JP2002210950A - 音響波集束体および音響インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 クロストークを確実に防止できる音響波集束
体および音響インクジェット記録装置を提供することを
目的とする。 【解決手段】 音響波集束体１１は、固定基板１０の表
面に音響フレネルレンズ２２を形成すると共に、音響フ
レネルレンズ２２が形成された面と反対面に予め形成さ
れた所定厚さのガラス基板３０を接合する。このガラス
基板３０上に駆動電極２４および対向電極２８に挟持さ
れた圧電素子２６を配設することによって形成されてい
る。したがって、複数の駆動電極２４が配置されている
場合に、ある駆動電極２４に駆動電圧が印加された場合
にガラス基板３０、導電性である固定基板１０を介して
隣接する駆動電極２４にリーク電流が流れることはな
い。すなわち、十分な厚さを有するガラス基板３０によ
って確実に絶縁され、クロストークが防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、音響レンズを表面
に形成した音響波集束体および音響インクジェット記録
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】インク滴を記録媒体上に飛翔させ記録ド
ットを形成するインクジェット技術は、他の記録方式に
比べて騒音が少なく、小型化などに向いており、パーソ
ナル分野を中心に普及している。

【０００３】現在までに多くのインクジェットプリンタ
方式が提案されている。例えば、特公昭５６-９４９２
号公報に開示されている発熱体の熱により発生するバブ
ルの圧力でインク滴を飛翔させるサーマルインクジェッ
ト方式、特公昭５３-１２１３８号公報に開示されてい
る圧電体の変位による圧力パルスでインク滴を飛翔させ
る圧電型インクジェット方式などである。

【０００４】しかしながら、これらの方式では、解像度
を向上させるために個別ノズルの寸法を細くすると、ノ
ズルの目詰まりを生じやすいという問題がある。また、
作製工程においても高度なノズル作製技術を必要とし、
しばしば製造歩留まりが低下するという問題もある。

【０００５】これらの欠点を改善するために、例えば、
K.Ａ.Krouseらの「インクジェットの集束」IBM Technic
al Disclosure Bulletin, Vil.１６, No.４. １９７３.
９,１１１１８-１１７０に報告されているように、圧電
素子を振動させ発生する音響波を利用してインク液面か
らインク滴を飛翔させる方式が提案された。この方式
は、ノズルを用いないため、ノイズの目詰まりを回避す
ることができる。

【０００６】上記音響インクジェットにおけるインク滴
の飛翔原理について説明する。図１２に示すように、音
響インクジェット記録ヘッド１００は、固定基板１０２
の片面に駆動電極１０４、圧電素子１０６、対向電極１
０８が備えられており、駆動電極１０４、対向電極１０
８にＲＦ駆動電圧が与えられると圧電素子１０６が振動
し、音響波１１０を生じる。音響波１１０は固定基板１
０２内を伝播し、固定基板１０２の他方の面に設けられ
た音響フレネルレンズ１１２によって、音響ビーム１１
４としてインク１１６の自由表面（液/空気界面）１１
８付近で集束される。この音響ビーム１１４によって自
由表面１１８に付与されたエネルギによって、インク滴
１２０が自由表面１１８から吐出される。

【０００７】このような原理を用いた例として、複数の
音響レンズアレイを配置した線形アレイ構造の音響プリ
ントヘッド構造が特公平６-４５２３３号公報に開示さ
れている。

【０００８】また、特許２５１１５７０号には、自由表
面に音響エネルギを集束させるために、位相音響フレネ
ルレンズを使うことが提案されている。音響フレネルレ
ンズは、球面レンズに比べて、集束効率は多少落ちる
が、半導体技術などで安価に大量に生産可能であるとい
う利点を持っている。

【０００９】さらに、特願２０００−２４５６２３号に
示すように、多重個別位相フレネル音響レンズの作製方
法は、固定基板に直接形成されたレンズで集束されるた
め、音響波のロスが少なく、レンズの作製精度が高いと
いう利点がある。

【００１０】この作製方法について、図１３を参照して
具体的に説明する。

【００１１】先ず、固定基板（シリコン基板）１０２上
に第１マスク層１２２を着膜し、ホトリソグラフィ工程
によってホトレジスト１２４を形成する。次にホトレジ
スト１２４をマスクに第１マスク層１２２をエッチング
する（図１３(Ａ)参照）。

【００１２】次に、ホトレジスト１２４を除去したの
ち、第２マスク層１２６を着膜し、ホトリソグラフィ工
程によってホトレジスト１２８を形成する。次に、ホト
レジスト１２８をマスクに第２マスク層１２６をエッチ
ングする（図１３(Ｂ)参照）。

【００１３】ホトレジスト１２８を除去したのち、ホト
リソグラフィ工程によって第三マスク層（ホトレジス
ト）１３０を形成する（図１３(Ｃ)参照）。

【００１４】次に、ホトレジスト１３０をマスクに固定
基板１０２をエッチングする（図１３(Ｄ)参照）。続い
て、ホトレジスト１３０を除去したのち、第２マスク層
１２６をマスクに固定基板１０２をエッチングする。
（図１３(Ｅ)参照）。さらに、第２マスク層１２６を除
去し、第１マスク層１２２をマスクに固定基板１０２を
エッチングした後、第１マスク層１２２を除去すること
によって固定基板１０２上に音響フレネルレンズ１１２
を作製する（図１３（Ｆ）参照）。

【００１５】次に、固定基板１０２の反対側（音響レン
ズ面の対向面）に、絶縁層１３２（例えば酸化膜）を着
膜後、駆動電極層１３４を着膜し、ホトリソグラフィ工
程によってホトレジスト１３６をパターニングする（図
１３(Ｇ)参照）。

【００１６】ホトレジスト１３６をマスクに駆動電極層
１３４をエッチングし、個々にアドレス可能な駆動電極
１０４を作製する。さらに、ホトレジスト１３６を除去
後、圧電素子層１３８、対向電極層を着膜し、ホトレジ
スト１４２を形成する。ホトレジスト１４２をマスクに
対向電極層をエッチングして対向電極１０８を作製する
（図１３(Ｈ)参照）。

【００１７】最後に、圧電素子層１３８をホトレジスト
１４２をマスクにエッチングして圧電素子１０６を作製
した後、ホトレジスト１４２を除去する（図１３(Ｉ)参
照）。

【００１８】このような製造方法によって音響フレネル
レンズが形成された基板を用いた音響インクジェット記
録ヘッドの具体例について図１４を参照して説明する。
なお、音響インクジェット方式の原理の説明ですでに説
明した部位については、図１２と同様の参照符号を付
し、その詳細な説明を省略する。

【００１９】音響インクジェット記録ヘッド１００は、
図１４に示すように、固定基板１０２上に配列されてい
る音響フレネルレンズ１１２、音響フレネルレンズ１１
２に音響波１１０を個別に選択的に照射できるアドレッ
シング可能な駆動電極１０４（１０４Ａ〜１０４Ｃ）、
圧電素子１０６、対向電極１０８を備える。音響フレネ
ルレンズ１１２上にはインク１１６が保持されており、
インク１１６の自由表面１１８が音響フレネルレンズ１
１２の焦点付近に維持されるように、インク液面保持プ
レート１４４に形成された開口部１４６（１４６Ａ〜１
４６Ｃ）にインク１１６の自由表面１１８が保持されて
いる。

【００２０】音響インクジェット記録ヘッド１００は、
駆動電極１０４、対向電極１０８に印可される駆動電圧
の振幅、周波数、パルス時間を変調させることによっ
て、音響フレネルレンズ１１２毎に空間的に隔てて制御
可能である。例えば、音響フレネルレンズ１１２Ｂを用
いてインク滴１２０の吐出を行なう場合には、アドレッ
シング可能な駆動電極１０４Ｂと対向電極１０８にＲＦ
駆動電圧を印加することによって、圧電素子１０６の振
動によって発生した音響波１１０が駆動電極１０４Ｂに
対応した音響フレネルレンズ１１２Ｂで音響ビーム１１
４として自由表面１１８で集束し、対応するインク液面
プレート１４４の開口部１４６Ｂからのみインク滴１２
０が吐出される。

【００２１】

【発明が解決すべき課題】上記音響インクジェット記録
ヘッド１００には、以下の問題点がある。

【００２２】すなわち、音響波等の伝達効率などの点か
ら表面に音響フレネルレンズ１１２を作製するために加
工性の点から固定基板１０２に導電性のシリコン基板を
採用している。

【００２３】したがって、駆動電極１０４Ｂが印加され
た場合、絶縁層１３２の厚さが不十分であると固定（Ｓ
ｉ）基板１０２を介して隣接する駆動電極１０４Ａ、１
０４ＣにＲＦ電流がリークする（図１３、矢印Ｌ参
照）。この結果、駆動電極１０４Ａ、１０４Ｃ下の圧電
素子２６も振動し、音響フレネルレンズ１１２Ａ、１１
２Ｃを介して音響ビーム１１４が自由表面１１８に収束
し、開口部１４６Ａ、１４６Ｃからインク滴１２０が吐
出される。すなわち、インクジェット記録ヘッド１００
にクロストークが発生するおそれがあった。

【００２４】単にクロストークを防止するだけであれば
絶縁層１３２の膜厚を増加させることも考えられるが、
リークを防止する十分な厚さの絶縁層１３２を膜形成で
行なうと作製効率（時間・コスト）が悪化するという問
題があった。

【００２５】また、インクジェット記録装置において主
走査を省略して高速の印字を実現するために、紙幅サイ
ズをインクジェット記録ヘッドを作製することが行なわ
れている。しかしながら、Ｓｉ基板の大きさは現状８イ
ンチ（１２インチも普及しつつある）程度の円板であ
り、そのＳｉ基板からＡ４の紙幅(２９７ｍｍ)サイズの
インクジェット記録ヘッドを作ると少数のインクジェッ
ト記録ヘッドしか作製できず、大幅なコストアップとな
ってしまう。

【００２６】本発明は、上記の課題を解決するために、
クロストークを確実に防止できる音響集束体および音響
インクジェット記録装置を提供することを目的とする。
また、本発明はレンズ作製精度を低下させることなく、
またコストを大幅に増大させること無く、長尺タイプの
音響波集束体を提供することを目的とする。

【００２７】

【課題解決するための手段】上記の課題を解決するため
に、請求項１記載の本発明は、単一又は複数の音響波を
集束する音響レンズが表面を加工して形成されている単
一又は複数の導電性部材と、予め形成された単一又は複
数の絶縁性部材とが、接合して形成されたことを特徴と
する。

【００２８】請求項１記載の発明の作用について説明す
る。

【００２９】音響レンズが形成された導電性部材の背面
（音響レンズと反対側）に予め加工された絶縁性部材を
接合して形成されている。したがって、音響レンズを複
数配列して導電性部材の背面側（レンズと反対側）にア
ドレッシング可能な駆動電極と対向電極および圧電素子
を配置し、駆動電極と対向電極にＲＦ駆動電流を流すこ
とによって所定の圧電素子を駆動して音響波を発生さ
せ、音響レンズによって音響レンズ上に保持された液体
の自由表面に音響ビームを集束させ、液滴を吐出させる
構成とすることができる。この場合には、導電性部材の
背面に予め形成された絶縁性部材を接合しているため、
十分な厚さの絶縁層を簡単に形成することができる。し
たがって、駆動電極から導電性部材を介して隣接する駆
動電極にＲＦ駆動電流がリークして、隣接する圧電素子
が振動して液滴を吐出することを防止できる。すなわ
ち、クロストークを防止できる。

【００３０】また、予め形成された絶縁性部材に導電性
部材を接合させているため、導電性部材上に絶縁膜を形
成させるものと比較して、長尺な音響波集束体を形成す
る場合に強度が向上する。

【００３１】請求項２記載の本発明は、請求項１記載の
発明において、前記接合は、陽極接合又は熱接合である
ことを特徴とする。

【００３２】請求項２記載の発明の作用について説明す
る。

【００３３】導電性部材と絶縁性部材を陽極接合あるい
は熱接合することによって確実に接合することができ
る。

【００３４】請求項３記載の本発明は、請求項１または
２記載の発明において、前記音響レンズは音響フレネル
レンズであることを特徴とする。

【００３５】請求項３記載の発明の作用について説明す
る。

【００３６】音響レンズが音響フレネルレンズであれ
ば、基板の表面に階段状に削るだけで良く、半導体製造
技術等の適用により基板上に音響レンズを容易に製造す
ることができる。

【００３７】請求項４記載の本発明は、請求項１〜３の
いずれか１項記載の発明において、複数の前記導電性部
材が単一の前記絶縁性部材に接合されたことを特徴とす
る。

【００３８】請求項４記載の発明の作用について説明す
る。

【００３９】単一の基板からなる絶縁性部材に複数の導
電性部材を接合することによって各導電性部材を小型化
することができるため、導電性部材の表面に音響レンズ
を形成する際にシリコン基板から多数作製することがで
き、作製効率が向上する。

【００４０】例えば、紙幅全幅のインクジェット記録ヘ
ッドを作製する場合に、全幅の長さの絶縁性部材に対し
て全幅よりも小さい導電性部材を複数接合して作製する
ことによって、全幅のインクジェット記録ヘッドを作製
することができる。

【００４１】請求項５記載の発明は、請求項１〜４のい
ずれか１項記載の発明において、前記導電性部材が接合
する前記絶縁性部材の接合面と反対側の背面上に、前記
音響波を発生する圧電素子を設けたことを特徴とする。

【００４２】請求項５記載の発明の作用について説明す
る。

【００４３】音響レンズが形成された導電性部材（音響
レンズと反対側）に接合された絶縁性部材の背面に圧電
素子が配設されているため、ある圧電素子に印加された
駆動電流が導電性部材を介して隣接する圧電素子にリー
クすることが確実に防止される。すなわち、導電性部材
には予め形成された十分な厚さの絶縁性部材が接合され
ているため、圧電素子に印加される駆動電流が導電性部
材を介して隣接する圧電素子にリークすることが確実に
防止される。

【００４４】請求項６記載の発明は、請求項５記載の発
明において、前記絶縁性部材の背面上に、前記圧電素子
を制御する制御回路を設けたことを特徴とする。

【００４５】請求項６記載の発明の作用について説明す
る。

【００４６】絶縁性部材の背面上に圧電素子を制御する
制御回路を設けることによって、生産コストが低減され
ると共に、駆動・制御信号のロスが抑制され信頼性が向
上する。

【００４７】請求項７記載の発明は、請求項１〜６のい
ずれか１項記載の発明において、前記基板は、シリコン
基板であることを特徴とする。

【００４８】請求項７記載の発明の作用について説明す
る。

【００４９】基板がシリコン基板であれば、加工性に優
れるため、製造が容易になる。

【００５０】請求項８記載の発明は、請求項１〜７のい
ずれか１項記載の発明において、前記絶縁性部材は、ガ
ラス製であることを特徴とする。

【００５１】請求項８記載の発明の作用について説明す
る。

【００５２】絶縁性部材がガラス製であれば、十分な強
度を有すると共に、確実にクロストークを防止するため
の十分な厚さが確保される。

【００５３】請求項９記載の発明は、単一又は複数の音
響波を集束する音響レンズが表面を加工して形成されて
いる単一又は複数の導電性部材と、前記導電性部材の音
響レンズが形成された第１面と反対側の第２面に設けら
れた単一又は複数の絶縁性部材と、前記絶縁性部材上に
配置され、音響波を発生する圧電素子と、を備え、前記
圧電素子に直列接続された全ての部材の容量の総和が、
前記圧電素子が駆動されないときには前記圧電素子容量
よりも小さく、前記圧電素子が駆動されるときには前記
圧電素子容量よりも大きくなるように、前記絶縁性部材
を形成したことを特徴とする。

【００５４】請求項９記載の発明の作用について説明す
る。

【００５５】圧電素子容量が圧電素子に直列接続された
全ての部材の容量（以下、全容量という）よりも大きけ
れば、リーク電流によって圧電素子が駆動されることは
ない。一方、圧電素子が全容量よりも小さければ、圧電
素子に駆動電圧が印加されることによって圧電素子が確
実に駆動されることになる。

【００５６】ここで、圧電素子に直列接続される部材の
中には、隣接する駆動電極と絶縁性部材および導電性部
材の容量が含まれる。すなわち、隣接する駆動電極に駆
動電圧が印加された場合に、絶縁性部材および導電性部
材を介して隣接する駆動電極にリーク電流が流れ、隣接
する圧電素子を誤作動させることを考慮したものであ
る。

【００５７】したがって、上述の条件を満たすように、
駆動電極と導電性部材の間に配置される絶縁性部材（の
厚さを）を形成することによって、非駆動時に隣接する
圧電素子の駆動によって圧電素子が誤作動すること（ク
ロストーク）を確実に防止できる。

【００５８】請求項１０記載の発明は、請求項１〜９の
いずれか１項記載の音響波集束体を備え、音響集束体の
音響レンズ側に液体を配置することによって、液体の自
由表面に音響波を集束させて液滴を射出することを特徴
とする。

【００５９】請求項１０記載の発明の作用について説明
する。

【００６０】圧電素子を駆動することによって発生した
音響波が絶縁性部材と導電性部材の内部を通過して、基
板の第１面に形成された音響レンズを介して液体の自由
表面に集束される。この結果、自由表面から液滴が吐出
される。

【００６１】この際、圧電素子と導電性部材の間には十
分な厚さを有する絶縁性部材が配設されているため、圧
電素子の駆動電流が導電性部材を介して隣接する圧電素
子にリークすることはない。したがって、クロストーク
が確実に防止される。

【００６２】請求項１１記載の発明は、請求項４〜６の
いずれか１項記載の音響波集束体を備え、前記音響波集
束体により液体の自由表面に音響波を集束させて液滴を
射出する音響インクジェット記録装置であって、前記各
音響波集束体は、それぞれ異なる色の液体を保持するこ
とによって複数色の液滴を吐出可能に構成したことを特
徴とする。

【００６３】請求項１１記載の発明の作用について説明
する。

【００６４】絶縁性部材上に複数の導電性部材を配置
し、それぞれの導電性部材の音響レンズ側に異なる色の
液体を保持させることによって、複数色の液滴を吐出す
る音響インクジェット記録ヘッドを作製することができ
る。

【００６５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態に係る
音響波集束体および音響波集束体の製造方法および音響
波集束体を用いた音響インクジェット記録ヘッドおよび
音響インクジェット記録装置について説明する。

【００６６】音響波集束体１１は、図１に示すように、
固定基板１０の一方の面に音響フレネルレンズ２２が形
成されており、他方の面に後述する絶縁性部材３０が接
合され、絶縁性部材３０上に駆動電極２４、対向電極２
８によって駆動される圧電素子２６を備える。

【００６７】音響波集束体１１は、図２（Ａ）に示すよ
うに、固定基板１０上に二次元的に複数個の音響フレネ
ルレンズ２２が形成されている。本実施形態では、一般
的に高解像度といわれる６００dpiを実現するために、
１００dpiのピッチで配列した音響フレネルレンズ２２
を１/６ピッチずつずらして６列配置している。

【００６８】また、音響波集束体１１において、固定基
板１０の音響フレネルレンズ２２と反対側の絶縁性部材
３０の表面には、図２（Ｂ）に示すように、縦方向に直
列で繋がれた複数の駆動電極２４と横方向に直列で繋が
れた複数の対向電極２８とが交差する部位に圧電素子２
６が挟持されている。すなわち、任意の駆動電極２４、
対向電極２８にＲＦ駆動電圧を与えることで、所望の圧
電素子２６を振動させることが可能となる。

【００６９】次に、このように構成される音響波集束体
１１の製造方法について図３および図４を参照して説明
する。

【００７０】先ず、固定基板（シリコン基板、以下Ｓｉ
基板という場合がある）１０上に酸化膜からなる第１マ
スク層１２を着膜し、ホトリソグラフィ工程によって第
１マスク層１２上にホトレジスト１４を形成する。続い
て、ホトレジスト１４をマスクにして第１マスク層１２
をエッチングして固定基板１０の第１領域１０Ａを露出
させる（図３（Ａ）参照）。エッチングはフッ酸系のウ
ェットエッチング、あるいはガスを使ったドライエッチ
ングのどちらでもかまわない。

【００７１】次に、エッチング終了後、ホトレジスト１
４を除去した後、固定基板１０および第１マスク層１２
上にアルミニウムからなる第２マスク層１６を着膜し、
第２マスク層１６上にホトリソグラフィ工程によってホ
トレジスト１８を形成する。続いて、ホトレジスト１８
をマスクにして第２マスク層１６をエッチングして固定
基板１０の第１領域１０Ａの一部（以下、第２領域とい
う）１０Ｂを露出させる(図３（Ｂ）参照）。エッチン
グはリン酸系のウェットエッチング、あるいはガスを使
ったドライエッチングのどちらでもかまわない。

【００７２】さらに、ホトレジスト１８を第２マスク層
１６上から除去した後、第２領域１０Ｂの一部をマスク
するようにホトリソグラフィ工程によって第３マスク層
（ホトレジスト）２０を形成する（図３（Ｃ）参照）。
したがって、固定基板１０は、第２領域１０Ｂの一部
（以下、第３領域という) １０Ｃが露出されている。

【００７３】このようにして、マスク層１２、１６、２
０を３段に積層しておく。

【００７４】次に、第３マスク層２０をマスクにして固
定基板１０（第３領域１０Ｃ）をエッチングし、第１段
目のステップＳ１を形成する（図３（Ｄ）参照）。エッ
チングはエッチング異方性に優れているガスを使ったド
ライエッチングが望ましく、ＩＣＰ（Inductively Coup
led Plasma; 誘導結合型プラズマ）エッチングが好適で
ある。

【００７５】続いて、第３マスク層２０を第２マスク層
１６上から除去したのち、第２マスク層１６をマスクに
して固定基板１０（第２領域１０Ｂ）をエッチングし
て、第２段目のステップＳ２を形成する。（図３（Ｅ）
参照） 最後に、リン酸を用いてウェット法で第２マスク層（ア
ルミニウム）１６を第１マスク層（酸化膜）１２上から
除去し、第１マスク層１２をマスクにして固定基板１０
をエッチングして３段目のステップＳ３を形成した後、
第１マスク層（酸化膜）１２をフッ酸でウェット法によ
り除去する。このようにして、エッチングによって固定
基板１０に４段（４相）の音響フレネルレンズ２２が形
成される（図３（Ｆ）参照）。

【００７６】なお、本実施形態は、４相の音響フレネル
レンズの作製方法を明示しているが、５相以上のフレネ
ルレンズを作製する場合も同様である 次に、他の固定基盤（絶縁性部材）上に振動子を作成す
る。この固定基板は絶縁性物質であるセラミックス系の
材料が好適である。ここでは、ホウケイ酸ガラスを選択
した。

【００７７】先ず、絶縁性部材（以下、ガラス基板とい
う場合がある）３０上に、個々にアドレス可能な駆動電
極層２４Ａを着膜しホトリソグラフィ工程によってホト
レジスト３２をパターニングする（図４（Ａ）参照）。
このとき、駆動電極層２４Ａは、圧電素子２６の振動を
ガラス基板３０に伝えるため薄い膜が望ましい。また、
ガラス基板３０の厚さは、後述するクロストークを防止
するために、少なくとも１００μｍ以上であることが必
要である。

【００７８】次に、駆動電極層２４Ａをホトレジスト３
２をマスクにエッチングしパターン（駆動電極２４）を
形成する。ホトレジスト３２を除去後、圧電素子層２６
Ａをスパッタ法などにより着膜する。圧電素子層２６Ａ
としてはＰＺＴ、LiNbNO₃、ZnOなどを使用する。本発明
では圧電素子層２６ＡとしてZnO膜を２０μm形成する。

【００７９】続いて、圧電素子層２６Ａ上に対向電極層
を着膜し、ホトレジスト３４を形成する。ホトレジスト
３４をマスクに対向電極層をエッチングして対向電極２
８を形成する（図４（Ｂ）参照）。

【００８０】次に、ホトレジスト３４をマスクに圧電素
子層２６Ａをエッチングして圧電素子２６を形成する
（図４（Ｃ）参照）。

【００８１】さらに、ホトレジスト３４を除去すること
によってガラス基板３０上に振動子を作製することがで
きる（図４（Ｄ）参照）。

【００８２】以上のように作製した、固定基板１０（図
３（Ｆ）参照）、ガラス基板３０（図４（Ｄ）参照）を
陽極接合により接合により音響波集束体１１を作製する
（図４（Ｅ）参照）。

【００８３】陽極接合を行う場合は、ホウケイ酸ガラス
などNa₂Oなどを代表とする不純物が数％混入しているほ
うが接合しやすい。

【００８４】なお、陽極接合に換えて熱接合で接合を行
なっても良い。熱接合を行う場合は不純物温度に依存し
ないという長所がある。

【００８５】また、本実施形態ではそれぞれ音響レン
ズ、電極配線を形成した後、接合しているが、接合後、
配線、レンズ形成を行っても良い。

【００８６】次に、このようにして圧電素子２６や音響
フレネルレンズ２２が設けられた音響波集束体１１を用
いて構成される音響インクジェット記録ヘッドおよび音
響インクジェット記録装置について説明する。

【００８７】音響インクジェット記録ヘッド３１は、図
５に示すように、固定基板１０の音響フレネルレンズ２
２側にインク３２を所定厚さで保持し、インク液面保持
プレート３４の開口部３６（３６Ａ〜３６Ｃ）によって
音響フレネルレンズ２２の焦点にインク３２の自由表面
３８を保持している。

【００８８】したがって、図示しない制御手段によって
駆動電極２４Ｂ、対向電極２８にＲＦ駆動電圧を印可す
ると、圧電素子２６が振動して音響波４０を発生する。
音響波４０は、固定基板１０を透過して音響フレネルレ
ンズ２２Ｂで音響ビーム４２となって自由表面３８で集
束し、開口部３６Ｂからインク滴４４を飛翔させる。こ
の場合、音響波４０は、固定基板１０に直接形成された
音響フレネルレンズ２２で集束されるため、音響波４０
のロスが少ない。また、レンズの作製精度も高いため、
ＲＦ駆動電圧を印可した所望の駆動電極２４に対応した
音響フレネルレンズ２２に音響波４０（エネルギ）が効
率よく伝播、集束される。したがって、より少ない駆動
エネルギで安定的にインク滴を飛翔させることが可能で
ある。

【００８９】また、固定基板１０と駆動電極２４Ａ〜２
４Ｃの間には十分な厚み（１００μｍ以上）の絶縁層
（ガラス基板３０）が存在するため、ＲＦ駆動電流が駆
動電極２４Ｂから導電性の固定（Ｓｉ）基板１０を介し
て隣接する駆動電極２４Ａ、２４Ｃに流れて、隣接する
圧電素子２６から音響波４０が発生してインク滴４４を
吐出させることを回避することができる。

【００９０】特に、本実施形態では、固定基板１０に対
して予め形成された所定厚さ（少なくとも１００μｍ以
上）のガラス基板３０を接合することによって音響波集
束体１１を形成しているため、所定厚さの絶縁層を膜形
成する場合と比較して効率的に形成することができる。

【００９１】なお、音響インクジェット記録ヘッド３１
は、図６に示すように、プリントヘッドとして音響イン
クジェット記録装置４５に装填される。すなわち、ガイ
ドシャフト４６に沿って主走査方向に走査されることに
より、用紙４８に向かってインク滴を吐出し、画像形成
を行なうことができる。

【００９２】なお、本実施形態では吐出される液体をイ
ンクとしたが、これに限定されるものではない。

【００９３】なお、クロストークを防止するために、絶
縁性部材３０の厚さがどの程度あれば良いかについて
は、次のように考察によって決定することもできる。

【００９４】すなわち、図５に示す駆動電極２４Ａにつ
いて考察すると以下のようになる。

【００９５】駆動電極２４Ａおよび対向電極２８で挟ま
れた圧電素子２６（当該部分を振動子２６Ａという場合
がある）について考察すると、振動子２６Ａに対して駆
動電極２４Ａおよび対向電極２８を介して直列接続され
ている正規の駆動回路部分と、振動子２６ＡをＲＦ駆動
電流のリーク電流によって駆動させる振動子２６Ａに対
して直列接続されているリーク回路部分とを考えること
ができる。リーク回路部分とは、例えば、ＲＦ駆動電圧
が印加されている隣接する駆動電極２４Ｂから導電性の
Ｓｉ基板である固定基板１０を介して駆動電極２４Ａに
リーク電流が流れる回路等を想定している。

【００９６】このような想定に基づいた等価回路を図７
に示す。ここで、 Ｃzn：振動子の容量、 Ｃo：基板（リーク回路）容量、 Ｃdrv：配線（正規駆動回路）容量、である。

【００９７】上記等価回路において、基板容量Ｃoと配
線容量Ｃdrvとの和Ｃは、 Ｃo＋Ｃdrv＝Ｃ となる。

【００９８】ここで、駆動電極２４Ａに駆動電圧が正規
に印加された場合には振動子２６Ａが振動し、正規の駆
動電圧が印加されない場合には振動子２６Ａが振動しな
い条件を求める。

【００９９】すなわち、駆動電極２４Ａおよび対向電極
２８間にＲＦ駆動電圧を印加して振動子２６Ａを駆動さ
せ、音響波４０を発生させる場合は、 Ｃ＞Ｃzn 振動子２６Ａを駆動させず、音響波４０を発生させない
場合には、 Ｃ＜Ｃzn …（１） がなりたつことが理想的である。

【０１００】このときの絶縁性部材３０の厚さは、以下
のように定義できる。

【０１０１】すなわち、駆動電極２４ＡにＲＦ駆動電圧
が印加されていないときに、振動子２６Ａがリーク電流
で駆動されない条件は、（１）式より以下のように求め
ることができる。ここで、Ｃdrv/offとは、駆動電極２
４Ａへのスイッチがオフされた（正規のＲＦ駆動電圧が
印加されない）状態での正規駆動回路の容量である。

【０１０２】 （２）式に、Ｃo = A(ε0εr / Ｔ0)を代入すればクロ
ストーク防止に必要な絶縁性部材の厚さを求めることが
できる。

【０１０３】ここで、 Ａ：駆動電極の面積 ε0：絶縁層の誘電率 εr：圧電材料の比誘電率 Ｔ0：絶縁層の厚さ である。

【０１０４】したがって、クロストークを防止できる絶
縁性部材の厚さＴ0は、 Ｔ0≧ Aε0εr／（Ｃzn−Ｃdrv/off） ということになる。

【０１０５】なお、この条件を満たす絶縁性物質であれ
ば、予め形成された基板（絶縁性部材）だけでなく、膜
形成でもクロストークを防止することは可能である。 （第２実施形態）本発明の第２実施形態に係るインクジ
ェット記録ヘッドについて図８を参照して説明する。第
１実施形態と同様の構成要素については第１実施形態と
同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。第
１実施形態と異なるのは、音響波集束体のみなので音響
波集束体についてのみ説明する。

【０１０６】音響波集束体６０は、長尺なガラス基板３
０に対して第１実施形態で説明した音響レンズ２２が表
面に形成された複数の固定基板１０Ａ〜１０Ｄを接合す
ることによって、長尺な音響波集束体を作製したもので
ある。

【０１０７】このように複数の固定基板１０Ａ〜１０Ｄ
を長尺なガラス基板３０に対して接合することによって
強度を確保できると共に、長尺な固定基板を１個作製す
るよりも４つの固定基板１０を作製する方が円形のシリ
コン基板から効率的に多数作製できるため、長尺なイン
クジェット記録ヘッドを大幅なコストアップすることな
く作製できる。

【０１０８】なお、第１実施形態と同様に音響波集束体
６０を用いてインクジェット記録ヘッドおよびインクジ
ェット記録装置を形成することができる。 （第３実施形態）本発明の第３実施形態に係るインクジ
ェット記録ヘッドについて図９を参照して説明する。第
１実施形態と同様の構成要素については第１、第２実施
形態と同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略す
る。第１、第２実施形態と異なるのは、音響波集束体の
みなので音響波集束体についてのみ説明する。

【０１０９】音響波集束体６２は、ガラス基板３０上に
圧電素子２６を駆動する制御回路６４を設けたものであ
る。制御回路６４は、ワイヤボンディングもしくはリー
ドフレーム等で駆動電極２４と接続されている。

【０１１０】このように構成することによって、ガラス
基板３０の圧電素子２６側に制御回路６４を実装でき、
駆動信号、制御信号のロスを抑えられると共に信頼性を
向上させることができ、生産コストも低減させることが
できる。 （第４実施形態）本発明の第４実施形態に係るインクジ
ェット記録ヘッドについて図１０を参照して説明する。
第１実施形態と同様の構成要素については第２実施形態
と同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【０１１１】インクジェット記録ヘッド６６は、複数の
固定基板１０Ａ〜１０Ｄが接合された長尺なガラス基板
３０（図８参照）上に、各固定基板１０Ａ〜１０Ｄに対
応する各色（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）のインクタンク６８Ａ〜
６８Ｄを備えるものである。

【０１１２】なお、インク供給路等の図示は省略してい
る。

【０１１３】このように構成することによって、１つの
インクジェット記録ヘッド６６から複数色のインク滴を
吐出することができる。 （第５実施形態）本発明の第５実施形態に係るインクジ
ェット記録ヘッドについて図１１を参照して説明する。
第２実施形態と同様の構成要素については第２実施形態
と同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
なお、第１、第２実施形態と異なるのは、音響波集束体
のみなので音響波集束体についてのみ説明する。

【０１１４】音響波集束体７０は、長尺状のガラス基板
３０上に複数の固定基板１０Ａ〜１０Ｇを互いに長手方
向がオーバーラップするように千鳥状に配置したもので
ある。

【０１１５】このように固定基板１０Ａ〜１０Ｇをガラ
ス基板３０上に配置することによって、音響レンズ２２
が長手方向に間断なく配置されることになる。

【０１１６】したがって、このような音響波集束体７０
を用いた音響インクジェット記録ヘッドをインクジェッ
ト記録装置に実装することにより、紙幅全幅に音響レン
ズ２２を配置することによって１ラインを１スキャンで
印字可能とすることができ、印字の高速化を達成するこ
とができる。

【０１１７】なお，一連の実施形態では、音響波集束体
をインクジェット記録ヘッドに適用したものについての
み説明したが、音響波を集束させて使用するものであれ
ば他にも適用可能である。

【０１１８】

【発明の効果】本発明の音響波集束体は、クロストーク
を確実に防止することができる。また、本発明の音響イ
ンクジェット記録装置は、インク滴を精度良く吐出する
ことができ、安定した画質を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態に係る音響波集束体の
縦断面図である。

【図２】 （Ａ）は本発明の第１実施形態に係る音響波
集束体の音響フレネルレンズ側を示す平面図であり、
（Ｂ）は圧電素子側を示す平面図である。

【図３】 （Ａ）〜（Ｆ）は、本発明の第１実施形態に
係る固定基板上に音響フレネルレンズを製造する方法を
示す図である。

【図４】 （Ａ）〜（Ｅ）は、本発明の第１実施形態に
係るガラス基板上に圧電素子等を製造する方法を示す図
である。

【図５】 本発明の第１実施形態に係る音響インクジェ
ット記録ヘッドの縦断面図である。

【図６】 本発明の第１実施形態に係る音響インクジェ
ット記録装置を示す斜視図である。

【図７】 本発明の一実施形態に係る音響インクジェッ
ト記録ヘッドにおけるクロストーク防止を検討するため
の等価回路である。

【図８】 本発明の第２実施形態に係る音響波集束体の
斜視図である。

【図９】 本発明の第３実施形態に係る音響波集束体の
平面図である。

【図１０】 本発明の第４実施形態に係るインクジェッ
ト記録ヘッドの斜視図である。

【図１１】 本発明の第５実施形態に係る音響波集束体
の斜視図である。

【図１２】 音響インクジェット方式の原理説明図であ
る。

【図１３】 （Ａ）〜（Ｉ）は、従来例に係る音響波集
束体を製造する方法を示す図である。

【図１４】 従来例に係る音響インクジェット記録ヘッ
ドを示す断面図である。

【符号の説明】

１０…固定基板 １１…音響集束体 ２２…音響フレネルレンズ ２４…駆動電極 ２８…対向電極 ２６…圧電素子 ３０…絶縁性部材、ガラス基板

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単一又は複数の音響波を集束する音響レ
   ンズが表面を加工して形成されている単一又は複数の導
   電性部材と、予め形成された単一又は複数の絶縁性部材
   とが、接合して形成されたことを特徴とする音響波集束
   体。
2. 【請求項２】 前記接合は、陽極接合又は熱接合である
   ことを特徴とする請求項１記載の音響波集束体。
3. 【請求項３】 前記音響レンズは、音響フレネルレンズ
   であることを特徴とする請求項１または２記載の音響波
   集束体。
4. 【請求項４】 複数の前記導電性部材が単一の前記絶縁
   性部材に接合されたことを特徴とする請求項１〜３のい
   ずれか１項記載の音響波集束体。
5. 【請求項５】 前記導電性部材が接合する前記絶縁性部
   材の接合面と反対側の背面上に、前記音響波を発生する
   圧電素子を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいず
   れか１項記載の音響波集束体。
6. 【請求項６】 前記絶縁性部材の背面上に、前記圧電素
   子を制御する制御回路を設けたことを特徴とする請求項
   ５記載の音響波集束体。
7. 【請求項７】 前記導電性部材は、シリコン製であるこ
   とを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の音響
   波集束体。
8. 【請求項８】 前記絶縁性部材は、ガラス製であること
   を特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の音響波
   集束体。
9. 【請求項９】 単一又は複数の音響波を集束する音響レ
   ンズが表面を加工して形成されている単一又は複数の導
   電性部材と、 前記導電性部材の音響レンズが形成された第１面と反対
   側の第２面に設けられた単一又は複数の絶縁性部材と、 前記絶縁性部材上に配置され、音響波を発生する圧電素
   子と、 を備え、前記圧電素子に直列接続された全ての部材の容
   量の総和が、前記圧電素子が駆動されないときには前記
   圧電素子容量よりも小さく、前記圧電素子が駆動される
   ときには前記圧電素子容量よりも大きくなるように、前
   記絶縁性部材を形成したことを特徴とする音響波集束
   体。
10. 【請求項１０】 請求項１〜９のいずれか１項記載の音
    響波集束体を備え、 音響集束体の音響レンズ側に液体を配置することによっ
    て、液体の自由表面に音響波を集束させて液滴を射出す
    ることを特徴とする音響インクジェット記録装置。
11. 【請求項１１】 請求項４〜６のいずれか１項記載の音
    響波集束体を備え、前記音響波集束体により液体の自由
    表面に音響波を集束させて液滴を射出する音響インクジ
    ェット記録装置であって、 前記各音響波集束体は、それぞれ異なる色の液体を保持
    することによって複数色の液滴を吐出可能に構成したこ
    とを特徴とする音響インクジェット記録装置。