JP2002234159A

JP2002234159A - インクジェット式記録ヘッド

Info

Publication number: JP2002234159A
Application number: JP2002040240A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Sonehara; 秀明曽根原
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1992-03-18
Filing date: 2002-02-18
Publication date: 2002-08-20
Anticipated expiration: 2017-11-05
Also published as: JP3341843B2

Abstract

(57)【要約】【課題】歩留まりの向上を図ること。【解決手段】弾性変形する弾性振動板を介してインク
が加圧される複数のインクキャビティが形成されたイン
クキャビティ形成部材と、弾性振動板１０３の各インク
キャビティと対向する表面にインクキャビティ１０３に
対応させて形成された下電極１０５と、下電極１０５に
対応するようにその表面に形成された圧電体１０２と、
複数の圧電体１０２を覆うように連続体として圧電体１
０２の表面に形成された上電極１０４とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット式
プリンタに適したインクジェット記録ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット式記録ヘッドは、図１３
に示すようにインクタンクを構成する容器の壁面に複数
のノズル開口を形成すると共に、各ノズル開口と対応す
るように伸縮方向を一致させて圧電素子４３０を配設し
て構成されている。この記録ヘッドは、駆動信号を圧電
素子に印加して圧電素子を伸縮させ、この時に発生する
インクの動圧によりインク滴をノズル開口４２１から吐
出させて印刷用紙にドットを形成するものである。この
記録ヘッドは、ガラスやプラスチックの基板と、ガラス
やプラスチック等の薄板からなる弾性振動板との間に複
数のインク溜部、いわゆるインクキャビティを形成し、
インクキャビティの面積程度に切断された両面に電極を
備えた圧電体の板をインクキャビティ上の弾性振動板に
接着して構成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、外気の
湿気が圧電体に侵入して信頼性の低下、ひいては製造歩
留まりの低下を招くという問題がある。さらには、上電
極と下電極とが上限関係で対向した領域だけが、圧電体
の変位領域となるので、振動板から突出している圧電体
の表面に下電極に合わせて上電極を正確に形成すること
が困難となり作業が困難となる。すなわち、上電極がず
れた場合には、下電極と上電極とが重なる領域だけが変
位領域となり、インクキャビティの容積変化がばらつく
ことになる。本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、圧電体の吸湿を防止して歩留まりの向
上と、圧電体の変位領域を下電極で規制することができ
るインクジェット式記録ヘッドを提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために本発明のインクジェッ式記録ヘッドは、弾性変
形する弾性振動板を介してインクが加圧される複数のイ
ンクキャビティが形成されたインクキャビティ形成部材
と、前記弾性振動板の前記各インクキャビティと対向す
る表面に前記インクキャビティに対応させて形成された
下電極と、前記下電極に対応するようにその表面に形成
された圧電体と、複数の前記圧電体を覆うように連続体
として前記圧電体の表面に形成された上電極とを備え
る。

【０００５】

【作用】複数の圧電体の表面が連続する上電極により覆
われているため、上電極により湿気などの圧電体への侵
入を可及的に防止する。また、上電極が圧電体を覆って
いるので、圧電体の作動領域が下電極により規制され
る。

【０００６】

【発明の実施の形態】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、本発明のイン
クジェット式記録ヘッドの一実施例を示す上面図であ
り、図２（ａ）、（ｂ）はそれぞれ断面構造を示す図で
ある。圧電体１０２は、薄板状に形成されていて、イン
クキャビティ１０６に対応するように弾性振動板１０３
の表面に形成された個別電極１０５の表面に固定されて
いる。圧電体１０２の下方、つまり弾性振動板１０３に
は個別電極１０５が、また圧電体１０２の表面には共通
電極１０４が形成されている。

【０００７】個別電極１０５は、圧電体毎に独立して圧
電体１０２の非形成領域まで圧電体１０２の長手方向に
延長して形成され、外部から駆動信号が印加される。個
別電極１０５の引出部１０５ａは、途中で分断されてい
て、他方の引出部１０５ｂとの間に抵抗体１１１が接続
されている。そして、各個別電極１０５の引出部１０５
ａは、個別電極１０５の配列ピッチよりも大きくなるよ
うに形成されている。

【０００８】これら圧電体１０２、弾性振動板１０３、
共通電極１０４、個別電極１０５、及び抵抗体１１１に
より圧力発生部材１０１が構成されている。

【０００９】圧力発生部材１０１の下面には、インクキ
ャビティ１０６が配置されて加圧ユニットが、またその
下方にインク供給量制御ノズル１０９が、その下方にイ
ンク供給路１０８、さらにその下方にノズル１１０が位
置している。インクキャビティ１０６、インク供給量制
御ノズル１０９、インク供給路１０８は、それぞれ異な
る板状の部材９０１、９０２、９０３に形成され、また
ノズル１１０はノズルプレート１０７に穿設されてい
る。部材９０１と弾性振動板１０３と積層してインクキ
ャビティ形成部材が、また部材９０２、９０３、ノズル
プレート１０７とを積層してインク供給路形成部材が形
成されている。

【００１０】この実施例では、インクキャビティ１０
６、圧電体１０２ともに、各列複数個ずつ２列に配置さ
れてインク加圧ユニットが構成されている。そして各列
の対向する側にノズル１１０が配置され、また離間した
側にインク供給量制御ノズル１０９が位置している。な
お、ノズル１１０とインクキャビティ１０６との間には
部材１０２、９０３が存在するが、これらの部材には図
１０、図１１に示すようにインクキャビティの幅よりも
小さく、かつノズル１１０の直径よりも大きな貫通孔１
１２、１１３を穿設して連通孔１１４が形成されてい
る。

【００１１】インク供給路１０８は、各列のインクキャ
ビティ１０６に一部がラップするように平行に形成さ
れ、前述のインク供給量制御ノズル１０９を介してイン
クキャビティ１０６に連通し、また端部領域で一体とな
って略「Ｕ」字状に形成されている。

【００１２】さらに後述する製造方法を示す図３、図４
からも明らかなように、圧電体１０２の下側に形成され
る個別電極１０５は、その幅Ｗ1が、インクキャビティ
１０６の幅ｗ３よりも狭くなるように形成され、また圧
電体１０２は、その幅ｗ２がインクキャビティ１０６の
幅ｗ３よりも狭く、かつ個別電極１０５の幅Ｗ1よりも
広くなるように形成されている。また、抵抗体１１１
は、弾性振動板１０３、部材９０１〜９０３が全て重な
る領域で個別電極１０５の引出部１０５ａ、１０５ｂに
接続されている。

【００１３】インクは、インク供給路１０８からインク
量制御ノズル１０９を通り、インク加圧ユニットのイン
クキャビティ１０６に蓄えられ、抵抗体１１１を形成し
た個別電極１０５より伝達された駆動信号により、圧電
体１０２の伸縮運動の繰り返しにより、ノズル１１０か
らインクが押し出され、インク滴吐出後にインク供給路
１０８からインク供給量制御ノズル１０９を経由してイ
ンクキャビティ１０６にインクが供給される。

【００１４】次に上述した記録ヘッドの製造方法につい
て説明する。まず、圧力発生部材１０１を製造する。こ
こで、選択する抵抗体材料により圧電体材料との焼成条
件（温度、雰囲気等）が異なるため、圧電体１０２と抵
抗体１１１を同時に焼成できる場合とできない場合とが
ある。

【００１５】．同時焼成が可能な場合ドクターブレード法、押し出し法等によりアルミナ（Ａ
ｌ₂Ｏ₃）、ジルコニア（ＺｒＯ₂ ）、ＰＺＴ等の材料を
用いてグリーンシートを形成し、乾燥後に焼成して弾性
振動板１０３を得る。ここでの弾性振動板１０３を形成
する材料は、圧電体１０２との同時焼成時の熱膨張係数
の差による圧力発生部材１０１の歪みを防止する為、圧
電体１０２に近い熱膨張係数の材料を選択するのが望ま
しい。

【００１６】次に、弾性振動板１０３の表面に図３に示
すように、個別電極１０５、引出部１０５ａ、及び抵抗
体１１を形成する分断部４０１を空けて引出部１０５ｂ
を、Ａｇ−Ｐｄ等のスクリーン印刷法等により形成し、
乾燥する。ついで図４に示すように個別電極１０５の表
面にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の焼成後に圧電
体１０２となる、いわゆる圧電体の前駆体をインクキャ
ビティ１０６の位置に対応させて形成する。圧電体１０
２の形成方法としては、インクキャビティ１０６に対応
させてスクリーン印刷法によりペースト状の圧電材料を
選択的に印刷形成する方法（以下、印刷法と称す。）
と、グリーンシート状の圧電材料をプレス法等により所
望の形状に成形し、それを弾性振動板１０３に転写する
方法（以下、転写法と称す。）との２つの方法がある。

【００１７】印刷法は、ＰｂＯ、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、及
び添加剤を調合、混合した後、８００〜１０００℃で仮
焼、粉砕しバインダーを添加してＰＺＴのペーストを作
る。インクキャビティ１０６に対応した所望の形状にパ
ターニングした４００〜１０００メッシュ程度のスクリ
ーンマスクにより、予め個別電極等１０５、１０５ａ、
１０５ｂが形成された弾性振動板１０３の表面にＰＺＴ
ペーストを印刷し、乾燥する。

【００１８】一方、転写法は、ＰｂＯ、ＴｉＯ₂、Ｚｒ
Ｏ₂、添加剤を調合、混合した後８００〜１０００℃で
仮焼、粉砕しバインダーを添加してＰＺＴのペーストを
作り、これをドクターブレード法、押し出し法などで厚
み管理されたＰＺＴのシート（グリーンシート）をつく
る。次に、図７に示すようにグリーンシートをプレス法
等で定盤３０１に広げられた剥離性が高いシート３０３
の表面に、インクキャビティ１０６に対応した所望の形
状に打ち抜いて圧電材料３０２を形成する。更に、これ
を図８に示すように個別電極１０５を形成した弾性振動
板１０３と位置合わせを行い押圧することにより、シー
ト３０３の圧電材料３０２を弾性振動板１０３の個別電
極の表面に転写し、その後に乾燥する。

【００１９】次に、図５に示すように個別電極１０５の
引出部１０５ａ、１０５ｂとの間の領域４０１に、酸化
ルテニウム（ＲｕＯ₂）等の抵抗体１１１を引出部１０
５ａ、１０５ｂに一部がオーバーラップするように２０
０〜４００メッシュでスクリーン印刷し、その後、１２
０〜１３０℃で乾燥を行う。

【００２０】上記の様にして弾性振動板１０３の表面に
圧電体１０２、電極１０５、引出部１０５ａ、１０５
ｂ、抵抗体１１１を形成したものを１０００〜１２００
℃で大気中で焼成する。この後、図６に示すように共通
電極１０４を圧電体１０２の表面に印刷法、スパッタ法
等で形成する。この後、抵抗値検査を行い、バラツキ許
容レベル内に各抵抗値が収まるように必要に応じてレー
ザートリマーにより抵抗値トリミングを行う。

【００２１】．同時焼成が不可能な場合前述の製造方法において、酸化ルテニウム（ＲｕＯ₂）
等の抵抗体１１１の形成工程をスキップして１０００〜
１２００℃で大気中で焼成し、焼成後に、カーボン等の
抵抗体１１１を個別電極１０５の引出部１０５ａ、１０
５ｂとの間の領域４０１に一部を引出部１０５ａ、１０
５ｂにオーバーラップさせるてスクリーン印刷し、その
後に乾燥し、カーボン系の抵抗体材料に適した温度１８
０〜２００℃で焼成する。この後、図６に示したように
共通電極１０４を形成し、抵抗値検査を行い、バラツキ
許容レベル内に各抵抗値が収まるように必要に応じてレ
ーザートリマーにより抵抗値トリミングを行う。

【００２２】このようにして構成された圧力発生部材１
０１は、インクキャビティ１０６を形成した部材９０
１、インク供給量制御ノズル１０９を形成した部材９０
２、インク供給路１０８を形成した部材９０３、ノズル
プレート１０７と積層、接着されてヘッドが完成する。

【００２３】ここでの部材９０１、９０２、９０３、ノ
ズルプレート１０７は、高分子の射出成形法ＳＵＳ、Ｎｉ等の金属板に印刷や、フォトリソ工程に
より所望の形状にレジストを形成し、レジストの残って
いない部分をエッチングにより除去するエッチング法基板上に印刷や、フォトリソ工程により所望の形状に
レジストを形成し、無電解メッキや電解メッキによりＮ
ｉ等を成長させる電鋳法。プレス法等がある。

【００２４】圧力発生部材１０１、インクキャビティ形
成部材９０１、インク供給量制御ノズル形成部材９０
２、インク供給路形成部材９０３、ノズルプレート１０
７を接着する方法としては、エポキシ、ポリイミド系等の接着剤による方法インクキャビティ１０６、ノズルプレート１０７にＮ
ｉ等の金属を選択した場合、圧力発生部材１０１のノズ
ルプレート等を接着する面にＮｉ等の金属をスパッタ法
や、メッキ法によりメタライズし、インクキャビティ１
０６、ノズルプレート１０７を積み重ね、加圧し、高温
雰囲気中に放置する事で熱拡散により接着する方法等が
ある。

【００２５】ここで、接着剤法は接着剤塗布時、硬化時
の接着剤の流れ出しによりノズルが接着剤により目詰ま
りを起こし易いので、接着剤を塗布する際の厚みは１０
μｍ以下に管理するのが望ましい。

【００２６】このようにして製作された記録ヘッドは、・圧電体１０２材料・・・ＰＺＴ・圧電体１０２厚み・・・３０μｍ・弾性振動板１０３材料・・・ＺｒＯ₂ ・弾性振動板１０３厚み・・・１０μｍ・抵抗体１１１材料・・・ＲｕＯ₂ 製造方法・圧電体１０２スクリーン印刷法・共通電極１０４スパッタ法・個別電極１０５スクリーン印刷法・抵抗体１１１スクリーン印刷法・インクキャビティ部材９０１エッチング法・ノズルプレート１０７エッチング法そして、インクキャビティ部材９０１、インク供給量制
御ノズル形成部材９０２、インク供給路形成部材９０
３、ノズルプレート１０７の相互が熱拡散法により、ま
た圧力発生部材１０１とインクキャビティ部材９０１と
がエポキシ系接着剤により接合されている。

【００２７】図１０、図１１は、本発明の他の実施例
を、それぞれ圧電体１０２の配列方向、及びその長手方
向の断面を拡大して示すものであって、この実施例では
圧電体１０２の周囲を絶縁材料６０１を充填して電気的
リークが防止されている。また、これら図１０、１１か
らも明らかなように個別電極１０５の幅Ｗ1、圧電体１
０２の幅ｗ２は、共にインクキャビティ１０６の幅ｗ３
よりも狭く、かつ個別電極の幅Ｗ1が圧電体１０２の幅
ｗ２よりも狭くなるように形成されている。一方、圧電
体１０２の長手方向においては、圧電体１０２は、イン
クキャビティ１０６の両端から若干ΔＬ１、ΔＬ２突出
するように形成され、さらにノズル１１０の側では圧電
体１０２が個別電極１０５の先端よりも突出している。

【００２８】上記構造によれば、３０μmという非常に
薄いＰＺＴからなる圧電体１０２を弾性振動板１０３に
容易に形成することができる。また３０Ｖ程度の低い電
圧によっても０．２μmの変位を得ることができ、イン
クジェット式記録ヘッドとして充分な特性を確保するこ
とができた。

【００２９】なお、本実施例に於いては、焼結した弾性
振動板上に圧電体、電極、抵抗体材料を形成する工程に
付いて説明したが、本発明は未焼成の弾性振動板上に圧
電体、電極材料、抵抗体材料を形成し、その後に一体焼
成すると、高分子材料等の接着剤の層が弾性振動板と圧
電体との間に介在しないため、接着層の厚みの変化に起
因するインク滴吐出特性バラツキが大幅に低減できる。

【００３０】インクキャビティ形成部材９０１よりも表
面側に位置する部材、つまりインクキャビティ形成部材
９０１、弾性振動板１０３、個別電極１０５、圧電体１
０２、及び抵抗体を、同時に焼成して形成することがで
き、小型化、多ノズル化が可能で、形状管理、検査の容
易となりコストダウンを図ることができる。

【００３１】図１２は、本発明の他の実施例を示すもの
であって、この実施例においては弾性振動板３の表面に
個別電極に接続するＩＣ実装用の配線パターン１２２を
形成し、この配線パターン１２２に圧電体駆動用のドラ
イバーＩＣ１２１や、抵抗体１１１を形成したものであ
る。この実施例によれば、記録ヘッドのノズル数分の駆
動信号を記録装置本体から供給する場合には、少なくと
もノズル数分の線数を必要としていたものを、ＩＣ駆動
用の信号の数だけに信号ライン数を低減できる。

【００３２】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
複数の圧電体の表面が連続する上電極により覆われてい
るため、上電極により湿気などが圧電体に侵入するのを
可及的に防止して歩留まりの向上することができる。ま
た、個々の圧電体に独立して上電極を形成する場合に比
較して、簡単なマスクにより電極構成材料を塗布、形成
することができ、かつ上電極からの引き出し線の作りつ
けも不要となるため製造工程の簡素化を図ることができ
る。さらには、上電極が圧電体を覆っているので、圧電
体の作動領域を下電極により規制できて、各インクキャ
ビティの容積を均等に変化させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェット式記録ヘッドの一実施
例を示す上面図である。

【図２】図（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図１におけるＡ
−Ａ線、及びＢ−Ｂ線での断面構造を示す図である。

【図３】図（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明のインク
ジェット式記録ヘッドの製造工程のうち、電極形成工程
を示す上面図と、Ａ−Ａ線での断面図である。

【図４】図（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明のインク
ジェット式記録ヘッドの製造工程のうち、圧電体積層工
程を示す上面図と、Ａ−Ａ線での断面図である。

【図５】図（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明のインク
ジェット式記録ヘッドの製造工程のうち、抵抗体実装工
程を示す上面図と、Ａ−Ａ線での断面図である。

【図６】図（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明のインク
ジェット式記録ヘッドの製造工程のうち、共通電極形成
工程を示す上面図と、Ａ−Ａ線での断面図である。

【図７】図（ａ）、（ｂ）は、それぞれ圧電体の製造工
程を示す図である。

【図８】図（ａ）、（ｂ）は、それぞれ圧電体の転写工
程を示す図である。

【図９】図（ａ）、（ｂ）は、それぞれ圧電体の上電極
形成工程を示す図である。

【図１０】本発明のインクジェット式記録ヘッドの他の
実施例の、圧電体の配列方向の断面構造を拡大して示す
図である。

【図１１】本発明のインクジェット式記録ヘッドの他の
実施例の、圧電体の長手方向の断面構造を拡大して示す
図である。

【図１２】本発明のインクジェット式記録ヘッドの他の
実施例を示す上面図である。

【図１３】従来のインクジェット式記録ヘッドの一例を
示す図である。

【図１４】インクジェット式記録ヘッドの駆動回路を示
す図である。

【図１５】インクジェット式記録ヘッドの駆動回路を示
す図である。

【符号の説明】

１０１圧力発生部材１０２圧電体１０３弾性振動板１０４共通電極１０５個別電極１０６インクキャビティ１０７ノズルプレート１０８インク供給路１０９インク供給量制御ノズル１１０ノズル１１１抵抗体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】弾性変形する弾性振動板を介してインク
が加圧される複数のインクキャビティが形成されたイン
クキャビティ形成部材と、前記弾性振動板の前記各イン
クキャビティと対向する表面に前記インクキャビティに
対応させて形成された下電極と、前記下電極に対応する
ようにその表面に形成された圧電体と、複数の前記圧電
体を覆うように連続体として前記圧電体の表面に形成さ
れた上電極とからなるインクジェット式記録ヘッド。
【請求項２】前記圧電体の間に、絶縁材料が充填さ
れ、また前記上電極が前記圧電体と前記絶縁材料との表
面を覆うように連続体として形成されている請求項１に
記載のインクジェット式記録ヘッド。