JP2000103056A - インクジェットヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 脱バインダ・焼成工処理を施した場合でも、
圧電素子の電極とキャビティプレートのインク圧力室と
の位置ずれを生じさせることのないインクジェットヘッ
ドを提供すること。 【解決手段】 それぞれ第１内部電極２７と第２内部電
極２６が印刷された第１圧電セラミック層２３Ａ、第２
圧電セラミック層２３Ｂ、及び第３圧電セラミック層２
３Ｃを積層し、更に上部には外側圧電セラミック層２４
を、下部には中間桁部材３０を形成し、加熱プレス後に
脱バインダ・焼成工程を施して、中間桁部材３０を備え
た積層型圧電素子を形成する。中間桁部材３０は第２内
部電極２６の幅よりも若干狭い幅とし、中心位置が第２
内部電極２６と一致するように形成する。そして、キャ
ビティプレート２２のインク圧力室２３を区画する区画
壁２５と、中間桁部材３０とを接着剤等により接合す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、積層型圧電素子を
用いたインクジェットヘッド、及びこのインクジェット
ヘッドの製造方法の技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】従来の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、複数の仕切桁により仕切
られたインク圧力室を備えたセラミック製のキャビティ
プレートと、該キャビティプレートに接合した圧電素子
とにより構成されており、該圧電素子によりインク圧力
室内に圧力変動を生じさせ、インク圧力室内のインクを
キャビティプレートに形成したノズルから吐出させてい
る。

【０００３】圧電素子には様々な種類のものが用いられ
るが、一例として、積層型の圧電素子が挙げられる。こ
の積層型の圧電素子は、シート状に形成した圧電部材上
に該圧電部材の表面を一様に覆うように電極を印刷し、
更にこの電極上に圧電部材を重ね、以下同様にして圧電
部材と電極とを積層した後、脱バインダ・焼成処理を施
し、更にその後圧電素子の変形部をそれぞれ独立させる
ように複数の切欠凹部を設けるという工程を経て製造さ
れる。

【０００４】このような構成により、複数のインク圧力
室のそれぞれに圧電素子の複数の変位部を対応させるこ
とができ、各インク圧力室毎に良好なインク吐出を行わ
せることができる。

【０００５】しかしながら、このような圧電素子は、前
記切欠凹部を微細な間隔で形成しなければならないた
め、加工が難しく、製造コストも上昇するという問題が
あった。

【０００６】そこで、スクリーン印刷の技術を用いて、
予めインク圧力室の間隔に対応した間隔を有する電極を
圧電部材上に印刷し、圧電素子を形成する手法が提案さ
れ、現在ではこの手法が広く用いられている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来のように、スクリーン印刷により所定の間隔を有する
電極を圧電部材上に形成した場合には、脱バインダ・焼
成工程において圧電部材が伸張または収縮し、それに伴
って各電極間の間隔が約±０．３％程度ばらつく。その
結果、キャビティプレートと圧電素子を接合した際に、
電極の位置とインク圧力室の位置とにずれが生じ、イン
ク圧力室を仕切る仕切桁が圧電素子の変形領域と接触し
て変形を妨げる場合があり、各インク圧力室毎に圧電素
子の変形量がばらつくという問題があった。その結果、
各インク圧力室毎のインクに与えられる圧力変動量が異
なり、ノズルからの吐出速度にもばらつきか生じるとい
う問題があった。

【０００８】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたものであり、脱バインダ・焼成工処理を施した場合
でも、圧電素子の電極とキャビティプレートのインク圧
力室との位置ずれを生じさせることのないインクジェッ
トヘッド及びその製造方法を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載のインク
ジェットヘッドは、前記課題を解決するために、インク
圧力室に貯留されているインクに圧力変動を与えること
により当該インクを吐出させるインクジェットヘッドで
あって、前記インク圧力室が桁部材に挟まれた開口凹部
として形成されたキャビティプレートと、２層以上に積
層された圧電体層及び該圧電体層を挟持するように設け
られた電極を有する積層型圧電素子と、前記積層型圧電
素子の変形領域を規定するように前記積層型圧電素子に
取り付けられた中間桁部材とを備え、前記積層型圧電素
子に取り付けられた前記中間桁部材と前記桁部材との接
合により、前記変形領域が前記インク圧力室の開口位置
に位置決めされていることを特徴とする。

【００１０】請求項１に記載のインクジェットヘッドに
よれば、積層型圧電素子の電極に電圧が印加されると、
圧電体層の分極方向に対して垂直または平行の方向の電
界が発生し、圧電体層は変形する。従って、このように
変形する領域に他の部材が接触する場合には、圧電素子
の変形が妨げられることになるが、本発明によれば、積
層型圧電素子の変形領域を規定するように、即ち、各変
形領域の大きさが均一となるように各変形領域の境界位
置に中間桁部材が接続されており、該中間桁部材がキャ
ビティプレートの桁部材に接合され、前記変形領域が前
記インク圧力室の開口位置に位置決めされる。その結
果、脱バインダ・焼成工程を経て形成される積層型圧電
素子の電極とキャビティプレートの桁部材との位置関係
にずれが生じた場合であっても、桁部材によって圧電素
子の変形領域が妨げられることなく、各インク圧力室に
おける圧電素子の変形量は均一になるため、各インク圧
力室から吐出されるインクの吐出速度の均一化が図られ
る。

【００１１】請求項２に記載のインクジェットヘッド
は、前記課題を解決するために、請求項１に記載のイン
クジェットヘッドにおいて、前記中間桁部材の厚みは、
前記積層型圧電素子の積層方向における圧電体層の２層
分の層厚以下１層分の層厚以上であることを特徴とす
る。

【００１２】請求項２に記載のインクジェットヘッドに
よれば、前記中間桁部材の厚みは、前記積層型圧電素子
の積層方向における圧電体層の２層分の層厚以下に抑え
られているので、中間桁部材を圧電素子に取り付けた状
態で全体の非対称性は脱バインダ・焼成工程においても
問題とならず、中間桁部材及び圧電素子の反りを発生さ
せることがない。また、前記中間桁部材の厚みは、１層
分の層厚以上を有しているので、脱バインダ・焼成工程
の前後において切削加工またはプレス加工等における良
好な作業性を確保する。

【００１３】請求項３に記載のインクジェットヘッド
は、前記課題を解決するために、請求項１または請求項
２に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記積層型
圧電素子は、積層方向に分極されると共に、前記中間桁
部材の間の位置に設けられた第１内部電極と、前記中間
桁部材の位置に設けられた第２内部電極とを有し、前記
分極方向と直交する電界によりシェアモードにて変形を
生じさせる圧電素子であり、前記中間桁部材の幅は、前
記第２内部電極の幅の０．５倍から１．５倍の大きさに
形成されていることを特徴とする。

【００１４】請求項３に記載のインクジェットヘッドに
よれば、第１内部電極と第２内部電極とに互いに極性の
異なる電圧を印加すると、電界は圧電素子の分極方向に
直交する方向に発生し、これにより圧電素子はシェアモ
ードにより変形する。そして、このようにして変形する
圧電素子の変形領域は前記中間桁部材により規定され各
インク圧力室において均一となっている。更に前記中間
桁部材の幅は、前記第２内部電極の幅の０．５倍の大き
さを有しているので、充分な剛性を有し、各インク圧力
室における体積変化を不安定にさせることがない。ま
た、前記中間桁部材の幅は、前記第２内部電極の幅の
１．５倍の大きさに形成されているので、圧電素子の変
形領域を大幅に妨げることなく、インク吐出に充分な変
形量を確保する。

【００１５】請求項４に記載のインクジェットヘッド
は、前記課題を解決するために、請求項１または請求項
２に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記積層型
圧電素子は、積層方向に分極されると共に、前記中間桁
部材の間の位置に設けられた内部電極を有し、前記分極
方向と平行な電界により伸縮モードにて変形を生じさせ
る圧電素子であることを特徴とする。

【００１６】請求項４に記載のインクジェットヘッドに
よれば、対向する内部電極に互いに極性の異なる電圧を
印加すると、電界は圧電素子の分極方向に平行な方向に
発生し、これにより圧電素子は伸縮モードにより変形す
る。そして、このようにして変形する圧電素子の変形領
域は前記中間桁部材により規定され各インク圧力室にお
いて均一となっており、各インク圧力室におけるインク
吐出速度は均一なものとなる。

【００１７】請求項５に記載のインクジェットヘッドの
製造方法は、前記課題を解決するために、インク圧力室
に貯留されているインクに圧力変動を与えることにより
当該インクを吐出させるインクジェットヘッドの製造方
法であって、圧電体材料をシート状の圧電体層として形
成する工程と、前記圧電体層上に内部電極を印刷する工
程と、前記内部電極の印刷された圧電体層を積層する工
程と、前記積層された圧電体層を加熱プレスする工程
と、前記加熱プレス後の圧電体層を脱バインダー及び焼
成する工程とを備え、前記圧電体層の変形領域を規定す
るように前記圧電体層に中間桁部材を取り付ける工程
を、前記脱バインダー及び焼成する工程の前に設けたこ
とを特徴とする。

【００１８】請求項５に記載のインクジェットヘッドの
製造方法によれば、まず、圧電体材料をシート状の圧電
体層として形成し、次に、このようにして形成した圧電
体層上に内部電極を印刷する。そして、この内部電極が
印刷された圧電体層を積層し、積層された圧電体層を加
熱プレスし、加熱プレス後の圧電体層を脱バインダー及
び焼成することにより、圧電素子が得られる。この圧電
素子における圧電体層の変形領域を規定する中間桁部材
は、前記圧電体層に取り付けられるが、この取り付け工
程は、前記脱バインダー及び焼成する工程の前に設けら
れる。従って、脱バインダー及び焼成工程における、中
間桁部材及び圧電素子全体は同一の収縮率で縮むことに
なる。その結果、キャビティプレートのインク圧力室に
対する内部電極の位置ずれが脱バインダー及び焼成工程
における収縮により生じても、中間桁部材と内部電極と
の互いの位置関係に変動はない。従って、圧電体層の各
変形領域の大きさは何れも均一となり、この中間桁部材
とキャビティプレートの桁部材とを接合することによ
り、各インク圧力室に均一な大きさの変形領域を対応さ
せる。

【００１９】請求項６に記載のインクジェットヘッドの
製造方法は、前記課題を解決するために、請求項５に記
載のインクジェットヘッドの製造方法において、前記圧
電体層の変形領域を規定するように前記圧電体層に中間
桁部材を取り付ける工程は、中間桁部材用の圧電体層を
前記圧電体層に更に積層させ、該中間桁部材用の圧電体
層における前記変形領域に相当する領域を、スライサも
しくはショットブラスト加工により除去する工程である
ことを特徴とする。

【００２０】請求項６に記載のインクジェットヘッドの
製造方法によれば、前記電極が印刷された圧電体層の積
層後に、中間桁部材用の圧電体層をこの積層後の圧電体
層に更に積層させ、その後にスライサもしくはショット
ブラスト加工により、前記中間桁部材用の圧電体層の前
記変形領域に相当する領域を除去し、中間桁部材を形成
する。そして、加熱プレス後にこれらの全体に対して脱
バインダ及び焼成処理を施すことにより、中間桁部材を
備えた積層型の圧電素子が得られる。従って、脱バイン
ダ及び焼成工程により、圧電体層が収縮しても、中間桁
部材も同一の収縮率で収縮するので、電極に対する中間
桁部材の位置は変動せず、各変形領域の大きさを均一に
する中間桁部材が容易に形成される。

【００２１】請求項７に記載のインクジェットヘッドの
製造方法は、前記課題を解決するために、請求項５に記
載のインクジェットヘッドの製造方法において、前記圧
電体層の変形領域を規定するように前記圧電体層に中間
桁部材を取り付ける工程は、中間桁部材用の圧電体層に
おける前記変形領域に相当する領域をプレス加工により
凹部とし、その後に前記積層された圧電体層に該中間桁
部材用の圧電体層を積層させる工程であることを特徴と
する。

【００２２】請求項７に記載のインクジェットヘッドの
製造方法によれば、中間桁部材用の圧電体層の前記変形
領域に相当する領域に、プレス加工により凹部を形成す
る。その後に前記積層された圧電体層に、このような凹
部の形成された中間桁部材用の圧電体層を積層させ、脱
バインダ及び焼成工程を経て、中間桁部材の形成された
圧電素子が得られる。従って、脱バインダ及び焼成工程
により、圧電体層が収縮しても、中間桁部材も同一の収
縮率で収縮するので、電極に対する中間桁部材の位置は
変動せず、各変形領域の大きさを均一にする中間桁部材
が容易に形成される。

【００２３】請求項８に記載のインクジェットヘッドの
製造方法は、前記課題を解決するために、請求項５に記
載のインクジェットヘッドの製造方法において、前記圧
電体層の変形領域を規定するように前記圧電体層に中間
桁部材を取り付ける工程は、前記圧電体層に中間桁部材
層を印刷する工程であることを特徴とする。

【００２４】請求項８に記載のインクジェットヘッドの
製造方法によれば、前記電極が印刷された圧電体層の積
層を行う前に、例えば最下層の圧電体層の下面に、中間
桁部材層を印刷する。そして、圧電体層の積層を行い、
加熱プレス後にこれらの全体に対して脱バインダ及び焼
成処理を施す。従って、脱バインダ及び焼成工程によ
り、圧電体層が収縮しても、中間桁部材も同一の収縮率
で収縮するので、電極に対する中間桁部材の位置は変動
せず、各変形領域の大きさを均一にする中間桁部材が容
易に形成される。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面の図１乃至図６に基づいて説明する。なお、本実施
形態との比較のため従来例を示した図７をも参照する。

【００２６】先ず、本実施形態のインクジェットヘッド
が搭載されるインクジェットプリンタの概略について図
１に基づいて説明する。

【００２７】図１はインクジェットプリンタの要部を示
す斜視図である。図１において、一対のフレーム１（図
１には一方のフレーム１のみを示す）間には、軸２を介
してプラテン３が回転可能に取り付けられており、この
プラテン３はモータ４により回転駆動される。プラテン
３に対向して圧電式インクジェットヘッド５が配置され
ている。かかる圧電式インクジェットヘッド５は、イン
ク供給装置６と共にキャリッジ７上に載置されている。
キャリッジ７はプラテン３の軸線平行に配設された２本
のガイドロッド８に摺動可能に支持されており、また、
キャリッジ７には一対のプーリ９に掛けられたタイミン
グベルト１０が結合されている。また、一方のプーリ９
（図１中、右側のプーリ９）は、モータ１１の駆動軸に
固定されており、従って、モータ１１を介して右側のプ
ーリ９が回転されることに基づきタイミングベルト１０
が送られてキャリッジ７がプラテン３に沿って往復動さ
れるものである。

【００２８】次に、圧電式インクジェットヘッド５の構
造について図２に基づいて説明する。図２は本実施形態
にかかる圧電式インクジェットヘッド５のアレイ構造の
一部を示す断面図である。尚、本実施形態にかかるイン
クジェットヘッド５は、駆動電圧を印加した時にインク
を吐出する、所謂、押し打ち方式のインクジェットヘッ
ドである。

【００２９】図２において、圧電式インクジェットヘッ
ド５のアレイ２０は、基本的に、上面が開放された複数
個のインク圧力室２１が形成されているキャビティプレ
ート２２、各インク圧力室２１を区画する区画壁２５に
接着剤等により接合された中間桁部材３０、各インク圧
力室２１の上面（開放面）が閉塞するように中間桁部材
３０を介して取り付けられた積層型圧電体２３、及び積
層型圧電体２３の上面に積層された外側圧電セラミック
層２４から構成されている。

【００３０】各インク圧力室２１はキャビティプレート
２２に切削加工等を施すことにより形成され、また、各
インク圧力室２１間は桁部材としての区画壁２５により
区画されている。

【００３１】積層型圧電体２３は、圧電・電歪効果を有
するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミック材
料からなる複数の圧電セラミック層（図２では、一例と
して３層の圧電セラミック層）を積層して構成されてい
る。ここで、理解を容易にするため、外側圧電セラミッ
ク層２４から下方に向かって順に第１圧電セラミック層
２３Ａ、第２圧電セラミック層２３Ｂ、第３圧電セラミ
ック層２３Ｃとする。第１圧電セラミック層２３Ａ及び
第２圧電セラミック層２３Ｂには、各インク圧力室２１
に対応する位置に第１内部電極２７が形成されていると
共に、インク圧力室２１の周縁位置にて各区画壁２５に
対応して第２内部電極２６が形成されている。また、第
３圧電セラミック層２３Ｃには、各第１及び第２圧電セ
ラミック層２３Ａ、２３Ｂと同様、各インク圧力室２１
に対応する位置に第１内部電極２７が形成されていると
共に、インク圧力室２１の周縁位置にて各区画壁２５に
対応し第２内部電極２６が形成されている一方、インク
圧力室２１内のインクと接触する側には電極等は何ら設
けられていない。これは、第３圧電セラミック層２３Ｃ
に絶縁層として機能を行わせ、この第３圧電セラミック
層２３Ｃを介して、上側の第２圧電セラミック層２３Ｂ
の第１内部電極２６にインクが接触することを防止し、
これより絶縁フィルム等の特別な絶縁層や振動板等を設
けることなく積層型圧電体２３の電極層をインク圧力室
のインクから隔絶することを可能とするためである。ま
た、第３圧電セラミック層２３Ｃは、積層型圧電体２３
の製造を行うについて第２圧電セラミック層２３Ｂ、第
１圧電セラミック層２３Ａと同時に形成することが可能
であることからコストアップを招来することもない。

【００３２】また、第１圧電セラミック層２３Ａ、第２
圧電セラミック層２３Ｂ、第３圧電セラミック層２３Ｃ
は、図２に示すように、それぞれの第１内部電極２７及
び第２内部電極２６が相互に重なるように積層されてお
り、かかる構造を有する積層型圧電体２３は、矢印Ａに
て示すように、各圧電セラミック層２３Ａ等の積層方向
に分極されている。各第１乃至第３圧電セラミック層２
３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃにおける各第１内部電極２７は、
図示しないスイッチを介して図示しない駆動電源のプラ
ス側端子に接続されており、また、各第２内部電極２６
は、それぞれ駆動電源のマイナス側端子に接続されてい
る。

【００３３】次に、第３圧電セラミック層２３Ｃの下方
には、第２内部電極２６と中心線を合わせるように複数
の中間桁部材３０が設けられている。中間桁部材３０の
幅は、第２内部電極２６よりも若干狭い幅に形成されて
おり、圧電素子の変形領域Ｗを浸食しない構成となって
いる。そして、中間桁部材３０とキャビティプレート２
２の区画壁２５とを接合することにより、圧電素子の変
形領域Ｗをそれぞれのインク圧力室２１に位置決めする
ようになっている。このように、本実施形態のインクジ
ェットヘッドによれば、キャビティプレート２２の区画
壁２５と、積層型圧電体２３の第３圧電セラミック層２
３Ｃとが直接接合されないので、脱バインダ・焼成工程
により積層型圧電体２３を形成した結果、第２内部電極
２６の位置と区画壁２５との位置が±０．３％程度ずれ
た場合でも、区画壁２５により圧電素子の変形領域の幅
を狭めることがなく、積層型圧電体２３の本来の変形量
を確保することができる。

【００３４】この中間桁部材３０は、各圧電セラミック
層と同様にセラミック材から形成され、圧電素子と同一
工程で形成される。以下、本実施形態における圧電素子
及び中間桁部材の製造方法について詳しく説明する。

【００３５】図３に示すように、まず、第３圧電セラミ
ック層２３Ｃの上側表面に、インク圧力室に一対一で対
応するように、複数に分割された第１内部電極２７と第
２内部電極２６をスクリーン印刷によって形成して、グ
リーンシートを作成する。そして、このようなグリーン
シートを、第２圧電セラミック層２３Ｂ、第１圧電セラ
ミック層２３Ａのそれぞれについて形成し、各グリーン
シートを３層積層し、その上部には外側圧電セラミック
層２４を構成するために圧電セラミック層の上側表面に
内部電極層のないグリーンシートを重ね、その下部には
同じく圧電セラミック層の下側表面に内部電極層のない
中間桁部材用のグリーンシート３０’を重ねる。

【００３６】次に、中間桁部材用のグリーンシート３
０’に対してスライサもしくはショットブラスト加工等
を施し、第２内部電極２６よりも若干狭い幅の中間桁部
材３０を形成する。

【００３７】そして、積層体の全体を加熱プレスし、脱
バインダ、焼成等の工程を経て積層型圧電体を得る。

【００３８】次に、以上のようにして得られた積層型圧
電素子を１３０℃程度のシリコンオイル等の絶縁オイル
が満たされた図示しないオイルバス中に浸し、分極用の
電極により積層型圧電体に対して２．５ｋＶ／ｍｍ程度
の電界を印加し、分極処理を施す。以上の方法により積
層型圧電体が得られる。

【００３９】このように、中間桁部材３０の第２内部電
極２６に対する位置決めは、脱バインダ・焼成工程の前
に行われるので、脱バインダ・焼成工程によって圧電セ
ラミック層が収縮した場合でも、中間桁部材３０も同一
の収縮率で収縮するので、第２内部電極２６に対する中
間桁部材３０の位置ずれは発生しない。従って、各内部
電極がインク圧力室に対して位置ずれを生じた場合であ
っても、圧電素子の変形領域を浸食することのないよう
に中間桁部材を設けることができる。例えば図２に示す
例では、第２内部電極の中心線は、区画壁２５の中心線
に対して位置ずれを生じているが、中間桁部材３０は、
このように位置ずれを生じた第２内部電極２６とずれを
生じないので、中間桁部材３０によって積層圧電体２３
の変形領域Ｗを浸食することがない。

【００４０】そして、このように第２内部電極２６の位
置に合わせて形成された中間桁部材３０と、区画壁２５
とを接合することにより、第２内部電極２６の位置と区
画壁２５の位置がずれている場合でも、積層圧電体２３
の変形領域Ｗに区画壁２５が接触することがなく、変形
領域Ｗは区画壁２５によって拘束されることがない。従
って、各インク圧力室２１における積層圧電体２３の変
形量のばらつきを無くすことができる。

【００４１】なお、本実施形態においては、中間桁部材
３０の厚みを、第１圧電セラミック層２３Ａ等の圧電セ
ラミック層の２層分の厚み以下、１層分の厚み以上とし
た。従って、中間桁部材３０は厚過ぎることがないの
で、脱バインダ・焼成処理の行われる中間桁部材及び各
圧電セラミック層全体の非対称性を問題のない程度に抑
えることができる。その結果、脱バインダ・焼成処理を
行っても中間桁部材及び各圧電セラミック層に反りを生
じさせることがない。また、中間桁部材３０の厚みを圧
電セラミック層の１層分の厚み以上としたので、中間桁
部材３０を形成する際のスライサもしくはショットブラ
スト加工等の良好な作業性を確保することができる。

【００４２】また、中間桁部材３０の幅は、第２内部電
極２６の幅の０．５〜１．５倍の大きさであるのが好ま
しい。これは、中間桁部材３０の幅が第２内部電極２６
の幅の０．５未満であると、剛性が不足し、インク圧力
室２１の体積変化が不安定になり吐出を不安定にさせて
しまうためである。また、中間桁部材３０の幅が第２内
部電極２６の幅の１．５を超えると、積層圧電体２３の
変形領域Ｗを狭めてしまうためである。

【００４３】次に、以上のように構成された本実施形態
のインクジェットヘッド５におけるアレイ２０の動作に
ついて図４に基づいて説明する。図４は積層型圧電体２
３を変形させて印字動作を行っているアレイ２０の一部
を拡大して示す断面図である。尚、ここでは、右から２
番目のインク圧力室２１に対応するスイッチがオンされ
たものとして、各積層型圧電体２３の動作につき説明す
ることとする。

【００４４】図４において、所定の印字データに基づき
コントローラ（図示せず）を介して図示しないスイッチ
がオンされた場合、図示しない駆動電源を介して各第１
内部電極２７に駆動電圧が印加される。このとき、各第
１内部電極２７は駆動電源のプラス側端子に接続され、
各第２内部電極２６との間で、図４に示すように、積層
型厚電体２３の分極方向（矢印Ａで示す）と直交する電
界（矢印Ｃで示す）が発生する。これにより、積層型圧
電体２３の第１圧電セラミック層２３Ａ、第２圧電セラ
ミック層２３Ｂは、その圧電・電歪効果に基づきシェア
モードにて図示のように変形する。また、外側圧電セラ
ミック層２４及び第３圧電セラミック層２３Ｃは、各第
１、第２圧電セラミック層２３Ａ，２３Ｂと同一の層
（成分）より構成されていることから、第１、第２圧電
セラミック層２３Ａ，２３Ｂのシェアモード変形に追随
して変形される。

【００４５】このような変形により、インク圧力室２１
の容積が減少され、これによりインク圧力室２１内のイ
ンクがインク吐出口（図示せず）から印字用紙に向かっ
て吐出されて文字等の印字が行われる。

【００４６】そして、上述したように、積層型圧電体２
３の各内部電極と区画壁２５との位置ずれが生じた場合
でも、積層型圧電体２３の変形領域Ｗは中間桁部材３０
により所期の大きさに確保されているので、各インク圧
力室２１における積層型圧電体２３の変形量に差が生じ
ることがなく、各インク圧力室２１における容積の変化
も均一となる。従って、各インク圧力室２１に続くノズ
ルからのインク吐出速度を均一にすることができる。

【００４７】本実施形態のインクジェットヘッド５によ
るこのような優れた効果は、図７に示す従来のインクジ
ェットヘッドと比較することにより、より一層明らかに
なる。図７に示す従来のインクジェットヘッドは、本実
施形態のインクジェットヘッド５のように中間桁部材３
０が設けられておらず、積層型圧電体２３と区画壁２５
は直接接合されている。従って、脱バインダ・焼成工程
により、積層型圧電体２３の第２内部電極２６と区画壁
２５との間に位置ずれが生じた場合には、積層型圧電体
２３の変形領域Ｗの一部を、区画壁２５が浸食してしま
う。図７に示す例では、領域Ｘにおいて、区画壁２５の
一部が変形領域Ｗ側に位置しているため、積層型圧電体
２３の変形は区画壁２５によって拘束されてしまう。従
って、実際の変形領域Ｗ’は、本来の変形領域Ｗよりも
幅が狭くなってしまう。その結果、インク圧力室２１内
における積層型圧電体２３の変形量は減少し、これに対
応してインク圧力室２１の容積の変化も減少するので、
インク吐出速度は低下してしまう。一方、区画壁２５と
各内部電極との位置関係によっては、変形領域Ｗが区画
壁２５に浸食されないインク圧力室２１も存在する。こ
のように、各インク圧力室２１における積層型圧電体２
３の変形量にばらつきが生じ、その結果、ノズルからの
吐出速度にもぱらつきが生じてしまう。

【００４８】しかしながら、本実施形態のインクジェッ
トヘッド５は、このようなインク吐出速度のばらつきが
発生せず、安定した良好な印字動作を行うことができ
る。

【００４９】本実施形態においては、中間桁部材用のグ
リーンシートを圧電セラミック層に積層し、スライサま
たはショットブラスト加工を行うことにより中間桁部材
を形成し、その後に圧電セラミック層と共に脱バインダ
・焼成処理を施したが、本発明はこの製造方法に限定さ
れるものではない。

【００５０】例えば、中間桁部材用のグリーンシート
を、プレス加工により中間桁部材を形成し、その後に脱
バインダ・焼成処理を行うようにしても良い。

【００５１】また、積層型圧電体を上述のような製造方
法によって得た後に、中間桁部材を個々に第２内部電極
の位置に対応させて取り付けるようにしても良い。また
は積層型圧電体に中間桁部材用のシートを取り付け、切
削加工を行うようにしても良い。この場合には、中間桁
部材を形成する材料としては圧電セラミック層と異なる
材料を用いることができる。

【００５２】更に、脱バインダ・焼成工程前に、圧電セ
ラミック層に印刷により中間桁部材を形成するようにし
ても良い。

【００５３】また、本実施形態では、押し打ち方式のイ
ンクジェットヘッド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、積層型圧電体２３の分極方
向の関係を図５のように逆の関係にすれば、積層型圧電
体２３を逆方向、即ち、インク圧力室２１の容積を増大
させる方向に変形させることが可能であり、これにより
引き打ち方式のインクジェットヘッドとすることもでき
る。

【００５４】また、本実施形態では、シェアモードで変
形する圧電素子を用いたが、本発明はこれに限定される
ものではなく、伸縮モードにより変形する積層型圧電
体、またはシェアモードもしくは伸縮モードとバイモル
フ変形モードまたはユニモルフ変形モードを複合させた
複合型の積層型圧電体にも適用可能である。

【００５５】例えば、伸縮モードで変形する積層圧電体
を用いる場合には、図６に示すように、各内部電極３
１，３２の中間位置に中間桁部材３０を設けるように構
成すれば良い。

【００５６】

【発明の効果】請求項１に記載のインクジェットヘッド
によれば、２層以上に積層された圧電体層及び該圧電体
層を挟持するように設けられた電極を有する積層型圧電
素子に、当該積層型圧電素子の変形領域を規定するよう
に中間桁部材を備え、中間桁部材とキャビティプレート
の桁部材との接合により、前記変形領域をインク圧力室
の開口位置に位置決めするようにしたので、脱バインダ
・焼成工程を経て形成される積層型圧電素子の電極とキ
ャビティプレートの桁部材との位置関係にずれが生じた
場合であっても、桁部材によって圧電素子の変形領域が
妨げられることなく、各インク圧力室における圧電素子
の変形量を均一にすることができる。その結果、各イン
ク圧力室から吐出されるインクの吐出速度を均一化する
ことができ、安定した良好なインク吐出を行うことがで
きる。

【００５７】請求項２に記載のインクジェットヘッドに
よれば、前記中間桁部材の厚みを、前記積層型圧電素子
の積層方向における圧電体層の２層分の層厚以下１層分
の層厚以上としたので、中間桁部材を圧電素子に取り付
けた状態で全体の非対称性は脱バインダ・焼成工程にお
いても問題とならず、中間桁部材及び圧電素子の反りの
発生を防止すことができる。また、脱バインダ・焼成工
程の前後において切削加工またはプレス加工等における
良好な作業性を確保することができる。

【００５８】請求項３に記載のインクジェットヘッドに
よれば、前記積層型圧電素子を、積層方向に分極し、前
記中間桁部材の間の位置に設けられた第１内部電極と、
前記中間桁部材の位置に設けられた第２内部電極との間
に電圧を印加することにより、前記分極方向と直交する
電界を発生させてシェアモードにて変形させる圧電素子
とし、前記中間桁部材の幅を、前記第２内部電極の幅の
０．５倍から１．５倍の大きさに形成したので、充分な
剛性により、各インク圧力室における体積変化が不安定
になることがなく、吐出を安定させることができる。ま
た、圧電素子の変形領域を大幅に妨げることなく、イン
ク吐出に充分な変形量を確保することができる。

【００５９】請求項４に記載のインクジェットヘッドに
よれば、前記積層型圧電素子を、積層方向に分極し、前
記中間桁部材の間の位置に設けられた内部電極間に電圧
を印加することにより、前記分極方向と平行な電界を発
生させて伸縮モードにて変形させる圧電素子であり、当
該圧電素子の変形領域は前記中間桁部材により規定され
るので、各インク圧力室における圧電素子の変形量を均
一にすることができ、各インク圧力室におけるインク吐
出速度を均一にすることができる。

【００６０】請求項５に記載のインクジェットヘッドの
製造方法によれば、内部電極を印刷した圧電体層を積層
し、加熱プレスし、脱バインダー及び焼成することによ
って圧電素子を製造するが、当該脱バインダー及び焼成
する工程の前には、前記圧電体層の変形領域を規定する
ように前記圧電体層に中間桁部材を取り付ける工程を設
けたので、脱バインダー及び焼成工程にて、中間桁部材
及び圧電素子全体を同一の収縮率で収縮させることがで
き、キャビティプレートのインク圧力室に対する内部電
極の位置ずれが脱バインダー及び焼成工程における収縮
により生じても、中間桁部材と内部電極との互いの位置
関係の変動を防止することができる。従って、圧電体層
の各変形領域の大きさは何れも均一となり、この中間桁
部材とキャビティプレートの桁部材とを接合することに
より、各インク圧力室に均一な大きさの変形領域を対応
させることができる。

【００６１】請求項６に記載のインクジェットヘッドの
製造方法によれば、中間桁部材用の圧電体層を前記圧電
体層に更に積層させ、スライサもしくはショットブラス
ト加工により中間桁部材を形成した後に脱パインダ及び
焼成工程を施すので、脱バインダ及び焼成工程により圧
電体層が収縮しても、中間桁部材も同一の収縮率で収縮
するので、電極に対する中間桁部材の位置の変動を防ぐ
ことができ、各変形領域の大きさを均一にする中間桁部
材を容易に形成することができる。

【００６２】請求項７に記載のインクジェットヘッドの
製造方法によれば、中間桁部材用の圧電体層における前
記変形領域に相当する領域をプレス加工により凹部と
し、その後に前記積層された圧電体層に該中間桁部材用
の圧電体層を積層させて、前記圧電体層に中間桁部材を
取り付けるので、脱バインダ及び焼成工程により圧電体
層が収縮しても、中間桁部材も同一の収縮率で収縮する
ので、電極に対する中間桁部材の位置の変動を防ぐこと
ができ、各変形領域の大きさを均一にする中間桁部材を
容易に形成することができる。

【００６３】請求項８に記載のインクジェットヘッドの
製造方法によれば、前記圧電体層に中間桁部材層を印刷
することにより、前記圧電体層に中間桁部材を取り付け
るので、脱バインダ及び焼成工程により圧電体層が収縮
しても、中間桁部材も同一の収縮率で収縮するので、電
極に対する中間桁部材の位置の変動を防ぐことができ、
各変形領域の大きさを均一にする中間桁部材を容易に形
成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態におけるインクジェットプ
リンタの概略構成を示す外観斜視説明図である。

【図２】図１に示すインクジェットプリンタのインクジ
ェットヘッドの構成を示す断面図である。

【図３】図２に示すインクジェットヘッドの製造方法を
説明するための斜視図である。

【図４】図２に示すインクジェットヘッドの動作を説明
するための断面図である。

【図５】本発明の他の実施形態におけるインクジェット
ヘッドの動作を説明するための断面図である。

【図６】本発明の他の実施形態におけるインクジェット
ヘッドの構成を示す断面図である。

【図７】従来のインクジェットヘッドの構成を示す断面
図である。

【符号の説明】

５…インクジェットヘッド ２０…アレイ ２１…インク圧力室 ２２…キャビティプレート ２３…積層型圧電体 ２４…外側圧電セラミック層 ２５…区画壁 ２６…第２内部電極 ２７…第１内部電極 ３０…中間桁部材

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インク圧力室に貯留されているインクに
   圧力変動を与えることにより当該インクを吐出させるイ
   ンクジェットヘッドであって、 前記インク圧力室が桁部材に挟まれた開口凹部として形
   成されたキャビティプレートと、 ２層以上に積層された圧電体層及び該圧電体層を挟持す
   るように設けられた電極を有する積層型圧電素子と、 前記積層型圧電素子の変形領域を規定するように前記積
   層型圧電素子に取り付けられた中間桁部材とを備え、 前記積層型圧電素子に取り付けられた前記中間桁部材と
   前記桁部材との接合により、前記変形領域が前記インク
   圧力室の開口位置に位置決めされている、 ことを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 【請求項２】 前記中間桁部材の厚みは、前記積層型圧
   電素子の積層方向における圧電体層の２層分の層厚以下
   １層分の層厚以上であ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。
3. 【請求項３】 前記積層型圧電素子は、積層方向に分極
   されると共に、前記中間桁部材の間の位置に設けられた
   第１内部電極と、前記中間桁部材の位置に設けられた第
   ２内部電極とを有し、前記分極方向と直交する電界によ
   りシェアモードにて変形を生じさせる圧電素子であり、
   前記中間桁部材の幅は、前記第２内部電極の幅の０．５
   倍から１．５倍の大きさに形成されていることを特徴と
   する請求項１または請求項２に記載のインクジェットヘ
   ッド。
4. 【請求項４】 前記積層型圧電素子は、積層方向に分極
   されると共に、前記中間桁部材の間の位置に設けられた
   内部電極を有し、前記分極方向と平行な電界により伸縮
   モードにて変形を生じさせる圧電素子であることを特徴
   とする請求項１または請求項２に記載のインクジェット
   ヘッド。
5. 【請求項５】 インク圧力室に貯留されているインクに
   圧力変動を与えることにより当該インクを吐出させるイ
   ンクジェットヘッドの製造方法であって、 圧電体材料をシート状の圧電体層として形成する工程
   と、 前記圧電体層上に内部電極を印刷する工程と、 前記内部電極の印刷された圧電体層を積層する工程と、 前記積層された圧電体層を加熱プレスする工程と、 前記加熱プレス後の圧電体層を脱バインダー及び焼成す
   る工程とを備え、 前記圧電体層の変形領域を規定するように前記圧電体層
   に中間桁部材を取り付ける工程を、前記脱バインダー及
   び焼成する工程の前に設けた、 ことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
6. 【請求項６】 前記圧電体層の変形領域を規定するよう
   に前記圧電体層に中間桁部材を取り付ける工程は、中間
   桁部材用の圧電体層を前記圧電体層に更に積層させ、該
   中間桁部材用の圧電体層における前記変形領域に相当す
   る領域を、スライサもしくはショットブラスト加工によ
   り除去する工程であることを特徴とする請求項５に記載
   のインクジェットヘッドの製造方法。
7. 【請求項７】 前記圧電体層の変形領域を規定するよう
   に前記圧電体層に中間桁部材を取り付ける工程は、中間
   桁部材用の圧電体層における前記変形領域に相当する領
   域をプレス加工により凹部とし、その後に前記積層され
   た圧電体層に該中間桁部材用の圧電体層を積層させる工
   程であることを特徴とする請求項５に記載のインクジェ
   ットヘッドの製造方法。
8. 【請求項８】 前記圧電体層の変形領域を規定するよう
   に前記圧電体層に中間桁部材を取り付ける工程は、前記
   圧電体層に中間桁部材層を印刷する工程であることを特
   徴とする請求項５に記載のインクジェットヘッドの製造
   方法。