JP4186494B2 - 液体噴射ヘッド - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電振動子の変形によって圧力室内の液体に圧力変動を生じさせ、ノズル開口から液滴として吐出させる液体噴射ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧力室内の液体に圧力変動を生じさせることでノズル開口から液滴として吐出させる液体噴射ヘッドとしては、例えば、記録ヘッド、液晶噴射ヘッド、色材噴射ヘッド等がある。記録ヘッドは、プリンタやプロッタ等の画像記録装置に搭載されるものであり、インク液をインク滴として吐出させる。液晶噴射ヘッドは、液晶ディスプレイを製造するディスプレイ製造装置に用いられるものである。このディスプレイ製造装置では、多数のグリッドを有するディスプレイ基体の所定グリッドに、液晶噴射ヘッドから吐出させた液滴状の液晶を注入する。色材噴射ヘッドは、カラーフィルタを製造するフィルタ製造装置に用いられるものであり、フィルタ基体の表面に色材を吐出する。
【０００３】
このような液体噴射ヘッドには種々の形式があるが、その一種に、振動板の表面に形成された圧電振動子をたわみ変形させることで液滴を吐出させるようにしたものがある。この液体噴射ヘッドは、例えば、圧力室と圧電振動子とを備えたアクチュエータユニットと、ノズル開口や共通液室を備えた流路ユニットとから構成される。この液体噴射ヘッドでは、振動板上の圧電振動子を変形させることで圧力室容積を変化させ、圧力室内に貯留された液体に圧力変動を生じさせる。そして、この圧力変動を利用することでノズル開口から液滴を吐出させる。例えば、圧力室の収縮によって液体を加圧し、ノズル開口から液体を押し出す。
【０００４】
この液体噴射ヘッドでは、例えば図１１に示すように、個別端子５１を通じてアクチュエータユニット５２の各圧電振動子５３…に駆動信号を供給するが、駆動信号の供給は図１２に示すように、ＦＰＣ（フレキシブル・プリンティング・サーキット）やＴＣＰ（テープ・キャリア・パッケージ）等のフィルム状の配線基板５４を用いて行われている。この配線基板５４は、例えば、ポリイミド等のベースフィルムの表面に銅箔等で導体パターンを形成し、接点端子５５…以外の導体パターンをレジストで覆った構成とされる。そして、上記の各個別端子５１…は列状に並んだ状態で形成されるので、各接点端子５５…も列状に並んだ状態で形成される。また、この液体噴射ヘッドは、複数のアクチュエータユニット５２…を横並びに取り付けているので、配線基板５４をアクチュエータユニット５２の上に重ねて配置することを余儀なくされている。
【０００５】
また、撓み変形モードの圧電振動子は、共通電極と個別電極とで圧電体層を挟んだ構成であり、例えば、振動子長手方向の一側に向けて個別電極を延設して個別端子５１に導通させる一方、長手方向の他側に向けて共通枝電極を延設して共通幹電極５６に導通させている。この共通幹電極５６は圧電体層を挟んで接続端子５１とは反対側に位置しているので、振動子列端部の圧電振動子５３をダミー振動子として用い、このダミー振動子の表面に積層形成された導通電極５７を介して共通幹電極５６と個別端子５１との間を導通している。そして、この個別端子５１を通じて各共通枝電極を共通電位に調整している。例えば、個別端子５１にＧＮＤ線を導通させることで各共通枝電極を接地電位に調整している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そして、この導通電極５７は、例えば、列の端から２〜３個分（図１１では２個分）の圧電振動子（ダミー振動子）５３を用いて形成されるが、液滴の吐出に関与する圧電振動子（駆動振動子）５３は例えば数十個と多数であるため、多くの電流を支障なく流せるように厚く設ける必要があった。それ故、導通電極の形成には印刷が用いられ、マスクを介してペースト状の電極材料を１０〜２０μｍ程度の厚さに塗布している。
【０００７】
このようにしてダミー振動子の表面に形成された導通電極５７は、エッジ部分に上方へ向けて尖ったバリ状部が生じ易いという問題があった。これは、電極材料の塗布後にマスクを持ち上げて外した際に、マスクの移動に伴って電極材料のエッジ部分も上方に持ち上げられるためと考えられる。
【０００８】
そして、図１３に示すように、導通電極５７と配線基板の導体パターン５８…は交差しているので、導通電極５７のバリ状部が焼成されて硬化すると、例えば、図１４に示すように、配線基板を取り付けた際において、レジストにバリ状部が刺さってしまう虞がある。この場合において、導通電極５７の延設方向が導体パターン５８の延設方向に交差しているので、バリ状部が深く刺さると導体パターン５８を短絡させたり断線させてしてしまう虞がある。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、導通電極におけるバリ状部の発生を防止し、導体パターンの短絡や断線を防止できる液体噴射ヘッドを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１に記載のものは、ノズル開口に連通されると共にノズル列とは直交する方向に細長い複数の圧力室と、該圧力室の一部を区画する振動板と、前記圧力室とは反対側の振動板表面に各圧力室毎に設けられ、圧力室長手方向に細長い圧電振動子とを備え、圧電振動子の変形によって圧力室内の液体に圧力変動を生じさせることでノズル開口から液滴を吐出する液体噴射ヘッドにおいて、
前記圧電振動子は、圧電体層とこの圧電体層の表面に形成された複数の電極を備え、駆動信号の供給によって変形する駆動振動子と、駆動信号が供給されないダミー振動子とから構成し、
各圧電振動子の長手方向一側には配線基板との導通部となる個別端子を、長手方向他側には共通幹電極をそれぞれ設け、
前記駆動振動子の電極層を、共通幹電極から各圧電体層毎に延設される複数の共通枝電極と、個別端子に導通されて各圧電体層毎に設けられる個別電極とから構成し、
前記圧電体層を互いに積層された上層圧電体及び下層圧電体から構成し、
前記駆動振動子の共通枝電極を下層圧電体の表面に形成された共通下電極及び上層圧電体の表面に形成された共通上電極から構成すると共に、個別電極を下層圧電体と上層圧電体との境界に形成し、
前記ダミー振動子には、共通幹電極から圧電体層の下側を通って個別端子に導通する導通電極を設け、
前記ダミー振動子の導通電極を、下層圧電体の表面に形成された第１導通電極と、下層圧電体と上層圧電体との境界に形成された第２導通電極の少なくとも一方によって構成したことを特徴とする液体噴射ヘッドである。
ここで、「上下」とあるのは、振動板を基準とした位置関係を示している。即ち、振動板から近い側を「下」とし、振動板から遠い側を「上」として示している。
【００１１】
請求項２に記載のものは、ノズル開口に連通されると共にノズル列とは直交する方向に細長い複数の圧力室と、該圧力室の一部を区画する振動板と、前記圧力室とは反対側の振動板表面に各圧力室毎に設けられ、圧力室長手方向に細長い圧電振動子とを備え、圧電振動子の変形によって圧力室内の液体に圧力変動を生じさせることでノズル開口から液滴を吐出する液体噴射ヘッドにおいて、
前記圧電振動子は、圧電体層とこの圧電体層の表面に形成された複数の電極を備え、駆動信号の供給によって変形する駆動振動子と、駆動信号が供給されないダミー振動子とから構成し、
各圧電振動子の長手方向一側には配線基板との導通部となる個別端子を、長手方向他側には共通幹電極をそれぞれ設け、
前記駆動振動子の電極層を、共通幹電極から各圧電体層毎に延設される複数の共通枝電極と、個別端子に導通されて各圧電体層毎に設けられる個別電極とから構成し、
前記圧電体層を互いに積層された上層圧電体及び下層圧電体から構成し、
前記駆動振動子の共通枝電極を下層圧電体の表面に形成された共通下電極及び上層圧電体の表面に形成された共通上電極から構成すると共に、個別電極を下層圧電体と上層圧電体との境界に形成し、
前記ダミー振動子には、共通幹電極から圧電体層の下側を通って個別端子に導通する導通電極を設け、
前記ダミー振動子の導通電極を、下層圧電体の表面に形成された第１導通電極と、下層圧電体と上層圧電体との境界に形成された第２導通電極との両導通電極によって構成したことを特徴とする液体噴射ヘッドである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ここでは、液体噴射ヘッドとして、図１に示すように、プリンタやプロッタ等の画像記録装置に搭載される記録ヘッド１を例に挙げて説明する。この記録ヘッド１は、例えば、流路ユニット２と、アクチュエータユニット３と、フィルム状の配線基板４とから概略構成されており、流路ユニット２の表面に複数のアクチュエータユニット３を複数横並びに接合し、流路ユニット２とは反対側のアクチュエータユニット３の表面に配線基板４を取り付けている。
例えば、図７に示すように、配線基板４は、ベースフィルム４Ａの表面に導体パターン４Ｂを形成し、接点端子２０を残して導体パターン４Ｂをレジスト４Ｃで覆った構成であるので、この接点端子２０を後述する個別端子１９に半田付けすることで配線基板４を取り付けている。
【００１３】
流路ユニット２は、図２の断面図に示すように、オリフィスとして機能するインク供給口５及びノズル連通口６の一部となる通孔を開設した供給口形成基板７と、共通インク室８となる通孔及びノズル連通口６の一部となる通孔を開設したインク室形成基板９と、ノズル開口１０…を副走査方向に沿って開設したノズルプレート１１から構成されている。これらの供給口形成基板７、インク室形成基板９、及び、ノズルプレート１１は、例えば、ステンレス製の板材をプレス加工することで作製されている。
【００１４】
なお、この図２では、１つのアクチュエータユニット３に対応する流路ユニット２の一部を示している。そして、本実施形態では１つの流路ユニット２に３つのアクチュエータユニット３…が接合されているので、インク供給口５、ノズル連通口６、供給口形成基板７、共通インク室８等は、アクチュエータユニット３毎に合計３組形成されている。
【００１５】
そして、流路ユニット２は、インク室形成基板９の一方の表面（図中下側）にノズルプレート１１を、他方の表面（同上側）に供給口形成基板７をそれぞれ配置し、これらの供給口形成基板７、インク室形成基板９、及び、ノズルプレート１１を接合することで作製される。例えば、シート状の接着剤によって各部材７，９，１１を接着することで作製される。
【００１６】
上記のノズル開口１０は、図３に示すように、所定ピッチで複数個列状に開設される。そして、列設された複数のノズル開口１０…によってノズル列１２が構成される。例えば、９２個のノズル開口１０…で１つのノズル列１２が構成される。また、このノズル列１２は、１つのアクチュエータユニット３に対して２列形成される。このため、本実施形態では、１つの流路ユニット２に合計６列のノズル列１２…が横並びに形成される。
【００１７】
アクチュエータユニット３は、ヘッドチップとも呼ばれ、圧電アクチュエータの一種である。このアクチュエータユニット３は、図２に示すように、圧力室１３となる通孔を開設した圧力室形成基板１４と、圧力室１３の一部を区画する振動板１５と、供給側連通口１６となる通孔及びノズル連通口６の一部となる通孔を開設した蓋部材１７と、圧電振動子１８とによって構成される。これら各部材の板厚に関し、圧力室形成基板１４、及び、蓋部材１７は、好ましくは５０μｍ以上、より好ましくは１００μｍ以上である。また、振動板１５は、好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは３〜１２μｍ程度である。
【００１８】
そして、このアクチュエータユニット３は、圧力室形成基板１４の一方の表面に蓋部材１７を、他方の表面に振動板１５をそれぞれ配置し、これらの各部材を一体化することで作製される。即ち、これらの圧力室形成基板１４、振動板１５、及び、蓋部材１７は、アルミナや酸化ジルコニウム等のセラミックスで作製されており、焼成によって一体化される。
【００１９】
例えば、グリーンシート（未焼成のシート材）に対して切削や打ち抜き等の加工を施して必要な通孔等を形成し、圧力室形成基板１４、振動板１５、及び、蓋部材１７の各シート状前駆体を形成する。そして、各シート状前駆体を積層及び焼成することにより、各シート状前駆体は一体化されて１枚のセラミックスシートとなる。この場合、各シート状前駆体は一体焼成されるので、特別な接着処理が不要である。また、各シート状前駆体の接合面において高いシール性を得ることもできる。
【００２０】
なお、１枚のセラミックスシートには、複数ユニット分の圧力室１３…やノズル連通口６…等が形成されている。換言すれば、１枚のセラミックスシートから複数のアクチュエータユニット３（ヘッドチップ）…を作製する。例えば、１つのアクチュエータユニット３となるチップ領域を、１枚のセラミックスシート内にマトリクス状に複数設定する。そして、圧電振動子１８等の必要な部材を各チップ領域内に形成した後、このセラミックスシートをチップ領域毎に切断することで、複数のアクチュエータユニット３…を得る。
【００２１】
上記の圧力室１３は、ノズル列１２とは直交する方向に細長い空部であり、ノズル開口１０に対応する複数形成されている。即ち、図３に示すように、ノズル列方向に列設されている。そして、各圧力室１３…の一端は、供給側連通口１６及びインク供給口５を通じて共通インク室８に連通している。また、供給側連通口１６とは反対側の圧力室１３の他端は、ノズル連通口６を通じて対応するノズル開口１０に連通する。さらに、この圧力室１３の一部（上側表面）は、振動板１５によって区画されている。
【００２２】
上記の圧電振動子１８は、所謂撓み振動モードの圧電振動子１８であり、圧力室１３とは反対側の振動板表面に圧力室１３毎に形成されている。この圧電振動子１８は、圧力室長手方向に細長いブロック状であり、その幅は圧力室１３の幅と略等しく、その長さは圧力室１３の長さよりも多少長い。さらに、この圧電振動子１８は、その両端部が圧力室１３の長手方向端部を越えるように配設されている。
【００２３】
この圧電振動子１８は、図４に示すように、圧力室１３とは反対側の振動板表面に圧力室１３毎に設けられる。即ち、各圧電振動子１８…はノズル列方向に列設されている。そして、これらの圧電振動子１８の内、振動子列の端部に位置するものは、インク滴の吐出に関与しない（即ち、駆動信号が供給されずに変形しない）ダミー振動子１８ａである。そして、このダミー振動子１８ａ以外の複数の圧電振動子１８…がインク滴の吐出に関与する（即ち、駆動信号の供給によって変形する）駆動振動子１８ｂ…として機能する。
【００２４】
そして、圧電振動子１８（駆動振動子１８ｂ，ダミー振動子１８ａ）の長手方向一側には、圧電振動子１８…毎に個別端子１９…を設けている。この個別端子１９は、上記した配線基板４の接点端子２０（図７参照）が導通される部分である。また、圧電振動子１８の長手方向他側には、共通電極の一部を構成する直線状の共通幹電極２１をノズル列方向に延設している。
【００２５】
本実施形態における圧電振動子１８（駆動振動子１８ｂ）は、図５に示すように、圧電体層２２と共通枝電極２３と駆動電極（個別電極）２４等によって構成される多層構造であり、駆動電極２４と共通枝電極２３とによって圧電体層２２を挟んでいる。駆動電極２４には個別端子１９を通じて駆動信号の供給源（図示せず）が導通され、共通枝電極２３は共通幹電極２１等を通じて例えば接地電位に調整される。そして、駆動電極２４に駆動信号が供給されると、駆動電極２４と共通枝電極２３との間には電位差に応じた強さの電場が発生される。この電場を圧電体層２２に付与すると、圧電体層２２は電場の強さに応じて変形する。
【００２６】
即ち、駆動電極２４の電位を高くする程、圧電体層２２は電場と直交する方向に収縮し、圧力室１３の容積を少なくするように振動板１５を変形させる。一方、駆動電極２４の電位を低くする程、圧電体層２２は電界と直交する方向に伸長し、圧力室１３の容積を増やすように振動板１５を変形させる。
【００２７】
そして、このアクチュエータユニット３と上記の流路ユニット２とは、互いに接合される。例えば、供給口形成基板７と蓋部材１７との間にシート状接着剤を介在させ、この状態でアクチュエータユニット３を流路ユニット２側に加圧することで接着される。
【００２８】
上記構成の記録ヘッド１は、共通インク室８からインク供給口５、供給側連通口１６、圧力室１３、及び、ノズル連通口６を通じてノズル開口１０に至る一連のインク流路がノズル開口１０毎に形成されている。使用時においてこのインク流路内はインクで満たされており、圧電振動子１８を変形させることで対応する圧力室１３が収縮或いは膨張し、圧力室１３内のインクに圧力変動が生じる。このインク圧力を制御することで、ノズル開口１０からインク滴を吐出させることができる。例えば、定常容積の圧力室１３を一旦膨張させた後に急激に収縮させると、圧力室１３の膨張に伴ってインクが充填され、その後の急激な収縮によって圧力室１３内のインクが加圧されてインク滴が吐出される。さらに、ノズル開口１０からインク滴が吐出されると、共通インク室８からインク流路内に新たなインクが供給されるので、続けてインク滴を吐出できる。
【００２９】
ここで、高速記録のためには、より多くのインク滴を短時間で吐出させる必要がある。この要求に応えるためには、圧力室１３を区画している部分の振動板１５のコンプライアンスと、圧電振動子１８の変形量とを考慮する必要がある。即ち、振動板１５のコンプライアンスが大きくなる程、変形に対する応答性が悪くなり、高い周波数での駆動が困難になるからである。また、振動板１５のコンプライアンスが小さくなる程、振動板１５が変形し難くなり、圧力室１３の収縮量が少なくなるので、１滴のインク量が減ってしまうからである。
【００３０】
そして、本実施形態では、多層構造の圧電振動子１８を用いて振動板１５のコンプライアンスを小さくし、必要量のインク滴を従来よりも高い周波数で吐出可能にした。また、個別端子１９の端部を圧電振動子１８の上に積層状態で形成してアクチュエータユニット３の幅方向について小型化を図っている。さらに、ダミー振動子１８ａの内部に共通幹電極２１と個別電極１９とを導通する導通電極を設けている。以下、これらの点について説明する。
【００３１】
まず、駆動振動子１８ｂの構造について説明する。図５に示すように、圧電体層２２は、圧力室長手方向に細長いブロック状に成形され、互いに積層された上層圧電体（外側圧電体）３１及び下層圧電体（内側圧電体）３２から構成される。また、共通枝電極２３は、共通上電極（共通外電極）３３及び共通下電極（共通内電極）３４から構成される。そして、これらの共通枝電極２３と駆動電極２４とが電極層を構成する。
なお、ここでいう「上（外）」或いは「下（内）」とは、振動板１５を基準とした位置関係を示している。即ち、「上（外）」とあるのは振動板１５から遠い側を示し、「下（内）」とあるのは振動板１５に近い側を示している。
【００３２】
上記の駆動電極２４は、本発明の個別電極の一種であり、上層圧電体３１と下層圧電体３２の境界に形成される。また、共通下電極３４及び共通上電極３３は、共通幹電極２１と共に共通電極を構成する。即ち、この共通電極は、共通幹電極２１から複数の共通枝電極２３（共通下電極３４，共通上電極３３）…が延出形成された櫛歯状に形成されている。
そして、共通下電極３４は下層圧電体３２と振動板１５との間に形成され、共通上電極３３は下層圧電体３２とは反対側の上層圧電体３１の表面に形成される。即ち、この駆動振動子１８ｂは、振動板１５側から、共通下電極３４、下層圧電体３２、駆動電極２４、上層圧電体３１、共通上電極３３の順で積層された多層構造である。
本実施形態において、圧電体層２２の厚さは上層圧電体３１と下層圧電体３２の２層を合計して約１７μｍであり、共通枝電極２３を含めた圧電振動子１８の全体の厚さは約２０μｍである。なお、従来の単層構造の圧電振動子１８は、振動子全体の厚さが約１５μｍである。従って、圧電振動子１８の厚さが増したことから、その分だけ振動板１５のコンプライアンスが小さくなっている。
【００３３】
上記の共通上電極３３及び共通下電極３４は、駆動信号に拘わらず一定の電位、例えば接地電位に調整される。上記の駆動電極２４は、供給された駆動信号に応じて電位を変化させる。従って、駆動信号の供給によって、駆動電極２４と共通上電極３３との間、及び、駆動電極２４と共通下電極３４との間には、それぞれ向きが反対の電場が生じる。
【００３４】
そして、これらの各電極を構成する材料としては、例えば、金属単体、合金、電気絶縁性セラミックスと金属との混合物等の各種導体が選択されるが、焼成温度において変質等の不具合が生じないことが要求される。本実施形態では、共通上電極３３に金を用い、共通下電極３４及び駆動電極２４に白金を用いている。
【００３５】
上記の上層圧電体３１と下層圧電体３２は共に、例えばジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とする圧電材料によって作製されている。そして、上層圧電体３１と下層圧電体３２とは分極方向が反対である。このため、駆動信号印加時の伸縮方向が上層圧電体３１と下層圧電体３２とで揃い、支障なく変形することができる。即ち、上層圧電体３１及び下層圧電体３２は、駆動電極２４の電位を高くする程に圧力室１３の容積を少なくするように振動板１５を変形させ、駆動電極２４の電位を低くする程に圧力室１３の容積を増やすように振動板１５を変形させる。
【００３６】
次に、駆動振動子１８ｂにおける一側（共通インク室８側）の構造について説明する。
【００３７】
この一側には、上記したように、個別端子１９が形成される。駆動振動子１８ｂの個別端子１９は、駆動信号（駆動電位）が供給される駆動電位供給端子であり、配線基板４の接点端子２０に導通される。そして、この個別端子１９は、圧力室長手方向に向けて延出された駆動電極２４に導通されている。即ち、この個別端子１９の一部は、駆動電極２４の端部上に積層状態で設けられている。
【００３８】
本実施形態では、この個別端子１９の端部を、圧力室１３と重畳しない振動子端部（上層圧電体）の表面に重ねて形成し、さらに、この個別端子１９を共通上電極３３（共通枝電極２３）とは離隔させて形成した点に特徴を有する。
【００３９】
即ち、図６及び図７に示すように、圧電振動子１８の一側端部は、圧力室１３の端部を越えて、言い換えれば、圧力室１３との重畳領域よりも外側の非重畳領域まで延設されている。そして、個別端子１９における振動子側端部は、この非重畳領域にて圧電振動子１８の上表面に積層状態で形成されている。この圧電振動子１８の上に形成された個別端子１９の端部が配線基板４（接点端子２０）との導通部となる（以下、導通部１９ａともいう）。一方、共通上電極３３の端部は個別端子１９の手前まで形成されているが、個別端子１９との間には離隔領域Ｘを設けているので、互いに導通されていない。
【００４０】
このような構成を採ったことにより、アクチュエータユニット３の小型化が図れる。即ち、個別端子１９の端部を積極的に圧電振動子１８の表面に重ねて形成したことから、個別端子１９を全体的に圧電振動子側に寄せて形成できる。このため、個別端子１９に関し、導通に必要な長さ（即ち、接点端子２０との接合に必要な長さ）を確保しつつもアクチュエータユニット３の幅、詳しくは、圧力室長手方向（振動子長手方向）の幅を短くすることができる。
【００４１】
この小型化により、製造時において従来と同じ面積のセラミックスシートに対し、より多くのアクチュエータユニット３をレイアウトできる。従って、従来と同じ工程であってもより多くのアクチュエータユニット３が製造でき、製造効率の向上が図れる。また、原材料を節約することもできる。このように、製造効率の向上と原材料の節約とが図れることから、アクチュエータユニット３のコストダウンも図れる。
【００４２】
また、配線基板４との接続時には、図７に示すように、個別端子１９に配線基板４の接点端子２０を重ねた状態で、個別端子１９とは反対側の配線基板表面から加熱端子（図示せず）を押圧し、個別端子１９と接点端子２０とを半田付けする。この場合において、個別端子１９の導通部１９ａは、圧電振動子１８よりも上方に位置しアクチュエータユニット３において最も高い位置にあることから、加熱端子によって最も強く加圧される。このため、半田付けを確実に行うことができる。
【００４３】
さらに、導通部１９ａが圧電振動子１８の上に形成されていることから、圧電振動子１８の分だけ導通部１９ａよりも下の部材が厚くなる。このため、当該部材の剛性が高くなり、加熱端子からの押圧力を確実に受け止めることもできる。
【００４４】
次に、駆動振動子１８ｂにおける他側（ノズル開口１０側）の構造について説明する。
【００４５】
図６及び図８に示すように、駆動振動子１８ｂの他側において、共通上電極３３及び共通下電極３４は、振動子長手方向に延設される。即ち、共通下電極３４は、振動板１５の上を通って共通幹電極２１の下面まで形成される。また、共通上電極３３は、圧電体層２２の端面を通って共通下電極３４の表面に形成される。さらに、この共通上電極３３も共通幹電極２１の下面まで一連に形成される。従って、これらの共通上電極３３及び共通下電極３４は共に、共通幹電極２１に電気的に導通されている。
【００４６】
次に、ダミー振動子１８ａの構造について説明する。このダミー振動子１８ａの基本的な構造は上記した駆動振動子１８ｂと同じである。即ち、図９及び図１０に示すように、このダミー振動子１８ａも、上層圧電体３１と下層圧電体３２とを備えると共に圧力室長手方向に細長いブロック状の圧電体層２２を有し、振動板１５と下層圧電体３２の間、上層圧電体３１と下層圧電体３２の境界、及び、下層圧電体３２とは反対側となる上層圧電体３１の表面にそれぞれ電極層を設けている。
【００４７】
そして、本実施形態では、振動板１５と下層圧電体３２の間に設けた電極層（以下、第１導通電極３５という。）と、上層圧電体３１と下層圧電体３２の境界に設けた電極層（以下、第２導通電極３６という。）とを振動子長手方向の両側に延出して共通幹電極２１と個別端子１９とを導通させている。即ち、第１導通電極３５は共通幹電極２１から下層圧電体３２の下を通って個別端子１９まで一連に形成され、第２導通電極３６は共通幹電極２１から上層圧電体３１の下を通って個別端子１９まで一連に形成されている。本実施形態では、これらの各導通電極を、共通下電極３４及び駆動電極２４と同じ電極材料で作製している。
【００４８】
このように構成することで、ダミー振動子１８ａに設けた個別端子１９と共通幹電極２１とが導通電極３５，３６を介して導通されるので、この個別端子１９を共通電位（例えば、接地電位）を供給するための供給端子（共通電位供給端子）として使用することができる。そして、この個別端子１９は、駆動振動子１８ｂ用の個別端子１９と同じ列に形成されているので、アクチュエータユニット３の小型化が図れる。また、配線基板４と各個別端子１９を導通させる際に、ダミー振動子１８ａ用の個別端子１９と駆動振動子１８ｂ用の個別端子１９とを纏めて導通できるので、作業効率の向上が図れる。
【００４９】
また、これらの導通電極は何れも圧電体層２２の下側に設けられているので、バリ状部は生じない。このため、配線基板４の実装後にバリ状部によって配線を断線させてしまったり、短絡を生じさせてしまったりする不具合を確実に防止できる。従って、記録ヘッド１に関し、トラブルの少ない安定した性能を発揮させることができる。
【００５０】
さらに、これらの導通電極３５，３６は２層に分かれているので、十分な厚さを確保できる。これにより、電極の抵抗値を低く抑えることができる。加えて、各導通電極３５，３６を、共通下電極３４及び駆動電極２４と同じ電極材料で作製しているので、各導通電極３５，３６を共通下電極３４や駆動電極２４と同時に作製することができる。即ち、第１導通電極３５は共通下電極３４と同時に作製でき、第２導通電極３６は駆動電極２４と同時に作製できる。これにより、専ら導通電極を形成するための形成工程を行う必要がなくなり、製造効率を高めることができる。
【００５１】
ところで、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて種々の変形が可能である。
【００５２】
例えば、上記した実施形態において、圧電振動子１８は上下の圧電体層３１，３２等を積層した多層構造であったが、本発明は圧電体層が単層である単層構造の圧電振動子１８にも適用できる。例えば、駆動振動子１８ｂについては、圧電体層２２と振動板１５との間に駆動電極２４を形成し、振動板１５とは反対側の圧電体層表面に共通上電極３３及び個別端子１９をそれぞれ形成する。また、ダミー振動子１８ａについては、圧電体層２２と振動板１５との間に導通電極を形成する。
【００５３】
また、以上は、液体噴射ヘッドの一種である記録ヘッド１を例に挙げて説明したが、本発明は、液晶噴射ヘッドや色材噴射ヘッド等といった他の液体噴射ヘッドにも適用できる。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば以下の効果を奏する。
即ち、請求項１の発明は、圧電体層を互いに積層された上層圧電体及び下層圧電体から構成し、駆動振動子の共通枝電極を下層圧電体の表面に形成された共通下電極及び上層圧電体の表面に形成された共通上電極から構成すると共に、個別電極を下層圧電体と上層圧電体との境界に形成し、ダミー振動子には、共通幹電極から圧電体層の下側を通って個別端子に導通する導通電極を設け、このダミー振動子の導通電極を、下層圧電体の表面に形成された第１導通電極と、下層圧電体と上層圧電体との境界に形成された第２導通電極の少なくとも一方によって構成したので、導通電極は圧電体層によって覆われバリ状部の発生が防止される。これにより、配線基板が有する導体パターンが導通電極のバリ状部によって短絡したり断線する不具合を効果的に防止できる。
そして、請求項２の発明は、圧電体層を互いに積層された上層圧電体及び下層圧電体から構成し、駆動振動子の共通枝電極を下層圧電体の表面に形成された共通下電極及び上層圧電体の表面に形成された共通上電極から構成すると共に、個別電極を下層圧電体と上層圧電体との境界に形成し、ダミー振動子には、共通幹電極から圧電体層の下側を通って個別端子に導通する導通電極を設け、このダミー振動子の導通電極を、下層圧電体の表面に形成された第１導通電極と、下層圧電体と上層圧電体との境界に形成された第２導通電極との両導通電極によって構成したので、これら第１導通電極と第２導通電極は何れも圧電体層によって覆われバリ状部の発生が防止される。これにより、配線基板が有する導体パターンが導通電極のバリ状部によって短絡したり断線する不具合を効果的に防止できる。さらに、導通電極は、これら第１導通電極と第２導通電極の２層分の十分な厚さを確保することができるので、抵抗値を低く抑えることができ、これにより、必要十分な電気容量を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】記録ヘッドの構成を説明する分解斜視図である。
【図２】アクチュエータユニット及び流路ユニットを説明する断面図である。
【図３】ノズルプレートを説明する部分拡大図である。
【図４】アクチュエータユニットを圧電振動子側から見た斜視図である。
【図５】圧電振動子の構造を説明する断面図である。
【図６】駆動振動子の端部構造を説明する図である。
【図７】図６のＡ部拡大図である。
【図８】図６のＢ部拡大図である。
【図９】ダミー振動子の一側端部の構造を説明する図である。
【図１０】ダミー振動子の他側端部の構造を説明する図である。
【図１１】従来のアクチュエータユニットを説明する斜視図である。
【図１２】従来における配線基板の取付状態を説明する図である。
【図１３】図１２におけるＣ部拡大図である。
【図１４】従来における問題点を説明する図である。
【符号の説明】
１ 記録ヘッド
２ 流路ユニット
３ アクチュエータユニット
４ 配線基板
５ インク供給口
６ ノズル連通口
７ 供給口形成基板
８ 共通インク室
９ インク室形成基板
１０ ノズル開口
１１ ノズルプレート
１２ ノズル列
１３ 圧力室
１４ 圧力室形成基板
１５ 振動板
１６ 供給側連通口
１７ 蓋部材
１８ 圧電振動子
１９ 個別端子
２０ 配線基板の接点端子
２１ 共通幹電極
２２ 圧電体層
２３ 共通枝電極
２４ 駆動電極（個別電極）
３１ 上層圧電体
３２ 下層圧電体
３３ 共通上電極
３４ 共通下電極
３５ 第１導通電極
３６ 第２導通電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電振動子の変形によって圧力室内の液体に圧力変動を生じさせ、ノズル開口から液滴として吐出させる液体噴射ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧力室内の液体に圧力変動を生じさせることでノズル開口から液滴として吐出させる液体噴射ヘッドとしては、例えば、記録ヘッド、液晶噴射ヘッド、色材噴射ヘッド等がある。記録ヘッドは、プリンタやプロッタ等の画像記録装置に搭載されるものであり、インク液をインク滴として吐出させる。液晶噴射ヘッドは、液晶ディスプレイを製造するディスプレイ製造装置に用いられるものである。このディスプレイ製造装置では、多数のグリッドを有するディスプレイ基体の所定グリッドに、液晶噴射ヘッドから吐出させた液滴状の液晶を注入する。色材噴射ヘッドは、カラーフィルタを製造するフィルタ製造装置に用いられるものであり、フィルタ基体の表面に色材を吐出する。
【０００３】
このような液体噴射ヘッドには種々の形式があるが、その一種に、振動板の表面に形成された圧電振動子をたわみ変形させることで液滴を吐出させるようにしたものがある。この液体噴射ヘッドは、例えば、圧力室と圧電振動子とを備えたアクチュエータユニットと、ノズル開口や共通液室を備えた流路ユニットとから構成される。この液体噴射ヘッドでは、振動板上の圧電振動子を変形させることで圧力室容積を変化させ、圧力室内に貯留された液体に圧力変動を生じさせる。そして、この圧力変動を利用することでノズル開口から液滴を吐出させる。例えば、圧力室の収縮によって液体を加圧し、ノズル開口から液体を押し出す。
【０００４】
この液体噴射ヘッドでは、例えば図１１に示すように、個別端子５１を通じてアクチュエータユニット５２の各圧電振動子５３…に駆動信号を供給するが、駆動信号の供給は図１２に示すように、ＦＰＣ（フレキシブル・プリンティング・サーキット）やＴＣＰ（テープ・キャリア・パッケージ）等のフィルム状の配線基板５４を用いて行われている。この配線基板５４は、例えば、ポリイミド等のベースフィルムの表面に銅箔等で導体パターンを形成し、接点端子５５…以外の導体パターンをレジストで覆った構成とされる。そして、上記の各個別端子５１…は列状に並んだ状態で形成されるので、各接点端子５５…も列状に並んだ状態で形成される。また、この液体噴射ヘッドは、複数のアクチュエータユニット５２…を横並びに取り付けているので、配線基板５４をアクチュエータユニット５２の上に重ねて配置することを余儀なくされている。
【０００５】
また、撓み変形モードの圧電振動子は、共通電極と個別電極とで圧電体層を挟んだ構成であり、例えば、振動子長手方向の一側に向けて個別電極を延設して個別端子５１に導通させる一方、長手方向の他側に向けて共通枝電極を延設して共通幹電極５６に導通させている。この共通幹電極５６は圧電体層を挟んで接続端子５１とは反対側に位置しているので、振動子列端部の圧電振動子５３をダミー振動子として用い、このダミー振動子の表面に積層形成された導通電極５７を介して共通幹電極５６と個別端子５１との間を導通している。そして、この個別端子５１を通じて各共通枝電極を共通電位に調整している。例えば、個別端子５１にＧＮＤ線を導通させることで各共通枝電極を接地電位に調整している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そして、この導通電極５７は、例えば、列の端から２〜３個分（図１１では２個分）の圧電振動子（ダミー振動子）５３を用いて形成されるが、液滴の吐出に関与する圧電振動子（駆動振動子）５３は例えば数十個と多数であるため、多くの電流を支障なく流せるように厚く設ける必要があった。それ故、導通電極の形成には印刷が用いられ、マスクを介してペースト状の電極材料を１０〜２０μｍ程度の厚さに塗布している。
【０００７】
このようにしてダミー振動子の表面に形成された導通電極５７は、エッジ部分に上方へ向けて尖ったバリ状部が生じ易いという問題があった。これは、電極材料の塗布後にマスクを持ち上げて外した際に、マスクの移動に伴って電極材料のエッジ部分も上方に持ち上げられるためと考えられる。
【０００８】
そして、図１３に示すように、導通電極５７と配線基板の導体パターン５８…は交差しているので、導通電極５７のバリ状部が焼成されて硬化すると、例えば、図１４に示すように、配線基板を取り付けた際において、レジストにバリ状部が刺さってしまう虞がある。この場合において、導通電極５７の延設方向が導体パターン５８の延設方向に交差しているので、バリ状部が深く刺さると導体パターン５８を短絡させたり断線させてしてしまう虞がある。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、導通電極におけるバリ状部の発生を防止し、導体パターンの短絡や断線を防止できる液体噴射ヘッドを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１に記載のものは、ノズル開口に連通されると共にノズル列とは直交する方向に細長い複数の圧力室と、該圧力室の一部を区画する振動板と、前記圧力室とは反対側の振動板表面に各圧力室毎に設けられ、圧力室長手方向に細長い圧電振動子とを備え、圧電振動子の変形によって圧力室内の液体に圧力変動を生じさせることでノズル開口から液滴を吐出する液体噴射ヘッドにおいて、
前記圧電振動子は、圧電体層とこの圧電体層の表面に形成された複数の電極を備え、駆動信号の供給によって変形する駆動振動子と、駆動信号が供給されないダミー振動子とから構成し、
各圧電振動子の長手方向一側には配線基板との導通部となる個別端子を、長手方向他側には共通幹電極をそれぞれ設け、
前記駆動振動子の電極層を、共通幹電極から各圧電体層毎に延設される複数の共通枝電極と、個別端子に導通されて各圧電体層毎に設けられる個別電極とから構成し、
前記圧電体層を互いに積層された上層圧電体及び下層圧電体から構成し、
前記駆動振動子の共通枝電極を下層圧電体の表面に形成された共通下電極及び上層圧電体の表面に形成された共通上電極から構成すると共に、個別電極を下層圧電体と上層圧電体との境界に形成し、
前記ダミー振動子には、共通幹電極から圧電体層の下側を通って個別端子に導通する導通電極を設け、
前記ダミー振動子の導通電極を、下層圧電体の表面に形成された第１導通電極と、下層圧電体と上層圧電体との境界に形成された第２導通電極の少なくとも一方によって構成したことを特徴とする液体噴射ヘッドである。
ここで、「上下」とあるのは、振動板を基準とした位置関係を示している。即ち、振動板から近い側を「下」とし、振動板から遠い側を「上」として示している。
【００１１】
請求項２に記載のものは、ノズル開口に連通されると共にノズル列とは直交する方向に細長い複数の圧力室と、該圧力室の一部を区画する振動板と、前記圧力室とは反対側の振動板表面に各圧力室毎に設けられ、圧力室長手方向に細長い圧電振動子とを備え、圧電振動子の変形によって圧力室内の液体に圧力変動を生じさせることでノズル開口から液滴を吐出する液体噴射ヘッドにおいて、
前記圧電振動子は、圧電体層とこの圧電体層の表面に形成された複数の電極を備え、駆動信号の供給によって変形する駆動振動子と、駆動信号が供給されないダミー振動子とから構成し、
各圧電振動子の長手方向一側には配線基板との導通部となる個別端子を、長手方向他側には共通幹電極をそれぞれ設け、
前記駆動振動子の電極層を、共通幹電極から各圧電体層毎に延設される複数の共通枝電極と、個別端子に導通されて各圧電体層毎に設けられる個別電極とから構成し、
前記圧電体層を互いに積層された上層圧電体及び下層圧電体から構成し、
前記駆動振動子の共通枝電極を下層圧電体の表面に形成された共通下電極及び上層圧電体の表面に形成された共通上電極から構成すると共に、個別電極を下層圧電体と上層圧電体との境界に形成し、
前記ダミー振動子には、共通幹電極から圧電体層の下側を通って個別端子に導通する導通電極を設け、
前記ダミー振動子の導通電極を、下層圧電体の表面に形成された第１導通電極と、下層圧電体と上層圧電体との境界に形成された第２導通電極との両導通電極によって構成したことを特徴とする液体噴射ヘッドである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ここでは、液体噴射ヘッドとして、図１に示すように、プリンタやプロッタ等の画像記録装置に搭載される記録ヘッド１を例に挙げて説明する。この記録ヘッド１は、例えば、流路ユニット２と、アクチュエータユニット３と、フィルム状の配線基板４とから概略構成されており、流路ユニット２の表面に複数のアクチュエータユニット３を複数横並びに接合し、流路ユニット２とは反対側のアクチュエータユニット３の表面に配線基板４を取り付けている。
例えば、図７に示すように、配線基板４は、ベースフィルム４Ａの表面に導体パターン４Ｂを形成し、接点端子２０を残して導体パターン４Ｂをレジスト４Ｃで覆った構成であるので、この接点端子２０を後述する個別端子１９に半田付けすることで配線基板４を取り付けている。
【００１３】
流路ユニット２は、図２の断面図に示すように、オリフィスとして機能するインク供給口５及びノズル連通口６の一部となる通孔を開設した供給口形成基板７と、共通インク室８となる通孔及びノズル連通口６の一部となる通孔を開設したインク室形成基板９と、ノズル開口１０…を副走査方向に沿って開設したノズルプレート１１から構成されている。これらの供給口形成基板７、インク室形成基板９、及び、ノズルプレート１１は、例えば、ステンレス製の板材をプレス加工することで作製されている。
【００１４】
なお、この図２では、１つのアクチュエータユニット３に対応する流路ユニット２の一部を示している。そして、本実施形態では１つの流路ユニット２に３つのアクチュエータユニット３…が接合されているので、インク供給口５、ノズル連通口６、供給口形成基板７、共通インク室８等は、アクチュエータユニット３毎に合計３組形成されている。
【００１５】
そして、流路ユニット２は、インク室形成基板９の一方の表面（図中下側）にノズルプレート１１を、他方の表面（同上側）に供給口形成基板７をそれぞれ配置し、これらの供給口形成基板７、インク室形成基板９、及び、ノズルプレート１１を接合することで作製される。例えば、シート状の接着剤によって各部材７，９，１１を接着することで作製される。
【００１６】
上記のノズル開口１０は、図３に示すように、所定ピッチで複数個列状に開設される。そして、列設された複数のノズル開口１０…によってノズル列１２が構成される。例えば、９２個のノズル開口１０…で１つのノズル列１２が構成される。また、このノズル列１２は、１つのアクチュエータユニット３に対して２列形成される。このため、本実施形態では、１つの流路ユニット２に合計６列のノズル列１２…が横並びに形成される。
【００１７】
アクチュエータユニット３は、ヘッドチップとも呼ばれ、圧電アクチュエータの一種である。このアクチュエータユニット３は、図２に示すように、圧力室１３となる通孔を開設した圧力室形成基板１４と、圧力室１３の一部を区画する振動板１５と、供給側連通口１６となる通孔及びノズル連通口６の一部となる通孔を開設した蓋部材１７と、圧電振動子１８とによって構成される。これら各部材の板厚に関し、圧力室形成基板１４、及び、蓋部材１７は、好ましくは５０μｍ以上、より好ましくは１００μｍ以上である。また、振動板１５は、好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは３〜１２μｍ程度である。
【００１８】
そして、このアクチュエータユニット３は、圧力室形成基板１４の一方の表面に蓋部材１７を、他方の表面に振動板１５をそれぞれ配置し、これらの各部材を一体化することで作製される。即ち、これらの圧力室形成基板１４、振動板１５、及び、蓋部材１７は、アルミナや酸化ジルコニウム等のセラミックスで作製されており、焼成によって一体化される。
【００１９】
例えば、グリーンシート（未焼成のシート材）に対して切削や打ち抜き等の加工を施して必要な通孔等を形成し、圧力室形成基板１４、振動板１５、及び、蓋部材１７の各シート状前駆体を形成する。そして、各シート状前駆体を積層及び焼成することにより、各シート状前駆体は一体化されて１枚のセラミックスシートとなる。この場合、各シート状前駆体は一体焼成されるので、特別な接着処理が不要である。また、各シート状前駆体の接合面において高いシール性を得ることもできる。
【００２０】
なお、１枚のセラミックスシートには、複数ユニット分の圧力室１３…やノズル連通口６…等が形成されている。換言すれば、１枚のセラミックスシートから複数のアクチュエータユニット３（ヘッドチップ）…を作製する。例えば、１つのアクチュエータユニット３となるチップ領域を、１枚のセラミックスシート内にマトリクス状に複数設定する。そして、圧電振動子１８等の必要な部材を各チップ領域内に形成した後、このセラミックスシートをチップ領域毎に切断することで、複数のアクチュエータユニット３…を得る。
【００２１】
上記の圧力室１３は、ノズル列１２とは直交する方向に細長い空部であり、ノズル開口１０に対応する複数形成されている。即ち、図３に示すように、ノズル列方向に列設されている。そして、各圧力室１３…の一端は、供給側連通口１６及びインク供給口５を通じて共通インク室８に連通している。また、供給側連通口１６とは反対側の圧力室１３の他端は、ノズル連通口６を通じて対応するノズル開口１０に連通する。さらに、この圧力室１３の一部（上側表面）は、振動板１５によって区画されている。
【００２２】
上記の圧電振動子１８は、所謂撓み振動モードの圧電振動子１８であり、圧力室１３とは反対側の振動板表面に圧力室１３毎に形成されている。この圧電振動子１８は、圧力室長手方向に細長いブロック状であり、その幅は圧力室１３の幅と略等しく、その長さは圧力室１３の長さよりも多少長い。さらに、この圧電振動子１８は、その両端部が圧力室１３の長手方向端部を越えるように配設されている。
【００２３】
この圧電振動子１８は、図４に示すように、圧力室１３とは反対側の振動板表面に圧力室１３毎に設けられる。即ち、各圧電振動子１８…はノズル列方向に列設されている。そして、これらの圧電振動子１８の内、振動子列の端部に位置するものは、インク滴の吐出に関与しない（即ち、駆動信号が供給されずに変形しない）ダミー振動子１８ａである。そして、このダミー振動子１８ａ以外の複数の圧電振動子１８…がインク滴の吐出に関与する（即ち、駆動信号の供給によって変形する）駆動振動子１８ｂ…として機能する。
【００２４】
そして、圧電振動子１８（駆動振動子１８ｂ，ダミー振動子１８ａ）の長手方向一側には、圧電振動子１８…毎に個別端子１９…を設けている。この個別端子１９は、上記した配線基板４の接点端子２０（図７参照）が導通される部分である。また、圧電振動子１８の長手方向他側には、共通電極の一部を構成する直線状の共通幹電極２１をノズル列方向に延設している。
【００２５】
本実施形態における圧電振動子１８（駆動振動子１８ｂ）は、図５に示すように、圧電体層２２と共通枝電極２３と駆動電極（個別電極）２４等によって構成される多層構造であり、駆動電極２４と共通枝電極２３とによって圧電体層２２を挟んでいる。駆動電極２４には個別端子１９を通じて駆動信号の供給源（図示せず）が導通され、共通枝電極２３は共通幹電極２１等を通じて例えば接地電位に調整される。そして、駆動電極２４に駆動信号が供給されると、駆動電極２４と共通枝電極２３との間には電位差に応じた強さの電場が発生される。この電場を圧電体層２２に付与すると、圧電体層２２は電場の強さに応じて変形する。
【００２６】
即ち、駆動電極２４の電位を高くする程、圧電体層２２は電場と直交する方向に収縮し、圧力室１３の容積を少なくするように振動板１５を変形させる。一方、駆動電極２４の電位を低くする程、圧電体層２２は電界と直交する方向に伸長し、圧力室１３の容積を増やすように振動板１５を変形させる。
【００２７】
そして、このアクチュエータユニット３と上記の流路ユニット２とは、互いに接合される。例えば、供給口形成基板７と蓋部材１７との間にシート状接着剤を介在させ、この状態でアクチュエータユニット３を流路ユニット２側に加圧することで接着される。
【００２８】
上記構成の記録ヘッド１は、共通インク室８からインク供給口５、供給側連通口１６、圧力室１３、及び、ノズル連通口６を通じてノズル開口１０に至る一連のインク流路がノズル開口１０毎に形成されている。使用時においてこのインク流路内はインクで満たされており、圧電振動子１８を変形させることで対応する圧力室１３が収縮或いは膨張し、圧力室１３内のインクに圧力変動が生じる。このインク圧力を制御することで、ノズル開口１０からインク滴を吐出させることができる。例えば、定常容積の圧力室１３を一旦膨張させた後に急激に収縮させると、圧力室１３の膨張に伴ってインクが充填され、その後の急激な収縮によって圧力室１３内のインクが加圧されてインク滴が吐出される。さらに、ノズル開口１０からインク滴が吐出されると、共通インク室８からインク流路内に新たなインクが供給されるので、続けてインク滴を吐出できる。
【００２９】
ここで、高速記録のためには、より多くのインク滴を短時間で吐出させる必要がある。この要求に応えるためには、圧力室１３を区画している部分の振動板１５のコンプライアンスと、圧電振動子１８の変形量とを考慮する必要がある。即ち、振動板１５のコンプライアンスが大きくなる程、変形に対する応答性が悪くなり、高い周波数での駆動が困難になるからである。また、振動板１５のコンプライアンスが小さくなる程、振動板１５が変形し難くなり、圧力室１３の収縮量が少なくなるので、１滴のインク量が減ってしまうからである。
【００３０】
そして、本実施形態では、多層構造の圧電振動子１８を用いて振動板１５のコンプライアンスを小さくし、必要量のインク滴を従来よりも高い周波数で吐出可能にした。また、個別端子１９の端部を圧電振動子１８の上に積層状態で形成してアクチュエータユニット３の幅方向について小型化を図っている。さらに、ダミー振動子１８ａの内部に共通幹電極２１と個別電極１９とを導通する導通電極を設けている。以下、これらの点について説明する。
【００３１】
まず、駆動振動子１８ｂの構造について説明する。図５に示すように、圧電体層２２は、圧力室長手方向に細長いブロック状に成形され、互いに積層された上層圧電体（外側圧電体）３１及び下層圧電体（内側圧電体）３２から構成される。また、共通枝電極２３は、共通上電極（共通外電極）３３及び共通下電極（共通内電極）３４から構成される。そして、これらの共通枝電極２３と駆動電極２４とが電極層を構成する。
なお、ここでいう「上（外）」或いは「下（内）」とは、振動板１５を基準とした位置関係を示している。即ち、「上（外）」とあるのは振動板１５から遠い側を示し、「下（内）」とあるのは振動板１５に近い側を示している。
【００３２】
上記の駆動電極２４は、本発明の個別電極の一種であり、上層圧電体３１と下層圧電体３２の境界に形成される。また、共通下電極３４及び共通上電極３３は、共通幹電極２１と共に共通電極を構成する。即ち、この共通電極は、共通幹電極２１から複数の共通枝電極２３（共通下電極３４，共通上電極３３）…が延出形成された櫛歯状に形成されている。
そして、共通下電極３４は下層圧電体３２と振動板１５との間に形成され、共通上電極３３は下層圧電体３２とは反対側の上層圧電体３１の表面に形成される。即ち、この駆動振動子１８ｂは、振動板１５側から、共通下電極３４、下層圧電体３２、駆動電極２４、上層圧電体３１、共通上電極３３の順で積層された多層構造である。
本実施形態において、圧電体層２２の厚さは上層圧電体３１と下層圧電体３２の２層を合計して約１７μｍであり、共通枝電極２３を含めた圧電振動子１８の全体の厚さは約２０μｍである。なお、従来の単層構造の圧電振動子１８は、振動子全体の厚さが約１５μｍである。従って、圧電振動子１８の厚さが増したことから、その分だけ振動板１５のコンプライアンスが小さくなっている。
【００３３】
上記の共通上電極３３及び共通下電極３４は、駆動信号に拘わらず一定の電位、例えば接地電位に調整される。上記の駆動電極２４は、供給された駆動信号に応じて電位を変化させる。従って、駆動信号の供給によって、駆動電極２４と共通上電極３３との間、及び、駆動電極２４と共通下電極３４との間には、それぞれ向きが反対の電場が生じる。
【００３４】
そして、これらの各電極を構成する材料としては、例えば、金属単体、合金、電気絶縁性セラミックスと金属との混合物等の各種導体が選択されるが、焼成温度において変質等の不具合が生じないことが要求される。本実施形態では、共通上電極３３に金を用い、共通下電極３４及び駆動電極２４に白金を用いている。
【００３５】
上記の上層圧電体３１と下層圧電体３２は共に、例えばジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とする圧電材料によって作製されている。そして、上層圧電体３１と下層圧電体３２とは分極方向が反対である。このため、駆動信号印加時の伸縮方向が上層圧電体３１と下層圧電体３２とで揃い、支障なく変形することができる。即ち、上層圧電体３１及び下層圧電体３２は、駆動電極２４の電位を高くする程に圧力室１３の容積を少なくするように振動板１５を変形させ、駆動電極２４の電位を低くする程に圧力室１３の容積を増やすように振動板１５を変形させる。
【００３６】
次に、駆動振動子１８ｂにおける一側（共通インク室８側）の構造について説明する。
【００３７】
この一側には、上記したように、個別端子１９が形成される。駆動振動子１８ｂの個別端子１９は、駆動信号（駆動電位）が供給される駆動電位供給端子であり、配線基板４の接点端子２０に導通される。そして、この個別端子１９は、圧力室長手方向に向けて延出された駆動電極２４に導通されている。即ち、この個別端子１９の一部は、駆動電極２４の端部上に積層状態で設けられている。
【００３８】
本実施形態では、この個別端子１９の端部を、圧力室１３と重畳しない振動子端部（上層圧電体）の表面に重ねて形成し、さらに、この個別端子１９を共通上電極３３（共通枝電極２３）とは離隔させて形成した点に特徴を有する。
【００３９】
即ち、図６及び図７に示すように、圧電振動子１８の一側端部は、圧力室１３の端部を越えて、言い換えれば、圧力室１３との重畳領域よりも外側の非重畳領域まで延設されている。そして、個別端子１９における振動子側端部は、この非重畳領域にて圧電振動子１８の上表面に積層状態で形成されている。この圧電振動子１８の上に形成された個別端子１９の端部が配線基板４（接点端子２０）との導通部となる（以下、導通部１９ａともいう）。一方、共通上電極３３の端部は個別端子１９の手前まで形成されているが、個別端子１９との間には離隔領域Ｘを設けているので、互いに導通されていない。
【００４０】
このような構成を採ったことにより、アクチュエータユニット３の小型化が図れる。即ち、個別端子１９の端部を積極的に圧電振動子１８の表面に重ねて形成したことから、個別端子１９を全体的に圧電振動子側に寄せて形成できる。このため、個別端子１９に関し、導通に必要な長さ（即ち、接点端子２０との接合に必要な長さ）を確保しつつもアクチュエータユニット３の幅、詳しくは、圧力室長手方向（振動子長手方向）の幅を短くすることができる。
【００４１】
この小型化により、製造時において従来と同じ面積のセラミックスシートに対し、より多くのアクチュエータユニット３をレイアウトできる。従って、従来と同じ工程であってもより多くのアクチュエータユニット３が製造でき、製造効率の向上が図れる。また、原材料を節約することもできる。このように、製造効率の向上と原材料の節約とが図れることから、アクチュエータユニット３のコストダウンも図れる。
【００４２】
また、配線基板４との接続時には、図７に示すように、個別端子１９に配線基板４の接点端子２０を重ねた状態で、個別端子１９とは反対側の配線基板表面から加熱端子（図示せず）を押圧し、個別端子１９と接点端子２０とを半田付けする。この場合において、個別端子１９の導通部１９ａは、圧電振動子１８よりも上方に位置しアクチュエータユニット３において最も高い位置にあることから、加熱端子によって最も強く加圧される。このため、半田付けを確実に行うことができる。
【００４３】
さらに、導通部１９ａが圧電振動子１８の上に形成されていることから、圧電振動子１８の分だけ導通部１９ａよりも下の部材が厚くなる。このため、当該部材の剛性が高くなり、加熱端子からの押圧力を確実に受け止めることもできる。
【００４４】
次に、駆動振動子１８ｂにおける他側（ノズル開口１０側）の構造について説明する。
【００４５】
図６及び図８に示すように、駆動振動子１８ｂの他側において、共通上電極３３及び共通下電極３４は、振動子長手方向に延設される。即ち、共通下電極３４は、振動板１５の上を通って共通幹電極２１の下面まで形成される。また、共通上電極３３は、圧電体層２２の端面を通って共通下電極３４の表面に形成される。さらに、この共通上電極３３も共通幹電極２１の下面まで一連に形成される。従って、これらの共通上電極３３及び共通下電極３４は共に、共通幹電極２１に電気的に導通されている。
【００４６】
次に、ダミー振動子１８ａの構造について説明する。このダミー振動子１８ａの基本的な構造は上記した駆動振動子１８ｂと同じである。即ち、図９及び図１０に示すように、このダミー振動子１８ａも、上層圧電体３１と下層圧電体３２とを備えると共に圧力室長手方向に細長いブロック状の圧電体層２２を有し、振動板１５と下層圧電体３２の間、上層圧電体３１と下層圧電体３２の境界、及び、下層圧電体３２とは反対側となる上層圧電体３１の表面にそれぞれ電極層を設けている。
【００４７】
そして、本実施形態では、振動板１５と下層圧電体３２の間に設けた電極層（以下、第１導通電極３５という。）と、上層圧電体３１と下層圧電体３２の境界に設けた電極層（以下、第２導通電極３６という。）とを振動子長手方向の両側に延出して共通幹電極２１と個別端子１９とを導通させている。即ち、第１導通電極３５は共通幹電極２１から下層圧電体３２の下を通って個別端子１９まで一連に形成され、第２導通電極３６は共通幹電極２１から上層圧電体３１の下を通って個別端子１９まで一連に形成されている。本実施形態では、これらの各導通電極を、共通下電極３４及び駆動電極２４と同じ電極材料で作製している。
【００４８】
このように構成することで、ダミー振動子１８ａに設けた個別端子１９と共通幹電極２１とが導通電極３５，３６を介して導通されるので、この個別端子１９を共通電位（例えば、接地電位）を供給するための供給端子（共通電位供給端子）として使用することができる。そして、この個別端子１９は、駆動振動子１８ｂ用の個別端子１９と同じ列に形成されているので、アクチュエータユニット３の小型化が図れる。また、配線基板４と各個別端子１９を導通させる際に、ダミー振動子１８ａ用の個別端子１９と駆動振動子１８ｂ用の個別端子１９とを纏めて導通できるので、作業効率の向上が図れる。
【００４９】
また、これらの導通電極は何れも圧電体層２２の下側に設けられているので、バリ状部は生じない。このため、配線基板４の実装後にバリ状部によって配線を断線させてしまったり、短絡を生じさせてしまったりする不具合を確実に防止できる。従って、記録ヘッド１に関し、トラブルの少ない安定した性能を発揮させることができる。
【００５０】
さらに、これらの導通電極３５，３６は２層に分かれているので、十分な厚さを確保できる。これにより、電極の抵抗値を低く抑えることができる。加えて、各導通電極３５，３６を、共通下電極３４及び駆動電極２４と同じ電極材料で作製しているので、各導通電極３５，３６を共通下電極３４や駆動電極２４と同時に作製することができる。即ち、第１導通電極３５は共通下電極３４と同時に作製でき、第２導通電極３６は駆動電極２４と同時に作製できる。これにより、専ら導通電極を形成するための形成工程を行う必要がなくなり、製造効率を高めることができる。
【００５１】
ところで、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて種々の変形が可能である。
【００５２】
例えば、上記した実施形態において、圧電振動子１８は上下の圧電体層３１，３２等を積層した多層構造であったが、本発明は圧電体層が単層である単層構造の圧電振動子１８にも適用できる。例えば、駆動振動子１８ｂについては、圧電体層２２と振動板１５との間に駆動電極２４を形成し、振動板１５とは反対側の圧電体層表面に共通上電極３３及び個別端子１９をそれぞれ形成する。また、ダミー振動子１８ａについては、圧電体層２２と振動板１５との間に導通電極を形成する。
【００５３】
また、以上は、液体噴射ヘッドの一種である記録ヘッド１を例に挙げて説明したが、本発明は、液晶噴射ヘッドや色材噴射ヘッド等といった他の液体噴射ヘッドにも適用できる。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば以下の効果を奏する。
即ち、請求項１の発明は、圧電体層を互いに積層された上層圧電体及び下層圧電体から構成し、駆動振動子の共通枝電極を下層圧電体の表面に形成された共通下電極及び上層圧電体の表面に形成された共通上電極から構成すると共に、個別電極を下層圧電体と上層圧電体との境界に形成し、ダミー振動子には、共通幹電極から圧電体層の下側を通って個別端子に導通する導通電極を設け、このダミー振動子の導通電極を、下層圧電体の表面に形成された第１導通電極と、下層圧電体と上層圧電体との境界に形成された第２導通電極の少なくとも一方によって構成したので、導通電極は圧電体層によって覆われバリ状部の発生が防止される。これにより、配線基板が有する導体パターンが導通電極のバリ状部によって短絡したり断線する不具合を効果的に防止できる。
そして、請求項２の発明は、圧電体層を互いに積層された上層圧電体及び下層圧電体から構成し、駆動振動子の共通枝電極を下層圧電体の表面に形成された共通下電極及び上層圧電体の表面に形成された共通上電極から構成すると共に、個別電極を下層圧電体と上層圧電体との境界に形成し、ダミー振動子には、共通幹電極から圧電体層の下側を通って個別端子に導通する導通電極を設け、このダミー振動子の導通電極を、下層圧電体の表面に形成された第１導通電極と、下層圧電体と上層圧電体との境界に形成された第２導通電極との両導通電極によって構成したので、これら第１導通電極と第２導通電極は何れも圧電体層によって覆われバリ状部の発生が防止される。これにより、配線基板が有する導体パターンが導通電極のバリ状部によって短絡したり断線する不具合を効果的に防止できる。さらに、導通電極は、これら第１導通電極と第２導通電極の２層分の十分な厚さを確保することができるので、抵抗値を低く抑えることができ、これにより、必要十分な電気容量を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】記録ヘッドの構成を説明する分解斜視図である。
【図２】アクチュエータユニット及び流路ユニットを説明する断面図である。
【図３】ノズルプレートを説明する部分拡大図である。
【図４】アクチュエータユニットを圧電振動子側から見た斜視図である。
【図５】圧電振動子の構造を説明する断面図である。
【図６】駆動振動子の端部構造を説明する図である。
【図７】図６のＡ部拡大図である。
【図８】図６のＢ部拡大図である。
【図９】ダミー振動子の一側端部の構造を説明する図である。
【図１０】ダミー振動子の他側端部の構造を説明する図である。
【図１１】従来のアクチュエータユニットを説明する斜視図である。
【図１２】従来における配線基板の取付状態を説明する図である。
【図１３】図１２におけるＣ部拡大図である。
【図１４】従来における問題点を説明する図である。
【符号の説明】
１ 記録ヘッド
２ 流路ユニット
３ アクチュエータユニット
４ 配線基板
５ インク供給口
６ ノズル連通口
７ 供給口形成基板
８ 共通インク室
９ インク室形成基板
１０ ノズル開口
１１ ノズルプレート
１２ ノズル列
１３ 圧力室
１４ 圧力室形成基板
１５ 振動板
１６ 供給側連通口
１７ 蓋部材
１８ 圧電振動子
１９ 個別端子
２０ 配線基板の接点端子
２１ 共通幹電極
２２ 圧電体層
２３ 共通枝電極
２４ 駆動電極（個別電極）
３１ 上層圧電体
３２ 下層圧電体
３３ 共通上電極
３４ 共通下電極
３５ 第１導通電極
３６ 第２導通電極
Claims (2)
- ノズル開口に連通されると共にノズル列とは直交する方向に細長い複数の圧力室と、該圧力室の一部を区画する振動板と、前記圧力室とは反対側の振動板表面に各圧力室毎に設けられ、圧力室長手方向に細長い圧電振動子とを備え、圧電振動子の変形によって圧力室内の液体に圧力変動を生じさせることでノズル開口から液滴を吐出する液体噴射ヘッドにおいて、
前記圧電振動子は、圧電体層とこの圧電体層の表面に形成された複数の電極を備え、駆動信号の供給によって変形する駆動振動子と、駆動信号が供給されないダミー振動子とから構成し、
各圧電振動子の長手方向一側には配線基板との導通部となる個別端子を、長手方向他側には共通幹電極をそれぞれ設け、
前記駆動振動子の電極層を、共通幹電極から各圧電体層毎に延設される複数の共通枝電極と、個別端子に導通されて各圧電体層毎に設けられる個別電極とから構成し、
前記圧電体層を互いに積層された上層圧電体及び下層圧電体から構成し、
前記駆動振動子の共通枝電極を下層圧電体の表面に形成された共通下電極及び上層圧電体の表面に形成された共通上電極から構成すると共に、個別電極を下層圧電体と上層圧電体との境界に形成し、
前記ダミー振動子には、共通幹電極から圧電体層の下側を通って個別端子に導通する導通電極を設け、
前記ダミー振動子の導通電極を、下層圧電体の表面に形成された第１導通電極と、下層圧電体と上層圧電体との境界に形成された第２導通電極の少なくとも一方によって構成したことを特徴とする液体噴射ヘッド。 - ノズル開口に連通されると共にノズル列とは直交する方向に細長い複数の圧力室と、該圧力室の一部を区画する振動板と、前記圧力室とは反対側の振動板表面に各圧力室毎に設けられ、圧力室長手方向に細長い圧電振動子とを備え、圧電振動子の変形によって圧力室内の液体に圧力変動を生じさせることでノズル開口から液滴を吐出する液体噴射ヘッドにおいて、
前記圧電振動子は、圧電体層とこの圧電体層の表面に形成された複数の電極を備え、駆動信号の供給によって変形する駆動振動子と、駆動信号が供給されないダミー振動子とから構成し、
各圧電振動子の長手方向一側には配線基板との導通部となる個別端子を、長手方向他側には共通幹電極をそれぞれ設け、
前記駆動振動子の電極層を、共通幹電極から各圧電体層毎に延設される複数の共通枝電極と、個別端子に導通されて各圧電体層毎に設けられる個別電極とから構成し、
前記圧電体層を互いに積層された上層圧電体及び下層圧電体から構成し、
前記駆動振動子の共通枝電極を下層圧電体の表面に形成された共通下電極及び上層圧電体の表面に形成された共通上電極から構成すると共に、個別電極を下層圧電体と上層圧電体との境界に形成し、
前記ダミー振動子には、共通幹電極から圧電体層の下側を通って個別端子に導通する導通電極を設け、
前記ダミー振動子の導通電極を、下層圧電体の表面に形成された第１導通電極と、下層圧電体と上層圧電体との境界に形成された第２導通電極との両導通電極によって構成したことを特徴とする液体噴射ヘッド。
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