液体噴射装置及びその製造方法
【課題】 ＦＰＣ等の配線基板を省略して部品点数を減らすとともに、製造工程を簡略化することが可能な液体噴射装置及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】 インクジェットヘッド１は、ノズル２０と圧力室１６とを含む複数の個別インク流路２と圧電アクチュエータ３とを有し、個別インク流路２は、積層された複数枚のプレートにより形成されており、複数の圧力室１６を形成する圧力室プレート１３と絶縁材料からなりノズル２０を形成するノズルプレート１４との間に圧電アクチュエータ３が配設され、ノズルプレート１４の圧電アクチュエータ３側の面に、複数の個別電極３２と夫々接続される複数の配線部３４が形成されている。
【解決手段】 インクジェットヘッド１は、ノズル２０と圧力室１６とを含む複数の個別インク流路２と圧電アクチュエータ３とを有し、個別インク流路２は、積層された複数枚のプレートにより形成されており、複数の圧力室１６を形成する圧力室プレート１３と絶縁材料からなりノズル２０を形成するノズルプレート１４との間に圧電アクチュエータ３が配設され、ノズルプレート１４の圧電アクチュエータ３側の面に、複数の個別電極３２と夫々接続される複数の配線部３４が形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を噴射する液体噴射装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体を噴射する液体噴射装置としては、例えば、液体を噴射するノズルと、このノズルに連通する圧力室と、圧力室の容積を変化させるアクチュエータとを有し、アクチュエータにより圧力室内の液体に圧力を付与してノズルから液体を噴射するように構成されているものがある。その中でも、例えば、特許文献１にはノズルからインクを噴射するインクジェットヘッドが記載されている。このインクジェットヘッドのアクチュエータは、複数の圧力室を覆うように設けられた複数枚の圧電シートと、最上層の圧電シートの上面に複数の圧力室と夫々対向するように形成された複数の個別電極、及び、最上層の圧電シートの下面に形成された共通電極とを備えている。圧電シートの上面に形成された複数の個別電極は、ランド部において半田等によりフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）と電気的に接続され、さらに、このＦＰＣはドライバＩＣ（駆動装置）に接続されている。そして、ドライバＩＣからＦＰＣを介して複数の個別電極に対して選択的に駆動電圧が印加されたときには、その個別電極と共通電極とに挟まれた圧電シートの部分が変形して、圧力室内のインクに圧力が付与される。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１３６６６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述の特許文献１に記載のインクジェットヘッドでは、複数の個別電極とドライバＩＣとを電気的に接続するＦＰＣ等の配線部材が必要となるため、その分、製造コストが高くなってしまう。また、近年、画質の向上及びインクジェットヘッドの小型化の両方の要求を満足させるために、複数の圧力室をより高密度に配置する試みがなされているが、複数の圧力室を高密度に配置すると、これら複数の圧力室に夫々対向する複数の個別電極も高密度に配置する必要がある。しかし、密集して配置された複数の個別電極のランド部とＦＰＣとを夫々半田等により接続することは非常に困難である。また、その電気的接続の信頼性を高めるために接続構造が複雑になる傾向があり、製造工程が複雑化するため製造コストの面で不利である。
【０００５】
本発明の目的は、ＦＰＣ等の配線部材を省略して部品点数を減らすとともに、製造工程を簡素化することが可能な液体噴射装置及びその製造方法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】
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、液体を噴射する複数のノズルとこれら複数のノズルに夫々に連通する複数の圧力室とを夫々含む複数の液体流路と、前記複数の圧力室の容積を選択的に変化させるアクチュエータとを備える液体噴射装置であって、前記液体流路は、積層された複数枚のプレートにより形成されており、前記複数のプレートに含まれる、前記複数の圧力室を形成する圧力室プレートと、少なくともこの圧力室プレートと対向する面において絶縁性を有し前記ノズルが形成されたノズルプレートとの間に、前記アクチュエータが配設され、前記アクチュエータは、前記複数の圧力室を覆う振動板と、この振動板の前記複数の圧力室と反対側の面に設けられた圧電層と、この圧電層の前記振動板と反対側の面において前記複数の圧力室と夫々対向する位置に形成された複数の個別電極とを有し、前記ノズルプレートの前記アクチュエータ側の面に、前記複数の個別電極と夫々接続される複数の配線部が形成されている液体噴射装置が提供される。
【０００７】
この液体噴射装置は、アクチュエータを用いて複数の圧力室の容積を選択的に変化させることにより、その圧力室内の液体に圧力を付与してノズルから液体を噴射するように構成されている。ここで、複数の液体流路は複数枚のプレートにより形成され、これら複数枚のプレートに含まれる、圧力室プレートと絶縁材料からなるノズルプレートとの間にアクチュエータが配設されている。そして、ノズルプレートのアクチュエータ側の面には、アクチュエータの複数の個別電極と夫々接続される複数の配線部が形成されている。このように、複数の個別電極に接続される複数の配線部が、絶縁材料からなるノズルプレートに形成されているため、ノズルプレートに従来のＦＰＣ等の配線部材の機能をも持たせてこの配線部材を省略することができ、部品点数を減らして液体噴射装置の製造コストを低減することができる。また、駆動装置をノズルプレート上に配置することも可能となる。さらに、ノズルプレートをアクチュエータに接着すると同時に、複数の個別電極と複数の配線部とを電気的に接続することが可能になり、製造工程を簡素化することができる。
【０００８】
本発明の液体噴射装置は、前記第１の形態において、前記液体流路は、前記アクチュエータを貫通するように形成されていてもよい。この場合、圧力室プレートとノズルプレートとの間にアクチュエータを配置することが可能になる。
【０００９】
本発明の液体噴射装置は、上記形態において、前記圧電層には、前記液体流路の一部を構成する貫通孔が形成され、この貫通孔の内面に、前記液体が前記圧電層に浸透するのを防止する保護膜が形成されていてもよい。この保護膜により、液体が圧電層に浸透するのを防止することができる。特に、液体が導電性を有する場合には、この導電性の液体により個別電極間が短絡するのを防止できる。
【００１０】
本発明の液体噴射装置は、前記形態において、前記ノズルプレートは、可撓性を有する絶縁材料で構成されていてもよい。従って、可撓性を有するＦＰＣ等のように、ノズルプレートを引き回すことが可能になり、配線部に接続される駆動装置等の配置自由度が高まる。
【００１１】
本発明の液体噴射装置は、前記形態において、前記ノズルプレートの前記複数の個別電極と対向する部分に夫々複数の凹部が形成されていてもよい。従って、個別電極に駆動電圧が供給されて圧電層が変形したときに、その圧電層の変形が、ノズルプレートやこのノズルプレートと圧電層とを接着する接着材により妨げられず、アクチュエータの駆動効率が向上する。
【００１２】
本発明の液体噴射装置は、前記形態において、前記振動板の前記複数の個別電極と対向する部分に夫々複数の凹部が形成されていてもよい。従って、この振動板の凹部が形成された面に一様な厚さで圧電層を形成すると、圧電層の個別電極が形成される部分に、振動板の凹部に対応する凹部が形成される。そのため、個別電極に駆動電圧が供給されて圧電層が変形しても、この圧電層の変形がノズルプレートにより妨げられることがなく、アクチュエータの駆動効率が向上する。
【００１３】
本発明の液体噴射装置は、前記形態において、前記ノズルプレートと前記圧電層とが、圧縮された状態で導電性を有する異方性導電材料により接着されていてもよい。この場合、異方性導電材料により、圧電層とノズルプレートの接着と、個別電極と配線部との電気的接続を同時に行うことができ、製造工程を簡素化できる。
【００１４】
本発明の液体噴射装置は、前記形態において、前記個別電極の接点部と前記配線部の端子部の間の接続エリアでは前記異方性導電材料は圧縮されて導電性を有し、前記接続エリア以外のエリアでは前記異方性導電材料は導電性を有しなくてもよい。異方性導電材料は、個別電極の接点部と配線部の端子部の電気接続部では導電性を有するが、それ以外の部分では導電性を有しないため、配線部に駆動電圧が印加されたときに、配線部の端子部以外の部分により圧電層に不必要な静電容量が発生するのを極力抑制することができ、アクチュエータの駆動効率が向上する。
【００１５】
本発明の液体噴射装置は、前記形態において、前記個別電極の接点部と前記配線部の端子部との間の離隔距離は、それ以外の部分における前記ノズルプレートと前記圧電層との間の離隔距離よりも小さくてもよい。この場合には、個別電極と配線部の間の異方性導電材料のみ圧縮してこれらを電気的に接続することが容易になる。
【００１６】
本発明の液体噴射装置は、前記形態において、前記複数の配線部は、前記ノズルプレートの前記アクチュエータ側の面において、前記複数のノズル及び前記複数の圧力室と対向しない領域に形成されていてもよい。配線部がノズルと対向しない領域に形成されているため、配線部に液体が付着することがなく、特に、液体が導電性を有する場合に配線部同士の短絡を防止できる。また、配線部が圧力室と対向しない領域に形成されているため、配線部が液体噴射時の圧電層の変形を妨げることもない。
【００１７】
本発明の液体噴射装置は、前記形態において、さらに、前記複数の圧力室に連通する共通液室を有し、この共通液室は、前記アクチュエータに関して前記ノズルと反対側に配置されていてもよい。このように、共通液室がノズルと反対側に配置されているため、ノズルの配置スペースを広く確保できるため、その配置自由度が高まり、ノズルをより高密度に配置することが可能になる。
【００１８】
本発明の液体噴射装置においては、さらに、前記ノズルは下方に向いており、前記共通液室は前記ノズルより上方に配置されていてもよい。この場合には、液体流路内に混入した気泡を、共通液室側へ排出することが容易になる。
【００１９】
本発明の液体噴射装置において、前記アクチュエータと前記共通液室との間に前記複数の圧力室が形成されていてもよい。この場合には、共通液室は圧力室の上方に形成されるため、共通液室を配置するスペースを広く確保することができる。
【００２０】
本発明の液体噴射装置において、前記共通液室から前記複数の圧力室を通って前記ノズルに連通する個別液体流路が形成され、前記個別液体流路の前記共通液室側ほど上方に向かって延在するように傾けて配置されてもよい。この場合には、圧力室内に形成される個別液体流路は、液体の流れの上流側ほど鉛直上方に向かって延在するので、液体流路内に混入した気泡は、圧力室内に留まることなく確実に共通液室側へ排出される。
【００２１】
本発明の液体噴射装置において、前記可撓性を有する絶縁材料がポリイミドであってもよい。ポリイミドは可撓性を有する絶縁材料であるだけでなく、撥液性があるためノズルプレート表面での液体の流れが円滑になる。
【００２２】
本発明の液体噴射装置において、前記液体噴射装置がインクジェットヘッドであってもよい。この場合、複数の個別電極をＦＰＣ等の配線部材との間で半田等により電気的に接続しないため、個別電極を高密度に配置することができる。
【００２３】
本発明のインクジェットプリンタは本発明の液体噴射装置を備えていてもよい。この場合、インクジェットヘッドの個別電極と圧電アクチュエータを駆動するＩＣとの間を接続する配線にＦＰＣ等の配線部材を使用しないため、これらの間の電気的接続の信頼性が高い。
【００２４】
本発明の液体噴射装置の製造方法は、前記第1の形態の液体噴射装置を製造する方法であって、前記ノズルプレートの前記圧電層に接着される面に前記配線部を形成する配線部形成工程と、前記ノズルプレートを前記アクチュエータに接着する接着工程とを備え、前記接着工程において、前記配線部の端子部を前記個別電極の接点部に導通状態で接着するとともに、前記端子部以外の前記ノズルプレート部分を前記圧電層に絶縁状態で接着してもよい。この場合、ノズルプレート及びアクチュエータの接着と、アクチュエータ側の個別電極及びノズルプレート側の配線部の電気的接続を同時に行うことができ、製造工程を簡素化できる。また、配線部の端子部以外の部分を圧電層に絶縁状態で接着することにより、圧電層に不必要な静電容量が発生するのを極力抑制することができ、アクチュエータの駆動効率が向上する。
【００２５】
本発明の液体噴射装置の製造方法は、前記接着工程の前に、前記ノズルプレート又は前記圧電層の接着面に異方性導電材料を付着させる付着工程を備え、前記接着工程において、前記個別電極の接点部と前記配線部の端子部の一方の表面に付着した前記異方性導電材料に、前記個別電極の接点部と前記配線部の端子部の他方を接触させ、この部分の前記異方性導電層を圧縮して前記個別電極と前記配線部とを導通状態で接続しながら、その他の部分の前記異方性導電材料によりノズルプレートを圧電層に接着してもよい。この場合には、ノズルプレートとアクチュエータの接着と個別電極と配線部との電気的接続とを１種類の異方性導電材料を用いて同時に行うことができるため、使用する接着材の種類を減らして製造コストを低減できる。
【００２６】
本発明の液体噴射装置の製造方法は、前記接着工程の前に、前記振動板に、前記液体流路の一部を構成する孔を形成する孔形成工程と、この振動板の前記圧力室と反対側の表面に圧電材料の粒子を堆積させることにより、振動板の前記孔が形成されていない領域にのみ前記圧電層を形成する圧電層形成工程とを備えてもよい。このように、振動板に貫通孔を形成してから、圧電材料の粒子を振動板に堆積させることにより、孔が形成されていない領域にのみ圧電層を形成するため、圧電層を形成すると同時に、この圧電層に貫通孔を形成することができる。
【００２７】
本発明の液体噴射装置の製造方法は、前記圧電層形成工程において前記圧電層の前記振動板の孔に対応する位置に形成され、前記液体流路の一部を構成する貫通孔の内面に、液体が圧電層に浸透するのを防止する保護膜を形成する保護膜形成工程を備えてもよい。この場合、液体が貫通孔の内面から圧電層に浸透してしまうのを保護膜により防止できる。特に、液体が導電性を有する場合に、この導電性の液体により個別電極同士が短絡してしまうのを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の実施の形態について説明する。本実施形態はノズルからインクを噴射するインクジェットヘッドに本発明を適用した一例である。まず、インクジェットヘッド１を備えたインクジェットプリンタ１００について簡単に説明する。図１に示すように、インクジェットプリンタ１００は、図１の左右方向に移動可能なキャリッジ１０１と、このキャリッジ１０１に設けられて記録用紙Ｐに対してインクを噴射するシリアル式のインクジェットヘッド１と、記録用紙Ｐを図１の前方へ搬送する搬送ローラ１０２を主に備えている。インクジェットヘッド１は、キャリッジ１０１と一体的に図１の左右方向（走査方向）へ移動して、その下面のインク噴射面に形成されたノズル２０（図２〜図７参照）の出射口から記録用紙Ｐに対してインクを噴射する。そして、インクジェットヘッド１により記録された記録用紙Ｐは、搬送ローラ１０２により前方（紙送り方向）へ排出される。
【００２９】
次に、インクジェットヘッド１について図２〜図７を参照して説明する。このインクジェットヘッド１は積層された複数枚のプレートにより構成されており、インクジェットヘッド１は、インクを噴射する複数のノズル２０とこれら複数のノズル２０に夫々に連通する複数の圧力室１６とを夫々含む複数の個別インク流路２と、複数の圧力室１６の容積を選択的に変化させる圧電アクチュエータ３とを備えている。
【００３０】
図３に示すように、複数の個別インク流路２は、圧電アクチュエータ３の振動板３０及び圧電層３１を含む複数のプレートにより形成されている。これら複数のプレートは、上方から、マニホールドプレート１０，１１、ベースプレート１２、圧力室プレート１３、圧電アクチュエータ３の振動板３０及び圧電層３１、そして、ノズルプレート１４の順に積層されている。ここで、マニホールドプレート１０，１１、ベースプレート１２及び圧力室プレート１３は夫々ステンレス鋼等の金属板であり、後述するマニホールド１７や圧力室１６等のインク流路をエッチングにより容易に形成することができる。一方、ノズルプレート１４は、可撓性を有する合成樹脂材料、例えば、ポリイミド等の高分子合成樹脂材料により形成される。
【００３１】
まず、圧電アクチュエータ３以外のプレートについて順に説明する。２枚のマニホールドプレート１０，１１には、複数の圧力室１６に連なるマニホールド１７が形成されている。図２、図３に示すように、このマニホールド１７は、平面視で複数の圧力室１６の全てと重なるように形成されており、マニホールド１７には、図示しないインク供給源からインク供給孔１８を介してインクが供給される。また、２枚のマニホールドプレート１０，１１の間には、マニホールド１７内でインクに混ざった塵等を除去するフィルタ１９が設けられている。ベースプレート１２には、マニホールド１７と複数の圧力室１６とを夫々連通させる複数の連通孔２１が形成されている。
【００３２】
圧力室プレート１３には、図２に示すように平面に沿って配列された複数の圧力室１６が形成されている。これら複数の圧力室１６は、紙送り方向（図２の上下方向）に２列に配列されている。各圧力室１６は、平面視で略楕円形状に形成されており、その長軸方向が左右方向（走査方向）となるように配置されている。また、各圧力室１６は、図２における右端部においてベースプレート１２に形成された連通孔２１を介してマニホールド１７に連通している。
【００３３】
ノズルプレート１４の、平面視で複数の圧力室１６の図２における左端部と夫々重なる位置には、鉛直方向において下方へ向いた複数のノズル２０が形成されている。図３〜図５に示すように、このノズルプレート１４は、圧電アクチュエータ３の圧力室１６と反対側の面に、圧縮された状態で導電性を有する異方性導電材料からなる接着材２２により接着されている。そして、圧電アクチュエータ３は、圧力室プレート１３とノズルプレート１４の間に配設されており、マニホールド１７及び圧力室１６とノズル２０とが圧電アクチュエータ３を挟んで互いに反対側に配置されている。このように、マニホールド１７が圧電アクチュエータ３に関してノズル２０と反対側に配置されているため、ノズル２０を配置できる領域が広くなってその配置自由度が高まり、ノズル２０をより高密度に配置することが可能になる。また、ノズル２０は鉛直方向において下方に向いており、マニホールド１７はノズル２０よりも鉛直方向における上方に配置されているため、個別インク流路２内に混入した気泡がそれ自身の浮力によりマニホールド１７へ移動しやすくなり、気泡をマニホールド１７側へ排出することが容易になる。さらに、図４に示すように、インクジェットヘッド１がインクジェットプリンタ１００が設置される面（水平面）に対して、矢印ａの方向に僅かに傾斜して配置されて、ノズル２０が斜め下方へ向いている場合には、破線の矢印で示すように、個別インク流路２内の気泡がさらにマニホールド１７まで移動しやすくなる。
【００３４】
このように、マニホールド１７がノズル２０よりも鉛直方向における上方側に配置されていると、個別インク流路２内に混入した気泡をその浮力によってマニホールド１７へ移動させやすくなるが、特に、図４に示すように、個別インク流路２がインクの流れの上流側ほど鉛直方向における上方側に向かって延在するように形成されていれば、個別インク流路２内に混入した気泡をより確実にマニホールド１７へ移動させることができる。すなわち、インクジェットヘッド１を水平面に対して傾斜して配置すれば、個別インク流路２内に混入した気泡をより確実にマニホールド１７へ移動させることができる。
【００３５】
そして、圧力室プレート１３に形成された圧力室１６とノズルプレート１４に形成されたノズル２０は、圧電アクチュエータ３の振動板３０及び圧電層３１に夫々形成された貫通孔３５，３６を介して連通している。また、ノズルプレート１４の圧電アクチュエータ３側の面には、複数の個別電極３２と夫々接続され且つ走査方向の一方（図２の右方）へ延びる複数の配線部３４が形成され、さらに、ノズルプレート１４の複数の配線部３４が形成された面には、これら複数の配線部３４に接続されたドライバＩＣ３８が配置されている。配線部３４及びドライバＩＣ３８については、後ほど詳しく説明する。そして、図３、図５に示すように、インクジェットヘッド１内に、マニホールド１７から圧力室１６を経て、圧電アクチュエータ３を貫通してノズル２０に至る、個別インク流路２が形成されている。
【００３６】
次に、圧電アクチュエータ３について説明する。図２〜図７に示すように、圧電アクチュエータ３は、複数の圧力室１６の下側を覆う振動板３０と、この振動板３０の複数の圧力室１６と反対側の面に設けられた圧電層３１と、この圧電層３１の振動板３０と反対側の面において複数の圧力室１６と夫々対向する位置に形成された複数の個別電極３２とを有する。
【００３７】
振動板３０は、平面視で略矩形状の金属板であり、例えば、ステンレス鋼等の鉄系合金、銅系合金、ニッケル系合金、あるいは、チタン系合金などからなる。この振動板３０は、複数の圧力室１６を塞ぐように圧力室プレート１３の下面に接合されている。また、この振動板３０は、複数の個別電極３２に対向して個別電極３２と振動板３０との間の圧電層３１に電界を作用させる共通電極を兼ねており、配線部４０（図２参照）を介してグランド電位に保持されている。振動板３０の下面には、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との固溶体であり強誘電体であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とする圧電層３１が形成されている。この圧電層３１は、複数の圧力室１６に跨って連続的に形成されている。
【００３８】
振動板３０と圧電層３１の、平面視で圧力室１６の図２における左端部と重なる位置には、夫々個別インク流路２の一部を構成する貫通孔３５，３６が形成されており、これら貫通孔３５，３６において個別インク流路２が圧電アクチュエータ３を貫通して、圧力室１６とノズル２０が連通している。ここで、圧電層３１が貫通孔３６において個別インク流路２に露出していると、導電性を有するインクが圧電層３１に浸透して、このインクにより複数の個別電極３２同士が短絡してしまう虞がある。そこで、本実施形態のインクジェットヘッドでは、貫通孔３５，３６の内面に、個別インク流路２を流れるインクが圧電層３１に浸透するのを防止する保護膜３７が形成されている。この保護膜３７は、例えば、酸化ケイ素や窒化ケイ素からなる。
【００３９】
圧電層３１の下面には、圧力室１６よりも一回り小さい楕円形の平面形状を有する複数の個別電極３２が形成されている。これら複数の個別電極３２は、平面視で、対応する圧力室１６の中央部に重なる位置に夫々形成されている。また、個別電極３２は金などの導電性材料からなる。さらに、図２〜図５及び図７に示すように、複数の個別電極３２の長手方向端部（図２〜図５及び図７の右端部）からは、夫々、ノズルプレート１４に形成された複数の配線部３４を介してドライバＩＣ３８と電気的に接続される複数の接点部３２ａが、平面視で圧力室１６と重ならない領域まで延びている。そして、複数の配線部３４と接点部３２ａを介してドライバＩＣ３８から複数の個別電極３２に対して選択的に駆動電圧が印加される。
【００４０】
次に、圧電アクチュエータ３の作用について説明する。複数の個別電極３２に対してドライバＩＣ３８から選択的に駆動電圧が印加されると、駆動電圧が供給された圧電層３１上側の個別電極３２とグランド電位に保持されている圧電層３１下側の共通電極としての振動板３０の電位が異なる状態となり、個別電極３２と振動板３０の間に挟まれた圧電層３１の部分に上下方向の電界が生じる。すると、駆動電圧が印加された個別電極３２の直下の圧電層３１の部分が分極方向である上下方向と直交する水平方向に収縮する。このとき、この圧電層３１の収縮に伴って振動板３０が圧力室１６側に凸となるように変形するため、圧力室１６内の容積が減少して圧力室１６内のインクに圧力が付与され、圧力室１６に連通するノズル２０からインクが噴射される。
【００４１】
ところで、ノズルプレート１４は可撓性を有する絶縁材料で形成され、図２〜図５及び図７に示すように、このノズルプレート１４の圧電アクチュエータ３側の面に、端部（図２の左端部）に複数の個別電極３２の接点部３２ａと夫々接続される端子部３４ａを有し、走査方向の一方向（図２の右方）へ延びる複数の配線部３４が形成されている。これら複数の配線部３４の個別電極３２と反対側の端部はドライバＩＣ３８に接続され、ドライバＩＣ３８はノズルプレート１４に配置されている。このように、複数の個別電極３２とドライバＩＣ３８とが、ノズルプレート１４に形成された複数の配線部３４を介して電気的に接続されているため、従来は必要であったＦＰＣ等の配線部材が不要になり、部品点数を減らしてインクジェットヘッド１の製造コストを低減することができる。また、ノズルプレート１４は、可撓性を有する絶縁材料で形成されているため、従来から使用されているＦＰＣ等の可撓性を有する配線部材と同様に、図３、図４に示すようにノズルプレート１４を引き回すことが可能になり、ドライバＩＣ３８等の配置自由度が高まる。
【００４２】
尚、図２に示すように、ノズルプレート１４の複数の配線部３４が形成された面には、さらに、共通電極としての振動板３０をドライバＩＣ３８を介してグランド電位に保持する為の配線部４０が形成されている。さらに、図２、図３に示すように、ノズルプレート１４には、インクジェットプリンタ１００の制御装置（図示省略）とドライバＩＣ３８とを接続する複数の配線部４１も形成されている。
【００４３】
ここで、ノズルプレート１４は、異方性導電フィルム（Anisotropic Conductive Film：ＡＣＦ）、あるいは、異方性導電ペースト（Anisotropic Conductive Paste：ＡＣＰ）からなる接着材２２により接着されている。この異方性導電材料は、例えば、熱硬化性のエポキシ樹脂の中に導電性粒子を分散させたものであり、圧縮されていな状態では絶縁性を有し、圧縮された状態では導電性を有する。そして、この接着材２２は、個別電極３２の接点部３２ａと配線部３４の端子部３４ａの間の接続エリアでは圧縮されて導電性を有し、接着材２２により接点部３２ａと端子部３４ａとが電気的に接続されている。しかし、接点部３２ａと端子部３４ａの電気接続部以外の部分では接着材２２は圧縮されておらず絶縁性を有する。従って、この接点部３２ａと端子部３４ａの電気接続部以外の部分で、配線部３４と振動板３０との間に挟まれる圧電層３１に不必要な静電容量が発生するのを抑制できるため、圧電アクチュエータ３の駆動効率が向上する。
【００４４】
また、図５に示すように、個別電極３２の接点部３２ａと、ノズルプレート１４に形成された配線部３４の端子部３４ａとの間の離隔距離（図５のＤ１）は、それ以外の部分におけるノズルプレート１４と圧電層３１との間の離隔距離（図５のＤ２）よりも小さくなっている。そのため、ノズルプレート１４を圧電層３１へ押しつけてノズルプレート１４と圧電層３１を接着する際に、個別電極３２の接点部３２ａと配線部３４の端子部３４ａの間の接着材２２のみを圧縮して、個別電極３２と配線部３４とを電気的に接続することが容易になる。
【００４５】
さらに、図２〜図５に示すように、ノズルプレート１４の、複数の個別電極３２と対向する部分には、夫々、矩形の平面形状を有する複数の凹部１４ａが形成されている。従って、個別電極３２に駆動電圧が印加されて圧電層３１が変形したときに、この圧電層３１の変形が、ノズルプレート１４やこのノズルプレート１４と圧電層３１とを接着する接着材２２により妨げられず、圧電アクチュエータ３の駆動効率が向上する。尚、凹部１４ａは複数の個別電極３２に亙って共通に形成されているわけではなく、図２に示すように、複数の個別電極３２に対して夫々複数の凹部１４ａが個別に形成されているため、凹部１４ａの間の部分によってノズルプレート１４の剛性がある程度確保されている。そのため、例えば、ノズル２０からのパージ動作（気泡排出動作）後にワイパー等でインク噴射面（ノズルプレート１４の下面）を拭く場合などに、ノズルプレート１４が撓んでしまうのを防止できる。さらに、図２に示すように、これら複数の凹部１４ａの間の領域、即ち、複数のノズル２０及び複数の圧力室１６と対向しない領域に、複数の配線部３４が形成されている。そのため、配線部３４に導電性のインクが付着することがなく、配線部３４同士の短絡を防止できる。また、個別電極３２に駆動電圧が印加されたときに、配線部３４が圧電層３１の変形を妨げることもない。
【００４６】
次に、前述したインクジェットヘッド１を製造する方法について説明する。まず、ノズルプレート１４以外の複数のプレート（圧電アクチュエータ３の振動板３０及び圧電層３１を含む）を積層させる工程について図８を参照して説明する。図８（ａ）に示すように、まず、振動板３０に個別インク流路２の一部を構成する貫通孔３５をエッチング等により形成し（孔形成工程）、圧力室１６が形成された圧力室プレート１３と振動板３０とを、金属拡散接合、あるいは、接着材等により接合する。
【００４７】
次に、図８（ｂ）に示すように、振動板３０の圧力室プレート１３と反対側の表面に、圧電素子の粒子を堆積させて熱処理を施すことにより、振動板３０の貫通孔３５が形成されていない領域にのみ圧電層３１を形成する（圧電層形成工程）。ここで、圧電素子を振動板３０に堆積させる方法としては、例えば、超微粒子材料を高速で衝突させて堆積させるエアロゾルデポジション法（ＡＤ法）を用いて形成できる。その他、スパッタ法、あるいは、ＣＶＤ（化学蒸着）法を用いることもできる。尚、振動板３０に圧電素子の粒子を堆積させて圧電層３１を形成すると、圧電層３１の、振動板３０の貫通孔３５に対応する位置に、貫通孔３５と同じく個別インク流路２の一部を構成する貫通孔３６が同時に形成されることになる。
【００４８】
そして、図８（ｃ）に示すように、圧電層３１の振動板３０と反対側の面において、圧力室１６と対向する領域に、スクリーン印刷や蒸着法等を用いて、個別電極３２を形成し、さらに個別電極３２に連なる接点部３２ａを形成する。さらに、図８（ｄ）に示すように、振動板３０と圧電層３１に形成された貫通孔３５，３６の内面に、ＡＤ法、スパッタ法、あるいは、ＣＶＤ法等を用いて、インクが圧電層３１に浸透するのを防止する保護膜３７を形成する（保護膜形成工程）。そして、圧力室プレート１３の圧電アクチュエータ３と反対側の面に、ベースプレート１２と２枚のマニホールドプレート１０，１１を接合する。尚、２枚のマニホールドプレート１０，１１、ベースプレート１２、圧力室プレート１３、及び、振動板３０の、５枚の金属製プレートを先に拡散接合等により一度に接合してから、振動板３０の圧力室１６と反対側の面に圧電層３１を形成してもよい。
【００４９】
次に、ノズルプレート１４を形成する工程について図９を参照して説明する。図９（ａ）に示すように、ノズルプレート１４を圧電層３１に接着したときに、複数の個別電極３２に夫々対向することになる領域に複数の凹部１４ａを形成するとともに、エキシマレーザー加工等により複数のノズル２０を形成する。次に、図９（ｂ）に示すように、凹部１４ａよりも右側の部分に右方へ延びる配線部３４（及び端子部３４ａ）を形成する。そして、図９（ｃ）に示すように、圧電層３１に接着されるノズルプレート１４の上面に、スクリーン印刷等により異方性導電材料からなる接着材２２をスクリーン印刷等により付着させる（付着工程）。この付着工程においては、接着材２２を、ノズルプレート１４の圧電層３１と接着される部分にのみパターニングして付着させてもよいが、接着材２２をノズルプレート１４の全面に付着させてもよい。この場合でも、ノズルプレート１４の個別電極３２に対向する部分に凹部１４ａが形成されているため、個別電極３２に駆動電圧が印加されたときの圧電層３１の変形が、ノズルプレート１４やこのノズルプレート１４に付着した接着材２２により妨げられない。
【００５０】
そして、図１０に示すように、ノズルプレート１４を圧電アクチュエータ３の圧電層３１に接着材２２により接着する（接着工程）。このとき、個別電極３２の接点部３２ａを、配線部３４の端子部３４ａの表面に付着した接着材２２に接触させ、この部分の接着材２２を圧縮して個別電極３２と前記配線部３４とを導通状態で接続するとともに、配線部３４のその他の部分を圧縮されていない接着材２２により絶縁状態で圧電層３１に接着する。同時に、ノズルプレート１４の配線部３４以外の部分に付着した接着材２２により、ノズルプレート１４と圧電層３１とを接着する。尚、個別電極３２と配線部３４は５μｍ程度の厚みを有するため、個別電極３２の接点部３２ａと、ノズルプレート１４に形成された配線部３４の端子部３４ａとの間の離隔距離（図５のＤ１）は、それ以外の部分におけるノズルプレート１４と圧電層３１との間の離隔距離（図５のＤ２）よりも小さい。そのため、ノズルプレート１４と圧電アクチュエータ３の圧電層３１を接着する際に、ノズルプレート１４を圧電層３１に対して均等に押圧するだけで、個別電極３２の接点部３２ａと配線部３４の端子部３４ａの間の接着材２２のみを圧縮することができ、個別電極３２と配線部３４を電気的に接続することが容易になる。
【００５１】
尚、ノズル２０の周辺部の厚さ（ノズルプレート１４の図９における左端部）を、配線部３４が形成される部分（ノズルプレート１４の図９における右端部）の厚さよりも僅かに薄くすることにより、個別電極３２の接点部３２ａと、ノズルプレート１４に形成された配線部３４の端子部３４ａとの間の離隔距離（図５のＤ１）を、それ以外の部分におけるノズルプレート１４と圧電層３１との間の離隔距離（図５のＤ２）よりも小さくしてもよい。
【００５２】
以上説明したインクジェットヘッド１及びその製造方法によれば、次のような効果が得られる。圧電アクチュエータ３の複数の個別電極３２とこれら複数の個別電極３２に駆動電圧を供給するドライバＩＣ３８とを接続する複数の配線部３４が、絶縁材料からなるノズルプレート１４に形成されており、ノズルプレート１４にＦＰＣ等の配線部材の機能を持たせてこの配線部材を省略することができるため、部品点数を減らしてインクジェットヘッド１の製造コストを低減することができる。また、ノズルプレート１４上にドライバＩＣ３８を配置することができる。さらに、ノズルプレート１４は可撓性を有するため、ＦＰＣ等と同様に引き回すことができ、ドライバＩＣ３８の配置自由度が高まる。さらに、ノズルプレート１４を圧電アクチュエータ３に接着すると同時に、複数の個別電極３２と複数の配線部３４とを電気的に接続することが可能になり、インクジェットヘッド１の製造工程を簡素化できる。
【００５３】
また、圧電アクチュエータ３の圧電層３１とノズルプレート１４の接着工程において、圧電層３１とノズルプレート１４を異方性導電材料からなる接着材２２により接着するため、個別電極３２と配線部３４との電気的接続を１種類の接着材２２により一度に行うことができ、さらに製造工程を簡素化して、製造コストを低減できる。さらに、個別電極３２と配線部３４との間の接着材２２は圧縮されて導電性を有するが、その他の部分の接着材２２は圧縮されず絶縁性を有するため、個別電極３２と配線部３４との電気接続部以外の部分で、配線部３４と振動板３０との間に挟まれる圧電層３１に不必要な静電容量が発生するのを抑制することができるため、圧電アクチュエータ３の駆動効率が向上する。
【００５４】
次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。
【００５５】
［第１変更形態］
前記実施形態では、ノズルプレートの個別電極３２と対向する部分に凹部が形成されているが、圧電層側に凹部が形成されていてもよい。例えば、図１１に示すように、振動板３０Ａの複数の個別電極３２と対向する部分に夫々複数の凹部３０ａが形成され、圧電層３１Ａに、振動板３０Ａの凹部３０ａに対応する凹部３１ａが形成されていてもよい。この場合、凹部３０ａが形成された振動板３０Ａの面に、ＡＤ法やＣＶＤ法等により一様な厚さで圧電層３１Ａを形成することにより、圧電層３１Ａの凹部３１ａも同時に形成することができる。尚、この場合には、圧電層３１Ａ側に接着材２２を付着させてから、ノズルプレート１４Ａを圧電層３１Ａに接着することになる。
【００５６】
［第２変更形態］
ノズルプレート１４（又は圧電層３１）に接着材２２を付着させる付着工程において、接着材２２をパターニングして付着させる場合には、接着材２２によりノズルプレート１４と圧電層３１との間に隙間が形成され、この隙間により、圧電層３１の変形がノズルプレート１４やこのノズルプレート１４に付着した接着材２２により阻害されにくくなるため、図１２に示すように、ノズルプレート１４Ｂ（又は圧電層３１）の凹部を省略してもよい。尚、接着材２２をパターニングして付着させるには、前述のスクリーン印刷の他に、ノズルプレート１４（１４Ｂ）の全面に接着材２２を付着させてから、圧電層３１と接着されない部分の接着材２２をレーザー等により部分的に除去することによっても可能である。
【００５７】
［第３変更形態］
圧電層３１に形成された個別電極３２の接点部３２ａとノズルプレート１４に形成された配線部３４の端子部３４ａとの電気的接続と、この電気接続部以外の部分における圧電層３１とノズルプレート１４の接着を、別々の接着材料により行うこともできる。例えば、個別電極３２と配線部３４の電気的接続には導電性ペーストを用い、他の部分における圧電層３１とノズルプレート１４の接着には非導電性の接着材を用いてもよい。但し、この場合には、個別電極３２と配線部３４の電気的接続と、圧電層３１とノズルプレート１４の接着を、同時に行うことができるように、導電性ペーストと非導電性の接着材には、互いの硬化温度が近いものを使用することが好ましい。
【００５８】
［第４変更形態］
ノズルプレートをステンレス鋼等の金属材料で形成し、この金属プレートの一表面にＡＤ法、スパッタ法、あるいは、ＣＶＤ法などによりアルミナ等の絶縁性材料の薄膜を形成することにより、この薄膜が形成された面においてノズルプレートが絶縁性を有するようにしてもよい。この場合、ノズルプレートの薄膜が形成された面を、圧電アクチュエータ３に対向し且つ複数の配線部３４が形成される面とすればよい。
【００５９】
［第５変更形態］
前記実施形態ではベースプレートを介して上方にマニホールドが形成され、下方に圧力室が形成されていたが、マニホールドの位置は圧力室の上方に限定されない。マニホールドの一部が圧力室と同じ高さに形成されていてもよく、例えば、圧力室の下面とマニホールドの下面が同じ高さであってもよい。図１３に示すインクジェットヘッド２００は、マニホールド１１７が形成されたマニホールドプレート１１２と、圧力室１１６が形成された圧力室プレート１１３と、振動板３０及び圧電層３１を有する圧電アクチュエータ３と、異方性導電層２２と、ノズルプレート１４とを備える。圧電アクチュエータ３の振動板３０側には圧力室プレート１１３を介してマニホールドプレート１１２が接合され、圧電アクチュエータ３の圧電層３１側には異方性導電層２２を介してノズルプレート１４が接合される。ここで、振動板３０は圧力室１１６の下面を画成すると共に、マニホールド１１７の下面も画成している。すなわち、圧力室１１６の下面とマニホールド１１７の下面は同じ高さに形成されている。このように、マニホールドの一部が圧力室と同じ高さに形成されている場合には、インクジェットヘッドの厚さを薄くすることができる。
【００６０】
前記実施形態は、インクを噴射するインクジェットヘッドに本発明を適用した一例であるが、インク以外の液体を噴射する他の液体噴射装置に本発明を適用することもできる。例えば、導電ペーストを噴射して基板上に配線パターンを形成したり、あるいは、有機発光体を基板に噴射して有機エレクトロルミッセンスディスプレイを形成したり、さらには、光学樹脂を基板に噴射して光導波路等の光学デバイスを形成したりする場合などに用いられる、種々の液体噴射装置にも本発明を適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施形態に係るインクジェットプリンタの概略斜視図である。
【図２】インクジェットヘッドの平面図である。
【図３】図２のIII-III線断面図である。
【図４】傾斜して配置されたインクジェットヘッドの図３相当の断面図である。
【図５】図４の部分拡大図である。
【図６】図５のVI-VI線断面図である。
【図７】図５の要部拡大図である。
【図８】ノズルプレート１４以外の複数のプレートを積層させる工程を示す図であり、（ａ）は圧力室プレートと振動板の接合工程、（ｂ）は圧電層形成工程、（ｃ）は個別電極の形成工程、（ｄ）は保護膜形成工程、（ｅ）はマニホールドプレート及びベースプレートとの接合工程を夫々示す。
【図９】ノズルプレートの形成工程を示す図であり、（ａ）はノズル及び凹部を形成する工程、（ｂ）は配線部を形成する工程、（ｃ）は接着材の付着工程を夫々示す。
【図１０】ノズルプレート以外の積層された複数のプレートにノズルプレートを接着した状態を示す図である。
【図１１】第１変更形態の図５相当の断面図である。
【図１２】第２変更形態の図５相当の断面図である。
【図１３】圧力室の隣にマニホールドが配置されたインクジェットヘッドの図５相当の断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１ インクジェットヘッド
２ 個別インク流路
３ 圧電アクチュエータ
１３ 圧力室プレート
１４Ｂ ノズルプレート
１４，１４Ａ，１４Ｂ ノズルプレート
１４ａ 凹部
１６ 圧力室
１７ マニホールド
２０ ノズル
２２ 接着材
３０，３１Ａ 振動板
３０ａ 凹部
３１，３１Ａ 圧電層
３２ 個別電極
３２ａ 接点部
３４ 配線部
３４ａ 端子部
３５ 貫通孔
３６ 貫通孔
３７ 保護膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を噴射する液体噴射装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体を噴射する液体噴射装置としては、例えば、液体を噴射するノズルと、このノズルに連通する圧力室と、圧力室の容積を変化させるアクチュエータとを有し、アクチュエータにより圧力室内の液体に圧力を付与してノズルから液体を噴射するように構成されているものがある。その中でも、例えば、特許文献１にはノズルからインクを噴射するインクジェットヘッドが記載されている。このインクジェットヘッドのアクチュエータは、複数の圧力室を覆うように設けられた複数枚の圧電シートと、最上層の圧電シートの上面に複数の圧力室と夫々対向するように形成された複数の個別電極、及び、最上層の圧電シートの下面に形成された共通電極とを備えている。圧電シートの上面に形成された複数の個別電極は、ランド部において半田等によりフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）と電気的に接続され、さらに、このＦＰＣはドライバＩＣ（駆動装置）に接続されている。そして、ドライバＩＣからＦＰＣを介して複数の個別電極に対して選択的に駆動電圧が印加されたときには、その個別電極と共通電極とに挟まれた圧電シートの部分が変形して、圧力室内のインクに圧力が付与される。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１３６６６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述の特許文献１に記載のインクジェットヘッドでは、複数の個別電極とドライバＩＣとを電気的に接続するＦＰＣ等の配線部材が必要となるため、その分、製造コストが高くなってしまう。また、近年、画質の向上及びインクジェットヘッドの小型化の両方の要求を満足させるために、複数の圧力室をより高密度に配置する試みがなされているが、複数の圧力室を高密度に配置すると、これら複数の圧力室に夫々対向する複数の個別電極も高密度に配置する必要がある。しかし、密集して配置された複数の個別電極のランド部とＦＰＣとを夫々半田等により接続することは非常に困難である。また、その電気的接続の信頼性を高めるために接続構造が複雑になる傾向があり、製造工程が複雑化するため製造コストの面で不利である。
【０００５】
本発明の目的は、ＦＰＣ等の配線部材を省略して部品点数を減らすとともに、製造工程を簡素化することが可能な液体噴射装置及びその製造方法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】
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、液体を噴射する複数のノズルとこれら複数のノズルに夫々に連通する複数の圧力室とを夫々含む複数の液体流路と、前記複数の圧力室の容積を選択的に変化させるアクチュエータとを備える液体噴射装置であって、前記液体流路は、積層された複数枚のプレートにより形成されており、前記複数のプレートに含まれる、前記複数の圧力室を形成する圧力室プレートと、少なくともこの圧力室プレートと対向する面において絶縁性を有し前記ノズルが形成されたノズルプレートとの間に、前記アクチュエータが配設され、前記アクチュエータは、前記複数の圧力室を覆う振動板と、この振動板の前記複数の圧力室と反対側の面に設けられた圧電層と、この圧電層の前記振動板と反対側の面において前記複数の圧力室と夫々対向する位置に形成された複数の個別電極とを有し、前記ノズルプレートの前記アクチュエータ側の面に、前記複数の個別電極と夫々接続される複数の配線部が形成されている液体噴射装置が提供される。
【０００７】
この液体噴射装置は、アクチュエータを用いて複数の圧力室の容積を選択的に変化させることにより、その圧力室内の液体に圧力を付与してノズルから液体を噴射するように構成されている。ここで、複数の液体流路は複数枚のプレートにより形成され、これら複数枚のプレートに含まれる、圧力室プレートと絶縁材料からなるノズルプレートとの間にアクチュエータが配設されている。そして、ノズルプレートのアクチュエータ側の面には、アクチュエータの複数の個別電極と夫々接続される複数の配線部が形成されている。このように、複数の個別電極に接続される複数の配線部が、絶縁材料からなるノズルプレートに形成されているため、ノズルプレートに従来のＦＰＣ等の配線部材の機能をも持たせてこの配線部材を省略することができ、部品点数を減らして液体噴射装置の製造コストを低減することができる。また、駆動装置をノズルプレート上に配置することも可能となる。さらに、ノズルプレートをアクチュエータに接着すると同時に、複数の個別電極と複数の配線部とを電気的に接続することが可能になり、製造工程を簡素化することができる。
【０００８】
本発明の液体噴射装置は、前記第１の形態において、前記液体流路は、前記アクチュエータを貫通するように形成されていてもよい。この場合、圧力室プレートとノズルプレートとの間にアクチュエータを配置することが可能になる。
【０００９】
本発明の液体噴射装置は、上記形態において、前記圧電層には、前記液体流路の一部を構成する貫通孔が形成され、この貫通孔の内面に、前記液体が前記圧電層に浸透するのを防止する保護膜が形成されていてもよい。この保護膜により、液体が圧電層に浸透するのを防止することができる。特に、液体が導電性を有する場合には、この導電性の液体により個別電極間が短絡するのを防止できる。
【００１０】
本発明の液体噴射装置は、前記形態において、前記ノズルプレートは、可撓性を有する絶縁材料で構成されていてもよい。従って、可撓性を有するＦＰＣ等のように、ノズルプレートを引き回すことが可能になり、配線部に接続される駆動装置等の配置自由度が高まる。
【００１１】
本発明の液体噴射装置は、前記形態において、前記ノズルプレートの前記複数の個別電極と対向する部分に夫々複数の凹部が形成されていてもよい。従って、個別電極に駆動電圧が供給されて圧電層が変形したときに、その圧電層の変形が、ノズルプレートやこのノズルプレートと圧電層とを接着する接着材により妨げられず、アクチュエータの駆動効率が向上する。
【００１２】
本発明の液体噴射装置は、前記形態において、前記振動板の前記複数の個別電極と対向する部分に夫々複数の凹部が形成されていてもよい。従って、この振動板の凹部が形成された面に一様な厚さで圧電層を形成すると、圧電層の個別電極が形成される部分に、振動板の凹部に対応する凹部が形成される。そのため、個別電極に駆動電圧が供給されて圧電層が変形しても、この圧電層の変形がノズルプレートにより妨げられることがなく、アクチュエータの駆動効率が向上する。
【００１３】
本発明の液体噴射装置は、前記形態において、前記ノズルプレートと前記圧電層とが、圧縮された状態で導電性を有する異方性導電材料により接着されていてもよい。この場合、異方性導電材料により、圧電層とノズルプレートの接着と、個別電極と配線部との電気的接続を同時に行うことができ、製造工程を簡素化できる。
【００１４】
本発明の液体噴射装置は、前記形態において、前記個別電極の接点部と前記配線部の端子部の間の接続エリアでは前記異方性導電材料は圧縮されて導電性を有し、前記接続エリア以外のエリアでは前記異方性導電材料は導電性を有しなくてもよい。異方性導電材料は、個別電極の接点部と配線部の端子部の電気接続部では導電性を有するが、それ以外の部分では導電性を有しないため、配線部に駆動電圧が印加されたときに、配線部の端子部以外の部分により圧電層に不必要な静電容量が発生するのを極力抑制することができ、アクチュエータの駆動効率が向上する。
【００１５】
本発明の液体噴射装置は、前記形態において、前記個別電極の接点部と前記配線部の端子部との間の離隔距離は、それ以外の部分における前記ノズルプレートと前記圧電層との間の離隔距離よりも小さくてもよい。この場合には、個別電極と配線部の間の異方性導電材料のみ圧縮してこれらを電気的に接続することが容易になる。
【００１６】
本発明の液体噴射装置は、前記形態において、前記複数の配線部は、前記ノズルプレートの前記アクチュエータ側の面において、前記複数のノズル及び前記複数の圧力室と対向しない領域に形成されていてもよい。配線部がノズルと対向しない領域に形成されているため、配線部に液体が付着することがなく、特に、液体が導電性を有する場合に配線部同士の短絡を防止できる。また、配線部が圧力室と対向しない領域に形成されているため、配線部が液体噴射時の圧電層の変形を妨げることもない。
【００１７】
本発明の液体噴射装置は、前記形態において、さらに、前記複数の圧力室に連通する共通液室を有し、この共通液室は、前記アクチュエータに関して前記ノズルと反対側に配置されていてもよい。このように、共通液室がノズルと反対側に配置されているため、ノズルの配置スペースを広く確保できるため、その配置自由度が高まり、ノズルをより高密度に配置することが可能になる。
【００１８】
本発明の液体噴射装置においては、さらに、前記ノズルは下方に向いており、前記共通液室は前記ノズルより上方に配置されていてもよい。この場合には、液体流路内に混入した気泡を、共通液室側へ排出することが容易になる。
【００１９】
本発明の液体噴射装置において、前記アクチュエータと前記共通液室との間に前記複数の圧力室が形成されていてもよい。この場合には、共通液室は圧力室の上方に形成されるため、共通液室を配置するスペースを広く確保することができる。
【００２０】
本発明の液体噴射装置において、前記共通液室から前記複数の圧力室を通って前記ノズルに連通する個別液体流路が形成され、前記個別液体流路の前記共通液室側ほど上方に向かって延在するように傾けて配置されてもよい。この場合には、圧力室内に形成される個別液体流路は、液体の流れの上流側ほど鉛直上方に向かって延在するので、液体流路内に混入した気泡は、圧力室内に留まることなく確実に共通液室側へ排出される。
【００２１】
本発明の液体噴射装置において、前記可撓性を有する絶縁材料がポリイミドであってもよい。ポリイミドは可撓性を有する絶縁材料であるだけでなく、撥液性があるためノズルプレート表面での液体の流れが円滑になる。
【００２２】
本発明の液体噴射装置において、前記液体噴射装置がインクジェットヘッドであってもよい。この場合、複数の個別電極をＦＰＣ等の配線部材との間で半田等により電気的に接続しないため、個別電極を高密度に配置することができる。
【００２３】
本発明のインクジェットプリンタは本発明の液体噴射装置を備えていてもよい。この場合、インクジェットヘッドの個別電極と圧電アクチュエータを駆動するＩＣとの間を接続する配線にＦＰＣ等の配線部材を使用しないため、これらの間の電気的接続の信頼性が高い。
【００２４】
本発明の液体噴射装置の製造方法は、前記第1の形態の液体噴射装置を製造する方法であって、前記ノズルプレートの前記圧電層に接着される面に前記配線部を形成する配線部形成工程と、前記ノズルプレートを前記アクチュエータに接着する接着工程とを備え、前記接着工程において、前記配線部の端子部を前記個別電極の接点部に導通状態で接着するとともに、前記端子部以外の前記ノズルプレート部分を前記圧電層に絶縁状態で接着してもよい。この場合、ノズルプレート及びアクチュエータの接着と、アクチュエータ側の個別電極及びノズルプレート側の配線部の電気的接続を同時に行うことができ、製造工程を簡素化できる。また、配線部の端子部以外の部分を圧電層に絶縁状態で接着することにより、圧電層に不必要な静電容量が発生するのを極力抑制することができ、アクチュエータの駆動効率が向上する。
【００２５】
本発明の液体噴射装置の製造方法は、前記接着工程の前に、前記ノズルプレート又は前記圧電層の接着面に異方性導電材料を付着させる付着工程を備え、前記接着工程において、前記個別電極の接点部と前記配線部の端子部の一方の表面に付着した前記異方性導電材料に、前記個別電極の接点部と前記配線部の端子部の他方を接触させ、この部分の前記異方性導電層を圧縮して前記個別電極と前記配線部とを導通状態で接続しながら、その他の部分の前記異方性導電材料によりノズルプレートを圧電層に接着してもよい。この場合には、ノズルプレートとアクチュエータの接着と個別電極と配線部との電気的接続とを１種類の異方性導電材料を用いて同時に行うことができるため、使用する接着材の種類を減らして製造コストを低減できる。
【００２６】
本発明の液体噴射装置の製造方法は、前記接着工程の前に、前記振動板に、前記液体流路の一部を構成する孔を形成する孔形成工程と、この振動板の前記圧力室と反対側の表面に圧電材料の粒子を堆積させることにより、振動板の前記孔が形成されていない領域にのみ前記圧電層を形成する圧電層形成工程とを備えてもよい。このように、振動板に貫通孔を形成してから、圧電材料の粒子を振動板に堆積させることにより、孔が形成されていない領域にのみ圧電層を形成するため、圧電層を形成すると同時に、この圧電層に貫通孔を形成することができる。
【００２７】
本発明の液体噴射装置の製造方法は、前記圧電層形成工程において前記圧電層の前記振動板の孔に対応する位置に形成され、前記液体流路の一部を構成する貫通孔の内面に、液体が圧電層に浸透するのを防止する保護膜を形成する保護膜形成工程を備えてもよい。この場合、液体が貫通孔の内面から圧電層に浸透してしまうのを保護膜により防止できる。特に、液体が導電性を有する場合に、この導電性の液体により個別電極同士が短絡してしまうのを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の実施の形態について説明する。本実施形態はノズルからインクを噴射するインクジェットヘッドに本発明を適用した一例である。まず、インクジェットヘッド１を備えたインクジェットプリンタ１００について簡単に説明する。図１に示すように、インクジェットプリンタ１００は、図１の左右方向に移動可能なキャリッジ１０１と、このキャリッジ１０１に設けられて記録用紙Ｐに対してインクを噴射するシリアル式のインクジェットヘッド１と、記録用紙Ｐを図１の前方へ搬送する搬送ローラ１０２を主に備えている。インクジェットヘッド１は、キャリッジ１０１と一体的に図１の左右方向（走査方向）へ移動して、その下面のインク噴射面に形成されたノズル２０（図２〜図７参照）の出射口から記録用紙Ｐに対してインクを噴射する。そして、インクジェットヘッド１により記録された記録用紙Ｐは、搬送ローラ１０２により前方（紙送り方向）へ排出される。
【００２９】
次に、インクジェットヘッド１について図２〜図７を参照して説明する。このインクジェットヘッド１は積層された複数枚のプレートにより構成されており、インクジェットヘッド１は、インクを噴射する複数のノズル２０とこれら複数のノズル２０に夫々に連通する複数の圧力室１６とを夫々含む複数の個別インク流路２と、複数の圧力室１６の容積を選択的に変化させる圧電アクチュエータ３とを備えている。
【００３０】
図３に示すように、複数の個別インク流路２は、圧電アクチュエータ３の振動板３０及び圧電層３１を含む複数のプレートにより形成されている。これら複数のプレートは、上方から、マニホールドプレート１０，１１、ベースプレート１２、圧力室プレート１３、圧電アクチュエータ３の振動板３０及び圧電層３１、そして、ノズルプレート１４の順に積層されている。ここで、マニホールドプレート１０，１１、ベースプレート１２及び圧力室プレート１３は夫々ステンレス鋼等の金属板であり、後述するマニホールド１７や圧力室１６等のインク流路をエッチングにより容易に形成することができる。一方、ノズルプレート１４は、可撓性を有する合成樹脂材料、例えば、ポリイミド等の高分子合成樹脂材料により形成される。
【００３１】
まず、圧電アクチュエータ３以外のプレートについて順に説明する。２枚のマニホールドプレート１０，１１には、複数の圧力室１６に連なるマニホールド１７が形成されている。図２、図３に示すように、このマニホールド１７は、平面視で複数の圧力室１６の全てと重なるように形成されており、マニホールド１７には、図示しないインク供給源からインク供給孔１８を介してインクが供給される。また、２枚のマニホールドプレート１０，１１の間には、マニホールド１７内でインクに混ざった塵等を除去するフィルタ１９が設けられている。ベースプレート１２には、マニホールド１７と複数の圧力室１６とを夫々連通させる複数の連通孔２１が形成されている。
【００３２】
圧力室プレート１３には、図２に示すように平面に沿って配列された複数の圧力室１６が形成されている。これら複数の圧力室１６は、紙送り方向（図２の上下方向）に２列に配列されている。各圧力室１６は、平面視で略楕円形状に形成されており、その長軸方向が左右方向（走査方向）となるように配置されている。また、各圧力室１６は、図２における右端部においてベースプレート１２に形成された連通孔２１を介してマニホールド１７に連通している。
【００３３】
ノズルプレート１４の、平面視で複数の圧力室１６の図２における左端部と夫々重なる位置には、鉛直方向において下方へ向いた複数のノズル２０が形成されている。図３〜図５に示すように、このノズルプレート１４は、圧電アクチュエータ３の圧力室１６と反対側の面に、圧縮された状態で導電性を有する異方性導電材料からなる接着材２２により接着されている。そして、圧電アクチュエータ３は、圧力室プレート１３とノズルプレート１４の間に配設されており、マニホールド１７及び圧力室１６とノズル２０とが圧電アクチュエータ３を挟んで互いに反対側に配置されている。このように、マニホールド１７が圧電アクチュエータ３に関してノズル２０と反対側に配置されているため、ノズル２０を配置できる領域が広くなってその配置自由度が高まり、ノズル２０をより高密度に配置することが可能になる。また、ノズル２０は鉛直方向において下方に向いており、マニホールド１７はノズル２０よりも鉛直方向における上方に配置されているため、個別インク流路２内に混入した気泡がそれ自身の浮力によりマニホールド１７へ移動しやすくなり、気泡をマニホールド１７側へ排出することが容易になる。さらに、図４に示すように、インクジェットヘッド１がインクジェットプリンタ１００が設置される面（水平面）に対して、矢印ａの方向に僅かに傾斜して配置されて、ノズル２０が斜め下方へ向いている場合には、破線の矢印で示すように、個別インク流路２内の気泡がさらにマニホールド１７まで移動しやすくなる。
【００３４】
このように、マニホールド１７がノズル２０よりも鉛直方向における上方側に配置されていると、個別インク流路２内に混入した気泡をその浮力によってマニホールド１７へ移動させやすくなるが、特に、図４に示すように、個別インク流路２がインクの流れの上流側ほど鉛直方向における上方側に向かって延在するように形成されていれば、個別インク流路２内に混入した気泡をより確実にマニホールド１７へ移動させることができる。すなわち、インクジェットヘッド１を水平面に対して傾斜して配置すれば、個別インク流路２内に混入した気泡をより確実にマニホールド１７へ移動させることができる。
【００３５】
そして、圧力室プレート１３に形成された圧力室１６とノズルプレート１４に形成されたノズル２０は、圧電アクチュエータ３の振動板３０及び圧電層３１に夫々形成された貫通孔３５，３６を介して連通している。また、ノズルプレート１４の圧電アクチュエータ３側の面には、複数の個別電極３２と夫々接続され且つ走査方向の一方（図２の右方）へ延びる複数の配線部３４が形成され、さらに、ノズルプレート１４の複数の配線部３４が形成された面には、これら複数の配線部３４に接続されたドライバＩＣ３８が配置されている。配線部３４及びドライバＩＣ３８については、後ほど詳しく説明する。そして、図３、図５に示すように、インクジェットヘッド１内に、マニホールド１７から圧力室１６を経て、圧電アクチュエータ３を貫通してノズル２０に至る、個別インク流路２が形成されている。
【００３６】
次に、圧電アクチュエータ３について説明する。図２〜図７に示すように、圧電アクチュエータ３は、複数の圧力室１６の下側を覆う振動板３０と、この振動板３０の複数の圧力室１６と反対側の面に設けられた圧電層３１と、この圧電層３１の振動板３０と反対側の面において複数の圧力室１６と夫々対向する位置に形成された複数の個別電極３２とを有する。
【００３７】
振動板３０は、平面視で略矩形状の金属板であり、例えば、ステンレス鋼等の鉄系合金、銅系合金、ニッケル系合金、あるいは、チタン系合金などからなる。この振動板３０は、複数の圧力室１６を塞ぐように圧力室プレート１３の下面に接合されている。また、この振動板３０は、複数の個別電極３２に対向して個別電極３２と振動板３０との間の圧電層３１に電界を作用させる共通電極を兼ねており、配線部４０（図２参照）を介してグランド電位に保持されている。振動板３０の下面には、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との固溶体であり強誘電体であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とする圧電層３１が形成されている。この圧電層３１は、複数の圧力室１６に跨って連続的に形成されている。
【００３８】
振動板３０と圧電層３１の、平面視で圧力室１６の図２における左端部と重なる位置には、夫々個別インク流路２の一部を構成する貫通孔３５，３６が形成されており、これら貫通孔３５，３６において個別インク流路２が圧電アクチュエータ３を貫通して、圧力室１６とノズル２０が連通している。ここで、圧電層３１が貫通孔３６において個別インク流路２に露出していると、導電性を有するインクが圧電層３１に浸透して、このインクにより複数の個別電極３２同士が短絡してしまう虞がある。そこで、本実施形態のインクジェットヘッドでは、貫通孔３５，３６の内面に、個別インク流路２を流れるインクが圧電層３１に浸透するのを防止する保護膜３７が形成されている。この保護膜３７は、例えば、酸化ケイ素や窒化ケイ素からなる。
【００３９】
圧電層３１の下面には、圧力室１６よりも一回り小さい楕円形の平面形状を有する複数の個別電極３２が形成されている。これら複数の個別電極３２は、平面視で、対応する圧力室１６の中央部に重なる位置に夫々形成されている。また、個別電極３２は金などの導電性材料からなる。さらに、図２〜図５及び図７に示すように、複数の個別電極３２の長手方向端部（図２〜図５及び図７の右端部）からは、夫々、ノズルプレート１４に形成された複数の配線部３４を介してドライバＩＣ３８と電気的に接続される複数の接点部３２ａが、平面視で圧力室１６と重ならない領域まで延びている。そして、複数の配線部３４と接点部３２ａを介してドライバＩＣ３８から複数の個別電極３２に対して選択的に駆動電圧が印加される。
【００４０】
次に、圧電アクチュエータ３の作用について説明する。複数の個別電極３２に対してドライバＩＣ３８から選択的に駆動電圧が印加されると、駆動電圧が供給された圧電層３１上側の個別電極３２とグランド電位に保持されている圧電層３１下側の共通電極としての振動板３０の電位が異なる状態となり、個別電極３２と振動板３０の間に挟まれた圧電層３１の部分に上下方向の電界が生じる。すると、駆動電圧が印加された個別電極３２の直下の圧電層３１の部分が分極方向である上下方向と直交する水平方向に収縮する。このとき、この圧電層３１の収縮に伴って振動板３０が圧力室１６側に凸となるように変形するため、圧力室１６内の容積が減少して圧力室１６内のインクに圧力が付与され、圧力室１６に連通するノズル２０からインクが噴射される。
【００４１】
ところで、ノズルプレート１４は可撓性を有する絶縁材料で形成され、図２〜図５及び図７に示すように、このノズルプレート１４の圧電アクチュエータ３側の面に、端部（図２の左端部）に複数の個別電極３２の接点部３２ａと夫々接続される端子部３４ａを有し、走査方向の一方向（図２の右方）へ延びる複数の配線部３４が形成されている。これら複数の配線部３４の個別電極３２と反対側の端部はドライバＩＣ３８に接続され、ドライバＩＣ３８はノズルプレート１４に配置されている。このように、複数の個別電極３２とドライバＩＣ３８とが、ノズルプレート１４に形成された複数の配線部３４を介して電気的に接続されているため、従来は必要であったＦＰＣ等の配線部材が不要になり、部品点数を減らしてインクジェットヘッド１の製造コストを低減することができる。また、ノズルプレート１４は、可撓性を有する絶縁材料で形成されているため、従来から使用されているＦＰＣ等の可撓性を有する配線部材と同様に、図３、図４に示すようにノズルプレート１４を引き回すことが可能になり、ドライバＩＣ３８等の配置自由度が高まる。
【００４２】
尚、図２に示すように、ノズルプレート１４の複数の配線部３４が形成された面には、さらに、共通電極としての振動板３０をドライバＩＣ３８を介してグランド電位に保持する為の配線部４０が形成されている。さらに、図２、図３に示すように、ノズルプレート１４には、インクジェットプリンタ１００の制御装置（図示省略）とドライバＩＣ３８とを接続する複数の配線部４１も形成されている。
【００４３】
ここで、ノズルプレート１４は、異方性導電フィルム（Anisotropic Conductive Film：ＡＣＦ）、あるいは、異方性導電ペースト（Anisotropic Conductive Paste：ＡＣＰ）からなる接着材２２により接着されている。この異方性導電材料は、例えば、熱硬化性のエポキシ樹脂の中に導電性粒子を分散させたものであり、圧縮されていな状態では絶縁性を有し、圧縮された状態では導電性を有する。そして、この接着材２２は、個別電極３２の接点部３２ａと配線部３４の端子部３４ａの間の接続エリアでは圧縮されて導電性を有し、接着材２２により接点部３２ａと端子部３４ａとが電気的に接続されている。しかし、接点部３２ａと端子部３４ａの電気接続部以外の部分では接着材２２は圧縮されておらず絶縁性を有する。従って、この接点部３２ａと端子部３４ａの電気接続部以外の部分で、配線部３４と振動板３０との間に挟まれる圧電層３１に不必要な静電容量が発生するのを抑制できるため、圧電アクチュエータ３の駆動効率が向上する。
【００４４】
また、図５に示すように、個別電極３２の接点部３２ａと、ノズルプレート１４に形成された配線部３４の端子部３４ａとの間の離隔距離（図５のＤ１）は、それ以外の部分におけるノズルプレート１４と圧電層３１との間の離隔距離（図５のＤ２）よりも小さくなっている。そのため、ノズルプレート１４を圧電層３１へ押しつけてノズルプレート１４と圧電層３１を接着する際に、個別電極３２の接点部３２ａと配線部３４の端子部３４ａの間の接着材２２のみを圧縮して、個別電極３２と配線部３４とを電気的に接続することが容易になる。
【００４５】
さらに、図２〜図５に示すように、ノズルプレート１４の、複数の個別電極３２と対向する部分には、夫々、矩形の平面形状を有する複数の凹部１４ａが形成されている。従って、個別電極３２に駆動電圧が印加されて圧電層３１が変形したときに、この圧電層３１の変形が、ノズルプレート１４やこのノズルプレート１４と圧電層３１とを接着する接着材２２により妨げられず、圧電アクチュエータ３の駆動効率が向上する。尚、凹部１４ａは複数の個別電極３２に亙って共通に形成されているわけではなく、図２に示すように、複数の個別電極３２に対して夫々複数の凹部１４ａが個別に形成されているため、凹部１４ａの間の部分によってノズルプレート１４の剛性がある程度確保されている。そのため、例えば、ノズル２０からのパージ動作（気泡排出動作）後にワイパー等でインク噴射面（ノズルプレート１４の下面）を拭く場合などに、ノズルプレート１４が撓んでしまうのを防止できる。さらに、図２に示すように、これら複数の凹部１４ａの間の領域、即ち、複数のノズル２０及び複数の圧力室１６と対向しない領域に、複数の配線部３４が形成されている。そのため、配線部３４に導電性のインクが付着することがなく、配線部３４同士の短絡を防止できる。また、個別電極３２に駆動電圧が印加されたときに、配線部３４が圧電層３１の変形を妨げることもない。
【００４６】
次に、前述したインクジェットヘッド１を製造する方法について説明する。まず、ノズルプレート１４以外の複数のプレート（圧電アクチュエータ３の振動板３０及び圧電層３１を含む）を積層させる工程について図８を参照して説明する。図８（ａ）に示すように、まず、振動板３０に個別インク流路２の一部を構成する貫通孔３５をエッチング等により形成し（孔形成工程）、圧力室１６が形成された圧力室プレート１３と振動板３０とを、金属拡散接合、あるいは、接着材等により接合する。
【００４７】
次に、図８（ｂ）に示すように、振動板３０の圧力室プレート１３と反対側の表面に、圧電素子の粒子を堆積させて熱処理を施すことにより、振動板３０の貫通孔３５が形成されていない領域にのみ圧電層３１を形成する（圧電層形成工程）。ここで、圧電素子を振動板３０に堆積させる方法としては、例えば、超微粒子材料を高速で衝突させて堆積させるエアロゾルデポジション法（ＡＤ法）を用いて形成できる。その他、スパッタ法、あるいは、ＣＶＤ（化学蒸着）法を用いることもできる。尚、振動板３０に圧電素子の粒子を堆積させて圧電層３１を形成すると、圧電層３１の、振動板３０の貫通孔３５に対応する位置に、貫通孔３５と同じく個別インク流路２の一部を構成する貫通孔３６が同時に形成されることになる。
【００４８】
そして、図８（ｃ）に示すように、圧電層３１の振動板３０と反対側の面において、圧力室１６と対向する領域に、スクリーン印刷や蒸着法等を用いて、個別電極３２を形成し、さらに個別電極３２に連なる接点部３２ａを形成する。さらに、図８（ｄ）に示すように、振動板３０と圧電層３１に形成された貫通孔３５，３６の内面に、ＡＤ法、スパッタ法、あるいは、ＣＶＤ法等を用いて、インクが圧電層３１に浸透するのを防止する保護膜３７を形成する（保護膜形成工程）。そして、圧力室プレート１３の圧電アクチュエータ３と反対側の面に、ベースプレート１２と２枚のマニホールドプレート１０，１１を接合する。尚、２枚のマニホールドプレート１０，１１、ベースプレート１２、圧力室プレート１３、及び、振動板３０の、５枚の金属製プレートを先に拡散接合等により一度に接合してから、振動板３０の圧力室１６と反対側の面に圧電層３１を形成してもよい。
【００４９】
次に、ノズルプレート１４を形成する工程について図９を参照して説明する。図９（ａ）に示すように、ノズルプレート１４を圧電層３１に接着したときに、複数の個別電極３２に夫々対向することになる領域に複数の凹部１４ａを形成するとともに、エキシマレーザー加工等により複数のノズル２０を形成する。次に、図９（ｂ）に示すように、凹部１４ａよりも右側の部分に右方へ延びる配線部３４（及び端子部３４ａ）を形成する。そして、図９（ｃ）に示すように、圧電層３１に接着されるノズルプレート１４の上面に、スクリーン印刷等により異方性導電材料からなる接着材２２をスクリーン印刷等により付着させる（付着工程）。この付着工程においては、接着材２２を、ノズルプレート１４の圧電層３１と接着される部分にのみパターニングして付着させてもよいが、接着材２２をノズルプレート１４の全面に付着させてもよい。この場合でも、ノズルプレート１４の個別電極３２に対向する部分に凹部１４ａが形成されているため、個別電極３２に駆動電圧が印加されたときの圧電層３１の変形が、ノズルプレート１４やこのノズルプレート１４に付着した接着材２２により妨げられない。
【００５０】
そして、図１０に示すように、ノズルプレート１４を圧電アクチュエータ３の圧電層３１に接着材２２により接着する（接着工程）。このとき、個別電極３２の接点部３２ａを、配線部３４の端子部３４ａの表面に付着した接着材２２に接触させ、この部分の接着材２２を圧縮して個別電極３２と前記配線部３４とを導通状態で接続するとともに、配線部３４のその他の部分を圧縮されていない接着材２２により絶縁状態で圧電層３１に接着する。同時に、ノズルプレート１４の配線部３４以外の部分に付着した接着材２２により、ノズルプレート１４と圧電層３１とを接着する。尚、個別電極３２と配線部３４は５μｍ程度の厚みを有するため、個別電極３２の接点部３２ａと、ノズルプレート１４に形成された配線部３４の端子部３４ａとの間の離隔距離（図５のＤ１）は、それ以外の部分におけるノズルプレート１４と圧電層３１との間の離隔距離（図５のＤ２）よりも小さい。そのため、ノズルプレート１４と圧電アクチュエータ３の圧電層３１を接着する際に、ノズルプレート１４を圧電層３１に対して均等に押圧するだけで、個別電極３２の接点部３２ａと配線部３４の端子部３４ａの間の接着材２２のみを圧縮することができ、個別電極３２と配線部３４を電気的に接続することが容易になる。
【００５１】
尚、ノズル２０の周辺部の厚さ（ノズルプレート１４の図９における左端部）を、配線部３４が形成される部分（ノズルプレート１４の図９における右端部）の厚さよりも僅かに薄くすることにより、個別電極３２の接点部３２ａと、ノズルプレート１４に形成された配線部３４の端子部３４ａとの間の離隔距離（図５のＤ１）を、それ以外の部分におけるノズルプレート１４と圧電層３１との間の離隔距離（図５のＤ２）よりも小さくしてもよい。
【００５２】
以上説明したインクジェットヘッド１及びその製造方法によれば、次のような効果が得られる。圧電アクチュエータ３の複数の個別電極３２とこれら複数の個別電極３２に駆動電圧を供給するドライバＩＣ３８とを接続する複数の配線部３４が、絶縁材料からなるノズルプレート１４に形成されており、ノズルプレート１４にＦＰＣ等の配線部材の機能を持たせてこの配線部材を省略することができるため、部品点数を減らしてインクジェットヘッド１の製造コストを低減することができる。また、ノズルプレート１４上にドライバＩＣ３８を配置することができる。さらに、ノズルプレート１４は可撓性を有するため、ＦＰＣ等と同様に引き回すことができ、ドライバＩＣ３８の配置自由度が高まる。さらに、ノズルプレート１４を圧電アクチュエータ３に接着すると同時に、複数の個別電極３２と複数の配線部３４とを電気的に接続することが可能になり、インクジェットヘッド１の製造工程を簡素化できる。
【００５３】
また、圧電アクチュエータ３の圧電層３１とノズルプレート１４の接着工程において、圧電層３１とノズルプレート１４を異方性導電材料からなる接着材２２により接着するため、個別電極３２と配線部３４との電気的接続を１種類の接着材２２により一度に行うことができ、さらに製造工程を簡素化して、製造コストを低減できる。さらに、個別電極３２と配線部３４との間の接着材２２は圧縮されて導電性を有するが、その他の部分の接着材２２は圧縮されず絶縁性を有するため、個別電極３２と配線部３４との電気接続部以外の部分で、配線部３４と振動板３０との間に挟まれる圧電層３１に不必要な静電容量が発生するのを抑制することができるため、圧電アクチュエータ３の駆動効率が向上する。
【００５４】
次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。
【００５５】
［第１変更形態］
前記実施形態では、ノズルプレートの個別電極３２と対向する部分に凹部が形成されているが、圧電層側に凹部が形成されていてもよい。例えば、図１１に示すように、振動板３０Ａの複数の個別電極３２と対向する部分に夫々複数の凹部３０ａが形成され、圧電層３１Ａに、振動板３０Ａの凹部３０ａに対応する凹部３１ａが形成されていてもよい。この場合、凹部３０ａが形成された振動板３０Ａの面に、ＡＤ法やＣＶＤ法等により一様な厚さで圧電層３１Ａを形成することにより、圧電層３１Ａの凹部３１ａも同時に形成することができる。尚、この場合には、圧電層３１Ａ側に接着材２２を付着させてから、ノズルプレート１４Ａを圧電層３１Ａに接着することになる。
【００５６】
［第２変更形態］
ノズルプレート１４（又は圧電層３１）に接着材２２を付着させる付着工程において、接着材２２をパターニングして付着させる場合には、接着材２２によりノズルプレート１４と圧電層３１との間に隙間が形成され、この隙間により、圧電層３１の変形がノズルプレート１４やこのノズルプレート１４に付着した接着材２２により阻害されにくくなるため、図１２に示すように、ノズルプレート１４Ｂ（又は圧電層３１）の凹部を省略してもよい。尚、接着材２２をパターニングして付着させるには、前述のスクリーン印刷の他に、ノズルプレート１４（１４Ｂ）の全面に接着材２２を付着させてから、圧電層３１と接着されない部分の接着材２２をレーザー等により部分的に除去することによっても可能である。
【００５７】
［第３変更形態］
圧電層３１に形成された個別電極３２の接点部３２ａとノズルプレート１４に形成された配線部３４の端子部３４ａとの電気的接続と、この電気接続部以外の部分における圧電層３１とノズルプレート１４の接着を、別々の接着材料により行うこともできる。例えば、個別電極３２と配線部３４の電気的接続には導電性ペーストを用い、他の部分における圧電層３１とノズルプレート１４の接着には非導電性の接着材を用いてもよい。但し、この場合には、個別電極３２と配線部３４の電気的接続と、圧電層３１とノズルプレート１４の接着を、同時に行うことができるように、導電性ペーストと非導電性の接着材には、互いの硬化温度が近いものを使用することが好ましい。
【００５８】
［第４変更形態］
ノズルプレートをステンレス鋼等の金属材料で形成し、この金属プレートの一表面にＡＤ法、スパッタ法、あるいは、ＣＶＤ法などによりアルミナ等の絶縁性材料の薄膜を形成することにより、この薄膜が形成された面においてノズルプレートが絶縁性を有するようにしてもよい。この場合、ノズルプレートの薄膜が形成された面を、圧電アクチュエータ３に対向し且つ複数の配線部３４が形成される面とすればよい。
【００５９】
［第５変更形態］
前記実施形態ではベースプレートを介して上方にマニホールドが形成され、下方に圧力室が形成されていたが、マニホールドの位置は圧力室の上方に限定されない。マニホールドの一部が圧力室と同じ高さに形成されていてもよく、例えば、圧力室の下面とマニホールドの下面が同じ高さであってもよい。図１３に示すインクジェットヘッド２００は、マニホールド１１７が形成されたマニホールドプレート１１２と、圧力室１１６が形成された圧力室プレート１１３と、振動板３０及び圧電層３１を有する圧電アクチュエータ３と、異方性導電層２２と、ノズルプレート１４とを備える。圧電アクチュエータ３の振動板３０側には圧力室プレート１１３を介してマニホールドプレート１１２が接合され、圧電アクチュエータ３の圧電層３１側には異方性導電層２２を介してノズルプレート１４が接合される。ここで、振動板３０は圧力室１１６の下面を画成すると共に、マニホールド１１７の下面も画成している。すなわち、圧力室１１６の下面とマニホールド１１７の下面は同じ高さに形成されている。このように、マニホールドの一部が圧力室と同じ高さに形成されている場合には、インクジェットヘッドの厚さを薄くすることができる。
【００６０】
前記実施形態は、インクを噴射するインクジェットヘッドに本発明を適用した一例であるが、インク以外の液体を噴射する他の液体噴射装置に本発明を適用することもできる。例えば、導電ペーストを噴射して基板上に配線パターンを形成したり、あるいは、有機発光体を基板に噴射して有機エレクトロルミッセンスディスプレイを形成したり、さらには、光学樹脂を基板に噴射して光導波路等の光学デバイスを形成したりする場合などに用いられる、種々の液体噴射装置にも本発明を適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施形態に係るインクジェットプリンタの概略斜視図である。
【図２】インクジェットヘッドの平面図である。
【図３】図２のIII-III線断面図である。
【図４】傾斜して配置されたインクジェットヘッドの図３相当の断面図である。
【図５】図４の部分拡大図である。
【図６】図５のVI-VI線断面図である。
【図７】図５の要部拡大図である。
【図８】ノズルプレート１４以外の複数のプレートを積層させる工程を示す図であり、（ａ）は圧力室プレートと振動板の接合工程、（ｂ）は圧電層形成工程、（ｃ）は個別電極の形成工程、（ｄ）は保護膜形成工程、（ｅ）はマニホールドプレート及びベースプレートとの接合工程を夫々示す。
【図９】ノズルプレートの形成工程を示す図であり、（ａ）はノズル及び凹部を形成する工程、（ｂ）は配線部を形成する工程、（ｃ）は接着材の付着工程を夫々示す。
【図１０】ノズルプレート以外の積層された複数のプレートにノズルプレートを接着した状態を示す図である。
【図１１】第１変更形態の図５相当の断面図である。
【図１２】第２変更形態の図５相当の断面図である。
【図１３】圧力室の隣にマニホールドが配置されたインクジェットヘッドの図５相当の断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１ インクジェットヘッド
２ 個別インク流路
３ 圧電アクチュエータ
１３ 圧力室プレート
１４Ｂ ノズルプレート
１４，１４Ａ，１４Ｂ ノズルプレート
１４ａ 凹部
１６ 圧力室
１７ マニホールド
２０ ノズル
２２ 接着材
３０，３１Ａ 振動板
３０ａ 凹部
３１，３１Ａ 圧電層
３２ 個別電極
３２ａ 接点部
３４ 配線部
３４ａ 端子部
３５ 貫通孔
３６ 貫通孔
３７ 保護膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体噴射装置であって、
液体を噴射する複数のノズルとこれら複数のノズルに夫々に連通する複数の圧力室とを夫々含む複数の液体流路と、
前記複数の圧力室の容積を選択的に変化させるアクチュエータと備え、
前記液体流路は、積層された複数枚のプレートにより形成されており、
前記複数のプレートに含まれる、前記複数の圧力室を形成する圧力室プレートと、少なくともこの圧力室プレートと対向する面において絶縁性を有し前記ノズルが形成されたノズルプレートとの間に、前記アクチュエータが配設され、
前記アクチュエータは、前記複数の圧力室を覆う振動板と、この振動板の前記複数の圧力室と反対側の面に設けられた圧電層と、この圧電層の前記振動板と反対側の面において前記複数の圧力室と夫々対向する位置に形成された複数の個別電極とを有し、
前記ノズルプレートの前記アクチュエータ側の面に、前記複数の個別電極と夫々接続される複数の配線部が形成されていることを特徴とする液体噴射装置。
【請求項２】
前記液体流路は、前記アクチュエータを貫通するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。
【請求項３】
前記圧電層には、前記液体流路の一部を構成する貫通孔が形成され、この貫通孔の内面に、前記液体が前記圧電層に浸透するのを防止する保護膜が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の液体噴射装置。
【請求項４】
前記ノズルプレートは、可撓性を有する絶縁材料で構成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の液体噴射装置。
【請求項５】
前記ノズルプレートの前記複数の個別電極と対向する部分に夫々複数の凹部が形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の液体噴射装置。
【請求項６】
前記振動板の前記複数の個別電極と対向する部分に夫々複数の凹部が形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の液体噴射装置。
【請求項７】
前記ノズルプレートと前記圧電層とが、圧縮された状態で導電性を有する異方性導電材料により接着されていることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の液体噴射装置。
【請求項８】
前記個別電極の接点部と前記配線部の端子部の間の接続エリアでは前記異方性導電材料は圧縮されて導電性を有し、前記接続エリア以外のエリアでは前記異方性導電材料は導電性を有しないことを特徴とする請求項７に記載の液体噴射装置。
【請求項９】
前記個別電極の接点部と前記配線部の端子部との間の離隔距離は、それ以外の部分における前記ノズルプレートと前記圧電層との間の離隔距離よりも小さいことを特徴とする請求項８に記載の液体噴射装置。
【請求項１０】
前記複数の配線部は、前記ノズルプレートの前記アクチュエータ側の面において、前記複数のノズル及び前記複数の圧力室と対向しない領域に形成されていることを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の液体噴射装置。
【請求項１１】
さらに、前記複数の圧力室に連通する共通液室を有し、
この共通液室は、前記アクチュエータに関して前記ノズルと反対側に配置されていることを特徴とする請求項１〜１０の何れかに記載の液体噴射装置。
【請求項１２】
前記ノズルは下方に向いており、前記共通液室は前記ノズルより上方に配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の液体噴射装置。
【請求項１３】
前記アクチュエータと前記共通液室との間に前記複数の圧力室が形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の液体噴射装置。
【請求項１４】
前記共通液室から前記複数の圧力室を通って前記ノズルに連通する個別液体流路が形成され、前記個別液体流路の前記共通液室側ほど上方に向かって延在するように傾けて配置されることを特徴とする請求項１２に記載の液体噴射装置。
【請求項１５】
前記可撓性を有する絶縁材料がポリイミドであることを特徴とする請求項４に記載の液体噴射装置。
【請求項１６】
前記液体噴射装置がインクジェットヘッドであることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の液体噴射装置を備えることを特徴とするインクジェットプリンタ。
【請求項１８】
請求項１の液体噴射装置を製造する方法であって、
前記ノズルプレートの前記圧電層に接着される面に前記配線部を形成する配線部形成工程と、
前記ノズルプレートを前記アクチュエータに接着する接着工程とを備え、
前記接着工程において、前記配線部の端子部を前記個別電極の接点部に導通状態で接着するとともに、前記端子部以外の前記ノズルプレート部分を前記圧電層に絶縁状態で接着することを特徴とする液体噴射装置の製造方法。
【請求項１９】
前記接着工程の前に、前記ノズルプレート又は前記圧電層の接着面に異方性導電材料を付着させる付着工程を備え、
前記接着工程において、前記個別電極の接点部と前記配線部の端子部の一方の表面に付着した前記異方性導電材料に、前記個別電極の接点部と前記配線部の端子部の他方を接触させ、この部分の前記異方性導電層を圧縮して前記個別電極と前記配線部とを導通状態で接続しながら、その他の部分の前記異方性導電材料によりノズルプレートを圧電層に接着することを特徴とする請求項１８に記載の液体噴射装置の製造方法。
【請求項２０】
前記接着工程の前に、前記振動板に、前記液体流路の一部を構成する孔を形成する孔形成工程と、この振動板の前記圧力室と反対側の表面に圧電材料の粒子を堆積させることにより、振動板の前記孔が形成されていない領域にのみ前記圧電層を形成する圧電層形成工程とを備えたことを特徴とする請求項１８に記載の液体噴射装置の製造方法。
【請求項２１】
前記圧電層形成工程において前記圧電層の前記振動板の孔に対応する位置に形成され、前記液体流路の一部を構成する貫通孔の内面に、液体が圧電層に浸透するのを防止する保護膜を形成する保護膜形成工程を備えることを特徴とする請求項２０に記載の液体噴射装置の製造方法。
【請求項１】
液体噴射装置であって、
液体を噴射する複数のノズルとこれら複数のノズルに夫々に連通する複数の圧力室とを夫々含む複数の液体流路と、
前記複数の圧力室の容積を選択的に変化させるアクチュエータと備え、
前記液体流路は、積層された複数枚のプレートにより形成されており、
前記複数のプレートに含まれる、前記複数の圧力室を形成する圧力室プレートと、少なくともこの圧力室プレートと対向する面において絶縁性を有し前記ノズルが形成されたノズルプレートとの間に、前記アクチュエータが配設され、
前記アクチュエータは、前記複数の圧力室を覆う振動板と、この振動板の前記複数の圧力室と反対側の面に設けられた圧電層と、この圧電層の前記振動板と反対側の面において前記複数の圧力室と夫々対向する位置に形成された複数の個別電極とを有し、
前記ノズルプレートの前記アクチュエータ側の面に、前記複数の個別電極と夫々接続される複数の配線部が形成されていることを特徴とする液体噴射装置。
【請求項２】
前記液体流路は、前記アクチュエータを貫通するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。
【請求項３】
前記圧電層には、前記液体流路の一部を構成する貫通孔が形成され、この貫通孔の内面に、前記液体が前記圧電層に浸透するのを防止する保護膜が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の液体噴射装置。
【請求項４】
前記ノズルプレートは、可撓性を有する絶縁材料で構成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の液体噴射装置。
【請求項５】
前記ノズルプレートの前記複数の個別電極と対向する部分に夫々複数の凹部が形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の液体噴射装置。
【請求項６】
前記振動板の前記複数の個別電極と対向する部分に夫々複数の凹部が形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の液体噴射装置。
【請求項７】
前記ノズルプレートと前記圧電層とが、圧縮された状態で導電性を有する異方性導電材料により接着されていることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の液体噴射装置。
【請求項８】
前記個別電極の接点部と前記配線部の端子部の間の接続エリアでは前記異方性導電材料は圧縮されて導電性を有し、前記接続エリア以外のエリアでは前記異方性導電材料は導電性を有しないことを特徴とする請求項７に記載の液体噴射装置。
【請求項９】
前記個別電極の接点部と前記配線部の端子部との間の離隔距離は、それ以外の部分における前記ノズルプレートと前記圧電層との間の離隔距離よりも小さいことを特徴とする請求項８に記載の液体噴射装置。
【請求項１０】
前記複数の配線部は、前記ノズルプレートの前記アクチュエータ側の面において、前記複数のノズル及び前記複数の圧力室と対向しない領域に形成されていることを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の液体噴射装置。
【請求項１１】
さらに、前記複数の圧力室に連通する共通液室を有し、
この共通液室は、前記アクチュエータに関して前記ノズルと反対側に配置されていることを特徴とする請求項１〜１０の何れかに記載の液体噴射装置。
【請求項１２】
前記ノズルは下方に向いており、前記共通液室は前記ノズルより上方に配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の液体噴射装置。
【請求項１３】
前記アクチュエータと前記共通液室との間に前記複数の圧力室が形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の液体噴射装置。
【請求項１４】
前記共通液室から前記複数の圧力室を通って前記ノズルに連通する個別液体流路が形成され、前記個別液体流路の前記共通液室側ほど上方に向かって延在するように傾けて配置されることを特徴とする請求項１２に記載の液体噴射装置。
【請求項１５】
前記可撓性を有する絶縁材料がポリイミドであることを特徴とする請求項４に記載の液体噴射装置。
【請求項１６】
前記液体噴射装置がインクジェットヘッドであることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の液体噴射装置を備えることを特徴とするインクジェットプリンタ。
【請求項１８】
請求項１の液体噴射装置を製造する方法であって、
前記ノズルプレートの前記圧電層に接着される面に前記配線部を形成する配線部形成工程と、
前記ノズルプレートを前記アクチュエータに接着する接着工程とを備え、
前記接着工程において、前記配線部の端子部を前記個別電極の接点部に導通状態で接着するとともに、前記端子部以外の前記ノズルプレート部分を前記圧電層に絶縁状態で接着することを特徴とする液体噴射装置の製造方法。
【請求項１９】
前記接着工程の前に、前記ノズルプレート又は前記圧電層の接着面に異方性導電材料を付着させる付着工程を備え、
前記接着工程において、前記個別電極の接点部と前記配線部の端子部の一方の表面に付着した前記異方性導電材料に、前記個別電極の接点部と前記配線部の端子部の他方を接触させ、この部分の前記異方性導電層を圧縮して前記個別電極と前記配線部とを導通状態で接続しながら、その他の部分の前記異方性導電材料によりノズルプレートを圧電層に接着することを特徴とする請求項１８に記載の液体噴射装置の製造方法。
【請求項２０】
前記接着工程の前に、前記振動板に、前記液体流路の一部を構成する孔を形成する孔形成工程と、この振動板の前記圧力室と反対側の表面に圧電材料の粒子を堆積させることにより、振動板の前記孔が形成されていない領域にのみ前記圧電層を形成する圧電層形成工程とを備えたことを特徴とする請求項１８に記載の液体噴射装置の製造方法。
【請求項２１】
前記圧電層形成工程において前記圧電層の前記振動板の孔に対応する位置に形成され、前記液体流路の一部を構成する貫通孔の内面に、液体が圧電層に浸透するのを防止する保護膜を形成する保護膜形成工程を備えることを特徴とする請求項２０に記載の液体噴射装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００６−１１６９５３（Ｐ２００６−１１６９５３Ａ）
【公開日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２７５２１１（Ｐ２００５−２７５２１１）
【出願日】平成１７年９月２２日（２００５．９．２２）
【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１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月２２日（２００５．９．２２）
【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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