JP2021024151A - 液体吐出ヘッド、および液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吐出特性の偏差を低減する液体吐出ヘッド、および液体吐出装置を提供する。【解決手段】液体吐出ヘッドは、圧電体と、前記圧電体の上部に位置する第１電極と、前記圧電体の下部に位置する第２電極と、前記第１電極または前記第２電極に電圧を印加する配線と、前記圧電体の上部の空間を形成する保護部と、を有し、前記圧電体と前記保護部の間の距離が第１距離である位置を第１位置、前記圧電体と前記保護部の間の距離が前記第１距離よりも短い第２距離である位置を第２位置としたとき、前記第１位置における前記配線の厚さは、前記第２位置における前記配線の厚さよりも大きい。【選択図】図７

Description

本発明は、液体吐出ヘッド、および液体吐出装置に関する。

圧電素子により圧力室内の液体をノズルから吐出する液体吐出ヘッドが従来から提案される。特許文献１に記載の圧電素子は、圧電体と、圧電体の一方面に設けられる個別電極と、圧電体の他方面に設けられる共通電極と、とを備える。

特開２００９−１７２８７８号公報

一般的に、個別電極および共通電極にはそれぞれ配線を介して電圧が印加される。例えば配線の長さが長くなると、電圧降下が生じることにより、圧電素子に対して所望の電圧を印加できないおそれがある。例えば配線全体の厚さを厚くすることにより配線抵抗を低くすれば電圧降下を低減することができる。しかし、配線全体の厚さを厚くすると、厚くした配線を配置するスペースが必要となり、その結果、液体吐出ヘッドが大型化してしまう。

以上の課題を解決するために、本発明の好適な態様に係る液体吐出ヘッドは、液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、圧電体と、前記圧電体の上部に位置する第１電極と、前記圧電体の下部に位置する第２電極と、前記第１電極または前記第２電極に電圧を印加する配線と、前記圧電体の上部の空間を形成する保護部と、を有し、前記圧電体と前記保護部の間の距離が第１距離である位置を第１位置、前記圧電体と前記保護部の間の距離が前記第１距離よりも短い第２距離である位置を第２位置としたとき、前記第１位置における前記配線の厚さは、前記第２位置における前記配線の厚さよりも大きい。

実施形態に係る液体吐出装置の構成を例示するブロック図である。 液体吐出ヘッドの分解斜視図である。 液体吐出ヘッドの断面図である。 振動板の一部をおよび圧電素子を示す平面図である。 圧電素子の断面図である。 圧電素子の平面図である。 圧電素子およびその近傍の一部を拡大した断面図である。

１．実施形態
１−１．液体吐出装置１００の全体構成
図１は、実施形態に係る液体吐出装置１００を例示する構成図である。なお、以下では、説明の便宜上、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を適宜用いて説明する。Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸は互いに直交する。また、Ｘ軸のうち矢印の指す方向を＋Ｘ方向、その反対方向を−Ｘ方向とする。なお、Ｙ軸およびＺ軸についても同様である。Ｘ軸とＹ軸とを含むＸ-Ｙ平面は水平面に相当する。Ｚ軸は鉛直方向に沿う軸線であり、＋Ｚ方向は鉛直方向の下方に相当する。＋Ｚ方向を「上」とし、−Ｚ方向を「下」とする。本明細書において、「第１方向」は、＋Ｙ方向である。「第２方向」は、＋Ｘ方向である。また、本明細書において「要素Ａの上部に要素Ｂが配置される」という表現は、要素Ａと要素Ｂとが直接的に接触する構成に限定されない。要素Ａと要素Ｂとが直接的に接触していない構成も、「要素Ａの上部に要素Ｂが配置される」という概念に包含される。「要素Ａの下部に要素Ｂが配置される」という表現も同様に、要素Ａと要素Ｂとが直接的に接触する構成に限定されない。

液体吐出装置１００は、「液体」の一例であるインクを媒体１２に吐出するインクジェット方式の印刷装置である。媒体１２は、典型的には印刷用紙であるが、樹脂フィルムまたは布帛等の任意の材質の印刷対象が媒体１２として利用される。図１に例示される通り、液体吐出装置１００には、インクを貯留する液体容器１４が設置される。例えば液体吐出装置１００に着脱可能なカートリッジ、可撓性のフィルムで形成された袋状のインクパック、またはインクを補充可能なインクタンクが、液体容器１４として利用される。

図１に例示される通り、液体吐出装置１００は、制御ユニット２０と搬送機構２２と移動機構２４と液体吐出ヘッド２６とを具備する。制御ユニット２０は、「制御部」の例示である。制御ユニット２０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の１または複数の処理回路と半導体メモリー等の１または複数の記憶回路とを含み、液体吐出装置１００の各要素を統括的に制御する。例えば、制御ユニット２０は、液体吐出ヘッド２６の動作を制御する。

搬送機構２２は、制御ユニット２０による制御のもとで媒体１２を＋Ｙ方向に搬送する。移動機構２４は、制御ユニット２０による制御のもとで液体吐出ヘッド２６をＸ軸に沿って往復させる。Ｘ軸は、媒体１２が搬送される方向に沿うＹ軸に交差する。移動機構２４は、液体吐出ヘッド２６を収容する略箱型の搬送体２４２と、搬送体２４２が固定された搬送ベルト２４４とを具備する。なお、複数の液体吐出ヘッド２６を搬送体２４２に搭載した構成、または、液体容器１４を液体吐出ヘッド２６とともに搬送体２４２に搭載した構成も採用され得る。

液体吐出ヘッド２６は、液体容器１４から供給されるインクを制御ユニット２０による制御のもとで複数のノズルから媒体１２に吐出する。搬送機構２２による媒体１２の搬送と搬送体２４２の反復的な往復とに並行して各液体吐出ヘッド２６が媒体１２にインクを吐出することで、媒体１２の表面に画像が形成される。

１−２．液体吐出ヘッド２６の全体構成
図２は、液体吐出ヘッド２６の分解斜視図である。図３は、図２おけるａ−ａ線の断面図である。図３に図示された断面は、Ｘ−Ｚ平面に平行な断面である。Ｚ軸は、液体吐出ヘッド２６によるインクの吐出方向に沿う軸線である。

図２に例示される通り、液体吐出ヘッド２６は、Ｙ軸に沿って配列された複数のノズルＮを具備する。複数のノズルＮは、Ｘ軸に沿って相互に間隔をあけて並設された第１ノズル列Ｌaと第２ノズル列Ｌbとに区分される。第１ノズル列Ｌaおよび第２ノズル列Ｌbの各々は、Ｙ軸に沿って直線状に配列された複数のノズルＮの集合である。液体吐出ヘッド２６は、第１ノズル列Ｌaの各ノズルＮに関連する要素と第２ノズル列Ｌbの各ノズルＮに関連する要素とが略面対称に配置された構造である。そこで、以下の説明では、第１ノズル列Ｌaに対応する要素を重点的に説明し、第２ノズル列Ｌbに対応する要素の説明は適宜に割愛する。

図２および図３に例示される通り、液体吐出ヘッド２６は、流路構造体３０と複数の圧電素子３４と保護部３５と筐体部３６と配線基板５１とを具備する。流路構造体３０は、複数のノズルＮの各々にインクを供給するための流路が内部に形成された構造体である。流路構造体３０は、流路基板３１と圧力室基板３２と振動板３３とノズルプレート４１と吸振体４２とで構成される。流路構造体３０を構成する各部材は、Ｙ軸に沿った長尺な板状部材である。流路基板３１における＋Ｚ軸側の表面に圧力室基板３２と筐体部３６とが設置される。他方、流路基板３１における−Ｚ軸側の表面に、ノズルプレート４１および吸振体４２が設置される。例えば接着剤により各部材が固定される。

ノズルプレート４１は、複数のノズルＮが形成された板状部材である。複数のノズルＮの各々は、インクを吐出する円形状の貫通孔である。例えばフォトリソグラフィおよびエッチング等の半導体製造技術を利用してシリコン（Ｓｉ）の単結晶基板を加工することで、ノズルプレート４１が製造される。ただし、ノズルプレート４１の製造には公知の材料や製法が任意に採用され得る。

図２および図３に例示される通り、流路基板３１には、空間Ｒaと複数の供給流路３１２と複数の連通流路３１４と中継液室３１６とが形成される。空間Ｒaは、Ｙ軸に沿う長尺状に形成された開口である。供給流路３１２および連通流路３１４の各々は、ノズルＮ毎に形成された貫通孔である。中継液室３１６は、複数のノズルＮにわたりＹ軸に沿う長尺状に形成された空間であり、空間Ｒaと複数の供給流路３１２とを相互に連通させる。複数の連通流路３１４の各々は、当該連通流路３１４に対応する１個のノズルＮに＋Ｚ方向から見た平面視で重なる。

図２および図３に例示される通り、圧力室基板３２には複数の圧力室Ｃ１が形成される。圧力室Ｃ１は、ノズルプレート４１と振動板３３の間に位置し、圧力室基板３２の壁面３２０により形成される。圧力室Ｃ１は、＋Ｚ方向から見た平面視でＸ軸に沿う長尺状の空間である。圧力室Ｃ１は、ノズルＮ毎に形成される。複数の圧力室Ｃ１はＹ軸に沿って配列される。流路基板３１および圧力室基板３２は、前述のノズルプレート４１と同様に、例えば半導体製造技術を利用してシリコンの単結晶基板を加工することで製造される。ただし、流路基板３１および圧力室基板３２の製造には公知の材料や製法が任意に採用され得る。

図３に例示される通り、圧力室Ｃ１の上部には、弾性的に変形可能な振動板３３が配置される。振動板３３は、圧力室基板３２における流路基板３１とは反対の表面に接触する。振動板３３は、＋Ｚ方向から見た平面視でＹ軸に沿う長尺な矩形状に形成された板状部材である。図２および図３に例示される通り、圧力室Ｃ１は、連通流路３１４および供給流路３１２に連通する。したがって、圧力室Ｃ１は、連通流路３１４を介してノズルＮに連通し、かつ、供給流路３１２と中継液室３１６とを介して空間Ｒaに連通する。なお、図２では説明のし易さのため圧力室基板３２と振動板３３を別基板のように図示しているが、実際には１つのシリコン基板に積層されたものである。振動板３３の一部または全部は、圧力室基板３２と別部材であってもよいし、一体であってもよい。

図３に例示される通り、振動板３３のうち圧力室Ｃ１とは反対側の表面には圧力室Ｃ１毎に圧電素子３４が形成される。圧電素子３４は、＋Ｚ方向から見た平面視でＸ軸に沿う長尺状の受動素子である。図２に例示される通り、複数の圧電素子３４は、Ｘ軸に沿って相互に間隔をあけて並設された第１圧電素子列Ｌ１と第２圧電素子列Ｌ２とに区分される。第１圧電素子列Ｌ１および第２圧電素子列Ｌ２の各々は、直線状に配列された複数の圧電素子３４の集合である。第１圧電素子列Ｌ１に含まれる複数の圧電素子３４が並ぶ方向は、＋Ｙ方向に沿う方向である。同様に、第２圧電素子列Ｌ２に含まれる複数の圧電素子３４が並ぶ方向は、＋Ｙ方向に沿う方向である。第１圧電素子列Ｌ１と第２圧電素子列Ｌ２とが並ぶ方向は、＋Ｘ方向に沿う方向である。

図３に例示される筐体部３６は、複数の圧力室Ｃ１に供給されるインクを貯留するためのケースであり、例えば樹脂材料の射出成形で形成される。筐体部３６には空間Ｒbと供給口３６１とが形成される。供給口３６１は、液体容器１４からインクが供給される管路であり、空間Ｒbに連通する。筐体部３６の空間Ｒbと流路基板３１の空間Ｒaとは相互に連通する。空間Ｒaと空間Ｒbとで構成される空間は、複数の圧力室Ｃ１に供給されるインクを貯留する液体貯留室Ｒとして機能する。液体容器１４から供給されて供給口３６１を通過したインクが液体貯留室Ｒに貯留される。液体貯留室Ｒに貯留されたインクは、中継液室３１６から各供給流路３１２に分岐して複数の圧力室Ｃ１に並列に供給および充填される。また、図２および図３に例示される通り、筐体部３６の中央には、配線基板５１が挿通される貫通孔３６２が形成される。また、吸振体４２は、液体貯留室Ｒの壁面を構成する可撓性のフィルムであり、液体貯留室Ｒ内のインクの圧力変動を吸収する。

保護部３５は、複数の圧電素子３４を保護するとともに圧力室基板３２および振動板３３の機械的な強度を補強する構造体である。保護部３５は、振動板３３の表面等に例えば接着剤７０で固定される。保護部３５には、凹部３５０が形成される。凹部３５０は、保護部３５のうち振動板３３との対向面に形成された凹みである。凹部３５０は、複数の圧電素子３４に共通で形成され、複数の圧電素子３４の上部の空間を形成する。凹部３５０は、圧電素子３４の振動による変位を許容する。保護部３５は、例えば半導体製造技術を利用してシリコンの単結晶基板を加工することで製造される。また、保護部３５の中央には、配線基板５１が挿通される貫通孔３０１が形成される。

図３に例示される通り、配線基板５１は、筐体部３６の貫通孔３６２および保護部３５の貫通孔３０１に挿通され、かつ、振動板３３の表面に接合される。配線基板５１は、制御ユニット２０と液体吐出ヘッド２６とを電気的に接続するための複数の配線が形成された実装部品である。例えばＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）やＦＦＣ（Flexible Flat Cable）等の可撓性の配線基板５１が好適に採用される。圧電素子３４を駆動するための駆動信号および基準電圧が配線基板５１から各圧電素子３４に供給される。

１−３．液体吐出ヘッド２６の一部の詳細構成
振動板３３、圧電素子３４、および、圧電素子３４に電気的に接続される配線３００について詳述する。図４は、振動板３３の一部をおよび圧電素子３４を示す平面図である。図４では、便宜的に後述の圧電体３４３の図示が省略される。図５は、圧電素子３４の断面図であり、図４中のｂ−ｂ線の断面図に相当する。図６は、圧電素子３４の平面図である。図６においては、便宜的に後述の第１電極３４１および配線３００の図示が省略される。また、図６においては、後述の圧電体３４３に便宜的にドットが付されている。

１−３ａ．振動板３３
図４から図６に例示される振動板３３は、圧電素子３４の駆動により振動する。図５に例示される通り、振動板３３は、第１絶縁層３３１と第２絶縁層３３２との積層体で構成される。第１絶縁層３３１は、圧力室基板３２に接触する。第２絶縁層３３２は、第１絶縁層３３１に対して圧力室基板３２とは反対に位置する。第１絶縁層３３１は、二酸化シリコン（ＳiＯ_２）等の弾性材料で形成される弾性膜である。第２絶縁層３３２は、二酸化ジルコニウム（ＺrＯ_２）等の絶縁材料で形成される。第１絶縁層３３１および第２絶縁層３３２の各々は、熱酸化またはスパッタリング等の公知の成膜技術により形成される。なお、所定の板厚の板状部材のうち圧力室Ｃ１に対応する領域について板厚方向の一部を選択的に除去することで、圧力室基板３２と振動板３３の一部または全部とを一体に形成することが可能である。

１−３ｂ．圧電素子３４
図５に例示される通り、圧電素子３４は、概略的には、第２電極３４２と圧電体３４３と第１電極３４１とを振動板３３側から以上の順番で積層した構造体である。第１電極３４１は、圧電体３４３の上部に位置する。第２電極３４２は圧電体３４３の下部に位置する。なお、本明細書において「要素Ａの面上に要素Ｂが形成される」という表現は、要素Ａと要素Ｂとが直接的に接触する構成には限定されない。すなわち、要素Ａの表面に要素Ｃが形成され、要素Ｃの表面に要素Ｂが形成された構成でも、要素Ａと要素Ｂとの一部または全部が＋Ｚ方向から見た平面視で重なる構成であれば、「要素Ａの面上に要素Ｂが形成される」という概念に包含される。

図５に例示される通り、第２電極３４２は、振動板３３の面上に形成される。第２電極３４２は、圧電素子３４毎に相互に離間して形成された個別電極である。第２電極３４２には、電圧が変動する駆動信号が印加される。図４に例示される通り、第２電極３４２は、Ｘ軸に沿う長尺状をなす。第１圧電素子列Ｌ１の各第２電極３４２は、相互に間隔をあけてＹ軸に沿って配列される。同様に、第２圧電素子列Ｌ２の各第２電極３４２は、相互に間隔をあけてＹ軸に沿って配列される。第２電極３４２は、例えば白金（Ｐｔ）またはイリジウム（Ｉｒ）等の導電材料で形成される。

図５に例示される通り、圧電体３４３は、第２電極３４２の上部に形成され、かつ第２電極３４２に接触する。図６に例示される圧電体３４３は、複数の圧電素子３４にわたりＹ軸に沿って連続する帯状の誘電膜である。圧電体３４３は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）等の公知の圧電材料で形成される。圧電体３４３のうち相互に隣り合う各圧力室Ｃ１の間隙に対応する領域には、Ｘ軸に沿う切欠Ｇが形成される。切欠Ｇは、圧電体３４３を貫通する開口である。切欠Ｇが形成されることで、各圧電素子３４は圧力室Ｃ１毎に個別に変形し、圧電素子３４の相互間における振動の伝播が抑制される。なお、圧電体３４３の厚さ方向の一部を除去した有底孔を切欠Ｇとして形成してもよい。

図５に例示される通り、圧電体３４３は、切欠Ｇによって圧力室Ｃ１毎に個別に分離された複数の圧電体部３４０を有する。圧電体部３４０は、圧力室Ｃ１毎に設けられ、ＸＹ平面における平面視で圧力室Ｃ１と重なる。複数の圧電体部３４０のうち任意の圧電体部３４０が第１圧電体３４０ａである。複数の圧電体部３４０のうち第１圧電体３４０ａとＹ軸に沿って並び、第１圧電体３４０ａと異なる位置に設けられた他の任意の圧電体部３４０が第２圧電体３４０ｂである。

図５に例示される通り、第１電極３４１は、圧電体３４３に接触する。第１電極３４１は、第１圧電体３４０ａと第２圧電体３４０ｂとに対して共通に設けられる共通電極である。なお、前述の第２電極３４２は、第１圧電体３４０ａと第２圧電体３４０ｂとに対して個別に設けられる。図４に例示される通り、第１電極３４１は、複数の圧電素子３４にわたり連続するようにＹ軸に沿って延在する帯状の電極である。また、第１電極３４１は第１圧電素子列Ｌ１および第２圧電素子列Ｌ２のそれぞれに設けられる。なお、第１圧電素子列Ｌ１に設けられる第１電極３４１と、第２圧電素子列Ｌ２に設けられる第１電極３４１とは、接続されてもよい。

第１電極３４１には所定の基準電圧が印加される。基準電圧は一定の電圧であり、例えば接地電圧よりも高い電圧に設定される。すなわち、第１電極３４１には、例えば、電圧が一定である保持信号が印加される。第１電極３４１に印加される基準電圧と第２電極３４２に供給される駆動信号との差分に相当する電圧が圧電体３４３に印加される。駆動信号は、吐出量に応じて異なる。保持信号は、吐出量によらず一定であり、変動しない。なお、第１電極３４１には、接地電圧が印加されてもよい。また、第１電極３４１は、例えば白金（Ｐｔ）またはイリジウム（Ｉｒ）等の低抵抗な導電材料で形成される。

第２電極３４２と第１電極３４１との間に電圧が印加されることで圧電体３４３が変形することにより、圧電素子３４は、振動板３３を撓み変形させるエネルギーを生成する。圧電素子３４が生成したエネルギーにより振動板３３が振動することにより圧力室Ｃ１の圧力が変化し、圧力室Ｃ１内のインクが図３に示すノズルＮから吐出される。

１−３ｃ．配線３００
図７は、圧電素子３４およびその近傍の一部を拡大した断面図であり、図４中のｃ−ｃ線の断面図に相当する。なお、図７に例示される通り、圧力室基板３２には複数の圧力室Ｃ１に連通する連通流路３１４の一部が形成される。連通流路３１４は圧力室基板３２と前述の流路基板３１とにより形成される。また、第２絶縁層３３２と圧電体３４３との間には、これらの間を埋め、第２電極３４２とは絶縁される金属層３４４が配置される。

図４に例示されるとおり、配線３００は、第２電極３４２に電圧を印加する複数の第２配線３９と、第１電極３４１に電圧を印加する複数の第１配線３８と、を含む。図４に例示される通り、第２配線３９の平面視形状は、Ｘ軸に沿って延在する長手形状である。図７に例示される通り、第２配線３９は、第２電極３４２の上面に接触する部分と、圧電体３４３の上面３４９に接触する部分とを有する。また、第２配線３９は、圧電体３４３の−Ｘ軸側の端３４３０に接触する。第２配線３９は、第２電極３４２に駆動信号を印加する。第２配線３９は、図３に示す配線基板５１に搭載された図示しない駆動回路から駆動信号が供給されるリード配線である。

図４に例示される通り、本実施形態では、第１配線３８の数は２個である。各第１配線３８は、Ｙ軸に沿って延在する枠状をなす。２個の第１配線３８の一方は、第１圧電素子列Ｌ１の第１電極３４１に対応して設けられる。２個の第１配線３８の他方は、第２圧電素子列Ｌ２の第１電極３４１に対応して設けられる。ただし、第１配線３８の数は、１個でもよい。その場合、図４に示す２個の第１配線３８は、互いに接続されてもよい。

図７に例示される通り、第１配線３８は、第１電極３４１の上部に位置し、かつ第１電極３４１に接触する。図示の例では、第１配線３８は、圧電体３４３に接触する部分を有するが、有していなくてもよい。また、第１配線３８は、第１電極３４１に基準電圧を印加する。第１配線３８には、図３に示す配線基板５１を介して図示しない基準電圧が供給される。また、第１配線３８が設けられることで、第１電極３４１における基準電圧の電圧降下が抑制される。また、第１配線３８は、振動板３３の振動を抑制するための錘としても機能する。

図４および図７に例示される通り、第１配線３８は、＋Ｙ方向に延びる帯状の第１配線部分３８１と、＋Ｙ方向に延びる帯状の第２配線部分３８２とを有する。第１配線部分３８１および第２配線部分３８２は、Ｘ軸に沿って並ぶ。すなわち、第１配線部分３８１と第２配線部分３８２とは、＋Ｙ方向と交差する＋Ｘ方向において異なる位置に設けられる。

図７に例示される通り、第１配線３８は、第１層３８３と第２層３８４とを有する。第１層３８３は、第１電極３４１に接触する。図示の例示では、第１層３８３の厚さＤ１５は、第２配線３９の厚さＤ２０と等しく、第２層３８４の厚さＤ１６よりも小さい。厚さは、Ｚ軸に沿った長さである。第１層３８３のＸＹ平面における平面積は、第２層３８４のＸＹ平面における平面積よりも大きい。また、第２層３８４は、保護部３５の凹部３５０内に配置される。第２層３８４は、第１層３８３の一部に接する。別の言い方をすると、第１層３８３の上面のうちの一部には、第２層３８４が積層されていない。第１層３８３のうちの第２層３８４が積層されていない部分は、接着剤７０により保護部３５に接合される。第１層３８３のうちの第２層３８４が積層される部分は、ＸＹ平面における平面視で凹部３５０と重なる。

第１配線３８のうち＋Ｚ方向からみた平面視で凹部３５０と重なる部分の厚さＤ１０は、第１配線３８のうち＋Ｚ方向からみた平面視で凹部３５０と重ならない部分の厚さＤ１５、すなわち第１層３８３の厚さＤ１５よりも大きい。厚さＤ１０は、第１電極３４１の上面から第２層３８４の上面までの距離である。厚さＤ１５は、第１電極３４１の上面から第１層３８３の上面までの距離である。なお、厚さＤ１０は、圧電体３４３の上面３４９から第２層３８４の上面までの距離と捉えてもよい。同様に、厚さＤ１５は、圧電体３４３の上面３４９から第１層３８３の上面までの距離と捉えてもよい。

図７に例示される通り、保護部３５は、圧電体３４３と離間している。保護部３５の凹部３５０の底面３５８と圧電体３４３の上面３４９との間の第１距離Ｄ１は、保護部３５の下面３５９と圧電体３４３の上面３４９との間の第２距離Ｄ２よりも長い。なお、図示の例では、第１距離Ｄ１はほぼ一定であり、第２距離Ｄ２はほぼ一定である。また、第１配線３８は、凹部３５０内において、保護部３５と離間している。

＋Ｘ方向において、第１距離Ｄ１である位置Ｐ１での第１配線３８の厚さＤ１０は、第２距離Ｄ２である位置Ｐ２Ａでの第１配線３８の厚さＤ１５よりも大きい。位置Ｐ１は、「第１位置」の例示であり、位置Ｐ２Ａは、「第２位置」の例示である。第１配線３８は、位置Ｐ１と位置Ｐ２Ａの両方に設けられる。それゆえ、第１配線３８は、厚さが異なる箇所を有する。位置Ｐ１は、凹部３５０内での＋Ｘ方向における位置である。一方、位置Ｐ２Ａは、第１電極３４１の端３４１０の近傍である。よって、位置Ｐ２Ａは、位置Ｐ１よりも端３４１０に近い。端３４１０は、第１電極３４１の＋Ｘ方向における第２配線３９に近い端である。

位置Ｐ１における第１配線３８の厚さＤ１０を位置Ｐ２Ａにおける第１配線３８の厚さＤ１５よりも厚くすることで、第１配線３８全体の厚さを均一に厚くせずに、配線抵抗を低下させることができる。そのため、第１配線３８および第１電極３４１における電圧降下を抑制することができる。よって、液体吐出ヘッド２６の大型化を回避しつつ、電圧降下に基づく吐出特性の偏差を低減することができる。第１配線３８の厚さを保護部３５の形状に応じて設定することで、液体吐出ヘッド２６の大型化を回避しつつ、電圧降下の基づく吐出特性の偏差を低減する効果を好適に発揮することができる。また、第１配線３８の一部、具体的には第１電極３４１の端３４１０およびその近傍は、接着剤７０により保護部３５に接合される。そのため、液体吐出ヘッド２６の製造時に圧電素子３４を好適に保護することができ、よって、圧電素子３４の破損等を抑制することができる。

位置Ｐ１における第１配線３８は、第１層３８３と第２層３８４との積層体で構成される。一方、位置Ｐ２Ａにおける第１配線３８は、第２層３８４が積層されない部分によって構成される。すなわち、位置Ｐ２Ａにおける第１配線３８は、第２層３８４が積層されておらず、第１層３８３で構成される。言い換えると、位置Ｐ２Ａにおける第１配線３８は、第２層３８４を有さない。第２層３８４を位置Ｐ１に選択的に形成することで、第１配線３８の位置Ｐ１における厚さＤ１０を第１配線３８の位置Ｐ２Ａにおける厚さＤ１５よりも簡単にかつ適切に大きくすることができる。そのため、位置Ｐ１における第１配線３８が単層である場合に比べて、位置Ｐ１と位置Ｐ２Ａとで厚さの異なる２つの部分を有する第１配線３８を簡単にかつ設計通りに製造することができる。なお、位置Ｐ１における第１配線３８は、第１層３８３および第２層３８４に加え、さらに他の層を含む積層体で構成されてもよい。

第２層３８４の厚さＤ１６は、第１層３８３の厚さＤ１５よりも大きい。そのため、厚さＤ１６が厚さＤ１５よりも小さい場合に比べ、第１配線３８の配線抵抗を低下させることができる。なお、厚さＤ１６は厚さＤ１５よりも小さくても等しくてもよい。

また、＋Ｘ方向において、位置Ｐ１での第１配線３８の厚さＤ１０は、第２距離Ｄ２である位置Ｐ２Ｂでの第２配線３９の厚さＤ２０よりも大きい。位置Ｐ２Ｂは、「第２位置」の例示である。第１配線３８は、位置Ｐ１に設けられ、第２配線３９は、位置Ｐ２Ｂに設けられる。図７において、圧電体３４３の−Ｘ軸側の端３４３０の＋Ｘ方向における位置が、位置Ｐ２Ｂと一致する。端３４３０は、圧電体３４３の＋Ｘ方向における第２配線３９に接する端である。前述のように、第１配線３８のＹ軸に沿った長さは第２配線３９のＸ軸に沿った長さよりも長い。そのため、第１配線３８は、第２配線３９よりも電圧抵抗により電圧降下が生じ易い。それゆえ、第１配線３８の厚さを第２配線３９の厚さよりも厚くすることで、電圧降下に基づく吐出特性の偏差を特に効果的に低減することができる。つまり、第１配線３８が位置Ｐ１に設けられることで、電圧降下に基づく吐出特性の偏差を特に効果的に低減することができる。

前述のように、第１配線３８は、電圧が一定である保持信号を第１電極３４１に印加する。第１電極３４１は、図５に示す第１圧電体３４０ａと第２圧電体３４０ｂとに対して共通に設けられる共通電極である。これに対し、第２配線３９は、電圧が変動する駆動信号を第２電極３４２に印加する。第２電極３４２は、図５に示す第１圧電体３４０ａと第２圧電体３４０ｂとに対して個別に設けられる個別電極である。第１電極３４１が複数の圧電素子３４における共通電極であるため、第１電極３４１における電圧の偏差により、複数の圧電素子３４における電圧の偏差に影響が生じてしまう。それゆえ、第１配線３８が位置Ｐ１に設けられることで、電圧降下に基づく吐出特性の偏差を特に効果的に低減することができる。

図７に例示される通り、第１配線３８は、第１配線部分３８１および第２配線部分３８２を含む。第１配線３８が第１配線部分３８１および第２配線部分３８２を含むことで、第１配線３８が第１配線部分３８１および第２配線部分３８２のいずれか一方のみで構成される場合に比べ、電圧降下に基づく吐出特性の偏差を低減することができる。

図４に例示される通り、第１配線部分３８１および第２配線部分３８２との間の少なくとも一部には、第１配線３８が設けられていない。具体的には、第１配線３８は、貫通孔Ｃ３を有する枠状である。第１配線３８が第１配線部分３８１と第２配線部分３８２とに分離した構成であることで、貫通孔Ｃ３を設けることができる。それゆえ、各圧力室Ｃ１の中心を避けて第１配線３８を配置することができる。そのため、振動板３３の変形を阻害せずに、第１配線３８の平面積を増大させることができる。よって、振動板３３の必要な変形量を確保しつつ、電圧降下を低減することができる。

図７に例示される第２配線３９は、第２電極３４２よりも低抵抗な導電材料で形成される。同様に、第１配線３８は、第１電極３４１よりも低抵抗な導電材料で形成される。第１層３８３は、第１電極３４１に対する密着性に優れ、かつ低抵抗な導電材料を含むことが好ましい。具体的には例えば、第２配線３９および第１層３８３は、それぞれ、ニクロム（ＮｉＣｒ）で形成された導電膜の表面に金（Ａｕ）の導電膜を積層した構造の導電パターンである。一方、第２層３８４は、第１層３８３と同一の金属を含むことが好ましい。例えば、第１層３８３が金（Ａｕ）を含む場合、第２層３８４は金（Ａｕ）等の導電膜であることが好ましい。

第１層３８３および第２層３８４が金（Ａｕ）を含むことで、第２電極３４２よりも低抵抗な第１配線３８を実現し易い。また、第１層３８３および第２層３８４が金（Ａｕ）を含むことで、第２電極３４２の構成材料の選択性を高めることができる。また、第１層３８３と第２層３８４とが同一の金属を含むことで、含まない場合に比べ、第１層３８３と第２層３８４との密着性を向上させ易い。また、第１層３８３および第２層３８４が同一の金属で構成されることで、第１配線３８の製造プロセスの工程負荷が多大に増大することを防ぐことができる。

なお、第１層３８３および第２層３８４は、異なる材料で構成されてもよいし、第１層３８３を構成する全ての材料および第２層３８４を構成する全ての材料が同じでもよい。また、第１層３８３は、ニクロムおよび金以外の金属を含んでもよい。第２層３８４は、金以外の金属を含んでもよい。また、第２配線３９および第１配線３８は金属以外の材料を含んでもよい。また、第１層３８３と第２配線３９とは異なる材料で構成されてもよく、異なる工程で形成されてもよい。第１層３８３および第２層３８４は、それぞれ複数層で形成されてもよいし、単層で形成されてもよい。第２配線３９は、複数層で形成されてもよいし、単層で形成されてもよい。

第１配線３８および第２配線３９の製造方法は、任意である。具体的には例えば、第２層３８４は、フォトリソグラフィにより選択的に第１層３８３の上面に形成される。また、第２層３８４は、例えば、第１層３８３上に金属層を形成した後、当該金属層の一部をフォトリソグラフィにより除去することにより形成されてもよい。また、第２層３８４は、例えば、ディスペンサーを用いた塗布、転写塗布、およびインクジェットを用いた塗布等の塗布法によって形成されてもよい。

以上で説明した、制御ユニット２０の制御のもとで動作する液体吐出ヘッド２６は、吐出特性の偏差を特に効果的に低減することができる。そのため、液体吐出装置１００によれば、高精度な液体吐出を実現することができる。

２．変形例
以上に例示した実施形態は多様に変形され得る。前述の実施形態に適用され得る具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された２以上の態様は、相互に矛盾しない範囲で適宜に併合され得る。

前述の実施形態では、第１電極３４１の全てが、圧電体３４３の上部に位置するが、第１電極３４１の一部は、圧電体３４３の上部に位置しなくてもよい。第２電極３４２の全てが、圧電体３４３の下部に位置するが、第２電極３４２の一部は、圧電体３４３の下部に位置しなくてもよい。

前述の実施形態では、振動板３３は第１絶縁層３３１と第２絶縁層３３２とを備えるが、振動板３３は例えば第２絶縁層３３２が省略されてもよい。

前述の実施形態では、圧電素子３４の第１電極３４１を共通電極として第２電極３４２を個別電極としたが、第１電極３４１を個別電極として第２電極３４２を共通電極としてもよい。また、第１電極３４１および第２電極３４２の双方を個別電極としてもよい。

前述の実施形態では、圧電素子３４は、第２電極３４２と圧電体３４３と第１電極３４１とが積層した構造体であるが、第２電極３４２と圧電体３４３との間には、圧電素子３４としての機能を損なわない程度に他の要素が介在していてもよい。同様に、第１電極３４１と圧電体３４３との間には、他の要素が介在していてもよい。

前述の実施形態では、液体吐出ヘッド２６を搭載した搬送体２４２を往復させるシリアル方式の液体吐出装置１００を例示したが、複数のノズルＮが媒体１２の全幅にわたり分布するライン方式の液体吐出装置にも本発明を適用することが可能である。

前述の実施形態で例示した液体吐出装置１００は、印刷に専用される機器のほか、ファクシミリ装置やコピー機等の各種の機器に採用され得る。もっとも、本発明の液体吐出装置の用途は印刷に限定されない。例えば、色材の溶液を吐出する液体吐出装置は、液晶表示パネル等の表示装置のカラーフィルターを形成する製造装置として利用される。また、導電材料の溶液を吐出する液体吐出装置は、配線基板の配線や電極を形成する製造装置として利用される。また、生体に関する有機物の溶液を吐出する液体吐出装置は、例えばバイオチップを製造する製造装置として利用される。

１２…媒体、１４…液体容器、２０…制御ユニット、２２…搬送機構、２４…移動機構、２６…液体吐出ヘッド、３０…流路構造体、３１…流路基板、３２…圧力室基板、３３…振動板、３４…圧電素子、３５…保護部、３６…筐体部、３８…第１配線、３９…第２配線、４１…ノズルプレート、４２…吸振体、５１…配線基板、７０…接着剤、１００…液体吐出装置、２４２…搬送体、２４４…搬送ベルト、３００…配線、３０１…貫通孔、３１２…供給流路、３１４…連通流路、３１６…中継液室、３２０…壁面、３３１…第１絶縁層、３３２…第２絶縁層、３４０…圧電体部、３４０ａ…第１圧電体、３４０ｂ…第２圧電体、３４１…第１電極、３４２…第２電極、３４３…圧電体、３４９…上面、３５０…凹部、３５８…底面、３５９…下面、３６１…供給口、３６２…貫通孔、３８１…第１配線部分、３８２…第２配線部分、３８３…第１層、３８４…第２層、３４１０…端、３４３０…端、Ｃ１…圧力室、Ｃ３…貫通孔、Ｄ１…第１距離、Ｄ２…第２距離、Ｇ…切欠、Ｌ１…第１圧電素子列、Ｌ２…第２圧電素子列、Ｌa…第１ノズル列、Ｌb…第２ノズル列、Ｎ…ノズル、Ｒ…液体貯留室、Ｒa…空間、Ｒb…空間、Ｄ１０…厚さ、Ｄ１５…厚さ、Ｄ１６…厚さ、Ｄ２０…厚さ、Ｐ１…位置、Ｐ２Ａ…位置、Ｐ２Ｂ…位置。

Claims (13)

1. 液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、
   圧電体と、
   前記圧電体の上部に位置する第１電極と、
   前記圧電体の下部に位置する第２電極と、
   前記第１電極または前記第２電極に電圧を印加する配線と、
   前記圧電体の上部の空間を形成する保護部と、を有し、
   前記圧電体と前記保護部の間の距離が第１距離である位置を第１位置、
   前記圧電体と前記保護部の間の距離が前記第１距離よりも短い第２距離である位置を第２位置としたとき、
   前記第１位置における前記配線の厚さは、前記第２位置における前記配線の厚さよりも大きいことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記第１位置における前記配線は、第１層と、前記第１層の上部に積層された第２層と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記第２位置における前記配線は、前記第２層を含まないことを特徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記第１層と前記第２層とは、同一の金属を含むことを特徴とする請求項２または３に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記第２層の厚さは、前記第１層の厚さよりも大きいことを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記配線は、前記第１電極に電圧を印加する第１配線と、前記第２電極に電圧を印加する第２配線と、を含み、
   前記第１配線は、前記第１位置と前記第２位置の両方に設けられることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記第２位置は、前記第１位置よりも前記第１電極の端に近いことを特徴とする請求項６に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記配線は、前記第１電極に電圧を印加する第１配線と、前記第２電極に電圧を印加する第２配線と、を含み、
   前記第１配線は、前記第１位置に設けられ、前記第２配線は、前記第２位置に設けられることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
9. 前記第１配線は、液体の吐出量によらず一定の保持信号を前記第１電極に印加し、
   前記第２配線は、液体の吐出量に応じて異なる駆動信号を前記第２電極に印加することを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
10. 前記第１配線は、
    第１方向に延びる第１配線部分と、
    前記第１方向と交差する第２方向において前記第１配線部分と異なる位置に設けられ、前記第１方向に延びる第２配線部分と、を含むことを特徴とする請求項６から９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
11. 前記第１配線部分と前記第２配線部分との間の少なくとも一部には、前記配線は設けられないことを特徴とする請求項１０に記載の液体吐出ヘッド。
12. 前記圧電体は、第１圧電体と、前記第１圧電体と異なる位置に設けられた第２圧電体と、を含み、
    前記第１電極は、前記第１圧電体と前記第２圧電体とに対して共通に設けられ、
    前記第２電極は、前記第１圧電体と前記第２圧電体とに対して個別に設けられることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
13. 請求項１から１２のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドと、
    前記液体吐出ヘッドの動作を制御する制御部と、を有することを特徴とする液体吐出装置。

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