JP2014046546A - 液体噴射装置、圧電アクチュエータ、及び、液体噴射装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電アクチュエータにおいて、圧電素子と配線基板との接続構造を簡素化すること。
【解決手段】圧電アクチュエータ２１は、圧電素子４０と、圧電素子４０の一表面に配置される第１電極４２と、第１電極４２と導通する配線４７が形成され、且つ、圧電素子４０の前記一表面に接合される配線基板４１を有する。配線基板４１の圧電素子４０との接合面には複数の充填溝４２が形成され、複数の充填溝４２内に導電性インクが充填されることによって、第１電極４２が、圧電素子４０と配線基板４１の両方に接して形成されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、液体噴射装置、圧電アクチュエータ、及び、液体噴射装置の製造方法に関する。

従来から、様々な用途に使用される圧電アクチュエータとして、圧電素子の表面電極に、前記圧電素子を駆動するための信号を供給する配線基板が接合された構成のものが知られている。

特許文献１には、インクジェットヘッドにおける液滴噴射用の圧電アクチュエータが開示されている。特許文献１のインクジェットヘッドは、複数のノズルを含むインク流路が形成された流路ユニット（流路構造体）と、この流路ユニットに設けられた圧電アクチュエータとを備えている。また、圧電アクチュエータは、圧電層と、複数のノズルにそれぞれ対応して圧電層の表面に形成された複数の個別電極を有する。

上記の圧電アクチュエータの複数の個別電極には、可撓性を有する配線基板（ＣＯＦ）が接続される。配線基板にはドライバＩＣが実装されるとともに、このドライバＩＣに接続された複数の配線が形成されている。また、配線基板には、複数の個別電極にそれぞれ対応する複数の電極（基板側接点）が設けられ、これら複数の電極は、上記配線を介してドライバＩＣと接続されている。そして、圧電層の表面の複数の個別電極と、配線基板の前記複数の電極とが、金属材料と熱硬化性樹脂とを含む導電性樹脂のバンプによってそれぞれ接続される。これにより、配線基板に実装されたドライバＩＣから、複数の個別電極にそれぞれ駆動電圧が印加される。

特開２０１２−６９５４８号公報

前記特許文献１では、圧電層の表面に電極（個別電極）が形成される一方で、配線基板にも電極（基板側接点）が形成され、その上で、双方の電極が導電性樹脂のバンプで接合された構成となっている。そのため、配線基板と圧電層（圧電素子）との接続構造が複雑なものとなっていた。また、圧電層と配線基板の双方に電極を形成する必要があり、その分、製造工程が増えるため、コスト面でも不利であった。

本発明の目的は、圧電素子と配線基板との接続構造を簡素化することである。

第１の発明の液体噴射装置は、液体を噴射するノズルを含む液体流路が形成された流路構造体と、前記流路構造体に設けられて前記液体流路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、圧電素子と、前記圧電素子の一表面に配置される第１電極と、前記第１電極と導通する配線が形成され、且つ、前記圧電素子の前記一表面に接合される配線基板を有し、前記第１電極が、前記圧電素子と前記配線基板の両方に接し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、圧電素子の一表面に配置される第１電極が、前記圧電素子の一表面に接合される配線基板にも接している。つまり、従来構成における、圧電素子と配線基板にそれぞれ形成されていた２つの電極のうちの一方が省略された構成であることから、圧電素子と配線基板の接続構造が簡素化される。また、一方の電極の形成工程が省略される分、製造工程も簡略化できる。

第２の発明の液体噴射装置は、前記第１の発明において、前記配線基板の前記第１電極と接する部分は、それ以外の部分よりも薄く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、配線基板の第１電極と接する部分が局所的に薄く形成されていることから、圧電素子の変形が、この圧電素子に接合される配線基板によって阻害されにくくなる。

第３の発明の液体噴射装置は、前記第１又は第２の発明において、前記配線基板の前記圧電素子との接合面に複数の充填溝が形成され、前記複数の充填溝内に液状の導電性材料が充填されることによって、前記第１電極が形成されていることを特徴とするものである。

本発明では、配線基板に形成された複数の充填溝に液状の導電性材料を充填することで、第１電極を簡単に形成することができる。また、複数の充填溝に導電性材料が充填されてなる第１電極は、平坦な面に印刷等の他の方法で形成された場合と比べて、電極材料の配線基板に対する接触面積が大きくなるために密着性が高く、配線基板から剥離しにくいという利点もある。

第４の発明の液体噴射装置は、前記第３の発明において、前記配線基板の前記圧電素子との接合面と反対側の面には、前記充填溝よりも溝幅の大きい供給溝が形成され、前記供給溝は、前記配線基板を厚み方向に貫通する貫通孔を介して前記複数の充填溝と連通し、前記導電性材料が、前記供給溝から前記貫通孔を介して前記複数の充填溝に充填されることによって、前記配線基板の接合面に前記第１電極が形成されるとともに、前記接合面と反対側の面に、前記第１電極に導通する配線が形成されていることを特徴とするものである。

本発明では、配線基板の表面側（接合面と反対側）に溝幅の広い供給溝が形成されている。そして、供給溝に液状の導電性材料を供給し、この供給溝から、貫通孔を介して複数の充填溝へ液状の導電性材料を浸透させる。これによれば、溝幅の小さい複数の充填溝への導電性材料の充填が容易である。また、供給溝にも導電性材料を充填することで、第１電極に導通する配線も同時に形成することができる。

第５の発明の液体噴射装置は、前記第４の発明において、前記配線基板の前記複数の充填溝が形成された領域の一部が、前記圧電素子からはみ出しており前記圧電素子と接合されていないことを特徴とするものである。

本発明では、配線基板の複数の充填溝が形成された領域の一部が圧電素子からはみ出している。このはみ出した部分において充填溝が大気に開放されている。そのため、配線基板が圧電素子に接触した状態で供給溝から複数の充填溝に導電性材料が供給されたときに、複数の充填溝内の空気が、前記はみ出し部分から外部へ放出される。従って、複数の充填溝の隅々まで導電性材料を充填することが可能となる。

第６の発明の液体噴射装置は、前記第５の発明において、前記複数の充填溝は、前記貫通孔との連通部分から、前記圧電素子からはみ出した部分に向けて延びていることを特徴とするものである。

本発明によれば、供給溝から複数の充填溝に流れ込んだ液状の導電性材料が、前記充填溝の、大気との連通部分である、圧電素子からはみ出した部分に向けて流れるため、充填溝から空気が抜けやすくなる。

第７の発明の液体噴射装置は、前記第５又は第６の発明において、前記流路構造体は、少なくとも前記圧電素子が配置された部分において導電性を有し、前記圧電素子が配置された前記流路構造体の、前記配線基板の前記複数の充填溝が前記圧電素子からはみ出した部分と対向する領域に、絶縁膜が形成されていることを特徴とするものである。

第１電極を形成するために複数の充填溝に液状の導電性材料を充填したときに、配線基板の複数の充填溝が形成された領域の一部が圧電素子からはみ出していると、このはみ出し部分から導電性材料が垂れ落ちることが考えられる。その場合、この垂れ落ちた導電性材料によって、流路構造体の金属部分と第１電極が短絡する虞がある。本発明では、流路構造体の、前記充填溝の圧電素子からはみ出した部分と対向する領域に、絶縁膜が形成されていることから、前記はみ出した部分から導電性材料が垂れ落ちたとしても、第１電極と流路構造体の金属部分とが短絡することが確実に防止される。

第８の発明の液体噴射装置は、前記第５〜第７の何れかの発明において、前記圧電アクチュエータは、前記第１電極との間で前記圧電素子を挟むように、前記圧電素子の前記一表面とは反対側の面に配置される第２電極を有し、前記圧電素子の前記一表面と直交する方向から見て、前記第２電極の大きさが前記圧電素子よりも小さく、前記圧電素子の側面のうち、少なくとも、前記配線基板の前記複数の充填溝が前記圧電素子からはみ出す側の側面部分において、前記第２電極が露出していないことを特徴とするものである。

配線基板の複数の充填溝が形成された領域の一部が圧電素子からはみ出していると、このはみ出し部分から導電性材料が垂れ落ちて、圧電素子の第１電極と第２電極とが短絡する虞がある。この点、本発明では、圧電素子の側面のうちの、充填溝が圧電素子からはみ出す側の側面部分においては、第２電極が露出していないため、充填溝から、圧電素子の側面に沿って導電性材料が垂れ落ちたとしても、第１電極と第２電極の短絡は防止される。尚、本発明において、「圧電素子の側面」とは、第１電極及び第２電極が配置される圧電素子の二面とそれぞれ交差する面のことを言う。

第９の発明の圧電アクチュエータは、圧電素子と、前記圧電素子の一表面に配置される第１電極と、前記第１電極と導通する配線が形成され、且つ、前記圧電素子の前記一表面に接合される配線基板を有し、前記第１電極が、前記圧電素子と前記配線基板の両方に接して形成されていることを特徴とするものである。

本発明では、従来の圧電アクチュエータにおいて、圧電素子と配線基板にそれぞれ形成されていた２つの電極のうちの一方が省略された構成であることから、接続構造が簡素化される。また、一方の電極の形成工程が省略される分、製造工程も簡略化できる。

第１０の発明の液体噴射装置の製造方法は、液体を噴射するノズルを含む液体流路が形成された流路構造体と、前記流路構造体に設けられて前記液体流路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が、圧電素子と、前記圧電素子の一表面に配置される第１電極と、前記第１電極と導通する配線が形成され、且つ、前記圧電素子の前記一表面に接合される配線基板を有する、液体噴射装置の製造方法であって、
前記配線基板の前記圧電素子との接合面に複数の充填溝を形成する溝形成工程と、前記複数の充填溝に液状の導電性材料を充填することにより、前記接合面に前記第１電極を形成する電極形成工程と、前記配線基板の前記接合面を前記圧電素子に接合する接合工程と、を備えていることを特徴とするものである。

本発明の製造方法によって得られた圧電アクチュエータにおいては、第１電極が圧電素子と配線基板の両方に接することになるため、圧電素子と配線基板の接続構造が簡素化される。また、圧電素子側に電極を形成する工程を省略できるために製造工程が簡略化される。さらに、配線基板の圧電素子との接合面に複数の充填溝を形成してから、複数の充填溝に液状の導電性材料を毛管力による浸透作用を利用して充填することで、第１電極を簡単に形成することができる。また、このようにして形成された第１電極は、平坦な面に印刷等の方法で形成された場合と比べて、配線基板に対する接触面積が大きくなるために密着性が高く、配線基板から剥離しにくい。

第１１の発明の液体噴射装置の製造方法は、前記第１０の発明において、前記複数の充填溝が形成された前記配線基板の前記接合面を、前記圧電素子の前記一表面に接触させた状態で、前記電極形成工程において、前記複数の充填溝に前記導電性材料を充填して、前記圧電素子と前記配線基板の両方に接するように前記第１電極を形成することを特徴とするものである。

本発明では、先に配線基板を圧電素子に接触させて、配線基板と圧電素子との間に微小な隙間を形成してから液状の導電性材料を充填する。この場合、配線基板が圧電素子に接触する前の充填溝が開放されている状態と比べて、液状の導電性材料に強い毛管力が作用する。従って、複数の充填溝の隅々まで導電性材料が充填されやすくなる。また、液状の導電性材料が、配線基板と圧電素子の両方に接触した状態のまま硬化するため、形成された第１電極の、圧電素子に対する密着性も高い。従って。第１電極が形成された配線基板を圧電素子に貼り付けるような方法と比べて、第１電極が圧電素子に対して剥離しにくい。

第１２の発明の液体噴射装置の製造方法は、前記第１０又は第１１の発明において、前記溝形成工程において、前記配線基板の前記接合面と反対側の面に、前記複数の充填溝に連通する供給溝を形成し、前記電極形成工程において、インクジェットヘッドにより前記供給溝に導電性インクを吐出して、前記供給溝から前記複数の充填溝に前記導電性インクを充填させることを特徴とするものである。

本発明では、配線基板の接合面と反対側に形成された、溝幅の大きい供給溝に、インクジェットヘッドから導電性インクを吐出し、着弾した導電性インクを供給溝から複数の充填溝へ毛管力の作用で浸透させる。これによれば、溝幅の小さい複数の充填溝への導電性材料の充填が容易である。

第１３の発明の液体噴射装置の製造方法は、前記第１２の発明において、前記配線基板の前記複数の充填溝が形成された領域の一部が前記圧電素子の前記一表面からはみ出すように、前記配線基板を前記圧電素子に接触させることを特徴とするものである。

本発明では、供給溝から液状の導電性材料が複数の充填溝に流れ込むとともに、複数の充填溝内の空気が、圧電素子からはみ出した部分から外部へ放出される。従って、複数の充填溝の隅々まで導電性材料を充填することが可能となる。

第１４の発明の液体噴射装置の製造方法は、前記第１２又は第１３の発明において、前記電極形成工程において、前記供給溝の、前記複数の充填溝と連通する側の端部に向けて、前記インクジェットヘッドから前記導電性インクを吐出させることを特徴とするものである。

本発明では、供給溝の、充填溝に近い部分に導電性インクを着弾させることで、溝幅の小さい複数の充填溝に、導電性インクを浸透させやすくなる。

本発明では、圧電素子の一表面に配置される第１電極が、前記圧電素子の一表面に接合される配線基板にも接している。つまり、従来構成における、圧電素子と配線基板にそれぞれ形成されていた２つの電極のうちの一方が省略された構成であることから、圧電素子と配線基板の接続構造が簡素化される。また、一方の電極の形成工程が省略される分、製造工程も簡略化できる。

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。 図３のIV-IV線断面図である。 図３のV-V線断面図である。 配線基板の一部拡大平面図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は下面図である。 第１電極の形成に関する工程の説明図である。 変更形態に係る配線基板の一部拡大下面図である。 別の変更形態に係る配線基板の一部拡大下面図である。 さらに別の変更形態に係るインクジェットヘッドの断面図である。

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（液体噴射装置）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、図３は図２のＡ部拡大図、図４は、図３のIV-IV線断面図、図５は図３のV-V線断面図である。尚、図２、図３においては、図面の簡単のため、図４、図５には詳細に示されているＣＯＦ５０が二点鎖線で簡易的に示されている。また、図５では、図３には図示されていないドライバＩＣ（図２参照）も示されている。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５枚のプレート３０〜３４が積層された構造を有する。これら５枚のプレート３０〜３４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。５枚のプレート３０〜３４の材質は特に限定はされないが、本実施形態においては、ステンレス鋼やニッケル合金鋼等の金属材料で形成されている。また、図４、図５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。

図２に示すように、流路ユニット２０の上面（最上層に位置するプレートである振動板３０の上面）には、４つのインクカートリッジ１７（図１参照）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。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４本のマニホールド２５が形成されている。４本のマニホールド２５は４つのインク供給孔２６にそれぞれ接続されており、４本のマニホールド２５には、４つのインクカートリッジ１７にそれぞれ貯留された４色（ブラック、イエロー、シアン、マゼンタ）のインクが供給される。

また、図２〜図５に示すように、流路ユニット２０は、複数のノズル１６と、複数のノズル１６にそれぞれ連通した複数の圧力室２４を有する。複数のノズル１６は、流路ユニット２０の下面（ノズルプレート３４）に形成されている。複数の圧力室２４は、走査方向に長い略楕円形の平面形状を有し、５枚のプレート３０〜３４のうちの最上層に位置する振動板３０によって覆われている。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、４色のインクがそれぞれ供給される４本のマニホールド２５に対応して４列に配列されている。

図４に示すように、複数の圧力室２４の各々は、圧力室２４の長手方向に延びる絞り流路２８を介して、対応するマニホールド２５に連通している。また、１つの圧力室２４に１つのノズル１６が連通している。これにより、図４に示すように、流路ユニット２０には、マニホールド２５から分岐し、絞り流路２８、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の振動板３０の上面に配置されている。図２〜図５に示すように、圧電アクチュエータ２１は、複数の圧電素子４０と、複数の圧電素子４０に接続された配線基板４１とを有する。

複数の圧電素子４０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。各圧電素子４０は、圧力室２４よりも一回り小さい略楕円形の平面形状を有する。また、圧電素子４０は厚み方向に分極されている。複数の圧電素子４０は、振動板３０の上面の、複数の圧力室２４の中央部とそれぞれ対向する領域に配置されている。また、図５からも分かるように、複数の圧電素子４０は互いに分離して配置されている。

各圧電素子４０の上面（振動板３０と反対側の面）には後述の配線基板４１が接合されるが、圧電素子４０と配線基板４１との間には第１電極４２が設けられている。即ち、第１電極４２は、圧電素子４０の上面と配線基板４１の下面の両方に接して配置されている。第１電極４２は、圧電素子４０と同様に略楕円の平面形状を有する。各第１電極４２には、配線基板４１に実装されたドライバＩＣ４５から駆動電圧が印加される。第１電極４２の詳細については後述する。

各圧電素子４０の下面には第２電極４３が配置されている。図４、図５に示すように、金属製の振動板３０の上面には、合成樹脂材料などからなる絶縁膜４４がほぼ全面的に形成されている。この絶縁膜４４によって、圧電素子４０の下面の第２電極４３と、金属製の振動板３０との間が絶縁されている。第２電極４３は、上方から見て、圧電素子４０よりもやや小さい平面形状を有する。より詳細には、図４に示すように、第２電極４３は、圧電素子４０の長手方向において圧電素子４０よりも小さく形成され、圧電素子４０の長手方向における側面部分（図４における左右の側面部分）には露出していない。一方、図５に示すように、第２電極４３は、圧電素子４０の短手方向においては圧電素子４０とほぼ同じ長さを有し、この第２電極４３は、圧電素子４０の短手方向における側面部分（図５における左右の側面部分）には一部露出している。

また、図５に示すように、各第２電極４３の圧電素子４０から露出した部分が、絶縁膜４４上に形成された導電パターン４６に接続されている。そして、この導電パターン４６によって複数の圧電素子４０の第２電極４３が互いに導通している。また、図示は省略するが、導電パターン４６は、配線基板４１に形成されたグランド配線（図示省略）と、ハンダ等によって電気的に接続されている。以上の構成によって、全ての圧電素子４０の第２電極４３が常にグランド電位に保持されることになる。

ドライバＩＣ４５から、ある圧電素子４０の第１電極４２に駆動電圧が印加されると、この第１電極４２と、グランド電位の第２電極４３の間に電位差が生じて、その圧電素子４０には厚み方向の電界が作用する。この電界の方向は、圧電素子４０の分極方向と平行であるから、圧電素子４０は厚み方向に伸長するとともに面方向に収縮する。この圧電素子４０の収縮によって、圧力室２４を覆っている振動板３０が圧力室２４側に凸となるように撓み、圧力室２４の容積が減少する。その際に圧力室２４内のインクに圧力（噴射エネルギー）が付与され、ノズル１６からインクの液滴が噴射される。

次に、配線基板４１について説明する。配線基板４１は、ポリイミド等の合成樹脂材料からなる可撓性を有する基板である。この配線基板４１は、ドライバＩＣ４５と、ドライバＩＣ４５に接続された複数の配線４７とを有する。図２〜図５に示すように、配線基板４１は、圧電アクチュエータ２１の複数の圧電素子４０を覆うように配置され、これら複数の圧電素子４０の上面と接合されている。

ドライバＩＣ４５は、インクジェットヘッド４の動作を制御する、図示しない制御基板と接続されている。また、ドライバＩＣ４５は、複数の配線４７を介して複数の圧電素子４０の第１電極４２とそれぞれ接続されている。ドライバＩＣ４５は、制御基板からの指令に基づき、所望のノズル１６からインクが噴射されるように、複数の圧電素子４０に対して個別に駆動電圧を印加する。

先にも述べたように、配線基板４１の、複数の圧電素子４０と接合される下面（以下、接合面ともいう）と、複数の圧電素子４０の上面との間に、複数の第１電極４２がそれぞれ設けられており、各第１電極４２が配線基板４１と圧電素子４０の両方に接した構造となっている。この構成は、従来では圧電素子４０と配線基板４１にそれぞれ形成されていた２つの電極のうちの一方が省略された構成となっており、圧電素子４０と配線基板４１の接続構造が簡素化されている。また、上記のように一方の電極の形成工程が省略される分、製造工程も簡略化できる。

また、図４、図５に示すように、配線基板４１の、各圧電素子４０と接合される部分５１（第１電極４２と接する部分）の上面には凹部５０が形成され、この接合部分５１ではそれ以外の部分と比べて厚さが薄くなっている。このように、圧電素子４０と接合される部分５１において配線基板４１が局所的に薄くなっていることから、駆動電圧が印加されたときの圧電素子４０の変形が、配線基板４１によって阻害されにくくなる。

次に、第１電極４２と、この第１電極４２に導通する配線４７の構造について詳細に説明する。図６は、配線基板の一部拡大平面図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は下面図である。尚、配線基板４１の圧電素子４０に対する位置関係が理解されやすいように、図６において圧電素子４０を二点鎖線で示してある。図４、図５、図６（ｂ）に示すように、配線基板４１の下面（接合面）の、各圧電素子４０と対向する領域には、複数の充填溝５２が形成されている。複数の充填溝５２は、溝幅が数μｍ程度の、非常に幅の狭い溝である。図６（ｂ）に示すように、複数の充填溝５２には、略楕円形の圧電素子４０の短手方向に延びる第１充填溝５２ａと、第１充填溝５２ａにそれぞれ連通し且つ圧電素子４０の長手方向に延びる複数の第２充填溝５２ｂが含まれる。第１充填溝５２ａは、配線基板４１を厚み方向に貫通する貫通孔５４と連通している。尚、図６（ｂ）に示すように、貫通孔５４は、圧電素子４０の中央部に対して、圧電素子４０の長手方向にずれた位置に形成されている。また、図４、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、配線基板４１の下面の、充填溝５２が形成された領域５３は、対応する圧電素子４０に対して、その長手方向両側にはみ出している。そして、複数の第２充填溝５２ｂは、貫通孔５４との連通部分である第１充填溝５２ａから、圧電素子４０からはみ出した部分５３ａに向けてそれぞれ延びている。

図４、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、配線基板４１の上面（圧電素子４０との接合面とは反対側の面）には、複数の圧電素子４０にそれぞれ対応した複数の供給溝５５が形成されている。１つの圧電素子４０に対応した供給溝５５は、凹部５０の底面に形成された第１供給溝５５ａと、配線基板４１の凹部５０が形成されていない領域に形成された第２供給溝５５ｂとを含む。第１供給溝５５ａは、前述した貫通孔５４と連通している。第２供給溝５５ｂは、凹部５０の側面に形成された縦溝５５ｃを介して第１供給溝５５ａと連通している。この第２供給溝５５ｂは、配線基板４１の上面において、縦溝５５ｃとの連通部からドライバＩＣ４５が設置される領域まで延びている。また、第２供給溝５５ｂの、圧電素子４０（縦溝５５ｃ）側の端部には、局所的に溝幅（及び溝深さ）が大きくなった液溜め部５５ｄが形成されている。さらに、各供給溝５５を構成している第１供給溝５５ａ、第２供給溝５５ｂ、液溜め部５５ｄ、及び、縦溝５５ｃは、それぞれ、供給溝５５に連通する前述の充填溝５２と比べると、溝幅及び溝の深さ（即ち、溝の、長さ方向と直交する面における断面積）がかなり大きくなっている。例えば、前記の充填溝５２の溝幅が数μｍであるのに対して、第２供給溝５５ｂの溝幅は数十μｍである。

上記の溝構成を有する配線基板４１において、各供給溝５５に液状の導電性インク（導電性材料）が供給されると、供給溝５５から、これよりも溝幅（溝断面積）が小さい複数の充填溝５２へ、毛管力の作用によって導電性インクが流れ込む。尚、充填溝５２の断面積が小さいほど導電性インクに強い毛管力が作用し、充填溝５２に導電性インクが浸透しやすい。このようにして、複数の充填溝５２及び供給溝５５に導電性インクが充填されることで、第１電極４２及びこれに導通する配線４７が形成される。尚、図４、図５、及び、図６においては、充填溝５２や供給溝５５に導電性材料（導電性インク）が充填されている状態を、これらの溝にハッチングをかけることによって示してある。

以下、上記の第１電極４２を形成する具体的な方法について説明する。図７は、第１電極４２の形成に関する工程の説明図である。

（溝形成工程）
まず、配線基板４１の複数の圧電素子４０とそれぞれ接合される部分５１に、プレス加工やレーザー加工等によって複数の凹部５０を形成しておく。その上で、図７（ａ）に示すように、配線基板４１の、各圧電素子４０と接合される部分５１の下面に、複数の充填溝５２（第１充填溝５２ａ、第２充填溝５２ｂ）を形成する。ここで、配線基板４１の、複数の充填溝５２が形成される領域５３が、対応する圧電素子４０の上面よりもその長手方向に大きくなるようにする。また、配線基板４１に、第１充填溝５２ａに連通する貫通孔５４を形成する。さらに、配線基板４１の圧電素子４０との接合面とは反対側の面に、供給溝５５（第１供給溝５５ａ、第２供給溝５５ｂ、縦溝５５ｃ、液溜め部５５ｄ）を形成する。尚、これらの溝は、レーザー加工で形成することができる。

（接合工程及び電極形成工程）
次に、図７（ｂ）に示すように、配線基板４１を複数の圧電素子４０の上面に接触させる。ここで、配線基板４１の複数の充填溝５２が形成された領域５３が、圧電素子４０に対して長手方向両側にはみ出すように配線部材４１を配置する。また、配線部材４１を上から押さえる、あるいは、配線部材４１を接着剤や適宜の固定手段を用いて仮止めするなどして、配線部材４１が複数の圧電素子４０に接触した状態を維持し、また、複数の圧電素子４０に対する位置がずれないようにしておく。

次に、図７（ｃ）に示すように、導電性インク６１を吐出するインクジェットヘッド６０を、配線基板４１の上方に設置する。そして、インクジェットヘッド６０から、各圧電素子４０に対応する供給溝５５の液溜め部５５ｄに導電性インク６１を吐出させる。導電性インクは、不飽和ポリエステル樹脂、二液混合型ポリオレフィン樹脂、エポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂に、Ａｇ等の金属粒子が配合されたものを使用できる。すると、液溜め部５５ｄに供給された導電性インク６１が、毛管力による浸透作用によって、第１供給溝５５ａから貫通孔５４を介して、溝幅（溝断面積）が小さい複数の充填溝５２にそれぞれ流れ込む。また、複数の充填溝５２は、圧電素子４０からはみ出した部分で大気に開放されている。これにより、複数の充填溝５２の隅々まで導電性インクが充填されて、配線基板４１と圧電素子４０の間に第１電極４２が形成される。また、第１供給溝５５ａだけでなく、第２供給溝５５ｂにも導電性インクが充填されることで、配線基板４１の上面に、第１電極４２とドライバＩＣ４５とを接続する配線４７が形成される。その後、充填された導電性インクを硬化させることによって、配線部材４１と複数の圧電素子４０とを接合する。例えば、熱硬化性樹脂を主成分とする導電性インクを使用した場合は、充填後に加熱工程を行う。

このように、本実施形態では、配線基板４１に形成された複数の充填溝５２に、毛管力による浸透作用を利用して液状の導電性インクを充填することで、配線基板４１と圧電素子４０の両方に接する第１電極４２を簡単に形成することができる。また、複数の充填溝５２に導電性インクが充填されてなる第１電極４２は、凹凸の少ない平坦な面に印刷等の方法で形成された場合と比べて、電極材料の配線基板４１に対する接触面積が大きくなるために密着性が高く、剥離しにくいという利点もある。

また、図７（ｃ）に示すように、配線基板４１を圧電素子４０に接触させて、配線基板４１の充填溝５２と圧電素子４０の上面との間に微小な隙間を形成してから、この隙間に導電性インク６１を充填している。この場合、配線基板４１が圧電素子４０に接触する前の、充填溝５２が開放されている状態と比べて、導電性インク６１に強い毛管力が作用するため、複数の充填溝５２の隅々まで導電性インク６１が充填されやすくなる。また、液状の導電性インク６１が、配線基板４１と圧電素子４０の両方に接触した状態のまま硬化することで、形成された第１電極４２の、圧電素子４０に対する密着性も高くなる。従って。第１電極４２が形成された配線基板４１を圧電素子４０に貼り付けるような場合と比べて、第１電極４２が圧電素子４０に対して剥離しにくい。

また、図４、図６に示すように、配線基板４１の複数の充填溝５２が形成された領域５３の一部が、圧電素子４０からその長手方向両側にはみ出しており、これらのはみ出した部分５３ａは圧電素子４０の上面とは接合されていない。つまり、はみ出した部分５３ａにおいて複数の充填溝５２が大気に開放されている。そのため、供給溝５５から複数の充填溝５２に導電性インクが供給されたときに、複数の充填溝５２内の空気が、前記はみ出し部分５３ａから外部へ放出される。従って、複数の充填溝５２の隅々まで導電性材料を充填することが可能となる。さらに、複数の充填溝５２は、供給溝５５側の貫通孔５４との連通部分から、圧電素子４０からはみ出した部分５３ａに向けて延びている。そのため、供給溝５５から複数の充填溝５２に流れ込んだ導電性インクが、前記充填溝５２の、大気との連通部分である、圧電素子４０からはみ出しはみ出した部分５３ａに向けて流れるため、一層充填溝５２から空気が抜けやすくなる。

但し、配線基板４１の複数の充填溝５２が形成された領域５３の一部が圧電素子４０からはみ出していると、このはみ出した部分５３ａから導電性インク６１が垂れ落ちることが考えられる。この点、本実施形態では、図４に示すように、金属製の流路ユニット２０の振動板３０の、前記圧電素子４０からはみ出した部分５３ａと対向する領域に、絶縁膜４４が形成されている。従って、たとえ前記はみ出した部分５３ａから導電性インク６１が垂れ落ちたとしても、第１電極４２と金属製の振動板３０とが短絡することが確実に防止される。また、各圧電素子４０において、第１電極４２と対向する第２電極４３は、圧電素子４０の短手方向の側面部分には露出しているものの（図５参照）、図４に示すように、圧電素子４０の長手方向における側面部分（充填溝５２が圧電素子４０からはみ出す側の側面部分）には、第２電極４３は露出していない。従って、充填溝５２から、圧電素子４０の側面に沿って導電性インク６１が垂れ落ちたとしても、第１電極４２と第２電極４３の短絡が防止される。

本実施形態では、配線基板４１の接合面と反対側に、複数の充填溝５２よりも溝幅の大きい供給溝５５が形成されている。そして、この溝幅の大きい供給溝５５に向けて、インクジェットヘッド６０から導電性インク６１を吐出することで、供給溝５５から複数の充填溝５２へ、導電性インク６１を毛管力の作用で浸透させる。これによれば、溝幅の小さい複数の充填溝５２への導電性材料の充填が容易である。また、供給溝５５にも導電性インクを充填させることで、第１電極４２に導通する配線４７も同時に形成することができる。

また、供給溝５５は、局所的に溝幅が大きくなった液溜め部５５ｄを含んでいることから、この液溜め部５５ｄに導電性インク６１を吐出させることで、供給溝５５への導電性インク６１の供給が容易である。さらに、液溜め部５５ｄは、供給溝５５の、複数の充填溝５２と連通する側の端部に位置している。このように、供給溝５５の、充填溝５２に近い側の端部に導電性インク６１を着弾させることで、溝幅の小さい複数の充填溝５２に導電性インクを浸透させやすくなる。

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１電極４２を形成するための充填溝５２の形状は、前記実施形態のものには限られない。例えば、全ての充填溝５２が、導電性インクの供給先である貫通孔５４に接続され、貫通孔５４から放射状に延びていてもよい。あるいは、図８に示すように、複数の充填溝５２が交差して網目状に形成されてもよい。

また、前記実施形態では、配線基板４１の充填溝５２が形成された領域５３の一部が、圧電素子４０に対して、その長手方向にはみ出していたが（図４、図６（ｂ））、圧電素子４０の短手方向にはみ出していてもよい。さらには、圧電素子４０の全周にわたって充填溝５２がはみ出していてもよい。

あるいは、図９に示すように、配線基板４１の充填溝５２が形成された領域５３の大きさが、圧電素子４０と同じかそれよりも小さく、充填溝５２が圧電素子４０からはみ出していなくてもよい。配線基板４１が圧電素子４０に接触した状態であっても、両者の間が完全に密封されることはあり得ず、多少の隙間は存在することから、充填溝５２が圧電素子４０からはみ出していなくとも、導電性インクの充填に伴って充填溝５２内の空気を外部に排出することは可能である。また、この図９のような構成では、充填溝５２が圧電素子４０からはみ出していないことから、前記実施形態の構成とは異なり、充填溝５２に充填された導電性インクが垂れ落ちるという問題は生じない。

２］前記実施形態では、図５に示すように、複数の圧力室２４にそれぞれ対応する複数の圧電素子４０が互いに分離されていた。これに対して、図１０に示すように、圧電アクチュエータ２１が、複数の圧力室２４に跨って平面的に配置された圧電層７０を有し、複数の圧力室２４に対応する複数の圧電素子４０が一体化された構造であってもよい。

３］充填溝５２へ導電性インクを充填するための供給溝５５の構成も、前記実施形態に対して適宜変更が可能である。例えば、インクジェットヘッド６０から吐出された導電性インク６１が着弾する液溜め部５５ｄの位置や形状を適宜変更できる。また、第２供給溝５５ｂが、インクジェットヘッド６０から吐出された導電性インク６１を着弾させることができる程度に、十分大きな溝幅を有するのであれば、液溜め部５５ｄを省略することも可能である。また、供給溝５５が、配線基板４１の、圧電素子４０との接合面と反対側の面に形成されている必要もなく、第１電極４２からどのように配線４７を引き回すかに応じて、供給溝５５の配置を適宜決めてもよい。例えば、配線基板４１の圧電素子４０との接合面側であっても、供給溝５５を、圧電素子４０から離れた位置まで延びるように形成すれば、インクジェットヘッド６０から導電性インク６１を供給溝５５に吐出させつつ、圧電素子４０には吹きかからないようにすることは十分可能である。

４］充填溝５２への液状の導電性材料の充填は、インクジェットヘッド６０による導電性インク６１の吐出には限られない。例えば、液体注入用ニードルを備えたディスペンサーで所定量の液状導電性材料を注入する方法を採用することも可能である。

５］前記実施形態では、充填溝５２に充填した導電性インクを硬化させることで、配線基板４１と圧電素子４０とを接合していたが、導電性インクとは別の接着剤を用い、導電性インクの充填（第１電極の形成）とは別の工程で、配線基板４１を圧電素子４０に接合してもよい。

６］前記実施形態では、配線基板４１と圧電素子４０とを接触させた状態で、圧電素子４０で塞がれた充填溝５２に液状の導電性材料（導電性インク）を充填していたが、圧電素子４０に接触させる前に配線基板４１の充填溝５２に液状の導電性材料を充填して硬化させ、配線基板４１側に第１電極４２を形成してから、第１電極４２を圧電素子４０に接触させて配線基板４１を圧電素子４０に接合してもよい。

７］前記実施形態では配線基板４１側に複数の充填溝５２を形成していたが、配線基板４１と接合される圧電素子４０の上面に複数の充填溝５２を形成し、これらに液状の導電性材料を充填することによって第１電極４２を形成してもよい。

８］第１電極４２は、前述した、配線基板４１（又は圧電素子４０）に形成した充填溝５２に液状の導電性材料が充填されることによって形成されたものには限られない。例えば、配線基板４１と圧電素子４０の何れか一方の接合面に、スクリーン印刷やスパッタリング等の公知の方法で第１電極４２を形成してから、これを、配線基板４１と圧電素子４０の他方に、前記の第１電極４２を接触させた状態で接合されてもよい。この形態でも、配線基板４１と圧電素子４０との間で、第１電極４２が両方に接した状態で配置されることになり、両者の接続構成が簡素化される。また、配線基板４１と圧電素子４０の両方に電極を形成する必要がないため、製造工程も簡略化できる。

以上説明した実施形態及びその変更形態は、液体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
３０ 振動板
４０ 圧電素子
４１ 配線基板
４２ 第１電極
４３ 第２電極
４４ 絶縁膜
４７ 配線
５２ 充填溝
５４ 貫通孔
５５ 供給溝
６０ インクジェットヘッド
６１ 導電性インク
７０ 圧電層

Claims (14)

1. 液体を噴射するノズルを含む液体流路が形成された流路構造体と、前記流路構造体に設けられて前記液体流路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、
   圧電素子と、
   前記圧電素子の一表面に配置される第１電極と、
   前記第１電極と導通する配線が形成され、且つ、前記圧電素子の前記一表面に接合される配線基板を有し、
   前記第１電極が、前記圧電素子と前記配線基板の両方に接して形成されていることを特徴とする液体噴射装置。
2. 前記配線基板の前記第１電極と接する部分は、それ以外の部分よりも薄く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。
3. 前記配線基板の前記圧電素子との接合面に複数の充填溝が形成され、
   前記複数の充填溝内に液状の導電性材料が充填されることによって、前記第１電極が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体噴射装置。
4. 前記配線基板の前記圧電素子との接合面と反対側の面には、前記充填溝よりも溝幅の大きい供給溝が形成され、
   前記供給溝は、前記配線基板を厚み方向に貫通する貫通孔を介して前記複数の充填溝と連通し、
   前記導電性材料が、前記供給溝から前記貫通孔を介して前記複数の充填溝に充填されることによって、前記配線基板の接合面に前記第１電極が形成されるとともに、前記接合面と反対側の面に、前記第１電極に導通する配線が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の液体噴射装置。
5. 前記配線基板の前記複数の充填溝が形成された領域の一部が、前記圧電素子からはみ出しており前記圧電素子と接合されていないことを特徴とする請求項４に記載の液体噴射装置。
6. 前記複数の充填溝は、前記貫通孔との連通部分から、前記圧電素子からはみ出した部分に向けて延びていることを特徴とする請求項５に記載の液体噴射装置。
7. 前記流路構造体は、少なくとも前記圧電素子が配置された部分において導電性を有し、
   前記圧電素子が配置された前記流路構造体の、前記配線基板の前記複数の充填溝が前記圧電素子からはみ出した部分と対向する領域に、絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の液体噴射装置。
8. 前記圧電アクチュエータは、
   前記第１電極との間で前記圧電素子を挟むように、前記圧電素子の前記一表面とは反対側の面に配置される第２電極を有し、
   前記圧電素子の前記一表面と直交する方向から見て、前記第２電極の大きさが前記圧電素子よりも小さく、
   前記圧電素子の側面のうち、少なくとも、前記配線基板の前記複数の充填溝が前記圧電素子からはみ出す側の側面部分において、前記第２電極が露出していないことを特徴とする請求項５〜７の何れかに記載の液体噴射装置。
9. 圧電素子と、
   前記圧電素子の一表面に配置される第１電極と、
   前記第１電極と導通する配線が形成され、且つ、前記圧電素子の前記一表面に接合される配線基板を有し、
   前記第１電極が、前記圧電素子と前記配線基板の両方に接して形成されていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
10. 液体を噴射するノズルを含む液体流路が形成された流路構造体と、前記流路構造体に設けられて前記液体流路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が、圧電素子と、前記圧電素子の一表面に配置される第１電極と、前記第１電極と導通する配線が形成され、且つ、前記圧電素子の前記一表面に接合される配線基板を有する、液体噴射装置の製造方法であって、
    前記配線基板の前記圧電素子との接合面に複数の充填溝を形成する溝形成工程と、
    前記複数の充填溝に液状の導電性材料を充填することにより、前記接合面に前記第１電極を形成する電極形成工程と、
    前記配線基板の前記接合面を前記圧電素子に接合する接合工程と、を備えていることを特徴とする液体噴射装置の製造方法。
11. 前記複数の充填溝が形成された前記配線基板の前記接合面を、前記圧電素子の前記一表面に接触させた状態で、前記電極形成工程において、前記複数の充填溝に前記導電性材料を充填して、前記圧電素子と前記配線基板の両方に接するように前記第１電極を形成することを特徴とする請求項１０に記載の液体噴射装置の製造方法。
12. 前記溝形成工程において、前記配線基板の前記接合面と反対側の面に、前記複数の充填溝に連通する供給溝を形成し、
    前記電極形成工程において、インクジェットヘッドにより前記供給溝に導電性インクを吐出して、前記供給溝から前記複数の充填溝に前記導電性インクを充填させることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の液体噴射装置の製造方法。
13. 前記配線基板の前記複数の充填溝が形成された領域の一部が前記圧電素子の前記一表面からはみ出すように、前記配線基板を前記圧電素子に接触させることを特徴とする請求項１２に記載の液体噴射装置の製造方法。
14. 前記電極形成工程において、前記供給溝の、前記複数の充填溝と連通する側の端部に向けて、前記インクジェットヘッドから前記導電性インクを吐出させることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の液体噴射装置の製造方法。

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