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【発明の名称】 液体移送装置及び液体移送装置の製造方法
【発明者】 【氏名】小出 祥平

【氏名】高橋 義和
【要約】 【課題】より一層のアクチュエータの変位量増大及びクロストークの抑制を実現しつつ、圧電層を挟む２種類の電極間のショートや放電を確実に防止可能な、圧電アクチュエータによる液体移送技術を提供すること。

【構成】圧電層の圧力室と反対側の面の、複数の圧力室と対向する領域の全域に導電層３３が形成されており、この導電層３３が、圧力室の中央部と対向する領域を取り囲むように形成された第１環状溝４０により部分的に除去されて、第１環状溝４０の内側に個別電極３２が形成されている。さらに、圧電層の圧力室と反対側の面の、圧力室の周縁部と対向する領域であって第１環状溝４０よりも外側の領域に、導電層３３と圧電層の両方を貫通する第２環状溝４１が、圧力室の周縁に沿って形成されている。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面に沿って配置された複数の圧力室を含む液体流路を有する流路ユニットと、前記複数の圧力室内の液体に選択的に圧力を付与する圧電アクチュエータを備え、
前記圧電アクチュエータは、
前記複数の圧力室を覆うように前記流路ユニットの一表面に配置された振動板と、
前記振動板の前記圧力室と反対側の面の、前記複数の圧力室と対向する領域に跨って形成された圧電層と、
前記圧電層の前記圧力室と反対側の面の、前記圧力室の中央部と対向する領域に配置された第１電極と、
前記圧電層の前記圧力室側の面に前記第１電極と対向するように配置された第２電極を有し、
前記圧電層の前記圧力室と反対側の面において、前記複数の圧力室と対向する領域に導電層が形成されるとともに、前記圧力室の中央部と対向する領域を取り囲むように形成された第１環状溝により前記導電層が部分的に除去されて、前記第１環状溝の内側にその外側の前記導電層と絶縁された前記第１電極が形成され、
さらに、前記圧電層の前記圧力室と反対側の面において、前記圧力室の周縁部と対向する領域であって前記第１環状溝よりも外側の領域に、前記導電層を貫通して少なくとも前記圧電層の厚み方向途中部まで入り込んだ凹部が、前記圧力室の周縁に沿って形成されていることを特徴とする液体移送装置。
【請求項２】
前記圧力室が一方向に長い平面形状を有するものであり、
前記凹部は、少なくとも、前記圧力室の中央部を挟んで相対向するとともに前記一方向に延在する、前記圧力室の２つの縁に沿って形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液体移送装置。
【請求項３】
複数の前記凹部が、前記圧電層の前記圧力室と反対側の面において、前記第１電極を取り囲むように、前記圧力室の周縁のほぼ全周にわたって配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体移送装置。
【請求項４】
前記凹部は、前記第１電極を取り囲むように、前記圧力室の周縁のほぼ全周にわたって環状に延在する第２環状溝であることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体移送装置。
【請求項５】
前記振動板の少なくとも前記圧力室と反対側の面が電気絶縁性を有し、
前記第２電極は、前記振動板の前記圧力室と反対側の面において、前記複数の圧力室に跨って形成され、
さらに、前記圧電層の前記圧力室と反対側の面には、前記第１電極から前記圧力室と対向する領域よりも外側の領域まで引き出され、且つ、前記第１環状溝により前記第１電極とともにその外側の前記導電層と絶縁された接点部が形成されており、
前記第２環状溝は、前記第１電極と前記接点部の接続部分を除いて、前記第１電極を取り囲むように形成されていることを特徴とする請求項４に記載の液体移送装置。
【請求項６】
前記振動板の少なくとも前記圧力室と反対側の面が導電性を有し、且つ、この面が前記第２電極を兼ねており、
さらに、前記圧電層の前記圧力室と反対側の面には、前記第１電極から前記圧力室と対向する領域よりも外側の領域まで引き出され、且つ、前記第１環状溝により前記第１電極とともにその外側の前記導電層と絶縁された接点部が形成されており、
前記第２環状溝は、前記第１電極及び前記接点部を完全に取り囲むように形成されていることを特徴とする請求項４に記載の液体移送装置。
【請求項７】
前記凹部は、前記圧電層を貫通して前記振動板まで達していることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の液体移送装置。
【請求項８】
前記凹部に接する前記圧電層の端が、前記圧力室と対向する領域内にあることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の液体移送装置。
【請求項９】
平面に沿って配置された複数の圧力室を含む液体流路を有する流路ユニットと、
前記複数の圧力室を覆うように前記流路ユニットの一表面に配置された振動板と、前記振動板の前記圧力室と反対側の面に形成された圧電層と、前記圧電層の前記圧力室と反対側の面の前記圧力室の中央部と対向する領域に配置された第１電極と、前記圧電層の前記圧力室側の面に前記第１電極と対向するように配置された第２電極を有し、前記複数の圧力室内の液体に選択的に圧力を付与する圧電アクチュエータと、
を備えた液体移送装置の製造方法であって、
前記振動板の前記圧力室と反対側の面において、前記複数の圧力室と対向する領域に跨って前記圧電層を形成する圧電層形成工程と、
前記圧電層の前記圧力室と反対側の面の前記複数の圧力室と対向する領域に、導電層を隙間なく形成する導電層形成工程と、
前記複数の圧力室の各々に対して、前記圧力室の中央部と対向する領域を取り囲む環状溝を形成して前記導電層を部分的に除去し、この環状溝の内側にその外側の導電層と絶縁された前記第１電極を形成する電極形成工程と、
前記圧電層の前記圧力室と反対側の面の、前記圧力室の周縁部と対向する領域であって前記環状溝よりも外側の領域に、前記導電層を貫通して少なくとも前記圧電層の厚み方向途中部まで入り込む凹部を前記圧力室の周縁に沿って形成する凹部形成工程と、
を備えていることを特徴とする液体移送装置の製造方法。
【請求項１０】
前記環状溝と前記凹部とを、ともにレーザー加工により形成することを特徴とする請求項９に記載の液体移送装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を移送する液体移送装置、及び、液体移送装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、インクの液滴を噴射するインクジェットヘッドとして、電界が印加されたときの圧電素子の変形（圧電歪）を利用して、インク流路内のインクに噴射圧力を付与する圧電式のアクチュエータを備えているものがある。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載されたインクジェットヘッドの圧電アクチュエータは、複数の圧力室に跨って積層された複数枚の圧電シート（圧電層）と、最上層の圧電シートの表面において複数の圧力室にそれぞれ対向するように配置された複数の個別電極と、最上層の圧電シートとその下の圧電シートとの間において複数の圧力室に跨って配置されて、複数の個別電極と対向する共通電極とを備えている。そして、この圧電アクチュエータは、駆動回路からＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）を介して個別電極に駆動電圧が印加されたときの、最上層の圧電シートの活性部に生じる変形（圧電歪）により、他の圧電シートに撓みを生じさせて、圧力室内のインクに圧力を付与するように構成されている。
【０００４】
ところで、特許文献１には、前述した圧電アクチュエータの複数の個別電極を形成するための、以下のような工程が開示されている。この工程では、まず、最上層の圧電シートの表面に導電膜を全面的に形成し、その後、圧力室と対向する領域において、導電膜に環状の溝部をレーザー加工により形成して、導電膜を部分的に除去する。これにより、溝部の内側に、周囲の導電膜とは絶縁された個別電極が形成される。また、溝部は、導電膜の下側の圧電シートの厚み方向途中部まで入り込むように形成される。そのため、隣接した圧力室間において圧電シートの変形が伝播しにくくなり、クロストークが抑制される。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１６０９６６号公報（図２１、図２２等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述の特許文献１に記載の圧電アクチュエータにおいて、最上層の圧電シートに溝部が入り込む深さが深いほど、クロストークの抑制効果は大きくなる。また、溝部が深いほど圧電シートが変形しやすくなるため、低い駆動電圧で圧力室内のインクに効率よく圧力を付与するという効果も得られる。しかし、溝部を深くしすぎて、万が一、溝部が最上層の圧電シートを貫通してしまうと、この圧電シートの裏面（下面）に位置する共通電極が溝部内において露出するため、圧電シート表面の個別電極と裏面の共通電極との間でショートや放電が生じる虞がある。そのため、特許文献１の圧電アクチュエータでは、溝部をあまり深くすることができず、クロストークの抑制や圧電シートの変形量増大といった効果を十分に実現することができない。
【０００７】
本発明の目的は、より一層のアクチュエータの変位量増大及びクロストークの抑制を実現しつつ、圧電層を挟む２種類の電極間のショートや放電を確実に防止可能な、圧電アクチュエータによる液体移送技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明の液体移送装置は、平面に沿って配置された複数の圧力室を含む液体流路を有する流路ユニットと、前記複数の圧力室内の液体に選択的に圧力を付与する圧電アクチュエータを備え、前記圧電アクチュエータは、前記複数の圧力室を覆うように前記流路ユニットの一表面に配置された振動板と、前記振動板の前記圧力室と反対側の面の、前記複数の圧力室と対向する領域に跨って形成された圧電層と、前記圧電層の前記圧力室と反対側の面の、前記圧力室の中央部と対向する領域に配置された第１電極と、前記圧電層の前記圧力室側の面に前記第１電極と対向するように配置された第２電極を有し、前記圧電層の前記圧力室と反対側の面において、前記複数の圧力室と対向する領域に導電層が形成されるとともに、前記圧力室の中央部と対向する領域を取り囲むように形成された第１環状溝により前記導電層が部分的に除去されて、前記第１環状溝の内側にその外側の前記導電層と絶縁された前記第１電極が形成され、さらに、前記圧電層の前記圧力室と反対側の面において、前記圧力室の周縁部と対向する領域であって前記第１環状溝よりも外側の領域に、前記導電層を貫通して少なくとも前記圧電層の厚み方向途中部まで入り込んだ凹部が、前記圧力室の周縁に沿って形成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
この液体移送装置において、ある圧力室に対応する圧電アクチュエータの第１電極と第２電極の間に電圧が印加されると、第１電極と第２電極との間に挟まれる圧電層の部分に歪みが生じ、これに伴い、圧力室と対向する領域において振動板に撓みが生じる。このとき、振動板の変位に応じて圧力室内の容積が変化するため、圧力室内部の液体に圧力が付与されることになる。
【００１０】
ここで、第１電極は第１環状溝によりその周囲の導電層と絶縁されている。また、圧電層の圧力室の周縁部と対向する領域であって第１環状溝よりも外側の領域には、導電層を貫通して少なくとも圧電層の厚さ方向途中部まで入り込む凹部が形成されている。そのため、圧力室の周縁部と対向する領域における圧電層の剛性が低下して変形しやすくなり、振動板の変位量の増大、あるいは、駆動電圧の低減を実現できる。また、圧力室と対向する領域における圧電層の変形が、隣接する圧力室と対向する領域に伝播しにくくなるため、クロストークを抑制できる。さらに、第１電極を区切る第１環状溝から外側にずれた位置において、凹部が圧電層内に入り込むように形成されている。そのため、圧電層の剛性を十分に低下させるために凹部を深く形成したときに、凹部が圧電層を貫通して第２電極が露出したとしても、凹部よりも内側の第１環状溝の位置において第２電極が露出する場合に比べると、第１電極と第２電極の間の離隔距離が長くなることから、両電極間におけるショートや放電が防止される。
【００１１】
第２の発明の液体移送装置は、前記第１の発明において、前記圧力室が一方向に長い平面形状を有するものであり、前記凹部は、少なくとも、前記圧力室の中央部を挟んで相対向するとともに前記一方向に延在する、前記圧力室の２つの縁に沿って形成されていることを特徴とするものである。このように、圧力室が一方向に長い平面形状を有する場合には、圧電層の、圧力室の長手方向に延びる２つの縁近傍と対向する領域に特に凹部が形成されることにより、振動板の変位量の増大、あるいは、駆動電圧の低減を効果的に実現できる。
【００１２】
第３の発明の液体移送装置は、前記第１又は第２の発明において、複数の前記凹部が、前記圧電層の前記圧力室と反対側の面において、前記第１電極を取り囲むように、前記圧力室の周縁のほぼ全周にわたって配置されていることを特徴とするものである。この構成によれば、振動板及び圧電層がさらに変形しやすくなり、より一層の振動板の変位量の増大、あるいは、駆動電圧の低減を実現できる。
【００１３】
第４の発明の液体移送装置は、前記第１又は第２の発明において、前記凹部は、前記第１電極を取り囲むように、前記圧力室の周縁のほぼ全周にわたって環状に延在する第２環状溝であることを特徴とするものである。この構成によれば、振動板及び圧電層がさらに変形しやすくなり、より一層の振動板の変位量の増大、あるいは、駆動電圧の低減を実現できる。また、第１電極が第１環状溝と第２環状溝により２重に取り囲まれるため、周囲の導電層に対する絶縁がより確実なものとなる。
【００１４】
第５の発明の液体移送装置は、前記第４の発明において、前記振動板の少なくとも前記圧力室と反対側の面が電気絶縁性を有し、前記第２電極は、前記振動板の前記圧力室と反対側の面において、前記複数の圧力室に跨って形成され、さらに、前記圧電層の前記圧力室と反対側の面には、前記第１電極から前記圧力室と対向する領域よりも外側の領域まで引き出され、且つ、前記第１環状溝により前記第１電極とともにその外側の前記導電層と絶縁された接点部が形成されており、前記第２環状溝は、前記第１電極と前記接点部の接続部分を除いて、前記第１電極を取り囲むように形成されていることを特徴とするものである。
【００１５】
振動板の圧力室と反対側の面（圧電層側の面）に第２電極が設けられている場合に、第２環状溝が圧電層を貫通するように形成されると、その下の第２電極も第２環状溝によって環状に区切られてしまうこともある。さらに、第２環状溝が第１電極及び接点部を完全に取り囲むように形成されると、第２電極が孤立してしまうことから、複数の圧力室にそれぞれ対応する第２電極に対して、個別に配線を接続して導通をとるなどの対策が必要になる。しかし、この第５の発明の液体移送装置においては、第２環状溝が第１電極と接点部との接続部分を除いて環状に形成されている。つまり、少なくとも第１電極と接点部との接続部分と対向する領域で第２電極が周囲の部分と導通した状態が維持されるため、第２電極が孤立することはない。従って、複数の圧力室に対応する第２電極同士を互いに導通させて、共通の電位を容易に付与することができる。
【００１６】
第６の発明の液体移送装置は、前記第４の発明において、前記振動板の少なくとも前記圧力室と反対側の面が導電性を有し、且つ、この面が前記第２電極を兼ねており、さらに、前記圧電層の前記圧力室と反対側の面には、前記第１電極から前記圧力室と対向する領域よりも外側の領域まで引き出され、且つ、前記第１環状溝により前記第１電極とともにその外側の前記導電層と絶縁された接点部が形成されており、前記第２環状溝は、前記第１電極及び前記接点部を完全に取り囲むように形成されていることを特徴とするものである。
【００１７】
このように、振動板の表面の導電面が第２電極を兼ねている場合には、第２環状溝を第１電極及び接点部を完全に取り囲むように形成しても第２電極が孤立することがない。従って、２重の環状溝によって第１電極と接点部を周囲の導電層から確実に絶縁するとともに、複数の圧力室に対応する第２電極同士を互いに導通させて共通の電位を容易に付与することができる。
【００１８】
第７の発明の液体移送装置は、前記第１〜第６の何れかの発明において、前記凹部は、前記圧電層を貫通して前記振動板まで達していることを特徴とするものである。圧力室と対向する部分の圧電層が、凹部によりその周囲の部分から切り離されるため、圧電層が一層変形しやすくなる。
【００１９】
第８の発明の液体移送装置は、前記第１〜第７の何れかの発明において、前記凹部に接する前記圧電層の端が、前記圧力室と対向する領域内にあることを特徴とするものである。このように、圧力室と対向する領域内に、凹部に接する圧電層の端が位置するため、圧力室と対向する領域内において圧電層がより変形しやすくなる。
【００２０】
第９の発明の液体移送装置の製造方法は、平面に沿って配置された複数の圧力室を含む液体流路を有する流路ユニットと、前記複数の圧力室を覆うように前記流路ユニットの一表面に配置された振動板と、前記振動板の前記圧力室と反対側の面に形成された圧電層と、前記圧電層の前記圧力室と反対側の面の前記圧力室の中央部と対向する領域に配置された第１電極と、前記圧電層の前記圧力室側の面に前記第１電極と対向するように配置された第２電極を有し、前記複数の圧力室内の液体に選択的に圧力を付与する圧電アクチュエータとを備えた液体移送装置の製造方法であって、
前記振動板の前記圧力室と反対側の面において、前記複数の圧力室と対向する領域に跨って前記圧電層を形成する圧電層形成工程と、前記圧電層の前記圧力室と反対側の面の前記複数の圧力室と対向する領域に、導電層を隙間なく形成する導電層形成工程と、前記複数の圧力室の各々に対して、前記圧力室の中央部と対向する領域を取り囲む環状溝を形成して前記導電層を部分的に除去し、この環状溝の内側にその外側の導電層と絶縁された前記第１電極を形成する電極形成工程と、前記圧電層の前記圧力室と反対側の面の、前記圧力室の周縁部と対向する領域であって前記環状溝よりも外側の領域に、前記導電層を貫通して少なくとも前記圧電層の厚み方向途中部まで入り込む凹部を前記圧力室の周縁に沿って形成する凹部形成工程とを備えていることを特徴とするものである。
【００２１】
この液体移送装置の製造方法においては、圧電層の圧力室と対向する領域であって、第１電極を区画する環状溝の外側の領域に、導電層を貫通して少なくとも圧電層の厚さ方向途中部まで入り込む凹部を形成する。そのため、この凹部により圧電層の剛性を低下させて、振動板の変位量の増大、あるいは、駆動電圧の低減を実現できる。また、圧力室と対向する領域における圧電層の変形が、隣接する圧力室と対向する領域に伝播しにくくなるため、クロストークを抑制できる。さらに、第１電極を区切る環状溝から外側にずれた位置において、凹部を圧電層内に入り込むように形成する。そのため、圧電層の剛性を十分に低下させるために凹部を深く形成したときに、凹部が圧電層を貫通して第２電極が露出したとしても、凹部よりも内側の環状溝において第２電極が露出する場合に比べると、第１電極と第２電極の間の離隔距離が長くなることから、両電極間におけるショートや放電が防止される。
【００２２】
第１０の発明の液体移送装置の製造方法は、前記第９の発明において、前記環状溝と前記凹部とを、ともにレーザー加工により形成することを特徴とするものである。この場合には、環状溝と凹部の形成工程を続けて行うことができるため、電極形成用の環状溝のみを形成する場合と比較して、特段、製造コストが上昇したり、環状溝や凹部の形成工程にかかる時間が長くなったりすることがない。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、圧電層の圧力室と対向する領域であって、第１電極を区切る環状溝の外側の領域に、導電層を貫通して少なくとも圧電層の厚さ方向途中部まで入り込む凹部が形成される。そのため、この凹部により圧力室の周縁部と対向する領域の圧電層の剛性が低下し、振動板の変位量の増大、あるいは、駆動電圧の低減を実現できる。さらに、第１電極を区切る環状溝からずれた位置において、凹部が圧電層内に入り込むように形成される。そのため、圧電層の剛性をより一層低下させるために凹部を深く形成したときに、凹部が圧電層を貫通して第２電極が露出したとしても、第１電極と第２電極の間の離隔距離が長くなることから、両電極間におけるショートや放電が防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の実施の形態について説明する。本実施形態は、インクに圧力を付与してノズルへ移送し、このノズルから記録用紙に対してインクの液滴を噴射して所望の画像や文字等を記録するインクジェットヘッド（液体移送装置）に本発明を適用した一例である。
【００２５】
まず、本実施形態のインクジェットヘッドを備えたインクジェットプリンタについて簡単に説明する。図１に示すように、インクジェットプリンタ１００は、図１の左右方向に移動可能なキャリッジ２と、このキャリッジ２に設けられて記録用紙Ｐに対してインクを噴射するシリアル型のインクジェットヘッド１と、記録用紙Ｐを図１の前方へ搬送する搬送ローラ３などを備えている。インクジェットヘッド１は、キャリッジ２と一体的に左右方向（走査方向）へ移動して、その下面に配置されたノズル２０（図２〜図６参照）から記録用紙Ｐに対してインクを噴射して所望の文字や画像等を記録する。また、インクジェットヘッド１により画像等が記録された記録用紙Ｐは、搬送ローラ３により前方（紙送り方向）へ排出される。
【００２６】
次に、インクジェットヘッド１について説明する。図２はインクジェットヘッド１の平面図、図３はインクジェットヘッド１の一部拡大図、図４は振動板上面から見たインクジェットヘッド１の一部拡大図である。また、図５は図４のV-V線断面図、図６は図４のVI-VI線断面図である。
【００２７】
図２〜図６に示すように、インクジェットヘッド１は、ノズル２０及び圧力室１４を含むインク流路（液体流路）が形成された流路ユニット４と、圧力室１４内のインクに噴射圧力を付与する圧電アクチュエータ５とを備えている。
【００２８】
まず、流路ユニット４について説明する。図５、図６に示すように、流路ユニット４はキャビティプレート１０、ベースプレート１１、マニホールドプレート１２、及びノズルプレート１３を備えており、これら４枚のプレート１０〜１３が積層状態で接合されている。このうち、キャビティプレート１０、ベースプレート１１及びマニホールドプレート１２はステンレス鋼製の板であり、これら３枚のプレート１０〜１２に、後述するマニホールド１７や圧力室１４等のインク流路をエッチングにより容易に形成することができるようになっている。また、ノズルプレート１３は、例えば、ポリイミド等の高分子合成樹脂材料により形成され、マニホールドプレート１２の下面に接着される。あるいは、このノズルプレート１３も、３枚のプレート１０〜１２と同様にステンレス鋼等の金属材料で形成されていてもよい。
【００２９】
図２〜図６に示すように、４枚のプレート１０〜１３のうち、最も上方に位置するキャビティプレート１０には、平面に沿って配列された複数の圧力室１４がプレート１０を貫通する孔により形成され、複数の圧力室１４は隔壁部１０ａにより区画されている。そして、複数の圧力室１４は上下両側から後述の振動板３０及びベースプレート１１によりそれぞれ覆われている。また、複数の圧力室１４は、紙送り方向（図２の上下方向）に２列に千鳥状に配列されている。さらに、各圧力室１４は、平面視で走査方向（図２の左右方向）に長尺な、略楕円形状に形成されている。
【００３０】
図３〜図５に示すように、ベースプレート１１の、平面視で圧力室１４の両端部と重なる位置には、それぞれ連通孔１５，１６が形成されている。また、マニホールドプレート１２には、平面視で、２列に配列された圧力室１４の連通孔１５側の部分と重なるように、紙送り方向に延びる２つのマニホールド１７が形成されている。これら２つのマニホールド１７は、後述の振動板３０に形成されたインク供給口１８に連通しており、図示しないインクタンクからインク供給口１８を介してマニホールド１７へインクが供給される。さらに、マニホールドプレート１２の、平面視で複数の圧力室１４のマニホールド１７と反対側の端部と重なる位置には、それぞれ、複数の連通孔１６に連なる複数の連通孔１９も形成されている。
【００３１】
さらに、ノズルプレート１３の、平面視で複数の連通孔１９にそれぞれ重なる位置には、複数のノズル２０が形成されている。図２に示すように、複数のノズル２０は、紙送り方向に沿って千鳥状に２列に配列された複数の圧力室１４の、マニホールド１７と反対側の端部とそれぞれ重なるように配置されて、２列のノズル列を構成している。
【００３２】
そして、図５に示すように、マニホールド１７は連通孔１５を介して圧力室１４に連通し、さらに、圧力室１４は、連通孔１６，１９を介してノズル２０に連通している。このように、流路ユニット４内には、マニホールド１７から圧力室１４を経てノズル２０に至る個別インク流路２１が複数形成されている。
【００３３】
次に、圧電アクチュエータ５について説明する。図７は図６の部分拡大図である。図３、図５〜図７に示すように、圧電アクチュエータ５は、複数の圧力室１４を覆う振動板３０と、この振動板３０の上面に複数の圧力室１４に跨って連続的に形成された圧電層３１と、この圧電層３１の上面に配置された複数の個別電極３２（第１電極）とを備えている。そして、圧電アクチュエータ５は、複数の圧力室１４内のインクに対して選択的に圧力を付与するように構成されている。
【００３４】
振動板３０は、平面視で略矩形状の金属板であり、例えば、ステンレス鋼等の鉄系合金、銅系合金、ニッケル系合金、あるいは、チタン系合金などからなる。この振動板３０は、キャビティプレート１０の上面に複数の圧力室１４を覆うように配設された状態で、複数の圧力室１４を区画する隔壁部１０ａに接合されている。また、振動板３０の上面は導電性を有し、複数の圧力室１４に跨って配置されて複数の個別電極３２との間の圧電層３１に厚み方向の電界を生じさせる共通電極（第２電極）を兼ねている。従って、振動板３０とは別に共通電極を設ける必要がなく、その分、圧電アクチュエータ５の構成が簡単になる。さらに、この共通電極としての振動板３０は常にグランド電位に保持されている。
【００３５】
振動板３０の上面には、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との固溶体であり強誘電体であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とする、圧電材料からなる圧電層３１が形成されている。この圧電層３１は、複数の圧力室１４を覆うように連続的に形成されている。
【００３６】
圧電層３１の上面（圧力室１４と反対側の面）には、金、銅、銀、パラジウム、白金、あるいは、チタンなどの導電性材料からなる導電層３３が、ほぼ全域に形成されている。また、この導電層３３の複数の圧力室１４と対向する領域には、圧力室１４の中央部と対向する領域を取り囲む略楕円状の複数の第１環状溝４０がそれぞれ形成されている。各第１環状溝４０は導電層３３を貫通しており、この第１環状溝４０が形成されている部分において、導電層３３が部分的に除去されている。そして、圧電層３１の上面において、第１環状溝４０の内側の圧力室１４の中央部と対向する領域に、圧力室１４よりも一回り小さい略楕円形状の平面形状を有する個別電極３２（第１電極）が形成されている。また、第１環状溝４０の一部は圧力室１４の長手方向端部（貫通孔１５側の端部）から圧力室１４の周縁を越えて外側の領域へ突出している（突出部４０ａ）。つまり、複数の第１環状溝４０の突出部４０ａの内側に、複数の個別電極３２から圧力室１４の周縁を越えて外側の領域までそれぞれ引き出された、複数の接点部３５がほぼ円形に形成されている。
【００３７】
以上のように、第１環状溝４０は切れ目のない形状に形成されるとともに、全周にわたって導電層３３を貫通していることから、第１環状溝４０の内側に位置する個別電極３２と接点部３５は、第１環状溝４０によりその外側の導電層３３と電気的に絶縁されている。尚、第１環状溝４０は、導電層３３を貫通するだけでなく、その下側の圧電層３１の厚み方向途中部まで入り込んでいてもよいが、振動板３０には達していない。そのため、共通電極としての振動板３０の上面は第１環状溝４０において露出しておらず、この第１環状溝４０内において個別電極３２と振動板３０との間でショートや放電が生じることが防止されている。
【００３８】
複数の接点部３５には、図示しないフレキシブルプリント配線板（Flexible Printed Circuit：ＦＰＣ）等の可撓性を有する配線部材の接点が接合され、複数の個別電極３２は、配線部材及び複数の接点部３５を介してドライバＩＣ（図示省略）とそれぞれ電気的に接続されている。そして、圧電アクチュエータ５の駆動時には、ドライバＩＣから、インクを噴射させる所望のノズル２０に対応する個別電極３２に対して所定の駆動電圧が印加されるようになっている。
【００３９】
さらに、図３及び図５〜図７に示すように、圧電層３１の上面の圧力室１４の周縁部と対向する領域であって、前述した第１環状溝４０よりも外側の領域には、導電層３３及び圧電層３１の両方を貫通して振動板３０の上面まで達する第２環状溝４１が、圧力室１４の周縁に沿って形成されている。また、この第２環状溝４１は、接点部３５を区切る突出部４０ａを囲う突出部４１ａを有する。そして、突出部４０ａを含む第１環状溝４０全体を完全に取り囲むように、圧力室１４の周縁の全周にわたって切れ目なく形成されている。従って、第２環状溝４１の内側の、圧力室１４と対向する領域の圧電層３１がその外側の部分から完全に切り離されることから、後述のように、個別電極３２と振動板３０との間に駆動電圧が印加されたときに圧電層３１が変形しやすくなる。
【００４０】
また、万が一、内側の第１環状溝４０による個別電極３２及び接点部３５の絶縁が不十分である場合でも、外側の第２環状溝４１により、個別電極３２及び接点部３５が周囲の導電層３３から確実に絶縁される。
【００４１】
尚、振動板３０の上面に複数の圧力室に跨る共通電極が別に設けられている形態では、圧電層３１を貫通するように第２環状溝４１を形成したときに共通電極もこの第２環状溝４１で区切られて、個別電極３２と対向する共通電極の部分が孤立しまうことがある。この場合には、これらの孤立した共通電極部分にそれぞれグランド電位を付与するための配線等が必要になってしまう。しかし、本実施形態では、前述したように、振動板３０が導電性材料（金属）からなり、その上面が共通電極を兼ねていることから、複数の個別電極３２にそれぞれ対応する共通電極の部分が第２環状溝４１により分断されることはなく、互いに導通した状態が維持されるため、これらに対して共通にグランド電位を容易に付与することができる。
【００４２】
また、第２環状溝４１は、個別電極３２を区切る第１環状溝４０よりも外側にずれた位置に形成されている。そのため、圧電層３１を貫通するように第２環状溝４１が形成されて、共通電極としての振動板３０の上面が第２環状溝４１において露出しても、個別電極３２と振動板３０の上面の間の離隔距離がある程度確保される。
【００４３】
即ち、図７に示すように、外側の第２環状溝４１が圧電層３１を貫通している場合には、個別電極３２と振動板３０の上面との間の離隔距離は、圧電層３１の面方向に関する２つの環状溝４０，４１のズレ量ｄと圧電層３１の厚さｔとの和となる。一方、内側の第１環状溝４０が圧電層３１を貫通している場合を仮定すると、このときの個別電極３２と振動板３０の上面との間の離隔距離は圧電層３１の厚さｔとなる。つまり、外側の第２環状溝４１の位置で圧電層３１が分離される場合には、第１環状溝４１の位置で分離される場合よりも、個別電極３２と振動板３０の上面との間の離隔距離が環状溝４０，４１間のズレ量ｄだけ長くなることから、個別電極３２と振動板３０との間におけるショートや放電が確実に防止される。
【００４４】
次に、インク噴射時における圧電アクチュエータ５の作用について説明する。複数の個別電極３２に対してドライバＩＣから選択的に駆動電圧が印加されると、駆動電圧が印加された圧電層３１上側の個別電極３２と、グランド電位に保持されている圧電層３１下側の共通電極としての振動板３０の電位が互いに異なった状態となることから、個別電極３２と振動板３０の間に挟まれた、駆動領域の圧電層３１に厚み方向の電界が生じる。そして、圧電層３１の分極方向と電界の方向とが同じ場合には、圧電層３１はその分極方向である厚み方向に伸びて水平方向に収縮し、この圧電層３１の収縮変形に伴って、振動板３０の圧力室１４と対向する領域が圧力室１４側に変位して、振動板３０が圧力室１４側に凸となるように変形する。このとき、圧力室１４の容積が減少することからその内部のインクに圧力が付与され、圧力室１４に連通するノズル２０からインクの液滴が噴射される。
【００４５】
ここで、前述したように、圧電層３１の上面の圧力室１４の周縁部と対向する領域には、導電層３３及び圧電層３１の両方を貫通する第２環状溝４１が形成されており、第２環状溝４１の内側に位置する圧電層３１が、その外側の部分から完全に切り離されている。そのため、個別電極３２と振動板３０との間に駆動電圧が印加されたときに圧電層３１が変形しやすくなることから、振動板３０の変位量の増大、あるいは、駆動電圧の低減を実現できる。また、圧力室１４と対向する領域における圧電層３１の変形が、隣接する圧力室１４と対向する領域に伝播しにくくなるため、クロストークを抑制することができる。さらに、個別電極３２及び接点部３５が２種類の環状溝４０，４１により２重に取り囲まれていることから、個別電極３２及び接点部３５の絶縁がより確実になされる。
【００４６】
尚、図７に示すように、外側の第２環状溝４１の内端Ｅ（即ち、第２環状溝４１により切り離された圧電層３１の、第２環状溝４１に接する端）が、圧力室１４の周縁かそれよりも内側、つまり、圧力室１４と対向する領域に位置していることが好ましい。この場合には、個別電極３２に駆動電圧が印加されたときに、第２環状溝４１により切り離された圧電層３１の部分が平面視で圧力室１４内に収まることから、圧電層３１がより変形しやすくなり、振動板３０の変位量が一層大きくなる。
【００４７】
次に、本実施形態のインクジェットヘッド１の製造方法について説明する。
まず、流路ユニット４を構成するプレート１０〜１３のうち、キャビティプレート１０、ベースプレート１１、及び、マニホールドプレート１２の３枚の金属プレートに、圧力室１４やマニホールド１７等のインク流路を構成する孔をエッチングにより形成する。そして、図８に示すように、キャビティプレート１０、ベースプレート１１、及び、マニホールドプレート１２と金属製の振動板３０の、計４枚の金属プレートを、接着剤、あるいは、金属拡散接合により接合する。
【００４８】
次に、図９に示すように、振動板３０の上面の、複数の圧力室１４と対向する領域に跨って連続的に圧電層３１を形成する（圧電層形成工程）。この圧電層３１は、振動板３０の上面に圧電材料の粒子を堆積させることにより形成する。例えば、粒子とキャリアガスとからなるエアロゾルを基材に噴射して粒子を堆積させるエアロゾルデポジション法（ＡＤ法）や、化学蒸着（ＣＶＤ）法、スパッタ法等を用いることができる。あるいは、グリーンシートを焼成して得られた圧電シートを振動板３０の上面に接着剤で貼り付けることにより圧電層３１を形成してもよい。
【００４９】
さらに、図１０に示すように、圧電層３１の上面の複数の圧力室１４と対向する領域に、導電層３３を隙間なく形成する（導電層形成工程）。この導電層３３は、スクリーン印刷法、蒸着法、あるいは、スパッタ法などにより形成することができる。
【００５０】
次に、図１１に示すように、圧電層３１の上面の圧力室１４の中央部と対向する領域を取り囲むように第１環状溝４０を形成し、導電層３３を部分的に除去することによって、第１環状溝４０の内側にその外側の導電層３３と絶縁された個別電極３２と接点部３５とを形成する（個別電極形成工程）。また、圧電層３１の上面の圧力室１４の周縁部と対向する領域に、圧電層３１を貫通して振動板３０の上面まで達する第２環状溝４１（凹部）を圧力室１４の周縁に沿って形成する（凹部形成工程）。
【００５１】
ここで、２種類の環状溝４０，４１を、ともにレーザー加工により形成することができる。但し、２つの環状溝４０，４１のうち、個別電極３２を区切る内側の第１環状溝４０は圧電層３１を貫通しないように形成する必要があるのに対し、外側の第２環状溝４１はより深く形成して圧電層３１を貫通させることから、２つの環状溝４０，４１を形成する際のレーザー加工の設定を少し異ならせる。具体的には、外側の第２環状溝４１を形成するときには、内側の第１環状溝４０を形成するときよりも、レーザーの強度を上げたり、あるいは、レーザーの照射時間や走査回数を長くしたりすればよい。また、レーザーの焦点距離を変えることにより、深さの異なる２種類の環状溝４０，４１をそれぞれ形成することも可能である。尚、２種類の環状溝４０，４１はどちらを先に形成してもよく、内側の第１環状溝４０を形成してからその後に外側の第２環状溝４１を形成してもよいし、その逆でもよい。
【００５２】
このように、２種類の環状溝４０，４１をともにレーザー加工で形成する場合には、これら２種類の環状溝４０，４１の形成工程を続けて行うことができるため、従来のように、個別電極３２の形成用の第１環状溝４０のみを形成する場合（前述の特許文献１参照）と比較して、特段、製造コストが上昇したり、環状溝４０，４１の形成工程にかかる時間が長くなったりすることがない。
【００５３】
最後に、図１２に示すように、合成樹脂製のノズルプレート１３をマニホールドプレート１２の下面に接着剤等により接合して、インクジェットヘッド１の製造を完了する。
【００５４】
尚、以上説明したインクジェットヘッド１の製造工程において、ノズルプレート１３がステンレス鋼等からなる金属プレートである場合には、振動板３０、キャビティプレート１０、ベースプレート１１、マニホールドプレート１２、及び、ノズルプレート１３の５枚の金属プレートを金属拡散接合により一度に接合してもよい。
【００５５】
次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。
【００５６】
１］前記実施形態では、振動板の導電性を有する上面が、複数の個別電極（第１電極）と対向して圧電層に電圧を印加する共通電極（第２電極）を兼ねているが（図５、図６参照）、振動板の少なくとも上面が電気絶縁性を有し、この上面に振動板とは別の共通電極が設けられていてもよい（変更形態１）。尚、図１３、図１４に示すように、前記実施形態と同様に、振動板３０が金属板である場合には、導電性を有する振動板３０の上面に絶縁層５０を形成して、振動板３０と共通電極３４とを絶縁する必要がある。この絶縁層５０は、例えば、アルミナやジルコニアなどの絶縁性セラミックス材料、あるいは、ポリイミドなどの合成樹脂材料により形成することができる。一方、振動板３０が絶縁性材料で形成された板である場合には、振動板３０の上面そのものが電気絶縁性を有することから、前述の絶縁層５０は不要である。
【００５７】
また、この変更形態１においても、圧電層３１の上面には、圧力室１４の中央部と対向する領域を取り囲むように形成されて、個別電極３２を区切る内側の第１環状溝４０と、この第１環状溝４０を取り囲む外側の第２環状溝４１Ａとが形成される。但し、前記実施形態と同じように、外側の第２環状溝４１Ａを、圧電層３１を貫通し、且つ、個別電極３２と接点部３５を完全に取り囲むようにレーザー加工等で形成すると、圧電層３１の下側に位置する共通電極３４が第２環状溝４１により周囲から完全に切り離されて孤立してしまうこともあり得る。このような場合に、孤立した部分も常にグランド電位に保持しようとすると、それらの部分に個別に配線を接続するなどして確実に導通を取る必要があり、その分、構造が複雑になる。
【００５８】
そこで、この変更形態１においては、図１３に示すように、圧電層３１を貫通する外側の第２環状溝４１Ａは、個別電極３２と接点部３５との接続部分において分断されて平面視でほぼＣ字形状に形成されており、この接続部分を除いて個別電極３２を取り囲んでいる。そのため、第２環状溝４１Ａが共通電極３４をも貫通するように形成されたとしても、共通電極３４の第２環状溝４１Ａよりも内側の部分が孤立することはなく、少なくとも個別電極３２と接点部３５との接続部分と対向する領域で周囲の部分と導通した状態が維持されるため、共通電極３４の複数の個別電極３２とそれぞれ対向する部分を常にグランド電位に保持することが容易になる。
【００５９】
２］前記実施形態では、圧電層３１を分離する第２環状溝４１が圧力室１４の周縁に沿って形成されていたが、圧力室１４の全周にわたって溝が形成されている必要は必ずしもなく、圧力室１４の周縁部と対向する領域の一部に溝が形成されていてもよい。例えば、図１５に示すように、一方向に長尺な圧力室１４の短手方向に関する２つの周縁部に、圧力室１４の中央部を挟んで相対向するとともに長手方向に延在する２つの縁に沿って、２本の溝４１Ｂがそれぞれ形成されていてもよい（変更形態２）。このように、圧力室１４の長手方向に延びる２つの縁近傍と対向する領域に特に溝４１Ｂが形成されて、この領域における圧電層３１の剛性が低下することにより、振動板３０の変位量の増大、あるいは、駆動電圧の低減を効果的に実現できる。
【００６０】
３］前記実施形態の第２環状溝４１のような連続的に延びる溝の代わりに、図１６に示すように、圧電層３１の上面に、圧力室１４の周縁のほぼ全周にわたって複数の凹部４１Ｃが離散的に形成されていてもよい（変更形態３）。また、これら複数の凹部４１Ｃは、図１６のように、圧力室１４のほぼ全周にわたって形成されていてもよいが、圧力室１４の周縁部と対向する領域の一部（例えば、前述した変更形態２と同様に、圧力室１４の長手方向に延在する２つの縁に沿う領域）に形成されていてもよい。このような構成でも、圧力室１４の周縁部と対向する領域における圧電層３１の剛性が低下するため、振動板３０の変位量の増大、あるいは、駆動電圧の低減といった効果が得られる。
【００６１】
４］前記実施形態及びその変更形態においては、圧力室１４の周縁部と対向する領域に形成される第２環状溝４１（図３）、溝４１Ｂ（図１５）、複数の凹部４１Ｃ（図１６）等は、圧電層３１を貫通して振動板３０の上面まで達しているが、少なくとも圧電層３１の厚み方向途中部まで入り込んでいるだけでもよい。このような構成でも、圧力室１４の周縁部と対向する領域における圧電層３１の剛性を低下させる作用は得られることから、振動板３０の変位量の増大、あるいは、駆動電圧の低減といった同様の効果が得られる。
【００６２】
以上説明した実施形態及びその変更形態は、ノズルからインクを噴射するインクジェットヘッドに本発明を適用した一例であるが、本発明を適用可能な対象はこのようなインクジェットヘッドに限られない。例えば、導電ペーストを噴射して基板上に微細な配線パターンを形成したり、あるいは、有機発光体を基板に噴射して高精細ディスプレイを形成したり、さらには、光学樹脂を基板に噴射して光導波路等の微小電子デバイスを形成するための、種々の液滴噴射装置に本発明を適用できる。
【００６３】
また、液滴噴射装置だけでなく、マイクロ総合分析システム（μＴＡＳ）内部で薬液や生化学溶液等の液体を移送する液体移送装置、マイクロ化学システム内部で溶媒や化学溶液等の液体を移送する液体移送装置等、インク以外の液体を移送する液体移送装置にも本発明を適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施形態に係るインクジェットプリンタの概略構成図である。
【図２】インクジェットヘッドの平面図である。
【図３】図２のインクジェットヘッドの一部拡大図である。
【図４】振動板の上面から見たインクジェットヘッドの一部拡大図である。
【図５】図３のV-V線断面図である。
【図６】図３のVI-VI線断面図である。
【図７】図６のアクチュエータ部分の拡大図である。
【図８】金属プレートの接合工程を示す図である。
【図９】圧電層形成工程を示す図である。
【図１０】個別電極形成工程を示す図である。
【図１１】圧電層に２種類の環状溝を形成する工程を示す図である。
【図１２】ノズルプレートの接合工程を示す図である。
【図１３】変更形態１のインクジェットヘッドの一部拡大平面図である。
【図１４】図１３のXIV-XIV線断面図である。
【図１５】変更形態２のインクジェットヘッドの一部拡大平面図である。
【図１６】変更形態３のインクジェットヘッドの一部拡大平面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１ インクジェットヘッド
４ 流路ユニット
５ 圧電アクチュエータ
１４ 圧力室
３０ 振動板
３１ 圧電層
３２ 個別電極
３３ 導電層
３４ 共通電極
３５ 接点部
４０ 第１環状溝
４１，４１Ａ 第２環状溝
４１Ｂ 溝
４１Ｃ 凹部
【出願人】 【識別番号】０００００５２６７
【氏名又は名称】ブラザー工業株式会社
【出願日】 平成１８年８月２４日（２００６．８．２４）
【代理人】 【識別番号】１０００８９１９６
【弁理士】
【氏名又は名称】梶 良之

【識別番号】１００１０４２２６
【弁理士】
【氏名又は名称】須原 誠

【識別番号】１００１２５１６２
【弁理士】
【氏名又は名称】木村 亨
【公開番号】 特開２００８−４９５６９（Ｐ２００８−４９５６９Ａ）
【公開日】 平成２０年３月６日（２００８．３．６）
【出願番号】 特願２００６−２２７２８２（Ｐ２００６−２２７２８２）