(57)【要約】【課題】圧電アクチュエータの駆動効率を向上させる。【解決手段】インクジェットヘッド１の圧電アクチュエータ３は、振動板３０と、振動板３０の上面においてすべての圧力室１４に跨って連続的に形成された圧電層３１と、圧電層３１の上面に形成された導電性層３５とを備えている。圧電アクチュエータ３の上面には、圧力室１４の周縁と重なる領域に沿って延在した外側溝３６と、外側溝３６の内側において外側溝３６に沿って延在した内側溝３７とが形成されている。これら外側及び内側溝３６，３７は、導電性層３５を除去することで形成されており、導電性層３５と離隔され且つ各圧力室１４のそれぞれに対応した複数の個別電極３２が圧電層３１上に形成されている。そして、圧電アクチュエータ３の内側溝３７の内側には、導電性層３５を貫通するように且つ圧電層３１の一部を除去することにより凹部３９が形成されている。【選択図】図５
2007090871.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、
隔壁によって互いに隔てられた複数の圧力室、複数のノズル及び前記圧力室を介してノズルに至る複数の個別液体流路が形成された流路ユニットと、
前記隔壁に固定されることによって複数の前記圧力室を画定し、前記圧力室と反対側の面が導電性を有する板材、前記板材の前記圧力室とは反対側の面の、すべての前記圧力室と対向する領域に形成された圧電層、前記圧電層の前記板材とは反対側の面の、すべての前記圧力室と対向する領域に形成された導電性層、及び、前記導電性層において各圧力室の外周縁に沿って形成された第１の溝と、前記第１の溝よりも前記圧力室の中心側に形成された凹部とによって周囲の導電性層から絶縁された複数の個別電極を有し、複数の前記圧力室内の液体に吐出エネルギーを付与する圧電アクチュエータとを備え、
第１の溝の深さは前記導電性層の厚さ以上であり、前記凹部の深さは前記導電性層の厚さよりも大きい液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記凹部は、第１の溝の延在方向に沿って形成された第２の溝と、第２の溝よりも前記圧力室の中心側における、前記圧電アクチュエータの所定の領域に形成された第１の凹部とを含み、第２の溝の深さは、前記導電性層の厚さ以上であり、第１の凹部の深さは前記導電性層の厚さよりも大きい液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記第１の凹部は、圧電層に形成されている請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記板材の、前記第１の凹部と重なる領域に凹部が形成されている請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記圧力室は一方向に長く、
前記第１の凹部が、前記一方向に沿って延在している請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記所定の領域が、前記圧力室の中央部と対向している請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】
前記板材の前記圧力室側の面に、前記圧力室に向かって開く第２の凹部が形成されている請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項８】
前記圧力室が、一方向に長く、
前記第２の凹部が、前記板材の前記圧力室の前記中央部と対向する領域において前記一方向に沿って延在している請求項７に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項９】
前記第２の凹部が、前記圧力室の周縁に沿って環状に延在している請求項７に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１０】
前記第１の溝が、前記圧電層に形成されている請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１１】
前記第２の溝が、前記圧電層に形成されている請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１２】
前記第１及び第２の溝がそれぞれ輪状に延在し、ドーナツ状の前記個別電極が形成されている請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１３】
前記圧力室が、一方向に長く、
前記第１及び第２の溝は前記一方向に延在し、前記個別電極は、前記圧力室の前記中央部を挟み且つ前記一方向に沿って互いに平行に延在した２つの領域を有している請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１４】
液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、
隔壁によって互いに隔てられた複数の圧力室、複数のノズル及び前記圧力室を介してノズルに至る複数の個別液体流路が形成された流路ユニットと、
前記隔壁に固定されることによって複数の前記圧力室を画定し、前記圧力室と反対側の面が導電性を有する板材、前記板材の前記圧力室とは反対側の面の、すべての前記圧力室と対向する領域に形成された圧電層、前記圧電層の前記板材とは反対側の面の、すべての前記圧力室と対向する領域に形成された導電性層、及び、各圧力室の外周縁に沿って形成された第１の溝と、前記第１の溝よりも前記圧力室の中心側に形成された凹部とによってその周囲から絶縁された複数の個別電極を有し、複数の前記圧力室内の液体に吐出エネルギーを付与する圧電アクチュエータとを備え、
第１の溝の深さは前記導電性層の厚さよりも大きく、前記凹部の深さは前記導電性層の厚さ以上である液体吐出ヘッド。
【請求項１５】
圧力室を介してノズルに至る複数の個別液体流路が形成され、互いに隣接する前記圧力室が隔壁によって隔てられた流路ユニットと、複数の前記圧力室内の液体に吐出エネルギーを付与する圧電アクチュエータとを備えた液体吐出ヘッドの製造方法において、
前記圧力室が形成された前記流路ユニットを設ける工程と、
基板を設ける工程と、
前記基板の、前記圧力室と反対側の面に導電性を有する層を形成して、前記流路ユニットの複数の前記隔壁に固定されることによって複数の前記圧力室を画定する板材を形成する板材形成工程と、
前記板材の導電性を有する面において、前記流路ユニットに固定したときにすべての前記圧力室と対向する領域に圧電層を隙間なく形成する圧電層形成工程と、
前記圧電層の前記板材とは反対側の面において、前記流路ユニットに固定したときにすべての前記圧力室と対向する領域に導電性層を隙間なく形成する導電性層形成工程と、
各圧力室の外周縁に沿って前記導電性層を除去することにより、前記導電性層の厚さ以上の深さの第１の溝を形成し、前記第１の溝よりも前記圧力室の中心側において前記第１の溝の延在方向に沿って前記導電性層を除去することにより、前記導電性層の厚さ以上の深さの第２の溝を形成して、周囲の導電性層とは絶縁された個別電極を形成する個別電極形成工程と、
第２の溝よりも前記圧力室の中心側において、前記導電性層及び前記圧電層を除去することによって、前記導電性層の厚さよりも深い第１の凹部を形成する第１の凹部形成工程とを含む液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１６】
前記第１の凹部形成工程において、第２の溝よりも前記圧力室の中心側の前記圧電層を除去し前記第１の凹部を形成する請求項１５に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１７】
前記第１の凹部形成工程において、第２の溝よりも前記圧力室の中心側の前記板材の一部を除去し前記第１の凹部を形成する請求項１６に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１８】
前記個別電極形成工程において、各圧力室の外周縁に沿って圧電層を除去し前記第１の溝を形成する請求項１５に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１９】
前記個別電極形成工程において、前記第１の溝の延在方向に沿って圧電層を除去し前記第２の溝を形成する請求項１５に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２０】
前記個別電極形成工程において、前記第１及び第２の溝を輪状に形成することによりドーナツ状の個別電極を形成する請求項１５に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２１】
前記圧力室は、一方向に長く、
前記個別電極形成工程において、前記一方向に延在する前記第１及び第２の溝を形成することにより、前記圧力室の前記中央部を挟みつつ前記一方向に沿って互いに平行に延在した２つの領域を有する前記個別電極を形成する請求項１５に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２２】
前記第１の凹部形成工程及び前記個別電極形成工程において、レーザ光線を照射して前記導電性層又は前記圧電層を除去する請求項１５に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２３】
前記板材の前記圧力室と対向する領域に、エッチングにより前記圧力室に向かって開く第２の凹部を形成する第２の凹部形成工程をさらに備えている請求項１５に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２４】
前記圧力室が、一方向に長く、
前記第２の凹部形成工程において、前記板材の、前記圧力室の前記中央部と対向する領域において前記一方向に沿って延在する前記第２の凹部を形成する請求項２３に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２５】
前記第２の凹部形成工程において、前記板材に、前記圧力室の周縁に沿って環状に延在する前記第２の凹部を形成する請求項２３に記載の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、ノズルから液体を吐出する液体吐出ヘッド及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
記録媒体に対してインクを吐出するインクジェットヘッドとしては、種々の構成のものが提案され、あるいは、実用化されている。その中でも、特許文献１に記載のインクジェットヘッドは、ノズルに連通する圧力室が複数形成された流路ユニットと、圧力室の容積を変化させることにより圧力室内のインクに圧力を付与する圧電アクチュエータとを備えている。
【０００３】
このインクジェットヘッドの圧電アクチュエータは、圧力室を覆うように配設された、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる複数の圧電シートと、これら複数の圧電シートの間に交互に配置された、個別電極（駆動電極）及び共通電極（コモン電極）とを有する。個別電極と共通電極は、圧電シートの面に直交する方向から見て、圧力室の内側の領域においてその縁部に沿うように環状に形成されている。
【０００４】
そして、この圧電アクチュエータは、圧力室の容積を一旦増加させて圧力室内にインクを引き込んだ後、圧力室の容積を減少させることによりインクに大きな圧力を付与する、いわゆる、引き打ちを容易に行うことができる。即ち、共通電極がグランド電位に保持された状態で、個別電極に駆動信号（正電位）が供給されると、個別電極と共通電極との間に挟まれた、圧力室の縁部に重なる圧電シートの環状部分がその面に平行な方向に縮む。その結果、複数枚の圧電シートが圧力室と反対側に凸となるように変形し、圧力室内の容積が増加して、圧力室内に負の圧力波が発生する。さらに、この圧力波が圧力室内で正に転じるタイミングで、個別電極への駆動信号の供給が停止されると、複数枚の圧電シートが元の形状に戻って圧力室内の容積が減少する。このとき、前述の圧力室の容積増大に伴う圧力波と、圧電シートの復元に伴い生じる圧力波とが合成されて、インクに大きな圧力が付与される。そのため、この圧電アクチュエータは、比較的低い駆動電圧でインクに効率よく圧力を付与することができる。また、インクを吐出するタイミングにおいてのみ個別電極に駆動信号が供給されて圧電層に電界が作用するため、インクの吐出タイミング以外では圧電層に電界が付与されず、圧電層に分極劣化が生じにくくなることから、アクチュエータの耐久性も高くなる。
【特許文献１】特開２００４−１６６４６３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、圧電アクチュエータの、圧力室と重なる領域（特に、圧力室の中央部と重なり、個別電極が形成されていない領域）の剛性が高い場合には、圧力室内のインクに所定の圧力を付与するために個別電極により高い電位からなる駆動信号を印加することになり、圧電アクチュエータの消費電力が大きくなってしまう。したがって、圧電アクチュエータの駆動効率をより向上させるためには、駆動信号を高くすることなく、その変形量を大きくすることが可能な構成が求められる。また、多層の圧電層を有する圧電アクチュエータのみではなく、単層の圧電アクチュエータにおいても適用できることが望ましい。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、圧電アクチュエータの駆動効率に優れる液体吐出ヘッド及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００７】
本発明の第１の態様に従えば、液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、隔壁によって互いに隔てられた複数の圧力室、複数のノズル及び前記圧力室を介してノズルに至る複数の個別液体流路が形成された流路ユニットと、前記隔壁に固定されることによって複数の前記圧力室を画定し、前記圧力室と反対側の面が導電性を有する板材、前記板材の前記圧力室とは反対側の面の、すべての前記圧力室と対向する領域に形成された圧電層、前記圧電層の前記板材とは反対側の面の、すべての前記圧力室と対向する領域に形成された導電性層、及び、前記導電性層において各圧力室の外周縁に沿って形成された第１の溝と、前記第１の溝よりも前記圧力室の中心側に形成された凹部とによって周囲の導電性層から絶縁された複数の個別電極を有し、複数の前記圧力室内の液体に吐出エネルギーを付与する圧電アクチュエータとを備え、第１の溝の深さは前記導電性層の厚さ以上であり、前記凹部の深さは前記導電性層の厚さよりも大きい液体吐出ヘッドが提供される。
【０００８】
上述の第１の溝は、圧力室の外周縁にちょうど重なるものだけでなくその近傍に重なるものも含んでいる。つまり、第１の溝が圧力室の外側近傍及び内側近傍において圧力室の外周縁に沿って延在しているものも含む。そして、第１の溝及び凹部により、圧電層の圧力室の周辺部と対向する領域の上に、個別電極が形成されている。ここでいう周辺部は、圧力室の外周縁を１周するものだけに限らず、その１周において部分的に途切れているもの及び部分的に圧力室の外周縁から外れているものも含む。この構成で、個別電極に駆動信号（駆動電圧）を供給すると、圧電層の、例えば振動板等の板材と個別電極との間の部分が、圧電層の面方向に縮む。すると、振動板が圧力室の中心と対向する部分を頂点として圧力室と反対側に凸となるように変形し、その結果、圧力室の容積が増加して、圧力室内に負の圧力波が発生する。さらに、この圧力波が圧力室内で正に転じるタイミングで、個別電極への駆動信号の供給が停止されると、振動板が元の形状に戻って圧力室内の容積が元に戻るが、圧力室の容積増大に伴う圧力波と、振動板の復元に伴い生じる圧力波とが合成され、圧力室内の液体に大きな圧力が付与される。したがって、比較的低い駆動電圧で液体に高い圧力を付与することが可能になり、圧電アクチュエータの駆動効率が高くなる。また、液体を移送するタイミングにおいてのみ圧電層に電界を印加すればよいため、圧電層に分極劣化が生じにくく、耐久性に優れる。さらに、第１の溝の内側には圧電層に達する凹部が形成されているので、圧電アクチュエータの所定の領域の厚さが部分的に薄くなって剛性が他の領域よりも低下する。そのため、個別電極に駆動信号が供給されたとき、圧力室と対向する圧電層及び振動板が変形しやすくなり、圧力室の容積を大きく増大させることができる。したがって、圧電アクチュエータの駆動効率が向上する。加えて、圧力室と対向する圧電層及び振動板の変形が隣接する圧力室に対応する部分まで伝播しにくくなる。そのため、クロストークを低減させることができる。
【０００９】
本発明の液体吐出ヘッドにおいて、前記凹部は、第１の溝の延在方向に沿って形成された第２の溝と、第２の溝よりも前記圧力室の中心側における、前記圧電アクチュエータの所定の領域に形成された第１の凹部とを含み、第２の溝の深さは、前記導電性層の厚さ以上であり、第１の凹部の深さは前記導電性層の厚さよりも大きくてもよい。この場合には、所定の領域には圧電層に達する第１の凹部が形成されているので、圧電アクチュエータの所定の領域の厚さが部分的に薄くなって剛性が他の領域よりも低下する。また、第２の溝の深さは導電性層の厚さ以上であるので、個別電極を周囲の導電性層から確実に絶縁することができる。
【００１０】
本発明の液体吐出ヘッドにおいて、前記第１の凹部は、圧電層に形成されていてもよい。これにより、所定の領域の圧電層の剛性が低下するので、圧電アクチュエータの圧力室に対向する領域を大きく変形させることができる。
【００１１】
本発明の液体吐出ヘッドにおいて、前記板材の、前記第１の凹部と重なる領域に凹部が形成されていてもよい。これにより、所定の領域の振動板等の板材の剛性が低下するので、圧電アクチュエータの圧力室に対向する領域を大きく変形させることができる。
【００１２】
本発明の液体吐出ヘッドにおいて、前記圧力室は一方向に長く、前記第１の凹部が、前記一方向に沿って延在していてもよい。これにより、圧力室が一方向に延在していても、圧電アクチュエータを圧力室に対応させて大きく変形させることができる。
【００１３】
本発明の液体吐出ヘッドにおいて、前記所定の領域が、前記圧力室の中央部と対向していてもよい。これにより、圧電アクチュエータの、圧力室の中央部に対応する領域の剛性が低下するので、圧電アクチュエータの圧力室に対向する領域をより大きく変形させることができる。
【００１４】
本発明の液体吐出ヘッドにおいて、前記板材の前記圧力室側の面に、前記圧力室に向かって開く第２の凹部が形成されている。これにより、振動板等の板材の圧力室と対向する領域に第２の凹部が形成されているので、板材のこの領域における剛性が他の領域よりも低下する。そのため、圧電アクチュエータの圧力室に対向する領域を大きく変形させることができる。
【００１５】
本発明の液体吐出ヘッドにおいて、前記圧力室が、一方向に長く、前記第２の凹部が、前記板材の前記圧力室の前記中央部と対向する領域において前記一方向に沿って延在していてもよい。これにより、圧力室が一方向に延在していても、圧電アクチュエータを圧力室に対応させて大きく変形させることができる。
【００１６】
本発明の液体吐出ヘッドにおいて、前記第２の凹部が、前記圧力室の周縁に沿って環状に延在していてもよい。これにより、振動板等の板材の圧力室の周縁と対向する領域の剛性が他の領域よりも低下するので、圧電アクチュエータの圧力室に対向する領域を大きく変形させることができる。また、個別電極に駆動信号が供給されたときに、当該圧力室と対向する圧電アクチュエータの部分的な変形が、当該圧力室と隣接する他の圧力室と対向する圧電アクチュエータの部分に伝播しにくくなる。そのため、クロストークを抑制することができる。
【００１７】
本発明の液体吐出ヘッドにおいて、前記第１の溝が、前記圧電層に形成されていてもよい。この場合には、第１の溝が圧電層にまで達しているので圧電層の剛性が低下する。そのため、圧電アクチュエータの圧力室に対向する領域をより大きく変形させることができる。また、個別電極に駆動信号が供給されたときに、当該圧力室と対向する圧電アクチュエータの変形が、当該圧力室と隣接する他の圧力室と対向する圧電アクチュエータの部分に伝播しにくくなる。そのため、よりクロストークを抑制することができる。なお、圧電層は少なくとも一部が除去されていればよい。
【００１８】
本発明の液体吐出ヘッドにおいて、前記第２の溝が、前記圧電層に形成されていてもよい。これにより、第２の溝が圧電層にまで達しているので圧電層の剛性が低下する。そのため、圧電アクチュエータの圧力室に対向する領域をより大きく変形させることができる。なお、圧電層は少なくとも一部が除去されていればよい。
【００１９】
本発明の液体吐出ヘッドにおいて、前記第１及び第２の溝がそれぞれ輪状に延在し、ドーナツ状の前記個別電極が形成されていてもよい。これにより、圧電アクチュエータの圧力室の周辺部に対向する環状領域において、圧電層及び振動板等の板材の変形が大きくなる。
【００２０】
本発明の液体吐出ヘッドにおいて、前記圧力室が、一方向に長く、前記第１及び第２の溝は前記一方向に延在し、前記個別電極は、前記圧力室の前記中央部を挟み且つ前記一方向に沿って互いに平行に延在した２つの領域を有していてもよい。これにより、圧電アクチュエータの圧力室の一方向に沿う周辺部と対向する領域において、圧電層及び振動板等の板材の変形が大きくなる。
【００２１】
本発明の第２の態様に従えば、液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、隔壁によって互いに隔てられた複数の圧力室、複数のノズル及び前記圧力室を介してノズルに至る複数の個別液体流路が形成された流路ユニットと、前記隔壁に固定されることによって複数の前記圧力室を画定し、前記圧力室と反対側の面が導電性を有する板材、前記板材の前記圧力室とは反対側の面の、すべての前記圧力室と対向する領域に形成された圧電層、前記圧電層の前記板材とは反対側の面の、すべての前記圧力室と対向する領域に形成された導電性層、及び、各圧力室の外周縁に沿って形成された第１の溝と、前記第１の溝よりも前記圧力室の中心側に形成された凹部とによってその周囲から絶縁された複数の個別電極を有し、複数の前記圧力室内の液体に吐出エネルギーを付与する圧電アクチュエータとを備え、第１の溝の深さは前記導電性層の厚さよりも大きく、前記凹部の深さは前記導電性層の厚さ以上である液体吐出ヘッドが提供される。
【００２２】
本発明の第２の態様によれば、第１の溝の深さは圧電層に達しており、さらに第１の溝の内側には凹部が形成されているので、個別電極に駆動信号が供給されたとき、圧力室と対向する圧電層及び振動板等の板材が変形しやすくなり、圧力室の容積を大きく増大させることができる。したがって、圧電アクチュエータの駆動効率が向上する。加えて、圧力室と対向する圧電層及び板材の変形が隣接する圧力室に対応する部分まで伝播しにくくなる。そのため、クロストークを低減させることができる。
【００２３】
本発明の第３の態様に従えば、圧力室を介してノズルに至る複数の個別液体流路が形成され、互いに隣接する前記圧力室が隔壁によって隔てられた流路ユニットと、複数の前記圧力室内の液体に吐出エネルギーを付与する圧電アクチュエータとを備えた液体吐出ヘッドの製造方法において、前記圧力室が形成された前記流路ユニットを設ける工程と、基板を設ける工程と、前記基板の、前記圧力室と反対側の面に導電性を有する層を形成して、前記流路ユニットの複数の前記隔壁に固定されることによって複数の前記圧力室を画定する板材を形成する板材形成工程と、前記板材の導電性を有する面において、前記流路ユニットに固定したときにすべての前記圧力室と対向する領域に圧電層を隙間なく形成する圧電層形成工程と、前記圧電層の前記板材とは反対側の面において、前記流路ユニットに固定したときにすべての前記圧力室と対向する領域に導電性層を隙間なく形成する導電性層形成工程と、各圧力室の外周縁に沿って前記導電性層を除去することにより、前記導電性層の厚さ以上の深さの第１の溝を形成し、前記第１の溝よりも前記圧力室の中心側において前記第１の溝の延在方向に沿って前記導電性層を除去することにより、前記導電性層の厚さ以上の深さの第２の溝を形成して、周囲の導電性層とは絶縁された個別電極を形成する個別電極形成工程と、第２の溝よりも前記圧力室の中心側において、前記導電性層及び前記圧電層を除去することによって、前記導電性層の厚さよりも深い第１の凹部を形成する第１の凹部形成工程とを含む液体吐出ヘッドの製造方法が提供される。
【００２４】
個別電極形成工程において形成される第１の凹溝は、上述と同様に圧力室の外周縁にちょうど重なるものだけでなくその近傍に重なるものも含んでいる。これによると、個別電極に駆動信号を供給すると、圧電層の、振動板等の板材と個別電極との間の部分が、圧電層の面方向に縮む。すると、板材が圧力室の中心と対向する部分を頂点として圧力室と反対側に凸となるように変形し、その結果、圧力室の容積が増加して、圧力室内に負の圧力波が発生する。さらに、この圧力波が圧力室内で正に転じるタイミングで、個別電極への駆動信号の供給が停止されると、板材が元の形状に戻って圧力室内の容積が元に戻るが、圧力室の容積増大に伴う圧力波と、板材の復元に伴い生じる圧力波とが合成され、圧力室内の液体に大きな圧力が付与される。したがって、比較的低い駆動電圧で液体に高い圧力を付与することが可能になり、圧電アクチュエータの駆動効率が高くなる液体吐出ヘッドを製造することができる。また、液体を移送するタイミングにおいてのみ圧電層に電界を印加すればよいため、圧電層に分極劣化が生じにくく、耐久性に優れる。さらに、圧電アクチュエータの所定の領域には、第１の凹部形成工程により圧電層に達する第１の凹部が形成されているので、所定の領域の厚さが部分的に薄くなって剛性が他の領域よりも低下する。そのため、個別電極に駆動信号が供給されたとき、圧力室と対向する圧電層及び板材が変形しやすくなり、圧力室の容積を大きく増大させることができる。したがって、圧電アクチュエータの駆動効率が向上する。加えて、圧力室と対向する圧電層及び板材の変形が隣接する圧力室に対応する部分まで伝播しにくくなる。そのため、クロストークを低減させることができる。
【００２５】
本発明の液体吐出ヘッドの製造方法においては、前記第１の凹部形成工程において、第２の溝よりも前記圧力室の中心側の前記圧電層を除去し前記第１の凹部を形成してもよい。これにより、所定の領域の圧電層の剛性が低下するので、圧電アクチュエータの圧力室に対向する領域を大きく変形させることができる。
【００２６】
本発明の液体吐出ヘッドの製造方法においては、前記第１の凹部形成工程において、第２の溝よりも前記圧力室の中心側の前記板材の一部を除去し前記第１の凹部を形成してもよい。これにより、第２の溝よりも前記圧力室の中心側の領域の板材の剛性が低下するので、圧電アクチュエータの圧力室に対向する領域を大きく変形させることができる。
【００２７】
本発明の液体吐出ヘッドの製造方法においては、前記個別電極形成工程において、各圧力室の外周縁に沿って圧電層を除去し前記第１の溝を形成してもよい。これにより、第１の溝が圧電層にまで達するので圧電層の剛性が低下する。そのため、圧電アクチュエータの圧力室に対向する領域をより大きく変形させることができる。また、個別電極に駆動信号が供給されたときに、当該圧力室と対向する圧電アクチュエータの部分的な変形が、当該圧力室と隣接する他の圧力室と対向する圧電アクチュエータの部分に伝播しにくくなる。そのため、よりクロストークを抑制することができる。なお、圧電層は少なくとも一部が除去されればよい。
【００２８】
本発明の液体吐出ヘッドの製造方法においては、前記個別電極形成工程において、前記第１の溝の延在方向に沿って圧電層を除去し前記第２の溝を形成してもよい。これにより、第２の溝が圧電層にまで達するので圧電層の剛性が低下する。そのため、圧電アクチュエータの圧力室に対向する領域をより大きく変形させることができる。なお、圧電層は少なくとも一部が除去されればよい。
【００２９】
本発明の液体吐出ヘッドの製造方法においては、前記個別電極形成工程において、前記第１及び第２の溝を輪状に形成することによりドーナツ状の個別電極を形成してもよい。これにより、圧電アクチュエータの圧力室の周辺部に対向する環状領域において、圧電層及び板材の変形が大きくなる。
【００３０】
本発明の液体吐出ヘッドの製造方法において、前記圧力室は、一方向に長く、前記個別電極形成工程において、前記一方向に延在する前記第１及び第２の溝を形成することにより、前記圧力室の前記中央部を挟みつつ前記一方向に沿って互いに平行に延在した２つの領域を有する前記個別電極を形成してもよい。これにより、圧電アクチュエータの圧力室の一方向に沿う周辺部と対向する領域において、圧電層及び板材の変形が大きくなる。
【００３１】
本発明の液体吐出ヘッドの製造方法においては、前記第１の凹部形成工程及び前記個別電極形成工程において、レーザ光線を照射して前記導電性層又は前記圧電層を除去してもよい。これにより、レーザ光線を照射するという容易な方法で導電性層及び／又は圧電層を除去し第１の溝、第２の溝及び第１の凹部を形成することができる。
【００３２】
本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、前記板材の前記圧力室と対向する領域に、エッチングにより前記圧力室に向かって開く第２の凹部を形成する第２の凹部形成工程をさらに備えていてもよい。これにより、振動板等の板材の圧力室と対向する領域に第２の凹部が形成されるので、板材の、凹部が形成された領域の剛性が他の領域よりも低下する。そのため、圧電アクチュエータの圧力室に対向する領域をより大きく変形させることができる。
【００３３】
本発明の液体吐出ヘッドの製造方法において、前記圧力室が、一方向に長く、前記第２の凹部形成工程において、前記板材の、前記圧力室の前記中央部と対向する領域において前記一方向に沿って延在する前記第２の凹部を形成してもよい。これにより、圧力室が一方向に延在していても、圧電アクチュエータを圧力室に対応させて大きく変形させることができる。
【００３４】
本発明の液体吐出ヘッドの製造方法においては、前記第２の凹部形成工程において、前記板材に、前記圧力室の周縁に沿って環状に延在する前記第２の凹部を形成してもよい。これにより、振動板等の板材の圧力室の周縁と対向する領域の剛性が他の領域よりも低下するので、圧電アクチュエータの圧力室に対向する領域をより大きく変形させることができる。また、個別電極に駆動信号が供給されたときに、当該圧力室と対向する圧電アクチュエータの部分的な変形が、当該圧力室と隣接する他の圧力室と対向する圧電アクチュエータの部分に伝播しにくくなる。そのため、クロストークを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
〈第１実施形態〉
本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態は、液体吐出ヘッドとして、ノズルから記録用紙に対してインクを吐出するインクジェットヘッドに本発明に適用した一例である。図１は、本発明の第１実施形態によるインクジェットヘッドが採用されたインクジェットプリンタの概略斜視図である。図１に示すように、インクジェットプリンタ１００は、走査方向（図１の左右方向）に移動可能なキャリッジ１０１と、このキャリッジ１０１に設けられて記録用紙Ｐに対してインクを吐出するシリアル式のインクジェットヘッド１と、記録用紙Ｐを紙送り方向（図１の前方）へ搬送する搬送ローラ１０２等を備えている。インクジェットヘッド１は、キャリッジ１０１と一体的に走査方向（左右方向）へ移動して、その下面のインク吐出面に形成されたノズル（図４参照）２０から記録用紙Ｐに対してインクを吐出する。そして、インクジェットヘッド１により画像等が記録された記録用紙Ｐは、搬送ローラ１０２により前方（紙送り方向）へ排出される。
【００３６】
次に、インクジェットヘッド１について図２〜図５を参照して詳細に説明する。図２〜図５に示すように、インクジェットヘッド１は、その内部にインク流路が形成された流路ユニット２と、流路ユニット２の上側に配置された圧電アクチュエータ３とを有している。
【００３７】
まず、流路ユニット２について説明する。流路ユニット２は、図４及び図５に示すように、キャビティプレート１０、ベースプレート１１、マニホールドプレート１２及びノズルプレート１３を備えており、これら４枚のプレート１０〜１３が積層状態で接合されている。このうち、キャビティプレート１０、ベースプレート１１及びマニホールドプレート１２は略矩形のステンレス鋼製の板である。一方、ノズルプレート１３は、例えば、ポリイミド等の高分子合成樹脂材料により形成され、マニホールドプレート１２の下面に接着されている。なお、ノズルプレート１３も、３枚のプレート１０〜１２と同様にステンレス鋼等の金属材料で形成されていてもよい。
【００３８】
キャビティプレート１０には、上面（平面）に沿って配列された複数の圧力室１４が形成されており、これら複数の圧力室１４は、後述の振動板３０側（図４の上方）へ開口している。また、複数の圧力室１４は、紙送り方向（図２の上下方向）に２列に配列されている。各圧力室１４は、平面視で、走査方向（図２の左右方向）に長い略楕円形（角が丸まった長方形）の形状に形成されている。なお、圧力室１４の平面視での形状は、例えば、走査方向に長い長方形、楕円、菱形、平行四辺形等でもよいし、円、三角形、正方形、多角形等の形状でもよい。
【００３９】
また、図２〜図５に示すように、ベースプレート１１の、平面視で圧力室１４の長手方向外側端部に重なる位置には、それぞれ連通孔１５が形成されており、圧力室１４の長手方向内側端部に重なる位置に、それぞれ連通孔１６が形成されている。また、マニホールドプレート１２には、紙送り方向に２列に延び、平面視で圧力室１４の長手方向外側端部と重なるマニホールド流路１７が形成されている。このマニホールド流路１７には、インクタンク（図示せず）から、後述の振動板３０及びキャビティプレート１０に形成されたインク供給口１８を介してインクが供給される。また、マニホールドプレート１２の、平面視で圧力室１４のマニホールド流路１７と反対側の長手方向内側端部と重なる位置には、それぞれ連通孔１９が形成されている。さらに、ノズルプレート１３の、平面視で連通孔１９に重なる位置には、ノズル２０がそれぞれ形成されている。ノズル２０は、例えば、ポリイミド等の高分子合成樹脂の基板にエキシマレーザ加工を施すことにより形成される。
【００４０】
そして、図４に示すように、マニホールド流路１７は、連通孔１５を介して圧力室１４に連通し、さらに、圧力室１４は、連通孔１６，１９を介してノズル２０に連通している。このように、流路ユニット２内には、マニホールド流路１７から圧力室１４を経てノズル２０に至る複数の個別インク流路（個別液体流路）２１が形成されている。
【００４１】
次に、圧電アクチュエータ３について説明する。図２〜図５に示すように、圧電アクチュエータ３は、流路ユニット２の上面全体に配置された導電性を有する略矩形状の振動板３０と、振動板３０の上面（圧力室１４と反対側の面）においてすべての圧力室１４に跨って連続的に形成された圧電層３１と、圧電層３１の上面（振動板３０とは反対側の面）において複数の圧力室１４にそれぞれ対応して形成された複数の個別電極３２と、圧電層３１の上面において複数の個別電極３２と離隔して形成された導電性層３５とを備えている。
【００４２】
振動板３０は、ステンレス鋼等の鉄系合金、ニッケル合金、アルミニウム合金、チタン合金等の金属材料からなり、複数の圧力室１４を覆いつつ各圧力室１４を画定するキャビティプレート１０の隔壁１０ａと接合されている。この振動板３０は、複数の個別電極３２に対向して配置されており、個別電極３２と振動板３０との間の圧電層３１に電界を作用させる共通電極を兼ねている。振動板３０は、接地されてグランド電位に保持されている。本実施形態の振動板３０は、全体が導電性を有しているが、振動板は、最上層だけが導電性を有してもよい。つまり、振動板が２以上の層から構成され、そのうちの少なくとも最上層が導電性を有していてもよい。
【００４３】
また、図４及び図５に示すように、振動板３０の下面（圧力室１４側の面）において圧力室１４に向かって開いた凹部（第２の凹部）４０が形成されている。凹部４０は、平面視で圧力室１４の中央部と重なる領域において、圧力室１４よりも一回り小さく、走査方向に長い略楕円形の形状に形成されている。そして、振動板３０の、凹部４０が形成された領域においては、振動板３０の厚さが他の領域よりも薄くなっており、振動板３０の剛性が部分的に低下している。
【００４４】
圧電層３１の主成分は、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との固溶体であり、強誘電体であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）である。圧電層３１は、すべての圧力室１４に跨って形成されている。そのため、圧電層３１をすべての圧力室１４に対して一度に形成することができ、圧電層３１の形成が容易になる。
【００４５】
図３〜図５に示すように、圧電アクチュエータ３の上面の、平面視で圧力室１４の周縁と重なる領域には、圧力室１４の周縁に沿って環状（輪状）に延在した外側溝（第１の凹溝）３６と、外側溝３６の内側において外側溝３６に沿って環状（輪状）に延在した内側溝（第２の凹溝）３７とが形成されている。外側溝３６は、平面視で連通孔１５と重なる領域近傍で走査方向に沿って外側に湾曲した湾曲部３６ａを有している。この湾曲部３６ａは、圧電アクチュエータ３の上面の、圧力室１４と重ならない領域（すなわち、圧電アクチュエータ３の隔壁１０ａと重なる領域）に形成されている。内側溝３７は、圧電アクチュエータ３の上面の、振動板３０に形成された凹部４０の周縁と重なる領域に沿って形成されている。図４及び図５に示すように、外側溝３６及び内側溝３７の深さは、導電性層３５を貫通し、圧電層３１内に達している。また、圧電アクチュエータ３の上面の、内側溝３７の内側の、平面視で圧力室１４の中央部と重なる領域（所定の領域）には、走査方向に長い略長方形の形状の凹部（第１の凹部）３９が形成されている。つまり、凹部３９は、圧電アクチュエータ３の上面の、平面視で、振動板３０に形成された凹部４０と重なる領域に形成されている。また、図４及び図５に示すように、凹部３９は、導電性層３５及び圧電層３１を貫通して形成されている。そのため、凹部３９の開口から振動板３０の上面の一部が露出している。したがって、本実施形態における凹部３９は、外側及び内側溝３６，３７よりも深い。
【００４６】
このような外側及び内側溝３６，３７の形成により、圧電層３１の上面の、圧力室１４の中央部以外の領域、即ち、圧力室１４の周辺部と重なる領域において、個別電極３２が、周辺部に沿った環状に形成されている。また、個別電極３２は、外側溝３６の湾曲部３６ａにより、走査方向に沿って外側に延出した端子部３３を有している。端子部３３には、フレキシブルプリント配線板（Flexible  Printed Circuit：ＦＰＣ）等の可撓性を有する配線部材（図示省略）を介して、ドライバＩＣ４５が接続されており、このドライバＩＣ４５から複数の端子部３３を介して複数の個別電極３２に対して選択的に駆動信号が供給される。なお、本実施形態においては、導電性層３５は、銅から構成されているため、個別電極３２も銅から構成されているが、導電性層３５及び個別電極３２は、例えば、金、銀、パラジウム、白金、チタンなどの導電性材料から構成されていてもよい。また、内側溝３７により、個別電極３２の内側には、個別電極３２と離隔されたダミー電極３４が形成されている。ダミー電極３４は、凹部３９により、個別電極３２と同様に、環状に形成されている。
【００４７】
次に、インク吐出時における圧電アクチュエータ３の作用について説明する。図６は、駆動時における圧電アクチュエータ３の変形状態を示す図である。所望の個別電極３２に対してドライバＩＣ４５から選択的に駆動信号（正電位）が供給されると、駆動信号が供給された個別電極３２とグランド電位に保持されている共通電極としての振動板３０の電位が異なる状態となり、個別電極３２と振動板３０の間に挟まれた、圧電層３１の圧力室１４の周辺部に沿う環状部分に、圧電層の厚み方向の電界が生じる。このとき、圧電層３１の分極方向と電界の方向とが同じ場合には、圧電層３１がその分極方向である厚み方向に伸びて、分極方向と直交する方向である、圧電層３１の面と平行な方向に収縮する。
【００４８】
ここで、上述したように、個別電極３２は、圧電層３１の、圧力室１４の周辺部と重なる環状の領域に形成されているため、図６に示すように、圧電アクチュエータ３の、圧力室１４の周辺部に沿う環状の領域が、圧電層３１が自発的に変形する駆動領域Ａ１（活性領域）となり、圧力室１４の中央部と重なる領域が、駆動領域Ａ１の圧電層３１の変形に伴って変形する従動領域Ａ２（非活性領域）となる。また、圧電アクチュエータ３の、圧力室１４の外側の、振動板３０がキャビティプレート１０に接合された領域と重なる領域は、振動板３０の変形が拘束された拘束領域Ａ３となる。そして、図６に示すように、従動領域Ａ２の両側に位置する駆動領域Ａ１の圧電層３１は、圧電層３１の面と平行な方向に収縮する一方で、この駆動領域Ａ１における振動板３０は、圧電層３１の面と平行な方向に収縮しないことから、駆動領域Ａ１に囲まれた従動領域Ａ２の圧電層３１及び振動板３０が変形し、振動板３０は従動領域Ａ２の中央を頂点として圧力室１４と反対側に凸となるように変形する（ユニモルフ変形）。この変形に伴って、圧力室１４内の容積が増大して、圧力室１４内に負の圧力波が発生する。
【００４９】
この圧力室１４の容積増大に伴う圧力波が圧力室１４の長手方向に片道伝播する時間が経過したときに、圧力室１４内の圧力は正に転じる。ドライバＩＣ４５が、この圧力室１４内の圧力が正に転じるタイミングで、このドライバＩＣ４５による個別電極３２への駆動信号の供給を停止すると、個別電極３２の電位がグランド電位になり、振動板３０が元の形状に戻るため、圧力室１４内の容積が減少する。このとき、上述の圧力室１４の容積増大に伴う負の圧力波が反転した正の圧力波と、振動板３０の復元に伴い生じる圧力波とが合成されるため、圧力室１４内のインクに大きな圧力が付与されて、インクがノズル２０から吐出される。こうして、用紙Ｐへの所定の印字が行われる。
【００５０】
続いて、インクジェットヘッド１の製造方法について、図７を参照しつつ以下に説明する。図７は、インクジェットヘッド１の製造工程図である。インクジェットヘッド１を製造するには、まず、流路ユニット２を構成する各プレート１０〜１３のうち、ノズルプレート１３を除く３枚のプレート１０〜１２に、パターニングされたフォトレジストをマスクとして形成し、エッチングを施して、図４及び図５に示すような孔を各プレート１０〜１２に形成する。次に、全体が導電性を有する振動板３０を用意する。本実施形態においては、振動板３０が導電性を有する材料から形成されているため、特別な加工を施す必要はないが、例えば、振動板となる基板が絶縁性の材料からなる場合又は、振動板となる基板の、キャビティプレート１０上に積層されたときにキャビティプレートと反対側となる面（上面）が、絶縁性を有している場合などには、図１７に示すように、例えば蒸着法などにより基板３０１の上面に導電性材料からなる導電層３０２を形成する（振動板形成工程、板材形成工程）。これにより、上面が導電性を有する振動板（板材）３０が形成される。そして、振動板３０の下面（キャビティプレート１０と接合される面）に、フォトレジストをパターニングし、フォトレジストをマスクとしてエッチングを施して、振動板３０に、図４及び図５に示すような圧力室１４に向かって開口する凹部４０を形成する（第２の凹部形成工程）。
【００５１】
次に、図７（ａ）に示すように、３枚のプレート１０〜１２を順に積層し、振動板３０の凹部４０の開口が圧力室１４に向かって開くよう配置して、凹部４０がキャビティプレート１０の圧力室１４の中央部と重なるようにキャビティプレート１０の上面に振動板３０を積層する。そして、積層された３枚のプレート１０〜１２及び振動板３０を所定温度に加熱するとともに、プレート１０〜１２及び振動板３０を、上下一対のプレート状の治具４７で挟み込み加圧する。こうして、３枚のプレート１０〜１２が互いに拡散接合するともに、キャビティプレート１０の隔壁１０ａと振動板３０とが拡散接合する。なお、３枚のプレート１０〜１２及び振動板３０は、接着剤で接着してもよい。
【００５２】
次に、図７（ｂ）に示すように、振動板３０の上面においてすべての圧力室１４に跨るように隙間なく連続した圧電層３１を形成する。ここで、圧電層３１を形成する工程においては、化学蒸着（Chemical  Vapor Deposition：ＣＶＤ）法やエアロゾルデポジション法（ＡＤ法）等により、ＰＺＴの粒子を振動板３０の上方から振動板３０の上面に堆積させることにより圧電層３１を形成する。なお、圧電層３１は、ゾルゲル法、スパッタ法、水熱合成法などでも形成することができるし、さらに、ＰＺＴのグリーンシートを焼成することによって得られた圧電シートを振動板３０の上面に貼り付けて圧電層３１を形成することもできる。次に、図７（ｃ）に示すように、スクリーン印刷法、蒸着法、スパッタ法などを用いて圧電層３１の上面全体に隙間なく導電性層３５を形成する（導電性層形成工程）。なお、導電性層３５は、ＣＶＤ法やＡＤ法などでも形成することができる。
【００５３】
次に、導電性層３５の上面の、平面視で圧力室１４の周縁と重なる領域に、導電性層３５の上方からレーザ光線を照射し、図７（ｄ）に示すように、導電性層３５を貫通させ、さらに圧電層３１の一部を除去して、環状の外側溝３６を形成する。このとき、導電性層３５の上面の、平面視で連通孔１５と重なる領域近傍には、走査方向に沿って外側に湾曲した湾曲部３６ａも形成する。そして、導電性層３５の上面の、外側溝３６の内側に、外側溝３６に沿ってレーザ光線を照射し、図７（ｄ）に示すように、導電性層３５を貫通させ、さらに圧電層３１の一部を除去して、環状の内側溝３７を形成する。外側溝３６及び内側溝３７を形成することにより、圧電層３１の上面の、圧力室１４の周辺部に重なる領域に、導電性層３５から離隔された（すなわち、絶縁層３５から絶縁された）環状の個別電極３２が形成される（個別電極形成工程）。さらに、導電性層３５の上面の、内側溝３７の内側の、圧力室１４の中央部と重なる領域（所定の領域）にレーザ光線を照射して、図７（ｄ）に示すように、振動板３０の上面の一部が露出するように導電性層３５及び圧電層３１を除去し、平面視で略楕円形の凹部３９を形成する（第１の凹部形成工程）。なお、凹部３９を形成するときは、外側溝３６及び内側溝３７を形成するときよりもレーザ光線のパワーを上げるか、又は、レーザ光線の照射時間を長くする。内側溝３７及び凹部３９の形成により、個別電極３２の内側に環状のダミー電極３４が形成される。このようにレーザ加工による容易な方法で、個別電極３２を形成する外側及び内側溝３６，３７を形成することができる。
【００５４】
次に、レーザ加工により複数のノズル２０が形成されたノズルプレート１３を、図７（ｅ）に示すように、ノズル２０と連通孔１９とが対向するように位置合わせして、マニホールドプレート１２の下面に接着剤で接着する。こうして、インクジェットヘッド１の製造が完了する。
【００５５】
以上のように、本実施の形態によるインクジェットヘッド１によると、圧電アクチュエータは、圧力室１４内のインクに大きな圧力を付与することができる。したがって、低い電圧の駆動信号でインクに高い圧力を付与することが可能になり、圧電アクチュエータ３の駆動効率が高くなる。また、インクを吐出するタイミングにおいてのみ個別電極３２と共通電極である振動板３０との間に駆動電圧を供給して圧電層３１に電界を作用させるため、圧電層３１に分極劣化が生じにくく、耐久性に優れる。
【００５６】
個別電極３２は、圧電層３１の上面の、圧力室１４の周辺部と重なる環状領域において、圧力室の周辺部に沿うような環状に形成されているので、圧電層３１は、個別電極３２が形成された環状領域の全周にわたって変形する。そのため、環状領域の一部にのみ個別電極３２が形成されている場合に比べて、圧電層３１の変形に伴う振動板３０の変形量は大きくなる。当然、圧電層３１及び振動板３０の変形量が大きいほど、低い電圧の駆動信号でインクに高い圧力を付与することが可能になり、圧電アクチュエータ３の駆動効率は高くなる。そして、圧電層３１及び振動板３０の変形量を大きくするには、圧電層３１（又は導電性層３５）の上面の、個別電極３２が形成されていない従動領域Ａ２における圧電層３１及び振動板３０の剛性をできるだけ低くすることが効果的である。そこで、本実施形態のインクジェットヘッド１においては、図６に示すように、圧電層３１の上面（圧力室１４と反対側の面）の、圧力室１４の中央部と重なる領域に、平面視で圧力室１４よりも一回り小さい凹部３９が形成されている。さらに、振動板３０の下面（圧力室１４側の面）の、圧力室１４の中央部と重なる領域に、平面視で圧力室１４よりも一回り小さい凹部４０が形成されている。つまり、圧力室１４の中央部と重なる従動領域Ａ２において、圧電層３１及び振動板３０の厚さが、それらの他の部分に比べて薄く、凹部３９，４０が形成された部分の圧電層３１及び振動板３０の剛性は、凹部３９，４０が形成されていない他の部分に比べてかなり小さくなる。したがって、個別電極３２に駆動信号が供給されて圧電層３１の駆動領域Ａ１の部分が変形したときに、圧電層３１及び振動板３０の従動領域Ａ２の部分が変形しやすくなるため、低い電圧の駆動信号でインクに高い圧力を付与することができ、圧電アクチュエータ３の駆動効率が向上する。また、駆動信号の電圧を低くすることにより、個別電極３２に駆動信号を供給するドライバＩＣ４５やＦＰＣ等の電装系統のコストを低減することも可能になる。さらに、圧電層３１及び振動板３０の、凹部３９，４０が形成された部分の剛性が、凹部３９，４０が形成されていない部分の剛性よりも小さいので、これらの部分の剛性が同じである場合に比べて、凹部３９，４０が形成された部分の変形が、凹部３９，４０が形成されずにキャビティプレート１０に接合された部分に伝わりにくくなる。したがって、圧電層３１及び振動板３０の、ある圧力室に対応する部分の変形が、隣接する圧力室１４に対応する部分まで伝わることを抑制し、クロストークを低減させることができる。
【００５７】
また、凹部３９は、導電性層３５に加えて圧電層３１も貫通するように形成されているので、圧電層３１の圧力室１４の中央部と重なる領域の剛性が低下する。そのため、圧電アクチュエータ３の圧力室１４に重なる領域の変形量が大きくなる。また、凹部３９が圧力室１４の長手方向に沿って延在しているので、走査方向に長い圧力室１４に対応して、圧電アクチュエータ３を大きく変形させることができる。また、圧電アクチュエータ３の凹部３９が形成された領域（所定の領域）が、圧力室１４の中央部と重なっているので、圧電アクチュエータ３の、圧力室１４の中央部に対応する領域の剛性が低下する。そのため、圧電アクチュエータ３の従動領域Ａ２を大きく変形させることができる。
【００５８】
また、凹部４０が圧力室１４の長手方向に沿って延在しているので、走査方向に長い圧力室１４に対応して圧電アクチュエータ３を大きく変形させることができる。
【００５９】
また、外側溝３６が、圧電アクチュエータ３の圧力室１４の周縁と重なる領域において、導電性層３５を除去し、圧電層３１の一部を除去することによって形成されているので、圧電層３１の圧力室１４の周縁と重なる領域の剛性が低下する。そのため、圧電アクチュエータ３の圧力室１４と重なる領域をより大きく変形させることができる。また、圧電アクチュエータ３の、ある圧力室１４と重なる領域の変形が、隣接する圧力室１４に対応する部分にまで伝播しにくくなる。そのため、クロストークをより低減させることができる。
【００６０】
また、内側溝３７が、圧電アクチュエータ３の、凹部４０の周縁と重なる領域において、導電性層３５を除去し、圧電層３１の一部を除去することによって形成されているので、圧電層３１の、凹部４０の周縁と重なる領域の剛性が低下する。そのため、圧電アクチュエータ３の圧力室１４と重なる領域をより大きく変形させることができる。
【００６１】
〈第２実施形態〉
続いて、本発明の第２実施形態によるインクジェットヘッドについて図８を参照しつつ、以下に説明する。図８は、インクジェットヘッドの部分断面図である。図８に示すように、本実施形態におけるインクジェットヘッド２０１は、第１実施形態における凹部３９よりも深く形成された凹部２３９を有する圧電アクチュエータ２０３を備えていることを除いて、第１実施形態のインクジェットヘッド１の構成とほぼ同様である。このため、第１実施形態と同様なものについては、同符号で示し説明を省略する。
【００６２】
圧電アクチュエータ２０３は、第１実施形態とほぼ同様な、振動板２３０、圧電層２３１、導電性層２３５、個別電極２３２、ダミー電極２３４を備えている。圧電アクチュエータ２０３には、第１実施形態と同様な外側及び内側溝（第１及び第２の凹溝）２３６，２３７がレーザ加工により形成されている。そして、圧電アクチュエータ２０３の、内側溝２３７の内側の、圧力室１４の中央部と重なる領域に、導電性層２３５、圧電層２３１及び振動板２３０の一部をレーザ加工で除去することによって、凹部（第１の凹部）２３９が形成されている。つまり、凹部２３９は、振動板２３０内に達する深さを有しており、凹部２３９は上述した凹部３９よりも深い。これにより、圧電アクチュエータ２０３の、凹部２３９が形成された領域の剛性が、その他の領域の剛性よりも低下する。そのため、圧電アクチュエータ２０３の、圧力室１４と重なる領域を大きく変形させることができる。
【００６３】
続いて、本発明の第３実施形態によるインクジェットヘッドについて図９〜図１１を参照しつつ、以下に説明する。図９〜図１１に示すように、本実施形態におけるインクジェットヘッド３０１は、第１実施形態と同様の流路ユニット２と、流路ユニット２の上側に配置された圧電アクチュエータ３０３とを有している。なお、後述するように、インクジェットヘッド３０１の製造方法は、振動板３３０の凹部（第２の凹部）３４０、外側及び内側溝（第１及び第２の凹溝）３３６，３３７の平面視の形状を、第１実施形態の凹部４０、外側溝３６及び内側溝３７の形状と異なる形状に形成することを除いて、同じである。
【００６４】
圧電アクチュエータ３０３は、流路ユニット２の上面に拡散接合された振動板３３０と、振動板３３０の上面においてすべての圧力室１４に跨って連続的に形成された圧電層３３１と、圧電層３３１の上面において複数の圧力室１４にそれぞれ対応して形成された複数の個別電極３３２と、圧電層３３１の上面において複数の個別電極３３２と離隔された（絶縁された）導電性層３３５とを備えている。振動板３３０には、各圧力室１４に向かってそれぞれ開口した複数の凹部３４０が形成されている。凹部３４０は、平面視で各圧力室１４の周縁に沿って環状に延在している。なお、複数の凹部３４０は、フォトレジストをパターニングし、フォトレジストをマスクとして、エッチングにより形成されている。
【００６５】
圧電アクチュエータ３０３の上面には、圧力室１４の中央部を挟んで走査方向に沿って互いに平行に延在する外側溝３３６と、外側溝３３６の内側において外側溝３３６に沿って互いに平行に延在する内側溝３３７とが形成されている。外側溝３３６は、圧電アクチュエータ３０３の上面の、平面視で、圧力室１４の周縁の、長手方向に沿う平行部分と重なる領域に形成された１対の平行部３３６ａと、連通孔１５と重なる領域近傍で湾曲し一対の平行部３３６ａを繋ぐ湾曲部３３６ｂとを有している。内側溝３３７は、圧電アクチュエータ３０３の上面において、一対の平行部３３６ａに沿って延在する一対の平行部３３７ａと、連通孔１５と重なる領域近傍で湾曲し一対の平行部３３７ａを繋ぐ湾曲部３３７ｂとを有している。外側溝３３６及び内側溝３３７の一対の平行部３３６ａ，３３７ａは、平面視で連通孔１６と重なる領域近傍で互いに繋がっている。図１０及び図１１に示すように、外側溝３３６及び内側溝３３７は、導電性層３３５を貫通しており、圧電層３３１内に達する深さを有している。また、圧電アクチュエータ３０３の上面の、内側溝３３７の内側の、平面視で圧力室１４の中央部と重なる領域（所定の領域）には、走査方向に長い略楕円形の凹部（第１の凹部）３３９が形成されている。また、凹部３３９の深さは、導電性層３３５及び圧電層３３１を合わせた厚さよりも長い。そのため、凹部３３９の開口から振動板３３０の上面の一部が露出している。したがって、本実施形態における凹部３３９の深さは、第１実施形態と同様に外側溝３３６及び内側溝３３７よりも深い。
【００６６】
このような外側溝３３６及び内側溝３３７を形成することにより、圧電層３３１の、圧力室１４の周辺部と重なる領域において、個別電極３３２は、圧力室１４の中央部と重なる領域を挟み、且つ、走査方向に延在した２つの領域３３２ａを有する略Ｕ字の形状に形成される。なお、第１実施形態と同様に、個別電極３３２も、外側及び内側溝３３６，３３７が形成されるまでは導電性層３３５と一体化していたものであり、導電性層３３５の一部がレーザ加工により除去され外側及び内側溝３３６，３３７が形成されることで、導電性層３３５と離隔されて（すなわち、周囲とは絶縁されて）形成される。また、個別電極３３２は、外側及び内側溝３３６，３３７の湾曲部３３６ａ，３３７ａが形成されることにより、圧力室１４と重ならない位置に端子部３３３を有している。第１実施形態と同様に端子部３３３には、配線部材を介してドライバＩＣ３４５が接続されている。そして、ドライバＩＣ３４５からの駆動信号が複数の個別電極３３２に対して選択的に供給される。
【００６７】
次に、インク吐出時における圧電アクチュエータ３０３の作用について説明する。圧電アクチュエータ３０３も、第１実施形態の圧電アクチュエータ３とほぼ同様に駆動される。つまり、所望の個別電極３３２に対してドライバＩＣ３４５から選択的に駆動信号（正電位）が供給されると、駆動信号が供給された個別電極３３２とグランド電位に保持されている振動板３３０との間に挟まれた、圧電層３３１の圧力室１４の周辺部の走査方向に平行な部分と重なる領域に厚み方向の電界が生じ、圧電層３３１の面と平行な方向に収縮する。このとき、図１１に示すように、圧電アクチュエータ３０３の、圧力室１４の周辺部の走査方向に平行な部分と重なる領域は、圧電層３３１が自発的に変形する駆動領域Ｂ１（活性領域）となり、圧力室１４の中央部と重なる領域が、駆動領域Ｂ１の圧電層３３１の変形に伴って変形する従動領域Ｂ２（非活性領域）となる。また、圧電アクチュエータ３０３の、圧力室１４の外側の、振動板３３０とキャビティプレート１０とが接合された領域は、振動板３３０の変形が拘束された拘束領域Ｂ３となる。そして、従動領域Ｂ２の両側に位置する駆動領域Ｂ１の圧電層３３１は圧電層３３１の面方向と平行な方向に収縮する一方で、駆動領域Ｂ１における振動板３３０は面方向と平行な方向に収縮しないことから、駆動領域Ｂ１の間に挟まれた従動領域Ｂ２の圧電層３３１及び振動板３３０が変形し、振動板３３０は従動領域Ｂ２の中央を頂点として圧力室１４と反対側に凸となるように変形する（ユニモルフ変形）。すると、圧力室１４内の容積が増大して、圧力室１４内に負の圧力波が発生する。そして、第１実施形態と同様なタイミングで、ドライバＩＣ３４５による個別電極３３２への駆動信号の供給を停止すると、個別電極３３２の電位がグランド電位になり、振動板３３０が元の形状に戻って圧力室１４内の容積が減少する。このとき、圧力室１４の容積増大に伴う負の圧力波が正に反転した圧力波と、振動板３３０の復元に伴い生じる正の圧力波とが合成されるため、圧力室１４内のインクに大きな圧力が付与される。こうして、インクがノズル２０から吐出され、用紙への所定の印字が行われる。
【００６８】
以上のように、本実施の形態におけるインクジェットヘッド３０１によると、第１実施形態と同様なものついては同じ効果を得ることができる。また、凹部３４０が、圧力室１４の周縁に沿って環状に形成されているので、振動板３３０の圧力室１４の周縁と対向する領域の剛性が他の領域よりも低下する。そのため、圧電アクチュエータ３０３の圧力室１４に重なる領域をより大きく変形させることができる。加えて、圧電アクチュエータ３０３の圧力室１４と重なる領域の変形が、隣接する圧力室１４に対応する部分まで伝わるのを抑制する。そのため、クロストークをより一層低減させることができる。また、個別電極３３２が２つの領域３３２ａを有しているので、圧電アクチュエータ３０３の、圧力室１４の走査方向に沿う周辺部と重なる領域において、圧電層３３１及び振動板３３０の変形が大きくなる。
【００６９】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能なものである。
【００７０】
〈第１変更形態〉
図１２，１３に示すように、圧電アクチュエータ３Ａの、外側溝３６の内側に凹部３７Ａが形成されていてもよい。本変更形態の圧電アクチュエータ３Ａは、内側溝３７及び凹部３９に代えて凹部３７Ａが形成されている点を除いて、第１実施形態の圧電アクチュエータ３と同じ構造を有している。図１３に示すように、凹部３７Ａの深さは、導電性層３５の厚さと同じである。つまり、圧電アクチュエータ３Ａの、凹部３７Ａが形成された領域には導電性層３５は存在せず、圧電層３１が凹部３７Ａの底面に露出している。このとき、圧電層３１には凹部３７Ａが形成されていないため、凹部３７Ａと重なる領域の圧電層３１の厚さは、個別電極３２と重なる領域の厚さと同じである。このように、導電層３５の厚さと凹部３７Ａの深さが同じ場合であっても、凹部３７Ａが外側溝３６の内側に形成されている場合には、圧電アクチュエータ３Ａの、凹部３７Ａが形成されている領域を従動領域とすることができ、且つ、圧電アクチュエータ３Ａの、凹部３７Ａが形成されている領域の剛性を下げることもできる。
【００７１】
〈第２変更形態〉
図１４に示すように、本変更形態の圧電アクチュエータ３Ｂは、外側溝１３６及び凹部３７Ｂの深さを除いて、上記第１変更形態の圧電アクチュエータ３Ａと同じ構造である。圧電アクチュエータ３Ｂは、外側溝１３６の深さが導電性層３５の厚さと同じであり、外側溝１３６の内側に形成された凹部３７Ｂの深さは、導電性層３５の厚さよりも大きく、導電性層３５及び圧電層３１を合わせた厚さよりも小さい。即ち、本変更形態の圧電アクチュエータ３Ｂの、凹部３７Ｂが形成された領域には導電性層３５が存在せず、従動領域が形成されている。また、凹部３７Ｂが形成されることによって、従動領域における圧電層３１の厚さが薄くなっているため、圧電アクチュエータ３Ｂの従動領域の剛性を下げることができる。ここで、外側溝１３６の深さは導電性層の厚さと同じであるので、圧電アクチュエータ３Ｂの、外側溝１３６が形成された領域には導電性層３５が存在しない。そのため、個別電極３３と、外側溝３６Ｃを挟んで隣接する導電性層３５とを確実に絶縁することができる。
【００７２】
〈第３変更形態〉
図１５に示すように、本変更形態の圧電アクチュエータ３Ｃは、上記第２変更形態の凹部３７Ｂに代えて、深さの異なる２つの凹部（第１の凹部１３７Ａ及び第２の凹部１３７Ｂ）から形成された凹部３７Ｃが形成されている。第１の凹部１３７Ａは、圧電アクチュエータ３Ｂの、外側溝１３６の内側で、第２の凹部１３７Ｂよりも外側の領域に形成されている。第１の凹部１３７Ａの深さは、導電性層３５の厚さよりも大きく、導電性層３５と圧電層３１とを合わせた厚さよりも小さい。これに対して、第２の凹部１３７Ｂの深さは、導電性層３５と圧電層３１とを合わせた厚さと同じである。即ち、第１の凹部１３７Ａの底面においては、圧電層３１が露出しているが、第２の凹部１３７Ｂの底面においては、振動板３０が露出している。このように、外側溝１３６の内側の従動領域に深い凹部（第２の凹部）を形成することにより、従動領域における圧電アクチュエータ３Ｃの剛性を下げることができる。また、第１の凹部１３７Ａにおいては振動板３０が露出していないため、個別電極３２と、グラウンド電位に保たれた共通電極としての振動板３０との間の距離が充分離れており、これらの電極が電気的に導通する恐れはない。
【００７３】
〈第４変更形態〉
図１６に示すように、圧電層は複数の層を有していてもよい。図１６に示す圧電アクチュエータ３ｄは、２枚の圧電層３１ｄ、３１ｅとその間に形成された導電層３１ｆとを有し、圧電層３１ｅの上面には導電性層３５が形成されている。圧電アクチュエータ３ｄには、第１実施形態の外側溝３６とほぼ同じ平面視の形状を有する外側溝３６ｄが形成されており、外側溝３６ｄは、上から２枚目の圧電層３１ｄに到達する深さを有している。また、圧電アクチュエータ３ｄの、外側溝３６ｄの内側の領域（圧力室１４と重なる領域）には、圧電層３１ｄに到達する深さを有する凹部３７ｄが形成されている。これらの凹部３７ｄ及び外側溝３６ｄによって、電極３３ｄ及び３３ｆが画成されている。電極３３ｄ及び振動板３０は、不図示の配線によりドライバＩＣ４５に接続されて、常にグランド電位に保たれており、共通電極として機能している。電極３３ｆは、ドライバＩＣ４５に接続されており、個別電極として機能している。このような複数の圧電層を有する圧電アクチュエータに対しても、本発明を適用しうる。
【００７４】
上述した実施形態及び変更形態において、個別電極は、外側及び内側溝が形成されるまでは導電性層と一体化していたものであり、導電性層が除去されて外側及び内側溝が形成されることで、導電性層と切り離されて周囲と絶縁された個別電極が形成されている。しかしながら、個別電極は必ずしもこのようにして形成される必要はなく、周囲とは絶縁された個別電極を、例えばスクリーン印刷法等で形成したあとで、外側溝及び内側溝を形成してもよい。あるいは、外側溝及び内側溝となる領域をマスクした状態でＡＤ法又はＣＶＤ法等により圧電層を形成することによって、圧電層の形成と同時に外側溝及び内側溝を形成することができる。
【００７５】
また、例えば、上述した各実施形態における凹部３９，２３９，３３９は、いずれも圧電層３１，２３１，３３１を貫通するように除去されているが、圧電層３１，２３１，３３１を貫通せず、凹部３９，２３９，３３９の深さが圧電層３１，２３１，３３１の厚さよりも短くてもよい。また、凹部３９，２３９，３３９は、圧力室１４の長手方向（走査方向）に沿って延在していなくてもよい。また、凹部３９，２３９，３３９は、圧力室１４の中央部と重なる位置に形成されていなくてもよい。つまり、凹部３９，２３９，３３９が形成される所定の領域が、圧力室１４の中央部から外れてた領域と重なっていてもよい。また、振動板３０，２３０，３３０に形成された凹部４０，３４０は、振動板に形成されていなくてもよい。また、凹部４０，３４０は、圧力室１４の長手方向に沿って延在していなくてもよい。また、上述した各実施形態における外側溝３６，２３６，３３６及び内側溝３７，２３７，３３７は、導電性層３５，２３５，３３５を貫通するように除去し、さらに圧電層３１，２３１，３３１の一部を除去することで形成されているが、圧電層３１，２３１，３３１を除去せずに導電性層３５，２３５，３３５のみを貫通するように除去することで形成されたものであってもよい。また、上述したインクジェットヘッド１は、ヘッドが往復移動するシリアルタイプであるが、ヘッドが固定されたラインタイプであってもよい。また、上述した各実施形態においては、液体吐出ヘッドとして、ノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドに本発明を適用した一例であるが、インク以外の液体に圧力を付与して液体を吐出する他の液体吐出ヘッドに本発明を適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の第１実施形態によるインクジェットヘッドが採用されたインクジェットプリンタの概略斜視図である。
【図２】インクジェットヘッドの平面図である。
【図３】図２に示す一点鎖線で囲まれた領域の拡大平面図である。
【図４】図３に示すIV−IV線に沿った断面図である。
【図５】図３に示すV−V線に沿った断面図である。
【図６】圧電アクチュエータの駆動時における変形状態を示す図である。
【図７】本発明の第１実施形態によるインクジェットヘッドの製造工程図である。
【図８】本発明の第２実施形態によるインクジェットヘッドの部分断面図である。
【図９】本発明の第３実施形態によるインクジェットヘッドの部分拡大平面図である。
【図１０】図９に示すＸ−Ｘ線に沿った断面図である。
【図１１】図９に示すＸI−ＸI線に沿った断面図である。
【図１２】本発明の第１変更形態における図３相当図である。
【図１３】図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図１４】本発明の第２変更形態における図１３相当図である。
【図１５】本発明の第３変更形態における図１３相当図である。
【図１６】本発明の第４変更形態における図１３相当図である。
【図１７】本発明のインクジェットヘッドにおける振動板形成工程を表す図である。
【符号の説明】
【００７７】
１，２０１，３０１  インクジェットヘッド
２  流路ユニット
３，２０３，３０３  圧電アクチュエータ
１０ａ  隔壁
１４  圧力室
２０  ノズル
２１  個別インク流路（個別液体流路）
３０，２３０，３３０  振動板
３１，２３１，３３１  圧電層
３２，２３２，３３２  個別電極
３５，２３５，３３５  導電性層
３６，２３６，３３６  外側溝（第１の凹溝）
３７，２３７，３３７  内側溝（第２の凹溝）
３９，２３９，３３９  凹部（第１の凹部）
４０，３４０  凹部（第２の凹部）
【図１】
2007090871.tif 000003
【図２】
2007090871.tif 000004
【図３】
2007090871.tif 000005
【図４】
2007090871.tif 000006
【図５】
2007090871.tif 000007
【図６】
2007090871.tif 000008
【図７】
2007090871.tif 000009
【図８】
2007090871.tif 000010
【図９】
2007090871.tif 000011
【図１０】
2007090871.tif 000012
【図１１】
2007090871.tif 000013
【図１２】
2007090871.tif 000014
【図１３】
2007090871.tif 000015
【図１４】
2007090871.tif 000016
【図１５】
2007090871.tif 000017
【図１６】
2007090871.tif 000018
【図１７】
2007090871.tif 000019