JP2023144937A - 液体吐出ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】複数の圧力室と、複数の圧電素子との位置精度を確保できる液体吐出ヘッドを提供する。【解決手段】一実施形態にかかる液体吐出ヘッドは、アクチュエータ部と、流路部材と、ノズルプレートと、を備える。アクチュエータ部は、複数の第１圧電素子と、支柱素子と、を有する。流路部材は、前記アクチュエータ部の一方側に積層され、前記複数の第１圧電素子に対向する複数の圧力室と、前記支柱素子に対向する開口部を有する第１窓部と、を備える。ノズルプレートは、前記流路部材の一方側に積層され、前記複数の圧力室に対向する複数のノズルと、前記第１窓部に対向する開口部または光透過部を有する第２窓部と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、液体吐出ヘッドに関する。

インクジェットヘッドなどの液体吐出ヘッドにおいて、ＰＺＴ等の圧電体で構成されるアクチュエータを用いて振動板を変形させることで、振動板に面する圧力室を変形させて、圧力室に連通するノズルからインクを吐出させる方式が用いられている。例えば液体吐出ヘッドは、複数の駆動素子を有するアクチュエータ部材と、複数の圧力室や所定の流路を形成する流路部材と、を備える。

例えばアクチュエータは、圧電部材に溝が加工され複数の圧電素子が並列して形成される。そして、駆動対象の圧電素子に電圧を印加することで、当該圧電素子に対向する圧力室内のインクに振動を与え、圧力室に連通するノズルからインク滴を吐出させる。

特開２０１２－６１６０６号公報 特開２０１３－１６６２６１号公報

本発明が解決しようとする課題は、複数の圧力室と、複数の圧電素子との位置精度を確保できる液体吐出ヘッドを提供することである。

一実施形態に係る液体吐出ヘッドは、アクチュエータ部と、流路部材と、ノズルプレートと、を備える。アクチュエータ部は、複数の第１圧電素子と、支柱素子と、を有する。流路部材は、前記アクチュエータ部の一方側に積層され、前記複数の第１圧電素子に対向する複数の圧力室と、前記支柱素子に対向する開口部を有する第１窓部と、を備える。ノズルプレートは、前記流路部材の一方側に積層され、前記複数の圧力室に対向する複数のノズルと、前記第１窓部に対向する開口部または光透過部を有する第２窓部と、を有する。

第１実施形態に係るインクジェットヘッドの構成を示す平面図。 同インクジェットヘッドの構成を示す断面図。 同インクジェットヘッドの構成を示す断面図。 第１実施形態に係るインクジェット記録装置の概略構成を示す説明図。 他の実施形態に係るインクジェットヘッドの構成を示す平面図。 同インクジェットヘッドの構成を示す平面図。 他の実施形態に係るインクジェットヘッドの流路窓部の構成を示す説明図。

以下に、第１実施形態に係る液体吐出ヘッドであるインクジェットヘッド１及び液体吐出装置であるインクジェット記録装置１００について、図１乃至図４を参照して説明する。図１は、インクジェットヘッド１の概略構成を示す平面図であり、図２及び図３はインクジェットヘッド１の構成を示す断面図である。図４はインクジェット記録装置１００の概略構成を示す説明図である。図中矢印Ｘ、Ｙ、Ｚは互いに直交する３方向をそれぞれ示す。各図において説明のため、適宜構成を拡大、縮小または省略して示す。

図１乃至図３に示すように、インクジェットヘッド１は、ベース１０と、複数のアクチュエータ部２０と、流路部材４０と、複数のノズル５１を有するノズルプレート５０と、構造部としてのフレーム部６０と、駆動回路７０と、を備える。一例として、インクジェットヘッド１は、アクチュエータ部２０を２つ備え、複数のノズル５１が列方向（Ｘ方向）に並ぶノズル列、複数の圧力室３１が列方向に並ぶ圧力室列、及び複数の圧電素子２１、２２、及び支柱素子２５が列方向に並ぶ素子列をそれぞれ２列ずつ有する。

ベース１０は、例えば、矩形板状に形成される。

アクチュエータ部２０は、ベース１０の積層方向の一方側に、接合される。アクチュエータ部２０は、例えばベース１０上に複数並列して設けられる。

各アクチュエータ部２０は、例えば、圧電部材で構成され、列方向に沿って交互に配列される複数の駆動圧電素子２１（第１圧電素子）及び複数の非駆動圧電素子２２（第２圧電素子）と、これらの圧電素子２１、２２の列の端部に配される支柱素子２５と、さらに列方向において支柱素子２５の外側に配される圧電構造部２６と、を備える。

各アクチュエータ部２０において、複数の駆動圧電素子２１及び複数の非駆動圧電素子２２と、両端の支柱素子２５とは、一定の間隔で一方向に並ぶ。

一例として、複数の駆動圧電素子２１及び複数の非駆動圧電素子２２と、両端の支柱素子２５は、いずれも外形が同形状の直方体の柱状に構成される。アクチュエータ部２０は、複数の溝２３により、複数に分割され、複数の駆動圧電素子２１、非駆動圧電素子２２、及び支柱素子２５は、全て、同じ幅の溝２３によって、同ピッチで列方向に並んでいる。

複数の圧電素子２１、２２、及び支柱素子２５が互いに溝２３によって離間してもよく、ベース１０側で一体に繋がっていてもよい。例えば、積層圧電部材の積層方向の一方側から溝２３を形成する際に、溝２３の深さを積層圧電部材の積層方向の全長よりも短く設定することで、一端側が複数に分割され、他端側が連結する形状とすることが可能である。

例えば複数の駆動圧電素子２１及び複数の非駆動圧電素子２２と、両端の支柱素子２５は、それぞれ、積層方向から見た平面視において、短手方向が素子列の列方向に沿うとともに、長手方向が列方向及び積層方向に対して直交する延出方向に沿う、矩形状に構成される。

駆動圧電素子２１は、積層方向において、流路部材４０に形成された複数の圧力室３１にそれぞれ対向する位置に配列される。一例として、駆動圧電素子２１の列方向及び延出方向の中心位置と、圧力室３１の列方向及び延出方向の中心位置とが、積層方向に並んで配列される。

非駆動圧電素子２２は、積層方向において、流路部材４０に形成された複数の隔壁部４２にそれぞれ対向する位置に配列される。一例として、駆動圧電素子２１の列方向及び延出方向の中心位置と、隔壁部４２の列方向及び延出方向の中心位置とが、積層方向に並んで配列される。

支柱素子２５は、積層方向において流路部材４０に形成される流路窓部４４（第１窓部）、及びノズルプレート５０に形成されるノズル窓部５２（第２窓部）に連続する位置に配列される。一例として、支柱素子２５の列方向及び延出方向の中心位置と、ノズル窓部５２、流路窓部４４、の列方向及び延出方向の中心位置とが、積層方向に並んで配列される。

なお、例えば実施形態に示すノズル５１の配列によって、列の端部に配される非駆動圧電素子２２と、支柱素子２５との間に、別の非駆動圧電素子２２が配置されていてもよい。本実施形態においては、一方の素子列の一端側の端部と、他方の素子列の他端側の端部においては、端部に配される圧電素子２２と支柱素子２５との間に、２つの非駆動圧電素子２２が配され、一方の素子列の他端側の端部と、他方の素子列の一端側の端部においては、端部に配される圧電素子２２と支柱素子２５との間に、１つの非駆動圧電素子２２が配されることにより、２列の両端にそれぞれ形成された支柱素子２５が延出方向に並んで配置される。

圧電構造部２６は、駆動圧電素子２１、非駆動圧電素子２２、及び支柱素子２５が並ぶ素子列の列方向の外側に配置される。圧電構造部２６は、素子列を構成する圧電素子２１、２２、及び支柱素子２５と同じ積層構造を有し、マニホールド４０５とベース１０とに挟持される構造体である。

例えばアクチュエータ部２０は、予めベース１０に接合された積層型圧電部材を、ベース１０側とは反対側の端面からダイシング加工して溝２３を形成することで、矩形の柱状に形成された複数の圧電素子を所定の間隔で形成する。そして、形成された複数の柱状の素子に、電極等が設けられ、交互に配置された複数の駆動圧電素子２１及び複数の非駆動圧電素子２２と、並び方向の端部に配置された支柱素子２５とが形成される。複数の駆動圧電素子２１及び複数の非駆動圧電素子２２は、列方向において、溝２３を挟んで交互に並列配置され、さらにこれら圧電素子２１、２２の列方向のいずれか一方または両方の端部に、溝２３を挟んで、支柱素子２５が配置される。

例えば、アクチュエータ部２０を構成する積層型圧電部材は、シート状の圧電材料を積層して焼結することで形成される。

駆動圧電素子２１、非駆動圧電素子２２、及び支柱素子２５を構成する圧電部材は、例えば積層圧電体である。駆動圧電素子２１、非駆動圧電素子２２、及び支柱素子２５は、積層された複数の圧電体層２１１と、各圧電体層２１１の主面に形成される内部電極２２１、２２２と、を備える。なお、一例として、駆動圧電素子２１、非駆動圧電素子２２、及び支柱素子２５は同じ積層構造である。そして、駆動圧電素子２１及び非駆動圧電素子２２は、表面に形成された外部電極２２３、２２４を備える。

圧電体層２１１は、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）系、または無鉛のＫＮＮ（ニオブ酸ナトリウムカリウム）系等の圧電材料から薄板状に構成される。複数の圧電体層２１１は厚さ方向が積層方向に沿って積層され、互いに接着されている。

内部電極２２１、２２２は、銀パラジウムなどの焼成可能な導電性材料で所定形状に構成される導電膜である。内部電極２２１、２２２は各圧電体層２１１の主面の所定領域に形成される。内部電極２２１、２２２は、互いに異なる極である。例えば、一方の内部電極２２１は、複数の駆動圧電素子２１及び複数の非駆動圧電素子２２の並び方向である列方向（Ｘ方向）、圧電体層２１１の積層方向（Ｚ方向）の双方と直交する方向である延出方向（Ｙ方向）において、圧電体層２１１の一方の端部に至り、圧電体層２１１の他方の端部には至らない領域に形成される。他方の内部電極２２２は、延出方向において、圧電体層２１１の一方の端部には至らず、圧電体層２１１の他方の端部に至る領域に形成される。内部電極２２１、２２２は圧電素子２１、２２の側面に形成される外部電極２２３、２２４にそれぞれ接続される。

また駆動圧電素子２１、非駆動圧電素子２２、及び支柱素子２５を構成する積層圧電部材は、積層方向のベース１０側とノズルプレート５０側の端部のいずれかまたは両方に、ダミー層２１２をさらに備える。ダミー層２１２は例えば圧電体層２１１と同材料で構成され、電極を片側にしか有さず、電界がかからないので変形しない。例えばダミー層２１２は圧電体としては機能せず、アクチュエータ部２０をベース１０に固定するベースとなり、あるいは組立中や組立後の精度を出すために研磨する研磨代となる。

外部電極２２３、２２４は、複数の駆動圧電素子２１及び複数の非駆動圧電素子２２の表面に形成され、内部電極２２１、２２２の端部を集めて構成される。例えば外部電極２２３、２２４は、圧電体層２１１の延出方向における一方の端面と他方の端面とに、それぞれ形成される。外部電極２２３、２２４はメッキ法やスパッタ法など既知の方法で、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕなどにより成膜される。外部電極２２３と外部電極２２４は、異なる極である。外部電極２２３と外部電極２２４とは、複数の駆動圧電素子２１及び複数の非駆動圧電素子２２の異なる側面部にそれぞれ配置されている。なお、外部電極２２３と２２４とは、複数の駆動圧電素子２１及び複数の非駆動圧電素子２２の同じ側面部のうち、異なる領域に取り回されていてもよい。

本実施形態において一例として外部電極２２３を個別電極、外部電極２２４を共通電極とする。複数の駆動圧電素子２１及び複数の非駆動圧電素子２２の個別電極となる外部電極２２３は、電極層が溝２３によって分割され、互いに独立して配置される。共通電極となる外部電極２２４は、電極層が互いに連結され、例えば接地される。外部電極２２３、２２４は、例えば配線フィルムを介して駆動回路７０に接続される。例えば、個々の外部電極２２３、２２４は、配線フィルムにより駆動回路７０のドライバを介して、駆動部としての制御部１５０に接続され、プロセッサ１５１による制御によって駆動制御可能に構成される。なお、共通電極と個別電極の配置は逆であってもよい。

一例として、各圧電素子２１、２２、及び支柱素子２５は、圧電体層２１１の積層数を５０層以下、各層の厚さを１０μｍ～４０μｍ、厚さと総積層数の積を１０００μｍ未満とする。また、本実施形態において、例えば解像度を６００ｄｐｉ以上とし、駆動圧電素子２１、２２は３００ｄｐｉ以上とする。すなわち駆動圧電素子２１及び非駆動圧電素子２２の素子列のピッチは約８５μｍ以下であり、例えば１つの溝２３の溝幅に３０μｍ程度を確保した場合、圧電素子幅は５５μｍ以下である。

駆動圧電素子２１は、外部電極２２３、２２４を介して内部電極２２１、２２２に電圧が印加されることで、圧電体層２１１の積層方向に沿って縦振動する。ここで言う縦振動とは、例えば「圧電定数ｄ３３で定義される厚み方向の振動」である。駆動圧電素子２１は、縦振動により、振動板３０を変位させ、圧力室３１を変形させる。

流路部材４０は、積層方向においてアクチュエータ部２０の一方側に対向配置される振動板３０と、振動板３０の一方側に積層されるマニホールド４０５と、を備える。

振動板３０は積層方向においてマニホールド４０５とアクチュエータ部２０との間に設けられる。振動板３０は、マニホールド４０５とともに、流路部材４０を構成する。

振動板３０は積層方向と直交する面に沿って延び、複数の駆動圧電素子２１、２２の圧電体層２１１の積層方向の一方側、即ち、ノズルプレート５０側の面に接合される。振動板３０は、例えば変形可能に構成される。振動板３０は、アクチュエータ部２０の駆動圧電素子２１及び非駆動圧電素子２２と、フレーム部６０と、に接合される。例えば振動板３０は、圧電素子２１、２２に対向する振動領域３０１と、フレーム部６０に対向する支持領域３０２と、を有する。

振動領域３０１は、例えば厚さ方向が圧電体層２１１の積層方向となるように配された平板状である。振動板３０は、複数の駆動圧電素子２１及び複数の非駆動圧電素子２２の並び方向に面方向が延びる。振動板３０は、例えば金属板である。振動板３０は、各圧力室３１に対向するとともに個別に変位可能な複数の振動部位を有する。振動板３０は、複数の振動部位が一体に連なって形成される。

一例として、振動板３０はＳＵＳ板で構成され、積層方向に沿う厚さ寸法は５μｍ～１５μｍ程度に構成される。なお、振動領域３０１は、複数の振動部位が、変位しやすいように、振動部位と隣接する部位あるいは互いに隣接する振動部位間に、折り目や段差が形成されていてもよい。振動領域３０１は、駆動圧電素子２１の伸長と圧縮によって、当該駆動圧電素子２１に対向配置された部位が変位することで、変形する。例えば、振動板３０は非常に薄く複雑な形状が必要なため、電鋳法等により、形成される。振動板３０アクチュエータ部２０の上端面に接着などで接合される。

支持領域３０２は、フレーム部６０とマニホールド４０５との間に配置される板状部材である。支持領域３０２は、共通室３２に連通する貫通孔を有する連通部３０３と、貫通孔を有し、流路窓部４４の一部を構成する開口部３０４と、を備える。

例えば連通部３０３は液体が通過可能な多数の細孔を有するフィルタ部材を備える。

開口部３０４は、他の流路基板４０１、４０２、４０３の第３開口４０１３、４０２３、４０３３と重ねて配置されることで流路窓部４４を構成する。開口部３０４は、積層方向において支柱素子２５、ノズル窓部５２と連続する位置に形成される。例えば、開口部３０４は支柱素子２５の端面を含む領域が開口する貫通孔である。例えば、開口部３０４は、列方向及び延出方向において対向する少なくとも２箇所に、それぞれ配置される。一例として、本実施形態においては、２列の振動領域３０１の列方向における両端となる４箇所にそれぞれ、形成される。なお、複数の開口部３０４の構成は互いに同じ形状であっても、異なる形状であってもよい。

マニホールド４０５は、積層方向においてノズルプレート５０と振動板３０の間に配置される。マニホールドは振動板３０の積層方向の一方側に接合される。

マニホールド４０５は、積層される複数枚の流路基板４０１、４０２、４０３を備える。一例として、マニホールド４０５は、第１流路基板４０１と、第２流路基板４０２と、第３流路基板４０３と、を積層して備える。

マニホールド４０５は、ノズルプレート５０と振動板３０との間に配される。マニホールド４０５は、複数の流路基板４０１、４０２、４０３が積層され、互いに接合されることにより、内部に、複数の圧力室３１と、共通室３２に連通する共通流路３３と、共通流路３３から圧力室３１に至る複数の個別流路３４と、を有する所定のインク流路３５（液室）と、を形成する。言い換えるとマニホールド４０５は、積層される複数の流路基板４０１、４０２、４０３によって、複数の圧力室３１、複数の個別流路３４及び共通流路３３で構成されるインク流路３５（液室）を囲む周壁部４１と、複数の圧力室３１を隔てる複数の流路支柱としての隔壁部４２と、複数の個別流路３４を隔てる側壁部４３と、を備える。またマニホールド４０５には、積層される複数の流路基板４０１、４０２、４０３の第３開口４０１３、４０２３、４０３３が連続することにより、流路窓部４４の一部が形成される。マニホールド４０５において、インク流路３５と流路窓部４４とは隔てられている。

第１流路基板４０１は、振動板３０に接合される。第１流路基板４０１は、振動板３０と同形状の板状部材であり、圧力室３１の一部を形成する第１開口４０１１と、共通流路３３の一部を構成する第２開口４０１２と、複数の流路窓部４４の一部を構成する複数の第３開口４０１３と、を有する。

第２流路基板４０２は、第１流路基板４０１に接合される。第２流路基板４０２は、振動板３０と同形状の外形を有する板状部材であり、圧力室３１の一部を形成する第１開口４０２１と、共通流路３３の一部を構成する第２開口４０２２と、複数の流路窓部４４の一部を構成する複数の第３開口４０２３と、第１開口４０２１と第２開口４０２２とを連通し個別流路３４を構成する連通溝４０２４と、を有する。第２流路基板４０２は、個別流路３４を形成する壁部材である側壁部４３を有する。

第３流路基板４０３は、第２流路基板４０２に接合される。第３流路基板４０３は、振動板３０と外形が同形状の板状部材であり、圧力室３１の一部を形成する第１開口４０３１と、複数の流路窓部４４の一部を構成する複数の第３開口４０３３と、を有する。

複数の圧力室３１は、振動板３０の振動領域３０１の一方側に形成される空間であり、積層方向に並ぶ複数の流路基板４０１、４０２、４０３の第１開口４０１１、４０２１、４０３１によって構成される。各圧力室３１は、ノズルプレート５０に形成されたノズル５１に連通する。また、圧力室３１は、ノズルプレート５０の反対側が振動板３０によって塞がれる。

複数の圧力室３１は、個別流路３４、共通流路３３を経て連通部３０３を介して共通室３２に連通する。圧力室３１は共通室３２から供給される液体を保有し、圧力室３１の一部を形成する振動板３０の振動によって変形することで、ノズル５１から液体を吐出する。

隔壁部４２は、複数の圧力室３１間を並び方向において隔てる壁状部材である。隔壁部４２は振動板３０を介して、非駆動圧電素子２２に対向配置され、非駆動圧電素子２２によって支持される。隔壁部４２は、複数の圧力室３１が並ぶピッチと同ピッチで複数設けられる。

側壁部４３は、複数の個別流路３４間を列方向において隔てる壁状部材である。例えば側壁部４３は圧力室３１の入口に設けられている。側壁部４３は、個別流路３４の流路抵抗が圧力室３１内部よりも大きく、個別流路３４の流路断面積が圧力室３１内よりも小さくなるように、構成される。側壁部４３は、複数の圧力室３１が並ぶピッチと同ピッチで複数設けられる。

複数の流路窓部４４は、積層される複数の流路基板４０１、４０２、４０３、及び振動板３０にそれぞれ形成された第３開口４０１３、４０２３、４０３３、及び開口部３０４が積層方向に連続して形成される貫通孔である。流路窓部４４は、支柱素子２５の位置を光学的に検出するための確認窓１１の一部を構成する。なお、流路窓部４４は、流路部材４０のインク流路３５とは隔てられている。

例えば、流路窓部４４は、列方向及び延出方向において対向する少なくとも２箇所に、それぞれ配置される。一例として、本実施形態においては、２列の両端となる４箇所にそれぞれ、形成される。なお、複数の流路窓部４４の構成は互いに同じ形状であっても、異なる形状であってもよい。

ノズルプレート５０は、例えばＳＵＳ・Ｎｉなどの金属やポリイミドなどの樹脂材料からなる厚さ１０μｍ～１００μｍ程度の方形の板状に構成される。ノズルプレート５０は圧力室３１の一方側の開口を覆うように、マニホールド４０５の一方側に配置されている。ノズルプレート５０には、厚さ方向に貫通する複数のノズル５１と、確認窓１１の一部を構成するノズル窓部５２が形成される。

ノズル５１は圧力室３１の並び方向と同じ第１方向に複数並び、ノズル列が形成される。例えばノズル５１は、２列設けられ、各ノズル５１が、２列に配列された複数の圧力室３１に対応する位置にそれぞれ設けられている。本実施形態において、ノズル５１は、圧力室３１の、延出方向における端部の位置に、それぞれ設けられている。例えば一方の列のノズル５１と他方の列のノズル５１の位置が交互にずれて配置され、ジグザグ状に配列される。

ノズル窓部５２は、光を透過する光透過部である。例えばノズル窓部５２は、ノズルプレート５０を厚さ方向に貫通する開口５２１を有する。ノズル窓部５２は、複数のノズル５１が並ぶノズル列の、列方向の両端部に、それぞれ設けられる。例えば、ノズル窓部５２は、列方向及び延出方向において対向する少なくとも２箇所に、それぞれ配置される。本実施形態においては、２列の両端となる４箇所にそれぞれ、形成される。なお、複数のノズル窓部５２の構成は互いに同じ形状であっても、異なる形状であってもよい。

例えば確認窓１１を構成する流路窓部４４及びノズル窓部５２は、積層方向から見たときの形状が同形状に構成されている。確認窓１１の外形、すなわち流路窓部４４及びノズル窓部５２の外形は、支柱素子２５の端面のエッジ２５１の全周に対向する領域を含み、端面形状と同形状である矩形状に構成される。一例として、視認性を確保するために、確認窓１１の外形は、支柱素子２５のエッジの形状よりも、１辺あたり、５～３０μｍ程度大きく構成されることが好ましい。

フレーム部６０は圧電素子２１、２２とともに振動板３０に接合される構造体である。フレーム部６０は圧電素子２１、２２の、振動板３０の、マニホールド４０５とは反対側に設けられ、例えば本実施形態においてはアクチュエータ部２０に隣接して配置される。フレーム部６０は、インクジェットヘッド１の外郭を構成する。またフレーム部６０は、内部に液体の流路を形成していてもよい。本実施形態において、フレーム部６０は、振動板３０の他方側に接合されるとともに、振動板３０との間に共通室３２を形成する。

共通室３２は、フレーム部６０の内側に形成され、振動板３０に設けられた連通部３０３、共通流路３３、個別流路３４を通じて圧力室３１に連通する。

駆動回路７０は、一端が外部電極２２３、２２４に接続される配線フィルムと、配線フィルムに搭載されたドライバＩＣと、配線フィルムの他端に実装されたプリント配線基板と、を備える。

駆動回路７０は、ドライバＩＣにより駆動電圧を外部電極２２３、２２４に印加することで、駆動圧電素子２１を駆動し、圧力室３１の容積を増減させて、ノズル５１から液滴を吐出させる。

配線フィルムは、複数の外部電極２２３、２２４に接続される。例えば、配線フィルムは、外部電極２２３、２２４の接続部に熱圧着等により固定されるＡＣＦ（異方導電性フィルム）である。配線フィルムは、例えば、ドライバＩＣが実装されたＣＯＦ（Ｃｈｉｐ
ｏｎ Ｆｉｌｍ）である。

ドライバＩＣは、配線フィルムを介して外部電極２２３、２２４に接続される。なお、ドライバＩＣは、配線フィルムではなく、ＡＣＰ（異方導電ペースト）、ＮＣＦ（非導電性フィルム）、及びＮＣＰ（非導電性ペースト）のような他の手段によって、外部電極２２３、２２４に接続されても良い。

ドライバＩＣは、各駆動圧電素子２１を動作させるための制御信号及び駆動信号を生成する。ドライバＩＣは、インクジェット記録装置１００の制御部１５０から入力された画像信号に従い、インクを吐出させるタイミング及びインクを吐出させる駆動圧電素子２１を選択するなどの制御のための制御信号を生成する。また、ドライバＩＣは、制御信号に従って駆動圧電素子２１に印加する電圧、すなわち駆動信号（電気信号）を生成する。ドライバＩＣが駆動圧電素子２１に駆動信号を印加すると、駆動圧電素子２１は、振動板３０を変位させて圧力室３１の容積を変化させるように駆動する。これにより、圧力室３１に充填されたインクは、圧力振動を生じる。圧力振動により、圧力室３１に設けられたノズル５１からインクが吐出する。なお、インクジェットヘッド１は、１画素に着弾するインク滴の量を変更することで階調表現を実現できるようにしてもよい。また、インクジェットヘッド１は、インクの吐出回数を変えることで、１画素に着弾するインク滴の量を変更できるようにしてもよい。このように、ドライバＩＣは、駆動信号を駆動圧電素子２１に印加する印加部の一例である。

例えば、ドライバＩＣは、データバッファ、デコーダ、ドライバを備えている。データバッファは、印字データを駆動圧電素子２１毎に時系列に保存する。デコーダは、駆動圧電素子２１毎に、データバッファに保存された印字データに基づいて、ドライバを制御する。ドライバは、デコーダの制御に基づき、各駆動圧電素子２１を動作させる駆動信号を出力する。駆動信号は、例えば各駆動圧電素子２１に印加する電圧である。

プリント配線基板は、各種電子部品やコネクタが搭載されたＰＷＡ（Ｐｒｉｎｔｉｎｇ
Ｗｉｒｉｎｇ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）である。プリント配線基板は、インクジェット記録装置１００の制御部１５０に接続される。

以上のように構成されたインクジェットヘッド１において、ノズルプレート５０とフレーム部６０と、マニホールド４０５と、振動板３０とによって、ノズル５１に連通する複数の圧力室３１と、複数の個別流路３４と、複数の圧力室３１に連通する共通流路３３と、共通室３２と、を有するインク流路が形成される。例えば共通室３２はカートリッジに連通し、インクが共通室３２を通じて各圧力室３１へ供給される。全ての駆動圧電素子２１は配線により電圧が印加可能に接続されている。インクジェットヘッド１において、制御部１５０が、ドライバＩＣにより電極２２１、２２２に駆動電圧を印加すると、駆動対象の駆動圧電素子２１が積層方向、すなわち各圧電体層２１１の厚さ方向に振動する。つまり、駆動圧電素子２１は縦振動する。

具体的には、制御部１５０は、駆動対象の駆動圧電素子２１の内部電極２２１、２２２に駆動電圧を印加して、駆動対象の駆動圧電素子２１を選択的に駆動する。そして、駆動対象の駆動圧電素子２１による、引張方向の変形と圧縮方向の変形を組み合わせて、振動板３０を変形させ、圧力室３１の容積を変化させることで、共通室３２から液体を導き、ノズル５１から吐出させる。

インクジェットヘッド１において、ノズルプレート５０のノズル窓部５２と、流路部材４０の流路窓部４４とが、積層方向に並ぶことで、インクジェットヘッド１の吐出面側から、支柱素子２５を視認できる確認窓１１が形成される。

本実施形態にかかるインクジェットヘッド１の製造方法の一例について説明する。まず、シート状に形成された圧電材料に、内部電極２２１、２２２を印刷処理により形成する。そして内部電極２２１、２２２を有する複数枚の圧電体層２１１を積層し、焼成処理、を行い、積層圧電部材を構成する。そして、ベース１０上に、あらかじめ内部電極２２１、２２２を形成した積層圧電部材を、配置する。例えば２つのアクチュエータを構成する積層圧電部材は一体としてベース１０に接合した後、溝加工などにより２つに分割してもよく、あるいは２つのアクチュエータ部２０を構成する２つの積層圧電部材を別々に用意してもよい。

続いて、２つの積層圧電部材に、印刷処理により外部電極２２４を形成する。さらに、ダイシング加工等により、複数の溝２３を、所定のピッチで同時に形成し、積層圧電部材を複数に分割することで、同ピッチで並ぶ複数の圧電素子２１、２２、及び支柱素子２５となる複数の柱状素子を形成する。

さらに、複数の柱状素子の分極処理を行い、個別電極となる外部電極２２４に、配線板をハンダ実装により接続する。同ピッチで並ぶ複数の駆動圧電素子２１と、非駆動圧電素子２２と、両端の支柱素子２５とが、形成される。

そして、アクチュエータ部２０に、振動板３０、複数の流路基板４０１、４０２、４０３、及びノズルプレート５０を、間に接合材を介して積層して位置決めを行い、アクチュエータ部２０の外周にフレーム部６０を配置し、これら複数の部材を接合する。なお、流路基板４０１、４０２、４０３は予め接合されて１つのマニホールド４０５を構成してから、アクチュエータ部２０に積層固定してもよい。

このとき、ノズルプレート５０のノズル窓部５２と、振動板３０及びマニホールド４０５で構成される流路部材４０の流路窓部４４と、を積層方向に並べ、吐出面側から、確認窓１１を通じて支柱素子２５の位置を視覚的または光学的に検出し、支柱素子２５と確認窓１１の位置を揃えることにより、アクチュエータ部２０と振動板３０とマニホールド４０５とノズルプレート５０を、高精度に位置決めすることができる。すなわち、ノズル５１と圧力室３１と駆動圧電素子２１とを列方向において同位置に対向させて配置すると同時に、隔壁部４２と非駆動圧電素子２２を同位置に対向させて配置できる。

以下、インクジェットヘッド１を備えるインクジェット記録装置１００の一例について、図４を参照して説明する。インクジェット記録装置１００は、筐体１１１と、媒体供給部１１２と、画像形成部１１３と、媒体排出部１１４と、搬送装置１１５と、制御部１５０と、を備える。

インクジェット記録装置１００は、媒体供給部１１２から画像形成部１１３を通って媒体排出部１１４に至る所定の搬送路Ａに沿って、吐出対象物である印刷媒体として例えば用紙Ｐを搬送しながらインク等の液体を吐出することで、用紙Ｐに画像形成処理を行う液体吐出装置である。

筐体１１１は、インクジェット記録装置１００の外郭を構成する。筐体１１１の所定箇所に、用紙Ｐを外部に排出する排出口を備える。

媒体供給部１１２は複数の給紙カセットを備え、各種サイズの用紙Ｐを複数枚積層して保持可能に構成される。

媒体排出部１１４は、排出口から排出される用紙Ｐを保持可能に構成された排紙トレイを備える。

画像形成部１１３は、用紙Ｐを支持する支持部１１７と、支持部１１７の上方に対向配置された複数のヘッドユニット１３０と、を備える。

支持部１１７は、画像形成を行う所定領域にループ状に備えられる搬送ベルト１１８と、搬送ベルト１１８を裏側から支持する支持プレート１１９と、搬送ベルト１１８の裏側に備えられた複数のベルトローラ１２０と、を備える。

支持部１１７は、画像形成の際に、搬送ベルト１１８の上面である保持面に用紙Ｐを支持するとともに、ベルトローラ１２０の回転によって所定のタイミングで搬送ベルト１１８を送ることにより、用紙Ｐを下流側へ搬送する。

ヘッドユニット１３０は、複数（４色）のインクジェットヘッド１と、各インクジェットヘッド１上にそれぞれ搭載された液体タンクとしてのインクタンク１３２と、インクジェットヘッド１とインクタンク１３２とを接続する接続流路１３３と、供給ポンプ１３４と、を備える。

本実施形態において、シアン、マゼンダ、イエロー、ブラックの４色のインクジェットヘッド１と、これらの各色のインクをそれぞれ収容するインクタンク１３２を備える。インクタンク１３２は接続流路１３３によってインクジェットヘッド１に接続される。

また、インクタンク１３２には、図示しないポンプなどの負圧制御装置が連結される。そして、インクジェットヘッド１とインクタンク１３２との水頭値に対応して、負圧制御装置によりインクタンク１３２内を負圧制御することで、インクジェットヘッド１の各ノズル５１に供給されたインクを所定形状のメニスカスに形成させている。

供給ポンプ１３４は、例えば圧電ポンプで構成される送液ポンプである。供給ポンプ１３４は、供給流路に設けられている。供給ポンプ１３４は、配線により制御部１５０の駆動回路に接続され、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）による制御によって制御可能に構成される。供給ポンプ１３４は、インクジェットヘッド１に液体を供給する。

搬送装置１１５は、媒体供給部１１２から画像形成部１１３を通って媒体排出部１１４に至る搬送路Ａに沿って、用紙Ｐを搬送する。搬送装置１１５は、搬送路Ａに沿って配置される複数のガイドプレート対１２１と、複数の搬送用ローラ１２２と、を備えている。

複数のガイドプレート対１２１は、それぞれ、搬送される用紙Ｐを挟んで対向配置される一対のプレート部材を備え、用紙Ｐを搬送路Ａに沿って案内する。

搬送用ローラ１２２は、制御部１５０の制御によって駆動されて回転することで、用紙Ｐを搬送路Ａに沿って下流側に送る。なお、搬送路Ａには用紙の搬送状況を検出するセンサが各所に配置される。

制御部１５０は、コントローラであるＣＰＵ等の制御回路と、各種のプログラムなどを記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と、各種の可変データや画像データなどを一時的に記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、外部からのデータの入力及び外部へのデータの出力をするインターフェイス部と、を備える。

以上のように構成されたインクジェット記録装置１００において、制御部１５０は、例えばインターフェイスにおいてユーザが操作入力部の操作による印刷指示を検出すると、搬送装置１１５を駆動して用紙Ｐを搬送するとともに、所定のタイミングでヘッドユニット１３０に対して印字信号を出力することで、インクジェットヘッド１を駆動する。インクジェットヘッド１は吐出動作として、画像データに応じた画像信号により、ドライバＩＣに駆動信号を送り、内部電極２２１、２２２に駆動電圧を印加して吐出対象の駆動圧電素子２１を選択的に駆動して積層方向に縦振動させ、圧力室３１の容積を変化させることでノズル５１からインクを吐出し、搬送ベルト１１８上に保持された用紙Ｐに画像を形成する。また、液体吐出動作として、制御部１５０は、供給ポンプ１３４を駆動することで、インクタンク１３２からインクジェットヘッド１の共通室３２にインクを供給する。

ここで、インクジェットヘッド１を駆動する駆動動作について、説明する。本実施形態に係るインクジェットヘッド１は、圧力室３１に対向配置される駆動圧電素子２１を備え、これらの駆動圧電素子２１は配線により電圧が印加可能に接続されている。制御部１５０は、画像データに応じた画像信号により、ドライバＩＣに駆動信号を送り、駆動対象の駆動圧電素子２１の内部電極２２１、２２２に駆動電圧を印加して、駆動対象の駆動圧電素子２１を選択的に変形させる。そして、振動板３０の引張方向の変形と圧縮方向の変形を組み合わせて、圧力室３１の容積を変化させることで、液体を吐出させる。

例えば制御部１５０は、引っ張り動作と、圧縮動作とを交互に行う。インクジェットヘッド１において、対象の圧力室３１の内容積を増加させる引張時には、駆動対象の駆動圧電素子２１を収縮し、駆動対象外の駆動圧電素子２１は変形させない。また、インクジェットヘッド１において対象の圧力室３１の内容積を減少させる圧縮時には、対象の駆動圧電素子２１を伸長する。なお、非駆動圧電素子２２及び支柱素子２５は変形させない。

上述した実施形態に係るインクジェットヘッド１及びインクジェット記録装置１００によれば、駆動圧電素子２１、非駆動圧電素子２２と同ピッチで端部に並ぶ位置決め用の支柱素子２５と、この支柱素子２５に対応する位置に形成される流路窓部４４及びノズル窓部５２で構成される確認窓１１により、確認窓１１を通じて、支柱素子２５を視覚的、光学的に検出することができる。したがって、支柱素子２５と確認窓１１の位置を揃え、流路部材４０とアクチュエータ部２０とを、複数の圧力室３１と複数の駆動圧電素子２１がそれぞれ揃う位置に、配置することができる。また、圧電素子２１、２２と、支柱素子２５を同じピッチで連続して加工することにより、高い加工精度で加工可能である。

すなわち、一般的な液体吐出ヘッドの製造工程において、数百以上の圧力室や圧電素子を同時に接合するため、圧力室や圧電素子の数が多く、さらに圧電素子が長尺である場合には、特に位置合わせが難しい。例えば各圧電素子のピッチは、インクジェットヘッドの解像度に関係し、例えば６００ｄｐｉ以上の印字とする場合には圧電素子２１、２２は３００ｄｐｉ以上となる。すなわち駆動圧電素子２１、２２及び支柱素子２５を含めて６００ｄｐｉとする場合、支柱素子２５と交互なので、素子２１、２２の配列のピッチは、約８５μｍ以下となる。また、圧電部材に深い溝を形成する場合、溝の幅は３０μｍ程度必要となるため、圧電素子の幅は５５μｍ以下となり、ピッチが狭く、位置合わせが困難となる。これに対し、上記実施形態によれば、両端の確認窓１１を通じて両端の支柱素子２５の位置を検出することで、この両端の支柱素子２５の間に並ぶ複数の駆動圧電素子２１と、両端の確認窓１１の間に並ぶ圧力室３１との位置合わせを間接的に行えるため、位置合わせ精度を容易に向上できる。また、接合後にも確認窓１１を視覚的あるいは光学的に検出することができるため、接合後に位置ずれが無いことを確認することができる。

また、上記実施形態において、マニホールド４０５を積層構造とした場合に、各流路基板４０１、４０２、４０３に確認窓１１を構成する開口が形成されていることから、マニホールド４０５の組付けにおける流路基板４０１、４０２、４０３同士の位置精度も確保しやすい。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。

上記実施形態の圧電素子２１、２２の具体的な構成や、流路部材４０、ノズルプレート５０、フレーム部６０を含む各種部品の構成や位置関係は上述した例に限られるものではなく、適宜変更可能である。例えばマニホールド４０５の具体的な構成は上記に限られるものではない。例えば上記の例では３枚の流路基板４０１、４０２、４０３で形成した例を示したが、１枚の部材で構成されていてもよく、２枚あるいは４枚以上の基板を積層して構成されていても良い。また、各流路基板４０１、４０２、４０３における開口部の形状も上記実施形態に限られるものではなく、適宜変更可能である。

また、上記実施形態においては、複数層の圧電体層を積層し、積層方向の縦振動（ｄ３３）を用いて駆動圧電素子２１を駆動する構成としたが、これに限られるものではない。例えば駆動圧電素子２１が単層の圧電部材で構成される形態にも適用可能であるし、横振動（ｄ３１）により駆動する形態にも適用可能である。

ノズル５１や圧力室３１の配列も上記実施形態に限られるものではない。たとえばノズル５１を２列以上配列してもよい。また複数の圧力室３１の間に、ダミー室となる空気室を形成してもよい。

また、圧電素子２１、２２が積層方向の両端にダミー層２１２を有する例を示したがこれに限られるものではなく、圧電素子２１、２２の一方側のみにダミー層２１２を有していてもよく、あるいは圧電素子２１、２２がダミー層２１２を備えない構成であってもよい。

また上記実施形態において支柱素子２５は２つの列の両端にそれぞれ一本ずつ設けられる例を示したが、これに限られるものではない。例えばノズル５１や圧力室３１が２列以上配列される構成においては、例えば両端の列の、一端と他端、すなわち配列領域の対角となる２箇所に、支柱素子２５及び確認窓１１が配置されていてもよい。

また、例えば一方の端部に支柱素子２５が複数形成されていてもよい。この場合にあってもいずれかの支柱素子２５に対向して確認窓１１が形成されることで、確認窓１１により光学的な位置検出が可能である。

また、ノズルプレート５０のノズル窓部５２は、貫通孔などの開口ではなく、光を透過する光透過部を有していても良い。また、ノズル窓部５２が流路窓部４４と異なる形状であってもよい。例えばノズルプレート５０がポリイミドなどの樹脂フィルムで半透明で構成されている場合など、ノズルプレート５０全体が光を透過する光透過部を構成してもよい。この場合、ノズルプレート５０の、支柱素子２５及び流路窓部４４と並ぶ部位が、確認窓１１を構成するノズル窓部５２となる。この場合においても、ノズルプレート５０の吐出面側から、ノズル窓部５２及び流路部材４０の流路窓部４４を通じて、支柱素子２５を視覚的、光学的に検出できる。

また、他の実施形態として図５及び図６に示す液体吐出ヘッド１００１のように、ノズルプレート５０の表側の外面において確認窓１１を覆うマスク部材としてのマスクプレート８０をさらに備えていてもよい。液体吐出ヘッド１００１は、ノズルプレート５０のノズル窓部５２が開口５２１を有し、ノズルプレート５０の吐出面にマスクプレート８０が設けられる。マスクプレート８０は例えば樹脂フィルムや金属箔などで構成され、ノズルプレート５０のノズル５１が形成される領域の外周部位を覆う枠状のカバー部８１と、カバー部８１から屈曲して延出しノズルプレート５０の外周縁及びマニホールド４０５外周面を覆う側壁部８２と、を一体に有する。

本実施形態によれば、例えばノズル窓部５２の開口５２１からインクが侵入することを防止できる。したがって、例えばインクが導電性である場合に、液体吐出ヘッド内にインクが侵入することで回路がショートする等の不具合が生じることを、回避できる。

また、確認窓１１は、支柱素子２５の端面のエッジ２５１の少なくとも一部に対向すればよく、１つの支柱素子２５に対して複数個の確認窓１１が設けられていてもよい。例えば他の実施形態として図７に示すように、１つの支柱素子２５に対して、支柱素子２５の端面の４隅のうち２つずつがそれぞれ配される２つの確認窓１１を有する構成であってもよい。あるいは、例えば支柱素子２５の端面の４隅の少なくとも対角位置となる２点にそれぞれ確認窓１１が設けられる構成であってもよい。これらの場合、個々の確認窓１１を小さく構成できるため、確認窓１１を構成する開口の大きさを抑えて部材の剛性を確保することが可能となる。すなわち、例えば支柱素子２５に最も近い振動板３０は、他の流路基板４０１、４０２、４０３と比べて非常に薄く構成され、例えば厚さ１０μｍ以下となることも多く、開口が大きくなると剛性を確保することが難しくなるが、確認窓１１を小さな開口で構成することで、剛性を確保しながら、エッジを検出することが可能となる。なお、積層方向に並ぶ複数の部材を全て同様に複数個の開口に分けてもよいし、複数の部材のうち、剛性が確保しづらい一部の部材、例えば振動板３０のみ、他の部材よりも開口を小さくしてもよい。

また、吐出する液体は印字用のインクに限られるものではなく、例えばプリント配線基板の配線パターンを形成するための導電性粒子を含む液体を吐出する装置等であっても良い。

また、上記実施形態において、インクジェットヘッド１は、インクジェット記録装置等の液体吐出装置に用いられる例を示したが、これに限られるものではなく、例えば３Ｄプリンタ、産業用の製造機械、医療用途にも用いることが可能であり、小型軽量化及び低コスト化が可能である。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、所望の流路形状を容易に設定できる。

この他、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…インクジェットヘッド、１０…ベース、１１…確認窓、２０…アクチュエータ部、２１…駆動圧電素子、２２…非駆動圧電素子、２３…溝、２５…支柱素子、２６…圧電構造部、３０…振動板、３１…圧力室、３２…共通室、３３…共通流路、３４…個別流路、３５…インク流路、４０…流路部材、４１…周壁部、４２…隔壁部、４３…側壁部、４４…流路窓部、５０…ノズルプレート、５１…ノズル、５２…ノズル窓部、６０…フレーム部、７０…駆動回路、８０…マスクプレート、８１…カバー部、８２…側壁部、１００…インクジェット記録装置、１１１…筐体、１１２…媒体供給部、１１３…画像形成部、１１４…媒体排出部、１１５…搬送装置、１１７…支持部、１１８…搬送ベルト、１１９…支持プレート、１２０…ベルトローラ、１２１…ガイドプレート対、１２２…搬送用ローラ、１３０…ヘッドユニット、１３２…インクタンク、１３３…接続流路、１３４…供給ポンプ、１５０…制御部、１５１…プロセッサ、２１１…圧電体層、２１２…ダミー層、２２１…内部電極、２２２…内部電極、２２３…外部電極、２２４…外部電極、２５１…エッジ、３０１…振動領域、３０２…支持領域、３０３…連通部、３０４…開口部、４０１…第１流路基板、４０２…第２流路基板、４０３…第３流路基板、４０５…マニホールド、１００１…液体吐出ヘッド、４０１１…第１開口、４０１２…第２開口、４０１３…第３開口、４０２１…第１開口、４０２２…第２開口、４０２３…第３開口、４０２４…連通溝、４０３１…第１開口、４０３３…第３開口。

Claims (5)

1. 複数の第１圧電素子と、支柱素子と、を有するアクチュエータ部と、
   前記アクチュエータ部の一方側に積層され、前記複数の第１圧電素子に対向する複数の圧力室と、前記支柱素子に対向する開口部を有する第１窓部と、を備える流路部材と、
   前記流路部材の一方側に積層され、前記複数の圧力室に対向する複数のノズルと、前記第１窓部に対向する開口または光透過部を有する第２窓部と、を有するノズルプレートと、
   を備える液体吐出ヘッド。
2. 前記アクチュエータ部は、隣接する複数の前記第１圧電素子の間にそれぞれ配され、前記第１圧電素子と交互に列方向に並ぶ複数の第２圧電素子を備え、
   前記支柱素子は、複数の前記第１圧電素子及び前記第２圧電素子の前記列方向の一端側と他端側にそれぞれ配され、
   前記流路部材は、前記アクチュエータ部に対向する振動板と、前記振動板の一方側に積層されるマニホールドと、を備え、
   前記マニホールド及び前記振動板はそれぞれ、積層方向に並んで前記第１窓部を形成する開口を有し、
   前記第１窓部、及び前記第２窓部は、前記複数の圧力室の列方向の一端側と他端側にそれぞれ配され、
   前記マニホールドは、前記第２圧電素子に対向する複数の流路支柱を有する、
   請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記流路部材は、前記圧力室を列方向に複数有する圧力室列を、積層方向及び前記列方向と異なる延出方向において、複数列有し、
   前記ノズルプレートは、前記ノズルを列方向に複数有するノズル列を、前記延出方向において、複数列有し、
   前記支柱素子は、前記列方向及び前記延出方向において対向する少なくとも２箇所の対角位置に、配置され、
   前記第１窓部及び前記第２窓部は、前記対角位置に配置された前記支柱素子に対向する位置にそれぞれ配置される、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記ノズルプレートの外面に配され前記第２窓部を覆うマスク部材を備える、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記第１窓部及び前記第２窓部は、積層方向において、前記支柱素子のエッジの少なくとも一部に対向する、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。