JP3284421B2 - 圧電アクチュエーター及びインクジェットヘッド及びインクジェットヘッド製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電振動子により、電
気的エネルギーを変換し機械的出力を導き出す圧電アク
チュエーターに関する。又、インク滴を飛翔させ被記録
媒体に記録を行うためのインクジェットヘッドで、特
に、前記圧電アクチュエーターを用いたインクジェット
ヘッドに関する。又、前記インクジェットヘッドの製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の圧電アクチュエーターは、インク
ジェットヘッドに用いられたものとして、特開平３−２
２７２４７号公報のように、圧電振動子と基板（圧電振
動子の保持部材）とを接合し、且つ前記基板の反対面に
も別の圧電振動子を接合して、バイモルフ駆動を行なわ
せ、変位を増大させるものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、圧電アクチュ
エーターとしての前記従来例の構造では、圧電振動子が
基板の上下面に必要であり、コスト面での負荷が非常に
大きい。又、バイモルフ駆動をさせるための電気的配線
（両面の圧電振動子に配線）が複雑となる。加えて、圧
電振動子の駆動に従属し基板自体が変動する機構である
ため、外部機構（従来例の圧電アクチュエーターを保持
する機構）との接続に於て多大な制約を受けてしまう。
又、前記従来例の実施例で説明されている圧電アクチュ
エーターは、一枚の基板の両面に複数の圧電振動子が上
下対応して接合された構造であり、基板は各々圧電振動
子に対応して分離されていない。従って、各々の圧電振
動子の独立した駆動に対して、基板は変動不能（基板の
剛性が高すぎて変動できない）であり、バイモルフ駆動
の効果は実質的には得られない。又、基板を介する圧電
振動子間の振動の相互干渉が顕著に現われてしまう。

【０００４】次に、インクジェットヘッドとしての従来
例の構造では、前記圧電アクチュエーターとしての課題
に加え、バイモルフ駆動による基板の変動がインクジェ
ットヘッド全体をも振動させるため、吐出するインク滴
の着弾位置精度は劣悪なものとなる。又、前記圧電振動
子間の振動の相互干渉は、インク滴の吐出特性に顕著に
現われ（以後、インク吐出特性の相互干渉をクロストー
クと呼ぶ）、前記インク滴の着弾位置精度の乱れと相ま
って、印字品質は非常に劣悪である。加えて、前記基板
の変動により、インク流路内のインク流れに乱れ（ノズ
ル先端に形成されるインクメニスカスが不安定となる）
が生じ、インク滴の吐出は非常に不安定である。

【０００５】そこで、本発明はこの様な課題を解決する
ものであって、その目的は、低コストで適用範囲の広い
高効率圧電アクチュエーターを提供することにある。

【０００６】又、本発明の圧電アクチュエーターを用い
ることで、インク吐出安定性が高く、印字品質の優れた
高効率インクジェットヘッドを提供することにある。

【０００７】又、高集積化した本発明の圧電アクチュエ
ーターを用いることで、インク吐出安定性が高く、印字
品質の優れた高効率、高密度インクジェットヘッドを提
供することにある。

【０００８】加えて、前記インクジェットヘッドの歩留
まりを飛躍的に向上させることも本発明の目的である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このような問題点を解決
するために、本発明の圧電アクチュエーターは、圧電振
動子と、圧電振動子の電界発生方向と平行な方向に積層
されて圧電振動子を保持する保持部材とを備え、圧電振
動子の保持部材と積層される側の面を第１の面とし、第
１の面の反対面を機械的作用面とした圧電アクチュエー
ターであって、圧電振動子の第１の面の略中央領域を保
持部材との固定領域とし、第１の面の両端を非固定領域
としたことを特徴とする。また、本発明のインクジェッ
トヘッドは、インク流路内に圧力変化を生じさせインク
流路に連通する吐出口よりインク滴を吐出させるインク
ジェットヘッドであって、前記圧電アクチュエーターの
機械的作用面とインク流路が対面するように配したこと
を特徴とする。また、係るインクジェットヘッドにおい
て、圧電アクチュエーターは複数の圧電振動子が並列に
配列し、複数の並列に配列したインク流路に対応するこ
とを特徴とする。また、本発明のインクジェットヘッド
製造方法において、前記圧電アクチュエーターは、保持
部材と非固定領域を除去可能な固体層を介して接合する
工程と、圧電振動子を複数の圧電振動子が並列に配列し
た状態に分離する工程と、固体層を除去する工程とによ
り構成されていることを特徴とする。

【００１０】又、本発明のインクジェットヘッドは、前
記圧電アクチュエーターを、前記圧電アクチュエーター
の機械的作用面とインク流路が対面するように配したこ
とを特徴とする。

【００１１】又、本発明のインクジェットヘッドは、複
数の圧電振動子が並列に配列した前記圧電アクチュエー
ターが、複数の並列に配列したインク流路に対応し、前
記圧電アクチュエーターの機械的作用面とインク流路が
対面するように配したことを特徴とする。

【００１２】又、本発明のインクジェットヘッド製造方
法は、前記圧電アクチュエーターが、圧電振動子の保持
部材と圧電振動子の非接合部を除去可能な固体層で接合
する工程と、前記圧電振動子を複数の圧電振動子が並列
に配列した状態に分離する工程と、前記固体層を除去す
る工程により形成されることを特徴とする。

【００１３】

【作用】以上の構成によれば、図４に示すように、圧電
振動子１０の電極１０ａ，１０ｂ間に印加される電界
（電界方向は図中で上下）により、圧電振動子１０は図
中の矢印方向（電界方向に膨張する方向：ｄ３３方向、
電界の垂直方向に収縮する方向：ｄ３１方向）に変位し
ようとする。その時、ｄ３１方向に於て、前記圧電振動
子の第１の面（電極１０ｂ面）での変位量（収縮量）
は、機械的作用面（電極１０ａ面）の変位量（収縮量）
に比べ、圧電振動子の保持部材２０との接合領域Ａによ
り拘束される分だけ小さくなる。この圧電振動子の第１
の面と機械的作用面間でのｄ３１方向の変位量（収縮
量）の差は、圧電振動子１０の保持部材２０との非接合
部をｄ３３方向に曲げる（保持部材２０から引き離す方
向）モーメントして現われ、結果として図に示すような
（図中の点線）たわみ変形が生ずる。従って、機械的作
用面（電極１０ａ面）は、実質外部に対して効果を発す
るｄ３３方向の変位として、通常の膨張変位に加え、前
記たわみ変形での変位を得ることができ、実効変位は格
段に増大する。

【００１４】

【実施例】以下に、本発明の圧電アクチュエーターの実
施例を図面を用い詳細に説明する。

【００１５】図１は、本発明の圧電アクチュエーターの
第１の実施例を説明するための透視斜視図であり、図
２、図３、図４は動作説明のための断面図（図１の二点
鎖線Ｄで切断）である。

【００１６】電極１０ａ，１０ｂが両面に形成された圧
電振動子１０と、保持部材２０とは、圧電振動子の第１
の面（電極１０ｂ面）の接合領域Ａ（図中の斜線部）の
部分で剛体的に接合されている。この接合領域Ａは圧電
振動子の第１の面の中央部に配しており、圧電振動子１
０の非接合時には実際に変形する領域である。又、保持
部材２０は、ガラス、セラミック、金属、硬質プラスチ
ックから成り、圧電振動子１０より剛性の高い材質が望
まれる。

【００１７】通常、圧電振動子は電極間に電界を掛ける
と、電界方向（以後、ｄ３３方向）に膨張し、それと同
時に電界と垂直方向（以後、ｄ３１方向）に収縮する。

【００１８】図２を用いて、前記構成のｄ３３方向に注
目した変形状態について説明する。前記構成に於て、電
極１０ａ，１０ｂに電界を印加すると、圧電振動子１０
は図中の矢印方向に膨張し、非拘束（無負荷）状態に近
い変位（図中の点線II）を得ることができる。これは、
圧電振動子の第１の面（電極１０ｂ面）の接合領域Ａ以
外の部分でｄ３１方向の変形が確保され、ｄ３１方向の
変形に連動するｄ３３方向の変形も十分に得られるため
である。ちなみに、圧電振動子の第１の面（電極１０
ｂ）全域を接合（片面完全拘束状態となる）すると、ｄ
３１方向の変形が完全に拘束されるため、ｄ３３方向の
変形も拘束されてしまい、点線IIIで示すような僅かな
変位しか得られないのである。ここで、点線Ｉは保持部
材２０と接合していない時（非拘束状態）のｄ３３方向
変位、点線IIは前記構成のｄ３３方向変位、点線IIIは
圧電振動子の第１の面（電極１０ｂ）全域を接合（片面
完全拘束状態となる）した時のｄ３３方向変位を表わ
す。

【００１９】次に、図３を用いて、前記構成のｄ３１方
向に注目した変形状態について説明する。前記構成に於
て、電極１０ａ，１０ｂに電界を印加すると、圧電振動
子１０は図中の矢印方向に収縮しようとする。ただし、
圧電振動子の第１の面（電極１０ｂ面）が接合領域Ａに
より部分的に拘束されているため、圧電振動子の第１の
面（電極１０ｂ面）での変位量（収縮量）は、機械的作
用面（電極１０ａ面）の変位量（収縮量）に比べ、その
拘束分だけ小さくなる。この圧電振動子の第１の面と機
械的作用面間でのｄ３１方向の変位量（収縮量）の差
は、圧電振動子１０の保持部材２０との非接合部をｄ３
３方向に曲げる（保持部材２０から引き離す方向）モー
メントとして現われ、結果として、図中の点線で示すた
わみ変形が生ずる。

【００２０】実際の変形は、前記のｄ３３方向の変形
と、ｄ３１方向の変形（たわみ変形）が同時に起こり、
図４の点線に示すような変形状態となる。図からもわか
るように、機械的作用面（電極１０ａ面）は、実質外部
に対して効果を発するｄ３３方向の変位として、保持部
材１０に保持された状態に拘らず高効率な膨張変位が得
られ、加えて、前記たわみ変形での変位を得ることがで
き、実効変位は格段に増大する。そして、この実効変位
は、保持部材２０が不動状態で（保持部材２０は圧電振
動子１０の変形に関与しないし、影響されない）、保持
部材２０の片面に配した圧電振動子１０だけで得られ
る。従って、低コストで適用範囲の広い高効率圧電アク
チュエーターと成り得る。

【００２１】次に、本発明の圧電アクチュエーターの第
２の実施例を図５（断面図）に示す。第１の実施例と異
なる点は、接合領域Ａが圧電振動子の第１の面（電極１
０ｂ面）の片側に配された点であり、図中の点線のよう
な変形状態となる。この変形状態は圧電振動子１０の非
接合部が長いがため、たわみ変形によるｄ３３変位が多
く得られることに特徴がある。尚、第２の実施例は、本
発明の圧電アクチュエーターに於て、接合領域Ａの位置
が圧電振動子の第１の面（電極１０ｂ面）の中央部のみ
に限定される物でなく、圧電振動子の第１の面のどの部
分にあっても構わないことを意図するものである。

【００２２】続いて、本発明の圧電アクチュエーターの
第３の実施例を図６（断面図）に示す。この実施例は、
圧電振動子１１のｄ３３方向の変形面を圧電振動子の第
１の面１１ｂ、機械的作用面１１ａとしたもので、電極
１１ｃ，１１ｄは圧電振動子１１の両端（図中の左右）
に形成されている。そして、圧電振動子１１のｄ３３方
向の変形面である第１の面１１ｂの一部分が接合領域Ａ
として保持部材２０に接合されている。この構成に於
て、電極１１ｃ，１１ｄ間に電界を印加すると、圧電振
動子１１は図中の矢印方向に変形しようとし、機械的作
用面１１ａは、前記の第１、第２の実施例とは逆方向の
収縮変形と、保持部材２０側に曲がるたわみ変形（図中
の点線が変形後の状態を表わす）を得る。

【００２３】この実施例は、機械的作用面１１ａが保持
部材２０側に変位する事で、実質外部に対して効果を発
するものである。尚、保持部材２０は、図に示すよう
に、たわみ変形を妨げない形状でなければならない。

【００２４】続いて、本発明の圧電アクチュエーターの
第４の実施例を図７（断面図）に示す。第１の実施例と
異なる点は、圧電振動子１２として、積層圧電振動子を
用いた点であり、積層圧電振動子は積層数に応じてｄ３
３方向の変位が倍増するため、ｄ３３方向に非常に大き
な膨張変形を得られることに特徴がある。

【００２５】ここで、積層圧電振動子１２は、外部電極
１２ｅにつながる内部電極１２ｃと、外部電極１２ｆに
つながる内部電極１２ｄが、交互に積層しており、電界
方向は図中の上下方向である。そして、図中のＣで示す
内部電極１２ｅ，１２ｆが電界方向にオーバーラップし
ない領域（以後、不活性部）と、図中のＢで示す内部電
極１２ｅ，１２ｆがオーバーラップする領域（以後、活
性部）とで構成されている。この活性部Ｂは実際に変形
し、不活性部Ｃは変形しない領域である。又、機械的作
用面は１２ａで、圧電振動子の第１の面は１２ｂであ
る。

【００２６】この積層圧電振動子１２と保持部材２０と
の接合領域Ａは、圧電振動子の第１の面１２ｂの一部の
領域に配され、且つ活性部Ｂの領域内であることが望ま
れる。このことにより、不活性部Ｃの領域まで接合した
物に比べ、不活性部Ｃに生ずるｄ３３方向の引き剥し応
力を飛躍的に低減でき、圧電アクチュエーターとしての
耐久性を向上させることができる。

【００２７】尚、以後の実施例は圧電振動子として積層
圧電振動子を用いたもので説明する。

【００２８】本発明の圧電アクチュエーターの第５の実
施例を図８（断面図）に示す。第４の実施例と異なる点
は、保持部材２０に、圧電振動子１２との接合領域Ａを
突出させる突起部２１が形成されている点であり、接合
領域Ａの管理が非常に容易となる。尚、この突起部２１
は、保持部材２０の突起部２１以外の領域を、機械加
工、エッチング加工、あるいはレーザー加工等で削除す
ることで形成できる。

【００２９】次に、第５の実施例と同様の効果を有する
本発明の圧電アクチュエーターの第６の実施例を図９
（断面図）に示す。第５の実施例と本質的には同等であ
り、保持部材２０が圧電振動子接続部２２と固定部２３
との接合体として形成されている。

【００３０】図１０は、本発明の圧電アクチュエーター
の電極配線パターンの実施例（基本的な構成は、第５の
実施例）である。圧電振動子１２の太線で示す外部電極
１２ｅ，１２ｆは、圧電振動子１２の両側面から第１の
面１２ｂの中程までそれぞれ延長されている。又、保持
部材２０に形成される太線で示す電極２０ａ、２０ｂ
も、両外縁から突起部２１の中程まで延長されている。
そして、圧電振動子１２と保持部材２０を接合領域Ａで
接合することにより、圧電振動子の外部電極１２ｅ、１
２ｆと、保持部材の電極２０ａ、２０ｂがそれぞれ導通
する。尚、３０は圧電アクチュエーター外部からの信号
（入力）を伝達する外部配線であり、保持部材２０の電
極２０ａ、２０ｂ（電極２０ｂへの接続は図示せず）に
電気的に接続される。尚、前記電気的接続は、外部電極
１２ｅ、１２ｆと、保持部材の電極２０ａ、２０ｂ間
を、接着、半田付け、ワイヤーボンディング、機械的押
圧等により成される。

【００３１】又、図１１は、圧電振動子１２の外部電極
１２ｅ、１２ｆ、もしくは保持部材２０の電極２０ａ、
２０ｂが接続領域Ａまで延長できない場合に、導電材
（導電４０接着剤等）を用い、圧電振動子の外部電極１
２ｅ、１２ｆと、保持部材の電極２０ａ、２０ｂをそれ
ぞれ導通させたものである。ここでの導電材は、圧電振
動子１２の変形を極力妨げない様、非常に柔らかい弾性
体であることが望まれる。

【００３２】次に、図１２は一つの保持部材２０に、複
数の圧電振動子１２を接合した実施例であり、２点鎖線
の断面は第５の実施例と同一である（一つの圧電振動子
１２に注目すると、第５の実施例と同一であることを意
味する）。

【００３３】ここで示す実施例は、各々の圧電振動子１
２は棒状で、同一ピッチに配列しているが、図１３に示
すように同一ピッチの配列が複数並んだのものや、或
は、別の規則に従って配列しているもの、極端にはラン
ダムに配置されているものも、本発明に属するものであ
る。

【００３４】尚、一つの保持部材２０に、複数の圧電振
動子１２を配する実施例は、図１４に示すように、単版
の圧電振動子１２ｇを保持部材２０に接合後、複数の圧
電振動子１２に分離する加工を施すことにより容易に製
造できる。図１４に於ては、ダイシングブレード１００
により切断するダイシング加工を示すが、前記分離加工
は、ワイヤーソーによる切削加工等の機械加工や、各種
エッチング加工、レーザー加工、放電加工、超音波加工
などを単独又は組合せにより成される。

【００３５】以下に、本発明のインクジェットヘッドの
実施例を図面を用い詳細に説明する。

【００３６】図１５は本発明のインクジェットヘッドの
第１の実施例を表わす概念図である。流路形成部材３と
振動板４により形成されたインク流路１の先端に、ノズ
ル２を配するノズルプレート５が接合されており、その
反対側の端にはインク供給路６が配されている。そし
て、本発明の圧電アクチュエーター（図８での実施例を
説明上用いる）を、機械的作用面１２ａと振動板４が接
し、インク流路１と対面するように配されている。この
構成に於て、インク流路１内（ノズル２先端まで）にイ
ンクを充填し、前記圧電アクチュエーターを駆動する
と、機械的作用面１２ａは、高効率な膨張変形とたわみ
変形を同時に発生させ、ｄ３３方向（図中の上下方向）
の非常に大きな実効変位を得る。前記の変形により、振
動板４は図中の点線で示すように機械的作用面１２ａに
対応して変形し、インク流路１内に大きな圧力変化（体
積変化）を生じさせる。この圧力変化により、ノズル２
から図中の矢印方向にインク滴が吐出すが、その高効率
な圧力変化により、インク吐出も非常に効率的であるこ
とは言うまでもない。

【００３７】そして、前記の機械的作用面１２ａの変形
は、保持部材２０の変形、振動等を伴わず独立して得ら
れるため、保持部材２０を介してインクジェットヘッド
全体を振動させることもない。従って、吐出するインク
滴の着弾位置精度は非常に向上し、加えて、インク流路
１内の安定したインク流れ（ノズル先端に形成されるイ
ンクメニスカスが安定して挙動する）が得られ、インク
吐出は非常に安定する。

【００３８】図１６は本発明のインクジェットヘッドの
第２の実施例を表わす概念図である。第１の実施例と基
本的構成及び効果は同等であるが、構造的にノズル２ａ
（ノズルプレート５ａ）が振動板４（機械的作用面１２
ａ）と対面している点で異なる。

【００３９】続いて、図１７は、本発明のインクジェッ
トヘッドの第３の実施例を説明するための斜視図であ
り、１８図、１９図はその断面図（図１８は二点鎖線Ｆ
で切断、図１９は２点鎖線Ｇで切断）である。この第３
の実施例の主要部の基本的構成は、第１の実施例と同様
であるが、流路系、駆動系を複数に展開した実施例であ
り、その他の構成部品についてもより詳細に提示した物
である。

【００４０】高分子樹脂、セラミック、ガラス、金属等
からなる流路形成部材３の表面に、成形、エッチング、
機械加工等でインク流路１を形成する複数の溝が彫られ
ている。そして、その表面上に、振動板４（樹脂フィル
ム、金属薄膜等）が接合され、インク流路１を閉溝とし
ている。

【００４１】又、単版の積層圧電振動子（図１４の１２
ｇ）を保持部材２０に接着後、複数の圧電振動子１２
と、前記圧電振動子１２群の両端のダミー圧電振動子１
３に分割するようにスリット加工し、一つの保持部材２
０に、複数の圧電振動子１２を配する本発明の圧電アク
チュエーターを形成している。当然、駆動用の圧電振動
子１２はインク流路１の配列ピッチと同一ピッチで分割
されている。又、圧電振動子１２の積層状態は、インク
流路１の長手方向の両端に、不活性部が配置される状態
に設定されている。ここで、駆動用の圧電振動子１２と
ダミー圧電振動子１３は一枚の積層圧電振動子から形成
されるため、積層方向の高さ（図中に於て、上下方向）
は均一である。

【００４２】前記インク流路のユニットと前記圧電アク
チュエーターを、圧電振動子の機械的作用面１２ａと振
動板４が対面し、各々の駆動用の圧電振動子１２とイン
ク流路１が位置的に対応するように積層している。この
状態に於て、ダミー圧電振動子１３はインク流路１と位
置的に対応せず、振動板４を介して流路形成部材３の剛
体部と接合されていることとなる。

【００４３】そして、図に示すように圧電アクチュエー
ター側（図中で上側）の第１の固定板７と流路形成部材
側（図中で下側）の第２の固定板８とで、前記インク流
路のユニットと前記圧電アクチュエーターの積層体をネ
ジ９を用いて挟持している。ここで、第１の固定板７と
第２の固定板８はネジ９による締め付けで変形等がない
ように、剛体である必要がある。そのため、材質的には
金属、セラミック、ガラス等の弾性率の高い材質が好ま
しい。又、弾性率の低い材質であれば厚みを厚くして対
応することが望まれる。尚、図に於ては第２の固定板８
に雌メジを形成しネジ９に対応しているが、第２の固定
板８にはただの穴を形成し、第２の固定板８の裏面（図
中で下側）からナットで対応しても構わない。又、この
挟持方法はネジ固定だけに限定されるものではなく、バ
ネによる固定や、第１、第２の固定板７、８の形状を工
夫して両者間の接着等で対応しても構わない。

【００４４】そして、複数のノズル２を形成するノズル
プレート５が、図に示すように前記インク流路のユニッ
トと前記圧電アクチュエーターの積層体の端面に、各ノ
ズル２と各インク流路１の位置を合わせて接合されてい
る。ここで、ノズルプレート５と前記積層体の接合領域
は、第１の固定板７と第２の固定板８までおよぶ状態の
ものを示したが、製造工程等を考慮し、保持部材２０、
流路形成部材３までの領域であっても構わない。

【００４５】以上の構成では、第１の実施例と同等の効
果と、高集積化自体の効果が得られ、加えて後述のよう
な効果が望める。

【００４６】まず、機械的作用面１２ａの変形は、保持
部材２０の変形、振動等を伴わず独立して得られるた
め、複数の圧電振動子１２間の振動の相互干渉は発生せ
ず、クロストークの無いインク滴の吐出が達成できる。
このことは、印字パターンに影響を受けない画一的な高
印字品質が得られることを示す。

【００４７】又、ダミー圧電振動子１３により、保持部
材２０と振動板４間の高さ寸法を機械的に規制している
ため、剛体である第１、第２の固定板７、８で前記積層
体を押圧、挟持しても、振動板４に初期変形、初期応力
（応力の掛かった状態で保持）を与えることはない。従
って、圧電振動子１２の入力エネルギーに対するインク
流路１内の体積変化効率が非常に高く、高効率なインク
飛行が達成される。

【００４８】又、各圧電振動子１２の高さは均一である
ため、各インク流路１に於ける圧電振動子１２の接合も
状態も均一である。従って、複数のノズル２に渡って特
性バラツキの無いインク滴の吐出が達成される。

【００４９】そして、剛体である第１、第２の固定板
７、８で挟持され、剛体的に保持されているため、圧電
アクチュエーターの駆動時に、前記積層体（保持部材２
０、流路形成部材３）が、前記挟持方向に変動すること
はない。従って、前記積層体の変動による入力エネルギ
ー損失及び、インク流路１内のインク流の乱れ（不安定
メニスカス）が無く、高効率で、安定したインク吐出が
達成される。

【００５０】次に、圧電振動子１２と振動板４との接合
部の詳細について図を用いて説明する。

【００５１】図２０は振動板４の各インク流路１、各圧
電振動子１２に対応する位置に島部４ａ（インク流路１
より幅の狭い突起）を配置したものでり、より効率的な
インク流路１内の体積変化の確保を狙った物である。こ
の島部４ａは振動板４にパターンエッチング等で形成す
ることができ、島部４ａの位置精度に関しても非常に高
精度に形成できる。又、エッチング性能、島部形成手段
の要因により、島部４ａの部分だけ材質を変えても問題
無い。ただし、島部４ａ高さ（図中の上下方向）は、ダ
ミー圧電振動子１３との接合面と同一高さにする必要が
ある。

【００５２】この構成に於ては、圧電振動子１２の位置
が島部４ａに対してずれていても、島部４ａとインク流
路１の位置関係が正常であれば、振動板４の変形状態お
よび内部応力状態は変化無く均一である。従って、前記
インク流路のユニットと前記圧電アクチュエーターの積
層時に位置ずれが生じても、インク吐出特性に関して支
障をきたすことが無い。

【００５３】尚、圧電振動子１２とインク流路１との対
合部に関しては、図１５、図１６で示した構成（振動板
４に島部４ａが無い物）や、図２１で示す（振動板４が
無く弾性体である充填材４ｂでインク流路１を閉溝とす
る）構成等も、本発明の適用範囲に属する。

【００５４】ところで、本発明のインクジェットヘッド
の第１、第３の実施例に於ては、ノズルプレート５を接
合し、インク流路１とノズル２とを連結する例を示し
た。しかし、前記構成だけでなく、図２２に示すように
流路形成部材３に於て、インク流路１形成時に、一体で
ノズル２ｂを形成したり、図２３に示すように流路形成
部材３にレーザー加工等によりノズル２ｃを形成するよ
うな構成も本発明の適用範囲に属する。

【００５５】続いて、本発明のインクジェットヘッドの
第４の実施例を図２４を用いて説明する。

【００５６】構成として第３の実施例との違いは、圧電
アクチュエーターの保持部材２４に、第１の固定板７の
機能を負わす構成で、第１の固定板７を削減した点にあ
る。この構成は、第１の固定板７の排除により、部品点
数の削減、及び工程の簡易化によるコスト低減を狙った
ものである。

【００５７】次に、第４の実施例を多ノズル化を目的と
して、両面対応ヘッドに適用した第５の実施例を図２５
を用いて説明する。

【００５８】基本的に片側（図に於いて、上方あるいは
下方）の構成は、前記の第４の実施例と同様であり、第
２の固定板８ａの両面に流路形成部材３が配置され、保
持部材２４により両側から前記インク流路のユニットと
前記圧電アクチュエーター（圧電振動子１２）の積層体
が挟持されている。この構成によれば、第４の実施例と
同様な効果と、多ノズル化の効果（高密度化、高速化）
が望めるだけでなく、各面で挟持方向（図中で上下方
向）の変動を完全に抑制しているため、面間クロストー
クが発生することはない。

【００５９】尚、図２５では、両側の流路を同一ピッチ
で、面間でずれなく配置しているが、高速対応、高密度
対応等の目的によって、このずらし量は選定すればよ
い。

【００６０】又、図２５は第２の固定板８ａを用いてい
るが、この第２の固定板８ａを削除し、一つの流路形成
部材３の両面に複数のインク流路１を形成し、両面の保
持部材２４で挟持しても良い。

【００６１】続いて、本発明のインクジェットヘッドの
製造方法の実施例を図２６に示す。これは、高集積化に
対応するための圧電アクチュエーターの細密化に関する
ものであり、構造的には図１２で示した実施例を用いて
説明する。

【００６２】まず、単版の圧電振動子１２ｇと保持部材
２０を、保持部材の突起部２１の領域（接合領域Ａ）で
剛体的に接合する。この接合は、溶剤等に対して不溶性
であり、硬化時には剛性の高い接着剤により行なう。例
えば、溶剤不溶性のオレフィン系、エポキシ系の接着剤
等があげられる。

【００６３】その後、圧電振動子１２ｇと保持部材２０
との非接合部に固体層５０を形成し（完全充填でなくて
も良く、圧電振動子１２ｇの両端部のみでも良い））、
前記非接合部まで結合された状態にする。（圧電振動子
１２ｇと保持部材２０の突起部２１の接合と同時に固体
層５０を形成しても良い） 尚、この固体層５０は、後
工程で溶剤等により溶解除去できるものであり、硬化時
にはある程度の剛性があることが望まれる。材質的に
は、水溶性のポリビニルアルコール系樹脂、又は溶剤可
溶性のポリ塩化ビニル系、ポリ酢酸ビニル系、塩ビ酢ビ
共重合体系、ポリスチレン系等の樹脂が上げられる。

【００６４】次に、図２６で示すように、単版の圧電振
動子１２ｇを複数の微細な圧電振動子１２に分離する加
工を施す。図中では、ダイシングブレード１００により
スリット状に分離するダイシング加工の例を示す。その
外の加工法としては、ワイヤーソーによる切削加工等の
機械加工や超音波加工等が上げられる（分離加工自体に
は、その外、レーザー加工、各種エッチング加工、放電
加工等があるが、ここでの実施例に関しては適用外であ
る）。

【００６５】その後、固体層５０を除去する。この固体
層５０を除去する手段としては、固体層５０を形成する
材料に応じて最適の手段が選択されるが、一般的には、
固体層５０を溶解、膨潤、剥離する溶剤中に浸漬して除
去する手段を用いる。この時、必要に応じて超音波処
理、スプレー、加熱、撹拌等の除去促進手段を加えても
良い。又、固体層５０にレーザー光線（例えば、エキシ
マレーザー光）を照射し除去する方法もある。この際
は、固体層５０の材質選定に於て、溶剤可溶性を考慮す
る必要はなく、圧電振動子１２ｇと保持部材２０の突起
部２１との接合剤を転用しても構わない。

【００６６】以上の製造方法によれば、圧電振動子１２
ｇの分離加工工程に於て、固体層５０の介在により、圧
電振動子１２に掛かる加工時の負荷に対する強度が飛躍
的に高まる。従って、分離加工時の圧電振動子１２の破
損が激減し、飛躍的な歩留まり向上が望める。又、より
高密度の分離加工が実現できる。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の圧電アク
チュエーターは、圧電振動子と、圧電振動子の電界発生
方向と平行な方向に積層されて圧電振動子を保持する保
持部材とを備え、圧電振動子の保持部材と積層される側
の面を第１の面とし、第１の面の反対面を機械的作用面
とした圧電アクチュエーターであって、圧電振動子の第
１の面の略中央領域を保持部材との固定領域とし、第１
の面の両端を非固定領域としたことにより、圧電振動子
の電界方向への膨張変形と、電界方向と垂直な方向の変
位により生じるたわみ変形とにより、機械的作用面にお
ける実効変位を格段に増大することができる。従って、
低コストで適用範囲の広い高効率圧電アクチュエーター
を提供することができるという効果を有する。また、本
発明のインクジェットヘッドは、インク流路内に圧力変
化を生じさせインク流路に連通する吐出口よりインク滴
を吐出させるインクジェットヘッドであって、圧電アク
チュエーターの機械的作用面とインク流路が対面するよ
うに配したことにより、上記作用効果を有する圧電アク
チュエーターを用いることによってインク吐出安定性が
高く、印字品質の優れた高効率インクジェットヘッドを
提供することができるという効果を有する。

【００６８】

【００６９】

【００７０】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の圧電アクチュエーターの第１の実施例
の透視斜視図である。

【図２】本発明の圧電アクチュエーターの第１の実施例
の動作説明断面図である。

【図３】本発明の圧電アクチュエーターの第１の実施例
の動作説明断面図である。

【図４】本発明の圧電アクチュエーターの第１の実施例
の動作説明断面図である。

【図５】本発明の圧電アクチュエーターの第２の実施例
の断面図である。

【図６】本発明の圧電アクチュエーターの第３の実施例
の断面図である。

【図７】本発明の圧電アクチュエーターの第４の実施例
の断面図である。

【図８】本発明の圧電アクチュエーターの第５の実施例
の断面図である。

【図９】本発明の圧電アクチュエーターの第６の実施例
の断面図である。

【図１０】本発明の圧電アクチュエーターの電気配線パ
ターンの実施例を示す断面図である。

【図１１】本発明の圧電アクチュエーターの電気配線パ
ターンの実施例を示す断面図である。

【図１２】本発明の圧電アクチュエーターの実施例を示
す斜視図である。

【図１３】本発明の圧電アクチュエーターの実施例を示
す斜視図である。

【図１４】本発明の圧電アクチュエーターの製造方法を
示す斜視図である。

【図１５】本発明のインクジェットヘッドの第１の実施
例を表わす概念図である。

【図１６】本発明のインクジェットヘッドの第２の実施
例を表わす概念図である。

【図１７】本発明のインクジェットヘッドの第３の実施
例を表わす斜視図である。

【図１８】本発明のインクジェットヘッドの第３の実施
例を表わす断面図である。

【図１９】本発明のインクジェットヘッドの第３の実施
例を表わす断面図である。

【図２０】本発明に係る圧電振動子の接合部の詳細図で
ある。

【図２１】本発明に係る圧電振動子の接合部の詳細図で
ある。

【図２２】本発明に係る流路形成部材のノズル側先端部
の斜視詳細図である。

【図２３】本発明に係る流路形成部材のノズル側先端部
の斜視詳細図である。

【図２４】本発明のインクジェットヘッドの第４の実施
例を表わす断面図である。

【図２５】本発明のインクジェットヘッドの第５の実施
例を表わす断面図である。

【図２６】本発明のインクジェットヘッドの製造方法の
実施例を表わす斜視図である。

【符号の説明】

１ インク流路 ２ ノズル ２ａ ノズル ２ｂ ノズル ２ｃ ノズル ３ 流路形成部材 ４ 振動板 ４ａ 振動板の島部 ４ｂ 充填材 ５ ノズルプレート ５ａ ノズルプレート ６ インク供給路 ７ 第１の固定板 ８ 第２の固定板 ８ａ 第２の固定板 ９ ネジ １０ 圧電振動子 １０ａ 電極（機械的作用面） １０ｂ 電極（圧電振動子の第１の面） １１ 圧電振動子 １１ａ 機械的作用面 １１ｂ 圧電振動子の第１の面 １１ｃ 電極 １１ｄ 電極 １２ 圧電振動子（積層圧電振動子） １２ａ 機械的作用面 １２ｂ 圧電振動子の第１の面 １２ｃ 内部電極 １２ｄ 内部電極 １２ｅ 外部電極 １２ｆ 外部電極 １２ｇ 単版の圧電振動子 １３ ダミー圧電振動子 ２０ 保持部材 ２０ａ 電極 ２０ｂ 電極 ２１ 突起部 ２２ 圧電振動子接続部 ２３ 固定部 ２４ 保持部材 Ａ 接合領域 Ｂ 活性部 Ｃ 不活性部 Ｄ 断面指示線 Ｅ 断面指示線 Ｆ 断面指示線 Ｇ 断面指示線 Ｉ 変位表示線 II 変位表示線 III 変位表示線

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−243357（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−190742（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−143861（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/045 B41J 2/055 B41J 2/16 H01L 41/08

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電振動子と、前記圧電振動子の電界発
   生方向と平行な方向に積層されて前記圧電振動子を保持
   する保持部材とを備え、前記圧電振動子の前記保持部材
   と積層される側の面を第１の面とし、前記第１の面の反
   対面を機械的作用面とした圧電アクチュエーターであっ
   て、 前記圧電振動子の第１の面の略中央領域を前記保持部材
   との固定領域とし、前記第１の面の両端を非固定領域と
   したことを特徴とする圧電アクチュエーター。
2. 【請求項２】 インク流路内に圧力変化を生じさせ前記
   インク流路に連通する吐出口よりインク滴を吐出させる
   インクジェットヘッドであって、前記圧電アクチュエー
   ターの機械的作用面と前記インク流路が対面するように
   配したことを特徴とする請求項１記載の圧電アクチュエ
   ーターを用いたインクジェットヘッド。
3. 【請求項３】 前記圧電アクチュエーターは複数の圧電
   振動子が並列に配列し、複数の並列に配列したインク流
   路に対応することを特徴とする請求項２記載のインクジ
   ェットヘッド。
4. 【請求項４】 請求項３記載のインクジェットヘッド製
   造方法であって、 前記圧電アクチュエーターは、前記保持部材と前記非固
   定領域を除去可能な固体層を介して接合する工程と、 前記圧電振動子を複数の圧電振動子が並列に配列した状
   態に分離する工程と、前記固体層を除去する工程とによ
   り構成されていることを特徴とするインクジェットヘッ
   ド製造方法。