JP2006297952A - Manufacturing method for ink-jet head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画像情報に応じて飛翔させたインク滴を記録紙に付着させて画像を記録するインクジェットヘッドの作製方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an ink jet head that records an image by attaching ink droplets that have been ejected according to image information to a recording sheet.
従来、インクジェット方式の記録装置において、電圧印加時の圧電部材の変形によりインク室内のインクを加圧して、ノズルからインク滴を飛翔させるタイプのインクジェットヘッドが知られている。このタイプのインクジェットヘッドには、ノズルプレートに大径ノズル列と小径ノズル列とが平行に形成されているものがある。この場合には、通常、各ノズル列のノズルに対応して各々独立した複数のインク室がそれぞれ連通して形成されるとともに、各インク室に対応して複数の圧電部材が基板上に設けられている。各圧電部材には、画像情報に応じて電圧を印加するための個別電極および共通電極が設けられており、これが電極間に駆動電圧が印加されると圧電部材が変形するようになっている。 2. Description of the Related Art Conventionally, in an ink jet recording apparatus, an ink jet head of a type in which ink droplets are ejected from nozzles by pressurizing ink in an ink chamber by deformation of a piezoelectric member when voltage is applied is known. In this type of inkjet head, there is a type in which a large-diameter nozzle row and a small-diameter nozzle row are formed in parallel on a nozzle plate. In this case, normally, a plurality of independent ink chambers corresponding to the nozzles of each nozzle row are formed in communication with each other, and a plurality of piezoelectric members are provided on the substrate corresponding to each ink chamber. ing. Each piezoelectric member is provided with an individual electrode and a common electrode for applying a voltage according to image information, and the piezoelectric member is deformed when a driving voltage is applied between the electrodes.
しかしながら、上記インクジェットヘッドでは、各ノズル列のインク室に対応する圧電部材を形成する場合、基板上にそれぞれ大きさが異なる大径ノズル列用および小径ノズル列用の2枚の圧電プレートを接着固定した後、ダイサー加工でセパレート溝を形成して各圧電部材を分割形成していたため、2種類の圧電プレートを用意しておく必要があるとともに、加工に手間と時間がかかり生産性が悪かった。 However, in the above inkjet head, when the piezoelectric member corresponding to the ink chamber of each nozzle array is formed, two piezoelectric plates for the large diameter nozzle array and the small diameter nozzle array having different sizes are bonded and fixed on the substrate. Thereafter, separate grooves were formed by dicer processing to form each piezoelectric member in a divided manner, so that it was necessary to prepare two types of piezoelectric plates, and it took time and labor for processing, resulting in poor productivity.
また、大径ノズル列に対応する各圧電部材の共通電極と、小径ノズル列に対応する各圧電部材の共通電極とを基板上において別々に引き出す必要があり、ヘッドサイズが大きくなる原因となっていた。さらに、圧電部材が複数の圧電層を積層してなる積層型圧電部材である場合には、駆動時の自己破壊(層間剥離)を防止するために、電圧印加時にも変形を生じない非活性領域を各圧電部材の長手方向両端部に設けておく必要があり、この非活性領域の存在によってもヘッドサイズが大きくなっていた。 In addition, it is necessary to separately draw out the common electrode of each piezoelectric member corresponding to the large diameter nozzle row and the common electrode of each piezoelectric member corresponding to the small diameter nozzle row on the substrate, which causes the head size to increase. It was. Furthermore, when the piezoelectric member is a laminated piezoelectric member formed by laminating a plurality of piezoelectric layers, an inactive region that does not deform even when a voltage is applied in order to prevent self-destruction (delamination) during driving. Must be provided at both ends in the longitudinal direction of each piezoelectric member, and the head size is increased due to the presence of the inactive region.
そこで、上記問題を解決するために本発明は、インクをそれぞれ収容する複数のインク室と、各インク室にそれぞれ対応して設けられ、電圧印加時の変形により上記インク室内のインクを加圧してノズルからインク滴を飛翔させる複数のアクチュエータ部とを備えたインクジェットヘッドの作製方法であって、
インクを収容する前記複数のインク室に対応させて複数の個別電極を形成してある未分極の第1圧電層と、ほぼ全面に共通電極を形成してある未分極の圧電層とを、交互に複数枚重ねて積層体を作製する工程と、
前記複数の第1圧電層上の前記複数の個別電極に導通した第1外部電極を形成する工程と、
前記複数の第2圧電層上の前記複数の共通電極に導通した第2外部電極を形成する工程と、
前記積層体を焼成して1枚の圧電平板を製造する工程と、
高温下で前記第1外部電極および前記第2外部電極を介して高電圧を前記圧電平板に印加することによって前記個別電極と前記共通電極とがオーバーラップしている圧電層領域を分極処理して前記アクチュエータ部とする工程と、
を含むことを特徴とするものである。
Therefore, in order to solve the above problem, the present invention is provided with a plurality of ink chambers each containing ink, and corresponding to each ink chamber, and pressurizing the ink in the ink chamber by deformation during voltage application. A method for producing an ink jet head comprising a plurality of actuator units for causing ink droplets to fly from nozzles,
An unpolarized first piezoelectric layer in which a plurality of individual electrodes are formed corresponding to the plurality of ink chambers containing ink, and an unpolarized piezoelectric layer in which a common electrode is formed on almost the entire surface are alternately arranged. A step of producing a laminate by stacking a plurality of sheets,
Forming a first external electrode connected to the plurality of individual electrodes on the plurality of first piezoelectric layers;
Forming a second external electrode connected to the plurality of common electrodes on the plurality of second piezoelectric layers;
Firing the laminate to produce one piezoelectric flat plate;
A high voltage is applied to the piezoelectric plate through the first external electrode and the second external electrode at a high temperature to polarize the piezoelectric layer region where the individual electrode and the common electrode overlap. A step of making the actuator part;
It is characterized by including.
本発明にかかるインクジェットヘッドの作製方法によれば、1枚の圧電平板を部分的に分極処理して形成された複数の活性部が各インク室をそれぞれ加圧するアクチュエータ部となっているので、各インク室にそれぞれ個別に対応するように複数の圧電部材をダイサー加工等で分割形成する必要がなく、製造工程を簡略化でき生産性が向上する。 According to the method for manufacturing an ink jet head according to the present invention, since a plurality of active portions formed by partially polarizing one piezoelectric flat plate are actuator portions that pressurize each ink chamber. It is not necessary to divide and form a plurality of piezoelectric members by dicer processing or the like so as to individually correspond to the ink chambers, so that the manufacturing process can be simplified and the productivity is improved.
また、複数の圧電層を積層してなる積層型圧電平板において、各インク室に対応するアクチュエータ部のみが分極処理された活性部であり、それ以外の領域はすべて分極されていない非活性領域であるため、非活性領域をそれほど大きくとらなくても駆動時の自己破壊を防止できる。これにより、各インク室ごとに分割されている圧電部材を用いる場合に比べてヘッドを小型化できる。 In the laminated piezoelectric flat plate formed by laminating a plurality of piezoelectric layers, only the actuator portion corresponding to each ink chamber is an active portion that is polarized, and the other regions are all inactive regions that are not polarized. Therefore, self-destruction during driving can be prevented without taking a large inactive region. Thereby, a head can be reduced in size compared with the case where the piezoelectric member divided | segmented for every ink chamber is used.
さらに、第2外部電極からすべてのアクチュエータ部の共通電極についての電気的接続をとることができるので、基板上に前記圧電平板が複数配置されている場合でも、前記複数の圧電平板の各共通電極をアースに接続するために前記基板上に形成される引き出し配線の占領スペースを節約でき、これによってもまたヘッドの小型化を図れる。 Furthermore, since the second external electrode can be electrically connected to the common electrode of all the actuator parts, each common electrode of the plurality of piezoelectric flat plates can be provided even when a plurality of the piezoelectric flat plates are arranged on the substrate. The space for occupying the lead-out wiring formed on the substrate for connecting to the ground can be saved, and this also makes it possible to reduce the size of the head.
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図1は、記録紙Pの通紙方向(矢印a方向)に沿ってイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の各色のインクにそれぞれ対応する4つのインクジェットヘッド10、12、14、16を配置した状態を示す。これらインクジェットヘッド10、12、14、16はそれぞれ通紙方向と直交する方向に延びて、記録紙Pの全幅をカバーする長さに形成されたライン型ヘッドである。各ヘッドの構成は同一であるため、イエロー用インクジェットヘッド10について以下に説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows four inkjet heads corresponding respectively to yellow (Y), magenta (M), cyan (C), and black (K) inks along the paper passing direction (arrow a direction). The state which has arrange | positioned 10, 12, 14, 16 is shown. These
インクジェットヘッド10の記録紙対向部には、図2に示すようなノズルプレート18が固定されている。ノズルプレート18には、数個の大径ノズル20(例えば内径32μm)を直線上に配列してなる大径ノズル列22がノズルプレート18の長手方向に沿って千鳥状に形成されている。また、ノズルプレート18には、数個の小径ノズル24(例えば内径23μm)を直線上に配列してなる小径ノズル列26がノズルプレート18の長手方向に沿う両側縁部近傍に各大径ノズル列22にそれぞれ対応して千鳥状に形成されている。
A
図3に示すように、ノズルプレート18にはインク流路プレート28が接着固定されている。インク流路プレート28には、ノズルプレート18によって覆われた複数の溝状凹部が形成されている。これら凹部のうち、図示しないインクカートリッジからインクが流れ込むインク供給口30を起点に二方向に分岐して延びる溝状凹部がインク供給室32になっている。また、大径ノズル20にそれぞれ対応してインク供給室32の内側に形成された複数の細溝状凹部が大径用インク室34になっている。大径ノズル列22に対応する数個の大径用インク室34は互いに平行に配列されて大径用インク室列(第1のインク室列)36を形成している。各大径用インク室34は対応するインレット溝38を介してインク供給室32にそれぞれ連通するとともに、インレット溝38とは反対側の大径用インク室34の端部近傍において大径ノズル20にそれぞれ連通している。
As shown in FIG. 3, an ink
さらに、小径ノズル24にそれぞれ対応してインク供給室32の外側に形成された複数の細溝状凹部が小径用インク室40になっている。小径ノズル列26に対応する数個の小径用インク室40は、上記大径用インク室列36の配列方向と平行に配列されて小径用インク室列(第2のインク室列)42を形成している。この小径インク室列42は、インク供給室32を挟んで大径インク室列36に隣接して設けられている。小径用インク室40の長さは大径用インク室34よりも短く形成されている。また、各小径用インク室40は、対応するインレット溝38を介してインク供給室32にそれぞれ連通するとともに、インレット溝38とは反対側の小径用インク室40の端部近傍において小径ノズル24にそれぞれ連通している。
In addition, a plurality of narrow groove-shaped recesses formed on the outside of the
インク流路プレート28に裏面には、対向する一対の大径用および小径用インク室列36、42にそれぞれ対応して一枚物の圧電平板50が複数接着されている。各圧電平板50は、ホルダ52によって保持されたセラミック製基板54上に接着固定されている。図4に、圧電平板50が基板54上に配置された状態を示す。基板54の中央部には、基板54の長手方向に延びる溝56が形成されており、各圧電平板50はその溝56を挟んで両側に千鳥状に配置されている。
A plurality of single piezoelectric
上記圧電平板50は複数の圧電層を積層してなる積層型圧電平板であり、図5に示すようにして製造される。まず、第1層目となる圧電材料(例えば、PZT)のグリーンシート60の表面に個別電極58a、58bをスパッタリングやめっき等により上記各インク室34、40に対応して予めパターン形成しておく。大径用インク室34に対応する個別電極58aはグリーンシート60の一方の縁部から延びる短冊状にそれぞれ形成され、小径用インク室40に対応する個別電極58bはグリーンシート60の他方の縁部から延びる短冊状にそれぞれ形成されている。各インク室34、40の長さの違いに対応して、個別電極58aは個別電極58bよりも長く形成されている。グリーンシート60のほぼ中央部には、電極が形成されていない領域62が残されている。
The piezoelectric
次に、第1層目のグリーンシート60の上に、同じ圧電材料からなる第2層目のグリーンシート64を積層する。このグリーンシート64の上面には、両端部近傍の帯状部分65を残してほぼ全面に共通電極66をスパッタリングやめっき等により予め形成しておく。その後、第1層目と同じグリーンシートを第2層目のグリーンシート64の上に第3層目として積層し、その上に第2層目と同じグリーンシートを第4層目として積層するという工程を繰り返してグリーンシートを所定枚数(例えば20層)積層した後、最後に電極が形成されていないグリーンシート68を積層し、上部から加圧して各層のグリーンシートを密着させる。
Next, a second
その後、図6に示すように、各層の個別電極58bを導通させる外部電極70を例えば金めっき等によりそれぞれ形成する。他方の個別電極58aについても同様に外部電極(図示せず)を形成する。また、外部電極70を形成した側面と直交する両側面に露出するように設けられた各層の共通電極66を導通させる外部電極72(一方のみ図示)を例えば金めっき等により両側面にそれぞれに形成する。そして、この積層体を焼成することにより圧電平板50が出来上がる。
After that, as shown in FIG. 6,
続いて、高温下で個別電極58a、58bと共通電極66間に高電圧を印加して圧電平板50を部分的に分極処理する。これにより、図7に示すように、圧電平板50のうち個別電極58a、58bと共通電極66とがオーバーラップする領域がそれぞれ活性部となり、外部電極70、72を介して個別電極58a、58bと共通電極66間に駆動電圧を印加したときに変形を生じるアクチュエータ部74、76となる。一方、アクチュエータ部74と76の間は、共通電極66のみが存在する未分極状態の非活性部78となる。
Subsequently, a high voltage is applied between the
このように、積層された複数のグリーンシートが焼成されてなる各圧電層間には、各アクチュエータ部74、76に対応してそれぞれパターン形成された複数の個別電極58a、58bと、すべてのアクチュエータ部74、76に延びて形成され、かつ圧電平板50の側面に露出するように設けられた複数の共通電極66とが交互に配置されている。また、圧電平板50においては、各アクチュエータ部74が大径用インク室列36の各インク室34にそれぞれ対応して設けられ、各アクチュエータ部76が小径用インク室列42の各インク室40にそれぞれ対応して設けられている。なお、個別電極58a、58bの長さの違いに対応して、アクチュエータ部74の長さはアクチュエータ部76よりも長くなっている。
In this way, between each piezoelectric layer formed by firing a plurality of laminated green sheets, a plurality of
図4に示すように、基板54上には各圧電平板50の外部電極72にそれぞれ導通する引き出し配線73がパターン形成されており、この引き出し配線73を介して各圧電平板50の共通電極66がアースに接続されている。一方、基板54の側面には、各圧電平板50の側面に形成した外部電極70にそれぞれ導通する引き出し配線71が形成されており、これら引き出し配線71に接続されるフレキシブル配線を介して各圧電平板50の個別電極58a、58bが駆動電圧印加用ドライバ(図示せず)にそれぞれ接続されている。
As shown in FIG. 4, lead
上記構成からなるインクジェットヘッド10では、図示しないインクカートリッジからインク供給室32に供給されたインクが対応するインレット溝38を介して各大径用および小径用インク室34、40にそれぞれ収容されている。この状態で、画像情報に応じてドライバから圧電平板50の個別電極58a、58bと共通電極66間に駆動電圧が印加されると、各アクチュエータ部74、76が厚み方向に瞬時に変形して対応する各インク室34、40内のインクを加圧し、これにより大径ノズル20、小径ノズル24からそれぞれ大きさの異なるインク滴が飛翔する。これらインク滴が記録紙上に付着してそれぞれ大きさの異なるドットが形成され、これらドットの集合により画像が記録される。
In the
上述したように本実施形態において作製されたインクジェットヘッド10では、1枚の圧電平板50を部分的に分極処理して形成された複数の活性部が各インク室34、40をそれぞれ加圧するアクチュエータ部74、76となっているので、各インク室34、40にそれぞれ対応するようにダイサー加工等によって圧電部材を分割形成する必要がなく、製造工程を簡略化でき生産性が向上する。また、1枚の圧電平板50で大径用および小径用インク室列36、42の各インク室34、40に対応するアクチュエータ部74、76を賄うことができるので、従来のように大径用および小径用インク室列のためにそれぞれ大きさが異なる2種類の圧電プレートを用意する必要がなく、部品の種類およびコストを削減できるとともに、組立時に2枚の圧電プレートの位置合わせが不要となり組み立てが容易になる。
なお、これらの効果は圧電平板50が積層型でなく単層のものであっても得られる。
As described above, in the
These effects can be obtained even if the piezoelectric
また、複数の圧電層を積層してなる積層型圧電平板50においては、各インク室34、40に対応するアクチュエータ部74、76のみが分極処理された活性部であり、それ以外の領域はすべて分極されていない非活性領域であるため、大径用インク室列36に対応するアクチュエータ部74と小径用インク室列42に対応するアクチュエータ部76との間の非活性部78をそれほど大きくとらなくても駆動時の自己破壊(層間剥離)を防止できる。これにより、各インク室列36、42のインク室34、40ごとに分割された圧電部材を設ける場合に比べてヘッドを小型化できる。
Further, in the laminated piezoelectric
さらに、積層型圧電平板50の各圧電層間に、各アクチュエータ部74、76に対応してそれぞれパターン形成された複数の個別電極58a、58bと、すべてのアクチュエータ部74、76に延びて形成され、かつ上記圧電平板50の側面に露出するように設けられた複数の共通電極66とを交互に配置してあるため、共通電極66が露出した側面に例えば金めっき等の外部電極72を設けることにより、外部電極72からすべてのアクチュエータ部74、76の共通電極66についての電気的接続をとることができる。これにより、大径用インク室列36に対応する各圧電部材と小径用インク室列42に対応する各圧電部材とから共通電極用の配線を基板上において別々に引き出していた場合に必要であったスペースを節約でき、これによってもまたヘッドの小型化を図れる。
Furthermore, it is formed between each piezoelectric layer of the laminated piezoelectric
ところで、上記インクジェットヘッド10では、上記圧電平板50に代えて図8に示す圧電平板80を使用してもよい。この圧電平板80は、上記圧電平板50について共通電極66のみが存在する部分である非活性部に各共通電極66を分断する溝82をダイサー加工等で形成し、この溝82に導電性接着剤84を充填したものである。この圧電平板80を用いた場合には、溝82の存在によって大径用インク室列36側のアクチュエータ部74と小径用インク室列42側のアクチュエータ部76との間で互いの振動が影響し合って連動変位するのを抑えることができる。加えて、その溝82に充填された導電性接着剤84からすべてのアクチュエータ部74、76に延びる共通電極66の電気的接続をとることができ、上記圧電平板50の場合と同様にスペース節約によるヘッドの小型化が図れるとともに、接着剤84の接着力によって溝部82における圧電平板80の自己破壊(層間剥離)を防止することができる。この圧電平板80では、導電性接着剤84から各共通電極66の電気的接続をとることができるので、上記圧電平板50のように側面に金めっき等による外部電極72を設ける必要がない。
Incidentally, in the
以上に説明した上記インクジェットヘッド10では、ノズル20、24の径、インク室34、40の長さ、およびアクチュエータ部74、76の長さを異ならせて大小インク滴を吐出させるようにしてあるが、本発明はこれらノズル径、インク室長さおよびアクチュエータ部長さを同一に形成した場合にも適用できる。
In the
また、上記インクジェットヘッド10はライン型ヘッドとして説明したが、本発明はキャリッジに取り付けられて記録紙に対してスキャンするタイプのインクジェットヘッドの作製にも適用できる。
The
10…インクジェットヘッド
34…大径用インク室
36…大径用インク室列
40…小径用インク室
42…小径用インク室列
50…圧電平板
74,76…アクチュエータ部。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
インクを収容する前記複数のインク室に対応させて複数の個別電極を形成してある未分極の第1圧電層と、ほぼ全面に共通電極を形成してある未分極の圧電層とを、交互に複数枚重ねて積層体を作製する工程と、
前記複数の第1圧電層上の前記複数の個別電極に導通した第1外部電極を形成する工程と、
前記複数の第2圧電層上の前記複数の共通電極に導通した第2外部電極を形成する工程と、
前記積層体を焼成して1枚の圧電平板を製造する工程と、
高温下で前記第1外部電極および前記第2外部電極を介して高電圧を前記圧電平板に印加することによって前記個別電極と前記共通電極とがオーバーラップしている圧電層領域を分極処理して前記アクチュエータ部とする工程と、
を含むことを特徴とするインクジェットヘッドの作製方法。 A plurality of ink chambers that respectively store ink, and a plurality of actuator units that are provided corresponding to the respective ink chambers and pressurize the ink in the ink chamber by deformation when a voltage is applied to eject ink droplets from the nozzles. A method for producing an inkjet head comprising:
An unpolarized first piezoelectric layer in which a plurality of individual electrodes are formed corresponding to the plurality of ink chambers containing ink, and an unpolarized piezoelectric layer in which a common electrode is formed on almost the entire surface are alternately arranged. A step of producing a laminate by stacking a plurality of sheets,
Forming a first external electrode connected to the plurality of individual electrodes on the plurality of first piezoelectric layers;
Forming a second external electrode connected to the plurality of common electrodes on the plurality of second piezoelectric layers;
Firing the laminate to produce one piezoelectric flat plate;
A high voltage is applied to the piezoelectric plate through the first external electrode and the second external electrode at a high temperature to polarize the piezoelectric layer region where the individual electrode and the common electrode overlap. A step of making the actuator part;
A method for manufacturing an ink-jet head, comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
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ID=37466580
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2006181126A Pending JP2006297952A (en) | 2006-06-30 | 2006-06-30 | Manufacturing method for ink-jet head |
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Effective date: 20070410 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |