(57)【要約】【課題】基板と圧電素子との間の接合部分の剛性を向上させ、振動特性が向上する液体吐出装置を提供することを目的とする。【解決手段】液体吐出ヘッドの吐出ユニット１０は、底壁および頂壁の少なくとも一方を構成する基板２１を備えている。また、吐出ユニット１０は、圧電素子１３を変形によって圧力室１の体積を変化させて圧力室１から液体を吐出させるために圧電素子１３に電圧を印加するための電極１７を備えている。圧電素子１３の先端側面部１８Ｂは、基板２１に対して拘束されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
底壁、頂壁、及び圧電素子からなる一対の側壁に囲まれて形成された圧力室に液体を導く液体導入部と、
前記底壁および前記頂壁の少なくとも一方を構成する基板と、
前記圧電素子を変形によって前記圧力室の体積を変化させて前記圧力室から液体を吐出させるために前記圧電素子に電圧を印加するための電極と、を備え、
前記圧電素子の側面の先端部分が前記基板に対して拘束されていることを特徴とする液体吐出装置。
【請求項２】
前記基板は、前記底壁および前記頂壁のうち一方を構成し、前記底壁および前記頂壁のうち他方は、少なくとも前記側壁の一部が形成されている部材から構成されていることを特徴とする請求項１記載の液体吐出装置。
【請求項３】
前記電極は、前記圧電素子の側面の先端部分まで延びるよう、前記圧電素子の側面に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出装置。
【請求項４】
前記圧力室が複数形成されており、前記複数の圧力室から液体を吐出させることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項に記載の液体吐出装置。
【請求項５】
前記基板には溝部が形成され、前記溝部の側面と前記圧電素子の側面の先端部分とが接合されていることを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項に記載の液体吐出装置。
【請求項６】
前記溝部の側面と前記圧電素子の側面の先端部分とは弾性部材を介して接合されていることを特徴とする請求項５記載の液体吐出装置。
【請求項７】
前記圧電素子の側面の先端部分の長さは、２０マイクロメートル以上６０マイクロメートル以下であることを特徴とする請求項５または６に記載の液体吐出装置。
【請求項８】
前記基板に接着層を有し、前記接着層に前記圧電素子の側面の先端部分が埋め込まれていることを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項に記載の液体吐出装置。
【請求項９】
前記接着層は、前記圧電素子よりもヤング率が小さいことを特徴とする請求項８に記載の液体吐出装置。
【請求項１０】
前記接着層は、エポキシ樹脂と、前記エポキシ樹脂に添加されたアルミナ粒子とを有する接着剤で形成されていることを特徴とする請求項９に記載の液体吐出装置。
【請求項１１】
前記圧電素子の側面の先端部分の長さをＤ、前記圧電素子の幅をＴ、前記圧力室の高さをＨとしたとき、Ｈ／Ｔが４．０以下、且つＤが５マイクロメートル以上２０マイクロメートル以下であることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
【請求項１２】
前記圧電素子の側面の先端部分の長さをＤ、前記圧電素子の幅をＴ、前記圧力室の高さをＨ、前記接着層のヤング率をＥとしたとき、Ｈ／Ｔが４．９以下、Ｅが２０ＧＰａ以下、且つＤが５マイクロメートル以上１５マイクロメートル以下であることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
【請求項１３】
前記圧電素子は、前記先端部分と平行な第１の方向に分極された基端圧電部と、前記第１の方向とは反対方向の第２の方向に分極されている先端圧電部とが一体的に形成されていることを特徴とする請求項１乃至１２いずれか１項に記載の液体吐出装置。
【請求項１４】
前記圧電素子は、前記先端部分と平行な第１の方向に分極された基端圧電部と、前記第１の方向とは反対方向の第２の方向に分極されている先端圧電部とが接合されて形成されていることを特徴とする請求項１乃至１２いずれか１項に記載の液体吐出装置。
【請求項１５】
前記先端圧電部は、前記基端圧電部よりも前記第２の方向に長く形成されていることを特徴とする請求項１３または１４に記載の液体吐出装置。
【請求項１６】
圧電素子からなる側壁によって仕切られた複数の圧力室が形成され、前記側壁の変形によって前記圧力室の体積を変化させて前記圧力室から液体を吐出させる液体吐出装置において、
一方の面に複数の第１の圧電素子が間隔をあけて形成された第１の部材と、
一方の面に複数の第２の圧電素子が間隔をあけて形成されると共に、前記第２の圧電素子が前記第１の圧電素子と交互に位置するように前記第１の部材と対向し、前記第１及び第２の圧電素子によって前記側壁を形成する第２の部材と、を備え、
前記第１の部材には、前記第１の圧電素子が形成される一方の面に、前記第２の圧電素子の側面の先端部分が嵌合する第１の溝部が形成され、
前記第２の部材には、前記第２の圧電素子が形成される一方の面に、前記第１の圧電素子の側面の先端部分が嵌合する第２の溝部が形成されていることを特徴とする液体吐出装置。
【請求項１７】
前記第１の圧電素子は、前記第１の部材の一方の面から突出し、突出方向と平行な方向に分極された第１の基端圧電部と、前記第１の基端圧電部に固定され、前記第１の基端圧電部とは反対方向に分極された第１の先端圧電部と、を有し、
前記第２の圧電素子は、前記第２の部材の一方の面から突出し、突出方向と平行な方向に分極された第２の基端圧電部と、前記第２の基端圧電部に固定され、前記第２の基端圧電部とは反対方向に分極された第２の先端圧電部と、を有し、
前記第１の先端圧電部の一部が前記第２の溝部に嵌合し、前記第２の先端圧電部の一部が前記第１の溝部に嵌合することを特徴とする請求項１６に記載の液体吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子からなる側壁（隔壁）で仕切られた圧力室が形成された液体吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体吐出装置としてのインクジェットヘッドは圧力室内のインク圧力を変化させ、インクに流れを発生させ吐出口からインクを吐出させることにより液滴を噴射するものである。特にドロップオンデマンド型のヘッドが最も一般的に普及している。また、インクに圧力を印加する方式には大きく２つの方式がある。それは、圧電素子への駆動信号により圧力室内の圧力を変化させることによりインクの圧力を変化させる方式と、抵抗体への駆動信号により圧力室内に気泡を発生させインクに圧力を加える方式である。
【０００３】
圧電素子を用いたインクジェットヘッドはバルクの圧電材料を機械加工することにより、比較的容易に作成することも可能である。また、比較的インクの制約も少なく幅広い材料のインクを記録媒体に選択的に塗布できる利点も有している。このような観点から近年、インクジェットヘッドをカラーフィルターの製造、配線形成等の工業用途に利用する試みも多くなっている。
【０００４】
工業用に利用する圧電方式のインクジェットヘッドの中でもシェアモード方式が多く採用されている。シェアモード方式は分極処理された圧電素子に直交方向に電界を印加することによりせん断変形することを利用している。変形させる圧電素子は、例えば、分極処理されたバルクの圧電材料にダイシングブレードによりインク溝等を加工して形成させる隔壁部分である。その隔壁である圧電素子の両側には、圧電素子を駆動するための電極が形成され、ノズルが形成させたノズルプレート、インク供給系を形成することによりインクジェットヘッドが構成される（特許文献１参照）。この様なシェアモード方式のインクジェットヘッドは比較的容易に製造可能である。
【０００５】
近年、シェアモード方式のインクジェットヘッドにはより高い液滴吐出性能が求められてきている。具体的には、より高粘度な液滴を、より高速に吐出可能なこと、また、より微少な量の液滴を吐出可能なことなどである。そのためには、シェアモード方式のインクジェットヘッドを構成する圧電素子がより高速にせん断変形し、液滴を瞬時に加圧することが求められる。
【０００６】
つまり、シェアモード方式のインクジェットヘッドにおいて、液滴の吐出速度を高めるには、圧電素子の変位エネルギーを高めて、圧力室内の圧力変化を大きくする必要がある。そのため、圧電素子の変位エネルギーに関わる特性である、せん断変位量と固有振動数との積で定義される圧電素子の振動特性を向上させる必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公平６−６３７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一般的に圧電素子の変位量と固有振動数にはトレードオフの関係があることが知られている。例えば、圧電素子の変位量を増やすために、圧電素子の高さを高くする方法が考えられるが、圧電素子の高さを高くするほど固有振動数が低下する。このため、圧電素子の振動特性の向上には限界があった。
【０００９】
また、圧力室を封止するために、基板で蓋をするように、圧電素子の先端部の先端面と基板とを接着剤によって接合する必要がある。このように圧電素子の先端部の先端面と基板とを接着剤によって接合した場合には、接合部分の剛性が低くなる。このように接合部分の剛性が低いと、圧電素子のせん断変形による反作用の力により、接合部分である接着剤が変形してしまい、せん断方向への十分な変形量が得られない。また、接合部分の剛性が低いと、圧電素子の固有振動数が低下してしまい、変形速度が低下する。つまり、圧電素子の先端部の拘束が不十分であると、圧電素子を高速にせん断変形させることができず、圧電素子の振動特性が低下する要因の一つとなっていた。
【００１０】
そこで、本発明は、基板と圧電素子との間の接合部分の剛性を向上させ、振動特性が向上する液体吐出装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の液体吐出装置は、底壁、頂壁、及び圧電素子からなる一対の側壁に囲まれて形成された圧力室に液体を導く液体導入部と、前記底壁および前記頂壁の少なくとも一方を構成する基板と、前記圧電素子を変形によって前記圧力室の体積を変化させて前記圧力室から液体を吐出させるために前記圧電素子に電圧を印加するための電極と、を備え、前記圧電素子の側面の先端部分が前記基板に対して拘束されていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の液体吐出装置は、圧電素子からなる側壁によって仕切られた複数の圧力室が形成され、前記側壁の変形によって前記圧力室の体積を変化させて前記圧力室から液体を吐出させる液体吐出装置において、一方の面に複数の第１の圧電素子が間隔をあけて形成された第１の部材と、一方の面に複数の第２の圧電素子が間隔をあけて形成されると共に、前記第２の圧電素子が前記第１の圧電素子と交互に位置するように前記第１の部材と対向し、前記第１及び第２の圧電素子によって前記側壁を形成する第２の部材と、を備え、前記第１の部材には、前記第１の圧電素子が形成される一方の面に、前記第２の圧電素子の側面の先端部分が嵌合する第１の溝部が形成され、前記第２の部材には、前記第２の圧電素子が形成される一方の面に、前記第１の圧電素子の側面の先端部分が嵌合する第２の溝部が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、圧電素子の側面の先端部分が基板に拘束されるので、剛性が向上し、それにより圧電素子の固有振動数が高くなる。これにより、従来よりも圧電素子のせん断変形速度が向上し、液体の吐出が高速化する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態に係る液体吐出ヘッドの一例としてインクジェットヘッドを示す分解模式図である。
【図２】インクジェットヘッドにおけるインクの流れを示すインク流路の断面模式図である。
【図３】第１実施形態に係る吐出ユニットの一部分を示す説明図であり、（ａ）は吐出ユニットの部分分解図、（ｂ）は吐出ユニットの部分斜視図である。
【図４】第１実施形態に係る吐出ユニットの部分断面図である。
【図５】第１実施形態に係る圧力室を吐出ユニットの背面溝の形成面側からみた部分模式図である。
【図６】第１実施形態に係る各電極に電圧を印加した際の圧電素子の変位及び圧力室の変形を説明するための模式図である。（ａ）は印加電圧ＶＡ＝ＶＢ＝ＶＣとした場合、（ｂ）は印加電圧ＶＡ＞ＶＢ、印加電圧ＶＢ＜ＶＣとした場合、（ｃ）は印加電圧ＶＡ＜ＶＢ、印加電圧ＶＢ＞ＶＣとした場合を示している。
【図７】第２実施形態に係る吐出ユニットの部分断面図である。
【図８】第２実施形態に係る吐出ユニットの部分模式図である。
【図９】第２実施形態に係る各電極に電圧を印加した際の圧電素子の変位及び圧力室の変形を説明するための模式図である。
【図１０】第３実施形態に係る液体吐出ヘッドの一例としてインクジェットヘッドを示す分解模式図である。
【図１１】第３実施形態に係る吐出ユニットの一部分を示す説明図であり、（ａ）は吐出ユニットの部分分解図、（ｂ）は吐出ユニットの部分斜視図である。
【図１２】第３実施形態に係る吐出ユニットの部分断面図である。
【図１３】第３実施形態に係る１つの圧力室を吐出ユニットの背面溝の形成面側からみた模式図であり、（ａ）〜（ｄ）は互いに異なる角度からみた吐出ユニットの部分模式図である。
【図１４】第３実施形態に係る各電極に電圧を印加した際の圧電素子の変位及び圧力室の変形を説明するための模式図である。
【図１５】第３実施形態に係る吐出ユニットの製造方法を説明するための図である。
【図１６】第３実施形態に係る吐出ユニットの製造方法を説明するための図である。
【図１７】第３実施形態に係る吐出ユニットの製造方法を説明するための図である。
【図１８】第３実施形態に係る吐出ユニットの製造方法を説明するための図である。
【図１９】実施例１にかかるインクジェットヘッドにおいて、圧電素子の振動特性と先端側面部の長さとの関係を示した図である。（ａ）は圧電素子の変形量、（ｂ）は圧電素子の固有振動数、（ｃ）は圧電素子の変形速度における先端側面部の長さの依存性をそれぞれ示している。
【図２０】実施例２にかかるインクジェットヘッドにおいて、圧電素子の変形速度における先端側面部の長さの依存性を示した図である。
【図２１】実施例３に係る吐出ユニットの一部断面を示した模式図である。（ａ）は実施例の吐出ユニットの構造を示す図、（ｂ）は従来構造を示す図である。
【図２２】実施例３の構造の埋め込み量を変えたときの圧電素子の変位量と従来構造の圧電素子の変位量とを比較した図であり、（ａ）はヤング率を１０ＧＰａとしたときを示す図、（ｂ）はヤング率を４ＧＰａとしたときを示す図である。
【図２３】実施例３に係る振動特性の効果を示した図であり、（ａ）は圧力室高さを一定としたときの埋め込み量とヤング率との関係を示す図、（ｂ）は圧電素子幅を一定としたときの埋め込み量とヤング率との関係を示す図である。
【図２４】実施例３に係る接着剤の特性を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
［第１実施形態］
図１は、本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッドの一例としてインクジェットヘッドを示す分解模式図である。インクジェットヘッド１００には、一対の側壁３、底壁７および頂壁８に囲まれた空間からなる圧力室１が複数形成されている。図１に示すように、液体吐出方向Ａと直交する幅方向Ｂに一列に並んで形成された複数の圧力室１を有する吐出ユニット１０を備えていてもよい。圧力室１の液体吐出側の面（前面）には、各圧力室１に対応して形成された複数の吐出口３０ａを有するノズルプレート３０が配置されていてもよい。吐出ユニット１０とノズルプレート３０とは、圧力室１と吐出口３０ａとの位置が一致するよう（即ち、圧力室１と吐出口３０ａとが連通するよう）アラインメントされて接着されていてもよい。
【００１７】
吐出ユニット１０の液体供給側の面（背面）には、各圧力室１に連通する複数の背面溝２が形成されていてもよい。そして、吐出ユニット１０の背面には、全ての背面溝２に連通するよう幅方向Ｂに延びるインク供給スリット４０ａが形成された背面プレート４０が接合されていてもよい。更に背面プレート４０には、インクタンク（不図示）と連通するインク供給口５１とインク回収口５２が設けられたマニホールド５０が接合されていてもよい。これら背面プレート４０及びマニホールド５０で液体導入部が構成されている。また、吐出ユニット１０の液体吐出方向Ａ及び幅方向Ｂと直交する方向の面には、複数の信号配線６１が形成されたフレキシブル基板６０が接合されていてもよい。
【００１８】
図２はインクジェットヘッド１００におけるインクの流れを示すインク流路の断面模式図である。インクタンク（不図示）から供給されるインクＩは、インク供給口５１及びマニホールド５０内部の共通液室５３を介してインク供給スリット４０ａへと導かれる。更にインクＩは、インク供給スリット４０ａより各背面溝２を通り、各圧力室１へ充填され、各吐出口３０ａより適宜吐出される。
【００１９】
吐出ユニット１０の各圧力室１は、図１に示すように、分極された圧電材料からなる側壁（隔壁）３によって仕切られて形成されている。より具体的には、各圧力室１は、隣り合う一対の側壁３，３により仕切られ形成されている。各側壁３は、ノズルプレート３０が取り付けられる前面から背面プレート４０が取り付けられる背面まで（つまり、液体吐出方向Ａに沿って）延びて形成されている。本実施形態では、各側壁３は、液体吐出方向Ａに沿って延びる直方体形状に形成されている。
【００２０】
各側壁３を形成する圧電素子には、液体吐出方向Ａと直交する方向、即ち、幅方向Ｂの両側面に、後述する一対の電極が設けられている。一対の電極間に分極方向と直交する方向に電圧が印加されることにより、側壁３がせん断変形し、圧力室１の体積が変化することで、液体であるインクＩが圧力室１から吐出される。
【００２１】
以下、吐出ユニット１０の構成について具体的に説明する。図３は、吐出ユニット１０の一部分を示す説明図であり、図３（ａ）は吐出ユニット１０の部分分解図、図３（ｂ）は吐出ユニット１０の部分斜視図である。吐出ユニット１０は、部材１１と、部材１１に対向して配置された基板２１とを備えている。
【００２２】
部材１１は、圧電材料で形成されている。部材１１は、略平板状に形成された部材本体である部材基部１２を有している。また、部材１１は、部材基部１２から基板２１に向かって突出する複数の圧電素子１３が一体的に形成されている。これらの圧電素子１３は、部材基部１２から櫛歯状に基板２１に向かって突出している。各圧電素子１３の突出方向Ｃの先端部１６は、基板２１に固定される。吐出ユニット１０は、少なくとも一対の圧電素子によって少なくとも一つの圧力室を有していればよいが、ここでは、液体吐出方向Ａと直交する幅方向Ｂに一列に並んで形成された複数の圧力室１を有する吐出ユニット１０について説明する。
【００２３】
複数の圧電素子１３は、部材基部１２の一方の面１４から突出して形成されている。そして、複数の圧電素子１３は、一方の面１４において幅方向Ｂに互いに間隔をあけて形成されている。即ち、複数の圧電素子１３は、部材基部１２の一方の面１４に幅方向Ｂに互いに間隔をあけて突設されている。この部材基部１２が、圧力室の底壁あるいは頂壁となる。
【００２４】
基板２１は、略平板状の基板基部２２に液体吐出方向Ａに沿って延びて形成された複数の溝部２３を有している。複数の溝部２３は、それぞれに圧電素子１３の突出方向Ｃの先端部１６が嵌合するように、部材基部１２の一方の面１４に対向する基板基部２２（基板２１）の一方の面２４に、互いに幅方向Ｂに間隔をあけて形成されている。基板２１は、後述する圧電素子１３のせん断変形時にも変形が促されないよう、部材１１（圧電素子１３）のヤング率以上のヤング率のものが選定されると好ましい。部材基部１２が圧力室の底壁である場合は、基板基部２２は圧力室の頂壁であり、部材基部１２が圧力室の頂壁である場合は、基板基部２２は圧力室の底壁となる。
【００２５】
圧電素子１３は、２つの圧電体が貼り合わされて構成されたシェブロン構造であってもよい。２つの圧電体のうち一つとは、部材基部１２と一体的に形成されて一方の面１４から突出し、突出方向Ｃと平行な方向（圧電素子の側面（あるいは圧電素子の先端側面部）と平行な方向）である第１の方向に分極された基端圧電部（第１圧電部）１３ａである。もう一つは、第１の方向とは逆方向（第２の方向）に分極された先端圧電部（第２圧電部）１３ｂである。
【００２６】
具体的に説明すると、基端圧電部（第１圧電部）１３ａの突出方向Ｃの基端部が部材基部１２の一方の面１４に一体的に連結（形成）されており、先端圧電部（第２圧電部）１３ｂの突出方向Ｃの基端部が第１圧電部１３ａの突出方向Ｃの先端部に接合されている。図３では、図３中矢印で示すように、基端圧電部１３ａは突出方向Ｃと反対方向に分極されており、先端圧電部１３ｂは突出方向Ｃと同一方向に分極されている。
【００２７】
そして、各圧電素子１３の先端部１６（先端圧電部１３ｂの先端部）が対向する溝部２３に嵌合されることで、圧電素子１３の側面の先端部分が、溝部２３の側面に接合され拘束される。そして、圧電素子１３が側壁３となり、一対の側壁３と部材基部１２（頂壁）と基板基部２２（底壁）とで高さＨの圧力室１が形成される。
【００２８】
部材基部１２の他方の面１５には取り出し電極４が各圧力室１に対応して個別に形成されている。部材基部１２に形成された取り出し電極４には、図１に示すように、フレキシブル基板６０の信号配線６１が接合される。この際、取り出し電極４と信号配線６１は、それぞれアラインメント接合されている。
【００２９】
引き続き、吐出ユニット１０の構成について更に詳細に説明する。図４は、吐出ユニット１０の部分断面図である。圧電素子１３は、法線方向が幅方向Ｂと平行な側面（圧力室１に面する側面）１８と、法線方向が突出方向Ｃと平行な先端面１９とを有し、側面１８及び先端面１９は、液体吐出方向Ａと平行な方向に延びている。この圧電素子１３の幅方向Ｂの厚さをＬとする。各圧電素子１３の両側面１８，１８には、一対の信号電極１７が形成されており、各圧電素子１３は一対の信号電極１７で挟まれている。信号電極１７は、圧力室１をコの字型に囲むように形成されており、隣り合う信号電極１７同士は電気的に絶縁されている。
【００３０】
各信号電極１７は、圧電素子１３の側面１８において溝部２３に嵌合する嵌合領域、即ち側面１８の先端部分（以下、「先端側面部」という）１８Ｂまで、つまり、圧電素子１３の先端部１６まで延びている。本実施形態では、信号電極１７は、圧電素子１３の側面１８において、側面１８全体、即ち側面１８の基端部分から先端部分まで延びて形成されている。側面１８の先端部分である先端側面部１８Ｂが溝部２３の側面（以下、「内側面部」という）２８に接合され、先端側面部１８Ｂは溝部２３に拘束される。
【００３１】
溝部２３は、法線方向が幅方向Ｂの平行な内側面部２８と、法線方向が突出方向Ｃと平行な底面２９とを有している。Ｄは、圧電素子１３の先端側面部１８Ｂの長さを示し、２０マイクロメートル以上６０マイクロメートル以下の範囲が好ましい。Ｄが短すぎると、接合部の剛性が低く、効果（接合部の剛性を高め、変形速度を向上させる）が少ない。Ｄを長くすればするほど接合部の剛性は高まるが、圧電素子が長くなりすぎてしまい、圧電素子の剛性が低下する場合があり、効果が少ない。
【００３２】
圧電素子１３の先端部１６が溝部２３に嵌合した際には、圧電素子１３の先端部１６における先端側面部１８Ｂと溝部２３の内側面部２８とが接合する。圧電素子１３の先端部１６における先端側面部１８Ｂと溝部２３の内側面部２８とは隙間なく嵌合されてもよいし、間隔をあけて対向されていてもよい。隙間なく嵌合されると剛性を顕著に高めることができる。先端部１６における先端側面部１８Ｂと内側面部２８との間（より具体的には、信号電極１７の電極面と内側面部２８との間）に隙間Ｗが形成される場合は、隙間Ｗには弾性部材が充填されていることが好ましく、特に接着剤２５が充填されていることが好ましい。圧電素子１３の先端面１９は、溝部２３の底面２９と、弾性部材を介して接合されていてもよいが、隙間なく当接しているほうが好ましい。隙間なく当接しているとより剛性を高めることができる。これにより圧電部材１１と基板２１とは、高さＨの圧力室１を形成するとともに、互いに接合される。隙間Ｗに弾性部材が充填されていると、剛性を高めることができるとともに、圧電素子１３において溝部２３に嵌合されている部分もせん断変形させることができるため変形量を増加させることができる。
【００３３】
次に、信号電極１７への電圧印加の方法について説明する。図５は、圧力室１を吐出ユニット１０の背面溝２の形成面側からみた部分模式図である。図５に示すように、部材基部１２の他方の面１５には複数の取り出し電極４，４…が並設されており、フレキシブル基板６０（図１）の信号配線６１，６１…と電気的に接続されている。また、背面溝２内部には、図５に示すように、信号電極１７に連続して接続され、信号電極１７に電気的に導通する背面電極２６が形成されており、この背面電極２６が取り出し電極４に電気的に導通するように接続されている。
【００３４】
以上の電極構成で、図５に示すように、フレキシブル基板６０（図１）から取り出し電極４に電圧Ｖを印加すると、背面電極２６を介して信号電極１７に電圧Ｖが印加される。この電極構成によれば、インクと接触することのない部材基部１２の他方の面１５より駆動電圧を印加可能であり、また印加された電圧は面状の電極４，２６を介して信号電極１７へ伝えることができる。したがって容易且つ導通信頼性に優れたインクジェットヘッドの構成となる。
【００３５】
次に、図６に本実施形態にかかる、各電極に電圧を印加した際の圧電素子１３Ａ，１３Ｂの変位及び圧力室１の変形を説明するための模式図を示す。ここで説明のため、信号電極１７Ａには電圧ＶＡが印加されており、信号電極１７Ｂ，１７Ｃにはそれぞれ電圧ＶＢ，ＶＣが印加されているものとする。図６（ａ）に示すように、印加電圧ＶＡ＝ＶＢ＝ＶＣである基底状態の場合、圧電素子１３Ａ，１３Ｂは変位していない。
【００３６】
次に、図６（ｂ）に示すように、印加電圧ＶＡ＞ＶＢ、印加電圧ＶＢ＜ＶＣの場合、電圧ＶＡ−ＶＢ，電圧ＶＣ−ＶＢにより、圧電素子１３Ａ，１３Ｂには、分極方向と直交する方向に電界が付与され、圧電素子１３Ａ，１３Ｂは、せん断変形する。この場合、各圧電素子１３Ａ，１３Ｂは、圧力室１の断面積が拡大する方向へ、くの字に変位する。各圧電素子１３Ａ，１３Ｂに対して、このように電界を付与することで、圧力室１の内部には液体が充填される。
【００３７】
次に、図６（ｃ）に示すように、印加電圧ＶＡ＜ＶＢ、印加電圧ＶＢ＞ＶＣの場合、各圧電素子１３Ａ，１３Ｂは、圧力室１の断面積が縮小する方向へ、くの字に変位する。各圧電素子１３Ａ，１３Ｂに対して図６（ｂ）とは逆方向に電界を付与することで、圧力室１の内部の液体が加圧され、吐出口３０ａ（図１）から液体が吐出される。
【００３８】
以上、本実施形態では、圧電素子１３の先端部１６が基板２１の溝部２３に嵌合され、図４に示すように、溝部２３の内側面部２８と圧電素子１３の先端部１６の先端側面部１８Ｂとの隙間Ｗに弾性部材（好ましくは接着剤）２５が充填される。弾性部材２５は、圧電素子１３が図６（ｂ）及び図６（ｃ）に示すようにせん断変形した場合には、従来のようにせん断変形せず、変形したとしても圧縮変形であり、圧電素子１３の先端部１６は溝部２３に効果的に拘束される。したがって、この接合部分における剛性が飛躍的に向上し、圧電素子１３の固有振動数が従来よりも高くなるので、圧電素子１３のせん断変形速度が向上する。よって、従来よりも液体の吐出が高速化する。
【００３９】
また、本実施形態では、一対の電極１７，１７が、圧電素子１３の側面１８，１８において溝部２３に嵌合する嵌合領域（即ち、溝部２３の深さＤの領域）まで形成されている。したがって、圧電素子１３において溝部２３に嵌合されている部分でもせん断変形させることができる。
【００４０】
また、弾性部材（好ましくは接着剤）２５として、圧電素子１３のヤング率以上のヤング率のものを使用してもよいが、本実施形態では、弾性部材２５は、圧電素子１３よりもヤング率が小さいものを使用している。したがって、弾性部材２５は、圧電素子１３がせん断変形する際に圧縮変形しやすく、圧電素子１３において溝部２３に嵌合している部分においてもせん断変形が誘発され、圧電素子１３の変位量が増加する。このように、圧電素子１３の剛性を向上させて固有振動数を増加させつつ、圧電素子１３の変位量を増加させることができるので、効果的に圧電素子１３の変形速度を向上させることができる。
【００４１】
また、本実施形態では、先端圧電部１３ｂは、基端圧電部１３ａよりも突出方向Ｃに長く形成されている。圧電素子１３を長く構成できると、圧電素子１３における変形長が長くなるため、変形量を増加させることが可能となる。圧電素子１３は、圧電素子の先端側面部の長さＤだけ長くなった領域は弾性部材２５を介して拘束されているものの、弾性部材２５のヤング率は圧電素子１３に比べて低いため、変形量の増加効果が失われることはない。したがって、従来構造に比べ、圧電素子１３の変形量を増加させることができる。
【００４２】
特に、先端圧電部１３ｂを、基端圧電部１３ａよりも突出方向Ｃに、圧電素子１３の先端側面部１８Ｂの長さＤの分長く形成している。従って、基端圧電部１３ａの高さと、先端圧電部１３ｂの高さから圧電素子の先端側面部の長さＤを差し引いた高さとがＨ／２で略等しくなっている。このように、圧電素子１３において基端圧電部１３ａの高さと、先端圧電部１３ｂにおいて溝部２３に嵌合する部分を差し引いた部分の高さとをそれぞれＨ／２に略等しく設定されるので、効率的なせん断変形が得られ、効率よく液体を吐出することが可能となる。
【００４３】
また圧電素子１３の先端側面部１８Ｂの長さＤが長くなるほど接着剤２５による拘束領域が広がるため、接合部の剛性は増す。従来構造に比べ、圧電素子１３と基板２１との接合部の剛性を上げることができ、圧電素子１３の固有振動数を増加させることができる。
【００４４】
なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。上記実施形態では、溝部２３がへこんだ穴である場合について説明したが、溝部２３が貫通孔であってもよい。
【００４５】
また、本実施形態では、圧電素子が、互いに反対方向となるように分極された２つの圧電部を貼り合せて構成された場合について説明したが、これに限定するものではない。圧電素子が、突出方向（圧電素子の側面あるいは先端側面部）と平行な方向に分極された１つの圧電部からなる場合であっても、本発明は適用可能である。
【００４６】
また、本実施形態では、液体吐出ヘッドとして、プリンタ等に用いられるインクジェットヘッドについて説明したが、これに限定するものではなく、液体として、金属配線を形成する際に用いられる、金属微粒子を含有させた液体を吐出するヘッドであってもよい。
【００４７】
また、本実施形態では、部材の部材基部１２から基板２１に向かって突出する圧電素子１３について説明した。つまり、圧電素子の端部の一方は部材と一体となって形成されている場合について説明した。しかしこれに限定するものではなく、圧電素子の両端がそれぞれ基板に接合されていてもよい。少なくとも一方の基板に溝を形成し、圧電素子の少なくとも一端の圧電素子の先端側面部が基板に形成された溝の内側面部に対して拘束されていてもよい。もちろん両方の基板に溝を形成し、圧電素子の両端の先端側面部が、基板に形成された溝の内側面部に対して拘束されていてもよい。
【００４８】
［第２実施形態］
第１実施形態では、基板に形成した溝の内側面部に対して圧電素子の先端側面部を接合する例を示したが、本実施形態では、基板に接着層を形成し、圧電素子の先端側面部を接着層に埋め込むことで、先端側面部を基板に対して拘束する例を示す。図７は、吐出ユニット２１０の一実施形態である部分断面図である。
【００４９】
圧電素子２１３は、一対の側面２１３Ｃ，２１３Ｄを有している。圧電素子２１３の先端部２１７は、突出面である先端面２１７Ａと、先端面２１７Ａの幅方向Ｂの両側に形成され、側面２１３Ｃ，２１３Ｄの先端部分である一対の側面（以下、「先端側面部」）２１７Ｂ，２１７Ｃと、を有している。
【００５０】
圧電素子２１３は、側面２１３Ｃ，２１３Ｄの先端側面部（接着層２１６に埋め込まれている部分の高さ（＝埋め込み量）Ｄの部分）２１７Ｂ，２１７Ｃが接着層２１６に接している。接着層２１６は、幅方向Ｂに向かって複数の圧電素子２１３に亘って連続して延びていてもよい。
【００５１】
圧電素子２１３において、ダミー室２０２に接する側面２１３Ｃには、第１電極である信号電極２１９Ａが、圧力室２０１に接する側面２１３Ｄには第２電極である信号電極２１９Ｂがそれぞれ形成されている。これら信号電極２１９Ａ，２１９Ｂは、圧電素子２１３を挟むように圧電素子２１３の両側面２１３Ｃ，２１３Ｄに設けられており、圧電素子２１３の基端部２１８から先端部２１７まで延びるように形成されている。つまり、信号電極２１９Ａ，２１９Ｂは、圧電素子２１３の側面２１３Ｃ，２１３Ｄにおいて、基端部分から先端部分まで延びて形成されている。本実施形態においてはダミー室２０２を圧力室の間に有する例を示すが、もちろん第１実施形態のようにダミー室のない形態であってもよい。
【００５２】
部材２１１の部材基部２１２の一方の面２１２Ａには、信号電極２１９Ａに連続して接続され、信号電極２１９Ａに電気的に導通する底面電極２２０Ａが形成されている。また、信号電極２１９Ｂに連続して接続され、信号電極２１９Ｂに電気的に導通する底面電極２２０Ｂが形成されている。信号電極２１９Ａと信号電極２１９Ｂとは、底面電極２２０Ａに形成された溝部２２２により分断されて電気的に絶縁されている。
【００５３】
以上の構成により、圧力室２０１及びダミー室２０２は、隣接する２つの側壁（隔壁）となる圧電素子２１３で仕切られた領域となっている。即ち、側壁（圧電素子）２１３、頂壁あるいは底壁である部材基部２１２及び底壁あるいは頂壁である基板２２１で囲まれた領域となっている。より具体的には、圧力室２０１は信号電極２１９Ｂ、底面電極２２０Ｂ及び接着層２１６で囲まれた領域であり、ダミー室２０２は信号電極２１９Ａ、底面電極２２０Ａ、接着層２１６及び溝部２２２で囲まれた領域となる。
【００５４】
圧力室２０１の断面積は、図７に示す圧力室２０１の突出方向Ｃに平行な方向の高さＨ×圧力室１の幅方向Ｂに平行な方向の幅Ｗとなっている。圧力室２０１の高さＨは、圧電素子２１３の突出方向Ｃの全体の高さから、接着層２１６に埋め込まれている先端側面部２１７Ｂ，２１７Ｃの長さ（埋め込み量）Ｄを差し引いた差分である。圧力室２０１の幅Ｗは、底面電極２２０Ｂの幅であり、圧電素子２１３の幅Ｔは、一方の側面２１３Ｃから他方の側面２１３Ｄまでの幅方向Ｂの幅である。
【００５５】
各圧電素子２１３の先端部２１７は、信号電極２１９Ａ，２１９Ｂと共に基板２２１の一方の面２２１Ａに一様の厚さに全面に亘って形成された接着層２１６に埋め込まれ、信号電極２１９Ａ，２１９Ｂを介して接着層２１６に接することになる。したがって、圧電素子２１３の先端部２１７、即ち圧電素子２１３の接着層２１６に埋め込まれている部分においても、分極方向に直交する方向に電界を付与することができる。
【００５６】
次に、各電極２１９Ａ，２１９Ｂへの電圧印加の方法について説明する。図８は、吐出ユニット１０の部分斜視図であり、図８（ａ）は吐出ユニット２１０を前面側からみた部分斜視図、図８（ｂ）は吐出ユニット１０を背面側から見た部分斜視図である。図８では、吐出ユニット２１０における１つの圧力室２０１及び２つのダミー室２０２に対応する部分が図示されている。
【００５７】
図８（ａ）に示すように、部材２１１の部材基部２１２の他方の基面２１２Ｂには、複数の取り出し電極２５Ａ１，２５Ａ２，２５Ａ３及び共通電極２２５が並設されており、フレキシブル基板の信号配線と電気的に接続されている。
【００５８】
また、前面溝２０３には、図８（ａ）に示すように、信号電極２１９Ａに連続して接続され、信号電極２１９Ａに電気的に導通する前面電極２２３Ａが形成されており、この前面電極２２３Ａが取り出し電極２５Ａ２に電気的に導通するように接続されている。次に、図８（ｂ）に示すように、信号電極２１９Ｂに連続して接続され、信号電極２１９Ｂに電気的に導通する背面電極２２４Ｂが形成されている。この背面電極２２４Ｂが、共通電極２２５を介して取り出し電極２５Ａ１，２５Ａ３と電気的に導通するように接続されている。
【００５９】
以上の電極構成で、フレキシブル基板から取り出し電極２５Ａ２に電圧ＶＡを印加すると、前面電極２２３Ａを介して信号電極２１９Ａに電圧ＶＡが印加される。また同様に、フレキシブル基板から取り出し電極２５Ａ１または電極２５Ａ３の何れかに電圧ＶＢを印加すると、背面電極２２４Ｂを介して信号電極２１９Ｂに電圧ＶＢが印加される。
【００６０】
そして、信号電極２１９Ａ，２１９Ｂ間の電位差により圧電素子２１３には分極方向と直交する方向に電界が付与され、圧電素子２１３がせん断変形する。この圧電素子２１３のせん断変形により、圧力室２０１の体積が変化し、圧力室２０１に連通する吐出口から液滴が吐出される。
【００６１】
以下、本実施形態に係るインクジェットヘッド２００の動作について詳細に説明する。図９は、各電極２１９Ａ，２１９Ｂに電圧を印加した際の互いに隣接する２つの圧電素子２１３１，２１３２の変位による圧力室２０１の変形を説明するための模式図である。ここで説明のため、信号電極２１９Ａには電圧ＶＡが印加されており、信号電極２１９Ｂには電圧ＶＢが印加されているものとする。
【００６２】
図９（ａ）に示すように、印加電圧ＶＡ＝ＶＢのいわゆる基底状態の場合、圧電素子２１３１，２１３２は変位していない。
【００６３】
次に、図９（ｂ）に示すように、印加電圧ＶＡ＞ＶＢである場合、電圧ＶＡ−ＶＢにより、圧電素子２１３１，２１３２には、分極方向と直交する方向に電界が付与され、圧電素子２１３１，２１３２は、せん断変形する。この場合、各圧電素子２１３１，２１３２は、圧力室２０１の断面積が拡大する方向へ、くの字に変位する。各圧電素子２１３１，２１３２に対して、このように電界を付与することで、圧力室２０１の内部には液体であるインクが充填される。
【００６４】
図９（ｃ）は、図９（ｂ）における接着層２１６と先端部２１７の領域を拡大した図である。本実施形態では、接着層２１６は圧電素子２１３よりもヤング率が小さい。このことから、接着層２１６に埋め込まれている先端部２１７も変位することができる。
【００６５】
次に、図９（ｄ）に示すように、印加電圧ＶＡ＜ＶＢの場合、各圧電素子２１３１，２１３２は、圧力室２０１の断面積が縮小する方向へ、くの字に変位する。各圧電素子２１３１，２１３２に対して図９（ｂ）とは逆方向に電界を付与することで、圧力室２０１の内部の液体が加圧され、吐出口から液体である液滴が吐出される。なお、図示は省略するが、この場合、先端部２１７も縮小する方向に変形する。
【００６６】
本実施形態では、圧電体２１３Ｂは、圧電体２１３Ａよりも突出方向Ｃに埋め込み量Ｄの分だけ長く形成されている。つまり、圧電素子２１３の先端部２１７は、基板２２１の一方の面上に塗布された接着層２１６に埋め込まれているために、圧力室２０１の容積（Ｈ×Ｗ）を従来と同等のままで、圧電素子２１３が長く形成されている。接着層２１６は、基板２２１の一方の面上に全面に一様に塗布されていることが好ましい。前面に一様に塗布することにより、圧電素子の先端部の接着層への埋め込み量である先端側面部の長さを、個々の圧電素子において簡単に均一にすることができる。
【００６７】
そして、接着層２１６のヤング率Ｅは、圧電素子２１３のヤング率Ｅよりも小さいことから、接着層２１６に埋め込まれている先端部２１７もΔＵＸ２だけ変位することができる。
【００６８】
先端部２１７は、先端面２１７Ａと２つの先端側面部２１７Ｂ，２１７Ｃの３面が接着層２１６に接している。接着層２１６は幅方向Ｂに向かって複数の圧電素子２１３の先端部２１７に一様に形成されている。これにより、各圧電素子２１３の先端側面部２１７Ｂ，２１７Ｃが接着層２１６に効果的に拘束され、せん断変位の際の剛性が向上し、各圧電素子２１３の固有振動数が高くなり、振動特性が向上する。よって、従来よりも液体の吐出が高速化する。
【００６９】
つまり、接着層２１６への埋め込み量Ｄや圧力室２０１の高さＨ、圧電素子２１３の幅Ｔによって変位時の圧電素子２１３及び接着層２１６に関わる応力分布が変わり、変位量や固有振動数に反映される。
【００７０】
例えば、圧力室２０１の高さＨを圧電素子２１３の幅Ｔによって除したものをアスペクト比Ｒ（Ｈ／Ｔ）と定義したとき、アスペクト比Ｒが大きくなるに連れて、変位量ΔＵＸ１（図９（ｂ））は増す。しかし、圧電素子２１３の埋め込まれている部分における幅方向Ｂの接着領域が増し、接着層２１６の剛性効果が高まることから、埋め込み領域の変位効果が小さくなる。また、アスペクト比Ｒを小さくし過ぎると変位量が著しく低下し吐出不良の原因となる。一方、接着層２１６のヤング率を上げることで、先端側面部２１７Ｂ，２１７Ｃの剛性が向上することで固有振動数の向上につながる。
【００７１】
上記を鑑みて、埋め込み量Ｄと接着層２１６のヤング率Ｅ、アスペクト比Ｒを適宜調整することによって、従来よりも振動特性をより効果的に向上させ、安定吐出できる構造を得ることが可能となる。
【００７２】
即ち、本実施形態によれば、圧電素子２１３の両側面２１３Ｃ，２１３Ｄに第１及び第２電極である信号電極２１９Ａ，２１９Ｂが一様に設けられており、圧電素子２１３の先端部２１７が基板２２１の一方の面上に一様に塗られた接着層２１６に埋め込まれている。このことによって、圧電素子２１３は、埋め込まれている部分も変位ができ、また、先端部２１７の先端側面部２１７Ｂ，２１７Ｃが接着層２１６に接していることで剛性の低下も抑えられることから、振動特性を向上させることができる。
【００７３】
また、本実施形態では、先端圧電部（第２圧電部）である圧電体２１３Ｂは、基端圧電部（第１圧電部）である圧電体２１３Ａよりも突出方向Ｃに長く形成されている。圧電素子２１３を長く構成できると、圧電素子２１３における変形長が長くなるため、変形量を増加させることが可能となる。圧電素子２１３は、埋め込み量Ｄだけ長くなった領域は接着層２１６を介して拘束されているものの、接着層２１６のヤング率は圧電素子２１３に比べて低いため、変形量の増加効果が失われることはない。したがって、従来構造に比べ、圧電素子２１３の変形量を増加させることができる。
【００７４】
特に、本実施形態では、圧電体２１３Ｂを、圧電体２１３Ａよりも突出方向Ｃに、先端側面部２１７Ｂ，２１７Ｃの長さ（埋め込み量）Ｄの分長く形成している。したがって、圧電体２１３Ａの高さと、圧電体２１３Ｂの高さから先端側面部２１７Ｂ，２１７Ｃの長さ（埋め込み量）Ｄを差し引いた高さとがＨ／２で略等しくなっている。このように、圧電素子２１３において圧電体２１３Ａの高さと、圧電体２１３Ｂにおいて先端側面部２１７Ｂ，２１７Ｃの長さ（埋め込み量）Ｄを差し引いた部分の高さとがそれぞれＨ／２に略等しく設定される。これにより、より効率的なせん断変形が得られ、効率よく液体を吐出することが可能となる。
【００７５】
次に、本実施形態における吐出ユニット２１０の製造方法について説明する。まず、分極処理した２つの圧電素子基板をそれぞれ反転して接着剤で貼り合わせ、その後に研削などの加工により所望の寸法に加工し、圧電部材とする。
【００７６】
続いて圧電部材に、圧力室を形成するための溝を加工すると共に前面溝（図８の符号２０３）を加工する。この圧電部材には、溝を加工することで、圧電素子（アクチュエータ）となる隔壁（側壁）が形成される。これらの溝加工については加工時に圧電部材がキュリー温度以上とならない様な、例えばダイヤモンドブレードによる切削加工などを用いる事が好ましい。ただし、前面溝（図８の符号２０３）については、後にアクチュエータとして動作する領域ではないため、部材のキュリー温度を考慮しない、例えばレーザー加工などを用いることができる。
【００７７】
次に隔壁が形成された圧電部材に導電層を付与する。これは無電解めっきなどによって容易に実現できる。その後、圧電素子の先端面（図７の符号２１７Ａ）の導電層を研磨などにより選択除去し、更に導電層を分断するよう、溝部（図７の符号２２２）を加工する。なおここで加工される溝部（図７の符号２２２）は、レーザー加工やダイヤモンドブレードによる切削加工で形成されれば良い。
【００７８】
次に基板（図７の符号２２１）の一方の面全面に亘って接着剤を一様に塗布し、隔壁の先端部を接着剤に埋め込み、接着剤を硬化させることで、接着層（図７の符号２１６）に圧電素子の先端側面部が埋め込まれた吐出ユニット２１０を得る。
【００７９】
基板への接着剤の塗布方法は、スクリーン印刷やバーコーターといった厚みを調整できる手段を用いて、直接基板上に塗布しても良いし、フィルムやガラス基板に一旦塗布した後に、基板に転写しても良い。接着層を形成する接着剤としては、例えば、エポキシ系、フェノール系、ポリミイド系を用いることができる。
【００８０】
その後、吐出ユニットの前面を研削及び研磨し、導電層を除去すると共に所望の寸法形状に整える。また更に吐出ユニットの上面に対し取り出し電極を分断する溝部を加工し、それぞれ電気的に分断された個別の電極を得る。
【００８１】
上記一連の工程により、吐出ユニット２１０を形成した後、ノズルプレート、マニホールド、フレキシブル基板などの貼り合わせを行い、本実施形態に係るインクジェットヘッドを得るに至る。
【００８２】
なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。
【００８３】
本実施形態では、圧電素子が、互いに反対方向となるように分極された２つの圧電部を貼り合せて構成された場合について説明したが、これに限定するものではない。圧電素子が、突出方向（圧電素子の側面あるいは先端側面部）と平行な方向に分極された１つの圧電部からなる場合であっても、本発明は適用可能である。
【００８４】
また、本実施形態では、液体吐出ヘッドとして、プリンタ等に用いられるインクジェットヘッドについて説明したが、これに限定するものではなく、液体として、金属配線を形成する際に用いられる、金属微粒子を含有させた液体を吐出するヘッドであってもよい。
【００８５】
また、本実施形態では、部材の部材基部２１２から基板２２１に向かって突出する圧電素子２１３について説明した。つまり、圧電素子の端部の一方は部材と一体となって形成されている場合について説明した。しかしこれに限定するものではなく、圧電素子の両端がそれぞれ基板に接合されていてもよい。少なくとも一方の基板に形成した接着層に、圧電素子の少なくとも一端の先端側面部が埋め込まれ、基板に拘束されていてもよい。もちろん両方の基板形成された接着層に、圧電素子の両端の先端側面部がそれぞれ埋め込まれ、基板に対して拘束されていてもよい。
【００８６】
［第３実施形態］
以下、本実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００８７】
図１０は、本実施形態に係る液体吐出ヘッドの一例としてインクジェットヘッドを示す分解模式図である。図１０に示すインクジェットヘッド３００は、液体吐出方向Ａと直交する幅方向Ｂに一列に並んで形成された複数の圧力室３１を有する吐出ユニット３１０を備えている。吐出ユニット３１０の液体吐出側の面（前面）には、各圧力室３１に対応して形成された複数の吐出口３３０ａを有するノズルプレート３３０が配置されている。吐出ユニット３１０とノズルプレート３３０とは、圧力室３１と吐出口３３０ａとの位置が一致するよう（即ち、圧力室３１と吐出口３３０ａとが連通するよう）アラインメントされて接着されている。
【００８８】
吐出ユニット３１０の液体供給側の面（背面）には、各圧力室３１に連通する複数の背面溝３２が形成されている。そして、吐出ユニット３１０の背面には、全ての背面溝３２に連通するよう幅方向Ｂに延びるインク供給スリット３４０ａが形成された背面プレート３４０が接合されている。更に背面プレート３４０には、インクタンク（不図示）と連通するインク供給口３５１とインク回収口３５２が設けられたマニホールド３５０が接合されている。これら背面プレート３４０及びマニホールド３５０により液体導入部が構成されている。また、吐出ユニット３１０の上面と下面には、それぞれフレキシブル基板３６０，３７０が接合されている。
【００８９】
本実施形態では、吐出ユニット３１０の各圧力室３１は、図１０に示すように、分極された圧電材料からなる互いに隣り合う２つの隔壁３３Ａ，３３Ｂによって仕切られて形成されている。各隔壁３３Ａ，３３Ｂは、ノズルプレート３３０が取り付けられる前面から背面プレート３４０が取り付けられる背面まで（つまり、液体吐出方向Ａに沿って）延びる直方体の形状に形成されている。
【００９０】
各隔壁３３Ａ，３３Ｂには、両側面に後述する電極が設けられている。そして、電極間に分極方向と直交する方向に電圧を印加することにより、隔壁３３Ａ，３３Ｂをせん断変形させ、圧力室３１の体積を変化させることで、液体であるインクＩを吐出口３３０ａから吐出させる。
【００９１】
以下、吐出ユニット３１０の構成について具体的に説明する。図１１は、吐出ユニット３１０の一部分を示す説明図であり、図１１（ａ）は吐出ユニット３１０の部分分解図、図１１（ｂ）は吐出ユニット３１０の部分斜視図である。吐出ユニット３１０は、第１の部材基部３１２Ａと、第１の部材基部３１２Ａから櫛歯状に突出する複数の第１の圧電素子３１３Ａとを有する第１の部材３１１Ａを備えている。また、吐出ユニット３１０は、第２の部材基部３１２Ｂと、第２の部材基部３１２Ｂから櫛歯状に突出する複数の第２の圧電素子３１３Ｂとを有する第２の部材３１１Ｂを備えている。
【００９２】
第１及び第２の部材基部３１２Ａ，３１２Ｂは、略平板状に形成されている。複数の第１の圧電素子３１３Ａは、第１の部材３１１Ａの一方の面３１４Ａから突出するように互いに幅方向Ｂに間隔をあけて形成されている。即ち、複数の第１の圧電素子３１３Ａは、第１の部材基部３１２Ａの一方の面３１４Ａに互いに幅方向Ｂに間隔をあけて突設されている。また、複数の第２の圧電素子３１３Ｂは、第２の部材３１１Ｂの一方の面３１４Ｂから突出するように互いに幅方向Ｂに間隔をあけて形成されている。即ち、複数の第２の圧電素子３１３Ｂは、第２の部材基部３１２Ｂの一方の面３１４Ｂに幅方向Ｂに間隔をあけて突設されている。
【００９３】
そして、第１の圧電素子３１３Ａと第２の圧電素子３１３Ｂとが交互に位置するように第１の部材３１１Ａに第２の部材３１１Ｂを対向させて組み合わせる。そして、第１の圧電素子３１３Ａからなる側壁（隔壁）３３Ａ及び第２の圧電素子３１３Ｂからなる側壁（隔壁）３３Ｂが形成される。即ち、第１の圧電素子３１３Ａと第２の圧電素子３１３Ｂとが互い違いとなるように、第１の部材基部３１２Ａの一方の面３１４Ａと第２の部材基部３１２Ｂの一方の面３１４Ｂとを互いに対向させている。これにより、圧電素子３１３Ａ（３１３Ｂ）のピッチの２倍細かいピッチで圧力室３１を形成することができ、圧力室３１の高密度化を実現することができる。
【００９４】
第１の部材基部３１２Ａの他方の面３１５Ａには取り出し電極３４Ａが、また第２の基板基部３１２Ｂの他方の面３１５Ｂには取り出し電極（不図示）が各圧力室３１に対応して個別に形成されている。第１の部材基部３１２Ａに形成された取り出し電極３４Ａには、図１０に示すように、フレキシブル基板３６０の信号配線３６１が接合される。第２の部材基部３１２Ｂに形成された取り出し電極（不図示）には、フレキシブル基板３７０の信号配線３７１が接合される。この際、取り出し電極３４Ａと信号配線３６１、取り出し電極（不図示）と信号配線３７１は、それぞれアラインメント接合されている。
【００９５】
ここで、圧電素子３１３Ａ，３１３Ｂは、図１１中の矢印Ｃ１及びＣ２で示すように、基板の一方の面から突出している。そして、突出方向（高さ方向）と平行方向に分極された圧電材料と、それとは逆方向に分極された圧電材料とが貼り合されて構成された、いわゆるシェブロン構造となっている。
【００９６】
具体的に説明すると、第１の圧電素子３１３Ａは、第１の部材基部３１２Ａの一方の面３１４Ａから突出し、突出方向Ｃ１と平行方向に分極された第１の基端圧電部３１３Ａａを有している。言い換えれば、一方の面３１４Ａと垂直方向に分極された第１の基端圧電部３１３Ａａを有している。図１１では第１の基端圧電部３１３Ａａは突出方向Ｃ１と反対方向に分極されている。更に、第１の圧電素子３１３Ａは、第１の基端圧電部３１３Ａａに固定され、第１の基端圧電部３１３Ａａとは反対方向に分極された第１の先端圧電部３１３Ａｂを有している。
【００９７】
また、第２の圧電素子３１３Ｂは、第２の部材基部３１２Ｂの一方の面３１４Ｂから突出し、突出方向Ｃ２と平行方向に分極された第２の基端圧電部３１３Ｂａを有している。更に、第２の圧電素子３１３Ｂは、第２の基端圧電部３１３Ｂａに固定され、第２の基端圧電部３１３Ｂａとは反対方向に分極された第２の先端圧電部３１３Ｂｂを有している。図１１では第２の基端圧電部３１３Ｂａは突出方向Ｃ２と反対方向に分極されている。
【００９８】
本実施形態では、第１の部材３１１Ａの第１の部材基部３１２Ａには、一方の面３１４Ａに、第２の圧電素子３１３Ｂの先端部３１６Ｂが嵌合する第１の溝部３１７Ａが形成されている。同様に、第２の部材３１１Ｂの第２の部材基部３１２Ｂには、一方の面３１４Ｂに、第１の圧電素子３１３Ａの先端部３１６Ａが嵌合する第２の溝部３１７Ｂが形成されている。各溝部３１７Ａ，３１７Ｂは、各圧電素子３１３Ｂ，３１３Ａが嵌合するように、各圧電素子３１３Ｂ，３１３Ａと同様に、吐出ユニット３１０の前面から背面まで延びるように形成されている。図１１（ｂ）に示すように、第１の圧電素子３１３Ａが第２の溝部３１７Ｂへ、第２の圧電素子３１３Ｂが第１の溝部３１７Ａへ嵌合することにより、第１の部材３１１Ａと第２の部材３１１Ｂとが接合され、吐出ユニット３１０が形成される。より詳細には、本実施形態では、各圧電素子３１３Ａ，３１３Ｂがシェブロン構造であるので、第１の先端圧電部３１３Ａｂの一部が第２の溝部３１７Ｂへ、第２の先端圧電部３１３Ｂｂの一部が第１の溝部３１７Ａへ嵌合する。
【００９９】
図１１（ａ）に示すように、圧電素子３１３Ａは、一対の側面３５１Ａ，３５１Ａを有している。同様に、圧電素子３１３Ｂは、一対の側面３５１Ｂ，３５１Ｂを有している。溝部３１７Ａは、一対の側面（以下、「内側面部」という）３６１Ａ，３６１Ａを有し、溝部３１７Ｂは、一対の側面（以下、「内側面部」という）３６１Ｂ，３６１Ｂを有している。そして、図１１（ｂ）に示すように、圧電素子３１３Ａの先端部３１６Ａ、即ち側面３５１Ａの先端部分である先端側面部３７１Ａが、溝部３１７Ｂに嵌合する。また、圧電素子３１３Ｂの先端部３１６Ｂ、即ち側面３５１Ｂの先端部分である先端側面部３７１Ｂが、溝部３１７Ａに嵌合する。
【０１００】
第１の圧電素子３１３Ａの先端部３１６Ａは、第２の溝部３１７Ｂの底部と当接、あるいは、間隔をあけて嵌合する。これにより、第１の圧電素子３１３Ａの先端部３１６Ａの先端側面部３７１Ａと溝部３１７Ｂの内側面部３６１Ｂとが接合され、先端側面部３７１Ａが溝部３１７Ｂに拘束される。また、第２の圧電素子３１３Ｂの先端部３１６Ｂは、第１の溝部３１７Ａの底部と当接、あるいは、間隔をあけて嵌合する。これにより、第２の圧電素子３１３Ｂの先端部３１６Ｂの先端側面部３７１Ｂと溝部３１７Ａの内側面部３６１Ａとが接合され、先端側面部３７１Ｂが溝部３１７Ａに拘束される。
【０１０１】
引き続き、吐出ユニット３１０の構成について更に詳細に説明する。図１２は、吐出ユニット３１０の部分断面図である。圧電素子３１３Ａの先端部３１６Ａと溝部３１７Ｂの底部、及び圧電素子３１３Ｂの先端部３１６Ｂと溝部３１７Ａの底部が間隔をあけて嵌合している場合は、これらの隙間には、弾性部材３２２が充填され、基板３１１Ａ，３１１Ｂ同士が固定される。弾性部材３２２は接着剤が好ましい。
【０１０２】
第１の圧電素子３１３Ａの一側面には信号電極３１９Ａ１が、他側面には信号電極３１９Ａ２がそれぞれ形成されており、第２の圧電素子３１３Ｂの一側面には信号電極３１９Ｂ１が、他側面には信号電極３１９Ｂ２がそれぞれ形成されている。
【０１０３】
第１の部材基部３１２Ａの一方の面３１４Ａには、信号電極３１９Ａ１に連続して接続され、信号電極３１９Ａ１に電気的に導通する底面電極３２０Ａ１が形成されている。また、信号電極３１９Ａ２に連続して接続され、信号電極３１９Ａ２に電気的に導通する底面電極３２０Ａ２が形成されている。信号電極３１９Ａ１と信号電極３１９Ａ２とは、第１の溝部３１７Ａにより分断されて電気的に絶縁されている。
【０１０４】
第２の部材基部３１２Ｂの一方の面３１４Ｂには、信号電極３１９Ｂ１に連続して接続され、信号電極３１９Ｂ１に電気的に導通する底面電極３２０Ｂ１が形成されている。また、信号電極３１９Ｂ２に連続して接続され、信号電極３１９Ｂ２に電気的に導通する底面電極３２０Ｂ２が形成されている。信号電極３１９Ｂ１と信号電極３１９Ｂ２とは、第２の溝部３１７Ｂにより分断されて電気的に絶縁されている。
【０１０５】
本実施形態では、底面電極３２０Ａ１，３２０Ａ２，３２０Ｂ１，３２０Ｂ２の底面電極幅Ｗが等しくなるように溝部３１７Ａ，３１７Ｂで分断されて形成されている。つまり、複数の圧電素子３１３Ａ，３１３Ｂは、互いに等間隔となるように形成され、隣り合う２つの圧電素子３１３Ａ，３１３Ａの間隔と隣り合う２つの圧電素子３１３Ｂ，３１３Ｂの間隔とは同一となるように形成されている。そして、溝部３１７Ａは、隣り合う２つの圧電素子３１３Ａ，３１３Ａの中央に形成され、溝部３１７Ｂは、隣り合う２つの圧電素子３１３Ｂ，３１３Ｂの中央に形成されている。これにより、底面電極３２０Ａ１，３２０Ａ２，３２０Ｂ１，３２０Ｂ２は、底面電極幅Ｗが互いに等しく形成されている。ここで信号電極３１９及び底面電極３２０の導電材料は特に限定されないが、ヤング率が高い導電材料を用いると圧電素子３１３の振動特性を向上させることができる。
【０１０６】
第１の圧電素子３１３Ａ（即ち、信号電極３１９Ａ１，３１９Ａ２）、第１の部材基部３１２Ａの一方の面３１４Ａ（即ち、底面電極３２０Ａ１，３２０Ａ２）及び第１の溝部３１７Ａの表面は、保護絶縁膜３２１Ａに覆われている。同様に、第２の圧電素子３１３Ｂ（即ち、信号電極３１９Ｂ１，３１９Ｂ２）、第２の部材基部３１２Ｂの一方の面３１４Ｂ（即ち、底面電極３２０Ｂ１，３２０Ｂ２）及び第２の溝部３１７Ｂの表面は、保護絶縁膜３２１Ｂに覆われている。
【０１０７】
なお、保護絶縁膜３２１Ａの形成領域は本実施形態に限定されるものではなく、信号電極３１９Ａ及び底面電極３２０Ａを保護するとともに、近接する信号電極３１９Ｂ及び底面電極３２０Ｂとを絶縁する機能を果たす構成であればよい。同様に、保護絶縁膜３２１Ｂの形成領域は本実施形態に限定されるものではなく、信号電極３１９Ｂ及び底面電極３２０Ｂを保護するとともに、近接する信号電極３１９Ａ及び底面電極３２０Ａとを絶縁する機能を果たす構成であればよい。
【０１０８】
また、保護絶縁膜３２１Ａ，３２１Ｂの材質は特に限定されないが、圧電素子３１３Ａ，３１３Ｂの拘束領域となる、溝部３１７と圧電素子３１３との接合部分の剛性向上を目的に、ヤング率の高いＡｌ２Ｏ３などが選択されると良い。
【０１０９】
以上の構成により、圧力室３１は、隔壁３３Ａとなる圧電素子３１３Ａと、隔壁３３Ｂとなる圧電素子３１３Ｂとで仕切られた領域、即ち、圧電素子３１３Ａ，３１３Ｂ及び部材基部３１２Ａ，３１２Ｂで囲まれた領域となっている。より具体的には、信号電極３１９Ａ，３１９Ｂ及び底面電極３２０Ａ，３２０Ｂで囲まれた領域となっている。
【０１１０】
圧力室３１の断面積は、図１２に示す圧力室高さＨ×圧力室幅Ｗとなっている。圧力室高さＨは、第１の圧電素子３１３Ａの突出方向Ｃの全体の高さと、第２の溝部３１７Ｂに挿入されている先端部３１６Ａの先端側面部の長さとの差分である。また、第２の圧電素子３１３Ｂの突出方向Ｃの全体の高さと、第１の溝部３１７Ａに挿入されている先端部３１６Ｂの先端側面部の長さとの差分である。圧力室幅Ｗは、底面電極３２０Ａ（３２０Ｂ）の幅である。
【０１１１】
次に、各電極への電圧印加の方法について説明する。図１３は、１つの圧力室３１を吐出ユニット３１０の背面溝３２の形成面側からみた模式図である。なお、図１３（ａ）〜図１３（ｄ）は、わかりやすさのため、同じ圧力室３１の領域を、視点を変えて模式的に示している。
【０１１２】
図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示すように、第１の部材基部３１２Ａの他方の面３１５Ａには複数の取り出し電極３４Ａ１，３４Ａ２…が並設されており、フレキシブル基板３６０（図１０）の信号配線３６１と電気的に接続されている。また、図１３（ｃ）及び図１３（ｄ）に示すように、第２の部材基部３１２Ｂの他方の面３１５Ｂには、複数の取り出し電極３４Ｂ１，３４Ｂ２…が並設されており、フレキシブル基板３７０（図１０）の信号配線３７１と電気的に接続されている。
【０１１３】
また、背面溝３２１内部には、図１３（ａ）に示すように、信号電極３１９Ａ１に連続して接続され、信号電極３１９Ａ１に電気的に導通する背面電極３２３Ａ１が形成されている。この背面電極３２３Ａ１が取り出し電極３４Ａ１に電気的に導通するように接続されている。また、背面溝３２２内部には、図１３（ｂ）に示すように、信号電極３１９Ａ２に連続して接続され、信号電極３１９Ａ２に電気的に導通する背面電極３２３Ａ２が形成されている。この背面電極３２３Ａ２が取り出し電極３４Ａ２に電気的に導通するように接続されている。また、背面溝３２０内部には、図１３（ｃ）に示すように、信号電極３１９Ｂ１に連続して接続され、信号電極３１９Ｂ１に電気的に導通する背面電極３２３Ｂ１が形成されている。この背面電極３２３Ｂ１が取り出し電極３４Ｂ１に電気的に導通するように接続されている。また、背面溝３２１内部には、図１３（ｄ）に示すように、信号電極３１９Ｂ２に連続して接続され、信号電極３１９Ｂ２に電気的に導通する背面電極３２３Ｂ２が形成されている。この背面電極３２３Ｂ２が取り出し電極３４Ｂ２に電気的に導通するように接続されている。
【０１１４】
以上の電極構成で、図１３（ａ）に示すように、フレキシブル基板３６０（図１０）から取り出し電極３４Ａ１に電圧ＶＡ１を印加すると、背面電極３２３Ａ１を介して信号電極３１９Ａ１に電圧ＶＡ１が印加される。また同様に、図１３（ｂ）に示すように、フレキシブル基板３６０（図１０）から取り出し電極３４Ａ２に電圧ＶＡ２を印加すると、背面電極３２３Ａ２を介して信号電極３１９Ａ２に電圧ＶＡ２が印加される。
【０１１５】
また、図１３（ｃ）に示すように、フレキシブル基板３７０（図１０）から取り出し電極３４Ｂ１に電圧ＶＢ１を印加すると、背面電極３２３Ｂ１を介して信号電極３１９Ｂ１に電圧ＶＢ１が印加される。また同様に、図１３（ｄ）に示すように、フレキシブル基板３７０（図１０）から取り出し電極３４Ｂ２に電圧ＶＢ２を印加すると、背面電極３２３Ｂ２を介して信号電極３１９Ｂ２に電圧ＶＢ２が印加される。
【０１１６】
この電極構成によれば、駆動電圧をインクと接触することのない部材基部３１２Ａ，３１２Ｂの他方の面３１５Ａ，３１５Ｂより印加可能であり、また印加された電圧は面状の電極を介して信号電極３１９へ伝えることができる。したがって容易且つ導通信頼性に優れたインクジェットヘッドの構成となる。
【０１１７】
次に、インクジェットヘッド３００の動作について説明する。図１４は、各電極に電圧を印加した際の圧電素子３１３Ａ，３１３Ｂの変位及び圧力室３１の変形を説明するための模式図である。ここで説明のため、信号電極３１９Ａ１には底面電極３２０Ａ１を介して電圧ＶＡ１が印加されており、同様に信号電極３１９Ａ２、３１９Ｂ１、３１９Ｂ２にはそれぞれ電圧ＶＡ２、ＶＢ１、ＶＢ２が印加されているとする。
【０１１８】
図１４（ａ）は、印加電圧ＶＡ１＝ＶＡ２、印加電圧ＶＢ１＝ＶＢ２のいわゆる基底状態を示しており、この状態において圧電素子３１３Ａ，３１３Ｂは変位していない。
【０１１９】
次に、図１４（ｂ）は、印加電圧ＶＡ１＜ＶＡ２、印加電圧ＶＢ１＞ＶＢ２であるときの圧電素子３１３Ａ，３１３Ｂの変位及び圧力室３１の変形の様子を示している。電圧ＶＡ１−ＶＡ２，電圧ＶＢ１−ＶＢ２は、分極方向と直交する方向に印加されており、圧電素子３１３Ａ，３１３Ｂは、せん断変形する。この場合、各圧電素子３１３Ａ，３１３Ｂは、圧力室３１の断面積が拡大する方向へ、くの字に変位する。各圧電素子３１３Ａ，３１３Ｂに対して、このように電圧を印加することで、圧力室３１の内部にインクを充填することができる。
【０１２０】
次に、図１４（ｃ）は、印加電圧ＶＡ１＞ＶＡ２、印加電圧ＶＢ１＜ＶＢ２であるときの圧電素子３１３Ａ，３１３Ｂの変位及び圧力室３１の変形の様子を示している。この場合、各圧電素子３１３Ａ，３１３Ｂは、圧力室３１の断面積を縮小する方向へ、くの字に変位する。各圧電素子３１３Ａ，３１３Ｂに対して、このように電圧を印加することで、圧力室３１の内部のインクを加圧し、吐出口３３０ａ（図１０）からインクを吐出させることができる。
【０１２１】
ここで、圧電素子３１３Ａ，３１３Ｂの変位量は、圧力室高さＨ、すなわち圧電素子３１３Ａ，３１３Ｂの変位領域に略比例する。したがって、各圧力室３１間で変位量のバラツキを抑えるためには、圧力室高さＨのバラツキを抑えることが必須である。加えて、図１４（ｃ）のように、圧力室３１を縮小させる際、仮に圧力室幅Ｗが異なると、インクに加えられる圧力も異なってしまう。したがって各圧力室３１間でのインク印加圧力のバラツキを抑えるためには、圧力室幅Ｗのバラツキを抑えることが必須である。
【０１２２】
本実施形態では、第１の溝部３１７Ａは、第２の圧電素子３１３Ｂの幅方向Ｂの位置決めをするための位置決め溝として機能し、第２の溝部３１７Ｂは、第１の圧電素子３１３Ａの幅方向Ｂの位置決めをするための位置決め溝として機能する。従って、第１の圧電素子３１３Ａの先端部３１６Ａを第２の溝部３１７Ｂに嵌合し、第２の圧電素子３１３Ｂの先端部３１６Ｂを第１の溝部３１７Ａに嵌合することで、各圧電素子３１３Ａ，３１３Ｂにおいて幅方向Ｂの位置決めがなされる。これにより、各圧力室３１の幅Ｗのバラツキを低減することができる。
【０１２３】
更に第１の圧電素子３１３Ａの先端部３１６Ａを第２の溝部３１７Ｂに嵌合し、第２の圧電素子３１３Ｂの先端部３１６Ｂを第１の溝部３１７Ａに嵌合する。これにより各圧電素子３１３Ａ，３１３Ｂの突出方向Ｃ１，Ｃ２（図１１）の高さのバラツキを各溝部３１７Ａ，３１７Ｂの深さで吸収している。これにより、各圧力室３１の高さＨのバラツキを低減することができる。なお、各圧電素子３１３Ａ，３１３Ｂの嵌入量を調整することで、高さＨを所望の値に調整することは可能である。
【０１２４】
従って、幅Ｗ及び高さＨのバラツキを低減できるので、各圧力室３１の断面積Ｈ×Ｗ、即ち各圧力室３１の体積のバラツキを低減することができる。そして、圧力室３１間で圧力室高さＨ及び圧力室幅Ｗのバラツキを低減することができるので、吐出口３３０ａ間でインクの飛翔性能のバラツキを低減することができる。
【０１２５】
また、圧電素子３１３Ａ，３１３Ｂがくの字に変位するためには、圧電素子３１３Ａ，３１３Ｂの基端部及び先端部は、動かないよう拘束されていなければならない。また、拘束されていたとしても拘束部の剛性が低いと、圧電素子の変位の際に拘束部にひずみが生じてしまい、変位速度及び変位量の低下を引き起こしてしまう。
【０１２６】
本実施形態によれば、圧電素子３１３Ａ，３１３Ｂの基端部は部材基部３１２Ａ，３１２Ｂと一体に形成されている。また、圧電素子３１３Ａ，３１３Ｂの先端部は溝部３１７Ｂ，３１７Ａに先端側面部が嵌合されて接合されている。したがって、圧電素子３１３Ａ，３１３Ｂの両端部は高い剛性で拘束されている。また、底面電極３２０及び保護絶縁膜３２１により、接合領域自体の剛性を向上させることも可能である。したがって圧電素子３１３Ａ，３１３Ｂの拘束部となる両端部において十分な剛性を確保可能な構成となっている。したがって、各圧電素子３１３Ａ，３１３Ｂは、優れた変位特性を有するアクチュエータとなり、優れたインク飛翔性能を実現可能となる。
【０１２７】
また、本実施形態では、圧電素子３１３Ａ（３１３Ｂ）が、基端圧電部３１３Ａａ（３１３Ｂａ）と、基端圧電部３１３Ａａ（３１３Ｂａ）とは分極方向が逆方向の先端圧電部３１３Ａｂ（３１３Ｂｂ）とで構成されている。したがって、圧電素子３１３Ａ（３１３Ｂ）の先端部３１６Ａ（３１６Ｂ）として、先端圧電部３１３Ａｂ（３１３Ｂｂ）の一部が、溝部３１７Ｂ（３１７Ａ）に嵌合するように構成されている（図１２参照）。つまり、圧電素子３１３Ａ（３１３Ｂ）は、いわゆるシェブロン構造のせん断モードタイプであり、その拘束面の片側（先端部）が溝部に嵌合された構造となっている。そして、先端圧電部３１３Ａｂ（３１３Ｂｂ）の一部を非変位領域とし、残りの部分を変位領域としている。この構造によれば、溝部３１７Ａ，３１７Ｂは、圧電素子３１３Ａ，３１３Ｂの先端部における接合部分の剛性を向上させる溝としても作用するため、圧電素子３１３Ａ，３１３Ｂの非変位領域の拘束を強めることができ、変位特性を向上させることができる。
【０１２８】
次に、本実施形態における吐出ユニット３１０の製造方法について説明する。本実施形態では、第１の部材３１１Ａと第２の部材３１１Ｂとは、同一構造の部材であってもよく、各部材の製造方法は同一であってもよい。
【０１２９】
まず、これら部材３１１Ａ，３１１Ｂについて説明する。分極処理した圧電素子基板３２４をそれぞれ反転して貼り合わせ、その後に研削などの加工により所望の寸法に加工し、部材３１１とする（図１５参照）。
【０１３０】
続いて図１６に示すように部材３１１に、隔壁溝３２７を加工することで、圧電素子（アクチュエータ）となる側壁（隔壁）３３を形成すると共に、背面溝３２を加工する。これらの溝加工については加工時に部材３１１がキュリー温度以上とならない様な、例えばダイヤモンドブレードによる切削加工などを用いる事が好ましい。ただし、背面溝３２については、後にアクチュエータとして動作する領域ではないため、部材３１１のキュリー温度を考慮しない、例えばレーザー加工などを用いることができる。
【０１３１】
次に隔壁溝３２７の加工が施された部材３１１の、隔壁溝３２７内部も含めた例えば全面に導電層３２５を付与する。これは無電解めっきなどによって容易に実現できる。その後、図１７に示すように、側壁（隔壁）３３の上面（先端部）３１６上の導電層３２５を研磨などにより選択除去し、更に隔壁溝３２７内に導電層３２５を分断するよう、溝部３１７を加工する。なおここで加工される溝部３１７について、幅は側壁（隔壁）３３の幅と略等しく設定されるのが好ましく、またこれらは前述の通りダイヤモンドブレードによる切削加工で形成されるのが好ましい。またその後、図示しないが側壁（隔壁）３３の形成面全面に保護絶縁膜をスパッタ法などにより付与する。
【０１３２】
続いて側壁（隔壁）３３の上面３１６上に、弾性部材（例えば接着剤）を塗布し、同様に準備した部材３１１を対向させ、図１８に示すように、側壁（隔壁）３３の先端部を溝部３１７に嵌合し、吐出ユニット３１０を得る。
【０１３３】
その後、吐出ユニット３１０の前面及び背面を研削及び研磨し、導電層３２５を除去すると共に所望の寸法形状に整える。また更に吐出ユニット３１０の上面に対し取り出し電極分断溝３２８を加工し、それぞれ電気的に分断された個別の電極３１２を得る。
【０１３４】
上記一連の工程により、吐出ユニット３１０を形成した後、図１０に示したようにノズルプレート３３０、背面プレート３４０、マニホールド３５０、フレキシブル基板３６０，３７０などの貼り合わせを行う。そして、本実施形態に係るインクジェットヘッド３００を得るに至る。
【０１３５】
本実施形態では、第１の部材３１１Ａと第２の部材３１１Ｂとは同一構成の部材３１１、即ち、第２の部材３１１Ｂは、第１の部材３１１Ａと同一構成の部材を９０度回転させたものを使用してもよい。このように、２つの部材３１１Ａ，３１１Ｂを製造するために、別構成の部材を製造する必要がないので、製造工程を簡略化することができ、製造コストを低減することができる。
【０１３６】
なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。
【０１３７】
本実施形態では、圧電素子が、互いに反対方向となるように分極された２つの圧電部を貼り合せて構成された場合について説明したが、これに限定するものではない。圧電素子が、突出方向と平行な方向に分極された１つの圧電部からなる場合であっても、本発明は適用可能である。
【０１３８】
また、本実施形態では、液体吐出ヘッドとして、プリンタ等に用いられるインクジェットヘッドについて説明したが、これに限定するものではなく、液体として、金属配線を形成する際に用いられる、金属微粒子を含有させた液体を吐出するヘッドであってもよい。
【実施例】
【０１３９】
（実施例１）
第１実施形態で説明した吐出ユニット１０（図４参照）について、圧電材料として株式会社富士セラミックス製圧電セラミックスＣ−６を用いて、切削加工及び無電解めっきにより部材（圧電基板）１１を形成した。また、圧電セラミックスＣ−６を用いて、溝部２３が切削加工された基板（カバー板）２１を形成した。
【０１４０】
そして、接着剤２５として、株式会社テスク製エポキシ接着剤１０７７Ｂ（ヤング率：約２［ＧＰａ］）を用いた。ここで、圧電素子１３の厚さＬを６０［マイクロメートル］、圧力室１の高さＨを１４０［マイクロメートル］、圧電素子１３の先端部１６の先端側面部１８Ｂと溝部２３の内側面部２８との間の隙間Ｗを５［マイクロメートル］とした。これらの条件で、先端側面部１８Ｂの長さＤを変化させた時の振動特性の変化を観測した。なお振動測定はレーザードップラー振動装置を用いて観測し、１０［Ｖ］印加時の圧電素子１３の固有振動数、変形量及び変形速度をそれぞれ評価した。
【０１４１】
図１９に、本実施例１における、圧電素子１３の振動特性の先端側面部１８Ｂの長さＤの依存性を示す。図１９（ａ）は１０［Ｖ］印加時の変形量、図１９（ｂ）は固有振動数、図１９（ｃ）は変形速度の先端側面部１８Ｂの長さＤの依存性をそれぞれ示す。なお各グラフの縦軸は、先端側面部１８Ｂの長さＤを０としたときの変形量、固有振動数、変形速度に対する変化率を示している。
【０１４２】
図１９（ａ）に示すように、本実施例１の圧電素子１３において、変形量は先端側面部１８Ｂの長さＤを４０［マイクロメートル］としたときに最大となり、溝部２３の無い場合と比較して、約１０［％］向上することがわかった。また先端側面部１８Ｂの長さＤを１５０［マイクロメートル］、すなわち圧力室１の高さＨと同程度の深さとしても、約５［％］の変形量向上効果が観測された。このことから、接着剤２５により拘束されている溝部２３の内部においても、圧電素子１３は変形していることが示唆された。
【０１４３】
また図１９（ｂ）に示すように、本実施例１の圧電素子１３において、固有振動数は先端側面部１８Ｂの長さＤを２０［マイクロメートル］としたときに最大となり、約７［％］向上することがわかった。ただし、先端側面部１８Ｂの長さＤを１５０［マイクロメートル］とした場合、固有振動数は約１［％］減少してしまうことがわかった。このことから、固有振動数の変化は圧電素子１３が長くなることによる剛性低下と、拘束領域が広くなることによる拘束部の剛性向上との掛け合わせにより起こっていることが示唆された。
【０１４４】
また図１９（ｃ）に示すように、本実施例１の圧電素子１３において、変形速度は先端側面部１８Ｂの長さＤを３０［マイクロメートル］としたときに最大となり、約１７［％］向上することがわかった。また先端側面部１８Ｂの長さＤを１５０［マイクロメートル］とした場合であっても、変形速度増加量は約５［％］向上していた。この結果から、先端側面部１８Ｂの長さＤを過剰に深くして固有振動数の低下を招いてしまった場合であっても、変形量の向上効果が十分であれば、結果変形速度の向上効果が維持されていることが示唆された。
【０１４５】
以上の結果から、本実施例１における吐出ユニット１０の構成によれば、圧力室１内のインクＩをより素早く加圧し得る、せん断変形速度の速いインクジェットヘッドを提供できることがわかった。
【０１４６】
（実施例２）
実施例１に記載の吐出ユニット１０と同様な構成において、接着剤２５のみを変更して同様な評価を実施した。なお本実施例２において接着剤２５はスリーボンド製ＴＢ２２７０Ｃをろ過したものを用いた。接着剤２５のろ過後のヤング率は約１０［ＧＰａ］であった。
【０１４７】
図２０に、本実施例２における、１０Ｖ印加時の圧電素子１３の変形速度の先端側面部１８Ｂの長さＤの依存性を示す。なおグラフの縦軸は、先端側面部の長さＤを０としたときの変形速度からの変化率を示している。
【０１４８】
本実施例２の圧電素子１３において、変形速度は先端側面部１８Ｂの長さＤを２０［マイクロメートル］としたときに最大となり、溝部２３の無い場合と比較して、約７［％］向上することがわかった。ただし、これは実施例１の図１９（ｃ）に示す結果より、向上効果が１０［％］程度低い結果であった。さらに、先端側面部の長さＤを１５０［マイクロメートル］とした場合の変形速度は、溝部２３の無い場合と比較して、約４［％］低下していた。このことから接着剤２５のヤング率を高くすると、嵌合部における圧電素子１３の変形量が低下してしまうことが示唆された。
【０１４９】
しかしながら、先端側面部１８Ｂの長さＤを適切に設定することにより、ヤング率が高い接着剤２５を用いる場合であっても、せん断変形速度の速いインクジェットヘッドを提供できることがわかった。
【０１５０】
（実施例３）
図２１は、吐出ユニットの一部断面を示した模式図である。図２１（ａ）は、第２実施形態で説明した吐出ユニット２１０の構造であり、基板２２１上に一様に塗布された接着層２１６に先端部２１７の先端側面部２１７Ｂが埋め込まれている。
【０１５１】
図２１（ｂ）は従来構造であり、同一の高さの圧電体１１３Ａ，１１３Ｂを有する圧電素子１１３を複数備えた圧電基板１１１を作成した後に、ガラス基板にスクリーン印刷によって塗布された接着剤を先端面１１７Ａに転写した。その後、先端面１１７Ａと基板１２１と接合して接着剤を硬化させて接着層１１６を形成することで、吐出ユニット１１０を形成した。
【０１５２】
図２１（ａ）及び図２１（ｂ）において、接着層６、接着層２１６及び接着層１１６の厚みｂは同一に設定されている。圧力室２０１、圧力室１０１の幅Ｗ、圧電素子の幅Ｔ、圧力室の高さＨも同一に設定されている。ただし、圧力室の高さＨは、圧力室の変位領域を揃えるために、従来構造については基端部１１８から先端面１１７Ａまでの高さ、本実施例の構造については基端部２１８から先端面２１７Ａまでの高さと先端側面部２１７Ｂの長さＤとの差分の高さとした。また、接着材料、圧電材料はそれぞれ同一のものを用いている。
【０１５３】
それぞれの吐出ユニット２１０，１１０を製造後、インピーダンスアナライザーによって固有振動数を計測した。圧電素子２１３，１１３の変位量は、レーザードップラー計測によって計測した。得られた固有振動数と変位量の積から振動特性を算出し、本実施例の構造と従来構造とを比較した。
【０１５４】
図２２は、本実施例の構造の先端側面部２１７Ｂの長さ（埋め込み量）Ｄを変えたときの圧電素子２１３の変位量と従来構造の圧電素子１１３の変位量とを比較した図である。本実施例の構造の圧電素子２１３の変位量を従来構造の圧電素子１１３の変位量で除したものであり、１００％以上であれば、変位量が従来構造よりも高く変位効果が高いことを表している。図２２から、従来構造よりも先端部が接着層に埋め込まれた本実施例の構造が変位効果が高いことが分かる。
【０１５５】
また、図２２（ａ）より先端側面部の長さ（埋め込み量）Ｄが５マイクロメートルを境にして、アスペクト比Ｒと変位効果の関係性が逆転する。つまり、先端側面部の長さ（埋め込み量）Ｄが５マイクロメートルより小さいときは、５マイクロメートル以上の場合に比べて、アスペクト比Ｒが高くなると変位効果が低下する。先端側面部の長さ（埋め込み量）Ｄが５マイクロメートル以上では、アスペクト比Ｒが低くなると変位効果が向上する。
【０１５６】
実施例よりアスペクト比Ｒがある一定値以下のとき本構造の振動特性に顕著な効果があることが示されている。一般にアスペクト比Ｒと変位量は反比例の関係にある。一方、液滴を吐出させるためには一定の変位量が必要である。
【０１５７】
上記理由から、アスペクト比Ｒが低くなった場合でも一定の変位量を保つ方向に働く先端側面部の長さ（埋め込み量）Ｄが必要であることから、先端側面部の長さ（埋め込み量）Ｄが５マイクロメートル以上であることが望ましい。
【０１５８】
図２２（ｂ）はヤング率４ＧＰａのときの図２２（ａ）と同様の図であり、５マイクロメートル以上のときにアスペクト比Ｒを低くしていった際に変位効果が大きくなる方向に向かっている。
【０１５９】
よって、上記結果を鑑みて、アスペクト比Ｒ（＝Ｈ／Ｔ）が４．０以下、且つ、先端側面部の長さ（埋め込み量）Ｄが５マイクロメートル以上２０マイクロメートル以下であることが望ましい。
【０１６０】
よりアスペクト比の高い領域を用いたい場合は、アスペクト比Ｒ（＝Ｈ／Ｔ）が４．９以下、ヤング率Ｅが２０ＧＰａ以下、且つ、埋め込み量Ｄが５マイクロメートル以上１５マイクロメートル以下であることが望ましい。
【０１６１】
図２３（ａ）及び図２３（ｂ）は、本実施例の構造（図２１（ａ））と従来構造（図２１（ｂ））との振動特性が一致するときの先端側面部の長さＤ及び接着層のヤング率Ｅの関係を表している。
【０１６２】
図２３（ａ）示す曲線は、本実施例の構造の振動特性と従来構造の振動特性とが一致したときの、先端側面部の長さ（埋め込み量）Ｄ（図２１（ａ））と接着層２１６のヤング率Ｅをプロットしたものである。曲線より左側の領域であれば、本実施例の構造の方が、従来構造よりも振動特性が高いことを示している。
【０１６３】
各プロットは、アスペクト比Ｒ（＝Ｈ／Ｔ）を変えたときのものであり、アスペクト比Ｒが低くなるほど、従来構造より振動特性の効果が高い領域が広くなる。アスペクト比Ｒは、圧力室高さＨを固定して圧電素子幅Ｔを変えることで調整した。
【０１６４】
図２３（ｂ）は、図２３（ａ）と同様の曲線を示している。但し、アスペクト比Ｒは、圧電素子２１３の幅Ｔを固定して圧力室２０１の高さＨを変えることで調整した。図２３（ｂ）と同様に、アスペクト比Ｒが低くなるほど、従来構造より振動特性の効果が高い領域が広くなる。
【０１６５】
接着層２１６のヤング率Ｅに関わらず、従来構造より振動特性の効果が顕著に表れる領域は、図２３（ａ）より、アスペクト比Ｒが４．４０以下、且つ、埋め込み量Ｄが２１マイクロメートル以下のときである。また、図２３（ｂ）より、アスペクト比Ｒが３．９７以下、且つ、埋め込み量Ｄが２８マイクロメートル以下のときである。よって、上記結果を鑑みて、アスペクト比Ｒ（＝Ｈ／Ｔ）が４．０以下、且つ、先端側面部の長さ（埋め込み量）Ｄが５マイクロメートル以上２０マイクロメートル以下であることが望ましい。
【０１６６】
よりアスペクト比の高い領域を用いたい場合は、アスペクト比Ｒ（＝Ｈ／Ｔ）が４．９以下、ヤング率Ｅが２０ＧＰａ以下、且つ、埋め込み量Ｄが５マイクロメートル以上１５マイクロメートル以下であることが望ましい。
【０１６７】
接着層２１６は、エポキシ樹脂と、エポキシ樹脂に添加されたアルミナ粒子とを有する接着剤で形成した。図２４は、実施例に係る接着剤の特性を示した図である。図２４では接着層としてエポキシ基材を使い、絶縁フィラーとしてアルミナ粒子を用いた際のアルミナ重量比とヤング率の関係を示している。エポキシ基材としてスリーボンド製の２液性エポキシを用い、アルミナ粒子は大明化学工業株式会社製のＴＭ−ＤＡを用いた。アルミナ粒子の充填密度を上げることでヤング率Ｅが向上することが分かる。つまり、エポキシ樹脂の接着層のヤング率は一般的に高くても２ＧＰａ程度であるが、アルミナ粒子を添加することで、ヤング率を２ＧＰａよりも高くすることができる。このように、接着層２１６のヤング率が向上するので、圧電素子２１３の先端部２１７と基板（天板）２２１の一方の面との接合部分の剛性が向上し、圧電素子２１３の振動特性が向上する。
【０１６８】
また、アルミナ粒子の径が累積で０．５マイクロメートル以下と小さいことで、圧電素子の先端面と基板（天板）との間の接着層の厚みｂを３マイクロメートルと薄くすることができた。
【符号の説明】
【０１６９】
１…圧力室、１２…部材基部、１３…圧電素子、１３ａ…基端圧電部、１３ｂ…先端圧電部、１６…先端部、１７…信号電極（電極）、１８…側面、１８Ｂ…先端側面部（先端部分）、２１…基板、２３…溝部、２５…接着剤、３０ａ…吐出口、１００…インクジェットヘッド（液体吐出装置）
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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