(57)【要約】【課題】圧電アクチュエータのランド電極と、配線ケーブルの接続端子との接合部における接続信頼性が高いインクジェットヘッドを提供することである。【解決手段】流路部材２３と、圧電アクチュエータ２１と、圧電アクチュエータ２１の上方に所定の間隙をもって配置され液体加圧室２３ａに液体を供給するための液体供給部材３２と、一端側が、該一端側に形成された接続端子３３ａを介してランド電極６ｄと電気的に接続する配線ケーブル３３とを備えたインクジェットヘッド３０であって、液体供給部材３２と配線ケーブル３３との間隙に弾性部材３１を配置し、該弾性部材３１によって、配線ケーブル３３の接続端子３３ａと、圧電アクチュエータ２１のランド電極６ｄとの接続部が押圧されている。【選択図】図１
2007268838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の液体加圧室を有する流路部材と、
複数の圧電素子を有し、この圧電素子が前記液体加圧室の直上に配置するように流路部材の表面に接合され、かつ前記圧電素子の表面に該圧電素子に駆動信号を伝達するためのランド電極が形成された圧電アクチュエータと、
この圧電アクチュエータの上方に所定の間隙をもって配置され前記液体加圧室に液体を供給するための液体供給部材と、
一端側が、該一端側に形成された接続端子を介して前記ランド電極と電気的に接続する配線ケーブルとを備え、
この配線ケーブルを介して駆動信号を前記圧電素子に伝達し、該圧電素子の変位によって液体を吐出させるインクジェットヘッドであって、
前記液体供給部材と配線ケーブルとの間隙に弾性部材を配置し、該弾性部材によって、前記配線ケーブルの接続端子と、前記圧電アクチュエータのランド電極との接続部が押圧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】
前記弾性部材の厚みが、前記液体供給部材と配線ケーブルとの間隙よりも大きい請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記弾性部材が、樹脂またはゴムである請求項１または２記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記弾性部材の熱伝導率が０．５Ｗ／ｍＫ以上である請求項１〜３のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記圧電アクチュエータのランド電極と、前記配線ケーブルの接続端子との接合部の不良発生率が１．０％以下である請求項１〜４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関し、特に微小液滴を噴出したり、微小液体を送出したりするためのインクジェットヘッドや、文字・画像の印刷に用いるインクジェット式プリンタに好適に使用できるインクジェットヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、パーソナルコンピューター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力する記録装置として、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。該記録装置は、コンシューマ向けの小型プリンタだけでなく、例えば電子回路の形成や液晶ディスプレイ用のカラーフィルタの製造、有機ＥＬディスプレイの製造といった工業用途にも広く利用されている。
【０００３】
インクジェット方式の記録装置においては、インクジェットヘッドを主操作方向に移動させると共に、記録紙や基板等を、上記主走査方向と交差する副走査方向に移動させながら、記録情報に応じてインクジェットヘッドを駆動させて、当該インクジェットヘッドのノズル開口から断続的にインク滴を吐出させるたり、またはインクジェットヘッドを固定し、記録紙や基板等を副走査方向に移動させ、記録情報に応じてインクジェットヘッドを駆動させたりすることにより記録が行われる。例えば、小型プリンタの場合は、記録紙等の表面に文字や画像が記録される。工業用の記録装置の場合は、基板等の表面に電子回路、液晶ディスプレイのカラーフィルタ、有機ＥＬディスプレイの発光セル等が形成される。
【０００４】
かかるインクジェット方式の記録装置には、液体を吐出させるためのインクジェットヘッドが、インクジェットヘッドとして搭載されており、この種のインクジェットヘッドには、インクが充填されたインク流路内に加圧手段としてのヒーターを備え、ヒーターによりインクを加熱、沸騰させ、圧力室内に発生する気泡によってインクを加圧し、ノズルより、インク滴として吐出させるサーマルヘッド方式と、インクが充填される圧力室の一部の壁を変位素子によって屈曲変位させ、機械的に圧力室内のインクを加圧し、ノズルよりインク滴として吐出させる圧電方式が一般的に知られている。
【０００５】
いずれの方式のインクジェットヘッドにおいても、その基本構造は、列状に配列された複数のノズルと、複数の圧力室を有し略長方形の積層構造で形成されるキャビティプレート（流路部材）と、そのキャビティプレートに接着して積層される圧力発生器（圧電アクチュエータ）と、該圧力発生器に電気信号を供給するための配線ケーブルを備えている。
【０００６】
圧電方式を利用したインクジェットプリンタに用いられるインクジェットヘッドは、例えば図４（ａ）に示したように、アクチュエータ５１が、流路部材５３の上に設けられた構造を有する（例えば、特許文献１〜３参照）。流路部材５３は、複数の液体加圧室５３ａが隔壁５３ｂによって仕切られ、液体加圧室５３ａはアクチュエータ５１に当接するように並設されている。
【０００７】
圧電アクチュエータ５１は、上面にコモン電極５４が設けられた振動板５２上に、圧電セラミック層５５および表面電極５６がこの順に積層され、表面電極５６が圧電セラミック層５５の表面に複数配列されることにより、複数の圧電素子５７が形成されている。また、表面電極５６は、図４（ｂ）に示したように、圧電セラミック層５５の表面に規則的に配置され、液体加圧室５３ａの直上に表面電極５６が配置された構造を有している。
【０００８】
表面電極５６は、図４（ｂ）に示したように、液体加圧室５３ａ上に配置された駆動電極５６ａと、ランド電極５６ｂを備えている。ランド電極５６ｂは、図５に示したように、駆動電極５６ａに駆動信号を伝達するための配線ケーブル７３の接続端子７３ａと半田等を介して電気的に接続されている。また、コモン電極５４も、配線ケーブル７３と接続するための接続端子５９に電気的に接続している。
【０００９】
さらに、図５に示すように、圧電アクチュエータ５１の上方には液体供給部材７２が所定の間隙をもって配置され、圧電アクチュエータ５１と液体供給部材７２の間には、配線ケーブル７３が配置されている。そして、圧電アクチュエータ５１に電気的駆動信号を供給するために、配線ケーブル７３の接続端子７３ａが圧電アクチュエータのランド電極５６ｂに電気的に接続している。また、駆動信号を出力するドライバＩＣ等の駆動回路７１が配線ケーブル７３上に配設されている。
【００１０】
インクジェットヘッドは複数に分割され、複数のインクジェットヘッドのそれぞれに配線ケーブル７３が接続されている。そして、駆動回路７１は、各配線ケーブル７３上に配置される。また、複数の配線ケーブル７３は、液体吐出口５８の配列方向で且つ同方向に延びている。そのため、複数の駆動回路７１は、隣接する位置に配置される。また、複数の駆動回路７１は、ヒートシンクと接触しており、そのヒートシンクによって駆動回路７１が発する熱を外部に放熱している。
【００１１】
上記のようなインクジェットヘッドは、配線ケーブル７３を介して駆動回路７１からの駆動信号が圧電素子５７に伝達されると、コモン電極５４と所定の表面電極５６との間に電圧を印加して表面電極５６直下の圧電セラミック層５５を変位させる。これにより、変位領域５７ａが対応する液体加圧室５３ａの方向に振動板５２が凸になるように変形し、液体加圧室５３ａ内のインクを加圧して、流路部材５３の底面に開口したノズル５８よりインク滴を吐出することができる。
【００１２】
しかしながら、液体吐出口５８の数を高密度で配置すると、ランド電極５６ｂも高密度で配置されるので、その形状は小さくなり、圧電アクチュエータ５１のランド電極５６ｂと、配線ケーブル７３の接続端子７３ａとの接合部において、電流の流れる方向に対して直交する方向の接合断面積が小さくなる。その結果、該接合部の接合強度が低下してしまい、小さな応力に対しても剥離しやすくなり、接合信頼性が低下するという問題があった。
【００１３】
特に、図６に示すように、ランド電極５６ｂは２０〜５０μｍの高さに形成されるが、通常、数百〜数千個の単位で形成されるので、高さのばらつきが大きい。このため、高さのばらついた数百〜数千にもなるランド電極５６ｂと、配線ケーブル７３の接続端子７３ａとを接合すると、接合部において、接合不良が発生するという問題があった。
【００１４】
【特許文献１】特開平１１−３４３２１号公報
【特許文献２】特開平１１−３４３２３号公報
【特許文献３】特開２００５−１７８３０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の課題は、圧電アクチュエータのランド電極と、配線ケーブルの接続端子との接合部における接続信頼性が高いインクジェットヘッドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、以下の構成からなる解決手段を見出し、本発明を完成するに至った。
（１）複数の液体加圧室を有する流路部材と、複数の圧電素子を有し、この圧電素子が前記液体加圧室の直上に配置するように流路部材の表面に接合され、かつ前記圧電素子の表面に該圧電素子に駆動信号を伝達するためのランド電極が形成された圧電アクチュエータと、この圧電アクチュエータの上方に所定の間隙をもって配置され前記液体加圧室に液体を供給するための液体供給部材と、一端側が、該一端側に形成された接続端子を介して前記ランド電極と電気的に接続する配線ケーブルとを備え、この配線ケーブルを介して駆動信号を前記圧電素子に伝達し、該圧電素子の変位によって液体を吐出させるインクジェットヘッドであって、前記液体供給部材と配線ケーブルとの間隙に弾性部材を配置し、該弾性部材によって、前記配線ケーブルの接続端子と、前記圧電アクチュエータのランド電極との接続部が押圧されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
（２）前記弾性部材の厚みが、前記液体供給部材と配線ケーブルとの間隙よりも大きい前記（１）記載のインクジェットヘッド。
（３）前記弾性部材が、樹脂またはゴムである前記（１）または（２）記載のインクジェットヘッド。
（４）前記弾性部材の熱伝導率が０．５Ｗ／ｍＫ以上である前記（１）〜（３）のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
（５）前記圧電アクチュエータのランド電極と、前記配線ケーブルの接続端子との接合部の不良発生率が１．０％以下である前記（１）〜（４）のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、前記液体供給部材と配線ケーブルとの間隙に弾性部材を配置し、該弾性部材によって前記配線ケーブルの接続端子と、前記圧電アクチュエータのランド電極との接続部を押圧するので、前記弾性部材が前記接合部に発生する応力を吸収し、ランド電極と接続端子との剥離を抑制することができ、該接合部の接合信頼性が高いインクジェットヘッドを提供することができる。しかも、前記弾性部材が前記接続部を均一に押圧してランド電極の高さばらつきを吸収するので、圧電アクチュエータのランド電極と、配線ケーブルの接続端子との接合部における接合不良を低減し接合信頼性を向上することができる。また、ランド電極を小さくして高密度に配列させても、前記接合信頼性を維持することができ、微小液滴で均一かつ高精細な記録を達成することができる。前記接合部に発生する応力を小さくすることができるので、接合部にクラックが発生するのを抑制でき、長期的な接合信頼性を向上することができる。前記弾性部材により、圧電アクチュエータの駆動で発生する熱を液体供給部材へ放熱し、該液体供給部材の内部に充てんされる液体が、圧電アクチュエータで発生する熱を効果的に除去するので、インクジェットヘッド内の温度を均一化することができ、印画品質を向上することができる。
【００１８】
特に、上記（３）記載のインクジェットヘッドによれば、弾性部材が樹脂またはゴムであるため、ランド電極の高さに倣って塑性変形することが可能であり、ランド電極の高さばらつきの影響を効果的に除去し、接合信頼性をさらに向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
＜インクジェットヘッド＞
以下、本発明の一実施形態にかかるインクジェットヘッドについて図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態にかかるインクジェットヘッドを示す概略断面図である。図２（ａ）は、本実施形態にかかる圧電アクチュエータと流路部材を示す平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。図３は、接合部周辺を示す部分拡大断面図である。
【００２０】
図１に示すように、このインクジェットヘッド３０は、流路部材２３と、圧電アクチュエータ２１と、液体供給部材３２と、配線ケーブル３３とを備えており、配線ケーブル３３を介して駆動信号を圧電アクチュエータ２１の圧電素子７に伝達し、該圧電素子７の変位によって液体（インク）を吐出させるものである。
【００２１】
（流路部材）
流路部材２３は、図１および図２（ｂ）に示すように、複数の液体加圧室２３ａが隔壁２３ｂによって仕切られている。液体加圧室２３ａはアクチュエータ２１に当接するように並設されている。また、各液体加圧室２３ａには、この加圧室２３ａに液体が充填されることで内部にメニスカスが形成される液体吐出口２８が連通している。
【００２２】
（圧電アクチュエータ）
圧電アクチュエータ２１は、図２（ｂ）に示すように、圧電素子７を有し、この圧電素子７が液体加圧室２３ａの直上に配置するように流路部材２３の表面に接合されている。また、圧電素子７の表面には、該圧電素子７に駆動信号を伝達するためのランド電極６ｄが形成されている。具体的には、圧電アクチュエータ２１は、振動板２上に、コモン電極４ａ、圧電セラミック層５および駆動電極６ａがこの順に積層され、駆動電極６ａが、図２（ａ）に示すように、圧電セラミック層５の表面に２次元的かつ規則的に複数配列されている。
【００２３】
コモン電極４ａと駆動電極６ａが、圧電セラミック層５を介して対向するように配置されることにより、駆動電極６ａとコモン電極４ａで圧電セラミック層５を挟持して構成される圧電素子７が複数形成される。そして、駆動電極６ａおよびコモン電極４ａ間に電圧を印加すると、該電圧が印加された駆動電極６ａとコモン電極４ａに挟持された部位の圧電セラミック層５が変位する。具体的には、駆動電極６ａに駆動電極を印加すると、振動板２により積層方向と直交する方向の変位が抑制されるので、圧電素子７は積層方向に屈曲する。すなわち、圧電アクチュエータ２１はユニモルフ型のアクチュエータとして駆動する。
【００２４】
圧電アクチュエータ２１の駆動は、駆動時の電界強度Ｅと、圧電セラミック層５の電界強度Ｅｃとの比率Ｅ／Ｅｃが１より小さい条件で駆動させるのが好ましい。これにより、圧電アクチュエータ２１を長期間安定して駆動することができる。これに対し、前記比率が１より大きいと、分域回転の寄与が大きくなり、変位劣化しやすくなる。
【００２５】
圧電アクチュエータ２１の総厚みは、変位量を大きくするという点で１００・ｍ以下、好ましくは６０・ｍ以下、より好ましくは４５・ｍ以下であるのがよい。また、総厚みの下限値は、取扱中や作動中に破損しない程度の機械的強度を有する上で２０・ｍ以上、好ましくは２５・ｍ以上、より好ましくは３０・ｍ以上であるのがよい。
【００２６】
振動板２は、圧電セラミックスからなり、圧電セラミック層５は、振動板２と略同一組成の圧電セラミックスからなるのが好ましい。前記圧電セラミックスとは、圧電性を示すセラミックスを意味する。前記圧電セラミックスとしては、例えばＢｉ層状化合物やタングステンブロンズ構造物質、Ｎｂ酸アルカリ化合物のペロブスカイト構造化合物、Ｐｂを含有するジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）やチタン酸鉛（ＰＴ）等を含有するペロブスカイト構造化合物、チタン酸バリウム（ＢＴ）等が挙げられる。これら中でもＰｂを含むジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）やチタン酸鉛（ＰＴ）が、電極（コモン電極４ａ，駆動電極６ａ）との濡れ性を高めると共に、電極との密着強度を高める点で好適である。
【００２７】
本実施形態では、Ａサイト構成元素としてＰｂを含有し、且つＢサイト構成元素としてＺｒおよびＴｉを含有する結晶であるジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）等のジルコン酸チタン酸鉛系化合物が、より絶対値の高い圧電定数ｄ31を有する安定な圧電焼結体（圧電アクチュエータ２１）を得るうえで好ましい。
【００２８】
積層圧電体磁器である振動板２および圧電セラミック層５は、平均結晶粒径が２．５μｍ以下であることが好ましい。結晶粒径を上記範囲にするには、例えばＰＺＴ原料調合時のＡサイトとＢサイトの組成比を１以下にすればよい。結晶平均粒径は、例えば後述のように、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察し、インターセプト法により求めることができる。
【００２９】
コモン電極４ａには、図２（ｂ）に示すように、コモン接続部４ｂが接続されており、コモン接続部４ｂはビア電極４ｃの一端と電気的に接続し、ビア電極４ｃの他端は圧電セラミック層５表面に設けられた接地端子４ｄと電気的に接続している。そして、接地端子４ｄは、配線ケーブル３３に接続されている。即ち、コモン電極４ａは、コモン接続部４ｂ、ビア電極４ｃ及び接地端子４ｄを介して配線ケーブル３３に電気的に接続している。
【００３０】
駆動電極６ａには、接地端子４ｄと重ならない位置に電圧接続部６ｂが設けられ、該電圧接続部６ｂは、圧電素子７に駆動信号を伝達するためのランド電極６ｄと電気的に接続し、ランド電極６ｄは、後述する配線ケーブル３３の接続端子３３ａと電気的に接続している。即ち、駆動電極６ａは、電圧接続部６ｂ及びランド電極６ｄを介して配線ケーブル３３に電気的に接続している。
【００３１】
圧電セラミック層５上に規則的に配列されている駆動電極６ａは、例えばマトリックス状に配列されていることが好ましい。また、千鳥状に、たがいちがいに配列されていることが、駆動電極６ａの配置密度を高める事ができる点で好ましい。さらに、複数の液体吐出口２８から吐出されたインクが、紙等の被記録物の表面全域、または特定部分の全域をカバーできるように、対称的に、あるいは均等な間隔で配列しているのが好ましい。上記のようにして圧電セラミック層５上に駆動電極６ａを配列させて圧電素子７を多数設け、各圧電素子７を独立して制御することにより、インクジェットプリンタ３０の高速化及び高精度化に寄与することができる。すなわち、液体吐出口２８の数を増加することができる。また、吐出口２８同士が高密度に配列された場合であっても、これらの吐出口２８に対応する圧電素子７を高密度に配列できる。
【００３２】
コモン電極４ａ、コモン接続部４ｂの厚みは０．５・ｍ以上、好ましくは１・ｍ以上であるのがよい。また、接地端子４ｄの厚みは５・ｍ以上、好ましくは１０・ｍ以上であるのがよく、駆動電極６ａの厚みは２・ｍ以下、好ましくは１・ｍ以下であるのがよい。電圧接続部６ｂの厚みは１μｍ以上、好ましくは２μｍ以上であるのがよく、ランド電極６ｄの厚みは５μｍ以上、好ましくは１０μｍ以上であるのがよい。
【００３３】
コモン電極４ａおよびコモン接続部４ｂは、同一材料により形成されるのが好ましい。例えばＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ，Ｃｒ、Ｐｄ、Ｐｔなどの金属またはこれらのうち少なくとも１種以上を主成分とする合金などを用いるのが好ましく、密着強度を高めるという点で、特にＡｇ−Ｐｄ合金、さらに圧電セラミック層５と同じ材料（例えばペロブスカイト結晶構造型の圧電セラミック）を微量添加して用いるのがより好ましい。
【００３４】
ビア電極４ｃ、接地端子４ｄおよびランド電極６ｄとしては、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｐｄ、Ｐｔなどの金属またはこれらの少なくとも１種以上を主成分とする合金などを用いることができ、好ましくはＡｕまたはＡｇを主成分とする金属（もしくは合金）であるのがよい。
【００３５】
駆動電極６ａおよび電圧接続部６ｂは、同一材料により形成されるのが好ましい。例えばＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｐｄ、Ｐｔなどの金属、またはこれらのうち少なくとも１種以上を主成分とする合金などを用いるのが好ましく、薄層化しても高い導電性が得られるという点で、特にＡｕを用いるのが好ましい。
【００３６】
また、同時焼成で作製する上で、電極（コモン電極４ａ，駆動電極６ａ）が銀（Ａｇ）を６０〜８５体積％、好ましくは７０〜８０体積％含む銀−パラジウム合金からなることが好ましい。これにより、Ａｇの拡散量が低減され、粒内破壊をより効果的に実現できる。
【００３７】
（液体供給部材）
液体供給部材３２は、流路部材２３の液体加圧室２３ａに液体（インク）を供給するためのものであり、例えばインク供給装置等が挙げられる。液体供給部材３２は、図１に示すように、圧電アクチュエータ２１の上方に所定の間隙をもって配置される。所定の間隙をもって配置するのは、間隙をもたずに配置すると、液体供給部材３２が圧電素子７の変位を妨げるからである。したがって、前記間隙としては、圧電素子７の変位を妨げない程度の間隙であればよく、特に限定されるものではない。
【００３８】
（配線ケーブル）
配線ケーブル３３は、図１および図３に示すように、一端側が、該一端側に形成された複数の接続端子３３ａを介してランド電極６ｄと電気的に接続されている。具体的には、接続端子３３ａは、圧電アクチュエータ２１のランド電極６ｄと対応する位置に形成され、この接続端子３３ａを圧電アクチュエータ２１上に配列されたランド電極６ｄと１対１で接合する。この接合は、圧電アクチュエータ２１と配線ケーブル３３との間に樹脂を充填すると、該樹脂が圧電素子７を拘束してしまい変位に影響が出るので、半田等によりバンプを形成して接合するのが好ましい。
【００３９】
一方配線ケーブル３３の他端側は、液体供給部材３２の上側に配置され、コネクタ４０と、駆動信号を出力するドライバＩＣ等の駆動回路４１と電気的に接続されている。このような配線ケーブル３３としては、インクジェットヘッドの配線ケーブルとして使用できるものであればよく、特に限定されるものではない。
【００４０】
（弾性部材）
弾性部材３１は、図１および図３に示すように、液体供給部材３２と配線ケーブル３３との間隙に配置され、圧電アクチュエータ２１のランド電極６ｄと、配線ケーブル３３の接続端子３３ａとの接合部を弾性力により押圧する。これにより、弾性部材３１が前記接合部に発生する応力を吸収し、ランド電極６ｄと接続端子３３ａとの剥離を抑制すると共に、弾性部材３１が前記接続部を均一に押圧してランド電極６ｄの高さばらつきを吸収するので、前記接合部における接合不良を低減し接合信頼性を向上することができる。
【００４１】
具体的には、圧電アクチュエータ２１のランド電極６ｄと、配線ケーブル３３の接続端子３３ａとの接合部の不良発生率が１．０％以下、好ましくは０．５％以下、より好ましくは０．１％以下となる。前記不良発生率は、後述するように、信頼性試験、すなわちインクジェットヘッドについて所定の熱サイクルテストを行なった後、所定のテスタにより配線ケーブル３３とランド電極６ｄの導通を確認し、不良の割合を不良発生率として百分率で算出して得られた値である。
【００４２】
また、弾性部材３１は、図１および図３に示すように、片面が液体供給部材３２と接触しており、他面が配線ケーブル３３と接触しているが、この弾性部材３１の厚みが、液体供給部材３２と配線ケーブル３３との間隙よりも大きいのが好ましい。これにより、この弾性部材３１を前記間隙に配置すると、該弾性部材３１が、圧電アクチュエータ２１のランド電極６ｄと、配線ケーブル３３の接続端子３３ａとの接合部を押圧することができる。具体的には、弾性部材３１の厚みは、液体供給部材３２と配線ケーブル３３との間隙に対して１．１倍以上、好ましくは１．１〜２．５倍、より好ましくは１．１〜１．５倍程度の厚みを有するのがよい。この範囲内で、弾性部材３１の厚みを、液体供給部材３２と配線ケーブル３３との間隙よりも大きくすると、圧電素子７の変位を妨げることなく、前記接合部を押圧することができる。すなわち、弾性部材３１は、前記厚みを有する弾性部材３１を、液体供給部材３２と配線ケーブル３３との間隙に配置した際に、圧電素子７の変位を妨げることなく、前記接合部を押圧することができる弾性力を有していればよい。
なお、弾性部材３１と、液体供給部材３２および配線ケーブル３３とのそれぞれの接触面を、公知の接着剤を用いて接合してもよい。
【００４３】
弾性部材３１の材質としては、上記所定の厚みを有する弾性部材３１を、液体供給部材３２と配線ケーブル３３との間隙に配置した際に、圧電素子７の変位を妨げることなく、前記接合部を押圧することができる弾性力を有する弾性部材であればよく、特に限定されるものではないが、本実施形態では、前記所定の弾性力を有する樹脂およびゴムが好ましい。前記樹脂およびゴムは、変形しやすく且つ反発力も備えており、ランド電極６ｄの高さばらつきに倣って変形しつつ配線ケーブル３３を適度に圧接するため、接合部が固定され、接続信頼性を高めることができる。前記樹脂としては、例えばシリコン樹脂、アクリル樹脂、アクリル共重合体樹脂等のアクリル系樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエステル樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂、ポリプロピレン樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。
【００４４】
弾性部材３１の熱伝導率は高いことが望ましく、具体的には０．５Ｗ／ｍＫ以上、好ましくは１．５Ｗ／ｍＫ以上、より好ましくは５Ｗ／ｍＫ以上であるのがよい。これにより、配線ケーブル３３で発生した熱および圧電アクチュエータ２１で発生した熱を液体供給部材３２に伝え、配線ケーブル３３および圧電アクチュエータ２１の温度上昇を抑制することができる。前記熱伝導率は、JIS-A1412に準拠して測定し得られた値である。
【００４５】
＜製造方法＞
次に、上記で説明したインクジェットヘッド３０の製造方法について説明する。
（流路部材の製造方法）
流路部材２３は圧延法等によって得られる。また、液体吐出口２３及び液体加圧室２３ａはエッチング等により所定の形状に加工されて設けられる。流路部材２３は，Ｆｅ−Ｃｒ系、Ｆｅ−Ｎｉ系、ＷＣ−ＴｉＣ系からなる群より選ばれる少なくとも１種によって形成されていることが望ましく、特にインクに対する耐食性の優れた材質からなることが望ましく、Ｆｅ−Ｃｒ系がより好ましい。
【００４６】
また、流路部材２３は、例えば厚み３０〜１００・ｍ程度の薄板を積層して作製することができる。各薄板は、エッチングや金型による打ち抜き等の方法によって形成された微細な溝や孔を備えており、複数の薄板を積層することによって、各薄板に形成された溝や孔が、液体加圧室２３ａ、液体吐出口２８及び液体流路（不図示）等を構成するように組み合わせることができる。
【００４７】
上記のような薄板の材料としては、例えばステンレス板、アルミニウム板、モリブデン板などの金属材料、シリコン等の半導体材料、またはアルミナや炭化珪素等のセラミックス材料等が挙げられ、特に、導電性を有し、かつ安価で精密加工のできる金属材料を用いることが好ましい。
【００４８】
（圧電アクチュエータの製造方法）
圧電アクチュエータ２１の製造方法について、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）を圧電セラミックスとして用いた場合について説明する。
まず、原料として例えば純度９９％、平均粒子径１μｍ以下のＰＺＴ粉末を圧電性セラミックス粉末として準備する。この圧電セラミックス粉末に、適当な有機バインダーを添加してスラリーを得、このスラリーを用いてグリーンシートを作製する。グリーンシートの作製方法は、例えばドクターブレード法、ロールコータ等の周知のテープ成形方法を採用することができる。
【００４９】
次いで、作製したグリーンシートのうち、焼成後に振動板２となるグリーンシートの主面に、導体ペースト（例えばＡｇ−Ｐｄペースト）の塗布層を形成し、焼成後にコモン電極４ａおよびコモン接続部４ｂとなる金属パターンを形成する。金属パターンの形成方法は、例えばスクリーン印刷法等を例示することができるが、他の公知の手法を採用することも可能である。
【００５０】
一方、焼成後に圧電セラミック層５となる他のグリーンシートに、ビア導体を充填するためのビアホールを穿孔して形成する。ビアホールの穿孔方法は、例えばパンチング、レーザー加工等の周知の手法を採用することができる。得られたビアホールには、所望のビア導体を充填する。なお、ビアホールへのビア導体の充填は、焼成前であっても、焼成後であってもよい。すなわち、焼成前にビア導体を充填し、グリーンシートと同時に焼成することもできるが、ビア導体を形成する前に焼成し、焼結体のビアホールに導体ペーストを充填して加熱処理を行ってビア導体を形成することもできる。
【００５１】
次に、これらのグリーンシートを積層し、密着させて積層成形体を得る。この積層成形体を、１０〜５０ＭＰａの圧力で加圧した後、所定の形状に切断し、４００℃程度で脱バインダーを行う。ついで、９００〜１１００℃程度で焼成して、コモン電極４ａおよびビア電極４ｃを内蔵する積層圧電体を作製する。
【００５２】
なお、前記加圧する際には、該グリーンシートと実質的に同一組成の圧電セラミックスと、有機組成物からなる拘束シートとを、上記積層体の両面若しくは片面に配置し、加圧密着を行うことが好ましい。このように、拘束シートで外側のグリーンシートの収縮を抑制することによって、積層成形体のソリを低減するという効果が期待できる。
【００５３】
さらに、焼結前生密度が４．５ｇ／ｃｍ2以上であることが好ましい。焼結体密度を４．５ｇ／ｃｍ2以上に上げることにより、より低温での焼成が可能であり、さらに生密度を上げると、Ｐｂの蒸発を抑制することが可能である。
【００５４】
ついで、この積層圧電体の表面に、スクリーン印刷法等の方法により導体ペーストを印刷して、駆動電極６ａおよび電圧接続部６ｂとなる金属パターンを形成し、６００〜８５０℃程度で熱処理する。最後に、接地端子４ｄ、ランド電極６ｄとなる金属パターンをスクリーン印刷法等により形成して６００〜８５０℃程度で熱処理した後、分極して積層圧電体である圧電アクチュエータ２１を得る。なお、接地端子４ｄ、駆動電極６ａ、電圧接続部６ｂおよびランド電極６ｄは、それぞれ同一の導体ペーストを使用する等の方法により、１回の熱処理で作製することも可能である。
【００５５】
上記のようにして得た圧電アクチュエータ２１は、圧電素子７が液体加圧室２３ａの直上に配置するように流路部材２３の表面に接合される。つまり、振動板１上に、コモン電極４ａ、圧電セラミック層５および駆動電極６ａがこの順に積層され、駆動電極６ａが圧電セラミック層５の表面に複数配列された圧電アクチュエータ２１を、液体加圧室２３ａの直上に圧電素子７が配置されるように流路部材２３の表面に接合する。より具体的には、圧電アクチュエータ２１と流路部材２３との接合は、例えば接着層を介して積層接着することができる。接着層としては、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２１や流路部材２３への影響を及ぼさない上で、熱硬化温度が１００〜２５０℃のエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂からなる群より選ばれる少なくとも１種の熱硬化性樹脂系の接着剤を用いるのがよい。このような接着層を用いて熱硬化温度にまで加熱することによって、圧電アクチュエータ２１と流路部材２３とを加熱接合することができる。
【００５６】
そして、接合が完了して圧電アクチュエータ２１が流路部材２３に固定された後、圧電セラミック層５の両側にある電極、すなわち個別電極６ａとコモン電極４ａとの間に分極電圧を印加して圧電セラミック層５を分極する。
【００５７】
（インクジェットヘッドの製造方法）
上記のようにして流路部材２３に接合した圧電アクチュエータ２１に、配線ケーブル３３を電気的に接続する。すなわち、配線ケーブル３３の接続端子３３ａとランド電極６ｄとの間に半田を配置し、これを加熱することにより、接続端子３３ａとランド電極６ｄとを接合することができる。また、配線ケーブル３３の接続端子３３ａに、例えばノンコンダクティブペースト（ＮＣＰ）を転写し、この接続端子３３ａをランド電極６ｄに圧接し、接続端子３３ａとランド電極６ｄを接触させ、その状態で加熱することによりＮＣＰを硬化固定させることにより、接続端子３３ａとランド電極６ｄとを接合してもよい。また、接続端子３３ａとランド電極６ｄとの接合部は、弾性部材３１により押圧されるので、金属の接触による接合も可能である。
【００５８】
ついで、液体供給部材３２を圧電アクチュエータ２１の上方に所定の間隙をもって配置した後、液体供給部材３２と配線ケーブル３３との間隙に弾性部材３１を配置し、該弾性部材３１によって配線ケーブル３３の接続端子３３ａと、圧電アクチュエータ２１のランド電極６ｄとの接続部を押圧した状態として、インクジェットヘッド３０を得る。具体的には、弾性部材３１は、その形状が圧電アクチュエータ２１とほぼ同形状であるのが好ましく、その厚みが上記で説明した通り液体供給部材３２を流路部材２３と接合した際に液体供給部材３２と配線ケーブル３３との間に生じる間隙より大きいのが好ましい。このような形状の弾性部材３１を、圧電アクチュエータ２１に接合された配線ケーブル３３上に設置した後、液体供給部材３２を接合すると、弾性部材３１によって接続端子３３ａとランド電極６ｄとの接続部が押圧される状態となる。なお、この接合は、上記で説明した圧電アクチュエータ２１と流路部材２３の接合と同様にして、接合すればよい。
【００５９】
上記のようにして得たインクジェットヘッド３０は、駆動回路４１からの駆動信号を配線ケーブル３３を介して圧電素子７に伝達し、該圧電素子７に対応する液体加圧室２３ａ内の液体（インク）を加圧し、圧電アクチュエータ２１を振動させることにより、液体加圧室２３ａ内のインクを流路部材２３の底面に開口させた液体吐出口２８よりインク滴として吐出させる。
【００６０】
また、インクジェットヘッド３０は、安価なドライバＩＣを用いて圧電アクチュエータ２１のランド電極６ｄと、配線ケーブル３３の接続端子３３ａとの接合部における接続信頼性が高いインクジェットヘッドを実現することができる。また、インクジェットヘッド３０は変位特性に優れるので、高速で高精度な吐出というという特徴が得られ、その結果、高速印刷に好適なインクジェットヘッドを提供することができる。また、インクジェットヘッド３０をプリンタに搭載することによって、例えば上記のインクジェットヘッドにインクを供給するインクタンクと、記録紙に印刷するための記録紙搬送機構とを備えているプリンタでは、従来に比べて高速・高精度の印刷を容易に達成することができる。
【００６１】
以上、本発明の一実施形態について示したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更や改良したものにも適用できることは言うまでもない。例えば、上記の実施形態では、振動板２および圧電セラミック層５が、いずれも１層で構成されている場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、振動板および／または圧電セラミック層が複数層で構成されていてもよい。この場合には、圧電アクチュエータの厚みを簡単に調整することができる。また、内部に電極等の配線回路層を形成してもよい。
【００６２】
また、上記で説明した通り、振動板２は圧電セラミック層５の圧電セラミックスと略同一の材料であるのが好ましいが、振動板２および圧電セラミック層５の圧電セラミックス組成は完全に一致している必要はなく、本発明の効果、すなわち圧電アクチュエータのランド電極と、配線ケーブルの接続端子との接合部における接続信頼性が高いインクジェットヘッドとすることができる範囲内で、その組成が異なっていてもよい。
【００６３】
また、流路部材２３および圧電アクチュエータ２１を、接着層を介して積層接着する場合について説明したが、流路部材と圧電アクチュエータとが一体形成されたインクジェットヘッド、すなわち流路一体型の圧電アクチュエータ（流路一体型磁器）であってもよい。
【００６４】
以下、実施例を挙げて本発明についてさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００６５】
＜インクジェットヘッドの作製＞
（圧電アクチュエータの作製）
まず、図２（ｂ）に示したような構成の圧電アクチュエータを作製した。すなわち、原料として、純度９９％以上のチタン酸ジルコン酸鉛を含有する圧電セラミックス粉末を準備した。ついで、この圧電セラミックス粉末と、水系バインダーとしてブチルメタクリレートと、分散剤としてポリカルボン酸アンモニウム塩と、溶剤としてイソプロビルアルコールと純水とを各々添加して混合し、スラリーを得た。このスラリーを、ドクタープレード法によりキャリアフィルム上にシート形状に塗布してグリーンシートを作製した。このグリーンシートは、圧電体層用および振動板用の両方に使用した。
【００６６】
ついで、Ａｇ‐Ｐｄ合金粉末を含有するコモン電極ペーストおよびコモン接続部ペーストを振動板用のグリーンシートの表面に厚さ４μｍで印刷し、コモン電極およびコモン接続部を形成した。更に、コモン電極およびコモン接続部が印刷された面を上向きにして、振動板グリーンシートの上に圧電セラミック層用グリーンシートを積層し、加圧プレスして積層体を得た。なお、圧電セラミック層用のグリーンシートには、ビア導体を充填するためのビアホールを上記で説明した方法で穿孔して形成し、このビアホールに所望のビア導体を充填した。
【００６７】
この積層体を脱脂処理した後、９８０℃で酸素９９％以上の雰囲気中に４時間保持して焼結し、積層体を作製した。次に、この積層体における圧電セラミック層の表面に、駆動電極および電圧接続部を形成した。具体的には、駆動電極および電圧接続部は、スクリーン印刷にてＡｕペーストを塗布した後、６００〜８００℃の大気中で焼付けて形成した。ついで、接地端子およびランド電極となる金属パターンをＡｕペーストでスクリーン印刷法により形成して、６００〜８５０℃程度で熱処理した後、分極して圧電アクチュエータを得た。この圧電アクチュエータの圧電素子の数は１２００個であった。
【００６８】
（流路部材の作製）
流路部材は、圧延法によって作製した（Ｆｅ−Ｃｒ系）。なお、液体吐出口および液体加圧室はエッチングにより所定の形状に加工した。
【００６９】
（インクジェットヘッドの作製）
上記で得た圧電アクチュエータを、流路部材に接合した。具体的には、圧電アクチュエータの圧電素子が、流路部材の液体加圧室の直上に配置するように流路部材の表面に接合した。なお、接合は、熱硬化温度が150℃のエポキシ樹脂接着剤を用いて行なった。
【００７０】
ついで、ランド電極に配線ケーブルの接続端子を半田で接続した後、該配線ケーブル上に弾性部材を設置した。そして、該弾性部材を介して、液体供給部材であるインク供給装置を接合し、図１に示すような形状のインクジェットヘッドを得た。前記弾性部材は、ゴムであり、その形状は、圧電アクチュエータとほぼ同形状のものを用いた。また、該弾性部材の厚みは、上記インク供給部材を流路部材と接合した際にインク供給部材と配線ケーブルとの間に生じる間隙よりも大きいものを用いた。これにより、インク供給装置を接合した際には、該弾性部材の弾力性により、配線ケーブルとランド電極との接合部が押圧された状態となる。具体的には、弾性部材の厚みは、インク供給装置と配線ケーブルとの間隙に対し、１．２倍の厚みを有するものを用いた。
【００７１】
＜信頼性試験＞
上記で得たインクジェットヘッドについて、信頼性試験を行なった。具体的には、該信頼性試験として、以下に示す熱サイクルテストを行った。すなわち、−２５〜８５℃の熱サイクルを１０００回行った後に、テスタにより配線ケーブルとランド電極の導通を確認した。１２００個の変位素子について信頼性試験を行い、不良の割合を不良発生率として百分率で算出した。その結果、不良発生率は０．０８％であった。
【００７２】
［比較例１］
上記実施例１と同様にして、圧電アクチュエータと流路部材を作製した。ついで、ランド電極に配線ケーブルの接続端子を半田で接続した後、該配線ケーブル上に弾性部材を設置しない以外は、上記実施例１と同様にして、インク供給装置を流路部材に接合し、図５に示すような形状のインクジェットヘッドを得た。このインクジェットヘッドにおける配線ケーブルは、圧電アクチュエータの上方に中空に配置されている。
上記で得たインクジェットヘッドについて、上記実施例１と同様にして信頼性試験を行なった。その結果、不良発生率は２．１％であった。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の一実施形態にかかるインクジェットヘッドを示す概略断面図である。
【図２】（ａ）は、本発明の一実施形態にかかる圧電アクチュエータと流路部材を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる接合部周辺を示す部分拡大断面図である。
【図４】（ａ）は、一般的な圧電アクチュエータと流路部材を示す概略断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の平面図である。
【図５】従来のインクジェットヘッドを示す概略断面図である。
【図６】従来の接合部周辺を示す部分拡大断面図である。
【符号の説明】
【００７４】
２  振動板  
４ａ  コモン電極
４ｂ  コモン接続部
４ｃ  ビア電極
４ｄ  接地端子
５  圧電セラミック層
６ａ  駆動電極
６ｂ  電圧接続部
６ｄ  ランド電極
７  圧電素子  
２１  圧電アクチュエータ
２３  流路部材
２３ａ  液体加圧室
２３ｂ  隔壁
２８  液体吐出口
３０  インクジェットヘッド
３１  弾性部材
３２  液体供給部材
３３  配線ケーブル
３３ａ  接続端子
４０  コネクタ
４１  駆動回路
【図１】
2007268838.tif 000003
【図２】
2007268838.tif 000004
【図３】
2007268838.tif 000005
【図４】
2007268838.tif 000006
【図５】
2007268838.tif 000007
【図６】
2007268838.tif 000008