JP5157989B2 - 圧電アクチュエータとこれを用いた液滴吐出ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、インクジェットプリンタ等の液滴吐出装置に搭載される液滴吐出ヘッドが備える圧電アクチュエータとこれをもちいた液滴吐出ヘッドに関するものである。

液滴吐出ヘッドの一例として、例えば、特許文献１に開示された圧電方式のインクジェットヘッドがある。インクジェットヘッドは、複数のノズル孔までのインク流路中に各ノズルに夫々対応する複数の圧力室が設けられたキャビティユニットと、このキャビティユニットに接合されて圧力室内のインクに対して吐出圧力を付与する圧電アクチュエータとを備えている。圧電アクチュエータの表面には表面電極が設けられ、この表面電極に圧電アクチュエータを駆動するための駆動電圧を供給する駆動配線と端子電極を有するフレキシブル配線材が圧電アクチュエータの上に接合されて電気的に接続される。このような圧電アクチュエータは、圧力室を形成する最下層の圧電層の上面に、共通電極が形成された圧電層、個別電極が形成された圧電層が交互に積層され、更に中継電極が形成された調整層（拘束層）、および、配線部材と接合するための表面電極が設けられた最上層の圧電層が積層された構成となっている。表面電極は薄厚に形成され、その表面電極上には接続端子としての外部電極が設けられ、この外部電極と端子電極との間にハンダなどのバンプ電極が介されることで両者が電気的に接続される。また、圧電層間の各電極は、各圧電層においてスルーホール内に充填された導電性材料によって導通され、さらに圧電層間の各電極と表面電極とは、表面電極に開口するスルーホールによって充填された導電性材料により電気的に接続されている。

特開２００６−１５５３９号公報

ところで、フレキシブル配線材と圧電アクチュエータとの接合において、端子電極と外部電極との間に、ハンダなどの導電性ろう材の突起状のバンプ電極を加圧加熱して溶融させ、各電極とハンダとを合金化して接合させる場合、電気的不良を避けるためにハンダ量を多くしたり、端子電極と外部電極との間に介在した溶融状態のハンダが、その表面張力を超えてその間からはみ出して近接する隣の外部電極と短絡してしまうことがある。そのため、Ａｇ−Ｐｄ系のハンダとなじみのよい材料で形成された表面電極を細長い形状とし（特許文献１の図６，７参照）、外部電極の寸法よりも長い形状としていることで、外部電極と端子電極間からはみ出したハンダが表面電極領域内で広がるようにし、近接する隣の外部電極にはみ出して短絡させないようにされている。

しかしながら、表面電極が薄厚であるため、その広がったハンダの融解作用により、表面電極内の銀がハンダ内に拡散する、所謂「銀食われ」がおこることで、表面電極に断線が生じてしまうという問題があった。特に、表面電極にはスルーホールが開口され導電性材料により圧電層間の電極と導通されているため、このスルーホールの開口位置が、外部電極の配置位置よりも外側で表面電極と接続していると、銀食われが起こったときに圧電層間の電極と断線されてインクジェットヘッドの駆動に影響を及ぼしてしまう。そのため表面電極に接続されているスルーホール位置は、表面電極の外部電極が配置された直下の位置で表面電極と接続されるように構成されている。外部電極は、ガラスフリットを含んだＡｇ系材料で形成され、表面電極を形成するＡｇ−Ｐｄ系の材料に比べると融点が低いが、ハンダとの接合性はよく、電気的導通とともに機械的接合強度に優れており、厚みが厚いことで銀食われに対して対応することができる。このように外部電極は、スルーホールを保護して電気的断線を防止している。

しかしながら、バンプ電極の溶融時において、フレキシブル配線材に対してバーヒータなどで熱圧着が行なわれる際に、バンプ電極を中心に押圧集中と加熱集中が起こるため、バンプ電極が接合される直下にある最上層の圧電層においては、バンプが接合されていない領域と比べて微細なクラックや割れが生じ、他の部位よりも強度が弱くなってしまっていた。これにより電気的断線が起こってしまうということがあった。

そこで本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、これらの電気的断線を防止することができる圧電アクチュエータ、これを使用した液滴吐出ヘッドを提供することを目的とする。

本発明にかかわる圧電アクチュエータによると、複数の個別内部電極を形成した第１の圧電層と、前記複数の個別内部電極に対向するように形成された共通内部電極を形成した第２の圧電層と、を少なくとも有する圧電層の積層体と、前記積層体に積層され、前記複数の個別内部電極とそれぞれ導通した複数の個別表面電極が設けられた圧電層であって、当該各個別表面電極に対応して接続する複数の端子電極を有する配線部材と接合するためのトップ圧電層と、前記トップ圧電層のスルーホール内に形成され、前記複数の個別表面電極とそれぞれ接続され、前記個別表面電極と前記個別内部電極とを導通させるための複数の内部導通電極と、前記内部導通電極の前記表面電極に接続する端部を覆うように、前記個別表面電極の一方の面において形成された個別端子電極と、を備え、前記個別端子電極と前記配線部材の前記端子電極とが、導電性材料で形成されたバンプ電極を介して接合する圧電アクチュエータであって、前記バンプ電極が前記個別端子電極と接合する位置と、前記内部導通電極の前記端部の位置とがずれており、前記バンプ電極が前記個別端子電極と接合する位置に対応する前記個別端子電極の部分と、前記内部導通電極の前記端部の位置に対応する前記個別端子電極の部分とは、連続して形成されていることを特徴とする。

この発明の圧電アクチュエータによると、個別表面電極上に配置される個別端子電極と端子電極とがバンプ電極を介して接合するとき、バンプ電極が個別端子電極と接合する位置と、内部導通電極が個別表面電極に接続する端部の位置とがずれているため、接合時にバンプ電極を介してトップ圧電層にかかる加圧力や熱による応力集中が、トップ圧電層の内部導通電極が形成されている位置にかかることを避けることができ、電気的な導通が保護されているため、複数の個別内部電極と導通している内部導通電極が形成されている圧電層の電気的な断線を起こさせるような剥離を防止することができる。

また、そのような圧電アクチュエータを備えた液滴吐出ヘッドを有することを特徴とする。よって、バンプ電極が個別端子電極と接合する位置のトップ圧電層が脆弱になり、トップ圧電層の剥離が起こりやすくなっていたとしても、複数の個別内部電極と導通している内部導通電極の電気的導通が妨げられるような剥離を避けることができるため、液滴吐出ヘッドの駆動を妨げることがない。

上記のとおり、本発明によれば、電気的断線を生じるような圧電層の剥離を抑制できるようになっているため、内部導通電極の電気的導通が保護され、液滴吐出ヘッドの駆動を妨げることがない。

この発明の実施形態に係る圧電式インクジェットヘッドのキャビティユニットと圧電アクチュエータと、配線部材とを示す斜視図である。 キャビティユニットの分解斜視図である。 圧電アクチュエータの一部切欠き分解斜視図である。 圧電層における個別電極とダミー電極とそれらの内部導通電極の一を示す部分拡大断面図である。 トップ層の表面の接合端子等の配置を示す一部切欠き斜視図である。 （ａ）は圧力室と個別電極と接合用パターンと個別用の接合端子等の配置を示す部分拡大平面図、（ｂ）は個別用の接合端子における表面電極と接合端子電極等の配置関係を示す部分拡大平面図である。 （ａ）本発明の実施形態に係わる表面電極と外部電極、スルーホールおよびバンプ電極との接合工程前における配置関係を示すＹ方向における部分拡大断面図であり、（ｂ）はＸ方向における部分拡大断面図である。 （ａ）は本発明の実施形態に係わる表面電極と接合端子、スルーホールおよびバンプ電極との配置関係を示す部分平面図、（ｂ）は本発明の実施形態に係る接合部に引っ張り荷重がかかったときの様子を示す部分拡大断面図である。 （ａ）は配線部材におけるコモン接合電極、個別接合電極、配線、集積回路等の配置関係を示す概略平面図、（ｂ）は側面図である。 本発明の実施形態にかかわる液滴吐出ヘッドにおいて、個別用の表面電極と外部電極等の配置関係を示す平面図である。

本発明に係る液滴吐出ヘッドの一例として、インクジェット記録装置のインクジェットヘッドを例に説明する。また、インクが被吐出媒体に対して吐出される方向を下方向とする。インクジェットヘッドは、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、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には、例えば、４色のインクが、本体に静置されたインクカートリッジからヘッドユニット１内に供給されるように構成されている。

ヘッドユニット１は、複数枚のプレートが積層されて構成されたキャビティユニット１０と、その上面に対して接着して積層されるプレート型の圧電アクチュエータ１２と、その上面に圧電アクチュエータ１２を駆動させるための駆動信号を出力する駆動回路１０２を備えたフレキシブルプリント基板４０（配線部材）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、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枚の扁平な板をそれぞれ接着剤にて重ね接合して積層されている。ポリイミドなどの合成樹脂製のノズルプレート１１を除き、各プレート１５〜２１はステンレス製であり、それらの板厚は５０μｍ〜１５０μｍ程度の厚さを有する。各プレート１１〜２１には、電解エッチング、レーザ加工、またはプラズマジェット加工により開孔や溝が形成されている。

キャビティユニット１０の最下層のノズルプレート１１には、微小径（実施形態では２５μｍ程度）のインク吐出用の多数のノズル１１ａが微小間隔で穿設され、ノズル孔１１ａはノズルプレート１１のＹ方向（第２の方向）に沿って延びる列状に設けられ、その列がＸ方向（第1の方向）に沿って列状に5列設けられている。ベースプレート２１には、Ｘ方向に沿って延びる細幅の圧力室２３が、その長手方向がノズル孔１１ａの列と直交する方向に沿うように配置され、ベースプレート２１を厚さ方向に貫通して形成された圧力室孔をなしている。これら複数の圧力室孔は、上方向から圧電アクチュエータ１２が積層され、下方から第２スペーサプレート２０が積層されることにより、内部空間を有する圧力室２３を形成する。

第２スペーサプレート２０からカバープレート１５までのそれぞれには、各圧力室２３の一端部に連通し、各ノズル孔１１ａにまで連通する連通路となる各開口２５が貫通形成され、また、第２スペーサプレート２０と第１スペーサプレート１９には、共通インク室２６と圧力室２３の他端部とを連通する接続流路となる各開口２９および溝２８が形成されている。

また、上下マニホールドプレート１７、１８は、圧力室２３が列方向（Ｙ方向に）配置された位置に対応する下方位置にて、Ｙ方向に長いインク通路が共通インク室２６となる共通インク室孔が板厚方向に貫通するように形成されＸ方向に５列配置されている。そして、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、共通インク室（マニホールド室）２６となる。また、ダンパープレート１６には、共通インク室２６との対抗面とは反対側の面を凹み形成し、その肉厚が薄肉にさせたダンパ壁２５が共通インク室２６の形状と対応してＹ方向に５列形成され、カバープレート１５がその下層に積層されることによってダンパ室が形成される。さらにカバープレート１５には、複数のノズル孔１１ａを有するノズルプレート１１を下方から積層接着されている。

これらの各プレート１１〜２１が積層されていることで、形成された開孔や溝が連通し、共通インク室から接続流路、圧力室、連通流路およびノズルからなるインクが流通するチャンネルが構成されている。上記構成により、図示しないインク供給源から流入したインクがノズル１１ａまで導かれる。

なお、ベースプレート２１から上下のマニホールドプレート１７のＹ方向の一端部には、上下の位置を対応させて、Ｘ方向に適宜間隔で穿設された４つのインク供給口３１（図１参照）が穿設されている。図示しない各インク供給源からこの場合４種類のインクがインク供給口３１にそれぞれ独立して供給される。なお、使用頻度の高いインク（ブラックインクなど）が流入するインク供給口３１が、２つのチャンネルとつながり、他のインク供給口３１がそれぞれ互いに独立して１つのチャンネルとつながる。

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、図３に示すようにそれぞれ平面視で略同一寸法の矩形状に形成され積層された７枚の圧電層３３、３４と、その上面の拘束層となる圧電層４６と、最上面となる表面シートとしてトップ層３５（トップ圧電層）を積層した構造である。圧電層３３、３４は、１枚の厚みが３０μｍ程度の圧電セラミックス板からなり、圧電層３３、３４間には共通内部電極３７および個別内部電極３６とを備え、交互に積層されている。トップ層３５には、その表面に個別表面電極９３と共通表面電極９２とが設けられている。トップ層３５と拘束層４６は、圧電セラミックス板でもよいし、他の材料でも良く電気的絶縁性を有していればよい。

圧電アクチュエータ１２は、複数枚の圧電層３３、３４を積層方向に挟んで形成されている個別内部電極３６と共通内部電極３７の積層方向に対向する両電極間の前記圧電層を活性部として有し、任意の個別内部電極３６と共通内部電極３７との間に駆動電圧を印加することにより、その印加された個別内部電極３６に対応した圧電層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ものである。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（Ｙ方向）に沿って並べられ、且つ前記ノズルの列の数と同じ数だけ、Ｘ方向に並べられている。また、各活性部は、Ｘ方向に圧力室２３の長手方向に長く形成され、且つ隣接する活性部の配置間隔（ピッチＰ）も圧力室２３の配置と同様であって、千鳥状配列されることになる。

７枚の圧電層３３、３４は、下から数えて奇数番目に配置される圧電層３４と、下から数えて偶数番目に配置される圧電層３３とからなり、圧電アクチュエータ１２がキャビティユニット１０に接合されている状態では、各圧力室２３が当該圧電アクチュエータ１２（最下層の圧電層３４）の下面に覆われている。最下層の圧電層３４の上面には、共通内部電極３７がその広幅面全体に印刷形成されており、この最下層以外の圧電層３４の上面には、共通内部電極３７が広幅に印刷形成されていると共に、当該共通内部電極３７が存在しない非電極部分３８が形成され、非電極部３８には後述するダミー個別電極３８ａが形成されている。

各圧電層３３の上面には、複数の個別内部電極３６がＸ方向に長い平面視細長形状に印刷形成されている。各個別内部電極３６は、積層方向で各圧力室２３と重なる位置でＸ方向列状に同ピッチでＹ方向に５列並んで配置され、図６（ｂ）に示すように各個別内部電極３６には、圧力室２３と重なる直線部３６ｂに対して、その一端部が屈曲して形成され、圧力室２３に対向する位置から外側に伸びた導通用の屈曲部３６ａが形成されている。屈曲部３６ａは、後述する個別電極用スルーホール４２が開口される。なお、図３で第３列目の個別内部電極３６における一端部３６ａは、圧力室２３の外側一端に対して交互に外に延びている。また、各圧電層３３の上面において、その外周縁を囲うようにダミー共通電極４３が帯状に設けられており、後述する共通電極用スルーホールがこのダミー共通電極４３に開口されている。

トップ層３５の上面には、共通内部電極３７を外部と導通させるための共通表面電極９２と、個別内部電極３６を外部と導通させるための複数の個別表面電極９３とが設けられている。共通表面電極９２は、圧電アクチュエータ１２の外周縁に沿って帯状に延びている。複数の個別表面電極９３は、Ｘ方向に細長い形状でＹ方向に圧力室２３と同ピッチ（例えばＰ＝０．３３９μｍ）で列状に並びＹ方向において５列配置されている。

個別表面電極９３は、その幅が細い細幅部９３a（例えば、Ｗ２＝幅１００μｍ）と細
幅部９３ａと連接される広幅部９３ｂ（例えば、Ｗ３＝幅１５０〜３００μｍ。（２００〜２２０μｍ程度が好ましい。）Ｌ３＝長手方向３６０μｍ程度）とを有し、図６（ｂ）に示すように、平面視でＹ方向に並ぶ圧力室２３と圧力室２３との間の隔壁部分（Ｗ１＝１２０〜１５０μｍ）に細幅部９３ａが配置され、細幅部９３は隔壁部分の幅よりも小さくなっている。また、広幅部９３ｂは隔壁部分の幅よりも若干広く形成されていて、その広幅部９３ｂ上に、配線部材４０の下面に露出した後述する個別電極ランド７８（端子電極）に接続するための個別端子電極９５が配置される。つまり、各個別表面電極９３の長手方向の片端部に個別端子電極９５が配置される。また、端から二列毎の個別表面電極９３は互いにＹ方向にずらされている。

個別端子電極９５は、個別表面電極９３の広幅部９３ｂよりも長手方向および幅方向の寸法が小さい細長矩形状であり、複数の個別端子電極９５は列方向に沿って千鳥状に配置されている。すなわち、個別端子電極９５は、Ｙ方向に並ぶ個別表面電極９３において、個別表面電極９３の長手方向の一端部と他端部とを交互に配置させている。個別端子電極９５は、千鳥状に配列された個別電極ランド７８に対応した位置に設けられるため、対応して個別端子電極９５も千鳥状に配置されている。また、個別端子電極９５が配置されるよう個別表面電極９３も、その広幅部９３ｂを対応させるように配置されている。個別端子電極９５は、例えばその幅が１５０〜２００μｍ程度であり、個別端子電極９５の外周縁と広幅部９３ｂの外周縁との間の平面視の間隔寸法は２５μｍ程度（片側のみ）である。

また、共通表面電極９２上には、Ｘ方向に適宜距離をおいて複数の共通端子電極９４が配置されている。共通端子電極９４は、配線部材４０の共通電極ランド５７に接続する為に設けられている。なお、個別端子電極９５および共通端子電極９４は、配線部材４０の各ランド７８、５７との接合においてバンプ電極１０３が接合される。なお、共通表面電極９２、個別表面電極９３はＡｇ−Ｐｄ系の導電材を用いてスクリーン印刷で層厚さを薄く（１〜２μｍ）形成されており、共通端子電極９４および個別端子電極９５は、ガラスフリットを含むＡｇ系の導電材を用いて各表面電極上に層厚さが厚く（１０〜２０μｍ）印刷形成されている。

トップ層３５は、図４，５にあるように、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４４が表面個別電極９３上にその一方の端部が開口するように位置され、また、後述する拘束層４６の接続用パターン５３にも他方の端部が開口されるように位置される。そして、複数のスルーホール４４内にそれぞれ充填した導電部材（銀―パラジュウム系の導電部材）にて内部導通電極４４ａが形成されている。なお、図示されていないが、共通表面電極９２と拘束層の連絡用パターン５４とに、その端部が開口するようなスルーホールも形成され導電部材が充填されている。

拘束層４６の上面には、図３に示すように、平面視で略矩形型の個別導通部としての接続用パターン５３が前記圧電層３４における各ダミー個別電極３８ａ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、拘束層４６の上面の短辺に沿う部位等には、圧電層３４における共通内部電極３７の一部及び圧電層３３におけるダミー共通電極４３の一部にそれぞれ平面視で重複する位置に共通導通部としての連絡用パターン５４が形成されている。図４、図６（ｂ）に示すように、各圧電層３３上の個別内部電極３６は、その屈曲部３６ａが、上下に隣接する圧電層３４におけるダミー個別電極３８ａ及び拘束層４６の接続パターン５３とそれぞれ少なくとも一部が平面視で重なる。そして、各屈曲部３６ａは、圧電層３４及び拘束部４６を貫通する後述する個別電極用スルーホール４２内の個別内部導通電極４２ａとそれぞれ電気的に接続可能な位置に配置される。

最下層の圧電層３３、３４を除き、それより上層の圧電層３４、３３、拘束層４６において、積層方向に貫通する個別電極用スルーホール４２が形成され、個別電極用スルーホール４２の内部には、導電材を充填もしく塗布してなる個別内部導通電極４２ａが設けられている。また、圧電層３４のうち、下から２番目までの圧電層３４においては、その上面において前述したように共通内部電極３７を有するとともに非電極部３８を有し、非電極部３８にダミー個別電極３８ａが形成され個別電極用スルーホール４２がダミー個別電極３８ａに開口するように位置している。そのため、個別電極用スルーホール４２の開口位置周辺には、共通内部電極３７と独立しているため、共通内部電極３７と個別内部電極３６とが互いに電気的に独立している。スルーホール４４は、個別表面電極９３と、接続用パターン５３とに開口している。

よって、個別電極用スルーホール４２は、最下層の圧電層３３以外の各圧電層３３、各圧電層３４のダミー個別電極３８ａ、拘束層４６の接続用パターン５３が設けられている位置でその端部が開口されるように板厚を貫通するように設けられ、スルーホール４４が、接続用パターン５３とトップ層３５の上面の個別表面電極９３上に位置するように設けられているため、これにより積層方向に並ぶ各個別内部電極３６と個別表面電極９３とが、内部個別導通電極４２ａ、内部導通電極４４ａを介して導通されている。なお、複数の積層方向に設けられたスルーホール４２、４３は、互いにその配置位置が偏寄されて設けられている。

同様に、最下層の圧電層３４を除き、それより上層の圧電層３４、３３、拘束層４６、トップ層３５の全ての圧電層を積層方向に貫通する図示しない共通電極用スルーホールが形成され、共通電極用スルーホールの内部には、導電材を充填もしくは塗布してなる図示しない内部共通導通電極が設けられている。共通電極用スルーホールは、最下層の圧電層３４以外の各圧電層３４の共通内部電極３７と、各圧電層３３のダミーコモン電極４３、拘束層４６の連絡用パターン５４、およびトップ層３５の上面の共通表面電極９２が設けられている位置でその端部が開口されるように板厚を貫通するように設けられている。これにより、積層方向に並ぶ各共通内部電極３７と共通表面電極９２とが、内部共通導通電極を介して導通されている。

複数の圧電層３４〜３６は、圧電層３３、３４及び拘束層４６、トップ層３５の元材料であるグリーンシートの表面に表面電極９１、共通表面電極９２、個別内部電極３６、共通内部電極３７、ダミー個別電極３８、ダミー共通電極４３、接続用パターン５３及び連絡用パターン５４を、銀−パラジュウム系導電部材（導電性ペースト）を用いてスクリーン印刷形成した後、圧電層３３、３４、拘束層４６及びトップ層３５を所定の順に積層し、プレスした後、さらに焼成して形成される。なお、スルーホール４２、４４は各圧電層３３，３４、拘束層４６、トップ層３５にパターン印刷する前に穿設され、スルーホール４１、４２内への内部導通電極４２ａ，４４ａの充填はパターン印刷時に同時に行われる。

個別端子電極９５は、Ｙ方向に並ぶ個別表面電極９３の一列に対して、各個別表面電極９３の一端と他端をＹ方向に交互に配置されて千鳥状に配列されている。その個別表面電極９３に開口するトップ層３５に形成されるスルーホール４４は、その下層にある拘束層４６に形成された接続用パターン５３にも開口する必要がある。接続用パターン５３は、Ｘ方向に同じ位置にＹ方向に配列された一列である。よって、スルーホール４４を接続用パターン５３位置から積層方向に垂直上方向に対して、個別表面電極９３上に開口させると、Ｙ方向に千鳥状に配列された個別端子電極９５の配置位置の直下にスルーホール４４の開口の端部が配置されないものも含まれる。

ところで、前記焼成工程においてスルーホール４２、４４内の内部導通電極４２ａ，４４ａはやせ細り、その内壁に筒状に張りつく。特に、トップ層３５の表面（上面）における個別表面電極９３に対するそれぞれスルーホール４４の開口端部では、内部導通電極４４ａが平面視でほぼリング状で極めて厚さが薄い状態である。そのため、トップ層３５の表面が製造工程において冶具等で擦れると電気的に断線が発生することがある。また、後述するバンプ電極１０３を介して個別端子電極９５とランド部７８とを接合する際に、溶融したハンダが表面個別電極上のいて流れ出し「銀食われ」が起こり、表面個別電極が薄いことにより電気的断線が発生しやすかった。そのため、層厚の厚い個別端子電極９５（及び後述するダミー部９６）にてスルーホール４４の開口端部を広い面積にわたって覆うことで、トップ層３５の表面が取り扱い中に治具等で擦れてても、スルーホール４４の内面の内部導通電極４４ａは個別端子電極９５に広い面積において電気的に接続されるため、電気的断線事故が発生しないようにしている。また、「銀食われ」が起こったとしても、電気的に接続されているスルーホール４４の内部導通電極４４ａは、個別端子電極９５，の直下にあるためスルーホール４４は保護され断線されない。

しかしながら、前述のように個別端子電極９５の配置位置の直下にスルーホール４４の開口端部が配置されないものがある。そのため、そのようにスルーホール４４の開口の端部が個別端子電極９５で覆われない位置関係になっているものに対しては、ダミー端子９６を配置させることで、スルーホール４４の開口の端部をダミー端子９６によって保護させる。なお、ダミー端子９６は、個別端子電極９５と同様の工程で形成される。よって、複数の個別端子電極９５と、また、後工程のハンダ接合時に個別端子電極９５上に接合されるハンダバンプ電極１０３が、スルーホール４４の開口だが個別端子電極９５の配置位置にない場合においても、ダミー端子部９６において銀食われなど保護され、電気的断線事故が発生しない。しかも、外部導電部としての共通端子電極９４、個別端子電極９５（及びダミー部９６）は、スルーホール４４の内部まで充填され、スルーホール４４の開口端部において内部導通電極４４ａに密着しているので、内部導通電極４４ａの極めて厚さが薄い部分を補強し、電気的断線を確実に防いでいる。

なお、以降の説明では、個別端子電極９５の配置位置においてスルーホール４４が個別表面電極９３に開口するものを個別端子電極９５ａとし、特に区別する必要がないときは個別端子電極９５として説明する。

また、拘束層４６に貫通形成されるスルーホール４２の位置は、トップ層３５に設けられたスルーホール４２の位置から偏倚している。よって、トップ層３５のスルーホール４４の開口端部を覆うように形成された共通端子電極９４，個別端子電極９５が、後述する接合工程において配線部材４０の接合電極部７７、７８にて押圧されるとき、トップシート３５のスルーホール４４が形成された部位は、トップ層４６のスルーホール４４が形成されていない部位にて支持されるので、配線部材４０を押圧したときの変形を防止している。

なお、共通表面電極９２、個別表面電極９３の焼成後に、外部導電部としての共通端子電極９４、個別端子電極９５及び後述するダミー部９６は銀−ガラスフリット系の厚膜用の導電性ペースト（共通内部電極３７、個別内部電極３６と同じ材料）を用いて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。

図９にあるように配線部材４０は、端子形成領域Ａと圧電アクチュエータ１２と接合され、端子形成領域ＡからＹ方向に外側へ引き出されている。配線部材４０には、ポリイミドなどの合成樹脂製のフレキシブルな帯状の樹脂シート１０１と、樹脂シート１０１の下面に銅箔からなる導線材層が積層され、その導線材層を覆う合成樹脂材（ポリイミド樹脂や感光性ソルダレジストなど）保護材１００とが積層されて構成されている。樹脂シート１０１の上面には駆動回路１０２が実装され、樹脂シート１０１の下面には、導線材層に共通電極用配線７７、個別電極用配線７９、個別電極ランド（電極用端子）７８、共通電極ランド５７等がフォトレジスト等により印刷形成されている。なお、個別電極ランド７８は、駆動回路１０２から延びる各個別電極用配線７９の端部にそれぞれ設けられていて、保護材１００をエッチング等で除去して圧電アクチュエータ１２側に開口させ、その開口から配線７９を露出させて成る。また、同様に共通電極ランド７８は、幅広の共通電極用配線７７を部分的にその保護材１００を除去して開口させ、その開口から配線７７を露出させてなる。

個別電極ランド７８は、圧電アクチュエータ１２の個別端子電極９５と対応して接合されるため、Ｙ方向に列状に並び、Ｘ方向に複数列形成されている。また、共通電極ランド５７も、共通端子電極９４と対応する位置に複数形成されている。

共通電極用配線７７はグランド電位に保持され、配線部材４０の短辺側（Ｙ方向）両端にＸ方向に沿って帯状に延びて引き出されている。個別電極ランド７８は、圧電アクチュエータ１２の個別端子電極９５と対応する位置に形成されていて、Ｘ方向に千鳥状に延びて配列されるとともにＹ方向に５列は配置されている。また、共通表面電極９２上の複数の共通端子電極９４に対応する位置に共通電極ランド５７が形成されている。また、個別電極用配線３４は、対応する個別電極ランド２７からＹ方向に隣り合う他の個別電極ランド５７間を通って、駆動回路１０２に接続されている。なお、個別電極ランド５７は、多数の個別電極用配線３４をその個別ランド５７間を通って配線させるため千鳥状に配列されている。そして、図９（ｂ）に示すように、保護材１０３を除去して露出された各ランド５７，７８に対して、ハンダなどの導電性材料で形成されたバンプ電極１０３が配置されている。バンプ電極１０３は、各ランド５７，７８に対してソルダーペーストを設置させて、リフロー工程をへることで凸状のバンプ電極１０３が形成されている。

そして、配線部材４０と圧電アクチュエータ１２とは、ハンダバンプ電極１０３が形成された個別電極ランド７８および共通電極ランド５７と、個別端子電極９５とおよび共通端子電極９４とを、互いに対向させるように位置合わせして積層して、配線部材４０の上方から図示しないバーヒーターなどで熱圧着させることで、図４に示すようにハンダバンプ電極１０３が溶融して各ランド５７,７８と個別端子電極９５、共通端子電極９４との間に介在した状態で硬化させることで電気的かつ機械的に接合される接合部９１が構成される。

配線部材４０とアクチュエータ１２とがハンダ接続されたときに、各ランドと各端子間との間にハンダ１０３が介在した状態で、その間からハンダ１０３があふれ出してくることがある。その場合、あふれ出した余剰のハンダ１０３は、個別表面電極９３の長手方向（Ｙ方向）に沿って広がる。このとき、スルーホール４４が個別端子電極９５の直下で保護されているため、個別表面電極９３上に余剰のハンダ１０３が広がって個別表面電極９３の銀食われが起こったとしても、スルーホール４４を保護できるが、しかしながら、図７（ｂ）にあるようにハンダバンプ電極１０３位置において、熱圧着時にバンプの先端部を中心に押圧集中と熱集中が接合部９１にかかりやすくなるため、バンプ電極１０３の先端に対応するトップ層３５に脆弱部１０４を形成してしまう。

また、図１０に示すように、ハンダを用いて接合するときにハンダ溶融点程度まで熱をかけることにより、配線部材４０の樹脂シート１０１が熱膨張し、図示しないバーヒーターをリリースするとその逆方向に収縮しようとする熱応力がかかり、各複数の接続部９１間には平面方向に引っ張り荷重が発生する。図１０には便宜的にその熱膨張・熱収縮の方向を直線矢印Ａで示した。この熱応力により、複数の接合部９１には平面方向全方位に向く引っ張り荷重が作用し、接合部９１が剥離するおそれがある。接合部９１が単一の場合、接合部９１に作用する引っ張り荷重は周囲に発散されて接合部９１に対する荷重の影響は小さい。しかしながら、複数の接合部９１がある場合、配線部材４０の樹脂シート１０１が圧電アクチュエータ１２との接合領域の中心部から略放射状に膨張・収縮し、特に端子形成領域の外周縁において大きな引っ張り荷重が作用することがある。ある接合部９１の周囲に他の接合部９１が存在していれば、各接合部９１での引っ張り荷重が互いに打ち消し合うと考えられるが、上記外周縁に配される接合部９１においては、端子形成領域の外側に他の接合部が存在しないため、この接合部９１に作用する引っ張り荷重に偏りが生じてこれら外周縁に配される接合部９１が剥がれ易くなると考えられる。特に、端子形成領域Ａの４つの隅部に最も引っ張り荷重がかかりやすい。

本実施形態においては、このような引っ張り荷重による接合部９１の剥離を抑えるために、個別端子電極９５ａの直下に配置されるスルーホール４４の開口端部の位置４４ｂと、個別端子電極９５ａに接合されるバンプ配置位置１０３ａとが互いに個別端子電極９５ａの長手方向Ｘに互いにずれるような構成をしている。複数の個別端子電極９５のうち、スルーホール４４が個別端子電極９５の直下において開口する個別端子電極９５ａは、他の個別端子電極９５よりもＸ方向に長く形成され、またハンダバンプ電極１０３のバンプ径よりもさらに長い寸法を有している。（本実施形態では、例えば、バンプ径の２倍よりも大きくなるように形成されている。）そして、そのような個別端子電極９５ａに対して、個別表面電極９３の幅広部９３ｂもＸ方向に長くバンプ径よりも長い寸法を有している。そして個別端子電極９５ａの長手方向Ｘの両端部のうち、一端にバンプ電極１０３が、他端にスルーホール４４の開口端部位置４４ｂが、Ｘ方向に離れて配置されるように形成されている。つまり、配線部材４０のランド７８に配置されるバンプ電極１０３の先端部が個別端子電極９５ａに接合する位置１０３ａと、スルーホール４４の開口端部位置４４ｂとがＸ方向に互いにずれて配置されている。また、そのような個別端子電極９５ａにおいて、その両端部のうち、ハンダバンプ電極１０３が接合される位置１０３ａが圧電アクチュエータ１２の外側方向に、スルーホール４４の開口端部位置４４ｂの内側方向になるように互いにＸ方向にずれて配置されている。なお、図５に示すようにスルーホール４４は、個別表面電極９３上に開口されるとともに、接続パターン５３に対しても開口される必要があるため、本実施形態のような個別端子電極９５ａに接続されるスルーホール４４の開口端部４４ｂ位置は、バンプ１０３の配置位置とＸ方向にずらさせるため、対応する接続パターン５３ａは、他の接続パターン５３よりもＸ方向に長くなるように配置され、スルーホール４４の開口端部４４ｂと接続される。

図７（ａ）（ｂ）に示すように、本発明の接続部９１によると、バンプ電極１０３がヒーターによって接合したときに、そのバンプ１０３の先端部を中心として押圧集中と熱集中がかかるため、その先端部直下の位置１０３ａにおいて、トップ圧電層３５に脆弱部１０４を発生させてしまう。しかしながら、個別端子電極９５ａのＸ方向において、脆弱部１０４を発生させるバンプ１０３が配置された側を、圧電アクチュエータ１２の外側方向に配置し、そのバンプ１０３の配置位置１０３ａとはその反対側（内側）に距離をおいてスルーホール４４の開口端部位置４４ｂを配置させる。よって、スルーホール４４の配置位置４４ｂが、脆弱部１０４を避けて形成されている。

従来では、アクチュエータ１２の外側方向における複数の接続部９１において引っ張り荷重が働き、ハンダ１０３により個別端子電極９５とランド７８とが接合状態のまま配線部材４０が外側方向から剥離されようとすると、個別表面電極９３の広幅部９３ｂとともに脆弱部１０４が引っ張り荷重によって共にもがれてしまう。しかしながら、本実施形態のような接合部９１の構成であると、バンプ電極１０３の配置位置１０３ａとスルーホール４４が開口されている位置４４ｂは距離が離れて配置されているため、少なくとも脆弱部１０４を避けてスルーホール４４が配置され、脆弱部１０４が破損しても少なくともスルーホール４４を保護することができる。また、脆弱部１０４を発生させるバンプ電極１０３の配置された側を、接合部９１に対して引っ張り荷重が大きくかかりやすい圧電アクチュエータ１２の外側方向に配置し、そのバンプ１０３の配置位置１０３ａとはその反対側（内側）に距離をおいてスルーホール４４の開口端部位置４４ｂを配置させているため、外側方向の脆弱部１０４が破損されたとしても、それよりも内側でスルーホール４４が配置されるトップ層３５の部分はもがれることなく配置されることができるため、スルーホール４４における電気的導通はとることができ、断線されることがない。よって、本実施形態の構成によると、電気的断線を起こさせるような圧電層の剥離を生じさせることを抑制させることができるようになっているため、電気的断線影響を抑制し、インク吐出に影響を及ぼすことを抑制することができる。

このような接続部９１は、図１０に示すように、複数の個別表面電極９３の列のうち、引っ張り荷重がかかりやすい外周縁に近い個別表面電極９３の列に対して設けるのがよい。また、複数の接続部９１がある略矩形状の領域のうち、特に引っ張り荷重が集中する４隅におけるいくつかの個別表面電極においてもよい。

なお、本実施形態の構成は、スルーホール４４の配置位置４４ｂが、表面個別電極９３ａにおいて個別端子電極９５ａの配置された領域に開口されているものに対して適用されていて、ダミー外部電極９６の配置された領域にスルーホール４４が開口されている個別端子電極９５、個別表面電極９３に対してはこの構成が適用されていないが、個別表面電極９３の個別端子電極９５が配置された領域にスルーホール４４の配置位置４４ｂが開口されるように接続パターン５３の形状をＸ方向に延在させるようにすれば、ダミー外部電極９６を配置する必要はなく、本実施形態の構成を適用させることができる。

また、本実施形態では、熱圧着による配線部材の熱応力を起因とする引っ張り荷重に対して本実施形態の構成を用いることで効果を得ることができるが、それ以外に、例えば、圧電アクチュエータ１２と配線部材４０とを接合したのちに、ヘッドホルダなどのケーシングに組み立てる工程において、配線部材４０の引き出された側を折りたたむため、作業者などが引き出された側を摘むことがある。複数の接続部９１において、配線部材４０の引き出された側の複数の接続部９１においては、引っ張り荷重がかかるため接合部９１が剥離されやすく断線が起こる可能性がある。そのため、本実施形態の構成を用いても同様の効果を得ることができる。

また、上記で開示された実施形態は例示であって制限的なものではない。例えば、圧電アクチュエータの積層枚数、各電極等の形態を変更してもよい。なお、本発明に係る液体吐出装置として、インクジェットプリンタに搭載されるインクジェットヘッドと、これに電気的及び機械的に接続される配線基板とからなる組立体を例示したが、インク以外の液体、例えば着色液を吐出して液晶表示装置のカラーフィルタを製造する装置、導電液を吐出して電気配線を形成する装置などに使用する液滴吐出装置に適用してもよい。

本発明は、圧電アクチュエータ、これを用いたインクジェット記録ヘッド、及び圧電アクチュエータの製造方法等に適用することができる。

１ ヘッドユニット
１０ 流路ユニット
１２ 圧電アクチュエータ
３３、３４ 圧電層
３６ 個別内部電極
３７ 共通内部電極
４０ 配線部材
４２ スルーホール
４２ａ 内部導通電極
４４ スルーホール
４４ａ 内部導通電極
４４ｂ 開口端部位置
５３ 接続用パターン
９３ 個別表面電極
９３ａ 細幅部
９３ｂ 広幅部
９５ 個別端子電極
９５ａ 個別端子電極
１０３ バンプ電極
１０３ａ バンプ配置位置
１０４ 脆弱部

Claims (6)

1. 複数の個別内部電極を形成した第１の圧電層と、前記複数の個別内部電極に対向するように形成された共通内部電極を形成した第２の圧電層と、を少なくとも有する圧電層の積層体と、
   前記積層体に積層され、前記複数の個別内部電極とそれぞれ導通した複数の個別表面電極が設けられた圧電層であって、当該各個別表面電極に対応して接続する複数の端子電極を有する配線部材と接合するためのトップ圧電層と、
   前記トップ圧電層のスルーホール内に形成され、前記複数の個別表面電極とそれぞれ接続され、前記個別表面電極と前記個別内部電極とを導通させるための複数の内部導通電極と、
   前記内部導通電極の前記表面電極に接続する端部を覆うように、前記個別表面電極の一方の面において形成された個別端子電極と、を備え、
   前記個別端子電極と前記配線部材の前記端子電極とが、導電性材料で形成されたバンプ電極を介して接合する圧電アクチュエータであって、
   前記バンプ電極が前記個別端子電極と接合する位置と、前記内部導通電極の前記端部の位置とがずれており、
   前記バンプ電極が前記個別端子電極と接合する位置に対応する前記個別端子電極の部分と、前記内部導通電極の前記端部の位置に対応する前記個別端子電極の部分とは、連続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。
2. 前記各個別表面電極は、第１の方向に沿って長い細長形状に形成され、
   前記個別表面電極は、前記第１方向と直交する第２の方向に列状に設けられた複数の個別表面電極列を有し、
   前記個別端子電極と前記バンプ電極とが、前記複数の個別表面電極列のうち、少なくとも前記第１の方向の外縁に位置する個別表面電極列に配置されてい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. 前記バンプ電極は、前記個別端子電極の前記外縁側の端部に設けられ、
   前記内部導通電極の前記端部の位置は、前記バンプ電極の配置位置よりも内側に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の圧電アクチュエータ。
4. 前記複数の個別端子電極は、前記第２の方向沿って千鳥状配列をなしていることを特徴とする請求項２または３のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
5. 前記第２方向に沿って列状に配置された複数のノズル列と、前記各ノズルに対応する複数の圧力室列を有するキャビティユニットと、前記各個別内部電極と前記共通内部電極とが積層方向に重なる箇所が前記各圧力室に対応するように接合された請求項１〜４のいずれかに記載の圧電アクチュエータと、を備えた液滴吐出ヘッド。
6. 前記圧電アクチュエータの前記複数の個別表面電極に対して、前記複数の端子電極が前記バンプ電極を介して接合される配線部材をさらに備え、
   前記配線部材は、前記アクチュエータと比べて熱膨張率が高く、
   前記少なくとも前記第１の方向の外縁に位置する個別表面電極列の個別表面電極のうち、前記個別端子電極と前記バンプ電極とは、前記第２方向側の隅部に配置された個別表面電極上に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の液滴吐出ヘッド。
   

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