JP2006248174A - 液体吐出ヘッド、その製造方法、及び、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 圧力室の容積が効率よく変化して液体を効率よく吐出できること。
【解決手段】 液体を吐出するノズル５１に連通する圧力室５２と、圧力室５２内に配置され、所定の駆動により変形する圧電アクチュエータ６３と、圧電アクチュエータ６３を保持する振動板５６と、圧電アクチュエータ６３の振動板５６に保持されている面を底面とした場合に、圧電アクチュエータ６３の上面を圧力室５２内の液体に接液させて圧電アクチュエータ６３の上面の動きを圧力室５２の容積の変化に寄与させる一方で、圧力室５２内の液体を圧電アクチュエータ６３の側面から遮断して圧電アクチュエータ６３の側面の動きにより圧力室５２の容積の変化が減少しないようにする隔壁６６を備えた。
【選択図】 図３

Description

本発明は液体吐出ヘッド、その製造方法、及び、画像形成装置に係り、特に吐出口に連通した圧力室の容積を変化させることにより吐出口から液体を吐出する液体吐出ヘッド、その製造方法、及び、画像形成装置に関する。

従来、多数のノズルを配列させたインク吐出ヘッドと紙などの記録媒体とを相対的に移動させながら、ノズルから記録媒体に向けてインクを吐出することにより、記録媒体上に画像を形成するようにした画像形成装置が知られている。

このような画像形成装置に搭載するインク吐出ヘッドとしては、ノズルに連通した圧力室にインクを供給し、この圧力室の外側に振動板を介して取り付けられた圧電素子に対して画像データに応じた駆動信号を与えることにより、圧力室の容積を変化させて、圧力室内のインクをノズルから吐出するようにしたピエゾ方式のインク吐出ヘッドが知られている。

一方で、ユニモルフ型の圧電素子を搭載したインク吐出ヘッドにおいて、圧力室（個別液室）の内壁の一部を振動板を有する振動部として形成し、この振動部上の圧力室側に圧電素子を配置したものが知られている（特許文献１）。振動板の厚み精度を確保するため、ＳＯＩ（silicon on insulator）基板のＳＯＩ層厚で振動板厚を決定することも記載されている。
特開２００４−２３７６７６号公報

しかし、従来のインク吐出ヘッドは、図１０に示すように、圧電素子６０が振動板５６への固定面（底面）を除いて上面及び側面が耐インク性のある薄いパッシベーション膜（保護膜）９６４を介するなどして圧力室５２内の液体に接する。したがって、圧電素子６０の上面の動き９１による圧力室５２の容積の変化と圧電素子６０の側面の動き９２による圧力室５２の容積の変化とが相反してしまい、圧電素子６０に印加された電圧に対して圧力室５２の容積を効率よく変化させることができず、ノズル５１からインクを効率良く吐出できないという課題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、圧力室の容積が効率よく変化して液体を効率よく吐出することができる液体吐出ヘッド、その製造方法、及び、画像形成装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、液体を吐出する吐出口に連通する圧力室と、前記圧力室内に配置され、所定の駆動により変形するアクチュエータと、前記アクチュエータを保持する保持部材と、前記アクチュエータの前記保持部材に保持されている面を底面とした場合に、前記アクチュエータの上面を前記圧力室内の液体に接液させる一方で、前記圧力室内の液体を前記アクチュエータの側面から遮断する遮断部材とを備えたことを特徴とする液体吐出ヘッドを提供する。

これによれば、アクチュエータの上面が圧力室内の液体に接液してアクチュエータの上面の動きが圧力室の容積の変化に寄与する一方で、圧力室内の液体がアクチュエータの側面から遮断されるのでアクチュエータの側面の動きにより圧力室の容積の変化が減少することがなくなり、アクチュエータの駆動に対して圧力室の容積が効率よく変化し、液体が効率よく吐出することになる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記遮断部材は、前記アクチュエータの側面を覆い、前記アクチュエータの側面の動きに応じて変形することを特徴とする液体吐出ヘッドを提供する。

これによれば、アクチュエータの側面を覆う遮断部材により、圧力室内の液体がアクチュエータの側面から遮断されて、アクチュエータの駆動に対して圧力室の容積が効率よく変化する。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記遮断部材と前記アクチュエータの側面との間に空間が形成されており、該空間により前記アクチュエータの側面の動きが前記圧力室の容積の変化に寄与することなく吸収されることを特徴とする液体吐出ヘッドを提供する。

これによれば、遮断部材とアクチュエータの側面との間に形成された空間によりアクチュエータの側面の動きが吸収され、アクチュエータの駆動に対して圧力室の容積が効率よく変化する。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、前記遮断部材は、前記圧力室の隔壁によって構成されていることを特徴とする液体吐出ヘッドを提供する。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記アクチュエータの上面の少なくとも外周部と前記隔壁との間がシールされていることを特徴とする液体吐出ヘッドを提供する。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、前記保持部材は、前記アクチュエータの厚み方向と直交する方向の動きによって前記アクチュエータの厚み方向に振動する振動板であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の液体吐出ヘッドを提供する。

これによれば、アクチュエータの厚み方向と直交する方向の動きによって振動板がアクチュエータの厚み方向に振動し、このような振動板の振動に応じてアクチュエータの上面により圧力室の容積が変化するので、アクチュエータに対する駆動に対して圧力室の容積が効率よく変化し、液体が効率よく吐出することになる。

請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明において、請求項１乃至６のいずれかに記載の液体吐出ヘッドを備え、該液体吐出ヘッドと所定の記録媒体とを相対的に移動させて該記録媒体に画像を形成することを特徴とする画像形成装置を提供する。

請求項８に記載の発明は、液体を吐出する吐出口に連通する圧力室と、所定の駆動により変形するアクチュエータと、前記アクチュエータを保持する保持部材とを備えた液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記保持部材上に前記アクチュエータを配置する工程と、前記アクチュエータの前記保持部材に保持されている面を底面とした場合に、前記アクチュエータの上面を前記圧力室内に配置させるとともに、前記圧力室内の液体を前記アクチュエータの側面から遮断する隔壁を形成する工程とを含むことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法を提供する。

本発明によれば、圧力室の容積が効率よく変化して液体を効率よく吐出することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。

［画像形成装置の全体構成例］
図１は、本発明に係る画像形成装置の全体構成の一例を示す全体構成図である。

図１において、画像形成装置１０は、インクの色毎に設けられた複数のインク吐出ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙを有するインク吐出部１２と、各インク吐出ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部１４と、記録紙１６を供給する給紙部１８と、記録紙１６のカールを除去するデカール処理部２０と、インク吐出部１２のノズル面（インク吐出面）に対向して配置され、記録紙１６の平面性を保持しながら記録紙１６を搬送する吸着ベルト搬送部２２と、インク吐出部１２によるプリント結果を読み取るプリント検出部２４と、プリント済みの記録紙を外部に排出する排紙部２６とを備えている。

なお、図１では、給紙部１８の一例としてロール紙（連続用紙）を給紙するものを示しているが、予めカットされているカット紙を給紙するものを用いてもよい。ロール紙を使用する装置構成の場合、図１のように、裁断用のカッタ２８が設けられる。カッタ２８は、固定刃２８Ａと、この固定刃２８Ａに沿って移動する丸刃２８Ｂとから構成されている。給紙部１８から送り出される記録紙１６は一般に巻き癖が残りカールする。このカールを除去するために、デカール処理部２０において巻き癖方向と逆方向に加熱ドラム３０で記録紙１６に熱を与える。デカール処理後、カットされた記録紙１６は、吸着ベルト搬送部２２へと送られる。

吸着ベルト搬送部２２は、ローラ３１、３２間に無端状のベルト３３が巻き掛けられた構造を有し、少なくともインク吐出部１２のノズル面及びプリント検出部２４のセンサ面に対向する部分が平面（フラット面）をなすように構成されている。ベルト３３は、記録紙１６幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引孔（図示省略）が形成されている。図１に示したとおり、ローラ３１、３２間に掛け渡されたベルト３３の内側においてインク吐出部１２のノズル面及びプリント検出部２４のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバ３４が設けられており、この吸着チャンバ３４をファン３５で吸引して負圧にすることによってベルト上の記録紙１６が吸着保持される。ベルト３３が巻かれているローラ３１、３２の少なくとも一方にモータ（図示省略）の動力が伝達されることにより、ベルト３３は図１において、時計回り方向に駆動され、ベルト３３上に保持された記録紙１６は、図１の左から右へと搬送される。なお、縁無しプリント等を形成するとベルト３３上にもインクが付着するので、ベルト３３の外側の所定位置（プリント領域以外の適当な位置）にベルト清掃部３６が設けられている。吸着ベルト搬送部２２により形成される用紙搬送路上においてインク吐出部１２の上流側には、加熱ファン４０が設けられている。加熱ファン４０は、プリント前の記録紙１６に加熱空気を吹きつけ、記録紙１６を加熱する。プリント直前に記録紙１６を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。

インク吐出図１２は、最大紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドを紙搬送方向（副走査方向）と直交する方向（主走査方向）に配置したフルライン型のヘッドとなっている。具体的には、各インク吐出ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙは、本画像形成装置１０が対象とする最大サイズの記録紙１６の少なくとも一辺を超える長さにわたってノズル（吐出口）が複数配列されている。

記録紙１６の搬送方向（紙搬送方向）に沿って、上流側（図１の左側）から黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロ（Ｙ）の順に各色インクに対応したインク吐出ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙが配置されている。記録紙１６を搬送しつつ各インク吐出ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ，１２Ｙからそれぞれ色インクを吐出することにより記録紙１６上にカラー画像を形成し得る。このように、紙幅の全域をカバーするフルラインヘッドがインク色毎に設けられてなるインク吐出部１２によれば、紙搬送方向（副走査方向）について記録紙１６とインク吐出部１２を相対的に移動させる動作を一回行うだけで（すなわち、一回の副走査で）記録紙１６の全面に画像を記録することができる。これにより、インク吐出ヘッドが紙搬送方向と直交する方向（主走査方向）に往復動作するシャトル型ヘッドに比べて高速プリントが可能であり、生産性を向上させることができる。

なお、ここで主走査方向及び副走査方向とは、次に言うような意味で用いている。すなわち、記録紙の全幅に対応したノズル列を有するフルラインヘッドで、ノズルを駆動する時、（１）全ノズルを同時に駆動するか、（２）ノズルを片方から他方に向かって順次駆動するか、（３）ノズルをブロックに分割して、ブロックごとに片方から他方に向かって順次駆動するか、等のいずれかのノズルの駆動が行われ、用紙の幅方向（記録紙の搬送方向と直交する方向）に１ライン（１列のドットによるライン又は複数列のドットから成るライン）のプリントをするようなノズルの駆動を主走査と定義する。そして、この主走査によって記録される１ライン（帯状領域の長手方向）の示す方向を主走査方向という。

一方、上述したフルラインヘッドと記録紙とを相対移動することによって、上述した主走査で形成された１ライン（１列のドットによるライン又は複数列のドットからなるライン）のプリントを繰り返し行うことを副走査と定義する。そして、副走査を行う方向を副走査方向という。結局、記録紙の搬送方向が副走査方向であり、それに直交する方向が主走査方向ということになる。

また、本実施形態では、ＫＣＭＹの標準色（４色）の構成を例示したが、インクの色数や色の組み合わせについては本実施形態に示す例には限定されず、必要に応じて淡インク、濃インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタ等のライト系インクを吐出するインク吐出ヘッドを追加する構成も可能である。

図１に示したように、インク貯蔵／装填部１４は、各インク吐出ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙに対応する色のインクを貯蔵するタンクを有し、各タンクは図示を省略した管路を介して各インク吐出ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙと連通されている。

プリント検出部２４は、インク吐出部１２の打滴結果を撮像するためのイメージセンサ（ラインセンサ等）を含み、該イメージセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まりその他の吐出不良をチェックする手段として機能する。

プリント検出部２４の後段には、後乾燥部４２が設けられている。後乾燥部４２は、プリントされた画像面を乾燥させる手段であり、例えば加熱ファンが用いられる。後乾燥部４２の後段には、加熱・加圧部４４が設けられている。加熱・加圧部４４は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラ４５で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。生成されたプリント物は、排紙部２６から排出される。このインクジェット記録装置１０では、本画像のプリント物と、テストプリントのプリント物とを選別してそれぞれの排出部２６Ａ、２６Ｂへと送るために排紙経路を切り換える選別手段（図示省略）が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテストプリントとを同時に並列に形成する場合は、カッタ（第２のカッタ）４８によってテストプリントの部分を切り離す。カッタ４８は、排紙部２６の直前に設けられており、画像余白部にテストプリントを行った場合に、本画像とテストプリント部を切断するものである。カッタ４８の構造は、前述した第１のカッタ２８と同様であり、固定刃４８Ａと丸刃４８Ｂとから構成されている。また、図示を省略したが、本画像の排出部２６Ａには、オーダ別に画像を集積するソータが設けられている。

なお、図１においてインク色毎に設けられている各インク吐出ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙの構造は共通しているので、以下、これらを代表して符号５０によってインク吐出ヘッドを表すものとし、また、実施形態ごとに符号５０ａ、５０ｂ、５０ｃと区別して表すものとする。

［インク吐出ヘッドの構造］
本発明に係る第１実施形態のインク吐出ヘッド５０ａの構造について、図２、図３及び図４を用いて説明する。

図２は、本実施形態のインク吐出ヘッド５０ａのその一部について簡略化して示す平面透視図である。図２の３−３線に沿った断面図を図３に示し、４−４線に沿った断面図を図４に示す。３−３線は主走査方向に沿った線であり、４−４線は副走査方向に沿った線である。

図２において、インク吐出ヘッド５０ａには、インクを吐出するノズル５１と、ノズル５１に連通してノズル５１からインクが吐出される際にインクに圧力を付与する圧力室５２とを含んでなる複数の圧力室ユニット５４が、２次元配列（又は１次元配列）されている。すなわち、複数のノズル５１が２次元配列（又は１次元配列）され、複数の圧力室５２も同様に２次元配列（又は１次元配列）されている。なお、図２において、各圧力室５２を上方から見た場合に、その平面形状は略正方形状をしているが、圧力室５２の形状は、このような正方形状には特に限定されない。

なお、図２において、符号６２は後述の圧電アクチュエータの一部を構成している一方の電極であり、他方の電極については図示が省略されている。各電極に繋がっている配線にはそれぞれ符号６２１及び６１１を付してある。これらの電極及び配線については後述する。

図３及び図４において、ノズルプレート５１０は、複数のノズル５１が形成されている板状部材である。圧力室プレート５２０は、複数の圧力室５２が形成されている板状部材である。圧力室プレート５２０を構成している隔壁６６により、圧力室５２同士は互いに隔離されている。

本実施形態の圧電アクチュエータ６３は、ユニモルフ型であり、主として単板の圧電素子６０と、圧電素子６０の厚み方向において圧電素子６０の両側に形成されている電極（下部電極６１及び上部電極６２）とによって構成されている。

本明細書において「圧電素子」は、「電歪素子」と呼ばれるものを含む。圧電素子６０の材料としては、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、チタン酸バリウム、リラクサ系材料がある。

電極６１、６２の材料としては、金属や導電性金属酸化物が用いられる。

なお、図２では、下部電極６１が複数の圧電素子６０に共通のものとして形成されている場合を示しているが、このように共通に形成されている例に特に限定されず、圧電素子６０ごとに個別に形成されていてもよい。

圧電素子６０及び電極６１、６２からなる圧電アクチュエータ６３は、振動板５６によって保持されている。具体的には、圧電アクチュエータ６３の一方の面（底面）が振動板５６に固着されている。すなわち、圧電アクチュエータ６３は、振動板５６を介して基板５５０（支持部材）に支持されている。

圧電素子６０は、特定の方向に分極されており、電極６１、６２に与えられた電界に応じて歪み（「変位」ともいう）を生じる。圧電素子６０は、具体的には、圧電素子６０の厚み方向（「縦方向」ともいう）に分極されており、下部電極６１と上部電極６２との間に所定の印加電圧が与えられると、電極６１、６２間の縦方向の電界に応じて歪みが生じ、このような歪みにより圧力室５２の容積が変化する。

以下、圧電素子６０に生じる圧電素子６０の厚み方向の変位を「縦方向の変位」と称し、圧電素子６０の厚み方向とは直交する方向の変位を「横方向の変位」と称する。

第１実施形態のインク吐出ヘッド５０ａにおいて、隔壁６６は、各圧電素子６０の側面を覆い、圧電素子６０の横方向の変位に応じて横方向に伸縮する程度の弾性を有し、圧力室５２内のインクを圧電素子６０の側面から遮断する遮断部材を構成している。このような隔壁６６の材料としては、圧電素子６０よりも剛性の低い材料を用いる。例えば、セラミックスのＰＺＴからなる圧電素子６０に対して、樹脂からなる隔壁６６を用いる。

このような隔壁６６により、圧電アクチュエータ６３の振動板５６に保持されている面を底面とした場合に、圧電アクチュエータ６３の上面が圧力室５２内のインクに接液されて圧電アクチュエータ６３の上面の動きが圧力室５２の容積の変化に寄与する一方で、圧電アクチュエータ６３の側面の動きにより圧力室５２の容積の変化が減少しないように圧力室５２内のインクが圧電アクチュエータ６３の側面から遮断される。

振動板５６は、圧電素子６０の歪みにより発生する応力により振動する。具体的には、圧電素子６０の横方向の変位により主として縦方向に振動する。このような振動板５６に圧電アクチュエータ６３が保持されていることにより、圧電アクチュエータ６３の上面にインクが接液する圧力室５２は、その容積が効率良く変化することになる。

圧電アクチュエータ６３の上面には、圧電アクチュエータ６３がインクに接液しないように保護する保護膜６４が形成されている。このような保護膜６４は、例えば樹脂により形成されている。隔壁６６と同じ樹脂を用いてもよい。

また、圧電アクチュエータ６３の上部電極６２は、図４に示すように絶縁層６５により下部電極６１から絶縁されている。

圧電アクチュエータ６３の下部電極６１及び上部電極６２からは図２に示されるようにそれぞれ配線６２１、６２２が延在して設けられている。下部電極６１は接地され、上部電極６２には画像形成に用いる画像データに応じた印加電圧（駆動信号）が与えられる。なお、電極配線６１１、６２１の形状や配置は図２に示したものに特に限定されない。

また、インク吐出ヘッド５０ａに対して図１のインク貯蔵・装填部１４から与えられるインクは、複数の圧力室５２に対して供給される。複数の圧力室５２に対してインクを供給するための流路は、図２〜図４において図示が省略されているが、例えば、複数の圧力室５２に共通のインク流路を基板５５０に設け、その共通のインク流路から各圧力室５２へ至る個別のインク流路を振動板５６及び隔壁６６に設ける。このような例とは異なる別の流路構造としてもよい。

図５及び図６は、圧電素子６０への印加電圧に対応する圧電素子６０の変位及び圧力室５２の容積の変化について説明するための説明図である。なお、図５及び図６において、図２〜図４に示した電極（下部電極６１、上部電極６２）は、説明を簡略化して本発明の理解を容易にするため、図示を省略してある。

ここで、圧電素子６０に印加される電圧（図２〜図４に示した電極６１、６２間に印加される電圧である）をＶとし、圧電素子６０のｘ，ｙ，ｚ軸方向にそれぞれ沿った寸法をｌ，ｍ，ｎとし、圧電素子６０のｘ，ｙ，ｚ軸方向にそれぞれ沿った変位量をａ，ｂ，ｃとしたとき、これらの印加電圧Ｖ、圧電素子６０の寸法量ｌ，ｍ，ｎ、及び、圧電素子６０の変位量ａ，ｂ，ｃの関係は下記の、数１、数２、数３で表される。

［数１］
ｃ／ｎ＝ｄ_３３×Ｖ／ｎ
［数２］
ｂ／ｍ＝ｄ_３１×Ｖ／ｎ
［数３］
ａ／ｌ＝ｄ_３１×Ｖ／ｎ
ここで、ｄ_３３は、いわゆる「３３」方向の圧電歪定数であり、ｄ_３１は、いわゆる「３１」方向の圧電歪定数である。圧電素子６０の分極処理した軸は「３」で表され、この軸に直交する軸は「１」で表される。具体的には、分極処理方向（縦方向）と同じ方向に電界［Ｖ／ｍ］を印加した場合における「縦方向」の変位割合がｄ_３３であり、「横方向」（圧電素子６０の厚み方向に直交な方向）の変位割合がｄ_３１である。

本発明において圧電素子６０は、圧力室５２内に配置され、また、圧電素子６０の縦方向（「３３」方向）の変位による圧力室５２の容積の変化と圧電素子６０の横方向（「３１」方向）の変位による圧力室５２の容積の変化とは相反することがなくキャンセルは生じない。ここで、圧電素子６０の縦方向の変位のみにより圧力室５２の容積が変化するものとすると、圧電素子６０に電圧Ｖが印加されているときの圧力室５２内の流体（インク）の排除体積は、下記の数４のVol_３３で表される。

［数４］
Vol_３３＝ｃｌｍ＝ｄ_３３×ｌｍＶ
一方で、従来技術のようにもしも圧電素子６０の上面だけでなく側面が圧力室５２内のインクに接液している場合、圧電素子６０の縦方向の変位による圧力室５２の容積の変化が、圧電素子６０の横方向の変位によりキャンセルされてしまう。したがって、従来技術において、圧電素子６０に電圧Ｖが印加されているときの圧力室５２内の流体の排除体積は、下記の数５のVol_{３３＋３１}で表される。

［数５］
Vol_{３３＋３１}＝ａｍｎ＋ｂｎｌ＋ｃｌｍ＝（ｄ_３３＋２×ｄ_３１）・ｌｍＶ
ここで、変位特性のかなり高い圧電素子の代表的な圧電歪定数として、ｄ_３３＝６００［ｐｍ／Ｖ］、及び、ｄ_３１＝―２５０［ｐｍ／Ｖ］、を代入すると、本発明における液体の排除体積Vol_３３及び従来技術における液体の排除体積Vol_{３３＋３１}は、数６及び数７で表される。

［数６］
Vol_３３＝６００×ｌｍＶ［ｐｍ／Ｖ］
［数７］
Vol_{３３＋３１}＝（６００−２×２５０）×ｌｍＶ＝１００×ｌｍＶ［ｐｍ／Ｖ］
このような場合、本実施形態のインク吐出ヘッド５０における排除体積Vol_３３は、従来技術のインク吐出ヘッドにおける排除体積Vol_{３３＋３１}と比較して、略６倍になる。

前述の数式を図１０に示す従来技術のインク吐出ヘッドに当てはめてみる。圧電素子６０の上面の変位量は数１における「ｃ」に相当するので、「ｃ＝ｄ_３３×Ｖ」である。また、圧電素子６０の側面の変位量は数３における「ａ」に相当するので、「ａ／ｌ＝ｄ_３１×Ｖ／ｎ」である。ここで、「ｌ」は圧電素子６０の長手方向の長さであり、「ｎ」は圧電素子６０の高さである。したがって、図１０に示す従来のインク吐出ヘッドでは、数５により圧力室５２の総変位体積は「（ｄ_３３＋２×ｄ_３１）×電圧Ｖ×上面面積」である。すなわち、本実施形態のインク吐出ヘッド５０と比較して、「２×ｄ_３１×電圧Ｖ×上面面積」だけインクの吐出においてロスがあったことになる。図１０に示す従来の液体吐出ヘッドでは、圧電素子６０の縦方向の変位を利用する際、同時に圧電素子６０の横方向の変位の影響により、圧力室５２の容積の変化がキャンセルされていた。

本実施形態のインク吐出ヘッド５０においては、図２〜図４に示すように、隔壁６６によって圧力室５２内のインクが圧電素子６０の側面から遮断されるので、従来あった圧電素子６０の縦方向の変位に基づく圧力室５２の容積変化と圧電素子６０の横方向の変位に基づく圧力室５２の容積変化とが相反することにより圧力室５２の容積変化がキャンセルされるという現象がなくなり、効率的に圧力室５２の容積が変化し、したがって、インクを効率的に吐出することが可能となる。

本実施形態の液体吐出ヘッド５０の製造処理の一例について、図７を用いて説明する。

図７（ａ）に示すように、まず、厚さ略６００μｍのＳｉ（シリコン）からなる基板５５０を用意して、この基板５５０の両面に、厚さ略０．２μｍのＳｉＯ_２層５５１、５５２を形成する。

図７（ｂ）に示すように、次に、基板５５０の一方の面に、厚さ略５μｍのＳｉからなる振動板５６を形成する。

図７（ｃ）に示すように、次に、振動板５６の上に、厚さ略０．５μｍのＰｔ（プラチナ）からなる下部電極層６１を形成する。その下部電極層６１の上に、エアロゾル法、スパッタ法、ゾルゲル法などにより厚さ略１０μｍのセラミックスのＰＺＴからなる圧電素子膜を形成して略６５０℃でアニールし、その圧電素子膜の上に、スパッタ法などにより厚さ略０．５μｍのＰｔからなる上部電極層を形成し、ドライエッチングやサウンドブラスト法によりパターニングして、圧電素子６０及び上部電極６２を形成する。圧電素子６０は、幅が略３０μｍであり、高さが略２０μｍである。

図７（ｄ）に示すように、次に、樹脂からなる層厚が略５０μｍの隔壁層６６０をスピンコート法などにより形成後、図７（ｅ）に示すように、エッチングによりパターニングして、隔壁６６を形成する。隔壁６６の幅は略１９μｍであり、流路幅（後に圧力室５２となる溝の幅）は略２５μｍにしてある。

隔壁６６の材料として用いる樹脂は、圧電素子６０よりも剛性が低く、圧電素子６０の横方向の変位に応じて変形する程度の弾性を有するものを用いる。例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂などの樹脂を用いる。

なお、圧電素子６０の露出部分（上部電極６２の上）には、厚さ略０．５μｍの樹脂からなる保護層６４を形成しておく。保護層６４の材料として用いる樹脂は、隔壁６６の材料として用いる樹脂であってもよく、異なる樹脂を用いてもよい。

図７（ｆ）に示すように、次に、ラミネート法などにより、厚さ略２０μｍのノズルプレート５１０を形成する。

図７（ｇ）に示すように、次に、ＳＯＩ基板５５０の下部のＳｉＯ_２層をパターニングし、ウェットエッチングを行い、溝５５を形成する。

さらに、ノズルプレート５１０に、ドライエッチングによりノズル５１を形成すると、図２〜図４に示されるインク吐出ヘッド５０ａが構成される。

なお、圧力室プレート５２０は、圧電アクチュエータ６３上にフォトファブリケーションで形成した場合に限定されず、あらかじめパターニングした圧力室プレート５２０を圧電アクチュエータ６３の上に設置するようにしてもよい。

次に、第２実施形態のインク吐出ヘッド５０ｂの構造について、主として図８を用いて説明する。

図８は、第２実施形態のインク吐出ヘッド５０ｂの一部について主走査方向に沿った断面を示す断面図である。なお、図２〜図４に示す第１実施形態のインク吐出ヘッド５０ａと同じ構成要素には同じ符号を付してある。

第２実施形態のインク吐出ヘッド５０ｂは、第１実施形態のインク吐出ヘッド５０ａとは異なり、隔壁６６のうちで圧電素子６０との接合部分６６１は、圧電素子６０よりも高さが低い。一方で、保護層６４１は、隔壁６６の接合部分６６１と圧電素子６０との高さの差分を、覆っている。すなわち、隔壁６６の接合部分６６１と保護層６４１とにより共同して圧電素子６０の側面が覆われている。これにより、圧力室５２内のインクが圧電素子６０の側面から遮断される。

なお、保護膜６４１は、圧電アクチュエータ６３の上部電極６２を圧力室５２内のインクとの接液から保護するのみでなく、圧電アクチュエータ６３の上面の外周部（エッジ）と隔壁６６との間にインクが入り込まないようにシールしている。

また、第２実施形態のインク吐出ヘッド５０ｂでは、圧電素子６０の側面の横方向の変位については、隔壁６６が横方向に自在に変形し、圧電素子６０の縦方向の変位については、隔壁６６の抵抗をできる限り少なくして圧電素子６０を縦方向に自在に変位させる。

図９は、第３実施形態のインク吐出ヘッド５０ｃの一部について主走査方向に沿った断面を示す断面図である。なお、図２〜図４に示す第１実施形態のインク吐出ヘッド５０ａと同じ構成要素には同じ符号を付してある。

第３実施形態のインク吐出ヘッド５０ｃは、第１実施形態のインク吐出ヘッド５０ａとは異なり、隔壁６６と圧電素子６０の側面との間に空間６７が形成されており、この空間６７により圧電素子６０の側面の動きが圧力室５２の容積の変化に寄与することなく吸収される。

保護膜６４は、圧電アクチュエータ６３の上部電極６２を圧力室５２内のインクとの接液から保護するのみでなく、圧電アクチュエータ６３の上面の外周部（エッジ）と隔壁６６との間にインクが入り込まないようにシールしており、これにより空間６７にもインクが入り込まないことになる。

なお、以上説明した各実施形態では、保護層６４、６４１を設けて圧電アクチュエータ６３の電極６２等を圧力室５２内のインクとの接液から保護した場合を例に説明したが、圧電アクチュエータ６３を構成する電極や圧電素子と使用されるインクとの関係で接液に対する保護が必要ない場合には、保護層６４、６４１を設けない場合もある。ただし、図９に示す第３実施形態のように、隔壁６６と圧電素子６０との間に空間６７を設ける場合には、圧電アクチュエータ６３の接液対策とは関係なく、空間６７にインクが入らないように保護する必要がある。

また、圧力室５２内のインクを圧電アクチュエータ６３の側面から遮断する部材（遮断部材）として、圧力室５２同士を離隔する隔壁６６を用いた場合を例に説明したが、本発明は、隔壁６６を遮断部材として用いないで隔壁６６とは別個に遮断部材を設ける場合を含む。

また、振動板５６を圧電アクチュエータ６３の一方の電極（共通電極）として用いてもよい。

また、圧電アクチュエータ６３を保持する部材（保持部材）として振動板５６を用いた場合を例に説明したが、本発明は、振動板５６以外の部材が圧電アクチュエータ６３を保持する場合を含む。例えば、振動板５６を設けないでＳＩＯ基板に圧電アクチュエータ６３を直接取り付ける場合を含む。

その他、本発明は、実施形態において説明した例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の設計変更や改良を行ってもよいのはもちろんである。

本発明に係る液体吐出ヘッドを備えた画像形成装置の全体構成の一例を示す全体構成図である。 本発明に係る液体吐出ヘッドの例の一部分を示す平面透視図である。 第１実施形態の液体吐出ヘッドを示す図２の３−３線に沿った断面図である。 第１実施形態の液体吐出ヘッドを示す図２の４−４線に沿った断面図である。 圧電素子の変位の説明に用いる説明図である。 圧力室の容積の変化の説明に用いる説明図である。 第１実施形態の液体吐出ヘッドの製造処理例の説明に用いる説明図である。 第２実施形態の液体吐出ヘッドを示す断面図である。 第３実施形態の液体吐出ヘッドを示す断面図である。 従来の液体吐出ヘッドの圧力室の容積の変化の説明に用いる説明図である。

符号の説明

１０…画像形成装置、１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙ、５０…インク吐出ヘッド、５１…ノズル（吐出口）、５２…圧力室、５６…振動板（保持部材）、６０…圧電素子、６１、６２…電極、６３…圧電アクチュエータ、６４…保護膜、６５…絶縁層、６６…隔壁（遮断部材）、５１０…ノズルプレート、５２０…圧力室プレート、５５０…基板、６１１、６２１…配線

Claims (8)

1. 液体を吐出する吐出口に連通する圧力室と、
   前記圧力室内に配置され、所定の駆動により変形するアクチュエータと、
   前記アクチュエータを保持する保持部材と、
   前記アクチュエータの前記保持部材に保持されている面を底面とした場合に、前記アクチュエータの上面を前記圧力室内の液体に接液させる一方で、前記圧力室内の液体を前記アクチュエータの側面から遮断する遮断部材と、
   を備えたことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記遮断部材は、前記アクチュエータの側面を覆い、前記アクチュエータの側面の動きに応じて変形す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. 前記遮断部材と前記アクチュエータの側面との間に空間が形成されており、該空間により前記アクチュエータの側面の動きが前記圧力室の容積の変化に寄与することなく吸収されることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記遮断部材は、前記圧力室の隔壁によって構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記アクチュエータの上面の少なくとも外周部と前記隔壁との間がシールされていることを特徴とする請求項４に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記保持部材は、前記アクチュエータの厚み方向と直交する方向の動きによって前記アクチュエータの厚み方向に振動する振動板であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の液体吐出ヘッドを備え、該液体吐出ヘッドと所定の記録媒体とを相対的に移動させて該記録媒体に画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
8. 液体を吐出する吐出口に連通する圧力室と、所定の駆動により変形するアクチュエータと、前記アクチュエータを保持する保持部材とを備えた液体吐出ヘッドの製造方法であって、
   前記保持部材上に前記アクチュエータを配置する工程と、
   前記アクチュエータの前記保持部材に保持されている面を底面とした場合に、前記アクチュエータの上面を前記圧力室内に配置させるとともに、前記圧力室内の液体を前記アクチュエータの側面から遮断する隔壁を形成する工程と、
   を含むことを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
   
   

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