JP2005238568A - 液体吐出ヘッド及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】振動板の反りを防止することができ、またインク室構造などの３次元構造の微細化及びノズルの高密度化が容易な液体吐出ヘッドを提供する。
【解決手段】振動板６０の一方の面にＰＺＴ（圧力室隔壁）６４をエアロゾルデポジション法（ＡＤ法）によって形成し、他方の面に振動板６０を駆動するためにＰＺＴ７２をＡＤ法によって形成するようにしている。これにより、ＡＤ法による成膜時の応力歪みを相殺することができ、振動板の反りをなくすことができる。また、圧力室隔壁６４等をＡＤでパターン成膜することにより、微細３次元構造化を実現することができる。
【選択図】 図５
【解決手段】振動板６０の一方の面にＰＺＴ（圧力室隔壁）６４をエアロゾルデポジション法（ＡＤ法）によって形成し、他方の面に振動板６０を駆動するためにＰＺＴ７２をＡＤ法によって形成するようにしている。これにより、ＡＤ法による成膜時の応力歪みを相殺することができ、振動板の反りをなくすことができる。また、圧力室隔壁６４等をＡＤでパターン成膜することにより、微細３次元構造化を実現することができる。
【選択図】 図５
Description
本発明は液体吐出ヘッド及びその製造方法に係り、特に振動板を圧電体により変形させて液体を吐出させる液体吐出ヘッド及びその製造方法に関する。
従来、振動板を圧電体により変形させて液体を吐出させる液体吐出ヘッドと、圧力室隔壁を圧電体によって構成し、この圧力室隔壁を変形させて液体を吐出させる液体吐出ヘッドとが知られており、後者の液体吐出ヘッドとしては、特許文献１、２及び３に記載のインクジェットヘッドがある。
隔壁が圧電体で構成されている従来のインクジェットヘッドの製造方法は、ある厚みを持った圧電体を貼り合わせる手法が主である。
具体的には、特許文献１に記載のインクジェットヘッドは、厚さ方向に分極させた板状圧電素子を導電材料を介して複数枚積層した圧電素子からなる隔壁が基板上に複数個配列され、これらの隔壁によって形成された窪みが蓋で覆われて圧力室が形成されている。そして、前記圧電素子からなる隔壁を厚さ方向に変形させることにより圧力室の容積を変化させ、インク噴射口からインク液滴を噴射するようにしている。尚、上記隔壁と基板とは接着剤によって固定されている。
また、特許文献２に記載のインクジェットヘッドは、リストリクタ平板とノズル平板との間に中央がくり抜かれたリング状圧電素子が配置され、このリング状圧電素子内に円柱状の圧力室が形成されている。このリング状圧電素子に電圧を印加することによりリング状圧電素子（即ち、圧力室）を径方向に変形させ、ノズル平板に形成されたノズルからインク液滴を吐出するようにしている。尚、リストリクタ平板又はノズル平板と、リング状圧電素子との間には、弾性が大きく変形しやすい物質からなる媒介物が介在しており、リング状圧電素子の変形に対応して媒介物が変形できるようになっている。
更に、インク室を形成するための３次元構造化もダイシングなどの加工による構造が主である。例えば、特許文献３に記載のインクジェットヘッドは、ダイヤモンドカッティング円盤の回転又はレーザー等により必要な本数だけ溝が切られた上部圧電セラミックス板、及び下部圧電セラミックス板とが接合されてインク流路（圧力室）が形成されている。
一方、近年、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ：micro electrical mechanical system) の分野では、圧電セラミックスを利用したセンサやアクチュエータ等を更に集積化し、実用に供するために成膜によってそれらの素子を作製することが検討されている。その一つとして、セラミックスや金属等の成膜技術として知られているエアロゾルデポジション法が注目されている（非特許文献４参照）。
エアロゾルデポジション法とは、原料の粉体からエアロゾルを生成し、そのエアロゾルを基板に噴射し、その際の衝突エネルギーにより粉体を堆積させて膜を形成する方法である。
特開平７−８１０５５号公報
特開２００１−１９１５２０号公報
特開平４−２８６６５０号公報
明渡 純、「次世代の機械設計を探る第３回、超微粒子の衝突付着現象を利用した高速セラミックス・コーティング」、機械設計、日刊工業新聞社、第４５巻第６号（２００１年５月号）、ｐ．９２−９６
ところで、ある厚みを持った圧電体を貼り合わせる手法や、インク室等を形成するための加工による３次元構造化の手法によって構成される従来のインクジェットヘッドは、薄膜構造化、微細構造化などのダウンサイジングが困難であるという問題がある。
例えば、積層電圧体は１層の圧電体厚を薄くして積層数を多くすることで低消費電力化を実現することができるが、従来から用いられているようなバルク電圧体やグリーンシートの電圧体では数十μｍ以下の薄膜化は困難である。仮に研磨で薄膜化を実現したとしても、加工工数、厚み均一性などの歩留り等の観点で生産性に適しているとは言えない。
一方、スパッタ膜のような薄膜圧電体では、逆に数μｍ以上の膜厚を得ることは難しい。また、従来の圧電体では耐電圧が低いため、薄膜化を強行しても高電圧をかけることは困難であり、耐電圧の高い薄膜が望まれる。
また、インク室構造などの３次元構造化の微細化は、高画質インクジェットヘッドを実現する上での高密度化のためには必須となる。しかし、従来のような加工による構造化は、加工精度や割れ、反りなどの応力損傷などの観点で微細化が困難であった。
更に、圧電体を接着剤によって貼り合わせる構造体では、接着層のばらつきや接着強度のばらつきによるヘッド面内の吐出圧が不均一化する問題があった。また、接着剤自体が有機材料であるため、接着力が経時変化しやすい点や、応力に伴う経時材質変化の問題で、耐久性の観点で改善が望まれていた。
更にまた、従来の隔壁のみの圧電駆動、又は振動板のみの圧電駆動では、特に高密度ヘッドにおいては圧電体サイズが小さくなる関係でトルクも小さく、高粘度のインクには対応できず、高密度で高トルクを実現することが困難であり、また、吐出液のサイズ変調やリフィルの改善に向けた圧力微調などを個別にかけることは困難であった。特に、ヘッドが大サイズ化した場合には全体の圧電素子を一括駆動するとインク吐出やリフィルにムラが発生してしまうことが懸念され、更に高粘度インク使用時には１圧力室あたり１圧電素子駆動では、吐出とリフィルなどのインクの複数要因を一括制御することが困難であった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、振動板の反りを防止することができ、また、インク室構造などの３次元構造の微細化及びノズルの高密度化が容易であり、更に高電圧印加が可能で高トルク化を容易に実現することができる液体吐出ヘッド及びその製造方法を提供することを目的とする。
前記目的を達成するために請求項１に係る液体吐出ヘッドは、振動板と、この振動板の第１面に形成され、該振動板を駆動するための第１の圧電体と、前記振動板の前記第１面と反対側の第２面に形成された圧力室隔壁とを備え、前記第１の圧電体及び圧力室隔壁は、それぞれ堆積法によって形成されていることを特徴としている。
即ち、振動板の両面（第１面及び第２面）にそれぞれ第１の圧電体と圧力室隔壁とを堆積法によって形成するようにしたため、堆積時の応力歪みを相殺することができ、振動板の反りをなくし、又は低減することができる。これにより、内部応力を除去するための熱処理（アニール）工程を省略し、又は処理時間の短縮化を図ることができる。更に、第１の圧電体及び圧力室隔壁を堆積法でパターン成膜することにより、微細３次元構造化を実現することができる。また、この場合、振動板と第１の圧電体又は圧力室隔壁との接着工程が不要なため、接着剤の厚みのばらつきや経時材質の劣化などに起因していた面内動作の不均一性・信頼性低下・非安定性の問題が大幅に向上し、特に接着プロセスでは接着ばらつきの制御が困難になる大サイズや高密度の圧電ヘッドにおいては効果を発揮する。更に、接着工程削減や接着ばらつきに伴う歩留りが向上することで、コスト的にも大きな効果が見込まれる。
請求項２に示すように請求項１に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記圧力室隔壁は、圧電材料によって形成されていることを特徴としている。即ち、振動板の両面に堆積法によって形成される第１の圧電体と圧力室隔壁との原材料を同一にすることにより、更なる反りの発生を防止するようにしている。
請求項３に示すように請求項２に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記圧力室隔壁は、前記圧電材料に電極が形成された第２の圧電体であることを特徴としている。前記第１の圧電体及び第２の圧電体の２つの圧電体により、高密度化により圧電体サイズが小さくなっても大きな変位・トルクを実現することができる。
請求項４に示すように請求項１乃至３のいずれかに記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記第１の圧電体及び圧力室隔壁は、それぞれエアロゾルデポジション法によって形成されていることを特徴としている。堆積法としてエアロゾルデポジション法を使用することにより、膜厚が数μｍ〜数十μｍ程度の圧電体の積層構造化が可能になる。また、高耐圧ゆえに高電圧印加が可能となるため、高粘度インクにも対応可能なトルクアップを図ることができるとともに、許容電圧が高いことで圧電体の経時耐久の向上にも大きく寄与する。
請求項５に係る液体吐出ヘッドは、振動板と、この振動板の第１面に形成され、該振動板を駆動するための第１の圧電体と、前記振動板の前記第１面と反対側の第２面に形成され、圧力室隔壁を構成する第２の圧電体と、を備えことを特徴としている。請求項３に記載の液体吐出ヘッドと同様に前記第１の圧電体及び第２の圧電体の２つの圧電体により、高密度化により圧電体サイズが小さくなっても大きな変位・トルクを実現することができる。
請求項６に示すように請求項３又は５に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記第１の圧電体及び第２の圧電体は、それぞれ独立して駆動可能に電極が形成されていることを特徴としている。２つの圧電体を独立に駆動することができ、これによりインク吐出に変調や微調をかけることが可能となり、例えば、インク滴サイズの変調制御やリフィルの安定化を図ることができるとともに、メニスカス揺らしによる乾燥防止などの効果がある。
請求項７に示すように請求項３又は５に記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記第１の圧電体はｄ31モードで変位し、前記第２の圧電体はｄ33モードで変位するものであることを特徴としている。即ち、第１の圧電体はｄ31モードで変位することにより、振動板を湾曲させて圧力室の容積を変化させ、第２の圧電体はｄ33モードで変位することにより圧力室隔壁を上下方向に伸縮させて圧力室の容積を変化させるようにしている。
請求項８に係る発明は、エアロゾルデポジション法により原料の粉体を含むエアロゾルを振動板に噴射し、該振動板に粉体を堆積させて液体吐出ヘッドを製造する液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記振動板の第１面にエアロゾルデポジション法により圧電体を形成する工程と、前記圧電体上にエアロゾルデポジション法により個別電極を形成する工程と、前記振動板の前記第１面と反対側の第２面にエアロゾルデポジション法により圧力室隔壁を形成する工程と、を含むことを特徴としている。
請求項９に示すように請求項８に記載の液体吐出ヘッドの製造方法において、前記圧力室隔壁を形成する工程は、圧電材料の粉体の堆積によって圧電体を形成する工程と、導電材料の粉体の堆積によって電極を形成する工程とを含むことを特徴としている。
本発明によれば、振動板の両面にそれぞれ第１の圧電体と圧力室隔壁とを堆積法によって形成するようにしたため、堆積時の応力歪みを相殺することができ、振動板の反りをなくし、又は低減することができる。また、堆積法によって液体吐出ヘッドを構成することにより、インク室構造などの３次元構造の微細化及びノズルの高密度化が容易であり、更に振動板に対する接着工程を省略することができる。
以下添付図面に従って本発明に係る液体吐出ヘッド及びその製造方法の好ましい実施の形態について詳説する。
［インクジェット記録装置の概要］
まず、本発明に係る液体吐出ヘッドを適用するインクジェット記録装置の概要について説明する。
まず、本発明に係る液体吐出ヘッドを適用するインクジェット記録装置の概要について説明する。
図１はインクジェット記録装置の全体構成図である。同図に示すように、このインクジェット記録装置１０は、インクの色ごとに設けられた複数の液体吐出ヘッド（以下、単に「ヘッド」という）１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙを有する印字部１２と、各ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部１４と、記録紙１６を供給する給紙部１８と、記録紙１６のカールを除去するデカール処理部２０と、前記印字部１２のノズル面（インク吐出面）に対向して配置され、記録紙１６の平面性を保持しながら記録紙１６を搬送する吸着ベルト搬送部２２と、印字部１２による印字結果を読み取る印字検出部２４と、印画済みの記録紙（プリント物）を外部に排紙する排紙部２６と、を備えている。
給紙部１８から送り出される記録紙１６はマガジンに装填されていたことによる巻き癖が残り、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部２０においてマガジンの巻き癖方向と逆方向に加熱ドラム３０で記録紙１６に熱を与える。
ロール紙を使用する装置構成の場合、図１のように、裁断用のカッター（第１のカッター）２８が設けられており、該カッター２８によってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター２８は、記録紙１６の搬送路幅以上の長さを有する固定刃２８Ａと、該固定刃２８Ａに沿って移動する丸刃２８Ｂとから構成されており、印字裏面側に固定刃２８Ａが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃２８Ｂが配置される。なお、カット紙を使用する場合には、カッター２８は不要である。
デカール処理後、カットされた記録紙１６は、吸着ベルト搬送部２２へと送られる。吸着ベルト搬送部２２は、ローラ３１、３２間に無端状のベルト３３が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部１２のノズル面及び印字検出部２４のセンサ面に対向する部分が水平面（フラット面）をなすように構成されている。
ベルト３３は、記録紙１６の幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引孔（不図示）が形成されている。図１に示したとおり、ローラ３１、３２間に掛け渡されたベルト３３の内側において印字部１２のノズル面及び印字検出部２４のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバ３４が設けられており、この吸着チャンバ３４をファン３５で吸引して負圧にすることによってベルト３３上の記録紙１６が吸着保持される。
ベルト３３が巻かれているローラ３１、３２の少なくとも一方にモータ（不図示）の動力が伝達されることにより、ベルト３３は図１上の時計回り方向に駆動され、ベルト３３上に保持された記録紙１６は図１の左から右へと搬送される。
縁無しプリント等を印字するとベルト３３上にもインクが付着するので、ベルト３３の外側の所定位置（印字領域以外の適当な位置）にベルト清掃部３６が設けられている。
吸着ベルト搬送部２２により形成される用紙搬送路上において印字部１２の上流側には、加熱ファン４０が設けられている。加熱ファン４０は、印字前の記録紙１６に加熱空気を吹き付け、記録紙１６を加熱する。印字直前に記録紙１６を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。
印字部１２は、最大紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドを紙送り方向と直交方向（主走査方向）に配置した、いわゆるフルライン型のヘッドとなっている（図２参照）。各印字ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙは、図２に示したように、本インクジェット記録装置１０が対象とする最大サイズの記録紙１６の少なくとも一辺を超える長さにわたってインク吐出口（ノズル）が複数配列されたライン型ヘッドで構成されている。
記録紙１６の送り方向に沿って上流側から黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の順に各色インクに対応したヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙが配置されている。記録紙１６を搬送しつつ各ヘッド１２Ｋ，１２Ｃ，１２Ｍ，１２Ｙからそれぞれ色インクを吐出することにより記録紙１６上にカラー画像を形成し得る。
印字検出部２４は、印字部１２の打滴結果を撮像するためのラインセンサを含み、該ラインセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まりその他の吐出不良をチェックする手段として機能する。
印字検出部２４の後段には、後乾燥部４２が設けられている。後乾燥部４２は、印字された画像面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けたほうが好ましいので、熱風を吹き付ける方式が好ましい。
後乾燥部４２の後段には、加熱・加圧部４４が設けられている。加熱・加圧部４４は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラ４５で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。
こうして生成されたプリント物はカッター２８によって所定のサイズに切断された後、排紙部２６から排出される。本来プリントすべき本画像（目的の画像を印刷したもの）とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット記録装置１０では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部２６Ａ、２６Ｂへと送るために排紙経路を切り替える不図示の選別手段が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列に形成する場合は、カッター（第２のカッター）４８によってテスト印字の部分を切り離す。
［エアロゾルデポジション法（以下、「ＡＤ法」という）による成膜方法］
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの製造に使用するＡＤ法による成膜方法について説明する。
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの製造に使用するＡＤ法による成膜方法について説明する。
図３はＡＤ法による成膜装置を示す模式図である。この成膜装置は、原料の粉体５１を配置するエアロゾル生成容器５２を有している。ここで、エアロゾルとは、気体中に浮遊している固体や液体の微粒子のことをいう。
エアロゾル生成容器５２には、キャリアガス導入部５３、エアロゾル導出部５４、振動部５５が設けられている。キャリアガス導入部５３から窒素ガス（Ｎ2 ）等の気体を導入することによってエアロゾル生成容器５２内に配置された原料の粉体が噴き上げられ、エアロゾルが生成される。その際に、振動部５５によってエアロゾル生成容器５２に振動を与えることにより、原料の粉体が攪拌され、効率よくエアロゾルが生成される。生成されたエアロゾルは、エアロゾル導出部５４を通って成膜チャンバ５６に導かれる。
成膜チャンバ５６には、排気管５７、ノズル５８、可動ステージ５９が設けられている。排気管５７は、真空ポンプに接続されており、成膜チャンバ５６内を排気する。エアロゾル生成容器５２において生成され、エアロゾル導出部５４を通って成膜チャンバ５６に導かれたエアロゾルは、ノズル５８から基板５０に向けて噴射される。これにより、原料の粉体が基板５０上に衝突して堆積する。基板５０は、３次元に移動可能な可動ステージ５９に載置されており、可動ステージ５９を制御することにより、基板５０とノズル５８との相対的位置が調節される。
［液体吐出ヘッドの製造方法］
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法について説明する。
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法について説明する。
図４は振動板６０上に単層の圧力室隔壁６４をＡＤ法によって成膜する場合に関して示している。
図４（Ａ）に示すように、まず振動板６０上に共通電極６２を形成する。振動板６０は、例えばガラス、ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 などの酸化物セラミック系が適用される。また、共通電極６２は、密着層となる酸化チタン層（ＴｉＯ2 ）がスパッタリング等により形成され、その上に導電層となる白金層（Ｐｔ）がスパッタリング等により形成され、トータルで約０．５μｍの厚さを有している。
上記のように振動板６０上に共通電極６２を形成したのち、共通電極６２上に圧力室の平面形状を有するレジスト６３を形成する（レジストパターニング）。このレジスト６３の厚さは、１０μｍ以上とする。
次に、図４（Ｂ）に示すようにＡＤ法によりジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）の成膜及び電極を形成する。例えば、平均粒径０．３μｍのＰＺＴ単結晶粉体を用い、図３に示した成膜装置を駆動することにより、厚さ１０μｍのＰＺＴ６４を成膜する。続いて、電極６５をスパッタリング等により成膜する。尚、この電極６５もＡＤ法で成膜するようにしてもよい。
続いて、図４（Ｃ）に示すようにアセトンを用いてレジスト６３を溶解し、レジスト６３上のＰＺＴ及び電極をリフトオフする。このリフトオフにより、ＰＺＴ６４間に圧力室６６が形成され、また、リフトオフ後のＰＺＴ６４は圧力室隔壁として機能し、電極６５は個別電極として機能する。
次に、内部応力を取り除くための熱処理（圧電膜アニール）を行う。アニールは、例えば６００°Ｃを１時間保持することによって行われる。その後、例えば、１００〜２００°Ｃ，４０ＫＶ／ｃｍのポーリング条件でＰＺＴ６４のポーリングを行う。即ち、１００〜２００°Ｃの条件下で、ＰＺＴ６４に４０ＫＶ／ｃｍの電界を印加し、図４（Ｃ）の矢印で示すように厚さ方向にＰＺＴ６４を分極させる。また、このポーリング後のＰＺＴ（圧力室隔壁）６４は、その両端の電極に電圧を印加すると、厚さ方向に伸縮するｄ33モードで変位する。
図５は振動板６０の裏面にＰＺＴ７２をＡＤ法によって成膜する場合に関して示している。
即ち、図４に示したように振動板６０の一方の面（表面）に圧力室隔壁を兼ねたＰＺＴ６４等を形成したのち、その振動板６０の他の面（裏面）の圧力室６６に対応した位置に振動板６０を駆動するためのＰＺＴ７２を形成する。
この場合、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示した方法と同様にして共通電極７１の形成、レジストパターニング、ＡＤ法によるＰＺＴの成膜、及び電極の形成後、リフトオフにより圧力室６６に対応した位置にＰＺＴ７２及び個別電極７３を形成する。
その後、アニール処理及びポーリングを行う。ポーリング後のＰＺＴ７２は、共通電極７１と個別電極７３との間に電圧を印加すると、長辺方向に伸縮するｄ31モードで変位し、その結果、振動板６０を駆動させることができる。
尚、本構成のように振動板６０の両面にＰＺＴ（圧電体）をＡＤ法によって成膜した場合、以下のような効果が確認できた。
ＡＤ法は、高速に粉体を噴射して高緻密な膜を堆積させる手法のため、膜には成膜時に応力が残留しやすい。その結果、振動板が膜に引っ張られて、湾曲する傾向が確認されている。膜をアニール処理して応力開放することで、振動板の湾曲は改善されるが、本方法のように振動板の両面にＡＤ法によって成膜すると、応力歪みが相殺され、アニール処理の必要性がないことが確認された。従って、本構成のように振動板の両面にＡＤ法によって成膜することは、歪み相殺の観点から有効であり、熱処理を削減できることで、設計の自由度アップや工数削減に伴うコストダウンなどの効果が見込めることが確認できた。
次に、図６に示すようにＰＺＴ（圧力室隔壁）６４上には、圧力室６６にインクを供給するための共通液室６７や圧力室６６からインクを吐出させるための流路６８等を有する積層基板６９が形成され、この積層基板６９上にノズル７０Ａが形成されたノズルプレート７０が接着される。尚、上記積層基板６９もＡＤ法による成膜によって形成するようにしてもよい。
上記構成の圧力室隔壁６４の両端の共通電極６２、個別電極６５間に電圧を印加する第１の駆動手段、及びＰＺＴ７２の両端の共通電極７１、個別電極７３間に電圧を印加する第２の駆動手段を設けることで、それぞれの圧電体を独立に制御できることが確認された。
即ち、第１の駆動手段によって圧力室隔壁６４の両端の共通電極６２、個別電極６５間に電圧を印加すると、電圧が印加された圧力室隔壁６４は、ｄ33モードで変位（即ち、縦方向に伸縮）し、圧力室６６の容積を変化させることができ、また、第２の駆動手段によって圧力室６６に対応した位置のＰＺＴ７２の両端の共通電極７１、個別電極７３間に電圧を印加すると、電圧が印加されたＰＺＴ７２は、ｄ31モードで変位（即ち、長辺方向に伸縮）し、その結果、振動板６０が湾曲して圧力室６６の容積を変化させることができる。
このように１つの圧力室６６に対し、圧力室隔壁６４による駆動と振動板６０による駆動とを協働させることができ、圧力室６６の容積の調整範囲を大きくすることができ、インク滴サイズの変調制御やノズルに対するインクの再供給性能（リフィル性能）の安定化、乾燥防止のためのメニスカス揺らしなどの圧力微調を個別にかけることが可能になる。
図７は振動板６０上に多層の圧力室隔壁８０をＡＤ法によって成膜する場合に関して示している。尚、図４と共通する部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この圧力室隔壁８０は、図７（Ｂ）及び（Ｃ）に示すようにＡＤ法によるＰＺＴ及び電極の積層成膜により形成されている。例えば、圧力室隔壁８０は、１０層のＰＺＴ８２と各ＰＺＴ８２をサンドイッチする電極８４とから構成され、各ＰＺＴ８２の厚さは５μｍであり、各電極８４の厚さは約０．５μｍである。
次に、ＡＤ法により成膜したＰＺＴ（ＡＤ膜）と、他の従来のＰＺＴ（膜）の耐電圧を評価した。印加する電圧を上げていき、部分短絡あるいは素子破壊が明らかに確認された電圧を耐電圧と定義した。その結果、ＡＤ膜の耐電圧は７００ｋＶ／ｃｍであるのに対し、スパッタ膜の耐電圧は１００ｋＶ／ｃｍ、グリーンシート法と焼結によるバルクＰＺＴの耐電圧はともに１０ｋＶ／ｃｍ程度であることが確認された。
従って、膜厚５μｍの積層圧電体の場合、グリーンシートや焼結バルク体では（この膜厚の製作はほぼ困難であるが、仮に加工により実現できたとした場合）、５Ｖが印加電圧の上限となる。スパッタ膜の場合は５μｍ厚の場合で５０Ｖが上限であり、ＡＤ膜の場合は３５０Ｖと圧倒的な電圧印加許容幅を有しており、経時耐久性の観点からも優位であることが確認された。
尚、この実施の形態では、ＡＤ法による成膜時にレジストパターニング及びリフトオフによりパターン成膜するようにしたが、これに限らず、図８に示すように金属又はセラミックスなどのマスク９０を使用し、ＡＤ法によるマスクパターニングにより振動板６０に圧力室隔壁となるＰＺＴ９２等をパターン成膜するようにしてもよい。
また、この実施の形態では、本発明に係る液体吐出ヘッドは、記録紙にインクを吐出するライン型インクジェットヘッドとして使用される場合について説明したが、これに限らず、ヘッドが印字媒体の送り方向と直交する方向に往復移動するシャトル型のヘッドにも適用できる。更に、本発明に係る液体吐出ヘッドは、記録媒体に処理液又は水を噴射することによる画像形成用ヘッドとして、また、基材に塗布液を噴射することで画像記録媒体を形成するための液体吐出ヘッドとして用いても良い。
１０…インクジェット記録装置、１２…印字部、１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙ、９０、５０…ヘッド、１６…記録紙、６０…振動板、６２、７１…共通電極、６３…レジスト、６４…ＰＺＴ（圧力室隔壁）、６５…電極（個別電極）、６６…圧力室、７０…ノズルプレート、７２…ＰＺＴ、７３…個別電極
Claims (9)
- 振動板と、この振動板の第１面に形成され、該振動板を駆動するための第１の圧電体と、前記振動板の前記第１面と反対側の第２面に形成された圧力室隔壁とを備え、前記第１の圧電体及び圧力室隔壁は、それぞれ堆積法によって形成されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
- 前記圧力室隔壁は、圧電材料によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記圧力室隔壁は、前記圧電材料に電極が形成された第２の圧電体であることを特徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記第１の圧電体及び圧力室隔壁は、それぞれエアロゾルデポジション法によって形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
- 振動板と、この振動板の第１面に形成され、該振動板を駆動するための第１の圧電体と、前記振動板の前記第１面と反対側の第２面に形成され、圧力室隔壁を構成する第２の圧電体と、を備えることを特徴とする液体吐出ヘッド。
- 前記第１の圧電体及び第２の圧電体は、それぞれ独立して駆動可能に電極が形成されていることを特徴とする請求項３又は５に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記第１の圧電体はｄ31モードで変位し、前記第２の圧電体はｄ33モードで変位するものであることを特徴とする請求項３又は５に記載の液体吐出ヘッド。
- エアロゾルデポジション法により原料の粉体を含むエアロゾルを振動板に噴射し、該振動板に粉体を堆積させて液体吐出ヘッドを製造する液体吐出ヘッドの製造方法であって、 前記振動板の第１面にエアロゾルデポジション法により圧電体を形成する工程と、
前記圧電体上にエアロゾルデポジション法により個別電極を形成する工程と、
前記振動板の前記第１面と反対側の第２面にエアロゾルデポジション法により圧力室隔壁を形成する工程と、
を含むことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。 - 前記圧力室隔壁を形成する工程は、圧電材料の粉体の堆積によって圧電体を形成する工程と、導電材料の粉体の堆積によって電極を形成する工程とを含むことを特徴とする請求項８に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
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