JP2024137288A - 液体吐出ヘッド及び液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】実装性及び吐出性能を向上できる液体吐出ヘッド及び液体吐出装置を提供する。【解決手段】一実施形態にかかる液体吐出ヘッドは、圧電部材と、基板と、電極と、支持部材と、を備える。圧電部材は、圧電材料で構成されるとともに、複数の溝を有し、前記溝を介して配置される複数の圧電素子を有する。基板は配線が形成される。支持部材は前記基板と前記圧電素子との間に配置されるとともに樹脂材料で形成される。電極は前記圧電部材の表面に形成される。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、液体吐出ヘッド及び液体吐出装置に関する。

インクジェットプリンタヘッドなどの液体吐出装置の駆動源として、ＰＺＴなどの圧電体を用いた圧電アクチュエータが用いられる。例えばピストン方式のインクジェットヘッドにおいて、予め加工されたアクチュエータ部材を貼付け等により、圧力室近傍の可動部に、ノズル列毎に配置する。各アクチュエータ部材に複数の溝が形成されることで分割された複数の柱状の圧電素子が各ノズルに対応するアクチュエータとなる。例えばアクチュエータの一方の外部電極は駆動電圧が個別に印加される個別電極となり、他方の外部電極は、常に同じ電圧（０を含む）が印加される共通電極となる。複数のアクチュエータの個別電極は互いに分離され、共通電極は繋がっている。例えば圧電体の一方側のコーナーを切り欠くことで、個別電極を分離させることもある。このようなアクチュエータは、圧電素子が脆く微細形状であるため、実装性を確保することが難しい。

このようなインクジェットヘッドにおいて、複数の圧力室に通じる共通室が小さいと、圧力室から漏れた圧力波によりクロストークが発生する、あるいは吐出のインクのリフィルが遅くなり高速駆動の妨げとなるなど、性能面で不利となる。したがって、共通室の容積を確保することが求められる。例えば基板にアクチュエータ部材を配置し、複数の圧力室に通じる共通室を基板と圧力室との間に配する場合、圧電体の高さによって共通室の高さ方向に制約が生じる。したがって、共通室の容積を大きくとるには面方向に広げ、ヘッドの面積を大きくする必要がある。一方で、圧電部材の高さ方向の寸法を大きくすると、圧電体が大きくなりコスト的に不利になるうえ、溝の深さが深く加工が困難となり、柱状の圧電素子は脆くなる。

特許第５６６８３８２号公報

本発明が解決しようとする課題は、実装性及び吐出性能を向上できる液体吐出ヘッド及び液体吐出装置を提供することである。

一実施形態にかかる液体吐出ヘッドは、圧電部材と、基板と、電極と、支持部材と、を備える。圧電部材は、圧電材料で構成されるとともに、複数の溝を有し、前記溝を介して配置される複数の圧電素子を有する。基板は配線が形成される。支持部材は前記基板と前記圧電素子との間に配置されるとともに樹脂材料で形成される。電極は前記圧電部材の表面に形成される。

実施形態に係るインクジェットヘッドの構成を示す断面図。 同インクジェットヘッドの構成を示す断面図。 同インクジェットヘッドの製造方法を示す説明図。 同インクジェットヘッドの製造方法を示す説明図。 同インクジェットヘッドの製造方法を示す説明図。 同インクジェットヘッドの製造方法を示す説明図。 同インクジェットヘッドの製造方法を示す説明図。 実施形態に係るインクジェット記録装置の概略構成を示す説明図。

以下に、実施形態に係る液体吐出ヘッドであるインクジェットヘッド１及び液体吐出装置であるインクジェット記録装置１００について、図１乃至図８を参照して説明する。図１及び図２はインクジェットヘッド１の概略構成を示す断面図である。図３乃至図７はインクジェットヘッドの製造方法を示す説明図であり、図８は、インクジェット記録装置１００の概略構成を示す説明図である。図中矢印Ｘ、Ｙ、Ｚは互いに直交する３方向をそれぞれ示す。各図において説明のため、適宜構成を拡大、縮小または省略して示す。

図１及び図２に示すように、インクジェットヘッド１は、基板１０と、一対のアクチュエータ部２０と、流路部材４０と、複数のノズル５１を有するノズルプレート５０と、フレーム部６０と、駆動回路７０と、を備える。

一例として、インクジェットヘッド１は、アクチュエータ部２０を２つ備え、複数のノズル５１が列方向（Ｘ方向）に並ぶノズル列、複数の圧力室３１が列方向に並ぶ圧力室列、及び複数の圧電素子２１、２２、が列方向に並ぶ素子列をそれぞれ２列ずつ有する。本実施形態において、複数の圧電体層２１１の積層方向、圧電素子２１の振動方向、振動板３０の振動方向、がそれぞれＺ方向に沿う例を示す。

基板１０は一対のアクチュエータ部２０を支持する回路基板である。基板１０は例えばアルミナなどから板状に構成され、延出方向及び並列方向に沿う実装面を有する。基板１０の、アクチュエータ部２０が搭載される実装面には、電極層１１、１２が形成される。例えば基板１０の実装面において、一対のアクチュエータ部２０が対向する側とは反対側である外側の領域には個別電極を構成する電極層１１が形成され、一対のアクチュエータ部２０が対向する内側の領域には共通電極を構成する電極層１２が形成される。

例えば基板１０の実装面において延出方向両端の外側の領域において電極層１１が分離されることで複数の個別配線１０２（配線）を有する所定の配線パターンが形成される。例えば個別配線１０２はアクチュエータ部２０の表面のうち一方の側面部に形成される外部電極２２３（電極）と連続し、個別電極を構成する。

また、基板１０の実装面において、一対のアクチュエータ部２０の間の内側の領域に形成された電極層１２は、共通配線１０３（配線）を構成する。共通配線１０３は、アクチュエータ部２０の表面のうち他方の側面部に形成される外部電極２２４（電極）と連続し、共通電極を構成する。

アクチュエータ部２０は、基板１０の一方側である実装面に接合される。例えばＹ方向に２つのアクチュエータ部２０が並んで配置される。

図１乃至図４に示すように、アクチュエータ部２０は、支持部材２０１と、圧電部材２０２と、を備える。アクチュエータ部２０は、列方向に沿って交互に配列されるアクチュエータとなる複数の駆動圧電素子２１、及び複数の非駆動圧電素子２２と、これら複数の圧電素子２１、２２を基板１０側で一体に連結する連結部２６と、を備える。

支持部材２０１は、基板１０の実装面に接合されるブロック状部材であり、基板１０側の幅寸法が大きくなる台形状に構成されている。支持部材２０１は例えばＰＣ基板に用いられる樹脂材料で構成され、例えばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）やガラスエポキシなどで構成される。支持部材２０１は、圧電部材２０２と基板１０の間に介在し、圧電部材２０２を基板１０上に支持する。

圧電部材２０２は、支持部材２０１上に接合される。圧電部材２０２は、複数の圧電体層２１１と複数の内部電極２２１，２２２とが積層される積層圧電部材である。

アクチュエータ部２０において、複数の駆動圧電素子２１及び複数の非駆動圧電素子２２とは、一定の間隔で一方向に並ぶ。

一例として、複数の駆動圧電素子２１及び複数の非駆動圧電素子２２は、直方体の柱状部と、基板側に拡がる台形部と、を有する。アクチュエータ部２０は、複数の溝２３により、複数に分割され、複数の駆動圧電素子２１、非駆動圧電素子２２は、例えば同じ幅の溝２３によって、同ピッチで列方向に並んでいる。

溝２３は、圧電部材２０２の全長を分割し、支持部材２０１の中途部に至る深さに形成される。例えば、圧電部材２０２のＺ方向の一方側から溝２３を形成する際に、溝２３の深さを、圧電部材２０２の基板１０側の端部よりも深く、支持部材２０１に至る深さとなるように設定する。

例えば複数の駆動圧電素子２１及び複数の非駆動圧電素子２２とは、圧電部材で構成される部分が、それぞれ、Ｚ方向から見た平面視において、短手方向が素子列の列方向に沿うとともに、長手方向が列方向及びＺ方向に対して直交する延出方向に沿う、矩形状に構成される。また、複数の駆動圧電素子２１及び複数の非駆動圧電素子２２とは、支持部材２０１で構成される部分は、基板側に拡大する台形状に構成される。

駆動圧電素子２１は、Ｚ方向において、流路部材４０に形成された複数の圧力室３１にそれぞれ対向する位置に配列される。一例として、駆動圧電素子２１の列方向及び延出方向の中心位置と、圧力室３１の列方向及び延出方向の中心位置とが、Ｚ方向に並んで配列される。

非駆動圧電素子２２は、Ｚ方向において、流路部材４０に形成された複数の隔壁部４２にそれぞれ対向する位置に配列される。一例として、非駆動圧電素子２２の列方向及び延出方向の中心位置と、隔壁部４２の列方向及び延出方向の中心位置とが、Ｚ方向に並んで配列される。

例えばアクチュエータ部２０は、予め基板１０に接合された圧電部材２０２及び支持部材２０１を、基板１０側とは反対側の端面からダイシング加工して溝２３を形成することで、矩形の柱状に形成された複数の圧電素子２１，２２を所定の間隔で形成する。そして、形成された複数の柱状の圧電素子２１，２２と、支持部材２０１とに、電極等が設けられ、交互に配置された複数の駆動圧電素子２１及び複数の非駆動圧電素子２２が形成される。複数の駆動圧電素子２１及び複数の非駆動圧電素子２２は、列方向において、溝２３を挟んで交互に並列配置される。

例えば、アクチュエータ部２０を構成する圧電部材２０２は、積層圧電体で構成される積層圧電部材であり、シート状の圧電材料を積層して焼結することで形成される。

圧電部材２０２は、例えば積層圧電部材である。駆動圧電素子２１、非駆動圧電素子２２は、積層された複数の圧電体層２１１と、各圧電体層２１１の主面に形成される内部電極２２１、２２２と、を備える。なお、一例として、駆動圧電素子２１、非駆動圧電素子２２は同じ積層構造である。そして、駆動圧電素子２１及び非駆動圧電素子２２は、表面に形成された外部電極２２３、２２４を備える。

圧電体層２１１は、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）系、または無鉛のＫＮＮ（ニオブ酸ナトリウムカリウム）系等の圧電セラミック材料から薄板状に構成される。複数の圧電体層２１１は厚さ方向が積層方向に沿って積層され、互いに接着されている。例えば本実施形態において圧電体層２１１の厚さ方向及び積層方向が、振動方向（Ｚ方向）に沿って配置される。

内部電極２２１、２２２は、銀パラジウムなどの焼成可能な導電性材料で所定形状に構成される導電膜である。内部電極２２１、２２２は各圧電体層２１１の主面の所定領域に形成される。内部電極２２１、２２２は、互いに異なる極である。例えば、一方の内部電極２２１は、複数の駆動圧電素子２１及び複数の非駆動圧電素子２２の並び方向である列方向（Ｘ方向）、振動方向（Ｚ方向）の双方と直交する方向である延出方向（Ｙ方向）において、圧電体層２１１の一方の端部に至り、圧電体層２１１の他方の端部には至らない領域に形成される。他方の内部電極２２２は、延出方向において、圧電体層２１１の一方の端部には至らず、圧電体層２１１の他方の端部に至る領域に形成される。内部電極２２１、２２２は圧電素子２１、２２の側面に形成される外部電極２２３、２２４にそれぞれ接続される。

また駆動圧電素子２１、非駆動圧電素子２２を構成する圧電部材２０２は、基板１０側とノズルプレート５０側の端部のいずれかまたは両方に、ダミー層をさらに備えていてもよい。

外部電極２２３、２２４は、複数の駆動圧電素子２１及び複数の非駆動圧電素子２２の表面に形成され、内部電極２２１、２２２の端部を集めて構成される。

例えば外部電極２２３は、圧電体層２１１の延出方向における一方の端面に、形成される。外部電極２２３は素子毎に分離され、基板１０上の電極層１１で構成される個別配線１０２にそれぞれ連続する。

外部電極２２４は、圧電体層２１１の延出方向における他方の端面に形成される。また外部電極２２４は圧電体層２１１の基板１０上の電極層１２で構成される共通配線１０３に連続する。

外部電極２２３、２２４はメッキ法やスパッタ法などの方法で、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕなどにより成膜される。外部電極２２３と外部電極２２４は、異なる極である。外部電極２２３と外部電極２２４とは、複数の駆動圧電素子２１、複数の非駆動圧電素子２２、及び支持部材２０１の異なる表面部にそれぞれ配置されている。

本実施形態において一例として外部電極２２３は個別電極であり、外部電極２２４は共通電極である。複数の駆動圧電素子２１及び複数の非駆動圧電素子２２の個別電極となる外部電極２２３は、図７に示す製造工程において圧電部材２０２の一方の側面に形成される電極層２２３０が分割され、互いに独立して配置される。すなわち、電極層２２３０が並列方向において互いに離間して独立し、複数の個別電極としての外部電極２２３を構成する。
すなわち、圧電部材２０２の一方側の側面部においては、外部電極２２３は複数に分割され、複数の個別電極が形成され、圧電部材２０２の他方側の側面部においては、図６に示すように、共通電極となる外部電極２２４が基板１０側において連結する。

外部電極２２３は、例えば基板１０上の個別配線１０２を介して、配線基板の一例であるフレキシブル基板としてのＦＰＣ７１を介して駆動回路７０に接続される。例えば、個々の外部電極２２３は、ＦＰＣ７１により駆動回路７０の駆動ＩＣ７２を介して、駆動部としての制御部１１６に接続され、制御回路１１６１による制御によって駆動制御可能に構成される。なお、外部電極２２４は外部電極２２３側の側面に取り回され、ＦＰＣ７１を介して駆動回路７０に接続されてもよい。

アクチュエータの他方側の端面に形成される外部電極２２４は、溝２３の底部よりも基板１０側の領域において電極層２２４０が連続し、共通電極を構成する。外部電極２２４は、圧電部材２０２の他方の側面において互いに連結されるとともに基板１０上の共通配線１０３に接続され、例えば接地される。

ダミー層は、圧電体層２１１と同材料である。ダミー層は電極を片側にしか有さず、電界がかからないので変形しない。すなわち、ダミー層は圧電体としては機能せず、固定の際のベースとなり、あるいは組立中や組立後の精度を出すために研磨する研磨代となる。

また、各圧電素子２１、２２の振動方向は積層方向に沿っており、電界を印加することで、ｄ３３方向に変位する。

一例として、各圧電素子２１、２２は、３層以上、５０層以下、各層の厚さを１０μｍ以上、４０μｍ以下とし、厚さと総積層数の積を１０００μｍ未満とする。

駆動圧電素子２１は、外部電極２２３、２２４を介して内部電極２２１、２２２に電圧が印加されることで、振動する。本実施形態において、駆動圧電素子２１は、圧電体層２１１の積層方向に沿って縦振動する。ここで言う縦振動とは、例えば「圧電定数ｄ３３で定義される厚み方向の振動」である。駆動圧電素子２１は、縦振動により、振動板３０を変位させ、圧力室３１を変形させる。

流路部材４０は、変形方向においてアクチュエータ部２０の一方側に対向配置される振動板３０と、振動板３０の一方側に積層される流路基板４０５と、を備える。

振動板３０は振動方向において流路基板４０５とアクチュエータ部２０との間に設けられる。振動板３０は、流路基板４０５とともに、流路部材４０を構成する。振動板３０は、圧電部材２０２の個別電極及び共通電極が形成される側面に対して交差する方向に延びる。

振動板３０は振動方向であるＺ方向と直交する面に沿って延び、複数の圧電素子２１、２２の振動方向の一方側、即ち、ノズルプレート５０側の面に接合される。振動板３０は、例えば変形可能に構成される。振動板３０は、アクチュエータ部２０の駆動圧電素子２１及び非駆動圧電素子２２と、フレーム部６０と、に接合される。例えば振動板３０は、圧電素子２１、２２に対向する振動領域３０１と、フレーム部６０に対向する支持領域３０２と、を有する。

振動領域３０１は、例えば厚さ方向が圧電体層２１１の振動方向となるように配された平板状である。振動板３０は、複数の駆動圧電素子２１及び複数の非駆動圧電素子２２の並び方向に面方向が延びる。振動板３０は、例えば金属板である。振動板３０は、各圧力室３１に対向するとともに個別に変位可能な複数の振動部位を有する。振動板３０は、複数の振動部位が一体に連なって形成される。

一例として、振動板３０はニッケルやＳＵＳ板で構成され、振動方向に沿う厚さ寸法は５μｍ～１５μｍ程度に構成される。なお、振動領域３０１は、複数の振動部位が、変位しやすいように、振動部位と隣接する部位あるいは互いに隣接する振動部位間に、折り目や段差が形成されていてもよい。振動領域３０１は、駆動圧電素子２１の伸長と圧縮によって、当該駆動圧電素子２１に対向配置された部位が変位することで、変形する。例えば、振動板３０は非常に薄く複雑な形状が必要なため、電鋳法等により、形成される。振動板３０はアクチュエータ部２０の上端面に接着などで接合される。

支持領域３０２は、フレーム部６０と流路基板４０５との間に配置される板状部材である。支持領域３０２は、共通室３２に連通する貫通孔を有する連通部３３を有する。

例えば連通部３３は貫通孔として液体が通過可能な多数の細孔を有するフィルタ部材を備える。

流路基板４０５は、振動方向においてノズルプレート５０と振動板３０の間に配置される。流路基板４０５は振動板３０の振動方向の一方側に接合される。

流路基板４０５は、ガイド壁部４１や隔壁部４２等の壁部材を備え、互いに隔てられる複数の圧力室３１や、互いに隔てられ圧力室３１と共通室３２とを連通する複数の個別流路を有する、所定のインク流路を形成する。

流路基板４０５内において、複数の圧力室３１は、隔壁部４２によって隔てられる。すなわち、圧力室３１の並列方向の両側は隔壁部４２によって構成される。各圧力室３１は、一方側に配されるノズルプレート５０に形成されたノズル５１に連通する。また、圧力室３１は、ノズルプレート５０の反対側が振動板３０によって塞がれる。

複数の圧力室３１は、振動板３０の振動領域３０１の一方側に形成される空間であり、個別流路や連通部３３を介して共通室３２に連通する。複数の圧力室３１は、ノズルプレート５０に形成されたノズル５１に連通する。また、圧力室３１は、ノズルプレート５０の反対側が振動板３０によって塞がれる。

複数の圧力室３１は共通室３２から供給される液体を保有し、圧力室３１の一部を形成する振動板３０の振動によって変形することで、ノズル５１から液体を吐出する。

隔壁部４２は、並列方向に並ぶ複数の圧力室３１間を隔てるとともに、圧力室３１及びの両側部を構成する壁部材である。隔壁部４２は振動板３０を介して、非駆動圧電素子２２に対向配置され、非駆動圧電素子２２によって支持される。隔壁部４２は、複数の圧力室３１が並ぶピッチと同ピッチで複数設けられる。

ノズルプレート５０は、例えばＳＵＳ・Ｎｉなどの金属やポリイミドなどの樹脂材料からなる厚さ１０μｍ～１００μｍ程度の方形の板状に構成される。ノズルプレート５０は圧力室３１の一方側の開口を覆うように、流路基板４０５の一方側に配置されている。

ノズル５１は圧力室３１の並び方向と同じ第１方向に複数並び、ノズル列が形成される。例えばノズル５１は、２列設けられ、各ノズル５１が、２列に配列された複数の圧力室３１に対応する位置にそれぞれ設けられている。本実施形態において、ノズル５１は、圧力室３１の、延出方向における端部の位置に、それぞれ設けられている。

フレーム部６０は圧電素子２１、２２とともに振動板３０に接合される構造体である。フレーム部６０は圧電素子２１、２２の、振動板３０の、流路基板４０５とは反対側に設けられ、例えば本実施形態においてはアクチュエータ部２０に隣接して配置される。フレーム部６０は、振動板３０の他方側に接合され、振動板３０と基板１０の間に設けられ、インクジェットヘッド１の外郭を構成する。またフレーム部６０は、内部に液体の流路を形成する。本実施形態において、フレーム部６０は、共通室３２を形成する。

共通室３２は、フレーム部６０の内側に形成され、振動板３０に設けられた連通部３３、及び個別流路を通じて、圧力室３１に連通する。

駆動回路７０は、基板１０の実装面の個別配線１０２及び共通配線１０３を介してアクチュエータ部２０に接続されるＦＰＣ７１（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔｓ：フレキシブルプリント回路基板）と、ＦＰＣ７１に搭載された駆動ＩＣ７２と、ＦＰＣ７１の他端に実装されたプリント配線基板７３と、を備える。

駆動回路７０は、駆動ＩＣ７２により駆動電圧を外部電極２２３、２２４に印加することで、駆動圧電素子２１を駆動し、圧力室３１の容積を増減させて、ノズル５１から液滴を吐出させる。

ＦＰＣ７１は基板１０の実装面に接続され、個別配線１０２及び共通配線１０３を介してアクチュエータ部２０の複数の外部電極２２３、２２４に接続される。ＦＰＣ７１として、電子部品として駆動ＩＣ７２が実装されたＣＯＦ（Ｃｈｉｐ ｏｎ Ｆｉｌｍ）が用いられる。

駆動ＩＣ７２は、ＦＰＣ７１を介して外部電極２２３、２２４に接続される。駆動ＩＣ７２は、吐出制御に用いられる電子部品である。

駆動ＩＣ７２は、各駆動圧電素子２１を動作させるための制御信号及び駆動信号を生成する。駆動ＩＣ７２は、インクジェットヘッド１が搭載されるインクジェット記録装置１００の制御部１１６から入力された画像信号に従い、インクを吐出させるタイミング及びインクを吐出させる駆動圧電素子２１を選択するなどの制御のための制御信号を生成する。また、駆動ＩＣ７２は、制御部１１６からの制御信号に従って駆動圧電素子２１に印加する電圧、すなわち駆動信号を生成する。駆動ＩＣ７２が駆動圧電素子２１に駆動信号を印加すると、駆動圧電素子２１は、振動板３０を変位させて圧力室３１の容積を変化させるように駆動する。これにより、圧力室３１に充填されたインクは、圧力振動を生じる。圧力振動により、圧力室３１に連通するノズル５１からインクが吐出する。なお、インクジェットヘッド１は、１画素に着弾するインク滴の量を変更することで階調表現を実現できるようにしてもよい。また、インクジェットヘッド１は、インクの吐出回数を変えることで、１画素に着弾するインク滴の量を変更できるようにしてもよい。このように、駆動ＩＣ７２は、駆動信号を駆動圧電素子２１に印加する印加部の一例である。

例えば、駆動ＩＣ７２は、データバッファ、デコーダ、及びドライバを備えている。データバッファは、印字データを駆動圧電素子２１毎に時系列に保存する。デコーダは、駆動圧電素子２１毎に、データバッファに保存された印字データに基づいて、ドライバを制御する。ドライバは、デコーダの制御に基づき、各駆動圧電素子２１を動作させる駆動信号を出力する。駆動信号は、例えば各駆動圧電素子２１に印加する電圧である。

プリント配線基板７３は、各種電子部品やコネクタが搭載されたＰＷＡ（Ｐｒｉｎｔｉｎｇ Ｗｉｒｉｎｇ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）であり、ヘッド制御回路７３１を有する。プリント配線基板７３は、インクジェット記録装置１００の制御部１１６に接続される。

以上のように構成されたインクジェットヘッド１において、ノズルプレート５０と、フレーム部６０と、流路基板４０５と、振動板３０とによって、ノズル５１に連通する複数の圧力室３１と、複数の圧力室３１にそれぞれ連通する共通室３２と、を有するインク流路が形成される。例えば共通室３２はカートリッジに連通し、インクが共通室３２を通じて各圧力室３１へ供給される。全ての駆動圧電素子２１は配線により電圧が印加可能に接続されている。インクジェットヘッド１は、例えばインクジェット記録装置１００の制御部１１６が、駆動ＩＣ７２により電極２２１、２２２に駆動電圧を印加すると、駆動対象の駆動圧電素子２１が例えば積層方向、すなわち各圧電体層２１１の厚さ方向に振動する。つまり、駆動圧電素子２１は縦振動する。

具体的には、制御部１１６は、駆動対象の駆動圧電素子２１の内部電極２２１、２２２に駆動電圧を印加して、駆動対象の駆動圧電素子２１を選択的に駆動する。そして、駆動対象の駆動圧電素子２１による、引張方向の変形と圧縮方向の変形を組み合わせて、振動板３０を変形させ、圧力室３１の容積を変化させることで、共通室３２から液体を導き、ノズル５１から吐出させる。

本実施形態にかかるインクジェットヘッド１の製造方法の一例について図３乃至図７を参照して説明する。まず、シート状に形成された圧電材料に、内部電極２２１、２２２を印刷処理により形成する。そして内部電極２２１、２２２を有する複数枚の圧電体層２１１を積層し、焼成処理、及び分極処理を行い、積層圧電部材である圧電部材２０２を構成する。

そして、図３に示すように、基板１０上に、支持部材２０１を接着剤等で貼り付ける。さらに、あらかじめ内部電極２２１、２２２を形成した圧電部材２０２の圧電素子２１の分極処理を行い、支持部材２０１上に、接着剤等で貼り付ける（Ａｃｔ１１）。

そして、基板１０上に支持部材２０１及び圧電部材２０２が積層配置された状態で、基板１０、支持部材２０１、及び圧電部材２０２の表面を加工することで、実装面と圧電部材２０２及び支持部材２０１の外面を成形する（Ａｃｔ１２）。例えば機械加工により、圧電部材２０２の側面から支持部材２０１の側面を通って基板１０の表面まで、段差のない連続した表面を形成する。Ａｃｔ１２の表面加工は、例えば砥石で研削加工する。なお、基板１０や圧電体を加工できる砥石を用いた場合に支持部材２０１の基板にバリなどが形成される場合には、仕上げにバフ研磨やサンドブラスト等の表面処理を行うことが好ましい。

続いて、図４及び図５に示すように、圧電部材２０２の表面、支持部材２０１の表面、及び基板１０の実装面に、メッキ処理により、金属膜を成膜する（Ａｃｔ１３）。少なくとも表面の全面にＮｉ無電解メッキなどで、電極を形成する。すなわち、外部電極２２３、２２４となる電極層２２３０，２２４０を形成するとともに、基板１０の実装面に電極層１１，１２を形成する。そして、アクチュエータ部材２０の頂部に研磨処理を施し（Ａｃｔ１４）、頂部の電極を除去するとともに、頂部の接合面を形成する。Ａｃｔ１４において、研磨処理によって、後工程で振動板３０が接合されるアクチュエータ部材２０の上面の平面度を確保する。

続いてダイヤモンドカッターなどのツールをＺ方向に移動させて加工することで、アクチュエータ部２０に複数の溝２３を形成することにより、圧電部材２０２を複数に分割し、複数の柱状素子を形成する。（Ａｃｔ１５）。複数の溝２３を、所定のピッチで同時に形成し、同ピッチで並ぶ複数の駆動圧電素子２１と、非駆動圧電素子２２とが、形成される。このとき、溝２３の深さは、支持部材２０１のテーパ部の一部にかかる部分まで形成する。

なお、図５及び図６は柱状素子の共通電極側から見た斜視図であり、図７は個別電極側から見た斜視図であるが、ＡＣＴ１４においては個別電極側にも図５の共通電極側と同様の金属膜が成膜され、Ａｃｔ１５においては個別電極側にも図６の共通電極側と同様に金属膜がアクチュエータ部２０の頂部側において溝２３によって分割される。

さらに、Ａｃｔ１６として、ＰＥＰ法などで配線をパターニングする。すなわち、Ａｃｔ１２で全面的に成膜されたメッキ膜の所定箇所を除去し、図７に示す様に、個別配線１０２側となる一端側の電極層１１を複数に分割する。このとき、支持部材２０１の表面はテーパ状となっているため、連続した面を形成する支持部材２０１の傾斜面を有する表面と基板１０の表面とを、ＰＥＰ処理にて同時にパターニングすることが可能である。すなわち、テーパ状の傾斜面を有する支持部材２０１の表面と、基板１０の実装面とに形成された電極層１１を、素子毎に分割することで、個別配線１０２を形成する。

外部電極２２３は、圧電部材２０２及び支持部材２０１のノズルプレート５０側の部位が溝２３によって分離され、支持部材２０１の基板１０側の部位がパターニングによって分離される。

一方、図６に示すように、他端側の電極層１２はパターニングにより分割されず、連続した状態で共通配線１０３を構成する。以上により、圧電体２０２の一端側には素子毎に分割された複数の個別配線１０２が形成され、他端側には連続した共通配線１０３が形成される。

さらに、基板１０上において所定形状に成形された個別配線１０２や共通配線１０３等の配線パターンに、制御部品としての、駆動ＩＣ７２等の電子部品が実装されたＦＰＣ７１を、例えばはんだ実装や異方導電性フィルム等により接続する。さらにＦＰＣ７１に、ヘッド制御回路７３１を有するプリント配線基板７３を、接続する。

そして、アクチュエータ部２０に、振動板３０、流路基板４０５、及びノズルプレート５０を、間に接合材を介して積層して位置決めを行い、アクチュエータ部２０の外周にフレーム部６０を配置し、これら複数の部材を接合することで、インクジェットヘッド１が完成する。

以下、インクジェットヘッド１を備えるインクジェット記録装置１００の一例について、図８を参照して説明する。インクジェット記録装置１００は、筐体１１１と、媒体供給部１１２と、画像形成部１１３と、媒体排出部１１４と、搬送装置１１５と、制御部１１６と、を備える。

インクジェット記録装置１００は、媒体供給部１１２から画像形成部１１３を通って媒体排出部１１４に至る所定の搬送路Ｒに沿って、吐出対象物である印刷媒体として例えば用紙Ｐを搬送しながらインク等の液体を吐出することで、用紙Ｐに画像形成処理を行う液体吐出装置である。

筐体１１１は、インクジェット記録装置１００の外郭を構成する。筐体１１１の所定箇所に、用紙Ｐを外部に排出する排出口を備える。

媒体供給部１１２は複数の給紙カセットを備え、各種サイズの用紙Ｐを複数枚積層して保持可能に構成される。

媒体排出部１１４は、排出口から排出される用紙Ｐを保持可能に構成された排紙トレイを備える。

画像形成部１１３は、用紙Ｐを支持する支持部１１７と、支持部１１７の上方に対向配置された複数のヘッドユニット１３０と、を備える。

支持部１１７は、画像形成を行う所定領域にループ状に備えられる搬送ベルト１１８と、搬送ベルト１１８を裏側から支持する支持プレート１１９と、搬送ベルト１１８の裏側に備えられた複数のベルトローラ１２０と、を備える。

支持部１１７は、画像形成の際に、搬送ベルト１１８の上面である保持面に用紙Ｐを支持するとともに、ベルトローラ１２０の回転によって所定のタイミングで搬送ベルト１１８を送ることにより、用紙Ｐを下流側へ搬送する。

ヘッドユニット１３０は、複数（４色）のインクジェットヘッド１と、各インクジェットヘッド１上にそれぞれ搭載された液体タンクとしてのインクタンク１３２と、インクジェットヘッド１とインクタンク１３２とを接続する接続流路１３３と、供給ポンプ１３４と、を備える。

本実施形態において、シアン、マゼンダ、イエロー、ブラックの４色のインクジェットヘッド１と、これらの各色のインクをそれぞれ収容するインクタンク１３２を備える。インクタンク１３２は接続流路１３３によってインクジェットヘッド１に接続される。

また、インクタンク１３２には、図示しないポンプなどの負圧制御装置が連結される。そして、インクジェットヘッド１とインクタンク１３２との水頭値に対応して、負圧制御装置によりインクタンク１３２内を負圧制御することで、インクジェットヘッド１の各ノズル５１に供給されたインクを所定形状のメニスカスに形成させている。

供給ポンプ１３４は、例えば圧電ポンプで構成される送液ポンプである。供給ポンプ１３４は、供給流路に設けられている。供給ポンプ１３４は、配線により制御部１１６の制御回路１１６１に接続され、制御部１１６により制御可能に構成される。供給ポンプ１３４は、インクジェットヘッド１に液体を供給する。

搬送装置１１５は、媒体供給部１１２から画像形成部１１３を通って媒体排出部１１４に至る搬送路Ｒに沿って、用紙Ｐを搬送する。搬送装置１１５は、搬送路Ｒに沿って配置される複数のガイドプレート対１２１と、複数の搬送用ローラ１２２と、を備えている。

複数のガイドプレート対１２１は、それぞれ、搬送される用紙Ｐを挟んで対向配置される一対のプレート部材を備え、用紙Ｐを搬送路Ｒに沿って案内する。

搬送用ローラ１２２は、制御部１１６の制御によって駆動されて回転することで、用紙Ｐを搬送路Ｒに沿って下流側に送る。なお、搬送路Ｒには用紙の搬送状況を検出するセンサが各所に配置される。

制御部１１６は、コントローラであるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の制御回路１１６１と、各種のプログラムなどを記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と、各種の可変データや画像データなどを一時的に記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、外部からのデータの入力及び外部へのデータの出力をするインターフェイス部と、を備える。

以上のように構成されたインクジェット記録装置１００において、制御部１１６は、例えばインターフェイスにおいてユーザが操作入力部の操作による印刷指示を検出すると、搬送装置１１５を駆動して用紙Ｐを搬送するとともに、所定のタイミングでヘッドユニット１３０に対して印字信号を出力することで、インクジェットヘッド１を駆動する。インクジェットヘッド１は吐出動作として、画像データに応じた画像信号により、駆動ＩＣ７２に駆動信号を送り、内部電極２２１、２２２に駆動電圧を印加して吐出対象の駆動圧電素子２１を選択的に駆動して例えば積層方向に縦振動させ、圧力室３１の容積を変化させることでノズル５１からインクを吐出し、搬送ベルト１１８上に保持された用紙Ｐに画像を形成する。また、液体吐出動作として、制御部１１６は、供給ポンプ１３４を駆動することで、インクタンク１３２からインクジェットヘッド１の共通室３２にインクを供給する。

ここで、インクジェットヘッド１を駆動する駆動動作について、説明する。本実施形態に係るインクジェットヘッド１は、圧力室３１に対向配置される駆動圧電素子２１を備え、これらの駆動圧電素子２１は配線により電圧が印加可能に接続されている。制御部１１６は、画像データに応じた画像信号により、駆動ＩＣ７２に駆動信号を送り、駆動対象の駆動圧電素子２１の内部電極２２１、２２２に駆動電圧を印加して、駆動対象の駆動圧電素子２１を選択的に変形させる。そして、振動板３０の引張方向の変形と圧縮方向の変形を組み合わせて、圧力室３１の容積を変化させることで、液体を吐出させる。

例えば制御部１１６は、引っ張り動作と、圧縮動作とを交互に行う。インクジェットヘッド１において、対象の圧力室３１の内容積を増加させる引張時には、駆動対象の駆動圧電素子２１を収縮し、駆動対象外の駆動圧電素子２１は変形させない。また、インクジェットヘッド１において対象の圧力室３１の内容積を減少させる圧縮時には、対象の駆動圧電素子２１を伸長する。なお、非駆動圧電素子２２は変形させない。

上述した実施形態に係るインクジェットヘッド１及びインクジェット記録装置１００によれば、支持部材２０１によって、アクチュエータ２０の高さ寸法を確保することができ、実装性及び吐出性能を向上できる。すなわち、支持部材２０１によって、アクチュエータ２０の高さ寸法を確保することで、インクジェットヘッド１をノズル面の方向に大型化することなく、共通室３２の容積を確保できる。また、圧電部材２０２と基板１０との間に樹脂基板で構成される支持部材２０１を配してアクチュエータ部２０を嵩上げすることで、圧電体の使用量を増やさずに、基板１０と流路部材４０との間のＺ方向の寸法を広げることができ、基板１０と流路部材４０との間に構成される共通室３２を高さ方向に広げることができる。したがって、ノズル面を広げずに、低コストにて、共通室３２の容量を確保できる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。

上記実施形態の圧電素子２１、２２の具体的な材料や構成は上記に限られるものではなく、適宜変更されるものである。

また、上記実施形態においては、複数層の圧電体層２１１を積層し、積層方向の縦振動（ｄ３３）を用いて駆動圧電素子２１を駆動する構成としたが、これに限られるものではない。例えば駆動圧電素子２１が単層の圧電部材で構成される形態にも適用可能であるし、ｄ３１方向に変位する横振動により駆動する形態にも適用可能である。

ノズル５１や圧力室３１の配列も上記実施形態に限られるものではない。たとえばノズル５１を２列以上配列してもよい。また複数の圧力室３１の間に、ダミー室となる空気室を形成してもよい。循環式に限らず非循環タイプのインクジェットヘッドであってもよい。

この他、流路部材４０、ノズルプレート５０、フレーム部６０を含む各種部品の構成や位置関係は上述した例に限られるものではなく、適宜変更可能である。

また、上記実施形態においては基板１０上にアクチュエータ部２０が２つ並列配置された例を示したが、これに限られるものではなく、アクチュエータ部２０が単数であってもよい。

また、吐出する液体は印字用のインクに限られるものではなく、例えばプリント配線基板の配線パターンを形成するための導電性粒子を含む液体を吐出する装置等であっても良い。

また、上記実施形態において、インクジェットヘッド１は、インクジェット記録装置等の液体吐出装置に用いられる例を示したが、これに限られるものではなく、例えば３Ｄプリンタ、産業用の製造機械、医療用途にも用いることが可能であり、小型軽量化及び低コスト化が可能である。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、実装性を向上できる液体吐出ヘッド及び液体吐出装置を提供できる。

この他、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…インクジェットヘッド、１０…基板、２０…アクチュエータ部、２０１…支持部材、２０２…圧電部材、２１…駆動圧電素子、２２…非駆動圧電素子、２３…溝、３０…振動板、３１…圧力室、３２…共通室、３３…連通部、４０…流路部材、４２…隔壁部、５０…ノズルプレート、５１…ノズル、６０…フレーム部、７０…駆動回路、７１…ＦＰＣ、７２…駆動ＩＣ、７３…プリント配線基板、７３１…ヘッド制御回路、１００…インクジェット記録装置、１１１…筐体、１１２…媒体供給部、１１３…画像形成部、１１４…媒体排出部、１１５…搬送装置、１１７…支持部、１１８…搬送ベルト、１１９…支持プレート、１２０…ベルトローラ、１２１…ガイドプレート対、１２２…搬送用ローラ、１３０…ヘッドユニット、１３２…インクタンク、１３３…接続流路、１３４…供給ポンプ、１１６…制御部、１１６１…制御回路、２１１…圧電体層、２２１…内部電極、２２２…内部電極、２２３…外部電極、２２４…外部電極、３０１…振動領域、３０２…支持領域、４０５…流路基板。

Claims (5)

1. 圧電材料で構成されるとともに、複数の溝を有し、前記溝を介して配置される複数の圧電素子を有する、圧電部材と、
   配線が形成される基板と、
   前記基板と前記圧電素子との間に配置されるとともに樹脂材料で形成された支持部材と、
   前記圧電部材の表面に形成される電極と、を備える、
   液体吐出ヘッド。
2. 前記圧電部材に対向配置されるとともに、前記電極が形成される前記表面に対して交差する方向に延びる振動板と、
   少なくとも一部が前記振動板に面する複数の圧力室と、
   複数の前記圧力室に連通する複数のノズルと、を有し、
   前記支持部材は、前記基板側に拡がる斜面を有するテーパ状の表面を有し、
   前記支持部材の表面から前記基板上に連続する配線が形成される請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記溝は前記支持部材に至って形成され、
   前記圧電部材及び前記支持部材の表面に形成された前記電極は、少なくとも一部が前記溝によって互いに分離される、請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記圧電部材は複数の圧電体層と複数の内部電極とが積層される積層圧電体で構成される、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の液体吐出ヘッドを備える液体吐出装置。