(57)【要約】【課題】  圧電アクチュエータの変位をキャビティユニットに効率よく伝達しながら、圧電アクチュ−エータのセラミックス層をインクの浸透あるいは侵入から保護する。【解決手段】  圧電アクチュエータ２１は、当該圧電アクチュエータ２１とキャビティユニット２０との積層方向と同方向に積層され複数の圧力室２４にわたる大きさの複数のシート状のセラミックス層４１〜４３を有し、圧力室２４の開口を覆う側をセラミックス層とし、そのセラミックス層の圧力室２４と反対側に前記積層方向に沿って複数の圧力室２４に共通するコモン電極４５と各圧力室毎に対応する個別電極４４とが他のセラミックス層を挟んで設けられ、圧電アクチュエータ２１における圧力室２４の開口を覆うセラミックス層４１ａの少なくとも圧力室２４に対向する領域は、導電性を有する保護膜５０で覆われ、導電性の保護膜５０とコモン電極４５とが、電気的に接続されている。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを吐出する複数のノズルが配置され、前記各ノズル毎に対応する複数の圧力室が平面上面に開口形成されたキャビティユニットと、
このキャビティユニットの前記圧力室が開口した面に積層され、インクが充填された前記圧力室に吐出圧力を与える圧電アクチュエータと、を備えるインクジェットヘッドにおいて、
前記圧電アクチュエータは、当該圧電アクチュエータと前記キャビティユニットとの積層方向と同方向に積層され複数の前記圧力室にわたる大きさの複数のシート状のセラミックス層を有し、前記圧力室の開口を覆う側をセラミックス層とし、そのセラミックス層の前記圧力室と反対側に前記積層方向に沿って複数の圧力室に共通するコモン電極と各圧力室毎に対応する個別電極とが他のセラミックス層を挟んで設けられ、
前記圧電アクチュエータにおける前記圧力室の開口を覆うセラミックス層の少なくとも前記圧力室に対向する領域は、導電性を有する保護膜で覆われ、
前記導電性の保護膜と前記コモン電極とが、電気的に接続されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記導電性の保護膜は、前記圧電アクチュエータに塗布された導電性ペーストにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記コモン電極と前記導電性の保護膜とは、前記圧電アクチュエータの側面に配置された導電性材料により電気的に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記圧電アクチュエータにおける前記圧力室を覆うセラミックス層には貫通孔が穿設され、このセラミックス層を挟んで配置された前記コモン電極と前記導電性の保護膜とは、前記貫通孔に充填された導電性材料により電気的に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記コモン電極と前記導電性の保護膜とは接地されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットヘッドに係り、特に、インクが充填されたキャビティユニットの圧力室に、圧電アクチュエータが吐出圧力を与えるように構成されたインクジェットヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、インクジェットヘッドにおいては、圧電層と電極層とを交互に積層して形成されるプレート型の圧電アクチュエータを、キャビティユニットの圧力室に面して接合させて、この圧電アクチュエータの変位により、前記圧力室の容積に変化を与えインクを吐出させるものが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１のインクジェットヘッドでは、キャビティユニットが複数のプレートを積層して形成されており、その最前面のプレートに複数のノズルが設けられるとともに、最背面のプレートにノズル毎に対応する複数の圧力室が背面側に開口を有して設けられている。圧電アクチュエータでは、図５に模式的に示すように、キャビティユニット１２０の各圧力室１２４毎に対応した個別電極１４４の層と全圧力室１２４に共通なコモン電極１４５の層とが圧電層１６２を挟んで交互に積層されており、個別電極１４４とコモン電極１４５とに上下を挟まれた圧電層１６２の領域が活性部となっている。
【０００４】
そして、前記各圧力室１２４の位置に各活性部を対応させて、キャビティユニット１２０の背面に圧電アクチュエータ１２１が積層固定され、インクジェットヘッド１００が形成される。このインクジェットヘッド１００では、接地されたコモン電極１４５に対して個別電極１４４に選択的に電圧を印加することで対応する活性部が変位し、この変位が伝達されて圧力室１２４に吐出圧力が与えられる。
【０００５】
圧電アクチュエータの圧電層１６２は、一般的に、ＰＺＴ系等の圧電材料（セラミックス）を成形した圧電シートを焼結することにより形成されているため、焼結体である圧電層１６２（以下、セラミックス層１６２と記載する）には、図５に示すように、微小な欠陥（マイクロクラック）１６０が生じ易い。それ故に、上述のように、圧力室１２４の開口を圧電アクチュエータ１２１で直接覆って密閉していると、微小な欠陥１６０を通じてセラミックス層１６２にインクが浸透する可能性が大きく、さらにインクの浸透が進むと、電極間の電気的短絡を招くという問題があった。
【０００６】
そのため、前記特許文献１では、キャビティユニットと圧電アクチュエータとの接着にインク非浸透性の接着シートを用い、この接着シートで、キャビティユニットと対向する圧電アクチュエータの面を全部覆うようにして、圧電アクチュエータのセラミックス層がインクと直接接触しないようにしている。
【０００７】
また、例えば、特許文献２では、圧電アクチュエータにおける２つのセラミックス層を重ねた上面に上部電極、両層の中間に下部電極、下面に分極用電極を配置した構造を採り、上部電極と分極用電極との間に分極用の高電圧を印加することにより、２つのセラミックス層を分極し、使用時には、上部電極と中間の下部電極との間に電圧を印加して上層のセラミックス層を変形させ、下層のセラミックス層を振動板として使用するようにしている。この使用時には、下層のセラミックス層及び分極用電極には、電圧は印加されない。
【０００８】
また、上記のように圧力室の開口を圧電アクチュエータで覆っているものでは、特許文献３にあるように、電極に電圧を印加したとき、インクをとおしてキャビティユニットや隣接する個別電極への電圧漏れによって、インクの吐出性能にバラツキが生じる等の問題を解決するために、圧電アクチュエータ内のコモン電極をキャビティユニットとともに接地することが考えられている。
【特許文献１】特開２００２−５９５４７号公報（図７及び図８参照）
【特許文献２】国際公開第９９／４２２９２号パンフレット
【特許文献３】特開２００３−８０７０９号公報（図１１、図１２、図１３及び図１６参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、キャビティユニットでは、静電気等によりインクに電荷が溜まることがある。インクが正に帯電すると、図５に示すように、圧力室に充填されたインク１６１と、接地された圧電アクチュエータのコモン電極１４５との間には、最下層のセラミックス層１６２ａを挟んで電位差が生じることになる。このような電位差は、正に帯電したインク１６１をコモン電極１４５側に移動させる電気浸透現象を発生させるため、インクには、セラミックス層１６２に浸透させようとする積極的な力が作用する。
【００１０】
前述した特許文献１では、接着シートで圧電アクチュエータのセラミックス層を覆っているものの、微視的には、接着シートには微小な空孔が多数あるため、前述したようなインクを積極的にセラミックス層側に誘導する力が作用すると、インクが接着シートを通過する。その結果、セラミックス層に欠陥があるとその内部にインクが浸透してしまい、従来同様の電気的短絡等の問題を招来する。
【００１１】
また、特許文献２では、下層のセラミックス層が振動板として機能し、その下の分極用電極は使用されていないので、インクに溜まった電荷を逃がすことができない。このため、特許文献１の場合と同様に、セラミックス層の内部にインクが浸透するおそれがある。
【００１２】
特許文献3では、圧力室にセラミックス層が直接接しているので、セラミックス層に欠陥が生じると、インクが毛細管現象等で侵入するおそれがある。
【００１３】
従って、セラミックス層に欠陥が存在しても、セラミックス層の内部へのインクの浸透あるいは侵入を確実に防止して、電気的短絡等を生じることない技術が要望されていた。
【００１４】
本発明は、上記問題を解消するものであり、圧電アクチュエータの変位をキャビティユニットに効率よく伝達しながら、圧電アクチュエータのセラミックス層をインクの浸透あるいは侵入から保護することのできるインクジェットヘッドの提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明におけるインクジェットヘッドは、インクを吐出する複数のノズルが配置され、前記各ノズル毎に対応する複数の圧力室が平面上面に開口形成されたキャビティユニットと、このキャビティユニットの前記圧力室が開口した面に積層され、インクが充填された前記圧力室に吐出圧力を与える圧電アクチュエータと、を備えるインクジェットヘッドにおいて、前記圧電アクチュエータは、当該圧電アクチュエータと前記キャビティユニットとの積層方向と同方向に積層され複数の前記圧力室にわたる大きさの複数のシート状のセラミックス層を有し、前記圧力室の開口を覆う側をセラミックス層とし、そのセラミックス層の前記圧力室と反対側に前記積層方向に沿って複数の圧力室に共通するコモン電極と各圧力室毎に対応する個別電極とが他のセラミックス層を挟んで設けられ、前記圧電アクチュエータにおける前記圧力室の開口を覆うセラミックス層の少なくとも前記圧力室に対向する領域は、導電性を有する保護膜で覆われ、前記導電性の保護膜と前記コモン電極とが、電気的に接続されていることを特徴とするものである。
【００１６】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記導電性の保護膜は、前記圧電アクチュエータに塗布された導電性ペーストにより形成されていることを特徴とするものである。
【００１７】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記コモン電極と前記導電性の保護膜とは、前記圧電アクチュエータの側面に配置された導電性材料により電気的に接続されていることを特徴とするものである。
【００１８】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記圧電アクチュエータにおける前記圧力室を覆うセラミックス層には貫通孔が穿設され、このセラミックス層を挟んで配置された前記コモン電極と前記導電性の保護膜とは、前記貫通孔に充填された導電性材料により電気的に接続されていることを特徴とするものである。
【００１９】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載のインクジェットヘッドにおいて、前記コモン電極と前記導電性の保護膜とは接地されていることを特徴とするである。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１に記載の発明によれば、圧力室の開口を覆うセラミックス層の少なくとも圧力室に対向する領域が導電性を有する保護膜で覆われているから、圧力室に充填されたインクと前記セラミックス層が直接的に接触することを防止できる。加えて、前記保護膜がコモン電極と電気的に接続されているから、インクが静電気等により帯電しても、その電荷を導電性の保護膜を介してコモン電極側に逃がすことができるので、インクをセラミックス層に積極的に誘導させるような電気浸透現象を生じ難く、セラミックス層へのインクの浸透を抑制することができる。
【００２１】
請求項２に記載の発明によれば、圧電アクチュエータに対して極めて容易に形成することができる。
【００２２】
請求項３に記載の発明によれば、コモン電極と保護膜とを極めて容易に接続することができる。
【００２３】
請求項４に記載の発明によれば、コモン電極と保護膜との電気的な接続が、圧電アクチュエータの内部にて行われているから、後工程等で前記電気的な接続が断線する虞がない。
【００２４】
請求項５に記載の発明によれば、インクが静電気等により帯電しても、その電荷を導電性の保護膜及びコモン電極側を介して、速やかにグランドに逃がすことができるので、インクをセラミックス層に積極的に誘導させるような電気浸透現象を生じ難く、セラミックス層へのインクの浸透を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２６】
図１は、本発明の実施形態による圧電式のインクジェットヘッド１におけるキャビティユニット２０、圧電アクチュエータ２１、及びフレキシブルフラットケーブル２２の斜視図であり、複数枚のプレートからなるキャビティユニット２０にプレート型の圧電アクチュエータ２１が保護膜５０を介して接合され、このプレート型の圧電アクチュエータ２１の上面に外部機器との接続のためのフレキシブルフラットケーブル２２が重ね接合されている。そして、キャビティユニット２０の下面側に開口されたノズル２３から、下向きにインクが吐出するものとする（図３参照）。
【００２７】
前記キャビティユニット２０は、図２に示すように、ノズルプレート３０、スペーサプレート３１、２枚のマニホールドプレート３３ａ、３３ｂ、サプライプレート３４、ベースプレート３５、及びキャビティプレート３６の合計７枚の薄い板をそれぞれ接着剤にて重ね接合した構造となっている。
【００２８】
実施形態では、各プレート３０〜３６は５０〜１５０μｍ程度の厚さを有し、ノズルプレート３０はポリイミド等の合成樹脂製で、その他のプレート３１〜３６は４２％ニッケル合金鋼板製である。前記ノズルプレート３０には、微小径（２５μｍ程度）のインク吐出用のノズル２３が微小間隔で多数個穿設されている。このノズル２３は、当該ノズルプレート３０における長辺方向（Ｘ方向）と平行な２列に配列されている。
【００２９】
また、前記キャビティプレート３６には、図３に示すように、複数の圧力室２４がキャビティプレート３６の長辺（前記Ｘ方向）と平行な２列に配列されている。実施形態では、前記各圧力室２４は、平面視細長形状に形成され、その長手方向がキャビティプレート３６の短辺方向（Ｙ方向）に沿うようにして穿設され、長手方向の一端部がノズル２３と連通し、他端部が後述する共通インク室２５と連通する。
【００３０】
各圧力室２４における先端部は、サプライプレート３４、ベースプレート３５と２枚のマニホールドプレート３３ａ、３３ｂ、及びスペーサプレート３１に穿設されている微小径の連通孔２６を介して、ノズルプレート３０における前記各ノズル２３に連通している。
【００３１】
キャビティプレート３６の下面に隣接するベースプレート３５には、各圧力室２４の他端部に接続する貫通孔２８が穿設されている。
【００３２】
ベースプレート３５の下面に隣接するサプライプレート３４には、後述する共通インク室２５から前記各圧力室２４へインクを供給するための接続流路２９が設けられる。そして各接続流路２９には、共通インク室２５からインクが入る入口孔と、圧力室２４側（貫通孔２８）に開口する出口孔と、入口孔と出口孔との間にあって、接続流路２９中で最も大きな流路抵抗となるように断面積を小さくして形成された絞り部とが備えられている。
【００３３】
２枚のマニホールドプレート３３ａ，３３ｂには、その長辺方向（Ｘ方向）に沿って長い２つの共通インク室２５が前記ノズル２３の各列に沿って延びるように板厚を貫通して形成されている。すなわち、図２及び図３に示すように、２枚のマニホールドプレート３３ａ、３３ｂを積層し、かつその上面をサプライプレート３４にて覆い、下面をスペーサプレート３１にて覆うことにより、合計２つの共通インク室（マニホールド室）２５が密閉状に形成される。各共通インク室２５は、各プレートの積層方向から平面視したときに、前記圧力室２４の一部と重なって圧力室２４の列方向（ノズル２３の列方向）に沿って長く延びている。
【００３４】
また、図２に示すように、キャビティプレート３６、ベースプレート３５、及びサプライプレート３４の一方の短辺側の端部には、上下の位置を対応させて、それぞれ２つのインク供給口４０が穿設されている。インク供給源からのインクが、これらインク供給口４０から共通インク室２５の一端部に連通するようになっている。また、インク供給口４０には、フィルタ体４０ａが接着剤等で貼着されている。
【００３５】
インク供給口４０からノズル２３に至るインク流通路では、インクは、インク供給口４０からインク供給チャンネルとしての共通インク室２５に供給された後、図３に示すように、サプライプレート３４の接続流路２９及びベースプレート３５の貫通孔２８を経由して各圧力室２４に分配供給される。そして、インクは各圧力室２４内から前記連通孔２６を通って、その圧力室２４に対応するノズル２３に至るという構成になっている。
【００３６】
一方、前記圧電アクチュエータ２１は、特開平４−３４１８５３号公報及び前記特許文献３公報等に開示された公知のものと同様に、１枚の厚さが３０μｍ程度でかつ全圧力室２４にわたる大きさに扁平に成形したセラミックス層４１〜４３を、図３に示すように、圧力室２４が開口した面と平行に複数枚積層して焼成した構造である。セラミックス層のうち下から所定数の偶数段目のセラミックス層４２の上面（広幅面）には、前記キャビティユニット２０における各圧力室２４に対応した箇所ごとに細幅の個別電極４４が長辺方向（Ｘ方向）に沿って列状に形成されている。下から所定数の奇数段目のセラミックス層４１の上面（広幅面）には、複数個の圧力室２４に対して共通のコモン電極４５が形成されている。このコモン電極４５は、後述する保護膜５０と電気的に接続するために、セラミックス層４１の端縁にまで延設されて、圧電アクチュエータ２１の側面に引き出されている。最上段のセラミックス層の上面には、表面電極４６（図１参照）として、積層方向に対応する前記個別電極４４の各々に対して前記特許文献３に記載されているように電気的なスルーホール等の手段により電気的に接続される表面電極と、前記コモン電極４５に対して電気的に接続される表面電極とが設けられている。これらの各電極４４，４５，４６は、各セラミックス層のグリーンシートに導電性ペーストをスクリーン印刷する等して形成される。
【００３７】
このように電極を挟んで積層されたセラミックス層４１〜４３が焼結されて一体化される。そして、公知のように個別電極４４とコモン電極４５との間に高電圧を印加することで、両電極に挟まれたセラミックス層の部分が分極され、圧電特性を有する活性部として形成される。
【００３８】
このように形成された圧電アクチュエータ２１では、最下層のセラミックス層４１ａの下面に電極が設けられていないので、焼結体であるセラミックスが全面に露出している。そして、このセラミックス層４１ａの下面が、圧力室２４と対向するように、キャビティユニット２０に積層されるので、この圧電アクチュエータ２１の下面のセラミックスを保護するように、あらかじめ保護膜５０として、導電性を有する膜が形成されている。保護膜５０は、少なくとも圧力室２４と対向する領域、換言すれば直接インクと接する領域に設けられていればよいが、この実施形態では、キャビティユニット２０と対向する圧電アクチュエータ２１の下面全部に、導電性ペーストを塗布し焼成することで形成されている。保護膜５０の厚みは、１μｍ〜３μｍの範囲が望ましい。この保護膜５０となる導電性ペーストの塗布及び熱処理は、前記セラミックス層４１〜４３における電極の塗布及び熱処理と同じ工程で行っても、後工程で行っても、いずれでもよい。
【００３９】
そして、この保護膜５０とキャビティプレート３６との間に、耐インク性に優れたシート状の接着剤（図示せず）を介在させて、キャビティユニット２０の上面に圧電アクチュエータ２１が接着固定される。
【００４０】
また、保護膜５０は、圧電アクチュエータ２１のコモン電極４５と電気的に接続され、接地されている。この実施形態では、前記特許文献３の構成のように、複数のコモン電極４５を積層方向に相互に接続する電気的なスルーホールは、最下層のセラミックス層４１ａに設けられている必要がないので、保護膜５０とコモン電極４５とがスルーホールによって電気的に接続されておらず、その両者の接続を、図３に示すように、圧電アクチュエータ２１の側面に設けた導電性部材５１によって行っている。導電性部材５１としては、導電性ペーストを用いており、圧電アクチュエータ２１の外周のいずれか１箇所においてその側面に露出したコモン電極４５及び保護膜５０とキャビティプレート３６の上面とに接触させて塗布すればよく、ここでは、長手方向（Ｘ方向）の略中央部で接続している（図４（ａ）参照）。
【００４１】
また、導電性部材５１の配置の他例として、図４（ｂ）に示すように、複数のコモン電極４５を積層方向に相互に接続する電気的なスルーホールを延長して、最下層のセラミックス層４１ａに貫通孔５２を穿設し、この貫通孔５２に導電性部材５１としての導電性ペーストを充填して、最下層のセラミックス層４１ａを挟む保護膜５０とコモン電極４５とを電気的に接続してもよい。そして、保護膜５０とキャビティプレート３６とを電気的に導通可能に接触させて、圧電アクチュエータ２１をキャビティユニット２０に接合させる。
【００４２】
なお、導電性部材５１は、３層のコモン電極４５及びそれに接続された表面電極が互いに電気的に接続されて接地されているので、これらのコモン電極４５及び表面電極のいずれかと接続していればよい。
【００４３】
このように構成されたインクジェットヘッドは、コモン電極４５がフレシキブルフラットケーブル２２の配線パターンの一部を介して接地され、インクを吐出しようとするノズルに対応する個別電極４４に電圧が印加されることにより、活性部が圧力室２４に対して伸長され、圧力室２４内のインクに吐出圧力が加えられる。
【００４４】
圧電アクチュエータ２１におけるキャビティユニットと対向する面全体を導電性の保護膜５０で覆っているから、セラミックス層４１ａがインクと直接接触するのを防止できることに加え、保護膜５０とコモン電極４５と導電体製であるキャビティプレート３６とを電気的に接続して接地しているから、圧力室２４のインクが静電気を帯びても、インクの電荷を保護膜５０、キャビティプレート３６、導電性部材５１及びコモン電極４５を介してグランドに逃がすことができる。
【００４５】
従って、インクの帯電により、最下層のセラミックス層４１ａを挟んだ上下に電位差が生じても、インクの電荷を逃がすことで、電位差が速やかに解消されるので、従来のようにインクをセラミックス層４１ａへ積極的に誘導する力は作用しない。そのため、圧電アクチュエータ２１の内部へのインクの浸透を確実に防抑することができ、インク浸透による電気的な短絡を招来する虞もない。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施形態のインクジェットヘッドの斜視図である。
【図２】インクジェットヘッドの分解斜視図である。
【図３】図１のIII −III 線矢視断面図である。
【図４】（ａ）は導電性部材５１を配置した状態の模式的な斜視図、（ｂ）は導電性部材５１の配置の他例を示す縦断面図である。
【図５】従来のインクジェットヘッドを説明する縦断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１      インクジェットヘッド
２０    キャビティユニット
２１    圧電アクチュエータ
２２    フレキシブルフラットケーブル
２３    ノズル
２４    圧力室
３０    ノズルプレート
３６    キャビティプレート
４１〜４３  圧電シート
４４    個別電極
４５    コモン電極
５０    保護膜
５１    導電性部材
６０    欠陥
６１    インク
【図１】
2006341509.tif 000003
【図２】
2006341509.tif 000004
【図３】
2006341509.tif 000005
【図４】
2006341509.tif 000006
【図５】
2006341509.tif 000007