JP2007245661A - 液滴吐出ヘッド、画像形成装置、および成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明にかかる液滴吐出ヘッド、画像形成装置、および成膜装置は、圧電素子の形状の均一性を向上させ、液体材料の吐出の精度を向上させることを目的とする。
【解決手段】本発明の液滴吐出ヘッドは、振動板１０と固定板１１と圧電素子１２を有する。圧電素子は、第１電極１８と、第２電極１９と、第１電極と第２電極とに挟持された圧電体層２４と、を含む。圧電素子の第１端面の少なくとも一部が振動板に接し、第１端面が第２電極の第１端部と圧電体層の第１端部とを含む。圧電素子の第２端面の少なくとも一部が固定板に接し、第２端面が第２電極の第２端部と圧電体層の第２端部とを含む。振動板と第２電極の第１端部とが接し、固定板と第２電極の第２端部との間に圧電体層の第２端部の少なくとも一部が介在する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液滴吐出ヘッド、画像形成装置、および成膜装置に関する。

インクジェット技術の工業応用化が進むにつれて、例えば、より微細な配線等を形成するために、より微小な液滴を吐出可能な液滴吐出ヘッドが求められている。吐出される液滴の微小化を実現するためには、高周波信号で駆動でき、かつ必要十分な変位量を確保することの出来るアクチュエータを用いる必要がある（例えば、特許文献１参照）。かかる要望の達成には、例えば圧電素子のｄ３３方向の変位を利用することが有効である。

特開２００３−９２４３７号公報

特許文献１では、個別電極の固定板との接合側の部分に切り欠き部を設けることで固定板側のショートを防止しているが、導電性を有する振動板を用いた場合には、振動板側でショートが発生してしまう。また、圧電素子の一部に切り欠き部を設けると、電歪作用が働いたときの形状が不均一になるおそれがある。

そこで、本発明にかかる液滴吐出ヘッド、画像形成装置、および成膜装置は、圧電素子の形状の均一性を向上させ、液体材料の吐出の精度を向上させることを目的とする。

本発明にかかる液滴吐出ヘッドは、振動板と、固定板と、圧電素子と、を有し、前記圧電素子が、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極とに挟持された圧電体層と、前記第１電極と前記第２電極との間に前記第１電極から延在する第１内部電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に前記第２電極から延在する第２内部電極と、を含み、前記圧電素子の第１端面の少なくとも一部が前記振動板に接し、前記第１端面が前記第１電極の第１端部と前記第２電極の第１端部と前記圧電体層の第１端部とを含み、前記圧電素子の第２端面の少なくとも一部が前記固定板に接し、前記第２端面が前記第１電極の第２端部と前記圧電体層の第２端部とを含み、前記振動板と前記第２電極の第１端部との間に前記圧電体層の第１端部の少なくとも一部が介在し、前記固定板と前記第２電極の第２端部との間に前記圧電体層の第２端部の少なくとも一部が介在し、前記圧電体層が、前記第１内部電極と前記第２内部電極とに重なる活性層と、前記第１内部電極のみに重なる第１不活性層と、前記第２内部電極のみに重なる第２不活性層と、を有し、前記第１不活性層の前記第１電極と前記活性層との間の厚みより前記第２不活性層の前記第２電極と前記活性層との間の厚みが大きいことを特徴とする。これにより、圧電素子の伸縮時の形状の均等性が向上し、それに伴い、液体材料の吐出精度を向上させることができる。

また、本発明にかかる液滴吐出ヘッドは、振動板と、固定板と、圧電素子と、を有し、前記圧電素子が、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極とに挟持された圧電体層と、を含み、前記圧電素子の第１端面の少なくとも一部が前記振動板に接し、前記第１端面が前記第２電極の第１端部と前記圧電体層の第１端部とを含み、前記圧電素子の第２端面の少なくとも一部が前記固定板に接し、前記第２端面が前記第２電極の第２端部と前記圧電体層の第２端部とを含み、前記振動板と前記第２電極の第１端部とが接し、前記固定板と前記第２電極の第２端部との間に前記圧電体層の第２端部の少なくとも一部が介在することを特徴とするものであってもよい。これにより、圧電素子の伸縮時の形状の均等性が向上し、それに伴い、液体材料の吐出精度を向上させることができる。

また、本発明にかかる液滴吐出ヘッドは、振動板と、固定板と、圧電素子と、を有し、前記圧電素子が、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極とに挟持された圧電体層と、を含み、前記圧電素子の第１端面の少なくとも一部が前記振動板に接し、前記第１端面が前記第１電極の第１端部と前記圧電体層の第１端部とを含み、前記圧電素子の第２端面の少なくとも一部が前記固定板に接し、前記第２端面が前記圧電体層の第２端部とを含み、前記振動板と前記第１電極の第１端部との間に前記圧電体層の第１端部の少なくとも一部が介在することを特徴とするものであってもよい。これにより、圧電素子の伸縮時の形状の均等性が向上し、それに伴い、液体材料の吐出精度を向上させることができる。

また、本発明にかかる液滴吐出ヘッドは、振動板と、固定板と、圧電素子と、を有し、前記圧電素子が、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極とに挟持された圧電体層と、を含み、前記圧電素子の第１端面の少なくとも一部が前記振動板に接し、前記第１端面が前記第２電極の第１端部と前記圧電体層の第１端部とを含み、前記圧電素子の第２端面の少なくとも一部が前記固定板に接し、前記第２端面が前記圧電体層の第２端部とを含み、前記振動板と前記第２電極の第１端部との間に前記圧電体層の第１端部の少なくとも一部が介在することを特徴とするものであってもよい。これにより、圧電素子の伸縮時の形状の均等性が向上し、それに伴い、液体材料の吐出精度を向上させることができる。

上記の液滴吐出ヘッドは、前記圧電素子の第１端面が前記第１電極の第１端部を含み、前記振動板と前記第１電極の第１端部との間に前記圧電体層の第１端部の少なくとも一部が介在することが好ましい。これにより、圧電素子の配置の自由度を高めることができ、例えばヘッドを微細に設計することも可能となる。

また、上記の液滴吐出ヘッドは、前記圧電素子の第１端面が前記第１電極の第１端部を含み、前記第１電極の第１端部が前記振動板に接することが好ましい。これにより、圧電素子の配置の自由度を高めることができ、例えばヘッドを微細に設計することも可能となる。

また、上記の液滴吐出ヘッドは、前記圧電素子の第２端面が前記第１電極の第２端部を含み、前記固定板と前記第１電極の第２端部とが接することが好ましい。これにより、圧電素子の配置の自由度を高めることができ、例えばヘッドを微細に設計することも可能となる。

また、上記の液滴吐出ヘッドは、前記圧電素子の第２端面が前記第２電極の第２端部を含み、前記固定板と前記第２電極の第２端部との間に前記圧電体層の第２端部の少なくとも一部が介在することが好ましい。これにより、圧電素子の配置の自由度を高めることができ、例えばヘッドを微細に設計することも可能となる。

また、上記の液滴吐出ヘッドは、前記圧電素子の第２端面が前記第２電極の第２端部を含み、前記振動板と前記第１電極の第１端部とが接し、前記振動板と前記第２電極の第１端部とが接することを特徴とすることが好ましい。これにより、圧電素子の配置の自由度を高めることができ、例えばヘッドを微細に設計することも可能となる。

また、上記の液滴吐出ヘッドは、前記圧電素子の第２端面が前記第２電極の第２端部を含み、前記固定板と前記第２電極の第２端部とが接することが好ましい。これにより、圧電素子の配置の自由度を高めることができ、例えばヘッドを微細に設計することも可能となる。

また、上記の液滴吐出ヘッドは、前記固定板が導電性を有することが好ましい。これにより、圧電素子に電位を与える構造を簡素化することができ、例えばヘッドを微細に設計することも可能となる。

また、上記の液滴吐出ヘッドは、前記振動板が導電性を有することが好ましい。これにより、圧電素子に電位を与える構造を簡素化することができ、例えばヘッドを微細に設計することも可能となる。

また、上記の液滴吐出ヘッドは、前記第２電極がプリント基板に接続されることが好ましい。これにより、圧電素子に電位を与える構造を簡素化することができ、例えばヘッドを微細に設計することも可能となる。

また、上記の液滴吐出ヘッドは、前記圧電素子の第１端面の前記少なくとも一部が前記振動板の凸部に接することが好ましい。これにより、圧電素子の配置の自由度を高めることができ、例えばヘッドを微細に設計することも可能となる。

また、上記の液滴吐出ヘッドは、前記圧電素子が、前記第１電極と前記第２電極との間に前記第１電極から延在する第１内部電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に前記第２電極から延在する第２内部電極とを有し、前記圧電体層が、前記第１内部電極と前記第２内部電極とに重なる活性層と、前記第１内部電極のみに重なる第１不活性層と、前記第２内部電極のみに重なる第２不活性層と、を有し、前記第１不活性層の前記第１電極と前記活性層との間の厚みより前記第２不活性層の前記第２電極と前記活性層との間の厚みが異なることが好ましい。これにより、圧電素子の伸縮時の形状の均等性が向上し、それに伴い、液体材料の吐出精度を向上させることができる。

また、上記の液滴吐出ヘッドは、前記振動板に接続された基体を有し、前記基体に液体材料を保持する圧力室と、前記液体材料を吐出する吐出口とが形成されていることが好ましい。

また、上記の液滴吐出ヘッドは、前記振動板に接続された流路基板と、前記流路基板に接続されたノズルプレートと、を有し、前記流路基板に液体材料を保持する圧力室が形成され、前記ノズルプレートに前記液体材料を吐出する吐出口が形成されていることが好ましい。

本発明にかかる画像形成装置は、上述の液滴吐出ヘッドを有することを特徴とする。

本発明にかかる成膜装置は、上述の液滴吐出ヘッドを有することを特徴とする。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
尚、各図面における各部材は、各図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材毎に縮尺を異ならせて図示している。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの模式断面図である。図１に示す液滴吐出ヘッド１は、振動板１０、固定板１１、圧電素子１２、流路基板１３、ノズルプレート１４、プリント基板１５、フレーム１７、を含んで構成される。

振動板１０は、例えばニッケル等の金属板を用いて形成される。図示のように、振動板１０は、圧電素子１２と接する部位が島状に分離されている。この分離された部位（凸部）の周囲には薄膜が設けられており、この薄膜を介して、振動板１０の凸部とその他の部位とが一体化されている。なお、振動板１０は、金属板と樹脂板との積層基板を用いて形成することもできる。

固定板１１は、図１の紙面と直交する方向に延在する部材であり、例えばステンレス等の金属部材、セラミック部材、その他種々の部材を用いて形成されている。この固定板１１の基本的な機能は、圧電素子１２が固定され、当該圧電素子１２を支持することである。よって、固定板１１は、かかる機能を発揮するに足りる機械的強度を有するように、その構成部材の材料や形状等が選択される。

圧電素子１２は、プリント基板（フレキシブルプリント基板）１５を介して供給される駆動信号に応じて、変位する。この変位は圧電素子１２と接した振動板１０に伝達される。図示のように、圧電素子１２は、第１電極１８と、第２電極１９と、第１電極１８と第２電極１９とに挟持された圧電体層２４と、を含む。

流路基板１３は、液滴吐出ヘッド１のノズル孔（吐出孔）２３から吐出されるべき液体を供給する流路を構成するための基板であり、振動板１０と貼り合わされている。流路基板１３は、共通液室２０、流路２１、圧力室２２、を有する。この流路基板１３は、例えば結晶面方位（１１０）の単結晶シリコン基板に異方性エッチングを施すことによって形成される。共通液室２０に充填された液体が流路２１を通って圧力室２２に供給される。圧力室２２には、図示のように振動板１０の島状部位が接している。この島状部位を介して圧電素子１２の変位が圧力室２２に与えられ、圧力室２２の内圧が変化することにより、この圧力室２２と連通するノズル孔２３から微少量の液体（液滴）が吐出される。

ノズルプレート１４は、図１の紙面と直交する方向に配列された複数のノズル孔２３を有しており、流路基板１３と貼り合わされている。各ノズル孔２３は、例えば直径数μｍ程度の孔であり、流路基板１３の圧力室２２に対応付けて配置される。このノズルプレート１４は、例えばガラス基板をエッチング加工することによって形成される。ノズルプレート１４と流路基板１３とを含んで基体１６が構成される。

フレーム１７は、図１の紙面と直交する方向に延在する部材であり、例えばステンレス等の金属部材、セラミック部材、その他種々の部材を用いて形成されている。このフレーム１７の基本的な機能は、振動板１０、固定板１１、基体１６（流路基板１３、ノズルプレート１４）、を支持し、これらを一体化させることである。よって、フレーム１７は、かかる機能を発揮するに足りる機械的強度を有するように、その構成部材の材料や形状等が選択される。

図２は、上述した液滴吐出ヘッドに用いられる圧電素子の一例を示す模式断面図である。本実施形態では、ｄ３３方向に電歪作用の働く圧電素子が用いられる。ここで、ｄとは、圧電体に電圧をかけたときの変形のし易さを表す係数（圧電係数）である。そして、ｄ３３方向とは、電極面に垂直な方向（圧電体層２４の厚み方向）に電界を与えたときに、同方向（圧電体層２４の厚み方向）へ変形を生じることを表す。図示のように、圧電素子１２は、上記の第１電極１８と第２電極１９との間に第１電極１８から延在する複数の第１内部電極３０と、第１電極１８と第２電極１９との間に第２電極１９から延在する複数の第２内部電極３１と、を含む。複数の第１内部電極３０は、圧電体層２４の内部に、相互に間隔を空けて櫛歯状に配置されている。同様に、複数の第２内部電極３１は、圧電体層２４の内部に、相互に間隔を空けて櫛歯状に配置されている。そして、各第１内部電極３０と各第２内部電極３１とは、図示のように１つずつ互い違いに配置されている。これにより、第１電極１８と第２電極１９の間に電圧を印加することにより、各第１内部電極３０と各第２内部電極３１の並び方向（図示の上下方向）に平行な電界を発生させることができる。

図２に示すように、圧電体層２４は、第１内部電極３０と第２内部電極３１とに重なる活性層２７と、第１内部電極３０のみに重なる第１不活性層２８と、第２内部電極３１のみに重なる第２不活性層２９と、を有する。また、第１電極１８の第１端部３２と、圧電体層２４の第１端部２５と、第２電極１９の第１端部３４と、は同一面に並べて配置されている。この面が圧電素子１２の第１端面３６となる。同様に、第１電極１８の第２端部３３と、圧電体層２４の第２端部２６と、第２電極１９の第２端部３５と、は同一面に並べて配置されている。この面が圧電素子１２の第２端面３７となる。

次に、振動板１０、固定板１１、圧電素子１２の相互の位置関係について、図３に示す部分的な模式断面図を参照しながら説明する。

図３（Ａ）は、固定板が絶縁体かつ振動板が導電体の場合における振動板、固定板及び圧電素子についての模式断面図である。この例では、圧電素子１２の第１端面３６の少なくとも一部が振動板１０と接している。具体的には、第１端面３６のうち、第１電極１８の第１端部３２と、圧電体層２４の第１端部２５と、が振動板１０と接しており、第２電極１９の第１端部３４は振動板１０と接していない。図示の例では、振動板１０と第２電極１９の第１端部３４との間に圧電体層２４の第１端部２５の一部が介在するように、振動板１０と圧電素子１２とが相対的に配置されている。なお、第２電極１９と振動板１０とが接触しない限り、圧電体層２４の第１端部２５の略全部が振動板１０と接していてもよい。固定板は絶縁体であり、第１電極１８と第２電極１９とを短絡させるおそれがない。
また、圧電素子１２の第２端面３７に含まれる第１電極１８の第２端部３３、第２電極１９の第２端部３５、圧電体層２４の第２端部２６のすべてが固定板１１と接することができる。なお、少なくとも圧電体層２４の第２端部２６が固定板１１と接するようにしてもよく、圧電体層２４の第２端部２６と、第１電極１８の第２端部３３と、が固定板１１に接するようにしてもよく、圧電体層２４の第２端部２６と、第２電極１９の第２端部３５と、が固定板１１に接するようにしてもよい。
これにより、第１電極１８が導電体である振動板１０と導通し、振動板１０を利用して電位を与えることができる。そして、一方の第２電極１９には、例えば図１のようにプリント基板１５を接続することで電位を与えることができる。このとき、構造上、第２電極１９が振動板１０と導通しないので、第１電極１８との短絡を防ぐことができる。
特に、圧電素子１２を安定的に固定させるには、第１電極１８の第２端部３３が固定板１１に接しており、固定板１１と第２電極１９の第２端部３５との間に圧電体層２４の第２端部２６の一部が介在するように、固定板１１と圧電素子１２とが相対的に配置されていることが好ましい。これによれば、圧電素子１２の第１端面３６が振動板１０に接する面積と、第２端面３７が固定板１１に接する面積とが略等しくなり、また、圧電素子１２を挟持する振動板１０の部分と固定板１１の部分とが線対称の位置にあるため、圧電素子１２を安定して固定することができる。

図３（Ｂ）は、固定板が導電体かつ振動板が導電体の場合における振動板、固定板及び圧電素子についての模式断面図である。この例では、圧電素子１２の第１端面３６の少なくとも一部が振動板１０と接している。具体的には、第１端面３６のうち、第２電極１９の第１端部３４と、圧電体層２４の第１端部２５と、が振動板１０と接しており、第１電極１８の第１端部３２は振動板１０と接していない。図示の例では、振動板１０と第１電極１８の第１端部３２との間に圧電体層２４の第１端部２５の一部が介在するように、振動板１０と圧電素子１２とが相対的に配置されている。また、図３（Ｂ）においては、圧電素子１２の第２端面３７の少なくとも一部が固定板１１と接している。具体的には、図示の例では、第２端面３７に含まれる第１電極１８の第２端部３３、圧電体層２４の第２端部２６が固定板１１と接している。また、固定板１１と第２電極１９の第２端部３５との間に圧電体層２４の第２端部２６の一部が介在するように、固定板１１と圧電素子１２とが相対的に配置されている。この構成によれば、第１電極１８と第２電極１９とが振動板１０または固定板１１を介して短絡することがないため、第１電極１８には固定板１１を利用して、第２電極１９には振動板１０を利用して、それぞれ電位を与えることができる。

なお、図３（Ｂ）に示す振動板１０、固定板１１及び圧電素子１２の相互の位置関係を反転させてもよい。具体的には、圧電素子１２の第１端面３６については、第１電極１８の第１端部３２と、圧電体層２４の第１端部２５と、が振動板１０と接し、第２電極１９の第１端部３４は振動板１０と接しないように配置する。そして、圧電素子１２の第２端面３７については、第２電極１９の第２端部３５、圧電体層２４の第２端部２６が固定板１１と接し、第１電極１８の第２端部３３は固定板１１と接しないように配置する。第１電極１８と第２電極１９とが振動板１０または固定板１１を介して短絡しなければよい。

図３（Ｃ）は、固定板が導電体かつ振動板が導電体の場合における振動板、固定板及び圧電素子についての他の例の模式断面図である。この例では、圧電素子１２の第１端面３６のうち、第１電極１８の第１端部３２と、圧電体層２４の第１端部２５と、が振動板１０と接しており、第２電極１９の第１端部３４は振動板１０と接していない。図示の例では、振動板１０と第２電極１９の第１端部３４との間に圧電体層２４の第１端部２５の一部が介在するように、振動板１０と圧電素子１２とが相対的に配置されている。また、図３（Ｃ）においては、圧電素子１２の第２端面３７に含まれる第１電極１８の第２端部３３、圧電体層２４の第２端部２６が固定板１１と接している。また、固定板１１と第２電極１９の第２端部３５との間に圧電体層２４の第２端部２６の一部が介在するように、固定板１１と圧電素子１２とが相対的に配置されている。これによれば、圧電素子１２の第１端面３６が振動板１０に接する面積と、第２端面３７が固定板１１に接する面積とが略等しくなり、また、圧電素子１２を挟持する振動板１０の部分と固定板１１の部分とが線対称の位置にあるため、圧電素子１２を安定して固定することができる。なお、固定という観点からすれば、少なくとも圧電体層２４の第２端部２６が固定板１１と接するようにしてもよい。

なお、図３（Ｃ）に示す振動板１０、固定板１１及び圧電素子１２の相互の位置関係を反転させてもよい。具体的には、圧電素子１２の第１端面３６については、第２電極１９の第１端部３４と、圧電体層２４の第１端部２５と、が振動板１０と接し、第１電極１８の第１端部３２は振動板１０と接しないように配置する。そして、圧電素子１２の第２端面３７については、第２電極１９の第２端部３５、圧電体層２４の第２端部２６が固定板１１と接し、第１電極１８の第２端部３３は固定板１１と接しないように配置する。

図３（Ｄ）は、固定板が導電体かつ振動板が導電体の場合における振動板、固定板及び圧電素子についての他の例の模式断面図である。この例では、圧電素子１２の第１端面３６のうち、圧電体層２４の第１端部２５のみが振動板１０と接しており、第１電極１８の第１端部３２及び第２電極１９の第１端部３４は振動板１０と接していない。図示の例では、固定板１１と第２電極１９の第２端部３５との間に圧電体層２４の第２端部２６の一部が介在するように、固定板１１と圧電素子１２とが相対的に配置されている。また、図３（Ｄ）においては、圧電素子１２の第２端面３７に含まれる第１電極１８の第２端部３３、圧電体層２４の第２端部２６が固定板１１と接している。これによれば、第１電極１８には固定板１１を利用して電位を与えることができ、第２電極１９には、例えば図１で示したプリント基板１５を利用して電位を与えることができる。

なお、少なくとも圧電体層２４の第２端部２６が固定板１１と接するようにしてもよく、第２電極１９の第２端部３５と圧電体層２４の第２端部２６が固定板１１と接するようにしてもよい。

図３（Ｅ）は、固定板が導電体かつ振動板が絶縁体の場合における振動板、固定板及び圧電素子についての模式断面図である。この例では、圧電素子１２の第１端面３６の全て、すなわち、圧電体層２４の第１端部２５、第１電極１８の第１端部３２及び第２電極１９の第１端部３４が振動板１０と接している。図示の例では、固定板１１と第２電極１９の第２端部３５との間に圧電体層２４の第２端部２６の一部が介在するように、固定板１１と圧電素子１２とが相対的に配置されている。また、図３（Ｅ）においては、圧電素子１２の第２端面３７に含まれる第１電極１８の第２端部３３、圧電体層２４の第２端部２６が固定板１１と接している。これにより、第１電極１８と第２電極１９とが固定板１１を介して短絡することがなくなる。
なお、振動板１０は絶縁体であるため、第１電極１８の第１端部３２、または第２電極１９の第２端部３４と接していなくてもよい。特に、振動板１０と第１電極１８の第１端部３２および圧電体層２４の第１端部２５とが接し、振動板１０と第２電極１９の第２端部３４との間に圧電体層２４の第１端部２５の一部が介在することが好ましい。これによれば、圧電素子１２の固定状態を安定させることができる。なお、少なくとも圧電体層２４の第２端部２６が固定板１１と接するようにしてもよく、第２電極１９の第２端部３５と圧電体層２４の第２端部２６が固定板１１と接するようにしてもよい。

図４は、圧電素子の配置に応じて第１不活性層の厚みと第２不活性層の厚みとが異なることを示す模式断面図である。ここで、圧電素子１２と振動板１０及び固定板１１との位置関係は、上記した図３（Ａ）に示した態様となっているが、他の態様も採用できる。図４（Ａ）に示す比較例の圧電素子１２では、圧電素子１２の第１不活性層２８の厚み（第１電極１８と活性層２７との間の厚み）と第２不活性層２９の厚み（第２電極１９と活性層２７との間の厚み）が等しく構成されている。この場合には、図中の右側に示すように、圧電体層２４の変形状態は均一になりにくい。これに対して、図４（Ｂ）に示す本実施形態の圧電素子１２では、圧電素子１２の第１不活性層２８の厚み（第１電極１８と活性層２７との間の厚み）より、第２不活性層２９の厚み（第２電極１９と活性層２７との間の厚み）が大きく構成されている。この場合には、図中の右側に示すように、圧電体層２４の変形状態が均一になりやすい。

以上の本実施形態によれば、圧電素子の伸縮時の形状の均等性が向上し、それに伴い、液体材料の吐出精度を向上させることができる。

（第２の実施形態）
図５は、液滴吐出装置のひとつの形態である、成膜装置を示す概略斜視図である。

図５に示すように本実施形態の成膜装置５０は、機能液を液滴として吐出して基板Ｗ上に機能液からなる膜を形成するものである。そして基板Ｗが載置されるステージ５４と、載置された基板Ｗに機能液を液滴として吐出する複数の液滴吐出ヘッドを有するヘッドユニット５１とを備えている。

また成膜装置５０は、ヘッドユニット５１を副走査方向（Ｘ方向）に駆動するためのＸ方向ガイド軸５２と、Ｘ方向ガイド軸５２を回転させるＸ方向駆動モータ５３とを備えている。また、ステージ５４を主走査方向（Ｙ方向）にガイドするためのＹ方向ガイド軸５５と、Ｙ方向ガイド軸５５に係合して回転するＹ方向駆動モータ５６とを備えている。そしてＸ方向ガイド軸５２とＹ方向ガイド軸５５とが上部に配設された基台５７を備え、その基台５７の下部には、制御装置５８を備えている。

さらに、ヘッドユニット５１の複数の液滴吐出ヘッドをクリーニング（回復処理）するためのクリーニング機構５９および吐出された機能液を加熱し溶媒を蒸発・乾燥させるためのヒータ６６とを備えている。またクリーニング機構５９にもＹ方向駆動モータ６１が備えられている。

ヘッドユニット５１は、機能液をノズル（吐出口）から吐出して基板Ｗに塗布する複数の液滴吐出ヘッドを備えている。そして、これら複数の液滴吐出ヘッドにより、制御装置５８から供給される吐出電圧に応じて個別に機能液を吐出できるようになっている。

Ｘ方向駆動モータ５３は、これに限定されるものではないが例えばステッピングモータ等であり、制御装置５８からＸ軸方向の駆動パルス信号が供給されると、Ｘ方向ガイド軸５２を回転させ、Ｘ方向ガイド軸５２に係合したヘッドユニット５１をＸ方向に移動させる。

同様にＹ方向駆動モータ５６、６１は、これに限定されるものではないが例えばステッピングモータ等であり、制御装置５８からＹ軸方向の駆動パルス信号が供給されると、Ｙ方向ガイド軸５５に係合して回転し、Ｙ方向駆動モータ５６、６１を備えたステージ５４およびクリーニング機構５９をＹ軸方向に移動させる。

クリーニング機構５９は、液滴吐出ヘッドをクリーニングする際には、ヘッドユニット５１を臨む位置に移動し、液滴吐出ヘッドのノズル面に密着して不要な機能液を吸引するキャッピング、機能液等が付着したノズル面を拭き取るワイピング、液滴吐出ヘッドの全ノズルから機能液の吐出を行う予備吐出あるいは不要となった機能液を受けて排出させる処理を行う。

ヒータ６６は、これに限定されるものではないが例えばランプアニールにより基板Ｗを熱処理する手段であり、基板Ｗ上に吐出された機能液の蒸発・乾燥を行うとともに膜に変換するための熱処理を行うようになっている。このヒータ６６の電源の投入及び遮断も制御装置５８によって制御される。

液滴吐出装置５０の塗布動作は、制御装置５８から所定の駆動パルス信号をＸ方向駆動モータ５３およびＹ方向駆動モータ５６とに送り、ヘッドユニット５１を副走査方向（Ｘ方向）に、ステージ５４を主走査方向（Ｙ方向）に相対移動させる。そして、この相対移動の間に制御装置５８から吐出電圧を供給し、ヘッドユニット５１から基板Ｗの所定の領域に機能液を液滴として吐出し塗布を行う。

ヘッドユニット５１から吐出される液滴の吐出量は、制御装置５８から供給される吐出電圧の大きさによって調整することができる。

なお、本発明の液滴吐出装置は、ここで挙げた成膜装置のほか、例えばインクジェットプリンタなどの画像形成装置であってもよい。

図６は、液滴吐出装置のひとつの形態である、画像形成装置を示す概略斜視図である。
特に、本発明の画像形成装置を、紙等に印刷する一般的なプリンタに適用した場合の概略構成図である。なお、以下の説明では、図６のＺ方向上側を「上部」、Ｚ方向下側を「下部」という。

インクジェットプリンタ８０は、装置本体８２を備えたもので、上部後方に記録用紙を設置するトレイ８２１を有し、下部前方に記録用紙を排出する排出口８２２を有しており、上部面には、操作パネル８７を有している。

装置本体８２の内部には、主に、往復動するヘッドユニット８３を備えた印刷装置８４と、記録用紙を１枚ずつ印刷装置８４に送り込む給紙装置８５と、印刷装置８４および給紙装置８５を制御する制御部８６とが設けられている。

制御部８６の制御により、給紙装置８５は、記録用紙を一枚ずつ間欠送りするようになっている。間欠送りされる記録用紙は、ヘッドユニット８３の下部近傍を通過する。このとき、ヘッドユニット８３が記録用紙の送り方向とほぼ直交する方向に往復移動し、記録用紙への印刷を行うようになっている。すなわち、ヘッドユニット８３の往復動と、記録用紙の間欠送りとが、印刷における主走査および副走査となり、インクジェット方式の印刷が行なわれるようになっている。

印刷装置８４は、ヘッドユニット８３と、ヘッドユニット８３の駆動源となるキャリッジモータ８４１と、キャリッジモータ８４１の回転を受けて、ヘッドユニット８３を往復動させる往復動機構８４２とを備えたものである。ヘッドユニット８３は、その下部に、多数のノズルを備えるインクジェットヘッド８１と、このインクジェットヘッド８１にインクを供給するインクカートリッジ８３１と、インクジェットヘッド８１およびインクカートリッジ８３１を搭載したキャリッジ８３２とを有したものである。

往復動機構８４２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８４４と、キャリッジガイド軸８４４と平行に延びて走行動作するタイミングベルト８４３とを有している。そして、キャリッジ８３２は、キャリッジガイド軸８４４に往復動自在に支持されるとともに、タイミングベルト８４３の一部に固定されたものである。キャリッジモータ８４１の作動により、プーリを介してタイミングベルト８４３を正逆走行させると、キャリッジガイド軸８４４に案内されて、ヘッドユニット８３が往復動する。そして、この往復動の際に、インクジェットヘッド８１から適宜インクが吐出され、記録用紙への印刷が行われるようになっている。

給紙装置８５は、その駆動源となる給紙モータ８５１と、給紙モータ８５１の作動により軸周りに回転する給紙ローラ８５２とを有したものである。

給紙ローラ８５２は、記録用紙の送り経路を挟んで上下に対向する従動ローラ８５２ａと、駆動ローラ８５２ｂとで構成されたものであり、駆動ローラ８５２ｂは、給紙モータ８５１に連結されたものである。このような構成によって給紙ローラ８５２は、トレイ８２１に設置した多数枚の記録用紙を、印刷装置８４に向かって１枚ずつ送り込めるようになっている。なお、トレイ８２１に代えて、記録用紙を収容する給紙カセットを着脱自在に装着し得るような構成としてもよい。

制御部８６は、例えばパーソナルコンピュータやディジタルカメラ等のホストコンピュータから入力された印刷データに基づいて、印刷装置８４や給紙装置８５等を駆動することにより印刷動作の制御を行うものである。

（その他の実施形態）
なお、本発明は上述した各実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上記実施形態の液滴吐出ヘッドでは、凸部を有する振動板を採用し、圧電素子の第１端面の少なくとも一部が振動板の凸部に接するようにしていたが、凸部を有しない振動板を採用することもできる。

第１の実施形態に係る液滴吐出ヘッドの模式断面図である。 液滴吐出ヘッドに用いられる圧電素子の一例を示す模式断面図である。 振動板、固定板、圧電素子の相互の位置関係について示す部分的な模式断面図である。 圧電素子の配置に応じて第１不活性層の厚みと第２不活性層の厚みとが異なることを示す模式断面図である。 液滴吐出装置のひとつの形態である、成膜装置を示す概略斜視図である。 液滴吐出装置のひとつの形態である、画像形成装置を示す概略斜視図である。

符号の説明

１…液滴吐出ヘッド、１０…振動板、１１…固定板、１２…圧電素子、１３…流路基板、１４…ノズルプレート、１６…基体、１７…フレーム、１８…第１電極、１９…第２電極、２０…共通液室、２１…流路、２２…圧力室、２３…ノズル孔、２４…圧電体層、２５…圧電体層の第１端部、２６…圧電体層の第２端部、２７…活性層、２８…第１不活性層、２９…第２不活性層、３０…第１内部電極、３１…第２内部電極、３２…第１電極の第１端部、３３…第１電極の第２端部、３４…第２電極の第１端部、３５…第２電極の第２端部、３６…圧電素子の第１端面、３７…圧電素子の第２端面

Claims (19)

1. 振動板と、
   固定板と、
   圧電素子と、を有し、
   前記圧電素子が、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極とに挟持された圧電体層と、前記第１電極と前記第２電極との間に前記第１電極から延在する第１内部電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に前記第２電極から延在する第２内部電極と、を含み、
   前記圧電素子の第１端面の少なくとも一部が前記振動板に接し、前記第１端面が前記第１電極の第１端部と前記第２電極の第１端部と前記圧電体層の第１端部とを含み、
   前記圧電素子の第２端面の少なくとも一部が前記固定板に接し、前記第２端面が前記第１電極の第２端部と前記圧電体層の第２端部とを含み、
   前記振動板と前記第２電極の第１端部との間に前記圧電体層の第１端部の少なくとも一部が介在し、前記固定板と前記第２電極の第２端部との間に前記圧電体層の第２端部の少なくとも一部が介在し、
   前記圧電体層が、前記第１内部電極と前記第２内部電極とに重なる活性層と、前記第１内部電極のみに重なる第１不活性層と、前記第２内部電極のみに重なる第２不活性層と、を有し、前記第１不活性層の前記第１電極と前記活性層との間の厚みより前記第２不活性層の前記第２電極と前記活性層との間の厚みが大きいことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
2. 振動板と、
   固定板と、
   圧電素子と、を有し、
   前記圧電素子が、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極とに挟持された圧電体層と、を含み、
   前記圧電素子の第１端面の少なくとも一部が前記振動板に接し、前記第１端面が前記第２電極の第１端部と前記圧電体層の第１端部とを含み、
   前記圧電素子の第２端面の少なくとも一部が前記固定板に接し、前記第２端面が前記第２電極の第２端部と前記圧電体層の第２端部とを含み、
   前記振動板と前記第２電極の第１端部とが接し、
   前記固定板と前記第２電極の第２端部との間に前記圧電体層の第２端部の少なくとも一部が介在することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
3. 振動板と、
   固定板と、
   圧電素子と、を有し、
   前記圧電素子が、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極とに挟持された圧電体層と、を含み、
   前記圧電素子の第１端面の少なくとも一部が前記振動板に接し、前記第１端面が前記第１電極の第１端部と前記圧電体層の第１端部とを含み、
   前記圧電素子の第２端面の少なくとも一部が前記固定板に接し、前記第２端面が前記圧電体層の第２端部とを含み、
   前記振動板と前記第１電極の第１端部との間に前記圧電体層の第１端部の少なくとも一部が介在することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
4. 振動板と、
   固定板と、
   圧電素子と、を有し、
   前記圧電素子が、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極とに挟持された圧電体層と、を含み、
   前記圧電素子の第１端面の少なくとも一部が前記振動板に接し、前記第１端面が前記第２電極の第１端部と前記圧電体層の第１端部とを含み、
   前記圧電素子の第２端面の少なくとも一部が前記固定板に接し、前記第２端面が前記圧電体層の第２端部とを含み、
   前記振動板と前記第２電極の第１端部との間に前記圧電体層の第１端部の少なくとも一部が介在することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
5. 請求項４に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
   前記圧電素子の第１端面が前記第１電極の第１端部を含み、前記振動板と前記第１電極の第１端部との間に前記圧電体層の第１端部の少なくとも一部が介在することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
6. 請求項２または４に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
   前記圧電素子の第１端面が前記第１電極の第１端部を含み、前記第１電極の第１端部が前記振動板に接することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
   前記圧電素子の第２端面が前記第１電極の第２端部を含み、前記固定板と前記第１電極の第２端部とが接することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
8. 請求項３ないし７のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
   前記圧電素子の第２端面が前記第２電極の第２端部を含み、前記固定板と前記第２電極の第２端部との間に前記圧電体層の第２端部の少なくとも一部が介在することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
9. 請求項２に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
   前記圧電素子の第２端面が前記第２電極の第２端部を含み、前記振動板と前記第２電極の第１端部とが接することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
10. 請求項４に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
    前記圧電素子の第２端面が前記第２電極の第２端部を含み、前記固定板と前記第２電極の第２端部とが接することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
11. 請求項２ないし９のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
    前記固定板が導電性を有することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
12. 請求項３ないし８、および１０のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
    前記振動板が導電性を有することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
13. 請求項１ないし８、１０、および１２のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
    前記第２電極がプリント基板に接続されることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
14. 請求項１ないし１３のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
    前記圧電素子の第１端面の前記少なくとも一部が前記振動板の凸部に接することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
15. 請求項２ないし１４のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
    前記圧電素子が、前記第１電極と前記第２電極との間に前記第１電極から延在する第１内部電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に前記第２電極から延在する第２内部電極とを有し、
    前記圧電体層が、前記第１内部電極と前記第２内部電極とに重なる活性層と、前記第１内部電極のみに重なる第１不活性層と、前記第２内部電極のみに重なる第２不活性層と、を有し、
    前記第１不活性層の前記第１電極と前記活性層との間の厚みより前記第２不活性層の前記第２電極と前記活性層との間の厚みが異なることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
16. 請求項１ないし１５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
    前記振動板に接続された基体を有し、
    前記基体に液体材料を保持する圧力室と、前記液体材料を吐出する吐出口とが形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
17. 請求項１ないし１５のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
    前記振動板に接続された流路基板と、
    前記流路基板に接続されたノズルプレートと、を有し、
    前記流路基板に液体材料を保持する圧力室が形成され、前記ノズルプレートに前記液体材料を吐出する吐出口が形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
18. 請求項１ないし１７のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを有することを特徴とする画像形成装置。
19. 請求項１ないし１７のいずれかに記載の液滴吐出ヘッドを有することを特徴とする成膜装置。

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