JP3414495B2

JP3414495B2 - 積層型インクジェット式記録ヘッド、及びこれに適した駆動体の製造方法

Info

Publication number: JP3414495B2
Application number: JP11219194A
Authority: JP
Inventors: 公平北原; 知明阿部
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1994-04-26
Filing date: 1994-04-26
Publication date: 2003-06-09
Anticipated expiration: 2018-06-09
Also published as: JPH07290703A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ノズル開口に連通する
圧力発生室の一部領域に圧電振動子を貼設し、この圧電
振動子のたわみ振動により圧力発生室を圧縮してインク
滴を発生させるインクジェット式記録ヘッド、より詳細
には圧電振動子の構造、及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧力発生室の一部を構成する振動板に圧
電振動板を張設し、圧電振動板のたわみ振動により圧力
発生室の容積を変化させてインク滴を発生させるインク
ジェット式記録ヘッドは、圧力発生室の広い面積を変位
させることが可能なため、インク滴を安定して発生させ
ることができるという特徴を備えている。このように圧
電振動子のたわみ振動を利用する場合には、圧電振動子
の表面が圧力発生室を構成する振動板と十分に接合して
いる必要があるため、特開平5-267742号公報に示された
ように、圧電振動板を取り付ける基板の駆動電極領域
に、導電性を備え、かつ圧電材料の焼成時に十分な接合
力を持つ材料で駆動電極形成するとともに、また圧電振
動に直接寄与しない領域にも同様の材料により他方の電
極の引出し用電極を形成することにより、圧電振動子と
基板との接合力を高めたアクチュエータが提案されてい
る。

【０００３】一方、インクジェット式記録ヘッドは、イ
ンクを選択することにより極めて発色性の優れた印刷が
可能であるため、グラフィック印刷に好適な印刷装置で
あるため、近年特にその記録密度の向上が求められ、ノ
ズル配列ピッチが極めて小さくなって来ている。このよ
うなインクジェット式記録ヘッドにあっては、圧電振動
子のサイズも必然的に小さくなるため、圧電振動子の先
端を共通電極に接触させることが困難であるばかりでな
く、たとえ接合させたとしてもその度合が圧電振動子間
にばらつきが生じるため、図８に示したように圧電振動
子の先端Ａが、引出用電極Ｂから浮き上がり易く、基板
との接合力が弱まったり、また上面に形成されている共
通電極Ｃと引出用電極Ｂとの接続点Ｄの電極肉厚が薄く
なる等、インクジェットプリンタに適用するには今、一
つ信頼性に欠けるという問題を抱えている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこれらの問題
に鑑みてなされたものであって、その目的とするところ
は、インクジェット式記録ヘッドの圧電振動子の配列構
造を積極的に利用して、圧電振動子を基板となる振動板
に強固に接合することができるインクジェット式記録ヘ
ッドを提供することである。また本発明の他の目的は、
インクジェット記録ヘッドを駆動するのに適した駆動体
の製造方法を提案することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような問題を解消す
るために本発明においては、複数のノズル開口を列状に
配列した複数のノズル開口列と、前記各ノズル開口に連
通し、かつ共通の振動板に封止された圧力発生室とを一
定の間隔をあけて平行に配列して構成された流路構成部
材と、前記圧力発生室に対応して前記振動板に形成され
た第１の電極と、前記振動板の表面に前記各ノズル開口
列の対向する側の領域の中央に形成された第２の電極
と、前記第２の電極を挟んで対向する一方の第１の電極
の他端近傍から、他方の第１の電極の他端近傍に連続す
るように形成された圧電振動子と、前記圧電振動子の表
面に形成された第３の電極とを備え、前記第１の電極と
第３の電極とで挟まれた領域を変位領域とする圧電振動
子とからなる圧電駆動手段と、により構成されている。

【０００６】

【作用】対向する２つの圧力発生室に対して連続する圧
電振動子が配設されているので、圧電振動子の端面の数
が少なくなり、端面で起こりがちなめくれ等が少なくな
る。

【０００７】

【実施例】そこで以下に本発明の詳細を図示した実施例
に基づいて説明する。図１は本発明の一実施例を示す分
解斜視図であり、また図２は断面図であって、図中符号
１、１、１は、それぞれ焼成により一体に構成される第
１部材で、図３に示したようにスペーサ部材２と振動板
５からなり、スペーサ部材２は、深さ１５０μｍ程度の
圧力発生室５０、５１を構成するの適した厚みを持つジ
ルコニア（ＺｒＯ2）などのセラミックス板からなる基
板に圧力発生室５０、５１となる通孔を３、３、３‥
‥、及び４、４、４‥‥をそれぞれ列状に、かつ千鳥状
になるように配列、穿設して構成されている。

【０００８】また、振動板５は、スペーサ部材２と一体
に焼成したときに十分な接合力を発揮するとともに、後
述する圧電振動子６、６、６‥‥の歪みにより弾性変形
する材料、この実施例ではスペーサ部材と同一の、厚さ
１０μｍのジルコニアの薄板で構成されている。６、
６、６‥‥はそれぞれ振動板の表面に焼結により形成さ
れる圧電振動子で、その一半６ａが一方の列の圧力発生
室を形成する通孔３、３、３‥‥に、また他半６ｂが他
方の列の圧力発生室を形成する通孔４、４、４‥‥に対
向し、かつ中央部６ｃにおいて圧力発生室の通孔３、４
とを接続し、また後述する共通電極引出電極３２ａとも
接合するように２つの圧力発生室５０、５１に跨るよう
に設けられている。

【０００９】再び図１、図２に戻って、図中符号７は、
スペーサ部材２の他面に一体に貼着される蓋板で、この
実施例では厚さ１５０μｍのジルコニアの薄板からな
り、ノズル開口２１、２１、２１‥‥、２２、２２、２
２‥‥と圧力発生室５０、５０、５０‥‥、５１、５
１、５１‥‥とを接続する通孔８、８、８‥‥、及び
９、９、９‥‥と、後述するリザーバ５３、５４を形成
する通孔１０、１１と圧力発生室５０、５０、５０、‥
‥５１、５１、５１‥‥とを接続する通孔１２、１２、
１２‥‥、１３、１３、１３‥‥を穿設して構成されて
いる。

【００１０】１５は、インク供給流路構成板で、インク
流路を構成するに適した例えば１５０μｍのステンレス
鋼などの耐蝕性を備えた板材に、リザーバ５３、５４を
形成する略Ｖ字状に配列された通孔１０、１１と、圧力
発生室５０、５１とノズル開口２１、２１、２１‥‥、
２２、２２、２２‥‥とを結ぶ通孔１６、１７を穿設し
て構成されている。リザーバ５３、５４となる通孔１
０、１１は、蓋板７に設けられたインク供給口１８、１
８、１８‥‥と連通して、ここから通孔１２、１３を介
して各列の圧力発生室５０、５０、５０‥‥、５１、５
１、５１‥‥に印刷により消費されたインクを供給する
ことができる。

【００１１】２０は、ノズルプレートで、直径４０μｍ
のノズル開口２１、２１、２１‥‥、２２、２２、２２
‥‥を穿設するのに適した厚さ６０μｍのステンレス鋼
板からなり、各ノズル開口は２１、２１、２１‥‥、２
２、２２、２２‥‥、それぞれ蓋板７の通孔８、９、イ
ンク流路構成板１５の通孔１６、１７を介してに対向す
る圧力発生室５０、５０、５０‥‥、５１、５１、５１
‥‥に連通されている。

【００１２】これら各部材１、７、１５、２０は、それ
ぞれ積層されて、構成されている材料に適した接合方法
で接合されてインクジェット式記録ヘッドに纏められて
いる。

【００１３】図３は、振動板５の表面に作り付けられた
前述の圧電振動子６、６、６‥‥の表面構造を示すもの
であって、図中符号３０、３０、３０‥‥は、一方の列
の圧力発生室５０、５０、５０‥‥に対向して形成され
た駆動電極であり、また３１、３１、３１‥‥は、他方
の圧力発生室５１、５１、５１‥‥に対向させて形成さ
れた駆動電極で、それぞれ中央部に位置する共通電極引
出用電極３２ａと一定の距離を持ち、また他端を振動板
５の端部近傍に位置するように矩形状に構成されてい
る。

【００１４】３２は、前述の共通電極引出電極で、組み
をなす２列のノズル開口２１、２１、２１‥‥とノズル
開口２２、２２、２２‥‥との中間に位置して、駆動電
極３０、３０、３０‥‥、３１、３１、３１‥‥の配列
方向に延長する部分３２ａと、これに直交する部分３２
ｂとを有するように形成されている。

【００１５】そしてこれら電極の内、圧電振動子６、
６、６と接触する駆動電極３０、３１、及び共通電極引
出用電極３２ａは、振動板５と圧電振動子６とに対して
共に強い接合力を発揮するとともに、導電性を有する材
料、例えば白金や白金系合金などの蒸着や、スパッタリ
ングにより構成されている。

【００１６】そして、これら駆動電極３０、３１の表面
には、直近で対向するものに対して連続体となる形状
で、かつ駆動電極３０、３１の側端を覆い隠す幅を有
し、一方の列の圧力発生室の外端から他方の列の圧力発
生室の外端にまで延びる長さを備えた圧電振動子６、
６、６‥‥（図中、クロスハッチングで示す領域）が設
けられている。

【００１７】３３は、共通電極で、圧電振動子６、６、
６の側端６ｄ、６ｅ（図３）よりも中央側で、かつ共通
電極引出電極３２を覆う領域に、導電材料を蒸着した
り、また厚膜形成することにより設けられている。

【００１８】この実施例において、共通電極３３と１つ
の駆動電極３０に駆動信号を印加すると、圧電振動子６
は、これら電極が共にラップする一半の領域６ａだけを
長手方向を軸とするように幅方向に湾曲し、振動板５を
圧力発生室側に変形させる。つまり圧電振動子６は、ノ
ズル開口列２１、２２を挟むようにして電気的に２つに
分離されていため、一方の領域だけが湾曲する。

【００１９】そして振動子６は、ノズル開口側が共通電
極引出用電極３２ａの幅いっぱいで、また作動領域が駆
動電極３０、３１を介して振動板５に固定されているた
め、振動板５に十分な変位を伝達することができる。

【００２０】これにより圧力発生室５０の容積が縮小
し、ここに存在するインクに圧力が印加されることにな
る。圧力発生室５０のインクは、蓋板７の通孔８からイ
ンク供給流路構成板１５の通孔１６を経て、ノズルプレ
ート２０のノズル開口２１に流れ込み、ここからインク
滴となって飛び出す。

【００２１】駆動信号の印加が解除されて圧電振動子６
の一半６ａが元の形状に復帰すると、圧力発生室５０の
容積が膨張して圧力発生室５０に陰圧が生じる。この結
果、蓋板７の通孔１２を通ってリザーバ１０から圧力発
生室５０に、消費分に相当するインクが補給される。

【００２２】そして、圧電振動子６は、対向する２つの
圧力発生室５０、５１を連続的にカバーしていて、ノズ
ル開口側に切れ目が存在せず、しかも表面、側面を共通
電極３３により被覆されているから、環境中の湿気の侵
入が防止されて、長期間の使用においても劣化を来すこ
とがない。

【００２３】さらには、インク吐出には直接寄与しない
ものの、ノズル開口近傍にも圧電振動子６の中央部６ｃ
が振動板５に固着されているため、この部分が補強さ
れ、クロストーク等、印字品質を低下させる要因を減じ
ることができる。

【００２４】次に上述した記録ヘッドの製造方法を図５
に基づいて説明する。焼成したとき圧力発生室５０、５
１を形成するのに適した厚みを備えたセラミックス材
料、この実施例ではジルコニアの粘土状薄板、いわゆる
グリーンシートに、圧力発生室を形成すべき位置をプレ
スにより打ち抜いて通孔３、３、３‥‥４、４、４‥‥
を穿設した第１のシートを用意する。同様に振動板５に
適した厚みのジルコニアのグリーンシートを用意する。

【００２５】第１のシートと第２のシートとを積層し
て、均一な圧力を加えて２枚を粘着させた状態で乾燥さ
せる。この乾燥工程により２枚のシートが仮接着されて
半固化状態となる。ついで温度、例えば１０００°Ｃ
で、反りを防止できる程度の圧力を加えながら焼成す
る。これにより、各シートがセラミックスとなり、同時
に各シートの境界面では焼結作用により２枚のシートが
元から１枚のシートで構成されていたかのように一体に
接合される。

【００２６】このように構成された部材の振動板５とな
る側の表面に圧力発生室５０、５１の対向側先端から振
動板５の側端に向けて延びるパターン５５、５５、５５
‥‥、５６、５６、５６‥‥を、導電性を備え、かつ振
動板５と後述する圧電材料のグリーンシートの焼成時に
強い接合力を発揮する高い材料、例えば白金や、白金系
合金、銀、銀系合金の材料を用いて蒸着やスパッタリン
グ、スクリーン印刷等、導電パターン形成技術を適用し
て形成する。

【００２７】同時にこれら駆動電極のパターン５５、５
６の形成に合わせて、これらパターンの対向する側の中
央に共通電極引出用電極のパターン５７ａ、及び外部接
続用のパターン５７ｂを、導電性を備え、かつ振動板５
と後述する圧電材料のグリーンシートの焼成時に強い接
合力を発揮する高い材料、例えば白金や、白金系合金、
銀、銀系合金の材料を用いて蒸着やスパッタリング、ス
クリーン印刷等、導電パターン形成技術を適用して形成
する（図５（イ））。

【００２８】これら電極のパターン５５、５６、５７
ａ、５７ｂが形成された段階で、これら駆動電極のパタ
ーン５５、５６の幅よりも若干大きめで、一方の駆動電
極のパターン５５の側端近傍から共通電極引出用電極の
パターン５７ａを跨いで対向する側のパターン５６の側
端近傍にまで連続して延びる圧電材料のパターン５８
を、テンプレート等を用いて厚膜印刷法により振動子に
適したグリーンシートを形成する（図５（ロ））。この
圧電材料としては、例えばジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺ
Ｔ）等が望ましい。

【００２９】この圧電材料の厚膜印刷に際しても、対向
する２つの圧力発生室を駆動する２つの圧電振動子を、
１つの連続した窓を通して印刷するため、各圧力発生室
に対して個別の窓を設けて印刷する場合に比較して、電
極パターンに均一に圧接させることができる。

【００３０】圧電材料が所定の乾燥度となった段階で、
圧電材料を焼成するのに適した温度、例えば１０００乃
至１２００°Ｃ程度で加熱する。焼成の過程においても
圧電材料は、対向する側で分離されておらず、連続する
とともに接合性の高い材料からなる共通電極引出用電極
のパターン５７ａに圧接されているため、従来のように
先端部がめくれ上がることがない。

【００３１】そして圧電材料の焼成が終了した段階で、
各圧電振動子の両端近傍、及び共通電極引出層を覆う導
電パターン５９を、導電材料、銅、及びニッケルの層を
順番に蒸着等の膜形成手段により形成して、各圧電振動
子に対する他方の電極を構成する（図５（ハ））。もと
より、駆動電極のパターン５５、５６は、外部接続部と
なる側端以外の領域では圧電振動子となるパターン５
５、５６により覆われているから、共通電極５９と短絡
するようなことはない。

【００３２】これにより、図６に示したように２つの駆
動電極の導電パターン５５と５６に連続するように形成
された圧電振動子５８は、その中央部において共通電極
引出用電極５７ａを跨いで形成されることになり、振動
板５と大きな接合力でもって固着されることになる。

【００３３】なお上述の実施例においては、組みとなる
ノズル開口を千鳥状に配列する場合に例を採って説明し
たが、組みとなるノズルノズル開口が同一ラインに位置
するものに対しては、図に示したように振動板５の表
面、中央に形成されている共通電極引出電極３２ａを線
対象とするように相対向配置されている駆動電極６１、
６１、６１‥‥と、６２、６２、６２‥‥を結ぶよう
に、短冊型の圧電振動子６４、６４、６４を、それぞれ
共通電極引出電極３２ａを跨ぐように配置すればよいこ
とは明らかである。なお、図中符号６５は、圧電振動子
６４、６４、６４の表面に形成された共通電極を示す。

【００３４】また、アクチュエータ部材を３つに分割し
て構成しているが、１枚の振動板に形成するようにして
も同様に作用することは明らかである。

【００３５】さらに、上述の実施例においては、振動板
とスペーサ部材を一体にした状態で圧電振動子を作り付
けているが、振動板単体の状態で圧電振動板を作り付け
ることもできる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、極
めて小さい圧電振動子であっても、確実に振動板に接合
させることができ、また、ノズル開口に対向する領域に
おいても圧電振動子が連続しているため、ノズル開口近
傍に圧電振動子の切れ目がなく、湿気などの侵入による
劣化を防止することができるばかりでなく、この部分が
振動板の補強材としても機能し、信頼性を向上させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す分解斜視図である。

【図２】本発明の一実施例を示す断面図である。

【図３】駆動ユニットの一例を示す分解斜視図である。

【図４】駆動ユニットの一実施例を示す上面図である。

【図５】図（イ）、（ロ）、（ハ）は、それぞれ同上駆
動ユニットの製造工程を示す図である。

【図６】図（イ）、（ロ）、（ハ）は、それぞれ中央の
共通電極引出電極と圧電振動子と駆動電極の関係を示す
図であって、図（イ）は上面図、（ロ）はＡ−Ａ線で
の、また（ハ）はＢ−Ｂ線での断面図である。

【図７】本発明の他の実施例を示す上面図である。

【図８】従来の圧電振動子を使用したアクチュエータの
圧電振動子先端領域を示す断面図である。

【符号の説明】

１駆動ユニット２スペーサ３、４圧力発生室を構成する通孔５振動板６圧電振動子７蓋板８、９通孔１０、１１リザーバを構成する通孔１２、１３通孔１５インク供給流路構成板１６、１７通孔２０ノズルプレート２１、２２ノズル開口３０、３１駆動電極３３共通電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/045 B41J 2/055 B41J 2/16

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のノズル開口を列状に配列した複数
のノズル開口列と、前記各ノズル開口に連通し、かつ共
通の振動板に封止された圧力発生室とを一定の間隔をあ
けて平行に配列して構成された流路構成部材と、前記圧力発生室に対応して前記振動板に形成された第１
の電極と、前記振動板の表面に前記各ノズル開口列の対
向する側の領域の中央に形成された第２の電極と、前記
第２の電極を挟んで対向する一方の第１の電極の他端近
傍から、他方の第１の電極の他端近傍に連続するように
形成された圧電振動子と、前記圧電振動子の表面に形成
された第３の電極とを備え、前記第１の電極と第３の電
極とで挟まれた領域を変位領域とする圧電振動子とから
なる圧電駆動手段と、を備えた積層型インクジェット式記録ヘッド。
【請求項２】前記第３の電極が、前記第２の電極に接
続されている請求項１に記載の積層型インクジェット式
記録ヘッド。
【請求項３】前記流路構成部材が、絶縁性材料からな
る振動板と、２列１組みとして形成される圧力発生室を
構成する通孔を備えたスペーサ部材と、該スペーサ部材
の他方を封止するとともに、リザーバと前記圧力発生室
とを、及びノズル開口と前記圧力発生室とを連通する通
孔を有する蓋板と、インクタンクに接続され、ノズル開
口と前記圧力発生室と連通する通孔、及び前記リザーバ
を形成する通孔を備えたインク供給部材と、ノズル開口
を備えたノズルプレートとを積層して構成されている請
求項１の積層型インクジェット式記録ヘッド。
【請求項４】前記振動板は、ジルコニアからなり、ま
た前記振動板の表面に形成される前記各電極は、白金
や、白金系合金、銀、銀系合金である請求項１のインク
ジェット式記録ヘッド。
【請求項５】前記振動板とスペーサ部材は、セラミッ
クからなる請求項１のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項６】導電性を備え、かつ振動板を形成してい
る材料と圧電材料に強い接合力を発揮する白金、白金系
合金、銀、銀系合金から選択された材料により、ノズル
開口を挟んで対向する２列１組みの第１の電極、及び前
記第１の電極列の間に第２の電極のパターンを形成する
工程と前記第１の電極のパターンよりも若干大きめで、
一方の第１の電極のパターンの側端近傍から第２の電極
のパターンを跨いで対向する側の第１の電極のパターン
の側端近傍にまで連続して延びる圧電材料のパターンを
形成する工程と、圧電材料を焼成する工程と、とを有するインクジェット記録ヘッド用駆動体の製造方
法。
【請求項７】前記振動板にインク流路形成するスペー
サ部材が予め一体となるように固定されている請求項６
のインクジェット記録ヘッド用駆動体の製造方法。
【請求項８】前記振動板がセラミックである請求項６
のインクジェット記録ヘッド用駆動体の製造方法。