JPWO2019058444A1 - インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

より効率良くインクを吐出することができるインクジェットヘッド及びインクジェット記録装置を提供する。インクジェットヘッドは、インクを貯留するインク貯留部（２１）と、インク貯留部（２１）から供給されたインクを吐出するノズル（Ｎ）と、インク貯留部（２１）の内壁面の一部をなす振動板（３０）と、振動板（３０）の内壁面の一部をなす面とは反対側の振動板面に接着剤（６３）を介して固着されている平板状の圧電素子（６０）と、を備え、圧電素子（６０）は、当該圧電素子（６０）に対して印加される電圧に応じて振動板面に沿って伸縮することで振動板（３０）とともに撓み、接着剤（６３）は、固着面（３０ａ）のうち、圧電素子（６０）が固着されている固着範囲（３０Ｒ）の外側を含む範囲に付着している。

Description

本発明は、インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置に関する。

従来、インクジェットヘッドに設けられたノズルからインクを吐出させて所望の位置に着弾させることで画像や微小構造などを形成するインクジェット記録装置がある。インクジェット記録装置のインクジェットヘッドは、ノズルに連通するインク貯留部（圧力室）を有し、このインク貯留部内のインクの圧力を変動させることによりノズルからインクを吐出させる。

このようなインクジェットヘッドとしては、振動板を撓ませることによりインク貯留部の容積を変化させてインク貯留部内のインクの圧力を変動させるものが知られている。振動板を撓ませる機構の代表的な一つとして、振動板上に接着剤を介して固着された平板状の圧電素子に対して電圧を印加することで、圧電素子を振動板の板面に沿って伸縮させ、当該伸縮により振動板を撓ませるものがある（例えば、特許文献１）。このような機構を有するインクジェットヘッドでは、圧電素子への印加電圧に対するインクの吐出量や吐出速度（インクの吐出効率）は、インク貯留部、振動板及び圧電素子といったインクジェットヘッドの各構成要素の形状や材質などによって定まる。

特開２０１５−７４２２８号公報

しかしながら、インクジェットヘッドでは、電力消費を低減させたいという要求がある。これに対し、近年ではノズル数の増大や記録速度の向上といった電力消費を増大させる要因もあるため、当該要因に抗してインクジェットヘッドの電力消費量を効果的に低減させるためには、インクの吐出効率を現状の効率より高める必要があるという課題がある。

この発明の目的は、より効率良くインクを吐出することができるインクジェットヘッド及びインクジェット記録装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載のインクジェットヘッドの発明は、
インクを貯留するインク貯留部と、
前記インク貯留部から供給されたインクを吐出するノズルと、
前記インク貯留部の内壁面の一部をなす振動板と、
前記振動板の前記内壁面の前記一部をなす面とは反対側の面に接着剤を介して固着されている平板状の圧電素子と、
を備え、
前記圧電素子は、当該圧電素子に対して印加される電圧に応じて、前記振動板の前記圧電素子が固着されている固着面に沿った方向に伸縮することで前記振動板とともに撓み、
前記接着剤は、前記固着面のうち、前記圧電素子が固着されている固着範囲の外側を含む範囲に付着している。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記圧電素子は、前記固着面に垂直な垂直方向から見て前記振動板がなす内壁面の前記一部と部分的に重なる範囲に設けられており、
前記接着剤は、前記固着面のうち、前記垂直方向から見て前記振動板がなす内壁面の前記一部と重なる部分を少なくとも含む範囲に付着している。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記圧電素子の前記振動板に固着された面とは反対側の面には電極が設けられ、
前記接着剤は、前記電極に接触しない範囲に設けられている。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記圧電素子は、前記固着面に垂直な垂直方向から見て、前記振動板がなす内壁面の前記一部に重なる第１領域から、当該内壁面の前記一部に隣接する前記内壁面の他の一部をなす基材に重なる第２領域にかけて設けられており、
前記第１領域における前記固着範囲の外周の長さに対する当該外周の外側に付着している接着剤の体積の比が、前記第２領域における前記比より大きい。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記接着剤のヤング率は、０．０１ＧＰａ以上３０ＧＰａ以下である。

請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記圧電素子は、前記固着面に垂直な垂直方向から見て、前記振動板に固着された面の外周のうち少なくとも前記接着剤の付着範囲の内側にある部分が前記振動板に固着された面とは反対側の面の外周の内側に含まれる形状を有する。

請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記固着範囲は長方形であり、
前記接着剤は、前記長方形の短辺を内部に包含する範囲に付着している。

請求項８に記載の発明は、請求項１から７のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドにおいて、
前記接着剤は、前記固着範囲の全体を内部に包含する範囲に付着している。

また、上記目的を達成するため、請求項９に記載のインクジェット記録装置の発明は、
請求項１から８のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドと、
前記圧電素子に印加する前記電圧を出力する電圧印加回路と、
を備える。

本発明に従うと、より効率良くインクを吐出することができるという効果がある。

インクジェット記録装置の概略構成を示す図である。 インクジェットヘッドを側面側から見た断面図である。 ヘッドチップにおける一つのノズルに対応する部分のより詳細な断面図である。 圧電素子を振動板の固着面に垂直な方向から見た平面図である。 圧電素子及び接着剤を振動板の固着面に垂直な方向から見た平面図である。 接着剤のはみ出し位置の他の例を示す平面図である。 接着剤のはみ出し位置の他の例を示す平面図である。 圧電素子の動作時における接着剤の作用を説明する図である。 ヘッドチップの製造方法を説明する断面図である。 実験に用いた実施例及び比較例のインクジェットヘッドの構成及び実験結果を示す図である。 平面形状が長方形である圧電素子の例を示す平面図である。

以下、本発明のインクジェットヘッド及びインクジェット記録装置に係る実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態であるインクジェット記録装置１００の概略構成を示す図である。
インクジェット記録装置１００は、搬送ベルト１０１、搬送ローラー１０２、ヘッドユニット１０３及び制御部１０４などを備える。

搬送ローラー１０２は、図示しない搬送モーターの駆動によって、図１のＸ方向に平行な回転軸を中心に回転する。搬送ベルト１０１は、一対の搬送ローラー１０２により内側が支持された輪状のベルトであり、搬送ローラー１０２が回転動作するのに従って周回移動する。インクジェット記録装置１００は、搬送ベルト１０１上に記録媒体Ｍが載置された状態で、搬送ローラー１０２の回転速度に応じた速度で搬送ベルト１０１が周回移動することで記録媒体Ｍを搬送ベルト１０１の移動方向（図１のＹ方向）に搬送する搬送動作を行う。

ヘッドユニット１０３は、搬送ベルト１０１により搬送される記録媒体Ｍに対して画像データに基づいてノズルからインクを吐出して記録媒体Ｍ上に画像を記録する。本実施形態のインクジェット記録装置１００では、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色のインクにそれぞれ対応する４つのヘッドユニット１０３が記録媒体Ｍの搬送方向上流側から順に所定の間隔で並ぶように配列されている。

各ヘッドユニット１０３は、平板状の基部１０３ａと、当該基部１０３ａを貫通する孔部に篏合した状態で基部１０３ａに固定された複数の（ここでは７つの）インクジェットヘッド１とを有する。

インクジェットヘッド１では、インクを吐出する複数のノズルが記録媒体Ｍの搬送方向と交差する方向（本実施形態では搬送方向と直交する幅方向、すなわちＸ方向）に配列されている。また、各インクジェットヘッド１では、Ｘ方向に一次元配列されたノズルからなるノズル列が複数（例えば４列）設けられており、当該複数のノズル列は、ノズルの位置が互いにＸ方向にずれる位置関係で設けられている。

各ヘッドユニット１０３における７つのインクジェットヘッド１は、ノズルのＸ方向についての配置範囲が、搬送ベルト１０１上の記録媒体Ｍのうち画像が記録可能な領域のＸ方向についての幅をカバーするように千鳥格子状に配置されている。このようにインクジェットヘッド１が配置されることで、インクジェット記録装置１００では、ヘッドユニット１０３を固定した状態でインクジェットヘッド１から画像データに応じた適切なタイミングでインクを吐出することで、搬送される記録媒体Ｍ上に画像を記録することができる。すなわち、インクジェット記録装置１００は、シングルパス方式で画像を記録する。

制御部１０４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）などを備え、ＲＯＭに記憶された各種制御プログラムを読み出して実行することでインクジェット記録装置１００の各部の動作を統括制御する。

図２は、インクジェットヘッド１を側面側（−Ｘ方向側）から見た断面図であり、４つのノズル列に含まれる４つのノズルＮを含む面における断面図である。
インクジェットヘッド１は、ヘッドチップ２と、共通インク室７０と、保持基板８０と、配線部材３と、駆動部４（電圧印加回路）などを備える。

ヘッドチップ２は、ノズルＮからインクを吐出させるための構成であり、複数、ここでは、４枚の板状の基板が積層形成されている。ヘッドチップ２における最下方の基板は、ノズル基板１０である。ノズル基板１０には複数のノズルＮが設けられて、当該ノズルＮのインク吐出口からノズル基板１０の露出面（インク吐出面）に対して略垂直にインクが吐出可能とされる。ノズル基板１０のインク吐出面とは反対側には、上方（図２のＺ方向）に向かって順番に圧力室基板２０（チャンバープレート）、スペーサー基板４０及び配線基板５０が接着されて積層されている。以下では、これらノズル基板１０、圧力室基板２０、スペーサー基板４０及び配線基板５０の各基板を各々又はまとめて積層基板１０、２０、４０、５０などとも記す。

これらの積層基板１０、２０、４０、５０には、ノズルＮに連通するインク流路が設けられており、配線基板５０の露出される側（＋Ｚ方向側）の面で開口されている。この配線基板５０の露出面上には、全ての開口を覆うように共通インク室７０が設けられている。共通インク室７０のインク室形成部材７０ａ内に貯留されるインクは、配線基板５０の開口から各ノズルＮへ供給される。

インク流路の途中には、圧力室２１（インク貯留部）が設けられている。圧力室２１は、圧力室基板２０を上下方向に貫通して設けられており、圧力室２１の上面は、圧力室基板２０とスペーサー基板４０との間に設けられた振動板３０により構成されている。圧力室２１内のインクには、振動板３０を介して圧力室２１と隣り合って設けられている格納部４２内の圧電素子６０の変位（変形）によって振動板３０（圧力室２１）が変形することで、圧力変化が付与される。圧力室２１内のインクに適切な圧力変化が付与されることで、圧力室２１に連通するノズルＮからインク流路内のインクが液滴として吐出される。

保持基板８０は、ヘッドチップ２の上面に接合されており、共通インク室７０のインク室形成部材７０ａを保持している。保持基板８０には、インク室形成部材７０ａの下面の開口とほぼ同じ大きさ及び形状の開口が設けられており、共通インク室７０内のインクは、インク室形成部材７０ａの下面の開口、及び保持基板８０の開口を通ってヘッドチップ２の上面に供給される。

配線部材３は、例えば、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）などであり、配線基板５０の配線５７（図３参照）に接続されている。この配線５７を介して格納部４２内の配線５２及び接続部９０に伝えられる駆動信号により圧電素子６０が変位動作する。配線部材３は、保持基板８０を貫通して引き出されて駆動部４に接続される。

駆動部４は、インクジェット記録装置の制御部からの制御信号や、電力供給部からの電力供給などを受けて、各ノズルＮからのインク吐出動作や非吐出動作に応じて、圧電素子６０に印加する適切な駆動信号を配線部材３に出力する。駆動部４は、ＩＣ（Integrated
Circuit）などで構成されている。

図３は、ヘッドチップ２における一つのノズルＮに対応する部分のより詳細な断面図である。

上述のように、ヘッドチップ２は、複数のノズルＮが設けられたノズル基板１０、各ノズルＮに連通する複数の圧力室２１が設けられた圧力室基板２０、スペーサー基板４０及び配線基板５０が積層されて形成されている。これらのうち、ノズル基板１０及び圧力室基板２０は、例えば、それぞれシリコン（Ｓｉ）基板を用いて形成され、スペーサー基板４０は、例えば、鉄合金（４２アロイなど）やガラスによって形成される。配線基板５０については後述する。

圧力室基板２０には、両面（すなわち、ノズル基板１０側の面とスペーサー基板４０側の面）間を貫通して設けられている圧力室２１のうち、スペーサー基板４０の側を覆うように可撓性を有する振動板３０が設けられている。すなわち、圧力室２１の内壁面の一部は、振動板３０により構成されている。

振動板３０には、インク流路の一部をなす開口部３１が設けられている。振動板３０は、例えば、シリコン製の薄板である。振動板３０は、圧力室基板２０と当接する部分、すなわち、圧力室２１及び開口部３１以外の部分で当該圧力室基板２０に接着（接合）されている。このように、振動板３０は、圧力室２１の内壁面のうち振動板３０がなす一部（上面）に隣接する内壁面の他の一部（ここでは、側壁）をなす基材２２と一体的に設けられている。

振動板３０の圧力室２１とは反対側、すなわち振動板３０の内壁面の一部をなす面とは反対側の面には、第２電極６２が全面に設けられているとともに、当該第２電極６２上に、接着剤６３を介して平板状の圧電素子６０が固着されている。また、圧電素子６０の振動板３０とは反対側の面には、全面に第１電極６１が設けられている。
以下では、圧電素子６０の振動板３０に固着されている面（接着剤６３に当接している面）を下面６０ａと記し、下面６０ａとは反対側の面（第１電極６１が設けられている面）を上面６０ｂと記す。また、振動板３０において圧電素子６０が固着されている面を固着面３０ａと記し、固着面３０ａのうち圧電素子６０の下面６０ａが固着されている範囲を固着範囲３０Ｒと記す。したがって、固着範囲３０Ｒの外周は、撓みの生じていない振動板３０の固着面３０ａに垂直な垂直方向（以下では、単に「固着面３０ａに垂直な方向」とも記す）、すなわち図３のＺ方向から見て、下面６０ａの外周に一致する。

スペーサー基板４０は、両面（すなわち、振動板３０の側の面と配線基板５０の側の面）を貫通して設けられた空間であるインク導通路４１及び格納部４２（格納空間）を有している。インク導通路４１は、共通インク室７０とノズルＮとをつなぐインク流路の一部をなし、振動板３０の開口部３１と位置を合わせて設けられる。

格納部４２内には、振動板３０の固着面３０ａ上に設けられた圧電素子６０が格納される。格納部４２は、圧電素子６０の各々に対応して個別に設けられていても良いし、複数の圧電素子６０をまとめて格納可能に設けられていても良い。

圧電素子６０及び第１電極６１は、格納部４２内において、固着面３０ａに垂直な方向から見て圧力室２１の内壁面のうち振動板３０がなす部分に重なる第１領域Ｒ１から、上述の基材２２に重なる第２領域Ｒ２にかけて設けられている。

圧電素子６０は、第１電極６１及び第２電極６２によって挟まれたアクチュエーターである。圧電素子６０は、当該圧電素子６０に対して印加される電圧に応じて、固着面３０ａに沿った方向に伸縮することで振動板３０とともに撓む。そして、この振動板３０の撓みにより、圧力室２１内のインクに圧力変化が付与されてノズルＮからインクが吐出される。このように、圧電素子６０が固着面３０ａに沿って収縮して振動板３０とともに撓むことで圧力室２１内のインクに圧力変化を付与する方式は、ベントモードと呼ばれる。

圧電素子６０としては、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）が好適であるが、圧電特性を有する他の材料、例えば水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデンなどが用いられても良い。

第１電極６１の上面は、第２領域Ｒ２内において接続部９０が当接することで固定されている。接続部９０は、配線基板５０に形成されたバンプ９１と、バンプ９１に塗布された導電性材料９２とを有する。バンプ９１は、配線５２上（下方側の面）に設けられ、格納部４２の内部へ突出する。バンプ９１は、例えば、金を材料としたワイヤーボンディングにより形成される。導電性材料９２は、例えば、導電性を有する金属粉末（銀粉など）が混入されて導電性を有する導電性接着剤である。この導電性材料９２が格納部４２内で第１電極６１とバンプ９１とを電気的に接続して、配線５２を介して送られた駆動信号を第１電極６１に伝える。
また、第２電極６２は、図示略の配線を介して配線部材３の共通電位（コモン電位）に係る配線に接続される。
このような、接続部９０と基材２２との間で第１電極６１、圧電素子６０及び第２電極６２を挟んで固定する構造により、接続部９０を介した第１電極６１への信号伝達経路が安定的に確保される。第２領域Ｒ２内の圧電素子６０は、接続部９０及び基材２２によって固定されているためほとんど振動せず、圧力室２１内のインクの圧力変化にはほとんど寄与しない。

図４は、圧電素子６０を固着面３０ａに垂直な方向から見た平面図である。図４における線分Ａ−Ａの位置での断面が、図３の断面図に相当する。なお、図４では、見難くなるのを避けるため接着剤６３の記載が省略されている。
図４に示されるように、本実施形態の圧電素子６０は、第１領域Ｒ１において圧力室２１の内壁面と重なる範囲に形成されている略円形の主要部６０１と、第２領域Ｒ２において基材２２と重なる範囲に形成されている略半円形状の凸部６０２とからなる。圧力室２１は、主要部６０１と同心の略円形状をなしており、主要部６０１は、圧力室２１（圧力室２１の内壁面のうち振動板３０がなす一部）に部分的に重なる大きさで設けられている。すなわち、主要部６０１がなす円の半径は、圧力室２１がなす円の半径よりも小さくなっている。このような構成とすることにより、圧電素子６０の略円形の主要部６０１が伸縮して振動板３０が撓むことで、圧力室２１内のインクの圧力を効果的に変動させることができるようになっている。

圧電素子６０の大きさは、圧力室２１の大きさに応じて定められるが、例えば、主要部６０１の直径は、１０μｍ〜１０００μｍ程度とされる。また、圧電素子６０の厚さは、主要部６０１の直径の大きさに応じて設定され、例えば１μｍ〜１００μｍ程度とされる。

また、図３に示されるように、圧電素子６０は、側面６０ｃが全周に亘って逆テーパー形状をなすように形成されている。すなわち、圧電素子６０の厚さ方向に、下面６０ａから上面６０ｂに向かって、振動板３０の固着面３０ａに平行な断面の断面積が漸増するように形成されている。換言すれば、固着面３０ａに垂直な任意の断面（例えば図３）において、圧電素子６０の下面６０ａの長さが、上面６０ｂの長さよりも小さく、かつ固着面３０ａに沿う方向について下面６０ａの全体が上面６０ｂの範囲と重複する形状で形成されている。したがって、圧電素子６０は、固着面３０ａに垂直な方向から見て、下面６０ａの外周の全体が上面６０ｂの外周の内側に含まれる形状を有している。本実施形態では、側面６０ｃと、振動板３０の固着面３０ａに垂直な方向とがなす角度は、約３０度とされている。

また、本実施形態では、接着剤６３は、振動板３０の固着面３０ａ上において、固着範囲３０Ｒの外側にはみ出して延在しており、当該はみ出した接着剤６３は、圧電素子６０の側面６０ｃに当接している。接着剤６３の詳細な構成及び作用については、後述する。

配線基板５０には、圧電素子６０を駆動して変位動作させるための電気回路（配線）が設けられており、インターポーザー５３と、絶縁層５４、５５、５８、５９と、配線５２、５７などを有する。インターポーザー５３は、例えば、シリコン製の基板であり、両面が絶縁層５４及び絶縁層５５によりそれぞれ被覆されている。絶縁層５４のインターポーザー５３とは反対側には配線５７が設けられ、絶縁層５５のインターポーザー５３とは反対側には配線５２が設けられている。これらの配線５７、５２は、更にそれぞれ絶縁層５８、５９により被覆されている。

インターポーザー５３及び絶縁層５４、５５には、両面間を貫通して配線５２、５７の間を接続する貫通電極５６が設けられている。また、配線基板５０には、両面間（スペーサー基板４０の側の面と共通インク室７０の側の面）を貫通するインク導通路５１が設けられている。インク導通路５１は、インク流路の一部をなし、スペーサー基板４０のインク導通路４１と位置を合わせて設けられている。

次に、接着剤６３の構成について詳しく説明する。
図３に示されるように、本実施形態の接着剤６３は、振動板３０上の第２電極６２と圧電素子６０との間に設けられて第２電極６２と圧電素子６０とを接着する。第２電極６２と圧電素子６０との間における接着剤６３の厚さは、第１電極６１と第２電極６２との間における圧電素子６０に対する必要な駆動電圧の印加を妨げない範囲の最大値以下とされる。
さらに、接着剤６３は、固着面３０ａにおいて、固着範囲３０Ｒの全体を内部に包含する範囲に付着している。すなわち、接着剤６３は、固着面３０ａに垂直な方向から見て固着範囲３０Ｒの外周の全体から外側にはみ出して（延在して）いる。固着範囲３０Ｒの外周から外側にはみ出している接着剤６３（以下では、接着剤６３のはみ出し部と記す）は、固着面３０ａに沿って延在するとともに、圧電素子６０の側面６０ｃに沿って上方にも回り込んでいる。この結果、接着剤６３のはみ出し部は、固着面３０ａ及び側面６０ｃの間の空間を埋めるように設けられている。ただし、接着剤６３のはみ出し部の延在範囲は、第１電極６１に接触しない範囲内に留められている。

図５は、圧電素子６０及び接着剤６３を固着面３０ａに垂直な方向から見た平面図である。図５は、図４の平面図において接着剤６３の記載を追加したものに相当する。図５では、接着剤６３のはみ出し部の配置範囲をドットを付して示している。

図５に示されるように、接着剤６３は、第１領域Ｒ１では、圧力室２１（圧力室２１の内壁面のうち振動板３０がなす一部）と重なる範囲に付着している。すなわち、接着剤６３は、固着範囲３０Ｒのうち圧電素子６０の主要部６０１に対応する部分の外周の外側に、圧力室２１と重なる範囲の全体に亘ってはみ出して設けられている。以下では、第１領域Ｒ１における接着剤６３のはみ出し部の延在範囲の幅（したがって、固着範囲３０Ｒの外周と圧力室２１の外周との間隔）をＷ１とする。

また、接着剤６３は、第２領域Ｒ２においても、固着範囲３０Ｒの外周から外側にはみ出して設けられている。ここで、第２領域Ｒ２における接着剤６３のはみ出し部の延在範囲の幅Ｗ２は、第１領域Ｒ１における幅Ｗ１より小さくなっている。よって、第１領域Ｒ１では、第２領域Ｒ２よりも接着剤６３のはみ出し量が多くなっている。より詳しくは、第１領域Ｒ１における固着範囲３０Ｒの外周の長さに対する当該外周の外側に付着している接着剤６３の体積の比が、第２領域Ｒ２における比より大きくなっている。

接着剤６３としては、例えばエポキシ系接着剤が好ましく用いられるが、特にこれに限定されない。また、接着剤６３としては、常温で硬化させる常温硬化型接着剤、加熱によって重合を促進させて硬化させる熱硬化型接着剤、紫外線等の活性エネルギー線の照射によって重合を促進させて硬化させる活性エネルギー線硬化型接着剤等、各種の硬化方法で硬化するものを用いることができ、中でも、熱硬化型接着剤が好ましく用いられる。また、接着剤６３としては、硬化後のヤング率が０．０１ＧＰａ以上３０ＧＰａ以下となるものを用いるのが好ましい。

なお、接着剤６３は、固着面３０ａ上で、固着範囲３０Ｒの外周より外側の部分を少なくとも含む範囲に付着していれば良く、固着面３０ａに垂直な方向から見て固着範囲３０Ｒの外周の一部のみから外側にはみ出すように設けられていても良い。例えば、接着剤６３は、図６Ａに示されるように固着範囲３０Ｒの外周の半分（半周）から外側にはみ出すように設けられていても良い。また、接着剤６３は、図６Ｂに示されるように固着範囲３０Ｒの外周の互いに異なる複数個所（ここでは４個所）から外側にはみ出すように設けられていても良い。
また、これらの場合、圧電素子６０の側面６０ｃは、少なくとも接着剤６３が外側にはみ出している部分において逆テーパー形状となっていることが好ましい。すなわち、圧電素子６０は、固着面３０ａに垂直な方向から見て、下面６０ａの外周のうち少なくとも接着剤６３の付着範囲の内側にある部分が上面６０ｂの外周の内側に含まれる形状を有していることが好ましい。

次に、本実施形態の接着剤６３の作用について説明する。
図７は、圧電素子６０の動作時における接着剤６３の作用を説明する図である。
図７のＡは、圧電素子６０に電圧が印加されていない状態を示す図である。
図７のＢは、圧電素子６０に対して所定の極性の電圧が印加されて圧電素子６０が固着面３０ａに沿う方向に伸長し、圧電素子６０及び振動板３０が上に凸となる形状に撓んでいる状態を示す図である。
図７のＣは、圧電素子６０に対して図７のＢとは逆極性の電圧が印加されて圧電素子６０が固着面３０ａに沿う方向に収縮し、圧電素子６０及び振動板３０が下に凸となる形状に撓んでいる状態を示す図である。
本実施形態のインクジェットヘッド１では、図７のＡの状態から図７のＢの状態に遷移させることで圧力室２１内のインクの圧力を低減させた後、図７のＣの状態に遷移させて圧力室２１内のインクの圧力を増大させることで、ノズルＮからインクが吐出される。

ここで、図７のＢのように圧電素子６０及び振動板３０が上に凸となる形状に撓んでいるときには、接着剤６３のはみ出し部は、圧電素子６０の側面６０ｃから固着面３０ａに沿う方向の力を受けて当該方向に沿って収縮する方向に弾性変形し、弾性エネルギーが大きくなる。
他方で、圧電素子６０が図７のＢの状態から図７のＣの状態に遷移するとき、接着剤６３のはみ出し部は、圧電素子６０の側面６０ｃに対して弾性力を及ぼしながら（押圧しながら）伸長（弾性変形）する。すなわち、接着剤６３のはみ出し部は、圧電素子６０の収縮変形動作を補助する役割を果たす。これにより、圧電素子６０及び振動板３０は、接着剤６３のはみ出し部がなかった場合と比較して大きく下方に撓むため、ノズルＮからのインクの射出速度や射出量が大きくなる。この結果、インクの吐出効率（圧電素子６０への印加電圧に対するインクの吐出量や吐出速度の大きさ）が高くなる。

次に、本実施形態のインクジェットヘッド１におけるヘッドチップ２の製造方法について説明する。
図８は、ヘッドチップ２の製造方法を説明する断面図である。
この製造方法では、まず、ガラス等の基板Ｓ上に圧電素子６０の材料からなる圧電プレート６０Ａを接着し、フォトリソグラフィー技術により、圧電素子６０を形成する位置にレジストパターン６４を形成する（図８のステップＳ１）。

次に、レジストパターン６４をマスクとして圧電プレート６０Ａに対してサンドブラスト加工を行って、テーパー形状の側面を有する圧電素子６０を形成し、レジストパターン６４を除去する（図８のステップＳ２）。

次に、圧電素子６０上に、接着剤６３を塗布する（図８のステップＳ３）。ここでは、次に行われる圧電素子６０と振動板３０との接着工程において固着範囲３０Ｒから外側に所望の量の接着剤６３がはみ出すように、接着剤６３の塗布量が調整される。接着剤６３の塗布方法としては、例えばフレキソ印刷法、グラビア印刷法、ワイヤーバー印刷法など、圧電素子６０上に所望の量の接着剤６３を塗布可能な各種の方法を用いることができる。

次に、予め製造されたノズル基板１０、圧力室基板２０及び振動板３０からなる積層体上に、基板Ｓを上下逆にして当接させて押圧することで、圧電素子６０を振動板３０上に接着剤６３を介して接着する（図８のステップＳ４）。このとき、基板Ｓを所定の圧力で押圧することにより、固着範囲３０Ｒから外側に所定量の接着剤６３がはみ出して側面６０ｃに当接した状態となる。その後、所定の硬化方法で接着剤６３を硬化させる。

次に、圧電素子６０から基板Ｓを剥離した後に（図８のステップＳ５）、振動板３０上にスペーサー基板４０を介して配線基板５０を積層させることで、ヘッドチップ２が完成する（図８のステップＳ６）。

なお、ヘッドチップ２の製造方法は、上記に限られない。
例えば、基板Ｓによる押圧で接着剤６３を固着範囲３０Ｒの外側にはみ出させる態様に代えて、予め圧電素子６０の側面６０ｃにかかる範囲に接着剤６３を塗布してから振動板３０上に接着しても良い。
また、接着剤６３を振動板３０側に塗布した上で圧電素子６０を接着しても良い。
また、サンドブラスト加工に代えて、圧電素子６０の外周がテーパー形状となるようにダイシングしても良い。

（実施例）
次に、上記実施形態の効果を確認するために行った実験について説明する。
まず、接着剤６３の固着範囲３０Ｒから外側へのはみ出し量やはみ出し位置、接着剤６３の材質、及び圧電素子６０の形状のうち少なくとも一部が互いに異なる１１水準のインクジェットヘッド１を製造し、それぞれ実施例１〜１０及び比較例とした。

図９は、実験に用いた実施例１〜１０及び比較例のインクジェットヘッド１の構成及び実験結果を示す図である。
図９における「接着剤はみ出し量」では、接着剤６３の固着範囲３０Ｒから外側へのはみ出し量が示されている。このうち「高さ」では、接着剤６３のはみ出し部の固着面３０ａからの最大高さが「◎」、「○」及び「×」で示されている。ここで、「◎」は「○」よりも接着剤６３のはみ出し部の最大高さが大きいことを示し、「×」は接着剤６３が固着範囲３０Ｒの外部にはみ出していないことを示す。また、「幅」では、接着剤６３のはみ出し部の固着範囲３０Ｒからのはみ出し幅（図３の幅Ｗ１）が「◎」、「○」及び「×）」で示されている。ここで、「◎」は「○」よりも接着剤６３のはみ出し幅が大きいことを示し、「×」は接着剤６３が固着範囲３０Ｒの外部にはみ出していないことを示す。
「接着剤のはみ出し位置」では、接着剤６３が、図５のように固着範囲３０Ｒの外周の全部からはみ出しているか、図６Ａのように固着範囲３０Ｒの外周の半周からはみ出しているか、図６Ｂのように固着範囲３０Ｒの外周の４個所からはみ出しているかが示されている。
「接着剤のヤング率」では、各水準のインクジェットヘッド１に用いられた接着剤６３の硬化後のヤング率が示されている。
「圧電素子面積」では、圧電素子６０の下面６０ａの面積が上面６０ｂの面積より小さい場合（すなわち、側面６０ｃの少なくとも一部が逆テーパー形状となっている場合）を「○」で示し、下面６０ａ及び上面６０ｂの面積が等しい場合（すなわち、側面６０ｃがテーパー形状を有していない場合）を「−」で示している。
「電圧効率」は、本実験の実験結果を「◎◎」、「◎」、「○」、「×」の４段階で示している。具体的には、「電圧効率」は、各水準のインクジェットヘッド１において所望の速度でノズルＮからインクの液滴を吐出するために必要であった圧電素子６０への印加電圧の大きさを示す。具体的には、２３Ｖ未満で所望の速度が得られた場合を「◎◎」で示し、２３Ｖ以上２５Ｖ未満で所望の速度が得られた場合を「◎」で示し、２５Ｖ以上２７Ｖ未満で所望の速度が得られた場合を「◎」で示し、所望の速度を得るのに２７Ｖ以上の電圧が必要であった場合を「×」で示している。

図９に示すように、実施例１では、固着範囲３０Ｒの外周の全部から外側に接着剤６３がはみ出し、接着剤６３のヤング率が３ＧＰａであり、下面６０ａの面積が上面６０ｂの面積より小さいインクジェットヘッド１を用いた。この実施例１では、電圧効率の結果が「◎」となった。
また、実施例１から接着剤６３のはみ出し部の高さを大きくした実施例２では、電圧効率が実施例１よりも高く、「◎◎」となった。
また、実施例１から接着剤６３のはみ出し部の幅を大きくした実施例３では、電圧効率が実施例１とほぼ同等であり、「◎」となった。
また、圧電素子６０の側面６０ｃがテーパー形状を有していない点においてのみ実施例１と異なる実施例４では、電圧効率が「○」となった。
また、実施例１から接着剤６３をヤング率が３０ＧＰａであるものに変えた実施例５、及び接着剤６３をヤング率が０．０１ＧＰａであるものに変えた実施例６では、電圧効率が実施例１とほぼ同等であり、「◎」となった。
また、実施例１から接着剤６３をヤング率が３１ＧＰａであるものに変えた実施例７、及び実施例１から接着剤６３をヤング率が０．００１ＧＰａであるものに変えた実施例８では、電圧効率が「○」となった。
また、接着剤６３を固着範囲３０Ｒの外周の半周のみから外側にはみ出させた点においてのみ実施例１と異なる実施例９、及び接着剤６３を固着範囲３０Ｒの外周の４個所のみから外側にはみ出させた点においてのみ実施例１と異なる実施例１０では、電圧効率が「○」となった。
また、接着剤６３を固着範囲３０Ｒから外部にはみ出させない比較例においては、電圧効率は「×」となった。

このように、接着剤６３を固着範囲３０Ｒの外周から外側にはみ出させることでインク吐出の電圧効率が高まることが確認された。また、特に接着剤６３のはみ出し部の高さを大きくすることで効果的に電圧効率を高められることが確認された。また、圧電素子６０の側面６０ｃを逆テーパー形状とすることで、電圧効率をより高められることが確認された。また、接着剤６３のヤング率を０．０１ＧＰａ以上３０ＧＰａ以下の範囲内とすることで、より効果的に電圧効率を高められることが確認された。また、接着剤６３を固着範囲３０Ｒの外周の一部のみからはみ出させても電圧効率を高められることが確認された。

（変形例）
次に、圧電素子６０に係る構造についての変形例について説明する。
圧電素子６０の平面形状（固着面３０ａに垂直な方向から見た形状）は、図３に示されるような形状に限られず、各種の多角形など、圧力室２１の形状に応じて種々の形状とすることができる。

図１０は、平面形状が長方形である圧電素子６０の例を示す平面図である。
このような圧電素子６０を用いた場合には、振動板３０の固着面３０ａにおける圧電素子６０の固着範囲３０Ｒも長方形となる。本変形例では、圧電素子６０の下面６０ａ及び固着範囲３０Ｒがなす長方形の外周のうち短辺Ｓａに対応する部分を包含する範囲に接着剤６３が付着している。すなわち、固着範囲３０Ｒの外周のうち短辺Ｓａから外側に接着剤６３がはみ出して設けられている。図１０のような長方形の圧電素子６０では、電圧が印加された場合に、短辺Ｓａに平行な方向の伸縮量よりも、長辺Ｓｂに平行な伸縮量の方が大きくなる。したがって、電圧印加に応じて当該圧電素子６０が伸縮するときの各辺の移動量は、長辺Ｓｂよりも短辺Ｓａの方が大きくなる。このため、図１０のように短辺Ｓａに沿う領域に接着剤６３のはみ出し部を設けることで、圧電素子６０の伸長変形に応じた接着剤６３のはみ出し部の弾性変形量（収縮量）が大きくなるため、より効果的に接着剤６３から圧電素子６０に力を及ぼして圧電素子６０の収縮変形動作を補助することができる。

また、この圧電素子６０では、接着剤６３が固着範囲３０Ｒの外周のうち短辺Ｓａのみから外側にはみ出しているため、圧電素子６０は、短辺Ｓａに沿う側面６０ｃのみが逆テーパー形状をなしていれば良い。なお、上記実施形態と同様に圧電素子６０の全周に亘って側面６０ｃが逆テーパー形状を有する構成としても良い。

以上のように、本実施形態に係るインクジェットヘッド１は、インクを貯留する圧力室２１と、圧力室２１から供給されたインクを吐出するノズルＮと、圧力室２１の内壁面の一部をなす振動板３０と、振動板３０の内壁面の一部をなす面とは反対側の固着面３０ａに接着剤６３を介して固着されている平板状の圧電素子６０と、を備え、圧電素子６０は、当該圧電素子６０に対して印加される電圧に応じて固着面３０ａに沿った方向に伸縮することで振動板３０とともに撓み、接着剤６３は、固着面３０ａのうち、圧電素子６０が固着されている固着範囲３０Ｒの外側を含む範囲に付着している。
このような構成によれば、電圧印加に応じて圧電素子６０が固着面３０ａに沿った方向に伸長したときに当該圧電素子６０の伸長に応じて接着剤６３のはみ出し部が収縮する方向に弾性変形し、この状態から圧電素子６０が電圧印加に応じて収縮したときに、接着剤６３のはみ出し部が圧電素子６０に対して弾性力を及ぼしながら（押圧しながら）伸長するため、接着剤６３のはみ出し部が圧電素子６０の収縮変形動作を補助する役割を果たす。これにより、圧電素子６０の収縮に応じた振動板３０及び圧電素子６０の撓み量をより大きくすることができるため、ノズルＮからのインクの射出速度や射出量を大きくすることができる。よって、インクの吐出効率（所定の印加電圧で圧電素子６０を駆動したときのインクの吐出量や吐出速度の大きさ）を高くすることができる。これにより、所望の吐出速度や吐出量を実現するために必要な印加電圧をより小さくすることが可能となり、インクジェットヘッド１及びインクジェット記録装置１００の電力消費を低減させることができる。

また、圧電素子６０は、振動板３０に垂直な方向から見て振動板３０がなす内壁面の一部と部分的に重なる範囲に設けられており、接着剤６３は、固着面３０ａのうち、上記方向から見て振動板２１がなす上記内壁面の一部と重なる部分を少なくとも含む範囲に付着している。これにより、収縮変形する圧電素子６０からの力を接着剤６３のはみ出し部を介して圧力室２１の壁面（振動板３０）全体に及ぼすことができ、当該壁面の全体を効率良く撓ませることができる。よって、より効果的にインクの吐出効率を高めることができる。

また、圧電素子６０の上面６０ｂには第１電極６１が設けられ、接着剤６３は、第１電極６１に接触しない範囲に設けられている。これにより、第１電極６１と第２電極との間で接着剤６３が電気抵抗となって圧電素子６０の駆動効率を低下させたり、発熱を生じさせたりする不具合の発生を抑制することができる。

また、圧電素子６０は、振動板３０に垂直な方向から見て、振動板３０がなす上記内壁面の一部に重なる第１領域Ｒ１から、当該内壁面の一部に隣接する内壁面の他の一部をなす基材２２に重なる第２領域Ｒ２にかけて設けられており、第１領域Ｒ１における固着範囲３０Ｒの外周の長さに対する当該外周の外側に付着している接着剤６３の体積の比が、第２領域Ｒ２における比より大きい。これにより、圧電素子６０のうち、振動板３０の振動に主に寄与する第１領域Ｒ１内の部分（主要部６０１）の変形動作を接着剤６３のはみ出し部により効果的に補助して、インクの吐出効率を高めることができる。また、圧電素子６０のうちほとんど振動板３０の振動に寄与しない第２領域Ｒ２内の部分（凸部６０２）の周囲にはみ出させる接着剤６３の量を抑えることで、接着剤６３のはみ出し部のために必要なスペースを削減してヘッドチップ２の設計自由度を高めることができる。また、第２領域Ｒ２内で接着剤６３が第１電極６１に接触して駆動効率の低下や発熱を招く不具合の発生を抑制することができる。

また、接着剤６３のヤング率を、０．０１ＧＰａ以上３０ＧＰａ以下とすることで、接着剤６３が固過ぎて圧電素子６０の変形動作を妨げたり、接着剤６３が柔らか過ぎて圧電素子６０の変形動作を補助する十分な効果が得られなくなったりする不具合を生じにくくすることができる。この結果、接着剤６３のはみ出し部により効果的に圧電素子６０の変形動作を補助してインクの吐出効率を高めることができる。

また、圧電素子６０は、振動板３０に垂直な方向から見て、下面６０ａの外周のうち少なくとも接着剤６３の付着範囲の内側にある部分が上面６０ｂの外周の内側に含まれる形状を有する。このような構成の圧電素子６０は、側面６０ｃのうち接着剤６３がはみ出している部分が逆テーパー形状（又はこれに近い形状）を有するため、固着範囲３０Ｒの外周から外部にはみ出した接着剤６３が側面６０ｃに沿って伝いやすくなる。よって、接着剤６３のはみ出し部をより確実に側面６０ｃに当接させ、また側面６０ｃのより広い範囲に当接させることができる。この結果、接着剤６３が圧電素子６０の側面６０ｃを押圧して圧電素子６０の変形動作を補助する効果を高めることができ、より効果的にインクの吐出効率を高めることができる。

また、上記変形例では、固着範囲３０Ｒは長方形であり、接着剤６３は、当該長方形の短辺Ｓａを内部に包含する範囲に付着している。このように、圧電素子６０のうち伸縮量が大きい短辺Ｓａに沿う部分に接着剤６３をはみ出させることで、当該接着剤６３のはみ出し部の弾性変形量が大きくなるため、より効果的に接着剤６３から圧電素子６０に力を及ぼして圧電素子６０の変形動作を補助することができる。

また、接着剤６３を、固着範囲３０Ｒの全体を内部に包含する範囲に付着させた構成とすることで、接着剤６３のはみ出し部により効果的に圧電素子６０の変形動作を補助してインクの吐出効率を高めることができる。

また、本実施形態のインクジェット記録装置１００は、上記インクジェットヘッド１と、圧電素子６０に印加する電圧を出力する駆動部４と、を備える。これにより、インクジェット記録装置１００におけるインク吐出の電圧効率を高めて電力消費を低減させることができる。

なお、本発明は、上記実施形態及び変形例に限られるものではなく、様々な変更が可能である。
例えば、第２電極６２を圧電素子６０の下面６０ａに形成し、当該第２電極６２と振動板３０とを接着剤６３により接着しても良い。
また、振動板３０が金属などの導電性材料からなる場合には、第２電極６２を省略し、振動板３０を一方の電極（第２電極）として用いても良い。この場合には、振動板３０の固着面３０ａ上に直接（接着剤６３を介して）圧電素子６０が固着される。
これらのように、圧電素子６０が振動板３０に対して少なくとも接着剤６３を介して固着されている種々の構成に対して本発明を適用することができる。

また、上記実施形態及び変形例では、図５のように、固着面３０ａに垂直な方向から見て固着範囲３０Ｒの外周と圧力室２１の壁面の外周との間の全体に重なる範囲に接着剤６３がはみ出して付着している構成を例に挙げて説明したが、これに限定されず、固着範囲３０Ｒの外周と圧力室２１の壁面の外周との間の領域のうち一部のみに重なる範囲に接着剤６３がはみ出して付着している構成としても良い。

また、上記実施形態及び変形例では、固着面３０ａに垂直な方向から見て圧電素子６０が圧力室２１の一部と重なる構成を例に挙げて説明したが、これに限定されず、圧電素子６０が圧力室２１の全体と重なる構成であっても良い。

また、上記実施形態及び変形例では、圧電素子６０の側面６０ｃが逆テーパー形状となっている例を用いて説明したが、これに限られず、圧電素子６０の側面６０ｃが逆テーパー形状を有していない構成、例えば側面６０ｃが固着面３０ａに垂直な構成であっても良い。

また、上記実施形態及び変形例では、シングルパス形式のインクジェット記録装置１００を例に挙げて説明したが、インクジェットヘッド１を走査させながら画像の記録を行うインクジェット記録装置１００に本発明を適用しても良い。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明の範囲は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲とその均等の範囲を含む。

本発明は、インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置に利用することができる。

１ インクジェットヘッド
２ ヘッドチップ
３ 配線部材
４ 駆動部
１０ ノズル基板
２０ 圧力室基板
２１ 圧力室
２２ 基材
３０ 振動板
３０ａ 固着面
４０ スペーサー基板
５０ 配線基板
６０ 圧電素子
６０ａ 下面
６０ｂ 上面
６０ｃ 側面
６０１ 主要部
６０２ 凸部
６０Ａ 圧電プレート
６１ 第１電極
６２ 第２電極
６３ 接着剤
６４ レジストパターン
７０ 共通インク室
８０ 保持基板
９０ 接続部
１００ インクジェット記録装置
１０１ 搬送ベルト
１０２ 搬送ローラー
１０３ ヘッドユニット
１０４ 制御部
Ｍ 記録媒体
Ｎ ノズル

Claims (9)

1. インクを貯留するインク貯留部と、
   前記インク貯留部から供給されたインクを吐出するノズルと、
   前記インク貯留部の内壁面の一部をなす振動板と、
   前記振動板の前記内壁面の前記一部をなす面とは反対側の面に接着剤を介して固着されている平板状の圧電素子と、
   を備え、
   前記圧電素子は、当該圧電素子に対して印加される電圧に応じて、前記振動板の前記圧電素子が固着されている固着面に沿った方向に伸縮することで前記振動板とともに撓み、
   前記接着剤は、前記固着面のうち、前記圧電素子が固着されている固着範囲の外側を含む範囲に付着しているインクジェットヘッド。
2. 前記圧電素子は、前記固着面に垂直な垂直方向から見て前記振動板がなす内壁面の前記一部と部分的に重なる範囲に設けられており、
   前記接着剤は、前記固着面のうち、前記垂直方向から見て前記振動板がなす内壁面の前記一部と重なる部分を少なくとも含む範囲に付着している請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. 前記圧電素子の前記振動板に固着された面とは反対側の面には電極が設けられ、
   前記接着剤は、前記電極に接触しない範囲に設けられている請求項１又は２に記載のインクジェットヘッド。
4. 前記圧電素子は、前記固着面に垂直な垂直方向から見て、前記振動板がなす内壁面の前記一部に重なる第１領域から、当該内壁面の前記一部に隣接する前記内壁面の他の一部をなす基材に重なる第２領域にかけて設けられており、
   前記第１領域における前記固着範囲の外周の長さに対する当該外周の外側に付着している接着剤の体積の比が、前記第２領域における前記比より大きい請求項１から３のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
5. 前記接着剤のヤング率は、０．０１ＧＰａ以上３０ＧＰａ以下である請求項１から４のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
6. 前記圧電素子は、前記固着面に垂直な垂直方向から見て、前記振動板に固着された面の外周のうち少なくとも前記接着剤の付着範囲の内側にある部分が前記振動板に固着された面とは反対側の面の外周の内側に含まれる形状を有する請求項１から５のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
7. 前記固着範囲は長方形であり、
   前記接着剤は、前記長方形の短辺を内部に包含する範囲に付着している請求項１から６のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
8. 前記接着剤は、前記固着範囲の全体を内部に包含する範囲に付着している請求項１から７のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドと、
   前記圧電素子に印加する前記電圧を出力する電圧印加回路と、
   を備えるインクジェット記録装置。

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