JP5539046B2 - 液体吐出ヘッド及び液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッド、及び該液体吐出ヘッドの製造方法に関する。

従来、記録装置として、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装置が知られている。インクジェット記録装置には、インクを吐出するための液体吐出ヘッドが搭載されている。

液体吐出ヘッドにおけるインクを吐出する機構として、液体吐出ヘッドに備えられた圧力室の容積を変化させてインクの導入及び吐出を行う圧電部材が知られている。圧力室には、インクを圧力室に供給するための液体供給路と、圧力室からインクを吐出するためのノズルとが設けられている。圧力室の容積収縮時に圧力室にあるインクをノズルから液滴として吐出し、圧力室の容積膨張時に液体供給路から圧力室にインクを導入する。

圧電部材は、圧力室の少なくとも一つの壁面を振動板で形成して、該振動板に圧電素子を備えたものである。圧電素子を変形させることによって、圧力室の容積を拡縮させることができる。

特に、古くから、圧力室を円筒形状の圧電素子で形成した円筒型圧電部材が提案されている。円筒型圧電部材は、円筒形状の径方向の中心に向かって収縮する。そのため、圧力室の内部に貯留されたインクは、圧電部材の外周から中心に向かう方向に一様に加圧され、より大きい飛翔力でインクをノズルから吐出することができる。

一方、圧電部材を用いた液体吐出ヘッドによる印字において、印字速度を維持したままより高い解像度を得るには、複数のノズルをより高い密度で液体吐出ヘッドに配置する必要がある。これに伴い、各々のノズルに対応させて設けられる圧電部材は、より小型でかつ高密度に配置可能な構造が求められている。

そこで、特許文献１では、複数の円筒型圧電部材を千鳥状の２次元マトリクス状に配列することによって、ノズルの高密度化を図った液体吐出ヘッドが開示されている。また、特許文献１では、そのような液体吐出ヘッドの製造方法として、複数の凹部を有する型へ圧電材料を充填して円筒形状の圧電部材を一体的に成形する方法が開示されている。圧電部材を一体的に成形することによって、ノズルの配置の精度の向上及び圧電部材の製造工程を簡素化することができる。

また、特許文献２では、圧電部材が高密度で配置された液体吐出ヘッドの製造方法として、１枚に複数の溝を有するプレートを、溝の延びる方向を揃えて複数積層して、溝の延びる方向と直交する方向に切断する方法が開示されている。プレートは圧電材料で形成されており、溝の部分が圧力室となる。

特許文献２で開示されている製造方法では、特許文献１で開示されている製造方法に比べ、ノズルの配置の密度を維持した状態で、深さがより長い圧力室を形成することができる。圧力室の深さを大きくすることによって、圧力室の容積及び収縮量を大きくすることができる。したがって、インクの飛翔力とノズルの高密度配置を両立することが可能となる。

特開２００６−３２７１６３号公報 特開２００７−１６８３１９号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２で開示されている液体吐出ヘッドでは、各々の圧電部材に設けられている電極のそれぞれに配線を接続している。配線の引き回しスペースと、電極と配線とを接続するスペースと、が必要となり、圧電部材の高密度化を阻害していた。また、圧電部材の電極と同数の配線が必要となり、コストアップの要因となっていた。

さらに、液体吐出ヘッドの製造時に、配線を高い精度で配置することが要求され、製造歩留まりが低下していた。

そこで、本発明の目的は、圧電部材の配置の密度が高められる液体吐出ヘッド及びその製造方法を提供することを目的とする。

本願発明はこのような技術課題に鑑みなされたものであり、以下の構成からなるものである。

本発明に係る液体吐出ヘッドは、液体を吐出するための圧力を液体に付与するための圧力室と、該圧力室の内面の側に設けられた第１電極と、該圧力室の外側に設けられた第２電極と、を備える圧電部材であって、第１電極及び第２電極を用いて変形することで圧力を発生する圧電部材が、複数、各圧電部材の圧力室を流れる液体の流れ方向が互いに沿う様に、流れ方向と交わる第１方向と、流れ方向と交わるとともに第１方向とも交わる第２方向と、のそれぞれに関して配列されている。第１方向に配列された複数の第１電極と共通して接続された第１共通配線と、第２方向に配列された複数の第２電極と共通して接続された第２共通配線と、をそれぞれ複数有し、複数の第１共通配線が第２方向に関して配列され、複数の第２共通配線が第１方向に関して配列されていることを特徴とする。また、圧電部材が、液体を圧力室へ導入するための入口を備える第１面と、該第１面と反対の側に位置し、液体を圧力室から導出するための出口を備える第２面と、を有していてよい。液体吐出ヘッドは、圧電部材の第１面と隣接する第１面を有するベース部材をさらに備えていてよい。ベース部材は、ベース部材の第１面と反対の側の第２面に圧力室のそれぞれと連通する開口を有していてよい。第１共通配線がベース部材の第２面に形成され、第２共通配線が前記ベース部材の第１面に形成されていてよい。さらに、上記ベース部材の２つをベース部材の第２面を向かい合せて接合することにより２つの圧電部材から１つの圧力室が形成されており、２つの圧電部材の第１電極が互いに電気的に接続されており、２つの圧電部材の第２電極が互いに電気的に絶縁されていることが好ましい。

また、本発明は、液体を吐出するための圧力を液体に付与するための圧力室と該圧力室の内面の側に設けられた第１電極と該圧力室の外側に設けられた第２電極とを備えた圧電部材であって該第１電極及び該第２電極を用いて変形することで圧力を発生する圧電部材と、該圧電部材に隣接するベース部材と、を備え、圧電部材が、液体を圧力室へ導入するための入口を備える第１面と、該第１面と反対の側に位置し、液体を圧力室から導出するための出口を備える第２面と、を有し、ベース部材の第１面が圧電部材の第１面と隣接し、ベース部材の第１面と反対の側の第２面に圧力室のそれぞれと連通する開口を有し、圧電部材が、複数、各圧電部材の圧力室を流れる液体の流れ方向が互いに沿う様に、流れ方向と交わる第１方向と、流れ方向と交わるとともに第１方向とも交わる第２方向と、のそれぞれに関して配列され、第１方向に配列された複数の第１電極と共通して接続された第１共通配線と、第２方向に配列された複数の第２電極と共通して接続された第２共通配線と、をそれぞれ複数有し、複数の第１共通配線がベース部材の第２面に形成され、第２共通配線がベース部材の第１面に形成されている液体吐出ヘッドの製造方法である。圧電部材及びベース部材の全面に電極膜を形成する工程と、圧電部材の第２面における電極膜を除去して第１電極と第２電極とを分離する工程と、ベース部材の第１面とベース部材の第２面との間にあるベース部材の側面の電極膜を除去して第１共通配線と第２共通配線とを分離する工程と、ベース部材の第２面の、第２方向に隣り合う開口の間の電極膜を、第１方向に沿って除去して第１共通配線を形成する工程と、ベース部材の第１面の、第１方向に隣り合う圧電部材の間の電極膜を、第２方向に沿って除去して第２共通配線を形成する工程と、を含む。

本発明によれば、液体吐出ヘッドは、圧電部材の配置の密度が高められる。また、該液体吐出ヘッドの製造方法が提供される。

本発明の実施例に係るインクジェット記録装置の斜視図。 第１の実施例に係る液体吐出ヘッドの外観斜視図及び断面図。 第１の実施例に係る液体吐出ヘッドの分解斜視図。 第１の実施例に係る圧電素子プレートの斜視図。 第１の実施例に係る圧電素子プレートの平面図及び断面図。 第１の実施例に係る圧電素子プレートの製造方法を説明する図。 第１の実施例に係る圧電素子プレートに配線を接続する工程を示す図。 第２の実施例に係る積層圧電素子プレートの斜視図。 第２の実施例に係る積層圧電素子プレートの平面図及び断面図。 第２の実施例に係る積層圧電素子プレートの製造方法を説明する図。

次に、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照して説明する。

（実施例１）
以下に、本発明の第１の実施例に係る液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出ヘッド製造方法を図面に基づき説明する。

図１は、インクジェット記録装置１の斜視図である。インクジェット記録装置１には、記録用紙などの記録媒体（不図示）に対して走査することができるキャリッジ２が設けられている。キャリッジ２には、例えばインクなどの液体を吐出する液体吐出ヘッド３及び液体吐出ヘッド３にインクを供給するインクタンク４が搭載されている。

インクタンク４は、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）などの複数のインクを液体吐出ヘッド３に供給することができるようになっている。液体吐出ヘッド３はそれぞれのインクに対応して用意されている。液体吐出ヘッド３がキャリッジ２に搭載され、記録媒体に対して走査しながらインクを吐出することにより、記録媒体への記録が行われる。

インクジェット記録装置１は、副走査方向（図１に示すＹ方向）に記録媒体を搬送させることができ、また副走査方向と交わる主走査方向（図１に示すＸ方向）にキャリッジ２を走査させることができる。

インクジェット記録装置１における記録媒体への記録は、キャリッジ２を主走査方向に移動させながら、液体吐出ヘッド３からインクを吐出させることによって行われる。液体吐出ヘッド３は、画像データが変換された２値の分割記録データに基づき所定のタイミングでインクを吐出する。液体吐出ヘッド３の主走査方向への１回の走査が終了したところで、インクジェット記録装置１は記録媒体を副走査方向に所定量だけ搬送する。

この後、主走査方向における液体吐出ヘッド３の記録媒体へのインクの吐出と、副走査方向への記録媒体の所定量の搬送を繰り返し、順次画像が完成される。

図２（Ａ）は、本発明の第１の実施例に係る液体吐出ヘッド３の外観斜視図であり、図２（Ｂ）は液体吐出ヘッド３の断面図である。図３は、第１の実施例に係る液体吐出ヘッド３の分解斜視図である。

図２及び図３に示されるように、液体吐出ヘッド３は、ノズルプレート５、圧電素子プレート６、流体制御プレート７及び液体供給ボックス８がこの順に積層され、隣接する各部材が互いに接合されることによって構成される。

ノズルプレート５には、円形貫通孔からなるノズル９が複数形成されている。ノズル９は、第１方向（図３に示すｘ方向）に沿って所定の間隔ｘ₀で配列され、第１方向列１０を複数構成する。また、ノズル９は、ｘ方向と交わる第２方向（図３に示すｙ方向）に沿って、所定の間隔ｙ₀で配列され、第２方向列１１を複数構成する。

圧電素子プレート６は、ノズル９のそれぞれと対応する位置に配設された圧電部材１２と、圧電部材１２に隣接するベース部材１３と、で形成されている。圧電部材１２は、液体を吐出するための圧力を液体に付与するための圧力室１４を備えている。また、圧電部材１２は、液体を圧力室１４へ導入するための入口を備える第１面１５と、第１面１５と反対の側に位置し、液体を圧力室１４から導出するための出口を備える第２面１６と、を有している。すなわち、圧力室１４は第１面１５と第２面１６とを貫通する貫通穴によって形成されている。

圧電部材１２は、複数、圧力室１２を流れる液体の流れ方向（第１面１５から第２面１６へ向かう方向）が互いに沿う様に配列されている。さらに、圧電部材１２は、当該流れ方向と交わる第１方向（ｘ方向）と、当該流れ方向と交わるとともに第１方向とも交わる第２方向（ｙ方向）と、のそれぞれに関して配列されている。

ベース部材１３では、ベース部材１３の第１面１７と圧電部材１２の第１面１５とが隣接している。さらに、ベース部材１３は、ベース部材１３の、第１面１７と反対の側に位置する第２面１８に、圧力室１４のそれぞれと連通する開口を有している。圧電部材１２の第２面１６がノズルプレート５と接合し、ベース部材１３の第２面１８が流体制御プレート７に接合している。

圧力室１４は、ノズル９の開口径よりも大きい径を有する円筒形状の空間により構成されている。圧力室１４の、径及び吐出方向における長さを調整することによって、インクの吐出を安定させることができ、インクの吐出における限界周波数を高めることが可能になる。

圧電部材１２は、電界を印加されることによって、円筒形状に形成されている圧力室１４の径方向に収縮する圧電素子で形成されている。圧電素子プレート６は、ベース部材１３に圧電部材１２を接合してしたり、圧電材料からなるプレートに溝を形成して残存部を圧電部材１２としたりすることで得られる。

流体制御プレート７には、圧力室１４のそれぞれと対応する位置に、圧力室１４の径よりも小さい径の穴からなる流量調整穴１９が形成されている。圧電部材１２及び流量調整穴１９は、ノズル９と同様に、第１方向列１０及び第２方向列１１を形成している。

液体供給ボックス８には、流体制御プレート７と接する面に開口を有する凹み部が形成されている。液体供給ボックス８を流体制御プレート７に隣接させたときに、該凹み部と流体制御プレート７との間に空間が形成される。該空間を共通液室２０と称す。共通液室２０は、流量調整穴１９を介して圧力室１４と連通されている。

また、液体供給ボックス８の、流体制御プレート７と接する面と異なる面には、共通液室２０に連通する液体供給路２１が設けられている。液体供給路２１はインクタンク４（図１）と接続されており、インクタンク４からインクが供給されて共通液室２０にインクが貯留される。

したがって、液体供給路２１から供給されたインクは、共通液室２０に貯留された後、流量調整穴１９を介して圧力室１４へ送られる。その後、圧力室１４に貯留されたインクは、圧電部材１２から圧力を付与され、ノズル９から液滴として吐出される。

ここで、圧電素子プレート６の構成について詳述する。

図４は、図３に示す圧電素子プレート６の、ノズルプレート５と接する面、すなわち圧電部材１２の第２面１６を斜め上から見た斜視図である。図４に示される圧電素子プレート６は、図３に示される圧電素子プレート６の上下を反転したときの斜視図である。

図５（Ａ）は、図３に示す圧電素子プレート６を、ノズルプレート５から流体制御プレート７に向かって見たときの圧電素子プレート６の平面図である。また、図５（Ｂ）及び（Ｃ）は、図５（Ａ）に示すＡ−Ａ断面及びＢ−Ｂ断面における圧電素子プレート６の断面図である。

図５に示されるように、圧力室１４の内面の側には第１電極２２が設けられている。また、圧力室１４の外側であって、圧電部材１２の第２面１６以外の領域には第２電極２３が設けられている。圧力室１４の面１６側の開口縁には第２電極２３が形成されていないため、第１電極２２と第２電極２３とは電気的に絶縁されている。

ベース部材１３の第２面１８には、第１電極２２と電気的に接続される第１共通配線２４が配設されている。

第１共通配線２４は、ｘ方向に配列された圧力室１４のベース部材１３の第２面１８における開口を繋ぐように延びている。したがって、ｘ方向に隣り合う圧電部材１２に設けられた第１電極２２は、第１共通配線２４を介して共通して電気的に接続され、ｙ方向に隣り合う圧電部材１２に設けられた第１電極２２は、電気的に絶縁されている。

一方、ベース部材１３の第１面１７には第２電極２３と電気的に接続される第２共通配線２５が配設されている。第２共通配線２５は、ｙ方向に隣り合う圧電部材１２を繋ぐように延びている。したがって、ｙ方向に隣り合う圧電部材１２に設けられた第２電極２３は第２共通配線２５を介して共通して電気的に接続され、ｘ方向に隣り合う圧電部材１２に設けられた第２電極２３は電気的に絶縁されている。

圧電素子プレート６は、圧電部材１２の配列に合わせて、第１共通配線２４及び第２共通配線２５を複数有している。さらに、第１共通配線２４がｙ方向に関して配列され、第２共通配線２５がｘ方向に関して配列されている。すなわち、圧電素子プレート６は、第１共通配線２４及び第２共通配線２５により、マトリクス状の配線構造を有する。

さらに、図３に示されるように、圧電素子プレート６には、第１共通配線２４及び第２共通配線２５と電気的に接続される配線部材２６が設けられている。配線部材２６は、ｘ方向に延びる第１共通配線２４毎に、またｙ方向に延びる第２共通配線２５毎に電気信号を個別に送信できるようになっている。

次に、本発明の第１の実施例における液体吐出ヘッド３の動作について図２〜図５を参照して説明する。

図２に示されるように、共通液室２０には液体供給路２１からインクが供給され、さらに流量調整穴１９を介して共通液室２０から圧力室１４にインクが供給される。したがって、圧力室１４はインクが貯留される。

液体吐出ヘッド３がインクを吐出するときに、不図示のヘッド制御部から配線部材２６を通して、図５に示される所望の第１共通配線２４及び第２共通配線２５に電気信号が送られる。電気信号が送られた第１共通配線２４に接続される第１電極２２と、電気信号が送られた第２共通配線２５に接続される第２電極２３と、を有する圧電部材１２が、電界の印加を受けて変形する。

圧電部材１２が圧力室１４の径方向に変形し、圧力室１４の容積が収縮するため、圧力室１４に貯留されているインクを吐出するための圧力が発生する。その結果、図２に示されるノズル９からインクが液滴状に吐出され、記録媒体にインクが付着する。

その後、ヘッド制御部から所望の第１共通配線２４及び第２共通配線２５への電気信号の送信が停止され、圧電部材１２の形状が元に戻る。圧力室１４が元の容積に戻り、流量調整穴１９を介して共通液室２０から圧力室１４へインクが供給される。

以上の動作を繰り返し、所定のタイミングでインクを吐出すことにより、記録媒体への記録が行われる。

第１の実施例では、各々の圧電部材１２に設けられた第１電極２２及び第２電極２３に、個別に配線部材２６を接続する場合に比べて、配線数を大幅に減らすことが可能となり、配線の引き回しスペースを縮小することができる。その結果、隣り合う圧電部材１２の間隔を小さくすることができ、ノズル９をより高い密度で配置すること可能になる。さらに配線の本数も減少するため、低コスト化にもつながる。

また、配線部材２６を個々の第１電極２２及び第２電極２３に接続する必要がないため、配線部材２６を接続するために高い精度が要求されることがない。その結果、液体吐出ヘッドの良品率を高められるとともに、配線部材２６と第１電極２２及び第２電極２３との接続の信頼性の向上にもつながる。

次に、第１の実施例における圧電素子プレート６及び液体吐出ヘッド３の製造方法について図６を参照して説明する。

図６は、圧電素子プレート６の製造方法を説明するための図である。なお、図６において、白色で示される領域は、電極、電極膜及び配線等が形成されている箇所であり、ハッチングが施されている領域は、電極等が形成されていない箇所である。

まず、図６（Ａ）に示されるように、圧電部材１２とベース部材１３とで構成され、電極等が形成されていない圧電部材プレート２７を用意する。圧電部材１２には圧力室１４が形成されている。

次に、図６（Ｂ）に示すように、圧電部材プレート２７の全面に、第１電極２２や第１共通配線２４などの基となる電極膜２８を形成する。電極膜２８の形成は、Ｃｕ、ＴｉやＣｒ等の金属を、蒸着やスパッタリング等の手法により行う。さらに、電極膜２８をメッキ用のシード層として、Ｎｉ、Ａｕ膜をメッキ等で形成する。

圧電部材１２の内面、すなわち圧力室１４を形成する面に形成された電極膜２８が第１電極２２となり、圧電部材１２の外面に形成された電極膜２８が第２電極２３となる。

続いて、図６（Ｃ）に示すように、圧電部材１２の第２面１６を研磨することにより、圧電部材１２の第２面１６の電極膜２８を除去する。また、ベース部材１３の第１面１７とベース部材１３の第２面１８との間にあるベース部材１３の側面２９の電極膜２８を、研磨又はレーザー照射により除去する。圧電部材１２の第２面１６及びベース部材１３の側面２９の電極膜２８を除去することにより、第１電極２２と第２電極２３とが分離され電気的に絶縁される。

図６（Ｄ）は、図６（Ａ）〜（Ｃ）に示される圧電部材プレート２７を上下に反転した図である。図６（Ｄ）に示されるように、ベース部材１３の第２面１８の、ｙ方向に隣り合う圧力室１４の間の電極膜２８を、レーザー照射又はダイシング等の機械加工により連続して帯状に除去する。

ベース部材１３の第２面１８に残存する電極膜２８が、第１共通配線２４となる。ｘ方向に帯状に電極膜２８を除去することにより、ｙ方向に隣り合う第１共通配線２４が分離され電気的に絶縁される。

図６（Ｅ）は、図６（Ｄ）に示される圧電部材プレート２７をさらに上下に反転した図である。図６（Ｅ）に示されるように、ベース部材１３の第１面１７の、ｘ方向に隣り合う圧電部材１２の間における電極膜２８を、ダイシング又はワイヤーカット等の機械加工により、ｙ方向に沿って連続して帯状に除去する。図６（Ｆ）は、図６（Ｅ）に示すａ部の拡大図であり、ベース部材１３の第１面１７における電極膜２８の除去の状態を示す図である。

ベース部材１３の第１面１７に残存する電極膜２８が、第２共通配線２５となる。ｙ方向に帯状に電極膜２８を除去することにより、ｘ方向に隣り合う第２共通配線２５が分離され電気的に絶縁される。

次に、第１電極２２及び第２電極２３を介して、圧電部材１２の分極処理を行う。分極処理は、円筒形状に形成されている圧力室１４の径方向に行われる。続いて、圧力室１４に供給される液体から電極膜２８を保護する保護膜を形成する。分極処理工程及び保護膜形成工程の詳細については省略する。

保護膜としては、低透水性膜を用いることができる。具体的には、酸化シリコン、窒化シリコン又は酸窒化シリコンのいずれかを含む無機系保護膜や、パリレン膜、有機ＳＯＧ膜又は有機ポリマー膜を主成分とする有機系保護膜が用いられる。パリレン膜としては、パリレン−Ｎ、パリレン−Ｃ、パリレン−Ｄ、パリレン−Ｆが挙げられる。有機ＳＯＧ膜としては、アルキルアルコキシランや有機シロキサン樹脂をベースとしたものがある。有機ポリマー膜としては、ポリイミド等が挙げられる。

次に、図７（Ａ）に示されるように、圧電素子プレート６の、第１共通配線２４及び第２共通配線２５の各々に、配線部材２６を接続する。図７は、配線部材２６が接続された圧電素子プレート６における斜視図である。第１共通配線２４又は第２共通配線２５と、配線部材２６とは、異方性導電フィルム又は異方性導電ペースト等の回路用接着剤、又はソルダーペースト印刷によるはんだを用いて接続される。配線部材２６としては、柔軟性を有するフレキシブル配線基板を用いた。

図７（Ｂ）は、配線部材２６を圧電素子プレート６に接続した後、配線部材２６を折り曲げた状態を示す。配線部材２６を折り曲げることによって、図３に示されるノズルプレート５や流体制御プレート７を圧電素子プレート６に積層接合しやすくなる。

続いて、図３に示されるように、圧電素子プレート６の、ベース部材１３の第２面１８の側に流体制御プレート７を接合する。このとき、圧力室１４と流量調整穴１９とが連通されるように位置合わせを行って接合する。

さらに、圧電素子プレート６の、圧電部材１２第１面１５にノズルプレート５を接合する。ノズル９と圧力室１４と、が連通されるように位置合わせを行って接合する。

最後に、流体制御プレート７の、圧電素子プレート６が接合されている面とは反対の側の面に液体供給ボックス８を接合して、液体吐出ヘッド３が製造される。

第１の実施例によれば、第１電極２２と第２電極２３との電気的な絶縁を、研磨やレーザー加工等の機械加工により一括で行なうことができ、第１電極２２及び第２電極２３を個別に設ける場合に比べ、製造工程を簡略化することができる。

また、第１共通配線２４を、レーザー照射やダイシング等の機械加工により一括で形成することができるため、個別に第１共通配線２４を配設する場合に比べ、製造工程を簡略化することができる。

同様に、第２共通配線２５を、ダイシング又はワイヤーカット等の機械加工により一括で形成することができるため、個別に第２共通配線を配設する場合に比べ、製造工程を簡略化することができる。

（実施例２）
以下に、本発明の第２の実施例に係る液体吐出ヘッド及び液体吐出ヘッドの製造方法を図面に基づき説明する。

第２の実施例における液体吐出ヘッドは、第１の実施例で示す圧電素子プレート６の代わりに、圧力室１４が２つの異なる圧電部材１２によって形成される積層圧電素子プレート３０を備えるものである。積層圧電素子プレート３０は、２つの圧電部材１２により圧力室１４が形成されるため、ダブルアクチュエータ型圧電素子プレートと呼ばれることもある。

図８は、第２の実施例に係る積層圧電素子プレート３０の斜視図であり、図９は、図８に示される積層圧電素子プレート３０の平面図及び断面図である。

図８及び図９に示されるように積層圧電素子プレート３０は、第１の実施例に記載されている圧電素子プレート６を２つ用い、ベース部材１３の第２面１８を向かい合わせるように接合することによって形成される。２つの圧電素子プレート６は、互いの圧力室１４の位置が一致し、且つ第１共通配線２４の延在方向が一致するように配置されている。

また、２つの圧電素子プレート６のうちの一方のｘ方向における幅は、他方の圧電素子プレート６のｘ方向における幅に比べて短くなっている。したがって、他方の圧電素子プレート６の、ベース部材１３の第２面１８と第１共通配線２４の一部が露出している。

位置が一致する各々の圧電部材１２に設けられている第１電極２２は、互いに電気的に接続され、一つの電極として機能する。したがって、第１電極２２と電気的に接続される第１共通配線２４は、２つの圧電素子プレート６に設ける必要はなく、少なくともベース部材１３の第２面１８が露出する他方の圧電素子プレート６に設けられていればよい。

また、位置が一致する各々の圧電部材１２に設けられている第２電極２３は、互いに電気的に絶縁されており、２つの圧電素子プレート６に設けられている第２共通配線２５も互いに電気的に絶縁されている。

なお、第２の実施例において、他方の圧電素子プレート６に設けられている第２電極２３及び第２共通配線２５を、第３電極３１及び第３共通配線３２と称す。つまり、積層圧電素子プレート３０は、第１共通配線２４、第２共通配線２５及び第３共通配線３２の３層からなるマトリクス状の配線構造を有する。

積層圧電素子プレート３０は、不図示の配線を通して所望の第１共通配線２４、第２共通配線２５及び第３共通配線３２に電気信号が送られる。電気信号が送られた第１共通配線に接続される第１電極２２と、電気信号が送られた第２共通配線２５に接続される第２電極２３と、を有する圧電部材１２が、電界の印加を受けて変形する。

また、電気信号が送られた第１共通配線２４に接続される第１電極２２と、電気信号が送られた第３共通配線３２に接続される第３電極３１と、を有する圧電部材１２が、電界の印加を受けて変形する。

第１共通配線２４、第２共通配線２５及び第３共通配線３２に電気信号を送るタイミングを制御することにより、所望のタイミングで所望の位置における圧電部材１２を駆動させることができる。

第２の実施例では、第１の実施例と同様に、各々の圧電部材１２に設けられた第１電極２２及び第２電極２３に、個別に配線部材２６を接続する場合に比べて、配線数を大幅に減らすことが可能となり、配線の引き回しスペースを縮小することができる。その結果、隣り合う圧電部材１２の間隔を小さくすることができ、ノズル９をより高い密度で配置すること可能になる。さらに配線の本数も減少するため、低コスト化にもつながる。

また、配線部材２６を個々の第１電極２２及び第２電極２３に接続する必要がないため、配線部材２６を接続するために高い精度が要求されることがない。その結果、液体吐出ヘッドの良品率を高められるとともに、配線部材２６と第１電極２２及び第２電極２３との接続の信頼性の向上にもつながる。

さらに、第２の実施例では、１つの圧力室１４に対し、個々に加圧することのできる２つの圧電部材１２を有している。一つの圧電部材１２で形成される圧力室１４に比べ、２つの圧電部材１２で形成される圧力室１４方がより低い電圧で同じ分だけ圧力室を収縮することができる。したがって、第２の実施例における液体吐出ヘッドを用いることにより、低電力化を図ることができる。２つの圧電部材１２の駆動に時間差を持たせることにより、インクの吐出における限界周波数を高めることが可能となる。

次に、第２の実施例における積層圧電素子プレート３０の製造方法について、図１０を用いて説明する。図１０は、積層圧電素子プレート３０の製造方法を説明する図である。図１０において、て、白色で示される領域は、電極、電極膜及び配線等が形成されている箇所であり、ハッチングが施されている領域は、電極等が形成されていない箇所である。

まず、図１０（Ａ）に示されるように、第１圧電部材プレート３３及び第２圧電部材プレート３４を用意する。第１及び第２圧電部材プレート３３、３４には、ｘ方向及びｙ方向に二次元状に配列された貫通口３５が形成されている。貫通口３５は、第１及び第２圧電部材プレート３３、３４が接合されたときに、貫通口３５の位置が一致するように配置されている。

第２圧電部材プレート３４の、第１圧電部材プレート３３と接合する面には、共通電極列３６が形成されている。共通電極列３６は、ｘ方向に配列された貫通口３５の開口部を繋ぐように帯状に延びており、ｙ方向に隣り合う共通電極列３６は、電気的に絶縁されている。第１圧電部材プレート３３は、第２圧電部材プレート３４の共通電極列３６に相当する電極列を備えていない。

また、第２圧電部材プレート３４のｘ方向における幅は、第１圧電部材プレート３３のｘ方向における幅よりも長い。

次に、図１０（Ｂ）に示されるように、第１圧電部材プレート３３と第２圧電部材プレート３４とを、各々の貫通口３５が連通するように、積層接合する。第２圧電部材プレート３４のｘ方向における幅は、第１圧電部材プレート３３のｘ方向における幅よりも長いため、共通電極列３６のｘ方向における端部が露出する。

次に、図１０（Ｃ）に示されるように、第１圧電部材プレート３３の、ｘ方向及びｙ方向に隣接する貫通口３５の間を通るように周囲溝３７を形成する。周囲溝３７は、第１圧電部材プレート３３の、第２圧電部材プレート３４が接する面と反対の側の面から、第２圧電部材プレート３４が接する面に向かって、第１圧電部材プレート３３を貫通しない深さで形成されている。

周囲溝３７を形成することにより、図８に示される圧電部材１２及びベース部材１３が形成される。周囲溝３７の形成は、ダイシング又はワイヤーソー等の機械加工によって行うことができる。

同様に、第２圧電部材プレート３４に周囲溝３７を形成する。周囲溝３７は、第２圧電部材プレート３４の、第１圧電部材プレート３３が接する面と反対の側の面から、第１圧電部材プレート３３が接する面に向かって、第２圧電部材プレート３４を貫通しない深さで、ｘ方向及びｙ方向に形成されている。

続いて、図１０（Ｄ）に示されるように、共通電極列３６の露出している部分を遮蔽するためのレジスト材料３８を塗布する。

その後、図１０（Ｅ）に示されるように、第１及び第２圧電部材プレート３３、３４の外面に電極膜２８を形成する。第１圧電部材プレート３３と第２圧電部材プレート３４とが積層接合される面及びレジスト材料３８が塗布されている面には電極膜２８が形成されない。

電極膜２８の形成は、Ｃｕ、ＴｉやＣｒ等の金属を、蒸着やスパッタリング等の手法により行う。さらに、電極膜２８をメッキ用のシード層として、Ｎｉ、Ａｕ膜をメッキ等で形成する。

このときに、貫通口３５の内面においても電極膜２８が形成される。共通電極列３６は貫通口３５の周囲にも形成されているため、貫通口３５の内面に形成された電極膜２８と共通電極列３６が電気的に接続される。

次に、図１０（Ｆ）に示されるように、第１圧電部材プレート３３の、貫通口３５の開口部が位置する面３９に形成された電極膜２８を研磨により除去する。これにより、圧電部材１２の外面における電極膜２８と、貫通口３５の内面における電極膜２８と、が分離され電気的に絶縁される。同様に、第２圧電部材プレート３４の、貫通口３５の開口部が位置する面３９に形成された電極膜２８を除去する。

続いて、図１０（Ｇ）に示されるように、第１及び第２圧電部材プレート３３、３４におけるベース部材１３の積層接合される面と隣接する側面２９に形成された電極膜２８を、レーザー光またはダイシング等の機械加工により連続して帯状に除去する。

さらに、第１圧電部材プレート３３におけるベース部材１３の第１面１７の、ｘ方向に隣り合う圧電部材１２の間の電極膜２８を、ダイシング又はワイヤーソー等の機械加工により、ｙ方向に沿って連続して帯状に除去する。同様に、第２圧電部材プレート３４におけるベース部材１３の第１面１７の、ｘ方向に隣り合う圧電部材１２の間の電極膜２８を、ｙ方向に沿って連続して帯状に除去する。

その後、第１電極２２及び第２電極２３、または第１電極２２及び第３電極３１を介して、圧電部材１２の分極処理を行う。分極処理は、円筒形状に形成されている貫通口３５の径方向に行われる。さらに、貫通口３５に供給される液体から電極膜２８を保護する保護膜を形成する。分極処理工程及び保護膜形成工程の詳細については省略する。

保護膜としては、低透水性膜を用いることができる。具体的には、酸化シリコン、窒化シリコン又は酸窒化シリコンのいずれかを含む無機系保護膜や、パリレン膜、有機ＳＯＧ膜又は有機ポリマー膜を主成分とする有機系保護膜が用いられる。パリレン膜としては、パリレン−Ｎ、パリレン−Ｃ、パリレン−Ｄ、パリレン−Ｆが挙げられる。有機ＳＯＧ膜としては、アルキルアルコキシランや有機シロキサン樹脂をベースとしたものがある。有機ポリマー膜としては、ポリイミド等が挙げられる。

その後、図３に示される配線部材２６、ノズルプレート５、流体制御プレート７及び液体供給ボックス８が積層圧電素子プレート３０に積層されて液体吐出ヘッド３となる。積層工程の詳細については第１の実施例と同じであるため省略する。

第２の実施例によれば、第１の実施例と同様に、第１電極２２と、第２電極２３及び第３電極３１との電気的な絶縁を、研磨やレーザー加工等の機械加工により一括で行なうことができる。したがって、第１電極２２、第２電極２３及び第３電極３１を個別に設ける場合に比べ、製造工程を簡略化することができる。

また、第１共通配線２４を、第１圧電部材プレート３３と第２圧電部材プレート３４を接合する前に、レーザーやダイシング等の機械加工により一括で形成することができる。したがって、各々の第１電極２２に配線を配設する場合に比べ、製造工程を簡略化することができる。

同様に、第２共通配線２５及び第３共通配線３２を、ダイシング又はワイヤーソー等の機械加工により一括で形成することができるため、第２電極２３及び第３電極３１のそれぞれに配線を配設する場合に比べ、製造工程を簡略化することができる。

上記の実施形態では、液体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液体吐出ヘッドについて説明した。しかし、本発明に係る液体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や溶液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が挙げられる。工業的に用いられる液体吐出装置及びその液体吐出装置に用いられる液体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。

３ 液体吐出ヘッド
１０ 第１方向列
１１ 第２方向列
１２ 圧電部材
１３ ベース部材
１４ 圧力室
２２ 第１電極
２３ 第２電極
２４ 第１共通配線
２５ 第２共通配線
ｘ 第１方向（ｘ方向）
ｙ 第２方向（ｙ方向）

Claims (19)

1. 液体を吐出するための圧力を液体に付与するための圧力室と、該圧力室の内面の側に設けられた第１電極と、該圧力室の外側に設けられた第２電極と、を備える圧電部材であって、前記第１電極及び前記第２電極を用いて変形することで前記圧力を発生する圧電部材が、複数、各前記圧電部材の圧力室を流れる液体の流れ方向が互いに沿う様に、前記流れ方向と交わる第１方向と、前記流れ方向と交わるとともに前記第１方向とも交わる第２方向と、のそれぞれに関して配列されている液体吐出ヘッドにおいて、
   前記第１方向に配列された複数の前記第１電極と共通して接続された第１共通配線と、前記第２方向に配列された複数の前記第２電極と共通して接続された第２共通配線と、をそれぞれ複数有し、複数の前記第１共通配線が前記第２方向に関して配列され、複数の前記第２共通配線が前記第１方向に関して配列されており、
   前記圧電部材が、前記液体を前記圧力室へ導入するための入口を備える第１面と、該第１面と反対の側に位置し、前記液体を前記圧力室から導出するための出口を備える第２面と、を有し、
   前記圧電部材の第１面と隣接する第１面を有するベース部材をさらに備え、
   前記ベース部材は、前記ベース部材の第１面と反対の側の第２面に前記圧力室のそれぞれと連通する開口を有し、
   前記第１共通配線が前記ベース部材の第２面に形成され、前記第２共通配線が前記ベース部材の第１面に形成されており、
   前記ベース部材の２つを前記ベース部材の第２面を向かい合せて接合することにより２つの前記圧電部材から１つの前記圧力室が形成されており、
   前記２つの圧電部材の前記第１電極が互いに電気的に接続されており、前記２つの前記圧電部材の第２電極が互いに電気的に絶縁されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記ベース部材の第２面において前記第１電極が前記第１共通配線と電気的に接続され、
   前記２つの圧電部材のうちの一方の前記第２電極が、前記２つの圧電部材のうちの一方と隣接する前記ベース部材の第１面に形成された前記第２共通配線に接続され、
   前記２つの圧電部材のうちの他方の前記第２電極が、前記２つの圧電部材のうちの他方と隣接する前記ベース部材の第１面に形成された前記第２共通配線に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 請求項１または２に記載の液体吐出ヘッドを備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
4. 液体を吐出するための圧力を液体に付与するための圧力室と該圧力室の内面の側に設けられた第１電極と、該圧力室の外側に設けられた第２電極とを備えた圧電部材であって該第１電極及び該第２電極を用いて変形することで前記圧力を発生する圧電部材と、該圧電部材に隣接するベース部材と、を備え、
   前記圧電部材が、前記液体を前記圧力室へ導入するための入口を備える第１面と、該第１面と反対の側に位置し、前記液体を前記圧力室から導出するための出口を備える第２面と、を有し、前記ベース部材の第１面が前記圧電部材の第１面と隣接し、前記ベース部材の第１面と反対の側の第２面に前記圧力室のそれぞれと連通する開口を有し、
   前記圧電部材が、複数、各前記圧電部材の圧力室を流れる液体の流れ方向が互いに沿う様に、前記流れ方向と交わる第１方向と、前記流れ方向と交わるとともに前記第１方向とも交わる第２方向と、のそれぞれに関して配列され、前記第１方向に配列された複数の前記第１電極と共通して接続された第１共通配線と、前記第２方向に配列された複数の前記第２電極と共通して接続された第２共通配線と、をそれぞれ複数有し、複数の前記第１共通配線が前記ベース部材の第２面に形成され、前記第２共通配線が前記ベース部材の第１面に形成されている液体吐出ヘッドの製造方法であって、
   前記圧電部材及び前記ベース部材の全面に電極膜を形成する工程と、
   前記圧電部材の第２面における前記電極膜を除去して前記第１電極と前記第２電極とを分離する工程と、
   前記ベース部材の第１面と前記ベース部材の第２面との間にある前記ベース部材の側面の前記電極膜を除去して前記第１共通配線と前記第２共通配線とを分離する工程と、
   前記ベース部材の第２面の、前記第２方向に隣り合う開口の間の前記電極膜を、前記第１方向に沿って除去して前記第１共通配線を形成する工程と、
   前記ベース部材の第１面の、前記第１方向に隣り合う前記圧電部材の間の前記電極膜を、前記第２方向に沿って除去して前記第２共通配線を形成する工程と、を含む液体吐出ヘッドの製造方法。
5. 前記第１共通配線を形成するとき、レーザー照射又はダイシングにより連続して帯状に前記電極膜を除去することを特徴とする請求項４に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
6. 前記ベース部材の第２面に接合され、前記圧力室と連通する流量調整穴を有する流体制御プレートと、
   前記流体制御プレートの、前記ベース部材と接合される面の反対の側の面に接合されて、前記流体制御プレートを介して前記圧力室に液体を供給するための液体供給ボックスと、
   前記圧電部材の第２面に接合されて、前記液体を吐出するノズルを有するノズルプレートと、を備える液体吐出ヘッドの製造方法であって、
   前記第２共通配線を形成する工程の後に、前記流体制御プレートを前記ベース部材の第２面に接合する工程と、前記液体供給ボックスを前記流体制御プレートの、前記ベース部材と接合される面の反対の面に接合する工程と、前記ノズルプレートを前記圧電部材の第２面に接合する工程と、を含む、請求項４または５に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
7. 液体を吐出するための圧力を液体に付与するための圧力室と該圧力室の内面の側に設けられた第１電極と該圧力室の外側に設けられた第２電極とを備えた圧電部材であって前記第１電極及び前記第２電極を用いて変形することで前記圧力を発生する圧電部材と、該圧電部材と隣接するベース部材と、を備え、
   前記圧電部材が、前記液体を前記圧力室へ導入するための入口を備える第１面と、該第１面と反対の側に位置し、前記液体を前記圧力室から導出するための出口を備える第２面と、を有し、前記ベース部材の第１面が前記圧電部材の第１面と隣接し、前記ベース部材の第１面と反対の側の第２面に前記圧力室のそれぞれと連通する開口を有し、
   前記圧電部材が、複数、各前記圧電部材の圧力室を流れる液体の流れ方向が互いに沿う様に、前記流れ方向と交わる第１方向と、前記流れ方向と交わるとともに前記第１方向とも交わる第２方向と、のそれぞれに関して配列されており、
   且つ２つの前記ベース部材を、前記ベース部材の第２面を向かい合せて接合して２つの前記圧電部材から１つの前記圧力室が形成され、前記２つの圧電部材の前記第１電極が互いに電気的に接続され、前記２つの圧電部材の前記第２電極が互いに電気的に絶縁され、
   前記２つのベース部材のうちの一方の前記ベース部材の第２面に設けられた第１共通配線であって、前記第１方向に配列した複数の前記第１電極と共通して接続された第１共通配線と、
   前記２つのベース部材のうちの一方の前記ベース部材の第１面に設けられた第２共通配線であって、前記一方のベース部材に隣接する圧電部材の前記第２電極であって前記第２方向に配列した複数の前記第２電極と共通して接続された第２共通配線と、
   前記２つのベース部材のうちの他方の前記ベース部材の第１面に設けられた第２共通配線であって、前記他方のベース部材に隣接する圧電部材の前記第２電極であって前記第２方向に配列した複数の前記第２電極と共通して接続された第２共通配線と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
   前記圧力室となる貫通穴と、一の面に前記第１方向に配列された前記貫通穴の開口を繋ぐように帯状に延びる電極列と、を有する第１圧電部材プレートを用意する工程と、
   前記圧力室となる貫通穴を有し、前記第１圧電部材プレートの前記第１方向における幅よりも小さい前記第１方向における幅を有する第２圧電部材プレートを用意する工程と、
   前記第１圧電部材プレートと前記第２圧電部材プレートとを、互いの前記貫通穴が一致するように前記一の面を挟んで接合する工程と、
   前記第１圧電部材プレート及び前記第２圧電部材プレートの、前記第１方向及び前記第２方向に隣接する前記貫通穴の間を通り、前記各々の圧電部材プレートを貫通しない周囲溝を形成して前記圧電部材と前記ベース部材を形成する工程と、
   前記圧電部材及び前記ベース部材の全面に電極膜を形成する工程と、
   前記圧電部材の第２面における前記電極膜を除去して前記第１電極と前記第２電極とを分離する工程と、
   前記ベース部材の第１面と前記ベース部材の第２面との間にある前記ベース部材の側面の前記電極膜を除去して前記第１共通配線と前記第２共通配線とを分離する工程と、
   前記ベース部材の第１面の、前記第１方向に隣り合う前記圧電部材の間の前記電極膜を、前記第２方向に沿って除去して前記第２共通配線を形成する工程と、を含む液体吐出ヘッドの製造方法。
8. 前記圧電部材のうちの一方の前記圧電部材の第２面に接合され、前記圧力室と連通する流量調整穴を有する流体制御プレートと、
   前記流体制御プレートの、前記圧電部材と接合される面の反対の側の面に接合され、前記流体制御プレートを介して前記圧力室に液体を供給するための液体供給ボックスと、
   前記圧電部材のうちの他方の前記圧電部材の第２面に接合され、前記圧力室と連通して前記液体を吐出するノズルを有するノズルプレートと、を備える液体吐出ヘッドの製造方法であって、
   前記前記第２共通配線を形成する工程の後に、前記流体制御プレートを前記圧電部材のうちの一方の前記圧電部材の第２面に接合する工程と、
   前記液体供給ボックスを、前記流体制御プレートの、前記圧電部材と接合される面と反対の側の面に接合する工程と、
   前記ノズルプレートを前記圧電部材のうちの他方の前記圧電部材の第２面に接合する工程と、を含む、請求項７に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
9. 前記電極膜を形成する工程の前に、前記第１圧電部材プレートと前記第２圧電部材プレートを接合したときに露出する前記電極列を遮蔽するレジスト材料を形成する工程を含み、前記電極膜を形成する工程の後に、前記レジスト材料を除去する工程を含む、請求項７または８に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
10. 前記第１電極と前記第２電極とを分離するとき、研磨により前記電極膜を除去することを特徴とする請求項４乃至９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
11. 前記第１共通配線と前記第２共通配線とを分離するとき、研磨又はレーザー照射により前記電極膜を除去することを特徴とする請求項４乃至１０のいずれか１項記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
12. 前記第２共通配線を形成するとき、ダイシング又はワイヤーカットにより連続して帯状に前記電極膜を除去することを特徴とする請求項４乃至１１のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
13. 前記第２共通配線を形成する工程の後に、前記第１電極及び前記第２電極を介して、前記圧電部材に分極処理を行う工程を含む、請求項４乃至１２のいずれか１項に液体吐出ヘッドの製造方法。
14. 前記電極膜を形成するとき、スパッタリング、蒸着、又はメッキにより形成することを特徴とする請求項４乃至１３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
15. 前記第２共通配線を形成する工程の後に、前記電極膜を前記圧力室に供給される液体から保護する保護膜を形成する工程を含む、請求項４乃至１４のいずれか１項に液体吐出ヘッドの製造方法。
16. 前記保護膜は、低透水性膜であることを特徴とする請求項１５に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
17. 前記保護膜は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコンのいずれかを含む無機系保護膜であることを特徴とする請求項１５に記載の液体吐出ヘッド製造方法。
18. 前記保護膜は、パリレン−Ｎ、パリレン−Ｃ、パリレン−Ｄ、パリレン−Ｆ、あるいはパリレン膜、又はアルキルアルコキシランや有機シロキサン樹脂をベースとした有機ＳＯＧ膜、又はポリイミドの有機ポリマー膜を主成分とする有機系保護膜であることを特徴とする請求項１５に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
19. 前記第２共通配線を形成する工程の後に、前記第１共通配線及び前記第２共通配線に、異方性導電フィルム、異方性導電ペースト又はソルダーペーストを用いて、配線を接続する工程を含む請求項４乃至１８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。