JP2017065138A - インクジェット駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズルの高密度配置に支障を来たすことなく、ノズルの近傍のインクを確実に攪拌して、インクの乾燥および成分の沈降を確実に抑え、これによって、装置の小型化および高解像度化を図りつつ、インクの吐出特性を確実に向上させるインクジェット駆動装置を提供する。
【解決手段】インクジェット駆動装置２は、インクを収容する圧力室２１ａと、ノズル基板３０と、駆動素子２７とを備える。ノズル基板３０は、圧力室２１ａと連通するノズル３０ａを有する。駆動素子２７は、圧力室２１ａに圧力変動を与えることにより、圧力室２１ａ内のインクをノズル３０ａから吐出させる。ノズル基板３０は、変位部材４０を有している。変位部材４０は、熱膨張係数が互いに異なる第１の層基材４１および第２の層基材４２と、第１の層基材４１および第２の層基材４２を加熱する加熱体４３とを含む。
【選択図】図６

Description

本発明は、例えばインクジェットヘッドやインクジェットプリンタとして構成されるインクジェット駆動装置に関するものである。

従来から、液体インクを吐出する複数のチャネルを有するインクジェットヘッドを備えたインクジェットプリンタが知られている。用紙や布などの記録メディアに対してインクジェットヘッドを相対的に移動させながら、インクの吐出を制御することにより、記録メディアに対して二次元の画像を出力することができる。インクの吐出は、圧力式のアクチュエータ（圧電式、静電式、熱変形など）を利用したり、熱によって管内のインクに気泡を発生させることで行うことができる。中でも、圧電式のアクチュエータは、出力が大きい、変調が可能、応答性が高い、インクを選ばない、などの利点を有しており、近年よく利用されている。

圧電式のアクチュエータに用いられる圧電体には、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃やチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃）などのペロブスカイト型の金属酸化物が広く用いられている。また、上記の圧電体には、セラミックタイルのように焼成するバルク状の圧電体と、基板に成膜する薄膜の圧電体（圧電薄膜）とがある。バルク状の圧電体を用いるか、圧電薄膜を用いるかは、用途に応じて選択すればよい。

図１４Ａは、従来の圧電式のアクチュエータを備えたインクジェットヘッド２００の概略の構成を示す平面図であり、図１４Ｂは、図１４ＡにおけるＢ−Ｂ’線矢視断面図である。インクジェットヘッド２００は、圧力室１００ａを有するヘッド基板１００の一方の面側にアクチュエータ１０１を配置し、他方の面側にノズル基板１０２を配置して構成されている。ノズル基板１０２には、液滴量を制御するための吐出孔であるノズル１０２ａが形成されている。ノズル１０２ａは圧力室１００ａと連通している。

アクチュエータ１０１は、ヘッド基板１００側から順に、振動板（従動膜）２０１、絶縁層２０２、下部電極２０３、圧電体層２０４、上部電極２０５を積層して構成されている。下部電極２０３および上部電極２０５は、駆動回路２０６と接続されている。また、図示しない貯蔵室から圧力室１００ａにインクを供給するためのインク供給口３０１が、振動板２０１および絶縁層２０２を貫通して形成されている。このインク供給口３０１は、ヘッド基板１００において圧力室１００ａと並んで形成された副室１００ｂを介して圧力室１００ａと連通している。

上記の構成において、下部電極２０３および上部電極２０５に駆動回路２０６から電圧を印加すると、圧電体層２０４が厚さ方向に垂直な方向（ヘッド基板１００の面に平行な方向）に伸縮する。そして、圧電体層２０４と振動板２０１との長さの違いにより、振動板２０１に曲率が生じ、振動板２０１が厚さ方向に変位（湾曲）する。このようなアクチュエータ１０１の上下運動により、圧力室１００ａ内に導入したインクに圧力を加えて、ノズル１０２ａからインク滴を吐出することができる。

このように、アクチュエータ１０１、ヘッド基板１００およびノズル基板１０２を組み合わせることで、インクチャネル（インク吐出部）が構成される。そして、このようなインクチャネルを縦横に並べることで、インクジェットヘッド２００が構成される。

また、インクの吐出特性を安定させるためには、インクジェットヘッド２００内のインクを、最適な粘度に保つ必要がある。インクジェットヘッド２００にはヒーター（図示せず）が設けられており、これによって、インクが最適な温度および粘度に保たれている。

ところで、画像形成用の液体インクは、顔料インクと染料インクとに分類される。顔料インクは、顔料と言われる色材粒子を、溶媒中に分散状態で存在させたインクである。顔料インクは、染料インクよりも色純度は低いものの、色分子の集合体である顔料が安定して存在するため、耐光性に優れているという特徴を持つ。染料インクは、色材となる染料を、水や溶剤などの溶媒に溶解させた状態で存在させたインクである。染料インクは、透明で鮮明な色相を持ち、色純度が高いが、拡散による滲みが見られる、日光に当たって褪色する、といった特徴を持つ。

インクジェットヘッドでは、顔料インクを用いた場合でも、染料インクを用いた場合でも、インクが長時間吐出されない場合には、インクがノズルに詰まる、いわゆるノズル詰まりが起きやすく、このノズル詰まりによってインクの吐出特性が低下することが懸念される。

より詳しくは、顔料インクを用いた場合、インクが長時間吐出されない状態が続くと、顔料が沈降し、流路の底面やノズル近傍に溜まってしまう。特に、二酸化チタンなど金属系の顔料は沈降しやすい。沈降した顔料は、凝集して固化するため、ノズル詰まりを起こす原因となる。なお、インクの吐出特性を上げるために、インクを加温し、粘度を低下させると、顔料はさらに沈降しやすくなり、ノズル詰まりがより発生しやすくなる。

また、染料インクを用いた場合、インクが長時間吐出されない状態が続くと、ノズル内のインク（特に空気と接している部分）が乾燥し、インクの粘度が増大する。この増粘したインクにより、ノズル詰まりが起きやすくなる。

そこで、例えば特許文献１では、圧力室よりもノズルに近い位置に循環流路を設け、この循環流路を介して、ノズル近傍のインクを循環させることにより、吐出直前のインクの乾燥や、インクに含まれる成分の沈降を抑制するようにしている。また、例えば特許文献２では、圧力室の底面の少なくとも一部に変形部を設け、圧力室内のインクの圧力変動によって、底面の変形部を変動（振動）させることにより、圧力室内のインクを攪拌させて、顔料等の沈降を防止するよう試みている。なお、特許文献２には、インクの吐出時のみならず、非吐出時であっても、インクが吐出しない程度に変形部を微振動させることにより、インクを攪拌させることも開示されている。

特開２０１２−１４３９４８号公報（請求項１、段落〔０００８〕、〔０００９〕、図３等参照） 特開２０１３−０５９９７１号公報（請求項１、段落〔０００７〕〜〔０００９〕、〔００２８〕、図４、図５等参照）

ところが、特許文献１の構成において、インクの乾燥および沈殿の抑制の効果を得るためには、インクの循環流量を相当量確保することが必要となる。このためには、例えば基板に設けられるインクの循環流路を大型化することが必要となる。しかし、循環流路の大型化は、基板におけるノズルの高密度配置の妨げとなり、ヘッドの小型化や高解像度化に支障を来たす。

また、特許文献２では、圧力室上部の振動板を圧電素子によって振動させ、その振動を圧力室内のインクを介して変形部に伝達することにより、変形部を振動させる。インクの非吐出時においては、変形部を微振動させて、インクを攪拌させるが、変形部を微振動させるような振動板の振動は、通常のインク吐出時の振動と比べて小さいため、圧力室内のインクを介して変形部に伝達されにくい。このため、変形部の微振動による、ノズル近傍のインクの攪拌は、実際には困難であると考えられる。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、ノズルの高密度配置に支障を来たすことなく、ノズル近傍のインクを確実に攪拌して、インクの乾燥および成分の沈降を確実に抑えることができ、これによって、装置の小型化および高解像度化を図りつつ、インクの吐出特性を確実に向上させることができるインクジェット駆動装置を提供することにある。

本発明の一側面に係るインクジェット駆動装置は、インクを収容する圧力室と、前記圧力室と連通するノズルを有するノズル基板と、前記圧力室に圧力変動を与えることにより、前記圧力室内のインクを前記ノズルから吐出させる駆動素子とを備えたインクジェット駆動装置であって、前記ノズル基板は、変位部材を有しており、前記変位部材は、熱膨張係数が互いに異なる第１および第２の層基材と、前記第１および第２の層基材を加熱する加熱体とを含んでいる。

上記の構成によれば、加熱体によって第１および第２の層基材が加熱されると、第１および第２の層基材は熱膨張係数が互いに異なっているために、膨張量（伸び量）に差が生じ、その結果、変位部材に反りが生じる。この変位部材の反り、つまり、変位部材の変位により、変位部材を有するノズル基板のノズル近傍のインクが攪拌される。しかも、変位部材の変位は、変位部材自身が有する第１および第２の層基材の熱膨張によって起こり、他の部材（例えば駆動素子）の駆動に従動して起こるわけではない。このような変位部材自身の変位により、ノズル近傍のインクを確実に攪拌することができる。

このように、ノズル基板が変位部材を有していることにより、循環流路部を設けてインクを循環させなくても、インクの攪拌によってインクの乾燥およびインクに含まれる成分（例えば顔料）の沈降を抑えることができる。また、循環流路部を設ける場合でも、上述した変位部材の変位によってインクを攪拌できるため、インクを攪拌するために循環流量を増大させる必要はなく、循環流路部を大型化する必要がない。したがって、循環流路部を設ける場合でも、ノズルの高密度化を妨げることはない。

したがって、上記構成によれば、ノズルの高密度配置に支障を来たすことなく、ノズル近傍のインクを確実に攪拌して、インクの乾燥および成分の沈降を確実に抑えることができる。その結果、装置の小型化および高解像度化を図りつつ、インクの吐出特性を確実に向上させることができる。

前記第１および第２の層基材と前記加熱体とは、前記ノズル基板の厚み方向に並んで位置していることが望ましい。この場合、第１および第２の層基材を加熱体によって加熱したときに、変位部材が圧力室側に凸または凹となるように反るため、ノズル近傍のインクを確実に攪拌することができる。

前記加熱体は、前記第１の層基材と前記第２の層基材との間に位置していることが望ましい。この場合、加熱体が、第１および第２の層基材の両方を直接加熱して熱膨張させることができるため、第１および第２の層基材の熱膨張による変位部材の反りを確実に生じさせることができる。

前記ノズル基板は、前記変位部材のみで構成されており、前記変位部材は、前記ノズルを有していてもよい。この場合、変位部材が反ると、ノズルが移動するとともに、ノズル内のインクも移動する。これにより、ノズル内のインクの乾燥を確実に抑えて、インクの吐出特性を確実に向上させることができる。

前記加熱体は、前記インクの前記ノズルからの非吐出時において、前記第１および第２の層基材を加熱することが望ましい。第１および第２の層基材の加熱によって変位部材が反るのは、インクの非吐出時であるため、変位部材の反りによってノズルが移動しても、ノズルからインクが吐出されることはない。したがって、ノズルの移動による吐出特性の低下は生じない。

前記ノズル基板は、前記ノズルと、開口部とを有する剛性基板をさらに有しており、前記変位部材は、前記開口部を覆うように前記剛性基板に設けられていてもよい。この場合、変位部材は、第１および第２の層基材の熱膨張により、開口部側に凸または凹となるように反ることができる。これにより、ノズル近傍のインクを攪拌することができる。また、変位部材ではなく、剛性基板がノズルを有しており、変位部材が変位しても、剛性基板のノズルの位置は変化しない。このため、インク吐出時において、変位部材を変位させることにより、インクの吐出特性を低下させることなく、ノズル近傍のインクを攪拌させて、インクの乾燥および成分の沈降を抑えることができる。

前記変位部材は、前記開口部を前記圧力室側から覆うように前記剛性基板に設けられていることが望ましい。剛性基板の開口部に対して圧力室とは反対側に変位部材が位置していると、変位部材の変位によってインクが攪拌されても、インクに含まれる沈降成分が上記開口部内に留まることが懸念される。変位部材が、剛性基板の開口部を圧力室側から覆っている構成では、開口部内にインクが入ることはないため、インクに含まれる沈降成分が上記開口部内に留まる心配がない。

前記変位部材は、前記剛性基板の前記圧力室側の面と面一となるように、前記開口部内に位置していてもよい。この場合でも、変位部材の変位によってインクが攪拌されたときに、インクに含まれる沈降成分が上記開口部内に留まる心配がない。

前記剛性基板は、前記開口部を、前記ノズルの周囲に複数有しており、前記変位部材は、前記複数の開口部のそれぞれに対応して位置していてもよい。ノズルの周囲に複数の変位部材が位置しているため、各変位部材の変位によって、ノズル近傍のインクを確実に攪拌させることができる。

前記加熱体は、前記インクの前記ノズルからの非吐出時および吐出時の少なくとも一方において、前記第１および第２の層基材を加熱してもよい。剛性基板がノズルを有しているため、変位部材を変位させても、それに伴ってノズルの位置が変化することはない。このため、インクの非吐出時は勿論のこと、インクの吐出時であっても、第１および第２の層基材の加熱による変位部材の変位により、インクの吐出特性を低下させることなく、ノズル近傍のインクを攪拌させることができる。

前記インクジェット駆動装置は、前記加熱体に電気信号を与えることにより、前記加熱体を発熱させる加熱体駆動部をさらに備えていてもよい。加熱体駆動部を用いることにより、加熱体を容易に発熱させ、第１および第２の層基材の熱膨張によって、変位部材を容易に変位させることができる。

前記加熱体駆動部は、周期的なパルス波形を持つ前記電気信号を前記加熱体に与えることにより、前記加熱体を発熱させてもよい。この場合、加熱体が周期的に発熱し、第１および第２の層基材が周期的に加熱されるため、変位部材の変位（反り）が周期的に繰り返される。つまり、変位部材が振動する。したがって、このような変位部材の振動によって、ノズル近傍のインクを確実に攪拌させることができる。

前記インクジェット駆動装置は、熱を発生させる発熱部と、前記発熱部にて発生した熱を、前記加熱体に伝導する伝熱部材とをさらに備えていてもよい。加熱体は、伝熱部材を介して伝導される発熱体の熱によって、第１および第２の層基材を加熱し、熱膨張させることができる。したがって、このような構成であっても、変位部材を変位させることができる。

前記第１および第２の層基材は、ガラス、樹脂、金属のいずれかで構成されていてもよい。上記いずれかの材料を用いることにより、熱膨張係数が互いに異なる第１および第２の層基材を確実に実現することができる。

前記インクジェット駆動装置は、前記圧力室を有するヘッド基板をさらに備え、前記駆動素子は、前記ヘッド基板によって支持されていてもよい。この場合、駆動素子によって、ヘッド基板の圧力室に圧力変動を確実に与えて、圧力室内のインクをノズルから吐出させることができる。

前記ノズル基板は、前記ノズルが前記圧力室と連通するように、前記ヘッド基板に貼り合わされていてもよい。ノズル基板がヘッド基板に直接貼り合わされた構成において、上述の効果を得ることができる。

前記ヘッド基板は、前記圧力室から排出されたインクを循環させるための流路となる循環流路部をさらに有していてもよい。この構成では、変位部材の変位によって攪拌されたノズル近傍のインクを、循環流路部を介して循環させることができるため、インクの乾燥および沈降をより確実に抑えることができる。なお、上述したように、循環流路部を設ける構成であっても、変位部材の変位により、ノズル近傍のインクを攪拌できるため、循環流路部は小型で済み、少ない循環流量で、インクの乾燥および沈降をより確実に抑えることができる。

前記駆動素子は、圧電薄膜を一対の電極で挟んだ圧電素子であってもよい。圧電素子を用いることにより、電圧印加によって変位する圧電薄膜の圧電効果を利用して、圧力室に圧力変動を容易に与えることができる。

上記の構成によれば、ノズルの高密度配置に支障を来たすことなく、ノズル近傍のインクを確実に攪拌して、インクの乾燥および成分の沈降を確実に抑えることができる。その結果、装置の小型化および高解像度化を図りつつ、インクの吐出特性を確実に向上させることができる。

本発明の実施の一形態に係るインクジェットプリンタの概略の構成を示す説明図である。 上記インクジェットプリンタが備えるインクジェットヘッドの概略の構成を示す断面図である。 図２ＡにおけるＡ−Ａ’線矢視断面図である。 上記インクジェットヘッドのノズル基板を構成する変位部材が有する加熱体のパターニング形状を示す平面図である。 上記インクジェットヘッドの製造工程を示す断面図である。 上記製造工程の続きを示す断面図である。 上記変位部材の変位によって、インクが攪拌される様子を模式的に示す説明図である。 上記加熱体に印加される電気信号と、ノズル面の温度変化および変位量の変化とを示すグラフである。 上記インクジェットヘッドの他の構成を示す説明図である。 上記インクジェットヘッドのさらに他の構成を示す断面図である。 上記インクジェットヘッドのさらに他の構成を示す断面図である。 図１０のインクジェットヘッドの剛性基板を圧力室側から見たときの平面図である。 上記インクジェットヘッドのさらに他の構成を示す断面図である。 上記インクジェットヘッドのさらに他の構成を示す断面図である。 従来の圧電式のアクチュエータを備えたインクジェットヘッドの概略の構成を示す平面図である。 図１４ＡにおけるＢ−Ｂ’線矢視断面図である。

本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本明細書において、数値範囲をＡ〜Ｂと表記した場合、その数値範囲に下限Ａおよび上限Ｂの値は含まれるものとする。

〔インクジェットプリンタの構成〕
図１は、本実施形態のインクジェットプリンタ１の概略の構成を示す説明図である。インクジェットプリンタ１は、インクジェットヘッド２から記録媒体Ｐに向けてインクを吐出させることにより、記録媒体Ｐ上に画像を形成するものである。このインクジェットプリンタ１は、例えば、インクジェットヘッド２が記録媒体の幅方向にライン状に設けられた、いわゆるラインヘッド方式のインクジェット記録装置で構成されている。

インクジェットプリンタ１は、上記のインクジェットヘッド２と、繰り出しロール３と、巻き取りロール４と、２つのバックロール５・５と、中間タンク６と、送液ポンプ７と、貯留タンク８と、定着機構９とを備えている。

インクジェットヘッド２は、記録媒体Ｐに向けてインクを吐出するものであり、本実施形態では、一方のバックロール５から定着機構９に向かって搬送される記録媒体Ｐと対向する位置に配置されている。インクジェットヘッド２は、異なる色（例えばイエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）のインクに対応して複数設けられてもよい。

繰り出しロール３、巻き取りロール４および各バックロール５は、軸回りに回転可能な円柱形状からなる部材である。繰り出しロール３は、周面に幾重にも亘って巻回された長尺状の記録媒体Ｐを、インクジェットヘッド２との対向位置に向けて繰り出すロールである。この繰り出しロール３は、モータ等の図示しない駆動手段によって回転することで、記録媒体Ｐを図１のＸ方向へ繰り出して搬送する。

巻き取りロール４は、繰り出しロール３より繰り出されて、インクジェットヘッド２によってインクが吐出された記録媒体Ｐを周面に巻き取る。

各バックロール５は、繰り出しロール３と巻き取りロール４との間に配設されている。記録媒体Ｐの搬送方向上流側に位置する一方のバックロール５は、繰り出しロール３によって繰り出された記録媒体Ｐを、周面の一部に巻き付けて支持しながら、インクジェットヘッド２との対向位置に向けて搬送する。他方のバックロール５は、インクジェットヘッド２との対向位置から巻き取りロール４に向けて、記録媒体Ｐを周面の一部に巻き付けて支持しながら搬送する。

中間タンク６は、貯留タンク８より供給されるインクを一時的に貯留する。また、中間タンク６はインクチューブ１０と接続されており、インクジェットヘッド２におけるインクの背圧を調整して、インクジェットヘッド２にインクを供給する。

送液ポンプ７は、貯留タンク８に貯留されたインクを中間タンク６に供給するものであり、供給管１１の途中に配設されている。貯留タンク８に貯留されたインクは、送液ポンプ７によって汲み上げられ、供給管１１を介して中間タンク６に供給される。

定着機構９は、インクジェットヘッド２によって記録媒体Ｐに吐出されたインクを当該記録媒体Ｐに定着させる。この定着機構９は、吐出されたインクを記録媒体Ｐに加熱定着するためのヒータや、吐出されたインクにＵＶ（紫外線）を照射することによりインクを硬化させるためのＵＶランプ等で構成されている。

上記の構成において、繰り出しロール３から繰り出される記録媒体Ｐは、バックロール５により、インクジェットヘッド２との対向位置に搬送され、インクジェットヘッド２から記録媒体Ｐに対してインクが吐出される。その後、記録媒体Ｐに吐出されたインクは定着機構９によって定着され、インク定着後の記録媒体Ｐが巻き取りロール４によって巻き取られる。このようにラインヘッド方式のインクジェットプリンタ１では、インクジェットヘッド２を静止させた状態で、記録媒体Ｐを搬送しながらインクが吐出され、記録媒体Ｐに画像が形成される。

なお、インクジェットプリンタ１は、シリアルヘッド方式で記録媒体に画像を形成する構成であってもよい。シリアルヘッド方式とは、記録媒体を搬送しながら、その搬送方向と直交する方向にインクジェットヘッドを移動させてインクを吐出し、画像を形成する方式である。この場合、インクジェットヘッドは、キャリッジ等の構造体に支持された状態で、記録媒体の幅方向に移動する。また、記録媒体としては、長尺状のもの以外にも、予め所定の大きさ（形状）に裁断されたシート状のものを用いてもよい。

〔インクジェットヘッドの構成〕
次に、上記したインクジェットヘッド２の構成について説明する。図２Ａは、インクジェットヘッド２の概略の構成を示す断面図であり、図２Ｂは、図２ＡにおけるＡ−Ａ’線矢視断面図である。

インクジェットヘッド２は、ヘッド基板２１上に、圧電アクチュエータ２ａを有している。圧電アクチュエータ２ａは、ヘッド基板２１側から、振動板２２、熱酸化膜２３、下部電極２４、圧電薄膜２５、上部電極２６をこの順で有している。なお、圧電アクチュエータ２ａは、下部電極２４と圧電薄膜２５との間に、圧電薄膜２５の結晶配向性を制御するための配向制御層（シード層、バッファ層）をさらに有していてもよい。

ヘッド基板２１と振動板２２とは、ボディプレートを構成している。このボディプレートは、厚さが例えば１００〜３００μｍ程度の単結晶Ｓｉ（シリコン）単体からなる半導体基板またはＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板で構成されている。図２Ａでは、ボディプレートをＳＯＩ基板で構成した場合を示している。ボディプレートは、厚さ７５０μｍ程度の基板を研磨処理によって厚さ１００〜３００μｍ程度に調整したものである。ボディプレートの厚さは、適用するデバイスに応じて適宜調整されればよい。

上記のＳＯＩ基板は、酸化膜を介して２枚のＳｉ基板を接合したものである。ヘッド基板２１は、一方のＳｉ基板（支持層）に相当し、振動板２２は、他方のＳｉ基板（活性層）に対応している。ヘッド基板２１と振動板２２との間には、酸化膜２１ｄ（図４参照）が設けられているが、図２Ａでは、その酸化膜２１ｄの図示を省略している。

ヘッド基板２１には、インクを収容する複数の圧力室２１ａと、個別インク流路２１ｂと、共通インク流路２１ｃとが形成されている。中間タンク６（図１参照）より供給されるインクは、共通インク流路２１ｃ、個別インク流路２１ｂを介して、各圧力室２１ａに供給される。なお、各圧力室２１ａに供給されるインクは、顔料インクであってもよいし、染料インクであってもよい。

振動板２２は、圧力室２１ａの上壁（圧力室２１ａよりも圧電薄膜形成側に位置する壁）を構成しており、圧電薄膜２５の駆動（伸縮）に伴って変位（振動）する従動膜である。圧電薄膜２５の駆動に伴う振動板２２の振動により、圧力室２１ａ内のインクに圧力が付与される。

熱酸化膜２３は、例えば厚さが０．１μｍ程度のＳｉＯ₂（酸化シリコン）からなり、ボディプレートの保護および絶縁の目的で形成されている。

下部電極２４は、複数の圧力室２１ａに共通して設けられるコモン電極であり、Ｔｉ（チタン）層とＰｔ（白金）層とを積層して構成されている。Ｔｉ層は、熱酸化膜２３とＰｔ層との密着性を向上させるために形成されている。Ｔｉ層の厚さは例えば０．０２μｍ程度であり、Ｐｔ層の厚さは例えば０．１μｍ程度である。なお、図２Ａでは、下部電極２４は、圧力室２１ａの上方にのみ位置しているが、熱酸化膜２３の表面全体にわたって形成されていてもよい。

圧電薄膜２５は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの強誘電体薄膜（特にペロブスカイト型構造の酸化物からなる膜）で構成されており、各圧力室２１ａに対応して設けられている。圧電薄膜２５の膜厚は、例えば１μｍ以上１０μｍ以下である。圧電薄膜２５は、ＰＺＴにランタン（Ｌａ）やニオブ（Ｎｂ）などの添加物を添加したもので構成されていてもよい。

上部電極２６は、各圧力室２１ａに対応して設けられる個別電極であり、Ｔｉ層とＰｔ層とを積層して構成されている。Ｔｉ層は、圧電薄膜２５とＰｔ層との密着性を向上させるために形成されている。Ｔｉ層の厚さは例えば０．０２μｍ程度であり、Ｐｔ層の厚さは例えば０．１〜０．２μｍ程度である。上部電極２６は、下部電極２４との間で圧電薄膜２５を膜厚方向から挟むように設けられている。なお、Ｐｔ層の代わりに、金（Ａｕ）からなる層を形成してもよい。

下部電極２４、圧電薄膜２５および上部電極２６は、圧力室２１ａに圧力変動を与えることにより、圧力室２１ａ内のインクをノズル３０ａから吐出させる圧電素子２７（駆動素子）を構成している。圧電薄膜２５は、駆動回路２８から下部電極２４および上部電極２６に印加される電圧（駆動信号）に基づいて駆動される。この圧電素子２７は、振動板２２および熱酸化膜２３を介してヘッド基板２１に支持されている。インクジェットヘッド２は、圧電素子２７および圧力室２１ａを縦横に並べることにより形成される。

ヘッド基板２１に対して圧電素子２７とは反対側には、ノズル３０ａを有するノズル基板３０が位置している。ノズル３０ａは、圧力室２１ａ内のインクを外部する吐出するための吐出孔であり、圧力室２１ａと連通している。したがって、ノズル基板３０は、圧力室２１ａとノズル３０ａとが連通するように、ヘッド基板２１に貼り合わされていると言うことができる。なお、ノズル基板３０の詳細については後述する。

上記の構成において、駆動回路２８により、下部電極２４と上部電極２６との間に電位差を付与すると、圧電薄膜２５が、下部電極２４と上部電極２６との電位差に応じて、厚さ方向に垂直な方向に伸縮する。そして、圧電薄膜２５と振動板２２との長さの違いにより、振動板２２に曲率が生じ、振動板２２が厚さ方向に変位（湾曲、振動）する。

したがって、圧力室２１ａ内にインクを収容しておけば、上述した振動板２２の振動により、圧力室２１ａ内のインクに圧力波が伝搬される。その結果、圧力室２１ａ内のインクが、ノズル３０ａを介して、インク滴として外部に吐出される。

〔ノズル基板の詳細について〕
次に、ノズル基板３０の詳細について説明する。図２Ａに示すように、ノズル基板３０は、変位部材４０で構成されている。変位部材４０は、外部から電気信号または熱が付与されることにより、反りや振動などの変位が生じる部材であり、第１の層基材４１、第２の層基材４２および加熱体４３を備えている。

第１の層基材４１および第２の層基材４２は、互いに熱膨張係数の異なる材料で構成されており、ともに可撓性を有している。上記材料としては、ガラス、樹脂、金属などから選択可能である。より具体的には、例えば、ガラス材料としては、パイレックス（登録商標）などのホウケイ酸ガラス（熱膨張係数；３．３×１０^-6／Ｋ）、樹脂材料としては、ポリイミド（熱膨張係数；１５×１０^-6／Ｋ）、アクリル樹脂であるＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル樹脂、熱膨張係数；７０×１０^-6／Ｋ）、金属材料としては、アルミニウム（熱膨張係数；２４×１０^-6／Ｋ）、ニッケル（熱膨張係数；１３×１０^-6／Ｋ）、の中から、異なる２種の材料を選択して、第１の層基材４１および第２の層基材４２を構成することが可能である。第１の層基材４１および第２の層基材４２の厚さは、例えば５０μｍ〜２００μｍ程度である。

加熱体４３は、駆動回路４４から供給される電気信号に応じてジュール熱を発生させ、このジュール熱によって第１の層基材４１および第２の層基材４２を加熱する。このような加熱体４３は、抵抗のある導体で構成される。例えば、ニクロムやステンレス鋼などの金属、セラミックス、炭素材料などで加熱体４３を構成することができる。加熱体４３の厚さは、例えば１００ｎｍ程度であり、第１の層基材４１および第２の層基材４２と比べると非常に薄い。

第１の層基材４１、第２の層基材４２および加熱体４３は、ノズル基板３０の厚み方向に並んで位置している（つまり、上記厚み方向に積層されている）。図２Ａでは、加熱体４３は、積層方向において、第１の層基材４１と第２の層基材４２との間に位置している。第１の層基材４１、第２の層基材４２、加熱体４３の積層順序は特に限定されず、例えば、圧力室２１ａ側から、第２の層基材４２、第１の層基材４１、加熱体４３の順序で積層されていてもよいし、加熱体４３、第２の層基材４２、第１の層基材４１の順序で積層されていてもよい。

ただし、第１の層基材４１、第２の層基材４２、加熱体４３のうち、最も圧力室２１ａ側に位置する層は、圧力室２１ａ内のインクと接触するため、インクと反応して特性が劣化しないインク耐性を有していることが必要である。この点では、変位部材４０において最も圧力室２１ａ側の層は、樹脂材料やガラス材料からなる第１の層基材４１または第２の層基材４２であることが望ましい。

ここで、図３は、加熱体４３のパターニング形状を示している。加熱体４３は、通電時の抵抗を増大させてジュール熱を発生しやすくするため、細く、かつ、電流の流れる経路が長くなるような形状にパターンニングされている。加熱体４３は、上述したように、第１の層基材４１および第２の層基材４２に比べて非常に薄いため、第１の層基材４１と第２の層基材４２とは、加熱体４３が存在しない位置においてほとんど密着している。なお、図２Ａでは、薄い加熱体４３のパターニングされた断面を図示するのが困難であるため、加熱体４３の断面を便宜的に直線状で示している。なお、加熱体４３は、パターニングされていなくてもよい。

また、ノズル基板３０のノズル３０ａは、変位部材４０に設けられている。図２Ａでは、便宜的に、ノズル３０ａは加熱体４３を貫通するように図示されているが、実際には、変位部材４０において、パターニングによって加熱体４３が存在しなくなった位置で、第１の層基材４１および第２の層基材４２を厚み方向に貫通するように設けられている。つまり、ノズル３０ａは、加熱体４３が介在せずに密着した第１の層基材４１および第２の層基材４２を貫通するように設けられている。なお、加熱体４３がパターニングされていない場合、ノズル３０ａは、第１の層基材４１、第２の層基材４２、加熱体４３を全て貫通することになる。

加熱体４３と電気的に接続される駆動回路４４は、加熱体４３に電気信号を与えることにより、加熱体４３を発熱させる加熱体駆動部を構成している。この駆動回路４４は、インクジェットヘッド２に設けられていてもよいし、インクジェットヘッド２の外部で、かつ、インクジェットプリンタ１の内部に設けられていてもよい。駆動回路４４がインクジェットヘッド２に設けられている場合、その駆動回路４４を備えたインクジェットヘッド２のことを、インクジェット駆動装置と呼ぶことができる。また、駆動回路４４がインクジェットヘッド２の外部に設けられて加熱体４３と接続されている場合、駆動回路４４およびインクジェットヘッド２を備えたインクジェットプリンタ１のことを、インクジェット駆動装置と呼ぶことができる。

〔インクジェットヘッドの製造方法〕
次に、上記構成のインクジェットヘッド２の製造方法について説明する。インクジェットヘッド２の製造方法は、（Ａ）ヘッド基板２１上に圧電アクチュエータ２ａを形成する工程と、（Ｂ）ノズル基板３０を作製する工程と、（Ｃ）ヘッド基板２１にノズル基板３０を貼り合わせる工程、とを含んでいる。下記の（１）〜（６）の工程は、上記（Ａ）の工程に対応し、下記の（７）〜（９）の工程は、上記（Ｂ）の工程に対応し、下記の（１０）の工程は、上記（Ｃ）の工程に対応する。図４および図５は、インクジェットヘッド２の製造工程を示す断面図である。

（１）まず、ボディプレートを用意する。ボディプレートとしては、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）に多く利用されている結晶シリコン（Ｓｉ）を用いることができ、ここでは、ヘッド基板２１および振動板２２を構成する２枚のＳｉ基板が、酸化膜２１ｄを介して接合されたＳＯＩ構造のものを用いている。

（２）上記ボディプレートを加熱炉に入れ、１５００℃程度に所定時間保持して、一方のＳｉ基板（振動板２２）の表面にＳｉＯ₂からなる熱酸化膜２３ａを形成し、他方のＳｉ基板（ヘッド基板２１）の表面に熱酸化膜２３ｂを形成する。熱酸化膜２３ａは、図２Ａの熱酸化膜２３と同じである。

（３）次に、上記熱酸化膜２３上に、ＴｉおよびＰｔの各層をスパッタ法で順に成膜し、下部電極２４を形成する。なお、ここでは、下部電極２４のパターニングを行っていないが、下部電極２４を所望の形状にパターニングしてもよい。続いて、ボディプレートを６００℃程度に再加熱し、ＰＺＴの層２５ａをスパッタ法で成膜する。

（４）次に、ボディプレートに感光性樹脂５１をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、エッチングすることによって感光性樹脂５１の不要な部分を除去し、形成する圧電薄膜２５の形状を転写する。その後、感光性樹脂５１をマスクとして、反応性イオンエッチング法を用いて層２５ａの形状を加工し、圧電薄膜２５とする。

（５）次に、圧電薄膜２５を覆うように、下部電極２４上にＴｉおよびＰｔの各層をスパッタ法で順に成膜し、層２６ａを形成する。続いて、層２６ａ上に感光性樹脂５２をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、エッチングすることによって感光性樹脂５２の不要な部分を除去し、形成する上部電極２６の形状を転写する。その後、感光性樹脂５２をマスクとして、反応性イオンエッチング法を用いて層２６ａの形状を加工し、上部電極２６を形成する。

（６）次に、ボディプレートの裏面（熱酸化膜２３ｂ側）に感光性樹脂５３をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、エッチングすることによって、感光性樹脂５３の不要な部分を除去し、形成しようとする圧力室２１ａ、個別インク流路２１ｂ、共通インク流路２１ｃの形状を転写する。そして、反応性イオンエッチング法により、感光性樹脂５３をマスクとしてボディプレートの除去加工を行って、圧力室２１ａ、個別インク流路２１ｂ、共通インク流路２１ｃを形成し、その後、熱酸化膜２３ｂを除去する。これにより、圧電アクチュエータ２ａが完成する。

（７）上記した圧電アクチュエータ２ａの作製前、作製後、または圧電アクチュエータ２ａの作製と並行して、ノズル基板３０を作製する。つまり、図５に示すように、例えばポリイミドからなる第１の層基材４１上に、ニクロムからなる加熱体４３をスパッタ法で成膜する。

（８）次に、感光性樹脂（図示せず）をマスクとして、反応性イオンエッチング法やリフトオフ法などを用い、必要に応じて加熱体４３をパターニングする。

（９）続いて、接着剤などを用いて、加熱体４３に、ＰＭＭＡからなる第２の層基材４２を貼り付ける。その後、レーザー加工法などを用い、少なくとも第１の層基材４１および第２の層基材４２を貫通するノズル３０ａを形成し、ノズル基板３０を完成させる。

（１０）最後に、ヘッド基板２１の圧力室２１ａと、ノズル基板３０のノズル３０ａとが連通するように、ヘッド基板２１とノズル基板３０とを接着剤などで接合する。これにより、インクジェットヘッド２が完成する。なお、図５では、ノズル基板３０の第１の層基材４１が圧力室２１ａ側となるように、ヘッド基板２１とノズル基板３０とを接合しているが、第２の層基材４２が圧力室２１ａ側となるように、ヘッド基板２１とノズル基板３０とを接合してもよい。

〔インクの攪拌について〕
図６は、上記したインクジェットヘッド２において、ノズル基板３０（変位部材４０）の変位によって、インクが攪拌される様子を模式的に示している。駆動回路４４により、変位部材４０の加熱体４３に電気信号を与えると、加熱体４３にてジュール熱が発生し、このジュール熱によって第１の層基材４１および第２の層基材４２が加熱される。圧力室２１ａ側の第１の層基材４１が加熱されることにより、ノズル基板３０において圧力室２１ａ側の面（以下、ノズル面とも称する）の温度は上昇する。ノズル面の温度は、圧力室２１ａ内のインクに伝わり、インクは最適な温度に保たれる。

このとき、上記電気信号として、図７に示すような周期的なパルス波形を持つ電気信号を加熱体４３に与えると、ノズル面の温度は、上記パルス波形とほぼ同期して、上昇、下降を繰り返す。また、第１の層基材４１および第２の層基材４２が加熱体４３によって同時に加熱されるため、上記のノズル面の温度変化とほぼ同期して、第１の層基材４１および第２の層基材４２の熱膨張による伸縮変形が起こる。

ここで、第１の層基材４１および第２の層基材４２の熱膨張係数は異なっているため、第１の層基材４１および第２の層基材４２の伸縮度合いが異なる。変位部材４０の圧力室２１ａ側と、圧力室２１ａとは反対側とで、変位部材４０の伸縮度合いが異なると、変位部材４０に反りが発生する。この変位部材４０の反りは、上記パルス波形にほぼ同期して周期的に発生するため、結果として、変位部材４０が振動することになる（ノズル面が周期的に変位することになる）。上記パルス波形の周期を短くすることにより、インク温度を安定させたまま、変位部材４０（ノズル基板３０）を振動させることができる。

このような変位部材４０の振動により、圧力室２１ａ内のインクは攪拌され、ノズル面付近に沈降していたインク成分（例えば顔料Ｆ）も攪拌される。また、変位部材４０の振動により、ノズル３０ａ内のインクも振動したり、攪拌によるインクの流れに乗るようにノズル３０ａ内のインクが圧力室２１ａ側に移動する。このため、ノズル３０ａ内のインクの乾燥も低減される。その結果、顔料Ｆの沈降やインクの乾燥によるノズル詰まりが低減される。

ここで、表１は、変位部材４０の実施例に相当する変位部材４０ａ〜４０ｈ、比較例に相当する変位部材４０ｉの温度変化による反り量について調べた結果を示している。なお、ここでは、変位部材４０ａ〜４０ｉを構成する加熱体４３の材料として、厚み１００ｎｍのＰｔを使用した。また、変位部材４０ａ〜４０ｉを構成する第１の層基材４１および第２の層基材４２の材質の組み合わせは、表１の通りである。反り量については、第１の層基材４１または第２の層基材４２の変位前の位置からの変位量で規定し、反り量の正負については、第２の層基材４２から第１の層基材４１に向かう方向を正とし、その反対方向を負とした。

第１の層基材４１および第２の層基材４２の板厚および長さを表１に示した値とし、加熱体４３に電気信号を印加して、加熱体４３を発熱させ、４０〜１００℃の範囲内で変位部材４０ａ〜４０ｉの温度を制御すると、材質の熱膨張係数が第１の層基材４１と第２の層基材４２とで異なる変位部材４０ａ〜４０ｈは、表１で示した反り量で周期的に振動することがわかった。このとき、変位部材４０ａ・４０ｂ・４０ｄ・４０ｅについては、反り量が絶対値で４μｍよりも大きく（判定は“○”）、他の変位部材４０ｃ・４０ｆ・４０ｇ・４０ｈについては、反り量が絶対値で４μｍ未満と少ないが（判定は“△”）、いずれの変位部材４０ａ〜４０ｈにおいても、反りが生じていることに変わりはなかった。これに対して、材質の熱膨張係数が第１の層基材４１と第２の層基材４２とで同じ変位部材４０ｉでは、温度変化を与えても反りが生じず、振動も生じなかった。したがって、いずれの変位部材４０ａ〜４０ｈ（第１の層基材４１および第２の層基材４２の材質の組み合わせ）をノズル基板３０に適用しても、上述したインクの攪拌による乾燥および成分の沈降を抑えることができると考えられる。

以上のように、ノズル基板３０の変位部材４０が、熱膨張係数が互いに異なる第１の層基材４１および第２の層基材４２と、加熱体４３とを含んでいるので、加熱体４３が第１の層基材４１および第２の層基材４２を加熱したときに、変位部材４０に反りが生じ、これによって、ノズル３０ａの近傍のインクが確実に攪拌される。したがって、例えばヘッド基板２１に循環流路部を設けてインクを循環させなくても、上記した変位部材４０によるインクの攪拌によって、インクの乾燥およびインクに含まれる成分の沈降を抑えることができる。よって、ヘッド基板２１において、圧力室２１ａを高密度に配置することが可能となり、ノズル基板３０においても、圧力室２１ａと連通するノズル３０ａを高密度に配置することが可能となる。

つまり、ノズル基板３０が変位部材４０を有していることにより、ノズル３０ａの高密度配置に支障を来たすことなく、ノズル３０ａの近傍のインクを確実に攪拌して、インクの乾燥および成分の沈降を確実に抑えることができる。その結果、インクジェット駆動装置の小型化および高解像度化を図りつつ、インクの吐出速度の低下や吐出不良を確実に抑えて、インクの吐出特性を確実に向上させることができる。

また、第１の層基材４１、第２の層基材４２および加熱体４３は、ノズル基板３０の厚み方向に並んで位置しているため、第１の層基材４１および第２の層基材４２が熱膨張したときに、変位部材４０が圧力室２１ａ側に凸または凹となるように反る。このような変位部材４０の変位により、ノズル３０ａの近傍のインクを確実に攪拌することができる。

また、加熱体４３は、第１の層基材４１と第２の層基材４２との間に位置しているため、加熱体４３によって第１の層基材４１および第２の層基材４２を同時に、かつ、直接加熱して熱膨張させることができる。これにより、第１の層基材４１および第２の層基材４２の熱膨張および熱膨張係数の差によって、変位部材４０の反りを確実に生じさせることができる。

また、ノズル基板３０は、変位部材４０のみで構成されており、変位部材４０がノズル０ａを有しているため、変位部材４０が反ると、ノズル３０ａが移動するとともに、ノズル３０ａ内のインクが移動する。これにより、変位部材４０の反りによる成分の沈降を抑える効果と、ノズル３０ａ内のインクの乾燥を抑える効果とを確実に得ることができ、インクの吐出特性を確実に向上させることができる。

ところで、変位部材４０の反り（変位）によるノズル面の振動は、インク滴の吐出時、非吐出時（吐出待機時）のいずれにおいても行うことができる。つまり、加熱体４３は、ノズル３０ａからのインクの吐出時であっても、非吐出時であっても、第１の層基材４１および第２の層基材４２を加熱して、変位部材４０を変位させ、これによって、上述の効果を得ることができる。

特に、加熱体４３は、ノズル３０ａからのインクの非吐出時において、第１の層基材４１および第２の層基材４２を加熱することが望ましい。この場合、第１の層基材４１および第２の層基材４２の加熱によって変位部材４０が反り、ノズル３０ａが移動しても、ノズル３０ａからインクが吐出されることはないので、ノズル３０ａの移動によって、吐出方向が変化したり、記録媒体上のインクの着弾位置が変化するなど、インクの吐出特性の低下が生じることはない。

また、駆動回路４４を用いることにより、駆動回路４４から加熱体４３に電気信号を与えて、加熱体４３を容易に発熱させることができる。これにより、第１の層基材４１および第２の層基材４２を容易に熱膨張させて、変位部材４０を容易に変位させることができる。

特に、駆動回路４４は、図７で示したような周期的なパルス波形を持つ電気信号を加熱体４３に与えることで、加熱体４３を発熱させるため、第１の層基材４１および第２の層基材４２を周期的に加熱して、変位部材４０を振動させることができる。このような変位部材４０の振動により、ノズル３０ａ近傍のインクを確実に攪拌させることができる。

なお、変位部材４０の変位の仕方は、上記の振動（短期的な上下動）に限定されるわけではない。例えば、電気信号のパルス波形の周期を長くすることにより、上記電気信号を加熱体４３に印加したときに、変位部材４０を圧力室２１ａ側に反らせて一定時間静止させ、その後、変位部材４０を元の状態に戻して一定時間静止させる、という動作を繰り返すことが可能となる。このような変位部材４０の変位の仕方でも、ノズル３０ａ近傍のインクを攪拌することができるため、上述した本実施形態の効果を得ることができる。

また、第１の層基材４１および第２の層基材４２が、ガラス、樹脂、金属のいずれかで構成されていることにより、熱膨張係数が互いに異なる第１の層基材４１および第２の層基材４２を確実に実現することができる。

また、圧電素子２７は、ヘッド基板２１によって支持されているため、圧電素子２７によって、ヘッド基板２１の圧力室２１ａに圧力変動を確実に与えて、圧力室２１ａ内のインクをノズル３０ａから吐出させることができる。また、上記の圧電素子２７は、圧電薄膜２５を一対の電極（上部電極２６、下部電極２４）で挟んで構成されているので、圧電薄膜２５の圧電効果を利用して、圧力室２１ａに圧力変動を容易に与えることができる。

ところで、ノズル基板３０は、中間基板（図示せず）を介してヘッド基板２１と貼り合わされていてもよい。ただし、上述したノズル基板３０（変位部材４０）の変位によって、圧力室２１ａ内およびノズル３０ａの近傍のインクを効率よく攪拌させる観点では、ノズル基板３０は、ノズル３０ａが圧力室２１ａと連通するように、ヘッド基板２１に接着剤等によって直接貼り合わされていることが望ましい。

〔インクジェットヘッドの他の構成〕
ところで、図８は、インクジェットヘッド２の他の構成を示している。同図に示すように、インクジェットヘッド２は、加熱体４３に電気信号を与える駆動回路４４の代わりに、ヒータ６１と、伝熱部材６２とを有していてもよい。ヒータ６１は、熱を発生させる発熱部である。伝熱部材６２は、発熱部６１にて発生した熱を、加熱体４３に伝導する部材である。伝熱部材６２は、熱伝導率の高い材料で構成される。例えば、カーボンナノチューブ（熱伝導率；３０００〜５５００Ｗ／（ｍ・Ｋ））、銅（熱伝導率；３９８Ｗ／（ｍ・Ｋ））、金（熱伝導率；３２０Ｗ／（ｍ・Ｋ））、アルミニウム（熱伝導率；２３６Ｗ／（ｍ・Ｋ））、ステンレス鋼（熱伝導率；１６．７〜２０．９Ｗ／（ｍ・Ｋ））、などの材料で伝熱部材６２を構成することにより、ヒータ６１で発生した熱を効率よく発熱体４３に伝導することができる。

加熱体４３は、伝熱部材６２を介して伝導されるヒータ６１の熱によって、第１の層基材４１および第２の層基材４２を加熱し、熱膨張させることができる。したがって、このような構成であっても、変位部材４０を変位させることができる。

また、図９は、インクジェットヘッド２のさらに他の構成を示している。上述したヘッド基板２１は、圧力室２１ａから排出されたインクを循環させるための流路となる循環流路部２１ｍをさらに有していてもよい。循環流路部２１ｍは、図示しないポンプと接続されており、ポンプの駆動により、圧力室２１ａ内のインクが循環流路部２１ｍを介して圧力室２１ａの外部との間で循環する。

この構成では、変位部材４０の変位によるインクの攪拌と、循環流路部２１ｍを介したインクの循環とを組み合わせることにより、ノズル３０ａの近傍のインクの成分の沈降およびインクの乾燥をより確実に抑えることができる。なお、変位部材４０を用いることにより、インクを攪拌できるため、循環流路部２１ｍを設ける構成であっても、インクの攪拌のために循環流路部２１ｍを大型化する必要がない。したがって、循環流路部２１ｍは小型で済み、ヘッド基板２１の流路構成が複雑になることもない。よって、循環流路部２１ｍを設ける構成であっても、ノズル３０ａの高密度配置による高解像度化および装置の小型化を図りながら、インクの乾燥および沈降を抑えることができる。

また、図１０は、インクジェットヘッド２のさらに他の構成を示している。同図に示すように、ノズル基板３０は、上述した変位部材４０と、剛性基板７０とで構成されていてもよい。

剛性基板７０は、例えば厚さが１５０μｍ程度のＳｉ基板で構成されており、ヘッド基板２１に貼り合わされている。Ｓｉ基板は、剛性が高く、また、熱膨張係数も低いため（熱膨張係数；２．４×１０^-6／Ｋ）、加熱体４３の加熱によって変位部材４０が変位しても、剛性基板７０が熱によって反ったり、振動することはない。なお、剛性基板７０は、剛性を有する基板であればよく、Ｓｉ基板には限定されない。

剛性基板７０には、インク吐出孔となる上述したノズル３０ａと、変位部材４０によって覆われる開口部７０ａとが設けられている。開口部７０ａは、ノズル３０ａの周囲に複数（例えば２つ）設けられている。なお、開口部７０ａの個数は１つであってもよい。

図１１は、剛性基板７０を圧力室２１ａ側から見たときの平面図である。各開口部７０ａは、ノズル３０ａに対して点対称となる位置に設けられている。そして、変位部材４０は、各開口部７０ａのそれぞれに対応して位置している。つまり、変位部材４０は、対応する開口部７０ａを圧力室２１ａ側から覆っている。変位部材４０の剛性基板７０に対する固定は、例えば接着剤によって行われる。

駆動回路４４と加熱体４３（図６等参照）とは、開口部７０ａを通る配線によって電気的に接続されている。なお、剛性基板７０を貫通するように上記配線を設けて、駆動回路４４から加熱体４３に電気信号を印加する構成としてもよい。

変位部材４０は、剛性基板７０の開口部７０ａを覆っているため、加熱体４３の加熱による第１の層基材４１および第２の層基材４２の熱膨張により、開口部７０ａ側に凸または凹となるように反ることができる。これにより、ノズル３０ａの近傍のインクを攪拌することができる。また、変位部材４０ではなく、剛性基板７０がノズル３０ａを有しているため、変位部材４０が変位しても、剛性基板７０のノズル３０ａの位置は変化しない。このため、インク吐出時において、変位部材４０を変位させ、ノズル３０ａの近傍のインクを攪拌させても、ノズル３０ａの位置が変化しないため、インクの吐出特性（例えば吐出方向や着弾位置）が安定する。

また、変位部材４０は、剛性基板７０の開口部７０ａを圧力室２１ａ側から覆っているため、開口部７０ａ内にインクが入ることは全くなく、インクに含まれる沈降成分が上記開口部７０ａ内に留まる心配が全くない。

また、剛性基板７０において、ノズル３０ａの周囲に開口部７０ａが複数設けられており、変位部材４０が、複数の開口部７０ａのそれぞれに対応して位置しているため、各開口部７０ａに対応する変位部材４０の変位によって、ノズル３０ａの近傍のインクを確実に攪拌させることができる。

また、ノズル３０ａは、変位部材４０とは別部材である剛性基板７０に設けられており、変位部材４０が変位しても、ノズル３０ａが変位することはないため、インクの非吐出時は勿論のこと、インクの吐出時であっても、変位部材４０の変位により、インクの吐出特性を低下させることなく、ノズル３０ａの近傍のインクを攪拌させることができる。以上のことから、加熱体４３は、インクの非吐出時および吐出時の少なくとも一方において、第１の層基材４１および第２の層基材４２を加熱して、変位部材４０を変位させればよいと言える。

ところで、ノズル基板３０が変位部材４０と剛性基板７０とを有する構成では、変位部材４０の位置は、図１０の位置には限定されない。例えば、図１２に示すように、変位部材４０は、剛性基板７０の圧力室２１ａ側の面７０ｂ（ノズル面）と面一となるように、開口部７０ａ内に位置していてもよいし、図１３に示すように、圧力室２１ａとは反対側から開口部７０ａを覆うように剛性基板７０に貼り付けられていてもよい。ただし、図１３のように変位部材４０が位置していると、変位部材４０の変位によってインクが攪拌されても、インクに含まれる沈降成分が開口部７０ａ内に留まるおそれがある。このような不都合を確実に回避する観点では、変位部材４０は、図１０のように、圧力室２１ａ側から開口部７０ａを覆うように設けられるか、図１２のように、面７０ｂと面一となるように開口部７０ａ内に設けられることが望ましい。

なお、以上では、駆動素子として圧電素子２７を用い、この圧電素子２７によって圧力室２１ａ内のインクに圧力を付与する構成について説明したが、熱や静電気を利用して、圧力室２１ａ内のインクに圧力を付与する構成であってもよい。つまり、圧力室２１ａ内に発熱素子を配置して、発熱素子の発熱で発生するバブルによってノズル３０ａからインクを吐出させる構成や、振動板２２と電極との間に静電気を発生させて、静電気力によって振動板２２を変形させ、ノズル３０ａからインクを吐出させる構成のインクジェットヘッド２にも、上述した変位部材４０を適用して本実施形態の効果を得ることができる。

なお、以上では、画像形成用のインクを吐出するインクジェットヘッド２およびインクジェットプリンタ１を例に挙げて説明したが、吐出するインクは、画像形成用のインクには限定されない。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材、有機ＥＬディスプレイやＦＥＤ（電界放出ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料、等の液体をインクとして用いてもよい。

本発明のインクジェット駆動装置は、例えばインクジェットヘッドやインクジェットプリンタに利用可能である。

１ インクジェットプリンタ（インクジェット駆動装置）
２ インクジェットヘッド（インクジェット駆動装置）
２１ ヘッド基板
２１ａ 圧力室
２１ｍ 循環流路部
２４ 下部電極（電極）
２５ 圧電薄膜
２６ 上部電極（電極）
２７ 圧電素子（駆動素子）
３０ ノズル基板
３０ａ ノズル
４０ 変位部材
４１ 第１の層基材
４２ 第２の層基材
４３ 加熱体
４４ 駆動回路（加熱体駆動部）
６１ ヒータ（発熱部）
６２ 伝熱部材
７０ 剛性基板
７０ａ 開口部
７０ｂ 面

Claims (18)

1. インクを収容する圧力室と、
   前記圧力室と連通するノズルを有するノズル基板と、
   前記圧力室に圧力変動を与えることにより、前記圧力室内のインクを前記ノズルから吐出させる駆動素子とを備えたインクジェット駆動装置であって、
   前記ノズル基板は、変位部材を有しており、
   前記変位部材は、
   熱膨張係数が互いに異なる第１および第２の層基材と、
   前記第１および第２の層基材を加熱する加熱体とを含んでいることを特徴とするインクジェット駆動装置。
2. 前記第１および第２の層基材と前記加熱体とは、前記ノズル基板の厚み方向に並んで位置していることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット駆動装置。
3. 前記加熱体は、前記第１の層基材と前記第２の層基材との間に位置していることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェット駆動装置。
4. 前記ノズル基板は、前記変位部材のみで構成されており、
   前記変位部材は、前記ノズルを有していることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のインクジェット駆動装置。
5. 前記加熱体は、前記インクの前記ノズルからの非吐出時において、前記第１および第２の層基材を加熱することを特徴とする請求項４に記載のインクジェット駆動装置。
6. 前記ノズル基板は、前記ノズルと、開口部とを有する剛性基板をさらに有しており、
   前記変位部材は、前記開口部を覆うように前記剛性基板に設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のインクジェット駆動装置。
7. 前記変位部材は、前記開口部を前記圧力室側から覆うように前記剛性基板に設けられていることを特徴とする請求項６に記載のインクジェット駆動装置。
8. 前記ノズル基板は、前記ノズルと、開口部とを有する剛性基板をさらに有しており、
   前記変位部材は、前記剛性基板の前記圧力室側の面と面一となるように、前記開口部内に位置していることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のインクジェット駆動装置。
9. 前記剛性基板は、前記開口部を、前記ノズルの周囲に複数有しており、
   前記変位部材は、前記複数の開口部のそれぞれに対応して位置していることを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載のインクジェット駆動装置。
10. 前記加熱体は、前記インクの前記ノズルからの非吐出時および吐出時の少なくとも一方において、前記第１および第２の層基材を加熱することを特徴とする請求項６から９のいずれかに記載のインクジェット駆動装置。
11. 前記加熱体に電気信号を与えることにより、前記加熱体を発熱させる加熱体駆動部をさらに備えていることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載のインクジェット駆動装置。
12. 前記加熱体駆動部は、周期的なパルス波形を持つ前記電気信号を前記加熱体に与えることにより、前記加熱体を発熱させることを特徴とする請求項１１に記載のインクジェット駆動装置。
13. 熱を発生させる発熱部と、
    前記発熱部にて発生した熱を、前記加熱体に伝導する伝熱部材とをさらに備えていることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載のインクジェット駆動装置。
14. 前記第１および第２の層基材は、ガラス、樹脂、金属のいずれかで構成されていることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載のインクジェット駆動装置。
15. 前記圧力室を有するヘッド基板をさらに備え、
    前記駆動素子は、前記ヘッド基板によって支持されていることを特徴とする請求項１から１４のいずれかに記載のインクジェット駆動装置。
16. 前記ノズル基板は、前記ノズルが前記圧力室と連通するように、前記ヘッド基板に貼り合わされていることを特徴とする請求項１５に記載のインクジェット駆動装置。
17. 前記ヘッド基板は、前記圧力室から排出されたインクを循環させるための流路となる循環流路部をさらに有していることを特徴とする請求項１５または１６に記載のインクジェット駆動装置。
18. 前記駆動素子は、圧電薄膜を一対の電極で挟んだ圧電素子であることを特徴とする請求項１から１７のいずれかに記載のインクジェット駆動装置。

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