(57)【要約】【課題】円筒形圧電素子のノーマル変形によってインク等液体を加圧するグールドタイプの液体吐出ヘッドのマルチノズル化を促進する。【解決手段】ノーマル変形によって筒状加圧室２を加圧する圧電素子層７は、筒状加圧室２の上部の半円筒状に湾曲した内壁面３に沿って形成された湾曲部を有し、該湾曲部のノーマル変形によって筒状加圧室２を加圧する。筒状加圧室２の下部は、ベースプレート１の表面による平面部となっているため、ベースプレート１上にフォトリソグラフィー技術によって柱状型を形成し、その上に金属層４や下地層５を積層し、さらに圧電素子層７を真空成膜等によって積層することによって、複数の筒状加圧室２を高密度に一括して製作することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ溝を備えた複数の圧電素子と、該複数の圧電素子を支持するベースプレートと、を有し、前記複数の圧電素子の前記溝と前記ベースプレートとによって筒状加圧室が複数形成されており、前記圧電素子の変形によって前記筒状加圧室内の液体を加圧し、前記筒状加圧室に連通する吐出口から液体を吐出することを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記筒状加圧室の径方向および周方向に関する前記圧電素子の寸法変化によって前記筒状加圧室の液体を加圧し、前記吐出口から液体を吐出する請求項１記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記圧電素子は、前記筒状加圧室の径方向に分極していることを特徴とする請求項１記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
圧電素子の変形によって筒状加圧室内の液体を加圧し、前記筒状加圧室に連通する吐出口から液体を吐出する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
ベースプレート上に前記筒状加圧室の形状を有する型を形成する工程と、
前記型の上に圧電材を積層することにより、溝を有する前記圧電素子を形成する工程と、
前記型を除去することにより、前記ベースプレートと前記溝とによって形成される前記筒状加圧室を形成する工程と、
を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記圧電材を積層する工程において、真空成膜によって前記圧電材を積層することを特徴とする請求項４記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項６】
請求項１記載の液体吐出ヘッドを搭載し、前記液体吐出ヘッドから吐出される液体によって被記録媒体に記録を行うことを特徴とする記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットプリンタ等の記録装置において、インク等の液滴を発生するための液体吐出ヘッドおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
なお「記録装置」とは、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の被記録媒体に対し記録を行う、プリンタ、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有するワードプロセッサ等の装置、さらには各種処理装置と複合的に組み合わせた産業用記録装置を含むものである。
【０００３】
また、「記録」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を被記録媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を付与することをも意味するものである。
【背景技術】
【０００４】
電気信号により作動する圧電性のトランスデューサ（電気−機械変換素子）を有するインクジェットプリンタ等に用いるプリントヘッド、詳しくはドロップ−オン−デマンド（ｄｒｏｐ−ｏｎ−ｄｅｍａｎｄ）型の液体吐出ヘッドは当該分野においてはよく知られている。なかでも典型的なものは、インクチャンバ（加圧室）に機械的に接続されたトランスデューサを有し、このトランスデューサに電気信号が加えられると、インクチャンバ内またはそれに対してトランスデューサの形状または寸法が変化し、それにより、オリフィス（ノズル）からインク（液滴）が吐出される。
【０００５】
このような圧電方式の液体吐出ヘッドにはいくつかの種類があるが、特許文献１に開示されているグールドタイプと呼ばれている円筒形圧電素子を用いる液体吐出ヘッドにおいては、インクチャンバ内またはそれに対するトランスデューサの形状または寸法の変化は、圧電素子の円筒壁の圧縮や膨張によるノーマルモードの変形（ノーマル変形）によってなされる。
【０００６】
一般にノーマルモードの変形は、剪断によるシェアモードの変形に比べて、電気−機械変換効率が高く、しかも、グールドタイプの液体吐出ヘッドでは、径方向振動モード（ｄ33モード）と周方向振動モード（ｄ31モード）による両方の変形がインクチャンバの形状または寸法の変化に寄与している。
【０００７】
このため、グールドタイプの液体吐出ヘッドは極めてエネルギー効率のよいヘッドになっている。
【特許文献１】特開平９−２４６１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記従来技術によるグールドタイプの液体吐出ヘッドは、円筒形圧電素子を個別に製作して組み合わせる構成であるため、ノズル数を増やしていくことが非常に困難となっており、マルチノズルで実用化されたヘッドは、せいぜい１０ノズル程度までとなっている。
【０００９】
また、このような組み合わせによるマルチノズルヘッドは、全体寸法が大きく、その結果、密に充填されたアレイに一体に配置することができない。このため、得られる出力ドットの密度が減少し、これが、例えばプリンタの印字の鮮明度を減らすことになる。
【００１０】
さらに、このような組み合わせによるマルチノズルヘッドに関するもう１つの問題点は、デバイス内に多くの部品が存在することによってコストが増え、また、製造が困難になるという点である。
【００１１】
本発明は上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、エネルギー効率の高いグールドタイプの液体吐出ヘッドであって、しかもマルチノズル化が容易であり、記録装置の小型化、高密度化および低価格化に大きく貢献できる液体吐出ヘッドおよびその製造方法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】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の液体吐出ヘッドは、それぞれ溝を備えた複数の圧電素子と、該複数の圧電素子を支持するベースプレートと、を有し、前記複数の圧電素子の前記溝と前記ベースプレートとによって筒状加圧室が複数形成されており、前記圧電素子の変形によって前記筒状加圧室内の液体を加圧し、前記筒状加圧室に連通する吐出口から液体を吐出することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の記録装置は、請求項１記載の液体吐出ヘッドを搭載し、前記液体吐出ヘッドから吐出される液体によって被記録媒体に記録を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
電気−機械変換効率の高いノーマル変形を行う円筒形圧電素子を、フォトリソグラフィー技術を用いてベースプレート上に高密度で一括して形成することができるため、円筒形圧電素子を個別に製作して、マニホルド等に組み付ける場合に比べて、グールドタイプの液体吐出ヘッドのマルチノズル化を低価格で実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１に示すように、平板状のベースプレート１上に配列された複数の筒状加圧室２を有し、筒状加圧室２を構成する半円筒状または略円筒状の溝の内壁面３を形成する金属層４上には、下地層５、接地側電極層６、圧電素子層７および駆動側電極層８が積層され、各筒状加圧室２を加圧するための圧電素子が形成されている。圧電素子層７に筒状加圧室２の軸に対して略放射方向の電界を印加し、圧電素子層７の各湾曲部にｄ31、ｄ33モードのノーマル変形を発生させることで、筒状加圧室２内のインク等液体を加圧し、筒状加圧室２に連通して配設された、図示しない吐出手段であるノズルから液滴を噴射する。
【００１６】
筒状加圧室２を筒状形成する壁の一部、多くとも半周以下は、圧電素子層７に電界を印加した時においても変形しないベースプレート１の表面の一部による固定壁であり、ベースプレート１は隣接する筒状加圧室２との共通部材となっている。
【００１７】
筒状加圧室２は、ベースプレート１上に柱状の型を形成し、この型上に金属層４、下地層５、圧電素子層７等を成膜することによって形成される。特に圧電素子層７は、真空成膜によって成膜するのが望ましい。
【００１８】
（実施例）
図１は、一実施例による液体吐出ヘッドの吐出駆動部の断面構成を示すもので、ベースプレート１上に、一般的にインクチャンネルと呼ばれる半円筒状または略円筒状の筒状加圧室２を有し、各筒状加圧室２の、軸方向の一端には、インク等液体を吐出して被記録媒体に記録を行うための図示しない吐出口（ノズル）が形成され、また、筒状加圧室２の軸方向の他端には、図示しないインクタンク等液体供給手段に連通する液体供給室が接続されている。
【００１９】
すなわち、ベースプレート１の直上に、筒状加圧室２の湾曲した内壁面３を形成するＮｉなどによる金属層４が設けられ、その上にＭｇＯからなる下地層５、Ｐｔからなる格子間距離バッファ層を兼ねた接地側電極層６が配設される。これらの層は後述するＰＺＴの結晶性を向上するために設けてある。
【００２０】
接地側電極層６上に圧電材であるＰＺＴからなる圧電素子層７が形成され、さらにその上には、Ａｕからなる駆動側電極層８が形成されている。この駆動側電極層８は分離帯９によって各筒状加圧室２ごとに分割され、個別の圧電素子を構成して駆動ドライバに接続されているため、個々のノズルからのインク等液滴の吐出を制御することができ、ドロップ−オン−デマンドの記録を可能としている。
【００２１】
図２は、単一の筒状加圧室２に電界を印加した際の、圧電素子層７の機械的な動きを説明するもので、あらかじめ２つの電極層６、８の間に電圧を加え、圧電素子層７に矢印Ｒ1 で示す方向にポーリング（径方向分極）を与えておく。
【００２２】
インク等液滴の吐出時には、駆動側電極層８に正の電圧を印加すると、圧電素子層７の各湾曲部にはポーリングの向きと平行な径方向の電界が与えられるので、ノーマルモードで振動する。このときポーリングの方向と電界の方向は同一なので、圧電素子層７はｄ33モードの変形を起こし、矢印Ｒ2 で示すように厚み（径方向の寸法）を増し、筒状加圧室２内のインク等液体を加圧する方向に動く。同時にｄ31モードの変形により、矢印Ｒ3 で示す周方向への収縮が発生し、その結果、筒状加圧室２が破線で示すように大きく収縮し、内部のインク等液体を加圧する作用を促進する。
【００２３】
このようにｄ31とｄ33両モードの変形を有効に加圧作用に変換できるので、エネルギー効率のよい液滴吐出を行うことができる。
【００２４】
図３は、上記の液体吐出ヘッドを製造する方法を示すもので、まず、（ａ）に示すように、各ノズルの共通のベースプレート１上に光感光性レジスト１２を塗布する。これに、マスク１３を介して筒状加圧室２のパターンを露光する。次にエッチングを行い未露光部分のレジストを除去する。このようにして、図３の（ｂ）に示すように、各ノズルの共通のベースプレート１上に筒状加圧室２の形状を有する型である柱状型１４をフォトリソグラフィー技術を用いて形成する。前記のエッチングは、柱状型１４が図示したようななだらかな形状になるように、オーバーエッチングを行う。
【００２５】
次いで、図３の（ｃ）に示すように、柱状型１４上にＮｉをメッキして筒状加圧室２の内壁面３を構成する金属層４を形成し、柱状型１４を溶出することによって、筒状加圧室２を形成する。
【００２６】
次に、図３の（ｄ）に示すように、金属層４上にＭｇＯの下地層５、Ｐｔからなる格子間距離バッファ層を兼ねる接地側電極層６、ＰＺＴ材からなる圧電素子層７を真空成膜法により順次形成する。
【００２７】
さらに圧電素子層７上には、図３の（ｅ）に示すように、Ａｕからなる駆動側電極層８を真空成膜法により形成する。形成された駆動側電極層８には、レーザアブレーションＬにより、図３の（ｆ）に示すように、分離帯９が形成され、各筒状加圧室２ごとに分割され、それぞれ、図示しない圧電素子の駆動ドライバに接続させる。
【００２８】
上述した圧電材料のポーリング方向または電圧極性は逆であってもかまわない。また、筒状加圧室および圧電素子層の材料、形状、寸法等は、目的とするトランスデューサの動作を達成するために任意に変更自在である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】一実施例による液体吐出ヘッドの構成を説明するものである。
【図２】単一の筒状加圧室に電界を印加した際の、圧電素子の動作を示す図である。
【図３】液体吐出ヘッドの製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
【００３０】
１    ベースプレート
２    筒状加圧室
３    内壁面
４    金属層
５    下地層
６    接地側電極層
７    圧電素子層
８    駆動側電極層
１４    柱状型
【図１】
2006159591.tif 000003
【図２】
2006159591.tif 000004
【図３】
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