(57)【要約】【課題】構成部品を高集積化した場合であっても、共通電極からの放電性能を高めて圧電アクチュエータの温度特性を適正化し変位量のばらつきを抑制することにより、インク吐出性能の低下を防止することができ、しかも容易に製造することができるインクジェット記録ヘッドを提供することである。【解決手段】圧電セラミック層２，３，４と、これらの各圧電セラミック層の間に配置された共通電極５，６と、圧電セラミック層２の表面に配列された複数の個別電極７とを備えた圧電アクチュエータ１を、インク吐出口１１を有する複数のインク流路１０が配列された流路部材９上に、インク流路１０と個別電極７との位置を揃えて接着層１２により積層接着し、圧電アクチュエータ１の側面に、共通電極５，６と接続されかつ流路部材９に接合された側面電極８を設けたインクジェット記録ヘッドである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層された複数の圧電セラミック層と、これらの各圧電セラミック層の間に配置された複数の共通電極と、最上層の前記圧電セラミック層の表面に配列された複数の個別電極とを備えた圧電アクチュエータを、インク吐出口を有する複数のインク流路が配列された流路部材上に、インク流路と前記個別電極との位置を揃えて取り付けたインクジェット記録ヘッドであって、
前記圧電アクチュエータの側面に、複数の前記共通電極と接続されかつ前記流路部材に接合された側面電極を設けたことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項２】
前記側面電極は、前記流路部材に接合されている部分の厚さが他の部分よりも厚い請求項１記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項３】
前記側面電極は、その厚さが上方から下方に向かって増加している請求項１記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項４】
前記圧電アクチュエータの厚さｔと、前記流路部材に接合されている部分の前記側面電極の厚さｗとが、ｗ≧（１／２）×ｔの関係を満足する請求項１〜３のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項５】
前記流路部材が金属である請求項１〜４のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項６】
前記共通電極の厚さが１μｍ以上である請求項１〜５のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項７】
前記側面電極は、圧電アクチュエータ上面からの突出高さｈが２００μｍ以下である請求項１〜６のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項８】
前記圧電セラミック層の表面に前記個別電極が５０個／ｃｍ２以上配列されている請求項１〜７のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット記録ヘッドに関し、特に、放電性を高めることができる圧電アクチュエータを備えたインクジェット記録ヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パーソナルコンピュータの普及やマルチメディアの発達に伴って、情報を記録媒体に出カする記録装置として、多階調化やカラー化が容易で、ランニングコストを低く抑えることのできる圧電アクチュエータを備えたインクジェット方式の記録装置の利用が急速に拡大している。
【０００３】
かかる記録装置には、インクジェット記録ヘッドが搭載されている。このインクジェット記録ヘッドとしては、例えば図３に示すように、圧電セラミック層５２，５３，５４と、これらの圧電セラミック層の間に配置された共通電極５５，５６とが積層され、圧電セラミック層５２の表面に個別電極５７が複数配列された圧電アクチュエータ５１を、インク吐出口６１を有する複数のインク流路６０が配列された流路部材５９上に、インク流路６０と個別電極５７との位置を揃えて接着層６２により積層接着したものが挙げられる（例えば、特許文献１参照）。そして、このようなインクジェット記録ヘッドは、近年の高密度記録の要求に伴い、インクジェット記録ヘッドを構成する個別電極５７、インク流路６０などの構成部品の高集積化が図られている。
【０００４】
しかしながら、構成部品が高集積化されると、圧電アクチュエータ５１において、印字に際して一度に多くの電流が必要となるため、印加される電流を共通電極５５，５６から十分に放電できないという問題が生じることがある。これにより、圧電アクチュエータ５１からの発熱量が増加し、静電容量などの電気特性が変化して圧電アクチュエータ５１の変位量のばらつきが大きくなり、インク吐出量にばらつきが生じる。
【０００５】
一般に、圧電アクチュエータにおいては、圧電セラミック層の間に配置された複数の共通電極を相互に接続して共通電極からの放電性能を向上させるために、ビア電極が設けられている（例えば、特許文献２参照）。ビア電極は、例えば複数の圧電セラミック層と複数の共通電極とを貫通する穴に電極ペーストを充填して作製される。
【０００６】
しかしながら、上記のようなビア電極を設けた圧電アクチュエータは、構成部品を高集積化した場合には放電性能が十分でない。また、十分な放電性能を得るために、圧電アクチュエータに多くのビア電極を設けると、高集積化の妨げになるとともに、これらのビア電極にそれぞれ接続する配線を設ける必要があるので多くの手間がかかる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−１７９９６３号公報
【特許文献２】
特開平１１−２６１１２２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、構成部品を高集積化した場合であっても、共通電極からの放電性能を高めて圧電アクチュエータの温度特性を適正化し、変位量のばらつきを抑制することにより、インク吐出量のばらつきを抑制することができるインクジェット記録ヘッドを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明のインクジェット記録ヘッドは以下の構成からなる。
（１）  積層された複数の圧電セラミック層と、これらの各圧電セラミック層の間に配置された複数の共通電極と、最上層の前記圧電セラミック層の表面に配列された複数の個別電極とを備えた圧電アクチュエータを、インク吐出口を有する複数のインク流路が配列された流路部材上に、インク流路と前記個別電極との位置を揃えて取り付けたインクジェット記録ヘッドであって、前記圧電アクチュエータの側面に、複数の前記共通電極と接続されかつ前記流路部材に接合された側面電極を設けたことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
（２）  前記側面電極は、前記流路部材に接合されている部分の厚さが他の部分よりも厚い（１）記載のインクジェット記録ヘッド。
（３）前記側面電極は、その厚さが上方から下方に向かって増加している（１）記載のインクジェット記録ヘッド。
（４）前記圧電アクチュエータの厚さｔと、前記流路部材に接合されている部分の前記側面電極の厚さｗとが、ｗ≧（１／２）×ｔの関係を満足する（１）〜（３）のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
（５）前記流路部材が金属である（１）〜（４）のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
（６）前記共通電極の厚さが１μｍ以上である（１）〜（５）のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
（７）前記側面電極は、圧電アクチュエータ上面からの突出高さｈが２００μｍ以下である（１）〜（６）のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
（８）  前記圧電セラミック層の表面に前記個別電極が５０個／ｃｍ２以上配列されている（１）〜（７）のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
【００１０】
前記（１）記載のインクジェット記録ヘッドによれば、圧電アクチュエータの側面に側面電極を備え、この側面電極が複数の共通電極と接続されかつ流路部材に接合されることにより、共通電極からの放電性能が高められている。これにより、構成部品を高集積化して多くの電流を印加した場合であっても、圧電アクチュエータの温度特性を適正化して変位量のばらつきを抑制し、インク吐出量のばらつきを抑制することができる。また、従来のように多くのビア電極を設ける必要がないので、容易に高集積化することができるとともに、多くのビア電極に配線を設ける必要がないので、容易に製造することができる。
【００１１】
前記（２）および（３）記載のインクジェット記録ヘッドによれば、側面電極と流路部材との接触面積を大きくすることができる。これにより、圧電アクチュエータと流路部材との機械的な接合強度を高めることができるとともに、電気抵抗を低減して放電性能を高めることができる。
【００１２】
前記（４）記載のインクジェット記録ヘッドによれば、側面電極の厚さｗを圧電アクチュエータの厚さｔに対して所定の範囲以上にするとき、すなわちｗ≧（１／２）×ｔの関係を満足するときは、側面電極と流路部材との接触面積を大きくすることができるので、側面電極と流路部材との接合強度および放電性能をより高めることができる。
【００１３】
前記（５）記載のインクジェット記録ヘッドによれば、流路部材が金属であるときは、流路部材の電気抵抗がより低減されるので、共通電極からの放電性能をさらに高めることができる。
【００１４】
前記（６）記載のインクジェット記録ヘッドによれば、共通電極の厚さが１μｍ以上であるときは、側面電極と共通電極との接触面積を大きくすることができるので、側面電極と共通電極との接合強度および放電性能を高めることができる。
【００１５】
前記（７）記載のインクジェット記録ヘッドによれば、圧電アクチュエータの上面から突出する側面電極の高さを所定の範囲内に抑えることにより、圧電アクチュエータの上面に配設されるフレキシブルフラットケーブルを個別電極上に均一な高さで接続して接続状態のばらつきを抑制することができる。これにより、圧電アクチュエータの変位量のばらつきをさらに抑制することができる。
【００１６】
本発明のインクジェット記録ヘッドは、構成部品が高集積化された場合であっても高い放電性能が得られるので、個別電極を５０個／ｃｍ２以上配列して高集積化する場合に好適である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態にかかるインクジェット記録ヘッドについて図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態のインクジェット記録ヘッドを示す断面図である。図２は、本実施形態のインクジェット記録ヘッドを示す平面図である。なお、図２には、説明の便宜上、フレキシブルフラットケーブル１３および接続端子１４は図示していない。
【００１８】
図１および図２に示すように、このインクジェット記録ヘッドは、積層された圧電セラミック層２，３，４と、これらの各圧電セラミック層の間に配置された共通電極５，６と、圧電セラミック層２の表面に配列された複数の個別電極７とを備えた圧電アクチュエータ１を、インク吐出口１１を有する複数のインク流路１０が配列された流路部材９上に、インク流路１０と個別電極７との位置を揃えて接着層１２により積層接着したものである。
【００１９】
圧電アクチュエータ１の側面には側面電極８が設けられ、この側面電極８が、側面から露出した共通電極５，６と電気的に接続されるとともに、流路部材９に接合されている。また、圧電アクチュエータ１の上部には、フレキシブルフラットケーブル１３が配設され、接続端子１４を介して個別電極７と接続されている。また、圧電セラミック層２は互いに相対する厚さ方向に分極されている。
【００２０】
本発明では、上記のように圧電セラミック層２，３，４の間に配置された共通電極５，６が、圧電アクチュエータ１の側面に形成された側面電極８と接続され、しかもこの側面電極８が流路部材９に接合されていることが重要である。このような構造にすることにより、多くの個別電極７、インク流路１０などが配列され、高集積化されて多くの電流を印加した場合であっても、共通電極５，６に蓄積される電荷を容易に放電することができる。
【００２１】
圧電セラミック層２，３，４の材質としては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ系）、マグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ系）およびニッケルニオブ酸鉛（ＰＮＮ系）からなる群より選ばれる少なくとも１種を主成分とする圧電セラミックスが好適である。
【００２２】
共通電極５，６の材質としては、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ａｕ、Ｎｉ系材料の単独または２種以上の組み合わせが好ましく、特にＡｇ−Ｐｄ系合金がより好ましい。圧電セラミック層２，３，４と共通電極５，６とは同時焼成により形成される。共通電極５，６の厚さは、導電性を有しかつ変位を妨げない程度であるのがよく、０．５μｍ以上、好ましくは１μｍ以上、より好ましくは１〜５μｍ、さらに好ましくは１〜２μｍであるのがよい。
【００２３】
個別電極７の材質としては、上記した共通電極５，６と同様の金属を使用することができるが、圧電アクチュエータ１の表面に形成され、しかもフレキシブルフラットケーブル１３と接続されるので、特に電気抵抗および耐食性に優れるＡｕを使用するのが好ましい。また、個別電極７の厚さは導電性を高めると共にフレキシブルフラットケーブル５との接続性を高めるという点で、５μｍ以上、好ましくは５〜２０μｍ、より好ましくは１０〜１５μｍであるのがよい。
【００２４】
圧電セラミック層２の表面に配列される個別電極７の個数は、特に限定されないが、本発明のインクジェットヘッドが高い放電性能を有していることから、５０個／ｃｍ２以上配列することも可能である。
【００２５】
側面電極８の材質としては、共通電極５，６と同様の金属を使用することができるが、電気抵抗が低く、比較的安価な材料という理由からＡｇを使用するのが好ましい。
【００２６】
側面電極８は、流路部材９との機械的な接合強度および放電性能を高めるという点で、流路部材９に接合されている部分の厚さｗが他の部分よりも厚くなるように形成されているのが好ましい。具体的には、例えば図１に示すように、側面電極８の厚さが上方から下方に向かって増加しているのが好ましい。
【００２７】
また、圧電アクチュエータ１の厚さｔと、側面電極８の厚さｗとは、好ましくはｗ≧（１／２）×ｔ、より好ましくはｗ≧（２／１）×ｔの関係を満足するのがよい。この側面電極８は、複数の圧電アクチュエータ１を隣接して配置する場合に、側面電極８同士が接しない間隔を有するように形成されていればよい。なお、側面電極８の配置場所は、圧電アクチュエータ１の側面で共通電極５，６と接続されかつ流路部材９と接合されていれば、特に限定されるものではなく、例えば圧電アクチュエータ１の側面全周にわたって配置されていてもよく、複数箇所に分割して配置されていてもよい。
【００２８】
また、側面電極８は、圧電アクチュエータ１の上面からの突出高さｈが、フレキシブルフラットケーブル１３と圧電アクチュエータ１とを接続するために用いられる接続端子１４の高さよりも低いことが望ましい。したがって、高さｈは２００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは２０μｍ以下であるのがよい。これにより、圧電アクチュエータ１の上面に配設されるフレキシブルフラットケーブル１３を圧電アクチュエータ１の個別電極１７上に均一な高さで接続して接続状態のばらつきを抑制することができるので、圧電アクチュエータ１の変位量のばらつきを抑制することができる。
【００２９】
流路部材９を構成する材質は、側面電極８からの放電性を高めるという理由およびインクに対する耐食性を向上させる理由から、金属、好ましくはＦｅ−Ｃｒ系、Ｆｅ−Ｎｉ系、ＷＣ−ＴｉＣ系の群から選ばれる少なくとも１種の金属、より好ましくはＦｅ−Ｃｒ系の金属であるのがよい。
【００３０】
フレキシブルフラットケーブル１３は、圧電アクチュエータ１の表面に形成された個別電極７の各々に対応する配線パターン（図示せず）を有するもので、この配線パターンと個別電極７とは接続端子１４により接続されている。これにより、圧電アクチュエータ１の所望の位置を所定の変位量で変位させることができる。
【００３１】
接着層１２としては、周知のものを使用することができるが、圧電アクチュエータ１や流路部材９に対して、熱応力の発生を抑制しかつ部材の化学変化の影響を抑制するという理由から、熱硬化温度は常温〜２５０℃の範囲が望ましい。このような温度範囲において適用可能な接着剤として、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂などの熱硬化性樹脂系接着剤が望ましい。
【００３２】
上記のインクジェット記録ヘッドでは、個別電極７および共通電極５間に電圧を印加することによって、圧電セラミック層２が、ｄ３１、ｄ３３、ｄ１５の群から選ばれる少なくとも１種の振動モードで変位し、インク吐出口１１から所定量のインクを吐出することができる。
【００３３】
次に、インクジェット記録ヘッドの製造方法について説明する。まず、前記したＰＺＴ系、ＰＭＮ系、ＰＮＮ系のうち少なくとも１種を主成分とする圧電セラミック粉末を準備する。この圧電セラミック粉末からなるスラリーを作製し、ロールコーター法、ドクターブレード法等のテープ成形法にて複数枚（図１の場合、３枚）のグリーンシートを作製する。
【００３４】
ついで、前記した金属または合金を主成分としバインダー樹脂および溶媒と共に混合した電極用金属ペーストを、それぞれのグリーンシート表面の対応する位置に、共通電極および個別電極のパターン形状にスクリーン印刷法にて塗布する。
【００３５】
ついで、上記の複数のグリーンシートを積層し、６０〜１００℃の温度で３〜１０ＭＰａの圧力で圧着することによって積層体を形成する。この積層体を、必要に応じて３００℃の温度で脱脂した後、圧電材料に適した焼成温度（通常、９００〜１１００℃程度）で焼成することにより焼結一体化し、得られた焼結体を厚さ方向に分極する。
【００３６】
次に、得られた焼結体の個別電極側とは反対側の面（図１の場合、圧電セラミック層４の表面）に、蒸着法によって側面電極となる金属を蒸着させる。これにより、蒸着面だけでなく、側面にも金属が回り込んで蒸着されるので、所望の位置に側面電極を形成することができる。また、側面電極を形成する他の方法としては、例えば前記した側面電極に使用可能な金属を含有した導電ペーストや、金属を含有したＵＶ硬化または熱硬化の導電性接着剤を、上記で得られた焼結体の側面に塗布する方法などが挙げられる。このようにして圧電アクチュエータ１を得ることができる。
【００３７】
一方、流路部材９は、厚さ３０〜１００μｍ程度の複数の金属箔で構成される積層体からなる。すなわち、各金属箔がエッチングや金型による打ち抜き等によってインク流路１０、インク吐出口１１等に相当する形状に形成され、積層される。
【００３８】
最後に、上記のようにして得られた圧電アクチュエータ１と流路部材９が、個別電極７とインク流路１０とが揃うように接着層１２を介して積層接着されることにより、本発明のインクジェット記録ヘッドを得る。このインクジェット記録ヘッドの各個別電極７には、フレキシブルフラットケーブル１３の接続端子１４が接続され、側面電極８はグランド電位に接続される。
【００３９】
なお、個別電極および／または側面電極は、圧電セラミック層と共通電極とからなる積層体を作製し、この積層体を流路部材と積層接着した後で、上記金属成分を含有する導電性ペーストを所定の位置に塗布して焼付けることによって形成することもできる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明のインクジェット記録ヘッドによれば、構成部品を高集積化して多くの電流を印加した場合であっても、共通電極からの高い放電性能を備えているので、圧電アクチュエータの温度特性を適正化して変位量のばらつきを抑制し、インク吐出量のばらつきを抑制することができるという効果がある。また、本発明のインクジェット記録ヘッドは、従来のように多くのビア電極を設け、個々のビア電極にそれぞれ配線を設ける必要がなく、圧電アクチュエータの側面に側面電極を設けるだけでよいので、容易に製造することができる。したがって、本発明は、個別電極やインク流路などの構成部品が高集積化されたインクジェット記録ヘッドに好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインクジェット記録ヘッドを示す断面図である。
【図２】本発明のインクジェット記録ヘッドを示す平面図である。
【図３】従来のインクジェット記録ヘッドを示す断面図である。
【符号の説明】
１  圧電アクチュエータ
２，３，４  圧電セラミック層
５，６  共通電極
７  個別電極
８  側面電極
９  流路部材
１０  インク流路
１１  インク吐出孔
１２  接着層
１３  フレキシブルフラットケーブル
１４  接続端子
【図１】
2004299310.tif 000003
【図２】
2004299310.tif 000004
【図３】
2004299310.tif 000005