JP5011723B2 - 液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、液滴を吐出する液滴吐出ヘッド及びその液滴吐出ヘッドを備える液滴吐出装置に関する。

液滴を吐出する液滴吐出ヘッドとしては、インク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ヘッドが周知である。インクジェット記録ヘッドとしては、インク吐出に圧電体を用いたインクジェット記録ヘッド、特に圧電体の圧電縦効果又は圧電横効果を利用したアクチュエータを用いたヘッド構成が知られている。

このヘッド構成においては、アクチュエータの変形効率を高めるために、圧力室の一部に剛性の低い部分を設ける必要がある。しかし、圧力室に低剛性部を設けることは、圧力の発生効率を低下させることになるため問題となる。

一方、インクジェット記録ヘッドによる印字で高解像度化を図るには、ノズルピッチを狭めてノズルを高密度に、例えばマトリックス状に配置する必要があり、これに伴い、各ノズルに対応させて設ける圧電体については小型で且つ高密度に配置できる構造が求められる。

そこで、積層型の圧電体を用いてその内部に圧力室を形成し、この圧電体を積層方向に挟んでノズルプレートと供給路プレートを対向配置することにより、圧力室に低剛性部を設けなくとも圧力の発生効率が改善可能で、且つ、従来のカイザー型の圧電体に比べてノズル配置を高密度化できるヘッド構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平７−８１０５５号公報

しかしながら、上記の構成では、圧力室を一方向（圧電体の積層方向）に変形させてインクに圧力（吐出エネルギー）を加えるため、圧力の発生効率が悪い。圧力の発生効率を向上させるためには、圧力室を複数方向に変形させ、圧力室内の多くの面でインクに圧力を加える方が望ましい。

また、上記のようなインクジェット記録ヘッドにおいては、インクの吐出効率がよいことが望まれる。例えば、圧電体において、インク吐出に寄与しない部分が変形すると、圧電体全体が不必要に振動し、インクの吐出特性が不安定となり、吐出効率が悪くなる。

本発明は、上記事実を考慮し、液体を吐出する吐出効率のよい液滴吐出ヘッド及びその液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る液滴吐出ヘッドは、筒状の圧電体と、前記圧電体の軸方向一端に形成された基体と、前記圧電体の軸方向に沿って前記基体を貫通し前記圧電体の中空部と連通する前記基体の中空部と、を有する圧電体基板と、前記基体の前記圧電体側とは反対側に接合され、前記圧電体に電流を供給するための配線パターンが形成され、前記基体の中空部と連通する連通路を有する電気配線基板と、を備え、前記圧電体は、前記配線パターンによって電流が供給されることで変形し、前記圧電体の中空部に供給される液体へ圧力を加え、前記連通路に通じるノズルから該液体を吐出させ、前記圧電体基板は、圧電性の異なる複数の圧電体層で形成されて前記圧電体の軸方向に層状とされ、前記複数の圧電体層のうち、前記基体の少なくとも一部を含むと共に前記電気配線基板に接合される側の圧電体層が、他の圧電体層よりも圧電性が低い低圧電性層で形成されている。

ここで、本発明の請求項１の構成では、圧電体基板は、圧電性の異なる複数の圧電体層で形成され、電気配線基板に接合される側の圧電体層は、他の圧電体層よりも圧電性が低い低圧電性層で形成されている。

このため、電気配線基板の接合面から圧電体基板の基体（駆動しても液体の吐出に寄与しない部分）へ、電流が誤って供給されても、電気配線基板に接合される側の圧電体層の圧電性が低いため、基体の駆動が抑えられ、圧電体基板全体の振動が抑制される。これにより、液体の吐出が安定し、液体を吐出する吐出効率がよくなる。

本発明は、上記構成としたので、液体を吐出する吐出効率がよくなる。

以下に、本発明の液滴吐出ヘッド及びその液滴吐出ヘッドを備える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ヘッド及びその液滴吐出ヘッドを備える液滴吐出装置として、インク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ヘッド及びそのインクジェット記録ヘッドを備えるインクジェット記録装置について説明する。
［第１実施形態］
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に示されるように、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ユニット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ユニット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ユニット３０は、図２〜図５に示されるインクジェット記録ヘッド５０と、それにインクを供給するインクタンク（図示省略）とが一体に構成されたものであり、インクジェット記録ヘッド５０の下面（インク吐出面）に形成された複数のノズル６２（図２参照）が、記録紙Ｐと対向するようにキャリッジ１２上に搭載されている。これにより、インクジェット記録ユニット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５０のノズル６２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ユニット３０（インクジェット記録ヘッド５０）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、この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）５０について説明する。

本実施形態に係るインクジェット記録ヘッド５０は、図２〜図５に示すように、図の下側からノズルプレート５２、プリント配線基板５４、圧電効果によりインクを吐出させる圧電アクチュエータとしての圧電体基板５６、供給路プレート５８、及びインクプールプレート６０の順に積層され、各部材が互いに接合されて構成されている。

図２に示されるように、ノズルプレート５２には円形貫通孔からなる複数のノズル６２が所定の間隔でマトリクス状に配置されている。

プリント配線基板５４には、ノズルプレート５２の各ノズル６２と対応する位置に、ノズル径よりも少し大径の円形貫通孔からなる連通路６４がそれぞれ形成されている（図４（Ｂ）及び図５（Ｂ）参照）。プリント配線基板５４の上面には、各連通路６４と対応する位置に、円環状のコンタクト電極６６がそれぞれ形成されており（図４（Ｂ）及び図５（Ｂ）参照）、各コンタクト電極６６は、プリント配線基板５４の上面に形成された配線パターン６８を介して、駆動ＩＣ７０と電気的に接続されている。また、この駆動ＩＣ７０へは、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、以下に説明する圧電体基板５６の各圧電体７２に電気信号（駆動信号）を送信し、各圧電体７２をそれぞれ所定のタイミングで駆動させる。

図２に示すように、プリント配線基板５４の上面の、連通路６４が形成されていない端部には、共通接続用電極６７が一列に形成されている。共通接続用電極６７は、プリント配線基板５４の上面に形成された配線パターン６９を介して、ＧＮＤ電位に接続されている。

圧電体基板５６は、圧電体で形成された長方形板状の基体７５、上記の駆動ＩＣ７０によって個別に駆動される円筒状の圧電体７２及び、共通電極接続用圧電体７３を備えている。圧電体７２は、各ノズル６２及び各連通路６４に対応して、基体７５上にマトリクス状に配置され、基体７５と一体的に形成されている。基体７５の周縁部には、内側よりも厚みの厚い枠部７５Ａが構成されている。

圧電体７２には、厚み方向に貫通した中空部Ｒが形成され、圧電体７２の中空部Ｒは、基体７５の裏面側まで貫通されている。中空部Ｒの内径は連通路６４よりも少し大径とされている（図４（Ｂ）及び図５（Ｂ）参照）。

共通電極接続用圧電体７３は、圧電体７２と略同一形状とされ、共通接続用電極６７に対応する位置に形成されている。共通電極接続用圧電体７３の高さは、圧電体７２の高さよりも低く（少なくとも後述する第１電極７８、第２電極７４の厚み分低く）構成されている。

ここで、本実施形態の構成では、圧電体基板５６が圧電性の異なる２層の圧電体層で形成され、プリント配線基板５４に接合される側（底面側）の圧電体層５６Ａは、プリント配線基板５４に接合されない側（上面側）の圧電体層５６Ｂよりも圧電性（圧電定数）が低い低圧電性層で形成されている。本実施形態では、圧電体基板５６の基体７５の全部が低圧電性層で形成されている。なお、基体７５の一部が低圧電性層で形成される構成であってもよい。

圧電体層５６Ａに用いられる圧電性（圧電定数）が低い低圧電性層としては、図９に示すように、例えば、ＮＥＣトーキン製のＮ−６１（材料名）が用いられる。Ｎ−６１は、圧電定数ｄ３３が２９６ｐｍ／Ｖ、圧電定数ｄ３１が−１３２ｐｍ／Ｖ、線膨張係数が１２×１０^−７／℃となっている。

また、圧電体層５６Ｂには、圧電体層５６Ａよりも圧電性（圧電定数）が高い材料として、例えば、ＮＥＣトーキン製のＮ−１０（材料名）が用いられる。Ｎ−１０は、圧電定数ｄ３３が６３５ｐｍ／Ｖ、圧電定数ｄ３１が−２８７ｐｍ／Ｖ、線膨張係数が１４×１０^−７／℃となっている。

図４（Ｂ）、図５（Ｂ）に示すように、圧電体７２、及び共通電極接続用圧電体７３の外周面には、第２電極７４が外周面全面を被覆するよう形成されている。各圧電体７２、及び共通電極接続用圧電体７３の第２電極７４は、基体７５の上面に形成された共通電極７６を介して互いに電気的に接続されている。また、圧電体７２、共通電極接続用圧電体７３の内周面には、第１電極７８が内周面全面を被覆するよう形成されている。各圧電体７２の第１電極７８は、下端部をプリント配線基板５４上の各コンタクト電極６６に接触させて電気的に接続されている。

共通電極接続用圧電体７３の先端面には、先端面電極７３Ｃが形成されている（図５（Ａ）参照）。したがって、共通電極接続用圧電体７３では、第１電極７８、及び、先端面電極７３Ｃは、第２電極７４と接続されており、共通電極接続用圧電体７３に設けられた中空部Ｒから、各圧電体７２に共通の第２電極７４が引き出され、配線パターン６９を介してＧＮＤ電位に接続されている。

このように、筒状の圧電体７２では、第２電極７４を外周面に、第１電極７８を内周面に設けていることにより、分極方向が圧電体７２の内外方向となるよう、詳細には、圧電体７２の外側から内側へ向かう方向となるよう構成されている。また、この圧電体７２は、分極方向の側面（外側壁）が基体７５に繋がれた構造であることにより、所謂Ｗａｌｌ型の圧電体として構成されている。これにより、駆動ＩＣからの電気信号が第１電極７８、第２電極７４間に配置された圧電体７２に印加されると、圧電体７２は後述する所定の変形動作を行う。

供給路プレート５８には、圧電体基板５６の各圧電体７２と対応する位置に、圧電体７２の内径よりも少し小径の円形貫通孔からなる供給路８０がそれぞれ形成されている（図４（Ｂ）及び図５（Ｂ）参照）。供給路プレート５８の下面における各圧電体７２との対応位置には、供給路８０を中心として圧電体７２の外径と略同径の円形状に突出された突出部（厚肉部）８２がそれぞれ設けられ、これらの突出部８２は各圧電体７２に強固に接合されている。また、各突出部８２はそれぞれ繋がれてその繋ぎ部（突出部８２の周囲）は供給路プレート５８本体及び突出部８２よりも薄肉とされており、この繋ぎ部によって低剛性のダンパ部８４が形成されている。

供給路プレート５８を圧電体基板５６に積層すると、図５（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、筒状の圧電体７２の中空部Ｒに圧力室８６が形成されるこの圧力室８６は、上壁面８６Ａが突出部８２の下面（可動内壁面）によって形成され、周面状とされた内側壁面８６Ｂが、第１電極７８が被覆形成された圧電体７２の内周面（変形部）によって形成されている。

図４（Ａ）及び図５（Ａ）に示されるように、インクプールプレート６０は、下面側に空洞部が形成されており、上面には、空洞部に連通されたインクインレット（インク供給路）８８が設けられている。このインクプールプレート６０を供給路プレート５８に積層すると、上記の空洞部によって供給路プレート５８との間にインクプール９０が形成される。また、供給路プレート５８のダンパ部８４は、インクプール９０の内壁の一部を構成する構成部位となっており、このインクプール９０には、外部（インクタンク）からインクインレット８８を通しインクが供給されて貯留される。

本実施形態のインクジェット記録ヘッド５０は以上の構成とされており、このインクジェット記録ヘッド５０では、上述したように、ノズル６２からインクプール９０までの各部（ノズル６２、連通路６４、圧力室８６（圧電体７２）、供給路８０、及びインクプール９０）が、各構成部材によって層状に配置されている。

次に、上述した本実施形態のインクジェット記録ヘッド５０による印字（インク吐出）動作及び作用について説明する。

インクジェット記録ヘッド５０による印字では、まず、インクプール９０に貯留されたインクが供給路８０を通して圧力室８６に供給され、さらに、圧力室８６から連通路６４を通してノズル６２まで充填される。

ここで、圧電体７２は、第１電極７８、第２電極７４間に電気信号が加えられないと、図６（Ａ）に示されるように、円筒状のまま形状が保たれる。印字命令によって第１電極７８、第２電極７４間に電気信号が加えられると、圧電体７２は、図６（Ｂ）に示されるように、軸方向断面で見ると樽状に膨張するよう変形する。

本実施形態の圧電体７２では、図６（Ｃ）に示されるように、分極方向に電気信号を加え、それと平行方向に歪みを生じさせる圧電縦効果（ｄ３３）により、矢印ｄ３３で示した径方向に膨張変形し、さらに、分極方向に電気信号を加え、それと垂直方向に歪みを生じさせる圧電横効果（ｄ３１）により、矢印ｄ３１（ａ）で示した軸方向に圧縮変形し、矢印ｄ３１（ｂ）で示した周方向に収縮変形する。このように、この円筒状の圧電体７２は、圧電縦効果による径方向、圧電横効果による軸方向及び周方向の３方向に変形する。

ここで、圧電体７２の圧電横効果による軸方向への圧縮変形により、圧電体７２の上端面に接合された供給路プレート５８の突出部８２、すなわち圧力室８６の上壁面８６Ａがノズル６２側へ移動し（図６（Ｂ）の矢印Ａ）、圧力室８６内のインクを加圧し圧縮する。さらに、圧電体７２の圧電縦効果による径方向への膨張変形と、圧電横効果による周方向への収縮変形とが合わされて、圧電体７２の内周面（変形部）、すなわち圧力室８６の内側壁８６Ｂが内方へ膨出し（図６（Ｂ）の矢印Ｂ）、圧力室８６内のインクを加圧し圧縮する。そして、これらの２つの変形動作による圧力室８６の２方向への変形によって加圧された圧力室８６内のインクは、連通路６４を介しノズル６２からインク滴として吐出される。

続いて、第１電極７８、第２電極７４への電気信号の印加を停止し、圧電体７２に蓄積された電荷を放電すると、圧電体７２は、図６（Ｂ）の状態から図６（Ａ）に示される元の円筒形状に戻る。そしてこれに伴い、ノズル６２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９０から供給路８０を通して圧力室８６内に補充される。

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５０のノズル６２からインク滴が連続的に吐出されて、用紙等に印字される。

ここで、本実施形態では、第１電極７８、第２電極７４間に電気信号が加えられた際に、共通電極７６とプリント配線基板５４の配線パターン６８との間で誤って通電し（図５（Ｂ）参照）、圧電体基板５６の基体７５に電流が流れた場合でも、基体７５は、圧電性が低いため、基体７５の駆動が抑えられ、圧電体基板５６全体の振動が抑制される。これにより、インクの吐出が安定し、インクを吐出する吐出効率がよくなる。

また、本実施形態のインクジェット記録ヘッド５０では、インクプール９０から供給路８０を介して圧力室８６に供給されたインクを、ノズル６２からインク滴として吐出させるため、圧電体７２の変形によって圧力室８６を変形させ、圧力室８６内のインクに圧力を加える構成であるが、この圧電体７２は圧電縦効果及び圧電横効果の変形によって圧力室８６を２方向へ変形させるため、例えば圧電縦効果のみ、又は、圧電横効果のみの変形によって圧力室を変形させる場合に比べ、圧力の発生効率が向上する。

また、本実施形態では、圧力室８６の内側壁８６Ｂを形成する圧電体７２の変形部である内周面が、圧力室８６内のインクを直接的に加圧するため、インクに加えられる圧力の損失が小さくされ、圧電体７２の変形によって発生された圧力がインクに効率よく伝達される。

また、本実施形態は、圧電体７２の変形に伴って圧力室８６の上壁面８６Ａが移動し、圧力室８６内のインクを吐出方向（ノズル６２側）へ加圧／減圧する構成であり、これにより、圧力室８６のインク吐出方向への変形が可能となり、圧力の発生効率を向上することができる。また、この可動構造とした圧力室８６の上壁面８６Ａ（可動内壁面）を供給路プレート５８（突出部８２）によって形成していることにより、このような可動内壁面を形成するために専用のプレート等を設ける場合に比べて、インクジェット記録ヘッド５０を小型に構成できる。

また、本実施形態では、圧電体７２を円筒状に形成してその内部に圧力室８６を設けていることにより、圧力室８６内のインクが、圧電体７２の内周面全面（圧力室８６の内側壁面８６Ｂ）によって加圧されるようになり、圧力の発生効率を向上することができている。さらに、このような円筒状の圧電体７２であれば、圧電体７２（圧力室８６）及びノズル６２を高密度に配置することができるため、印字画像の高解像度化を実現できる。

また、本実施形態では、上述したインク吐出動作で圧電体７２が高速駆動されるが、この高速駆動に伴い圧電体７２及び圧力室８６の上壁面８６Ａ（突出部８２）が振動する際に、突出部８２同士を繋いで給路プレート本体よりも低剛性とされたダンパ部８４によってその振動が減衰される。これにより、隣接する圧電体７２間での駆動動作の影響（クロストーク）を低減することができる。

また、このダンパ部８４はインクプール９０の内壁の一部を構成する構成部位であるため、インク滴を吐出するために圧力室８６で発生された圧力はダンパ部８４によって吸収される。これにより、インク滴吐出時に特定の圧力室８６で発生した圧力が供給路８０からインクプール９０へ伝わり、隣接する圧力室８６での圧力発生に及ぼす悪影響を改善することができる。したがって、インク吐出性能が安定する。

また、本実施形態では、インクジェット記録ヘッド５０に設ける各部（ノズル６２、連通路６４、圧力室８６（圧電体７２）、供給路８０、及びインクプール９０）を異なる層に配置していることにより、それらの各部を複数の構成部材に振り分けて形成し、各構成部材を積層することでインクジェット記録ヘッド５０を製造することができる。これにより、インクジェット記録ヘッド５０の製造性が向上する。

また、本実施形態のインクジェット記録装置では、上記のインクジェット記録ヘッド５０を備えることで低消費電力化が図られる。

なお、第１実施形態では、圧電性の異なる２層の圧電体層で形成されていたが、本発明の構成としては、３層以上の圧電体層で形成されていてもよい。その場合においては、プリント配線基板５４に接合される側（底面側）の圧電体層が、他の圧電体層（少なくとも、直上に設けられた圧電体層）よりも圧電性が低い低圧電性層で形成する。

次に、本実施形態のインクジェット記録ヘッド５０の製造方法について説明する。

まず、圧電体基板５６の基体７５、圧電体７２、及び共通電極接続用圧電体７３の製造について説明する。図７（Ａ）に示すように、長方形板状の圧電体板４０Ａと、圧電体板４０Ａよりも圧電性の低い材料で形成された長方形板状の圧電体板４０Ｂとを積層し、焼成して、圧電体板４０Ａと圧電体板４０Ｂとを接合して、圧電性の異なる２層の圧電体層を有する圧電体板４０を形成する。圧電体板４０Ａは、圧電性（圧電定数）の高い材料として、例えば、上述したＮＥＣトーキン製のＮ−１０（材料名）が用いられる（図９参照）。圧電体板４０Ｂとは、圧電性（圧電定数）の低い材料として、例えば、上述したＮＥＣトーキン製のＮ−６１（材料名）が用いられる（図９参照）。

なお、圧電体板４０Ａと圧電体板４０Ｂとを、それぞれ焼成した後に、接着剤で接合して、圧電性の異なる２層の圧電体層を有する圧電体板４０を形成してもよい。

図７（Ｂ）に示すように、形成された圧電体板４０に、貫通口（圧電体７２及び共通電極接続用圧電体７３の中空部Ｒとなる部分）をマトリクス状に形成する。なお、貫通口（中空部Ｒ）は、圧電体板４０の焼成前に形成してもよい。貫通口（中空部Ｒ）の形成は、サンドブラスト、焼成前であればパンチ等により行うことができる。

次に、図７（Ｃ）に示すように、共通電極接続用圧電体７３が配置される部分（Ｋ）を直線上に所定の深さ分除去する。ここでの除去は、ダイシング加工等によりおこなうことができる。

次に、図７（Ｄ）に示すように、圧電体７２が形成される位置と共通電極接続用圧電体７３が形成される位置との間に、分離溝４８を形成して、圧電体７２及び共通電極接続用圧電体７３に対応する部分をマトリクス状に分離する。分離溝４８は、圧電体板４０Ｂに達するように形成され、これにより、圧電体基板５６の基体７５となる部分が、圧電性の低い材料である圧電体板４０Ｂで形成される。ここでの分離は、ワイヤー加工、ダイシング加工等により行うことができる。
上記のようにして、電極形成前の圧電体基板５６が製造される。

次に、プリント配線基板５４と電極形成前の圧電体基板５６を接合する。プリント配線基板５４には、圧電体７２の貫通口（中空部Ｒ）に対応する位置に連通路６４が形成されている。連通路６４は、貫通口（中空部Ｒ）よりも小径とされている。

プリント配線基板５４と電極形成前の圧電体基板５６の接合は、図８（Ａ）に示すように、圧電体基板５６の基体７５側とプリント配線基板５４の配線面とを対向させ、プリント配線基板５４上面のコンタクト電極６６が圧電体７２の貫通口（中空部Ｒ）へ露出されるように、また、共通接続用電極６７が共通電極接続用圧電体７３の貫通口（中空部Ｒ）へ露出されるようにして接合する。

次に、図８（Ｂ）に示すように、圧電体基板５６側の全面、及び、プリント配線基板５４の連通路６４の内壁に、電極膜Ｄを形成する。電極膜Ｄの形成は、Ｃｕの蒸着、スパッタリング等により行うことができる。これにより、電極膜Ｄとプリント配線基板５４のコンタクト電極６６、共通接続用電極６７も接続される。

そして、図８（Ｃ）に示すように、圧電体７２の先端面７２Ｃに形成された電極膜Ｄを、除去する。電極膜Ｄの除去は、ＣＭＰなどの片側研磨により行うことができる。これにより、電極膜Ｄは圧電体７２の内壁７２Ａに形成された第１電極７８と、圧電体７２の外側壁７２Ｂに形成された第２電極７４とに分離される。

次に、ノズルプレート５２をプリント配線基板５４の下側に接合し、供給路プレート５８を圧電体基板５６の上側に接合する。このとき、ノズル６２と連通路６４とが連通されるように、また、中空部Ｒと供給路８０とが連通されるように位置合わせを行って接合する。そして、供給路プレート５８の上部にインクプールプレート６０を接合して、インクジェット記録ヘッド５０が製造される（図５参照）。

上記製造方法によれば、１工程で電極膜Ｄを形成し、その後、圧電体７２の先端面７２Ｃ部分の電極膜Ｄを除去することにより、容易に第１電極７８と第２電極７４とを形成することができる。また、コンタクト電極６６、共通接続用電極６７と電極膜との接続も電極膜形成の工程で行うことができる。

さらに、共通電極接続用圧電体７３を圧電体７２よりも低くしているので、圧電体７２の先端面７２Ｃ部分の電極膜Ｄを除去する際に、共通電極接続用圧電体７３の先端面７３Ａの電極膜は研磨により除去されず、中空部Ｒを経由させて共通の電極を容易にプリント配線基板５４側に引き出すことができる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。また、インクジェット記録装置の全体構成は、第１実施形態と同一であるので、説明を省略する。

第２実施形態は、第１実施形態に係るインクジェット記録ヘッド５０において、圧電体基板５６の構成を変形した変形例である。

第２実施形態に係る圧電体基板５７は、第１実施形態に係る圧電体基板５６と同様に、圧電体で形成された長方形板状の基体７５、円筒状の圧電体７２及び、共通電極接続用圧電体７３を備えている（図１０（Ａ）参照）。

この圧電体基板５７は、３層の圧電体層で形成され、プリント配線基板５４に接合される側（底面側）の第１圧電体層４４、及び供給路プレート５８が接合される側（先端側）の第２圧電体層４６は、第１圧電体層４４と第２圧電体層４６との間に挟まれる第３圧電体層４５よりも圧電性が低い低圧電性層で形成されている。

本実施形態では、圧電体基板５７の基体７５の全部が低圧電性層で形成されている。なお、基体７５の一部が低圧電性層で形成される構成であってもよい。

第１圧電体層４４及び第２圧電体層４６に用いられる圧電性（圧電定数）が低い低圧電性層としては、例えば、上述のＮＥＣトーキン製のＮ−６１（材料名）が用いられる（図９参照）。また、第３圧電体層４５には、第１圧電体層４４及び第２圧電体層４６よりも圧電性（圧電定数）が高い材料として、例えば、上述のＮＥＣトーキン製のＮ−１０（材料名）が用いられる（図９参照）。

この構成により、第１実施形態の作用効果に加えて、圧電体基板５７の先端側を低圧電性層で構成する事により、この圧電体７２の上面に形成される供給路プレート５８との接合部の動作が小さくてすむため、この接合部での剥がれ等により信頼性を向上させることができる。また、圧電性の高い材料と低い材料を接合する部分（第１圧電体層４４と第３圧電体層４５との境目及び第２圧電体層４６層と第３圧電体層４５との境目）においても、急激に変形状態が変わらないため、接合部への応力が緩和され、接合部の信頼性を向上させることができる。

本実施形態において、圧電体基板５７を製造する場合は、図１０（Ｂ）に示すように、第１実施形態と同様に、第１圧電体層４４なす長方形板状の圧電体板３４と、第３圧電体層４５なす長方形板状の圧電体板３５と、第２圧電体層４６なす長方形板状の圧電体板３６と、を積層し、焼成することにより、圧電体板３４と圧電体板３５と圧電体板３６を互いに接合して、３層の圧電体層を有する圧電体板４１を形成する。

この圧電体板４１をもとに、第１実施形態と同様の手順により圧電体基板５７が製造される（図７参照）。なお、圧電体板３４と圧電体板３５と圧電体板３６とをそれぞれ焼成した後に、接着剤で接合して、３層の圧電体層を有する圧電体板４１を形成してもよい。

本実施形態では、圧電性の低い第１圧電体層４４及び第２圧電体層４６で、圧電性の高い第３圧電体層４５を挟んでいるので、これらの圧電体層を接合する際に、ソリが発生せず、インクジェット記録ヘッド５０の製造性が向上する。

〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。また、インクジェット記録装置の全体構成は、第１実施形態と同一であるので、説明を省略する。

第３実施形態は、第１実施形態に係るインクジェット記録ヘッド５０において、圧電体基板５６の構成を変形した変形例である。

第３実施形態に係る圧電体基板６１は、第１実施形態に係る圧電体基板５６と同様に、圧電体で形成された長方形板状の基体７５、円筒状の圧電体７２及び、共通電極接続用圧電体７３を備えている（図１１（Ａ）参照）。

第３実施形態では、図１１に示すように、圧電体７２の圧力室８６（中空部Ｒ）が、下側（プリント配線基板５４が接合される側）から、上側（供給路プレート５８が接合される側）に向けて徐々に拡幅されるテーパー形状をしている。これにより、中空部Ｒの断面は、下方（ノズル側）から上方（供給路側）に向けて徐々に大きくなっており、中空部Ｒの内壁７２Ａが上方から下方に向けて、傾斜している。

この構成により、圧力室８６内のインク排除体積を損なうことなく（圧電体７２が変形したときに排出するインク量が変化することなく）、圧力室８６内からの気泡排出性が優れる。このため液体の吐出が安定し、液体を吐出する吐出効率がよくなる。

なお、図１２に示すように、中空部Ｒの断面が、下方（ノズル側）から上方（供給路側）に向けて徐々に大きくなり、中空部Ｒの内壁７２Ａが上方から下方に向けて、階段状に形成された圧電体基板６３であってもよい。

また、本実施形態の構成は、第１実施形態又は、第２実施形態と併用してもよい。例えば、図１２に示すように、圧電体基板６３を、第２実施形態に係る第１圧電体層４４、第３圧電体層４５、第２圧電体層４６を積層して形成してもよい。

〔第４実施形態〕
次に、本発明の第４実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。また、インクジェット記録装置の全体構成は、第１実施形態と同一であるので、説明を省略する。

第４実施形態は、第１実施形態に係るインクジェット記録ヘッド５０において、圧電体基板５６の構成を変形した変形例である。

第４実施形態に係る圧電体基板６５は、第１実施形態に係る圧電体基板５６と同様に、長方形板状の基体上に形成された円筒状の圧電体７２及び、共通電極接続用圧電体７３を備えている（図１３（Ａ）、（Ｂ）参照）。また、圧電体７２、及び共通電極接続用圧電体７３の外周面には、第２電極７４が外周面全面を被覆するよう形成されている。各圧電体７２、及び共通電極接続用圧電体７３の第２電極７４は、基体の上面に形成された共通電極７６を介して互いに電気的に接続されている。また、圧電体７２、共通電極接続用圧電体７３の内周面には、第１電極７８が内周面全面を被覆するよう形成されている。

ここで、第４実施形態では、第１電極７８、第２電極７４及び共通電極７６の上面に、第１電極７８、第２電極７４及び共通電極７６を覆うように、電極をインクから保護する保護膜としての低透水性膜９１が形成されている。
この低透水性膜９１は、少なくとも、インクが流れる流路内に形成された第１電極７８の表面に形成される。また、低透水性膜９１材料としては、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン又は酸窒化シリコンを含む材料が用いられる。

これにより、第１電極７８、第２電極７４、共通電極７６及び圧電体７２が水分から遮断されるので長期信頼性に優れる。

また、圧電体基板５６に形成された分離溝４８には、圧電体７２より低剛性の充填材（例えば、シリコンゴム）９３が充填されており、圧電体７２の周囲が充填材９３で満たされている。この構成によれば、第１電極７８、第２電極７４、共通電極７６及び圧電体７２が水分から遮断する効果に加えて、圧電体７２の圧電縦効果による圧力を、より圧力室４６に伝達することができるので、吐出効率を向上させることができる。
なお、充填材９３を圧電体７２より低剛性のものとするのは、充填材９３の剛性を圧電体７２より高くすると、圧電体７２の変形自体が抑えられてしまうためである。また、本実施形態の構成は、第１実施形態〜第３実施形態の構成と併用してもよい。

また、上記の第１〜第４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及び液滴吐出ヘッドとしては、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。

図１は、本発明の第１実施形態に係るインクジェット記録装置の外観を示す斜視図である。 図２は、第１実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの分解状態を示す分解斜視図である。 図３は、第１実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの外観を示す斜視図である。 図４（Ａ）は、第１実施形態に係る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り、図４（Ｂ）は（Ａ）の４Ｂ部を拡大した斜視図である。 図５は、第１実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの断面を示し、（Ａ）は図３の５Ａ−５Ａ線断面図、（Ｂ）は（Ａ）の５Ｂ部を拡大した断面図である。 図６（Ａ）は、第１実施形態に係る圧電素子及び圧力室の未変形状態を示す断面図、図６（Ｂ）は、変形状態を示す断面図、図６（Ｃ）は、圧電素子の変形方向を示す拡大斜視図である。 図７は、第１実施形態に係る圧電体基板の製造工程を示す図である。 図８は、第１実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造工程の一部を示す図である。 図９は、第１実施形態に係る圧電体基板の材料を示す図である。 図１０（Ａ）は、第２実施形態に係る圧電体基板を示す断面図であり、図１０（Ｂ）は、第２実施形態に係る圧電体基板のもとになる圧電体板を示す図である。 図１１は、第３実施形態に係る圧電体基板を示す断面図である。 図１２は、第３実施形態に係る圧電体基板の変形例を示す断面図である。 図１３（Ａ）は、第４実施形態に係る圧電体基板を示す断面図であり、図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）の１３Ｂ部を拡大した図である。

符号の説明

１０ インクジェット記録装置（液滴吐出装置）
５０ インクジェット記録ヘッド（液滴吐出ヘッド）
５４ プリント配線基板（電気配線基板）
５６ 圧電体基板
５６Ａ 圧電体層
５６Ｂ 圧電体層
５７ 圧電体基板
６１ 圧電体基板
６３ 圧電体基板
６５ 圧電体基板
６８ 配線パターン
７２ 圧電体
７２Ａ 内壁
７４ 第２電極（電極）
７５ 基体
７６ 共通電極（電極）
７８ 第１電極（電極）
８０ 供給路
９１ 低透水性膜（保護膜）
９３ 充填材
Ｒ 中空部

Claims (3)

1. 筒状の圧電体と、前記圧電体の軸方向一端に形成された基体と、前記圧電体の軸方向に沿って前記基体を貫通し前記圧電体の中空部と連通する前記基体の中空部と、を有する圧電体基板と、
   前記基体の前記圧電体側とは反対側に接合され、前記圧電体に電流を供給するための配線パターンが形成され、前記基体の中空部と連通する連通路を有する電気配線基板と、
   を備え、
   前記圧電体は、前記配線パターンによって電流が供給されることで変形し、前記圧電体の中空部に供給される液体へ圧力を加え、前記連通路に通じるノズルから該液体を吐出させ、
   前記圧電体基板は、圧電性の異なる複数の圧電体層で形成されて前記圧電体の軸方向に層状とされ、
   前記複数の圧電体層のうち、前記基体の少なくとも一部を含むと共に前記電気配線基板に接合される側の圧電体層が、他の圧電体層よりも圧電性が低い低圧電性層で形成され、
   前記複数の圧電体層は、３層以上で構成され、
   前記複数の圧電体層のうち、前記基体の少なくとも一部を含むと共に前記電気配線基板に接合される側の圧電体層と、前記圧電体における前記基体側とは反対側の軸方向端部を含む圧電体層とが、他の圧電体層よりも圧電性が低い低圧電性層で形成されている液滴吐出ヘッド。
2. 前記基体の全部が、前記低圧電性層で形成されている請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
3. 請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴とする液滴吐出装置。

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