JP5765275B2

JP5765275B2 - 圧電アクチュエータの性能検査方法及び液体吐出装置

Info

Publication number: JP5765275B2
Application number: JP2012056236A
Authority: JP
Inventors: 大樹田中; 伊藤　敦; 敦伊藤; 圭司蔵
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2012-03-13
Filing date: 2012-03-13
Publication date: 2015-08-19
Anticipated expiration: 2032-03-13
Also published as: JP2013188929A

Description

本発明は、ノズルから液体を吐出する液体吐出装置に用いられる圧電アクチュエータの性能検査方法、及び、ノズルから液体を吐出する液体吐出装置に関する。

特許文献１に記載のインクジェットヘッドでは、キャビティユニットが、内部にノズルやノズルに連通する圧力室などのインク流路と、インク流路とは別に設けられた空所と、圧力室及び上記空所を覆う振動板としての圧電層とを有している。また、圧電アクチュエータが、上記圧電層の上面に積層された第１、第２の圧電層と、第１の圧電層と第２の圧電層との間に複数の圧力室及び上記空所にまたがって連続的に形成された共通電極と、第１の圧電層の上面の圧力室と対向する部分にそれぞれ形成された複数の個別電極と、第２圧電層の下面、第１の圧電層と第２の圧電層との間の上記空間と重なる部分、及び、第１の圧電層の上面の上記空間と重なる部分に、それぞれ設けられた、検査用駆動電極と、を備えている。

特許文献１に記載されているような、キャビティユニットと圧電アクチュエータとが積層されたインクジェットでは、振動板としての圧電層の厚みのばらつき、第１、第２圧電層の厚みのばらつき、キャビティユニットと圧電アクチュエータとを接合する接着剤の厚みのばらつきなどによって、圧電アクチュエータの駆動特性が変動することがある。そこで、特許文献１では、圧電アクチュエータの、振動板としての圧電層、第１、第２の圧電層の上記空所と重なる部分、及び、検査用駆動電極を用いて、第１、第２圧電層の静電容量を測定する、あるいは、圧電アクチュエータの上記空所と重なる部分の共振周波数を測定するなどして、圧電アクチュエータの合否を判定している。

特開２０１０−１５５４０７号公報

ここで、特許文献１において、圧電アクチュエータの上記空所と重なる部分の共振周波数を測定することによって、圧電アクチュエータの合否を判定する場合には、検査用電極に、圧電アクチュエータの当該部分を共振させるための電圧を印加する必要がある。このとき、例えば、電源などに接続されたプローブを検査用電極と導通したパッドに接触させることによって、検査用電極に電圧を印加する。なお、検査用駆動電極に直接プローブを接触させずに、検査用電極と導通したパッドにプローブを接触させるのは、仮に、検査用駆動電極に直接プローブを接触させて検査用電極に電圧を印加すると、プローブによって圧電アクチュエータの当該部分の共振が妨げられてしまい、共振周波数を正確に測定することができないためである。

そして、この場合には、第１の圧電層の上面に、検査用駆動電極と導通した、プローブを接触させるためのパッドを形成する必要がある。この場合、第１の圧電層の上面にこのようなパッドを設けるスペースを設けると、圧電アクチュエータの大きさが大きくなってしまう。

本発明の目的は、圧電アクチュエータを大型化させることなく、共振周波数を検出して圧電アクチュエータの性能検査を行うことが可能な圧電アクチュエータの性能検査方法、及び、圧電アクチュエータの大型化させることなく、共振周波数を検出して圧電アクチュエータの性能検査を行うことが可能な液体吐出装置を提供することである。

第１の発明に係る液体吐出装置は、ノズルと、前記ノズルに連通する圧力室と、前記圧力室と別に設けられた検査用空間と、を有する流路ユニットと、前記圧力室と前記検査用空間とを覆う第１の層と、圧電材料からなり、前記第１の層の前記圧力室と反対側の面に配置されており、前記圧力室と前記検査用空間とにまたがって連続的に延びた第２の層と、前記第２の層の前記第１の層と反対側の面の前記圧力室と重なる部分に形成された駆動用電極と、前記第２の層の前記第１の層と反対側の面の前記検査用空間と重なる部分に形成されているとともに、前記駆動用電極と導通した検査用電極と、前記第２の層の前記第１の層と反対側の面の前記駆動用電極と前記検査用電極との間に配置されており、前記駆動用電極と前記検査用電極とを導通させる導通部と、を有する圧電アクチュエータと、を備えており、前記第２の層の前記第１の層と反対側の面において前記駆動用電極と前記検査用電極とを結ぶ方向と直交する方向に関して、前記導通部の長さは前記検査用電極の長さよりも短いことを特徴とする。
第３の発明に係る液体吐出装置は、ノズルと、前記ノズルに連通する圧力室と、前記圧力室と別に設けられた検査用空間と、を有する流路ユニットと、前記圧力室と前記検査用空間とを覆う第１の層と、圧電材料からなり、前記第１の層の前記圧力室と反対側の面に配置されており、前記圧力室と前記検査用空間とにまたがって連続的に延びた第２の層と、前記第２の層の前記第１の層と反対側の面の前記圧力室と重なる部分に形成された駆動用電極と、前記第２の層の前記検査用空間と重なる部分に形成されているとともに、前記駆動用電極と導通した検査用電極と、を有する圧電アクチュエータと、を備えており、前記流路ユニットと前記圧電アクチュエータとの積層方向から見て、前記圧力室のサイズと前記検査用空間のサイズとが互いに異なっていることにより、前記圧電アクチュエータの前記圧力室と重なる部分である駆動部の共振周波数と、前記圧電アクチュエータの前記検査用空間と重なる部分である検査部の共振周波数とが異なっており、前記検査部の１次振動モードにおける共振周波数が、前記駆動部の１次振動モードにおける共振周波数と２次振動モードにおける共振周波数との中間の周波数となることを特徴とする。

第８の発明に係る圧電アクチュエータの性能検査方法は、ノズルと、前記ノズルに連通する圧力室と、を有する流路ユニットと、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、を備えた液体吐出装置における圧電アクチュエータの性能検査方法であって、前記流路ユニットは、前記圧力室とは別に設けられた検査用空間、をさらに備え、前記圧電アクチュエータは、前記圧力室と前記検査用空間とを覆う第１の層と、圧電材料からなり、前記第１の層の前記圧力室と反対側の面に配置されており、前記圧力室と前記検査用空間とにまたがって連続的に延びた第２の層と、前記第２の層の前記第１の層と反対側の面の前記圧力室と重なる部分に形成された駆動用電極と、前記第２の層の前記検査用空間と重なる部分に形成されているとともに、前記駆動用電極と導通した検査用電極と、を備え、前記検査用電極に電圧を印加するとともに、当該電圧の周波数を変化させることによって、前記圧電アクチュエータの前記検査用空間と重なる部分である検査部の共振周波数を検出する共振周波数検出工程と、前記共振周波数検出工程において検出した共振周波数から、前記圧電アクチュエータの前記圧力室と重なる部分である駆動部が所定の性能を有するものであるか否かを判定する判定工程と、を備え、前記共振周波数検出工程において、前記検査用電極に電圧を印加するためのプローブを前記駆動電極に接触させることによって、前記検査用電極に電圧を印加することを特徴とする。

これらの発明によると、駆動用電極にプローブを接触させて、駆動用電極と導通した検査用電極に電圧を印加することによって、圧電アクチュエータの検査用空間と重なる部分である検査部の共振周波数を検出することができ、検出された共振周波数に基づいて、圧電アクチュエータの圧力室と重なる部分である駆動部が所定の性能を有するものであるか否かの判定を行うことができる。

また、このとき、駆動用電極を、プローブを接触させるためのパッドとして用いているため、別途専用のパッドを設ける必要がなく、圧電アクチュエータの大型化を抑制することができる。特に、圧電アクチュエータが駆動部を複数有するものであり、駆動部に対して個別に検査部が設けられる場合には、別途専用のパッドを設けると、圧電アクチュエータの大型化は顕著なものとなる。しかしながら、本発明では、このような場合に、駆動用電極をパッドとして利用することにより、圧電アクチュエータの大型化を特に効果的に抑制することができる。

第２の発明に係る液体吐出装置は、第１の発明に係る液体吐出装置において、前記流路ユニットと前記圧電アクチュエータとの積層方向から見て、前記圧力室のサイズと前記検査用空間のサイズとが互いに異なっていることにより、前記圧電アクチュエータの前記圧力室と重なる部分である駆動部の共振周波数と、前記圧電アクチュエータの前記検査用空間と重なる部分である検査部の共振周波数とが異なっていることを特徴とする。

第９の発明に係る圧電アクチュエータの性能検査方法は、第８の発明に係る圧電アクチュエータの性能検査方法において、前記流路ユニットと前記圧電アクチュエータとの積層方向から見て、前記圧力室のサイズと前記検査用空間とのサイズが異なっていることによって、前記駆動部の共振周波数と前記検査部の共振周波数とが異なっていることを特徴とする。

これらの発明によると、駆動部の共振周波数と検査部の共振周波数とが異なっているため、検査部を共振させたときに駆動部が共振してしまうのを防止することができる。これにより、検査部の共振周波数を検出する際に、第２の層の駆動部を形成する部分にクラックが入ってしまうのを防止することができる。

第１０の発明に係る圧電アクチュエータの性能検査方法は、第８又は第９の発明に係る圧電アクチュエータの性能検査方法において、前記共振周波数検出工程において、前記検査部の共振周波数を含み、且つ、前記駆動部の共振周波数を含まない範囲で前記検査用電極に印加する電圧の周波数を変化させることを特徴とする。

本発明によると、検査部の共振周波数を検出する際に、駆動部が共振してしまうのを確実に防止することができる。なお、駆動部や検査部の共振周波数は、圧力室及び検査用空間のサイズや、第１の層及び第２の層の厚みなどから、予めどの程度の値になるかを推定することができる。したがって、検査用電極に印加する電圧の周波数を推定される共振周波数の近傍で変化させれば、検査部の共振周波数を含み、且つ、駆動部の共振周波数を含まない範囲で検査用電極に印加する電圧の周波数を変化させることができる。

第１１の発明に係る圧電アクチュエータの性能検査方法は、第８〜第１０のいずれかの発明に係る圧電アクチュエータの性能検査方法において、前記検査用電極が、前記第２の層の前記第１の層と反対側の面に形成されており、前記共振周波数検出工程の後、前記検査用電極の前記第１の層と反対側の面に、配線部材との接続を行うためのバンプを形成するバンプ形成工程をさらに備えていることを特徴とする。

本発明によると、検査用電極を、検査部の共振周波数を検出した後に、配線部材との接続を行うためのバンプが形成される接続端子として利用するため、別途接続端子を設ける必要がなく、圧電アクチュエータの大型化を抑えることができる。特に、圧電アクチュエータが駆動部を複数有するものであり、駆動部に対して個別に検査部を設けるような場合には、別途接続端子を設けると、圧電アクチュエータの大型化は顕著なものとなる。しかしながら、本発明では、このような場合に、検査用電極を接続端子として利用することにより、圧電アクチュエータの大型化を特に効果的に抑制することができる

第４の発明に係る液体吐出装置は、第１〜第３のいずれかの発明に係る液体吐出装置において、前記流路ユニットと前記圧電アクチュエータとの積層方向から見て、前記検査用空間が円形であることを特徴とする。

第１２の発明に係る圧電アクチュエータの性能検査方法は、第８〜第１１のいずれかの発明に係る圧電アクチュエータの性能検査において、検査用空間が、前記流路ユニットと前記圧電アクチュエータとの積層方向から見て円形であることを特徴とする。

これらの発明によると、検査用電極に印加する電圧の周波数を変化させて検査部の共振周波数を検出するときに出力される電流値のピークが鋭くなる。したがって、検査部の共振周波数を検出しやすい。

第５の発明に係る液体吐出装置は、第１〜第４のいずれかの発明に係る液体吐出装置において、前記流路ユニットと前記圧電アクチュエータとの積層方向から見て、前記検査用空間の形状と、前記検査用電極の形状とが相似になっていることを特徴とする。

第１３の発明に係る圧電アクチュエータの性能検査方法は、第８〜第１２のいずれかの発明に係る圧電アクチュエータの性能検査方法において、前記流路ユニットと前記圧電アクチュエータとの積層方向から見て、前記検査用空間の形状と、前記検査用電極の形状とが相似になっていることを特徴とする。

第６の発明に係る液体吐出装置は、第１〜第５のいずれかの発明に係る液体吐出装置において、前記流路ユニットと前記圧電アクチュエータとの積層方向から見て、前記検査用電極は、前記検査用空間よりも小さいことを特徴とする。

第１４の発明に係る圧電アクチュエータの性能検査方法は、第８〜第１３のいずれかの発明に係る圧電アクチュエータの性能検査方法において、前記流路ユニットと前記圧電アクチュエータとの積層方向から見て、前記検査用電極が、前記検査用空間よりも小さいことを特徴とする。

これらの発明によると、検査部を共振させたときの検査部の変形量を大きくすることができる。したがって、検査部の共振周波数を検出しやすい。

第１５の発明に係る圧電アクチュエータの性能検査方法は、第９又は第１０の発明に係る圧電アクチュエータの性能検査において、前記検査部の１次振動モードにおける共振周波数が、前記駆動部の１次振動モードにおける共振周波数と２次振動モードにおける共振周波数との間の周波数となるものであって、前記共振周波数検出工程において、前記検査部の１次振動モードにおける共振周波数を検出することを特徴とする。

本発明によると、検査部の１次振動モードにおける共振周波数が、駆動部の１次振動モードにおける共振周波数と２次振動モードにおける共振周波数の間の周波数となっているため、検査部の共振周波数として、１次振動モードにおける共振周波数を検出することにより、駆動部が共振してしまうことがない。

第７の発明に係る液体吐出装置は、第１〜第６のいずれかの発明に係る液体吐出装置において、複数の前記圧力室が、一方向に沿って配列されており、前記検査用空間は、前記一方向と直交する方向に関して、前記圧力室に隣接する位置に設けられていることを特徴とする。

第１６の発明に係る圧電アクチュエータの性能検査は、第８〜第１５のいずれかの発明に係る圧電アクチュエータの性能検査方法において、前記流路ユニットが、前記圧力室を複数備え、前記圧電アクチュエータが、複数の前記圧力室に対応する複数の駆動用電極を備えており、複数の前記圧力室が、一方向に沿って配列されており、前記検査用空間は、前記一方向と直交する方向に関して、複数の前記圧力室のうち少なくとも１つに隣接する位置に設けられていることを特徴とする。

これらの発明によると、検査用空間が複数の圧力室が配列される一方向と直交する方向に関して圧力室に隣接する位置に設けられるため、検査用空間を形成した場合でも、複数の圧力室の配列間隔が大きくなることはない。

本発明によれば、駆動用電極にプローブを接触させて、駆動用電極と導通した検査用電極に電圧を印加することによって、圧電アクチュエータの検査用空間と重なる部分である検査部の共振周波数を検出することができ、検出された共振周波数に基づいて、圧電アクチュエータの圧力室と重なる部分である駆動部が所定の性能を有するものであるか否かの判定を行うことができる。

本発明の実施の形態に係るプリンタの概略構成図である。図１のインクジェットヘッドの平面図である。図２のIII−III線断面図である。プリンタの製造工程を示すフローチャートである。検査部の共振周波数を検出しているときの状態を示す図である。駆動用電極及び検査用電極に印加される電圧の周波数と、出力される電流との関係を示す図である。図５の圧電アクチュエータの性能を判定する工程を示すフローチャートである。一変形例における図２相当の図である。図８の変形例における図３相当の図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係るプリンタ１は、キャリッジ２、インクジェットヘッド３、用紙搬送ローラ４などを備えている。キャリッジ２は、ガイドバー５に沿って走査方向に往復移動する。インクジェットヘッド３はキャリッジ２に搭載されており、その下面に形成された複数のノズル１５（図２参照）からインクを吐出する。用紙搬送ローラ４は、記録用紙Ｐを走査方向と直交する紙送り方向に搬送する。

そして、プリンタ１においては、用紙搬送ローラ４によって紙送り方向に搬送される記録用紙Ｐに、キャリッジ２とともに走査方向に往復移動するインクジェットヘッドからインクを吐出することによって、記録用紙Ｐに印刷を行う。また、印刷が完了した記録用紙Ｐは、用紙搬送ローラ４によって排出される。

次に、インクジェットヘッド３について説明する。インクジェットヘッド３は、図２、図３に示すように、ノズル１５や後述の圧力室１０などのインク流路が形成された流路ユニット２１と、圧力室１０内のインクに圧力を付与するための圧電アクチュエータ２２とを備えている。

流路ユニット２１は、４枚のプレート３１〜３４が、上からこの順に積層された状態で、接着剤により互いに接合されることによって形成されている。ここで、４枚のプレート３１〜３４のうち、最も下方に配置されたプレート３４を除く３枚のプレート３１〜３３はステンレスなどの金属材料などからなる。また、プレート３４は合成樹脂材料からなる。あるいは、プレート３４もプレート３１〜３３と同じ金属材料からなるものであってもよい。

プレート３１には、複数の圧力室１０が形成されている。圧力室１０は走査方向を長手方向とする略長方形の平面形状を有している。また、複数の圧力室１０は、紙送り方向に配列されることによって圧力室列９を形成しており、プレート３１には、このような圧力室列９が走査方向に２列に配列されている。また、プレート３１には、各圧力室１０の走査方向の外側に隣接する部分に、それぞれ、略円形の平面形状を有する検査用空間１７が形成されている。

プレート３２には、圧力室１０の長手方向外側及び内側の端部と重なる部分に、それぞれ、略円形の貫通孔１２、１３ａが形成されている。プレート３３には、マニホールド流路１１が形成されている。マニホールド流路１１は、圧力室列９に沿って紙送り方向に２列に延びており、圧力室１０の走査方向に関する貫通孔１２側の略半分と重なっている。また、２列に延びたマニホールド流路１１は、その基端部において互いに連通しており、マニホールド流路１１には、その基端部に連通するインク供給口８からインクが供給される。また、プレート３３には、貫通孔１３ａと重なる部分に略円形の貫通孔１３ｂが形成されている。プレート３４には、貫通孔１３ｂと重なる部分にノズル１５が形成されている。

そして、以上のような流路ユニット２１においては、マニホールド流路１１が貫通孔１２を介して複数の圧力室１０と連通しており、各圧力室１０は、対応する貫通孔１３ａ、１３ｂによって形成されるディセンダ流路１３を介してノズル１５に連通している。これにより、流路ユニット２１には、マニホールド流路１１と、マニホールド流路１１の出口から圧力室１０を経てノズル１５に至る複数の個別インク流路が形成されている。なお、検査用空間１７は、これらのインク流路とは連通しない独立した空間となっている。

圧電アクチュエータ２２は、インク分離層４１、セラミックス層４２、圧電層４３、共通電極４４、複数の個別電極４５、複数の検査用電極４６などを備えている。

インク分離層４１は、ステンレスなどの金属材料からなる板状の部材で、圧力室１０及び検査用空間１７を覆うように、接着剤によってプレート３１の上面に接合されている。インク分離層４１は、圧力室１０内のインクがセラミックス層４２に接触しないようにするためのものである。セラミックス層４２は、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との混晶であるチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電材料からなり、インク分離層４１の上面に接着剤２６によって接合されている。圧電層４３は、セラミックス層４２と同様の圧電材料からなり、セラミックス層４２の上面に配置されている。また、セラミックス層４２及び圧電層４３は、複数の圧力室１０及び複数の検査用空間１７にまたがって連続的に延びている。

なお、セラミックス層４２は、圧電層４３とは異なり、圧電材料以外の材料によって構成されていてもよい。また、互いに積層されたインク分離層４１及びセラミックス層４２の代わりに１つの部材、あるいは互いに積層された３以上の部材が配置されていてもよい。

ここで、インクジェットヘッド３では、プレート３１〜３４の間や、プレート３１とインク分離層４１との間にも接着剤が存在しているが、図４では、図面をわかりやすくするために、上述の接着剤２６以外の接着剤については、図示を省略している。

共通電極４４は、セラミックス層４２と圧電層４３との間に形成されており、そのほぼ全域にわたって延びている。共通電極４４は、圧電層４３に形成されたスルーホール３９を介して圧電層４３の上面に形成された表面電極３８に引き出されている。表面電極３８の上面には、圧電層４３の上面から上方に突出したバンプ３７が形成されている。バンプ３７は導電性材料からなり、圧電アクチュエータ２２の上方に配置されたＦＰＣ５０の配線５１に接続されている。配線５１には、図示しないドライバＩＣが接続されており、共通電極４４は、配線５１、バンプ３７、表面電極３８及びスルーホール３９を介してドライバＩＣと接続されている。そして、共通電極４４は、ドライバＩＣにより、常にグランド電位に保持されている。

複数の個別電極４５は、圧力室１０よりも一回り小さい略長方形の平面形状を有しており、圧電層４３の上面の複数の圧力室１０の略中央部と重なる部分に配置されている。複数の検査用電極４６は、検査用空間１７よりも一回り小さい略円形の平面形状を有しており、圧電層４３の上面の複数の検査用空間１７の略中央部と重なる部分に配置されている。

ここで、共通電極４４、複数の個別電極４５及び複数の検査用電極４６がこのように配置されているのに対応して、圧電層４３の、各個別電極４５と共通電極４４とに挟まれた部分、及び、各検査用電極４６と共通電極４４とに挟まれた部分は、その厚み方向に分極されている。

また、圧電層４３の上面には、複数の導通部４７が設けられている。複数の導通部４７は、互いに対応する個別電極４５と検査用電極４６との間に配置されており、走査方向に延びて個別電極４５と検査用電極４６とを導通させている。

検査用電極４６の上面には、圧電層４３の上面から上方に突出したバンプ４８が形成されている。バンプ４８は導電性材料からなり、圧電アクチュエータ２２の上方に配置されたＦＰＣ５０の配線５１に接続されている。配線５１には、図示しないドライバＩＣが接続されており、複数の個別電極４５は、それぞれ、配線５１、バンプ４８、導通部４７を介してドライバＩＣと接続されている。そして、複数の個別電極４５には、ドライバＩＣにより、グランド電位及び駆動電位のいずれかの電位が選択的に付与される。

そして、以上のような構成の圧電アクチュエータ２２は、複数の圧力室１０と重なる部分が、それぞれ、圧力室１０内のインクに圧力を付与するための駆動部２２ａとなっている。また、検査用空間１７と重なる部分が、対応する駆動部２２ａの性能を検査するための検査部２２ｂとなっている。

ここで、インクジェットヘッド３において、圧電アクチュエータ２２を駆動してノズル１５からインクを吐出させる方法について説明する。圧電アクチュエータ２２においては、予め、ドライバＩＣにより、全ての個別電極４５がグランド電位に保持されている。あるノズル１５からインクを吐出させる際には、対応する個別電極４５の電位を駆動電位に切り換える。すると、圧電層４３の当該個別電極４５と共通電極４４とに挟まれた部分に電圧が印加され、圧電層のこの部分に分極方向と平行な電界が発生する。そして、この電界により、圧電層４３のこの部分は、分極方向と直交する水平方向に収縮し、インク分離層４１及びセラミックス層４２及び圧電層４３の圧力室１０と重なる部分が全体として圧力室１０側に凸となるように変形して、圧力室１０の容積が減少する。これにより、圧力室１０内のインクの圧力が上昇し、圧力室１０に連通するノズル１５からインクが吐出される。

次に、プリンタ１の製造方法について図４のフローチャートを用いて説明する。プリンタ１を製造するためには、まず、インクジェットヘッド３を製造する（ステップＳ１０１、以下、単にＳ１０１などとする）。

次に、Ｓ１０１で製造されたインクジェットヘッド３において、圧電アクチュエータ２２の検査部２２ｂの共振周波数を検出する（Ｓ１０２）。具体的には、例えば、図５に示すように、共通電極４４に電流検出装置６１を接続するとともに、ある検査用電極４６に対応する個別電極４５に、電圧印加装置６２に接続されたプローブ６３を接触させる。そして、電圧印加装置６２により、プローブ６３から個別電極４５及び導通部４７を介して検査用電極４６に電圧を印加するとともに、その周波数を順次変化させ、電流検出装置６１により、共通電極４４から出力される電流値Ｉｅを検出する。

このとき、図６に示すように、検査用電極４６に印加された電圧の周波数が検査部２２ｂの共振周波数となったときに、当該周波数が検査部２２ｂの共振周波数以外の周波数であるときよりも、共通電極４４から出力される電流値Ｉｅが極端に大きくなる。このことを利用して、電流値Ｉｅのピークが得られたときに、検査用電極４６に印加された電圧の周波数を、検査部２２ｂの共振周波数として検出する。

ここで、駆動部２２ａについても、上述したのと同様、図６に示すように、個別電極４５に印加された電圧の周波数が駆動部２２ａの共振周波数となったときに、当該周波数が駆動部２２ａの共振周波数以外の周波数であるときよりも、共通電極４４から出力される電流値Ｉｄが極端に大きくなる。

そして、本実施の形態では、検査用空間１７は圧力室１０と平面形状が異なっているため、検査部２２ｂの共振周波数は、駆動部２２ａの共振周波数とは異なっている。より詳細には、図６に示すように、検査部２２ｂの１次振動モードにおける共振周波数Ｆｅ１が、駆動部２２ａの１次振動モードにおける共振周波数Ｆｄ１と、２次振動モードにおける共振周波数Ｆｄ２のほぼ中間の周波数となっている。

具体的には、例えば、流路ユニット２１において、圧力室１０の平面形状が、走査方向に関する長さが８００μｍ程度で、紙送り方向の長さが３５０μｍ程度の略矩形となっており、検査用空間１７の平面形状が、直径が４４０μｍ程度の略円形となっている。また、圧電アクチュエータ２２において、インク分離層４１の厚みが１０μｍ程度、セラミックス層４２及び圧電層４３の厚みが、それぞれ、２０μｍ程度となっている。そして、この場合、駆動部２２ａの１次振動モード及び２次振動モードにおける共振周波数Ｆｄ１、Ｆｄ２が、それぞれ、１ＭＨｚ程度、１．５ＭＨｚ程度となる。これに対して、検査部２２ｂの１次振動モードにおける共振周波数が１．２５ＭＨｚ程度となる。

そして、本実施の形態では、検査部２２ｂの共振周波数として１次振動モードでの共振周波数を検出する。

また、上述の通り、駆動部２２ａの共振周波数は、圧力室１０の形状やサイズ、インク分離層４１やセラミックス層４２及び圧電層４３の厚みなどによって、予め、どの程度の値になるのかを推定することができる。一方、検査部２２ｂの共振周波数も、検査用空間１７の形状やサイズ、インク分離層４１やセラミックス層４２及び圧電層４３の厚みなどによって、予め、どの程度の値になるのかを推定することができる。

したがって、上述したように、検査用電極４６に印加する電圧の周波数を変化させて、検査部２２ｂの共振周波数を検出する際には、検査部２２ｂの共振周波数が含まれ、且つ、駆動部２２ａの共振周波数は含まれないと推定される範囲で周波数を変化させる。具体的には、例えば、推定された検査部２２ｂの共振周波数の近傍で検査用電極４６に印加する電圧の周波数を変化させる。

上述した方法により、全ての検査部２２ｂについて、共振周波数を順に検出する。そして、次に、検出した共振周波数に応じて、駆動部２２ａが所定の性能を有しているか否かを判定する（Ｓ１０３）。

上記Ｓ１０３における処理について図７のフローチャートを用いて説明する。Ｓ１０３では、上記Ｓ１０２において検出した複数の検査部２２ｂの共振周波数Ｆｅ１が、所定範囲Ｒに収まっているか否かをそれぞれ判定する（Ｓ２０１）。そして、いずれかの検査部２２ｂの共振周波数が上記所定範囲Ｒから外れている場合には（Ｓ２０１：ＮＯ）、圧電アクチュエータ２２が不良品であるとして、当該圧電アクチュエータ２２を有するインクジェットヘッド３を廃棄し、又は、当該インクジェットヘッド３を分解してリサイクルするための工程に送り（Ｓ２０２）、フローを終了する。

一方、全ての検査部２２ｂの共振周波数が、上記所定範囲Ｒに収まっている場合には（Ｓ２０１：ＹＥＳ）、さらに、検査部２２ｂの共振周波数に応じて圧電アクチュエータ２２を分類する（Ｓ２０３）。具体的には、例えば、上記所定範囲Ｒを互いに重ならない複数の範囲に分割し、複数の検査部２２ｂの共振周波数Ｆｅ１の平均が、これら複数の範囲のいずれに収まるかによって、圧電アクチュエータ２２を分類する。そして、圧電アクチュエータ２２の、個別電極４５に付与する駆動電位の値や駆動波形は、この分類に応じて予め設定された電位や波形に設定される。そして、Ｓ２０３の後、Ｓ１０４に進む。

Ｓ１０４では、検査用電極４６の上面にバンプ４８を形成する。続いて、バンプ４８に配線部材５０の配線５１を接続する（Ｓ１０５）。そして、この後、ＦＰＣ５０を接続したインクジェットヘッド３を、インクジェットヘッド３と並行して製造したキャリッジ２に組み付けるなど、プリンタ１の製造のための以降の製造工程に進み（Ｓ１０６）、プリンタ１の完成によってフローを終了する。

以上に説明した実施の形態によると、個別電極４５にプローブ６３を接触させて、個別電極４５と導通した検査用電極４６に電圧を印加することによって、検査部２２ｂの共振周波数を検出することができる。そして、検出された共振周波数に基づいて、圧電アクチュエータ２２が所定の性能を有するものであるか否かの判定を行うことができる。

また、このとき、個別電極４５を、プローブ６３を接触させるためのパッドとして用いているため、別途専用のパッドを設ける必要がなく、圧電アクチュエータ２２の大型化を抑制することができる。

特に、本実施の形態では、圧電アクチュエータ２２が駆動部２２ａを複数有しており、これら複数の駆動部２２ａに対して個別に検査部２２ｂが設けられている。そのため、本実施の形態とは異なり、個別電極４５と別に専用のパッドを設けると、パッドが複数設けることとなり、圧電アクチュエータ２２の大型化は顕著なものとなる。これに対して、本実施の形態では、個別電極４５をパッドとして利用することにより、圧電アクチュエータ２２の大型化を特に効果的に抑制することができる。

また、本実施の形態では、個別電極４５と検査用電極４６とが導通しており、個別電極４５を、プローブ６３を接触させるためのパッドとして利用しているため、検査用電極４６にある周波数の電圧が印加されるときには、個別電極４５にも同じ周波数の電圧が印加される。

しかしながら、本実施の形態では、平面視で、圧力室１０のサイズと、検査用空間１７のサイズとが異なっていることにより、駆動部２２ａの共振周波数と、検査部２２ｂの共振周波数とが異なっている。具体的には、検査部２２ｂの１次振動モードにおける共振周波数Ｆｅ１が、駆動部２２ａの１次振動モードにおける共振周波数Ｆｄ１と、２次振動モードにおける共振周波数Ｆｄ２のほぼ中間の周波数となっている。

そして、検査部２２ｂの共振周波数を検出する際に、検査部２２ｂの１次振動モードにおける共振周波数Ｆｅ１を含み、且つ、駆動部２２ａの１次振動モード及び２次振動モードにおける共振周波数Ｆｄ１、Ｆｄ２は含まない範囲で、プローブ６３から個別電極４５及び検査用電極４６に印加する電圧の周波数を変化させている。

そのため、検査部２２ｂの共振周波数を検出する際に、個別電極４５に印加される電圧の周波数が、駆動部２２ａの共振周波数となることがない。すなわち、駆動部２２ａが共振してしまうことがない。したがって、セラミックス層４２及び圧電層４３の駆動部２２ａを形成する部分にクラックが入って、駆動部２２ａが正常に駆動できなくなってしまうのを防止することができる。なお、セラミックス層４２及び圧電層４３の検査部２２ｂを形成する部分については、万一、検査部２２ｂを共振させたときにクラックが入ってしまったとしても、その後の駆動部２２ａの駆動に支障をきたすことはない。

また、本実施の形態では、検査用空間１７の平面形状が円形であることによっても、共通電極４４から出力される電流値Ｉｅピークが鋭くなる。また、本実施の形態では、検査用空間１７の平面形状及び検査用電極４６の平面形状がともに円形であり、相似の関係にあることによっても、電流値Ｉｅのピークが鋭くなる。また、本実施の形態では、平面視で、検査用電極４６が検査用空間１７よりも小さいことから、検査用電極４６に電圧を印加したときの検査部２２ｂの変形量は大きくなる。そして、本実施の形態では、これらのことから、共振周波数を検出しやすい。

また、本実施の形態では、検査部２２ｂの共振周波数を形成した後に、検査用電極４６の上面にバンプ４８を形成することにより、検査用電極４６をＦＰＣ５０の配線５１との接続を行うための接続端子として利用している。したがって、圧電層４３の上面に別途接続端子を形成する場合と比較して、圧電アクチュエータ２２の大型化を抑制することができる。

特に、本実施の形態では、圧電アクチュエータ２２が駆動部２２ａを複数有しているため、これら複数の駆動部２２ａの個別電極４５に対して個別に接続端子を設ける必要がある。そのため、本実施の形態とは異なり、検査用電極４６とは別に接続端子を設けると、圧電アクチュエータ２２の大型化は顕著なものとなる。これに対して、本実施の形態では、検査用電極４６を接続端子として利用することにより、圧電アクチュエータ２２の大型化を特に効果的に抑制することができる。

また、本実施の形態では、複数の圧力室１０、すなわち、複数の駆動部２２ａが、紙送り方向に配列されているのに対して、検査用空間１７が、各圧力室１０の紙送り方向と直交する走査方向に隣接する位置に設けられているため、検査用空間１７及び検査部２２ｂを設けた場合でも、複数の圧力室１０及び駆動部２２ａの配列間隔が大きくなることはない。

なお、本実施の形態では、インクジェットヘッド３が、本発明に係る液体吐出装置に相当する。また、インク分離層４１とセラミックス層４２とを合わせたものが、本発明に係る第１の層に相当し、圧電層４３が、本発明に係る第２の層に相当する。また、圧電層４３の上面が、本発明に係る第２の層の第１の層と反対側の面に相当する。また、個別電極４５が、本発明に係る駆動用電極に相当する。

また、複数の圧力室１０が配列された紙送り方向が、本発明に係る一方向に相当する。また、流路ユニット２１と圧電アクチュエータ２２とが積層される上下方向が、本発明に係る積層方向に相当する。また、上記Ｓ１０２の工程が、本発明に係る共振周波数検出工程に相当する。また、上記Ｓ１０３の工程が、本発明に係る判定工程に相当する。また、上記Ｓ１０４の工程が、本発明に係るバンプ形成工程に相当する。

次に、本実施の形態に種々の変更を加えた変形例について説明する。ただし、本実施の形態と同様の構成を有するものについては、適宜その説明を省略する。

上述の実施の形態では、検査用空間１７の平面形状が略円形であり、検査用電極４６の平面形状が、検査用空間１７よりも小さい略円形であったが、これには限られない。

例えば、検査用空間１７や検査用電極４６の平面形状は、略矩形など円形以外の形状であってもよい。また、検査用空間１７の平面形状が略矩形であるのに対して、検査用電極４６の平面形状が略円形であるなど、検査用空間１７の平面形状と検査用電極４６の平面形状とは相似でなくてもよい。また、平面視で、検査用電極４６が検査用空間１７よりも大きく、検査用空間１７からはみ出していてもよい。

また、上述の実施の形態では、検査部２２ｂの共振周波数を検出する際に、検査部２２ｂの共振周波数を含み、且つ、駆動部２２ａの共振周波数は含まないと推定される範囲で、検査用電極４６に印加する電圧の周波数を変化させたがこれには限られない。検査部２２ｂの共振周波数を検出する際に、駆動部２２ａの共振周波数、及び、検査部２２ｂの共振周波数の両方を含む範囲で、検査用電極４６に印加する電圧を変化させてもよい。

また、上述の実施の形態では、検査部２２ｂの１次振動モードにおける共振周波数Ｆｅ１が、駆動部２２ａの１次振動モードにおける共振周波数Ｆｄ１と、２次振動モードにおける共振周波数Ｆｄ２の中間の周波数となっており、検査部２２ｂの共振周波数として、１次振動モードにおける共振周波数Ｆｅ１を検出したが、これには限られない。

例えば、検査部２２ｂの１次振動モードにおける共振周波数が、駆動部２２ａの２次振動モードにおける共振周波数と３次振動モードにおける共振周波数の間など、駆動部２２ａの他の隣接する２つの振動モードにおける共振周波数の間の周波数となっていてもよい。また、検査部２２ｂの１次振動モード以外の他の振動モードにおける共振周波数が、駆動部２２ａの隣接する２つの振動モードにおける共振周波数の間の周波数であり、検査部２２ｂの共振周波数として、当該他の振動モードにおける共振周波数を検出してもよい。

さらには、駆動部２２ａの共振周波数と、検査部２２ｂの共振周波数とが異なっていることにも限られず、駆動部２２ａの共振周波数と、検査部２２ｂの共振周波数とが同じであってもよい。

また、上述の実施の形態では、複数の圧力室１０及び複数の駆動部２２ａが紙送り方向に配列されているのに対して、検査用空間１７及び検査部２２ｂが、圧力室１０の走査方向に隣接する位置に配置されていたが、これには限られない。例えば、検査用空間１７及び検査部２２ｂが、平面視で、隣接する圧力室１０及び駆動部２２ａの間など他の位置に配置されていてもよい。

また、上述の実施の形態では、複数の駆動部２２ａに対して個別に検査部２２ｂが設けられていたが、これには限られない。例えば、１つの圧力室列９に対応する駆動部２２ａに対して１つの検査部２２ｂが設けられている、あるいは、全ての駆動部２２ａに対して１つの検査部２２ｂが設けられているなど、複数の駆動部２２ａに対して１つの検査部２２ｂが設けられていてもよい。

また、上述の実施の形態では、検査用電極４６が、個別電極４５と同じく圧電層４３の上面に形成されており、圧電層４３の上面において、個別電極４５と検査用電極４６とが導通部４７を介して導通されていたが、これには限られない。例えば、検査用電極４６が、セラミックス層４２と圧電層４３との間の検査用空間１７と重なる部分に設けられており、個別電極４５と対応する検査用電極４６とが、圧電層４３に形成されたスルーホールなどを介して導通していてもよい。なお、この場合には、共通電極４４とは別に、圧電層４３の上面の検査用空間１７と重なる部分に電極を設けるなどし、電流検出装置６１によりこの電極から出力される電流を検出するなどして、検査部２２ｂの共振周波数を検出すればよい。

また、上述の実施の形態では、セラミックス層４２及び圧電層４３が全ての圧力室１０及び全ての検査用空間１７にまたがって連続的に延びたものであったが、これには限られない。例えば、一変形例では、図８、図９に示すように、インク分離層４１の上面に、１組の互いに対応する圧力室１０と検査用空間１７の組にのみまたがって延びた、複数のセラミックス層４２及び圧電層４３が設けられている。

また、共通電極４４は、圧電アクチュエータ２２の側面に形成された導電性接着剤７１を介して、インク分離層４１の上面に形成された表面電極７２に引き出されている。そして、表面電極７２がバンプ７３を介してＦＰＣ５０の配線５１に接続されている。

また、上記変形例では、セラミックス層４２及び圧電層４３は、１組の圧力室１０と検査用空間１７の組にのみまたがって延びていたが、これには限られない。セラミックス層４２及び圧電層４３は２組の圧力室１０と検査用空間１７の組など、複数の圧力室１０と検査用空間１７の組にまたがって延びたものであってもよい。

また、以上では、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が、これには限られない。ノズルからインク以外の液体を吐出するインクジェットヘッド以外の液体吐出装置や、液体吐出装置に用いられる圧電アクチュエータの性能検査方法に本発明を適用することも可能である。

３インクジェットヘッド
１０圧力室
１５ノズル
１７検査用空間
２１流路ユニット
２２圧電アクチュエータ
２２ａ駆動部
２２ｂ検査部
４１インク分離層
４２セラミックス層
４３圧電層
４５個別電極
４６検査用電極
４７導通部
４８バンプ
５０ＦＰＣ

Claims

ノズルと、
前記ノズルに連通する圧力室と、
前記圧力室と別に設けられた検査用空間と、を有する流路ユニットと、
前記圧力室と前記検査用空間とを覆う第１の層と、
圧電材料からなり、前記第１の層の前記圧力室と反対側の面に配置されており、前記圧力室と前記検査用空間とにまたがって連続的に延びた第２の層と、
前記第２の層の前記第１の層と反対側の面の前記圧力室と重なる部分に形成された駆動用電極と、
前記第２の層の前記第１の層と反対側の面の前記検査用空間と重なる部分に形成されているとともに、前記駆動用電極と導通した検査用電極と、
前記第２の層の前記第１の層と反対側の面の前記駆動用電極と前記検査用電極との間に配置されており、前記駆動用電極と前記検査用電極とを導通させる導通部と、を有する圧電アクチュエータと、を備えており、
前記第２の層の前記第１の層と反対側の面において前記駆動用電極と前記検査用電極とを結ぶ方向と直交する方向に関して、前記導通部の長さは前記検査用電極の長さよりも短いことを特徴とする液体吐出装置。
前記流路ユニットと前記圧電アクチュエータとの積層方向から見て、前記圧力室のサイズと前記検査用空間のサイズとが互いに異なっていることにより、前記圧電アクチュエータの前記圧力室と重なる部分である駆動部の共振周波数と、前記圧電アクチュエータの前記検査用空間と重なる部分である検査部の共振周波数とが異なっていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
ノズルと、
前記ノズルに連通する圧力室と、
前記圧力室と別に設けられた検査用空間と、を有する流路ユニットと、
前記圧力室と前記検査用空間とを覆う第１の層と、
圧電材料からなり、前記第１の層の前記圧力室と反対側の面に配置されており、前記圧力室と前記検査用空間とにまたがって連続的に延びた第２の層と、
前記第２の層の前記第１の層と反対側の面の前記圧力室と重なる部分に形成された駆動用電極と、
前記第２の層の前記検査用空間と重なる部分に形成されているとともに、前記駆動用電極と導通した検査用電極と、を有する圧電アクチュエータと、を備えており、
前記流路ユニットと前記圧電アクチュエータとの積層方向から見て、前記圧力室のサイズと前記検査用空間のサイズとが互いに異なっていることにより、前記圧電アクチュエータの前記圧力室と重なる部分である駆動部の共振周波数と、前記圧電アクチュエータの前記検査用空間と重なる部分である検査部の共振周波数とが異なっており、
前記検査部の１次振動モードにおける共振周波数が、前記駆動部の１次振動モードにおける共振周波数と２次振動モードにおける共振周波数との中間の周波数となることを特徴とする液体吐出装置。
前記流路ユニットと前記圧電アクチュエータとの積層方向から見て、前記検査用空間が円形であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
前記流路ユニットと前記圧電アクチュエータとの積層方向から見て、前記検査用空間の形状と、前記検査用電極の形状とが相似になっていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の液体吐出装置。
前記流路ユニットと前記圧電アクチュエータとの積層方向から見て、前記検査用電極は、前記検査用空間よりも小さいことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の液体吐出装置。
複数の前記圧力室が、一方向に沿って配列されており、
前記検査用空間は、前記一方向と直交する方向に関して、前記圧力室に隣接する位置に設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の液体吐出装置。
ノズルと、前記ノズルに連通する圧力室と、を有する流路ユニットと、
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、を備えた液体吐出装置における圧電アクチュエータの性能検査方法であって、
前記流路ユニットは、
前記圧力室とは別に設けられた検査用空間、をさらに備え、
前記圧電アクチュエータは、
前記圧力室と前記検査用空間とを覆う第１の層と、
圧電材料からなり、前記第１の層の前記圧力室と反対側の面に配置されており、前記圧力室と前記検査用空間とにまたがって連続的に延びた第２の層と、
前記第２の層の前記第１の層と反対側の面の前記圧力室と重なる部分に形成された駆動用電極と、
前記第２の層の前記検査用空間と重なる部分に形成されているとともに、前記駆動用電極と導通した検査用電極と、を備え、
前記検査用電極に電圧を印加するとともに、当該電圧の周波数を変化させることによって、前記圧電アクチュエータの前記検査用空間と重なる部分である検査部の共振周波数を検出する共振周波数検出工程と、
前記共振周波数検出工程において検出した共振周波数から、前記圧電アクチュエータの前記圧力室と重なる部分である駆動部が所定の性能を有するものであるか否かを判定する判定工程と、を備え、
前記共振周波数検出工程において、前記検査用電極に電圧を印加するためのプローブを前記駆動電極に接触させることによって、前記検査用電極に電圧を印加することを特徴とする圧電アクチュエータの性能検査方法。
前記流路ユニットと前記圧電アクチュエータとの積層方向から見て、前記圧力室のサイズと前記検査用空間とのサイズが異なっていることによって、前記駆動部の共振周波数と前記検査部の共振周波数とが異なってい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の性能検査方法。
前記共振周波数検出工程において、前記検査部の共振周波数を含み、且つ、前記駆動部の共振周波数を含まない範囲で前記検査用電極に印加する電圧の周波数を変化させることを特徴とする請求項９に記載の圧電アクチュエータの性能検査方法。
前記検査用電極が、前記第２の層の前記第１の層と反対側の面に形成されており、
前記共振周波数検出工程の後、前記検査用電極の前記第１の層と反対側の面に、配線部材との接続を行うためのバンプを形成するバンプ形成工程をさらに備えていることを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の圧電アクチュエータの性能検査方法。
検査用空間が、前記流路ユニットと前記圧電アクチュエータとの積層方向から見て円形であることを特徴とする請求項８〜１１のいずれかに記載の圧電アクチュエータの性能検査方法。
前記流路ユニットと前記圧電アクチュエータとの積層方向から見て、前記検査用空間の形状と、前記検査用電極の形状とが相似になっていることを特徴とする請求項８〜１２のいずれかに記載の圧電アクチュエータの性能検査方法。
前記流路ユニットと前記圧電アクチュエータとの積層方向から見て、前記検査用電極が、前記検査用空間よりも小さいことを特徴とする請求項８〜１３のいずれかに記載の圧電アクチュエータの検査方法。
前記検査部の１次振動モードにおける共振周波数が、前記駆動部の１次振動モードにおける共振周波数と２次振動モードにおける共振周波数との間の周波数となるものであって、
前記共振周波数検出工程において、前記検査部の１次振動モードにおける共振周波数を検出することを特徴とする請求項９又は１０に記載の圧電アクチュエータの性能検査方法。
前記流路ユニットが、前記圧力室を複数備え、
前記圧電アクチュエータが、複数の前記圧力室に対応する複数の駆動用電極を備えており、
複数の前記圧力室が、一方向に沿って配列されており、
前記検査用空間は、前記一方向と直交する方向に関して、複数の前記圧力室のうち少なくとも１つに隣接する位置に設けられていることを特徴とする請求項８〜１５のいずれかに記載の圧電アクチュエータの性能検査方法。