JP2003019805A - 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】 積層型圧電素子にスリット加工を施して形成
する場合の個別電極、共通電極の確保が難しい。 【解決手段】 絶縁性基板３上に駆動部圧電素子７及び
固定部圧電素子８の対向しない端面側を接続するスリッ
ト溝２１で分割された個別電極２２，２２…が形成され
ていると共に、各圧電素子列４，４間で前記スリット溝
２１と直交する方向に、スリット溝２１よりも深い共通
溝２３が形成され、共通溝２３には個々の駆動部圧電素
子７及び固定部圧電素子８の対向する端面側を接続する
共通電極２４が形成されている

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェットヘッド
及びその製造方法に関し、特にオンデマンド型インクジ
ェットヘッド及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録方式は、ヘッドを記
録紙上に接触することなく記録することができると共
に、記録プロセスが非常に単純であることやカラー記録
にも適することなどから注目されている。従前、このイ
ンクジェット記録方式として種々の方式が提案されてい
るが、現在では、記録信号が入力されたときにのみイン
クを吐出する所謂ドロップオンデマンド（ＤＯＤ）方式
が主流になっている。そして、ＤＯＤ方式の中には、熱
エネルギーによってインク中に発生するバブルを利用す
る所謂サーマル方式（特公昭６１−５９９１３号等）と
圧電素子を用いるピエゾアクチュエータ方式（特公昭６
０−８９５３号公報等）がある。

【０００３】後者のピエゾアクチュエータ方式として、
例えば特開平３−１０８４６号公報に記載されているよ
うに、加圧液室を構成する壁面を変形可能な構造とし
て、この変形可能な壁面の外側に圧電素子を設け、この
圧電素子を用いて加圧液室の壁面を変形させてその内容
積を変化させることで、インクに圧力を与えて液滴化し
てノズルから飛翔させる方式がある。そして、このピエ
ゾアクチュエータ方式では、圧電素子前面のノズル領域
あるいは加圧液室のパルス的な圧力上昇が必要であり、
圧電素子に印加される電圧波形は数μsec〜数１０μsec
の立ち上がり時間に設定され、インクの補給は圧電素子
の変位を元に戻すことによって行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の加圧液
室を設けて圧電素子でその加圧液室の変形可能な壁面を
変形させるピエゾアクチュエータ方式のインクジェット
ヘッドにあっては、圧電素子がインクに直接接触せず、
さらに、圧電素子の発熱も無視できるため、使用するイ
ンク種類の制約がないという利点がある。

【０００５】しかしながら、特に積層型圧電素子を用い
て複数の圧電素子を微細な機械的切断加工（スリット加
工）で形成する場合、各圧電素子に個別的に接続する個
別電極の取出しが複雑になるとともに、複数の圧電素子
に共通に接続する共通電極の確保が難しく、共通電極を
形成するために機械的切断加工によって形成された個々
の圧電素子を後工程で破壊ないし損傷することがあり、
工程が複雑で歩留まりも悪いという課題がある。

【０００６】本発明は、上記の点に鑑みてなされたもの
であり、スリット加工前に共通電極を確保して、工程の
簡略化、歩留まりの向上を図った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。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係るインクジェットヘッドの製造方法は、
絶縁性基板上に電極用パターンを形成したインクジェッ
トヘッドの製造方法において、絶縁性基板上に個別電極
用のスリット加工で形成される溝よりも深い共通溝を形
成し、その後絶縁性基板上に電極用パターンを形成する
ものである。

【０００８】本発明に係るインクジェットヘッドは、絶
縁性基板上に電極用パターンを形成したインクジェット
ヘッドにおいて、絶縁性基板上にスリット加工で分割さ
れた積層型圧電素子及び個別電極を有するとともに、ス
リット加工で形成された溝よりも深い共通溝を有してい
るものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を添付図面
を参照して説明する。図１は本発明の一実施例を示すイ
ンクジェットヘッドの外観斜視図、図２は図１の分解斜
視図、図３は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図、図４は図１
のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

【００１０】このインクジェットヘッドは、アクチュエ
ータユニット１と、このアクチュエータユニット１上に
接合された液室ユニット２とからなる。アクチュエータ
ユニット１は、基板３上に複数の積層型圧電素子を列状
に配置（列設）してなる２列の圧電素子列４，４及びこ
れら２列の圧電素子列４，４の周囲を取り囲むフレーム
部材５を接着剤６によって接合している。圧電素子列４
は、インクを液滴化して飛翔させるための駆動パルスが
与えられる複数の圧電素子（これを「駆動部圧電素子」
という。）７，７…と、駆動部圧電素子７，７間に位置
し、駆動パルスが与えられずに単に液室ユニット固定部
材となる複数の圧電素子（これを「固定部圧電素子」と
いう。）８，８…とを交互に配列したバイピッチ構造と
している。

【００１１】液室ユニット２は、変形部であるダイアフ
ラム部１１を形成した振動板１２上に、加圧液室、共通
インク流路等を形成する感光性樹脂フィルム（ドライフ
ィルムレジスト）からなる液室流路形成部材１３を接着
し、この液室流路形成部材１３上に複数のノズル１５を
形成したノズルプレート１６を接着してなり、これら振
動板１２、液室流路形成部材１３及びノズルプレート１
６によって、圧電素子列４の各駆動部圧電素子７，７…
に対向するダイヤフラム部１１を有するそれぞれ略独立
した複数の加圧液室１７を形成し、かつノズル１５，１
５…を圧電素子列４の各駆動部圧電素子７，７…に対向
して配列している。そして、この液室ユニット２はその
振動板１２が接着剤１８によってアクチュエータユニッ
ト１上に高い剛性で接合されている。

【００１２】ここで、アクチュエータユニット１の基板
３は、厚さ０．５〜５mm程度で、しかも圧電素子に似た
材質のものからなり、圧電素子と共に例えばダイヤモン
ド砥石による切削が可能なものであることが好ましい。

【００１３】この基板３上の圧電素子の列設方向と直交
する方向の両端部には各圧電素子列４，４の個々の駆動
部圧電素子７及び固定部圧電素子８の対向しない端面側
を接続するスリット溝２１で分割された電極パターンで
ある個別電極２２，２２…が形成されていると共に、各
圧電素子列４，４間で前記スリット溝２１と直交する方
向（圧電素子の列設方向）に、このスリット溝２１より
も深い共通溝２３が形成され、この共通溝２３には各圧
電素子列４，４の個々の駆動部圧電素子７及び固定部圧
電素子８の対向する端面側を接続する共通電極２４が形
成されている。また、この基板３の端部に形成したイン
ク供給孔３ａにはインク供給パイプ２５が接続される。

【００１４】圧電素子列４を構成する駆動部圧電素子７
及び固定部圧電素子８としては、１０層以上の積層型圧
電素子を用いている。この積層型圧電素子は、例えば図
３に示すように、厚さ２０〜５０μｍ／１層のＰＺＴ
（＝Ｐb（Ｚr・Ｔi）Ｏ_３）２６と、厚さ数μｍ／１層の
銀・パラジューム（ＡgＰd）からなる内部電極２７とを
交互に積層したものである。厚さ２０〜５０μｍ／１層
の積層型とすることによって駆動電圧の低電圧化を図
れ、例えば２０〜５０Ｖのパルス電圧で圧電素子の電界
強度１０００Ｖ／mmを得ることができる。なお、圧電素
子として用いる材料は上記に限られるものでなく、一般
に圧電素子材料として用いられるＢaＴiＯ_３、ＰbＴiＯ
_３、（ＮaＫ）ＮbＯ_３等の強誘電体などを用いることも
できる。

【００１５】そして、各圧電素子列４の駆動部圧電素子
７の両端面には多数の内部電極２７，２７を１層おきに
交互接続したＡgＰdからなる端面電極（外部電極）２
８，２９を設け、各圧電素子列４，４の各駆動部圧電素
子７の対向する端面側の端面電極２８，２８…を基板３
上の共通電極２４に導電性材料３１を介して接続し、各
圧電素子列４，４の各駆動部圧電素子７の対向しない端
面側の端面電極２９，２９…を基板３上の個別電極２
２，２２…に導電性材料３２を介して接続している。各
個別電極２２，２２…及び共通電極２４にはＦＰＣケー
ブル３３が接続されて、駆動電圧を与えられることによ
って積層方向に電界が発生して、駆動部圧電素子７には
積層方向の伸びの変位が生起される。なお、固定部圧電
素子８についても製造工程上駆動部圧電素子７と同様に
電極が設けられているが、駆動パルスを印加しない構成
（駆動部圧電素子７のみを選択的に駆動する構成）にな
っている。

【００１６】フレーム部材５は、図２に示すように、板
状部材に圧電素子列４，４に対応する透孔部５ａ，５ｂ
を穿設することによって、圧電素子列４，４の各駆動部
圧電素子７，７…の列設方向と直交する方向の一方側に
固定部３５，３６を形成すると共に、２つの圧電素子列
４，４の他方側である中央部にも固定部３７を形成し、
これらの固定部３５〜３７の圧電素子列４，４の各駆動
部圧電素子７，７…の列設方向の両端部に架橋部３８，
３８を形成した枠状部材である。なお、フレーム部材５
の一方の架橋部３８には基板３のインク供給孔３ａに対
応するインク供給孔５ｃが形成されている。

【００１７】フレーム部材５の材料としては、寸法安定
性に優れ、ヘッドの使用環境が数１０度の範囲で振られ
ても、画像品質に影響を与えないものが好ましく、例え
ば、樹脂、セラミックス、金属等を用いることができる
が、特に駆動部圧電素子７や基板３に用いるものと同様
なセラミックスが好ましい。なお、フレーム部材５に樹
脂を用いる場合には、熱膨張係数を低減する充填剤が混
入された樹脂、例えば、ポリフェニレンサルファイド、
ポリエーテルサルフォン、ポリイミド等のエンジニアプ
ラスチック系の樹脂に、チタン、アルミナ、ガラスフィ
ラー、カーボン、シリカ等の充填剤を混入したものが好
ましい。このように、熱膨張係数を低減する充填剤が混
入された樹脂を用いることで、熱膨張係数を圧電素子列
４の駆動部圧電素子７、液室固定部材である固定部圧電
素子８と同等まで近づけることができ、しかも部品コス
トの低減を図れる。

【００１８】また、フレーム部材５の形状は上記のもの
に限らず、２列の圧電素子列４，４間の中央の固定部３
７を取り除いた四角形状の枠体形状、逆に両側の固定部
３６，３６を除いて中央部３７のみにした１本のプレー
トを用いることもできる。更に、基板３の四隅に円柱形
（形状はこれに限らない。）の柱状部材を取付けたもの
でもよい。

【００１９】次に、液室ユニット２の振動板１２は、図
３に示すように下側液室流路形成部材１３側は平坦面と
し、圧電素子列４側はそれぞれ厚みの異なるダイアフラ
ム領域１２ａ、接合領域１２ｂ及び逃げ領域１２ｃを形
成して、圧電素子列４の駆動部圧電素子７，７…に対応
してダイアフラム部１１を形成したものである。この振
動板１２はＮi（ニッケル）の金属プレートからなり、
エレクトロフォーミング法によって製造している。

【００２０】ここで、ダイアフラム領域１２ａは、最も
厚みの薄い領域であって、厚さを３〜１０μｍ程度にし
たダイアフラム部１１のダイアフラム領域（駆動部圧電
素子７の変位に応じて変形する弾性部分）である。ダイ
アフラム領域１２ａの厚さを１０μｍ以下にすること
で、駆動部圧電素子７の変位を効率的に加圧液室１７に
伝搬することができる。また、接合領域１２ｂは、最も
厚みの厚い領域であり、圧電素子列４の駆動部圧電素子
７及び固定部圧電素子８並びに第２液室固定部材である
フレーム５との接合領域であって、例えば２０μｍ程度
以上の厚さに形成している。更に、逃げ領域１２ｃは、
中間の厚さの領域であって、駆動部圧電素子７との接触
を避けるための逃げ領域である。なお、振動板１２にも
インク供給孔１２ｄを形成している。

【００２１】液室流路形成部材１３は、振動板１２上面
とノズルプレート１６との間に位置して加圧液室１７の
流路等を形成するものであり、その製造工程から下側液
室流路形成部材４０及び上側液室流路形成部材４１で構
成している。

【００２２】下側液室流路形成部材４０は、振動板１２
上面に接着された感光性樹脂フィルムからなり、図２に
示すように上側液室流路形成部材４１と相俟って圧電素
子列４の各駆動部圧電素子７，７…に対応して各々独立
した加圧液室１７の流路を形成すると共に、各加圧液室
１７へのインク供給路を兼ねた流体抵抗部４２を形成す
る多数の内側隔壁部４３と、加圧液室１７，１７…の周
囲に共通インク流路４４を形成する外周隔壁部４５とか
らなる。なお、内側隔壁部４３は圧電素子列４，４が２
列形成されていることに対応して２列形成され、各列の
間も共通インク流路４４としている。ここで、共通イン
ク流路４４は、フレーム部材５の各固定部３５〜３７の
上面に対応する位置に配置されるように形成している。
上側液室流路形成部材４１は、下側液室流路形成部材４
０と略同様の構成であるが、下側液室流路形成部材４０
の流体抵抗部４２に相当する部分がない点で異なる。

【００２３】ノズルプレート１６にはインク滴を飛翔さ
せるための微細孔である多数のノズル１５が形成されて
おり、このノズル１５の径はインク滴出口側の直径で３
５μｍ以下に形成し、かつノズル１５は加圧液室１７の
中心近傍に対応する位置に設けている。このノズルプレ
ート１６も振動板１２と同様にＮi（ニッケル）の金属
プレートからなり、エレクトロフォーミング法によって
製造している。

【００２４】次に、このインクジェットヘッドの製造工
程について説明する。このインクジェットヘッドは、予
めアクチュエータユニット１と液室ユニット２とを別々
に組付けた後、両ユニット１，２を接着接合して製造し
ている。このような製造工程を採用することによって、
両ユニット１，２の良品同士を選んで組み付けることが
できて歩留りが向上すると共に、加工組付け工程で塵埃
が発生しやすいアクチュエータユニット１と、塵埃の付
着を完全に避けたい液室ユニット２とを別々の工程で組
付けることができるので、完成したインクジェットヘッ
ドの品質自体が向上する。以下、具体的に説明する。

【００２５】先ず、アクチュエータユニット１の加工及
び組付け工程は、次のとおりである。すなわち、図２、
図５及び図６に示すように、セラミックス、高剛性の樹
脂等の電気絶縁材料から形成した基板３に予めインク供
給孔３ａを形成すると共に、積層型圧電素子の列設方向
に沿って中央部に共通溝２３を形成する。この共通溝２
３は、後述する圧電素子プレート等のスリット加工時の
切込み溝であるスリット溝２１よりも深く形成する。ま
た、共通溝２３の両端部付近に位置決め用穴３ｂ，３ｃ
を形成している。

【００２６】そして、この基板３の両側部分に個別電極
２２を形成するための導電性材料からなる個別電極用パ
ターン５１，５２を形成すると共に、共通溝２３内及び
その近傍並びに個別電極用パターン５１，５２を迂回し
て基板３の両端部に臨むように導電性材料からなる共通
電極用パターン５３を形成し、個別電極用パターン５１
と共通電極用パターン５３との間及び個別電極用パター
ン５２と共通電極用パターン５３との間を圧電素子接合
領域５４，５５としている。これらの各電極パターン５
１〜５３は、例えばＮi、Ａu、Ｃu等の金属蒸着、又は
同種金属の電解、無電界メッキ、あるいはＡgＰd、Ａg
Ｐt、Ａuペースト等の厚膜導体ペーストの印刷等の方法
によって形成して基板３表面に密着させている。

【００２７】なお、共通電極は、後述する圧電素子プレ
ート及び個別電極用パターン５１，５２の切断加工後に
別途導電性ペースト等で形成することもできるので、こ
のようにした場合には基板３の共通溝２３及び共通電極
用パターン５３が不要になり、最低限必要な電極パター
ンは個別電極用パターン５１，５２である。

【００２８】そして、図７に示すように基板３上の前記
圧電素子接合領域５４，５５に積層型圧電素子をプレー
ト状（板状に限らず、四角柱状等の形状を含む意味で用
いる。）に形成してなる圧電素子プレート５６，５６を
接着剤６（図３参照）を用いて接着接合する。このと
き、圧電素子プレート５６，５６と個別電極用パターン
５１，５２及び共通電極用パターン５３との位置関係
は、圧電素子プレート５６，５６が個別電極用パターン
５１，５２及び共通電極用パターン５３に僅かに載る程
度か、好ましくは僅かに隙間をあけて接合するようにす
る。この場合、圧電素子プレート５６，５６が個別電極
用パターン５１，５２及び共通電極用パターン５３上に
多く（広い面積で）載るように接合すると、電極用パタ
ーン５１〜５３の厚みや誤差が圧電素子プレート５６ひ
いては切断加工後の圧電素子７，８の接合品質、すなわ
ち接合の均一性や接合後の面平行精度に影響を与えるこ
とになって好ましくない。

【００２９】また、圧電素子プレート５６の積層方向は
前述したように基板３に圧電素子プレート５６を接合し
た方向と同じである（図２〜図４参照）。この圧電素子
プレート５６の基板３への接合に用いる接着剤６として
は加熱硬化タイプのエポキシ系接着剤を使用している
が、中でも高ヤング率のものが適している。接着剤の形
態としては、１液タイプ、２液混合タイプ、フィルムタ
イプ等のいずれでも使用可能である。

【００３０】そして、これらの圧電素子プレート５６，
５６の長辺部端面には予め前記端面電極（外部電極）２
８，２９を形成するための端面電極５７，５８を形成し
ておき、基板３上への接着接合後、これらの２枚の圧電
素子プレート５６，５６の対向する側の端面電極５７，
５７を基板３上の共通電極用パターン５３に導電性材料
３１にて電気的に接続すると共に、２枚の圧電素子プレ
ート５６，５６の対向しない端面電極５８，５８を基板
３上の各個別電極用パターン５１，５１に導電性材料３
２にて電気的に接続する。導電性材料３１，３２として
は例えば導電性接着剤を用いてこれを塗布硬化させる。

【００３１】次いで、ダイヤモンド砥石をセットしたダ
イサー等によって、２枚の圧電素子プレート５６，５６
及び基板３の表面部を、その端面電極５７，５８と直交
する方向（短辺方向）に所定のピッチで切断加工（スリ
ット加工）して、駆動部圧電素子７及び固定部圧電素子
８となる複数の積層型圧電素子を分割形成すると同時
に、端面電極５７，５８を複数の積層型圧電素子（駆動
部圧電素子７及び固定部圧電素子８）に対応する端面電
極２８，２９に分割する。このとき、基板３に所定の深
さまで切込んでスリット溝２１を入れて切断することに
よって、駆動部圧電素子７及び固定部圧電素子８を完全
に独立させると共に、基板３上の個別電極用パターン５
７，５８を複数の積層型圧電素子（駆動部圧電素子７及
び固定部圧電素子８）に対応する個別電極２２，２２…
に分割する。この分割した個別電極２２，２２…は分割
された複数の積層型圧電素子（駆動部圧電素子７及び固
定部圧電素子８）の対向しない端面側の端面電極２９，
２９…と接続されたままである。なお、スリットピッチ
即ち切断ピッチ（圧電素子プレート５６の長手方向のピ
ッチ）は、例えば１ピッチ当たり１００μｍ程度の幅の
圧電素子７，８が形成されるピッチとしている。

【００３２】また、基板３上の共通電極用パターン５３
はその一部が個々の駆動部圧電素子７（及び固定部圧電
素子８）に対応して分割されるが、基板３の共通溝２３
にまでスリット溝２１が達しないので、スリット加工後
も共通電極用パターン５３は共通溝２３を通じて２列の
圧電素子列４，４の各駆動部圧電素子７の対向する端面
側のすべての端面電極２８，２８…と接続されたままで
ある。これにより、簡単に２列の圧電素子列４，４の対
向する端面電極２８，２８…に接続された共通電極２４
を確保することができる。

【００３３】このように、ここでは、基板３上に予め個
別電極用パターン５１，５２を形成すると共に、接合さ
れる各圧電素子プレート間に予めスリット加工時に分割
されない深さの共通溝２３を形成し、この共通溝２３に
含めて共通電極用パターン５３を形成しておき、この基
板３上にそれぞれ両端面に端面電極５７，５８を形成し
た２枚の圧電素子プレート５６，５６を並列に独立して
接合した後、これら２枚の圧電素子プレート５６，５６
及び基板３上の個別電極用パターン５１，５２を所定の
ピッチで同時に切断加工して、２枚の圧電素子プレート
５６，５６をそれぞれ各圧電素子列４，４を構成する複
数の積層型圧電素子に分離して個別化すると同時に、基
板３上の個別電極用パターン５１，５２を個別化された
各積層型圧電素子に対応する個別電極２２，２２…に分
割し、しかも共通電極用パターン５３は分割されないよ
うにしている。

【００３４】このようにすることによって、特に積層型
圧電素子である各圧電素子（駆動部圧電素子７）からの
電極の取出しが簡単になり、しかも２列の圧電素子列の
対向する端面電極を共通電極に接続することによって、
駆動回路と接続するための個別電極の取出しが容易にな
り、さらに切断加工では分割されない共通電極用パター
ンを設けることによって、微細な機械的切断加工を施す
以前に共通電極を確保できて、機械的切断加工によって
形成された個々の圧電素子を後工程で破壊ないし損傷す
ることもなく、工程の簡略化、歩留りの一層の向上を図
れる。また、１枚の圧電素子プレートを用いて、これを
２分割し、更に各列の圧電素子プレートを個々の圧電素
子に分割する手法に比べて、切断工数も少なくなる。

【００３５】このようにして、圧電素子プレート５６，
５６等の切断加工（スリット加工）が終了した基板３上
にフレーム部材５を接着剤６を用いて接着接合する。こ
こで、フレーム部材５接合後のフレーム部材５の上面と
圧電素子列４，４の上面とは、精度良く同一平面となっ
ている必要がある。これは、後述するようにこの部分に
液室ユニット２の振動板１２を接合するため、面精度が
悪いと接着されない変形部（ダイアフラム部１１）が発
生するからである。

【００３６】この場合、フレーム部材５の上面と圧電素
子列４，４の各圧電素子７，８上面とを同一平面にする
ためには接着工程を工夫して接着時に面合わせをして硬
化させることもできるが、両部品の寸法精度及び接着工
法の困難性が大きくなる。そこで、圧電素子列４，４の
高さよりも僅かに高いフレーム部材５を接着接合した
後、表面の研削加工を行い、圧電素子列４，４の各圧電
素子７，８上面が僅かに削れて同一平面になるまで研削
を行うことによって、両部品の寸法精度及び接着工法の
困難性を解消できる。

【００３７】その後、基板３の個別電極２２，２２及び
共通電極２４にＦＰＣケーブル３３を熱と加圧で接合し
て、アクチュエータユニット１を完成する。なお、ＦＰ
Ｃケーブル３３は圧電素子列４，４の内の駆動部圧電素
子７，７…を選択的に駆動できるパターンを有し、その
接合部には予め半田メッキを施している。

【００３８】一方、液室ユニット２の加工・組付け工程
について説明すると、振動板１２のフラットな面上に下
側液室流路形成部材４０を形成するための感光性樹脂で
ある厚さ２０〜５０μｍ程度のドライフィルムレジスト
を熱及び加圧によってラミネートし、流路パターンに応
じたマスクを用いて紫外線露光をして、露光部分を硬化
させる。そして、未露光部分を除去できる溶剤を用い
て、未露光部分を除去して現像し、図２に示すように下
側液室流路形成部材４０の液室パターンを形成し、水洗
い、乾燥の後、再度紫外線露光と熱によって本硬化す
る。

【００３９】また、ノズルプレート１６にも上側液室流
路形成部材４１を形成するための感光性樹脂である厚さ
４０〜１００μｍ程度のドライフィルムレジストを熱及
び加圧によってラミネートし、流路パターンに応じたマ
スクを用いて紫外線露光をして、露光部分を硬化させ、
未露光部分を現像して、上側液室流路形成部材４１の液
室パターン（前述したように流体抵抗部４２がない。）
を形成し、水洗い、乾燥の後、再度紫外線露光と熱によ
って本硬化する 。

【００４０】そして、このようにして振動板１２とノズ
ルプレート１６に形成されたドライフィルムレジストか
らなる下側液室流路形成部材４０と上側液室流路形成部
材４１の対応する面同士を接合する。この接合は位置合
わせ治具を用いて行い、加圧及び前記本硬化のときより
高い温度での加熱を行う。

【００４１】上述のようにして完成したアクチュエータ
ユニット１と液室ユニット２とを組み付ける。すなわ
ち、先ず、前述したように切削加工で同一平面としたア
クチュエータユニット１の圧電素子列４，４の各圧電素
子７…，８…及びフレーム部材５の上面にスクリーン印
刷機を用いてエポキシ系接着剤等の接着剤１８を塗布
し、位置合わせ可能な接合治具にアクチュエータユニッ
ト１を固定し、液室ユニット２の振動板１２側（接合
面）を下方にして、位置合わせしながら両ユニット１，
２を接合して、インクジェットヘッドを得る。この場
合、数Ｋg／cm2の加圧状態でエポキシ系接着剤が反応硬
化する間放置する。なお、スクリーン印刷では余分な部
分に接着剤１８が塗布されないようにパターンマスクを
用いることが好ましい。また、接着剤として、アクリル
系の二液非混合タイプのものやシアノアクリレート系の
ものなどを用いて瞬間的に接合するようにしてもよい。
最後に、基板３にインク供給孔３ａにインク供給パイプ
２５を挿入して接着剤を塗布硬化して固定する。

【００４２】次に、以上のように構成したインクジェッ
トヘッドの作用について説明すると、記録信号に応じて
選択的に圧電素子列４，４の駆動部圧電素子７，７…に
２０〜５０Ｖの駆動パルス電圧を印加することによっ
て、パルス電圧が印加された駆動部圧電素子７が変位し
て振動板１２の対応するダイアフラム部１１をノズル１
５方向に変形させ、加圧液室１７の容積（体積）変化に
よって加圧液室１７内のインクを加圧し、インクがノズ
ルプレート１６のノズル１５から液滴となって噴射さ
れ、記録を行うことができる。

【００４３】そして、インク滴の吐出に伴って加圧液室
１７内のインク圧力が低下し、このときのインク流れの
慣性によって加圧液室１７内には若干の負圧が発生す
る。この状態の下において、駆動部圧電素子７への電圧
の印加をオフ状態にすることによって、振動板１２のダ
イアフラム部１１が元の位置に戻って加圧液室１７が元
の形状になるため、さらに負圧が発生する。

【００４４】このとき、図示しないインクタンクに通じ
るインク供給パイプ２５から入ったインクは、共通イン
ク流路４４を通って流体抵抗部４２から加圧液室１７内
に充填される。そこで、ノズル１５のインクメニスカス
面の振動が減衰して安定した後、次のインク滴吐出のた
めに駆動部圧電素子７にパルス電圧を印加する。

【００４５】この場合、振動板１２の変形部をダイアフ
ラム部１１とすることによって、駆動部圧電素子７で発
生した変位を効率的に当該加圧液室１７に伝搬させるこ
とができると共に、当該加圧液室１７以外の部分への振
動の伝搬が減少する。また、インク吐出時に、加圧液室
１７から共通インク流路４４に通じる流路方向にインク
の流れが発生するが、この流路をその断面積を他より小
さく形成した流体抵抗部４２としているので、加圧液室
１７から共通インク流路４４への逆流が極めて少なくな
り、インク滴吐出効率の低下が防止される。

【００４６】そして、このインクジェットヘッドにおい
ては、圧電素子列４の各駆動部圧電素子７と液室ユニッ
ト２のダイアフラム部１１とを接合すると共に、基板３
上には駆動部圧電素子７，７間に固定部圧電素子８，８
…を設けたバイピッチ構造として、この固定部圧電素子
８と液室ユニット２の各加圧液室１７，１７間とを接合
して、液室ユニット２を基板３に固定したので、隣接チ
ャンネル間の機械的剛性が高くなって、一の駆動部圧電
素子７を駆動したときの他の駆動部圧電素子７への振動
の伝搬が抑制され、相互干渉が低減してインク吐出性能
が安定する。

【００４７】また、基板３上には圧電素子列４，４の外
周にノズル配列方向と直交する方向に固定部３５〜３７
を有するフレーム部材５を設けて、このフレーム部材５
と液室ユニット２とを接合しているので、単チャンネル
駆動時に生じる隣接チャンネルへの振動伝搬がここでも
抑制されるとともに、同時に複数チャンネルを駆動した
ときに液室ユニット２全体が持上がるようなこともなく
なる。

【００４８】さらに、駆動部圧電素子７として積層型圧
電素子を用いて、この積層型圧電素子の積層方向（ｄ３
３方向）への変位によって加圧液室１７を加圧するよう
にしているので、駆動部圧電素子７の駆動によって加圧
液室１７内の圧力上昇が瞬時に行われ、これにより、入
力した駆動電圧波形に対応して時間遅れが生じることな
く変位する。そして、ｄ３３方向の変位を利用している
ので、駆動部圧電素子７の変位方向の厚みを薄くでき、
機械的共振点も実用上の問題がないほどに高周波数帯
（５００ＫＨｚ以上）となり、数μsの立ち上がり時間
で駆動しても共振の影響が略なくなる。

【００４９】さらにまた、図３に示すように液室ユニッ
ト２の共通インク流路４４をフレーム部材５の上面に対
応した位置になるように形成しているので、圧電素子７
…，８…に可及的に近い位置で液室ユニット２を固定す
ることができ、これによって振動板１２のダイアフラム
部１１の振動特性が安定する。この場合、液室ユニット
２の共通インク流路４４の半分以上の面積がフレーム部
材５の上面に対応する位置関係とすることが上記の作用
効果を得る上で好ましい。

【００５０】そして、このインクジェットヘッドは加圧
液室を用いるピエゾアクチュエータ方式を採用している
ことで、アクチュエータである圧電素子がインク中に浸
されないので接液性の問題がなく、圧電素子は自己発熱
の問題がないので使用インクの制約もなく、更にインク
液吐出に最適な圧電素子駆動波形を設定できることから
微小滴（サテライト）が発生し難く、画像（印字）品質
が高く、アクチュエータユニットと液室ユニットを別体
で組み付けることから、ヘッドの歩留り、組立て品質が
向上する。

【００５１】ところで、上記実施例においては、前述し
たように基板３上に圧電素子プレート５６を接合して所
定のピッチでスリット加工を施して、複数の駆動部圧電
素子７及び固定部圧電素子８を形成した後、基板３上に
フレーム部材５を接合している。この場合、フレーム部
材５と複数の駆動部圧電素子７及び固定部圧電素子８の
上面の面合わせのための研削加工をおこなうときに、加
工済みの複数の駆動部圧電素子７及び固定部圧電素子８
が研削加工時の衝撃によって接合不良等を生じることが
ある。また、圧電素子プレート５６と各電極用パターン
５１，５２を切断加工するときに、小さなピッチで切断
加工（スリット加工）するために電極用パターンの密着
強度が加工時の剥離力に耐えられなくなって基板３から
剥離することもある。

【００５２】そこで、図８に示すように基板３上に圧電
素子プレート５６（図７参照）を接着接合すると共に、
フレーム部材５も接着接合した後、先ず、圧電素子プレ
ート５６とフレーム部材５の上面の研削加工を行って面
高さを合わせ、次いで、ダイシングソー等によって圧電
素子プレート５６等とフレーム部材５とを一体的にスリ
ット溝６０を入れるように同時に切断加工するようにす
ることもできる。これによって、研削加工時や溝加工
（切断加工）時の加工力による駆動部圧電素子７及び固
定部圧電素子８の倒れを防止できると共に、フレーム部
材５で基板３上の電極パターンを上から押えているため
に電極パターンの剥離も防止できる。

【００５３】また、上記実施例では駆動部圧電素子７及
び固定部圧電素子８の１層の厚みは前述したように２５
〜５０μｍにしているが、駆動部圧電素子７及び固定部
圧電素子８及びフレーム部材５の面合せて切削加工時
に、両部品の平面度精度、厚み精度等によっては駆動部
圧電素子７及び固定部圧電素子８の最上層が全部削られ
て内部電極２７が露出してしまうことが生じる。なお、
ここで、特に問題となるのは駆動部圧電素子７であるこ
とは言うまでもない。

【００５４】そこで、図９に示すように積層型圧電素子
である駆動部圧電素子７（圧電素子８も同様）の最外層
のＰＺＴ２６ａ，２６ｂの厚さを他の層のＰＺＴ２６よ
り厚く形成する。このようにすれば、駆動部圧電素子７
及び固定部圧電素子８とフレーム部材５の面合せて切削
加工時に、部品の平面精度が充分でない等の理由で最外
層のＰＺＴ２６ａ，２６ｂの研削加工量が増えても内部
電極２７が露出することを防止できる。これらの最外層
のＰＺＴ２６ａ，２６ｂは片側（外面）に内部電極２７
が設けられていないので、電圧印加時にも変位をしない
不活性層であるので、厚みが変わっても特性に影響を与
えない。

【００５５】なお、活性層となる個々のＰＺＴ２６の厚
さは印加電圧を可及的に低くするために薄くすることが
要求されるために、ＰＺＴ２６自体の厚さを厚くするこ
とは適当でない。また、上下両側の最外層（最上面層及
び最下面層）のＰＺＴ２６ａ，２６ｂの厚さを他の層の
ＰＺＴ２６より厚くすることで、圧電素子プレートの接
合時に上下いずれを上面にすることもできて接合作業が
容易になる。もっとも、上下両側の最外層のＰＺＴ２６
ａ，２６ｂのいずれか一方のみを厚くしても切削加工時
の内部電極の露出という問題は解決できる。

【００５６】なお、本発明は、積層型圧電素子の積層方
向の変位（電界方向と同方向のｄ３３方向の変位）を用
いるインクジェットヘッドに限らず、積層方向と直交す
る方向の変位（電界方向と直交する方向のｄ３１方向の
変位）を用いるインクジェットヘッドにも適用すること
ができる。また、上記実施例では、ノズルの開口方向を
圧電素子の変位方向と同軸上にしたサイドシュータ方式
のインクジェットヘッドに適用した例で説明したが、ノ
ズルの開口方向を圧電素子の変位方向と直交する方向に
したエッジシュータ方式のインクジェットヘッドにも適
用することができる。さらに上記実施例では駆動部圧電
素子と固定部圧電素子とを交互に配列したバイピッチ構
造としたが、すべての圧電素子を駆動部とするノーマル
ピッチ構造にすることもできる。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るイン
クジェットヘッドの製造方法によれば、絶縁性基板上に
個別電極用のスリット加工で形成される溝よりも深い共
通溝を形成し、その後絶縁性基板上に電極用パターンを
形成するので、スリット加工前に共通電極を確保するこ
とができ、工程の簡略化、歩留まりの向上を図れる。

【００５８】本発明に係るインクジェットヘッドによれ
ば、絶縁性基板上にスリット加工で分割された積層型圧
電素子及び個別電極を有するとともに、スリット加工で
形成された溝よりも深い共通溝を有しているので、スリ
ット加工前に共通電極を確保したヘッドが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すインクジェットヘッド
の外観斜視図

【図２】図１の分解斜視図

【図３】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図

【図４】図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図

【図５】アクチュエータユニットの加工及び組立て工程
の説明に供する基板の平面図

【図６】同じく斜視図

【図７】同工程の説明に供する基板に圧電素子プレート
を接合した状態の斜視図

【図８】アクチュエータユニットの他の実施例の説明に
供する斜視図

【図９】アクチュエータユニットの更に他の実施例の説
明に供する模式的説明図

【符号の説明】

１…アクチュエータユニット、２…液室ユニット、３…
基板、４…圧電素子列、５…フレーム部材、６…接着
剤、７…駆動部圧電素子、８…固定部圧電素子、１１…
ダイアフラム部（変位部）、１２…振動板、１３…液室
流路形成部材、１５…ノズル、１６…ノズルプレート、
１７…加圧液室、２１…スリット溝、２２…個別電極、
２３…共通溝、２４…共通電極、２７…内部電極、２
８，２９…端面電極、５１，５２…個別電極用パター
ン、５３…共通電極用パターン、５６…圧電素子プレー
ト、５７，５８…端面電極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 勉 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 岩瀬 政之 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 Ｆターム(参考） 2C057 AF93 AG12 AG44 AG47 AG92 AG93 AP02 AP14 AP22 AP25 AP54 AP55 AQ03 AQ06 AQ10

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁性基板上に電極用パターンを形成し
   たインクジェットヘッドの製造方法において、前記絶縁
   性基板上に個別電極用のスリット加工で形成される溝よ
   りも深い共通溝を形成し、その後前記絶縁性基板上に電
   極用パターンを形成することを特徴とするインクジェッ
   トヘッドの製造方法。
2. 【請求項２】 絶縁性基板上に電極用パターンを形成し
   たインクジェットヘッドにおいて、前記絶縁性基板上に
   スリット加工で分割された積層型圧電素子及び個別電極
   を有するとともに、前記スリット加工で形成された溝よ
   りも深い共通溝を有していることを特徴とするインクジ
   ェットヘッド。