液体吐出ヘッド、およびそれを用いた記録装置、ならびに液体吐出ヘッドの製造方法
【課題】個別電極と液体加圧室との間に位置ずれが生じても、液滴の吐出特性の変動が少ない液体吐出ヘッドおよび、それを用いた記録装置、ならびに液体吐出ヘッドの製造方法を提供する。
【解決手段】複数の液体吐出孔８にそれぞれ繋がっている複数の液体加圧室１０が開口している流路部材４と、セラミック振動板５２１ａ上に、共通電極５３４、圧電セラミック層５２１ｂおよび複数の個別電極本体５３５ａがこの順で積層されている圧電アクチュエータユニット２１とが積層されている液体吐出ヘッド１３であって、セラミック振動板５２１ａには、複数の液体加圧室１０と対向する流路部材４側の面に、平面形状が液体加圧室１０を内包する形状で、共通電極５３４が露出しない深さで開口している凹部５２１ｃがそれぞれ設けられているとともに、個別電極本体５３４ａの平面形状は、それぞれ凹部５２１ｃより小さい液体吐出ヘッドである。
【解決手段】複数の液体吐出孔８にそれぞれ繋がっている複数の液体加圧室１０が開口している流路部材４と、セラミック振動板５２１ａ上に、共通電極５３４、圧電セラミック層５２１ｂおよび複数の個別電極本体５３５ａがこの順で積層されている圧電アクチュエータユニット２１とが積層されている液体吐出ヘッド１３であって、セラミック振動板５２１ａには、複数の液体加圧室１０と対向する流路部材４側の面に、平面形状が液体加圧室１０を内包する形状で、共通電極５３４が露出しない深さで開口している凹部５２１ｃがそれぞれ設けられているとともに、個別電極本体５３４ａの平面形状は、それぞれ凹部５２１ｃより小さい液体吐出ヘッドである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴を吐出させる液体吐出ヘッド、およびそれを用いた記録装置、ならびに液体吐出ヘッドの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、インクジェットプリンタやインクジェットプロッタなどの、インクジェット記録方式を利用した印刷装置が、一般消費者向けのプリンタだけでなく、例えば電子回路の形成や液晶ディスプレイ用のカラーフィルタの製造、有機ＥＬディスプレイの製造といった工業用途にも広く利用されている。
【０００３】
このようなインクジェット方式の印刷装置には、液体を吐出させるための液体吐出ヘッドが印刷ヘッドとして搭載されている。この種の印刷ヘッドには、インクが充填されたインク流路内に加圧手段としてのヒータを備え、ヒータによりインクを加熱、沸騰させ、インク流路内に発生する気泡によってインクを加圧し、インク吐出孔より、液滴として吐出させるサーマルヘッド方式と、インクが充填されるインク流路の一部の壁を変位素子によって屈曲変位させ、機械的にインク流路内のインクを加圧し、インク吐出孔より液滴として吐出させる圧電方式が一般的に知られている。
【０００４】
また、このような液体吐出ヘッドには、記録媒体の搬送方向（副走査方向）と直交する方向（主走査方向）に液体吐出ヘッドを移動させつつ記録を行なうシリアル式、および記録媒体より主走査方向に長い液体吐出ヘッドを固定した状態で、副走査方向に搬送されてくる記録媒体に記録を行なうライン式がある。ライン式は、シリアル式のように液体吐出ヘッドを移動させる必要がないので、高速記録が可能であるという利点を有する。
【０００５】
シリアル式、ライン式のいずれの方式の液体吐出ヘッドであっても、液滴を高い密度で印刷するには、液体吐出ヘッドに形成されている、液滴を吐出する液体吐出孔の密度を高くする必要がある。
【０００６】
そこで液体吐出ヘッドを、マニホールドおよびマニホールドから複数の液体加圧室をそれぞれ介して繋がる液体吐出孔を有した金属の流路部材と、前記液体加圧室をそれぞれ覆うように設けられた複数の変位素子を有する圧電アクチュエータユニットとを積層して構成したものが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。この液体吐出ヘッドでは、複数の液体吐出孔にそれぞれ繋がった液体加圧室がマトリックス状に配置され、それを覆うように設けられた圧電アクチュエータユニットの変位素子を圧電体の変形により変位させることで、各液体吐出孔からインクを吐出させ、主走査方向に６００ｄｐｉの解像度で印刷が可能とされている。また、変位素子は、流路部材側から、振動板、共通電極、圧電セラミック層、液体加圧室に対向した位置にある個別電極が積層された構造をしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−３０５８５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載されているような液体吐出ヘッドでは、変位素子の変位量を大きくするため、平面視したときの個別電極の大きさをを液体加圧室よりも小さい所定の大きさに
することが行なわれている。しかし、個別電極の大きさをそのようにすると、個別電極と液体加圧室との位置がずれると変位が低下し、液滴の吐出速度が低下したり、液滴量が少なくなるなどの問題があった。液体吐出ヘッドにおいて、各液体吐出孔から吐出される液滴の吐出特性にばらつきがあると、記録精度が劣化するという問題になる。
【０００９】
したがって、本発明の目的は、個別電極と液体加圧室との間に位置ずれが生じても、液滴の吐出特性の変動が少ない液体吐出ヘッドおよび、それを用いた記録装置、ならびに液体吐出ヘッドの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の液体吐出ヘッドは、複数の液体吐出孔にそれぞれ繋がっている複数の液体加圧室が開口している流路部材と、セラミック振動板上に、共通電極、圧電セラミック層および複数の個別電極がこの順で積層されている圧電アクチュエータユニットとが積層されている液体吐出ヘッドであって、前記セラミック振動板には、前記複数の液体加圧室と対向する前記流路部材側の面に、平面形状が前記液体加圧室を内包する形状で、前記共通電極が露出しない深さで開口している凹部がそれぞれ設けられているとともに、前記個別電極の平面形状は、それぞれ前記凹部より小さいことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の液体吐出ヘッドは、複ミック振動板上に、共通電極、圧電セラミック層および複数の個別電極がこの順で積層されている圧電アクチュエータユニットとが積層されている液体吐出ヘッドであって、前記セラミック振動板には、前記複数の液体加圧室と対向する前記流路部材側の面に、平面形状が前記液体加圧室と略相似で、前記共通電極が露出しない深さで開口している凹部がそれぞれ設けられているとともに、前記個別電極の平面形状は、それぞれ前記液体加圧室および前記凹部より小さいことを特徴とする。前記凹部の内面の表面粗さＲａが１μｍ以下であることが好ましい。
【００１２】
さらに、本発明の記録装置は、前記液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに対して搬送する搬送部と、前記液体吐出ヘッドおよび前記搬送部を制御する制御部とを備えていることを特徴とする。
【００１３】
またさらに、セラミック振動板となる第１のグリーンシートと、共通電極となる導体層と、圧電セラミック層となる第２のグリーンシートとを、この順に積層して積層体を作製する工程と、該積層体を焼成し、圧電アクチュエータユニット素体を得る工程と、該圧電アクチュエータユニット素体の前記圧電セラミック層側の表面に、複数の個別電極を形成する工程と、前記複数の個別電極が形成された前記圧電アクチュエータユニット素体の前記セラミック振動板の前記共通電極が積層された面と反対の面の、前記個別電極と対向する位置に、前記共通電極が露出しない深さの複数の凹部をそれぞれ形成して、圧電アクチュエータユニットを作製する工程と、該圧電アクチュエータユニットと、複数の液体吐出孔にそれぞれ繋がっている複数の液体加圧室が開口している流路部材とを前記凹部と前記液体加圧室がそれぞれ対向するように積層する工程とを含むことを特徴とする。
【００１４】
さらにまた、セラミック振動板となる第１のグリーンシートと、共通電極となる第１の導体層と、圧電セラミック層となる第２のグリーンシートと、複数の個別電極となる第２の導体層とを、この順に積層して積層体を作製する工程と、前記第１のグリーンシートの前記第１の導体層が積層された面と反対の面の、前記複数の第２の導体層と対向する位置に、前記第１の導体層が露出しない深さの複数の凹部をそれぞれ形成する工程と、前記凹部の形成された前記積層体を焼成し、圧電アクチュエータユニットを得る工程と、該圧電アクチュエータユニットと、複数の液体吐出孔にそれぞれ繋がっている複数の液体加圧室が開口している流路部材とを前記複数の凹部と前記複数の液体加圧室が対向するように積層する工程とを含むことを特徴とする。
【００１５】
またさらに、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、セラミック振動板と、共通電極と、圧電セラミック層と、複数の個別電極とが、この順に積層されている圧電アクチュエータユニットを得る工程と、孔が開口しており、複数枚積層することで、複数の液体吐出孔にそれぞれ繋がっている複数の液体加圧室が開口している流路部材を構成する複数のプレートのうち、少なくとも前記液体加圧室となる孔が開口しているプレートを、前記圧電アクチュエータユニットの前記セラミック振動板の側に、前記個別電極と前記液体加圧室となる孔とが対向するように積層して中間積層体を得る工程と、前記中間積層体の前記セラミック振動板の前記液体加圧室となる孔が開口している位置に、前記液体加圧室となる孔を通して、前記共通電極が露出しない深さの複数の凹部をそれぞれ形成する工程と、前記複数の凹部を形成した中間積層体に、前記流路部材を構成する残りのプレートを積層する工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の液体吐出ヘッドによれば、変位素子の変位は主に凹部の内側で生じるため、圧電アクチュエータと流路部材との積層ずれが、液体吐出特性に影響し難くさせることができる。
【００１７】
また、本発明の記録装置によれば、記録精度をよくすることができる。
【００１８】
さらに、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法によれば、圧電アクチュエータ製造する際に、個別電極および凹部のいずれか一方のを形成した後、形成した方に位置合わせして、他方を形成することが容易になるため、個別電極と凹部との相対位置精度を高くできる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る記録装置であるプリンタの概略構成図である。
【図２】図１の液体吐出ヘッドを構成する第１の流路部材および圧電アクチュエータユニットの平面図である。
【図３】図２の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図であり、説明のため一部の流路を省略した図である。
【図４】図２の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図であり、説明のため一部の流路を省略した図である。
【図５】（ａ）は、図３のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図であり、（ｂ）は、（ａ）と直交する方向の縦断面の要部であり、（ｃ）は（ａ）の平面図である。
【図６】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造方法を示した図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の他の実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造方法を示した図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の他の実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造方法を示した図である。
【図９】（ａ）は、本発明の他の実施例の液体吐出ヘッドの部分縦断面図であり、（ｂ）は、（ａ）と直交する方向の縦断面の要部であり、（ｃ）は（ａ）の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態による液体吐出ヘッドを含む記録装置であるカラーインクジェットプリンタの概略構成図である。このカラーインクジェットプリンタ１（以下、プリンタ１とする）は、４つの液体吐出ヘッド２を有している。これらの液体吐出ヘッド２は、印刷用紙Ｐの搬送方向に沿って並べられ、プリンタ１に固定されている。液体吐出ヘッド２は、図１の手前から奥へ向かう方向に細長い形状を有している。この長い方向を長手方向と呼ぶことがある。
【００２１】
プリンタ１には、印刷用紙Ｐの搬送経路に沿って、給紙ユニット１１４、搬送ユニット１２０および紙受け部１１６が順に設けられている。また、プリンタ１には、液体吐出ヘッド２や給紙ユニット１１４などのプリンタ１の各部における動作を制御するための制御部１００が設けられている。
【００２２】
給紙ユニット１１４は、複数枚の印刷用紙Ｐを収容することができる用紙収容ケース１１５と、給紙ローラ１４５とを有している。給紙ローラ１４５は、用紙収容ケース１１５に積層して収容された印刷用紙Ｐのうち、最も上にある印刷用紙Ｐを１枚ずつ送り出すことができる。
【００２３】
給紙ユニット１１４と搬送ユニット１２０との間には、印刷用紙Ｐの搬送経路に沿って、二対の送りローラ１１８ａおよび１１８ｂ、ならびに、１１９ａおよび１１９ｂが配置されている。給紙ユニット１１４から送り出された印刷用紙Ｐは、これらの送りローラによってガイドされて、さらに搬送ユニット１２０へと送り出される。
【００２４】
搬送ユニット１２０は、エンドレスの搬送ベルト１１１と２つのベルトローラ１０６および１０７を有している。搬送ベルト１１１は、ベルトローラ１０６および１０７に巻き掛けられている。搬送ベルト１１１は、２つのベルトローラに巻き掛けられたとき所定の張力で張られるような長さに調整されている。これによって、搬送ベルト１１１は、２つのベルトローラの共通接線をそれぞれ含む互いに平行な２つの平面に沿って、弛むことなく張られている。これら２つの平面のうち、液体吐出ヘッド２に近い方の平面が、印刷用紙Ｐを搬送する搬送面１２７である。
【００２５】
ベルトローラ１０６には、図１に示されるように、搬送モータ１７４が接続されている。搬送モータ１７４は、ベルトローラ１０６を矢印Ａの方向に回転させることができる。また、ベルトローラ１０７は、搬送ベルト１１１に連動して回転することができる。したがって、搬送モータ１７４を駆動してベルトローラ１０６を回転させることにより、搬送ベルト１１１は、矢印Ａの方向に沿って移動する。
【００２６】
ベルトローラ１０７の近傍には、ニップローラ１３８とニップ受けローラ１３９とが、搬送ベルト１１１を挟むように配置されている。ニップローラ１３８は、図示しないバネによって下方に付勢されている。ニップローラ１３８の下方のニップ受けローラ１３９は、下方に付勢されたニップローラ１３８を、搬送ベルト１１１を介して受け止めている。２つのニップローラは回転可能に設置されており、搬送ベルト１１１に連動して回転する。
【００２７】
給紙ユニット１１４から搬送ユニット１２０へと送り出された印刷用紙Ｐは、ニップローラ１３８と搬送ベルト１１１との間に挟み込まれる。これによって、印刷用紙Ｐは、搬送ベルト１１１の搬送面１２７に押し付けられ、搬送面１２７上に固着する。そして、印刷用紙Ｐは、搬送ベルト１１１の回転に従って、液体吐出ヘッド２が設置されている方向へと搬送される。なお、搬送ベルト１１１の外周面１１３に粘着性のシリコンゴムによる処理を施してもよい。これにより、印刷用紙Ｐを搬送面１２７に確実に固着させることができる。
【００２８】
４つの液体吐出ヘッド２は、搬送ベルト１１１による搬送方向に沿って互いに近接して配置されている。各液体吐出ヘッド２は、下端に液体吐出ヘッド本体１３を有している。液体吐出ヘッド本体１３の下面には、液体を吐出する多数の液体吐出孔８が設けられている（図４、５および６参照）。
【００２９】
１つの液体吐出ヘッド２に設けられた液体吐出孔８からは、同じ色の液滴（インク）が吐出されるようになっている。各液体吐出ヘッド２には図示しない外部液体タンクから液体が供給される。各液体吐出ヘッド２の液体吐出孔８は、液体吐出孔面に開口しており、一方方向（印刷用紙Ｐと平行で印刷用紙Ｐ搬送方向に直交する方向であり、液体吐出ヘッド２の長手方向）に等間隔で配置されているため、一方方向に隙間なく印刷することができる。各液体吐出ヘッド２から吐出される液体の色は、それぞれ、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｋ）である。各液体吐出ヘッド２は、液体吐出ヘッド本体１３の下面と搬送ベルト１１１の搬送面１２７との間にわずかな隙間をおいて配置されている。
【００３０】
搬送ベルト１１１によって搬送された印刷用紙Ｐは、液体吐出ヘッド２と搬送ベルト１１１との間の隙間を通過する。その際に、液体吐出ヘッド２を構成する液体吐出ヘッド本体１３から印刷用紙Ｐの上面に向けて液滴が吐出される。これによって、印刷用紙Ｐの上面には、制御部１００によって記憶された画像データに基づくカラー画像が形成される。
【００３１】
搬送ユニット１２０と紙受け部１１６との間には、剥離プレート１４０と二対の送りローラ１２１ａおよび１２１ｂならびに１２２ａおよび１２２ｂとが配置されている。カラー画像が印刷された印刷用紙Ｐは、搬送ベルト１１１によって剥離プレート１４０へと搬送される。このとき、印刷用紙Ｐは、剥離プレート１４０の右端によって、搬送面１２７から剥離される。そして、印刷用紙Ｐは、送りローラ１２１ａ〜１２２ｂによって、紙受け部１１６に送り出される。このように、印刷済みの印刷用紙Ｐが順次紙受け部１１６に送られ、紙受け部１１６に重ねられる。
【００３２】
なお、印刷用紙Ｐの搬送方向について最も上流側にある液体吐出ヘッド２とニップローラ１３８との間には、紙面センサ１３３が設置されている。紙面センサ１３３は、発光素子および受光素子によって構成され、搬送経路上の印刷用紙Ｐの先端位置を検出することができる。紙面センサ１３３による検出結果は制御部１００に送られる。制御部１００は、紙面センサ１３３から送られた検出結果により、印刷用紙Ｐの搬送と画像の印刷とが同期するように、液体吐出ヘッド２や搬送モータ１７４等を制御することができる。
【００３３】
次に本発明の液体吐出ヘッドを構成する液体吐出ヘッド本体１３について説明する。図２は、図１に示された液体吐出ヘッド本体１３を示す上面図である。図３は、図２の一点鎖線で囲まれた領域の拡大上面図であり、液体吐出ヘッド本体１３の一部である。図４は、図３と同じ位置の拡大透視図で、液体吐出孔８の位置が分かり易いように、一部の流路を省略して描いている。なお、図３および図４において、図面を分かり易くするために、圧電アクチュエータユニット２１の下方にあって破線で描くべき液体加圧室１０（液体加圧室群９）、しぼり１２および液体吐出孔８を実線で描いている。図５（ａ）は図３のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）と直交する方向の部分縦断面図であり、主要部分を拡大した図である。
【００３４】
液体吐出ヘッド本体１３は、平板状の流路部材４と、流路部材４上に、圧電アクチュエータユニット２１とを有している。圧電アクチュエータユニット２１は台形形状を有しており、その台形の１対の平行対向辺が流路部材４の長手方向に平行になるように流路部材４の上面に配置されている。また、流路部材４の長手方向に平行な２本の仮想直線のそれぞれに沿って２つずつ、つまり合計４つの圧電アクチュエータユニット２１が、全体として千鳥状に流路部材４上に配列されている。流路部材４上で隣接し合う圧電アクチュエータユニット２１の斜辺同士は、流路部材４の短手方向について部分的にオーバーラップしている。このオーバーラップしている部分の圧電アクチェータユニット２１を駆動することにより印刷される領域では、２つの圧電アクチュエータユニット２１により吐出された液滴が混在して着弾することになる。
【００３５】
流路部材４の内部には液体流路の一部であるマニホールド５が形成されている。マニホールド５は流路部材４の長手方向に沿って延び細長い形状を有しており、流路部材４の上面にはマニホールド５の開口５ｂが形成されている。開口５ｂは、流路部材４の長手方向に平行な２本の直線（仮想線）のそれぞれに沿って５個ずつ、合計１０個形成されている。開口５ｂは、４つの圧電アクチュエータユニット２１が配置された領域を避ける位置に形成されている。マニホールド５には開口５ｂを通じて図示されていない液体タンクから液体が供給されるようになっている。
【００３６】
流路部材４内に形成されたマニホールド５は、複数本に分岐している（分岐した部分のマニホールド５を副マニホールド５ａということがある）。開口５ｂに繋がるマニホールド５は、圧電アクチュエータユニット２１の斜辺に沿うように延在しており、流路部材４の長手方向と交差して配置されている。２つの圧電アクチュエータユニット２１に挟まれた領域では、１つのマニホールド５が、隣接する圧電アクチュエータユニット２１に共有されており、副マニホールド５ａがマニホールド５の両側から分岐している。これらの副マニホールド５ａは、流路部材４の内部の各圧電アクチュエータユニット２１に対向する領域に互いに隣接して液体吐出ヘッド本体１３の長手方向に延在している。
【００３７】
流路部材４は、複数の液体加圧室１０がマトリクス状（すなわち、２次元的かつ規則的）に形成されている４つの液体加圧室群９を有している。液体加圧室１０は、角部にアールが施されたほぼ菱形の平面形状を有する中空の領域である。液体加圧室１０は流路部材４の上面に開口するように形成されている。これらの液体加圧室１０は、流路部材４の上面における圧電アクチュエータユニット２１に対向する領域のほぼ全面にわたって配列されている。したがって、これらの液体加圧室１０によって形成された各液体加圧室群９は圧電アクチュエータユニット２１とほぼ同一の大きさおよび形状の領域を占有している。また、圧電アクチュエータユニット２１は複数の液体加圧室１０を覆うように積層されるので、各液体加圧室１０の開口は、圧電アクチュエータユニット２１で閉塞されている。
【００３８】
本実施形態では、図３に示されているように、マニホールド５は、流路部材４の短手方向に互いに平行に並んだ４列のＥ１〜Ｅ４の副マニホールド５ａに分岐し、各副マニホールド５ａに繋がった液体加圧室１０は、等間隔に流路部材４の長手方向に並ぶ液体加圧室１０の列を構成し、その列は、短手方向に互いに平行に４列配列されている。副マニホールド５ａに繋がった液体加圧室１０の並ぶ列は副マニホールド５ａの両側に２列ずつ配列されている。
【００３９】
全体では、マニホールド５から繋がる液体加圧室１０は、等間隔に流路部材４の長手方向に並ぶ液体加圧室１０の列を構成し、その列は、短手方向に互いに平行に１６列配列されている。各液体加圧室列に含まれる液体加圧室１０の数は、アクチュエータである変位素子５０の外形形状に対応して、その長辺側から短辺側に向かって次第に少なくなるように配置されている。液体吐出孔８もこれと同様に配置されている。これによって、全体として長手方向に６００ｄｐｉの解像度で画像形成が可能となっている。
【００４０】
つまり、流路部材４の長手方向に平行な仮想直線に対して直交するように液体吐出孔８を投影すると、図３に示した仮想直線のＲの範囲に、各副マニホールド５ａ繋がっている４つの液体吐出孔８、つまり全部で１６個の液体吐出孔８が６００ｄｐｉの等間隔になっている。また、各副マニホールド５ａには平均すれば１５０ｄｐｉに相当する間隔で個別流路３２が接続されている。これは、６００ｄｐｉ分の液体吐出孔８を４つ列の副マニホールド５ａに分けて繋ぐ設計をする際に、各副マニホールド５ａに繋がる個別流路３２が等しい間隔で繋がるとは限らないため、マニホールド５ａの延在方向、すなわち主走査方向に平均１７０μｍ（１５０ｄｐｉならば２５．４ｍｍ／１５０＝１６９μｍ間隔である
）以下の間隔で個別流路３２が形成されているということである。
【００４１】
圧電アクチュエータユニット２１の上面における各液体加圧室１０に対向する位置には後述する個別電極３５がそれぞれ形成されている。すなわち、個別電極３５は、圧電アクチュエータユニット２１の上面に、第１の方向および第１の方向とは異なる方向にわたって形成されている。個別電極３５は、個別電極本体３５ａと個別電極３５ａから引き出された引出電極３５ｂとを含む。個別電極本体３５ａは、液体加圧室１０より一回り小さく、液体加圧室１０とほぼ相似な形状を有しており、圧電アクチュエータユニット２１の上面における液体加圧室１０と対向する領域内に収まるように配置されている。
【００４２】
流路部材４の下面には多数の液体吐出孔８が形成されている。これらの液体吐出孔８は、流路部材４の下面側に配置された副マニホールド５ａと対向する領域を避けた位置に配置されている。また、これらの液体吐出孔８は、流路部材４の下面側における圧電アクチュエータユニット２１と対向する領域内に配置されている。これらの液体吐出孔群７は圧電アクチュエータユニット２１とほぼ同一の大きさおよび形状の領域を占有しており、対応する圧電アクチュエータユニット２１の変位素子５０を変位させることにより液体吐出孔８から液滴が吐出できる。液体吐出孔８の配置については後で詳述する。そして、それぞれの領域内の液体吐出孔８は、流路部材４の長手方向に平行な複数の直線に沿って等間隔に配列されている。
【００４３】
液体吐出ヘッド本体１３に含まれる流路部材４は、複数のプレートが積層された積層構造を有している。これらのプレートは、流路部材４の上面から順に、キャビティプレート２２、ベースプレート２３、アパーチャ（しぼり）プレート２４、サプライプレート２５、２６、マニホールドプレート２７、２８、２９、カバープレート３０およびノズルプレート３１である。これらのプレートには多数の孔が形成されている。各プレートは、これらの孔が互いに連通して個別流路３２および副マニホールド５ａを構成するように、位置合わせして積層されている。液体吐出ヘッド本体１３は、図５に示されているように、液体加圧室１０は流路部材４の上面に、副マニホールド５ａは内部の下面側に、液体吐出孔８は下面にと、個別流路３２を構成する各部分が異なる位置に互いに近接して配設され、液体加圧室１０を介して副マニホールド５ａと液体吐出孔８とが繋がる構成を有している。
【００４４】
各プレートに形成された孔について説明する。これらの孔には、次のようなものがある。第１に、キャビティプレート２２に形成された液体加圧室１０である。第２に、液体加圧室１０の一端から副マニホールド５ａへと繋がる流路を構成する連通孔である。この連通孔は、ベースプレート２３（詳細には液体加圧室１０の入り口）からサプライプレート２５（詳細には副マニホールド５ａの出口）までの各プレートに形成されている。なお、この連通孔には、アパーチャプレート２４に形成されたしぼり１２と、サプライプレート２５、２６に形成された個別供給流路６とが含まれている。
【００４５】
第３に、液体加圧室１０の他端から液体吐出孔８へと連通する流路を構成する連通孔であり、この連通孔は、以下の記載においてディセンダ（部分流路）と呼称される。ディセンダは、ベースプレート２３（詳細には液体加圧室１０の出口）からノズルプレート３１（詳細には液体吐出孔８）までの各プレートに形成されている。第４に、副マニホールド５ａを構成する連通孔である。この連通孔は、マニホールドプレート２７〜２９に形成されている。
【００４６】
このような連通孔が相互に繋がり、副マニホールド５ａからの液体の流入口（副マニホールド５ａの出口）から液体吐出孔８に至る個別流路３２を構成している。副マニホールド５ａに供給された液体は、以下の経路で液体吐出孔８から吐出される。まず、副マニホ
ールド５ａから上方向に向かって、個別供給流路６を通り、しぼり１２の一端部に至る。次に、しぼり１２の延在方向に沿って水平に進み、しぼり１２の他端部に至る。そこから上方に向かって、液体加圧室１０の一端部に至る。さらに、液体加圧室１０の延在方向に沿って水平に進み、液体加圧室１０の他端部に至る。そこから少しずつ水平方向に移動しながら、主に下方に向かい、下面に開口した液体吐出孔８へと進む。
【００４７】
圧電アクチュエータユニット２１は、図５に示されるように、２枚の圧電セラミック層２１ａ、２１ｂからなる積層構造を有している。これらの圧電セラミック層２１ａ、２１ｂはそれぞれ２０μｍ程度の厚さを有している。圧電アクチュエータユニット２１の圧電セラミック層２１ａ、２１ｂの積層体の厚さは４０μｍ程度であり、１００μｍ以下であることにより、変位量を大きくすることができる。圧電アクチュエータユニット２１は、流路部材４の液体加圧室１０の開口している平面状の面に積層されており、圧電セラミック層２１ａ、２１ｂのいずれの層も複数の液体加圧室１０を跨ぐように延在している（図３参照）。これらの圧電セラミック層２１ａ、２１ｂは、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料からなる。セラミック振動板である圧電セラミック層２１ａの流路部材と対向する面には、平面形状が液体加圧室と略相似の凹部２１ｃが形成されている。凹部２１ｃは、その底部で共通電極３４が露出しない深さで形成されている。凹部２１ｃについては後で詳述する。
【００４８】
圧電アクチュエータユニット２１は、Ａｇ−Ｐｄ系などの金属材料からなる共通電極３４、Ａｕ系などの金属材料からなる個別電極３５、個別電極３５の上に形成されているＡｕ系などの金属材料からなる接続電極を有している。個別電極３５は上述のように圧電アクチュエータユニット２１の上面における液体加圧室１０と対向する位置に配置されている個別電極本体３５ａと、個別電極本体３５ａから液体加圧室１０のない位置まで引き出されている引出電極３５ｂとを含んでいる。引出電極３５ｂの液体加圧室１０のない位置には、接続電極３６が形成されている。個別電極３５の厚さは、０．３〜１μｍである。接続電極３６は例えばガラスフリットを含む金からなり、厚さが５〜１５μｍ程度で凸状に形成されている。また、接続電極３６は、図示されていないＦＰＣ（Flexible Printed
Circuit）に設けられた電極と電気的に接合されている。詳細は後述するが、個別電極３５には、制御部１００からＦＰＣを通じて駆動信号（駆動電圧）が供給される。駆動信号は、印刷媒体Ｐの搬送速度と同期して一定の周期で供給される。
【００４９】
共通電極３４は、圧電セラミック層２１ａと圧電セラミック層２１ｂとの間の領域に面方向のほぼ全面にわたって形成されている。すなわち、共通電極３４は、圧電アクチュエータユニット２１に対向する領域内の全ての液体加圧室１０を覆うように延在している。共通電極３４の厚さは２μｍ程度である。共通電極３４は図示しない領域において接地され、グランド電位に保持されている。本実施形態では、圧電セラミック層２１ｂ上において、個別電極３５からなる電極群を避ける位置に個別電極３５とは異なる表面電極（不図示）が形成されている。表面電極は、圧電セラミック層２１ｂの内部に形成されたスルーホールを介して共通電極３４と電気的に接続されているとともに、多数の個別電極３５と同様に、外部配線６０内の別の電極と接続されている。
【００５０】
なお、以上は、圧電アクチュエータユニット２１が２層の圧電セラミック層の場合の構造であるが、３相層以上の圧電セラミック層を積層して、個別電極３５と共通電極３４が交互になるように配置してもよい。
【００５１】
図５に示されるように、共通電極３４と個別電極３５とは、最上層の圧電セラミック層２１ｂのみを挟むように配置されている。圧電セラミック層２１ｂにおける個別電極３５と共通電極３４とに挟まれた領域は活性部と呼称され、その部分の圧電セラミックスには厚み方向に分極が施されている。本実施形態の圧電アクチュエータユニット２１において
は、最上層の圧電セラミック層２１ｂのみが活性部を含んでおり、圧電セラミック２１ａは活性部を含んでおらず、振動板として働く。この圧電アクチュエータユニット２１はいわゆるユニモルフタイプの構成を有している。
【００５２】
なお、後述のように、個別電極３５に選択的に所定の駆動信号が供給されることにより、この個別電極３５に対応する液体加圧室１０内の液体に圧力が加えられる。これによって、個別流路３２を通じて、対応する液体吐出口８から液滴が吐出される。すなわち、圧電アクチュエータユニット２１における各液体加圧室１０に対向する部分は、各液体加圧室１０および液体吐出口８に対応する個別の変位素子５０に相当する。つまり、２枚の圧電セラミック層からなる積層体中には、図５に示されているような構造を単位構造とする変位素子５０が液体加圧室１０毎に、液体加圧室１０の直上に位置するセラミック振動板２１ａ、共通電極３４、圧電セラミック層２１ｂ、個別電極３５により作り込まれており、圧電アクチュエータユニット２１には変位素子５０が複数含まれている。なお、本実施形態において１回の吐出動作によって液体吐出口８から吐出される液体の量は５〜７ｐＬ（ピコリットル）程度である。
【００５３】
本実施形態における圧電アクチュエータユニット２１の液体吐出時の駆動方法の一例を、個別電極３５に供給される駆動電圧（駆動信号）に関して説明する。個別電極３５を共通電極３４と異なる電位にして圧電セラミック層２１ｂに対してその分極方向に電界を印加したとき、この電界が印加された部分が、圧電効果により歪む活性部として働く。この時圧電セラミック層２１ｂは、その厚み方向すなわち積層方向に伸長または収縮し、圧電横効果により積層方向と垂直な方向すなわち面方向には収縮または伸長しようとする。一方、残りの圧電セラミック層２１ａは、個別電極３５と共通電極３４とに挟まれた領域を持たない非活性層であるので、自発的に変形しない。つまり、圧電アクチュエータユニット２１は、上側（つまり、液体加圧室１０とは離れた側）の圧電セラミック層２１ｂを、活性部を含む層とし、かつ下側（つまり、液体加圧室１０に近い側）の圧電セラミック層２１ａを非活性層とした、いわゆるユニモルフタイプの構成となっている。
【００５４】
この構成において、電界と分極とが同方向となるように、アクチュエータ制御部により個別電極３５を共通電極３４に対して正または負の所定電位とすると、圧電セラミック層２１ｂの電極に挟まれた部分（活性部）が、面方向に収縮する。一方、非活性層の圧電セラミック層２１ａは電界の影響を受けないため、自発的には縮むことがなく活性部の変形を規制しようとする。この結果、圧電セラミック層２１ｂと圧電セラミック層２１ａとの間で分極方向への歪みに差が生じて、圧電セラミック層２１ｂは液体加圧室１０側へ凸となるように変形（ユニモルフ変形）する。
【００５５】
本実施の形態における実際の駆動手順は、あらかじめ個別電極３５を共通電極３４より高い電位（以下高電位と称す）にしておき、吐出要求がある毎に個別電極３５を共通電極３４と一旦同じ電位（以下低電位と称す）とし、その後所定のタイミングで再び高電位とする。これにより、個別電極３５が低電位になるタイミングで、圧電セラミック層２１ａ、ｂが元の形状に戻り、液体加圧室１０の容積が初期状態（両電極の電位が異なる状態）と比較して増加する。このとき、液体加圧室１０内に負圧が与えられ、液体がマニホールド５側から液体加圧室１０内に吸い込まれる。その後再び個別電極３５を高電位にしたタイミングで、圧電セラミック層２１ａ、ｂが液体加圧室１０側へ凸となるように変形し、液体加圧室１０の容積減少により液体加圧室１０内の圧力が正圧となり液体への圧力が上昇し、液滴が吐出される。つまり、液滴を吐出させるため、高電位を基準とするパルスを含む駆動信号を個別電極３５に供給することになる。このパルス幅は、圧力波がしぼり１２から液体吐出孔８まで伝播する時間長さであるＡＬ（Acoustic Length）が理想的であ
る。これによると、液体加圧室１０内部が負圧状態から正圧状態に反転するときに両者の圧力が合わさり、より強い圧力で液滴を吐出させることができる。
【００５６】
以上のような液体吐出ヘッド２においては、変位素子５０の変位を大きくするために個別電極３５、より詳しくは、個別電極３５のうち平面視した際に液体加圧室１０と重なっている部分で、個別電極３５ａから引き出されている引出電極３５を除いた個別電極本体３５ａの大きさを液体加圧室１０より小さい所定の大きさにする。液体加圧室１０の形状や、他の部分の流路の構造によって多少の違いが生じることもあるが、個別電極本体の面積を液体加圧室１０の面積の６割程度にすることで、変位を極大し、ひいては、液滴の吐出速度を速くしたり、液適量を多くしたりできる。
【００５７】
その反面、個別電極本体３５ａと液体加圧室１０との間に位置ずれが生じると変位が小さくなる。個別電極３５は圧電アクチュエータユニット２１上に形成され、液体加圧室１０は流路部材４上に形成されており、別々の部材上に形成されているので、それぞれの位置が合うように形成するのは難しい。さらに個別には精度よく形成できたとしても、積層する設備などに起因する位置ずれが生じることもあるし、温度を加えた状態で積層を行なえば、材質の熱膨張係数差による位置ずれが生じる。
【００５８】
図５（ａ）（ｂ）に示した液体吐出ヘッドでは、セラミック振動板２１ａに、液体加圧室１０と対向する流路部材４側の面に、平面形状が液体加圧室１０と略相似で、共通電極３４が露出しない深さで開口している凹部２１ｃがそれぞれ設けられているとともに、個別電極本体３５ａの平面形状は、液体加圧室１０および凹部２１ｃより小さくなっている。個別電極３５と凹部２１ｃとは、圧電アクチュエータユニット上の構造になるので、位置合わせして、精度よく作製しやすいので、変位素子５０の変位ばらつきを小さくできる。そして、圧電アクチュエータユニット２１と流路部材４との積層ばらつきなどが、従来の構造と同程度のであっても、液体吐出特性にばらつきは生じ難い。これは、凹部２１ｃと液体加圧室１０の位置がずれていたとして、その部分は、充填されている液体の圧力波が伝わるだけなので、大きな液体吐出特性の変動とはならないためである。また、このように加工できるのも、圧電アクチュエータユニット２１として、セラミック振動板２１ａと圧電セラミック層２１ｂとが一体になっていることによる。
【００５９】
凹部２１ｃは、液体加圧室１０の開口部とほぼ同一形状で平面方向に平行な底部を有し、側面が平面方向と直交する形状で作製すればよいが、開口部の形状が液体加圧室１０と略相似であれば他の形状であってもかまわない。ここで略相似とは、相似形から角部の曲率などを少し変えたもので、相似形からの外形のずれが大きさの１０％以内程度であることをいい、そのようにすることで、圧力波が凹部２１ｃから液体加圧室１０にスムーズに伝わるようになる。そして、変位素子５０、あるいは液体吐出素子の形成効率（面積の利用効率）を高くするためには、凹部２１ｃの開口部の面積と液体加圧室１０の面積の割合が±１０％以下程度であることが好ましく、実質的に同じ形状であることがより好ましい。なお、後述するように、凹部の大きさを液体加圧室より大きくすることで変位素子の変位量を大きくすることもできる。
【００６０】
凹部２１ｃは、凹んでいることにより、変位素子５０の周囲の固定される点（変位の基点）を液体加圧室１０とセラミック振動板２１ａとが接する点から、凹部２１ｃ開口の端にすることができるが、この効果をよりはっきり生じさせやすいように、凹部２１ｃの深さは、圧電アクチュエータユニット２１の厚さの１０％以上であることが好ましい。また凹部２１ｃの底部と共通電極３４との間に残されるセラミック振動板２１ａの厚さは、セラミック振動板２１ａの材質にもよるが、共通電極３４にまで液体が滲入し信頼性を低下させないように５μｍ以上にすることが好ましい。
【００６１】
また、凹部２１ｃの形成されている部分は変位素子５０の厚さ（凹部２１ｃの部分のセラミック振動板２１ａ＋共通電極３４＋圧電セラミック層２１ｂ＋個別電極３５の厚さ）
を薄くできるので、変位素子５０の変位量を大きくすることもできる。
【００６２】
さらに、凹部２１ｃの内面は、表面粗さＲａが１μｍ以下であることが好ましい。ここでいう内面とは内部の面全てのことであり、凹部２１ｃが側面と底面とを有するような構造であれば、側面と底面との両方のことである。表面粗さＲａが１μｍ以下であることにより、液体を充填する際に、表面粗さの大きい部分で気泡が保持され難いので、液体の充填が容易になり、液体吐出ヘッドを使用している際に、残った気泡により液体が吐出されなくなることも抑制できる。
【００６３】
また、表面粗さＲａが１μｍ以下の内面を得るためには、レーザー加工することによりが考えられる。レーザー加工することにより、例えば、焼成前のグリーンシートを打ち抜き加工して焼成する工程よりの表面粗さを小さくできる。凹部２１ｃを焼成後の機械的な加工により作製することもできるが、研磨などを行なうこと表面粗さを小さくすることもできるが工数が非常にかかってしまう。
【００６４】
さらに、レーザー加工を行なう場合においても、例えば、ＹＶＯ４レーザーの５４２ｎｍの波長のレーザーで加工することでＲａが０．６〜１．０μｍの内面が得られるが、長波長のレーザーで加工すると表面粗さが大きくなることがある。表面粗さが１μｍを超えると前述の気泡の件に加えて、レーザー加工のダメージによりクラックが生じるおそれもあるため、表面粗さは１μｍ以下にするのがよい。
【００６５】
続いて、本発明の他の液体吐出ヘッドの実施形態を図９を用いて説明する。図９（ａ）〜（ｃ）に示す液体吐出ヘッドは、基本構造は図１〜５で示したものと同じであるが、圧電アクチュエータユニット５２１の構造が、主に凹部５２１ｃと液体加圧室１０との関係において異なっている。以下、主に圧電アクチュエータユニット２１との相違点について説明する。
【００６６】
個別電極５３５は、平面形状が凹部５２１ｃと略相似で凹部５２１ｃより小さい個別電極本体５３５ａと、個別電極５３５ａから凹部５２１ｃのない位置まで引き出されている引出電極５３５ｂとを含んでいる。引出電極５３５ｂの、下部に凹部５２１ｃのない部分に接続電極５３６が形成されている。
【００６７】
凹部５２１ｃの平面形状は、液体加圧室１０の開口が内包される形状にされる。この場合、内包するとは、しぼりや液体吐出孔に向かう流路などの開口の一部が凹部５２１ｃの外にまで繋がっている場合も含む。
【００６８】
また、凹部５２１ｃと液体加圧室１０の開口の平面形状は、略相似にされ、液体加圧室１０の面積は凹部５２１ｃの５０〜９０％程度、その面積重心は、凹部５２１ｃの面積重心とほぼ同じ位置となっている。ここで略相似とは、相似形から角部の曲率などを少し変えたもので、相似形からの外形のずれが大きさの１０％以内程度であることをいう。また、面積重心がほぼ同じ位置にされるとは、面積重心のずれが、そのずれの方向の凹部５２１ｃの長さに対して２０％以下、さらに好ましくは１０％以下であることをいう。
【００６９】
以上のような構成を有することにより、変位素子５５０は、変形の基点が凹部５２１ｃの端となるため、変形の基点が液体加圧室１０の開口の端であった場合と比較して、変位量を大幅に大きくできる。また、このような変位素子５５０では、変位量は、変位素子５５０中央部分で０．０５〜０．３μｍ程度であるため、凹部５２１ｃの深さは１μｍ程度であっても、流路部材４が変位素子５５０と接触して、変位を阻害することはない。なお、もし、流路部材４が変位素子５５０と接触したとしても、変位量を大きくする効果はある程度得られる。
【００７０】
個別電極本体５３５ａの平面形状は、凹部５２１ｃと関係して変位量に影響を与える。変位量を大きくするため、上述のように変位の可能な領域である凹部５２１ｃに対して個別電極本体５３５ａの平面形状は略相似にされ、その面積は約６割程度にされる。
【００７１】
また、変位素子５５０の変位量は中央部で大きくなるため、液体加圧室１０の開口がその中央で５０〜９０％程度面積であれば、その大きくなった変位量を、液体加圧室１０内に発生する圧力波として有効に利用することができる。また、凹部５２１ｃと液体加圧室１０との間に位置ずれが生じても、液体流路の位置ずれになるため、変位素子５５０の変形の基点となる端部の位置ずれが生じる場合と比較して、吐出特性に与える影響は少なくなる。
【００７２】
さらに、凹部５２１ｃの深さを、流路部材４で構成される液体加圧室１０の深さの３０％以下、好ましくは２０％以下、特に１０％以下とすることで、液体加圧室１０の流路特性を大きく変えないで、変位素子５５０の変位量を大きくすることができる。これにより、設計の自由度が大きくなる。例えば、従来は変位量を大きくするために、液体加圧室１０の平面形状を大きくすると、ＡＬが長くなり、高周波駆動に向かなくなることがあったが、上述のような構成によれば、ＡＬをほとんど変えずに変位量を大きくすることも可能である。
【００７３】
またさらに、変位の基点となる変位素子５５０の端が、流路部材４と凹部５２１ｃの縁との接点付近になるように、流路部材４と圧電アクチュエータユニット５２１との接合を接着剤で行なう場合、接着剤の量を調整したり、凹部５２１ａに対向する部分に接着剤を塗布しないようにし、凹部５２１ｃの中央に近い部分が接合しないようにすることが好ましい。また、凹部５２１ｃに対向する部分に接着剤が付いていない状態にすることで、接着剤の塗布量により流路の寸法のばらつきが生じることが抑制できる。さらに、使用する液体により接着剤の一部が剥がれるなどして、流路に詰まることを抑制できる。
【００７４】
以上のような液体吐出ヘッドは、例えば次のように作製することができる。まず、凹部２１ｃを焼成後に加工する一つの方法を、工程順に示した図６（ａ）〜（ｅ）を用いて説明する。
【００７５】
まず、圧電セラミック層に用いる圧電材料をチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）とし、ＰＺＴ粉末とバインダと溶剤とを混合してスラリーを作成し、このスラリーから、成形方法としてロールコーター法を採用して、グリーンシートを作製する。
【００７６】
図６（ａ）は、焼成後にセラミック振動板２１ａとなる第１のグリーンシート２２１ａに共通電極３４となる導体層２３４を導体ペートとして塗布し、乾燥したものと、焼成後に圧電セラミック層２１ｂとなる第２のグリーンシート２２１ｂに図示しないビアホールとなる貫通孔を金型により打ち抜きなどで形成したものである。図６（ｂ）は、第１のグリーンシート２２１ａと第２のグリーンシート２２１ｂとを加熱加圧などにより積層したものである。図６（ｃ）は、これを例えば１０２０℃の温度で焼成し、個別電極３５を形成したものである。個別電極３５は、スクリーン印刷により、Ａｕを主成分とする導体ペーストを塗布し、８００℃の熱処理によって形成できる。
【００７７】
図６（ｄ）は、レーザー加工により個別電極３５に位置あわせて、凹部２１ｃを形成したものであ。レーザー加工は、例えば、波長５４２ｎｍのＹＶＯ４レーザーで加工することができる。図６（ｅ）は圧電アクチュエータ２１を流路部材４に積層接合したものである（流路部材４は積層構造中央のプレートを省略してある）。流路部材４の作製と積層接合については次で説明する。
【００７８】
流路部材４を、圧延法等により得られたプレート２２〜３１を積層して作製する。プレート２２〜３１に、マニホールド５、個別供給流路６、液体加圧室１０およびディセンダなどとなる孔を、エッチングにより所定の形状に加工する。
【００７９】
これらプレート２２〜３１は、Ｆｅ―Ｃｒ系、Ｆｅ−Ｎｉ系、ＷＣ−ＴｉＣ系の群から選ばれる少なくとも１種の金属によって形成されていることが望ましく、特に液体としてインクを使用する場合にはインクに対する耐食性の優れた材質からなることが望ましため、Ｆｅ−Ｃｒ系がより好ましい。
【００８０】
圧電アクチュエータユニット２１と流路部材４とは、例えば接着層を介して積層接着することができる。接着層としては、周知のものを使用することができるが、圧電焼結体や流路部材４への影響を及ぼさないために、熱硬化温度が１００〜１５０℃のエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂の群から選ばれる少なくとも１種の熱硬化性樹脂系の接着剤を用いるのがよい。このような接着層を用いて熱硬化温度にまで加熱することによって、圧電アクチュエータユニット２１と流路部材４とを加熱接合することができる。このようにして、液体吐出ヘッド２を作製することができる。
【００８１】
次に凹部２１ｃを焼成前に加工する方法を、工程順に示した図７（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。上述の工程と共通する部分については省略する。
【００８２】
図７（ａ）は、焼成後にセラミック振動板２１ａの一部となる第１のグリーンシートの下部３２１ａ−１に凹部２１ａとなる貫通孔３２１ｃを金型による打ち抜きで作成しものと、焼成後にセラミック振動板２１ａの一部となる第１のグリーンシートの上部３２１ａ−２に共通電極３４となる第１の導体層３３４を導体ペーストとして塗布し、乾燥したものと、焼成後に圧電セラミック層２１ｂとなる第２のグリーンシート２２１ｂに、図示しないビアホールとなる貫通孔を金型により打ち抜きなどで形成し、個別電極３５となる第２の導体層３３５を導体ペートとして塗布し、乾燥したものある。図７（ｂ）は、第１のグリーンシートの上部３２１ａ−２と第２のグリーンシート３２１ｂとを加熱加圧などにより積層したものと、積層前の第１のグリーンシートの下部３２１ａ−１である。図７（ｃ）は、第１のグリーンシートの上部３２１ａ−２と第２のグリーンシート３２１ｂとを積層したものに、さらに第１のグリーンシートの下部３２１ａ−１を積層したものである。このような順で積層することにより、一括で積層する場合と比較して貫通孔３２１ｃの部分についても積層圧力が加わり、積層が確実になる。図７（ｄ）は、積層後の積層体を、例えば１０２０℃の温度で焼成し、圧電アクチュエータ２１を作製し、流路部材４に積層したものである。なお、積層体として、焼成後にセラミック振動板２１ａとなる第１のグリーンシートと、焼成後に共通電極３４となる第１の導体層と、焼成後に圧電セラミック層２１ｂとなる第２のグリーンシートと、個別電極３５となる第２の導体層とを積層したものを作製し、焼成前にレーザーで凹部を形成してもよい。このようにして、液体吐出ヘッド２を作製することができる。
【００８３】
以上の製造方法は、凹部と液体加圧室とをそれぞれ任意の形状にできるため好ましい。次に説明する方法では、凹部４２１ｃの平面形状は、液体加圧室１０の開口以下の大きさとなるが、液体加圧室１０を構成するプレート２２を接合した後で、凹部４２１ｃを形成するために、凹部４２１ｃの形成位置を、個別電極４３５および液体加圧室１０の両方の位置と調整して決めることで、吐出特性のばらつきを少なくすることもできる。
【００８４】
凹部を焼成後に加工する他の方法を、工程順に示した図８（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。上述の工程と共通する部分については省略する。 まず、振動板４２１ａ、共通電極４２４、圧電セラミック層４２１および個別電極からなる圧電アクチュエータユニット
４２１を作製する。図８（ａ）は、圧電アクチュエータユニット４２１に、流路部材４のうち液体加圧室１０を構成する貫通孔が形成されているプレート２２を接着した中間積層体である。なお、ここではプレートを１枚積層しているが、次で説明するように液体加圧室１０となる貫通孔を通して凹部４２１ａを加工できれば、積層するプレートは複数でもよい。
【００８５】
図８（ｂ）は、レーザー加工により、液体加圧室１０となる貫通孔を通して凹部４２１ｃを形成したものである。この場合、凹部４２１ｃの形成位置は、個別電極３５に合わせたり、液体加圧室１０の開口に合わせたり、その両者を考慮した位置にするなどして、吐出特性のばらつきを少なくすることなどができる。
【００８６】
図８（ｃ）は、中間積層体に、流路部材４の残りのプレートを積層したものである。液体加圧室１０と他の流路との位置ばらつきは、プレート２２の材質や大きさが、他のプレートと同じであれば起き難い。また、流路を、位置ずれが吐出ばらつきに影響を与え難い形状に設計にすることも可能である。
【符号の説明】
【００８７】
１・・・プリンタ
２・・・液体吐出ヘッド
４・・・流路部材
５・・・マニホールド
５ａ・・・副マニホールド
５ｂ・・・マニホールドの開口
６・・・個別供給流路
８・・・液体吐出孔
９・・・液体加圧室群
１０・・・液体加圧室
１１ａ、ｂ、ｃ、ｄ・・・液体加圧室列
１２・・・しぼり
１３・・・液体吐出ヘッド本体
１５ａ、ｂ、ｃ、ｄ・・・液体吐出孔列
２１・・・圧電アクチュエータユニット
２１ａ、４２１ａ・・・圧電セラミック層（セラミック振動板）
２１ｂ、４２１ｂ・・・圧電セラミック層
２１ｃ、４２１ｃ・・・凹部
２２１ａ、３２１ａ、３２１ａ−１、３２１ａ−２、２２１ｂ、３２１ｂ・・・グリーンシート
２２〜３１・・・プレート
３２・・・個別流路
３４、５３４・・・共通電極
３５、５３５・・・個別電極
３５ａ、５３５ａ・・・個別電極本体
３５ｂ、５３５ｂ・・・引出電極
３６、５３６・・・接続電極
５０、５５０・・・変位素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴を吐出させる液体吐出ヘッド、およびそれを用いた記録装置、ならびに液体吐出ヘッドの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、インクジェットプリンタやインクジェットプロッタなどの、インクジェット記録方式を利用した印刷装置が、一般消費者向けのプリンタだけでなく、例えば電子回路の形成や液晶ディスプレイ用のカラーフィルタの製造、有機ＥＬディスプレイの製造といった工業用途にも広く利用されている。
【０００３】
このようなインクジェット方式の印刷装置には、液体を吐出させるための液体吐出ヘッドが印刷ヘッドとして搭載されている。この種の印刷ヘッドには、インクが充填されたインク流路内に加圧手段としてのヒータを備え、ヒータによりインクを加熱、沸騰させ、インク流路内に発生する気泡によってインクを加圧し、インク吐出孔より、液滴として吐出させるサーマルヘッド方式と、インクが充填されるインク流路の一部の壁を変位素子によって屈曲変位させ、機械的にインク流路内のインクを加圧し、インク吐出孔より液滴として吐出させる圧電方式が一般的に知られている。
【０００４】
また、このような液体吐出ヘッドには、記録媒体の搬送方向（副走査方向）と直交する方向（主走査方向）に液体吐出ヘッドを移動させつつ記録を行なうシリアル式、および記録媒体より主走査方向に長い液体吐出ヘッドを固定した状態で、副走査方向に搬送されてくる記録媒体に記録を行なうライン式がある。ライン式は、シリアル式のように液体吐出ヘッドを移動させる必要がないので、高速記録が可能であるという利点を有する。
【０００５】
シリアル式、ライン式のいずれの方式の液体吐出ヘッドであっても、液滴を高い密度で印刷するには、液体吐出ヘッドに形成されている、液滴を吐出する液体吐出孔の密度を高くする必要がある。
【０００６】
そこで液体吐出ヘッドを、マニホールドおよびマニホールドから複数の液体加圧室をそれぞれ介して繋がる液体吐出孔を有した金属の流路部材と、前記液体加圧室をそれぞれ覆うように設けられた複数の変位素子を有する圧電アクチュエータユニットとを積層して構成したものが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。この液体吐出ヘッドでは、複数の液体吐出孔にそれぞれ繋がった液体加圧室がマトリックス状に配置され、それを覆うように設けられた圧電アクチュエータユニットの変位素子を圧電体の変形により変位させることで、各液体吐出孔からインクを吐出させ、主走査方向に６００ｄｐｉの解像度で印刷が可能とされている。また、変位素子は、流路部材側から、振動板、共通電極、圧電セラミック層、液体加圧室に対向した位置にある個別電極が積層された構造をしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−３０５８５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載されているような液体吐出ヘッドでは、変位素子の変位量を大きくするため、平面視したときの個別電極の大きさをを液体加圧室よりも小さい所定の大きさに
することが行なわれている。しかし、個別電極の大きさをそのようにすると、個別電極と液体加圧室との位置がずれると変位が低下し、液滴の吐出速度が低下したり、液滴量が少なくなるなどの問題があった。液体吐出ヘッドにおいて、各液体吐出孔から吐出される液滴の吐出特性にばらつきがあると、記録精度が劣化するという問題になる。
【０００９】
したがって、本発明の目的は、個別電極と液体加圧室との間に位置ずれが生じても、液滴の吐出特性の変動が少ない液体吐出ヘッドおよび、それを用いた記録装置、ならびに液体吐出ヘッドの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の液体吐出ヘッドは、複数の液体吐出孔にそれぞれ繋がっている複数の液体加圧室が開口している流路部材と、セラミック振動板上に、共通電極、圧電セラミック層および複数の個別電極がこの順で積層されている圧電アクチュエータユニットとが積層されている液体吐出ヘッドであって、前記セラミック振動板には、前記複数の液体加圧室と対向する前記流路部材側の面に、平面形状が前記液体加圧室を内包する形状で、前記共通電極が露出しない深さで開口している凹部がそれぞれ設けられているとともに、前記個別電極の平面形状は、それぞれ前記凹部より小さいことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の液体吐出ヘッドは、複ミック振動板上に、共通電極、圧電セラミック層および複数の個別電極がこの順で積層されている圧電アクチュエータユニットとが積層されている液体吐出ヘッドであって、前記セラミック振動板には、前記複数の液体加圧室と対向する前記流路部材側の面に、平面形状が前記液体加圧室と略相似で、前記共通電極が露出しない深さで開口している凹部がそれぞれ設けられているとともに、前記個別電極の平面形状は、それぞれ前記液体加圧室および前記凹部より小さいことを特徴とする。前記凹部の内面の表面粗さＲａが１μｍ以下であることが好ましい。
【００１２】
さらに、本発明の記録装置は、前記液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに対して搬送する搬送部と、前記液体吐出ヘッドおよび前記搬送部を制御する制御部とを備えていることを特徴とする。
【００１３】
またさらに、セラミック振動板となる第１のグリーンシートと、共通電極となる導体層と、圧電セラミック層となる第２のグリーンシートとを、この順に積層して積層体を作製する工程と、該積層体を焼成し、圧電アクチュエータユニット素体を得る工程と、該圧電アクチュエータユニット素体の前記圧電セラミック層側の表面に、複数の個別電極を形成する工程と、前記複数の個別電極が形成された前記圧電アクチュエータユニット素体の前記セラミック振動板の前記共通電極が積層された面と反対の面の、前記個別電極と対向する位置に、前記共通電極が露出しない深さの複数の凹部をそれぞれ形成して、圧電アクチュエータユニットを作製する工程と、該圧電アクチュエータユニットと、複数の液体吐出孔にそれぞれ繋がっている複数の液体加圧室が開口している流路部材とを前記凹部と前記液体加圧室がそれぞれ対向するように積層する工程とを含むことを特徴とする。
【００１４】
さらにまた、セラミック振動板となる第１のグリーンシートと、共通電極となる第１の導体層と、圧電セラミック層となる第２のグリーンシートと、複数の個別電極となる第２の導体層とを、この順に積層して積層体を作製する工程と、前記第１のグリーンシートの前記第１の導体層が積層された面と反対の面の、前記複数の第２の導体層と対向する位置に、前記第１の導体層が露出しない深さの複数の凹部をそれぞれ形成する工程と、前記凹部の形成された前記積層体を焼成し、圧電アクチュエータユニットを得る工程と、該圧電アクチュエータユニットと、複数の液体吐出孔にそれぞれ繋がっている複数の液体加圧室が開口している流路部材とを前記複数の凹部と前記複数の液体加圧室が対向するように積層する工程とを含むことを特徴とする。
【００１５】
またさらに、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、セラミック振動板と、共通電極と、圧電セラミック層と、複数の個別電極とが、この順に積層されている圧電アクチュエータユニットを得る工程と、孔が開口しており、複数枚積層することで、複数の液体吐出孔にそれぞれ繋がっている複数の液体加圧室が開口している流路部材を構成する複数のプレートのうち、少なくとも前記液体加圧室となる孔が開口しているプレートを、前記圧電アクチュエータユニットの前記セラミック振動板の側に、前記個別電極と前記液体加圧室となる孔とが対向するように積層して中間積層体を得る工程と、前記中間積層体の前記セラミック振動板の前記液体加圧室となる孔が開口している位置に、前記液体加圧室となる孔を通して、前記共通電極が露出しない深さの複数の凹部をそれぞれ形成する工程と、前記複数の凹部を形成した中間積層体に、前記流路部材を構成する残りのプレートを積層する工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の液体吐出ヘッドによれば、変位素子の変位は主に凹部の内側で生じるため、圧電アクチュエータと流路部材との積層ずれが、液体吐出特性に影響し難くさせることができる。
【００１７】
また、本発明の記録装置によれば、記録精度をよくすることができる。
【００１８】
さらに、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法によれば、圧電アクチュエータ製造する際に、個別電極および凹部のいずれか一方のを形成した後、形成した方に位置合わせして、他方を形成することが容易になるため、個別電極と凹部との相対位置精度を高くできる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る記録装置であるプリンタの概略構成図である。
【図２】図１の液体吐出ヘッドを構成する第１の流路部材および圧電アクチュエータユニットの平面図である。
【図３】図２の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図であり、説明のため一部の流路を省略した図である。
【図４】図２の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図であり、説明のため一部の流路を省略した図である。
【図５】（ａ）は、図３のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図であり、（ｂ）は、（ａ）と直交する方向の縦断面の要部であり、（ｃ）は（ａ）の平面図である。
【図６】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造方法を示した図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の他の実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造方法を示した図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の他の実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造方法を示した図である。
【図９】（ａ）は、本発明の他の実施例の液体吐出ヘッドの部分縦断面図であり、（ｂ）は、（ａ）と直交する方向の縦断面の要部であり、（ｃ）は（ａ）の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態による液体吐出ヘッドを含む記録装置であるカラーインクジェットプリンタの概略構成図である。このカラーインクジェットプリンタ１（以下、プリンタ１とする）は、４つの液体吐出ヘッド２を有している。これらの液体吐出ヘッド２は、印刷用紙Ｐの搬送方向に沿って並べられ、プリンタ１に固定されている。液体吐出ヘッド２は、図１の手前から奥へ向かう方向に細長い形状を有している。この長い方向を長手方向と呼ぶことがある。
【００２１】
プリンタ１には、印刷用紙Ｐの搬送経路に沿って、給紙ユニット１１４、搬送ユニット１２０および紙受け部１１６が順に設けられている。また、プリンタ１には、液体吐出ヘッド２や給紙ユニット１１４などのプリンタ１の各部における動作を制御するための制御部１００が設けられている。
【００２２】
給紙ユニット１１４は、複数枚の印刷用紙Ｐを収容することができる用紙収容ケース１１５と、給紙ローラ１４５とを有している。給紙ローラ１４５は、用紙収容ケース１１５に積層して収容された印刷用紙Ｐのうち、最も上にある印刷用紙Ｐを１枚ずつ送り出すことができる。
【００２３】
給紙ユニット１１４と搬送ユニット１２０との間には、印刷用紙Ｐの搬送経路に沿って、二対の送りローラ１１８ａおよび１１８ｂ、ならびに、１１９ａおよび１１９ｂが配置されている。給紙ユニット１１４から送り出された印刷用紙Ｐは、これらの送りローラによってガイドされて、さらに搬送ユニット１２０へと送り出される。
【００２４】
搬送ユニット１２０は、エンドレスの搬送ベルト１１１と２つのベルトローラ１０６および１０７を有している。搬送ベルト１１１は、ベルトローラ１０６および１０７に巻き掛けられている。搬送ベルト１１１は、２つのベルトローラに巻き掛けられたとき所定の張力で張られるような長さに調整されている。これによって、搬送ベルト１１１は、２つのベルトローラの共通接線をそれぞれ含む互いに平行な２つの平面に沿って、弛むことなく張られている。これら２つの平面のうち、液体吐出ヘッド２に近い方の平面が、印刷用紙Ｐを搬送する搬送面１２７である。
【００２５】
ベルトローラ１０６には、図１に示されるように、搬送モータ１７４が接続されている。搬送モータ１７４は、ベルトローラ１０６を矢印Ａの方向に回転させることができる。また、ベルトローラ１０７は、搬送ベルト１１１に連動して回転することができる。したがって、搬送モータ１７４を駆動してベルトローラ１０６を回転させることにより、搬送ベルト１１１は、矢印Ａの方向に沿って移動する。
【００２６】
ベルトローラ１０７の近傍には、ニップローラ１３８とニップ受けローラ１３９とが、搬送ベルト１１１を挟むように配置されている。ニップローラ１３８は、図示しないバネによって下方に付勢されている。ニップローラ１３８の下方のニップ受けローラ１３９は、下方に付勢されたニップローラ１３８を、搬送ベルト１１１を介して受け止めている。２つのニップローラは回転可能に設置されており、搬送ベルト１１１に連動して回転する。
【００２７】
給紙ユニット１１４から搬送ユニット１２０へと送り出された印刷用紙Ｐは、ニップローラ１３８と搬送ベルト１１１との間に挟み込まれる。これによって、印刷用紙Ｐは、搬送ベルト１１１の搬送面１２７に押し付けられ、搬送面１２７上に固着する。そして、印刷用紙Ｐは、搬送ベルト１１１の回転に従って、液体吐出ヘッド２が設置されている方向へと搬送される。なお、搬送ベルト１１１の外周面１１３に粘着性のシリコンゴムによる処理を施してもよい。これにより、印刷用紙Ｐを搬送面１２７に確実に固着させることができる。
【００２８】
４つの液体吐出ヘッド２は、搬送ベルト１１１による搬送方向に沿って互いに近接して配置されている。各液体吐出ヘッド２は、下端に液体吐出ヘッド本体１３を有している。液体吐出ヘッド本体１３の下面には、液体を吐出する多数の液体吐出孔８が設けられている（図４、５および６参照）。
【００２９】
１つの液体吐出ヘッド２に設けられた液体吐出孔８からは、同じ色の液滴（インク）が吐出されるようになっている。各液体吐出ヘッド２には図示しない外部液体タンクから液体が供給される。各液体吐出ヘッド２の液体吐出孔８は、液体吐出孔面に開口しており、一方方向（印刷用紙Ｐと平行で印刷用紙Ｐ搬送方向に直交する方向であり、液体吐出ヘッド２の長手方向）に等間隔で配置されているため、一方方向に隙間なく印刷することができる。各液体吐出ヘッド２から吐出される液体の色は、それぞれ、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｋ）である。各液体吐出ヘッド２は、液体吐出ヘッド本体１３の下面と搬送ベルト１１１の搬送面１２７との間にわずかな隙間をおいて配置されている。
【００３０】
搬送ベルト１１１によって搬送された印刷用紙Ｐは、液体吐出ヘッド２と搬送ベルト１１１との間の隙間を通過する。その際に、液体吐出ヘッド２を構成する液体吐出ヘッド本体１３から印刷用紙Ｐの上面に向けて液滴が吐出される。これによって、印刷用紙Ｐの上面には、制御部１００によって記憶された画像データに基づくカラー画像が形成される。
【００３１】
搬送ユニット１２０と紙受け部１１６との間には、剥離プレート１４０と二対の送りローラ１２１ａおよび１２１ｂならびに１２２ａおよび１２２ｂとが配置されている。カラー画像が印刷された印刷用紙Ｐは、搬送ベルト１１１によって剥離プレート１４０へと搬送される。このとき、印刷用紙Ｐは、剥離プレート１４０の右端によって、搬送面１２７から剥離される。そして、印刷用紙Ｐは、送りローラ１２１ａ〜１２２ｂによって、紙受け部１１６に送り出される。このように、印刷済みの印刷用紙Ｐが順次紙受け部１１６に送られ、紙受け部１１６に重ねられる。
【００３２】
なお、印刷用紙Ｐの搬送方向について最も上流側にある液体吐出ヘッド２とニップローラ１３８との間には、紙面センサ１３３が設置されている。紙面センサ１３３は、発光素子および受光素子によって構成され、搬送経路上の印刷用紙Ｐの先端位置を検出することができる。紙面センサ１３３による検出結果は制御部１００に送られる。制御部１００は、紙面センサ１３３から送られた検出結果により、印刷用紙Ｐの搬送と画像の印刷とが同期するように、液体吐出ヘッド２や搬送モータ１７４等を制御することができる。
【００３３】
次に本発明の液体吐出ヘッドを構成する液体吐出ヘッド本体１３について説明する。図２は、図１に示された液体吐出ヘッド本体１３を示す上面図である。図３は、図２の一点鎖線で囲まれた領域の拡大上面図であり、液体吐出ヘッド本体１３の一部である。図４は、図３と同じ位置の拡大透視図で、液体吐出孔８の位置が分かり易いように、一部の流路を省略して描いている。なお、図３および図４において、図面を分かり易くするために、圧電アクチュエータユニット２１の下方にあって破線で描くべき液体加圧室１０（液体加圧室群９）、しぼり１２および液体吐出孔８を実線で描いている。図５（ａ）は図３のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）と直交する方向の部分縦断面図であり、主要部分を拡大した図である。
【００３４】
液体吐出ヘッド本体１３は、平板状の流路部材４と、流路部材４上に、圧電アクチュエータユニット２１とを有している。圧電アクチュエータユニット２１は台形形状を有しており、その台形の１対の平行対向辺が流路部材４の長手方向に平行になるように流路部材４の上面に配置されている。また、流路部材４の長手方向に平行な２本の仮想直線のそれぞれに沿って２つずつ、つまり合計４つの圧電アクチュエータユニット２１が、全体として千鳥状に流路部材４上に配列されている。流路部材４上で隣接し合う圧電アクチュエータユニット２１の斜辺同士は、流路部材４の短手方向について部分的にオーバーラップしている。このオーバーラップしている部分の圧電アクチェータユニット２１を駆動することにより印刷される領域では、２つの圧電アクチュエータユニット２１により吐出された液滴が混在して着弾することになる。
【００３５】
流路部材４の内部には液体流路の一部であるマニホールド５が形成されている。マニホールド５は流路部材４の長手方向に沿って延び細長い形状を有しており、流路部材４の上面にはマニホールド５の開口５ｂが形成されている。開口５ｂは、流路部材４の長手方向に平行な２本の直線（仮想線）のそれぞれに沿って５個ずつ、合計１０個形成されている。開口５ｂは、４つの圧電アクチュエータユニット２１が配置された領域を避ける位置に形成されている。マニホールド５には開口５ｂを通じて図示されていない液体タンクから液体が供給されるようになっている。
【００３６】
流路部材４内に形成されたマニホールド５は、複数本に分岐している（分岐した部分のマニホールド５を副マニホールド５ａということがある）。開口５ｂに繋がるマニホールド５は、圧電アクチュエータユニット２１の斜辺に沿うように延在しており、流路部材４の長手方向と交差して配置されている。２つの圧電アクチュエータユニット２１に挟まれた領域では、１つのマニホールド５が、隣接する圧電アクチュエータユニット２１に共有されており、副マニホールド５ａがマニホールド５の両側から分岐している。これらの副マニホールド５ａは、流路部材４の内部の各圧電アクチュエータユニット２１に対向する領域に互いに隣接して液体吐出ヘッド本体１３の長手方向に延在している。
【００３７】
流路部材４は、複数の液体加圧室１０がマトリクス状（すなわち、２次元的かつ規則的）に形成されている４つの液体加圧室群９を有している。液体加圧室１０は、角部にアールが施されたほぼ菱形の平面形状を有する中空の領域である。液体加圧室１０は流路部材４の上面に開口するように形成されている。これらの液体加圧室１０は、流路部材４の上面における圧電アクチュエータユニット２１に対向する領域のほぼ全面にわたって配列されている。したがって、これらの液体加圧室１０によって形成された各液体加圧室群９は圧電アクチュエータユニット２１とほぼ同一の大きさおよび形状の領域を占有している。また、圧電アクチュエータユニット２１は複数の液体加圧室１０を覆うように積層されるので、各液体加圧室１０の開口は、圧電アクチュエータユニット２１で閉塞されている。
【００３８】
本実施形態では、図３に示されているように、マニホールド５は、流路部材４の短手方向に互いに平行に並んだ４列のＥ１〜Ｅ４の副マニホールド５ａに分岐し、各副マニホールド５ａに繋がった液体加圧室１０は、等間隔に流路部材４の長手方向に並ぶ液体加圧室１０の列を構成し、その列は、短手方向に互いに平行に４列配列されている。副マニホールド５ａに繋がった液体加圧室１０の並ぶ列は副マニホールド５ａの両側に２列ずつ配列されている。
【００３９】
全体では、マニホールド５から繋がる液体加圧室１０は、等間隔に流路部材４の長手方向に並ぶ液体加圧室１０の列を構成し、その列は、短手方向に互いに平行に１６列配列されている。各液体加圧室列に含まれる液体加圧室１０の数は、アクチュエータである変位素子５０の外形形状に対応して、その長辺側から短辺側に向かって次第に少なくなるように配置されている。液体吐出孔８もこれと同様に配置されている。これによって、全体として長手方向に６００ｄｐｉの解像度で画像形成が可能となっている。
【００４０】
つまり、流路部材４の長手方向に平行な仮想直線に対して直交するように液体吐出孔８を投影すると、図３に示した仮想直線のＲの範囲に、各副マニホールド５ａ繋がっている４つの液体吐出孔８、つまり全部で１６個の液体吐出孔８が６００ｄｐｉの等間隔になっている。また、各副マニホールド５ａには平均すれば１５０ｄｐｉに相当する間隔で個別流路３２が接続されている。これは、６００ｄｐｉ分の液体吐出孔８を４つ列の副マニホールド５ａに分けて繋ぐ設計をする際に、各副マニホールド５ａに繋がる個別流路３２が等しい間隔で繋がるとは限らないため、マニホールド５ａの延在方向、すなわち主走査方向に平均１７０μｍ（１５０ｄｐｉならば２５．４ｍｍ／１５０＝１６９μｍ間隔である
）以下の間隔で個別流路３２が形成されているということである。
【００４１】
圧電アクチュエータユニット２１の上面における各液体加圧室１０に対向する位置には後述する個別電極３５がそれぞれ形成されている。すなわち、個別電極３５は、圧電アクチュエータユニット２１の上面に、第１の方向および第１の方向とは異なる方向にわたって形成されている。個別電極３５は、個別電極本体３５ａと個別電極３５ａから引き出された引出電極３５ｂとを含む。個別電極本体３５ａは、液体加圧室１０より一回り小さく、液体加圧室１０とほぼ相似な形状を有しており、圧電アクチュエータユニット２１の上面における液体加圧室１０と対向する領域内に収まるように配置されている。
【００４２】
流路部材４の下面には多数の液体吐出孔８が形成されている。これらの液体吐出孔８は、流路部材４の下面側に配置された副マニホールド５ａと対向する領域を避けた位置に配置されている。また、これらの液体吐出孔８は、流路部材４の下面側における圧電アクチュエータユニット２１と対向する領域内に配置されている。これらの液体吐出孔群７は圧電アクチュエータユニット２１とほぼ同一の大きさおよび形状の領域を占有しており、対応する圧電アクチュエータユニット２１の変位素子５０を変位させることにより液体吐出孔８から液滴が吐出できる。液体吐出孔８の配置については後で詳述する。そして、それぞれの領域内の液体吐出孔８は、流路部材４の長手方向に平行な複数の直線に沿って等間隔に配列されている。
【００４３】
液体吐出ヘッド本体１３に含まれる流路部材４は、複数のプレートが積層された積層構造を有している。これらのプレートは、流路部材４の上面から順に、キャビティプレート２２、ベースプレート２３、アパーチャ（しぼり）プレート２４、サプライプレート２５、２６、マニホールドプレート２７、２８、２９、カバープレート３０およびノズルプレート３１である。これらのプレートには多数の孔が形成されている。各プレートは、これらの孔が互いに連通して個別流路３２および副マニホールド５ａを構成するように、位置合わせして積層されている。液体吐出ヘッド本体１３は、図５に示されているように、液体加圧室１０は流路部材４の上面に、副マニホールド５ａは内部の下面側に、液体吐出孔８は下面にと、個別流路３２を構成する各部分が異なる位置に互いに近接して配設され、液体加圧室１０を介して副マニホールド５ａと液体吐出孔８とが繋がる構成を有している。
【００４４】
各プレートに形成された孔について説明する。これらの孔には、次のようなものがある。第１に、キャビティプレート２２に形成された液体加圧室１０である。第２に、液体加圧室１０の一端から副マニホールド５ａへと繋がる流路を構成する連通孔である。この連通孔は、ベースプレート２３（詳細には液体加圧室１０の入り口）からサプライプレート２５（詳細には副マニホールド５ａの出口）までの各プレートに形成されている。なお、この連通孔には、アパーチャプレート２４に形成されたしぼり１２と、サプライプレート２５、２６に形成された個別供給流路６とが含まれている。
【００４５】
第３に、液体加圧室１０の他端から液体吐出孔８へと連通する流路を構成する連通孔であり、この連通孔は、以下の記載においてディセンダ（部分流路）と呼称される。ディセンダは、ベースプレート２３（詳細には液体加圧室１０の出口）からノズルプレート３１（詳細には液体吐出孔８）までの各プレートに形成されている。第４に、副マニホールド５ａを構成する連通孔である。この連通孔は、マニホールドプレート２７〜２９に形成されている。
【００４６】
このような連通孔が相互に繋がり、副マニホールド５ａからの液体の流入口（副マニホールド５ａの出口）から液体吐出孔８に至る個別流路３２を構成している。副マニホールド５ａに供給された液体は、以下の経路で液体吐出孔８から吐出される。まず、副マニホ
ールド５ａから上方向に向かって、個別供給流路６を通り、しぼり１２の一端部に至る。次に、しぼり１２の延在方向に沿って水平に進み、しぼり１２の他端部に至る。そこから上方に向かって、液体加圧室１０の一端部に至る。さらに、液体加圧室１０の延在方向に沿って水平に進み、液体加圧室１０の他端部に至る。そこから少しずつ水平方向に移動しながら、主に下方に向かい、下面に開口した液体吐出孔８へと進む。
【００４７】
圧電アクチュエータユニット２１は、図５に示されるように、２枚の圧電セラミック層２１ａ、２１ｂからなる積層構造を有している。これらの圧電セラミック層２１ａ、２１ｂはそれぞれ２０μｍ程度の厚さを有している。圧電アクチュエータユニット２１の圧電セラミック層２１ａ、２１ｂの積層体の厚さは４０μｍ程度であり、１００μｍ以下であることにより、変位量を大きくすることができる。圧電アクチュエータユニット２１は、流路部材４の液体加圧室１０の開口している平面状の面に積層されており、圧電セラミック層２１ａ、２１ｂのいずれの層も複数の液体加圧室１０を跨ぐように延在している（図３参照）。これらの圧電セラミック層２１ａ、２１ｂは、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料からなる。セラミック振動板である圧電セラミック層２１ａの流路部材と対向する面には、平面形状が液体加圧室と略相似の凹部２１ｃが形成されている。凹部２１ｃは、その底部で共通電極３４が露出しない深さで形成されている。凹部２１ｃについては後で詳述する。
【００４８】
圧電アクチュエータユニット２１は、Ａｇ−Ｐｄ系などの金属材料からなる共通電極３４、Ａｕ系などの金属材料からなる個別電極３５、個別電極３５の上に形成されているＡｕ系などの金属材料からなる接続電極を有している。個別電極３５は上述のように圧電アクチュエータユニット２１の上面における液体加圧室１０と対向する位置に配置されている個別電極本体３５ａと、個別電極本体３５ａから液体加圧室１０のない位置まで引き出されている引出電極３５ｂとを含んでいる。引出電極３５ｂの液体加圧室１０のない位置には、接続電極３６が形成されている。個別電極３５の厚さは、０．３〜１μｍである。接続電極３６は例えばガラスフリットを含む金からなり、厚さが５〜１５μｍ程度で凸状に形成されている。また、接続電極３６は、図示されていないＦＰＣ（Flexible Printed
Circuit）に設けられた電極と電気的に接合されている。詳細は後述するが、個別電極３５には、制御部１００からＦＰＣを通じて駆動信号（駆動電圧）が供給される。駆動信号は、印刷媒体Ｐの搬送速度と同期して一定の周期で供給される。
【００４９】
共通電極３４は、圧電セラミック層２１ａと圧電セラミック層２１ｂとの間の領域に面方向のほぼ全面にわたって形成されている。すなわち、共通電極３４は、圧電アクチュエータユニット２１に対向する領域内の全ての液体加圧室１０を覆うように延在している。共通電極３４の厚さは２μｍ程度である。共通電極３４は図示しない領域において接地され、グランド電位に保持されている。本実施形態では、圧電セラミック層２１ｂ上において、個別電極３５からなる電極群を避ける位置に個別電極３５とは異なる表面電極（不図示）が形成されている。表面電極は、圧電セラミック層２１ｂの内部に形成されたスルーホールを介して共通電極３４と電気的に接続されているとともに、多数の個別電極３５と同様に、外部配線６０内の別の電極と接続されている。
【００５０】
なお、以上は、圧電アクチュエータユニット２１が２層の圧電セラミック層の場合の構造であるが、３相層以上の圧電セラミック層を積層して、個別電極３５と共通電極３４が交互になるように配置してもよい。
【００５１】
図５に示されるように、共通電極３４と個別電極３５とは、最上層の圧電セラミック層２１ｂのみを挟むように配置されている。圧電セラミック層２１ｂにおける個別電極３５と共通電極３４とに挟まれた領域は活性部と呼称され、その部分の圧電セラミックスには厚み方向に分極が施されている。本実施形態の圧電アクチュエータユニット２１において
は、最上層の圧電セラミック層２１ｂのみが活性部を含んでおり、圧電セラミック２１ａは活性部を含んでおらず、振動板として働く。この圧電アクチュエータユニット２１はいわゆるユニモルフタイプの構成を有している。
【００５２】
なお、後述のように、個別電極３５に選択的に所定の駆動信号が供給されることにより、この個別電極３５に対応する液体加圧室１０内の液体に圧力が加えられる。これによって、個別流路３２を通じて、対応する液体吐出口８から液滴が吐出される。すなわち、圧電アクチュエータユニット２１における各液体加圧室１０に対向する部分は、各液体加圧室１０および液体吐出口８に対応する個別の変位素子５０に相当する。つまり、２枚の圧電セラミック層からなる積層体中には、図５に示されているような構造を単位構造とする変位素子５０が液体加圧室１０毎に、液体加圧室１０の直上に位置するセラミック振動板２１ａ、共通電極３４、圧電セラミック層２１ｂ、個別電極３５により作り込まれており、圧電アクチュエータユニット２１には変位素子５０が複数含まれている。なお、本実施形態において１回の吐出動作によって液体吐出口８から吐出される液体の量は５〜７ｐＬ（ピコリットル）程度である。
【００５３】
本実施形態における圧電アクチュエータユニット２１の液体吐出時の駆動方法の一例を、個別電極３５に供給される駆動電圧（駆動信号）に関して説明する。個別電極３５を共通電極３４と異なる電位にして圧電セラミック層２１ｂに対してその分極方向に電界を印加したとき、この電界が印加された部分が、圧電効果により歪む活性部として働く。この時圧電セラミック層２１ｂは、その厚み方向すなわち積層方向に伸長または収縮し、圧電横効果により積層方向と垂直な方向すなわち面方向には収縮または伸長しようとする。一方、残りの圧電セラミック層２１ａは、個別電極３５と共通電極３４とに挟まれた領域を持たない非活性層であるので、自発的に変形しない。つまり、圧電アクチュエータユニット２１は、上側（つまり、液体加圧室１０とは離れた側）の圧電セラミック層２１ｂを、活性部を含む層とし、かつ下側（つまり、液体加圧室１０に近い側）の圧電セラミック層２１ａを非活性層とした、いわゆるユニモルフタイプの構成となっている。
【００５４】
この構成において、電界と分極とが同方向となるように、アクチュエータ制御部により個別電極３５を共通電極３４に対して正または負の所定電位とすると、圧電セラミック層２１ｂの電極に挟まれた部分（活性部）が、面方向に収縮する。一方、非活性層の圧電セラミック層２１ａは電界の影響を受けないため、自発的には縮むことがなく活性部の変形を規制しようとする。この結果、圧電セラミック層２１ｂと圧電セラミック層２１ａとの間で分極方向への歪みに差が生じて、圧電セラミック層２１ｂは液体加圧室１０側へ凸となるように変形（ユニモルフ変形）する。
【００５５】
本実施の形態における実際の駆動手順は、あらかじめ個別電極３５を共通電極３４より高い電位（以下高電位と称す）にしておき、吐出要求がある毎に個別電極３５を共通電極３４と一旦同じ電位（以下低電位と称す）とし、その後所定のタイミングで再び高電位とする。これにより、個別電極３５が低電位になるタイミングで、圧電セラミック層２１ａ、ｂが元の形状に戻り、液体加圧室１０の容積が初期状態（両電極の電位が異なる状態）と比較して増加する。このとき、液体加圧室１０内に負圧が与えられ、液体がマニホールド５側から液体加圧室１０内に吸い込まれる。その後再び個別電極３５を高電位にしたタイミングで、圧電セラミック層２１ａ、ｂが液体加圧室１０側へ凸となるように変形し、液体加圧室１０の容積減少により液体加圧室１０内の圧力が正圧となり液体への圧力が上昇し、液滴が吐出される。つまり、液滴を吐出させるため、高電位を基準とするパルスを含む駆動信号を個別電極３５に供給することになる。このパルス幅は、圧力波がしぼり１２から液体吐出孔８まで伝播する時間長さであるＡＬ（Acoustic Length）が理想的であ
る。これによると、液体加圧室１０内部が負圧状態から正圧状態に反転するときに両者の圧力が合わさり、より強い圧力で液滴を吐出させることができる。
【００５６】
以上のような液体吐出ヘッド２においては、変位素子５０の変位を大きくするために個別電極３５、より詳しくは、個別電極３５のうち平面視した際に液体加圧室１０と重なっている部分で、個別電極３５ａから引き出されている引出電極３５を除いた個別電極本体３５ａの大きさを液体加圧室１０より小さい所定の大きさにする。液体加圧室１０の形状や、他の部分の流路の構造によって多少の違いが生じることもあるが、個別電極本体の面積を液体加圧室１０の面積の６割程度にすることで、変位を極大し、ひいては、液滴の吐出速度を速くしたり、液適量を多くしたりできる。
【００５７】
その反面、個別電極本体３５ａと液体加圧室１０との間に位置ずれが生じると変位が小さくなる。個別電極３５は圧電アクチュエータユニット２１上に形成され、液体加圧室１０は流路部材４上に形成されており、別々の部材上に形成されているので、それぞれの位置が合うように形成するのは難しい。さらに個別には精度よく形成できたとしても、積層する設備などに起因する位置ずれが生じることもあるし、温度を加えた状態で積層を行なえば、材質の熱膨張係数差による位置ずれが生じる。
【００５８】
図５（ａ）（ｂ）に示した液体吐出ヘッドでは、セラミック振動板２１ａに、液体加圧室１０と対向する流路部材４側の面に、平面形状が液体加圧室１０と略相似で、共通電極３４が露出しない深さで開口している凹部２１ｃがそれぞれ設けられているとともに、個別電極本体３５ａの平面形状は、液体加圧室１０および凹部２１ｃより小さくなっている。個別電極３５と凹部２１ｃとは、圧電アクチュエータユニット上の構造になるので、位置合わせして、精度よく作製しやすいので、変位素子５０の変位ばらつきを小さくできる。そして、圧電アクチュエータユニット２１と流路部材４との積層ばらつきなどが、従来の構造と同程度のであっても、液体吐出特性にばらつきは生じ難い。これは、凹部２１ｃと液体加圧室１０の位置がずれていたとして、その部分は、充填されている液体の圧力波が伝わるだけなので、大きな液体吐出特性の変動とはならないためである。また、このように加工できるのも、圧電アクチュエータユニット２１として、セラミック振動板２１ａと圧電セラミック層２１ｂとが一体になっていることによる。
【００５９】
凹部２１ｃは、液体加圧室１０の開口部とほぼ同一形状で平面方向に平行な底部を有し、側面が平面方向と直交する形状で作製すればよいが、開口部の形状が液体加圧室１０と略相似であれば他の形状であってもかまわない。ここで略相似とは、相似形から角部の曲率などを少し変えたもので、相似形からの外形のずれが大きさの１０％以内程度であることをいい、そのようにすることで、圧力波が凹部２１ｃから液体加圧室１０にスムーズに伝わるようになる。そして、変位素子５０、あるいは液体吐出素子の形成効率（面積の利用効率）を高くするためには、凹部２１ｃの開口部の面積と液体加圧室１０の面積の割合が±１０％以下程度であることが好ましく、実質的に同じ形状であることがより好ましい。なお、後述するように、凹部の大きさを液体加圧室より大きくすることで変位素子の変位量を大きくすることもできる。
【００６０】
凹部２１ｃは、凹んでいることにより、変位素子５０の周囲の固定される点（変位の基点）を液体加圧室１０とセラミック振動板２１ａとが接する点から、凹部２１ｃ開口の端にすることができるが、この効果をよりはっきり生じさせやすいように、凹部２１ｃの深さは、圧電アクチュエータユニット２１の厚さの１０％以上であることが好ましい。また凹部２１ｃの底部と共通電極３４との間に残されるセラミック振動板２１ａの厚さは、セラミック振動板２１ａの材質にもよるが、共通電極３４にまで液体が滲入し信頼性を低下させないように５μｍ以上にすることが好ましい。
【００６１】
また、凹部２１ｃの形成されている部分は変位素子５０の厚さ（凹部２１ｃの部分のセラミック振動板２１ａ＋共通電極３４＋圧電セラミック層２１ｂ＋個別電極３５の厚さ）
を薄くできるので、変位素子５０の変位量を大きくすることもできる。
【００６２】
さらに、凹部２１ｃの内面は、表面粗さＲａが１μｍ以下であることが好ましい。ここでいう内面とは内部の面全てのことであり、凹部２１ｃが側面と底面とを有するような構造であれば、側面と底面との両方のことである。表面粗さＲａが１μｍ以下であることにより、液体を充填する際に、表面粗さの大きい部分で気泡が保持され難いので、液体の充填が容易になり、液体吐出ヘッドを使用している際に、残った気泡により液体が吐出されなくなることも抑制できる。
【００６３】
また、表面粗さＲａが１μｍ以下の内面を得るためには、レーザー加工することによりが考えられる。レーザー加工することにより、例えば、焼成前のグリーンシートを打ち抜き加工して焼成する工程よりの表面粗さを小さくできる。凹部２１ｃを焼成後の機械的な加工により作製することもできるが、研磨などを行なうこと表面粗さを小さくすることもできるが工数が非常にかかってしまう。
【００６４】
さらに、レーザー加工を行なう場合においても、例えば、ＹＶＯ４レーザーの５４２ｎｍの波長のレーザーで加工することでＲａが０．６〜１．０μｍの内面が得られるが、長波長のレーザーで加工すると表面粗さが大きくなることがある。表面粗さが１μｍを超えると前述の気泡の件に加えて、レーザー加工のダメージによりクラックが生じるおそれもあるため、表面粗さは１μｍ以下にするのがよい。
【００６５】
続いて、本発明の他の液体吐出ヘッドの実施形態を図９を用いて説明する。図９（ａ）〜（ｃ）に示す液体吐出ヘッドは、基本構造は図１〜５で示したものと同じであるが、圧電アクチュエータユニット５２１の構造が、主に凹部５２１ｃと液体加圧室１０との関係において異なっている。以下、主に圧電アクチュエータユニット２１との相違点について説明する。
【００６６】
個別電極５３５は、平面形状が凹部５２１ｃと略相似で凹部５２１ｃより小さい個別電極本体５３５ａと、個別電極５３５ａから凹部５２１ｃのない位置まで引き出されている引出電極５３５ｂとを含んでいる。引出電極５３５ｂの、下部に凹部５２１ｃのない部分に接続電極５３６が形成されている。
【００６７】
凹部５２１ｃの平面形状は、液体加圧室１０の開口が内包される形状にされる。この場合、内包するとは、しぼりや液体吐出孔に向かう流路などの開口の一部が凹部５２１ｃの外にまで繋がっている場合も含む。
【００６８】
また、凹部５２１ｃと液体加圧室１０の開口の平面形状は、略相似にされ、液体加圧室１０の面積は凹部５２１ｃの５０〜９０％程度、その面積重心は、凹部５２１ｃの面積重心とほぼ同じ位置となっている。ここで略相似とは、相似形から角部の曲率などを少し変えたもので、相似形からの外形のずれが大きさの１０％以内程度であることをいう。また、面積重心がほぼ同じ位置にされるとは、面積重心のずれが、そのずれの方向の凹部５２１ｃの長さに対して２０％以下、さらに好ましくは１０％以下であることをいう。
【００６９】
以上のような構成を有することにより、変位素子５５０は、変形の基点が凹部５２１ｃの端となるため、変形の基点が液体加圧室１０の開口の端であった場合と比較して、変位量を大幅に大きくできる。また、このような変位素子５５０では、変位量は、変位素子５５０中央部分で０．０５〜０．３μｍ程度であるため、凹部５２１ｃの深さは１μｍ程度であっても、流路部材４が変位素子５５０と接触して、変位を阻害することはない。なお、もし、流路部材４が変位素子５５０と接触したとしても、変位量を大きくする効果はある程度得られる。
【００７０】
個別電極本体５３５ａの平面形状は、凹部５２１ｃと関係して変位量に影響を与える。変位量を大きくするため、上述のように変位の可能な領域である凹部５２１ｃに対して個別電極本体５３５ａの平面形状は略相似にされ、その面積は約６割程度にされる。
【００７１】
また、変位素子５５０の変位量は中央部で大きくなるため、液体加圧室１０の開口がその中央で５０〜９０％程度面積であれば、その大きくなった変位量を、液体加圧室１０内に発生する圧力波として有効に利用することができる。また、凹部５２１ｃと液体加圧室１０との間に位置ずれが生じても、液体流路の位置ずれになるため、変位素子５５０の変形の基点となる端部の位置ずれが生じる場合と比較して、吐出特性に与える影響は少なくなる。
【００７２】
さらに、凹部５２１ｃの深さを、流路部材４で構成される液体加圧室１０の深さの３０％以下、好ましくは２０％以下、特に１０％以下とすることで、液体加圧室１０の流路特性を大きく変えないで、変位素子５５０の変位量を大きくすることができる。これにより、設計の自由度が大きくなる。例えば、従来は変位量を大きくするために、液体加圧室１０の平面形状を大きくすると、ＡＬが長くなり、高周波駆動に向かなくなることがあったが、上述のような構成によれば、ＡＬをほとんど変えずに変位量を大きくすることも可能である。
【００７３】
またさらに、変位の基点となる変位素子５５０の端が、流路部材４と凹部５２１ｃの縁との接点付近になるように、流路部材４と圧電アクチュエータユニット５２１との接合を接着剤で行なう場合、接着剤の量を調整したり、凹部５２１ａに対向する部分に接着剤を塗布しないようにし、凹部５２１ｃの中央に近い部分が接合しないようにすることが好ましい。また、凹部５２１ｃに対向する部分に接着剤が付いていない状態にすることで、接着剤の塗布量により流路の寸法のばらつきが生じることが抑制できる。さらに、使用する液体により接着剤の一部が剥がれるなどして、流路に詰まることを抑制できる。
【００７４】
以上のような液体吐出ヘッドは、例えば次のように作製することができる。まず、凹部２１ｃを焼成後に加工する一つの方法を、工程順に示した図６（ａ）〜（ｅ）を用いて説明する。
【００７５】
まず、圧電セラミック層に用いる圧電材料をチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）とし、ＰＺＴ粉末とバインダと溶剤とを混合してスラリーを作成し、このスラリーから、成形方法としてロールコーター法を採用して、グリーンシートを作製する。
【００７６】
図６（ａ）は、焼成後にセラミック振動板２１ａとなる第１のグリーンシート２２１ａに共通電極３４となる導体層２３４を導体ペートとして塗布し、乾燥したものと、焼成後に圧電セラミック層２１ｂとなる第２のグリーンシート２２１ｂに図示しないビアホールとなる貫通孔を金型により打ち抜きなどで形成したものである。図６（ｂ）は、第１のグリーンシート２２１ａと第２のグリーンシート２２１ｂとを加熱加圧などにより積層したものである。図６（ｃ）は、これを例えば１０２０℃の温度で焼成し、個別電極３５を形成したものである。個別電極３５は、スクリーン印刷により、Ａｕを主成分とする導体ペーストを塗布し、８００℃の熱処理によって形成できる。
【００７７】
図６（ｄ）は、レーザー加工により個別電極３５に位置あわせて、凹部２１ｃを形成したものであ。レーザー加工は、例えば、波長５４２ｎｍのＹＶＯ４レーザーで加工することができる。図６（ｅ）は圧電アクチュエータ２１を流路部材４に積層接合したものである（流路部材４は積層構造中央のプレートを省略してある）。流路部材４の作製と積層接合については次で説明する。
【００７８】
流路部材４を、圧延法等により得られたプレート２２〜３１を積層して作製する。プレート２２〜３１に、マニホールド５、個別供給流路６、液体加圧室１０およびディセンダなどとなる孔を、エッチングにより所定の形状に加工する。
【００７９】
これらプレート２２〜３１は、Ｆｅ―Ｃｒ系、Ｆｅ−Ｎｉ系、ＷＣ−ＴｉＣ系の群から選ばれる少なくとも１種の金属によって形成されていることが望ましく、特に液体としてインクを使用する場合にはインクに対する耐食性の優れた材質からなることが望ましため、Ｆｅ−Ｃｒ系がより好ましい。
【００８０】
圧電アクチュエータユニット２１と流路部材４とは、例えば接着層を介して積層接着することができる。接着層としては、周知のものを使用することができるが、圧電焼結体や流路部材４への影響を及ぼさないために、熱硬化温度が１００〜１５０℃のエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂の群から選ばれる少なくとも１種の熱硬化性樹脂系の接着剤を用いるのがよい。このような接着層を用いて熱硬化温度にまで加熱することによって、圧電アクチュエータユニット２１と流路部材４とを加熱接合することができる。このようにして、液体吐出ヘッド２を作製することができる。
【００８１】
次に凹部２１ｃを焼成前に加工する方法を、工程順に示した図７（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。上述の工程と共通する部分については省略する。
【００８２】
図７（ａ）は、焼成後にセラミック振動板２１ａの一部となる第１のグリーンシートの下部３２１ａ−１に凹部２１ａとなる貫通孔３２１ｃを金型による打ち抜きで作成しものと、焼成後にセラミック振動板２１ａの一部となる第１のグリーンシートの上部３２１ａ−２に共通電極３４となる第１の導体層３３４を導体ペーストとして塗布し、乾燥したものと、焼成後に圧電セラミック層２１ｂとなる第２のグリーンシート２２１ｂに、図示しないビアホールとなる貫通孔を金型により打ち抜きなどで形成し、個別電極３５となる第２の導体層３３５を導体ペートとして塗布し、乾燥したものある。図７（ｂ）は、第１のグリーンシートの上部３２１ａ−２と第２のグリーンシート３２１ｂとを加熱加圧などにより積層したものと、積層前の第１のグリーンシートの下部３２１ａ−１である。図７（ｃ）は、第１のグリーンシートの上部３２１ａ−２と第２のグリーンシート３２１ｂとを積層したものに、さらに第１のグリーンシートの下部３２１ａ−１を積層したものである。このような順で積層することにより、一括で積層する場合と比較して貫通孔３２１ｃの部分についても積層圧力が加わり、積層が確実になる。図７（ｄ）は、積層後の積層体を、例えば１０２０℃の温度で焼成し、圧電アクチュエータ２１を作製し、流路部材４に積層したものである。なお、積層体として、焼成後にセラミック振動板２１ａとなる第１のグリーンシートと、焼成後に共通電極３４となる第１の導体層と、焼成後に圧電セラミック層２１ｂとなる第２のグリーンシートと、個別電極３５となる第２の導体層とを積層したものを作製し、焼成前にレーザーで凹部を形成してもよい。このようにして、液体吐出ヘッド２を作製することができる。
【００８３】
以上の製造方法は、凹部と液体加圧室とをそれぞれ任意の形状にできるため好ましい。次に説明する方法では、凹部４２１ｃの平面形状は、液体加圧室１０の開口以下の大きさとなるが、液体加圧室１０を構成するプレート２２を接合した後で、凹部４２１ｃを形成するために、凹部４２１ｃの形成位置を、個別電極４３５および液体加圧室１０の両方の位置と調整して決めることで、吐出特性のばらつきを少なくすることもできる。
【００８４】
凹部を焼成後に加工する他の方法を、工程順に示した図８（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。上述の工程と共通する部分については省略する。 まず、振動板４２１ａ、共通電極４２４、圧電セラミック層４２１および個別電極からなる圧電アクチュエータユニット
４２１を作製する。図８（ａ）は、圧電アクチュエータユニット４２１に、流路部材４のうち液体加圧室１０を構成する貫通孔が形成されているプレート２２を接着した中間積層体である。なお、ここではプレートを１枚積層しているが、次で説明するように液体加圧室１０となる貫通孔を通して凹部４２１ａを加工できれば、積層するプレートは複数でもよい。
【００８５】
図８（ｂ）は、レーザー加工により、液体加圧室１０となる貫通孔を通して凹部４２１ｃを形成したものである。この場合、凹部４２１ｃの形成位置は、個別電極３５に合わせたり、液体加圧室１０の開口に合わせたり、その両者を考慮した位置にするなどして、吐出特性のばらつきを少なくすることなどができる。
【００８６】
図８（ｃ）は、中間積層体に、流路部材４の残りのプレートを積層したものである。液体加圧室１０と他の流路との位置ばらつきは、プレート２２の材質や大きさが、他のプレートと同じであれば起き難い。また、流路を、位置ずれが吐出ばらつきに影響を与え難い形状に設計にすることも可能である。
【符号の説明】
【００８７】
１・・・プリンタ
２・・・液体吐出ヘッド
４・・・流路部材
５・・・マニホールド
５ａ・・・副マニホールド
５ｂ・・・マニホールドの開口
６・・・個別供給流路
８・・・液体吐出孔
９・・・液体加圧室群
１０・・・液体加圧室
１１ａ、ｂ、ｃ、ｄ・・・液体加圧室列
１２・・・しぼり
１３・・・液体吐出ヘッド本体
１５ａ、ｂ、ｃ、ｄ・・・液体吐出孔列
２１・・・圧電アクチュエータユニット
２１ａ、４２１ａ・・・圧電セラミック層（セラミック振動板）
２１ｂ、４２１ｂ・・・圧電セラミック層
２１ｃ、４２１ｃ・・・凹部
２２１ａ、３２１ａ、３２１ａ−１、３２１ａ−２、２２１ｂ、３２１ｂ・・・グリーンシート
２２〜３１・・・プレート
３２・・・個別流路
３４、５３４・・・共通電極
３５、５３５・・・個別電極
３５ａ、５３５ａ・・・個別電極本体
３５ｂ、５３５ｂ・・・引出電極
３６、５３６・・・接続電極
５０、５５０・・・変位素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の液体吐出孔にそれぞれ繋がっている複数の液体加圧室が開口している流路部材と、セラミック振動板上に、共通電極、圧電セラミック層および複数の個別電極がこの順で積層されている圧電アクチュエータユニットとが積層されている液体吐出ヘッドであって、前記セラミック振動板には、前記複数の液体加圧室と対向する前記流路部材側の面に、平面形状が前記液体加圧室を内包する形状で、前記共通電極が露出しない深さで開口している凹部がそれぞれ設けられているとともに、前記個別電極の平面形状は、それぞれ前記凹部より小さいことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
複数の液体吐出孔にそれぞれ繋がっている複数の液体加圧室が開口している流路部材と、セラミック振動板上に、共通電極、圧電セラミック層および複数の個別電極がこの順で積層されている圧電アクチュエータユニットとが積層されている液体吐出ヘッドであって、前記セラミック振動板には、前記複数の液体加圧室と対向する前記流路部材側の面に、平面形状が前記液体加圧室と略相似で、前記共通電極が露出しない深さで開口している凹部がそれぞれ設けられているとともに、前記個別電極の平面形状は、それぞれ前記液体加圧室および前記凹部より小さいことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記凹部の内面の表面粗さＲａが１μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに対して搬送する搬送部と、前記圧電ヘッドおよび前記搬送部を制御する制御部とを備えていることを特徴とする記録装置。
【請求項５】
セラミック振動板となる第１のグリーンシートと、共通電極となる導体層と、圧電セラミック層となる第２のグリーンシートとを、この順に積層して積層体を作製する工程と、該積層体を焼成し、圧電アクチュエータユニット素体を得る工程と、該圧電アクチュエータユニット素体の前記圧電セラミック層側の表面に、複数の個別電極を形成する工程と、前記複数の個別電極が形成された前記圧電アクチュエータユニット素体の前記セラミック振動板の前記共通電極が積層された面と反対の面の、前記個別電極と対向する位置に、前記共通電極が露出しない深さの複数の凹部をそれぞれ形成して、圧電アクチュエータユニットを作製する工程と、該圧電アクチュエータユニットと、複数の液体吐出孔にそれぞれ繋がっている複数の液体加圧室が開口している流路部材とを前記凹部と前記液体加圧室がそれぞれ対向するように積層する工程とを含むことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項６】
セラミック振動板となる第１のグリーンシートと、共通電極となる第１の導体層と、圧電セラミック層となる第２のグリーンシートと、複数の個別電極となる第２の導体層とを、この順に積層して積層体を作製する工程と、前記第１のグリーンシートの前記第１の導体層が積層された面と反対の面の、前記複数の第２の導体層と対向する位置に、前記第１の導体層が露出しない深さの複数の凹部をそれぞれ形成する工程と、前記凹部の形成された前記積層体を焼成し、圧電アクチュエータユニットを得る工程と、該圧電アクチュエータユニットと、複数の液体吐出孔にそれぞれ繋がっている複数の液体加圧室が開口している流路部材とを前記複数の凹部と前記複数の液体加圧室が対向するように積層する工程とを含むことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項７】
セラミック振動板と、共通電極と、圧電セラミック層と、複数の個別電極とが、この順に積層されている圧電アクチュエータユニットを得る工程と、液体加圧室を構成するための複数の貫通孔が開口しているプレートを、前記圧電アクチュエータユニットの前記セラ
ミック振動板の側に、前記個別電極と前記貫通孔とが対向するように積層して中間積層体を得る工程と、前記貫通孔を介して露出する前記中間積層体の前記セラミック振動板の面に、前記共通電極が露出しない深さの凹部をそれぞれ形成する工程と、前記凹部を形成した中間積層体に、流路部材を構成するための孔を有する残りのプレートを積層する工程とを含むことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１】
複数の液体吐出孔にそれぞれ繋がっている複数の液体加圧室が開口している流路部材と、セラミック振動板上に、共通電極、圧電セラミック層および複数の個別電極がこの順で積層されている圧電アクチュエータユニットとが積層されている液体吐出ヘッドであって、前記セラミック振動板には、前記複数の液体加圧室と対向する前記流路部材側の面に、平面形状が前記液体加圧室を内包する形状で、前記共通電極が露出しない深さで開口している凹部がそれぞれ設けられているとともに、前記個別電極の平面形状は、それぞれ前記凹部より小さいことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
複数の液体吐出孔にそれぞれ繋がっている複数の液体加圧室が開口している流路部材と、セラミック振動板上に、共通電極、圧電セラミック層および複数の個別電極がこの順で積層されている圧電アクチュエータユニットとが積層されている液体吐出ヘッドであって、前記セラミック振動板には、前記複数の液体加圧室と対向する前記流路部材側の面に、平面形状が前記液体加圧室と略相似で、前記共通電極が露出しない深さで開口している凹部がそれぞれ設けられているとともに、前記個別電極の平面形状は、それぞれ前記液体加圧室および前記凹部より小さいことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記凹部の内面の表面粗さＲａが１μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに対して搬送する搬送部と、前記圧電ヘッドおよび前記搬送部を制御する制御部とを備えていることを特徴とする記録装置。
【請求項５】
セラミック振動板となる第１のグリーンシートと、共通電極となる導体層と、圧電セラミック層となる第２のグリーンシートとを、この順に積層して積層体を作製する工程と、該積層体を焼成し、圧電アクチュエータユニット素体を得る工程と、該圧電アクチュエータユニット素体の前記圧電セラミック層側の表面に、複数の個別電極を形成する工程と、前記複数の個別電極が形成された前記圧電アクチュエータユニット素体の前記セラミック振動板の前記共通電極が積層された面と反対の面の、前記個別電極と対向する位置に、前記共通電極が露出しない深さの複数の凹部をそれぞれ形成して、圧電アクチュエータユニットを作製する工程と、該圧電アクチュエータユニットと、複数の液体吐出孔にそれぞれ繋がっている複数の液体加圧室が開口している流路部材とを前記凹部と前記液体加圧室がそれぞれ対向するように積層する工程とを含むことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項６】
セラミック振動板となる第１のグリーンシートと、共通電極となる第１の導体層と、圧電セラミック層となる第２のグリーンシートと、複数の個別電極となる第２の導体層とを、この順に積層して積層体を作製する工程と、前記第１のグリーンシートの前記第１の導体層が積層された面と反対の面の、前記複数の第２の導体層と対向する位置に、前記第１の導体層が露出しない深さの複数の凹部をそれぞれ形成する工程と、前記凹部の形成された前記積層体を焼成し、圧電アクチュエータユニットを得る工程と、該圧電アクチュエータユニットと、複数の液体吐出孔にそれぞれ繋がっている複数の液体加圧室が開口している流路部材とを前記複数の凹部と前記複数の液体加圧室が対向するように積層する工程とを含むことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項７】
セラミック振動板と、共通電極と、圧電セラミック層と、複数の個別電極とが、この順に積層されている圧電アクチュエータユニットを得る工程と、液体加圧室を構成するための複数の貫通孔が開口しているプレートを、前記圧電アクチュエータユニットの前記セラ
ミック振動板の側に、前記個別電極と前記貫通孔とが対向するように積層して中間積層体を得る工程と、前記貫通孔を介して露出する前記中間積層体の前記セラミック振動板の面に、前記共通電極が露出しない深さの凹部をそれぞれ形成する工程と、前記凹部を形成した中間積層体に、流路部材を構成するための孔を有する残りのプレートを積層する工程とを含むことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１０６４６９（Ｐ２０１２−１０６４６９Ａ）
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６７４４（Ｐ２０１１−１６７４４）
【出願日】平成２３年１月２８日（２０１１．１．２８）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２８日（２０１１．１．２８）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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