JP2016141062A - 液体吐出ヘッド、および、液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成でクロストークを抑制することが可能な液体吐出ヘッド、および、液体吐出装置を提供する。【解決手段】ノズルに連通する圧力室が形成された流路形成基板上に形成され、圧力室内に圧力変動を生じさせる圧電素子１８と、圧電素子を充電または放電して駆動させる駆動回路４２と、を備え、圧電素子とは別に、各圧電素子の駆動の補助に係る補助圧電素子１９が流路形成基板上に形成され、補助圧電素子は、圧電素子の駆動に係る電力経路４３を通じて充電するとともに、蓄積された電荷を駆動回路側に放電可能に構成された。【選択図】図６

Description

本発明は、インクジェット式記録ヘッド等の液体吐出ヘッド、および、これを備えた液体吐出装置に関し、特に、ノズルに連通する圧力室内の液体に圧電素子の駆動により圧力変動を生じさせることでノズルから液体を吐出させる液体吐出ヘッド、および、液体吐出装置に関するものである。

液体吐出装置は、液体を液滴としてノズルから吐出可能な液体吐出ヘッドを備え、この液体吐出ヘッドから各種の液体を吐出する装置である。この液体吐出装置の代表的なものとして、例えば、インクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッドという）を備え、この記録ヘッドのノズルから液体状のインクをインク滴として吐出させて記録を行うインクジェット式記録装置（プリンター）等の画像記録装置を挙げることができる。また、この他、液晶ディスプレイ等のカラーフィルタに用いられる色材、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイに用いられる有機材料、電極形成に用いられる電極材等、様々な種類の液体の吐出に液体吐出装置が用いられている。そして、画像記録装置用の記録ヘッドでは液状のインクを吐出し、ディスプレイ製造装置用の色材吐出ヘッドではＲ（Red）・Ｇ（Green）・Ｂ（Blue）の各色材の溶液を吐出する。また、電極形成装置用の電極材吐出ヘッドでは液状の電極材料を吐出し、チップ製造装置用の生体有機物吐出ヘッドでは生体有機物の溶液を吐出する。

液体吐出ヘッドは、インク等の液体を圧力室に導入し、アクチュエーターとしての圧電素子を駆動させて圧力室内の液体に圧力変動を生じさせ、この圧力変動を利用して圧力室内の液体をノズルから液滴として吐出するように構成されたものがある。このような液体吐出ヘッドにおいて多数のノズルから同時に液滴を吐出する際に多数の圧電素子が同時に駆動されると、負荷が増大することで圧電素子を駆動するための信号（駆動パルス）に波形の歪が生じ、その結果、液体の吐出特性に悪影響を及ぼす可能性がある。すなわち、同時にインクを吐出するノズル数に応じて、液体の重量や飛翔速度（以下、吐出特性）にばらつき（いわゆるクロストーク）が生じて、例えば、記録画像の画質が不安定となってしまう虞がある。そして、近年のノズルの高密度化に伴いこのような問題がより顕著となっている。

このような問題に関し、駆動パルスの電圧あるいは時間成分を調整することにより、クロストークを抑制する構成も提案されている（例えば、特許文献１または特許文献２参照）。

特開2000-168069号公報 特開2000-079684号公報

しかしながら、駆動するノズル数に応じて駆動パルスの調整を行う構成では、システムが複雑化して回路規模が増大し、これに応じてコストが嵩むという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な構成でクロストークを抑制することが可能な液体吐出ヘッド、および、液体吐出装置を提供することにある。

〔手段１〕
本発明の液体吐出ヘッドは、上記目的を達成するために提案されたものであり、ノズルに連通する圧力室が形成された基板上に形成され、圧力室内に圧力変動を生じさせる圧電素子と、
前記圧電素子を充電または放電して駆動させる駆動回路と、
を備える液体噴射ヘッドであって、
前記圧電素子とは別に、各圧電素子の駆動の補助に係る補助圧電素子が前記基板上に形成され、
前記補助圧電素子は、前記圧電素子の駆動に係る電力経路を通じて充電するとともに、蓄積された電荷を前記駆動回路側に放電可能に構成されたことを特徴とする。

上記手段１の構成によれば、圧電素子とは別に補助圧電素子を設け、補助圧電素子に対し圧電素子の駆動に係る電力経路を通じて充電するとともに、蓄積された電荷を駆動回路側に放電して電力を補うという従来よりも簡単な構成で回路規模の大幅な増大を招くことなく、複数のノズルから同時に液体を吐出させる場合における急激な電流変化を抑制することができ、圧電素子を駆動する駆動信号に歪が生じることを抑制することができる。その結果、液体を同時に吐出するノズルの数に拘わらず、各ノズルから吐出される液体の吐出特性を揃えることが可能となる。

〔手段２〕
上記手段１の構成において、前記補助圧電素子および前記圧電素子は、対をなす電極同士で誘電体を挟んで構成され、同一の製造工程で形成された構成を採用することができる。

上記手段２の構成によれば、補助圧電素子が圧電素子と同様な構成からなり、当該圧電素子と同一の製造工程で形成されるので、製造工程の増加を招くことなく、かつコストを抑えることができる。

〔手段３〕
上記手段１または手段２の構成において、前記補助圧電素子の充電状態と放電状態とを切り替えるスイッチを備える構成を採用することが望ましい。

上記手段３の構成によれば、補助圧電素子の充電状態と放電状態とを切り替えるスイッチを備えることで、圧電素子の駆動状況に応じて、補助圧電素子を放電するタイミングを任意に切り替えることができる。

〔手段４〕
上記手段３の構成において、前記スイッチは、同時に駆動される前記圧電素子の数が一定値を超えた場合に充電状態から放電状態に切り替えられる構成を採用することが望ましい。

上記手段４の構成によれば、スイッチは、同時に駆動される圧電素子の数が一定値を超えた場合に充電状態から放電状態に切り替えられることで、より適切なタイミングで補助圧電素子を放電して電力を補うことができるため、各ノズルから吐出される液体の吐出特性をより確実に揃えることが可能となる。

〔手段５〕
上記手段１から手段４の何れか一の構成において、前記補助圧電素子は、前記信号経路のうち、前記圧電素子の放電経路を通じて充電する構成を採用することが望ましい。

上記手段５の構成によれば、補助圧電素子は、圧電素子の放電経路を通じて充電するので、圧電素子の駆動に影響を及ぼすことを抑えつつ補助圧電素子を充電することが可能となる。
〔手段６〕
そして、本発明の液体吐出装置は、上記手段１から手段５の何れか一の構成の液体吐出ヘッドを備えることを特徴とする。

プリンターの内部構成を説明する斜視図である。 記録ヘッドの構成を説明する平面図である。 記録ヘッドの構成を説明する分解斜視図である。 記録ヘッドの構成を説明する断面図である。 プリンターの電気的構成を説明するブロック図である。 駆動回路近傍のブロック図である。 駆動パルスの構成を説明する波形図である。 記録ヘッドの製造について説明する工程図である。 記録ヘッドの製造について説明する工程図である。 第２の実施形態について説明する記録ヘッド２の平面図である。 第３の実施形態について説明する記録ヘッド２の平面図である。

以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下においては、本発明の液体吐出装置として、インクジェット式記録装置（以下、プリンター）を例に挙げて説明する。

図１はプリンター１の構成を示す斜視図である。このプリンター１は、液体吐出ヘッドの一種である記録ヘッド２が取り付けられると共に、本発明における液体の一種であるインクを貯留したインクカートリッジ３が着脱可能に取り付けられるキャリッジ４と、記録動作時の記録ヘッド２の下方に配設されたプラテン５と、キャリッジ４を記録用紙６（記録媒体あるいは液体の着弾対象とも言える）の紙幅方向、即ち、主走査方向に往復移動させるキャリッジ移動機構７と、主走査方向に直交する副走査方向に記録用紙６を搬送する紙送り機構８と、を備えて概略構成されている。なお、インクカートリッジ３がプリンター１の本体側に配置され、当該インクカートリッジ７からインク供給チューブを通じて記録ヘッド２に供給される構成を採用することもできる。キャリッジ４は、主走査方向に架設されたガイドロッド９に軸支された状態で取り付けられており、キャリッジ移動機構７の作動により、ガイドロッド９に沿って主走査方向に移動するように構成されている。そして、プリンター１は、ホームポジションから反対側の端部へ向けてキャリッジ４が移動する往動時と、反対側の端部からホームポジション側にキャリッジ４が戻る復動時との双方向で記録用紙６上に文字や画像等を記録する所謂双方向記録が可能に構成されている。

図２は、本実施形態における記録ヘッド２の構成を示す平面図であり、図３は、記録ヘッド２の分解斜視図である。また、図４は、記録ヘッド２の断面図であり、（ａ）は圧力室長手方向の断面図、（ｂ）は圧力室幅方向（ノズル列方向）の要部断面図である。本実施形態における記録ヘッド２は、流路形成基板１４、ノズルプレート１５、弾性膜１６、絶縁膜１７、および圧電素子１８等を積層して構成されている。

本実施形態における流路形成基板１４は、シリコン単結晶基板からなり、この流路形成基板１４には、異方性エッチング処理により圧力室２０となる空部が、この圧力室２０の幅方向（ノズル列方向）に複数並設されている。この圧力室２０の並設方向の一端部には、各圧力室２０よりも幅広な逃げ空部３０が異方性エッチングにより形成されている。この逃げ空部３０の詳細については後述する。また、流路形成基板１４の圧力室２０の長手方向外側の領域には複数の圧力室に共通な空部である共通液室２１（リザーバーあるいはマニホールドともいう）が形成され、共通液室２１と各圧力室２０とが、圧力室毎に設けられたインク供給口２２を介して連通されている。共通液室２１には、上記インクカートリッジ３からのインクが導入される。そして共通液室２１に導入されたインクはインク供給口２２を通じて各圧力室２０にそれぞれ供給される。本実施形態における流路形成基板１４の一方の面には、各圧力室２０のインク供給口２２側とは反対側の端部に連通するノズル２３が開設されたノズルプレート１５が、接着剤等により接合されている。このノズルプレート１５は、複数のノズル２３が、ドット形成密度に対応するピッチ（ノズルの開口中心間の間隔）で列状に並設された板材であり、例えば、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、又はステンレス鋼などからなる。

流路形成基板１４の他方の面には、例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる弾性膜１６が形成されている。また、この弾性膜１６上には、例えば酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）からなる絶縁膜１７が形成されている。この弾性膜１６および絶縁膜１７において上記の共通液室２１に対応する部分には、この共通液室２１の上部開口形状に倣った開口部２８が開設されている。この開口部２８を通じて共通液室２１にインクカートリッジ３からのインクが導入される。また、絶縁膜１７上には、下電極２４（第１の電極）と、圧電体２５（本発明における誘電体の一種）と、上電極２６（第２の電極）とがこの順で積層されて圧電素子１８を構成している。流路形成基板１４は、本発明における基板に相当し、圧電素子１８は、この基板上に弾性膜１６および絶縁膜１７を間に介して形成されていると言える。

圧電素子１８は、下電極２４、圧電体２５、及び上電極２６を含む部分をいう。そして、圧電素子１８の何れか一方の電極が共通電極として各圧電素子１８の形成範囲に亘って連続して形成され、他方の電極および圧電体２５が圧力室２０毎にパターニングされる。そして、上下電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分が圧電体能動部となる。本実施形態において、下電極２４が、各圧電素子１８および後述する補助圧電素子１９の共通電極となっており、上電極２６が、圧電素子１８毎の個別電極となっている。なお、駆動回路や配線の都合によってこれらを逆にする構成とすることもできる。圧電体２５を構成する誘電材料（圧電材料）としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が用いられている。また、これにニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイットリウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等を用いることができる。その他、チタン酸バリウムなどの非鉛材料も用いることも可能である。

上記絶縁膜１７上には、圧電素子１８と同様に、共通電極としての下電極２４、圧電体２５、および、個別電極としての上電極２６から構成される補助圧電素子１９が形成されている。この補助圧電素子１９は、圧力室２０内のインクに圧力変動を生じさせてノズル２３からインクを吐出させる用途としては使われず、多数の圧電素子１８に同時に駆動するような高負荷時における電力を補助するコンデンサーとして機能させるために設けられており、後述するように圧電素子１８と同一の製造工程で形成される。本実施形態において、補助圧電素子１９は、図２に示すように、圧電素子１８の並設方向の一端部（図２における右端）に、圧電素子１８と並べて形成されている。また、補助圧電素子１９のノズル列方向に直交する方向の寸法は、各圧電素子１８のノズル列に直交する方向の寸法に揃えられている一方で、補助圧電素子１９のノズル列方向（圧電素子並設方向）の幅は、静電容量をより多く確保するべく圧電素子１８のノズル列方向の幅よりも十分に大きく設定されている。

図４（ｂ）に示すように、流路形成基板１４における上記補助圧電素子１９に対応する位置には、補助圧電素子１９の充電時または放電時における変形を許容する逃げ空部３０が形成されている。この逃げ空部３０は、上記の圧力室２０と同じ工程で異方性エッチング処理により形成される。本実施形態における逃げ空部３０は、インクが流通する流路としては機能しない。このため、ノズルプレート１５における逃げ空部３０に対応する部分にはノズル２３が形成されていない。なお、この逃げ空部３０に対して隔壁３１を挟んで隣り合う圧力室２０の両側の隔壁３１の剛性等の条件をノズル列方向の両側で揃えるために、これらの隔壁の厚さを揃えると共に、逃げ空部３０内にもインクを充填するようにしてもよい。また、この逃げ空部３０は必ずしも設けなくてもよい。

各圧電素子１８の上電極２６には、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極２７がそれぞれ接続され、後述する駆動回路４２によりこのリード電極２７を介して各圧電素子１８に選択的に駆動信号（駆動パルスＤＰ）が印加されるようになっている。同様に、補助圧電素子１９にもリード電極２９が設けられており、補助圧電素子１９は、このリード電極２９を介して各圧電素子１９の駆動に係る信号経路（電力経路４３）に電気的に接続されている。この点の詳細については後述する。

上記構成の記録ヘッド２では、インクカートリッジ３から共通液室２１にインクを取り込み、この共通液室２１から圧力室２０を通りノズル２３に至るまで内部をインクで満たし、この状態で後述する駆動回路４２により圧電素子１８の下電極２４と上電極２６との間に駆動パルスが印加されて、この駆動パルスの電位変化に応じて弾性膜１６、絶縁膜１７、下電極２４及び圧電体２５が撓み変形されることにより圧力室２０内の圧力が変動し、この圧力変動を制御することで、ノズル２３からインク滴が吐出（噴射）される。

図５は、プリンター１の電気的な構成を説明するブロック図である。本実施形態におけるプリンター１は、プリンター１を構成する各部を制御するプリンターコントローラー３３を備えている。本実施形態におけるプリンターコントローラー３３は、主電源３５、主制御回路３８、駆動信号生成回路３６、および増幅回路３７等を備え、これらを図示しない内部バスにより相互に接続している。主電源３５は、各部の駆動に必要な電源電圧を生成して、これをプリンターコントローラー３３およびプリントエンジン３４の各部に供給する。主制御回路３８は、外部装置等から送られてくる画像やテキスト等の印刷データに対して各種の演算処理を施して、記録ヘッド２におけるインク吐出制御に用いられる階調データを生成する。この階調データは、記録ヘッド２におけるどのノズル２３からどのタイミングでどの大きさのインクを吐出するか若しくはインクを吐出しないかを示す情報から構成される。そして、この階調データは記録ヘッド２のヘッドコントローラー４０に送信される。

図７は、駆動信号生成回路３６により生成される駆動信号ＣＯＭに含まれる駆動パルスの一例を示す波形図である。駆動信号生成回路３６は、駆動信号の波形に関する波形データに基づいて、アナログの電圧信号を生成する。また、駆動信号生成回路３６は、生成した電圧信号を増幅して駆動信号ＣＯＭを生成する。駆動信号生成回路３６により生成された駆動信号ＣＯＭは、増幅回路３７により増幅された上で、記録ヘッド２のスイッチ回路４１に入力される。

この駆動信号ＣＯＭは、例えば、図７に示すような駆動パルスＤＰ（駆動波形）を含んで構成されている。図７（ａ）に示す駆動パルスＤＰは、高ＤＵＴＹ時におけるクロストークの影響を受けていない状態の基本波形を示している。本実施形態における駆動パルスＤＰは、収縮要素ｐ１と、収縮ホールド要素ｐ２と、復帰要素ｐ３とからなる台形波を呈する。収縮要素ｐ１は、圧力室２０の基準容積（膨張又は収縮の基点となる容積）に対応する中間電位ＶＢ（基準電位）から収縮電位ＶＨまで急勾配で電位を変化（上昇）させる波形要素である。収縮ホールド要素ｐ２は、収縮電位ＶＨを所定期間維持する波形要素である。また、復帰要素ｐ３は収縮電位ＶＨから中間電位ＶＢまでインクを吐出させない程度の一定勾配で電位を復帰させる波形要素である。このような駆動パルスＤＰが圧電素子１８に印加されると、次のように作用する。まず、収縮要素ｐ１が印加されて圧電素子１８は圧力室２０の内側（ノズル２３側）に撓む。これにより、圧力室２０が急激に収縮してインクの圧力が上昇し、ノズル２３からインクが吐出される。圧力室２０の収縮状態は収縮ホールド要素ｐ２により一定時間維持され、メニスカスが圧力室側から吐出側に変位するタイミングで復帰要素ｐ３が印加されて圧電素子１８は中間電位ＶＢに対応する基準位置まで復帰し、これにより圧力室２０も基準容積まで膨張する。

上記の記録ヘッド２において多数のノズル２３から同時にインクを吐出する際に多数の圧電素子１８が同時に駆動されると負荷が増大することで、図７（ｂ）に示すように、圧電素子１８に印加される駆動パルスＤＰに歪が生じる。その結果、インクの吐出特性に悪影響を及ぼす可能性がある。すなわち、同時にインクを吐出するノズル数に応じて、インクの重量や飛翔速度にばらつきが生じ、その結果、記録用紙６等に記録された記録画像の画質が不安定となってしまう虞がある。本実施形態におけるプリンター１において、このようなクロストークを抑制する構成の詳細については後述する。

図５に示すように、本実施形態における記録ヘッド２は、ヘッドコントローラー４０、スイッチ回路４１、駆動回路４２、圧電素子１８、および補助圧電素子１９等を備えている。ヘッドコントローラー４０は、主制御回路３８からの階調データに基づき、各圧電素子１８にそれぞれ対応して設けられたスイッチ回路４１を制御するスイッチ制御信号を出力する。スイッチ回路４１には、駆動信号生成回路３６側からの駆動信号ＣＯＭが入力されており、ヘッドコントローラー４０からのスイッチ制御信号に基づき、各圧電素子１９に対して駆動信号ＣＯＭの出力状態または非出力状態を切り替える。また、本実施形態におけるスイッチ回路４１は、圧電素子１８の駆動に係る電力経路４３（図６中、太線で示す）に対する補助圧電素子１９の接続状態を切り替えるスイッチ４４ａ，４４ｂ（本発明におけるスイッチに相当）を有する（図６参照）。また、スイッチ回路４１と各圧電素子１８との間には、駆動回路４２が設けられている。

図６は、駆動回路４２およびその周辺の構成を簡略化して示したブロック図である。なお、同図においては、圧電素子一つ分の構成を示しているが、駆動回路４２は圧電素子１８毎に設けられる。本実施形態における駆動回路４２は、充電回路４５および放電回路４６を備え、電力経路４３を通じて主電源３５からの駆動電圧の供給を受けて、スイッチ回路４１から出力される駆動信号ＣＯＭに応じて圧電素子１８を充電あるいは放電する制御を行う。主電源３５からグランドに至る電力経路４３には、一端が主電源３５と駆動回路４２との間に接続され、他端がスイッチ４４ａを介して駆動回路４２とグランドとの間（放電経路４３ｄ）に接続された迂回経路４７が設けられている。この迂回経路４７の途中に上記の補助圧電素子１９が接続されている。また、迂回経路４７の一端と補助圧電素子１９との間には、スイッチ４４ｂが設けられている。上記のスイッチ４４ａは、駆動回路４２の放電回路４６をグランド側または迂回経路４７側の何れかに接続するように切り替えるスイッチである。一方、スイッチ４４ｂは、主電源３５と駆動回路４２との間の電力経路４３に対する補助圧電素子１９の接続状態または非接続状態を切り替えるスイッチである。

ここで、同時にインクが吐出されるノズル２３の数が比較的少ない場合（低ＤＵＴＹ時）、圧電素子１８の駆動時においては、スイッチ４４ａが迂回経路４７側に切り替えられる一方、スイッチ４４ｂは切断状態にされる。この状態では、圧電素子１８が放電されたときに、迂回経路４７を通じて補助圧電素子１９が次第に充電される（図６中、Ａで示す経路）。これにより、インクの吐出に影響が生じないように補助圧電素子１９を充電することができる。一方、例えば記録用紙６の所定の範囲をインクで隙間なく埋める所謂ベタ印刷等のように、多数のノズル２３から同時にインクを吐出させる場合（高ＤＵＴＹ時）、多数の圧電素子１８が同時に駆動されるため、負荷が急激に増加してより多くの電流が回路に流れる。このとき、スイッチ４４ａがグランド側に切り替えられると共に、スイッチ４４ｂが接続状態に切り替えられる。これにより、補助圧電素子１９に蓄積された電荷が、放電経路４３ｄを通じて駆動回路４２側に放電される（図６中、Ｂの経路）。

このように、本発明に係るプリンター１においては、高ＤＵＴＹ時の急激な電流変化を抑制することができ、各圧電素子１９を駆動する駆動パルスＤＰの歪等の発生を抑制することができる。その結果、インクを同時に吐出するノズル２３の数に拘わらず、各ノズル２３から吐出されるインクの吐出特性を一定に揃えることが可能となる。すなわち、クロストークを抑制することができる。また、補助圧電素子１９の充電状態と放電状態とを切り替えるスイッチ４４ａ，４４ｂを備えることで、圧電素子１８の駆動状況に応じて、補助圧電素子１９を放電するタイミングを任意に切り替えることができる。ここで、スイッチ４４ａ，４４ｂは、同時に駆動される圧電素子１８の数が一定値を超えた場合に充電状態から放電状態に切り替えられるようにすることができる。例えば、ノズル列を構成する各ノズル２３に対応する全ての圧電素子１８のうちの８０％以上が同時に駆動されるような状況の際に、スイッチ４４ａ，４４ｂが補助圧電素子１９の充電側から放電側に切り替えられるようにすることができる。同時に駆動される圧電素子１８の数については、例えば、主制御回路３８が、階調データに基づき認識することができる。このように構成することで、より適切なタイミングで補助圧電素子１９を充放電して駆動回路４２の電力を補うことができるため、各ノズル２３から吐出されるインクの吐出特性をより確実に揃えることが可能となる。

次に、上記の記録ヘッド２の製造方法について、図８及び図９を参照して説明する。なお、各図は、圧力室２０の幅方向あるいはノズル列方向となる方向における記録ヘッド２の要部断面図である。また、各図では補助圧電素子１９と１つの圧電素子１８に対応する構成を図示しているが、圧電素子１８の構成は他のものも同様である。
まず、図８（ａ）に示すように、流路形成基板１４となるシリコンウェハが拡散炉で熱酸化され、その表面に弾性膜１６を構成する二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）膜が形成される。次いで、図８（ｂ）に示すように、弾性膜１６上に酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）からなる絶縁膜１７が形成される。具体的には、まず、弾性膜１６上に、例えば、ＤＣスパッタ法によりジルコニウム層が形成され、このジルコニウム層が熱酸化されることにより酸化ジルコニウムからなる絶縁膜１７が形成される。次に、図８（ｃ）に示すように、例えば、白金（Ｐｔ）とイリジウム（Ｉｒ）とが絶縁膜１７上に順次積層されることにより下電極２４が形成される。

続いて、図８（ｄ）に示すように、圧電体２５が下電極２４の表面に積層される。圧電体２５の形成方法は、本実施形態では、金属有機物を溶媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体２５を得る、いわゆるゾル−ゲル法が採用される。なお、圧電体２５の形成方法は、特に限定されず、例えば、ＭＯＤ法やスパッタリング等を用いることも可能である。続いて、当該圧電体２５の上面に、図８（ｅ）に示すように、例えばイリジウムからなる上電極２６が圧電体２５の上面にスパッタリング等により形成される。

次に、図９（ａ）に示すように、上電極２６がフォトリソグラフィー法によりパターニングされる。このパターニングにおいては、圧電素子１８に対応するマスクパターンに加えて、補助圧電素子１９に対応するマスクパターンが設けられており、これにより、圧電素子１８に対応する上電極２６と、補助圧電素子１９に対応する上電極２６とが、それぞれパターニングされる。続いて、図９（ｂ）に示すように、上電極２６の場合と同様に、圧電素子１８に対応するマスクパターンと補助圧電素子１９に対応するマスクパターンを用いて、圧電体２５がパターニングされる。これにより、圧電素子１８および補助圧電素子１９が、弾性膜１６および絶縁膜１７が積層された流路形成基板１４上に形成される。その後、図９（ｃ）に示すように、流路形成基板１４に、各圧電素子１８に対応する圧力室２０等のインク流路、および、補助圧電素子１９に対応する逃げ空部３０が異方性エッチングにより形成される工程、ノズルプレート１５が流路形成基板１４に接合される工程が順次行われる。

このように、本発明に係る補助圧電素子１９は、圧電素子１８の形成時と同一の製造工程で作成されるので、製造工程の増加を招くことなく、かつコストを抑えることができる。

そして、以上の構成によれば、補助圧電素子１９に対し、圧電素子１８の駆動に係る電力経路を通じて充電するとともに、蓄積された電荷を駆動回路４２側に放電して電力を補うという従来よりも簡単な構成で、回路規模の大幅な増大を招くことなく、複数のノズル２３から同時にインクを吐出させる場合における急激な電流変化を抑制することができ、圧電素子１９を駆動する駆動信号に歪が生じることを抑制することができる。その結果、インクを同時に吐出するノズル２３の数に拘わらず、各ノズル２３から吐出されるインクの吐出特性を揃えることが可能となる。

また、補助圧電素子１９が、駆動対象である圧電素子１８に近い位置に配置されるので、補助圧電素子１９から圧電素子１８までの経路を短くすることができる。これにより、駆動信号（駆動パルスＤＰ）の歪みをより効果的に抑制することが可能となる。

さらに、本実施形態においては、補助圧電素子１９は、圧電素子１８の駆動にかかる信号経路（電力経路４３）のうち、圧電素子１８の放電経路４３ｄを通じて充電されるので、圧電素子１８の駆動に影響を及ぼすことを抑えつつ補助圧電素子１９を充電することが可能となる。なお、補助圧電素子１９の充電の方法については、例示したものには限られず、主電源３５と充電回路４５との間の電力経路４３から充電する構成としてもよい。

図１０は、本発明の第２の実施形態について説明する記録ヘッド２の平面図であり、図１１は、本発明の第３の実施形態について説明する記録ヘッド２の平面図である。上記の第１の実施形態においては、圧電素子１８の並設方向の一端部（図２における右端）に補助圧電素子１９が１つだけ形成された構成を例示したが、これには限られない。例えば、図１０に示す第２の実施形態では、圧電素子１８の並設方向の両端部にそれぞれ補助圧電素子１９が形成されている。このように複数の補助圧電素子１９を設けることにより、より多くの電力を補助することが可能となる。また、図１１に示す第３の実施形態では、圧電素子１８の並設方向に沿って長尺な補助圧電素子１９が形成されている。この構成によれば、補助圧電素子１９の静電容量をより多く稼ぐことができるため、より多くの電力を補助することが可能となる。なお、補助圧電素子１９の形状については、各実施形態で例示したものには限られず、必要な静電容量が得られるものであれば、種々の形状のものを採用することができる。いずれにしても、圧電素子１８と同一製造工程で製造ができ、また、圧電素子１８とできるだけ近い位置に配置するという観点から、圧電素子１８と同一基板上に補助圧電素子１９が形成されることが望ましい。

そして、本発明は、圧電素子を駆動させることで圧力室内の液体に生じる圧力変動によりノズルから液体を吐出させる構成を有する液体吐出装置であれば、プリンターに限らず、プロッター、ファクシミリ装置、コピー機等、各種のインクジェット式記録装置や、記録装置以外の液体吐出装置、例えば、ディスプレイ製造装置、電極製造装置、チップ製造装置等にも適用することができる。

１…プリンター，２…記録ヘッド，１４…流路形成基板，１５…ノズルプレート，１６…弾性膜，１７…絶縁膜，１８…圧電素子，２０…圧力室，１９…補助圧電素子，２３…ノズル，２４…下電極，２５…圧電体，２６…上電極，３３…プリンターコントローラー，３５…主電源，３６…駆動信号生成回路，３７…増幅回路，３８…主制御回路，４０…ヘッドコントローラー，４１…スイッチ回路，４２…駆動回路，４３…電力経路，４３ｄ…放電経路，４４…スイッチ，４５…充電回路，４６…放電回路，４７…迂回経路

Claims (6)

1. ノズルに連通する圧力室が形成された基板上に形成され、圧力室内に圧力変動を生じさせる圧電素子と、
   前記圧電素子を充電または放電して駆動させる駆動回路と、
   を備える液体噴射ヘッドであって、
   前記圧電素子とは別に、各圧電素子の駆動の補助に係る補助圧電素子が前記基板上に形成され、
   前記補助圧電素子は、前記圧電素子の駆動に係る電力経路を通じて充電するとともに、蓄積された電荷を前記駆動回路側に放電可能に構成されたことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記補助圧電素子および前記圧電素子は、対をなす電極同士で誘電体を挟んで構成され、同一の製造工程で形成されたことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記補助圧電素子の充電状態と放電状態とを切り替えるスイッチを備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記スイッチは、同時に駆動される前記圧電素子の数が一定値を超えた場合に充電状態から放電状態に切り替えられることを特徴とする請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記補助圧電素子は、前記信号経路のうち、前記圧電素子の放電経路を通じて充電することを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 請求項１から請求項５の何れか一項に記載の液体吐出ヘッドを備えることを特徴とする液体吐出装置。

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