JP6981000B2 - 液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び圧電デバイス - Google Patents

Description

本発明は、ノズルから液体を噴射する液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び圧電デバイスに関し、特に液体としてインクを吐出するインクジェット式記録ヘッド、インクジェット式記録装置及び圧電デバイスに関する。

液滴を吐出する液体噴射ヘッドの代表例としては、インク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッドが挙げられる。このインクジェット式記録ヘッドとしては、例えばノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、この流路形成基板の一方面側に設けられた圧電アクチュエーターと、を具備し、圧電アクチュエーターによって圧力発生室内のインクに圧力変化を生じさせることで、ノズル開口からインク滴を噴射するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許第５２７８６５４号公報

しかしながら、圧電アクチュエーターは高い変位量を得るためには、インクジェット式記録ヘッドとして、大きなインク滴を噴射するためには、圧電アクチュエーターを長く、すなわち、高いアスペクト比で形成する必要があり、圧電アクチュエーターを配置するスペースが必要となり大型化してしまうという問題がある。特に、平面視した際にアスペクト比の高い圧電アクチュエーターでは、長手方向の端部を駆動することができないため、圧電アクチュエーターの変位量を向上するためには、圧電アクチュエーターを長手方向にさらに長くする必要があるため大型化してしまう。

なお、このような問題はインクジェット式記録ヘッドに代表される液体噴射ヘッドだけではなく、他の圧電デバイスにおいても同様に存在する。

本発明はこのような事情に鑑み、圧電アクチュエーターの長さに対する変位効率を向上して小型化を図ることができる液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び圧電デバイスを提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の態様は、液体を噴射するノズルに連通する圧力発生室が画壁によって形成された流路形成基板と、第１電極と、圧電体層と、第２電極とが積層された圧電アクチュエーターと、を具備し、前記圧電体層は、積層方向において前記第１電極と前記第２電極とで挟まれた領域を有し、前記積層方向からの平面視において、前記領域は前記圧力発生室の前記圧電アクチュエーター側の開口の各辺のそれぞれで少なくとも一部の縁に重なり、前記開口の少なくとも一部において前記第１電極と前記第２電極との何れか一方が重ならないことを特徴とする液体噴射ヘッドにある。

かかる態様では、第１電極と第２電極とで挟まれた領域を圧力発生室の圧電アクチュエーター側の開口の各辺のそれぞれで少なくとも一部の縁に重なるように設けることで、圧力発生室の長さに対する圧電アクチュエーターの変位効率を向上することができる。したがって、圧力発生室の長さを短くして圧電アクチュエーターの長さを短くしても、変位特性の低下を抑制することができ、流路形成基板を小型化することができると共に圧力発生室を多く配置して、多ノズル化を実現できる。

ここで、前記開口は、前記積層方向から平面視において平行四辺形を有するものであるのが好ましい。これによれば、圧力発生室に連通するノズル連通路や供給路などを配置しやすくすることができる。

また、前記開口の少なくとも一部において前記第１電極と前記第２電極との何れか一方が重ならない部分は、前記開口よりも狭い面積で当該開口と同じ形状を有することが好ましい。これによれば、開口に対向する圧電アクチュエーターを変形し易くすることができる。

また、前記積層方向からの平面視において、前記領域は、前記開口の縁の全てに重なって設けられていることが好ましい。これによれば、この領域から個別電極の引き出しを容易に行うことができる。

また、前記第１電極と前記第２電極とが重ならない部分は、少なくとも一部において前記第１電極と前記圧電体層とを有さないことが好ましい。これによれば、第１電極と第２電極とが重ならない部分の変形が圧電体層によって阻害されるのを抑制して、この部分を変形し易くすることができ、圧電アクチュエーターを変形し易くすることができる。

また、前記第１電極と前記第２電極とが重ならない部分は、前記開口の中央に設けられていることが好ましい。これによれば、開口に対向する圧電アクチュエーターを変形し易くすることができる。

また、前記積層方向から平面視した際に、前記ノズルは前記領域の外側で前記圧力発生室の内側に配置されていることが好ましい。これによれば、圧電体層の第１電極と第２電極とで挟まれた領域をノズルに重ならない位置とすることで、この領域の画壁上のオーバーラップ量が制限されて、圧電アクチュエーターの電気容量が大きくなり過ぎるのを抑制し、消費電力を低減することができる。また、積層方向から平面視した際に、ノズルを圧力発生室の内側に配置することで、流路形成基板及びノズルプレートが大型化するのを抑制することができる。

また、前記圧力発生室は、前記積層方向において前記圧電アクチュエーターとは反対側で前記ノズルと連通し、前記領域は、前記圧力発生室の前記ノズル側の開口のうちの少なくとも一部が重ならないことが好ましい。これによれば、圧力発生室は、ノズル側の開口に向かって拡幅して設けられていることになり、圧力発生室の圧電アクチュエーター側の開口を小さくして、圧電体層の第１電極と第２電極とで挟まれた領域を形成するスペースを確保しつつ小型化を図ることができると共に、圧力発生室のノズル側の開口を大きくして、圧力発生室に必要な容積を確保することができる。

また、前記圧力発生室は、前記積層方向において、前記圧電アクチュエーターとは反対面側の開口が平行四辺形を有し、当該平行四辺形の鋭角となる角部のそれぞれにおいて、前記ノズルに連通するノズル連通路と、当該圧力発生室に液体を供給する供給路と、が接続されていることが好ましい。これによれば、圧力発生室の鋭角となる角部のそれぞれにノズル連通路と供給路とを接続することで、鋭角となる角部において液体が滞留するのを抑制して、鋭角となる角部に液体に含まれる気泡が留まることによる液体の噴射不良が発生するのを抑制することができる。

また、前記圧力発生室は、前記積層方向と直交する第１の方向において並設された列を、前記積層方向及び前記第１の方向の両方に直交する第２の方向に複数列形成されており、前記第２の方向に設けられた前記圧力発生室の列は、前記第１の方向で異なる位置に配置されていることが好ましい。これによれば、ノズルを高密度に配置することが可能となる。

また、前記圧力発生室は、前記積層方向に対して前記圧電アクチュエーターとは反対側に拡幅する方向に傾斜した傾斜面を有し、前記積層方向から平面視した際に、前記領域の端部は、前記傾斜面に重なることが好ましい。これによれば、圧電体層の第１電極と第２電極とで挟まれた領域の端部を傾斜面上に設けることで、圧電アクチュエーターの駆動する領域と駆動しない領域との境界を傾斜面上に位置させて、駆動する領域と駆動しない領域との境界部分の応力を、傾斜面が形成された部分が変形することで緩和させることができる。したがって、駆動する領域と駆動しない領域との境界に応力集中が発生するのを抑制して、破壊されるのを抑制することができる。

また、前記積層方向から平面視した際に、前記開口の辺の法線方向において前記領域の前記画壁上に重なる幅は、前記圧電体層の前記積層方向の厚さ以上、１０μｍ以下であることが好ましい。これによれば、圧電体層の第１電極と第２電極とで挟まれた領域の幅を圧電体層の厚さ以上とすることで、画壁上の駆動する領域と画壁上の駆動しない領域との境界が圧力発生室の開口縁部に近くなるのを抑制して、画壁上の駆動する領域と画壁上の駆動しない領域との境界における応力による破壊を抑制することができる。また、圧電体層の第１電極と第２電極とで挟まれた領域の幅を１０μｍ以下とすることで、圧電アクチュエーターの電気容量が大きくなって消費電力が増大するのを抑制することができる。

また、前記積層方向から平面視した際に、前記領域の前記開口の縁に跨がって設けられた幅は、前記圧力発生室の短手方向の幅の０．２倍以上０．５倍以下の範囲であることが好ましい。これによれば、圧電体層の第１電極と第２電極とで挟まれた駆動する領域を規定することで、圧電アクチュエーターの変位効率を最適化することができる。

また、前記積層方向から平面視した際に、前記開口の少なくとも一部において、前記第１電極と前記第２電極との何れか一方が重ならない部分の前記圧電体層には、前記流路形成基板とは反対側に開口する凹部が設けられており、前記圧力発生室の短手方向において、前記凹部の幅は、前記圧力発生室の幅の０．１倍以上０．５倍以下の範囲であることが好ましい。これによれば、圧電体層の凹部の幅を規定することで、圧電アクチュエーターの変位効率を最適化することができる。

また、前記流路形成基板上には、振動板を介して前記圧電アクチュエーターが形成されており、前記積層方向において、前記開口の少なくとも一部において前記第１電極と前記第２電極との何れか一方が重ならない部分の前記振動板の厚さは、前記領域の前記振動板の厚さよりも薄いことが好ましい。これによれば、第１電極と第２電極との何れか一方が重ならない部分の振動板の厚さを薄くすることで、この部分の変位がし易くなり、圧電アクチュエーターを変位し易くすることができる。

また、前記開口の少なくとも一部において前記第１電極と前記第２電極との何れか一方が重ならない部分には、前記圧電体層が形成されていることが好ましい。これによれば、圧電アクチュエーターの変位による破壊を抑制することができる。

さらに、本発明の他の態様は、上記態様の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる態様では、小型化した液体噴射装置を実現できる。

ここで、前記圧電アクチュエーターを充電することにより前記圧力発生室を膨張させる膨張要素と、前記圧電アクチュエーターを放電することにより前記圧力発生室を収縮させる収縮要素とを有する駆動信号を供給して、前記ノズルから液体を噴射させる制御部を具備することが好ましい。これによれば、膨張要素において圧電体層の内部応力が圧縮応力となるため、圧電体層の破壊が発生し難い。また、収縮要素において圧電体層の内部応力が開放されるだけなので、破壊が発生し難い。

また、前記膨張要素の電位差が前記収縮要素の電位差よりも小さいことが好ましい。これによれば、圧電体層の破壊をさらに抑制することができる。

さらに、本発明の他の態様は、空間が画壁によって形成された基板と、第１電極と、圧電体層と、第２電極とが積層された圧電アクチュエーターと、を具備し、前記圧電体層は、積層方向において前記第１電極と前記第２電極とで挟まれた領域を有し、前記積層方向からの平面視において、前記領域は前記空間の前記圧電アクチュエーター側の開口の各辺のそれぞれで少なくとも一部の縁に重なり、前記開口の少なくとも一部において前記第１電極と前記第２電極との何れか一方が重ならないことを特徴とする圧電デバイスにある。

かかる態様では、第１電極と第２電極とで挟まれた領域を空間の圧電アクチュエーター側の開口の各辺のそれぞれで少なくとも一部の縁に重なるように設けることで、空間の長さに対する圧電アクチュエーターの変位効率を向上することができる。したがって、空間の長さを短くして圧電アクチュエーターの長さを短くしても、変位特性の低下を抑制することができ、基板を小型化することができると共に空間を多く配置することができる。

本発明の実施形態１に係る記録装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの流路形成基板の平面図である。 本発明の実施形態１に係る流路形成基板の要部を拡大した平面図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの断面図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの要部を拡大した断面図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの要部を拡大した断面図である。 本発明の実施形態１に係る記録装置の制御構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態１に係る駆動信号を示す駆動波形である。 本発明の実施形態１に係る圧電アクチュエーターの動作を示す図である。 本発明の実施形態１に係る圧電アクチュエーターの動作を示す図である。 本発明の実施形態１に係る圧電アクチュエーターの動作を示す図である。 本発明の実施形態２に係る記録ヘッドの要部を拡大した断面図である。 本発明の実施形態３に係る記録ヘッドの要部を拡大した断面図である。 本発明の実施形態４に係る記録ヘッドの断面図である。 他の実施形態に係る記録ヘッドの断面図である。

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る液体噴射装置の一例であるインクジェット式記録装置の概略構成を示す図である。

図示するように、インクジェット式記録装置Ｉは、液体としてインクを吐出するインクジェット式記録ヘッド１（以下、記録ヘッド１とも言う）を具備する。記録ヘッド１は、キャリッジ３に搭載され、キャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に当該キャリッジ軸５の軸方向に移動可能に設けられている。また、キャリッジ３には、液体供給手段を構成するインクカートリッジ２が着脱可能に設けられている。

そして、駆動モーター６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッド１を搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４には搬送手段としての搬送ローラー８が設けられており、インクが着弾される紙などの媒体である記録シートＳが搬送ローラー８により搬送されるようになっている。なお、記録シートＳを搬送する搬送手段は、搬送ローラーに限られずベルトやドラム等であってもよい。本実施形態では、記録シートＳの搬送方向を第１の方向Ｘと称する。また、キャリッジ３のキャリッジ軸５に沿った移動方向を第２の方向Ｙと称する。さらに、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙの双方に交差する方向を本実施形態では、第３の方向Ｚと称する。なお、本実施形態では、各方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の関係を直交とするが、各構成の配置関係が必ずしも直交するものに限定されるものではない。

このようなインクジェット式記録装置Ｉでは、記録ヘッド１に対して記録シートＳを第１の方向Ｘに搬送し、キャリッジ３を記録シートＳに対して第２の方向Ｙに移動させながら、記録ヘッド１のノズルからインク滴を吐出させることで、記録シートＳの略全面に亘ってインクを着弾させる、いわゆる印刷が実行される。

ここで、このようなインクジェット式記録装置Ｉに搭載される記録ヘッド１の一例について図２〜図４を参照して説明する。なお、図２は、本発明の実施形態１に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図であり、図３は、インクジェット式記録ヘッドの流路形成基板の平面図であり、図４は、図３の要部を拡大した図であり、図５は、図３のＡ−Ａ′線断面図であり、図６は、図５の要部を拡大した図であり、図７は、図３のＢ−Ｂ′線断面図である。また、本実施形態では、記録ヘッド１の各方向について、インクジェット式記録装置Ｉに搭載された際の方向、すなわち、第１の方向Ｘ、第２の方向Ｙ及び第３の方向Ｚに基づいて説明する。もちろん、記録ヘッド１のインクジェット式記録装置Ｉ内の配置は以下に示すものに限定されるものではない。

図示するように、本実施形態の液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッド１（以下、単に記録ヘッド１とも言う）を構成する流路形成基板１０には、画壁１１によって形成された複数の圧力発生室１２が形成されている。そして、複数の圧力発生室１２は、同じ色のインクを吐出する複数のノズル２１が並設される第１の方向Ｘに沿って並設されている。また、流路形成基板１０には、圧力発生室１２が第１の方向Ｘに並設された列が第２の方向Ｙに複数列、本実施形態では、４列設けられている。また、本実施形態では、第２の方向Ｙに並設された圧力発生室１２の列は、第１の方向Ｘで同じ位置に配置されている。

また、本実施形態の流路形成基板１０は、結晶面方位が（１００）面のシリコン単結晶基板からなる。そして、圧力発生室１２は、流路形成基板１０を一方面側から異方性エッチングすることにより形成されている。本実施形態では、表面の結晶面方位が（１００）面のシリコン単結晶基板からなる流路形成基板１０を異方性エッチングすることによって、図５に示すように、圧力発生室１２の第２の方向Ｙの側面は、圧電アクチュエーター３００側ほど幅狭となるように、第３の方向Ｚに対して傾斜した傾斜面１３となっている。ちなみに、図４及び図６に示すように、圧力発生室１２の第２の方向Ｙの側面は、第３の方向Ｚに沿った面となっている。このように圧力発生室１２の第２の方向Ｙの側面を第３の方向Ｚに沿った面とすることで、圧力発生室１２を第１の方向Ｘに高密度に配置することができる。

また、図４に示すように、圧力発生室１２の圧電アクチュエーター３００側の開口１２ａは、第３の方向Ｚから平面視した際に、平行四辺形となっており、圧力発生室１２の圧電アクチュエーター３００とは反対側、本実施形態ではノズル２１側の開口１２ｂは、第３の方向Ｚから平面視した際に、平行四辺形となっている。ただし、圧力発生室１２の開口１２ａと開口１２ｂとでは、鋭角となる角部が逆の配置となっている。また、本実施形態では、圧力発生室１２は、第２の方向Ｙの長さが、第１の方向Ｘの幅よりも長く形成されている。つまり、圧力発生室１２は、第１の方向Ｘが短手方向となり、第２の方向Ｙが長手方向となるように形成されている。ちなみに、第２の方向Ｙの長さとは、圧電アクチュエーター３００側の開口１２ｂの長さである。もちろん、これに限定されず、圧力発生室１２は、第１の方向Ｘが長手方向となり、第２の方向Ｙが短手方向となっていてもよい。圧力発生室１２は、第１の方向Ｘと第２の方向Ｙとが同じ長さで設けられていてもよい。

このように、圧力発生室１２をノズル２１に向かって拡幅させることで、圧力発生室１２の開口１２ａを小さくして、後述する活性部３１０を形成するスペースを確保しつつ小型化及び高密度化を図ることができると共に、開口１２ｂを大きくして、圧力発生室１２に必要な容積を確保することができる。

このような流路形成基板１０の第３の方向Ｚの一方面側には、図５に示すように、連通板１５と、ノズルプレート２０とが順次積層されている。

連通板１５には、第１の方向Ｘに並設された圧力発生室１２の列の２列毎に連通するマニホールド１６が設けられている。すなわち、本実施形態では、流路形成基板１０には４列の圧力発生室１２が設けられているため、圧力発生室１２の２列毎に連通するマニホールド１６が合計２つ設けられている。

マニホールド１６は、連通板１５を第３の方向Ｚに貫通することなく、連通板１５のノズルプレート２０側に開口する凹形状を有する。また、マニホールド１６は、図３及び図５に示すように、第３の方向Ｚから平面視した際に、第２の方向Ｙにおいて連通する２列の圧力発生室１２に跨がって重なる位置に形成されている。ちなみに、マニホールド１６の第２の方向Ｙの長さは、２列の圧力発生室１２の第２の方向Ｙの長さよりも短い。これは、詳しくは後述するが、マニホールド１６の第２の方向Ｙの外側には、圧力発生室１２とノズル２１とを連通するノズル連通路１９が設けられているからである。さらに、マニホールド１６は、第３の方向Ｚから平面視した際に、連通する２列の圧力発生室１２に対して第１の方向Ｘに亘って連続して設けられている。また、マニホールド１６は、第１の方向Ｘにおいて、圧力発生室１２の列の両端部の外側まで延設されており、延設された両端部において、連通板１５に設けられた導入孔１７（図２参照）を介してインクが導入される。

また、連通板１５には、図５に示すように、マニホールド１６と圧力発生室１２の第２の方向の一端部に連通する供給路１８が、圧力発生室１２の各々に対して独立して設けられている。この供給路１８は、マニホールド１６の圧力発生室１２側の底面と、圧力発生室１２のマニホールド１６側の底面とを連通するように第３の方向Ｚに貫通して設けられている。また、本実施形態では、図４に示すように、供給路１８は、１つの共通するマニホールド１６に連通する２列の圧力発生室１２において、一方の圧力発生室１２の他方の圧力発生室１２側の鋭角となる角部と、他方の圧力発生室１２の一方の圧力発生室１２の鋭角となる角部とに開口して設けられている。すなわち、供給路１８は、２列の圧力発生室１２の列の第２の方向Ｙにおける内側の鋭角となる角部に配置されている。

また、連通板１５には、圧力発生室１２とノズル２１とを連通するノズル連通路１９が設けられている。ノズル連通路１９は、圧力発生室１２の各々に対して独立して設けられている。このノズル連通路１９は、連通板１５を第３の方向Ｚに貫通して設けられている。また、本実施形態では、ノズル連通路１９は、１つの共通するマニホールド１６に連通する２列の圧力発生室１２において、一方の圧力発生室１２の他方の圧力発生室１２とは反対側の鋭角となる角部と、他方の圧力発生室１２の一方の圧力発生室１２とは反対側の鋭角となる角部とに設けられている。すなわち、ノズル連通路１９は、２列の圧力発生室１２の列の第２の方向Ｙにおける外側の鋭角となる角部に配置されている。つまり、圧力発生室１２の連通板１５側の平行四辺形となる開口１２ｂにおいて、２つの鋭角となる角部のうち、一方の角部に供給路１８が開口して設けられ、他方の角部にノズル連通路１９が開口して設けられている。そして、２列の圧力発生室１２において、第２の方向Ｙの内側の鋭角となる角部のそれぞれに供給路１８が開口し、外側の鋭角となる角部のそれぞれにノズル連通路１９が開口して設けられている。このため、１つの共通するマニホールド１６に連通する２列の圧力発生室１２において、各列の圧力発生室１２のそれぞれに連通するノズル連通路１９は、第１の方向Ｘで異なる位置となるように配置されている。

このように、供給路１８とノズル連通路１９とを、圧力発生室１２の平行四辺形となる開口１２ｂの鋭角となる角部のそれぞれに設けることで、圧力発生室１２内の鋭角となる角部においてインクが滞留するのを抑制して、鋭角となる角部にインクに含まれる気泡が留まることによるインク滴の吐出不良が発生するのを抑制することができる。すなわち、供給路１８とノズル連通路１９とを、圧力発生室１２の平行四辺形となる開口１２ｂの鋭角となる角部のそれぞれに設けることで、気泡排出性を向上することができる。ちなみに、供給路１８及びノズル連通路１９を圧力発生室１２の平行四辺形となる開口１２ｂの鋭角となる角部以外、例えば、鈍角となる角部等に連通するように設けた場合、鋭角となる角部でインクが滞留し、インクに含まれる気泡が、鋭角部分に溜まって成長し、圧電アクチュエーター３００の駆動による圧力変動が気泡に吸収されてインク滴の吐出不良が発生する虞がある。

ノズルプレート２０には、各圧力発生室１２とノズル連通路１９を介して連通するノズル２１が形成されている。ノズル２１は、同じ種類のインク（液体）を噴射するものが第１の方向Ｘに並設されてノズル列を構成している。この第１の方向Ｘに並設されたノズル２１で構成されたノズル列が、第２の方向Ｙに４列形成されている。また、上述したように、１つの共通するマニホールド１６に連通する２列の圧力発生室１２において、一方の列の圧力発生室１２に連通するノズル連通路１９と、他方の列の圧力発生室１２に連通するノズル連通路１９とは、第１の方向Ｘで異なる位置に配置されているため、これらのノズル連通路１９に連通するノズル２１においても、第１の方向Ｘで異なる位置となるように配置されている。つまり、ノズルプレート２０には、１つの共通するマニホールド１６に連通するノズル２１が第１の方向Ｘに並設された列が、第２の方向Ｙに２列並設され、第２の方向Ｙで異なる位置に設けられたノズル２１の列は、互いに第１の方向Ｘにずらして配置されている。これにより、ノズル２１は第１の方向Ｘに沿って所謂、千鳥状に配置されている。このように、２列の圧力発生室１２の開口１２ｂを平行四辺形にして、第１の方向Ｘの位置が異なる鋭角となる角部にノズル連通路１９を連通させることで、２列の圧力発生室１２の列を第１の方向Ｘにずらして配置することなく、ノズル２１を第１の方向Ｘに高密度に配置することができる。したがって、流路形成基板１０を小型化すると共にノズル２１の高密度化を図ることができる。また、圧力発生室１２を第３の方向Ｚにおいてノズル２１に向かって拡幅するように形成し、ノズル連通路１９を、２列の圧力発生室１２の外側の鋭角となる角部のそれぞれに開口させることで、２列の圧力発生室１２に連通するノズル連通路１９の第２の方向Ｙの距離を離すことができる。したがって、この２つのノズル連通路１９の間にマニホールド１６を第２の方向Ｙに大きく配置することができる。

このようなノズルプレート２０によって、マニホールド１６の圧力発生室１２とは反対側の開口は封止されている。また、ノズルプレート２０には、マニホールド１６の開口を封止する領域に、マニホールド１６側に開口する凹部２２が設けられている。このようにノズルプレート２０に凹部２２を設けることで、ノズルプレート２０のマニホールド１６を封止する領域は、他の領域よりも厚さの薄い可撓部であるコンプライアンス部２３となっている。このようにマニホールド１６を形成する壁にコンプライアンス部２３を設けることによって、マニホールド１６内の圧力変動をコンプライアンス部２３の変形によって吸収することができる。

一方、流路形成基板１０の連通板１５とは反対面側には、振動板５０が形成されている。本実施形態では、振動板５０として、流路形成基板１０側に設けられた酸化シリコンからなる弾性膜５１と、弾性膜５１上に設けられた酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５２と、を設けるようにした。なお、圧力発生室１２等の液体流路は、流路形成基板１０をノズルプレート２０が接合された面側から異方性エッチングすることにより形成されており、圧力発生室１２の他方面は、弾性膜５１によって画成されている。もちろん、振動板５０は、特にこれに限定されるものではなく、弾性膜５１と絶縁体膜５２との何れか一方を設けるようにしてもよく、その他の膜が設けられていてもよい。

流路形成基板１０の振動板５０上には、本実施形態の圧力発生室１２内のインクに圧力変化を生じさせる駆動素子として圧電アクチュエーター３００が設けられている。

圧電アクチュエーター３００は、振動板５０側から第３の方向Ｚに順次積層された第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０を有する。つまり、第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０の積層方向は、第３の方向Ｚである。

このような第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０で構成される圧電アクチュエーター３００は、第１電極６０と第２電極８０との間に電圧を印加することで変位が生じる。すなわち両電極の間に電圧を印加することで、第１電極６０と第２電極８０とで挟まれている圧電体層７０に圧電歪みが生じる。そして、両電極に電圧を印加した際に、圧電体層７０に圧電歪みが生じる部分、すなわち、積層方向である第３の方向Ｚにおいて第１電極６０と第２電極８０とで挟まれた領域を活性部３１０と称する。これに対して、圧電体層７０に圧電歪みが生じない部分、すなわち、積層方向である第３の方向Ｚにおいて第１電極６０と第２電極８０とで挟まれていない領域を非活性部と称する。また、本実施形態では、圧電アクチュエーター３００において、第３の方向Ｚで第１電極６０及び第２電極８０の何れか一方が重ならない部分を非駆動部と称する。すなわち、非駆動部とは、第１電極６０又は第２電極８０の何れか一方が形成されていない部分や、第１電極６０及び第２電極８０の両方が形成されておらず、圧電体層７０のみが形成されている部分のことを言う。つまり、非駆動部には、圧電体層７０の非活性部や、圧電体層７０が形成されておらず、第１電極６０及び第２電極８０の何れか一方のみが形成された部分も非駆動部に含まれる。

本実施形態では、詳しくは後述するが、第１電極６０及び第２電極８０で挟まれた圧電体層７０の領域である活性部３１０は、圧力発生室１２毎に独立して形成されている。つまり、流路形成基板１０上（振動板５０上）には、複数の活性部３１０が形成されていることになる。そして、一般的には、活性部３１０の何れか一方の電極を複数の活性部３１０に共通する共通電極とし、他方の電極を活性部３１０毎に独立する個別電極として構成する。本実施形態では、第１電極６０を個別電極とし、第２電極８０を共通電極としているが、これを逆にしてもよい。すなわち、本実施形態では、第１電極６０を複数の活性部３１０毎に独立して設けることで個別電極とし、第２電極８０を複数の活性部３１０に亘って連続して設けることで共通電極としたが、第１電極６０を複数の活性部３１０に亘って連続して設けることで共通電極とし、第２電極８０を活性部３１０毎に独立して設けることで個別電極としてもよい。なお、上述した例では、振動板５０及び第１電極６０が振動板として作用するが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、振動板５０を設けずに、第１電極６０のみが振動板として作用するようにしてもよい。また、圧電アクチュエーター３００自体が実質的に振動板を兼ねるようにしてもよい。

ここで、本実施形態の圧電アクチュエーター３００についてさらに詳しく説明する。圧電アクチュエーター３００を構成する第１電極６０は、圧力発生室１２毎に切り分けられており、圧電アクチュエーター３００の実質的な駆動部である活性部３１０毎に独立する個別電極を構成する。

具体的には、図４、図６及び図７に示すように、活性部を規定する第１電極６０は、第３の方向Ｚの平面視において、圧力発生室１２の圧電アクチュエーター３００側の開口、すなわち、平行四辺形の開口の各辺のそれぞれで少なくとも一部が重なって設けられている。すなわち、第１電極６０は、圧力発生室１２の圧電アクチュエーター３００側の平行四辺形を有する開口の各辺において、流路形成基板１０の圧力発生室１２を形成する画壁１１上と、圧力発生室１２に対向する領域上（圧力発生室１２の開口内）とに跨がって形成されている。本実施形態では、第１電極６０は、第３の方向Ｚから平面視した際に、圧力発生室１２の圧電アクチュエーター３００側の開口の縁の全てに重なって設けられている。

また、本実施形態の第１電極６０は、圧力発生室１２の圧電アクチュエーター３００側の開口の少なくとも一部に設けられていない。本実施形態では、第３の方向Ｚから平面視した際に、第１電極６０を圧力発生室１２の圧電アクチュエーター３００側の開口の辺の法線方向における幅が、辺に沿った方向に向かって同じ幅となるように形成し、圧力発生室１２の圧電アクチュエーター３００側の開口の中央部に第１電極６０を形成しないようにした。

圧電体層７０は、第１電極６０上に形成される分極構造を有する酸化物の圧電材料からなり、例えば、一般式ＡＢＯ_３で示されるペロブスカイト形酸化物からなることができる。圧電体層７０に用いられるペロブスカイト形酸化物としては、例えば、鉛を含む鉛系圧電材料や鉛を含まない非鉛系圧電材料などを用いることができる。

圧電体層７０は、本実施形態では、図６及び図７に示すように、圧力発生室１２毎、すなわち、活性部３１０毎に独立して設けられている。また、圧電体層７０は、第１電極６０を引き出す部分を除いて端部を覆う大きさを有する。また、本実施形態では、圧電体層７０の圧力発生室１２の圧電アクチュエーター３００側の開口の中央部の第１電極６０が形成されていない部分（非駆動部３１１）には凹部７１が形成されている。

なお、本実施形態では、圧電体層７０は、活性部３１０毎に切り分けられて独立して設けるようにしたが、特にこれに限定されず、複数の活性部３１０に亘って連続して設けられていてもよい。

第２電極８０は、圧電体層７０の第１電極６０とは反対面側に設けられており、複数の活性部３１０に共通する共通電極を構成する。本実施形態では、第２電極８０は、圧電体層７０上及び振動板５０上に複数の活性部３１０に亘って連続して設けられている。また、第２電極８０は、圧電体層７０の凹部７１の内側、すなわち、凹部７１の側面と凹部７１内の振動板５０上とに亘って連続して設けられている。このような第２電極８０は、上述のように、圧電体層７０上及び振動板５０上に形成されることで、第１電極６０の端部よりも外側に形成されていることになる。したがって、本実施形態の活性部３１０は、第１電極６０によって規定される。ただし、図３に示すように、活性部３１０から第１電極６０を引き出す部分には第２電極８０が形成されておらず、この部分においては、活性部３１０は第２電極８０によって規定される。

このような第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０を有する圧電アクチュエーター３００では、第１電極６０が設けられた部分が活性部３１０となっており、第１電極６０が形成されておらず圧電体層７０及び第２電極８０の何れか一方又は両方が設けられていない部分が非駆動部３１１、３１２となっている。本実施形態では、活性部３１０は、第３の方向Ｚの平面視において、圧力発生室１２の圧電アクチュエーター３００側の平行四辺形の開口の縁の全てに重なって設けられている。すなわち、活性部３１０は、圧力発生室１２の圧電アクチュエーター３００側の平行四辺形を有する開口の各辺において、流路形成基板１０の圧力発生室１２を形成する画壁１１上と、圧力発生室１２に対向する領域上（圧力発生室１２の開口内）とに跨がって形成されている。

また、図４に示すように、圧力発生室１２の圧電アクチュエーター３００側の開口１２ａの中央部において、第１電極６０を形成しないことで、この部分に第１電極６０と第２電極８０とが重ならない非駆動部３１１が形成されている。本実施形態の活性部３１０を規定する第１電極６０は、第３の方向Ｚから平面視した際に、圧力発生室１２の圧電アクチュエーター３００側の開口１２ａの辺の法線方向における幅が、辺に沿った方向に向かって同じ幅で形成されている。したがって、非駆動部３１１は、圧力発生室１２の圧電アクチュエーター３００側の開口よりも狭い面積で、開口１２ａと同じ形状、すなわち、平行四辺形を有する。なお、上述したように、非駆動部３１１の圧電体層７０には、凹部７１が形成されている。すなわち、非駆動部３１１には、このため、非駆動部３１１の変形が圧電体層７０によって阻害されるのを抑制して、非駆動部３１１を変形し易くすることができ、活性部３１０を変形し易くすることができる。ちなみに、画壁１１上にも第１電極６０が形成されずに、第２電極８０のみが形成された非駆動部３１２が存在する。

また、図３に示すように、各活性部３１０の個別電極である第１電極６０からは、引き出し配線である個別配線９１が引き出されている。本実施形態では、個別配線９１は、流路形成基板１０の第２の方向Ｙの中央部に向かって引き出されている。

また、第２電極８０は、個別配線９１以外の部分に連続して設けられており、活性部３１０の第１の方向Ｘの両側において、第２電極８０から流路形成基板１０の第２の方向Ｙの中央部に向かって共通配線９２が引き出されている。そして、これら個別配線９１及び共通配線９２には、フレキシブルケーブル１２０が接続されている。フレキシブルケーブル１２０は、可撓性を有する配線基板であって、本実施形態では、半導体素子である駆動回路１２１が実装されている。

このような流路形成基板１０の圧電アクチュエーター３００側の面には、図５に示すように、保護基板３０が接合されている。保護基板３０は、圧電アクチュエーター３００を保護するための空間である保持部３１を有する。保持部３１は、第１の方向Ｘに並設された２列の活性部３１０毎に第２の方向Ｙに２つ並んで形成されている。すなわち、１つの保持部３１内に、２列の活性部３１０が配置される。また、保護基板３０には、第２の方向Ｙで並設された２つの保持部３１の間に第３の方向Ｚに貫通する貫通孔３２が設けられている。そして、圧電アクチュエーター３００の第１電極６０から引き出された個別配線９１と第２電極８０から引き出された共通配線９２の端部は、この貫通孔３２内に露出するように延設されており、貫通孔３２内でフレキシブルケーブル１２０と電気的に接続されている。

このような記録ヘッド１では、インクを噴射する際に、インクを導入孔１７から取り込み、マニホールド１６からノズル２１に至るまで流路内部をインクで満たす。その後、駆動回路１２１からの信号に従い、圧力発生室１２に対応する各圧電アクチュエーター３００に電圧を印加することにより、圧電アクチュエーター３００と共に振動板５０を撓み変形させる。これにより、圧力発生室１２内の圧力が高まり所定のノズル２１からインク滴が噴射される。

以上説明したように、第３の方向Ｚから平面視において、活性部３１０は、圧力発生室１２の圧電アクチュエーター３００側の開口１２ａの各辺のそれぞれで少なくとも一部の縁に重なり、開口１２ａの少なくとも一部に非駆動部３１１を有することで、圧力発生室１２の長手方向である第２の方向Ｙの長さに対する圧電アクチュエーター３００の変位効率を向上することができる。ちなみに、平面視した際に、圧電アクチュエーター３００の活性部３１０を開口１２ａの縁部に重ならないように、すなわち、圧力発生室１２の中央部に重なる位置に設けた場合、圧電アクチュエーター３００の変位量を向上するためには、圧力発生室１２を第２の方向Ｙに長くして、圧電アクチュエーター３００を第２の方向Ｙに長く形成する必要があり、第２の方向Ｙの長さに対する圧電アクチュエーター３００の変位効率が悪い。本実施形態では、活性部３１０を開口１２ａの各辺のそれぞれで少なくとも一部の縁に重なるように設けることで、圧力発生室１２の第２の方向Ｙの長さを短くしても、変位特性の低下を抑制することができる。したがって、流路形成基板１０を小型化して、記録ヘッド１の小型化を図ることができる。また、圧力発生室１２の第２の方向Ｙの長さを短くすることができるため、第１の方向Ｘに並設された圧力発生室１２の列を第２の方向Ｙに複数列配置することができ、小型化及び多ノズル化を図ることができる。

また、本実施形態では、第３の方向Ｚからの平面視において、活性部３１０は、開口１２ａの縁の全てに重なって設けられている。このため、活性部３１０の個別電極、本実施形態では、第１電極６０からの配線の引き出し及び引き回しを容易に行うことができる。ちなみに、活性部３１０を開口１２ａの縁に不連続で設ける場合、第１電極６０を分割すると、第１電極６０からの配線の引き出しが増えると共に個別配線９１の引き回しが困難になる。したがって、活性部３１０を開口１２ａの縁に不連続で設ける場合には、第１電極６０は、開口１２ａの縁に連続して設け、第２電極８０を開口１２ａの縁で一部が不連続となるように設ければよい。この場合には、個別電極である第１電極６０からの配線の引き出し及び引き回しは容易に行うことができる。

また、圧力発生室１２の圧電アクチュエーター３００側の開口１２ａは、第３の方向Ｚからの平面視において平行四辺形を有する。特に、表面の結晶面方位が（１００）面の単結晶シリコン基板を異方性エッチングして圧力発生室１２を形成することで、圧力発生室１２を高精度に且つ高密度に形成することができる。

さらに、本実施形態では、活性部３１０は、第３の方向Ｚから平面視した際に、圧力発生室１２の圧電アクチュエーター３００側の開口１２ａの辺の法線方向における幅が、辺に沿った方向に向かって同じ幅で形成されている。このため、非駆動部３１１は、圧力発生室１２の圧電アクチュエーター３００側の開口よりも狭い面積で、開口１２ａと同じ形状、すなわち、平行四辺形を有し、開口１２ａの中央部に設けられている。このように、非駆動部３１１を開口１２ａの中央部に、開口１２ａと同じ形状で設けることで、活性部３１０を変形し易くすることができる。もちろん、非駆動部３１１は、圧力発生室１２の開口１２ｂと同じ形状ではなくてもよく、開口１２ａの中央部以外の部分に設けるようにしてもよい。

また、活性部３１０及び非駆動部３１１は、第１電極６０によって規定されているため、非駆動部３１１は、第１電極６０を有さない。また、非駆動部３１１の圧電体層７０には凹部７１が設けられている。したがって、非駆動部３１１の少なくとも一部は、第１電極６０と圧電体層７０とを有さない。このように、非駆動部３１１の少なくとも一部は、第１電極６０と圧電体層７０とを有さないことで、非駆動部３１１の変形が圧電体層７０によって阻害されるのを抑制して、非駆動部３１１を変形し易くすることができ、活性部３１０を変形し易くすることができる。

また、本実施形態では、図６に示すように、第３の方向Ｚから平面視した際に、活性部３１０の端部、本実施形態では、第１電極６０の端部は、傾斜面１３に重なる位置に設けられている。このように、活性部３１０の端部を第３の方向Ｚにおいて傾斜面１３上に設けることで、活性部３１０と非駆動部３１２との境界が傾斜面１３上に位置する。流路形成基板１０の第３の方向Ｚの厚さは、傾斜面１３によって圧力発生室１２から外側に向かって徐々に漸大するため、流路形成基板１０の傾斜面１３が設けられた部分の剛性は圧力発生室１２から外側に向かって漸大する。このため、活性部３１０を駆動した際に、活性部３１０と非駆動部３１２との境界部分の応力は、傾斜面１３が変形することで緩和される。特に、傾斜面１３が設けられた領域は変形するものの、傾斜面１３によって流路形成基板１０の剛性は圧力発生室１２側から外側に向かって漸大しているため、傾斜面１３が設けられた流路形成基板１０は、活性部３１０側ほど変形し易く、非駆動部３１２側ほど変形し難くなる。したがって、活性部３１０と非駆動部３１２との応力集中を傾斜面１３が設けられた流路形成基板１０が変形することで効率的に緩和することができ、活性部３１０と非駆動部３１２との境界に応力集中が発生して、破壊されるのを抑制することができる。

ここで、図７に示すように、第３の方向Ｚから平面視した際に、圧力発生室１２の開口１２ａの辺の法線方向において活性部３１０を規定する第１電極６０の画壁１１上に重なる幅Ｗ_１は、圧電体層７０の第３の方向Ｚの厚さ以上、１０μｍ以下であることが好ましい。例えば、圧電体層７０の厚さが厚くなると、活性部３１０を駆動した際に、活性部３１０の内部応力である引っ張り応力が大きくなる。このとき、第１電極６０の画壁１１上の幅Ｗ_１、すなわち、活性部３１０の画壁１１上の幅Ｗ_１が狭いと、画壁１１上の活性部３１０と非駆動部３１２との境界が圧力発生室１２の開口縁部に近くなり、活性部３１０と非駆動部３１２との境界で破壊が発生する虞がある。したがって、活性部３１０の画壁１１上の幅Ｗ_１は、圧電体層７０の厚さ以上であるのが好ましい。また、第１電極６０、すなわち、活性部３１０の画壁１１上の幅Ｗ_１が大きすぎると、活性部３１０の容量が大きくなり、消費電力が増大する。したがって、活性部３１０の画壁１１上の幅Ｗ_１は、１０μｍ以下が好ましい。なお、活性部３１０の画壁１１上に重なる幅Ｗ_１は、図７に示すように、第２の方向Ｙの両側に設けられた辺に対する幅だけではなく、図６に示すように、第１の方向Ｘの両側に設けられた辺に対する幅においても同様である。

また、図７に示すように、第３の方向Ｚから平面視した際に、活性部３１０を規定する第１電極６０の圧力発生室１２の開口１２ａに跨がって設けられた幅Ｗ_２は、圧力発生室１２の短手方向である第１の方向Ｘの幅Ｗ_Ｃの０．２倍以上０．５倍以下の範囲であることが好ましい。なお、活性部３１０の開口１２ａに跨がって設けられた幅Ｗ_２は、図７に示すように、第２の方向Ｙの両側に設けられた辺に対する幅だけではなく、図６に示すように、第１の方向Ｘの両側に設けられた辺に対する幅においても同様である。

さらに、図７に示すように、第３の方向Ｚから平面視した際に、非駆動部３１１の圧電体層７０には流路形成基板１０とは反対側に開口する凹部７１が設けられており、圧力発生室１２の短手方向である第１の方向Ｘにおいて、凹部７１の幅Ｗ_３は、圧力発生室１２の幅Ｗ_Ｃの０．１倍以上０．５倍以下の範囲であることが好ましい。このように活性部３１０の幅Ｗ_２及び非駆動部３１１に設けられた圧電体層７０の凹部７１の幅Ｗ_３を規定することで、活性部３１０の変位効率を最適化することができる。すなわち、活性部３１０と非駆動部３１１とを上記範囲以外とすることで、活性部の変位効率が低下する。なお、凹部７１の幅Ｗ_３とは、流路形成基板１０とは反対側の開口部分における幅のことである。また、凹部７１の幅Ｗ_３は、図７に示すように、第２の方向Ｙの両側に設けられた辺の間の幅だけではなく、図６に示すように、第１の方向Ｘの両側に設けられた辺の間の幅においても同様である。

このような活性部３１０は、図４に示すように、第３の方向Ｚから平面視した際に、ノズル２１に重ならない位置で配置されている。すなわち、第３の方向Ｚから平面視した際に、ノズル２１は、活性部３１０の外側で、圧力発生室１２の内側に配置されている。このように活性部３１０をノズル２１に重ならない位置とすることで、活性部３１０の画壁１１上のオーバーラップ量が制限されて、活性部３１０の電気容量が大きくなり過ぎるのを抑制し、消費電力を低減することができる。また、第３の方向Ｚから平面視した際に、ノズル２１を圧力発生室１２の内側、すなわち、圧力発生室１２に重なる位置に配置することで、流路形成基板１０及びノズルプレート２０が大型化するのを抑制することができる。

また、本実施形態では、圧力発生室１２は、第３の方向Ｚにおいて圧電アクチュエーター３００とは反対側でノズル２１と連通し、活性部３１０は、圧力発生室１２のノズル２１側の開口のうちの少なくとも一部が重ならない位置に配置されている。すなわち、圧力発生室１２は、ノズル２１側の開口１２ｂに向かって拡幅して設けられている。本実施形態では、傾斜面１３によって圧力発生室１２は、ノズル２１側の開口１２ｂに向かって拡幅するようにした。このように、圧力発生室１２をノズル２１側に向かって拡幅させることで、圧力発生室１２の開口１２ａを小さくして、活性部３１０を形成するスペースを確保しつつ小型化を図ることができると共に、開口１２ｂを大きくして、圧力発生室１２に必要な容積を確保することができる。

また、本実施形態では、圧力発生室１２は、図４に示すように、第３の方向Ｚにおいて、圧電アクチュエーター３００とは反対面側の開口１２ｂが平行四辺形を有し、当該平行四辺形の鋭角となる角部のそれぞれにおいて、ノズル２１に連通するノズル連通路１９と、圧力発生室１２にインクを供給する供給路１８とが接続されるようにした。このように、圧力発生室１２の鋭角となる角部のそれぞれにノズル連通路１９と供給路１８とを接続することで、鋭角となる角部においてインクが滞留するのを抑制して、鋭角となる角部にインクに含まれる気泡が留まることによるインク滴の吐出不良が発生するのを抑制することができる。

また、圧力発生室１２をノズル２１に向かって拡幅すると共に、ノズル連通路１９を１つの共通するマニホールド１６に連通する２列の圧力発生室１２の外側の鋭角となる角部のそれぞれに開口させることで、２列の圧力発生室１２に連通するノズル連通路１９の第２の方向Ｙの距離を離すことができる。したがって、この２つのノズル連通路１９の間に２列の圧力発生室１２に共通して連通するマニホールド１６を第２の方向Ｙに大きく配置することができる。

また、図１に示すように、インクジェット式記録装置Ｉは、制御装置２００を具備する。ここで、本実施形態のインクジェット式記録装置Ｉの電気的構成について図８を参照して説明する。なお、図８は、本実施形態の実施形態１に係るインクジェット式記録装置の制御構成を示すブロック図である。

図８に示すように、インクジェット式記録装置Ｉは、本実施形態の制御部であるプリンターコントローラー２１０と、プリントエンジン２２０と、を備えている。

プリンターコントローラー２１０は、インクジェット式記録装置Ｉの全体の制御をする要素であり、本実施形態では、インクジェット式記録装置Ｉに設けられた制御装置２００内に設けられている。

プリンターコントローラー２１０は、外部インターフェース２１１（以下、外部Ｉ／Ｆ２１１という）と、各種データを一時的に記憶するＲＡＭ２１２と、制御プログラム等を記憶したＲＯＭ２１３と、ＣＰＵ等を含んで構成した制御処理部２１４と、クロック信号を発生する発振回路２１５と、記録ヘッド１へ供給するための駆動信号を発生する駆動信号生成部２１６と、駆動信号や印刷データに基づいて展開されたドットパターンデータ（ビットマップデータ）等をプリントエンジン２２０に送信する内部インターフェース２１７（以下、内部Ｉ／Ｆ２１７という）とを備えている。

外部Ｉ／Ｆ２１１は、例えば、キャラクタコード、グラフィック関数、イメージデータ等によって構成される印刷データを、ホストコンピュータ等の外部装置２３０から受信する。また、この外部Ｉ／Ｆ２１１を通じてビジー信号（ＢＵＳＹ）やアクノレッジ信号（ＡＣＫ）が、外部装置２３０に対して出力される。

ＲＡＭ２１２は、受信バッファ２１２Ａ、中間バッファ２１２Ｂ、出力バッファ２１２Ｃ、及び、図示しないワークメモリとして機能する。そして、受信バッファ２１２Ａは外部Ｉ／Ｆ２１１によって受信された印刷データを一時的に記憶し、中間バッファ２１２Ｂは制御処理部２１４が変換した中間コードデータを記憶し、出力バッファ２１２Ｃはドットパターンデータを記憶する。なお、このドットパターンデータは、階調データをデコード（翻訳）することにより得られる印字データによって構成してある。

また、ＲＯＭ２１３には、各種データ処理を行わせるための制御プログラム（制御ルーチン）の他に、フォントデータ、グラフィック関数等を記憶させてある。

制御処理部２１４は、受信バッファ２１２Ａ内の印刷データを読み出すと共に、この印刷データを変換して得た中間コードデータを中間バッファ２１２Ｂに記憶させる。また、中間バッファ２１２Ｂから読み出した中間コードデータを解析し、ＲＯＭ２１３に記憶させているフォントデータ及びグラフィック関数等を参照して、中間コードデータをドットパターンデータに展開する。そして、制御処理部２１４は、必要な装飾処理を施した後に、この展開したドットパターンデータを出力バッファ２１２Ｃに記憶させる。

そして、記録ヘッド１に１行分のドットパターンデータが得られたならば、この１行分のドットパターンデータは、内部Ｉ／Ｆ２１７を通じて記録ヘッド１に出力される。また、出力バッファ２１２Ｃから１行分のドットパターンデータが出力されると、展開済みの中間コードデータは中間バッファ２１２Ｂから消去され、次の中間コードデータについての展開処理が行われる。

プリントエンジン２２０は、記録ヘッド１と、紙送り機構２２１と、キャリッジ機構２２２とを含んで構成してある。紙送り機構２２１は、搬送ローラー８とこの搬送ローラー８を駆動する図示しないモーター等から構成してあり、記録シートＳを記録ヘッド１の記録動作に連動させて順次送り出す。即ち、この紙送り機構２２１は、記録シートＳを第１の方向Ｘに相対移動させる。キャリッジ機構２２２は、キャリッジ３と、キャリッジ３をキャリッジ軸５に沿って第２の方向Ｙに移動させる駆動モーター６やタイミングベルト７とを具備する。

記録ヘッド１は、シフトレジスタ１２２、ラッチ回路１２３、レベルシフタ１２４、スイッチ１２５を有する駆動回路１２１と、圧電アクチュエーター３００と、を備えている。これらのシフトレジスタ１２２、ラッチ回路１２３、レベルシフタ１２４及びスイッチ１２５は、駆動信号生成部２１６が発生した駆動信号から印加パルスを生成する。ここで、印加パルスとは実際に圧電アクチュエーター３００に印加されるものである。

ここで、駆動信号生成部２１６が発生した駆動波形を含む駆動信号について説明する。
なお、図９は、駆動信号を示す駆動波形である。

図９に示すように、本実施形態の駆動信号ＣＯＭは、発振回路２１５から発信されるクロック信号により規定される単位周期Ｔ（吐出周期Ｔ）毎に駆動信号生成部２１６から繰り返し生成される。単位周期Ｔは、記録シートＳに印刷する画像等の１画素分に対応する。そして、印刷中において記録シートＳの記録領域に１行分（１ラスター分）のドットパターンを形成するとき、各ノズル２１に対応する圧電アクチュエーター３００には、駆動信号が選択的に印加される。本実施形態では、駆動信号は、圧電アクチュエーター３００の共通電極である第２電極８０を基準電位（Ｖｂｓ）として、個別電極である第１電極６０に供給される。すなわち、駆動波形によって第１電極６０に印加される電圧は、基準電位（Ｖｂｓ）を基準としての電位として表される。

具体的には、駆動信号ＣＯＭは、基準電位Ｖｍから第１電位Ｖ１まで充電して圧力発生室１２の容積を基準容積から膨張させる膨張要素Ｐ１と、膨張要素Ｐ１によって膨張した圧力発生室１２の容積を一定時間維持する膨張維持要素Ｐ２と、第１電位Ｖ１から第２電位Ｖ２まで放電して圧力発生室１２の容積を収縮させる収縮要素Ｐ３と、収縮要素Ｐ３によって収縮した圧力発生室１２の容積を一定時間維持する収縮維持要素Ｐ４と、第２電位Ｖ２の収縮状態から基準電位Ｖｍの基準容積まで圧力発生室１２を復帰させる膨張復帰要素Ｐ５と、を具備する。

本実施形態では、膨張要素Ｐ１の電位差、すなわち、基準電位Ｖｍと第１電位Ｖ１との電位差は、収縮要素Ｐ３の電位差、すなわち、第１電位Ｖ１と第２電位Ｖ２との電位差よりも小さい。

このような駆動信号ＣＯＭが圧電アクチュエーター３００に供給されると、基準電位Ｖｍで圧電アクチュエーター３００を充電することによって、図１０に示すように、元の容積から基準容積となるまで圧力発生室１２を膨張する。次に、膨張要素Ｐ１によって圧電アクチュエーター３００を充電することによって、図１１に示すように、圧電アクチュエーター３００を圧力発生室１２とは反対側に変形させて圧力発生室１２を基準容積からさらに膨張する。そして、収縮要素Ｐ３によって圧電アクチュエーター３００を放電することで、図１２に示すように、圧力発生室１２の容積を元の容積（充電されていない容積）に収縮して、ノズル２１からインク滴が吐出される。

このように、本実施形態の圧電アクチュエーター３００及び駆動信号ＣＯＭによれば、膨張要素Ｐ１によって、圧電アクチュエーター３００が圧力発生室１２とは反対側に変形するため、圧電アクチュエーター３００の内部応力を圧縮応力とすることができる。そして、収縮要素Ｐ３によって圧電アクチュエーター３００を元の形状に戻すだけなので、圧電アクチュエーター３００の内部応力が引っ張り応力になるのを抑制することができる。ちなみに、圧電アクチュエーター３００を圧力発生室１２内に撓み変形させると、圧電アクチュエーター３００の内部には引っ張り応力がかかる。圧電体層７０は結晶構造を有するため、圧縮応力に比べて引っ張り応力に対して脆弱である。したがって、圧電アクチュエーター３００を圧力発生室１２とは反対側に変形させて内部応力を圧縮応力とすることで、圧電アクチュエーター３００の内部応力による破壊を抑制することができる。また、膨張要素Ｐ１で印加される電位差は、収縮要素Ｐ３で印加される電位差よりも小さく、収縮要素Ｐ３は、圧電アクチュエーター３００を電圧が印加されていない元の形状に戻すだけなので、膨張要素Ｐ１から収縮要素Ｐ３に至るまでの内部応力を小さくすることができる。したがって、圧電アクチュエーター３００の内部応力による破壊を抑制することができる。

（実施形態２）
図１３は、本発明の実施形態２に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの要部断面図である。なお、上述した実施形態と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

図１３に示すように、本実施形態では、非駆動部３１１、３１２の振動板５０が、他の領域、すなわち、活性部３１０の振動板５０よりも第３の方向Ｚの厚さが薄くなっている。本実施形態では、非駆動部３１１のうち、圧電体層７０の凹部７１の底面となる振動板５０の厚さが、他の領域よりも薄くなっている。

このような振動板５０は、例えば、圧電体層７０をドライエッチングでパターニングする際にオーバーエッチングすることによって形成することができる。

このように、非駆動部３１１の振動板５０を他の領域よりも薄くすることで、圧電アクチュエーター３００を駆動した際に、非駆動部３１１の振動板５０が活性部３１０の変形を阻害するのを抑制して、変位し易くすることができる。

（実施形態３）
図１４は、本発明の実施形態３に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの要部断面図である。なお、上述した実施形態と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

図１４に示すように、本実施形態では、非駆動部３１１において、圧電体層７０が形成されている。すなわち、圧電体層７０には、上述した実施形態１及び２の凹部７１が形成されていない。このように、非駆動部３１１に圧電体層７０を形成することによって、非駆動部３１１の剛性が高くなり、非駆動部３１１の破壊を抑制することができる。

なお、本実施形態では、非駆動部３１１の圧電体層７０は、活性部３１０よりも薄くなっている。また、非駆動部３１２においても、非駆動部３１１と同様に圧電体層７０が薄く形成されている。このような厚さの薄い圧電体層７０は、ハーフエッチングすることで形成することができる。もちろん、非駆動部３１１、３１２の圧電体層７０は、活性部３１０と同じ厚さで形成してもよい。

（実施形態４）
図１５は、本発明の実施形態４に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの要部断面図である。なお、上述した実施形態と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

図１５に示すように、本実施形態では、連通板１５とノズルプレート２０との間に、コンプライアンス基板４０が設けられている。コンプライアンス基板４０は、剛性が低く可撓性を有する材料であり、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム等を用いることができる。もちろん、コンプライアンス基板４０は、金属や樹脂等であってもよく、材料は特に限定されない。

また、ノズルプレート２０には、第３の方向Ｚから平面視において、マニホールド１６に重なる位置に、コンプライアンス基板４０側に開口する凹部２２が設けられている。コンプライアンス基板４０は、凹部２２が形成された部分が、撓み変形可能なコンプライアンス部２３となっている。なお、本実施形態では、ノズルプレート２０に凹部２２を設けるようにしたが、特にこれに限定されず、ノズルプレート２０のマニホールド１６に重なる位置に厚さ方向に貫通した貫通孔を設けるようにしてもよい。ただし、ノズル２１が開口する液体噴射面にコンプライアンス基板４０が露出してしまうため、ノズルプレート２０の貫通孔は他部材でカバーするのが好ましい。

このように、コンプライアンス基板４０を設けることでコンプライアンス部２３を形成しても、マニホールド１６内の圧力変動をコンプライアンス部２３によって吸収することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態を説明したが、本発明の基本的な構成は上述したものに限定されるものではない。

例えば、上述した各実施形態では、圧力発生室１２の平行四辺形の開口１２ａの辺に亘って連続する活性部３１０を設けるようにしたが、特にこれに限定されず、活性部３１０は、少なくとも平行四辺形の開口１２ａの各辺に設けられていればよく、辺に沿って不連続であってもよい。例えば、第３の方向Ｚから平面視した際に、平行四辺形の開口１２ａの角部に重なる部分を非駆動部とし、活性部３１０を角部以外の辺に重なるように設けてもよい。

また、上述した各実施形態では、第１電極６０を複数の活性部３１０毎に独立して設けることで個別電極とし、第２電極８０を複数の活性部３１０に亘って連続して設けることで共通電極としたが、特にこれに限定されず、第１電極６０を複数の活性部３１０に亘って連続して設けることで共通電極とし、第２電極８０を活性部３１０毎に独立して設けることで個別電極としてもよい。また、第１電極６０及び第２電極８０の何れか一方が個別電極で、他方が共通電極であっても、活性部３１０は、第１電極６０及び第２電極８０の何れで規定されていてもよい。つまり、上述した実施形態のように第１電極６０が個別電極であっても、第２電極８０によって活性部３１０を規定してもよく、第１電極６０及び第２電極８０の両方で活性部３１０を規定してもよい。また、第２電極８０が個別電極であっても、第１電極６０によって活性部３１０を規定してもよく、第１電極６０及び第２電極８０の両方で活性部３１０を規定してもよい。

さらに、上述した各実施形態では、圧力発生室１２が第１の方向Ｘに並設された列を第２の方向Ｙに４列設けるようにしたが、１つの共通するマニホールドに連通する２列の圧力発生室１２の組を、第１の方向Ｘで異なる位置に配置するようにしてもよい。これにより、第１の方向Ｘにノズル２１を２倍の密度で配置することができる。したがって、高密度な印刷が可能となる。なお、圧力発生室１２の列の数についても上述したものに限定されるものではなく、圧力発生室１２が１列であっても、２列以上の複数列であってもよい。

また、上述した各実施形態では、コンプライアンス部２３を設けるようにしたが、特にこれに限定されない。例えば、圧力発生室１２の容積に対してマニホールド１６の容積が十分に確保できており、マニホールド１６内のインクによってマニホールド１６内の圧力変動を吸収できる場合には、図１６に示すように、コンプライアンス部２３を設けなくてもよい。なお、図１６は、本発明の他の実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの断面図である。

また、上述した各実施形態では、流路形成基板１０として、表面の結晶面方位が（１００）面のシリコン単結晶基板を用いるようにしたが、特にこれに限定されず、（１１０）面のシリコン単結晶基板を用いるようにしてもよく、また、ＳＯＩ基板、ガラス等の材料を用いるようにしてもよい。また、圧力発生室１２の形状も上述したものに限定されず、傾斜面１３が設けられていない形状であってもよい。また、圧力発生室１２の開口１２ａ、１２ｂの形状も平行四辺形に限定されるものではなく、多角形、円形、楕円形等であってもよい。

さらに、上述したインクジェット式記録装置Ｉでは、記録ヘッド１がキャリッジ３に搭載されて第２の方向Ｙに移動するものを例示したが、特にこれに限定されず、例えば、記録ヘッド１が装置本体４に固定されて、紙等の記録シートＳを第１の方向Ｘに移動させるだけで印刷を行う、所謂ライン式記録装置にも本発明を適用することができる。

なお、上記実施形態においては、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを、また液体噴射装置の一例としてインクジェット式記録装置を挙げて説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッド及び液体噴射装置全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドや液体噴射装置にも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、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噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、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噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられ、かかる液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置にも適用できる。

また、本発明は、液体噴射ヘッドに限定されず、空間が設けられた基板と圧電アクチュエーターとを有する他の圧電デバイスにも用いることができる。他の圧電デバイスとしては、例えば、超音波発信器等の超音波デバイス、超音波モーター、温度−電気変換器、圧力−電気変換器、強誘電体トランジスター、圧電トランス、赤外線等の有害光線の遮断フィルター、量子ドット形成によるフォトニック結晶効果を使用した光学フィルター、薄膜の光干渉を利用した光学フィルター等のフィルター、赤外線センサー、超音波センサー、感熱センサー、圧力センサー、焦電センサー、及びジャイロセンサー（角速度センサー）等の各種センサー、強誘電体メモリーなどが挙げられる。

Ｉ…インクジェット式記録装置（液体噴射装置）、１…インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、２…インクカートリッジ、３…キャリッジ、４…装置本体、５…キャリッジ軸、６…駆動モーター、７…タイミングベルト、８…搬送ローラー、１０…流路形成基板、１１…画壁、１２…圧力発生室、１２ａ…開口、１２ｂ…開口、１３…傾斜面、１５…連通板、１６…マニホールド、１７…導入孔、１８…供給路、１９…ノズル連通路、２０…ノズルプレート、２１…ノズル、２２…凹部、２３…コンプライアンス部、３０…保護基板、３１…保持部、３２…貫通孔、４０…コンプライアンス基板、５０…振動板、５１…弾性膜、５２…絶縁体膜、６０…第１電極、７０…圧電体層、７１…凹部、８０…第２電極、９１…個別配線、９２…共通配線、１２０…フレキシブルケーブル、１２１…駆動回路、１２２…シフトレジスタ、１２３…ラッチ回路、１２４…レベルシフタ、１２５…スイッチ、２００…制御装置、２１０…プリンターコントローラー、２１１…外部インターフェース、２１２Ａ…受信バッファ、２１２Ｂ…中間バッファ、２１２Ｃ…出力バッファ、２１４…制御処理部、２１５…発振回路、２１６…駆動信号生成部、２１７…内部インターフェース、２２０…プリントエンジン、２２１…紙送り機構、２２２…キャリッジ機構、２３０…外部装置、３００…圧電アクチュエーター、３１０…活性部（第１電極と第２電極とで挟まれた領域）、３１１…非駆動部、３１２…非駆動部、Ｘ…第１の方向、Ｙ…第２の方向、Ｚ…第３の方向

Claims (21)

1. 液体を噴射するノズルに連通する圧力発生室が画壁によって形成された流路形成基板と、
   第１電極と、圧電体層と、第２電極とが積層された圧電アクチュエーターと、を具備し、
   前記圧電体層は、積層方向において前記第１電極と前記第２電極とで挟まれた活性部を
   有し、
   前記積層方向からの平面視において、前記圧力発生室の前記圧電アクチュエーター側の開口である第１開口は、第１縁部と、前記第１縁部と平行な第２縁部とを有し、
   前記第１電極は、前記積層方向において前記流路形成基板と前記圧電体層の前記活性部との間に位置し、
   前記活性部は、前記積層方向に見たとき、前記第１縁部と重なり、且つ、前記第２縁部と重なり、
   前記第１縁部と前記第２縁部の間にかけて、前記第１開口の少なくとも一部において前記第１電極が設けられておらず、且つ、前記第２電極は前記第１縁部から前記第２縁部の間にかけて連続して設けられ、
   前記圧力発生室は、前記積層方向と交差する第１の方向に複数形成され、
   前記積層方向からの平面視において、前記第１開口は鋭角部を有する平行四辺形であり、
   前記積層方向からの平面視において、前記圧力発生室の前記圧電アクチュエーター側とは反対側の開口である第２開口は鋭角部を有する平行四辺形であり、
   前記第１開口の鋭角部と、前記第２開口の鋭角部と、は前記第１の方向における位置が逆に配置されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 前記第１開口の少なくとも一部において前記第１電極と前記第２電極との何れか一方が重ならない部分は、前記第１開口よりも狭い面積で当該第１開口と同じ形状を有することを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
3. 前記積層方向からの平面視において、前記活性部は、前記第１開口の縁の全てに重なって設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の液体噴射ヘッド。
4. 前記第１電極と前記第２電極とが重ならない部分は、少なくとも一部において前記第１
   電極と前記圧電体層とを有さないことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
5. 前記第１電極と前記第２電極とが重ならない部分は、前記第１開口の中央に設けられていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
6. 前記積層方向から平面視した際に、前記ノズルは前記活性部の外側で前記圧力発生室の内側に配置されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
7. 前記圧力発生室は、前記積層方向において前記圧電アクチュエーターとは反対側で前記ノズルと連通し、
   前記活性部は、前記圧力発生室の前記ノズル側の開口のうちの少なくとも一部が重ならないことを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
8. 前記圧力発生室は、前記積層方向において、前記圧電アクチュエーターとは反対面側の開口が平行四辺形を有し、当該平行四辺形の鋭角となる角部のそれぞれにおいて、前記ノズルに連通するノズル連通路と、当該圧力発生室に液体を供給する供給路と、が接続されていることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
9. 前記圧力発生室は、前記積層方向と直交する第１の方向において並設された列を、前記積層方向及び前記第１の方向の両方に直交する第２の方向に複数列形成されており、
   前記第２の方向に設けられた前記圧力発生室の列は、前記第１の方向で異なる位置に配置されていることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
10. 前記圧力発生室は、前記積層方向に対して前記圧電アクチュエーターとは反対側に拡幅する方向に傾斜した傾斜面を有し、
    前記積層方向から平面視した際に、前記活性部の端部は、前記傾斜面に重なることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
11. 前記積層方向から平面視した際に、前記第１開口の辺の法線方向において前記活性部の前記画壁上に重なる幅は、前記圧電体層の前記積層方向の厚さ以上、１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜１０の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
12. 前記積層方向から平面視した際に、前記活性部の前記第１開口の縁に跨がって設けられた幅は、前記圧力発生室の短手方向の幅の０．２倍以上０．５倍以下の範囲であることを特徴と
    する請求項１〜１１の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
13. 前記積層方向から平面視した際に、前記第１開口の少なくとも一部において、前記第１電極と前記第２電極との何れか一方が重ならない部分の前記圧電体層には、前記流路形成基板とは反対側に開口する凹部が設けられており、前記圧力発生室の短手方向において、前記凹部の幅は、前記圧力発生室の幅の０．１倍以上０．５倍以下の範囲であることを特徴とする請求項１〜１２の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
14. 前記流路形成基板上には、振動板を介して前記圧電アクチュエーターが形成されており、 前記積層方向において、前記第１開口の少なくとも一部において前記第１電極と前記第２電極との何れか一方が重ならない部分の前記振動板の厚さは、前記活性部の前記振動板の厚さよりも薄いことを特徴とする請求項１〜１３の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
15. 前記第１開口の少なくとも一部において前記第１電極と前記第２電極との何れか一方が重ならない部分には、前記圧電体層が形成されていることを特徴とする請求項１〜１４の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
16. 前記圧力発生室は、前記積層方向と交差する第１の方向に複数形成され、
    前記圧力発生室は、前記積層方向及び前記第１の方向の両方と交差する第２の方向に複数形成され、
    前記第１の方向に形成された前記圧力発生室の数は、前記第２の方向に形成された前記圧力発生室の数よりも多く、
    前記積層方向から平面視において、前記第１開口は鋭角部を有する平行四辺形であり、
    前記第１開口の辺のうち２つは、前記第２の方向と平行である
    ことを特徴とする請求項１〜１５の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
17. 前記圧電アクチュエーターは、前記圧力発生室の容積を膨張する方向に変位することを特徴とする請求項１〜１６の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
18. 前記圧力発生室は前記第２開口の鋭角部において前記ノズルと連通する
    ことを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
19. 請求項１〜１８の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。
20. 前記圧電アクチュエーターを充電することにより前記圧力発生室を膨張させる膨張要素と、前記圧電アクチュエーターを放電することにより前記圧力発生室を収縮させる収縮要素とを有する駆動信号を供給して、前記ノズルから液体を噴射させる制御部を具備することを特徴とする請求項１９に記載の液体噴射装置。
21. 前記膨張要素の電位差が前記収縮要素の電位差よりも小さいことを特徴とする請求項２０に記載の液体噴射装置。

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