圧電アクチュエータ、これを用いた液滴吐出ヘッド、及び圧電アクチュエータの製造方法
【課題】積層する圧電層の枚数を減らすことで製造コストが抑えられた圧電アクチュエータを提供する。
【解決手段】駆動側端子電極２７と配線部材４の電極用端子２８とをその間にハンダを介在させた状態で互いに接合する圧電アクチュエータ１は、複数の内部電極を有した圧電層が積層されてなり、その最上圧電層１９に表層スルーホール２９を列方向に沿って略一列に配設し、駆動側端子電極２７と電極用端子２８とが接続されたときに、表面個別電極２０のうち、余剰のハンダが長手方向に沿って広がる領域を部分的に厚肉部３７とする。
【解決手段】駆動側端子電極２７と配線部材４の電極用端子２８とをその間にハンダを介在させた状態で互いに接合する圧電アクチュエータ１は、複数の内部電極を有した圧電層が積層されてなり、その最上圧電層１９に表層スルーホール２９を列方向に沿って略一列に配設し、駆動側端子電極２７と電極用端子２８とが接続されたときに、表面個別電極２０のうち、余剰のハンダが長手方向に沿って広がる領域を部分的に厚肉部３７とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電アクチュエータ、これを用いた液滴吐出ヘッド、及び圧電アクチュエータの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液滴吐出ヘッドの一例として、インクタンクから供給されるインクを移送して、ノズルから記録用紙等に向けてインク液滴を噴射するインクジェット記録ヘッドが既に知られている。このインクジェット方式は、噴射エネルギーの発生方法の違いにより分類されており、圧電素子の振動力を利用してインク液滴を噴射させる圧電方式や、熱エネルギーによる気泡の発生でインク液滴を噴射させるサーマルジェット方式などが存在する。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示された圧電方式のインクジェット記録ヘッドは、インク供給口に繋がる共通液室から複数のノズル孔までのインク流路中に各ノズルに夫々対応する複数の圧力室が設けられたキャビティユニットと、このキャビティユニットに接合されて圧力室の容積を選択的に変化させて、圧力室内のインクに吐出圧力を付与する圧電アクチュエータとを備えている。同圧電アクチュエータは、複数の圧電層の間に共通電極と複数の個別電極とが交互に介設されており、当該共通電極及び当該個別電極を外部機器に電気的接続させるため配線部材に接合される。
【特許文献１】特開２００５−３２２８５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載の圧電アクチュエータは、ボトム層の上面に、個別電極が形成された圧電層、共通電極が形成された圧電層が交互に６層積層され、更に中継用電極が形成された調整層（拘束層）、トップ層が積層されて９層構造となっている。このような圧電アクチュエータの製造コストを抑えるために、圧電シートの枚数を少なくすることが考えられるが、吐出圧力を付与するために必要な圧電層や、キャビティユニットに重ねて圧力室を形成するボトム層、および配線部材との接合するための表面電極が設けられたトップ層をなくすことができないため、トップ層の裏面に積層された上記調整層をなくして８層構造とすることが考えられる。一方、配線部材の信号線が繋がる複数の駆動側端子電極（特許文献１の個別用電極接続用のバンプ電極）は、限られた配線スペースの中に多数の駆動側端子電極を高密度に設け、各端子電極間を通る配線をそれぞれの端子電極から引き出さなければならないため、複数の端子電極は千鳥状に配置することで各端子電極間の距離を広くし、配線形成可能としている。従って、それに対応して接続する図６に示す最上圧電層（トップ層）の表面個別電極５５上に形成された個別用電極用端子５０（特許文献１の個別電極用の接合端子）も列方向に沿って千鳥状に配置されている。また、個別用電極用端子５０の直下に位置して表層スルーホール５１が配置され、圧電層の個別電極と導通している。 また、調整層の裏面に積層された圧電層には、個別電極用スルーホール５２が列方向に沿って一列に配置されている。つまり、上記調整層の役割は、千鳥状に配置された表層スルーホール５１のうちの一方の列側の表層スルーホール５１Ａを、他方の表層スルーホール５１Ｂの列側、すなわち個別電極用スルーホール５２の列側まで当該調整層の上面に形成された中継用電極５３で中継することである。
【０００５】
従って、調整層をなくすためには、例えば、図６の仮想線に示すように表層スルーホール５４を列方向に沿って一列に配置して、電極用端子５０と表層スルーホール５４とを表面個別電極５５で導通させることが考えられる。しかし、ハンダ等で駆動側端子電極と電極用端子５０を接合した際に、駆動側端子電極と電極用端子５０の間に介在した状態のハンダが、その間からはみ出して表面個別電極５５上に広がることがある。表面個別電極５５は、導電性材料として一般的な銀系の材料で形成されているため、その広がったハンダの融解作用により、表面個別電極５５の銀がハンダ内に拡散する所謂銀食われで断線５６が生じるという問題がある。そのため表面個別電極５５上の電極用端子５０の直下にスルーホールを配置することで表面個別電極５５を保護し導通可能にせしめている。そのため、スルーホール位置を千鳥状に配列された電極用端子５０の直下に配置させることは必須であり、前述した調整層が必要不可欠となり、上記圧電アクチュエータを８層構造にして製造コストを抑えるとことができなかった。
【０００６】
そこで本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、積層する枚数を減らすことで製造コストが抑えられた圧電アクチュエータ、これを使用した液滴吐出ヘッド、及び圧電アクチュエータの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は次の技術的手段を講じた。
【０００８】
すなわち本発明の圧電アクチュエータは、表側面に複数の表面個別電極が列状に設けられ、当該各表面個別電極に接続する複数の駆動側端子電極を有する配線部材と接合するための最上圧電層と、この最上圧電の裏面側で積層された複数の圧電層と、前記複数の圧電層間に配置された複数の内部電極と、を備え、前記各表面個別電極は、横列方向を長手方向とする細長形状に形成され、前記最上圧電層には、前記各表面個別電極に開口し且つ当該各表面個別電極と前記内部電極とを導通させるための複数の表層スルーホールが形成され、前記各表面個別電極の片端部には、前記複数の駆動側端子電極と導通させるための端子であって、当該各表面個別電極の長手方向の寸法よりも小さい電極用端子が形成され、これら複数の電極用端子は、列方向に沿って千鳥状配列を成して配置され、当該各駆動側端子電極と当該各電極用端子とを熱溶融性を有する導電性接合材を介在させた状態で互いに接合するための圧電アクチュエータであって、前記複数の表層スルーホールは、前記各表面個別電極の片端部に対応する位置で列方向に沿って略一列に配設され、前記各駆動側端子電極と前記各電極用端子とが接合されたときに、前記複数の表面個別電極のうち、前記各電極用端子が設けられた端部から余剰の前記導電性接合材が長手方向に沿って広がる領域が、部分的に厚肉部となっていることを特徴とする。
【０００９】
上記本発明の圧電アクチュエータによれば、複数の表層スルーホールは列方向に沿って略一列に配設され、各駆動側端子電極と前記各電極用端子とがその間に導電性接合材を介在して接合されたときに、複数の表面個別電極のうち、前記間に導電性接合材が介在された状態で、その間から溢れ出る余剰の導電性接合材が、表面個別電極の長手方向に沿って広がる領域が、部分的に厚肉部となっているので、各電極用端子から表層スルーホールまでの断線が発生し難い。従って、最上圧電層の裏面に積層されるべき調整層をなくしても、千鳥状に配置された全ての電極用端子から内部電極へ表層スルーホールを通じて電気的接続を行うことができる。
【００１０】
また、前記複数の圧電層は、一方の広幅面に前記内部電極となる内部個別電極を形成した複数の圧電層と、一方の広幅面に共通電極を形成した複数の圧電層とが交互に積層されてなり、前記各内部個別電極と前記各共通電極とが積層方向に重なる箇所が活性部とされ、前記各内部個別電極同士または前記各共通電極同士がそれぞれ積層方向にスルーホールにて導通させられており、前記最上圧電層の裏面側で隣接する第１圧電層における、当該最上圧電層と対向する広幅面に前記共通電極が形成され、前記第１圧電層の裏面側で隣接する第２圧電層における、当該第１圧電層と対向する広幅面に前記内部個別電極が形成され、前記第一圧電層には、前記各表層スルーホールに対応し且つ列方向に沿って略一列となる複数の内部個別電極用スルーホールが形成され、前記内部個別電極が、前記各内部個別電極用スルーホール及び前記各表層スルーホールを通じて前記各表面個別電極に導通されているものとすることができる。
【００１１】
この場合、最上圧電層の裏面に、共通電極が形成された第一圧電層が積層され、この第一圧電層の裏面に、内部個別電極が形成された第二圧電層が積層された圧電アクチュエータとすることができる。
【００１２】
また、列方向で隣り合う二つの前記表面個別電極のうちの一方に対応する表層スルーホールは前記電極用端子の直下に形成され、他方に対応する表層スルーホールは前記電極用端子と反対側の端部の直下に形成されているものとし、複数の表層スルーホールを列方向に沿って一列に配置すればよい。
【００１３】
更に、前記厚肉部は、前記他方の表面個別電極のみに、前記電極用端子側から長手方向に延びて形成されていることが好ましい。
【００１４】
この場合、厚肉部を形成するのは列方向で隣接する二つの表面個別電極のうち上記他方の表面個別電極だけでよく、当該厚肉部を設ける製造コストを抑えることができる。
【００１５】
また、本発明の液滴吐出ヘッドは、列状に配置された複数のノズル、及び前記各ノズルに対応する複数列の圧力室を有するキャビティユニットと、各活性部が前記各圧力室に対応するように接合された圧電アクチュエータと、を備えたインクジェット記録ヘッドにおいて、前記圧電アクチュエータは、上記圧電アクチュエータであることを特徴とする。
【００１６】
この場合、積層枚数が減らされた圧電アクチュエータを用いているので、インクジェット記録ヘッドの製造コストを抑えることができる。
【００１７】
また、本発明の圧電アクチュエータの製造方法は、前記最上圧電層の前記複数の表面個別電極が、導電ペーストを塗布することで形成される、上記圧電アクチュエータの製造方法であって、前記導電ペーストを二度塗りすることで前記厚肉部を形成する工程を有することを特徴とする。この場合、簡単に厚肉部を形成することができる。
【発明の効果】
【００１８】
上記の通り、本発明によれば、千鳥状に配置された全ての電極用端子から内部電極へ表層スルーホールを通じて電気的接続を行うことができるので、調整層をなくして積層枚数を減らし製造コストを抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る圧電アクチュエータ１が使用された液滴吐出ヘッドとしての一例のインクジェット記録ヘッド２の分解斜視図である。インクジェット記録ヘッド２（液滴吐出ヘッド）は、それぞれ略矩形状の複数のプレートが積層されたキャビティユニット３と、このキャビティユニット３に接合された圧電アクチュエータ１とで主構成されている。また、圧電アクチュエータ１に対する駆動電力を出力する駆動回路を実装した配線部材４（フレキシブルフラットケーブル）が、圧電アクチュエータ１の上面に接合される。なお、以下の説明において、図１に矢印で示す通り、キャビティユニット３の長辺方向をＸ方向（列方向）、短辺方向をＹ方向（横列方向）とする。
【００２０】
このインクジェット記録ヘッド２は、記録紙等の被記録媒体にインクジェット方式の記録や印字を行う図示しないインクジェットプリンタに設けられる。インクジェットプリンタには、所定の走査方向（図１のＹ方向）に往復移動自在にキャリッジが設けられており、インクジェット記録ヘッド２はこのキャリッジに搭載される。インクジェット記録ヘッド２がキャリッジと共に走査方向へと往復移動しつつ被記録媒体に向けてインクを吐出することで、被記録媒体に対して記録が行われるようになっている。
【００２１】
図２は、インクジェット記録ヘッド２のＩ−Ｉ線断面図である。キャビティユニット３は、それぞれ平面視で略同一寸法の矩形状に形成されたノズルプレート５、スペーサプレート６、ダンパプレート７、マニホールドプレート８、サプライプレート９、ベースプレート１０、及びキャビティプレート１１が順に積層接着されることで構成されている。
【００２２】
ノズルプレート５は、ポリイミド等の合成樹脂材から成形され、他のプレート６〜１１は、４２％ニッケル合金鋼から成形される。各プレート５〜１１は、平面視で長方形状を成し、各々５０〜１５０μｍ程度の肉厚を有している。各プレート５〜１１には、電解エッチング、レーザ加工、又はプラズマジェット加工により開孔や溝が形成されている。キャビティユニット３の最下層のノズルプレート５には、微小径のインク滴吐出用のノズル孔１７が、微小間隔で多数個穿設されていて、ノズル孔１７はノズルプレート５の長辺方向（図１のＸ軸方向）に沿って延びる列状に配置され、その列が横列（Ｙ方向）に５列設けられている。また、キャビティユニット３において最上層に位置する圧力室プレート１１には、複数の圧力室１４となる複数の圧力室孔が、圧力室プレート１１をその厚み方向に貫通して形成され、ノズル孔１７に対応してＸ軸方向に沿って列状に、横列方向（Ｙ軸方向）に５列設けられている。圧力室孔（圧力室１４）は、横列方向（Ｙ軸方向）に長い平面視細長形状をなし、その長手方向（Ｙ軸方向）がノズル孔１７の列と直交する方向（Ｘ軸方向）に沿うように配置されている。これら複数の圧力室孔は、上方から圧電アクチュエータ１が積層され、下方からベースプレート１０が積層されることにより、内部空間を有する圧力室１４を形成する。
【００２３】
ベースプレート１０からスペーサプレート６のそれぞれには、各圧力室１４の一端部に連通し、各ノズル孔１７にまで連通する連通路１６となる各開口が貫通形成され、また、ベースプレート１０とサプライプレート９には、共通インク室１３と圧力室１４の他端部とを連通する接続流路１５となる各開口および溝が形成されている。
【００２４】
また、２枚のマニホールドプレートには、圧力室１４が列方向（Ｘ軸方向）に配置された位置に対応する下方位置にて、その列方向（Ｘ軸方向）に沿って延設された共通インク室１３となる共通インク室孔が各プレートをその厚み方向に貫通して形成され、横列方向（Ｙ方向）に５列設けられている。また、ダンパプレート７には、共通液室１３との対向面とは反対側の面を凹み形成し、その肉厚が薄肉にさせたダンパ壁が共通液室１３の形状と対応してＹ方向に５列形成され、サプライプレート９、２枚のマニホールドプレート、ダンパプレート７、およびスペーサプレートがこの順で積層されることによって、共通液室１３およびダンパスペースが形成される。さらにスペーサプレート６には、複数のノズル孔１７を有するノズルプレート５が下方から積層接着されている。
【００２５】
これらの各プレート５〜１１が積層されていることで、連通された開孔や溝が構成され、インクが流通するチャンネル１２が構成されている。チャンネル１２は、共通インク室１３から接続流路１５、圧力室１４、連通流路１６およびノズル１７からなるインク流通路である。上記構成により、図示しないインク供給源から流入したインクは、共通インク室１３、接続流路１５、圧力室１４、及び連通流路１６を順に通り、ノズル１７へと導かれる。
【００２６】
なお、キャビティプレートからマニホールドプレートの各長手方向の一端部には、上下の位置を対応させて、例えば、四種のインク（ブラック、マゼンタ、シアン、イエロー）に対応して４つのインク供給口１８が穿設されている（図１参照）。図示しない各インク供給源からの４種類のインクがこのインク供給口１８にそれぞれ独立して供給される。なお、使用頻度の高い黒インクが流入するインク供給口１８が、他より大型に形成されると共に２つの各チャンネル１２と繋がり、他のインク供給口１８が、それぞれ互いに独立した１つのチャンネル１２と繋がる。このようにキャビティユニット３は、５つのチャンネル１２を有しており、インクジェット記録ヘッド２は、４種のインクを互いに独立して吐出可能に構成されている。
【００２７】
図３は、圧電アクチュエータ１の分解斜視図及びこれに接合される配線部材４の斜視図である。圧電アクチュエータ１は、それぞれ平面視で略同一寸法の矩形状に形成され積層された７枚の圧電層２３，２４と、最上部に積層される最上圧電層１９と、この最上圧電層１９に形成された表面個別電極２０と、圧電層間に設けられた共通電極２１及び内部個別電極２２（内部電極）とを備えている。圧電アクチュエータ１は、キャビィティユニットの圧力室と、後述する個別電極とが積層方向に対向するように積層接合される。
【００２８】
７枚の圧電層２３，２４は、下から数えて奇数番目に配置される第１圧電層２３，２３、…と、下から数えて偶数番目に配置される第２圧電層２４，２４，…とからなる。最上圧電層１９は、最上層の第１圧電層２３の上面に積層されている。圧電アクチュエータ１がキャビティユニット３に接合されている状態では、各圧力室１４が当該圧電アクチュエータ１（最下層の第１圧電層２３）の下面に覆われている。
最下層の第１圧電層２３の上面には、共通電極２１がその広幅面全体に印刷形成されており、この最下層以外の第１圧電層２３の上面には、共通電極２１が広幅に印刷形成されていると共に、当該共通電極２１が存在しない非電極部分３１が形成されている。また、各第２圧電層２４の上面には、複数の内部個別電極２２が横列方向（Ｙ方向）に長い平面視細長形状に印刷形成されている。各内部個別電極２２は、積層方向で各圧力室１４と重なる位置でＸ方向列状にＹ方向に５列並んで配置され、各内部個別電極２２には、導通用の屈曲部２２ａが形成されている。また、最上圧電層１９の上面には、各共通電極２１を外部と導通させるための表面共通電極２６と、内部個別電極２２を外部と導通させるための複数の表面個別電極２０とが設けられている。表面共通電極２６は、アクチュエータの短辺縁に沿ってＹ方向に帯状に延びている。複数の表面個別電極２０は、Ｙ方向に所定間隔をおいて列状に配置されている。各表面個別電極２０は、Ｙ方向に細長い略矩形状に形成されている。また、端から二列毎の表面個別電極２０は互いにＸ方向にずらされている。各表面個別電極２０の長手方向の片端部には、配線部材４の下面に露出した個別電極ランド（駆動側端子電極）２７に接続するための個別電極端子（電極用端子）２８が設けられている。個別電極端子２８は、表面個別電極２０の長手方向寸法よりも小さい細長矩形状に形成されている。これら複数の電極用端子２８は、列方向に沿って千鳥状に配置されている。また、表面共通電極２６上には、Ｙ方向に適宜距離をおいて複数の共通電極端子２６ａが配置されている。共通電極端子２６ａは、配線部材４の共通電極ランド３６に接続する為に設けられている。なお、個別電極端子２８および共通電極端子２６ａは、後述する配線部材の各ランド２７、３６とのハンダ接続性がより向上させるためにもうけられていて、各表面電極２６、２０は、Ａｇ−Ｐｄ系の導電材を用いてスクリーン印刷で形成されており、各端子２６ａ、２８は、ガラスフリットを含むＡｇ系の導電材を用いて各表面電極上に印刷形成されている。
【００２９】
また、最下層の第１圧電層２３を除く全ての圧電層には、最上圧電層１９から当該最下層の第１圧電層２３までを積層方向に貫通する断面円形状の共通電極用スルーホール２５が形成され、共通電極用スルーホール２５の内部には、導電材を充填もしくは塗布してなる図示しない共通電極用中継配線が設けられている。共通電極用スルーホール２５は、最上圧電層１９の上面の共通表面電極２６が設けられている位置で開口されている。
【００３０】
これにより、積層方向に並ぶ各共通電極２１と共通表面電極２６とが、共通電極用中継配線を介して導通されている。なお、各第２圧電層２４の上面における共通電極用スルーホール２５の貫通位置周辺（Ｘ方向の両端側）には導電材部が帯状に設けられており、共通電極用中継配線が第２圧電層２４上で断線しないようになっている。
【００３１】
また、下から２番目までの第１圧電層２３、２３、２３は、その上面において共通電極を有するとともに、非電極部分３１には、後述する個別電極用スルーホール３０が位置しており、その貫通位置周辺には、共通電極２１と独立して島状に導電部材３２が設けられている。このため、個別電極用中継配線が当該第１圧電層２３上で断線せず、共通電極２１と内部個別電極２２とが互いに電気的に独立した状態に保たれている。
【００３２】
図４は、最上圧電層１９のＸ方向に隣接する各表面個別電極２０Ａ、２０Ｂと内部個別電極２２とがスルーホールで導通する状態を示す拡大分解図である。図４のように表面個別電極２０Ａ、２０Ｂと、内部個別電極２２とを導通させるための断面円形状の表層スルーホール２９Ａ、２９Ｂが当該表面個別電極２０Ａ、２０Ｂ毎に同数圧電層１９を貫通形成されている。Ｙ方向に細長形状の表面個別電極２０Ａ、２０Ｂは、その片端部に個別電極用端子２８をＸ方向に交互に千鳥状に配置されていて、列方向（Ｘ方向）で隣り合う二つの表面個別電極２０Ａ、２０Ｂのうちの一方２０Ａに対応する表層スルーホール２９Ａは、個別電極用端子２８の直下に位置され、他方２０Ｂに対応する表層スルーホール２９Ｂは、個別電極用端子２８と反対側の端部の直下に形成されている。従って、複数の表層スルーホール２９Ａ、２９Ｂは、表面個別電極２０Ａ、２０Ｂの片端部側寄り（図４では手前方向）に、縦列方向（Ｘ方向）に沿って略一列に形成されている。
【００３３】
上から三つの第１圧電層２３、及び二つの第２圧電層２４には、表層スルーホール２９Ａ、２９Ｂと同数の内部個別電極用の個別電極用スルーホール３０が形成されている。表層スルーホール２９Ａ、２９Ｂ及び個別電極用スルーホール３０の内部には、導電材を充填もしくは塗布してなる図示しない個別電極用中継配線が設けられている。これにより、各内部個別電極２２が、各個別電極用スルーホール３０、各表層スルーホール２９Ａ、２９Ｂを介して各表面個別電極２７と電気的に接続されている。図４及び図５（ａ）、（ｂ）に示すように、列方向（Ｘ方向）で隣り合う二つの表面個別電極２０Ａ、２０Ｂのうち、個別電極用端子２８と反対側の端部に表層スルーホール２９Ｂが形成されている表面個別電極２０Ｂには、当該電極用端子２８が配置されている領域から反対側の端部まで長手方向（Ｙ方向）に向かって延びる厚肉部３７が部分的に形成されている。厚肉部３７は、表面個別電極の対応する部分が部分的に厚く印刷形成されている。
【００３４】
配線部材４は、その一端部が圧電アクチュエータと接合され、他端部がＹ方向に引き出されている。配線部材４には、ポリイミドなどの合成樹脂製のフレキシブルな帯状の樹脂シート３５と、樹脂シートの下面に銅箔からなる導線材が積層され、その導線材を覆う合成樹脂材（ポリイミド樹脂や感光性ソルダレジストなど）保護材３６とが積層されて構成されている。樹脂シート３５の下面には、共通電極用配線３３、個別電極用配線３４、個別電極ランド（駆動側端子電極）２７、共通電極ランド５０等がフォトレジスト等により形成されている
共通電極用配線３３は、グランド電位に保持され、配線部材４の短辺側（Ｘ方向）両端にＹ方向に沿って、配線部４の他端まで帯状に延びて引き出されている。個別電極ランド２７は、アクチュエータ１の個別電極用端子２８と対応する位置に形成されていて、Ｘ方向に千鳥状に延びて配列されるとともにＹ方向に５列は配置されている。また、共通表面電極２６上の複数の共通電極端子２６ａに対応する位置に、共通電極ランド５０が形成されている。個別電極ランド２７および共通電極ランド５０は、保護材３６をエッチングやフォトレジスト等で除去してアクチュエータ１側に開口させることによって形成される。また、個別電極用配線３４は、対応する個別電極ランド２７からＹ方向に隣り合う他の個別電極ランド間を通って、図示しない駆動回路に接続されている。アクチュエータ１と配線部材とを接続させるためのハンダ等の導電性材料３８（熱溶融性を有する導電性接合材）は、保護材を除去して露出された個別電極ランド２７と共通電極ランド５０の露出部分にソルダーペーストが設置され、リフロー工程後、バンプ電極を形成する。
【００３５】
配線部材４と圧電アクチュエータ１は、ハンダ３８のバンプ電極が形成された個別電極ランド２７および共通電極ランド３６と、表面個別電極２０に設けられた個別電極用端子２８とおよび共通電極用端子２６ａとを、互いに対向させるように位置合わせして積層して、配線部材４の上方からバーヒーターなどで加圧加熱させることでハンダが溶融して各ランド２７,３６と各端子間との間に介在した状態で電気的かつ機械的に接合される。なお、アクチュエータ１と配線部材４とは図示しない位置決め手段にて位置合わせされる。
【００３６】
配線部材４とアクチュエータ１とがハンダ接続されたときに、各ランドと各端子間との間にハンダが介在した状態で、その間からハンダがあふれ出してくることがある。その場合、あふれ出した余剰のハンダは、表面個別電極の長手方向（Ｙ方向）に沿って広がる。上記個別表面電極上に設けられた厚肉部３７は、その余剰のバンプ３８が長手方向に沿って広がる領域に形成されている。従来、余剰のバンプの広がりによる表面個別電極の銀食われにより、表面個別電極の断線が発生していたが、本実施形態では、厚肉部３７の存在により、溶融したハンダ内に表面個別電極の銀が拡散しても、表面個別電極が破断して電気的断線が発生し難くなっている。従って、配線部材４が接合された後、電極用端子２８と反対側の端部に表層スルーホール２９Ｂが形成されている表面個別電極２０Ｂにおいても、電極用端子２８から表層スルーホール２９Ｂまでの間の断線が発生せず確実に導通機能を保つことができる。従って、当該表面個別電極側２０Ｂ側では、配線部材４からの電圧は、電極用端子２８、表面個別電極２０Ｂ、表層スルーホール２９Ｂ、個別電極用スルーホール３０を通って、内部個別電極２２に印加されるようになっている。なお、表面共通電極２６上に開口する共通電極用スルーホール２５は、共通電極２１がグランドに接地されているため、余剰のハンダがあふれ出て銀食われが発生したとしても、電気的に影響が小さいため、スルーホールが共通電極端子直下に形成されてなくてもよい。
圧電アクチュエータ１の製造方法の概略を説明する。圧電層の原材料として、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミック粉末、バインダ、溶剤を混合した混合液をシート状に広げて乾燥させたグリーンシートを調製する。これらグリーンシート上に、各内部の個別電極、コモン電極等圧電層の広幅面に形成される各電極と、最上層の圧電層の各表面電極となる導電材料（銀−パラジウム系の導電性ペースト）をスクリーン印刷により印刷する。そして、これら複数のグリーンシートを積層して、焼結し一体化する。厚肉部３７は、表面個別電極２０を形成するときに、対応する表面個別電極２０に対して、もう一度導電材料（銀―Ｐｄ系）を塗布する工程により形成される。そして、各表面電極表面上には、各端子となる導電材料（ガラスフリットを含んだ銀）を対応する位置に印刷形成した後、前記焼成温度より低い温度で焼成して端子を形成する。その後、内部個別電極２２と共通電極２１との間に、分極処理用の高電圧が印加され、両電極に挟まれたセラミックシートが分極処理されて圧電特性が付与される。
【００３７】
上記インクジェット記録ヘッド１によると、駆動回路から出力される駆動電力は、各個別電極用端子２８、各個別電極用中継配線を介して各内部個別電極２２に供給される。共通電極２１は、グランドに接続されているため、第１、第２圧電層２３，２４において、内部個別電極２２と共通電極２１とに挟まれた領域が、分極されて圧電効果を発揮する活性部となる。駆動回路が、印字データに従って選択的に駆動電力を内部個別電極２２に印加すると、対応する第１、第２圧電層２３，２４の活性部が分極方向に伸長変形する。これにより、対応する内部個別電極２２と積層方向で重なっている圧力室１４の容積が小さくなり、圧力室１４内のインクに圧力が付与され、インクが連通流路１６を通ってノズル１７からキャビティユニット３の外部にインク液滴となって吐出される。
【００３８】
上記本実施形態の圧電アクチュエータによれば、従来の９層構造における圧電アクチュエータに存在していた調整層をなくして８層構造とされており、圧電層を積層する数が減らされているので製造コストを抑えることができる。また、電気的および機械的接続においても断線の危険性を少なくすることが出来る。また、配線部材は、従来のように各個別電極ランドが千鳥状配列を採用できることから、個別電極ランドを高密度配置させ、その隣接する個別電極ランド間を通って複数の配線を配置させることができるので、チャンネルの多数化、および、高密度化にも対応することができる。また、製造工程において、表面個別電極２０の厚肉部３７は導電ペーストを二度塗りすることで簡単に形成することができる。
【００３９】
なお、上記で開示された実施形態はすべて例示であって制限的なものではない。例えば、圧電アクチュエータの積層枚数、各電極等の形態を変更してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、圧電アクチュエータ、これを用いたインクジェット記録ヘッド、及び圧電アクチュエータの製造方法等に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第一実施形態に係る圧電アクチュエータを備えるインクジェット記録ヘッドの全体斜視図である。
【図２】図１のＩ−Ｉ線断面図である。
【図３】圧電アクチュエータの分解斜視図及び配線部材の斜視図である。
【図４】導通経路を説明するための説明図である。
【図５】（ａ）は列方向に沿って並ぶ表面個別電極の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のII−II線断面図である。
【図６】従来の導通経路を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００４２】
１ 圧電アクチュエータ
２ インクジェット記録ヘッド
３ キャビティユニット
４ 配線部材
１４ 圧力室
１９ 最上圧電層
２０ 表面個別電極
２１ 共通電極
２２ 内部個別電極
２７ 駆動側端子電極
２８ 電極用端子
２９ 表層スルーホール
３７ 厚肉部
３８ バンプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電アクチュエータ、これを用いた液滴吐出ヘッド、及び圧電アクチュエータの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液滴吐出ヘッドの一例として、インクタンクから供給されるインクを移送して、ノズルから記録用紙等に向けてインク液滴を噴射するインクジェット記録ヘッドが既に知られている。このインクジェット方式は、噴射エネルギーの発生方法の違いにより分類されており、圧電素子の振動力を利用してインク液滴を噴射させる圧電方式や、熱エネルギーによる気泡の発生でインク液滴を噴射させるサーマルジェット方式などが存在する。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示された圧電方式のインクジェット記録ヘッドは、インク供給口に繋がる共通液室から複数のノズル孔までのインク流路中に各ノズルに夫々対応する複数の圧力室が設けられたキャビティユニットと、このキャビティユニットに接合されて圧力室の容積を選択的に変化させて、圧力室内のインクに吐出圧力を付与する圧電アクチュエータとを備えている。同圧電アクチュエータは、複数の圧電層の間に共通電極と複数の個別電極とが交互に介設されており、当該共通電極及び当該個別電極を外部機器に電気的接続させるため配線部材に接合される。
【特許文献１】特開２００５−３２２８５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載の圧電アクチュエータは、ボトム層の上面に、個別電極が形成された圧電層、共通電極が形成された圧電層が交互に６層積層され、更に中継用電極が形成された調整層（拘束層）、トップ層が積層されて９層構造となっている。このような圧電アクチュエータの製造コストを抑えるために、圧電シートの枚数を少なくすることが考えられるが、吐出圧力を付与するために必要な圧電層や、キャビティユニットに重ねて圧力室を形成するボトム層、および配線部材との接合するための表面電極が設けられたトップ層をなくすことができないため、トップ層の裏面に積層された上記調整層をなくして８層構造とすることが考えられる。一方、配線部材の信号線が繋がる複数の駆動側端子電極（特許文献１の個別用電極接続用のバンプ電極）は、限られた配線スペースの中に多数の駆動側端子電極を高密度に設け、各端子電極間を通る配線をそれぞれの端子電極から引き出さなければならないため、複数の端子電極は千鳥状に配置することで各端子電極間の距離を広くし、配線形成可能としている。従って、それに対応して接続する図６に示す最上圧電層（トップ層）の表面個別電極５５上に形成された個別用電極用端子５０（特許文献１の個別電極用の接合端子）も列方向に沿って千鳥状に配置されている。また、個別用電極用端子５０の直下に位置して表層スルーホール５１が配置され、圧電層の個別電極と導通している。 また、調整層の裏面に積層された圧電層には、個別電極用スルーホール５２が列方向に沿って一列に配置されている。つまり、上記調整層の役割は、千鳥状に配置された表層スルーホール５１のうちの一方の列側の表層スルーホール５１Ａを、他方の表層スルーホール５１Ｂの列側、すなわち個別電極用スルーホール５２の列側まで当該調整層の上面に形成された中継用電極５３で中継することである。
【０００５】
従って、調整層をなくすためには、例えば、図６の仮想線に示すように表層スルーホール５４を列方向に沿って一列に配置して、電極用端子５０と表層スルーホール５４とを表面個別電極５５で導通させることが考えられる。しかし、ハンダ等で駆動側端子電極と電極用端子５０を接合した際に、駆動側端子電極と電極用端子５０の間に介在した状態のハンダが、その間からはみ出して表面個別電極５５上に広がることがある。表面個別電極５５は、導電性材料として一般的な銀系の材料で形成されているため、その広がったハンダの融解作用により、表面個別電極５５の銀がハンダ内に拡散する所謂銀食われで断線５６が生じるという問題がある。そのため表面個別電極５５上の電極用端子５０の直下にスルーホールを配置することで表面個別電極５５を保護し導通可能にせしめている。そのため、スルーホール位置を千鳥状に配列された電極用端子５０の直下に配置させることは必須であり、前述した調整層が必要不可欠となり、上記圧電アクチュエータを８層構造にして製造コストを抑えるとことができなかった。
【０００６】
そこで本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、積層する枚数を減らすことで製造コストが抑えられた圧電アクチュエータ、これを使用した液滴吐出ヘッド、及び圧電アクチュエータの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は次の技術的手段を講じた。
【０００８】
すなわち本発明の圧電アクチュエータは、表側面に複数の表面個別電極が列状に設けられ、当該各表面個別電極に接続する複数の駆動側端子電極を有する配線部材と接合するための最上圧電層と、この最上圧電の裏面側で積層された複数の圧電層と、前記複数の圧電層間に配置された複数の内部電極と、を備え、前記各表面個別電極は、横列方向を長手方向とする細長形状に形成され、前記最上圧電層には、前記各表面個別電極に開口し且つ当該各表面個別電極と前記内部電極とを導通させるための複数の表層スルーホールが形成され、前記各表面個別電極の片端部には、前記複数の駆動側端子電極と導通させるための端子であって、当該各表面個別電極の長手方向の寸法よりも小さい電極用端子が形成され、これら複数の電極用端子は、列方向に沿って千鳥状配列を成して配置され、当該各駆動側端子電極と当該各電極用端子とを熱溶融性を有する導電性接合材を介在させた状態で互いに接合するための圧電アクチュエータであって、前記複数の表層スルーホールは、前記各表面個別電極の片端部に対応する位置で列方向に沿って略一列に配設され、前記各駆動側端子電極と前記各電極用端子とが接合されたときに、前記複数の表面個別電極のうち、前記各電極用端子が設けられた端部から余剰の前記導電性接合材が長手方向に沿って広がる領域が、部分的に厚肉部となっていることを特徴とする。
【０００９】
上記本発明の圧電アクチュエータによれば、複数の表層スルーホールは列方向に沿って略一列に配設され、各駆動側端子電極と前記各電極用端子とがその間に導電性接合材を介在して接合されたときに、複数の表面個別電極のうち、前記間に導電性接合材が介在された状態で、その間から溢れ出る余剰の導電性接合材が、表面個別電極の長手方向に沿って広がる領域が、部分的に厚肉部となっているので、各電極用端子から表層スルーホールまでの断線が発生し難い。従って、最上圧電層の裏面に積層されるべき調整層をなくしても、千鳥状に配置された全ての電極用端子から内部電極へ表層スルーホールを通じて電気的接続を行うことができる。
【００１０】
また、前記複数の圧電層は、一方の広幅面に前記内部電極となる内部個別電極を形成した複数の圧電層と、一方の広幅面に共通電極を形成した複数の圧電層とが交互に積層されてなり、前記各内部個別電極と前記各共通電極とが積層方向に重なる箇所が活性部とされ、前記各内部個別電極同士または前記各共通電極同士がそれぞれ積層方向にスルーホールにて導通させられており、前記最上圧電層の裏面側で隣接する第１圧電層における、当該最上圧電層と対向する広幅面に前記共通電極が形成され、前記第１圧電層の裏面側で隣接する第２圧電層における、当該第１圧電層と対向する広幅面に前記内部個別電極が形成され、前記第一圧電層には、前記各表層スルーホールに対応し且つ列方向に沿って略一列となる複数の内部個別電極用スルーホールが形成され、前記内部個別電極が、前記各内部個別電極用スルーホール及び前記各表層スルーホールを通じて前記各表面個別電極に導通されているものとすることができる。
【００１１】
この場合、最上圧電層の裏面に、共通電極が形成された第一圧電層が積層され、この第一圧電層の裏面に、内部個別電極が形成された第二圧電層が積層された圧電アクチュエータとすることができる。
【００１２】
また、列方向で隣り合う二つの前記表面個別電極のうちの一方に対応する表層スルーホールは前記電極用端子の直下に形成され、他方に対応する表層スルーホールは前記電極用端子と反対側の端部の直下に形成されているものとし、複数の表層スルーホールを列方向に沿って一列に配置すればよい。
【００１３】
更に、前記厚肉部は、前記他方の表面個別電極のみに、前記電極用端子側から長手方向に延びて形成されていることが好ましい。
【００１４】
この場合、厚肉部を形成するのは列方向で隣接する二つの表面個別電極のうち上記他方の表面個別電極だけでよく、当該厚肉部を設ける製造コストを抑えることができる。
【００１５】
また、本発明の液滴吐出ヘッドは、列状に配置された複数のノズル、及び前記各ノズルに対応する複数列の圧力室を有するキャビティユニットと、各活性部が前記各圧力室に対応するように接合された圧電アクチュエータと、を備えたインクジェット記録ヘッドにおいて、前記圧電アクチュエータは、上記圧電アクチュエータであることを特徴とする。
【００１６】
この場合、積層枚数が減らされた圧電アクチュエータを用いているので、インクジェット記録ヘッドの製造コストを抑えることができる。
【００１７】
また、本発明の圧電アクチュエータの製造方法は、前記最上圧電層の前記複数の表面個別電極が、導電ペーストを塗布することで形成される、上記圧電アクチュエータの製造方法であって、前記導電ペーストを二度塗りすることで前記厚肉部を形成する工程を有することを特徴とする。この場合、簡単に厚肉部を形成することができる。
【発明の効果】
【００１８】
上記の通り、本発明によれば、千鳥状に配置された全ての電極用端子から内部電極へ表層スルーホールを通じて電気的接続を行うことができるので、調整層をなくして積層枚数を減らし製造コストを抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る圧電アクチュエータ１が使用された液滴吐出ヘッドとしての一例のインクジェット記録ヘッド２の分解斜視図である。インクジェット記録ヘッド２（液滴吐出ヘッド）は、それぞれ略矩形状の複数のプレートが積層されたキャビティユニット３と、このキャビティユニット３に接合された圧電アクチュエータ１とで主構成されている。また、圧電アクチュエータ１に対する駆動電力を出力する駆動回路を実装した配線部材４（フレキシブルフラットケーブル）が、圧電アクチュエータ１の上面に接合される。なお、以下の説明において、図１に矢印で示す通り、キャビティユニット３の長辺方向をＸ方向（列方向）、短辺方向をＹ方向（横列方向）とする。
【００２０】
このインクジェット記録ヘッド２は、記録紙等の被記録媒体にインクジェット方式の記録や印字を行う図示しないインクジェットプリンタに設けられる。インクジェットプリンタには、所定の走査方向（図１のＹ方向）に往復移動自在にキャリッジが設けられており、インクジェット記録ヘッド２はこのキャリッジに搭載される。インクジェット記録ヘッド２がキャリッジと共に走査方向へと往復移動しつつ被記録媒体に向けてインクを吐出することで、被記録媒体に対して記録が行われるようになっている。
【００２１】
図２は、インクジェット記録ヘッド２のＩ−Ｉ線断面図である。キャビティユニット３は、それぞれ平面視で略同一寸法の矩形状に形成されたノズルプレート５、スペーサプレート６、ダンパプレート７、マニホールドプレート８、サプライプレート９、ベースプレート１０、及びキャビティプレート１１が順に積層接着されることで構成されている。
【００２２】
ノズルプレート５は、ポリイミド等の合成樹脂材から成形され、他のプレート６〜１１は、４２％ニッケル合金鋼から成形される。各プレート５〜１１は、平面視で長方形状を成し、各々５０〜１５０μｍ程度の肉厚を有している。各プレート５〜１１には、電解エッチング、レーザ加工、又はプラズマジェット加工により開孔や溝が形成されている。キャビティユニット３の最下層のノズルプレート５には、微小径のインク滴吐出用のノズル孔１７が、微小間隔で多数個穿設されていて、ノズル孔１７はノズルプレート５の長辺方向（図１のＸ軸方向）に沿って延びる列状に配置され、その列が横列（Ｙ方向）に５列設けられている。また、キャビティユニット３において最上層に位置する圧力室プレート１１には、複数の圧力室１４となる複数の圧力室孔が、圧力室プレート１１をその厚み方向に貫通して形成され、ノズル孔１７に対応してＸ軸方向に沿って列状に、横列方向（Ｙ軸方向）に５列設けられている。圧力室孔（圧力室１４）は、横列方向（Ｙ軸方向）に長い平面視細長形状をなし、その長手方向（Ｙ軸方向）がノズル孔１７の列と直交する方向（Ｘ軸方向）に沿うように配置されている。これら複数の圧力室孔は、上方から圧電アクチュエータ１が積層され、下方からベースプレート１０が積層されることにより、内部空間を有する圧力室１４を形成する。
【００２３】
ベースプレート１０からスペーサプレート６のそれぞれには、各圧力室１４の一端部に連通し、各ノズル孔１７にまで連通する連通路１６となる各開口が貫通形成され、また、ベースプレート１０とサプライプレート９には、共通インク室１３と圧力室１４の他端部とを連通する接続流路１５となる各開口および溝が形成されている。
【００２４】
また、２枚のマニホールドプレートには、圧力室１４が列方向（Ｘ軸方向）に配置された位置に対応する下方位置にて、その列方向（Ｘ軸方向）に沿って延設された共通インク室１３となる共通インク室孔が各プレートをその厚み方向に貫通して形成され、横列方向（Ｙ方向）に５列設けられている。また、ダンパプレート７には、共通液室１３との対向面とは反対側の面を凹み形成し、その肉厚が薄肉にさせたダンパ壁が共通液室１３の形状と対応してＹ方向に５列形成され、サプライプレート９、２枚のマニホールドプレート、ダンパプレート７、およびスペーサプレートがこの順で積層されることによって、共通液室１３およびダンパスペースが形成される。さらにスペーサプレート６には、複数のノズル孔１７を有するノズルプレート５が下方から積層接着されている。
【００２５】
これらの各プレート５〜１１が積層されていることで、連通された開孔や溝が構成され、インクが流通するチャンネル１２が構成されている。チャンネル１２は、共通インク室１３から接続流路１５、圧力室１４、連通流路１６およびノズル１７からなるインク流通路である。上記構成により、図示しないインク供給源から流入したインクは、共通インク室１３、接続流路１５、圧力室１４、及び連通流路１６を順に通り、ノズル１７へと導かれる。
【００２６】
なお、キャビティプレートからマニホールドプレートの各長手方向の一端部には、上下の位置を対応させて、例えば、四種のインク（ブラック、マゼンタ、シアン、イエロー）に対応して４つのインク供給口１８が穿設されている（図１参照）。図示しない各インク供給源からの４種類のインクがこのインク供給口１８にそれぞれ独立して供給される。なお、使用頻度の高い黒インクが流入するインク供給口１８が、他より大型に形成されると共に２つの各チャンネル１２と繋がり、他のインク供給口１８が、それぞれ互いに独立した１つのチャンネル１２と繋がる。このようにキャビティユニット３は、５つのチャンネル１２を有しており、インクジェット記録ヘッド２は、４種のインクを互いに独立して吐出可能に構成されている。
【００２７】
図３は、圧電アクチュエータ１の分解斜視図及びこれに接合される配線部材４の斜視図である。圧電アクチュエータ１は、それぞれ平面視で略同一寸法の矩形状に形成され積層された７枚の圧電層２３，２４と、最上部に積層される最上圧電層１９と、この最上圧電層１９に形成された表面個別電極２０と、圧電層間に設けられた共通電極２１及び内部個別電極２２（内部電極）とを備えている。圧電アクチュエータ１は、キャビィティユニットの圧力室と、後述する個別電極とが積層方向に対向するように積層接合される。
【００２８】
７枚の圧電層２３，２４は、下から数えて奇数番目に配置される第１圧電層２３，２３、…と、下から数えて偶数番目に配置される第２圧電層２４，２４，…とからなる。最上圧電層１９は、最上層の第１圧電層２３の上面に積層されている。圧電アクチュエータ１がキャビティユニット３に接合されている状態では、各圧力室１４が当該圧電アクチュエータ１（最下層の第１圧電層２３）の下面に覆われている。
最下層の第１圧電層２３の上面には、共通電極２１がその広幅面全体に印刷形成されており、この最下層以外の第１圧電層２３の上面には、共通電極２１が広幅に印刷形成されていると共に、当該共通電極２１が存在しない非電極部分３１が形成されている。また、各第２圧電層２４の上面には、複数の内部個別電極２２が横列方向（Ｙ方向）に長い平面視細長形状に印刷形成されている。各内部個別電極２２は、積層方向で各圧力室１４と重なる位置でＸ方向列状にＹ方向に５列並んで配置され、各内部個別電極２２には、導通用の屈曲部２２ａが形成されている。また、最上圧電層１９の上面には、各共通電極２１を外部と導通させるための表面共通電極２６と、内部個別電極２２を外部と導通させるための複数の表面個別電極２０とが設けられている。表面共通電極２６は、アクチュエータの短辺縁に沿ってＹ方向に帯状に延びている。複数の表面個別電極２０は、Ｙ方向に所定間隔をおいて列状に配置されている。各表面個別電極２０は、Ｙ方向に細長い略矩形状に形成されている。また、端から二列毎の表面個別電極２０は互いにＸ方向にずらされている。各表面個別電極２０の長手方向の片端部には、配線部材４の下面に露出した個別電極ランド（駆動側端子電極）２７に接続するための個別電極端子（電極用端子）２８が設けられている。個別電極端子２８は、表面個別電極２０の長手方向寸法よりも小さい細長矩形状に形成されている。これら複数の電極用端子２８は、列方向に沿って千鳥状に配置されている。また、表面共通電極２６上には、Ｙ方向に適宜距離をおいて複数の共通電極端子２６ａが配置されている。共通電極端子２６ａは、配線部材４の共通電極ランド３６に接続する為に設けられている。なお、個別電極端子２８および共通電極端子２６ａは、後述する配線部材の各ランド２７、３６とのハンダ接続性がより向上させるためにもうけられていて、各表面電極２６、２０は、Ａｇ−Ｐｄ系の導電材を用いてスクリーン印刷で形成されており、各端子２６ａ、２８は、ガラスフリットを含むＡｇ系の導電材を用いて各表面電極上に印刷形成されている。
【００２９】
また、最下層の第１圧電層２３を除く全ての圧電層には、最上圧電層１９から当該最下層の第１圧電層２３までを積層方向に貫通する断面円形状の共通電極用スルーホール２５が形成され、共通電極用スルーホール２５の内部には、導電材を充填もしくは塗布してなる図示しない共通電極用中継配線が設けられている。共通電極用スルーホール２５は、最上圧電層１９の上面の共通表面電極２６が設けられている位置で開口されている。
【００３０】
これにより、積層方向に並ぶ各共通電極２１と共通表面電極２６とが、共通電極用中継配線を介して導通されている。なお、各第２圧電層２４の上面における共通電極用スルーホール２５の貫通位置周辺（Ｘ方向の両端側）には導電材部が帯状に設けられており、共通電極用中継配線が第２圧電層２４上で断線しないようになっている。
【００３１】
また、下から２番目までの第１圧電層２３、２３、２３は、その上面において共通電極を有するとともに、非電極部分３１には、後述する個別電極用スルーホール３０が位置しており、その貫通位置周辺には、共通電極２１と独立して島状に導電部材３２が設けられている。このため、個別電極用中継配線が当該第１圧電層２３上で断線せず、共通電極２１と内部個別電極２２とが互いに電気的に独立した状態に保たれている。
【００３２】
図４は、最上圧電層１９のＸ方向に隣接する各表面個別電極２０Ａ、２０Ｂと内部個別電極２２とがスルーホールで導通する状態を示す拡大分解図である。図４のように表面個別電極２０Ａ、２０Ｂと、内部個別電極２２とを導通させるための断面円形状の表層スルーホール２９Ａ、２９Ｂが当該表面個別電極２０Ａ、２０Ｂ毎に同数圧電層１９を貫通形成されている。Ｙ方向に細長形状の表面個別電極２０Ａ、２０Ｂは、その片端部に個別電極用端子２８をＸ方向に交互に千鳥状に配置されていて、列方向（Ｘ方向）で隣り合う二つの表面個別電極２０Ａ、２０Ｂのうちの一方２０Ａに対応する表層スルーホール２９Ａは、個別電極用端子２８の直下に位置され、他方２０Ｂに対応する表層スルーホール２９Ｂは、個別電極用端子２８と反対側の端部の直下に形成されている。従って、複数の表層スルーホール２９Ａ、２９Ｂは、表面個別電極２０Ａ、２０Ｂの片端部側寄り（図４では手前方向）に、縦列方向（Ｘ方向）に沿って略一列に形成されている。
【００３３】
上から三つの第１圧電層２３、及び二つの第２圧電層２４には、表層スルーホール２９Ａ、２９Ｂと同数の内部個別電極用の個別電極用スルーホール３０が形成されている。表層スルーホール２９Ａ、２９Ｂ及び個別電極用スルーホール３０の内部には、導電材を充填もしくは塗布してなる図示しない個別電極用中継配線が設けられている。これにより、各内部個別電極２２が、各個別電極用スルーホール３０、各表層スルーホール２９Ａ、２９Ｂを介して各表面個別電極２７と電気的に接続されている。図４及び図５（ａ）、（ｂ）に示すように、列方向（Ｘ方向）で隣り合う二つの表面個別電極２０Ａ、２０Ｂのうち、個別電極用端子２８と反対側の端部に表層スルーホール２９Ｂが形成されている表面個別電極２０Ｂには、当該電極用端子２８が配置されている領域から反対側の端部まで長手方向（Ｙ方向）に向かって延びる厚肉部３７が部分的に形成されている。厚肉部３７は、表面個別電極の対応する部分が部分的に厚く印刷形成されている。
【００３４】
配線部材４は、その一端部が圧電アクチュエータと接合され、他端部がＹ方向に引き出されている。配線部材４には、ポリイミドなどの合成樹脂製のフレキシブルな帯状の樹脂シート３５と、樹脂シートの下面に銅箔からなる導線材が積層され、その導線材を覆う合成樹脂材（ポリイミド樹脂や感光性ソルダレジストなど）保護材３６とが積層されて構成されている。樹脂シート３５の下面には、共通電極用配線３３、個別電極用配線３４、個別電極ランド（駆動側端子電極）２７、共通電極ランド５０等がフォトレジスト等により形成されている
共通電極用配線３３は、グランド電位に保持され、配線部材４の短辺側（Ｘ方向）両端にＹ方向に沿って、配線部４の他端まで帯状に延びて引き出されている。個別電極ランド２７は、アクチュエータ１の個別電極用端子２８と対応する位置に形成されていて、Ｘ方向に千鳥状に延びて配列されるとともにＹ方向に５列は配置されている。また、共通表面電極２６上の複数の共通電極端子２６ａに対応する位置に、共通電極ランド５０が形成されている。個別電極ランド２７および共通電極ランド５０は、保護材３６をエッチングやフォトレジスト等で除去してアクチュエータ１側に開口させることによって形成される。また、個別電極用配線３４は、対応する個別電極ランド２７からＹ方向に隣り合う他の個別電極ランド間を通って、図示しない駆動回路に接続されている。アクチュエータ１と配線部材とを接続させるためのハンダ等の導電性材料３８（熱溶融性を有する導電性接合材）は、保護材を除去して露出された個別電極ランド２７と共通電極ランド５０の露出部分にソルダーペーストが設置され、リフロー工程後、バンプ電極を形成する。
【００３５】
配線部材４と圧電アクチュエータ１は、ハンダ３８のバンプ電極が形成された個別電極ランド２７および共通電極ランド３６と、表面個別電極２０に設けられた個別電極用端子２８とおよび共通電極用端子２６ａとを、互いに対向させるように位置合わせして積層して、配線部材４の上方からバーヒーターなどで加圧加熱させることでハンダが溶融して各ランド２７,３６と各端子間との間に介在した状態で電気的かつ機械的に接合される。なお、アクチュエータ１と配線部材４とは図示しない位置決め手段にて位置合わせされる。
【００３６】
配線部材４とアクチュエータ１とがハンダ接続されたときに、各ランドと各端子間との間にハンダが介在した状態で、その間からハンダがあふれ出してくることがある。その場合、あふれ出した余剰のハンダは、表面個別電極の長手方向（Ｙ方向）に沿って広がる。上記個別表面電極上に設けられた厚肉部３７は、その余剰のバンプ３８が長手方向に沿って広がる領域に形成されている。従来、余剰のバンプの広がりによる表面個別電極の銀食われにより、表面個別電極の断線が発生していたが、本実施形態では、厚肉部３７の存在により、溶融したハンダ内に表面個別電極の銀が拡散しても、表面個別電極が破断して電気的断線が発生し難くなっている。従って、配線部材４が接合された後、電極用端子２８と反対側の端部に表層スルーホール２９Ｂが形成されている表面個別電極２０Ｂにおいても、電極用端子２８から表層スルーホール２９Ｂまでの間の断線が発生せず確実に導通機能を保つことができる。従って、当該表面個別電極側２０Ｂ側では、配線部材４からの電圧は、電極用端子２８、表面個別電極２０Ｂ、表層スルーホール２９Ｂ、個別電極用スルーホール３０を通って、内部個別電極２２に印加されるようになっている。なお、表面共通電極２６上に開口する共通電極用スルーホール２５は、共通電極２１がグランドに接地されているため、余剰のハンダがあふれ出て銀食われが発生したとしても、電気的に影響が小さいため、スルーホールが共通電極端子直下に形成されてなくてもよい。
圧電アクチュエータ１の製造方法の概略を説明する。圧電層の原材料として、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミック粉末、バインダ、溶剤を混合した混合液をシート状に広げて乾燥させたグリーンシートを調製する。これらグリーンシート上に、各内部の個別電極、コモン電極等圧電層の広幅面に形成される各電極と、最上層の圧電層の各表面電極となる導電材料（銀−パラジウム系の導電性ペースト）をスクリーン印刷により印刷する。そして、これら複数のグリーンシートを積層して、焼結し一体化する。厚肉部３７は、表面個別電極２０を形成するときに、対応する表面個別電極２０に対して、もう一度導電材料（銀―Ｐｄ系）を塗布する工程により形成される。そして、各表面電極表面上には、各端子となる導電材料（ガラスフリットを含んだ銀）を対応する位置に印刷形成した後、前記焼成温度より低い温度で焼成して端子を形成する。その後、内部個別電極２２と共通電極２１との間に、分極処理用の高電圧が印加され、両電極に挟まれたセラミックシートが分極処理されて圧電特性が付与される。
【００３７】
上記インクジェット記録ヘッド１によると、駆動回路から出力される駆動電力は、各個別電極用端子２８、各個別電極用中継配線を介して各内部個別電極２２に供給される。共通電極２１は、グランドに接続されているため、第１、第２圧電層２３，２４において、内部個別電極２２と共通電極２１とに挟まれた領域が、分極されて圧電効果を発揮する活性部となる。駆動回路が、印字データに従って選択的に駆動電力を内部個別電極２２に印加すると、対応する第１、第２圧電層２３，２４の活性部が分極方向に伸長変形する。これにより、対応する内部個別電極２２と積層方向で重なっている圧力室１４の容積が小さくなり、圧力室１４内のインクに圧力が付与され、インクが連通流路１６を通ってノズル１７からキャビティユニット３の外部にインク液滴となって吐出される。
【００３８】
上記本実施形態の圧電アクチュエータによれば、従来の９層構造における圧電アクチュエータに存在していた調整層をなくして８層構造とされており、圧電層を積層する数が減らされているので製造コストを抑えることができる。また、電気的および機械的接続においても断線の危険性を少なくすることが出来る。また、配線部材は、従来のように各個別電極ランドが千鳥状配列を採用できることから、個別電極ランドを高密度配置させ、その隣接する個別電極ランド間を通って複数の配線を配置させることができるので、チャンネルの多数化、および、高密度化にも対応することができる。また、製造工程において、表面個別電極２０の厚肉部３７は導電ペーストを二度塗りすることで簡単に形成することができる。
【００３９】
なお、上記で開示された実施形態はすべて例示であって制限的なものではない。例えば、圧電アクチュエータの積層枚数、各電極等の形態を変更してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、圧電アクチュエータ、これを用いたインクジェット記録ヘッド、及び圧電アクチュエータの製造方法等に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第一実施形態に係る圧電アクチュエータを備えるインクジェット記録ヘッドの全体斜視図である。
【図２】図１のＩ−Ｉ線断面図である。
【図３】圧電アクチュエータの分解斜視図及び配線部材の斜視図である。
【図４】導通経路を説明するための説明図である。
【図５】（ａ）は列方向に沿って並ぶ表面個別電極の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のII−II線断面図である。
【図６】従来の導通経路を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００４２】
１ 圧電アクチュエータ
２ インクジェット記録ヘッド
３ キャビティユニット
４ 配線部材
１４ 圧力室
１９ 最上圧電層
２０ 表面個別電極
２１ 共通電極
２２ 内部個別電極
２７ 駆動側端子電極
２８ 電極用端子
２９ 表層スルーホール
３７ 厚肉部
３８ バンプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表側面に複数の表面個別電極が列状に設けられ、当該各表面個別電極に接続する複数の駆動側端子電極を有する配線部材と接合するための最上圧電層と、
この最上圧電の裏面側で積層された複数の圧電層と、
前記複数の圧電層間に配置された複数の内部電極と、を備え、
前記各表面個別電極は、横列方向を長手方向とする細長形状に形成され、
前記最上圧電層には、前記各表面個別電極に開口し且つ当該各表面個別電極と前記内部電極とを導通させるための複数の表層スルーホールが形成され、
前記各表面個別電極の片端部には、前記複数の駆動側端子電極と導通させるための端子であって、当該各表面個別電極の長手方向の寸法よりも小さい電極用端子が形成され、これら複数の電極用端子は、列方向に沿って千鳥状配列を成して配置され、当該各駆動側端子電極と当該各電極用端子とを熱溶融性を有する導電性接合材を介在させた状態で互いに接合するための圧電アクチュエータであって、
前記複数の表層スルーホールは、前記各表面個別電極の片端部に対応する位置で列方向に沿って略一列に配設され、
前記各駆動側端子電極と前記各電極用端子とが接合されたときに、前記複数の表面個別電極のうち、前記各電極用端子が設けられた端部から余剰の前記導電性接合材が長手方向に沿って広がる領域が、部分的に厚肉部となっていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項２】
前記複数の圧電層は、一方の広幅面に前記内部電極となる内部個別電極を形成した複数の圧電層と、一方の広幅面に共通電極を形成した複数の圧電層とが交互に積層されてなり、前記各内部個別電極と前記各共通電極とが積層方向に重なる箇所が活性部とされ、前記各内部個別電極同士及び前記各共通電極同士がそれぞれ積層方向にスルーホールにて導通させられており、
前記最上圧電層の裏面側で隣接する第１圧電層における、当該最上圧電層と対向する広幅面に前記共通電極が形成され、
前記第１圧電層の裏面側で隣接する第２圧電層における、当該第１圧電層と対向する広幅面に前記内部個別電極が形成され、前記第１圧電層には、前記各表層スルーホールに対応し且つ列方向に沿って略一列となる複数の内部個別電極用スルーホールが形成され、前記内部個別電極が、前記各内部個別電極用スルーホール及び前記各表層スルーホールを通じて前記各表面個別電極に導通されている請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項３】
列方向で隣り合う二つの前記表面個別電極のうちの一方に対応する表層スルーホールは前記電極用端子の直下に形成され、他方に対応する表層スルーホールは前記電極用端子と反対側の端部の直下に形成されている請求項１又は２に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項４】
前記厚肉部は、前記他方の表面個別電極のみに、前記電極用端子側から長手方向に延びて形成されていることを特徴とする請求項３に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項５】
列状に配置された複数のノズル、及び前記各ノズルに対応する複数列の圧力室を有するキャビティユニットと、各活性部が前記各圧力室に対応するように接合された圧電アクチュエータと、を備えた液摘吐出ヘッドにおいて、
前記圧電アクチュエータは、前記請求項１〜４のいずれかに記載の圧電アクチュエータであることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
前記最上圧電層の前記複数の表面個別電極が、導電ペーストを塗布することで形成される、請求項１〜４のいずれかに記載の圧電アクチュエータの製造方法であって、
前記導電ペーストを二度塗りすることで前記厚肉部を形成する工程を有することを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項１】
表側面に複数の表面個別電極が列状に設けられ、当該各表面個別電極に接続する複数の駆動側端子電極を有する配線部材と接合するための最上圧電層と、
この最上圧電の裏面側で積層された複数の圧電層と、
前記複数の圧電層間に配置された複数の内部電極と、を備え、
前記各表面個別電極は、横列方向を長手方向とする細長形状に形成され、
前記最上圧電層には、前記各表面個別電極に開口し且つ当該各表面個別電極と前記内部電極とを導通させるための複数の表層スルーホールが形成され、
前記各表面個別電極の片端部には、前記複数の駆動側端子電極と導通させるための端子であって、当該各表面個別電極の長手方向の寸法よりも小さい電極用端子が形成され、これら複数の電極用端子は、列方向に沿って千鳥状配列を成して配置され、当該各駆動側端子電極と当該各電極用端子とを熱溶融性を有する導電性接合材を介在させた状態で互いに接合するための圧電アクチュエータであって、
前記複数の表層スルーホールは、前記各表面個別電極の片端部に対応する位置で列方向に沿って略一列に配設され、
前記各駆動側端子電極と前記各電極用端子とが接合されたときに、前記複数の表面個別電極のうち、前記各電極用端子が設けられた端部から余剰の前記導電性接合材が長手方向に沿って広がる領域が、部分的に厚肉部となっていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項２】
前記複数の圧電層は、一方の広幅面に前記内部電極となる内部個別電極を形成した複数の圧電層と、一方の広幅面に共通電極を形成した複数の圧電層とが交互に積層されてなり、前記各内部個別電極と前記各共通電極とが積層方向に重なる箇所が活性部とされ、前記各内部個別電極同士及び前記各共通電極同士がそれぞれ積層方向にスルーホールにて導通させられており、
前記最上圧電層の裏面側で隣接する第１圧電層における、当該最上圧電層と対向する広幅面に前記共通電極が形成され、
前記第１圧電層の裏面側で隣接する第２圧電層における、当該第１圧電層と対向する広幅面に前記内部個別電極が形成され、前記第１圧電層には、前記各表層スルーホールに対応し且つ列方向に沿って略一列となる複数の内部個別電極用スルーホールが形成され、前記内部個別電極が、前記各内部個別電極用スルーホール及び前記各表層スルーホールを通じて前記各表面個別電極に導通されている請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項３】
列方向で隣り合う二つの前記表面個別電極のうちの一方に対応する表層スルーホールは前記電極用端子の直下に形成され、他方に対応する表層スルーホールは前記電極用端子と反対側の端部の直下に形成されている請求項１又は２に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項４】
前記厚肉部は、前記他方の表面個別電極のみに、前記電極用端子側から長手方向に延びて形成されていることを特徴とする請求項３に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項５】
列状に配置された複数のノズル、及び前記各ノズルに対応する複数列の圧力室を有するキャビティユニットと、各活性部が前記各圧力室に対応するように接合された圧電アクチュエータと、を備えた液摘吐出ヘッドにおいて、
前記圧電アクチュエータは、前記請求項１〜４のいずれかに記載の圧電アクチュエータであることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
前記最上圧電層の前記複数の表面個別電極が、導電ペーストを塗布することで形成される、請求項１〜４のいずれかに記載の圧電アクチュエータの製造方法であって、
前記導電ペーストを二度塗りすることで前記厚肉部を形成する工程を有することを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−９４１２０（Ｐ２００９−９４１２０Ａ）
【公開日】平成２１年４月３０日（２００９．４．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２６０７３５（Ｐ２００７−２６０７３５）
【出願日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月３０日（２００９．４．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
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