JP2005268631A - 積層圧電体とその製造方法及びこれを用いたインクジェット記録ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】積層圧電体の層間電極の配線を形成する際の位置決め工数を減らして、高密度化を達成する。
【解決手段】圧電体層と電極層が交互に積層され、前記電極層間を接続する配線が形成された積層圧電体において、前記圧電体層、前記電極層及び前記配線をエアロゾル法を用いて、堆積形成する。また、前記配線を前記圧電体層及び電極層と垂直な平面として前記電極層との接触部が直線状となるように形成することにより前記課題を解決する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、積層圧電体とその製造方法及びこれを用いたインクジェット記録ヘッドに係り、特に、インクジェット記録装置におけるインクジェット記録ヘッドのノズル高密度化技術に関する。

従来より、画像形成装置として、多数のノズル（インク吐出口）を配列させたインクジェット記録ヘッド（インク吐出ヘッド）を有し、このインクジェット記録ヘッドと記録媒体を相対的に移動させながら、記録媒体に向けてノズルからインクを吐出することにより、記録媒体上に画像を形成するインクジェット記録装置（インクジェットプリンタ）が知られている。

このようなインクジェット記録装置におけるインク吐出方法として、例えば、圧電素子（ピエゾ素子）の変形によって圧力室（インク室）の一部を構成する振動板を変形させて、圧力室の容積を変化させ、圧力室の容積増大時にインク供給路から圧力室内にインクを導入し、圧力室の容積減少時に圧力室内のインクをノズルから液滴として吐出する圧電方式が知られている。

近年、インクジェット記録装置においても、写真プリントと同様の高画質の画像記録を行うことが望まれており、そのためには、ノズルを小さくしてノズルから吐出されるインク滴をより小さくするとともに、さらに、ノズルすなわち圧力室及び圧電素子を高密度化して配置する必要がある。

そこで、従来から、ノズルや圧力室及び圧電素子等を高密度に配置する様々な提案がなされている。

例えば、基板上に圧電材料及び導電材料を交互に堆積して圧電素子を積層形成し、これを焼成して形成したものをスリット加工で複数の圧電素子に分割するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１等参照）。

また、例えば、複数のノズル列が形成された圧電素子固定板に、各ノズル列に対応した１次元の棒状圧電素子を接着し、この棒状圧電素子をダイシング加工により個々の圧電素子に切り分けて、２次元に配置され各々が独立に動くように形成された圧電素子を有するインクジェットヘッドが知られている（例えば、特許文献２等参照）。

また、例えば、圧電材料と導電性材料の中間電極を交互に積層し焼成して形成した積層圧電体を、スライシング等により電極を持たない基部（共通台座）を残してカットして溝を形成して、各個々の圧電素子を機械的に分離独立させ、各圧電素子単体ごとに、それぞれの側面から１対の対向電極を引き出すようにして、積層された電極を利用して最表面側に電極を取り出すようにして形成した圧電素子を有するインクジェットヘッドが知られている（例えば、特許文献３等参照）。

また、図１１に、従来の積層圧電体の一例を示す。図１１は、例えば、ノズルを有する複数の圧力室が２次元的に配置されている場合に、各圧力室に対応して各々独立に形成された複数の積層圧電体の１つを断面図で示したものである。

図１１に示す積層圧電体１００は、層間電極（内部電極）１０１と圧電素子１０２が交互に積層されて形成されており、各層間電極１０１は、１つおきにそれぞれ左右両側面のどちらかの側面電極１０３、１０４に接続されている。このとき、側面電極１０３、１０４は、独立に形成された各積層圧電体１００の側面間の隙間を利用してスパッタ等により形成される。

また、図１２に従来の積層圧電体の他の例を示す。図１２は、積層圧電体の層間電極を、図１１のような側面電極１０３、１０４を用いずに接続するものである。すなわち、図１２に示す積層圧電体１１０は、以下のように形成される。まず圧電シート１１１、１１１ｂ、１１１ｄの複数個をマトリクス状に並べて一体化してなる素材（セラミックグリーンシート）の表面のうち各圧電シートの箇所に複数個の個別電極１１２と捨てパターンの電極としてのダミーコモン電極１１３を設ける位置に対して予めスルーホール１１４を穿設する。また、同様に圧電シート１１１ａ、１１１ｃの複数個をマトリクス状に並べて一体化してなる素材シートの表面のうち各圧電シートの箇所に複数個のコモン電極１１５の引き出し部１１５ａと、捨てパターンの電極としてのダミー個別電極１１６を設ける位置に対して予めスルーホール１１７を穿設する。

次に、各圧電シート１１１、１１１ｂ、１１１ｄの表面に個別電極１１２及びダミーコモン電極１１３を、また圧電シート１１１ａ、１１１ｃの表面にコモン電極１１５及びダミー個別電極１１６をそれぞれ導電ペーストのスクリーン印刷で形成すると、各スルーホール１１４、１１７内に導電ペーストが浸入し、各スルーホール１１４、１１７を介して各電極部分でシートの上下面で導通可能となる。次いで各グリーンシートを乾燥した後、積層しプレスして一体化して一枚の積層体としその後焼成して形成する（例えば、特許文献４等参照）。
特開２００１−５４９４６号公報 特開２００１−４７６３２号公報 特開平８−１１３０４号公報 特開２００２−１９１０２号公報

しかしながら、例えば、上記特許文献１あるいは特許文献３に記載のものでは、積層圧電体を形成した後、一旦溝をつけてから溝の側面に図１１に示すような側面電極を形成する必要がある。従って、ノズル高密度配置のため溝が細い場合や、高粘度インクを吐出したいとき等の大きな発生力が必要な場合には、圧電総数が多く積層圧電体の厚みが厚く、溝が深くなり、そのため溝の底部が隠れてしまい、側面電極を形成することが困難あるいは不可能であるという問題がある。

また、例えば、上記特許文献２に記載のものでは、棒状の圧電素子をノズル列に合わせて正確に２次元配置しなければならず、精度良く配置するのは困難であり、これを正確に配置しようとすると時間もかかり、またコスト高になるという問題がある。さらに、ダイサーやワイヤーカットソーを用いる場合、カッティングが直線状となってしまい、圧電素子を２次元マトリクス状に効率良く並べることができないという問題もある。

また、上記特許文献４に記載されたものでは、予めスルーホールを開けた圧電シートを重ね、導電ペーストを浸入させて各電極部と導通可能とさせるため、各層に形成した孔（スルーホール）位置を高精度に合わせることが難しいという問題がある。

また、ドリル等で貫通孔を開ける場合は、丸孔以外の形状の貫通孔を実現することが難しく、丸孔の貫通孔にスルーホール電極を形成した場合、各層間電極との接触面積が小さく、電流密度を確保するために貫通孔の断面積を増大させるには貫通孔を多数開けなければならない。しかし貫通孔を多数開けると積層圧電体の剛性が弱くなるため、壊れやすく、歩留まりが悪くなるという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、積層圧電体の層間電極を接続する配線を形成する際の位置決め工数を減らして、コストを低減し、積層圧電体同士の間隔を狭めて高密度化を達成することのできる積層圧電体とその製造方法及びこれを用いたインクジェット記録ヘッド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に記載の発明は、圧電体層と電極層が交互に積層され、前記電極層間を接続する配線が形成された積層圧電体であって、前記圧電体層、前記電極層及び前記配線が、エアロゾル法を用いて、堆積形成されたことを特徴とする積層圧電体を提供する。

これによれば、エアロゾル法により、２次元の圧電体を堆積形成により一括形成できるため、従来のように１次元の圧電体を多数位置決めし配置する必要がなく、個別位置決めが不要となり、位置決め工数が減り、コストを低減することができる。

また、同様に前記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、圧電体層と電極層が交互に積層され、前記電極層間を接続する配線が形成された積層圧電体であって、前記配線が、前記圧電体層及び前記電極層と垂直な平面で、前記電極層との接触部が直線状となるように形成されたことを特徴とする積層圧電体を提供する。

これによれば、圧電体の内部の配線の断面積を広げることができるため、高粘度インクの吐出や大きな圧力、変位を高周波で発生させたい場合に、電極層に大電流を供給することができ、積層圧電体の駆動に最適な配線構造とすることができる。また、このように各電極層との接続部を直線状とすることにより、同じ断面積ならば、従来のような円形断面の配線の場合よりも、配線（電極）の幅を狭くすることができる。

また、請求項３に示すように前記圧電体層、前記電極層及び前記配線が、エアロゾル法を用いて、堆積形成されたことが好ましい。このようにエアロゾル法を用いて形成することにより製造が容易となる。

また、同様に前記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、前記積層圧電体を用いたことを特徴とするインクジェット記録ヘッドを提供する。これにより引き出し電極を側面に形成する必要がないため、隣接圧電体同士の間隔を狭めることができ、圧力室（ノズル）の高密度配置を実現することができる。また、引き出し電極の幅を狭くすることができるため、隣接圧電体間の距離をより狭めることができ、ノズルのさらなる高密度化が可能となる。特に、圧力室の形状が略正方形の場合には、各積層圧電体（個別アクチュエータ）の側面が長いので、電極断面積を大きくできるため有利である。

また、同様に前記目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、前記インクジェット記録ヘッドを用いたことを特徴とするインクジェット記録装置を提供する。これにより、高密度化されたノズルにより画像記録を行うことで、高画質の画像を得ることが可能となる。

また、同様に前記目的を達成するために、請求項６に記載の発明は、基板または振動板上に、エアロゾル法を用いて、電極層、圧電体層及び前記電極層間を接続する配線を、前記電極と前記圧電体とを交互に積層するように、堆積形成した後、焼成して形成したことを特徴とする積層圧電体の製造方法を提供する。

これにより、圧電体を２次元に形成する際の、個別位置決めが不要となり、位置決め工数が減り、さらに、電極を側面に形成する工程がなく、製造工程が簡単となり、製造時のコストを低減することができる。

以上説明したように、本発明に係る積層圧電体とその製造方法及びこれを用いたインクジェット記録ヘッドによれば、圧電層、電極層及び配線をエアロゾル法で堆積形成するようにしたため、位置決め工数が減り、コスト低減が可能である。

また、配線と電極層との接触部が直線状となるように形成するようにしたため、大電流を供給することができ、電極の幅を狭めて、圧電体同士の間隔を狭めることができ、積層圧電体の高密度化配置が可能となる。

以下、添付した図面を参照して、本発明に係る積層圧電体とその製造方法及びこれを用いたインクジェット記録ヘッドについて詳細に説明する。

図１は、本発明に係るインクジェット記録ヘッドを用いたインクジェット記録装置の一実施形態の概略を示す全体構成図である。図１に示したように、このインクジェット記録装置１０は、インクの色毎に設けられた複数の印字ヘッド（インクジェット記録ヘッド）１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙを有する印字部と、各印字ヘッド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。

図１では、給紙部１８の一例としてロール紙（連続用紙）のマガジンが示されているが、紙幅や紙質等が異なる複数のマガジンを併設してもよい。また、ロール紙のマガジンに代えて、又はこれと併用して、カット紙が積層装填されたカセットによって用紙を供給してもよい。

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が配置されている。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。

複数種類の記録紙を利用可能な構成にした場合、紙の種類情報を記録したバーコードあるいは無線タグ等の情報記録体をマガジンに取り付け、その情報記録体の情報を所定の読取装置によって読み取ることで、使用される用紙の種類を自動的に判別し、用紙の種類に応じて適切なインク吐出を実現するようにインク吐出制御を行うことが好ましい。

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。このとき、多少印字面が外側に弱いカールとなるように加熱温度を制御するとより好ましい。

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、ローラー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（図示省略）が形成されている。図１に示したとおり、ローラー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ー３４が設けられており、この吸着チャンバー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ー３１、３２の少なくとも一方にモータ（図示省略）の動力が伝達されることにより、ベルト３３は図１において、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。ベルト清掃部３６の構成について詳細は図示しないが、例えば、ブラシ・ロール、吸水ロール等をニップする方式、清浄エアーを吹き掛けるエアーブロー方式、あるいはこれらの組み合わせなどがある。清掃用ロールをニップする方式の場合、ベルト線速度とローラー線速度を変えると清掃効果が大きい。

なお、吸着ベルト搬送部２２に代えて、ローラー・ニップ搬送機構を用いる態様も考えられるが、印字領域をローラー・ニップ搬送すると、印字直後に用紙の印字面にローラーが接触するので、画像が滲み易いという問題がある。したがって、本例のように、印字領域では画像面と接触させない吸着ベルト搬送が好ましい。

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に加熱空気を吹きつけ、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搬送方向と直交する方向に配置した、いわゆるフルライン型のヘッドとなっている。各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙは、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の搬送方向（紙搬送方向）に沿って上流側（図１の左側）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印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙが配置されている。記録紙１６を搬送しつつ各印字ヘッド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。

このように、紙幅の全域をカバーするフルラインヘッドがインク色毎に設けられてなる印字部１２によれば、紙搬送方向について記録紙１６と印字部１２を相対的に移動させる動作を一回行うだけで（すなわち、一回の走査で）記録紙１６の全面に画像を記録することができる。これにより、印字ヘッドが紙搬送方向と直交する方向に往復動作するシャトル型ヘッドに比べて高速印字が可能であり、生産性を向上させることができる。

なお、本例では、ＫＣＭＹの標準色（４色）の構成を例示したが、インク色や色数の組み合わせについては本実施形態には限定されず、必要に応じて淡インク、濃インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタ等のライト系インクを吐出する印字ヘッドを追加する構成も可能である。

図１に示したように、インク貯蔵／装填部１４は、各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙに対応する色のインクを貯蔵するタンクを有し、各タンクは図示を省略した管路を介して各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙと連通されている。また、インク貯蔵／装填部１４は、インク残量が少なくなるとその旨を報知する報知手段（表示手段、警告音発生手段等）を備えるとともに、色間の誤装填を防止するための機構を有している。

印字検出部２４は、印字部１２の打滴結果を撮像するためのイメージセンサ（ラインセンサ等）を含み、該イメージ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。

本例の印字検出部２４は、少なくとも各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙによるインク吐出幅（画像記録幅）よりも幅の広い受光素子列を有するラインセンサで構成される。このラインセンサは、赤（Ｒ）の色フィルタが設けられた光電変換素子（画素）がライン状に配列されたＲセンサ列と、緑（Ｇ）の色フィルタが設けられたＧセンサ列と、青（Ｂ）の色フィルタが設けられたＢセンサ列とからなる色分解ラインＣＣＤセンサで構成されている。なお、ラインセンサに代えて、受光素子が二次元配列されて成るエリアセンサを用いることも可能である。

印字検出部２４は、各色の印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙにより印字されたテストパターンを読み取り、各ヘッドの吐出検出を行う。吐出判定は、吐出の有無、ドットサイズの測定、ドット着弾位置の測定等で構成される。

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、熱風を吹きつける方式が好ましい。

多孔質のペーパに染料系インクで印字した場合などでは、加圧によりペーパの孔を塞ぐことでオゾンなど、染料分子を壊す原因となるものと接触することを防ぐことで画像の耐候性がアップする効果がある。

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ー４５で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。

このようにして生成されたプリント物は、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換える選別手段（図示省略）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。カッター４８は、排紙部２６の直前に設けられており、画像余白部にテスト印字を行った場合に、本画像とテスト印字部を切断するためのものである。カッター４８の構造は前述した第１のカッター２８と同様であり、固定刃４８Ａと丸刃４８Ｂとから構成されている。

また、図示を省略したが、本画像の排出部２６Ａには、オーダー別に画像を集積するソーターが設けられている。

次に、印字ヘッド（インク吐出ヘッド）について説明する。インク色毎に設けられている各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙの構造は共通しているので、以下、これらを代表して符号５０によって印字ヘッドを表すものとし、図２に印字ヘッド５０の平面透視図を示す。

図２に示すように、本実施形態の印字ヘッド５０は、インクを吐出するノズル５１、インクを吐出する際インクに圧力を付与する圧力室５２、図示しない共通流路から圧力室５２にインクを供給するインク供給口５３を含んで構成される圧力室ユニット５４が２次元的に配列され、ノズル５１の高密度化が図られている。

図２に示すように、各圧力室５２は、上方から見ると略正方形状をしており、その対角線の一方の端にノズル５１が形成され、他方の端にインク供給口５３が設けられている。

また、図２中に示した一点鎖線３Ａ−３Ｂ線に沿って１つの圧力室ユニット５４を切断した断面図を図３に示す。

図３に示すように、圧力室ユニット５４は、インクを吐出するノズル５１が形成された圧力室５２によって形成され、圧力室５２には、供給口５３を介してインクを供給する共通流路５５が連通するとともに、圧力室５２の一面（図では天面）は振動板５６で構成され、その上部には、振動板５６に圧力を付与して振動板５６を変形させる積層圧電体６０が接合されている。

詳しくは、後述するが、積層圧電体６０は、電極層と圧電体層が交互に積層されて形成されている。積層圧電体６０は、２つの電極によって挟まれた圧電素子が積層されて構成されており、これらの電極に駆動電圧を印加することによって圧電素子が変形して（結局積層圧電体６０全体が変形して）振動板５６が押され、圧力室５２の容積が縮小されてノズル５１からインクが吐出されるようになっている。積層圧電体６０がもとに戻ると、圧力室５２の容積が元の大きさに回復し、共通流路５５から供給口５３を通って新しいインクが圧力室５２に供給されるようになっている。

図４は、複数の圧力室５２に対して形成された複数の積層圧電体６０の例を斜視図で示すものである。図４に示す例では、積層圧電体６０の製造工程を簡単化するために、複数の圧力室５２（図４では図示省略）に対する複数の積層圧電体６０が一括して連続して形成されており、図４に四角で示した部分が各圧力室５２に対応する積層圧電体６０を表している。各積層圧電体６０は、各個別電極によって個別に駆動することができる。

図５は、図４中に示す一点鎖線５Ａ−５Ｂ線に沿って切り開いた積層圧電体６０の断面図である。図５に示すように、積層圧電体６０は、第１の電極５７と第２の電極５９（電極層）で、圧電素子５８（圧電体層）を挟むようにして、圧電体層と電極層を交互に積層して形成される。また、図５に示すように、積層圧電体６０には、第１の電極５７同士を接続する第１の配線（電極）６２と、第２の電極５９同士を接続する第２の配線（電極）６３が形成されている。このように第１の配線６２及び第２の配線６３は、それぞれ積層圧電体６０の内部に形成されている。さらに、第１の配線６２に第２の電極５９が接触しないように隙間６２ａが設けられ、第２の配線６３に第１の電極５７が接触しないように隙間６３ａが設けられている。

また、図６に、図５の積層圧電体６０を、斜め上方から見た斜視図を示す。図６に示すように、圧電素子５８、第１の電極５７及び第２の電極５９は、ここでは図示を省略した圧力室５２（図３参照）の上に平面状に積層されて形成されている。また、第１の配線６２及び第２の配線６３は、平面状に積層された圧電素子５８、第１及び第２の電極５７及び５９に垂直な平面状に形成され、上から見た場合に直線状となるように形成されている。すなわち、第１及び第２の配線６２、６３は、積層圧電体６０の内部で積層圧電体６０の積層方向に対し、それと垂直な方向に直線状に形成されている。

従って、第１の電極５７と第１の配線６２との接続部、及び第２の電極５９と第２の配線６３との接続部はそれぞれ直線状になっている。このため、第１の電極５７と第１の配線６２との接続部の面積及び第２の電極５９と第２の配線６３との接続部の面積を大きくすることができるとともに、各配線６２、６３それぞれの断面積を大きくすることができ、大電流を流すことができる。さらに、同じ断面積ならば、円形断面の場合よりも配線幅（配線６２、６３の幅）を従来よりも狭くすることができ、隣接した積層圧電体６０との距離をより狭めることができ、積層圧電体６０を２次元的に高密度に配置することが可能となる。その結果、印字ヘッド（インクジェット記録ヘッド）５０をより高密度化することができる。

次に、このような積層圧電体６０の製造方法について説明する。本実施形態では、圧電体層（圧電素子５８）、電極層（第１、第２の電極５７、５９）及び第１、第２の配線６２、６３を、エアロゾル法によって堆積形成することにより積層圧電体６０を２次元的に一括して形成する。

そこで、まずエアロゾル法の原理について説明する。図７は、エアロゾル法による成膜装置を示す模式図である。この成膜装置は、原料の粉体を収容するエアロゾル生成器７２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。

エアロゾル生成器７２には、キャリアガス導入部７３、エアロゾル導出部７４、振動部７５が設けられている。キャリアガス導入部７３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７２内に収容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７５によってエアロゾル生成容器７２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７４を通って成膜チャンバ７６に導かれる。

成膜チャンバ７６には、排気管７７、ノズル７８、可動ステージ７９が設けられている。排気管７７は、真空ポンプに接続されており、成膜チャンバ７６内を排気する。エアロゾル生成容器７２において生成され、エアロゾル導出部７４を通って成膜チャンバ７６に導かれたエアロゾルは、ノズル７８から基板７０に向けて噴射される。これにより、原料の粉体が基板７０上に衝突して堆積する。基板７０は、３次元に移動可能な可能ステージ７９に載置されており、可動ステージ７９を制御することにより、基板７０とノズル７８との相対的位置が調節される。

次に、このようなエアロゾル法によって図５に示したような積層圧電体６０を形成する方法について説明する。

図８に、エアロゾル法によって積層圧電体６０を形成する工程を順を追って示す。

まず、図８（ａ）のように、基板８０を用意し、この上にエアロゾル法で電極層と圧電体層を交互に積層して行く。すなわち、基板８０上に直接描画またはマスクを用いてパターニングして描画して、超微粒子化された圧電層形成用の圧電材料及び電極層形成用の導電材料を所望の形状で交互に堆積し、これを焼成して積層圧電体を形成する。

従って、本実施形態では、圧電材料と導電材料の２種類の超微粒子を基板８０上に堆積させるため、エアロゾル法の原理を示す図７における混合容器７２及びノズル７４を２つ用意して、各ノズル７４から交互に各材料の超微粒子を基板８０上に噴射させて堆積させるようにしている。

なお、面内には、積層圧電体６０が図４に示すように２次元マトリクス状に配置されるように、電極層のパターニングを２次元的に行う。

次に、図８（ｂ）に示すように、基板８０上に、１つのノズル７４から導電材料を堆積して、第１の電極５７を形成する。ここで電極層は、例えば、銀パラジューム（ＡｇＰｄ）を１層あたりの厚さを数μｍ程度に堆積させて形成される。

次に図８（ｃ）のように、その上に他のノズル７４から圧電材料を堆積して、圧電素子５８の層（圧電体層）を形成する。圧電体層は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電材料を１層あたりの厚さを１０〜５０μｍ程度に堆積させて形成される。ただし、このとき図８（ｃ）に示すように、配線となるべき場所８１は除いて圧電材料を堆積させるようにする。

次に、図８（ｄ）に示すように、圧電素子５８の層の中に空けておいた配線となるべき場所８１に、１つのノズル７４から導電材料を堆積して第１の配線６２（図５参照）を形成する。

次に、図８（ｅ）に示すように、その上に、第１の配線６２に第２の電極５９（図５参照）が接触しないための隙間部分６２ａを形成するために他のノズル７４から圧電材料を堆積する。

次に、図８（ｆ）に示すように、その上に他のノズル７４から導電材料を堆積して、第２の電極５９及び第１の配線６２を形成する。そして、以下同様にして、２種類のノズルから圧電体層と電極層とを交互に堆積して行き、図５に示すような積層圧電体６０が形成される。

ここで形成された積層圧電体６０において、圧電素子５８を挟む２つの電極（第１の電極５７及び第２の電極５９）は、一方が共通電極として、他方が個別電極として用いられる。

このように、本実施形態においては、圧電体層、電極層及び配線をエアロゾル法で堆積形成することにより一括して２次元に形成するようにしているため、従来のような素子の配置位置決めが不要となり、位置決め工数を減らし、製造コストを低減することができる。また、上述したようにエアロゾル法によって形成するため、堆積させる各層の厚さを充分薄くすることができるとともに、また配線等の位置決め精度を向上させることができる。

また、図６に示すように、配線を直線状に形成するようにしたため、配線幅を狭くすることができ、積層圧電体間隔を狭めることができ、積層圧電体を高密度に配置することが可能となる。また、断面積を大きくすることができ、大電流を流すことができるため、大きな圧力を積層圧電体に発生させることができ、その圧力によって高粘度インクの吐出も可能である。

さらに、このように２次元高密度化されたインクジェット記録ヘッド（印字ヘッド５０）を用いて画像記録を行うことにより、画像解像度を向上させ、高画質の画像記録を行うことが可能となる。

図９に、積層圧電体の他の例を示す。これは、前述した図４に示すように連続して形成された複数の積層圧電体６０を、図９中に矢印で示したように、各積層圧電体６０の間を縦横にダイシング加工を施して、各積層圧電体６０を機械的に分離したものである。

図９中に示した一点鎖線１０Ａ−１０Ｂ線に沿った断面図を図１０に示す。図１０に示すように、この積層圧電体６０は、各積層圧電体６０の間を図に矢印で示すように、ダイシング加工等によって溝６０ａを形成したものである。この溝６０ａによって、各積層圧電体６０は分離独立され、それぞれ独立に駆動される。

なお、上述した実施形態では、積層圧電体をエアロゾル法を用いて形成し、前述したように、配線と各電極層との接続部を直線状に（配線を積層圧電体の積層方向と垂直方向に直線状に）形成したが、このような積層圧電体を形成する方法は、エアロゾル法に限定されるものではなく、他の方法によって形成することも可能である。

また、配線をこのように直線状に形成せず、配線の断面が四角形となるように形成するようにしてもよい。

なお、他の実施例として、例えば図１１に示すような側面に電極を有する積層圧電体であっても、これを側面電極をも含めてエアロゾル法で形成することができる。

すなわち、まず積層圧電体の最下層の圧電素子層を形成するとともにその両端の側面電極を圧電素子層と同じ厚み分だけエアロゾル法で形成する。次に、圧電素子層の上に個別電極層及び一方の側面電極との絶縁部及び両端の側面電極をエアロゾル法で同じ厚みで形成する。次に、その上に圧電素子層とその両端に側面電極を形成し、さらにその上に共通電極と今度は他方の側面電極との絶縁部及び両端の側面電極を形成する。

このようにして、積層圧電体を下の方から順番にエアロゾル法によって形成することができる。

以上、本発明の積層圧電体とその製造方法及びこれを用いたインクジェット記録ヘッドについて詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

本発明に係るインクジェット記録ヘッドを用いたインクジェット記録装置の一実施形態の概略を示す全体構成図である。 印字ヘッドの構造例を示す平面透視図である。 圧力室の構造例を示す、図２中の３Ａ−３Ｂ線に沿った断面図である。 本実施形態の積層圧電体の概略を示す斜視図である。 図４中の５Ａ−５Ｂ線に沿った積層圧電体の断面図である。 図５に示した積層圧電体の斜視図である。 エアロゾル法による成膜装置を示す模式図である。 （ａ）〜（ｆ）は、本実施形態における積層圧電体の製造工程を示す説明図である。 積層圧電体の他の例を示す斜視図である。 図９の１０Ａ−１０Ｂ線に沿った断面図である。 従来の、側面から配線を引き出す積層圧電体の例を示す断面図である。 従来の、積層圧電体内部に貫通孔を設けてスルーホール配線を形成した例を示す断面図である。

符号の説明

１０…インクジェット記録装置、１２…印字部、１４…インク貯蔵／装填部、１６…記録紙、１８…給紙部、２０…デカール処理部、２２…吸着ベルト搬送部、２４…印字検出部、２６…排紙部、２８…カッター、３０…加熱ドラム、３１、３２…ローラー、３３…ベルト、３４…吸着チャンバー、３５…ファン、３６…ベルト清掃部、４０…加熱ファン、４２…後乾燥部、４４…加熱・加圧部、４５…加圧ローラー、４８…カッター、５０…印字ヘッド、５０ａ…ノズル面、５１…ノズル、５２…圧力室、５３…インク供給口、５４…圧力室ユニット、５６…振動板、５７…第１の電極、５８…圧電素子、５９…第２の電極、６０…積層圧電体、６２…第１の配線、６３…第２の配線

Claims (6)

1. 圧電体層と電極層が交互に積層され、前記電極層間を接続する配線が形成された積層圧電体であって、
   前記圧電体層、前記電極層及び前記配線が、エアロゾル法を用いて、堆積形成されたことを特徴とする積層圧電体。
2. 圧電体層と電極層が交互に積層され、前記電極層間を接続する配線が形成された積層圧電体であって、
   前記配線が、前記圧電体層及び前記電極層と垂直な平面で、前記電極層との接触部が直線状となるように形成されたことを特徴とする積層圧電体。
3. 前記圧電体層、前記電極層及び前記配線が、エアロゾル法を用いて、堆積形成されたことを特徴とする請求項２に記載の積層圧電体。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の積層圧電体を用いたことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
5. 請求項４に記載のインクジェット記録ヘッドを用いたことを特徴とするインクジェット記録装置。
6. 基板または振動板上に、エアロゾル法を用いて、電極層、圧電体層及び前記電極層間を接続する配線を、前記電極と前記圧電体とを交互に積層するように、堆積形成した後、焼成して形成したことを特徴とする積層圧電体の製造方法。

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