JP7476742B2 - 液体吐出ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、ノズルから液体を吐出する液体吐出ヘッドに関する。

ノズルから液体を吐出する液体吐出ヘッドとして、特許文献１には、ノズルからインクを噴射するインクジェット式記録ヘッドが記載されている。特許文献１に記載の記録ヘッドでは、複数の圧力発生室が一方向に並んで形成された流路形成基板の上面に、複数の圧力発生室を覆う振動板が配置され、振動板の上面の、各圧力発生室と上下方向に重なる部分に、圧力発生室内の液体に吐出エネルギーを付与するための圧電素子が配置されている。各圧電素子は、圧電体層と、圧電体層を厚み方向に挟むように配置された第１電極及び第２電極とを有する。また、振動板の上面には、複数の圧電素子を覆う保護基板が配置され、複数の圧電素子は、保護基板によって形成された一方向に延在する圧電素子保持部に収容されている。保護基板の、流路形成基板の圧力発生室間の各隔壁と上下方向に重なる部分には、隔壁上の振動板を押さえるための押さえ部材が形成されており、これら押さえ部材が接着剤を介して振動板上に接合されている。このように押さえ部材で隔壁上の振動板を押さえることで、圧力室壁の剛性が増し、隣接する圧電素子が駆動されたときの振動伝播（クロストーク）を抑制することが可能となる。

特開２０１８－１３０９１３号公報

上記特許文献１に記載の記録ヘッドにおいては、各圧電素子の圧電体層が互いに繋がって一方向に連続している。そして、圧電体層の各隔壁と上下方向に重なる部分が除去されており、当該除去部分に保護基板に一体的に形成された各押さえ部材を介して、保護基板を振動板上に接合している。このように押さえ部材が保護基板に一体的に形成されていると、例えば、一方向に沿った貼りズレが保護基板に生じると、一方向において隔壁を挟んで配置された２つの圧力発生室に対応する２つの圧電素子のうちの一方に押さえ部材が近づく。つまり、振動板の隔壁と対向する領域において、押さえ部材によって押さえられる位置に片寄りが生じ、圧電素子の変位にばらつきが生じる問題がある。

そこで、本発明の目的は、保護基板に多少の貼りズレが生じても、圧電素子の変位にばらつきが生じにくくすることが可能な液体吐出ヘッドを提供することである。

本発明の液体吐出ヘッドは、一方向に沿って配列された複数の圧力室と、前記一方向と直交する厚み方向における一方側に配置され前記複数の圧力室を覆う振動膜とを有する圧力室形成基板と、前記振動膜の前記厚み方向における前記一方側の面に配置され、前記複数の圧力室と前記厚み方向に重なる複数の圧電素子を有する圧電アクチュエータと、前記圧電アクチュエータの前記厚み方向における前記一方側の面に接合され、前記複数の圧電素子を覆う保護基板とを備えている。そして、前記複数の圧電素子は、互いに繋がって前記一方向に延在する共通の圧電層を有しており、前記圧電層の、前記圧力室形成基板の前記圧力室間の隔壁と前記厚み方向に重なる隔壁重なり部分には、前記厚み方向において前記圧電層の少なくとも一部が除去されて前記一方側に開口する環状の凹部と、前記凹部に囲まれた島状の圧電層残存部とがあり、前記保護基板の、前記圧電層残存部と前記厚み方向に重なる残存重なり部分が、前記圧電アクチュエータの前記圧電層残存部上を押さえている。

本発明の液体吐出ヘッドによると、保護基板が圧電アクチュエータの圧電層残存部上を押さえているため、保護基板に多少の貼りズレが生じても、圧電層残存部を介して押さえる振動膜の位置がズレにくくなる。このため、圧電素子の変位にばらつきが生じにくくなる。

本発明の一実施形態に係るインクジェットヘッドを含むプリンタの概略構成図である。 図１のインクジェットヘッドの平面図である。 図２のIII－III線断面図である。 圧電アクチュエータの要部平面図である。 図４に示すＶ－Ｖ線位置におけるインクジェットヘッドの要部断面図である。 図４に示すVI－VI線位置におけるインクジェットヘッドの要部断面図である。

以下、本発明の好適な実施形態について説明する。

＜プリンタ１００の全体構成＞
図１に示すように、本実施形態に係るプリンタ１００は、４つのインクジェットヘッド１（本発明の「液体吐出ヘッド」）を含むヘッドユニット１ｘ、プラテン３及び搬送機構４を含んでいる。

ヘッドユニット１ｘは、水平な紙幅方向（本発明の「一方向」）に長尺であり、位置が固定された状態で複数のノズル２２（図２～図４参照）から用紙Ｐに対してインクを吐出する、いわゆるラインヘッドである。４つのインクジェットヘッド１は、それぞれ紙幅方向に長尺である。また、４つのインクジェットヘッド１のうち、２つのインクジェットヘッド１が紙幅方向に並んでいる。また、これら２つのインクジェットヘッド１から、水平で且つ紙幅方向と直交する搬送方向（本発明の「直交方向」）にずれた位置に、４つのインクジェットヘッド１のうち残り２つのインクジェットヘッド１が紙幅方向に並んで配置されている。これら４つのインクジェットヘッド１は、紙幅方向に沿って千鳥状に配置されている。

なお、以下では、図１に示すように、紙幅方向の右側及び左側を定義して説明を行う。また、以下では、図１に示すように、搬送方向の前側及び後側を定義して説明を行う。

プラテン３は、ヘッドユニット１ｘの下方に配置されて、４つのインクジェットヘッド１の複数のノズル２２と対向している。プラテン３の上面に、用紙Ｐが載置される。

搬送機構４は、搬送方向にプラテン３を挟んで配置された２つのローラ対４ａ，４ｂを有する。ローラ対４ａ，４ｂは、用紙Ｐを挟持した状態で回転して、用紙Ｐを搬送方向に搬送する。

＜インクジェットヘッド１の構成＞
次に、インクジェットヘッド１の構成について説明する。図２～図６に示すように、インクジェットヘッド１は、流路ユニット１１、圧電アクチュエータ１２、保護部材１３、及び、配線基板１８を有する。

流路ユニット１１は、図３に示すように、圧力室形成プレート１１ａと、ノズル形成プレート１１ｂとを有し、これらプレート１１ａ，１１ｂが鉛直方向（本発明の「厚み方向」）に積層され、互いに接着剤によって接着されて構成されている。本実施形態における２枚のプレート１１ａ，１１ｂは、シリコンからなる板材であるが、例えば樹脂や、ステンレス鋼などの金属で構成されていてもよい。また、これらのプレート１１ａ，１１ｂには、複数の個別流路２０が形成されている。なお、本実施形態では、鉛直方向の上側が本発明の「厚み方向の一方側」に相当する。

圧力室形成プレート１１ａには、図２及び図３に示すように、複数の圧力室２１と、複数の幅狭流路２４と、複数の幅広流路２５と、連通部２６とが形成されている。ノズル形成プレート１１ｂには、複数のノズル２２が形成されている。複数の個別流路２０は、紙幅方向に並んで配置されている。各個別流路２０は、圧力室２１と、ノズル２２と、幅狭流路２４と、幅広流路２５とを含む。

圧力室２１は、図２に示すように、鉛直方向に投影した形状が、搬送方向に長尺な略矩形である。また、複数の圧力室２１は、紙幅方向に配列されて圧力室列を構成している。各圧力室２１に対し、搬送方向における一方側の端にノズル２２が接続し、搬送方向における他方側の端に幅狭流路２４が接続している。ここで、搬送方向における一方側とは搬送方向における後側のことであり、搬送方向における他方側とは搬送方向における前側のことである。

幅狭流路２４は、図２に示すように、圧力室２１よりも幅が狭く（紙幅方向の長さが短く）、絞りとして機能する。幅狭流路２４の紙幅方向の中心は、対応する圧力室２１の紙幅方向の中心に対して紙幅方向の左側に位置している。

幅狭流路２４の搬送方向における他方側の端には、幅広流路２５が接続している。幅広流路２５の幅（紙幅方向の長さ）は、圧力室２１の幅とほぼ同じである。幅広流路２５の紙幅方向の中心は、対応する圧力室２１の紙幅方向の中心と一致している。

また、図３に示すように、圧力室２１、幅狭流路２４、及び、幅広流路２５は、圧力室形成プレート１１ａ（本発明の「圧力室形成基板」）の一方の面（ここでは下面）からエッチングにより形成され、圧力室形成プレート１１ａの下面に開口した凹部によって構成されている。

また、図５に示すように、圧力室形成プレート１１ａの、紙幅方向において隣接する２つの圧力室２１間には、それぞれ、各圧力室２１を仕切る隔壁１１ａ１が形成されている。

連通部２６は、図２に示すように、紙幅方向に長尺に延在している。また、連通部２６は、図３に示すように、圧力室形成プレート１１ａを鉛直方向に貫通しており、すべての幅広流路２５の搬送方向の他方側の端と接続されている。なお、連通部２６は、後述の保護部材１３の凹部１３ｂと連通して、各圧力室２１に共通な共通流路３２を構成する。

また、圧力室形成プレート１１ａは、図３及び図５に示すように、振動板１２ａを有している。振動板１２ａは、圧力室形成プレート１１ａの上端部によって構成されており、全ての圧力室２１を覆っている。振動膜１１ａ２の厚みは、例えば１０μｍ程度である。

ノズル２２は、ノズル形成プレート１１ｂに形成された貫通孔で構成されている。また、複数のノズル２２は、紙幅方向に配列されてノズル列を構成している。各ノズル２２は、紙幅方向において圧力室２１の中央に位置し、圧力室２１と鉛直方向に重なっている。

圧電アクチュエータ１２は、図３に示すように、下から順に、複数の圧電素子１２ｂ及び補助電極層１２ｃなどから構成されている。複数の圧電素子１２ｂは、振動膜１１ａ２の上面（本発明の「厚み方向の一方側の面」）に形成されている。圧電素子１２ｂは、振動膜１１ａ２の各圧力室２１に対応する部分、すなわち変位部の上面に配置されている。つまり、各圧電素子１２ｂは、鉛直方向に沿って圧力室２１と重なっている。本実施形態における圧電素子１２ｂは、下から順に、個別電極１２ｂ１、圧電層１２ｂ２及び共通電極１２ｂ３が、成膜技術により積層されて構成されている。本実施形態における各電極１２ｂ１，１２ｂ３は、約０．２μｍの厚みを有している。圧電層１２ｂ２は、約１．０μｍの厚みを有している。

個別電極１２ｂ１は、図４に示すように、圧力室２１毎に独立して設けられる。一方、共通電極１２ｂ３は、複数の圧力室２１に亘って連続して設けられている。より詳細には、個別電極１２ｂ１の幅は、図４及び図５に示すように、紙幅方向において、圧力室２１の幅よりも狭く形成されている。また、図４に示すように、個別電極１２ｂ１は、搬送方向において、前側の端部が圧力室２１の端部を超えて幅狭流路２４と重なる位置まで延在され、後側の端部が接続電極部４０（後述）まで延在されている。

共通電極１２ｂ３は、紙幅方向に沿って長尺に延在した帯状を有しており、その紙幅方向の両端部が、圧力室列を構成する最も外側の圧力室２１よりも外側に配置されている。また、共通電極１２ｂ３は、図４に示すように、搬送方向において、前側の端部が個別電極１２ｂ１の端部を超えて外側まで延在され、後側の端部が圧力室２１の端部を超えて当該圧力室２１と接続電極部４０との間の領域まで延在されている。本実施形態における共通電極１２ｂ３は、図５に示すように、後述の凹部１６内及び圧電層残存部１７上にも形成されている。このように複数の圧電素子１２ｂに含まれる共通電極１２ｂ３は互いに繋がった共通の電極である。

圧電層１２ｂ２は、図３に示すように、圧力室２１の搬送方向の両端部を超えて外側まで延在されると共に、複数の圧力室２１に跨るようにして紙幅方向に沿って延在して形成されている。そして、図４～図６に示すように、圧電層１２ｂ２の隔壁１１ａ１と鉛直方向に重なる隔壁重なり部分１５のそれぞれには、圧電層１２ｂ２が部分的に除去されることで構成された環状の凹部１６が形成されている。また、各隔壁重なり部分１５には、凹部１６に囲まれた島状の圧電層残存部１７が形成されている。これら複数の凹部１６及び圧電層残存部１７は、紙幅方向に沿って、圧力室２１の形成ピッチと同じピッチで形成されている。換言すると、隣接する２つの凹部１６間及び２つの圧電層残存部１７間に、１つの圧力室２１に対応する圧電素子１２ｂが圧力室２１の形成ピッチと同じピッチで形成されている。また、図５に示すように、圧力室２１上の圧電層１２ｂ２の紙幅方向の幅は、圧力室２１の紙幅方向の幅よりも狭く、且つ、個別電極１２ｂ１の紙幅方向の幅よりも広く形成されている。

図４に示すように、凹部１６の搬送方向の長さは、圧力室２１の搬送方向の長さよりも短く形成されている。また、凹部１６は、搬送方向の両端部が圧力室２１の搬送方向の両端部より内側に位置するように配置されている。また、凹部１６は、平面視において、搬送方向に沿って長尺な細長六角形状に形成されている。より詳細には、凹部１６の外周形状が、搬送方向に平行な二辺を有する六角形である。なお、搬送方向において、凹部１６よりも外側にある圧電層１２ｂ２は複数の圧力室２１に亘って連続して形成されている。換言すると、複数の圧電素子１２ｂに含まれる圧電層１２ｂ２は、互いに繋がって紙幅方向に沿って延在する共通の圧電層１２ｂ２である。

圧電層残存部１７も、図４に示すように、平面視において、搬送方向に沿って長尺な細長六角形状に形成されている。より詳細には、圧電層残存部１７は、圧電層１２ｂ２の上面（本発明の「厚み方向の一方側の面」）において、その外周形状が凹部１６の外周形状に相似となっている。そして、平面視において、圧電層残存部１７の中心と、凹部１６の中心とが一致している。このように圧電層残存部１７は、凹部１６の外周形状に沿って形成されている。また、図５に示すように、圧電層残存部１７の厚みは、圧電層１２ｂ２の厚みに等しい。つまり、圧電層残存部１７の上面１７ａは、圧電層１２ｂ２の圧電層残存部１７以外の上面と同じ高さレベルに配置されている。

このような圧電素子１２ｂは、図５に示すように、圧力室２１に対応する領域において、紙幅方向における寸法が、共通電極１２ｂ３の幅、圧力室２１の幅、圧電層１２ｂ２の幅、個別電極１２ｂ１の幅の順に小さくなっている。そして、個別電極１２ｂ１と共通電極１２ｂ３との間に挟まれた圧電層１２ｂ２の領域が、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる能動部となる。

補助電極層（本発明の「補助電極」）１２ｃは、図４に示すように、複数の圧電素子１２ｂの搬送方向の両端部上において、紙幅方向に沿って延在する２つの帯状補助電極層１２ｃ１と、各圧電層残存部１７上に形成された複数の島状補助電極層１２ｃ２とを有している。本実施形態における帯状補助電極層１２ｃ１及び島状補助電極層１２ｃ２も、各電極１２ｂ１，１２ｂ３とほぼ同様な０．２μｍの厚みを有しているが、特に限定するものではない。この補助電極層１２ｃは、金（Ａｕ）からなり、図示しない密着層を介して共通電極１２ｂ３の上に積層される。２つの帯状補助電極層１２ｃ１は、搬送方向において、複数の凹部１６を挟んだ両側に配置されている。これにより、各圧電素子１２ｂの変形を抑制しすぎることなく、圧力室２１の端部に対応する領域における圧電素子１２ｂの剛性を高めることが可能となる。さらには、圧電素子１２ｂ毎の共通電極１２ｂ３を繋ぐ経路における電気抵抗を小さくすることも可能となる。なお、補助電極層１２ｃは、紙幅方向の外側において、接続電極部４０側の端子領域（後述の複数の個別接続電極層４３が形成された領域：図示せず）まで延在している。そして、当該端子領域において、配線基板１８の共通配線と電気的に接続される。

接続電極部４０は、図３に示すように、圧力室２１よりも搬送方向の後側の領域における圧電層１２ｂ２上に形成されている。接続電極部４０は、圧電層１２ｂ２の上面から個別電極１２ｂ１に至るスルーホール４１が形成されている。このスルーホール４１に対応する領域には、接続用電極４２がスルーホール４１よりもわずかに大きく形成されている。接続用電極４２は、スルーホール４２に対応してパターニングされ、スルーホール４１を通じて個別電極１２ｂ１に導通している。また、接続用電極４２上には、個別接続電極層４３が個別電極１２ｂ１（スルーホール４１）に対応してパターニングされており、接続用電極４２を介して個別電極１２ｂ１と導通されている。なお、個別電極１２ｂ１は、スルーホール４１と相対する範囲を除いて圧電層１２ｂ２に覆われている。これにより、個別電極１２ｂ１からのリーク電流が極力抑えられ、また、当該リーク電流を抑制するための特別な措置（例えば、酸化アルミニウム等の保護膜による保護）を施す手間を省くことができる。

保護部材（本発明の「保護基板」）１３は、図３に示すように、圧電アクチュエータ１２の上面及び流路ユニット１１の上面に接着されている。本実施形態における保護部材１３は、シリコンからなるが、例えば樹脂や、ステンレス鋼などの金属から構成されていてもよい。保護部材１３は、プレート１１ａ及び圧電アクチュエータ１２と、鉛直方向に投影した外形が同じであり、プレート１１ａの外形及び圧電アクチュエータ１２の外形と鉛直方向に完全に重なっている。保護部材１３には、下面からのエッチングにより、複数の凹部１３ａ，１３ｂ，１３ｈ、及び、複数の貫通孔１３ｃ，１３ｄが形成されている。

複数の凹部１３ａは、図５に示すように、複数の圧電素子１２ｂに対して個別に設けられている。そして、複数の凹部１３ａは、紙幅方向に並んでいる。各凹部１３ａによって形成される空間である収容空間１３ａ１には、圧電素子１２ｂが個別に収容されている。保護部材１３に凹部１３ａが形成されていることで、保護部材１３は、圧電アクチュエータ１２の圧力室２１と鉛直方向に重なる部分と離隔されている。本実施形態においては、保護基板１３と、圧電アクチュエータ１２の圧力室２１と鉛直方向に重なる部分との離隔距離が、約１０μｍとなっている。これにより、圧電素子１２ｂが駆動されたときに、圧電素子１２ｂに対して保護基板１３の接触が影響しにくくなる。このため、圧電素子１２ｂの変位を妨げるのを抑制することが可能となる。

また、保護部材１３の隣接する凹部１３ａ間の部分は、図５に示すように、収容空間１３ａ１同士を仕切る仕切り壁１３ｅとなっている。各仕切り壁１３ｅ（本発明の「残存重なり部分」）は、圧電層残存部１７と鉛直方向に重なって配置されている。また、仕切り壁１３ｅは、凹部１３ａの底面（保護部材１３の圧力室２１と鉛直方向に重なる部分）よりも下方側（本発明の「厚み方向の他方側」）に突出して一体的に形成されている。また、仕切り壁１３ｅは、図６に示すように、搬送方向に沿って長尺に延在しており、その長さは凹部１６の搬送方向の長さよりも長く、その下面１３ｅ１が接着剤１４を介して圧電アクチュエータ１２と接合されている。より詳細には、下面１３ｅ１（本発明の「接合面」）の圧電層残存部１７と鉛直方向に重なる中央部分１３ｅ２が、圧電アクチュエータ１２の圧電層残存部１７上と接着剤１４で接合されている。また、搬送方向において、下面１３ｅ１の当該中央部分１３ｅ２よりも外側の外側部分１３ｅ３と、圧電アクチュエータ１２の、圧電層１２ｂ２の凹部１６よりも外側の外側部分上とが接着剤１４で接合されている。このようにして、圧電アクチュエータ１２の圧電層残存部１７上が保護部材１３の仕切り壁１３ｅによって押さえられる。

仕切り壁１３ｅの下面１３ｅ１には、図５及び図６に示すように、接着剤１４を逃がすための複数の溝１３ｆが形成されている。これら溝１３ｆは、紙幅方向に沿って延在しており、搬送方向に沿って配列されている。また、仕切り壁１３ｅの下面１３ｅ１には、２つの切り欠き１３ｇが形成されている。これら切り欠き１３ｇは、鉛直方向に沿って凹部１６と重なる位置において、紙幅方向に延在して形成されている。また、切り欠き１３ｇは、溝１３ｆよりも鉛直方向の深さが深くなっている。このような切り欠き１３ｇが形成されていることで、下面１３ｅ１を圧電アクチュエータ１２に接合するために下面１３ｅ１に塗布する接着剤１４の塗布量が少なくなる。仮に、下面１３ｅ１に切り欠き１３ｇが形成されていない場合、下面１３ｅ１の凹部１６と鉛直方向に重なる部分にも接着剤１４が塗布されることとなる。この状態で保護部材１３を圧電アクチュエータ１２側に押圧して接合すると、余剰接着剤が凹部１６内に流れ出し、場合によっては圧電アクチュエータ１２の圧力室２１と重なる部分（圧電素子１２ｂ）に付着する。しかしながら、本実施形態においては下面１３ｅ１に切り欠き１３ｇが形成されているため、下面１３ｅ１に塗布する接着剤１４の塗布量が少なくなり、余剰接着剤量も抑制することが可能となる。なお、保護部材１３に接着剤１４を塗布するパターニング処理の方が、圧電アクチュエータ１２及び流路ユニット１１に接着剤を塗布するパターニング処理よりも簡単である。このため、本実施形態においては、保護部材１３に接着剤を塗布し、保護部材１３を圧電アクチュエータ１２及び流路ユニット１１に接着している。

また、図５に示すように、仕切り壁１３ｅの下面１３ｅ１は、紙幅方向において、圧電層残存部１７の上面１７ａの幅Ｗ１よりも大きな幅Ｗ２を有している。このように幅Ｗ２が幅Ｗ１よりも大きい場合は、保護部材１３が圧電アクチュエータ１２に対して貼りズレが紙幅方向に生じても、幅Ｗ２が幅Ｗ１よりも小さいときよりも、その幅Ｗ１，Ｗ２の大きさの差程度、貼りズレの許容範囲が広がり、圧電アクチュエータ１２の圧電層残存部１７上を押さえやすくなる。また、幅Ｗ２が幅Ｗ１よりも大きい方が、仕切り壁１３ｅによって、圧電アクチュエータ１２の圧電層残存部１７上を均等に押さえることが可能となる。

また、図２及び図３に示すように、保護部材１３の複数の凹部１３ａを画定する壁部１３ａ２～１３ａ４，１３ｂ１，１３ｅはいずれも圧電アクチュエータ１２に接合されている。壁部１３ａ２は、搬送方向中央よりもやや後側に配置され、壁部１３ｂ１は、搬送方向中央よりもやや前側に配置されている。これら壁部１３ａ２，１３ｂ１は、壁部１３ａ３，１３ａ４を繋ぐように紙幅方向に沿って延在している。また、複数の壁部１３ｅは、紙幅方向に沿って複数配置され、壁部１３ａ２，１３ｂ１を繋ぐように搬送方向に沿って延在している。残りの壁部１３ａ３，１３ａ４は、紙幅方向の両側に配置され、搬送方向に沿って延在している。このような複数の凹部１３ａの外周を囲う壁部１３ａ２～１３ａ４，１３ｂ１によって、圧電アクチュエータ１２の複数の圧電素子１２ｂが囲まれる。このような壁構造を有する保護部材１３により、圧電アクチュエータ１２の複数の圧電素子１２ｂが外部と遮断された密閉空間（複数の収容空間１３ａ１）内に配置され、空気中の水分による酸化が抑制される。

保護部材１３の凹部１３ｈは、図２及び図３に示すように、紙幅方向に沿って長尺に延在している。保護部材１３の凹部１３ｈの一部は、壁部１３ａ２～１３ａ５によって画定されている。これら壁部１３ａ２～１３ａ５のうちの壁部１３ａ５は、搬送方向の後端に配置され、圧電アクチュエータ１２に接合されており、これ以外は上述と同様である。そして、貫通孔１３ｃが、保護部材１３の凹部１３ｈの底部となる部分の中央に形成されている。また、貫通孔１３ｃは、複数の個別接続電極層４３にわたって紙幅方向に延び、複数の個別接続電極層４３と鉛直方向に重なっている。

保護部材１３は、図２及び図３に示すように、流路ユニット１１の搬送方向の前側部分を覆って接合されている。保護部材１３の凹部１３ｂは、紙幅方向に沿って長尺に延在している。また、凹部１３ｂは、流路ユニット１１の連通部２６と対向する位置に配置され、この凹部１３ｂと連通部２６とで共通流路３２が構成されている。保護部材１３の凹部１３ｂを画定する壁部１３ｂ１～１３ｂ４であって、搬送方向の中央に配置された上述の壁部１３ｂ１が圧電アクチュエータ１２に接合され、搬送方向の前側に配置された壁部１３ｂ２が流路ユニット１１に接合されている。残りの紙幅方向の両側に配置された壁部１３ｂ３，１３ｂ４が流路ユニット１１に接合されている。そして、図２に示すように、保護部材１３の凹部１３ｂの底部となる部分の中央に、貫通孔１３ｄが形成されている。共通流路３２は、貫通孔１３ｄを介して図示しないサブタンクに連通している。サブタンクは、インクを貯留するメインタンクに連通し、メインタンクから供給されたインクを貯留する。サブタンク内のインクは、貫通孔１３ｄから共通流路３２に流入する。共通流路３２に流入したインクは、各個別流路２０に供給される。

配線基板１８は、図２及び図３に示すように、ＣＯＦ（Chip On Film）等からなり、圧電アクチュエータ１２の上面の搬送方向における後端部に、その下端部が接合されている。配線基板１８の下端部は、圧電アクチュエータ１２の上面において紙幅方向に延び（図４参照）、複数の個別接続電極層４３のそれぞれと電気的に接続される複数の個別配線１８ａ（図３参照）と、共通配線（図示略）とを有する。個別配線１８ａは、個別流路２０毎に設けられている。共通配線は、補助電極層１２ｃを介して共通電極１２ｂ３と電気的に接続されている。共通電極１２ｂ３は、共通配線を介して図示しない電源に接続され、グランド電位に保持されている。

配線基板１８は、図３に示すように、圧電アクチュエータ１２の上面から、貫通孔１３ｃを通って上方に延び、上端部が図示しない制御基板に接続されている。また、配線基板１８には、ドライバＩＣ１９が実装されている。

ドライバＩＣ１９は、個別配線１８ａを介して個別電極１２ｂ１と電気的に接続されている。ドライバＩＣ１９は、図示しない制御基板からの制御信号に基づいて駆動信号を生成し、当該駆動信号を個別電極１２ｂ１に付与することで、個別電極１２ｂ１の電位を所定の駆動電位とグランド電位との間で切り換える。これにより、振動膜１１ａ２及び圧電層１２ｂ２の圧力室２１と鉛直方向に重なる部分が変形して、圧力室２１の容積が変化する。これにより、圧力室２１内のインクに圧力が付与され、ノズル２２からインクが吐出される。

以上に述べたように、本実施形態のインクジェットヘッド１によると、圧電層１２ｂ２の隔壁１１ａ１と鉛直方向に重なる隔壁重なり部分１５のそれぞれに、環状の凹部１６が形成されていることで、隣接する圧電素子１２ｂ間における圧電層１２ｂ２の繋がりを分断することが可能となる。このため、各圧電素子１２ｂが駆動変形する際の隔壁重なり部分１５による規制が小さくなり、各圧電素子１２ｂの駆動変形量を大きくすることが可能となる。

これに加えて、圧電アクチュエータ１２の、環状の凹部１６に囲まれた圧電層残存部１７上が、保護部材１３の仕切り壁１３ｅによって押さえられている。つまり、圧力室２１間の隔壁１１ａ１上が、圧電層残存部１７を介して仕切り壁１３ｅによって押さえられる。これにより、各圧力室２１の周壁の剛性が増し、一の圧電素子１２ｂが駆動されときに一の圧電素子１２ｂに隣接する他の圧電素子１２ｂに対応する圧力室２１への振動伝播によるクロストークを抑制することが可能となる。また、圧電アクチュエータ１２の仕切り壁１３ｅと鉛直方向に重なる部分は、圧力室２１間の隔壁１１ａ１と仕切り壁１３ｅとに挟まれ、変形しにくい。したがって、仕切り壁１３ｅが、圧電アクチュエータ１２の、一の圧力室２１と鉛直方向に重なる部分の変形が、一の圧力室２１と隣接する他の圧力室２１と鉛直方向に重なる部分に伝わりにくくなる。すなわち、圧電アクチュエータ１２の、一の個別流路２０を構成する圧力室２１と鉛直方向に重なる部分の変形が、他の個別流路２０を構成する圧力室２１と鉛直方向に重なる部分に伝わる、クロストークをより一層抑制することができる。

そして、本実施形態のインクジェットヘッド１によると、保護部材１３の仕切り壁１３ｅが、圧電アクチュエータ１２の圧電層残存部１７上を押さえているため、保護部材１３が圧電アクチュエータ１２に対して多少の貼りズレが生じても、圧電層残存部１７を介して押さえる振動膜１１ａ２の位置がズレにくくなる。より詳細には、圧電層残存部１７が形成されていない状態で仕切り壁１３ｅが振動膜１１ａ２を押さえる場合、例えば、保護部材１３が圧電アクチュエータ１２に対して紙幅方向の一方に僅かにでも貼りズレが生じると、振動膜１１ａ２を押さえる位置が紙幅方向の一方にダイレクトにずれる。このため、圧電素子１２ｂが駆動されたときに、振動膜１１ａ２の圧力室２１と対向する部分において、紙幅方向の一方側と他方側とで変位に片寄りが生じやすくなる。しかしながら、本実施形態においては、圧電層１２ｂ２の、隔壁１１ａ１と鉛直方向に重なる隔壁重なり部分１５に圧電層残存部１７が形成されている。この圧電層残存部１７と振動膜１１ａ２との位置は、保護部材１３と圧電アクチュエータ１２とに貼りズレが生じても、ズレない。このとき、仕切り壁１３ｅと圧電アクチュエータ１２の圧電層残存部１７との間に、例えば紙幅方向に多少の貼りズレが生じても、仕切り壁１３ｅは圧電アクチュエータ１２の圧電層残存部１７上を押さえているため、当該圧電層残存部１７を介して押さえる振動膜１１ａ２の位置もズレにくくなる。したがって、振動膜１１ａ２の圧力室２１と対向する部分において、紙幅方向の一方側と他方側とで変位に片寄りが生じにくくなって、圧電素子１２ｂの変位にばらつきが生じにくくなる。

なお、圧電層残存部１７に相当する部位を、圧電層１２ｂ２の一部（凹部１６をなす部分）を除去することで形成せずに、凹部内に形成する際は、当該凹部を圧電層１２ｂ２に形成した後、別工程で形成する必要があり、製造工程が複雑化する。また、保護部材１３の仕切り壁１３ｅに相当する部位を凹部１６内又は圧電層残存部１７上に形成する際も、別工程となって、製造工程が複雑化する。

仕切り壁１３ｅが、接着剤１４を介して圧電アクチュエータ１２の圧電層残存部１７上と接合されている。これにより、仕切り壁１３ｅと圧電アクチュエータ１２とが離れたり、横ズレしにくくなる。このため、振動膜１１ａ２を確実に押さえることができる。

また、仕切り壁１３ｅは、下面１３ｅ１の外側部分１３ｅ３と、圧電アクチュエータ１２の、圧電層１２ｂ２の凹部１６よりも搬送方向に外側の外側部分上とが接着剤１４で接合されている。これにより、仕切り壁１３ｅの下面１３ｅ１の外側部分１３ｅ３を、圧電アクチュエータ１２に接合することが可能となり、振動膜１１ａ２を効果的に押さえることができる。

本実施形態においては、補助電極層１２ｃが、２つの帯状補助電極層１２ｃ１と、複数の島状補助電極層１２ｃ２とを有している。仮に、２つの帯状補助電極層１２ｃ１が形成された状態で、島状補助電極層１２ｃ２が形成されておらず、且つ仕切り壁１３ｅの下面１３ｅ１の外側部分１３ｅ３が、圧電アクチュエータ１２の、圧電層１２ｂ２の凹部１６よりも搬送方向に外側の外側部分上を押さえる場合、下面１３ｅ１の中央部分１３ｅ２と圧電アクチュエータ１２の圧電層残存部１７上との間に隙間が生じやすくなる。しかしながら、圧電層残存部１７上には、島状補助電極層１２ｃ２が形成されているため、圧電アクチュエータ１２の圧電層残存部１７上の高さレベルが周囲よりも低くなりにくくなる。このため、仕切り壁１３ｅと、圧電アクチュエータ１２の圧電層残存部１７上との間に隙間が生じにくくなり、仕切り壁１３ｅで圧電アクチュエータ１２の圧電層残存部１７上を押さえやすくなる。この結果、振動膜１１ａ２も押さえやすくなる。

下面１３ｅ１には、複数の溝１３ｆが形成されている。これにより、仕切り壁１３ｅを圧電アクチュエータ１２に接着剤１４で接着した際の余剰接着剤が、周囲に流れ出すのを抑制することができる。また、複数の溝１３ｆは、紙幅方向に沿って延在しており、搬送方向に沿って配列されている。これにより、仕切り壁１３ｅを圧電アクチュエータ１２に接着剤１４で接着した際の余剰接着剤が、周囲に流れ出すのをより一層抑制することができる。

保護部材１３の圧電層残存部１７と鉛直方向に重なる部分が、下方側に突出してなる仕切り壁１３ｅであるため、保護部材１３と圧電アクチュエータ１２の圧力室２１と重なる部分とが離隔しやすくなる。このため、圧電素子１２ｂが駆動されたときに、圧電素子１２ｂに対して保護部材１３の接触が影響しにくくなって、圧電素子１２ｂの変位を妨げるのを抑制することが可能となる。

圧電層残存部１７は、圧電層１２ｂ２の上面において、その外周形状が凹部１６の外周形状に相似となっている。これにより、保護部材１３に多少の貼りズレが生じても、仕切り壁１３ｅの下面１３ｅ１の中央部分１３ｅ２との貼りズレに対してどの方向（水平方向）も等しい許容差を持つことができる。

凹部１６の外周形状が、搬送方向に平行な二辺を有する六角形である。このように圧電層１２ｂ２の隔壁１１ａ１と鉛直方向に重なる隔壁重なり部分１５のそれぞれに凹部１６が形成されることで、圧電素子１２ｂの能動部のバネ性（変位量）を担保することができる。そして、凹部１６の外周形状が六角形を有することで、搬送方向の端部の紙幅方向両側の角部に応力集中が係りにくくなって圧電層１２ｂ２の剛性の低下を抑制することができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能なものである。

上述の実施形態においては、保護部材１３の仕切り壁１３ｅが圧電アクチュエータ１２の圧電層残存部１７上に接着剤１４を介して接合されているが、接着剤１４を使用せずに当接して押さえているだけであってもよい。また、保護部材１３には、下方に突出する仕切り壁１３ｅが形成されていなくてよい。この場合、保護部材１３の圧電層残存部１７と鉛直方向に重なる残存重なり部分が、圧電アクチュエータ１２の圧電層残存部１７上を押さえておればよい。

また、圧電層残存部１７は、圧電層１２ｂ２の厚みよりも大きくてもよいし、小さくてもよい。また、圧電アクチュエータ１２には、圧電層残存部１７上に補助電極としての島状補助電極層１２ｃ２が形成されているが、特に形成されていなくてもよい。そして、圧電アクチュエータ１２の圧電層残存部１７上の部分が、搬送方向にこの部分を挟む部分よりも高さが低い場合、その差だけ、仕切り壁１３ｅの下面１３ｅ１の中央部分１３ｅ２が外側部分１３ｅ３よりも下側に突出していることが望ましい。また、保護部材１３は、下面１３ｅ１の中央部分１３ｅ２だけを有していてもよい。つまり、保護部材１３は、圧電アクチュエータ１２の圧電層残存部１７上を押さえておればよい。

また、仕切り壁１３ｅの下面１３ｅ１に溝１３ｆが形成されていなくてもよい。また、下面１３ｅ１に形成された溝が、紙幅方向と交差する方向に延在していてもよい。

下面１３ｅ１の幅Ｗ２が、幅Ｗ１以下であってもよい。また、圧電層残存部１７の外周形状が、凹部１６の外周形状と相似でなくてもよい。また、凹部１６の外周形状が、六角形以外の形状であってもよい。

また、以上では、ラインヘッドに本発明を適用した例について説明したが、これには限られない。キャリッジに搭載され、キャリッジとともに移動しながら複数のノズルからインクを吐出する、いわゆるシリアルヘッドに本発明を適用することも可能である。

さらには、ノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドに本発明を適用することにも限られない。インク以外の液体を吐出する、インクジェットヘッド以外の液体吐出ヘッドに本発明を適用することも可能である。

１ インクジェットヘッド（液体吐出ヘッド）
１１ａ プレート（圧力室形成基板）
１２ 圧電アクチュエータ
１１ａ２ 振動膜
１２ｂ 圧電素子
１２ｂ２ 圧電層
１２ｃ 補助電極層（補助電極）
１３ 保護部材（保護基板）
１３ｅ 仕切り壁（残存重なり部分）
１３ｅ１ 下面（接合面）
１３ｅ２ 中央部分
１３ｅ３ 外側部分
１３ｆ 溝
１４ 接着剤
１５ 隔壁重なり部分
１６ 凹部
１７ 圧電層残存部
２１ 圧力室

Claims (11)

1. 一方向に沿って配列された複数の圧力室と、前記一方向と直交する厚み方向における一方側に配置され前記複数の圧力室を覆う振動膜とを有する圧力室形成基板と、
   前記振動膜の前記厚み方向における前記一方側の面に配置され、前記複数の圧力室と前記厚み方向に重なる複数の圧電素子を有する圧電アクチュエータと、
   前記圧電アクチュエータの前記厚み方向における前記一方側の面に接合され、前記複数の圧電素子を覆う保護基板とを備えており、
   前記複数の圧電素子は、互いに繋がって前記一方向に延在する共通の圧電層を有しており、
   前記圧電層の、前記圧力室形成基板の前記圧力室間の隔壁と前記厚み方向に重なる隔壁重なり部分には、前記厚み方向において前記圧電層の少なくとも一部が除去されて前記一方側に開口する環状の凹部と、前記凹部に囲まれた島状の圧電層残存部とがあり、
   前記保護基板の、前記圧電層残存部と前記厚み方向に重なる残存重なり部分が、前記圧電アクチュエータの前記圧電層残存部上を押さえていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記保護基板の前記残存重なり部分と、前記圧電アクチュエータの前記圧電層残存部上とが接着剤を介して接合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. 前記一方向及び前記厚み方向と直交する直交方向において、前記残存重なり部分が前記圧電層残存部よりも長く、前記残存重なり部分の前記圧電層残存部と前記厚み方向に重なる部分よりも外側の外側部分が、前記圧電アクチュエータの、前記圧電層の前記凹部よりも外側の外側部分上と接着剤を介して接合されていることを特徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記圧電層残存部上には補助電極が形成されていることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記保護基板は、前記圧電アクチュエータの、前記圧力室と前記厚み方向に重なる部分と離隔されていることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記残存重なり部分の前記圧電アクチュエータとの接合面には、接着剤を逃がすための溝が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記溝は、前記一方向に沿って延在しており、
   前記接合面には、前記一方向及び前記厚み方向と直交する直交方向に沿って、複数の前記溝が並んで形成されていることを特徴とする請求項６に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記保護基板の前記残存重なり部分は、前記保護基板の前記圧力室と前記厚み方向に重なる部分よりも、前記厚み方向の他方側に突出していることを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
9. 前記残存重なり部分は、前記一方向において、前記圧電層残存部の幅よりも大きな幅を有していることを特徴とする請求項８に記載の液体吐出ヘッド。
10. 前記圧電層の前記一方側の面において、前記圧電層残存部の外周形状は前記凹部の外周形状に相似であることを特徴とする請求項１～９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
11. 前記凹部の外周形状が、前記一方向及び前記厚み方向と直交する直交方向に平行な二辺を有する六角形であることを特徴とする請求項１０に記載の液体吐出ヘッド。

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