(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出する吐出口と、前記吐出口に連通して長手方向に延びる圧力室と、を有し、
前記圧力室の側壁の所定の一部は圧電材料からなる隔壁によって画定され、前記隔壁の前記圧力室側の面に第一の電極が、前記第一の電極を挟んで前記圧力室と反対側の面に第二の電極がそれぞれ設けられ、前記隔壁は、前記第一の電極と前記第二の電極との間に電圧を印加することにより生じる電界方向に対して一方側に傾いて分極された第一の領域と、前記電界方向に対して前記一方側とは逆側に傾いて分極された第二の領域と、前記圧電材料で形成された第一の基材と、前記第一の基材に積層された第二の基材と、を有し、
前記圧力室の長手方向と直交する断面は矩形であり、前記圧力室の側面の少なくとも一部は前記第一の基材によって画定され、第一の空間部が、その側面の少なくとも一部が前記第一の基材によって画定されるように、前記第一の基材に前記圧力室と前記隔壁を隔てて隣り合って設けられ、前記第一の電極は前記圧力室の内壁に設けられ、前記第二の電極は前記第一の空間部の内壁の前記圧力室側に設けられ、
前記第二の基材は前記圧電材料で形成され前記第一の基材と交互に複数積層され、第二の空間部が、その側面の少なくとも一部が前記第二の基材によって画定されるように、前記第二の基材に前記圧力室と前記隔壁を隔てて隣り合って設けられ、前記第二の空間部の内壁の前記圧力室側に前記第二の電極が設けられている、液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記圧力室の長手方向と直交する断面は矩形であり、前記断面で見たときに、前記第二の電極の前記第一の電極に平行な方向成分の長さが前記第一の電極の長さよりも短い、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記圧力室の三方が前記第一の基材に取り囲まれ、前記圧力室の残りの一方が前記第二の基材に面している、請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記圧力室の四方すべてが前記第一の基材に取り囲まれている、請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
液体を吐出する吐出口と、前記吐出口に連通して長手方向に延びる圧力室と、を有し、
前記圧力室の側壁の所定の一部は圧電材料からなる隔壁によって画定され、前記隔壁の前記圧力室側の面に第一の電極が、前記第一の電極を挟んで前記圧力室と反対側の面に第二の電極がそれぞれ設けられ、前記隔壁は、前記第一の電極と前記第二の電極との間に電圧を印加することにより生じる電界方向に対して一方側に傾いて分極された第一の領域と、前記電界方向に対して前記一方側とは逆側に傾いて分極された第二の領域と、を有し、
前記圧力室は所定の間隔で配置され、各前記圧力室は前記圧電材料で形成された圧電基材で取り囲まれ、各前記圧電基材はお互いとそれぞれ分離しており、前記第一の電極は前記圧力室の内壁に設けられ、前記第二の電極は前記圧電基材の外壁に設けられ、
前記圧力室は二次元に配置されている、液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記圧電基材は角筒形である、請求項５に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】
前記圧電基材は円筒形である、請求項５に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項８】
液体を吐出する吐出口と、前記吐出口に連通する圧力室と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記圧力室の側壁の所定の一部を画定する隔壁を圧電材料から形成する隔壁形成工程と、前記隔壁を分極する分極工程と、前記隔壁の前記圧力室側の面に第一の電極を、第一の電極を挟んで前記圧力室と反対側の面に第二の電極をそれぞれ設ける電極形成工程と、を有し、
前記分極工程及び前記電極形成工程は、前記隔壁が、前記第一の電極と前記第二の電極との間に電圧を印加することにより生じる電界方向に対して一方側に傾いて分極された第一の領域と、前記電界方向に対して前記一方側とは逆側に傾いて分極された第二の領域と、を有するように分極方向及び前記第一及び第二の電極の配置を調整することと、
前記圧電材料で形成された圧電体基板の一方の面に分極用溝と第一の溝を交互に形成する工程と、前記分極用溝の内面に分極用電極を形成する工程と、前記第一の溝の内面に前記第二の電極を形成する工程と、前記圧電体基板の前記分極用溝及び前記第一の溝が形成された面とは反対側の面に前記第二の電極を形成する工程と、前記分極用電極と前記第二の電極の間で前記圧電体基板の分極処理を行う工程と、前記分極処理後に前記分極用溝を拡張して第二の溝を形成する工程と、前記第二の溝の内面に前記第一の電極を形成する工程と、を含む液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項９】
液体を吐出する吐出口と、前記吐出口に連通する圧力室と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記圧力室の側壁の所定の一部を画定する隔壁を圧電材料から形成する隔壁形成工程と、前記隔壁を分極する分極工程と、前記隔壁の前記圧力室側の面に第一の電極を、第一の電極を挟んで前記圧力室と反対側の面に第二の電極をそれぞれ設ける電極形成工程と、を有し、
前記分極工程及び前記電極形成工程は、前記隔壁が、前記第一の電極と前記第二の電極との間に電圧を印加することにより生じる電界方向に対して一方側に傾いて分極された第一の領域と、前記電界方向に対して前記一方側とは逆側に傾いて分極された第二の領域と、を有するように分極方向及び前記第一及び第二の電極の配置を調整することと、
前記圧電材料で形成された圧電体基板の一方の面に第三の電極を形成する工程と、前記圧電体基板の他方の面に前記第三の電極の長手方向と垂直な方向の幅が前記第三の電極よりも狭い第四の電極を形成する工程と、前記第三の電極と前記第四の電極の間に電圧を印加して分極処理を行う工程と、前記圧電体基板の前記第四の電極側を削除する工程と、前記圧電体基板の前記第三の電極側の面に複数の溝を形成する工程と、前記溝の内面に前記第二の電極を形成する工程と、前記圧電体基板の削除された面に前記第一の電極を形成する工程と、を含む液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１０】
液体を吐出する吐出口と、前記吐出口に連通する圧力室と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記圧力室の側壁の所定の一部を画定する隔壁を圧電材料から形成する隔壁形成工程と、前記隔壁を分極する分極工程と、前記隔壁の前記圧力室側の面に第一の電極を、第一の電極を挟んで前記圧力室と反対側の面に第二の電極をそれぞれ設ける電極形成工程と、を有し、
前記分極工程及び前記電極形成工程は、前記隔壁が、前記第一の電極と前記第二の電極との間に電圧を印加することにより生じる電界方向に対して一方側に傾いて分極された第一の領域と、前記電界方向に対して前記一方側とは逆側に傾いて分極された第二の領域と、を有するように分極方向及び前記第一及び第二の電極の配置を調整することと、
前記圧電材料で形成された圧電体基板の一方の面に第一の溝と第二の溝とを交互に形成する工程と、前記第一の溝の内面に前記第二の電極を形成する工程と、前記圧電体基板の前記第一の溝及び前記第二の溝が形成された面とは反対側の面に前記第二の電極を形成する工程と、前記第二の溝の断面中心位置に棒状の第四の電極を設置する工程と、前記第二の溝内にシリコンオイルを満たす工程と、前記第四の電極と前記第二の電極の間で前記圧電体基板の分極処理を行う工程と、前記第二の溝内の前記シリコンオイルを除去する工程と、前記第二の溝の内面に前記第一の電極を形成する工程と、を含む液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１１】
液体を吐出する吐出口と、前記吐出口に連通する圧力室と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記圧力室の側壁の所定の一部を画定する隔壁を圧電材料から形成する隔壁形成工程と、前記隔壁を分極する分極工程と、前記隔壁の前記圧力室側の面に第一の電極を、第一の電極を挟んで前記圧力室と反対側の面に第二の電極をそれぞれ設ける電極形成工程と、を有し、
前記分極工程及び前記電極形成工程は、前記隔壁が、前記第一の電極と前記第二の電極との間に電圧を印加することにより生じる電界方向に対して一方側に傾いて分極された第一の領域と、前記電界方向に対して前記一方側とは逆側に傾いて分極された第二の領域と、を有するように分極方向及び前記第一及び第二の電極の配置を調整することと、
前記圧電材料で形成された圧電体基板の一方の面に第一の溝と第二の溝を交互に形成する工程と、前記第一の溝の内面に前記第一の電極を形成する工程と、前記第二の溝の内面に前記第二の電極を形成する工程と、前記圧電体基板の前記第一の溝及び前記第二の溝が形成された面とは反対側の面に前記第二の電極を形成する工程と、前記第一の電極と前記第二の電極の間で前記圧電体基板の分極処理を行う工程と、前記第二の溝から前記第二の電極を除去する工程と、前記第二の溝に前記第一の電極の長手方向と垂直な方向の幅が前記第一の電極よりも狭い前記第二の電極を形成する工程と、を含む液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１２】
液体を吐出する吐出口と、前記吐出口に連通する圧力室と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記圧力室の側壁の所定の一部を画定する隔壁を圧電材料から形成する隔壁形成工程と、前記隔壁を分極する分極工程と、前記隔壁の前記圧力室側の面に第一の電極を、第一の電極を挟んで前記圧力室と反対側の面に第二の電極をそれぞれ設ける電極形成工程と、を有し、
前記分極工程及び前記電極形成工程は、前記隔壁が、前記第一の電極と前記第二の電極との間に電圧を印加することにより生じる電界方向に対して一方側に傾いて分極された第一の領域と、前記電界方向に対して前記一方側とは逆側に傾いて分極された第二の領域と、を有するように分極方向及び前記第一及び第二の電極の配置を調整することと、
前記圧電材料で形成された圧電体基板の一方の面に分極用溝と第一の溝を交互に形成する工程と、前記分極用溝の内面に分極用電極を形成する工程と、前記第一の溝の内面に第三の電極を形成する工程と、前記圧電体基板の前記分極用溝及び前記第一の溝が形成された面とは反対側の面に前記第三の電極を形成する工程と、前記分極用電極と前記第三の電極の間で前記圧電体基板の分極処理を行う工程と、前記分極処理後に前記分極用溝を拡張して第二の溝を形成する工程と、すべての電極を除去する工程と、前記第二の溝の内面に前記第一の電極を形成する工程と、前記圧電体基板の溝の開口部側に非圧電材料で形成された非圧電基材を接合する工程と、第一の溝を削除する工程と、離れ離れになった各圧電材料の外壁に前記第二の電極を形成する工程と、を含む液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１３】
液体を吐出する吐出口と、前記吐出口に連通する圧力室と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記圧力室の側壁の所定の一部を画定する隔壁を圧電材料から形成する隔壁形成工程と、前記隔壁を分極する分極工程と、前記隔壁の前記圧力室側の面に第一の電極を、第一の電極を挟んで前記圧力室と反対側の面に第二の電極をそれぞれ設ける電極形成工程と、を有し、
前記分極工程及び前記電極形成工程は、前記隔壁が、前記第一の電極と前記第二の電極との間に電圧を印加することにより生じる電界方向に対して一方側に傾いて分極された第一の領域と、前記電界方向に対して前記一方側とは逆側に傾いて分極された第二の領域と、を有するように分極方向及び前記第一及び第二の電極の配置を調整することと、
前記圧電材料で形成された前記圧電体の外壁に前記第二の電極を形成する工程と、前記圧力室の中央位置に平板状の第四の電極を設置する工程と、前記圧力室をシリコンオイルで満たす工程と、第一の電極と第四の電極の間に電圧をかけて分極処理を行う工程と、前記圧力室内のシリコンオイルと第四の電極を除去する工程と、前記圧力室の内壁に前記第一の電極を形成する工程と、を含む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、圧電素子の変形を利用した液体吐出ヘッド、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子を用いた液体吐出ヘッドとしては、圧電素子の各振動モードを利用したものが知られている。振動モードとしては、まず、電界を加えた方向に対して平行方向の歪み・応力であるｄ３３モードがある。それに対して電界を加えた方向に対して垂直平面方向の歪み・応力であるｄ３１モードがある。また電界を加えた方向に対してせん断方向の歪み・応力であるｄ１５モードもある。ｄ３３モードを利用する液体吐出ヘッドとしてはプッシュ型、ｄ３１モードを利用する液体吐出ヘッドとしてはベンド型、ｄ１５モードを利用する液体吐出ヘッドとしてはシェアモード型が知られている。これらは１つの振動モードを利用したものであるが、複数の振動モードを同時に利用したものとしてグールド型が知られている。これは、ｄ３３モードによる径方向への膨張とｄ３１モードによる周方向への収縮が同時に作用することで、圧電素子の変位量を増大させている。しかし、複数の吐出口を作ることが困難であった。これを解決するものとして、特許文献１は、圧電素子を連結させることにより、多数の吐出口を作ることができるグールド型の液体吐出ヘッドの製造方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０５−２５４１３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
圧電素子の変位量は僅かであり、効率よく変位させることが重要である。
【０００５】
プッシュ型は、圧電素子を積層することで変位量を増大させているが、積層数を増やすとコストが高いのみならず、静電容量が増加して駆動が困難になる。また圧力室の一面しか変位できないため、効率が低い。
【０００６】
ベンド型は、電界を加える方向の厚みが薄いため、電圧を低くすることができるが、大きい圧力を発生することが困難である。また圧力室の一面しか変位できないため、効率が低い。
【０００７】
シェアモード型は、多数の吐出口を容易に設けられるが、圧力室の二面しか変位できないため効率が低い。またｄ１５モードは、他の振動モードに比べて変位効率が低い。
【０００８】
一方で、グールド型はｄ３３モードとｄ３１モードを同時に利用することで効率よく変位させている。しかし複数の吐出口を作るために、吐出口毎に設けられた圧電素子を連結させると、その連結部で拘束力が発生し、ｄ３１モードが十分に機能しなくなる。そのため、圧電素子を連結することで多数の吐出口を設けられるが、圧電素子の振動モードを有効に活用できていない。
【０００９】
本発明では、複数の振動モードを同時に効率よく用いて、圧電素子の変位量を増大させることが可能な液体吐出ヘッド、及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の液体吐出ヘッドは、液体を吐出する吐出口と、前記吐出口に連通して長手方向に延びる圧力室と、を有し、前記圧力室の側壁の所定の一部は圧電材料からなる隔壁によって画定され、前記隔壁の前記圧力室側の面に第一の電極が、前記第一の電極を挟んで前記圧力室と反対側の面に第二の電極がそれぞれ設けられ、前記隔壁は、前記第一の電極と前記第二の電極との間に電圧を印加することにより生じる電界方向に対して一方側に傾いて分極された第一の領域と、前記電界方向に対して前記一方側とは逆側に傾いて分極された第二の領域と、前記圧電材料で形成された第一の基材と、前記第一の基材に積層された第二の基材と、を有し、前記圧力室の長手方向と直交する断面は矩形であり、前記圧力室の側面の少なくとも一部は前記第一の基材によって画定され、第一の空間部が、その側面の少なくとも一部が前記第一の基材によって画定されるように、前記第一の基材に前記圧力室と前記隔壁を隔てて隣り合って設けられ、前記第一の電極は前記圧力室の内壁に設けられ、前記第二の電極は前記第一の空間部の内壁の前記圧力室側に設けられ、前記第二の基材は前記圧電材料で形成され前記第一の基材と交互に複数積層され、第二の空間部が、その側面の少なくとも一部が前記第二の基材によって画定されるように、前記第二の基材に前記圧力室と前記隔壁を隔てて隣り合って設けられ、前記第二の空間部の内壁の前記圧力室側に前記第二の電極が設けられている。
本発明の第２の液体吐出ヘッドは、液体を吐出する吐出口と、前記吐出口に連通して長手方向に延びる圧力室と、を有し、前記圧力室の側壁の所定の一部は圧電材料からなる隔壁によって画定され、前記隔壁の前記圧力室側の面に第一の電極が、前記第一の電極を挟んで前記圧力室と反対側の面に第二の電極がそれぞれ設けられ、前記隔壁は、前記第一の電極と前記第二の電極との間に電圧を印加することにより生じる電界方向に対して一方側に傾いて分極された第一の領域と、前記電界方向に対して前記一方側とは逆側に傾いて分極された第二の領域と、を有し、前記圧力室は所定の間隔で配置され、各前記圧力室は前記圧電材料で形成された圧電基材で取り囲まれ、各前記圧電基材はお互いとそれぞれ分離しており、前記第一の電極は前記圧力室の内壁に設けられ、前記第二の電極は前記圧電基材の外壁に設けられ、前記圧力室は二次元に配置されている。
【００１１】
本発明の第１の液体吐出ヘッドの製造方法は、液体を吐出する吐出口と、前記吐出口に連通する圧力室と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記圧力室の側壁の所定の一部を画定する隔壁を圧電材料から形成する隔壁形成工程と、前記隔壁を分極する分極工程と、前記隔壁の前記圧力室側の面に第一の電極を、第一の電極を挟んで前記圧力室と反対側の面に第二の電極をそれぞれ設ける電極形成工程と、を有し、前記分極工程及び前記電極形成工程は、前記隔壁が、前記第一の電極と前記第二の電極との間に電圧を印加することにより生じる電界方向に対して一方側に傾いて分極された第一の領域と、前記電界方向に対して前記一方側とは逆側に傾いて分極された第二の領域と、を有するように分極方向及び前記第一及び第二の電極の配置を調整することと、前記圧電材料で形成された圧電体基板の一方の面に分極用溝と第一の溝を交互に形成する工程と、前記分極用溝の内面に分極用電極を形成する工程と、前記第一の溝の内面に前記第二の電極を形成する工程と、前記圧電体基板の前記分極用溝及び前記第一の溝が形成された面とは反対側の面に前記第二の電極を形成する工程と、前記分極用電極と前記第二の電極の間で前記圧電体基板の分極処理を行う工程と、前記分極処理後に前記分極用溝を拡張して第二の溝を形成する工程と、前記第二の溝の内面に前記第一の電極を形成する工程と、を含む。
本発明の第２の液体吐出ヘッドの製造方法は、液体を吐出する吐出口と、前記吐出口に連通する圧力室と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記圧力室の側壁の所定の一部を画定する隔壁を圧電材料から形成する隔壁形成工程と、前記隔壁を分極する分極工程と、前記隔壁の前記圧力室側の面に第一の電極を、第一の電極を挟んで前記圧力室と反対側の面に第二の電極をそれぞれ設ける電極形成工程と、を有し、前記分極工程及び前記電極形成工程は、前記隔壁が、前記第一の電極と前記第二の電極との間に電圧を印加することにより生じる電界方向に対して一方側に傾いて分極された第一の領域と、前記電界方向に対して前記一方側とは逆側に傾いて分極された第二の領域と、を有するように分極方向及び前記第一及び第二の電極の配置を調整することと、前記圧電材料で形成された圧電体基板の一方の面に第三の電極を形成する工程と、前記圧電体基板の他方の面に前記第三の電極の長手方向と垂直な方向の幅が前記第三の電極よりも狭い第四の電極を形成する工程と、前記第三の電極と前記第四の電極の間に電圧を印加して分極処理を行う工程と、前記圧電体基板の前記第四の電極側を削除する工程と、前記圧電体基板の前記第三の電極側の面に複数の溝を形成する工程と、前記溝の内面に前記第二の電極を形成する工程と、前記圧電体基板の削除された面に前記第一の電極を形成する工程と、を含む。
本発明の第３の液体吐出ヘッドの製造方法は、液体を吐出する吐出口と、前記吐出口に連通する圧力室と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記圧力室の側壁の所定の一部を画定する隔壁を圧電材料から形成する隔壁形成工程と、前記隔壁を分極する分極工程と、前記隔壁の前記圧力室側の面に第一の電極を、第一の電極を挟んで前記圧力室と反対側の面に第二の電極をそれぞれ設ける電極形成工程と、を有し、前記分極工程及び前記電極形成工程は、前記隔壁が、前記第一の電極と前記第二の電極との間に電圧を印加することにより生じる電界方向に対して一方側に傾いて分極された第一の領域と、前記電界方向に対して前記一方側とは逆側に傾いて分極された第二の領域と、を有するように分極方向及び前記第一及び第二の電極の配置を調整することと、前記圧電材料で形成された圧電体基板の一方の面に第一の溝と第二の溝とを交互に形成する工程と、前記第一の溝の内面に前記第二の電極を形成する工程と、前記圧電体基板の前記第一の溝及び前記第二の溝が形成された面とは反対側の面に前記第二の電極を形成する工程と、前記第二の溝の断面中心位置に棒状の第四の電極を設置する工程と、前記第二の溝内にシリコンオイルを満たす工程と、前記第四の電極と前記第二の電極の間で前記圧電体基板の分極処理を行う工程と、前記第二の溝内の前記シリコンオイルを除去する工程と、前記第二の溝の内面に前記第一の電極を形成する工程と、を含む。
本発明の第４の液体吐出ヘッドの製造方法は、液体を吐出する吐出口と、前記吐出口に連通する圧力室と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記圧力室の側壁の所定の一部を画定する隔壁を圧電材料から形成する隔壁形成工程と、前記隔壁を分極する分極工程と、前記隔壁の前記圧力室側の面に第一の電極を、第一の電極を挟んで前記圧力室と反対側の面に第二の電極をそれぞれ設ける電極形成工程と、を有し、前記分極工程及び前記電極形成工程は、前記隔壁が、前記第一の電極と前記第二の電極との間に電圧を印加することにより生じる電界方向に対して一方側に傾いて分極された第一の領域と、前記電界方向に対して前記一方側とは逆側に傾いて分極された第二の領域と、を有するように分極方向及び前記第一及び第二の電極の配置を調整することと、前記圧電材料で形成された圧電体基板の一方の面に第一の溝と第二の溝を交互に形成する工程と、前記第一の溝の内面に前記第一の電極を形成する工程と、前記第二の溝の内面に前記第二の電極を形成する工程と、前記圧電体基板の前記第一の溝及び前記第二の溝が形成された面とは反対側の面に前記第二の電極を形成する工程と、前記第一の電極と前記第二の電極の間で前記圧電体基板の分極処理を行う工程と、前記第二の溝から前記第二の電極を除去する工程と、前記第二の溝に前記第一の電極の長手方向と垂直な方向の幅が前記第一の電極よりも狭い前記第二の電極を形成する工程と、を含む。
本発明の第５の液体吐出ヘッドの製造方法は、液体を吐出する吐出口と、前記吐出口に連通する圧力室と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記圧力室の側壁の所定の一部を画定する隔壁を圧電材料から形成する隔壁形成工程と、前記隔壁を分極する分極工程と、前記隔壁の前記圧力室側の面に第一の電極を、第一の電極を挟んで前記圧力室と反対側の面に第二の電極をそれぞれ設ける電極形成工程と、を有し、前記分極工程及び前記電極形成工程は、前記隔壁が、前記第一の電極と前記第二の電極との間に電圧を印加することにより生じる電界方向に対して一方側に傾いて分極された第一の領域と、前記電界方向に対して前記一方側とは逆側に傾いて分極された第二の領域と、を有するように分極方向及び前記第一及び第二の電極の配置を調整することと、前記圧電材料で形成された圧電体基板の一方の面に分極用溝と第一の溝を交互に形成する工程と、前記分極用溝の内面に分極用電極を形成する工程と、前記第一の溝の内面に第三の電極を形成する工程と、前記圧電体基板の前記分極用溝及び前記第一の溝が形成された面とは反対側の面に前記第三の電極を形成する工程と、前記分極用電極と前記第三の電極の間で前記圧電体基板の分極処理を行う工程と、前記分極処理後に前記分極用溝を拡張して第二の溝を形成する工程と、すべての電極を除去する工程と、前記第二の溝の内面に前記第一の電極を形成する工程と、前記圧電体基板の溝の開口部側に非圧電材料で形成された非圧電基材を接合する工程と、第一の溝を削除する工程と、離れ離れになった各圧電材料の外壁に前記第二の電極を形成する工程と、を含む。
本発明の第６の液体吐出ヘッドの製造方法は、液体を吐出する吐出口と、前記吐出口に連通する圧力室と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記圧力室の側壁の所定の一部を画定する隔壁を圧電材料から形成する隔壁形成工程と、前記隔壁を分極する分極工程と、前記隔壁の前記圧力室側の面に第一の電極を、第一の電極を挟んで前記圧力室と反対側の面に第二の電極をそれぞれ設ける電極形成工程と、を有し、前記分極工程及び前記電極形成工程は、前記隔壁が、前記第一の電極と前記第二の電極との間に電圧を印加することにより生じる電界方向に対して一方側に傾いて分極された第一の領域と、前記電界方向に対して前記一方側とは逆側に傾いて分極された第二の領域と、を有するように分極方向及び前記第一及び第二の電極の配置を調整することと、前記圧電材料で形成された前記圧電体の外壁に前記第二の電極を形成する工程と、前記圧力室の中央位置に平板状の第四の電極を設置する工程と、前記圧力室をシリコンオイルで満たす工程と、第一の電極と第四の電極の間に電圧をかけて分極処理を行う工程と、前記圧力室内のシリコンオイルと第四の電極を除去する工程と、前記圧力室の内壁に前記第一の電極を形成する工程と、を含む。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の液体吐出ヘッドでは、電界方向に対して一方側に傾いて分極された第一の領域と、一方側とは逆側に傾いて分極された第二の領域が、電圧印加時に圧力室を大きく収縮または膨張させるように配置される。
【００１３】
本発明では、複数の振動モードを同時に効率よく用いて、圧電素子の変位量を増大させることが可能な液体吐出ヘッド及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態の斜視図である。
【図２】図１の領域Ａの拡大図である。
【図３】図２の領域Ｂ〜Ｅのいずれかの分極方向と電界方向を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の第一の基材に関する製法工程を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態の第二の基材に関する製法工程を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態の分極方向と電界方向を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態の第一の基材に関する製法工程を示す図である。
【図８】本発明の第３の実施形態の第一の基材に関する製法工程を示す図である。
【図９】本発明の第３の実施形態の分極方向と電界方向を示す図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態の斜視図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態の分極方向と電界方向を示す図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態の斜視図である。
【図１３】本発明の第５の実施形態の分極方向と電界方向を示す図である。
【図１４】本発明の第６の実施形態の斜視図である。
【図１５】本発明の第６の実施形態の分極方向と電界方向を示す図である。
【図１６】本発明の第７の実施形態の斜視図である。
【図１７】本発明の第７の実施形態の分極方向と電界方向を示す図である。
【図１８】本発明の第７の実施形態の圧電基材に関する製法工程を示す図である。
【図１９】本発明の第８の実施形態の斜視図である。
【図２０】本発明の第８の実施形態の圧電基材に関する製法工程を示す図である。
【図２１】本発明の第８〜１０の実施形態の分極方向と電界方向を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明の液吐出ヘッド及び液体吐出ヘッドの製造方法にかかわる実施形態の一例を図面に基づき説明する。なおこれにより本発明が限定されるものではない。
【００１６】
図１は本発明の第１の実施形態の液体吐出ヘッド１１０の外観を表す斜視図である。吐出口板１０１はともに圧電材料で形成されている第一の基材１０５と第二の基材１０６を複数積層した積層体に接合され一体化されているが、本図では分解して示している。図１に示すように、吐出口板１０１には円形貫通孔からなる複数の吐出口１０２が形成されており、これらの吐出口１０２は所定の間隔で二次元に配置されている。吐出口１０２には長手方向に延びる圧力室１０３が連通している。圧力室１０３の長手方向と直交する断面は矩形である。圧力室１０３の側面の少なくとも一部は第一の基材１０５によって画定されている。第一の空間部１０４が、その側面の少なくとも一部が第一の基材１０５によって画定されるように、第一の基材１０５に圧力室１０３と隔壁を隔てて隣り合って設けられている。同様に、第二の空間部１０９が、その側面の少なくとも一部が第二の基材１０６によって画定されるように、第二の基材１０６に圧力室１０３と隔壁を隔てて隣り合って設けられている。第一の基材１０５と第二の基材１０６は接着層を介して複数層積層され、積層体を形成している。この積層体の前面に吐出口板１０１が接合され、後方には後方絞り板１０７、共通液室板１０８が接合されている。
【００１７】
図２は図１に示す領域Ａの拡大図である。図２に示すように圧力室１０３の内壁には第一の電極２０１が形成されている。また空間部１０４の内壁には第二の電極２０２が形成されている。ここで、第一の基材１０５及び第二の基材１０６は圧力室１０３の内壁から隣接する第一の空間部１０４及び第二の空間部１０９にかけて予め分極処理されている。
【００１８】
図２に示す領域Ｂ〜Ｅは、圧力室１０３と隣接する第一の空間部１０４及び第二の空間部１０９を隔てている隔壁２１０であって、圧電材料で形成されている。隔壁２１０の圧力室側の面に第一の電極２０１が、反対側の面に第二の電極がそれぞれ設けられていると言うことができる。
【００１９】
図３は図２に示す領域Ｂ〜Ｅのいずれかの拡大図であり、電界方向と分極方向を示したものである。従来のグールド型圧電アクチュエータ方式においては、図３（ａ）に示すように電界方向３０１と分極方向３０２が一致するように分極されている。この場合、圧電基材に形成された電極間に電圧を印加すると、電極面と垂直な方向への伸び縮み（以下、ｄ３３モード）の作用によって電極面と垂直な方向に伸び、電極面と平行な方向への伸び縮み（以下、ｄ３１モード）の作用によって電極面と平行な方向に縮む。
【００２０】
しかし本発明においては、図３（ｂ）に示すように電界方向３０１と分極方向３０２が異なる第一の領域３０３及び第二の領域３０４を有している。第一の領域３０３では分極方向３０２は電界方向３０１の一方側に傾いており、第二の領域３０４では分極方向３０２は電界方向３０１の一方側とは逆側に傾いている。このように、電界方向に対して分極方向が斜めに向いていると、ｄ３３モードとｄ３１モードの作用に加えて、分極方向が電界方向に合わさるような動き（以下、ｄ１５モード）が発生する。そのため第一の電極２０１に正電圧を印加し、第二の電極２０２を接地電位にすると、ｄ３３モードの作用によって第一の電極２０１の面及び第二の電極２０２の面と垂直な方向に膨張する。それと同時にｄ３１モードの作用によって第一の電極の２０１の面及び第二の電極２０２の面と平行な方向に収縮して圧力室１０３内壁の周長が縮む。さらにｄ１５モードの作用によって、分極方向が電界方向に合わさるような動きが発生する。このように複数のモードが同時に作用することで図３（ｂ）に点線３０８で示すような変形をするため、従来よりも変位量を増大させることができる。
【００２１】
上記の吐出方式は、圧力室を収縮させることで吐出口からインクを吐出する押し打ち方式であるが、本発明は圧力室を膨張させてから元の位置に戻すことで吐出口からインク吐出する引き打ち方式にも適用することができる。具体的には第二の電極２０２に正電圧を印加し、第一の電極２０１を接地電位にする。こうすることで、電界方向は図３（ｃ）に示すように矢印３０１の方向となり、第一の基材１０５及び第二の基材１０６は、ｄ３３モードの作用によって第一の電極２０１の面及び第二の電極２０２の面と垂直な方向に収縮する。それと同時にｄ３１モードの作用によって第一の電極２０１の面及び第二の電極２０２の面と平行な方向に膨張して圧力室１０３内壁の周長が伸びる。さらにｄ１５モードの作用によって、分極方向が電界方向に合わさるような動きが発生する。このように複数のモードが同時に作用することで、図３（ｃ）に点線３０９で示すような変形をするため、従来よりも変位量を増大させることができる。
【００２２】
なお第一の基材１０５及び第二の基材１０６は図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示すように第一の領域３０３と第二の領域３０４の間に第三の領域３０５或いは第四の領域３０６があることが好ましいが、第一の領域３０３と第二の領域３０４のみで構成してもよい。
【００２３】
次に図４、図５を用いて本実施形態の積層体の作製工程を示す。
【００２４】
図４は第一の基材１０５の作製工程を示している。図４（ａ）に示すように圧電体基板４０１に分極用溝４０２と、第一の溝４０３をダイシング加工により交互に形成する。この圧電体基板４０１には、チタン酸ジルコン酸鉛などを用いるのが好ましい。次に図４（ｂ）に示すように圧電体基板４０１の表裏に選択的めっきを施し、分極用電極４０４と第二の電極２０２を形成する。そして分極用電極４０４と第二の電極２０２の間に電圧をかけて、自発分極の向きを揃える分極処理を行う。例えば、圧電体基板４０１を２００℃のシリコンオイル内に配置し、分極用電極４０４と第二の電極２０２の間に２ｋＶ／ｍｍの電界を印加することで、図４（ｃ）に示すように矢印４０５の方向へ分極される。分極処理後、図４（ｄ）に示すように分極用溝４０２を拡張して圧力室１０３となる第二の溝４０６をダイシングにより形成する。そして図４（ｅ）のように第二の溝４０６の内面に第一の電極２０１を形成する。この結果、第一の基材１０５が完成する。
【００２５】
図５は第二の基材１０６の作製工程を示している。図５（ａ）に示すように圧電体基板５０１の表裏に選択的めっきを施し、圧電体基板５０１の一方の面に第三の電極５０２を形成するとともに、他方の面に第三の電極５０２の長手方向と垂直な方向の幅が第三の電極５０２よりも狭い第四の電極５０３を形成する。この圧電体基板５０１には、チタン酸ジルコン酸鉛などを用いるのが好ましい。そして第三の電極５０２と第四の電極５０３の間に電圧をかけて分極処理を行う。例えば、圧電体基板５０１を２００℃のシリコンオイル内に配置し、第三の電極５０２と第四の電極５０３の間に２ｋＶ／ｍｍの電界を印加することで、図５（ｂ）に示すように矢印５０４の方向へ分極される。そして分極された領域を効率よく活用するために、図５（ｃ）に示すように圧電体基板の第四の電極側を研削により削除する。次に図５（ｄ）に示すように空間部１０４となる第五の溝５０６をダイシングにより形成する。そして図５（ｅ）のように選択的めっきを施し、圧電体基板５０１の第三の電極側の面に第二の電極２０２を形成するとともに、圧電第基板５０１の削除された面に第一の電極２０１を形成する。この結果、第二の基材１０６が完成する。この第一の基材１０５と第二の基材１０６を接着層により複数積層接合することで積層体が完成する。
【００２６】
図６は本実施形態の分極方向と電界方向を示した図である。分極を行う際、第一の電極２０１に正電圧を印加して第二の電極２０２を接地電位にすると分極方向は図６（ａ）に示す矢印６０１のようになる。一方、第一の電極２０１を接地電位にし、第二の電極２０２に正電圧を印加することで、図６（ｂ）の示す矢印６０１のような分極方向としてもよい。こうした場合でも、図６（ａ）と同様の作用効果が得られる。
【００２７】
本実施形態では、圧力室の長手方向のすべての領域における断面において、図６（ａ）や図６（ｂ）に示すような分極方向と電界方向となっている構成について説明したが、これに限定されるものではない。圧力室の長手方向と直交する断面のうち少なくとも一部の断面において、前述のような分極方向と電界方向の関係になっていれば、程度は異なるものの同旨の効果が得られる。
【００２８】
図７は本発明の第２の実施形態に係る第一の基材１０５の作製工程を示す。図７（ａ）に示すように圧電体基板７０１に第一の空間部１０４となる第一の溝４０３と、圧力室１０３となる第二の溝４０６をダイシングにより交互に形成する。次に図７（ｂ）に示すように圧電体基板７０１の表裏に選択的めっきを施し、第二の電極２０２を形成する。また棒状の第四の電極７０２を電極設置用の冶具によって第二の溝４０６の断面中心位置に設置する。そして図７（ｃ）に示すように第二の貫通溝４０６内にシリコンオイル７０３を満たす。このシリコンオイル７０３は、強誘電体の粉末を分散させたもので圧電体基板７０１と同程度の誘電率であることが好ましい。そして、第二の電極２０２と第四の電極７０２の間に高電圧をかけて分極処理を行う。こうすることで、図７（ｄ）に示すように矢印７０４の方向へ分極される。分極処理後、図７（ｅ）に示すように第二の溝内のシリコンオイル７０３を除去した上で、第二の溝内に第一の電極２０１を形成する。この結果、第一の基材１０５が完成する。第一の基材１０５をこのような工程で作製しても、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００２９】
図８は本発明の第３の実施形態に係る第一の基材１０５の作製工程を示す。図８（ａ）に示すように、圧電体基板８０１に空間部となる第一の溝４０３と、圧力室１０３となる第二の溝４０６をダイシングにより交互に形成する。この圧電体基板８０１には、チタン酸ジルコン酸鉛などを用いるのが好ましい。次に図８（ｂ）に示すように圧電体基板８０１の表裏に選択的めっきを施し、第一の電極２０１と第二の電極２０２を形成する。そして第一の電極２０１と第二の電極２０２の間に高電圧をかけて自発分極の向きを揃える分極処理を行う。こうすることで図８（ｃ）に示す矢印８０２の方向に分極される。分極処理後、図８（ｄ）に示すように第一の溝内の電極を除去する。そして図８（ｅ）に示すように第一の溝４０３に選択的めっきを施し、第二の電極２０２を形成する。この結果、第一の基材１０５が完成する。この第一の基材１０５に予め厚み方向に分極され、電極が形成された第二の基材１０６を図８（ｆ）のように接着層により接合する。この接合体を複数積層接合することで積層体が完成する。
【００３０】
上記の工程で作製された第一の基材１０５及び第二の基材１０６の分極方向は第一の電極２０１の面と垂直な方向になる。圧力室１０３の長手方向と直交する断面は矩形であり、その断面で見たときに、第二の電極２０２の第一の電極２０１に平行な方向成分の長さが第一の電極２０１に比べて短く形成さている。そのため、図９に示すように電界方向９０２は第一の電極２０１の面に対して斜め向きとなり、第１の実施形態と同様の作用が発生する。
【００３１】
なお分極を行う際に、第一の電極２０１に正電圧を印加して第二の電極２０２を接地電位にすると分極方向は図９（ａ）に示す矢印９０１のようになる。一方、第一の電極２０１を接地電位にし、第二の電極２０２に正電圧を印加することで、図９（ｂ）に示す矢印９０１のような分極方向としてもよい。こうした場合でも、図９（ａ）と同様の作用効果が得られる。
【００３２】
本実施形態は第１の実施形態と比べると、第一の基材及び第二の基材は電界のかかる範囲が狭く、変位量が減少するが、従来よりも変位量を増大することができる。
【００３３】
本実施形態では、圧力室の長手方向のすべての領域における断面において、図９（ａ）や図９（ｂ）に示すような分極方向と電界方向となっている構成について説明したが、これに限定されるものではない。圧力室の長手方向と直交する断面のうち少なくとも一部の断面において、前述のような分極方向と電界方向の関係になっていれば、程度は異なるものの同旨の効果が得られる。
【００３４】
図１０は本発明の第４の実施形態に係る液体吐出ヘッドの外観を表す斜視図である。吐出口板１００６はともに圧電材料で形成されている第一の基材１００１と第二の基材１００５を複数積層した積層体に接合され一体化されているが、本図では分解して示している。図１０に示すように図４もしくは図７の工程によって作製された第一の基材１００１を、圧力室１００２及び第一の空間部１００３が形成された面で接着層により接合する。次にこの接合された面とは反対側の各面に、第一の基材１００１の圧力室１００２と中心位置が同じ間隔で形成された第二の空間部１００４を有する第二の基材１００５を接着層により接合する。これらを複数積層接合することで積層体が完成する。第１の実施形態では圧力室１０３の三方が第一の基材１０５に取り囲まれ、残りの一方が第二の基材１０６に面していたが、本実施形態では圧力室１００２の四方すべてが第一の基材１００１に取り囲まれている。
【００３５】
図１１は第一の基材１００１の圧力室１００２及び第一の空間部１００３の形状と、電界方向、分極方向を示した図である。図１１の（ａ）〜（ｃ）に示すように第一の基材１００１は矢印１１０１の方向へ分極され、電界方向は矢印１１０２の方向となっており、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また第一の基材１００１は図１１（ａ）に示すように圧力室１００２と第一の空間部１００３の第一の基材１００１の厚みに対する深さは同じであることが好ましいが、図１１（ｂ）に示すように異なる深さであってもよい。さらに図１１（ｃ）に示すように形状は正方形に限定されるものではなく、圧力室１００２と第一の空間部１００３は異なった形状・大きさであってもよい。
【００３６】
本実施形態では、圧力室の長手方向のすべての領域における断面において、図１１（ａ）〜（ｃ）に示すような分極方向と電界方向となっている構成について説明したが、これに限定されるものではない。圧力室の長手方向と直交する断面のうち少なくとも一部の断面において、前述のような分極方向と電界方向の関係になっていれば、程度は異なるものの同旨の効果が得られる。
【００３７】
図１２は本発明の第５の実施形態に係る液体吐出ヘッドの斜視図である。吐出口板１２０１は圧電材料から形成されている圧電基材１２０５と非圧電材料から形成されている非圧電基材１２０４の接合体に接合され一体化されているが、本図では分解して示している。図１２に示すように吐出口板１２０１には円形貫通孔からなる複数の吐出口１２０２が形成されている。各吐出口１２０２と対応する位置に、角形貫通孔からなる圧力室１２０３がそれぞれ形成されている。圧力室１２０３は非圧電基材１２０４と圧電基材１２０５に囲まれている。非圧電基材１２０４としては、セラミックや金属などで形成することができるが、圧電基材１２０５との接合後の変形等を考えると、同程度の熱膨張率のセラミックを用いるのが好ましい。また、後方には後方絞り板１２０６と共通液室板１２０７が接合されている。
【００３８】
図１３は図１２の領域Ｆの拡大図であり、電界方向と分極方向を示したものである。図１３に示すように圧電基材１２０５の圧力室の内壁には第一の電極１３０１が形成され、その対面の外壁には第二の電極１３０２が形成される。
【００３９】
この圧電基材１２０５は、図５（ａ）〜（ｃ）の作製工程を踏むことで、図１３（ａ）や図１３（ｂ）に示すように電界方向を矢印１３０４の方向にし、分極方向を矢印１３０３の方向とすることで電界方向に対して分極方向を斜めにする。そして、ダイシングにより溝が形成された非圧電基材１２０４を接合することで完成する。第一の電極１３０１に正電圧を印加し、第二の電極１３０２を接地電位にすると、圧電基材１２０５は第１の実施形態と同様の作用が発生する。具体的には、圧電基材１２０５は第一の電極１３０１の面及び第二の電極１３０２の面と垂直な方向に膨張し、第一の電極１３０１の面及び第二の電極１３０２の面と平行な方向に収縮する。それと同時に、分極方向が電界方向に合わさるような動きが発生し、吐出口１２０２からインクが吐出される。
【００４０】
上記の吐出方式は、圧力室を収縮させることで吐出口からインクを吐出する押し打ち方式であるが、本発明は圧力室を膨張させてから元の位置に戻すことで吐出口からインク吐出する引き打ち方式にも適用することができる。具体的には、第一の電極１３０１を接地電位にし、第二の電極１３０２に正電圧を印加する。こうすることで、圧電基材１２０５は第一の電極１３０１の面及び第二の電極１３０２の面と垂直な方向に収縮し、第一の電極１３０１の面及び第二の電極１３０２の面と平行な方向に膨張する。それと同時に、分極方向が電界方向に合わさるような動きが発生し、圧力室１２０３が膨張する。この状態から圧力室１２０３の内壁が元の位置に戻る時の収縮力で吐出口１２０２からインクが吐出される。
【００４１】
また、図１３（ｃ）や図１３（ｄ）に示すように予め矢印１３０３の方向に分極された圧電基材１２０５と、ダイシング加工により溝が形成された非圧電基材１２０４を接合してもよい。第一の電極１３０１とそれよりも幅の狭い第二の電極１３０２を形成することで、第３の実施形態と同様の作用を得ることができる。この場合、図１３（ａ）や図１３（ｂ）に比べると圧電基材１２０５に電界のかかる範囲が狭くなるため、変位量が減少する。より好ましい形態としては図１３（ａ）や図１３（ｂ）の形態であるが、いずれも従来に比べて変位量を増大させることができる。
【００４２】
本実施形態では、圧力室の長手方向のすべての領域における断面において、図１３（ａ）〜（ｄ）に示すような分極方向と電界方向となっている構成について説明したが、これに限定されるものではない。圧力室の長手方向と直交する断面のうち少なくとも一部の断面において、前述のような分極方向と電界方向の関係になっていれば、程度は異なるものの同旨の効果が得られる。
【００４３】
図１４は本発明の第６の実施形態に係る液体吐出ヘッドの外観を表す斜視図である。吐出口板１４０９は圧電材料で形成されている圧電基材１４０１と非圧電材料から形成されている天板１４０５の接合体に接合され一体化されているが、本図では分解して示している。図１４に示すように圧電基材１４０１は所定の間隔で平行に複数の凹形状の溝が形成され、各溝は、側壁１４０２で分離されている。この圧電基材１４０１には、チタン酸ジルコン酸鉛などを用いるのが好ましい。この溝は、吐出口からインクを吐出するための圧力室１４０３と、空間部１４０４とを交互に備えている。各圧力室１４０３と空間部１４０４は、圧電基材１４０１の一端面から他端面まで延設されている。また、各側壁１４０２の両側には、長手方向に亘って、電極が形成されている。圧電基材１４０１の溝の上部には、接着剤を介して天板１４０５が接合されている。天板１４０５としては、セラミックや金属などで形成することができるが、圧電基材１４０１との接合後の変形等を考えると、同程度の熱膨張率のセラミックを用いるのが好ましい。これら接合体の後方には後方絞り板１４０６、共通液室板１４０７が接合されている。また前面には吐出口１４０８が形成された吐出口板１４０９が接合されている。
【００４４】
図１５は図１４の領域Ｇの拡大図であり、電界方向と分極方向を示したものである。圧電基材１４０１は、図４や図７と同様の工程によって作製することで、図１５（ａ）や図１５（ｂ） に示すように電界方向を矢印１５０４の方向に、分極方向を矢印１５０３の方向にし、電界方向に対して分極方向を斜めにする。側壁に形成された第一の電極１５０１に正電圧を印加し、第二の電極１５０２を接地電位にすると、第１の実施形態と同様の作用が発生する。圧電基材１４０１は第一の電極１５０１の面及び第二の電極１５０２の面と垂直な方向に膨張し、第一の電極１５０１の面及び第二の電極１５０２の面と平行な方向に収縮する。それと同時に、分極方向が電界方向に合わさるような動きが発生し、吐出口１４０８からインクが吐出される。
【００４５】
上記の吐出方式は、圧力室を収縮させることで吐出口からインクを吐出する押し打ち方式であるが、本発明は圧力室を膨張させてから元の位置に戻すことで吐出口からインク吐出する引き打ち方式にも適用することができる。具体的には、第一の電極１５０１側を接地電位にし、第二の電極１５０２に正電圧を印加する。こうすることで、圧電基材１４０１は第一の電極１５０１の面及び第二の電極１５０２の面と垂直な方向に収縮し、第一の電極１５０１の面及び第二の電極１５０２の面と平行な方向に膨張する。それと同時に、分極方向が電界方向に合わさるような動きが発生し、圧力室１４０３が膨張する。この状態から圧力室１４０３の内壁が元の位置に戻る時の収縮力で吐出口１４０８からインクが吐出される。
【００４６】
また図８と同様の工程によって圧電基材１４０１を作製することで、図１５（ｃ）や図１５（ｄ）のように矢印１５０３の方向へ分極され、第二の電極の幅を短くすることで電界方向は矢印１５０４の方向となるため、同様の作用を得ることができる。しかし、図１５（ａ）や図１５（ｂ）に比べると、圧電基材１４０１に電界のかかる範囲が狭くなるため、変位量が減少する。より好ましい形態としては図１５（ａ）や図１５（ｂ）であるが、いずれも従来に比べて変位量を増大させることができる。
【００４７】
本実施形態では、圧力室の長手方向のすべての領域における断面において、図１５の（ａ）〜（ｄ）に示すような分極方向と電界方向となっている構成について説明したが、これに限定されるものではない。圧力室の長手方向と直交する断面のうち少なくとも一部の断面において、前述のような分極方向と電界方向の関係になっていれば、程度は異なるものの同旨の効果が得られる。
【００４８】
図１６は本発明の第７の実施形態に係る液体吐出ヘッドの外観を表す斜視図である。吐出口板１６０７は圧電材料から形成されている圧電基材１６０２と非圧電材料から形成されている非圧電基材１６０１の接合体に接合され一体化されているが、本図では分解して示している。図１６に示すように非圧電基材１６０１と、この非圧電基材１６０１上で等間隔に配列された複数の圧電基材１６０２とを備えている。非圧電基材１６０１としては、セラミックや金属などで形成することができるが、圧電基材１６０２との接合後の変形等を考えると、同程度の熱膨張率のセラミックを用いるのが好ましい。また圧電基材１６０２には、チタン酸ジルコン酸鉛などを用いるのが好ましい。圧電基材１６０２は溝部を基材１６０１に向けて接着剤で固定され、基材１６０１と圧電基材１６０２で囲まれた空間を圧力室１６０３としている。これら接合体の後方には後方絞り板１６０４、共通液室板１６０５が接合されている。また前面には吐出口１６０７が形成された吐出口板１６０６が接合されている。
【００４９】
図１７は図１６の領域Ｈの拡大図であり、電界方向と分極方向を示したものである。図１７に示すように圧力室１６０３側の内壁には第一の電極１７０１が形成され、その対面の外壁には第二の電極１７０２が形成される。第一電極１７０１に正電圧を印加し、第二電極１７０２を接地電位にすると、圧電基材１６０２は第１の実施形態と同様の作用が発生する。具体的には、圧電基材１６０２は第一の電極１７０１の面及び第二の電極１７０２の面と垂直な方向に膨張し、それと同時に第一の電極１７０１の面及び第二の電極１７０２の面と平行な方向に収縮する。さらに分極方向が電界方向に合わさるような動きが発生し、図１６に示した吐出口１６０７からインクが吐出される。
【００５０】
上記の吐出方式は、圧力室を収縮させることで吐出口からインクを吐出する押し打ち方式であるが、本発明は圧力室を膨張させてから元の位置に戻すことで吐出口からインク吐出する引き打ち方式にも適用することができる。具体的には、第一の電極１７０１を接地電位にし、第二の電極１７０２に正電圧を印加する。こうすることで、圧電基材１６０２は第一の電極１７０１の面及び第二の電極１７０２の面と垂直な方向に収縮し、それと同時に第一の電極１７０１の面及び第二の電極１７０２の面と平行な方向に膨張する。さらに分極方向が電界方向に合わさるような動きが発生し、圧力室１６０３が膨張する。この状態から圧力室１６０３の内壁が元の位置に戻る時の収縮力で図１６に示した吐出口１６０７からインクが吐出される。
【００５１】
図１８は圧電基材１６０２の作製方法について示した図である。まず図４（ａ）〜（ｄ）までと同様の工程を踏んでいく。そして全ての電極を除去した後、図１８（ａ）に示すように第二の貫通溝４０６の内壁に第一の電極１７０１を形成する。次に図１８（ｂ）に示すように非圧電基材１６０１を接着層により接合する。そして図１８（ｃ）に示すように第一の貫通溝４０３を研削により削除する。そして図１８（ｄ）に示すように第二の電極１７０２を形成する。この結果、圧電基材１６０２が完成する。
【００５２】
なお分極を行う際に、図４の工程の中で第一の電極２０１に正電圧を印加して第二の電極２０１側を接地電位にすると、図１７（ａ）に示すように矢印１７０３の方向へ分極され、第１の実施形態と同様の作用が発生する。この時、第二の電極２０２に正電圧を印加して第一の電極２０１側を接地電位として、図１７（ｂ）に示すように矢印１７０３の方向へ分極してもよい。こうした場合でも、作用効果は同様のものとなる。
【００５３】
また上記の工程の中で、図４（ａ）〜（ｄ）の代わりに図８（ａ）〜（ｅ）までと同様の工程で圧電基材１６０２を作製することで、図１７（ｃ）や図１７（ｄ）に示すように矢印１７０３の方向へ分極し、電界方向を矢印１７０４の方向とすることができる。しかし図１７（ａ）や図１７（ｂ）に比べると、圧電基材１６０２に電界のかかる範囲が狭くなるため、変位量が減少する。より好ましい形態としては図１７（ａ）や図１７（ｂ）の形態であるが、いずれも従来に比べて変位量を増大させることができる。
【００５４】
本実施形態では、圧力室の長手方向のすべての領域における断面において、図１７（ａ）〜（ｄ）に示すような分極方向と電界方向となっている構成について説明したが、これに限定されるものではない。圧力室の長手方向と直交する断面のうち少なくとも一部の断面において、前述のような分極方向と電界方向の関係になっていれば、程度は異なるものの同旨の効果が得られる。
【００５５】
図１９は本発明の第８の実施形態に係る液体吐出ヘッドの外観を表す斜視図である。吐出口板１９０１は圧電材料から形成されている圧電基材１９０４に接合され一体化されているが、本図では分解して示している。図１９に示すように、吐出口板１９０１には円形貫通孔である複数の吐出口１９０２が形成されており、これらの吐出口１９０２は所定の間隔で二次元に配置されている。各吐出口１９０２と対応する位置に、円形貫通孔である圧力室１９０３からなる角筒形の圧電基材１９０４が形成されている。この圧電基材１９０４は、成形材料である粉体を所定形状の金型を用いて成形し、焼成することで形成される。後方には後方絞り板１９０５、共通液室板１９０６が接合されている。
【００５６】
図２０は圧電基材１９０４の分極処理と電極形成の工程について示した図である。図２０（ａ）に示すように圧電基材１９０４の外壁に第二の電極２００１を形成し、圧力室１９０３の中央位置に平板状の第四の電極２００２を電極設置用冶具により設置する。次に図２０（ｂ）に示すように圧力室１９０３内をシリコンオイル２００３で満たす。このシリコンオイル２００３は、強誘電体の粉末を分散させたもので圧電基材１９０４と同程度の誘電率としたものを使用するのが好ましい。そして、第二の電極２００１と第四の電極２００２の間に高電圧をかけて自発分極の向きを揃える分極処理を行う。こうすることで、図２０（ｃ）に示すように矢印２００４の方向へ分極される。分極処理後、図２０（ｄ）に示すよう圧力室内のシリコンオイル２００３と第四の電極２００２を除去し、圧力室１９０３の内壁に第一の電極２００５を形成する。この結果、圧電基材１９０４が完成する。
【００５７】
図２１は図１９の領域Ｉの拡大図であり、電界方向と分極方向を示したものである。図２１（ａ）は図１９の圧電基材１９０４及び圧力室１９０３を示した図であり、図２１（ｂ）は図１９の領域Ｉで示した液室の部分断面図である。従来の方法において、圧電基材１９０４は分極用と駆動用の電極が同じであったため、電極面と垂直な方向に分極されており、ｄ３３モードとｄ３１モードの作用によってインクを吐出させていた。しかし本実施形態では、圧電基材１９０４は図２１（ｂ）に示すように電界方向に対して分極方向が斜めとなる領域Ｊと領域Ｋを有している。そのため、第一の電極２００５に正電圧を印加し、第二の電極２００１側を接地電位とすると、第１の実施形態と同様の作用が発生する。具体的には、圧電基材１９０４は圧力室１９０３を中心として径方向に膨張し、それと同時に周方向に収縮する。さらに領域Ｊ及び領域Ｋでは分極方向が電界方向に合わさるような動きが発生する。そのため、図２１（ｂ）に点線２１１１で示すように変形し、圧力室１９０３内のインクが図１９に示した吐出口１９０２から吐出される。このようにすることで、従来と同様の効果が得られる。
【００５８】
上記の吐出方式は、圧力室を収縮させることで吐出口からインクを吐出する押し打ち方式であるが、本発明は圧力室を膨張させてから元の位置に戻すことで吐出口からインク吐出する引き打ち方式にも適用することができる。具体的には、第一の電極２００５を接地電位にし、第二の電極２００１に正電圧を印加する。こうすることで、圧電基材１９０４は圧力室１９０３を中心として径方向に収縮し、それと同時に周方向に膨張する。さらに領域Ｊ及び領域Ｋでは分極方向が電界方向に合わさるような動きが発生し、圧力室１９０３が膨張する。この状態から圧力室１９０３の内壁が元の位置に戻る時の収縮力で図１９に示した吐出口１９０２からインクが吐出される。
【００５９】
なお圧電基材１９０４の形状はここで述べているような四角形であることが好ましいが、これに限らず三角形や五角形などでも構わない。
【００６０】
本実施形態では、圧力室の長手方向のすべての領域における断面において、図２１（ｂ）に示すような分極方向と電界方向となっている構成について説明したが、これに限定されるものではない。圧力室の長手方向と直交する断面のうち少なくとも一部の断面において、前述のような分極方向と電界方向の関係になっていれば、程度は異なるものの同旨の効果が得られる。
【００６１】
図２１（ｃ）は本発明の第９の実施形態に係る液体吐出ヘッドの図１９の領域Ｉで示した部分に対応する図である。本実施形態と第８の実施形態との違いは圧電基材の形状である。本実施形態では、円形貫通孔である圧力室２１０４からなる円筒形の圧電基材２１０３が形成されている。この圧電基材２１０３は、成形材料である粉体を所定形状の金型を用いて成形し、焼成することで形成される。圧力室２１０４の内壁には第一の電極２１０５が形成され、その外壁には第二の電極２１０６が形成される。
【００６２】
図２１（ｄ）は図２１（ｃ）の領域Ｌの拡大図であり、電界方向と分極方向を示したものである。この圧電基材２１０３は図２０と同様の工程を用いて作製する。こうすることで圧電基材２１０３は、第８の実施形態と同様に図２１（ｄ） に示すように電界方向に対して分極方向が斜めとなる領域Ｊと領域Ｋを有している。そのため、第一の電極２１０５に正電圧を印加し、第二の電極２１０６を接地電位にすると、圧電基材２１０３は圧力室２１０４を中心として径方向に膨張し、それと同時に周方向に収縮する。さらに領域Ｊ及び領域Ｋでは分極方向が電界方向に合わさるような動きが発生する。よって、図２１（ｄ）に点線２１１２で示すようにチューブが潰れたような形状となり、圧力室２１０４内のインクが吐出口から吐出される。このようにすることで、従来と同様の効果が得られる。
【００６３】
上記の吐出方式は、圧力室を収縮させることで吐出口からインクを吐出する押し打ち方式であるが、本発明は圧力室を膨張させてから元の位置に戻すことで吐出口からインク吐出する引き打ち方式にも適用することができる。具体的には、第一の電極２１０５を接地電位にし、第二の電極２１０６に正電圧を印加する。こうすることで、圧電基材２１０３は圧力室２１０４を中心として径方向に収縮し、それと同時に周方向に膨張する。さらに領域Ｊ及び領域Ｋでは分極方向が電界方向に合わさるような動きが発生することで、圧力室２１０４が膨張する。この状態から圧力室２１０４の内壁が元の位置に戻る時の収縮力で吐出口からインクが吐出される。
【００６４】
本実施形態では、圧力室の長手方向のすべての領域における断面において、図２１（ｄ）に示すような分極方向と電界方向となっている構成について説明したが、これに限定されるものではない。圧力室の長手方向と直交する断面のうち少なくとも一部の断面において、前述のような分極方向と電界方向の関係になっていれば、程度は異なるものの同旨の効果が得られる。
【００６５】
図２１（ｅ）は本発明の第１０の実施形態に係る液体吐出ヘッドの図１９の領域Ｉで示した部分に対応する図である。本実施形態と第８の実施形態との違いは圧力室の形状である。本実施形態では、圧電基材２１０７は角状の貫通孔である圧力室２１０８からなる角筒形で形成されている。この圧電基材２１０７は、成形材料である粉体を所定形状の金型を用いて成形し、焼成することで形成される。圧力室２１０８の内壁には第二の電極２１０９が形成され、その外壁には第一の電極２１１０が形成される。
【００６６】
図２１（ｆ）は図２１（ｅ）の領域Ｍの拡大図であり、電界方向と分極方向を示したものである。この圧電基材２１０７は図２０と同様の工程で作製する。こうすることで圧電基材２１０７は、第８の実施形態と同様に図２１（ｆ） に示すように電界方向に対して分極方向が斜めとなる領域Ｊと領域Ｋを有している。そのため、第一の電極２１０９に正電圧を印加し、第二の電極２１１０を接地電位にすると、圧電基材２１０７は第一の電極２１０９の面及び第二の電極２１１０の面と垂直な方向に膨張する。それと同時に第一の電極２１０９の面及び第二の電極２１１０の面と平行な方向に収縮する。さらに領域Ｊ及び領域Ｋでは分極方向が電界方向に合わさるような動きが発生する。よって、図２１（ｆ）に点線２１１３で示すように変形するため、従来よりも変位量を増大させることができる。
【００６７】
上記の吐出方式は、圧力室を収縮させることで吐出口からインクを吐出する押し打ち方式であるが、本発明は圧力室を膨張させてから元の位置に戻すことで吐出口からインク吐出する引き打ち方式にも適用することができる。具体的には、第一の電極２１０９を接地電位にし、第二の電極２１１０に正電圧を印加する。こうすることで、圧電基材２１０７は第一の電極２１０９の面及び第二の電極２１１０の面と垂直な方向に収縮する。それと同時に第一の電極２１０９の面及び第二の電極２１１０の面と平行な方向に膨張する。さらに領域Ｊ及び領域Ｋでは分極方向が電界方向に合わさるような動きが発生することで、圧力室２１０８が膨張する。この状態から圧力室２１０８の内壁が元の位置に戻る時の収縮力で吐出口からインクが吐出される。
【００６８】
ここで、図２０の第四の電極２００２を平板状ではなく棒状の電極とすると、圧電基材２１０７は第１の実施形態と同様の分極方向とすることができる。この場合、圧電基材２１０７は連結しておらず、拘束力が発生しないため、第１の実施形態よりも変位量を増大させることができる。しかし第１の実施形態と比較して堅牢性の点で劣っているおり、吐出口を多く設けることが困難であるため、好ましい実施形態としては第１の実施形態となる。
【００６９】
本実施形態では、圧力室の長手方向のすべての領域における断面において、図２１（ｆ）に示すような分極方向と電界方向となっている構成について説明したが、これに限定されるものではない。圧力室の長手方向と直交する断面のうち少なくとも一部の断面において、前述のような分極方向と電界方向の関係になっていれば、程度は異なるものの同旨の効果が得られる。
【００７０】
本発明においては、各実施形態で述べてきたように従来よりも圧電基材の変位量を増大させることができる。そのため、従来に比べて少ない電圧で同等の変位量を得ることができる。
【符号の説明】
【００７１】
１０３  圧力室
１０５  第一の基材
１０６  第二の基材
２０１  第一の電極
２０２  第二の電極
【図１】
0005893320.tif 000002
【図２】
0005893320.tif 000003
【図３】
0005893320.tif 000004
【図４】
0005893320.tif 000005
【図５】
0005893320.tif 000006
【図６】
0005893320.tif 000007
【図７】
0005893320.tif 000008
【図８】
0005893320.tif 000009
【図９】
0005893320.tif 000010
【図１０】
0005893320.tif 000011
【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】
0005893320.tif 000016
【図１６】
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【図１７】
0005893320.tif 000018
【図１８】
0005893320.tif 000019
【図１９】
0005893320.tif 000020
【図２０】
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【図２１】
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