JP2003246061A - インクジェット記録ヘッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】圧電セラミック層と金属層とを順次積層した振
動部と、厚み方向に分極処理を施した圧電セラミック層
と電極層とを順次積層した駆動部とからなるアクチュエ
ータを有するインクジェット記録ヘッドにおいて、上記
アクチュエータの駆動特性を高め、インク滴の吐出速度
を向上させる。 【解決手段】圧電セラミック層と金属層とを順次積層し
た振動部と、厚み方向に分極処理を施した圧電セラミッ
ク層と電極層とを順次積層した駆動部とからなるアクチ
ュエータの振動部を流路部材側に接合するとともに、駆
動部を振動部のインク室と対向する位置に独立して配置
し、かつ駆動部及び振動部を形成する圧電セラミック層
を同種のセラミックスにより形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、文字や画像の印刷
に用いる各種プリンターや記録計、ファクシミリ、ある
いは捺染分野や窯業分野で文様形成等に用いられる印刷
機等の記録装置に搭載されるインクジェット記録へッド
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、パーソナルコンピューターの普及
やマルチメディアの発達に伴って、情報を記録媒体に出
カする記録装置として、インクジェット方式の記録装置
の利用が急速に拡大している。

【０００３】かかるインクジェット方式の記録装置は、
多階調化やカラー化が容易で、ランニングコストが低い
ことから将来性が注目されている。

【０００４】図６に従来のインクジェット記録ヘッドの
一例を示すように、このインクジェット記録ヘッド７０
は、複数の隔壁６３によって仕切られた複数のインク室
６２を有する流路部材５０と、各インク室６２内に充填
されるインクを加圧するアクチュエータ４１とからな
る。

【０００５】流路部材５０は、３層の板状体５２，５
６，５９と最下層のノズル板６１とからなり、最上層の
板状体５２には複数のスリット５１が並設され、二層目
の板状体５６とでインク室６２を形成するとともに、イ
ンク室６２を仕切る壁を隔壁６３とし、二層目の板状体
５６には各スリット５１と連通するインク供給孔５３、
インク案内孔５４、インク導入穴５５を、三層目の板状
体５９にはインク案内孔５４と連通するインク案内孔５
８、及びインク供給孔５３及びインク導入穴５５と連通
するインク溜５７をそれぞれ備え、インク案内孔５８は
ノズル板６１のインク吐出孔６０と連通するようになっ
ていた。

【０００６】また、アクチュエータ４１は、圧電セラミ
ック層４３，４６と金属層４４，４７，４８とを複数枚
積層した後、焼成一体化した積層型圧電素子からなり、
このうち、複数枚の圧電セラミック層４３と、この圧電
セラミック層４３と略同等の面積を有する金属層４４と
を順次積層した領域を振動部４２とし、残りの圧電セラ
ミック層４６と、金属層４７，４８とを順次積層した領
域を駆動部４５としたもので、駆動部４５を形成する金
属層４７，４８はインク室６２と略同等の面積に形成さ
れていた。なお、アクチュエータ４１の駆動部４５にお
ける圧電セラミック層４６は厚み方向に予め分極処理を
施してある。

【０００７】そして、アクチュエータ４１の電極層４
７，４８が流路部材５０のインク室６２上に位置するよ
うに位置合わせした後、アクチュエータ４１の振動部４
２と流路部材５０の隔壁６３とを接着にて接合すること
によりインクジェット記録ヘッド７０を形成するように
なっていた（特開平３−２７４１５９号公報参照）。

【０００８】また、このインクジェット記録ヘッド７０
によりインク滴を吐出するには、アクチュエータ４１の
駆動部４５における電極層４７，４８間に電圧を印加し
て駆動部４５をその幅方向において伸縮運動させると、
駆動部４５の一方の主面側は振動部４２によって拘束さ
れているために撓み振動を起こし、さらに振動部４２は
流路部材５０の隔壁６３によって拘束されていることか
ら、インク室６２の一部を構成する振動部４２が撓み振
動し、この時の減圧力によってインク溜５７よりインク
供給孔５３を介してインク室６２内にインクを補充し、
また、加圧力を発生させることによりインク室６２内の
インクを加圧し、インク案内孔５４，５８を介してイン
ク吐出孔６１よりインク滴を吐出するようになってい
た。

【０００９】このように、アクチュエータ４１として積
層型圧電素子を用いたものは、大きな撓み振動を発生さ
せることができるため、インク吐出力を向上させること
ができるとともに、駆動部４５と振動部４２を形成する
圧電セラミック層４３，４６を同一のセラミックスによ
り形成することで、複数枚積層して一体化しても剥離等
を生じることがないため、長期間にわたって使用するこ
とができるといった利点があった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、高画
質化が要求され、この要求に伴って隣り合うインク吐出
孔６０の間隔を６００μｍ以下と狭くすることが求めら
れるようになっている。しかしながら、図６に示すイン
クジェット記録ヘッド７０は、隣り合うインク室６２上
の駆動部４５が互いに繋がっており、一体的に形成され
ているため、隣り合うインク吐出孔６０の間隔が６００
μｍ以下と狭くなると、一つのインク室６２上に位置す
る電極層４７，４８間に電圧を印加して振動させると、
その振動が隣のインク室６２にも伝わってインク滴の吐
出に悪影響を与えるクロストーク現象が発生するといっ
た課題があった。

【００１１】また、図６に示すインクジェット記録ヘッ
ド７０では、アクチュエータ４１の駆動部４５に積層型
圧電素子を用いていることから、一層の圧電素子からな
るものと比較して大きな振動を発生させることができ、
大きなインク吐出力を得易いものの、その性能を十分に
発揮することができないといった課題もあった。

【００１２】即ち、大きなインク吐出力を得るために
は、インク室６２上に位置する電極層４７，４８間の圧
電セラミック部４６の伸縮を大きくすれば良いのである
が、電極層４７，４８間の圧電セラミック部４６の伸縮
は、両隣りの電極層４７，４８間にある圧電セラミック
部４６によって拘束されるため、一つのインク室６２上
に位置する電極層４７，４８間に印加した電圧に見合っ
た伸縮振動をさせることができず、その結果、大きなイ
ンク吐出力を得ることができなかった。

【００１３】なお、印加電圧を大きくしてインク吐出力
を大きくする方法もあるが、この場合、消費電力が大き
くなるとともに、アクチュエータ４１の発熱が大きくな
り、インク室６２内のインクの粘度に悪影響を与え、イ
ンク滴の安定した吐出ができなくなるといった課題があ
り、また、駆動部４５の積層数を増やしてインク吐出力
を大きくする方法では、静電容量が増加することから消
費電力が大きくなるとともに、アクチュエータ４１の駆
動部４５が変形し難くなり、インク吐出力を向上させる
ことができなくなるといった課題があった。

【００１４】

【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、複数の隔壁によって仕切られた複数のインク
室を有する流路部材と、上記各インク室内のインクを加
圧するアクチュエータとからなるインクジェット記録ヘ
ッドにおいて、上記アクチュエータを、圧電セラミック
層と金属層とを順次積層した振動部と、厚み方向に分極
処理を施した圧電セラミック層と電極層とを順次積層し
た駆動部とから構成し、上記振動部を上記流路部材の隔
壁と接合するとともに、上記駆動部を上記振動部のイン
ク室と対向する位置に独立して配置し、さらに上記駆動
部及び振動部を形成する圧電セラミック層を同種のセラ
ミックスにより形成するとともに、上記駆動部及び振動
部を焼結にて接合一体化したことを特徴とする。

【００１５】また、上記駆動部の厚みはアクチュエータ
の厚みの３０％〜７０％とすることが好ましい。

【００１６】なお、本発明において、「駆動部を振動部
のインク室と対向する位置に独立して配置する」とは、
隣り合うインク室上に位置する各駆動部が互いに独立し
て形成されており、連続的に繋がっていないことを言
う。従って、一つの駆動部の側面は、隣の駆動部と接触
しなければ、隔壁上にまで延設されていても構わない。

【００１７】また、本発明は、このインクジェット記録
ヘッドを製造するにあたり、未焼結の圧電セラミック層
上に金属層及び電極層となる金属ペーストを印刷したも
のを複数枚積層して焼成一体化することにより積層型圧
電素子を製作し、この積層型圧電素子を、複数の隔壁に
よって仕切られた複数のインク室を有する流路部材の隔
壁上に接合した後、上記積層型圧電素子の各隔壁と対向
する位置に、ブラスト加工を施して上記積層型圧電素子
の厚みの３０％〜７０％の深さの溝を形成することによ
り、上記溝で仕切られた領域を駆動部、上記溝下部を振
動部とするアクチュエータを形成し、上記駆動部の電極
層間に電圧を印加してその間にある圧電セラミック層に
分極処理して製造したことを特徴とする。

【００１８】さらに、本発明は、上記インクジェット記
録ヘッドの他の製造として、未焼結の圧電セラミック層
上に金属層となる金属ペーストを印刷したものを複数枚
積層して振動部を形成した後、上記振動部上に間隔を開
けて、未焼結の圧電セラミック層上に電極層となる金属
ペーストを印刷したものを複数枚積層して駆動部を形成
し、該駆動部と振動部とを焼結にて接合一体化してアク
チュエータを製作した後、このアクチュエータを複数の
隔壁によって仕切られた複数のインク室を有する流路部
材の隔壁上に接合し、次いで上記駆動部の電極層間に電
圧を印加してその間にある圧電セラミック層に分極処理
して製造したことを特徴とする。

【００１９】

【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。

【００２０】図１は本発明のインクジェット記録ヘッド
の一例を示す図で、（ａ）は一部を破断した斜視図、
（ｂ）は（ａ）の要部を拡大した断面図である。

【００２１】このインクジェット記録ヘッド３０は、複
数の隔壁２３によって仕切られた複数のインク室２２を
有する流路部材１０と、各インク室２２内に充填される
インクを加圧するアクチュエータ１とからなる。

【００２２】流路部材１０は、３層の板状体１２，１
６，１９と最下層のノズル板２１とからなり、最上層の
板状体１２には複数のスリット１１が並設され、二層目
の板状体１６とでインク室２２を形成するとともに、イ
ンク室２２を仕切る壁を隔壁２３とし、二層目の板状体
１６には各スリット１１と連通するインク供給孔１３、
インク案内孔１４、インク導入穴１５を、三層目の板状
体１９にはインク案内孔１４と連通するインク案内孔１
８、及びインク供給孔１３とインク導入穴１５と連通す
るインク溜１７をそれぞれ備え、インク案内孔１８はノ
ズル板２１のインク吐出孔２０と連通するようになって
いる。

【００２３】なお、流路部材１０を形成する板状体１
２，１６，１９及びノズル板２１を形成する材質として
は、ステンレス、モリブデン、鉄−ニッケル系合金等の
金属材料や、シリカを主成分とするガラス、あるいはシ
リコンを用いることができ、板状体１２に形成するスリ
ット１１、板状体１６に形成するインク供給孔１３、イ
ンク案内孔１４、インク導入穴１５、板状体１９に形成
するインク案内孔１８及びインク溜１７、ノズル板２１
に形成するインク吐出孔２０は、それぞれ金型による打
ち抜き加工やフォトリソグラフィ法による精密マスクを
用いたエッチング加工等によって形成することができ
る。

【００２４】また、アクチュエータ１は、図１（ｂ）に
示すように、圧電セラミック層３，６と金属層４及び電
極層７，８とを複数枚積層した後、焼成一体化した積層
型圧電素子からなり、圧電セラミック層３と金属層４を
順次積層した領域を振動部２とするとともに、圧電セラ
ミック層６と電極層７，８を順次積層した領域を駆動部
５としてある。

【００２５】振動部２は流路部材１０と略同等の大きさ
を有し、流路部材１０の隔壁２３と接着等にて接合され
るようになっており、また、駆動部５は、振動部２上の
各インク室２２と対向する位置に独立して形成してあ
る。

【００２６】アクチュエータ１の振動部２及び駆動部５
をそれぞれ形成する圧電セラミック層３，６の材質とし
ては、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、あるいはこれらの混
合物を主成分とする圧電セラミックスを用いることがで
き、振動部２を形成する圧電セラミック層３と駆動部５
を形成する圧電セラミック層６は同種のセラミックス、
好ましくは同一のセラミックスにより形成することが好
ましい。

【００２７】振動部２を形成する圧電セラミック層３と
駆動部５を形成する圧電セラミック層６を同種のセラミ
ックスにより形成することで、焼成一体化する際に両者
を強固に密着させることができ、また、アクチュエータ
１の振動によって剥離が発生することを防止することが
できる。

【００２８】なお、本発明において、同種のセラミック
スからなるとは、主成分が同じセラミックスからなるこ
とを指し、また、同一のセラミックスからなるとは、組
成が全く同一のセラミックスからなることを指す。

【００２９】また、振動部２を形成する金属層４及び駆
動部５を形成する電極層７，８の材質としては、圧電セ
ラミック層３，６の焼成温度よりも高い融点を有すると
ともに、圧電セラミック層３，６との熱膨張差が近似し
た材質を用いることが良く、例えば、銀（７０重量％）
−パラジウム（３０重量％）、銀、パラジウム、白金、
銅、金又はこれらの合金等を用いることができる。

【００３０】さらに、駆動部５を形成する圧電セラミッ
ク層６には、予め厚み方向に分極処理を施してあり、ま
た、駆動部５の電極層７，８のうち、一つおきに配置さ
れた電極層７は、その間にある圧電セラミック層６に形
成してあるビアホール導体７ａを介して電気的に接続す
るとともに、残りの電極層８も、その間にある圧電セラ
ミック層６に形成してあるビアホール導体８ａを介して
電気的に接続してある。

【００３１】その為、駆動部５の電極層７と電極層８と
の間に電位差を与えると、電極層７と電極層８との間に
ある圧電セラミック層６がその幅方向において伸縮運動
するのに対し、駆動部５の一方の主面側は振動部２と接
合してあることから、駆動部５の伸縮運動が拘束され、
駆動部５下の振動部２が撓み振動するようになってい
る。

【００３２】次に、図１（ａ）（ｂ）に示すインクジェ
ット記録ヘッド３０のインク滴の吐出原理について図２
（ａ）（ｂ）に示す断面図をもって説明する。

【００３３】図１（ａ）（ｂ）に示すインクジェット記
録ヘッド３０にてインク滴を吐出するには、まず、イン
クとして顔料タイプの油性インクや水性染料インクある
いは紫外線硬化インク等のインクを、インク導入穴５か
らインク溜１７に供給するとともに、さらにインク供給
穴１３を経てインク室２２内に供給する。この状態で、
例えばアクチュエータ１の駆動部５における電極層７，
８間に電圧を印加して駆動部５をその幅方向に縮ませる
と、駆動部５の一方の主面側が振動部２によって拘束さ
れていること、及び振動部２が流路部材１０の隔壁２３
によって拘束されていることにより、電圧を印加した駆
動部５下の振動部２が図２（ａ）に示すようにインク室
２２側に撓み、インク室２２内のインクを加圧するた
め、インク室２２内のインクはインク導入孔１４，１８
を介してインク吐出孔２０よりインク滴として吐出する
ことができ、また、駆動部５の電極層７，８間に与えた
電圧を遮断すると、駆動部５は弾性変形により元の状態
に戻ろうとするため、図２（ｂ）に示すように、駆動部
５下の振動部２の撓みが解消されてインク室２２内が減
圧されるため、インク溜１７よりインク供給孔１３を介
してインク室２２内にインクを補充することができる。

【００３４】そして、駆動部５の電極層７，８間にパル
ス電圧を与え、通電と遮断を繰り返すことにより、イン
ク吐出孔２０よりインク滴を連続して吐出することがで
きる。

【００３５】また、本発明のインクジェット記録ヘッド
３０によれば、アクチュエータ１を、圧電セラミック層
３と金属層４とを順次積層した振動部２と、厚み方向に
分極処理を施した圧電セラミック層６と電極層７，８と
を順次積層した駆動部５とから構成し、駆動部５を上記
振動部２のインク室２２と対向する位置に独立して配置
するようにしたことから、隣り合うインク吐出孔２０の
間隔を６００μｍ以下と狭くしたとしても、一つのイン
ク室２２上に位置する駆動部５の振動が両隣のインク室
２２に伝わり難いため、クロストークの発生を防止する
ことができる。

【００３６】また、各インク室２２上に位置する駆動部
５はそれぞれ独立していることから、一つのインク室２
２上に位置する駆動部５の振動が両隣の駆動部５によっ
て影響を受けることがなく、駆動部５における電極層
７，８間に印加する電圧に見合った伸縮運動をさせるこ
とができるため、印加電圧を大きくしたり、駆動部５の
積層数を増やすことなくインク吐出力を実質的に大きく
することができる。

【００３７】さらに、本発明では、アクチュエータ１を
構成する振動部２の圧電セラミック層３及び駆動部５の
圧電セラミック層６を同種のセラミックスにより形成す
るとともに、振動部２と駆動部５とを焼結にて接合一体
化してあることから、強固に密着しており、アクチュエ
ータ１を駆動させたとしても剥離するようなことがな
い。

【００３８】その為、本発明のインクジェット記録ヘッ
ド３０によれば、長期間にわたってインク滴を安定して
吐出することができる。

【００３９】ところで、このような効果を奏するために
は、駆動部５の厚みＬをアクチュエータ１の厚みＷの３
０％〜７０％とすることが好ましい。

【００４０】なぜなら、駆動部５の厚みＬがアクチュエ
ータ１の厚みＷの３０％未満となると、駆動部５の変形
に対して振動部２の拘束が大きくなり、アクチュエータ
１の変形が小さくなってインク室２２内のインクの加圧
効率が低下するといった不都合を生じるからであり、逆
に駆動部５の厚みＬがアクチュエータ１の厚みの７０％
を超えると、振動部２の剛性が不足し、撓み振動によっ
て破損する恐れがあるからである。

【００４１】また、駆動部５下の振動部２を抵抗なく大
きく撓ませるためには、駆動部５の幅Ｓとインク加圧室
２２の幅Ｐの比（Ｓ／Ｐ）を０．８〜０．９とするとと
もに、駆動部５における電極層７の幅Ｋとインク加圧室
２２の幅Ｐの比（Ｋ／Ｐ）を０．７〜０．８とすること
が好ましい。

【００４２】次に、図１（ａ）（ｂ）に示すインクジェ
ット記録ヘッド３０の製造方法について説明する。

【００４３】図３（ａ）〜（ｈ）は本発明のインクジェ
ット記録ヘッド３０の製造方法の一例を示す図で、ま
ず、図３（ａ）に示すように、ドクターブレード法によ
って形成した複数枚の未焼結の圧電セラミック層３３，
３４，３５，３６をそれぞれ離型剤を塗布したポリエチ
レンテレフタレート（以下ＰＥＴと称する）フィルムや
紙等の支持体３１上に貼り合わせた後、所定の寸法に裁
断し、次いで、未焼結の圧電セラミック層３３上に金属
層４となる金属ペーストを、未焼結の圧電セラミック層
３４上に電極層７となる金属ペーストを、未焼結の圧電
セラミック層３５上に電極層８となる金属ペーストをそ
れぞれスクリーン印刷法によって形成する。なお、金属
ペーストとしては、銀、パラジウム、白金、銅の微粉末
又はこれらの微粉末を混ぜたものを樹脂及び溶媒と共に
混合したものを用いる。

【００４４】次に、図３（ｂ）に示すように、各未焼結
の圧電セラミック層３３，３４，３５，３６の所定位置
に金型ピン３１を用いてスルーホールとなる孔を穿孔し
た後、支持体３１を剥がし、各未焼結の圧電セラミック
層３３，３４，３５，３６を所定の順序で積層して図３
（ｃ）に示すように積層体を形成した後、スルーホール
に金属ペーストを充填する。

【００４５】なお、各未焼結の圧電セラミック層３３，
３４，３５，３６を積層するにあたっては、６０〜１０
０℃の温度で３〜１０ＭＰａの圧力で熱圧着するように
すれば良い。

【００４６】次いで、図３（ｃ）に示す積層体を３００
℃の温度で脱脂した後、９００〜１１００℃の温度で焼
成することにより焼結一体化し、積層型圧電素子を製作
する。

【００４７】しかる後、図３（ｄ）に示すように、積層
型圧電素子の所定位置にスクリーン印刷法にて金属ペー
ストを印刷し、これを５００〜８５０℃の温度で焼き付
けすることにより表面電極層７を形成する。

【００４８】一方、図３（ｅ）に示すように、厚み５０
〜３００μm程度のステンレス、モリブデン、鉄−ニッ
ケル系合金、シリカを主成分とするガラス、あるいはシ
リカからなる板状体１２，１６，１９及びノズル板２１
にレジストマスクを形成し、エッチング加工にて板状体
１２にスリット１１を、板状体１６にインク供給孔１
３、インク案内孔１４、インク導入穴１５を、板状体１
９にインク案内孔１８，インク溜１７を、ノズル板２１
にインク吐出孔２０をそれぞれ形成した後、板状体１
２，１６，１９及びノズル板２１を位置決めし、接着剤
を介して接着することにより流路部材１０を形成する。

【００４９】しかる後、図３（ｆ）（ｇ）に示すよう
に、積層型圧電素子の電極層７，８が流路部材１０のイ
ンク室２２上に位置するように位置決めした後、両者を
接着剤を介して接着し、次いで積層型圧電素子の上面の
各隔壁２３と対向する位置を除いてレジストマスク３２
を形成し、非マスク部をブラスト加工によって除去する
ことにより溝を形成する。この時、溝の深さは積層型圧
電素子の厚みの３０％〜７０％となるようにし、溝を仕
切る領域を駆動部５、駆動部５下の領域を振動部２とす
るアクチュエータ１を形成する。

【００５０】しかる後、図３（ｈ）に示すように、レジ
ストマスク３２を除去した後、駆動部５の電極層７，８
間に電圧を印加して分極処理を施すことにより得ること
ができる。

【００５１】この製造方法によれば、従来のインクジェ
ット記録ヘッドに備えるアクチュエータの各隔壁と対向
する領域を除去して溝を形成するだけで良いため、簡単
に製造することができる。

【００５２】なお、図３（ａ）〜（ｈ）では、積層型圧
電素子に溝を形成するようにしたが、積層型圧電素子の
一端から他端まで連通するスリットとしても構わない。

【００５３】次に、図４（ａ）〜（ｉ）は本発明のイン
クジェット記録ヘッド３０の製造方法の他の例を示す。

【００５４】この製造方法では、まず、図４（ａ）
（ｂ）に示すように、ポリエチレンテレフタレートフィ
ルムからなる支持体３１を貼り合わせた平滑基板３７上
に、圧電セラミック原料、樹脂及び溶媒からなるセラミ
ックペーストをスクリーン印刷法にて印刷した後、防爆
構造の乾燥機で８０〜１００℃で乾燥させ、この作業を
５〜１０回繰り返して所定厚みの未焼結の圧電セラミッ
ク層３１を形成した後、スクリーン印刷法にて金属層４
となる金属ペーストを印刷し、これらの作業を数回繰り
返して振動部２となる積層体を形成する。

【００５５】なお、平滑基板３７を形成する材質として
は、ガラス、セラミックス等の無機材料、ステンレス、
鋳鉄、軟鋼等の金属材料あるいはポリエチルテレフター
ト、ポリイミド等の樹脂を用いることができる。

【００５６】次に、図４（ｃ）〜（ｅ）に示すように、
流路部材１０と接合する際、隔壁２３上に位置する領域
にはセラミックペーストや金属ペーストが印刷されない
ようにした製版を用い、スクリーン印刷法にて振動部２
の所定の位置に未焼結の圧電セラミック層３４，３５，
３６と電極層７，８となる金属ペーストとを順次積層し
て駆動部５となる積層体を形成する。なお、上記セラミ
ック層３５を形成する製版にはスルーホールを形成する
ための遮蔽部を設けてあり、セラミック層３５の形成後
に上記スルーホール位置に抜き部を設けた製版にて電極
７ａを充填することにより、各セラミック層３５には電
極７ａを充填したビアホールが形成される。

【００５７】そして、これらの積層体を３００℃の温度
で脱脂した後、９００〜１１００℃の温度で焼成するこ
とにより図４（ｆ）に示すような積層型圧電素子を形成
した後、図４（ｇ）に示すように、積層型圧電素子の所
定位置にスクリーン印刷法にて金属ペーストを印刷し、
これを５００〜８５０℃の温度で焼き付けすることによ
り表面電極層７を形成し、アクチュエータ１を製作す
る。

【００５８】一方、図４（ｈ）に示すように、厚み５０
〜３００μm程度のステンレス、モリブデン、鉄−ニッ
ケル系合金や、シリカを主成分とするガラス、あるいは
シリカからなる板状体１２，１６，１９及びノズル板２
１にレジストマスクを形成し、エッチング加工にて板状
体１２にスリット１１を、板状体１６にインク供給孔１
３、インク案内孔１４、インク導入穴１５を、板状体１
９にインク案内孔１８，インク溜１７を、ノズル板２１
にインク吐出孔２０をそれぞれ形成した後、板状体１
２，１６，１９及びノズル板２１を位置決めし、接着剤
を介して接着することにより流路部材１０を形成する。

【００５９】しかる後、図４（ｉ）に示すように、アク
チュエータ１の電極層７，８が流路部材１０のインク室
２２上に位置するように位置決めした後、両者を接着剤
を介して接着した後、駆動部５の電極層７，８間に電圧
を印加して分極処理を施すことにより得ることができ
る。

【００６０】この製造方法によれば、アクチュエータを
精度良く製作することができ、その結果、信頼性の高い
インクジェット記録ヘッド３０を提供することができ
る。

【００６１】以上、本発明の実施形態について示した
が、本発明は上述した実施形態だけに限らず、本発明の
要旨を逸脱しない範囲で変更や改良したものにも適用で
きることは言うまでもない。

【００６２】

【実施例】（実施例１）ここで、図１に示す本発明のイ
ンクジェット記録ヘッド３０と図６に示す従来のインク
ジェット記録ヘッド７０を製作し、インク滴の吐出性能
について調べる実験を行った。

【００６３】まず、アクチュエータ１，４１を製作する
ため、図３（ａ）〜（ｄ）に示すように、粒径が０．５
〜３．０μmのチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧
電セラミック粉体に対し、アクリル系樹脂エマルジョ
ン、純水、平均粒径が１０ｍｍのナイロンボールを添加
してボールミルで３０時間混合し、得られたスラリーを
用いて引き上げ法により厚み３０μmのＰＥＴフィルム
上に、厚み１３〜１４μmの未焼結の圧電セラミック層
３３，３４，３５，３６を７枚形成した。

【００６４】次に、得られた未焼結の各圧電セラミック
層３３，３４，３５，３６を支持体３１と共に５０×５
０ｍｍに裁断した後、２枚の圧電セラミック層３３上の
略全面には金属層４となる金属ペーストを、別の２枚の
圧電セラミック層３５上の略全面には電極層８となる金
属ペーストを、さらに別の２枚の圧電セラミック層３４
上には電極層７となる金属ペーストをそれぞれスクリー
ン印刷法によって印刷し、残りの１枚の圧電セラミック
層３６上には金属ペーストを印刷しないようにした。そ
して、各未焼結の圧電セラミック層３３，３４，３５，
３６及び金属ペーストを防爆型の乾燥機を用い、５０℃
で２０分間乾燥させた。

【００６５】なお、金属ペーストには、平均粒径が２〜
４μmの銀粉末とパラジウム粉末を７対３の比率で混合
したものを用いた。また、電極層７をなす金属ペースト
のパターン形状は、長軸の長さ３．２ｍｍ、短軸の長さ
０．１５ｍｍの長楕円形とし、０．３１７ｍｍ間隔で短
軸方向に６６個を並べたものを、長軸方向に５行形成し
た。

【００６６】そして、各圧電セラミック層３３，３４，
３５，３６の位置合わせをした後、所定の順序で積層
し、６０℃の温度で５ＭＰａの圧力を加えながら６０秒
間保持することにより熱圧着して積層体を形成した。し
かる後、予め形成したスルーホール内に金属ペーストを
充填し、乾燥機中で１００〜３００℃まで毎時８℃の昇
温レートで２５時間で加熱して脱脂した後，室温まで冷
却し、さらに焼成炉でピーク温度１１００℃で２時間保
持して焼成することにより積層型圧電素子を形成した。

【００６７】次に、積層型圧電素子の表面に露出するス
ルーホール導体７ａを覆うように、金属ペーストを印刷
し、ピーク温度８００℃の連続炉を３０分で通過させて
焼き付けした後、ダイシングソーで行方向に切断し、外
辺形状が３３ｍｍ×６ｍｍの積層型圧電素子を５個製作
した。

【００６８】一方、図３（ｅ）に示すように、外辺形状
が３７．５ｍｍ×７ｍｍ、厚み１００μmのステンレス
箔に、長軸の長さ３ｍｍ、短軸の長さ０．１８ｍｍの長
楕円形状をしたスリット１１を短軸方向に０．２５４ｍ
ｍピッチで６６個打ち抜いた板状体１２と、外辺形状が
４０ｍｍ×７ｍｍ、厚み１００μmのステンレス箔に、
直径０．２８ｍｍのインク導入穴１５と、直径０．０３
ｍｍのインク供給孔１３及び直径０．１６ｍｍのインク
案内孔１４をそれぞれ０．２５４ｍｍピッチで６６個形
成した板状体１６と、外辺形状４０ｍｍ×７ｍｍ、厚み
１００μmのステンレス箔にインク溜１７となる３５×
３ｍｍの長穴と、直径０．１２ｍｍのインク案内孔１８
を０．２５４ｍｍピッチで６６個形成した板状体１９
と、外辺形状４０ｍｍ×７ｍｍ、厚み１００μmのステ
ンレス箔に直径０．０２８ｍｍのインク吐出孔２０を
０．２５４ｍｍピッチで６６個形成したノズル板２１を
用意し、これらを所定の順序でエポキシ系接着剤を介し
て貼り合わせ、１２０℃で３時間保持して接着剤を硬化
させることにより流路部材１０，５０を形成した。

【００６９】次に、積層型圧電素子と流路部材１０，５
０の位置合わせを行った後、エポキシ系接着剤を介して
貼り合わせ、１ｋＰａの圧力で加圧しながら１２０℃で
３時間保持して接着剤を硬化させ、両者を接合した。

【００７０】しかる後、電極層７，８間に４０Ｖの電圧
を印加して分極処理を施すことにより試料となる従来の
インクジェット記録ヘッド７０を製作し、また、本発明
のインクジェット記録ヘッド３０においては、積層型圧
電素子の表面に、厚み５０μmのレジストフィルムを貼
り付けるとともに、電極層７上にガラスマスク３２を形
成した後、紫外線ランプを照射した。この後、レジスト
フィルムの紫外線露光部を水洗によって除去し、平均粒
径４０μの炭化珪素粉体を毎分２０ｇの供給量で噴きつ
けるブラスト加工により、長軸の長さ３．５ｍｍ、短軸
の長さ０．１３５ｍｍの長楕円形状をした深さ０．０５
５ｍｍの溝を形成した。

【００７１】また、本発明のインクジェット記録ヘッド
３０にあっては、溝の深さを異ならせて駆動部５の厚み
Ｌとアクチュエータ１の厚みＷとの比率を異ならせるよ
うにした。

【００７２】そして、各インクジェット記録ヘッド３
０，７０を駆動させ、インク滴を吐出させた時の吐出性
能について比較する実験を行った。

【００７３】具体的には、アクチュエータの駆動部を形
成する電極層間に３０Ｖ、周波数１０００Ｈｚの矩形波
状の電圧を印加した時、インク吐出孔２０から１ｍｍ離
れた位置におけるインク滴の吐出速度を高速度カメラを
用いて測定した。

【００７４】結果は図５に示す通りである。

【００７５】この結果、積層型圧電素子の隔壁と対向す
る位置に溝を形成し、駆動部を振動部のインク室と対向
する位置に独立して配置することにより、溝を持たない
従来のヘッドと比較してインク吐出力を高め、インク滴
の吐出速度を向上させることができることが判る。

【００７６】また、駆動部の厚みとアクチュエータの厚
みとの比率を３０％〜７０％とすることにより、従来例
のヘッド７０に比べてインク滴の吐出速度を３５〜５０
％向上させることができ、さらにインク滴の吐出性能が
安定する傾向が見られることから、特に好ましいことが
判る。

【００７７】この結果、駆動部を振動部のインク室と対
向する位置に独立して配置することにより、積層型圧電
素子からなるアクチュエータを用いたインクジェット記
録ヘッドのインク吐出力を向上させることができ、さら
には駆動部の厚みとアクチュエータの厚みとの比率を３
０％〜７０％とすることでより高い性能が得られること
が判る。

【００７８】なお、本発明のインクジェット記録ヘッド
３０は、図３（ａ）〜（ｈ）の方法により製造したもの
を用いたが、図４（ａ）〜（ｉ）の方法により製造した
ものであっても同様の結果が得られた。

【００７９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、複数の
隔壁によって仕切られた複数のインク室を有する流路部
材と、上記各インク室内のインクを加圧するアクチュエ
ータとからなるインクジェット記録ヘッドにおいて、上
記アクチュエータを、圧電セラミック層と金属層とを順
次積層した振動部と、厚み方向に分極処理を施した圧電
セラミック層と電極層とを順次積層した駆動部とから構
成し、上記振動部を上記流路部材の隔壁と接合するとと
もに、上記駆動部を上記振動部のインク室と対向する位
置に独立して配置し、上記駆動部及び振動部を形成する
圧電セラミック層を同種のセラミックスにより形成する
とともに、上記駆動部及び振動部を焼結にて接合一体化
することによって、隣り合うインク吐出孔の間隔を６０
０μｍ以下と狭くしたとしても、一つのインク室上に位
置する駆動部の振動が両隣のインク室に伝わり難いた
め、クロストークの発生を防止することができるととも
に、各インク室上に位置する駆動部はそれぞれ独立して
いることから、一つのインク室上に位置する駆動部の振
動が両隣の駆動部によって影響を受けることがなく、駆
動部における電極層間に印加する電圧に見合った伸縮運
動をさせることができるため、印加電圧を大きくした
り、駆動部の積層数を増やすことなくインク吐出力を実
質的に大きくすることができる。

【００８０】また、アクチュエータを構成する振動部の
圧電セラミック層及び駆動部の圧電セラミック層は同種
のセラミックスにより形成するとともに、振動部と駆動
部とを焼結にて接合一体化してあることから、強固に密
着させることができ、アクチュエータを駆動させたとし
ても剥離するようなことがない。

【００８１】その為、本発明のインクジェット記録ヘッ
ドを用いれば、長期間にわたってインク滴を安定して吐
出することができる。

【００８２】特に、駆動部の厚みをアクチュエータの厚
みの３０％〜７０％とすれば大きなインク吐出力を安定
して得られるため、好適である。

【００８３】また、本発明によれば、未焼結の圧電セラ
ミック層上に金属層及び電極層となる金属ペーストを印
刷したものを複数枚積層し、焼成一体化して積層型圧電
素子を製作した後、この積層型圧電素子を、複数の隔壁
によって仕切られた複数のインク室を有する流路部材の
隔壁上に接合し、次いで上記積層型圧電素子の各隔壁と
対向する位置にブラスト加工を施して上記積層型圧電素
子の厚みの３０％〜７０％の深さの溝を形成することに
より、溝を仕切る領域を駆動部、溝下領域を振動部とす
るアクチュエータとし、上記駆動部の電極層間に電圧を
印加してその間にある圧電セラミック層に分極処理して
インクジェット記録ヘッドを製造するか、あるいは未焼
結の圧電セラミック層上に金属層となる金属ペーストを
印刷したものを複数枚積層して振動部を形成した後、振
動部上に間隔を開けて、未焼結の圧電セラミック層上に
電極層となる金属ペーストを印刷したものを複数枚積層
して駆動部を形成し、駆動部と振動部とを焼結にて接合
一体化してアクチュエータを製作した後、このアクチュ
エータを複数の隔壁によって仕切られた複数のインク室
を有する流路部材の隔壁上に接合し、次いで上記駆動部
の電極層間に電圧を印加してその間にある圧電セラミッ
ク層に分極処理して製造するようにしたことから、寸法
バラツキが少なく、精度の高いインクジェット記録ヘッ
ドを安定して製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェット記録ヘッドの一例を示
す図で、（ａ）は一部を破断した斜視図、（ｂ）は
（ａ）の要部を拡大した断面図である。

【図２】（ａ）（ｂ）は本発明のインクジェット記録ヘ
ッドの駆動原理を説明するための断面図である。

【図３】（ａ）〜（ｈ）は本発明のインクジェット記録
ヘッドの製造方法の一例を示す図である。

【図４】（ａ）〜（ｉ）は本発明のインクジェット記録
ヘッドの製造方法の他の例を示す図である。

【図５】本発明のインクジェット記録ヘッドと従来のイ
ンクジェット記録ヘッドのインク滴の吐出性能を比較し
た線図である。

【図６】従来のインクジェット記録ヘッドの一部を破断
した斜視図である。

【符号の説明】

１：アクチュエータ、２：振動部、３：圧電セラミック
層、４：金属層、５：駆動部、６：圧電セラミック層、
７，８：電極層、９：スルーホール、１０：流路部材、
１１：スリット、１２：板状体、１３：インク供給孔、
１４インク案内孔、１５：インク導入穴、１６：板状
体、１７：インク溜、１８：インク案内孔、１９：板状
体、２０：インク吐出孔、２１：ノズル板、２２：イン
ク室、２３：隔壁 ３０：インクジェット記録ヘッド ４１：アクチュエータ、４２：振動部、４３：圧電セラ
ミック層、４４：金属層、４５：駆動部、４６：圧電セ
ラミック層、４７，４８：電極層、４９：スルーホー
ル、５０：流路部材、５１：スリット、５２：板状体、
５３：インク供給孔、５４インク案内孔、５５：インク
導入穴、５６：板状体、５７：インク溜、５８：インク
案内孔、５９：板状体、６０：インク吐出孔、６１：ノ
ズル板、６２：インク室、６３：隔壁 ７０：インクジ
ェット記録ヘッド

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の隔壁によって仕切られた複数のイン
   ク室を有する流路部材と、上記各インク室内のインクを
   加圧するアクチュエータとからなるインクジェット記録
   ヘッドにおいて、上記アクチュエータは、圧電セラミッ
   ク層と金属層とを順次積層した振動部と、厚み方向に分
   極処理を施した圧電セラミック層と電極層とを順次積層
   した駆動部とを有し、上記振動部を上記流路部材の隔壁
   と接合するとともに、上記駆動部を上記振動部のインク
   室と対向する位置に独立して配置してなり、上記駆動部
   及び振動部を形成する圧電セラミック層を同種のセラミ
   ックスにより形成するとともに、上記駆動部及び振動部
   を焼結にて接合一体化してあることを特徴とするインク
   ジェット記録ヘッド。
2. 【請求項２】上記駆動部の厚みがアクチュエータの厚み
   の３０％〜７０％であることを特徴とする請求項１に記
   載のインクジェット記録ヘッド。
3. 【請求項３】未焼結の圧電セラミック層上に金属層及び
   電極層となる金属ペーストを印刷したものを複数枚積層
   して焼成一体化することにより積層型圧電素子を製作
   し、この積層型圧電素子を、複数の隔壁によって仕切ら
   れた複数のインク室を有する流路部材の隔壁上に接合し
   た後、上記積層型圧電素子の各隔壁と対向する位置に、
   ブラスト加工を施して上記積層型圧電素子の厚みの３０
   ％〜７０％の深さの溝を形成することにより、上記溝で
   仕切られた領域を駆動部、上記溝下部を振動部とするア
   クチュエータを形成し、上記駆動部の電極層間に電圧を
   印加してその間にある圧電セラミック層に分極処理を施
   すようにしたことを特徴とするインクジェット記録ヘッ
   ドの製造方法。
4. 【請求項４】未焼結の圧電セラミック層上に金属層とな
   る金属ペーストを印刷したものを複数枚積層して振動部
   を形成した後、上記振動部上に間隔を開けて、未焼結の
   圧電セラミック層上に電極層となる金属ペーストを印刷
   したものを複数枚積層して駆動部を形成し、該駆動部と
   振動部とを焼結にて接合一体化してアクチュエータを製
   作した後、このアクチュエータを複数の隔壁によって仕
   切られた複数のインク室を有する流路部材の隔壁上に接
   合し、次いで上記駆動部の電極層間に電圧を印加してそ
   の間にある圧電セラミック層に分極処理を施すようにし
   たことを特徴とするインクジェット記録ヘッドの製造方
   法。