液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置
【課題】液体の吐出能力が高い液体噴射ヘッドを提供する。
【解決手段】液体噴射ヘッド１００は、第１電極１４と、第１電極１４の上方に形成された圧電体１６と、圧電体１６の上方に形成された第２電極１８と、を有する圧電アクチュエーター１０と、第２電極１８と、第２電極１８に対して空間２４を介して対向配置された第３電極２２と、を有する静電アクチュエーター２０と、を含む。
【解決手段】液体噴射ヘッド１００は、第１電極１４と、第１電極１４の上方に形成された圧電体１６と、圧電体１６の上方に形成された第２電極１８と、を有する圧電アクチュエーター１０と、第２電極１８と、第２電極１８に対して空間２４を介して対向配置された第３電極２２と、を有する静電アクチュエーター２０と、を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射ヘッドは、液体噴射装置の構成として、例えば、インクジェットプリンター等に用いられる。この場合、液体噴射ヘッドは、インク液滴を吐出して飛翔させるために用いられ、これによりインクジェットプリンターは、インクを紙等の媒体に付着させて印刷を行うことができる。
【０００３】
液体噴射ヘッドは、一般に、ノズル孔から液体を吐出するために液体に圧力を加えるアクチュエーターを有している。このようなアクチュエーターとしては、例えば、圧電素子を備えたものがある。アクチュエーターが備える圧電素子としては、電気機械変換機能を呈する圧電材料、例えば、結晶化した圧電性セラミックス等からなる圧電体を、２つの電極で挟んで構成されたものがある。このような圧電素子は、２つの電極によって電圧が印加されることによって変形することができる。液体噴射ヘッドは、この変形を利用して、圧力室内を加圧して、インク液滴を吐出することができる（特許文献１参照）。
【０００４】
インクジェットプリンター等に用いられる液体噴射装置では、液体の吐出能力が高い液体噴射ヘッドが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１５９７３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、液体の吐出能力が高い液体噴射ヘッドを提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記液体噴射ヘッドを含む液体噴射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る液体噴射ヘッドは、
第１電極と、前記第１電極の上方に形成された圧電体と、前記圧電体の上方に形成された第２電極と、を有する圧電アクチュエーターと、
前記第２電極と、前記第２電極に対して空間を介して対向配置された第３電極と、を有する静電アクチュエーターと、
を含む。
【０００８】
このような液体噴射ヘッドによれば、液体の吐出能力を高めることができる。
【０００９】
なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの（以下、「Ａ」という）の「上方」に他の特定のもの（以下、「Ｂ」という）を形成する」などと用いる場合に、Ａ上に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ上に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。同様に、「下方」という文言は、Ａ下に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ下に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとする。
【００１０】
本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
前記圧電アクチュエーターの下方に形成された第１基板と、
前記圧電アクチュエーターの上方に形成された第２基板と、
をさらに含み、
前記第１基板には、ノズル孔と連通する流路が形成され、
前記第２基板の前記圧電アクチュエーター側には、凹部が形成され、
前記第３電極は、前記凹部の底面に形成されていることができる。
【００１１】
このような液体噴射ヘッドによれば、第３電極が第２基板の凹部の底面に形成されることができる。これにより、静電アクチュエーターを有する液体噴射ヘッドを容易に得ることができる。
【００１２】
本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
前記第１電極および前記第２電極との間、および前記第２電極と前記第３電極との間に電圧を印加するための駆動ＩＣをさらに含むことができる。
【００１３】
このような液体噴射ヘッドによれば、液体の吐出能力を高めることができる。
【００１４】
本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
前記駆動ＩＣは、
前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加して前記流路内を加圧する第１制御と、
前記第２電極と前記第３電極との間に電圧を印加して前記流路内を減圧する第２制御と、
を行うことができる。
【００１５】
このような液体噴射ヘッドによれば、圧電アクチュエーターによって液体を吐出し、静電アクチュエーターによって流路に液体を供給することができる。したがって、液体の吐出能力を高めることができる。
【００１６】
本発明に係る液体噴射吐出装置は、
本発明に係る液体噴射ヘッドと含む。
【００１７】
このような液体噴射装置によれば、本発明に係る液体噴射ヘッドを有するため、液体の吐出能力を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す分解斜視図。
【図２】本実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す断面図。
【図３】本実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す平面図。
【図４（Ａ）】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの動作を説明するための図。
【図４（Ｂ）】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの動作を説明するための図。
【図４（Ｃ）】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの動作を説明するための図。
【図５】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。
【図６】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。
【図７】本実施形態に係る液体噴射装置を模式的に示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
１． 液体噴射ヘッド
１．１． 液体噴射ヘッドの構成
まず、本実施形態に係る液体噴射ヘッドの構成について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド１００を模式的に示す分解斜視図である。図２は、液体噴射ヘッド１００を模式的に示す断面図である。図３は、液体噴射ヘッド１００を模式的に示す平面図である。なお、図２は、図３のＩＩ−ＩＩ線断面図である。図３では、便宜上、第２基板４０、駆動ＩＣ６０の図示を省略している。
【００２１】
液体噴射ヘッド１００は、図１〜図３に示すように、圧電アクチュエーター１０と、静電アクチュエーター２０と、を含む。液体噴射ヘッド１００は、さらに、第１基板３０と、第２基板４０と、ノズル板５０と、駆動ＩＣ６０と、を含むことができる。
【００２２】
圧電アクチュエーター１０は、振動板１２ａ，１２ｂと、圧電素子１３と、を有する。圧電素子１３は、第１電極１４と、圧電体１６と、第２電極１８と、を有する。圧電アクチュエーター１０は、図１および図３に示すように、複数の圧力室３２に１対１に対応して複数配置されている。
【００２３】
振動板１２ａ，１２ｂは、第１基板３０上に形成されている。振動板１２ａ，１２ｂは、可撓性を有し、圧電体１６の動作によって変形（屈曲）することができる。これにより、圧力室３２の容積を変化させることができる。図示の例では、振動板１２ａ，１２ｂは、２層であるが、その層数は特に限定されない。振動板１２ａ，１２ｂの材質としては、例えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、窒化シリコン、酸化シリコンなどの無機酸化物、ステンレス鋼などの合金を例示することができる。
【００２４】
なお、図示はしないが、振動板１２ａ，１２ｂを設けずに、第１電極１４が振動板であってもよい。すなわち、第１電極１４は、圧電体１６に電圧を印加するための一方の電極としての機能と、圧電体１６の動作によって変形することのできる振動板としての機能と、を有していてもよい。
【００２５】
第１電極１４は、振動板１２ｂ上に形成されている。第１電極１４と振動板１２ｂとの間には、例えば、両者の密着性を付与する層や、強度や導電性を付与する層が形成されてもよい。このような層の例としては、例えば、チタン、ニッケル、イリジウム、白金などの各種の金属からなる層や、それらの酸化物からなる層を例示することができる。
【００２６】
第１電極１４の形状は、例えば、層状または薄膜状の形状である。第１電極１４の厚みは、例えば、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下とすることができる。また、第１電極１４の平面的な形状についても、第２電極１８が対向して配置されたときに両者の間に圧電体１６を配置できる形状であれば、特に限定されず、例えば、矩形、円形等とすることができる。
【００２７】
第１電極１４の材質は、例えば、ニッケル、イリジウム、白金などの各種の金属、それらの導電性酸化物（例えば酸化イリジウムなど）、ストロンチウムとルテニウムの複合酸化物（ＳｒＲｕＯｘ：ＳＲＯ）、ランタンとニッケルの複合酸化物（ＬａＮｉＯｘ：ＬＮＯ）などを例示することができる。第１電極１４は、例示した材料の単層構造でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。
【００２８】
第１電極１４の機能の一つとしては、第２電極１８と一対になって、圧電体１６に電圧を印加するための一方の電極（例えば、圧電体１６の下方に形成された下部電極）となることが挙げられる。第１電極１４は、図示の例では、複数のアクチュエーター１０の共通電極である。第１電極１４は、配線（図示せず）を介して、駆動ＩＣ６０と電気的に接続されている。
【００２９】
圧電体１６は、第１電極１４上に形成されている。圧電体１６は、例えば、第１電極１４の上面および側方、並びに振動板１２ｂの上方に形成されている。圧電体１６の厚さは、例えば、３００ｎｍ以上３０００ｎｍ以下とすることができる。
【００３０】
圧電体１６は、圧電材料によって形成される。そのため圧電体１６は、第１電極１４および第２電極１８によって電圧が印加されることで変形することができる。この変形により振動板１２ａ，１２ｂは、変形（屈曲）することができる。
【００３１】
圧電体１６の材質としては、一般式ＡＢＯ３で示されるペロブスカイト型酸化物（たとえば、Ａは、Ｐｂを含み、Ｂは、ＺｒおよびＴｉを含む。）が好適である。このような材料の具体例としては、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、ニオブ酸カリウムナトリウム（（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３）などが挙げられる。
【００３２】
第２電極１８は、圧電体１６上に形成されている。第２電極１８は、第１電極１４と対向して配置されている。第２電極１８の形状は、例えば、層状または薄膜状の形状である。第２電極１８の厚みは、例えば、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下とすることができる。第２電極１８の平面的な形状は、第１電極１４に対向して配置されたときに両者の間に圧電体１６を配置できる形状であれば、特に限定されず、例えば、矩形、円形等とすることができる。
【００３３】
第２電極１８の材質は、例えば、ニッケル、イリジウム、白金などの各種の金属、それらの導電性酸化物（例えば酸化イリジウムなど）、ストロンチウムとルテニウムの複合酸化物（ＳｒＲｕＯｘ：ＳＲＯ）、ランタンとニッケルの複合酸化物（ＬａＮｉＯｘ：ＬＮＯ）などを例示することができる。第２電極１８は、例示した材料の単層構造でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。
【００３４】
第２電極１８の機能の一つとしては、圧電体１６に電圧を印加するための一方の電極（例えば、圧電体１６の上方に形成された上部電極）となることが挙げられる。第２電極１８は、配線１９を介して、駆動ＩＣ６０と電気的に接続されている。
【００３５】
静電アクチュエーター２０は、第２電極１８と、第３電極２２と、を有する。静電アクチュエーター２０は、図１および図３に示すように、複数の圧電アクチュエーター１０に１対１に対応して複数配置されている。
【００３６】
第３電極２２は、図１および図２に示すように、第２基板４０に形成された凹部４１の底面４２に形成されている。第３電極２２は、第２電極１８に対して空間２４を介して対向配置されている。第３電極２２は、第２電極１８に１対１に対応して、複数形成されている。なお、図示はしないが、第３電極２２は、複数の第２電極１８に対して１つ形成されてもよい。すなわち、第３電極２２は、複数の静電アクチュエーター２０の共通電極であってもよい。第３電極２２は、例えば、配線（図示しない）を介して、駆動ＩＣ６０と電気的に接続されている。静電アクチュエーター２０では、第２電極１８と第３電極２２とを帯電させることにより、第２電極１８と第３電極２２との間に静電気力を発生させて、第２電極１８を第３電極２２側に吸引することができる。
【００３７】
第３電極２２の材質としては、例えば、ニッケル、イリジウム、白金などの各種の金属、それらの導電性酸化物（例えば酸化イリジウムなど）、ストロンチウムとルテニウムの複合酸化物（ＳｒＲｕＯｘ：ＳＲＯ）、ランタンとニッケルの複合酸化物（ＬａＮｉＯｘ：ＬＮＯ）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などを例示することができる。第２電極１８は、例示した材料の単層構造でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。
【００３８】
第１基板３０は、圧電アクチュエーター１０の下方に形成されている。第１基板３０の材質としては、例えば、シリコン、ステンレス鋼（ＳＵＳ）などを例示することができる。第１基板３０には、図１に示すように、リザーバー（液体貯留部）３４と、リザーバー３４と連通する供給口３６と、供給口３６と連通する圧力室３２が形成されている。第１基板３０がノズル板５０と振動板１２ａとの間の空間を区画することにより、リザーバー３４、供給口３６、圧力室３２が設けられる。図示の例では、リザーバー３４と、供給口３６と、圧力室３２と、を区別して説明するが、これらはいずれも液体の流路であって、このような流路はどのように設計されても構わない。また、例えば、供給口３６は、図示の例では、流路の一部が狭窄された形状を有しているが、設計に従って任意に形成することができる。圧力室３２、リザーバー３４、および供給口３６は、ノズル板５０と第１基板３０と振動板１２ｂとによって区画されている。リザーバー３４は、外部（例えばインクカートリッジ）から第２基板４０および振動板１２ａ，１２ｂに設けられた貫通孔３８を通じて供給されるインクを、一時貯留することができる。リザーバー３４内のインクは、供給口３６を介して、圧力室３２に供給されることができる。圧力室３２は、振動板１２ａ，１２ｂの変形により容積が変化する。圧力室３２はノズル孔５２と連通しており、圧力室３２の容積が変化することによって、ノズル孔５２からインク等の液体が吐出される。
【００３９】
ノズル板５０は、ノズル孔５２を有する。ノズル孔５２からは、インクが吐出される。ノズル板５０には、例えば、複数のノズル孔５２が一列に設けられている。ノズル板５０の材質としては、例えば、シリコン、ステンレス鋼（ＳＵＳ）などを例示することができる。
【００４０】
第２基板４０は、圧電アクチュエーター１０の上方に形成されている。第２基板４０には、圧電素子１３を収容するための凹部４１が形成されている。これにより、第２基板４０は、圧電素子１３（圧電アクチュエーター１０の一部）を封止するための封止板として機能することができる。凹部４１は、第２基板４０の圧電アクチュエーター１０側に形成されている。第２基板４０は、例えば、圧電体１６を外部雰囲気から保護することができる。第２基板４０の凹部４１の底面４２には、第３電極２２が形成されている。第２基板４０の材質としては、例えば、シリコン、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、ガラスなどを挙げることができる。
【００４１】
駆動ＩＣ６０は、第２基板４０上に形成されている。駆動ＩＣ６０は、圧電アクチュエーター１０および静電アクチュエーター２０を駆動させることができる。具体的には、駆動ＩＣ６０は、第１電極１４および第２電極１８との間に電圧を印加して（駆動信号を与えて）、圧電アクチュエーター１０を駆動させることができる（第１制御）。これにより、圧力室３２内を加圧することができる。さらに、駆動ＩＣ６０は、第２電極１８と第３電極２２との間に電圧を印加して、静電アクチュエーター２０を駆動させることができる（第２制御）。これにより、圧力室３２内を減圧することができる。
【００４２】
１．２． 液体噴射ヘッドの動作
次に、液体噴射ヘッド１００の動作について、図面を参照しながら説明する。図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、液体噴射ヘッド１００の動作について説明するための図である。なお、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【００４３】
図４（Ａ）は、液体噴射ヘッド１００の初期状態（電極１４，１８，２２に電圧が印加されていない状態）である。
【００４４】
まず、図４（Ｂ）に示すように、静電アクチュエーター２０によって、振動板１２ａ，１２ｂを上方に変位させる。具体的には、駆動ＩＣ６０により第２電極１８と第３電極２２との間に電圧を印加して（駆動信号を与えて）第２電極１８を第３電極２２側に吸引することにより、振動板１２ａ，１２ｂを上方に変位させる。この振動板１２ａ，１２ｂの変位によって圧力室３２の容積が拡大して圧力室３２内が減圧され、圧力室３２に液体２が供給される。
【００４５】
次に、図４（Ｃ）に示すように、圧電アクチュエーター１０によって、振動板１２ｂ，１２ｃを下方に変位させる。具体的には、駆動ＩＣ６０により第１電極１４と第２電極１８との間に電圧を印加して（駆動信号を与えて）圧電体１６を変形させることにより、振動板１２ａ，１２ｂを下方に変位させる。この振動板１２ａ，１２ｂの変位によって圧力室３２の容積が縮小して圧力室３２内が加圧され、液体２がノズル孔５２から吐出される。
【００４６】
以上の動作を繰り返すことにより、液体噴射記録ヘッド１００より液体２が断続的に噴射される。
【００４７】
１．３． 作用効果等
液体噴射ヘッド１００によれば、圧電アクチュエーター１０と、静電アクチュエーター２０と、を含むことができる。これにより、圧電アクチュエーターのみを有する液体噴射ヘッドと比べて、振動板１２ａ，１２ｂの変位量を大きくすることができる。すなわち、圧力室（流路）３２の容積の変化量を大きくできるため、液体の吐出能力を高めることができる。したがって、例えば、圧電体１６として歪量の小さい圧電材料（例えば、非鉛系の圧電材料）を用いても、液体の吐出能力の高い液体噴射ヘッドを得ることができる。
【００４８】
具体的には、圧電アクチュエーターのみを有する液体噴射ヘッドでは、圧電アクチュエーターによって振動板を下方に変位させて液体を吐出する工程（図４（Ｃ））を行い、圧電アクチュエーターに電圧を印加せずに振動板を元の状態に戻すことによって圧力室に液体を供給する工程（図４（Ａ））を行う。これに対して、液体噴射ヘッド１００では、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）に示すように、静電アクチュエーター２０によって振動板１２ａ，１２ｂを上方に変位させて圧力室３２に液体２を供給する工程（図４（Ｂ））を行い、圧電アクチュエーター１０によって振動板１２ａ，１２ｂを下方に変位させて液体２を吐出する工程（図４（Ｃ））を行うことができる。このように、液体噴射ヘッド１００は、静電アクチュエーター２０によって振動板１２ａ，１２ｂを上方に変位させることができるため、圧電アクチュエーターのみを有する液体噴射ヘッドと比べて、振動板１２ａ，１２ｂの変位量を大きくすることができる。
【００４９】
また、液体噴射ヘッド１００では、第３電極２２が第２基板４０の凹部４１の底面４２に形成されることができる。第２基板４０は、圧電素子１３（圧電アクチュエーター１０の一部）を封止するための部材である。したがって、新たに第３電極２２を形成するための部材を設けることなく、第２電極１８に対して対向配置された第３電極２２を形成することができる。すなわち、液体噴射ヘッド１００によれば、静電アクチュエーター２０を有する液体噴射ヘッドを容易に得ることができる。
【００５０】
なお、ここでは、液体噴射ヘッド１００がインクジェット式記録ヘッドである場合について説明した。しかしながら、本実施形態の液体噴射ヘッドは、例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッドなどとして用いられることもできる。
【００５１】
２． 液体噴射ヘッドの製造方法
次に、液体噴射ヘッド１００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図５〜図６は、液体噴射ヘッド１００の製造工程を模式的に示す断面図であり、図２に示す断面図に対応している。
【００５２】
図５に示すように、第１基板３０上に振動板１２ａ，１２ｂを形成する。振動板１２ａ，１２ｂは、例えば、シリコンからなる第１基板３０を熱酸化して酸化シリコン層１２ａを形成後、スパッタ法によりジルコニウム（Ｚｒ）層を形成し、該ジルコニウム層を熱酸化して酸化ジルコニウム層１２ｂを形成することにより得られる。
【００５３】
次に、振動板１２ｂ上に圧電素子１３を形成する。まず、振動板１２ｂ上に第１電極１４を形成する。第１電極１４は、例えば、スパッタ法などにより形成される。次に、第１電極１４上に圧電体１６を形成する。圧電体１６は、例えば、ＣＶＤ法、ＭＯＤ（Metal Organic Deposition）法、スパッタ法などにより形成される。次に、圧電体１６上に第２電極１８を形成する。第２電極１８は、例えば、スパッタ法などにより形成される。第１電極１４、圧電体１６、および第２電極１８は、各層の形成ごとにパターニングされることもできるし、複数層の形成ごとに一括してパターニングされることもできる。このようにして、圧電素子１３を形成する。次に、第２電極１８上、圧電体１６の側方、および振動板１２ｂ上に配線１９を形成する。配線１９は、スパッタ法などにより形成される。
【００５４】
図６に示すように、凹部４１の底面４２に第３電極２２が形成された第２基板４０を、圧電素子１３の上方に接合する。当該接合は、例えば、陽極接合や、接着剤等を用いて行われる。
【００５５】
次に、第１基板３０に開口部３２ａを形成する。例えば、第１基板３０の一部をエッチングすることにより、開口部３２ａを形成することができる。第１基板３０のエッチングは、例えば、水酸化カリウム水溶液などを用いて行うことができる。なお、第１基板３０をエッチングする前に、第１基板３０の裏面（振動板１２ａ，１２ｂ側とは反対側の面）を研磨することにより、第１基板３０の膜厚を減少させてもよい。
【００５６】
図２に示すように、ノズル孔５２を有するノズル板５０を第１基板３０の下面の所定の位置に接合する。当該接合は、例えば、陽極接合や、接着剤等を用いて行われる。これにより、圧力室３２を形成することができる。同時に、リザーバー３４および供給口３６を形成することができる。次に、第２基板４０の上面に、接着剤等を用いて駆動ＩＣ６０を貼り付ける。次に、例えば、ワイヤーボンディング等を行って、電極１４，２２および配線１９の各々と駆動ＩＣ６０とを電気的に接続する。
【００５７】
以上の工程により、液体噴射ヘッド１００を製造することができる。なお、液体噴射ヘッド１００の製造方法は、上述の製造方法に限定されない。
【００５８】
３． 液体噴射装置
次に、本実施形態に係る液体噴射装置について説明する。本実施形態に係る液体噴射装置は、本発明に係る液滴噴射ヘッド１００を有する。ここでは、本実施形態に係る液体噴射装置１０００がインクジェットプリンターである場合について説明する。図７は、本実施形態に係る液体噴射装置１０００を模式的に示す斜視図である。
【００５９】
液体噴射装置１０００は、ヘッドユニット１０３０と、駆動部１０１０と、制御部１０６０と、を含む。また、液体噴射装置１０００は、装置本体１０２０と、給紙部１０５０と、記録用紙Ｐを設置するトレイ１０２１と、記録用紙Ｐを排出する排出口１０２２と、装置本体１０２０の上面に配置された操作パネル１０７０と、を含むことができる。
【００６０】
ヘッドユニット１０３０は、例えば、上述した液滴噴射ヘッド１００から構成されるインクジェット式記録ヘッド（以下単に「ヘッド」ともいう）を有する。ヘッドユニット１０３０は、さらに、ヘッドにインクを供給するインクカートリッジ１０３１と、ヘッドおよびインクカートリッジ１０３１を搭載した運搬部（キャリッジ）１０３２と、を備える。
【００６１】
駆動部１０１０は、ヘッドユニット１０３０を往復動させることができる。駆動部１０１０は、ヘッドユニット１０３０の駆動源となるキャリッジモーター１０４１と、キャリッジモーター１０４１の回転を受けて、ヘッドユニット１０３０を往復動させる往復動機構１０４２と、を有する。
【００６２】
往復動機構１０４２は、その両端がフレーム（図示せず）に支持されたキャリッジガイド軸１０４４と、キャリッジガイド軸１０４４と平行に延在するタイミングベルト１０４３と、を備える。キャリッジガイド軸１０４４は、キャリッジ１０３２が自在に往復動できるようにしながら、キャリッジ１０３２を支持している。さらに、キャリッジ１０３２は、タイミングベルト１０４３の一部に固定されている。キャリッジモーター１０４１の作動により、タイミングベルト１０４３を走行させると、キャリッジガイド軸１０４４に導かれて、ヘッドユニット１０３０が往復動する。この往復動の際に、ヘッドから適宜インクが吐出され、記録用紙Ｐへの印刷が行われる。
【００６３】
なお、本実施形態では、液体噴射ヘッド１００および記録用紙Ｐがいずれも移動しながら印刷が行われる液体噴射装置の例を示しているが、本発明の液体噴射装置は、液体噴射ヘッド１００および記録用紙Ｐが互いに相対的に位置を変えて記録用紙Ｐに印刷される機構であればよい。また、本実施形態では、記録用紙Ｐに印刷が行われる例を示しているが、本発明の液体噴射装置によって印刷を施すことができる記録媒体としては、紙に限定されず、布、フィルム、金属など、広範な媒体を挙げることができ、適宜構成を変更することができる。
【００６４】
制御部１０６０は、ヘッドユニット１０３０、駆動部１０１０および給紙部１０５０を制御することができる。
【００６５】
給紙部１０５０は、記録用紙Ｐをトレイ１０２１からヘッドユニット１０３０側へ送り込むことができる。給紙部１０５０は、その駆動源となる給紙モーター１０５１と、給紙モーター１０５１の作動により回転する給紙ローラー１０５２と、を備える。給紙ローラー１０５２は、記録用紙Ｐの送り経路を挟んで上下に対向する従動ローラー１０５２ａおよび駆動ローラー１０５２ｂを備える。駆動ローラー１０５２ｂは、給紙モーター１０５１に連結されている。制御部１０６０によって供紙部１０５０が駆動されると、記録用紙Ｐは、ヘッドユニット１０３０の下方を通過するように送られる。
【００６６】
ヘッドユニット１０３０、駆動部１０１０、制御部１０６０および給紙部１０５０は、装置本体１０２０の内部に設けられている。
【００６７】
液体噴射装置１０００では、本発明に係る液滴噴射ヘッド１００を有することができる。したがって、液体噴射装置１０００の液体の吐出能力は高いものとなっている。
【００６８】
なお、上記例示した液体噴射装置１０００は、１つの液体噴射ヘッド１００を有し、この液体噴射ヘッド１００によって、記録媒体に印刷を行うことができるものであるが、複数の液体噴射ヘッドを有してもよい。液体噴射装置が複数の液体噴射ヘッドを有する場合には、複数の液体噴射ヘッドは、それぞれ独立して上述のように動作されてもよいし、複数の液体噴射ヘッドが互いに連結されて、１つの集合したヘッドとなっていてもよい。このような集合となったヘッドとしては、例えば、複数のヘッドのそれぞれのノズル孔が全体として均一な間隔を有するような、ライン型のヘッドを挙げることができる。
【００６９】
以上、本発明にかかる液体噴射装置の一例として、インクジェットプリンターとしての液体噴射装置１０００を説明したが、本発明にかかる液体噴射装置は、工業的にも利用することができる。この場合に吐出される液体（液状材料）としては、各種の機能性材料を溶媒や分散媒によって適当な粘度に調整したものなどを用いることができる。本発明の液体噴射装置は、例示したプリンター等の画像記録装置以外にも、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射装置、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）、電気泳動ディスプレイ等の電極やカラーフィルターの形成に用いられる液体材料噴射装置、バイオチップ製造に用いられる生体有機材料噴射装置としても好適に用いられることができる。
【００７０】
上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００７１】
１０ 圧電アクチュエーター、１２ａ，１２ｂ 振動板、１４ 第１電極、
１６ 圧電体、１８ 第２電極、１９ 配線、２０ 静電アクチュエーター、
２２ 第３電極、２４ 空間、３０ 第１基板、３２ 圧力室、３４ リザーバー、
３６ 供給口、３８ 貫通孔、４０ 第２基板、４１ 凹部、４２ 下面、
５０ ノズル板、５２ ノズル孔、６０ 駆動ＩＣ、１００ 液体噴射ヘッド
１０００ 液体噴射装置、１０１０ 駆動部、１０２０ 装置本体、１０２１ トレイ、１０２２ 排出口、１０３０ ヘッドユニット、１０３１ インクカートリッジ、
１０３２ キャリッジ、１０４１ キャリッジモーター、１０４２ 往復動機構、
１０４３ タイミングベルト、１０４４ キャリッジガイド軸、１０５０ 給紙部、
１０５１ 給紙モーター、１０５２ 給紙ローラー、１０６０ 制御部、
１０７０ 操作パネル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射ヘッドは、液体噴射装置の構成として、例えば、インクジェットプリンター等に用いられる。この場合、液体噴射ヘッドは、インク液滴を吐出して飛翔させるために用いられ、これによりインクジェットプリンターは、インクを紙等の媒体に付着させて印刷を行うことができる。
【０００３】
液体噴射ヘッドは、一般に、ノズル孔から液体を吐出するために液体に圧力を加えるアクチュエーターを有している。このようなアクチュエーターとしては、例えば、圧電素子を備えたものがある。アクチュエーターが備える圧電素子としては、電気機械変換機能を呈する圧電材料、例えば、結晶化した圧電性セラミックス等からなる圧電体を、２つの電極で挟んで構成されたものがある。このような圧電素子は、２つの電極によって電圧が印加されることによって変形することができる。液体噴射ヘッドは、この変形を利用して、圧力室内を加圧して、インク液滴を吐出することができる（特許文献１参照）。
【０００４】
インクジェットプリンター等に用いられる液体噴射装置では、液体の吐出能力が高い液体噴射ヘッドが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１５９７３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、液体の吐出能力が高い液体噴射ヘッドを提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記液体噴射ヘッドを含む液体噴射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る液体噴射ヘッドは、
第１電極と、前記第１電極の上方に形成された圧電体と、前記圧電体の上方に形成された第２電極と、を有する圧電アクチュエーターと、
前記第２電極と、前記第２電極に対して空間を介して対向配置された第３電極と、を有する静電アクチュエーターと、
を含む。
【０００８】
このような液体噴射ヘッドによれば、液体の吐出能力を高めることができる。
【０００９】
なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの（以下、「Ａ」という）の「上方」に他の特定のもの（以下、「Ｂ」という）を形成する」などと用いる場合に、Ａ上に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ上に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。同様に、「下方」という文言は、Ａ下に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ下に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとする。
【００１０】
本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
前記圧電アクチュエーターの下方に形成された第１基板と、
前記圧電アクチュエーターの上方に形成された第２基板と、
をさらに含み、
前記第１基板には、ノズル孔と連通する流路が形成され、
前記第２基板の前記圧電アクチュエーター側には、凹部が形成され、
前記第３電極は、前記凹部の底面に形成されていることができる。
【００１１】
このような液体噴射ヘッドによれば、第３電極が第２基板の凹部の底面に形成されることができる。これにより、静電アクチュエーターを有する液体噴射ヘッドを容易に得ることができる。
【００１２】
本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
前記第１電極および前記第２電極との間、および前記第２電極と前記第３電極との間に電圧を印加するための駆動ＩＣをさらに含むことができる。
【００１３】
このような液体噴射ヘッドによれば、液体の吐出能力を高めることができる。
【００１４】
本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
前記駆動ＩＣは、
前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加して前記流路内を加圧する第１制御と、
前記第２電極と前記第３電極との間に電圧を印加して前記流路内を減圧する第２制御と、
を行うことができる。
【００１５】
このような液体噴射ヘッドによれば、圧電アクチュエーターによって液体を吐出し、静電アクチュエーターによって流路に液体を供給することができる。したがって、液体の吐出能力を高めることができる。
【００１６】
本発明に係る液体噴射吐出装置は、
本発明に係る液体噴射ヘッドと含む。
【００１７】
このような液体噴射装置によれば、本発明に係る液体噴射ヘッドを有するため、液体の吐出能力を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す分解斜視図。
【図２】本実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す断面図。
【図３】本実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す平面図。
【図４（Ａ）】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの動作を説明するための図。
【図４（Ｂ）】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの動作を説明するための図。
【図４（Ｃ）】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの動作を説明するための図。
【図５】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。
【図６】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。
【図７】本実施形態に係る液体噴射装置を模式的に示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
１． 液体噴射ヘッド
１．１． 液体噴射ヘッドの構成
まず、本実施形態に係る液体噴射ヘッドの構成について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド１００を模式的に示す分解斜視図である。図２は、液体噴射ヘッド１００を模式的に示す断面図である。図３は、液体噴射ヘッド１００を模式的に示す平面図である。なお、図２は、図３のＩＩ−ＩＩ線断面図である。図３では、便宜上、第２基板４０、駆動ＩＣ６０の図示を省略している。
【００２１】
液体噴射ヘッド１００は、図１〜図３に示すように、圧電アクチュエーター１０と、静電アクチュエーター２０と、を含む。液体噴射ヘッド１００は、さらに、第１基板３０と、第２基板４０と、ノズル板５０と、駆動ＩＣ６０と、を含むことができる。
【００２２】
圧電アクチュエーター１０は、振動板１２ａ，１２ｂと、圧電素子１３と、を有する。圧電素子１３は、第１電極１４と、圧電体１６と、第２電極１８と、を有する。圧電アクチュエーター１０は、図１および図３に示すように、複数の圧力室３２に１対１に対応して複数配置されている。
【００２３】
振動板１２ａ，１２ｂは、第１基板３０上に形成されている。振動板１２ａ，１２ｂは、可撓性を有し、圧電体１６の動作によって変形（屈曲）することができる。これにより、圧力室３２の容積を変化させることができる。図示の例では、振動板１２ａ，１２ｂは、２層であるが、その層数は特に限定されない。振動板１２ａ，１２ｂの材質としては、例えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、窒化シリコン、酸化シリコンなどの無機酸化物、ステンレス鋼などの合金を例示することができる。
【００２４】
なお、図示はしないが、振動板１２ａ，１２ｂを設けずに、第１電極１４が振動板であってもよい。すなわち、第１電極１４は、圧電体１６に電圧を印加するための一方の電極としての機能と、圧電体１６の動作によって変形することのできる振動板としての機能と、を有していてもよい。
【００２５】
第１電極１４は、振動板１２ｂ上に形成されている。第１電極１４と振動板１２ｂとの間には、例えば、両者の密着性を付与する層や、強度や導電性を付与する層が形成されてもよい。このような層の例としては、例えば、チタン、ニッケル、イリジウム、白金などの各種の金属からなる層や、それらの酸化物からなる層を例示することができる。
【００２６】
第１電極１４の形状は、例えば、層状または薄膜状の形状である。第１電極１４の厚みは、例えば、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下とすることができる。また、第１電極１４の平面的な形状についても、第２電極１８が対向して配置されたときに両者の間に圧電体１６を配置できる形状であれば、特に限定されず、例えば、矩形、円形等とすることができる。
【００２７】
第１電極１４の材質は、例えば、ニッケル、イリジウム、白金などの各種の金属、それらの導電性酸化物（例えば酸化イリジウムなど）、ストロンチウムとルテニウムの複合酸化物（ＳｒＲｕＯｘ：ＳＲＯ）、ランタンとニッケルの複合酸化物（ＬａＮｉＯｘ：ＬＮＯ）などを例示することができる。第１電極１４は、例示した材料の単層構造でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。
【００２８】
第１電極１４の機能の一つとしては、第２電極１８と一対になって、圧電体１６に電圧を印加するための一方の電極（例えば、圧電体１６の下方に形成された下部電極）となることが挙げられる。第１電極１４は、図示の例では、複数のアクチュエーター１０の共通電極である。第１電極１４は、配線（図示せず）を介して、駆動ＩＣ６０と電気的に接続されている。
【００２９】
圧電体１６は、第１電極１４上に形成されている。圧電体１６は、例えば、第１電極１４の上面および側方、並びに振動板１２ｂの上方に形成されている。圧電体１６の厚さは、例えば、３００ｎｍ以上３０００ｎｍ以下とすることができる。
【００３０】
圧電体１６は、圧電材料によって形成される。そのため圧電体１６は、第１電極１４および第２電極１８によって電圧が印加されることで変形することができる。この変形により振動板１２ａ，１２ｂは、変形（屈曲）することができる。
【００３１】
圧電体１６の材質としては、一般式ＡＢＯ３で示されるペロブスカイト型酸化物（たとえば、Ａは、Ｐｂを含み、Ｂは、ＺｒおよびＴｉを含む。）が好適である。このような材料の具体例としては、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、ニオブ酸カリウムナトリウム（（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３）などが挙げられる。
【００３２】
第２電極１８は、圧電体１６上に形成されている。第２電極１８は、第１電極１４と対向して配置されている。第２電極１８の形状は、例えば、層状または薄膜状の形状である。第２電極１８の厚みは、例えば、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下とすることができる。第２電極１８の平面的な形状は、第１電極１４に対向して配置されたときに両者の間に圧電体１６を配置できる形状であれば、特に限定されず、例えば、矩形、円形等とすることができる。
【００３３】
第２電極１８の材質は、例えば、ニッケル、イリジウム、白金などの各種の金属、それらの導電性酸化物（例えば酸化イリジウムなど）、ストロンチウムとルテニウムの複合酸化物（ＳｒＲｕＯｘ：ＳＲＯ）、ランタンとニッケルの複合酸化物（ＬａＮｉＯｘ：ＬＮＯ）などを例示することができる。第２電極１８は、例示した材料の単層構造でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。
【００３４】
第２電極１８の機能の一つとしては、圧電体１６に電圧を印加するための一方の電極（例えば、圧電体１６の上方に形成された上部電極）となることが挙げられる。第２電極１８は、配線１９を介して、駆動ＩＣ６０と電気的に接続されている。
【００３５】
静電アクチュエーター２０は、第２電極１８と、第３電極２２と、を有する。静電アクチュエーター２０は、図１および図３に示すように、複数の圧電アクチュエーター１０に１対１に対応して複数配置されている。
【００３６】
第３電極２２は、図１および図２に示すように、第２基板４０に形成された凹部４１の底面４２に形成されている。第３電極２２は、第２電極１８に対して空間２４を介して対向配置されている。第３電極２２は、第２電極１８に１対１に対応して、複数形成されている。なお、図示はしないが、第３電極２２は、複数の第２電極１８に対して１つ形成されてもよい。すなわち、第３電極２２は、複数の静電アクチュエーター２０の共通電極であってもよい。第３電極２２は、例えば、配線（図示しない）を介して、駆動ＩＣ６０と電気的に接続されている。静電アクチュエーター２０では、第２電極１８と第３電極２２とを帯電させることにより、第２電極１８と第３電極２２との間に静電気力を発生させて、第２電極１８を第３電極２２側に吸引することができる。
【００３７】
第３電極２２の材質としては、例えば、ニッケル、イリジウム、白金などの各種の金属、それらの導電性酸化物（例えば酸化イリジウムなど）、ストロンチウムとルテニウムの複合酸化物（ＳｒＲｕＯｘ：ＳＲＯ）、ランタンとニッケルの複合酸化物（ＬａＮｉＯｘ：ＬＮＯ）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などを例示することができる。第２電極１８は、例示した材料の単層構造でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。
【００３８】
第１基板３０は、圧電アクチュエーター１０の下方に形成されている。第１基板３０の材質としては、例えば、シリコン、ステンレス鋼（ＳＵＳ）などを例示することができる。第１基板３０には、図１に示すように、リザーバー（液体貯留部）３４と、リザーバー３４と連通する供給口３６と、供給口３６と連通する圧力室３２が形成されている。第１基板３０がノズル板５０と振動板１２ａとの間の空間を区画することにより、リザーバー３４、供給口３６、圧力室３２が設けられる。図示の例では、リザーバー３４と、供給口３６と、圧力室３２と、を区別して説明するが、これらはいずれも液体の流路であって、このような流路はどのように設計されても構わない。また、例えば、供給口３６は、図示の例では、流路の一部が狭窄された形状を有しているが、設計に従って任意に形成することができる。圧力室３２、リザーバー３４、および供給口３６は、ノズル板５０と第１基板３０と振動板１２ｂとによって区画されている。リザーバー３４は、外部（例えばインクカートリッジ）から第２基板４０および振動板１２ａ，１２ｂに設けられた貫通孔３８を通じて供給されるインクを、一時貯留することができる。リザーバー３４内のインクは、供給口３６を介して、圧力室３２に供給されることができる。圧力室３２は、振動板１２ａ，１２ｂの変形により容積が変化する。圧力室３２はノズル孔５２と連通しており、圧力室３２の容積が変化することによって、ノズル孔５２からインク等の液体が吐出される。
【００３９】
ノズル板５０は、ノズル孔５２を有する。ノズル孔５２からは、インクが吐出される。ノズル板５０には、例えば、複数のノズル孔５２が一列に設けられている。ノズル板５０の材質としては、例えば、シリコン、ステンレス鋼（ＳＵＳ）などを例示することができる。
【００４０】
第２基板４０は、圧電アクチュエーター１０の上方に形成されている。第２基板４０には、圧電素子１３を収容するための凹部４１が形成されている。これにより、第２基板４０は、圧電素子１３（圧電アクチュエーター１０の一部）を封止するための封止板として機能することができる。凹部４１は、第２基板４０の圧電アクチュエーター１０側に形成されている。第２基板４０は、例えば、圧電体１６を外部雰囲気から保護することができる。第２基板４０の凹部４１の底面４２には、第３電極２２が形成されている。第２基板４０の材質としては、例えば、シリコン、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、ガラスなどを挙げることができる。
【００４１】
駆動ＩＣ６０は、第２基板４０上に形成されている。駆動ＩＣ６０は、圧電アクチュエーター１０および静電アクチュエーター２０を駆動させることができる。具体的には、駆動ＩＣ６０は、第１電極１４および第２電極１８との間に電圧を印加して（駆動信号を与えて）、圧電アクチュエーター１０を駆動させることができる（第１制御）。これにより、圧力室３２内を加圧することができる。さらに、駆動ＩＣ６０は、第２電極１８と第３電極２２との間に電圧を印加して、静電アクチュエーター２０を駆動させることができる（第２制御）。これにより、圧力室３２内を減圧することができる。
【００４２】
１．２． 液体噴射ヘッドの動作
次に、液体噴射ヘッド１００の動作について、図面を参照しながら説明する。図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、液体噴射ヘッド１００の動作について説明するための図である。なお、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【００４３】
図４（Ａ）は、液体噴射ヘッド１００の初期状態（電極１４，１８，２２に電圧が印加されていない状態）である。
【００４４】
まず、図４（Ｂ）に示すように、静電アクチュエーター２０によって、振動板１２ａ，１２ｂを上方に変位させる。具体的には、駆動ＩＣ６０により第２電極１８と第３電極２２との間に電圧を印加して（駆動信号を与えて）第２電極１８を第３電極２２側に吸引することにより、振動板１２ａ，１２ｂを上方に変位させる。この振動板１２ａ，１２ｂの変位によって圧力室３２の容積が拡大して圧力室３２内が減圧され、圧力室３２に液体２が供給される。
【００４５】
次に、図４（Ｃ）に示すように、圧電アクチュエーター１０によって、振動板１２ｂ，１２ｃを下方に変位させる。具体的には、駆動ＩＣ６０により第１電極１４と第２電極１８との間に電圧を印加して（駆動信号を与えて）圧電体１６を変形させることにより、振動板１２ａ，１２ｂを下方に変位させる。この振動板１２ａ，１２ｂの変位によって圧力室３２の容積が縮小して圧力室３２内が加圧され、液体２がノズル孔５２から吐出される。
【００４６】
以上の動作を繰り返すことにより、液体噴射記録ヘッド１００より液体２が断続的に噴射される。
【００４７】
１．３． 作用効果等
液体噴射ヘッド１００によれば、圧電アクチュエーター１０と、静電アクチュエーター２０と、を含むことができる。これにより、圧電アクチュエーターのみを有する液体噴射ヘッドと比べて、振動板１２ａ，１２ｂの変位量を大きくすることができる。すなわち、圧力室（流路）３２の容積の変化量を大きくできるため、液体の吐出能力を高めることができる。したがって、例えば、圧電体１６として歪量の小さい圧電材料（例えば、非鉛系の圧電材料）を用いても、液体の吐出能力の高い液体噴射ヘッドを得ることができる。
【００４８】
具体的には、圧電アクチュエーターのみを有する液体噴射ヘッドでは、圧電アクチュエーターによって振動板を下方に変位させて液体を吐出する工程（図４（Ｃ））を行い、圧電アクチュエーターに電圧を印加せずに振動板を元の状態に戻すことによって圧力室に液体を供給する工程（図４（Ａ））を行う。これに対して、液体噴射ヘッド１００では、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）に示すように、静電アクチュエーター２０によって振動板１２ａ，１２ｂを上方に変位させて圧力室３２に液体２を供給する工程（図４（Ｂ））を行い、圧電アクチュエーター１０によって振動板１２ａ，１２ｂを下方に変位させて液体２を吐出する工程（図４（Ｃ））を行うことができる。このように、液体噴射ヘッド１００は、静電アクチュエーター２０によって振動板１２ａ，１２ｂを上方に変位させることができるため、圧電アクチュエーターのみを有する液体噴射ヘッドと比べて、振動板１２ａ，１２ｂの変位量を大きくすることができる。
【００４９】
また、液体噴射ヘッド１００では、第３電極２２が第２基板４０の凹部４１の底面４２に形成されることができる。第２基板４０は、圧電素子１３（圧電アクチュエーター１０の一部）を封止するための部材である。したがって、新たに第３電極２２を形成するための部材を設けることなく、第２電極１８に対して対向配置された第３電極２２を形成することができる。すなわち、液体噴射ヘッド１００によれば、静電アクチュエーター２０を有する液体噴射ヘッドを容易に得ることができる。
【００５０】
なお、ここでは、液体噴射ヘッド１００がインクジェット式記録ヘッドである場合について説明した。しかしながら、本実施形態の液体噴射ヘッドは、例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッドなどとして用いられることもできる。
【００５１】
２． 液体噴射ヘッドの製造方法
次に、液体噴射ヘッド１００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図５〜図６は、液体噴射ヘッド１００の製造工程を模式的に示す断面図であり、図２に示す断面図に対応している。
【００５２】
図５に示すように、第１基板３０上に振動板１２ａ，１２ｂを形成する。振動板１２ａ，１２ｂは、例えば、シリコンからなる第１基板３０を熱酸化して酸化シリコン層１２ａを形成後、スパッタ法によりジルコニウム（Ｚｒ）層を形成し、該ジルコニウム層を熱酸化して酸化ジルコニウム層１２ｂを形成することにより得られる。
【００５３】
次に、振動板１２ｂ上に圧電素子１３を形成する。まず、振動板１２ｂ上に第１電極１４を形成する。第１電極１４は、例えば、スパッタ法などにより形成される。次に、第１電極１４上に圧電体１６を形成する。圧電体１６は、例えば、ＣＶＤ法、ＭＯＤ（Metal Organic Deposition）法、スパッタ法などにより形成される。次に、圧電体１６上に第２電極１８を形成する。第２電極１８は、例えば、スパッタ法などにより形成される。第１電極１４、圧電体１６、および第２電極１８は、各層の形成ごとにパターニングされることもできるし、複数層の形成ごとに一括してパターニングされることもできる。このようにして、圧電素子１３を形成する。次に、第２電極１８上、圧電体１６の側方、および振動板１２ｂ上に配線１９を形成する。配線１９は、スパッタ法などにより形成される。
【００５４】
図６に示すように、凹部４１の底面４２に第３電極２２が形成された第２基板４０を、圧電素子１３の上方に接合する。当該接合は、例えば、陽極接合や、接着剤等を用いて行われる。
【００５５】
次に、第１基板３０に開口部３２ａを形成する。例えば、第１基板３０の一部をエッチングすることにより、開口部３２ａを形成することができる。第１基板３０のエッチングは、例えば、水酸化カリウム水溶液などを用いて行うことができる。なお、第１基板３０をエッチングする前に、第１基板３０の裏面（振動板１２ａ，１２ｂ側とは反対側の面）を研磨することにより、第１基板３０の膜厚を減少させてもよい。
【００５６】
図２に示すように、ノズル孔５２を有するノズル板５０を第１基板３０の下面の所定の位置に接合する。当該接合は、例えば、陽極接合や、接着剤等を用いて行われる。これにより、圧力室３２を形成することができる。同時に、リザーバー３４および供給口３６を形成することができる。次に、第２基板４０の上面に、接着剤等を用いて駆動ＩＣ６０を貼り付ける。次に、例えば、ワイヤーボンディング等を行って、電極１４，２２および配線１９の各々と駆動ＩＣ６０とを電気的に接続する。
【００５７】
以上の工程により、液体噴射ヘッド１００を製造することができる。なお、液体噴射ヘッド１００の製造方法は、上述の製造方法に限定されない。
【００５８】
３． 液体噴射装置
次に、本実施形態に係る液体噴射装置について説明する。本実施形態に係る液体噴射装置は、本発明に係る液滴噴射ヘッド１００を有する。ここでは、本実施形態に係る液体噴射装置１０００がインクジェットプリンターである場合について説明する。図７は、本実施形態に係る液体噴射装置１０００を模式的に示す斜視図である。
【００５９】
液体噴射装置１０００は、ヘッドユニット１０３０と、駆動部１０１０と、制御部１０６０と、を含む。また、液体噴射装置１０００は、装置本体１０２０と、給紙部１０５０と、記録用紙Ｐを設置するトレイ１０２１と、記録用紙Ｐを排出する排出口１０２２と、装置本体１０２０の上面に配置された操作パネル１０７０と、を含むことができる。
【００６０】
ヘッドユニット１０３０は、例えば、上述した液滴噴射ヘッド１００から構成されるインクジェット式記録ヘッド（以下単に「ヘッド」ともいう）を有する。ヘッドユニット１０３０は、さらに、ヘッドにインクを供給するインクカートリッジ１０３１と、ヘッドおよびインクカートリッジ１０３１を搭載した運搬部（キャリッジ）１０３２と、を備える。
【００６１】
駆動部１０１０は、ヘッドユニット１０３０を往復動させることができる。駆動部１０１０は、ヘッドユニット１０３０の駆動源となるキャリッジモーター１０４１と、キャリッジモーター１０４１の回転を受けて、ヘッドユニット１０３０を往復動させる往復動機構１０４２と、を有する。
【００６２】
往復動機構１０４２は、その両端がフレーム（図示せず）に支持されたキャリッジガイド軸１０４４と、キャリッジガイド軸１０４４と平行に延在するタイミングベルト１０４３と、を備える。キャリッジガイド軸１０４４は、キャリッジ１０３２が自在に往復動できるようにしながら、キャリッジ１０３２を支持している。さらに、キャリッジ１０３２は、タイミングベルト１０４３の一部に固定されている。キャリッジモーター１０４１の作動により、タイミングベルト１０４３を走行させると、キャリッジガイド軸１０４４に導かれて、ヘッドユニット１０３０が往復動する。この往復動の際に、ヘッドから適宜インクが吐出され、記録用紙Ｐへの印刷が行われる。
【００６３】
なお、本実施形態では、液体噴射ヘッド１００および記録用紙Ｐがいずれも移動しながら印刷が行われる液体噴射装置の例を示しているが、本発明の液体噴射装置は、液体噴射ヘッド１００および記録用紙Ｐが互いに相対的に位置を変えて記録用紙Ｐに印刷される機構であればよい。また、本実施形態では、記録用紙Ｐに印刷が行われる例を示しているが、本発明の液体噴射装置によって印刷を施すことができる記録媒体としては、紙に限定されず、布、フィルム、金属など、広範な媒体を挙げることができ、適宜構成を変更することができる。
【００６４】
制御部１０６０は、ヘッドユニット１０３０、駆動部１０１０および給紙部１０５０を制御することができる。
【００６５】
給紙部１０５０は、記録用紙Ｐをトレイ１０２１からヘッドユニット１０３０側へ送り込むことができる。給紙部１０５０は、その駆動源となる給紙モーター１０５１と、給紙モーター１０５１の作動により回転する給紙ローラー１０５２と、を備える。給紙ローラー１０５２は、記録用紙Ｐの送り経路を挟んで上下に対向する従動ローラー１０５２ａおよび駆動ローラー１０５２ｂを備える。駆動ローラー１０５２ｂは、給紙モーター１０５１に連結されている。制御部１０６０によって供紙部１０５０が駆動されると、記録用紙Ｐは、ヘッドユニット１０３０の下方を通過するように送られる。
【００６６】
ヘッドユニット１０３０、駆動部１０１０、制御部１０６０および給紙部１０５０は、装置本体１０２０の内部に設けられている。
【００６７】
液体噴射装置１０００では、本発明に係る液滴噴射ヘッド１００を有することができる。したがって、液体噴射装置１０００の液体の吐出能力は高いものとなっている。
【００６８】
なお、上記例示した液体噴射装置１０００は、１つの液体噴射ヘッド１００を有し、この液体噴射ヘッド１００によって、記録媒体に印刷を行うことができるものであるが、複数の液体噴射ヘッドを有してもよい。液体噴射装置が複数の液体噴射ヘッドを有する場合には、複数の液体噴射ヘッドは、それぞれ独立して上述のように動作されてもよいし、複数の液体噴射ヘッドが互いに連結されて、１つの集合したヘッドとなっていてもよい。このような集合となったヘッドとしては、例えば、複数のヘッドのそれぞれのノズル孔が全体として均一な間隔を有するような、ライン型のヘッドを挙げることができる。
【００６９】
以上、本発明にかかる液体噴射装置の一例として、インクジェットプリンターとしての液体噴射装置１０００を説明したが、本発明にかかる液体噴射装置は、工業的にも利用することができる。この場合に吐出される液体（液状材料）としては、各種の機能性材料を溶媒や分散媒によって適当な粘度に調整したものなどを用いることができる。本発明の液体噴射装置は、例示したプリンター等の画像記録装置以外にも、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射装置、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）、電気泳動ディスプレイ等の電極やカラーフィルターの形成に用いられる液体材料噴射装置、バイオチップ製造に用いられる生体有機材料噴射装置としても好適に用いられることができる。
【００７０】
上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００７１】
１０ 圧電アクチュエーター、１２ａ，１２ｂ 振動板、１４ 第１電極、
１６ 圧電体、１８ 第２電極、１９ 配線、２０ 静電アクチュエーター、
２２ 第３電極、２４ 空間、３０ 第１基板、３２ 圧力室、３４ リザーバー、
３６ 供給口、３８ 貫通孔、４０ 第２基板、４１ 凹部、４２ 下面、
５０ ノズル板、５２ ノズル孔、６０ 駆動ＩＣ、１００ 液体噴射ヘッド
１０００ 液体噴射装置、１０１０ 駆動部、１０２０ 装置本体、１０２１ トレイ、１０２２ 排出口、１０３０ ヘッドユニット、１０３１ インクカートリッジ、
１０３２ キャリッジ、１０４１ キャリッジモーター、１０４２ 往復動機構、
１０４３ タイミングベルト、１０４４ キャリッジガイド軸、１０５０ 給紙部、
１０５１ 給紙モーター、１０５２ 給紙ローラー、１０６０ 制御部、
１０７０ 操作パネル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と、前記第１電極の上方に形成された圧電体と、前記圧電体の上方に形成された第２電極と、を有する圧電アクチュエーターと、
前記第２電極と、前記第２電極に対して空間を介して対向配置された第３電極と、を有する静電アクチュエーターと、
を含む、液体噴射ヘッド。
【請求項２】
請求項１において、
前記圧電アクチュエーターの下方に形成された第１基板と、
前記圧電アクチュエーターの上方に形成された第２基板と、
をさらに含み、
前記第１基板には、ノズル孔と連通する流路が形成され、
前記第２基板の前記圧電アクチュエーター側には、凹部が形成され、
前記第３電極は、前記凹部の底面に形成されている、液体噴射ヘッド。
【請求項３】
請求項２において、
前記第１電極および前記第２電極との間、および前記第２電極と前記第３電極との間に電圧を印加するための駆動ＩＣをさらに含む、液体噴射ヘッド。
【請求項４】
請求項３において、
前記駆動ＩＣは、
前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加して前記流路内を加圧する第１制御と、
前記第２電極と前記第３電極との間に電圧を印加して前記流路内を減圧する第２制御と、
を行う、液体噴射ヘッド。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の液体噴射ヘッドと含む、液体噴射装置。
【請求項１】
第１電極と、前記第１電極の上方に形成された圧電体と、前記圧電体の上方に形成された第２電極と、を有する圧電アクチュエーターと、
前記第２電極と、前記第２電極に対して空間を介して対向配置された第３電極と、を有する静電アクチュエーターと、
を含む、液体噴射ヘッド。
【請求項２】
請求項１において、
前記圧電アクチュエーターの下方に形成された第１基板と、
前記圧電アクチュエーターの上方に形成された第２基板と、
をさらに含み、
前記第１基板には、ノズル孔と連通する流路が形成され、
前記第２基板の前記圧電アクチュエーター側には、凹部が形成され、
前記第３電極は、前記凹部の底面に形成されている、液体噴射ヘッド。
【請求項３】
請求項２において、
前記第１電極および前記第２電極との間、および前記第２電極と前記第３電極との間に電圧を印加するための駆動ＩＣをさらに含む、液体噴射ヘッド。
【請求項４】
請求項３において、
前記駆動ＩＣは、
前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加して前記流路内を加圧する第１制御と、
前記第２電極と前記第３電極との間に電圧を印加して前記流路内を減圧する第２制御と、
を行う、液体噴射ヘッド。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の液体噴射ヘッドと含む、液体噴射装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４（Ａ）】
【図４（Ｂ）】
【図４（Ｃ）】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４（Ａ）】
【図４（Ｂ）】
【図４（Ｃ）】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−２５５６０４（Ｐ２０１１−２５５６０４Ａ）
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３２６９９（Ｐ２０１０−１３２６９９）
【出願日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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