JP4887747B2 - 圧電アクチュエータ、圧電アクチュエータの製造方法、及び、液体移送装置 - Google Patents

Description

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

従来から、圧電層に電界を作用させたときに圧電層に生じる変形を利用して対象を駆動する圧電アクチュエータは種々の分野で広く用いられている。例えば、特許文献１にはこの圧電アクチュエータにより圧力室内のインクに圧力を付加してインクを吐出するインクジェットヘッドが記載されている。このインクジェットヘッドは、金属製の基板と、この基板上にマトリクス状に配置された複数の圧電素子（圧電層）と、圧電素子の上下両面にそれぞれ形成された信号電極（個別電極）及び共通電極とを有する圧電アクチュエータと、柔軟性を有する樹脂基材からなるフレキシブルプリント配線基板（ＦＰＣ）とを備えている。

ＦＰＣの圧電素子と対向する面には複数の端子部が形成され、これら複数の端子部は圧電素子の上面の信号電極にそれぞれ対応している。各端子部にはコア材と接合材とを有する半球状のバンプが設けられている。そして、複数の信号電極とバンプとを位置合わせしてから、ＦＰＣの圧電層と反対側の面から加熱・加圧、又は、加振を行うことにより、圧電層の上面の信号電極とＦＰＣの端子部とをバンプを介して電気的に接続する。

特開２００３−６９１０３（図１、図３）

しかしながら、圧電素子の上面の信号電極とＦＰＣの端子部とを接合する際には、圧電素子のバンプに対向する領域に応力が局所的に作用するため、この領域において、圧電層が破損してしまう虞がある。また、ＦＰＣに形成されたバンプの高さはばらついていることが多く、その場合には、このばらつきによって、圧電層の上面の電極とＦＰＣの端子部とを接続する際に、圧電層の上面の電極とＦＰＣの端子部に設けられたバンプとが十分に接触しない部分が生じ、圧電層の上面の電極とＦＰＣの端子との接続不良が生じる虞もある。

本発明の目的は、圧電層の上面の電極とＦＰＣ等の配線部材の端子部との接合の際に、圧電層に応力が局所的に集中して作用するのを緩和し、圧電層の破損を防止すると共に、バンプの高さのばらつきによって生じる圧電層の上面の電極と配線部材の端子部との接続不良を防止することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明は実施の形態に示す図１〜図１４に対応付けした以下の構成を採用している。但し、各要素に付した括弧付き符号はその要素の例示に過ぎず、各要素を限定するものではない。

本発明の第１の態様に従えば、振動板（６０、７４）と、この振動板（６０、７４）の変形を逃がす逃し部（圧力室）と、振動板に接合される接合部（４０ａ）とを有する支持部材（４０）と、振動板の支持部材（４０）と反対側の面に設置された第１の電極（６０、１１２）と、この第１の電極の前記振動板と反対側の面に配置された圧電層と、この圧電層の電極の振動板と反対側の面において、逃し部と対向する領域に配置された第２の電極（６２）と、圧電層の振動板と反対側の面において、接合部と対向する領域に形成され、且つ、第２の電極に接続された接点部（６２ａ）と、接点部（６２ａ）に駆動電圧を供給する配線部材（６５）とを備えている。さらに、接点部と配線部材の端子部の一方に、他方側へ突出して接点部と端子部とを電気的に接続するバンプ（６５ａ）が形成され、振動板と支持部材との間、又は、振動板と圧電層との間で、且つ、バンプと対向する部分に、前記振動板の面方向から見て島状に形成されていると共にそれ以外の部分よりも剛性が低下した剛性低下部（６０ａ、７０ａ、７１ａ、７３、７５、７６、７８、７９ａ）が設けられており、前記剛性低下部が、前記逃し部と対向しない位置に配置されている圧電アクチュエータ（３２）が提供される。

これによると、圧電層と配線部材との接合の際に圧電層に作用する応力の集中を剛性低下部により緩和し、圧電層の破損を防止できる。また、振動板と支持部材との間、又は、振動板と圧電層との間の、バンプと対向する部分の剛性が低下しているため、バンプと接点部又は端子部との密着性がよくなり、バンプの高さのばらつきによる第２の電極の接点部と配線部材の端子部との接続不良を防止することができる。なお、本願において、用語「バンプと対向する部分」とは、バンプの直下の位置（振動板の面方向における位置）を含む部分（領域）を意図している。従って、バンプの直下の位置に剛性低下部が存在しない場合は、バンプと対向する部分に剛性低下部が設けられていることにならない。

また、本発明の圧電アクチュエータの剛性低下部は、振動板と支持部材との間に介在し、且つ、振動板と支持部材よりも弾性率の低い低弾性材であってもよい。これによると、圧電層と配線部材との接合の際に圧電層に作用する応力の集中を低弾性材によって緩和し、圧電層の破損を防止すると共に、バンプの高さのばらつきによる個別電極の接点部と配線部材の端子部との接続不良を防止することができる。

また、本発明の圧電アクチュエータの剛性低下部は、振動板と支持部材の少なくとも一方のバンプに対向する部分に形成された他方側に開口した凹部、又は、貫通状の穴であってもよい。これによると、圧電層と配線部材との接合の際に圧電層に作用する応力の集中を凹部又は穴によって緩和し、圧電層の破損を防止すると共に、バンプの高さのばらつきによる個別電極の接点部と配線部材の端子部との接続不良を防止することができる。

このとき、振動板又は支持部材に形成された凹部又は穴に振動板及び支持部材よりも弾性率が低い低弾性材が充填されていてもよい。これによると、圧電層と配線部材との接合の際に圧電層に作用する応力の集中を凹部又は穴に設けられた低弾性材によって緩和し、圧電層の破損を防止すると共に、バンプの高さのばらつきによる個別電極の接点部と配線部材の端子との接続不良を防止することができる。

また、本発明の圧電アクチュエータの支持部材は金属材料から形成し得る。これによると、エッチング等により、逃し部を容易に形成できる。また、剛性低下部として、凹部又は穴を形成する場合にもこれらを容易に形成することができる。あるいは、支持部材は絶縁材料または接着剤から形成し得る。

さらに、本発明の圧電アクチュエータの振動板は金属材料からなり、この振動板が第１の電極を兼ねていることが好ましい。これによると、第１の電極を別に形成する工程が不要となり、製造工程を簡素化することができる。

また、本発明の圧電アクチュエータにおいて、振動板と圧電層との間で、且つ、バンプに対向する部分に、絶縁層が介在していてもよい。これによると、バンプが形成されている部分において、第１の電極と第２の電極の接点部との間に挟まれる圧電層に生じる静電容量を小さくすることができ、アクチュエータの駆動効率を向上させることができる。

このとき、絶縁層は、弾性率が振動板と圧電層の両方の弾性率よりも低い絶縁材料からなることが好ましい。これによると、接点部と配線部材との接合の際に圧電層に作用する応力の集中を絶縁層によって緩和し、圧電層の破損を防止することができると共に、バンプの高さのばらつきによる個別電極の接点部とＦＰＣの端子部との接続不良を防止することができる。

バンプの押圧加重を考慮すると、前記剛性低下部の前記圧電層の面方向における長さが、振動板の厚さ及び圧電層の厚さの和の４倍以上、特には６倍程度またはそれ以上にし得る。

本発明に従えば、ノズルとそれに連通する圧力室を含む液体流路と、本発明の圧電アクチュエータとを備え、圧電アクチュエータの支持部材の逃がし部が前記圧力室に相当する液体移送装置もまた提供される。

本発明の第２の態様に従えば、振動板と支持部材の間で、且つ、前記バンプが配置される部分と対向する部分に、前記振動板の面方向から見て島状に形成されていると共にそれ以外の部分よりも剛性が低下した剛性低下部を設ける第１工程と、振動板と支持部材とを接合部において接合する第２工程と、振動板の支持部材とは反対側の第１の電極が配置された面に、圧電層を形成する第３工程と、圧電層の振動板と反対側の面において、逃し部と対向する領域に第２の電極を形成すると共に、接合部と対向する領域に、第２の電極に接続された接点部を形成する第４工程と、接点部又は配線部材の端子部の一方に他方側へ突出する導電性のバンプを形成する第５工程と、前記剛性低下部を前記逃し部と対向しない位置に配置しつつ配線部材を接点部に対して押圧することにより、配線部材の端子部と接点部とをバンプを介して電気的に接続する第６工程とを備える圧電アクチュエータの製造方法が提供される。

これによると、配線部材を接点部に対して押圧したときに、圧電層に作用する応力の集中を剛性低下部により緩和し、圧電層の破損を防止することができる。また、バンプの高さのばらつきによる接点部と配線部材の端子部との接続不良を防止することができ、信頼性の高い圧電アクチュエータを製造することができる。

ここで、第１工程において、振動板と支持部材の少なくとも一方の、バンプが配置される部分と対向する部分に、剛性低下部として、他方側へ開口する凹部又は貫通状の穴を形成してもよい。これによると、凹部又は穴が形成されて剛性が低下した部分により、圧電層に作用する応力の集中を緩和し圧電層の破損を防止することができると共に、バンプの高さのばらつきによる接点部と配線部材の端子部との接続不良を防止することができ、信頼性の高い圧電アクチュエータを製造することができる。

ここで、第３工程において、圧電層をエアロゾルデポジション法、又は、スパッタ法によって形成してもよい。これによると、薄い圧電層を容易に形成することができる。

本発明の第３の態様に従えば、夫々がノズルと連通すると共に平面に沿って配置された複数の圧力室（４４）を含む液体流路（３１）と、これら複数の圧力室の容積を変化させて圧力室内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータ（３２）とを備えている。さらに、この圧電アクチュエータは、複数の圧力室が形成された圧力室プレート（４０）と、この圧力室プレートの一表面に接合されて、複数の圧力室を覆う振動板（６０）と、この振動板（６０）の圧力室と反対側の面に配置された共通電極（６０，１１２）と、この共通電極の振動板と反対側の面に形成された圧電層（６１）と、この圧電層の振動板と反対側の面において複数の圧力室と対向する領域に夫々配置された複数の個別電極（６２）と、圧電層の振動板と反対側の面において、圧力室プレートと振動板とが接合される領域に形成され、且つ、複数の個別電極に夫々接続された複数の接点部（６２ａ）と、これら複数の接点部に選択的に駆動電圧を供給する配線部材（６５）とを備えている液体移送装置が提供される。液体移送装置において、接点部と配線部材の一方に、他方側へ突出して接点部と配線部材とを電気的に接続する導電性のバンプが形成され、振動板と圧力室プレートの少なくとも一方のバンプに対向する部分に、前記振動板の面方向から見て島状に形成されていると共に他の部分よりも剛性が低下した剛性低下部（６０ａ、７０ａ、７１ａ、７３、７５、７６、７８、７９ａ）が形成されており、前記剛性低下部が、前記圧力室と対向しない位置に配置されている。

これによると、配線部材を接点部に対して押圧したときに、圧電層に作用する応力の集中を、剛性低下部により緩和し、圧電層の破損を防止できると共に、バンプの高さのばらつきによる個別電極と配線部材との接続不良を防止することができるので、液体移送装置の信頼性が向上する。

このとき、剛性低下部は、振動板と圧力室プレートの少なくとも一方の、バンプと対向する部分に形成された、他方側に開口した凹部、又は、貫通状の穴であってもよい。これによると、配線部材を接点部に対して押圧したときに、圧電層に作用する応力の集中を、形成された凹部又は穴により緩和し、圧電層の破損を防止できると共に、バンプの高さのばらつきによる個別電極と配線部材との接続不良を防止することができるので、液体移送装置の信頼性が向上する。

さらにこのとき、凹部又は穴は少なくとも隣接する圧力室との間にまで延在していることが好ましい。これによると、ある圧力室に対向する領域における圧電層の変形が他の圧力室に伝播してしまう現象（いわゆる、クロストーク）を凹部によって抑制することができる。本発明の液体移送装置はインクジェットプリンタに適用し得る。また、剛性低下部が、低弾性材からなることが好ましい。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施の形態は、インクジェットプリンタのインクジェットヘッドに用いられる圧電アクチュエータ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３を備えたインクジェットプリンタ１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１は図１の左右方向に移動可能なキャリッジ２とこのキャリッジ２に設けられて記録用紙Ｐに対してインクを吐出するシリアル式のインクジェットヘッド３（液体移送装置）と、記録用紙Ｐを図１の前方へ搬送する搬送ローラ４等を備えている。インクジェットヘッド３はキャリッジ２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５０（図２、図３参照）の出射口から記録用紙Ｐに対してインクを吐出する。そして、インクジェットヘッド３より記録された記録用紙Ｐは搬送ローラ４により前方（紙送り方向）へ排出される。

図２は、図１におけるインクジェットヘッド３の部分拡大平面図、図３は図２のＡ−Ａ線断面図である。図２、図３に示すように、インクジェットヘッド３は、内部にインク流路が形成された流路ユニット３１と、流路ユニット３１の上面に配置された圧電アクチュエータ３２とを備えている。

まず流路ユニット３１について説明する。図３のように流路ユニット３１は、キャビティプレート４０、ベースプレート４１、マニホールドプレート４２、及び、ノズルプレート４３を備えており、これらの４枚のプレート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４０、ベースプレート４１及びマニホールドプレート４２は略矩形のステンレス鋼製の板である。また、ノズルプレート４３は、例えば、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４２の下面に接着される。あるいは、ノズルプレート４３も、３枚のプレート４０〜４２と同じ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３に示すように、キャビティプレート４０（圧力室プレート）には、平面に沿って配列された複数の圧力室４４が形成されている。図２には複数の圧力室４４のうち一部（１０個）が示されている。各圧力室４４は平面視で略楕円形状に形成されており、その長軸方向が走査方向（図２の左右方向）となるように配置されている。

ベースプレート４１の平面視で圧力室４４の長軸方向両端部に重なる位置には、夫々連通孔４５、４６が形成されている。また、マニホールドプレート４２には、紙送り方向（図２の上下方向）に２列に延び、平面視で圧力室４４の図２における左端部又は右端部と重なるマニホールド４７が形成されている。マニホールド４７には、キャビティプレート４０に形成されたインク供給口４８を介してインクタンク（図示しない）からインクが供給される。また、平面視で圧力室４４のマニホールド４７とは反対側の端部と重なる位置には、連通孔４９も形成されている。さらに、ノズルプレート４３には、平面視で複数の圧力室４４のマニホールド４７とは反対側の端部に重なる位置に、複数のノズル５０が夫々形成されている。複数のノズル５０は、例えば、ポリイミドなどの高分子合成樹脂の基板にエキシマレーザ加工を施すことにより形成される。

そして、図３に示すように、マニホールド４７は連通孔４５を介して圧力室４４に連通し、さらに、圧力室４４は、連通孔４６、４９を介してノズル５０に連通している。このように、流路ユニット３１内には、マニホールド４７から圧力室４４を経てノズル５０に至る複数の個別インク流路（液体流路）が形成されている。

次に、圧電アクチュエータ３２について説明する。図３に示すように、圧電アクチュエータ３２は、キャビティプレート４０の表面に配置され、キャビティプレート４０と接合されている導電性を有する振動板６０と、この振動板６０の表面に複数の圧力室４４に跨って連続的に形成された圧電層６１と、この圧電層６１の表面に複数の圧力室４４に夫々対応して形成された複数の個別電極６２と、個別電極６２の上側に設けられたフレキシブルプリント配線基板（ＦＰＣ）６５とを備えている。さらに、流路ユニット３１のキャビティプレート４０（支持部材）も圧電アクチュエータ３２の一部を構成している。そして、このキャビティプレート４０は、振動板６０の変形を逃す逃し部としての圧力室４４と振動板６０と接合される接合部４０ａとを有する。

振動板６０は、ステンレス鋼等の鉄系合金、ニッケル合金、アルミニウム合金、チタン合金等の金属材料からなり、複数の圧力室４４を覆うようにキャビティプレート４０の接合部４０ａに接合されている。この振動板６０は、複数の個別電極６２に対向していて個別電極６２と振動板６０との間の圧電層６１に電界を作用させる共通電極を兼ねており、接地されてグランド電位に保持されている。また、図３に示すように、振動板６０のキャビティプレート４０側の面の平面視でキャビティプレート４０の接合部４０ａに含まれる領域には、円形の凹部６０ａが形成されている。凹部６０ａは、例えば、振動板６０にハーフエッチングを施すことによって形成される。

振動板６０の表面には、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６１が形成されている。圧電層６１は、複数の圧力室４４に跨って形成されている。そのため、圧電層６１を全ての圧力室４４に対して一度に形成することができ、圧電層６１の形成が容易になる。ここで、圧電層６１は、例えば、超微粒子の圧電材料を振動板６０の表面に高速で衝突させて堆積させるエアロゾルデポジション法（ＡＤ法）を用いて形成できる。その他、ゾルゲル法、スパッタ法、水熱合成法、あるいは、ＣＶＤ（化学蒸着）法を用いることもできる。さらに、ＰＺＴのグリーンシートを焼成することによって得られた圧電シートを振動板６０の表面に貼り付けて圧電層６１を形成することもできる。

圧電層６１の上面には、圧力室４４よりも一回り小さい略楕円形の平面形状を有する個別電極６２が形成されている。これら個別電極６２は、平面視で対応する圧力室４４の中央部に重なるように夫々形成されている。個別電極６２は金、銅、銀、パラジウム、白金、チタンなどの導電性材料からなる。さらに、圧電層６１の上面には、複数の個別電極６２の一端部（マニホールド４７側の端部）から、夫々、平面視で接合部４０ａ内に位置する凹部６０ａと対向する部分にまで延びた、複数の接点部６２ａが形成されている。個別電極６２及び接点部６２ａは、例えば、スクリーン印刷、スパッタ法、蒸着法等で形成することができる。

ＦＰＣ６５は、ポリイミド等からなる基材の下面側において複数の接点部６２ａにそれぞれ対応する端子部６５ａを有する。これら複数の端子部６５ａの表面には、半田等からなり、接点部６２ａ側に突出した半球状の複数のバンプ６６が形成されている。そして、バンプ６６を介して接点部６２ａと端子部６５ａとが電気的に接続されている。尚、ＦＰＣ６５が圧電層６１の上に配置された状態では、バンプ６６は平面視で、円形の凹部６０ａ内に完全に含まれるようになっている。換言すれば、バンプ６６の直下に凹部６０ａの一部が存在する。また、ＦＰＣ６５は、駆動信号を供給するドライバＩＣ（図示せず）に接続される。

後述するように、接点部６２ａと端子部６５ａとの接続は、複数の端子部６５ａに形成された複数のバンプ６６と複数の個別電極６２の接点部６２ａとを接触させ、ＦＰＣ６５を個別電極６２とは反対側の面からセラミックヒータ（図示せず）等によって加熱しながら、個別電極６２側へ押圧することにより行われる。尚、前述したように振動板６０のバンプ６６と対向する領域には凹部６０ａが形成されて剛性が部分的に低下している（振動板の凹部が形成された領域の剛性が低下している）。そのため、ＦＰＣ６５を押圧したときに圧電層６１に作用する応力の集中が緩和されるようになっている。これについては、後でより詳しく述べる。

ここで、圧電アクチュエータ３２の動作について説明する。ドライバＩＣからＦＰＣ６５を介して個別電極６２に選択的に駆動電圧が供給されると、駆動電圧が供給された圧電層６１の部分と、グランド電位に保持された共通電極を兼ねている振動板６０との間に挟まれている圧電層６１に上下方向の電界が生じる。すると、圧電層６１のうち、駆動電圧が印加された個別電極６２の真下の部分が分極方向である厚み方向と垂直な水平方向に収縮する。そして、この収縮に伴い、圧力室４４に対向する領域の圧電層６１及び振動板６０が圧力室４４側に凸になるように変形する。このことにより、圧力室４４の体積が減少し、インク圧力が上昇するので、圧力室４４に連通するノズル５０からインクが吐出される。

次に、本実施の形態の圧電アクチュエータ３２を有するインクジェットヘッド３の製造方法について説明する。図４はインクジェットヘッド３の製造工程を示す図である。

まず、図４（ａ）に示すように、金属材料からなる振動板６０のキャビティプレート４０と接合される側の面に、ハーフエッチングによって凹部６０ａを形成する（第１工程）。

次に、図４（ｂ）に示すように、振動板６０、キャビティプレート４０、ベースプレート４１、及び、マニホールドプレート４２を接合する（第２工程）。これらの接合は、例えば、金属拡散接合により行う。あるいは、接着剤によって接合を行ってもよい。尚、この工程においては、少なくとも、振動板６０とキャビティプレート４０とを接合すればよく、ベースプレート４１及びマニホールドプレート４２は、後で接合してもよい。

そして、図４（ｃ）に示すように、振動板６０のキャビティプレート４０と反対側の面にＡＤ法、ゾルゲル法、スパッタ法、水熱合成法あるいはＣＶＤ法等によりＰＺＴを形成し、圧電層６１を形成する（第３工程）。ここで、ＡＤ法、ゾルゲル法、スパッタ法、水熱合成法、あるいはＣＶＤ法を用いて圧電層６１を形成していることから、薄い圧電層６１を容易に形成することができ、製造工程が簡略化される。尚、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６０の表面に貼り付けて圧電層６１を形成してもよい。

さらに、図４（ｄ）に示すように、圧電層６１の振動板６０と反対側の面にスクリーン印刷、スパッタ法、あるいは蒸着法等により、この面の圧力室４４と対向する領域に個別電極６２を形成すると共に、接合部４０ａと対向する領域で、且つ、凹部６０ａに対向する領域に接点部６２ａを形成する（第４工程）。

次に、図４（ｅ）に示すように、半田等によってＦＰＣ６５の端子部６５ａに個別電極６２側に突出したバンプ６６を形成する（第５工程）。そして、接点部６２ａとバンプ６６とを位置合わせして接触させ、ＦＰＣ６５の個別電極とは反対側の面から、例えば、セラミックヒータ等により加熱しながら個別電極６２側へ押圧することにより、個別電極６２の接点部６２ａと配線部材６５の端子部６５ａとをバンプ６６を介して電気的に接続する（第６工程）。

ここで、凹部６０ａがバンプ６６と対向する領域に設けられているため、接点部６２ａとバンプ６６とを接合する際に、セラミックヒータ等によってＦＰＣ６５を個別電極６２側へ押圧することによって圧電層６１に応力が作用し、凹部６０ａに対向する領域において振動板６０及び圧電層６１が凹部６０ａ側にたわむ。このことにより、圧電層６１のバンプ６６に対向する領域に応力が集中することが緩和され、圧電層６１の破損を防止することができる。

さらに、バンプ６６の高さにばらつきがある場合、セラミックヒータでＦＰＣ６５を個別電極６２側へ押圧すると、まず、高さの高いバンプ６６と接点部６２ａとが接触する。このとき、この高さの高いバンプ６６によって対応する接点部６２ａが押圧され、このバンプ６６と接点部６２ａとが接触している部分に対向する領域の圧電層６１及び振動板６０が凹部６０ａ側にたわみ、その結果、高さの低いバンプ６６も接点部６２ａに接触する。このことから、バンプ６６と接点部６２ａとの密着性が向上し、接点部６２ａと端子部６５ａとの接触不良が発生するのを防止することができる。
次に、図４（ｆ）のように、ノズルプレート４３をマニホールドプレート４２の下面に接着剤等により接合する（第７工程）。このようにして、インクジェットヘッド３は製造される。尚、ノズルプレート４３が金属材料からなるときは、第２工程においてノズルプレート４３を同時に接合してもよい。

以上説明した本実施の形態の、より具体的な一例を挙げる。振動板６０の厚さを２０μｍ、円形の凹部６０ａの直径を１８０μｍ、深さを１０μｍ、圧電層６１の厚さを１０μｍとし、バンプ６６の押圧加重を３０ｇとすると、凹部６０ａを形成した領域において、振動板６０は２μｍ程度変形することができ、２μｍ程度のバンプ６６の高さのばらつきがあっても、安定的に接点部６２ａと端子部６５ａとの接合を行うことができる。より一般的には、凹部６０ａのサイズ（直径）は、バンプの高さのばらつき（２μｍ程度）及びバンプの押圧加重（２０〜３０ｇ）を考慮してバンプからの押圧加重による応力を緩和するにためには、振動板６０と圧電層６１の厚みの和の４倍以上が好ましい。特には、凹部６０ａのサイズは、振動板６０と圧電層６１の厚みの和の６倍以上が好ましい。上記実施形態では、凹部６０ａは円形であったが、四角や多角形などの任意の形状にし得、そのような場合でも上記サイズ（長さ）が好ましい。

次に、本実施の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、本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変形態様＞ 図５に示すように、振動板６０に形成された凹部６０ａの内部に、振動板６０及びキャビティプレート４０よりも弾性率が低い、例えば、合成樹脂材料等の低弾性材６９が充填されていてもよい。この低弾性材６９は、第２工程を行う際に凹部６０ａ内に充填される。この場合でも、低弾性材６９により、前述の実施の形態と同様にして圧電層６１の応力集中を緩和することができると共に、バンプ６６の高さのばらつきを吸収し、接点部６２ａと端子部６５ａとの接続不良を防止する事ができる。

＜第２変形態様＞ 図６に示すように、振動板７０のバンプ６６に対向する領域に貫通状の穴７０ａが形成されていてもよい。この場合、圧電層６１は、焼成されたグリーンシートからなる圧電シートを振動板７０に貼り付けることで形成される。ここで、穴７０ａは、例えば、振動板７０にフルエッチングを施すことによって形成される。この場合でも、穴７０ａにより、前述の実施の形態と同様にして圧電層６１の応力集中を緩和することができると共に、バンプ６６の高さのばらつきを吸収し、接点部６２ａと端子部６５ａとの接続不良を防止する事ができる。

＜第３変形態様＞ 図７に示すように、キャビティプレート７１の振動板７４側の面に凹部７１ａが形成されていてもよい。この場合、凹部７１ａにより、前述の実施の形態と同様にして圧電層６１の応力集中を緩和することができると共に、バンプ６６の高さのばらつきを吸収し、接点部６２ａと端子部６５ａとの接続不良を防止する事ができる。

＜第４変形態様＞ 図８に示すようにキャビティプレート（支持部）７２のバンプ６６に対向する領域に貫通状の穴７２ａを形成した場合においても第３変形態様と同様の効果が得られる。また、変更形態３の凹部７１ａ及び変更形態４の穴７２ａに、振動板７４及び圧電層６１よりも弾性率の低い低弾性材が充填されていてもよい。

＜第５変形態様＞ 図９に示すように、圧電層６１と振動板６０との間の平面視で凹部６０ａを占める領域に、絶縁層７３が介在していてもよい。この絶縁層７３は、第２工程と第３工程との間においてスクリーン印刷等の方法により形成される。この場合、絶縁層７３に対向する領域において、振動板６０と個別電極６２との間に挟まれる圧電層６１に生じる静電容量が小さくなり、圧電アクチュエータの駆動効率が向上する。さらに、絶縁層７３が圧電層６１及び振動板６０よりも弾性率が低い材料からなる場合、圧電層６１における応力集中の緩和効果、及び、バンプ６６の高さのばらつきによる接点部６２ａと端子部６５ａとの接続不良の防止効果がより高くなる。

＜第６変形態様＞ 図１０に示すように、振動板７４及びキャビティプレート４０に、凹部又は穴が形成されておらず、振動板７４とキャビティプレート４０との間に振動板７４及びキャビティプレート４０よりも弾性率の低い低弾性材７５だけが介在していてもよい。この低弾性材７５は、第２工程の前に、キャビティプレート４０の振動板６０側の面にスクリーン印刷等の方法によって形成される。この場合でも、低弾性材７５により前述の実施の形態と同様にして圧電層６１の応力集中を緩和することができると共に、バンプ６６の高さのばらつきを吸収し、接点部６２ａと端子部６５ａとの接続不良を防止する事ができる。尚、図１０においては、低弾性材７５がキャビティプレート４１の接合部４０ａに対応する領域に形成されているが、少なくともバンプ６６に対向する領域に形成されていればよい。

＜第７変形態様＞ 図１１に示すように、振動板７４及びキャビティプレート４０に、凹部又は穴が形成されておらず、振動板７４と圧電層６１との間のバンプ６６と対向する狭い領域（例えば、振動板７４の厚みと圧電層６１の厚みの和の４〜６倍の直径）に振動板７４及び圧電層６１よりも弾性率の低い低弾性材７６だけが介在していてもよい。この低弾性材７６は、第３工程の前に振動板７４の圧電層６１側の面にスクリーン印刷等の方法によって形成される。この場合でも、低弾性材７６により前述の実施の形態と同様にして圧電層６１の応力集中を緩和することができると共に、バンプ６６の高さのばらつきを吸収し、接点部６２ａと端子部６５ａとの接続不良を防止することができる。なお、このように振動板７４と圧電層６１との間のバンプ６６と対向する狭い領域にのみ低弾性材７６を設けた結果、圧電層６１が低弾性材７６が設けられた領域に対応して突起部が形成され、その突起部上の電極がバンプ６６との接点部６２ａを構成している。

＜第８変形態様＞ 図１２に示すように、振動板７４とキャビティプレート４０とを接着剤で接着する場合、振動板７４とキャビティプレート４０とを接合する接着剤層７７を接合部４０ａのバンプ６６に対向しない部分のみに転写して、振動板７４とキャビティプレート４０とを接合してもよい。この場合には、接着剤層７７のバンプに対向する領域に空洞部７８が形成されるので、前述の実施の形態と同様にして圧電層６１の応力集中を緩和することができると共に、バンプ６６の高さのばらつきを吸収し、接点部６２ａと端子部６５ａとの接続不良を防止する事ができる。

＜第９変形態様＞ 前記実施の形態では、バンプ６６がＦＰＣ６５側に設けられていたが、図１３に示すように、バンプ６７は、接点部６２ａの圧電層６１と反対側の面にＦＰＣ６５側に突出するように形成されていてもよい。この場合でも、バンプ６７と端子部６５ａとを位置合わせして接触させ、ＦＰＣ６５の圧電層６１と反対側の面から加熱・押圧することにより、接点部６２ａと端子部６５ａとを電気的に接続することができる。

＜第１０変形態様＞ 図１４に示すように、振動板７９のキャビティプレート４０側に形成された凹部７９ａから、凹部７９ａと対向している接点部６２ａを有する個別電極６２に対応する圧力室４４と、その圧力室４４に隣接する別の圧力室４４との間、すなわち、圧力室４４間距離の最も短い部分（領域Ｂ）にまで溝７９ｂが延びていてもよい。ここで、凹部７９ａ及び溝７９ｂは、振動板７９にハーフエッチングを施すことにより同時に形成することができる。この場合、複数の圧力室４４の間に、凹部７９ｂが存在するので、圧力室４４を動作させる際に生じる、この圧力室４４に対向する領域の圧電層６１及び振動板７９の変形が、他の圧力室４４に対向する領域の圧電層６１及び振動板７９に伝播する現象（クロストーク）が抑制される。これにより、インクジェットヘッド３のインク噴射特性が良くなり、印字品質が向上する。クロストークをより確実に抑制するために、溝７９ｂは、図１４に示すように、圧力室４４を囲う環状の溝であるほうが好ましい。

＜第１１変形態様＞ 上記実施形態及び変更形態では、振動板６０（７４）が導電性を有する金属から形成されることで共通電極を兼ねていたが、図１５に図３の変形例として示したように、振動板６０’を絶縁性材料から形成してその上に共通電極（第１の電極）１１２を設けてもよい。あるいは、振動板６０（７４）上に絶縁層を設けてさらにその上に共通電極（第１の電極）を設けてもよい。

本発明に係るインクジェットプリンタ１の概観斜視図である。 図１のインクジェットヘッド３の部分拡大平面図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 図３の圧電アクチュエータ３２の製造工程を表した断面図であり、（ａ）は第１工程、（ｂ）は第２工程、（ｃ）は第３工程、（ｄ）は第４工程、（ｅ）は第５工程及び第６工程、（ｆ）は第７工程を表す断面図である。 第１変更形態におけるインクジェットヘッドの断面図である。 第２変更形態におけるインクジェットヘッドの断面図である。 第３変更形態におけるインクジェットヘッドの断面図である。 第４変更形態におけるインクジェットヘッドの断面図である。 第５変更形態におけるインクジェットヘッドの断面図である 第６変更形態におけるインクジェットヘッドの断面図である。 第７変更形態におけるインクジェットヘッドの断面図である。 第８変更形態におけるインクジェットヘッドの断面図である。 第９変更形態におけるインクジェットヘッドの断面図である。 第１０変更形態におけるインクジェットヘッドの平面図の部分拡大図である。 第１１変更形態におけるインクジェットヘッドの断面図である。

符号の説明

１ インクジェットプリンタ
２ インクジェットヘッド
３２ 圧電アクチュエータ
４０ キャビティプレート
４４ 圧力室
６０ 振動板
６０ａ 凹部
６１ 圧電層
６２ 個別電極
６２ａ 接点部
６５ ＦＰＣ
６５ａ 端子部
６６ バンプ
６７ バンプ
６９ 低弾性材
７０ 振動板７０ａ 穴
７１ キャビティプレート
７１ａ 凹部
７２ キャビティプレート
７２ａ 穴
７３ 絶縁層
７４ 振動板
７５ 低弾性材
７６ 低弾性材
７７ 接着剤層
７８ 空洞部
７９ａ 凹部
７９ｂ 溝

Claims (20)

1. 振動板と、
   この振動板の変形を逃す逃し部と前記振動板に接合される接合部とを有する支持部材と、
   前記振動板の前記支持部材と反対側の面に配置された第１の電極と、
   この第１の電極の前記振動板と反対側の面に配置された圧電層と、
   この圧電層の前記振動板と反対側の面において、前記逃し部と対向する領域に配置された第２の電極と、
   前記圧電層の前記振動板と反対側の面において、前記接合部と対向する領域に形成され、且つ、前記第２の電極に接続された接点部と、
   この接点部に駆動電圧を供給する配線部材とを備え、
   前記接点部と前記配線部材の端子部の一方に、他方側へ突出して前記接点部と前記端子部とを電気的に接続する導電性のバンプが形成され、
   前記振動板と前記支持部材との間、又は、前記振動板と前記圧電層との間で、且つ、前記バンプと対向する部分に、前記振動板の面方向から見て島状に形成されていると共にそれ以外の部分よりも剛性が低下した剛性低下部が設けられており、
   前記剛性低下部が、前記逃し部と対向しない位置に配置されている圧電アクチュエータ。
2. 前記剛性低下部は、前記振動板と前記支持部材との間に介在し、且つ、前記振動板と前記支持部材よりも弾性率の低い低弾性材であ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. 前記剛性低下部は、前記振動板と前記支持部材の少なくとも一方の、前記バンプと対向する部分に形成された、他方側に開口した凹部、又は、貫通状の穴であ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. 前記凹部又は前記穴の内部に、前記振動板と前記支持部材よりも弾性率の低い低弾性材が充填されていることを特徴とする請求項３に記載の圧電アクチュエータ。
5. 前記支持部材が金属材料から形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の圧電アクチュエータ。
6. 前記支持部材が絶縁材料または接着剤からから形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の圧電アクチュエータ。
7. 前記振動板が金属材料から形成されており、前記振動板が前記第１の電極を兼ね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. 前記振動板と前記圧電層との間で、且つ、前記バンプに対向する部分に、絶縁層が介在していることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の圧電アクチュエータ。
9. 前記絶縁層は、その弾性率が、前記振動板と前記圧電層の両方の弾性率よりも低い絶縁材料からなることを特徴とする請求項８に記載の圧電アクチュエータ。
10. 前記剛性低下部の前記圧電層の面方向における長さが、振動板の厚さ及び圧電層の厚さの和の４倍以上である請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
11. ノズルとそれに連通する圧力室を含む液体流路と、
    請求項１に記載の圧電アクチュエータとを備え、
    圧電アクチュエータの支持部材の逃がし部が前記圧力室に相当する液体移送装置。
12. インクジェットプリンタである請求項１１に記載の液体移送装置。
13. 請求項１に記載の圧電アクチュエータを製造する方法であって、
    前記振動板と前記支持部材の間で、且つ、前記バンプが配置される部分と対向する部分に、前記振動板の面方向から見て島状に形成されていると共にそれ以外の部分よりも剛性が低下した剛性低下部を設ける第１工程と、
    前記振動板と前記支持部材とを、前記接合部において接合する第２工程と、
    前記振動板の前記支持部材と反対側の前記第１の電極が配置された面に、前記圧電層を形成する第３工程と、
    前記圧電層の前記振動板と反対側の面において、前記逃し部と対向する領域に前記第２の電極を形成するとともに、前記接合部に対向する領域に、前記第２の電極に接続される接点部を形成する第４工程と、
    前記接点部又は前記配線部材の端子部の一方に、他方側へ突出する導電性のバンプを形成する第５工程と、
    前記剛性低下部を前記逃し部と対向しない位置に配置しつつ前記配線部材を前記接点部に対して押圧することにより、前記配線部材の端子部と前記接点部とを前記バンプを介して電気的に接続する第６工程と、
    を備えたことを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。
14. 前記第１工程において、前記振動板と前記支持部材の少なくとも一方の、前記バンプが配置される部分と対向する部分に、前記剛性低下部として、他方側へ開口する凹部又は貫通状の穴を形成することを特徴とする請求項１３に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
15. 前記第３工程において、前記圧電層を、エアロゾルデポジション法、又は、スパッタ法により形成することを特徴とする請求項１３又は１４に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
16. それぞれがノズルに連通すると共に平面に沿って配置された複数の圧力室を含む液体流路と、前記複数の圧力室の容積を変化させて圧力室内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータとを備えた液体移送装置であって、
    前記圧電アクチュエータは、
    前記複数の圧力室が形成された圧力室プレートと、
    この圧力室プレートの一表面に接合されて、前記複数の圧力室を覆う振動板と、
    この振動板の前記圧力室と反対側の面に配置された共通電極と、
    この共通電極の前記振動板と反対側の面に形成された圧電層と、
    この圧電層の前記振動板と反対側の面において、前記複数の圧力室と対向する領域に夫々配置された複数の個別電極と、
    前記圧電層の前記振動板と反対側の面において、前記圧力室プレートと前記振動板とが接合される領域に形成され、且つ、前記複数の個別電極に夫々接続された複数の接点部と、
    これら複数の接点部に選択的に駆動電圧を供給する配線部材とを備え、
    前記接点部と前記配線部材の一方に、他方側へ突出して前記接点部と前記配線部材とを電気的に接続する導電性のバンプが形成され、
    前記振動板と前記圧力室プレートの少なくとも一方の、前記バンプと対向する部分に、前記振動板の面方向から見て島状に形成されていると共にそれ以外の部分よりも剛性が低下した剛性低下部が形成されており、
    前記剛性低下部が、前記圧力室と対向しない位置に配置されていることを特徴とする液体移送装置。
17. 前記剛性低下部は、前記振動板と前記圧力室プレートの少なくとも一方の、前記バンプと対向する部分に形成された、他方側に開口した凹部、又は、貫通状の穴からなることを特徴とする請求項１６に記載の液体移送装置。
18. 前記凹部又は穴は、少なくとも隣接する別の前記圧力室との間にまで延在して形成されていることを特徴とする請求項１７に記載の液体移送装置。
19. インクジェットプリンタである請求項１６〜１８の何れかに記載の液体移送装置。
20. 前記剛性低下部が、低弾性材からなることを特徴とする請求項１６〜１９の何れかに記載の液体移送装置。
    

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