(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溝によって分割された圧電層と内部電極とを交互に積層した複数の駆動部を有し、複数の駆動部の共通電極を並び方向両端の圧電層と内部電極とを交互に積層した非駆動部より引き出す構成の積層型圧電素子において、
前記溝によって分割されないで各圧電素子部の共通側外部電極に接続された導通用内部電極を有し、
前記導通用内部電極が形成された領域の個別側外部電極形成面には切り欠き部が形成され、前記切り欠き部に前記導通用内部電極が露出していない
ことを特徴とする積層型圧電素子。
【請求項２】
請求項１に記載の積層型圧電素子において、前記導通用内部電極の形状は溝加工前の内部電極の形状と略同じであることを特徴とする積層型圧電素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の積層型圧電素子において、前記導通用内部電極が複数層設けられていることを特徴とする積層型圧電素子。
【請求項４】
溝によって分割された圧電層と内部電極とを交互に積層した複数の駆動部を有し、複数の駆動部の共通電極を並び方向両端の圧電層と内部電極とを交互に積層した非駆動部より引き出す構成の積層型圧電素子において、
各駆動部の共通側外部電極に接続され、駆動部の並び方向全域に渡って形成される導通用外部電極を有し、
前記導通用外部電極は、前記溝によって分割されない面に形成され、個別側外部電極形成面には形成されない
ことを特徴とする積層型圧電素子。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれかに記載の積層型圧電素子を製造する方法であって、前記積層された内部電極群に対して積層方向に略対称な形状の圧電層からなるダミー部を形成した部材を基板に固定した後、前記ダミー部を除去することを特徴とする積層型圧電素子の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の積層型圧電素子の製造方法において、前記ダミー部には前記導通用内部電極に対応するダミー内部電極を設けることを特徴とする積層型圧電素子の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の積層型圧電素子の製造方法において、前記ダミー部には前記ダミー部除去後に最も表面に近い内部電極と対称形状をなすダミー内部電極を設けることを特徴とする積層型圧電素子の製造方法。
【請求項８】
可動部分を積層型圧電素子を用いて変形させる圧電型アクチュエータにおいて、前記積層型圧電素子は前記請求項１ないし４のいずれかに記載の積層型圧電素子であることを特徴とする圧電型アクチュエータ。
【請求項９】
ノズルに連通する液室を圧電型アクチュエータによって加圧して液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドにおいて、前記圧電型アクチュエータは前記請求項８に記載の圧電型アクチュエータであることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項１０】
インク滴を吐出するインクジェットヘッドを搭載するインクジェット記録装置において、前記インクジェットヘッドは前記請求項９に記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とするインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は  積層型圧電素子及びその製造方法、圧電型アクチュエータ、液滴吐出ヘッド並びにインクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の画像記録装置（画像形成装置）として用いるインクジェット記録装置は、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する液室（インク流路、吐出室、圧力室、加圧液室、流路等とも称される。）と、この液室内のインクを加圧するための駆動手段（圧力発生手段）とを備えた液滴吐出ヘッドとしてのインクジェットヘッドを搭載したものである。なお、液滴吐出ヘッドとしては例えば液体レジストを液滴として吐出する液滴吐出ヘッド、ＤＮＡの試料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドなどもあるが、以下ではインクジェットヘッドを中心に説明する。
【０００３】
インクジェットヘッドとしては、液室内のインクを加圧する圧力を発生するための圧力発生手段として圧電体、特に圧電層と内部電極を交互に積層した積層型圧電素子を用いて、積層型圧電素子のｄ３３方向の変位で液室の壁面を形成する弾性変形可能な振動板を変形させ、液室内容積／圧力を変化させてインク滴を吐出させるいわゆるピエゾ型のものが知られている。
【０００４】
このような積層型圧電素子を用いたインクジェットヘッドとしては、例えば特開平１０−２８６９５１号公報に記載されているように、圧電層と内部電極とを交互に積層し、両端面に個別側外部電極及び共通側外部電極を形成した積層型圧電素子に、一部を残して溝加工を施すことによって複数の駆動部（駆動チャンネル）と両端の非駆動部とを形成し、この積層型圧電素子の共通電極を駆動部の並び方向両端の非駆動部から取出すようにしたものがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年において、インクジェット記録装置は、高画質、高速化が要求されており、高速化するための手段として、ヘッドの副走査方向のノズル数を増加させ、キャリッジの主走査方向１スキャンで副走査方向に広幅で印字することが行われる。
【０００６】
ところが、上述した積層型圧電素子を用いたインクジェットヘッドのように、各駆動部の共通電極を圧電体の長さ方向両端の非駆動部から取出すようにした場合、高速化のために積層型圧電素子を長尺化して駆動部（駆動チャンネル）の数を増加すると、駆動チャンネル数の増加につれて各駆動チャンネルから共通電極取り出し部（両端の非駆動部）までの導通距離が長くなり、その結果、共通電極の抵抗が増大する。特に、積層型圧電素子にハーフカットを施して複数の駆動部を形成する場合には、共通側外部電極は溝加工されないで残っている部分となり、幅の狭い部分が長く存在して共通電極の抵抗値が増大する。
【０００７】
ここで、すべての駆動チャンネルを駆動するとき１つの駆動チャンネルのみを駆動するときとでは、駆動チャンネルにかかる駆動電圧の時定数に差が生じる。この駆動電圧の時定数は、駆動チャンネル数が多いほど大きくなり、また共通電極の抵抗値が大きいほど駆動チャンネル数によって変化することになる。
【０００８】
このように駆動電圧の時定数が変化すると、インク滴の噴射特性、特にインク滴速度が変化し、着弾位置が変化することになるので、すべての駆動チャンネルを駆動するとき１つの駆動チャンネルを駆動するときの時定数の差が大きくなると、特に６００ｄｐｉ程度の高密度画像を印字する場合に画像品質の劣化が大きくなる。
【０００９】
そのため、上述した従来の積層型圧電素子を用いたインクジェットヘッドでは、共通電極の抵抗値が大きいために特に６００ｄｐｉ程度の高密度画像を印字する場合に高画像品質が得られないという課題がある。
【００１０】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、全チャンネル駆動時と１チャンネル駆動時の駆動電圧の時定数の差を小さくした積層型圧電素子及びその製造方法、バラツキの少ない動作特性が得られる圧電型アクチュエータ、安定した噴射特性の得られる液滴吐出ヘッド、高画質記録が可能なインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係る積層型圧電素子は、
溝によって分割された圧電層と内部電極とを交互に積層した複数の駆動部を有し、複数の駆動部の共通電極を並び方向両端の圧電層と内部電極とを交互に積層した非駆動部より引き出す構成の積層型圧電素子において、
前記溝によって分割されないで各圧電素子部の共通側外部電極に接続された導通用内部電極を有し、
前記導通用内部電極が形成された領域の個別側外部電極形成面には切り欠き部が形成され、前記切り欠き部に前記導通用内部電極が露出していない
構成とした。
【００１４】
ここで、導通用内部電極の形状は溝加工前の内部電極の形状と略同じであることが好ましい。また、導通用内部電極は複数層設けられていることが好ましい。
【００１５】
本発明に係る積層型圧電素子は、
溝によって分割された圧電層と内部電極とを交互に積層した複数の駆動部を有し、複数の駆動部の共通電極を並び方向両端の圧電層と内部電極とを交互に積層した非駆動部より引き出す構成の積層型圧電素子において、
各駆動部の共通側外部電極に接続され、駆動部の並び方向全域に渡って形成される導通用外部電極を有し、
前記導通用外部電極は、前記溝によって分割されない面に形成され、個別側外部電極形成面には形成されない
構成とした。
【００１６】
本発明に係る積層型圧電素子の製造方法は、本発明に係る積層型圧電素子を製造する方法であって、内部電極群に対して積層方向に略対称な形状を有する圧電層からなるダミー部を形成した部材を基板に固定した後、ダミー部を除去するものである。
【００１７】
ここで、ダミー部には導通用内部電極に対応するダミー内部電極を設けることが好ましい。この場合、ダミー部にはダミー部除去後に最も表面に近い内部電極と対称形状をなすダミー内部電極を設けるが好ましい。
【００１８】
本発明に係る圧電型アクチュエータは、可動部分を変形させる本発明に係る積層型圧電素子を備えたものである。
【００１９】
本発明に係る液滴吐出ヘッドは、液室内の液体を加圧する本発明に係る本発明に係る圧電型アクチュエータを備えたものである。
【００２０】
本発明に係るインクジェット記録装置は、インク滴を吐出する本発明に係る液滴吐出ヘッドを備えたものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。本発明の第１実施形態に係る液滴吐出ヘッドとしてのインクジェットヘッドについて図１を参照して説明する。なお、同図は同ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図である。
【００２３】
このインクジェットヘッドは、単結晶シリコン基板で形成した流路基板（液室基板）１と、この流路基板１の下面に接合した振動板２と、流路基板１の上面に接合したノズル板３とを有し、これらによってインク滴を吐出するノズル５がインク練通路５ａを介して連通する流路（インク液室）である加圧液室６、加圧液室６に流体抵抗部となるインク供給路７を介してインクを供給する共通液室８を形成している。
【００２４】
ここで、流路基板１は、結晶面方位（１１０）の単結晶シリコン基板を水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ）などのアルカリ性エッチング液を用いて異方性エッチングすることで、インク連通５ａとなる貫通孔、各加圧液室６、インク供給路７、共通液室８となる凹部をそれぞれ形成している。
【００２５】
振動板２は例えばニッケルの金属プレートから形成したものであるが、この他、樹脂部材或いは樹脂部材と金属部材の積層部材などで形成することができる。
【００２６】
ノズル板３は各加圧液室６に対応して直径１０〜３０μｍのノズル５を形成し、流路基板１に接着剤接合している。このノズル板３としては、ステンレス、ニッケルなどの金属、金属とポリイミド樹脂フィルムなどの樹脂との組み合せ、、シリコン、及びそれらの組み合わせからなるものを用いることができる。また、ノズル面（吐出方向の表面：吐出面）には、インクとの撥水性を確保するため、メッキ被膜、あるいは撥水剤コーティングなどの周知の方法で撥水膜を形成している。
【００２７】
そして、振動板２の面外側（液室６と反対面側）に各加圧液室６に対応して駆動手段としての積層型圧電素子１２を接合している。これらの振動板２と積層型圧電素子１２によって可動部分である振動板２を変形させる圧電型アクチュエータを構成している。
【００２８】
この積層型圧電素子１２は振動板２との接合面との反対側の面はベース（基台）１３に接着剤で接合して固定し、一端面には積層型圧電素子１２に駆動波形を与えるためのＦＰＣケーブル１４を接続している。
【００２９】
ここでは、１つの長尺の圧電素子にスリットを形成することで各加圧液室６に対応する複数の圧電素子２を形成している。なお、本明細書において「圧電素子の全体の長さ」は各圧電素子２を形成する元になった長尺の圧電素子の長さを意味するものとする。
【００３０】
ここでは、圧電素子１２の圧電方向としてｄ３３方向の変位を用いて加圧液室６内インクを加圧する構成とすることも、圧電素子１２の圧電方向としてｄ３１方向の変位を用いて加圧液室６内インクを加圧する構成とすることもできる。
【００３１】
この圧電素子１２は振動板２との接合面との反対側の面はベース１３に接着剤２７で接合して固定している。このベース１３には圧電素子１２との接合面に対して垂直方向の面にＰＣＢ基板１４を接着剤を接合し、更に圧電素子１２の個別側外部電極２５とＰＣＢ基板１４とをワイヤー１５で直接ワイヤーボンディングによって接続している。
【００３２】
ベース１３の材質（材料）は金属材料を用いることが好ましい。ベース１３の材質が金属であれば、積層型圧電素子１２の自己発熱による蓄熱を防止することができる。積層型圧電素子１２とベース１３は接着剤により接着接合しているが、チャンネル数が増えると、積層型圧電素子１２の自己発熱により１００℃近くまで温度が上昇し、接合強度が著しく低下することになる。また、自己発熱によりヘッド内部の温度上昇が発生し、インク温度が上昇するが、インクの温度が上昇すると、インク粘度が低下し、噴射特性に大きな影響を与える。したがって、ベース１３を金属材料で形成して積層型圧電素子１２の自己発熱による蓄熱を防止することで、これらの接合強度の低下、インク粘度の低下による噴射特性の劣化を防止することができる
【００３３】
さらに、ベース１３の線膨張係数が大きいと、高温または低温でベース１３と積層型圧電素子１２の接合界面で接着剤の剥離が発生することがある。すなわち、従前は圧電素子の全長が長くなかったため、環境変動による温度差で圧電素子とベース１３が剥離するという問題はほとんどなかったが、３００ｄｐｉで約４００ノズル程度を有する全体で３０〜４０ｍｍ程度の長さの圧電素子を用いることでこの問題が顕在化された。
【００３４】
したがって、ベース１３の材料としては線膨張係数が１０Ｅ−６／℃以下の材質を用いることが好ましく、この線膨張係数の範囲にすることにより、環境変動による温度差で、圧電素子との接合界面が剥離することを防止できる。特に、圧電素子に接着接合される部品の線膨張係数を全て１０Ｅ−６／℃以下にすると、接合界面の剥離に対し、非常に効果的であることを確認した。
【００３５】
また、ＦＰＣケーブル１４には各チャンネル（各加圧液室６に対応する）を駆動する駆動波形（電気信号）を印加するためのドライバＩＣ１６を複数搭載している。このように、ＦＰＣケーブル１４に複数のドライバＩＣ１６を搭載することにより、各ドライバＩＣ１６毎に電気信号を設定することができ、積層型圧電素子１２の各駆動チャンネルの変位特性のばらつきを容易に補正することができるようになる。
【００３６】
すなわち、圧電素子の長尺化に伴い、チャンネル間の変位量ばらつきが大きくなることが顕在化してきているので、複数のドライバＩＣ１６を搭載することにより、長尺化した積層型圧電素子１２のチャンネル方向（並び方向）の変位量ばらつきを電圧により補正して、噴射特性の均一化を図ることができるようになる。
【００３７】
さらに、振動板２の周囲にはフレーム１７を接着剤で接合している。そして、このフレーム１７には、ドライバＩＣ１６と少なくともベース１３を挟んで反対側に配置されるように、共通液室８に外部からインクを供給するためのインク供給路１８を形成している。このインク供給路１８は振動板２の貫通穴２ａを介して共通液室８に連通している。
【００３８】
このように積層型圧電素子１２に接続するＦＰＣケーブル１４と反対の側からインクを供給することにより、ドライバＩＣ１６とインク供給路１８、共通液室８、流体抵抗部７とを反対側に配置することが可能になり、ドライバＩＣ１６の発熱によるインクの温度上昇を防止することができる。
【００３９】
すなわち、前述したように、ドライバＩＣ１６の発熱は、チャンネル数や駆動波形によっても違いがあるが、積層型圧電素子１２の長尺化にともなって１００℃前後に達し、この発熱によってインクの温度が上昇すると、インクの粘度が低下し、噴射特性に大きな影響を及ぼすことになるので、ドライバＩＣ１６の温度上昇によるインク粘度の低下は絶対に避けなければならない。従来は、チャンネル数が少ないため、ドライバＩＣの発熱はさほど大きな問題ではなかったが、ヘッドの長尺化に伴って温度上昇によるインクの低粘度化が大きな問題となってきているので、上記構成を採用することによってこの問題を解決することができる。
【００４０】
ここで、積層型圧電素子１２の詳細について図２ないし図７を参照して説明する。なお、図２は前記ヘッドの積層型圧電素子部分の液室短手方向に沿う説明図、図３は図２のＡ−Ａ線に沿う断面説明図、図４は図２のＢ−Ｂ線に沿う断面説明図、図５は内部電極パターンの平面説明図、図６は同積層型圧電素子部分の共通電極側からの斜視説明図、図７は同積層型圧電素子部分の個別電極側からの斜視説明図である。
【００４１】
この積層型圧電素子１２は、圧電層（圧電材料層）２１と図５（ａ）、（ｂ）に示すようなパターン形状を有する内部電極２２Ａ及び内部電極２２Ｂとを交互に積層し、両端面に共通側外部電極２３と個別側外部電極２４とを設けた状態で、スリット加工（溝加工）を施して、複数の駆動部２５と両端の非駆動部２６とを形成したものである。
【００４２】
この溝加工では、積層型圧電素子１２に対してベース１３までスリットを入れずに底部に深さ方向の幅Ｄの架橋部２７を残して加工している。また、積層型圧電素子１２の個別側外部電極２４側には駆動部２５の並び方向に沿う切り欠き部２８を形成している。
【００４３】
したがって、各駆動部２５の内部電極２２Ａは共通側外部電極２３に接続され、この共通側外部電極２３は架橋部２７によって分割されていないので、各駆動部２５の内部電極２２Ａは共通側外部電極２３を介して両端の非駆動部２６の内部電極２２Ａと接続され、更に非駆動部２６の内部電極２２Ａは図４に示すように個別側外部電極２４側端面に引き出されているので、この個別側外部電極２４側の端面にＦＰＣケーブル１４を接続することによって、積層型圧電素子１２の一端面で共通電極と個別電極とを取り出すことができる。
【００４４】
このように構成したインクジェットヘッドにおいては、積層型圧電素子１２の駆動部２５に対して選択的に２０〜５０Ｖの駆動パルス電圧を印加することによって、パルス電圧が印加された駆動部２５が積層方向に伸びて振動板２をノズル５方向に変形させ、加圧液室６の容積／体積変化によって加圧液室６内のインクが加圧され、ノズル５からインク滴が吐出（噴射）される。
【００４５】
そして、インク滴の吐出に伴って加圧液室６内の液圧力が低下し、このときのインク流れの慣性によって加圧液室６内には若干の負圧が発生する。この状態の下において、積層型圧電素子１２への電圧の印加をオフ状態にすることによって、振動板２が元の位置に戻って加圧液室６が元の形状になるため、さらに負圧が発生する。このとき、インク供給路１８から共通液室８、流体抵抗部であるインク供給路７を経て加圧液室６内にインクが充填される。そこで、ノズル５のインクメニスカス面の振動が減衰して安定した後、次のインク滴吐出のために積層型圧電素子１２にパルス電圧を印加しインク滴を吐出させる。
【００４６】
ここで、駆動波形発生部から積層型圧電素子１２までの電気回路の等価回路は、図８に示すように、各駆動部（駆動チャンネル）２５は抵抗Ｒon（Ω）と容量Ｃ（Ｆ）の直列回路となり、各駆動部２５間は抵抗Ｒｃ（Ω）で結合されたものとなる。これを簡略化して、図９に示すように、各非駆動部２６と駆動部２５との間に共通電極抵抗Ｒcom（Ω）が介在した等価回路とする。
【００４７】
この回路において、図１０に示すようにパルス状駆動電圧Ｐｖを印加するとき、駆動部２５の個数（駆動チャンネル数）をｎ個（ｎチャンネル）とし、ｎチャンネルのうちの１チャンネルだけを駆動するときに当該チャンネルの駆動部２５に印加される駆動電圧Ｐｖの時定数τ1（sec）は、次の（２）式で表される。
【００４８】
【数３】
0004222592.tif 000002
【００４９】
また、ｎ個すべてのチャンネルを駆動するときに駆動部２５に印加される駆動電圧Ｐｖの時定数τall（sec）は、次の（３）式で表される。
【００５０】
【数４】
0004222592.tif 000003
【００５１】
したがって、すべてのチャンネルを駆動したときと１チャンネルだけ駆動したときの時定数の差Δτは、次の（４）式で求められる。
【００５２】
【数５】
0004222592.tif 000004
【００５３】
この（４）式から分かるように、駆動チャンネル数ｎが多いほど、また共通電極抵抗Ｒcomが大きいほど駆動チャンネル数ｎによって駆動時定数τが変わることとなる。つまり、インク滴の噴射特性が変化してしまうこととなる．
【００５４】
一方、この時定数τの変化によって影響を受けるインク滴吐出特性は主に吐出速度Ｖｊである。この吐出速度Ｖｊが変化すると、ヘッドから用紙（液滴が着弾する媒体）にインク滴が着弾するまでの時間が変化することになり、ヘッドは主走査方向に移動しているので、最終的にドットの主走査方向の位置ずれとなって現れることになる。
【００５５】
ここで、６００ｄｐｉの画像を記録する場合、ラインのずれ（Δｄｏｔ）が約１ドット、距離にして４２．３μｍを越えると、視認できる程度の位置ずれとなるので、４２．３μｍ以下のずれの範囲内にすることが高画質化の上で好ましい。
【００５６】
そこで、全チャンネル駆動時の吐出速度をＶｊall、１チャンネル駆動時の吐出速度をＶｊ1とすると、ノズルと用紙との間の距離をＬとしたとき、ノズル−用紙間のインク飛翔時間の差ΔＴは、次の（５）式で表される。
【００５７】
【数６】
0004222592.tif 000005
【００５８】
また、ドットのずれ量Δdotは、主走査速度をＶｓとしたとき、次の（６）式で表される。
【００５９】
【数７】
0004222592.tif 000006
【００６０】
よって、全チャンネル駆動時の滴吐出速度Ｖｊallは、次の（７）式を満足することが必要になる。
【００６１】
【数８】
0004222592.tif 000007
【００６２】
そこで、主走査速度Ｖｓを０．４ｍ／ｓ（６００ｄｐｉ）、ノズル−用紙間の距離Ｌを０．００１ｍとして、駆動電圧Ｐｖの立ち上げ時間（μsec）に対する吐出速度Ｖｊ（ｍ／sec）を測定したところ、図１１に示すような特性が得られた。
【００６３】
ここで、１チャンネル駆動時の吐出速度Ｖｊ１を１０ｍ／sec（τ１＝約２μsec）に設定すると、Δdotを前記のとおり、４２．３μｍ以下に設定するためには、上記の測定結果から、全チャンネル駆動時の吐出速度Ｖｊallを４．８６ｍ以上にする必要があるので、全チャンネル駆動時の時定数τallは約４μsecに設定する。
【００６４】
よって、すべてのチャンネルを駆動したときと１チャンネルだけ駆動したときの時定数の差Δτを、Δτ≦τall−τ１＝２μsecに設定することが好ましい。すなわち、すべてのチャンネルを駆動したときと１チャンネルだけ駆動したときの時定数の差Δτを２μsec以下に設定することにより、特に６００ｄｐｉ程度の画像を記録するときのドット位置ずれによる画像品質の低下を抑制することができる。
【００６５】
そこで、このインクジェットヘッドの積層型圧電素子１２においては、駆動部２５の容量をＣ（Ｆ）、複数の駆動部２５の数をｎ（個）、両端の共通電極取り出し部間（非駆動部２６間）の抵抗をＲ（Ω）としたとき、次の（１）式が成り立つようにしている。
【００６６】
【数９】
0004222592.tif 000008
【００６７】
すなわち、前記（４）式より、噴射特性上，Δτ＜２μsecとするためには、次の（８）式が成り立つことが必要である。
【００６８】
【数１０】
0004222592.tif 000009
【００６９】
長尺のアクチュエータで、ｎが充分に大きい場合（ｎ／２−１）はｎ／２とみなせるので、上記（８）式は、次の（９）式に変形することができる。
【００７０】
【数１１】
0004222592.tif 000010
【００７１】
ここで、積層型圧電素子１２の共通電極取り出し部間の抵抗ＲはＲcomの２倍であるので、上記（９）式は、前記（１）式で表すことができる。
【００７２】
これによって、このインクジェットヘッドは１チャンネル駆動時と全チャンネル駆動時とで積層型圧電素子１２に印加される駆動電圧Ｐｖの時定数の差が２μsec以下となり、噴射特性の差が減少し、安定した高画質画像が得られるようになる。
【００７３】
次に、本発明の第２実施形態に係る液滴吐出ヘッドとしてのインクジェットヘッドについて図１２及び図１３を参照して説明する。なお、図１２は同ヘッドの積層型圧電素子部分の液室長手方向に沿う断面説明図、図１３は同積層型圧電素子部分の液室短手方向（駆動部の並び方向）に沿う説明図、図１４は同積層型圧電素子の導通用内部電極パターンの平面説明図である。
【００７４】
この積層型圧電素子１２は、溝加工で分割されない架橋部２７内に図１４に示すような積層型圧電素子１２外形と同じパターン形状の導通用内部電極３０を設けたものである。この導通用内部電極３０は積層型圧電素子１２を作製するときに、圧電層２１となるグリーンシートに内部電極２２Ａ、２２Ｂを印刷形成して積層するときに、圧電層２１間に導通用内部電極３０をも印刷形成することで容易に架橋部２７内に設けることができる。
【００７５】
この導通用内部電極３０は溝加工後の各駆動部２５の位置で共通側外部電極２３に接続されたまま残っているので、共通電極側の電流経路の幅が大幅に広くなり、共通電極抵抗を低減することができる。なお、導通用内部電極３０は溝加工後の駆動部２５の共通側外部電極２３に接続される形状であればよいが、幅が広い方が目的とする共通電極抵抗の低減効果が大きくなる。
【００７６】
このように溝加工で分割されない導通用内部電極を設けて共通側外部電極と接続されたものとすることにより、共通電極抵抗が低減して、前述したように１チャンネル駆動時と全チャンネル駆動時とで積層型圧電素子１２に印加される駆動電圧Ｐｖの時定数の差を２μsec以下とすることができ、噴射特性の差が減少し、安定した高画質画像が得られるようになる。
【００７７】
次に、本発明の第３実施形態に係る液滴吐出ヘッドとしてのインクジェットヘッドについて図１５及び図１６を参照して説明する。なお、図１５は同ヘッドの積層型圧電素子部分の液室長手方向に沿う断面説明図、図１６は同積層型圧電素子の導通用内部電極パターンの平面説明図である。
この積層型圧電素子１２は、溝加工で分割されない架橋部２７内に、図１６に示すように、共通側外部電極２３に接続する内部電極２２Ａと同じパターン形状の導通用内部電極３１を設けたものである。
【００７８】
これにより、導通用内部電極用の特別の印刷パターンを用意する必要がなくなり、製造上の設備が簡単になる。
【００７９】
次に、本発明の第４実施形態に係る液滴吐出ヘッドとしてのインクジェットヘッドについて図１７を参照して説明する。なお、同図は同ヘッドの積層型圧電素子部分の液室長手方向に沿う断面説明図である。
この積層型圧電素子１２は、溝加工で分割されない架橋部２７内に複数層（ここでは、３層の例）の共通側外部電極２３に導通用内部電極３０を設けたものである。なお、導通用内部電極としては第３実施形態の導通用内部電極３１のパターン形状のもの、或いはそれ以外の形状のものでもよい。
【００８０】
このように導通用内部電極を複数層にすることで、更に共通電極抵抗を低減することができる。特に、通常内部電極の厚みには製法上制限があり、抵抗値を下げるため容易に厚くしたりすることができない。また、一般に内部電極はパラジウムと銀の合金であるが，外部電極に使用する金や銅などに比べ，体積抵抗値が高い。そのため、１層の導通用内部電極では共通電極抵抗の低減に限界がある。この実施形態のように複数層の導通用内部電極を設けても、内部電極の層間の厚さは約２０μｍ程度に薄くできるため、圧電体の厚みが増えるなどの弊害が少ない。
【００８１】
次に、本発明に係る積層型圧電素子の製造方法の第１実施形態について図１８を参照して説明する。なお、同図は同製造方法の説明に供する加工前の積層型圧電素子を説明する説明図である。
この実施形態の製造方法では、内部電極２２Ａ、２２Ｂの群に対して積層方向に略対称な形状の圧電層からなるダミー部３３を設けた部材（これを「加工前積層型圧電素子」という。）３２を形成し、この加工前積層型圧電素子３２をベース１３に固定した後、図中の仕上がり線Ｃまでダミー部３３を研削加工することによって、図１２で説明した積層型圧電素子１２を形成する。なお、図１５或いは図１７で説明した積層型圧電素子１２とすることもできる。
【００８２】
これにより、積層型圧電素子の焼成時、分極時に発生する反りを低減することができ、ヘッド製造時の積層型圧電素子の反りによる問題、例えば圧電体をエア吸引にて保持出来ない、あるいはベースとの接着時に反り方向に応力がかかることによる接着剥がれ等を防止することができる。
【００８３】
次に、本発明に係る積層型圧電素子の製造方法の第２実施形態について図１９を参照して説明する。なお、同図は同製造方法の説明に供する加工前の積層型圧電素子を説明する説明図である。
この実施形態の製造方法では、前記加工前積層型圧電素子３２のダミー部３３に、導通用内部電極３０と略対称な位置に導通用内部電極３０と略同じパターン形状のダミー内部電極３５を形成している。なお、図１５で説明した積層型圧電素子１２を形成する場合には、導通用内部電極３１と略対称な位置に同電極３１と略同様なパターン形状のダミー内部電極３５とすることが好ましい。同様に導通用内部電極３０を複数層とする場合にはダミー内部電極３５も複数層とすることが好ましい。
【００８４】
これにより、上記第１実施形態に係る製造方法よりも更に加工前積層型圧電素子の対称性が向上するので、積層型圧電素子の焼成時、分極時に発生する反りを一層低減することができ、ヘッド製造時の積層型圧電素子の反りによる問題、例えば圧電体をエア吸引にて保持出来ない、あるいはベースとの接着時に反り方向に応力がかかることによる接着剥がれ等を防止することができる。
【００８５】
次に、本発明に係る積層型圧電素子の製造方法の第３実施形態について図２０を参照して説明する。なお、同図は同製造方法の説明に供する加工前の積層型圧電素子を説明する説明図である。
この実施形態の製造方法では、前記加工前積層型圧電素子３２のダミー部３３に、加工後に最も表面に近い内部電極２２Ａａと交互になるダミー内部電極３６、ここでは内部電極２２Ｂと同形状のダミー電極３６を形成している。また、導通用内部電極３１は前記のとおり内部電極２２Ａと同じパターン形状のものである。
【００８６】
このようなダミー内部電極とすることにより内部電極の積層順番のパターンを単純にすることができて、作製時に無駄にする内部電極を少なくすることができる。
【００８７】
すなわち、ダミー内部電極３６の形状を内部電極２２Ｂと同じ形状にして、導通用内部電極３１の形状を内部電極２２Ａと同じ形状にした場合、内部電極の積層順は、上から図２１（ａ）に示すようになる。尚、図中、「Ａ」は内部電極２２Ａの形状の電極、「Ｂ」は内部電極２２Ａの形状の電極を表している。一般に、内部電極の形状が２種類で有る場合、電極の印刷手順は工法上交互になる。この例では、１つの圧電素子に電極Ａ，電極Ａの部分が１箇所あるために、その間にある電極Ｂ一層が無駄になる。
【００８８】
これに対して、ダミー内部電極３６の形状も内部電極２２Ａと同じ形状にして、導通用内部電極３１の形状を内部電極２２Ａと同じ形状にした場合、内部電極の積層順は、上から図２１（ｂ）に示すようになり、１つの圧電素子に電極Ａ，電極Ａの部分が２箇所、前後の圧電素子の間で１箇所の合計３箇所になるため、１つの圧電素子当たり３層の電極Ｂが無駄になる。
【００８９】
次に、本発明の第５実施形態に係る液滴吐出ヘッドとしてのインクジェットヘッドについて図２２を参照して説明する。なお、同図は同ヘッドの積層型圧電素子部分の液室長手方向に沿う断面説明図である。
この積層型圧電素子１２は、溝加工で分割されない面に共通側外部電極２３に接続した積層型圧電素子１２と同じ平面形状の導通用外部電極４０を設けたものである。
【００９０】
この導通用外部電極４０は溝加工によって分割されないので共通電極側の電流経路の幅が大幅に広くなり、共通電極抵抗を低減することができる。なお、導通用外部電極４０は溝加工後の駆動部２５の共通側外部電極２３に接続される形状であればよいが、幅が広い方が目的とする共通電極抵抗の低減効果が大きくなる。
【００９１】
このように溝加工で分割されない導通用外部電極を設けて共通側外部電極と接続されたものとすることにより、共通電極抵抗が低減して、前述したように１チャンネル駆動時と全チャンネル駆動時とで積層型圧電素子１２に印加される駆動電圧Ｐｖの時定数の差を２μsec以下とすることができ、噴射特性の差が減少し、安定した高画質画像が得られるようになる。
【００９２】
次に、本発明の第６実施形態に係る液滴吐出ヘッドとしてのインクジェットヘッドについて図２３を参照して説明する。なお、同図は同ヘッドの積層型圧電素子部分の液室長手方向に沿う断面説明図である。
このインクジェットヘッドは、ノズル５、加圧液室６などの液室、積層型圧電素子１２を２列配置した構成である。積層型圧電素子１２としては前記第２実施形態で説明したものを用いているが、その他の実施形態で説明したものを用いることもできる。
【００９３】
次に、このようなインクジェットヘッドを塔載した本発明に係るインクジェット記録装置の一例について図２４及び図２５を参照して説明する。なお、図２４は同記録装置の斜視説明図、図２５は同記録装置の機構部の側面説明図である。
【００９４】
このインクジェット記録装置は、記録装置本体１１１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載した本発明に係るインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部１１２等を収納し、装置本体１１１の下方部には前方側から多数枚の用紙１１３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）１１４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙１１３を手差しで給紙するための手差しトレイ１１５を開倒することができ、給紙カセット１１４或いは手差しトレイ１１５から給送される用紙１１３を取り込み、印字機構部１１２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ１１６に排紙する。
【００９５】
印字機構部１１２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド１２１と従ガイドロッド１２２とでキャリッジ１２３を主走査方向（図２８で紙面垂直方向）に摺動自在に保持し、このキャリッジ１２３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドからなるヘッド１２４を複数のインク吐出口を主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。そして、各ヘッド１２４に駆動波形を印加するため、各ヘッド１２４とコントローラ部１５０との間で信号を送受するためのＦＰＣケーブル１４を接続している。
【００９６】
また、キャリッジ１２３にはヘッド１２４に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ１２５を交換可能に装着している。インクカートリッジ１２５は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッドへインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。
【００９７】
また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド１２４を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。
【００９８】
ここで、キャリッジ１２３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド１２１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド１２２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ１２３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１２７で回転駆動される駆動プーリ１２８と従動プーリ１２９との間にタイミングベルト１３０を張装し、このタイミングベルト１３０をキャリッジ１２３に固定しており、主走査モーター１２７の正逆回転によりキャリッジ１２３が往復駆動される。
【００９９】
一方、給紙カセット１１４にセットした用紙１１３をヘッド１２４の下方側に搬送するために、給紙カセット１１４から用紙１１３を分離給装する給紙ローラ１３１及びフリクションパッド１３２と、用紙１１３を案内するガイド部材１３３と、給紙された用紙１１３を反転させて搬送する搬送ローラ１３４と、この搬送ローラ１３４の周面に押し付けられる搬送コロ１３５及び搬送ローラ１３４からの用紙１１３の送り出し角度を規定する先端コロ１３６とを設けている。搬送ローラ１３４は副走査モータ１３７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【０１００】
そして、キャリッジ１２３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１３４から送り出された用紙１１３を記録ヘッド１２４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材１３９を設けている。この印写受け部材１３９の用紙搬送方向下流側には、用紙１１３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１４１、拍車１４２を設け、さらに用紙１１３を排紙トレイ１１６に送り出す排紙ローラ１４３及び拍車１４４と、排紙経路を形成するガイド部材１４５，１４６とを配設している。
【０１０１】
記録時には、キャリッジ１２３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１２４を駆動することにより、停止している用紙１１３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙１１３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙１１３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙１１３を排紙する。この場合、ヘッド１２４を構成する本発明に係るインクジェットヘッドはインク滴噴射の制御性が向上し、特性変動が抑制されているので、安定して高い画像品質の画像を記録することができる。
【０１０２】
また、キャリッジ１２３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド１２４の吐出不良を回復するための回復装置１４７を配置している。回復装置１４７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ１２３は印字待機中にはこの回復装置１４７側に移動されてキャッピング手段でヘッド１２４をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
【０１０３】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド１２４の吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
【０１０４】
このように、このインクジェット記録装置においては本発明を実施したインクジェットヘッドを搭載しているので、全チャンネル駆動時と１チャンネル駆動時の時定数の差を小さくでき、安定して高品質の画像を記録することができる。
【０１０５】
なお、上記実施形態においては、液滴吐出ヘッドとしてインクジェットヘッドに適用した例で説明したが、インクジェットヘッド以外の液滴吐出ヘッドとして、例えば、液体レジストを液滴として吐出する液滴吐出ヘッド、ＤＮＡの試料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドなどの他の液滴吐出ヘッドにも適用できる。
【０１０６】
また、圧電型アクチュエータとして、インクジェットヘッドなどの液滴吐出ヘッドのアクチュエータ部（圧力発生手段）に用いた例で説明したが、マイクロポンプ、光学デバイス（光変調デバイス）以外にも、マイクロスイッチ（マイクロリレー）、マルチ光学レンズのアクチュエータ（光スイッチ）、マイクロ流量計、圧力センサなどにも適用することができる。
【０１０７】
さらに、上記実施形態においては、本発明を振動板変位方向と液滴吐出方向が同じになるサイドシュータ方式のヘッドに適用したが、振動板変位方向とインク滴吐出方向とが直交するエッジシュータ方式のヘッドにも同様に適用することができる。
【０１０９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る積層型圧電素子によれば、溝によって分割されないで各圧電素子部の共通側外部電極に接続された導通用内部電極を有し、導通用内部電極が形成された領域の個別側外部電極形成面には切り欠き部が形成され、前記切り欠き部に前記導通用内部電極が露出していない構成としたので、安定した動作特性が得られる。
【０１１０】
ここで、導通用内部電極の形状は溝加工前の内部電極の形状と略同じにすることで、製造設備の簡略化を図れる。また、導通用内部電極は複数層設けられていることで、共通電極抵抗がをより小さくすることができる。
【０１１１】
本発明に係る積層型圧電素子によれば、各駆動部の共通側外部電極に接続され、駆動部の並び方向全域に渡って形成される導通用外部電極を有し、導通用外部電極は、溝によって分割されない面に形成され、個別側外部電極形成面には形成されない構成としたので、安定した動作特性が得られる。
【０１１２】
本発明に係る積層型圧電素子の製造方法によれば、内部電極群に対して積層方向に略対称な形状を有する圧電層からなるダミー部を形成した部材を基板に固定した後、ダミー部を除去するので、圧電素子の反りを低減することができる。
【０１１３】
ここで、ダミー部には導通用内部電極に対応するダミー内部電極を設けることで、一層圧電素子の反りを低減することができる。また、ダミー部にはダミー部除去後に最も表面に近い内部電極と対称形状をなすダミー内部電極を設けることで、不要な内部電極を少なくすることができる。
【０１１４】
本発明に係る圧電型アクチュエータによれば、可動部分を変形させる本発明に係る積層型圧電素子を備えたので、バラツキの少ない安定した動作特性が得られる。
【０１１５】
本発明に係る液滴吐出ヘッドによれば、液室内の液体を加圧する本発明に係る本発明に係る圧電型アクチュエータを備えたので、バラツキの少ない安定した滴吐出特性が得られ、高画質記録が可能になる。
【０１１６】
本発明に係るインクジェット記録装置によれば、インク滴を吐出する本発明に係る液滴吐出ヘッドを備えたので、安定して高画質記録を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る液滴吐出ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図
【図２】同ヘッドの積層型圧電素子部分の液室長手方向に沿う断面説明図
【図３】同ヘッドの積層型圧電素子の駆動部部分の液室短手方向に沿う断面説明図
【図４】同ヘッドの積層型圧電素子の非駆動部部分の液室短手方向に沿う断面説明図
【図５】同ヘッドの積層型圧電素子の加工前の内部電極パターンを説明する平面説明図
【図６】同ヘッドの積層型圧電素子部分の共通電極側から見た斜視説明図
【図７】同ヘッドの積層型圧電素子部分の個別電極側から見た斜視説明図
【図８】同ヘッドの積層型圧電素子の等価回路を示す回路図
【図９】図８の等価回路を簡略した等価回路示す回路図
【図１０】全チャンネル駆動時と１チャンネル駆動時の駆動電圧の時定数の差の説明に供する説明図
【図１１】駆動電圧の立ち上げ時間に対する滴吐出速度の関係の一例を説明する説明図
【図１２】本発明の第２実施形態に係る液滴吐出ヘッドの積層型圧電素子部分の液室長手方向に沿う断面説明図
【図１３】同ヘッドの積層型圧電素子部分の液室長手方向に沿う断面説明図
【図１４】同積層型圧電素子の導通用内部電極パターンの説明図
【図１５】本発明の第３実施形態に係る液滴吐出ヘッドの積層型圧電素子部分の液室長手方向に沿う断面説明図
【図１６】同積層型圧電素子の導通用内部電極パターンの説明図
【図１７】本発明の第４実施形態に係る液滴吐出ヘッドの積層型圧電素子部分の液室長手方向に沿う断面説明図
【図１８】本発明の第１実施形態に係る製造工程の説明に供する液滴吐出ヘッドの積層型圧電素子部分の液室長手方向に沿う断面説明図
【図１９】本発明の第２実施形態に係る製造工程の説明に供する液滴吐出ヘッドの積層型圧電素子部分の液室長手方向に沿う断面説明図
【図２０】本発明の第３実施形態に係る製造工程の説明に供する液滴吐出ヘッドの積層型圧電素子部分の液室長手方向に沿う断面説明図
【図２１】同実施形態の作用効果の説明に供する説明図
【図２２】本発明の第５実施形態に係る液滴吐出ヘッドの積層型圧電素子部分の液室長手方向に沿う断面説明図
【図２３】本発明の第５実施形態に係る液滴吐出ヘッドの液室長手方向に沿う断面説明図
【図２４】本発明に係るインクジェット記録装置の一例を説明する斜視説明図
【図２５】同記録装置の機構部の側面説明図
【符号の説明】
１…流路基板、２…振動板、３…ノズル板、５…ノズル、６…加圧液室、７…流体抵抗部、８…共通液室、１２…積層型圧電素子、２１…圧電層、２２Ａ、２２Ｂ…内部電極、２３…共通側外部電極、２４…個別側外部電極、２５…駆動部、２６…非駆動部、３０、３１…導通用内部電極、３３…ダミー部、３５、３６…ダミー内部電極、４０…導通用外部電極。
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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