JPH03216343A - 液体噴射ヘッド - Google Patents
液体噴射ヘッドInfo
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- JPH03216343A JPH03216343A JP1324690A JP1324690A JPH03216343A JP H03216343 A JPH03216343 A JP H03216343A JP 1324690 A JP1324690 A JP 1324690A JP 1324690 A JP1324690 A JP 1324690A JP H03216343 A JPH03216343 A JP H03216343A
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Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明はインクジェットプリンタ等に用いられる液体噴
射ヘッド、特に圧電素子を用いた液体噴射ヘッドに関す
る。
射ヘッド、特に圧電素子を用いた液体噴射ヘッドに関す
る。
［従来の技術コ
従来のインクジェットプリンタにおける液体噴射ヘッド
には、特公昭６０−８９５３に示されるごとく、片持ち
梁構造の圧電振動子を印字信号に応じたパルス電圧でた
わみ振動させることにより、インクへ圧力を加えインク
滴を飛翔させるタイプのものが知られている。
には、特公昭６０−８９５３に示されるごとく、片持ち
梁構造の圧電振動子を印字信号に応じたパルス電圧でた
わみ振動させることにより、インクへ圧力を加えインク
滴を飛翔させるタイプのものが知られている。
［発明が解決しようとする課題］
従来の、片持ち梁の圧電振動子より成る液体噴射ヘッド
においては、第５図に示すように片持ち梁５０４の形状
が一般に長方形であった。片持ち梁の圧電振動子より成
る液体噴射ヘッドに於いては、その液体の噴射特性を支
配する要因として、梁の最大変位量と梁の固有周波数が
上げられる。
においては、第５図に示すように片持ち梁５０４の形状
が一般に長方形であった。片持ち梁の圧電振動子より成
る液体噴射ヘッドに於いては、その液体の噴射特性を支
配する要因として、梁の最大変位量と梁の固有周波数が
上げられる。
液体を噴射するため梁の最大変位量をある程度稼ぎなが
ら、液体の噴射頻度を増すため梁の固有周波数を高める
ことが望まれる。しかしながら梁の最大変位量を増すた
めには梁の長さを長くする必要があり、これは梁の固有
振動数を下げることとなる。このため従来の片持ち梁の
圧電振動子より成る液体噴射ヘッドに於いては、梁の固
有振動数としては４０ｋＨｚ程度が限界であった。
ら、液体の噴射頻度を増すため梁の固有周波数を高める
ことが望まれる。しかしながら梁の最大変位量を増すた
めには梁の長さを長くする必要があり、これは梁の固有
振動数を下げることとなる。このため従来の片持ち梁の
圧電振動子より成る液体噴射ヘッドに於いては、梁の固
有振動数としては４０ｋＨｚ程度が限界であった。
本発明は以上の課題を解決するもので、その目的とする
ところは、片持ち梁の圧電振動子の最大変位量を液体を
飛翔させるに十分な程度に保ちながら、固有周波数を上
げ、液体の噴出頻度を増すことにある。
ところは、片持ち梁の圧電振動子の最大変位量を液体を
飛翔させるに十分な程度に保ちながら、固有周波数を上
げ、液体の噴出頻度を増すことにある。
［課題を解決するための手段コ
以上述べた課題を解決するため、本発明の液体噴射ヘッ
ドは、 （１）複数のノズルを有するノズル部と、前記ノズルの
各々と対向配置し、液体の中に浸されている片持ち梁の
圧電振動子とを備え、電圧印加により前記片持ち梁の圧
電振動子を変位させ、前記ノズルとの間隙に存在する液
体の圧力を高めて前記ノズルから液滴を吐出させる液体
噴射ヘッドに於いて、前記片持ち梁の圧電振動子の幅が
梁の長さ方向で異なっていることを特徴とする（２）前
記片持ち梁の圧電振動子の厚さが梁の長さ方向で異なっ
ていることを特徴とする（３）前記片持ち梁の圧電振動
子が弾性体と圧電体薄膜とからなることを特徴とする （４）前記弾性体として珪素もしくは珪素を含む材料を
用いたことを特徴とする （５）前記片持ち梁の圧電振動子が前記弾性体をパター
ニングすることにより形成されることを特徴とする． ［実施例］ 第１図（ａ）は本発明の実施例における液体噴射ヘッド
の平面図であり、第１図（ｂ）はそのＡＡ′線断面図で
ある。第１図（ａ）及び第１図（ｂ）において、１０１
は基板、１０２は液体が通過するノズル、１０３は液体
に圧力を印加する圧力室、１０４は圧力室１０３上に張
った片持ち梁の圧電振動子である．この片持ち梁は図示
したように梁の長さ方向に沿って、梁の自由端に向かっ
て幅が狭くなっている。片持ち梁の圧電振動子１０４は
、弾性体１０５、圧電素子の下電極１０６、圧電薄膜１
０７、圧電素子の上電極１０８で形成される。１０９は
液体噴射ヘッドの周囲を囲む枠、１１０は枠１０９によ
り囲まれた領域であり、液体貯蔵室となる． 同図（ｂ）をもとに本実施例の液体噴射ヘッドの製造方
法の一例を示す。まず、基板１０１を加工し、ノズル１
０２及び圧力室１０３を形成する．基板１０１にガラス
を用いた場合は、エッチングもしくはレーザ加工等の手
段によりノズル１０２や圧力室１０３を形成すればよい
．次に片持ち梁１０４を形成するが、これは基板１０１
に薄板ガラス等の材料を接着もしくは圧着等の手段で乗
せ、パターニングを行えばよい。そして、下電極１０６
、圧電膜１０７、上電極１０８と形成して行けばよい。
ドは、 （１）複数のノズルを有するノズル部と、前記ノズルの
各々と対向配置し、液体の中に浸されている片持ち梁の
圧電振動子とを備え、電圧印加により前記片持ち梁の圧
電振動子を変位させ、前記ノズルとの間隙に存在する液
体の圧力を高めて前記ノズルから液滴を吐出させる液体
噴射ヘッドに於いて、前記片持ち梁の圧電振動子の幅が
梁の長さ方向で異なっていることを特徴とする（２）前
記片持ち梁の圧電振動子の厚さが梁の長さ方向で異なっ
ていることを特徴とする（３）前記片持ち梁の圧電振動
子が弾性体と圧電体薄膜とからなることを特徴とする （４）前記弾性体として珪素もしくは珪素を含む材料を
用いたことを特徴とする （５）前記片持ち梁の圧電振動子が前記弾性体をパター
ニングすることにより形成されることを特徴とする． ［実施例］ 第１図（ａ）は本発明の実施例における液体噴射ヘッド
の平面図であり、第１図（ｂ）はそのＡＡ′線断面図で
ある。第１図（ａ）及び第１図（ｂ）において、１０１
は基板、１０２は液体が通過するノズル、１０３は液体
に圧力を印加する圧力室、１０４は圧力室１０３上に張
った片持ち梁の圧電振動子である．この片持ち梁は図示
したように梁の長さ方向に沿って、梁の自由端に向かっ
て幅が狭くなっている。片持ち梁の圧電振動子１０４は
、弾性体１０５、圧電素子の下電極１０６、圧電薄膜１
０７、圧電素子の上電極１０８で形成される。１０９は
液体噴射ヘッドの周囲を囲む枠、１１０は枠１０９によ
り囲まれた領域であり、液体貯蔵室となる． 同図（ｂ）をもとに本実施例の液体噴射ヘッドの製造方
法の一例を示す。まず、基板１０１を加工し、ノズル１
０２及び圧力室１０３を形成する．基板１０１にガラス
を用いた場合は、エッチングもしくはレーザ加工等の手
段によりノズル１０２や圧力室１０３を形成すればよい
．次に片持ち梁１０４を形成するが、これは基板１０１
に薄板ガラス等の材料を接着もしくは圧着等の手段で乗
せ、パターニングを行えばよい。そして、下電極１０６
、圧電膜１０７、上電極１０８と形成して行けばよい。
圧電膜１０７にはＰＺＴ等の圧電材料、上下電極１０７
及び１０８にはＰｔ，Ｎｉ等の金属材料をスパッタ法等
により形成し用いればよい．この様な片持ち梁の構造を
形成する方法は以上の方法に限定されるわけでなく、例
えば圧電素子を形成した後に片持ち梁を形成したり、ま
た圧力室等を形成した後にその凹部を樹脂等で充填し、
゛片持ち梁材を膜で形成し、前記樹脂を取り除くことに
より片持ち梁を形成してもよい。そして、液体噴射ヘッ
ドの周囲を囲む枠１０９を任意の材料、形状で形成し、
液体貯蔵室１１０を形成する．以上のごとき液体噴射ヘ
ッドは、最大変位量３μｍ、固有周波数３９ｋＨｚであ
った従来の長方形片持ち梁と比べて、最大変位量は２μ
ｍと殆ど変わらずに、固有周波数を２倍以上の９１ｋＨ
ｚまで高めることができた。
及び１０８にはＰｔ，Ｎｉ等の金属材料をスパッタ法等
により形成し用いればよい．この様な片持ち梁の構造を
形成する方法は以上の方法に限定されるわけでなく、例
えば圧電素子を形成した後に片持ち梁を形成したり、ま
た圧力室等を形成した後にその凹部を樹脂等で充填し、
゛片持ち梁材を膜で形成し、前記樹脂を取り除くことに
より片持ち梁を形成してもよい。そして、液体噴射ヘッ
ドの周囲を囲む枠１０９を任意の材料、形状で形成し、
液体貯蔵室１１０を形成する．以上のごとき液体噴射ヘ
ッドは、最大変位量３μｍ、固有周波数３９ｋＨｚであ
った従来の長方形片持ち梁と比べて、最大変位量は２μ
ｍと殆ど変わらずに、固有周波数を２倍以上の９１ｋＨ
ｚまで高めることができた。
本発明の片持ち梁の圧電振動子の平面形状は第１図（ａ
）に示したものに限定されるわけではなく、例えば、第
１図（ｃ）に示すような梁の長さ方向に沿って、梁の自
由端に向かって幅が段階的に狭くなっている様な形状で
もよい。
）に示したものに限定されるわけではなく、例えば、第
１図（ｃ）に示すような梁の長さ方向に沿って、梁の自
由端に向かって幅が段階的に狭くなっている様な形状で
もよい。
第２図に、本発明の実施例における、圧電振動子の下電
極が弾性体を兼ねている液体噴射ヘッドの断面図を示す
。同図において、第１図と同一の記号は第１図と同一の
ものを表す．２ｏ１は圧電振動子の下電極であり、これ
が弾性体となっている。この様な構造の液体噴射ヘッド
の製造方法の一例を示すと、まず、第１図実施例に示す
ごとき方法で基板１０１を加工する。そして、圧電振動
子の下電極となる金属板、例えばｐｔ板を加工済みの基
板１０１上に接着する。これをパターニングした後、圧
電膜１０７、上電極１０８と形成して行けばよい．この
様な構造の形成方法は以上の方法に限定されることなく
、例えば前述のごとく、圧電振動子を形成した後に片持
ち梁を形成したり、また、圧力室等を形成した後にその
凹部を樹脂等で充填し、金属膜を形成し片持ち梁とし、
前期樹脂を取り除くことにより形成してもよい．本実施
例のごとき構造とすることにより、第１図における弾性
体１０５が不用となり、液体噴射ヘッドの更なる低価格
化が実現される． 第３図に、本発明の実施例における、基板材に珪素ウェ
ハを用い、片持ち梁をこれをパターニングすることによ
り形成した液体噴射ヘッドの断面図を示す。同図におい
て、第１図と同一の記号は第１図と同一のものを表す．
３０１はＢを高濃度にドーピングしたＳｉ層であり、こ
れが圧電振動子の下電極兼片持ち梁となっている。珪素
基板１０１の加工方法の一例は、まずノズル１０２を形
成しておき、奥山雅則ら（材料別冊第３８巻第４２５号
ｐｐ．８９〜９９）に示されるごとく、片持ち梁を作成
したい部分に高清度のＢを拡散させ、これをエチレンジ
アミン、ビロカテコール、水の混合液により選択エッチ
ングすればよい．高漬度にＢを拡散させたＳｉ層３０１
による片持ち梁はそのまま圧電振動子の下電極となるた
め、３０１上に圧電膜１０７、電極１０８と形成して行
けばよい。この様にして形成する液体噴射ヘッドは、圧
力室１０４と片持ち梁を同時に形成できるため、その製
造工程数が第２図に示す実施例の液体噴射ヘッドよりも
更に低減され、低価格化が実現される。また、珪素基板
を用いた液体噴射ヘッドは以上の構造に限定されること
なく、例えば、珪素酸化膜や珪素窒化膜を片持ち梁に用
いるような構造でもよい。
極が弾性体を兼ねている液体噴射ヘッドの断面図を示す
。同図において、第１図と同一の記号は第１図と同一の
ものを表す．２ｏ１は圧電振動子の下電極であり、これ
が弾性体となっている。この様な構造の液体噴射ヘッド
の製造方法の一例を示すと、まず、第１図実施例に示す
ごとき方法で基板１０１を加工する。そして、圧電振動
子の下電極となる金属板、例えばｐｔ板を加工済みの基
板１０１上に接着する。これをパターニングした後、圧
電膜１０７、上電極１０８と形成して行けばよい．この
様な構造の形成方法は以上の方法に限定されることなく
、例えば前述のごとく、圧電振動子を形成した後に片持
ち梁を形成したり、また、圧力室等を形成した後にその
凹部を樹脂等で充填し、金属膜を形成し片持ち梁とし、
前期樹脂を取り除くことにより形成してもよい．本実施
例のごとき構造とすることにより、第１図における弾性
体１０５が不用となり、液体噴射ヘッドの更なる低価格
化が実現される． 第３図に、本発明の実施例における、基板材に珪素ウェ
ハを用い、片持ち梁をこれをパターニングすることによ
り形成した液体噴射ヘッドの断面図を示す。同図におい
て、第１図と同一の記号は第１図と同一のものを表す．
３０１はＢを高濃度にドーピングしたＳｉ層であり、こ
れが圧電振動子の下電極兼片持ち梁となっている。珪素
基板１０１の加工方法の一例は、まずノズル１０２を形
成しておき、奥山雅則ら（材料別冊第３８巻第４２５号
ｐｐ．８９〜９９）に示されるごとく、片持ち梁を作成
したい部分に高清度のＢを拡散させ、これをエチレンジ
アミン、ビロカテコール、水の混合液により選択エッチ
ングすればよい．高漬度にＢを拡散させたＳｉ層３０１
による片持ち梁はそのまま圧電振動子の下電極となるた
め、３０１上に圧電膜１０７、電極１０８と形成して行
けばよい。この様にして形成する液体噴射ヘッドは、圧
力室１０４と片持ち梁を同時に形成できるため、その製
造工程数が第２図に示す実施例の液体噴射ヘッドよりも
更に低減され、低価格化が実現される。また、珪素基板
を用いた液体噴射ヘッドは以上の構造に限定されること
なく、例えば、珪素酸化膜や珪素窒化膜を片持ち梁に用
いるような構造でもよい。
第４図に、本発明の実施例における、片持ち梁の圧電振
動子を互い違いに配置した液体噴射ヘッドの平面図を示
す。同図において、第１図と同一の記号は第１図と同一
のものを表す。長さ方向に沿って幅を狭くしていった場
合、このような構成とすることにより、ノズルの密度を
増すことができるので、更に高解像度の液体ヘッドが実
現される。
動子を互い違いに配置した液体噴射ヘッドの平面図を示
す。同図において、第１図と同一の記号は第１図と同一
のものを表す。長さ方向に沿って幅を狭くしていった場
合、このような構成とすることにより、ノズルの密度を
増すことができるので、更に高解像度の液体ヘッドが実
現される。
本発明の他の実施例としては、前述した薄膜形成技術と
パターニングとによる片持ち梁の圧電振動子形成方法以
外にも、弾性板に圧電振動子を貼り付ける方法も利用可
能である． 本発明の実施例として梁の長さ方向に沿って梁の幅を変
化させた場合について説明してきたが、これは梁の断面
２次モーメントを変化させるための手段なので、幅の代
わりに梁の厚さを変化させても同様の効果を上げること
ができる．なお、本発明の液体噴射ヘッドは以上述べた
実施例のみならず、本発明の主旨を逸脱しない範囲にお
いて広く応用が可能であり、また、インクジェットプリ
ンタのみならず、他の印字、印刷装置（例えば、タイブ
ライタ、コピー機出力等）や、塗装装置、捺染装置等に
広く適用される。
パターニングとによる片持ち梁の圧電振動子形成方法以
外にも、弾性板に圧電振動子を貼り付ける方法も利用可
能である． 本発明の実施例として梁の長さ方向に沿って梁の幅を変
化させた場合について説明してきたが、これは梁の断面
２次モーメントを変化させるための手段なので、幅の代
わりに梁の厚さを変化させても同様の効果を上げること
ができる．なお、本発明の液体噴射ヘッドは以上述べた
実施例のみならず、本発明の主旨を逸脱しない範囲にお
いて広く応用が可能であり、また、インクジェットプリ
ンタのみならず、他の印字、印刷装置（例えば、タイブ
ライタ、コピー機出力等）や、塗装装置、捺染装置等に
広く適用される。
［発明の効果］
以上述べたように本発明によれば、片持ち梁の圧電振動
子の幅を梁の長さ方向で変化させることにより、液体を
噴射するため梁の最大変位量をある程度稼ぎながら、液
体の噴射頻度を増すため梁の固有周波数を２倍以上にま
で高めることが可能となった．これは、本液体噴射ヘッ
ドをインクジェットプリンタに用いた場合、印字速度を
２倍以上にできることを意味しており、その効果はきわ
めて大きいといえよう．またこうした形状の片持ち梁の
圧電振動子の形成は圧電薄膜形成技術とフォトリソグラ
フィー技術を用いたパターニング技術とにより製造工程
数の増加もなく実施できる。
子の幅を梁の長さ方向で変化させることにより、液体を
噴射するため梁の最大変位量をある程度稼ぎながら、液
体の噴射頻度を増すため梁の固有周波数を２倍以上にま
で高めることが可能となった．これは、本液体噴射ヘッ
ドをインクジェットプリンタに用いた場合、印字速度を
２倍以上にできることを意味しており、その効果はきわ
めて大きいといえよう．またこうした形状の片持ち梁の
圧電振動子の形成は圧電薄膜形成技術とフォトリソグラ
フィー技術を用いたパターニング技術とにより製造工程
数の増加もなく実施できる。
第１図（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ本発明の実施例に
おける液体噴射ヘッドの平面図及び断面図。 第１図（ｃ）は、本発明の実施例における液体噴射ヘッ
ドの片持ち梁の他の形状例を示す平面図。 第２図は、本発明の実施例における、圧電振動子の下電
極が弾性体を兼ねている液体噴射ヘッドの断面図． 第３図は、本発明の実施例における、基板材に珪素ウェ
ハを用い、片持ち梁の圧電振動子をこれをパターニング
することにより形成した液体噴射ヘッドの断面図． 第４図は、本発明の実施例における、片持ち梁の圧電振
動子を互い違いに配置した液体噴射ヘッドの平面図。 第５図は、従来の液体噴射ヘッドの平面図。 １０１・・・基板 １０２，５０２・・・ノズル １０３，５０３・・・圧力室 １０４，５０４・・・片持ち梁の圧電振動子１０５・・
・弾性体 １０６・・・下電極 １０７・・・圧電膜 １０８・・・上電極 １０９・・・枠 １１０・・・液体貯蔵室 以 上
おける液体噴射ヘッドの平面図及び断面図。 第１図（ｃ）は、本発明の実施例における液体噴射ヘッ
ドの片持ち梁の他の形状例を示す平面図。 第２図は、本発明の実施例における、圧電振動子の下電
極が弾性体を兼ねている液体噴射ヘッドの断面図． 第３図は、本発明の実施例における、基板材に珪素ウェ
ハを用い、片持ち梁の圧電振動子をこれをパターニング
することにより形成した液体噴射ヘッドの断面図． 第４図は、本発明の実施例における、片持ち梁の圧電振
動子を互い違いに配置した液体噴射ヘッドの平面図。 第５図は、従来の液体噴射ヘッドの平面図。 １０１・・・基板 １０２，５０２・・・ノズル １０３，５０３・・・圧力室 １０４，５０４・・・片持ち梁の圧電振動子１０５・・
・弾性体 １０６・・・下電極 １０７・・・圧電膜 １０８・・・上電極 １０９・・・枠 １１０・・・液体貯蔵室 以 上
Claims (5)
- （１）複数のノズルを有するノズル部と、前記ノズルの
各々と対向配置し、液体の中に浸されている片持ち梁の
圧電振動子とを備え、電圧印加により前記片持ち梁の圧
電振動子を変位させ、前記ノズルとの間隙に存在する液
体の圧力を高めて前記ノズルから液滴を吐出させる液体
噴射ヘッドに於いて、前記片持ち梁の圧電振動子の幅が
梁の長さ方向で異なることを特徴とする液体噴射ヘッド
。 - （２）前記片持ち梁の圧電振動子の厚さが梁の長さ方向
で異なっていることを特徴とする、請求項１記載の液体
噴射ヘッド。 - （３）前記片持ち梁の圧電振動子が弾性体と圧電体薄膜
とからなることを特徴とする請求項１または請求項２記
載の液体噴射ヘッド。 - （４）前記弾性体として珪素もしくは珪素を含む材料を
用いたことを特徴とする、請求項３記載の液体噴射ヘッ
ド。 - （５）前記片持ち梁の圧電振動子が前記弾性体をパター
ニングすることにより形成されることを特徴とする、請
求項３または請求項４記載の液体噴射ヘッド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1324690A JPH03216343A (ja) | 1990-01-23 | 1990-01-23 | 液体噴射ヘッド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1324690A JPH03216343A (ja) | 1990-01-23 | 1990-01-23 | 液体噴射ヘッド |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03216343A true JPH03216343A (ja) | 1991-09-24 |
Family
ID=11827848
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1324690A Pending JPH03216343A (ja) | 1990-01-23 | 1990-01-23 | 液体噴射ヘッド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03216343A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7438393B2 (en) | 2004-01-20 | 2008-10-21 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Ink-jet print head |
| JP2010280221A (ja) * | 1998-04-17 | 2010-12-16 | Technology Partnership Plc | 液体噴射装置 |
-
1990
- 1990-01-23 JP JP1324690A patent/JPH03216343A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010280221A (ja) * | 1998-04-17 | 2010-12-16 | Technology Partnership Plc | 液体噴射装置 |
| US7438393B2 (en) | 2004-01-20 | 2008-10-21 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Ink-jet print head |
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