JP4973377B2 - 液体移送装置及び液体移送装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体を移送する液体移送装置、及び、液体移送装置の製造方法に関する。

従来から、インクの液滴を噴射するインクジェットヘッドとして、インク流路の一部を構成する圧力室内のインクに噴射圧力を付与する圧電式のアクチュエータを備えているものが知られている。

例えば、特許文献１（特開２００５−１２５７７３号公報（図４））のインクジェットヘッドにおいては、複数のノズル、及び、これら複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室等を含む流路が形成された流路ユニットと、この流路ユニットの一表面に配設された圧電アクチュエータを有する。圧電アクチュエータは、複数の圧力室を覆う振動板と、この振動板の複数の圧力室と対向する領域に離散的に配置された複数の積層型圧電素子を備えている。各圧電素子内には厚み方向に電界を作用させるための複数の内部電極が設けられており、これら複数の内部電極は、圧電素子表面の個別電極と、複数の圧電素子の共通電極としての振動板にそれぞれ導通している。また、複数の圧電素子の個別電極には、可撓性を有する配線部材（フレキシブル基板：ＦＰＣ）が電気的に接続されている。そして、このＦＰＣを介して個別電極に駆動電圧が印加されたときには、圧電素子が積層方向に伸縮変形し、これに伴って振動板が変形して圧力室内の容積が変化して、圧力室内のインクに圧力が付与される。このような構成の圧電アクチュエータでは、隣接する圧電素子同士が分離されていることから、駆動電圧が印加された圧電素子の変形が隣接する圧電素子に伝播しにくく、クロストークが小さいという利点がある。
特開２００５−１２５７７３号公報（図４）

しかし、前記特許文献１の圧電アクチュエータに駆動電圧を供給するＦＰＣは、離散的に配置された複数の圧電素子の個別電極とハンダ等で接合されているだけであるため、ＦＰＣと複数の圧電素子との接合面積が小さい。そのため、製造中にＦＰＣに対して何らかの外力が作用したときにＦＰＣが圧電素子から剥がれやすい。また、ＦＰＣに作用した外力が特定の圧電素子に局所的に作用して、圧電素子が破損する虞がある。そのため、製造時の歩留まりが悪化する要因の１つとなっていた。さらに、個々の圧電素子は互いに孤立して振動板上に設けられているので、振動板と各圧電素子との接合面積は小さい。そのため、圧電素子と、圧電素子が設けられた振動板との間に外力が作用すると、圧電素子が振動板から個別に剥がれる虞がある。

本発明の目的は、圧電素子表面の電極に接続される配線部材に外力が作用したときの、配線部材の剥離や圧電素子の損傷が生じるのを極力防止することが可能な液体移送装置、及び、液体移送装置の製造方法を提供することである。なお、以下に示す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、平面に沿って配置された複数の圧力室（１４）を含む液体流路が形成された流路ユニット（４）と、前記圧力室（１４）内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータ（５）とを有し、前記圧電アクチュエータ（５）は、前記流路ユニット（４）に前記複数の圧力室を覆うように配置された振動板（３０）と、振動板（３０）の前記圧力室（１４）と反対側の面に配置された複数の圧電素子（３１）と、前記複数の圧電素子（３１）と接する前記振動板（３０）の面に配置された第１電極と、前記振動板（３０）と接する前記複数の圧電素子の面と反対側の面に配置された第２電極（３２）と、を備え、前記複数の圧電素子（３１）は、各々対応する圧力室（１４）と対向して設けられているとともに、互いに孤立して設けられており、前記第２電極（３２）には可撓性を有する配線部材（５０）が接続されるとともに、前記振動板（３０）の圧力室（１４）と反対側の面において、前記複数の圧力室（１４）と対向する領域を囲う領域に、前記圧電素子（３１）と同じ圧電材料からなる支持部（３６）が設けられており、前記配線部材（５０）は、前記支持部（３６）の前記振動板（３０）と反対側の面に接合されている液体移送装置が提供される。

この液体移送装置において、配線部材を介して第１電極と第２電極の間に駆動電圧が印加されると、その間に配置された圧電素子に歪みが生じ、それに伴って振動板が変形する。このとき、圧力室内の容積が変化するため圧力室内の液体に圧力が付与される。ここで、本発明においては、振動板の圧力室と反対側の面における、複数の圧力室と対向する領域を囲う領域に、圧電素子と同じ圧電材料からなる支持部が設けられ、配線部材が支持部と接合されている。つまり、配線部材が、複数の第２電極との接続部に加えて、支持部において、圧電アクチュエータと接合されることになる。従って、配線部材に外力が作用したときに配線部材が圧電アクチュエータから剥離しにくくなる。ここで、圧電素子と支持部は同じ圧電材料で形成されているので、それらの熱膨張係数は同じである。温度変化が存在する状況下で液体移送装置が繰り返し使用されても、配線部材と複数の支持部との接合部に熱膨張係数の違いによる応力が発生しにくくなる。このため、配線部材に外力が作用した場合でも、配線部材が支持部から剥離しにくくなるとともに、支持部が振動板から剥離しにくくなる。また、配線部材に作用した外力が特定の圧電素子に局所的に作用して、圧電素子が破損するのを防止でき、製造時の歩留まりが向上する。さらに、支持部が圧電素子と同じ圧電材料で形成されていることから、圧電素子と支持部とを同時に形成して製造工程を簡素化することも可能になる。尚、本発明には、振動板の少なくとも圧力室と反対側の面が導電性を有し、この導電面が第１電極を兼ねている形態も含まれる。また、本願において、「支持部の振動板と反対側の面に接合されている」とは、配線部材が支持部に直接的に連結される場合にのみならず、表面電極等の他の部材を介して支持部に間接的に連結される場合も含むものとする。

本発明の液体移送装置において、前記第１電極は、前記振動板（３０）の前記圧力室（１４）と反対側の面に隙間なく形成された、前記複数の圧電素子（３１）の共通電極であり、前記第２電極（３２）は、前記複数の圧電素子（１４）のそれぞれの個別電極にし得る。第２電極が個別電極である場合には、配線部材は、複数の個別電極とそれぞれ接続されることになるが、圧電アクチュエータの駆動時には、複数の個別電極に対して選択的に駆動電圧が印加されることから、複数の個別電極と配線部材とのそれぞれの接続は確実になされている必要がある。このような場合に、特に配線部材が支持部に固定されて配線部材の剥離が防止されることで、複数の個別電極に対して駆動電圧を印加するための電気的接続の信頼性が高くなる。

本発明の液体移送装置において、前記振動板（３０）が、前記圧力室（１４）と反対側に前記共通電極としての導電面を有し、前記支持部（３６）の前記振動板（３０）と反対側の面に表面電極（３７）が形成されるとともに、前記表面電極（３７）と前記振動板（３０）の導電面とが導通し、さらに、前記配線部材（５０）は、前記表面電極（３７）と電気的に接続され得る。この構造によれば、振動板が圧力室と反対側に導電面を有するため、個別電極と対向して圧電素子に電界を生じさせるための共通電極を、振動板とは別に設ける必要がない。さらに、配線部材が、表面電極を介して振動板の導電面と電気的に接続されるため、共通電極としての導電面に、所定の基準電位を付与することが可能となる。

本発明の液体移送装置において、前記配線部材（５０）は、前記支持部（３６）の前記振動板（３０）と反対側の面に、熱硬化性接着剤（４０）により接合され得る。熱硬化性接着剤による接合は、ハンダによる接合よりも接合強度が強いため、配線部材の剥離がより確実に防止される。また、接着剤が熱硬化性であるため、複数の第２電極と配線部材とをハンダを加熱溶融させて接合する際に、同時に、配線部材と支持部を接合することが可能である。

本発明の液体移送装置において、前記熱硬化性接着剤（４０）を導電性としてもよい。配線部材は、熱硬化性接着剤を介して表面電極と接続され、前記表面電極と前記振動板の導電面とは導通している。従って、配線部材に接続された制御部により、振動板の電位を常時グランド電位に保持することが可能である。

本発明の液体移送装置において、前記支持部（３６）を、前記配線部材（５０）の長手方向に延在させてもよい。それにより、支持部を面として用いることができ、表面電極と振動板とを導通させる導通部を、支持部の長手方向における任意の位置に設けることができる。

本発明の液体移送装置において、前記支持部（３６）の延在する方向と直交する方向の前記支持部（３６）の幅を、延在する方向において異なる幅にしてもよい。それにより、支持部と配線部材との接合面積を増やすことができる。

本発明の液体移送装置において、液体移送装置をインクジェットヘッドとしてもよい。

本発明の第２の態様に従えば、圧電アクチュエータ（５）を備える液体移送装置の製造方法であって、平面に沿って配置された複数の圧力室（１４）を含む液体流路を有する流路ユニット（４）をもたらす工程と、前記流路ユニット（４）に前記複数の圧力室（１４）を覆うように振動板（３０）を配置する工程と、前記振動板（３０）の前記圧力室（１４）と反対側の面に圧電材料の粒子を離散的に堆積させることにより、互いに孤立した複数の圧電素子（３１）を形成する素子形成工程と、前記複数の圧電素子（３１）と接する前記振動板（３０）の面に第１電極を形成する第１電極形成工程と、前記振動板（３０）と接する前記複数の圧電素子（３１）の面と反対側の面に第２電極（３２）を形成する第２電極形成工程と、前記第２電極（３２）に可撓性を有する配線部材（５０）を接続する配線接続工程とを有し、前記素子形成工程において、前記振動板（３０）の前記圧力室（１４）と反対側の面に、前記複数の圧電素子（３１）と、これら圧電素子（３１）と同じ圧電材料からなる支持部（３６）を同時に形成し、前記配線接続工程において、前記配線部材（５０）を、前記第２電極（３２）と接続するとともに、前記支持部（３６）の前記振動板（３０）と反対側の面に接合し、前記素子形成工程において、前記振動板の、前記複数の圧力室と対向する領域を囲う領域に、前記支持部を形成する液体移送装置の製造方法が提供される。

この液体移送装置の製造方法によれば、素子形成工程において、振動板の圧力室と反対側の面に、複数の圧電素子と、これら圧電素子と同じ圧電材料からなる支持部とを形成し、配線接続工程において、配線部材と第２電極と接続するとともに、配線部材を複数の圧力室と対向する領域を囲う領域に設けられた支持部にも接合する。つまり、配線部材が、複数の第２電極との接続部に加えて、支持部において、圧電アクチュエータと接合されることになる。従って、配線部材に外力が作用したときに配線部材が圧電アクチュエータから剥離しにくくなる。また、配線部材に作用した外力が特定の圧電素子に局所的に作用して、圧電素子が破損するのを防止でき、製造時の歩留まりが向上する。さらに、圧電素子と支持部とを同時に形成することにより、製造工程を簡素化することができる。尚、この製造方法には、振動板の少なくとも圧力室と反対側の面が導電性を有し、この導電面が第１電極を兼ねている形態も含まれる。

本発明の液体移送装置の製造方法において、前記第１電極が、前記振動板（３０）の前記圧力室（１４）と反対側の面に隙間なく形成され、前記複数の圧電素子（３１）の共通電極であり、前記第２電極（３２）が、前記複数の圧電素子（３１）のそれぞれの個別電極であり、さらに、前記振動板（３０）が、前記圧力室（１４）と反対側に前記共通電極としての導電面を有するものであり、前記電極形成工程において、前記支持部（３６）の前記振動板（３０）と反対側の面に、表面電極（３７）を前記複数の個別電極と同時に形成するとともに、前記表面電極（３７）と前記振動板（３０）の前記導電面を導通させる導通部（３８）を形成し、前記配線接続工程において、前記配線部材（５０）と前記表面電極（３７）とを電気的に接続してもよい。

このように、振動板が圧力室と反対側に導電面を有し、この導電面が共通電極を兼ねている場合には、個別電極と対向して圧電素子に電界を生じさせるための共通電極を別に設ける必要がない。さらに、配線部材が、表面電極を介して振動板の導電面と電気的に接続されるため、共通電極としての導電面に、所定の基準電位を付与することが可能となる。

本発明の液体移送装置の製造方法において、前記配線接続工程では、前記配線部材（５０）と前記支持部（３６）の前記振動板（３０）と反対側の面とを、熱硬化性接着剤（４０）を用いて接合してもよい。熱硬化性接着剤による接合は、ハンダによる接合よりも接合強度が強いため、配線部材の剥離がより確実に防止される。また、接着剤が熱硬化性であるため、複数の第２電極と配線部材とをハンダを加熱溶融させて接合する際に、同時に、配線部材と支持部を接合することが可能である。

本発明の液体移送装置の製造方法において、前記熱硬化性接着剤を、導電性としてもよい。配線部材は、熱硬化性接着剤を介して表面電極と接続される、前記表面電極と前記振動板の導電面とは導通している。従って、配線部材に接続された制御部により、振動板の電位を常時グランド電位に保持することが可能である。

本発明の液体移送装置の製造方法において、前記支持部を前記配線部材の長手方向に延在し得る。それにより、支持部を面として用いることができ、表面電極と振動板とを導通させる導通部を、支持部の長手方向における任意の位置に設けることができる。

本発明の液体移送装置の製造方法において、前記支持部が延在する方向と直交する方向の前記支持部の幅を、長手方向において異ならせるようにしてもよい。それにより、支持部と配線部材との接合面積を増やすことができる。

本発明の液体移送装置の製造方法において、前記液体移送装置をインクジェットヘッドとし得る。

本発明によれば、振動板の圧力室と反対側の面における、複数の圧力室と対向する領域を囲う領域に、圧電素子と同じ圧電材料からなる支持部が設けられ、配線部材が支持部と接合されている。つまり、配線部材が、複数の第２電極との接続部に加えて、支持部において、圧電アクチュエータと接合されることになる。従って、配線部材に外力が作用したときに配線部材が圧電アクチュエータから剥離しにくくなる。また、配線部材に作用した外力が特定の圧電素子に局所的に作用して、圧電素子が破損するのを防止でき、製造時の歩留まりが向上する。さらに、支持部が圧電素子と同じ圧電材料で形成されているため、圧電素子と支持部とを同時に形成することが可能である。

本発明の実施の形態について説明する。本実施形態は、液体移送装置として、インクに圧力を付与してノズルへ移送し、このノズルから記録用紙に対してインクの液滴を噴射して所望の画像や文字等を記録す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。

まず、本実施形態のインクジェットヘッドを備えたインクジェットプリンタ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１００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に対してインクを噴射するシリアル型のインクジェットヘッド１と、記録用紙Ｐを図１の前方へ搬送する搬送ローラ３などを備えている。インクジェットヘッド１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、その下面に配置されたノズル２０（図２〜図５参照）から記録用紙Ｐに対してインクを噴射して所望の文字や画像等を記録する。また、インクジェットヘッド１により画像等が記録された記録用紙Ｐは、搬送ローラ３により前方（紙送り方向）へ排出される。

次に、インクジェットヘッド１について説明する。図２〜図５に示すように、インクジェットヘッド１は、ノズル２０及び圧力室１４を含むインク流路が形成された流路ユニット４と、圧力室１４内のインクに噴射圧力を付与する圧電アクチュエータ５とを備えている。

まず、流路ユニット４について説明する。図４、図５に示すように、流路ユニット４はキャビティプレート１０、ベースプレート１１、マニホールドプレート１２、及びノズルプレート１３を備えており、これら４枚のプレート１０〜１３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１０、ベースプレート１１及びマニホールドプレート１２はステンレス鋼製の板であり、これら３枚のプレート１０〜１２に、後述するマニホールド１７や圧力室１４等のインク流路をエッチングにより容易に形成することができるようになっている。また、ノズルプレート１３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１２の下面に接着される。あるいは、このノズルプレート１３も、３枚のプレート１０〜１２と同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５に示すように、４枚のプレート１０〜１３のうち、最も上方に位置するキャビティプレート１０には、平面に沿って配列された複数の圧力室１４がプレート１０を貫通する孔により形成されている。また、複数の圧力室１４は、紙送り方向（図２の上下方向）に千鳥状に２列に配列されている。そして、複数の圧力室１４は上下両側から後述の振動板３０及びベースプレート１１によりそれぞれ覆われている。さらに、各圧力室１４は、平面視で走査方向（図２の左右方向）に長い、略楕円形状に形成されている。

図３、図４に示すように、ベースプレート１１の、平面視で圧力室１４の両端部と重なる位置には、それぞれ連通孔１５，１６が形成されている。また、マニホールドプレート１２には、平面視で、２列に配列された圧力室１４の連通孔１５側の部分と重なるように、紙送り方向に延びる２つのマニホールド１７が形成されている。これら２つのマニホールド１７は、後述の振動板３０に形成されたインク供給口１８に連通しており、図示しないインクタンクからインク供給口１８を介してマニホールド１７へインクが供給される。さらに、マニホールドプレート１２の、平面視で複数の圧力室１４のマニホールド１７と反対側の端部と重なる位置には、それぞれ、複数の連通孔１６に連なる複数の連通孔１９も形成されている。

さらに、ノズルプレート１３の、平面視で複数の連通孔１９にそれぞれ重なる位置には、複数のノズル２０が形成されている。図２に示すように、複数のノズル２０は、紙送り方向に沿って２列に配列された複数の圧力室１４の、マニホールド１７と反対側の端部とそれぞれ重なるように配置されている。つまり、複数のノズル２０は、複数の圧力室１４とそれぞれ対応して千鳥状に２列に配列されている。

そして、図４に示すように、マニホールド１７は連通孔１５を介して圧力室１４に連通し、さらに、圧力室１４は、連通孔１６，１９を介してノズル２０に連通している。このように、流路ユニット４内には、マニホールド１７から圧力室１４を経てノズル２０に至る個別インク流路２１が複数形成されている。

次に、圧電アクチュエータ５について説明する。図２〜図５に示すように、圧電アクチュエータ５は、複数の圧力室１４を覆うようにキャビティプレート１０の上面に配置された振動板３０と、この振動板３０の上面３０ａ（圧力室１４と反対側の面）の、複数の圧力室１４と対向する領域にそれぞれ配置された複数の圧電素子３１と、複数の圧電素子３１の上面３１ｃ（振動板３０と反対側の面）にそれぞれ配置された複数の個別電極３２（第２電極）とを備えている。圧電素子３１は、互いに孤立しており、振動板３０の上面３０ａにおいて島状に分散している。

振動板３０は、平面視で略矩形状の金属板であり、例えば、ステンレス鋼等の鉄系合金、銅系合金、ニッケル系合金、あるいは、チタン系合金などからなる。この振動板３０は、キャビティプレート１０の上面に複数の圧力室１４を覆うように配設された状態で、キャビティプレート１０に接合されている。また、導電性を有する振動板３０の上面３０ａ（導電面）は、複数の圧電素子３１の下面３１ｄ側に配置されることによって、上面の複数の個別電極３２との間で圧電素子３１に厚み方向の電界を生じさせる、複数の圧電素子３１の共通電極（第１電極）を兼ねている。そのため、振動板３０とは別に共通電極を設ける必要がなく、その分、圧電アクチュエータ５の構成が簡単になる。また、この共通電極としての振動板３０は、常に基準電位であるグランド電位に保持される。そのための構成については後ほど詳述する。

複数の圧電素子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材料からなる。図２に示すように、複数の圧電素子３１は、複数の圧力室１４とそれぞれ対応して紙送り方向に２列に配列されている。各圧電素子３１は、圧力室１４よりも一回り小さい略楕円形状に形成されて、振動板３０の上面３０ａの複数の圧力室１４の中央部と対向する領域に配置された駆動部３１ａと、この駆動部３１ａの一端部（図２中の左右方向外側の端部）からその長手方向に沿って圧力室１４の周縁よりも外側の領域まで突出して延びる接点配置部３１ｂとを有する。

また、振動板３０の上面の、複数の圧力室１４と対向する領域よりも紙送り方向（図２の上下方向）に関して外側の領域には、複数の圧電素子３１と同じ圧電材料で形成された２つの支持部３６が、複数の圧電素子３１を挟むように配置されている。これら２つの支持部３６は圧電素子３１とほぼ同じ厚みに形成されている。また、２つの支持部３６の上面のほぼ全域に表面電極３７が形成されており、さらに、２つの支持部３６の紙送り方向に関して外側の端面には、これら支持部３６の上面に配置された表面電極３７と、支持部３６の下側に位置する振動板３０の上面３０ａ（導電面）とにわたって、導電性材料からなる複数の導通部３８が設けられており、これら複数の導通部３８を介して表面電極３７と振動板３０の上面３０ａとが導通している。

各個別電極３２は、略楕円形の平面形状を有し、対応する圧電素子３１の駆動部３１ａの上面（圧電素子３１の上面３１ｃ）に配置されている。また、各圧電素子３１の接点配置部３１ｂには、個別電極３２の端部からその長手方向に引き出された接点部３５が配置されている。そして、個別電極３２から引き出された接点部３５の先端部は、平面視で圧力室１４の周縁よりも外側の、比較的剛性の高い領域に位置している。

また、図２〜図５に示すように、この圧電アクチュエータ５の上方には、図示しない駆動回路としてのドライバＩＣと接続された、可撓性を有する配線部材である、フレキシブルプリント配線板（Flexible Printed Circuit：ＦＰＣ）５０が、複数の圧電素子３１（複数の個別電極３２）を覆うように配置されている。このＦＰＣ５０は、合成樹脂材料などの絶縁性且つ可撓性を有する材料からなるシート状の基材５１と、この基材５１の個別電極３２と対向する下面に形成された複数の配線部５２とを備えている。そして、ＦＰＣ５０の配線部５２と、複数の個別電極３２からそれぞれ引き出された複数の接点部３５とが、ハンダ３９により電気的に接続されている。これにより、ドライバＩＣから、ＦＰＣ５０を介して複数の個別電極３２に対して選択的に駆動電圧が印加することが可能となっている。

ところで、ＦＰＣ５０の複数の配線部５２の一部は、複数の個別電極３２とは接続されず、２つの支持部３６にそれぞれ形成された表面電極３７と接着剤４０により機械的に接合されている。また、ここで用いられる接着剤４０は、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂に導電性の粒子が含まれた、導電性を有する熱硬化性接着剤である。そのため、ＦＰＣ５０の配線部５２と表面電極３７とが接着剤４０を介して電気的にも接続され、その結果、振動板３０がＦＰＣ５０の配線部５２を介してドライバＩＣと導通することになる。そして、ドライバＩＣは、ＦＰＣ５０の配線部５２、表面電極３７、及び、導通部３８を介して、複数の圧電素子３１の共通電極を兼ねている振動板３０の電位を、常時グランド電位に保持する。

このように、複数の圧電素子３１の接点部３５に電気的に接続されるＦＰＣ５０が、圧電素子３１と同じ厚みを有する２つの支持部３６により下方から支持されるとともに、さらに、接着剤４０により２つの支持部３６に機械的に固定されていることから、ＦＰＣ５０に何らかの外力が作用したときでも、ＦＰＣ５０が複数の圧電素子３１から剥離しにくくなり、複数の個別電極３２に対して駆動電圧を印加するための電気的接続の信頼性が高くなる。また、ＦＰＣ５０に作用した外力が特定の圧電素子３１に局所的に作用して、圧電素子３１が破損するのを防止できる。さらに、図２に示すように、２つの支持部３６は、複数の圧力室１４（複数の圧電素子３１）が配置された領域よりも外側の領域に配置されている。つまり、ＦＰＣ５０は、大きな外力が作用しやすい、複数の圧電素子３１よりも外側の領域において２つの支持部３６により固定されることから、圧電アクチュエータ５からの剥離が一層確実に防止される。特に、圧電素子と支持部は同じ圧電材料で形成されており、それらの熱膨張係数は同じである。そのため、温度変化が存在する状況下で液体移送装置が繰り返し使用されても、配線部材と複数の支持部との接合部に熱膨張係数の違いによる応力が発生しにくくなる。従って、配線部材に外力が作用した場合でも、配線部材が支持部から剥離しにくくなるとともに、支持部が振動板から剥離しにくくなる。

尚、ＦＰＣ５０の配線部５２と表面電極３７とが、前述した導電性を有する熱硬化性接着剤の代わりに、ハンダにより電気的且つ機械的に接合されていてもよい。但し、ハンダの接合強度は、熱硬化性接着剤のそれと比べると劣るため、ＦＰＣ５０と支持部３６とを確実に接合するという観点からは、両者が熱硬化性接着剤により接合されることが好ましい。

次に、インク噴射時における圧電アクチュエータ５の作用について説明する。複数の個別電極３２に対して、ドライバＩＣからＦＰＣ５０を介して選択的に駆動電圧が印加されると、駆動電圧が印加された圧電素子３１の駆動部３１ａ上側（圧電素子３１の上面３１ｃ）の個別電極３２と、グランド電位に保持されている圧電素子３１下側（圧電素子３１の下面３１ｄ）の共通電極としての振動板３０の電位が互いに異なった状態となることから、個別電極３２と振動板３０の間に挟まれた圧電素子３１に厚み方向の電界が生じる。そして、圧電素子３１の分極方向と電界の方向とが同じ場合には、圧電素子３１はその分極方向である厚み方向に伸びて水平方向に収縮し、この圧電素子３１の収縮変形に伴って、振動板３０の圧力室１４と対向する部分が圧力室１４側に凸となるように変形する。このとき、圧力室１４の容積が減少することからその内部のインクに圧力が付与され、圧力室１４に連通するノズル２０からインクの液滴が噴射される。

次に、インクジェットヘッド１の製造方法について説明する。まず、流路ユニット４を構成する４枚のプレート（キャビティプレート１０、ベースプレート１１、マニホールドプレート１２、及び、ノズルプレート１３）に、エッチングやレーザー加工等によりインク流路の一部を構成する孔を形成した後、図６に示すように、これら４枚のプレート１０〜１３に金属製の振動板３０を加えた５枚のプレートを積層して、接着剤や金属拡散接合等により接合する。

次に、図７、図８に示すように、振動板３０の上面にマスク６０を配置する。このマスク６０は、図９に示すように、前述の圧電素子３１の形状に対応した形状を有する複数の貫通状の穴６０ａを有し、これら複数の穴６０ａは、マスク６０が振動板３０の上面に配置されたときに複数の圧力室１４の中央部にそれぞれ対向するように、２列に配列されている。また、図７に示すように、圧力室１４の配列方向に関するマスク６０の長さは、１列の圧力室列よりもわずかに長く、振動板３０よりも短い長さとなっている。従って、振動板３０の上面の、マスク６０の複数の穴６０ａが配置された領域と、圧力室１４の配列方向に関して両外側の領域が、マスク６０に覆われないことになる。

このように振動板３０の上面にマスク６０を配置した後、図１０、図１１に示すように、マスク６０で覆われた振動板３０の上面に圧電材料の粒子を堆積させてから、図１２に示すように、マスク６０を振動板３０から除去することで、マスク６０の複数の穴６０ａが配置されていた領域に、駆動部３１ａと接点配置部３１ｂとを有する複数の圧電素子３１をそれぞれ形成する（素子形成工程）。ここで、振動板３０の上面に圧電材料を堆積させる方法としては、例えば、微粒子とキャリアガスとからなるエアロゾルを基板（振動板３０）に対して吹き付けて粒子を堆積させる、エアロゾルデポジション法（ＡＤ法）や、スパッタ法、ＣＶＤ（化学蒸着）法などを採用することができる。圧電素子にはセラミック材料が用いられるので、そのような材料を所望の部位に堆積可能なＡＤ法が特に有利である。

ここで、前述したように、圧力室１４の配列方向に関するマスク６０の長さは、振動板３０よりも短いことから、複数の圧力室１４と対向する領域よりも配列方向に関して外側の領域にも圧電材料の粒子が堆積することになり、図１０に示すように、これらの領域に複数の圧電素子３１とほぼ同じ厚みを有する２つの支持部３６が形成されることになる。つまり、この素子形成工程において、振動板３０の上面に複数の圧電素子３１を離散的に形成するとともに、これら複数の圧電素子３１の外側の領域に２つの支持部３６を形成することになる。このように、同じ圧電材料からなる複数の圧電素子３１と２つの支持部３６とを同時に形成することができるため、製造工程が簡素化される。

次に、図１３、図１４に示すように、複数の圧電素子３１の駆動部３１ａ及び接点配置部３１ｂの上面に、スクリーン印刷や蒸着法等により、導電性材料からなる複数の個別電極３２及び複数の接点部３５を形成する（電極形成工程）。このとき、同時に、２つの支持部３６の上面のほぼ全域に表面電極３７を形成する。また、２つの支持部３６の、圧力室１４の配列方向に関して外側の端面に、導電性材料からなる複数の導通部３８を、表面電極３７から振動板３０の上面３０ａにわたって形成する。そして、これら複数の導通部３８により表面電極３７と振動板３０とを導通させる。尚、表面電極３７と導通部３８はどちらを先に形成してもよい。即ち、支持部３６の上面に表面電極３７を形成してから導通部３８を形成してもよいし、支持部３６の端面に導通部３８を形成してから、支持部３６の上面に導通部３８と接触するように表面電極３７を形成してもよい。

最後に、図１５に示すように、可撓性を有するＦＰＣ５０を複数の個別電極３２を覆うように配し、このＦＰＣ５０の基材５１の下面に形成された複数の配線部５２と、圧電素子３１の上面３１ｃに形成された複数の接点部３５とをハンダ３９により接合して、両者を電気的に接続する（配線接続工程）。ここで、接点部３５の先端部は、圧力室１４の周縁を越えて外側の、剛性の高い領域まで引き出されているため、接点部３５にＦＰＣ５０の配線部５２を十分に押し付けながらハンダ３９で接合することができ、両者の接合状態が良好になる。

さらに、この配線接続工程において、ＦＰＣ５０の接点部３５とは接続されない配線部５２と表面電極３７とを、導電性を有する接着剤４０により電気的且つ機械的に接合する（図２、図５参照）。ここで、接着剤４０としてエポキシ樹脂等を主成分とする熱硬化性接着剤を用いることで、ハンダ３９の加熱溶融と接着剤４０の加熱硬化とを同時に行うことができる。つまり、ＦＰＣ５０と個別電極３２（接点部３５）との接合と、ＦＰＣ５０と表面電極３７との接合を同時に行って、これらの接合工程に要する時間を短縮することが可能となる。

以上説明したインクジェットヘッド１及びその製造方法によれば、次のような効果が得られる。

振動板３０の上面３０ａにおける、複数の圧力室１４よりも外側の領域に、圧電素子３１と同じ圧電材料からなる２つの支持部３６が設けられ、これら２つの支持部３６にＦＰＣ５０が接合されている。つまり、ＦＰＣ５０が、複数の個別電極３２（複数の接点部３５）との接続部に加えて、支持部３６において圧電アクチュエータ５と接合される。そのため、ＦＰＣ５０に外力が作用したときにＦＰＣ５０が圧電アクチュエータ５から剥離しにくくなり、複数の個別電極３２に対して駆動電圧を印加する電気的接続の信頼性が高くなる。また、ＦＰＣ５０に作用した外力が特定の圧電素子３１に局所的に作用してこの圧電素子３１が破損するのを防止することができ、製造時の歩留まりが向上する。特に、支持部３６が圧電素子３１と同じ材料から形成されているので、雰囲気の温度変化により生じる応力歪みがＦＰＣ５０、ＦＰＣ５０と圧電素子３１との接合部、及び圧電素子３１と振動板３０との接合部に生じにくい。

さらに、振動板３０の上面に圧電素子３１の粒子を堆積させる方法を採用することで、同じ圧電材料からなる複数の圧電素子３１と２つの支持部３６を同時に形成することができるため、製造工程を簡素化することができる。

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］ＦＰＣと接合される支持部の設置位置は、複数の圧力室と対向する領域と異なる領域内で、圧電素子の配置や流路構造等を考慮して適宜変更することができる。例えば、図１６に示すように、ＦＰＣ５０と接合される支持部３６Ａが、振動板３０の上面の複数の圧力室１４と対向する領域を囲う領域に、複数の圧電素子３１を取り囲むように形成されていてもよい。この構成によれば、ＦＰＣ５０に大きな外力が作用しやすい、複数の圧電素子３１の外側の領域の全周でＦＰＣが支持部３６Ａに固定されるため、ＦＰＣ５０の剥離がさらに確実に防止される。

あるいは、特に図示はしないが、振動板３０の上面３０ａの、複数の圧電素子３１の間の領域に支持部が配置されて、このような支持部とＦＰＣ５０とが接合されていてもよい。この場合でも、支持部が設けられていない場合に比べて、前述したようなＦＰＣ５０の剥離防止等の効果がある程度得られる。

２］前記実施形態では、全ての圧電素子がそれぞれ周囲から完全に分離された状態で配置されているが、隣接する圧電素子同士が一部において繋がっていてもよい。例えば、図１７に示すように、紙送り方向に配列された圧電素子３１Ｂ同士が、それらの圧電素子３１Ｂの間において圧力室１４の長手方向に延びる孔７０により部分的に分断されていてもよい。この構成でも、紙送り方向に近接する圧電素子３１Ｂの間で変形が伝播しにくくなることから、クロストークが抑制される。しかし、特に、複数の圧電素子３１Ｂが分断されている紙送り方向に関して外側の領域には、ＦＰＣ５０に沿う圧電材料層が存在しないことから、ＦＰＣ５０に大きな外力が作用しやすくＦＰＣ５０が剥がれやすい。従って、このような構成に対して本発明が適用されて、複数の圧電素子３１Ｂよりも紙送り方向に関して外側の領域に支持部３６が設けられ、支持部３６にＦＰＣ５０が機械的に接合されることによって、前記実施形態と同様に、ＦＰＣ５０の剥離や圧電素子３１Ｂの破損を防止することができる。

３］共通電極としての振動板３０が、ＦＰＣ５０を介してグランド電位に保持されている必要は必ずしもなく、それ以外の構成によってグランド電位に保持されていてもよい。この場合には、支持部３６の上面の表面電極３７及び導通部３８は不要であり、支持部３６とＦＰＣ５０が接着剤等により機械的に接合されているだけでよい。

４］振動板３０が共通電極を兼ねている必要は必ずしもなく、振動板３０の上面３０ａに、この振動板とは別に、導電性材料からなる共通電極が隙間なく形成されていてもよい。但し、この場合には、少なくとも振動板の上面が絶縁性を有することが必要である。

５］前記実施形態では、複数の圧電素子３１の上面３１ｃに複数の個別電極３２が配置され、これら複数の個別電極３２に、ＦＰＣ５０を介して駆動電圧が選択的に印加されるように構成されているが（図２〜図５参照）、駆動電圧が印加される電極とグランド電位に保持される電極の配置関係が逆であってもよい。即ち、絶縁性を有する振動板の上面に駆動電圧が選択的に印加される電極（前記実施形態の個別電極３２に相当する電極）が配置され、一方、複数の圧電素子の上面にそれぞれ配置された電極（共通電極に相当する電極）にＦＰＣが接続されて、複数の圧電素子の上面の電極がＦＰＣを介して常にグランド電位に保持されるように構成されていてもよい。

６］前記実施形態の製造方法では、振動板３０の上面３０ａに圧電材料の粒子を堆積させることにより、複数の圧電素子３１と支持部３６とを形成しているが（図１０、図１１参照）、圧電素子と支持部の形成方法はこれに限られない。例えば、グリーンシートを焼成して得られた圧電シートを切断することにより、複数の圧電素子と支持部とを形成し、これら圧電素子及び支持部を振動板の上面に接着剤等で個別に接合してもよい。あるいは、圧電シートを振動板の上面に貼り付けてから、この圧電シートを複数の圧電素子と支持部に切り分けてもよい。

以上説明した実施形態及びその変更形態は、ノズルからインクを噴射す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、本発明を適用可能な対象はこのようなインクジェットヘッドに限られない。例えば、導電ペーストを噴射して基板上に微細な配線パターンを形成したり、あるいは、有機発光体を基板に噴射して高精細ディスプレイを形成したり、さらには、光学樹脂を基板に噴射して光導波路等の微小電子デバイスを形成するための、種々の液滴噴射装置に本発明を適用できる。

また、液滴噴射装置だけでなく、圧電アクチュエータを用いて圧力室内の液体を移送する装置であって、配線部材により圧電アクチュエータの電極が接合されている装置であれば任意の液体移送装置に適用可能である。例えば、マイクロ総合分析システム（μＴＡＳ）内部で薬液や生化学溶液等の液体を移送する液体移送装置、マイクロ化学システム内部で溶媒や化学溶液等の液体を移送する液体移送装置等、インク以外の液体を移送する液体移送装置にも本発明を適用することもできる。

本発明の実施形態に係るインクジェットプリンタの概略構成図である。 インクジェットヘッドの平面図である。 図２の一部拡大図である。 図３のIV-IV線断面図である。 図３のV-V線断面図である。 流路ユニットを構成するプレートと振動板とが接合された状態における製造途中のインクジェットヘッドの断面図である。 振動板の上面にマスクが配置された状態におけるインクジェットヘッドの平面図である。 図７のVIII-VIII線断面図である。 マスクの平面図である。 振動板の上面に圧電材料の粒子を堆積させた状態におけるインクジェットヘッドの平面図である。 図１０のXI-XI線断面図である。 マスクが除去された状態におけるインクジェットヘッドの断面図である。 個別電極、接点部、及び、表面電極が形成された状態におけるインクジェットヘッドの平面図である。 図１３のXIV-XIV線断面図である。 ＦＰＣが接続された状態におけるインクジェットヘッドの断面図である。 変更形態に係るインクジェットヘッドの平面図である。 別の変更形態に係るインクジェットヘッドの平面図である。

符号の説明

１ インクジェットヘッド
５ 圧電アクチュエータ
１４ 圧力室
３０ 振動板
３１，３１Ｂ 圧電素子
３２ 個別電極
３５ 接点部
３６，３６Ａ 支持部
３７ 表面電極
３８ 導通部
４０ 接着剤
５０ フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）

Claims (15)

1. 平面に沿って配置された複数の圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットと、前記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有し、
   前記圧電アクチュエータは、
   前記流路ユニットに前記複数の圧力室を覆うように配置された振動板と、
   振動板の前記圧力室と反対側の面に配置された複数の圧電素子と、
   前記複数の圧電素子と接する前記振動板の面に配置された第１電極と、
   前記振動板と接する前記複数の圧電素子の面と反対側の面に配置された第２電極と、
   を備え、
   前記複数の圧電素子は、各々対応する圧力室と対向して配置されているとともに、互いに孤立して配置されており、
   前記第２電極には可撓性を有する配線部材が接続されるとともに、前記振動板の前記圧力室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を囲う領域に、前記圧電素子と同じ圧電材料からなる支持部が設けられており、
   前記配線部材は、前記支持部の前記振動板と反対側の面に接合されていることを特徴とする液体移送装置。
2. 前記第１電極は、前記振動板の前記圧力室と反対側の面に隙間なく形成された、前記複数の圧電素子の共通電極であり、
   前記第２電極は、前記複数の圧電素子のそれぞれの個別電極であることを特徴とする請求項１に記載の液体移送装置。
3. 前記振動板が、前記圧力室と反対側の面に前記共通電極としての導電面を有し、
   前記支持部の前記振動板と反対側の面に表面電極が形成されるとともに、前記表面電極と前記振動板の導電面とが導通し、
   さらに、前記配線部材は、前記表面電極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の液体移送装置。
4. 前記配線部材は、前記支持部の前記振動板と反対側の面に、熱硬化性接着剤により接合されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液体移送装置。
5. 前記熱硬化性接着剤は、導電性であることを特徴とする請求項４に記載の液体移送装置。
6. 前記支持部は、前記配線部材の長手方向に延在していることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の液体移送装置。
7. 前記支持部は、その延在する方向と直交する方向の幅が延在する方向において異なることを特徴とする請求項６に記載の液体移送装置。
8. インクジェットヘッドであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の液体移送装置。
9. 圧電アクチュエータを備える液体移送装置の製造方法であって、
   平面に沿って配置された複数の圧力室を含む液体流路を有する流路ユニットをもたらす工程と、
   前記流路ユニットに前記複数の圧力室を覆うように振動板を配置する工程と、
   前記振動板の前記圧力室と反対側の面に圧電材料の粒子を離散的に堆積させることにより、互いに孤立した複数の圧電素子を形成する素子形成工程と、
   前記複数の圧電素子と接する前記振動板の面に第１電極を形成する第１電極形成工程と、
   前記振動板と接する前記複数の圧電素子の面と反対側の面に第２電極を形成する第２電極形成工程と、
   前記第２電極に可撓性を有する配線部材を接続する配線接続工程とを有し、
   前記素子形成工程において、前記振動板の前記圧力室と反対側の面に、前記複数の圧電素子と、これら圧電素子と同じ圧電材料からなる支持部を同時に形成し、
   前記配線接続工程において、前記配線部材を、前記第２電極と接続するとともに、前記支持部の前記振動板と反対側の面に接合し、
   前記素子形成工程において、前記振動板の、前記複数の圧力室と対向する領域を囲う領域に、前記支持部を形成することを特徴とする液体移送装置の製造方法。
10. 前記第１電極が、前記振動板の前記圧力室と反対側の面に隙間なく形成され、前記複数の圧電素子の共通電極であり、
    前記第２電極が、前記複数の圧電素子のそれぞれの個別電極であり、
    さらに、前記振動板が、前記圧力室と反対側に前記共通電極としての導電面を有するものであり、
    前記電極形成工程において、前記支持部の前記振動板と反対側の面に、表面電極を前記複数の個別電極と同時に形成するとともに、前記表面電極と前記振動板の前記導電面を導通させる導通部を形成し、
    前記配線接続工程において、前記配線部材と前記表面電極とを電気的に接続することを特徴とする請求項９に記載の液体移送装置の製造方法。
11. 前記配線接続工程において、前記配線部材と前記支持部の前記振動板と反対側の面とを、熱硬化性接着剤を用いて接合することを特徴とする請求項９又は１０に記載の液体移送装置の製造方法。
12. 前記熱硬化性接着剤は、導電性であることを特徴とする請求項１１に記載の製造方法。
13. 前記支持部を前記配線部材の長手方向に延在させることを特徴とする請求項９〜１２のいずれかに記載の製造方法。
14. 前記支持部が延在する方向と直交する方向の前記支持部の幅が、長手方向において異なっていることを特徴とする請求項１３に記載の製造方法。
15. 前記液体移送装置がインクジェットヘッドであることを特徴とする請求項９〜１４のいずれかに記載の製造方法。

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