JP6079064B2 - 液体噴射装置、圧電アクチュエータ、及び、液体噴射装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体噴射装置、圧電アクチュエータ、及び、液体噴射装置の製造方法に関する。

従来から、圧電アクチュエータとして、圧電素子の表面電極に、圧電素子を駆動するための信号を供給する配線基板が接合された構成のものが知られている。例えば、特許文献１には、インクジェットヘッドにおける液滴噴射用の圧電アクチュエータが開示されている。特許文献１のインクジェットヘッドは、複数のノズルを含むインク流路が形成された流路ユニット（流路構造体）と、この流路ユニットに設けられた圧電アクチュエータとを備えている。また、圧電アクチュエータは、圧電層と、複数のノズルにそれぞれ対応して圧電層の表面に形成された複数の個別電極を有する。

上記の圧電アクチュエータの複数の個別電極には、可撓性を有する配線基板（ＣＯＦ）が接続される。配線基板にはドライバＩＣが実装されるとともに、このドライバＩＣに接続された複数の配線が形成されている。また、配線基板には、複数の個別電極にそれぞれ対応する複数の電極（基板側接点）が設けられ、これら複数の電極は、上記配線を介してドライバＩＣと接続されている。そして、圧電層の表面の複数の個別電極と、配線基板の前記複数の電極とが、金属材料と熱硬化性樹脂とを含む導電性樹脂のバンプによってそれぞれ接続される。これにより、配線基板に実装されたドライバＩＣから、複数の個別電極にそれぞれ駆動電圧が印加される。

特開２０１２−６９５４８号公報

前記特許文献１では、圧電層の表面に電極（個別電極）が形成される一方で、配線基板にも電極（基板側接点）が形成され、その上で、双方の電極が導電性樹脂のバンプで接合された構成となっている。そのため、配線基板と圧電層との接続構造が複雑なものとなっていた。また、圧電層と配線基板の双方に電極を形成する必要があり、その分、製造工程が増えるため、コスト面でも不利であった。

本発明の目的は、圧電アクチュエータにおいて、圧電層と配線基板との接続構造を簡素化することである。

第１の発明の液体噴射装置は、液体を噴射するノズルを含む液体流路が形成された流路構造体と、前記流路構造体に設けられて前記液体流路内の液体に噴射エネルギーを付与する圧電アクチュエータとを備え、前記圧電アクチュエータは、圧電層と、前記圧電層の一表面に配置される第１電極と、前記第１電極と導通する配線が形成され、且つ、前記圧電層の前記一表面に接合される配線基板を有し、前記配線基板の前記圧電層との接合面に複数の充填溝が形成されて、前記複数の充填溝内に充填された導電性材料によって、前記圧電層と前記配線基板の両方に接する前記第１電極が形成され、前記配線基板には、前記配線基板が前記圧電層に接触した状態で前記複数の充填溝に繋がった連通路が形成されていることを特徴とするものである。

本発明では、配線基板が圧電層の一表面に接触した状態で、配線基板に形成された複数の充填溝に液状の導電性材料が充填されることで、圧電層と配線基板の両方に接するように、第１電極が形成される。この構成は、従来構成における、圧電層と配線基板にそれぞれ形成されていた２つの電極のうちの一方が省略された構成であることから、圧電層と配線基板の接続構造が簡素化される。また、配線基板を圧電層に接触させてから複数の充填溝に液状の導電性材料を充填するだけで、圧電層と配線基板の両方に接する第１電極を形成でき、電極形成が容易である。さらに、複数の充填溝に導電性材料が充填されてなる第１電極は、平坦な面に印刷等の他の方法で形成された場合と比べて、電極材料の配線基板に対する接触面積が大きくなるために配線基板に対する密着性が高い。また、液状の導電性材料が、配線基板と圧電層の両方に接触した状態のまま硬化するため、この点からも、第１電極の、圧電層及び配線基板に対する密着性は高い。従って、第１電極の剥離が生じにくい。

第２の発明の液体噴射装置は、前記第１の発明において、前記配線基板の前記第１電極と接する部分は、それ以外の部分よりも薄く形成されていることを特徴とするものである。

本発明によれば、配線基板の第１電極と接する部分が局所的に薄く形成されていることから、圧電層の変形が、この圧電層に接合される配線基板によって阻害されにくくなる。

第３の発明の液体噴射装置は、前記第１又は第２の発明において、前記配線基板の前記圧電層の接合面と反対側の面には、前記充填溝よりも溝幅の大きい供給溝が形成され、前記供給溝は、前記配線基板を厚み方向に貫通する貫通孔を介して前記複数の充填溝と連通し、前記供給溝から前記貫通孔を介して前記複数の充填溝に充填された前記導電性材料によって、前記配線基板の接合面に前記第１電極が形成されるとともに、前記接合面と反対側の面に、前記第１電極に導通する前記配線が形成されていることを特徴とするものである。

本発明では、配線基板の接合面と反対側の面に、溝幅の広い供給溝が形成されている。そして、供給溝に液状の導電性材料を供給し、この供給溝から、貫通孔を介して複数の充填溝へ液状の導電性材料を浸透させる。これによれば、溝幅の小さい複数の充填溝への導電性材料の充填が容易である。また、供給溝にも導電性材料を充填することで、第１電極に導通する配線も同時に形成することができる。

第４の発明の液体噴射装置は、前記第３の発明において、前記複数の充填溝は、それぞれ、前記貫通孔との連通部分から前記通路との連通部分に向けて延びていることを特徴とするものである。

本発明によれば、供給溝から複数の充填溝に流れ込んだ液状の導電性材料が、通路に向けて流れやすくなり、充填溝から空気が抜けやすくなる。

第５の発明の液体噴射装置は、前記第３又は第４の発明において、前記通路内には、複数のリブが通路長さ方向に沿って配置されていることを特徴とするものである。

本発明では、通路の内部形状が複雑なものとなって流動抵抗が大きくなるため、充填溝に充填された導電性材料の一部が通路に流れ出したとしても、その導電性材料が通路から外部へ流出しにくい。
第６の発明の液体噴射装置は、前記第１〜第５の何れかの発明において、前記通路は、大気と連通していることを特徴とするものである。
本発明によれば、配線基板が圧電層に接触した状態では、配線基板の複数の充填溝は圧電層によって塞がれることになるが、本発明では、配線基板に、複数の充填溝を大気に連通させる大気連通路が形成されている。そのため、配線基板が圧電層に接触した状態で、液状の導電性材料を複数の充填溝に充填させる際に、複数の充填溝内の空気が大気連通路から外部へ抜けやすくなるため、複数の充填溝の隅々まで導電性材料を充填しやすくなる。

第７の発明の液体噴射装置は、前記第１〜第５の何れかの発明において、前記圧電アクチュエータは、前記第１電極との間で前記圧電層を挟むように、前記圧電層の前記一表面と反対側の面に配置される第２電極を有し、前記圧電層の前記一表面には、前記第２電極に導通する引出電極が設けられ、前記配線基板の前記通路は、前記配線基板の前記接合面に形成されて前記複数の充填溝と接続された溝と、前記配線基板を厚み方向に貫通するとともに前記溝と接続された孔とを有し、前記引出電極は、前記孔内に充填された前記導電性材料と導通していることを特徴とするものである。

通路は、複数の充填溝に接続された溝と、配線基板を貫通し、且つ、溝に連通した孔を有する。孔は、配線基板の前記接合面と反対側の面に開口しているため、第１電極の形成時に、配線基板の複数の充填溝に液状の導電性材料を充填する際に、充填溝内の空気を、圧電層によって塞がれている前記接合面とは反対側に抜くことができる。また、孔は、配線基板の前記接合面にも開口しているため、第１電極形成後に、この孔にも導電性材料を充填することで、この孔内の導電性材料を、圧電層の一表面に引き出された第２電極の引出電極と導通させることができる。従って、第２電極の引出電極を、配線基板を貫通する孔を利用して、配線基板の接合面とは反対側の面に形成された、第２電極用の配線と接続することができる。

第８の発明の圧電アクチュエータは、圧電層と、前記圧電層の一表面に配置される第１電極と、前記第１電極と導通する配線が形成され、且つ、前記圧電層の前記一表面に接合される配線基板を有し、前記配線基板の前記圧電層との接合面に複数の充填溝が形成されて、前記複数の充填溝内に充填された導電性材料によって、前記圧電層と前記配線基板の両方に接する前記第１電極が形成され、前記配線基板には、前記配線基板が前記圧電層に接触した状態で前記複数の充填溝に繋がった通路が形成されていることを特徴とするものである。

この第８の発明の圧電アクチュエータは、前記第１の発明の圧電アクチュエータと同様の構成を有し、同様の作用効果を奏することから、その説明は省略する。

第９の発明の液体噴射装置の製造方法は、液体を噴射するノズルを含む液体流路が形成された流路構造体と、前記流路構造体に設けられて前記液体流路内の液体に噴射エネルギーを付与する圧電アクチュエータとを備え、前記圧電アクチュエータが、圧電層と、前記圧電層の一表面に配置される第１電極と、前記第１電極と導通する配線が形成され、且つ、前記圧電層の前記一表面に接合される配線基板を有する、液体噴射装置の製造方法であって、
前記配線基板の前記圧電層との接合面に複数の充填溝を形成する溝形成工程と、前記配線基板に、前記配線基板が前記圧電層に接合されたときに前記複数の充填溝を大気に連通させる大気連通路を形成する大気連通路形成工程と、前記配線基板を前記圧電層の前記一表面に接触させてから、前記複数の充填溝に液状の導電性材料を充填することにより、前記接合面に前記第１電極を形成する電極形成工程と、前記配線基板の前記接合面を前記圧電層に接合する接合工程と、を備えていることを特徴とするものである。

本発明では、配線基板を圧電層の一表面に接触させてから複数の充填溝に液状の導電性材料を充填するだけで、圧電層と配線基板の間に第１電極を簡単に形成することができる。また、第１電極が圧電層と配線基板の両方に接した構成となり、圧電層と配線基板の接続構造が簡素化される。さらに、上記の方法で形成された第１電極は、圧電層及び配線基板に対する密着性が高く、剥離が生じにくい。これに加えて、配線基板が圧電層に接触した状態で、液状の導電性材料を複数の充填溝に充填する際に、複数の充填溝内の空気が大気連通路から外部へ抜けやすくなるため、複数の充填溝の隅々まで導電性材料を充填しやすくなる。

第１０の発明の液体噴射装置の製造方法は、前記第９の発明において、前記溝形成工程において、前記配線基板の前記接合面と反対側の面に、前記複数の充填溝に連通する供給溝を形成し、前記電極形成工程において、インクジェットヘッドにより前記供給溝に導電性インクを吐出して、前記供給溝から前記複数の充填溝に前記導電性インクを充填させることを特徴とするものである。

本発明では、配線基板の接合面と反対側の面に形成された、溝幅の大きい供給溝に、インクジェットヘッドから導電性インクを吐出し、着弾した導電性インクを供給溝から複数の充填溝へ毛管力の作用で浸透させる。これによれば、溝幅の小さい複数の充填溝への導電性材料の充填が容易である。

第１１の発明の液体噴射装置の製造方法は、前記第１０の発明において、前記電極形成工程において、前記供給溝の、前記複数の充填溝と連通する側の端部に向けて、前記インクジェットヘッドから前記導電性インクを吐出させることを特徴とするものである。

本発明では、供給溝の、充填溝に近い部分に導電性インクを着弾させることで、溝幅の小さい複数の充填溝に、導電性インクを浸透させやすくなる。

第１２の発明の液体噴射装置の製造方法は、前記第９〜第１１の何れかの発明において、前記圧電アクチュエータは、前記第１電極との間で前記圧電層を挟むように、前記圧電層の前記一表面と反対側の面に配置された第２電極と、前記圧電層の前記一表面に設けられ、前記第２電極に導通する引出電極と、をさらに有するものであり、
前記大気連通路形成工程において、前記配線基板の前記接合面に前記複数の充填溝と接続された大気連通溝を形成するとともに、前記配線基板を厚み方向に貫通し、且つ、前記大気連通溝と接続された大気連通孔とを形成し、前記電極形成工程において、前記複数の充填溝に液状の導電性材料を充填して前記第１電極を形成した後に、前記大気連通孔内にも前記引出電極と導通するように前記液状の導電性材料を充填することを特徴とするものである。

本発明では、大気連通路形成工程において、大気連通路として、配線基板の接合面において複数の充填溝と接続された大気連通溝と、配線基板を貫通し、大気連通溝に接続された大気連通孔を形成する。大気連通孔は、配線基板の前記接合面と反対側の面に開口しているため、配線基板の複数の充填溝に液状の導電性材料を充填して第１電極を形成する際に、充填溝内の空気を、圧電層によって塞がれている前記接合面とは反対側に抜くことができる。また、大気連通孔は、配線基板の前記接合面にも開口しているため、第１電極を形成した後に、前記大気連通孔にも導電性材料を充填することで、この大気連孔内の導電性材料を、圧電層の一表面に引き出された第２電極の引出電極と導通させることができる。
第１３の発明の圧電アクチュエータは、圧電層と、前記圧電層の一表面に配置される第１電極と、前記第１電極と導通する配線が形成され、且つ、前記圧電層の前記一表面に接合される配線基板を有し、さらに、前記配線基板の前記圧電層との接合面に形成された溝内に、前記圧電層と前記配線基板の両方に接する前記第１電極が位置しており、前記配線基板には、前記第１電極が位置する前記溝に繋がった通路が形成されていることを特徴とするものである。
本発明では、配線基板が圧電層の一表面に接触した状態で、配線基板に形成された溝に、圧電層と配線基板の両方に接する第１電極が位置している。この構成は、従来構成における、圧電層と配線基板にそれぞれ形成されていた２つの電極のうちの一方が省略された構成であることから、圧電層と配線基板の接続構造が簡素化される。
第１４の発明の圧電アクチュエータは、前記第１３の発明において、前記通路は、大気と連通していることを特徴とするものである。
第１５の発明の液体噴射装置は、液体を噴射するノズルを含む液体流路が形成された流路構造体と、前記流路構造体に設けられた前記液体流路内の液体に噴射エネルギーを付与する前記第１３又は第１４の発明の圧電アクチュエータと、を備えることを特徴とするものである。

本発明では、配線基板に形成された複数の充填溝に液状の導電性材料が充填されることで、圧電層と配線基板の両方に接する第１電極が形成される。この構成は、従来構成における、圧電層と配線基板にそれぞれ形成されていた２つの電極のうちの一方が省略された構成であることから、圧電層と配線基板の接続構造が簡素化される。また、配線基板を圧電層に接触させてから複数の充填溝に液状の導電性材料を充填するだけで、圧電層と配線基板の両方に接する第１電極を形成でき、電極形成が容易である。さらに、第１電極の、圧電層及び配線基板に対する密着性が高く、剥離が生じにくい。また、液状の導電性材料を複数の充填溝に充填させる際に、複数の充填溝内の空気が大気連通路から外部へ抜けやすくなるため、複数の充填溝の隅々まで導電性材料を充填しやすくなる。

本実施形態のインクジェットプリンタの概略平面図である。 インクジェットヘッドの平面図である。 図２のＡ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。 配線基板の一部拡大平面図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は下面図である。 図６（ｂ）のＢ部の大気連通溝の拡大図である。 第１電極の形成に関する工程の説明図である。 変更形態に係る配線基板の一部拡大下面図である。 別の変更形態に係るインクジェットヘッドの断面図である。 さらに別の変更形態に係る大気連通溝の拡大図である。

次に、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施形態のインクジェットプリンタの概略平面図である。まず、図１を参照してインクジェットプリンタ１の概略構成について説明する。尚、以下では、図１の紙面手前側を上方、紙面向こう側を下方と定義して、適宜、「上」「下」の方向語を使用して説明する。図１に示すように、インクジェットプリンタ１は、プラテン２と、キャリッジ３と、インクジェットヘッド４と、搬送機構５等を備えている。

プラテン２の上面には、被記録媒体である記録用紙１００が載置される。また、プラテン２の上方には、図１の左右方向（走査方向）に平行に延びる２本のガイドレール１０，１１が設けられる。キャリッジ３は、プラテン２と対向する領域において２本のガイドレール１０，１１に沿って走査方向に往復移動可能に構成されている。また、キャリッジ３には、２つのプーリ１２，１３間に巻き掛けられた無端ベルト１４が連結されており、キャリッジ駆動モータ１５によって無端ベルト１４が走行駆動されたときに、キャリッジ３は、無端ベルト１４の走行に伴って走査方向に移動する。

インクジェットヘッド４（液体噴射装置）は、キャリッジ３に取り付けられており、キャリッジ３とともに走査方向に移動する。インクジェットヘッド４の下面（図１の紙面向こう側の面）には、複数のノズル１６が形成されている。また、図１に示すように、プリンタ１のプリンタ本体１ａにはホルダ９が設けられている。ホルダ９には４色のインク（ブラック、イエロー、シアン、マゼンタ）がそれぞれ貯留された４つのインクカートリッジ１７が装着される。図示は省略するが、キャリッジ３に搭載されたインクジェットヘッド４とホルダ９とが４本のチューブ（図示省略）で接続されている。４つのインクカートリッジ１７の４色のインクが、４本のチューブを介してインクジェットヘッド４にそれぞれ供給される。インクジェットヘッド４は、インクカートリッジ１７から供給されたインクを、複数のノズル１６からプラテン２に載置された記録用紙１００に対して噴射する。

搬送機構５は、搬送方向にプラテン２を挟むように配置された２つの搬送ローラ１８，１９を有し、これら２つの搬送ローラ１８，１９は、図示しないモータによって回転駆動される。搬送機構５は、２つの搬送ローラ１８，１９によって、プラテン２に載置された記録用紙１００を搬送方向に搬送する。

インクジェットプリンタ１は、プラテン２上に載置された記録用紙１００に対して、キャリッジ３とともに走査方向（図１の左右方向）に往復移動するインクジェットヘッド４からインクを噴射させる。これとともに、２つの搬送ローラ１８，１９によって記録用紙１００を搬送方向（図１の下方）に搬送する。以上の動作によって記録用紙１００に画像や文字等が記録される。

次に、インクジェットヘッド４について説明する。図２はインクジェットヘッドの平面図、図３は図２のＡ部拡大図、図４は、図３のIV-IV線断面図、図５は図３のV-V線断面図である。尚、図２、図３においては、図面の簡単のため、図４、図５には詳細に示されているＣＯＦ５０が二点鎖線で簡易的に示されている。また、図５では、図３には図示が省略されているドライバＩＣ（図２参照）も示されている。図２〜図４に示すように、インクジェットヘッド４は、流路ユニット２０（流路構造体）と、圧電アクチュエータ２１を備えている。

図４に示すように、流路ユニット２０は、それぞれ多数の流路形成孔が形成された５枚のプレート３０〜３４が積層された構造を有する。これら５枚のプレート３０〜３４が積層されたときに多数の流路形成孔が連通することによって、流路ユニット２０には、以下に述べるようなインク流路が形成されている。５枚のプレート３０〜３４の材質は特に限定はされないが、本実施形態においては、ステンレス鋼やニッケル合金鋼等の金属材料で形成されている。また、図４、図５では、インク流路内に充填されているインクを符号“Ｉ”で示している。

図２に示すように、流路ユニット２０の上面（最上層に位置するプレートである振動板３０の上面）には、４つのインクカートリッジ１７（図１参照）とそれぞれ接続される４つのインク供給孔２６が形成されている。流路ユニット２０の内部には、それぞれ搬送方向に延在する４本のマニホールド２５が形成されている。４本のマニホールド２５は４つのインク供給孔２６にそれぞれ接続されており、４本のマニホールド２５には、４つのインクカートリッジ１７にそれぞれ貯留された４色（ブラック、イエロー、シアン、マゼンタ）のインクが供給される。

また、図２〜図５に示すように、流路ユニット２０は、複数のノズル１６と、複数のノズル１６にそれぞれ連通した複数の圧力室２４を有する。複数のノズル１６は、流路ユニット２０の下面（ノズルプレート３４）に形成されている。複数の圧力室２４は、走査方向に長い略楕円形の平面形状を有し、５枚のプレート３０〜３４のうちの最上層に位置する振動板３０によって覆われている。図２に示すように、複数のノズル１６及び複数の圧力室２４は、４色のインクがそれぞれ供給される４本のマニホールド２５に対応して４列に配列されている。

図４に示すように、複数の圧力室２４の各々は、圧力室２４の長手方向に延びる絞り流路２８を介して、対応するマニホールド２５に連通している。また、１つの圧力室２４に１つのノズル１６が連通している。これにより、図４に示すように、流路ユニット２０には、マニホールド２５から分岐し、絞り流路２８、圧力室２４を経てノズル１６に至る、個別インク流路２７が複数形成されている。

次に、圧電アクチュエータ２１について説明する。圧電アクチュエータ２１は、流路ユニット２０の振動板３０の上面に配置されている。図２〜図５に示すように、圧電アクチュエータ２１は、圧電層４０と、圧電層４０に接合された配線基板４１とを有する。

圧電層４０は、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との固溶体である、強誘電性の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。圧電層４０は、振動板３０の上面において複数の圧力室２４を共通に覆うように配置されている。また、この圧電層４０は、厚み方向に分極されている。

圧電層４０の上面（振動板３０と反対側の面）には後述の配線基板４１が接合されるが、圧電層４０と配線基板４１との間には、複数の圧力室２４にそれぞれ対応する複数の第１電極４２が設けられている。即ち、複数の第１電極４２は、圧電層４０の上面と配線基板４１の下面の両方に接して配置されている。図３に示すように、各第１電極４２は、圧力室２４よりも一回り小さい略楕円の平面形状を有し、対応する圧力室２４の略中央部と対向するように配置されている。また、各第１電極４２には、配線基板４１に実装されたドライバＩＣ４５から駆動電圧が印加される。第１電極４２の詳細については後述する。

圧電層４０の下面には、複数の第１電極４２と、圧電層４０を挟んでそれぞれ対向する複数の第２電極４３が配置されている。第２電極４３は、第１電極４２と同様に略楕円の平面形状を有する。図４、図５に示すように、金属製の振動板３０の上面には、合成樹脂材料などからなる絶縁膜４４がほぼ全面的に形成されている。この絶縁膜４４によって、圧電層４０の下面の複数の第２電極４３と、金属製の振動板３０との間が絶縁されている。

圧電層４０の、各第２電極４３の長手方向一端部と重なる部分には貫通孔４６が形成されている。貫通孔４６には導電性材料が充填され、さらに、圧電層４０の上面には、貫通孔４６内の導電性材料と導通する引出電極４９が形成されている。これにより、圧電層４０の下面に形成された第２電極４３が、圧電層４０の上面に形成された引出電極４９と導通した構成となっている。さらに、引出電極４９が、後述する配線基板４１に形成されたグランド配線４８と接続されることで、各第２電極４３は常にグランド電位に保持される。第２電極４３及びこれに導通する引出電極４９は、スクリーン印刷やスパッタリング等の公知の方法で形成することができる。

ドライバＩＣ４５から第１電極４２に駆動電圧が印加されると、この第１電極４２と、グランド電位の第２電極４３の間に電位差が生じて、これら２つの電極４２，４３の間の圧電層４０に厚み方向の電界が作用する。この電界の方向は、圧電層４０の分極方向と平行であるから、圧電層４０は厚み方向に伸長するとともに面方向に収縮する。この圧電層４０の収縮によって、圧力室２４を覆っている振動板３０が圧力室２４側に凸となるように撓み、圧力室２４の容積が減少する。その際に圧力室２４内のインクに圧力（噴射エネルギー）が付与され、ノズル１６からインクの液滴が噴射される。

次に、配線基板４１について説明する。配線基板４１は、ポリイミド等の合成樹脂材料からなる可撓性を有する基板である。この配線基板４１は、ドライバＩＣ４５と、ドライバＩＣ４５に接続された複数の配線４７とを有する。図２〜図５に示すように、配線基板４１は圧電層４０を上から覆うように配置され、圧電層４０の上面に接合されている。

ドライバＩＣ４５は、インクジェットヘッド４の動作を制御する、図示しない制御基板と接続されている。また、ドライバＩＣ４５は、複数の配線４７を介して複数の第１電極４２とそれぞれ接続されている。ドライバＩＣ４５は、制御基板からの指令に基づき、所望のノズル１６からインクが噴射されるように、複数の第１電極４２に対して個別に駆動電圧を印加する。

先にも述べたように、配線基板４１の、圧電層４０と接合される下面（以下、接合面ともいう）と、圧電層４０の上面との間に、複数の第１電極４２がそれぞれ設けられており、各第１電極４２が配線基板４１と圧電層４０の両方に接した構造となっている。この構成は、従来では圧電層４０と配線基板４１にそれぞれ形成されていた２つの電極のうちの一方が省略された構成となっており、圧電層４０と配線基板４１の接続構造が簡素化されている。

また、図４、図５に示すように、配線基板４１の、圧力室２４と対向する部分５１（第１電極４２と接する部分）の上面には凹部５０が形成され、この部分５１ではそれ以外の部分と比べて厚さが薄くなっている。このように、第１電極４２と接する部分において配線基板４１が局所的に薄くなっていることから、第１電極４２に駆動電圧が印加されたときの圧電層４０の変形が、配線基板４１によって阻害されにくくなる。

次に、第１電極４２と、この第１電極４２に導通する配線４７の構造について詳細に説明する。図６は、配線基板の一部拡大平面図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は下面図である。図４、図５、図６に示すように、配線基板４１の下面（接合面）の、各圧力室２４と対向する領域には、複数の充填溝５２が形成されている。複数の充填溝５２は、溝幅が数μｍ程度の、非常に幅の狭い溝である。複数の充填溝５２は、圧力室２４の長手方向に沿って互いに平行に延びている。

図４、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、複数の充填溝５２は、それらの一端部において、配線基板４１を厚み方向に貫通する貫通孔５４と連通している。また、配線基板４１の上面（圧電層４０との接合面とは反対側の面）には、複数の第１電極４２にそれぞれ対応した複数の供給溝５５が形成されている。１つの第１電極４２に対応した供給溝５５は、凹部５０の側面に形成された縦溝５５ａを介して貫通孔５４と連通している。一方で、供給溝５５は、配線基板４１の上面において、ドライバＩＣ４５が設置される領域まで延びている。また、供給溝５５の充填溝５２に近い側の端部には、局所的に溝幅（及び溝深さ）が大きくなった液溜め部５５ｂが形成されている。さらに、供給溝５５（液溜め部５５ｂを含む）は、前述の充填溝５２と比べると、溝幅及び溝の深さ（即ち、溝の、長さ方向と直交する面における断面積）がかなり大きくなっている。例えば、前記の充填溝５２の溝幅が数μｍであるのに対して、供給溝５５の溝幅は数十μｍである。

また、複数の充填溝５２は、貫通孔５４とは反対側の端部において、配線基板４１の接合面に形成された大気連通溝５６に接続されている。大気連通溝５６は、複数の充填溝５２との連通部分からさらに圧力室２４の長手方向に沿って延びている。図７は、図６（ｂ）のＢ部の大気連通溝の拡大図である。図７に示すように、大気連通溝５６は、この溝の側面から互いに反対方向に突出する２種類のリブ５６ａ，５６ｂを有し、これら２種類のリブ５６ａ，５６ｂが溝の長さ方向に沿って交互に配置されている。これにより、大気連通溝５６の内部形状が複雑な形状（ラビリンス状）となっており、大気連通溝５６内を流体が通過する際の流動抵抗が高くなっている。

さらに、大気連通溝５６は、配線基板４１を厚み方向に貫通し、上下両面に開口する大気連通孔５７に接続されている。これにより、配線基板４１が圧電層４０の上面に接触して複数の充填溝５２が圧電層４０によって塞がれている状態でも、複数の充填溝５２は、大気連通溝５６及び大気連通孔５７を介して、大気に連通することになる。即ち、本実施形態では、大気連通溝５６と大気連通孔５７とで、複数の充填溝５２を大気に連通させる大気連通路５８が構成されている。

上記の溝構成を有する配線基板４１が圧電層４０に接触した状態で、各供給溝５５に液状の導電性インク（導電性材料）が供給されると、供給溝５５から、これよりも溝幅（溝断面積）が小さい複数の充填溝５２へ、毛管力の作用によって導電性インクが流れ込む。尚、充填溝５２の断面積が小さいほど導電性インクに強い毛管力が作用し、充填溝５２に導電性インクが浸透しやすい。また、複数の充填溝５２が大気連通路５８に連通していることから、導電性インクの充填時に複数の充填溝５２内の空気は、大気連通路５８から外部へ放出される。尚、図４、図５、及び、図６においては、充填溝５２や供給溝５５に導電性材料（導電性インク）が充填されている状態を、これらの溝にハッチングをかけることによって示してある。

このようにして、配線基板４１の下面の複数の充填溝５２に導電性インクが充填されることで、配線基板４１と圧電層４０の間に第１電極４２が形成される。また、配線基板４１の上面の供給溝５５にも導電性インクが充填されることで、第１電極４２に導通する配線４７が形成される。

尚、図４、図６に示すように、本実施形態では、複数の充填溝５２に接続された大気連通路５８は、配線基板４１の、圧力室２４よりも外側の領域に設けられている。しかしながら、図４に示すように、この大気連通路５８は、圧力室２４からその長手方向に延びる絞り流路２８と重なるように配置されている。従って、配線基板４１に大気連通路５８を形成するために、流路ユニット２０側の圧力室２４の配置間隔を広げるといった必要はなく、流路ユニット２０が大型化することもない。

また、複数の充填溝５２に導電性インクが充填された後、大気連通路５８はそのままにしておいてもよいのだが、本実施形態では、この大気連通路５８（特に、配線基板４１を貫通する大気連通溝５６）を、第２電極４３のグランド接続に使用する。配線基板４１を上下に貫通する大気連通孔５７は、配線基板４１の上面と下面の両方に開口している。配線基板４１の上面には、大気連通孔５７に接続された供給溝５９が形成されている。そして、供給溝５９から大気連通孔５７に導電性材料（導電性インク）が充填されることで、この大気連通孔５７内の導電性材料が、圧電層４０の一表面に引き出された第２電極４３の引出電極４９と導通する。また、供給溝５９内に導電性材料が充填されることで、配線基板４１の上面にグランド配線４８が形成される。これにより、第２電極４３の引出電極４９を、配線基板４１を貫通する大気連通孔５７を利用して、配線基板４１の上面に形成されたグランド配線４８と接続することができる。

以下、上記の第１電極４２を形成する具体的な方法について説明する。図８は、第１電極の形成に関する工程の説明図である。

（溝形成工程）
まず、配線基板４１の、複数の圧力室２４とそれぞれ対向することとなる複数の部分５１に、プレス加工やレーザー加工等によって複数の凹部５０を形成しておく。その上で、図８（ａ）に示すように、配線基板４１の、前記複数の部分５１の各々の下面に、複数の充填溝５２を形成する。また、配線基板４１に、複数の充填溝５２に連通する貫通孔５４を形成する。さらに、配線基板４１の圧電層４０との接合面とは反対側の面に、供給溝５５（縦溝５５ａ、液溜め部５５ｂを含む）と、供給溝５９とを形成する。尚、これらの溝は、レーザー加工で形成することができる。

（大気連通路形成工程）
また、図８（ａ）に示すように、配線基板４１の下面に、複数の充填溝５２に連通する大気連通溝５６を形成する。さらに、配線基板４１を貫通し、且つ、大気連通溝５６に連通する大気連通孔５７を形成する。前記の溝形成工程と同様に、大気連通溝５６と大気連通孔５７もレーザー加工で形成することができる。

（接合工程及び電極形成工程）
次に、図８（ｂ）に示すように、配線基板４１を圧電層４０の上面に接触するように配置する。また、配線部材４１を上から押さえる、あるいは、配線部材４１を接着剤や適宜の固定手段を用いて仮止めするなどして、配線部材４１が複数の圧電素子４０に接触した状態を維持し、また、複数の圧電素子４０に対する位置がずれないようにしておく。

次に、図８（ｃ）に示すように、導電性インク６１を吐出するインクジェットヘッド６０を、配線基板４１の上方に設置する。そして、インクジェットヘッド６０から、供給溝５５の液溜め部５５ｂに導電性インク６１を吐出させる。導電性インクは、不飽和ポリエステル樹脂、二液混合型ポリオレフィン樹脂、エポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂に、Ａｇ等の金属粒子が配合されたものを使用できる。液溜め部５５ｄに供給された導電性インク６１は、毛管力による浸透作用によって、供給溝５５から貫通孔５４を介して、溝幅（溝断面積）が小さい複数の充填溝５２にそれぞれ流れ込み、配線基板４１と圧電層４０の間に第１電極４２が形成される。また、供給溝５５にも導電性インクが充填されることで、配線基板４１の上面に、第１電極４２とドライバＩＣ４５とを接続する配線４７が形成される。

ここで、複数の充填溝５２は大気連通溝５６に連通しており、導電性インクが充填される際に、充填溝５２内の空気が大気連通溝５６から大気連通孔５７を経由して上方へ抜ける。従って、複数の充填溝５２の隅々まで導電性インクが充填される。尚、図７に示すように、大気連通溝５６は２種類のリブが交互に並んだ複雑なラビリンス形状となっているため、充填溝５２に充填された導電性インクの一部が大気連通溝５６に流れ出したとしても、導電性インクが大気連通溝５６全体に充填されてしまうには至らず、導電性インクが外部へ流出することが防止される。

第１電極４２を形成した後、図８（ｄ）に示すように、インクジェットヘッド６０から、供給溝５９に導電性インク６１を吐出させる。すると、図８（ｅ）に示すように、供給溝５９から大気連通孔５７内に導電性インクが充填され、この充填された導電性インクは、圧電層４０の上面に形成されている引出電極４９に接触して導通する。また、供給溝５９に導電性インクが充填されることによって配線基板４１の上面にグランド配線４８が形成される。これにより、圧電層４０の上面に形成された第２電極４３の引出電極４９を、大気連通孔５７を利用して、配線基板４１の上面のグランド配線４８に接続することができる。尚、上述したように、第１電極４２となる複数の充填溝５２と大気連通孔５７との間の、大気連通溝５６は、ラビリンス形状に形成されていることから、大気連通孔５７に充填された導電性インクが、複数の充填溝５２まで到達して第１電極４２と導通してしまうことも防止される。

その後、充填された導電性インクを硬化させることによって、配線部材４１と複数の圧電素子４０とを接合する。例えば、熱硬化性樹脂を主成分とする導電性インクを使用した場合は、充填後に加熱工程を行う。

以上説明した本実施形態では、配線基板４１が圧電層４０に接触した状態で、配線基板４１に形成された複数の充填溝５２に、毛管力による浸透作用を利用して液状の導電性インクを充填することで、配線基板４１と圧電層４０の両方に接する第１電極４２を簡単に形成することができる。また、複数の充填溝５２に導電性インクが充填されてなる第１電極４２は、凹凸の少ない平坦な面に印刷等の他の方法で形成された場合と比べて、電極材料の配線基板４１に対する接触面積が大きくなるために密着性が高く、剥離しにくいという利点もある。

また、図８（ｃ）に示すように、配線基板４１を圧電層４０に接触させて、配線基板４１の充填溝５２と圧電層４０の上面との間に微小な隙間を形成してから、この隙間に導電性インク６１を充填している。この場合、配線基板４１が圧電層４０に接触する前の充填溝５２が開放されている状態と比べて、導電性インク６１に強い毛管力が作用するため、複数の充填溝５２の隅々まで導電性インク６１が充填されやすくなる。また、液状の導電性インク６１が、配線基板４１と圧電層４０の両方に接触した状態のまま硬化することから、この点からも、第１電極４２の、圧電層４０及び配線基板４１に対する密着性が高くなる。従って、第１電極４２の剥離が生じにくい。

さらに、配線基板４１の複数の充填溝５２は、配線基板４１が圧電層４０に接触した状態では、この圧電層４０によって塞がれることになるが、本実施形態では、配線基板４１に、複数の充填溝５２を大気に連通させる大気連通路５８が形成されている。そのため、配線基板４１が圧電層４０に接触した状態で、導電性インクを複数の充填溝５２に充填させる際に、複数の充填溝５２内の空気が大気連通路５８から外部へ抜けやすくなるため、複数の充填溝５２の隅々まで導電性インクを充填しやすくなる。さらに、図６に示すように、複数の充填溝５２は、供給溝５５側の貫通孔５４との連通部分から、大気連通路５８との連通部分に向けて延びている。そのため、供給溝５５から複数の充填溝５２に流れ込んだ導電性インクが大気連通路５８に向けて流れるため、一層充填溝５２から空気が抜けやすくなる。

本実施形態では、配線基板４１の接合面と反対側に、複数の充填溝５２よりも溝幅の大きい供給溝５５が形成されている。そして、この溝幅の大きい供給溝５５に向けて、インクジェットヘッド６０から導電性インク６１を吐出することで、供給溝５５から複数の充填溝５２へ、導電性インク６１を毛管力の作用で浸透させる。これによれば、溝幅の小さい複数の充填溝５２への導電性材料の充填が容易である。また、供給溝５５にも導電性インクを充填させることで、第１電極４２に導通する配線４７も同時に形成することができる。

また、供給溝５５は、局所的に溝幅が大きくなった液溜め部５５ｂを含んでいることから、この液溜め部５５ｂに導電性インク６１を吐出させることで、供給溝５５への導電性インク６１の供給が容易である。さらに、液溜め部５５ｂは、供給溝５５の、複数の充填溝５２と連通する側の端部に位置している。このように、供給溝５５の、充填溝５２に近い側の端部に導電性インク６１を着弾させることで、溝幅の小さい複数の充填溝５２に導電性インクを浸透させやすくなる。

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］第１電極４２を形成するための充填溝５２の形状は、前記実施形態のものには限られない。例えば、全ての充填溝５２が、導電性インクの供給先である貫通孔５４に接続され、貫通孔５４から放射状に延びていてもよい。あるいは、図９に示すように、複数の充填溝５２が交差して網目状に形成されてもよい。

２］複数の充填溝５２に連通する大気連通路５８は、前記実施形態の構成には限定されない。例えば、大気連通路５８が、配線基板４１の上面（接合面と反対側の面）で開口している必要はなく、図１０に示すように、配線基板４１の上面に開口する大気連通孔５７の代わりに、複数の充填溝５２に接続された大気連通溝５６が、配線基板４１の下面に沿って配線基板４１の端（縁）まで延びて開口していてもよい。

３］大気連通路５８（前記実施形態では大気連通溝５６）は、複数の充填溝５２に充填された液状の導電性材料が流れ出さないように、流動抵抗が高いことが好ましいが、その形状等は図７のような前記実施形態のものには限定されない。例えば、図１１に示すように、大気連通溝５６の一方の側面のみから複数のリブ５６ｃが突出して形成されていてもよい。また、リブがなくとも、溝幅を細くする、長さを長くする、あるいは、蛇行させて曲がり部を多くする等の工夫によって、大気連通溝５６の流動抵抗を高めることは可能である。

４］複数の充填溝５２へ導電性インクを充填するための供給溝５５の構成も、前記実施形態に対して適宜変更が可能である。例えば、インクジェットヘッド６０から吐出された導電性インク６１が着弾する液溜め部５５ｂの位置や形状を適宜変更できる。また、供給溝５５が、インクジェットヘッド６０から吐出された導電性インク６１を着弾させることができる程度に、十分大きな溝幅を有するのであれば、液溜め部５５ｂを省略することも可能である。

５］前記実施形態では、充填溝５２に充填した導電性インクを硬化させることで、配線基板４１と圧電素子４０とを接合していたが、導電性インクとは別の接着剤を用い、導電性インクの充填（第１電極の形成）とは別の工程で、配線基板４１を圧電素子４０に接合してもよい。

６］複数の充填溝５２への液状の導電性材料の充填は、インクジェットヘッド６０による導電性インク６１の吐出には限られない。例えば、液体注入用ニードルを備えたディスペンサーで所定量の液状導電性材料を注入する方法を採用することも可能である。

以上説明した実施形態及びその変更形態は、液体噴射装置であ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、本発明の圧電アクチュエータは、液体に圧力を付与する用途で使用されるものには限られない。例えば、固体物に変位や振動等を生じさせる用途に使用するものであってもよい。

４ インクジェットヘッド
２０ 流路ユニット
２１ 圧電アクチュエータ
４０ 圧電層
４１ 配線基板
４２ 第１電極
４３ 第２電極
４７ 配線
４８ グランド配線
４９ 引出電極
５０ 凹部
５２ 充填溝
５４ 貫通孔
５５ 供給溝
５６ａ，５６ｂ リブ
５６ 大気連通溝
５７ 大気連通孔
５８ 大気連通路
６０ インクジェットヘッド
６１ 導電性インク

Claims (15)

1. 液体を噴射するノズルを含む液体流路が形成された流路構造体と、前記流路構造体に設けられて前記液体流路内の液体に噴射エネルギーを付与する圧電アクチュエータとを備え、
   前記圧電アクチュエータは、
   圧電層と、
   前記圧電層の一表面に配置される第１電極と、
   前記第１電極と導通する配線が形成され、且つ、前記圧電層の前記一表面に接合される配線基板を有し、
   前記配線基板の前記圧電層との接合面に複数の充填溝が形成されて、前記複数の充填溝内に充填された導電性材料によって、前記圧電層と前記配線基板の両方に接する前記第１電極が形成され、
   前記配線基板には、前記配線基板が前記圧電層に接触した状態で前記複数の充填溝に繋がった通路が形成されていることを特徴とする液体噴射装置。
2. 前記配線基板の前記第１電極と接する部分は、それ以外の部分よりも薄く形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。
3. 前記配線基板の前記圧電層の接合面と反対側の面には、前記充填溝よりも溝幅の大きい供給溝が形成され、
   前記供給溝は、前記配線基板を厚み方向に貫通する貫通孔を介して前記複数の充填溝と連通し、
   前記供給溝から前記貫通孔を介して前記複数の充填溝に充填された前記導電性材料によって、前記配線基板の接合面に前記第１電極が形成されるとともに、前記接合面と反対側の面に、前記第１電極に導通する前記配線が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体噴射装置。
4. 前記複数の充填溝は、それぞれ、前記貫通孔との連通部分から前記通路との連通部分に向けて延びていることを特徴とする請求項３に記載の液体噴射装置。
5. 前記通路内には、複数のリブが通路長さ方向に沿って配置されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の液体噴射装置。
6. 前記通路は、大気と連通していることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の液体噴射装置。
7. 前記圧電アクチュエータは、前記第１電極との間で前記圧電層を挟むように、前記圧電層の前記一表面と反対側の面に配置される第２電極を有し、
   前記圧電層の前記一表面には、前記第２電極に導通する引出電極が設けられ、
   前記配線基板の前記通路は、前記配線基板の前記接合面に形成されて前記複数の充填溝と接続された溝と、前記配線基板を厚み方向に貫通するとともに前記溝と接続された孔とを有し、
   前記引出電極は、前記孔内に充填された前記導電性材料と導通していることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の液体噴射装置。
8. 圧電層と、
   前記圧電層の一表面に配置される第１電極と、
   前記第１電極と導通する配線が形成され、且つ、前記圧電層の前記一表面に接合される配線基板を有し、
   前記配線基板の前記圧電層との接合面に複数の充填溝が形成されて、前記複数の充填溝内に充填された導電性材料によって、前記圧電層と前記配線基板の両方に接する前記第１電極が形成され、
   前記配線基板には、前記配線基板が前記圧電層に接触した状態で前記複数の充填溝に繋がった通路が形成されていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
9. 液体を噴射するノズルを含む液体流路が形成された流路構造体と、前記流路構造体に設けられて前記液体流路内の液体に噴射エネルギーを付与する圧電アクチュエータとを備え、
   前記圧電アクチュエータが、圧電層と、前記圧電層の一表面に配置される第１電極と、前記第１電極と導通する配線が形成され、且つ、前記圧電層の前記一表面に接合される配線基板を有する、液体噴射装置の製造方法であって、
   前記配線基板の前記圧電層との接合面に複数の充填溝を形成する溝形成工程と、
   前記配線基板に、前記配線基板が前記圧電層に接触した状態で前記複数の充填溝を大気に連通させる大気連通路を形成する大気連通路形成工程と、
   前記配線基板を前記圧電層の前記一表面に接触させてから、前記複数の充填溝に液状の導電性材料を充填することにより、前記接合面に前記第１電極を形成する電極形成工程と、
   前記配線基板の前記接合面を前記圧電層に接合する接合工程と、
   を備えていることを特徴とする液体噴射装置の製造方法。
10. 前記溝形成工程において、前記配線基板の前記接合面と反対側の面に、前記複数の充填溝に連通する供給溝を形成し、
    前記電極形成工程において、インクジェットヘッドにより前記供給溝に導電性インクを吐出して、前記供給溝から前記複数の充填溝に前記導電性インクを充填させることを特徴とする請求項９に記載の液体噴射装置の製造方法。
11. 前記電極形成工程において、前記供給溝の、前記複数の充填溝と連通する側の端部に向けて、前記インクジェットヘッドから前記導電性インクを吐出させることを特徴とする請求項１０に記載の液体噴射装置の製造方法。
12. 前記圧電アクチュエータは、前記第１電極との間で前記圧電層を挟むように、前記圧電層の前記一表面と反対側の面に配置された第２電極と、前記圧電層の前記一表面に設けられ、前記第２電極に導通する引出電極と、をさらに有するものであり、
    前記大気連通路形成工程において、前記配線基板の前記接合面に前記複数の充填溝と接続された大気連通溝を形成するとともに、前記配線基板を厚み方向に貫通し、且つ、前記大気連通溝と接続された大気連通孔とを形成し、
    前記電極形成工程において、前記複数の充填溝に液状の導電性材料を充填して前記第１電極を形成した後に、前記大気連通孔内にも前記引出電極と導通するように前記液状の導電性材料を充填することを特徴とする請求項９〜１１の何れかに記載の液体噴射装置の製造方法。
13. 圧電層と、
    前記圧電層の一表面に配置される第１電極と、
    前記第１電極と導通する配線が形成され、且つ、前記圧電層の前記一表面に接合される配線基板を有し、
    さらに、前記配線基板の前記圧電層との接合面に形成された溝内に、前記圧電層と前記配線基板の両方に接する前記第１電極が位置しており、
    前記配線基板には、前記第１電極が位置する前記溝に繋がった通路が形成されていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
14. 前記通路は、大気と連通してい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。
15. 液体を噴射するノズルを含む液体流路が形成された流路構造体と、前記流路構造体に設けられた前記液体流路内の液体に噴射エネルギーを付与する請求項１３又は１４に記載の圧電アクチュエータと、を備えることを特徴とする液体噴射装置。

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