JP4924341B2

JP4924341B2 - 液体移送装置

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Publication number: JP4924341B2
Application number: JP2007256056A
Authority: JP
Inventors: 恭裕関口
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2027-09-28
Also published as: JP2009083286A

Description

本発明は、液体を移送する液体移送装置に関する。

特許文献１に記載のインクジェットヘッド（液体移送装置）においては、圧力室を覆うように、共通電極を兼ねる振動板が配置されており、振動板の上面に圧電層が接合されており、圧電層の上面の圧力室と対向する部分には個別電極が形成されている。そして、個別電極に駆動電位が付与されると、個別電極とグランド電位に保持された共通電極としての振動板との間に電位差が発生し、この電位差によって圧電層のこれらの電極に挟まれた部分に厚み方向の電界が発生する。この電界により、圧電層のこの部分が水平方向に収縮変形し、圧電層及び振動板の圧力室に対向する部分が全体として圧力室側に凸となるように変形（いわゆるユニモルフ変形）して、圧力室の容積が減少する。これにより、圧力室内のインクの圧力が上昇し、圧力室に連通するノズルからインクが噴射される。

特開２００７−１１８５８５号公報

しかしながら、特許文献１に記載のインクジェットヘッドでは、圧電層のある圧力室１０と対向する部分を収縮変形させると、この収縮変形に伴って、圧電層のこの圧力室に隣接する圧力室に対向する部分が引っ張り方向の力を受けて変形してしまう。そして、この状態で上記隣接する圧力室に連通するノズルからインクを吐出すると、このノズルにおけるインクの吐出特性が変動してしまう、いわゆる、クロストークが発生してしまう虞がある。

本発明の目的は、複数の圧力室にまたがって配置された圧電層の、ある圧力室と対向する部分を収縮変形させたときに、圧電層の、この圧力室に隣接する圧力室と対向する部分が引っ張られる方向の力を受けて変形してしまうのを抑制することが可能な液体移送装置を提供することである。

本発明の液体移送装置は、所定の配列方向に配列された複数の圧力室を含む、複数の液体移送流路が形成された流路ユニットと、前記複数の圧力室内の各々の液体に選択的に圧力を付与するためのユニモルフ変形する圧電アクチュエータとを備えている。前記圧電アクチュエータは、前記複数の圧力室を覆う振動板と、前記振動板の前記圧力室と反対側の面において、前記複数の圧力室にまたがって形成された圧電層と、前記圧電層の前記圧力室と反対側の面において、前記複数の圧力室にそれぞれ対応して配置された複数の電極と、前記圧電層の前記圧力室と反対側の面における、前記配列方向において隣り合う２つの前記圧力室を区画する隔壁に対向する部分に接合された複数の第１接合部と、前記複数の第１接合部の前記圧電層と反対側に前記複数の第１接合部にまたがって配置されているとともに、前記複数の第１接合部の前記圧電層と反対側の面に接合されており、前記複数の第１接合部同士を連結する連結部とを備え、前記複数の第１接合部の前記圧電層に接合されている部分の前記配列方向に関する長さが、前記隔壁の前記配列方向に関する長さよりも短くなっており、前記複数の第１接合部及び前記連結部が、前記圧電層と同じ材料によって構成されており、前記配列方向に関して、前記複数の第１接合部の長さが一定あり、且つ、前記隔壁の長さの４０％〜６０％であり、前記圧電層の前記圧力室と反対側の面のうち、前記圧力室と対向する部分、及び、前記隔壁に対向する部分のいずれとも異なる部分に接合されているとともに、前記圧電層と反対側の面において前記連結部と接合された第２接合部をさらに備えており、前記連結部の前記第２接合部と反対側の面には、前記複数の電極に駆動電圧を付与するための配線と接続される複数の接続端子が設けられており、前記第２接合部及び前記連結部には、それぞれ、内部に導電性材料が充填された複数の貫通孔が形成されており、前記複数の電極と前記複数の接続端子とは、前記導電性材料を介して接続されている（請求項１）。

これによると、圧電層及び振動板の隔壁に対向する部分が、隔壁と第１接合部とによって挟まれているとともに、第１接合部同士は連結部によって連結されているため、圧電層の隔壁に対向する部分は変形しにくくなり、圧電層の、ある圧力室と対向する部分を収縮変形させたときに、圧電層の隔壁に対向する部分が引っ張られる方向の力を受けて変形してしまうのが抑制される。これに伴って、圧電層の、ある圧力室と対向する部分を収縮変形させたときに、圧電層の、この圧力室と隣接する圧力室に対向する部分が引っ張られる方向の力を受けて変形してしまうのも抑制される。

また、これによると、第１接合部及び連結部が設けられていると、圧電層の隔壁と対向する部分が引っ張られる方向の力を受けて変形してしまうのは抑制されるものの、同時に、圧電層の収縮変形させるべき部分の収縮変形量も低下してしまう。しかしながら、圧力室の配列方向に関して第１接合部の少なくとも圧電層と接合される部分の長さを隔壁の配列方向に関する長さよりも短くすることにより、圧電層の収縮変形させるべき部分の変形量の低下を極力抑えつつ、圧電層の隔壁と対向する部分の変形を抑制することができる。

また、第１接合部及び連結部が圧電材料と異なる材料からなる場合には、圧電層と第１接合部、及び、第１接合部と連結部とをそれぞれ接着剤などによって接合する必要がある。そして、接着剤などによりこれらを接合した場合には、圧電層と第１接合部、及び、第１接合部と連結部との間に第１接合部及び連結部よりもやわらかい接着剤の層が介在することになるため、圧電層の隔壁と対向する部分が引っ張られる方向の力を受けたときに、圧電層のこの部分が変形してしまうのを十分に抑制することができない虞がある。しかしながら、これによると、第１接合部及び連結部が圧電層と同じ材料により形成されている場合には、例えば、圧電層、第１接合部及び連結部を積層してから焼成するなどして、これらを直接接合することができるため、圧電層と第１接合部との間、及び、第１接合部と連結部との間に接着剤のようなやわらかい層ができることがなく、圧電層の隔壁と対向する部分が引っ張られる方向の力を受けて変形してしまうのを効率よく抑制することができる。

また、これによると、第１接合部及び連結部が圧電層と同じ材料からなり、圧力室の配列方向に関して、第１接合部の長さが一定の場合には、圧力室の配列方向に関する第１接合部の長さを隔壁の長さの４０％〜６０％とすることにより、圧電層の収縮変形させるべき部分の変形量の低下を極力抑えつつ、圧電層の隔壁と対向する部分の変形を効果的に抑えることができる。
また、これによると、圧電層の圧力室と反対側の面には、複数の第１接合部及び連結部が配置されているため、圧電層の圧力室と反対側の面において、電極と配線との接続を直接行うのは困難であるが、連結部の第２接合部と反対側の面に接続端子が設けられており、電極と接続端子とが、第２接合部及び連結部に形成された貫通孔に充填された導電性材料を介して接続されているため、接続端子と配線とを接続することにより、電極と配線との接続が容易になる。
さらに、圧電層の圧力室と反対側の面に、第１接合部とは別に第２接合部を接合し、第２接合部及び連結部に形成された貫通孔に充填された導電性材料を介して電極と接続端子とを接続することにより、例えば、隔壁の幅が小さい場合など、配列方向に関する第１接合部の長さが短く、第１接合部に導電性材料が充填された貫通孔を形成することが困難であるような場合にも、電極と接続端子とを容易に接続することができる。

また、本発明の液体移送装置においては、前記複数の第１接合部の前記連結部に接合されている部分の面積が、前記複数の第１接合部の前記圧電層に接合されている部分の面積よりも大きくなっていることが好ましい（請求項２）。

これによると、第１接合部と連結部との接合面積が大きくなるので、第１接合部が動きにくく、圧電層が収縮変形したときに、圧電層の隔壁に対向する部分が引っ張られる方向の力を受けて変形してしまうのを効率よく抑制することができる。また、接着剤などにより第１接合部と連結部とを接合する場合には、第１接合部と連結部との接合面積が大きいため、両者を接合しやすい。

また、本発明の液体移送装置においては、前記連結部の前記複数の第１接合部と反対側の面に、前記複数の電極に駆動電圧を印加するための配線と接続される複数の接続端子が設けられており、前記複数の第１接合部及び前記連結部には、それぞれ、導電性材料が充填された複数の貫通孔が形成されており、前記複数の電極と前記複数の接続端子とが、それぞれ、前記導電性材料を介して接続されていることが好ましい（請求項３）。

これによると、圧電層の圧力室と反対側の面には、複数の第１接合部及び連結部が配置されているため、圧電層の圧力室と反対側の面において、電極と配線との接続を直接行うのは困難であるが、連結部の第１接合部と反対側の面に接続端子が設けられており、電極と接続端子とが、連結部の第１接合部及び連結部に形成された貫通孔に充填された導電性材料を介して接続されているため、接続端子と配線とを接続することにより、電極と配線との接続を容易に行うことができる。

以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。

図１は、本実施の形態に係るプリンタの概略構成図である。図１に示すように、プリンタ１は、キャリッジ２、インクジェットヘッド３（液体移送装置）、用紙搬送ローラ４などを備えている。キャリッジ２は、図１の左右方向（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の下面に取り付けられており、後述するノズル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を図１の手前方向（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により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３のノズル１５（図２参照）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。

次に、インクジェットヘッド３について説明する。図２は図１のインクジェットヘッド３の平面図である。図３は図２の平面図から後述する上部部材６２を除いた図である。図４は図２の部分拡大図である。図５は図４のＶ−Ｖ線断面図である。図６は図４のＶＩ−ＶＩ線断面図である。

図２〜図６に示すように、インクジェットヘッド３は、後述するマニホールド流路１１、圧力室１０、ノズル１５を含むインク流路が形成された流路ユニット３１と、流路ユニット３１の上面に配置された圧電アクチュエータ３２とを備えている。

流路ユニット３１は、上から順に、キャビティプレート２１、ベースプレート２２、マニホールドプレート２３及びノズルプレート２４の４枚のプレートが互いに積層されることによって構成されている。これら４枚のプレート２１〜２４のうち、ノズルプレート２４を除く３枚のプレート２１〜２３は、ステンレスなどの金属材料からなり、ノズルプレート２４は、ポリイミド等の合成樹脂からなる。あるいは、ノズルプレート２４も他の３枚のプレート２１〜２３と同様、金属材料によって構成されていてもよい。

キャビティプレート２１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（図２の左右方向）を長手方向とする略楕円の平面形状を有しており、複数の圧力室１０は、紙送り方向（図２の上下方向、配列方向）に配列されることによって圧力室列を構成しており、このような圧力室列が走査方向に沿って２列に配列されている。なお、キャビティプレート２１の、紙送り方向に隣接する圧力室１０の間の部分が、隣り合う２つの圧力室１０を区画する隔壁２６となっている。ベースプレート２２には、平面視で圧力室１０の走査方向の両端部に重なる位置に、それぞれ貫通孔１２、１３が設けられている。

マニホールドプレート２３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、平面視で、図２左側の圧力室列を構成する圧力室１０の略左半分、及び、図２の右側の圧力室列を構成する圧力室１０の略右半分に、それぞれ重なるように紙送り方向に２列に延びているとともに、これら２列に延びた部分同士が図２における下端部において互いに連通している。マニホールド流路１１には、後述する振動板４０の、平面視でマニホールド流路１１の下端部に重なる部分に形成されたインク供給口９からインクが供給される。また、マニホールドプレート２３には、平面視で貫通孔１３に重なる位置に貫通孔１４が形成されている。

ノズルプレート２４には、平面視で貫通孔１４に重なる位置に、ノズル１５が形成されている。そして、流路ユニット３１においては、マニホールド流路１１は貫通孔１２を介して圧力室１０に連通しており、圧力室１０は貫通孔１３、１４を介してノズル１５に連通している。このように、流路ユニット３１には、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に至る個別インク流路（液体移送流路）が複数形成されている。

圧電アクチュエータ３２は、振動板４０、圧電層４１〜４４、共通電極５１、５３、複数の個別電極５２、５４、下部部材６１及び上部部材６２などを備えたユニモルフ変形する圧電アクチュエータである。振動板４０は、ステンレスなどからなる板状体であり、キャビティプレート２１の上面に複数の圧力室１０を覆うように配置されており、キャビティプレート２１に接合されている。なお、振動板４０は、ポリイミド等の樹脂や圧電層４１〜４４と同じ圧電材料からなる板であってもよい。

圧電層４１〜４４は、それぞれ、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との混晶であり、強誘電性を有す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る。圧電層４１〜４４は、互いに積層されて、振動板４０の上面（圧力室１０と反対側の面）に、平面視で複数の圧力室１０と重なる領域にまたがって連続的に形成されている。また、圧電層４２〜４４は、予めその厚み方向に分極されている。

共通電極５１は、圧電層４１と圧電層４２との間の、複数の圧力室１０と対向する領域にまたがって連続的に形成されている。共通電極５３は、圧電層４３と４４との間の、平面視で共通電極５１と重なる領域に形成されている。ここで、圧電層４２、４３には、それぞれ、内部に金属などの導電性材料が充填された、互いに連通する貫通孔４２ａ、４３ａが形成されており、共通電極５１と共通電極５３とは貫通孔４２ａ、４３ａに充填された導電性材料を介して接続されている。また、共通電極５１、５３は常にグランド電位に保持されている。

複数の個別電極５２は、圧電層４２と圧電層４３との間（圧電層４２の圧力室１０と反対側の面）に、複数の圧力室１０に対応して設けられている。個別電極５２は、平面視で、圧力室１０よりも面積の小さい略長方形状を有しており、圧力室１０の略中央部に重なるように配置されている。個別電極５２の長手方向に関するノズル１５側の端部は、圧力室１０と対向しない２列の圧力室列の間まで延びており、その先端部が接続端子５２ａとなっている。

複数の個別電極５４は、圧電層４４の上面（圧力室１０と反対側の面）に、複数の圧力室１０に対応して設けられている。個別電極５４は、平面視で、個別電極５２と同様の略長方形状を有しており、圧力室１０の略中央部と重なるように配置されている。個別電極５４の長手方向に関するノズル１５側の端部は、圧力室１０と対向しない２列の圧力室列の間まで延びており、その先端部が接続端子５４ａとなっている。

ここで、圧電層４３、４４には、それぞれ、接続端子５２ａ、５４ａと対向する部分に、内部に金属などの導電性材料が充填された、互いに連通する貫通孔４３ｂ、４４ａが形成されており、接続端子５２ａと接続端子５４ａ（個別電極５２と個別電極５４）とは、貫通孔４３ｂ、４４ａに充填された導電性材料を介して接続されている。そして、複数の個別電極５２、５４には、後述するようにドライバＩＣにより駆動電圧が選択的に付与される。

下部部材６１は、圧電層４１〜４４と同様の圧電材料からなり、圧電層４１の上面に配置された板状体である。下部部材６１には、平面視で複数の圧力室１０と重なる部分に、圧力室１０よりも一回り大きい、走査方向を長手方向とする略長方形状の貫通穴６１ａが形成されている。これにより、下部部材６１には、以下に説明する、複数の第１接合部７１、及び、第２接合部７２が形成される。そして、下部部材６１は、複数の第１接合部７１及び第２接合部７２を含む、貫通穴６１ａが形成されていない部分の下面が、圧電層４４の上面に接合されている。

第１接合部７１は、隔壁２６と対向する部分において、走査方向に延びているとともに、その幅Ｗａ（圧電層４４に接合されている部分の配列方向に関する長さ）が、隔壁２６の幅Ｗｂ（配列方向に関する長さ）よりも短くなっている。より詳細には、第１接合部７１の幅Ｗａが、隔壁２６の幅Ｗｂの４０〜６０％程度の長さとなっている。

第２接合部７２は、２列の圧力室列の間において紙送り方向に延びている。すなわち、第２接合部７２は、圧電層４４の上面（圧力室１０と反対側の面）のうち、圧力室１０と対向する部分、及び、隔壁２６と対向する部分のいずれとも異なる部分に接合されている。そして、第２接合部７２は、前述した、接続端子５２ａ、５４ａ、貫通孔４３ｂ、４４ａと対向している。

第２接合部７２の上面には、接続端子５４ａと対向する部分に接続端子７３が形成されている。また、第２接合部７２の接続端子７３と対向する部分には、内部に金属などの導電性材料が充填された貫通孔６１ｂが形成されており、接続端子７３と接続端子５４ａとは、貫通孔６１ｂに充填された導電性材料を介して接続されている。

上部部材６２は、下部部材６１と同様の圧電材料からなる板状体である。上部部材６２は、複数の貫通穴６１ａを覆うように、下部部材６１の全域にわたって（複数の第１接合部７１の圧電層４４と反対側に、複数の第１接合部７１にまたがって）連続的に配置されるとともに、複数の第１接合部７１の上面及び第２接合部７２の上面を含む、下部部材６１の上面に接合されている。これにより、複数の第１接合部７１及び第２接合部７２が互いに連結される。すなわち、上部部材６２が、本発明に係る連結部に相当する。ここで、同様の圧電材料からなる、前述した圧電層４１〜４４、下部部材６１及び上部部材６２は、後述するように、圧電層４１〜４４、下部部材６１及び上部部材６２となる圧電材料のグリーンシートを積層して焼成する際に、互いに接合される。

また、上部部材６２の上面（第１接合部７１と反対側の面）には、接続端子７３と対向する部分に接続端子８１が形成されており、上部部材６２の接続端子７３、８１と対向する部分には内部に金属などの導電性材料が充填された貫通孔６２ａが形成されている。そして、接続端子８１と接続端子７３とは、貫通孔６２ａに充填された導電性材料を介して互いに接続されている。これにより、接続端子８１は、貫通孔６２ａ、接続端子７３、貫通孔６１ｂを介して個別電極５４と接続されており、さらに、貫通孔４４ａ、４３ｂを介して、個別電極５２と接続されている。

また、圧電アクチュエータ３２の上方には、個別電極５２、５４に駆動電圧を付与するための配線が形成されたフレキシブル配線基板（ＦＰＣ）９０が配置されており、接続端子８１は、ハンダ９１を介してＦＰＣ９０の配線と接続されている。ＦＰＣ９０の配線は、図示しないドライバＩＣに接続されており、ドライバＩＣによりＦＰＣ９０の配線を介して、複数の個別電極５２、５４に駆動電圧が選択的に付与される。

ここで、本実施の形態のように、圧電層４４の上面に下部部材６１及び上部部材６２が配置されている場合には、圧電層４４の上面において個別電極５２、５４とＦＰＣ９０の配線との接続を直接行うことは困難であるが、上部部材６２の上面に形成された接続端子８１とＦＰＣ９０の配線とを接続することにより、個別電極５２、５４とＦＰＣ９０の配線とを接続することができるので、個別電極５２、５４とＦＰＣ９０の配線との接続を容易に行うことができる。

また、下部部材６１が平面視で第１接合部７１よりも面積の大きい第２接合部７２を有しているので、第１接合部７１の幅Ｗａが狭く、第１接合部７１に貫通孔を形成することが困難な場合でも、下部部材６１に貫通孔６１ｂを形成するによって、個別電極５２、５４とＦＰＣ９０の配線との接続を容易に行うことができる。

次に、圧電アクチュエータ３２の駆動方法について説明する。圧電アクチュエータ３２においては、複数の個別電極５２、５４は、予めグランド電位に保持されており、この状態で複数の個別電極５２、５４のいずれかに駆動電圧が選択的に付与されると、駆動電圧が付与された個別電極５２、５４と共通電極５１、５３との間に電位差が生じ、圧電層４２〜４４のこの個別電極５２、５４と共通電極５１、５３とに挟まれた部分には厚み方向の電界が発生する。この電界の向きは圧電層４２〜４４の分極方向と一致しているので、圧電層４２〜４４のこの部分は、分極方向と直交する水平方向（圧電層４２〜４４の主面に平行な方向）に収縮する。この圧電層４２〜４４の収縮に伴って、圧電層４１〜４４及び振動板４０の圧力室１０に対向する部分が、圧力室１０側に凸となるように変形（いわゆるユニモルフ変形）し、この変形により、圧力室１０の容積が低下する。これにより、圧力室１０内のインクの圧力が増加し、圧力室１０に連通するノズル１５からインクが吐出される。

このとき、圧電層４２〜４４及び振動板４０は、複数の圧力室１０にまたがって連続的に形成されているため、圧電層４２〜４４の、ある圧力室１０と対向する部分が収縮変形すると、この変形に伴って、圧電層４２〜４４のこの圧力室１０に隣接する圧力室１０と対向する部分は引っ張られる方向の力を受けて変形してしまう。そして、圧電層４１〜４４の、上記隣接する圧力室１０に対向する部分が引っ張り方向に力を受けて変形した状態で、上記隣接する圧力室１０に対応する個別電極５２、５４に駆動電圧を付与してノズル１５からインクを吐出させると、引っ張られる方向の力を受けていない状態と比べてノズル１５からのインクの吐出特性が変動してしまう、いわゆるクロストークが発生してしまう虞がある。このクロストークは圧電層が水平方向に収縮変形する、つまり、ユニモルフ変形する圧電アクチュエータにおいて顕著に発現するものである。

しかしながら、本実施の形態においては、圧電層４４の上面の、隔壁２６と対向する部分に、下部部材６１の一部である第１接合部７１が接続されているため、圧電層４１〜４４及び振動板４０の隔壁２６と対向する部分は、第１接合部７１と隔壁２６とによって上下方向から挟まれることとなる。さらに、複数の第１接合部７１は、その上面において上部部材６２に接合されることによって互いに連結されている。これにより、圧電層４２〜４４の隔壁２６ａと対向する部分は変形しにくくなり、圧電アクチュエータ３２を駆動して、圧電層４２〜４４のある圧力室１０に対向する部分を収縮変形させたときに、圧電層４２〜４４の隔壁２６と対向する部分が引っ張られる方向に力を受けて変形してしまうのが抑制される。これに伴って、圧電アクチュエータ３２を駆動して、圧電層４２〜４４のある圧力室１０に対向する部分を収縮変形させたときに、圧電層４２〜４４の、この圧力室１０と隣接する圧力室１０と対向する部分が引っ張られる方向に力を受けて変形してしまうのも抑制される。

ここで、圧電層４４と下部部材６１、及び、下部部材６１と上部部材６２とが接着剤などによって接着されている場合には、圧電層４４と下部部材６１との間、及び、下部部材６１と上部部材６２との間に圧電材料よりもやわらかい接着剤の層ができてしまうため、圧電層４２〜４４の隔壁２６と対向する部分が引っ張られる方向に力を受けたときに、この部分が変形してしまうのを十分に抑制することができない虞がある。

しかしながら、本実施の形態では、前述したように、圧電層４１〜４４、下部部材６１及び上部部材６２は、これらを構成する圧電材料のグリーンシートを焼成する際に互いに接合されるため、圧電層４４と下部部材６１との間、及び、下部部材６１と上部部材６２との間にはこのような接着剤の層がなく、圧電層４２〜４４の隔壁２６と対向する部分が引っ張られる方向に力を受けて変形してしまうのを十分に抑制することができる。

また、複数の第１接合部７１が設けられていると、圧電アクチュエータ３２を駆動したときに、圧電層４２〜４４の、インクを吐出するノズル１５に対応する圧力室１０と対向する部分、つまり、圧電層４２〜４４の収縮変形させるべき部分の収縮変形量も低下してしまう。これにより、振動板４０の圧力室１０側に凸となるような変形の量も低下してしまう。しかしながら、第１接合部７１の幅Ｗａ（配列方向に関する長さ）が、隔壁２６の幅Ｗｂよりも狭くなっているため、圧電層４２〜４４における、インクを吐出するノズル１５に対応する圧力室１０と対向する部分の収縮変形量が低下してしまうのを極力抑えつつ、圧電層４２〜４４の隔壁２６に対向する部分が引っ張られる方向に力を受けて変形してしまうのを抑制することができるので、インクを吐出するノズル１５に対応する振動板４０の圧力室１０側に凸となるような変形量の低下を極力抑えつつ、隣接する圧力室１０に対応する振動板４０の変形量の変化を抑制することができる。

次に、上述した圧電層４１〜４４及び振動板４０における変形の抑制効果を示す解析結果について説明する。図７はこの解析に用いた解析モデルを示す図である。図８、図９は図７の解析モデルを用いて解析を行った結果を示す図である。

解析モデルは、図７に示すように、図６と同様の断面における圧力室１０、振動板４０、圧電層４１〜４４、共通電極５１、５３、個別電極５２、５４、第１接合部７１（下部部材６１）及び上部部材６２をモデル化した、図６の圧電アクチュエータ３２と同様にユニモルフ変形するものである。そして、この解析モデルにおいては、圧力室１０の幅Ｗｃを３６０μｍとし、隣接する圧力室１０の中心間の距離Ｗｎを５０８μｍとしている。これにより、隔壁２６の幅Ｗｂが１４８μｍとなっている。また、この解析モデルにおいては、振動板４０の厚みＤｓを１０μｍ、圧電層４１〜４４の厚みＷｐを２０μｍ、第１接合部７１の厚みＤａを２５μｍ又は５０μｍとしている。そして、第１接合部７１の幅Ｗａを変化させて、以下に示す解析を行っている。なお、この解析モデルにおいては、共通電極５１、５３及び個別電極５２、５４の厚みを０としている。

図８、図９は、それぞれ、第１接合部７１の厚みＤｐを５０μｍ及び２５μｍとしたときの、隔壁２６の幅Ｗｂに対する第１接合部７１の幅Ｗａの割合Ｗａ／Ｗｂと、圧電層４１〜４４及び振動板４０の、インクを吐出するノズル１５に対応する圧力室１０と対向する部分の変形の低下率（変位変化率）、及び、クロストークの改善率（ＣＴ改善率）との関係を示す解析結果である。

図８、図９に示すように、割合Ｗａ／Ｗｂが大きいほど、すなわち、第１接合部７１の幅Ｗａが大きいほど、ＣＴ改善率は高くなるものの、変位変化率が低くなってしまうことがわかる。さらに、図８、図９に示す解析結果から、第１接合部７１の幅Ｗａを、隔壁２６の幅Ｗｂの４０〜６０％とすることにより、変位変化率を２０％以内に抑えつつ、ＣＴ改善率を３０％以上とすることができることがわかる。したがって、本実施の形態のように、第１接合部７１の幅Ｗａを、隔壁２６の幅Ｗｂの４０〜６０％とした場合には、圧電層４１〜４４及び振動板４０における、インクを吐出するノズル１５に対応する圧力室１０と対向する部分の変形量が低下してしまうのを極力抑えつつ、圧電層４２〜４４の、ある圧力室１０に対向する部分を収縮変形させたときに、圧電層４２〜４４の、この圧力室１０に隣接する圧力室１０と対向する部分が引っ張られる方向に力を受けて変形してしまうのを効果的に抑制することができる。

次に、本実施の形態のインクジェットヘッド３の製造方法について説明する。図１０はインクジェットヘッド３の製造過程を示す工程図である。

インクジェットヘッド３を製造するには、まず、プレート２１〜２３及び振動板４０を互いに積層させて、金属拡散接合によってこれらを互いに接合した後、図１０（ａ）に示すように、振動板４０の上面に圧電層４１〜４４、共通電極５１、５３及び個別電極５２、５４を形成する。具体的には、圧電層４１〜４４となる圧電材料のグリーンシートを順に配置し、各グリーンシートの表面にスクリーン印刷等により共通電極５１、５３及び個別電極５２、５４を形成する。

次に、図１０（ｂ）に示すように、圧電層４４の上面に、下部部材６１を配置する（第１接合部配置工程）。具体的には、貫通穴６１ａが形成された下部部材６１となる圧電材料のグリーンシートをキャビティプレート２１の上面に配置する、あるいは、貫通穴６１ａが形成されていない圧電材料のグリーンシートをキャビティプレート２１の上面に配置してから、レーザ加工などによって貫通穴６１ａを形成する。

次に、図１０（ｃ）に示すように、貫通穴６１ａ（第１接合部７１の間）に合成樹脂材料からなる充填部材１００を充填してから（充填工程）、図１０（ｄ）に示すように、下部部材６１の上面に上部部材６２を配置する（連結部配置工程）。このとき、上部部材６２を下部部材６１に向かってに押圧することになるが、第１接合部７１の間に充填部材１００が充填されているため、上部部材６２を押圧したときに、その押圧力によって幅の狭い第１接合部７１がつぶれてしまうのが防止されている。

次に、プレート２１〜２３及び下部部材６１及び上部部材６２の積層体を５００℃程度で加熱して、圧電層４１〜４４、下部部材６１及び上部部材６２に含まれる有機材料を除去する脱脂を行ってから、さらに１０００℃程度で加熱して、圧電層４１〜４４、下部部材６１及び上部部材６２を焼成する（加熱工程）。これにより、圧電層４１〜４４、下部部材６１及び上部部材６２が互いに接合される。このとき、充填部材１００が合成樹脂材料からなるため、図１０（ｅ）に示すように、脱脂を行う際の加熱により、充填部材１００は気化して、上部部材６２を通り抜けて外部に排出される。この後、接着剤などによりマニホールドプレート２３の下面にノズルプレート２４を接着する。以上のようにして、インクジェットヘッド３を製造する。なお、ノズルプレート２４が金属材料からなる場合には、プレート２１〜２３を接合する際に、ノズルプレート２４も一緒に金属拡散接合によって接合する。

また、プレート２１〜２４と振動板４０とを接着剤によって接着する場合には、振動板４０の上面に上述したのと同様にして圧電層４１〜４０、共通電極５１、５３、個別電極５２、５４、下部部材６１及び上部部材６２を形成して、これらを焼成してから、これらの積層体とプレート２１〜２４とを接着剤によって接着する。

以上に説明した実施の形態によると、圧電層４４の上面の隔壁２６と対向する部分に第１接合部７１が配置されており、圧電層４１〜４４及び振動板４０の隔壁２６と対向する部分は、第１接合部７１と隔壁２６とによって上下方向から挟まれているため、圧電層４２〜４４の隔壁２６ａと対向する部分は変形しにくく、圧電アクチュエータ３２を駆動して、圧電層４２〜４４のある圧力室１０と対向する部分を収縮変形させたときに、圧電層４２〜４４の隔壁２６と対向する部分が引っ張られる方向に力を受けて変形してしまうのが抑制される。これにより、圧電層４２〜４４のこの圧力室１０と隣接する圧力室１０と対向する部分が引っ張られる方向に力を受けて変形してしまうのも抑制され、当該隣接する圧力室１０に連通するノズル１５からのインクの吐出特性が変動してしまうのを抑制することができる。

また、下部部材６１及び上部部材６２が圧電層４１〜４４と同じ圧電材料により構成されているので、下部部材６１、上部部材６２及び圧電層４１〜４４を焼成する際にこれらを接合することができる。したがって、圧電層４４と下部部材６１との間、及び、下部部材６１と上部部材６２との間に接着剤の層など、圧電材料よりもやわらかい層が介在せず、圧電層４１〜４４及び振動板４０の隔壁２６と対向する部分が引っ張られる方向に力を受けて変形してしまうのを確実に抑制することができる。

さらに、第１接合部７１の幅Ｗａを、隔壁２６の幅Ｗｂの４０〜６０％となる一定の長さとすることにより、圧電層４２〜４４の、インクを吐出するノズル１５に対応する圧力室１０に対向する部分の収縮変形量が低下してしまうのを極力抑えつつ、圧電層４２〜４４の隔壁２６と対向する部分の変形を効果的に抑制することができる。

また、圧電層４４の上面に下部部材６１及び上部部材６２が配置されているため、圧電層４４の上面において個別電極５２、５４とＦＰＣ９０の配線との接続を直接行うことは困難であるが、下部部材６１が第２接合部７２を有しているとともに、上部部材６２の上面にＦＰＣ９０の配線と接続される接続端子８１が形成されており、個別電極５２、５４と接続端子８１とが、第２接合部７２及び上部部材６２にそれぞれ形成された貫通孔６１ｂ、６２ａに充填された導電性材料を介して接続されているため、個別電極５２、５４とＦＰＣ９０の配線との接続を容易に行うことができる。また、第２接合部７２に貫通孔６１ｂを形成しているため、第１接合部７１の幅Ｗａが狭く、第１接合部７１に貫通孔を形成することが困難な場合であっても、個別電極５２、５４と接続端子８１とを容易に接続することができる。

また、インクジェットヘッド３を製造する際、下部部材６１を圧電層４４の上面に配置した後、貫通穴６１ａに充填部材１００を充填しているため、下部部材６１上面に上部部材６２を配置するときの押圧力によって、幅の狭い第１接合部７１がつぶれてしまうのが防止される。

また、充填部材１００が合成樹脂材料により構成されているため、充填部材１１０は、脱脂を行う際の加熱により、確実に気化して、上部部材６２を通過して外部に排出される。

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同じ符号を付し、適宜その説明を省略する。

本実施の形態では、圧電層４４の上面に、複数の第１接合部７１と第２接合部７２とが一体となった下部部材６１が配置されていたが、これには限られない。例えば、一変形例では、図１１に示すように、圧電層４４の上面の隔壁２６対向する部分に、複数の第１接合部１０１が個別に配置されており、２列の圧力室列の間と対向する部分に、第２接合部１０２が配置されている（変形例１）。

この場合でも、実施の形態と同様、圧電層４１〜４４及び振動板４０の隔壁２６と対向する部分が、隔壁２６と第１接合部１０１とによって上下方向から挟まれているため、圧電層４２〜４４の隔壁２６と対向する部分の変形が抑制される。これにより、圧電層４２〜４４の、ある圧力室１０と対向する部分を収縮変形させたときに、圧電層４２〜４４の、この圧力室１０を区画する隔壁２６と対向する部分が、引っ張られる方向の力を受けて変形してしまうのを抑制することができる。

また、本実施の形態では、圧電層４４の上面に第２接合部７２が配置されていたが、第２接合部７２は配置されていなくてもよい。例えば、別の一変形例では、図１２、１３に示すように、隔壁１１６の幅が実施の形態の隔壁２６よりも大きく、圧電層４４の上面には、隣接する圧力室１０と対向する部分に第１接合部７１よりも幅の広い第１接合部１１１が配置されているが、第２接合部７２は配置されていない。

また、圧電層４４の上面には接続端子５４ａから第１接合部１１１と対向する部分まで延びた配線１１２が形成されており、第１接合部１１１と対向する配線１１２の先端部が接続端子１１３となっている。さらに、第１接合部１１１の上面及び上部部材６２の上面（第１接合部１１１と反対側の面）には、それぞれ、接続端子１１３と対向するように接続端子１１４、１１５が形成されている。さらに、第１接合部１１１及び上部部材６２には、それぞれ、接続端子１１３〜１１５と対向する部分に、内部に導電性材料が充填された貫通孔１１１ａ、６２ｂが形成されており、接続端子１１３と接続端子１１４とが、貫通孔１１１ａに充填された導電性材料を介して接続されているとともに、接続端子１１４と接続端子１１５とが、貫通孔６２ｂに充填された導電性材料を介して接続されている。そして、接続端子１１５とＦＰＣ９０の配線とがハンダ９１によって接続されている（変形例２）。

このように、第１接合部１１１の幅が大きい場合には、第２接合部７２を設けず、個別電極５２、５４と上部部材６２の上面の接続端子１１５とを接続するための貫通孔１１１ａを第１接合部１１１に形成してもよい。

また、本実施の形態では、第１接合部７１の幅Ｗａが、隔壁２６の幅Ｗｂよりも狭くなっていたが、これには限られない。例えば、別の一変形例では、図１４に示すように、第１接合部１２１の幅が、隔壁２６の幅とほぼ同じになっている（変形例３）。

この場合でも、図８、図９に示す解析結果からわかるように、圧電層４２〜４４のある圧力室１０と対向する部分を収縮変形させたときの、圧電層４１〜４４及び振動板４０のこの圧力室１０と対向する部分の変形の低下率（変位変化率）は、実施の形態の場合と比較して大きく低下するものの、圧電層４２〜４４のこの圧力室１０と隣接する圧力室１０と対向する部分が引っ張られる方向の力を受けて変形してしまうのを抑制することはできる。

さらに、第１接合部の幅が隔壁２６の幅よりも狭い場合であっても、第１接合部の幅は、実施の形態のように、隔壁２６の幅の４０〜６０％の範囲にあることには限られず、第１接合部の幅が、隔壁２６の幅Ｗｂの４０％の長さよりも短くてもよいし、隔壁２６の幅Ｗｂの６０％の長さよりも長くてもよい。

また、本実施の形態では、第１接合部７１の幅Ｗａが一定となっていたが、これには限られない。別の一変形例においては、図１５に示すように、第１接合部１３０が、圧電層４４の上面の隔壁２６と対向する部分に接合された、金属材料などからなる複数の下接合部１３１と、複数の下接合部１３１の上面に接合された、金属材料などからなる複数の上接合部１３２とを有しており、複数の上接合部１３２の上面が金属材料などからなる上部部材１３３の下面に接合されている。また、下接合部１３１の幅Ｗｃは、上接合部１３２の幅Ｗｄよりも狭くなっている。すなわち、第１接合部１３０の上部部材１３３と接合される部分の面積が、第１接合部１３０の圧電層４４と接合される部分の面積よりも大きくなっている（変形例４）。

このように、第１接合部１３０及び上部部材１３３は、例えば金属のような圧電材料以外の剛性の高い材料により構成されており、圧電層４４と第１接合部１３０（下接合部１３１）、及び、第１接合部１３０（上接合部１３２）と上部部材１３３とが接着剤などによって接着されていてもよい。そして、この場合には、上接合部１３２と上部部材１３３との接合面積が大きくなるので、第１接合部１３０が動きにくく、圧電層４２〜４４が収縮変形したときに、第１接合部が圧電層４２〜４４の隔壁２６と対向する部分が引っ張られる方向に力を受けて変形してしまうのを効率よく抑制することができる。また、上接合部１３２と上部部材１３３との接合面積が大きいため、接着剤により両者を接着する際に、接着を容易に行うことができる。

さらに、下接合部１３１の幅Ｗｃが、隔壁２６の幅Ｗｄよりも狭くなっているため、実施の形態と同様、圧電層４１〜４４及び振動板４０における、インクを吐出するノズル１５に対応する圧力室１０に対向する部分の変形量が低下してしまうのを極力抑えることができる。

なお、変形例４では、第１接合部１３０が、互いに積層された下接合部１３１と上接合部１３２とにより構成されていたが、下接合部１３１と上接合部１３２とが一体となった１つの部材によって第１接合部が構成されていてもよい。

また、圧電アクチュエータは、振動板が複数の圧力室１０を覆っているとともに、圧電層が、振動板の上面に複数の圧力室１０にまたがって形成されており、圧電層の表面に複数の圧力室１０に対応して複数の個別電極が形成された構成を有するものであれば、実施の形態の圧電アクチュエータ３２には限られない。

例えば、別の一変形例では、図１６に示すように、振動板４０の上面に複数の圧力室１０にまたがって１つの圧電層１４１のみが配置されており、圧電層１４１の上面（圧力室１０と反対側の面）の複数の圧力室１０と対向する部分に複数の個別電極１４２が形成されている。また、導電性を有する振動板４０は、常にグランド電位に保持されており、共通電極を兼ねている（変形例５）。

この場合には、複数の個別電極１４２に選択的に駆動電圧を付与すると、駆動電圧が付与された個別電極１４２と共通電極としての振動板４０との間に電位差が発生し、圧電層１４１の個別電極１４２と振動板４０とに挟まれた部分に厚み方向の電界が発生する。そして、圧電層１４１のこの部分が水平方向に収縮し、圧電層１４１及び振動板４０の圧力室１０と対向する部分が圧力室１０側に凸となるように変形（いわゆるユニモルフ変形）して圧力室１０の容積が低下する。これにより、圧力室１０内のインクの圧力が増加し、圧力室１０に連通するノズル１５からインクが吐出される。

この場合でも、圧電層１４１及び振動板４０の隔壁２６と対向する部分が第１接合部７１と隔壁２６とによって上下方向から挟まれているため、実施の形態と同様、圧電層１４１のある圧力室１０と対向する部分が収縮変形したときに、圧電層１４１のこの圧力室１０に隣接する圧力室１０と対向する部分が変形してしまうのを抑制することができる。

また、本実施の形態では、圧電層４４の上面に下部部材６１を配置した後、合成樹脂材料からなる充填部材１００を充填したが、充填部材は合成樹脂材料には限られず、脱脂の際の加熱温度で気化するものであれば、合成樹脂材料以外のものであってもよい。

また、以上では、圧力室に連通する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例について説明したが、これには限られず、圧力室内のインク以外の液体に圧力を付与することにより液体移送流路内の液体を移送する液体移送装置に本発明を適用することも可能である。

本発明における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の平面図から、上部部材を除いた図である。図２の部分拡大図である。図４のＶ−Ｖ線断面図である。図４のＶＩ−ＶＩ線断面図である。本実施の形態のインクジェットヘッドの解析モデルを示す図である。図７の解析モデルにおいて、第１接合部の高さを５０μｍとして解析を行ったときの解析結果を示す図である。図７の解析モデルにおいて、第１接合部の高さを２５μｍとして解析を行ったときの解析結果を示す図である。インクジェットヘッドの製造過程を示す工程図である。変形例１の図３相当の図である。変形例２の図４相当の図である。変形例２の図６相当の図である。変形例３の図６相当の図である。変形例４の図６相当の図である。変形例５の図６相当の図である。

符号の説明

１０圧力室
１５ノズル
２６隔壁
３１流路ユニット
３２圧電アクチュエータ
４０振動板
４１〜４４圧電層
４２ａ、４３ａ貫通孔
４３ｂ、４４ａ貫通孔
５２、５４個別電極
６１下部部材
６１ｂ貫通孔
６２上部部材
６２ａ貫通孔
６２ｂ貫通孔
７１第１接合部
７２第２接合部
８１接続端子
１０１第１接合部
１０２第２接合部
１１１第１接合部
１１１ａ貫通孔
１１５接続端子
１１６隔壁
１２１第１接合部
１３０第１接合部
１３１下接合部
１３２上接合部
１３３上部部材

Claims

所定の配列方向に配列された複数の圧力室を含む、複数の液体移送流路が形成された流路ユニットと、
前記複数の圧力室内の各々の液体に選択的に圧力を付与するためのユニモルフ変形する圧電アクチュエータとを備えており、
前記圧電アクチュエータは、
前記複数の圧力室を覆う振動板と、
前記振動板の前記圧力室と反対側の面において、前記複数の圧力室にまたがって形成された圧電層と、
前記圧電層の前記圧力室と反対側の面において、前記複数の圧力室にそれぞれ対応して配置された複数の電極と、
前記圧電層の前記圧力室と反対側の面における、前記配列方向において隣り合う２つの前記圧力室を区画する隔壁に対向する部分に接合された複数の第１接合部と、
前記複数の第１接合部の前記圧電層と反対側に前記複数の第１接合部にまたがって配置されているとともに、前記複数の第１接合部の前記圧電層と反対側の面に接合されており、前記複数の第１接合部同士を連結する連結部とを備え、
前記複数の第１接合部の前記圧電層に接合されている部分の前記配列方向に関する長さが、前記隔壁の前記配列方向に関する長さよりも短くなっており、
前記複数の第１接合部及び前記連結部が、前記圧電層と同じ材料によって構成されており、
前記配列方向に関して、前記複数の第１接合部の長さが一定あり、且つ、前記隔壁の長さの４０％〜６０％であり、
前記圧電層の前記圧力室と反対側の面のうち、前記圧力室と対向する部分、及び、前記隔壁と対向する部分のいずれとも異なる部分に接合されているとともに、前記圧電層と反対側の面において前記連結部と接合された第２接合部をさらに備えており、
前記連結部の前記第２接合部と反対側の面には、前記複数の電極に駆動電圧を付与するための配線と接続される複数の接続端子が設けられており、
前記第２接合部及び前記連結部には、それぞれ、内部に導電性材料が充填された複数の貫通孔が形成されており、
前記複数の電極と前記複数の接続端子とは、前記導電性材料を介して接続されていることを特徴とする液体移送装置。
前記複数の第１接合部の前記連結部に接合されている部分の面積が、前記複数の第１接合部の前記圧電層に接合されている部分の面積よりも大きくなっていることを特徴とする請求項１に記載の液体移送装置。
前記連結部の前記複数の第１接合部と反対側の面に、前記複数の電極に駆動電圧を印加するための配線と接続される複数の接続端子が設けられており、
前記複数の第１接合部及び前記連結部には、それぞれ、導電性材料が充填された複数の貫通孔が形成されており、
前記複数の電極と前記複数の接続端子とが、それぞれ、前記導電性材料を介して接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体移送装置。