JP5228688B2 - 液滴吐出ヘッド及びインクジェットヘッド - Google Patents

Description

本発明は、吐出口から液滴を吐出させるアクチュエータを有する液滴吐出ヘッド及びインクジェットヘッドに関する。

吐出口から液滴を吐出させるアクチュエータの一例として、特許文献１に開示された圧電アクチュエータがある。特許文献１の圧電アクチュエータは、振動板とその上に積層された圧電セラミック層と、圧電セラミック層の表面に配置された表面電極とを有している。この圧電アクチュエータを液体吐出装置に利用する際は、液体加圧室が形成された加圧室部材上に圧電アクチュエータが配置される。表面電極は、圧電セラミック層及び振動板を介して液体加圧室に対向する。表面電極に駆動信号が印加されると、圧電セラミック層と振動板とが変形し、液体加圧室内の液体に圧力が印加される。

特開２００５−２１７７９号公報

特許文献１のような構成のアクチュエータによると、変形層が何度も変形することにより、アクチュエータにクラックが発生するおそれがある。かかるクラックが液体流路から電極の表面にまで達すると、電極の表面から液体が漏れ出し、電極と他の導電部との間を短絡させるおそれがある。

本発明の目的は、電極の表面から液体が漏れ出しても、電極と他の導電部との間が短絡しにくい液滴吐出ヘッド及びインクジェットヘッドを提供することにある。

本発明の液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出する吐出口と、前記吐出口に連通する液体流路と、前記液体流路の壁面の一部を画定するセラミックス材料からなる変形層、セラミックス材料からなる圧電層、及び、前記変形層を介して前記液体流路に対向した電極を有し、前記電極に所定の駆動信号が供給された場合に、前記変形層を前記液体流路内に向かって変位するように変形させるアクチュエータとを備えており、前記圧電層は前記変形層に積層されており、前記電極は前記変形層から最も遠い前記圧電層の前記変形層と反対側の表面に形成されており、前記電極において前記変形層とは反対側の表面に、前記電極の重心を実質的に取り囲む、端を有する線状の溝が形成されており、前記溝に実質的に取り囲まれた領域内とその領域外とを前記溝の端同士に挟まれた位置において電気的に繋ぐ連繋部が前記電極に形成されている。

本発明の液滴吐出ヘッドによると、電極の表面に溝が形成されているため、漏れ出した液体が溝に流入しやすい。したがって、電極と隣の導電部とが短絡するのを抑制できる。また、溝が実質的に電極の重心を取り囲んでいるので、電極の重心付近から液体が漏れ出しやすい構成の場合に、漏れ出した液体を溝内へと確実に流入させやすい。また、溝の内側と外側との間で電極の導通を連繋部によって確保できる。

本発明においては、前記アクチュエータが、複数の前記電極を有しており、前記溝が、一の前記電極の重心から前記一の電極に隣り合う他の前記電極へと向かう方向に交差する方向に長尺であることが好ましい。これによると、電極の重心からその電極と隣り合う電極に向かう方向に交差するように溝が長尺である。したがって、電極の重心付近から漏れ出した液体が隣の電極に向かうのを溝によって遮断しやすい。

また、本発明においては、前記溝が、前記電極の重心を中心とする円弧に沿って延びていることが好ましい。これによると、溝が重心を中心とした円弧に沿っているので、重心付近の液体が漏れ出しやすい領域を囲みつつ、漏れ出した液体を周方向に広い範囲に亘って遮断することができる。

また、本発明においては、前記溝が、前記電極の重心を中心とする半径が等しい複数の円弧に沿って延びていることが好ましい。また、本発明においては、前記溝が、前記電極の重心を実質的に取り囲むように飛び飛びに延びていてもよい。

また、本発明においては、少なくとも２つの前記連繋部が形成されており、前記２つの連繋部を結ぶ線分上に前記電極の重心が位置していることが好ましい。これによると、連繋部の位置に基づいて電極の重心を取得しやすくなる。

また、本発明においては、少なくとも４つの前記連繋部が形成されており、前記４つの連繋部のうちの２つの前記連繋部を結ぶ線分と残りの２つの前記連繋部を結ぶ線分との交点上に前記電極の重心が位置していることが好ましい。これによると、連繋部の位置に基づいて電極の重心をより取得しやすくなる。

また、本発明においては、前記変形層が前記液体流路内へと変位する際の変形量が、前記電極の重心付近で最大となることが好ましい。これによると、変形部の変形量が電極の重心付近で最大となる。したがって、アクチュエータにおいて電極の重心付近が最もクラックが発生しやすい箇所となる。この場合、電極の重心から液体が漏れやすくなるため、重心から漏れ出した液体を取り込みやすい溝ほど好ましい。

また、本発明のインクジェットヘッドは、インクを吐出するノズルと、外部からインクが供給されるインク供給口と、丸みを帯びた角を有する菱形形状の圧力室と、当該圧力室を介して、前記ノズルと前記インク供給口とを連通させるインク流路とが形成され、前記圧力室が一表面に開口した流路ユニットと、前記流路ユニットの一表面に固定され、前記圧力室内のインクに前記吐出口から吐出させる吐出エネルギーを付与するアクチュエータとを備えているインクジェットヘッドであって、前記アクチュエータは、前記圧力室の開口を塞ぐように積層した複数の圧電層と、前記圧力室から最も離れた最上層の前記圧電層の上面に前記圧力室に対向して配置された、前記圧力室と相似形状の個別電極と、前記個別電極との間に前記最上層の圧電層を挟む共通電極とから構成され、前記個別電極には、当該個別電極の外縁に沿って延びると共に、前記最上層の圧電層の上面を露出させる溝と、前記溝によって区画される前記個別電極の内側領域と前記個別電極の外側領域とを電気的に接続する少なくとも２つの連繋部とが形成され、前記内側領域の重心が前記個別電極の重心に重なり、前記２つの連繋部が前記重心に関して互いに対称な位置に形成されている。

本発明のインクジェットヘッドによると、個別電極の表面に溝が形成されているため、漏れ出した液体が溝に流入しやすい。したがって、個別電極と他の導電部とが短絡するのを抑制できる。また、溝の内側と外側との間で個別電極の導通を連繋部によって確保できる。

また、本発明においては、前記連繋部は、前記圧力室において前記菱形形状の角部に対向して配置されていることが好ましい。これによると、角部付近がアクチュエータの変位が最も少ないため、アクチュエータが変位したことによる連繋部の切断を回避しやすい。

本発明の液滴吐出ヘッド又はインクジェットヘッドによると、電極の表面に溝が形成されているため、漏れ出した液体が溝に流入しやすい。したがって、電極と隣の導電部とが短絡するのを抑制できる。

以下、本発明の好適な一実施形態について図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るインクジェットヘッド１（液滴吐出ヘッド）の縦断面図である。図２は、図１のヘッド本体７０の平面図である。図３は、図２中の一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。図１に示すように、インクジェットヘッド１は、インクを吐出するヘッド本体７０と、ヘッド本体７０の上面に配置されたリザーバユニット７１と、ヘッド本体７０に電気的に接続されたフレキシブルプリント配線基板（Flexible Printed Circuit：ＦＰＣ）５０と、このＦＰＣ５０に電気的に接続された制御基板５４とを有している。このうち、ヘッド本体７０は、内部にインク流路が形成された流路ユニット４とアクチュエータユニット２０とから構成されている。リザーバユニット７１は、流路ユニット４にインクを供給する。ＦＰＣ５０はその一端部がアクチュエータユニット２０の上面と接続されており、ＦＰＣ５０の途中には、アクチュエータユニット２０へと駆動信号を供給するドライバＩＣ５２が実装されている。

ヘッド本体７０の上面には、図２に示すように、内部のインク流路に連通する１０個のインク供給口５ｂが形成されている。インク供給口５ｂは、流路ユニット４の上面に開口している。インク流路は、後述するように、流路ユニット４の上面に形成された圧力室１０（液体室）と、この圧力室１０に連通したインク吐出用のノズル８とを含んでいる。なお、流路ユニット４の上面には、各インク供給口５ｂを覆い、インクに混入する異物を捕獲するフィルタ（不図示）が設けられている。

リザーバユニット７１の上方には、制御基板５４が水平に配置され、ＦＰＣ５０の他端部が、制御基板５４とコネクタ５４ａを介して接続されている。そして、制御基板５４からの指令に基づいて、ドライバＩＣ５２が、ＦＰＣ５０の配線を介してアクチュエータユニット２０に駆動信号を供給するように構成されている。

リザーバユニット７１は、ヘッド本体７０の上方に配置されている。このリザーバユニット７１は、その内部にインクを貯溜するインクリザーバ７１ａを有しており、このインクリザーバ７１ａは流路ユニット４のインク供給口５ｂに連通している。したがって、このインクリザーバ７１ａ内のインクは、インク供給口５ｂを介して流路ユニット４内のインク流路に供給される。

アクチュエータユニット２０、リザーバユニット７１、制御基板５４及びＦＰＣ５０等は、サイドカバー５３とヘッドカバー５５とからなるカバー部材５８により覆われており、外部に飛散するインクやインクミストが侵入するのが防止されている。カバー部材５８は金属材料で構成されている。また、リザーバユニット７１の側面には、弾力性を有したスポンジ５１が配設されている。ＦＰＣ５０上のドライバＩＣ５２は、図１に示すように、ちょうどスポンジ５１と対向する位置に実装されており、スポンジ５１によってサイドカバー５３の内面に押し付けられている。したがって、ドライバＩＣ５２で発生した熱がサイドカバー５３を経由してヘッドカバー５５に伝わり、金属製のカバー部材５８を介して速やかに外部へ放散されるようになっている。このように、カバー部材５８は放熱部材としても機能している。

次に、ヘッド本体７０について詳細に説明する。流路ユニット４は、図２に示すように、主走査方向に長尺な矩形平面形状を有している。流路ユニット４には、図２及び図３に示すように、平面視において台形の形状を有する範囲内に圧力室１０が分布した、圧力室群９が形成されている。各圧力室１０は流路ユニット４の上面に開口している。また、各圧力室１０は、角が丸みを帯びた菱形の平面形状を有している。

本実施形態では、複数の圧力室１０が流路ユニット４の長手方向（主走査方向）に等間隔に配列されてなる圧力室列１１が、互いに平行に１６列配列されている。圧力室列１１は、流路ユニット４の長手方向と直交する方向（副走査方向）に所定の間隔で並んでいる。圧力室列１１に含まれる圧力室１０の数は、圧力室群９の長辺側から短辺側に向かって次第に少なくなる。また、圧力室１０は、その鋭角部が、隣接する２つの圧力室１０の鋭角部間に配置されるように、２方向（主走査方向とこれに交差する方向）に沿ってマトリクス状に配置されている。そのため、複数の圧力室１０は、図３に示す副走査方向に関して、１つの圧力室列１１中の各圧力室１０の一方側鋭角部を結ぶ直線が、これに隣接する圧力室列１１中の各圧力室１０の他方側斜辺と交差するように配置されている。

流路ユニット４の上面には、図２に示すように、台形形状を有する４つのアクチュエータユニット２０が、圧力室群９の配置に対応して千鳥状に２列にそれぞれ接着されている。流路ユニット４の下面において、アクチュエータユニット２０の接着領域に対向した領域は、ノズル８の開口（吐出口）が分布したインク吐出領域となっている。インク吐出領域は、アクチュエータユニット２０と同様に台形形状を有し、これらのノズル８も、圧力室１０と同様にマトリクス状に配置されて複数のノズル列を構成している。ノズル８は、インク吐出領域内において、全体として主走査方向に６００ｄｐｉの解像度で画像形成が可能となるように配置されている。

図２及び図３に示すように、流路ユニット４内には、インク供給口５ｂに連なるマニホールド流路５と、このマニホールド流路５から分岐する副マニホールド流路５ａが形成されている。マニホールド流路５は、アクチュエータユニット２０の斜辺に沿うように、流路ユニット４の長手方向と交差して延びている。２つのアクチュエータユニット２０に挟まれた領域では、１つのマニホールド流路５が、隣接するアクチュエータユニット２０に共有されており、副マニホールド流路５ａがマニホールド流路５の両側から分岐している。また、副マニホールド流路５ａは、台形形状のインク吐出領域と対向する領域において、流路ユニット４の長手方向に延在している。副マニホールド流路５ａの両端は、インク吐出領域の斜辺の近傍でマニホールド流路５とそれぞれ連通しており、副マニホールド流路５ａはインク吐出領域毎に閉ループを形成している。

各ノズル８は、絞り流路であるアパーチャ１２と圧力室１０とを介して副マニホールド流路５ａと連通している。なお、図を見やすくするために、図３においては、アクチュエータユニット２０が二点鎖線で描かれており、さらに、アクチュエータユニット２０の下方にあって破線で描くべき圧力室１０、アパーチャ１２、ノズル８が実線で描かれている。

次に、ヘッド本体７０の断面構造について説明する。図４は、図３のIＶ−IＶ線断面図である。図４に示すように、流路ユニット４は、上から、キャビティプレート２２（流路形成部材）、ベースプレート２３、アパーチャプレート２４、サプライプレート２５、マニホールドプレート２６、２７、２８、カバープレート２９及びノズルプレート３０の、ステンレス製の９枚の金属プレートが積層された積層構造を有する。これらプレート２２〜３０は、長尺な矩形状の平面を有する。アクチュエータユニット２０は、キャビティプレート２２上に接着されている。

キャビティプレート２２には、インク供給口５ｂに対応する貫通孔、及び、圧力室１０の部分に対応する略菱形の貫通孔が多数形成されている。ベースプレート２３には、各圧力室１０について圧力室１０とアパーチャ１２との連絡孔及び圧力室１０とノズル８との連絡孔が形成されていると共に、インク供給口５ｂとマニホールド流路５との連絡孔が形成されている。アパーチャプレート２４には、各圧力室１０についてアパーチャ１２となる貫通孔及び圧力室１０とノズル８との連絡孔が形成されていると共に、インク供給口５ｂとマニホールド流路５との連絡孔が形成されている。サプライプレート２５には、各圧力室１０についてアパーチャ１２と副マニホールド流路５ａとの連絡孔及び圧力室１０とノズル８との連絡孔が形成されている。

マニホールドプレート２６〜２８には、各圧力室１０について圧力室１０とノズル８との連絡孔、及び、積層時に互いに連結してマニホールド流路５及び副マニホールド流路５ａとなる貫通孔が形成されている。カバープレート２９には、各圧力室１０について圧力室１０とノズル８との連絡孔が形成されている。ノズルプレート３０には、各圧力室１０についてノズル８に対向する孔が形成されている。

これらの９枚のプレート２２〜３０が互いに位置合わせされつつ積層されることにより、流路ユニット４が構成されている。各プレート２２〜３０は接着剤によって固定されており、流路ユニット４内には、図４に示すような個別インク流路３１（液体流路）が形成されている。なお、個別インク流路３１は、副マニホールド流路５ａの出口からノズル８に至る流路である。

キャビティプレート２２には、圧力室１０となる貫通孔が形成されている。この貫通孔は、図４に示すように、ベースプレート２３の上面とアクチュエータユニット２０の下面とに上下方向から挟まれており、これによって圧力室１０が画定されている。

次に、アクチュエータユニット２０について説明する。図５（ａ）は、ヘッド本体７０において圧力室１０の近傍の部分断面図である。図５（ｂ）は、ヘッド本体７０において圧力室１０の近傍の部分平面図である。アクチュエータユニット２０は、図５（ａ）に示すように、３枚の圧電シート４１〜４３（圧電層）と、圧電シート４１の上面に形成された複数の個別電極３５と、圧電シート４１、４２間に形成された共通電極３４とを含んでいる。これらは、流路ユニット４から遠い方から、個別電極３５、圧電シート４１（最上層の圧電層）、共通電極３４、圧電シート４２及び圧電シート４３（変形層）の順に積層されている。圧電シート４３は、流路ユニット４の上面に、圧力室１０の開口を塞ぐように貼り付けられている。これにより、圧電シート４３は、圧力室１０の壁面を画定している。

圧電シート４１〜４３は、いずれも厚みが１５μｍ程度の連続した層状の平板であり、１つのインク吐出領域を平面視において覆う大きさと形状を有している。圧電シート４１〜４３は、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミック材料から構成されている。圧電シート４１〜４３のうち、圧電シート４１だけがその厚み方向（圧電シート４１〜４３の積層方向）に分極されている。

個別電極３５は、図５（ｂ）に示すように、圧力室１０とほぼ相似な、角が丸みを帯びた菱形の平面形状を有しており、圧力室１０より若干小さい。個別電極３５は、平面視において、その重心が圧力室１０の重心と重なり、且つ、四辺が圧力室１０の四辺と平行になるように配置される。図５（ｂ）において一点鎖線Ａ及びＢの交点が個別電極３５の重心位置及び圧力室１０の重心位置を示している。これによって、個別電極３５が、平面視で圧力室１０に含まれるように、圧力室１０の中心に配置されている。

本実施形態においては、個別電極３５に溝１０１が形成されている。溝１０１は、個別電極３５を、圧電シート４１〜４３側の表面から反対側の表面まで貫通している。これによって、圧電シート４１の上面において溝１０１と対向する領域が、溝１０１を通じて外部へと露出している。なお、溝１０１は、個別電極３５において圧電シート４１側の表面とは反対側の表面に開口していれば、個別電極３５を貫通していなくてもよい。

溝１０１は、平面視において、個別電極３５の外周縁より内側に４つ形成され、個別電極３５の重心を中心とし半径が等しい４つの円弧のそれぞれに沿っている。この円弧の周方向に関する４つの溝１０１同士の間隔は狭くなっており、４つの溝１０１全体でほぼ一つの完全な円の全周に沿っている。つまり、４つの溝１０１は、個別電極３５の重心をほぼ取り囲んでいる。

溝１０１は、１つの個別電極３５の重心からその個別電極３５の隣りの個別電極３５に向かう方向に交差する方向に延びている。例えば、図５（ｂ）において矢印Ｃ１及びＣ２は、個別電極３５のうちの１つである個別電極３５ａの重心から、隣りの個別電極３５に向かう方向を示している。個別電極３５ａの溝１０１は、これらの矢印Ｃ１及びＣ２に交差する方向に長尺に形成されている。

溝１０１同士の間には、個別電極３５において溝１０１に囲まれた領域とその領域の外側とを連繋する４つの連繋部１０２が形成されている。これにより、溝１０１に囲まれた領域（内部領域）とその領域の外側の領域（外部領域）との導通が確保されている。４つの連繋部１０２のうちの２つは、個別電極３５の重心を通り個別電極３５の長手方向に沿った直線Ａ上に配置されている。これらは互いに個別電極３５の重心に関して対称な位置関係にある。また、４つの連繋部１０２のうちの残りの２つは、個別電極３５の重心を通り個別電極３５の短尺方向に沿った直線Ｂ上に配置されている。これらも互いに個別電極３５の重心に関して対称な位置関係にある。言い換えると、４つの連繋部１０２のうち、互いに最も離隔した２つの連繋部１０２同志を結ぶ直線と、残りの２つの連繋部１０２同士を結ぶ直線との交点に、個別電極３５の重心が位置している。

また、４つの連繋部１０２のうち、直線Ｂ上に配置された方の２つは、個別電極３５の角部に近接した位置に配置されている。つまり、これらの２つの連繋部１０２は、圧力室１０の角部に対向する位置に配置されている。

個別電極３５において長手方向の一端からは、その長手方向に沿って延びる延出部３７が形成されている。個別電極３５及び延出部３７はともに、略１μｍの厚みを有しており、Ａｇ−Ｐｄ系の合金などの金属材料からなる。延出部３７は圧力室１０より外側へと延びており、その先端にはランド３６が形成されている。なお、ランド３６は、径が略１６０μｍの円形の平面形状を有しており、ガラスフリットを含む金からなる。ランド３６は、ＦＰＣ５０に設けられた配線の接続部と接続されており、個別電極３５は、ランド３６を介してＦＰＣ５０に実装されたドライバＩＣ５２と接続されている。ドライバＩＣ５２は、個別電極３５のそれぞれに駆動信号を供給して、個別電極３５の電位を個別に制御する。

共通電極３４は、圧電シート４１とほぼ同じ大きさを有しており、１つの圧力室群９に属するすべての圧力室１０に跨っている。すなわち、共通電極３４は、１つのアクチュエータユニット２０に形成されたすべての個別電極３５と対向している。また、共通電極３４は、図示しない領域（圧電シート４１の上面）においてＦＰＣ５０を介して接地されている。これにより、共通電極３４は、すべての圧力室１０に対応する領域において等しくグランド電位に保たれている。

個別電極３５の電位が共通電極３４とは異なる電位となると、個別電極３５と共通電極３４とに挟まれた領域に外部電界が発生する。このとき、圧電シート４１において個別電極３５と共通電極３４とに挟まれた領域には、かかる外部電界の発生によって圧電歪が生じる。このように、圧電シート４１には、個別電極３５と共通電極３４とに挟まれた領域に、圧電歪が生じる活性部が設けられている。一方、圧電シート４２及び４３は、いずれも活性部を含んでいない非活性層である。アクチュエータユニット２０は、このような、いわゆるユニモルフタイプの構成を有している。圧電シート４１〜４３及び共通電極３４において個別電極３５に対向する領域と個別電極３５とからなる各部分は、圧力室１０ごとに吐出エネルギーを付与するアクチュエータとなる。アクチュエータユニット２０には、かかる個別のアクチュエータが多数作りこまれている。

次に、アクチュエータユニット２０を駆動する際の動作についてより詳細に説明する。ドライバＩＣ５２は、ＦＰＣ５０を介して個別電極３５に駆動信号を供給する。これによって、個別電極３５をグランド電位から、一旦グランド電位とは異なる所定の正の電位にし、その後にグランド電位に戻す。

個別電極３５が所定の正の電位となると、個別電極３５及び共通電極３４間に電界が生じる。これによって、圧電シート４１の活性部に積層方向に沿った外部電界が印加され、活性部が圧電横効果のために分極方向と直角方向に縮む。

一方、その他の圧電シート４２，４３は、外部電界が印加されず、自発的には縮むことはないので、活性部に対する拘束層として働く。したがって、圧電シート４１〜４３において活性部及び活性部と対向する部分には、全体として、圧力室１０側に凸となるユニモルフ変形が生じる。

圧電シート４１〜４３が圧力室１０側に凸に変形すると、圧力室１０の容積が低下してインクの圧力が上昇する。これによって、圧力室１０に連通したノズル８からインクが吐出される。その後、個別電極３５がグランド電位に戻ると、圧電シート４１〜４３は元の形状に戻って圧力室１０も元の容積に戻る。そのため、副マニホールド流路５ａから個別インク流路３１へとインクが吸い込まれる。

アクチュエータユニット２０の他の駆動方法として以下の動作がなされてもよい。ドライバＩＣ５２は、個別電極３５をあらかじめ正の電位としておく。この場合、圧電シート４１〜４３は、あらかじめユニモルフ変形した状態になっている。そして、ドライバＩＣ５２は、吐出要求があるごとに一旦個別電極３５をグランド電位とし、その後所定のタイミングにて再び個別電極３５を正の電位に戻す。これにより、個別電極３５が一旦グランド電位となるタイミングで、圧電シート４１〜４３がユニモルフ変形した状態から一旦変形していない状態に戻る。このとき、圧力室１０の容積は増加し、副マニホールド流路５ａから個別インク流路３１へとインクが吸い込まれる。その後、再び個別電極３５が正の電位となるタイミングで、圧電シート４１〜４３において活性部及び活性部と対向する部分が、圧力室１０側に凸となるように変形する。これによって、圧力室１０の容積が低下してインクの圧力が上昇し、ノズル８からインクが吐出される。

なお、上記の通り、個別電極３５が、平面視で圧力室１０に含まれるように、圧力室１０の中心に配置されていることにより、圧電シート４１において活性部の中心が圧力室１０の中心に配置されることになる。圧電シート４１〜４３の変位は活性部の中心、つまり個別電極３５の重心付近に対向する位置に近づくに従って大きくなるので、活性部の中心が圧力室１０の中心に配置されることにより、圧力室１０内のインクに効率良く圧力を印加することができる。

ところで、個別電極３５や共通電極３４、圧電シート４１〜４３には、製造時や使用時の事情により、各シート内に微小なクラックが生じることがある。かかる微小なクラックは、単独では何ら障害とはならない。しかし、アクチュエータユニット２０を多くの回数駆動し続けると、圧電シート４１〜４３のユニモルフ変形によりクラックが大きくなり、シートや電極を貫通するに到ることがある。かかるクラック同士が繋がると、図６（ａ）のクラック９９のように、圧力室１０から個別電極３５の上面まで繋がるに至ることがある。このようなクラック９９が生じると、圧力室１０内のインクが個別電極３５の表面に漏れ出し、隣りの個別電極３５に至って電極同士を短絡させるおそれがある。

これに対して、本実施形態によると、図６（ｂ）に示すように、個別電極３５の上面に開口したクラックの開口９９ａから一点鎖線の矢印の方向にインクが漏れ出しても、そのインクが溝１０１に流れ込むことで、隣の個別電極３５まで到達することが防止される。したがって、漏れ出したインクによって個別電極３５同士が短絡するのが抑制される。

また、本実施形態の溝１０１は、図５（ｂ）に示すように、個別電極３５の重心から隣の個別電極３５に向かう方向に沿って長尺に形成されている。したがって、クラックから漏れ出したインクが隣の電極に向かうのを遮断しやすい。

また、本実施形態の溝１０１は、個別電極３５の重心をほぼ取り囲むように形成されている。一方、個別電極３５の重心付近は、上述の通り、ユニモルフ変形による変形量が大きい部分であり、比較的クラックが生じやすく、クラックによるインクの漏れ出しが生じやすい。このような箇所を溝１０１が取り囲んでいることにより、より確実にインクの漏れ出しによる電極の短絡を抑制できる。

また、溝１０１は、個別電極３５の重心を中心とする円弧状に形成されている。したがって、重心付近を中心とする周方向に関して広い範囲を、比較的短い溝によってカバーすることができる。

また、本実施形態の連繋部１０２のうちの２つは、圧力室１０の角部に対向する位置に配置されている。圧力室１０の角部に対向する位置付近は、角部を作る２つの側壁によって変位が規制されるので、ユニモルフ変形による変形量が少ない部分である。したがって、ユニモルフ変形による連繋部１０２の切断を回避しやすい。

以下、本実施形態のインクジェットヘッド１を製造する工程について説明する。図７は、インクジェットヘッド１の製造工程の一部であるステップＳ１〜Ｓ９のフロー図である。インクジェットヘッド１を製造するには、流路ユニット４及びアクチュエータユニット２０などの部品を別々に作製し、それから各部品を組み付ける。

流路ユニット４を作製する工程（ステップＳ１）から説明する。流路ユニット４を構成する各プレート２２〜３０のうち、ノズルプレート３０を除くプレート２２〜２９にエッチング処理を施して、図４のインク流路となる孔をプレート２２〜２９のそれぞれに形成する。より詳細には、パターニングされたフォトレジストをマスクとして用い、かかるレジストが形成された表面からエッチング処理を施すことで、インク流路となる孔を形成する。ノズルプレート３０には、パンチでノズル８となる複数の孔を形成する。

次に、圧力室１０となる孔やノズル８となる孔などの孔同士が連通して個別インク流路３１が形成されるように、位置合わせされた９枚のプレート２２〜３０をエポキシ系の熱硬化性接着剤を介して重ね合わせる。そして、９枚のプレート２２〜３０を熱硬化性接着剤の硬化温度以上の温度に加熱しつつ加圧する。これによって、熱硬化性接着剤が硬化して９枚のプレート２２〜３０が互いに固着され、図４に示すような流路ユニット４が完成する。

アクチュエータユニット２０を作製する工程（ステップＳ２）について説明する。まず、圧電シート４１〜４３となる圧電セラミックスのグリーンシートを複数用意する。グリーンシートは、あらかじめ焼成による収縮量を見込んで形成される。そのうちの一部のグリーンシートの一表面に、共通電極３４のパターンを形成するように導電性ペーストをスクリーン印刷する。

次に、これらのグリーンシート同士を位置合わせしつつ、導電性ペーストがスクリーン印刷されたグリーンシートを上下から挟むようにして、印刷されていないグリーンシートを重ね合わせる。重ね合わせたグリーンシートを焼成すると、３枚のグリーンシートが圧電シート４１〜４３となり、導電性ペーストが共通電極３４となる。

次に、圧電シート４１の表面に個別電極３５及び延出部３７のパターンを形成するように、導電性ペーストをスクリーン印刷した後、導電ペーストを焼成すると、個別電極３５が形成される。さらに、ガラスフリットを含む金を延出部３７上に印刷して、ランド３６を形成する。これによって、アクチュエータユニット２０が完成する。

なお、各アクチュエータユニット２０は、流路ユニット４上に配置された際に１つの圧力室群９内のすべての圧力室１０に跨るように形成される。そのため、スクリーン印刷を用いて、圧電シート４１上に個別電極３５を高密度に配置することが可能となっている。

アクチュエータユニット２０を流路ユニット４上に貼り付ける工程について説明する。アクチュエータユニット２０を流路ユニット４に貼り付ける際は、各圧力室１０の重心と個別電極３５の重心とが図５（ｂ）に示すように互いに平面視で重なるように、アクチュエータユニット２０と流路ユニット４とを位置決めしなければならない。そこで、本実施形態では、アクチュエータユニット２０と流路ユニット４とを位置決めするために、あらかじめ圧力室１０の重心位置及び個別電極３５の重心位置を取得する（ステップＳ３〜Ｓ６）。

圧力室１０の重心位置を取得する方法は以下の通りである。まず、流路ユニット４において圧力室１０が開口した方の表面、つまり、キャビティプレート２２の表面を、図８に示すように、画像センサ１１１で撮像する（ステップＳ３；液体室撮像工程）。画像センサ１１１としては、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ
（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等が用いられてよい。

画像センサ１１１は、４つの圧力室群９のそれぞれにおいて、位置決めに用いられる圧力室１０を含む領域を撮像する。本実施形態においては、一例として、各圧力室群９において、２つの圧力室１０が位置決めに用いられるとする。図８のｘ印１１３及び１１４は、１つの圧力室群９において位置決めに用いられる２つの圧力室１０のそれぞれの重心位置を示している。

画像センサ１１１が撮像した画像に対応する画像データは、位置決め制御装置１２０に送られる。位置決め制御装置１２０は、画像センサ１１１からの画像データを解析する画像解析部１２１と、アクチュエータユニット２０の位置決めの際にアクチュエータユニット２０の位置を調整する位置調整部１２２とを有している。位置決め制御装置１２０は、プロセッサ回路や記憶回路等のハードウェアと、これらのハードウェアを画像解析部１２１や位置調整部１２２として機能させるプログラム等のソフトウェアとから構成されている。画像解析部１２１は、画像センサ１１１からの画像データに基づいて、２つの圧力室１０の重心１１３及び１１４の位置を取得する（ステップＳ４；液体室重心取得工程）。重心１１３及び１１４の位置は、流路ユニット４の上面に沿った平面内に設定されたＸＹ座標系上の位置として取得される。

画像解析部１２１が圧力室１０の重心位置を取得する方法は以下の通りである。圧力室１０は、図５（ｂ）に示すように、菱形の概略形状を有している。画像解析部１２１は、画像解析によって圧力室１０の輪郭を取得すると共に、圧力室１０の輪郭において直線状の領域を取得する。かかる直線状の領域が菱形の四辺の一部に相当する。そして、菱形の四辺の位置関係から、圧力室の重心位置を取得する。圧力室１０は上記の通りエッチング処理を施すことで形成されているため、圧力室１０の輪郭には菱形の四辺が比較的正確に表れる。したがって、画像解析部１２１は、圧力室１０の輪郭から比較的正確に重心位置を取得することができる。

また、アクチュエータユニット２０において、個別電極３５が形成された表面を、図９に示すように画像センサ１１１で撮像する（ステップＳ５；電極撮像工程）。ここで、アクチュエータユニット２０は、上記のＸＹ座標系に平行なＸＹ平面に沿って配置される。画像センサ１１１は、各アクチュエータユニット２０の表面において、位置決めに用いられる２つの圧力室１０に対応する２つの個別電極３５を含む領域を撮像する。図９のｘ印１２３及び１２４は、位置決めに用いられる２つの圧力室１０に対応する上記の２つの個別電極３５の重心位置をそれぞれ示している。

画像センサ１１１が撮像した画像に対応する画像データは、画像解析部１２１に送られる。画像解析部１２１は、画像センサ１１１からの画像データに基づいて、２つの個別電極３５の重心位置を、上記のＸＹ座標系上の位置として取得する（ステップＳ６；電極重心取得工程）。

ここで、個別電極３５の重心位置を、圧力室１０と同様に取得することも考えられる。個別電極３５も圧力室１０と同様に菱形の概略形状を有しており、個別電極３５の輪郭において直線状の領域を正確に取得することができれば、菱形の四辺の位置関係から、個別電極３５の重心位置も正確に取得できるからである。

しかし、個別電極３５は、圧力室１０と異なり、スクリーン印刷によって形成される。かかるスクリーン印刷の場合、印刷版が伸びたり、十分な印刷精度が確保できなかったりすることがある。この場合、個別電極３５が期待した形状に正確に形成されず、個別電極３５の輪郭において直線状の領域を画像解析で認識することが困難になるおそれがある。個別電極３５は角が丸みを帯びているため、期待した形状に正確に形成されないと、どの範囲を直線状の範囲と捉えればよいか認識しにくくなるからである。

そこで、本実施形態では、個別電極３５の重心位置が以下のように取得される。個別電極３５には、図５（ｂ）に示すように４つの連繋部１０２が形成されており、上記の通り、４つの連繋部１０２のうち、互いに最も離隔した２つの連繋部１０２同志を結ぶ直線と、残りの２つの連繋部１０２同士を結ぶ直線との交点に、個別電極３５の重心が位置している。画像解析部１２１は、４つの連繋部１０２の位置を取得すると共に、これらの連繋部１０２の位置と重心位置との上記の関係に基づいて、個別電極３５の重心位置を取得する。

または、画像解析部１２１は、個別電極３５に形成された溝１０１に基づいて重心位置を取得してもよい。溝１０１は、いずれも、重心位置を中心とする同一半径の円弧に沿っている。したがって、溝１０１上の異なる３点の位置を取得することにより、その３点からの距離が等しい位置を、個別電極３５の重心位置として取得することができる。ここで、上記の３点は、４つの溝１０１のうち互いに異なる３つの溝１０１からそれぞれ取得することが好ましい。あるいは、４点以上の位置から重心位置を取得してもよい。

連繋部１０２は溝１０１に挟まれた狭い領域であるため、画像解析において正確な位置を取得しやすい。また、溝１０１上の複数の点を用いる場合も、個別電極３５の輪郭において直線状の領域を取得することと比べると、溝１０１自体は認識しやすい。このため、連繋部１０２や溝１０１を用いることで、個別電極３５の重心位置を正確に取得することができる。

次に、流路ユニット４の上面において圧力室群９が形成された領域に、熱硬化性接着剤を、バーコーターを用いて塗布する（ステップＳ７）。そして、流路ユニット４とアクチュエータユニット２０とを、上記のステップＳ４及びＳ６において取得された圧力室１０の重心位置及び個別電極３５の重心位置に基づいて位置決めする（ステップＳ８）。

具体的には、位置調整部１２２が、画像解析部１２１が取得した重心位置のＸＹ座標に基づいてアクチュエータユニット２０の位置を調整する。アクチュエータユニット２０は圧力室群９の上方で治具によって支持されており、この治具は、ＸＹ平面に沿って、図１０の矢印１３１〜１３５が示す方向にアクチュエータユニット２０を移動させることができる。矢印１３１及び１３３はＸ方向（主走査方向）に平行な並進移動を、矢印１３２及び１３４はＹ方向（副走査方向）に平行な並進移動を示し、矢印１３５はＸＹ平面内での回転移動を示している。

位置調整部１２２は、個別電極３５の重心位置１２３及び１２４が、圧力室１０の重心位置１１３及び１１４とＸＹ座標系上で一致するように、上記の治具にアクチュエータユニット２０を移動させる。これにより、図１０に示すように、重心位置１１３及び１２３がＸＹ平面に直交する軸Ｃ上に配置されると共に、重心位置１１４及び１２４がＸＹ平面に直交する軸Ｄ上に配置される。

次に、アクチュエータユニット２０を支持する治具が、アクチュエータユニット２０を軸Ｃ及びＤに沿って移動させ、圧力室群９上に載置する。このとき、ステップＳ８において個別電極３５の重心位置と圧力室１０の重心位置とがＸＹ座標系上で重なるように位置決めしているので、個別電極３５及び圧力室１０同士が、平面視において図５（ｂ）のような位置関係をちょうど有するようにアクチュエータユニット２０が適切に配置される。

そして、流路ユニット４とアクチュエータユニット２０との積層体を、図示しない加熱・加圧装置で熱硬化性接着剤の硬化温度以上に加熱しながら加圧する。これにより、流路ユニット４とアクチュエータユニット２０とが接着される（ステップＳ９）。

以上説明した製造方法によると、アクチュエータユニット２０と流路ユニット４とをそれぞれ作製した後に、圧力室１０及び個別電極３５を撮像して、その撮像結果からそれぞれの重心位置を取得する。そして、取得した重心位置に基づいてアクチュエータユニット２０と流路ユニット４とを位置決めする。このように、重心位置を実測してからその重心位置に基づいて位置決めするので、個別電極３５や圧力室１０を形成した際に設計上の位置からずれが生じたとしても、圧力室１０と個別電極３５とを比較的に正確に位置合わせすることができる。

以下、個別電極の変形例について説明する。図１１（ａ）〜図１１（ｄ）は、上述の実施形態において個別電極３５の代わりに採用することができる個別電極１３５ａ〜１３５ｄの平面図である。

個別電極１３５ａは、重心位置に円形の溝１４１を形成したものである。個別電極１３５ａのように、重心位置付近に円形の溝が形成されているだけでも、重心付近から漏れ出したインクを流入させることができる。溝の形状は円形以外のものでもよく、例えば、多角形であってもよい。また、個別電極１３５ａによると、インクジェットヘッド１を作製する際に、画像解析によって溝１４１の位置を取得することで、個別電極１３５ａの重心位置を直接取得できる。

個別電極１３５ｂには、溝１４２及び１４３が形成されている。溝１４２及び１４３も上述の溝１０１と同様に、個別電極１３５ｂの重心を中心とする円弧状に形成されており、個別電極１３５ｂの外周縁近傍まで延びている。溝１４２において一端１４２ａの周辺部分と他端１４２ｂの周辺部分は、個別電極１３５ｂの内部へと切れ込んでいる。また、溝１４３において一端１４３ａの周辺部分と他端１４３ｂの周辺部分は、個別電極１３５ｂの内部へと切れ込んでいる。

溝１４２及び１４３は、個別電極１３５ｂの重心からの距離が短い隣の個別電極１３５ｂとの間に介在し、少なくとも重心付近からこの方向に漏れ出したインクは、溝１４２及び１４３に流入する。したがって、隣の個別電極１３５ｂまでインクが到達するのを抑制できる。また、溝１４２及び１４３は、個別電極１３５ｂの重心を中心とする円弧状に形成されている。したがって、溝１４２及び１４３の輪郭を認識し、輪郭上の３点以上の点の位置を取得することにより、これらの点から等距離にある位置として、個別電極１３５ｂの重心位置を容易に取得できる。

個別電極１３５ｃには、その重心位置を中心とする正方形の各辺に沿った溝１４４〜１４７が形成されている。溝１４４及び１４７は個別電極１３５ｃの長い方の対角線に平行であり、溝１４５及び１４６は短い方の対角線に平行である。溝１４４〜１４７は、隣の個別電極１３５ｃに向かう方向（例えば、直線Ａや直線Ｂに沿った方向）に長尺に形成されている。溝１４４〜１４７により、個別電極１３５ｃの重心付近から漏れ出したインクが隣の個別電極１３５ｃに到達するのが抑制される。また、溝１４４〜１４７の端部同士の間には連繋部１６１が形成されている。４つの連繋部１６１は、個別電極１３５ｃの重心を中心とする正方形の頂点に配置されている。したがって、連繋部１６１の位置に基づくと、個別電極１３５ｃの重心位置を取得しやすい。

個別電極１３５ｄには、その重心位置を中心とする菱形の各辺に沿った直線状の溝１４８〜１５１が形成されている。溝１４８〜１５１のそれぞれは、個別電極１３５ｃの各辺に沿うように配置されている。溝１４８〜１５１により、個別電極１３５ｄの重心付近から漏れ出したインクが隣の個別電極１３５ｄに到達するのが抑制される。溝１４８〜１５１は、個別電極１３５ｄとほぼ相似な菱形に沿って形成されているので、個別電極１３５ｄの重心位置を含むできるだけ大きい領域を取り囲むように形成しやすい。

また、溝１４８〜１５１の端部同士の間には連繋部１６２が形成されている。４つの連繋部１６２は、個別電極１３５ｄの重心を中心とする菱形の頂点に配置されている。したがって、連繋部１６２の位置に基づくと、個別電極１３５ｄの重心位置を取得しやすい。

また、連繋部１６２は、いずれも、圧力室１０の角部に対向した位置付近に配置されているので、ユニモルフ変形によって切断されにくい。

また、溝１４８〜１５１は、いずれも菱形の各辺に沿った直線状に形成されているので、互いに対向する直線状溝間の間隔に基づいて、個別電極１３５ｄの重心位置を容易に取得することもできる。

＜その他の変形例＞
以上は、本発明の好適な実施形態についての説明であるが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、課題を解決するための手段に記載された範囲の限りにおいて様々な変更が可能なものである。

例えば、上述の実施形態においては、アクチュエータユニット２０としてユニモルフ方式の圧電アクチュエータを採用している。しかし、圧電シート２３のような変形層となる層を介して圧力室１０と対向するような電極を有するアクチュエータであれば、どのようなアクチュエータであってもよい。変形層が変形することにより、圧力室１０から電極の表面まで達するクラックが発生するおそれがあるようなアクチュエータに本発明を適用することにより、クラックからインクが漏れ出して電極と他の導電部とが短絡するのを抑制できる。

また、上述の実施形態では、個別電極３５の導通を確保する連繋部１０２が形成されているが、溝１０１が個別電極３５を貫通していなければ、連繋部１０２を形成しなくてもよい。この場合、例えば、溝１０１が完全に１つの円の全周に沿って形成されていてもよい。

また、上述の実施形態は、ノズルからインクを吐出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、導電ペーストを吐出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吐出して高精細ディスプレイを形成したり、さらには、光学樹脂を基板に吐出して光導波路等の微小電子デバイスを形成するための、液滴吐出ヘッドに適用することができる。

本発明の一実施形態である第１の実施形態に係るインクジェットヘッドの縦断面図である。 図１のヘッド本体の平面図である。 図２の一転鎖線で囲まれた領域の拡大図である。 図３のIＶ−IＶ線断面図である。 図５（ａ）は、ヘッド本体において圧力室の近傍の部分断面図である。図５（ｂ）は、ヘッド本体において圧力室の近傍の部分平面図である。 図６（ａ）は、アクチュエータユニットにクラックが生じた場合の図５（ａ）に対応する図である。図６（ｂ）は、アクチュエータユニットにクラックが生じた場合の個別電極の平面図である。 図１〜図５のインクジェットヘッドの製造工程の一部であるステップＳ１〜Ｓ９のフロー図である。 圧力室を画像センサで撮像する際の流路ユニットの斜視図である。 個別電極を画像センサで撮像する際のアクチュエータユニットの斜視図である。 アクチュエータユニットと流路ユニットとを位置決めする際のアクチュエータユニット及び流路ユニットの斜視図である。 個別電極周辺の変形例である。

１ インクジェットヘッド
４ 流路ユニット
８ ノズル
１０ 圧力室
２０ アクチュエータユニット
３１ 個別インク流路
３５ 個別電極
９９ クラック
１０１ 溝
１０２ 連繋部
１３５ａ−１３５ｄ 個別電極
１４１−１５１ 溝
１６１，１６２ 連繋部

Claims (11)

1. 液滴を吐出する吐出口と、
   前記吐出口に連通する液体流路と、
   前記液体流路の壁面の一部を画定するセラミックス材料からなる変形層、セラミックス材料からなる圧電層、及び、前記変形層を介して前記液体流路に対向した電極を有し、前記電極に所定の駆動信号が供給された場合に、前記変形層を前記液体流路内に向かって変位するように変形させるアクチュエータとを備えており、
   前記圧電層は前記変形層に積層されており、
   前記電極は前記変形層から最も遠い前記圧電層の前記変形層と反対側の表面に形成されており、
   前記電極において前記変形層とは反対側の表面に、前記電極の重心を実質的に取り囲む、端を有する線状の溝が形成されており、
   前記溝に実質的に取り囲まれた領域内とその領域外とを前記溝の端同士に挟まれた位置において電気的に繋ぐ連繋部が前記電極に形成されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
2. 前記アクチュエータが、複数の前記電極を有しており、
   前記溝が、一の前記電極の重心から前記一の電極に隣り合う他の前記電極へと向かう方向に交差する方向に長尺であることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
3. 前記溝が、前記電極の重心を中心とする円弧に沿って延びていることを特徴とする請求項２に記載の液滴吐出ヘッド。
4. 前記溝が、前記電極の重心を中心とする半径が等しい複数の円弧に沿って延びていることを特徴とする請求項３に記載の液滴吐出ヘッド。
5. 少なくとも２つの前記連繋部が形成されており、
   前記２つの連繋部を結ぶ線分上に前記電極の重心が位置していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッド。
6. 少なくとも４つの前記連繋部が形成されており、
   前記４つの連繋部のうちの２つの前記連繋部を結ぶ線分と残りの２つの前記連繋部を結ぶ線分との交点上に前記電極の重心が位置し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。
7. 前記変形層が前記液体流路内へと変位する際の変形量が、前記電極の重心付近で最大となることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッド。
8. 前記溝が、前記電極の重心を実質的に取り囲むように飛び飛びに延びていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の液滴吐出ヘッド。
9. インクを吐出するノズルと、外部からインクが供給されるインク供給口と、丸みを帯びた角を有する菱形形状の圧力室と、当該圧力室を介して、前記ノズルと前記インク供給口とを連通させるインク流路とが形成され、前記圧力室が一表面に開口した流路ユニットと、
   前記流路ユニットの一表面に固定され、前記圧力室内のインクに前記吐出口から吐出させる吐出エネルギーを付与するアクチュエータとを備えているインクジェットヘッドであって、
   前記アクチュエータは、
   前記圧力室の開口を塞ぐように積層した複数の圧電層と、前記圧力室から最も離れた最上層の前記圧電層の上面に前記圧力室に対向して配置された、前記圧力室と相似形状の個別電極と、前記個別電極との間に前記最上層の圧電層を挟む共通電極とから構成され、
   前記個別電極には、
   当該個別電極の外縁に沿って延びると共に、前記最上層の圧電層の上面を露出させる溝と、前記溝によって区画される前記個別電極の内側領域と前記個別電極の外側領域とを電気的に接続する少なくとも２つの連繋部とが形成され、
   前記内側領域の重心が前記個別電極の重心に重なり、
   前記２つの連繋部が前記重心に関して互いに対称な位置に形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
10. 前記連繋部は、前記圧力室において前記菱形形状の角部に対向して配置されていることを特徴とする請求項９に記載のインクジェットヘッド。
11. 前記溝が、前記個別電極の重心を実質的に取り囲むように飛び飛びに延びていることを特徴とする請求項９又は１０に記載のインクジェットヘッド。

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