JP6201784B2 - 液体吐出装置、及び、液体吐出装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体吐出装置、及び、液体吐出装置の製造方法に関する。

液体を吐出する液体吐出装置として、特許文献１には、ノズルからインクの液滴を吐出するインクジェットヘッドが開示されている。特許文献１のインクジェットヘッドは、複数のノズルを含むインク流路が形成された流路構造体（流路ユニット）と、この流路ユニットに接着された圧電アクチュエータ（アクチュエータユニット）とを備えている。

流路ユニットは、複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室を有する。圧電アクチュエータは、複数の圧力室を覆うように配置された４枚の圧電層（圧電シート）と、最上層の圧電層の一方の面に、複数の圧力室とそれぞれ対向して配置された複数の個別電極と、最上層の圧電層の他方の面に配置された共通電極を有する。また、最上層の圧電層の上面には、複数の圧力室にそれぞれ対応する溝が形成されている。より詳細には、圧電層の面方向において、各圧力室を挟む位置に、２つの溝が形成されている。

この圧電アクチュエータにおいて、個別電極と共通電極との間に駆動電圧が印加されたときには、最上層の圧電層の、個別電極と共通電極とに挟まれた部分が面方向に収縮し、４枚の圧電層が圧力室側に凸となるように変形する。この圧電層の変形によって圧力室の体積も変化するため、圧力室内のインクの圧力が上昇し、ノズルからインクが吐出される。

特開２００３−３１１９５４号公報（図１６、図１８）

圧電層に、複数の圧力室の各々に対応して溝を形成することで、圧電層の、各圧力室に対向する領域における変形を大きくすることができる。圧電層の変形量が大きくなると、圧力室の体積変化量が大きくなるため、圧力室内のインクにより大きな圧力が付与されることになり、ノズルからのインクの吐出速度が大きくなる。

ところで、溝の位置が、圧力室の縁に近いほど圧電層の変形増大効果が高くなり、溝の位置が圧力室の縁から遠ざかるほど、変形増大効果は小さくなる。つまり、溝の位置によって、ノズルからの液体の吐出速度に及ぼす影響が異なってくる。しかし、前記特許文献１のような圧電アクチュエータにおいて、複数の圧力室の間で、圧力室に対する溝の位置がばらつく場合がある。例えば、流路ユニットに複数の圧力室を形成する際の製造誤差によって、一部の圧力室の位置が、正規の位置からずれて形成されることがある。あるいは、一部の圧力室の形状が、他の圧力室とやや異なる形状に形成されてしまうことがある。このような場合に、複数の圧力室の間で、圧力室と溝の位置関係がばらつきうる。このように、複数の圧力室の間で、圧力室に対する溝の位置が異なっていると、その溝の位置ばらつきによって、複数の圧力室にそれぞれ連通する複数のノズルの間で吐出速度ばらつきが生じてしまう。

本発明の目的は、圧力室に対する２つの溝の位置が、複数の圧力室の間で異なってしまう場合でも、それによる吐出速度ばらつきへの影響が小さくなる、液体吐出装置を提供することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

第１の発明の液体吐出装置は、所定の配列方向に配列された複数のノズル、及び、前記複数のノズルにそれぞれ連通し、且つ、前記配列方向に配列された複数の圧力室を含む、液体流路が形成された流路構造体と、前記複数の圧力室を覆うように前記流路構造体に配置された圧電層を有する圧電アクチュエータと、を備え
前記複数の圧力室の各々に対して、前記圧電層に、前記配列方向において各圧力室の両側に位置し、且つ、前記配列方向と直交する方向にそれぞれ延びる２つの溝が形成され、前記複数の圧力室の間で、前記圧力室の両側に配置された前記２つの溝の離間距離が等しく、
前記配列方向において、前記圧力室の縁からの、前記溝の位置をＸとし、前記配列方向において、前記圧力室の縁から隣接する別の圧力室の縁までの区間の、中間位置をＸｃとしたときに、前記溝の位置Ｘが、０．２Ｘｃ≦Ｘ≦０．６Ｘｃの範囲内にあることを特徴とするものである。

本発明では、前提として、各圧力室の両側に位置する２つの溝の距離は、複数の圧力室の間で等しく維持される。従って、各圧力室に対して２つの溝の位置がずれる場合、２つの溝は、圧力室に対して同じ方向に同じ量だけずれる。そこで、一方の溝が圧力室の縁に近づくことによる、圧力室の体積変化量の増加と、他方の溝が圧力室の縁から遠ざかることによる、圧力室の体積変化量の減少とが、相殺することになれば、溝の位置のばらつきが、ノズルからの液体の吐出速度に及ぼす影響はほとんどなくなる。

発明の詳細な説明の欄で詳述するが、溝の、圧力室の縁からの位置Ｘと、圧電層が変形したときの圧力室の体積変化量の関係を曲線で近似すると、この曲線は、圧力室の縁近傍で極大値を取り、２つの圧力室の中間位置で極小値を取る。

前記曲線の極大値である、圧力室の縁近傍は、溝が形成されたときの圧力室の体積変化量が大きくなる、という利点はあるが、一方で、前記曲線の傾きが急激に変化する箇所でもある。そのため、このような位置では、圧力室の両側の２つの溝が同じ方向に同じ量だけずれたときに、２つの溝のそれぞれによる、圧力室の体積変化量の増減が相殺されなくなる。従って、溝の位置ずれによって体積変化量が変化して、ノズルからの液体の吐出速度に影響することになり、複数のノズル間での吐出速度ばらつきにつながる。一方で、溝の位置が圧力室の縁から離れている（２つの圧力室の中間位置に近い）と、溝を形成することによる、圧力室の体積変化量の増加が小さく、溝を形成する意義が低くなる。

本発明では、各圧力室に対する溝の位置Ｘが、前記曲線の極大値と極小値の間の、変曲点を含む範囲（０．２Ｘｃ≦Ｘ≦０．６Ｘｃ）内にある。０．２Ｘｃ≦Ｘ≦０．６Ｘｃの範囲においては、前記曲線の傾きの変化が小さく、溝の位置と圧力室の体積変化量の関係が、ほぼ直線的な関係となる。そのため、複数の圧力室の間で２つの溝の位置が異なっていても、それらの溝の位置Ｘが０．２Ｘｃ≦Ｘ≦０．６Ｘｃの範囲にあるならば、２つの溝の一方が圧力室の縁に近づくことによる体積変化量の増加分と、２つの溝の他方が圧力室の縁から遠ざかることによる体積変化量の減少分とが相殺される。従って、複数の圧力室の間での体積変化量のばらつきは小さいものとなり、複数のノズルの吐出速度ばらつきが許容範囲内に収まる。

また、前記溝の位置Ｘが、０．３５Ｘｃ≦Ｘ≦０．６Ｘｃの範囲内にあることがより好ましい（第２の発明）。さらに、前記溝の位置Ｘが、０．４２Ｘｃ≦Ｘ≦０．５５Ｘｃの範囲内にあることがより好ましい（第３の発明）。

第４の発明の液体吐出装置の製造方法は、所定の配列方向に配列された複数のノズル、及び、前記複数のノズルにそれぞれ連通し、且つ、前記配列方向に配列された複数の圧力室を含む、液体流路が形成された流路構造体と、前記複数の圧力室を覆うように前記流路構造体に配置された圧電層を有する圧電アクチュエータと、を備えた、液体吐出装置の製造方法であって、
前記複数の圧力室の各々に対して、前記圧電層に、前記配列方向において各圧力室の両側に位置し、且つ、前記配列方向と直交する方向にそれぞれ延びる２つの溝を形成する、溝形成工程を備え、前記溝形成工程において、前記２つの溝を、前記複数の圧力室の間で前記２つの溝の離間距離が等しくなるように形成し、
さらに、前記溝形成工程において、前記配列方向において、前記圧力室の縁からの、前記溝の目標形成位置をＸｍとし、前記配列方向において、前記圧力室の縁から隣接する別の圧力室の縁までの区間の、中間位置をＸｃとしたときに、前記溝の目標形成位置Ｘｍを、０．２Ｘｃ≦Ｘｍ≦０．６Ｘｃの範囲内の値に設定して、前記溝を形成することを特徴とするものである。

本発明では、各圧力室に対する溝の目標形成位置Ｘｍを、前記曲線の極大値と極小値の間の、変曲点を含む範囲（０．２Ｘｃ≦Ｘｍ≦０．６Ｘｃ）内の値に設定して、各々の溝を形成する。先にも述べたが、実際に形成される溝の圧力室に対する位置が、目標の位置に対してずれることがある。しかし、溝形成工程で設定する溝の目標形成位置Ｘｍを、前記曲線がほぼ直線的となる、上記範囲内の値とすることで、２つの溝が、設定された位置に対して、同じ方向に同じ量だけずれた場合に、２つの溝の間で、圧力室の体積変化量の増減が相殺される。従って、ある圧力室に対応する溝の位置が目標形成位置から多少ずれても、その圧力室の体積変化量は、他の圧力室とほとんど同じとなる。それ故、複数のノズルの間の吐出速度ばらつきも小さくなる。

本実施形態のインクジェットプリンタの概略平面図である。 インクジェットヘッドの平面図である。 図２のＡ部拡大図である。 図３のIV-IV線断面図である。 図３のV-V線断面図である。 図５の一部拡大図である。 圧力室形成工程を示す図である。 圧電アクチュエータの製造工程を示す図である。 溝の位置と圧力室の体積変化量の関係を示すグラフである。

次に、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施形態のインクジェットプリンタの概略平面図である。まず、図１を参照してインクジェットプリンタ１の概略構成について説明する。尚、以下では、図１の紙面手前側を上方、紙面向こう側を下方と定義して、適宜、「上」「下」の方向語を使用して説明する。

（プリンタの概略構成）
図１に示すように、インクジェットプリンタ１は、プラテン２と、キャリッジ３と、インクジェットヘッド４と、搬送機構５と、制御装置６等を備えている。

プラテン２の上面には、被記録媒体である記録用紙１００が載置される。キャリッジ３は、プラテン２と対向する領域において２本のガイドレール１０，１１に沿って走査方向に往復移動可能に構成されている。キャリッジ３には無端ベルト１４が連結され、キャリッジ駆動モータ１５によって無端ベルト１４が駆動されることで、キャリッジ３は走査方向に移動する。

インクジェットヘッド４は、キャリッジ３に取り付けられており、キャリッジ３とともに走査方向に移動する。インクジェットヘッド４は、プリンタ１に装着された４色（例えば、ブラック、イエロー、シアン、マゼンタ）のインクカートリッジ１７と、図示しないチューブによって接続されている。また、インクジェットヘッド４の下面（図１の紙面向こう側の面）には、複数のノズル３４が形成されている。そして、このインクジェットヘッド４は、インクカートリッジ１７から供給された４色のインクを、複数のノズル３４からプラテン２に載置された記録用紙１００に対して吐出する。

搬送機構５は、走査方向と直交する搬送方向において、プラテン２を挟むように配置された２つの搬送ローラ１８，１９を有する。搬送機構５は、２つの搬送ローラ１８，１９によって、プラテン２に載置された記録用紙１００を搬送方向に搬送する。

制御装置６は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及び、各種制御回路を含むＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等を備える。 制御装置６は、ＲＯＭに格納されたプログラムに従い、ＡＳＩＣにより、記録用紙１００への印刷等の各種処理を実行する。例えば、印刷処理においては、制御装置６は、ＰＣ等の外部装置から入力された印刷指令に基づいて、インクジェットヘッド４やキャリッジ駆動モータ１５等を制御して、記録用紙１００に画像等を印刷させる。具体的には、キャリッジ３とともにインクジェットヘッド４を走査方向に移動させながらインクを吐出させるインク吐出動作と、搬送ローラ１８，１９によって記録用紙１００を搬送方向に所定量搬送する搬送動作とを、交互に行わせる。

（インクジェットヘッド）
図２は、インクジェットヘッド４の平面図である。図３は、図２のＡ部拡大図である。図４は、図３のIV-IV線断面図である。図５は、図３のV-V線断面図である。図６は、図５の一部拡大図である。尚、図４〜図６では、インクジェットヘッド４の流路ユニット２０内に充填されているインクを、符号“Ｉ”で示している。本実施形態のインクジェットヘッド４は、流路ユニット２０と、圧電アクチュエータ２１とを備えている。

（流路ユニットの構成）
図４、図５に示すように、流路ユニット２０は、５枚のプレート２５〜２９が積層された構造を有する。５枚のプレート２５〜２９のうちの最下層のプレート２９は、複数のノズル３４が形成されたノズルプレートである。一方、上側の残り４つのプレート２５〜２８には、複数のノズル３４に連通するマニホールド３６や圧力室３７等のインク流路が形成されている。

図３に示すように、流路ユニット２０の上面には、４つのインク供給口３５が走査方向に並んで形成されている。また、流路ユニット２０は、その内部に、それぞれ搬送方向に延在する４本のマニホールド３６を有する。４本のマニホールド３６は、４つのインク供給口３５に接続されている。

さらに、流路ユニット２０は、その下面に開口した複数のノズル３４と、その上面に配置された複数の圧力室３７とを有する。図３に示すように、複数のノズル３４は、４本のマニホールド３６に沿って搬送方向に配列されており、４列のノズル列を構成している。複数の圧力室３７も、複数のノズル３４と同様に、４本のマニホールド３６に沿って搬送方向に配列されており、４列の圧力室列を構成している。また、各圧力室３７は、走査方向に長い、略楕円の平面形状を有する。尚、以下の説明において、搬送方向に平行な、複数のノズル３４、及び、複数の圧力室３７が配列された方向を、「ノズル配列方向」ともいう。

図４に示すように、各圧力室３７は、その一端部においてマニホールド３６に連通し、その他端部においてノズル３４に連通している。そして、図４（ｂ）に矢印で示すように、流路ユニット２０内には、各マニホールド３６から分岐して、圧力室３７を経てノズル３４に至る個別流路が複数形成されている。

（圧電アクチュエータの構成）
図３〜図６に示すように、圧電アクチュエータ２１は、インク封止膜４０と、圧電層４４，４５と、複数の個別電極４２と、共通電極４６を備えている。

インク封止膜４０は、複数の圧力室３７を覆うように、流路ユニット２０の上面に接合されている。インク封止膜４０は、インク透過性の低い材料、例えば、ステンレス鋼等の金属材料で形成されている。

２枚の圧電層４４，４５は、それぞれ圧電材料からなる。圧電層４４，４５を構成する圧電材料としては、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との混晶であるチタン酸ジルコン酸鉛を採用することができる。その他、非鉛の圧電材料である、チタン酸バリウムや、ニオブ系の圧電材料を採用することもできる。圧電層４４，４５は互いに積層された状態で、インク封止膜４０の上面に接合されている。圧電層４４，４５は、それぞれ、ノズル配列方向が長手方向となる、矩形の平面形状を有する。

複数の個別電極４２は、圧電層４４の、圧電層４５と反対側の面である上面において、複数の圧力室にそれぞれ対応してノズル配列方向に配列されている。個別電極４２は、圧力室３７よりも一回り小さい、走査方向に長い略楕円の平面形状を有し、対応する圧力室３７の中央部と対向して配置されている。個別電極４２の長手方向一端部には、接続端子４２ａが設けられている。接続端子４２ａは、圧電層４４の上面において、個別電極４２から、圧力室３７と対向しない領域まで走査方向に延びている。

複数の個別電極４２にそれぞれ設けられた複数の接続端子４２ａは、図示しない配線部材と接続される。この配線部材には、ドライバＩＣ５３が実装されている。ドライバＩＣ５３は、制御装置６からの吐出制御信号に基づき、各個別電極４４の電位を、所定の駆動電位とグランド電位との間で切り換える。

共通電極４６は、２枚の圧電層４４，４５の間において、ほぼ全面的に配置されている。共通電極４６は、上側の圧電層４４を挟んで複数の個別電極４４のそれぞれと対向している。この共通電極４６は、圧電層の上面に配置された、図示しない接続端子と導通している。そして、共通電極４６は、接続端子を介して配線部材に形成されているグランド配線と接続されており、常にグランド電位に維持されている。

また、図４に示される、圧電層４４の、個別電極４２と共通電極４６に挟まれた部分を、特に、活性部４１と呼ぶ。活性部４１は、厚み方向において下向き、即ち、個別電極４２から共通電極４６に向かう方向に分極されている。

図３、図５、図６に示すように、上側の圧電層４４の、各圧力室３７の周囲部分には２つの溝５１，５２が形成されている。２つの溝５１，５２は、圧電層４４の上面の、圧力室３７に対してノズル配列方向における両側の領域において、走査方向にそれぞれ延びている。このように、圧電層４４の、各圧力室３７の両側の部分にそれぞれ溝５１，５２が形成されることで、圧電層４４の、圧力室３７と対向する部分の変形が促進される。

図５、図６に示すように、２つの溝５１，５２は、圧力室３７に対して、ノズル配列方向（圧力室３７の短手方向）に対称な位置に形成されている。尚、図５，図６では、２つの溝５１，５２は、圧電層４４にのみ形成されているが、下側の圧電層４５まで溝５１，５２が深く形成される場合もある。また、２つの溝５１，５２の、ノズル配列方向における離間距離Ｄは、全て等しくなっている。但し、後で説明するが、圧力室３７と２つの溝５１，５２の位置がずれることがあり、その場合には、２つの溝５１，５２の位置は、圧力室３７に関して対称な位置からそれぞれずれることになる。さらに、ある圧力室３７について、２つの溝５１，５２が所定の目標形成位置に対してずれた位置に形成され、複数の圧力室３７間で、圧力室３７に対する溝５１，５２の位置がばらついたとしても、その溝５１，５２の位置のばらつきが圧電層４４の変形量に及ぼす影響が小さくなるように、実際に溝５１，５２が存在する位置の範囲が規定されている。

具体的には、ノズル配列方向における、圧力室３７の縁からの溝５１，５２の位置をＸ、圧力室３７の縁から隣接する別の圧力室３７の縁までの区間の、中間位置をＸｃとしたときに、溝５１，５２の位置Ｘは、それぞれ、０．２Ｘｃ≦Ｘ≦０．６Ｘｃの範囲内にある。尚、溝５１，５２は、それぞれ、ノズル配列方向に所定の幅を有する溝であるが、上述の「溝の位置Ｘ」とは、圧力室３７の縁から、溝５１，５２のノズル配列方向における中心までの位置である。

また、上記の内容を別の表現を用いて説明すると、圧力室３７のノズル配列方向における幅をＷ、溝５１の圧力室３７の縁からの位置ＸをＸ１、溝５２の圧力室３７の縁からの位置ＸをＸ２としたときに、Ｘ１＋Ｘ２＝Ｄ−Ｗという関係を常に維持しつつ、Ｘ１、Ｘ２が、それぞれ、上記の０．２Ｘｃ≦Ｘ≦０．６Ｘｃの範囲にある、ということである。つまり、一方の溝５１が、圧力室３７の縁から離れた位置にある場合には、他方の溝５２は圧力室３７の縁に近い位置にあり、溝５１，５２の離間距離Ｄは変わらない。溝５１，５２の位置が上記範囲内にあることの詳細については、後で説明する。

以上説明した圧電アクチュエータ２１の、ノズル３４からインクを吐出させる際の動作は、以下の通りである。ドライバＩＣ５３により、ある個別電極４２の電位が、グランド電位から駆動電位に切り換えられたとする。このとき、個別電極４２とグランド電位に保持されている共通電極４６の間に電位差が生じる。これにより、圧電層４４の活性部４１に厚み方向の電界が生じる。また、活性部４１の分極方向と電界の方向とが一致するために、活性部４１はその分極方向である厚み方向に伸びて面方向に収縮する。この活性部４１の収縮変形に伴って、２つの圧電層４４，４５が圧力室３７側に凸となるように撓む。これにより、圧力室３７の容積が減少してその内部のインクに圧力が付与され、圧力室３７に連通するノズル３４からインクの液滴が吐出される。

次に、インクジェットヘッド４の製造工程について説明する。以下、流路ユニット２０の製造工程と、圧電アクチュエータ２１の製造工程の順に説明する。

（１）流路ユニットの製造
流路ユニット２０を構成する５枚のプレートのうち、上側の４枚の金属プレート２５〜２８については、それぞれエッチングを行って、それぞれ圧力室３７、マニホールド３６等の流路孔を形成する。また、ノズルプレート２９には、レーザー加工等により、複数のノズル３４を形成する。そして、５枚のプレートを重ね合わせて接着剤により接合する。

ここで、プレート２５へのエッチングによる複数の圧力室３７の形成について補足説明する。図７は、圧力室形成工程を説明する図である。図７（ａ）に示すように、まず、金属製のプレート２５の表面にレジスト膜６０を形成する。次に、図７（ｂ）に示すように、レジスト膜６０の上にマスク６１を設置した上で、プレート６１の複数の圧力室３７がそれぞれ形成される領域のレジスト膜６０を露光し、その露光部分を溶解液で溶解させて除去する。その後、図７（ｃ）に示すように、プレート２５のレジスト膜６０が除去された領域にエッチング液を接触させて、ウェットエッチングによりプレート２５に複数の圧力室３７を形成する。

（２）圧電アクチュエータの製造
図８は、圧電アクチュエータ２１の製造工程を示す図である。
（共通電極形成工程）
図８（ａ）に示すように、下側の圧電層４５となる、未焼成のグリーンシート７２の一面に共通電極４６を形成する。共通電極４６の形成は、スクリーン印刷、蒸着、ＣＶＤ等の公知の方法で行うことができる。

（積層工程、焼成工程）
次に、上側の圧電層４４となる、別の未焼成のグリーンシート７１を、グリーンシート７２に、共通電極４６を挟むように積層する。その後、積層した２枚のグリーンシート７１，７２を所定の温度で焼成して、圧電層４４，４５の積層体を得る。

（個別電極形成工程）
次に、図８（ｂ）に示すように、圧電層４４の上面の、複数の圧力室３７とそれぞれ対向することとなる領域に、複数の個別電極４２をそれぞれ形成する。個別電極４２の形成も、スクリーン印刷、蒸着、ＣＶＤ等の公知の方法で行うことができる。尚、複数の個別電極４２も、共通電極４６と同様に、圧電層４４，４５の焼成前に、グリーンシート７１に形成してもよい。

（溝形成工程）
次に、図８（ｃ）に示すように、圧電層４４の上面に、複数の圧力室３７の各々に対して、個別電極４２を基準として、２つの溝５１，５２を、ピコ秒レーザー等を用いたレーザー加工により形成する。具体的には、まず、圧電層４４の上面に、複数の溝５１，５２にそれぞれ対応した複数の孔７３ａを有するマスク７３を配置する。２つの溝５１，５２を形成するための２つの孔７３ａは、ノズル配列方向にＤだけ離れている。このマスク７３の上方からレーザー光を照射することで、圧電層４４の上面に、ノズル配列方向に個別電極４２を挟んで距離Ｄだけ離れた２つの溝５１，５２を形成する。尚、上記のマスク７３を使用する方法の他、ガルバノスキャナによりレーザー光を走査して溝５１，５２を形成してもよい。

（接合工程）
図８（ｄ）に示すように、流路ユニット２０の上面にインク封止膜４０を接着剤で接合する。尚、インク封止膜４０の接合は、この段階で行う必要は必ずしもなく、流路ユニット４０の製造時に、プレート２５〜２９の接合と同時に行ってもよい。さらに、インク封止膜４０の上面に、図８（ａ）〜（ｃ）の工程で得られた、個別電極４２及び共通電極４６が形成された２枚の圧電層４４，４５を、流路ユニット２０に対して位置合わせをした上で、接着剤で接合する。

ところで、圧電アクチュエータ２１が流路ユニット２０に接合された状態で、複数の圧力室３７の間で、溝５１，５２の圧力室３７に対する位置がばらつくことがある。その理由としては、プレート２５に複数の圧力室３７を形成したときに、（１）一部の圧力室３７において、圧力室の配列ピッチが正規のピッチからずれる、あるいは、（２）一部の圧力室３７のサイズが他の圧力室３７のサイズと異なる、等が考えられる。

図７の例では、上記（１）の要因としては、レジスト膜６０の露光に使用するマスク６１が、熱膨張又は熱収縮することによって、マスク６１の孔６１ａの位置がずれ、それによって、圧力室３７の位置がずれる、という点が挙げられる。また、上記（２）の要因としては、ウェットエッチングに使用するエッチング液の濃度や温度がばらつくことによって、複数の圧力室３７の間でエッチング速度がばらつくことによって、サイズがばらつく、という点が挙げられる。

（１）の圧力室３７の配列ピッチのばらつき、及び、（２）の圧力室３７のサイズのばらつきによって、溝５１，５２の、圧力室３７の縁からの位置Ｘがずれることになる。例えば、圧力室３７の短手方向の幅Ｗ（図６参照）＝３４０μｍの場合、（１）の圧力室３７の配列ピッチの最大ばらつき量Ａは、±１８μｍ程度、（２）の短手方向の幅Ｗの最大ばらつき量Ｂは、±８μｍ程度となる。この場合、上記（１）、（２）のそれぞれの要因によって生じる、溝５１，５２の、ノズル配列方向における圧力室３７の縁からの位置Ｘの、目標形成位置に対する最大ズレ量ΔＸは、上記２つの要因による最大ばらつき量の最小二乗法で規定すると、ΔＸ^２＝Ａ^２＋Ｂ^２から、ΔＸは約２０μｍとなる。つまり、溝５１，５２の圧力室３７に対する実際の位置が、圧力室３７の目標形成位置に対して、最大２０μｍ程度ずれる可能性がある、ということである。

尚、上記の、圧力室３７の配列ピッチの最大ばらつき量Ａは、プレート２５の搬送方向長さ（圧力室３７の配列数）に依存する。プレート２５の搬送方向長さが３５ｍｍ程度の長さである場合に、上記のように、最大ばらつき量Ａが±１８μｍ程度となる。プレート２５の長さが短ければ、その分、Ａの値は小さくなる。また、圧力室３７の幅Ｗの最大ばらつき量Ｂは、圧力室３７の幅にはあまり依存せず、ほぼ±８μｍ程度となる。これは、圧力室３７の幅Ｗのばらつきは、エッチングで圧力室３７を形成する際のマスク６１の稜線からのばらつき量が支配的であるため、と考えられる。

しかし、次に説明するように、溝５１，５２の、圧力室３７に対する位置がずれても、溝５１，５２の位置Ｘが、以下に説明する所定の範囲内にあれば、複数の圧力室３７の間の体積変化量のばらつきは小さくなり、それがノズル３４からのインクの吐出速度に及ぼす影響は小さくなる。

図９は、溝５１，５２の位置と圧力室３７の体積変化量の関係を示すグラフである。図９の横軸は、溝位置Ｘを、中間位置までの距離Ｘｃで除して無次元化した値（Ｘ／Ｘｃ）をパーセントで表示したものである。また、図９の縦軸の「体積変化率」は、溝５１，５２が形成されている場合の圧力室３７の体積変化量の、溝５１，５２が形成されていない場合の体積変化量に対する比率をパーセントで表示したものである。また、図９は、溝５１，５２の圧力室３７に対する位置を変化させたときの、圧力室３７の体積変化量を複数点プロットし、それらを４次曲線で近似したものである。

また、図９には、溝５１，５２の深さが異なる４つのモデルでの検討結果が示されている。これらモデルの主要条件は以下の通りである。
（圧電層４４、４５の材質）：チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）
（圧電層４４，４５の厚み）：１８μｍ
（圧力室３７のノズル配列方向における幅）：３４０μｍ
（溝の深さ）：１８μｍ、２３μｍ、２８μｍ、３３μｍの４種類
また、これら４つのモデルにおいて、ノズル３４の吐出速度ばらつきの検討も行っており、それに使用した主要条件は以下の通りである。
（ノズル径）：２０μｍ
（インクの粘度）：３Ｐａ・ｓ

図９の、４つのモデルについての４つの４次の近似曲線の各々は、それぞれ、圧力室３７の縁近傍（横軸の無次元値が１０％付近）で極大値をとる。また、圧力室３７の中間位置近傍（横軸の無次元値が１００％付近）で極小値をとる。さらに、各曲線は、極大値と極小値の間の○印で示される位置に変曲点を有する。図９の４つの曲線のそれぞれについての変曲点の位置は、４６％（溝深さ１８μｍ）、４７％（溝深さ２３μｍ）、４８％（溝深さ２８μｍ）、４９％（溝深さ３３μｍ）である。但し、図９には示されていないが、他にも様々なモデルを検討して近似曲線を取得した結果、溝位置と体積変化量の関係を示す近似曲線の変曲点は、４２％〜５５％の範囲に入ることがわかった。溝５１，５２の位置Ｘで表すと、０．４２Ｘｃ≦Ｘ≦０．５５Ｘｃの範囲となる。この変曲点が存在する範囲では、曲線の傾きはほぼ一定となる。

ところで、先に述べたように、複数の圧力室３７の間で、圧力室３７を挟んで配置されている２つの溝５１，５２の離間距離Ｄは等しくなっている。そして、圧電層４４の収縮に起因して、溝の位置が圧力室３７に対してずれる場合、各圧力室３７の両側の２つの溝５１，５２は、圧力室３７に対して同じ方向に同じ量だけずれる。その際に、一方の溝５１（５２）が圧力室３７の縁に近づくことによる、圧力室３７の体積変化量の増加と、他方の溝５２（５１）が圧力室３７の縁から遠ざかることによる、圧力室３７の体積変化量の減少とが、相殺することになれば、溝５１，５２の位置のばらつきが、ノズル３４からの液体の吐出速度に及ぼす影響はほとんどなくなる。

曲線の極大値である、圧力室３７の縁近傍は、溝５１，５２が形成されたときの圧力室３７の体積変化量が大きくなる、という利点はあるが、一方で、曲線の傾きが急激に変化する箇所でもある。そのため、圧力室３７の両側の２つの溝５１，５２が同じ方向に同じ量だけずれたときに、２つの溝５１，５２のそれぞれによる、圧力室３７の体積変化量の増減が相殺されなくなる。従って、溝５１，５２の位置ずれがノズル３４からの液体の吐出速度に影響することになり、複数のノズル３４間での吐出速度ばらつきにつながる。尚、溝５１，５２の位置が圧力室３７の縁から離れている（２つの圧力室３７の中間位置に近い）と、溝５１，５２を形成することによる、圧力室３７の体積変化量の増加が小さく、圧電層４４に溝５１，５２を形成する意義が低くなる。

図９の曲線において、変曲点を含む、無次元値Ｘ／Ｘｃが２０〜６０％の範囲、即ち、０．２Ｘｃ≦Ｘ≦０．６Ｘｃの範囲においては、曲線の傾きの変化が小さく、溝５１，５２の位置と圧力室３７の体積変化量の関係が、ほぼ直線的な関係となっている。そのため、各圧力室３７の２つの溝５１，５２のうち、一方の溝５１（５２）が圧力室３７の縁に近づくようにずれたときに、それによって圧力室３７の体積変化量は大きくなるが、他方の溝５２（５１）は圧力室３７の縁から離れるようにずれるために圧力室３７の体積変化量は小さくなる。そして、溝５１，５２の位置が上記範囲にある場合は、溝５１，５２の位置と圧力室３７の体積変化量の関係がほぼ直線的な関係であることから、一方の溝５１（５２）が圧力室３７の縁に近づくことによる体積変化量の増加分と、他方の溝５２（５１）が圧力室３７の縁から遠ざかることによる体積変化量の減少分とが、相殺されることになる。

つまり、複数の圧力室３７の間で溝５１，５２の位置がばらついていても、それぞれの溝５１，５２の位置Ｘが、近似曲線がほぼ直線的となる０．２Ｘｃ≦Ｘ≦０．６Ｘｃの範囲内にあるならば、複数の圧力室３７の間での体積変化量のばらつきは小さいものとなる。それ故、複数のノズル３４の間の吐出速度ばらつきも小さくなる。そこで、圧電層４４に溝５１，５２を形成する際の、溝５１，５２の目標形成位置Ｘｍは、０．２Ｘｃ≦Ｘｍ≦０．６Ｘｃの範囲内で設定することが好ましい。

但し、実際に形成された溝５１，５２の位置Ｘは、目標形成位置Ｘｍに対してずれる可能性があり、そのときの最大ズレ量は、先に説明したように±２０μｍ程度である。つまり、目標形成位置Ｘｍを０．２Ｘｃ≦Ｘｍ≦０．６Ｘｃの範囲内で設定したときに、実際の溝５１，５２の位置は、０．２Ｘｃ−２０μｍ≦Ｘ≦０．６Ｘｃ＋２０μｍの範囲内に存在しうる。

そこで、０．２Ｘｃ≦Ｘｍ≦０．６Ｘｃの範囲内の目標形成位置Ｘｍのそれぞれについて、実際の溝位置Ｘが±２０μｍずれた場合に、吐出速度がどの程度ばらつくのかを検討した。図９の●印は、目標形成位置Ｘｍに対して、実際の溝５１，５２の位置が圧力室３７側へ２０μｍずれたときに、吐出速度のばらつきが５％となる、その目標形成位置Ｘｍを示す。また、図９の△印は、目標形成位置Ｘｍに対して、実際の溝５１，５２の位置が圧力室３７側へ２０μｍずれたときに、吐出速度のばらつきが１０％となる、その目標形成位置Ｘｍを示す。

例えば、溝深さが３３ｍｍの曲線において、●印は、横軸の値が３５％（Ｘ＝０．３５Ｘｃ）である。これは、目標形成位置Ｘｍ＝０．３５Ｘｃで溝５１，５２を形成したときに、ある圧力室３７について実際の溝位置ＸがＸｍ（＝０．３５Ｘｃ）に対して圧力室３７側に２０μｍずれると、目標形成位置Ｘｍに溝５１，５２が形成されている圧力室３７と比較して、吐出速度ばらつきが５％となるということを示す。また、△印は、横軸の値が１６％（Ｘ＝０．１６Ｘｃ）である。これは、目標形成位置Ｘｍ＝０．１６Ｘｃで溝５１，５２を形成したときに、ある圧力室３７について実際の溝位置ＸがＸｍ（＝０．１６Ｘｃ）に対して圧力室３７側に２０μｍずれると、吐出速度ばらつきが１０％となるということを示す。つまり、Ｘｍ＝０．３５Ｘｃ以上に設定すれば、溝５１，５２の位置がずれても吐出速度ばらつきは５％以下に抑えられるし、Ｘｍ＝０．１６Ｘｃ以上に設定すれば、吐出速度ばらつきは１０％以下に抑えられる、ということである。

一般に、インクジェット分野において、吐出速度ばらつきに起因する画質低下を抑えるために、吐出速度ばらつきを１０％以下に抑えることが求められている。この点、目標形成位置Ｘｍの範囲を０．２Ｘｃ≦Ｘｍ≦０．６Ｘｃとしたときに、その最小値である０．２Ｘｃは、４つのモデルの曲線の何れにおいても、吐出速度ばらつきが１０％となる△印よりも右側にある。従って、ある圧力室３７について実際の溝位置Ｘが、目標形成位置Ｘｍ（＝０．２Ｘｃ）から２０μｍずれて、０．２Ｘｃ−２０μｍとなっても、目標形成位置Ｘｍに溝５１，５２が形成されている圧力室３７と比べて、吐出速度ばらつきは１０％以下に抑えられる。

尚、０．２Ｘｃ≦Ｘ≦０．６Ｘｃの範囲よりも、Ｘの値が大きくなる圧力室３７側では、図９の曲線の傾きが小さくなっている。これは、溝位置Ｘが異なっても体積変化率はほとんど変化しないことを意味する。それ故、図９では、圧力室３７の縁から離れる側（右側）には、吐出速度ばらつき５％以下を示す●印や、吐出速度ばらつき１０％以下を示す△印は存在していない。即ち、目標形成位置Ｘｍが最大値０．６Ｘｃである場合に、実際の溝５１，５２の位置が、Ｘｍ（＝０．６Ｘｃ）よりも圧力室３７と反対側に２０μｍずれても、吐出速度ばらつきにはほとんど影響しない。

以上より、圧電層４４に形成される溝５１，５２の実際の位置Ｘは、目標形成位置Ｘｍの範囲（０．２Ｘｃ≦Ｘｍ≦０．６Ｘｃ）に、さらに、最大ズレ量±２０μｍを加味した、０．２Ｘｃ−２０μｍ≦Ｘ≦０．６Ｘｃ＋２０μｍの範囲内にあれば、吐出速度ばらつきが１０％以下に抑えられることがわかる。

尚、吐出ばらつきを小さく抑えるという観点からは、溝５１，５２の実際の位置Ｘは、図９の近似曲線がほぼ直線的となる、０．２Ｘｃ≦Ｘ≦０．６Ｘｃの範囲内にあることがより好ましい。また、吐出速度ばらつきをより小さく抑える（具体的には５％以下に抑える）ためには、０．３５Ｘｃ≦Ｘ≦０．６Ｘｃの範囲内であることが好ましい。さらに、変曲点の近傍であって曲線の傾きがほぼ一定となる、０．４２Ｘｃ≦Ｘ≦０．５５Ｘｃの範囲内にあることが一層好ましい。

以上説明した実施形態において、インクジェットヘッド４が、本発明の液体吐出装置に相当する。流路ユニット２０が、本発明の流路構造体に相当する。

以上、本発明の実施形態の一例について説明したが、本発明の適用形態は、上述した実施形態に限られるものではなく、以下に例示するように、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

前記実施形態では、１つの圧力室に対して、その短手方向両側に２つの溝５１，５２が設けられていたが、１つの圧力室に対して、その長手方向（走査方向）に、２つの溝５１，５２が設けられていてもよい。

前記実施形態では、複数の圧力室３７の間で、溝５１，５２の圧力室３７に対する位置がずれる理由として、圧力室３７の配列ピッチのばらつきや、圧力室３７の形状のばらつきを挙げている。これ以外にも、溝５１，５２の圧力室３７に対する位置がずれる要因はある。例えば、前記実施形態図８では、焼成後の圧電層４４に複数の個別電極４２を形成しているが、焼成前のグリーンシート７１に複数の個別電極４２を形成してから、グリーンシート７１を焼成して圧電層４４としてもよい。この場合、焼成時に圧電層４４が収縮するため、流路ユニット４０に接合したときに個別電極４２の圧力室３７に対する位置がずれる。その上で、圧電層４４に、個別電極４２の位置を基準に溝５１，５２を形成すると、溝５１，５２の圧力室３７に対する位置もずれることになる。

流路ユニットや圧電アクチュエータの構成は、前記実施形態のものには限られない。例えば、圧電アクチュエータの圧電層の枚数は２枚には限られず、適宜変更できる。また、圧力室３７や、それに対応する個別電極４２の形状についても、前記実施形態の形状には限られない。例えば、前記実施形態では、個別電極４２は、圧電層４４の圧力室３７と反対側に配置されていたが、圧力室３７側に配置されていてもよい。

前記実施形態は、本発明を、記録用紙にインクを吐出して画像等を印刷するインク吐出装置に適用したものであるが、画像等の印刷以外の様々な用途で使用される液体吐出装置においても本発明は適用されうる。例えば、基板に導電性の液体を噴射して、基板表面に導電パターンを形成する液体吐出装置にも、本発明を適用することは可能である。

４ インクジェットヘッド
２０ 流路ユニット
２１ 圧電アクチュエータ
３４ ノズル
３７ 圧力室
４４，４５ 圧電層
５１，５２ 溝

Claims (4)

1. 所定の配列方向に配列された複数のノズル、及び、前記複数のノズルにそれぞれ連通し、且つ、前記配列方向に配列された複数の圧力室を含む、液体流路が形成された流路構造体と、
   前記複数の圧力室を覆うように前記流路構造体に配置された圧電層を有する圧電アクチュエータと、を備え
   前記複数の圧力室の各々に対して、前記圧電層に、前記配列方向において各圧力室の両側に位置し、且つ、前記配列方向と直交する方向にそれぞれ延びる２つの溝が形成され、
   前記複数の圧力室の間で、前記圧力室の両側に配置された前記２つの溝の離間距離が等しく、
   前記配列方向において、前記圧力室の縁からの、前記溝の位置をＸとし、
   前記配列方向において、前記圧力室の縁から隣接する別の圧力室の縁までの区間の、中間位置をＸｃとしたときに、
   前記溝の位置Ｘが、０．２Ｘｃ≦Ｘ≦０．６Ｘｃの範囲内にあることを特徴とする液体吐出装置。
2. 前記溝の位置Ｘが、０．３５Ｘｃ≦Ｘ≦０．６Ｘｃの範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
3. 前記溝の位置Ｘが、０．４２Ｘｃ≦Ｘ≦０．５５Ｘｃの範囲内にあることを特徴とする請求項２に記載の液体吐出装置。
4. 所定の配列方向に配列された複数のノズル、及び、前記複数のノズルにそれぞれ連通し、且つ、前記配列方向に配列された複数の圧力室を含む、液体流路が形成された流路構造体と、
   前記複数の圧力室を覆うように前記流路構造体に配置された圧電層を有する圧電アクチュエータと、
   を備えた、液体吐出装置の製造方法であって、
   前記複数の圧力室の各々に対して、前記圧電層に、前記配列方向において各圧力室の両側に位置し、且つ、前記配列方向と直交する方向にそれぞれ延びる２つの溝を形成する、溝形成工程を備え、
   前記溝形成工程において、前記２つの溝を、前記複数の圧力室の間で前記２つの溝の離間距離が等しくなるように形成し、
   さらに、前記溝形成工程において、
   前記配列方向において、前記圧力室の縁からの、前記溝の位置をＸとし、
   前記配列方向において、前記圧力室の縁から隣接する別の圧力室の縁までの区間の、中間位置をＸｃとしたときに、
   前記溝の目標形成位置Ｘｍを、０．２Ｘｃ≦Ｘｍ≦０．６Ｘｃの範囲内の値に設定して、前記溝を形成することを特徴とする液体吐出装置の製造方法。