JP2005088449A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】支持基板と圧電振動子との固着強度を強固にしたインクジェットヘッドを提供する。
【解決手段】圧電振動子９が圧電定数ｄ３３を有する積層型圧電素子２３から構成され、その圧電振動子９を支える支持基板３が設けられて、前記圧電振動子９の支持基板側にダミー層１８が形成され、そのダミー層２４の底面１８ならびにダミー層２４の少なくとも一方の側面１９が前記支持基板３に固着され、圧電振動子９の外部電極パターン１５ａ，１５ｂは導電性部材１４により、前記支持基板３に形成された電極１３ａ，１３ｂと導通していることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、インクジェットプリンタに用いるインクジェットヘッドに係り、特にオンデマンド式のインクジェットヘッドに関するものである。

オンデマンド式インクジェットヘッドはインク吐出機構が簡素でコストも安いことから、様々な機構が開発されてきた。なかでもスティック状の圧電振動子によってインクチャンバーを加圧してインクを吐出させる方式は、圧電振動子の駆動制御によってインク量が調整でき、高精細な印刷ができるという特長を有する。

この方式における圧電振動子は、その分極方向に垂直に変位させるｄ３１型と、平行に変位させるｄ３３型がある。ｄ３３型は駆動電圧がｄ３１型と比べて高いが、駆動時の電流値が小さく、また先端に駆動とは関係しないダミー層があるので、研磨により先端部の平坦化が容易である。

しかしｄ３３型は、その形状、駆動方法の制限から、圧電振動子を支える支持基板の端面に接着しなければならず、このため接着面積が小さく、接着強度が弱い。下記特許文献１の図７から図１７には、圧電振動子を支持基板の端面に接着し、溝入れ加工により個々の圧電振動子に分割する工程が記載されているが、１００ｄｐｉ相当のヘッドを想定した場合、各圧電振動子と支持基板との接着面積は１．５ｍｍ×０．１mm程度である。また、１５０ｄｐｉを想定すると、前記接着面積は１．５ｍｍ×０．０７mm程度となってしまう。振動子の高さを１．５〜２．０mm程度とすると、アスペクト比（本例の場合、振動子の高さと幅の比）は１５〜２８．６であり、振動子の固定が非常に困難であることが予想できる。

このような課題を解決する一つとして、圧電振動子を櫛歯状に溝入れ加工する方法がある。この方法を採用したインクジェットヘッドはこれまでに数多く提案されており、例えば下記特許文献２〜７などがある。
特許第３２０６２１４号公報 特公平４−５２２１３号公報 特公平７−５７５４５号公報（特公平４−５２２１３号の分割） 特許第２６９５４１８号公報 特許第２７０１３０９号公報 特許第２８５０７６２号公報 特許第３１２０３３９号公報

しかし、櫛歯形状の振動子を採用した場合、圧電振動子の外部電極を分割することができないため、前記特許文献５の第１図に示されているように予め分割された外部電極パターンを圧電振動子に形成するか、前記特許文献７に記載されているようにワイヤーボンダ―を使った接続を採用せざるを得ず、そのために生産性が低く、コスト高となるという問題があった。

本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、支持基板と圧電振動子との固着強度を強固にし、また圧電振動子と電極パターンとの導通を容易にとることができるインクジェットヘッドを提供することにある。

前記目的を達成するため本発明は、インク流路に連通するインク室と、そのインク室に連通する複数のノズルと、前記インク室の一部をなす振動板と、その振動板のインク室と対向した位置に設けられた圧電振動子を備え、その圧電振動子の分極方向に対して平行な伸縮によりインク室内圧を変化させて、前記ノズルよりインクを吐出させるインクジェットヘッドを対象とするものである。

そして前記圧電振動子は積層型圧電素子から構成され、その圧電振動子を支える支持基板が設けられて、前記圧電振動子の支持基板側にダミー層が形成され、そのダミー層の底面ならびにダミー層の少なくとも一方の側面が前記支持基板に固着され、その圧電振動子の外部電極パターンは導電性部材により、前記支持基板に形成された電極と導通していることを特徴とするものである。

本発明は前述のような構成になっており、圧電振動子の支持基板側ダミー層の底面ならびに側面が支持基板に固着されているから、支持基板と圧電振動子の固着強度を高めることができる。また、圧電振動子の外部電極パターンと支持基板の電極との導通が容易になる。

次に本発明に係るインクジェットヘッドを実施するための最良の形態を図とともに説明する．図１は本実施形態に係るインクジェットヘッドの斜視図、図２はそのインクジェットヘッドの分解斜視図、図３はそのインクジェットヘッドにおける駆動部の斜視図、図４はその駆動部の拡大断面図、図５は駆動部の作製工程を示す斜視図である。

インクジェットヘッド１は、図２に示すように大きく分けて駆動部１００と流路部１０１とから構成されている。

流路部１０１は、ノズル１０を有するオリフィスプレート５、インク室１１を有するチャンバプレート６、振動板１２を有するダイアフラムプレート7、流路を補強するための補強プレート２などから構成されている。

駆動部１００は、インク室１１に対応したダミー層８と、圧電振動子９と、支持基板３などから構成され、圧電振動子９は支持基板３の端部に接着されている。

このインクジェットヘッドは、インク流路に連通するインク室１１と、そのインク室１１に連通する複数のノズル１０と、前記インク室１１の一部をなす振動板１２と、その振動板１２のインク室１１と対向した位置に設けられた圧電振動子９を備え、その圧電振動子９の分極方向に対して平行な伸縮によりインク室内圧を変化させて、前記ノズル１０よりインクを吐出させる機構になっている。

支持基板３は、例えばアルミナやジルコニアなどの電気絶縁性のセラミックからなっている。圧電振動子９は、図３に示すように圧電定数ｄ３３を有する積層型圧電素子２３に溝入れ加工して得られたものである。

加工の様子が図５に示されており、先端部にダミー層８を有する積層型圧電素子２３を所定の間隔をおいてブレード２６で溝入れ加工を施す。１００ｄｐｉヘッドを作製する場合、加工ピッチは０．２５４ｍｍ、各圧電振動子9の幅は０．１ｍｍとし、１５０ｄｐｉヘッドを作製する場合、加工ピッチは０．１６９ｍｍ、各圧電振動子９の幅は０．０６ｍｍとした。なお、溝入れ深さはいずれの場合も図４に示した寸法ａとした。ここで寸法ａは、外部電極１５ａが個々に分離される長さとする。

図４に示すように支持基板３の端面の片側に凸部１６を形成し、圧電振動子９の支持基
板３側におけるダミー層２４の底面１８と側面１９の両方を接着面とし、エポキシ系などの接着剤１９で接着固定ている。これにより支持基板３と圧電振動子９との接着を強固にすることができる。

さらに寸法ａまで切り溝を入れることにより、各圧電振動子９が支持基板３の端面から個別に突出した形になり、圧電振動子９の基部と支持基板３の端部とで形成されるコーナ部に例えば半田や導電性接着剤などの導電性部材１４を付着する。このことにより図４に示すように、支持基板３の上面に形成された個別電極１３ａと圧電振動子９の上面に形成された外部電極パターン１５ａが導電性部材１４を介して電気的に接続され、また支持基板３の下面に形成された共通電極１３ｂと圧電振動子９の下面に形成された外部電極パターン１５ｂが導電性部材１４を介して電気的に接続され、個別電極１３ａと共通電極１３ｂとの導通手段２５を容易に形成することができる。またこの導電性部材１４の付着により、支持基板３と圧電振動子９との固着強度がさらに高まる。

本実施形態では圧電振動子９を櫛歯形状としているが、切り溝深さをｂとして、短冊状
の圧電振動子動子９を差し込んで固着する構造でも何ら問題はなく、ダミー層２４における底面１８と側面１９の双方を接着することによる接着強度の向上効果を十分に発揮することができる。

ダミー層２４の厚さは支持基板３側を寸法ｃ、ダミー層８側を寸法ｄとすると、寸法ｃ
は支持基板３との接着を強固にするため、また、櫛歯形状を容易に形成するために厚みを持たせる必要があり、寸法ｄは圧電振動子９の先端での応力を緩和するためになるべく薄くする必要がある。従って寸法ｃ＞寸法ｄの関係になる。

図６は、第１の変形例に係るインクジェットヘッドの拡大断面である。この例では、共
通電極１３ｂ側のダミー層２４の側面１９も接着している。このことにより支持基板３と圧電振動子９との接着強度をさらに向上させることができる。従ってこの場合、支持基板３の端面に長手方向に延びた溝を形成し、その溝に積層型圧電素子２３を挿入して接着固定し、その後に積層型圧電素子２３に溝入れ加工を施すことになる。

図７は、第２の変形例に係るインクジェットヘッドの拡大断面である。これまでの例で
は圧電素子２３の個別電極１３ａ側の外部電極１５ａを形成する際、形成寸法を寸法ａ以下に制限する必要があったが、この例では面取り部２０を形成することによって、外部電極１５ａの不要な部分を除去するので、圧電素子２３の作製工程の簡素化が図れる。また面取り部２０を形成した分だけ接着剤２２の装填量を増すことができる。

図８は、第３の変形例に係るインクジェットヘッドの拡大断面である。この例では前記面取り部２０の代わりに一段低くなった切欠部２１を形成して接着固定している。この切欠部２１は、ダイサー加工によって容易に形成することができる。この切欠部２０を形成した分だけ接着剤２２の装填量を増すことができる。

図９ならびに図１０は、第４ならびに第５の変形例に係るインクジェットヘッドの断面
図である。これらの図において１０２は個別電極、１０３は半田や導電性接着剤などからなる導電性部材、１０４は積層型圧電振動子、１０５は共通電極、１０６は支持基板、１０７は活性部、１０８は不活性部、１０９は接着層、１１０ａ，１１０ｂは外部電極パターン、２００は圧電振動子である。

圧電定数ｄ３１を有する圧電振動子２００を使用した場合、これらの図に示すように不
活性部１０８の底面および側面の一部を支持基板１０６に接着し、外部電極パターン１１０ａ，１１０ｂをそれぞれ圧電振動子２００の端面から側面まで延長することにより、圧電定数ｄ３３を有する圧電振動子を使用した場合と同様に駆動部を作製することができる。図９の変形例では接着剤１０９がＬ字型に設けられ、図１０の変形例では接着剤１０９がＵ字型に設けられている。

本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドの斜視図である。 そのインクジェットヘッドの分解斜視図である。 そのインクジェットヘッドにおける駆動部の斜視図である。 その駆動部の拡大断面図である。 駆動部の作製工程を示す斜視図である。 第１の変形例に係るインクジェットヘッド駆動部の拡大断面図である。 第２の変形例に係るインクジェットヘッド駆動部の拡大断面図である。 第３の変形例に係るインクジェットヘッド駆動部の拡大断面図である。 第４の変形例に係るインクジェットヘッド駆動部の拡大断面図である。 第５の変形例に係るインクジェットヘッド駆動部の拡大断面図である。

符号の説明

１：インクジェットヘッド、２：補強プレート、３：支持基板、５：オリフィスプレート、６：チャンバープレート、７：ダイアフラムプレート、８：ダミー層、９：圧電振動子、１０：ノズル、１１：インク室、１２：振動板、１３ａ：個別電極、１３ｂ：共通電極、１４：導電性部材、１５ａ、１５ｂ：外部電極、１６：凸部、１７：内部電極、１８：ダミー層の底面、１９：ダミー層の側面、２０：面取り部、２１：切欠部、２２：接着剤、２３：積層型圧電素子、２４：ダミー層、２５：導通手段、２６：ブレード、１００：駆動部、１０１：流路、１０２：個別電極、１０３：導電性部材、１０４：圧電振動子、１０５：共通電極、１０６：支持基板、１０７：活性部、１０８：不活性部、１０９：接着剤、１１０ａ，１１０ｂ：外部電極パターン、２００：圧電振動子。

Claims (3)

1. インク流路に連通するインク室と、そのインク室に連通する複数のノズルと、前記インク室の一部をなす振動板と、その振動板のインク室と対向した位置に設けられた圧電振動子を備え、その圧電振動子の分極方向に対して平行な伸縮によりインク室内圧を変化させて、前記ノズルよりインクを吐出させるインクジェットヘッドにおいて、
   前記圧電振動子は積層型圧電素子から構成され、その圧電振動子を支える支持基板が設けられて、前記圧電振動子の支持基板側にダミー層が形成され、そのダミー層の底面ならびにダミー層の少なくとも一方の側面が前記支持基板に固着され、
   その圧電振動子の外部電極パターンは導電性部材により、前記支持基板に形成された電極と導通していることを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 請求項１記載のインクジェットヘッドにおいて、前記ダミー層の側面に面取り部が形成され、その面取り部が前記支持基板に固着されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
3. 請求項１記載のインクジェットヘッドにおいて、前記ダミー層の側面に切欠部が形成され、その切欠部が前記支持基板に固着されていることを特徴とするインクジェットヘッド。
   
   

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