JP2000301719A

JP2000301719A - インクジェットヘッド及びインクジェットヘッドの製造方法

Info

Publication number: JP2000301719A
Application number: JP2000038927A
Authority: JP
Inventors: Kunihiro Yamauchi; 邦裕山内; Shinichi Nishi; 眞一西; Etsuichi Maekawa; 悦一前川
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1999-02-17
Filing date: 2000-02-17
Publication date: 2000-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】高速駆動が可能で、しかも高画質の画像記録を
行なうことが可能で、かつ駆動電極の取出が簡単且つ確
実であり、低コストでコンパクト化が可能である。【解決手段】圧電素子２０，２１にインク室２６を設
け、このインク室２６を区画する隔壁に駆動電極５０を
設け、この駆動電極５０に電圧を印加してインク室２６
を区画する隔壁をせん断変形させてインクをノズル孔２
８から吐出するインクジェットヘッド２であって、隔壁
に設けられた駆動電極５０をインク室２６の底部側に設
けられた駆動回路からの配線４１に接続している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、インク室の隔壁
をせん断変形させて、インクをノズル孔から吐出するイ
ンクジェットヘッド及びインクジェットヘッドの製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】せん断変形モードを使用するドロップ・
オン・デマンド型のインクジェット方式の印字装置に
は、電極に電圧を印加してインク室を区画する隔壁をせ
ん断変形させてインクをノズル孔から吐出するものがあ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のせん断変形（シ
ェアモード）型のインクジェットヘッドでは、通常隔壁
をせん断変形させる駆動電極が、インク室を形成する溝
加工時に形成される屈曲部を利用し隔壁に沿って外部配
線まで配線される。この方法では、インク室の内壁に設
けられた駆動電極からの引き出し方法が難しく、インク
ジェットヘッドのコンパクト設計ができなかった。

【０００４】また、圧電素子のインク室の内壁に設けら
れた駆動電極からの引き出し配線が長く、圧電素子の誘
電率が高く駆動している電極部分の静電容量に対し無視
できない静電容量ができ駆動負荷が大きくなる。例え
ば、駆動負荷が実駆動部分の２〜４倍になり、駆動時の
発熱が問題であり、特に高速、多ノズルを有するインク
ジェットプリンタの実現するときの障害となっている。

【０００５】この発明は、かかる点に鑑みてなされたも
ので、高速駆動が可能で、しかも高画質の画像記録を行
なうことが可能で、かつ駆動電極の取出が簡単且つ確実
であり、低コストでコンパクト化が可能なインクジェッ
トヘッド及びインクジェットヘッドの製造方法を提供す
ることを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決し、かつ
目的を達成するために、この発明は、以下のように構成
した。

【０００７】請求項１に記載の発明は、『圧電素子にイ
ンク室を設け、このインク室を区画する隔壁に駆動電極
を設け、この駆動電極に電圧を印加して前記インク室を
区画する隔壁をせん断変形させてインクをノズル孔から
吐出するインクジェットヘッドであって、前記隔壁に設
けられた駆動電極をインク室の底部側に設けられた駆動
回路からの配線に接続したことを特徴とするインクジェ
ットヘッド。』である。

【０００８】この請求項１に記載の発明によれば、駆動
電極をインク室の底部側に設けられた駆動回路からの配
線に接続し、駆動部分の直下にて外部の駆動回路と接続
するので接続による静電容量は無視でき、発熱量が少な
いことから駆動電源の軽減ができて高速駆動が可能で、
高画質の画像記録を行なうことが可能な高集積ノズルヘ
ッドのラインヘッドが実現可能、プリンタの電源の小型
化・小電力となる。また、駆動電極の取出が簡単且つ確
実であり、低コストでコンパクトであり、高速、高精細
高画質の小型プリンタとなる。

【０００９】請求項２に記載の発明は、『前記駆動回路
からの配線にプリント配線基板を用い、このプリント配
線基板上に前記圧電素子を設け、前記インク室を配線位
置に合わせて配線が露出するように形成し、前記駆動電
極を隔壁に形成する時に駆動電極と配線を接続したこと
を特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッ
ド。』である。

【００１０】この請求項２に記載の発明によれば、プリ
ント配線基板上に圧電素子を設け、インク室を配線位置
に合わせて配線が露出するように形成し、駆動電極を隔
壁に形成する時に駆動電極と配線を接続するから、従来
のようにワイヤーボンディングや半田付けといった工程
が不要で、駆動電極を付ける時に同時に駆動回路との配
線の接続ができるので配線工程を省くことができ、駆動
電極の取出が簡単且つ確実であり、低コストでコンパク
トである。

【００１１】請求項３に記載の発明は、『前記プリント
配線基板は前記インク室と対応する位置に貫通孔を有
し、この貫通孔に設けた配線と前記駆動電極を接続した
ことを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッ
ド。』である。

【００１２】この請求項３に記載の発明によれば、プリ
ント配線基板はインク室と対応する位置に貫通孔を有
し、この貫通孔に設けた配線と駆動電極を接続するか
ら、インク室の加工時の深さ誤差でプリント配線基板の
配線パターンを加工する時に削り取り接続不良となるの
を防止できる。

【００１３】請求項４に記載の発明は、『前記プリント
配線基板はヤング率が圧電素子より大きな材料で形成さ
れたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の
インクジェットヘッド。』である。

【００１４】この請求項４に記載の発明によれば、ヤン
グ率が圧電素子より大きな材料でプリント配線基板を形
成したから、インク室の隔壁をせん断変形させても圧電
素子を確実に支持することができる。

【００１５】請求項５に記載の発明は、『前記プリント
配線基板は非圧電性セラミックスで形成されたことを特
徴とする請求項２または請求項４に記載のインクジェッ
トヘッド。』である。

【００１６】この請求項５に記載の発明によれば、プリ
ント配線基板を非圧電性セラミックスで形成したから、
インク室の隔壁をせん断変形させても圧電素子を確実に
支持することができる。

【００１７】請求項６に記載の発明は、『前記非圧電性
セラミックスは、アルミナ、窒化アルミニウム、ジルコ
ニア、シリコン、窒化シリコン、シリコンカーバイド、
石英の少なくとも１つから選ばれ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。』である。

【００１８】この請求項６に記載の発明によれば、非圧
電性セラミックスが、アルミナ、窒化アルミニウム、ジ
ルコニア、シリコン、窒化シリコン、シリコンカーバイ
ド、石英の少なくとも１つから選ばれ、圧電素子を確実
に支持することができる。

【００１９】請求項７に記載の発明は、『前記プリント
配線基板の少なくともインク室の底となる面を、平滑面
としたことを特徴とする請求項２乃至請求項６のいずれ
か１項に記載のインクジェットヘッド。』である。

【００２０】この請求項７に記載の発明によれば、プリ
ント配線基板のインク室の底となる面が平滑面であるか
ら、プリント配線基板と圧電素子とを接着する接着剤層
を薄くでき、両者の剛体を維持でき、吐出効率を高めら
れる。

【００２１】請求項８に記載の発明は、『前記プリント
配線基板と、このプリント配線基板とは別に設けた駆動
回路基板を接続し、この駆動回路基板に駆動回路を実装
したことを特徴とする請求項２乃至請求項７のいずれか
１項に記載のインクジェットヘッド。』である。

【００２２】この請求項８に記載の発明によれば、プリ
ント配線基板に別に設けた駆動回路基板を接続し、この
駆動回路基板に駆動回路を実装することで、駆動回路の
組付性が向上すると共に設計の自由度が拡大する。

【００２３】請求項９に記載の発明は、『前記プリント
配線基板上に駆動回路を実装し、この駆動回路と前記駆
動電極とを接続したことを特徴とする請求項１乃至請求
項７のいずれかに記載のインクジェットヘッド。』であ
る。

【００２４】この請求項９に記載の発明によれば、プリ
ント配線基板上に駆動回路を実装し、この駆動回路と駆
動電極とを接続するから、駆動電極の取出が簡単且つ確
実であり、低コストでコンパクトである。

【００２５】請求項１０に記載の発明は、『前記プリン
ト配線基板に前記インク室と連通するインク供給路を形
成したことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれ
かに記載のインクジェットヘッド。』である。

【００２６】この請求項１０に記載の発明によれば、プ
リント配線基板にインク室と連通するインク供給路を形
成したから、インクの供給配管が容易である。

【００２７】請求項１１に記載の発明は、『貫通孔に配
線を設けたプリント配線基板と、圧電素子とを接着し、
この接着後に圧電素子側からインク室を加工し前記プリ
ント配線基板の表面を薄く切削し、前記貫通孔の配線を
露出させ、前記インク室の内壁に駆動電極を形成して前
記配線と接続し、前記圧電素子にカバー体を接着してイ
ンク室を塞ぐことを特徴とするインクジェットヘッドの
製造方法。』である。

【００２８】この請求項１１に記載の発明によれば、駆
動部分の直下にて外部の駆動回路と接続するので接続に
よる静電容量は無視でき、駆動電源の軽減ができ、しか
も駆動電極を付ける時に同時に駆動回路の配線に接続で
きるので、特別の接続工程を省くことができ、高速駆動
が可能で、しかも高画質の画像記録を行なうことが可能
で、かつ駆動電極の取出が簡単且つ確実であり、低コス
トでコンパクト化が可能である。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、この発明のインクジェット
ヘッド及びインクジェットヘッドの製造方法の実施の形
態を挙げて説明するが、この発明の態様はこれに限定さ
れない。

【００３０】図１はシェブロン型のインクジェットヘッ
ドを備えるプリンタを示す図、図２はシェブロン型のイ
ンクジェットヘッドの駆動電極の取出を示す図である。

【００３１】この実施の形態のプリンタ１は、インクジ
ェットヘッド２、インク供給部３及び駆動部４を備えて
いる。インクジェットヘッド２は、圧電素子２０，２
１、プリント配線基板２２、カバー体２３、ノズルプレ
ート２４及び隔壁シート２５を有している。圧電素子２
０，２１には、インク室２６と空気室２７が交互に形成
され、このノズルプレート２４にはインク室２６と対応
する位置にノズル孔２８が形成され、また隔壁シート２
５にはインク室２６と対応する位置にインク供給孔２９
が形成されている。

【００３２】インク供給部３には、インク溜り３０が備
えられ、このインク溜り３０からインクがフィルタ３
１、インク供給通路３２を介してインク供給孔２９に導
かれる。プリント配線基板２２には、インク室２６と空
気室２７と対応する位置に貫通孔４０が形成され、この
貫通孔４０には配線４１が設けられている。インク室２
６と空気室２７を区画する隔壁２０ａ，２１ａには、駆
動電極５０が設けられ、この駆動電極５０は底部まで設
けられ、プリント配線基板２２に設けられた取出配線４
２と接続されている。

【００３３】駆動部４には、駆動回路基板５１が設けら
れ、この駆動回路基板５１はフレキシブル配線基板で構
成されて取出配線４２に接続されている。駆動回路基板
５１には駆動回路５２が実装され、駆動回路５２は駆動
ＩＣで構成されている。駆動回路５２は保護シート５３
によりカバーされている。

【００３４】このシェブロン型のインクジェットヘッド
２の製造は、予めプリント配線基板２２の貫通孔４０に
配線４１を設け、また予め圧電素子２０と圧電素子２１
とを接着し、このプリント配線基板２２と圧電素子２０
とを接着する。この接着後に、圧電素子２０，２１側か
ら所定間隔で溝を形成し、インク室２６と空気室２７と
を交互に形成する加工を行なう。この所定間隔で溝を形
成する加工でプリント配線基板２２の表面を薄く切削
し、貫通孔４０の配線４１を露出させる。

【００３５】インク室２６と空気室２７を区画する隔壁
２０ａ，２１ａに駆動電極５０を形成し、この駆動電極
５０を配線４１と接続する。その後に、圧電素子２１に
カバー体２３を接着し、さらにノズルプレート２４及び
隔壁シート２５を接着してインク室２６と空気室２７を
塞ぐ。

【００３６】駆動電極５０及び配線４１となる金属は、
金、銀、アルミニウム、パラジウム、ニッケル、タンタ
ル、チタンを用いることができ、特に、電気的特性、加
工性の点から、金、アルミニウムが良く、メッキ、蒸
着、スパッタで形成される。なお、配線４１は、プリン
ト配線基板２２の貫通孔４０を電極金属ペーストをスク
リーン印刷で埋めた後、乾燥・焼成させて形成すること
が好ましい。また、基板２２を複数のセラミックグリー
ンシートを重ねて焼成して作成する場合は、焼成前にス
クリーン印刷で貫通孔４０を埋めることにより形成する
ことが好ましい。駆動電極５１は、溝加工された２０，
２１の壁面にアルミの斜方蒸着で形成することが好まし
く、その際に、露出されたされた配線４１の表面上へも
被膜が形成されるので自動的に強固な接続ができる。ま
た、駆動電極５１を無電解Ｎｉメッキ＋Ａｕメッキで形
成する際も、同様に強固な接続ができる。メッキが不要
な部分は、マスキングテープまたは、メッキ後のレーザ
ーカッティングで除去できる。

【００３７】このプリンタ１では、インク供給部３のイ
ンクタンク３０からインクがインクジェットヘッド２の
インク供給孔２９よりインク室２６に供給され、インク
供給孔２９はノズル孔２８と対向する位置に形成されて
いる。

【００３８】駆動部４の駆動回路５２を駆動し、駆動回
路基板５１から取出配線４２、配線４１を介して駆動電
極５０に電圧を印加すると、インク室２６と空気室２７
を区画する隔壁２０ａ，２１ａがせん断変形して、イン
ク室２６内のインクがノズル孔２８から吐出する。

【００３９】このように駆動電極５０をインク室２６と
空気室２７の底部側に設けられた駆動回路５２からの配
線４１に接続し、駆動部分の直下にて外部の駆動回路５
２と接続するので接続による静電容量は無視でき、発熱
量が少ないことから駆動電源の軽減ができて高速駆動が
可能で、高画質の画像記録を行なうことが可能な高集積
ノズルヘッドのラインヘッドが実現可能、プリンタの電
源の小型化・小電力となる。また、駆動電極５０の取出
が簡単且つ確実であり、低コストでコンパクトであり、
高速、高精細高画質の小型プリンタとなる。

【００４０】また、駆動回路５２からの配線にプリント
配線基板２２を用い、このプリント配線基板２２上に圧
電素子２０，２１を設け、インク室２６と空気室２７を
配線位置に合わせて配線４１が露出するように形成し、
駆動電極５０を隔壁２０ａ，２１ａに形成する時に駆動
電極５０と配線４１を接続するから、従来のようにワイ
ヤーボンディングや半田付けといった工程が不要で、駆
動電極５０を付ける時に同時に駆動回路５２との配線４
１の接続ができるので配線工程を省くことができ、駆動
電極５０の取出が簡単且つ確実であり、低コストでコン
パクトである。

【００４１】インク室２６でも空気室２７でも、溝加工
時に基板２２の配線４１の上表面一部を同時に削り取る
ことにより、削る深さがバラツイていても必ず露出させ
ることができるので接続不良を確実に防止できる。

【００４２】プリント配線基板２２はヤング率が圧電素
子２０，２１より大きな材料で形成され、例えば非圧電
性セラミックスで形成され、インク室２６と空気室２７
の隔壁２０ａ，２１ａをせん断変形させても圧電素子２
０，２１を確実に支持することができる。非圧電性セラ
ミックスとして、アルミナ、窒化アルミニウム、ジルコ
ニア、シリコン、窒化シリコン、シリコンカーバイド、
石英の少なくとも１つから選ばれ、圧電素子を確実に支
持することができる。

【００４３】また、プリント配線基板２２は、インク室
の底となる面が平滑面としており、プリント配線基板２
２と圧電素子２０とを接着する接着剤層を薄くでき、両
者の剛体を維持でき、吐出効率を高められる。

【００４４】また、プリント配線基板２２と、このプリ
ント配線基板２２とは別に設けた駆動回路基板５１を接
続し、この駆動回路基板５１に駆動回路５２を実装する
ことで、駆動回路５２の組付性が向上すると共に設計の
自由度が拡大する。

【００４５】また、カバー体２３は、非圧電性セラミッ
クスで形成され、この非圧電性セラミックスとして例え
ばアルミナが用いられる。

【００４６】次に、プリント配線基板２２上に駆動回路
５２を実装し、この駆動回路５２と駆動電極５０とを接
続する実施の形態を図３及び図４に示す。図３はシェブ
ロン型のインクジェットヘッドを備えるプリンタを示す
図、図４はシェブロン型のインクジェットヘッドの駆動
電極の取出を示す図である。

【００４７】この実施の形態では、厚いプリント配線基
板２２と薄いプリント配線基板２２を２枚積層し、この
薄いプリント配線基板２２にはインク室２６と空気室２
７とに対向する位置に凹部２２ｂが形成され、この凹部
２２ｂに配線４１が形成されている。圧電素子２０，２
１に溝加工してインク室２６と空気室２７を配線位置に
合わせて配線４１が露出するように形成し、駆動電極５
０を隔壁２０ａ，２１ａに形成する時に駆動電極５０と
配線４１を接続する。厚いプリント配線基板２２に駆動
回路５２を実装し、この駆動回路５２を配線４１と接続
し、駆動回路５２が配線４１を介して駆動電極５０に接
続される。ガラスエポキシ構造のプリント回路基板２２
の厚い層、薄い層の２層構成とすることにより、０．３
−３ｍｍ厚の厚い基板に容易に低コストで精度良くパタ
ーン電極４１を設けることができ、また、０．０５−
０．３ｍｍの薄い基板に凹部２２ｂを加工し、接着する
ことにより、駆動電極５０との接続を容易に、且つ確実
に行える。

【００４８】このようにプリント配線基板２２上に駆動
回路５２を実装し、この駆動回路５２と駆動電極５０と
を接続するから、駆動電極５０の取出が簡単且つ確実で
あり、低コストでコンパクトである。

【００４９】次に、プリント配線基板２２上に駆動回路
５２を実装し、この駆動回路５２と駆動電極５０とを接
続する他の実施の形態を図５に示す。図５はシェブロン
型のインクジェットヘッドを備えるプリンタを示す図で
ある。

【００５０】この実施の形態では、プリント配線基板２
２には駆動電極５０と反対側に取出配線５５が形成さ
れ、プリント配線基板２２に実装された駆動回路５２が
取出配線５５に接続されている。取出配線５５は、プリ
ント配線基板２２の貫通孔４０に設けられた配線４１に
接続されている。さらに、駆動回路５２には外部取出配
線５６が接続され、この外部取出配線５６にはフレキシ
ブル基板５７が接続され、このフレキシブル基板５７は
外部の制御部等に接続される。駆動ＩＣを直接回路基板
へ実装することにより、別途該ＩＣをフレキシブル基板
やプリント基板と２次接続をせずにコンパクトなヘッド
が提供できる。コンパクトなヘッドにより、プリンタに
搭載する時のキャリッジの寸法や重さを軽減することが
でき、高速、小型、かつ軽量なプリンタを構成すること
が可能となる。このようにプリント配線基板２２上に駆
動回路５２を実装し、この駆動回路５２と駆動電極５０
とを接続するから、駆動電極５０の取出が簡単且つ確実
であり、低コストでコンパクトである。

【００５１】次に、プリント配線基板２２上に駆動回路
５２を実装し、この駆動回路５２と駆動電極５０とを接
続するさらに他の実施の形態を図６に示す。図６（ａ）
はシェブロン型のインクジェットヘッドの平面図、図６
（ｂ）はシェブロン型のインクジェットヘッドの断面図
である。

【００５２】この実施の形態では、プリント配線基板２
２には駆動電極５０と反対側に取出配線５７が形成さ
れ、プリント配線基板２２に実装された駆動回路５２が
取出配線５７に接続されている。取出配線５７は、プリ
ント配線基板２２の貫通孔４０に設けられた配線４１に
接続されている。さらに、駆動回路５２には外部取出配
線５８が接続されている。

【００５３】駆動回路５２と、取出配線５７及び外部取
出配線５８とは、図６（ｂ）に示すように異方性導電膜
５９を介して接続され、プリント配線基板２２上に駆動
回路５２を実装し、この駆動回路５２と駆動電極５０と
を接続するから、駆動電極５０の取出が簡単且つ確実で
あり、低コストでコンパクトである。

【００５４】次に、プリント配線基板２２に駆動回路５
２を実装し、この駆動回路５２と駆動電極５０とを接続
するさらに他の実施の形態を図７に示す。図７はシェブ
ロン型のインクジェットヘッドの断面図である。

【００５５】この実施の形態では、プリント配線基板２
２が３層の多層構成であり、この３層のプリント配線基
板２２には貫通孔４０に設けられ、この貫通孔４０に設
けた配線４１が駆動電極５０に接続されている。

【００５６】下側と内側のプリント配線基板２２の間に
駆動回路５２を構成する駆動ＩＣが埋め込まれている。
また、内側のプリント配線基板２２には、抵抗体８０や
コンデンサ８１が埋め込まれ、さらに内側及び下側のプ
リント配線基板２２には接続配線４８が設けられ、さら
に下側のプリント配線基板２２には接続配線４８に接続
してコネクタ８２が組付けられている。配線４１ｂは、
配線基板２２ａと２２ｂの界面Ａに設けられた電極パタ
ーン（図示せず）と接続され、配線基板２２ｂの配線４
８を経て配線基板２２ｂと２２ｃの界面Ｂに設けられた
電極パターン（図示せず）に接続されて配線基板２２ｃ
中にざぐって埋め込まれた駆動ＩＣ５２と接続される。
同様に配線４１ｂは配線基板２２ｂと２２ｃの界面Ｂに
設けられた電極パターン（図示せず）と接続され、配線
基板２２ｃ中にざぐって埋め込まれた駆動ＩＣと接続さ
れる。

【００５７】このようにプリント配線基板２２を多層構
成にし、駆動回路５２を構成する駆動ＩＣを多層構成の
プリント配線基板２２に埋め込むことで、ヘッド駆動に
必要な駆動ＩＣ、及び抵抗、コンデンサ、サーミスタ、
コイル、コネクタ等のあらゆる電子部品を含む駆動回路
を、一体の構造に組み立てることができる。これによ
り、駆動電極５０の取出が簡単且つ確実であり、低コス
トでコンパクトであり、信頼性の高いヘッドとすること
ができる。

【００５８】次に、プリント配線基板２２にインク室２
６と連通するインク供給路７０を形成した実施の形態を
図８に示す。図８はシェブロン型のインクジェットヘッ
ドを備えるプリンタを示す図である。

【００５９】この実施の形態では、図１及び図２と同じ
符号を付した部材は同様に構成されるから説明を省略す
る。この実施の形態では、プリント配線基板２２にイン
ク室２６と連通するインク供給路７０を形成し、このイ
ンク供給路７０にインク供給体７１に形成したインク供
給通路７２を接続し、さらにインク供給通路７２にイン
クチューブ７３を接続している。

【００６０】このインク供給路７０の径は、１０〜５０
０μｍが好ましく、さらに１００〜２００μｍがより好
ましい。また、インク供給路７０の内壁は有機保護層で
覆われ、プリント配線基板２２がインクにより腐食され
ないようになっている。このようにプリント配線基板２
２にインク室２６と連通するインク供給路７０を形成し
たから、インクの供給配管が容易である。

【００６１】次に、プリント配線基板２２の実施例を図
９に示す。図９（ａ）はプリント配線基板の平面図、図
９（ｂ）はプリント配線基板の断面図、図９（ｃ）はプ
リント配線基板の底面図である。

【００６２】この実施の形態のプリント配線基板は、Ｌ
ＴＣＣ無収縮基板が用いられ、板厚が０．６３５ｍｍで
ある。配線パターンは、ラインピッチが１４０±５μ
ｍ、貫通孔の配線ピッチが１４０±５μｍ、ライン幅７
０±１０μｍ、貫通孔の配線径７０±５μｍである。

【００６３】ＬＴＣＣ無収縮基板は、例えばデュポンｇ
ｒｅｅｎｔａｐｅ＃９５１が用いられる。収縮率は
０．１±０．００５％以下であり、配線パターンの精
度、位置累積は±１〜±５μｍである。平滑性は１０μ
ｍ／１０ｍｍ以下であり、接着性、接着強度、圧電素子
感度がある。また、ＬＴＣＣ無収縮基板は、多層配線が
可能でり、回路基板内に抵抗、コンデンサを埋め込むこ
とができ、またサグリで凹部を形成し、駆動ＩＣを設け
ることができる。ここで、平滑性が１０μｍ／１０ｍｍ
以下とは、触針式表面粗さ計（例えば、タリステップ社
製）で測定し、任意の方向の１０ｍｍ長の測定幅で表面
粗さＲａが１０μｍ以下であることをいう。

【００６４】ＬＴＣＣ無収縮基板の特性値として、誘電
率は７．８ａｔ１０ＭＨｚ、熱膨張係数は、好ましくは
１０ｐｐｍ／ｄｅｇ以下、より好ましくは、６ｐｐｍ／
ｄｅｇ以下であり（本実施の形態例では５．８ｐｐｍ／
ｄｅｇ）、熱伝導率は３０ｗ／ｍ−ｄｅｇ、ヤング率は
２００ＧＰａである。パターン導体の厚さは３０μｍ
以下、好ましく１０μｍ以下、より好ましくは５μｍ以
下であり、接着性が得られる。

【００６５】前記の実施の形態では、シェブロン型のイ
ンクジェットヘッドについて説明たが、カンチレバー型
のインクジェットヘッドにも同様に実施することができ
る。また、インク室と空気室とを交互に形成した実施の
形態について説明したが、空気室を設けないでインク室
を形成したインクジェットヘッドにも同様に実施するこ
とができる。

【００６６】このカンチレバー型のインクジェットヘッ
ド及びシェブロン型のインクジェットヘッドでは、非圧
電性セラミックス基板として、アルミナ、窒化アルミニ
ウム、ジルコニア、シリコン、窒化シリコン、シリコン
カーバイド、石英の少なくとも１つから選ばれることが
好ましく、インク室の隔壁をせん断変形させても分極し
た圧電性セラミックスを確実に支持することができる。

【００６７】また、圧電性セラミックスとして、ＰＺ
Ｔ、ＰＬＺＴ等のセラミックスで、主にＰｂＯｘ、Ｚｒ
Ｏｘ、ＴｉＯｘの混合微結晶体に、ソフト化剤又はハー
ド化剤として知られる微量の金属酸化物、例えばＮｂ、
Ｚｎ、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｌａ、Ｃｒ等の酸化物を含む
ものが好ましい。

【００６８】ＰＺＴは、チタン酸ジルコン酸鉛であり、
充填密度が大きく、圧電性定数が大きく、加工性が良い
ので好ましい。ＰＺＴは、焼成後、温度を下げると、急
に結晶構造が変化して、原子がズレ、片側がプラス、反
対側がマイナスという双極子の形の、細かい結晶の集ま
りになる。こうした自発分極は方向がランダムで、極性
を互いに打ち消しあっているので、更に分極処理が必要
となる。

【００６９】分極処理は、ＰＺＴの薄板を電極で挟み、
シリコン油中に漬けて、１０〜３５ｋｖ／ｃｍ程度の高
電界を掛けて、分極する。分極したＰＺＴに分極方向に
直角に電圧を掛けると、側壁が圧電滑り効果により、斜
め方向に、くの宇形に、剪断変形して、インク室の容積
が膨張する。

【００７０】次に、非圧電性セラミックス基板と圧電性
セラミックスの物性値について説明する。

【００７１】圧電性セラミックスの密度〔ｇ／ｃｍ²〕
は、８．２であり、非圧電性セラミックス基板の密度
〔ｇ／ｃｍ²〕は、３以下としているが、非圧電性セラ
ミックス基板の密度〔ｇ／ｃｍ²〕は、より小さく例え
ば半分以下が好ましく、ヘッド全体が軽くなり、コンパ
クトなヘッドができる。

【００７２】圧電性セラミックスのヤング率又は弾性係
数〔ＧＰａ〕は、６５であり、非圧電性セラミックス基
板のヤング率〔ＧＰａ〕は、１９０〜３９０としている
が、非圧電性セラミックス基板のヤング率〔ＧＰａ〕
は、より大きく例えば２００以上が好ましく、圧電性セ
ラミックスの隔壁の変位を強固に支えることができ、か
つ自身の変形が少ないために、効率的な駆動ができ、低
電圧化が可能である。

【００７３】圧電性セラミックスの熱膨張係数〔ｐｐｍ
／ｄｅｇ〕は、２であり、非圧電性セラミックス基板の
熱膨張係数〔ｐｐｍ／ｄｅｇ〕は、０．６〜７として
いるが、両者の差が５以下、より好ましくは３以下であ
り、駆動時の発熱や、環境温度の変化に伴い、基板間の
膨張によるそりやストレスでの破壊を防止できる。

【００７４】圧電性セラミックスの熱伝導率〔Ｗ／ｃｍ
・ｄｅｇ〕は、０．０１であり、非圧電性セラミック
ス基板の熱伝導率〔Ｗ／ｃｍ・ｄｅｇ〕は、０．０３〜
０．３としているが、非圧電性セラミックス基板の熱伝
導率〔Ｗ／ｃｍ・ｄｅｇ〕は、より大きく、大きいほど
好ましく、圧電性セラミックスの駆動時に発生する熱を
非圧電性セラミックス基板を通して外部へ逃がすことが
できる。

【００７５】圧電性セラミックスの誘電率は、３，００
０であり、非圧電性セラミックス基板の誘電率は、４．
０〜５０としているが、非圧電性セラミックス基板の
誘電率は、小さいほど好ましく、好ましくは１０以下で
あり、圧電性セラミックスを駆動するための電極パター
ンを非圧電性セラミックス基板上に設置することによ
り、圧電性セラミックス自身の容量に加えて付加的な容
量を発生させるので、インク室の容量を増大させ、発熱
量を増大させ、駆動効率を低下させる。従って、非圧電
性セラミックスの誘電率が小さい程付加容量を小さくで
きる。

【００７６】圧電性セラミックスの硬度〔Ｈｖ〕は、５
００であり、非圧電性セラミックス基板の誘電率は、
１，０００以上としているが、非圧電性セラミックス基
板の誘電率は、より大きく、好ましくは１倍以上、より
好ましくは１．５倍以上であり、製造工程での欠け等で
歩溜り劣化を防止できる。

【００７７】圧電性セラミックスの曲げ強さ〔Ｋｇｆ／
ｃｍ²〕は、１，０００であり、非圧電性セラミックス
基板の曲げ強さ〔Ｋｇｆ／ｃｍ²〕は、３，０００〜
９，０００としているが、非圧電性セラミックス基板の
曲げ強さ〔Ｋｇｆ／ｃｍ²〕は、より大きく、好ましく
は２倍以上以上であり、非圧電性セラミックス基板のそ
りや曲げに強い程、長尺のインクジェットヘッドを安定
して作成できる。

【００７８】圧電性セラミックスの体積抵抗率〔Ω・ｃ
ｍ〕は、１であり、非圧電性セラミックス基板の体積抵
抗率〔Ω・ｃｍ〕は、７〜１０としているが、非圧電
性セラミックス基板の体積抵抗率〔Ω・ｃｍ〕は、より
大きいことが好ましく、電子デバイスとしてのリーク電
流を減らすために大きい程良い。

【００７９】また、非圧電性セラミックス基板と圧電性
セラミックスとの間の接着表面の表面粗さＲａは、１．
０μｍ以下であり、好ましくは０．３μｍ以下、更に好
ましくは０．１μｍが好ましく、接着表面の表面粗さＲ
ａが１．０μｍを越えると、接着面に柔軟性の高分子接
着剤（例えばエポキシ樹脂）が多数入り込み、圧電性セ
ラミックスの駆動力が低下し、感度低下、電圧上昇を引
き起こし、好ましくない。

【００８０】また、非圧電性セラミックス基板と圧電性
セラミックスとの間の接着表面は、プラズマ処理または
ＵＶ処理される。プラズマ処理は、真空チャンバー中に
非圧電性セラミックス基板や圧電性セラミックスを置
き、Ａｒ、Ｎ₂、Ｏ₂ の１つまたはは混合ガスを注入
し、外部からの電磁界で、プラズマ状態にする処理であ
り、表面のエッチング性を高めるために、ＣＦ₄等のフ
ッ素系炭化水素ガスを用いても良い。また、ＵＶ処理は
紫外線発光ランプを直接非圧電性セラミックス基板や圧
電性セラミックスに照射する処理であり、オゾンでのク
リーニング効果を出すために、Ｏ₂雰囲気下でも良い。

【００８１】このように接着表面をプラズマ処理及びＵ
Ｖ処理をすることにより、有機物汚染を洗浄除去でき、
表面全体への接着剤のぬれ性を向上させ、微小な泡残り
等の接着不良を排除でき、それにより、圧電性セラミッ
クスの駆動不良をなくし、安定なインクジェットヘッド
を製造できる。なお、上記実施の形態においては、イン
クジェットヘッドが、インク室２６と空気室２７を有す
る場合について説明したが、空気室２７を設けずにイン
ク室２６のみを設け、３相で駆動するインクジェットヘ
ッドにも適用可能である。

【００８２】

【発明の効果】前記したように、請求項１に記載の発明
では、駆動電極をインク室の底部側に設けられた駆動回
路からの配線に接続し、駆動部分の直下にて外部の駆動
回路と接続するので接続による静電容量は無視でき、発
熱量が少ないことから駆動電源の軽減ができて高速駆動
が可能で、高画質の画像記録を行なうことが可能な高集
積ノズルヘッドのラインヘッドが実現可能、プリンタの
電源の小型化・小電力となる。また、駆動電極の取出が
簡単且つ確実であり、低コストでコンパクトであり、高
速、高精細高画質の小型プリンタとなる。

【００８３】請求項２に記載の発明では、プリント配線
基板上に圧電素子を設け、インク室を配線位置に合わせ
て配線が露出するように形成し、駆動電極を隔壁に形成
する時に駆動電極と配線を接続するから、従来のように
ワイヤーボンディングや半田付けといった工程が不要
で、駆動電極を付ける時に同時に駆動回路との配線の接
続ができるので配線工程を省くことができ、駆動電極の
取出が簡単且つ確実であり、低コストでコンパクトであ
る。

【００８４】請求項３に記載の発明では、プリント配線
基板はインク室と対応する位置に貫通孔を有し、この貫
通孔に設けた配線と駆動電極を接続するから、インク室
の加工時の深さ誤差でプリント配線基板の配線パターン
を加工する時に削り取り接続不良となるのを防止でき
る。

【００８５】請求項４に記載の発明では、ヤング率が圧
電素子より大きな材料でプリント配線基板を形成したか
ら、インク室の隔壁をせん断変形させても圧電素子を確
実に支持することができる。

【００８６】請求項５に記載の発明では、プリント配線
基板を非圧電性セラミックスで形成したから、インク室
の隔壁をせん断変形させても圧電素子を確実に支持する
ことができる。

【００８７】請求項６に記載の発明では、非圧電性セラ
ミックスが、アルミナ、窒化アルミニウム、ジルコニ
ア、シリコン、窒化シリコン、シリコンカーバイド、石
英の少なくとも１つから選ばれ、圧電素子を確実に支持
することができる。

【００８８】請求項７に記載の発明では、プリント配線
基板のインク室の底となる面が平滑面であるから、プリ
ント配線基板と圧電素子とを接着する接着剤層を薄くで
き、両者の剛体を維持でき、吐出効率を高められる。

【００８９】請求項８に記載の発明では、プリント配線
基板に別に設けた駆動回路基板を接続し、この駆動回路
基板に駆動回路を実装することで、駆動回路の組付性が
向上すると共に設計の自由度が拡大する。

【００９０】請求項９に記載の発明では、プリント配線
基板上に駆動回路を実装し、この駆動回路と駆動電極と
を接続するから、駆動電極の取出が簡単且つ確実であ
り、低コストでコンパクトである。

【００９１】請求項１０に記載の発明では、プリント配
線基板にインク室と連通するインク供給路を形成したか
ら、インクの供給配管が容易である。

【００９２】請求項１１に記載の発明では、駆動部分の
直下にて外部の駆動回路と接続するので接続による静電
容量は無視でき、駆動電源の軽減ができ、しかも駆動電
極を付ける時に同時に駆動回路の配線に接続できるの
で、特別の接続工程を省くことができ、高速駆動が可能
で、しかも高画質の画像記録を行なうことが可能で、か
つ駆動電極の取出が簡単且つ確実であり、低コストでコ
ンパクト化が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】シェブロン型のインクジェットヘッドを備える
プリンタを示す図である。

【図２】シェブロン型のインクジェットヘッドの駆動電
極の取出を示す図である。

【図３】シェブロン型のインクジェットヘッドを備える
プリンタを示す図である。

【図４】シェブロン型のインクジェットヘッドの駆動電
極の取出を示す図である。

【図５】シェブロン型のインクジェットヘッドを備える
プリンタを示す図である。

【図６】シェブロン型のインクジェットヘッドを示す図
である。

【図７】シェブロン型のインクジェットヘッドの断面図
である。

【図８】シェブロン型のインクジェットヘッドを備える
プリンタを示す図である。

【図９】プリント配線基板の実施例を示す図である。

【符号の説明】

１プリンタ２インクジェットヘッド３インク供給部４駆動部２０，２１圧電素子２２プリント配線基板２３カバー体２４ノズルプレート２５隔壁シート２６インク室２７空気室２８ノズル孔２９インク供給孔４０貫通孔４１配線４２取出配線５０駆動電極５１駆動回路基板５２駆動回路

フロントページの続きＦターム(参考） 2C057 AF35 AG45 AG84 AG91 AG98 AP02 AP52 AP54 AP55 AP57 AQ02 AQ06 AQ10 BA03 BA14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電素子にインク室を設け、このインク室
を区画する隔壁に駆動電極を設け、この駆動電極に電圧
を印加して前記インク室を区画する隔壁をせん断変形さ
せてインクをノズル孔から吐出するインクジェットヘッ
ドであって、前記隔壁に設けられた駆動電極をインク室
の底部側に設けられた駆動回路からの配線に接続したこ
とを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】前記駆動回路からの配線にプリント配線基
板を用い、このプリント配線基板上に前記圧電素子を設
け、前記インク室を配線位置に合わせて配線が露出する
ように形成し、前記駆動電極を隔壁に形成する時に駆動
電極と配線を接続した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。
【請求項３】前記プリント配線基板は前記インク室と対
応する位置に貫通孔を有し、この貫通孔に設けた配線と
前記駆動電極を接続したことを特徴とする請求項２に記
載のインクジェットヘッド。
【請求項４】前記プリント配線基板はヤング率が圧電素
子より大きな材料で形成されたことを特徴とする請求項
２または請求項３に記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】前記プリント配線基板は非圧電性セラミッ
クスで形成されたことを特徴とする請求項２または請求
項４に記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】前記非圧電性セラミックスは、アルミナ、
窒化アルミニウム、ジルコニア、シリコン、窒化シリコ
ン、シリコンカーバイド、石英の少なくとも１つから選
ばれ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。
【請求項７】前記プリント配線基板の少なくともインク
室の底となる面を、平滑面としたことを特徴とする請求
項２乃至請求項６のいずれか１項に記載のインクジェッ
トヘッド。
【請求項８】前記プリント配線基板と、このプリント配
線基板とは別に設けた駆動回路基板を接続し、この駆動
回路基板に駆動回路を実装したことを特徴とする請求項
２乃至請求項７のいずれか１項に記載のインクジェット
ヘッド。
【請求項９】前記プリント配線基板上に駆動回路を実装
し、この駆動回路と前記駆動電極とを接続したことを特
徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のイン
クジェットヘッド。
【請求項１０】前記プリント配線基板に前記インク室と
連通するインク供給路を形成したことを特徴とする請求
項１乃至請求項９のいずれかに記載のインクジェットヘ
ッド。
【請求項１１】貫通孔に配線を設けたプリント配線基板
と、圧電素子とを接着し、この接着後に圧電素子側から
インク室を加工し前記プリント配線基板の表面を薄く切
削し、前記貫通孔の配線を露出させ、前記インク室の内
壁に駆動電極を形成して前記配線と接続し、前記圧電素
子にカバー体を接着してインク室を塞ぐことを特徴とす
るインクジェットヘッドの製造方法。