JP4867402B2

JP4867402B2 - 圧電アクチュエータ及び液滴吐出装置及び圧電アクチュエータ製造方法

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Publication number: JP4867402B2
Application number: JP2006060115A
Authority: JP
Inventors: 信二瀬戸
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2006-03-06
Filing date: 2006-03-06
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2026-03-06
Also published as: JP2007237471A

Description

本発明は、圧力室に供給された液体を加圧して、圧力室と連通するノズルから液体を吐出させる圧電アクチュエータ、その圧電アクチュエータを備えた液滴吐出装置及びその圧電アクチュエータを製造する圧電アクチュエータ製造方法に関する。

圧電素子を使用したカイザー型の従来のインクジェットヘッドに用いられる圧電アクチュエータにおいて、インク吐出効率を高める構造として、構造の簡単さから、圧電素子と金属又はセラミック等の剛性部材（以下、振動板という）を層状に組み合わせることで、変形量を増大させるユニモルフ構造が広く用いられている。

しかしながら、ノズルの高密度化を行う場合、前記圧電素子と振動板は少ない電力で大きな変形を得るために、どちらも薄く形成されることが望まれてきている。しかしながら、圧電素子や振動板を薄くすると、製造プロセス中の取り扱いにより容易に破損してしまうため、問題となる。

上記問題を解決するために、シリコンを熱処理し、薄い酸化膜を形成し、その上に圧電体を形成し、その後、前記酸化膜を残して、圧力室をエッチングにより形成する方法も提案されているが、前記熱酸化膜の熱による残留応力の問題により、振動板が変形してしまうため、製造プロセス上、大きな問題となる。

また、別基板に圧電体を形成しその上に振動板を形成、これを圧力室側に接着して、前記圧電体を形成した基板をエッチング等により除去、さらに圧電素子を個別化加工する方法も提案されているが、工程が複雑化するため、低コスト化の点で大きな問題となる。

そこで、圧電体のシェアモード（d15）を利用して、圧電アクチュエータを形成することで、振動板を使用しない構成が提案されている（特許文献１参照）。

また、振動板を使用しない圧電アクチュエータとしては、特許文献２に開示される圧電アクチュエータが提案されている。

特許文献２の圧電アクチュエータでは、電気−機械変換機能を有する板の上面及び下面に大きさの異なる電極が設けられている。これにより、電気−機械変換機能を有する板は、圧力室側に膨出するように変形し、圧力室内のインクを加圧し、圧力室を連通するノズルからインク滴を吐出させる。
特開平３−４９９５７号公報特開平３−１７８４４７号公報

ところで、インクジェット記録装置では、画像の高解像化が要求されており、そのためには、ノズル及び各ノズルと連通する圧力室を高密度に配置する必要がある。これに伴い、圧力室内のインクを加圧してノズルからインク滴を吐出させる圧電アクチュエータの構造の高密度化が求められる。

本発明は、上記事実を考慮し、圧電アクチュエータの高密度化を図ることを目的とする。

本発明の請求項１に係る圧電アクチュエータは、液体が供給される圧力室の上壁に形成され、下方へ膨出変形することにより、前記圧力室内の液体を加圧して、前記圧力室と連通するノズルから前記液体を吐出させる圧電素子駆動部と、前記圧力室の側壁に形成され、内側に倒れ込んで前記圧電素子駆動部の変形量を増大する変形量増大部と、を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、液体が供給される圧力室の上壁に形成された圧電素子駆動部が、下方へ膨出変形することにより、圧力室内の液体を加圧して、圧力室と連通するノズルから液体を吐出させる。圧力室の側壁に形成された変形量増大部が、内側に倒れ込んで圧電素子駆動部の変形量を増大する。これにより、液体の吐出効率が高まる。

本発明の請求項１の構成では、変形量増大部が圧力室の側壁に形成されているため、圧力室の上壁に形成された圧電素子駆動部に対して、変形量増大部は、下方（縦方向）の位置に配置されることなる。これにより、圧電素子駆動部に対して変形量増大部が横方向に配置される構成に比べ、圧力室の横幅を小さくでき、また、圧力室及び圧電素子駆動部を高密度に配置できるため、圧電アクチュエータの高密度化が可能となる。

本発明の請求項７に係る圧電アクチュエータは、前記圧電素子駆動部の駆動方向は、分極方向と同一であることを特徴とする。

駆動方向と分極方向が異なる構成では、駆動による分極度の消失などの問題が発生するが、請求項７の構成によれば、そのような問題は発生せず、圧電素子駆動部の特性が長期的に安定して得ることができる。

本発明の請求項５に係る圧電アクチュエータは、前記共通電極は、前記個別電極と同一面に形成された上面電極と接続されていることを特徴とする。

この構成によれば、プリント基板（電源）等への電気接続が、同一面でとれるので、製造性を向上させることができる。

本発明の請求項８に係る液滴吐出装置は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の圧電アクチュエータを備えたことを特徴とする。

本発明は、上記構成としたので、圧電アクチュエータの高密度化を図ることができる。

以下に、圧力室に供給された液体を加圧して、圧力室と連通するノズルから液体を吐出させる本発明の圧電アクチュエータ及びその圧電アクチュエータを備えた液滴吐出装置に係る実施形態の一例を図面に基づき説明する。

本実施形態では、液滴を吐出する液滴吐出装置として、インク滴を吐出して記録媒体に画像を記録するインクジェット記録装置について説明する。

まず、図１を用いて、インクジェット記録装置１０の概要を説明する。なお、記録媒体は記録紙Ｐとして説明する。また、図１では、インクジェット記録装置１０における記録紙Ｐの搬送方向を副走査方向として矢印Ｓで表し、その搬送方向と直交する方向を主走査方向として矢印Ｍで表す。

図１に示すように、本実施形態に係るインクジェット記録装置１０は、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの各インクジェット記録ヘッド３０を搭載するキャリッジ１２を備えている。キャリッジ１２は、記録紙Ｐの搬送方向上流側に一対のブラケット１４が突設されており（図では片側のブラケット１４のみを示している）、この一対のブラケット１４にそれぞれ形成された円形孔１４Ａには、主走査方向に架設されたシャフト２０が挿通されている。

キャリッジ１２に対し主走査方向の両端側には、主走査機構を構成する駆動プーリー（図示省略）と従動プーリー（図示省略）が配設されている。これらの駆動プーリーと従動プーリーとに巻回されて、主走査方向に走行するタイミングベルト２２の一部がキャリッジ１２に固定されている。これにより、キャリッジ１２は、駆動プーリーの回転駆動によってタイミングベルト２２が主走査方向に走行すると、一対のブラケット１４がシャフト２０にガイドされて主走査方向に往復移動する。

インクジェット記録装置１０の前側下部には、画像記録前の記録紙Ｐを束状にして収納しておく給紙トレイ２６が設けられている。この給紙トレイ２６の上方には、上記各色のインクジェット記録ヘッド３０によって画像が記録された記録紙Ｐが排出される排紙トレイ２８が設けられている。また、キャリッジ１２及びシャフト２０の下方には、給紙トレイ２６から１枚ずつ給紙された記録紙Ｐを所定のピッチで副走査方向へ搬送する搬送ローラー及び排出ローラーからなる副走査機構１８が設けられている。

その他、このインクジェット記録装置１０には、画像記録時において各種設定を行うコントロールパネル２４や、メンテナンスステーション（図示省略）等が設けられている。メンテナンスステーションは、キャップ部材、吸引ポンプ、ダミージェット受け、クリーニング機構等を含んで構成されており、吸引回復動作、ダミージェット動作、クリーニング動作等のメンテナンス動作を行うようになっている。

また、各色のインクジェット記録ヘッド３０の下面（インク吐出面）には、記録紙Ｐと対向するように、インク滴を吐出する複数のノズル３８（図２参照）が形成されている。

本実施形態に係るインクジェット記録装置１０は、以上のように構成された所謂、ＰａｒｔｉａｌＷｉｄｔｈＡｒｒａｙ（ＰＷＡ）タイプのインクジェット記録装置であり、以下のように動作する。

すなわち、本実施形態に係るインクジェット記録装置１０では、インクジェット記録ヘッド３０が主走査機構によって主走査方向に移動しながら、インクジェット記録ヘッド３０のノズル３８から記録紙Ｐへ選択的にインク滴を吐出することにより、所定のバンド領域に対して画像データに基づく画像の一部が記録される。

そして、主走査方向への１回の移動が終了すると、記録紙Ｐは、副走査機構１８によって副走査方向に所定ピッチ搬送され、再びインクジェット記録ヘッド３０が主走査方向（前述とは反対方向）に移動しながら、次のバンド領域に対して画像データに基づく画像の一部が記録されるようになっており、このような動作を複数回繰り返すことによって、記録紙Ｐに画像データに基づく全体画像がフルカラーで記録される。

次に、本実施形態に係るインクジェット記録装置１０に搭載されたインクジェット記録ヘッド（液滴吐出ヘッド）３０について説明する。

インクジェット記録ヘッド３０は、図２及び図３に示すように、ノズルプレート３２、流路プレート３４、圧力室４２が形成された圧電アクチュエータ３６を備えている。ノズルプレート３２、流路プレート３４、圧電アクチュエータ３６は、この順で積層され、互いが接合されている。なお、ノズルプレート３２は、ポリイミド等で形成され、流路プレート３４は、ＳＵＳ（ステンレス）等で形成されている。

ノズルプレート３２には、円形貫通孔からなるノズル３８が形成されており、このノズル３８は、所定方向に沿って複数配置されている。

流路プレート３４には、ノズルプレート３２の各ノズル３８に対応する上方位置に、ノズル径よりも大径の円形貫通孔からなる連通路４０がそれぞれ形成されている。この連通路４０は、一端部がノズル３８と連通し、他端部が圧電アクチュエータ３６の各圧力室４２と連通する。これにより、連通路４０を介して、各圧力室４２からノズル３８へインクが流通可能となっている。

また、流路プレート３４には、圧電アクチュエータ３６の各圧力室４２にインクを供給する個別供給路４４が形成されている。さらに、流路プレート３４には、一端部が各個別供給路４４と連通し、他端部がインクタンク（図示省略）と連通する共通供給路４６が形成されている。これにより、共通供給路４６及び個別供給路４４を介して、インクタンク（図示省略）から圧力室４２へインクが供給可能となっている。

ここで、本実施形態に係る圧電アクチュエータ３６について説明する。

圧電アクチュエータ３６は、図３及び図４（Ａ）に示すように、圧電素子で形成された一枚の圧電素子基板により形成されており、インクが供給される圧力室４２の上壁にそれぞれ形成された圧電素子駆動部４８を備えている。

各圧電素子駆動部４８の上面には、個別電極５０が圧電素子駆動部４８の上面の全面を被覆するように、それぞれ個別に形成されている。

各圧電素子駆動部４８の下面を含む圧力室４２の内壁面及び、圧電アクチュエータ３６の下面には、一体で形成された共通電極５２が設けられ、各圧電素子駆動部４８を駆動するための電極の分極方向が上下方向（縦方向）となっている。

この共通電極５２は、圧電アクチュエータ３６の側面に形成された側面電極５４を介して、圧電アクチュエータ３６の上面に形成された上面電極５６に接続されている。

この上面電極５６は、半田５８により接合されて、フレキシブルプリント配線基板６０上に形成された配線パターン（図示省略）に電気的に接続されている（図３参照）。

また、個別電極５０も、同様に、半田５８により接合されて、フレキシブルプリント配線基板６０上に形成された配線パターン（図示省略）に電気的に接続されている（図３参照）。個別電極５０及び上面電極５６は、圧電アクチュエータ３６の上面で、同一面に形成されており、フレキシブルプリント配線基板６０上に形成された配線パターン（図示省略）への接続がしやすい構成となっている。

フレキシブルプリント配線基板６０上に形成された配線パターンは、フレキシブルプリント配線基板６０上に設けられた駆動ＩＣ（図示省略）に電気的に接続されている。

この駆動ＩＣは、外部（ヘッド制御部）から制御信号（画像記録命令）が入力され、その制御信号に基づいて、各圧電素子駆動部４８に電気信号（駆動信号）を送信し、各圧電素子駆動部４８をそれぞれ所定のタイミングで駆動させる。これにより、各圧電素子駆動部４８は、後述するように、下方へ膨出変形をする。なお、図２においては、フレキシブルプリント配線基板６０、各電極５０、５２、５４、５６を省略して図示している。

また、圧力室４２の側壁には、図３及び図４（Ｂ）に示すように、内側に倒れ込んで、圧電素子駆動部４８の変形量を増大する変形量増大部（低剛性部）６２が形成されている。

圧力室４２毎に圧電素子駆動部４８を区画する溝部７４を、圧電素子駆動部４８の厚さ（高さ方向の長さ）よりも深く、圧力室４２の側壁上部に形成することにより、この変形量増大部６２は、圧電素子駆動部４８と一体に形成されている。

このように、変形量増大部６２を圧電素子駆動部と一体的に形成することにより、部品点数が低減でき、また、変形量増大部と圧電素子駆動部とを接合するなどの加工工程が不要となり、製造性が向上する。

また、変形量増大部６２は、厚さ（横方向の長さ）と高さ（縦方向の長さ）の比が１以上とされている。すなわち、変形量増大部６２の厚さは、変形量増大部６２の高さと同じか、変形量増大部６２の高さより厚くされている。これにより変形量増大部の強度を高く保て、圧電アクチュエータの信頼性を向上できる。

次に、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッド３０による画像記録（インク吐出）動作について説明する。

インクジェット記録ヘッド３０による画像記録では、まず、インクプールに貯留されたインクが、共通供給路４６及び個別供給路４４を通して圧力室４２に供給され、さらに、圧力室４２から連通路４０を通してノズル３８まで充填される。

ここで、圧電素子駆動部４８は、個別電極５０と共通電極５２間に電気信号が加えられないと、図４（Ｂ）に示されるように、変形せずに断面矩形状のまま形状が保たれる。

また、画像記録命令によって、個別電極５０と共通電極５２間に電気信号が加えられると、圧電素子駆動部４８は充電されて、圧電横効果（ｄ３１）により、分極方向と垂直方向（図４（Ｃ）において矢印ｄ３１方向）に歪みを生じさせる。

これにより、圧電素子駆動部４８は、下方へ膨出変形しようとする。特に、本実施形態では、圧電素子駆動部４８の上面に形成された個別電極５０の幅Ｌ１が、共通電極５２のうち圧電素子駆動部４８の下面に形成された電極部分の幅Ｌ２よりも広く、圧電素子駆動部４８の上面側で生じる圧縮変形量が、圧電素子駆動部４８の下面側で生じる圧縮変形量よりも大きいため、圧電素子駆動部４８は、下方へ膨出変形しやすい。

圧電素子駆動部４８が下方へ膨出変形すると、変形量増大部６２は、内側に倒れ込んで、圧電素子駆動部４８の変形量を増大する。

これにより、圧力室４２内のインクは、効率よく加圧され、圧力室４２と連通路４０を介して連通するノズル３８からインク滴として吐出される。

続いて、個別電極５０と共通電極５２間への電気信号の印加を停止し、圧電素子駆動部４８に蓄積された電荷を放電すると、圧電素子駆動部４８は、図４（Ｃ）の状態から図４（Ｂ）に示される元の断面矩形状に戻る。そしてこれに伴い、ノズル３８内に形成されたメニスカスの復帰力によって、吐出された分のインクがインクプールから共通供給路４６及び個別供給路４４を通して圧力室４２内に供給される。

このインク吐出動作を繰り返すことにより、インクジェット記録ヘッド３０のノズル３８からインク滴が連続的に吐出されて、用紙等に画像記録される。

本実施形態では、変形量増大部６２が、圧電素子駆動部４８に対して、圧力室４２の並び方向（横方向）ではなく、圧力室４２の並び方向と直交する方向（縦方向、詳細には、下方）に設けられているため、圧力室４２の間隔、若しくは、圧力室４２自体の横幅を小さくでき、圧力室４２及び圧電素子駆動部４８を高密度に配置でき、圧電アクチュエータ３６の高密度化が可能となる。

また、本実施形態の構成によれば、圧電素子駆動部４８は下方に膨出変形するため、圧電素子駆動部４８の駆動方向が上下方向（縦方向）となり、分極方向と一致する。駆動方向と分極方向が異なる構成では、駆動による分極度の消失などの問題が発生するが、本実施形態では、そのような問題は発生せず、圧電素子駆動部の特性が長期的に安定して得ることができる。また、分極作業が圧電アクチュエータの製造の最終過程で行えるので、製造プロセス中の温度を気にせず、圧電アクチュエータの製造が可能となる。

なお、圧電アクチュエータ３６は、上記のように、一枚の圧電素子基板で形成されていたが、複数枚の圧電素子基板で形成されていてもよい（図６（Ｆ）、（Ｇ）参照、後述の第２製造方法参照）。また、変形量増大部６２は、圧電素子駆動部４８と一体で形成される場合に限られず、別体で形成されていてもよい（図６（Ｆ）、（Ｇ）参照、後述の第２製造方法参照）。

また、圧電アクチュエータ３６は圧電素子基板で形成されていたが、圧電素子以外で形成された基板上に、スパッタ又は蒸着により圧電体を形成し、その圧電体を圧電素子駆動部４８及び変形量増大部６２としてもよい（図７（Ｅ）、（Ｆ）及び図８（Ｅ）、（Ｆ）参照、後述の第３製造方法及び第４製造方法参照）。

この場合においては、共通電極５２を圧電体と基板との間に形成してもよい（図７（Ｅ）、（Ｆ）参照、後述の第３製造方法参照）。また、圧力室４２の側壁上部が内側に張り出すように形成して、変形量増大部６２が内側に倒れ込みやすくなるようにしてもよい（図７（Ｅ）、（Ｆ）及び図８（Ｅ）、（Ｆ）参照、後述の第３製造方法及び第４製造方法参照）。これにより、圧電素子駆動部４８の変形量をさらに増大し、吐出効率を向上させる。

また、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドは、圧電アクチュエータを適用する一例であって、他の方式によるインクジェット記録ヘッドに圧電アクチュエータを適用してもよい。

また、本実施形態に係るインクジェット記録装置は、所謂、ＰａｒｔｉａｌＷｉｄｔｈＡｒｒａｙ（ＰＷＡ）タイプであったが、本発明に係る液滴吐出装置としては、有効な記録領域が記録用紙の幅（搬送方向と直交する方向の長さ）以上とされた長尺状とされ、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｓ）、及びブラック（Ｋ）の４色それぞれに対応した４つのインクジェット記録ヘッドによって、フルカラーの画像を記録する、所謂、ＦｕｌｌＷｉｄｔｈＡｒｒａｙ（ＦＷＡ）タイプでもよい。

また、本実施形態では、液滴を吐出する液滴吐出装置として、インク滴を吐出して画像を記録するインクジェット記録装置について説明し、液滴を吐出する液滴吐出ヘッドとして、インクを吐出して画像を記録するインクジェット記録ヘッドについて説明した。しかし、本発明に係る液滴吐出装置としては、記録用紙上へ画像を記録するものに限定されるものではなく、また、吐出する液体もインクに限定されるものではない。

例えば、高分子フィルムやガラス上にインクを吐出してディスプレイ用カラーフィルターを作成する装置、溶接状態の半田を基板上に吐出して部品実装用のバンプを形成する装置など、工業的に用いられる液滴吐出装置及びその液滴吐出装置に用いられる液滴吐出ヘッド全般に対して、本発明を適用することができる。

本発明は、上記の実施形態に限るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変形、変更、改良が可能である。

次に、圧電アクチュエータ３６を製造する圧電アクチュエータ製造方法について説明する。

〔第１製造方法〕
まず、第１工程では、圧電素子で形成された板状の圧電素子基板７０（図５（Ａ）参照）の上面に、図５（Ｂ）に示すように、電極７２を形成する。この電極７２は、例えば、厚さ３μｍで印刷され、焼成されることにより、圧電素子基板７０の上面に形成される。なお、圧電素子基板７０の厚さは、例えば、０．５ｍｍとされている。また、電極７２の材質は、例えば、ＡｇＰｄとされている。

次に、第２工程では、図５（Ｃ）に示すように、電極７２の上面から圧電素子基板７０の上部に達する溝部７４を所定間隔で複数形成する。これにより、電極７２が分離されて、圧電素子基板７０の上面の端部（図５（Ｃ）において、右端部）に上面電極５６が形成されると共に、個別電極５０が形成される。個別電極５０は、次の第３工程で形成される各圧力室４２の上壁の上面に位置するように形成されている。

また、溝部７４の深さは、次の第３工程で形成される圧電素子駆動部４８の厚さよりも深くなるように形成され、例えば、６０μｍの深さとされている。なお、溝部７４は、例えば、ダイシング加工により形成される。

次に、第３工程では、図５（Ｄ）に示すように、圧電素子基板７０の下面であって、かつ、溝部７４の間に（溝部７４の内側に）、凹部７６を複数形成する。

これにより、圧力室４２が複数形成される。また、圧力室４２の上壁には、圧電素子駆動部４８が形成され、圧力室４２の側壁には、変形量増大部６２が形成される（図５（Ｆ）参照）。

圧電素子駆動部４８の厚さ（高さ方向の長さ）は、例えば、３０μｍとなる。変形量増大部６２の厚さ（横方向の長さ）及び変形量増大部６２の高さ（縦方向の長さ）は、例えば、３０μｍとなる。なお、凹部７６は、例えば、サンドブラスト加工により形成される。

次に、第４工程では、図５（Ｅ）に示すように、圧電素子駆動部４８の下面を含む凹部７６（圧力室４２の内壁面）及び圧電素子基板７０の下面に共通電極５２を形成し、圧電素子基板７０の側面に側面電極５４を形成する。共通電極５２及び側面電極５４は、一体的に形成され、共通電極５２、側面電極５４及び上面電極５６は電気的に接続される。

この共通電極５２及び側面電極５４は、例えば、スパッタにより形成され、共通電極５２及び側面電極５４の厚さは、例えば、０．２μｍとされている。また、共通電極５２及び側面電極５４の材質は、例えば、ＩｒＯｘとされる。

以上のように、圧力室に供給された液体を加圧して、圧力室と連通するノズルから液体を吐出させる圧電アクチュエータが形成される。

従来の構成では、駆動部を大きく変形させてインクの吐出効率を高めるために、薄い部材（例えば、圧電素子や振動板）を積層することにより、圧電アクチュエータを形成していたため、製造プロセスにおいて、構成部材の取り扱いが面倒であった。

これに対して、第１製造方法によれば、一つの圧電素子基板から圧電アクチュエータを製造するため、薄い部材を使用することなく、薄い圧電素子駆動部を有する圧電アクチュエータを形成することができ、製造性が改善される。また、振動板を形成する必要がないので製造性が向上する。

〔第２製造方法〕
次に、圧電アクチュエータ３６を製造する第１製造方法の他の例として、第２製造方法を説明する。

まず、第１工程では、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、圧力室４２となる開口８０が形成された圧力室プレート８２を圧電素子基板８４の下面に接合する。これにより、圧力室４２が複数形成される。

圧力室プレート８２及び圧電素子基板８４は、圧電素子で形成され、圧力室プレート８２の厚さは、例えば、０．２ｍｍとされ、圧電素子基板８４の厚さは、例えば、０．１ｍｍとされている。

次に、第２工程では、図６（Ｃ）に示すように、圧電素子基板８４の上面を研磨して、圧電素子基板７０を薄くする。これにより、圧力室４２の上壁に、圧電素子駆動部４８が形成される。

圧電素子基板８４は、例えば、厚さ３０μｍになるまで研磨される。また、圧電素子基板８４の研磨は、例えば、片面ラップ研磨により行われる。

次に、第３工程では、図６（Ｄ）に示すように、研磨された圧電素子基板８４の上面に電極８６を形成する。

この電極８６は、例えば、スパッタ法により形成され、電極８６の厚さは、例えば、０．２μｍとされる。また、電極８６の材質は、例えば、ＩｒＯｘとされる。

次に、第４工程では、図６（Ｅ）に示すように、電極８６の上面から圧力室４２の側壁上部に達する溝部７４を所定間隔で複数形成する。これにより、電極８６を分離されて、圧力室４２の上壁の上面に個別電極５０が形成されると共に、圧電素子基板７０の上面の端部（図６（Ｅ）において、右端部）に上面電極５６が形成される。

また、溝部７４の深さは、圧電素子駆動部４８の厚さよりも深くなるように形成され、例えば、６０μｍの深さとされている。なお、溝部７４は、例えば、ダイシング加工により形成される。

これにより、圧力室４２の側壁に、変形量増大部６２が形成される（図６（Ｇ）参照）。変形量増大部６２の厚さ（横方向の長さ）及び変形量増大部６２の高さ（縦方向の長さ）は、例えば、３０μｍとなる。

次に、第５工程では、図５（Ｆ）に示すように、圧電素子駆動部４８の下面を含む圧力室４２の内壁面及び圧電素子基板７０の下面に共通電極５２を形成し、圧電素子基板７０の側面に側面電極５４を形成する。共通電極５２及び側面電極５４は、一体的に形成され、共通電極５２、側面電極５４及び上面電極５６は電気的に接続される。

これに対して、第２製造方法によれば、薄い部材を使用することなく、薄い圧電素子駆動部を有する圧電アクチュエータを形成するため、製造性が改善される。また、振動板を形成する必要がないので製造性が向上する。

また、変形量増大部６２が形成される圧力室プレート８２の材料を、圧電素子基板８４よりも、疲労強度が高い材料とすることにより、圧電アクチュエータの長期信頼性を確保することができる。

〔第３製造方法〕
次に、圧電アクチュエータ３６を製造する第１製造方法の他の例として、第３製造方法を説明する。

まず、第１工程では、図７（Ａ）に示すように、基板９０の上面に凹み９２を所定間隔で複数形成する。これにより、基板９０の上面に凸部９３が形成され、この凸部９３と凹み９２とで、基板９０上が凹凸となる。

基板９０としては、例えば、Ｓｉ基板が用いられる。凹み９２は、例えば、エッチング加工により形成され、凹み９２の深さは、例えば、１０μｍとされている。

次に、第２工程では、図７（Ｂ）に示すように、凹み９２の内面及び基板９０の上面（凸部９３）に、略均一に共通電極５３を形成する。この共通電極５３は、例えば、スパッタ法により形成されており、また、共通電極５３には、例えば、Ｐｔ／Ｔｉ／Ｐｔが用いられる。

なお、共通電極５３は、基板９０に形成された凹凸上に、略均一に形成されるため、上下面に凹部５３Ａ、５３Ｂが交互に連続する形状とされている。

次に、第３工程では、図７（Ｃ）に示すように、共通電極５３の上面に圧電体９４を形成する。これにより、第５工程で形成される圧力室４２の上壁に、圧電素子駆動部４８が形成される。また、第５工程で形成される圧力室４２の側壁に、変形量増大部６２が形成される（図７（Ｆ）参照）。

圧電体９４は、例えば、蒸着法又はスパッタ法により形成される。また、圧電体９４は、略均一の厚さとされ、その厚さ、例えば、５μｍとされている。

なお、圧電体９４は、上下面に凹部５３Ａ、５３Ｂが交互に連続する形状された共通電極５３上に、略均一に形成されるため、共通電極５３と同様に、上下面に凹部９４Ａ、９４Ｂが交互に連続する形状とされている。

次に、第４工程では、図７（Ｄ）に示すように、圧電体９４の圧電素子駆動部４８の上面に個別電極５０を形成する。

個別電極５０は、例えば、スパッタ法により形成した後、圧電素子駆動部４８毎に分離加工することにより形成してもよく、また、パターンニングにより形成してもよい。個別電極５０の材質は、例えば、ＩｒＯｘとされる。

次に、第５工程では、図７（Ｅ）に示すように、基板９０の下面から共通電極５３に達する凹部７６を、凹み９２の間の位置に形成することにより、圧力室４２を複数形成する。凹部７６は、基板９０の凸部９３の幅Ｗよりも幅広に形成し、基板９０の凸部９３より広幅で基板９０を除去する。これにより、変形量増大部６２が形成された圧力室４２の側壁上部が、圧力室４２の内側に張り出し、圧力室４２の内壁面には、角部４２Ａが形成される。これにより、変形量増大部６２が内側に倒れ込みやすくなり、圧電素子駆動部４８の変形量をさらに増大し、吐出効率を向上させる。凹部７６は、例えば、エッチング加工により形成される。

これに対して、第３製造方法によれば、薄い部材を使用することなく、薄い圧電素子駆動部を有する圧電アクチュエータを形成するため、製造性が改善される。また、振動板を形成する必要がないので製造性が向上する。

また、圧電体の分離加工を必要としないため、製造性を向上できる。また、圧電体を蒸着法又はスパッタ法により形成するので、第１製造方法や第２製造方法に比べ、より薄い圧電素子（圧電素子駆動部）を精度よく形成することができる。

〔第４製造方法〕
次に、圧電アクチュエータ３６を製造する第１製造方法の他の例として、第４製造方法を説明する。

まず、第１工程では、図８（Ａ）に示すように、基板９５の上面に凹み９６を所定間隔で複数形成する。これにより、基板９５の上面に凸部９７が形成され、この凸部９７と凹み９６とで、基板９５上が凹凸となる。

基板９５としては、例えば、ＭｇＯ基板が用いられる。凹み９６は、例えば、エッチング加工により形成され、凹み９６の深さは、例えば、１０μｍとされている。

次に、第２工程では、図８（Ｂ）に示すように、凹み９６の内面及び基板９５の上面（凸部９７）に圧電体９８を形成する。これにより、第４工程で形成される圧力室４２の上壁に、圧電素子駆動部４８が形成される。また、第４工程で形成される圧力室４２の側壁に、変形量増大部６２が形成される（図８（Ｆ）参照）。

圧電体９８は、例えば、蒸着法又はスパッタ法により形成される。また、圧電体９８は、略均一の厚さとされ、その厚さ、例えば、５μｍとされている。

なお、圧電体９８は、基板９５に形成された凹凸上に、略均一に形成されるため、上下面に凹部９８Ａ、９８Ｂが交互に連続する形状とされている。

次に、第３工程では、図８（Ｃ）に示すように、圧電体９８の圧電素子駆動部４８の上面に個別電極５０を形成すると共に、圧電体９８の上面の端部（図８（Ｄ）において、右端部）に上面電極５６が形成される。

個別電極５０及び上面電極５６は、例えば、スパッタ法により形成した後、圧電素子駆動部４８毎に分離加工することにより形成してもよく、また、パターンニングにより形成してもよい。個別電極５０及び上面電極５６の材質は、例えば、ＩｒＯｘとされる。

次に、第４工程では、図８（Ｄ）に示すように、基板９５の下面から圧電体９８に達する凹部７６を、凹み９６の間の位置に形成することにより、圧力室４２を複数形成する。凹部７６は、基板９５の凸部９７の幅Ｗよりも幅広に形成し、基板９５の凸部９７より広幅で基板９５を除去する。これにより、変形量増大部６２が形成された圧力室４２の側壁上部が、圧力室４２の内側に張り出し、圧力室４２の内壁面には、角部４２Ａが形成される。これにより、変形量増大部６２が内側に倒れ込みやすくなり、圧電素子駆動部４８の変形量をさらに増大し、吐出効率を向上させる。凹部７６は、例えば、エッチング加工により形成される。

次に、第５工程では、図８（Ｅ）に示すように、圧電素子駆動部４８の下面を含む圧力室４２の内壁面及び基板９５の下面に共通電極５２を形成し、基板９５の側面に側面電極５４を形成する。共通電極５２及び側面電極５４は、一体的に形成され、共通電極５２、側面電極５４及び上面電極５６は電気的に接続される。

この共通電極５２及び側面電極５４は、例えば、スパッタにより形成される。また、共通電極５２及び側面電極５４の材質は、例えば、ＩｒＯｘとされる。

また、個別電極５０と、共通電極５２と接続されている上面電極５６は、同一面で電気接続することができるので製造性を向上することができる。

図１は、本発明の実施形態に係るインクジェット記録装置の全体構成を示す斜視図である。図２は、インクジェット記録ヘッドの内部構成を部分破断にて示す斜視図である。図３は、図２の３−３線断面図を示す図である。図４は、本実施形態に係る圧電アクチュエータを示す断面図である。（Ａ）は、圧電アクチュエータの全体図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の４Ｂ部を拡大して、圧電素子駆動部が未変形状態にあるときを示し、（Ｃ）は、（Ａ）の４Ｂ部を拡大して、圧電素子駆動部が変形状態にあるときを示す。図５は、本実施形態に係る圧電アクチュエータを製造する第１製造方法を示す図である。図６は、本実施形態に係る第１製造方法の他の例としての第２製造方法を示す図である。図７は、本実施形態に係る第１製造方法の他の例としての第３製造方法を示す視図である。図８は、本実施形態に係る第１製造方法の他の例としての第４製造方法を示す図である。

符号の説明

１０インクジェット記録装置
３６圧電アクチュエータ
４２圧力室
４８圧電素子駆動部
５０個別電極
５２共通電極
５６上面電極
６２変形量増大部
７４溝部

Claims

液体が供給される圧力室の上壁に形成され、下方へ膨出変形することにより、前記圧力室内の液体を加圧して、前記圧力室と連通するノズルから前記液体を吐出させる圧電素子駆動部と、
前記圧力室毎に前記圧電素子駆動部を区画する溝部を、前記圧電素子駆動部の厚さより
も深く、前記圧力室の側壁上部に形成することにより、前記溝部と前記圧力室の側壁上部の間に形成され、内側に倒れ込んで前記圧電素子駆動部の変形量を増大する変形量増大部と、
を備え、
前記変形量増大部が形成された前記圧力室の側壁上部が、前記圧力室の内側に張り出し、前記圧力室の内壁面には、角部が形成されることを特徴とする圧電アクチュエータ。
前記変形量増大部は、圧電体により前記圧電素子駆動部と一体的に形成され、
前記側壁上部の下側部分は、前記圧電体とは別体の基板により形成され、
各前記圧電素子駆動部の上面には、個別電極が個別に形成され、
前記各圧電素子駆動部の下面、各前記圧力室における前記変形量増大部の内壁面、及び前記圧電体と前記下側部分との間には、共通電極が一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
前記変形量増大部は、圧電体により前記圧電素子駆動部と一体的に形成され、
前記側壁上部の下側部分は、前記圧電体とは別体の基板により形成され、
各前記圧電素子駆動部の上面には、個別電極が個別に形成され、
前記各圧電素子駆動部の下面を含む各前記圧力室の内壁面、及び前記下側部分の下面には、共通電極が一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
前記圧電体は、スパッタ又は蒸着により、前記基板上に形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の圧電アクチュエータ。
前記共通電極は、前記個別電極と同一面に形成された上面電極と接続されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の圧電アクチュエータ。
前記変形量増大部は、厚さ≧高さの関係を有していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧電アクチュエータ。
前記圧電素子駆動部の駆動方向は、分極方向と同一であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の圧電アクチュエータ。
請求項１〜７のいずれか１項に記載の圧電アクチュエータを備えたことを特徴とする液滴吐出装置。