JP2007196438A

JP2007196438A - 記録ヘッド、及び記録ヘッドの製造方法

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Publication number: JP2007196438A
Application number: JP2006015285A
Authority: JP
Inventors: Masafumi Takimoto; 雅文瀧本; Naoto Asai; 直人浅井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2006-01-24
Filing date: 2006-01-24
Publication date: 2007-08-09

Abstract

【課題】圧電素子を用いた記録ヘッド及び記録ヘッドの製造方法に関し、製造工程の簡略化を図ると同時に、スリット加工精度のバラツキを抑制して安定した吐出性能、小型化を実現する。
【解決手段】圧電材料と内部電極とが積層された積層体に対して、第１のスリットを形成する工程と、電極を蒸着する工程と、第２のスリットを形成する工程と、切断分離する工程とを有し、第１のスリット加工においては、切り込み量H1及びH2のスリットを交互に形成し、さらに前記第２のスリット加工においては、第１のスリットに直交する方向に切り込み量H3のスリットを形成し、個別圧電素子を形成する。
この際、各切り込み量についてH1>H3>H2を満たすよう設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般にインクと呼ばれる記録液を微細口から小滴として吐出、飛翔させて被記録媒体に記録を行う記録ヘッド及び記録ヘッドの製造方法に関する。

インクジェット記録装置はプリンタ、複写機、ファクシミリ等に広く応用され、記録情報に基づいて紙や布等の被記録媒体に画像を記録するもので、インク滴を吐出する記録ヘッド、記録ヘッドを移動するための移動手段、被記録媒体を搬送するための媒体搬送手段、インク吐出面の汚れを除去する回復手段、記録情報より吐出信号を形成する制御手段、電力や吐出信号を記録ヘッドに伝える信号伝達手段などから構成される。

記録ヘッドとしては、インクを吐出するためのエネルギ発生素子として電気機械変換体（積層型圧電素子）を用いたものが知られている。

このような記録ヘッドの製造方法としては、特許文献１に開示されるように、配線を有した基板上に圧電素子ユニットを接着剤等で接合した後、ダイシング加工等により配線とともに圧電素子を切断し個別圧電素子に分割する方法や、特許文献２に開示されるように、予め圧電素子にスリット加工を施して個別圧電素子を形成した後、基板に接合する方法が知られている。

図9(a)は上記(1)の方法における基板ユニット500を模式的に示したもので、基板501上に２つの圧電素子ユニット502a、502bが配されている。

該圧電素子ユニット502a、502bは一塊の圧電素子から所定寸法に切り出されたものであって、その両端にはそれぞれ(+)内部電極503に導通している(+)外部電極504と、(-)内部電極505に導通している(-)外部電極506が形成されている。

該基板501上には、外部からの信号や電力を伝達するための(+)回路507a、507b及び(-)回路508が形成され、各外部電極と不図示の導電性接着剤等を用いて電気的に接続されている。

さらにダイアモンドプレードを用いたダイシング加工等により、基板501、(+)回路507a、507b、(-)回路508及び圧電素子502a、502bに一括してスリット509が形成され、図9(b)のように個別圧電素子510a〜510eが形成される。

しかしながら、この方法では、共通となる(-)回路も分割してしまい、再度共通化のための手段が必要となり製造工程が煩雑になるという問題があった。

また該公報に記載されているように複数の基板ユニットを同時に加工する場合には、加工機に並べる際、位置決め精度のバラツキによって基板ユニット間でのスリット加工精度が十分に得られないことが問題であった。

図10(a)は上記(2)の方法における圧電素子ユニット601を模式的に示したものである。

該圧電素子ユニット601は一塊の圧電素子から所定寸法に切り出されたものであって、(+)内部電極602に導通している(+)外部電極603と、(-)内部電極604に導通している(-)外部電極605が同一平面に形成され、これらの外部電極形成後にスリット加工を施すことで、個別圧電素子601a〜601eを形成したものである。

図10(b)は基板ユニット600を模式的に示したもので、２つの圧電素子ユニット601が、基板606に形成された(-)回路607に不図示の導電性接着剤等により電気的に接合される。

このように作成された基板ユニット600は、共通となる(-)電極が分割されるようなことがないが、(+)外部電極602と(-)外部電極604とを同一面内に形成するため、電極形成工程が煩雑になることが問題であった。

また、外部電極の形成後にスリット加工を施すために、圧電素子ユニット個々の加工となり、スリット加工精度にバラツキの発生することが問題となっていた。

いずれの方法においても、個別圧電素子の大きさにバラツキが発生すると、吐出するインク滴の体積や速度にバラツキが生じ、印字品位の低下を引き起こすことになる。

又、別の従来例としては、特許文献１及び特許文献２をあげることが出来る。
特開平9-156114号公報特開2003-89204号公報

そこで本発明の課題は、製造工程の簡略化を図ると同時にスリット加工精度のバラツキを抑制して、安定した吐出性能、小型化を実現する記録ヘッド及びその製造方法を提供することである。

前記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、インクを飛翔させるためのエネルギを発生する圧電素子ユニットを備えた基板と、インクを保持する液室が該圧電素子ユニットに対応した位置に設置された記録ヘッドにおいて、該圧電素子ユニットの対向する側面に個別電極と共通電極を形成するとともに、該個別電極が共通電極よりも底面からの位置が高いことを特徴とする。

該圧電素子ユニットに個別圧電素子を形成する際に、一回の加工で個別電極を形成することができ製造効率が向上する。

前記課題を解決するために、請求項２に記載の発明は、インクを飛翔させるためのエネルギを発生する圧電素子ユニットを備えた基板と、インクを保持する液室が該圧電素子ユニットに対応した位置に設置された記録ヘッドにおいて、該圧電素子ユニットは個別圧電素子列を２列一体となす構造であり、該個別圧電素子列の対向面側に共通電極を有することを特徴とする。

小型化を可能にする。

前記課題を解決するために、請求項３に記載の発明は、インクを飛翔させるためのエネルギを発生する圧電素子ユニットを備えた基板と、インクを保持する液室が該圧電素子ユニットに対応した位置に設置された記録ヘッドの製造方法において、圧電材料と内部電極とが積層された積層体に対して、第１のスリットを形成する工程と、電極を蒸着する工程と、第２のスリットを形成する工程と、切断分離する工程とを有することを特徴とする。

スリット加工を施した後で分離するので、加工バラツキのない圧電素子ユニットが大量に生産できる。

前記課題を解決するために、請求項４に記載の発明は、第１のスリット加工においては、切り込み量H1及びH2のスリットを交互に形成し、さらに第２のスリット加工においては、該第１のスリットに直交する方向に切り込み量H3のスリットを形成し、個別圧電素子を形成する。

この際、各切り込み量についてH1>H3>H2を満たすよう設定したことを特徴とする。

共通電極は分離しないので、共通化するための手段が不要となり、製造効率の向上が図れる。

製造工程の簡略化を図ると同時にスリット加工精度のバラツキを抑制して、安定した吐出性能、小型化を実現する記録ヘッド及びその製造方法を提供することが出来る。

次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。

図2は本発明の圧電素子ユニット100を用いた記録ヘッド1の分解斜視図である。

201はセラミックス等よりなる絶縁性のベースプレートで、表面にはNi・Au蒸着、Auメッキ、Ag・Ptペースト印刷、Ag・Pdペースト印刷などによって共通回路203が形成されている。

２つの圧電素子ユニット100が共通電極103を対向するよう配列され、さらに、導電性接着剤202により該共通電極103と前記共通回路203とが電気的に接合されている。

205は回路基板で、不図示の制御部と記録ヘッド1とを電気的に接続する。該回路基板205上に設けられたパッド（不図示）と、圧電素子ユニット100に形成された個別電極102a〜102jとはハンダ等により個々に電気的に接合されている。

204aはインク供給口で、不図示のインク供給部からインクを導入するよう構成されている。

206はスペーサで、インク供給口204bが形成されるとともに、圧電素子ユニット100を取り囲むように前記ベースプレート201に接合される。

207は流路プレートで、インク供給口204cが形成され、また複数個の振動板208、流路壁209が後述するように個別圧電素子101a〜101jに対向する位置に設置されている。

210はオリフィスプレートで、複数のオリフィス211aからオリフィス列211が形成され、流路プレート207に接合されている。

該流路プレート207、前記振動板208及び前記流路壁209とで囲まれた領域は液室212となり、インク供給口204aから204cを通して供給されたインクが充填される構成である。

図3(a)はオリフィス列211を含む面での記録ヘッド1の断面図、図3 (b)はその直交方向で、オリフィス211を含む面での記録ヘッド1の断面図である。

圧電素子ユニット100は共通電極103を対向するように配置され、該共通電極103とベースプレート201上に形成された共通回路203とを導電性接着剤202とで接合している。

圧電素子ユニット100は複数の個別圧電素子（図においては５つの個別圧電素子101a〜101eを図示）よりなり、バイピッチ構造の記録ヘッドでは、該個別圧電素子のうち101b及び101dはインク吐出に作用する駆動チャンネル、101a、101c及び101eはインク吐出に作用せず構造体となる非駆動チャンネルとなり、それぞれが交互に配置されている。

樹脂材料などからなる振動板208には凸部208a〜208eが形成され、接着剤等により個別圧電素子101a〜101eと個々に接合されている。

非駆動チャンネル上方には流路壁209が形成される一方、駆動チャンネル上方には液室212及びオリフィス211が形成される。

不図示の制御部からの信号に基づいて電圧が印可されることにより、該個別圧電素子101bが図中上下方向に変位して振動板208を押し上げる。

この時液室212の体積が減少し、オリフィス211からインク滴213が飛翔する。

さらに電圧の印可が停止されることにより該個別圧電素子101bは元の位置に戻り、液室212の体積が回復し、インクがリフィルされる構成である。

圧電素子ユニット100の製造方法について説明する。

圧電素子ユニット100は積層体300から所定寸法に切り出して作成するが、まず、図4(a)を用いて該積層体300の製造法について説明する。

該積層体300は、電圧を印可すると変位を発生する圧電材料と電極材料とを交互に積層させたものである。

まずグリーンシート301a〜301cが、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を主成分とする圧電材料を所定の組成に混合し、約900℃で仮焼した粉末と、バインダ及び可塑剤等の添加剤を混合したスラリを乾燥させて作成される。

次にこのグリーンシート301aの表面に電極材料となるパラジウムペーストをスクリーン印刷法等により塗布し、乾燥して内部電極302a〜302dを形成する。

同様にグリーンシート301bに内部電極302e〜302gを形成し、これらを数十枚程度積層した後、最後にグリーンシート301cを積層し、熱プレスにより圧着した後、約500℃でバインダ成分を除去し、さらに1200℃で焼成して図4(b)に示すような積層体300を得る。

ここで該内部電極302a〜302gは等間隔に配置され、また、その１辺（図中W）は同じ幅でかつ、圧電素子ユニット100の幅より小さく設定される。

また該内部電極302a〜302dと302e〜302gとはそれぞれが半ピッチずらした位置に配列される。

次に前記積層体300に第１のスリット及び電極を形成する。

図5を用いて第１のスリット加工の手順を説明する。

なお本図においては積層体300の一部だけを図示している。

（１）積層体300にマスキング部材303を塗布する。

該マスキング部材303は積層体300の上面、及び側面全体に塗布する。（図5(a)）
（２）ダイアモンド砥石を用いた研削加工等により、前記積層体300に第１のスリット加工を施す。

砥石305は内部電極302a〜302fの配列方向に対して直交する方向（図中矢印方向）より進入させて、積層した内部電極302a〜302fを交互に露出させる。

ここで、隣り合うスリットの切り込み量を交互にH1、H2とする。

なおこの切り込み量の関係をH1>H2とする。（図5(b)）
（３）Ni・Au蒸着などにより電極層304を上方より蒸着する。積層体300の底面からの高さの異なる位置に電極層304が形成される。（図5(C)）
（４）マスキング部材303を除去する。（図5(d)）
次に前記積層体300に第２のスリット加工を施し、個別圧電素子を形成する。

図6を用いて第２のスリット加工を説明する。

なお本図においては、前記第１のスリット加工において、積層体300に７本のスリットを形成した例で、ひとつの積層体300から6つの圧電素子ユニット100を作成する場合を示している。

なお、両端部は圧電素子ユニットとしては使用しない。

ダイアモンドブレードを用いたダイシング加工等により、図中L1に沿ってブレードを進入させ、第１のスリットの方向に対して直交する方向にスリットを形成する。

同様にL2〜L9に沿ってスリットを形成する。

ここで全ての切り込み量は一定値H3とし、前記第１のスリット加工における切り込み量との関係は、
H1＞H3＞H2
を満たす。

このことにより、第１のスリット加工において、切り込み量H2で切り込んだ部位に形成された電極層304は個々に分断されることになる。

次に、ダイアモンドブレードを用いたダイシング加工等により、例えばN1、N2の部位を切断除去して個別に分断する。

さらに周知の分極処理、例えば、個別電極及び共通電極間に30V程度の電圧を付加することで記録ヘッドに搭載可能な圧電素子ユニット100を得る。

６つの圧電素子ユニットを同時にスリット加工するので、効率よく加工できるとともに、個別圧電素子間の寸法バラツキが抑制される。

図１は上述した方法で作成した圧電素子ユニット100の斜視図で、(a)は左斜視図、(b)は右斜視図である。

ここで101a〜101jは第２のスリット加工で形成された個別圧電素子ある。

該個別圧電素子101aにおいては、(+)内部電極104に導通している個別電極102aと、(-)内部電極105に導通している共通電極103が形成されている。

該個別電極102aと共通電極103とは、圧電素子ユニット100の底面からの位置が異なっている。

他の個別圧電素子も同様の構成である。

図7は本発明の圧電素子ユニット1000の斜視図である。

２つの個別圧電素子列1001a及び1001bとが一体となった構造で、(-)内部電極1002に導通している共通電極1003が唯一形成されている。

該圧電素子ユニット1000の両端には(+)内部電極1004に導通している個別電極1005が形成され、該個別電極1005と共通電極1003とは、圧電素子ユニット1000の底面からの位置が異なっている。

前記圧電素子ユニット1000の作成方法は、第２のスリット加工を施すまでは、実施例１に記載の方法と同様である。

切断の際、図6におけるN1とN3の部位を切断削除して個別に分断する。

こうすることで個別圧電素子列毎の加工バラツキや位置決め精度に起因するバラツキが抑制される。

図8は圧電素子ユニット1000を用いた記録ヘッド10の斜視図である。

１つの圧電素子ユニット1000が配置され、導電性接着剤202により共通電極103と前記共通回路203とが電気的に接合されている。

205は回路基板で、不図示の制御部と記録ヘッド1とを電気的に接続する。

該回路基板205上に設けられたパッド（不図示）と、圧電素子ユニット100に形成された個別電極102a〜102jとはハンダ等により個々に電気的に接合されている。他の部材においては、実施例１に記載のものと同様な構成である。

２つの圧電素子ユニット100を配列するよりもヘッドをより小型化できる。

本発明の第１の実施例である圧電素子ユニットの斜視図同圧電素子を適用した記録ジェットの分解斜視図同記録ジェットの断面図同圧電素子を切り出す積層体の斜視図同積層体に第１のスリット加工を施す手順を示す工程概略図同積層体に第２のスリット加工を施す位置を示す斜視図本発明の第２の実施例である圧電素子ユニットの斜視図同圧電素子を適用した記録ジェットの分解斜視図従来例(1)における基板ユニットの模式図従来例(2)における基板ユニットの模式図

符号の説明

1 記録ヘッド
100 圧電素子ユニット
101a〜101j 個別圧電素子
102a〜102j 個別電極
103 共通電極
104 (+)内部電極
105 (-)内部電極
201 ベースプレート
202 導電性接着剤
203 共通回路
204a〜204c インク供給口
205 回路基板
206 スペーサ
207 流路基板
208 振動板
208a 凸部
209 流路壁
210 オリフィスプレート
211 オリフィス列
211a オリフィス
212 液室
213 液滴
300 積層体
301a〜301c グリーンシート
302a〜302g 内部電極
303 マスキング部材
304 電極層
305 砥石
500 基板ユニット
501 基板
502a〜502b 圧電素子ユニット
503 (+)内部電極
504 (+)外部電極
505 (-)内部電極
506 (-)外部電極
507ａ〜507b (+)回路
508 (-)回路
509 スリット
510a〜510j 個別圧電素子
600 基板ユニット
601 圧電素子ユニット
601a〜601e 個別圧電素子
602 (+)内部電極
603 (+)外部電極
604 (-)内部電極
605 (-)外部電極
606 基板
607 (-)回路
1000 圧電素子ユニット
1001a〜1001b 個別圧電素子列
1002 (-)内部電極
1003 共通電極
1004 (+)内部電極
1005 個別電極

Claims

インクを飛翔させるためのエネルギを発生する圧電素子ユニットを備えた基板と、インクを保持する液室が該圧電素子ユニットに対応した位置に設置された記録ヘッドにおいて、
該圧電素子ユニットの対向する側面に個別電極と共通電極を形成するとともに、該個別電極が共通電極よりも底面からの位置が高いことを特徴とする記録ヘッド。
インクを飛翔させるためのエネルギを発生する圧電素子ユニットを備えた基板と、インクを保持する液室が該圧電素子ユニットに対応した位置に設置された記録ヘッドにおいて、
該圧電素子ユニットは個別圧電素子列を２列一体となす構造であり、該個別圧電素子列の対向面側に共通電極を有することを特徴とする記録ヘッド。
インクを飛翔させるためのエネルギを発生する圧電素子ユニットを備えた基板と、インクを保持する液室が該圧電素子ユニットに対応した位置に設置された記録ヘッドの製造方法において、
圧電材料と内部電極とが積層された積層体に対して、第１のスリットを形成する工程と、電極を蒸着する工程と、第２のスリットを形成する工程と、切断分離する工程とを有することを特徴とする記録ヘッドの製造方法。
前記第１のスリット加工においては、切り込み量H1及びH2のスリットを交互に形成し、さらに前記第２のスリット加工においては、前記第１のスリットに直交する方向に切り込み量H3のスリットを形成し、個別圧電素子を形成する。この際、各切り込み量についてH1>H3>H2を満たすよう設定したことを特徴とする請求項３に記載の記録ヘッドの製造方法。