JP3578190B2

JP3578190B2 - インクジェット式記録ヘッド駆動用圧電振動子ユニット、及びその製造方法

Info

Publication number: JP3578190B2
Application number: JP35571796A
Authority: JP
Inventors: 稔碓井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1996-12-24
Filing date: 1996-12-24
Publication date: 2004-10-20
Anticipated expiration: 2016-12-24
Also published as: JPH10181014A

Description

【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、インクジェット記録ヘッドに用いる圧電振動子ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
縦振動モードの圧電振動子を使用したインクジェット記録ヘッドは、特開平４−１０５２号公報や図５（イ）に見られるように、複数のノズルを穿設したノズルプレート７０の背面に狭い間隙をおいて弾性板７１を配設し、さらに弾性板７１の背面に流路形成基板７２の各圧力発生室７３に対応するよう分割したｄ３１モードの圧電振動子７４を当接させて構成し、リサーバ７５からのインクをインク供給口７６を経由させて圧力発生室７３に導いた上、ここのインクを記録信号に応じて駆動させた圧電振動子７４により加圧してインク滴としてノズル開口７７から吐出させるようにしたものである。
【０００３】
Ｄ３１モードを使用した圧電振動子７３は、同図（ロ）に示したように少なくとも１列のノズル開口の数と同数の圧電振動子５４をノズル開口の配列ピッチと同一ピッチとなるようにその一端を支持基板７８に固定して圧電振動子ユニット７９に纏めれており、その上で固定基板８０を介してノズルプレート、スペーサ、及び弾性板により構成された流路ユニットが取り付けられた筒状のフレーム８１に接着剤等で固定されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このようにｄ３１モードの圧電振動子７４は、周知のように電極の積層方向に垂直な方向の変位を利用する関係上、圧電定数がｄ３３モードの圧電振動子に比較して圧電定数が小さいため、細長く形成して一端を支持基板７８や固定基板８０に固定した片持梁状に構成する関係上、曲げ応力に対する剛性が小さく、１枚の圧電振動板をダイシングソウやワイヤソウ等で歯割りして所定サイズの振動子に成形する工程での破損が生じ易いという問題がある。
【０００５】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは製造の歩留まりが高く、圧電定数の大きな圧電振動子ユニットを提供することである。
本発明の他の目的は、上記圧電振動子ユニットの製造方法を提案することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような問題を解消するために本発明においては、一方の極をなす電極と他方の極をなす電極とが中央領域でラップし、かつそれぞれが一方の端部でのみ露出するように圧電材料とともに積層されてｄ３３モードにより振動する圧電振動子を列状に固定基板に固定するとともに、前記圧電振動子の列の両側に流路ユニットの圧力発生室の配列ピッチと同一のピッチに前記流路ユニットを支持するためのダミー振動子を列状に前記固定基板に固定するようにした。
【０００７】
【作用】
圧電振動板の裏面全体を固定した状態で、かつ厚み方向にスリットを形成することにより圧電振動子ユニットを構成することが可能となり、製造歩留まりの向上と切分け作業の簡素化を図ることができる。
また、列状に配置された圧電振動子の両側に、流路ユニットの圧力発生室の配列ピッチと同一のピッチとなるようダミー振動子が列状に配置されているため、各圧力発生室の両端をダミーの圧電振動子により支持することが可能となる。
【０００８】
【発明の実施の態様】
そこで以下に図示した実施例について説明する。
図１は本発明の圧電振動子ユニットを使用した記録ヘッドの一実施例を示すものであって、圧電振動子の近傍の断面構造を示す図であって、図中符号１はノズルプレートで、例えば３６０ｄｐｉ程度の所定のピッチによりノズル開口２．２、２‥‥、３、３、３‥‥が２列穿設されている。
【０００９】
４は、流路形成板で、ノズル開口２、３に連通するように圧力発生室５、６、と、これら圧力発生室５、６にインクを供給するためのリザーバ７、８、及びリザーバ７、８と各圧力発生室５、６を接続するインク供給口９、１０とを形成して構成されている。
【００１０】
１１は弾性板で、流路形成板４の裏面側、つまり流路形成基板４を挟んでノズルプレート１と対向する面に固定されて、ノズルプレート１とともに圧力発生室５、６、リザーバ７、８、及びインク供給口９、１０を形成している。弾性板１１の圧力発生室５、６の中心線に対応する位置には圧力発生室５、６の長手方向に延びる厚肉部１２、１３が、また厚肉部１２、１３の周囲には弾性変形可能な薄肉部１４、１５が形成さている。
【００１１】
弾性板１１は、その厚肉部１２、１３が後述する圧電振動子ユニット２０を構成している各圧電振動子２１、２２の先端に当接され、また他の領域が圧電振動子２０と同様に構成されたダミーの振動子２３、２４、２５の先端に当接されていて、後述するインク供給流路形成部材を兼ねるヘッドケース２６により支持されている。
【００１２】
２６は、前述のヘッドケースで、これには弾性板１１のリザーバ７、８に対向する位置に形成されたインク導入口２７、２８に対向する位置に外部のインク容器のインクを供給するインク供給流路２９、３０が形成されている。
【００１３】
図２（イ）は、上述した圧電振動子ユニットの圧電振動子２１、２２、ダミー振動子２３、２４、２５の配列構造と、各振動子の電極構造を示すものであって、圧電振動子２１、２１、‥‥、２２、２２、‥‥は、圧力発生室５、６と同一の配列ピッチとなるように位置決めされてその一端を圧電振動子２１、２２と同一の圧電材料や、他のセラミックス材料、さらには金属等からなる固定基板３１に固定、配置されている。
【００１４】
各圧電振動子２１、２２は、一方の極をなす電極３２と他方の極をなす電極３３とが中央領域でラップし、かつそれぞれが一方の端部でのみ露出するように圧電材料３４内に積層して構成されている。
【００１５】
また各圧電振動子２１、２２の端部側にはそれぞれ圧電振動子２１、２２と同一の高さに構成されたダミー振動子２３、２４が、また圧電振動子２１、２２により挟まれた中央領域には圧電振動子２１、２２と同一の高さに構成されたダミー振動子２５が圧電振動子２１、２２と同一の配列ピッチとなるように位置決めされ、一端を固定基板３１に固定、配置されている。
【００１６】
これらダミー振動子２３、２４には、圧電振動子２１、２２に対向する面から側方に延びる導電層３５が、それぞれが対向する圧電振動子２１、２２の、当該ダミー振動子２３、２４側に露出する電極３３と同様の手法で填こみ形成されている。
【００１７】
また、中央部に配置されたダミー振動子２５には、これを挟むように配置されている圧電振動子２１、２２に延びる導電層３６が、対向する面から露出している側の電極３２と同様の手法で填こみ形成されている。
【００１８】
これら圧電振動子２１、２２を構成する中央側に露出している電極３４は、図２（ロ）に示したように圧電振動子２１、２２の側壁、基台の表面、及びダミー振動子２５の側壁に形成された導電層４１、４２、４３を介し、各列の圧電振動子２１、２２が全て共通に接続され、外側に位置するダミー振動子２５’の導電層３６を介して図１に示したようにフレキシブルケーブル３７に接続されている。
【００１９】
また圧電振動子２１、２２の外側に露出する他方の電極３３は、同じく圧電振動子２１、２２の側壁、基台の表面、及びダミー振動子２３、２４の側壁に形成された導電層４４、４５、４６を介し、各列の圧電振動子２１、２２がそれぞれ独立するようにして対向するダミー振動子２３、２４の導電層３５に接続され、図１に示したように各ダミー振動子２３、２４の導電層３５を介してフレキシブルケーブル３８、３９に接続されている。なお、図中符号４７は、ダミー振動子２３、２４の外側の壁面に、各ダミー振動子２３、２４に隣接するものとは電気的に独立するように形成された導電層を示す。
【００２０】
この実施例において、圧電振動子２１、２２に選択的に駆動信号を供給して圧電振動子２１、２２を充電すると、圧電振動子２１、２２が伸長して、圧力発生室５、６に対向する領域の弾性板１１が圧力発生室５、６側に弾性変形し、圧力発生室５、６のインクが加圧されてノズル開口２、３からインク滴として吐出する。
【００２１】
このとき圧電振動子２１、及び圧電振動子２２の近傍には、それぞれダミー振動子２３、２５、及びダミー振動子２５、２４が位置して、弾性板１１を支持しているから、伸長した圧電振動子２１、２２の変位が他の圧力発生室５、６に伝搬するのを防止することになるから、クロストークの発生が防止される。
【００２２】
インク滴の吐出が終了した段階で、圧電振動子２１、２２を放電させると、圧電振動子２１、２２が元の状態に収縮して圧力発生室５、６が膨張する。これにより圧力発生室５、６は、インク供給口９、１０を介してリザーバ７、８からインクの供給を受けて次のインク滴の吐出に備える。
【００２３】
次に上述した圧電振動子ユニットの製造方法を図３、図４に基づいて説明する。
中央部から圧電振動子となる領域まで延びる第１の電極層３２’と、一側から圧電振動子となる領域にまで延び、かつ中央のダミー振動子２５の形成領域が空白となるように対称な第２の電極層３３’とを交互に挟むようにして圧電材料のグリーンシート３４’を基台３１に積層する。
【００２４】
圧電材料のグリーンシート３４’が乾燥した段階で、１２００°Ｃ程度の焼成に適した温度で焼成し、必要に応じ表面をラビング操作等により平滑面に仕上げ、さらに各電極層３２’、３３’に所定の電圧を印加して分極処理を行って圧電材料板５０を基台３１に作り付ける。（図３（Ｉ））
【００２５】
第１の電極層３２’と第２の電極層３３’とが上下に重なっていない中央の領域において、一方の電極層３２’だけが切断面から露出し、かつ中央に形成すべきダミー振動子２５の長さに一致する間隔を空けてダイシングソウやワイヤソウにより、少なくとも２枚の電極層３２’を切断できる深さの２本の第１スリット５１、５１を形成する。
【００２６】
またこれら２本のスリット５１から側方に圧電振動子２１、２２となる領域の幅を隔てて、第１スリット５１よりも若干浅目で、かつ電極層３３’に到達する深さの第２スリット５２、５２を形成する（図３（ＩＩ））。
【００２７】
なお、基台３１が金属等の導電性を有する材料により構成されている場合には、第１スリット５１、５１は、圧電材料層が残留して絶縁材料として機能できる程度に若干浅めに形成する。
【００２８】
第１、第２スリット５１、５２の形成に際しては、圧電材料板の裏面全体が固定基板３１に固定されていて、かつその厚み方向に第１、第２スリット５１、５２を形成するから、圧電振動板が十分な剛性を有しすることになり破損を確実に防止することができる。
【００２９】
第１スリット５１、第２スリット５２の形成後、圧電振動子Ａ，Ｂとなる領域にマスクを設けて金属のスパッタリング等により第１スリット５１の側壁、底面に導電層５３、５４、５５を形成し、また第２スリット５２の側壁、底面に導電層５６、５７、５８を、さらに最外側の側壁には少なくとも次に形成する第３スリット５２の底面よりもよりも基台３１側にはみ出さないように導電層５９を形成する（図４（Ｉ））。
【００３０】
第１、第２スリット５１、５２に直交する方向から圧電振動子２１、２２の配列ピッチに一致するように、第１スリット５１の底面に形成された導電層５５に到達せず、かつ第２スリット５２の底面に形成された導電層５８、及び最外側の側壁に形成した導電層５９を切断できる程度の深さで、前述の第３スリット６０を形成する（図４（ＩＩ））。
【００３１】
これにより１枚の圧電振動板５０を、その底面を基台３１に固定された状態で、中央には前述のダミー振動子２５が、またこれを挟むように圧電振動子２１、２２が、さらにその外側にダミー振動子２３、２４が位置するように切分けることができる。
【００３２】
そして第１スリット５１、５１の底部に形成された導電層５５、５５は分断されること無く中央のダミー振動子２５の配列方向に延び、かつ隣接する圧電振動子２１、２２の側壁、及びダミー振動子２５の側壁に形成された導電層５３及び５４との接続状態を維持して、図２（ロ）に示した導電層４１、４２、４３を形成することになる。
【００３３】
したがって、ダミー振動子２５の内、外側（図中、手前側）に位置するダミー振動子２５に埋め込まれている電極層３６にケーブル３７を接続すると、各圧電振動子２１、２２の一方の電極３４と接続することが可能となる。
【００３４】
一方、第２スリット５２、５２の底部に形成されている導電層５８、５８は、第３スリット６０の形成により圧電振動子２１、２２の配列方向に分断されるから、図２（ロ）に示したように圧電振動子２１、２２の電極の内、外側のダミー振動子２３、２４と対向する他方の電極３３、３３をそれぞれ圧電振動子毎に独立させてダミー振動子２３、２４に接続する導電層４４、４５、４６を形成することができる。
【００３５】
したがって、ダミー振動子２３、２４の外側の導電層５９、または導電層５９を形成しない場合にはダミー振動子２３、２４の電極層３５にケーブル３８、３９を接続すると、各圧電振動子毎にセグメント電極となる他方の電極３３を独立させてケーブル３８、３９に接続することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧電振動子ユニットを使用したインクジェット式記録ヘッドの一実施例を、流路形成部についてはその断面構造を、また圧電振動ユニット部については側面構造を示す図である。
【図２】図（イ）、（ロ）は、それぞれ本発明の圧電振動子ユニットの一実施例を示す斜視図、及び電極の接続構造を拡大して示す図である。
【図３】図（Ｉ）（ＩＩ）は、それぞれ本発明の圧電振動子ユニットの製造方法の一実施例の内、前半の工程を示す図である。
【図４】図（Ｉ）（ＩＩ）は、それぞれ本発明の圧電振動子ユニットの製造方法の一実施例の内、後半の工程を示す図である。
【図５】図（イ）、（ロ）は、それぞれ従来の圧電振動子ユニット、及びこれを使用した記録ヘッドの一例を示す斜視図と断面図である。
【符号の説明】
１ノズルプレート
２、３ノズル開口
４流路形成基板
５、６圧力発生室
７、８リザーバ
９、１０インク供給口
１１弾性板
２１、２２圧電振動子
２３〜２５ダミー振動子
２７、２８インク導入口
３１固定基板
３７〜３９フレキシブルケーブル

Claims

一方の極をなす電極と他方の極をなす電極とが中央領域でラップし、かつそれぞれが一方の端部でのみ露出するように圧電材料とともに積層されてｄ３３モードにより振動する圧電振動子を列状に固定基板に固定するとともに、前記圧電振動子の列の両側に流路ユニットの圧力発生室の配列ピッチと同一のピッチに前記流路ユニットを支持するためのダミー振動子を列状に前記固定基板に固定してなるインクジェット式記録ヘッド駆動用圧電振動子ユニット。
前記圧電振動子の列が前記基板に複数列配置されている請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッド駆動用圧電振動子ユニット。
前記ダミー振動子が前記圧電振動子とほぼ同一の高さを有する請求項１または請求項２に記載のインクジェット式記録ヘッド駆動用圧電振動子ユニット。
前記固定基板が、前記圧電材料により構成されている請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッド駆動用圧電振動子ユニット。
前記圧電振動子の一方の電極がそれぞれ異なる前記ダミー振動子に導電層を介して接続され、前記ダミー振動子を介して前記圧電振動子の電極がケーブルに接続される請求項１または２に記載のインクジェット式記録ヘッド駆動用圧電振動子ユニット。
前記ダミー振動子が、前記流路ユニットの支持部材を兼ねる請求項１または２に記載のインクジェット式記録ヘッド駆動用圧電振動子ユニット。
前記圧電振動子、及び前記ダミー振動子が１枚の圧電材料を深さの異なるスリットにより切分けられて形成され、前記スリットの深さの相違により前記圧電振動子と前記ダミー振動子とが導電層により選択的に接続されている請求項１または請求項２に記載のインクジェット式記録ヘッド駆動用圧電振動子ユニット。
一側から圧電振動子となる領域にまで延びる第１の電極層と、中央部から圧電振動子となる領域まで延びる第２の電極層とを交互に挟むようにして圧電材料のグリーンシートを基台に積層して焼成する工程と、
一方の電極層が存在する中央の領域において、ダミー振動子の長さに相当するピッチで第１スリットを形成する工程と、
第１の電極層と第２の電極層とがラップする領域において、それぞれの電極層が一方側からのみ露出するピッチで圧電振動子の長さに相当するピッチで、かつ第１スリットよりも浅めの第２スリットを形成する工程と、
第１のスリットに直交する方向から圧電振動子の配列ピッチに合わせて、前記第１スリットよりも浅く、かつ前記第２スリットよりも深い第３スリットを形成して流路ユニットを支持するためのダミー振動子を列状に形成する工程と、
からなるインクジェット式記録ヘッド駆動用圧電振動子ユニットの製造方法。
第１のスリットの形成後、前記スリットの側壁、及び底面に導電層を形成する工程を有する請求項８に記載のインクジェット式記録ヘッド駆動用圧電振動子ユニットの製造方法。