JP2012257458A - 圧電アクチュエータ、液体移送装置、及び、圧電アクチュエータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電層に駆動電圧を供給するための電気的接続構造の簡略化とその電気的接続の信頼性向上の両方を実現可能で、さらに、駆動電圧の印加時における余分な静電容量の発生をも抑制できる圧電アクチュエータを提供すること。
【解決手段】圧電アクチュエータ３は、複数の圧力室１４を覆い共通電極を兼ねる振動板と、この振動板の上面に複数の圧力室１４に跨って連続的に配置された圧電層３１と、この圧電層３１の上面に形成された複数の個別電極３２と、圧電層３１及び複数の個別電極３２の上面に全面的に形成された絶縁層３３と、この絶縁層３３の上面に形成された複数の配線部３５とを有し、絶縁層３３の個別電極３２と配線部３５の両方と対向する領域には、貫通孔３３ａが形成されており、個別電極３２と配線部３５とが、貫通孔３３ａに充填された導電性材料３６により接続されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、液体を移送する液体移送装置の圧電アクチュエータ、圧電アクチュエータを備えた液体移送装置、及び、圧電アクチュエータの製造方法に関する。

液体に圧力を付与して移送する液体移送装置として、記録用紙などの被記録媒体にインクを吐出するインクジェットヘッドがある。このようなインクジェットヘッドには、それぞれがノズルに連通した複数の圧力室を備えた流路ユニットの一表面に配置され、複数の圧力室の容積を選択的に変化させる圧電式のアクチュエータを備えたものがある（例えば、特許文献１，２，３参照）。

特許文献１（ＵＳ２００４／１１９７９０Ａ１号）に記載されたインクジェットヘッドの圧電アクチュエータは、複数の圧力室に跨って連続的に配置された圧電層（圧電シート）と、圧電層の表面に複数の圧力室に夫々対応して形成された複数の個別電極と、これら複数の個別電極との間で圧電層を挟む共通電極を備えている。複数の個別電極の表面には、それぞれ複数のランド部が形成されており、これら複数のランド部に、フレキシブルプリント配線板（Flexible Printed Circuit：ＦＰＣ）の接点部が電気的に接続されている。そして、ＦＰＣを介して、駆動装置（ドライバＩＣ）から複数の個別電極に対して選択的に駆動電圧が印加される。

また、特許文献２（米国特許番号５，７５４，２０５号、５，９２２，２１８号）に記載されたインクジェットヘッドにおいては、複数の圧力室（加圧室）に跨って連続的に配置された圧電層（圧電性膜）の表面に複数の駆動電極（上部駆動電極及び下部駆動電極）が形成され、これら複数の駆動電極からは夫々配線が延びている。複数の配線は、圧電層表面の、駆動電極が配置された変位領域に隣接する配線領域において、所定の一方向に引き出されて配線基板に接続されている。ここで、駆動電極に電圧が印加されるときに、配線と駆動電極の間に挟まれる圧電層との間に余分な静電容量（寄生容量）が発生することを防ぐために、配線領域において、圧電層と複数の配線の間には低誘電層が設けられている。

また、特許文献３（ＵＳ２００４／００６０９６９ Ａ１号）に記載されたインクジェットヘッドにおいては、可撓性を有する帯状の絶縁体と、インクジェットヘッドの複数のヘッド端子に対応して絶縁体の一方の面上に列設された複数の端子ランドと、絶縁体の端子ランドが列設された面上で各端子ランドに独立に配線された複数の導線とを備えるフレキシブル配線基板が、インクジェットの複数のヘッド端子に接続されている。絶縁体の各端子ランドの位置にはそれぞれ、絶縁体を貫通する貫通孔が形成されており、これらの貫通孔を通じて、各端子ランドは絶縁体の他方の面に露出している。絶縁体に形成された貫通孔内に半田等の導電性材料を充填し、フレキシブル配線基板の端子ランドとインクジェットヘッドのヘッド端子とを対向させて位置決めした後、貫通孔内の導電性材料により端子ランドとヘッド端子とを接続する。このとき、各貫通孔内の導電性材料と、隣接する端子ランド及び端子ランドに配線された導線とは、絶縁体を介して隔離されているため、これらが短絡する恐れがない。

米国公開公報ＵＳ２００４／１１９７９０Ａ１号（特開２００４−１３６６６８号公報） 米国特許番号５，７５４，２０５号、５，９２２，２１８号（特開平９−１５６０９９号公報） 米国公開公報ＵＳ２００４／００６０９６９ Ａ１号

ところで、近年、印刷画質の向上と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しようとすると、複数の個別電極も高密度に配置する必要がある。しかし、特許文献１に記載されたインクジェットヘッドのように、ＦＰＣ等の配線部材を介して駆動装置から個別電極に駆動電圧を供給するように構成されている場合には、複数の個別電極のランド部に接続される配線部材の配線パターンを高密度に形成する必要があるため、配線部材のコストが高くなる。また、平面的に配置された複数の個別電極のランド部を覆うようにＦＰＣ等の配線部材が配置された状態で、ランド部に配線部材の接点部が接続されているため、配線部材に外力が作用した場合にはこの配線部材が剥がれやすく、個別電極と配線部材の間の電気的接続の信頼性は低い。

また、特許文献３に記載のインクジェットヘッドにおいても同様に、インクジェットヘッドの圧力室を高密度に配置する場合には、フレキシブル配線基板の配線パターンを高密度に形成する必要があるため、フレキシブル配線基板のコストが高くなる。さらに、インクジェットヘッドとフレキシブル配線基板とは、対応するインクジェットヘッドの各ヘッド端子とフレキシブル配線基板の各ランド端子との間においてのみ接続されているので、フレキシブル配線基板に外力が作用したときに剥がれやすいという問題がある。

一方、特許文献２に記載のインクジェットヘッドでは、複数の駆動電極から複数の配線が配線領域へ引き出されており、駆動装置（配線基板）と駆動電極とがこれら複数の配線を介して接続されていることから、ＦＰＣを用いた前述の構成と比べるとその電気的接続の信頼性は高い。しかし、圧力室の数が少ない場合には、変位領域に配置された複数の駆動電極から夫々延びる複数の配線を配線領域のみに配置することは容易であるが、多数の圧力室が高密度に配置される場合には、低誘電層が形成されていない変位領域にも一部の配線を配置せざるを得なくなる。そして、このときには、変位領域において、電圧が印加された配線に直接接する圧電層に余分な静電容量が生じる。

本発明の目的は、圧電層に駆動電圧を印加するための電気的接続構造の簡略化とその電気的接続の信頼性向上の両方を実現可能で、さらに、駆動電圧の印加時における余分な静電容量の発生をも抑制できる圧電アクチュエータ及びその製造方法、並びに圧電アクチュエータを用いた液体移送装置を提供することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明の第１の態様に従えば、平面に沿って配置された複数の圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットの一表面に設けられて、前記複数の圧力室の容積を選択的に変化させる液体移送装置の圧電アクチュエータであって、前記複数の圧力室を覆う振動板と、前記振動板の前記圧力室と反対側の面に形成された共通電極と、前記共通電極の前記圧力室と反対側の面に、前記複数の圧力室に跨って連続的に配置された圧電層と、前記圧電層の前記圧力室と反対側の面に全面的に形成された絶縁層と、前記絶縁層の前記圧力室と反対側の面に、前記各圧力室に対応して形成された配線部とを備え、前記絶縁層の、前記配線部と対向する領域には、第１貫通孔が形成され、第１貫通孔には、前記配線部に接続された導電性材料が充填されている圧電アクチュエータが提供される。

本発明の第１の態様の圧電アクチュエータでは、絶縁層を貫通し、例えば圧電層の上面まで達する第１貫通孔の内部に充填された導電性材料と、この導電性材料に駆動電圧を供給する駆動装置とが、平坦な絶縁層の表面に形成された複数の配線部を介して接続されることから、駆動装置から駆動電圧を供給するための電気的接続構造が簡単になり、さらに、ＦＰＣ等の配線部材を省略することも可能になる。絶縁層と圧電層との間には空隙がなく、絶縁層は圧電層に密着して形成されているので、例えば絶縁層と圧電層とを引き離す力などに対する絶縁層の機械的強度は非常に大きい。そのため、絶縁層の表面に形成された複数の配線部は、ＦＰＣ等の配線部材と比べて外力に対する機械的強度が大きい。従って、複数の個別電極の表面に平面的に配置された、ＦＰＣ等の配線部材を介して駆動装置と個別電極とが接続されている場合に比べて、その機械的接続及び電気的接続の信頼性が高くなる。さらに、配線部と共通電極との間に挟まれる圧電層に余分な静電容量が生じるのを抑制することができる。また、圧電層が絶縁層により保護されているため、製造段階において圧電層が損傷しにくい。尚、本発明は振動板が導電性を有し、この振動板の圧力室と反対側の面が共通電極の表面を兼ねている態様をも含む。

本発明の圧電アクチュエータにおいて、前記配線部は、対応する前記圧力室と少なくとも一部が対向し、第１貫通孔は、前記絶縁層の、前記配線部と前記圧力室の両方と対向する領域に形成され、第１貫通孔に充填された前記導電性材料は、前記圧電層の前記圧力室と反対側の面まで達していてもよい。この場合には、例えば、圧電層の圧力室と反対側の面と絶縁層との間に個別電極が存在しない場合であっても、その代わりに、第１貫通孔内に充填された導電性材料が圧電層の圧力室と反対側の面まで達することにより、個別電極の役割を果たすことができる。つまり、絶縁層を貫通し、圧電層の上面まで延びる第１貫通孔に充填された導電性材料に、配線部から駆動電圧が印加されたときに、この導電性材料と共通電極との間の圧電層に電界が作用して圧電層が変形し、圧力室内の液体に圧力が印加される。この場合には、これらの効果に加えて、さらに、製造段階において、圧電層の圧力室と反対側の面に複数の圧力室に夫々対応する電極（個別電極）を形成する工程が不要になることから、製造工程を簡略化できるという効果も得られる。

本発明の圧電アクチュエータにおいて、さらに、前記圧電層の前記圧力室と反対側の面と、前記絶縁層との間に、前記圧力室に対応する個別電極を備え、前記配線部は、対応する前記個別電極と少なくとも一部が対向し、第１貫通孔は、前記絶縁層の、前記配線部と前記個別電極の両方と対向する領域に形成され、第１貫通孔に充填された前記導電性材料により前記配線部と前記個別電極とが接続していてもよい。この場合、複数の個別電極に対して選択的に駆動電圧が印加されると、個別電極と共通電極との間の圧電層に電界が作用して圧電層が変形し、この圧電層の変形に伴って、駆動電圧が供給された個別電極に対応する圧力室の容積が変化して圧力室内の液体に圧力が印加される。

ここで、圧電層及び複数の個別電極の表面（圧力室と反対側の面）に絶縁層が全面的に形成され、この絶縁層の表面に複数の配線部が形成されている。そして、各個別電極とそれに対応する配線部が、絶縁層に形成された貫通孔内の導電性材料により接続されている。従って、駆動電圧を供給する駆動装置と複数の個別電極とが、平坦な絶縁層の表面に形成された複数の配線部を介して接続されることから、駆動装置と個別電極との間の電気的接続構造が簡単なものになり、さらに、ＦＰＣ等の配線部材を省略することも可能になる。また、複数の個別電極の表面に平面的に配置されたＦＰＣ等の配線部材を介して、駆動装置と個別電極とが接続されている場合に比べて、その電気的接続の信頼性が高くなる。

さらに、個別電極に接続された配線部と圧電層との間には絶縁層が介在しているため、配線部と共通電極との間の圧電層の部分に余分な静電容量（寄生容量）が発生するのを抑制することができる。そのため、圧電アクチュエータの駆動効率が向上させ、駆動装置のコストを低減させることも可能になる。さらに、この余分な静電容量に起因して圧電層の分極特性が低下するのを防止できる。また、圧電層は一般的に靭性が低いことから、製造段階において圧電層に外力や衝撃等が作用すると圧電層が損傷しやすい。しかしながら、本発明では、圧電層が絶縁層に覆われて保護されており、圧電層に作用する外力や衝撃等が絶縁層により緩和される。そのため、製造段階で圧電層が損傷しにくくなり、製造工程における歩留まりが向上する。尚、本発明は、振動板と共通電極とが別部材で構成されている態様だけでなく、振動板が導電性を有し、この振動板の圧力室と反対側の面が共通電極の表面を兼ねている態様をも含む。

本発明の圧電アクチュエータにおいて、前記各配線部は対応する前記圧力室と対向する端部を有し、前記端部は前記配線部の他の部分よりも幅広に形成されており、第１貫通孔は、前記絶縁層の、幅広の前記端部と対向する領域に複数形成されていてもよい。このように、配線部の端部が幅広に形成されて、この幅広の端部と対向する領域に複数の第１貫通孔が形成されている場合には、これら複数の第１貫通孔内に夫々充填された導電性材料により、圧力室と対向する圧電層の所望の領域に対して確実に電圧を印加することができる。

本発明の圧電アクチュエータにおいて、前記絶縁層の、前記圧力室と対向し且つ前記配線部とは対向しない領域に、第２貫通孔が形成されていてもよい。圧電層を保護する絶縁層は、圧電層の変形時にその変形を阻害するように作用する。しかし、本発明においては、絶縁層には、前述の第１貫通孔に加えて、さらに、配線部と対向しない領域に第２貫通孔が形成されており、その分、絶縁層が変形しやすくなっていることから、この絶縁層により圧電層の変形が阻害されにくい。

本発明の圧電アクチュエータにおいて、前記導電性材料の弾性率は、前記絶縁層の弾性率よりも小さくてもよい。この場合には、第１貫通孔内に充填された導電性材料の方が絶縁層よりも変形しやすい。つまり、絶縁層に複数の貫通孔が形成され、それらの内部に導電性材料が充填されることによって、絶縁層が変形しやすくなるため、この絶縁層により圧電層の変形が阻害されにくくなる。

本発明の圧電アクチュエータにおいて、前記絶縁層の前記圧力室と反対側の面に、前記複数の配線部と接続された駆動装置が配置されていてもよい。この場合、圧電層に接して電圧を印加する本発明の個別電極及び導電性材料と駆動装置とが、複数の配線部のみで接続されているため、ＦＰＣ等の配線部材が不要になり、製造コストの面で有利である。

本発明の圧電アクチュエータにおいて、前記駆動装置と前記共通電極が、前記圧電層と前記絶縁層とに跨ってこれらの積層方向に延びる導通部を介して接続されていてもよい。従って、圧電層に電圧を印加するための複数の配線部が平坦な絶縁層の表面に形成されているのに加えて、さらに、駆動装置と共通電極とを接続する導通部も絶縁層の表面まで引き出されて、絶縁層の表面において配線部及び導通部と、駆動装置とが接続されている。そのため、駆動装置から圧電層に電圧を印加するための電気的接続構造が、ＦＰＣ等の配線部材を介して接続される場合と比べて簡単なものになり、その接続の信頼性も高くなる。

本発明の第２の態様に従えば、平面に沿って配置された複数の圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットと、前記流路ユニットの一表面に設けられて、前記複数の圧力室の容積を選択的に変化させる圧電アクチュエータとを備え、
前記圧電アクチュエータは、前記複数の圧力室を覆う振動板と、前記振動板の前記圧力室と反対側の面に形成された共通電極と、前記共通電極の前記圧力室と反対側の面に、前記複数の圧力室に跨って連続的に配置された圧電層と、前記圧電層の前記圧力室と反対側の面に全面的に形成された絶縁層と、前記絶縁層の前記圧力室と反対側の面に、前記圧力室に対応して形成された配線部とを有し、前記絶縁層の、前記配線部と対向する領域には、第１貫通孔が形成され、第１貫通孔には、前記配線部に接続された導電性材料が充填されている液体移送装置が提供される。

本発明の液体移送装置によれば、例えば、圧電層の表面まで達する導線性材料を有する場合には、その導電性材料に駆動電圧を供給するための電気的接続構造が簡単になり、その電気的接続の信頼性も高くなる。あるいは、例えば、個別電極を有する場合には、その個別電極に対して駆動電圧を供給するための電気的接続構造が簡単になり、その電気的接続の信頼性も高くなる。また、配線部と共通電極との間に挟まれる圧電層に余分な静電容量が生じるのを抑制することができる。さらに、圧電層が絶縁層により保護されているため、製造段階において圧電層が損傷しにくい。これらに加えて、個別電極を形成しない場合には、圧電層の圧力室と反対側の面に複数の圧力室に夫々対応する電極を形成する工程が不要になることから、製造工程を簡略化できるという効果も得られる。尚、本発明は、振動板が導電性を有し、この振動板の圧力室と反対側の面が共通電極の表面を兼ねている態様を含む。

本発明の第３の態様に従えば、前記圧電層の前記振動板と反対側の面に、前記絶縁層を全面的に形成する絶縁層形成工程と、前記絶縁層の前記圧力室に対向する領域に、第１貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、第１貫通孔に、前記導電性材料を前記圧電層に達するように充填する充填工程と、前記圧電層の前記振動板と反対側の面に、前記導電性材料に接続される前記配線部を形成する配線部形成工程とを含む圧電アクチュエータの製造方法が提供される。この製造方法によれば、種々の効果を奏する本発明の圧電アクチュエータを得ることができる。

本発明の圧電アクチュエータの製造方法において、前記充填工程と前記配線部形成工程とを同時に行ってもよい。この製造方法によれば、第１貫通孔に導電性材料を充填しつつ配線部を形成することができるため、製造工程を簡素化することができる。

本発明の第１実施形態について説明する。この第１実施形態は、液体移送装置として、ノズルから記録用紙にインクを吐出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等を備えている。インクジェットヘッド１は、キャリッジ１０１と一体的に左右方向（走査方向）へ移動して、その下面のインク吐出面に形成されたノズル２０（図４参照）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。

次に、インクジェットヘッド１について図２〜図７を参照して詳細に説明する。図２〜図５に示すように、インクジェットヘッド１は、圧力室１４を含む個別インク流路２１（図４参照）が複数形成された流路ユニット２と、この流路ユニット２の上面に配置された圧電アクチュエータ３とを備えている。

まず、流路ユニット２について説明する。図４、図６に示すように、流路ユニット２はキャビティプレート１０、ベースプレート１１、マニホールドプレート１２、及びノズルプレート１３を備えており、これら４枚のプレート１０〜１３が積層状態で接合されている。このうち、キャビティプレート１０、ベースプレート１１及びマニホールドプレート１２はステンレス鋼製の板であり、これら３枚のプレート１０〜１２に、後述するマニホールド１７や圧力室１４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。また、ノズルプレート１３は、ポリイミド等の高分子合成樹脂材料により形成され、マニホールドプレート１２の下面に接着される。あるいは、このノズルプレート１３も、３枚のプレート１０〜１２と同様にステンレス鋼等の金属材料で形成されていてもよい。

図２〜図４、図６に示すように、キャビティプレート１０には、平面に沿って配列された複数の圧力室１４が形成されており、これら複数の圧力室１４は、後述の振動板３０側（図４、図６の上方）へ開口している。また、複数の圧力室１４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１４は、平面視で走査方向（図２の左右方向）に長い、略楕円形状に形成されている。

図３、図４に示すように、ベースプレート１１の、平面視で圧力室１４の長手方向両端部と重なる位置には、夫々連通孔１５，１６が形成されている。また、マニホールドプレート１２には、紙送り方向（図２の上下方向）に延びるマニホールド１７が形成されている。また、図２〜図４に示すように、マニホールド１７は、平面視で、左側に配列された圧力室１４の左半分、及び、右側に配列された圧力室１４の右半分と夫々重なるように配置されている。そして、このマニホールド１７は、後述の振動板３０に形成されたインク供給口１８が接続されており、インクタンク（図示省略）からインク供給口１８を介してインクが供給される。また、マニホールドプレート１２の、平面視で複数の圧力室１４のマニホールド１７と反対側の端部と重なる位置には、夫々、複数の連通孔１６に連なる複数の連通孔１９も形成されている。さらに、ノズルプレート１３の、平面視で複数の連通孔１９に夫々重なる位置には、複数のノズル２０が夫々形成されている。これらのノズル２０は、例えば、ポリイミド等の高分子合成樹脂の基板にエキシマレーザー加工を施すことにより形成される。

そして、図４に示すように、マニホールド１７は連通孔１５を介して圧力室１４に連通し、さらに、この圧力室１４は、連通孔１６，１９を介してノズル２０に連通している。このように、流路ユニット２内には、マニホールド１７から圧力室１４を経てノズル２０に至る個別インク流路２１が形成されている。

次に、圧電アクチュエータ３について説明する。図２〜図６に示すように、圧電アクチュエータ３は、流路ユニット２の上面に配置された振動板３０と、この振動板３０の上面（圧力室１４と反対側の面）に形成された圧電層３１と、この圧電層３１の上面に複数の圧力室１４に夫々対応して形成された複数の個別電極３２とを備えている。

振動板３０は、平面視で略矩形状の金属材料からなる板であり、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、チタン系合金からなる。この振動板３０は、キャビティプレート１０の上面に複数の圧力室１４を覆うように配設され、キャビティプレート１０の上面に接合されている。また、金属製の振動板３０は導電性を有しており、この振動板３０と個別電極３２との間に挟まれた圧電層３１に電界を作用させる共通電極を兼ねている。

振動板３０の上面には、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が配置されている。図２〜図６に示すように、この圧電層３１は振動板３０の上面において、複数の圧力室１４に亙って連続的に形成されている。

圧電層３１の上面には、圧力室１４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１４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、銅、銀、パラジウム、白金、あるいは、チタン等の導電性材料からなる。

また、図２〜図６に示すように、圧電層３１及び複数の個別電極３２の上面には、絶縁層３３が全面的に形成されている。この絶縁層３３は、アルミナやジルコニア等のセラミックス材料、あるいは、ポリイミド等の合成樹脂材料等の、絶縁性を有する材料からなる。尚、この絶縁層３３の誘電率は、圧電層３１の誘電率よりも十分に低い。

この絶縁層３３の上面には、複数の個別電極３２の連通孔１５側の端部（インクジェットヘッド１の幅方向外側の端部）と対向する領域から夫々延びる複数の配線部３５が形成されている。また、絶縁層３３の、個別電極３２の端部と配線部３５の端部の両方と対向する領域には貫通孔３３ａが形成されている。さらに、図４、図５に示すように、この貫通孔３３ａ内には導電性材料３６が充填されており、この導電性材料３６により、絶縁層３３の下側に位置する個別電極３２と絶縁層３３の上側に位置する配線部３５とが導通している。

図２に示すように、絶縁層３３の、複数の圧力室１４と対向する領域よりも上側（紙送り方向の上流側）の領域にはドライバＩＣ３７が配置されている。そして、複数の個別電極３２と導電性材料３６を介して接続された複数の配線部３５は、平坦な絶縁層３３の上面において、それぞれ図２における上側へ延びてドライバＩＣ３７に接続されている。また、絶縁層３３の上面には、ドライバＩＣ３７に接続された複数の端子３８（例えば、４つ）も形成されており、これら複数の端子３８を介して、ドライバＩＣ３７と、このドライバＩＣ３７を制御するインクジェットプリンタ１００の制御装置（図示省略）とが接続されている。そして、制御装置からの指令に基づいて、ドライバＩＣ３７から、絶縁層３３の上面の配線部３５と貫通孔３３ａ内の導電性材料３６を介して個別電極３２に対して駆動電圧が供給される。

また、図２、図７に示すように、絶縁層３３には、ドライバＩＣ３７の近傍位置にも貫通孔３３ｂが形成されており、さらに、その下の圧電層３１にはこの貫通孔３３ｂに連なる貫通孔３１ａが形成されている。そして、これら２つの貫通孔３３ｂ，３１ａには導電性材料３９（導通部）が充填されており、この導電性材料３９は、絶縁層３３の上面から圧電層３１と絶縁層３３とに跨ってそれらの積層方向に延びて、共通電極としての振動板３０の上面まで達している。さらに、この導電性材料３９は、絶縁層３３の上面に形成された配線部４０を介してドライバＩＣ３７に接続されている。従って、振動板３０は、導電性材料３９と配線部４０を介してドライバＩＣ３７に接続されているため、振動板３０の電位は、このドライバＩＣ３７を介して常にグランド電位に保持されている。

次に、圧電アクチュエータ３のインク吐出動作時における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ＩＣ３７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の電位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の電位と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。このとき、圧電層３１がその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。この圧電層３１の収縮に伴って振動板３０が圧力室１４側に凸となるように変形するため、圧力室１４内の容積が減少して圧力室１４内のインクに圧力が付与され、圧力室１４に連通するノズル２０からインクの液滴が吐出される。

ここで、前述したように、圧電層３１及び複数の個別電極３２の上面には絶縁層３３が全面的に形成され、この絶縁層３３の上面には個別電極３２に対応する配線部３５と、共通電極を兼ねる振動板３０に対応する配線部４０とが形成されている（図２参照）。そして、図４、図７に示すように、個別電極３２と配線部３５は、絶縁層３３に形成された貫通孔３３ａ内の導電性材料３６により接続され、振動板３０と配線部４０も、絶縁層３３及び圧電層３１にそれぞれ形成された貫通孔３３ｂ，３１ａ内の導電性材料３９により接続されている。さらに、ドライバＩＣ３７も絶縁層３３の上面に配置されており、配線部３５，４０と接続されている。従って、ドライバＩＣ３７と、複数の個別電極３２及び共通電極としての振動板３０とを、細かな配線パターンが形成されたＦＰＣ等の配線部材を用いることなく、平坦な絶縁層３３の上面に形成された複数の配線部３５，４０を介して接続することができる。そのため、複数の配線部３５，４０の電気的接続構造を簡略化でき、製造コスト面で有利である。また、複数の個別電極３２の表面に平面的に配置された、ＦＰＣ等の配線部材を介して、ドライバＩＣ３７と、個別電極３２及び振動板３０とが接続される場合（例えば、前述した特許文献１参照）に比べて、電気的接続の信頼性が高くなる。

また、複数の配線部３５と圧電層３１との間に、圧電層３１よりも誘電率の低い絶縁層３３が介在している。この絶縁層により、駆動電圧が付与された配線部３５と、振動板３０との間の圧電層３１の部分に、余分な静電容量が発生するのが抑制される。従って、放電による損失が抑えられることから、圧電アクチュエータ３の駆動効率が向上し、ドライバＩＣ３７のコストを低減することも可能になる。さらに、この余分な静電容量に起因して圧電層３１の分極特性が低下するのを極力防止できる。

また、ＰＺＴなどの圧電セラミックス材料からなる圧電層３１は一般的に靭性が低いことから、例えば、インクジェットヘッド１の製造段階において圧電層３１に外力や衝撃等が作用したときに、圧電層３１に亀裂や割れなどの損傷が発生しやすい。しかし、この第１実施形態の圧電アクチュエータ３では、圧電層３１が絶縁層３３に覆われて保護されているため、圧電層３１に作用する外力や衝撃等が絶縁層３３により緩和されて、圧電層３１が損傷しにくくなり、製造段階における歩留まりも向上する。

次に、この圧電アクチュエータ３の製造方法について図８を参照して説明する。まず、図８（ａ）に示すように、振動板３０の一表面に圧電層３１を形成する。ここで、この圧電層３１は、例えば、非常に小さな圧電材料の粒子を基板に吹き付けて高速で衝突させ、基板に堆積させるエアロゾルデポジション法（ＡＤ法）を用いて形成することができる。あるいは、スパッタ法、化学蒸着法（ＣＶＤ法）、ゾルゲル法、溶液塗布法、あるいは、水熱合成法などにより形成することもできる。また、ＰＺＴのグリーンシートを焼成して得られた圧電シートを振動板３０に貼り付けることにより圧電層３１を形成することも可能である。

次に、図８（ｂ）に示すように、圧電層３１の上面に、スクリーン印刷などにより複数の個別電極３２を形成する。さらに、図８（ｃ）に示すように、圧電層３１及び複数の個別電極３２の上面に絶縁層３３を全面的に形成する。ここで、例えば、絶縁層３３をアルミナやジルコニア等のセラミックス材料により形成する場合には、ＡＤ法、スパッタ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法、溶液塗布法、あるいは、水熱合成法などの方法を用いることができる。また、絶縁層３３をポリイミド等の合成樹脂材料により形成する場合には、スクリーン印刷、スピンコート、あるいは、ブレード塗布等の方法を用いることができる。

次に、図８（ｄ）に示すように、レーザー加工などにより、絶縁層３３に、個別電極３２用の複数の貫通孔３３ａを形成する。尚、図８には図示していないが、このとき同時に、振動板３０（共通電極）用の貫通孔３３ｂとこれに連なる圧電層３１の貫通孔３１ａ（図７参照）も同時に形成する。この場合、貫通孔３３ａを形成するときよりも、レーザーの出力を大きくするか、又は、レーザーの照射時間を長くする。さらに、図８（ｅ）に示すように、液滴吐出法やスクリーン印刷などの方法により、貫通孔３３ａに導電性材料３６を充填し、且つ、貫通孔３３ｂ，３１ａに導電性材料３９を充填する（図７参照）。さらに、図８（ｄ）に示すように、絶縁層３３の上面にスクリーン印刷などにより個別電極３２の接続用の配線部３５と振動板３０の接続用の配線部４０（図７参照）を形成する。このとき、複数の個別電極３２に対応する複数の配線部３５と、振動板３０（共通電極）に対応する配線部４０とを、平坦な絶縁層３３の上面に一度に形成することができるため、配線部３５，４０の形成を容易に行える。

尚、図８（ｄ）のように絶縁層３３に貫通孔３３ａ，３３ｂを形成した後に、スクリーン印刷などの方法により、貫通孔３３ａ，３３ｂ内に導電性材料３６，３９を充填させながら、これら導電性材料３６，３９と同じ材料で絶縁層３３の上面に配線部３５，４０を形成してもよい。この場合には、導電性材料３６，３９の充填と配線部３５，４０の形成を同時に行うことができるため、製造工程を簡素化することができ、製造コスト面で有利である。

次に、前記第１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。

＜第１変更形態＞
前記第１実施形態では、絶縁層３３の上面のドライバＩＣ３７に接続された配線部４０と共通電極としての振動板３０とが、貫通孔３３ｂ，３１ａ内の導電性材料３９により接続されているが（図７参照）、図９に示すように、絶縁層３３及び圧電層３１の側面に、これら絶縁層３３と圧電層３１とに跨ってそれらの積層方向に延びる配線部５１（導通部）が形成され、この配線部５１により、絶縁層３３の上面の配線部５０と振動板３０とが接続されていてもよい。尚、この配線部５１は、例えば、絶縁層３３及び圧電層３１の側面に導電性ペーストを塗布することにより形成することができる。

＜第２変更形態＞
振動板３０の上面が共通電極を兼ねている必要は必ずしもなく、図１０に示すように、共通電極３４が振動板３０とは別に設けられていてもよい。但し、振動板３０が金属板である場合には、共通電極３４が形成される振動板３０の上面に、絶縁材料層が形成されるなどして、振動板３０の上面が絶縁性を備えている必要がある。振動板３０がシリコン材料からなる場合には、振動板３０の上面に酸化処理を施して絶縁性を有するようにしてもよい。また、振動板３０が、セラミックス材料、あるいは、合成樹脂材料等の絶縁材料からなる場合には、振動板３０の上面に直接共通電極３４が形成される。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。但し、前記第１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。図１１、図１２に示すように、第２実施形態のインクジェットヘッド６１は、複数の圧力室１４が形成された流路ユニット２と、この流路ユニット２の一表面に配置された圧電アクチュエータ６３とを備えている。流路ユニット２は前記第１実施形態と同じものであり、その説明は省略する。

圧電アクチュエータ６３は、圧力室１４に対向する個別電極３２（図４参照）が省略されている点で、前記第１実施形態の圧電アクチュエータ３とは異なる。図１１〜図１３に示すように、この圧電アクチュエータ６３は、複数の圧力室１４を覆い、共通電極を兼ねる金属製の振動板３０と、この振動板３０の上面に複数の圧力室１４に跨って連続的に配置された圧電層３１とを有する。圧電層３１の上面には前記第１実施形態における個別電極３２（図４参照）は形成されていない。その一方で、圧電層３１の上面には、前記第１実施形態と同様に、セラミックス材料や合成樹脂材料等の絶縁材料からなる絶縁層７３が形成されている。また、この絶縁層７３の上面には、その端部７５ａにおいて複数の圧力室１４と夫々対向する複数の配線部７５が形成されている。ここで、図１１に示すように、各配線部７５の端部７５ａは、圧力室１４よりも一回り小さい略楕円の平面形状を有し、この配線部７５の他の部分よりも幅広に形成されている。

また、絶縁層７３の、各配線部７５の幅広の端部７５ａと対向する領域（圧力室１４と配線部７５の両方と対向する領域）には、複数の貫通孔７３ａ（第１貫通孔）が形成されている。さらに、これら複数の貫通孔７３ａには、それぞれ、配線部７５と接続された導電性材料７６が圧電層３１の上面まで達するように充填されている。つまり、複数の貫通孔７３ａ内に充填された導電性材料７６が圧電層３１の上面に接しており、これらの導電性材料７６が、圧電層３１に電圧を印加する前記第１実施形態の個別電極３２の役割を果たしている。即ち、前記第１実施形態と同様の構成を有するドライバＩＣ３７（図２参照）から配線部７５を介して複数の導電性材料７６に駆動電圧が印加されると、これら導電性材料７６と共通電極としての振動板３０との間の圧電層３１の部分に電界が生じて、圧電層３１が変形する。

この第２実施形態の圧電アクチュエータ６３によれば、前記第１実施形態の圧電アクチュエータ３と同様に、複数の貫通孔７３ａ内で圧電層３１に接する導電性材料７６と、これらの導電性材料７６に駆動電圧を供給するドライバＩＣ３７とを、平坦な絶縁層７３の表面に形成された複数の配線部７５を介して接続することができることから、ＦＰＣ等の配線部材を省略することが可能になり、電気的接続の信頼性も高くなる。また、配線部７５と共通電極としての振動板３０との間に挟まれる圧電層３１に余分な静電容量が生じるのを抑制することができる。さらに、圧電層３１が絶縁層７３により保護されているため、その製造段階において圧電層３１が損傷しにくい。

また、絶縁層７３の上面の配線部７５の、圧力室１４と対向する端部７５ａが幅広に形成され、さらに、この幅広の端部７５ａと対向する領域に複数の貫通孔７３ａが形成されているため、これら複数の貫通孔７３ａ内に夫々充填された導電性材料７６により、圧力室１４と対向する圧電層３１の所望の領域に対して確実に電圧を印加することができる。

尚、圧電層３１を保護する絶縁層７３は、圧電層３１の変形時にはその変形を阻害するように作用するため、圧電層３１の上面に絶縁層７３を設けることにより、圧電アクチュエータ６３の駆動効率は多少低下する。しかし、この第２実施形態では、絶縁層７３に複数の貫通孔７３ａが形成されており、さらに、これら複数の貫通孔７３ａに充填された導電性材料７６の弾性率（例えば、エポキシ系導電性接着剤：４ＧＰａ）は、絶縁層７３の弾性率（例えば、アルミナ：３００ＧＰａ、ポリイミド：６ＧＰａ）よりも小さくなっている。即ち、貫通孔７３ａ内に充填された導電性材料７６の方が絶縁層７３よりも変形しやすい材料である。従って、絶縁層７３に複数の貫通孔７３ａが形成され、それらの内部に導電性材料７６が充填されることによって、貫通孔７３ａ及び導電性材料７６がない場合よりも絶縁層７３が変形しやすくなるため、絶縁層７３により圧電層３１の変形が阻害されにくくなる。

次に、圧電アクチュエータ６３の製造方法について図１４を参照して説明する。まず、図１４（ａ）に示すように、振動板３０の一表面に圧電層３１を形成する。ここで、この圧電層３１は、ＡＤ法、スパッタ法、化学蒸着法（ＣＶＤ法）、ゾルゲル法、溶液塗布法、あるいは、水熱合成法などにより形成することができる。あるいは、ＰＺＴのグリーンシートを焼成して得られた圧電シートを振動板３０に貼り付けることにより圧電層３１を形成することも可能である。

次に、図１４（ｂ）に示すように、圧電層３１の上面に絶縁層７３を全面的に形成する（絶縁層形成工程）。ここで、例えば、絶縁層７３をアルミナやジルコニア等のセラミックス材料により形成する場合には、ＡＤ法、スパッタ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法、溶液塗布法、あるいは、水熱合成法などの方法を用いることができる。また、絶縁層７３をポリイミド等の合成樹脂材料により形成する場合には、スクリーン印刷、スピンコート、あるいは、ブレード塗布の方法を用いることができる。

そして、図１４（ｃ）に示すように、レーザー加工などにより、絶縁層７３に、複数の貫通孔７３ａを形成する（貫通孔形成工程）。そして、図１４（ｄ）に示すように、液滴吐出法やスクリーン印刷などの方法により、複数の貫通孔７３ａに、導電性材料７６を圧電層３１の上面まで達するように充填する（充填工程）。さらに、図１４（ｅ）に示すように、絶縁層７３の上面に、スクリーン印刷などにより幅広の端部７５ａを有する配線部７５を形成する（配線部形成工程）。

この第２実施形態においては、前記第１実施形態と同様に、配線部形成工程において、複数の圧力室１４に夫々対応する複数の配線部７５を、平坦な絶縁層７３の上面に一度に形成することができるため、これら配線部７５の形成を容易に行える。これに加えて、圧電層３１の圧力室１４と反対側の面に、複数の圧力室１４に夫々対応する個別電極を形成する工程が不要になることから、製造工程を簡略化できるという効果も得られる。

尚、この第２実施形態においても、図１４（ｃ）のように絶縁層７３に貫通孔７３ａを形成した後に、スクリーン印刷などの方法により、貫通孔７３ａ内に導電性材料７６を充填しつつ、導電性材料７６と同じ材料で絶縁層７３の上面に配線部７５を形成してもよい。この場合には、導電性材料７６の充填と配線部７５の形成を同時に行うことができるため、製造工程を簡素化することができ、製造コスト面で有利である。

次に、前記第２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、前記第２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。

＜第１変更形態＞
前記第２実施形態では、絶縁層７３の、配線部７５の幅広の端部７５ａと対向する領域にのみ複数の貫通孔７３ａ（第１貫通孔）が形成されているが、図１５、図１６に示すように、絶縁層７３Ａの、圧力室１４と対向するが配線部７５とは対向しない領域にも、複数の貫通孔７３ｂ（第２貫通孔）が形成されていてもよい。このように、配線部７５と対向しない領域にも複数の貫通孔７３ｂが形成されることにより、絶縁層７３Ａがさらに変形しやすくなり、この絶縁層７３Ａにより圧電層３１の変形が阻害されにくくなる。尚、当然ながら、配線部７５と対向する領域に形成された貫通孔７３ａとは異なり、配線部７５と対向しない領域に形成された複数の貫通孔７３ｂには導電性材料７６は充填されない。

＜第２変更形態＞
図１７、図１８に示すように、絶縁層７３Ｂの、配線部７５の幅広の端部７５ａと対向する領域に、この端部７５ａの面積に略等しい開口面積を有する大径の貫通孔７３ｃが１つ形成され、この大径の貫通孔７３ｃに導電性材料７６Ｂが充填されていてもよい。この場合には、前記第２実施形態よりも導電性材料７６Ｂと圧電層３１との接触面積が広くなるため、圧電層３１に対してさらに確実に電圧を印加することができる。

＜第３変更形態＞
また、この第２実施形態に対しても、前述した前記第１実施形態に対する変更（ドライバＩＣ３７と振動板３０の導通部が絶縁層及び圧電層の側面に形成された形態（図９参照）や、共通電極３４が振動板３０とは別に設けられた形態（図１０参照））と同様の変更を加えることが可能である。

以上、本発明をインクジェットヘッドに適用した形態について第１実施形態及び第２実施形態を例に挙げて説明したが、本発明を適用可能な形態は、これら第１実施形態及び第２実施形態に限られるものではない。例えば、インク以外の液体を移送する種々の液体移送装置に本発明を適用することも可能である。

図１は本発明の第１実施形態に係るインクジェットプリンタの概略構成図である。 図２はインクジェットヘッドの平面図である。 図３は図２の一部拡大図である。 図４は図３のIV-IV線断面図である。 図５は図４の一点鎖線で囲まれた部分の拡大図である。 図６は図３のVI-VI線断面図である。 図７は図２のVII-VII線断面図である。 図８は第１実施形態の圧電アクチュエータの製造工程を示す図であり、図８（ａ）は圧電層形成工程、図８（ｂ）は個別電極形成工程、図８（ｃ）は絶縁層形成工程、図８（ｄ）は貫通孔形成工程、図８（ｅ）は導電性材料の充填工程、図８（ｆ）は配線部形成工程をそれぞれ示す。 図９は第１実施形態の変更形態に係る図７相当の断面図である。 図１０は第１実施形態の別の変更形態に係る図４相当の断面図である。 図１１は第２実施形態のインクジェットヘッドの一部拡大平面図である。 図１２は図１１のXII-XII線断面図である。 図１３は図１２の一点鎖線で囲まれた部分の拡大図である。 図１４は第２実施形態の圧電アクチュエータの製造工程を示す図であり、図１４（ａ）は圧電層形成工程、図１４（ｂ）は絶縁層形成工程、図１４（ｃ）は貫通孔形成工程、図１４（ｄ）は導電性材料の充填工程、図１４（ｅ）は配線部形成工程をそれぞれ示す。 図１５は第２実施形態の変更形態に係る図１１相当の一部拡大平面図である。 図１６は図１５のXVI-XVI線断面図である。 図１７は第２実施形態の別の変更形態に係る図１１相当の一部拡大平面図である。 図１８は図１７のXVIII-XVIII線断面図である。

１ インクジェットヘッド
２ 流路ユニット
３ 圧電アクチュエータ
１４ 圧力室
３０ 振動板
３１ 圧電層
３２ 個別電極
３３ 絶縁層
３３ａ 貫通孔
３４ 共通電極
３５ 配線部
３６ 導電性材料
３９ 導電性材料（導電部）
５１ 配線部（導電部）
６１ インクジェットヘッド
６３ 圧電アクチュエータ
７３，７３Ａ，７３Ｂ 絶縁層
７３ａ 貫通孔（第１貫通孔）
７３ｂ 貫通孔（第２貫通孔）
７３ｃ 貫通孔７５ 配線部
７５ａ 端部
７６，７６Ｂ 導電性材料

本発明は、液体を移送する液体移送装置の圧電アクチュエータ、圧電アクチュエータを備えた液体移送装置、及び、圧電アクチュエータの製造方法に関する。

液体に圧力を付与して移送する液体移送装置として、記録用紙などの被記録媒体にインクを吐出するインクジェットヘッドがある。このようなインクジェットヘッドには、それぞれがノズルに連通した複数の圧力室を備えた流路ユニットの一表面に配置され、複数の圧力室の容積を選択的に変化させる圧電式のアクチュエータを備えたものがある（例えば、特許文献１，２，３参照）。

特許文献１（ＵＳ２００４／１１９７９０Ａ１号）に記載されたインクジェットヘッドの圧電アクチュエータは、複数の圧力室に跨って連続的に配置された圧電層（圧電シート）と、圧電層の表面に複数の圧力室に夫々対応して形成された複数の個別電極と、これら複数の個別電極との間で圧電層を挟む共通電極を備えている。複数の個別電極の表面には、それぞれ複数のランド部が形成されており、これら複数のランド部に、フレキシブルプリント配線板（Flexible Printed Circuit：ＦＰＣ）の接点部が電気的に接続されている。そして、ＦＰＣを介して、駆動装置（ドライバＩＣ）から複数の個別電極に対して選択的に駆動電圧が印加される。

また、特許文献２（米国特許番号５，７５４，２０５号、５，９２２，２１８号）に記載されたインクジェットヘッドにおいては、複数の圧力室（加圧室）に跨って連続的に配置された圧電層（圧電性膜）の表面に複数の駆動電極（上部駆動電極及び下部駆動電極）が形成され、これら複数の駆動電極からは夫々配線が延びている。複数の配線は、圧電層表面の、駆動電極が配置された変位領域に隣接する配線領域において、所定の一方向に引き出されて配線基板に接続されている。ここで、駆動電極に電圧が印加されるときに、配線と駆動電極の間に挟まれる圧電層との間に余分な静電容量（寄生容量）が発生することを防ぐために、配線領域において、圧電層と複数の配線の間には低誘電層が設けられている。

また、特許文献３（ＵＳ２００４／００６０９６９ Ａ１号）に記載されたインクジェットヘッドにおいては、可撓性を有する帯状の絶縁体と、インクジェットヘッドの複数のヘッド端子に対応して絶縁体の一方の面上に列設された複数の端子ランドと、絶縁体の端子ランドが列設された面上で各端子ランドに独立に配線された複数の導線とを備えるフレキシブル配線基板が、インクジェットの複数のヘッド端子に接続されている。絶縁体の各端子ランドの位置にはそれぞれ、絶縁体を貫通する貫通孔が形成されており、これらの貫通孔を通じて、各端子ランドは絶縁体の他方の面に露出している。絶縁体に形成された貫通孔内に半田等の導電性材料を充填し、フレキシブル配線基板の端子ランドとインクジェットヘッドのヘッド端子とを対向させて位置決めした後、貫通孔内の導電性材料により端子ランドとヘッド端子とを接続する。このとき、各貫通孔内の導電性材料と、隣接する端子ランド及び端子ランドに配線された導線とは、絶縁体を介して隔離されているため、これらが短絡する恐れがない。

米国公開公報ＵＳ２００４／１１９７９０Ａ１号（特開２００４−１３６６６８号公報） 米国特許番号５，７５４，２０５号、５，９２２，２１８号（特開平９−１５６０９９号公報） 米国公開公報ＵＳ２００４／００６０９６９ Ａ１号

ところで、近年、印刷画質の向上と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しようとすると、複数の個別電極も高密度に配置する必要がある。しかし、特許文献１に記載されたインクジェットヘッドのように、ＦＰＣ等の配線部材を介して駆動装置から個別電極に駆動電圧を供給するように構成されている場合には、複数の個別電極のランド部に接続される配線部材の配線パターンを高密度に形成する必要があるため、配線部材のコストが高くなる。また、平面的に配置された複数の個別電極のランド部を覆うようにＦＰＣ等の配線部材が配置された状態で、ランド部に配線部材の接点部が接続されているため、配線部材に外力が作用した場合にはこの配線部材が剥がれやすく、個別電極と配線部材の間の電気的接続の信頼性は低い。

また、特許文献３に記載のインクジェットヘッドにおいても同様に、インクジェットヘッドの圧力室を高密度に配置する場合には、フレキシブル配線基板の配線パターンを高密度に形成する必要があるため、フレキシブル配線基板のコストが高くなる。さらに、インクジェットヘッドとフレキシブル配線基板とは、対応するインクジェットヘッドの各ヘッド端子とフレキシブル配線基板の各ランド端子との間においてのみ接続されているので、フレキシブル配線基板に外力が作用したときに剥がれやすいという問題がある。

一方、特許文献２に記載のインクジェットヘッドでは、複数の駆動電極から複数の配線が配線領域へ引き出されており、駆動装置（配線基板）と駆動電極とがこれら複数の配線を介して接続されていることから、ＦＰＣを用いた前述の構成と比べるとその電気的接続の信頼性は高い。しかし、圧力室の数が少ない場合には、変位領域に配置された複数の駆動電極から夫々延びる複数の配線を配線領域のみに配置することは容易であるが、多数の圧力室が高密度に配置される場合には、低誘電層が形成されていない変位領域にも一部の配線を配置せざるを得なくなる。そして、このときには、変位領域において、電圧が印加された配線に直接接する圧電層に余分な静電容量が生じる。

本発明の目的は、圧電層に駆動電圧を印加するための電気的接続構造の簡略化とその電気的接続の信頼性向上の両方を実現可能で、さらに、駆動電圧の印加時における余分な静電容量の発生をも抑制できる圧電アクチュエータ及びその製造方法、並びに圧電アクチュエータを用いた液体移送装置を提供することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明の第１の態様に従えば、平面に沿って配置された複数の圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットの一表面に設けられて、制御装置からの指令に基づき供給される駆動電圧に応じて前記複数の圧力室の容積を選択的に変化させる液体移送装置の圧電アクチュエータであって、前記複数の圧力室を覆う振動板と、前記振動板の前記圧力室と反対側の面に形成された共通電極と、前記共通電極の前記圧力室と反対側の面に、前記複数の圧力室に跨って連続的に配置された圧電層と、前記圧電層の前記圧力室と反対側の面に全面的に形成された絶縁層と、前記絶縁層の前記圧力室と反対側の面に、前記圧力室に対応して形成されて前記駆動電圧を供給するための配線部と、前記絶縁層の前記圧力室と反対側の面に形成され、前記制御装置と電気的に接続される端子と、を備え、前記絶縁層の、前記配線部と対向する領域には、第１貫通孔が形成され、第１貫通孔には、前記配線部に接続された導電性材料が充填され、前記配線部は、前記絶縁層上の平坦な領域にわたって形成されている圧電アクチュエータが提供される。

本発明の第１の態様の圧電アクチュエータでは、絶縁層を貫通し、例えば圧電層の上面まで達する第１貫通孔の内部に充填された導電性材料と、この導電性材料に駆動電圧を供給する駆動装置とが、平坦な絶縁層の表面に形成された複数の配線部を介して接続されることから、駆動装置から駆動電圧を供給するための電気的接続構造が簡単になり、さらに、ＦＰＣ等の配線部材を省略することも可能になる。絶縁層と圧電層との間には空隙がなく、絶縁層は圧電層に密着して形成されているので、例えば絶縁層と圧電層とを引き離す力などに対する絶縁層の機械的強度は非常に大きい。そのため、絶縁層の表面に形成された複数の配線部は、ＦＰＣ等の配線部材と比べて外力に対する機械的強度が大きい。従って、複数の個別電極の表面に平面的に配置された、ＦＰＣ等の配線部材を介して駆動装置と個別電極とが接続されている場合に比べて、その機械的接続及び電気的接続の信頼性が高くなる。さらに、配線部と共通電極との間に挟まれる圧電層に余分な静電容量が生じるのを抑制することができる。また、圧電層が絶縁層により保護されているため、製造段階において圧電層が損傷しにくい。尚、本発明は振動板が導電性を有し、この振動板の圧力室と反対側の面が共通電極の表面を兼ねている態様をも含む。

本発明の圧電アクチュエータにおいて、前記配線部は、対応する前記圧力室と少なくとも一部が対向し、第１貫通孔は、前記絶縁層の、前記配線部と前記圧力室の両方と対向する領域に形成され、第１貫通孔に充填された前記導電性材料は、前記圧電層の前記圧力室と反対側の面まで達していてもよい。この場合には、例えば、圧電層の圧力室と反対側の面と絶縁層との間に個別電極が存在しない場合であっても、その代わりに、第１貫通孔内に充填された導電性材料が圧電層の圧力室と反対側の面まで達することにより、個別電極の役割を果たすことができる。つまり、絶縁層を貫通し、圧電層の上面まで延びる第１貫通孔に充填された導電性材料に、配線部から駆動電圧が印加されたときに、この導電性材料と共通電極との間の圧電層に電界が作用して圧電層が変形し、圧力室内の液体に圧力が印加される。この場合には、これらの効果に加えて、さらに、製造段階において、圧電層の圧力室と反対側の面に複数の圧力室に夫々対応する電極（個別電極）を形成する工程が不要になることから、製造工程を簡略化できるという効果も得られる。

本発明の圧電アクチュエータにおいて、さらに、前記圧電層の前記圧力室と反対側の面と、前記絶縁層との間に、前記圧力室に対応する個別電極を備え、前記配線部は、対応する前記個別電極と少なくとも一部が対向し、第１貫通孔は、前記絶縁層の、前記配線部と前記個別電極の両方と対向する領域に形成され、第１貫通孔に充填された前記導電性材料により前記配線部と前記個別電極とが接続していてもよい。この場合、複数の個別電極に対して選択的に駆動電圧が印加されると、個別電極と共通電極との間の圧電層に電界が作用して圧電層が変形し、この圧電層の変形に伴って、駆動電圧が供給された個別電極に対応する圧力室の容積が変化して圧力室内の液体に圧力が印加される。

ここで、圧電層及び複数の個別電極の表面（圧力室と反対側の面）に絶縁層が全面的に形成され、この絶縁層の表面に複数の配線部が形成されている。そして、各個別電極とそれに対応する配線部が、絶縁層に形成された貫通孔内の導電性材料により接続されている。従って、駆動電圧を供給する駆動装置と複数の個別電極とが、平坦な絶縁層の表面に形成された複数の配線部を介して接続されることから、駆動装置と個別電極との間の電気的接続構造が簡単なものになり、さらに、ＦＰＣ等の配線部材を省略することも可能になる。また、複数の個別電極の表面に平面的に配置されたＦＰＣ等の配線部材を介して、駆動装置と個別電極とが接続されている場合に比べて、その電気的接続の信頼性が高くなる。

さらに、個別電極に接続された配線部と圧電層との間には絶縁層が介在しているため、配線部と共通電極との間の圧電層の部分に余分な静電容量（寄生容量）が発生するのを抑制することができる。そのため、圧電アクチュエータの駆動効率が向上させ、駆動装置のコストを低減させることも可能になる。さらに、この余分な静電容量に起因して圧電層の分極特性が低下するのを防止できる。また、圧電層は一般的に靭性が低いことから、製造段階において圧電層に外力や衝撃等が作用すると圧電層が損傷しやすい。しかしながら、本発明では、圧電層が絶縁層に覆われて保護されており、圧電層に作用する外力や衝撃等が絶縁層により緩和される。そのため、製造段階で圧電層が損傷しにくくなり、製造工程における歩留まりが向上する。尚、本発明は、振動板と共通電極とが別部材で構成されている態様だけでなく、振動板が導電性を有し、この振動板の圧力室と反対側の面が共通電極の表面を兼ねている態様をも含む。

本発明の圧電アクチュエータにおいて、前記各配線部は対応する前記圧力室と対向する端部を有し、前記端部は前記配線部の他の部分よりも幅広に形成されており、第１貫通孔は、前記絶縁層の、幅広の前記端部と対向する領域に複数形成されていてもよい。このように、配線部の端部が幅広に形成されて、この幅広の端部と対向する領域に複数の第１貫通孔が形成されている場合には、これら複数の第１貫通孔内に夫々充填された導電性材料により、圧力室と対向する圧電層の所望の領域に対して確実に電圧を印加することができる。

本発明の圧電アクチュエータにおいて、前記絶縁層の、前記圧力室と対向し且つ前記配線部とは対向しない領域に、第２貫通孔が形成されていてもよい。圧電層を保護する絶縁層は、圧電層の変形時にその変形を阻害するように作用する。しかし、本発明においては、絶縁層には、前述の第１貫通孔に加えて、さらに、配線部と対向しない領域に第２貫通孔が形成されており、その分、絶縁層が変形しやすくなっていることから、この絶縁層により圧電層の変形が阻害されにくい。

本発明の圧電アクチュエータにおいて、前記導電性材料の弾性率は、前記絶縁層の弾性率よりも小さくてもよい。この場合には、第１貫通孔内に充填された導電性材料の方が絶縁層よりも変形しやすい。つまり、絶縁層に複数の貫通孔が形成され、それらの内部に導電性材料が充填されることによって、絶縁層が変形しやすくなるため、この絶縁層により圧電層の変形が阻害されにくくなる。

本発明の圧電アクチュエータにおいて、前記絶縁層の前記圧力室と反対側の面に、前記複数の配線部と接続された駆動装置が配置されていてもよい。この場合、圧電層に接して電圧を印加する本発明の個別電極及び導電性材料と駆動装置とが、複数の配線部のみで接続されているため、ＦＰＣ等の配線部材が不要になり、製造コストの面で有利である。

本発明の圧電アクチュエータにおいて、前記駆動装置と前記共通電極が、前記圧電層と前記絶縁層とに跨ってこれらの積層方向に延びる導通部を介して接続されていてもよい。従って、圧電層に電圧を印加するための複数の配線部が平坦な絶縁層の表面に形成されているのに加えて、さらに、駆動装置と共通電極とを接続する導通部も絶縁層の表面まで引き出されて、絶縁層の表面において配線部及び導通部と、駆動装置とが接続されている。そのため、駆動装置から圧電層に電圧を印加するための電気的接続構造が、ＦＰＣ等の配線部材を介して接続される場合と比べて簡単なものになり、その接続の信頼性も高くなる。

本発明の第２の態様に従えば、平面に沿って配置された複数の圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットと、前記流路ユニットの一表面に設けられて、前記複数の圧力室の容積を選択的に変化させる圧電アクチュエータとを備え、
前記圧電アクチュエータは、前記複数の圧力室を覆う振動板と、前記振動板の前記圧力室と反対側の面に形成された共通電極と、前記共通電極の前記圧力室と反対側の面に、前記複数の圧力室に跨って連続的に配置された圧電層と、前記圧電層の前記圧力室と反対側の面に全面的に形成された絶縁層と、前記絶縁層の前記圧力室と反対側の面に、前記圧力室に対応して形成された配線部とを有し、前記絶縁層の、前記配線部と対向する領域には、第１貫通孔が形成され、第１貫通孔には、前記配線部に接続された導電性材料が充填されている液体移送装置が提供される。

本発明の液体移送装置によれば、例えば、圧電層の表面まで達する導線性材料を有する場合には、その導電性材料に駆動電圧を供給するための電気的接続構造が簡単になり、その電気的接続の信頼性も高くなる。あるいは、例えば、個別電極を有する場合には、その個別電極に対して駆動電圧を供給するための電気的接続構造が簡単になり、その電気的接続の信頼性も高くなる。また、配線部と共通電極との間に挟まれる圧電層に余分な静電容量が生じるのを抑制することができる。さらに、圧電層が絶縁層により保護されているため、製造段階において圧電層が損傷しにくい。これらに加えて、個別電極を形成しない場合には、圧電層の圧力室と反対側の面に複数の圧力室に夫々対応する電極を形成する工程が不要になることから、製造工程を簡略化できるという効果も得られる。尚、本発明は、振動板が導電性を有し、この振動板の圧力室と反対側の面が共通電極の表面を兼ねている態様を含む。

本発明の第３の態様に従えば、前記圧電層の前記振動板と反対側の面に、前記絶縁層を全面的に形成する絶縁層形成工程と、前記絶縁層の前記圧力室に対向する領域に、第１貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、第１貫通孔に、前記導電性材料を前記圧電層に達するように充填する充填工程と、前記圧電層の前記振動板と反対側の面に、前記導電性材料に接続される前記配線部を形成する配線部形成工程とを含む圧電アクチュエータの製造方法が提供される。この製造方法によれば、種々の効果を奏する本発明の圧電アクチュエータを得ることができる。

本発明の圧電アクチュエータの製造方法において、前記充填工程と前記配線部形成工程とを同時に行ってもよい。この製造方法によれば、第１貫通孔に導電性材料を充填しつつ配線部を形成することができるため、製造工程を簡素化することができる。

本発明の第１実施形態について説明する。この第１実施形態は、液体移送装置として、ノズルから記録用紙にインクを吐出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等を備えている。インクジェットヘッド１は、キャリッジ１０１と一体的に左右方向（走査方向）へ移動して、その下面のインク吐出面に形成されたノズル２０（図４参照）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。

次に、インクジェットヘッド１について図２〜図７を参照して詳細に説明する。図２〜図５に示すように、インクジェットヘッド１は、圧力室１４を含む個別インク流路２１（図４参照）が複数形成された流路ユニット２と、この流路ユニット２の上面に配置された圧電アクチュエータ３とを備えている。

まず、流路ユニット２について説明する。図４、図６に示すように、流路ユニット２はキャビティプレート１０、ベースプレート１１、マニホールドプレート１２、及びノズルプレート１３を備えており、これら４枚のプレート１０〜１３が積層状態で接合されている。このうち、キャビティプレート１０、ベースプレート１１及びマニホールドプレート１２はステンレス鋼製の板であり、これら３枚のプレート１０〜１２に、後述するマニホールド１７や圧力室１４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。また、ノズルプレート１３は、ポリイミド等の高分子合成樹脂材料により形成され、マニホールドプレート１２の下面に接着される。あるいは、このノズルプレート１３も、３枚のプレート１０〜１２と同様にステンレス鋼等の金属材料で形成されていてもよい。

図２〜図４、図６に示すように、キャビティプレート１０には、平面に沿って配列された複数の圧力室１４が形成されており、これら複数の圧力室１４は、後述の振動板３０側（図４、図６の上方）へ開口している。また、複数の圧力室１４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１４は、平面視で走査方向（図２の左右方向）に長い、略楕円形状に形成されている。

図３、図４に示すように、ベースプレート１１の、平面視で圧力室１４の長手方向両端部と重なる位置には、夫々連通孔１５，１６が形成されている。また、マニホールドプレート１２には、紙送り方向（図２の上下方向）に延びるマニホールド１７が形成されている。また、図２〜図４に示すように、マニホールド１７は、平面視で、左側に配列された圧力室１４の左半分、及び、右側に配列された圧力室１４の右半分と夫々重なるように配置されている。そして、このマニホールド１７は、後述の振動板３０に形成されたインク供給口１８が接続されており、インクタンク（図示省略）からインク供給口１８を介してインクが供給される。また、マニホールドプレート１２の、平面視で複数の圧力室１４のマニホールド１７と反対側の端部と重なる位置には、夫々、複数の連通孔１６に連なる複数の連通孔１９も形成されている。さらに、ノズルプレート１３の、平面視で複数の連通孔１９に夫々重なる位置には、複数のノズル２０が夫々形成されている。これらのノズル２０は、例えば、ポリイミド等の高分子合成樹脂の基板にエキシマレーザー加工を施すことにより形成される。

そして、図４に示すように、マニホールド１７は連通孔１５を介して圧力室１４に連通し、さらに、この圧力室１４は、連通孔１６，１９を介してノズル２０に連通している。このように、流路ユニット２内には、マニホールド１７から圧力室１４を経てノズル２０に至る個別インク流路２１が形成されている。

次に、圧電アクチュエータ３について説明する。図２〜図６に示すように、圧電アクチュエータ３は、流路ユニット２の上面に配置された振動板３０と、この振動板３０の上面（圧力室１４と反対側の面）に形成された圧電層３１と、この圧電層３１の上面に複数の圧力室１４に夫々対応して形成された複数の個別電極３２とを備えている。

振動板３０は、平面視で略矩形状の金属材料からなる板であり、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、チタン系合金からなる。この振動板３０は、キャビティプレート１０の上面に複数の圧力室１４を覆うように配設され、キャビティプレート１０の上面に接合されている。また、金属製の振動板３０は導電性を有しており、この振動板３０と個別電極３２との間に挟まれた圧電層３１に電界を作用させる共通電極を兼ねている。

振動板３０の上面には、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が配置されている。図２〜図６に示すように、この圧電層３１は振動板３０の上面において、複数の圧力室１４に亙って連続的に形成されている。

圧電層３１の上面には、圧力室１４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１４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、銅、銀、パラジウム、白金、あるいは、チタン等の導電性材料からなる。

また、図２〜図６に示すように、圧電層３１及び複数の個別電極３２の上面には、絶縁層３３が全面的に形成されている。この絶縁層３３は、アルミナやジルコニア等のセラミックス材料、あるいは、ポリイミド等の合成樹脂材料等の、絶縁性を有する材料からなる。尚、この絶縁層３３の誘電率は、圧電層３１の誘電率よりも十分に低い。

この絶縁層３３の上面には、複数の個別電極３２の連通孔１５側の端部（インクジェットヘッド１の幅方向外側の端部）と対向する領域から夫々延びる複数の配線部３５が形成されている。また、絶縁層３３の、個別電極３２の端部と配線部３５の端部の両方と対向する領域には貫通孔３３ａが形成されている。さらに、図４、図５に示すように、この貫通孔３３ａ内には導電性材料３６が充填されており、この導電性材料３６により、絶縁層３３の下側に位置する個別電極３２と絶縁層３３の上側に位置する配線部３５とが導通している。

図２に示すように、絶縁層３３の、複数の圧力室１４と対向する領域よりも上側（紙送り方向の上流側）の領域にはドライバＩＣ３７が配置されている。そして、複数の個別電極３２と導電性材料３６を介して接続された複数の配線部３５は、平坦な絶縁層３３の上面において、それぞれ図２における上側へ延びてドライバＩＣ３７に接続されている。また、絶縁層３３の上面には、ドライバＩＣ３７に接続された複数の端子３８（例えば、４つ）も形成されており、これら複数の端子３８を介して、ドライバＩＣ３７と、このドライバＩＣ３７を制御するインクジェットプリンタ１００の制御装置（図示省略）とが接続されている。そして、制御装置からの指令に基づいて、ドライバＩＣ３７から、絶縁層３３の上面の配線部３５と貫通孔３３ａ内の導電性材料３６を介して個別電極３２に対して駆動電圧が供給される。

また、図２、図７に示すように、絶縁層３３には、ドライバＩＣ３７の近傍位置にも貫通孔３３ｂが形成されており、さらに、その下の圧電層３１にはこの貫通孔３３ｂに連なる貫通孔３１ａが形成されている。そして、これら２つの貫通孔３３ｂ，３１ａには導電性材料３９（導通部）が充填されており、この導電性材料３９は、絶縁層３３の上面から圧電層３１と絶縁層３３とに跨ってそれらの積層方向に延びて、共通電極としての振動板３０の上面まで達している。さらに、この導電性材料３９は、絶縁層３３の上面に形成された配線部４０を介してドライバＩＣ３７に接続されている。従って、振動板３０は、導電性材料３９と配線部４０を介してドライバＩＣ３７に接続されているため、振動板３０の電位は、このドライバＩＣ３７を介して常にグランド電位に保持されている。

次に、圧電アクチュエータ３のインク吐出動作時における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ＩＣ３７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の電位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の電位と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。このとき、圧電層３１がその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。この圧電層３１の収縮に伴って振動板３０が圧力室１４側に凸となるように変形するため、圧力室１４内の容積が減少して圧力室１４内のインクに圧力が付与され、圧力室１４に連通するノズル２０からインクの液滴が吐出される。

ここで、前述したように、圧電層３１及び複数の個別電極３２の上面には絶縁層３３が全面的に形成され、この絶縁層３３の上面には個別電極３２に対応する配線部３５と、共通電極を兼ねる振動板３０に対応する配線部４０とが形成されている（図２参照）。そして、図４、図７に示すように、個別電極３２と配線部３５は、絶縁層３３に形成された貫通孔３３ａ内の導電性材料３６により接続され、振動板３０と配線部４０も、絶縁層３３及び圧電層３１にそれぞれ形成された貫通孔３３ｂ，３１ａ内の導電性材料３９により接続されている。さらに、ドライバＩＣ３７も絶縁層３３の上面に配置されており、配線部３５，４０と接続されている。従って、ドライバＩＣ３７と、複数の個別電極３２及び共通電極としての振動板３０とを、細かな配線パターンが形成されたＦＰＣ等の配線部材を用いることなく、平坦な絶縁層３３の上面に形成された複数の配線部３５，４０を介して接続することができる。そのため、複数の配線部３５，４０の電気的接続構造を簡略化でき、製造コスト面で有利である。また、複数の個別電極３２の表面に平面的に配置された、ＦＰＣ等の配線部材を介して、ドライバＩＣ３７と、個別電極３２及び振動板３０とが接続される場合（例えば、前述した特許文献１参照）に比べて、電気的接続の信頼性が高くなる。

また、複数の配線部３５と圧電層３１との間に、圧電層３１よりも誘電率の低い絶縁層３３が介在している。この絶縁層により、駆動電圧が付与された配線部３５と、振動板３０との間の圧電層３１の部分に、余分な静電容量が発生するのが抑制される。従って、放電による損失が抑えられることから、圧電アクチュエータ３の駆動効率が向上し、ドライバＩＣ３７のコストを低減することも可能になる。さらに、この余分な静電容量に起因して圧電層３１の分極特性が低下するのを極力防止できる。

また、ＰＺＴなどの圧電セラミックス材料からなる圧電層３１は一般的に靭性が低いことから、例えば、インクジェットヘッド１の製造段階において圧電層３１に外力や衝撃等が作用したときに、圧電層３１に亀裂や割れなどの損傷が発生しやすい。しかし、この第１実施形態の圧電アクチュエータ３では、圧電層３１が絶縁層３３に覆われて保護されているため、圧電層３１に作用する外力や衝撃等が絶縁層３３により緩和されて、圧電層３１が損傷しにくくなり、製造段階における歩留まりも向上する。

次に、この圧電アクチュエータ３の製造方法について図８を参照して説明する。まず、図８（ａ）に示すように、振動板３０の一表面に圧電層３１を形成する。ここで、この圧電層３１は、例えば、非常に小さな圧電材料の粒子を基板に吹き付けて高速で衝突させ、基板に堆積させるエアロゾルデポジション法（ＡＤ法）を用いて形成することができる。あるいは、スパッタ法、化学蒸着法（ＣＶＤ法）、ゾルゲル法、溶液塗布法、あるいは、水熱合成法などにより形成することもできる。また、ＰＺＴのグリーンシートを焼成して得られた圧電シートを振動板３０に貼り付けることにより圧電層３１を形成することも可能である。

次に、図８（ｂ）に示すように、圧電層３１の上面に、スクリーン印刷などにより複数の個別電極３２を形成する。さらに、図８（ｃ）に示すように、圧電層３１及び複数の個別電極３２の上面に絶縁層３３を全面的に形成する。ここで、例えば、絶縁層３３をアルミナやジルコニア等のセラミックス材料により形成する場合には、ＡＤ法、スパッタ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法、溶液塗布法、あるいは、水熱合成法などの方法を用いることができる。また、絶縁層３３をポリイミド等の合成樹脂材料により形成する場合には、スクリーン印刷、スピンコート、あるいは、ブレード塗布等の方法を用いることができる。

次に、図８（ｄ）に示すように、レーザー加工などにより、絶縁層３３に、個別電極３２用の複数の貫通孔３３ａを形成する。尚、図８には図示していないが、このとき同時に、振動板３０（共通電極）用の貫通孔３３ｂとこれに連なる圧電層３１の貫通孔３１ａ（図７参照）も同時に形成する。この場合、貫通孔３３ａを形成するときよりも、レーザーの出力を大きくするか、又は、レーザーの照射時間を長くする。さらに、図８（ｅ）に示すように、液滴吐出法やスクリーン印刷などの方法により、貫通孔３３ａに導電性材料３６を充填し、且つ、貫通孔３３ｂ，３１ａに導電性材料３９を充填する（図７参照）。さらに、図８（ｄ）に示すように、絶縁層３３の上面にスクリーン印刷などにより個別電極３２の接続用の配線部３５と振動板３０の接続用の配線部４０（図７参照）を形成する。このとき、複数の個別電極３２に対応する複数の配線部３５と、振動板３０（共通電極）に対応する配線部４０とを、平坦な絶縁層３３の上面に一度に形成することができるため、配線部３５，４０の形成を容易に行える。

尚、図８（ｄ）のように絶縁層３３に貫通孔３３ａ，３３ｂを形成した後に、スクリーン印刷などの方法により、貫通孔３３ａ，３３ｂ内に導電性材料３６，３９を充填させながら、これら導電性材料３６，３９と同じ材料で絶縁層３３の上面に配線部３５，４０を形成してもよい。この場合には、導電性材料３６，３９の充填と配線部３５，４０の形成を同時に行うことができるため、製造工程を簡素化することができ、製造コスト面で有利である。

次に、前記第１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。

＜第１変更形態＞
前記第１実施形態では、絶縁層３３の上面のドライバＩＣ３７に接続された配線部４０と共通電極としての振動板３０とが、貫通孔３３ｂ，３１ａ内の導電性材料３９により接続されているが（図７参照）、図９に示すように、絶縁層３３及び圧電層３１の側面に、これら絶縁層３３と圧電層３１とに跨ってそれらの積層方向に延びる配線部５１（導通部）が形成され、この配線部５１により、絶縁層３３の上面の配線部５０と振動板３０とが接続されていてもよい。尚、この配線部５１は、例えば、絶縁層３３及び圧電層３１の側面に導電性ペーストを塗布することにより形成することができる。

＜第２変更形態＞
振動板３０の上面が共通電極を兼ねている必要は必ずしもなく、図１０に示すように、共通電極３４が振動板３０とは別に設けられていてもよい。但し、振動板３０が金属板である場合には、共通電極３４が形成される振動板３０の上面に、絶縁材料層が形成されるなどして、振動板３０の上面が絶縁性を備えている必要がある。振動板３０がシリコン材料からなる場合には、振動板３０の上面に酸化処理を施して絶縁性を有するようにしてもよい。また、振動板３０が、セラミックス材料、あるいは、合成樹脂材料等の絶縁材料からなる場合には、振動板３０の上面に直接共通電極３４が形成される。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。但し、前記第１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。図１１、図１２に示すように、第２実施形態のインクジェットヘッド６１は、複数の圧力室１４が形成された流路ユニット２と、この流路ユニット２の一表面に配置された圧電アクチュエータ６３とを備えている。流路ユニット２は前記第１実施形態と同じものであり、その説明は省略する。

圧電アクチュエータ６３は、圧力室１４に対向する個別電極３２（図４参照）が省略されている点で、前記第１実施形態の圧電アクチュエータ３とは異なる。図１１〜図１３に示すように、この圧電アクチュエータ６３は、複数の圧力室１４を覆い、共通電極を兼ねる金属製の振動板３０と、この振動板３０の上面に複数の圧力室１４に跨って連続的に配置された圧電層３１とを有する。圧電層３１の上面には前記第１実施形態における個別電極３２（図４参照）は形成されていない。その一方で、圧電層３１の上面には、前記第１実施形態と同様に、セラミックス材料や合成樹脂材料等の絶縁材料からなる絶縁層７３が形成されている。また、この絶縁層７３の上面には、その端部７５ａにおいて複数の圧力室１４と夫々対向する複数の配線部７５が形成されている。ここで、図１１に示すように、各配線部７５の端部７５ａは、圧力室１４よりも一回り小さい略楕円の平面形状を有し、この配線部７５の他の部分よりも幅広に形成されている。

また、絶縁層７３の、各配線部７５の幅広の端部７５ａと対向する領域（圧力室１４と配線部７５の両方と対向する領域）には、複数の貫通孔７３ａ（第１貫通孔）が形成されている。さらに、これら複数の貫通孔７３ａには、それぞれ、配線部７５と接続された導電性材料７６が圧電層３１の上面まで達するように充填されている。つまり、複数の貫通孔７３ａ内に充填された導電性材料７６が圧電層３１の上面に接しており、これらの導電性材料７６が、圧電層３１に電圧を印加する前記第１実施形態の個別電極３２の役割を果たしている。即ち、前記第１実施形態と同様の構成を有するドライバＩＣ３７（図２参照）から配線部７５を介して複数の導電性材料７６に駆動電圧が印加されると、これら導電性材料７６と共通電極としての振動板３０との間の圧電層３１の部分に電界が生じて、圧電層３１が変形する。

この第２実施形態の圧電アクチュエータ６３によれば、前記第１実施形態の圧電アクチュエータ３と同様に、複数の貫通孔７３ａ内で圧電層３１に接する導電性材料７６と、これらの導電性材料７６に駆動電圧を供給するドライバＩＣ３７とを、平坦な絶縁層７３の表面に形成された複数の配線部７５を介して接続することができることから、ＦＰＣ等の配線部材を省略することが可能になり、電気的接続の信頼性も高くなる。また、配線部７５と共通電極としての振動板３０との間に挟まれる圧電層３１に余分な静電容量が生じるのを抑制することができる。さらに、圧電層３１が絶縁層７３により保護されているため、その製造段階において圧電層３１が損傷しにくい。

また、絶縁層７３の上面の配線部７５の、圧力室１４と対向する端部７５ａが幅広に形成され、さらに、この幅広の端部７５ａと対向する領域に複数の貫通孔７３ａが形成されているため、これら複数の貫通孔７３ａ内に夫々充填された導電性材料７６により、圧力室１４と対向する圧電層３１の所望の領域に対して確実に電圧を印加することができる。

尚、圧電層３１を保護する絶縁層７３は、圧電層３１の変形時にはその変形を阻害するように作用するため、圧電層３１の上面に絶縁層７３を設けることにより、圧電アクチュエータ６３の駆動効率は多少低下する。しかし、この第２実施形態では、絶縁層７３に複数の貫通孔７３ａが形成されており、さらに、これら複数の貫通孔７３ａに充填された導電性材料７６の弾性率（例えば、エポキシ系導電性接着剤：４ＧＰａ）は、絶縁層７３の弾性率（例えば、アルミナ：３００ＧＰａ、ポリイミド：６ＧＰａ）よりも小さくなっている。即ち、貫通孔７３ａ内に充填された導電性材料７６の方が絶縁層７３よりも変形しやすい材料である。従って、絶縁層７３に複数の貫通孔７３ａが形成され、それらの内部に導電性材料７６が充填されることによって、貫通孔７３ａ及び導電性材料７６がない場合よりも絶縁層７３が変形しやすくなるため、絶縁層７３により圧電層３１の変形が阻害されにくくなる。

次に、圧電アクチュエータ６３の製造方法について図１４を参照して説明する。まず、図１４（ａ）に示すように、振動板３０の一表面に圧電層３１を形成する。ここで、この圧電層３１は、ＡＤ法、スパッタ法、化学蒸着法（ＣＶＤ法）、ゾルゲル法、溶液塗布法、あるいは、水熱合成法などにより形成することができる。あるいは、ＰＺＴのグリーンシートを焼成して得られた圧電シートを振動板３０に貼り付けることにより圧電層３１を形成することも可能である。

次に、図１４（ｂ）に示すように、圧電層３１の上面に絶縁層７３を全面的に形成する（絶縁層形成工程）。ここで、例えば、絶縁層７３をアルミナやジルコニア等のセラミックス材料により形成する場合には、ＡＤ法、スパッタ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法、溶液塗布法、あるいは、水熱合成法などの方法を用いることができる。また、絶縁層７３をポリイミド等の合成樹脂材料により形成する場合には、スクリーン印刷、スピンコート、あるいは、ブレード塗布の方法を用いることができる。

そして、図１４（ｃ）に示すように、レーザー加工などにより、絶縁層７３に、複数の貫通孔７３ａを形成する（貫通孔形成工程）。そして、図１４（ｄ）に示すように、液滴吐出法やスクリーン印刷などの方法により、複数の貫通孔７３ａに、導電性材料７６を圧電層３１の上面まで達するように充填する（充填工程）。さらに、図１４（ｅ）に示すように、絶縁層７３の上面に、スクリーン印刷などにより幅広の端部７５ａを有する配線部７５を形成する（配線部形成工程）。

この第２実施形態においては、前記第１実施形態と同様に、配線部形成工程において、複数の圧力室１４に夫々対応する複数の配線部７５を、平坦な絶縁層７３の上面に一度に形成することができるため、これら配線部７５の形成を容易に行える。これに加えて、圧電層３１の圧力室１４と反対側の面に、複数の圧力室１４に夫々対応する個別電極を形成する工程が不要になることから、製造工程を簡略化できるという効果も得られる。

尚、この第２実施形態においても、図１４（ｃ）のように絶縁層７３に貫通孔７３ａを形成した後に、スクリーン印刷などの方法により、貫通孔７３ａ内に導電性材料７６を充填しつつ、導電性材料７６と同じ材料で絶縁層７３の上面に配線部７５を形成してもよい。この場合には、導電性材料７６の充填と配線部７５の形成を同時に行うことができるため、製造工程を簡素化することができ、製造コスト面で有利である。

次に、前記第２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、前記第２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。

＜第１変更形態＞
前記第２実施形態では、絶縁層７３の、配線部７５の幅広の端部７５ａと対向する領域にのみ複数の貫通孔７３ａ（第１貫通孔）が形成されているが、図１５、図１６に示すように、絶縁層７３Ａの、圧力室１４と対向するが配線部７５とは対向しない領域にも、複数の貫通孔７３ｂ（第２貫通孔）が形成されていてもよい。このように、配線部７５と対向しない領域にも複数の貫通孔７３ｂが形成されることにより、絶縁層７３Ａがさらに変形しやすくなり、この絶縁層７３Ａにより圧電層３１の変形が阻害されにくくなる。尚、当然ながら、配線部７５と対向する領域に形成された貫通孔７３ａとは異なり、配線部７５と対向しない領域に形成された複数の貫通孔７３ｂには導電性材料７６は充填されない。

＜第２変更形態＞
図１７、図１８に示すように、絶縁層７３Ｂの、配線部７５の幅広の端部７５ａと対向する領域に、この端部７５ａの面積に略等しい開口面積を有する大径の貫通孔７３ｃが１つ形成され、この大径の貫通孔７３ｃに導電性材料７６Ｂが充填されていてもよい。この場合には、前記第２実施形態よりも導電性材料７６Ｂと圧電層３１との接触面積が広くなるため、圧電層３１に対してさらに確実に電圧を印加することができる。

＜第３変更形態＞
また、この第２実施形態に対しても、前述した前記第１実施形態に対する変更（ドライバＩＣ３７と振動板３０の導通部が絶縁層及び圧電層の側面に形成された形態（図９参照）や、共通電極３４が振動板３０とは別に設けられた形態（図１０参照））と同様の変更を加えることが可能である。

以上、本発明をインクジェットヘッドに適用した形態について第１実施形態及び第２実施形態を例に挙げて説明したが、本発明を適用可能な形態は、これら第１実施形態及び第２実施形態に限られるものではない。例えば、インク以外の液体を移送する種々の液体移送装置に本発明を適用することも可能である。

図１は本発明の第１実施形態に係るインクジェットプリンタの概略構成図である。 図２はインクジェットヘッドの平面図である。 図３は図２の一部拡大図である。 図４は図３のIV-IV線断面図である。 図５は図４の一点鎖線で囲まれた部分の拡大図である。 図６は図３のVI-VI線断面図である。 図７は図２のVII-VII線断面図である。 図８は第１実施形態の圧電アクチュエータの製造工程を示す図であり、図８（ａ）は圧電層形成工程、図８（ｂ）は個別電極形成工程、図８（ｃ）は絶縁層形成工程、図８（ｄ）は貫通孔形成工程、図８（ｅ）は導電性材料の充填工程、図８（ｆ）は配線部形成工程をそれぞれ示す。 図９は第１実施形態の変更形態に係る図７相当の断面図である。 図１０は第１実施形態の別の変更形態に係る図４相当の断面図である。 図１１は第２実施形態のインクジェットヘッドの一部拡大平面図である。 図１２は図１１のXII-XII線断面図である。 図１３は図１２の一点鎖線で囲まれた部分の拡大図である。 図１４は第２実施形態の圧電アクチュエータの製造工程を示す図であり、図１４（ａ）は圧電層形成工程、図１４（ｂ）は絶縁層形成工程、図１４（ｃ）は貫通孔形成工程、図１４（ｄ）は導電性材料の充填工程、図１４（ｅ）は配線部形成工程をそれぞれ示す。 図１５は第２実施形態の変更形態に係る図１１相当の一部拡大平面図である。 図１６は図１５のXVI-XVI線断面図である。 図１７は第２実施形態の別の変更形態に係る図１１相当の一部拡大平面図である。 図１８は図１７のXVIII-XVIII線断面図である。

１ インクジェットヘッド
２ 流路ユニット
３ 圧電アクチュエータ
１４ 圧力室
３０ 振動板
３１ 圧電層
３２ 個別電極
３３ 絶縁層
３３ａ 貫通孔
３４ 共通電極
３５ 配線部
３６ 導電性材料
３９ 導電性材料（導電部）
５１ 配線部（導電部）
６１ インクジェットヘッド
６３ 圧電アクチュエータ
７３，７３Ａ，７３Ｂ 絶縁層
７３ａ 貫通孔（第１貫通孔）
７３ｂ 貫通孔（第２貫通孔）
７３ｃ 貫通孔７５ 配線部
７５ａ 端部
７６，７６Ｂ 導電性材料

Claims (18)

1. 平面に沿って配置された複数の圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットの一表面に設けられて、前記複数の圧力室の容積を選択的に変化させる液体移送装置の圧電アクチュエータであって、
   前記複数の圧力室を覆う振動板と、
   前記振動板の前記圧力室と反対側の面に形成された共通電極と、
   前記共通電極の前記圧力室と反対側の面に、前記複数の圧力室に跨って連続的に配置された圧電層と、
   前記圧電層の前記圧力室と反対側の面に全面的に形成された絶縁層と、
   前記絶縁層の前記圧力室と反対側の面に、前記圧力室に対応して形成された配線部とを備え、
   前記絶縁層の、前記配線部と対向する領域には、第１貫通孔が形成され、
   第１貫通孔には、前記配線部に接続された導電性材料が充填されていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
2. 前記配線部は、対応する前記圧力室と少なくとも一部が対向し、第１貫通孔は、前記絶縁層の、前記配線部と前記圧力室の両方と対向する領域に形成され、第１貫通孔に充填された前記導電性材料は、前記圧電層の前記圧力室と反対側の面まで達していることを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
3. さらに、前記圧電層の前記圧力室と反対側の面と、前記絶縁層との間に、前記圧力室に対応する個別電極を備え、前記配線部は、対応する前記個別電極と少なくとも一部が対向し、第１貫通孔は、前記絶縁層の、前記配線部と前記個別電極の両方と対向する領域に形成され、第１貫通孔に充填された前記導電性材料により前記配線部と前記個別電極とが接続していることを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
4. 前記配線部は対応する前記圧力室と対向する端部を有し、前記端部は前記配線部の他の部分よりも幅広に形成されており、第１貫通孔は、前記絶縁層の、幅広の前記端部と対向する領域に複数形成されていることを特徴とする請求項２に記載の圧電アクチュエータ。
5. 前記絶縁層の、前記圧力室と対向し且つ前記配線部とは対向しない領域に、第２貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の圧電アクチュエータ。
6. 前記導電性材料の弾性率は、前記絶縁層の弾性率よりも小さいことを特徴とする請求項２に記載の圧電アクチュエータ。
7. 前記絶縁層の前記圧力室と反対側の面に、前記複数の配線部と接続された駆動装置が配置されていることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の圧電アクチュエータ。
8. 前記駆動装置と前記共通電極が、前記圧電層と前記絶縁層とに跨ってこれらの積層方向に延びる導通部を介して接続されていることを特徴とする請求項７に記載の圧電アクチュエータ。
9. 平面に沿って配置された複数の圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットと、前記流路ユニットの一表面に設けられて、前記複数の圧力室の容積を選択的に変化させる圧電アクチュエータとを備え、
   前記圧電アクチュエータは、
   前記複数の圧力室を覆う振動板と、
   前記振動板の前記圧力室と反対側の面に形成された共通電極と、
   前記共通電極の前記圧力室と反対側の面に、前記複数の圧力室に跨って連続的に配置された圧電層と、
   前記圧電層の前記圧力室と反対側の面に全面的に形成された絶縁層と、
   前記絶縁層の前記圧力室と反対側の面に、前記圧力室に対応して形成された配線部とを有し、
   前記絶縁層の、前記配線部と対向する領域には、第１貫通孔が形成され、
   第１貫通孔には、前記配線部に接続された導電性材料が充填されていることを特徴とする液体移送装置。
10. 前記配線部は、対応する前記圧力室と少なくとも一部が対向し、第１貫通孔は、前記絶縁層の、前記配線部と前記圧力室の両方と対向する領域に形成され、第１貫通孔に充填された前記導電性材料は、前記圧電層の前記圧力室と反対側の面まで達していることを特徴とする請求項９に記載の液体移送装置。
11. 前記圧電アクチュエータは、さらに、前記圧電層の前記圧力室と反対側の面と、前記絶縁層との間に、前記圧力室に対応する個別電極を備え、前記配線部は、対応する前記個別電極と少なくとも一部が対向し、第１貫通孔は、前記絶縁層の、前記配線部と前記個別電極の両方と対向する領域に形成され、第１貫通孔に充填された前記導電性材料により前記配線部と前記個別電極とが接続していることを特徴とする請求項９に記載の液体移送装置。
12. 前記配線部は対応する前記圧力室と対向する端部を有し、前記端部は前記配線部の他の部分よりも幅広に形成されており、第１貫通孔は、前記絶縁層の、幅広の前記端部と対向する領域に複数形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の液体移送装置。
13. 前記絶縁層の、前記圧力室と対向し且つ前記配線部とは対向しない領域に、第２貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の液体移送装置。
14. 前記導電性材料の弾性率は、前記絶縁層の弾性率よりも小さいことを特徴とする請求項１０に記載の液体移送装置
15. 前記絶縁層の前記圧力室と反対側の面に、前記複数の配線部と接続された駆動装置が配置されていることを特徴とする請求項１０〜１４に記載の液体移送装置。
16. 前記駆動装置と前記共通電極が、前記圧電層と前記絶縁層とに跨ってこれらの積層方向に延びる導通部を介して接続されていることを特徴とする請求項１５に記載の液体移送装置。
17. 請求項２に記載の圧電アクチュエータを製造する方法であって、
    前記圧電層の前記振動板と反対側の面に、前記絶縁層を全面的に形成する絶縁層形成工程と、
    前記絶縁層の前記圧力室に対向する領域に、第１貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
    第１貫通孔に、前記導電性材料を前記圧電層に達するように充填する充填工程と、
    前記圧電層の前記振動板と反対側の面に、前記導電性材料に接続される前記配線部を形成する配線部形成工程と、
    を備えることを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。
18. 前記充填工程と前記配線部形成工程とを同時に行うことを特徴とする請求項１７に記載の圧電アクチュエータの製造方法。

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