(57)【要約】【課題】精度よく圧力室を形成する。【解決手段】圧電体プレートＡは、第１溝６８が形成された複数の圧電体プレート６６を積層接合して形成され、その第１溝６８内に圧力室が形成される。第１溝６８を形成するほうが、孔を形成するのに比べ加工がしやすいため、精度よく圧力室が形成できる。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体が供給される圧力室を圧電アクチュエータが加圧して液滴を吐出させる液滴ヘッドにおいて、
前記圧電アクチュエータは、溝が形成された複数の圧電体プレートを積層接合して形成され、前記圧力室が前記溝内に形成されたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
液体が供給される圧力室を圧電アクチュエータが加圧して液滴を吐出させる液滴ヘッドにおいて、
前記圧電アクチュエータは、貫通孔が形成された複数の圧電体プレートを積層接合して形成され、前記圧力室が前記貫通孔内に形成されたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項４】
請求項１に記載の液体吐出ヘッドを製造する液体吐出ヘッド製造方法であって、
溝が形成された複数の圧電体プレートを積層接合して、前記溝内に圧力室となる空洞を形成する接合工程を備えたことを特徴とする液体吐出ヘッド製造方法。
【請求項５】
前記接合工程は、前記溝が形成された複数の圧電体プレートを積層し焼成して接合することを特徴とする請求項４に記載の液滴吐出ヘッド製造方法。
【請求項６】
前記接合工程において接合された圧電体プレートを前記溝が形成された溝形成方向と直交する方向に切断する切断工程を備えたことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の液滴吐出ヘッド製造方法。
【請求項７】
請求項２に記載の液体吐出ヘッドを製造する液体吐出ヘッド製造方法であって、
貫通孔が形成された複数の圧電体プレートを積層接合して、前記貫通孔内に圧力室となる空洞を形成する接合工程を備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッド製造方法。
【請求項８】
前記接合工程において形成された空洞の周囲の表面に周囲溝を形成して、前記空洞の周辺部を筒状にする溝形成工程を備えたこと特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッド製造方法。
【請求項９】
前記圧電アクチュエータの電極へ駆動信号を送るための配線基板を前記圧電アクチュエータに接合する基板接合工程と、
前記基板接合工程後、前記圧電アクチュエータの電極を形成する電極形成工程と、
を備えたことを特徴とする請求項８に記載の液滴吐出ヘッド製造方法。
【請求項１０】
前記電極形成工程は、さらに、前記電極と前記配線基板とを電気的に接続することを特徴とする請求項９に記載の液滴吐出ヘッド製造方法。
【請求項１１】
前記電極形成工程は、スパッタリング、又は、蒸着により電極を形成するものであることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の液滴吐出ヘッド製造方法。
【請求項１２】
前記電極形成工程は、筒状にされた前記空洞の周辺部の外周面から前記空洞の内周面に渡って電極を形成し、
筒状にされた周辺部の端面を研磨して、前記空洞の周辺部の外周面と前記空洞の内周面とに前記電極を分離する分離工程を備えたことを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッド製造方法。
【請求項１３】
前記電極を前記液体から保護する保護膜を形成する保護膜形成工程を備えたことを特徴とする請求項９〜１２のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッド製造方法。
【請求項１４】
前記保護膜は、低透水性膜であることを特徴とする請求項１３に記載の液滴吐出ヘッド製造方法。
【請求項１５】
前記保護膜は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコンのいずれかを含む無機系保護膜であることを特徴とする請求項１３に記載の液滴吐出ヘッド製造方法。
【請求項１６】
前記圧電アクチュエータ及び前記電気配線基板の一方に、前記圧力室となる空洞へ液体を供給するための供給路が形成された供給プレートを接合する供給プレート接合工程と、
前記圧電アクチュエータ及び前記電気配線基板の他方に、前記液滴を吐出するノズルが形成されたノズルプレートを接合するノズルプレート接合工程と、
を備えたことを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッド製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴を吐出する液滴吐出ヘッド、その液滴吐出ヘッドを備える液滴吐出装置及びその液滴吐出ヘッドを製造する液滴吐出ヘッド製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液滴を吐出する液滴吐出ヘッドとしては、インクを吐出して記録媒体に画像を記録するインクジェット記録ヘッドが周知である。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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）。
【０００６】
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長孔をあけ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。
【０００７】
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。
【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】
【０００８】
ところで、高解像度を実現するためにノズルが高密度の配置されるインクジェット記録ヘッドにおいては、圧力室も高密度に配置されるため、圧力室を精度よく形成する必要がある。
【０００９】
しかしながら、特許文献１のような構成では、圧電素子が、積層されて積層方向に厚いため、積層方向へ長孔をあけて圧力室を形成する場合に、精度よく加工するのが難しい。
【００１０】
本発明は上記事実を考慮して、精度よく圧力室を形成できる液滴吐出ヘッド、その液滴吐出ヘッドを備える液滴吐出装置及びその液滴吐出ヘッドを製造する液滴吐出ヘッド製造方法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】
【００１１】
本発明の請求項１に係る液滴吐出ヘッドは、液体が供給される圧力室を圧電アクチュエータが加圧して液滴を吐出させる液滴ヘッドにおいて、前記圧電アクチュエータは、溝が形成された複数の圧電体プレートを積層接合して形成され、前記圧力室が前記溝内に形成されたことを特徴とする。
【００１２】
この構成では、液体が供給される圧力室を圧電アクチュエータが加圧して液滴を吐出させる。
【００１３】
ここで、本発明の請求項１の圧電アクチュエータは、溝が形成された複数の圧電体プレートを積層接合して形成され、その溝内に圧力室が形成されている。溝を形成するほうが、孔を形成するのに比べ加工がしやすいため、請求項１の構成によれば、精度よく圧力室が形成できる。
【００１４】
本発明の請求項２に係る液滴吐出ヘッドは、液体が供給される圧力室を圧電アクチュエータが加圧して液滴を吐出させる液滴ヘッドにおいて、前記圧電アクチュエータは、貫通孔が形成された複数の圧電体プレートを積層接合して形成され、前記圧力室が前記貫通孔内に形成されたことを特徴とする。
【００１５】
この構成では、液体が供給される圧力室を圧電アクチュエータが加圧して液滴を吐出させる。
【００１６】
ここで、本発明の請求項２の圧電アクチュエータは、貫通孔が形成された複数の圧電体プレートを積層接合して形成され、その貫通孔内に圧力室が形成されている。孔を形成した圧電体プレートを積層接合するほうが、圧電体プレート積層接合してから長孔を形成するのに比べ、加工がしやすいため、請求項２の構成によれば、精度よく圧力室が形成できる。
【００１７】
本発明の請求項３に係る液滴吐出装置は、請求項１又は請求項２に記載の液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項４に係る液体吐出ヘッド製造方法は、請求項１に記載の液体吐出ヘッドを製造する液体吐出ヘッド製造方法であって、溝が形成された複数の圧電体プレートを積層接合して、前記溝内に圧力室となる空洞を形成する接合工程を備えたことを特徴とする。
【００１９】
この構成では、溝が形成された複数の圧電体プレートを積層接合して、溝内に圧力室となる空洞を形成する。溝を形成するほうが、孔を形成するのに比べ、加工がしやすいため、請求項４の構成によれば、精度よく圧力室が形成できる。
【００２０】
本発明の請求項５に係る液体吐出ヘッド製造方法は、請求項４の構成において、前記接合工程は、前記溝が形成された複数の圧電体プレートを積層し焼成して接合することを特徴とする。
【００２１】
この構成では、溝が形成された複数の圧電体プレートを積層し焼成して接合する。これにより、接着剤等を使用して接合する必要がなくなり、液体が供給される供給路等に接着剤等が侵入して、供給路等を塞ぐことがない。
【００２２】
本発明の請求項６に係る液体吐出ヘッド製造方法は、請求項４又は請求項５の構成において、前記接合工程において接合された圧電体プレートを前記溝が形成された溝形成方向と直交する方向に切断する切断工程を備えたことを特徴とする。
【００２３】
本発明の請求項７に係る液体吐出ヘッド製造方法は、請求項２に記載の液体吐出ヘッドを製造する液体吐出ヘッド製造方法であって、貫通孔が形成された複数の圧電体プレートを積層接合して、前記貫通孔内に圧力室となる空洞を形成する接合工程を備えたことを特徴とする。
【００２４】
この構成では、貫通孔が形成された複数の圧電体プレートを積層接合して、貫通孔内に圧力室となる空洞を形成する。圧電体プレート積層接合してから長孔を形成するのに比べ、孔を形成した圧電体プレートを積層接合するほうが、加工がしやすいため、請求項７の構成によれば、精度よく圧力室が形成できる。
【００２５】
本発明の請求項８に係る液体吐出ヘッド製造方法は、請求項４〜７のいずれか１項の構成において、前記接合工程において形成された空洞の周囲の表面に周囲溝を形成して、前記空洞の周辺部を筒状にする溝形成工程を備えたこと特徴とする。
【００２６】
本発明の請求項９に係る液体吐出ヘッド製造方法は、請求項８の構成において、前記圧電アクチュエータの電極へ駆動信号を送るための配線基板を前記圧電アクチュエータに接合する基板接合工程と、前記基板接合工程後、前記圧電アクチュエータの電極を形成する電極形成工程と、を備えたことを特徴とする。
【００２７】
本発明の請求項１０に係る液体吐出ヘッド製造方法は、請求項９の構成において、前記電極形成工程は、さらに、前記電極と前記配線基板とを電気的に接続することを特徴とする。
【００２８】
本発明の請求項１１に係る液体吐出ヘッド製造方法は、請求項９又は請求項１０の構成において、前記電極形成工程は、スパッタリング、又は、蒸着により電極を形成するものであることを特徴とする。
【００２９】
本発明の請求項１２に係る液体吐出ヘッド製造方法は、請求項９〜１１のいずれか１項の構成において、前記電極形成工程は、筒状にされた前記空洞の周辺部の外周面から前記空洞の内周面に渡って電極を形成し、筒状にされた周辺部の端面を研磨して、前記空洞の周辺部の外周面と前記空洞の内周面とに前記電極を分離する分離工程を備えたことを特徴とする。
【００３０】
本発明の請求項１３に係る液体吐出ヘッド製造方法は、請求項９〜１２のいずれか１項の構成において、前記電極を前記液体から保護する保護膜を形成する保護膜形成工程を備えたことを特徴とする。
【００３１】
本発明の請求項１４に係る液体吐出ヘッド製造方法は、請求項１３の構成において、前記保護膜は、低透水性膜であることを特徴とする。
【００３２】
本発明の請求項１５に係る液体吐出ヘッド製造方法は、請求項１３の構成において、前記保護膜は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコンのいずれかを含む無機系保護膜であることを特徴とする。
【００３３】
本発明の請求項１６に係る液体吐出ヘッド製造方法は、請求項１３〜１５のいずれか１項の構成において、前記圧電アクチュエータ及び前記電気配線基板の一方に、前記圧力室となる空洞へ液体を供給するための供給路が形成された供給プレートを接合する供給プレート接合工程と、前記圧電アクチュエータ及び前記電気配線基板の他方に、前記液滴を吐出するノズルが形成されたノズルプレートを接合するノズルプレート接合工程と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３４】
本発明は、上記構成としたので、精度よく圧力室を形成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下に、本発明の液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及び液滴吐出ヘッド製造方法に係る実施形態の一例を図面に基づき説明する。
【００３６】
まず、図１を用いて、液滴吐出装置としての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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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（液滴吐出ヘッド）１０について説明する。
【００４４】
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（圧電アクチュエータ）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。
【００４５】
図２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。
【００４６】
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４（Ａ）、（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。
【００４７】
また、プリント配線基板１４の上面の連通路２４が設けられていない位置には、円環状のコンタクト電極２６と並列に、共通接続用電極６７が形成されている。共通接続用電極２７は、プリント配線基板１４の上面に形成された配線パターン６９を介して、ＧＮＤ電位に接続されている。
【００４８】
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及び、共通電極接続用圧電体７３を備えている。これらの圧電素子３２は、四角筒状をしており、内部に圧電素子基板１６の厚み方向に沿って貫通する円形状の空洞Ｒが形成されている。この空洞Ｒの内径は、連通路２４よりも少し大径とされている（図４（Ａ）、（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。
【００４９】
また、共通電極接続用圧電体７３は、圧電素子３２と略同一形状とされ、共通接続用電極６７に対応する位置に形成されている。共通電極接続用圧電体７３の高さは、圧電素子３２の高さよりも低く（少なくとも後述する電極３８、電極３４の厚み分低く）構成されている。
【００５０】
図４（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、圧電素子３２及び共通電極接続用圧電体７３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及び共通電極接続用圧電体７３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いる。また、圧電素子３２及び共通電極接続用圧電体７３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いる。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。
【００５１】
共通電極接続用圧電体７３の先端面には、先端面電極７３Ｃが形成されている。したがって、共通電極接続用圧電体７３では、電極３８、及び、先端面電極７３Ｃは、電極３４と接続されており、共通電極接続用圧電体７３に設けられた空洞Ｒ部分から、各圧電素子３２に共通の電極３４が引き出され、配線パターン６９を介してＧＮＤ電位に接続されている。
【００５２】
このように、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。
【００５３】
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４（Ａ）、（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。
【００５４】
供給路プレート１８を圧電素子基板１６に積層すると、図４（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、四角筒状の圧電素子３２内部の空洞Ｒ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。
【００５５】
図４（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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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６（Ａ）に示されるように、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６（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。
【００６０】
本実施形態の圧電素子３２では、図６（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で示した内外方向に膨張変形し、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）で示した辺方向に収縮変形する。このように、この筒状の圧電素子３２は、圧電縦効果による内外方向、圧電横効果による軸方向及び辺方向の３方向に変形する。
【００６１】
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６（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内外方向への膨張変形と、圧電横効果による辺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６（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。
【００６２】
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６（Ｂ）の状態から図６（Ａ）に示される元の筒形状に戻る。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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
なお、図７（Ａ）に示されるように、圧電素子基板６０に複数設けられた圧電素子６２は、内部に圧電素子基板１６の厚み方向に沿って貫通する断面四角形状の空洞Ｒを形成してもよい。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７（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６（Ｂ）に示した矢印Ａ、Ｂ方向に変形する。
【００７１】
したがって、このような断面四角形状の空洞Ｒを形成した圧電素子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。
【００７２】
ここで、インクジェット記録ヘッド１０の製造方法について説明する。
【００７３】
本実施形態のインクジェット記録ヘッド１０の製造方法は、マトリックス状に空洞Ｒが形成された圧電体プレートＡを製造する工程、圧電体プレートＡから電極形成前の圧電素子基板１６を製造する工程、電極形成前の圧電素子基板１６とプリント配線基板１４を接合し電極を形成する工程、形成された電極を液体から保護する保護膜を形成する保護膜形成工程、圧電素子基板１６及びプリント配線基板１４に各プレートを積層して接合する工程とを備えている。
【００７４】
マトリックス状に空洞Ｒが形成された圧電体プレートＡを製造する工程は、第１溝形成工程、接合工程、切断工程を備えている。第１溝形成工程では、図８に示すように、矩形状の圧電体プレート（板状の圧電体）６６に、その側面６６Ａに対して平行となるように、複数の第１溝６８を形成する。複数の第１溝は、所定の深さに削られた矩形状をしており、等間隔で互いが平行となるように形成されている。この第１溝６８は、カッター等を用いて溝部分を削り取って加工することにより形成される。この溝内の空洞の一部は、最終的に、インクジェット記録ヘッド１０の圧力室４６の空間となる。
【００７５】
次に、接合工程では、図９に示すように、溝が形成されていない圧電体プレート７０の間に、第１溝形成工程で第１溝６８が形成された圧電体プレート６６を複数枚挟み込んで、圧電体プレート６６、７０を積層する。圧電体プレート６６は、溝が形成された面を一方向（図９において上方）へ向けて積層される。積層された圧電体プレート６６、７０を一体焼成して、各圧電体プレート６６、７０を接合する。圧電体プレート６６、７０は、積層後に焼成して接合されるので、接着剤等を使用する必要がなくなる。
【００７６】
なお、焼成した後に圧電体プレート６６に第１溝６８を形成して、圧電体プレート６６及び焼成した圧電体プレート７０を積層し、接着剤等により接合してもよい。
【００７７】
次に、切断工程では、接合工程において接合された圧電体プレート６６、７０を、所定の厚みになるように、第１溝６８が形成された溝形成方向と直交する方向に切断する。
【００７８】
このように、第１溝形成工程、接合工程、切断工程を経て、マトリックス状に空洞Ｒが形成された圧電体プレートＡが製造される。
【００７９】
第１溝６８は、図１０に示すように、断面が半円形状の溝であってもよい。この場合の第１溝形成工程では、３枚の圧電体プレート６６の両面に半円形状の第１溝６８を形成し、２枚の圧電体プレート６６の片面に半円形状の第１溝６８を形成する。
【００８０】
接合工程では、両面に第１溝６８が形成された圧電体プレート６６を中央部に配置し、その両側に、片面に第１溝６８が形成された圧電体プレート６６を挟むように配置する。さらにその両側には、溝が形成されていない圧電体プレート７０を配置し、圧電体プレート６６、７０を積層する。圧電体プレート６６は、第１溝６８が互いに対向し、第１溝６８同士が合わさって断面円形状の空洞Ｒが形成されるように、積層される。積層された圧電体プレート６６、７０を一体焼成して、各圧電体プレート６６、７０を接合する。
【００８１】
切断工程で、所定の厚みに切断され、マトリックス状に断面円形状の空洞Ｒが形成された圧電体プレートＡが製造される。
【００８２】
次に、マトリックス状に空洞Ｒが形成された圧電体プレートＡを製造する工程の他の例について説明する。
【００８３】
この例では、図１１に示すように、圧電体プレートＡよりも薄い矩形状の圧電体プレート７２に断面四角形状の貫通孔７４をマトリックス状に形成する。貫通孔７４が形成された圧電体プレート７２の複数枚（本実施形態では、３枚）を積層して接合し、圧電体プレートＡを製造する。なお、図１２に示すように、圧電体プレート７２に形成される貫通孔は、断面が円形状の貫通孔７６であってもよい。
【００８４】
貫通孔７４、７６は、サンドブラスト加工、ウォータージェット加工、超音波加工等により形成される。また、圧電体プレート７２は、焼成前にパンチにより貫通孔７４、７６を形成した後、焼成しても良い。圧電体プレート７２の接合方法は、焼成前に圧電体プレート７２を積層して一体で焼成する方法や、各圧電体プレート７２を焼成後に接着接合する方法でも良い。
【００８５】
次に、圧電体プレートＡから電極形成前の圧電素子基板１６を製造する工程が行われる。
この工程では、まず、図１３（Ａ）に示す圧電体プレートＡ上の共通電極接続用圧電体７３が配置される部分（Ｋ）を直線上に所定の深さ分除去する（図１３（Ｂ）参照）。ここでの除去は、ダイシング加工等によりおこなうことができる。
【００８６】
次に、圧電体プレートＡに形成された複数の空洞Ｒの周囲に周囲溝を形成する周囲溝形成工程が行われる。周囲溝形成工程では、まず、図１３（Ｃ）示すように、圧電素子３２が配置される部分に、共通電極接続用圧電体７３が配置されるＫ部分と平行な第２溝７８を複数形成する。複数の第２溝７８は、所定の深さに削られた矩形状をしており、等間隔で互いが平行となるように形成されている。
【００８７】
そして、図１３（Ｄ）示すように、第２溝７８と直交する第３溝８０を複数形成して、圧電素子３２及び共通電極接続用圧電体７３に分離する。なお、第２溝７８及び第３溝８０は、ワイヤー加工、ダイシング加工等により形成することができる。このように、直交する第２溝７８及び第３溝８０を形成することにより、空洞Ｒの周囲に周囲溝を形成し、空洞Ｒの周辺部が四角筒状にされ、圧電素子３２及び共通電極接続用圧電体７３が形成される。
【００８８】
なお、共通電極接続用圧電体７３が配置される部分を除去する工程、第２溝７８を形成する工程、第３溝８０を形成する工程を行う順序は、順不同で行うことが可能である。また、サンドブラスト加工やウォータージェットなどのブラスティング加工を用いることにより、第２溝７８及び第３溝８０を同時に形成してもよい。
【００８９】
また、図１４に示すように、断面四角形状の空洞が形成された圧電体プレートＡにおいても、同様の工程を経て、電極形成前の圧電素子基板が製造される。この場合では、図７（Ａ）に示す圧電素子基板６０が製造される。
【００９０】
次に、圧電素子基板１６とプリント配線基板１４を接合し電極を形成する工程が行われる。この工程では、電極形成前の圧電素子基板１６のベース基板部３３の裏面側（圧電素子３２が形成されていない側）にプリント配線基板１４を接合する。プリント配線基板１４には、圧電素子３２の空洞に対応する位置に連通路２４が形成されている。連通路２４は、空洞の内径よりも小径とされている。
【００９１】
プリント配線基板１４と電極形成前の圧電素子基板１６の接合は、図１５（Ａ）に示すように、圧電素子基板１６のベース基板部３３側とプリント配線基板１４の配線面とを対向させ、プリント配線基板１４上面のコンタクト電極２６が圧電素子３２の空洞Ｒへ露出されるように、また、共通接続用電極６７が共通電極接続用圧電体７３の空洞Ｒへ露出されるようにして接合する。
【００９２】
次に、図１５（Ｂ）に示すように、圧電素子基板１６側の全面、及び、プリント配線基板１４の連通路２４の内壁に、電極膜Ｄを形成する。電極膜Ｄの形成は、Ｃｕの蒸着、スパッタリング等により行うことができる。これにより、電極膜Ｄとプリント配線基板１４のコンタクト電極２６、共通接続用電極６７も接続される。
【００９３】
そして、図１５（Ｃ）に示すように、圧電素子３２の先端面３２Ｃに形成された電極膜Ｄを、除去する。電極膜Ｄの除去は、ＣＭＰなどの片側研磨により行うことができる。これにより、電極膜Ｄは圧電素子３２の内側壁３２Ａに形成された電極３８と、圧電素子３２の外側壁３２Ｂに形成された電極３４とに分離される。
【００９４】
次に、コンタクト電極２６及び電極３８をインク（液体）から保護する保護膜を形成する保護膜形成工程が行われる。
【００９５】
圧電素子基板１６の表面に保護膜樹脂を充填し、コンタクト電極２６を含む電極３８の表面に保護膜８８を形成する。インクに触れる部分である電極３８及びコンタクト電極２６が被覆されればよいが、すべての電極膜に保護膜８８を形成してもよい。
【００９６】
保護膜としては、低透水性膜を用いることができ、具体的には、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコンのいずれかを含む無機系保護膜を用いることができる。なお、図１６において、黒塗り部分が電極３８、コンタクト電極２６を含む電極膜を示し、白抜き部分が保護膜を示す。
【００９７】
次に、図４に示すように、ノズルプレート１２をプリント配線基板１４の下側に接合し、供給路プレート１８を圧電素子基板１６の上側に接合する。このとき、ノズル２２と連通路２４とが連通されるように、また、圧電素子３２の空洞Ｒと供給路４０とが連通されるように位置合わせを行って接合する。
【００９８】
そして、供給路プレート１８の上部にインクプールプレート２０を接合して、インクジェット記録ヘッド１０が製造される。
【００９９】
上記製造方法によれば、圧電素子基板１６は、第１溝６８が形成された複数の圧電体プレートを積層接合して形成され、その第１溝６８内に圧力室４６が形成される。溝を形成するほうが、孔を形成するのに比べ加工がしやすいため、精度よく圧力室４６が形成できる。
【０１００】
また、電極膜Ｄを形成し、その後、圧電素子３２の先端面３２Ｃ部分の電極膜Ｄを除去することにより、容易に電極３８と電極３４とを形成することができる。また、コンタクト電極２６、共通接続用電極６７と電極膜との接続も電極膜形成の工程で行うことができる。
【０１０１】
さらに、共通電極接続用圧電体７３を圧電素子３２よりも低くしているので、圧電素子３２の先端面３２Ｃ部分の電極膜Ｄを除去する際に、共通電極接続用圧電体７３の先端面７３Ａの電極膜は研磨により除去されず、駆動を経由させて共通の電極を容易にプリント配線基板１４側に引き出すことができる。
【０１０２】
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、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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
また、上記の実施形態では、液滴を吐出する液滴吐出装置として、インクを吐出して画像を記録するインクジェット記録装置について説明し、液滴を吐出する液滴吐出ヘッドとして、インクを吐出して画像を記録するインクジェット記録ヘッドについて説明した。しかし、本発明に係る液滴吐出装置及び液滴吐出ヘッドとしては、記録用紙上へ画像を記録するものに限定されるものではなく、また、吐出する液体もインクに限定されるものではない。
【０１０５】
例えば、高分子フィルムやガラス上にインクを吐出してディスプレイ用カラーフィルターを作成する装置、溶接状態の半田を基板上に吐出して部品実装用のバンプを形成する装置など、工業的に用いられる液滴吐出装置及びその液滴吐出装置に用いられる液滴吐出ヘッド全般に対して、本発明を適用することができる。
【０１０６】
本発明は、上記の実施形態に限るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変形、変更、改良が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係るインクジェット記録装置の外観を示す斜視図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る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３】図３は、本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４】図４は、本実施形態にかかるインクジェット記録ヘッドの断面を示し、（Ａ）は図３の４Ａ−４Ａ線断面図、（Ｂ）は（Ａ）の４Ｂ部を拡大した断面図である。
【図５】図５は、本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６（Ａ）は、本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、図６（Ｂ）は、変形状態を示す断面図、図６（Ｃ）は、圧電素子の変形方向を示す拡大斜視図である。
【図７】図７は、本実施形態に係る圧電素子基板の変形例を示し、（Ａ）は、変形例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８】図８は、本実施形態に係る第１溝形成工程を示す図である。
【図９】図９は、本実施形態に係る接合工程及び切断工程を示す図である。
【図１０】図１０は、本実施形態に係る圧電体プレートに円形状の空洞を形成する場合の接合工程及び切断工程を示す図である。
【図１１】図１１は、本実施形態に係る断面四角形状の空洞が形成された圧電体プレートを製造する工程の他の例を示す図である。
【図１２】図１２は、本実施形態に係る断面円形状の空洞が形成された圧電体プレートを製造する工程の他の例を示す図である。
【図１３】図１３は、本実施形態に係る圧電体プレートに形成された断面円形状の空洞の周囲に周囲溝を形成する周囲溝形成工程を示す図である。
【図１４】図１４は、本実施形態に係る圧電体プレートに形成された断面四角形状の空洞の周囲に周囲溝を形成する周囲溝形成工程を示す図である。
【図１５】図１５は、本実施形態に係る電極形成工程を示す図である。
【図１６】図１６は、本実施形態に係る保護膜形成工程を示す図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１０   インクジェット記録ヘッド
１２   ノズルプレート
１４   プリント配線基板（配線基板）
１６   圧電素子基板（圧電アクチュエータ）
１８   供給路プレート
３４   電極
３６   共通電極
３８   電極
４６   圧力室
６６   圧電体プレート
６８   第１溝（溝）
７０   圧電体プレート
７２   圧電体プレート
７４   貫通孔
７６   貫通孔
７８   第２溝（周囲溝）
８０   第３溝（周囲溝）
８８   保護膜
１００ インクジェット記録装置
Ｒ     空洞
【図１】
2007168319.tif 000003
【図２】
2007168319.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2007168319.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
2007168319.tif 000010
【図９】
2007168319.tif 000011
【図１０】
2007168319.tif 000012
【図１１】
2007168319.tif 000013
【図１２】
2007168319.tif 000014
【図１３】
2007168319.tif 000015
【図１４】
2007168319.tif 000016
【図１５】
2007168319.tif 000017
【図１６】
2007168319.tif 000018