(57)【要約】【課題】排出性能を均一にすることが可能な流路ユニット、液体噴射ヘッド、液体噴射装置を提供する。【解決手段】駆動信号に応じて変形する圧電素子と、対応する前記圧電素子の変形に応じて液体に圧力を加える圧力室が形成された流路部材と、を備えた流路ユニットであって、第１圧力室と比べて前記圧力室の寸法が大きい第２圧力室、及び前記圧力室と前記圧電素子との間の壁の厚みが薄い第３圧力室、の少なくとも一方に対応する前記圧電素子の構造は、前記第１圧力室に対応する前記圧電素子の構造と異なる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動信号に応じて変形する圧電素子と、
対応する前記圧電素子の変形に応じて液体に圧力を加える圧力室が形成された流路部材と、を備えた流路ユニットであって、
第１圧力室と比べて前記圧力室の寸法が大きい第２圧力室、及び前記圧力室と前記圧電素子との間の壁の厚みが薄い第３圧力室、の少なくとも一方に対応する前記圧電素子の構造は、前記第１圧力室に対応する前記圧電素子の構造と異なる、流路ユニット。
【請求項２】
第２圧力室と第３圧力室との少なくとも一方に対応する圧電素子の厚みが、前記第１圧力室に対応する圧電素子の厚みと比べて厚い、請求項１に記載の流路ユニット。
【請求項３】
第２圧力室と第３圧力室との少なくとも一方に対応する圧電体の厚みが、前記第１圧力室に対応する圧電素子の厚みと比べて厚い、請求項１又は請求項２のいずれかに記載の流路ユニット。
【請求項４】
前記圧電素子は、前記駆動信号の供給を受ける電極を有しており、
前記第２圧力室と第３圧力室との少なくとも一方に対応する前記圧電素子は、前記第１圧力室に対応する前記圧電素子と比べて、前記電極の厚みが厚い、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の流路ユニット。
【請求項５】
第２圧力室と第３圧力室との少なくとも一方に対応する圧電素子の能動部の面積が、前記第１圧力室に対応する圧電素子の能動部の面積と比べて小さい、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の流路ユニット。
【請求項６】
前記流路部材はセラミックスにより形成されている、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の流路ユニット。
【請求項７】
前記請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の流路ユニットを有する液体噴射ヘッド。
【請求項８】
前記請求項７に記載の液体噴射ヘッドを有する液体噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体が流れる液体流路を形成する流路ユニット、液体噴射ヘッド、液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体が流れる液体流路を構成する流路ユニットが知られている。この流路ユニットでは、液体流路の一部を構成する圧力室と、この圧力室に圧力を生じさせる圧電素子を備えている。圧電素子が駆動することで圧力室を変位させ、圧力室から液体を排出させる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１８７４４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
製品が均一な性能を発揮するためには、圧力室から排出される液体の量が均一であることが望ましい。しかし、圧力室から排出される液体の量は、当該圧力室の構造に応じて変化する。また、圧力室から排出される液体の量は、流路ユニットを形成する材質や加工方法に依存して大きく変化することが知られている。このような場合、流路ユニット内又は複数の流路ユニット間で液体の排出量にバラツキが生じることとなり、性能を均一にすることが難しい場合があった。
【０００５】
本発明は、上記課題にかんがみてなされたもので、排出性能を均一にすることが可能な流路ユニット、液体噴射ヘッド、液体噴射装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明では、駆動信号に応じて変形する圧電素子と、対応する前記圧電素子の変形に応じて液体に圧力を加える圧力室が形成された流路部材と、を備えた流路ユニットであって、第１圧力室と比べて前記圧力室の寸法が大きい第２圧力室、及び前記圧力室と前記圧電素子との間の壁の厚みが薄い第３圧力室、の少なくとも一方に対応する前記圧電素子の構造は、前記第１圧力室に対応する前記圧電素子の構造と異る。
【０００７】
ここで、圧電素子と、流路部材に形成される圧力室との関係はどのようなものであってもよい。例えば、流路ユニット内に１つの圧電素子によって圧力を生じさせる圧力室が複数あってもよいし、圧電素子と圧力室とが１対１に対応していてもよい。また、圧電素子の構造とは、圧電素子の変形量を変化させる構造であり、圧電素子の厚み、幅、長さ、形状等を含む。さらに、圧電素子が電極や圧電体により構成されている場合は、電極、又は圧電体のいずれかの構造（厚み、幅、長さ、形状等）が異なることも全ての構造が異なることも含む。
【０００８】
圧力室の寸法、又は圧力室と圧電素子との間の壁の厚みが異なれば、圧電素子の駆動により圧力室により排出される液体の量も変化する。そのため、上記のように構成された発明では、圧力室から排出される液体の量のバラツキを圧電素子側の構造で調整することができる。
【０００９】
また、第２圧力室と第３圧力室との少なくとも一方に対応する圧電素子の厚みが、前記第１圧力室に対応する圧電素子の厚みと比べて厚い、構成としてもよい。
上記のように構成された発明では、圧電素子の厚みを調整することで、各圧力室から排出される液体の排出量のばらつきを抑制することができる。
【００１０】
また、第２圧力室と第３圧力室との少なくとも一方に対応する圧電体の厚みが、前記第１圧力室に対応する圧電素子の厚みと比べて厚い、構成としてもよい。
上記のように構成された発明では、圧電体の厚みを調整することで、各圧力室から排出される液体の排出量のばらつきを抑制することができる。
【００１１】
そして、前記圧電素子は、前記駆動信号の供給を受ける電極を有しており、第２圧力室と第３圧力室との少なくとも一方に対応する前記圧電素子は、前記第１圧力室に対応する前記圧電素子と比べて、前記電極の厚みが厚い、構成としてもよい。
上記のように構成された発明では、電極の厚みを厚くすることで、抵抗を低くすることができ、圧電素子の厚みの調整をより適切に行うことができる。
【００１２】
さらに、第２圧力室と第３圧力室との少なくとも一方に対応する圧電素子の能動部の面積が、前記第１圧力室に対応する圧電素子の面積と比べて小さい構成としてもよい。
上記のように構成された発明では、圧電素子の能動部を調整することで、各圧力室から排出される液体の排出量のばらつきを抑制することができる。
【００１３】
そして、前記流路部材はセラミックスにより形成される構成としてもよい。
セラミックスで構成された流路部材は焼成時の収縮度合いにより、形状等にバラツキが生じる。そのため、上記のように構成された発明では、焼成収縮によりバラツキが大きい複数の流路部材でも、圧電素子側の構造を調整することで使用することができる。その結果、流路部材の歩留まりを低減させることができる。
【００１４】
さらに、本発明は、流路ユニットを有する液体噴射ヘッドに対しても適用することができる。
また、本発明は、液体噴射装置に対しても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】流路ユニットの構成を説明する断面図である。
【図２】液体噴射ヘッドの構成を説明する斜視展開図である。
【図３】圧力室の構造と、圧電素子との関係を示す図である。
【図４】インクジェットプリンターの一例を示す概略図である。
【図５】液体噴射ヘッドを製造する工程の内、圧電体の膜厚を選択する手法を説明するフローチャートである。
【図６】液体噴射ヘッドの製造工程を説明する図である。
【図７】液体噴射ヘッドの製造工程を説明する工程図である。
【図８】液体噴射ヘッドの製造工程を説明する工程図である。
【図９】液体噴射ヘッドの製造工程を説明する工程図である。
【図１０】第２の実施形態に係る流路ユニットを説明する図である。
【図１１】液体噴射ヘッドの製造工程を説明する工程図である。
【図１２】液体噴射ヘッドの製造工程を説明する工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、下記の順序に従って本発明の実施形態を説明する。
１．第１の実施形態：
２．第２の実施形態：
３．第３の実施形態：
４．その他の実施形態：
【００１７】
１．第１の実施形態：
以下、図を参照して、この発明に係る流路ユニット、液体吐出ヘッド、液体噴射装置を具体化した第１の実施の形態について説明する。
図１は、流路ユニットの構成を説明する断面図である。また、図２は、液体噴射ヘッドの構成を説明する斜視展開図である。
【００１８】
図１（ａ）に示すように、流路ユニット４０は、流路形成基板（流路部材）２０と、圧電素子３０と、を備える。またこの第１の実施形態では、流路形成基板２０と圧電素子３０との間に振動板１０を含むが、流路ユニット４０の構成としては、振動板１０を含まないものであってもよい。
【００１９】
流路形成基板２０には、複数の圧力室２１が第２方向Ｄ２で併設するよう形成されている。圧力室２１は液体が流れる液体流路の一部を構成する。図１では、説明を容易にするため、圧力室２１ａ〜２１ｃのみを記載するが、１つの流路形成基板２０が有する圧力室の数はこれに限定されない。そして、各圧力室２１ａ〜２１ｃの上方には、この圧力室２１の位置に応じて圧電素子３０ａ〜３０ｃが配置されている。圧電素子３０は、図示しない駆動回路から駆動信号の供給を受けて駆動し、圧力室２１を変位させる。そして、圧力室２１は変位により、内部の液体を排出する。
【００２０】
流路ユニット４０は、図２に示す、液体噴射ヘッド１の一部として用いられる。液体噴射ヘッド１は、上記した流路ユニット４０と、ヘッド部材５０と、ノズルプレート６０と、を備えている。また、液体噴射ヘッド１は、上記した流路ユニット４０、ノズルプレート６０とが第３方向Ｄ３において積層状に組み合わさることで、内部に液体が流動する液体流路が構成されている。
【００２１】
流路形成基板２０には、複数の圧力室２１に加え、各圧力室に共通に繋がる共通液室２４が形成されている。共通液室２４は、例えば、同じ液体が流れる圧力室２１毎に共通の流路となる空間である。本実施形態では、流路形成基板２０は薄板体の複数の基板を積層して構成されるが、流路形成基板２０の構成は、これに限定されない。
【００２２】
圧力室２１は、内幅が狭くなる狭窄部２２を介して共通液室２４と連通している。さらに、圧力室２１の狭窄部２２とは反対側は、連通口２５と連通している。なお、連通口２５は、後述するようにノズルプレート６０のノズル孔６１と連通する。
【００２３】
ここで、流路形成基板２０としては、セラミックスを焼成した焼成体や、金属プレートを加工したものを用いることができる。また、流路形成基板２０の材料としてセラミックスを用いる場合、部分安定化ジルコニアや安定化ジルコニアを用いることができる。
【００２４】
また、この第１の実施形態では、流路形成基板２０と圧電素子３０との間の壁として、振動板１０が位置している。図１、図２に示すように、振動板１０は、流路形成基板２０の圧力室２１の開口部を覆うよう、流路形成基板２０に固定されている。
振動板１０は、例えば、セラミックスの薄板体により構成される。その材料としては、部分安定化ジルコニアや安定化ジルコニア、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を用いることができる。また、振動板１０の第３方向Ｄ３での厚みは、例えば、０．２マイクロメートル（μｍ）から６．０マイクロメートル（μｍ）とすることができる。
【００２５】
流路ユニット４０が振動板１０を用いない場合、流路形成基板２０の圧力室２１は、この流路形成基板２０の一部となる壁により遮蔽されている場合の他、圧電素子３０の対向する面により遮蔽されていてもよい。
【００２６】
振動板１０の流路形成基板２０と面する側と反対方向には、圧電素子３０が配置されている。圧電素子３０は、下電極３１と、上電極３３と、下電極３１と上電極３３との間に位置する圧電体３２とを備える。第１の実施形態では、上電極３３は、圧電体３２毎に設けられた個別電極として機能する。一方、下電極３１は、各圧電体３２の共通電極として機能する。
【００２７】
下電極３１や上電極３３は、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）等の導電物質により構成される。また、圧電体３２は例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）といった導電体により構成される。
【００２８】
そして、振動板１０の流路形成基板２０に固定されない側には、ヘッド部材５０が固定されている。ヘッド部材５０は、例えば、箱状であって、図示しない回路基板等やケーブルが位置決めされるスリット５１と、ヘッド部材５０の振動板１０に固定される側に開口する凹部５２と、を有する。スリット５１に挿入される回路基板等は、圧電素子３０の上電極３３又は下電極３１と電気的に接続されている。また、凹部５２には、後述する液体貯留部から供給されるインク（液体）が流れる導入口を備える。
【００２９】
さらに、流路形成基板２０には、ノズルプレート６０が固定されている。そのため、ノズルプレート６０は、流路形成基板２０の下側を封止している。ノズルプレート６０は、薄板体であり、ノズル孔６１が第２方向Ｄ２に沿って所定間隔で複数形成されている。また、各ノズル孔６１は、流路形成基板２０の連通口２５とそれぞれ連通するよう形成されている。
ノズルプレート６０は、例えば、部分安定化ジルコニアや安定化ジルコニアを用いたセラミックスや、金属により構成される。
【００３０】
また、ノズルプレート６０は、複数のノズル孔６１が第２方向Ｄ２に沿って形成された複数のノズル列を第１方向Ｄ１に並設し、一方のノズル列と他方のノズル列とを第２方向Ｄ２においてずらして配置する（いわゆる千鳥配置とする）構成を採用してもよい。
【００３１】
上記構成の液体噴射ヘッド１では、各圧電素子３０の厚みは対応する各圧力室２１の構造に応じて個別に設定されている。図３は、圧力室２１の構造と、圧電素子３０との関係を示す図である。横軸は圧電素子３０へ加えられる入力信号の電圧を示している。また、縦軸は圧力室２１の排除体積Ｖｅを示している。
【００３２】
圧力室２１から排出されるインク重量Ｉｗは、圧力室２１の変位量（以下、排除体積Ｖｅとも記載する。）に比例すると考えることもできる。排除体積Ｖｅは、圧力室２１の変位により減少する当該圧力室２１の容積を示す。また、排除体積Ｖｅは、圧力室２１の寸法（幅Ｗ、長さＬ、高さＨ）及び壁（振動板１０）の厚みＴに影響される。そのため、これら排除体積Ｖｅに影響を与えるパラメーターにより決定される値を圧力室係数Ｍとする。
ただし、圧力室係数Ｍは必ずしも圧力室２１の寸法（幅Ｗ、長さＬ、高さＨ）及び壁（振動板１０）の厚みＴから決まる値である必要はない。排除体積Ｖｅに与える影響が無視できる程小さいバラツキしか起きないパラメーターは無視してもよいし、これらの他のパラメーター（壁の剛性など）にも基づいて圧力室係数Ｍを算出してもよい。そして、ここでは圧力室係数Ｍが大きいほど同じ入力信号を同じ構造の圧電素子３０に加えた場合での排除体積Ｖｅが大きくなるものとする。そのため、圧力室２１から排出されるインク重量Ｉｗは、圧力室係数Ｍと、圧力室２１に加えられる入力信号の電圧との関数と考えることもできる。
【００３３】
圧力室２１が同じ圧力室係数Ｍを備える場合、入力信号の電圧を大きくすることで、この圧力室２１の排除体積Ｖｅ（排出されるインク重量Ｉｗ）を大きくすることができる。一方、入力信号の電圧が一定であれば、圧力室係数Ｍを高いものとすることで（図３では、ＭｓからＭ１へ変化させている。）排除体積Ｖｅを大きくすることができる。
【００３４】
図１（ｂ）は、圧力室係数Ｍに応じて選択される圧電素子３０の膜厚との関係を示している。図１（ｂ）では、横軸を圧力室係数Ｍの比率を示し、縦軸を、圧電体３２の膜厚比率を示す。圧力室係数の比率、及び膜厚比率は、基準となる圧力室係数Ｍｓをそれぞれ１００％とする値である。
図１（ｂ）では、圧力室２１の圧力室係数Ｍと設計値の圧力室係数Ｍｓとの比率が一定の範囲に収まる場合、圧電体３２の膜厚が設計値Ｈｓとなるよう選択（即ち膜厚比率を１００％）する。一方、圧力係数Ｍが基準となる圧力係数Ｍｓと比べて小さく、比率が１００％以下になる場合、圧電素子３０の厚みを設計値Ｈｓと比べて薄く（膜厚比率を１００％未満、８０％以上）なるよう設定する。ここで、圧力Ｐは圧電素子３０の厚みＨｐと反比例の関係にあると考えることができるため、圧電素子３０の厚みＨｐを薄くするに従い、圧力室２１の排除体積Ｖｅは増加する。さらに、圧力室２１の圧力室係数Ｍが基準となる圧力室係数Ｍｓと比べて大きく、比率が１００％以上になる場合、圧電素子３０の厚みを設計値Ｈｓと比べて厚く（膜厚比率を１００％以上、１２０％以下）なるよう設定する。その結果、異なる圧力室係数Ｍを備える圧力室２１の間の排出されるインク重量Ｉｗを均一にすることが可能となる。
そのため、圧力室係数Ｍが異なる圧力室２１を比較すると、対応する圧電素子３０の厚みＨｐが異なることとなる。
【００３５】
ここで、圧力室係数Ｍは設計値Ｍｓに対して、バラツキを有しており、それが一定の範囲内であれば圧電素子３０の厚みは一定の値としている。図１（ｂ）では、例えば、圧力室係数の比率が１００％の前後で所定の範囲だけ変化しても、膜圧比率が１００％で一定となっている。そのため、圧力室係数Ｍが一定の範囲から外れる場合にのみ、圧電素子３０の厚みを変化させている。例えば、液体噴射ヘッド１から排出されるインク重量Ｉｗは基準値を中心に１０パーセントの公差が認められる場合、このインク重量Ｉｗの公差をもとに、圧力室係数Ｍの範囲の幅を決定するものであってもよい。
【００３６】
圧電素子３０の厚みの選定としては、圧電体３２の厚みを変更するものであってもよいし、下電極３１及び上電極３３の少なくともいずれかの厚みを変更するものであってもよいし、これらすべての厚みを変更するものでもよい。上電極３３及び下電極３１は金属製であるため、圧電体３２の厚みを変更する場合に比べてより厚みの管理を容易にすることができる。また、電極（３１、３３）の厚みや、圧電体３２と電極３１、３３とを含めた圧電素子の厚みを設定する場合は、図１（ｂ）の縦軸は、それぞれの値となる。
【００３７】
上記構成の液体噴射ヘッド１では、各基板が積層状に積み重ねられることで、圧力室２１は連通口２５を通じてノズル孔６１と連通する。また、圧力室２１は、共通液室２４に連通する。そのため、共通液室２４からノズル孔６１までの流路により液体流路が構成される。また、ヘッド部材５０の導入口は、共通液室２４に連通している。
【００３８】
そのため、導入路を通じて供給されたインクは共通液室２４から分岐して各圧力室２１に流れこむ。この状態で、図示しない回路基板から駆動電圧が下電極３１や上電極３３に印加されると、圧電素子３０を駆動させる。圧電素子３０の駆動は、圧力室２１に圧力変化を生じさせる。そして、圧力室２１内の圧力変化は、圧力室２１に充填されたインクを押し出し、ノズル孔６１を通じて外部に吐出させる。
【００３９】
また、液体噴射ヘッド１は、液体貯留部と連通するインク供給経路を具備するインクジェット式記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェットプリンター２００に搭載される。インクジェットプリンター２００は液体噴射装置の一例である。
【００４０】
図４は、インクジェットプリンター２００の一例を示す概略図である。図４において、符号１は、液体噴射ヘッド１をそのノズル孔面を外部に露出させつつ収めた筺体（ヘッドカバー）の一部を示している。インクジェットプリンター２００において、複数の液体噴射ヘッド１を有するインクジェット式記録ヘッドユニット（以下、ヘッドユニット２０２）には、例えば、液体貯留部としてのインクカートリッジ２０２Ａ，２０２Ｂ等が着脱可能に設けられる。ヘッドユニット２０２を搭載したキャリッジ２０３は、装置本体２０４に取り付けられたキャリッジ軸２０５に軸方向移動自在に設けられている。そして、駆動モーター２０６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト２０７を介してキャリッジ２０３に伝達されることで、キャリッジ２０３はキャリッジ軸２０５に沿って移動する。
【００４１】
装置本体２０４にはキャリッジ軸２０５に沿ってプラテン２０８が設けられており、図示しないローラー等により供給された印刷媒体ＰＭがプラテン２０８上を搬送される。そして、搬送される印刷媒体ＰＭに対して、液体噴射ヘッド１のノズル孔６１からインクが噴射され任意の画像が印刷媒体ＰＭに印刷される。なお、インクジェットプリンター２００は、ヘッドユニット２０２が上記のように移動するものだけでなく、例えば、液体噴射ヘッド１が固定されて、印刷媒体ＰＭを移動させるだけで印刷を行ういわゆるラインヘッド型のプリンターであってもよい。
【００４２】
次に、このような液体噴射ヘッドの製造方法を説明する。
図５は、液体噴射ヘッドを製造する工程の内、圧電体の膜厚を選択する手法を説明するフローチャートである。また、図６は、液体噴射ヘッドの製造工程を説明する図である。図７、図８、図９は、液体噴射ヘッドの製造工程を説明する工程図である。
【００４３】
まず、図５のステップＳ１では、振動板１０、流路形成基板２０を一体で焼成することで流路ユニット４０を作成する。振動板１０、流路形成基板２０は、それぞれに対応する焼成前のセラミックスシートを積層し、これを焼成することで形成する。この第１の実施形態では、図６（ａ）に示すように、セラミックスシートには、振動板１０と流路形成基板２０とに相当する物が複数形成されている。また、流路形成基板２０の元となるシートに対しては、打ち抜き加工を施し、圧力室２１、共通液室２４、連通口２５に相当する貫通孔が形成されている。焼成温度としては、例えば、１０００度から１４００度とすることができる。
【００４４】
次に、図５のステップＳ２では、焼成後の流路形成基板２０に形成される圧力室２１の寸法や振動板１０の厚みを測定する。そして、測定された圧力室２１の寸法が設計値と比べて大きすぎる場合や小さすぎる場合（ステップＳ３：ＮＯ）、焼成後の流路形成基板２０と振動板１０は不良品として判断する（ステップＳ４）。
【００４５】
一方、圧力室２１の寸法は正常である場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、ステップＳ５では、圧力室２１毎に圧力室係数Ｍを取得する。圧力室係数Ｍの判定方法としては、図６（ｂ）に示すように、圧力室２１の寸法や、振動板１０の厚みＴを考慮し、これらの値から圧力室係数Ｍを判定する。一例として、圧力室２１の寸法は、各圧力室２１が併設するＸ方向の幅Ｗ、Ｙ方向の長さＬ、Ｚ方向の高さＨ、振動板１０の厚みＴをそれぞれ計測する。このとき、圧力室の寸法、又は振動板１０の厚みＴのいずれかのみを測定し、圧力室係数Ｍを判定するものであってもよいし、他のパラメーターを測定して圧力室係数Ｍを判定するものであってもよい。また、焼成後の圧力室２１の形状を測定する以外に、焼成前のセラミックスシートを測定しておき、この値に基づいて焼成後の圧力室２１の形状を判断してもよい。
【００４６】
次に、図５のステップＳ６では、ステップＳ５で取得した圧力室係数Ｍを設計値Ｍｓと比較する。この比較では、圧力室係数Ｍが設計値Ｍｓと比べてどれだけ差があるかを判断する。例えば、圧力室係数Ｍが図１（ｂ）に示す、設計値Ｍｓとの比率で示される公差に収まるか否かが判断される。
【００４７】
次に、図５のステップＳ７では、圧力室係数Ｍが公差内である場合（ステップＳ７：ＹＥＳ）、ステップＳ８では、この圧力室２１に対応する圧電素子３０の厚みＨｐは設計値を用いる。
【００４８】
一方、圧力室係数Ｍが公差外である場合（ステップＳ７：ＮＯ）、ステップＳ９では、圧力室係数Ｍが設計値Ｍｓと比べて大きいか否かを判断する。そして、圧力室係数Ｍが設計値Ｍｓと比べて大きい場合（ステップＳ９：ＹＥＳ）、ステップＳ１０では、この圧力室２１に対応する圧電素子３０の厚みＨｐは設計値と比べて厚いものを選択する。厚みＨｐの選択方法としては、例えば、図１（ｂ）に示すグラフを参照して選択するものとする。
【００４９】
一方、圧力室係数Ｍが設計値Ｍｓと比べて小さい場合（ステップＳ９：ＮＯ）、ステップＳ１１では、この圧力室２１に対応する圧電素子３０の厚みＨｐは設計値と比べて薄いものを選択する。以下、全ての圧力室２１に対して厚みＨｐの設定を行なっていない場合（ステップＳ１２：ＮＯ）、ステップＳ５に戻る。一方、全ての圧力室２１に対して厚みＨｐの設定を行なった場合（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、圧力室２１毎に選択された厚みＨｐを有する圧電素子３０を形成するための他の工程に進む。
【００５０】
以下、選択された圧電素子３０の厚みＨｐに基づいて圧電素子３０を製造する手法の一例を説明する。
まず、図７（ａ）に示すように、透明な流路形成基板２０の第１面２６に、一様にフォトレジスト層９１を形成する。次に、図７（ｂ）に示すように、フォトマスクでフォトレジスト層９１の一部を遮光しながら、フォトレジスト層９１を露光し、さらに未露光のフォトレジスト層９１を除去することで、レジストパターンを形成する。レジストパターンのサイズは、圧電素子３０の断面積に応じたものが使用される。
【００５１】
フォトマスクを配置する工程の一例として、圧力室２１内に遮光剤を入れ、その後に、矢印で示すように、光を流路形成基板２０の第２面２７に照射することで、圧力室２１内の遮光剤をフォトマスクとして用いている。こうして、圧力室２１に対応する領域Ａ１が遮光され、領域Ａ１から外れる領域が露光される。その後、未露光のフォトレジストを除去することで、レジストパターンが形成される。遮光剤は、少なくともフォトレジスト層９１の露光時に圧力室２１内に存在すればよく、露光後に取り除かれてもよい。遮光剤は、露光に用いられる光を吸収する染料又は顔料を含んでもよい。
【００５２】
フォトレジスト層９１及び以下で説明するフォトレジスト層を形成するフォトレジストとしては、ネガ型のフォトレジストとして公知の材料が好適に用いられる。具体的には、エポキシ系、オキセタン系、ポリイミド系、アクリル系樹脂の厚膜タイプや、高アスペクト用の化学増幅型レジスト剤が望ましい。例えば、フォトレジストの塗布方法は、スピンコート、スリットコート、ロールコート、スプレー法、スクリーン印刷法であってもよい。また、感光性のドライフィルムレジストを貼り付けてもよい。
【００５３】
そして、レジストパターンが形成されない領域Ａ１に、下電極３１となる導電材料層を形成した後に、レジストパターンを除去し、導電材料層を焼成する。そのため、領域Ａ１に下電極３１が形成される（図７（ｃ））。レジストパターンの除去は、熱処理、プラズマ処理、蒸気噴霧法、剥離液による処理等によって実行可能である。なお、他の工程における他のレジストパターンの除去についても、同様である。
【００５４】
次に、フォトレジスト層９２を第１面２６上に一様に形成する。その後、図８（ａ）に示すように、フォトマスク４１を、第１面２６に対向する位置に、領域Ａ２を遮光するように配置する。図中に矢印で示すように、第１面２６に光を照射することで、領域Ａ２を除いて、フォトレジスト層９２が露光される。未露光のフォトレジスト層９２を除去することで、領域Ａ２において第１面２６が露出したレジストパターンを形成することができる。
【００５５】
そして、図８（ｂ）に示すように、露出された領域Ａ２に仮マスク材料を供給することで、仮マスク４を形成する。仮マスクの材料は、薄い厚みで高い遮光性を実現できることが好ましい。仮マスクの材料の一例として、炭素（Ｃ）や、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）などを用いることができる。の低融点の材料を用いることができる。これ以外にも、仮マスク４の材料として、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、チタン(Ｔｉ)、アルミ(Ａｌ)を用いることができる。
また、仮マスク材料の供給方法は特に制限はないが、薄膜形成に適した方法として、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法、ＭＯＣＶＤ法（化学気相成長法）が挙げられる。
【００５６】
仮マスク４の形成後、フォトレジスト層９２により形成されたレジストパターンは除去される。レジストパターンの除去については、上述したとおりである。
【００５７】
次に、仮マスク４及び下電極３１の上から、第１面２６上に一様にフォトレジスト層９３を形成する。その後、図８（ｃ）に矢印で示すように、第２面２７に光を照射することで、下電極３１及び仮マスク４をフォトマスクとして用いて、フォトレジスト層９３を露光する。その後、未露光のフォトレジスト層９３を除去することで、領域Ａ３が露出したレジストパターンが形成される。
なお、本実施形態では下電極３１をフォトマスクとして用いているが、他のフォトマスクを設けることで、第１面２６において遮光される領域を確保することもできる。また、他のフォトマスクと下電極３１との両方をフォトマスクとして用いることもできる。
【００５８】
こうして形成されたレジストパターンが形成された状態で、圧電体３２の元となる前駆体層３４を、レジストパターンで区画された下電極３１及び仮マスク４上に供給する。ここで、前駆体層３４の厚みは、上記した図５のステップＳ８、Ｓ１０、Ｓ１１のいずれかで選択された厚みＨｐに応じて形成される。
【００５９】
前駆体層３４の形成方法の一例としては、まず、レジストパターンから、流路形成基板２０の第１面２６をセラミックペーストでコートする。また、セラミックペーストのコート法に特に制限はないが、例えばスピンコート、スリットコート、ロールコート、ゾルゲル法、スプレー法、スクリーン印刷法の湿式塗布、下部電極パターンを電極にした電気泳動法等が用いられる。セラミックペースト以外によるコート方法として、イオンビーム、スパッタリング、真空蒸着、ＰＶＤ、イオンプレーティング、ＣＶＤ、等の方法を挙げることができる。前駆体層３４をセラミックペースト等を複数層を積層することで形成する場合、厚みＨｐに応じて積層する層数を調整してもよい。
【００６０】
図９（ａ）に示すように、前駆体層３４の形成後、レジストパターンを除去することで、領域Ａ３以外の箇所（つまりフォトレジスト層９３上）に付着した前駆体層材料を除去する。レジストパターンの除去については、上述したとおりである。ただし、フォトレジスト材料が無機添加物を含んでいなければ、この後の熱処理でフォトレジストを消失させることも可能であるので、フォトレジストパターンの除去工程は省略することができる。
【００６１】
図９（ｂ）に示すように、前駆体層３４の下方に形成された仮マスク４を熱処理して除去等した後、前駆体層３４を焼成し、圧電体３２を形成する。仮マスク４を熱処理することで、下電極３１と接続配線との間が電気的に離隔される。なお、熱処理における諸条件は、特定の数値及び構成に限定されず、仮マスク４の材料等に応じて変更される。
【００６２】
また、仮マスク４の熱処理と圧電体３２の焼成を一度の熱処理によって行っても良い。例えば、熱処理における温度は６００℃以上かつ１４００℃以下であってもよく、８００℃以上１３００℃以下であってもよい。
【００６３】
そして、図９（ｃ）に示すように、導電性材料を前駆体層上に配置し、その後必要に応じて焼成を行うことで、上電極３３が形成される。上電極３３の形成に用いられる導電性材料及びその形成方法等については、電気的な接続がなされるのであれば、特に制限は無い。そのため、圧力室２１の上方には、上記した図５のステップＳ８、Ｓ１０、Ｓ１１のいずれかで選択された厚みＨｐに応じた圧電素子３０が形成されることとなる。
【００６４】
そして、流路形成基板２０にノズルプレート６０を接着する。ノズルプレート６０は、例えば、接着剤を用いて流路形成基板２０に接着される。接着剤としては、エポキシ系の接着剤を用いることができる。ここで、ノズルプレート６０は、材料となるセラミックスシートをもとに、焼成することで形成することができる。これ以外にも、ノズルプレート６０は、流路形成基板２０と一体焼成して形成するものであってもよい。
【００６５】
最後に、振動板１０にヘッド部材５０を接着する。ヘッド部材５０は、例えば、接着剤を用いて振動板１０に接着される。
以上の工程により、第１の実施形態に係る液体噴射ヘッド１が製造される。
【００６６】
以上説明したように、この第１の実施形態では、圧力室２１から排出される液体の排出量のバラツキを圧電素子３０側の構造で調整することができる。
また、少なくとも一部がセラミックスで構成され焼成収縮によりバラツキが大きい複数の液体噴射ヘッド１を用いる場合でも、圧電素子３０の構造を調整することで使用することができる。その結果、液体噴射ヘッド１の歩留まりを低減させることができる。
【００６７】
２．第２の実施形態：
この第２の実施形態では、圧力室２１の寸法又は圧力室２１と圧電素子３０の間の壁の厚みに応じて、圧電素子３０の断面積Ｓが設定されている構成において第１の実施形態と異なる。即ち、圧力室２１の寸法、又は圧力室２１と圧電素子３０との間の壁の厚みが異なる圧力室では、圧電素子３０の断面積Ｓが異なる。
【００６８】
図１０は、第２の実施形態に係る流路ユニット４０を説明する図である。図１０（ａ）では、横軸は圧力室係数Ｍを示している。また、縦軸は圧電素子３０の断面積Ｓを示している。図１０（ｂ）に示すように、圧電素子３０の断面積Ｓは、能動部２８に位置する圧電素子３０の幅Ｗｐと長さＬｐにより規定される面積である（図においてハッチングで示す領域）。ここで、能動部２８とは、流路形成基板２０における圧力室２１の上方に位置する部位であり、圧電素子３０により変位が生じる部位である。なお、能動部２８は、下電極３１及び上電極３３が圧電体３２を挟むように対向している領域にほぼ一致する。そして、Ｓｓは圧電素子３０の断面積の設計値を示している。そのため、この第２の実施形態では、能動部２８の外側にある下電極３１の部位は断面積Ｓに含まれない。
【００６９】
圧電素子３０の断面積Ｓを大きくするにつれ、圧力室２１に生じる圧力Ｐも増加する。その結果、圧力室２１の排除体積Ｖｅも大きくなる。そのため、第２の実施形態では、図１０（ａ）に示すように、圧力室２１の圧力室係数Ｍが設計値Ｍｓと比べて小さい場合、圧電素子３０の断面積Ｓを設計値Ｓｓと比べて大きくなるよう設定する。一方、圧力室２１の圧力室係数Ｍが設計値Ｍｓと比べて大きい場合、圧電素子３０の断面積Ｓを設計値Ｓｓと比べて小さくなるよう設定する。その結果、異なる圧力室係数Ｍを備える圧力室２１の間の排出されるインク重量Ｉｗを均一にすることが可能となる。逆に、圧力室係数Ｍが異なる圧力室２１を比較すると、配置される圧電素子３０の断面積Ｓが異なることとなる。この断面積Ｓの設定は、下電極３１及び上電極３３のいずれか一方の形成位置を調整することで行ってもよいし、両方の形成位置を調整することで行ってもよい。
【００７０】
次に、第２の実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を説明する。
図１１、図１２は、液体噴射ヘッドの製造工程を説明する工程図である。
【００７１】
この第２の実施形態においても、第１の実施形態同様、まず、圧力室２１の寸法や振動板１０の厚みから圧力室係数Ｍが判定される。そして、判定された圧力室係数Ｍをもとに、対応する圧電素子３０の断面積Ｓ（幅Ｗｐ、長さＬｐ）が選択される。そのため、第１の実施形態と第２の実施形態とで重複する工程は説明を省略し、異なる工程のみ説明する。
【００７２】
以下、設定された値に基づいて圧電素子３０を製造する手法の一例を説明する。
まず、図１１（ａ）に示すように、流路形成基板２０の第１面２６に、一様にフォトレジスト層９１を形成する。なお、第１の実施形態と同様の手法により流路形成基板２０、振動板１０は形成されているものとする。
【００７３】
次に、図１１（ｂ）に示すように、フォトマスク４２でフォトレジスト層９１の一部を遮光しながらフォトレジスト層９１を露光し、さらに未露光のフォトレジスト層９１（Ａ４）を除去することで、レジストパターンを形成する。このとき、フォトマスク４２のサイズ及び形状として圧電素子３０の断面積Ｓに応じたものを使用する。そのため、圧電素子３０の断面積（幅Ｗｐ、長さＬｐ）に応じた、レジストパターンが形成される。
【００７４】
また、未露光の領域Ａ４の形成方法としてフォトマスク４２を用いる以下にも、以下の方法を用いることができる。即ち、圧電素子３０の断面積Ｓに応じて照射する光の量を調整しつつ流路形成基板２０の第２面に照射する。このとき、照射する光の量を通常の量と比べて強くすれば、フォトレジスト層９１の露光領域が大きくなり、未露光の領域Ａ４が縮小される。即ち、断面積の設計値Ｓｓに比べて幅Ｗｐ、長さＬｐの小さなレジストパターンを形成することができる。一方、露光量を通常の量と比べて弱くすれば、フォトレジスト層９１の露光領域が小さくなり、未露光の領域Ａ４が拡大される。即ち、設計値Ｓｓに比べて幅Ｗｐ、長さＬｐの大きなレジストパターンを形成することができる。
【００７５】
そして、レジストパターンが形成されない領域Ａ４に、下電極３１となる導電材料層を形成した後に、レジストパターンを除去し、導電材料層を焼成する。そのため、領域Ａ４の形状に応じて下電極３１が形成される（図１１（ｃ））。
【００７６】
以下、第１の実施形態と同様の手法により、仮マスク４、及びフォトレジスト層上に領域Ａ５を除くレジストパターンを形成する（図１２（ａ））。そして、このレジストパターン上に圧電体３２を形成する（図１２（ｂ））。圧電体３２の形成方法は、第１の実施形態と同様の手法を用いることができる。領域Ａ５は、選択された圧電素子３０の断面積に応じて幅Ｗｐ、長さＷｐが規定されている。例えば、領域Ａ５の形成方法としては、断面積Ｓに応じたフォトマスクを使用し、フォトレジスト層上に形成する。
【００７７】
そして、圧電体３２上に上電極３３を形成する（図１２（ｃ））。そのため、各工程を通して形成される圧電素子３０は、選択された断面積Ｓ（幅Ｗｐ、長さＬｐ）に応じたものとなる。
【００７８】
以上説明したように、この第２の実施形態では、圧電素子３０の面積を調整することで、各圧力室２１から排出される液体の排出量のばらつきを抑制することができる。
【００７９】
３．第３の実施形態：
圧力室係数Ｍに応じて変更される圧電素子３０の構造は、１つの液体噴射ヘッド１に備えられた各圧力室との関係に限定されない。上記のように液体噴射ヘッド１の製造工程では、積層された１組のセラミックスシートから複数の液体噴射ヘッド１の部品が製造される。また、セラミックスシートは焼成時に収縮が均一とならず、液体噴射ヘッド１間での圧力室２１の構造のばらつきも大きい。そのため、複数の液体噴射ヘッド１の間で圧力室係数Ｍを比較し、液体噴射ヘッド１毎に圧電素子３０の厚みＨｐ又は断面積Ｓを変えるものであってもよい。
【００８０】
４．その他の実施形態：
圧力室２１から排出される液体の量を変更する手法として、個別電極である上電極３３の形状を変更するものであってもよい。上電極３３の面積を変更することで、内部抵抗が変化し、圧電体３２に供給される駆動信号の値が変化する。また、上電極３３の厚みを変更することで、圧電素子３０の駆動量に影響を与える。そのため、圧力室２１の圧力室係数Ｍが設計値Ｍｓと比べて小さい場合に、上電極３３の厚みを薄くし、又は面積を大きくすることで、圧力室２１を通じて排出されるインク重量Ｉｗを多くすることができる。一方、圧力室２１の圧力室係数Ｍが設計値Ｍｓと比べて大きい場合に、上電極３３の厚みを厚くし、又は面積を小さくすることで、圧力室２１通じて排出されるインク重量Ｉｗを少なくすることができる。
なお、下電極が個別電極である場合は、この下電極についても上述した上電極３３と同様のことが当てはまる。
【００８１】
また、実施形態で示す液体噴射ヘッドの基本的構成は上述したものに限定されるものではない。また、本発明は、広く液体噴射ヘッドの全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射するものにも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。
【００８２】
なお、本発明は上記実施例に限られるものでないことは言うまでもない。
即ち、上記実施例の中で開示した相互に置換可能な部材および構成等を適宜その組み合わせを変更し、或いは互いに組合せて適用してもよい。
公知技術であって上記実施例の中で開示した部材および構成等と相互に置換可能な部材および構成等を適宜置換し、またその組み合わせを変更して適用してもよい。
公知技術等に基づいて当業者が上記実施例の中で開示した部材および構成等の代用として想定し得る部材および構成等と適宜置換し、またその組み合わせを変更して適用してもよい。
【符号の説明】
【００８３】
１…液体噴射ヘッド、１０…振動板、２０…流路形成基板、２１…圧力室、２２…狭窄部、２４…共通液室、２５…連通口、２８…能動部、３０…圧電素子、３１…下電極、３２…圧電体、３３…上電極、４０…流路ユニット、５０…ヘッド部材、６０…ノズルプレート、６１…ノズル孔、２００…インクジェットプリンター、２０２…ヘッドユニット、２０２Ａ…インクカートリッジ、２０２Ｂ…インクカートリッジ、２０３…キャリッジ、２０４…装置本体、２０５…キャリッジ軸、２０６…駆動モーター、２０７…タイミングベルト、２０８…プラテン
【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】
2014193549.tif 000009
【図８】
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【図９】
2014193549.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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