JP6375992B2 - 液体吐出装置、及び、圧電アクチュエータの製造方法 - Google Patents

液体吐出装置、及び、圧電アクチュエータの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、液体吐出装置、及び、液体吐出装置の圧電アクチュエータの製造方法に関する。
特許文献1には、液体吐出装置として、走査方向に移動しながら記録媒体に対してインクを吐出する、インクジェットプリンタのインクジェットヘッドが開示されている。このインクジェットヘッドは、複数のノズルが形成されたノズルプレートと、複数の圧力室が形成された流路形成部材と、流路形成部材の上面に、複数の圧力室に対応して設けられた複数の圧電素子とを備える。
ノズルプレートに形成された複数のノズルは2列に配列されている。また、複数のノズルの配列に対応して、複数の圧力室、及び、複数の圧電素子も2列に配列されている。各圧電素子の個別電極は、圧電体膜の下側に配置されている。この個別電極には配線(リード電極)が接続されている。各配線は、対応する個別電極から、ノズル配列方向と直交する方向に沿って、2つの圧電素子列の間の領域まで引き出されている。流路形成部材の上面の、2つの圧電素子列の間の領域には、配線部材が接合されている。配線部材は、複数の個別電極から引き出された複数の配線と電気的に接続されている。
特開2014−188717号公報(図2等)
特許文献1では、流路形成部材の上面において、各個別電極に接続された配線が2つの圧電素子列の間の領域に引き出され、この領域に配線部材が接合されている。この構成では、流路形成部材の上面に、配線部材との接合領域を確保するために、2つの圧電素子列を離して配置する必要があり、これに伴って、2つのノズル列の距離も大きくなってしまう。2つのノズル列の距離が大きくなると様々な問題が生じる。例えば、インクジェットヘッドの走査方向に往復移動する際の、その1回の移動(パスともいう)における移動距離が長くなる。また、インクジェットヘッドが傾いて取り付けられた場合には、2つのノズル列からそれぞれ吐出されるインクの着弾位置ズレが大きくなる。さらに、ノズルプレートのサイズが大きくなるという問題もあり、コストアップに繋がる。
本発明の目的は、2列の個別電極からの配線の引き出しを工夫することにより、2つのノズル列の距離を小さくすることである。
課題を解決するための手段及び発明の効果
第1の発明の液体吐出装置は、第1方向に沿って配列された複数の第1圧力室と、前記第1方向に沿って配列され、且つ、前記複数の第1圧力室に対して前記第1方向と直交する第2方向における一方側に配置された複数の第2圧力室とを有する流路基板と、前記第1圧力室と対向する複数の第1個別電極と、前記第2圧力室と対向する複数の第2個別電極と、複数の前記第1個別電極と複数の前記第2個別電極とを覆うように配置された圧電膜と、前記圧電膜を覆い、且つ、前記複数の第1個別電極及び前記複数の第2個別電極と対向するように配置された共通電極と、前記第1個別電極の前記圧電膜から露出した露出部に接続され、前記露出部から、前記第1方向において隣接する2つの前記第2個別電極の間を通過して、前記第2方向における前記一方側に延びる第1配線と、を備え、
前記共通電極は、前記隣接する2つの第2個別電極と対向する部分の間に、前記第1配線と重ならないように、前記第2方向における前記一方側から切り欠かれた切欠形状を有し、前記第1配線は、前記露出部から前記圧電膜の上面まで連続的に形成されていることを特徴とするものである。
流路基板には、第1方向に配列された複数の第1圧力室と、第1方向に配列され、且つ、第1圧力室に対して第2方向における一方側に配置された複数の第2圧力室が形成されている。また、第1圧力室には第1個別電極が対向し、第2圧力室には第2個別電極が対向している。第1圧力室と第2圧力室の配置関係に従って、第2個別電極は、第1個別電極に対して、第2方向における前記一方側に配置される。圧電膜は、第1個別電極と第2個別電極を覆うように配置されている。また、第1個別電極は、圧電膜から露出した露出部を有し、この露出部に第1配線が接続されている。第1配線は、露出部から、第1方向に隣接する2つの第2個別電極の間を通過して、第2方向における前記一方側に延びている。
つまり、本発明では、第1個別電極に接続された第1配線が、2つの第2個別電極の間を通過して、第2方向における前記一方側に延びている。この構成では、複数の第1個別電極と複数の第2個別電極との間に、第1配線と接続される接点の配置領域を確保する必要がないため、第1圧力室と第2圧力室の第2方向における距離を狭めることができる。これにより、第1圧力室に連通するノズルと、第2圧力室に連通するノズルの、第2方向における距離も小さくすることができる。
また、第1個別電極は、圧電膜によって覆われる電極であるから、この第1個別電極に接続され、且つ、2つの第2個別電極の間を通過する第1配線が、圧電膜の下側に配置された構成を採用することもできる。この場合には、先に第1配線を形成してから、その上に圧電膜を成膜することになる。しかし、第1配線が先に形成されていると、圧電膜の成膜ムラや配向性の変化などの問題が生じる虞がある。この点、本発明では、第1配線は、第1個別電極の露出部から圧電膜の上面まで連続的に形成されている。この構成では、圧電膜が成膜された後に第1配線が形成されるため、第1配線の上に圧電膜を成膜することに起因する、上述の問題が生じない。また、第1配線が、露出部から圧電膜の上面まで連続的に配置されているため、第1配線が圧電膜の上に乗り上げていない構成と比べて、第1個別電極の露出部との導通信頼性が高くなる。
また、本発明では、2つの第2個別電極の間では、圧電膜を覆っている共通電極が第2方向における前記一方側から切り欠かれた切欠形状になっている。そのため、圧電膜の上に形成される第1配線を、共通電極と接触させることなく、2つの第2個別電極の間に配置することができる。
第2の発明の液体吐出装置は、前記第1の発明において、前記圧電膜の、前記第1方向において隣接する2つの前記第2個別電極の間の部分には、前記第2方向に沿って延びるスリットが形成され、前記第1個別電極の一部が前記スリットまで延びて、前記スリットにおいて前記圧電膜から露出して、前記露出部を構成していることを特徴とするものである。
本発明では、圧電膜の、第2圧力室とそれぞれ対向する部分の間にスリットが形成されていることから、圧力室と対向する部分を大きく変形させやすくなる。尚、2つの第2個別電極の間において、共通電極が切欠形状に形成されていることから、スリットにおける、第1配線と共通電極の短絡が防止される。
第3の発明の液体吐出装置は、前記第1又は第2の発明において、前記共通電極の異なる2つの部分と接触する補助導体を備えていることを特徴とするものである。
補助導体により、共通電極の2つの部分の間に、共通電極とは別の電流経路が形成される。そのため、共通電極の上記2つの部分の間での電位差が小さくなり、その結果、複数の圧力室の間での圧電膜への印加電圧(個別電極と共通電極の間の電圧)のばらつきが抑えられる。
第4の発明の液体吐出装置は、前記第3の発明において、前記補助導体は、前記第1個別電極よりも前記第2方向における他方側において前記第1方向に延び、且つ、前記第1方向において離れた前記共通電極の2つの部分と接触する第1導電部を有することを特徴とするものである。
本発明では、第1個別電極よりも前記第2方向における他方側において、第1導電部が、共通電極の、第1方向に離れた2つの部分を繋ぐように配置されているため、上記2つの部分の間での電位差が小さくなる。これにより、第1方向に配列された複数の第1圧力室の間での、圧電膜への印加電圧(個別電極と共通電極の間の電圧)のばらつきが抑えられる。尚、本発明では、第1個別電極に接続された第1配線は、第2方向の一方側(第2個別電極側)に延びているため、第1個別電極の、第2個別電極と反対側(第2方向における他方側)には、第1方向に延びる第1導電部を配置することが可能である。
第5の発明の液体吐出装置は、前記第4の発明において、前記補助導体は、前記第1導電部から、前記第1方向に隣接する2つの前記第1個別電極の間において前記第2方向に延び、且つ、前記共通電極と接触する、第2導電部を有することを特徴とするものである。
本発明では、第1方向に隣接する2つの第1個別電極の間において、第2方向に延びる第2導電部が配置されている。また、第2導電部は共通電極と接触している。これにより、共通電極の、各第1圧力室と対向する電極部分に対して、共通電極自体による電流経路に加えて、補助導体の第1導電部と第2導電部による電流経路が増えることになる。これにより、第1圧力室と第2圧力室の間での、共通電極の圧力室と対向する電極部分の電位差を小さくして、圧電膜への印加電圧のばらつきを抑えることができる。また、隣接する2つの第2個別電極の間に第1配線が配置される一方で、隣接する2つの第1個別電極の間にも第2導電部が配置されることで、第1圧力室と第2圧力室との間で、圧電膜の変形に関する条件を近づけることができ、圧電膜の変形特性の差を小さくすることができる。
前記第5の発明において、前記2つの第2個別電極の間を通過する前記第1配線の前記第1方向における幅と、前記2つの第1個別電極の間に配置された前記第2導電部の前記第1方向における幅とが等しいことが好ましい(第6の発明)。また、前記補助導体と前記第1配線とが同じ材料で形成されていることが好ましい(第7の発明)。あるいは、前記補助導体と前記第1配線の厚みが同じであることが好ましい(第8の発明)。このように、第1配線と第2導電部の間で、幅、材料、又は、厚みを同じにすることで、第1圧力室と第2圧力室との間での圧電膜の変形特性の差をさらに小さくすることができる。
第9の発明の液体吐出装置は、前記第5〜第8の何れかの発明において、前記第2導電部が配置されている領域において、前記共通電極に開口部が形成されていることを特徴とするものである。
ものである。
本発明では、2つの第1個別電極の間の、第2導電部が配置されている領域において、共通電極に開口部が形成され、この領域には共通電極が配置されていない。そのため、第1圧力室と第2圧力室との間での、圧電膜の変形に関する条件が近づき、両者の間での圧電膜の変形特性差をさらに小さくすることができる。
第10の発明の液体吐出装置は、前記第9の発明において、前記共通電極の、前記第1方向に隣接する2つの第2個別電極と対向する部分の間に、前記第2方向に延びる切欠部が形成され、前記共通電極の、前記第1方向に隣接する2つの第1個別電極と対向する部分の間に形成された前記開口部も、前記第2方向に延びており、前記切欠部と前記開口部の間で、前記第2方向における長さと、前記第1方向における幅が、共に等しいことを特徴とするものである。
第1圧力室と第2圧力室との間での、圧電膜の変形に関する条件をさらに近づけるためには、共通電極の、2つの第1個別電極の間に配置される切欠部と、2つの第2個別電極の間に配置される開口部の、長さと幅が共に等しいことが好ましい。
第11の発明の液体吐出装置は、前記第4〜第10の何れかの発明において、前記補助導体は、前記複数の第1個別電極及び前記複数の第2個別電極よりも前記第1方向における外側において、前記第1導電部から前記第2方向の前記一方側に延びる、第3導電部を有することを特徴とするものである。
本発明では、第1導電部に、第2方向に延びる第3導電部が接続されている。これにより、共通電極の、第2方向に離れた2つの部分の間の電位差が小さくなる。
第12の発明の液体吐出装置は、前記第10の発明において、前記第2個別電極から前記第2方向における前記一方側に延びる第2配線を備えていることを特徴とするものである。
本発明では、第2個別電極に接続された第2配線も、第1個別電極に接続された第1配線と同じく、第2方向における前記一方側に引き出されている。そのため、複数の第1個別電極と複数の第2個別電極との間に、第2配線と接続される接点の配置領域を確保する必要がない。
第13の発明の液体吐出装置は、前記第12の発明において、前記流路基板の、前記第2圧力室よりも前記第2方向における前記一方側に設けられ、前記第1配線と接続される第1接点と、前記第2配線と接続される第2接点と、前記補助導体の前記第3導電部に接続される第3接点とを有する、電気接続部を備えていることを特徴とするものである。
本発明では、第1導電部が、第2方向に延びる第3導電部を介して、電気接続部の第3接点と接続されている。従って、この第3導電部と前記第1導電部により、共通電極の、第1圧力室と対向する電極部分と、電気接続部の第3接点との間での電流経路が増える。そのため、第3接点から遠い位置にある第1圧力室と、第3接点に近い位置にある第2圧力室との間での、圧電膜への印加電圧の差を小さく抑えることができる。
第12の発明の液体吐出装置は、前記第3の発明において、前記補助導体は、前記第1方向に隣接する2つの前記第1個別電極の間において前記第2方向に延び、前記第2方向において離れた前記共通電極の2つの部分と接触することを特徴とするものである。
本発明では、第1圧力室と対向する電極部分に対して、共通電極自体の電流経路に加えて、補助導体による電流経路が増えることになる。従って、第1圧力室と第2圧力室との間での、共通電極の圧力室と対向する電極部分の電位差が小さくなり、圧電膜への印加電圧のばらつきが抑えられる。また、隣接する2つの第2個別電極の間に第1配線が配置される一方で、隣接する2つの第1個別電極の間に補助導体が配置されることで、第1圧力室と第2圧力室との間で、圧電膜の変形に関する条件を近づけることができ、圧電膜の変形特性差を小さくすることができる。
前記第12の発明において、前記2つの第2個別電極の間を通過する前記第1配線の前記第1方向における幅と、前記2つの第1個別電極の間に配置された前記補助導体の前記第1方向における幅とが等しいことが好ましい(第13の発明)。また、前記補助導体と前記第1配線とが同じ材料で形成されていることが好ましい(第14の発明)。あるいは、前記補助導体と前記第1配線の厚みが同じであることが好ましい(第15の発明)。このように、第1配線と補助導体の間で、幅、材料、又は、厚みを同じにすることで、第1圧力室と第2圧力室との間の圧電膜の変形特性差を小さくすることができる。
第16の発明の液体吐出装置は、前記第1〜第15の何れかの発明において、前記第1配線は、金又はアルミニウムで形成されていることを特徴とするものである。
圧電膜を成膜する前に第1配線が形成されていると、この第1配線の材質によっては、後に成膜する圧電膜の配向性が変化する場合がある。この問題を回避するために、第1配線を、白金(Pt)などの、圧電膜の配向性に影響を及ぼす虞が少ない材料で形成する必要が生じる。つまり、個別配線の材料選定に制約が生じ、白金よりも安価な材料、あるいは、電気抵抗率の低い材料を使用しにくくなる。一方、本発明では、第1配線は、露出部から圧電膜の上面まで連続的に形成されており、第1配線は、圧電膜の成膜後に形成される。従って、第1配線の材質は圧電膜の配向性に影響を与えない。そのため、電気抵抗を小さくする、あるいは、コストダウンを図る等の観点から、第1配線を金やアルミニウムで形成することができる。
第17の発明の圧電アクチュエータの製造方法は、流路基板に、第1方向に沿って配列された複数の第1個別電極と、前記第1方向に沿って配列され、且つ、前記複数の第1個別電極に対して前記第1方向と直交する第2方向における一方側に配置された複数の第2個別電極とを形成する、個別電極形成工程と、前記複数の第1個別電極及び前記複数の第2個別電極を覆うように圧電膜を成膜する、成膜工程と、前記第1個別電極の一部分を覆っている前記圧電膜を除去して、前記圧電膜から露出する露出部を形成する露出部形成工程と、前記圧電膜の前記流路基板と反対側の面に、前記複数の第1個別電極及び前記複数の第2個別電極と対向し、且つ、前記第1方向に隣接する2つの前記第2個別電極と対向する部分の間に、前記第2方向における前記一方側から切り欠かれた切欠形状を有する共通電極を形成する、共通電極形成工程と、前記共通電極形成工程の後に、前記露出部に接続され、且つ、前記2つの第2個別電極の間の前記共通電極の前記切欠形状が形成された領域を通過して、前記第2方向における前記一方側に延びる配線を形成する、配線形成工程と、を備えていることを特徴とするものである。
本発明では、複数の第1個別電極と複数の第2個別電極を覆う圧電膜を成膜してから、隣接する2つの第2個別電極の間において切欠形状を有する共通電極を形成する。その後に、第1個別電極に接続される配線を、2つの第2個別電極の間の、共通電極の切欠形状が形成された領域を通過するように形成する。
第1個別電極の配線が、隣接する2つの第2個別電極の間を通過して第2方向における前記一方側へ延びることから、第1個別電極と第2個別電極との間に、第1配線と接続される接点の配置領域を確保する必要がない。そのため、第1圧力室に連通するノズルと、第2圧力室に連通するノズルの、第2方向における距離を狭めることができる。また、本発明では、圧電膜を成膜した後に配線を形成する。そのため、先に配線を形成してその上に圧電膜を成膜する場合と違って、配線による圧電膜への悪影響が生じない。また、2つの第2個別電極の間では、共通電極が切欠形状になっていることから、第1個別電極に接続される配線を、共通電極と接触させることなく、2つの第2個別電極の間に配置することができる。
第18の発明の圧電アクチュエータの製造方法は、前記第17の発明において、前記配線形成工程において、前記配線を、前記露出部から前記圧電膜の上面まで連続的に延びるように形成することを特徴とするものである。
本発明では、配線を、露出部から圧電膜の上面まで延びるように連続的に形成するため、配線と第1個別電極の露出部との導通信頼性が高くなる。
第19の発明の圧電アクチュエータの製造方法は、前記第17又は第18の発明において、前記共通電極の異なる2つの部分とそれぞれ接触する補助導体を形成する、補助導体形成工程を備え、前記配線と前記補助導体とを、同じ材料を用いて同一の成膜プロセスによって形成することを特徴とするものである。
共通電極の上に、この共通電極の異なる2つの部分を繋ぐように補助導体が配置されることで、前記2つの部分の電位差が小さくなるため、異なる圧力室間での圧電膜への印加電圧のばらつきが抑えられる。また、第1個別電極に接続される配線と、補助導体とを、同じ材料を用いて同じ成膜プロセスで形成することで、配線と補助導体とを一度に形成することができる。
本実施形態に係るプリンタの概略的な上面図である。 4つのヘッドユニットが取り付けられたキャリッジの断面図である。 インクジェットヘッドの1つのヘッドユニットの上面図である。 図3のIV-IV線断面図である。 ヘッドユニットの上部基板の上面図である。 (a)は図5のA−A線断面図、(b)は図5のB−B線断面図である。 第1露出部と第1配線との接続部分の拡大図であり、(a)は第1配線が圧電膜の上面まで形成されている場合、(b)は第1配線が圧電膜の上面まで形成されていない場合をそれぞれ示す。 圧電アクチュエータの製造工程を示す図である。 変更形態のヘッドユニットのヘッド本体部の上面図である。 別の変更形態のヘッドユニットの上面図である。 別の変更形態のヘッドユニットの上面図である。 別の変更形態のヘッドユニットの上面図である。 別の変更形態のヘッドユニットの上面図である。 別の変更形態のヘッドユニットの上面図である。 別の変更形態のヘッドユニットの上面図である。 別の変更形態のヘッドユニットの上面図である。 図16のC−C線断面図である。
次に、本発明の実施形態について説明する。図1は、本実施形態に係るプリンタの概略的な上面図である。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、図1に示す前後左右の各方向をプリンタの「前」「後」「左」「右」と定義する。また、紙面手前側を「上」、紙面向こう側を「下」とそれぞれ定義する。その上で、以下では、前後左右上下の各方向語を適宜使用して説明する。
<プリンタの概略構成>
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、カートリッジホルダ5と、搬送機構6と、制御装置7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。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に沿って左右方向(以下、走査方向ともいう)に往復移動可能に構成されている。キャリッジ3には無端ベルト14が連結され、キャリッジ駆動モータ15によって無端ベルト14が駆動されることで、キャリッジ3は走査方向に移動する。
インクジェットヘッド4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は、走査方向に並ぶ4つのヘッドユニット20を備えている。インクジェットヘッド4は、4色(ブラック、イエロー、シアン、マゼンタ)のインクカートリッジ17が装着されるカートリッジホルダ5と、図示しないチューブによってそれぞれ接続されている。各ヘッドユニット20は、その下面(図1の紙面向こう側の面)に形成された複数のノズル30(図2〜図5参照)を有する。各ヘッドユニット20のノズル30は、インクカートリッジ17から供給されたインクを、プラテン2に載置された記録用紙100に向けて吐出する。
搬送機構6は、前後方向にプラテン2を挟むように配置された2つの搬送ローラ18,19を有する。搬送機構6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を前方(以下、搬送方向ともいう)に搬送する。
制御装置7は、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、及び、各種制御回路を含むASIC(Application Specific Integrated Circuit)等を備える。 制御装置7は、ROMに格納されたプログラムに従い、ASICにより、記録用紙100への印刷や、インクジェットヘッド4のメンテナンス等の各種処理を実行する。
例えば、印刷処理においては、制御装置7は、PC等の外部装置から入力された印刷指令に基づいて、インクジェットヘッド4やキャリッジ駆動モータ15等を制御して、記録用紙100に画像等を印刷させる。具体的には、キャリッジ3とともにインクジェットヘッド4を走査方向に移動させながらインクを吐出させるインク吐出動作と、搬送ローラ18,19によって記録用紙100を搬送方向に所定量搬送する搬送動作とを、交互に行わせる。
<インクジェットヘッドの詳細>
次に、インクジェットヘッド4の詳細構成について説明する。図2は、4つのヘッドユニット20が取り付けられたキャリッジ3の断面図である。図3は、インクジェットヘッド4の1つのヘッドユニット20の上面図である。
図2に示すように、キャリッジ3の下部には板状のユニットホルダ33が設けられ、このユニットホルダ33の上面に、4つのヘッドユニット20が走査方向に並べて取り付けられている。また、キャリッジ3には、4つのヘッドユニット20の上方において4つのヘッドユニット20に跨って配置された回路基板34が設けられている。回路基板34は、プリンタ1の制御装置7(図1参照)と電気的に接続されており、制御装置7からの指令を受けて、各ヘッドユニット20に対して様々な制御信号を出力する。4つのヘッドユニット20は、配線部材であるCOF35(Chip On Film)によって、回路基板34とそれぞれ接続されている。
各ヘッドユニット20の下面には複数のノズル30が形成されている。各ヘッドユニット20の複数のノズル30は、ユニットホルダ33に形成された開口から露出している。図3に示すように、複数のノズル30は、搬送方向に沿って配列されて、2つのノズル列31を構成している。尚、2つのノズル列31の間において、ノズル30の位置が搬送方向にずれており、複数のノズル30が、いわゆる千鳥状に配置されている。
1つのヘッドユニット20の2つのノズル列31は、それぞれ、異なる色のインクを吐出する。尚、以下の説明において、プリンタ1の構成要素のうち、ブラック(K)、イエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)のインクにそれぞれ対応するものについては、その構成要素を示す符号の後に、どのインクに対応するかが分かるように、適宜、ブラックを示す“k”、イエローを示す“y”、シアンを示す“c”、マゼンタを示す“m”の何れかの記号を付す。例えば、ノズル31kとは、ブラックインクを吐出するノズル列31を指す。
4つのヘッドユニット20の全体で、4色のインクをそれぞれ吐出する4種類のノズル列31が左右対称に配置されている。具体的には、4つのヘッドユニット20のうち、走査方向における内側に配置されたヘッドユニット201とヘッドユニット202の各々は、内側に位置するブラックのノズル列31kと、外側に位置するマゼンタのノズル列31mを有する。また、ヘッドユニット201の左側に配置されたヘッドユニット203と、ヘッドユニット202の右側に配置されたヘッドユニット204、つまり、外側2つのヘッドユニット203,204の各々は、内側に位置するシアンのノズル列31cと、外側に位置するイエローのノズル列31yを有する。
つまり、4つのヘッドユニット20を有するインクジェットヘッド4全体で、1色のインクにつき2つのノズル列31、合計8つのノズル列31が存在する。そして、これら8つのノズル列31は、内側から左右両側に向けて、ブラックのノズル列31k、マゼンタのノズル列31m、シアンのノズル列31c、イエローのノズル列31yの順で配置されている。尚、図2において、各色のノズル30及びノズル列31について、左側に配置されているものについては、符号“1”を付し、右側に配置されているものについては、符号“2”を付している。例えば、ノズル30c1とは、左側に配置された、シアンインクを吐出するノズル30のことである。
即ち、中央側からブラック、マゼンタ、シアン、イエローの順で、4色のノズル列31が左右対称に配置されている。上記の構成では、キャリッジ3が左方に移動する場合と右方に移動する場合とで、記録用紙100への4色のインクの着弾順序を同じにすることができる。これにより、双方向印字において、キャリッジ3が左方に移動する際に形成される画像部分と、右方に移動する際に形成される画像部分との間の、色目の違いを小さく抑えることが可能となる。
<ヘッドユニットの構成>
次に、ヘッドユニット20の具体的な構成について説明する。尚、インクジェットヘッド4の4つのヘッドユニット20は、全て同じ構成であるため、そのうちの1つについて説明を行い、他のヘッドユニット20については説明を省略する。図4は、図3のIV-IV線断面図である。図5は、ヘッドユニット20(上部基板46)の上面図である。図6(a)は図5のA−A線断面図、(b)は図5のB−B線断面図である。尚、図5では、図4、図6に示されている保護部材42が二点鎖線で概略的に示されている。
図3、図4に示すように、ヘッドユニット20は、ホルダ部材40と、このホルダ部材40に保持されたヘッド本体部43とを有する。ホルダ部材40は、合成樹脂や金属等で形成されている。ホルダ部材40の、ヘッド本体部43を走査方向(左右方向)に挟む2つの部分には、左右2つのインク供給流路44がそれぞれ形成されている。
ヘッドユニット20の上方に配置された回路基板34には貫通孔34aが形成され、この貫通孔34aにおいて、ヘッドユニット20へインクを供給するための筒状の流路部材41が、回路基板34を貫通している。ホルダ部材40のインク供給流路44は、上記の流路部材41を介して、カートリッジホルダ5(図1参照)と接続されている。そして、カートリッジホルダ5に装着された2色(ブラックとマゼンタ、あるいは、シアンとイエロー)のインクカートリッジ17のインクが、インク供給流路44を介して、ヘッド本体部43へそれぞれ供給される。また、ホルダ部材40の左端部には、ヘッド本体部43の圧電アクチュエータ49に接続されるCOF35を通すための貫通孔34bが形成されている。
ヘッド本体部43は、上部基板46、中間基板47、下部基板48、圧電アクチュエータ49を有する。上部基板46、中間基板47、及び、下部基板48には、それぞれ、インク流路の一部となる流路孔が形成されている。尚、上部基板46、中間基板47、及び、下部基板48は、それぞれ、シリコン単結晶基板からなる。
図4〜図6に示すように、上部基板46には、複数の圧力室51が形成されている。複数の圧力室51は、右側に配列された複数の第1圧力室51aと、左側に配列された複数の第2圧力室51bを含む。複数の第1圧力室51aは、右側のノズル列31を構成する複数のノズル30にそれぞれ対応して搬送方向に配列されている。複数の第2圧力室51bは、複数の第1圧力室51aよりも左側において、左側のノズル列31を構成する複数のノズル30にそれぞれ対応して搬送方向に配列されている。各圧力室51は、走査方向に長い矩形の平面形状を有する。
上部基板46は、複数の圧力室51(第1圧力室51a、第2圧力室51b)を覆う振動膜57を有する。振動膜57は、シリコンの上部基板46の一部を酸化、又は、窒化することによって形成された、二酸化シリコン(SiO2)、あるいは、窒化シリコン(SiNx)からなる膜である。上部基板46の左端部の上面には、後述する圧電アクチュエータ49の接点71a,71b,72が配置された、電気接続部70が設けられている。この電気接続部70にはCOF35が接合される。
中間基板47は、上部基板46の下面に接合されている。中間基板47には、ホルダ部材40の2つのインク供給流路44とそれぞれ連通する、左右2つのマニホールド52が形成されている。右側のマニホールド52は、複数の第1圧力室51aの右端部と重なり、且つ、搬送方向(図4の紙面垂直方向)に延びている。左側のマニホールド52は、複数の第2圧力室51bの左端部と重なり、且つ、搬送方向に延びている。尚、中間基板47のマニホールド52は、圧力室51よりも走査方向における外側に張り出して形成されている。そのため、中間基板47の走査方向における幅は、上部基板46の走査方向における幅よりも大きくなっている。
各マニホールド52の下側は、合成樹脂製のフィルム56によって覆われている。フィルム56の下側には、ヘッドユニット20を保持するユニットホルダ33が配置されている。中間基板47には、マニホールド52と複数の圧力室51とをそれぞれ連通させる、複数の連通孔53が形成されている。さらに、中間基板47には、複数の圧力室51と、次述の下部基板48に形成された複数のノズル30とをそれぞれ連通させる、複数の連通孔54も形成されている。
下部基板48は、中間基板47の下面に接合されている。この下部基板48には、搬送方向に配列された複数のノズル30が形成されている。上述したように、複数のノズル30は2つのノズル列31を構成している。各ノズル30は、中間基板47に形成された連通孔54を介して、上部基板46の圧力室51(第1圧力室51a、第2圧力室51b)と連通している。尚、下部基板48は、中間基板47の下面全域に接合されているのではなく、中間基板47の、複数の連通孔54が形成されている領域にのみ接合されている。そのため、下部基板48の走査方向における幅は、上部基板46の幅、及び、中間基板47の幅よりも小さくなっている。
圧電アクチュエータ49は、複数の圧力室51内のインクに、それぞれノズル30から吐出させるための吐出エネルギーを付与するものである。図4〜図6に示すように、圧電アクチュエータ49は、上部基板46の振動膜57の上面に配置されている。圧電アクチュエータ49は、複数の個別電極60、圧電膜61、及び、共通電極62等を有する。
複数の個別電極60は、上部基板46の振動膜57の上面に、複数の圧力室51にそれぞれ対向して配置されている。即ち、複数の第1圧力室51aにそれぞれ対応して、複数の第1個別電極60aが搬送方向に配列され、複数の第2圧力室51bにそれぞれ対応して、複数の第2個別電極60bが搬送方向に配列されている。各個別電極60は、白金(Pt)で形成されている。各個別電極60は、圧力室51よりも小さい矩形の平面形状を有する。
図5、図6に示すように、振動膜57の上面には、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)等の圧電材料からなる圧電膜61が形成されている。圧電膜61は、右側の複数の第1個別電極60aと左側の複数の第2個別電極60bの両方を、共通に覆っている。図5、図6(b)に示すように、圧電膜61の右側部分の、搬送方向に隣接する2つの第1個別電極60aの間の部分には、走査方向に沿って延びるスリット64が形成されている。また、図5、図6(a)に示すように、圧電膜61の左側部分の、搬送方向に隣接する2つの第2個別電極60bの間の部分にも、走査方向に沿って延びるスリット64が形成されている。別の言い方をすれば、各個別電極60の、搬送方向における両側に、圧電膜61の2つのスリット64がそれぞれ配置されている。尚、第1個別電極60aの間に配置されている右側のスリット64と、第2個別電極60bの間に配置されている左側のスリット64とで、走査方向における長さ、及び、搬送方向における幅が同じである。搬送方向に隣接する2つの個別電極60の間において、圧電膜61にスリット64が形成されていることにより、圧電膜61の、各圧力室51と対向する部分を大きく変形させやすくなる。
第1個別電極60aの左端部は、第1圧力室51aの左端よりもさらに左方へ延び、圧電膜61のスリット64の右端部と重なる位置に配置されている。このスリット64において、第1個別電極60aの左端部が圧電膜61から露出して、第1露出部65を構成している。第2個別電極60bの左端部は、第2圧力室51bの左端よりもさらに左方へ延びて、圧電膜61の左側の縁から露出し、第2露出部66を構成している。
共通電極62は、圧電膜61を覆うように配置されている。この共通電極62は、例えば、イリジウム(Ir)で形成されている。また、共通電極62は、複数の個別電極60(第1個別電極60a、第2個別電極60b)と、圧電膜61を挟んで対向している。共通電極62の左側部分には、搬送方向に隣接する2つの第2個別電極60bと対向する部分の間に、左側から切り欠かれた切欠部68が形成されている。これにより、共通電極62の左側部分は、共通電極62の中央部から左方に向けて延びる櫛歯形状に形成されている。言い換えれば、搬送方向に隣接する2つの第2個別電極60bの間には、共通電極62が配置されていない。
尚、圧電膜61の、個別電極60と共通電極62と挟まれた部分(以下、活性部61aとも呼ぶ)は、厚み方向において上向き、即ち、下側の個別電極60から上側の共通電極62に向かう方向に分極されている。
共通電極62の上には、この共通電極62と接触して配置された補助導体63が設けられている。この補助導体63は、共通電極62の異なる部分に接触することにより、上記異なる部分の間に別の電流経路を構築することで、共通電極62内の電位ばらつきを抑える。補助導体63は、金(Au)やアルミニウム(Al)などの電気抵抗率の小さい金属材料で形成されている。また、補助導体63の厚みは、共通電極62の厚みよりも大きい。補助導体63は、第1導電部63aと、第1導電部63aに導通する複数の第2導電部63bと、第1導電部63aに導通する2つの第3導電部63cとを有する。
第1導電部63aは、共通電極62の、複数の第1個別電極60aよりも右側の部分の上に配置されている。第1導電部63aは、複数の第1個別電極60aにわたって搬送方向に延びている。各第2導電部63bは、搬送方向に隣接する2つの第1個別電極60aの間において、共通電極62の上に配置され、且つ、走査方向に延びている。2つの第3導電部63cは、第1導電部63aの前端部と後端部にそれぞれ接続されている。これら2つの第3導電部63cは、共通電極62の、複数の個別電極60よりも前側部分と後側部分に配置され、第1導電部63aから左方にそれぞれ延びている。
先にも触れたように、上部基板46の左端部の上面には電気接続部70が設けられている。この電気接続部70は、複数の第1駆動接点71aと、複数の第2駆動接点71bと、2つのグランド接点72を有する。
複数の個別電極60には、複数の配線73がそれぞれ接続されている。各配線73は、個別電極60から左方に引き出されて、上部基板46の左端部に設けられた電気接続部70の駆動接点71まで延びている。後でも述べるが、各配線73は、圧電膜61の成膜の後に形成されるものであり、図6に示すように、配線73の一部は圧電膜61の上に配置されている。また、複数の配線73は、補助導体63と同じ材料(例えば、金やアルミニウム)により、同じ成膜プロセスで形成される。つまり、配線73と補助導体63の間で、材質と厚みとが同じとなっている。また、配線73の厚みは、個別電極60の厚みよりも大きくなっている。
図5、図6(a)に示すように、右側の第1個別電極60aの第1露出部65は、2つの第2個別電極60bの間のスリット64において圧電膜61から露出している。第1個別電極60aに対応する第1配線73aの右端部は、第1露出部65から圧電膜61の上面まで連続的に形成されている。また、第1配線73aは、第1露出部65から、スリット64において2つの第2個別電極60bの間を通過して、上部基板46の振動膜57の上面に沿って左方に延びている。さらに、第1配線73aは、圧電膜61の左端部を乗り越えて、電気接続部70の第1駆動接点71aに接続されている。尚、共通電極62は、2つの第2個別電極60bの間の領域において、第1配線73aと重ならないように切欠形状に形成されているため、圧電膜61のスリット64において、第1配線73aと共通電極62とが短絡することがない。
また、2つの第2個別電極60bの間に配置された第1配線73aの、搬送方向における幅は、2つの第1個別電極60aの間に配置された補助導体63の第2導電部63bの、搬送方向における幅と、等しくなっている。尚、配線73を形成する際の誤差を考慮して、本実施形態において「第1配線73aと第2導電部63bの幅が等しい」とは、第1配線73aの幅W1と第2導電部63bの幅W2の差(W1−W2)が、第1配線73aの幅W1の10%以下に収まっていることを言う。
図5、図6(b)に示すように、左側の第2個別電極60bの第2露出部66は、圧電膜61の左側の縁から露出している。第2個別電極60bに対応する第2配線73bの右端部は、第2露出部66から圧電膜61の上面まで連続的に形成されている。第2配線73bは、第2露出部66から上部基板46の振動膜57の上面に沿って左方に延び、電気接続部70の第2駆動接点71bに接続されている。
図7は、第1露出部65と第1配線73aとの接続部分の拡大図であり、(a)は第1配線73aが圧電膜61の上面まで形成されている場合、(b)は第1配線73aが圧電膜61の上面まで形成されていない場合をそれぞれ示す。本実施形態では、図7(a)のように、第1配線73a(第2配線73b)の端部が、第1露出部65(第2露出部66)から、圧電膜61の側面を経て圧電膜61の上面まで連続的に形成されている。この構成では、配線73の端部が圧電膜61の側面及び上面にも接触しているため、この配線73の端部に露出部65(66)から剥離する方向の力が作用しても、露出部65(66)から剥離しにくい。そのため、図7(b)のように、配線73の端部が、圧電膜61に重ねられていない構成と比べて、配線73の端部と露出部65(66)との電気的接続の信頼性が高くなる。
また、補助導体63の2つの第3導電部63cは、第1導電部63aからそれぞれ左方へ延びて、電気接続部70のグランド接点72に接続されている。
以上説明した圧電アクチュエータ49は、上部基板46の上面に配置された保護部材42によって覆われている。より具体的には、保護部材42は、凹状のカバー部42aと、カバー部42aよりも左側部分に形成された開口部42bとを有する。図4に示すように、保護部材42の開口部42bは、その上に位置するホルダ部材40の開口部40aと上下に連通している。保護部材42が上部基板46の上面に配置されたときに、カバー部42aが圧電アクチュエータ49の圧電膜61を覆う。一方、上部基板46の電気接続部70は、保護部材42の開口部42bから露出する。
上部基板46の電気接続部70には、COF35が接続されている。図4に示すように、COF35は、保護部材42の開口部42b及びホルダ部材40の開口部40a内において、S字状に蛇行しながら上方の回路基板34へ向けて延びている。回路基板34には、ホルダ部材40の開口部40aの上方に位置し、COF35を通過させる貫通孔34bが形成されている。また、回路基板34の、貫通孔34bよりも右側部分の上面には、接続端子75が設けられている。電気接続部70から上方へ延びるCOF35は、回路基板34の貫通孔34bを通過して、接続端子75に接続されている。
COF35の上下方向における途中部には、ドライバIC76が設けられている。ドライバIC76は、COF35上の配線73を介して、回路基板34と電気的に接続されている。また、ドライバIC76は、COF35上の配線73を介して、電気接続部70の駆動接点とも電気的に接続されている。そして、ドライバIC76は、回路基板34から送られる制御信号に基づいて、個別電極60に対して駆動信号を出力し、個別電極60の電位をグランド電位と所定の駆動電位との間で切り換える。尚、電気接続部70のグランド接点72は、COF35のグランド(図示省略)と電気的に接続され、共通電極62はグランド電位に保持される。
ドライバIC76から駆動信号が供給されたときの、圧電アクチュエータ49の動作について説明する。駆動信号が供給されていない状態では、個別電極60の電位はグランド電位となっており、共通電極62と同電位である。この状態から、ある個別電極60に駆動信号が供給されて、個別電極60に駆動電位が印加されると、その個別電極60と共通電極62との電位差により、圧電膜61の活性部61aに、その厚み方向に平行な電界が作用する。ここで、活性部61aの分極方向と電界の方向とが一致するために、活性部61aはその分極方向である厚み方向に伸びて面方向に収縮する。この活性部61aの収縮変形に伴って、振動膜57が圧力室51側に凸となるように撓む。これにより、圧力室51の容積が減少して圧力室51内に圧力波が発生することで、圧力室51に連通するノズル30からインクの液滴が吐出される。
次に、上記のヘッドユニット20の製造工程について、特に、圧電アクチュエータ49の製造工程を中心に説明する。図8は、圧電アクチュエータ49の製造工程を示す図である。本実施形態では、上部基板46の振動膜57の上に、成膜工程とパターニング工程を繰り返して、様々な膜を順に積層することにより、圧電アクチュエータ49を製造する。
まず、図8(a)に示すように、上部基板46の表面に、熱酸化等によって二酸化シリコン等の振動膜57を成膜する。次に、図8(b)に示すように、振動膜57の上に、白金の膜をスパッタリング等で形成し、この膜をエッチングすることにより、複数の個別電極60を形成する。
次に、図8(c)に示すように、振動膜57の上面に、複数の個別電極60を覆うように、ゾルゲル法やスパッタリングで圧電膜61を成膜する。そして、図8(d)に示すように、この圧電膜61をエッチングでパターニングする。尚、この圧電膜61のエッチングの際に、圧電膜61の、複数の第1個別電極60aの間の部分、及び、複数の第2個別電極60bの間の部分に、スリット64を形成する。同時に、圧電膜61の、第1個別電極60aの左端部を覆っている部分をエッチングで除去して圧電膜61から露出させて、第1露出部65を形成する。
圧電膜61のパターニング後、図8(e)に示すように、圧電膜61の上面に、共通電極62となるイリジウム等の金属膜78を、スパッタリング等で成膜する。次に、図8(f)に示すように、金属膜78をエッチングによりパターニングし、共通電極62を形成する。この共通電極62のパターニングの際に、共通電極62の、複数の第2個別電極60bの間の領域に、左側から切り欠かれた切欠部68を形成する。
次に、図8(g)に示すように、個別電極60の露出部65(66)に接続される配線73を形成する。ここで、配線73は、その右端部が、露出部65(66)から圧電膜61の側面を経て上面まで連続的に延びるように形成する。また、このときに、配線73と同じ成膜プロセスによって、圧電膜61(共通電極62)の上に、補助導体63を形成する。
配線73と補助導体63を金で形成する場合であれば、メッキ法で成膜するのが好適である。まず、複数の配線73と補助導体63とを形成しない領域に、フォトレジストによるマスクを形成する。次に、マスクの上からメッキにより金の膜を成膜する。その後で、マスクを剥離することにより、マスクで覆われていない領域に、複数の配線73と補助導体63とが配置される。また、配線73と補助導体63をアルミニウムで形成する場合であれば、スパッタリング等で上部基板46の上面のほぼ全域にアルミニウムの導電膜を成膜し、次に、導電膜にエッチングを行って不要部分を除去することにより、複数の配線73と補助導体63を形成する。このように、複数の配線73と補助導体63とを、同じ材料で同じ成膜プロセスで形成するため、配線73と補助導体63とを一度に形成することができる。また、配線73と補助導体63の厚みを等しくすることも容易である。
以上で、圧電アクチュエータ49の製造が完了する。その後、保護部材42の接合、上部基板46のエッチングによる圧力室51の形成、中間基板47及び下部基板48の接合、及び、COF35の接続等の工程を順次行う。
以上の説明したように、本実施形態では、第1個別電極60aに接続された第1配線73aと、第2個別電極60bに接続された第2配線73bが、共に、左方へ延びて、電気接続部70の駆動接点71a,71bに接続されている。この構成では、複数の第1個別電極60aと複数の第2個別電極60bとの間に、電気接続部70の駆動接点71a,71bやグランド接点72が配置されない。そのため、第1圧力室51aと第2圧力室51bの走査方向における距離を狭めることができる。これにより、第1圧力室51aに連通するノズル30(右側のノズル列31)と、第2圧力室51bに連通するノズル30(左側のノズル列31)の、走査方向における距離も小さくすることができる。
尚、各ヘッドユニット20の2つのノズル列31の距離が大きいと、下記のような様々な問題が生じる。まず、図2において、4つのヘッドユニット20を有するインクジェットヘッド4の全体で、左端に位置するノズル列31y1と右端に位置するノズル列31y2との間の、走査方向の距離が大きくなる。これにより、インクジェットヘッド4が走査方向に往復移動しながら、左端のノズル列31y1と右端のノズル列31y2の両方を使用して記録用紙100に対して印刷を行う際に、1回のパスにおける移動距離が長くなってしまう。そのため、1回のパスに要する時間が長くなり、1枚の記録用紙100への印刷に要する時間も長くなってしまう。また、1つのヘッドユニット20の2つのノズル列31の距離が離れると、各ヘッドユニット20の下部基板48の、走査方向における幅も大きくなり、コストアップにつながる。
さらに、インクジェットヘッド4の各ヘッドユニット20は、ノズル30の配列方向(ノズル列31の延在方向)が搬送方向と完全に平行となるように取り付けられるのが理想であるが、実際には、ノズル30の配列方向が搬送方向に対して僅かに傾いた状態で取り付けられてしまうことも多い。その場合に、上記の傾きに起因して、2つのノズル列31の間で、ノズル30から吐出されたインクの液滴の着弾位置が搬送方向にずれる。ここで、2つのノズル列31の走査方向の距離が大きくなるほど、上記の2つのノズル列31の間での着弾位置ズレは大きくなる。
この点、本実施形態では、各ヘッドユニット20の2つのノズル列31の距離を小さくすることができるから、上で述べたような様々な問題を抑制することができる。
ところで、個別電極60は、圧電膜61によって覆われる電極であるから、個別電極60に接続される配線73が圧電膜61の下に配置される構成を採用することもできる。この場合には、先に配線73を形成してから、その上に圧電膜61を成膜することになる。しかし、圧電膜61の成膜前に配線73が先に形成されていると、例えば、次のような問題が生じうる。
まず、圧電膜61の成膜前に配線73が形成されていると、この配線73の材質によっては、後に成膜する圧電膜61の配向性が変化する虞がある。これを抑えるには、配線73を、白金(Pt)などの、圧電膜61の配向性に影響を及ぼす虞が少ない材料で形成する必要がある。つまり、配線73の材料選定に制約が生じ、白金よりも安価な材料、あるいは、電気抵抗率の低い材料を使用しにくくなる。また、配線73の電気抵抗を小さくするために、配線73の厚みは大きいことが望ましいが、厚みの大きい配線73を形成した後に、圧電膜61を成膜すると、圧電膜61の成膜ムラ(厚みのムラ)が生じてしまう、という問題もある。
この点、本実施形態では、圧電膜61を成膜してから、その後に、配線73を形成することで、配線73は、個別電極60の露出部65(66)から圧電膜61の上面まで連続的に形成されている。このように、圧電膜61の成膜後に配線73を形成することで、上に挙げた圧電膜61の配向性の変化や成膜ムラといった問題は生じないため、配線73の材料や形状等について、設計の自由度が高まる。例えば、配線73の電気抵抗を小さくする、あるいは、コストダウンを図る等の観点から、配線73を金やアルミニウムで形成することができる。また、配線73の電気抵抗を小さくするために、配線73の厚みを、個別電極60の厚みと比べて、かなり大きくすることもできる。また、配線73が、露出部65(66)から圧電膜61の上面まで連続的に配置されていることにより、図7で説明したように、配線73が圧電膜61の上に乗り上げていない構成と比べて、配線73と露出部との導通信頼性が高くなる。
さらに、本実施形態では、2つの第2個別電極60bの間では、圧電膜61を覆っている共通電極62が、左方から切り欠かれた切欠形状になっている。そのため、圧電膜61の上に形成される第1配線73aを、共通電極62と接触させることなく、2つの第2個別電極60bの間に配置することができる。尚、本実施形態では、圧電膜61の、2つの第2個別電極60bの間の部分にはスリット64が形成されているが、この領域において共通電極62が切欠形状に形成されることで、スリット64における、第1配線73aと共通電極62の短絡が防止される。
図5に示すように、本実施形態では、共通電極62の上に、この共通電極62に接触する補助導体63が配置されている。この補助導体63により、共通電極62の異なる2つの部分の間での電位差が小さくなり、その結果、複数の圧力室51の間での圧電膜61への印加電圧(個別電極60と共通電極62の間の電圧)のばらつきが抑えられる。
まず、補助導体63の第1導電部63aは、複数の第1個別電極60aよりも右側において、搬送方向に延びている。即ち、第1導電部63aは、共通電極62の、搬送方向に離れた2つの部分を繋ぐように配置されている。これにより、搬送方向に配列された複数の第1圧力室51aの間での、圧電膜61への印加電圧のばらつきが抑えられる。また、個別電極60に接続された配線73(73a,73b)は、全て左側(第2個別電極60b側)に延びているため、第1個別電極60aの、第2個別電極60bと反対側に、搬送方向に延びる第1導電部63aを配置することが可能である。
補助導体63の第2導電部63bは、搬送方向に隣接する2つの第1個別電極60aの間において、走査方向に延びている。また、この第2導電部63bは共通電極62の上に設けられて共通電極62と接触している。これにより、共通電極62の、各第1圧力室51aと対向する電極部分に対して、共通電極62自体の電流経路に加えて、補助導体63の第1導電部63aと第2導電部63bによる電流経路が増えることになる。従って、グランド接点72から遠い位置にある第1圧力室51aと、グランド接点72に近い第2圧力室51bの間での、共通電極62の圧力室51と対向する電極部分の電位差が小さくなり、圧電膜61への印加電圧のばらつきが抑えられる。
また、隣接する2つの第2個別電極60bの間に第1配線73aが配置される一方で、隣接する2つの第1個別電極60aの間にも第2導電部63bが配置されることになる。これにより、第1圧力室51aと第2圧力室51bとの間で、圧電膜61の変形に関する条件を近づけることができ、第1圧力室51aと第2圧力室51bの間での、圧電膜61の変形特性の差を小さくすることができる。
また、第1圧力室51aと第2圧力室51bとの間で、圧電膜61の変形に関する条件をさらに近づけるという観点から、2つの第2個別電極60bの間を通過する第1配線73aの幅と、2つの第1個別電極60aの間に配置された第2導電部63bの幅とが等しくなっている。また、補助導体63(第2導電部63b)と第1配線73aとが同じ材料で形成されている。さらに、補助導体63(第2導電部63b)と第1配線73aの厚みが同じになっている。
さらに、補助導体63の第3導電部63cは、複数の個別電極60よりも前側及び後側において、第1導電部63aから左方に延びている。また、第3導電部63cは、電気接続部70のグランド接点72に接続されている。そのため、この第3導電部63cと前記第1導電部63aにより、共通電極62の、第1圧力室51aと対向する電極部分と、電気接続部70のグランド接点72との間での電流経路が増える。そのため、グランド接点72から遠い位置にある第1圧力室51aと、第3接点に近い位置にある第2圧力室51bとの間での、圧電膜61への印加電圧の差をさらに小さく抑えることができる。
以上説明した実施形態において、インクジェットヘッド4が、本発明の「液体吐出装置」に相当する。上部基板46が、本発明の「流路基板」に相当する。第1駆動接点71aが、本発明の「第1接点」に相当する。第2駆動接点71bが、本発明の「第2接点」に相当する。グランド接点72が、本発明の「第3接点」に相当する。
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]共通電極62の、搬送方向に隣接する2つの第1個別電極60aの間の領域にも、開口部が形成されて、圧電膜61が共通電極62から部分的に露出していてもよい。図9では、共通電極62の右側部分の、搬送方向に隣接する2つの第1個別電極60aと対向する部分の間に、右側から切り欠かれた切欠部80が形成されている。これにより、共通電極62の右側部分は、左側部分と同様に、共通電極62の中央部から左方に向けて延びる櫛歯形状に形成されている。そして、共通電極62の切欠部80が形成された領域に、補助導体63の第2導電部63bが配置されている。第2導電部63bの先端部は、切欠部80の底部よりもさらに左方に延び、第2導電部63bは共通電極62と接触している。
図9では、まず、上述した実施形態と同じく、共通電極62の、2つの第2個別電極60bの間の切欠部68が形成された領域に、第1配線73aが配置されている。これに加えて、共通電極62の、2つの第1個別電極60aの間の切欠部80が形成された領域に、第2導電部63bが配置されている。つまり、2つの第2個別電極60bの間では、圧電膜61の上面に第1配線73aが直接形成され、2つの第1個別電極60aの間では、圧電膜61の上面に第2導電部63bが直接形成されている。この構成により、第1圧力室51aと第2圧力室51bとの間で、圧電膜61の変形に関する条件がさらに近づくため、両者の間での圧電膜61の変形特性差をさらに小さくすることができる。また、第1圧力室51aと第2圧力室51bとの間の、圧電膜61の変形に関する条件を一層近づけるという観点からは、左側の切欠部68と右側の切欠部80の、長さと幅が共に等しいことが好ましい。
尚、図9では、共通電極62の2つの第1個別電極60aの間に、右側の縁がない切欠形状の開口部が形成されていたが、図10のように、全周に縁がある穴状の開口部81が形成されてもよい。
2]共通電極62に接触する補助導体63は、前記実施形態の構成のものには限られず、以下のような構成のものを採用することもできる。
図11に示すように、補助導体63が、第1導電部63aと第2導電部63bを有し、第3導電部63cを有さない構成であってもよい。あるいは、図12に示すように、補助導体63が、第1導電部63aと第3導電部63cを有し、第2導電部63bを有さない構成であってもよい。さらに、図13に示すように、補助導体63が、搬送方向に延びる第1導電部63aのみを有する構成であってもよい。
前記実施形態では、補助導体63は共通電極62の上に配置され、補助導体63の全体が共通電極62と接触しているが、補助導体63が共通電極62の一部分にのみ接触していてもよい。例えば、図14では、補助導体63の第1導電部63aは、搬送方向における両端部においてのみ共通電極62と接触し、それ以外の部分は共通電極62よりも右側に配置されて、共通電極62とは接触していない。
また、図15に示すように、補助導体83が、共通電極62の上において、2つの第1個別電極60aの間にのみ配置されていてもよい。補助導体83は、2つの第1個別電極60aの間において走査方向に延び、走査方向において離れた共通電極62の2つの部分を繋ぐ。
この図15の補助導体83により、前記実施形態の第2導電部63bと同様の効果が得られる。各第1圧力室51aと対向する電極部分に対して、共通電極62自体の電流経路に加えて、補助導体83による電流経路が増える。従って、第1圧力室51aと第2圧力室51bとの間での、共通電極62の圧力室51と対向する電極部分の電位差が小さくなり、圧電膜61への印加電圧のばらつきが抑えられる。また、隣接する2つの第2個別電極60bの間に第1配線73aが配置される一方で、隣接する2つの第1個別電極60aの間に補助導体83が配置されることで、第1圧力室51aと第2圧力室51bとの間で、圧電膜61の変形に関する条件を近づけることができ、圧電膜61の特性差を小さくすることができる。
また、この図15の形態においても、第1圧力室51aと第2圧力室51bとの間で、圧電膜61の変形に関する条件を近づけるという観点から、2つの第2個別電極60bの間を通過する第1配線73aの幅と、2つの第1個別電極60aの間に配置された補助導体83の幅とが等しいことが好ましい。また、補助導体83と第1配線73aとが同じ材料で形成されていることが好ましい。さらに、補助導体83と第1配線73aの厚みが同じであることが好ましい。
3]共通電極62に、補助導体が設けられている必要は必ずしもない。即ち、圧電膜61の上に、共通電極62のみが配置されてもよい。
4]前記実施形態では、2つの個別電極60の間の領域において、圧電膜61にスリット64が形成されているが、図16、図17に示すように、圧電膜61にスリット64が形成されていなくてもよい。この場合、圧電膜61の、第1個別電極60aの左端部を覆っている部分にスルーホール84が形成され、このスルーホール84により、第1個別電極60aの左端部の一部が露出して第1露出部85が形成されている。また、スルーホール84内に充填された導電材料により、第1個別電極60aの第1露出部85と、圧電膜61の上に形成された配線73とが接続されている。
以上説明した実施形態及びその変更形態は、本発明を、記録用紙にインクを吐出して画像等を印刷するインクジェットヘッドに適用したものであるが、画像等の印刷以外の様々な用途で使用される液体吐出装置においても本発明は適用されうる。例えば、基板に導電性の液体を吐出して、基板表面に導電パターンを形成する液体吐出装置にも、本発明を適用することは可能である。
1 インクジェットプリンタ
4 インクジェットヘッド
20 ヘッドユニット
30 ノズル
46 上部基板
49 圧電アクチュエータ
51a 第1圧力室
51b 第2圧力室
57 振動膜
60a 第1個別電極
60b 第2個別電極
61 圧電膜
62 共通電極
63 補助導体
63a 第1導電部
63b 第2導電部
63a 第3導電部
64 スリット
65 第1露出部
68 切欠部
70 電気接続部
71a 第1駆動接点
71b 第2駆動接点
72 グランド接点
73a 第1配線
73b 第2配線
80 切欠部
81 開口部
83 補助導体
85 第1露出部

Claims (21)

  1. 第1方向に沿って配列された複数の第1圧力室と、前記第1方向に沿って配列され、且つ、前記複数の第1圧力室に対して前記第1方向と直交する第2方向における一方側に配置された複数の第2圧力室とを有する流路基板と、
    前記第1圧力室と対向する複数の第1個別電極と、
    前記第2圧力室と対向する複数の第2個別電極と、
    複数の前記第1個別電極と複数の前記第2個別電極とを覆うように配置された圧電膜と、
    前記圧電膜を覆い、且つ、前記複数の第1個別電極及び前記複数の第2個別電極と対向するように配置された共通電極と、
    前記第1個別電極の前記圧電膜から露出した露出部に接続され、前記露出部から、前記第1方向において隣接する2つの前記第2個別電極の間を通過して、前記第2方向における前記一方側に延びる第1配線と、を備え、
    前記共通電極は、前記隣接する2つの第2個別電極と対向する部分の間に、前記第1配線と重ならないように、前記第2方向における前記一方側から切り欠かれた切欠形状を有し、
    前記第1配線は、前記露出部から前記圧電膜の上面まで連続的に形成されていることを特徴とする液体吐出装置。
  2. 前記圧電膜の、前記第1方向において隣接する2つの前記第2個別電極の間の部分には、前記第2方向に沿って延びるスリットが形成され、
    前記第1個別電極が、前記スリットまで延びて、前記スリットにおいて前記圧電膜から露出した部分を有し、前記スリットから露出した部分が前記露出部であることを特徴とする請求項1に記載の液体吐出装置。
  3. 前記共通電極の異なる2つの部分と接触する補助導体を備えていることを特徴とする請求項1又は2に記載の液体吐出装置。
  4. 前記補助導体は、前記第1個別電極よりも前記第2方向における他方側において前記第1方向に延び、且つ、前記第1方向において離れた前記共通電極の2つの部分と接触する第1導電部を有することを特徴とする請求項3に記載の液体吐出装置。
  5. 前記補助導体は、前記第1導電部から、前記第1方向に隣接する2つの前記第1個別電極の間において前記第2方向に延び、且つ、前記共通電極と接触する、第2導電部を有することを特徴とする請求項4に記載の液体吐出装置。
  6. 前記2つの第2個別電極の間を通過する前記第1配線の前記第1方向における幅と、前記2つの第1個別電極の間に配置された前記第2導電部の前記第1方向における幅とが等しいことを特徴とする請求項5に記載の液体吐出装置。
  7. 前記補助導体と前記第1配線とが同じ材料で形成されていることを特徴とする請求項5又は6の何れかに記載の液体吐出装置。
  8. 前記補助導体と前記第1配線の厚みが同じであることを特徴とする請求項5〜7の何れかに記載の液体吐出装置。
  9. 前記第2導電部が配置されている領域において、前記共通電極に開口部が形成されていることを特徴とする請求項5〜8の何れかに記載の液体吐出装置。
  10. 前記共通電極の、前記第1方向に隣接する2つの第2個別電極と対向する部分の間に、前記第2方向に延びる切欠部が形成され、
    前記共通電極の、前記第1方向に隣接する2つの第1個別電極と対向する部分の間に形成された前記開口部も、前記第2方向に延びており、
    前記切欠部と前記開口部の間で、前記第2方向における長さと、前記第1方向における幅が、共に等しいことを特徴とする請求項9に記載の液体吐出装置。
  11. 前記補助導体は、
    前記複数の第1個別電極及び前記複数の第2個別電極よりも前記第1方向における外側において、前記第1導電部から前記第2方向の前記一方側に延びる、第3導電部を有することを特徴とする請求項4〜10の何れかに記載の液体吐出装置。
  12. 前記第2個別電極から前記第2方向における前記一方側に延びる第2配線を備えていることを特徴とする請求項11に記載の液体吐出装置。
  13. 前記流路基板の、前記第2圧力室よりも前記第2方向における前記一方側に設けられ、前記第1配線と接続される第1接点と、前記第2配線と接続される第2接点と、前記補助導体の前記第3導電部に接続される第3接点とを有する、電気接続部を備えていることを特徴とする請求項12に記載の液体吐出装置。
  14. 前記補助導体は、前記第1方向に隣接する2つの前記第1個別電極の間において前記第2方向に延び、前記第2方向において離れた前記共通電極の2つの部分と接触することを特徴とする請求項3に記載の液体吐出装置。
  15. 前記2つの第2個別電極の間を通過する前記第1配線の前記第1方向における幅と、前記2つの第1個別電極の間に配置された前記補助導体の前記第1方向における幅とが等しいことを特徴とする請求項14に記載の液体吐出装置。
  16. 前記補助導体と前記第1配線とが同じ材料で形成されていることを特徴とする請求項14又は15に記載の液体吐出装置。
  17. 前記補助導体と前記第1配線の厚みが同じであることを特徴とする請求項14〜16の何れかに記載の液体吐出装置。
  18. 前記第1配線は、金又はアルミニウムで形成されていることを特徴とする請求項1〜17の何れかに記載の液体吐出装置。
  19. 圧電アクチュエータの製造方法であって、
    流路基板に、第1方向に沿って配列された複数の第1個別電極と、前記第1方向に沿って配列され、且つ、前記複数の第1個別電極に対して前記第1方向と直交する第2方向における一方側に配置された複数の第2個別電極とを形成する、個別電極形成工程と、
    前記複数の第1個別電極及び前記複数の第2個別電極を覆うように圧電膜を成膜する、成膜工程と、
    前記第1個別電極の一部分を覆っている前記圧電膜を除去して、前記圧電膜から露出する露出部を形成する露出部形成工程と、
    前記圧電膜の前記流路基板と反対側の面に、前記複数の第1個別電極及び前記複数の第2個別電極と対向し、且つ、前記第1方向に隣接する2つの前記第2個別電極と対向する部分の間に、前記第2方向における前記一方側から切り欠かれた切欠形状を有する共通電極を形成する、共通電極形成工程と、
    前記共通電極形成工程の後に、前記露出部に接続され、且つ、前記2つの第2個別電極の間の前記共通電極の前記切欠形状が形成された領域を通過して、前記第2方向における前記一方側に延びる配線を形成する、配線形成工程と、
    を備えていることを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。
  20. 前記配線形成工程において、前記配線を、前記露出部から前記圧電膜の上面まで連続的に延びるように形成することを特徴とする請求項19に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
  21. 前記共通電極の異なる2つの部分とそれぞれ接触する補助導体を形成する、補助導体形成工程を備え、
    前記配線と前記補助導体とを、同じ材料を用いて同一の成膜プロセスによって形成することを特徴とする請求項19又は20に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
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