JP4210866B2 - 圧電基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は圧電基板の製造方法に係り、特に、インクジェットプリンタに使用するインクジェットヘッドに利用可能な圧電基板の製造方法に関する。最近のインクジェットプリンタは、高精細印刷を可能にするため、インク流路が独立して可動する小形軽量構成のものが求められるようになった。本明細書では、かかるインク流路内圧力を圧電素子で可変にするインクジェットヘッドを改善したものも開示する。

図９はインクジェットプリンタの概略を示す斜視図であり、インクジェットプリンタ１は、記録媒体３を送出させるプラテンローラ２、プラテンローラ２に平行する２本のステーシャフト４ａと４ｂ、ステーシャフト４ａと４ｂに案内されてプラテンローラ２の長さ方向に往復動するキャリッジ５、キャリッジ５に搭載されたインクジェットヘッドユニット６を備え、インクジェットヘッドユニット６から記録媒体３に飛翔させるインクを補給するため、インクジェットヘッドユニット６とインク溜まり７とは、可撓性チューブ８によって接続されている。

かかるインクジェットプリンタ１において、インクジェットヘッドユニット６からインクを飛翔させる手段としては、ノズル内に埋め込んだ発熱体に通電し、インク中にバブルを発生させたときの体積変化を利用するバブルジェット方式と、圧電体素子に通電して発生する圧力波を利用するインパクト方式が注目されている。

インパクト方式の圧電インクジェットヘッドとしては、（１）圧電駆動電極を内蔵する圧電体の表面にインク流路溝を形成し、その溝をガラスにてなる上蓋で塞いだもの、（２）圧電駆動電極を内蔵する圧電体の表面に、インク流路溝を形成した上蓋を被せたもの（流路板方式）、（３）上下に貫通する溝を形成した流路板の上面と下面に、圧電駆動電極を内蔵する圧電体を貼着したものが、一般に知られている。

図１０は流路板方式の圧電インクジェットヘッドの分解模式図、図１１は図１０に示す圧電インクジェットヘッドの断面図、図１２は圧電インクジェットヘッドにおける干渉の説明図、図１３はインク流路間の干渉防止型圧電インクジェットヘッドの説明図である。

図１０において、インクジェットヘッドユニット６に組み込まれるインクジェットヘッド９は、圧電基板１０と複数（図は４本）のインク流路溝１２を形成したインク流路板１１を接合し、その前面には複数のインク流路溝１２に連通する複数（図は４個）のノズル１３が形成されたノズル板１４が接合され、インク流路溝１２は図示しないインク供給路によってインク供給口１５に連通し、インク供給口１５に可撓性チューブ８（図９参照）の一端が接続されるようになる。

図１１において、圧電基板１０には、インク流路板１１のインク流路溝１２に対応し、圧電駆動電極１６が形成されている。２層以上（図は３層）の電極にてなる圧電駆動電極１６は、電極間に所定の電圧を印加するとその間の圧電層が図の上方向に伸びてインク流路溝１２を圧縮し、インク流路溝１２内インクの一部がノズル１３から記録媒体３（図９参照）に向けて飛翔するようになる。

複数の圧電駆動電極１６とその電極１６に対応する複数のインク流路溝１２が形成された前記（１）方式のインクジェットヘッド９において、精細化印刷用では、圧電駆動電極１６およびインク流路溝１２を近接させる必要が生じる。

そこで、所定の駆動電極１６、例えば図１２のインクジェットヘッド９において、左から２番目の駆動電極１６に駆動電圧を印加すると、圧電基板１０は図１２に破線１７で示すように、駆動電圧が印加された部分が上方に伸び、所定のインク流路溝１２-1の容積が狭められると共に、隣接するインク流路溝１２-2の容積も僅かながら圧縮されるようになる。

隣接インク流路溝１２-2の圧縮を一般に干渉と呼んでおり、その干渉によるクロストークをなくす方法として、図１３に示す如く、隣接するインク流路溝１２の間にスリット１８を、圧電基板１０に設けたものが知られている。幅が１０〜８０μｍのスリット１８は、一般にダイシングソーで機械的に切削している。

一般に圧電基板１０とインク流路板１１の接合は、[1]圧電基板１０の表面に、ドライフィルムと呼ばれる光硬化型接着剤のフィルムをラミネートするまたは、液状の光硬化型接着剤を塗布して接着剤の膜を形成し、[2]そのドライフィルムまたは接着剤の膜に所定強度、例えば１００ｍｊ／ｃｍ²程度の紫外線を照射し硬化させて接着層とし、[3]その接着層にインク流路板１１を重ね、５００ＫＰａ程度の圧力，１５０℃，１時間程度で熱圧着させている。

なお、バブルジェット（登録商標）方式より高精細化が可能なインパクト方式の圧電インクジェットヘッドにおいて、インク流路板にインク流路溝を形成した前記方式の他に、圧電駆動電極を形成した圧電基板にインク流路溝を形成したもの、上下に貫通する溝を形成したインク流路板の両面に、圧電駆動電極を形成した圧電基板を接合したものもある。

図１４は従来の圧電基板に使用するグリーンシートの説明図、図１５は駆動電極を内蔵する従来の圧電基板の説明図である。図１４において、従来の圧電基板１０の製造には、圧電粉末よりなるグリーンシート１０-1と、グリーンシート１０-1の表面に複数（図は４本）の駆動電極パターン１６-1を形成したグリーンシート１０-2と、グリーンシート１０-1の表面に駆動電極パターン１６-2を形成したグリーンシート１０-3を使用する。

グリーンシート１０-1は、圧電粉末を含むスラリーからドクターブレード法によって作成し、グリーンシート１０-2の複数の駆動電極パターン１６-1は、中間部から一方の端部（前端部）までがインク流路板のインク流路溝に対応するピッチで形成されるのに対し、中間部から他方の端部（後端部）までは、適当な間隔で離れるように形成されている。

グリーンシート１０-3の駆動電極パターン１６-2は、中間部から一方の端部（前端部）までが複数の駆動電極パターン１６-1に対応する幅広に形成され、中間部から他方の端部（後端部）までは、駆動電極パターン１６-1の他端部から適当な間隔で離れるように形成されている。

図１５（ａ）において、圧電基板１０は、複数枚（図は８枚）のグリーンシート１０-1を重ね、その上にグリーンシート１０-3と１０-2を交互に複数枚（図は４枚）ずつ重ね、その上に複数枚（図は２枚）のグリーンシート１０-1を重ねたものを焼成してなる。

従って、圧電基板１０の前端面で駆動電極パターン１６-1の端部は、図１５（ａ）に示す如く、インク流路板のインク流路溝に対応する狭ピッチで整列するのに対し、圧電基板１０の後端面では図１５（ｂ）に示す如く、駆動電極パターン１６-1および１６-2の端部は、同一順位例えば図１３のグリーンシート１０-2において右側から同じ順番の駆動電極パターン１６-1の後端部は上下方向に揃い、順番の異なる駆動電極パターン１６-1の後端部はそれぞれ左右方向に離れて露呈する。

そこで、図１５（ｃ）に示す如く、圧電基板１０の後端面において上下方向に揃う駆動電極パターン１６-1および１６-2の露呈端を、導電端子１９-1〜１９-5で接続し、圧電基板１０が完成する。

かかる圧電基板１０は、複数個の圧電基板１０を取得可能な大形基板を焼成後に切断し、しかるのち、一般に印刷手段を利用して導電端子１９-1〜１９-5を形成することになる。

即ち、従来の圧電基板１０では導電端子１９-1〜１９-5形成のため、駆動電極パターン１６-1および１６-2は、圧電基板１０の後端面で離す必要があった。

以上説明したように、複数の圧電駆動電極を同一圧電素子基板に形成したとき、インク流路および圧電駆動電極を接近させるとクロストークが生じ、そのクロストークの抑制が流路板方式の実用化のための大きな障害となっていた。

そして、クロストークをなくす従来方法は、隣接する圧電駆動電極の間にスリットを形成する構成であり、機械加工によるスリットはその形成に長時間かかり、かつ、スリット形成位置を決める位置決めが煩わしいため、量産に向かないという問題点があった。

さらに、従来の圧電基板は圧電駆動電極を駆動回路に接続する電極端を離す必要から大形化し、圧電基板にガラス等にてなるインク流路板または蓋板を接合する従来構成は、部品点数が多くなってコスト高となり、小形化し難いという問題点もあった。

上述の事情に鑑み、クロストークによる障害なしにインク流路を接近可能とし、インクジェットプリンタヘッドを低コストで小形化することを目的とし、これを達成し得る圧電基板の製造方法を提供する。

上記目的を達成する本発明の圧電基板の製造方法は、複数のノズルにそれぞれ連通する複数のインク流路溝が形成されたインク流路板に圧電基板が接合され、前記圧電基板の内部に前記インク流路板の前記インク流路溝に対応して形成されている圧電駆動用電極に所定の電圧を印加することにより前記インク流路溝を圧縮し、該インク流路溝内のインクを前記ノズルから飛翔させる構造を有するインクジェットヘッドに用いられる前記圧電基板の製造方法であって、圧電粉末よりなり所定部に整列する複数の第１のスルーホールを形成した少なくとも１枚の第１のグリーンシートと、前記第１のスルーホールのそれぞれに連通する複数の第２のスルーホールと個別の前記インク流路溝に対応した前記圧電駆動用電極となる複数の第１の電極パターンとが形成された、圧電粉末よりなる第２のグリーンシートと、前記第１のスルーホールのそれぞれに前記第２のスルーホールを介して連通する複数の第３のスルーホールと複数の前記インク流路溝の領域にまたがる前記圧電駆動用電極となる第２の電極パターンとが形成された、圧電粉末よりなる第３のグリーンシートと、圧電粉末よりなる複数枚の第４のグリーンシートと、を用い、該複数枚の前記第４のグリーンシートを重ねた上に、前記第３のグリーンシートと前記第２のグリーンシートを交互に複数枚ずつ重ね、その上に前記第１のグリーンシートを重ねた積層体を焼成処理することにより、一体化された焼成体を形成する工程と、該焼成処理の後、該焼成体において連通する前記第１のスルーホールと前記第２のスルーホール及び前記第３のスルーホールの内壁に導電層を形成する工程と、該複数のスルーホールの整列方向に前記焼成体を分割する工程と、を含み、前記第２のグリーンシートに形成された前記圧電駆動用電極の一方の電極を構成する前記複数の第１の電極パターンは、同一のグリーンシート上でそれぞれ異なる第２のスルーホールの形成部から延在し、個別の前記インク流路溝に対応した短冊形導体パターンであり、前記第３のグリーンシートに形成された前記圧電駆動用電極の他方の電極を構成する前記第２の電極パターンは、前記第１の電極パターンが延在している前記第２のスルーホールとは連通しない位置にある前記第３のスルーホールの形成部から延在し、複数の前記インク流路溝の領域にまたがる角形導体パターンであるように、該グリーンシート内に前記圧電駆動用電極の前記電極パターンを形成する工程を備え、前記複数のスルーホールの整列方向に前記焼成体を分割する工程で、前記焼成体を前記スルーホールの位置で切断することにより、その切断した端面に前記第１の電極パターンの端部が接続する第１の接続端子と、前記第２の電極パターンの端部が接続する第２の接続端子とを、同一平面上に露呈させることを特徴とする。

前記本発明の圧電基板の製造方法は、スルーホールの内壁に形成した導電層が、圧電駆動電極を駆動回路に接続する接続端子として使用可能である。従って、従来構成の圧電基板において圧電駆動電極の接続部が、圧電基板を所要寸法に切断後に形成されるため、インク流路溝より広ピッチとすることが必要で圧電基板の大型化を促したが、本発明はそのような圧電基板の大形化を不要にする。

図１は本発明の第１と第２の実施例の説明図である。本発明の第１の実施例を簡略化して示す図１（ａ）において、インクジェットプリンタヘッド２１は、圧電基板２２の上面に圧電基板２３の下面を接合してなり、圧電基板２２と２３は、圧電粉末を混合した複数枚のグリーンシートを焼成して一体化し、さらなる焼成処理で圧電基板２２と２３を接合したものである。

上面が平坦な圧電基板２２内には、圧電基板２３に形成したインク流路溝１２に対応する複数の圧電駆動電極２４が形成され、下面に複数（図は３本）のインク流路溝１２が形成された圧電基板２３内には、インク流路溝１２の底面（図の上面）に対応する複数の圧電駆動電極２５が形成されている。

圧電基板２２と２３は、それぞれ複数枚の圧電グリーンシートを重ねて焼成することで一体化し、圧電基板２３のインク流路溝１２は、グリーンシート焼成後の機械加工によって形成している。

かかるインクジェットプリンタヘッド２１は、それぞれが複数の電極パターンで構成された圧電駆動電極２４と２５に、所定の同期駆動電圧を印加すると、圧電基板２２と２３には図中に破線で示す如く局部的に変形が発生し、対応するインク流路溝１２を圧縮する。その結果、圧縮されたインク流路溝１２に連通するノズルからインクが飛翔するようになる。ただし、従来の圧電基板１０に比べて圧電基板２２および２３に発生させる変形量は、少なくて済むため、隣接するインク流路溝１２に対する干渉が著しく低減される。

次に、圧電基板２２と２３の具体的製造方法の実施例について説明する。ただし、圧電駆動電極２４と２５が同一形状の導体パターンで構成されている。圧電基板２２と２３の製造用として、圧電基板２２および２３の寸法より大判で厚さが約５０μｍの複数枚のグリーンシートは、粒径が約１．０ｍｍのＰＮＮ系圧電粉末、例えばＰｂ（Ｎｉ_１／３Ｎｂ_２／３)Ｏ_３ とＰｂＴｉＯ_３ とＰｂＺｒＯ_３を_、０．５：０．３５：０．１５の重量比で混合し、さらにＰＶＢ（有機バインダ：ポリビニルプチラール）とＤＢＰ（可塑剤：ジブビニルブチラール）およびエタノール（有機溶媒）を混合してスラリーとし、そのスラリーからドクターブレード法によって作成する。

かかるグリーンシートから所望寸法のグリーンシートを打抜き形成、例えば１００ｍｍ角のグリーンシートを打抜き加工で作成する。１００ｍｍ角のグリーンシートの一部はそのまま第１のグリーンシートとして使用するが、他のものは第２のグリーンシートとして表面に、Ａｇ−Ｐペーストを使用したスクリーン印刷法で１５０μｍ幅の複数本の電極配線パターンを形成する。前記電極配線パターンは、圧電駆動電極２４または２５の一部となる。

圧電基板２２は、それぞれ複数枚の第１のグリーンシートと第２のグリーンシートを重ねて焼成、例えば第１のグリーンシートを３０枚重ね、その上に第２のグリーンシートを４枚重ね、さらにその上に第１のグリーンシート１２枚重ね、約５０ＭＰａの押圧力を加え８０℃，１時間の熱処理で一体化させる。

しかるのち、約５００℃に加熱した電気炉に約４時間入れて脱脂処理（ＰＶＢを除去）し、さらに約１１００℃に加熱した電気炉に約４時間入れ焼成処理したのち、所定寸法に切断すると、圧電基板２２が完成する。

圧電駆動電極２５が圧電駆動電極２４と同じ導体パターンの組み合わせである圧電基板２３は、それぞれ複数枚の第１のグリーンシートと第２のグリーンシートを重ねて焼成、例えば第１のグリーンシートを１４枚重ね、その上に第２のグリーンシートを４枚重ね、さらにその上に第１のグリーンシートを１２枚重ねたのち、圧電基板２２と同様な一体化処理と脱脂処理および焼成処理を行なう。

しかるのち、所定寸法に切断し、ダイシングソーにて幅２００μｍで深さが４００μｍのインク流路溝１２を形成すると、圧電基板２３が完成する。そこで、圧電基板２２の上面と圧電基板２３の下面（インク流路溝１２形成面）を、それぞれ２００μｍ程度研磨し平坦化させたのち、圧電基板２２の上面に圧電基板２３の下面を重ね合わせ、約１１００℃で３時間の熱処理を施す。すると、圧電基板２２と２３は接合され、インクジェットプリンタヘッド２１が完成する。

本発明の第２の実施例を簡略化して示す図１（ｂ）において、インクジェットプリンタヘッド２６は、圧電基板２２の上面に圧電基板２７の下面を接合してなり、圧電基板２２と２７は、圧電粉末を混合した複数枚のグリーンシートを焼成して一体化し、さらなる焼成処理で圧電基板２２と２７を接合したものである。

上面が平坦な圧電基板２２内には、圧電基板２７に形成したインク流路溝１２に対応する複数の圧電駆動電極２４が形成され、下面に複数（図は３本）のインク流路溝１２が形成された圧電基板２７内には、インク流路溝１２の底面（図の上面）に対応し、圧電駆動電極２４と同一形状の導体パターンにてなる複数の圧電駆動電極２５と、インク流路溝１２の側方に対応する複数の圧電駆動電極２８が形成されている。

圧電基板２２と２７は、それぞれ複数枚の圧電グリーンシートを重ねて焼成することで一体化し、圧電基板２７のインク流路溝１２は、グリーンシート焼成後の機械加工によって形成している。

かかるインクジェットプリンタヘッド２６は、所定のインク流路溝１２を囲む圧電駆動電極、即ち所定のインク流路溝１２の上下に位置する圧電駆動電極２４と２５およびその側方に位置する一対の圧電駆動電極２８に、所定の同期駆動電圧を印加すると、図中に破線で示す如く、圧電基板２２と２７は局部的に変形が発生し、対応するインク流路溝１２を圧縮する。その結果、圧縮されたインク流路溝１２に連通するノズルからインクが飛翔するようになる。

ただし、一対の圧電駆動電極２８は、圧電駆動電極２４による圧電基板２２の変形を抑制する方向の電圧を印加する。その結果、従来の圧電基板１０に比べて圧電基板２２および２７に発生させる変形量は少なくて済み、かつ、圧電駆動電極２８が隣接するインク流路溝１２への干渉を抑えるため、従来技術で問題となった干渉が確実に解消する。

なお、インクジェットプリンタヘッド２６において、圧電基板２２は、インクジェットプリンタヘッド２１のそれと同一方法で製造されるため説明を省略し、圧電基板２７の具体的製造方法についてその実施例を説明する。

圧電基板２７の製造用として、圧電基板２７の寸法より大判で厚さが約５０μｍの複数枚のグリーンシートは、粒径が約１．０ｍｍのＰＮＮ系圧電粉末、例えばＰｂ（Ｎｉ_１／３Ｎｂ_２／３)Ｏ_３ とＰｂＴｉＯ_３ とＰｂＺｒＯ_３を、０．５：０．３５：０．１５の重量比で混合し、さらにＰＶＢ（有機バインダ）とＤＢＰ（可塑剤）およびエタノール（有機溶媒）を混合してスラリーとし、そのスラリーからドクターブレード法によって作成する。

かかるグリーンシートから所望寸法のグリーンシートを打抜き形成、例えば１００ｍｍ角のグリーンシートを打抜き加工で作成する。１００ｍｍ角のグリーンシートの一部はそのまま第１のグリーンシートとして使用するが、他の一部は第２のグリーンシートとして表面に、Ａｇ−Ｐペーストを使用したスクリーン印刷法で１５０μｍ幅の複数本の電極配線パターンを形成し、さらに他の一部は第３のグリーンシートとして表面に、Ａｇ−Ｐペーストを使用したスクリーン印刷法で４０μｍ幅の複数本の電極配線パターンを形成する。前記第２のグリーンシートの電極配線パターンは、圧電駆動電極２５の一部となり、前記第３のグリーンシートの電極配線パターンは、圧電駆動電極２８の一部となる。

圧電基板２７は、それぞれ複数枚の第１のグリーンシートと第２のグリーンシートと第３のグリーンシートを重ねて焼成、例えば第１のグリーンシートを１２枚重ね、その上に第３のグリーンシートを４枚重ね、その上に第２のグリーンシートを４枚重ね、さらに第１のグリーンシートを１２枚重ね、約５０ＭＰａの押圧力を加え８０℃，１時間の熱処理で一体化させる。

しかるのち、約５００℃に加熱した電気炉に約４時間入れて脱脂処理（ＰＶＢを除去）し、さらに約１１００℃に加熱した電気炉に約４時間入れ焼成処理し、所定寸法に切断したのち、ダイシングソーにて幅２００μｍで深さが４００μｍのインク流路溝１２を形成すると、圧電基板２３が完成する。

そこで、圧電基板２２の上面と圧電基板２７の下面（インク流路溝１２形成面）を、それぞれ２００μｍ程度研磨し平坦化させたのち、圧電基板２２の上面に圧電基板２７の下面を重ね合わせ、約１１００℃で３時間の熱処理を施す。すると、圧電基板２２と２７は接合され、インクジェットプリンタヘッド２６が完成する。

図２は本発明の第３と第４の実施例の説明図である。本発明の第３の実施例を簡略化して示す図２（ａ）において、インクジェットプリンタヘッド３１は、圧電基板２２の上面に接着剤３２を介して、圧電基板２３の下面を接合してなり、圧電基板２２と２３は、圧電粉末を混合した複数枚のグリーンシートを焼成して一体化してなる。

前に説明したインクジェットプリンタヘッド２１とインクジェットプリンタヘッド３１は、圧電基板２２と２３を使用することで共通するが、その接合手段が異なる。即ち、インクジェットプリンタヘッド２１は、圧電基板２２と２３を焼成接合させたのに対し、インクジェットプリンタヘッド３１では接着剤３２を使用する。

接着剤３２には、従来のインクジェットプリンタヘッドにおける圧電基板１０とインク流路板１１の接合に使用する接着剤、即ちドライフィルムレジストと呼ばれるフィルム状の接着剤，液状レジスト，感光性ポリイミド等が使用できる。

圧電基板２２と２３の製造方法は、インクジェットプリンタヘッド２１のそれらと同じである。そこで、接着剤３２にドライフィルムレジストを使用した圧電基板２２と２３の接合方法の実施例を説明する。

露光しないと硬度が得られない接着剤（ドライフィルムレジスト）３２は、圧電基板２２の上面に搭載したのち、露光例えば１００ｍｊ／ｃｍ^２の紫外線を照射したのち、接着剤３２の上に圧電基板２３を搭載し、適当な押圧力で圧電基板２３を接着剤３２に押し付けた状態で、１５０℃で１時間程度の熱圧着を施す。ただし、圧電基板２３はインク流路溝１２の形成下面が接着剤３２に接する。

かかるインクジェットプリンタヘッド３１は、前出のインクジェットプリンタヘッド２１と同様に使用し、従来技術で問題となった干渉を著しく低減可能にする。

本発明の第３の実施例を簡略化して示す図２（ｂ）において、インクジェットプリンタヘッド３６は、圧電基板２２の上面に接着剤３２を介して、圧電基板２３の下面を接合し
てなり、圧電基板２２と２３は、圧電粉末を混合した複数枚のグリーンシートを焼成して一体化してなる。

前に説明したインクジェットプリンタヘッド２６とインクジェットプリンタヘッド３６は、圧電基板２２と２７を使用することで共通するが、その接合手段が異なる。即ち、インクジェットプリンタヘッド２６は、圧電基板２２と２７を焼成接合させたのに対し、インクジェットプリンタヘッド３６では接着剤３２を使用する。

インクジェットプリンタヘッド３１と同じく接着剤３２には、例えばドライフィルムレジストを使用し、その接合方法はインクジェットプリンタヘッド３１と同一方法とする。

かかるインクジェットプリンタヘッド３６は、前出のインクジェットプリンタヘッド２６と同様に使用し、従来技術で問題となった干渉をなくすことが可能になる。

図３は本発明の第５の実施例の説明図であり、インクジェットプリンタヘッド４１は、一対の圧電基板４２-1と４２-2および圧電基板４３を重ねた状態で、接着剤３２-1と３２-2を使用し接合してなる。ただし、圧電基板４２-1と４２-2および４３は、圧電粉末を混合した複数枚のグリーンシートを焼成して一体化してなる。

上面に複数（図は４本）のインク流路溝１２が形成された圧電基板４２-1と４２-2は、それらの基板内に、インク流路溝１２のそれぞれの底面に対応する複数の圧電駆動電極４４と、下位基板のインク流路溝１２に対応する複数の圧電駆動電極４５が形成され、圧電基板４２-1より上位の圧電基板４２-2のインク流路溝１２を塞ぐ圧電基板４３内には、そのインク流路溝１２のそれぞれに対応する複数の駆動電極４６が形成されている。

かかるインクジェットプリンタヘッド４１において、圧電基板４２-1と４２-2および４３の製造方法、特に圧電駆動電極４４と４５と４６およびインク流路溝１２の形成方法は、インクジェットプリンタヘッド２１の圧電基板２２および２３のそれらと同一であり、接着剤３２-1にて圧電基板４２-1と４２-2を接合する方法と、接着剤３２-2にて圧電基板４２-2と４３を接合する方法は、インクジェットプリンタヘッド３１において、圧電基板２２と２３を接合する方法と同一である。

ただし、インクジェットプリンタヘッド４１における基板間接合に使用する接着剤３２-1と３２-2の露光処理前の貼着は、一対の接合面のうちインク流路溝１２が形成されない面、即ち接着剤３２-1は圧電基板４２-2の下面に貼着して露光処理（硬化処理）し、接着剤３２-2は圧電基板４３の下面に貼着して露光処理（硬化処理）する。

かかるインクジェットプリンタヘッド４１は、二色印刷を可能にする構成であり、前出のインクジェットプリンタヘッド２１と同様に駆動せしめ、従来技術で問題となった干渉を著しく低減可能にする。

図４は本発明の第６の実施例の説明図であり、インクジェットプリンタヘッド４８は、一対の圧電基板４９-1と４９-2および圧電基板４３を重ねた状態で、接着剤３２-1と３２-2を使用し接合してなる。ただし、圧電基板４９-1と４９-2は、圧電粉末を混合した複数枚のグリーンシートを焼成して一体化してなる。

上面に複数（図は４本）のインク流路溝１２が形成された圧電基板４９-1と４９-2は、それらの基板内に、インク流路溝１２のそれぞれの底面に対応する複数（図は４組）の圧電駆動電極４４と、下位基板のインク流路溝１２に対応する複数（図は４組）の圧電駆動電極４５と、インク流路溝１２の両側に位置する複数（図は６組）の駆動電極５０が形成
されている。

かかるインクジェットプリンタヘッド４８において、圧電基板４９-1と４９-2および４３の製造方法、特に駆動電極４４と４５と４６と５０およびインク流路溝１２の形成方法は、インクジェットプリンタヘッド２６の圧電基板２２および２７のそれらと同一であり、接着剤３２-1および３２-2にて圧電基板間を接合させる方法は、インクジェットプリンタヘッド４１において、圧電基板４２-1と４２-2および４２-2と４３を接合する方法と同一である。

かかるインクジェットプリンタヘッド４８は、インクジェットプリンタヘッド４１と同じく二色印刷を可能にする構成であり、前出のインクジェットプリンタヘッド３６と同様に駆動せしめ、従来技術で問題となった干渉をなくすことが可能になる。

図５は本発明の第７の実施例の説明図であり、インクジェットプリンタヘッド５１は、４枚の圧電基板４９-1と４９-2と４９-3と４９-4および圧電基板４３を重ねた状態で、接着剤３２-1と３２-2と３２-3と３２-4を使用し接合してなる。ただし、４枚の圧電基板４９-1〜４９-4は、圧電粉末を混合した複数枚のグリーンシートを焼成して一体化してなる。

かかるインクジェットプリンタヘッド５１において、圧電基板４３と４９-1〜４９-4の製造方法およびそれらの接合方法は、前出の実施例と同一のため省略するが、４枚の圧電基板４９-1〜４９-4を重ねたのは、黒の単色印刷とフルカラー印刷を可能にするためであり、例えは最上位のインク流通路１２に黒色インクを供給するとき、２段目以下の３段のインク流路溝１２には、赤色インク，青色インク，黄色インクの中から一色を段別に特定し供給することになる。

かかるインクジェットプリンタヘッド５１は、前出のインクジェットプリンタヘッド２１と同様に駆動せしめ、従来技術で問題となった干渉を著しく低減可能にし、かつ、黒の単色印刷とフルカラー印刷を可能にする。

図６は本発明の第８の実施例に使用するグリーンシートの説明図、図７と図８は本発明の第８の実施例の説明図である。図６において、発明の第８の実施例によるインクジェットプリンタヘッドには、所定部（図は所定の４箇所）に複数個（図は５個）のスルーホール６２が整列する圧電グリーンシート６１-1と、所定部に複数個のスルーホール６２が整列し、かつ、複数（図は４本）の圧電駆動電極構成用短冊形導体パターン６３-1が形成された圧電グリーンシート６１-2と、所定部に複数個のスルーホール６２が整列し、かつ、圧電駆動電極構成用角形導体パターン６３-2が形成された圧電グリーンシート６１-3と、単なる圧電グリーンシート６１-4を使用する。

グリーンシート６１-1〜６１-3におけるスルーホール６２の所定部は、グリーンシート６１-1〜６１-3を重ねたとき連通する位置であり、導体パターン６３-1はグリーンシート６１-2の同一所定部に形成されたスルーホール６２の中の複数個（図は整列する５個の中で左端から４個）のスルーホール６２から手前に延在し、導体パターン６３-2は４本の導体パターン６３-1に対応し、かつ、所定（図は整列する５個の中の右端）のスルーホール６２に連通する。

グリーンシート６１-1〜６１-4は、粒径が約１．０ｍｍのＰＮＮ系圧電粉末、例えばＰｂ（Ｎｉ_１／３ Ｎｂ_２／３)Ｏ_３とＰｂＴｉＯ_３ とＰｂＺｒＯ_３ を、０．５：０．３５：０．１５の重量比で混合し、さらにＰＶＢ（有機バインダ）とＤＢＰ（可塑剤）およびエタノール（有機溶媒）を混合してスラリーとし、そのスラリーからドクターブレード法によってシート状とし、所望寸法に切断して所望枚数のグリーンシート６１-4を作成する。

グリーンシート６１-1は、グリーンシート６１-4にスルーホール６２を形成してなり、グリーンシート６１-2は、グリーンシート６１-4にスルーホール６２と導体パターン６３-1を形成してなり、グリーンシート６１-3は、グリーンシート６１-4にスルーホール６２と導体パターン６３-2を形成してなる。

導体パターン６３-1と６３-2は、Ａｇ−Ｐｄペーストを印刷しそれを乾燥させたものである。そして、同一グリーンシート６１-2の複数の導体パターン６３-1は、圧電基板として完成したとき個々が別のインク流路溝に対応し、圧電基板の駆動時には電源装置のプラス電圧端子が印加されるようになるのに対し、導体パターン６３-2は複数のインク流路溝に対応し、圧電基板の駆動時には電源装置のアース端子またはマイナス端子に接続されるようになる。

図７において、グリーンシート積層体６６は、複数枚（図は７枚）のグリーンシート６１-4を重ねた上に、グリーンシート６１-3と６１-2を交互に複数枚（図は４枚）ずつ重ね、その上に少なくとも１枚のグリーンシート６１-1を重ねる。

次いで、約１０ＭＰａの押圧力を加え６０℃で５分間の処理で、重ねられたグリーンシート６１-1〜６１-4を一体化させてから、約１０００℃で１０時間の焼成処理を施したのち、無電解めっきでスルーホール６２の内壁にＮｉの導電層６７を形成してなる。

なお、導電層６７を形成させるとき焼成済みグリーンシート積層体６６の上面にもＮｉ層が被着するようになるが、そのＮｉ層は研磨処理で除去したのち、図中の矢印付きの線に沿ってダイシングソーで切断、即ちスルーホール６２の整列線に沿う切断と、左右の不要部を除去する切断と、左右に中央部で二分割する切断処理を行なう。

その結果、焼成したグリーンシート積層体６６からは、図８に示す圧電基板７１が４個取得できる。図８において、（ａ）は前面から見た斜視図、（ｂ）は後面から見た斜視図であり、前出の圧電基板２２に相当する圧電基板７１の前面には、インク流路溝に対応する駆動電極群（図は４組の圧電駆動電極）７２の端面が露呈し、後面には、駆動電極に電圧を付与する接続端子７３-1と７３-2と７３-3と７３-4および７３-5が露呈する。

接続端子７３-1〜７３-5は導電層６７の一部、即ちグリーンシート積層体６６の前記切断で二分割された導電層６７の片側である。そして、図６に示す導体パターン６３-1の後端部が接続する接続端子７３-1〜７３-4は、図示しない電源装置の圧電基板駆動用プラス端子に接続し、図６に示す導体パターン６３-2の後端部が接続する接続端子７３-5は、図示しない電源装置のアース端子または圧電基板駆動用マイナス端子に接続し、圧電基板７１が駆動される。

かかる圧電基板７１は、電源装置に対する接続端子７３-1〜７３-5が、インク流路溝と同じピッチで形成されているため、図１５に示す従来の圧電基板１０より小形化できる。

なお、本発明の第５，第６，第７の実施例において圧電基板間の接合に、接着剤を使用している。しかし、本発明の第１および第２の実施例において説明した如く、圧電基板間は接着剤を使用しない焼成接合が可能である。従って、本発明の第５，第６，第７の実施例構成から接着剤をなくすことができる。

以上説明したように、本発明によるインクジェットプリンタヘッドは、駆動時の干渉を低減またはなくすことで、クロストークを低減し、インク流路溝のピッチを狭めることが可能となり、さらにスルーホール内の導電層を外部接続端子とすることで、インクジェットプリンタヘッドを小形化させる。

本発明の第１と第２の実施例の説明図 本発明の第３と第４の実施例の説明図 本発明の第５の実施例の説明図 本発明の第６の実施例の説明図 本発明の第７の実施例の説明図 本発明の第８の実施例に使用するグリーンシートの説明図 本発明の第８の実施例の説明図（その１） 本発明の第８の実施例の説明図（その２） インクジェットプリンタの概略を示す斜視図 流路板方式の圧電インクジェットヘッドの分解模式図 図１０に示す圧電インクジェットヘッドの断面図 圧電インクジェットヘッドにおける干渉の説明図 インク流路間の干渉防止型圧電インクジェットヘッドの説明図 従来の圧電基板に使用するグリーンシートの説明図 駆動電極を内蔵する従来の圧電基板の説明図

符号の説明

１０-1，１０-2，１０-3，６１-1，６１-2，６１-3，６１-4 グリーンシート
１２ インク流路溝
１６-1，１６-2，６３-1，６３-2 圧電駆動電極用の導体パターン
２１，２６，３１，３６，４１，４８，５１ インクジェットプリンタヘッド
２２，２３，２７，４２-1，４２-2，４９-1，４９-2，４９-3，４９-4，７１圧電基板
２４，２５，２８，４４，４５，４６，５０ 圧電駆動電極
３２，３２-1，３２-2 接着剤
６２ スルーホール
６７ スルーホール内の導体層
７３-1，７３-2，７３-3，７３-4，７３-5 圧電基板の接続端子

Claims (4)

1. 複数のノズルにそれぞれ連通する複数のインク流路溝が形成されたインク流路板に圧電基板が接合され、前記圧電基板の内部に前記インク流路板の前記インク流路溝に対応して形成されている圧電駆動用電極に所定の電圧を印加することにより前記インク流路溝を圧縮し、該インク流路溝内のインクを前記ノズルから飛翔させる構造を有するインクジェットヘッドに用いられる前記圧電基板の製造方法であって、
   圧電粉末よりなり所定部に整列する複数の第１のスルーホールを形成した少なくとも１枚の第１のグリーンシートと、
   前記第１のスルーホールのそれぞれに連通する複数の第２のスルーホールと個別の前記インク流路溝に対応した前記圧電駆動用電極となる複数の第１の電極パターンとが形成された、圧電粉末よりなる第２のグリーンシートと、
   前記第１のスルーホールのそれぞれに前記第２のスルーホールを介して連通する複数の第３のスルーホールと複数の前記インク流路溝の領域にまたがる前記圧電駆動用電極となる第２の電極パターンとが形成された、圧電粉末よりなる第３のグリーンシートと、
   圧電粉末よりなる複数枚の第４のグリーンシートと、を用い、
   該複数枚の前記第４のグリーンシートを重ねた上に、前記第３のグリーンシートと前記第２のグリーンシートを交互に複数枚ずつ重ね、その上に前記第１のグリーンシートを重ねた積層体を焼成処理することにより、一体化された焼成体を形成する工程と、
   該焼成処理の後、該焼成体において連通する前記第１のスルーホールと前記第２のスルーホール及び前記第３のスルーホールの内壁に導電層を形成する工程と、
   該複数のスルーホールの整列方向に前記焼成体を分割する工程と、
   を含み、
   前記第２のグリーンシートに形成された前記圧電駆動用電極の一方の電極を構成する前記複数の第１の電極パターンは、同一のグリーンシート上でそれぞれ異なる第２のスルーホールの形成部から延在し、個別の前記インク流路溝に対応した短冊形導体パターンであり、
   前記第３のグリーンシートに形成された前記圧電駆動用電極の他方の電極を構成する前記第２の電極パターンは、前記第１の電極パターンが延在している前記第２のスルーホールとは連通しない位置にある前記第３のスルーホールの形成部から延在し、複数の前記インク流路溝の領域にまたがる角形導体パターンであるように、該グリーンシート内に前記圧電駆動用電極の前記電極パターンを形成する工程を備え、
   前記複数のスルーホールの整列方向に前記焼成体を分割する工程で、前記焼成体を前記スルーホールの位置で切断することにより、その切断した端面に前記第１の電極パターンの端部が接続する第１の接続端子と、前記第２の電極パターンの端部が接続する第２の接続端子とを、同一平面上に露呈させることを特徴とする圧電基板の製造方法。
2. 前記第１の接続端子は駆動回路の一方の端子に接続され、前記第２の接続端子は前記駆動回路の他方の端子に接続され、前記第１の接続端子と前記第２の接続端子の端子間に電圧が印加されることにより、前記圧電基板が駆動されるものであることを特徴とする請求項１記載の圧電基板の製造方法。
3. 前記導電層を形成する工程では、無電解めっきにより該導電層が形成されることを特徴とする請求項１記載の圧電基板の製造方法。
4. 前記第１、第２及び第３のグリーンシートのそれぞれについて、一枚のグリーンシート内に同じ構造を複数組形成し、
   前記焼成体を分割する工程によって前記焼成体を切断分離することで、同じ構造を有する電圧基板を複数個得ることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の圧電基板の製造方法。

Images