特開 2025-1342 液体吐出ヘッド及び液体吐出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025001342

(43)【公開日】2025-01-08

(54)【発明の名称】液体吐出ヘッド及び液体吐出装置

(51)【国際特許分類】

   B41J 2/14 20060101AFI20241225BHJP

【ＦＩ】

B41J2/14 305

B41J2/14 611

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023100864

(22)【出願日】2023-06-20

(71)【出願人】

【識別番号】324006865

【氏名又は名称】理想テクノロジーズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003708

【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所

(72)【発明者】

【氏名】後藤 大輝

(72)【発明者】

【氏名】肥田 真一郎

(72)【発明者】

【氏名】下里 正志

【テーマコード（参考）】

2C057

【Ｆターム（参考）】

2C057AF69

2C057AG33

2C057AG44

2C057AG47

2C057AG84

2C057AG91

2C057AP22

2C057AP55

(57)【要約】

【課題】 実装性の高い液体吐出ヘッド及び液体吐出装置を提供する。
【解決手段】一実施形態にかかる液体吐出ヘッドは、基板と、圧電部材と、振動板と、電極配線と、を備える。基板は、配線面を有する。圧電部材は、前記基板の配線面に設けられる。圧電部材は、一方の側面部が前記配線面に対して９０°より大きく、１８０°より小さい角度で傾斜する傾斜面を有する。振動板は、前記圧電部材の前記基板と反対側に対向配置される。電極配線は、前記圧電部材の前記傾斜面に形成される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

配線面を有する基板と、
前記基板の配線面に設けられ、一方の側面部が前記配線面に対して９０°より大きく、１８０°より小さい角度で傾斜する傾斜面を有する、圧電部材と、
前記圧電部材の前記基板と反対側に対向配置される振動板と、
前記圧電部材の前記傾斜面に形成される電極配線と、
を備える液体吐出ヘッド。

【請求項2】

前記振動板に対向配置される圧力室を形成する流路部と、
前記基板の配線面に形成され、前記側面部に形成される電極配線に接続される、基板配線と、を備える、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。

【請求項3】

前記圧電部材の前記一方の側面部と前記基板の配線面との間の角度は、１３５°より大きく、前記圧電部材の他方の側面部と前記基板の配線面との間の角度よりも大きい、請求項２に記載の液体吐出ヘッド。

【請求項4】

前記基板は、前記基板配線に異方導電性フィルムを介して部品が実装される実装部を前記配線面に備える、請求項２に記載の液体吐出ヘッド。

【請求項5】

請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の液体吐出ヘッドを備える液体吐出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、液体吐出ヘッド及び液体吐出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

インクジェットプリンタヘッドなどの液体吐出装置の駆動源として、ＰＺＴなどの圧電体を用いた圧電アクチュエータが用いられる。インクジェットプリンタヘッドなどでは非常に細かい間隔でアクチュエータが並べられており、１つの圧電体に多数の溝を形成し、溝によって分割された複数の柱部をそれぞれ１つのアクチュエータとする構造がある。アクチュエータを駆動するために柱部には、伸縮する面と直交する面に電極が設けられており、アクチュエータ表面の電極にはんだ接合によりフレキシブルケーブルが直接接続される。

【0003】

このような構成において、アクチュエータとフレキシブルケーブルの接合強度が低いために、接合部が破損しやすく、電気的接続のオープンが生じやすい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１１－５６７３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、実装性の高い液体吐出ヘッド及び液体吐出装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

一実施形態にかかる液体吐出ヘッドは、基板と、圧電部材と、振動板と、電極配線と、を備える。基板は、配線面を有する。圧電部材は、前記基板の配線面に設けられる。圧電部材は、一方の側面部が前記配線面に対して９０°より大きく、１８０°より小さい角度で傾斜する傾斜面を有する。振動板は、前記圧電部材の前記基板と反対側に対向配置される。電極配線は、前記圧電部材の前記傾斜面に形成される。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施形態に係るインクジェットヘッドの構成を示す断面図。

【図2】同インクジェットヘッドの構成を示す断面図。

【図3】同インクジェットヘッドの構成を示す斜視図。

【図4】同インクジェットヘッドの製造方法を示す説明図。

【図5】他の実施形態にかかるインクジェットヘッドを示す説明図。

【図6】実施形態に係るインクジェット記録装置の概略構成を示す説明図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下に、実施形態に係るアクチュエータ２０、液体吐出ヘッドであるインクジェットヘッド１及び液体吐出装置であるインクジェット記録装置１００について、図１乃至図６を参照して説明する。図１及び図２はインクジェットヘッド１の概略構成を示す断面図である。図２は図１のII－II断面を示す。図３はインクジェットヘッド１の一部を示す斜視図、図４はインクジェットヘッドの製造方法を示す説明図であり、図６は、インクジェット記録装置１００の概略構成を示す説明図である。図中矢印Ｘ、Ｙ、Ｚは互いに直交する３方向をそれぞれ示す。各図において説明のため、適宜構成を拡大、縮小または省略して示す。

【0009】

図１及び図２に示すように、インクジェットヘッド１は、基板１０と、一対のアクチュエータ２０と、流路部４０と、複数のノズル５１を有するノズルプレート５０と、フレーム部６０と、駆動回路７０と、を備える。

【0010】

一例として、インクジェットヘッド１は、アクチュエータ２０を２つ備え、複数のノズル５１が列方向（Ｘ方向）に並ぶノズル列、複数の圧力室３１が列方向に並ぶ圧力室列、及び複数の圧電素子２１、２２、が列方向に並ぶ素子列をそれぞれ２列ずつ有する。本実施形態において、アクチュエータ２０における複数の圧電体層２１１の積層方向、駆動圧電素子２１の振動方向、振動板３０の振動方向、がそれぞれＺ方向に沿う例を示す。

【0011】

基板１０は一対のアクチュエータ２０を支持する回路基板である。基板１０は例えばアルミナなどから板状に構成され、延出方向及び並列方向に沿う表面である実装面１０１を有する。基板１０の、アクチュエータ２０が搭載される実装面１０１には、基板電極層１１、１２が形成される。実装面１０１は配線面ともいう。例えば基板１０の実装面１０１において、一対のアクチュエータ２０が対向する方向の一対のアクチュエータ２０の両側部となる外側領域には個別電極を構成する基板電極層１１が形成され、一対のアクチュエータ２０の間の内側領域には共通電極を構成する基板電極層１２が形成される。一対のアクチュエータ２０の対向面が内側領域であり、一対のアクチュエータ２０の対向面と反対側の面が外側領域である。

【0012】

例えば基板１０の実装面１０１において、一対のアクチュエータ２０の外側領域においては列方向に基板電極層１１が分離されることで複数の基板配線である個別配線１０２を有する所定の配線パターンが形成される。例えば個別配線１０２はアクチュエータ２０の表面のうち外側となる一方の側面部に形成される外部電極２２３（電極）と連続し、個別電極を構成する。

【0013】

一例として実装面１０１上のアクチュエータ２０の近傍の領域であって、少なくとも傾斜面からの反射光が届く反射光範囲内において、個別配線１０２は、アクチュエータ２０の側面部の外部電極２２３と同方向に延びる。

【0014】

基板１０の実装面１０１における外側領域には、ＡＣＦ７５を介して部品としてのＦＰＣ７１が実装される実装部７６が設けられる。

【0015】

個別配線１０２は、例えば真空蒸着法や無電解メッキ法等の手法で、導電性材料が形成され、たとえばフォトリソグラフィーによるパターニング加工により、所定形状にパターニングされる。

【0016】

また、基板１０の実装面１０１において、一対のアクチュエータ２０の間の内側領域に形成された基板電極層１２は、共通配線１０３（配線）を構成する。共通配線１０３は、アクチュエータ２０のうち内側となる他方の側面部に形成される外部電極２２４（電極）と連続し、共通電極を構成する。

【0017】

アクチュエータ２０は、基板１０の一方側である実装面１０１に接合される。例えばＹ方向に２つのアクチュエータ２０が並んで配置される。

【0018】

図１乃至図３に示すように、アクチュエータ２０は、列方向に沿って交互に配列されるアクチュエータとなる複数の駆動圧電素子２１、及び複数の非駆動圧電素子２２と、これら複数の圧電素子２１、２２を基板１０側で一体に連結する連結部２６と、を備える。

【0019】

アクチュエータ２０は、複数の圧電体層２１１と複数の内部電極２２１，２２２とが積層される積層圧電部材である。

【0020】

アクチュエータ２０において、複数の駆動圧電素子２１及び複数の非駆動圧電素子２２とは、一定の間隔で一方向に並ぶ。

【0021】

アクチュエータ２０は、振動板３０側となる頂部側から所定深さまで形成される溝２３により複数に分割され、複数の駆動圧電素子２１、非駆動圧電素子２２が例えば、同ピッチで列方向に並ぶ。溝２３はアクチュエータ２０の延出方向における全長にわたって形成される。

【0022】

一対のアクチュエータ２０は、一対のアクチュエータ２０の対向方向であるＹ方向における外側の一方側の側面部２０３が、基板１０側に向けて斜めに拡がる台形状に構成される。アクチュエータ２０は、例えば、短手方向の幅が、頂部側から基板１０側に向かって片側に漸次大きくなる。アクチュエータ２０の短手方向に沿った断面の断面形状は、台形状に形成される。即ち、アクチュエータ２０は、短手方向の一方側の側面部２０３に傾斜する傾斜面を有する。たとえばアクチュエータ２０の圧電部材２０２の一方の側面部２０３は、基板１０の実装面１０１との間の角度が９０°より大きく１８０°より小さい傾斜面を有する。

【0023】

また、各圧電部材２０２において、一対のアクチュエータ２０が対向する内側となる他方の側面部２０４は、基板１０の実装面１０１との角度が、一方の側面部２０３と実装面１０１との角度よりも小さく構成される。一例として、側面部２０４は、Ｚ方向に沿って延び、基板１０の実装面１０１との角度は９０°となる。

【0024】

アクチュエータ２０において、例えば複数の駆動圧電素子２１及び複数の非駆動圧電素子２２とは、それぞれ、Ｚ方向から見た平面視において、短手方向が素子列の列方向に沿うとともに、長手方向が列方向及びＺ方向に対して直交する延出方向に沿う、矩形状に構成される。

【0025】

複数の駆動圧電素子２１及び複数の非駆動圧電素子２２は、個別電極が形成される一方の側面が基板側に拡大する傾斜面を形成するとともに、共通電極が形成される他方の側面がＺ方向に沿って延び、断面視において片側が傾斜する台形状に構成される。

【0026】

駆動圧電素子２１は、Ｚ方向において、流路部４０に形成された複数の圧力室３１にそれぞれ対向する位置に配列される。一例として、駆動圧電素子２１の列方向及び延出方向の中心位置と、圧力室３１の列方向及び延出方向の中心位置とが、Ｚ方向に並んで配列される。

【0027】

非駆動圧電素子２２は、Ｚ方向において、流路部４０に形成された複数の隔壁部４２にそれぞれ対向する位置に配列される。複数の駆動圧電素子２１及び複数の非駆動圧電素子２２は、列方向において、溝２３を挟んで交互に並列配置される。

【0028】

例えば、アクチュエータ２０を構成する圧電部材２０２は、積層圧電体で構成される積層圧電部材であり、シート状の圧電材料を積層して焼結することで形成される。

【0029】

圧電部材２０２は、積層された複数の圧電体層２１１と、各圧電体層２１１の主面に形成される内部電極２２１、２２２と、一方側の側面部２０３に形成された外部電極２２３と、他方側の側面部２０４に形成された２２４と、を備える。一対のアクチュエータ２０の対向面と反対側の面である外側領域側が、圧電部材２０２の一方側の側面部２０３である。一対のアクチュエータ２０の対向面である内側領域側が、圧電部材２０２の他方側の側面部２０４である。なお、一例として、駆動圧電素子２１、非駆動圧電素子２２は同じ積層構造である。

【0030】

圧電体層２１１は、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）系、または無鉛のＫＮＮ（ニオブ酸ナトリウムカリウム）系等の圧電セラミック材料から薄板状に構成される。複数の圧電体層２１１は厚さ方向が積層方向に沿って積層され、互いに接着されている。例えば本実施形態において圧電体層２１１の厚さ方向及び積層方向が、振動方向（Ｚ方向）に沿って配置される。

【0031】

内部電極２２１、２２２は、銀パラジウムなどの焼成可能な導電性材料で所定形状に構成される導電膜である。内部電極２２１、２２２は各圧電体層２１１の主面の所定領域に形成される。内部電極２２１、２２２は、互いに異なる極である。例えば、一方の内部電極２２１は、複数の駆動圧電素子２１及び複数の非駆動圧電素子２２の並び方向である列方向（Ｘ方向）、振動方向（Ｚ方向）の双方と直交する方向である延出方向（Ｙ方向）において、圧電体層２１１の一方の端部に至り、圧電体層２１１の他方の端部には至らない領域に形成される。他方の内部電極２２２は、延出方向において、圧電体層２１１の一方の端部には至らず、圧電体層２１１の他方の端部に至る領域に形成される。内部電極２２１、２２２は圧電素子２１、２２の側面に形成される外部電極２２３、２２４にそれぞれ接続される。

【0032】

また駆動圧電素子２１、非駆動圧電素子２２を構成する圧電部材２０２は、基板１０側とノズルプレート５０側の端部のいずれかまたは両方に、電界がかからず変形しないダミー層をさらに備えていてもよい。ダミー層は、圧電体層２１１と同材料であり、圧電体としては機能せず、固定の際のベースとなり、あるいは組立中や組立後の精度を出すために研磨する研磨代となる。

【0033】

外部電極２２３、２２４は、複数の駆動圧電素子２１及び複数の非駆動圧電素子２２の表面に形成され、内部電極２２１、２２２の端部に接続される。

【0034】

例えば外部電極２２３は、圧電部材２０２の延出方向における一方の側面部２０３の傾斜面に形成される。外部電極２２３は素子毎に分離され、個別配線を構成する。各外部電極２２３は、基板１０上の基板電極層１１で構成される個別配線１０２にそれぞれ連続する。

【0035】

たとえば、各外部電極２２３は、フォトリソグラフィー処理における光の照射方向から見て、少なくともアクチュエータ２０の近傍の領域における各個別配線１０２と同じ方向に延びている。

【0036】

本実施形態において、基板配線部の個別配線１０２は、実装面１０１に沿って形成されるとともに、少なくとも反射光が届く反射光範囲内において、アクチュエータ２０の傾斜面の配線である外部電極２２３と、同方向に延びる。具体的には、例えば露光方向となる第３方向（Ｚ方向）から見た平面視において、圧電部材２０２の短手方向である第２方向（Ｙ方向）に向けて同一直線上に延びる。すなわち、個別配線１０２は、少なくとも圧電部材２０２からの距離が所定距離以下となる反射光範囲内において、複数のノズル５１の配列方向である第１方向（Ｘ方向）に対して直交する直線上であって、傾斜面となる側面部２０３の縁部である上辺及び下辺に対して、垂直となる方向に延びる。そして、基板１０の個別配線１０２は、実装面１０１に沿って、アクチュエータ２０の短手方向である第２方向（Ｙ方向）に延びる。

【0037】

外部電極２２４は、圧電部材２０２の延出方向における他方の側面部２０４に形成される。また外部電極２２４は基板１０上の基板電極層１２で構成される共通配線１０３に連続する。

【0038】

外部電極２２３、２２４はメッキ法やスパッタ法などの方法で、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕなどにより成膜される。外部電極２２３と外部電極２２４は、異なる極である。

【0039】

本実施形態において一例として外部電極２２３は圧電素子２１毎に分離された個別電極であり、外部電極２２４は共通電極である。複数の駆動圧電素子２１及び複数の非駆動圧電素子２２の個別電極となる外部電極２２３は、製造工程において圧電部材２０２の一方の側面に形成される電極層が分割され、互いに圧電素子２１毎に独立して配置される。すなわち、電極層が並列方向において互いに離間して独立し、複数の個別電極としての外部電極２２３を構成する。
外部電極２２３は、溝２３によって互いに離間して配置され、例えば基板１０上の個別配線１０２を介して、配線基板の一例であるフレキシブル基板としてのＦＰＣ７１を介して駆動回路７０に接続される。例えば、個々の外部電極２２３は、ＡＣＦ７５を用いたＡＣＦ実装により接続されたＦＰＣ７１により駆動回路７０の駆動ＩＣ７２を介して、駆動部としての制御部１１６に接続され、制御回路１１６１による制御によって駆動制御可能に構成される。なお、外部電極２２４は外部電極２２３側の側面に取り回され、ＦＰＣ７１を介して駆動回路７０に接続されてもよい。

【0040】

外部電極２２４は、溝２３の底部よりも基板１０側の領域において電極層が連続し、共通電極を構成する。外部電極２２４は、圧電部材２０２の他方の側面において互いに連結されるとともに基板１０上の共通配線１０３に接続され、例えば接地される。

【0041】

また、各圧電素子２１、２２の振動方向は積層方向に沿っており、電界を印加することで、ｄ３３方向に変位する。

【0042】

一例として、各圧電素子２１、２２は、３層以上、５０層以下、各層の厚さを１０μｍ以上、４０μｍ以下とし、厚さと総積層数の積を１０００μｍ未満とする。

【0043】

駆動圧電素子２１は、外部電極２２３、２２４を介して内部電極２２１、２２２に電圧が印加されることで、振動する。本実施形態において、駆動圧電素子２１は、圧電体層２１１の積層方向に沿って縦振動する。ここで言う縦振動とは、例えば「圧電定数ｄ３３で定義される厚み方向の振動」である。駆動圧電素子２１は、縦振動により、振動板３０を変位させ、圧力室３１を変形させる。

【0044】

流路部４０は、変形方向においてアクチュエータ２０の一方側に対向配置される振動板３０と、振動板３０の一方側に積層される複数の流路基板４０５、４０６と、を備える。

【0045】

振動板３０は振動方向において流路基板４０５とアクチュエータ２０との間に設けられる。振動板３０は、流路基板４０５とともに、流路部４０を構成する。振動板３０は、圧電部材２０２の個別電極及び共通電極が形成される側面に対して交差する方向に延びる。

【0046】

振動板３０は振動方向であるＺ方向と直交する面に沿って延び、複数の圧電素子２１、２２の振動方向の一方側、即ち、ノズルプレート５０側の面に接合される。振動板３０は、例えば変形可能に構成される。振動板３０は、アクチュエータ２０の駆動圧電素子２１及び非駆動圧電素子２２と、フレーム部６０と、に接合される。例えば振動板３０は、圧電素子２１、２２に対向する振動領域３０１と、フレーム部６０に対向する支持領域３０２と、を有する。

【0047】

振動領域３０１は、例えば厚さ方向が圧電体層２１１の振動方向となるように配された平板状である。振動板３０は、複数の駆動圧電素子２１及び複数の非駆動圧電素子２２の並び方向に面方向が延びる。振動板３０は、例えば金属板である。振動板３０は、各圧力室３１に対向するとともに個別に変位可能な複数の振動部位を有する。振動板３０は、複数の振動部位が一体に連なって形成される。

【0048】

一例として、振動板３０はニッケルやＳＵＳ板で構成され、振動方向に沿う厚さ寸法は５μｍ～１５μｍ程度に構成される。なお、振動領域３０１は、複数の振動部位が、変位しやすいように、振動部位と隣接する部位あるいは互いに隣接する振動部位間に、折り目や段差が形成されていてもよい。振動領域３０１は、駆動圧電素子２１の伸長と圧縮によって、当該駆動圧電素子２１に対向配置された部位が変位することで、変形する。例えば、振動板３０は、電鋳法等により、形成される。振動板３０はアクチュエータ２０の上端面に接着などで接合される。

【0049】

支持領域３０２は、フレーム部６０と流路基板４０５との間に配置される板状部材である。支持領域３０２は、共通室３２に連通する貫通孔を有する連通部３３を有する。

【0050】

例えば連通部３３は貫通孔として液体が通過可能な多数の細孔を有するフィルタ部材を備える。

【0051】

流路基板４０５、４０６は、振動方向においてノズルプレート５０と振動板３０の間に配置される。たとえば流路基板４０５は振動板３０の振動方向の一方側に接合される。流路基板４０６は流路基板４０５の振動方向の一方側に接合される。

【0052】

流路基板４０５、４０６は、複数の圧力室３１や、圧力室３１と共通室３２とを連通する複数の個別流路を有する、所定のインク流路を形成する。

【0053】

たとえば流路基板４０５は隔壁部４１や、隔壁部４２や、周壁部４３を有する。

【0054】

たとえば隔壁部４１は、一対のアクチュエータ２０に対向する圧力室３１の列の間を仕切る壁部材である。

【0055】

隔壁部４２は、並列方向に並ぶ複数の圧力室３１間を隔てるとともに、圧力室３１及びの両側部を構成する壁部材である。隔壁部４２は振動板３０を介して、非駆動圧電素子２２に対向配置され、非駆動圧電素子２２によって支持される。隔壁部４２は、複数の圧力室３１が並ぶピッチと同ピッチで複数設けられる。

【0056】

周壁部４３は複数の個別流路や共通流路を含むインク流路の外周部を囲む壁部材である。

【0057】

流路基板４０６は、各圧力室３１からノズル５１に連通する流路を形成するフレーム部４４を有する。

【0058】

流路部４０内には、各アクチュエータ２０においてそれぞれX方向に並ぶ圧力室３１の列が２列形成される。各列において、Ｘ方向に並ぶ圧力室３１の間は隔壁部４２によって隔てられる。すなわち、圧力室３１の並列方向の両側は隔壁部４２によって構成される。また、一方のアクチュエータ２０に対向配置される圧力室３１の列と他方のアクチュエータ２０に対向する圧力室３１の列との間は、隔壁部４１によって隔てられる。各圧力室３１は、一方側に配されるノズルプレート５０に形成されたノズル５１に連通する。また、圧力室３１は、ノズルプレート５０の反対側が振動板３０によって塞がれる。

【0059】

複数の圧力室３１は、振動板３０の振動領域３０１の一方側に形成される空間であり、個別流路や連通部３３を介して共通室３２に連通する。複数の圧力室３１は、ノズルプレート５０に形成されたノズル５１に連通する。また、圧力室３１は、ノズルプレート５０の反対側が振動板３０によって塞がれる。

【0060】

複数の圧力室３１は共通室３２から供給される液体を保有し、圧力室３１の一部を形成する振動板３０の振動によって変形することで、ノズル５１から液体を吐出する。

【0061】

ノズルプレート５０は、例えばＳＵＳ・Ｎｉなどの金属やポリイミドなどの樹脂材料からなる厚さ１０μｍ～１００μｍ程度の方形の板状に構成される。ノズルプレート５０は圧力室３１の一方側の開口を覆うように、流路基板４０５の一方側に配置されている。

【0062】

ノズル５１は圧力室３１の並び方向と同じ第１方向に複数並び、ノズル列が形成される。例えばノズル５１は、２列設けられ、各ノズル５１が、２列に配列された複数の圧力室３１に対応する位置にそれぞれ設けられている。本実施形態において、ノズル５１は、圧力室３１の、延出方向における端部の位置に、それぞれ設けられている。

【0063】

フレーム部６０は圧電素子２１、２２とともに振動板３０に接合される構造体である。フレーム部６０は圧電素子２１、２２の、振動板３０の、流路基板４０５とは反対側に設けられ、例えば本実施形態においてはアクチュエータ２０に隣接して配置される。フレーム部６０は、振動板３０の他方側に接合され、振動板３０と基板１０の間に設けられ、インクジェットヘッド１の外郭を構成する。またフレーム部６０は、内部に液体の流路を形成する。本実施形態において、フレーム部６０は、共通室３２を形成する。

【0064】

共通室３２は、フレーム部６０の内側に形成され、振動板３０に設けられた連通部３３、及び個別流路を通じて、圧力室３１に連通する。

【0065】

駆動回路７０は、基板１０の実装面１０１の個別配線１０２及び共通配線１０３を介してアクチュエータ２０に接続されるＦＰＣ７１（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔｓ：フレキシブルプリント回路基板）と、ＦＰＣ７１に搭載された駆動ＩＣ７２と、ＦＰＣ７１の他端に実装されたプリント配線基板７３と、を備える。

【0066】

駆動回路７０は、駆動ＩＣ７２により駆動電圧を外部電極２２３、２２４に印加することで、駆動圧電素子２１を駆動し、圧力室３１の容積を増減させて、ノズル５１から液滴を吐出させる。

【0067】

ＦＰＣ７１は基板１０の実装面１０１に接続され、個別配線１０２及び共通配線１０３を介してアクチュエータ２０の複数の外部電極２２３、２２４に接続される。ＦＰＣ７１として、電子部品として駆動ＩＣ７２が実装されたＣＯＦ（Ｃｈｉｐ ｏｎ Ｆｉｌｍ）が用いられる。

【0068】

駆動ＩＣ７２は、ＦＰＣ７１を介して外部電極２２３、２２４に接続される。駆動ＩＣ７２は、吐出制御に用いられる電子部品である。

【0069】

駆動ＩＣ７２は、各駆動圧電素子２１を動作させるための制御信号及び駆動信号を生成する。駆動ＩＣ７２は、インクジェットヘッド１が搭載されるインクジェット記録装置１００の制御部１１６から入力された画像信号に従い、インクを吐出させるタイミング及びインクを吐出させる駆動圧電素子２１を選択するなどの制御のための制御信号を生成する。また、駆動ＩＣ７２は、制御部１１６からの制御信号に従って駆動圧電素子２１に印加する電圧、すなわち駆動信号を生成する。駆動ＩＣ７２が駆動圧電素子２１に駆動信号を印加すると、駆動圧電素子２１は、振動板３０を変位させて圧力室３１の容積を変化させるように駆動する。これにより、圧力室３１に充填されたインクは、圧力振動を生じる。圧力振動により、圧力室３１に連通するノズル５１からインクが吐出する。なお、インクジェットヘッド１は、１画素に着弾するインク滴の量を変更することで階調表現を実現できるようにしてもよい。また、インクジェットヘッド１は、インクの吐出回数を変えることで、１画素に着弾するインク滴の量を変更できるようにしてもよい。このように、駆動ＩＣ７２は、駆動信号を駆動圧電素子２１に印加する印加部の一例である。

【0070】

例えば、駆動ＩＣ７２は、データバッファ、デコーダ、及びドライバを備えている。データバッファは、印字データを駆動圧電素子２１毎に時系列に保存する。デコーダは、駆動圧電素子２１毎に、データバッファに保存された印字データに基づいて、ドライバを制御する。ドライバは、デコーダの制御に基づき、各駆動圧電素子２１を動作させる駆動信号を出力する。駆動信号は、例えば各駆動圧電素子２１に印加する電圧である。

【0071】

プリント配線基板７３は、各種電子部品やコネクタが搭載されたＰＷＡ（Ｐｒｉｎｔｉｎｇ Ｗｉｒｉｎｇ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）であり、ヘッド制御回路７３１を有する。プリント配線基板７３は、インクジェット記録装置１００の制御部１１６に接続される。

【0072】

以上のように構成されたインクジェットヘッド１において、ノズルプレート５０と、フレーム部６０と、流路部４０とによって、ノズル５１に連通する複数の圧力室３１と、複数の圧力室３１にそれぞれ連通する共通室３２と、を有するインク流路が形成される。例えば共通室３２はカートリッジに連通し、インクが共通室３２を通じて各圧力室３１へ供給される。全ての駆動圧電素子２１は配線により電圧が印加可能に接続されている。インクジェットヘッド１は、例えばインクジェット記録装置１００の制御部１１６が、駆動ＩＣ７２により電極２２１、２２２に駆動電圧を印加すると、駆動対象の駆動圧電素子２１が例えば積層方向、すなわち各圧電体層２１１の厚さ方向に振動する。つまり、駆動圧電素子２１は縦振動する。

【0073】

具体的には、制御部１１６は、駆動対象の駆動圧電素子２１の内部電極２２１、２２２に駆動電圧を印加して、駆動対象の駆動圧電素子２１を選択的に駆動する。そして、駆動対象の駆動圧電素子２１による、引張方向の変形と圧縮方向の変形を組み合わせて、振動板３０を変形させ、圧力室３１の容積を変化させることで、共通室３２から液体を導き、ノズル５１から吐出させる。

【0074】

本実施形態にかかるインクジェットヘッド１の製造方法の一例について図４を参照して説明する。まず、圧電材料からなるシート状の圧電体層２１１の表面に、内部電極２２１、２２２を印刷処理により形成する。そして内部電極２２１、２２２が形成された複数枚の圧電体層２１１を積層し、焼成処理、及び分極処理を行い、積層圧電部材である圧電部材２０２を構成する。

【0075】

そして、あらかじめ内部電極２２１、２２２を形成した圧電部材２０２の圧電素子２１の分極処理を行い、基板１０の実装面１０１上に接着剤等で貼り付ける。

【0076】

そして、基板１０上に圧電部材２０２が配置された状態で、基板１０及び圧電部材２０２の表面を表面加工することで、実装面１０１と圧電部材２０２の外面を成形する。このとき、例えば砥石を用いた研削加工などの機械加工により、圧電部材２０２の一方の側面から基板１０の実装面１０１まで、段差のない連続した表面を形成する。なお、基板１０や圧電体を加工できる砥石を用いた場合にバリなどが形成される場合には、仕上げにバフ研磨やサンドブラスト等の表面処理を行うことが好ましい。

【0077】

続いて、圧電部材２０２の頂面部および両側の側面部２０３，２０４を含む表面と、基板１０の実装面１０１に、メッキ処理により、金属膜を成膜する。たとえば、圧電部材２０２の面部および両側の側面部を含む表面部と、アクチュエータ２０の周りの実装面１０１の全面にＮｉ無電解メッキなどで、電極を形成することで、外部電極２２３、２２４となる電極層を形成するとともに、基板１０の実装面１０１に基板電極層１１，１２を形成する。そして、圧電部材２０２の頂面部に研磨処理を施し、頂面部の電極を除去するとともに、頂面部の接合面を形成する。研磨処理によって、後工程で振動板３０が接合される圧電部材２０２の頂面部の平面度を確保する。

【0078】

続いてダイヤモンドカッターなどのツールをＺ方向に移動させてダイシング加工することで、アクチュエータ２０に複数の溝２３を形成する。例えば基板１０に接合された圧電部材２０２を、基板１０側とは反対側となる頂部側からダイシング加工により所定深さまで溝２３を形成することで、圧電部材２０２を分離する。以上により、溝２３によって隔てられるとともに所定ピッチで並ぶ複数の駆動圧電素子２１，非駆動圧電素子２２が形成される。

【0079】

そして、圧電部材２０２及び基板１０の表面の電極層を、フォトリソグラフィー処理、ＰＥＰ法などでパターニング加工し、所定の配線パターンを形成する。フォトリソグラフィーによるパターニング加工において、たとえば感光性レジスト材料を塗布した後、フォトマスクを介して図４に示すように照射ヘッドＳから紫外線を照射することにより所定のパターンで露光処理を行い、現像処理、エッチング処理を経て、配線層をパターニングする。

【0080】

すなわち、圧電部材２０２及び基板１０の表面に全面的に成膜された配線層について、個別電極を構成する一方側の領域、すなわち一対のアクチュエータ２０が対向する外側の領域に、所定のパターンで露光して所定箇所を除去し、個別配線１０２側となる一端側の基板電極層１１を複数に分割するパターニング加工を行う。このとき、個別配線１０２側の側面部２０３は実装面１０１に対して傾斜するテーパ状となっているため、連続した面を形成する側面部２０３と基板１０の実装面１０１とに同時に光を照射でき、同時にパターニングすることが可能である。すなわち、テーパ状の傾斜面を有する圧電部材２０２の側面部２０３の電極層と、基板１０の実装面１０１とに形成された基板電極層１１を、素子毎に分割することで、外部電極２２３と個別配線１０２とをパターン加工する。

【0081】

外部電極２２３は、圧電部材２０２のノズルプレート５０側の部位が溝２３によって分離され、基板１０側の部位がパターニングによって分離される。

【0082】

一方、他方側の基板電極層１２はパターニングにより分割されず、連続した状態で共通配線１０３を構成する。以上により、圧電部材２０２の一方側には素子毎に分割された複数の個別配線１０２が形成され、他方側には連続した共通配線１０３が形成される。

【0083】

基板１０上において所定形状に成形された個別配線１０２や共通配線１０３等の配線パターンに、制御部品としての、駆動ＩＣ７２等の電子部品が実装されたＦＰＣ７１を、ＡＣＦ（異方導電性フィルム）７５により接続する。さらにＦＰＣ７１に、ヘッド制御回路７３１を有するプリント配線基板７３を、接続する。以上により、基板１０上においてＡＣＦ７５を用いた実装部７６が構成される。

【0084】

さらに、アクチュエータ２０に、振動板３０、流路基板４０５、４０６及びノズルプレート５０を、間に接合材を介して積層して位置決めを行い、アクチュエータ２０の外周にフレーム部６０を配置し、これら複数の部材を接合することで、インクジェットヘッド１が完成する。

【0085】

以下、インクジェットヘッド１を備えるインクジェット記録装置１００の一例について、図６を参照して説明する。インクジェット記録装置１００は、筐体１１１と、媒体供給部１１２と、画像形成部１１３と、媒体排出部１１４と、搬送装置１１５と、制御部１１６と、を備える。

【0086】

インクジェット記録装置１００は、媒体供給部１１２から画像形成部１１３を通って媒体排出部１１４に至る所定の搬送路Ｒに沿って、吐出対象物である印刷媒体として例えば用紙Ｐを搬送しながらインク等の液体を吐出することで、用紙Ｐに画像形成処理を行う液体吐出装置である。

【0087】

筐体１１１は、インクジェット記録装置１００の外郭を構成する。筐体１１１の所定箇所に、用紙Ｐを外部に排出する排出口を備える。

【0088】

媒体供給部１１２は複数の給紙カセットを備え、各種サイズの用紙Ｐを複数枚積層して保持可能に構成される。

【0089】

媒体排出部１１４は、排出口から排出される用紙Ｐを保持可能に構成された排紙トレイを備える。

【0090】

画像形成部１１３は、用紙Ｐを支持する支持部１１７と、支持部１１７の上方に対向配置された複数のヘッドユニット１３０と、を備える。

【0091】

支持部１１７は、画像形成を行う所定領域にループ状に備えられる搬送ベルト１１８と、搬送ベルト１１８を裏側から支持する支持プレート１１９と、搬送ベルト１１８の裏側に備えられた複数のベルトローラ１２０と、を備える。

【0092】

支持部１１７は、画像形成の際に、搬送ベルト１１８の上面である保持面に用紙Ｐを支持するとともに、ベルトローラ１２０の回転によって所定のタイミングで搬送ベルト１１８を送ることにより、用紙Ｐを下流側へ搬送する。

【0093】

ヘッドユニット１３０は、複数（４色）のインクジェットヘッド１と、各インクジェットヘッド１上にそれぞれ搭載された液体タンクとしてのインクタンク１３２と、インクジェットヘッド１とインクタンク１３２とを接続する接続流路１３３と、供給ポンプ１３４と、を備える。

【0094】

本実施形態において、シアン、マゼンダ、イエロー、ブラックの４色のインクジェットヘッド１と、これらの各色のインクをそれぞれ収容するインクタンク１３２を備える。インクタンク１３２は接続流路１３３によってインクジェットヘッド１に接続される。

【0095】

また、インクタンク１３２には、図示しないポンプなどの負圧制御装置が連結される。そして、インクジェットヘッド１とインクタンク１３２との水頭値に対応して、負圧制御装置によりインクタンク１３２内を負圧制御することで、インクジェットヘッド１の各ノズル５１に供給されたインクを所定形状のメニスカスに形成させている。

【0096】

供給ポンプ１３４は、例えば圧電ポンプで構成される送液ポンプである。供給ポンプ１３４は、供給流路に設けられている。供給ポンプ１３４は、配線により制御部１１６の制御回路１１６１に接続され、制御部１１６により制御可能に構成される。供給ポンプ１３４は、インクジェットヘッド１に液体を供給する。

【0097】

搬送装置１１５は、媒体供給部１１２から画像形成部１１３を通って媒体排出部１１４に至る搬送路Ｒに沿って、用紙Ｐを搬送する。搬送装置１１５は、搬送路Ｒに沿って配置される複数のガイドプレート対１２１と、複数の搬送用ローラ１２２と、を備えている。

【0098】

複数のガイドプレート対１２１は、それぞれ、搬送される用紙Ｐを挟んで対向配置される一対のプレート部材を備え、用紙Ｐを搬送路Ｒに沿って案内する。

【0099】

搬送用ローラ１２２は、制御部１１６の制御によって駆動されて回転することで、用紙Ｐを搬送路Ｒに沿って下流側に送る。なお、搬送路Ｒには用紙の搬送状況を検出するセンサが各所に配置される。

【0100】

制御部１１６は、コントローラであるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の制御回路１１６１と、各種のプログラムなどを記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と、各種の可変データや画像データなどを一時的に記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、外部からのデータの入力及び外部へのデータの出力をするインターフェイス部と、を備える。

【0101】

以上のように構成されたインクジェット記録装置１００において、制御部１１６は、例えばインターフェイスにおいてユーザが操作入力部の操作による印刷指示を検出すると、搬送装置１１５を駆動して用紙Ｐを搬送するとともに、所定のタイミングでヘッドユニット１３０に対して印字信号を出力することで、インクジェットヘッド１を駆動する。インクジェットヘッド１は吐出動作として、画像データに応じた画像信号により、駆動ＩＣ７２に駆動信号を送り、内部電極２２１、２２２に駆動電圧を印加して吐出対象の駆動圧電素子２１を選択的に駆動して例えば積層方向に縦振動させ、圧力室３１の容積を変化させることでノズル５１からインクを吐出し、搬送ベルト１１８上に保持された用紙Ｐに画像を形成する。また、液体吐出動作として、制御部１１６は、供給ポンプ１３４を駆動することで、インクタンク１３２からインクジェットヘッド１の共通室３２にインクを供給する。

【0102】

ここで、インクジェットヘッド１を駆動する駆動動作について、説明する。本実施形態に係るインクジェットヘッド１は、圧力室３１に対向配置される駆動圧電素子２１を備え、これらの駆動圧電素子２１は配線により電圧が印加可能に接続されている。制御部１１６は、画像データに応じた画像信号により、駆動ＩＣ７２に駆動信号を送り、駆動対象の駆動圧電素子２１の内部電極２２１、２２２に駆動電圧を印加して、駆動対象の駆動圧電素子２１を選択的に変形させる。そして、振動板３０の引張方向の変形と圧縮方向の変形を組み合わせて、圧力室３１の容積を変化させることで、液体を吐出させる。

【0103】

例えば制御部１１６は、引っ張り動作と、圧縮動作とを交互に行う。インクジェットヘッド１において、対象の圧力室３１の内容積を増加させる引張時には、駆動対象の駆動圧電素子２１を収縮し、駆動対象外の駆動圧電素子２１は変形させない。また、インクジェットヘッド１において対象の圧力室３１の内容積を減少させる圧縮時には、対象の駆動圧電素子２１を伸長する。なお、非駆動圧電素子２２は変形させない。

【0104】

上述した実施形態に係るインクジェットヘッド１及びインクジェット記録装置１００によれば、アクチュエータ２０の片側の側面部が傾斜面を有する台形状としたことにより、露光などの光照射によるパターン加工処理の加工性を向上できる。また、アクチュエータ２０の側面部２０３から実装面１０１までを連続させることで、電極の導出が容易となり、実装性をより向上できる。たとえばフォトリソグラフィー処理などの露光処理によるパターニング加工において光を一方向から照射した場合、アクチュエータの側面部の電極配線と実装面１０１の配線部が直交している構造の場合、側面部に配線パターンを形成することができないが、側面部との角度を９０°より大きく、１８０°より小さくしたことにより、実装面１０１と側面部２０３を同時にパターニングできる。

【0105】

また、実装面１０１においてＡＣＦ７５を用いて部品を実装することにより、はんだ接合による不良を回避できる。すなわち、はんだ接合を用いる場合、圧電部材と電極の密着強度や、はんだ接合の密着強度が低いために、フレキシブルケーブルに応力が掛かった際に、はんだ接合部が破損しやすかったが、ＡＣＦ実装とすることで、密着強度を確保し、破損を防止できる。

【0106】

また、フレキシブルケーブルを挟んで圧電体を加熱するはんだ実装と比べ、加圧及び加熱による負荷を低減できる。また、はんだ実装の場合に加圧が不十分となると接合不良によるオープン等が発生する可能性があるが、ＡＣＦ実装とすることで接合性を向上できる。さらに、例えば圧電部材の表面にはんだ接合する場合にははんだにより接合面が拘束され、圧電部材が変形しにくい場合があるが、ＡＣＦ実装とすることで、はんだの拘束を回避し変形特性を向上できる。また、圧電部材の表面にはんだ接合する場合には圧電部材の変形によって実装部が破損する場合があるが、ＡＣＦ実装とすることにより、破損しにくい構成とすることができる。

【0107】

なお、たとえばシェアモード構造の場合、圧電部材の両側（１面とその反対側の面）に電極配線のパターニングを行う必要があるため両側に傾きを設ける必要があるが、本実施形態にかかるアクチュエータ２０は、片側が共通電極であってパターニングを行う必要がないため、共通電極には傾きを設ける必要がない。すなわちアクチュエータ２０の片側の面のみ傾きを設ければよいため、インクジェットヘッド１の幅を小さくすることができ、小型化が可能となる。

【0108】

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。

【0109】

上記実施形態の圧電素子２１、２２の具体的な材料や構成は上記に限られるものではなく、適宜変更されるものである。

【0110】

たとえば、配線パターンの形成には、他にレーザーパターニングを用いることもできる。この場合にもレーザー光を、表面及び傾斜面に同時に照射できるため、上記実施形態と同様の効果が得られる。

【0111】

配線の具体的な形状は上記に限られるものではない。たとえば、基板１０の実装面１０１の配線パターンと、傾斜面となる側面部２０３の配線パターンの、延出方向が揃う例を示したがこれに限られるものではない。たとえば、傾斜面から基板に反射する反射光に対応した反転パターンとなっていてもよい。あるいは延出方向が異なっていてもよい。

【0112】

たとえば、圧電部材２０２に近い部分の配線パターンの方向が揃っていない場合、傾斜面の角度を調整することにより、露光時の側面部２０３と実装面１０１との間における反射光による影響を無くすことができる。この場合、傾斜面となる側面部２０３と実装面１０１とが交差する角度は、１３５°より大きくすることが望ましい。すなわち、他の実施形態として図５に示すように、傾斜角度θを１３５°より大きい角度とすることで、配線パターンの各配線の延出方向の制約が少なく、配線の自由度が高い構成とすることができる。

【0113】

なお、個別配線１０２のパターン加工は、斜面の外部電極２２３のパターニングと同時に形成されてもよく、別工程にて形成されていてもよい。

【0114】

また、上記実施形態においては、複数層の圧電体層２１１を積層し、積層方向の縦振動（ｄ３３）を用いて駆動圧電素子２１を駆動する構成としたが、これに限られるものではない。例えば駆動圧電素子２１が単層の圧電部材で構成される形態にも適用可能であるし、ｄ３１方向に変位する横振動により駆動する形態にも適用可能である。

【0115】

ノズル５１や圧力室３１の配列も上記実施形態に限られるものではない。たとえばノズル５１を２列以上配列してもよい。また複数の圧力室３１の間に、ダミー室となる空気室を形成してもよい。循環式に限らず非循環タイプのインクジェットヘッドであってもよい。

【0116】

この他、流路部４０、ノズルプレート５０、フレーム部６０を含む各種部品の構成や位置関係は上述した例に限られるものではなく、適宜変更可能である。

【0117】

また、上記実施形態においては基板１０上にアクチュエータ２０が２つ並列配置された例を示したが、これに限られるものではなく、アクチュエータ２０が単数であってもよく、３個以上であってもよい。

【0118】

また、吐出する液体は印字用のインクに限られるものではなく、例えばプリント配線基板の配線パターンを形成するための導電性粒子を含む液体を吐出する装置等であっても良い。

【0119】

また、上記実施形態において、インクジェットヘッド１は、インクジェット記録装置等の液体吐出装置に用いられる例を示したが、これに限られるものではなく、例えば３Ｄプリンタ、産業用の製造機械、医療用途にも用いることが可能であり、小型軽量化及び低コスト化が可能である。

【0120】

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、実装性を向上できる液体吐出ヘッド及び液体吐出装置を提供できる。

【0121】

この他、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0122】

１…インクジェットヘッド、１０…基板、２０…アクチュエータ、２０２…圧電部材、２１…駆動圧電素子、２２…非駆動圧電素子、２３…溝、３０…振動板、３１…圧力室、３２…共通室、３３…連通部、４０…流路部、４２…隔壁部、５０…ノズルプレート、５１…ノズル、６０…フレーム部、７０…駆動回路、７１…ＦＰＣ、７２…駆動ＩＣ、７３…プリント配線基板、７３１…ヘッド制御回路、１００…インクジェット記録装置、１１１…筐体、１１２…媒体供給部、１１３…画像形成部、１１４…媒体排出部、１１５…搬送装置、１１７…支持部、１１８…搬送ベルト、１１９…支持プレート、１２０…ベルトローラ、１２１…ガイドプレート対、１２２…搬送用ローラ、１３０…ヘッドユニット、１３２…インクタンク、１３３…接続流路、１３４…供給ポンプ、１１６…制御部、１１６１…制御回路、２１１…圧電体層、２２１…内部電極、２２２…内部電極、２２３…外部電極、２２４…外部電極、３０１…振動領域、３０２…支持領域、４０５、４０６…流路基板。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】