インクジェットヘッド
【課題】圧電基板を挟んで設けられる電極と駆動回路との間の電気的接続を容易に行うことができると共に圧電基板から発生した熱を効率的に放熱することが可能なインクジェットヘッドの提供。
【解決手段】複数チャネル11と,分極された圧電基板13がチャネル11の一壁面を形成するように積層されてなるヘッドチップ1を有し,チャネル11内部の圧電基板13を個別に変形させインクを吐出するインクジェットヘッドH1であって、圧電基板13の表面及び隣接するチャネル11間の隔壁表面に個別電極が形成されると共にチャネル11と反対側の面に共通電極16が形成され,配線基板2端部はヘッドチップ1との接合面から該接合面と平行で,且つ,チャネル11列方向と直交する方向に張り出しており,個別電極及び共通電極16が,配線電極21,22を介して配線基板2の端部まで電気的に引き出されている。
【解決手段】複数チャネル11と,分極された圧電基板13がチャネル11の一壁面を形成するように積層されてなるヘッドチップ1を有し,チャネル11内部の圧電基板13を個別に変形させインクを吐出するインクジェットヘッドH1であって、圧電基板13の表面及び隣接するチャネル11間の隔壁表面に個別電極が形成されると共にチャネル11と反対側の面に共通電極16が形成され,配線基板2端部はヘッドチップ1との接合面から該接合面と平行で,且つ,チャネル11列方向と直交する方向に張り出しており,個別電極及び共通電極16が,配線電極21,22を介して配線基板2の端部まで電気的に引き出されている。
【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】
ノズルからインクを微小な液滴状に吐出させることによって画像を記録するためのインクジェットヘッドとして、圧電素子の分極方向と平行な方向の電界を発生させることにより圧電素子を伸縮変形させる伸縮モードタイプのインクジェットヘッドが知られている（例えば特許文献１）。このインクジェットヘッドは、圧力室の一壁面を薄い振動板とし、この振動板の上面に圧力室毎に圧電素子を個別に積層している。各圧電素子は、振動板の上面に積層された共通電極上に設けられることで各圧電素子の上面に積層された個別電極との間に挟まれており、これら電極間に圧電素子の分極方向と平行な電界を発生させて圧電素子を個別に伸縮変形させ、圧力室内のインクに吐出のための圧力を付与する。このため、各圧力室を個別に吐出駆動させることができる。
【０００３】
しかし、このような伸縮モードタイプのインクジェットヘッドでは、各圧力室の一壁面として薄い振動板を形成しなくてはならず、しかも、圧力室毎に個別に圧電素子を積層形成しなくてはならず、製造工程の煩雑さの問題がある。
【０００４】
そこで、従来、各圧力室の開放面を共通の圧電基板によって覆うことで、圧電素子をヘッドチップの表面に配置させると共に、個別に形成する手間を省くようにしたインクジェットヘッドも提案されている（特許文献２〜５）。
【０００５】
この特許文献２、３記載のインクジェットヘッドは、伸縮モードタイプの圧電素子とせん断モードタイプの圧電素子とを積層させ、外側を伸縮モードで駆動する圧電素子とし、内側をせん断モードで駆動する圧電素子としたものである。
【０００６】
しかし、各圧電素子の層間に個別に電極が必要であり、特に圧力室内に個別に電極を形成する必要があり、電極形成が極めて煩雑であると共に、これら各電極と駆動回路との間の配線接続を行うことが極めて難しいという問題がある。特に圧電素子は変形効率を考えて厚みが極めて薄く形成されるため、圧電素子を挟んで設けられる電極を短絡させることなくそれぞれ駆動回路と電気的に接続させることは極めて困難である。
【０００７】
また、このようなインクジェットヘッドでは、通常、特許文献４、５に記載のように、ヘッドチップの最も外側の圧電素子表面に個別電極と共通電極を引き出し、その上に、駆動回路との電気的接続を行うための配線が形成されたフレキシブル配線ケーブルが積層される。
【０００８】
フレキシブル配線ケーブルは、樹脂等の熱伝導率の低い材料で構成されているため、駆動により発生した圧電素子で発生した熱が十分に放熱されず、この熱がインクの粘度を低下させて吐出特性に悪影響を及ぼす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−３０７８３２号公報
【特許文献２】特開平１０−５８６７５号公報
【特許文献３】特開２００６−１５７６４号公報
【特許文献４】特開２００７−３０４１７号公報
【特許文献５】特開２０１０−３６５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本発明は、ヘッドチップに全てのチャネルの一壁面を共通に構成する圧電基板が積層され、該圧電基板を駆動させるインクジェットヘッドにおいて、圧電基板を挟んで設けられる電極と駆動回路との間の電気的接続を容易に行うことができると共に圧電基板から発生した熱を効率的に放熱することが可能なインクジェットヘッドを提供することを課題とする。
【００１１】
本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題は、以下の各発明によって解決される。
【００１３】
１．
インクの入口と出口とがそれぞれ相反する端面に開口する複数のチャネルが形成されると共に、分極された圧電基板が、前記チャネルの一壁面を形成するように積層されてなるヘッドチップを有し、前記チャネルの内部に臨む部分の前記圧電基板を該チャネル毎に個別に変形させることにより、前記チャネル内のインクを該チャネルの出口側に配置されたノズルから吐出するインクジェットヘッドであって、
前記チャネル内における前記圧電基板の表面及び隣接する前記チャネル間の隔壁表面にそれぞれ個別電極が形成されると共に、前記圧電基板の前記チャネルと反対側の面に共通電極が形成され、
前記ヘッドチップにおける前記チャネルの入口が配置される端面に、前記個別電極と電気的に接続される個別引き出し電極が前記個別電極毎に独立し、且つ、前記共通電極と短絡しないように形成されると共に、前記共通電極と電気的に接続される共通引き出し電極が前記個別引き出し電極と短絡しないように形成され、
一端が前記個別引き出し電極及び前記共通引き出し電極とそれぞれ電気的に接続される配線電極が形成されてなる配線基板が、前記ヘッドチップにおける前記チャネルの入口が配置される端面に接合されると共に、前記配線基板の端部は前記ヘッドチップとの接合面から該接合面と平行で、且つ、チャネル列方向と直交する方向に張り出しており、前記個別電極及び前記共通電極が、前記配線電極を介して前記配線基板の前記端部まで電気的に引き出されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
２．
前記共通引き出し電極は、前記ヘッドチップにおける前記チャネルの入口が配置される端面において、チャネル列方向における該チャネル列の外側の領域に形成されていることを特徴とする前記１記載のインクジェットヘッド。
３．
前記個別引き出し電極は、前記ヘッドチップにおける前記チャネルの入口側の端面において、該チャネルの入口を取り囲むように形成されており、
前記配線基板は、前記ヘッドチップの前記チャネルに対応する位置に、個別のインク流路孔が貫通形成されていると共に、前記個別引き出し電極と電気的に接続される前記配線電極の一端は、前記インク流路孔を取り囲むように形成されていることを特徴とする前記１又は２記載のインクジェットヘッド。
４．
前記ヘッドチップはチャネル列を１列だけ有しており、
前記配線電極の他端は、前記配線基板における前記ヘッドチップの前記共通電極が形成されている側の端部と反対側の端部に延びて配列されていることを特徴とする前記１、２又は３記載のインクジェットヘッド。
５．
前記ヘッドチップはチャネル列を２列有し、該ヘッドチップにおいて２列のチャネル列を間に挟むようにそれぞれ前記圧電基板が相反する外面に配置され、該圧電基板の外面にそれぞれ前記共通電極が形成されており、
前記配線電極の他端は、前記チャネル列毎に前記配線基板の相反する端部に延び、各端部にそれぞれ配列されていることを特徴とする前記１、２又は３記載のインクジェットヘッド。
６．
前記配線電極の一端は、前記配線基板における前記ヘッドチップとの接合面に配置されると共に、他端は、該配線基板を貫通して前記ヘッドチップとの接合面と反対面に引き出され、該反対面において、前記チャネル列毎に前記配線基板の相反する端部に延び、各端部にそれぞれ配列されていることを特徴とする前記５記載のインクジェットヘッド。
７．
前記圧電基板は、厚み方向の分極方向が互いに反対方向となるように配置された２枚の圧電基板が一体に積層されることによって形成されてなることを特徴とする前記１〜６のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
８．
前記圧電基板は、１枚の圧電基板と非分極のセラミックス基板とが一体に積層されることによって形成されてなり、前記非分極のセラミックス基板側が外側となるように前記ヘッドチップに積層されていることを特徴とする前記１〜６のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
９．
前記圧電基板は、１枚の圧電基板と１枚の金属板とが一体に積層されることによって形成されてなり、前記金属板側が外側となるように前記ヘッドチップに積層され、前記金属板が前記共通電極とされていることを特徴とする前記１〜６のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
１０．
前記ヘッドチップの前記共通電極は、ヒートシンクと熱的に接続されていることを特徴とする前記１〜９のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
１１．
前記ヒートシンクは、前記共通電極の前記チャネルに対応する領域を避けて前記共通電極に接触していることを特徴とする前記１０に記載のインクジェットヘッド。
１２．
前記ヒートシンクは、アルミニウムで構成され、少なくとも前記共通電極に接触する表面がアルマイト処理されていることを特徴とする前記１１に記載のインクジェットヘッド。
１３．
前記ヘッドチップを保持する保持部材が前記ヒートシンクとして機能することを特徴とする前記１０〜１２のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
１４．
前記チャネル間の隔壁の少なくとも一部がせん断モード型の圧電素子で構成されていることを特徴とする前記１〜１３のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ヘッドチップに全てのチャネルの一壁面を共通に構成する圧電基板が積層され、該圧電基板を駆動させるインクジェットヘッドにおいて、圧電基板を挟んで設けられる電極と駆動回路との間の電気的接続を容易に行うことができると共に圧電基板から発生した熱を効率的に放熱することが可能なインクジェットヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係るインクジェットヘッドの第１の実施形態を示す分解斜視図
【図２】図１に示すインクジェットヘッドの縦断面図
【図３】図１に示すヘッドチップを前端面側から見た分解斜視図
【図４】ヘッドチップの駆動の様子を説明する図
【図５】個別引き出し電極と共通引き出し電極を示す図
【図６】ヘッドチップの製造方法を説明する図
【図７】ヘッドチップの製造方法を説明する図
【図８】ヘッドチップの製造方法を説明する図
【図９】本発明に係るインクジェットヘッドの第２の実施形態を示す正面図
【図１０】図９の(x)−(x)線に沿う断面図
【図１１】本発明に係るインクジェットヘッドの第３の実施形態を示す正面図
【図１２】図１１の(xii)−(xii)線に沿う断面図
【図１３】本発明に係るインクジェットヘッドの第４の実施形態を示す正面図
【図１４】図１３の(xiv)−(xiv)線に沿う断面図
【図１５】圧電基板の他の態様を示す図
【図１６】圧電基板の更に他の態様を示す図
【図１７】ヘッドチップ及びヒートシンク部分の断面図
【図１８】筐体フレームに収容したインクジェットヘッドを一部断面で示す図
【図１９】ヘッドチップの他の態様を示す部分断面図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１７】
（第１の実施形態）
図１は、本発明に係るインクジェットヘッドの第１の実施形態を示す分解斜視図、図２は、図１に示すインクジェットヘッドの縦断面図、図３は、図１に示すヘッドチップを前端面側から見た分解斜視図、図４は、ヘッドチップの駆動の様子を説明する図、図５は、個別引き出し電極と共通引き出し電極を示す図である。
【００１８】
図中、Ｈ１はインクジェットヘッド、１はヘッドチップ、２は配線基板、３は外部配線部材、４はインクマニホールドである。
【００１９】
ヘッドチップ１は、前端面１ａ及び後端面１ｂと、これら前端面１ａ及び後端面１ｂに挟まれた上下左右の４つの側端面とを有する六面体からなり、このうち相反する位置にある前端面１ａと後端面１ｂとにかけて、吐出されるインクが貯留されるインク流路となる多数のチャネル１１が並設され、１列のチャネル列を形成している。各チャネル１１は前端面１ａと後端面１ｂにそれぞれ開口してストレート状に形成されており、前端面１ａ側の開口がインクの出口、後端面１ｂ側の開口がインクの入口とされている。
【００２０】
ヘッドチップ１の前端面１ａには、ノズルプレート１２が貼着されている。ノズルプレート１２は、各チャネル１１に対応する位置に、チャネル１１の内部と連通しているノズル１２ａが開口形成されている。
【００２１】
ヘッドチップ１は、それぞれ厚み方向に分極処理された２枚の圧電層１３ａ、１３ｂを、図中矢印で示す分極方向が反対方向となるように一体に積層してなる圧電基板１３が、該ヘッドチップ１の上側端面又は下側端面のいずれかを構成するように積層されている。本実施形態では、圧電基板１３がヘッドチップ１における図中の下側端面を構成している。
【００２２】
このようにヘッドチップ１の外側の端面に圧電基板１３が配置されることにより、圧電基板１３の放熱を行い易くなる。
【００２３】
各チャネル１１の内部には、圧電基板１３の圧電層１３ａが臨んでいる。すなわち、圧電基板１３は、全てのチャネル１１に亘って共通に各チャネル１１の一壁面（本実施形態では底壁１１ａ）を形成している。
【００２４】
各チャネル１１内には、圧電基板１３の圧電層１３ａによって形成される底壁１１ａと、隣接するチャネル１１、１１間の隔壁１４の表面との３面にかけて、チャネル１１の全長に亘る個別電極１５がそれぞれ形成されている。一方、ヘッドチップ１の下側端面を構成している圧電基板１３の外面（圧電層１３ｂの外側面）には共通電極１６が形成されている。これにより、圧電基板１３は、チャネル１１毎の個別電極１５と１つの共通電極１６とによって挟まれた状態となっている。
【００２５】
共通電極１６は、圧電基板１３の外面の全面に亘って形成されている。これにより、圧電基板１３は、共通電極１６からなる金属面が放熱面となるので圧電基板１３の放熱が一層良好となる。
【００２６】
このようなヘッドチップ１のインク吐出時の駆動動作について図４を用いて説明する。
【００２７】
個別電極１５と共通電極１６との間に電位差が生じていない状態では、圧電基板１３は平坦な基板状態のままであり、チャネル１１内の容積に変動はない（図４（ａ））。この状態から個別電極１５に所定の電圧＋Ｖを印加すると共に、共通電極１６を接地すると、個別電極１５と共通電極１６との間に電界Ｅが生じる。圧電基板１３の各圧電層１３ａ、１３ｂは、図４中の白抜き矢印で示すように、基板の厚さ方向に分極処理されているため、このとき発生した電界は、圧電基板１３の分極方向と平行な方向の電界Ｅとなる。
【００２８】
ここで、各圧電層１３ａ、１３ｂには、電界が作用した時にｄ３１モードで伸縮動作するタイプの圧電素子が使用され、互いの分極方向が外側に向くように積層されている。これにより、それぞれ圧電・電歪効果によって、圧電層１３ａは電界Ｅに対して直交する方向（層面と平行な方向）に縮むように変形し、圧電層１３ｂは電界Ｅに対して直交する方向（層面と平行な方向）に伸びるように変形する。その結果、このチャネル１１の底壁１１ａを形成している部分の圧電基板１３は、外側（図示下側）に凸湾曲するように変形し、チャネル１１の容積を増大させる（図４（ｂ））。
【００２９】
その後、個別電極１５の電位を元に戻すと、圧電基板１３は図４（ａ）のように平板状に戻るため、図４（ｂ）の状態からチャネル１１の容積が縮小されることにより、該チャネル１１内の圧力が増大し、チャネル１１内のインクに吐出のための圧力が付与される。これによりノズル１２ａからインク滴が吐出される。
【００３０】
このようにヘッドチップ１を駆動させるため、チャネル１１内面に形成された個別電極１５と、ヘッドチップ１の外面に形成された共通電極１６とを駆動回路（図示せず）と電気的に接続させる必要がある。そこで、本実施形態では、ヘッドチップ１の一つの面に、これら個別電極１５と共通電極１６とをまとめて引き出すようにしている。
【００３１】
すなわち、各チャネル１１のインクの入口が配置されるヘッドチップ１の後端面１ｂに、個別電極１５と電気的に接続される個別引き出し電極１７と、共通電極１６と電気的に接続される１つの共通引き出し電極１８とが形成されている。個別引き出し電極１７は個別電極１５毎にそれぞれ独立していると共に、共通電極１６及び共通引き出し電極１８のいずれとも短絡しないように形成されている。
【００３２】
個別引き出し電極１７は、一端がチャネル１１内の個別電極１５と電気的に接続され、他端側がヘッドチップ１における圧電基板１３と反対側の端面（上側端面）１ｃ側に向けて伸びている。
【００３３】
圧電基板１３を共通電極１６との間で挟んでいる個別電極１５の部分は、図５（ａ）に示すように、底壁１１ａ上に形成されている部分１５ａであるため、この個別電極１５の部分１５ａから個別引き出し電極１７を引き出すことが好ましい。しかし、通常、圧電基板１３は変形効率のために極めて薄く形成されるため、ヘッドチップ１の後端面１ｂ側に面している圧電基板１３の部分の面積は極めて小さく、共通電極１６と短絡しないように個別電極１５の部分１５ａから個別引き出し電極１７を引き出すことは難しい。
【００３４】
このため、個別引き出し電極１７は、隔壁１４の部分を利用して、個別電極１５の隔壁１４の表面に形成されている部分１５ｂとも電気的に接続するようにしている。すなわち、個別引き出し電極１７と個別電極１５との接続部分は、個別電極１５における底壁１１ａ上に形成されている部分１５ａと、隔壁１４の表面に形成されている部分１５ｂとの双方と電気的に接続されるように、チャネル１１の入口部分を取り囲むように形成されている（図５（ａ））。
【００３５】
一方、共通引き出し電極１８は、一端が共通電極１６と電気的に接続され、他端側がヘッドチップ１の後端面１ｂにおいて上側端面１ｃに向けて伸びている。この共通引き出し電極１８は、チャネル列方向における該チャネル列の外側の領域となるように、ヘッドチップ１の後端面１ｂにおける端部近傍に形成され、個別引き出し電極１７と区別されて離隔している（図５（ｂ））。
【００３６】
このように、それぞれヘッドチップ１における異なる部位及び面に配置されている個別電極１５及び共通電極１６が、個別引き出し電極１７及び共通引き出し電極１８によってヘッドチップ１の後端面１ｂにまとめて引き出されているため、駆動回路との間の電気的接続は、この後端面１ｂのみにおいて行うことができるようになる。
【００３７】
配線基板２は、ヘッドチップ１の各個別引き出し電極１７と電気的に接続される配線電極２１及び共通引き出し電極１８と電気的に接続される配線電極２２が同一面に形成された一枚の板状の部材である。この配線基板２に用いられる基板には、非分極のＰＺＴやＡｌＮ−ＢＮ、ＡｌＮ等のセラミックス材料からなる基板、低熱膨張のプラスチックやガラスからなる基板等を用いることができる。
【００３８】
配線基板２の配線電極２１、２２が形成された面は、ヘッドチップ１の後端面１ｂの面積よりも大きな面積を有しており、図２に示すように、少なくともヘッドチップ１のチャネル１１の並び方向（チャネル列方向）と直交する方向（図２中の上下方向）に延びてヘッドチップ１からそれぞれ大きく張り出している。
【００３９】
個別引き出し電極１７に対応する配線電極２１は、一端がヘッドチップ１のチャネル１１に対応する位置にあり、他端がチャネル列方向と直交する配線基板２の一端部（図１、図２における上端部）まで延びて並列している。各配線電極２１の一端には、ヘッドチップ１が接合された際に各チャネル１１の入口と対応する位置に、インク流路孔２３がそれぞれ個別に貫通形成されている。
【００４０】
ヘッドチップ１と配線基板２とは、各個別引き出し電極１７と各配線電極２１とが電気的に接続されると共に、共通引き出し電極１８と配線電極２２とが電気的に接続されるように位置決めされ、例えばＮｉ等の金属粒子を含む接着剤を用いて接着される。
【００４１】
このとき、配線基板２の各インク流路孔２３は、それぞれヘッドチップ１のチャネル１１の内部と連通する。このインク流路孔２３の周囲には配線電極２１が形成されているので、この配線電極２１が、ヘッドチップ１の各チャネル１１の入口を囲むように形成されている個別引き出し電極１７と接合されることで、該チャネル１１の入口を取り囲むため、各チャネル１１の入口部分でインク漏れが発生するおそれはない。
【００４２】
この配線基板２を接合することにより、ヘッドチップ１の各個別電極１５と共通電極１６は、個別引き出し電極１７及び共通引き出し電極１８を介して、配線電極２１、２２によって配線基板２の一端部まで電気的に引き出される。
【００４３】
外部配線部材３は、駆動回路（図示せず）からの電気信号（電圧）を各個別電極１５に印加すると共に共通電極１６を接地するための配線３１が一面に形成されており、例えば異方導電フィルム等によって、各配線電極２１、２２の他端が配列されている配線基板２の一端部側に接合されている。
【００４４】
このような外部配線部材３としては、駆動回路との間を電気的に接続可能であれば特に問わないが、フレキシブル基板（ＦＰＣ）を好ましく用いることができる。
【００４５】
インクマニホールド４は、配線基板２のヘッドチップ１とは反対側の面の全面を覆う大きさを有する箱形状に形成されており、配線基板２に接合されることで、その内部に１つの共通インク室４１を形成している。共通インク室４１のインクは、配線基板２のインク流路孔２３を介して、ヘッドチップ１の各チャネル１１内に供給される。
【００４６】
このインクジェットヘッドＨ１によれは、圧電基板１３を挟んで設けられる個別電極１５及び共通電極１６を、個別引き出し電極１７及び共通引き出し電極１８によってヘッドチップ１の後端面１ｂにまとめて配列させることができ、この後端面１ｂに配線電極２１、２２を有する配線基板２を接合することで、個別電極１５及び共通電極１６を配線基板の２の一端部まで電気的に引き出すことができる。従って、この端部において駆動回路との間をつなぐ外部配線部材３と電気的に接続させることで、駆動回路との間の電気的接続を容易に行うことができる。
【００４７】
また、ヘッドチップ１の後端面１ｂに配線基板２を接合しているため、圧電基板１３を外面に露出させたままとすることができ、この圧電基板１３の放熱に支障を来すことはない。しかも、共通電極１６と電気的に接続される共通引き出し電極１８を、ヘッドチップ１の後端面１ｂにおけるチャネル列の外側に設けたため、圧電基板１３の表面で配線接続する必要がなく、この点でも圧電基板１３の変形駆動や放熱に支障を来すことはない。
【００４８】
次に、このインクジェットヘッドＨ１におけるヘッドチップ１の製造方法について図６〜図８を用いて説明する。
【００４９】
一方の面にセラミックス基板を積層した圧電層１３ａと、一方の面の全面に共通電極１６を蒸着やスパッタ等によって形成した圧電層１３ｂとを用意し、これら圧電層１３ａ、１３ｂ同士が直接接合されるように両者を貼り合わせる（図６（ａ））。
【００５０】
各圧電層１３ａ、１３ｂの厚みは、それぞれ１００μｍ〜６００μｍとすることが好ましい。
【００５１】
各圧電層１３ａ、１３ｂは、貼り合わせ時に分極方向が反対方向となるように予め分極処理されており、圧電層１３ａ、１３ｂが貼り合わされることによって圧電基板１３が形成される。
【００５２】
次いで、セラミックス基板１００における圧電基板１３の積層面と反対面の全面にレジスト２００を塗布し（図６（ｂ））、このレジスト２００の側から、後にチャネル１１となる溝１０１をダイシングソー等を用いて形成する（図６（ｃ））。各溝１０１は、セラミックス基板１００の一端から他端にかけて一定幅で直線状に形成され、また、深さは、溝１０１の底面に圧電基板１３の圧電層１３ａが露出する程度、例えば圧電層１３ａの表面から１０〜２０μｍ程度掘り下げるように加工を行う。
【００５３】
次いで、溝１０１を加工した側から蒸着やスパッタ等によって、全面に例えばＮｉ、Ａｌ等の電極用の金属膜３００を成膜する（図７（ａ））。金属膜３００は、各溝１０１内の底面（圧電層１３ａの表面）、両側面及びレジスト２００の上面にかけて一体に成膜される。
【００５４】
その後、レジスト２００を溶解除去すると共に、このレジスト２００上に成膜された部分の金属膜３００を除去することにより、金属膜１０１を溝１０１毎に独立させ、溝１０１内の底面及び両側面のみに亘る個別電極１５をそれぞれ形成する（図７（ｂ））。
【００５５】
次いで、各溝１０１の上方からセラミックス基板１００と同じ材質のカバー基板１０２を接着することにより、各溝１０１の上方を閉塞する（図７（ｃ））。これにより、各溝１０１はストレート状のチャネル１１となり、隣接するチャネル１１、１１の間には隔壁１４が形成される。
【００５６】
その後、チャネル１１が所望の長さとなるように、チャネル１１の長さ方向と直交する方向のカットラインＣに沿ってフルカットすることにより、ヘッドチップ１をそれぞれ切り出す（図８（ａ））。
【００５７】
切り出されたヘッドチップ１は、チャネル１１の入口となる後端面１ｂに対し、例えば個別引き出し電極１７及び共通引き出し電極１８となる部位が開口したドライフィルムをマスクとして用いて蒸着やスパッタを行うことで、これら個別引き出し電極１７及び共通引き出し電極１８を成膜する（図８（ｂ））。蒸着は方向を変えて斜め方向から２回行うことで、各個別電極１５及び共通電極１６との電気的接続を確実に行うことができる。
【００５８】
ヘッドチップ１には、チャネル１１内の個別電極１５の表面に保護膜（図示せず）を形成することもできる。保護膜を形成することによって水系インクを使用することができるようになる。保護膜としてはパリレン膜が好ましい。
【００５９】
以上の製造方法によれば、圧電基板１３に対するチャネル１１毎に独立した個別電極１５を、溝１０１の内面を含むセラミックス基板１００の全面に対して金属膜３００を形成した後、不要部分の金属膜３００を除去するだけで容易に形成することができ、個別電極とチャネルとを位置決めする等の面倒な作業は不要である。
【００６０】
前述の特許文献２（特開平１１−３０７８３２号公報）や特許文献３（特開平１０−５８６７５号公報）に記載の従来技術では、チャンネル基板に接合される側の圧電基板の表面に個別電極をパターニングした後、チャンネル基板に接合するため、チャネルと個別電極を精度良く位置決めする必要がある。実際には、位置ずれをなくすことは困難であり、特許文献２や特許文献３に記載のように、個別電極の幅をチャネルの幅よりも小さくし、位置ずれが生じても有効電極面積がばらつきないようにしてヘッド毎の位置ずれのばらつきによる駆動効率のばらつきを抑えるようにしている。このように特許文献２や特許文献３に記載の技術では、個別電極の幅をチャネルの幅よりも小さくしているため圧電基板の変形領域が小さくなり駆動効率は低下してしまう。
【００６１】
本実施形態の製造方法によれば、圧電基板１３に対するチャネル１１毎に独立した個別電極１５を、圧電基板１３とチャネルを構成するセラミックス基板１００を接合後に個別電極を形成するので、チャネルにおける圧電基板１３の全面に個別電極を精度良く形成できるため駆動効率が向上する。
【００６２】
図９は第２の実施形態に係るインクジェットヘッドＨ２の正面図、図１０は図９の(x)−(x)線に沿う断面図である。第１の実施形態に係るインクジェットヘッドＨ１と同一符号の部位は同一構成の部位を示している。
【００６３】
このインクジェットヘッドＨ２は、以上説明した１列のチャネル列を備えたヘッドチップ１を２つ使用し、それぞれの共通電極１６の形成面が外側となるように接合することによって一体とした２列のチャネル列を備えたヘッドチップ１Ａを有している。各ヘッドチップ１の後端面１ｂには、上記同様、個別引き出し電極１７と共通引き出し電極１８とが形成されている。
【００６４】
なお、ここに示す態様では、ノズルプレート１２はヘッドチップ１毎に設けられているが、ヘッドチップ１Ａ全体で１枚のノズルプレートとしてもよい。
【００６５】
また、ヘッドチップ１Ａは、２列のチャネル列で、図７（ｃ）におけるカバー基板１０２の部分を共通にすることで、１枚のカバー基板１０２の両面にチャネル列が配列される態様としてもよい。
【００６６】
配線基板２は、ヘッドチップ１Ａに対して１枚だけ設けられ、両外面に配置された共通電極１６、１６からそれぞれ側方に張り出す大きさを有している。各配線電極２１、２２は、配線基板２のヘッドチップ１Ａとの接合面に共に形成されており、その他端は、チャネル列毎にそれぞれ相反する上下両端部に分かれて延びている。外部配線部材３、３は、この配線基板２の上下各端部において各配線電極２１、２２と配線３１とが対応するように電気的に接続される。
【００６７】
また、インク流路孔２３は、２列のチャネル列に対応して配線基板２にそれぞれ貫通形成されている。
【００６８】
このインクジェットヘッドＨ２は、ヘッドチップ１Ａの両外面に共通電極１６、１６の面が配置されているため、圧電基板１３の変形駆動及び放熱に支障を来すおそれはない。
【００６９】
なお、配線電極２１、２２は、ヘッドチップ１Ａの共通電極１６、１６の後端面１ｂ側の部分を跨ぐ形となるが、ヘッドチップ１Ａと配線基板２との間は、個別引き出し電極１７及び共通引き出し電極１８の厚みと、配線電極２１、２２の厚みとを足し合わせた分の隙間が形成されるため、配線電極２１、２２が直に共通電極１６、１６と接触してしまうことはない。
【００７０】
図１１は第３の実施形態に係るインクジェットヘッドＨ３の正面図、図１２は図１１の(xii)−(xii)線に沿う断面図である。第１の実施形態に係るインクジェットヘッドＨ１、第２の実施形態に係るインクジェットヘッドＨ２と同一符号の部位は同一構成の部位を示している。
【００７１】
このインクジェットヘッドＨ３は、ヘッドチップは第２の実施形態に係るインクジェットヘッドＨ２のヘッドチップ１Ａと同一であるが、配線基板２の配線電極２１が、ヘッドチップ１Ａとの接合面の反対面（インクマニホールド４の接合面）に形成されている点でインクジェットヘッドＨ２と異なっている。
【００７２】
すなわち、ヘッドチップ１Ａの個別引き出し電極１７と電気的に接続される配線電極２１は、ヘッドチップ１Ａとの接合面に、チャネル１１と対応する位置に個別引き出し電極１７との接続端２１ａが形成され、インク流路孔２３を利用した貫通電極部２１ｂを介してヘッドチップ１Ａとの接合面の反対面まで引き出され、該反対面において外部配線部材３の配線３１と接続されている。
【００７３】
また、ヘッドチップ１Ａの共通引き出し電極１８と電気的に接続される配線電極２２は、ヘッドチップ１Ａとの接合面の共通引き出し電極１８と対応する位置に該共通引き出し電極１８との接続端２２ａが形成されている。この接続端２２ａの位置には、インク流路孔２３と同様に貫通する貫通孔２４が形成されており、この貫通孔２４を利用した貫通電極部２２ｂを介してヘッドチップ１Ａとの接合面の反対面まで引き出され、該反対面において外部配線部材３の配線３１と接続されている。
【００７４】
このインクジェットヘッドＨ３によれば、配線基板２の各配線電極２１、２２は、ヘッドチップ１Ａとの接合面と反対面に位置するため、共通電極１６の後端面１ｂ側の部分との短絡をより確実に回避できる。
【００７５】
図１３は第４の実施形態に係るインクジェットヘッドＨ４の正面図、図１４は図１３の(xiv)−(xiv)線に沿う断面図である。第１の実施形態に係るインクジェットヘッドＨ１、第２の実施形態に係るインクジェットヘッドＨ２及び第３の実施形態に係るインクジェットヘッドＨ３と同一符号の部位は同一構成の部位を示している。
【００７６】
このインクジェットヘッドＨ４は、以上説明した２列のチャネル列を備えたヘッドチップ１Ａを２つ使用し、合計４列のチャネル列を備えたインクジェットヘッドを構成している。各ヘッドチップ１Ａ、１Ａ間は、圧電基板１３、１３の変形駆動及び放熱を阻害しない程度の間隔Ｓが開けられており、この間隔Ｓにおいて放熱用の空気層が形成されている。
【００７７】
この配線基板２は、その両面を利用して配線電極が形成されている。すなわち、各ヘッドチップ１Ａのチャネル列において、外側（図１３における最も上側及び最も下側）に位置するチャネル列の個別引き出し電極１７と電気的に接続される配線電極２１Ａ及び共通引き出し電極１８と電気的に接続される配線電極２２Ａは、第２の実施形態に係るインクジェットヘッドＨ２の配線基板２と同様に、ヘッドチップ１Ａとの接合面に形成されているが、内側に位置するチャネル列の個別引き出し電極１７と電気的に接続される配線電極２１Ｂ及び共通引き出し電極１８と電気的に接続される配線電極２２Ｂは、第３の実施形態に係るインクジェットヘッドＨ３の配線基板２と同様にして、配線基板２を貫通し、ヘッドチップ１Ａとの接合面と反対面に引き出されている。
【００７８】
このため、配線基板２の両端部には、それぞれ２枚ずつの外部配線部材３Ａ、３Ｂが接続され、各配線電極２１Ａ、２１Ｂ、２２Ａ、２２Ｂと配線３１とが電気的に接続されている。
【００７９】
このインクジェットヘッドＨ４によれば、圧電基板１３の変形駆動及び放熱に支障を来すことなく、４列のチャネル列を有するインクジェットヘッドを構成することができる。
【００８０】
以上説明したヘッドチップ１、１Ａでは、伸縮モードで駆動する圧電基板が、分極方向を反対方向に向けた２層の圧電層１３ａ、１３ｂからなるバイモルフ型の圧電基板１３を使用したが、圧電基板１３はこれに限らない。以下、その他の態様を示す。
【００８１】
図１５（ａ）は、圧電層として１層の圧電層１３ｂのみ使用したユニモルフ型の圧電基板１３Ａを示している。
【００８２】
圧電基板１３Ａは、圧電層１３ｂと非圧電層１３ｃとを一体に貼り合わせてなるものであり、圧電層１３ｂ側がチャネル１１に臨むように配置されている。そして、非圧電層１３ｃの外面の全面に共通電極１６が形成されている。
【００８３】
非圧電層１３ｃには、例えば分極処理されていないセラミックス、シリコン等を用いることができる。その厚みは１μｍ〜１０μｍとすることが好ましい。
【００８４】
この圧電基板１３Ａでは、個別電極１５と共通電極１６との間で電界を発生させると、圧電層１３ｂは層面と平行な方向に伸びるように変形するが、非圧電層１３ｃは伸縮しないため、その結果、圧電基板１３Ａは、内側（図示上側）に凸湾曲するように変形駆動する。
【００８５】
図１５（ｂ）も、圧電層として１層の圧電層１３ｂのみ使用したユニモルフ型の圧電基板１３Ｂを示している。
【００８６】
この圧電基板１３Ｂは、圧電層１３ｂと弾性金属板１３ｄとを一体に貼り合わせてなるものであり、圧電層１３ｂ側がチャネル１１に臨むように配置されている。
【００８７】
弾性金属板１３ｄには、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）等を用いることができる。その厚みは１０μｍ〜２０μｍとすることが好ましい。
【００８８】
この圧電基板１３Ｂでは、弾性金属板１３ｄ自体を共通電極１６として使用することができるため、共通電極を別途形成する必要がない。
【００８９】
この圧電基板１３Ｂも、個別電極１５と共通電極１６との間で電界を発生させると、圧電層１３ｂは層面と平行な方向に伸びるように変形するが、弾性金属板１３ｄは伸縮しないため、この場合も、圧電基板１３Ｂは、内側（図示上側）に凸湾曲するように変形駆動する。
【００９０】
以上の実施形態では、圧電基板を伸縮モードで駆動する圧電素子を用いるものを例示したが、圧電基板には例えば図１６に示すように、せん断モード型の圧電素子を用いるようにしてもよい。この場合、圧電基板の圧電層１３ｅとして、白抜き矢印で示す分極方向が層面と平行な方向となる圧電素子が用いられる。この圧電基板１３Ｃでは、チャネル１１内の個別電極１５と共通電極１６との間で圧電層１３ｅの分極方向と直交する方向の電界が発生し、この個別電極１５と共通電極１６との間の圧電層１３ｅがせん断変形する。
【００９１】
また、本発明において、ヘッドチップ１の放熱をより良好とするため、図１７に示すように、共通電極１６をヒートシンク５と熱的に接続するようにしてもよい。圧電基板１３の表面に熱伝導率の高い金属製の共通電極１６が形成され、この共通電極１６がヒートシンク５と熱的に接続することで、圧電基板１３で発生した熱を共通電極１６からヒートシンク５に伝達させてより効率的に外部に放散できる。
【００９２】
ヒートシンク５は、図示するように、共通電極１６のチャネル１１に対応する領域に非接触部５ａを設けることにより非接触部５ａの部位において共通電極１６との接触を避け、それ以外の領域のみで共通電極１６に接触（押圧や接着等により接触）していることが好ましい。これにより、チャネル１１の壁面を形成している圧電基板１３の変形を阻害することなくヒートシンク５と共通電極１６を接続できる。
【００９３】
図１７に示すヒートシンク５は、複数の凸状の放熱部５ｂを備え、共通電極１６側に突出している凸状部５ｂの端面を共通電極１６に接触させている。この凸状部５ｂはチャネル１１の延伸方向にチャネル出口から配線基板２（図１７においては図示せず）の手前まで延在させてもよいし、一部のみに接触させるようにしてもよい。チャネル１１の延伸方向に延在させることで放熱効率を高めることができる。
【００９４】
ヒートシンク５の材質は金属が好ましく、アルミニウムで構成し、少なくとも共通電極１６に接触する表面がアルマイト処理されていることがより好ましい。これにより、アルマイト処理（絶縁被覆）により共通電極１６の電位がシールドされノイズ等の発生を防ぐことができる。
【００９５】
また、ヘッドチップ１を保持する保持部材をヒートシンクとして機能させるようにしてもよい。例えば、図１８に示すように、ヘッドチップ１を保持すると共にインク吐出面（ノズルプレート１２）を露出させる開口６ａを有し、インクジェットヘッド全体を覆う箱型形状の筺体フレーム(保持部材）６を用いることができる。ここではインクジェットヘッドＨ２を使用した場合を例示している。この筺体フレーム６を金属等の熱伝導性の高い材質で形成し、インク吐出面を露出させる開口６ａの内面をヘッドチップ１の共通電極１６の形成面に接触させることで、圧電基板１３で発生した熱を共通電極１６から筺体フレーム６に伝達させてより効率的に外部に放散できる。筺体フレーム６はヒートシンクの性能を上げるために表面積が広くなるような形状（フィン等）に成型してもよい。
【００９６】
なお、この筐体フレーム６の開口６ａにおいて、ヘッドチップ１の共通電極１６と接触する部分には、図１７に示したヒートシンク５と同様に、チャネル１１の壁面を形成している圧電基板１３の変形を阻害することのないようにするため、共通電極１６のチャネル１１（図１８では示されていない）に対応する領域に非接触部６ｂを設けることにより非接触部６ｂの部位において共通電極１６との接触を避け、それ以外の領域のみで共通電極１６に接触することが好ましい。
【００９７】
また、本発明において、図１９に示すように、チャネル１１間の隔壁１４の少なくとも一部がせん断モード型の圧電素子で構成されるようにしてもよい。図１９に示す隔壁１４は、その高さ方向（図１９における上下方向）で白抜き矢印で示す分極方向が反対方向となるように配置された２つの圧電層１４ａ、１４ｂによって形成されているが、このうちの例えば圧電層１４ａの部分のみが圧電素子であってもよい。この隔壁１４には、チャネル１１内に臨む壁面に個別電極１５が形成されているので、隔壁１４の両隣の個別電極１５、１５の間で分極方向と直交する方向の電界を発生させることで、隔壁１４をくの字状にせん断変形させることができる。
【００９８】
この場合、伸縮モード又はせん断モード型の圧電基板１３の変形による圧力と、せん断モード型の圧電素子からなる隔壁１４の変形による圧力が合成されて、チャネル１１内のインクに大きな圧力が付与される。そのため、より低い駆動電圧でインクに大きな圧力を付与することができ、駆動効率が高くなる。また、個別電極１５に共通の駆動電圧信号を印加することで圧電基板１３とせん断モード型の圧電素子からなる隔壁１４を駆動できるので駆動回路構成を簡素化できる。
【符号の説明】
【００９９】
Ｈ１〜Ｈ４：インクジェットヘッド
１、１Ａ：ヘッドチップ
１ａ：前端面
１ｂ：後端面
１ｃ：上側端面
１１：チャネル
１１ａ：底壁
１２：ノズルプレート
１２ａ：ノズル
１３、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ：圧電基板
１３ａ、１３ｂ、１３ｅ：圧電層
１３ｃ：非圧電層
１３ｄ：弾性金属板
１４：隔壁
１４ａ、１４ｂ：圧電層
１５：個別電極
１５ａ：底壁上に形成されている部分
１５ｂ：隔壁の表面に形成されている部分
１６：共通電極
１７：個別引き出し電極
１８：共通引き出し電極
２：配線基板
２１、２２：配線電極
２３：インク流路孔
２４：貫通孔
３：外部配線部材
３１：配線
４：インクマニホールド
４１：共通インク室
５：ヒートシンク
５ａ：非接触部
５ｂ：凸状部
６：筐体フレーム
６ａ：開口
６ｂ：非接触部
１００：セラミックス基板
１０１：溝
１０２：カバー基板
２００：レジスト
３００：金属膜
【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】
ノズルからインクを微小な液滴状に吐出させることによって画像を記録するためのインクジェットヘッドとして、圧電素子の分極方向と平行な方向の電界を発生させることにより圧電素子を伸縮変形させる伸縮モードタイプのインクジェットヘッドが知られている（例えば特許文献１）。このインクジェットヘッドは、圧力室の一壁面を薄い振動板とし、この振動板の上面に圧力室毎に圧電素子を個別に積層している。各圧電素子は、振動板の上面に積層された共通電極上に設けられることで各圧電素子の上面に積層された個別電極との間に挟まれており、これら電極間に圧電素子の分極方向と平行な電界を発生させて圧電素子を個別に伸縮変形させ、圧力室内のインクに吐出のための圧力を付与する。このため、各圧力室を個別に吐出駆動させることができる。
【０００３】
しかし、このような伸縮モードタイプのインクジェットヘッドでは、各圧力室の一壁面として薄い振動板を形成しなくてはならず、しかも、圧力室毎に個別に圧電素子を積層形成しなくてはならず、製造工程の煩雑さの問題がある。
【０００４】
そこで、従来、各圧力室の開放面を共通の圧電基板によって覆うことで、圧電素子をヘッドチップの表面に配置させると共に、個別に形成する手間を省くようにしたインクジェットヘッドも提案されている（特許文献２〜５）。
【０００５】
この特許文献２、３記載のインクジェットヘッドは、伸縮モードタイプの圧電素子とせん断モードタイプの圧電素子とを積層させ、外側を伸縮モードで駆動する圧電素子とし、内側をせん断モードで駆動する圧電素子としたものである。
【０００６】
しかし、各圧電素子の層間に個別に電極が必要であり、特に圧力室内に個別に電極を形成する必要があり、電極形成が極めて煩雑であると共に、これら各電極と駆動回路との間の配線接続を行うことが極めて難しいという問題がある。特に圧電素子は変形効率を考えて厚みが極めて薄く形成されるため、圧電素子を挟んで設けられる電極を短絡させることなくそれぞれ駆動回路と電気的に接続させることは極めて困難である。
【０００７】
また、このようなインクジェットヘッドでは、通常、特許文献４、５に記載のように、ヘッドチップの最も外側の圧電素子表面に個別電極と共通電極を引き出し、その上に、駆動回路との電気的接続を行うための配線が形成されたフレキシブル配線ケーブルが積層される。
【０００８】
フレキシブル配線ケーブルは、樹脂等の熱伝導率の低い材料で構成されているため、駆動により発生した圧電素子で発生した熱が十分に放熱されず、この熱がインクの粘度を低下させて吐出特性に悪影響を及ぼす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−３０７８３２号公報
【特許文献２】特開平１０−５８６７５号公報
【特許文献３】特開２００６−１５７６４号公報
【特許文献４】特開２００７−３０４１７号公報
【特許文献５】特開２０１０−３６５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、本発明は、ヘッドチップに全てのチャネルの一壁面を共通に構成する圧電基板が積層され、該圧電基板を駆動させるインクジェットヘッドにおいて、圧電基板を挟んで設けられる電極と駆動回路との間の電気的接続を容易に行うことができると共に圧電基板から発生した熱を効率的に放熱することが可能なインクジェットヘッドを提供することを課題とする。
【００１１】
本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題は、以下の各発明によって解決される。
【００１３】
１．
インクの入口と出口とがそれぞれ相反する端面に開口する複数のチャネルが形成されると共に、分極された圧電基板が、前記チャネルの一壁面を形成するように積層されてなるヘッドチップを有し、前記チャネルの内部に臨む部分の前記圧電基板を該チャネル毎に個別に変形させることにより、前記チャネル内のインクを該チャネルの出口側に配置されたノズルから吐出するインクジェットヘッドであって、
前記チャネル内における前記圧電基板の表面及び隣接する前記チャネル間の隔壁表面にそれぞれ個別電極が形成されると共に、前記圧電基板の前記チャネルと反対側の面に共通電極が形成され、
前記ヘッドチップにおける前記チャネルの入口が配置される端面に、前記個別電極と電気的に接続される個別引き出し電極が前記個別電極毎に独立し、且つ、前記共通電極と短絡しないように形成されると共に、前記共通電極と電気的に接続される共通引き出し電極が前記個別引き出し電極と短絡しないように形成され、
一端が前記個別引き出し電極及び前記共通引き出し電極とそれぞれ電気的に接続される配線電極が形成されてなる配線基板が、前記ヘッドチップにおける前記チャネルの入口が配置される端面に接合されると共に、前記配線基板の端部は前記ヘッドチップとの接合面から該接合面と平行で、且つ、チャネル列方向と直交する方向に張り出しており、前記個別電極及び前記共通電極が、前記配線電極を介して前記配線基板の前記端部まで電気的に引き出されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
２．
前記共通引き出し電極は、前記ヘッドチップにおける前記チャネルの入口が配置される端面において、チャネル列方向における該チャネル列の外側の領域に形成されていることを特徴とする前記１記載のインクジェットヘッド。
３．
前記個別引き出し電極は、前記ヘッドチップにおける前記チャネルの入口側の端面において、該チャネルの入口を取り囲むように形成されており、
前記配線基板は、前記ヘッドチップの前記チャネルに対応する位置に、個別のインク流路孔が貫通形成されていると共に、前記個別引き出し電極と電気的に接続される前記配線電極の一端は、前記インク流路孔を取り囲むように形成されていることを特徴とする前記１又は２記載のインクジェットヘッド。
４．
前記ヘッドチップはチャネル列を１列だけ有しており、
前記配線電極の他端は、前記配線基板における前記ヘッドチップの前記共通電極が形成されている側の端部と反対側の端部に延びて配列されていることを特徴とする前記１、２又は３記載のインクジェットヘッド。
５．
前記ヘッドチップはチャネル列を２列有し、該ヘッドチップにおいて２列のチャネル列を間に挟むようにそれぞれ前記圧電基板が相反する外面に配置され、該圧電基板の外面にそれぞれ前記共通電極が形成されており、
前記配線電極の他端は、前記チャネル列毎に前記配線基板の相反する端部に延び、各端部にそれぞれ配列されていることを特徴とする前記１、２又は３記載のインクジェットヘッド。
６．
前記配線電極の一端は、前記配線基板における前記ヘッドチップとの接合面に配置されると共に、他端は、該配線基板を貫通して前記ヘッドチップとの接合面と反対面に引き出され、該反対面において、前記チャネル列毎に前記配線基板の相反する端部に延び、各端部にそれぞれ配列されていることを特徴とする前記５記載のインクジェットヘッド。
７．
前記圧電基板は、厚み方向の分極方向が互いに反対方向となるように配置された２枚の圧電基板が一体に積層されることによって形成されてなることを特徴とする前記１〜６のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
８．
前記圧電基板は、１枚の圧電基板と非分極のセラミックス基板とが一体に積層されることによって形成されてなり、前記非分極のセラミックス基板側が外側となるように前記ヘッドチップに積層されていることを特徴とする前記１〜６のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
９．
前記圧電基板は、１枚の圧電基板と１枚の金属板とが一体に積層されることによって形成されてなり、前記金属板側が外側となるように前記ヘッドチップに積層され、前記金属板が前記共通電極とされていることを特徴とする前記１〜６のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
１０．
前記ヘッドチップの前記共通電極は、ヒートシンクと熱的に接続されていることを特徴とする前記１〜９のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
１１．
前記ヒートシンクは、前記共通電極の前記チャネルに対応する領域を避けて前記共通電極に接触していることを特徴とする前記１０に記載のインクジェットヘッド。
１２．
前記ヒートシンクは、アルミニウムで構成され、少なくとも前記共通電極に接触する表面がアルマイト処理されていることを特徴とする前記１１に記載のインクジェットヘッド。
１３．
前記ヘッドチップを保持する保持部材が前記ヒートシンクとして機能することを特徴とする前記１０〜１２のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
１４．
前記チャネル間の隔壁の少なくとも一部がせん断モード型の圧電素子で構成されていることを特徴とする前記１〜１３のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ヘッドチップに全てのチャネルの一壁面を共通に構成する圧電基板が積層され、該圧電基板を駆動させるインクジェットヘッドにおいて、圧電基板を挟んで設けられる電極と駆動回路との間の電気的接続を容易に行うことができると共に圧電基板から発生した熱を効率的に放熱することが可能なインクジェットヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係るインクジェットヘッドの第１の実施形態を示す分解斜視図
【図２】図１に示すインクジェットヘッドの縦断面図
【図３】図１に示すヘッドチップを前端面側から見た分解斜視図
【図４】ヘッドチップの駆動の様子を説明する図
【図５】個別引き出し電極と共通引き出し電極を示す図
【図６】ヘッドチップの製造方法を説明する図
【図７】ヘッドチップの製造方法を説明する図
【図８】ヘッドチップの製造方法を説明する図
【図９】本発明に係るインクジェットヘッドの第２の実施形態を示す正面図
【図１０】図９の(x)−(x)線に沿う断面図
【図１１】本発明に係るインクジェットヘッドの第３の実施形態を示す正面図
【図１２】図１１の(xii)−(xii)線に沿う断面図
【図１３】本発明に係るインクジェットヘッドの第４の実施形態を示す正面図
【図１４】図１３の(xiv)−(xiv)線に沿う断面図
【図１５】圧電基板の他の態様を示す図
【図１６】圧電基板の更に他の態様を示す図
【図１７】ヘッドチップ及びヒートシンク部分の断面図
【図１８】筐体フレームに収容したインクジェットヘッドを一部断面で示す図
【図１９】ヘッドチップの他の態様を示す部分断面図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１７】
（第１の実施形態）
図１は、本発明に係るインクジェットヘッドの第１の実施形態を示す分解斜視図、図２は、図１に示すインクジェットヘッドの縦断面図、図３は、図１に示すヘッドチップを前端面側から見た分解斜視図、図４は、ヘッドチップの駆動の様子を説明する図、図５は、個別引き出し電極と共通引き出し電極を示す図である。
【００１８】
図中、Ｈ１はインクジェットヘッド、１はヘッドチップ、２は配線基板、３は外部配線部材、４はインクマニホールドである。
【００１９】
ヘッドチップ１は、前端面１ａ及び後端面１ｂと、これら前端面１ａ及び後端面１ｂに挟まれた上下左右の４つの側端面とを有する六面体からなり、このうち相反する位置にある前端面１ａと後端面１ｂとにかけて、吐出されるインクが貯留されるインク流路となる多数のチャネル１１が並設され、１列のチャネル列を形成している。各チャネル１１は前端面１ａと後端面１ｂにそれぞれ開口してストレート状に形成されており、前端面１ａ側の開口がインクの出口、後端面１ｂ側の開口がインクの入口とされている。
【００２０】
ヘッドチップ１の前端面１ａには、ノズルプレート１２が貼着されている。ノズルプレート１２は、各チャネル１１に対応する位置に、チャネル１１の内部と連通しているノズル１２ａが開口形成されている。
【００２１】
ヘッドチップ１は、それぞれ厚み方向に分極処理された２枚の圧電層１３ａ、１３ｂを、図中矢印で示す分極方向が反対方向となるように一体に積層してなる圧電基板１３が、該ヘッドチップ１の上側端面又は下側端面のいずれかを構成するように積層されている。本実施形態では、圧電基板１３がヘッドチップ１における図中の下側端面を構成している。
【００２２】
このようにヘッドチップ１の外側の端面に圧電基板１３が配置されることにより、圧電基板１３の放熱を行い易くなる。
【００２３】
各チャネル１１の内部には、圧電基板１３の圧電層１３ａが臨んでいる。すなわち、圧電基板１３は、全てのチャネル１１に亘って共通に各チャネル１１の一壁面（本実施形態では底壁１１ａ）を形成している。
【００２４】
各チャネル１１内には、圧電基板１３の圧電層１３ａによって形成される底壁１１ａと、隣接するチャネル１１、１１間の隔壁１４の表面との３面にかけて、チャネル１１の全長に亘る個別電極１５がそれぞれ形成されている。一方、ヘッドチップ１の下側端面を構成している圧電基板１３の外面（圧電層１３ｂの外側面）には共通電極１６が形成されている。これにより、圧電基板１３は、チャネル１１毎の個別電極１５と１つの共通電極１６とによって挟まれた状態となっている。
【００２５】
共通電極１６は、圧電基板１３の外面の全面に亘って形成されている。これにより、圧電基板１３は、共通電極１６からなる金属面が放熱面となるので圧電基板１３の放熱が一層良好となる。
【００２６】
このようなヘッドチップ１のインク吐出時の駆動動作について図４を用いて説明する。
【００２７】
個別電極１５と共通電極１６との間に電位差が生じていない状態では、圧電基板１３は平坦な基板状態のままであり、チャネル１１内の容積に変動はない（図４（ａ））。この状態から個別電極１５に所定の電圧＋Ｖを印加すると共に、共通電極１６を接地すると、個別電極１５と共通電極１６との間に電界Ｅが生じる。圧電基板１３の各圧電層１３ａ、１３ｂは、図４中の白抜き矢印で示すように、基板の厚さ方向に分極処理されているため、このとき発生した電界は、圧電基板１３の分極方向と平行な方向の電界Ｅとなる。
【００２８】
ここで、各圧電層１３ａ、１３ｂには、電界が作用した時にｄ３１モードで伸縮動作するタイプの圧電素子が使用され、互いの分極方向が外側に向くように積層されている。これにより、それぞれ圧電・電歪効果によって、圧電層１３ａは電界Ｅに対して直交する方向（層面と平行な方向）に縮むように変形し、圧電層１３ｂは電界Ｅに対して直交する方向（層面と平行な方向）に伸びるように変形する。その結果、このチャネル１１の底壁１１ａを形成している部分の圧電基板１３は、外側（図示下側）に凸湾曲するように変形し、チャネル１１の容積を増大させる（図４（ｂ））。
【００２９】
その後、個別電極１５の電位を元に戻すと、圧電基板１３は図４（ａ）のように平板状に戻るため、図４（ｂ）の状態からチャネル１１の容積が縮小されることにより、該チャネル１１内の圧力が増大し、チャネル１１内のインクに吐出のための圧力が付与される。これによりノズル１２ａからインク滴が吐出される。
【００３０】
このようにヘッドチップ１を駆動させるため、チャネル１１内面に形成された個別電極１５と、ヘッドチップ１の外面に形成された共通電極１６とを駆動回路（図示せず）と電気的に接続させる必要がある。そこで、本実施形態では、ヘッドチップ１の一つの面に、これら個別電極１５と共通電極１６とをまとめて引き出すようにしている。
【００３１】
すなわち、各チャネル１１のインクの入口が配置されるヘッドチップ１の後端面１ｂに、個別電極１５と電気的に接続される個別引き出し電極１７と、共通電極１６と電気的に接続される１つの共通引き出し電極１８とが形成されている。個別引き出し電極１７は個別電極１５毎にそれぞれ独立していると共に、共通電極１６及び共通引き出し電極１８のいずれとも短絡しないように形成されている。
【００３２】
個別引き出し電極１７は、一端がチャネル１１内の個別電極１５と電気的に接続され、他端側がヘッドチップ１における圧電基板１３と反対側の端面（上側端面）１ｃ側に向けて伸びている。
【００３３】
圧電基板１３を共通電極１６との間で挟んでいる個別電極１５の部分は、図５（ａ）に示すように、底壁１１ａ上に形成されている部分１５ａであるため、この個別電極１５の部分１５ａから個別引き出し電極１７を引き出すことが好ましい。しかし、通常、圧電基板１３は変形効率のために極めて薄く形成されるため、ヘッドチップ１の後端面１ｂ側に面している圧電基板１３の部分の面積は極めて小さく、共通電極１６と短絡しないように個別電極１５の部分１５ａから個別引き出し電極１７を引き出すことは難しい。
【００３４】
このため、個別引き出し電極１７は、隔壁１４の部分を利用して、個別電極１５の隔壁１４の表面に形成されている部分１５ｂとも電気的に接続するようにしている。すなわち、個別引き出し電極１７と個別電極１５との接続部分は、個別電極１５における底壁１１ａ上に形成されている部分１５ａと、隔壁１４の表面に形成されている部分１５ｂとの双方と電気的に接続されるように、チャネル１１の入口部分を取り囲むように形成されている（図５（ａ））。
【００３５】
一方、共通引き出し電極１８は、一端が共通電極１６と電気的に接続され、他端側がヘッドチップ１の後端面１ｂにおいて上側端面１ｃに向けて伸びている。この共通引き出し電極１８は、チャネル列方向における該チャネル列の外側の領域となるように、ヘッドチップ１の後端面１ｂにおける端部近傍に形成され、個別引き出し電極１７と区別されて離隔している（図５（ｂ））。
【００３６】
このように、それぞれヘッドチップ１における異なる部位及び面に配置されている個別電極１５及び共通電極１６が、個別引き出し電極１７及び共通引き出し電極１８によってヘッドチップ１の後端面１ｂにまとめて引き出されているため、駆動回路との間の電気的接続は、この後端面１ｂのみにおいて行うことができるようになる。
【００３７】
配線基板２は、ヘッドチップ１の各個別引き出し電極１７と電気的に接続される配線電極２１及び共通引き出し電極１８と電気的に接続される配線電極２２が同一面に形成された一枚の板状の部材である。この配線基板２に用いられる基板には、非分極のＰＺＴやＡｌＮ−ＢＮ、ＡｌＮ等のセラミックス材料からなる基板、低熱膨張のプラスチックやガラスからなる基板等を用いることができる。
【００３８】
配線基板２の配線電極２１、２２が形成された面は、ヘッドチップ１の後端面１ｂの面積よりも大きな面積を有しており、図２に示すように、少なくともヘッドチップ１のチャネル１１の並び方向（チャネル列方向）と直交する方向（図２中の上下方向）に延びてヘッドチップ１からそれぞれ大きく張り出している。
【００３９】
個別引き出し電極１７に対応する配線電極２１は、一端がヘッドチップ１のチャネル１１に対応する位置にあり、他端がチャネル列方向と直交する配線基板２の一端部（図１、図２における上端部）まで延びて並列している。各配線電極２１の一端には、ヘッドチップ１が接合された際に各チャネル１１の入口と対応する位置に、インク流路孔２３がそれぞれ個別に貫通形成されている。
【００４０】
ヘッドチップ１と配線基板２とは、各個別引き出し電極１７と各配線電極２１とが電気的に接続されると共に、共通引き出し電極１８と配線電極２２とが電気的に接続されるように位置決めされ、例えばＮｉ等の金属粒子を含む接着剤を用いて接着される。
【００４１】
このとき、配線基板２の各インク流路孔２３は、それぞれヘッドチップ１のチャネル１１の内部と連通する。このインク流路孔２３の周囲には配線電極２１が形成されているので、この配線電極２１が、ヘッドチップ１の各チャネル１１の入口を囲むように形成されている個別引き出し電極１７と接合されることで、該チャネル１１の入口を取り囲むため、各チャネル１１の入口部分でインク漏れが発生するおそれはない。
【００４２】
この配線基板２を接合することにより、ヘッドチップ１の各個別電極１５と共通電極１６は、個別引き出し電極１７及び共通引き出し電極１８を介して、配線電極２１、２２によって配線基板２の一端部まで電気的に引き出される。
【００４３】
外部配線部材３は、駆動回路（図示せず）からの電気信号（電圧）を各個別電極１５に印加すると共に共通電極１６を接地するための配線３１が一面に形成されており、例えば異方導電フィルム等によって、各配線電極２１、２２の他端が配列されている配線基板２の一端部側に接合されている。
【００４４】
このような外部配線部材３としては、駆動回路との間を電気的に接続可能であれば特に問わないが、フレキシブル基板（ＦＰＣ）を好ましく用いることができる。
【００４５】
インクマニホールド４は、配線基板２のヘッドチップ１とは反対側の面の全面を覆う大きさを有する箱形状に形成されており、配線基板２に接合されることで、その内部に１つの共通インク室４１を形成している。共通インク室４１のインクは、配線基板２のインク流路孔２３を介して、ヘッドチップ１の各チャネル１１内に供給される。
【００４６】
このインクジェットヘッドＨ１によれは、圧電基板１３を挟んで設けられる個別電極１５及び共通電極１６を、個別引き出し電極１７及び共通引き出し電極１８によってヘッドチップ１の後端面１ｂにまとめて配列させることができ、この後端面１ｂに配線電極２１、２２を有する配線基板２を接合することで、個別電極１５及び共通電極１６を配線基板の２の一端部まで電気的に引き出すことができる。従って、この端部において駆動回路との間をつなぐ外部配線部材３と電気的に接続させることで、駆動回路との間の電気的接続を容易に行うことができる。
【００４７】
また、ヘッドチップ１の後端面１ｂに配線基板２を接合しているため、圧電基板１３を外面に露出させたままとすることができ、この圧電基板１３の放熱に支障を来すことはない。しかも、共通電極１６と電気的に接続される共通引き出し電極１８を、ヘッドチップ１の後端面１ｂにおけるチャネル列の外側に設けたため、圧電基板１３の表面で配線接続する必要がなく、この点でも圧電基板１３の変形駆動や放熱に支障を来すことはない。
【００４８】
次に、このインクジェットヘッドＨ１におけるヘッドチップ１の製造方法について図６〜図８を用いて説明する。
【００４９】
一方の面にセラミックス基板を積層した圧電層１３ａと、一方の面の全面に共通電極１６を蒸着やスパッタ等によって形成した圧電層１３ｂとを用意し、これら圧電層１３ａ、１３ｂ同士が直接接合されるように両者を貼り合わせる（図６（ａ））。
【００５０】
各圧電層１３ａ、１３ｂの厚みは、それぞれ１００μｍ〜６００μｍとすることが好ましい。
【００５１】
各圧電層１３ａ、１３ｂは、貼り合わせ時に分極方向が反対方向となるように予め分極処理されており、圧電層１３ａ、１３ｂが貼り合わされることによって圧電基板１３が形成される。
【００５２】
次いで、セラミックス基板１００における圧電基板１３の積層面と反対面の全面にレジスト２００を塗布し（図６（ｂ））、このレジスト２００の側から、後にチャネル１１となる溝１０１をダイシングソー等を用いて形成する（図６（ｃ））。各溝１０１は、セラミックス基板１００の一端から他端にかけて一定幅で直線状に形成され、また、深さは、溝１０１の底面に圧電基板１３の圧電層１３ａが露出する程度、例えば圧電層１３ａの表面から１０〜２０μｍ程度掘り下げるように加工を行う。
【００５３】
次いで、溝１０１を加工した側から蒸着やスパッタ等によって、全面に例えばＮｉ、Ａｌ等の電極用の金属膜３００を成膜する（図７（ａ））。金属膜３００は、各溝１０１内の底面（圧電層１３ａの表面）、両側面及びレジスト２００の上面にかけて一体に成膜される。
【００５４】
その後、レジスト２００を溶解除去すると共に、このレジスト２００上に成膜された部分の金属膜３００を除去することにより、金属膜１０１を溝１０１毎に独立させ、溝１０１内の底面及び両側面のみに亘る個別電極１５をそれぞれ形成する（図７（ｂ））。
【００５５】
次いで、各溝１０１の上方からセラミックス基板１００と同じ材質のカバー基板１０２を接着することにより、各溝１０１の上方を閉塞する（図７（ｃ））。これにより、各溝１０１はストレート状のチャネル１１となり、隣接するチャネル１１、１１の間には隔壁１４が形成される。
【００５６】
その後、チャネル１１が所望の長さとなるように、チャネル１１の長さ方向と直交する方向のカットラインＣに沿ってフルカットすることにより、ヘッドチップ１をそれぞれ切り出す（図８（ａ））。
【００５７】
切り出されたヘッドチップ１は、チャネル１１の入口となる後端面１ｂに対し、例えば個別引き出し電極１７及び共通引き出し電極１８となる部位が開口したドライフィルムをマスクとして用いて蒸着やスパッタを行うことで、これら個別引き出し電極１７及び共通引き出し電極１８を成膜する（図８（ｂ））。蒸着は方向を変えて斜め方向から２回行うことで、各個別電極１５及び共通電極１６との電気的接続を確実に行うことができる。
【００５８】
ヘッドチップ１には、チャネル１１内の個別電極１５の表面に保護膜（図示せず）を形成することもできる。保護膜を形成することによって水系インクを使用することができるようになる。保護膜としてはパリレン膜が好ましい。
【００５９】
以上の製造方法によれば、圧電基板１３に対するチャネル１１毎に独立した個別電極１５を、溝１０１の内面を含むセラミックス基板１００の全面に対して金属膜３００を形成した後、不要部分の金属膜３００を除去するだけで容易に形成することができ、個別電極とチャネルとを位置決めする等の面倒な作業は不要である。
【００６０】
前述の特許文献２（特開平１１−３０７８３２号公報）や特許文献３（特開平１０−５８６７５号公報）に記載の従来技術では、チャンネル基板に接合される側の圧電基板の表面に個別電極をパターニングした後、チャンネル基板に接合するため、チャネルと個別電極を精度良く位置決めする必要がある。実際には、位置ずれをなくすことは困難であり、特許文献２や特許文献３に記載のように、個別電極の幅をチャネルの幅よりも小さくし、位置ずれが生じても有効電極面積がばらつきないようにしてヘッド毎の位置ずれのばらつきによる駆動効率のばらつきを抑えるようにしている。このように特許文献２や特許文献３に記載の技術では、個別電極の幅をチャネルの幅よりも小さくしているため圧電基板の変形領域が小さくなり駆動効率は低下してしまう。
【００６１】
本実施形態の製造方法によれば、圧電基板１３に対するチャネル１１毎に独立した個別電極１５を、圧電基板１３とチャネルを構成するセラミックス基板１００を接合後に個別電極を形成するので、チャネルにおける圧電基板１３の全面に個別電極を精度良く形成できるため駆動効率が向上する。
【００６２】
図９は第２の実施形態に係るインクジェットヘッドＨ２の正面図、図１０は図９の(x)−(x)線に沿う断面図である。第１の実施形態に係るインクジェットヘッドＨ１と同一符号の部位は同一構成の部位を示している。
【００６３】
このインクジェットヘッドＨ２は、以上説明した１列のチャネル列を備えたヘッドチップ１を２つ使用し、それぞれの共通電極１６の形成面が外側となるように接合することによって一体とした２列のチャネル列を備えたヘッドチップ１Ａを有している。各ヘッドチップ１の後端面１ｂには、上記同様、個別引き出し電極１７と共通引き出し電極１８とが形成されている。
【００６４】
なお、ここに示す態様では、ノズルプレート１２はヘッドチップ１毎に設けられているが、ヘッドチップ１Ａ全体で１枚のノズルプレートとしてもよい。
【００６５】
また、ヘッドチップ１Ａは、２列のチャネル列で、図７（ｃ）におけるカバー基板１０２の部分を共通にすることで、１枚のカバー基板１０２の両面にチャネル列が配列される態様としてもよい。
【００６６】
配線基板２は、ヘッドチップ１Ａに対して１枚だけ設けられ、両外面に配置された共通電極１６、１６からそれぞれ側方に張り出す大きさを有している。各配線電極２１、２２は、配線基板２のヘッドチップ１Ａとの接合面に共に形成されており、その他端は、チャネル列毎にそれぞれ相反する上下両端部に分かれて延びている。外部配線部材３、３は、この配線基板２の上下各端部において各配線電極２１、２２と配線３１とが対応するように電気的に接続される。
【００６７】
また、インク流路孔２３は、２列のチャネル列に対応して配線基板２にそれぞれ貫通形成されている。
【００６８】
このインクジェットヘッドＨ２は、ヘッドチップ１Ａの両外面に共通電極１６、１６の面が配置されているため、圧電基板１３の変形駆動及び放熱に支障を来すおそれはない。
【００６９】
なお、配線電極２１、２２は、ヘッドチップ１Ａの共通電極１６、１６の後端面１ｂ側の部分を跨ぐ形となるが、ヘッドチップ１Ａと配線基板２との間は、個別引き出し電極１７及び共通引き出し電極１８の厚みと、配線電極２１、２２の厚みとを足し合わせた分の隙間が形成されるため、配線電極２１、２２が直に共通電極１６、１６と接触してしまうことはない。
【００７０】
図１１は第３の実施形態に係るインクジェットヘッドＨ３の正面図、図１２は図１１の(xii)−(xii)線に沿う断面図である。第１の実施形態に係るインクジェットヘッドＨ１、第２の実施形態に係るインクジェットヘッドＨ２と同一符号の部位は同一構成の部位を示している。
【００７１】
このインクジェットヘッドＨ３は、ヘッドチップは第２の実施形態に係るインクジェットヘッドＨ２のヘッドチップ１Ａと同一であるが、配線基板２の配線電極２１が、ヘッドチップ１Ａとの接合面の反対面（インクマニホールド４の接合面）に形成されている点でインクジェットヘッドＨ２と異なっている。
【００７２】
すなわち、ヘッドチップ１Ａの個別引き出し電極１７と電気的に接続される配線電極２１は、ヘッドチップ１Ａとの接合面に、チャネル１１と対応する位置に個別引き出し電極１７との接続端２１ａが形成され、インク流路孔２３を利用した貫通電極部２１ｂを介してヘッドチップ１Ａとの接合面の反対面まで引き出され、該反対面において外部配線部材３の配線３１と接続されている。
【００７３】
また、ヘッドチップ１Ａの共通引き出し電極１８と電気的に接続される配線電極２２は、ヘッドチップ１Ａとの接合面の共通引き出し電極１８と対応する位置に該共通引き出し電極１８との接続端２２ａが形成されている。この接続端２２ａの位置には、インク流路孔２３と同様に貫通する貫通孔２４が形成されており、この貫通孔２４を利用した貫通電極部２２ｂを介してヘッドチップ１Ａとの接合面の反対面まで引き出され、該反対面において外部配線部材３の配線３１と接続されている。
【００７４】
このインクジェットヘッドＨ３によれば、配線基板２の各配線電極２１、２２は、ヘッドチップ１Ａとの接合面と反対面に位置するため、共通電極１６の後端面１ｂ側の部分との短絡をより確実に回避できる。
【００７５】
図１３は第４の実施形態に係るインクジェットヘッドＨ４の正面図、図１４は図１３の(xiv)−(xiv)線に沿う断面図である。第１の実施形態に係るインクジェットヘッドＨ１、第２の実施形態に係るインクジェットヘッドＨ２及び第３の実施形態に係るインクジェットヘッドＨ３と同一符号の部位は同一構成の部位を示している。
【００７６】
このインクジェットヘッドＨ４は、以上説明した２列のチャネル列を備えたヘッドチップ１Ａを２つ使用し、合計４列のチャネル列を備えたインクジェットヘッドを構成している。各ヘッドチップ１Ａ、１Ａ間は、圧電基板１３、１３の変形駆動及び放熱を阻害しない程度の間隔Ｓが開けられており、この間隔Ｓにおいて放熱用の空気層が形成されている。
【００７７】
この配線基板２は、その両面を利用して配線電極が形成されている。すなわち、各ヘッドチップ１Ａのチャネル列において、外側（図１３における最も上側及び最も下側）に位置するチャネル列の個別引き出し電極１７と電気的に接続される配線電極２１Ａ及び共通引き出し電極１８と電気的に接続される配線電極２２Ａは、第２の実施形態に係るインクジェットヘッドＨ２の配線基板２と同様に、ヘッドチップ１Ａとの接合面に形成されているが、内側に位置するチャネル列の個別引き出し電極１７と電気的に接続される配線電極２１Ｂ及び共通引き出し電極１８と電気的に接続される配線電極２２Ｂは、第３の実施形態に係るインクジェットヘッドＨ３の配線基板２と同様にして、配線基板２を貫通し、ヘッドチップ１Ａとの接合面と反対面に引き出されている。
【００７８】
このため、配線基板２の両端部には、それぞれ２枚ずつの外部配線部材３Ａ、３Ｂが接続され、各配線電極２１Ａ、２１Ｂ、２２Ａ、２２Ｂと配線３１とが電気的に接続されている。
【００７９】
このインクジェットヘッドＨ４によれば、圧電基板１３の変形駆動及び放熱に支障を来すことなく、４列のチャネル列を有するインクジェットヘッドを構成することができる。
【００８０】
以上説明したヘッドチップ１、１Ａでは、伸縮モードで駆動する圧電基板が、分極方向を反対方向に向けた２層の圧電層１３ａ、１３ｂからなるバイモルフ型の圧電基板１３を使用したが、圧電基板１３はこれに限らない。以下、その他の態様を示す。
【００８１】
図１５（ａ）は、圧電層として１層の圧電層１３ｂのみ使用したユニモルフ型の圧電基板１３Ａを示している。
【００８２】
圧電基板１３Ａは、圧電層１３ｂと非圧電層１３ｃとを一体に貼り合わせてなるものであり、圧電層１３ｂ側がチャネル１１に臨むように配置されている。そして、非圧電層１３ｃの外面の全面に共通電極１６が形成されている。
【００８３】
非圧電層１３ｃには、例えば分極処理されていないセラミックス、シリコン等を用いることができる。その厚みは１μｍ〜１０μｍとすることが好ましい。
【００８４】
この圧電基板１３Ａでは、個別電極１５と共通電極１６との間で電界を発生させると、圧電層１３ｂは層面と平行な方向に伸びるように変形するが、非圧電層１３ｃは伸縮しないため、その結果、圧電基板１３Ａは、内側（図示上側）に凸湾曲するように変形駆動する。
【００８５】
図１５（ｂ）も、圧電層として１層の圧電層１３ｂのみ使用したユニモルフ型の圧電基板１３Ｂを示している。
【００８６】
この圧電基板１３Ｂは、圧電層１３ｂと弾性金属板１３ｄとを一体に貼り合わせてなるものであり、圧電層１３ｂ側がチャネル１１に臨むように配置されている。
【００８７】
弾性金属板１３ｄには、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）等を用いることができる。その厚みは１０μｍ〜２０μｍとすることが好ましい。
【００８８】
この圧電基板１３Ｂでは、弾性金属板１３ｄ自体を共通電極１６として使用することができるため、共通電極を別途形成する必要がない。
【００８９】
この圧電基板１３Ｂも、個別電極１５と共通電極１６との間で電界を発生させると、圧電層１３ｂは層面と平行な方向に伸びるように変形するが、弾性金属板１３ｄは伸縮しないため、この場合も、圧電基板１３Ｂは、内側（図示上側）に凸湾曲するように変形駆動する。
【００９０】
以上の実施形態では、圧電基板を伸縮モードで駆動する圧電素子を用いるものを例示したが、圧電基板には例えば図１６に示すように、せん断モード型の圧電素子を用いるようにしてもよい。この場合、圧電基板の圧電層１３ｅとして、白抜き矢印で示す分極方向が層面と平行な方向となる圧電素子が用いられる。この圧電基板１３Ｃでは、チャネル１１内の個別電極１５と共通電極１６との間で圧電層１３ｅの分極方向と直交する方向の電界が発生し、この個別電極１５と共通電極１６との間の圧電層１３ｅがせん断変形する。
【００９１】
また、本発明において、ヘッドチップ１の放熱をより良好とするため、図１７に示すように、共通電極１６をヒートシンク５と熱的に接続するようにしてもよい。圧電基板１３の表面に熱伝導率の高い金属製の共通電極１６が形成され、この共通電極１６がヒートシンク５と熱的に接続することで、圧電基板１３で発生した熱を共通電極１６からヒートシンク５に伝達させてより効率的に外部に放散できる。
【００９２】
ヒートシンク５は、図示するように、共通電極１６のチャネル１１に対応する領域に非接触部５ａを設けることにより非接触部５ａの部位において共通電極１６との接触を避け、それ以外の領域のみで共通電極１６に接触（押圧や接着等により接触）していることが好ましい。これにより、チャネル１１の壁面を形成している圧電基板１３の変形を阻害することなくヒートシンク５と共通電極１６を接続できる。
【００９３】
図１７に示すヒートシンク５は、複数の凸状の放熱部５ｂを備え、共通電極１６側に突出している凸状部５ｂの端面を共通電極１６に接触させている。この凸状部５ｂはチャネル１１の延伸方向にチャネル出口から配線基板２（図１７においては図示せず）の手前まで延在させてもよいし、一部のみに接触させるようにしてもよい。チャネル１１の延伸方向に延在させることで放熱効率を高めることができる。
【００９４】
ヒートシンク５の材質は金属が好ましく、アルミニウムで構成し、少なくとも共通電極１６に接触する表面がアルマイト処理されていることがより好ましい。これにより、アルマイト処理（絶縁被覆）により共通電極１６の電位がシールドされノイズ等の発生を防ぐことができる。
【００９５】
また、ヘッドチップ１を保持する保持部材をヒートシンクとして機能させるようにしてもよい。例えば、図１８に示すように、ヘッドチップ１を保持すると共にインク吐出面（ノズルプレート１２）を露出させる開口６ａを有し、インクジェットヘッド全体を覆う箱型形状の筺体フレーム(保持部材）６を用いることができる。ここではインクジェットヘッドＨ２を使用した場合を例示している。この筺体フレーム６を金属等の熱伝導性の高い材質で形成し、インク吐出面を露出させる開口６ａの内面をヘッドチップ１の共通電極１６の形成面に接触させることで、圧電基板１３で発生した熱を共通電極１６から筺体フレーム６に伝達させてより効率的に外部に放散できる。筺体フレーム６はヒートシンクの性能を上げるために表面積が広くなるような形状（フィン等）に成型してもよい。
【００９６】
なお、この筐体フレーム６の開口６ａにおいて、ヘッドチップ１の共通電極１６と接触する部分には、図１７に示したヒートシンク５と同様に、チャネル１１の壁面を形成している圧電基板１３の変形を阻害することのないようにするため、共通電極１６のチャネル１１（図１８では示されていない）に対応する領域に非接触部６ｂを設けることにより非接触部６ｂの部位において共通電極１６との接触を避け、それ以外の領域のみで共通電極１６に接触することが好ましい。
【００９７】
また、本発明において、図１９に示すように、チャネル１１間の隔壁１４の少なくとも一部がせん断モード型の圧電素子で構成されるようにしてもよい。図１９に示す隔壁１４は、その高さ方向（図１９における上下方向）で白抜き矢印で示す分極方向が反対方向となるように配置された２つの圧電層１４ａ、１４ｂによって形成されているが、このうちの例えば圧電層１４ａの部分のみが圧電素子であってもよい。この隔壁１４には、チャネル１１内に臨む壁面に個別電極１５が形成されているので、隔壁１４の両隣の個別電極１５、１５の間で分極方向と直交する方向の電界を発生させることで、隔壁１４をくの字状にせん断変形させることができる。
【００９８】
この場合、伸縮モード又はせん断モード型の圧電基板１３の変形による圧力と、せん断モード型の圧電素子からなる隔壁１４の変形による圧力が合成されて、チャネル１１内のインクに大きな圧力が付与される。そのため、より低い駆動電圧でインクに大きな圧力を付与することができ、駆動効率が高くなる。また、個別電極１５に共通の駆動電圧信号を印加することで圧電基板１３とせん断モード型の圧電素子からなる隔壁１４を駆動できるので駆動回路構成を簡素化できる。
【符号の説明】
【００９９】
Ｈ１〜Ｈ４：インクジェットヘッド
１、１Ａ：ヘッドチップ
１ａ：前端面
１ｂ：後端面
１ｃ：上側端面
１１：チャネル
１１ａ：底壁
１２：ノズルプレート
１２ａ：ノズル
１３、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ：圧電基板
１３ａ、１３ｂ、１３ｅ：圧電層
１３ｃ：非圧電層
１３ｄ：弾性金属板
１４：隔壁
１４ａ、１４ｂ：圧電層
１５：個別電極
１５ａ：底壁上に形成されている部分
１５ｂ：隔壁の表面に形成されている部分
１６：共通電極
１７：個別引き出し電極
１８：共通引き出し電極
２：配線基板
２１、２２：配線電極
２３：インク流路孔
２４：貫通孔
３：外部配線部材
３１：配線
４：インクマニホールド
４１：共通インク室
５：ヒートシンク
５ａ：非接触部
５ｂ：凸状部
６：筐体フレーム
６ａ：開口
６ｂ：非接触部
１００：セラミックス基板
１０１：溝
１０２：カバー基板
２００：レジスト
３００：金属膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクの入口と出口とがそれぞれ相反する端面に開口する複数のチャネルが形成されると共に、分極された圧電基板が、前記チャネルの一壁面を形成するように積層されてなるヘッドチップを有し、前記チャネルの内部に臨む部分の前記圧電基板を該チャネル毎に個別に変形させることにより、前記チャネル内のインクを該チャネルの出口側に配置されたノズルから吐出するインクジェットヘッドであって、
前記チャネル内における前記圧電基板の表面及び隣接する前記チャネル間の隔壁表面にそれぞれ個別電極が形成されると共に、前記圧電基板の前記チャネルと反対側の面に共通電極が形成され、
前記ヘッドチップにおける前記チャネルの入口が配置される端面に、前記個別電極と電気的に接続される個別引き出し電極が前記個別電極毎に独立し、且つ、前記共通電極と短絡しないように形成されると共に、前記共通電極と電気的に接続される共通引き出し電極が前記個別引き出し電極と短絡しないように形成され、
一端が前記個別引き出し電極及び前記共通引き出し電極とそれぞれ電気的に接続される配線電極が形成されてなる配線基板が、前記ヘッドチップにおける前記チャネルの入口が配置される端面に接合されると共に、前記配線基板の端部は前記ヘッドチップとの接合面から該接合面と平行で、且つ、チャネル列方向と直交する方向に張り出しており、前記個別電極及び前記共通電極が、前記配線電極を介して前記配線基板の前記端部まで電気的に引き出さ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】
前記共通引き出し電極は、前記ヘッドチップにおける前記チャネルの入口が配置される端面において、チャネル列方向における該チャネル列の外側の領域に形成されていることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記個別引き出し電極は、前記ヘッドチップにおける前記チャネルの入口側の端面において、該チャネルの入口を取り囲むように形成されており、
前記配線基板は、前記ヘッドチップの前記チャネルに対応する位置に、個別のインク流路孔が貫通形成されていると共に、前記個別引き出し電極と電気的に接続される前記配線電極の一端は、前記インク流路孔を取り囲むように形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記ヘッドチップはチャネル列を１列だけ有しており、
前記配線電極の他端は、前記配線基板における前記ヘッドチップの前記共通電極が形成されている側の端部と反対側の端部に延びて配列されていることを特徴とする請求項１、２又は３記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記ヘッドチップはチャネル列を２列有し、該ヘッドチップにおいて２列のチャネル列を間に挟むようにそれぞれ前記圧電基板が相反する外面に配置され、該圧電基板の外面にそれぞれ前記共通電極が形成されており、
前記配線電極の他端は、前記チャネル列毎に前記配線基板の相反する端部に延び、各端部にそれぞれ配列されていることを特徴とする請求項１、２又は３記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
前記配線電極の一端は、前記配線基板における前記ヘッドチップとの接合面に配置されると共に、他端は、該配線基板を貫通して前記ヘッドチップとの接合面と反対面に引き出され、該反対面において、前記チャネル列毎に前記配線基板の相反する端部に延び、各端部にそれぞれ配列されていることを特徴とする請求項５記載のインクジェットヘッド。
【請求項７】
前記圧電基板は、厚み方向の分極方向が互いに反対方向となるように配置された２枚の圧電基板が一体に積層されることによって形成されてなることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項８】
前記圧電基板は、１枚の圧電基板と非分極のセラミックス基板とが一体に積層されることによって形成されてなり、前記非分極のセラミックス基板側が外側となるように前記ヘッドチップに積層されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項９】
前記圧電基板は、１枚の圧電基板と１枚の金属板とが一体に積層されることによって形成されてなり、前記金属板側が外側となるように前記ヘッドチップに積層され、前記金属板が前記共通電極とされていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項１０】
前記ヘッドチップの前記共通電極は、ヒートシンクと熱的に接続されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項１１】
前記ヒートシンクは、前記共通電極の前記チャネルに対応する領域を避けて前記共通電極に接触していることを特徴とする請求項１０に記載のインクジェットヘッド。
【請求項１２】
前記ヒートシンクは、アルミニウムで構成され、少なくとも前記共通電極に接触する表面がアルマイト処理されていることを特徴とする請求項１１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項１３】
前記ヘッドチップを保持する保持部材が前記ヒートシンクとして機能することを特徴とする請求項１０〜１２のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項１４】
前記チャネル間の隔壁の少なくとも一部がせん断モード型の圧電素子で構成されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項１】
インクの入口と出口とがそれぞれ相反する端面に開口する複数のチャネルが形成されると共に、分極された圧電基板が、前記チャネルの一壁面を形成するように積層されてなるヘッドチップを有し、前記チャネルの内部に臨む部分の前記圧電基板を該チャネル毎に個別に変形させることにより、前記チャネル内のインクを該チャネルの出口側に配置されたノズルから吐出するインクジェットヘッドであって、
前記チャネル内における前記圧電基板の表面及び隣接する前記チャネル間の隔壁表面にそれぞれ個別電極が形成されると共に、前記圧電基板の前記チャネルと反対側の面に共通電極が形成され、
前記ヘッドチップにおける前記チャネルの入口が配置される端面に、前記個別電極と電気的に接続される個別引き出し電極が前記個別電極毎に独立し、且つ、前記共通電極と短絡しないように形成されると共に、前記共通電極と電気的に接続される共通引き出し電極が前記個別引き出し電極と短絡しないように形成され、
一端が前記個別引き出し電極及び前記共通引き出し電極とそれぞれ電気的に接続される配線電極が形成されてなる配線基板が、前記ヘッドチップにおける前記チャネルの入口が配置される端面に接合されると共に、前記配線基板の端部は前記ヘッドチップとの接合面から該接合面と平行で、且つ、チャネル列方向と直交する方向に張り出しており、前記個別電極及び前記共通電極が、前記配線電極を介して前記配線基板の前記端部まで電気的に引き出さ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】
前記共通引き出し電極は、前記ヘッドチップにおける前記チャネルの入口が配置される端面において、チャネル列方向における該チャネル列の外側の領域に形成されていることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記個別引き出し電極は、前記ヘッドチップにおける前記チャネルの入口側の端面において、該チャネルの入口を取り囲むように形成されており、
前記配線基板は、前記ヘッドチップの前記チャネルに対応する位置に、個別のインク流路孔が貫通形成されていると共に、前記個別引き出し電極と電気的に接続される前記配線電極の一端は、前記インク流路孔を取り囲むように形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記ヘッドチップはチャネル列を１列だけ有しており、
前記配線電極の他端は、前記配線基板における前記ヘッドチップの前記共通電極が形成されている側の端部と反対側の端部に延びて配列されていることを特徴とする請求項１、２又は３記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記ヘッドチップはチャネル列を２列有し、該ヘッドチップにおいて２列のチャネル列を間に挟むようにそれぞれ前記圧電基板が相反する外面に配置され、該圧電基板の外面にそれぞれ前記共通電極が形成されており、
前記配線電極の他端は、前記チャネル列毎に前記配線基板の相反する端部に延び、各端部にそれぞれ配列されていることを特徴とする請求項１、２又は３記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
前記配線電極の一端は、前記配線基板における前記ヘッドチップとの接合面に配置されると共に、他端は、該配線基板を貫通して前記ヘッドチップとの接合面と反対面に引き出され、該反対面において、前記チャネル列毎に前記配線基板の相反する端部に延び、各端部にそれぞれ配列されていることを特徴とする請求項５記載のインクジェットヘッド。
【請求項７】
前記圧電基板は、厚み方向の分極方向が互いに反対方向となるように配置された２枚の圧電基板が一体に積層されることによって形成されてなることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項８】
前記圧電基板は、１枚の圧電基板と非分極のセラミックス基板とが一体に積層されることによって形成されてなり、前記非分極のセラミックス基板側が外側となるように前記ヘッドチップに積層されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項９】
前記圧電基板は、１枚の圧電基板と１枚の金属板とが一体に積層されることによって形成されてなり、前記金属板側が外側となるように前記ヘッドチップに積層され、前記金属板が前記共通電極とされていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項１０】
前記ヘッドチップの前記共通電極は、ヒートシンクと熱的に接続されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項１１】
前記ヒートシンクは、前記共通電極の前記チャネルに対応する領域を避けて前記共通電極に接触していることを特徴とする請求項１０に記載のインクジェットヘッド。
【請求項１２】
前記ヒートシンクは、アルミニウムで構成され、少なくとも前記共通電極に接触する表面がアルマイト処理されていることを特徴とする請求項１１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項１３】
前記ヘッドチップを保持する保持部材が前記ヒートシンクとして機能することを特徴とする請求項１０〜１２のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項１４】
前記チャネル間の隔壁の少なくとも一部がせん断モード型の圧電素子で構成されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１３−１０３４８８（Ｐ２０１３−１０３４８８Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５１１５２（Ｐ２０１１−２５１１５２）
【出願日】平成２３年１１月１６日（２０１１．１１．１６）
【出願人】（３０５００２３９４）コニカミノルタＩＪ株式会社 (317)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１６日（２０１１．１１．１６）
【出願人】（３０５００２３９４）コニカミノルタＩＪ株式会社 (317)
【Ｆターム（参考）】
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