JP2000141643A

JP2000141643A - インクジェットヘッド

Info

Publication number: JP2000141643A
Application number: JP23667299A
Authority: JP
Inventors: Osamu Watanabe; 渡邊　　修; Kenji Tomita; 健二富田; Isaku Jinno; 伊策神野; 良一 ▲高▼山; Ryoichi Takayama
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-09-03
Filing date: 1999-08-24
Publication date: 2000-05-23
Anticipated expiration: 2019-08-24
Also published as: JP4283948B2

Abstract

(57)【要約】【課題】圧電アクチュエータ２１により圧力室３内の
インクを吐出させるようにしたインクジェットヘッドに
対して、振動板２２や圧電素子２３等を薄膜化してイン
クジェットヘッドを小型化しつつ、振動板２２や圧電素
子２３等にクラック等が生じるのを抑制してその生産性
を出来る限り向上させる。【解決手段】振動板２２を１つ又は複数の圧力室３毎
に分割した状態で設けると共に、互いに電気的に接続す
る。また、振動板２２の圧力室３に対応する部分を、圧
力室３と反対側へ凸状に湾曲させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェットプ
リンタに用いるインクジェットヘッドに関し、特に圧電
アクチュエータによりインクを吐出させる場合に該圧電
アクチュエータの振動板の構成を改良したものの技術分
野に属する。

【０００２】

【従来の技術】近年、インクジェットプリンタが広く事
務所や家庭等にて使用されている。このインクジェット
プリンタに用いられるインクジェットヘッドには、近年
の低騒音化、高印字品位化等の要求のもと、いくつかの
方式が提案されているが、一般的には以下の２つの方式
に大別することができる。

【０００３】すなわち、第１の方式は、流路やインク室
の一部を、圧電素子を有する圧電アクチュエータで形成
して圧力室とし、その圧電素子にパルス状の電圧を印加
して圧電アクチュエータを変形させることで、上記圧力
室をその容積が減少するように変形させ、これにより圧
力室内に圧力パルスを発生させ、この圧力パルスにより
圧力室に連通するノズル孔からインク滴を吐出させるも
のである。

【０００４】次に、第２の方式は、流路内に発熱抵抗体
を配設しておき、この発熱抵抗体にパルス状の電圧を印
加して該発熱抵抗体を発熱させることにより、流路内の
インクを沸騰させて蒸気バブルを発生させ、この蒸気バ
ブルの圧力によりノズル孔からインク滴を吐出させるも
のである。

【０００５】そして、本発明は、上記第１の方式のイン
クジェットヘッドに関するものであるため、この方式の
ものについてさらに詳しく説明する。図１１〜図１３
は、上記第１の方式のインクジェットヘッドの一例を示
し、このインクジェットヘッドは、インクを供給するた
めの供給口１０２ａとインクを吐出するための吐出口１
０２ｂとを有する複数の圧力室用凹部１０２が形成され
たヘッド本体１０１を備えている。このヘッド本体１０
１の各凹部１０２は、一方向に所定間隔をあけて並べら
れている。

【０００６】上記ヘッド本体１０１は、上記各凹部１０
２の側壁部を構成する圧力室部品１０５と、該各凹部１
０２の底壁部を構成しかつ複数の薄板を貼り合せてなる
インク流路部品１０６と、ノズル板１１３とで構成され
ている。上記インク流路部品１０６内には、上記各凹部
１０２の供給口１０２ａにそれぞれ接続された供給用イ
ンク流路１０７と、各凹部１０２の吐出口１０２ｂにそ
れぞれ接続された吐出用インク流路１０８とが形成され
ている。上記各供給用インク流路１０７は、上記各凹部
１０２が並ぶ方向に延びるインク供給室１１０に接続さ
れ、このインク供給室１１０は、圧力室部品１０５及び
インク流路部品１０６に形成されかつ図外のインクタン
クと接続されるインク供給孔１１１に接続されている。
上記ノズル板１１３には、上記各吐出用インク流路１０
８とそれぞれ接続されたノズル孔１１４が形成されてい
る。

【０００７】上記ヘッド本体１０１の圧力室部品１０５
の上面には圧電アクチュエータ１２１が設けられてい
る。この圧電アクチュエータ１２１は、上記ヘッド本体
１０１の全ての凹部１０２を塞いで該凹部１０２と共に
圧力室１０３を構成する１つの平板状の振動板１２２を
有している。この振動板１２２は、後述の全圧電素子１
２３に共通の共通電極としての役割をも果たしている。
また、圧電アクチュエータ１２１は、上記振動板１２２
の上面における圧力室１０３に対応する部分にそれぞれ
設けられた圧電素子１２３と、該各圧電素子１２３の上
面にそれぞれ設けられ、各圧電素子１２３に電圧を印加
するための個別電極１２４とを有している。

【０００８】そして、上記共通電極としての振動板１２
２と個別電極１２４との間にパルス状の電圧を印加する
と、圧電素子１２３がその厚み方向と垂直な幅方向に収
縮するのに対し、振動板１２２及び個別電極１２４は収
縮しないので、いわゆるバイメタル効果により振動板１
２２の圧電素子１２３に対応する部分が圧力室３側へ凸
状に撓んで変形する。この撓み変形により圧力室３内に
圧力が生じ、この圧力で圧力室３内のインクが吐出口１
０２ｂ及び吐出用インク流路１０８を経由してノズル孔
１１４より外部へ吐出されることとなる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
に圧電アクチュエータによりインクを吐出させるように
したインクジェットヘッドでは、近年、小型軽量化、低
駆動電圧化、低騒音化、低コスト化、インク吐出の制御
性の改善等への厳しい要求のもと、種々の改良等が試み
られているが、さらなる小型化、高性能化を目指して振
動板や圧電素子等を微細（小型精密）加工し易い薄膜と
して形成することが考えられる。

【００１０】しかしながら、従来の圧電アクチュエータ
の形状、構造で振動板や圧電素子等を単に薄膜化するだ
けでは、インクジェットヘッドの製造時において、振動
板や圧電素子等にクラックが生じたり、膜剥離が発生し
たりする場合があり、インクジェットヘッドの生産性が
低下するという問題がある。このため、単に小型化する
のみならず、生産性が良好で製造が容易なインクジェッ
トヘッドの実現が要求されている。

【００１１】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、圧電アクチュエータに
より圧力室内のインクを吐出させるようにしたインクジ
ェットヘッドに対して、その圧電アクチュエータにおけ
る振動板の構成に工夫を凝らすことによって、振動板や
圧電素子等を薄膜化してインクジェットヘッドを小型化
しつつ、振動板や圧電素子等にクラック等が生じるのを
抑制してその生産性を出来る限り向上させようとするこ
とにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明では、振動板を１つ又は複数の圧力室毎
に分割した状態で設けるか、又は振動板の圧力室に対応
する部分を、圧力室と反対側へ凸状に湾曲させるように
した。

【００１３】具体的には、請求項１の発明では、インク
ジェットヘッドとして、インクを供給するための供給口
とインクを吐出するための吐出口とを有する複数の圧力
室用凹部が形成されたヘッド本体と、上記ヘッド本体の
各凹部を塞いで該凹部と共に圧力室を構成するように該
１つ又は複数の圧力室毎に分割された状態で設けられ、
互いに電気的に接続された振動板と、該各振動板の上記
圧力室と反対側において圧力室に対応する部分にそれぞ
れ設けられた圧電素子と、該各圧電素子の上記振動板と
反対側にそれぞれ設けられ、該振動板と共に各圧電素子
に電圧をそれぞれ印加するための個別電極とを有し、上
記振動板及び個別電極を介した圧電素子への電圧の印加
により該振動板を圧力室の容積が減少するように変形さ
せて、該圧力室内のインクを上記吐出口から吐出させる
圧電アクチュエータとを備えているものとする。

【００１４】上記の構成により、振動板を１つ又は複数
の圧力室毎に分割した状態で設けることで、分割された
振動板同士が互いに内部応力や歪み等の影響を受けるこ
とはなく、１つの振動板でヘッド本体の全ての凹部を塞
ぐ場合よりも各振動板内に生じる内部応力を小さくする
ことができる。この結果、各振動板の圧力室と反対側に
設けられる圧電素子や個別電極内に生じる内部応力をも
小さくすることができる。したがって、振動板や圧電素
子等を薄膜で形成しても、インクジェットヘッドの製造
時に振動板や圧電素子等にクラックや膜剥離等が生じる
のを抑制することができ、生産性を向上させることがで
きる。また、インクジェットヘッドの使用時において
は、分割された振動板同士が互いに変形の影響を受ける
ことはなく、振動板の機械的強度の低下を抑制すること
ができ、製品寿命を向上させることができる。

【００１５】請求項２の発明では、請求項１の発明にお
いて、振動板の圧力室に対応する部分が、圧力室と反対
側へ凸状に湾曲しているものとする。

【００１６】すなわち、振動板と圧電素子との熱膨張係
数の差（振動板の方が大きい）等により振動板は圧電素
子よりも大きく収縮する一方、圧電素子は殆ど収縮しな
いので、容易に振動板を圧力室と反対側へ凸状に湾曲さ
せることができる。そして、振動板は収縮する際に圧電
素子より引張力を受ける一方、圧電素子は振動板より圧
縮力を受けるので、圧電素子には圧縮の内部応力が作用
することとなり、引張力に対して非常に弱い圧電素子に
クラック等が生じるのをより一層効果的に抑えることが
できる。さらに、インクジェットヘッドの使用時におい
ては、圧電素子が収縮することで振動板の圧力室に対応
する部分が、圧力室と反対側への凸量が小さくなるよう
に変形するため、圧電素子は振動板より引張力を受ける
が、最初に圧縮力が生じているので、これら引張力と圧
縮力とが相殺されて圧電素子に生じる応力は比較的小さ
くなる。また、小さい変形量でもインクの吐出力を、振
動板が平板状の場合や圧力室側へ凸状に湾曲している場
合よりも大きくすることができるので、変形量をそれ程
大きくしなくても済み、この点からも、振動板や圧電素
子の変形時の応力を小さくすることできる。

【００１７】請求項３の発明では、インクジェットヘッ
ドとして、インクを供給するための供給口とインクを吐
出するための吐出口とを有する複数の圧力室用凹部が形
成されたヘッド本体と、上記ヘッド本体の各凹部を塞い
で該凹部と共に圧力室を構成するように設けられ、該圧
力室に対応する部分が圧力室と反対側へ凸状に湾曲した
振動板と、該振動板の圧力室と反対側において圧力室に
対応する部分にそれぞれ設けられた圧電素子と、該各圧
電素子の上記振動板と反対側にそれぞれ設けられ、該振
動板と共に各圧電素子に電圧をそれぞれ印加するための
個別電極とを有し、上記振動板及び個別電極を介した圧
電素子への電圧の印加により該振動板を圧力室の容積が
減少するように変形させて、該圧力室内のインクを上記
吐出口から吐出させる圧電アクチュエータとを備えてい
るものとする。

【００１８】このことにより、振動板や圧電素子等を薄
膜化しても、上述の如く、圧電素子に圧縮の内部応力が
作用することで、インクジェットヘッドの製造時に、特
に圧電素子にクラック等が生じるのを抑制することがで
きると共に、インクジェットヘッドの使用時において
は、振動板や圧電素子の変形時の応力を小さくして、製
品寿命を向上させることができる。

【００１９】請求項４の発明では、請求項２又は３の発
明において、振動板の圧力室に対応する部分における圧
力室と反対側への最大凸量が、０．０５〜１０μｍに設
定されているものとする。

【００２０】すなわち、圧力室と反対側への最大凸量
は、０．０５μｍよりも小さいと、インクジェットヘッ
ドの製造時及び使用時において振動板や圧電素子の不良
抑制効果が十分に得られない一方、１０μｍよりも大き
いと、却って製造時に振動板や圧電素子にクラック等が
生じ易くなるので、０．０５〜１０μｍに設定してい
る。したがって、インクジェットヘッドの生産性を最大
限に高めることができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１〜図３は、本発明の実施形態に
係るインクジェットヘッドを示し、このインクジェット
ヘッドは、インクを供給するための供給口２ａとインク
を吐出するための吐出口２ｂとを有する複数の圧力室用
凹部２が形成されたヘッド本体１を備えている。このヘ
ッド本体１の各凹部２は、該ヘッド本体１の一外側面
（上面）に略矩形状に開口されていて、一方向に所定間
隔をあけて並べられている。尚、図３では、各凹部２
（後述のノズル孔１４、振動板２２、圧電素子２３、個
別電極２４等）は、煩雑となるのを避けるために３つし
か記載していないが、実際には、多数設けられている。

【００２２】上記ヘッド本体１の各凹部２の側壁部は、
約２００μｍ厚の感光性ガラス製の圧力室部品５で構成
され、各凹部２の底壁部は、この圧力室部品５に固着さ
れかつ複数のステンレス鋼薄板を貼り合せてなるインク
流路部品６で構成されている。このインク流路部品６内
には、上記各凹部２の供給口２ａにそれぞれ接続された
供給用インク流路７と、上記各吐出口２ｂにそれぞれ接
続された吐出用インク流路８とが形成されている。上記
各供給用インク流路７は、上記各凹部２が並ぶ方向に延
びるインク供給室１０に接続され、このインク供給室１
０は、上記圧力室部品５及びインク流路部品６に形成さ
れかつ図外のインクタンクと接続されるインク供給孔１
１に接続されている。上記インク流路部品６の圧力室部
品５と反対側面（下面）には、ポリイミド等の高分子樹
脂からなる約２０μｍ厚のノズル板１３が設けられ、こ
のノズル板１３には、上記各吐出用インク流路８とそれ
ぞれ接続された直径約２０μｍのノズル孔１４が形成さ
れている。この各ノズル孔１４は、上記各凹部２の配列
方向に延びる一直線上に配置されている。

【００２３】上記ヘッド本体１の圧力室部品５における
インク流路部品６と反対側面（上面）には、圧電アクチ
ュエータ２１が設けられている。この圧電アクチュエー
タ２１は、上記ヘッド本体１の各凹部２を塞いで該凹部
２と共に圧力室３を構成するように該１つの圧力室３毎
に分割された状態で設けられた１〜３μｍ厚のＣｒ製振
動板２２を有している。この各振動板２２は、平面視で
圧力室３と略同じ略矩形状に形成されていると共に、配
線（図示せず）により互いに電気的に接続されて、後述
の全圧電素子２３に共通の共通電極としての役割をも有
している。

【００２４】また、上記圧電アクチュエータ２１は、上
記各振動板２２の上記圧力室３と反対側面（上面）にお
いて圧力室３に対応する部分にそれぞれ設けられかつチ
タン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる２〜５μｍ厚の
圧電素子２３と、この各圧電素子２３の上記振動板２２
と反対側面（上面）にそれぞれ設けられ、該振動板２２
と共に各圧電素子２３に電圧をそれぞれ印加するための
０．１μｍ厚のＰｔ製個別電極２４とを有している。

【００２５】上記各振動板２２の圧力室３に対応する部
分は、圧力室３と反対側（上側）へ凸状に湾曲してい
る。つまり、各振動板２２の圧力室３に対応する部分
は、振動板２２の幅方向に沿って切断した断面及び長さ
方向に沿って切断した断面のいずれにおいても、略円弧
状をなして圧力室３と反対側へ突出している。この各振
動板２２の湾曲に伴って各圧電素子２３及び各個別電極
２４も上側へ湾曲している。上記各振動板２２の圧力室
３に対応する部分における圧力室３と反対側への最大凸
量（各振動板２２の略中央部の凸量）は、０．０５〜１
０μｍに設定することが望ましい。これは、この最大凸
量が０．０５μｍよりも小さいと、後述の如くインクジ
ェットヘッドの製造時及び使用時において振動板２２や
圧電素子２３の不良抑制効果が十分に得られない一方、
１０μｍよりも大きいと、却って製造時に振動板２２や
圧電素子２３にクラック等が生じ易くなるからである。
尚、上記最大凸量のより好ましい範囲は、０．０５〜５
μｍである。

【００２６】次に、上記インクジェットヘッドの製造方
法の概略手順を図４に基づいて説明する。尚、図４にお
いては、図１及び図２とインクジェットヘッドの上下関
係が逆になっている。

【００２７】先ず、ＭｇＯの成膜基板４１上全体にＰｔ
膜４２をスパッタ法により形成し（図４（ａ）参照）、
その後、このＰｔ膜４２上全体にＰＺＴ膜４３をスパッ
タ法により形成する（図４（ｂ）参照）。そして、この
ＰＺＴ膜４３上全体にＣｒ膜４４をスパッタ法により形
成する（図４（ｃ）参照）。尚、上記スパッタ法とは、
高エネルギーの粒子を固体（ターゲット）に照射したと
きにターゲット構成原子がターゲット表面から放出され
る現象（スパッタという）を利用して薄膜形成を行う技
術であり、このスパッタ法には、電極の構造、スパッタ
する粒子の発生方法により高周波スパッタやＤＣスパッ
タ等の多数の方式があるが、高周波（周波数１３．５６
ＭＨｚ）放電を用いるスパッタ法を採用すれば、絶縁物
のターゲット表面での正電位の帯電が起こらないため、
絶縁物のターゲットでもスパッタすることができて望ま
しい。

【００２８】ところで、上記スパッタ法によりＣｒ膜４
４を形成する際、各種スパッタ条件のうち、成膜基板４
１の温度、スパッタガス圧、スパッタパワー、ＴＳ間隔
（ターゲット・基板間距離）等のパラメータを変化させ
る（特にスパッタガス圧を制御することが望ましい）こ
とにより、Ｃｒ膜４４の膜応力を制御することが可能で
あり、このようにスパッタガス圧等を制御してＣｒ膜４
４の初期応力を圧縮力にすることが望ましい。例えば、
高周波スパッタ装置を用いて、ターゲット径６インチ、
スパッタパワー３００Ｗとし、スパッタアルゴンガス圧
を２ｍＴｏｒｒ（０．２７Ｐａ）に設定することで、Ｃ
ｒ膜４４の初期応力を圧縮力にすることができる。尚、
上記Ｃｒ膜４４の膜応力の値については、ヤング率、ポ
アソン比が既知の薄板基板（１８ｍｍ×４ｍｍで０．１
ｍｍ厚）上にＣｒの薄膜を形成してその基板のそり量を
測定することにより、ベンディングビーム法関係式から
基板に形成した薄膜の膜応力を算出しておくことで判
る。また、上記基板上に形成した薄膜が凹になるか凸に
なるかで応力が圧縮力か引張力かが判別できる。

【００２９】次いで、上記Ｃｒ膜４４の上面に、ヘッド
本体１の圧力室部品５を固着する（図４（ｄ）参照）。
その後、上記成膜基板４１を熱燐酸やＫＯＨ等で溶融・
除去すると共に、上記圧力室部品５上に、予め一体化し
たインク流路部品６及びノズル板１３を固着する（図４
（ｅ）参照）。このように成膜基板４１を除去すると、
ＰＺＴ膜４３及びＣｒ膜４４の熱膨張係数の差（Ｃｒ膜
４４の方が大きい）により、ＰＺＴ膜４３及びＣｒ膜４
４の圧力室３に対応する部分（圧力室部品５により拘束
されない部分）が、圧力室３と反対側へ凸状に湾曲する
（尚、Ｐｔ膜４２は、厚みがＰＺＴ膜４３及びＣｒ膜４
４よりもかなり薄いので、湾曲方向に殆ど影響しな
い）。つまり、熱膨張係数の大きいＣｒ膜４４がＰＺＴ
膜４３よりも大きく収縮する一方、ＰＺＴ膜４３は殆ど
収縮しないので、ＰＺＴ膜４３側が凸側となるように曲
がる。これは、ＦｅとＡｌとからなるバイメタルを加熱
すると、熱膨張係数が大きいＡｌがＦｅよりも大きく伸
長してＡｌ側が凸側となるように曲がることと同様であ
る。そして、Ｃｒ膜４４は収縮時にＰＺＴ膜４３より引
張力を受ける一方、ＰＺＴ膜４３はＣｒ膜４４より圧縮
力を受けることになる。尚、上記のようにスパッタガス
圧等を制御することによりＣｒ膜４４に初期圧縮応力を
適切に付与すれば、振動板２２が大きく曲がり過ぎるの
を防止することができ、最大凸量を０．０５〜１０μｍ
に設定することができる。

【００３０】続いて、上記Ｐｔ膜４２、ＰＺＴ膜４３及
びＣｒ膜４４をイオンミリング法や反応性イオンエッチ
ング法等のドライエッチング法にて１つの圧力室３毎に
分割することで、個別電極２４、圧電素子２３及び振動
板２２をそれぞれ形成する（図４（ｆ）参照）。このと
き、分割された振動板２２同士が互いに内部応力や歪み
等の影響を受けることはなくなり、応力が緩和されて各
振動板２２内に生じる内部応力は１つの振動板２２でヘ
ッド本体１の全ての凹部２を塞ぐ場合よりも小さくな
る。この結果、振動板２２の圧力室３と反対側に設けら
れる圧電素子２３や個別電極２４内に生じる内部応力を
も小さくすることができる。尚、上記イオンミリング法
では、反応性等の面から、アルゴンイオンを使用するこ
とが望ましく、反応性イオンエッチング法では、同じく
反応性等の面から、Ｏ₂、ＣＦ₄、ＣＣｌ₄を使用する
ことが望ましい。

【００３１】次いで、図示は省略するが、各振動板２２
及び個別電極２４への配線や他の必要な処理を行うこと
で、インクジェットヘッドが完成する。

【００３２】このように、振動板２２を１つの圧力室３
毎に分割した状態で設けたので、上述の如く振動板２２
や圧電素子２３内に生じる内部応力が小さくなり、振動
板２２や圧電素子２３等を薄膜で形成しても、インクジ
ェットヘッドの製造時に振動板２２や圧電素子２３等に
クラックや膜剥離が生じるのを抑制することができる。
また、振動板２２の圧力室３に対応する部分を、圧力室
３と反対側へ凸状に湾曲させたので、引張力に対して非
常に弱い圧電素子２３には圧縮力が作用し、特に圧電素
子２３におけるクラック等の発生をより一層効果的に抑
制することができる。よって、インクジェットヘッドを
小型化しつつ、その生産性を向上させることができる。

【００３３】次に、上記インクジェットヘッドの動作に
ついて説明すると、上記振動板２２及び個別電極２４間
への電圧の印加により振動板２２の圧力室３に対応する
部分を圧力室３の容積が減少するように変形させること
で、該圧力室３内のインクを吐出口２ｂから吐出させ
る。すなわち、振動板２２と個別電極２４とを介して圧
電素子２３にパルス状の電圧を印加すると、このパルス
電圧の立ち上がりにより圧電素子２３がその厚み方向と
垂直な幅方向に収縮するのに対し、振動板２２は収縮し
ないので、図５（ｂ）に示すように、振動板２２の圧力
室３に対応する部分が圧力室３側へ（凸量が小さくなる
側へ）変位するように変形する。この変形により圧力室
３内に圧力が生じ、この圧力で圧力室３内のインクのう
ちの所定量が上記吐出口２ｂ及び吐出用インク流路８を
経由してノズル孔１４より外部（印刷する紙面上）へ吐
出されて、紙面にドット状に付着することとなる。そし
て、上記パルス電圧の立ち下がりにより圧電素子２３が
幅方向に伸長して振動板２２は元の状態（図５（ａ）参
照）に復帰し、このとき、圧力室３内には上記インク供
給室１０より供給用インク流路７及び供給口２ａを介し
てインクが充填される。尚、１色のインクだけでなく、
例えばブラック、シアン、マゼンタ及びイエローの各イ
ンクを互いに異なるノズル孔１４からそれぞれ吐出させ
るようにして、カラー印刷を行うようにすることもでき
る。

【００３４】上記のように振動板２２が変形する際、圧
電素子２３は、振動板２２と共に変形して振動板２２よ
り引張力を受けるが、最初から圧力室３と反対側へ凸状
に湾曲して圧縮力が生じているので、これら引張力と圧
縮力とが相殺されて圧電素子２３に生じる応力は比較的
小さくなる。すなわち、図６（ａ）に示すように、最初
から振動板２２及び圧電素子２３を平板状にしたり、図
７（ａ）に示すように、最初から振動板２２及び圧電素
子２３を圧力室３側へ凸状に湾曲させたりすると、変形
時（図６（ｂ）及び図７（ｂ）参照）において圧電素子
２３に生じる引張力が大きくなり、引張力に対して非常
に弱い圧電素子２３にクラック等が生じ易くなる。ま
た、小さい変形量でもインクの吐出力を、振動板２２が
平板状の場合や圧力室３側へ凸状に湾曲している場合よ
りも大きくすることができるので、変形量をそれ程大き
くしなくても済む。さらに、分割された振動板２２同士
が互いに変形の影響を受けることはなく、振動板２２の
機械的強度の低下を抑制することができる。よって、イ
ンクジェットヘッドの使用時においては、振動板２２や
圧電素子２３の変形時の応力を小さくして、製品寿命を
向上させることができる。

【００３５】尚、上記実施形態では、成膜基板４１を用
いて該成膜基板４１上にＰｔ膜４２、ＰＺＴ膜４３及び
Ｃｒ膜４４をスパッタ法により順次形成したが、感光性
ガラスからなる圧力室部品５上に上記各膜を直接スパッ
タすることにより成膜基板４１を用いないでもインクジ
ェットヘッドを製造することができる。この製造方法を
図８により説明すると、先ず、圧力室部品５上全体に、
Ｃｒ膜４４を形成する（図８（ａ）参照）。このとき、
Ｃｒ膜４４の初期応力を圧縮力にする場合には、上記実
施形態のようにスパッタガス圧等を制御してもよく、予
め成膜基板４１に引張力を加えながらＣｒ膜４４を形成
した後に成膜基板４１への引張力を取り去るようにして
もよい。次いで、圧力室部品５の下側からマスク５０を
介して紫外線露光機で圧力室３に相当する部分を露光す
る（図８（ｂ）参照）。そして、下地処理等をしてか
ら、上記Ｃｒ膜４４上全体にＰＺＴ膜４３を形成し（図
８（ｃ）参照）、その後、このＰＺＴ膜４３上全体にＰ
ｔ膜４２を形成する（図８（ｄ）参照）。続いて、３％
ＨＦ液で圧力室部品５の上記露光部をエッチング除去す
ると共に、各膜の不必要部をもエッチング除去して１つ
の圧力室３毎に分割することで、振動板２２、圧電素子
２３及び個別電極２４をそれぞれ形成する（図８（ｅ）
参照）。そして、圧力室部品５の下面に、予め一体化し
たインク流路部品６及びノズル板１３を固着する（図８
（ｆ）参照）ことで、インクジェットヘッドが完成す
る。この製造方法においても、圧力室部品５の露光部を
除去すると、上記実施形態と同様に、Ｐｔ膜４２、ＰＺ
Ｔ膜４３及びＣｒ膜４４の圧力室３に対応する部分を、
圧力室３と反対側へ凸状に湾曲させることができ、しか
も、振動板２２を１つの圧力室３毎に分割した状態で設
けるので、上記実施形態と同様の作用効果が得られる。

【００３６】また、上記実施形態では、ドライエッチン
グ法によりＰｔ膜４２、ＰＺＴ膜４３及びＣｒ膜４４を
１つの圧力室３毎に分割することで、個別電極２４、圧
電素子２３及び振動板２２をそれぞれ形成したが、膜を
残したくない部分に予めレジストを塗布しておいてスパ
ッタするリフトオフ法により分割するようにすることも
できる。

【００３７】さらに、上記実施形態では、振動板２２を
１つの圧力室３毎に分割した状態で設けたが、振動板２
２の圧力室３に対応する部分を圧力室３と反対側へ凸状
に湾曲させれば、図９に示すように、従来のような１つ
の振動板２２でヘッド本体１の全ての凹部２を塞ぐよう
にしてもよい。このようにしても、上記実施形態と同様
に、特に圧電素子２３にクラック等が生じるのを抑制す
ることができ、延いては、振動板２２や個別電極２４に
おけるクラック発生をも抑制することができる。しか
も、インクジェットヘッドの使用時においては、振動板
２２や圧電素子２３の変形時の応力を小さくして、製品
寿命を向上させることができる。また、振動板２２を１
つの圧力室３毎に分割した状態で設けないで複数の圧力
室３毎（例えばカラー印刷を行う場合には、同色のイン
クが充填される圧力室３毎）に分割した状態で設けるよ
うにしてもよい。さらに、振動板２２を１つ又は複数の
圧力室３毎に完全に分割した状態で設けないで、図１０
に示すように、分割された振動板２２同士を、該振動板
２２よりも薄い（最も薄い部分の厚みを０．２μｍ程度
にする）接続部２２ａで互いに接続するようにしてもよ
い（接続部２２ａは１つの振動板２２の圧電素子２３側
の面を凹溝状に削ることで振動板２２と一体形成するの
が好ましい）。こうすれば、振動板２２同士を互いに電
気的に接続できて配線が不要となるとなると共に、機械
的及び物理的には分割したのと略同じ状態にすることが
できる。

【００３８】一方、振動板２２を１つ又は複数の圧力室
３毎に分割した状態で設けさえすれば、必ずしも振動板
２２の圧力室３に対応する部分を圧力室３と反対側へ凸
状に湾曲させなくてもよく、平板状にしたり（図６
（ａ）参照）圧力室３側へ凸状に湾曲させたり（図７
（ａ）参照）してもよい。このようにしても、インクジ
ェットヘッドの製造時や使用時に振動板２２や圧電素子
２３の不良発生を抑制することができる。

【００３９】加えて、上記実施形態では、ヘッド本体１
の各凹部２の開口形状及び圧電アクチュエータ２１の圧
電素子２３等を矩形状としたが、長円形状にしてもよ
く、その他の形状であってもよい。

【００４０】また、他の種々の変形が可能であり、例え
ば、圧電アクチュエータ２１の振動板２２、圧電素子２
３、個別電極２４等は、上記実施形態と異なる材料や厚
みのものを使用してもよく（例えば振動板２２をＮｉ製
やＴｉ製にする）、他の製造方法により形成してもよ
い。そして、ヘッド本体１の圧力室部品５、インク流路
部品６及びノズル板１３も、上記実施形態と異なる材料
や厚みのものを使用することができる。

【００４１】さらに、振動板２２の湾曲形状は、圧力室
３と反対側へ凸状であればどのような形状であってもよ
い。但し、振動板２２において少なくとも圧電素子２３
の伸長方向（上記実施形態では幅方向）に沿って切断し
た断面が、上記実施形態のように略円弧状であることが
望ましい。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のインクジ
ェットヘッドによると、振動板を１つ又は複数の圧力室
毎に分割した状態で設けるか、又は振動板の圧力室に対
応する部分を圧力室と反対側へ凸状に湾曲させたことに
より、振動板や圧電素子を薄膜化しても、インクジェッ
トヘッドの製造時に振動板や圧電素子にクラック等が生
じるのを抑制することができ、インクジェットヘッドを
小型化しつつ、その生産性を可及的に向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図３のＩ−Ｉ線断面図である。

【図２】図３のII−II線断面図である。

【図３】本発明の実施形態に係るインクジェットヘッド
を示す平面図である。

【図４】インクジェットヘッドの製造方法を示す概略説
明図である。

【図５】振動板の非変形状態と変形状態とを比較して示
す要部拡大図である。

【図６】振動板が平板状の場合における図５相当図であ
る。

【図７】振動板が圧力室側へ凸状に湾曲した場合におけ
る図５相当図である。

【図８】インクジェットヘッドの他の製造方法を示す概
略説明図である。

【図９】インクジェットヘッドの他の形態を示す図１相
当図である。

【図１０】インクジェットヘッドのさらに他の形態を示
す図１相当図である。

【図１１】図１３のXI−XI線断面図である。

【図１２】図１３のXII−XII線断面図である。

【図１３】インクジェットヘッドの従来例を示す平面図
である。

【符号の説明】

１ヘッド本体２圧力室用凹部２ａ供給口２ｂ吐出口３圧力室２１圧電アクチュエータ２２振動板２３圧電素子２４個別電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者神野伊策大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者 ▲高▼山良一大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インクを供給するための供給口とインク
を吐出するための吐出口とを有する複数の圧力室用凹部
が形成されたヘッド本体と、上記ヘッド本体の各凹部を塞いで該凹部と共に圧力室を
構成するように該１つ又は複数の圧力室毎に分割された
状態で設けられ、互いに電気的に接続された振動板と、
該各振動板の上記圧力室と反対側において圧力室に対応
する部分にそれぞれ設けられた圧電素子と、該各圧電素
子の上記振動板と反対側にそれぞれ設けられ、該振動板
と共に各圧電素子に電圧をそれぞれ印加するための個別
電極とを有し、上記振動板及び個別電極を介した圧電素
子への電圧の印加により該振動板を圧力室の容積が減少
するように変形させて、該圧力室内のインクを上記吐出
口から吐出させる圧電アクチュエータとを備えているこ
とを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】請求項１記載のインクジェットヘッドに
おいて、振動板の圧力室に対応する部分が、圧力室と反対側へ凸
状に湾曲していることを特徴とするインクジェットヘッ
ド。
【請求項３】インクを供給するための供給口とインク
を吐出するための吐出口とを有する複数の圧力室用凹部
が形成されたヘッド本体と、上記ヘッド本体の各凹部を塞いで該凹部と共に圧力室を
構成するように設けられ、該圧力室に対応する部分が圧
力室と反対側へ凸状に湾曲した振動板と、該振動板の圧
力室と反対側において圧力室に対応する部分にそれぞれ
設けられた圧電素子と、該各圧電素子の上記振動板と反
対側にそれぞれ設けられ、該振動板と共に各圧電素子に
電圧をそれぞれ印加するための個別電極とを有し、上記
振動板及び個別電極を介した圧電素子への電圧の印加に
より該振動板を圧力室の容積が減少するように変形させ
て、該圧力室内のインクを上記吐出口から吐出させる圧
電アクチュエータとを備えていることを特徴とするイン
クジェットヘッド。
【請求項４】請求項２又は３記載のインクジェットヘ
ッドにおいて、振動板の圧力室に対応する部分における圧力室と反対側
への最大凸量が、０．０５〜１０μｍに設定されている
ことを特徴とするインクジェットヘッド。