JP2015088549A - 圧電素子、圧電基板、およびそれを用いた液体吐出ヘッド、記録装置、ならびに圧電素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】特性のばらつきの少ない圧電素子、圧電基板、およびそれを用いた液体吐出ヘッド、記録装置、ならびにそのような圧電素子の製造方法を提供する。【解決手段】変位素子は、圧電セラミック層２１ｂと、一対の電極２４、２５と、圧電セラミック層２１ｂに配置されている凹部３２とを有する圧電素子であって、凹部３２は、凹部３２の壁部となる貫通孔１３２ｂを有する圧電セラミックグリーンシート１２１ｂｂと、凹部３２の底部１３２ａとなる他の圧電セラミックグリーンシート１２１ｂａとを積層して、焼成することにより構成されている。【選択図】図７

Description

本発明は、圧電素子、圧電基板、およびそれを用いた液体吐出ヘッド、記録装置、ならびに圧電素子の製造方法に関する。

従来、液体吐出ヘッドとして、例えば、液体を記録媒体上に吐出することによって、各種の印刷を行なうインクジェットヘッドが知られている。液体吐出ヘッドは、例えば、マニホールド（共通流路）およびマニホールドから複数の加圧室をそれぞれ介して繋がる吐出孔を有した平板状の流路部材と、加圧室をそれぞれ覆うように設けられた複数の変位素子を有する圧電アクチュエータ基板とを積層して構成される（例えば、特許文献１を参照。）。

この圧電アクチュエータ基板は、圧電セラミック層とセラミック振動板とを積層したものであり、変位素子は、圧電アクチュエータ基板の内部にある共通電極と、圧電アクチュエータ基板の表面にある複数の個別電極と、その間の圧電セラミック層とで構成されている。そして、変位素子の間の圧電セラミック層には、レーザ加工により溝が形成されている。

特開２００３−３１１９５４号公報

特許文献１に記載されているような溝（凹部）が形成されていると、例えば、変位素子間のクロストークを低減させることができるが、溝の深さがばらつくと、各変位素子に生じるクロストークの影響が異なるので、各変位素子の間の変位量の差が大きくなるという問題があった。

焼成後の圧電アクチュエータ基板を加工するには、他にダイシング加工が考えられるが、溝の周囲にマイクロクラックが生じ、その程度の差により変位量に差が生じることになる。

また、変位素子が変位する際に、変位素子の変形を抑制する部位に溝を設ければ、変位量を大きくすることができるが、そのような場合に、溝の深さが変わると、変位量が直接的に変わってしまう。したがって、複数の変位素子がある場合だけでなく、変位素子が１つの場合にも、溝の深さは特性に影響する。また、圧電素子を変位素子ではなく、センサとして用いる場合は、溝の深さが感度に影響を与える。つまり、溝の深さは、変位素子だけではなく、圧電素子一般の特性に影響を与える。

したがって、本発明の目的は、特性のばらつきの少ない圧電素子、圧電基板、およびそれを用いた液体吐出ヘッド、記録装置、ならびにそのような圧電素子の製造方法を提供することにある。

本発明の圧電素子は、圧電セラミック層と一対の電極とを含んでおり、該一対の電極の
周囲の前記圧電セラミック層に凹部が配置されている圧電素子であって、前記凹部は、前記凹部の壁部となる貫通孔を有する圧電セラミックグリーンシートと、前記凹部の底部となる他の圧電セラミックグリーンシートとを積層して、焼成することにより構成されていることを特徴とする。

また、本発明の圧電基板は、圧電セラミック層と、該圧電セラミック層の平面方向に複数配置されている、一対の電極を含んだ圧電素子とを含んでおり、複数の前記圧電素子の間の前記圧電セラミック層に凹部が配置されている圧電基板であって、前記凹部は、前記凹部の壁部となる貫通孔を有する圧電セラミックグリーンシートと、前記凹部の底部となる他の圧電セラミックグリーンシートとを積層して、焼成することにより構成されていることを特徴とする。

本発明の液体吐出ヘッドは、前記圧電基板と、前記複数の圧電素子により内部の液体がそれぞれ加圧される複数の加圧室、および該加圧室とそれぞれ繋がっている複数の吐出孔を有する流路部材とを含むことを特徴とする。

本発明の記録装置は、前記液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに対して搬送する搬送部と、前記液体吐出ヘッドを制御する制御部とを備えていることを特徴とする。

また、本発明の圧電素子の製造方法は、圧電セラミック層と一対の電極とを含んでおり、該一対の電極の周囲の前記圧電セラミック層に凹部が配置されている圧電素子の製造方法であって、 前記圧電セラミック層を作製する際に、前記圧電セラミック層となる原料を含んでいる、第１および第２の圧電セラミックグリーンシートを準備し、前記第１の圧電セラミックグリーンシートに貫通孔を形成した後、前記第１の圧電セラミックグリーンシートと前記第２の圧電セラミックグリーンシートとを積層することで、前記貫通孔の少なくとも一方の開口が前記第２の圧電セラミックグリーンシートで塞がれた、前記穴あるいは前記溝となる構造が形成された積層体を作製し、該積層体を焼成する工程を含むことを特徴とする。

本発明の圧電素子によれば、凹部の深さの精度が高くなるので、圧電素子の特性のばらつきを小さくできる。

（ａ）は、本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッドを含む記録装置の側面図であり、（ｂ）は平面図である。 図１の液体吐出ヘッドの要部であるヘッド本体の平面図である。 図２の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図であり、説明のため一部の流路を省略した図である。 図２の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図であり、説明のため一部の流路を省略した図である。 図２の液体吐出ヘッドに用いられている圧電アクチュエータ基板の部分平面図である。 図３のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図である。 （ａ）は、図６と異なる角度の、圧電アクチュエータ基板の縦断面図であり、（ｂ）および（ｃ）は、焼成後に（ａ）となる部位の焼成前における縦断面図であり、（ｄ）は、（ｃ）と同じ工程における共通電極用表面電極が形成される位置の縦断面図である。 図２の一点鎖線に囲まれた領域の圧電アクチュエータ基板になる部位を含む圧電セラミックグリーンシートの平面図である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の他の実施形態に係るヘッド本体の部分平面図である。

図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッド２を含む記録装置である（カラーインクジェット）プリンタ１の概略の側面図であり、図１（ｂ）は、概略の平面図である。プリンタ１は、記録媒体である印刷用紙Ｐを搬送ローラ８０ａから搬送ローラ８０ｂへと搬送することにより、印刷用紙Ｐを液体吐出ヘッド２に対して相対的に移動させる。制御部８８は、画像や文字のデータに基づいて、液体吐出ヘッド２を制御して、記録媒体Ｐに向けて液体を吐出させ、印刷用紙Ｐに液滴を着弾させて、印刷用紙Ｐに印刷などの記録を行なう。

本実施形態では、液体吐出ヘッド２はプリンタ１に対して固定されており、プリンタ１はいわゆるラインプリンタとなっている。本発明の記録装置の他の実施形態としては、液体吐出ヘッド２を、印刷用紙Ｐの搬送方向に交差する方向、例えば、ほぼ直交する方向に往復させるなどして移動させる動作と、印刷用紙Ｐの搬送を交互に行なう、いわゆるシリアルプリンタが挙げられる。

プリンタ１には、印刷用紙Ｐとほぼ平行するように平板状の（ヘッド搭載）フレーム７０が固定されている。フレーム７０には図示しない２０個の孔が設けられており、２０個の液体吐出ヘッド２がそれぞれの孔の部分に搭載されていて、液体吐出ヘッド２の、液体を吐出する部位が印刷用紙Ｐに面するようになっている。液体吐出ヘッド２と印刷用紙Ｐとの間の距離は、例えば０．５〜２０ｍｍ程度とされる。５つの液体吐出ヘッド２は、１つのヘッド群７２を構成しており、プリンタ１は、４つのヘッド群７２を有している。

液体吐出ヘッド２は、図１（ａ）の手前から奥へ向かう方向、図１（ｂ）の上下方向に細長い長尺形状を有している。この長い方向を長手方向と呼ぶことがある。１つのヘッド群７２内において、３つの液体吐出ヘッド２は、印刷用紙Ｐの搬送方向に交差する方向、例えば、ほぼ直交する方向に沿って並んでおり、他の２つの液体吐出ヘッド２は搬送方向に沿ってずれた位置で、３つ液体吐出ヘッド２の間にそれぞれ一つずつ並んでいる。液体吐出ヘッド２は、各液体吐出ヘッド２で印刷可能な範囲が、印刷用紙Ｐの幅方向に（印刷用紙Ｐの搬送方向に交差する方向に）繋がるように、あるいは端が重複するように配置されており、印刷用紙Ｐの幅方向に隙間のない印刷が可能になっている。

４つのヘッド群７２は、記録用紙Ｐの搬送方向に沿って配置されている。各液体吐出ヘッド２には、図示しない液体タンクから液体（インク）が供給される。１つのヘッド群７２に属する液体吐出ヘッド２には、同じ色のインクが供給されるようになっており、４つのヘッド群で４色のインクが印刷できる。各ヘッド群７２から吐出されるインクの色は、例えば、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｋ）である。このようなインクを、制御部８８で制御して印刷すれば、カラー画像が印刷できる。

プリンタ１に搭載される液体吐出ヘッド２の個数は、単色で、１つの液体吐出ヘッド２で印刷可能な範囲を印刷するのなら１つでもよい。ヘッドの群７２に含まれる液体吐出ヘッド２の個数や、ヘッド群７２の個数は、印刷する対象や印刷条件により適宜変更できる。例えば、さらに多色の印刷をするためにヘッドの群７２の個数を増やしてもよい。また、同色で印刷するヘッド群７２を複数配置して、搬送方向に交互に印刷することで、印刷速度（搬送速度）を速くすることができる。また、同色で印刷するヘッド群７２を複数準備して、搬送方向と交差する方向にずらして配置して、印刷用紙Ｐの幅方向の解像度を高くしてもよい。

さらに、色の付いたインクを印刷する以外に、印刷用紙Ｐの表面処理をするために、コーティング剤などの液体を印刷してもよい。

プリンタ１は、記録媒体である印刷用紙Ｐに印刷を行なう。印刷用紙Ｐは、給紙ローラ８０ａに巻き取られた状態になっており、２つのガイドローラ８２ａの間を通った後、フレーム７０に搭載されている液体吐出ヘッド２の下側を通り、その後２つの搬送ローラ８２ｂの間を通り、最終的に回収ローラ８０ｂに回収される。印刷する際には、搬送ローラ８２ｂを回転させることで印刷用紙Ｐは、一定速度で搬送され、液体吐出ヘッド２によって印刷される。回収ローラ８０ｂは、搬送ローラ８２ｂから送り出された印刷用紙Ｐを巻き取る。搬送速度は、例えば、７５ｍ／分とされる。各ローラは、制御部８８によって制御されてもよいし、人によって手動で操作されてもよい。

記録媒体は、印刷用紙Ｐ以外に、布などでもよい。また、プリンタ１を、印刷用紙Ｐの代わりに搬送ベルトを搬送する形態にし、記録媒体は、ロール状のもの以外に、搬送ベルト上に置かれた、枚葉紙や裁断された布、木材、タイルなどにしてもよい。さらに、液体吐出ヘッド２から導電性の粒子を含む液体を吐出するようにして、電子機器の配線パターンなどを印刷してもよい。またさらに、液体吐出ヘッド２から反応容器などに向けて所定量の液体の化学薬剤や化学薬剤を含んだ液体を吐出させて、反応させるなどして、化学薬品を作製してもよい。

また、プリンタ１に、位置センサ、速度センサ、温度センサなどを取り付け、制御部８８が、各センサからの情報から分かるプリンタ１各部の状態に応じて、プリンタ１の各部を制御してもよい。特に、液体吐出ヘッド２から吐出される液体の吐出特性（吐出量や吐出速度など）が外部の影響を受けるようであれば、液体吐出ヘッド２の温度や液体タンクの液体の温度、液体タンクの液体が液体吐出ヘッド２に加えている圧力に応じて、液体吐出ヘッド２において液体を吐出させる駆動信号を変えるようにしてもよい。

次に、本発明の一実施形態の液体吐出ヘッド２について説明する。図２は、図１に示された液体吐出ヘッド２の要部であるヘッド本体２ａを示す平面図である。図３は、図２の一点鎖線で囲まれた領域の拡大平面図であり、ヘッド本体２ａの一部である。図３では、説明のため、一部の流路を省略して描いている。図４は、図３と同じ位置の拡大平面図であり、図３とは別の一部の流路を省略して描いている。なお、図３および図４において、図面を分かり易くするために、圧電アクチュエータ基板２１の下方にあって破線で描くべき加圧室１０（加圧室群９）、しぼり６および吐出孔８などを実線で描いている。図５は、図２の液体吐出ヘッド２に用いられている、圧電基板である圧電アクチュエータ基板２１の平面図である。図５でも同様に、個別電極２５の一部や、加圧室１０を実線で描いている。図６は、図３のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図である。図７（ａ）は、加圧室１０の部分において、図６と角度が９０度異なる圧電アクチュエータ基板２１の縦断面図であり、図７（ｂ）および（ｃ）は、焼成後に図７（ａ）となる部位の焼成前における縦断面図であり、図７（ｄ）は、図７（ｃ）と同じ工程における共通電極用表面電極が形成される位置の縦断面図である。なお、図６は、図を分かり易くするため、図の横方向より、図の上下方向の拡大率を大きくしてある。すなわち、図６に示してある領域は、実際には、図の左右方向に長い領域である。図７（ａ）〜（ｄ）は、図６と比較して、さらに図の上下方向に拡大率を大きくしてある。また、図７（ｂ）および（ｃ）は、図６（ａ）の焼成前の部位であるため、実際には、焼成収縮する分、図７（ａ）より大きいが、図７（ａ）と大きさをそろえて描いている。図７（ｄ）も同様である。

液体吐出ヘッド２は、ヘッド本体２ａ以外にリザーバや、金属製の筐体を含んでいてもよい。また、ヘッド本体２ａは、流路部材４と、圧電素子である変位素子３０が作り込ま
れている圧電基板である圧電アクチュエータ基板２１とを含んでいる。

ヘッド本体２ａを構成する流路部材４は、共通流路であるマニホールド５と、マニホールド５と繋がっている複数の加圧室１０と、複数の加圧室１０とそれぞれ繋がっている複数の吐出孔８とを備えている。加圧室１０は流路部材４の上面に開口しており、流路部材４の上面が加圧室面４−２となっている。また、流路部材４の上面は、マニホールド５と繋がってる開口５ａを有し、この開口５ａより液体が供給されるようになっている。

また、流路部材４の上面には、変位素子３０を含む圧電アクチュエータ基板２１が接合されており、各変位素子３０が加圧室１０上に位置するように配置されている。また、圧電アクチュエータ基板２１には、各変位素子３０に信号を供給するためのＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）などの信号伝達部６０が接続されている。図２には、２つの信号伝達部６０が圧電アクチュエータ基板２１に繋がる状態が分かるように、信号伝達部６０の圧電アクチュエータ基板２１に接続される付近の外形を点線で示した。圧電アクチュエータ基板２１に電気的に接続されている、信号伝達部６０に形成されている電極は、信号伝達部６０の端部に、矩形状に配置されている。２つの信号伝達部６０は、圧電アクチュエータ基板２１の短手方向の中央部にそれぞれの端がくるように接続されている。２つの信号伝達部６０は、中央部から圧電アクチュエータ基板２１の長辺に向かって伸びている。

ヘッド本体２ａは、平板状の流路部材４と、流路部材４上に接続された変位素子３０を含む圧電アクチュエータ基板２１を１つ有している。圧電アクチュエータ基板２１の平面形状は長方形状であり、その長方形の長辺が流路部材４の長手方向に沿うように流路部材４の上面に配置されている。

流路部材４の内部には２つのマニホールド５が形成されている。マニホールド５は流路部材４の長手方向の一端部側から、他端部側に延びる細長い形状を有しており、その両端部において、流路部材４の上面に開口しているマニホールドの開口５ａが形成されている。

また、マニホールド５は、少なくとも加圧室１０に繋がっている領域である長手方向における中央部分において、短手方向に間隔を開けて設けられた隔壁１５で仕切られている。隔壁１５は、加圧室１０に繋がっている領域である長手方向の中央部分においては、マニホールド５と同じ高さを有し、マニホールド５を複数の副マニホールド５ｂに完全に仕切っている。このようにすることで、平面視したときに、隔壁１５と重なるように、吐出孔８および吐出孔８から加圧室１０に繋がっている流路を設けることができる。

図２では、マニホールド５の両端部を除く全体が隔壁１５で仕切られている。このようにする以外に、両端部のうちのどちらか一端部以外が隔壁１５で仕切られているようにしてもよい。また、流路部材４の上面に開口している開口５ａ付近のみが仕切られておらず、開口５ａから流路部材４の深さ方向に向かう間に隔壁が設けられるようにしてもよい。いずれにしても、仕切られていない部分があることにより、流路抵抗が小さくなり、液体の供給量を多くできるので、マニホールド５の両端部が隔壁１５で仕切られていない方が好ましい。

複数に分けられた部分のマニホールド５を副マニホールド５ｂと呼ぶことがある。本実施形態においては、マニホールド５は独立して２本設けられており、それぞれの両端部に開口５ａが設けられている。また、１つのマニホールド５には、７つの隔壁１５が設けられており、８つの副マニホールド５ｂに分けられている。副マニホールド５ｂの幅は、隔壁１５の幅より大きくなっており、これにより副マニホールド５ｂに多くの液体を流すことができる。また、７つの隔壁１５は、幅方向の中央に近いほど、長さが長くなっており
、マニホールド５の両端において、幅方向の中央に近い隔壁１５ほど、隔壁１５の端がマニホールド５の端に近くなっている。これにより、マニホールド５の外側の壁により生じる流路抵抗と、隔壁１５により生じる流路抵抗との間のバランスがとれ、各副マニホールド５ｂのうち、加圧室１０に繋がる部分である個別供給流路１４が形成されている領域の端における液体の圧力差を少なくできる。この個別供給流路１４での圧力差は、加圧室１０内の液体に加わる圧力差につながるため、個別供給流路１４での圧力差を少なくすれば、吐出ばらつきを低減できる。

流路部材４は、複数の加圧室１０が２次元的に広がって形成されている。加圧室１０は、角部にアールが施されたほぼ菱形あるいは楕円形状の平面形状を有する中空の領域である。

加圧室１０は１つの副マニホールド５ｂと個別供給流路１４を介して繋がっている。１つの副マニホールド５ｂに沿うようにして、この副マニホールド５ｂに繋がっている加圧室１０の行である加圧室行１１が、副マニホールド５ｂの両側に１行ずつ、合計２行設けられている。したがって、１つのマニホールド５に対して、１６行の加圧室１１が設けられており、ヘッド本体２ａ全体では３２行の加圧室行１１が設けられている。各加圧室行１１における加圧室１０の長手方向の間隔は同じであり、例えば、３７．５ｄｐｉの間隔となっている。

各加圧室行１１の端にはダミー加圧室１６の列が１列設けられている。このダミー加圧室列のダミー加圧室１６は、マニホールド５とは繋がっているが、吐出孔８とは繋がっていない。また、３２行の加圧室行１１の外側には、ダミー加圧室１６が直線状に並んだダミー加圧室行が１行設けられている。このダミー加圧室行のダミー加圧室１６は、マニホールド５および吐出孔８のいずれとも繋がっていない。これらのダミー加圧室１６により、端から１つ内側の加圧室１０の周囲の構造（剛性）が他の加圧室１０の構造（剛性）と近くなることで、液体吐出特性の差を少なくできる。なお、周囲の構造の差の影響は、距離の近い、長さ方向に隣接する加圧室１０の影響が大きいため、長さ方向には、両端にダミー加圧室を設けてある。幅方向については、影響が比較的小さいため、ヘッド本体２１ａの端に近い方のみに設けている。これにより、ヘッド本体２１ａの幅を小さくできる。

１つのマニホールド５に繋がっている加圧室１０は、矩形状の圧電アクチュエータ基板２１の各外辺に沿った行および列をなす格子上に配置されている。これにより、圧電アクチュエータ基板２１の外辺から、加圧室１０の上に形成されている個別電極２５が等距離に配置されることになるので、個別電極２５を形成する際に、圧電アクチュエータ基板２１に変形が生じ難くできる。圧電アクチュエータ基板２１と流路部材４とを接合する際に、この変形が大きいと外辺に近い変位素子３０に応力が加わり、変位特性にばらつきが生じるおそれがあるが、変形を少なくすることで、そのばらつきを低減できる。また、もっとも外辺に近い加圧室行１１の外側にダミー加圧室１６のダミー加圧室行が設けられているために、変形の影響をより受け難くできる。加圧室行１１に属する加圧室１０は等間隔で配置されており、加圧室行１１に対応する個別電極２５も等間隔で配置されている。加圧室行１１は短手方向に等間隔で配置されており、加圧室行１１に対応する個別電極２５の行も短手方向に等間隔で配置されている。これにより、特にクロストークの影響が大きくなる部位をなくすことができる。

本実施形態では、加圧室１０は格子状に配置したが、隣り合う圧室列１１の加圧室１０が互いの間に位置するように千鳥状に配置してもよい。このようにすると、隣接加圧室行１１に属する加圧室１０の間の距離がより長くなるので、よりクロストークを抑制できる。

加圧室行１１をどのように並べるかによらず、流路部材４を平面視したとき、１つの加圧室行１１に属する加圧室１０が、隣接する加圧室行１１に属する加圧室１０と、液体吐出ヘッド２の長手方向において、重ならないように配置することにより、クロストークを抑制できる。一方、加圧室行１１の間の距離を離すと、液体吐出ヘッド２の幅が大きくなるので、プリンタ１に対する液体吐出ヘッド２の設置角度の精度や、複数の液体吐出ヘッド２を使用する際の、液体吐出ヘッド２の相対位置の精度が印刷結果に与える影響が大きくなる。そこで、隔壁１５の幅を副マニホールド５ｂよりも小さくすることで、それらの精度が印刷結果に与える影響を少なくできる。

１つの副マニホールド５ｂに繋がっている加圧室１０は、２列の加圧室行１１をなしており、１つの加圧室行１１に属する加圧室１０から繋がっている吐出孔８は、１つの吐出孔行９をなしている。２行の加圧室行１１に属する加圧室１０に繋がっている吐出孔８はそれぞれ、副マニホールド５ｂの異なる側に開口している。図４では隔壁１５には、２行の吐出孔行９が設けられているが、それぞれの吐出孔行９に属する吐出孔８は、吐出孔８に近い側の副マニホールド５ｂに加圧室１０を介して繋がっている。隣接する副マニホールド５ｂに加圧室行１１を介して繋がっている吐出孔８と液体吐出ヘッド２の長手方向において重ならないように配置されていると、加圧室１０と吐出孔８とを繋ぐ流路間のクロストークが抑制できるので、さらにクロストークを少なくすることができる。加圧室１０と吐出孔８とを繋ぐ流路全体が、液体吐出ヘッド２の長手方向において重ならないように配置されていると、さらにクロストークを少なくすることができる。

１つのマニホールド５に繋がっている複数の加圧室１０により加圧室群が構成されており、マニホールド５が２つあるため、加圧室群は２つある。各加圧室群内における吐出に関わる加圧室１０の配置は同じで、短手方向に平行移動させた位置に配置されている。これらの加圧室１０は、流路部材４の上面における圧電アクチュエータ基板２１に対向する領域に、加圧室群間などの少し間隔が広くなった部分があるものの、ほぼ全面にわたって配列されている。つまり、これらの加圧室１０によって形成された加圧室群は圧電アクチュエータ基板２１とほぼ同一の形状の領域を占有している。また、各加圧室１０の開口は、流路部材４の上面に圧電アクチュエータ基板２１が接合されることで閉塞されている。

加圧室１０の個別供給流路１４が繋がっている角部と対向する角部からは、流路部材４の下面の吐出孔面４−１に開口している吐出孔８に繋がる流路が伸びている。この流路は、平面視において、加圧室１０から離れる方向に伸びている。より具体的には、加圧室１０の長い対角線に沿う方向に離れつつ、その方向に対して左右にずれながら伸びている。これにより、加圧室１０は各加圧室行１１内での間隔が３７．５ｄｐｉになっている格子状の配置にしつつ、吐出孔８は、全体で１２００ｄｐｉの間隔で配置することができる。

これは別の言い方をすると、流路部材４の長手方向に平行な仮想直線に対して直交するように吐出孔８を投影すると、図４に示した仮想直線のＲの範囲に、各マニホールド５に繋がっている１６個の吐出孔８、全部で３２個の吐出孔８が、１２００ｄｐｉの等間隔となっているということである。これにより、すべてのマニホールド５に同じ色のインクを供給することで、全体として長手方向に１２００ｄｐｉの解像度で画像が形成可能となる。また、１つのマニホールド５に繋がっている１個の吐出孔８は、仮想直線のＲの範囲で６００ｄｐｉの等間隔になっている。これにより、各マニホールド５に異なる色のインクを供給することで、全体として長手方向に６００ｄｐｉの解像度で２色の画像が形成可能となる。この場合、２つの液体吐出ヘッド２を用いれば、６００ｄｐｉの解像度で４色の画像が形成可能となり、６００ｄｐｉで印刷可能な液体吐出ヘッドを用いるよりも、印刷精度が高くなり、印刷のセッティングも簡単にできる。なお、ヘッド本体２ａの短手方向に並んでいる１列の加圧室列に属する加圧室１０から繋がっている吐出孔８で、仮想直線のＲの範囲がカバーされている。

圧電アクチュエータ基板２１の上面における各加圧室１０に対向する位置には個別電極２５がそれぞれ形成されている。個別電極２５は、加圧室１０より一回り小さく、加圧室１０とほぼ相似な形状を有している個別電極本体２５ａと、個別電極本体２５ａから引き出されている引出電極２５ｂとを含んでおり、個別電極２５は、加圧室１０と同じように、個別電極列および個別電極群を構成している。また、圧電アクチュエータ基板２１の上面には、共通電極２４とビアホールを介して電気的に接続されている共通電極用表面電極２８が形成されている。共通電極用表面電極２８は、圧電アクチュエータ基板２１の短手方向の中央部に、長手方向に沿うように２行形成され、また、長手方向の端近くで短手方向に沿って１列形成されている。図示した、共通電極用表面電極２８は直線上に断続的に形成されたものであるが、直線上に連続的に形成してもよい。

共通電極用表面電極２８と共通電極２４とを繋ぐビアホールは、図７（ｄ）に示すように、第２の貫通孔１３４と第３の貫通孔１３６とを繋げた貫通孔であり、この中に共通電極用表面電極２８となる導体ペーストの一部が入り込んで、導通できるようになる。第２の貫通孔１３２の大きさが、第３の貫通孔１３４より大きいことにより導体ペーストが流れ込みやすくなる。

図３では、省略されているが、図５に示すように、圧電アクチュエータ基板２１には、ヘッド本体２ａの短手方向に沿って伸びている、凹部である溝３２が配置されている。溝３２の配置などについては、後で詳述する。圧電アクチュエータ基板２１の溝３２は、後述するように、溝３２の壁部となる貫通孔１３２ｂが形成された第１の圧電セラミックグリーンシート１２１ｂｂと、溝３２の底部となる第２の圧電セラミックグリーンシート１２１ｂａと積層して、焼成することにより作製する（図６（ｂ）、（ｃ）参照）。これにより、溝３２の深さの精度を高くできる。

圧電アクチュエータ基板２１には、２枚の信号伝達部６０が、圧電アクチュエータ基板２１の２つの長辺側から、それぞれ中央に向かうように配置され、接合される。その際、圧電アクチュエータ基板２１の引出電極２５ｂおよび共通電極用表面電極２８の上に、それぞれ、接続電極２６および共通電極用接続電極を形成して接続することで、接続が容易になる。また、その際、共通電極用表面電極２８および共通電極用接続電極の面積を接続電極２６の面積よりも大きくすれば、信号伝達部６０の端部（先端および圧電アクチュエータ基板２１の長手方向の端）における接続が、共通電極用表面電極２８上の接続により強くできるので、信号伝達部６０が端からはがれ難くできる。

また、吐出孔８は、流路部材４の下面側に配置されたマニホールド５と対向する領域を避けた位置に配置されている。さらに、吐出孔８は、流路部材４の下面側における圧電アクチュエータ基板２１と対向する領域内に配置されている。これらの吐出孔８は、１つの群として圧電アクチュエータ基板２１とほぼ同一の形状の領域を占有しており、対応する圧電アクチュエータ基板２１の変位素子３０を変位させることにより吐出孔８から液滴が吐出できる。

ヘッド本体２ａに含まれる流路部材４は、複数のプレートが積層された積層構造を有している。これらのプレートは、流路部材４の上面から順に、キャビティプレート４ａ、ベースプレート４ｂ、アパーチャ（しぼり）プレート４ｃ、サプライプレート４ｄ、マニホールドプレート４ｅ〜ｊ、カバープレート４ｋおよびノズルプレート４ｌである。これらのプレートには多数の孔が形成されている。各プレートの厚さは１０〜３００μｍ程度であることにより、形成する孔の形成精度を高くできる。各プレートは、これらの孔が互いに連通して個別流路１２およびマニホールド５を構成するように、位置合わせして積層されている。ヘッド本体２ａは、加圧室１０は流路部材４の上面に、マニホールド５は内部
の下面側に、吐出孔８は下面にと、個別流路１２を構成する各部分が異なる位置に互いに近接して配設され、加圧室１０を介してマニホールド５と吐出孔８とが繋がる構成を有している。

各プレートに形成された孔について説明する。これらの孔には、次のようなものがある。第１に、キャビティプレート４ａに形成された加圧室１０である。第２に、加圧室１０の一端からマニホールド５へと繋がる個別供給流路１４を構成する連通孔である。この連通孔は、ベースプレート４ｂ（詳細には加圧室１０の入り口）からサプライプレート４ｃ（詳細にはマニホールド５の出口）までの各プレートに形成されている。なお、この個別供給流路１４には、アパーチャプレート４ｃに形成されている、流路の断面積が小さくなっている部位であるしぼり６が含まれている。

第３に、加圧室１０の個別供給路１４が繋がっている端と反対の他端から吐出孔８へと連通する流路を構成する連通孔である。この連通孔は、以下の記載においてディセンダ（部分流路）と呼称されることがある。ディセンダは、ベースプレート４ｂ（詳細には加圧室１０の出口）からノズルプレート４ｌ（詳細には吐出孔８）までの各プレートに形成されている。

第４に、副マニホールド５ａを構成する連通孔である。この連通孔は、マニホールドプレート４ｅ〜ｊに形成されている。マニホールドプレート４ｅ〜ｊには、副マニホールド５ｂを構成するように隔壁１５となる仕切り部が残るように孔が形成されている。各マニホールドプレート４ｅ〜ｊにおける仕切り部は、ハーフエッチングした支持部（図では省略してある）で各マニホールドプレート４ｅ〜ｊと繋がった状態にされる。

第１〜４の連通孔が相互に繋がり、マニホールド５からの液体の流入口（マニホールド５の出口）から吐出孔８に至る個別流路１２を構成している。マニホールド５に供給された液体は、以下の経路で吐出孔８から吐出される。まず、マニホールド５から上方向に向かって、個別供給流路１４に入り、しぼり６の一端部に至る。次に、しぼり６の延在方向に沿って水平に進み、しぼり６の他端部に至る。そこから上方に向かって、加圧室１０の一端部に至る。さらに、加圧室１０の延在方向に沿って水平に進み、加圧室１０の他端部に至る。加圧室１０からディセンダに入った液体は、水平方向にも移動しつつ、主に下方に向かい、下面に開口した吐出孔８に至って、外部に吐出される。

圧電アクチュエータ基板２１は、圧電体である２枚の圧電セラミック層２１ａ、２１ｂからなる積層構造を有している。これらの圧電セラミック層２１ａ、２１ｂはそれぞれ２０μｍ程度の厚さを有している。圧電アクチュエータ基板２１の圧電セラミック層２１ａの下面から圧電セラミック層２１ｂの上面までの厚さは４０μｍ程度である。圧電セラミック層２１ａ、２１ｂのいずれの層も複数の加圧室１０を跨ぐように延在している。これらの圧電セラミック層２１ａ、２１ｂは、例えば、強誘電性を有する、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系、ＮａＮｂＯ_３系、ＢａＴｉＯ_３系、（ＢｉＮａ）ＮｂＯ_３系、ＢｉＮａＮｂ_５Ｏ_１５系などのセラミックス材料からなる。なお、圧電セラミック層２１ｂは、振動板として働いており、必ずしも圧電体である必要はなく、代わりに、圧電体でない他のセラミック層や金属板を用いてもよい。

圧電アクチュエータ基板２１は、Ａｇ−Ｐｄ系などの金属材料からなる共通電極２４およびとＡｕ系などの金属材料からなる個別電極２５を有している。個別電極２５は上述のように圧電アクチュエータ基板２１の上面における加圧室１０と対向する位置に配置されている個別電極本体２５ａと、そこから引き出された引出電極２５ｂとを含んでいる。引出電極２５ｂの一端の、加圧室１０と対向する領域外に引き出された部分には、接続電極２６が形成されている。接続電極２６は例えばガラスフリットを含む銀−パラジウムから
なり、厚さが１５μｍ程度で凸状に形成されている。また、接続電極２６は、信号伝達部６０に設けられた電極と電気的に接合されている。詳細は後述するが、個別電極２５には、制御部８８から信号伝達部６０を通じて駆動信号が供給される。駆動信号は、印刷媒体Ｐの搬送速度と同期して一定の周期で供給される。

共通電極２４は、圧電セラミック層２１ａと圧電セラミック層２１ｂとの間の領域に面方向のほぼ全面にわたって形成されている。すなわち、共通電極２４は、アクチュエータ基板２１に対向する領域内のすべての加圧室１０を覆うように延在している。共通電極２４の厚さは２μｍ程度である。共通電極２４は、圧電セラミック層２１ａ上に個別電極２５からなる電極群を避ける位置に形成されている共通電極用表面電極２８に、圧電セラミック層２１ａを貫通して形成されたビアホールを介して繋がっていて、接地され、グランド電位に保持されている。共通電極用表面電極２８は、多数の個別電極２５と同様に、制御部８８と直接あるいは間接的に接続されている。

圧電セラミック層２１ａの個別電極２５と共通電極２４とに挟まれている部分は、厚さ方向に分極されており、個別電極２５に電圧を印加すると変位する、ユニモルフ構造の変位素子３０となっている。より具体的には、個別電極２５を共通電極２４と異なる電位にして圧電セラミック層２１ａに対してその分極方向に電界を印加したとき、この電界が印加された部分が、圧電効果により歪む活性部として働く。この構成において、電界と分極とが同方向となるように、制御部８８により個別電極２５を共通電極２４に対して正または負の所定電位にすると、圧電セラミック層２１ａの電極に挟まれた部分（活性部）が、面方向に収縮する。一方、非活性層の圧電セラミック層２１ｂは電界の影響を受けないため、自発的には縮むことがなく活性部の変形を規制しようとする。この結果、圧電セラミック層２１ａと圧電セラミック層２１ｂとの間で分極方向への歪みに差が生じて、圧電セラミック層２１ｂは加圧室１０側へ凸となるように変形（ユニモルフ変形）する。

続いて、液体の吐出動作について、説明する。制御部８８からの制御でドライバＩＣなどを介して、個別電極２５に供給される駆動信号により、変位素子３０が駆動（変位）させられる。本実施形態では、様々な駆動信号で液体を吐出させることができるが、ここでは、いわゆる引き打ち駆動方法について説明する。

あらかじめ個別電極２５を共通電極２４より高い電位（以下高電位と称す）にしておき、吐出要求がある毎に個別電極２５を共通電極２４と一旦同じ電位（以下低電位と称す）とし、その後所定のタイミングで再び高電位とする。これにより、個別電極２５が低電位になるタイミングで、圧電セラミック層２１ａ、２１ｂが元の（平らな）形状に戻り（始め）、加圧室１０の容積が初期状態（両電極の電位が異なる状態）と比較して増加する。これにより、加圧室１０内の液体に負圧が与えられる。そうすると、加圧室１０内の液体が固有振動周期で振動し始める。具体的には、最初、加圧室１０の体積が増加し始め、負圧は徐々に小さくなっていく。次いで加圧室１０の体積は最大になり、圧力はほぼゼロとなる。次いで加圧室１０の体積は減少し始め、圧力は高くなっていく。その後、圧力がほぼ最大になるタイミングで、個別電極２５を高電位にする。そうすると最初に加えた振動と、次に加えた振動とが重なり、より大きい圧力が液体に加わる。この圧力がディセンダ内を伝搬し、吐出孔８から液体を吐出させる。

つまり、高電位を基準として、一定期間低電位とするパルスの駆動信号を個別電極２５に供給することで、液滴を吐出できる。このパルス幅は、圧力室１０の液体の固有振動周期の半分の時間であるＡＬ（Acoustic Length）とすると、原理的には、液体の吐出速度
および吐出量を最大にできる。圧力室１０の液体の固有振動周期は、液体の物性、圧力室１０の形状の影響が大きいが、それ以外に、アクチュエータ基板２１の物性や、加圧室１０に繋がっている流路の特性からの影響も受ける。

なお、パルス幅は、吐出される液滴を１つにまとめるようにするなど、他に考慮する要因もあるため、実際は、０．５ＡＬ〜１．５ＡＬ程度の値にされる。また、パルス幅は、ＡＬから外れた値にすることで、吐出量を少なくすることができるため、吐出量を少なくするためにＡＬから外れた値にされる。

以上のような液体吐出ヘッド２において、変位素子３０を駆動させると、隣の変位素子３０に影響がおよび、変位量が変わる。クロストークは、次の３つに大別される。圧電セラミック層２１ｂが隣の変位素子３０まで繋がっているので、変位素子３０を下側に変形させると、圧電セラミック層２１ｂは通常より引き伸ばされた状態になる。その状態で隣の変位素子３０を下側に変形させようとすると、圧電セラミック層２１ｂが引き伸ばされているため、下側に変形し難くなる。変位素子３０を駆動した際に、圧電アクチュエータ基板２１および流路部材４を伝わって隣の変位素子３０に振動が伝わる。このクロストークは、隣り合う変位素子３０が駆動されるタイミングにより、変位を大きくする場合、小さくする場合の両方がある。変位素子３０を駆動した際に、加圧室１０から、個別供給路１４、マニホールド５、他の個別供給路１４、他の加圧室１０へと、流路中の液体を通じて、他の変位素子３０に振動が伝わる。このクロストークは、対象となる変位素子３０が駆動されるタイミングにより、変位を大きくする場合、小さくする場合の両方がある。

１番目および２番目のクロストークは、変位素子３０の間に溝３２を配置することで、その影響を低減できる。しかし、溝３２の寸法、特に深さが変わると、そのクロストーク低減効果に差が生じるので、各変位素子３０の変位量などの特性がばらついてしまう。焼成後の圧電アクチュエータ基板２１に溝３２を形成する方法としては、レーザやダイシングによる加工が考えられる。レーザ加工は、溝３２の深さばらつきを小さくするのが困難である。ダイシングは、チッピングが生じることで溝３２の寸法が変わる可能性がある。またどちらの方法で行なうにせよ、寸法精度が高くできたとしても、溝３２の周囲にマイクロクラックが生じ、その影響で、クロストークの程度がばらつくおそれがある。

そのため、溝３２を焼成前に形成することで、焼成後の加工で生じるおそれのある上述の寸法やマイクロクラックの問題が低減できる。具体的には、次のようにする。１層の圧電セラミック層２１ｂを形成する際に、圧電セラミック層となる原料を含んだ、第１の圧電セラミックグリーンシート１２１ｂｂおよび第２の圧電セラミックグリーンシート１２１ｂａを準備し、第１の圧電セラミックグリーンシート１２１ｂｂには、焼成後に溝３２の壁部となる貫通孔１３２ｂを開ける（図７（ｃ）参照）。貫通孔１３２ｂは、レーザ加工や打ち抜きで開けることができる。貫通孔１３２ｂの幅は、比較的高い精度で加工可能であるし、幅が変わることによるクロストークの低減効果の差は小さい。続いて、第１の圧電セラミックグリーンシート１２１ｂｂと第２の圧電セラミックグリーンシート１２１ｂａとを積層する。これにより第２の圧電セラミックグリーンシート１２１ｂａの主面の一部が溝１３２の底部１３２ａとなり、（焼成前の）溝１３２が構成できる。溝１３２の深さは、第１の圧電セラミックグリーンシート１２１ｂｂの厚さで決まるので、精度よく形成できる。これにより、クロストークの低減効果のばらつきが減り各変位素子３０の変位量のばらつきが低減できる。このような構造は、上述の１番目のクロストークが生じる、圧電セラミック層２１ｂが隣り合う圧電素子３０で繋がっている圧電アクチュエータ基板２１で特に有用である。

実際には、共通電極２４となる導体ペーストを印刷した第３の圧電セラミックグリーンシート１２１ａと、第２の圧電セラミックグリーンシート１２１ｂａと、貫通孔１３２ｂが形成された第１の圧電セラミックグリーンシート１２１ｂｂとを積層して、積層体を作成し、これを焼成する。焼成後は、第２の圧電セラミックグリーンシート１２１ｂａと、第１の圧電セラミックグリーンシート１２１ｂｂとの境界は、なくなるか、微小なポアが
残る程度になり、一体化して圧電セラミック層２１ｂとなる。

直接圧電変形の生じる圧電セラミック層２１ｂが複数層ある場合は、電極のある、圧電セラミック層と圧電セラミック層の境界部分に溝１３２の底部１３２ａの底部が配置されるようにしてもよい。しかし、圧電アクチュエータ基板２１の厚さ方向において、電極の配置されていない位置に溝１３２の底部１３２ａを配置することで、変位素子３０の特性を調整できるので、溝１３２の底部１３２ａは、圧電アクチュエータ基板２１の厚さ方向において、電極の配置されていない位置に配置されるのが好ましい。

図８は貫通孔１３２ｂを開けた第１の圧電セラミックグリーンシート１２１ｂｂの一部の平面図である。図３に示した圧電アクチュエータ基板２１となる領域を一点鎖線で示してある。第１の圧電セラミックグリーンシート１２１ｂｂは焼成前であるため、実際には圧電アクチュエータ基板２１より大きいが、図８では縮尺を変えて同じ大きさで示してある。また、第１の圧電セラミックグリーンシート１２１ｂｂから、複数個の圧電アクチュエータ基板２１を作製できるようにしてもよい。

圧電アクチュエータ基板２１は、一方方向（図２の上下方向、図３、４、７の左右方向）に長い形状であり、加圧室１０は、圧電アクチュエータ基板２１の長手方向である第１の方向、および第１の方向に交差する方向であり、圧電アクチュエータ基板２１の短手方向である第２の方向に配置されている。溝３２は、第１の方向において、加圧室１０の間に配置されている。図４の一番右側の列は、ダミー加圧室１６であり、溝３２は、加圧室１０とこのダミー加圧室１６との間にも配置されている。図示していない、反対の左側も同様である。これにより、第１の方向における端の加圧室１０の周囲の構造（剛性）が他の加圧室１０の周囲の構造（剛性）に近くなり、変位特性のばらつきを小さくできる。ダミー加圧室１６の右側には溝３２が配置されていない。

圧電アクチュエータ基板２１には、２つの変位素子３０の群が配置さている。溝３２は、１つの変位素子３０の群に属する変位素子３０が第２の方向に沿って配置されている範囲にわたって配置されている。図４の一番上側の行および一番下側の行は、ダミー加圧室１６であり、このダミー加圧室１６の間に溝３２は配置されていない。溝３２が、第２の方向における変位素子３０が配置されている範囲にわたって配置されていることにより、各変位素子３０間のクロストークが低減できるとともに、各変位素子３０の変位特性にばらつきが生じ難くできる。溝３２は、図８に示すように、上述の範囲で連続的に形成してもよし、後述のように断続的に形成してもよい。溝３２は、各変位素子３０を囲むように配置するとクロストーク低減効果が高くなるが、そのようにすると、第１の圧電セラミックグリーンシート１２１ｂｂにおいて周囲から保持できない部分が生じてしまうので、変位素子３０の、第１の方向の間および第２の方向の間のどちらかに配置するのがよい。変位素子３０は、第２の方向に長いため、第２の方向間のクロストークより、第１の方向間のクロストークが大きくなると考えられるので、溝３２は、第１の方向間のクロストークを低減できるように、第１の方向間において、第２の方向に伸びるように設けるのがよい。

図９（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明の他のヘッド本体の部分平面図であり、図５で示した領域と同じ部分である。これらヘッド本体の基本構造は、図２、５、６で示したものと同じであり、差異の少ない部分については、同じ符号を付けて説明を省略する。

図９（ａ）のヘッド本体では、溝２３２は、圧電アクチュエータ基板２１の短手方向である第２の方向に沿って、断続的に配置されている。溝２３２の間には、第２の方向において、溝２３２が途切れている非連続部２３４が存在する。図８に示したような連続的な溝３２（となる貫通孔１２３ｂ）を形成すると、第１の圧電セラミックグリーンシート１
２１ｂｂにおいて、貫通孔１２３ｂの間の部分が曲がったり、位置がずれた状態で第２の圧電セラミックグリーンシート１２１ｂａに積層されて、溝３２の平面方向の形成精度が低くなるおそれがある。それを抑制するためには、溝２３２を断続的に配置すればよい。断続的に配置する場合、溝２３２のように一方方向に長い平面形状にし、その長手方向の間を非連続部２３４とすればよい。また、平面形状が円形状や正方形状の穴を断続的に配置してもよい。なお、平面形状が一方方向に長い溝２３２と、上述のような平面形状が円形状や正方形状の穴とを総称して凹部としている。いずれにおいても、クロストークを低減させる上では、第２の方向における、溝２３２と非連続部２３４の長さの比は、溝２３２の方が大きいことが好ましい。

さらに、溝２３２の非連続部２３４の第２の方向における位置は、溝２３２の隣に位置し、溝２３２と同様に第２の方向に沿っている変位素子列における変位素子（個別電極本体３２５ａ）の間に配置されていることにより、非連続部２３４に溝２３２がないことにより伝わるクロストークを小さくできる。クロストークを低減させる上では、溝２３２は、第２の方向において、１つ加圧室１０と略同じ長さ以上であることが好ましい。ここで略同じ長さとは、第２の方向における加圧室１０の長さの８０％以上、さらに９０％以上、特に１００％以上のことを言う。図９（ａ）では、溝２３２の両隣の加圧室列における加圧室１０の間の位置が一致しているが、一致していない場合であっても、どちらかの加圧室列における加圧室１０の間に配置すればよい。また、両側の加圧室列における加圧室１０の間に配置してもよい。

図９（ｂ）の圧電アクチュエータ基板２１では、加圧室３１０および個別電極３５２の平面形状は、矩形状である。溝３３２は、圧電アクチュエータ基板の短手方向である第２の方向に沿って、断続的に配置されている。ヘッド本体２ａを平面視したとき、溝３３２は、圧電素子の外側で加圧室３１０と重なっている。ここで圧電素子の外側とは、一対の電極である、個別電極３２５ｂおよび共通電極（図示していないが、共通電極２４と同様に圧電アクチュエータ基板全体に広がっている）のうち、小さい方である個別電極３２５ｂの外側という意味である。変位素子を屈曲させる際、個別電極３２５ｂの外側で、加圧室３１０内側に位置する圧電セラミック２１ｂは平面方向に延ばされる（あるいは縮められる）ため、圧電セラミック２１ｂが伸ばされ難い（あるいは縮められ難い）ことにより、屈曲し難くなる。そこで、溝３３２と加圧室３１０の端とが重なるようにすれば、その部分の圧電セラミック２１ｂが存在しないことになるので、屈曲量（変位量）を大きくできる。溝３３２の端が、加圧室３１０に入り込んでいる大きさ（図９（ｂ）のＤ２）は、加圧室３１０の端から個別電極本体３２５ａの端までの長さ（図９（ｂ）のＤ１）の半分以上であれば、変位量を大きくできるので好ましい。

以上、圧電アクチュエータ基板および液体吐出ヘッドについて説明してきたが、図９（ｂ）の構造などは、変位量を大きくできるだけでなく、圧電素子をセンサとして使用した場合に素子の感度を高くできる。すなわち、本発明は、変位素子以外の圧電素子においても有用であるし、圧電素子が１つであっても有用である。圧電素子が１つの場合、凹部は、圧電素子の近傍に設けることで効果を高められる。ここで言う近傍とは、圧電素子の外周から、圧電素子の大きさ（圧電素子の差し渡し寸法のうちもっとも長い長さ）の２倍以内、さらには１倍以内のことである。

以上のような圧電アクチュエータ基板２１は、以下のようにして作製する。ロールコータ法、スリットコーター法などの一般的なテープ成形法により、圧電セラミック粉末と有機組成物からなるテープの成形を行ない、焼成後に圧電セラミック層２１ｂとなる第１の圧電セラミックグリーンシート１２１ｂｂおよび第２の圧電セラミックグリーンシート１２１ｂａと、焼成後に圧電セラミック層２１ａとなる第３の圧電セラミックグリーンシート１２１ａとを作製する。

第１の圧電セラミックグリーンシート１２１ｂｂには貫通孔１３２ｂを、レーザや打ち抜きで形成する（図７（ｂ）参照）。貫通孔１３２ｂは、圧電アクチュエータ基板２１の長手方向（第１の方向）に沿って、連続的あるいは断続的に形成するのがよい。図５では、第１の方向間のクロストークが大きくなるため、溝３２は、クロストークの観点から、第１の方向に交差する方向である第２の方向に沿って形成されている。しかし、溝３２の形成精度の観点からは、圧電アクチュエータ基板２１の長手方向（第１の方向）に沿って形成される方が好ましい。圧電アクチュエータ基板２１は、焼成により作製されるため、平面方向に焼成収縮する。圧電アクチュエータ基板２１の、長手方向の収縮率と短手方向の、収縮率および収縮率ばらつきは、同程度であるため、圧電アクチュエータ基板２１となった際の収縮ばらつきによる寸法および位置のばらつきの絶対値は、長手方向の方が大きくなる。また、溝３２がある方向に沿って形成されている場合、その方向に収縮ばらつきがあっても、溝３２を、あらかじめ必要の寸法より長めに設計しておけば、焼成収縮による位置ずれの問題は小さくなる。他方、溝３２が沿っている方向に直交する方向では、焼成収縮により生じた位置ずれは、加圧室１０との距離のばらつきになるため、変位特性に与える影響が大きくなる。したがって、焼成収縮のばらつきの絶対量が大きくなる圧電アクチュエータ基板２１の長手方向に沿って溝３２を配置すれば、溝３２の沿っている方向に直交する方向が、焼成収縮のばらつきの絶対量が小さくなる圧電アクチュエータ基板２１の短手方向となるので好ましい。

貫通孔１３２ｂを形成する際、共通電極２４と共通電極用表面電極２８とを電気的に繋ぐために導体が充填される第２の貫通孔１３４も開ける。第２の圧電セラミックグリーンシート１２１ｂａに、第２の貫通孔１３４と繋がる位置に第３の貫通孔１３６をレーザや打ち抜きで形成する（図７（ｄ）参照）。第２の貫通孔の大きさ１３４は、第３の貫通孔１３６の大きさよりも大きくする。第３の圧電セラミックグリーンシート１２１ａには、Ａｄ−Ｐｄペースト印刷して共通電極２４となる焼成前の共通電極１２４を形成する。

次いで、各グリーンシートを積層して、図７（ｃ）のように積層体を作製し、加圧密着を行なう。加圧密着後の積層体を高濃度酸素雰囲気下で焼成する。その後、金ペーストを用いて焼成体表面に個別電極２５を印刷して、焼成した後、Ａｇペーストを用いて、接続電極２６と共通電極用表面電極２８とを印刷して、焼成することにより、圧電アクチュエータ基板２１を作製する。共通電極用表面電極２８となるＡｇペーストは、図７（ｄ）に示した、第２の貫通孔１３４および第３の貫通孔１３６を通じて、共通電極２４と電気的に接続される。

続いて、液体吐出ヘッド２は、例えば次のように作製できる。流路部材４を、圧延法等により得られたプレート４ａ〜ｌを、接着剤層を介して積層して作製する。積層するプレート４ａ〜ｌには、マニホールド５、個別供給流路１４、液体加圧室１０およびディセンダなどとなる孔を、エッチングにより所定の形状に加工しておく。

プレート４ａ〜ｌは、Ｆｅ―Ｃｒ系、Ｆｅ−Ｎｉ系、ＷＣ−ＴｉＣ系の群から選ばれる少なくとも１種の金属によって形成されていることが望ましく、特に液体としてインクを使用する場合にはインクに対する耐食性の優れた材質からなることが望ましため、Ｆｅ−Ｃｒ系がより好ましい。

続いて、圧電アクチュエータ基板２１と流路部材４とを接着剤層を介して積層し、加熱加圧して、接着剤層を硬化させる。その後、個別電極２５と共通電極２４との間に電圧を加え、これらの間に挟まれている部位の圧電セラミック層２１ｂを分極することで、液体吐出ヘッド２を得ることができる。

１・・・プリンタ
２・・・液体吐出ヘッド
２ａ・・・ヘッド本体
４・・・流路部材
４ａ〜ｌ・・・（流路部材の）プレート
４−１・・・吐出孔面
４−２・・・加圧室面
５・・・マニホールド
５ａ・・・（マニホールドの）開口
５ｂ・・・副マニホールド
６・・・しぼり
８・・・吐出孔
９・・・吐出孔行
１０・・・加圧室
１１・・・加圧室行
１２・・・個別流路
１４・・・個別供給流路
１５・・・隔壁
１６・・・ダミー加圧室
２１・・・圧電アクチュエータ基板（圧電基板）
２１ａ・・・圧電セラミック層（振動板）
２１ｂ・・・圧電セラミック層
２４・・・共通電極
２５・・・個別電極
２５ａ、３２５ａ・・・個別電極本体
２５ｂ、３２５ｂ・・・引出電極
２６・・・接続電極
２８・・・共通電極用表面電極
３０・・・変位素子（圧電素子）
３２、２３２、３３２・・・溝（凹部）
２３４・・・（溝の）不連続部
６０・・・配線部材
７０・・・（ヘッド搭載）フレーム
７２・・・ヘッド群
８０ａ・・・給紙ローラ
８０ｂ・・・回収ローラ
８２ａ・・・ガイドローラ
８２ｂ・・・搬送ローラ
８８・・・制御部
１２１ａ・・・第３の圧電セラミックグリーンシート
１２１ｂａ・・・第２の圧電セラミックグリーンシート
１２１ｂｂ・・・第１の圧電セラミックグリーンシート
１２４・・・・（焼成前の）共通電極
１３２・・・（焼成前の）溝
１３２ａ・・・溝の底部
１３２ｂ・・・貫通孔
１３４・・・第２の貫通孔
１３６・・・第３の貫通孔
Ｐ・・・印刷用紙

Claims (12)

1. 圧電セラミック層と、一対の電極と、前記圧電セラミック層に配置されている凹部とを有する圧電素子であって、
   前記凹部は、前記凹部の壁部となる貫通孔を有する圧電セラミックグリーンシートと、前記凹部の底部となる他の圧電セラミックグリーンシートとを積層して、焼成することにより構成されていることを特徴とする圧電素子。
2. 前記一対の電極は、前記圧電セラミック層を挟んで配置されており、前記凹部の底部は、前記圧電セラミック層の厚さ方向における、前記一対の電極のうちの一方の電極と他方の電極との間に位置していることを特徴とする請求項１に記載の圧電素子。
3. 圧電セラミック層と、該圧電セラミック層の平面方向に複数配置されている、一対の電極を含んだ圧電素子とを含んでおり、複数の前記圧電素子の間の前記圧電セラミック層に凹部が配置されている圧電基板であって、
   前記凹部は、前記凹部の壁部となる貫通孔を有する圧電セラミックグリーンシートと、前記凹部の底部となる他の圧電セラミックグリーンシートとを積層して、焼成することにより構成されていることを特徴とする圧電基板。
4. 前記圧電素子は、前記圧電セラミック層の平面方向における第１の方向および該第１の方向と交差する第２の方向に配置されており、
   前記凹部は、前記第１の方向における前記圧電素子の間に配置されているとともに、前記複数の圧電素子が前記第２の方向に配置されている範囲にわたって、連続的あるいは断続的に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の圧電基板。
5. 前記加圧室は、前記第２の方向に沿って配置されており、
   前記凹部は、前記第２の方向に沿って断続的に配置されており、
   前記凹部が前記第２の方向において途切れている非連続部は、当該凹部の隣に位置している前記加圧室の間に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の圧電基板。
6. 前記一対の電極は、前記圧電セラミック層を挟んで配置されており、前記凹部の底部は、前記圧電セラミック層の厚さ方向における、前記一対の電極のうちの一方の電極と他方の電極との間に位置していることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の圧電基板。
7. 請求項３〜６のいずれかに記載の圧電基板と、前記複数の圧電素子により内部の液体がそれぞれ加圧される複数の加圧室、および該加圧室とそれぞれ繋がっている複数の吐出孔を有する流路部材とを含むことを特徴とする液体吐出ヘッド。
8. 前記流路部材は、平板状であり、前記複数の加圧室は、前記流路部材の平面方向に配置されており、前記流路部材と前記圧電基板とは積層されており、
   前記液体吐出ヘッドを平面視したとき、
   前記加圧室と前記圧電素子とは重なっており、前記凹部は、前記圧電素子の外側で前記加圧室と重なっていることを特徴とする請求項７に記載の液体吐出ヘッド。
9. 前記流路部材は、平板状であり、前記複数の加圧室は、前記流路部材の平面方向に配置されており、前記圧電基板は、一方方向に長く、前記流路部材と前記圧電基板とは積層されており、前記凹部は前記一方方向に沿って、連続的あるいは断続的に配置されていることを特徴とする請求項７または８に記載の液体吐出ヘッド。
10. 請求項７〜９のいずれかに記載の液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに対して搬送する搬送部と、前記液体吐出ヘッドを制御する制御部とを備えていることを特徴とする記録装置。
11. 圧電セラミック層と、一対の電極と、前記圧電セラミック層に配置されている凹部とを有する圧電素子の製造方法であって、
    前記圧電セラミック層を作製する際に、
    前記圧電セラミック層となる原料を含んでいる、第１および第２の圧電セラミックグリーンシートを準備し、
    前記第１の圧電セラミックグリーンシートに貫通孔を形成した後、
    前記第１の圧電セラミックグリーンシートと前記第２の圧電セラミックグリーンシートとを積層することで、前記貫通孔の少なくとも一方の開口が前記第２の圧電セラミックグリーンシートで塞がれた、前記凹部となる構造が形成された積層体を作製し、
    該積層体を焼成する工程を含むことを特徴とする圧電素子の製造方法。
12. 前記積層体を作製する際に、前記凹部となる構造の周囲における、前記第１の圧電セラミックグリーンシートと前記第２の圧電セラミックグリーンシートとの間に前記電極を形成しないことを特徴とする請求項１１に記載の圧電素子の製造方法。

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