JP2013230580A - 液滴噴射装置、及び、圧電アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】高電位電極を金で形成してマイグレーションの発生を抑制するとともに、圧電層のクラック等による高電位電極の破断を防止すること。
【解決手段】圧電アクチュエータは、圧力室２４と対向して配置された圧電層３０と、圧電層３０に設けられた個別電極３２及び共通電極３３とを有する。駆動信号が印加される個別電極３２は、圧電層３０に接して配置された第１電極層３８と、この第１電極層３８に積層された第２電極層３９を有する。第１電極層３８は金で形成されている。第２電極層３９は、第１電極層３８よりも幅が小さく、且つ、金よりもマイグレーションが生じやすい導電材料で形成されている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、圧電アクチュエータを有する液滴噴射装置、及び、圧電アクチュエータに関する。

ノズルから液滴を噴射する液滴噴射装置として、特許文献１には、インクの液滴を噴射するインクジェットヘッドが開示されている。この特許文献１のインクジェットヘッドは、流路ユニットと、この流路ユニットに設けられた圧電アクチュエータ（アクチュエータユニット）を備えている。流路ユニットには、複数のノズルや、これら複数のノズルにそれぞれ連通した複数の圧力室等のインク流路が形成されている。圧電アクチュエータは、複数の圧力室を覆うように流路ユニットに接合されている。

圧電アクチュエータは、積層された複数の圧電層と、最上層の圧電層の表面に形成された複数の個別電極と、前記最上層の圧電層と最下層もしくは中間層の圧電層の間に配置された共通電極とを有する。複数の個別電極は、最上層の圧電層の表面の、複数の圧力室と対向する領域にそれぞれ配置されている。尚、複数の個別電極と共通電極はそれぞれ金で形成されている。複数の個別電極には、ドライバＩＣが実装された配線部材（ＦＰＣ）が接続されており、複数の個別電極にはドライバＩＣからそれぞれ駆動電圧（高電位）が印加される。一方、共通電極もＦＰＣと接続されて常に接地電位に保持されている。ドライバＩＣによって、ある個別電極に駆動電圧が印加されて個別電極と共通電極の間に電位差が生じると、両電極に挟まれた圧電層の部分に電界が作用して変形が生じる。この変形によって圧力室の容積が変化し、圧力室内のインクに噴射エネルギー（圧力）が付与される。

特開２０１２−５６２８８号公報

ところで、絶縁体で挟まれた２つの電極間に電位差が生じたときに、電極を構成する金属材料がイオン化し、このイオン化した金属が電界の影響を受けて絶縁体内を移動するという、マイグレーションと呼ばれる現象が起こり得る。上記特許文献１に開示されているような圧電アクチュエータであれば、高い電位が付与される個別電極の電極材料がイオン化して、接地電位の共通電極へ向けて圧電層内を移動する。このマイグレーションは、圧電層の絶縁性低下や電極間のショートといった、圧電アクチュエータにとって致命的な問題を引き起こす原因となることから、極力抑制すべきものである。この点、特許文献１の圧電アクチュエータでは、個別電極及び共通電極がそれぞれ金で形成されている。金は非常に安定的な物質であって、マイグレーションが起こりにくい材料の１つである。

ところで、金は非常に高価な材料であることもあって、金の電極は極力薄く形成される（例えば、特許文献１では１μｍ）。また、個別電極の厚みを大きくすると圧電層の変形が阻害されるという問題があり、この点からも、金の個別電極は薄く形成されることが好ましい。しかし一方で、セラミックス材料からなる圧電層は靭性が低いために、クラックが生じやすい。そして、圧電層にクラックが生じたときには、薄い個別電極が破断する虞がある。個別電極がクラックによって完全に分断されてしまうと、個別電極の一部にしか電位が印加されなくなり、圧電アクチュエータの作動が不可能となる。

本発明の目的は、高電位電極を金で形成してマイグレーションの発生を抑制するとともに、圧電層のクラック等による高電位電極の破断を防止することである。

第１の発明の液滴噴射装置は、液滴を噴射するノズルとこのノズルに連通する圧力室とを有する流路構造体と、前記流路構造体に設けられ、前記圧力室内の液体に噴射エネルギーを付与す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、前記圧力室と対向して配置された圧電層と、前記圧電層に設けられた低電位電極と、同じく前記圧電層に設けられ、前記低電位電極よりも高い電位が付与される高電位電極と、を有し、
前記高電位電極は、前記圧電層に接して配置され、金で形成された第１電極層と、前記第１電極層に積層され、所定方向に延びるとともに前記所定方向と直交する方向の長さが前記第１電極層よりも小さく、且つ、金よりもマイグレーションが生じやすい導電材料で形成された第２電極層と、を有することを特徴とするものである。

本発明においては、圧電アクチュエータの、高い電位が付与される高電位電極が、第１電極層と、この第１電極層に積層された第２電極層とを有する。ここで、圧電層に接する第１電極層は、マイグレーションが生じにくい材料である金で形成されている。そのため、高電位電極のマイグレーションが起こりにくい。

また、第１電極層に、所定方向に延びる第２電極層が積層されているため、金で形成された第１電極層の厚みが薄く、圧電層にクラックが生じるなどして第１電極層が破断するような場合であっても、第２電極層によって高電位電極自体の分断を防止することが可能となる。また、第２電極層は、前記所定方向と直交する方向の長さ（以下、単に「幅」ともいう）が第１電極層よりも小さい、細長い形状に形成されている。そのため、第２電極層によって圧電層の変形が阻害されにくい。さらに、第２電極層は金よりもマイグレーションが生じやすい材料で形成されている。一般に、金よりもマイグレーションが生じやすい材料は、金よりも安価である。従って、圧電層のクラック等に起因する破断を防止するために、金で形成された第１電極層の厚みを大きくする場合と比べるとコストを低く抑えられる。尚、第２電極層と圧電層との間には、金からなる第１電極層が介在していることから、第２電極層がマイグレーションの生じやすい導電材料で形成されていても、この第２電極層におけるマイグレーションは生じない。

第２の発明の液滴噴射装置は、前記第１の発明において、前記圧力室は、一方向に長い形状を有し、前記第１電極層は、前記圧力室の長手方向に長い形状に形成され、前記第２電極層は、前記圧力室の長手方向に沿って延在していることを特徴とするものである。

圧力室が一方向に長い形状を有する場合、この圧力室に対向して設けられる圧電層には、圧力室の短手方向に沿ったクラックが生じやすい。本発明では、第２電極層が圧力室の長手方向に延びていることから、圧電層に、圧力室の短手方向に延びるクラックが生じて、厚みの薄い第１電極層が破断したとしても、圧力室の長手方向に延びる第２電極層によって、高電位電極自体の破断が防止される。

第３の発明の液滴噴射装置は、前記第２の発明において、前記第２電極層の、前記圧力室の短手方向における長さは、前記第１電極層の前記短手方向の長さよりも小さいことを特徴とするものである。

本発明によれば、第２電極層の、圧力室の短手方向における長さ（幅）が小さく形成されることにより、第２電極層による圧電層の変形阻害が抑えられる。

第４の発明の液滴噴射装置は、前記第２又は第３の発明において、前記第２電極層は、前記第１電極層の長手方向の全長にわたって形成されていることを特徴とするものである。

本発明によれば、第２電極層が第１電極層の長手方向の全長にわたって形成されているため、圧力室の長手方向におけるどの位置で圧電層にクラックが生じても、高電位電極の破断を防止できる。

第５の発明の液滴噴射装置は、前記第１〜第４の何れかの発明において、前記第２電極層を形成する導電材料にガラス粉末が添加されていることを特徴とするものである。

第２電極層を形成する導電材料にガラス粉末が添加されていると、第２電極層は、ガラスの繊維が複雑に絡み合った構造となり強度が高くなる。従って、第２電極層が破断しにくい。

第６の発明の液滴噴射装置は、前記第１〜第５の何れかの発明において、前記高電位電極は、この高電位電極に電位を付与するための配線部材に接続される接続端子を有し、前記接続端子は、金よりもマイグレーションが生じやすい導電材料で形成され、さらに前記接続端子は、金で形成された前記第１電極層に積層されており、前記圧電層とは直接接触していないことを特徴とするものである。

高電位電極に電位を付与するための配線部材が接続される接続端子が、金よりもマイグレーションが生じやすい材料で形成されていると、この接続端子におけるマイグレーションも問題となる。本発明では、上記接続端子が、金で形成された第１電極層に積層されて、接続端子が圧電層に直接接触していないことから、接続端子におけるマイグレーションが防止される。

第７の発明の液滴噴射装置は、前記第６の発明において、前記第２電極層と前記接続端子が同じ材料で形成されていることを特徴とするものである。

本発明によれば、第２電極層と接続端子とを、同じ材料を用いて簡単に形成することができる。

第８の発明の液滴噴射装置は、前記第１〜第７の何れかの発明において、前記流路構造体は、複数の前記圧力室を有し、前記圧電アクチュエータは、前記複数の圧力室にそれぞれ対応した複数の前記高電位電極を有し、
前記複数の高電位電極の各々は、前記圧力室と対向する主電極部と、前記主電極部から前記圧力室の外側まで引き出された引出電極部と、前記引出電極部に形成され、前記高電位電極に電位を付与するための配線部材と接続される接続端子と、を有し、複数の前記引出電極部のうちの一部の引出電極部は、他の引出電極部と形状が異なっており、形状が異なる引出電極部間で、電極面積が等しいことを特徴とするものである。

圧電アクチュエータが、複数の圧力室にそれぞれ対応した複数の高電位電極を有する場合に、配線の引き回し等の関係上、複数の高電位電極の間で、配線部材に接続するための引出電極部の形状を一部異ならせる必要が生じる場合がある。この点、本発明では、形状が異なる引出電極部の間で電極面積が等しくなっている。そのため、複数の圧力室間で、高電位電極と低電位電極とに挟まれる圧電層部分の大きさ（静電容量）を等しくすることができ、複数のノズルの噴射特性のばらつきを抑えられる。

上記の第１〜第８の何れかの発明において、前記第２電極層は、金よりもマイグレーションが起こりやすい導電材料である、銀、又は、銀−パラジウム合金によって形成されていてもよい（第９の発明）。

第１０の発明の圧電アクチュエータは、圧電層と、前記圧電層に設けられた低電位電極と、同じく前記圧電層に設けられ、前記低電位電極よりも高い電位が付与される高電位電極と、を有し、
前記高電位電極は、前記圧電層に接して配置され、金で形成された第１電極層と、前記第１電極層に積層され、所定方向に延びるとともに前記所定方向と直交する方向の長さが前記第１電極層よりも小さく、且つ、金よりもマイグレーションが生じやすい導電材料で形成された第２電極層と、を有することを特徴とするものである。

本発明の圧電アクチュエータにおいては、高電位電極の、圧電層に接する第１電極層が、金で形成されているため、高電位電極におけるマイグレーションが起こりにくい。また、第１電極層に、所定方向に延在した細長い形状の第２電極層が積層されているため、圧電層にクラックが生じて第１電極層が破断するような場合でも、第２電極層によって高電位電極自体の分断を防止することが可能となる。また、第２電極層が細長い形状であるために、圧電層の変形を阻害しにくい。さらに、第２電極層が金よりもマイグレーションが生じやすい材料で形成されることで、コストを低く抑えられる。

本発明では、高電位電極の、圧電層に接する第１電極層が、金で形成されているため、高電位電極におけるマイグレーションが生じにくい。また、第１電極層に所定方向に延在した細長い第２電極層が積層されているため、圧電層に生じたクラック等によって第１電極層が破断した場合であっても、第２電極層によって高電位電極自体の分断を防止可能となる。また、第２電極層が細長い形状であるために圧電層の変形を阻害しにくい。さらに、第２電極層が金よりもマイグレーションが生じやすい材料で形成されることで、コストを低く抑えられる。

本実施形態のインクジェットプリンタの概略平面図である。 インクジェットヘッドの平面図である。 図２のＡ部拡大図である。 （ａ）は図３のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は図３のＢ−Ｂ線断面図である。 変更形態に係るインクジェットヘッドの一部拡大平面図である。 別の変更形態に係るインクジェットヘッドの一部拡大平面図である。 別の変更形態に係るインクジェットヘッドの一部拡大平面図である。 別の変更形態に係るインクジェットヘッドの、図４相当の断面図である。

次に、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施形態のインクジェットプリンタの概略平面図である。まず、図１を参照してインクジェットプリンタ１の概略構成について説明する。尚、以下では、図１の紙面手前側を上方、紙面向こう側を下方と定義して、適宜、「上」「下」の方向語を使用して説明する。図１に示すように、インクジェットプリンタ１は、プラテン２と、キャリッジ３と、インクジェットヘッド４と、搬送機構５等を備えている。

プラテン２の上面には、被記録媒体である記録用紙１００が載置される。また、プラテン２の上方には、図１の左右方向（走査方向）に平行に延びる２本のガイドレール１０，１１が設けられる。キャリッジ３は、プラテン２と対向する領域において２本のガイドレール１０，１１に沿って走査方向に往復移動可能に構成されている。また、キャリッジ３には、２つのプーリ１２，１３間に巻き掛けられた無端ベルト１４が連結されており、キャリッジ駆動モータ１５によって無端ベルト１４が走行駆動されたときに、キャリッジ３は、無端ベルト１４の走行に伴って走査方向に移動する。

インクジェットヘッド４（液滴噴射装置）は、キャリッジ３に取り付けられており、キャリッジ３とともに走査方向に移動する。インクジェットヘッド４の下面（図１の紙面向こう側の面）には、複数のノズル１６が形成されている。また、図１に示すように、プリンタ１のプリンタ本体１ａにはホルダ９が設けられている。ホルダ９には４色のインク（ブラック、イエロー、シアン、マゼンタ）がそれぞれ貯留された４つのインクカートリッジ１７が装着される。図示は省略するが、キャリッジ３に搭載されたインクジェットヘッド４とホルダ９とが４本のチューブ（図示省略）で接続されている。４つのインクカートリッジ１７の４色のインクが、４本のチューブを介してインクジェットヘッド４にそれぞれ供給される。インクジェットヘッド４は、インクカートリッジ１７から供給されたインクを、複数のノズル１６からプラテン２に載置された記録用紙１００に対して噴射する。

搬送機構５は、搬送方向にプラテン２を挟むように配置された２つの搬送ローラ１８，１９を有し、これら２つの搬送ローラ１８，１９は、図示しないモータによって回転駆動される。搬送機構５は、２つの搬送ローラ１８，１９によって、プラテン２に載置された記録用紙１００を搬送方向に搬送する。

インクジェットプリンタ１は、プラテン２上に載置された記録用紙１００に対して、キャリッジ３とともに走査方向（図１の左右方向）に往復移動するインクジェットヘッド４からインクを噴射させる。これとともに、２つの搬送ローラ１８，１９によって記録用紙１００を搬送方向（図１の下方）に搬送する。以上の動作によって記録用紙１００に画像や文字等が記録される。

次に、インクジェットヘッド４について説明する。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Ａ部拡大図である。図４（ａ）は図３のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は図３のＢ−Ｂ線断面図である。尚、図２、図３においては、図４（ａ）、（ｂ）に示されているＣＯＦ５０の図示は省略されている。図２〜図４に示すように、インクジェットヘッド４は、流路ユニット２０（流路構造体）と、圧電アクチュエータ２１を備えている。

図４に示すように、流路ユニット２０は、それぞれ多数の流路形成孔が形成された４枚のプレートが積層された構造を有する。これら４枚のプレートが積層されたときに多数の流路形成孔が連通することによって、流路ユニット２０には、以下に述べるようなインク流路が形成されている。尚、図４では、インク流路内に充填されているインクを符号“Ｉ”で示している。

流路ユニット２０の上面には、４つのインクカートリッジ１７とそれぞれ接続される４つのインク供給孔２６が形成されている。尚、ブラックインクのインクカートリッジ１７と接続されるインク供給孔２６ｋは、３色のカラーインク（イエロー、シアン、マゼンタ）のインクカートリッジ１７とそれぞれ接続される３つのインク供給孔２６ｙ、２６ｃ、２６ｍよりも大きい。

流路ユニット２０の内部には、それぞれ搬送方向に延在する５本のマニホールド２５が形成されている。５本のマニホールド２５のうち、図２の左側２本のマニホールド２５はインク供給孔２６ｋに接続されており、ブラックインクが供給される。一方、右側３本のマニホールド２５は３つのインク供給孔２６ｙ、２６ｃ、２６ｍに接続されており、３色のカラーインクがそれぞれ供給される。

流路ユニット２０は、その下面に形成された複数のノズル１６と、これら複数のノズル１６にそれぞれ連通する複数の圧力室２４を有する。複数の圧力室２４の各々は、走査方向に長い、略楕円形の平面形状を有する。図２に示すように、複数のノズル１６及び複数の圧力室２４は、５本のマニホールド２５にそれぞれ対応して５列に配列されている。即ち、流路ユニット２０は、左側２本のマニホールド２５に連通する、ブラックインクを噴射する２列のノズル列２８ｋ１、２８ｋ２と、右側３本のマニホールド２５にそれぞれ連通する、３色のカラーインク（イエロー、シアン、マゼンタ）をそれぞれ噴射する３列のノズル列２８ｙ、２８ｃ、２８ｍを有する。尚、図２、図３に示すように、ブラックインクを噴射する２列のノズル列２８ｋ１、２８ｋ２は、各列のノズル配列ピッチＰの半分（Ｐ／２）だけ搬送方向にずれて配置されている。また、２列のノズル列２８ｋ１、２８ｋ２に対応する２列の圧力室２４の列も、Ｐ／２だけずれて配置されている。

図４に示すように、各圧力室２４は対応するマニホールド２５に連通している。これにより、流路ユニット２０には、マニホールド２５から分岐して圧力室２４を経てノズル１６に至る、個別インク流路２７が複数形成されている。

次に、圧電アクチュエータ２１について説明する。圧電アクチュエータ２１は、流路ユニット２０の上面に配置されている。図２〜図４に示すように、圧電アクチュエータ２１は、２枚の圧電層３０，３１と、複数の個別電極３２と、共通電極３３とを有する。

２枚の圧電層３０，３１は、互いに積層された状態で、流路ユニット２０の上面に複数の圧力室２４を覆うように配置されている。２枚の圧電層３０，３１は、それぞれ、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との固溶体である、強誘電性のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とする圧電材料からなる。

複数の個別電極３２（高電位電極）は、上層の圧電層３０の上面において、複数の圧力室２４にそれぞれ対応して形成されている。各個別電極３２は、主電極部３２ａと、引出電極部３２ｂと、接続端子３２ｃを有する。図３に示すように、主電極部３２ａは、略楕円形の圧力室２４よりもやや小さい略楕円形の平面形状を有し、圧力室２４の中央部と対向している。引出電極部３２ｂは、圧電層３０の上面において、主電極部３２ａから圧力室２４の外側領域まで引き出されている。尚、図２、図３に示すように、ノズル列２８ｋ２に対応する個別電極３２は、他のノズル列２８に対応する個別電極３２と、引出電極部３２ｂの引出方向が異なっているが、これについては後で述べる。引出電極部３２ｂの先端部には接続端子３２ｃが形成されている。圧電アクチュエータ２１の上方には、圧電アクチュエータ２１を駆動するドライバＩＣ５１が実装されたＣＯＦ５０（配線部材）が配置されている。複数の個別電極３２の接続端子３２ｃはＣＯＦ５０とバンプ４０で接続されている。以上の構成により、圧電アクチュエータ２１の複数の個別電極３２が、ドライバＩＣ５１と電気的に接続されている。

また、図３、図４に示すように、個別電極３２の、圧力室２４と対向する主電極部３２ａとこれに連なる引出電極部３２ｂは、圧電層３０に接する第１電極層３８と、この第１電極層３８に積層された第２電極層３９からなる。第１電極層３８は金（Ａｕ）で形成されており、圧力室２４の長手方向に長い形状を有する。一方、第２電極層３９は、銀（Ａｇ）又は銀−パラジウム合金（Ａｇ−Ｐｄ）にガラス粉末が添加された導電ペーストで形成されている。この第２電極層３９は、圧力室２４の長手方向に沿って、第１電極層３８の全長にわたって延びている。また、第２電極層３９の幅（圧力室２４の短手方向における長さ）は、第１電極層３８の幅よりも小さくなっている。

接続端子３２ｃは、第２電極層３９と同じく、Ａｇ又はＡｇ−Ｐｄ合金にガラス粉末が添加された導電ペースト材料で形成されている。図３に示すように、接続端子３２ｃは、第１電極層３８及び第２電極層３９の、引出電極部３２ｂを構成する部分に積層されている。また、接続端子３２ｃは、平面視で、第１電極層３８内に収まる大きさである。即ち、接続端子３２ｃと圧電層３０との間には第１電極層３８が介在しており、接続端子３２ｃは圧電層３０とは直接接触していない。尚、第２電極層３９と接続端子３２ｃは材料が同じであることから、例えば、スクリーン印刷等によって一度に形成することができ、材料が異なる場合と比べて簡単に形成することができる。

共通電極３３（低電位電極）は、２枚の圧電層３０，３１の間のほぼ全域に配置されており、複数の個別電極３２と圧電層３０を挟んで共通に対向している。また、図示は省略するが、共通電極３３は、ＣＯＦ５０のグランド配線（図示省略）と電気的に接続されることによって、常にグランド電位に保持されている。この共通電極３３は、個別電極３２の第２電極層３９と同じく、銀（Ａｇ）又は銀−パラジウム合金（Ａｇ−Ｐｄ）の導電ペーストで形成される。あるいは、共通電極３３は、個別電極３２の第１電極層３８と同じく、金で形成されてもよい。

尚、圧電層３０の、複数の個別電極３２と共通電極３３とに挟まれた部分（以下、活性部３０ａという）は、予め、その厚み方向に分極されている。

上記の圧電アクチュエータ２１の製造方法は特定の方法には限定されないが、例えば、以下のようにして製造することができる。まず、未焼成のグリーンシートに、共通電極３３を形成する。共通電極３３の形成後、この共通電極３３を挟むように２枚のグリーンシートを積層してから高温で焼成する。次に、積層したグリーンシートの表面に複数の個別電極３２を形成する。個別電極３２の第１電極層３８は、例えば、真空蒸着で金の微粒子をグリーンシート表面に付着させることによって形成する。また、個別電極３２の第２電極層３９や共通電極３３は、Ａｇ又はＡｇ−Ｐｄにガラス粉末を添加した導電ペーストをスクリーン印刷等でグリーンシートに付着させることによって形成する。個別電極３２の形成後、２枚のグリーンシートを高温で焼成する。尚、Ａｇ又はＡｇ−Ｐｄからなる第２電極層３９や共通電極３３については、導電ペーストに含まれるガラス粉末がグリーンシートの焼成時に溶融することで、第２電極層３９や共通電極３３の圧電層３０に対する密着性が高められている。

尚、上述したように、流路ユニット２０は、ブラックインク用の圧力室２４が２列に配列され、２列の圧力室２４の列は、ノズル１６の配列ピッチＰの半分だけ搬送方向にずれて配置されている（図２、図３参照）。この圧力室２４の配列に対応して、ブラックインク用の個別電極３２も２列に配列されている。ここで、２列に配列された個別電極３２について、全て主電極部３２ａから同一の方向に引出電極部３２ｂを引き出してもよいのだが、本実施形態では、２列に配列された個別電極３２の列間で、接続端子３２ｃの搬送方向位置を合わせるために、一方の個別電極３２の列の引出電極部３２ｂの形状を変えて主電極部３２ａからの引出方向を異ならせている。

より詳細には、図２、図３の左側の列の個別電極３２においては、引出電極部３２ｂは主電極部３２ａの長手方向に沿って（図の右方）に真っ直ぐ引き出されている。一方、図２、図３の右側の列の個別電極３２においては、引出電極部３２ｂは、主電極部３２ａの長手方向に対して傾斜した方向に引き出されている。このように引出電極部３２ｂの引出方向を異ならせることにより、搬送方向位置がＰ／２だけずれた左右２つの個別電極３２について、引出電極部３２ｂの先端部に設けられる接続端子３２ｃの、搬送方向における位置を一致させている。

尚、２列に配列された個別電極３２の列間で、接続端子３２ｃの搬送方向位置を合わせる理由は、以下の通りである。図４（ｂ）のように、本実施形態では、ＣＯＦ５０が圧電アクチュエータ２１から搬送方向（ノズル１６の配列方向）に引き出された上で、上方に折り曲げられている。この場合、ＣＯＦ５０の複数の接続端子３２ｃとの接合部分には剥離する方向の力がかかるが、特に、ＣＯＦ５０の引出側の端に位置する接続端子３２ｃとの接合部分において、最も大きな力が作用する。従って、２列の個別電極３２の列間で、前記引出側の端に位置する２つの接続端子３２ｃの搬送方向位置が一致していないと、最も前記引出側に位置する一方の接続端子３２ｃの接合部分に、集中的に剥離力が作用する。そこで、前記引出側の端に位置する２つの接続端子３２ｃの搬送方向位置を一致させることにより、前記剥離力を分散させて、ＣＯＦ５０の剥離を抑えることができる。

また、前記引出側の端に位置するもの以外の、他の接続端子３２ｃについてはその搬送方向位置によって前記の剥離力が大きく変わることはない。但し、１列の個別電極３２の列において、接続端子３２ｃが搬送方向に等間隔に配列されている方が、接続端子３２ｃ間のマイグレーション防止の観点から有利である。そこで、前記引出側の端に位置する２つの接続端子３２ｃの搬送方向位置を一致させるのに合わせて、２列の個別電極３２の列間で、接続端子３２ｃの搬送方向位置を全て一致させている。

ところが、２列に配列された個別電極３２の列間で引出電極部３２ｂの形状が異なっていると、これら２種類の引出電極部３２ｂの間で電極面積が異なってくる。その場合、個別電極３２の総電極面積も異なることになり、共通電極３３との間に挟まれる活性部３０ａの面積（静電容量）も異なってくるから、２列のノズル列２８ｋ１、２８ｋ２間で噴射特性（液滴の噴射速度や噴射される液滴の体積）が異なってしまう。また、製造段階においては下記のような問題も生じる。圧電アクチュエータ２１を流路ユニット２０に接着剤で接合する場合に、個別電極３２間で電極面積が異なることによって接着時の力が不均一になり、接着剤の厚みばらつきが生じる虞がある。また、個別電極３２間で電極面積が異なることによって、焼成時における圧電アクチュエータ２１の収縮量に差が生じ、焼成後の圧電アクチュエータ２１に残留応力のばらつきが発生する。これらの問題も、２列のノズル列２８ｋ１、２８ｋ２の間での噴射特性を異ならせてしまう要因となる。

そこで、本実施形態では、２列に配列された個別電極３２の列間で、形状の異なる引出電極部３２ｂの電極面積（ひいては、個別電極３２の電極面積）が等しくなっている。具体的には、図３の右側の、主電極部３２ａからその長手方向に対して傾斜した方向に引き出された引出電極部３２ｂは、図３の左側の、主電極部３２ａからその長手方向に沿って真っ直ぐ引き出された引出電極部３２ｂよりも、引出長さが長くなる。しかし、その分、右側の個別電極３２の引出電極部３２ｂは、左側の個別電極３２の引出電極部３２ｂよりも、幅が小さくなっている。これにより、左右の引出電極部３２ｂは、形状は異なるものの、電極面積が等しくされている。このように、形状が異なる引出電極部３２ｂの電極面積を等しくすることで、２列に配列された圧力室２４の列間で、個別電極３２と共通電極３３とに挟まれる活性部３０ａの静電容量を等しくすることができ、ノズル列２８ｋ１、２８ｋ２間の噴射特性のばらつきを抑えられる。また、上述したような製造工程で生じる問題も解消される。

次に、圧電アクチュエータ２１を駆動するドライバＩＣ５１について説明する。ＣＯＦ５０に実装されたドライバＩＣ５１には、ＣＯＦ５０上に形成された複数の駆動配線（図示省略）が接続されている。そして、ドライバＩＣ５１は、ＣＯＦ５０上の複数の駆動配線、及び、複数の接続端子３２ｃを介して複数の個別電極３２と接続される。また、ＣＯＦ５０は、圧電アクチュエータ２１から搬送方向に沿って引き出されて上方へ折り曲げられ、プリンタ１の制御基板（図示省略）とも接続されている。これにより、ドライバＩＣ５１はＣＯＦ５０上の配線を介して制御基板と電気的に接続される。ドライバＩＣ５１は、制御基板からの指令を受けて、複数の圧電アクチュエータ２１の複数の個別電極３２に対して選択的に、所定の電圧波形を有する駆動信号を出力する。

ドライバＩＣ５１により、ある個別電極３２に駆動信号が印加されると、この個別電極３２と共通電極３３との間に電位差が生じる。すると、上層の圧電層３０の、個別電極３２と共通電極３３とに挟まれた部分である活性部３０ａには、上記電位差に応じた厚み方向の電界が作用する。また、先にも述べたが、圧電層３０の活性部３０ａは予め厚み方向に分極されている。従って、活性部３０ａにおける電界の方向と分極方向が一致し、活性部３０ａは厚み方向に伸びて面方向に収縮する。一方で、下層の圧電層３１には電界が作用しないことから、この圧電層３１は面方向に収縮しない。その結果、圧力室２４と対向する領域における、上下の圧電層３０，３１の面方向の収縮差によって、圧電アクチュエータ２１が圧力室２４側に凸となるように撓む（ユニモルフ変形）。このとき、圧力室２４の容積が減少することによってその内部のインクに圧力（噴射エネルギー）が付与され、圧力室２４に連通するノズル１６からインクの液滴が噴射される。

ところで、駆動信号が印加される個別電極３２は、グランド電位の共通電極３３よりも高い電位が付与される電極である。このような高い電位が付与される電極では、特に、高湿条件下で、電極材料がイオン化してマイグレーションが生じる虞がある。

マイグレーションの生じやすさは、湿度等の環境条件とともに、電極を形成する金属材料によるところが大きい。但し、マイグレーションは、金属材料のイオン化をきっかけに発生するものであるが、マイグレーションの生じやすさは、必ずしも金属材料のイオン化傾向とは一致しない。例えば、Ａｇはイオン化傾向が小さいにもかかわらず、イオンマイグレーションを生じやすいことがよく知られている。主要な金属材料について、そのマイグレーションの生じやすい順に並べると、Ａｇ＞Ｐｂ≧Ｃｕ＞Ｓｎ＞Ａｕ、とされている。即ち、Ａｇはマイグレーションが生じやすい材料であり、一方、Ａｕはマイグレーションが極めて生じにくい材料である。尚、上記以外にも、Ｆｅ、Ｐｄ、Ｐｔはマイグレーションが生じにくいと言われている。また、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｃｕのように合金化することによって、マイグレーションが生じにくくなる例も報告されている。

本実施形態においては、個別電極３２の、圧電層３０に接する第１電極層３８がＡｕで形成されているため、高い電位が付与される個別電極３２においてマイグレーションが生じにくくなる。但し、Ａｕは高価であるため、コストを勘案すれば第１電極層３８は極力薄いことが好ましい。また、第１電極層３８の厚みが大きいと活性部３０ａの変形を阻害してしまうことから、この点からも第１電極層３８は薄いことが好ましい。そこで、本実施形態では、第１電極層３８は、例えば、１μｍ程度の非常に薄い膜となっている。尚、Ａｕ電極は圧電層に対する密着性に優れており、ＡｇやＡｇ−Ｐｄとは異なり、ガラス粉末を添加しなくとも剥離が生じにくい。そして、ガラス粉末を添加しないでＡｕの第１電極層３８を形成した場合には、ＡｇやＡｇ−Ｐｄで形成された電極と比べて、第１電極層３８の厚みは小さくなる。

このように、Ａｕの第１電極層３８が薄いと、圧電層３０にクラックが生じた場合などに、第１電極層３８が破断することが十分考えられる。また、図３のように圧力室２４が一方向に長い形状である場合には、この圧力室２４に対向する活性部３０ａには、その中央部において圧力室２４の短手方向に沿ったクラックが走りやすい。この点、本実施形態では、第１電極層３８に、圧力室２４の中央部を横切るように、圧力室２４の長手方向に延びる第２電極層３９が積層されている。そのため、活性部３０ａに圧力室２４の短手方向に沿ったクラックが生じて、薄い第１電極層３８が完全に破断した場合であっても、圧力室２４の長手方向に延びる第２電極層３９によって個別電極３２自体の分断が防止されうる。また、第２電極層３９は、第１電極層３８の長手方向の全長にわたって形成されているため、圧力室２４の長手方向のどの位置にクラックが生じても個別電極３２の分断を防止することができる。

尚、本実施形態では、第２電極層３９は、Ａｇ又はＡｇ−Ｐｄに、ガラス粉末が添加された導電ペーストで形成されている。この場合、第２電極層３９は、ガラスの繊維が複雑に絡み合った網目構造、あるいは、多孔質構造となり、金属のみからなる層に比べて面方向の引っ張りや曲げに対して強くなる。つまり、第２電極層３９の強度が高まることから、圧電層３０にクラックが生じても第２電極層３９が破断しにくい。また、Ａｇ又はＡｇ−Ｐｄにガラス粉末が添加されることにより、金属材料のみからなる層と比べると、第２電極層３９の厚み自体も大きくなる。この点からも第２電極層３９は破断しにくい。

また、第２電極層３９は、第１電極層３８よりも幅が小さい、細長い形状であるため、圧電層の活性部３０ａの変形が阻害されにくい。また、第２電極層３９は金よりもマイグレーションが生じやすい材料である、Ａｇ又はＡｇ−Ｐｄで形成されている。クラックによる破断を防止するのであれば、金で形成される第１電極層３８の厚み自体を大きくしてもよいのだが、金が高価であるため大きなコストアップとなる。一方、電極材料としてのＡｇ又はＡｇ−Ｐｄは金よりも安価である。従って、第２電極層３９をＡｇ又はＡｇ−Ｐｄで形成することによって、コストを低く抑えつつ、個別電極の破断を防止できる。尚、Ａｇ又はＡｇ−Ｐｄは金と比べてマイグレーションが生じやすい材料であるが、第２電極層３９と圧電層３０との間には、金からなる第１電極層３８が介在しており、第２電極層３９は圧電層３０とは直接接触していない。従って、第２電極層３９がＡｇ又はＡｇ−Ｐｄで形成されていても、この第２電極層３９におけるマイグレーションは生じない。

尚、本実施形態では、個別電極３２に駆動信号を供給するためのＣＯＦ５０が接続される、接続端子３２ｃについても、金よりもマイグレーションが生じやすい材料であるＡｇ又はＡｇ−Ｐｄで形成されている。従って、この接続端子３２ｃにおいてもマイグレーションが起こり得る。しかし、本実施形態では、接続端子３２ｃは、金で形成された第１電極層３８に積層されており、接続端子３２ｃは圧電層３０に直接接触していないことから、接続端子３２ｃにおけるマイグレーションは防止される。

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。

１］第２電極層３９が、第１電極層３８の全長にわたって延在している必要は特になく、図５に示すように、第１電極層３８の長手方向の一部にのみ設けられてもよい。尚、圧力室２４の中央部では、圧力室２４の縁部と比べて、圧電層（活性部３０ａ）にクラックが生じやすいことから、第２電極層３９は、第１電極層３８の少なくとも長手方向中央部に積層されていることが好ましい。

２］個別電極３２の第２電極層３９の延在方向は特に限定されるものではない。例えば、前記実施形態の略楕円形の圧力室２４において、長手方向と交差する方向に延在していてもよいし、さらには、長手方向と直交する短手方向に延在していてもよい。また、圧力室２４の形状に応じて第２電極層３９の延在方向も適宜変更可能である。例えば、圧力室２４が矩形形状である場合は、その矩形の対角線方向に第２電極層３９が延在していてもよい。

３］第２電極層３９が、所定の方向に連続的に形成されている必要は必ずしもない。例えば、図６に示すように、第２電極層３９が、互いに間隔を空けて一方向に配列された複数の導電部分３９ａからなり、これら導電部分３９ａの配列方向に沿って全体的に細長く延びた構成であってもよい。但し、導電部分３９ａの配列間隔が大きいと、隣接する導電部分３９ａの間において、圧電層に配列方向と直交する方向のクラックが走った場合には個別電極３２の分断を防止できない。そこで、図６に示すように、導電部分３９ａの列が複数形成され、これら複数の列が、配列方向において互いに位置がずれて形成されていてもよい。この場合、一方の列に属する導電部分３９ａの間にクラックが走っても、別の列に属する導電部分３９ａによって個別電極３２の分断が防止される。

４］第２電極層３９を形成する導電材料は、前記実施形態のものには限られない。例えば、ＡｇやＡｇ−Ｐｄ以外の、金よりもマイグレーションが生じやすい金属材料で形成されてもよい。また、金属材料にガラス粉末が添加された導電ペーストで形成される必要もなく、ＡｇやＡｇ−Ｐｄ等の金属材料のみからなる電極層であってもよい。

５］前記実施形態では、一部の個別電極３２について、引出電極部３２ｂの形状が他の個別電極３２と異なっていたが、図７に示すように、全ての個別電極３２について引出電極部３２ｂの形状が同じであってもよい。

６］前記実施形態では、個別電極３２と共通電極３３に挟まれて電界が作用する圧電層３０が、複数の圧力室２４を共通に覆っている構成であったが、圧電層が圧力室２４毎に独立して設けられた構成であってもよい。例えば、図８に示すように、流路ユニット２０に、複数の圧力室２４を共通に覆う振動板６１が接合され、この振動板６１の上面の、複数の圧力室２４とそれぞれ対向する領域に、複数の圧電層６０が個別に形成されてもよい。

以上説明した実施形態及びその変更形態は、液滴噴射装置であ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、本発明の圧電アクチュエータは、液体に圧力を付与する用途で使用されるものには限られない。例えば、固体物に変位や振動等を生じさせる用途に使用するものであってもよい。

４ インクジェットヘッド
１６ ノズル
２０ 流路ユニット
２１ 圧電アクチュエータ
２４ 圧力室
３０ 圧電層
３２ 個別電極
３２ａ 主電極部
３２ｂ 引出電極部
３２ｃ 接続端子
３３ 共通電極
３８ 第１電極層
３９ 第２電極層
６０ 圧電層

Claims (10)

1. 液滴を噴射するノズルとこのノズルに連通する圧力室とを有する流路構造体と、
   前記流路構造体に設けられ、前記圧力室内の液体に噴射エネルギーを付与す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、
   前記圧力室と対向して配置された圧電層と、
   前記圧電層に設けられた低電位電極と、
   同じく前記圧電層に設けられ、前記低電位電極よりも高い電位が付与される高電位電極と、を有し、
   前記高電位電極は、
   前記圧電層に接して配置され、金で形成された第１電極層と、
   前記第１電極層に積層され、所定方向に延びるとともに前記所定方向と直交する方向の長さが前記第１電極層よりも小さく、且つ、金よりもマイグレーションが生じやすい導電材料で形成された第２電極層と、
   を有することを特徴とする液滴噴射装置。
2. 前記圧力室は、一方向に長い形状を有し、
   前記第１電極層は、前記圧力室の長手方向に長い形状に形成され、
   前記第２電極層は、前記圧力室の長手方向に沿って延在していることを特徴とする請求項１に記載の液滴噴射装置。
3. 前記第２電極層の、前記圧力室の短手方向における長さは、前記第１電極層の前記短手方向の長さよりも小さいことを特徴とする請求項２に記載の液滴噴射装置。
4. 前記第２電極層は、前記第１電極層の長手方向の全長にわたって形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の液滴噴射装置。
5. 前記第２電極層を形成する導電材料にガラス粉末が添加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滴噴射装置。
6. 前記高電位電極は、この高電位電極に電位を付与するための配線部材に接続される接続端子を有し、
   前記接続端子は、金よりもマイグレーションが生じやすい導電材料で形成され、
   さらに前記接続端子は、金で形成された前記第１電極層に積層されており、前記圧電層とは直接接触していないことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の液滴噴射装置。
7. 前記第２電極層と前記接続端子が同じ材料で形成されていることを特徴とする請求項６に記載の液滴噴射装置。
8. 前記流路構造体は、複数の前記圧力室を有し、
   前記圧電アクチュエータは、前記複数の圧力室にそれぞれ対応した複数の前記高電位電極を有し、
   前記複数の高電位電極の各々は、
   前記圧力室と対向する主電極部と、
   前記主電極部から前記圧力室の外側まで引き出された引出電極部と、
   前記引出電極部に形成され、前記高電位電極に電位を付与するための配線部材と接続される接続端子と、を有し、
   複数の前記引出電極部のうちの一部の引出電極部は、他の引出電極部と形状が異なっており、
   形状が異なる引出電極部間で、電極面積が等しいことを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の液滴噴射装置。
9. 前記第２電極層は、銀、又は、銀−パラジウム合金によって形成されていることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の液滴噴射装置。
10. 圧電層と、
    前記圧電層に設けられた低電位電極と、
    同じく前記圧電層に設けられ、前記低電位電極よりも高い電位が付与される高電位電極と、を有し、
    前記高電位電極は、
    前記圧電層に接して配置され、金で形成された第１電極層と、
    前記第１電極層に積層され、所定方向に延びるとともに前記所定方向と直交する方向の長さが前記第１電極層よりも小さく、且つ、金よりもマイグレーションが生じやすい導電材料で形成された第２電極層と、
    を有することを特徴とする圧電アクチュエータ。