JPH07137259A

JPH07137259A - インクジェットヘッドおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH07137259A
Application number: JP9195694A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Osawa; 誠一大澤
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 1993-09-22
Filing date: 1994-04-28
Publication date: 1995-05-30

Abstract

(57)【要約】【構成】厚さ方向に分極させた板状圧電材料１ａ、１
ｂを導電材料２ａ，２ｂを介して複数枚積層した圧電素
子からなる隔壁１０を、基板上に複数個配列し、複数の
溝２０を形成し、この溝２０の端部に封止２２とノズル
孔２３を形成したノズル板２４と、蓋１４により圧力室
を構成し、圧電素子の厚み方向の変化で圧力室１５の容
積を変化させノズル孔２３よりインク液滴１７を噴射さ
せるインクジェットヘッドおよびその製造方法。【効果】高密度で小型、かつ応答性の高いマルチノズ
ルを有するインクジェットヘッドを提供することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インク液滴を画像記録
媒体上へ選択的に付着させるインクジェットヘッドの構
造と、この構造を形成するための製造方法とに関する。

【０００２】

【従来の技術】今日、その市場を大きく拡大しつつある
ノンインパクト・プリンターの内で、原理が最も単純
で、かつカラー印刷に好適なものとしてインクジェット
・プリンターがある。そのうちでも、ドット形成時にの
みインク液滴を吐出するいわゆるドロップ・オン・デマ
ンド（ＤＯＤ）型が主流といえる。

【０００３】ＤＯＤ型としては、たとえば特公昭５３−
１２１３８号公報に開示されているカイザー型、あるい
は、たとえば特公昭６１−５９９１４号公報に開示され
ているサーマルジェット型がその代表的な方式としてあ
る。

【０００４】このうち、前者のカイザー型、は小型化が
難かしく、後者のサーマルジェット型は高熱をインクに
加えるためにインクが焦げ付くという、それぞれに非常
に困難な問題を抱えている。

【０００５】以上のような欠陥を同時に解決する手段と
して、圧電性素材の細片を用いる構造で、たとえば特公
平４−４８６２２号公報に開示された伸縮モード型や、
たとえば特開昭６３−２５２７５０号公報に開示された
せん断モード型が提案されている。

【０００６】伸縮モード型の構造を図１２に示す。ＰＺ
Ｔ（チタン酸ジルコン酸鉛）のような圧電性素材の細片
１２２を、導電性の支持基板１２１と絶縁性の蓋１２３
との間に平行に固着し、この細片１２２間に多数の細長
いチャネルを形成する。

【０００７】これらのチャネルは交互に、それぞれイン
クが充填されたインク室兼インク流路のチャネル（イン
クチャネル）１２５と、インクが充填されない空隙のダ
ミーチャネル１２６とである。

【０００８】そして、インクチャネル１２５は、一方の
端が共通のインク溜に接続され、ここよりインクが供給
されるとともに、他方の端にはインク通路の形態の印字
ノズルが設けられる。

【０００９】圧電性素材の細片１２２は、矢印７で示さ
れるように、支持基板１２１に垂直な方向に分極され、
蓋１２３側の細片１２２上面部には、インクチャネル１
２５に対応して電極１２４が設けられている。

【００１０】ここで、導電性の支持基板１２１に電極１
２４に対して電位を与えるならば、圧電性素材の細片１
２２はその厚さを増し、その幅を減じるような伸縮モー
ドの変形をおこす。

【００１１】２個の細片への電圧印加を停止すると、両
細片はもとの形状に戻り、それにより通路容積は急激に
縮小させられる。その結果、その通路からインク液滴の
放出がなされる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来の圧電性素材の細片を用いる構造のインクジェット
ヘッドがかかえるつぎに記載するような問題点を解決し
ようとするものである。

【００１３】第１の課題点は、圧電性素材の細片の変位
量が微少であるため吐出力が弱いことである。

【００１４】伸縮モード型でのインク吐出力についてや
や詳細に説明する。前記に特公平４−４８６２２号公報
に開示された代表的なインクジェットヘッドのサイズ
は、細片１２２の幅寸法および高さ寸法が５０μｍで、
インクチャネル１２５の長さ寸法が１０ｍｍである。

【００１５】この公報の中には具体的な圧電性素材の定
数や駆動電圧が開示されていないので、仮に、圧電定数
としてｄ₃₃＝５×１０^-10 ｍ／Ｖ、駆動電圧として１５
０Ｖという共に実質的に非常に大きな値を選んでみる。

【００１６】すると、インクチャネルの体積減少の変化
量は約６０ｐｌと見積もられるが、たとえば特開昭６３
−１５８０号公報に開示されているように、一般にイン
クジェットのインク液滴は直径２０〜９０μｍで、標準
的には直径４０μｍすなわち約３０ｐｌ程度以上のイン
ク液滴量が必要といえる。

【００１７】このインク液滴量は、体積変化の見積量の
約１／２であり、共通のインクだめへのインクの逃げ量
などを考慮するならば、３０ｐｌのインク液滴吐出です
ら、必ずしも余裕のある値ではないのである。

【００１８】このようなインクの吐出力の不足は、イン
ク液滴の吐出方向の不安定性を誘発し、印字したドット
の位置ズレを引き起こすばかりでなく、ノズル穴付近で
高粘度化したインクを吐出できなくなり、印字ドット抜
けと言う致命的な欠陥にもつながるものである。

【００１９】また、この吐出力不足とともに、インクの
圧力室から充分に管路を絞ったノズル構造を採っていな
いので、インク液滴の飛翔速度が大きくならないという
問題もある。

【００２０】インクジェットヘッドを記録紙に対して左
右に動かして印刷を行うタイプ、いわゆるシリアルプリ
ンタにおいては、各々のインクノズルからのインク液滴
の飛翔速度のばらつきで、インクの記録紙上の着弾位置
のばらつきが生じる。

【００２１】そして、インク液滴の飛翔速度が低い場
合、記録紙上の着弾位置のばらつきは飛翔速度に高いに
場合に比べて拡大されるので、著しく印字品位を悪くす
る。

【００２２】このインク液滴の飛翔速度の不足を補うに
は、駆動電圧を高めることや、細片の高さを高くするす
ることや、細片の幅寸法を広げること、などが考えられ
る。

【００２３】しかしながら、駆動電圧としては１５０Ｖ
そのものが実用上からは既にかなり高い値であり採用す
ることは難しく、細片の高さ寸法を高くすることも駆動
電圧を高さに連動して上げたときに初めて効果がでるも
のであり、やはり有効な対策とは言えない。

【００２４】一方、細片の幅寸法を広げることは、イン
クチャネル間のピッチ寸法が拡大するため、ノズル間の
ピッチ寸法も広がって、高解像度の印字に向かなくなる
という別の問題を引き起こすのである。

【００２５】第２の課題点としては、細長いチャネル形
態の圧力室によって印字ヘッドが構成されているので、
管路抵抗によりインクの供給能力に限界があり、インク
液滴の連続応答性が悪いという問題である。

【００２６】第３の課題点としては、インク液滴の生成
に要するインク室の必要な体積変化量は、圧電素材の細
片の変位量とチャネルの断面積に比例する。このため、
微少な変位量しか得られない圧電素子の細片では、イン
ク室の小型化に限界があり、このためノズルの配列ピッ
チ寸法には限界があるという問題である。

【００２７】本発明では、前述のような従来の圧電性素
材の細片を用いる構造のインクジェットヘッドの個々の
構造や機構に起因した問題を解決し、吐出力および連続
吐出性を高かくして美しく速い印字が可能で、かつ低電
圧で駆動することができる小型のインクジェットヘッド
を提供するものである。

【００２８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明のインクジェットヘッドの構造とその製造方法と
は、下記記載の手段を採用する。

【００２９】本発明による第１の実施例におけるインク
ジェットヘッドは、基板と、厚さ方向に分極させた板状
圧電材料を導電材料を介して複数枚積層した圧電素子か
らなる隔壁と、隔壁を基板上に複数個配列し形成する溝
と、溝を覆う蓋と、溝端部に配設された封止およびノズ
ル孔を有するノズル板により構成する圧力室と、基板ま
たは封止または蓋のいずれかに設けるインク供給口とを
備え、導電材料に電圧を印加し隔壁を厚さ方向に変形さ
せることでインクが充填された圧力室の容積を変化させ
てノズル孔よりインク液滴を噴射させること特徴とす
る。

【００３０】本発明による第２の実施例におけるインク
ジェットヘッドは、基板と、厚さ方向に分極させた板状
圧電材料を導電材料を介して複数枚積層した圧電素子か
らなる隔壁と、隔壁を基板上に複数個配列し形成する溝
と、溝を覆う蓋と、溝端部に配設された封止およびノズ
ル孔を有するノズル板により構成する圧力室と、基板ま
たは封止または蓋のいずれかに設けるインク供給口とを
備え、溝の一本おきにインクの充填をし圧力室とし、他
の溝をダミーの溝とし、導電材料に電圧を印加し隔壁を
厚さ方向に変形させることでインクが充填された圧力室
の容積を変化させてノズル孔よりインク液滴を噴射させ
ること特徴とする。

【００３１】本発明による第３の実施例におけるインク
ジェットヘッドは、ダミーの溝は圧力室を形成する溝よ
り幅寸法が狭いこと特徴とする。

【００３２】本発明による第４の実施例におけるインク
ジェットヘッドは、基板と、厚さ方向に分極させた板状
圧電材料を導電材料を介して複数枚積層した圧電素子か
らなる隔壁と、隔壁を基板上に複数個配列し形成する溝
と、それぞれの溝を覆う実質的に独立した蓋と、溝端部
に配設された封止およびノズル孔を有するノズル板によ
り構成する圧力室と、基板または封止または蓋のいずれ
かに設けるインク供給口とを備え、溝の一本おきにイン
クの充填をし圧力室とし、他の溝をダミーの溝とし、導
電材料に電圧を印加し隔壁を厚さ方向に変形させること
でインクが充填された圧力室の容積を変化させてノズル
孔よりインク液滴を噴射させること特徴とする。

【００３３】本発明による第５の実施例におけるインク
ジェットヘッドは、圧電素子を駆動する導電材料の各々
が電気的に接続された集電極を隔壁の両端部に配設した
ことを特徴とする。

【００３４】本発明による第６の実施例におけるインク
ジェットヘッドは、集電極に電力を供給するための配線
パターンを基板上に形成したことを特徴とする。

【００３５】本発明による第７の実施例におけるインク
ジェットヘッドは、基板と、厚さ方向に分極させた板状
圧電材料を導電材料を介して複数枚積層した圧電素子か
らなる隔壁と、隔壁を基板上に複数個配列し形成する溝
と、溝の両端部に配設された封止と、インク噴射口を有
し溝を覆う蓋により構成する圧力室と、基板または封止
または蓋のいずれかに設けるインク供給口とを備え、導
電材料に電圧を印加し隔壁を厚さ方向に変形させること
でインクが充填された圧力室の容積を変化させてインク
噴射口よりインク液滴を噴射させること特徴とする。

【００３６】本発明による第８の実施例におけるインク
ジェットヘッドは、インク噴射が蓋に対して垂直方向な
される構成において、溝の一本おきにインクの充填をし
圧力室とし、他の溝をダミーの溝としたこと特徴とす
る。

【００３７】本発明による第９の実施例におけるインク
ジェットヘッドは、インク噴射が蓋に対して垂直方向な
される構成において、ダミーの溝は圧力室を形成する溝
より狭いこと特徴とする。

【００３８】本発明による第１０の実施例におけるイン
クジェットヘッドは、基板と、厚さ方向に分極させた板
状圧電材料を導電材料を介して複数枚積層した圧電素子
からなる隔壁と、隔壁を基板上に複数個配列し形成する
溝と、溝の両端部に配設された封止と、溝を覆う実質的
に独立した蓋により構成する圧力室と、蓋上に配したノ
ズル孔を有するノズル板と、基板または封止または蓋の
いずれかに設けるインク供給口とを備え、溝の一本おき
にインクの充填をし圧力室とし、他の溝をダミーの溝と
し、導電材料に電圧を印加し隔壁を厚さ方向に変形させ
ることでインクが充填された圧力室の容積を変化させて
ノズル孔よりインク液滴を噴射させること特徴とする。

【００３９】本発明による第１１のインクジェットヘッ
ドは、インク噴射が蓋に対して垂直方向なされる構成に
おいて、圧電素子を駆動する導電材料の各々が電気的に
接続された集電極を隔壁の両端部に配設したことを特徴
とする。

【００４０】本発明による第１２の実施例におけるイン
クジェットヘッドは、インク噴射が蓋に対して垂直方向
なされる構成において、集電極に電力を供給するための
配線パターンを基板上に形成したことを特徴とする。

【００４１】本発明による第１３の実施例におけるイン
クジェットヘッドは、板状圧電材料を駆動するための電
極としての導電材料と、圧力室に充填されたインクとが
接触しないように圧力室にコーティング膜を設けること
を特徴とする。

【００４２】本発明によるインクジェットヘッド製造方
法は、基板と、厚さ方向に分極させた板状圧電材料を導
電材料を介して複数枚積層した圧電素子からなる隔壁
と、隔壁を基板上に複数個配列し形成する溝と、この溝
で形成する圧力室とを有するインクジェットヘッドにお
ける製造方法は、基板に積層圧電体を接着する工程と、
薄膜形成手段によって基板と積層圧電体に電極を形成す
る工程と、積層圧電体および基板をダイシングする工程
と、個々の圧電素子が駆動可能なように電極をパターン
分離する工程とを有することを特徴とする。

【００４３】

【作用】本発明のインクジェットヘッドの上記の構成に
よれば、圧電板を積層しているので、低電圧駆動でも圧
電素子の変形量を充分大きくとることができる。このた
め、圧力室の体積変化量が大きくなり、安定した吐出力
が得られる。

【００４４】また、圧力室の断面に比べ断面の小さなノ
ズル孔を設けている。このため、インク液滴を吐出する
ためのインク流路を絞る効果により、インク液滴を高速
で噴射することができる。

【００４５】またさらに、前述のように圧電素子の変化
量が大きいため圧力室断面を小さくできチャネル長の短
い圧力室が形成できる。このため、インク流路抵抗を小
さくなり、管路抵抗が小さくできるので高い周波数でイ
ンク液滴の繰り返し生成が可能となり、印字速度の速い
インクジェットヘッドが提供できる。

【００４６】またさらに、圧電素子の駆動電極と基板上
の配線パターンを一体的に形成することができ、ヘッド
製作が容易であるばかりでなく外部からに電気的接続が
簡単にできる。

【００４７】

【実施例】以下、本発明の実施例におけるインクジェッ
トヘッドの構成を、図面を基に説明する。

【００４８】図１、および図２は、本発明の第１の実施
例におけるインクジェットヘッドを示しており、図１は
インクジェットヘッドの一部を破断して示す斜視図であ
り、図２は圧力室の断面図である。以下図１と図２とを
交互に参照して説明する。

【００４９】図１および図２に示すように、厚さ方向に
分極した第１の板状圧電材料１ａは第１の導電材料２ａ
を介して、第１の板状圧電材料１ａと反対方向に分極し
た第２の板状圧電材料１ｂと貼り合わされ、さらに第２
の導電材料２ｂを介して、第２の板状圧電材料１ｂと反
対方向に分極した第３の板状圧電材料１ｃが貼り合わさ
れる。

【００５０】さらに同様な手段で必要な枚数だけ導電材
料と板状圧電材料とを順次積層すること、で隔壁１０が
形成される。

【００５１】また、第１の導電材料２ａ、第３の導電材
料２ｃなどは、隔壁１０の一方の端面上に金膜（Ａｕ）
を真空蒸着法などの薄膜形成手段で形成された第１の集
電極３ａと導通がとられる。

【００５２】さらに第２の導電材料２ｂ、第４の導電材
料２ｄなどは、隔壁１０の他の端面に第１の集電極３ａ
と同様な手段によって形成された第２の集電極３ｂと導
通がとられている。

【００５３】このような構成により第１の集電極３ａと
第２の集電極３ｂ間に電圧を印加すると、導電材料間に
電圧が生じ、板状圧電材料の厚さ方向に電界が発生す
る。このため隔壁１０は圧電素子として機能する。

【００５４】この隔壁１０は、基板１１上に複数個配列
され、接着剤または加熱溶着法で固定され、溝２０、２
１が形成される。

【００５５】この溝２０、２１の端部の一方に封止２２
を接着し、さらに溝２０、２１と封止２２上に、インク
供給口１３を開口するように形成した蓋１４で覆う。

【００５６】そしてさらに、溝２０の他端にノズル孔２
３を設けたノズル板２４を接着することで、複数の独立
した圧力室１５が形成される。

【００５７】さらに基板１１上に配線パターン２５を配
設し、さらにこの配線パターン２５とフレキシブル配線
板２６とを接続することにより、外部からの駆動でイン
クジェットヘッドが駆動可能となる。

【００５８】また図１では示していないが、インク供給
口１３にはインクカートリッジの共通インク溜からイン
クが供給できるようになっている。

【００５９】また本発明の実施例では、インク供給口１
３は蓋１４に形成したが、封止２２または基板１１に形
成してもかまわない。

【００６０】さらに、インク供給口１３の大きさをチャ
ネル１８の断面積に比べて充分小さくすると、インクが
充填された圧力室１５からのインクの逆流を抑制できる
ので効果的である。本発明のインクジェットヘッド構成
によれば、インク供給口１３の断面積および管路長さを
自由に設定することが可能である。

【００６１】さらに以上の説明では、隔壁１０と基板１
１との接着面、および隔壁１０と蓋１４との接着面に
は、導電材料による電極を形成していない。しかしなが
ら、隔壁１０と基板１１との接着面と、隔壁１０と蓋１
４との接着面に電極を形成し、基板１１と蓋１４に接す
る板状圧電素子を駆動してもかまわない。

【００６２】つぎに、本発明の第１の実施例のインクジ
ェットヘッドの動作を、図１と図２と用いて説明する。

【００６３】第１の集電極３ａ、第２の集電極３ｂに接
続されたフレキシブル配線板２６から電力を供給する
と、第１の導電材料２ａ，第２の導電材料２ｂ間に電圧
が発生する。そして第２の板状圧電材料１ｂは厚さ方向
で電界が生じる。

【００６４】第２の板状圧電材料１ｂは厚さ方向で電界
と反対方向に分極されているので、厚さ方向に縮む。

【００６５】板状圧電材料の厚さをｔ、変形量をδｔ、
印加電圧をＶ、厚さ方向の圧電定数をｄ₃₃とすると、歪
は電界強度に比例し、 δｔ／ｔ＝ｄ₃₃Ｖ／ｔ、つまり、δｔ＝ｄ₃₃Ｖとなる。

【００６６】この上式は、変形量は電圧に比例し、圧電
材料の厚さに依存しないことを意味する。

【００６７】積層された各々の板状圧電材料は、第２の
板状圧電材料１ｂと同様の変形が発生し、全厚さ方向の
変形は、両面に電極が形成された板状圧電材料の積層枚
数ｍと比例しｍ×δｔとなり、一枚に比べｍ倍の大きな
変形量が得られる。

【００６８】さらに、前記の変形量より小さいが、圧電
材料である隔壁１０は、溝２０、溝２１方向に伸びが発
生し、圧力室１５の容積を減じ圧力を発生させる補助的
効果も現れる。

【００６９】前記の厚さ方向の変形の力は大きく、圧力
室１５の断面積をＳとすると、Ｓ×ｍ×δｔだけの容積
は収縮する。この容積の収縮、つまり体積変化量により
圧力室１５内に圧力が発生し、ノズル孔２３よりインク
液滴１７が噴射される。

【００７０】圧力室１５の体積変化量は、インク液滴１
７を形成するために一定量が必要であるが、本発明の実
施例では圧電素子一枚で構成するより、充分大きな体積
変化量が得られる。このため本発明では、安定したイン
ク液滴１７の形成が可能である。

【００７１】またさらに、本発明の実施例では一枚の圧
電素子の変形量をｍ倍に増幅できるので、圧力室の断面
積Ｓは一枚の圧電素子で構成した場合の１／ｍにするこ
とが可能となり小さな圧力室が形成できる。

【００７２】このため、チャネル１８の長さを短くする
ことが可能である。これはつぎに述べるように、インク
の供給に対して有利である。

【００７３】インク液滴１７を連続して生成するために
は、吐出したインク液滴１７と同量のインクが、チャネ
ル１８に対してインク噴射のためのノズル孔２３と反対
の端に位置したインク供給口１３より速やかに供給され
なければならない。

【００７４】したがって、連続してインク液滴１７を形
成するためには、チャネル１８の管路抵抗は小さく、か
つチャネル１８は短い方がよい。

【００７５】本発明によると、積層した圧電素子からな
る隔壁１０の厚さ方向、つまりチャネル１８の高さ寸法
は、板状圧電材料の厚さと積層枚数に依存し、高さを増
す場合には板状圧電材料の枚数を増やすことで、変形量
は大きくすることができる。

【００７６】基本的に発生圧力は、体積変化量／圧力室
体積に比例する。このため、体積の増加分は変形量で補
えるので、吐出力の低下はない。

【００７７】隔壁１０の高さを増せば、チャネル１８の
断面積は大きくできる。このため管路抵抗を小さくで
き、かつ前述のようにチャネル１８の長さを短く構成す
ることができる。したがって、インク供給能力が向上す
るので連続して安定したインク液滴１７を形成すること
ができる。このためインク液滴１７噴射の連続特性が向
上する。

【００７８】同様なことを単層型の従来例で実施すると
変位量は変化せず、厚さが増えた分だけ、圧力室１５全
体の体積は増える。このため発生圧力は低下してしま
う。

【００７９】発生圧力を高くするために、印加する電圧
を増せば良いが、前述のように電圧を１５０Ｖよりさら
に上げることは、実用的でない。

【００８０】また本発明のインクジェットヘッドにおい
ては、積層により変形量を増幅できる。このため、一定
な変形量を得るため必要な印加電圧を、圧電素子一枚の
場合に比べて低くでき、５０Ｖ以下の低電圧駆動が可能
である。

【００８１】さらに、本発明のインクジェットヘッド構
成によれば、インク液滴１７形成にも有利である。

【００８２】前述のようにして発生した圧力によって、
チャネル１８のほぼ中央からノズル孔２３寄りのインク
は、ノズル孔２３に向かってチャネル１８の断面積を持
った流体として流れる。

【００８３】このインクの流れはより細い管であるノズ
ル孔２３で絞られ、ベルヌーイの定理により、インク流
速は大きくなる。これにより高速でインク液滴１７が噴
射することができる。

【００８４】圧電素子の細片を用いるチャネル構造のイ
ンクジェットヘッドでは、発生力の大きさ、および管路
抵抗から考察すると、経験的にはチャネル１８断面積に
対するノズル孔２３面積は１／１０以下が望ましい。

【００８５】さらに、ノズル孔２３の大きさに変えて、
インク液滴１７速度、またはインク液滴１７径をコント
ロールし、記録紙上により高精度でより微細なドットを
形成し、さらに密度の高く美しい印刷を行うこともでき
る。

【００８６】以上の説明では圧電素子の縮みによるイン
ク液滴の噴射動作を記載したが、電界方向と分極方向と
を同方向にし、板状圧電材料を厚さ方向に伸ばして圧力
の容積を増加させ、その後電圧印加を断ち圧電素子が元
の状態に戻ることで圧力を発生させ、インク液滴を噴射
させることも可能である。

【００８７】図１に示すように、溝２１はインクが充填
されない空隙のダミーの溝を形成している。

【００８８】このインクを充填しないダミー溝を形成す
ることにより、隣接するインクが充填された溝２０、２
０ａ、２０ｂ、つまりインクの圧力室１５は個別に駆動
可能となる。

【００８９】このため時間的に自由な駆動が可能とな
り、たとえば、同時に隣接する圧力室１５のインクを噴
射したり、または一方を遅延させて噴射したりすること
も可能となる。

【００９０】インクを充填しないダミーの溝の溝２１を
形成しない場合には、隣接する圧力室１５の間の隔壁１
０は共用される。

【００９１】このため、一方の圧力室１５を駆動したと
き、隣あった圧力室からインク液滴が飛び出さないよう
な条件設定が必要である。

【００９２】具体的には一定量以上の変位を行わないよ
うにするとか、インク孔のメニスカスの液面振動に合わ
せてインク液滴が飛び出さないような駆動タイミングを
選ぶような設定が必要である。

【００９３】ダミーの溝２１は、隣接する圧力室１５の
隔壁１０を独立させる機能だけに形成されているので、
隣接の隔壁１０間に空隙さえあればよい。

【００９４】このダミーの溝２１幅寸法を加工限界の幅
まで狭くすると、圧力室１５の配列ピッチ密度を上げる
のに優位である。したがって、より高密度なノズルピッ
チを持ったヘッドが得られる。

【００９５】さらに以上の説明では、隔壁１０を、イン
ク供給口１３を有する蓋１４と基板１１とに接着した
が、隔壁１０をインク供給口１３を設けた基板１１と蓋
１４とに接着するように構成してもよい。

【００９６】図３は本発明の実施例における他のインク
ジェットヘッド構成を示す部分断面図である。

【００９７】インクを充填する溝２０を覆う蓋３０は、
インクが充填されない溝２１を覆う部分を空隙とするこ
とで実質的に個々の圧力室に対して独立に動くようにな
っている。他の構成は図１と図２とに示すインクジェッ
トヘッドと同じ構成であるので、詳細な説明は省略す
る。

【００９８】図３に示す構成によれば、インク液滴噴射
のための隔壁１０の変位と、蓋３０の変形、または振動
伝播などの機械的影響を完全に断つことができる。この
ために、それぞれの圧力室１５間の干渉現象を完全に抑
えることができる。

【００９９】つぎに本発明によるインクジェットヘッド
の構造を形成するための製造方法について説明する。図
４、図５、図６、図７、図８は、本発明の第１の実施例
によるインクジェットヘッドの製造方法を示した斜視図
である。以下、これらの図面を用い製造工程順にインク
ジェットヘッドの製造方法を説明する。

【０１００】図４に示すように、板状圧電材料となる圧
電セラミックからなる第１のグリーンシート４０ａは、
表面の一部に第１の露出部４１ａが残るように、第１の
導電材料５０ａを印刷法により形成する。

【０１０１】つぎに、図５に示すように第１の導電材料
５０ａの上に、板状圧電材料となる新たな第２のグリー
ンシート４０ｂを積み重ね、第１の露出部４１ａの反対
側の端面に位置する部分に第２の露出部４１ｂが残るよ
うに、第２の導電材料５０ｂを印刷法により形成する。

【０１０２】このように板状圧電材料となるグリーンシ
ートと導電材料とを交互に積み重ねたのちに、加圧焼結
処理することで、図６に示すような圧電素子ブロック６
０を形成することができる。

【０１０３】そして図７で示すように、ガラスからなる
基板１１上に圧電素子ブロック６０を接着する。さらに
圧電素子ブロック上面６１をマスキングしたうえで、全
面に金（Ａｕ）などの導電材料を真空蒸着法により形成
することにより、電極７０を形成する。

【０１０４】このとき、圧電素子ブロック６０内の第１
の導電材料５０ａ、第２の導電材料５０ｂ（図５参照）
などは、それぞれ圧電素子ブロック壁面７０ａ、圧電素
子ブロック壁面７０ｂで、電極７０と導通をとることが
できる。

【０１０５】さらに図８に示すように、圧電素子ブロッ
ク６０と基板１１の一部とをダイヤモンドカッタなどの
切削工具よりカットする。この結果、隔壁１０と溝２０
と、溝２１とが形成される。

【０１０６】さらに基板１１の側面８２に付着した金膜
を平面研削等により除去すると、隔壁１０の個々が駆動
可能となるように電極７０はパターン分離される。

【０１０７】つぎに図１に示すように、封止２２を隔壁
１０の端部に接着し、インク供給口１３を形成したガラ
スからなる蓋１４を隔壁１０上に接着されすることによ
り、複数の圧力室１５を形成することができる。

【０１０８】以上説明してきたように本発明の実施例の
製造方法によれば、圧電素子を駆動する導電材料の各々
が電気的に接続された第１の集電極８０ａと、第２の集
電極８０ｂとを隔壁１０の両端部に簡単に配設すること
ができる。この第１の集電極８０ａと第２の集電極８０
ｂとを隔壁の両端部に配設すると、インクジェットヘッ
ド外の駆動線との実装が容易となるので効果的である。

【０１０９】さらに、本発明の実施例の製造方法によれ
ば、図８に示すように、基板１１上に第１の集電極８０
ａと第２の集電極８０ｂに電力を供給するための配線パ
ターン８１を形成できる。

【０１１０】この配線パターン８１を基板１１上に形成
した構成によれば、さらに、図１で示したフレキシブル
配線板２６との電気的接続が容易となる。

【０１１１】以上、本発明の第１の実施例におけるイン
クジェットヘッドの構成を形成するための製造方法につ
いて述べてきたが、本発明は、この構成に限定されるも
のではない。

【０１１２】たとえば、基板１１はガラスでなく、セラ
ミック、プラスチックなどでもかまわない。

【０１１３】またさらに蓋１４は、ガラスでなく、セラ
ミック、プラスチック、金属でもかまわない。

【０１１４】また本発明の実施例では板状圧電材料に圧
電セラミックを用いたが、有機高分子圧電フィルムを用
いることも可能である。

【０１１５】本発明の実施例では圧電素子の隔壁と基
板、隔壁と蓋との接着面には電極を形成しなかった。し
かしながら、圧電素子ブロック６０の基板、および蓋の
当接する面を導電材料を塗布し、電極を形成すること
で、基板および蓋と隣合わせた板状圧電材料も駆動する
ことも可能である。

【０１１６】さらに電極の取り出し構成は、実施例に限
定されるものでなく、たとえば集電極の形成には真空蒸
着法を用いたが、圧電素子の端面に導電塗装を塗布して
もかまわないし、圧電素子上の集電極から直接、フレキ
シブル配線板を接続してもかまわない。

【０１１７】またさらに図７で圧電素子ブロック上面６
１をマスキングし電極７０を形成したが、マスキングを
しないで全面に金膜を形成し上面６１の全面または一部
の金膜を研削によって除去してもかまわない。

【０１１８】つぎに本発明の第２の実施例を説明する。
図９と図１０とは、本発明の第２の実施例におけるイン
クジェットヘッドを示しており、図９はヘッドの一部を
断面して示す斜視図であり、図１０は圧力室を示す断面
図である。

【０１１９】図９に示すように、実施例１で説明したも
のと同じ構成の隔壁１０を基板１１上に複数個配列する
ことにより形成された複数の溝２０、溝２１の両端部に
封止２２を接着する。

【０１２０】さらに隔壁１０と溝２０と溝２１と封止２
２とを覆うようにインク噴射口９１を形成した蓋９０を
接着し、圧力室１５を形成する。

【０１２１】図１０に示すように、実施例１で説明した
ものと同じ製造方法で、隔壁１０を形成する第２の板状
圧電材料１ｂを駆動する第１の導電材料２ａは、第１の
集電極１００ａに電気的接続を行い、第２の導電材料２
ｂは第２の集電極１００ｂに電気的接続を行う。

【０１２２】さらに第１の集電極１００ａおよび第２の
集電極１００ｂは、基板１１上に形成した配線パターン
１０１と導通をとり、さらにインクジェットヘッドの端
部に取り付けたフレキシブル配線板２６と接続をとる。

【０１２３】フレキシブル配線板２６から電力を供給す
ると、配線パターン１０１を経由して第１の集電極１０
０ａ、第２の集電極１００ｂに電流が流れ、それぞれの
板状圧電材料を駆動することができる。

【０１２４】この図９と図１０とに示す手段で板状圧電
材料１ｂなどに電圧を印加し、隔壁１０を変形させ、イ
ンク噴射口９１よりインク液滴１７をさせる。

【０１２５】そしてインク液滴１７噴射操作後、基板１
１に形成されたインク供給口１０２からインクの供給が
行われる。

【０１２６】この実施例の構成によると、第２の板状圧
電材料１ｂの変形方向にインク噴射口９１を形成してい
るので、発生圧力の方向とインク液滴１７の吐出方向が
一致するため、効率の良いインク液滴１７の噴射が可能
となる。このため吐出速度の向上、圧力室の小型化など
の性能向上を達成することができる。

【０１２７】さらに隔壁１０の狭い端面にノズル板を設
けずにすむので、接着方法が容易であるという製法方法
上の優位さもある。

【０１２８】実施例１で説明したように、図９で示す溝
２１をダミーの溝とすると、それぞれの圧力室１５を変
形させる隔壁１０をそれぞれ独立にできるので、各々の
圧力室１５は時間的に自由に駆動できる。

【０１２９】またさらに、インクを充填しないダミーの
溝２１の幅寸法を狭くすることは、インクジェットヘッ
ドの高密度化に有利であることは、実施例１と同様であ
る。

【０１３０】図１１は本発明の実施例におけるインクジ
ェットヘッドの他の構成を示す部分断面図である。

【０１３１】図９および図１０で示した構成と同じよう
に、隔壁１０を基板１１上に複数個配列することにより
形成された複数の溝２０、溝２１の両端に封止２２（図
９参照）を接着するように設ける。

【０１３２】さらに隔壁１０と溝２０と溝２１と封止２
２を覆うようにインク噴射口１１１を形成した蓋１１０
を、インクの充填される溝２０にそれぞれ独立に接着す
る。

【０１３３】さらに、ノズル孔１１２を形成したノズル
板１１３を蓋１１０上に接着する。

【０１３４】図１１に示す構成によれば、第１の実施例
で説明したと同じように、それぞれの圧力室１５は機械
的干渉が発生しない。

【０１３５】さらにインク噴射面１１４は、平坦形状で
形成できるので、ノズル板１１３のインク汚れを拭き取
るワイピングブレードなどのクリーニング操作も採用可
能となる。

【０１３６】以上説明した実施例、たとえば図１で示し
た圧力室１５を形成する隔壁１０の内面に、ポリパラキ
シレン樹脂を使用した化学蒸着法により形成するコーテ
ィング行い、コーティング膜を形成すれば、圧力室１５
内のインクは、導電材料に接触しない。

【０１３７】このコーティング膜は高い電気絶縁性を有
し、圧力室１５に接する電極である導電材料は圧力室１
５と電気的に絶縁される。

【０１３８】このコーティング膜を設ける構成にする
と、導電材料で形成された駆動電極がインクに触れてい
ない。

【０１３９】このためインクの化学的変化で駆動電極が
腐食したり、気体が発生したりすることがなく、水性イ
ンク・油性インク（非水性）インクのいずれでも使用可
能となる。

【０１４０】本発明の実施例ではポリパラキシレン樹脂
を用いたコーティング膜による構成を示したが、本発明
はこの構成に限定されるものではなく、たとえば導電材
料をあらかじめ圧力室１５を形成する壁面に出ないよう
に印刷しておいて圧電素子を加圧焼結し、圧力室１５を
形成する隔壁１０の壁面には電極が露出しない構成にす
ることも可能である。

【０１４１】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
インクジェットヘッドによれば、板状圧電材料を積層し
ている。このため低電圧駆動でも圧電素子の変形量を充
分大きくとることができ、圧力室の体積変化量が大きい
ため、安定した吐出力が得られるという効果がある。

【０１４２】さらに、圧力室の断面に比べ断面の小さな
ノズル孔を設けている。このため吐出インク流路を絞る
効果により、インク液滴を高速で噴射することができる
という効果がある。

【０１４３】またさらに、圧電素子の変化量が大きいた
め、圧力室の断面積を小さくすることができ、チャネル
の長さの短い圧力室が形成できる。このため、インク流
路抵抗を小さくなり、管路抵抗が小さくできるので、高
い周波数でインク液滴が噴射できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例におけるインクジェット
ヘッドの構成を示す斜視図である。

【図２】本発明の第１の実施例におけるインクジェット
ヘッドの構成を示す断面図である。

【図３】本発明の実施例におけるインクジェットヘッド
の他の構造例を示す断面図である。

【図４】本発明の第１の実施例におけるインクジェット
ヘッドの圧電素子の構造を形成するための製造方法を示
す斜視図である。

【図５】本発明の第１の実施例におけるインクジェット
ヘッドの圧電素子の構造を形成するための製造方法を示
す斜視図である。

【図６】本発明の第１の実施例におけるインクジェット
ヘッドの圧電素子の構造を形成するための製造方法を示
す斜視図である。

【図７】本発明の第１の実施例におけるインクジェット
ヘッドの圧電素子の構造を形成するための製造方法を示
す斜視図である。

【図８】本発明の第１の実施例におけるインクジェット
ヘッドの圧電素子の構造を形成するための製造方法を示
す斜視図である。

【図９】本発明の第２の実施例におけるインクジェット
ヘッドの構成の一部を破断して示す斜視図である。

【図１０】本発明の第２の実施例におけるインクジェッ
トヘッドの構成を示す断面図である。

【図１１】本発明の実施例におけるインクジェットヘッ
ドの他の構造例を示す断面図である。

【図１２】従来例における伸縮モード型のインクジェッ
トヘッドの構成を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ａ第１の板状圧電材料２ａ第１の導電材料３ａ第１の集電極１０隔壁１１基板１３インク供給口１４蓋１５圧力室１７インク液滴１８チャネル２０溝２１溝２２封止２３ノズル孔２４ノズル板２５配線パターン２６フレキシブル配線板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、厚さ方向に分極させた板状圧電
材料を導電材料を介して複数枚積層した圧電素子からな
る隔壁と、隔壁を基板上に複数個配列し形成する溝と、
溝を覆う蓋と、溝端部に配設された封止およびノズル孔
を有するノズル板により構成する圧力室と、基板または
封止または蓋のいずれかに設けるインク供給口とを備
え、導電材料に電圧を印加し隔壁を厚さ方向に変形させ
ることでインクが充填された圧力室の容積を変化させて
ノズル孔よりインク液滴を噴射させること特徴とするイ
ンクジェットヘッド。
【請求項２】基板と、厚さ方向に分極させた板状圧電
材料を導電材料を介して複数枚積層した圧電素子からな
る隔壁と、隔壁を基板上に複数個配列し形成する溝と、
溝を覆う蓋と、溝端部に配設された封止およびノズル孔
を有するノズル板により構成する圧力室と、基板または
封止または蓋のいずれかに設けるインク供給口とを備
え、溝の一本おきにインクを充填して圧力室とし、他の
溝をダミーの溝とし、導電材料に電圧を印加し隔壁を厚
さ方向に変形させることでインクが充填された圧力室の
容積を変化させてノズル孔よりインク液滴を噴射させる
こと特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項３】ダミーの溝は、圧力室を形成する溝より
幅寸法が狭いこと特徴とする請求項２に記載のインクジ
ェットヘッド。
【請求項４】基板と、厚さ方向に分極させた板状圧電
材料を導電材料を介して複数枚積層した圧電素子からな
る隔壁と、隔壁を基板上に複数個配列し形成する溝と、
それぞれの溝を覆う実質的に独立した蓋と、溝端部に配
設された封止およびノズル孔を有するノズル板により構
成する圧力室と、基板または封止または蓋のいずれかに
設けるインク供給口とを備え、溝の一本おきにインクを
充填し圧力室とし、他の溝をダミーの溝とし、導電材料
に電圧を印加し隔壁を厚さ方向に変形させることでイン
クが充填された圧力室の容積を変化させてノズル孔より
インク液滴を噴射させること特徴とするインクジェット
ヘッド。
【請求項５】圧電素子を駆動する導電材料は、それぞ
れが電気的に接続された集電極を隔壁の両端部に配設し
たことを特徴とする請求項１、２、あるい３に記載のイ
ンクジェットヘッド。
【請求項６】集電極に電力を供給するための配線パタ
ーンは、基板上に形成したことを特徴とする請求項５に
記載のインクジェットヘッド。
【請求項７】基板と、厚さ方向に分極させた板状圧電
材料を導電材料を介して複数枚積層した圧電素子からな
る隔壁と、隔壁を基板上に複数個配列して形成する溝
と、溝の両端部に配設された封止と、インク噴射口を有
し溝を覆う蓋により構成する圧力室と、基板または封止
または蓋のいずれかに設けるインク供給口とを備え、導
電材料に電圧を印加し隔壁を厚さ方向に変形させること
でインクが充填された圧力室の容積を変化させてインク
噴射口よりインク液滴を噴射させること特徴とするイン
クジェットヘッド。
【請求項８】溝は、一本おきにインクを充填し圧力室
とし、他の溝をダミーの溝としたこと特徴とする請求項
７に記載のインクジェットヘッド。
【請求項９】ダミーの溝は、圧力室を形成する溝より
幅寸法が狭いこと特徴とする請求項８に記載のインクジ
ェットヘッド。
【請求項１０】基板と、厚さ方向に分極させた板状圧
電材料を導電材料を介して複数枚積層した圧電素子から
なる隔壁と、隔壁を基板上に複数個配列し形成する溝
と、溝の両端部に配設された封止と、溝を覆う実質的に
独立した蓋により構成する圧力室と、蓋上に配したノズ
ル孔を有するノズル板と、基板または封止または蓋のい
ずれかに設けるインク供給口とを備え、溝の一本おきに
インクを充填して圧力室とし、他の溝をダミーの溝と
し、導電材料に電圧を印加し隔壁を厚さ方向に変形させ
ることでインクが充填された圧力室の容積を変化させて
ノズル孔よりインク液滴を噴射させること特徴とするイ
ンクジェットヘッド。
【請求項１１】圧電素子を駆動する導電材料は、それ
ぞれが電気的に接続された集電極を隔壁の両端部に配設
したことを特徴とする請求項７、８、９、あるいは１０
に記載のインクジェットヘッド。
【請求項１２】集電極に電力を供給するための配線パ
ターンは、基板上に形成することを特徴とする請求項１
１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項１３】板状圧電材料を駆動するための電極と
しての導電材料と圧力室に充填されたインクとが接触し
ないように、圧力室にコーティング膜を設けることを特
徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、
１０、１１、あるいは１２に記載のインクジェットヘッ
ド。
【請求項１４】基板と、厚さ方向に分極させた板状圧
電材料を導電材料を介して複数枚積層した圧電素子から
なる隔壁と、隔壁を基板上に複数個配列し形成する溝
と、この溝で形成する圧力室とを有するインクジェット
ヘッドにおける製造方法は、基板に積層圧電体を接着す
る工程と、薄膜形成手段によって基板と積層圧電体に電
極を形成する工程と、積層圧電体および基板をダイシン
グする工程と、個々の圧電素子が駆動可能なように電極
をパターン分離する工程とを有することを特徴とするイ
ンクジェットヘッドの製造方法。