JP2023117886A - 圧電アクチュエータ、液体吐出ヘッド及び液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電力集中が生じにくい圧電アクチュエータ、液体吐出ヘッド、及び液体吐出ヘッドの製造方法を提供する。【解決手段】実施形態にかかる圧電アクチュエータは、アクチュエータ部と、導体部と、を備える。アクチュエータ部は、複数の圧電体と内部電極とを有する圧電素子が複数並んで配置されるとともに、前記圧電素子の並び方向において隣接する前記圧電素子間にそれぞれ素子間溝が形成される、圧電素子列を、列間溝を介して複数列備える。導体部は、複数の前記圧電素子列の間に形成される前記列間溝内に設けられ、導電性物質で構成される電極素子を前記並び方向に複数並列して備えるとともに、前記並び方向に隣接する前記電極素子間に、前記素子間溝に連続する極間溝が形成される、電極列を備える。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、圧電アクチュエータ、液体吐出ヘッド及び液体吐出ヘッドの製造方法に関する。

インクジェットヘッドにおいて、ＰＺＴ等の圧電体を用いたインクジェットヘッドが種々製品化されている。例えば、ベース部材上に接合した積層型圧電部材をダイシングによって溝を形成し、１つの圧電部材に対して所要数の圧電柱を所定の間隔で櫛歯状に形成したアクチュエータユニットを用い、駆動圧電柱の上端面を振動板に接合し圧力室内のインクに振動を与え、圧力室に連通するノズルよりインク滴を吐出させるインクジェットヘッドがある。

特許５６６８３８２号公報

本発明が解決しようとする課題は、電力集中が生じにくい圧電アクチュエータ、液体吐出ヘッド、及び液体吐出ヘッドの製造方法を提供することである。

実施形態にかかる圧電アクチュエータは、アクチュエータ部と、導体部と、を備える。アクチュエータ部は、複数の圧電体と内部電極とを有する圧電素子が複数並んで配置されるとともに、前記圧電素子の並び方向において隣接する前記圧電素子間にそれぞれ素子間溝が形成される、圧電素子列を、列間溝を介して複数列備える。導体部は、複数の前記圧電素子列の間に形成される前記列間溝内に設けられ、導電性物質で構成される電極素子を前記並び方向に複数並列して備えるとともに、前記並び方向に隣接する前記電極素子間に、前記素子間溝に連続する極間溝が形成される、電極列を備える。

第１実施形態に係るインクジェットヘッドの一部の構成を示す断面図。 同インクジェットヘッドの一部の構成を示す断面図。 同インクジェットヘッドの製造方法を示す説明図。 同インクジェットヘッドの製造方法を示す説明図。 インクジェットヘッドの製造方法を示す説明図。 同インクジェットヘッドの製造方法を示す説明図。 同インクジェットヘッドの製造方法を示す説明図。 第１実施形態に係るインクジェット記録装置の概略構成を示す説明図。 他の実施形態に係るインクジェットヘッドの一部の構成を示す断面図。

以下に、第１実施形態に係る液体吐出ヘッドであるインクジェットヘッド１及び液体吐出装置であるインクジェット記録装置１００について、図１乃至図８を参照して説明する。図１及び図２は、インクジェットヘッド１の一部の概略構成を示す断面図である。図３乃至図７はインクジェットヘッドの製造方法を示す説明図である。図８はインクジェット記録装置１００の概略構成を示す説明図である。図中矢印Ｘ，Ｙ，Ｚは互いに直交する３方向をそれぞれ示す。各図において説明のため、適宜構成を拡大、縮小または省略して示す。

図１に示すように、インクジェットヘッド１は、圧電アクチュエータ２と、振動板３０と、マニホールド４０と、複数のノズル５１を有するノズルプレート５０と、配線板７０と、を備える。

圧電アクチュエータ２は、支持部材としてのベース１０と、一対の圧電素子列２０１、２０２を有するアクチュエータ部としてのアクチュエータユニット２０と、一対の圧電素子列２０１、２０２の間に配される導体部２２７と、一対の圧電素子列２０１、２０２の外側の側面にそれぞれ形成される外部電極２２４とを備える。

図１乃至図２に示すように、ベース１０は複数の圧電素子列２０１、２０２を有するアクチュエータユニット２０を保持する。ベース１０は、ＳＵＳ、アルミナなどの加工可能な材料により構成され、ベース１０の一方の端面に圧電素子列２０１、２０２が接着される。ベース１０は、列間溝２５の一部を構成するとともに列間溝２５において導体部２２７に接続される導電部位を少なくとも一部に有する。一例として本実施形態においてはベース１０が導電性の材料で構成され、ベース１０全体が導電部位となり、列間溝２５がベース１０に至って形成されることで、ベース１０が列間溝２５の内面の一部を構成している。ベース１０は列間溝２５内に形成された導体部２２７に接続され、導電部位であるベース１０自体が共通電極の配線の一部を構成する。なお、ベース１０は、２つの圧電素子列２０１、２０２が対向する側である内側の側面に形成された溝内の導体部２２７で構成される共通電極を、アクチュエータユニット２０の外側の端面に、取り回すための配線を構成してもよく、例えばベース１０を介して、共通電極が、配線板７０の共通配線層に、接続されていてもよい。

アクチュエータユニット２０は、複数の圧電体層２１１、ダミー層２１２、及び内部電極２２１、２２２が積層された積層圧電部材２００から構成される。アクチュエータユニット２０は、積層圧電部材２００の積層方向の一方側が列間溝２５と複数の素子間溝２２によって分割され、列間溝２５を介して並ぶ複数の圧電素子列２０１、２０２を備える。

圧電素子列２０１、２０２は、積層圧電部材２００に列間溝２５及び素子間溝２２が形成されることで、列間溝２５を介して並列する一対の板状の基部２６と、一対の基部２６の積層方向の一方側にそれぞれ延出するとともに素子間溝２２を介して並列する複数の柱状の圧電素子２１と、を有する。

基部２６は例えば板状に構成され、支持部材であるベース１０の積層方向の一方側の端部に接合される。基部２６は、列間溝２５とは反対側の外側端におけるベース１０側の端部に、角部が所定量切り欠かれた凹部２６１が形成される。凹部２６１は、外表面が内側に一部退避し、ベース１０から離間することにより、配線板７０や他の部材との干渉を回避する。

各圧電素子２１は、基部２６の一方側にそれぞれ延出する柱状に構成される。圧電素子２１は、第１方向に積層される複数枚の圧電体層２１１と、積層方向の両端にそれぞれ配されるダミー層２１２と、各圧電体層２１１の主面に形成される内部電極２２１、２２２とを備える。一例として、各圧電素子２１は、圧電体層２１１の積層数を５０層以下、各層の厚さを１０μｍ～４０μｍ、厚さと総積層数の積を１０００μｍ未満とする。

圧電体層２１１は、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）系、または無鉛のＫＮＮ（ニオブ酸ナトリウムカリウム）系等の圧電材料から薄板状に構成される。複数の圧電体層２１１は厚さ方向が第１方向に沿って積層され、互いに接着層を介して接着されている。

ダミー層２１２は、圧電体層２１１と同材料で構成される。例えば圧電体層２１１の内部電極２２１、２２２が形成された領域の両端部、すなわち積層方向の両側に、配置される。ダミー層２１２は電極を片側にしか有しておらず、電界がかからず、変形しない。すなわち、ダミー層２１２は圧電体としては機能せず、固定の際のベースとなり、あるいは組立中や組立後の精度を出すために研磨する研磨代となる。

内部電極２２１、２２２は銀パラジウムなどの焼成可能な導電性材料で所定形状に構成される導電膜である。内部電極２２１、２２２は各圧電体層２１１の主面の所定領域に形成される。内部電極２２１、２２２は、互いに異なる極である。例えば一方の内部電極２２１は図中Ｙ方向で示す第２方向において圧電体層２１１の一方の端部に至り、他方の端部には至らない領域に形成される。第２方向は、積層方向である第１方向に直交または交差する方向である。他方の内部電極２２２は、図中Ｙ方向で示す第２方向において圧電体層２１１の一方の端部には至らず、他方の端部に至る領域に形成される。内部電極２２１は圧電素子２１の外側面に形成される外部電極２２４に接続され、内部電極２２２は内側の電極素子２２７１に、それぞれ接続される。

複数の素子間溝２２は、第２方向に延出し、各圧電素子列２０１、２０２を複数の圧電素子２１に分割する。素子間溝２２は、並び方向である第３方向において隣接する複数の圧電素子２１の間に、それぞれ形成される。第３方向は、第１方向及び第２方向に直交または交差する方向である。本実施形態の例においては、第１方向は、Ｚ方向に沿い、第２方向は、Ｙ方向に沿い、第３方向は、Ｘ方向に沿う。

列間溝２５は、第３方向に延出し、第２方向において一対の圧電素子列２０１、２０２の間に配される。列間溝２５は、一対の圧電素子列２０１、２０２を隔てる。列間溝２５の積層方向の深さ寸法は、素子間溝２２の深さ寸法よりも、深く形成される。例えば列間溝２５は、アクチュエータユニット２０を積層方向である深さ方向に貫通し、ベース１０に至る深さに形成される。言い換えると列間溝２５はその底部側の一部がベース１０によって構成される。

外部電極２２４は、複数の圧電素子２１を有する圧電素子列２０１、２０２の列間溝２５とは反対側である外側の側面部に形成され、内部電極２２１の端部を集めて構成される。外部電極２２４はメッキ法やスパッタ法など既知の方法で、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕなどにより成膜されている。

導体部２２７は、一対の圧電素子列２０１、２０２の間の列間溝２５内に設けられる。導体部２２７は、銀ペーストや導電性接着剤などの導電性物質で構成され、素子間溝２２に連通する第３の溝である極間溝２２７３を介して並ぶ複数の柱状の電極素子２２７１と、複数の電極素子２２７１の底部に配される連結部２２７２と、を一体に有する。導体部２２７は、列間溝２５内に銀ペーストや導電性接着剤などの、ペースト状または液状の導電材料が充填されて硬化した後、複数の素子間溝２２に繋がる複数の極間溝２２７３が形成されることで、積層方向の一端側が複数に分割され、複数の電極素子２２７１と、電極素子２２７１の底部側において一体に連続する連結部２２７２が、一体に形成される。

各電極素子２２７１は、圧電素子２１の並び方向において、複数の圧電素子２１と同位置に配置され、複数の圧電素子２１にそれぞれ接続される。すなわち、積層方向及び圧電素子２１の並び方向に対して直交する延出方向において、一方の圧電素子列２０１の圧電素子２１と、電極素子２２７１と、他方の圧電素子列２０２の圧電素子２１とが、一列に連続して配置される。同様に、延出方向において、一方の圧電素子列２０１の素子間溝２２と、極間溝２２７３と、他方の圧電素子列２０２の素子間溝２２とが、一列に連続して配置される。したがって各電極素子２２７１は各圧電素子２１内の内部電極２２２に接続される。

本実施形態において一例として、一対の圧電素子列２０１、２０２の対向面側である内側の導体部２２７を共通電極とし、外側の外部電極２２４を個別電極とする。複数の圧電素子２１の個別電極となる外部電極２２４は、複数の圧電素子２１の間に形成される素子間溝２２によって分割され、互いに独立駆動可能に構成される。対向面側において共通電極となる導体部２２７は、極間溝２２７３よりもベース１０側の底部の領域において連結部２２７２によって連結され、共通電極を構成する。

個別電極となる外部電極２２４は例えば配線板７０に接続され、各種配線を介して、駆動ＩＣ７１等の実装部品に接続される。

各圧電素子２１は、外部電極２２４及び導体部２２７を介して内部電極２２１、２２２に電圧が印加されることで、圧電体層２１１の積層方向に沿って縦振動する。例えばここで言う縦振動とは「圧電定数ｄ３３で定義される厚み方向の振動」である。なお本実施形態においては一例として図１に示すように、複数並列配置される圧電素子２１のうち１つおきに配される半数の圧電素子２１が振動板３０を挟んで圧力室３１に対応して配置され、残りの半数の圧電素子２１は振動板３０を挟んで隔壁部４２に対向する位置に配置される。

振動板３０は、例えば厚さ方向が積層方向に沿って配され、積層方向と直交する面方向に延出する。振動板３０は、複数の圧電素子２１の積層方向の一方側、すなわちノズルプレート５０側の面に接合される。振動板３０は例えば変形可能に構成されたプレート部と、アクチュエータユニット２０の圧電素子２１と接合される例えば突起状の複数の接合部と、を備える。例えば振動板３０は接合部の面が圧電素子２１の端面に接着される。

振動板３０は、圧電素子２１の一方側の端面に接合される。一例として、本実施形態において、振動板３０はマニホールド４０に接合される。振動板３０は、圧電素子２１の変形に伴って変形することにより、圧力室３１の容積を変化させる。

マニホールド４０は、振動板３０の一方側に接合される。マニホールド４０は、複数の圧力室３１と、複数の圧力室３１に連通する共通室と、を有する所定のインク流路を形成する。マニホールド４０は、圧力室３１を隔てる複数の隔壁部４２を備える。隔壁部４２は、並び方向において複数の圧力室３１間を隔て、圧力室３１の両側部を構成する壁部材である。隔壁部４２は振動板３０を介して、圧電素子２１に対向配置され、圧電素子２１によって支持される。

各圧力室３１は、積層方向一方側に配されるノズルプレート５０に形成されたノズル５１に連通する。また、圧力室３１は、ノズルプレート５０の反対側が振動板３０によって塞がれる。

複数の圧力室３１は、共通室に連通し、共通室から供給される液体を保有し、圧力室３１の一部を形成する振動板３０の振動によって変形することで、ノズル５１から液体を吐出する。

ノズルプレート５０は、例えばＳＵＳ・Ｎｉなどの金属やポリイミドなどの樹脂材料からなる厚さ１０μｍ～１００μｍ程度の方形の板状に構成される。ノズルプレート５０は圧力室３１の一方側の開口を覆うように、マニホールド４０の一方側に配置されている。ノズルプレート５０には、厚さ方向に貫通する複数のノズル５１が形成される。ノズル５１は第３方向に沿って複数並び、ノズル列を形成する。各ノズル５１は、複数の圧力室３１に対応する位置にそれぞれ設けられている。

配線板７０は、例えば所定のパターンに形成された電極層を有するＦＰＣ等の配線基板である。配線板７０は、個別電極である外部電極２２４に接続される個別配線と、共通電極である導体部２２７に接続される共通配線と、を有する。例えば配線板７０は、駆動ＩＣ７１に接続される。

例えば、個々の外部電極２２４や導体部２２７は、配線により駆動ＩＣ７１を介して、駆動部としての制御部１１６の駆動回路１１６１に接続され、駆動回路１１６１が有するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等による制御によって駆動制御可能に構成される。

以上のように構成されたインクジェットヘッド１において、ノズルプレート５０と、マニホールド４０と、振動板３０とによって、ノズル５１に連通する複数の圧力室３１と、複数の圧力室３１に連通する共通室と、を有するインク流路が形成される。例えば共通室は接続流路１３３を通じてインクタンク１３２に接続され、インクタンク１３２のインクが共通室を通じて各圧力室３１へ供給される。

インクジェットヘッド１において、制御部１１６が、駆動ＩＣ７１により駆動対象の内部電極２２１、２２２に駆動電圧を印加すると、圧電素子２１が積層方向、すなわち各圧電体層２１１の厚さ方向に振動する。つまり、圧電素子２１は縦振動する。具体的には、制御部１１６は、駆動対象の圧電素子２１の内部電極２２１、２２２に駆動電圧を印加して、駆動対象の圧電素子２１を選択的に駆動する。そして、圧電素子２１の駆動による、引張方向の変形と圧縮方向の変形を組み合わせて、振動板３０を変形させ、圧力室３１の容積を変化させることで、共通室から液体を導き、ノズル５１から吐出させる。

本実施形態にかかるインクジェットヘッドの製造方法について、図３乃至図７を参照して説明する。まず、圧電アクチュエータ２の製造方法として、シート状に形成された圧電材料に、内部電極２２１、２２２の印刷処理を行うことで、内部電極２２１、２２２が形成された圧電体層２１１を形成する。そして内部電極２２１、２２２を有する複数枚の圧電体層２１１を積層し、焼成処理、を行い、図３及び図４に示す積層圧電部材２００を構成する。そして、ＳＵＳ、アルミナなどの加工が可能かつ硬度の高い材料で構成されるベース１０上に、あらかじめ内部電極２２１、２２２を形成した積層圧電部材２００を、配置する。

次に、図５に示すように、ダイシングにより、積層圧電部材２００の中央に、列間溝２５を形成し、２列の積層圧電部材に分割する。このとき、各積層圧電部材の列間溝２５側である内側の側面のベース１０側の端部は、外側の側面の外部電極２２４のベース１０側の端部よりも、ベース１０に位置する。

続いて、積層圧電部材２００において、一対の積層圧電部材２００の外側の端面に、印刷処理により外部電極２２４を形成する。また、積層圧電部材２００の外側のベース１０側の角部を一部切り欠き、凹部２６１を形成する。
続いて、図６に示すように、列間溝２５内に、銀ペーストや導電性接着剤などの、ペースト状または液状の導電材料を充填する。例えば導電材料の粘度により異なるが、例えば低粘度であれば列間溝２５の近傍に導電材料をたらすことで表面張力により、高粘度であればへらなどで押し込むことにより、導電材料の列間溝２５への充填が可能である。充填後、熱などにより、導電材料を硬化させ、導電固体を形成する。

列間溝２５内の導電材料が硬化した後の導電固体に、ダイシング加工等により、第２方向に連続して延びる素子間溝２２及び極間溝２２７３を、所定のピッチで複数同時に形成し、積層圧電部材２００及び導体部２２７の一方側を複数に分割し、複数の圧電素子２１を有する圧電素子列２０１、２０２、及び複数の電極素子２２７１を有する電極列２２７０を形成する。

ここで、素子間溝２２は、外側に形成された外部電極２２４が形成された部位よりも深い位置に至る深さであり、外部電極２２４は圧電素子２１毎に互いに離間して独立した個別電極となる。一方で列間溝２５は、素子間溝２２の底部よりもベース１０側の部位で連続しているため、導体部２２７は、外部電極２２４や素子間溝２２よりもベース１０側の領域において、一体に連結される。

列間溝２５内の導体部２２７は、両方の圧電素子列２０１、２０２の内部電極２２１に接続され、一対の圧電素子列２０１、２０２に共通する、共通電極の一部を構成する。なお、共通電極である溝内の導体部２２７は他方側の側面まで引き回されてもよい。以上によりアクチュエータユニット２０が形成される。

そして、圧電素子２１の分極処理を行う。さらに、個別電極となる外部電極２２４に、配線板７０をハンダ実装により接続する。この時、図７に示すように、アクチュエータユニット２０の一端側を支持ツール８１上に固定し、配線板７０と個別電極となる外部電極２２４を接触させて、加圧ツール８２で加圧し、配線板７０を実装する。このとき、一対の圧電素子列２０１、２０２の各圧電素子２１の間が、電極素子２２７１で接続され、各圧電素子２１が加圧方向において支持されることから、接合処理が容易となる。

さらに、マニホールド４０やフレーム部材を接合し、各圧力室３１にノズル５１を対向配置させてノズルプレート５０を接着し、インクジェットヘッド１が完成する。

以下、インクジェットヘッド１を備えるインクジェット記録装置１００の一例について、図８を参照して説明する。インクジェット記録装置１００は、筐体１１１と、媒体供給部１１２と、画像形成部１１３と、媒体排出部１１４と、搬送装置１１５と、制御部１１６と、を備える。

インクジェット記録装置１００は、媒体供給部１１２から画像形成部１１３を通って媒体排出部１１４に至る所定の搬送路Ａに沿って、吐出対象物である印刷媒体として例えば用紙Ｐを搬送しながらインク等の液体を吐出することで、用紙Ｐに画像形成処理を行う液体吐出装置である。

筐体１１１は、インクジェット記録装置１００の外郭を構成する。筐体１１１の所定箇所に、用紙Ｐを外部に排出する排出口を備える。

媒体供給部１１２は複数の給紙カセットを備え、各種サイズの用紙Ｐを複数枚積層して保持可能に構成される。

媒体排出部１１４は、排出口から排出される用紙Ｐを保持可能に構成された排紙トレイを備える。

画像形成部１１３は、用紙Ｐを支持する支持部１１７と、支持部１１７の上方に対向配置された複数のヘッドユニット１３０と、を備える。

支持部１１７は、画像形成を行う所定領域にループ状に備えられる搬送ベルト１１８と、搬送ベルト１１８を裏側から支持する支持プレート１１９と、搬送ベルト１１８の裏側に備えられた複数のベルトローラ１２０と、を備える。

支持部１１７は、画像形成の際に、搬送ベルト１１８の上面である保持面に用紙Ｐを支持するとともに、ベルトローラ１２０の回転によって所定のタイミングで搬送ベルト１１８を送ることにより、用紙Ｐを下流側へ搬送する。

ヘッドユニット１３０は、複数（４色）のインクジェットヘッド１と、各インクジェットヘッド１上にそれぞれ搭載された液体タンクとしてのインクタンク１３２と、インクジェットヘッド１とインクタンク１３２とを接続する接続流路１３３と、供給ポンプ１３４と、を備える。

本実施形態において、シアン、マゼンダ、イエロー、ブラックの４色のインクジェットヘッド１と、これらの各色のインクをそれぞれ収容するインクタンク１３２を備える。インクタンク１３２は接続流路１３３によってインクジェットヘッド１に接続される。

また、インクタンク１３２には、図示しないポンプなどの負圧制御装置が連結される。そして、インクジェットヘッド１とインクタンク１３２との水頭値に対応して、負圧制御装置によりインクタンク１３２内を負圧制御することで、インクジェットヘッド１の各ノズル５１に供給されたインクを所定形状のメニスカスに形成させている。

供給ポンプ１３４は、例えば圧電ポンプで構成される送液ポンプである。供給ポンプ１３４は、供給流路に設けられている。供給ポンプ１３４は、配線により制御部１１６の駆動回路１１６１に接続され、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）による制御によって制御可能に構成される。供給ポンプ１３４は、インクジェットヘッド１に液体を供給する。

搬送装置１１５は、媒体供給部１１２から画像形成部１１３を通って媒体排出部１１４に至る搬送路Ａに沿って、用紙Ｐを搬送する。搬送装置１１５は、搬送路Ａに沿って配置される複数のガイドプレート対１２１と、複数の搬送用ローラ１２２と、を備えている。

複数のガイドプレート対１２１は、それぞれ、搬送される用紙Ｐを挟んで対向配置される一対のプレート部材を備え、用紙Ｐを搬送路Ａに沿って案内する。

搬送用ローラ１２２は、制御部１１６の制御によって駆動されて回転することで、用紙Ｐを搬送路Ａに沿って下流側に送る。なお、搬送路Ａには用紙の搬送状況を検出するセンサが各所に配置される。

制御部１１６は、コントローラであるＣＰＵ等の制御回路と、各種のプログラムなどを記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と、各種の可変データや画像データなどを一時的に記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、外部からのデータの入力及び外部へのデータの出力をするインターフェイス部と、を備える。

以上のように構成されたインクジェット記録装置１００において、制御部１１６は、例えばインターフェイスにおいてユーザが操作入力部の操作による印刷指示を検出すると、搬送装置１１５を駆動して用紙Ｐを搬送するとともに、所定のタイミングでヘッドユニット１３０に対して印字信号を出力することで、インクジェットヘッド１を駆動する。インクジェットヘッド１は吐出動作として、画像データに応じた画像信号により、駆動ＩＣ７１に駆動信号を送り、内部電極２２１、２２２に駆動電圧を印加して圧電素子２１を選択的に駆動して積層方向に縦振動させ、圧力室３１の容積を変化させることでノズル５１からインクを吐出し、搬送ベルト１１８上に保持された用紙Ｐに画像を形成する。また、液体吐出動作として、制御部１１６は、供給ポンプ１３４を駆動することで、インクタンク１３２からインクジェットヘッド１の共通室にインクを供給する。

上述した実施形態にかかる圧電アクチュエータ２、インクジェットヘッド１、及びインクジェットヘッド１の製造方法によれば、電力集中が生じにくい圧電アクチュエータ２、インクジェットヘッド１、及びインクジェットヘッド１の製造方法を提供できる。すなわち、一対の圧電素子列２０１、２０２の間に形成される列間溝２５に、共通電極を構成する導体部２２７を形成することで、共通電極の面積を確保でき、共通電極の配線に電流が集中するのを防止できる。したがって、電荷供給の不足を回避できる。また、列間溝２５内に導体部２２７を形成することで、共通電極を形成できるため、配線形成が容易である。複数の圧電素子列２０１、２０２に対して共通する列間溝２５に導体部２２７を形成することで、１つの共通電極配線で足りるため、共通電極の配線構造を単純化できる。さらに、一対の圧電素子列２０１、２０２が一体に接続された状態でベース１０に接合するため、接着が容易で、複数の圧電素子列２０１、２０２の貼り合わせの位置精度を確保できる。また、ベース１０を導電性としたことにより、より低抵抗とすることができ、また配線の引き出しも容易である。

また、上記実施形態にかかるインクジェットヘッド１は、列間溝２５において、一対の圧電素子２１の間が電極素子２２７１によって接続されていることから、延出方向に圧縮する力が加わった場合に、電極素子２２７１によって支持され、加圧による接合処理が容易となる。すなわち、例えば一対の圧電素子列２０１、２０２の間が中空であると、加圧方向における支持が困難となり、接合処理が困難となる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。

例えば、インクジェットヘッドの製造方法は上記に限られるものではなく、例えば予め１列ずつ個別に形成された複数の積層圧電部材２００を、ベース１０にそれぞれ接合する方法であってもよい。この場合、ベース１０に対して所定距離を空けて積層圧電部材２００を複数貼ることで、間に列間溝２５が形成される。そして、複数の積層圧電部材２００の間に形成される列間溝２５に導電性材料を充填して硬化させた後、上記実施形態と同様に、複数の積層圧電部材２００と硬化した導電性材料に、複数の溝を形成し、素子間溝２２及び極間溝２２７３を形成することで、複数の圧電素子２１を有する圧電素子列と、複数の電極素子２２７１を有する電極列２２７０と、をそれぞれ形成する。

また、上記実施形態において、ベース１０が導電性部材で構成された例を示したが、これに限られるものではない。例えばベース１０の一部の表面、あるいは内部の一部が導電性であってもよい。あるいは非導電材料で形成されたベースの表面に、導体部２２７に接続される導電層を別途形成してもよい。
また、上記実施形態において列間溝２５が積層圧電部材２００を２つに分離してベース１０に至る深さに形成された例を示したが、例えば他の実施形態として図９に示すアクチュエータユニット１０２０のように、列間溝２５はベース１０に至らない深さであってもよく、ベース１０の表面よりも浅く、２列の圧電素子の基部２６が一体に連続する構成であってもよい。

また、上記実施形態においては積層型の圧電素子２１を例示したが、単層の圧電体を用いる構成であってもよい。

また、圧電素子２１の具体的な構成や、流路の形状、マニホールド４０、ノズルプレート５０を含む各種部品の構成や位置関係は上述した例に限られるものではなく、適宜変更可能である。また、ノズル５１や圧力室３１の配列も上記に限られるものではない。たとえばノズル５１を２列以上配列してもよい。また複数の圧力室３１の間に、ダミー室を形成してもよい。また、圧電素子２１が積層方向の両端にダミー層２１２を有する例を示したがこれに限られるものではなく、圧電素子２１の一方側のみにダミー層２１２を有していてもよく、あるいは圧電素子２１がダミー層２１２を備えない構成であってもよい。

例えば、吐出する液体は印字用のインクに限られるものではなく、例えばプリント配線基板の配線パターンを形成するための導電性粒子を含む液体を吐出する装置等であっても良い。

また、上記実施形態において、インクジェットヘッド１は、インクジェット記録装置等の液体吐出装置に用いられる例を示したが、これに限られるものではなく、例えば３Ｄプリンタ、産業用の製造機械、医療用途にも用いることが可能であり、小型軽量化及び低コスト化が可能である。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、電力集中が生じにくい圧電アクチュエータ、液体吐出ヘッド、及び液体吐出ヘッドの製造方法を提供できる。

この他、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…インクジェットヘッド、２…圧電アクチュエータ、１０…ベース、２０…アクチュエータユニット、２１…圧電素子、２２…素子間溝、２５…列間溝、２１１…圧電体層、２１２…ダミー層、３０…振動板、３１…圧力室、４０…マニホールド、４２…隔壁部、５０…ノズルプレート、５１…ノズル、７０…配線板、７１…駆動ＩＣ、１００…インクジェット記録装置、１１１…筐体、１１２…媒体供給部、１１３…画像形成部、１１４…媒体排出部、１１５…搬送装置、１１６…制御部、１１７…支持部、１１８…搬送ベルト、１１９…支持プレート、１２０…ベルトローラ、１２１…ガイドプレート対、１２２…搬送用ローラ、１３０…ヘッドユニット、１３２…インクタンク、１３３…接続流路、１３４…供給ポンプ、２００…積層圧電部材、２０１，２０２…圧電素子列、２２１，２２２…内部電極、２２４…外部電極、２２７…導体部、２２７０…電極列、２２７１…電極素子、２２７２…連結部、２２７３…極間溝。

Claims (5)

1. 複数の圧電体と内部電極とを有する圧電素子が複数並んで配置されるとともに、前記圧電素子の並び方向において隣接する前記圧電素子間にそれぞれ素子間溝が形成される、圧電素子列を、列間溝を介して複数列備える、アクチュエータ部と、
   複数の前記圧電素子列の間に形成される前記列間溝内に設けられ、導電性物質で構成される電極素子を前記並び方向に複数並列して備えるとともに、前記並び方向に隣接する前記電極素子間に、前記素子間溝に連続する極間溝が形成される、電極列を備える導体部と、
   を備える圧電アクチュエータ。
2. 複数の前記圧電素子列を保持するベースを備え、
   前記列間溝は前記素子間溝より深く、前記ベースに至って形成され、
   前記ベースは、前記列間溝の一部を構成し前記列間溝において前記導体部に接続される導電部位を少なくとも一部に有する、請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
3. 請求項１または２に記載の圧電アクチュエータと、
   前記圧電素子の振動により振動する振動板と、
   前記振動板に面する複数の圧力室と、を備え、
   前記導体部は前記素子間溝の底部側において複数の前記電極素子を連結する連結部を有する、液体吐出ヘッド。
4. 複数の圧電体層と内部電極とを有する圧電部材をベースに複数列接合することと、
   複数列の前記圧電部材間に形成される列間溝に導電性材料で構成される導体部を形成することと、
   前記導体部及び複数列の前記圧電部材に、複数の素子間溝を形成して、複数の圧電素子を有する圧電素子列と、複数の電極素子を有する電極列と、をそれぞれ形成することと、
   を備える、液体吐出ヘッドの製造方法。
5. 複数の圧電体層と内部電極とを有する圧電部材を、ベースに接合することと、
   前記圧電部材に列間溝を形成して複数列に分割することと、
   前記列間溝に導電性材料で構成される導体部を形成することと、
   前記導体部及び複数列の前記圧電部材に、複数の素子間溝を形成して、複数の圧電素子を有する圧電素子列と、複数の電極素子を有する電極列と、をそれぞれ形成することと、
   を備える、液体吐出ヘッドの製造方法。