(57)【要約】【課題】  液滴を吐出するために発生させる圧力の発生効率を向上することができる液滴吐出ヘッドを得る。【解決手段】  円筒状の圧電素子３２を、圧電縦効果（ｄ３３）による径方向、圧電横効果（ｄ３１）による軸方向及び周方向の３方向に変形させて、圧電素子３２の内部に設けた圧力室４６のインクを加圧する。【選択図】    図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体貯留室から供給路を介して液体が供給される圧力室を、圧電素子の圧電縦効果及び圧電横効果の変形によって複数方向へ変形させることにより、この圧力室内の液体に圧力を加えて圧力室と連通されたノズルから液滴を吐出することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記圧力室の内壁面の少なくとも一部が前記圧電素子の変形部により形成されていることを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記圧電素子の前記ノズル配置側とは反対側に、圧電素子に接合されて前記圧力室を形成するとともに圧電素子の変形に伴って移動する可動内壁面が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
前記可動内壁面は、前記供給路が形成された供給路プレートにより形成されていることを特徴とする請求項３記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
前記供給路プレートは、複数の前記圧電素子に対応する複数の前記可動内壁面がそれぞれ繋がれてその繋ぎ部が供給路プレート本体よりも低剛性とされており、且つ、この繋ぎ部は前記液体貯留室の構成部位であることを特徴とする請求項４記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
前記圧電素子が筒状に形成され、その筒状の圧電素子の内部に前記圧力室が設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１項記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
前記圧電素子の分極方向が圧電素子の内外方向とされていることを特徴とする請求項６記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項８】
前記圧電素子に駆動信号を印加するための正負電極の一方が圧電素子の内周面に、他方が圧電素子の外周面に設けられていることを特徴とする請求項６又は請求項７記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項９】
前記液体貯留室、前記供給路、前記圧力室、前記圧電素子、及び前記ノズルのうちの少なくとも２つ以上が異なる層に配置されていることを特徴とする請求項１〜請求項８の何れか１項記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項１０】
前記圧電素子を備えるとともにその圧電素子の内部に前記圧力室が設けられる圧電素子基板と、
前記ノズルが形成されたノズルプレートと、
前記圧電素子基板と前記ノズルプレートの間に設けられ、前記圧力室と前記ノズルを連通させるための連通路、及び、前記圧電素子に駆動信号を供給するための配線パターンが形成された配線基板と、
を有し、
前記配線パターンが、前記圧電素子基板と前記配線基板の間、及び、前記配線基板と前記ノズルプレートの間の少なくとも一方に形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項９の何れか１項記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項１１】
前記ノズルプレートと前記配線基板とが一体化されていることを特徴とする請求項１０記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項１２】
前記配線基板における前記ノズルの近傍に、前記駆動信号を送信する駆動素子が形成されていることを特徴とする請求項１０又は請求項１１記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項１３】
前記配線パターンが前記圧電素子基板と前記配線基板の間に形成されてそれらに覆われるとともに、その配線パターンの一部が前記圧力室内に露出されていることを特徴とする請求項１０〜請求項１２の何れか１項記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項１４】
前記圧電素子の前記内周面に設けられた前記正負電極の一方と、前記圧力室内に露出された前記配線パターンの一部とを電気的に接続させたコンタクト部が圧力室内に配置されていることを特徴とする請求項１３記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項１５】
前記正負電極の一方、及び、前記コンタクト部が低透水性絶縁膜で被覆されていることを特徴とする請求項１４記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項１６】
請求項１〜請求項１５の何れか１項記載の液滴吐出ヘッドを備えることを特徴とする液滴吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置に係り、詳細には、ノズルからインク滴を吐出して記録媒体に印字を行うインクジェット記録ヘッド等に用いられる液滴吐出ヘッド、及び、インクジェット記録装置等に用いられる液滴吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インク吐出に圧電素子を用いたインクジェット記録ヘッド、特に圧電素子の圧電縦効果又は圧電横効果を利用したアクチュエータを用いたヘッド構成においては、アクチュエータの変形効率を高めるために、圧力室の一部に剛性の低い部分を設ける必要がある。しかし、圧力室に低剛性部を設けることは、圧力の発生効率を低下させることになるため問題となる。
【０００３】
一方、インクジェット記録ヘッドによる印字で高解像度化を図るには、ノズルピッチを狭めてノズルを高密度に、例えばマトリックス状に配置する必要があり、これに伴い、各ノズルに対応させて設ける圧電素子については小型で且つ高密度に配置できる構造が求められる。
【０００４】
そこで、積層型の圧電素子を用いてその内部に圧力室を形成し、この圧電素子を積層方向に挟んでノズルプレートと供給路プレートを対向配置することにより、圧力室に低剛性部を設けなくとも圧力の発生効率が改善可能で、且つ、従来のカイザー型の圧電素子に比べてノズル配置を高密度化できるヘッド構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平７−８１０５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の構成では、積層型の圧電素子を積層方向に繰り抜いて圧力室を形成するため、圧力室内に正負両極の電極が露出することになる。そのため、この電極部分を完全にシールする必要があり、さらに、電極に合わせて貫通孔や溝等の加工が必要となるため、製造上の課題がある。また、各ノズルに対応させて設ける圧電素子の間に電気的不活性領域を設ける必要があり、圧電素子をより高密度に実装する際の障害となる。また、圧電素子が積層方向へ圧縮／膨張変形する際に、供給路プレート側の端面の変形状態がフラットでないため、供給路プレートと圧電素子の接合部に応力が生じて故障を招く恐れがある。
【０００６】
また、圧力の発生効率を向上するためには、上記構成のように、圧力室を一方向（圧電素子の積層方向）に変形させてインクに圧力（吐出エネルギー）を加えるよりも、圧力室を複数方向に変形させ、圧力室内の多くの面でインクに圧力を加える方が望ましい。
【０００７】
本発明は上記事実を考慮して、液滴を吐出するために発生させる圧力の発生効率を向上することができる液滴吐出ヘッドを提供することを課題とする。また、その液滴吐出ヘッドを備えることで低消費電力化を図ることができる液滴吐出装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、液体貯留室から供給路を介して液体が供給される圧力室を、圧電素子の圧電縦効果及び圧電横効果の変形によって複数方向へ変形させることにより、この圧力室内の液体に圧力を加えて圧力室と連通されたノズルから液滴を吐出することを特徴としている。
【０００９】
請求項１に記載の発明では、液体貯留室から供給路を介して圧力室に供給された液体を、ノズルから液滴として吐出させるため、圧電素子の変形によって圧力室を変形させ、圧力室内の液体に圧力を加える。ここで、圧電素子は圧電縦効果及び圧電横効果の変形によって圧力室を複数方向へ変形させるため、例えば圧電縦効果のみ、又は、圧電横効果のみの変形によって圧力室を変形させる場合に比べ、圧力の発生効率が向上する。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記圧力室の内壁面の少なくとも一部が前記圧電素子の変形部により形成されていることを特徴としている。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、圧力室の内壁面の少なくとも一部を形成する圧電素子の変形部が、圧力室内の液体を直接的に加圧するため、液体に加えられる圧力の損失が小さくされ、圧電素子の変形によって発生された圧力が液体に効率よく伝達される。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記圧電素子の前記ノズル配置側とは反対側に、圧電素子に接合されて前記圧力室を形成するとともに圧電素子の変形に伴って移動する可動内壁面が設けられていることを特徴としている。
【００１３】
請求項３に記載の発明では、圧電素子の変形に伴って可動内壁面が移動し、圧力室内の液体を液滴吐出方向（ノズル側）へ加圧／減圧する。これにより、圧力室の液滴吐出方向への変形が可能となり、圧力の発生効率を向上することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項３記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記可動内壁面は、前記供給路が形成された供給路プレートにより形成されていることを特徴としている。
【００１５】
請求項４に記載の発明では、上記の可動内壁面を、供給路が形成された供給路プレートによって形成することにより、この可動内壁面を形成するために専用のプレート等を設ける場合に比べて、液滴吐出ヘッドを小型に構成できる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項４記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記供給路プレートは、複数の前記圧電素子に対応する複数の前記可動内壁面がそれぞれ繋がれてその繋ぎ部が供給路プレート本体よりも低剛性とされており、且つ、この繋ぎ部は前記液体貯留室の構成部位であることを特徴としている。
【００１７】
請求項５に記載の発明では、供給路プレートは、複数の圧電素子に対応する複数の可動内壁面がそれぞれ繋がれて一体的に構成されており、例えば圧電素子の高速駆動に伴い圧電素子及び可動内壁面が振動する際に、可動内壁面同士を繋いで給路プレート本体よりも低剛性とされた繋ぎ部によってその振動が減衰される。これにより、隣接する圧電素子間での駆動動作の影響を低減することができる。
【００１８】
また、この繋ぎ部は液体貯留室の内壁の一部を構成する構成部位であるため、液滴を吐出するために圧力室で発生された圧力は、低剛性とされたこの繋ぎ部によって吸収される。これにより、液滴吐出時に特定の圧力室で発生した圧力が供給路から液体貯留室へを伝わり、隣接する圧力室での圧力発生に及ぼす悪影響を改善することができる。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５の何れか１項記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記圧電素子が筒状に形成され、その筒状の圧電素子の内部に前記圧力室が設けられていることを特徴としている。
【００２０】
請求項６に記載の発明では、筒状とされた圧電素子は、圧電縦効果によって例えば軸方向（液滴吐出方向）に変形（圧縮／膨張）し、且つ、圧電横効果によって例えば内周面を内方／外方へ変形（縮径／拡径）させる。これにより、圧電素子の内部に設けられた圧力室内の液体が、圧電素子の内周面全面によって加圧されるようになり、圧力の発生効率を向上することができる。また、圧電素子を筒状とすることにより、圧電素子（圧力室）及びノズルを高密度に配置することができる。
【００２１】
請求項７に記載の発明は、請求項６記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記圧電素子の分極方向が圧電素子の内外方向とされていることを特徴としている。
【００２２】
請求項７に記載の発明では、筒状の圧電素子において、圧電素子の分極方向を圧電素子の内外方向とすることにより、圧電素子の圧電縦効果及び圧電横効果の変形が可能となる。
【００２３】
請求項８に記載の発明は、請求項６又は請求項７記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記圧電素子に駆動信号を印加するための正負電極の一方が圧電素子の内周面に、他方が圧電素子の外周面に設けられていることを特徴としている。
【００２４】
請求項８に記載の発明では、筒状の圧電素子において、圧電素子に駆動信号を印加するための正負電極の一方を圧電素子の内周面に、他方を圧電素子の外周面に設けることにより、圧電素子の分極方向を圧電素子の内外方向とすることができ、圧電素子の圧電縦効果及び圧電横効果の変形が可能となる。
【００２５】
請求項９に記載の発明は、請求項１〜請求項８の何れか１項記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記液体貯留室、前記供給路、前記圧力室、前記圧電素子、及び前記ノズルのうちの少なくとも２つ以上が異なる層に形成されていることを特徴としている。
【００２６】
請求項９に記載の発明では、液滴吐出ヘッドに設ける各部のうちの少なくとも２つ以上を異なる層に配置した場合、例えば各部を複数の構成部材（基板等）に振り分けて形成し、それらの複数の構成部材を積層することで液滴吐出ヘッドを製造することがでる。これにより、液滴吐出ヘッドの製造性が向上する。
【００２７】
請求項１０に記載の発明は、請求項１〜請求項９の何れか１項記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記圧電素子を備えるとともにその圧電素子の内部に前記圧力室が設けられる圧電素子基板と、前記ノズルが形成されたノズルプレートと、前記圧電素子基板と前記ノズルプレートの間に設けられ、前記圧力室と前記ノズルを連通させるための連通路、及び、前記圧電素子に駆動信号を供給するための配線パターンが形成された配線基板と、を有し、前記配線パターンが、前記圧電素子基板と前記配線基板の間、及び、前記配線基板と前記ノズルプレートの間の少なくとも一方に形成されていることを特徴としている。
【００２８】
請求項１０に記載の発明では、圧電素子基板とノズルプレートの間に、圧力室とノズルを連通させるための連通路、及び、圧電素子に駆動信号を供給するための配線パターンが形成された配線基板を設けることにより、圧力室とノズルの連通を妨げることなく、圧電素子基板とノズルプレートの間に上記の配線パターンを形成し、圧電素子に駆動信号を供給することができる。また、このような配線基板を用いることにより、例えばノズル及び圧電素子が高密度に配置される場合でも、駆動信号の供給路（配線パターン）を容易に確保及び形成することができる。
【００２９】
請求項１１に記載の発明は、請求項１０記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記ノズルプレートと前記配線基板とが一体化されていることを特徴としている。
【００３０】
請求項１１に記載の発明では、ノズルプレートと配線基板とを一体で形成することにより、ノズルプレートと配線基板の接合工程を省くことができて液滴吐出ヘッドの製造性が向上する。
【００３１】
請求項１２に記載の発明は、請求項１０又は請求項１１記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記配線基板における前記ノズルの近傍に、前記駆動信号を送信する駆動素子が形成されていることを特徴としている。
【００３２】
請求項１２に記載の発明では、駆動素子が配線基板の製造プロセスで配線パターン等とともに形成可能であるため、例えば、駆動用のパッケージＩＣ等を配線基板上に実装する工程が不要となり、製造性が向上する。また、圧電素子の駆動に伴って発熱する駆動素子が、ノズルから吐出されるインクの流れで冷却されるため、温度上昇による駆動素子の誤作動や液滴吐出記録ヘッドの加熱を抑えることができる。
【００３３】
請求項１３に記載の発明は、請求項１０〜請求項１２の何れか１項記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記配線パターンが前記圧電素子基板と前記配線基板の間に形成されてそれらに覆われるとともに、その配線パターンの一部が前記圧力室内に露出されていることを特徴としている。
【００３４】
請求項１３に記載の発明では、例えば、配線基板に実装された圧電素子駆動用のＩＣ（発熱部品）等が発熱した際に、その熱は配線パターンを伝導され、圧力室内の液体によって放熱されるため、発熱部品の冷却効果が高められる。
【００３５】
請求項１４に記載の発明は、請求項１３記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記圧電素子の前記内周面に設けられた前記正負電極の一方と、前記圧力室内に露出された前記配線パターンの一部とを電気的に接続させたコンタクト部が圧力室内に配置されていることを特徴としている。
【００３６】
請求項１４に記載の発明では、コンタクト部によって、圧電素子の内周面に設けた正負電極の一方と配線パターンとの電気的な接続を図りつつ、請求項１３に記載の発明のような、発熱部品に対する高い冷却効果を得ることができる。
【００３７】
請求項１５に記載の発明は、請求項１４記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記正負電極の一方、及び、前記コンタクト部が低透水性絶縁膜で被覆されていることを特徴としている。
【００３８】
請求項１５に記載の発明では、電極及びコンタクト部が低透水性膜によって液体から保護されるため、電極及びコンタクト部の腐食による断線等を防止することができる。
【００３９】
請求項１６に記載の発明は、請求項１〜請求項１５の何れか１項記載の液滴吐出ヘッドを備えることを特徴としている。
【００４０】
請求項１６に記載の発明では、液滴を吐出するために発生させる圧力の発生効率を向上することができる液滴吐出ヘッドを備えることで、液滴吐出装置の低消費電力化を図ることができる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明の液滴吐出ヘッドは上記構成としたので、液滴を吐出するため発生させる圧力の発生効率を向上することができる。また、本発明の液滴吐出装置はその液滴吐出ヘッドを備えることで低消費電力化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態に係るインクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置について説明する。
【００４３】
（第１の実施形態）
まず、図１を用いてインクジェット記録装置１００の概要を説明する。なお、記録媒体は記録紙Ｐとして説明する。また図１では、インクジェット記録装置１００における記録紙Ｐの搬送方向を副走査方向として矢印Ｓで表し、その搬送方向と直交する方向を主走査方向として矢印Ｍで表す。
【００４４】
図１に示されるように、本実施形態のインクジェット記録装置１００は、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの各インクジェット記録ユニット１３０（インクジェット記録ヘッド１０）を搭載するキャリッジ１１２を備えている。キャリッジ１１２は、記録紙Ｐの搬送方向上流側に一対のブラケット１１４が突設されており（図では片側のブラケット１１４のみを示している）、この一対のブラケット１１４にそれぞれ形成された円形孔には、主走査方向に架設されたシャフト１２０が挿通されている。
【００４５】
キャリッジ１１２に対し主走査方向の両端側には、主走査機構１１６を構成する駆動プーリー（図示省略）と従動プーリー（図示省略）が配設されている。これらの駆動プーリーと従動プーリーとに巻回されて、主走査方向に走行するタイミングベルト１２２の一部がキャリッジ１１２に固定されている。これにより、キャリッジ１１２は、駆動プーリーの回転駆動によってタイミングベルト１２２が主走査方向に走行すると、一対のブラケット１１４がシャフト１２０にガイドされて主走査方向に往復移動する。
【００４６】
インクジェット記録装置１００の前側下部には、画像印刷前の記録紙Ｐを束状にして収納しておく給紙トレイ１２６が設けられている。この給紙トレイ１２６の上方には、上記各色のインクジェット記録ユニット１３０によって画像が印刷された記録紙Ｐが排出される排紙トレイ１２８が設けられている。また、キャリッジ１１２及びシャフト１２０の下方には、給紙トレイ１２６から１枚ずつ給紙された記録紙Ｐを所定のピッチで副走査方向へ搬送する搬送ローラー及び排出ローラーからなる副走査機構１１８が設けられている。
【００４７】
その他、このインクジェット記録装置１００には、印刷時において各種設定を行うコントロールパネル１２４や、メンテナンスステーション（図示省略）等が設けられている。メンテナンスステーションは、キャップ部材、吸引ポンプ、ダミージェット受け、クリーニング機構等を含んで構成されており、吸引回復動作、ダミージェット動作、クリーニング動作等のメンテナンス動作を行うようになっている。
【００４８】
また、各色のインクジェット記録ユニット１３０は、図２及び図３に示されるインクジェット記録ヘッド１０と、それにインクを供給するインクタンク（図示省略）とが一体に構成されたものであり、インクジェット記録ヘッド１０の下面（インク吐出面）に形成された複数のノズル２２（図３参照）が、記録紙Ｐと対向するようにキャリッジ１１２上に搭載されている。これにより、インクジェット記録ヘッド１０が主走査機構１１６によって主走査方向に移動しながら、記録紙Ｐに対してノズル２２から選択的にインク滴を吐出することにより、所定のバンド領域に対して画像データに基づく画像の一部が記録される。
【００４９】
そして、主走査方向への１回の移動が終了すると、記録紙Ｐは、副走査機構１１８によって副走査方向に所定ピッチ搬送され、再びインクジェット記録ヘッド１０（インクジェット記録ユニット１３０）が主走査方向（前述とは反対方向）に移動しながら、次のバンド領域に対して画像データに基づく画像の一部が記録されるようになっており、このような動作を複数回繰り返すことによって、記録紙Ｐに画像データに基づく全体画像がフルカラーで記録される。
【００５０】
インクジェット記録装置１００は以上の構成とされており、次に、このインクジェット記録装置１００に搭載されたインクジェット記録ヘッド１０について詳細に説明する。
【００５１】
図２〜図４に示される本実施形態のインクジェット記録ヘッド１０は、図の下側からノズルプレート１２、プリント配線基板１４、圧電素子基板（アクチュエータプレート）１６、供給路プレート１８、及びインクプールプレート２０の順に積層され、各部材が互いに接合されて構成されている。
【００５２】
図４に示されるように、ノズルプレート１２には円形貫通孔からなる複数のノズル２２が形成されており、これらのノズル２２は所定の間隔でマトリックス状に配置されている。
【００５３】
プリント配線基板１４には、ノズルプレート１２の各ノズル２２と対応する位置に、ノズル径よりも少し大径の円形貫通孔からなる連通路２４がそれぞれ形成されている（図３（Ｂ）及び図６（Ｂ）参照）。プリント配線基板１４の上面には、各連通路２４と対応する位置に、円環状のコンタクト電極２６がそれぞれ形成されており、各コンタクト電極２６は、基板上面に形成された配線パターン２８を介して、基板上面の端部近傍に実装された駆動ＩＣ３０と電気的に接続されている。また、この駆動ＩＣ３０は、プリント配線基板１４上に形成されたコンタクト部３１を通して外部（ヘッド制御部）から制御信号（印字命令）が入力され、その制御信号に基づいて、以下に説明する圧電素子基板１６の各圧電素子３２に電気信号（駆動信号）を送信し、各圧電素子３２をそれぞれ所定のタイミングで駆動させる。
【００５４】
図５に示されるように、圧電素子基板１６は、上記の駆動ＩＣ３０によって個別に駆動される複数の圧電素子３２を備えている。これらの圧電素子３２は圧電素子基板１６の厚み方向に沿って貫通された円筒状とされ、内径が連通路２４よりも少し大径とされている（図３（Ｂ）及び図６（Ｂ）参照）。また、各圧電素子３２は、上記の各ノズル２２及び各連通路２４に対応してマトリックス状に配置されるとともに、下端部が薄肉のベース基板部３３に繋がれて一体化されている。
【００５５】
図６（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、圧電素子３２の外周面には、正極側の電極３４が外周面全面を被覆するよう形成されている。各圧電素子３２の電極３４は、ベース基板部３３の上面に形成された共通電極３６を介して互いに電気的に接続されており、共通電極３６は、図示しない配線パターンを介して駆動ＩＣ３０と電気的に接続されている。また、圧電素子３２の内周面には、負極側の電極３８が内周面全面を被覆するよう形成されており、各圧電素子３２の電極３８は、下端部をプリント配線基板１４上の各コンタクト電極２６に接触させて電気的に接続されている。
【００５６】
このように、この円筒状の圧電素子３２では、正電極（電極３８）を外周面に、負電極（電極３４）を内周面に設けていることにより、分極方向が圧電素子３２の内外方向となるよう、詳細には、圧電素子３２の外側から内側へ向かう方向となるよう構成されている。なお、この正負電極については、圧電素子３２の内外で逆に配置することも可能である。また、この圧電素子３２は、分極方向の側面（外側面）が壁部（ベース基板部３３）に繋がれた構造であることにより、所謂Wall型の圧電素子として構成さている。これにより、駆動ＩＣ３０からの電気信号が電極３４、３８間に配置された圧電素子３２に印加されると、圧電素子３２は後述する所定の変形動作を行う。
【００５７】
供給路プレート１８には、圧電素子基板１６の各圧電素子３２と対応する位置に、圧電素子３２の内径よりも少し小径の円形貫通孔からなる供給路４０がそれぞれ形成されている（図３（Ｂ）及び図６（Ｂ）参照）。供給路プレート１８の下面における各圧電素子３２との対応位置には、供給路４０を中心として圧電素子３２の外径と略同径の円形状に突出された突出部（厚肉部）４２がそれぞれ設けられ、これらの突出部４２は各圧電素子３２に強固に接合されている。また、各突出部４２はそれぞれ繋がれてその繋ぎ部（突出部４２の周囲）は供給路プレート本体及び突出部４２よりも薄肉とされており、この繋ぎ部によって低剛性のダンパ部４４が形成されている。
【００５８】
供給路プレート１８を圧電素子基板１６に積層すると、図６（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、円筒状の圧電素子３２の内部に圧力室４６が形成される。この圧力室４６は、上壁面４６Ａが突出部４２の下面（可動内壁面）によって形成され、周面状とされた内側壁面４６Ｂが、電極３８が被覆形成された圧電素子３２の内周面（変形部）によって形成されている。
【００５９】
図３（Ａ）及び図６（Ａ）に示されるように、インクプールプレート２０は、下面側に空洞部が形成されており、上面には、空洞部に連通されたインクインレット（インク供給路）４８が設けられている。このインクプールプレート２０を供給路プレート１８に積層すると、上記の空洞部によって供給路プレート１８との間にインクプール５０が形成される。また、供給路プレート１８のダンパ部４４は、インクプール５０の内壁の一部を構成する構成部位となっており、このインクプール５０には、外部（インクタンク）からインクインレット４８を通しインクが供給されて貯留される。
【００６０】
本実施形態のインクジェット記録ヘッド１０は以上の構成とされており、このインクジェット記録ヘッド１０では、上述したように、ノズル２２からインクプール５０までの各部（ノズル２２、連通路２４、圧力室４６（圧電素子３２）、供給路４０、及びインクプール５０）が、各構成部材によって層状に配置されている。
【００６１】
次に、上述した本実施形態のインクジェット記録ヘッド１０による印字（インク吐出）動作及び作用について説明する。
【００６２】
インクジェット記録ヘッド１０による印字では、まず、インクプール５０に貯留されたインクが供給路４０を通して圧力室４６に供給され、さらに、圧力室４６から連通路２４を通してノズル２２まで充填される。
【００６３】
ここで、圧電素子３２は、電極３４、３８間に電気信号が加えられないと、図７（Ａ）に示されるように、円筒状のまま形状が保たれる。また、印字命令によって電極３４、３８間に電気信号が加えられると、圧電素子３２は充電されて、図７（Ｂ）に示されるように、軸方向断面で見ると樽状に膨張するよう変形する。
【００６４】
本実施形態の圧電素子３２では、図７（Ｃ）に示されるように、分極方向に電気信号を加え、それと平行方向に歪みを生じさせる圧電縦効果（ｄ３３）により、矢印ｄ３３で示した径方向に膨張変形し、さらに、分極方向に電気信号を加え、それと垂直方向に歪みを生じさせる圧電横効果（ｄ３１）により、矢印ｄ３１（ａ）で示した軸方向に圧縮変形し、矢印ｄ３１（ｂ）で示した周方向に収縮変形する。このように、この円筒状の圧電素子３２は、圧電縦効果による径方向、圧電横効果による軸方向及び周方向の３方向に変形する。
【００６５】
ここで、圧電素子３２の圧電横効果による軸方向への圧縮変形により、圧電素子３２の上端面に接合された供給路プレート１８の突出部４２、すなわち圧力室４６の上壁面４６Ａがノズル２２側へ移動し（図７（Ｂ）の矢印Ａ）、圧力室４６内のインクを加圧し圧縮する。さらに、圧電素子３２の圧電縦効果による径方向への膨張変形と、圧電横効果による周方向への収縮変形とが合わされて、圧電素子３２の内周面（変形部）、すなわち圧力室４６の内側壁面４６Ｂが内方へ膨出し（図７（Ｂ）の矢印Ｂ）、圧力室４６内のインクを加圧し圧縮する。そして、これらの２つの変形動作による圧力室４６の２方向への変形によって加圧された圧力室４６内のインクは、連通路２４を介しノズル２２からインク滴として吐出される。
【００６６】
続いて、電極３４、３８間への電気信号の印加を停止し、圧電素子３２に蓄積された電荷を放電すると、圧電素子３２は、図７（Ｂ）の状態から図７（Ａ）に示される元の円筒形状に戻る。そしてこれに伴い、ノズル２２内に形成されたメニスカスの復帰力によって、吐出された分のインクがインクプール５０から供給路４０を通して圧力室４６内に補充される。
【００６７】
このインク吐出動作を繰り返すことにより、インクジェット記録ヘッド１０のノズル２２からインク滴が連続的に吐出されて、用紙等に印字される。
【００６８】
以上説明したように、本実施形態のインクジェット記録ヘッド１０では、インクプール５０から供給路４０を介して圧力室４６に供給されたインクを、ノズル２２からインク滴として吐出させるため、圧電素子３２の変形によって圧力室４６を変形させ、圧力室４６内のインクに圧力を加える構成であるが、この圧電素子３２は圧電縦効果及び圧電横効果の変形によって圧力室４６を２方向へ変形させるため、例えば圧電縦効果のみ、又は、圧電横効果のみの変形によって圧力室を変形させる場合に比べ、圧力の発生効率が向上する。
【００６９】
また、本実施形態では、圧力室４６の内側壁面４６Ｂを形成する圧電素子３２の変形部である内周面が、圧力室４６内のインクを直接的に加圧するため、インクに加えられる圧力の損失が小さくされ、圧電素子３２の変形によって発生された圧力がインクに効率よく伝達される。
【００７０】
また、本実施形態では、圧電素子３２の変形に伴って圧力室４６の上壁面４６Ａが移動し、圧力室４６内のインクを吐出方向（ノズル２２側）へ加圧／減圧する構成であり、これにより、圧力室４６のインク吐出方向への変形が可能となり、圧力の発生効率を向上することができている。また、この可動構造とした圧力室４６の上壁面４６Ａ（可動内壁面）を供給路プレート１８（突出部４２）によって形成していることにより、このような可動内壁面を形成するために専用のプレート等を設ける場合に比べて、インクジェット記録ヘッド１０を小型に構成できる。
【００７１】
また、本実施形態では、圧電素子３２を円筒状に形成してその内部に圧力室４６を設けていることにより、圧力室４６内のインクが、圧電素子３２の内周面全面（圧力室４６の内側壁面４６Ｂ）によって加圧されるようになり、圧力の発生効率を向上することができている。さらに、このような円筒状の圧電素子３２であれば、圧電素子３２（圧力室４６）及びノズル２２を高密度に配置することができるため、印字画像の高解像度化を実現できる。
【００７２】
また、本実施形態では、上述したインク吐出動作で圧電素子３２が高速駆動されるが、この高速駆動に伴い圧電素子３２及び圧力室４６の上壁面４６Ａ（突出部４２）が振動する際に、突出部４２同士を繋いで給路プレート本体よりも低剛性とされたダンパ部４４によってその振動が減衰される。これにより、隣接する圧電素子３２間での駆動動作の影響（クロストーク）を低減することができる。
【００７３】
また、このダンパ部４４はインクプール５０の内壁の一部を構成する構成部位であるため、インク滴を吐出するために圧力室４６で発生された圧力はダンパ部４４によって吸収される。これにより、インク滴吐出時に特定の圧力室４６で発生した圧力が供給路４０からインクプール５０へを伝わり、隣接する圧力室４６での圧力発生に及ぼす悪影響を改善することができる。したがって、インク吐出性能が安定する。
【００７４】
また、本実施形態では、インクジェット記録ヘッド１０に設ける各部（ノズル２２、連通路２４、圧力室４６（圧電素子３２）、供給路４０、及びインクプール５０）を異なる層に配置していることにより、それらの各部を複数の構成部材に振り分けて形成し、各構成部材を積層することでインクジェット記録ヘッド１０を製造することができる。これにより、インクジェット記録ヘッド１０の製造性が向上する。
【００７５】
また、本実施形態のインクジェット記録装置１００では、上記のインクジェット記録ヘッド１０を備えることで低消費電力化が図られる。
【００７６】
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、上述したインクジェット記録ヘッド１０に使用する圧電素子基板の変形例である。
【００７７】
図８（Ａ）に示されるように、本実施形態の圧電素子基板６０では、複数設けられた圧電素子６２が四角筒状に形成されている。この圧電素子６２も、第１の実施形態と同様に、ノズルプレート１２の各ノズル２２に対応してマトリックス状に配置されるとともに、下端部が薄肉のベース基板部６３に繋がれて一体化されている。また、図８（Ｂ）に示されるように、圧電素子６２の外周面には、正極側の電極３４が外周面全面を被覆するよう形成されており、内周面には、負極側の電極３８が内周面全面を被覆するよう形成されて、分極方向が圧電素子６２の内外方向（外側から内側へ向かう方向）となるよう構成されている。
【００７８】
そしてこの圧電素子６２も、電極３４、３８間に電気信号が加えられると、図８（Ｂ）に示されるように、圧電縦効果（ｄ３３）により、矢印ｄ３３で示した内外方向に膨張変形し、さらに、圧電横効果（ｄ３１）により、矢印ｄ３１（ａ）で示した軸方向に圧縮変形し、矢印ｄ３１（ｂ）で示した辺方向に収縮変形して、軸方向断面で見ると、図７（Ｂ）に示した矢印Ａ、Ｂ方向に変形する。
【００７９】
したがって、このような四角筒状の圧電素子６２の場合でも、圧電縦効果及び圧電横効果の各変形が合わせられ、圧力の発生効率を向上することができる。
【００８０】
また、このような四角筒状の場合、エッチング加工等を用いて一枚の基板に複数の圧電素子を配列形成する際に、円筒状等に比べて個々の圧電素子の形成が容易であり、且つ、より狭い間隔で配置することができる。これにより、第１及び第２の実施形態のように、複数の圧電素子をマトリックス状に配置した場合に、円筒状よりも四角筒状の圧電素子の方が無駄なスペースを生じさせることなくより高密度に配置することができ、更なるノズルの高密度化が可能となる。
【００８１】
（第３の実施形態）
第３の実施形態は、第１の実施形態で説明したインクジェット記録ヘッド１０において、プリント配線基板の構成を変更した変形例である。
【００８２】
図９に示されるように、本実施形態のインクジェット記録ヘッド７０は、第１の実施形態と同様に、ノズルプレート１２、プリント配線基板７２、圧電素子基板１６、供給路プレート１８、及びインクプールプレート２０が積層されて構成されている。
【００８３】
ここで、本実施形態のプリント配線基板７２の上面には、図１０に示されるように、圧電素子３２を駆動するための電気信号を送信する複数の駆動素子（ＩＣチップ）７４が形成されている。これらの駆動素子７４は、プリント配線基板７２の製造プロセスにおいて、配線パターン等とともに形成されたものであり、ノズルプレート１２の各ノズル２２に対応させた形成した各連通路２４の近傍に、すなわち各ノズル２２の近傍にそれぞれ配置されるとともに、基板上に形成された配線パターンを介して各コンタクト電極２６と電気的に接続されている。また、これらの駆動素子７４も、プリント配線基板７２の上面端部に形成されたコンタクト部７６を通して外部から制御信号が入力されると、その制御信号に基づいて、圧電素子基板１６の各圧電素子３２に電気信号を出力し、各圧電素子３２を駆動させる。
【００８４】
本実施形態のインクジェット記録ヘッド７０は以上の構成とされており、このインクジェット記録ヘッド７０では、第１の実施形態で説明したような駆動ＩＣ３０をプリント配線基板上に実装する工程が不要となるため、製造性が向上する。また、圧電素子３２の駆動に伴って発熱する駆動素子７４が、ノズル２２から吐出されるインクの流れで冷却されるため、温度上昇による駆動素子７４の誤作動やインクジェット記録ヘッド７０の加熱（熱ストレス）を抑えることができる。さらに、プリント配線基板７２上における圧電素子基板１６に覆われていない部分（露出部）では、配線パターン（電気配線）を低密度で配線することができるため、第１の実施形態の構成に比べ、電気的な信頼性を向上させることができる。
【００８５】
（第４の実施形態）
第４の実施形態は、第１の実施形態で説明したインクジェット記録ヘッド１０において、配線パターン等の構成を変更した変形例である。
【００８６】
図１１に示されるように、本実施形態のインクジェット記録ヘッド８０は、プリント配線基板８２に上面（圧電素子基板１６とプリント配線基板８２の間）に形成された配線パターン（コンタクト電極）８４が圧電素子基板１６に覆われるとともに、その一部が圧電素子３２の下端部から圧力室４６（連通路２４）側へ露出されている。この露出部が、圧電素子３２の内周面に形成された電極３８と電気的に接続されたコンタクト部８６とされている。また、ここでの電極３８は、コンタクト部８６から更に下方へ延長され、連通路２４の内周も被覆するよう形成されている。さらに、コンタクト部８６を含む電極３８の表面には、低透水性膜８８が形成されており、この低透水性膜８８によって、電極３８及びコンタクト部８６は被覆されている。
【００８７】
これにより、本実施形態のインクジェット記録ヘッド８０では、圧電素子３２の内周面に電極３８を設ける場合のその電極３８と配線パターン８４とを電気的に接続することができる。また、駆動ＩＣ３０が発熱した際に、その熱は配線パターン８４を伝導され、圧力室４６から連通路２４へ流れるインクによって放熱されるため、駆動ＩＣ３０の冷却効果が高まる。また、電極３８及びコンタクト部８６は低透水性膜８８によってインクから保護されるため、インクの電気分解や、電極３８及びコンタクト部８６の腐食による断線等を防止することができ、信頼性を向上することができる。
【００８８】
（第５の実施形態）
第５の実施形態は、上述した第４の実施形態に係るインクジェット記録ヘッド８０において、更に配線パターンの構成を変更した変形例である。
【００８９】
図１２に示されるように、本実施形態のインクジェット記録ヘッド９０は、プリント配線基板９２の上面には配線パターンが形成されておらず、配線パターン９４はプリント配線基板９２の下面に、すなわちノズルプレート１２とプリント配線基板９２の間に形成されている。また、上述した、圧電素子３２の内周面から連通路２４の内周面まで延長形成された電極３８の下端部が、配線パターン９４とのコンタクト部９６とされている。また、本実施形態も、コンタクト部９６を含む電極３８の表面に低透水性膜８８が形成され、低透水性膜８８によって電極３８及びコンタクト部９６が被覆されている。
【００９０】
このように、配線パターン９４をノズルプレート１２とプリント配線基板９２の間に形成した場合には、第１〜第４の実施形態のように圧電素子３２及びコンタクト電極２６等が多数配置されるプリント配線基板９２の上面側（圧電素子基板１６とプリント配線基板９２の間）に配線パターンを形成するよりも、パターンの配線可能領域、及び、配線自由度が向上する。これにより、多くの配線パターンを容易に形成できるようになり、ノズルの更なる高密度化が可能となる。また、本実施形態の場合も、電極３８及びコンタクト部８６は低透水性膜８８によってインクから保護されるため、信頼性が向上する。
【００９１】
以上、本発明を上述した第１〜第５の実施形態により詳細に説明したが、本発明はそれらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の形態が実施可能である。
【００９２】
例えば、上述した実施形態の形態では、ノズルプレート１２とプリント配線基板１４、７２、８２、９２とを別体としているが、これらを一体化することも可能である。その場合には、ノズルプレートとプリント配線基板の接合工程を省くことができてインクジェット記録ヘッドの製造性が向上する。
【００９３】
また、本発明は、上述したインクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置に限らず、半導体等のパターン形成のために液滴を吐出するパターン形成装置等に使用される他の液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの外観を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの外観を示す斜視図である。
【図３】（Ａ）は図２のインクジェット記録ヘッドの外観とその内部構成を部分破断にて示す斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の３Ｂ部を拡大した斜視図である。
【図４】図２のインクジェット記録ヘッドの分解状態を示す分解斜視図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る圧電素子基板の外観を示す斜視図である。
【図６】図２のインクジェット記録ヘッドの断面を示し、（Ａ）は図３（Ａ）の６Ａ−６Ａ線断面図、（Ｂ）は（Ａ）の６Ｂ部を拡大した断面図である。
【図７】（Ａ）は本発明の第１の実施形態に係る圧電素子及び圧力室の未変形状態を示す断面図、（Ｂ）は変形状態を示す断面図、（Ｃ）は圧電素子の変形方向を示す拡大斜視図である。
【図８】（Ａ）は本発明の第２の実施形態に係る圧電素子基板の外観を示す斜視図、（Ｂ）は圧電素子の変形方向を示す拡大斜視図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの外観を示す斜視図である。
【図１０】図９のインクジェット記録ヘッドの分解状態を示す分解斜視図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの圧電素子付近を示す断面図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの圧電素子付近を示す断面図である。
【符号の説明】
【００９５】
１０   インクジェット記録ヘッド（液滴吐出ヘッド）
１２   ノズルプレート
１４   プリント配線基板
１６   圧電素子基板
１８   供給路プレート
２０   インクプールプレート
２２   ノズル
２４   連通路
２８   配線パターン
３２   圧電素子
３４   電極
３８   電極
４０   供給路
４２   突出部
４４   ダンパ部
４６   圧力室
４６Ａ 上壁面
４６Ｂ 内側壁面
５０   インクプール
６０   圧電素子基板
６２   圧電素子
７０   インクジェット記録ヘッド
７２   プリント配線基板
７４   駆動素子
７６   コンタクト部
８０   インクジェット記録ヘッド
８２   プリント配線基板
８４   配線パターン
８６   コンタクト部
８８   低透水性膜
９０   インクジェット記録ヘッド
９２   プリント配線基板
９４   配線パターン
９６   コンタクト部
１００ インクジェット記録装置（液滴吐出装置）
【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】
2006263997.tif 000009
【図８】
2006263997.tif 000010
【図９】
2006263997.tif 000011
【図１０】
2006263997.tif 000012
【図１１】
2006263997.tif 000013
【図１２】
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