(57)【要約】  圧力室１１３ｃと圧電素子１１４ｂとを備えるインクジェットヘッドであって、圧力室の上下方向に略直交する断面形状は、インク供給側に形成された円弧状側壁部ｃ１と、インク供給側と反対側となるほど幅が次第に狭くなるように形成された直線状側壁部ｃ２とを有してなり、圧電素子は、変位部ｂ１と電極接続部ｂ２とを有し、変位部の上下方向に略直交する断面形状は、円弧状側壁部の内側に円弧状側壁部よりも上下方向に略直交する断面の寸法が小さい円弧状部ｂ１１と、直線状側壁部の内側に直線状側壁部よりも上下方向に略直交する断面の寸法が小さい直線状部ｂ１２とを有してなり、電極接続部は、直線状部の円弧状部と反対側に連続して、圧力室の側壁部と上下方向に重なるように設けられている。
2014083971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出するノズル孔と、
前記ノズル孔に連通して設けられた圧力室と、
前記圧力室の前記ノズル孔と反対側に設けられ、前記圧力室の内部に圧力変化を生じさせる圧電素子と、を備えるインクジェットヘッドであって、
前記圧力室の当該圧力室及び前記圧電素子の並び方向に略直交する断面形状は、当該圧力室に対して液体が供給される供給側が略円弧状に形成された円弧状側壁部と、前記円弧状側壁部の前記供給側と反対側の二つの端部に連続し、前記供給側と反対側となるほど幅が次第に狭くなるように形成された直線状側壁部とを有してなり、
前記圧電素子は、変位により圧力室の内部に圧力変化を生じさせる変位部と、当該圧電素子と電極とを電気的に接続する電極接続部と、を有し、
前記変位部の前記並び方向に略直交する断面形状は、前記円弧状側壁部の前記並び方向に視て内側に当該円弧状側壁部と略等しい形状に形成され、前記円弧状側壁部よりも前記並び方向に略直交する断面の寸法が小さい円弧状部と、前記円弧状部に連続して形成されるとともに前記直線状側壁部の前記並び方向に視て内側に当該直線状側壁部と略等しい形状に形成され、前記直線状側壁部よりも前記並び方向に略直交する断面の寸法が小さい直線状部とを有してなり、
前記電極接続部は、前記直線状部の前記円弧状部と反対側に連続して、前記圧力室の側壁部と前記並び方向に重なるように設けられていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記圧電素子の前記圧力室と反対側に、当該圧電素子を変位させる際に電圧が印加される電極部が設けられ、
前記電極部は、前記圧電素子と略等しい形状に形成されてなることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記電極部の寸法は、
前記圧電素子の寸法と略等しいか、或いは、この寸法よりも小さくされてなることを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記電極接続部は、
前記電極と電気的に接続される接続部本体部と、前記接続部本体部及び前記変位部を繋ぐように連続して設けられた連接部と、を有し、
前記連接部が、前記直線状側壁部と前記並び方向に重なるように設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記連接部の前記並び方向に略直交する方向の幅は、前記接続部本体部の前記並び方向に略直交する方向の幅と略等しいか、或いは、この幅よりも小さくされてなることを特徴とする請求項４に記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
前記圧電素子は、前記並び方向の厚さが１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項７】
前記円弧状側壁部の前記直線状側壁部と反対側に連続して設けられ、前記圧力室に供給される液体の流路をなす供給路部を更に備え、
前記供給路部は、前記圧力室よりも前記並び方向に略直交する方向の幅が狭く形成されるとともに、前記直線状側壁部の前記円弧状側壁部と反対側の端部と前記圧力室の中心を通る直線に対して所定の範囲内の角度で交わるように配設されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項８】
前記ノズル孔は、前記直線状側壁部の前記供給側と反対側に連通されていることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載のインクジェットヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、インクジェット記録装置により画像形成される画像の高精度化、印刷速度の高速度化の要望に応えるため、複数のインクジェットヘッドを千鳥格子状に配置したラインヘッドを用いて記録媒体の搬送のみで描画をおこなう１パス描画方式が提案されている。このようなラインヘッドを構成するインクジェットヘッドにおいて、インクを吐出するチャネルを小型化して二次元に高密度に配置する手法として、複数のチャネルを千鳥格子状に配置する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、小型のチャネルにおける圧電素子の上部の電極の取り出しの形態として圧力室に圧電素子が跨がるように引き出される形態が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２２９１１５号公報
【特許文献２】特開２００２−２４８７６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献２の場合、圧電素子と電極との接続部分が圧力室の側壁上に設けられているため、圧電素子と電極とを接続するために加えられる圧力に対する耐性を向上させる利点がある一方で、圧電素子の変位が阻害されたり、当該圧電素子の駆動によって変位部分と接続部分との境界周辺に応力が集中して疲労により破壊されてしまう虞がある。【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、圧電素子の疲労による破壊を抑制しつつ、当該圧電素子の駆動効率の向上を図ることができるインクジェットヘッドの提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
液滴を吐出するノズル孔と、
前記ノズル孔に連通して設けられた圧力室と、
前記圧力室の前記ノズル孔と反対側に設けられ、前記圧力室の内部に圧力変化を生じさせる圧電素子と、を備えるインクジェットヘッドであって、
前記圧力室の当該圧力室及び前記圧電素子の並び方向に略直交する断面形状は、当該圧力室に対して液体が供給される供給側が略円弧状に形成された円弧状側壁部と、前記円弧状側壁部の前記供給側と反対側の二つの端部に連続し、前記供給側と反対側となるほど幅が次第に狭くなるように形成された直線状側壁部とを有してなり、
前記圧電素子は、変位により圧力室の内部に圧力変化を生じさせる変位部と、当該圧電素子と電極とを電気的に接続する電極接続部と、を有し、
前記変位部の前記並び方向に略直交する断面形状は、前記円弧状側壁部の前記並び方向に視て内側に当該円弧状側壁部と略等しい形状に形成され、前記円弧状側壁部よりも前記並び方向に略直交する断面の寸法が小さい円弧状部と、前記円弧状部に連続して形成されるとともに前記直線状側壁部の前記並び方向に視て内側に当該直線状側壁部と略等しい形状に形成され、前記直線状側壁部よりも前記並び方向に略直交する断面の寸法が小さい直線状部とを有してなり、
前記電極接続部は、前記直線状部の前記円弧状部と反対側に連続して、前記圧力室の側壁部と前記並び方向に重なるように設けられていることを特徴としている。【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記圧電素子の前記圧力室と反対側に、当該圧電素子を変位させる際に電圧が印加される電極部が設けられ、
前記電極部は、前記圧電素子と略等しい形状に形成されてなることを特徴としている。【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記電極部の寸法は、
前記圧電素子の寸法と略等しいか、或いは、この寸法よりも小さくされてなることを特徴としている。【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記電極接続部は、
前記電極と電気的に接続される接続部本体部と、前記接続部本体部及び前記変位部を繋ぐように連続して設けられた連接部と、を有し、
前記連接部が、前記直線状側壁部と前記並び方向に重なるように設けられていることを特徴としている。【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記連接部の前記並び方向に略直交する方向の幅は、前記接続部本体部の前記並び方向に略直交する方向の幅と略等しいか、或いは、この幅よりも小さくされてなることを特徴としている。【００１１】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の何れか一項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記圧電素子は、前記並び方向の厚さが１００μｍ以下であることを特徴としている。【００１２】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６の何れか一項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記円弧状側壁部の前記直線状側壁部と反対側に連続して設けられ、前記圧力室に供給される液体の流路をなす供給路部を更に備え、
前記供給路部は、前記圧力室よりも前記並び方向に略直交する方向の幅が狭く形成されるとともに、前記直線状側壁部の前記円弧状側壁部と反対側の端部と前記圧力室の中心を通る直線に対して所定の範囲内の角度で交わるように配設されていることを特徴としている。【００１３】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７の何れか一項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記ノズル孔は、前記直線状側壁部の前記供給側と反対側に連通されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、圧電素子の疲労による破壊を抑制しつつ、当該圧電素子の駆動効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明を適用した一実施形態のインクジェット記録装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】インクジェット記録装置に備わるラインヘッドの概略構成を示す斜視図である。
【図３Ａ】ラインヘッドを構成するインクジェットヘッドの概略構成を示す斜視図である。
【図３Ｂ】ラインヘッドを構成するインクジェットヘッドの概略構成を示す斜視図である。
【図４】インクジェットヘッドの内部構成を模式的に示す図である。
【図５】インクジェットヘッドに備わるヘッドチップの概略構成を示す部分断面図である。
【図６】ヘッドチップを構成するノズル、圧電素子及び圧力室の配置を模式的に示す平面図である。
【図７Ａ】圧電素子及び圧力室の形状の一例を模式的に示す図である。
【図７Ｂ】圧電素子及び圧力室の形状の一例を模式的に示す図である。
【図７Ｃ】圧電素子及び圧力室の形状の一例を模式的に示す図である。
【図７Ｄ】圧電素子及び圧力室の形状の一例を模式的に示す図である。
【図８】圧電素子及び圧力室の形状の一例に係る駆動電圧及び応力を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明を適用した一実施形態のインクジェット記録装置１００の概略構成を示す斜視図である。
【００１７】
図１に示すように、インクジェット記録装置１００は、記録媒体Ｍを支持するプラテン１と、このプラテン１の前後に設けられ、記録媒体Ｍを搬送するための搬送ローラ２と、プラテン１の上方に設けられた所定数（例えば、４つ）のラインヘッド３、４、５、６とを備えている。
以下の説明では、記録媒体Ｍの搬送方向を前後方向（若しくは、Ｙ方向）とし、当該前後方向に直交する一の方向を左右方向（若しくは、Ｘ方向）とし、前後方向及び左右方向に直交する方向を上下方向とする。
【００１８】
ラインヘッド３、４、５、６は、それぞれ左右方向に延在する長尺な形状をなしている。また、ラインヘッド３、４、５、６は、搬送方向の上流側から下流側に所定間隔を空けて配設されている。
そして、インクジェット記録装置１００は、プラテン１に支持された状態の記録媒体Ｍを搬送ローラ２の駆動により搬送方向に搬送し、このとき、ラインヘッド３、４、５、６からＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの各プロセスカラーのインクを記録媒体Ｍに向けて吐出するようになっている。
なお、各ラインヘッド３、４、５、６は、吐出するインクの色が異なる以外の点で略同様の構成をなし、これらのうちのラインヘッド３を代表として詳細に説明する。
【００１９】
図２は、ラインヘッド３の概略構成を示す斜視図である。
図２に示すように、ラインヘッド３は、左右方向に沿って配設された所定数（例えば、３つ）のインクジェットヘッド１０と、これらのインクジェットヘッド１０を支持するフレーム部（支持体）２０とを備えている。
【００２０】
フレーム部２０は、左右方向に長尺な部材であり、下向きに開口した箱型に形成されている。また、フレーム部２０の前面部２１及び後面部の所定位置には、インクジェットヘッド１０の筐体３０の前面側及び後面側の突起部ａ１、ａ２と係合する溝部２２が所定数（例えば、各面部に６つずつ）形成されている。
【００２１】
溝部２２は、前面側の突起部ａ１どうし及び後面側の突起部ａ２どうしの間隔に対応させて所定間隔を空けて複数形成されている。
また、各溝部２２は、前面部２１及び後面部の各々の下端から切り欠かれてなり、前後方向に見て略直角に屈曲した形状をなしている。また、各溝部２２の最奥部が下側に凸の円弧状に湾曲してなり、当該円弧状の部分に円柱状の突起部ａ１、ａ２が載置されるようになっている。
なお、図２等にあっては、前面部２１に設けられた溝部２２のみを図示している。
【００２２】
また、フレーム部２０の上面部には、各インクジェットヘッド１０に対応させて開口部がそれぞれ形成され、この開口部にインクジェットヘッド１０を構成する供給用コネクタ１５、排出用コネクタ１６及び電装コネクタ１９（後述）等が挿通されている。
【００２３】
以下に、インクジェットヘッド１０について詳細に説明する。
図３Ａ及び図３Ｂは、インクジェットヘッド１０の概略構成を示す斜視図である。また、図４は、インクジェットヘッド１０の内部構成を模式的に示す図である。
【００２４】
図３Ａ及び図３Ｂ並びに図４に示すように、インクジェットヘッド１０は、所定数（例えば、６つ）のヘッドチップ１１を保持する保持板１２と、各ヘッドチップ１１にインクを供給するために共通化されたインク室１３と、このインク室１３と供給パイプ１４を介して連通された供給用コネクタ１５及び排出用コネクタ１６と、ヘッドチップ１１の圧電素子１１４ｂ（後述）の駆動を制御するためのＩＣ基板１７と、このＩＣ基板１７と中継基板１８ａ及びコネクタ基板１８ｂを介して接続されるとともに記録装置本体側の制御基板（図示略）と接続される電装コネクタ１９と、これらのヘッド構成部品が内側に配置された筐体３０とを備えている。
【００２５】
供給用コネクタ１５、ＩＣ基板１７及び電装コネクタ１９は、後述するように、保持板１２の前側及び後側の各々にそれぞれ配設された３つのヘッドチップ１１、…に対応させるように二つずつ設けられている。
【００２６】
保持板１２は、筐体３０の下端部に取り付け固定されている。
また、保持板１２には、所定数（例えば、６つ）の略等しい形状及び寸法のノズル基板１１１を具備するヘッドチップ１１、…が左右方向に沿って千鳥状に配設されている。即ち、保持板１２の前側及び後側の各々には、ヘッドチップ１１が３つずつ所定の等しい間隔を空けて配設され、前側の３つのヘッドチップ１１、…と後側の３つのヘッドチップ１１、…とは、一のヘッドチップ１１の左右方向の幅の分だけ左右方向にずれて配置されている。また、保持板１２は、所定数（例えば、６つ）のヘッドチップ１１、…の配置に対応させて段付き形状に形成されている。
【００２７】
ヘッドチップ１１は、複数のノズル１１１ａ、…を備えた板状の部材である。
以下に、ヘッドチップ１１について詳細に説明する。
図５は、ヘッドチップ１１の概略構成を示す部分断面図であり、一個のノズル１１１ａに係る構成要素のみを図示している。また、図６は、ノズル１１１ａ、圧電素子１１４ｂ及び圧力室１１３ｃの配置を模式的に示す平面図である。
【００２８】
図５に示すように、ヘッドチップ１１は、ノズル基板１１１、中間基板１１２、圧力室基板１１３、第一接着層１１４、配線層１１５及び第二接着層１１６が、この順で積層されて構成されている。
【００２９】
ノズル基板１１１は、シリコン製の基板であり、ヘッドチップ１１の最下層に位置している。このノズル基板１１１には、複数のノズル１１１ａ、…が形成されている。
ノズル１１１ａは、例えば、略マトリクス状となるようにノズル面に配列されている。
【００３０】
中間基板１１２は、ガラス製の基板であり、ノズル基板１１１の上面に積層され、接合されている。中間基板１１２には、ノズル基板１１１のノズル１１１ａと連通する貫通孔１１２ａが形成されている。
【００３１】
圧力室基板１１３は、圧力室層１１３ａと振動板１１３ｂとから構成されている。
圧力室層１１３ａは、シリコン製の基板であり、中間基板１１２の上面に積層され、接合されている。圧力室層１１３ａには、ノズル１１１ａから吐出されるインクに吐出圧力を付与する圧力室１１３ｃが、当該圧力室層１１３ａを貫通するように形成されている。
【００３２】
圧力室１１３ｃは、貫通孔１１２ａ及びノズル１１１ａの上方に設けられ、これら貫通孔１１２ａ及びノズル１１１ａと連通している。また、圧力室層１１３ａには、当該圧力室に供給されるインクの流路をなす連通孔１１３ｄが水平方向に延在するように形成されている。
【００３３】
ここで、圧力室１１３ｃ及び連通孔１１３ｄの構成について詳細に説明する。
圧力室１１３ｃは、圧電素子１１４ｂの駆動に伴う振動板１１３ｂの変形により変位して、ノズル１１１ａから吐出されるインクに吐出圧力を付与する。具体的には、図６に示すように、圧力室１１３ｃは、側壁部が平面視にて略円弧状に形成された円弧状側壁部ｃ１と、側壁部が平面視にて略直線状に形成された直線状側壁部ｃ２とを有している。
【００３４】
円弧状側壁部ｃ１は、圧力室１１３ｃのインクが供給される供給側に設けられている。即ち、円弧状側壁部ｃ１は、圧力室１１３ｃに供給されるインクの流路をなす連通孔（供給路部）１１３ｄのインク供給方向の下流側の端部に連続して形成されている。また、円弧状側壁部ｃ１の上下方向（圧力室及び圧電素子の並び方向）に略直交する断面が略半円形状に形成されている。
また、円弧状側壁部ｃ１のインクの供給側、即ち、連通孔１１３ｄ側と反対側の二つの端部に連続して直線状側壁部ｃ２が形成されている。
【００３５】
直線状側壁部ｃ２は、インクの供給側、即ち、連通孔１１３ｄ側と反対側となるほど上下方向に略直交する前後方向の幅が次第に狭くなるようにテーパー状に形成されている。具体的には、直線状側壁部ｃ２をなす二つの側壁部は、インク供給方向の下流側で所定の角度（例えば、９０°等）で交わり、直線状側壁部ｃ２をなす二つの側壁部の交わる端部Ｐと圧力室の中心Ｏを通る直線（図６中の一点鎖線Ｌ１）を基準として線対称な形状に形成されている。また、直線状側壁部ｃ２をなす二つの側壁部が交わった部分にノズル１１１ａと連通する貫通孔１１２ａが接続されている。つまり、ノズル孔は、直線状側壁部ｃ２のインク供給側と反対側に貫通孔１１２ａを介して連通されている。
なお、直線状側壁部ｃ２をなす二つの側壁部の交わる角度は、一例であってこれに限られるものではなく、適宜任意に変更可能である。
【００３６】
また、直線状側壁部ｃ２と円弧状側壁部ｃ１の左右方向の長さの比率は、適宜任意に変更可能であるが、当該圧力室１１３ｃの直上に設けられる圧電素子１１４ｂの応力集中や変位阻害の観点からは直線状側壁部ｃ２の方が円弧状側壁部ｃ１に対して相対的に長い方が好ましい。つまり、圧力室１１３ｃの中心Ｏから円弧状側壁部ｃ１までの径方向の長さに対して、圧力室１１３ｃの中心Ｏから直線状側壁部ｃ２をなす二つの側壁部が交わる端部Ｐまでの距離がより長くなるようにするのが好ましい。
【００３７】
連通孔１１３ｄは、円弧状側壁部ｃ１の直線状側壁部ｃ２と反対側に連続して設けられ、例えば、略円筒状に形成されている。
また、連通孔１１３ｄは、圧力室１１３ｃよりも上下方向に略直交する方向の幅が狭く形成されている。また、連通孔１１３ｄは、直線状側壁部ｃ２をなす二つの側壁部の交わる端部Ｐと圧力室１１３ｃの中心Ｏを通る直線（図６中の一点鎖線Ｌ１）に対して所定の範囲内の角度（例えば、±１０°程度）で交わるように配設されている。即ち、連通孔１１３ｄの延在方向に沿った直線（図６中の二点鎖線Ｌ２）と直線状側壁部ｃ２をなす二つの側壁部の交わる端部Ｐを通る一点鎖線Ｌ１とは、圧力室１１３ｃの中心Ｏで所定の角度θで交わっており、この角度θが所定の範囲内の角度となっている。
ここで、連通孔１１３ｄの延在方向に沿った二点鎖線Ｌ２と直線状側壁部ｃ２をなす二つの側壁部の交わる端部Ｐを通る一点鎖線Ｌ１とは、インクの滞留や気泡の残存度合いの軽減の観点からは略等しい方向に延在するのが望ましいと考えられるが、ノズル１１１ａの配置の自由度を向上させる観点からは、これら二つの直線が交わる角度θを所定の範囲内の角度とすることが好ましい。
また、連通孔１１３ｄは、圧力室１１３ｃと一体化して形成されているので、ヘッドチップ１１の層構成を簡略化することができ、当該インクジェットヘッド１０の低コスト化を図ることもできる。
【００３８】
振動板１１３ｂは、圧力室１１３ｃの開口を覆うように圧力室層１１３ａの上面に積層され、接合されている。即ち、振動板１１３ｂは、圧力室１１３ｃの上壁部を構成している。振動板１１３ｂの表面には、酸化膜が形成されている。また、振動板１１３ｂには、連通孔１１３ｄと連通する貫通孔１１３ｅが形成されている。
【００３９】
第一接着層１１４は、振動板１１３ｂの上面に積層されている。また、第一接着層１１４は、振動板１１３ｂと配線層１１５とを接着する感光性樹脂層であるとともに、その内部に空間部１１４ａを形成する隔壁層となっている。空間部１１４ａは、第一接着層１１４を貫通するように圧力室１１３ｃの上方に形成され、内部に圧電素子１１４ｂを収容している。
【００４０】
ここで、圧電素子１１４ｂの構成について詳細に説明する。
圧電素子１１４ｂは、振動板１１３ｂを挟んで圧力室１１３ｃと対向する位置に設けられている。また、圧電素子１１４ｂは、振動板１１３ｂを変形させるためのＰＺＴ(lead zirconium titanate)からなるアクチュエータである。
また、圧電素子１１４ｂは、例えば、上下方向の厚さが１００μｍ以下の薄型に形成されている。
【００４１】
また、圧電素子１１４ｂは、圧力室１１３ｃと略等しい形状に形成された変位部ｂ１と、当該圧電素子１１４ｂと配線層１１５の導電性基板１１５ｆ（後述）とを電気的に接続する電極接続部ｂ２とを有している。
【００４２】
変位部ｂ１は、変位により振動板１１３ｂを変形させて圧力室１１３ｃの内部に圧力変化を生じさせるものである。具体的には、図６に示すように、変位部ｂ１は、圧力室１１３ｃの円弧状側壁部ｃ１の上下方向に視て内側に当該円弧状側壁部ｃ１と略等しい形状に形成された円弧状部ｂ１１と、直線状側壁部ｃ２の上下方向に視て内側に当該直線状側壁部ｃ２と略等しい形状に形成され直線状部ｂ１２とを有している。
【００４３】
円弧状部ｂ１１は、上下方向（圧力室１１３ｃ及び圧電素子１１４ｂの並び方向）に略直交する断面の寸法が円弧状側壁部ｃ１よりも小さい略半円形状に形成されている。また、円弧状部ｂ１１は、円弧状側壁部ｃ１と略同心上に重なるように配置されている。
直線状部ｂ１２は、円弧状部ｂ１１の電極接続部ｂ２側に連続して形成されている。また、直線状部ｂ１２は、上下方向に略直交する断面の寸法が直線状側壁部ｃ２よりも小さくされている。また、直線状部ｂ１２は、直線状側壁部ｃ２と略同様に、円弧状部ｂ１１と反対側となるほど上下方向に略直交する前後方向の幅が次第に狭くなるようにテーパー状に形成されている。また、直線状部ｂ１２の円弧状部ｂ１１と反対側の端部に電極接続部ｂ２が連接されている。
【００４４】
電極接続部ｂ２は、変位部ｂ１の直線状部ｂ１２の端部から右方向に引き出すようにして形成されている。具体的には、電極接続部ｂ２は、図６に示すように、導電性基板１１５ｆと電気的に接続される接続部本体部ｂ２１と、接続部本体部ｂ２１及び変位部ｂ１を繋ぐように連続して設けられた連接部ｂ２２とを有している。
【００４５】
電極接続部ｂ２は、圧力室１１３ｃの側壁部と上下方向に重なるように上側に設けられている。具体的には、電極接続部ｂ２の連接部ｂ２２は、直線状側壁部ｃ２と上下方向に重なるように上側に設けられている。
また、連接部ｂ２２の上下方向に略直交する前後方向の幅は、変位部ｂ１の前後方向の幅よりも狭く、接続部本体部ｂ２１の前後方向の幅と略等しくされている。これにより、変位部ｂ１と連接部ｂ２２との境界部分をより小さくすることができる。このとき、圧力室１１３ｃの直線状側壁部ｃ２と円弧状側壁部ｃ１との左右方向の長さの比率を調整することで、連接部ｂ２２を圧力室１１３ｃの中心、即ち、圧電素子１１４ｂの変位部ｂ１の中心に対してより遠くに配置することができ、変位部ｂ１と連接部ｂ２２との境界部分における応力集中や変位阻害を抑制することができる。
なお、連接部ｂ２２の前後方向の幅は、接続部本体部ｂ２１の前後方向の幅よりも小さくされていても良い。
【００４６】
また、圧電素子１１４ｂの上面には、上部電極部１１４ｅが設けられ、一方、圧電素子１１４ｂの下面には、振動板１１３ｂに接続された下部電極部（図示略）が設けられている。
上部電極部１１４ｅと下部電極部の間に電圧が印加されると、上部電極部１１４ｅ及び下部電極部に挟まれた圧電素子１１４ｂが振動板１１３ｂとともに変形し、圧力室１１３ｃ内のインクが押し出されてノズル１１１ａから吐出される。
【００４７】
上部電極部１１４ｅは、圧電素子１１４ｂ、即ち、変位部ｂ１及び電極接続部ｂ２と略等しい形状に形成されていても良い。これにより、圧電素子１１４ｂ及び第一接着層１１４を同一のマスクを用いて加工することができ、製造工程を簡略化することができることとなって、当該インクジェットヘッド１０の低コスト化を図ることもできる。
さらに、上部電極部１１４ｅの寸法（特に、前後方向の幅）は、圧電素子１１４ｂ本体部の寸法と略等しいか、或いは、この寸法よりも小さくされていても良い。これにより、圧電素子１１４ｂの変位する変位部ｂ１と連接部ｂ２２との境界部分をより小さくすることができる。
【００４８】
また、第一接着層１１４には、振動板１１３ｂの貫通孔１１３ｅと連通する貫通孔１１４ｃが、空間部１１４ａとは独立して形成されている。
【００４９】
配線層１１５は、シリコン製の基板であるインターポーザ１１５ａを備えている。インターポーザ１１５ａの下面には、２層の酸化ケイ素の絶縁層１１５ｂ、１１５ｃが被覆され、上面には、同じく酸化ケイ素の絶縁層１１５ｄが被覆されている。そして、インターポーザ１１５ａの下方の二つの絶縁層１１５ｂ、１１５ｃのうち、下側に位置する絶縁層１１５ｃが、第一接着層１１４の上面に積層され、接合されている。
【００５０】
インターポーザ１１５ａを上下方向に貫通して貫通電極１１５ｅが配設されている。貫通電極１１５ｅの下端には、水平方向に延在する導電性基板１１５ｆの一端が接続されている。また、導電性基板１１５ｆの他端には、圧電素子１１４ｂの上面の上部電極部１１４ｅに設けられたスタッドバンプ１１４ｄが、空間部１１４ａ内に露出した半田１１５ｇを介して接続されている。そして、圧電素子１１４ｂを変位させる際に、導電性基板１１５ｆ、半田１１５ｇ、スタッドバンプ１１４ｄを介して、上部電極部１１４ｅと下部電極部（図示略）の間に電圧が印加される。
即ち、導電性基板１１５ｆは、圧電素子１１４ｂの圧力室１１３ｃと反対側に設けられ、当該圧電素子１１４ｂと電気的に接続される電極を構成している。
また、導電性基板１１５ｆは、インターポーザ１１５ａの下方の二つの絶縁層１１５ｂ、１１５ｃによって挟まれて保護されている。
また、インターポーザ１１５ａには、第一接着層１１４の貫通孔１１４ｃと連通するインレット１１５ｈが、当該インターポーザ１１５ａを上下方向に貫通するように形成されている。
【００５１】
第二接着層１１６は、配線層１１５の上面に配設された配線１１６ａを覆いつつ、インターポーザ１１５ａの絶縁層１１５ｄの上面に積層され、接合されている。この第二接着層１１６は、保持板１２とヘッドチップ１１とを接着する感光性樹脂層であるとともに、配線１１６ａを保護する保護層となっている。配線１１６ａは、水平方向に延在されて、一端が貫通電極１１５ｅの上端に接続されるとともに、他端が中継基板１８ａ及びコネクタ基板１８ｂを介して電装コネクタ１９に接続されている。また、第二接着層１１６には、インレット１１５ｈと連通する貫通孔１１６ｂが形成されている。
また、ヘッドチップ１１の連通孔１１３ｄ、貫通孔１１３ｅ、１１４ｃ、１１６ｂ及びインレット１１５ｈは、インク室１３と圧力室１１３ｃとを連通する流路を構成するので、インク室１３のインクはこの流路を介してノズル１１１ａに供給される。
【００５２】
ここで、図７Ａ〜図７Ｄ及び図８を参照して、圧力室１１３ｃ及び圧電素子１１４ｂの形状の違い及び電極接続部ｂ２の有無の違いにより生じる駆動電圧と内部応力の変化について説明する。
【００５３】
図７Ａ〜図７Ｄは、圧電素子及び圧力室の形状の一例を模式的に示す図である。このうち、図７Ａは電極接続部を有しない正方形に形成された圧電素子及び圧力室、図７Ｂは電極接続部を有しない円形に形成された圧電素子及び圧力室、図７Ｃは電極接続部が引き出された正方形に形成された圧電素子及び圧力室、図７Ｄは電極接続部が引き出された円形に形成された圧電素子及び圧力室を表している。
また、図８は、本発明を適用した圧電素子及び圧力室並びに図７Ａ〜図７Ｄに表した形状の圧電素子及び圧力室に係る駆動電圧及び応力を説明するための図である。
【００５４】
駆動電圧と内部応力を検討した本発明を適用した圧電素子及び圧力室（図８参照）は、主要な構成は本実施形態の圧電素子１１４ｂ及び圧力室１１３と略等しくなっているが、圧電素子及び圧力室の円弧状の部分（円弧状部ｂ１１、円弧状側壁部ｃ１）と直線状の部分（直線状部ｂ１２、直線状側壁部ｃ２）の左右方向の比率が略一対一となるような形状となっている。
即ち、圧力室の円弧状側壁部ｃ１が略半円形に形成され、当該円弧状側壁部ｃ１の端部に連続する二つの側壁部が略９０°で交わる直線状側壁部ｃ２が設けられている。
また、圧電素子の変位部の円弧状部ｂ１１は、圧力室の円弧状側壁部ｃ１と同様に、略半円形に形成されている。また、圧電素子の直線状部ｂ１２の二つの直線は、円弧状部ｂ１１に連続して形成され、圧力室の直線状側壁部ｃ２の二つの直線と略平行に延在している。この直線状部ｂ１２に連続して電極接続部ｂ２が連接されている。
電極接続部ｂ２は、直線状部ｂ１２の二つの直線を延長したと仮定した場合の交点と変位部の中心Ｏとを結ぶ直線と略等しい方向に延在するように形成されている。
【００５５】
圧力室は、略半円形の円弧状側壁部ｃ１の端部どうしを結ぶ直径に相当する部分の長さが６００μｍである。
圧電素子は、略半円形の円弧状部ｂ１１の端部どうしを結ぶ直径に相当する部分の長さが５５０μｍ、上下方向の厚さが５０μｍである。
また、図７Ａ及び図７Ｃの各圧電素子の正方形の１辺と図７Ｂ及び図７Ｄの各圧電素子の円形の直径は、本発明の圧電素子の直径と同じ長さ（５５０μｍ）となるように形成されている。また、図７Ａ〜図７Ｄの各圧電素子の上下方向の厚さは、本発明の圧電素子の厚さと同じ（５０μｍ）となるように形成されている。
【００５６】
駆動電圧は、直径２０μｍのノズルからインクを所定の速度（例えば、６ｍ／ｓ程度）で吐出するのに必要な電圧を所定の演算式に従って算出し、本発明を適用した構成の場合の駆動電圧を基準とする比率に換算した値を図８に示している。
また、ノズルからインクを所定の速度（例えば、６ｍ／ｓ程度）で吐出する際の圧電素子の所定位置の応力を所定の演算式に従って算出し、本発明を適用した構成の場合の応力を基準とする比率に換算した値を図８に示している。ここで、応力を算出した位置は、具体的には、本発明を適用した構成の場合、直線状側壁部ｃ２をなす二つの側壁部の交わる端部Ｐと重なる位置、図７Ａの構成の場合、圧電素子のノズルが配置されている隅部、図７Ｂの構成の場合、圧電素子の円周上であって当該圧電素子の中心とノズルとを通る直線と交わる位置、図７Ｃの構成の場合、圧電素子の電極接続部と圧力室のノズルが配置されている隅部とが重なる位置、図７Ｄの構成の場合、圧力室の円周上であって圧電素子の電極接続部と重なる位置である。
【００５７】
図８に示すように、圧力室の内側に電極接続部を有しない圧電素子が略同心上に重なるように配置された形状の場合、圧電素子及び圧力室の形状を円形とするのが駆動効率の観点で有利であると考えられる。
一方、電極接続部を有する圧電素子の場合、略正方形状の圧電素子の方が略円形状の圧電素子に対して、当該電極接続部による変位阻害の影響（応力）が小さい。つまり、略円形状の圧電素子の場合、当該圧電素子の中心から円周上の点までの距離は略等しいため、当該圧電素子の円周上から電極接続部を引き出すと、当該電極接続部との境界部分で変位量や応力が急峻に変化してしまう。これに対して、略正方形状の圧電素子の一の隅部から引き出すように電極接続部が設けた場合、圧電素子の電極接続部が引き出された互いに略直交する二辺を構成する各点までの圧電素子の中心からの距離が電極接続部に近付く程長くなり変位量や応力がなだらかに変化する。また、圧電素子の変位部と電極接続部との境界部分が圧電素子の中心から最も遠い位置となるため、変位阻害の影響を最も受け難くなると考えられる。
【００５８】
以上のように、本実施形態のインクジェットヘッド１０によれば、圧力室１１３ｃの上下方向に略直交する断面形状は、インク供給方向の上流側が略円弧状に形成された円弧状側壁部ｃ１と、インク供給方向の上流側と反対側、即ち、ノズル孔が設けられた側となるほど幅が次第に狭くなるように形成された直線状側壁部ｃ２とを有してなり、圧電素子１１４ｂは、変位により圧力室１１３ｃの内部に圧力変化を生じさせる変位部ｂ１と、当該圧電素子１１４ｂと導電性基板１１５ｆとを電気的に接続する電極接続部ｂ２と、を有し、変位部ｂ１の上下方向に略直交する断面形状は、円弧状側壁部ｃ１の上下方向に視て内側に当該円弧状側壁部ｃ１と略等しい形状に形成され、円弧状側壁部ｃ１よりも上下方向に略直交する断面の寸法が小さい円弧状部ｂ１１と、円弧状部ｂ１１に連続して形成されるとともに直線状側壁部ｃ２の上下方向に視て内側に当該直線状側壁部ｃ２と略等しい形状に形成され、直線状側壁部ｃ２よりも上下方向に略直交する断面の寸法が小さい直線状部ｂ１２とを有してなり、電極接続部ｂ２は、直線状部ｂ１２の円弧状部ｂ１１と反対側に連続して、圧力室１１３ｃの側壁部と上下方向に重なるように設けられているので、圧電素子１１４ｂと導電性基板１１５ｆとを接続するために加えられる圧力に対する耐性を確保しつつ、圧電素子１１４ｂの変位部ｂ１と電極接続部ｂ２との境界部分に対する応力の集中を抑制することができる。特に、例えば、上下方向の厚さが１００μｍ以下の圧電素子１１４ｂのように、変位が大きくなり易い薄型の圧電素子１１４ｂであっても、圧電素子１１４ｂ及び圧力室１１３ｃを上記のように構成することで、圧電素子１１４ｂの変位部ｂ１と電極接続部ｂ２との境界部分に対する応力の集中を抑制することができる。
従って、圧電素子１１４ｂの疲労による破壊を抑制しつつ、当該圧電素子１１４ｂの駆動効率の向上を図ることができる。
【００５９】
また、電極接続部ｂ２の導電性基板１１５ｆと電気的に接続される接続部本体部ｂ２１及び変位部ｂ１を繋ぐように連続して設けられた連接部ｂ２２が、直線状側壁部ｃ２と上下方向に重なるように設けられているので、圧力室１１３ｃの側壁部上に設けられた電極接続部ｂ２の接続部本体部ｂ２１に対しても変位量や応力が急峻に変化してしまうことを抑制することができる。
【００６０】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行っても良い。
例えば、電極接続部ｂ２として、接続部本体部ｂ２１の上下方向に略直交する方向の幅と略等しい連接部ｂ２２を具備する構成を例示したが、一例であってこれに限られるものではなく、圧電素子１１４ｂと電気的に接続する構成であれば、連接部ｂ２２を具備するか否かや連接部ｂ２２の形状等は適宜任意に変更可能である。
【００６１】
さらに、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【００６２】
加えて、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
以上のように、本発明に係るインクジェットヘッドは、圧電素子の疲労による破壊を抑制しつつ、当該圧電素子の駆動効率の向上を図るのに有用である。
【符号の説明】
【００６４】
１００  インクジェット記録装置
３、４、５、６  ラインヘッド
１０    インクジェットヘッド
１１    ヘッドチップ
１１１  ノズル基板
１１１ａ  ノズル
１１３ｃ  圧力室
１１３ｄ  連通孔（供給路部）
ｃ１      円弧状側壁部
ｃ２      直線状側壁部
１１４ｂ  圧電素子
１１４ｅ  上部電極部（電極部）
ｂ１    変位部
ｂ１１  円弧状部
ｂ１２  直線状部
ｂ２    電極接続部
ｂ２１  接続部本体部
ｂ２２  連接部
１１５ｆ  導電性基板（電極）
【図１】
2014083971.tif 000003
【図２】
2014083971.tif 000004
【図３Ａ】
2014083971.tif 000005
【図３Ｂ】
2014083971.tif 000006
【図４】
2014083971.tif 000007
【図５】
2014083971.tif 000008
【図６】
2014083971.tif 000009
【図７Ａ】
2014083971.tif 000010
【図７Ｂ】
2014083971.tif 000011
【図７Ｃ】
2014083971.tif 000012
【図７Ｄ】
2014083971.tif 000013
【図８】
2014083971.tif 000014
【国際調査報告】
2014083971.tif 000015
2014083971.tif 000016