液体吐出ヘッド及び液体吐出ヘッドの製造方法
【課題】圧力室の剛性を高めることが可能な液体吐出ヘッドを提供する。
【解決手段】液体を吐出する吐出口１０に連通し、吐出口１０から吐出される液体を貯留するための圧力室３を複数備え、圧力室３の内壁を構成する圧電素子の伸長及び収縮変形に応じて吐出口１０から液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、圧力室３の周囲に複数の凹部４ａ、４ｂが設けられており、少なくとも一つの凹部と圧力室３の間には圧電部材３４が存在する。
【解決手段】液体を吐出する吐出口１０に連通し、吐出口１０から吐出される液体を貯留するための圧力室３を複数備え、圧力室３の内壁を構成する圧電素子の伸長及び収縮変形に応じて吐出口１０から液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、圧力室３の周囲に複数の凹部４ａ、４ｂが設けられており、少なくとも一つの凹部と圧力室３の間には圧電部材３４が存在する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッド、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクを吐出して記録媒体に画像を記録するインクジェット記録装置には、一般的に、インクを吐出する液体吐出ヘッドが搭載されている。液体吐出ヘッドがインクを吐出する機構として、圧電素子によって容積が収縮可能な圧力室を用いる機構が知られている。この機構では、電圧印加された圧電素子の変形により圧力室が収縮することによって、圧力室内のインクが、圧力室の一端に形成された吐出口から吐出する。このような機構を有する液体吐出ヘッドの一つとして、圧力室の１つまたは２つの内壁面が圧電素子で構成され、その圧電素子を伸長や収縮変形させるのでは無く、せん断変形させることによって、圧力室を収縮させる所謂シェアモードタイプが知られている。
【０００３】
工業用途等のインクジェット装置では、高粘度の液体を使用したいという要求がある。高粘度の液体を吐出するためには、液体吐出ヘッドにより大きな吐出力が求められる。この求めに対し、断面形状が円形や矩形の筒形状の圧電部材で圧力室を形成した所謂グールドタイプと呼ばれる液体吐出ヘッドが提案されている。グールドタイプの液体吐出ヘッドでは、圧電部材が圧力室の中心に対して内外方向（径方向）に伸長及び収縮変形することにより圧力室を膨張または収縮させる。グールドタイプの液体吐出ヘッドは、圧力室の壁面が全て変形し、その変形がインクの吐出力に寄与するので、１つまたは２つの壁面を圧電素子で形成したシェアモードタイプと比較して大きな液体吐出力を得ることが出来る。
【０００４】
グールドタイプの液体吐出ヘッドにおいて、より高い解像度を得るためには、複数の吐出口をより高密度に配置する必要がある。これに伴い、各々の吐出口に対応する圧力室も高密度に配置する必要がある。圧力室を高密度に配置可能なグールドタイプの液体吐出ヘッドの製造方法が、特許文献１に開示されている。
【０００５】
特許文献１に開示された製造方法では、まず、複数の圧電プレートの各々に、互いに同じ方向に延びた複数の溝が形成される。その後、複数の圧電プレートは、溝の方向を揃えて積層され、溝の方向と直交する方向に切断される。切断された圧電プレートは、溝部分が圧力室の内壁面を構成する。その後、各圧力室を分離するために圧力室間に存在する圧電部材を一定の深さまで除去する。圧力室が出来上がった圧電プレートの上下には、供給路プレートとインクプールプレートおよびプリント配線基板とノズルプレートを接続して、液体吐出ヘッドは完成する。特許文献１に開示された製造方法によれば、圧力室をマトリックス状に配置できるので高密度な配置が可能となる。また、この製造方法によれば、圧電プレートに孔を開けるよりも、圧電プレートに溝を形成するほうが加工しやすいため、精度良く圧力室を形成できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１６８３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示された製造方法で製造された液体吐出ヘッドは、複数の圧力室を、空間で隔てて配置している。そのため、特に、高粘度の液体を吐出するために（液体の吐出力を大きくするために）圧力室の長さ（高さ）を長くした場合、液体吐出ヘッドの剛性が低くなる。剛性が低くなると、圧力室が折れて液体が吐出できなくなる場合がある。
【０００８】
そこで、本発明は、圧力室の剛性を高めることが可能な液体吐出ヘッド、およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出する吐出口に連通し、該吐出口から吐出される液体を貯留するための圧力室を複数備え、前記圧力室の内壁を構成する圧電素子の伸長及び収縮変形に応じて前記吐出口から液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、前記圧力室の周囲に複数の凹部が設けられており、少なくとも一つの前記凹部と前記圧力室の間には圧電部材が存在することを特徴とする。
【００１０】
また、上記目的を達成するため、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、変形可能な内壁面に第１の電極を形成した圧力室を、間隔をとって複数形成するとともに、前記圧力室同士の間に、第２の電極を内壁面に形成した凹部と、前記圧力室の内壁面から前記凹部の内壁面まで連続する圧電部材と、を形成する第１の工程と、前記圧電部材を、前記圧力室の内壁面を変形可能に分極処理する第２の工程と、を有する。
【発明の効果】
【００１１】
上記のように構成された本発明によれば、圧力室同士の間が、部材と凹部とで構成されている。そのため、圧力室同士が空間で隔てられた構造に比べ各圧力室の剛性を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態１の液体吐出ヘッドの外観を示す斜視図である。
【図２】図１に示す圧電ブロック体を各面から見た図である。
【図３】溝加工工程を説明するための斜視図である。
【図４】めっき加工工程を説明するための斜視図である。
【図５】分極処理工程を説明するための斜視図である。
【図６】積層工程を説明するための斜視図である。
【図７】液体吐出ヘッドのシミュレーションモデルを示す断面図である。
【図８】シミュレーションの電圧波形およびシミュレーション結果を示すグラフである。
【図９】本発明の実施形態２の液体吐出ヘッドを説明するための図である。
【図１０】本発明の実施形態３の液体吐出ヘッドの要部構成を示す正面図である。
【図１１】本発明の実施形態４の液体吐出ヘッドの外観を示す斜視図である。
【図１２】本発明の実施形態５の液体吐出ヘッドの外観を示す斜視図である。
【図１３】本発明の実施形態６の液体吐出ヘッドの外観を示す斜視図である。
【図１４】図１３に示す液体吐出ヘッドをその背面側から見た図である。
【図１５】本発明の実施形態７の液体吐出ヘッドの外観を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の液吐出ヘッド及びその製造法にかかわる実施形態の一例を図面に基づき説明する。
【００１４】
尚、実施形態１〜５では電極配線の説明を簡略化するため全ての圧力室を同時駆動させる方式を示す。
【００１５】
（実施形態１）
まず、本発明の実施形態１を示す液体吐出ヘッドの構成について説明する。図１は、本発明の実施形態１の液体吐出ヘッドの外観を示す斜視図である。
【００１６】
本実施形態の液体吐出ヘッド１２は、図１に示すように、インクプールプレート８と、圧電ブロック体１１と、ノズルプレート９とを有する。圧電ブロック体１１の前面に、ノズルプレート９が接合されている。なお、図１では、圧電ブロック体１１の構造をわかりやすくするために、圧電ブロック体１１とノズルプレート９を分解して示している。ノズルプレート９には円形貫通孔からなる複数の吐出口１０が形成されており、これらの吐出口１０は所定の間隔で二次元に配置されている。圧電ブロック体１１の背面にインクプールプレート８が接合されている。
【００１７】
図２は、図１に示す圧電ブロック体１１を各面から見た図である。図２（ａ）は、正面図である。図２（ｂ）は、側面図である。図２（ｃ）は、背面図である。図２（ｄ）は、図２（ａ）に示す切断線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【００１８】
圧電ブロック体１１は、プレート１（第１のプレート）と、プレート２（第２のプレート）とを、接着層５を介して交互に複数積層した積層体である。プレート１、２とも圧電体であり、プレート１は、液体を貯留するための圧力室３と、凹部４ａ（第１の凹部）とを複数備えている。圧力室３と、凹部４ａは、圧電部材３４で隔てられている。また、プレート２には、凹部４ｂ（第２の凹部）が複数配置され、各凹部４ｂは圧電部材３５で隔てられている。
【００１９】
圧力室３は、角形の圧力室開口３１と、角形の流路１３とを有する（図２（ｄ）参照）。圧力室開口３１は、プレート１の前面に、吐出口１０と対向（連通）するように形成されている。圧力室開口３１の口径は、吐出口１０の口径よりも少し大きい。流路１３は、圧力室開口３１からプレート１の内部を貫通するように延びている（図２（ｄ）参照）。
【００２０】
圧力室開口３１は、図２（ａ）に示すように、プレート１の一面に、第１の方向Ｘに間隔（第１の間隔）をとって複数配列された圧力室開口列を、第１の方向Ｘに交差する第２の方向に間隔（第２の間隔）をとって複数形成するように配置されている。凹部４ａは、図２（ａ）に示すように、上記の第１の方向Ｘに圧力室開口３１と交互に配列された開口部３２を備え（図２（ｄ）参照）、開口部３２からプレート１の内部に圧力室３と平行に延びている。また、凹部４ｂは、図２（ａ）に示すように、上記の第２の方向に圧力室開口３１と交互に配列された開口部３３を備え、開口部３３からプレート２の内部に圧力室３と平行に延びている。
【００２１】
圧力室３の内壁の３面には、図２（ａ）に示すように、第１の電極６ａが形成されている。第１の電極６ａは、図２（ｃ）、図２（ｄ）に示すようにプレート１の背面に形成された電極６ｂに接続されている。電極６ｂは、図２（ｄ）に示すように、プレート１の側面に形成された電極６ｃに接続されている。
【００２２】
圧力室３のプレート２で形成される内壁面（内壁側）には、第１の電極６ｄが形成されプレート１に形成された電極６ａと接続されている。プレート２にも背面に電極６ｂ、側面に電極６ｃが形成され電極６ｄは電極６ｂ、６ｃと接続されている。
【００２３】
凹部４ａの内壁面（内壁側）には、図２（ｄ）に示すように、第２の電極７ａが形成されている。第２の電極７ａは、開口部３２の下部に形成された電極７ｃに接続されている（図２（ａ）参照）。電極７ｃは、プレート１の下面に形成された電極７ｄに接続されている。電極７ｄは、図２（ｂ）に示すように、プレート１の側面に形成された電極７ｅに接続されている。なお、圧電プレート１の側面において、電極７ｅは、電極６ｃから離れて配置されている。
【００２４】
凹部４ｂの内壁面（内壁側）には、第２の電極７ｂが形成されている。第２の電極７ｂは、極性が第２の電極７ａと同じで、第１の電極６ａと異なる。第２の電極７ｂは、プレート２の上面に形成された電極７ｆ（図１参照）に接続されている。電極７ｆは、プレート２の側面に形成された電極７ｇに接続されている（図１参照）。
【００２５】
上記のように構成されたプレート１及びプレート２では、圧電部材３４、３５が、圧力室３の内壁面から、凹部４ａ、凹部４ｂの内壁面にかけて予め分極処理されている。このため、圧力室３の内壁面に形成された第１の電極６ａ及び６ｄに正の電圧を印加し、凹部４ａの内壁面に形成された第２の電極７ａおよび凹部４ｂの内壁面に形成された第２の電極７ｂ及び７ｄを接地すると、圧力室３は収縮変形する。これにより、インクプールプレート８から圧力室３に導入されたインクが圧力室開口３１を通じて吐出口１０から吐出される。
【００２６】
本実施形態の液体吐出ヘッド１２によれば、圧力室３同士の間が、凹部４ａ、４ｂと、圧電部材３４、３５とで構成されている。そのため、圧力室同士が空間で隔てられた構造に比べ圧力室の剛性を高めることが可能となる。
【００２７】
次に、図３〜図６を参照して液体吐出ヘッド１２の製造工程について説明する。なお、ここでは、圧電ブロック体１１の製造工程について詳細に説明する。
【００２８】
図３は、溝加工工程を説明するための斜視図である。溝加工工程は、図３（ａ）に示すように、圧電体基板１４に、各圧力室３の内壁面を構成する複数の溝１６（第１の溝）と、各凹部４ａの内壁面を構成する複数の溝１７ａ（第２の溝）とを、ダイシングにより交互に形成する。各溝１６は、圧電体基板１４の一面からその一面に対向する面まで延び、溝１６の一端が圧力室開口３１を構成する。各溝１７ａは、圧電体基板１４の一面から溝１６と平行に延び、圧電体基板１４の内部で終端している。また、溝加工工程は、図３（ｂ）に示すように、圧電体基板１５に、各凹部４ｂの内壁面を構成する複数の溝１７ｂ（第３の溝）をダイシングにより形成する。各溝１７ｂは、圧電体基板１５の一面から一方向に延び、圧電体基板１５の内部で終端している。溝加工工程が完了するとめっき加工工程が実施される。
【００２９】
図４は、めっき加工工程を説明するための斜視図である。図４（ａ）は圧電体基板１４を表面側から見た斜視図であり、図４（ｂ）は圧電体基板１４を裏面側から見た斜視図である。図４（ｃ）は、圧電体基板１５を表面側から見た斜視図であり、図４（ｄ）は圧電体基板１５を裏面側から見た斜視図である。
【００３０】
めっき加工工程は、図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、圧電体基板１４の表裏に選択めっき１８を施す。これにより、圧電体基板１４には、上述した第１の電極６ａ、６ｂ、６ｃ、第２の電極７ａ、および電極７ｃ〜７ｅが形成される。また、めっき加工工程は、図４（ｃ）、図４（ｄ）に示すように、圧電体基板１５の表裏にも選択めっき１８を施す。これにより、圧電体基板１５には、第１の電極６ｄ、６ｂ、６ｃ、第２の電極７ｂ、電極７ｆ、および電極７ｇが形成される。めっき加工工程が完了すると、圧電ブロック体１１を、各圧力室３を収縮させる形状に変形可能にするための分極処理工程が実施される。
【００３１】
図５は、分極処理工程を説明するための斜視図である。分極処理工程は、図５に示すように、容器２３に２００℃のシリコンオイル１９を入れ、電源２０により２ｋＶ／ｍｍの電界を圧電体基板１４、１５に加えることによって、圧電体基板１４、１５を分極する。この結果、プレート１、プレート２が完成する。分極処理工程が完了すると、積層工程が実施される。
【００３２】
図６は、積層工程を説明するための斜視図である。積層工程は、図６に示すように、複数のプレート１と、複数のプレート２を、接着層５を介して交互に積層接合する。これにより、圧電ブロック体１１が完成する。完成した圧電ブロック体１１の前面にはノズルプレート９が接合される。また、完成した圧電ブロック体１１の背面にはインクプールプレート８が接合される。これにより、液体吐出ヘッド１２が完成する。
【００３３】
上述した製造工程は、積層工程の前に分極処理工程を実施している。これは、積層工程の後に分極処理工程が実施される場合、接着層５に使用される接着材に耐熱性、耐電界が必要とされ、使用可能な接着剤が制限されるからである。本実施形態では、積層工程の前に分極処理工程を実施しているので、接着層５に使用可能な接着剤を広範囲に選択することが可能となる。また、積層工程の前に分極処理工程を実施すると、一つの大基板から複数の圧電プレートを多数個取りする場合に、分極処理を大基板の段階で実施できるので量産性に富む。
【００３４】
次に、本実施形態の液体吐出ヘッド１２と比較例の液体吐出ヘッドについて吐出性能を比較するためのシミュレーションモデルと、シミュレーション結果を、図７、８を参照しながら説明する。なお、ここでは、比較例の液体吐出ヘッドは、圧力室同士の間が空間で隔てられた従来のグールドタイプの液体吐出ヘッドと、工業用液体吐出ヘッドとして定評のある壁駆動型のシェアモードタイプの液体吐出ヘッドとする。また、ＡＮＳＹＳ社の構造計算シミュレータを用いる。
【００３５】
図７（ａ）は、本実施形態の液体吐出ヘッド１２のシミュレーションモデルの横断面である。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す切断線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。図７（ｃ）は、比較例の一つであるグールドタイプの液体吐出ヘッドの圧力室の断面図である。
【００３６】
図７（ａ）、（ｂ）に示すシミュレーションモデルは、圧力室３を収縮させる駆動部の長さＬ１を６ｍｍとし、駆動部の後方に長さＬ２を５ｍｍとする土台部分を有する。また、このシミュレーションモデルは、駆動部の後方に、厚さｔ１を０．２２ｍｍとするシリコン製の絞りプレート２１を有する。絞りプレート２１には、幅を０．０３ｍｍとし、高さを０．２ｍｍとし、長さを０．２２ｍｍとした絞り２２が形成されている。なお、圧電プレート１、２の材料は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）とする。また、駆動部の前方には、直径を０．０２ｍｍとし、厚さｔ２を０．０２ｍｍとした吐出口１０を有するＳＵＳ（ステンレス鋼）製のノズルプレート９が接着されている。
【００３７】
図７（ｃ）に示す圧力室３０の断面積は、図７（ｂ）に示す圧力室３の断面積と同じである。圧力室３、３０の断面形状は、一辺Ｌ３を０．１２ｍｍとする正方形である。圧力室３と圧力室３０には、外周が拘束されているか否かの違いがある。
【００３８】
シェアモードタイプの液体吐出ヘッドのシミュレーションモデルの寸法について、圧力室の断面は、幅を０．１ｍｍとし、高さを０．２ｍｍとし、駆動壁の厚さを０．０７ｍｍとした。
【００３９】
図８（ａ）は、本実施形態および比較例の各圧力室のシミュレーションモデルを収縮させるための電圧波形を示す。図８に示す波形に示すように、今回のシミュレーションでは１μｓから２μｓにかけて＋３０Ｖの電圧を各圧力室の内壁面に印加した。インクの粘度は４０ｍＰａ・ｓとした。時間の経過に伴うノズル部分の液面の変化を示すメニスカス変位量を縦軸にプロットしたグラフを図８（ｂ）に示す。図８（ｂ）に示すグラフは、同じ時間で比較したときにメニスカス変位量が大きいほどインクの吐出力が大きいことを示す。
【００４０】
図８（ｂ）に示すシミュレーション結果では、本実施形態の液体吐出ヘッドのインクの吐出力は、比較例のグールドタイプには及ばないもののシェアモードタイプよりは高い。そのため、本実施形態の液体吐出ヘッドは、高粘度のインクを吐出するのに十分な吐出性能を備えている。
【００４１】
（実施形態２）
図９は、本発明の実施形態２の液体吐出ヘッドを説明するための概略図である。図９（ａ）は、本実施形態の液体吐出ヘッド１２ａの吐出口１０のレイアウト図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）に示す吐出口１０から記録媒体に吐出されるインクのドット９０を、インクを吐出する順番に対応付けて示した図である。また、図９（ｃ）は、実施形態１の液体吐出ヘッド１２の吐出口１０のレイアウト図である。図９（ｄ）は、図９（ｃ）に示す吐出口１０から記録媒体に吐出されるインクのドット９０を、インクを吐出する順番に対応付けて示した図である。
【００４２】
図９（ａ）、図９（ｃ）共、同一列内の隣接ノズル間隔は８ｄで、これを８列設けることで形成されるドット間隔がｄになるようにしている。
【００４３】
図９（ｃ）に示すように、実施形態１の液体吐出ヘッド１２では、吐出口１０の中心が吐出口列ごとに上述した第１の方向Ｘにずれている。そのため、インクを吐出する順番が連続する２つの吐出口列の間におけるずれの長さｄは、一定となっている。その結果、記録媒体を搬送方向Ｙに搬送しながら、各吐出口列から順にインクを吐出した場合、実施形態１の液体吐出ヘッド１２では、図９（ｄ）に示すように、互いに隣接するドット９０が、連続して形成される。
【００４４】
一方、本実施形態の液体吐出ヘッド１２ａでは、図９（ａ）に示すように、インクを吐出する順番が連続する２つの吐出口列の間におけるずれの長さは、他の２つの吐出口列間の間における中心のずれの長さと異なっている（一様になっていない）。例えば、吐出口列１（第１の吐出口列）と吐出口列２（第２の吐出口列）に存在する吐出口３１の中心のずれの長さが３ｄになっているのに対し、吐出口列３と吐出口列４（第４の吐出口列）とにおける吐出口１０の中心のずれが長さは５ｄになっている。そのため、記録媒体を搬送方向Ｙに搬送しながら各吐出口列から順にインクを吐出した場合、本実施形態の液体吐出ヘッド１２ａでは、図９（ｂ）に示すように、互いに隣接するドット９０が、連続して形成されない。これにより、本実施形態の液体吐出ヘッド１２ａは、ビーディングが発生しにくくなる。なお、特許文献１に開示された製造方法では、溝が形成された圧電プレートの積層体を、溝の方向と直交する方向に切断しているので、本実施形態のように、吐出口列ごとに吐出口の中心のずれの長さを変えることはできない。また、ここでいうビーディングとは、先に吐出されたインク滴が記録媒体に吸収される前に、次のインク滴が吐出され、これらのインク滴が混ざり合うことにより、濃度ムラが発生する現象を言う。
【００４５】
（実施形態３）
図１０は、本発明の実施形態３の液体吐出ヘッドの要部構成を示す正面図である。図１０は、本実施形態の液体吐出ヘッド１２ｂの圧力室３の周辺を拡大して示している。図１０に示す液体吐出ヘッド１２ｂは、凹部４ｂの形状が実施形態１の液体吐出ヘッド１２と異なる。具体的には、実施形態１の液体吐出ヘッド１２では、図２（ａ）に示すように、凹部４ｂの幅が、凹部４ａ同士の間隔よりも狭くなっていた。一方、本実施形態の液体吐出ヘッド１２ｂは、凹部４ｂの幅Ｗ１を０．４８ｍｍとし、圧力室３を挟んで凹部４ａ同士の間隔を０．３６ｍｍとしている。すなわち、凹部４ｂの幅Ｗ１が凹部４ａ同士の間隔Ｗ２よりも広くなっている。そのため、本実施形態の液体吐出ヘッド１２ｂは、実施形態１の液体吐出ヘッド１２に比べ、圧力室３を収縮させやすくなるので、インクの吐出力が向上する。なお、本実施形態の液体吐出ヘッドは、実施形態１で説明した溝加工工程で溝１７ｂの幅を広げることで製造できるため、製造が特別困難になることはない。
【００４６】
（実施形態４）
図１１は、本発明の実施形態４の液体吐出ヘッドの外観を示す斜視図である。本実施形態の液体吐出ヘッド１２ｃは、凹部４ｂの幅が実施形態３の液体吐出ヘッド１２ｂよりもさらに広くなっている。具体的には、実施形態３の液体吐出ヘッド１２ｂでは、一つの圧力室３に対して一つの凹部４ｂが形成されている。一方、本実施形態の液体吐出ヘッド１２ｃは、二つの圧力室３に対応して一つの凹部４ｂが形成されている。そのため、本実施形態の液体吐出ヘッド１２ｃは、実施形態３の液体吐出ヘッド１２ｂに比べ、圧力室３を収縮させやすくなるので、インクの吐出力がより一層向上する。
【００４７】
（実施形態５）
図１２は、本発明の実施形態５の液体吐出ヘッドの外観を示す斜視図である。本実施形態の液体吐出ヘッド１２ｄは、凹部４ｂの形状が実施形態１の液体吐出ヘッド１２と異なる。具体的には、実施形態１の液体吐出ヘッド１２は、図２（ａ）に示すように、プレート２に複数の凹部４ｂが形成されている。一方、本実施形態の液体吐出ヘッド１２ｄでは、複数の凹部４ｂが連結して幅広の一つの凹部４ｂとなっている。さらに、本実施形態の液体吐出ヘッド１２ｄには、凹部４ｂと凹部４ａを貫通するスリット２３が設けられている。スリット２３は、最上層の凹部４ｂから注入された絶縁冷却油２４を、最下層の凹部４ｂまで充填するために形成されている。このようにして凹部４ａ、４ｂに絶縁冷却油２４を循環させることによって、液体吐出ヘッド１２ｄの冷却を可能にしている。
【００４８】
（実施形態６）
図１３は、本発明の実施形態６の液体吐出ヘッドの外観を示す斜視図であり電極配線の構成以外は実施形態１と同様である。本発明の液体吐出ヘッドは、個々の圧力室を個別に駆動するドットオンディマンドタイプの液体吐出ヘッドを示している。図１４は、図１３に示す液体吐出ヘッドをその背面側（矢印Ａ側）から見た図である。図１３に示す電極６と第一の電極６ａが対応するように電気的に接続されて個別電極を構成している。それぞれの電極６は、図１４に示した面内で圧力室３の内壁から上方向に伸びており、液体吐出ヘッド１１の稜線を跨いで、図１３に示すように液体吐出ヘッド１１の一つの側面に並べて配置されている。これらの電極のインクに接する部分には保護膜が形成されている。
【００４９】
（実施形態７）
図１５は、本発明の実施形態７の液体吐出ヘッドの外観を示す斜視図である。基本的な構成は実施形態６と同じであるが、プレート２の材料が圧電体から快削性セラミックスに変更されている。圧力室３の上面が圧電体でないので駆動面は４面から３面に減少している。しかし、快削性セラミックスは、機械加工が容易で量産性に富み、また、高い熱伝導性があるためヘッドの昇温防止に有利である。ここでは圧力室の３面を駆動可能にしたが、圧力室周囲の部材を圧電体以外にしてもよく、また、圧電体で作成した場合においても電極を形成しない面を設けることで２面または１面のみを駆動可能としても良い。
【符号の説明】
【００５０】
３ 圧力室
４ａ、４ｂ 凹部
１０ 吐出口
３４ 圧電部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッド、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクを吐出して記録媒体に画像を記録するインクジェット記録装置には、一般的に、インクを吐出する液体吐出ヘッドが搭載されている。液体吐出ヘッドがインクを吐出する機構として、圧電素子によって容積が収縮可能な圧力室を用いる機構が知られている。この機構では、電圧印加された圧電素子の変形により圧力室が収縮することによって、圧力室内のインクが、圧力室の一端に形成された吐出口から吐出する。このような機構を有する液体吐出ヘッドの一つとして、圧力室の１つまたは２つの内壁面が圧電素子で構成され、その圧電素子を伸長や収縮変形させるのでは無く、せん断変形させることによって、圧力室を収縮させる所謂シェアモードタイプが知られている。
【０００３】
工業用途等のインクジェット装置では、高粘度の液体を使用したいという要求がある。高粘度の液体を吐出するためには、液体吐出ヘッドにより大きな吐出力が求められる。この求めに対し、断面形状が円形や矩形の筒形状の圧電部材で圧力室を形成した所謂グールドタイプと呼ばれる液体吐出ヘッドが提案されている。グールドタイプの液体吐出ヘッドでは、圧電部材が圧力室の中心に対して内外方向（径方向）に伸長及び収縮変形することにより圧力室を膨張または収縮させる。グールドタイプの液体吐出ヘッドは、圧力室の壁面が全て変形し、その変形がインクの吐出力に寄与するので、１つまたは２つの壁面を圧電素子で形成したシェアモードタイプと比較して大きな液体吐出力を得ることが出来る。
【０００４】
グールドタイプの液体吐出ヘッドにおいて、より高い解像度を得るためには、複数の吐出口をより高密度に配置する必要がある。これに伴い、各々の吐出口に対応する圧力室も高密度に配置する必要がある。圧力室を高密度に配置可能なグールドタイプの液体吐出ヘッドの製造方法が、特許文献１に開示されている。
【０００５】
特許文献１に開示された製造方法では、まず、複数の圧電プレートの各々に、互いに同じ方向に延びた複数の溝が形成される。その後、複数の圧電プレートは、溝の方向を揃えて積層され、溝の方向と直交する方向に切断される。切断された圧電プレートは、溝部分が圧力室の内壁面を構成する。その後、各圧力室を分離するために圧力室間に存在する圧電部材を一定の深さまで除去する。圧力室が出来上がった圧電プレートの上下には、供給路プレートとインクプールプレートおよびプリント配線基板とノズルプレートを接続して、液体吐出ヘッドは完成する。特許文献１に開示された製造方法によれば、圧力室をマトリックス状に配置できるので高密度な配置が可能となる。また、この製造方法によれば、圧電プレートに孔を開けるよりも、圧電プレートに溝を形成するほうが加工しやすいため、精度良く圧力室を形成できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１６８３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示された製造方法で製造された液体吐出ヘッドは、複数の圧力室を、空間で隔てて配置している。そのため、特に、高粘度の液体を吐出するために（液体の吐出力を大きくするために）圧力室の長さ（高さ）を長くした場合、液体吐出ヘッドの剛性が低くなる。剛性が低くなると、圧力室が折れて液体が吐出できなくなる場合がある。
【０００８】
そこで、本発明は、圧力室の剛性を高めることが可能な液体吐出ヘッド、およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出する吐出口に連通し、該吐出口から吐出される液体を貯留するための圧力室を複数備え、前記圧力室の内壁を構成する圧電素子の伸長及び収縮変形に応じて前記吐出口から液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、前記圧力室の周囲に複数の凹部が設けられており、少なくとも一つの前記凹部と前記圧力室の間には圧電部材が存在することを特徴とする。
【００１０】
また、上記目的を達成するため、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、変形可能な内壁面に第１の電極を形成した圧力室を、間隔をとって複数形成するとともに、前記圧力室同士の間に、第２の電極を内壁面に形成した凹部と、前記圧力室の内壁面から前記凹部の内壁面まで連続する圧電部材と、を形成する第１の工程と、前記圧電部材を、前記圧力室の内壁面を変形可能に分極処理する第２の工程と、を有する。
【発明の効果】
【００１１】
上記のように構成された本発明によれば、圧力室同士の間が、部材と凹部とで構成されている。そのため、圧力室同士が空間で隔てられた構造に比べ各圧力室の剛性を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態１の液体吐出ヘッドの外観を示す斜視図である。
【図２】図１に示す圧電ブロック体を各面から見た図である。
【図３】溝加工工程を説明するための斜視図である。
【図４】めっき加工工程を説明するための斜視図である。
【図５】分極処理工程を説明するための斜視図である。
【図６】積層工程を説明するための斜視図である。
【図７】液体吐出ヘッドのシミュレーションモデルを示す断面図である。
【図８】シミュレーションの電圧波形およびシミュレーション結果を示すグラフである。
【図９】本発明の実施形態２の液体吐出ヘッドを説明するための図である。
【図１０】本発明の実施形態３の液体吐出ヘッドの要部構成を示す正面図である。
【図１１】本発明の実施形態４の液体吐出ヘッドの外観を示す斜視図である。
【図１２】本発明の実施形態５の液体吐出ヘッドの外観を示す斜視図である。
【図１３】本発明の実施形態６の液体吐出ヘッドの外観を示す斜視図である。
【図１４】図１３に示す液体吐出ヘッドをその背面側から見た図である。
【図１５】本発明の実施形態７の液体吐出ヘッドの外観を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の液吐出ヘッド及びその製造法にかかわる実施形態の一例を図面に基づき説明する。
【００１４】
尚、実施形態１〜５では電極配線の説明を簡略化するため全ての圧力室を同時駆動させる方式を示す。
【００１５】
（実施形態１）
まず、本発明の実施形態１を示す液体吐出ヘッドの構成について説明する。図１は、本発明の実施形態１の液体吐出ヘッドの外観を示す斜視図である。
【００１６】
本実施形態の液体吐出ヘッド１２は、図１に示すように、インクプールプレート８と、圧電ブロック体１１と、ノズルプレート９とを有する。圧電ブロック体１１の前面に、ノズルプレート９が接合されている。なお、図１では、圧電ブロック体１１の構造をわかりやすくするために、圧電ブロック体１１とノズルプレート９を分解して示している。ノズルプレート９には円形貫通孔からなる複数の吐出口１０が形成されており、これらの吐出口１０は所定の間隔で二次元に配置されている。圧電ブロック体１１の背面にインクプールプレート８が接合されている。
【００１７】
図２は、図１に示す圧電ブロック体１１を各面から見た図である。図２（ａ）は、正面図である。図２（ｂ）は、側面図である。図２（ｃ）は、背面図である。図２（ｄ）は、図２（ａ）に示す切断線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【００１８】
圧電ブロック体１１は、プレート１（第１のプレート）と、プレート２（第２のプレート）とを、接着層５を介して交互に複数積層した積層体である。プレート１、２とも圧電体であり、プレート１は、液体を貯留するための圧力室３と、凹部４ａ（第１の凹部）とを複数備えている。圧力室３と、凹部４ａは、圧電部材３４で隔てられている。また、プレート２には、凹部４ｂ（第２の凹部）が複数配置され、各凹部４ｂは圧電部材３５で隔てられている。
【００１９】
圧力室３は、角形の圧力室開口３１と、角形の流路１３とを有する（図２（ｄ）参照）。圧力室開口３１は、プレート１の前面に、吐出口１０と対向（連通）するように形成されている。圧力室開口３１の口径は、吐出口１０の口径よりも少し大きい。流路１３は、圧力室開口３１からプレート１の内部を貫通するように延びている（図２（ｄ）参照）。
【００２０】
圧力室開口３１は、図２（ａ）に示すように、プレート１の一面に、第１の方向Ｘに間隔（第１の間隔）をとって複数配列された圧力室開口列を、第１の方向Ｘに交差する第２の方向に間隔（第２の間隔）をとって複数形成するように配置されている。凹部４ａは、図２（ａ）に示すように、上記の第１の方向Ｘに圧力室開口３１と交互に配列された開口部３２を備え（図２（ｄ）参照）、開口部３２からプレート１の内部に圧力室３と平行に延びている。また、凹部４ｂは、図２（ａ）に示すように、上記の第２の方向に圧力室開口３１と交互に配列された開口部３３を備え、開口部３３からプレート２の内部に圧力室３と平行に延びている。
【００２１】
圧力室３の内壁の３面には、図２（ａ）に示すように、第１の電極６ａが形成されている。第１の電極６ａは、図２（ｃ）、図２（ｄ）に示すようにプレート１の背面に形成された電極６ｂに接続されている。電極６ｂは、図２（ｄ）に示すように、プレート１の側面に形成された電極６ｃに接続されている。
【００２２】
圧力室３のプレート２で形成される内壁面（内壁側）には、第１の電極６ｄが形成されプレート１に形成された電極６ａと接続されている。プレート２にも背面に電極６ｂ、側面に電極６ｃが形成され電極６ｄは電極６ｂ、６ｃと接続されている。
【００２３】
凹部４ａの内壁面（内壁側）には、図２（ｄ）に示すように、第２の電極７ａが形成されている。第２の電極７ａは、開口部３２の下部に形成された電極７ｃに接続されている（図２（ａ）参照）。電極７ｃは、プレート１の下面に形成された電極７ｄに接続されている。電極７ｄは、図２（ｂ）に示すように、プレート１の側面に形成された電極７ｅに接続されている。なお、圧電プレート１の側面において、電極７ｅは、電極６ｃから離れて配置されている。
【００２４】
凹部４ｂの内壁面（内壁側）には、第２の電極７ｂが形成されている。第２の電極７ｂは、極性が第２の電極７ａと同じで、第１の電極６ａと異なる。第２の電極７ｂは、プレート２の上面に形成された電極７ｆ（図１参照）に接続されている。電極７ｆは、プレート２の側面に形成された電極７ｇに接続されている（図１参照）。
【００２５】
上記のように構成されたプレート１及びプレート２では、圧電部材３４、３５が、圧力室３の内壁面から、凹部４ａ、凹部４ｂの内壁面にかけて予め分極処理されている。このため、圧力室３の内壁面に形成された第１の電極６ａ及び６ｄに正の電圧を印加し、凹部４ａの内壁面に形成された第２の電極７ａおよび凹部４ｂの内壁面に形成された第２の電極７ｂ及び７ｄを接地すると、圧力室３は収縮変形する。これにより、インクプールプレート８から圧力室３に導入されたインクが圧力室開口３１を通じて吐出口１０から吐出される。
【００２６】
本実施形態の液体吐出ヘッド１２によれば、圧力室３同士の間が、凹部４ａ、４ｂと、圧電部材３４、３５とで構成されている。そのため、圧力室同士が空間で隔てられた構造に比べ圧力室の剛性を高めることが可能となる。
【００２７】
次に、図３〜図６を参照して液体吐出ヘッド１２の製造工程について説明する。なお、ここでは、圧電ブロック体１１の製造工程について詳細に説明する。
【００２８】
図３は、溝加工工程を説明するための斜視図である。溝加工工程は、図３（ａ）に示すように、圧電体基板１４に、各圧力室３の内壁面を構成する複数の溝１６（第１の溝）と、各凹部４ａの内壁面を構成する複数の溝１７ａ（第２の溝）とを、ダイシングにより交互に形成する。各溝１６は、圧電体基板１４の一面からその一面に対向する面まで延び、溝１６の一端が圧力室開口３１を構成する。各溝１７ａは、圧電体基板１４の一面から溝１６と平行に延び、圧電体基板１４の内部で終端している。また、溝加工工程は、図３（ｂ）に示すように、圧電体基板１５に、各凹部４ｂの内壁面を構成する複数の溝１７ｂ（第３の溝）をダイシングにより形成する。各溝１７ｂは、圧電体基板１５の一面から一方向に延び、圧電体基板１５の内部で終端している。溝加工工程が完了するとめっき加工工程が実施される。
【００２９】
図４は、めっき加工工程を説明するための斜視図である。図４（ａ）は圧電体基板１４を表面側から見た斜視図であり、図４（ｂ）は圧電体基板１４を裏面側から見た斜視図である。図４（ｃ）は、圧電体基板１５を表面側から見た斜視図であり、図４（ｄ）は圧電体基板１５を裏面側から見た斜視図である。
【００３０】
めっき加工工程は、図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、圧電体基板１４の表裏に選択めっき１８を施す。これにより、圧電体基板１４には、上述した第１の電極６ａ、６ｂ、６ｃ、第２の電極７ａ、および電極７ｃ〜７ｅが形成される。また、めっき加工工程は、図４（ｃ）、図４（ｄ）に示すように、圧電体基板１５の表裏にも選択めっき１８を施す。これにより、圧電体基板１５には、第１の電極６ｄ、６ｂ、６ｃ、第２の電極７ｂ、電極７ｆ、および電極７ｇが形成される。めっき加工工程が完了すると、圧電ブロック体１１を、各圧力室３を収縮させる形状に変形可能にするための分極処理工程が実施される。
【００３１】
図５は、分極処理工程を説明するための斜視図である。分極処理工程は、図５に示すように、容器２３に２００℃のシリコンオイル１９を入れ、電源２０により２ｋＶ／ｍｍの電界を圧電体基板１４、１５に加えることによって、圧電体基板１４、１５を分極する。この結果、プレート１、プレート２が完成する。分極処理工程が完了すると、積層工程が実施される。
【００３２】
図６は、積層工程を説明するための斜視図である。積層工程は、図６に示すように、複数のプレート１と、複数のプレート２を、接着層５を介して交互に積層接合する。これにより、圧電ブロック体１１が完成する。完成した圧電ブロック体１１の前面にはノズルプレート９が接合される。また、完成した圧電ブロック体１１の背面にはインクプールプレート８が接合される。これにより、液体吐出ヘッド１２が完成する。
【００３３】
上述した製造工程は、積層工程の前に分極処理工程を実施している。これは、積層工程の後に分極処理工程が実施される場合、接着層５に使用される接着材に耐熱性、耐電界が必要とされ、使用可能な接着剤が制限されるからである。本実施形態では、積層工程の前に分極処理工程を実施しているので、接着層５に使用可能な接着剤を広範囲に選択することが可能となる。また、積層工程の前に分極処理工程を実施すると、一つの大基板から複数の圧電プレートを多数個取りする場合に、分極処理を大基板の段階で実施できるので量産性に富む。
【００３４】
次に、本実施形態の液体吐出ヘッド１２と比較例の液体吐出ヘッドについて吐出性能を比較するためのシミュレーションモデルと、シミュレーション結果を、図７、８を参照しながら説明する。なお、ここでは、比較例の液体吐出ヘッドは、圧力室同士の間が空間で隔てられた従来のグールドタイプの液体吐出ヘッドと、工業用液体吐出ヘッドとして定評のある壁駆動型のシェアモードタイプの液体吐出ヘッドとする。また、ＡＮＳＹＳ社の構造計算シミュレータを用いる。
【００３５】
図７（ａ）は、本実施形態の液体吐出ヘッド１２のシミュレーションモデルの横断面である。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す切断線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。図７（ｃ）は、比較例の一つであるグールドタイプの液体吐出ヘッドの圧力室の断面図である。
【００３６】
図７（ａ）、（ｂ）に示すシミュレーションモデルは、圧力室３を収縮させる駆動部の長さＬ１を６ｍｍとし、駆動部の後方に長さＬ２を５ｍｍとする土台部分を有する。また、このシミュレーションモデルは、駆動部の後方に、厚さｔ１を０．２２ｍｍとするシリコン製の絞りプレート２１を有する。絞りプレート２１には、幅を０．０３ｍｍとし、高さを０．２ｍｍとし、長さを０．２２ｍｍとした絞り２２が形成されている。なお、圧電プレート１、２の材料は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）とする。また、駆動部の前方には、直径を０．０２ｍｍとし、厚さｔ２を０．０２ｍｍとした吐出口１０を有するＳＵＳ（ステンレス鋼）製のノズルプレート９が接着されている。
【００３７】
図７（ｃ）に示す圧力室３０の断面積は、図７（ｂ）に示す圧力室３の断面積と同じである。圧力室３、３０の断面形状は、一辺Ｌ３を０．１２ｍｍとする正方形である。圧力室３と圧力室３０には、外周が拘束されているか否かの違いがある。
【００３８】
シェアモードタイプの液体吐出ヘッドのシミュレーションモデルの寸法について、圧力室の断面は、幅を０．１ｍｍとし、高さを０．２ｍｍとし、駆動壁の厚さを０．０７ｍｍとした。
【００３９】
図８（ａ）は、本実施形態および比較例の各圧力室のシミュレーションモデルを収縮させるための電圧波形を示す。図８に示す波形に示すように、今回のシミュレーションでは１μｓから２μｓにかけて＋３０Ｖの電圧を各圧力室の内壁面に印加した。インクの粘度は４０ｍＰａ・ｓとした。時間の経過に伴うノズル部分の液面の変化を示すメニスカス変位量を縦軸にプロットしたグラフを図８（ｂ）に示す。図８（ｂ）に示すグラフは、同じ時間で比較したときにメニスカス変位量が大きいほどインクの吐出力が大きいことを示す。
【００４０】
図８（ｂ）に示すシミュレーション結果では、本実施形態の液体吐出ヘッドのインクの吐出力は、比較例のグールドタイプには及ばないもののシェアモードタイプよりは高い。そのため、本実施形態の液体吐出ヘッドは、高粘度のインクを吐出するのに十分な吐出性能を備えている。
【００４１】
（実施形態２）
図９は、本発明の実施形態２の液体吐出ヘッドを説明するための概略図である。図９（ａ）は、本実施形態の液体吐出ヘッド１２ａの吐出口１０のレイアウト図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）に示す吐出口１０から記録媒体に吐出されるインクのドット９０を、インクを吐出する順番に対応付けて示した図である。また、図９（ｃ）は、実施形態１の液体吐出ヘッド１２の吐出口１０のレイアウト図である。図９（ｄ）は、図９（ｃ）に示す吐出口１０から記録媒体に吐出されるインクのドット９０を、インクを吐出する順番に対応付けて示した図である。
【００４２】
図９（ａ）、図９（ｃ）共、同一列内の隣接ノズル間隔は８ｄで、これを８列設けることで形成されるドット間隔がｄになるようにしている。
【００４３】
図９（ｃ）に示すように、実施形態１の液体吐出ヘッド１２では、吐出口１０の中心が吐出口列ごとに上述した第１の方向Ｘにずれている。そのため、インクを吐出する順番が連続する２つの吐出口列の間におけるずれの長さｄは、一定となっている。その結果、記録媒体を搬送方向Ｙに搬送しながら、各吐出口列から順にインクを吐出した場合、実施形態１の液体吐出ヘッド１２では、図９（ｄ）に示すように、互いに隣接するドット９０が、連続して形成される。
【００４４】
一方、本実施形態の液体吐出ヘッド１２ａでは、図９（ａ）に示すように、インクを吐出する順番が連続する２つの吐出口列の間におけるずれの長さは、他の２つの吐出口列間の間における中心のずれの長さと異なっている（一様になっていない）。例えば、吐出口列１（第１の吐出口列）と吐出口列２（第２の吐出口列）に存在する吐出口３１の中心のずれの長さが３ｄになっているのに対し、吐出口列３と吐出口列４（第４の吐出口列）とにおける吐出口１０の中心のずれが長さは５ｄになっている。そのため、記録媒体を搬送方向Ｙに搬送しながら各吐出口列から順にインクを吐出した場合、本実施形態の液体吐出ヘッド１２ａでは、図９（ｂ）に示すように、互いに隣接するドット９０が、連続して形成されない。これにより、本実施形態の液体吐出ヘッド１２ａは、ビーディングが発生しにくくなる。なお、特許文献１に開示された製造方法では、溝が形成された圧電プレートの積層体を、溝の方向と直交する方向に切断しているので、本実施形態のように、吐出口列ごとに吐出口の中心のずれの長さを変えることはできない。また、ここでいうビーディングとは、先に吐出されたインク滴が記録媒体に吸収される前に、次のインク滴が吐出され、これらのインク滴が混ざり合うことにより、濃度ムラが発生する現象を言う。
【００４５】
（実施形態３）
図１０は、本発明の実施形態３の液体吐出ヘッドの要部構成を示す正面図である。図１０は、本実施形態の液体吐出ヘッド１２ｂの圧力室３の周辺を拡大して示している。図１０に示す液体吐出ヘッド１２ｂは、凹部４ｂの形状が実施形態１の液体吐出ヘッド１２と異なる。具体的には、実施形態１の液体吐出ヘッド１２では、図２（ａ）に示すように、凹部４ｂの幅が、凹部４ａ同士の間隔よりも狭くなっていた。一方、本実施形態の液体吐出ヘッド１２ｂは、凹部４ｂの幅Ｗ１を０．４８ｍｍとし、圧力室３を挟んで凹部４ａ同士の間隔を０．３６ｍｍとしている。すなわち、凹部４ｂの幅Ｗ１が凹部４ａ同士の間隔Ｗ２よりも広くなっている。そのため、本実施形態の液体吐出ヘッド１２ｂは、実施形態１の液体吐出ヘッド１２に比べ、圧力室３を収縮させやすくなるので、インクの吐出力が向上する。なお、本実施形態の液体吐出ヘッドは、実施形態１で説明した溝加工工程で溝１７ｂの幅を広げることで製造できるため、製造が特別困難になることはない。
【００４６】
（実施形態４）
図１１は、本発明の実施形態４の液体吐出ヘッドの外観を示す斜視図である。本実施形態の液体吐出ヘッド１２ｃは、凹部４ｂの幅が実施形態３の液体吐出ヘッド１２ｂよりもさらに広くなっている。具体的には、実施形態３の液体吐出ヘッド１２ｂでは、一つの圧力室３に対して一つの凹部４ｂが形成されている。一方、本実施形態の液体吐出ヘッド１２ｃは、二つの圧力室３に対応して一つの凹部４ｂが形成されている。そのため、本実施形態の液体吐出ヘッド１２ｃは、実施形態３の液体吐出ヘッド１２ｂに比べ、圧力室３を収縮させやすくなるので、インクの吐出力がより一層向上する。
【００４７】
（実施形態５）
図１２は、本発明の実施形態５の液体吐出ヘッドの外観を示す斜視図である。本実施形態の液体吐出ヘッド１２ｄは、凹部４ｂの形状が実施形態１の液体吐出ヘッド１２と異なる。具体的には、実施形態１の液体吐出ヘッド１２は、図２（ａ）に示すように、プレート２に複数の凹部４ｂが形成されている。一方、本実施形態の液体吐出ヘッド１２ｄでは、複数の凹部４ｂが連結して幅広の一つの凹部４ｂとなっている。さらに、本実施形態の液体吐出ヘッド１２ｄには、凹部４ｂと凹部４ａを貫通するスリット２３が設けられている。スリット２３は、最上層の凹部４ｂから注入された絶縁冷却油２４を、最下層の凹部４ｂまで充填するために形成されている。このようにして凹部４ａ、４ｂに絶縁冷却油２４を循環させることによって、液体吐出ヘッド１２ｄの冷却を可能にしている。
【００４８】
（実施形態６）
図１３は、本発明の実施形態６の液体吐出ヘッドの外観を示す斜視図であり電極配線の構成以外は実施形態１と同様である。本発明の液体吐出ヘッドは、個々の圧力室を個別に駆動するドットオンディマンドタイプの液体吐出ヘッドを示している。図１４は、図１３に示す液体吐出ヘッドをその背面側（矢印Ａ側）から見た図である。図１３に示す電極６と第一の電極６ａが対応するように電気的に接続されて個別電極を構成している。それぞれの電極６は、図１４に示した面内で圧力室３の内壁から上方向に伸びており、液体吐出ヘッド１１の稜線を跨いで、図１３に示すように液体吐出ヘッド１１の一つの側面に並べて配置されている。これらの電極のインクに接する部分には保護膜が形成されている。
【００４９】
（実施形態７）
図１５は、本発明の実施形態７の液体吐出ヘッドの外観を示す斜視図である。基本的な構成は実施形態６と同じであるが、プレート２の材料が圧電体から快削性セラミックスに変更されている。圧力室３の上面が圧電体でないので駆動面は４面から３面に減少している。しかし、快削性セラミックスは、機械加工が容易で量産性に富み、また、高い熱伝導性があるためヘッドの昇温防止に有利である。ここでは圧力室の３面を駆動可能にしたが、圧力室周囲の部材を圧電体以外にしてもよく、また、圧電体で作成した場合においても電極を形成しない面を設けることで２面または１面のみを駆動可能としても良い。
【符号の説明】
【００５０】
３ 圧力室
４ａ、４ｂ 凹部
１０ 吐出口
３４ 圧電部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出する吐出口に連通し、該吐出口から吐出される液体を貯留するための圧力室を複数備え、前記圧力室の内壁面を構成する圧電素子の伸長及び収縮に応じて前記吐出口から液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、
前記圧力室の周囲に複数の凹部が設けられており、少なくとも一つの前記凹部と前記圧力室の間には圧電部材が存在することを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記圧力室は、第１の方向に複数配置されるとともに、前記第１の方向と交差する第２の方向に複数配置され、
前記凹部は、前記第１の方向に前記圧力室と交互に形成された第１の凹部と、前記第２の方向に前記圧力室と交互に形成された第２の凹部と、を含む、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記圧力室の前記内壁面を構成する第１の溝と、前記第１の凹部を構成する第２の溝とが形成された第１のプレートと、前記第２の凹部を構成する第３の溝が形成され、前記第１のプレートに積層された第２のプレートとを有する、請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記第１のプレートと前記第２のプレートの少なくとも一方は圧電体である、請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
液体を吐出する吐出口に連通し、該吐出口から吐出される液体を貯留するための複数の圧力室と、
前記圧力室の内壁面に設けられる第１の電極と、
前記圧力室の周囲に設けられる複数の凹部と、
前記複数の凹部のうち少なくとも１つの凹部の内壁面に設けられる第２の電極と、を備える液体吐出ヘッドであって、
前記圧力室と前記第２の電極が設けられた複数の凹部の前記内壁面との間に存在する、前記第１の電極と前記第２の電極とを結ぶ方向に分極された圧電部材を備えることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項６】
変形可能な内壁面に第１の電極を形成した圧力室を、間隔をとって複数形成するとともに、前記圧力室同士の間に、第２の電極を内壁面に形成した凹部と、前記圧力室の内壁面から前記凹部の内壁面まで連続する圧電部材と、を形成する第１の工程と、
前記圧電部材を、前記圧力室の内壁面を変形可能に分極処理する第２の工程と、を有する、液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項７】
前記第１の工程において、前記圧力室を、第１の方向に第１の間隔をとって複数配置するとともに、前記第１の方向と交差する第２の方向に第２の間隔をとって複数配置し、第１の凹部を、前記第１の方向に前記圧力室と交互に形成し、第２の凹部を、前記第２の方向に前記圧力室と交互に形成する、請求項６に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項８】
前記第１の工程は、前記圧力室の前記内壁面を構成する第１の溝、および前記第１の凹部の前記内壁面を構成する第２の溝が形成された第１のプレートと、前記第２の凹部の前記内壁面を構成する第３の溝が形成された第２のプレートを互いに積層する積層工程を有する、請求項７に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項９】
前記積層工程の前に前記第２の工程を行う、請求項８に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項１】
液体を吐出する吐出口に連通し、該吐出口から吐出される液体を貯留するための圧力室を複数備え、前記圧力室の内壁面を構成する圧電素子の伸長及び収縮に応じて前記吐出口から液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、
前記圧力室の周囲に複数の凹部が設けられており、少なくとも一つの前記凹部と前記圧力室の間には圧電部材が存在することを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記圧力室は、第１の方向に複数配置されるとともに、前記第１の方向と交差する第２の方向に複数配置され、
前記凹部は、前記第１の方向に前記圧力室と交互に形成された第１の凹部と、前記第２の方向に前記圧力室と交互に形成された第２の凹部と、を含む、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記圧力室の前記内壁面を構成する第１の溝と、前記第１の凹部を構成する第２の溝とが形成された第１のプレートと、前記第２の凹部を構成する第３の溝が形成され、前記第１のプレートに積層された第２のプレートとを有する、請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記第１のプレートと前記第２のプレートの少なくとも一方は圧電体である、請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
液体を吐出する吐出口に連通し、該吐出口から吐出される液体を貯留するための複数の圧力室と、
前記圧力室の内壁面に設けられる第１の電極と、
前記圧力室の周囲に設けられる複数の凹部と、
前記複数の凹部のうち少なくとも１つの凹部の内壁面に設けられる第２の電極と、を備える液体吐出ヘッドであって、
前記圧力室と前記第２の電極が設けられた複数の凹部の前記内壁面との間に存在する、前記第１の電極と前記第２の電極とを結ぶ方向に分極された圧電部材を備えることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項６】
変形可能な内壁面に第１の電極を形成した圧力室を、間隔をとって複数形成するとともに、前記圧力室同士の間に、第２の電極を内壁面に形成した凹部と、前記圧力室の内壁面から前記凹部の内壁面まで連続する圧電部材と、を形成する第１の工程と、
前記圧電部材を、前記圧力室の内壁面を変形可能に分極処理する第２の工程と、を有する、液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項７】
前記第１の工程において、前記圧力室を、第１の方向に第１の間隔をとって複数配置するとともに、前記第１の方向と交差する第２の方向に第２の間隔をとって複数配置し、第１の凹部を、前記第１の方向に前記圧力室と交互に形成し、第２の凹部を、前記第２の方向に前記圧力室と交互に形成する、請求項６に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項８】
前記第１の工程は、前記圧力室の前記内壁面を構成する第１の溝、および前記第１の凹部の前記内壁面を構成する第２の溝が形成された第１のプレートと、前記第２の凹部の前記内壁面を構成する第３の溝が形成された第２のプレートを互いに積層する積層工程を有する、請求項７に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項９】
前記積層工程の前に前記第２の工程を行う、請求項８に記載の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１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
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【図５】
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【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
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【公開番号】特開２０１２−１４４０３８（Ｐ２０１２−１４４０３８Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４６４５４（Ｐ２０１１−２４６４５４）
【出願日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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