０５を介してのクロストークが抑制されるので、安定して吐出が得られる。
【００６７】
図８（ａ）は本発明の他の液体吐出素子の断面図であり、（ｂ）はその平面図であり、（ｃ）はその液体吐出素子を用いた液体吐出ヘッドの斜視図である。図７の液体と主素子では、流路は、マニホールド４０５から順に液体供給流路４０６、しぼり４１２、液体加圧室４１０、ディセンダ４０７を通って液体吐出孔４０８に繋がっている。穴４１５には前述の穴１５と同様に、しぼり４１２となる穴の深さが浅い部分と、液体加圧室４１０となる穴の深さの深い部分とがある。穴４１５は加圧部である圧電アクチュエータ４２１、より詳しくは変位素子４５０で覆われている。また、流路部材４０４には液体加圧室４１０に繋がるディセンダ４０７の一部となる、液体加圧室４１０となる部分の穴４１５よりも深さの浅い第２の穴４２５が開口している。第２の穴４２５は、加圧部である圧電アクチュエータ４２１、より詳しくは電極４３７、電極４３８、それらに挟まれた圧電セラミック層４２１ａおよびその直下の振動板４２１ｂで構成される変位素子で覆われている。
【００６８】
流路部材４０４は、流路部材４と同様にプレート４２２と４２３とが積層されて成っている。
【００６９】
図８（ｃ）の液体吐出ヘッド３１３は、図８（ａ）、（ｂ）で示した液体吐出素子を複数直線状に並んで備えた個別液体吐出ヘッド３１３ａをスペーサー３１３ｂを介して接続されている。
【００７０】
以上のような液体吐出ヘッド２は、例えば、以下のようにして作製する。
【００７１】
ロールコータ法、スリットコーター法などの一般的なテープ成形法により、圧電性セラミック粉末と有機組成物からなるテープの成形を行ない、焼成後に圧電セラミック層２１ａ、２１ｂとなる複数のグリーンシートを作製する。グリーンシートの一部には、その表面に共通電極３４となる電極ペーストを印刷法等により形成する。また、必要に応じてグリーンシートの一部にビアホールを形成し、その内部にビア導体を挿入する。
【００７２】
ついで、各グリーンシートを積層して積層体を作製し、加圧密着を行なう。加圧密着後の積層体を高濃度酸素雰囲気下で焼成し、その後有機金ペーストを用いて焼成体表面に個別電極５５を印刷して、焼成した後、Ａｇペーストを用いて接続電極３６を印刷し、焼成することにより、圧電アクチュエータユニット２１を作製する。
【００７３】
次に、流路部材４を、プレート２２〜３０を接着剤層を介して積層して作製する。プレート２２〜３１は、圧延法等によりプレートを作製した後、マニホールド５、液体供給流路６、穴９よびディセンダ７などとなる孔を、エッチングにより所定の形状に加工した。穴９のしぼり１２となる部分はハーフエッチングにより作製した。各部の寸法は、例えば、穴１５の形成されるプレート２２の厚さは５０μｍ、液体加圧室は、長さ７００μｍ、幅４００μｍ、深さ５０μｍ、しぼり１２は、長さ８０μｍ、幅４００μｍ、深さ０．１μｍとする。
【００７４】
これらプレート２２〜３１は、Ｆｅ―Ｃｒ系、Ｆｅ−Ｎｉ系、ＷＣ−ＴｉＣ系の群から選ばれる少なくとも１種の金属によって形成されていることが望ましく、特に液体としてインクを使用する場合にはインクに対する耐食性の優れた材質からなることが望ましため、Ｆｅ−Ｃｒ系がより好ましい。
【００７５】
圧電アクチュエータ２１と流路部材４とは、例えば接着層を介して積層接着することができる。接着層としては、周知のものを使用することができるが、圧電アクチュエータ２１や流路部材４への影響を及ぼさないために、熱硬化温度が１００〜１５０℃のエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂の群から選ばれる少なくとも１種の熱硬化性樹脂系の接着剤を用いるのがよい。このような接着層を用いて熱硬化温度にまで加熱することによって、圧電アクチュエータ２１と流路部材４とを加熱接合することができる。
【００７６】
この後必要に応じて、圧電アクチュエータ２１と制御部１００とを電気的に接続するためのＦＰＣなどを接合し、液体吐出ヘッド２を得ることができる。
【００７７】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能なものである。
【符号の説明】
【００７８】
１・・・プリンタ
２・・・液体吐出ヘッド
４・・・流路部材
５・・・マニホールド
５ａ・・・副マニホールド
５ｂ・・・開口
６・・・液体供給流路
７・・・ディセンダ（連通路）
８・・・液体吐出孔
９・・・液体加圧室群
１０・・・液体加圧室
１２・・・しぼり
１５・・・穴
２１・・・圧電アクチュエータユニット
２１ａ・・・圧電セラミック層（振動板）
２１ｂ・・・圧電セラミック層
２２〜３０・・・プレート
３２・・・個別流路
３４・・・共通電極
３５・・・個別電極
３６・・・接続電極
５０・・・変位素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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