JP4243850B2

JP4243850B2 - 積層型圧電素子及びそれを備えたインクジェット記録ヘッド

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Publication number: JP4243850B2
Application number: JP2004141389A
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Inventors: 敦伊藤
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Description

本発明は、積層型圧電素子及びそれを備えたインクジェット記録ヘッドの構造に関するものである。

従来から、圧電素子は、圧電効果により電気エネルギを機械的変位（歪み）に変換する特性を利用して、様々な装置の駆動源（圧電アクチュエータ）として用いられている。

その中でも、歪みによる変位量を大きくするため積層型とした圧電素子は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等のセラミック材料から成る圧電シートの表面（一方の広幅面）に、導電ペースト等の導電材料にて、個別電極またはコモン電極をスクリーン印刷法等により形成し、個別電極を有する圧電シートと、コモン電極を有する圧電シートとを交互に複数積層して構成されている。

この積層型圧電素子を利用したものとして、オンディマンド型のインクジェット記録ヘッドがある。そして、特許文献１等に開示されているように、複数枚のプレートを積層したキャビティユニットに、２列に配置した複数の圧力室が設けられ、各圧力室に対応する活性部（エネルギー発生手段）を有する積層型圧電素子としての圧電アクチュエータがキャビティユニットと接合されている。そして、圧電アクチュエータの各活性部に電圧印加することにより、列状に並んだノズルからインクが選択的に吐出されるようにしていた。

その場合、特許文献１に示すように、ノズル列が２列であって、その各列の各ノズルに対応する活性部を構成する積層型圧電素子は、片方の表面（広幅面）に個別電極を形成した圧電材料からなるセラミックス材のグリーンシート（圧電シート）と、片表面（広幅面）にコモン電極を形成した同じく圧電シートとを交互に積層したのち焼成して形成される。

さらにその構成を詳述すると、図１０に示すように、第１の方向（Ｘ方向）が短辺で、第２の方向（Ｙ方向）の方向が長辺であるノズルプレート１００には、その第２の方向（Ｙ方向）に沿って列状に配置された複数個のノズル１０１の列が、その短辺方向の中央を通り、第２の方向に延びる中心線を挟んで千鳥状に２列に並んで形成されているとするとき、積層方向の最下段及びその上方の奇数番目の圧電シート１０２の広幅面（上面）に形成される各個別電極１０３は、平面視で第１の方向に長く、第２の方向に細幅の矩形状であって、第２の方向にノズル１０１と同じ間隔で千鳥配列されている。そして、各個別電極１０３は、Ｘ方向の一方の縁１０３ａが圧電シート１０２の前記中心線を挟んだ両側に位置する。各個別電極１０３のＸ方向の他方の側縁辺が圧電シート１０２の長辺の縁まで延びている。各個別電極１０３の長手方向の寸法をＬ１とする。また、前記各圧電シート１０２の短辺縁近傍には、当該短辺縁に沿って長いダミーコモン電極１０４が形成されている。

他方、積層方向の偶数段目の圧電シート１０５の広幅面（上面）に形成されるコモン電極１０６は、同じく図１０に示すように、圧電シート１５の短辺方向（第１の方向）の中央側にて当該第１の方向の寸法（幅寸法）がＬ２であって、第２の方向に延びる帯状に形成されおり、コモン電極１０６の両長縁辺１０６ａ，１０６ａは圧電シート１０５の長辺縁から寸法Ｌ３の距離に位置するものとする。また、圧電シート１５の短辺縁の近傍箇所には当該短辺縁に沿って延びる引き出し部１０７がコモン電極１０５に連設するように一体的に形成されている。また、コモン電極１０６の両側には、その両縁辺１０６ａ，１０６ａと適宜隔てて各圧電シート１０５における長辺縁まで延びるように、ダミー個別電極１０９が形成されている。

各ダミー個別電極１０９は、圧電シート１０２、１０５を交互に積層したとき、その積層方向の投影で、対応する各個別電極１０３の一部と重複するように形成されている。同様に、ダミーコモン電極１０４も引き出し部１０７と重複した位置にある。

そして、複数の圧電シート１０２と１０５とが交互に積層されて、各個別電極１０３及び各コモン電極１０６が積層方向に重なる箇所が活性部となる。他方、最下段の圧電シート１０２を除き、上段の圧電シート１０２には、積層方向の個別電極１０３同士を導電材料を介して電気的に導通させるためのスルーホール１１０が、各圧電シート１０２の長辺縁の近傍にて当該各シートの板厚さ貫通するように、個別電極１０３及びダミー個別電極１０９の箇所に設けられている。同様に、コモン電極１０６同士を導電材料を介して導通させるためのスルーホール１１１は、各圧電シート１０５の板厚さを貫通するように、各圧電シート１０５の短辺近傍にて引き出し部１０７及びダミーコモン電極１０４の箇所に設けられている。

これら個別電極１０３、コモン電極１０６及びダミー個別電極１０９、ダミーコモン電極１０４は、銀−パラジュウム系等の導電性ペーストを圧電シート１０２、１０５（グリーンシート）にスクリーン印刷形成した後、焼成したものである。従って、前記各活性部の長さ寸法Ｌ４は、図１１に示すように、帯状のコモン電極１０６の長縁辺１０６ａと、圧電シート１０２（１０５）を挟んで上または下側の個別電極１０３の前記一方の側縁１０３ａとの間の投影長さに等しい。換言すると、各活性部の長さは、圧電シート１０２（１０５）を挟んだ状態でのコモン電極１０６の長縁辺１０６ａと個別電極１０３の一方の側縁１０３ａとで決定されることになる。
特開２００２−２５４６３４号公報

しかしながら、この個別電極１０３及びコモン電極１０６をスクリーン印刷時の前記Ｘ方向への位置ずれのないパターンとして製作しても、個別電極１０３を有する圧電シート１０２とコモン電極１０６を有する圧電シート１０５とを積層するとき、その積層方向と直交する平面での前記Ｘ方向へずれると、活性部の長さ寸法Ｌ４を正確に設定できない。例えば、６層の圧電シート１０２（１０５）を積層した場合には、コモン電極１０６の長縁辺１０６ａと個別電極１０３の短辺中央寄り位置にある側縁１０３ａとの相対的な位置ずれが６箇所（ずれ公差箇所が６箇所）発生することになる。つまり、図１１に示す各圧力室１１２のＸ方向の長さに対応する活性部の長さＬ４のバラツキ、ひいては公差（最大許容寸法と最小許容寸法との差）が大きくなるため、その間に挟まれる圧電シート１０２（１０５）の静電容量のバラツキも大きくなって、同じ駆動電圧を印加したときのノズルからのインク吐出速度にバラツキが発生して、記録ヘッドの品質の安定性が損なわれ、ひいては製品毎の画面記録の品質が不安定になるという問題があった。

本発明は、上記問題点を解決することを技術的課題とし、簡単な構成で、安定した積層型圧電素子及びそれを備えたインクジェット記録ヘッドを提供することを目的とするものである。

上記技術的課題を解決するため、請求項１に記載の発明の積層型圧電素子は、一方の広幅面に個別電極を形成した複数の圧電シートと、一方の広幅面にコモン電極を形成した複数の圧電シートとが交互に積層されて、前記各個別電極と前記各コモン電極とが積層方向に重なる箇所を活性部と成し、前記各個別電極同士または前記各コモン電極同士をそれぞれ積層方向に導通させてなる積層型圧電素子において、前記各個別電極は第１の方向に沿って細長い矩形状に形成され、前記各個別電極が前記第１の方向と直交する第２の方向に適宜間隔で列状に配置され、前記コモン電極は、前記個別電極の列に重なるように沿って延びる帯状に形成され、且つ前記各個別電極の矩形形状のうち長辺と直交するように延びる一対の縁辺を備え、前記各個別電極と前記各コモン電極とが積層方向に重なって位置し、前記個別電極の前記第１の方向の両端が前記コモン電極における一対の縁辺よりも外方へ突出して位置し、その一対の縁辺にて前記各活性部の前記第１の方向の長さを定めるように構成されているものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の積層型圧電素子において、前記各圧電シートには、前記個別電極の列は複数形成され、この各列に対応する前記各コモン電極が帯状に形成されているものである。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の積層型圧電素子において、前記各個別電極は前記第２の方向の幅寸法が、第２の方向と直交する第１方向の寸法より短く形成されているものである。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の積層型圧電素子において、前記各コモン電極は、前記第１の方向において互い間隔を空けて配置された複数の第１電気導通部分と、前記第１方向に沿って延びる第２電気導通部分とからなり、前記各第１電気導通部分の前記第２方向における両端部を前記第２電気導通部分にて連結されて形成されているものである。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の積層型圧電素子において、前記個別電極は、前記コモン電極の一方の縁辺から突出した一方の端部に、前記圧電シートの積層方向において他の個別電極と接続する端子を有するものである。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の積層型圧電素子において、前記第２の方向において隣接する一方の個別電極と他方の個別電極とは、前記端子を、前記コモン電極の両縁辺から交互に反対側へ突出させているものである。

請求項７に記載の発明のインクジェット記録ヘッドは、前記第２の方向に沿って列状に配置された複数個のノズルの列を前記第１の方向に複数列備え、さらに、前記各ノズルに対応する圧力室の複数の列を備えたキャビティユニットの背面には、前記請求項１乃至６のいずれかに記載の積層型圧電素子を接合し、前記積層型圧電素子における各活性部が前記各圧力室に対応するように重ねて配置したものである。

請求項１に記載の発明によれば、１枚の圧電シートに帯状のコモン電極の一対の縁辺が形成される場合、隣接する別の圧電シートの各個別電極の第１の方向の長さが前記一対の縁辺間の寸法（第１の方向の長さ）より長いから、圧電シートを交互に積層したとき、個別電極とコモン電極が重ねられた状態では、活性部の第１の方向の長さは、前記一対の縁辺間の寸法により一義的に決定されることになる。従って、積層される圧電シートによる積層方向に重なる複数の活性部における第１の方向の長さの公差（最大許容寸法と最小許容寸法との差）は、積層時のコモン電極を有する複数枚の圧電シートの第１の方向のずれによってのみ決定されるから、前記従来のものに比べて、活性部の長さひいては活性部の静電容量のバラツキが少なくなるという効果を奏する。

請求項２に記載の発明によれば、帯状のコモン電極を個別電極の列の数と同じ数だけ形成するという簡単な構成で、各個別電極の箇所に対応する活性部の寸法（第１の方向の長さ）を正確に形成できる効果を奏する。

請求項３に記載の発明によれば、前記各個別電極は前記第２の方向の幅寸法が、第２の方向と直交する第１方向の寸法より短く形成されているから、圧電シートの第２の方向に対して短い間隔で多数の活性部を簡単且つ正確に形成することができる。

請求項４に記載の発明によれば、前記各コモン電極は、前記第１の方向において互い間隔を空けて配置された複数の第１電気導通部分と、前記第１方向に沿って延びる第２電気導通部分とからなり、前記各第１電気導通部分の前記第２方向における両端部を前記第２電気導通部分にて連結されて形成されているものであるから、圧電シートの表面に複数の帯状のコモン電極を形成する場合、必要箇所以外の箇所を電極材料を使用しない空白部とするだけで良く、コモン電極の形成作業が至極容易にできるという効果を奏する。

請求項５に記載の発明によれば、前記個別電極は、前記コモン電極の一方の縁辺から突出した一方の端部に、前記圧電シートの積層方向において他の個別電極と接続する端子を有するものであるから、複数枚の圧電シートを積層し、対応する活性部を形成するべく積層方向の個別電極同士を電気的に接続するためには、前記端子の箇所でスルーホール状の内部導通電極を形成するだけで良く、構成が簡単になるという効果を奏する。

請求項６に記載の発明は、前記第２の方向において隣接する一方の個別電極と他方の個別電極とは、前記端子を、前記コモン電極の両縁辺から交互に反対側へ突出させているものであるから、第２の方向に隣接する端子の位置を第１の方向に散らばった千鳥状に配置することができ、積層方向の個別電極同士を電気的に接続する場合に互いに電気的に短絡させないようにすることが容易にできるという効果を奏する。

従って、このような積層型圧電素子を利用してインクジェット記録ヘッドを製作すれば、同じ駆動電圧を印加したときのノズルからのインク吐出速度にバラツキも小さくて、記録ヘッドの品質、ひいては製品毎の画面記録の品質が安定するという効果を奏する。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明を適用するインクジェット記録ヘッドの各部品の斜視図、図２はキャビティユニット等の斜視図、図３はキャビティユニットの要部の部分拡大斜視図、図４は圧電アクチュエータの分解斜視図、図５は個別電極を有する圧電シートとコモン電極を有する圧電シートとを第２の方向に沿って並べて示す、配置説明のための平面図、図６は個別電極を有する圧電シートとコモン電極を有する圧電シートとを積層した状態で示す配置説明のための平面図、図７は図６のVII −VII 線矢視拡大断面図、図８は図６の VIII −VIII線矢視拡大断面図、図９はトップシートにおける接合端子等の位置を示す部分拡大斜視図、図１０は従来の圧電アクチュエータの個別電極とコモン電極との位置関係を示す部分斜視図、図１１は図１０のXI−XI線矢視拡大断面図である。

本発明に係るカラー記録用のインクジェット記録ヘッドは、図示しないが、用紙の搬送方向（副走査方向、以下第２の方向またはＹ方向という）と直交する方向（主走査方向、以下第１の方向またはＸ方向という）に往復移動するキャリッジに搭載されたヘッドユニット１を有し、そのヘッドユニット１上には、例えば、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの４色のカラーインクがぞれぞれ充填されたインクカートリッジが着脱可能に搭載されるか、または画像形成装置の本体に静置されたインクカートリッジから図示しない供給パイプ及びキャリッジに搭載されたダンパー室（図示せず）を介して各色のインクが供給されるように構成されている。

ヘッドユニット１は、図２に示すように、前面（図２における下面）にＹ方向（第２の方向）に複数個のノズル１１ａ（図２参照）が列状に配置され、且つそのノズル列がＸ方向に適宜間隔で複数列（実施形態では５列）を備えたキャビティユニット１０と、その上面に対して接着剤または接着シートを介して接着し積層されるプレート型の圧電アクチュエータ１２と、その背面（上面）に外部機器との電気的接続のために重ね接合された配線基板の１例としてのフレキシブルフラットケーブル４０とにより構成されている。

キャビティユニット１０は図２に示すように構成されている。すなわち、下層から順にノズルプレート１１、カバープレート１５、ダンパープレート１６、二枚のマニホールドプレート１７，１８、２枚のスペーサプレート１９，２０及び圧力室２３が形成されているベースプレート２１の合計８枚の偏平な板をそれぞれ接着剤にて重ね接合して積層した構成である。合成樹脂製のノズルプレート１１を除き、各プレート１５〜２１は、４２％ニッケル合金鋼板製であり、それらの板厚さを５０μｍ〜１５０μｍ程度の厚さを有する。

前記ノズルプレート１１には、微小径（実施形態では２５μｍ程度）の多数のインク噴出用のノズル１１ａが、当該ノズルプレート１１における第２の方向（キャビティユニット１０の長辺方向であり、図２において、Ｙ方向、副走査方向）に沿って千鳥配列状に設けられている。また各ノズル列ＮはＸ方向（主走査方向）に適宜間隔で５列（個別の列には、符号Ｎ１〜Ｎ５を付する、但し、Ｎ４，Ｎ５は図示せず）に配列されている。実施形態では、第１列〜第５列の各々のノズル列Ｎの長さは１インチ、各々のノズル１１ａの数は７５個で、つまり配列密度は７５（ｄｐｉ［ドット・パー・インチ］）である。

そして、図２において、右から順番にノズル列Ｎ１〜Ｎ５（但し、Ｎ４，Ｎ５は図示せず）とするとき、ノズル列Ｎ１はシアンインク（Ｃ）用であり、ノズル列Ｎ２はイエローインク（Ｙ）用であり、ノズル列Ｎ３はマゼンタインク（Ｍ）用であり、ノズル列Ｎ４及びＮ５はブラックインク（ＢＫ）用とする。

上下マニホールドプレート１７，１８には、Ｙ方向に長いインク通路が各ノズル列Ｎ１〜Ｎ５に対応して板厚方向に貫通するように形成され、上側の第１スペーサプレート１９と下側のダンパープレート１６とに挟まれて積層されることにより、前記インク通路が５列の共通インク室（マニホールド室）２６となる。そして、図２において、右から順に共通インク室２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６ｅとするとき、共通インク室２６ａはシアンインク（Ｃ）用であり、共通インク室２６ｂはイエローインク（Ｙ）用であり、共通インク室２６ｃはマゼンタインク（Ｍ）用であり、第４番目と第５番目の共通インク室２６ｄ，２６ｅの対はブラックインク（ＢＫ）用となる。

図２において、ベースプレート２１のＹ方向の一端部にＸ方向に適宜間隔で穿設された４つのインク供給口を右から順に符号３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄとするとき、インク供給口３１ａ，３１ｂ，３１ｃは、右端から順の共通インク室２６ａ，２６ｂ，２６ｃに対応し、右から４番目のインク供給口３１ｄは、２つの共通インク室２６ｄ，２６ｅの互いに近接した端部に共通に対応している。そして、図２に示すように、インク供給口３１ａ，３１ｂ，３１ｃの位置に対応して、第２スペーサプレート２０及び第１スペーサプレート９１の一端部に穿設されたインク供給通路３２が対応する共通インク室２６ａ，２６ｂ，２６ｃの一端部に連通している。

また、下側のマニホールドプレート１７の下面に接着されるダンパープレート１６の下面側には、各共通インク室２６に対応する位置にＹ方向に長いダンパー室２７が下面方向にのみ開放するように凹み形成され、その下面側のカバープレート１５にて塞がれて完全な密閉状のダンパー室２７が構成される。

この構成により、圧電アクチュエータ１２の駆動で圧力室２３に作用する圧力波のうち、インクにより伝播されて共通インク室２６の方向に向かう後退成分を、板厚の薄いダンパー室２７の天井部の振動により吸収し、いわゆるクロストークが発生することを防止するのである。

第１スペーサプレート１９には、各ノズル列Ｎ１〜Ｎ５のノズル１１ａに対応する絞り部２８がＸ方向に若干長く、Ｙ方向に細幅の凹溝状に形成されている。この各絞り部２８の一端は対応するマニホールドプレート１８における共通インク室２６ａ〜２６ｅに連通し、各絞り部２８の他端は後述するように、上側の第２スペーサプレート２０における上下貫通する連通孔２９に連通するように形成されている（図３参照）。

カバープレート１５、ダンパープレート１６、２枚のマニホールド１７，１８、第１及び第２スペーサプレート１９，２０には、それぞれ、各ノズル列Ｎ１〜Ｎ５毎にノズル１１ａに連通する連通路２５が、共通インク室２６及びダンパー室２７と上下に重ならない位置で上下に貫通するように形成されている。

また、ベースプレート２１には、各ノズル列Ｎ毎に、Ｘ方向に沿って延びる細幅の圧力室２３（各圧力室の列を符合２３−１，２３−２，２３−３，２３−４，２３−５とする）がノズル１１ａの個数に対応してベースプレート２１を厚さ方向に貫通して形成されている。そして、各圧力室２３の長手方向（Ｘ方向）の一端は、第２スペーサプレート２０に穿設された連通孔２９を介して第１スペーサプレート１９における各絞り部２８の他端に連通しており、各圧力室２３の長手方向の他端は、第２スペーサプレート２０に穿設された各連通路２５に連通している。各列の圧力室２３は隔壁２４を介してＹ方向に配置され、圧力室２３は隣接する列の圧力室２３に対してＹ方向に半ピッチずれ、いわゆる千鳥状に配列されている。

これにより、各インク供給口３１ａ〜３１ｄから各共通インク通路２６内に流入したインクは、絞り部２８、連通孔２９を通って各圧力室２３内に分配されたのち、この各圧力室２３内から連通路２５を通って、この圧力室２３に対応するノズル１１ａに至るという構成になっている。

次に、圧電アクチュエータ１２の構成について説明する。圧電アクチュエータ１２は、後に詳述するように、圧電シートを積層方向に挟んで形成されている個別電極３６とコモン電極３７の積層方向に対向する両電極３６、３７間の圧電シートを活性部として有する。なお、活性部は公知のように個別電極３６とコモン電極３７との間に高電圧を印加してその電極間の圧電シートを分極することで形成される。任意の個別電極３６とコモン電極３７との間に、分極方向と平行に電圧を印加することにより、その印加された個別電極３６に対応した圧電シートの活性部に、当該積層方向に圧電縦効果による歪みを発生する。該活性部は、圧力室２３の数と同一の数で同一の列にてその対応する位置に形成されている。

即ち、前記活性部は、ノズル１１ａ（圧力室２３）の列方向（第２の方向、Ｙ方向）にそれぞれ列をなし、且つ前記ノズルの列の数（５つ）と同じ列数だけ、第１の方向（Ｘ方向）に並べられている。また、各活性部は、第１の方向（キャビティユニット１０の幅方向、Ｘ方向）に圧力室２３の長手方向に長く形成され、且つＹ方向に隣接する活性部の配置間隔（ピッチＰ）も後述する圧力室２３の配置と同様であって、千鳥状配列されることになる。

圧電アクチュエータ１２は、図４に示すように、１枚の厚さが３０μｍ程度の圧電セラミックス板からなる複数枚（実施形態では７枚）の圧電シート３３，３４とが交互に積層された群と、この群の上面に１枚のシート４６からなる拘束層を積層し、さらにその上面に表面シートとしてのトップシート３５を積層した構造である。拘束層のシ−ト及びトップシ−トは圧電セラミックス板でも良いし、他の材料でも良く、電気的絶縁性を有すれば良い。

下から数えて偶数番目の圧電シート３３の上面（平板面）には、図４、図５及び図６に示すように、前記キャビティユニット１１における各圧力室２３に対応した真上箇所ごとに細幅の個別電極３６が、第２の方向（圧電シート３３の長辺方向、図２のＹ方向、各ノズル１１ａの列方向）に沿ってそれぞれ列状に且つＸ方向に５列、スクリーン印刷形成される。

図４及び図５に示すように、圧電シート３３の上面には、前述した第１列〜第５列の圧力室列２３−１，２３−２，２３−３に対応して第１列〜第５列の個別電極３６（各列に対して、図４で符号３６−１、３６−２、３６−３、３６−４、３６−５を付する）が形成されている。各個別電極３６のパターンは、その直線部３６ｂを、前記各圧力室２３（図６の一点鎖線参照）とほぼ同じ長さで、且つ各圧力室よりもやや狭い幅の直線状、つまり、Ｘ方向に長くＹ方向にそれよりも短いほぼ矩形状とし、平面視で圧力室２３と重複して配置されている。

各個別電極３６における一端部３６ａ（即ち端子）は、図５及び図６に示すように、それぞれ平面視で直線部３６ｂに対して屈曲形成されて、圧力室２３の外に延びている。なお、第３列目の個別電極３６−３における一端部３６ａは、個別電極３６の列方向（Ｙ方向）において交互に圧力室２３から反対方向へ延びている。

さらに、圧電シート３３には、圧電シート３４におけるコモン電極３７と平面視で一部重複する個所であって、圧電シート３３の広幅面における短辺及び長辺に沿う外周部位等にダミーコモン電極４３が形成されている（図４、図５及び図６のハッチング部分参照）。

コモン電極３７は、最下層の圧電シート３４とそれから上方へ数えて奇数番目の圧電シート３４の各表面（上面）にスクリーン印刷形成されるものである（図４参照）。最下層の圧電シート３４におけるコモン電極３７は当該圧電シート３４の上面全体に形成されている。それより上層の各圧電シート３４におけるコモン電極３７は、各圧力室列２３−１〜２３−５に対応する各個別電極列３６−１〜３６−５の配置位置と平面視で重複し、且つ圧電シート３４の長辺に沿ってＹ方向に長い帯状の第１電気導通部分３７ａと、圧電シート３４の短辺に沿ってＸ方向に長く、第１電気導通部分３７ａの両端に連結する第２電気導通部分３７ｂとからなる（図５においてハッチング部分参照）。そして、実施形態では、帯状の第１電気導通部分３７ａは個別電極３６の列の数と同じく５列配置されている。そして、図５に示すように、各第１電気導通部分３７ａは各個別電極３６の矩形形状のうち長辺と直交するように延びる一対の縁辺４７ａ、４７ｂを備える。この一対の縁辺４７ａ、４７ｂの間のＸ方向の寸法がＬａに設定されている。

なお、実施形態では、図５に示すように、コモン電極３７におけるＸ方向に並列された複数の第１電気導通部分３７ａのうち、圧電シート３４のＹ方向に延びる両辺に近接した位置に細幅帯状（平面視矩形状）の空白部分４９（導電性ペーストが印刷されない区域）が形成される。また、その複数の第１電気導通部分３７ａに挟まれる領域では、同じくやや広い幅の平面視矩形状の３つの空白部分５０が、空白部分４９と平行状に形成されている。そして、空白部分５０内には、島状の複数のダミー個別電極３８が個別電極３６における端子３６ａと平面視で重なる位置に列状に形成されている。従って、各第１電気導通部分３７ａの一対の縁辺４７ａ、４７ｂは、前記空白部分４９におけるＹ方向に延びる縁（境界線）や空白部分５０におけるＹ方向に延びる縁（境界線）により形成され、一対の縁辺４７ａ、４７ｂ間の寸法Ｌａが決定されることになる。

そして、圧電シート３３と３４とを積層するとき、図６に示すように、各個別電極３６と各コモン電極３７における各第１電気導通部分３７ａとが積層方向に重なって位置し、個別電極３６における第１の方向（Ｘ方向）の両端が第１電気導通部分３７ａにおける一対の縁辺４７ａ、４７ｂよりも外方（Ｘ方向）へ突出して位置し、その一対の縁辺４７ａ、４７ｂ間の寸法Ｌａにて各活性部の第１方向の長さを決定する（定める）ように構成されている。

つまり、１枚の圧電シート３４に各コモン電極３７における各帯状の第１電気導通部分３７ａの一対の縁辺４７ａ、４７ｂが形成される場合に、隣接する圧電シート３３の各個別電極３６のＸ方向の長さＬｂが一対の縁辺４７ａ、４７ｂ間の寸法Ｌａより長いから、圧電シート３３と３４とを積層したとき、個別電極３６と第１電気導通部分３７ａが重ねられた状態では、活性部のＸ方向の長さは、前記一対の縁辺４７ａ、４７ｂ間の寸法Ｌａにより一義的に決定されることになる（図８参照）。従って、本実施形態で、最下位の圧電シート３４を除く上位置の３枚の圧電シート３４とその間に積層される圧電シート３３とによる積層方向に重なる３つの活性部におけるＸ方向の長さの公差（最大許容寸法と最小許容寸法との差）は、積層時の３枚の圧電シート３４のＸ方向のずれによってのみ決定されるから、前記背景技術で述べた従来のものに比べて、活性部の長さひいては活性部の静電容量のバラツキが少なくなり、同じ駆動電圧を印加したときのノズルからのインク吐出速度にバラツキも小さくて、記録ヘッドの品質、ひいては製品毎の画面記録の品質が安定するという効果を奏する。また、帯状の第１電気導通部分３７ａを個別電極３６の列の数と同じ数だけ形成するという簡単な構成で、各個別電極３６の箇所に対応する活性部の寸法（Ｘ方向の長さ）を正確に形成できることになる。

また、図５に示すように、実施形態においては、Ｘ方向に並んだ５列の個別電極３６のうち、圧電シート３３の短辺方向の中央に配置される列では、第２の方向（Ｙ方向）において隣接する一方の個別電極３６と他方の個別電極３６とは、端子となる一端部３６ａが、コモン電極３７における一対の縁辺４７ａ、４７ｂから交互に反対側へ突出されている。そして、各一端部３６ａは空白部５０内に一定間隔で配置形成された島状の各ダミーコモン電極３８の少なくとも一部と積層方向（平面視）で重なるように配置されている。

拘束層としての上層シート４６の上面には、図４に示すように、平面視で略矩形型の接続用パターン５３が前記圧電シート３４における各ダミー個別電極３８の少なくとも一部と平面視で重複するように一定間隔で配置形成されている。また、上層シート４６の上面の短辺に沿う部位等には、圧電シ−ト３４におけるコモン電極３７の一部及び圧電シ−ト３３におけるダミーコモン電極４３の一部にそれぞれ平面視で重複する位置にコモン導通部としての連絡用パターン５４が形成されている。

そして、最下層の圧電シート３４を除き、それより上層の圧電シート３４、３３及び上層シート４６には、コモン電極３７とダミーコモン電極４３との複数箇所を上下方向に電気的に接続するために、第２電気導通部分３７ｂ、ダミーコモン電極４３の位置において、各圧電シート３４、３３の板厚さを貫通するように穿設された複数のスルーホール内にそれぞれ充填した導電部材（導電性ペースト）にて内部導通電極（図示せず）を形成する。

同様に、複数枚の圧電シート３３における各個別電極３６の端部３６ａと、圧電シート３４における各ダミー個別電極３８と、上層シート４６における連絡用パターン５４には、それぞれを上下方向に電気的に接続するために、各圧電シート３３、３４、４６の板厚さを貫通するように穿設された複数のスルーホール内にそれぞれ充填した導電部材（導電性ペースト）にて内部導通電極４２が形成されている。その場合、各内部導通電極４２は、上下に隣接する圧電シート３３、３４、４６の箇所で平面視で上下に重複しない位置に適宜距離だけ隔てて形成されている（図６、図７参照）。

図４及び図９に示すように、圧電アクチュエータ１２の最上層である表面シートとしてのトップシ−ト３５の上面（表面）には、フレキシブルフラットケーブル４０の下面のコモン電極接続用のバンプ電極及び個別電極接続用のバンプ電極（共に図示せず）とそれぞれ接合させるためのコモン電極接続用の接合端子（接合電極）９０及び個別電極接続用の接合端子（接合電極）９１とがそれぞれ島状に形成されている。

接合端子９０及び接合端子９１は、それぞれ、トップシ−ト３５の表面上に形成される層厚さの薄い表面電極９２（９３）と、その表面電極９２（９３）の表面上に形成される層厚さの厚い外部電極９４（９５）とからなる（但し、図９では表面電極９３についてのみ示す）。トップシ−ト３５の接合端子９０及び接合端子９１と、対応する上層シート４６の連絡用パターン５４及び接続用パターン５３とそれぞれ上下方向に電気的に接続するためには、前記と同様に、トップシ−ト３５の板厚さを貫通するように穿設された複数のスルーホール内にそれぞれ充填した導電部材（導電性ペースト）にて内部導通電極４４が形成されている。

なお、コモン接続用の接合端子９０における層厚さの薄い表面電極９２は、上層シ−ト４６における連絡用パターン５４の少なくとも一部に平面視で重複するように配置され、且つトップシ−ト３５の上面のうち外周縁寄り部位に帯状等にて形成されている（図４参照）また、表面電極９２の表面に後付けとしての層厚さの厚い外部電極９４が適宜形状にて配置されている。

表面電極９２（９３）、個別電極３６、コモン電極３７、ダミー個別電極３８、ダミーコモン電極４３、スルーホール内に充填する内部導通電極４２，４４、接続用パターン５３及び連絡用パターン５４は、それぞれ銀−パラジュウム系導電部材（導電性ペースト）を用いて圧電シート３３、３４、上層シート４６及びトップシート３５の元材料であるグリーンシートの表面にスクリーン印刷形成した後、圧電シート３３、３４、上層シート４６及びトップシート３５を所定の順に積層し，さらに焼成して形成される。銀−パラジュウム系導電部材は融点が高いため、焼成温度が高温となるグリーンシートの焼成が行われても蒸発することがないが、半田合金との接合性は良くない。

外部電極９４（９５）は銀−ガラスフリット系の厚膜用の導電性ペーストを用いて前記焼成後に表面電極９２（９３）の表面に印刷形成した後に前記焼成温度より低い温度で焼成して形成される。銀−ガラスフリット系の導電部材は、銀−パラジュウム系導電部材に比べると、融点は低いが半田合金との接合性は良好である。従って、接合端子９０，９１は、表面電極９２（９３）の表面上に外部電極９４（９５）が形成されることによって、外部電極９４（９５）が形成されない場合に比べて、フレキシブルフラットケーブル４０におけるバンプ電極との接合性が向上するのである。

なお、図９に示す実施形態では、Ｙ方向に並ぶ接合端子９１の１つのおきに外部電極９５がＸ方向の一方の端部と他方の端部とに交互に形成されており、内部導通電極４４の上に外部電極９５が存在しない箇所では、その箇所のスルーホールを含めて内部導通電極４４の上面部位を充填する充填電極９６が形成されている。

前記実施形態では、ノズルの列は５列ひいては個別電極３６が千鳥配列で１０列であったが、本発明では３列以上の個別電極３６に対して適用できるものである。また、個別電極３６の全ての列に対して本発明を適用する必要はなく、一列に対してのみ適用することもできる。

本発明は、前述の実施形態に限らず、様々な態様に具体化できる。例えば、圧電アクチュエータ１２の最下層には圧電シートを採用したが、他の層の圧電シートの歪みを圧力室に伝えるものであれば、他の絶縁材料を用いてもよい。また、最上層のトップシート３５拘束層のシート４６についても他の絶縁材料を用いてもよい。

本発明の第１実施形態による圧電式インクジェット記録ヘッドのキャビティユニットと圧電アクチュエータと、フラットケーブルとを分離して示す斜視図である。キャビティユニットの分解斜視図である。キャビティユニットの一部分解斜視図である。圧電アクチュエータの一部切欠き分解斜視図である。個別電極を有する圧電シートとコモン電極を有する圧電シートとを第１の方向に揃えて並べて示す一部切欠き平面図である。個別電極とコモン電極とを積層方向に重ねて示す一部切欠き平面図である。図６のVII −VII 線矢視拡大断面図である。図６の VIII −VIII線矢視拡大断面図である。トップシートの表面の個別電極用の接合端子等の配置を示す部分拡大斜視図である。従来技術の圧電アクチュエータの個別電極とコモン電極との位置関係を示す部分斜視図である。図１０のXI−XI線矢視で示す積層状態の拡大断面図である。

符号の説明

１インクジェット記録ヘッド
１１キャビティユニット
１１ａノズル
１２積層型圧電素子としての圧電アクチュエータ
２２ベースプレート
２３圧力室
３３，３４圧電シート
３５トップシート
３６個別電極
３６ａ端子としての一端部
３６ｂ直線部
３７コモン電極
３７ａ第１電気導通部分
３８ダミー個別電極
４３ダミーコモン電極
４０フラットケーブル
４７ａ，４７ｂ一対の縁辺
４９、５０空白部

Claims

一方の広幅面に個別電極を形成した複数の圧電シートと、一方の広幅面にコモン電極を形成した複数の圧電シートとが交互に積層されて、前記各個別電極と前記各コモン電極とが積層方向に重なる箇所を活性部と成し、前記各個別電極同士または前記各コモン電極同士をそれぞれ積層方向に導通させてなる積層型圧電素子において、
前記各個別電極は第１の方向に沿って細長い矩形状に形成され、前記各個別電極が前記第１の方向と直交する第２の方向に適宜間隔で列状に配置され、
前記コモン電極は、前記個別電極の列に重なるように沿って延びる帯状に形成され、且つ前記各個別電極の矩形形状のうち長辺と直交するように延びる一対の縁辺を備え、
前記各個別電極と前記各コモン電極とが積層方向に重なって位置し、前記個別電極の前記第１の方向の両端が前記コモン電極における一対の縁辺よりも外方へ突出して位置し、その一対の縁辺にて前記各活性部の前記第１の方向の長さを定めるように構成されていることを特徴とする積層型圧電素子。
前記各圧電シートには、前記個別電極の列は複数形成され、この各列に対応する前記各コモン電極が帯状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の積層型圧電素子。
前記各個別電極は前記第２の方向の幅寸法が、第２の方向と直交する第１方向の寸法より短く形成されていることを特徴とする請求項２に記載の積層型圧電素子。
前記各コモン電極は、前記第１の方向において互い間隔を空けて配置された複数の第１電気導通部分と、前記第１方向に沿って延びる第２電気導通部分とからなり、
前記各第１電気導通部分の前記第２方向における両端部を前記第２電気導通部分にて連結されて形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の積層型圧電素子。
前記個別電極は、前記コモン電極の一方の縁辺から突出した一方の端部に、前記圧電シートの積層方向において他の個別電極と接続する端子を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の積層型圧電素子。
前記第２の方向において隣接する一方の個別電極と他方の個別電極とは、前記端子を、前記コモン電極の両縁辺から交互に反対側へ突出させていることを特徴とする請求項５に記載の積層型圧電素子。
前記第２の方向に沿って列状に配置された複数個のノズルの列を前記第１の方向に複数列備え、さらに、前記各ノズルに対応する圧力室の複数の列を備えたキャビティユニットの背面には、前記請求項１乃至６のいずれかに記載の積層型圧電素子を接合し、前記積層型圧電素子における各活性部が前記各圧力室に対応するように重ねて配置したことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。