JP2007324492A - 積層型圧電アクチュエータ - Google Patents

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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

【課題】電極間の導通を損なうことなく、コンパクト化あるいは電極の高密度化を図る。
【解決手段】個別表面電極38A〜38Eと個別内部電極36A〜36Eとの間の複数のセラミックスシート31,34の間に、個別表面電極38A〜38Eと個別内部電極36A〜36Eとを接続する複数の中継用電極42A〜42Fが配置される。この中継用電極42A,42B,42E,42Fが、個別表面電極38A〜38Eと前記積層方向に対向しかつ接続された直線部42Aa,42Ba,42Ea,42Faと、個別内部電極36A,36B,36D,36Eの導通部36Ab,36Bb,36Db,36Ebと前記積層方向に対向しかつ接続され、前記直線部の配列方向において各直線部に対して半ピッチずれて配置された矩形部42Ab,42Bb,42Eb,42Fbと、この導通部42Ab,42Bb,42Eb,42Fbと直線部42Aa,42Ba,42Ea,42Faとを接続する屈曲部42Ac,42Bc,42Ec,42Fcとを備える。
【選択図】 図11

Description

本発明は、積層型圧電アクチュエータに関するものである。
従来、インクジェットヘッドとしては、複数枚のシートを積層したキャビティユニットに、2列に配置した複数の圧力室が設けられ、各圧力室に対応する活性部(エネルギー発生手段)を有する圧電アクチュエータがキャビティユニットと接合されている。そして、圧電アクチュエータとして、積層された複数のセラミックスシートの間に、前記複数の圧力室に対応して配列された複数の個別内部電極と、前記複数の圧力室に共通のコモン内部電極とが少なくとも1つのセラミックスシートを挟んで対向配置され、その積層された複数のセラミックスシートの前記キャビティユニットとは反対側の表面に、前記個別内部電極と接続された個別表面電極と前記コモン内部電極と接続されたコモン表面電極とが形成されるものが知られている(例えば特許文献1参照)。
ところで、個別表面電極にフレキシブルフラットケーブルを接続する際、その押圧力が空洞である圧力室の上方のセラミックスシートに作用すると、セラミックスシートが破壊するおそれがあるため、その押圧力を圧力室間の隔壁で受けるように、個別表面電極は前記圧力室の間に隔壁上に配置されているので、個別内部電極は、個別表面電極に電気的に接続される部分と、前記圧力室に対応する部分とが圧力室の配列ピッチの半分だけずれ、それらが屈曲部分を介して接続されている。
特開2006−15539号公報
近年、圧電アクチュエータのコンパクト化、あるいは電極の高密度化の要求から、圧力室の変位に関与しない部分の電極の占有面積は、導通に関与しているだけであるから、できるだけ狭くしたいという要求がある。しかしながら、個別内部電極において前記屈曲部分をなくし、圧力室に対応する部分と個別表面電極に電気的に接続される部分とを直接接続しようとすると、両部分は、ずれて位置しているので、両部分間の導通面積が著しく狭くなる。また、両部分間を接続する屈曲部分を短くしようとすると、屈曲部分の角度が急になり、電極において短く急に角度が変化する部分を正確に印刷形成することは困難で、電気的な導通不良を生じるおそれがある。
この発明は、電極間の導通を損なうことなく、コンパクト化あるいは電極の高密度化が図れる積層型圧電アクチュエータを提供することを目的とする。
請求項1の発明は、液滴を吐出する複数のノズルに対応する複数の圧力室を配列して有するキャビティユニットに接合される積層型圧電アクチュエータであって、積層された複数のセラミックスシートの間に、前記複数の圧力室に対応して配列された複数の個別内部電極と、前記複数の圧力室に共通のコモン内部電極とが少なくとも1つのセラミックスシートを挟んで対向配置され、その積層された複数のセラミックスシートの前記キャビティユニットとは反対側の表面に、前記個別内部電極と接続された個別表面電極と前記コモン内部電極と接続されたコモン表面電極とが形成され、前記個別表面電極およびコモン表面電極に、駆動信号を入力する信号線の接続端子が接続され、前記個別表面電極は、前記圧力室の配列方向において前記各圧力室に対して半ピッチずつずれて配置され、前記個別表面電極と個別内部電極との間の複数のセラミックスシートの間に、前記個別表面電極と個別内部電極とを接続する複数の中継用電極が配置され、この中継用電極が、前記個別表面電極と前記積層方向に対向しかつ接続された第1の部分と、前記個別内部電極と前記積層方向に対向しかつ接続され、前記第1の部分の配列方向において各第1の部分に対して半ピッチずれて配置された第2の部分と、この第1の部分と第2の部分とを接続する第3の部分とを備えることを特徴とする。
請求項1の発明によれば、前記個別表面電極と個別内部電極との間の複数のセラミックスシートの間に、前記個別表面電極と個別内部電極とを接続する複数の中継用電極が配置され、この各中継用電極が、前記個別表面電極と前記積層方向に対向しかつ接続された第1の部分と、前記個別内部電極と前記積層方向に対向しかつ接続され、前記第1の部分の配列方向において各第1の部分に対して半ピッチずれて配置された第2の部分と、この第1の部分と第2の部分とを接続する第3の部分とを備えるようにすることで、個別内部電極において個別表面電極に電気的に接続される部分と、前記圧力室に対応する部分とを導通を損なうことなく直接接近させても、変位に関与しない中継用電極において個別表面電極に接続される第1の部分と個別内部電極に接続される第2の部分とを離して、個別表面電極と個別内部電極との半ピッチのずれを吸収することができる。よって、個別内部電極全体の長さを短くでき、電極の高密度化、あるいはコンパクト化に有利となる。
請求項2に記載のように、請求項1の積層型圧電アクチュエータにおいて、前記複数の個別内部電極、前記コモン内部電極、前記複数の中継用電極、及び前記複数の個別表面電極とコモン表面電極をそれぞれ表面に形成した各セラミックスシートが積層され、前記積層方向の前記個別内部電極と前記中継用電極の第2の部分とが、前記中継用電極の第1の部分と前記個別表面電極とが、それぞれそれらの間のセラミックスシートを貫通したスルーホールに充填された導電材料によって接続されていることが好ましい。
請求項2の発明によれば、スルーホールを利用して、個別表面電極と個別内部電極との接続を中継用電極を介して、無理なく行うことができる。
請求項3に記載のように、請求項1または2の積層型圧電アクチュエータにおいて、前記中継用電極の第1の部分は、その中継用電極の配列方向と直交する方向に長さを有し、その中継用電極の配列方向に隣接する第1の部分と長さ方向において相互に異なる位置で前記個別表面電極と接続され、前記個別表面電極は、前記第1の部分との接続部分と対応する位置において、前記信号線の接続端子と接続されることが好ましい。
請求項3の発明によれば、個別表面電極と中継用電極とが接続される位置が分散されるので、その接続箇所においてセラミックスシートの強度が不足したり、変形することがない。また、個別表面電極上の前記第1の部分との接続部分と対応する位置に、前記信号線の接続端子と接続されるので、中継用電極と接続する部分と信号線の接続端子とが直接的に接続され、電気的接続の信頼性が高まる。さらに、上記の分散にともなって接続端子の位置も分散され、接続端子間に信号線を余裕をもって配線することができる。換言すれば、より高密度に電極を配置することが可能になる。
請求項4に記載のように、請求項3の積層型圧電アクチュエータにおいて、前記個別表面電極は、前記中継用電極の配列方向と平行に配列されかつその配列方向と直交する方向に長さを有し、その個別表面電極上の前記第1の部分との接続部分と対応する位置に、前記信号線の接続端子と接続される接合電極を有することが好ましい。
請求項4の発明によれば、個別表面電極上の前記第1の部分との接続部分と対応する位置において、個別表面電極が信号線の接続端子と接続される接合電極を有するので、中継用電極と接続する部分と信号線の接続端子との接続が確実になされる。
請求項5に記載のように、請求項1〜4のいずれかの積層型圧電アクチュエータにおいて、前記キャビティユニットは、前記圧力室の列を複数列備え、前記個別内部電極が、前記圧力室の複数列に対応して複数列あり、前記コモン内部電極が、前記複数列の個別内部電極と前記積層方向に対向しかつその配列方向に延び、前記中継電極及び個別表面電極が、前記複数列の個別内部電極と対応して複数列あり、前記コモン表面電極が、前記個別表面電極と同一平面に、その個別表面電極の列方向と直交する端部に沿って、複数列の並び方向に長く形成されていることが好ましい。
請求項5の発明によれば、コモン表面電極とコモン内部電極との接続を確保して、中継用電極を利用した個別表面電極と個別内部電極との接続がなされる。
以上のように構成したから、本発明は、個別表面電極と個別内部電極との間の複数のセラミックスシートの間に、個別表面電極と個別内部電極とを接続する複数の中継用電極を配置し、この各中継用電極が、前記個別表面電極と前記積層方向に対向しかつ接続された第1の部分と、前記個別内部電極と前記積層方向に対向しかつ接続され、前記第1の部分の配列方向において各第1の部分に対して半ピッチずれて配置された第2の部分と、この第1の部分と第2の部分とを接続する第3の部分とを備えるようにしているので、個別内部電極において個別表面電極に電気的に接続される部分と、前記圧力室に対応する部分とを導通を損なうことなく直接接近させても、変位に関与しない中継用電極において個別表面電極に接続される第1の部分と個別内部電極に接続される第2の部分とを離して、個別表面電極と個別内部電極との半ピッチのずれを吸収することができる。よって、個別内部電極全体の長さを短くでき、電極の高密度化、あるいはコンパクト化に有利となる。
以下、本発明の実施の形態を図面に沿って説明する。なお、本発明に係る積層型圧電アクチュエータが用いられるインクジェットヘッドは、カラー記録用で、具体的に図示しないが、記録用紙の搬送方向Y(副走査方向)と直交する方向X(主走査方向)に往復移動するキャリッジに搭載される。そして、そのインクジェットヘッドには、例えば、キャリッジ上に搭載されるインクカートリッジから、あるいはプリンタ本体内に設置されたインクタンクからインク供給パイプ及びキャリッジ上に搭載されたダンパータンクを介して、4色のカラーインク(シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック)が供給されるように構成されている。
図1は本発明を適用するインクジェットヘッドの上面にフレキシブルフラットケーブルが接合された状態を示す斜視図、図2はキャビティユニット等の斜視図、図3はキャビティユニットの要部の部分拡大斜視図である。
図1に示すように、インクジェットヘッド1は、液滴を吐出する複数のノズル列に対応する圧力室の複数の列を有するキャビティユニット2と、その上側に接着されるプレート型の圧電アクチュエータ3とを備え、その圧電アクチュエータ3の上面側に駆動信号を入力するためのフレキシブルフラットケーブル4が接合されるようになっている。
(キャビティユニット2の構造)
キャビティユニット2は、8枚の扁平なプレートをそれぞれ積み重ねて接着してなる積層構造体で、図2に示すように、下側から順に、ノズルプレート11、カバープレート12、ダンパープレート13、下側及び上側マニホールドプレート14,15、下側及び上側スペーサプレート16,17及び、圧力室18aが形成されているベースプレート18を備える。なお、合成樹脂材料からなるノズルプレート11を除き、各プレート12〜18は、42%ニッケル合金鋼板で形成され、それぞれ50μm〜150μm程度の板厚を有する。
キャビティユニット2の下面を構成するノズルプレート11には、多数のインク吐出用のノズル11a(25μm程度の孔径)がY方向に沿って列状に配置されてなる5つのノズル列N(図2に3列のみ図示)が設けられている。
下側及び上側マニホールドプレート14,15には、Y方向に細長い貫通孔が各ノズル列Nに対応して厚さ方向に貫通するように形成され、下側スペーサプレート16とダンパープレート13とに挟まれることにより、前記貫通孔が5つのマニホールド室19a,19b,19c,19d,19e(共通インク室)となる。なお、マニホールド室19a,19b,19cは、それぞれシアンインク(C)用、イエローインク(Y)用、マゼンタインク(M)用とされ、マニホールド室19d,19eはブラックインク(BK)用とされる。
図2において、ベースプレート18のY方向の一端部には4つのインク供給孔21a,21b,21c,21dが並んで設けられ、インク供給孔21a,21b,21cはマニホールド室19a,19b,19cに、インク供給孔21dは2つのマニホールド室19d,19eにそれぞれインクを供給するものである。そして、図2に示すように、上側スペーサプレート17及び下側スペーサプレート16の一端部に、インク供給孔21a〜21dに上流端が連通するインク供給通路部22a,22b,22c,22dが穿設されている。そして、インク供給通路部22a,22b,22cの下流端は対応するマニホールド室19a,19b,19cの一端部に、インク供給通路部22dの下流端はマニホールド室19d,19eの一端部にそれぞれ連通している。
また、ダンパープレート13の下面側には、平面視で各マニホールド室19a〜19eの形状に対応し下方に開口する6つの凹溝部が形成され、その凹溝部の開口部分がカバープレート12にて塞がれて密閉状態のダンパー室23とされる。この構成により、圧電アクチュエータ3の駆動で圧力室18aに圧力波が伝播されるが、その圧力波のうちマニホールド室19a〜19eの方向に向かう後退成分を、各ダンパー室23の壁厚の薄い部分の振動により吸収し、いわゆるクロストークが発生することを防止することができるようになっている。
下側スペーサプレート16には、図3に示すように、ノズル列Nの各ノズル11aに対応する絞り部24が形成されている。この絞り部24はX方向に延びる細幅の凹溝状である。この各絞り部24の一端は、上側マニホールドプレート15のマニホールド室19a〜19eのうち対応するものに連通し、各絞り部24の他端は、上側スペーサプレート17において上下方向に貫通する連通孔25に連通する。
カバープレート12、ダンパープレート13、下側及び上側マニホールド14,15、下側及び上側スペーサプレート16,17には、それぞれ、各ノズル列N毎にノズル11aに連通する連通孔25が、マニホールド室19及びダンパー室23と上下に重ならない位置で上下に貫通するように形成されている。
また、ベースプレート18には、X方向に細長く延び厚さ方向に貫通する圧力室18aがノズル11aの個数に対応して、各ノズル列N毎に形成されている。各圧力室18aの長手方向の一端は、上側スペーサプレート17の連通孔25に連通しており、各圧力室18aの長手方向の他端は、各プレート12〜17を貫通して形成される連通路26に連通している。各列の圧力室18aは隔壁27を介してY方向に一定の配列ピッチP(図3参照)でもって配置されている。各圧力室18aは隣接する列の圧力室18aに対してY方向に半ピッチP/2だけずれ、いわゆる千鳥状に配列されている。
これにより、各インク供給孔21a〜21dから各マニホールド室19a〜19e内に流入したインクは、絞り部24、連通孔25を通って各圧力室18a内に分配されたのち、各圧力室18a内から連通路26を通って、それぞれの圧力室18aに対応するノズル11aに至り、液滴として吐出されるという構成になっている。
(圧電アクチュエータ3の構造)
圧電アクチュエータ3は、図4に示すように、表面に複数の個別内部電極36A,36B,36C,36D,36Eのパターンが形成される第1のセラミックスシート31と、表面にコモン内部電極37のパターンが形成される第2の圧電セラミックスシート32が交互に3枚ずつ積層された部分の上側に、導通用ダミーセラミックスシート33を積層し、さらにその上側に、個別表面電極38A,38B,38C,38D,38Eとコモン表面電極39A,39Bとが表面に形成されているトップセラミックスシート34を積層する一方、前記第1及び第2のセラミックスシート31,32の積層部分の下側に、上面全体に亘ってコモン表面電極71が形成され最下層となる第3のセラミックスシート35を積層し、それらが焼成されて一体化されてなる。ダミーセラミックスシート33及びトップセラミックスシート34は、拘束層、すなわち後述するように第1及び第2のセラミックスシート31,32の活性部が変位するとき、圧力室18aと反対側への変位を抑え圧力室18a側に変位を多く向けるようにするものである。
それらのシート31〜35は、それぞれ強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛(PZT(PbTiO3・PbZrO3))系のセラミックス粉末、バインダ、溶剤を混合した混合液を調製し、シート状に広げて乾燥させグリーンシートを形成する。これらのグリーンシート上に、上記の各電極となる導電材料(銀−パラジュウム系の導電性ペースト)をスクリーン印刷等によって形成する。そして、これらのグリーンシートを積層して、焼成されて一体化される。その後、個別電極とコモン電極との間に、公知のように分極処理用の高電圧が印加され、その両電極に挟まれたセラミックスシートが分極処理されて、いわゆる圧電特性(駆動電圧の印加によって変位する性質)が付与される。なお、各セラミックスシート31〜35は、1枚の厚さが30μm程度である。導通用ダミーセラミックスシート33、トップセラミックスシート34及び第3のセラミックスシート35は圧電特性を発揮しない他の材料でも形成してもよく、電気的絶縁性を有すればよい。
−第1のセラミックスシート31−
第1のセラミックスシート31の表面には、図5に示すように、その表面に沿って各圧力室18aに対応して個別内部電極36A〜36Eが5列配置される。各個別内部電極36A〜36Eは、各圧力室18aとほぼ同じ長さで、平面視で重複しかつ各圧力室18aよりもやや狭い幅の直線状の直線部36Aa〜36Eaを有する。また、それぞれ平面視で直線部36Aa〜36Eaの一端部に、その延長方向に連続して直線部36Aa〜36Eaより幅広で平面視矩形状の導通部36Ab〜36Ebが連接されている。
中央に位置する列を構成する個別内部電極36Ca,36Cbは、圧力室18aの外側端部に対応する直線部36Caa,36Cbaの端部に、導通部36Cab,36Cbbが交互に反対側になるように連接されている。
その個別内部電極36Ca,36Cbの外側に位置する列を構成する個別内部電極36B,36Dは、圧力室18aの外側端部に対応する直線部36Ba,36Daの端部に、導通部36Bb,36Dbが連接されている。その個別内部電極36B,36Dの外側に位置する列を構成する個別内部電極36A,36Eは、圧力室18aの内側端部に対応する直線部36Aa,36Eaの端部に、導通部36Ab,36Ebが連接されている。
また、個別内部電極36A〜36Eの導通部36Ab〜36Ebは、上下に隣接する第2のセラミックスシート32に列状に配置された導通用電極41A,41B,41C,41D,41E,41Fあるいは導通用ダミーシート33に列状に配置された中継用電極42A,42B,42C,42D,42E,42Fとそれぞれ少なくとも一部が平面視で重なる配置とされる。
さらに、第1のセラミックスシート31には、第2のセラミックスシート32におけるコモン内部電極37(37A〜37F)と平面視で一部重複する個所であって、第1のセラミックスシート31の広幅面における短辺及び長辺に沿う外周部位等にダミーコモン電極43が形成されている。
−第2のセラミックスシート32−
第2のセラミックスシート32の表面には、図6に示すように、各圧力室18aに対してコモン内部電極37が共通に配置されている。このコモン内部電極37は、複数列の個別内部電極36A,36B,36Cと前記積層方向において対向しかつその列方向に延びている5つの第1の帯状部分37A,37B,37C,37D,37Eと、それらの端部をシート端部において連結する第2の帯状部分37F,37Gとを有する。
また、第1の帯状部分37A〜37Eの間には、各個別内部電極36A〜36Eの導通部36Ab〜36Ebに対応して導通用電極41A〜41Fが列状に配置されている。コモン内部電極37は、列状に配置される各導通用電極41A〜41Fを囲んで形成されていることになる。
なお、中央に位置する導通用電極41C,41Dは列方向の配列ピッチが、両側に配置される導通用電極41A,41B,41E,41Fの配列ピッチの2倍のピッチとされ、2列の導通用電極41C,41Dで、中央に位置する個別内部電極36Ca,36Cbの列に対応している。
−導通用ダミーセラミックスシート33−
導通用ダミーセラミックスシート33の表面には、第2のセラミックスシート32と同様に、図7に示すように、各個別内部電極36A〜36Eとシート積層方向において対向しかつ平行に、中継用電極42A〜42Fがそれぞれ列状に配置されている。なお、導通用電極41A〜41Fは、後述するスルーホール53Aの内部導通電極52Aを通じて、異なる位置で個別内部電極36A〜36E及び個別表面電極38A〜38Eにそれぞれ接続されている。
中央に位置する中継用電極42C,42Dは列方向の配列ピッチが、両側に配置される中継用電極42A,42B,42E,42Fの配列ピッチの2倍のピッチとされ、2列の中継用電極42C,42Dで、中央に位置する個別内部電極36Ca,36Cbの列に対応している。また、中央に位置する中継用電極42C,42Dは平面視矩形状である。その中継用電極42C,42Dは、その下側の導通用電極41C,41Dの列方向の長さ範囲において、圧力室18aに対しその配列ピッチPの半分のピッチずれ、圧力室18a,18a間の隔壁27の上方に対応して配置されている。
その中継用電極42C,42Dの外側に位置する列を構成する中継用電極42B,42Eは、個別表面電極38B,38Dに対応する直線部42Ba,42Ea(第1の部分)と、直線部42Ba,42Eaの配列方向において各直線部42Ba,42Eaに対し半ピッチずれて配置された導通部42Bb,42Eb(第2の部分)と、直線部42Ba,42Eaと導通部42Bb,42Ebとを接続する屈曲部42Bc,42Ec(第3の部分)とを有する。その個別内部電極42B,42Eの外側に位置する列を構成する個別内部電極42A,42Fは、個別表面電極38A,38Eに対応する直線部42Aa,42Fa(第1の部分)と、直線部42Ba,42Faの配列方向において各直線部42Aa,42Faに対し半ピッチずれて配置された導通部42Ab,42Fb(第2の部分)と、直線部42Aa,42Faと導通部42Ab,42Fbとを接続する屈曲部42Ac,42Fc(第3の部分)とを有する。
そして、直線部42Aa,42Ba,42Ea,42Faは、中継用電極42A〜42Fの配列方向と直交する方向の長さを有し、列方向において、圧力室18aの配列ピッチPの半分のピッチずつずれ、圧力室18a,18a間の隔壁27の上方に対応して配置されている。
そして、図5に示すように、導通部42Abと導通部42Bbと、及び導通部42Ebと導通部42Fbとは、圧力室18a一端の延長位置の上方に配置されている。
また、両側に位置する2列の中継用電極42A,42B,42E,42Fの導通部42Ab,42Bb,42Eb,42Fb及び中継用電極42C,42Dは、下に隣接する第2のセラミックスシート32に列状に配置された導通用電極41A,41B,41E,41F,41C,41D及び第1のセラミックスシート31上の導通部36Ab,36Bb,36Cbb,36Cab,36Db,36Ebとそれぞれ少なくとも一部が平面視で重なる配置とされている。
両側に位置する2列の中継用電極42A,42B,42E,42Fの直線部42Aa,42Ba,42Ea,42Fa及び中継用電極42C,42Dは、上側に位置するトップセラミックシート34の個別表面電極38A,38B,38D,38E及38Ca,38Cbとそれぞれ平行でかつ少なくとも一部が平面視で重なる配置とされている。
このようにすることで、個別表面電極38A,38B,38D,38Eに後述のスルーホール53Aの内部導通電極52Aを通じて接続される直線部42Aa,42Ba,42Ea,42Faと、個別内部電極36A,36B,36D,36Eに後述のスルーホール53Aの内部導通電極52Aを通じて接続される導通部42Ab,42Bb,42Eb,42Fbとを離すことができるので、変位に関与しない中継用電極42A〜42Fにおいて、個別表面電極38A〜38Eと個別内部電極36A〜36Eとの半ピッチのずれを吸収することができる。
さらに、導通用セラミックスダミーシート33の上面の短辺に沿う部位つまり中継用電極42A〜42Fの列方向と直交する端部に沿って複数列の並び方向に長く、セラミックスシート32におけるコモン内部電極37の一部(帯状部分37F,37G)及び圧電セラミックスシート31におけるダミーコモン電極43の一部にそれぞれ平面視で重複する位置にコモン電極用の中継用電極44A,44Bが形成されている。
−トップセラミックスシート34−
トップセラミックスシート34の表面には、図8に示すように、その表面に沿って、各中継用電極42A〜42Fに対応して個別表面電極38A,38B,38Ca,38Cb,38D,38Eが複数列配置され、コモン表面電極39A,39Bは、トップセラミックスシート34の表面における個別表面電極38A〜38Eと同一平面に、その個別表面電極38A〜38Eの列方向と直交する端部に沿って、複数列の並び方向に長く形成されている。
中央に位置する各個別表面電極38Ca,38Cbは、X方向に延びる第1の部分38Caa,38Cbaと、その第1の部分の内側端部に接続されY方向に延びる第2の部分38Cab,38Cbbとを有する平面視T字形状である。そして、この表面電極38Ca,38Cbは、互いに他の列の表面電極に対して半ピッチずれて、千鳥状に配置されている。第1の部分38Caa,38Cbaの端部部分上には、後述するフレキシブルフラットケーブル4の接続端子と接続される接合電極部38Cac,38Cbc(図8のハッチング部分参照)が形成されている。
外側に位置する個別表面電極38A,38B,38D,38Eは、平面視で直線状で、隣接する表面電極とは半ピッチずつずれるように、千鳥状に配置されている。そして、各列の表面電極38A,38B,38D,38Eには、列方向において交互に表面電極の両端に位置するように、すなわち千鳥状に、後述するフレキシブルフラットケーブル4の接続端子と接続される部分(接合電極部38Aa,38Ba,38Da,38Ea(図8のハッチング部分参照))が形成されている。
そして各個別表面電極38A〜38Eは、各個別内部電極36A〜36Eにおける各直線部36Aa〜36Eaと略平行であって、その各下方に並列状に位置する相隣接する圧力室18a、18aの間の隔壁27(図3参照)の上方に位置される。従って、圧力室18aのY方向の配列ピッチPと同じピッチにて個別内部電極36A〜36Eが配置され、かつ圧力室18aの配置と半ピッチずれて個別表面電極38A〜38Eが配置されることになる。これは、個別表面電極38A〜38Eにフレキシブルフラットケーブル4の接続端子を接続する際の押圧力を隔壁27で受け、圧力室18a上方のセラミクスシートに押圧力が作用し破壊しないようにするためである。
コモン表面電極39A,39Bは、トップセラミックスシート34上にその短辺に沿って長く形成され、その表面上に長手方向に沿って、フレキシブルフラットケーブル4の接続端子と接続される複数の接合電極部39Aa,39Ba(図8のハッチング部分参照)が形成されている。
圧電アクチュエータを前述のように焼成したとき、表面電極も高温で処理され、表面電極へのフレキシブルフラットケーブル4の接続端子のハンダ接合性が低下するため、表面電極(銀−パラジュウム系)上に銀系の接合電極部38Aa,38Ba,38Cac,38Cbc,38Da,38Ea,39Ab,39Bbを付着させてフレキシブルフラットケーブル4の接続端子との接合性を改善している。
個別表面電極38Ca,38Cbの列の間には、電気的な導通に関与しない複数のダミー表面電極51が規則的に設けられている。個別表面電極38B,38Caの間の部分、個別表面電極38Cb,38Dの間の部分、個別表面電極38A,38Eの外側部分にも、電気的な導通に関与しないダミー表面電極51が設けられている。
なお、前述したダミー表面電極51は、各シートを一体化するためにプレスする際に、一様に加圧して接合力が低下しないように、表面電極が設けられている部分にバランスよく配置すればよく,図8に示す配置に制限されるものではない。
−第3の圧電セラミックスシート35−
前述したように上面全体に亘ってコモン内部電極71が形成されている(図4参照)。
−スルーホール−
最下層の第3のセラミックスシート35を除き、第1及び第2のセラミックスシート31,32及び導通用ダミーシート33、トップセラミックスシート34には、図10(a)(b)に示すように、シート厚さ方向に貫通し内部導通電極52Aとなる導電性ペーストが充填される複数のスルーホール53Aが穿設されている。
つまり、各個別表面電極38A〜38E、各個別内部電極36A〜36Eの導通部36Ab〜36Eb、導通用電極41A〜41F及び中継用電極42A〜42Fは、それぞれを上下方向に電気的に接続するために、セラミックスシート31,32,33,34を貫通するように穿設された複数のスルーホール53A内にそれぞれ充填した導電部材(導電性ペースト)にて内部導通電極52Aが形成されている。なお、中継用電極42A,42B,42E,42Fについては、それの直線部42Aa,42Ba,42Ea,42Faが個別表面電極38A,38B,38D,38Eに、導通部42Ab,42Bb,42Eb,42Fbが個別内部電極38A,38B,38D,38Eにそれぞれスルーホール53Aの内部導通電極52Aを通じて接続されている。
また、セラミックスシート31,32,33及び34には、コモン電極用の表面電極39A,39B、コモン電極37(37A〜37E),71とダミーコモン電極43、コモン電極用の中継用電極44A,44Bとの複数箇所を上下方向に電気的に接続するために、電極39A,39B,37,71,43,44A,44Bの位置において、上記と同様に各セラミックスシート31,32,33及び34を貫通するように穿設された複数のスルーホール内にそれぞれ充填した導電部材(導電性ペースト)にて内部導通電極が形成されている。
これらの場合、各内部導通電極52Aは、上下に隣接するセラミックスシート31〜34の部位で平面視で上下に重複しない位置に適宜距離だけ隔てて形成されている。例えば、第1のセラミックスシート31に形成されたスルーホール53Aの位置は、第2のセラミックスシート32に設けられたスルーホール53Aの位置から偏倚している。これは、セラミックスシートの元材料であるグリーンシートにスルーホール53Aが形成され、その後、表面に導電材料をスクリーン印刷等する際に、導電材料がスルーホール内に流れ込んで内部導通電極52Aが形成されるので、内部導通電極52Aは表面側を開口した中空状になり(図10(b)参照)、上層のシートのスルーホールがこれと同軸上に重なると、内部導通電極52A同士の接触面積が減少してしまうので、これを回避するためである。スルーホール内にカップ状に形成された内部導通電極52Aの底部を、下層シートの平面状の電極42A(41A)に面接触させて、電気的な導通を確実にするのである。
個別表面電極38A,38B,38D,38Eと中継用電極42A,42B,42D,42Eは、それらの電極の各列方向と直交する方向に長く延び、前記積層方向において対向しかつ平行に配列されおり、その列方向と直交する方向において隣接する個別表面電極36A〜36Eおよび中継用電極42A〜42Eと相互に異なる位置で接続されている。具体的には、図11に示すように、個別表面電極38Aとそれに対向する中継用電極42Aの直線部42Aaとは、それらの長手方向一端でスルーホール内の内部導通電極52Aによって接続され、それらに隣接する個別表面電極38Aと中継用電極42Aの直線部42Aaとは、それらの長手方向他端で内部導通電極52Aによって接続される。つまり、列方向において、電極の両端に交互に千鳥状に接続される。このように相互に異なる位置で接続されるので、多数のスルーホールが列方向に隣接して並ぶことなく分散配置することができ、セラミックスシートを焼成する際に、スルーホールを基点としてセラミックスシートが反り変形することを抑えることができる。
−フレキシブルフラットケーブル4−
フレキシブルフラットケーブル4は、トップセラミックスシート34の上面に重ねられ、ノズル列と直交する方向(X方向)に外方へ突出して配置される(図1参照)。フレキシブルフラットケーブル4は、電気絶縁性を有し、可撓性の合成樹脂材(例えば、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂)からなる帯状のベース材100の片面に、個別電極用の接合電極部38Aa〜38Eaと対応して銅箔からなる接続端子48A,48B,48C,48D,48E並びにそれらに接続される微細な信号線46が設けられている。また、コモン電極用の接合電極部39Ab,39Bbと対応した位置に接続端子49A,49B並びにそれらに接続される帯状(配線46よりも幅の広い)の信号線47がフレキシブルフラットケーブル4の両側縁に沿って設けられている(図9参照)。これらの接続端子及び配線は、フォトレジスト法等により形成され、これらの表面が電気絶縁性を有し、可撓性の合成樹脂材(例えば、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂)からなるカバーレイ102にて被覆されている。
接続端子48A〜48E,49A,49Bは、ベース材100から露出され、コモン電極用及び個別電極用の接合電極部38Aa〜38Ea,39Ab,39Bbと導電性ろう材(たとえばハンダ)45により接合される。この信号線の他端はベース材100に搭載された駆動用の集積回路101に電気的に接合されており、圧電アクチュエータに選択的に駆動信号を供給することができる。
接続端子48A〜48Eは、個別電極用の接合電極部38Aa〜38Eaと対応して各列ごとに千鳥状に配列され、さらに、隣接する列に対しても千鳥状に配列されているから、接続端子48A〜48Eどうしの間隔を広くとることができ、その間隔に信号線46を相互に干渉することなく配線することができる。
(圧電アクチュエータの機能)
セラミックスシートの積層方向における個別内部電極36A〜36Eとコモン内部電極37,71との間のセラミックスシート31,32が活性部(エネルギー発生手段)として機能する。つまり、任意の個別内部電極36A〜36Eとコモン内部電極37,71との間に電圧を印加することにより、その印加された個別内部電極36A〜36Eに対応したセラミックスシート31,32の活性部に、前記積層方向に圧電縦効果による歪みを発生するものである。この活性部(エネルギー発生手段)は、圧力室18aの数と同一の数で同一の列にてそれに対応する位置に形成される。
即ち、前記活性部は、ノズル11a(圧力室18a)の列方向(Y方向)に沿って配置され、かつノズル列の数(5つ)と同じ数だけ、X方向に配置されることになる。また、各活性部は、X方向に圧力室18aの長手方向に長く形成され、かつ隣接する活性部の配置間隔は圧力室18aの配置間隔と同様であって、千鳥状に配列されることになる。
本発明の圧電式インクジェットヘッドのキャビティユニットと圧電アクチュエータと、フラットケーブルとを分離して示す斜視図である。 キャビティユニットの分解斜視図である。 キャビティユニットの一部分解斜視図である。 一部を省略して示す、圧電アクチュエータの分解斜視図である。 一部を省略して示す、第1の圧電セラミックスシートの平面図である。 第2の圧電セラミックスシートの平面図である。 調整用ダミーシートを示す平面図である。 トップセラミックスシートを示す平面図である。 フレキシブルフラットケーブルにおける電極配置を説明する平面図である。 (a)は個別電極〜表面電極の導通関係を説明する断面図、(b)はスルーホールの説明図である。 個別電極〜表面電極の導通関係を説明する斜視図である。
符号の説明
1 インクジェットヘッド
2 キャビティユニット
3 圧電アクチュエータ
4 フレキシブルフラットケーブル
18a 圧力室
31,32 セラミックスシート
34 トップセラミックスシート
36A〜36E 個別内部電極
36Aa〜36Ea 直線部
36Ab〜36Eb 導通部
37A,37B コモン内部電極
38A〜38E 個別表面電極
39A〜39E コモン表面電極
42A〜42F 中継用電極
42Aa,42Ba,42Ea,42Fa 直線部(第1の部分)
42Ab,42Bb,42Eb,42Fb 矩形部(第2の部分)
42Ac,42Bc,42Ec,42Fc 屈曲部(第3の部分)
52A 内部導通電極
53A スルーホール

Claims (5)

  1. 液滴を吐出する複数のノズルに対応する複数の圧力室を配列して有するキャビティユニットに接合される積層型圧電アクチュエータであって、
    積層された複数のセラミックスシートの間に、前記複数の圧力室に対応して配列された複数の個別内部電極と、前記複数の圧力室に共通のコモン内部電極とが少なくとも1つのセラミックスシートを挟んで対向配置され、その積層された複数のセラミックスシートの前記キャビティユニットとは反対側の表面に、前記個別内部電極と接続された個別表面電極と前記コモン内部電極と接続されたコモン表面電極とが形成され、前記個別表面電極およびコモン表面電極に、駆動信号を入力する信号線の接続端子が接続され、
    前記個別表面電極は、前記圧力室の配列方向において前記各圧力室に対して半ピッチずつずれて配置され、
    前記個別表面電極と個別内部電極との間の複数のセラミックスシートの間に、前記個別表面電極と個別内部電極とを接続する複数の中継用電極が配置され、
    この各中継用電極が、前記個別表面電極と前記積層方向に対向しかつ接続された第1の部分と、前記個別内部電極と前記積層方向に対向しかつ接続され、前記第1の部分の配列方向において各第1の部分に対して半ピッチずれて配置された第2の部分と、この第1の部分と第2の部分とを接続する第3の部分とを備えることを特徴とする積層型圧電アクチュエータ。
  2. 前記複数の個別内部電極、前記コモン内部電極、前記複数の中継用電極、及び前記複数の個別表面電極とコモン表面電極をそれぞれ表面に形成した各セラミックスシートが積層され、
    前記積層方向の前記個別内部電極と前記中継用電極の第2の部分とが、前記中継用電極の第1の部分と前記個別表面電極とが、それぞれそれらの間のセラミックスシートを貫通したスルーホールに充填された導電材料によって接続されていることを特徴とする請求項1記載の積層型圧電アクチュエータ。
  3. 前記中継用電極の第1の部分は、その中継用電極の配列方向と直交する方向に長さを有し、その中継用電極の配列方向に隣接する第1の部分と長さ方向において相互に異なる位置で前記個別表面電極と接続され、
    前記個別表面電極は、前記第1の部分との接続部分と対応する位置において、前記信号線の接続端子と接続されることを特徴とする請求項1または2記載の積層型圧電アクチュエータ。
  4. 前記個別表面電極は、前記中継用電極の配列方向と平行に配列されかつその配列方向と直交する方向に長さを有し、その個別表面電極上の前記第1の部分との接続部分と対応する位置に、前記信号線の接続端子と接続される接合電極を有することを特徴とする請求項3記載の積層型圧電アクチュエータ。
  5. 前記キャビティユニットは、前記圧力室の列を複数列備え、
    前記個別内部電極は、前記圧力室の複数列に対応して複数列あり、
    前記コモン内部電極は、前記複数列の個別内部電極と前記積層方向に対向しかつその配列方向に延び、
    前記中継電極及び個別表面電極は、前記複数列の個別内部電極と対応して複数列あり、
    前記コモン表面電極は、前記個別表面電極と同一平面に、その個別表面電極の列方向と直交する端部に沿って、複数列の並び方向に長く形成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の積層型圧電アクチュエータ。

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