JP2001063050A - インクジェットプリンタヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ヘッドを構成する隔壁や駆動用電極の形成が比
較的容易であって、ヘッドの連続駆動において発熱が少
なく、しかも電力消費の少ない高速印字が可能なインク
ジェットプリンタヘッドを提供する。 【解決手段】底板11上に並設した複数の凸壁12上に、壁
部材13を接合して隔壁１と成し、各隔壁１間をインクの
流路２とした流路部材３と、前記流路２を形成する隔壁
１の側面及び底板11上に一体的に被着された駆動用電極
９と、前記隔壁１の頂面に接合され、各流路２を覆う天
板７とから成り、前記壁部材13を、チタン酸ジルコン酸
鉛、ランタンチタン酸ジルコン酸鉛、マグネシウムニオ
ブ酸鉛のいずれか一種を主成分とする分極処理した圧電
セラミックスにより形成し、前記凸壁１２及び底板１１
を、フォルステライト、ステアタイト、ジルコンのいず
れか一種を主成分とする絶縁性セラミックスにより形成
してインクジェットプリンタヘッドを構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インク吐出孔から
インク滴を吐出することにより、文字及び画像を印刷す
るするインクジェット方式のプリンタに搭載されるイン
クジェットプリンタヘッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、低ランニングコストでカラー化さ
れた画像や文字等の情報を印刷するプリンタとして、イ
ンクジェット方式のプリンタが広く使用されている。

【０００３】このインクジェット方式のプリンタに搭載
されるインクジェットプリンタヘッド（以下、ヘッドと
言う。）のうち、特にインクの流路を構成する隔壁を圧
電セラミックスにより形成し、この圧電セラミックスの
剪断モード変形を利用して隔壁を変形させ、流路内のイ
ンクを加圧してインク吐出孔よりインク滴を吐出させる
ようにした剪断モード型のヘッドは、耐久性及び応答性
に優れるとともに、直接インクを加熱しないため、イン
クの種類が限定されないといった利点がある。図５に従
来の剪断モード型のインクジェットプリンタヘッドを示
すように、このヘッド５０は、底板４４上に複数の隔壁
４１を並設し、これら隔壁４１間をインクの流路４２と
した、チタン酸ジルコン酸鉛等を主成分とする圧電セラ
ミックスから成る流路部材４３と、前記隔壁４１の頂面
に接着剤にて接合され、各流路４２へインクを導入する
ためのインク供給穴４５を備えた天板４６と、該天板４
６を備える流路部材４２の一方端側に接着剤にて接合さ
れ、各流路４２と連通するインク吐出孔４７を備えたノ
ズル板４８とから構成され、各隔壁４１の両側面上半分
には、その長手方向に沿って駆動用電極４９を被着した
ものがあった。なお、３９は駆動用電極４９と連通する
電極取出部である。

【０００４】そして、圧電セラミックスから成る隔壁４
１は、矢印の方向に分極処理が施されており、不図示の
制御回路によって駆動用電極４９に電圧を印加し、隔壁
４１内の厚み方向に電界を発生させて隔壁４１を形成す
る圧電セラミックスを剪断モード変形させると、隔壁４
１の上下端が拘束されていることから隔壁４１が水平方
向に屈曲変位し、流路４２内のインクを加圧してインク
吐出孔４７からインク滴が吐出されるようになってい
た。

【０００５】ところで、図５に示すヘッド５０では、隔
壁４１の側面に駆動用電極４９を被着するために、流路
部材４３の隔壁４１頂面にマスキングを施したあと、一
つの隔壁４１によって隣接する隔壁４１の側面下半分が
遮蔽されるように流路部材４３を傾けて設置し、その状
態でスパッタリング法、イオンプレーティング法、ある
いは蒸着法などの膜形成手段にて被着することにより、
隔壁４１の側面上半分に駆動用電極４９を形成する方法
がとられているが、かかる方法では、駆動用電極４９の
幅や厚みがばらつき、寸法精度の高い駆動用電極４９を
得ることが難しく、このようなヘッド５０を駆動させる
と、各流路４２内におけるインクの加圧特性が不均一と
なり、印刷文字や印刷画像の品質に影響を及ぼす恐れが
あった。そこで、このような問題を解消するため、図６
に示すヘッド６０が提案されている。

【０００６】このヘッド６０は、流路部材５３及び駆動
用電極５９が異なる以外は基本的に図５のヘッド５０と
同様の構造をしたもので、流路部材５３は、底板６１上
に複数の凸壁６２を所定の間隔を隔てて一体的に備える
とともに、各凸壁６２上に壁部材６３を接着剤にて接合
して隔壁５１と成し、これら隔壁５１間をインクの流路
５２としたもので、流路５２を構成する隔壁５１の側面
及び底板６１の上面には駆動用電極５９が被着され、底
板６１及び凸壁６２を、分極処理していないチタン酸ジ
ルコン酸鉛等を主成分とする圧電セラミックスより形成
するとともに、壁部材６３を、矢印の方向に分極処理し
たチタン酸ジルコン酸鉛等を主成分とする圧電セラミッ
クスより形成したものがあった。なお、６４は駆動用電
極５９に連通する電極取出部である。

【０００７】このヘッド６０によれば、駆動用電極５９
を、流路５２を構成する隔壁５１の側面から底板６１の
上面にわたって形成することができるため、駆動用電極
５９の形成時に流路部材５３を傾ける必要がなく、寸法
ばらつきの少ない駆動用電極５９を形成することができ
るといった利点があった。

【０００８】また、図５や図６のヘッド５０，６０より
インク滴の吐出速度が速く、吐出量の調整幅の広いヘッ
ドとして、図７に示すヘッド８０も提案されている。

【０００９】このヘッド８０は、図６のヘッド６０と同
様の構造をしたもので、底板８１及び凸壁８２を、上方
に分極処理したチタン酸ジルコン酸鉛等を主成分とする
圧電セラミックスより形成するとともに、壁部材８３
を、下方に分極処理したチタン酸ジルコン酸鉛等を主成
分とする圧電セラミックスより形成したものである。な
お、８４は駆動用電極７９と連通する電極取出部であ
る。

【００１０】このヘッド８０によれば、駆動用電極７９
に通電することにより、隔壁７１を構成する壁部材８３
及び凸壁８２をそれぞれ剪断モード変形させることがで
きるため、隔壁７１の屈曲変位量を大きくすることがで
き、インクの加圧特性を高めることができる。その為、
インク吐出孔４７から吐出されるインク滴の吐出速度を
高めることができるとともに、インクの加圧力を変化さ
せて吐出量を調整することができ、階調性を高めること
ができるといった利点があった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図６のヘッ
ド６０では、流路部材５３を構成する底板６１、凸壁６
２及び壁部材６３が圧電セラミックスにより形成され、
また駆動用電極５９が、流路５２を構成する隔壁５１の
側面から底板６１の上面にわたって被着されているた
め、底板６１及び凸壁６２での静電容量が図５のヘッド
５０よりも増加し、駆動に寄与しない底板６１及び凸壁
６２での電力消費が大きく、壁部材６３をなす圧電セラ
ミックスの剪断モード変形が小さくなるため、隔壁５１
を所定の変位量でもって駆動させるためには、印加電圧
を高くしなければならず、ヘッド６０駆動時の電力消費
が大きくなるといった課題があった。

【００１２】しかも、隔壁５１の連続駆動時間が長くな
ると、静電容量の増加に伴って発熱が大きくなり、流路
５２内のインクの粘性が低下するため、インクが吐出さ
れ易くなり、所定量のインク滴を安定して吐出させるこ
とができなくなり、印刷品質が低下する恐れがあった。

【００１３】また、圧電セラミックスは、アルミナセラ
ミックスなどと比較して誘電率が高いため、駆動に寄与
しない底板６１及び凸壁６２が圧電セラミックスにより
形成され、さらに駆動用電極５９が、流路５２を構成す
る隔壁５１の側面から底板６１の上面にわたって被着さ
れていると、駆動用電極５９に電圧を印加しても、駆動
部を成す壁部材６３に印加される電圧に遅れが生じ、そ
の結果、隔壁５１の変形も遅くなるというように、瞬間
的な電圧変化に対して隔壁５１を追従性良く屈曲変位さ
せることができないため、インク滴の吐出速度が遅くな
り、高速印刷に対応できないといった課題もあった。

【００１４】一方、図７のヘッド８０では、流路７２の
底部をなす底板８１が、分極処理された圧電セラミック
スからなるため、任意の流路７２に連通するインク吐出
孔４７からインク滴を吐出するため、任意の流路７２を
構成する隔壁７１の駆動用電極７９に通電して隔壁７１
を屈曲変位させると、前記駆動用電極７９に通電された
電圧によって底板８１が剪断モード変形を起こして隣接
する流路７２を変形させ、この変形量が大きい場合に
は、吐出させるべきインク吐出孔４７以外のインク吐出
孔４７からインク滴が吐出されるといった誤動作が発生
する恐れがあり、信頼性の点で問題があった。

【００１５】また、図７のヘッド８０においても、駆動
に寄与しない底板８１での電力消費が大きいため、隔壁
７１を所定の変位量でもって駆動させるためには、印加
電圧を高くしなければならず、ヘッド８０駆動時の電力
消費が激しく、また、隔壁７１の連続駆動時間が長くな
ると、発熱によって流路７２内のインクの粘性が低下し
てインクが吐出され易くなるといった恐れもあった。

【００１６】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上記課
題に鑑み、底板上に複数の凸壁を並設するとともに、該
凸壁上に壁部材を接合して隔壁と成し、該隔壁間をイン
クの流路とした流路部材と、前記流路を構成する隔壁の
側面及び平板の上面に一体的に被着された駆動用電極
と、前記隔壁の頂面に接合され、各流路を覆う天板とか
ら成り、前記隔壁を形成する壁部材を、チタン酸ジルコ
ン酸鉛、ランタンチタン酸ジルコン酸鉛、マグネシウム
ニオブ酸鉛のいずれか一種を主成分とする分極処理した
圧電セラミックスにより形成するとともに、前記隔壁を
構成する凸壁並びに底板を、フォルステライト、ステア
タイト、ジルコンのいずれか一種を主成分とする絶縁性
セラミックスにより形成してインクジェットプリンタヘ
ッドを構成したものである。また、本発明は、底板上に
複数の第１壁部材を所定の間隔を隔てて接合するととも
に、該第１壁部材上に第２壁部材を接合して隔壁と成
し、該隔壁間をインクの流路とした流路部材と、前記流
路を構成する隔壁の側面及び平板の上面に一体的に被着
された駆動用電極と、前記隔壁の頂面に接合され、各流
路を覆う天板とから成り、前記第１壁部材及び第２壁部
材を、それぞれ異なる方向に分極処理した、チタン酸ジ
ルコン酸鉛、ランタンチタン酸ジルコン酸鉛、マグネシ
ウムニオブ酸鉛のいずれか一種を主成分とする圧電セラ
ミックスにより形成するとともに、前記底板を、フォル
ステライト、ステアタイト、ジルコンのいずれか一種を
主成分とする絶縁性セラミックスにより形成してインク
ジェットプリンタヘッドを構成したものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。

【００１８】図１は本発明に係る第１のインクジェット
プリンタヘッドを示す部分破断斜視図、図２は図１にお
けるヘッドの駆動原理を説明するための部分断面図であ
り、底板１１上に複数の凸壁１２を所定の間隔を隔てて
一体的に並設するとともに、各凸壁１２上に壁部材１３
を接着剤にて接合して隔壁１と成し、各隔壁１間をイン
クの流路２とした流路部材３と、前記隔壁１の頂面に接
着剤にて接合され、各流路２へインクを導入するための
インク供給穴５を備えた天板６と、天板６を備えた流路
部材３の一方端側に接着剤にて接合され、各流路２と連
通するインク吐出孔７を備えたノズル板８とから構成し
てあり、各流路２を形成する隔壁１の側面及び底板１１
の上面には、その長手方向に沿って一体的に駆動用電極
９を被着してある。なお、１４は駆動用電極９と連通す
る電極取出部であり、また、流路部材３の他方端側は閉
じられた構造となっている。

【００１９】そして、このヘッド１０では、隔壁１を構
成する壁部材１３を、チタン酸ジルコン酸鉛、ランタン
チタン酸ジルコン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛のいず
れか一種を主成分とする圧電セラミックスにより形成す
るとともに、その長手方向にわたって矢印の方向に分極
処理を施しており、また隔壁１を構成する凸壁１２及び
底板１１を、フォルステライト、ステアタイト、ジルコ
ンのいずれか一種を主成分とする絶縁性セラミックスに
より形成したことを特徴とする。

【００２０】このヘッド１０により文字や画像を印刷す
るには、不図示の制御回路によって駆動用電極９に通電
し、隔壁１内の厚み方向に電界を発生させると、分極処
理された圧電セラミックスから成る壁部材１３は剪断モ
ード変形する。この時、隔部材１３の上下端は拘束され
ているため、図２のように隔壁１を水平方向に屈曲変位
させることができ、この隔壁１の変位によって流路２内
のインクを加圧することで、インク吐出孔７からインク
滴を吐出するようになっている。

【００２１】そして、本発明によれば、隔壁１の駆動部
をなす壁部材１３以外の底板１１及び凸壁１２は、壁部
材１３を形成する圧電セラミックスよりも誘電率の小さ
な絶縁性セラミックスにより形成してあることから、隔
壁１の側面から底板１１の上面にわたって駆動用電極９
が被着されていても電圧を印加すれば、壁部材１３に遅
れを生じることなく電圧を印加し、瞬間的な電圧変化に
対して追従性良く直ちに壁部材１３を剪断モード変形さ
せて隔壁１を屈曲変位させることができる。

【００２２】また、底板１１及び凸壁１２における静電
容量を小さくすることができるため、駆動時の電力消費
を低減できるとともに、隔壁１の連続駆動時間が長くな
っても、底板１１及び凸壁１２での発熱を抑えることが
できるため、流路２内のインクに悪影響を及ぼすことが
なく、所定量のインク滴を安定して吐出させることがで
きる。 かくして、本発明のインクジェットプリンタヘ
ッド１０を用いれば、信頼性が高く、高品質の文字や画
像を高速印刷することができる。

【００２３】しかも、底板１１及び凸壁１２を構成す
る、フォルステライト、ステアタイト、ジルコンのいず
れか一種を主成分とする絶縁性セラミックスは、ビッカ
ース硬度が６〜９ＧＰａ程度と、壁部材１３を構成する
チタン酸ジルコン酸鉛、ランタンチタン酸ジルコン酸
鉛、マグネシウムニオブ酸鉛のいずれか一種を主成分と
する圧電セラミックスのビッカース硬度（３〜６ＧＰ
ａ）に近似しており、また同程度の研削性を有すること
から、後述する流路部材３の製造過程において、隔壁１
に欠けや割れ等を発生させることなく、高精度の隔壁１
を形成することができる。

【００２４】次に、図１に示すヘッド１０の製造方法に
ついて説明する。

【００２５】まず、流路部材３を形成するため、フォル
ステライト、ステアタイト、ジルコンのいずれか一種を
主成分とする絶縁性セラミック板と、チタン酸ジルコン
酸鉛、ランタンチタン酸ジルコン酸鉛、マグネシウムニ
オブ酸鉛のいずれか一種を主成分とする厚み方向に分極
処理した圧電セラミック板とを用意し、両者を接着剤に
て接合したあと、ラップ加工等にて所定厚みに形成す
る。この時、圧電セラミック板の厚みは、隔壁１の駆動
部をなす壁部材１３の厚みとなるようにする。

【００２６】フォルステライト、ステアタイト、ジルコ
ンのいずれか一種を主成分とする絶縁性セラミック板を
製造するにあたっては、粉体原料として平均粒径が１μ
ｍ以下まで微粉砕したフォルステライト粉末、ステアタ
イト粉末、ジルコン粉末を用いることが好ましい。そし
て、これらの粉体原料に対し、ポリビニルアルコール等
のバインダー及び溶媒を適宜添加して泥しょうを作製
し、スプレードライヤーによって乾燥造粒して顆粒を製
作したあと、一軸加圧成形法やロールコンパクション法
によってシート状に成形するか、前記粉体原料に対して
アクリルエマルジョン系等のバインダー及び溶媒を適宜
添加した泥しょうを作製し、ドクターブレード法等のテ
ープ成形法にてシート状に成形する。

【００２７】そして、得られたシート状の成形体に機械
加工又は金型による打ち抜きによって所定寸法としたあ
と、約８００℃で脱脂し、次いで１２００℃前後の温度
で焼成すれば良い。

【００２８】次に、絶縁性セラミック板と接合した圧電
セラミック板の上面に、所定のマスキングを施したあ
と、ワイヤーソー等の研削加工やブラスト加工によっ
て、深さが絶縁性セラミックスまで及ぶ溝を所定の間隔
で刻設し、その溝を流路２とし、溝を構成する壁を隔壁
１とした流路部材３を形成する。

【００２９】この時、フォルステライト、ステアタイ
ト、ジルコンのいずれか一種を主成分とする絶縁性セラ
ミックスは、チタン酸ジルコン酸鉛、ランタンチタン酸
ジルコン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛のいずれか一種
を主成分とする圧電セラミックスと硬度が近似してお
り、また同程度の研削性を有することから、隔壁１に欠
けや割れ等を発生させることなく、厚み幅が４０μｍ〜
１２０μｍと薄肉の隔壁１を高精度に形成することがで
きる。なお、絶縁性セラミックスは気孔率が２％以下で
あるものが好ましい。

【００３０】しかるのち、流路２を構成する隔壁１の側
面及び底板１１の上面に、スパッタリング法やイオンプ
レーティング法などの乾式法、あるいは無電解メッキ法
などの湿式法を用い、例えば、白金、金、パラジウム、
ロジウム、ニッケル、アルミニウム等の金属あるいは白
金−金、パラジウム−銀、白金−パラジウム等を主体と
する合金を被着して駆動用電極９を形成するとともに、
電極取出部１４を形成したあと、マスクを除去し、しか
るのち隔壁１の頂面に接着剤にてインク供給穴５を備え
た天板６を接合するとともに、天板６を備えた流路部材
３の開放端に、インク吐出孔７を備えたノズル板８を接
着剤にて接合することにより、本発明のヘッド１０を製
造することができる。

【００３１】次に、本発明の他の実施形態について説明
する。

【００３２】図３は本発明に係る第２のインクジェット
プリンタヘッドを示す斜視図、図４は図３におけるヘッ
ドの駆動原理を説明するための部分断面図であり、複数
の微小凸壁を所定の間隔を隔てて一体的に並設した底板
３１の前記各微小凸壁上に、第１壁部材３２を接着剤に
て接合するとともに、各第１壁部材３２上に第２壁部材
３３を接着剤にて接合して隔壁２１と成し、各隔壁２１
間をインクの流路２２とした流路部材２３と、前記隔壁
２１の頂面に接着剤にて接合され、各流路２２へインク
を導入するためのインク供給穴５を備えた天板６と、天
板６を備えた流路部材２３の一方端側に接着剤にて接合
され、各流路２２と連通するインク吐出孔７を備えたノ
ズル板８とから構成してあり、各流路２２を形成する隔
壁２１の側面及び底板３１の上面には、その長手方向に
沿って一体的に駆動用電極９を被着してある。なお、３
４は駆動用電極９と連通する電極取出部であり、また、
流路部材２３の他方端側は閉じられた構造となってい
る。

【００３３】そして、このヘッド３０では、隔壁２１を
構成する第２壁部材３３を、チタン酸ジルコン酸鉛、ラ
ンタンチタン酸ジルコン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛
のいずれか一種を主成分とする圧電セラミックスにより
形成し、その長手方向にわたって矢印の方向に分極処理
を施すとともに、隔壁２１を構成する第１壁部材３２
を、チタン酸ジルコン酸鉛、ランタンチタン酸ジルコン
酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛のいずれか一種を主成分
とする圧電セラミックスにより形成し、その長手方向に
わたって矢印の方向に分極処理を施し、さらに底板３１
を、フォルステライト、ステアタイト、ジルコンのいず
れか一種を主成分とする絶縁性セラミックスにより形成
したことを特徴とする。

【００３４】このヘッド３０により文字や画像を印刷す
るには、不図示の制御回路によって駆動用電極９に通電
し、隔壁２１内の厚み方向に電界を発生させると、分極
処理された圧電セラミックスから成る第１壁部材３２及
び第２壁部材３３はそれぞれ剪断モード変形する。この
時、隔壁２１の上下端は拘束されているため、隔壁２１
が図４のように水平方向に屈曲変位し、この隔壁２１の
変位によって流路２２内のインクを加圧することができ
るため、インク吐出孔７からインク滴を吐出するように
なっている。

【００３５】そして、このヘッド３０によれば、隔壁２
１を形成する第１壁部材３２及び第２壁部材３３の両方
を剪断モード変形させることができるため、隔壁２１の
変位量を図１のヘッド１０より大きくできるため、イン
ク滴の吐出速度を高めることができるとともに、吐出量
の調整幅が大きくなるため、インク滴の吐出 量を調整
することで印刷文字や印刷画像の階調性を高めることが
でき、より一層鮮明なカラー印刷が可能である。

【００３６】また、底板３１を前記絶縁性セラミックス
により形成してあることから、任意の流路２２に連通す
るインク吐出孔７からインク滴を吐出させるため、任意
の流路２２を形成する隔壁２１の側面及び底板３１の上
面に被着された駆動用電極９に通電して隔壁２１を屈曲
変位させても、前記駆動用電極９に通電された電圧によ
って底板３１が変形するようなことはないため、隣接す
る流路２２を変形させることがなく、吐出させるべきイ
ンク吐出孔７のみからインク滴を吐出させることができ
るため、従来のような誤動作を生じることはなく、信頼
性の高いヘッド３０とすることができる。

【００３７】さらに、底板３１での静電容量を抑えるこ
とができるため、駆動時の電力消費を図７に示す従来の
ヘッド８０よりも低減でき、小電力駆動を実現できると
ともに、隔壁２１の連続駆動時間が長くなっても、底板
３１での発熱を抑えることができるため、流路２２内の
インクに悪影響を及ぼすことが少なく、所定量のインク
滴を安定して吐出させることができる。

【００３８】さらに、底板１１を構成する、フォルステ
ライト、ステアタイト、ジルコンのいずれか一種を主成
分とする絶縁性セラミックスは、前述したように、第１
壁部材３２及び第２壁部材３３を形成する、チタン酸ジ
ルコン酸鉛、ランタンチタン酸ジルコン酸鉛、マグネシ
ウムニオブ酸鉛のいずれか一種を主成分とする圧電セラ
ミックスと硬度が近似し、かつ同程度の研削性を有する
ことから、後述する流路部材２３の製造過程において、
隔壁２１に欠けや割れ等を発生させることなく、高精度
の隔壁２１を形成することができる。

【００３９】次に、このヘッド３０の製造方法について
説明する。

【００４０】まず、流路部材２３を形成するため、フォ
ルステライト、ステアタイト、ジルコンのいずれか一種
を主成分とする絶縁性セラミック板上に、チタン酸ジル
コン酸鉛、ランタンチタン酸ジルコン酸鉛、マグネシウ
ムニオブ酸鉛のいずれか一種を主成分とする厚み方向に
分極処理した圧電セラミック板を接着剤にて接合し、さ
らに前記圧電セラミック板上に、チタン酸ジルコン酸
鉛、ランタンチタン酸ジルコン酸鉛、マグネシウムニオ
ブ酸鉛のいずれか一種を主成分とする異なる方向に分極
処理した他の圧電セラミック板を接着剤にて接合し、ラ
ップ加工等にて所定厚みに形成する。この時、２つの圧
電セラミック板の厚みは、隔壁２１の駆動部をなす第１
壁部材３２及び第２壁部材３３の厚みとなるようにして
おく。なお、絶縁性セラミックスは、図１のヘッド１０
の製法で説明した方法にて焼成したものを用いれば良
い。

【００４１】次に、最上層の圧電セラミック板の上面
に、所定のマスキングを施したあと、ワイヤーソー等の
研削加工やブラスト加工によって、深さが絶縁性セラミ
ックスまで及ぶ溝を所定の間隔で刻設し、その溝を流路
２２とし、溝を構成する壁を隔壁２１とした流路部材２
３を形成する。

【００４２】しかるのち、流路２２を構成する隔壁２１
の側面及び底板３１の上面に、スパッタリング法やイオ
ンプレーティング法などの乾式法、あるいは無電解メッ
キ法などの湿式法を用い、例えば、白金、金、パラジウ
ム、ロジウム、ニッケル、アルミニウム等の金属あるい
は白金−金、パラジウム−銀、白金−パラジウム等を主
体とする合金を被着して駆動用電極９を形成するととも
に、電極取部出３４を形成したあと、マスクを除去し、
しかるのち、隔壁２１の頂面に接着剤にてインク供給穴
５を備えた天板６を接合するとともに、天板６を備えた
流路部材２３の開放端に、インク吐出孔７を備えたノズ
ル板８を接着剤にて接合することにより、本発明のヘッ
ド３０を製造することができる。

【００４３】なお、図３のヘッド３０では、底板３１に
微小凸壁を備えた例を示したが、底板３１は平板状をし
たものであっても良く、この場合、第１壁部材３２を所
定の間隔を隔てて底板３１上に接合すれば良い。

【００４４】また、本発明は図１や図３に示したヘッド
１０，３０だけに限定されるものではなく、本発明を逸
脱しない範囲で改良できることは言うまでもない。

【００４５】

【実施例】（実施例１）図１に示す本発明のヘッド１０
と、図５に示す従来のヘッド５０及び図６に示す従来の
他のヘッド６０とを用意し、駆動特性について調べる実
験を行った。

【００４６】本実験にあたり、本発明のヘッド１０は、
長さ４０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚み０．４ｍｍのチタン酸
ジルコン酸鉛を主成分とする厚み方向に分極処理した圧
電セラミック板に、長さ４０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚み１
ｍｍのフォルステライト質の絶縁性セラミック板をエポ
キシ接着剤にて貼り合わせ、ラップ加工によって各表面
を順次追い込み、圧電セラミック板の厚みを０．２ｍ
ｍ、絶縁性セラミック板の厚みを０．７ｍｍ、合計０．
９ｍｍの板厚となるようにした。なお、フォルステライ
ト質の絶縁性セラミック板には、空孔率２％、３点曲げ
強度１７０ＭＰａ、ヤング率１６０ＧＰａの特性を有す
るものを用いた。

【００４７】次に、接合基板の表面全体に、レジスト液
をスピンコーターによって塗布したあと、圧電セラミッ
ク板の表面に、電極取出パターンをフォトリソグラフィ
技術によって形成し、レジスト膜を硬化させた。

【００４８】次いで、厚みが７５μｍのダイヤモンドブ
レードを用い、圧電セラミック板側から１４１．１μｍ
のピッチで幅方向にダイシングを行い、幅７５μｍ、深
さ４００μｍ、長さ１２ｍｍの流路２を成す溝を２６０
本刻設し、溝を形成する壁を隔壁１とした流路部材３を
製作した。

【００４９】なお、隔壁１は、底板１１と一体的に形成
された絶縁性セラミックスから成る凸壁１２と、圧電セ
ラミックスから成る壁部材１３とから成り、壁部材１３
の高さは２００μｍとなるようにした。

【００５０】しかるのち、無電解ニッケルメッキ法によ
って、流路２を形成する隔壁１の側面及び底板１１の上
面にニッケル膜から成る駆動用電極９を、電極取出パタ
ーン部にニッケル膜から成る電極取出部１４をそれぞれ
形成したあと、レジスト膜を除去した。

【００５１】そして、各隔壁１の頂面に、長さ４０ｍ
ｍ、幅１５ｍｍ、厚さ１ｍｍのフォルステライト質セラ
ミック板にインク供給穴５を備えた天板６を、エポキシ
系接着剤にて接合するとともに、天板６を接合した流路
部材３の開放端面に、厚み５０μｍのポリイミド樹脂か
ら成るノズル板８をエポキシ系接着剤にて接合し、レー
ザにて各流路２と連通する２６０個のインク吐出孔７を
穿孔して製作した。

【００５２】一方、図５に示す従来のヘッド５０は、長
さ４０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚み１ｍｍのチタン酸ジルコ
ン酸鉛を主成分とする分極処理した圧電セラミック板を
用意し、圧電セラミック板の表面全体に、レジスト液を
スピンコーターによって塗布したあと、圧電セラミック
板の表面に、電極取出パターンをフォトリソグラフィ技
術によって形成し、レジスト膜を硬化させた。

【００５３】次に、厚みが７５μｍのダイヤモンドブレ
ードを用い、圧電セラミック板の表面に１４１．１μｍ
のピッチで幅方向にダイシングを行い、幅７５μｍ、深
さ３２０μｍ、長さ１２ｍｍの流路４２を成す溝を２６
０本刻設し、溝を形成する壁を隔壁４１とした流路部材
４３を製作した。

【００５４】次いで、得られた流路部材４３を斜めに設
置し、隔壁４１の側面上半分にニッケル膜から成る駆動
用電極４９を、電極取出パターン部に電極取出部３９を
それぞれ蒸着法にて形成した。

【００５５】しかるのち、図１のヘッド１０と同様に、
各隔壁４１の頂面に、長さ４０ｍｍ、幅１５ｍｍ、厚さ
１ｍｍのフォルステライト質セラミック板にインク供給
穴４５を備えた天板４６をエポキシ接着剤にて接合する
とともに、天板４６を接合した流路部材４３の開放端面
に、厚み５０μｍのポリイミド樹脂から成るノズル板４
８をエポキシ接着剤にて接合し、レーザにて各流路４２
と連通する２６０個のインク吐出孔４７を穿孔して製作
した。

【００５６】また、図６に示すヘッド６０は、長さ４０
ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚み０．４ｍｍのチタン酸ジルコン
酸鉛を主成分とする厚み方向に分極処理した圧電セラミ
ック板に、長さ４０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚み１ｍｍのチ
タン酸ジルコン酸鉛を主成分とする分極処理していない
圧電セラミック板をエポキシ接着剤にて貼り合わせ、ラ
ップ加工によって各表面を順次追い込み、分極処理した
圧電セラミック板の厚みを０．２ｍｍ、分極処理してい
ない圧電セラミック板の厚みを０．７ｍｍ、合計０．９
ｍｍの板厚となるようにした。

【００５７】次に、接合基板の表面全体に、レジスト液
をスピンコーターによって塗布したあと、分極処理した
圧電セラミック板の表面に、電極取出パターンをフォト
リソグラフィ技術によって形成し、レジスト膜を硬化さ
せた。

【００５８】次いで、厚みが７５μｍのダイヤモンドブ
レードを用い、分極処理した圧電セラミック板側から１
４１．１μｍのピッチで幅方向にダイシングを行い、幅
７５μｍ、深さ４００μｍ、長さ１２ｍｍの流路５２を
成す溝を２６０本刻設し、溝を形成する壁を隔壁５１と
した流路部材５３を製作した。なお、隔壁５１は、底板
６１と一体的に形成された分極処理していない圧電セラ
ミックスから成る凸壁６２と、分極処理した圧電セラミ
ックスから成る壁部材６３とから成り、壁部材６３の高
さは２００μｍとなるようにした。

【００５９】以下、図１のヘッド１０と同様に、無電解
ニッケルメッキ法によって、流路５２を形成する隔壁５
１の側面及び底板６１の上面にニッケル膜から成る駆動
用電極５９を、電極取出パターン部にニッケル膜から成
る電極取出部６４をそれぞれ形成したあと、レジスト膜
を除去し、しかるのち各隔壁５１の頂面に、長さ４０ｍ
ｍ、幅１５ｍｍ、厚さ１ｍｍのフォルステライト質セラ
ミック板にインク供給穴４５を備えた天板４６をエポキ
シ系接着剤にて接合するとともに、天板４６を接合した
流路部材５３の開放端面に、厚み５０μｍのポリイミド
樹脂から成るノズル板４８をエポキシ系接着剤にて接合
し、レーザにて各流路５２と連通する２６０個のインク
吐出孔４７を穿孔して製作した。

【００６０】そして、得られたヘッド１０，５０，６０
をプリンタに組み込み、３０Ｖのパルス電圧を印加して
ヘッド１０，５０，６０を駆動させ、インクジェット専
用紙に１８０ｄｐｉの印刷を行い、専用紙に印刷された
インクの着弾直径を画像認識装置にて測定するととも
に、印加するパルス電圧の周波数を上げていった時にイ
ンク滴を吐出させることができなくなった時の周波数を
最大駆動周波数として求めた。

【００６１】それぞれの結果は表１に示す通りである。

【００６２】

【表１】

【００６３】この結果、本発明のヘッド１０は、従来の
ヘッド６０と近似した構造を有するものの、流路部材３
を形成する底板１１及び凸壁１２が絶縁性セラミックス
により形成され、静電容量が小さいため、瞬間的な電圧
の変化に対して隔壁１の追従性が良く、その結果、従来
のヘッド６０と比較して最大駆動周波数が高く応答性に
優れており、また、従来のヘッド５０と比較しても高い
応答性を有していた。その為、本発明のヘッド１０は従
来のヘッド５０，６０と比較して高速印刷できることが
判る。

【００６４】しかも、本発明のヘッド１０は、瞬間的な
電圧変化に対する隔壁１の追従性が良いため、インク滴
のばらつきが小さく、従来のヘッド５０より優れてお
り、また連続駆動においても吐出量が安定しており、従
来のヘッド６０より優れていた。

【００６５】さらに、各ヘッド１０，５０，６０により
３６０ｄｐｉの印刷を行い、印字濃度の変化を確認した
ところ、従来のヘッド５０，６０では、インク滴の直径
のばらつきに起因する目視レベルでのムラが見られ、画
質低下があったのに対し、本発明のヘッド１０では、印
字濃度の変化は見られず、ムラのない高画質の印刷が可
能であった。

【００６６】（実施例２）次に、図３に示す本発明のヘ
ッド３０と、図７に示す従来のヘッド８０とを用意し、
駆動特性について調べる実験を行った。

【００６７】本実験にあたり、本発明のヘッド１０は、
長さ４０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚み０．３ｍｍのチタン酸
ジルコン酸鉛を主成分とする厚み方向に分極処理した圧
電セラミック板に、長さ４０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚み
０．６ｍｍのフォルステライト質の絶縁性セラミック板
をエポキシ接着剤にて貼り合わせ、ラップ加工によって
各表面を順次追い込み、圧電セラミック板の厚みを０．
２ｍｍ、絶縁性セラミック板の厚みを０．５ｍｍ、合計
０．７ｍｍの板厚となるようにし、さらに圧電セラミッ
ク板側に、長さ４０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚み０．３ｍｍ
のチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする異なる厚み方向
に分極処理した圧電セラミック板を貼り合わせ、さらに
ラップ加工を施して圧電セラミック板の厚を０．２ｍｍ
まで追い込むことで、合計０．９ｍｍの板厚となるよう
にした。

【００６８】次に、接合基板の表面全体に、レジスト液
をスピンコーターによって塗布したあと、圧電セラミッ
ク板の表面に、電極取出パターンをフォトリソグラフィ
技術によって形成し、レジスト膜を硬化させた。

【００６９】次いで、厚みが７５μｍのダイヤモンドブ
レードを用い、圧電セラミック板側から１４１．１μｍ
のピッチで幅方向にダイシングを行い、幅７５μｍ、深
さ４２０μｍ、長さ１２ｍｍの流路２２を成す溝を２６
０本刻設し、溝を形成する壁を隔壁２１とした流路部材
２３を製作した。

【００７０】なお、隔壁２１は、圧電セラミックスから
成る第１部材３２と、もう一方の圧電セラミックスから
成る第２部材３３とから成り、第１部材３２及び第２部
材１３３の高さはそれぞれ２００μｍとなるようにし
た。

【００７１】しかるのち、無電解ニッケルメッキ法によ
って、流路２２を形成する隔壁２１の側面及び底板３１
の上面にニッケル膜から成る駆動用電極９を、電極取出
パターン部にニッケル膜から成る電極取出部３４をそれ
ぞれ形成したあと、レジスト膜を除去した。

【００７２】そして、各隔壁２１の頂面に、長さ４０ｍ
ｍ、幅２０ｍｍ、厚さ１．９ｍｍのフォルステライト質
セラミック板にインク供給穴５を備えた天板６を、エポ
キシ系接着剤にて接合するとともに、天板６を接合した
流路部材２３の開放端面に、厚み５０μｍのポリイミド
樹脂から成るノズル板８をエポキシ系接着剤にて接合
し、レーザにて各流路２２と連通する２６０個のインク
吐出孔７を穿孔して製作した。

【００７３】一方、図７に示す従来のヘッド８０は、長
さ４０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚み０．３ｍｍのチタン酸ジ
ルコン酸鉛を主成分とする厚み方向に分極処理した圧電
セラミック板に、長さ４０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚み０．
７ｍｍのチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする異なる厚
み方向に分極処理した圧電セラミック板をエポキシ接着
剤にて貼り合わせ、ラップ加工によって各表面を順次追
い込み、接合基板の厚みが０．９ｍｍとなるようにし
た。

【００７４】次に、圧電セラミック板の表面全体に、レ
ジスト液をスピンコーターによって塗布したあと、圧電
セラミック板の表面に、電極取出パターンをフォトリソ
グラフィ技術によって形成し、レジスト膜を硬化させ
た。

【００７５】次に、厚みが７５μｍのダイヤモンドブレ
ードを用い、圧電セラミック板の表面に１４１．１μｍ
のピッチで幅方向にダイシングを行い、幅７５μｍ、深
さ４００μｍ、長さ１２ｍｍの流路７２を成す溝を２６
０本刻設し、溝を形成する壁を隔壁７１とした流路部材
７３を製作した。

【００７６】次いで、図３のヘッド３０と同様に、無電
解ニッケルメッキ法によって、流路７２を形成する隔壁
７１の側面及び底板８１の上面にニッケル膜から成る駆
動用電極７９を、電極取出パターン部にニッケル膜から
成る電極取出部８４をそれぞれ形成したあと、レジスト
膜を除去し、しかるのち各隔壁７１の頂面に、長さ４０
ｍｍ、幅１５ｍｍ、厚さ１ｍｍのフォルステライト質セ
ラミック板にインク供給穴４５を備えた天板４６をエポ
キシ接着剤にて接合するとともに、天板４６を接合した
流路部材４３の開放端面に、厚み５０μｍのポリイミド
樹脂から成るノズル板４８をエポキシ接着剤にて接合
し、レーザにて各流路４２と連通する２６０個のインク
吐出孔４７を穿孔して製作した。

【００７７】そして、得られたヘッド３０，７０をプリ
ンタに組み込み、３０Ｖのパルス電圧を印加してヘッド
３０，７０を駆動させ、インクジェット専用紙に１８０
ｄｐｉの印刷を行い、専用紙に印刷されたインクの着弾
直径を画像認識装置にて測定した。

【００７８】それぞれの結果は表２に示す通りである。

【００７９】

【表２】

【００８０】この結果、本発明のヘッド３０は、従来の
ヘッド８０と比較してインク滴のばらつきが小さいもの
であった。

【００８１】さらに、ヘッド３０，８０により３６０ｄ
ｐｉの印刷を施し、印字濃度の変化を確認したところ、
従来のヘッド８０では、インク滴の直径のばらつきに起
因する目視レベルでのムラや不要なインク滴の着弾など
の画質低下があったのに対し、本発明のヘッド３０で
は、印字濃度の変化は見られず、ムラや不要なインク滴
の着弾がない高画質の印刷が可能であった。

【００８２】（実施例３）次に、さまざまな絶縁性セラ
ミックスを用意し、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とす
る圧電セラミック板と接合して接合基板を製作し、研削
加工にて溝加工を施した時の加工性について調べる実験
を行った。

【００８３】本実験にあたり、絶縁性セラミックスとし
て、フォルステライト、ステアタイト、ジルコン、アル
ミナ、ジルコニアを用いたところ、アルミナ及びジルコ
ニアからなる絶縁性セラミックスはビッカース硬度が１
１ＧＰａと、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電
セラミックス（ビッカース硬度：５ＧＰａ）よりもかな
り高いため、研削条件をいずれか一方の材料に設定する
と、絶縁性セラミックスと圧電セラミックスとの接合部
で段差ができるとともに、他方の材料に欠けや割れが発
生した。

【００８４】これに対し、フォルステライト、ステアタ
イト、ジルコンからなる絶縁性セラミックスは、ビッカ
ース硬度が６〜９ＧＰａ程度と、チタン酸ジルコン酸鉛
を主成分とする圧電セラミックス（ビッカース硬度：６
ＧＰａ）に近く、しかも研削性も近いため、絶縁性セラ
ミックスと圧電セラミックスとの接合部で段差ができる
ようなことはなく、また欠けや割れの発生もなかった。

【００８５】この結果、絶縁性セラミックスとしてフォ
ルステライト、ステアタイト、ジルコンを用いれば、研
削性の点でも好適であることが判った。

【００８６】

【発明の効果】以上のように、本発明の第１のインクジ
ェットプリンタヘッドによれば、底板上に複数の凸壁を
並設するとともに、該凸壁上に壁部材を接合して隔壁と
成し、該隔壁間をインクの流路とした流路部材と、前記
流路を構成する隔壁の側面及び底板上に一体的に被着さ
れた駆動用電極と、前記隔壁の頂面に接合され、各流路
を覆う天板とから成り、前記隔壁を形成する壁部材を、
チタン酸ジルコン酸鉛、ランタンチタン酸ジルコン酸
鉛、マグネシウムニオブ酸鉛のいずれか一種を主成分と
する分極処理した圧電セラミックスにより形成するとと
もに、前記隔壁を形成する凸壁並びに底板を、フォルス
テライト、ステアタイト、ジルコンのいずれか一種を主
成分とする絶縁性セラミックスにより形成したことか
ら、流路部材における静電容量を従来のヘッドに比べて
抑えることができるため、駆動時の電力消費を低減でき
るとともに、隔壁の連続駆動時間が長くなっても、発熱
を抑えることができるため、流路内のインクに悪影響を
及ぼすことなく、所定量のインク滴を安定して吐出させ
ることができるとともに、瞬間的な電圧変化に対して追
従性良く隔壁を屈曲変位させてインク滴を吐出させるこ
とができる。その為、本発明のインクジェットプリンタ
ヘッドを用いれば、インク吐出孔からのインク滴の吐出
を安定させることができ、高品質の文字や画像を高速印
刷することができる。

【００８７】また、異なる材質からなる流路部材を製造
するにあたり、隔壁を構成する圧電セラミックスと絶縁
性セラミックスとの硬度差が近似しており、かつ同程度
の研削性を有することから、研削加工やブラスト加工に
より隔壁を形成しても欠けや割れ等を発生させることが
なく、また、駆動用電極を隔壁の側面から底板の上面に
わたって一体的に形成できるため、精度良く形成するこ
とができ、ヘッドの製造歩留りを高めることができる。

【００８８】また、本発明の第２のインクジェットプリ
ンタヘッドによれば、底板上に複数の第１壁部材を所定
の間隔を隔てて接合するとともに、該第１壁部材上に第
２壁部材を接合して隔壁と成し、該隔壁間をインクの流
路とした流路部材と、前記流路を構成する隔壁の側面及
び平板の上面に一体的に被着された駆動用電極と、前記
隔壁の頂面に接合され、各流路を覆う天板とから成り、
前記第１壁部材及び第２壁部材を、それぞれ異なる方向
に分極処理した、チタン酸ジルコン酸鉛、ランタンチタ
ン酸ジルコン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛のいずれか
一種を主成分とする圧電セラミックスにより形成すると
ともに、前記底板を、フォルステライト、ステアタイ
ト、ジルコンのいずれか一種を主成分とする絶縁性セラ
ミックスにより形成したことから、任意の流路を構成す
る隔壁に備える駆動用電極に通電しても、隣接する流路
を変形させることがなく、所定のインク吐出孔以外のイ
ンク吐出孔からインク滴が吐出される誤動作を防止で
き、しかもインク吐出孔から吐出されるインク滴の吐出
速度を高めることができるとともに、吐出量を調整する
ことにより階調性を高めることができる。

【００８９】また、このインクジェットプリンタヘッド
もまた流路部材を製造するにあたり、隔壁を構成する圧
電セラミックスと絶縁性セラミックスとの硬度差が近似
しており、かつ同程度の研削性を有することから、研削
加工やブラスト加工により隔壁を形成しても欠けや割れ
等を発生させることがなく、また、駆動用電極を隔壁の
側面から底板の上面にわたって一体的に形成できるた
め、精度良く形成することができ、ヘッドの製造歩留り
を高めることができる。

【００９０】底板、凸壁及び壁部材が同程度の研削性を
有する材質からなるため、研削加工やブラスト加工によ
り隔壁を形成する際に欠けや割れ等を発生させることな
く、また、駆動用電極を隔壁の側面から底板の上面にわ
たって一体的に形成できるため、精度良く形成すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１のインクジェットプリンタヘ
ッドを示す部分破断斜視図である。

【図２】図１におけるインクジェットプリンタヘッドの
駆動原理を説明するための部分断面図である。

【図３】本発明に係る第２のインクジェットプリンタヘ
ッドを示す部分破断斜視図である。

【図４】図３におけるインクジェットプリンタヘッドの
駆動原理を説明するための部分断面図である。

【図５】従来のインクジェットプリンタヘッドの一例を
示す部分破断斜視図である。

【図６】従来のインクジェットプリンタヘッドの他の例
を示す部分破断斜視図である。

【図７】従来の他のインクジェットプリンタヘッドを示
す部分破断斜視図である。

【符号の説明】

１，２１，４１，５１，７１：隔壁 ２，２２，４２，
５２，７２：流路 ３，２３，４３，５３，７３：流路部材 ５，４５：イ
ンク供給穴 ６，４６：天板 ７，４７：インク吐出孔 ８，４８：
ノズル板 ９，２９，４９，５９，７９：駆動用電極 １０，３０，５０，６０，８０：インクジェットプリン
タヘッド １１，３１，４１，６１，８１：底板 １２，６２：凸
壁 １３，６３：壁部材 ３２，８２：第１壁部材 ３３，８３：第２壁部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2C057 AF02 AF23 AF25 AF54 AF93 AG12 AG32 AG39 AG45 AP02 AP13 AP14 AP22 AP23 AP25 AP45 AP52 AP55 AP57 AQ10 BA03 BA14

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】底板上に複数の凸壁を所定の間隔を隔てて
   備えるとともに、該凸壁上に壁部材を接合して隔壁と成
   し、該隔壁間をインクの流路とした流路部材と、前記流
   路を構成する隔壁の側面及び底板の上面に被着された駆
   動用電極と、前記隔壁の頂面に接合され、各流路を覆う
   天板とから成り、前記壁部材を、チタン酸ジルコン酸
   鉛、ランタンチタン酸ジルコン酸鉛、マグネシウムニオ
   ブ酸鉛のいずれか一種を主成分とする分極処理した圧電
   セラミックスにより形成するとともに、前記凸壁を、フ
   ォルステライト、ステアタイト、ジルコンのいずれか一
   種を主成分とする絶縁性セラミックスにより形成したこ
   とを特徴とするインクジェットプリンタヘッド。
2. 【請求項２】底板上に複数の第１壁部材を所定の間隔を
   隔てて接合するとともに、該第１壁部材上に第２壁部材
   を接合して隔壁と成し、該隔壁間をインクの流路とした
   流路部材と、前記流路を構成する隔壁の側面及び底板の
   上面に被着された駆動用電極と、前記隔壁の頂面に接合
   され、各流路を覆う天板とから成り、前記第１壁部材及
   び第２壁部材を、それぞれ異なる方向に分極処理した、
   チタン酸ジルコン酸鉛、ランタンチタン酸ジルコン酸
   鉛、マグネシウムニオブ酸鉛のいずれか一種を主成分と
   する圧電セラミックスにより形成するとともに、前記底
   板を、フォルステライト、ステアタイト、ジルコンのい
   ずれか一種を主成分とする絶縁性セラミックスにより形
   成したことを特徴とするインクジェットプリンタヘッ
   ド。