JP2015168177A - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】分極境界Ｂの位置Ｂｚを側壁３の高さの１／２よりも上方に設置して吐出チャンネル２ａの容積変化量を最適化する。【解決手段】液体噴射ヘッド１は、チャンネル２とチャンネル２の間に設置され、分極方向が互いに異なる２つの圧電材料が分極境界Ｂを挟んで高さ方向に積層される側壁と、側壁の上端に固定されチャンネル２の上部に設置される上部材４と、側壁３の下端に固定されチャンネル２の下部に設置される下部材５と、側壁３の壁面に設置される電極６とを備え、分極境界Ｂは、側壁３の高さの１／２よりも上方に位置し、電極６は、壁面の上端から、分極境界Ｂの近傍又は分極境界Ｂよりも下方であり壁面の下端よりも上方に設置される。【選択図】図１

Description

本発明は、被記録媒体に液滴を噴射して記録する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関する。

近年、記録紙等にインク滴を吐出して文字や図形を記録する、或いは素子基板の表面に液体材料を吐出して機能性薄膜を形成するインクジェット方式の液体噴射ヘッドが利用されている。この方式は、インクや液体材料などの液体を液体タンクから供給管を介してチャンネルに導き、チャンネルに充填される液体に圧力を印加してチャンネルに連通するノズルから液滴として吐出する。液滴の吐出の際には、液体噴射ヘッドや被記録媒体を移動させて文字や図形を記録する、或いは所定形状の機能性薄膜や三次元構造を形成する。

図６は、特許文献１に記載される液体噴射装置の噴射チャンネル１１３の断面模式図である。液体噴射装置は、圧電材料からなるアクチュエータ基板１００と、ノズルプレート１４０と、マニホールド部材１３２とが積層されるサイドシュート型である。アクチュエータ基板１００は圧電材料から成り、マニホールド部材１３２は合成樹脂から成る。アクチュエータ基板１００にはその厚さ方向に貫通する細長い溝形状の噴射チャンネル１１３が複数形成され、隣接する噴射チャンネル１１３は側壁１１７により隔てられる。側壁１１７の壁面には全面に駆動電極１１９が形成される。アクチュエータ基板１００の上部端面には図示しない給電線のパターンが設けられ、その一端は壁面の駆動電極１１９に電気的に接続され、他端は制御回路に接続される。マニホールド部材１３２は、噴射チャンネル１１３に液体を供給する図示しないマニホールド流路と、マニホールド流路から分岐する複数のインク流路１３４を備える。マニホールド部材１３２には各インク流路１３４が各噴射チャンネル１１３にそれぞれ対応してアクチュエータ基板１００の上部端面に接着剤１３８を介して接合される。ノズルプレート１４０は、噴射チャンネル１１３に連通するノズルを備え、アクチュエータ基板１００の下部端面に接合される。

アクチュエータ基板１００の側壁１１７はアクチュエータ基板１００の厚さ方向に一様に分極（Ｐ）される。駆動すべき噴射チャンネル１１３ａの駆動電極１１９ｃと１１９ｄに電圧が印加され、噴射チャンネル１１３ａに隣接する２つの噴射チャンネル１１３の駆動電極１１９ｂと１１９ｅが接地されると、駆動すべき噴射チャンネル１１３ａの両側壁１１７ａ、１１７ｄは厚みすべり変形して噴射チャンネル１１３ａの容積が増加する方向に変形する。マニホールド部材１３２の側壁１３７は噴射チャンネル１１３の側壁１１７の変形に従動して変形し、インク流路１３４の容積が増加する方向に変形する。このため、液体は図示しないマニホールド流路から噴射チャンネル１１３に引き込まれる。次に、噴射チャンネル１１３ａの駆動電極１１９ｃ、１１９ｄに印加する電圧を（０）Ｖに戻し、噴射チャンネル１１３ａの両側壁１１７ａ、１１７ｄを変形前に戻す。このとき、液体に比較的大きな圧力が加わり、ノズル１１８ａから液滴が噴射される。

特許文献２には、厚みの薄い圧電セラミック板と厚みの厚い圧電セラミック板とを接着層を介して貼り合わせる貼付構造体が記載される。厚みの厚い圧電セラミック板と厚みの薄い圧電セラミック板とを基板面に垂直方向に分極処理を施し、分極方向を反対向きにして２枚の圧電セラミック板を接着剤を介して貼り合わせ、貼付構造体（積層圧電体基板）を得る。その際、厚みの薄い圧電セラミック板の接着面とは反対側の表面の粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で１μｍ以下とし、貼付構造体の反りやうねりを低減させる。そして、厚みの薄い圧電セラミック板の側から厚みの厚い圧電セラミック板の途中の深さまで切削し、貼付構造体の上面に側壁により隔てられる複数の溝を並列に形成する。蒸着法やスパッタリング法を用いて側壁の壁面の全面と溝の底面に側壁駆動用の電極を形成し、貼付構造体の頂面に液体供給路を備える天板を貼り合わせ、貼付構造体の端面にノズルを備えるノズル板を貼り合わせて液体噴射ヘッドを構成する。側壁の両壁面に設置される電極に駆動信号が印加されると側壁が変形し、溝に充填される液体に圧力が印加されて、溝に連通するノズルから液滴が噴射される。

特許文献３〜８には、上記特許文献２に記載される溝及び側壁と同様の構造を有する液体噴射ヘッドが記載される。即ち、互いに反対方向に分極される２枚の圧電体基板が貼り合わされる積層圧電体基板を形成し、この積層圧電体基板に側壁により隔てられる溝を複数並列に形成する。各溝を構成する側壁の壁面全面に駆動用の電極が形成され、この駆動用の電極に駆動信号が印加されて側壁が変形し、溝に充填される液体に圧力が印加され、溝に連通するノズルから液滴が噴射される。

特許文献９には、一方向に分極される圧電体基板の表面に側壁により隔てられる溝を複数並列に形成し、側壁の壁面の上半部に駆動用の電極を設置する噴射チャンネルが記載される。駆動用の電極に駆動信号が印加されると側壁の上半分が厚みすべり変形し、溝に充填される液体に圧力が印加されて、溝に連通するノズルから液滴が噴射される。

特開２００１−８８２９５号公報 特開２００３−１１０１５９号公報 特開２００９−１１９７８８号公報 特開２００９−１７８９５９号公報 特開２００９−２０２４５５号公報 特開２０１２−１１１１３０号公報 特開２０１２−１８７８６３号公報 特表２００２−５０５９７２号公報 特表２００３−５０７２１３号公報

特許文献１に記載の液体噴射装置では、隣接する噴射チャンネル１１３は、一様に分極処理が施される側壁１１７により隔てられる。側壁１１７の壁面には全面に駆動電極１１９が形成される。特許文献２〜８に記載の液体噴射ヘッドでは、噴射チャンネルを構成する側壁は、分極方向の異なる圧電材料が積層され、側壁の壁面には全面に駆動用の電極が形成される。側壁の壁面の全面に電極を形成する方法としてメッキ法が挙げられる。しかし、メッキ法によって形成する電極は、側壁の壁面の他に溝の底面にも堆積する。吐出チャンネルと非吐出チャンネルを交互に配置し、全吐出チャンネルから一時に液滴を吐出する１サイクル駆動を行うためには、２つの壁面の電極を電気的に分離する必要がある。そのため、製造工程が複雑で工数が増加する。

一方、特許文献９に記載の噴射チャンネルでは、側壁の壁面の上半分に電極が形成される。金属材料等の導電材を斜め蒸着法により堆積すれば、溝の底面に導電材を堆積することなく、溝を挟んで対向する２つの壁面に電気的に分離する電極を容易に形成することができる。そのため、２つの壁面に堆積する電極を電気的に分離する電極分離工程を必要としない。しかし、噴射チャンネルによる記録の高密度化の要求に伴い、噴射チャンネルを構成する溝の溝幅が狭小化している。斜め蒸着法では、溝幅が狭くなるに従い壁面の深さ方向に導電材を堆積するのに長時間要し、生産性が低下する。

本発明の液体噴射ヘッドは、チャンネルとチャンネルの間に設置され、分極方向が互いに異なる２つの圧電材料が分極境界を挟んで高さ方向に積層される側壁と、前記側壁の上端に固定され前記チャンネルの上部に設置される上部材と、前記側壁の下端に固定され前記チャンネルの下部に設置される下部材と、前記側壁の壁面に設置される電極と、を備え、前記分極境界は、前記側壁の高さの１／２よりも上方に位置し、前記電極は、前記壁面の上端から、前記分極境界の近傍又は前記分極境界よりも下方であり前記壁面の下端よりも上方に設置されることとした。

また、前記チャンネルは、液滴を吐出する吐出チャンネルと液滴を吐出しない非吐出チャンネルとを備え、前記側壁は、前記吐出チャンネルと前記非吐出チャンネルの間に設置され、前記電極は、前記非吐出チャンネルに面する前記壁面に設置される個別電極と、前記吐出チャンネルに面する前記壁面に設置される共通電極とを含み、前記個別電極は、前記非吐出チャンネルの前記壁面の上端から、前記分極境界又は前記分極境界よりも下方であり前記非吐出チャンネルの前記壁面の下端よりも上方に設置されることとした。

また、前記上部材は前記下部材よりも機械的強度が低いこととした。

また、前記上部材は液滴を吐出するノズルが形成されるノズルプレートであり、前記下部材はカバープレートであることとした。

また、前記上部材はカバープレートであり、前記下部材は前記圧電材料から成ることとした。

また、前記電極は斜め蒸着法により形成される導電材からなることとした。

本発明の液体噴射装置は、上記の液体噴射ヘッドと、前記液体噴射ヘッドと被記録媒体とを相対的に移動させる移動機構と、前記液体噴射ヘッドに液体を供給する液体供給管と、前記液体供給管に前記液体を供給する液体タンクと、を備えることとした。

本発明による液体噴射ヘッドは、チャンネルとチャンネルの間に設置され、分極方向が互いに異なる２つの圧電材料が分極境界を挟んで高さ方向に積層される側壁と、側壁の上端に固定されチャンネルの上部に設置される上部材と、側壁の下端に固定されチャンネルの下部に設置される下部材と、側壁の壁面に設置される電極と、を備え、分極境界は、側壁の高さの１／２よりも上方に位置し、電極は、壁面の上端から、分極境界の近傍又は分極境界よりも下方であり壁面の下端よりも上方に設置される。これにより、側壁の変位量を液滴の吐出に十分なレベルとすることができる。

本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッドに適用するチャンネルの断面模式図である。 側壁の分極境界の高さと側壁の変位量の関係を説明するための図である。 本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッドの説明図である。 本発明の第三実施形態に係る液体噴射ヘッドの説明図である。 本発明の第四実施形態に係る液体噴射装置の模式的な斜視図である。 従来公知の液体噴射装置の噴射チャンネルの断面模式図である。

（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッド１に適用するチャンネルの断面模式図である。本第一実施形態は本発明の基本的な構成を表す。図１に示すように、液体噴射ヘッド１は、チャンネル２とチャンネル２の間に設置され、圧電材料から成る側壁３と、側壁３の上端に固定されチャンネル２の上部に設置される上部材４と、側壁３の下端に固定されチャンネル２の下部に設置される下部材５と、側壁３の壁面に設置される電極６とを備える。側壁３は、分極方向が互いに異なる２つの圧電材料が分極境界Ｂを挟んで高さ方向（ｚ方向）に積層される。分極境界Ｂの高さＢｚは、側壁３の高さｈのｈ／２よりも上方に位置する。電極６は、壁面の上端から、分極境界Ｂの近傍又は分極境界Ｂよりも下方であり壁面の下端よりも上方に設置される。ここで、「分極境界Ｂの近傍」とは、分極境界Ｂの位置よりもわずかに上方の位置だけでなく、分極境界Ｂの位置よりもわずかに下方の位置も含まれる（以下の記載において同じ）。

このように、分極境界Ｂの高さＢｚを側壁３の高さｈのｈ／２よりも上方に設置して、側壁３のｙ方向の変位量を液滴の吐出に十分なレベルに最適化することができる。そのため、側壁３の下方深く堆積させるのが難しい斜め蒸着法が適用でき、電極６を簡便に形成することができる。

側壁３は、圧電材料を使用し、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）セラミックスを使用することができる。側壁３は、分極境界Ｂを挟んで一方の圧電材料（上圧電体基板７ａ）が上部材４の表面の垂直方向に分極し、他方の圧電材料（下圧電体基板７ｂ）が上記一方の材料とは反対方向に分極（Ｐ）する。上部材４は、プラスチック材料、金属材料、セラミックス材料等を使用する。上部材４は、例えばノズルプレートであってもよいし、カバープレートであってもよい。上部材４がノズルプレートであるときはポリイミドフィルムやその他のプラスチック材料を使用することができる。上部材４がカバープレートである場合にはＰＺＴセラミックスや他のセラミックス材料、プラスチック材料等を使用することができる。電極６は金属材料や半導体材料からなる導電材を用い、斜め蒸着法により形成することができる。例えば、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｓｉ、Ｃ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｓｎ、Ｉｎ等を使用することができる。チャンネル２の長さは紙面奥方向に３ｍｍ〜８ｍｍ、チャンネル２の幅は３０μｍ〜１００μｍ、チャンネル２の高さｈ（側壁３の高さｈと同じ）は２５０μｍ〜４００μｍである。

具体的に説明する。チャンネル２は、液滴を吐出する吐出チャンネル２ａと液滴を吐出しない非吐出チャンネル２ｂとを備え、ｙ方向に交互に配列する。側壁３は吐出チャンネル２ａと非吐出チャンネル２ｂの間に設置される。電極６は、吐出チャンネル２ａに面する壁面に設置される共通電極６ａと、非吐出チャンネル２ｂに面する壁面に設置される個別電極６ｂとを含む。個別電極６ｂは非吐出チャンネル２ｂの壁面の上端から、分極境界Ｂ又は分極境界Ｂよりも下方であり壁面の下端よりも上方に設置される。共通電極６ａは壁面の上端から、分極境界Ｂの近傍又は分極境界Ｂよりも下方であり、側壁３の下端よりも上方に設置される。上部材４は下部材５よりも機械的強度を低くすることができる。例えば、上部材４としてポリイミドフィルムや金属薄板から成るノズルプレートを用い、下部材５としてＰＺＴセラミックスを用いることができる。なお、上部材４と下部材５が同じ材質である場合も、上部材４が薄く下部材５が厚ければ上部材４は下部材５よりも機械的強度が低くなる。

ここで、「分極境界Ｂの近傍」とする技術的な効果を説明する。本実施形態の側壁３の電極６間に電位差を設け圧電体（側壁３）に電場をかける。この場合、電場は圧電体の電極を形成した範囲だけでなく、圧電体の電極を形成していない範囲（図１における共通電極６ａの図面下側）にまで及ぶ。そこで、本実施形態では共通電極６ａの図面下側の範囲を「分極境界Ｂの近傍」とすることで、分極境界Ｂの図面上側で共通電極６ａが途切れていても、このいわゆる「漏れ電場」を利用し、共通電極６ａを形成していない共通電極６ａの図面下側まで電場がかかり側壁３を駆動することができる。

次に、このような共通電極６ａ及び個別電極６ｂは斜方蒸着法によって形成することが可能で、メッキ法に比較してコストダウンが見込める。即ち、メッキ法によれば、メッキ層の膜厚は厚く、また、例えばチャンネル２を構成する側壁３の全壁面に導電材が付着するとともに圧電体基板７のチャンネル２を有する表面とはＺ方向に反対側の表面にまでメッキによる導電材が付着する。そのため、高価な金等の電極材料の消費コストが大きい。これに対し、斜方蒸着法であれば、導電材を形成する範囲は蒸着面に限られるので、電極材料の消費コストはメッキ法に比較して安価である。

液体噴射ヘッド１は次のように駆動する。まず、吐出チャンネル２ａに液体を充填する。そして、共通電極６ａをＧＮＤの電位に設定し、吐出チャンネル２ａに隣接する２つの非吐出チャンネル２ｂの吐出チャンネル２ａ側の個別電極６ｂに駆動電圧を与える。すると、吐出チャンネル２ａを挟む２つの側壁３は厚みすべり変形して“く”の字の形状となり、吐出チャンネル２ａの容積を拡大させ、吐出チャンネル２ａに液体が引き込まれる。次に、個別電極６ｂをＧＮＤ電位に戻すと、吐出チャンネル２ａを挟む２つの側壁３は元の位置に復帰し、液体に圧力波が誘起される。この圧力波が図示しないノズルに伝達し、ノズルから液滴が吐出される。

図２は、側壁３の分極境界Ｂの高さＢｚと側壁３の変位量Δｙの関係を説明するための図である。図２（ａ）は、共通電極６ａ及び個別電極６ｂの下端を分極境界Ｂの高さＢｚよりも下方に固定し、分極境界Ｂの高さＢｚ（ｚ方向）を変化させたときの側壁３のｙ方向への変位量Δｙを表すシミュレーション結果である。図２（ｂ）は吐出チャンネル２ａの断面模式図である。Ｂｚ、ｈ、ｈ１、ｈ２は、側壁３の下端からの高さである。端子Ｔ１は吐出チャンネル２ａに面する壁面に設置される２つの共通電極６ａに電気的に接続され、端子Ｔ２は吐出チャンネル２ａを挟む２つの非吐出チャンネル２ｂの吐出チャンネル２ａ側の壁面に設置される２つの個別電極６ｂに電気的に接続される。図中の実線が端子Ｔ１と端子Ｔ２の間に電圧を印加する前の側壁３の状態を示し、破線が端子Ｔ１をＧＮＤに接続し、端子Ｔ２に電圧を印加したときの側壁３の状態を示す。図２（ａ）において、横軸が分極境界Ｂの高さＢｚであり、縦軸が側壁３のｙ方向の変位量Δｙである。変位量Δｙが大きいほど液滴の吐出効率が向上する。

ここで、共通電極６ａと個別電極６ｂの下端は分極境界Ｂの高さＢｚが最も下方となるときの高さよりも下方となる高さに固定する。上記シミュレーションでは、共通電極６ａ及び個別電極６ｂの下端を概ねｈ／２の高さに固定している。なお、上部材４はポリイミドフィルムからなるノズルプレートを用い、下部材５は上部材４よりも機械的強度が十分高い材料を用い、側壁３はＰＺＴセラミックスを用いる。側壁３は、分極境界Ｂより上方がｚ方向に分極され、下方が−ｚ方向に分極される。

図２（ａ）に示すグラフから、変位量Δｙが最大となる分極境界Ｂの高さＢｚは、０．６ｈ〜０．７ｈである。即ち、上部材４が下部材５よりも機械的強度が十分低い条件下で、液滴の吐出効率を最大とする分極境界Ｂの位置（高さＢｚ）は、側壁３の高さｈのｈ／２よりも上方に存在する。なお、他のシミュレーション結果から、共通電極６ａをＧＮＤの電位に設定し、個別電極６ｂに駆動電圧を与えて側壁３を駆動する場合は、共通電極６ａの下端の高さｈ１よりも個別電極６ｂの下端の高さｈ２を低く（ｈ１＞ｈ２）する方が、この逆（ｈ２＞ｈ１）とするよりも側壁３の変位量Δｙが大きくなる。そこで、個別電極６ｂの下端の高さｈ２は、分極境界Ｂの高さＢｚ以下であり側壁３の下端よりも上方となる式（１）を満たすようにする。また、共通電極６ａの下端の高さｈ１は、分極境界Ｂの高さの近傍の高さ（Ｂｚ−ｈ／１０〜Ｂｚ＋ｈ／１０）、又は分極境界Ｂの高さよりも下方であり、側壁３の下端よりも上方となる式（２）を満たすようにする。
０＜ｈ２≦Ｂｚ・・・・・・・・・・・・（１）
０＜ｈ１≦（Ｂｚ＋ｈ／１０）・・・・・・（２）

（第二実施形態）
図３は、本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッド１の説明図である。図３（ａ）は液体噴射ヘッド１の模式的な分解斜視図であり、図３（ｂ）は吐出チャンネル２ａの長手方向（ｘ方向）に沿う断面模式図である。液体噴射ヘッド１はエッジシュート型である。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。

図３に示すように、液体噴射ヘッド１は、圧電体基板７と、圧電体基板７の上面ＵＰに設置されるカバープレート９と、圧電体基板７の一方側の端面に設置されるノズルプレート８とを備える。圧電体基板７にはｘ方向に細長い吐出チャンネル２ａと非吐出チャンネル２ｂがｙ方向に交互に形成される。吐出チャンネル２ａと非吐出チャンネル２ｂの間に側壁３が設置される。吐出チャンネル２ａは、ｘ方向の一方側の端部が圧電体基板７の一方側の端面に開口し、ｘ方向の他方の端部が上面ＵＰに切り上がって圧電体基板７の他方側の端面の手前まで形成される。非吐出チャンネル２ｂは、ｘ方向の一方側の端部が圧電体基板７の一方側の端面に開口し、ｘ方向の他方側の端部が圧電体基板７の他方側の端面に開口する。

カバープレート９は液室９ａを有し、液室９ａにはスリット９ｂが設置される。液室９ａはスリット９ｂを介して吐出チャンネル２ａの他方側の端部において連通する。ノズルプレート８はノズル８ａを有し、ノズル８ａは圧電体基板７の一方側の端面に開口する吐出チャンネル２ａと連通する。ここで、圧電体基板７としてＰＺＴセラミックスを使用することができる。カバープレート９としてプラスチック材料やセラミックス材料を使用することができる。ノズルプレート８として、プラスチック材料や金属材料を使用することができる。電極６は金属材料や半導体材料からなる導電材を用い、斜め蒸着法により形成することができる。例えば、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｓｉ、Ｃ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｓｎ、Ｉｎ等を使用することができる。チャンネル２の長さはｘ方向に３ｍｍ〜８ｍｍ、チャンネル２の幅は３０μｍ〜１００μｍ、チャンネル２の高さｈは２５０μｍ〜４００μｍである。

圧電体基板７は、分極方向が互いに異なる２つの圧電材料が分極境界Ｂを挟んで高さ方向（ｚ方向）に積層される。具体的には、上面ＵＰの垂直方向に分極する上圧電体基板７ａと、上圧電体基板７ａの分極方向と反対方向に分極する下圧電体基板７ｂとが接着剤を介して積層される。カバープレート９は側壁３の上端に固定され吐出チャンネル２ａ及び非吐出チャンネル２ｂの上部に設置される。カバープレート９は上部材４として機能する。吐出チャンネル２ａ及び非吐出チャンネル２ｂの底面より下方の下圧電体基板７ｂは下部材５として機能する。即ち、下部材５は、側壁３の下端に固定され吐出チャンネル２ａ及び非吐出チャンネル２ｂの下部に設置される。

側壁３の壁面には電極６が設置される。分極境界Ｂは側壁３の高さの１／２よりも上方に位置し、電極６は壁面の上端から、分極境界Ｂの近傍又は分極境界Ｂよりも下方であり壁面の下端よりも上方に設置される。電極６は、吐出チャンネル２ａに面する壁面に設置される共通電極６ａと、非吐出チャンネル２ｂに面する壁面に設置される図示しない個別電極６ｂとを含む。個別電極６ｂは、壁面の上端から、分極境界Ｂ又は分極境界Ｂよりも下方であり壁面の下端よりも上方に設置される。側壁３の下端からの、分極境界Ｂの高さをＢｚ、共通電極６ａの下端の高さをｈ１、個別電極６ｂの下端の高さをｈ２、及び、側壁３の下端から上端までの高さをｈとして、上記式（１）と式（２）を満たす。

上圧電体基板７ａの、ノズルプレート８が設置される側とは反対側の上面ＵＰには、共通電極６ａに電気的に接続する共通端子１０ａと、吐出チャンネル２ａを挟む２つの非吐出チャンネル２ｂの吐出チャンネル２ａ側の壁面に設置される個別電極６ｂを電気的に接続する個別端子１０ｂとを備える。共通端子１０ａと個別端子１０ｂの間に駆動電圧を印加することにより、吐出チャンネル２ａを挟む２つの側壁３が厚みすべり変形し、吐出チャンネル２ａに充填される液体に圧力波が生じ、この圧力波がノズル８ａに達するとノズル８ａから液滴が吐出される。

このように、電極６を壁面の上端から壁面の下端よりも上方に設置する場合に、分極境界Ｂの高さＢｚを側壁３の高さの１／２よりも上方に設置して側壁３のｙ方向の変位量を液滴の吐出に十分なレベルに最適化することができる。上部材４としてのカバープレート９の機械的強度が、下部材５としての下圧電体基板７ｂより低い場合でも吐出チャンネル２ａの容積変化量を大きくすることができる。また、共通電極６ａや個別電極６ｂを側壁３の下方まで深く形成するのが難しい斜め蒸着法を適用でき、共通電極６ａや個別電極６ｂを簡便に形成することができる。

（第三実施形態）
図４は、本発明の第三実施形態に係る液体噴射ヘッド１の説明図である。図４（ａ）は液体噴射ヘッド１の模式的な分解斜視図であり、図４（ｂ）は吐出チャンネル２ａの長手方向（ｘ方向）に沿う断面模式図である。液体噴射ヘッド１はサイドシュート型である。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。

図４に示すように、液体噴射ヘッド１は、圧電体基板７と、圧電体基板７の上面ＵＰに設置されるノズルプレート８と、圧電体基板７の下面ＬＰに設置されるカバープレート９とを備える。圧電体基板７にはｘ方向に細長い吐出チャンネル２ａと非吐出チャンネル２ｂがｙ方向に交互に形成される。吐出チャンネル２ａと非吐出チャンネル２ｂの間に側壁３が設置される。吐出チャンネル２ａ及び非吐出チャンネル２ｂは圧電体基板７の板厚方向に貫通する。吐出チャンネル２ａは、圧電体基板７のｘ方向の一方側の端部の手前からｘ方向の他方側の端部の手前まで形成される。吐出チャンネル２ａは、中央部が上面ＵＰのｘ方向に細長い形状で開口し、両端部は上面ＵＰから下面ＬＰに末広がりの傾斜面を成す。非吐出チャンネル２ｂは、中央部が吐出チャンネル２ａの上下を反転させた形状を有し、両端部が上面ＵＰから一定の深さを有し圧電体基板７の両端面まで延設される。つまり、非吐出チャンネル２ｂは、上面ＵＰの一方側の端部から他方側の端部にかけて開口する。

カバープレート９は２つの液室９ａを有し、一方の液室９ａは吐出チャンネル２ａの一方の端部に連通し、他方の液室９ａは吐出チャンネル２ａの他方の端部に連通する。２つの液室９ａが開口する下圧電体基板７ｂ側の開口領域には非吐出チャンネル２ｂが開口しない。そのため、２つの液室９ａにスリットを設ける必要が無い。ノズルプレート８はノズル８ａを有し、ノズル８ａは上面ＵＰに開口する吐出チャンネル２ａに連通する。ここで、圧電体基板７としてＰＺＴセラミックスを使用することができる。カバープレート９としてＰＺＴセラミックスや他のセラミックス材料又はプラスチック材料を使用することができる。ノズルプレート８として、ポリイミドフィルム等のプラスチック材料や金属材料を使用することができる。電極６は金属材料や半導体材料からなる導電材を用い、斜め蒸着法により形成することができる。例えば、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｓｉ、Ｃ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｓｎ、Ｉｎ等を使用することができる。チャンネル２の長さはｘ方向に３ｍｍ〜８ｍｍ、チャンネル２の幅は３０μｍ〜１００μｍ、チャンネル２の高さｈは２５０μｍ〜４００μｍである。

圧電体基板７は、分極方向が互いに異なる２つの圧電材料が分極境界Ｂを挟んで高さ方向（ｚ方向）に積層される。具体的には、上面ＵＰの垂直方向に分極する上圧電体基板７ａと、上圧電体基板７ａの分極方向と反対方向に分極する下圧電体基板７ｂとが接着剤を介して積層される。ノズルプレート８は側壁３の上端に固定され吐出チャンネル２ａ及び非吐出チャンネル２ｂの上部に設置される。ノズルプレート８は上部材４として機能する。カバープレート９は側壁３の下端に固定され吐出チャンネル２ａ及び非吐出チャンネル２ｂの下部に設置される。カバープレート９は下部材５として機能する。

側壁３の壁面には電極６が設置される。分極境界Ｂは側壁３の高さの１／２よりも上方に位置し、電極６は壁面の上端から、分極境界Ｂの近傍又は分極境界Ｂよりも下方であり壁面の下端よりも上方に設置される。電極６は、吐出チャンネル２ａに面する壁面に設置される共通電極６ａと、非吐出チャンネル２ｂに面する壁面に設置される個別電極６ｂとを含む。個別電極６ｂは、壁面の上端から、分極境界Ｂ又は分極境界Ｂよりも下方であり壁面の下端よりも上方に設置される。側壁３の下端からの、分極境界Ｂの高さをＢｚ、共通電極６ａの下端の高さをｈ１、個別電極６ｂの下端の高さをｈ２、及び、側壁３の下端から上端までの高さをｈとして、上記式（１）と式（２）を満たす。

上圧電体基板７ａの、ノズルプレート８が設置される側の上面ＵＰには、共通電極６ａに電気的に接続する共通端子１０ａと、吐出チャンネル２ａを挟む２つの非吐出チャンネル２ｂの吐出チャンネル２ａ側の壁面に設置される個別電極６ｂを電気的に接続する個別端子１０ｂと、を備える。共通端子１０ａと個別端子１０ｂの間に駆動電圧を印加することにより吐出チャンネル２ａを挟む２つの側壁３が厚みすべり変形し、吐出チャンネル２ａに充填される液体に圧力波が生じ、この圧力波がノズル８ａに達すると、ノズル８ａから液滴が吐出される。

このように、電極６を壁面の上端から壁面の下端よりも上方に設置する場合に、分極境界Ｂの高さＢｚを側壁３の高さの１／２よりも上方に設置して側壁３のｙ方向の変位量を液滴の吐出に十分なレベルに最適化することができる。上部材４としてのノズルプレート８の強度が、下部材５としてのカバープレート９よりも低い場合でも吐出チャンネル２ａの容積変化量を大きくすることができる。また、共通電極６ａや個別電極６ｂを側壁３の下方まで深く形成するのが難しい斜め蒸着法を適用でき、共通電極６ａや個別電極６ｂを簡便に形成することができる。

（第四実施形態）
図５は本発明の第四実施形態に係る液体噴射装置３０の模式的な斜視図である。液体噴射装置３０は、液体噴射ヘッド１、１’を往復移動させる移動機構４０と、液体噴射ヘッド１、１’に液体を供給し、液体噴射ヘッド１、１’から液体を排出する流路部３５、３５’と、流路部３５、３５’に連通する液体ポンプ３３、３３’及び液体タンク３４、３４’とを備えている。各液体噴射ヘッド１、１’は既に説明した第一〜第三実施形態のいずれかを使用する。

液体噴射装置３０は、紙等の被記録媒体４４を主走査方向に搬送する一対の搬送手段４１、４２と、被記録媒体４４に液体を吐出する液体噴射ヘッド１、１’と、液体噴射ヘッド１、１’を載置するキャリッジユニット４３と、液体タンク３４、３４’に貯留した液体を流路部３５、３５’に押圧して供給する液体ポンプ３３、３３’と、液体噴射ヘッド１、１’を主走査方向と直交する副走査方向に走査する移動機構４０とを備えている。図示しない制御部は液体噴射ヘッド１、１’、移動機構４０、搬送手段４１、４２を制御して駆動する。

一対の搬送手段４１、４２は副走査方向に延び、ローラ面を接触しながら回転するグリッドローラとピンチローラを備えている。図示しないモータによりグリッドローラとピンチローラを軸周りに移転させてローラ間に挟み込んだ被記録媒体４４を主走査方向に搬送する。移動機構４０は、副走査方向に延びた一対のガイドレール３６、３７と、一対のガイドレール３６、３７に沿って摺動可能なキャリッジユニット４３と、キャリッジユニット４３を連結し副走査方向に移動させる無端ベルト３８と、この無端ベルト３８を図示しないプーリを介して周回させるモータ３９を備えている。

キャリッジユニット４３は、複数の液体噴射ヘッド１、１’を載置し、例えばイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４種類の液滴を吐出する。液体タンク３４、３４’は対応する色の液体を貯留し、液体ポンプ３３、３３’、流路部３５、３５’を介して液体噴射ヘッド１、１’に供給する。各液体噴射ヘッド１、１’は駆動信号に応じて各色の液滴を吐出する。液体噴射ヘッド１、１’から液体を吐出させるタイミング、キャリッジユニット４３を駆動するモータ３９の回転及び被記録媒体４４の搬送速度を制御することにより、被記録媒体４４上に任意のパターンを記録することできる。

なお、本実施形態は、移動機構４０がキャリッジユニット４３と被記録媒体４４を移動させて記録する液体噴射装置３０であるが、これに代えて、キャリッジユニットを固定し、移動機構が被記録媒体を二次元的に移動させて記録する液体噴射装置であってもよい。つまり、移動機構は液体噴射ヘッドと被記録媒体とを相対的に移動させるものであればよい。

１ 液体噴射ヘッド
２ チャンネル、２ａ 吐出チャンネル、２ｂ 非吐出チャンネル
３ 側壁
４ 上部材
５ 下部材
６ 電極、６ａ 共通電極、６ｂ 個別電極
７ 圧電体基板、７ａ 上圧電体基板、７ｂ 下圧電体基板
８ ノズルプレート、８ａ ノズル
９ カバープレート、９ａ 液室
１０ａ 共通端子、１０ｂ 個別端子
Ｂ 分極境界、ＵＰ 上面、ＬＰ 下面
Ｂｚ 分極境界の高さ、ｈ 側壁の高さ、Δｙ ｙ方向の変位量

Claims (7)

1. チャンネルとチャンネルの間に設置され、分極方向が互いに異なる２つの圧電材料が分極境界を挟んで高さ方向に積層される側壁と、
   前記側壁の上端に固定され前記チャンネルの上部に設置される上部材と、
   前記側壁の下端に固定され前記チャンネルの下部に設置される下部材と、
   前記側壁の壁面に設置される電極と、を備え、
   前記分極境界は、前記側壁の高さの１／２よりも上方に位置し、
   前記電極は、前記壁面の上端から、前記分極境界の近傍又は前記分極境界よりも下方であり前記壁面の下端よりも上方に設置される液体噴射ヘッド。
2. 前記チャンネルは、液滴を吐出する吐出チャンネルと液滴を吐出しない非吐出チャンネルとを備え、
   前記側壁は、前記吐出チャンネルと前記非吐出チャンネルの間に設置され、
   前記電極は、前記非吐出チャンネルに面する前記壁面に設置される個別電極と、前記吐出チャンネルに面する前記壁面に設置される共通電極とを含み、
   前記個別電極は、前記非吐出チャンネルの前記壁面の上端から、前記分極境界又は前記分極境界よりも下方であり前記非吐出チャンネルの前記壁面の下端よりも上方に設置される請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
3. 前記上部材は前記下部材よりも機械的強度が低い請求項１又は２に記載の液体噴射ヘッド。
4. 前記上部材は液滴を吐出するノズルが形成されるノズルプレートであり、前記下部材はカバープレートである請求項１〜３のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
5. 前記上部材はカバープレートであり、前記下部材は前記圧電材料から成る請求項１〜３のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
6. 前記電極は斜め蒸着法により形成される導電材からなる請求項１〜５のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
7. 請求項１に記載の液体噴射ヘッドと、
   前記液体噴射ヘッドと被記録媒体とを相対的に移動させる移動機構と、
   前記液体噴射ヘッドに液体を供給する液体供給管と、
   前記液体供給管に前記液体を供給する液体タンクと、を備える液体噴射装置。

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