JPH08118630A

JPH08118630A - インクジェットプリンタ用印字ヘッド及びその製造方法

Info

Publication number: JPH08118630A
Application number: JP26285094A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Satake; 健一佐武; Koichi Baba; 弘一馬場; Kikunosuke Tsuji; 菊之助辻; Takashi Watanabe; 剛史渡辺; Setsuo Hori; 節夫堀; Yoko Oba; 陽子大場
Original assignee: Mita Industrial Co Ltd
Current assignee: Kyocera Mita Industrial Co Ltd
Priority date: 1994-10-26
Filing date: 1994-10-26
Publication date: 1996-05-14

Abstract

(57)【要約】【目的】バモルフ型圧電部材を加圧室の側壁に簡単か
つ高精度に設ける。【構成】印字ヘッド１は、表裏面にインク溜２０１、
加圧室２０２、インク流路２０４及びインク噴出路２０
３を構成する凹部が形成された基板２にチタン板からな
る振動板３を接合して構成されている。振動板３の加圧
室２０２に対向する外側面には電極６と該振動板３間に
水熱合成法により分極方向が互い逆方向の２枚のＰＺＴ
４１，４２を析出させてバイモルフ型の圧電素子４が形
成されている。電極６及び振動板３をチタン板で構成
し、電極６及び振動板３にＰＺＴ４１，４２を析出させ
て圧電素子４を形成することによりバイモルフ型圧電素
子４が簡単かつ高精度で形成されるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェットプリン
タ用印字ヘッドの構造及びその製造方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、駆動源として圧電素子を用いたイ
ンクジェットプリンタの印字ヘッドが知られている。

【０００３】図１７は、従来のカイザー方式による印字
ヘッドの構造を示す要部断面図である。同図に示す印字
ヘッド３００は、表面部に複数個のドット印字部３０５
が紙面、奥行き方向に並設されたもので、各ドット印字
部３０５は、インク流路３０１ａ、加圧室３０１ｂ、イ
ンク流路３０１ｃ、インク噴出路３０３ａ、インク噴出
口３０３ｂ及び圧電素子３０４を備えている。

【０００４】各ドット印字部３０５のインク流路３０１
ａ、加圧室３０１ｂ及びインク流路３０１ｃは、感光性
ガラスからなる基板３０１の表面に所定パターンの凹部
を形成し、該基板３０１の表面に振動板３０２を接着剤
で接合して構成されている。また、圧電素子３０４は、
上記加圧室３０１ｂの加圧源で、例えばチタン酸ジルコ
ン酸鉛（以下、ＰＺＴという）からなる圧電部材３０４
ｃの表裏面に電極３０４ａ，３０４ｂを形成したもので
ある。圧電素子３０４は、振動板３０２の加圧室３０１
ｂに対向する位置に接着剤で接着して取り付けられてい
る。

【０００５】また、各ドット印字部３０５のインク噴出
路３０３ａ及びインク噴出口３０３ｂは、振動板３０２
が接合された基板３０１の先端に、インク噴出路３０３
ａ及びインク噴出口３０３ｂが形成されたノズルプレー
ト３０３を紫外線硬化型接着剤で接着して構成されてい
る。

【０００６】上記振動板３０２は、加圧室３０１ｂの天
井部を変形可能にする側壁を構成するとともに、上記イ
ンク流路３０１ａ、加圧室３０１ｂ及びインク流路３０
１ｃの側壁も構成している。

【０００７】そして、上記印字ヘッド３００は、以下の
手順で製造されている。まず、上記感光性ガラスからな
る基板３０１の表面にフォトリソグラフィー技術により
インク流路３０１ａ、加圧室３０１ｂ及びインク流路３
０１ａの凹部が形成され、この基板３０１の表面に同一
の感光性ガラスからなる振動板３０２が接着剤により接
合される。

【０００８】次に、振動板３０２が接合された基板３０
１（以下、この基板をヘッド基板３０６という）の振動
板３０２の表面に共通電極としてＩＴＯ（Indium Tin O
xide）膜３０７が形成された後、該振動板３０２の上記
加圧室３０１ｂに対向する位置に、予め部品として製造
されている圧電素子３０４がエポキシ系接着剤で接着し
て取り付けられる。そして、ヘッド基板３０６の先端
に、インク噴出面が撥水性処理されたノズルプレート３
０３が紫外線硬化型接着剤で接合されて印字ヘッド３０
０が完成する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、印字ヘッド
を長尺化し、ラインヘッドを構成する場合、例えばＡ４
サイズの定型紙用のラインヘッドでは、５１００個もの
ドット印字部が必要になり、多数のドット印字部をライ
ンヘッド本体に高密度かつ高精度に配設する技術か必要
になる。特に加圧室の加圧源である圧電部材について
は、小サイズで電気歪の大きい特性が要求されるととも
に、振動板の各加圧室の対向位置に高精度で設けられな
ければならない。

【００１０】上記従来の印字ヘッド３００は、別部品の
圧電素子３０４を個々に振動板３０２の加圧室３０１ｂ
に対向する位置に接着剤で取り付けているので、取付作
業が煩雑であるとともに、各圧電素子３０４の位置合せ
を高精度で行なうことが困難になっている。

【００１１】また、各圧電素子３０４の接着強度を均一
にすることも困難で、このため、圧電素子３０４による
加圧室３０３内のインクの圧力がバラつき、ドット印字
３０５間のインク滴の噴出特性にバラツキが生じること
となっている。

【００１２】また、圧電素子として電気歪の大きいバイ
モルフ型圧電素子も知られているが、ラインヘッドにお
いては、微小サイズが要求されるため、従来のバイモル
フ型圧電素子の利用は困難になっている。

【００１３】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
で、電気歪の大きいバイモルフ型圧電素子を備え、安定
したインクの噴出特性を有するインクジェットプリンタ
用印字ヘッド及び複数のバイモルフ型圧電部材の振動板
への取付けが簡単かつ高精度に行なえるインクジェット
プリンタ用印字ヘッドの製造方法を提供することを目的
とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、一側壁が変形
可能な振動板で構成された加圧室と上記振動板を変形さ
せて上記加圧室に連通するインク噴出口からインク滴を
噴出させる圧電部材とを有する複数のドット印字部を備
えたインクジェットプリンタ用印字ヘッドにおいて、上
記圧電部材は、互いに分極方向が逆方向の２枚のＰＺＴ
が積層され、各ＰＺＴがそれぞれチタンからなる上側電
極と下側電極とに化学結合されてなるものである（請求
項１）。

【００１５】なお、上記インクジェットプリンタ用印字
ヘッドにおいて、上記振動板はチタン板で構成し、上記
圧電部材の下側電極を兼用するとよい（請求項２）。

【００１６】また、本発明は、基板表面に各ドット印字
部の加圧室に相当する凹部が形成されたガラス基板の当
該表面に、上記各加圧室の対向位置に圧電部材が設けら
れた振動板を接合して製造されるインクジェットプリン
タ用印字ヘッドの製造方法であって、上記振動板への圧
電部材の配設工程は、チタン板からなる振動板の圧電部
材形成位置の上方に、複数個の位置規制部材を介してチ
タン板からなる電極を平行に支持する第１の工程と、上
記振動板及び電極の、両板が対向する内側面を除いてレ
ジスト膜を形成する第２の工程と、水熱合成法により上
記電極と振動板間に分極方向が互いに逆方向の２枚のＰ
ＺＴの結晶を析出させる第３の工程とからなるものであ
る（請求項３）。

【００１７】また、本発明は、上記インクジェットプリ
ンタ用印字ヘッドにおいて、上記振動板は、ガラス基板
からなり、上記圧電部材の下側電極は、上記振動板の圧
電部材取付位置に形成されたチタン薄膜で構成したもの
である（請求項４）。

【００１８】また、本発明は、基板表面に所定ピッチで
配列された複数の加圧室に相当する凹部が形成されたガ
ラス基板の当該表面に、上記各加圧室の対向位置に圧電
部材が設けられた振動板を接合して製造されるインクジ
ェットプリンタ用印字ヘッドの製造方法であって、上記
振動板への圧電部材の配設工程は、ガラス基板からなる
振動板の圧電部材形成位置にそれぞれチタン薄膜からな
る下側電極を形成する第１の工程と、上記下側電極と同
一サイズを有するチタン板からなる複数の上側電極を上
記所定ピッチで連結してなる電極部材を、上記上側電極
を対応する下側電極に対向させて、複数個の位置規制部
材を介して上記振動板の上方に平行に支持する第２の工
程と、上記下側電極及び上側電極の対向面を除いて上記
振動板及び電極部材にレジスト膜を形成する第３の工程
と、水熱合成法により上記下側電極と上側電極間に分極
方向が互いに逆方向の２枚のＰＺＴの結晶を析出させる
第４の工程とからなるものである（請求項５）。

【００１９】なお、上記位置規制部材としてガラスビー
ズ若しくは樹脂ビーズを用いるとよい（請求項６，
７）。

【００２０】

【作用】請求項１記載の発明によれば、各ドット印字部
の加圧室に設けられた圧電部材は、チタンからなる上側
電極と下側電極間に分極方向が互いに逆方向の２枚のＰ
ＺＴを積層してなるバイモルフ型圧電部材で構成されて
いる。上側のＰＺＴは、上側電極に化学結合され、下側
のＰＺＴは、下側電極に化学結合されている。

【００２１】上側電極と下側電極間に駆動電圧が印加さ
れると、逆圧電効果により２枚のＰＺＴにそれぞれ電圧
印加方向に対して垂直方向の電気歪が生じる。これによ
り加圧室の側壁が内側に変形し、インクが加圧されてイ
ンク噴出口から押し出され、インク滴となって噴出す
る。

【００２２】２枚のＰＺＴは互いに分極方向が逆になっ
ているので、互いに逆方向の電気歪特性を有し、例えば
下側のＰＺＴは伸長特性となり、上側のＰＺＴは収縮特
性となる。従って、圧電部材全体としては、上側のＰＺ
Ｔの縮小力と下側のＰＺＴの伸長力とが合成された大き
い電気歪が生じ、単一のＰＺＴを有する圧電部材に比し
て大きい圧力でインクがインク噴出口から押し出され
る。

【００２３】請求項２記載の発明によれば、加圧室の一
側壁を構成する振動板（チタン板）と該振動板の圧電部
材取付位置の上方に配置された上側電極（チタン板）間
に分極方向が互いに逆方向の２枚のＰＺＴが積層形成さ
れてバイモルフ型圧電部材が構成される。

【００２４】請求項３記載の発明によれば、圧電部材
は、チタン板からなる電極がチタン板からなる振動板の
圧電部材取付位置の上方に複数個の位置規制部材を介し
て平行に支持され、次に、電極と振動板とで挟まれた内
側面を除いて電極の外側面と振動板の表面とにレジスト
膜が形成された後、水熱合成法により上記電極と振動板
とで挟まれた内側面にＰＺＴが析出されて振動板の所定
位置に設けられる。

【００２５】すなわち、所定の高温高圧下の水溶液内に
上記振動板を浸漬すると、振動板の圧電部材取付位置と
上記電極の裏面とに結晶核が形成され、これら結晶核か
らそれぞれＰＺＴの結晶が析出されて２枚のＰＺＴが積
層形成される。ＰＺＴの分極方向は結晶の成長方向と逆
方向に生じ、上側のＰＺＴは上方向に分極し、下側のＰ
ＺＴは下方向に分極する。そして、バイモルフ型圧電部
材が積層形成された振動板が、各ドット印字部の加圧室
に相当する凹部が形成された基板の表面に接合されてイ
ンクジェットプリンタ用印字ヘッドが製造される。

【００２６】請求項４記載の発明によれば、加圧室の一
側壁を構成する振動板がガラス基板で構成され、この基
板の圧電部材取付位置に形成されたチタン薄膜と該チタ
ン薄膜の上方に配置された上側電極（チタン板）間に分
極方向が互いに逆方向の２枚のＰＺＴが積層形成されて
バイモルフ型圧電部材が構成される。

【００２７】請求項５記載の発明によれば、基板からな
る振動板の圧電部材取付位置にチタン薄膜からなる下側
電極が形成され、この基板の上方に、上側電極を対応す
る下側電極に対向させて電極部材が配置される。電極部
材と基板間には複数個の位置規制部材が介在され、これ
により電極部材は基板に対して平行に支持される。続い
て、下側電極と上側電極の対向面を除いて振動板及び電
極部材にレジスト膜が形成され、水熱合成法により下側
電極と上側電極間に分極方向が互いに逆方向の２枚のＰ
ＺＴが積層形成されてバイモルフ型圧電部材が形成され
る。

【００２８】請求項６又は７記載の発明によれば、電極
部材は、複数のガラスビーズ又は樹脂ビーズにより振動
板の上方の所定の高さに平行に支持される。また、電極
部材の高さは、ガラスビーズ又は樹脂ビーズの粒径によ
り決定される。

【００２９】

【実施例】図１は、本発明に係るインクジェットプリン
タ用印字ヘッドの第１実施例の部分平面図、図２は、図
１のＡ−Ａ断面図、図３は、図２の加圧部Ｋの拡大図、
図４は、図１のＢ−Ｂ要部断面図である。

【００３０】図１〜図４に示す印字ヘッド１は、図７に
示すＡ４サイズの定型紙用のラインヘッド１３を構成す
るもので、１０個の印字ヘッド１を層状に重ねてライン
ヘッド１３が構成されるようになっている。なお、ライ
ンヘッド１３の構成については、後述する。

【００３１】印字ヘッド１は、シリコン、感光性ガラス
等の絶縁部材からなる基板２、この基板２の表裏面に接
合されたチタン板からなる振動板３及びＰＺＴからなる
圧電素子４からなり、表裏面にそれぞれ２５５個のドッ
ト印字部１０１を備えている。

【００３２】印字ヘッド１は板状をなし、ドット印字部
１０１の配列方向を幅方向、配列方向に対して垂直方向
を奥行き方向とすると、略２２０mm（幅）×１８mm（奥
行き）×１２mm（厚さ）のサイズを有している。

【００３３】各ドット印字部１０１は、インク溜２０
１、加圧室２０２、インク噴出路２０３及びインク噴出
口２０３Ａを備え、インク溜２０１と加圧室２０２間及
び加圧室２０２とインク噴出路２０３間は、インク流路
２０４で連通されている。各ドット印字部１０１は、基
板２の表裏面に上記インク溜２０１〜インク流路２０４
に相当する凹部を形成し、この基板２の表裏面に上記振
動板３を接着剤で接合して形成されている。従って、振
動板３により上記インク溜２０１〜インク流路２０４の
天井側の側壁が構成されている。

【００３４】上記インク溜２０１、インク流路２０４、
加圧室２０２、インク流路２０４及びインク噴出路２０
３は、基板２の基端側（図１の右端側）から先端側（図
１の左端側）にこの順で直線状に形成され、基板２の先
端側面２ａにインク滴が噴出される矩形状のインク噴出
口２０３Ａが設けられている。

【００３５】また、各ドット印字部１０１は、インク噴
出口２０３Ａのピッチが略０．８５mmとなるように印字
ヘッド１の長手方向に配列されている。図３に示すよう
に、表面側に配列されたインク噴出口２０３Ａと裏面側
に配列されたインク噴出口２０３Ａとは略１mmの間隔を
有し、裏面側に配列された各インク噴出口２０３Ａは表
面側に配列された各インク噴出口２０３Ａに対して１／
２ピッチだけ配列方向にずらしている。

【００３６】上記インク溜２０１は、インクを供給する
部分で、各ドット印字部１０１のインク溜２０１は共通
になっている。インク溜２０１は、印字ヘッド１の基端
側面２ｂで開口されており、この開口部にインク源から
配管を介してインクが補給されるようになっている。ま
た、加圧室２０２は、インク噴出口２０３Ａからインク
滴を噴出させるための加圧部で、上記圧電素子４の逆圧
電効果により加圧室２０２の天井壁（振動板３）を加圧
室側に変形させてインクを加圧するようになっている。
なお、インク噴出口２０３Ａを高密度に配置するため、
隣り合うドット印字部１０１の加圧室２０２は、互いに
前後方向にずらした位置に形成されている（図１参
照）。

【００３７】上記インク噴出路２０３は、インク噴出口
２０３Ａから噴出されるインク滴の大きさを調整する部
分である。加圧室２０２、インク流路２０４及びインク
噴出路２０３は、矩形状の断面を有し、加圧室２０２か
らインク噴出口２０３Ａの間は、インクの流出路の断面
積が段階的に小さくなっている。本実施例では、加圧室
２０２、インク流路２０４及びインク噴出路２０３の各
断面積Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３は、例えばＳ１＝０．１５m
m²、Ｓ２＝０．０３mm²、Ｓ３＝０．００２５mm²となっ
ている。なお、インクをスムーズに流出させるため、加
圧室２０２とインク流路２０４間、インク流路２０４と
インク噴出路２０３間等の境界部分は、断面積が急変し
ないようにテーパが設けられている（図１参照）。

【００３８】上記基板２は、その表裏面に、フォトリソ
グラフィー技術を用いて各ドット印字部１０１のインク
溜２０１、加圧室２０２、インク噴出路２０３及びイン
ク流路２０４に相当する所定パターンの凹部が形成され
ている。

【００３９】上記振動板３は、前述したように基板２の
表面に接着剤で接合されて上記各ドット印字部１０１の
インク溜２０１、加圧室２０２等の天井側の壁を構成す
るとともに、各圧電素子４の共通電極（下側電極）を構
成している。

【００４０】上記圧電素子４は、各ドット印字部１０１
の加圧源で、略１mm（幅）×４mm（長さ）×０．０８mm
（高さ）のサイズを有する短冊状をなし、振動板３の外
側面の各加圧室２０２に対応する位置に、水熱合成法に
よりＰＺＴを析出させて直接、設けられている。圧電素
子４は、互いに逆方向の分極を有するＰＺＴ４１とＰＺ
Ｔ４２とが積層された２層構造を成し、ＰＺＴ４２の下
面は振動板３に化学結合され、ＰＺＴ４１の上面はチタ
ンからなる電極（上側電極）６に化学結合されている。
ＰＺＴ４１，４２は、駆動電圧の印加方向（振動板３及
び電極６に対して垂直方向）に分極されており、ＰＺＴ
４１は、振動板３から電極６の方向の分極方向を有し、
ＰＺＴ４２は、電極６から振動板３の方向の分極方向を
有している（図３の矢印参照）。

【００４１】図５は、印字ヘッドの製造方法を示す図で
ある。まず、基板２は、上述の方法により予め用意され
ているとする。次に、以下の手順で振動板（チタン板）
３に圧電素子４が形成される。

【００４２】すなわち、チタン板３の表面に感光性レジ
スト５が塗布され（図５（ａ））、圧電素子４を形成す
べき位置の感光性レジスト５がフォトエッチングにより
除去される（同図（ｂ））。この後、振動板３の圧電素
子４を形成すべき位置に所定粒径（例えば０．０４mm)
の耐アルカリ強化型のガラスビーズ７を介在させて短冊
状のチタンからなる電極６が平行に支持され、更に、こ
の電極６は、例えば両端部を接着剤８で振動板３に接着
して固定される（同図（ｃ））。なお、電極６の表面
は、レジスト５により被覆されている。この後、水熱合
成法により電極６と振動板３に挟まれた空間にＰＺＴを
析出させて圧電素子４が形成される（同図（ｄ））。

【００４３】なお、上記ガラスビーズ７は、上記電極６
の振動板３に対する位置を規制するとともに、電極６を
振動板３に対して平行に支持するための位置規制部材で
ある。本実施例では、位置規制部材としてビーズを用い
たが、矩形等の他の形状の部材を用いてもよい。

【００４４】図６は、水熱合成法によりチタン板にＰＺ
Ｔを析出させる方法を示す図である。チタン板３へのＰ
ＺＴの析出は、チタン板３の所定位置にＰＺＴの結晶核
を形成する第１の工程と、上記結晶核にＰＺＴの結晶を
成長させる第２の工程とからなる。また、上記第２の工
程とを複数回繰り返してＰＺＴの厚みが所望の厚みに制
御される。

【００４５】第１の工程は、ＰｂとＺｒとのモル比Ｐｂ
／Ｚｒが略２．２９となるように硝酸鉛（Pb(NO₃)₂）、
オキシ塩化ジルコニウム（ZrOCl₂・8H₂O）及び水酸化カ
リウム（KOH(8N)）を所定の比率で混合した水溶液１０
と電極６が取り付けられた振動板３とをオートクレーブ
９内に入れ、更にこのオートクレーブ９をシリコンオイ
ル１１で満たされた恒温槽１２内の浴室に入れ、所定の
温度プロファイル（例えば１５０℃＋４８時間）により
加熱して行なわれる。

【００４６】また、第２工程は、Ｐｂ、Ｚｒ及びＴｉの
モル比がＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１１０：５２：４８となる
ように、硝酸鉛、オキシ塩化ジルコニウム、四塩化チタ
ン（TiCl₄）及び水酸化カリウム（KOH(4N)）を所定の比
率で混合した水溶液１０と上記第１工程を経たチタン板
３とをオートクレーブ９内に入れ、更にこのオートクレ
ーブ９をシリコンオイル１１で満たされた恒温槽１２内
の浴室に入れ、所定の温度プロファイル（例えば１２０
℃＋２４時間）により加熱して行なわれる。

【００４７】上記温度条件に従い高温高圧下で電極６が
取り付けられた振動板３を上記水溶液１０に浸漬する
と、電極６の内側面及び振動板３の電極６に対向する位
置にそれぞれＰＺＴの結晶核が生成され、更に両結晶核
からＰＺＴが電極６と振動板３間の中心に向かって成長
する。電極６から振動板３側に析出したＰＺＴ４１と振
動板３から電極６側に析出したＰＺＴ４２とは電極６と
振動板３間の略中央で当接し、２層構造の圧電素子（バ
イモルフ型圧電素子）４が形成される。

【００４８】上層のＰＺＴ４２は、振動板３から電極６
の方向の分極を有し、下層のＰＺＴ４１は、電極６から
振動板３の方向の分極を有する（図５（ｄ）の矢印参
照）。

【００４９】そして、上記圧電素子４が形成された振動
板３は基板２の表裏面の所定位置にエポキシ系接着剤で
接合されて印字ヘッド１が完成する（同図（ｅ））。

【００５０】上記のように水熱合成法により電極６と振
動板３間にＰＺＴを析出させて圧電素子４を形成するよ
うにしているので、バイモルフ型の圧電素子４を簡単に
形成することができる。また、ガラスビーズ７により電
極６を振動板３に対する所定の高さに平行に支持するよ
うにしているので、各圧電素子４を高精度で形成するこ
とができる。

【００５１】また、圧電素子４は化学結合により電極６
及び振動板３に結合されているので、その結合力が強
く、かつ、素子間のバラツキも少なくなる。これにより
各ドット印字部１０１の加圧源の駆動効率及び安定性が
向上する。

【００５２】更に振動板３が直接、加圧室２０２の側壁
の一部を構成するとともに、各圧電素子４の共通電極と
なっているので、印字ヘッドの構成が簡単になり、印字
ヘッド１の組立作業が簡素化され、作業効率も向上す
る。

【００５３】図７は、印字ヘッドを多段に組み合せて構
成されるラインヘッドの斜視図である。

【００５４】ラインヘッド１３は、１０個の印字ヘッド
１を電極基板１４，１４′（図８参照）を介して高さ方
向に重ね合わせてヘッド部１３１が構成され、該ヘッド
部１３１の基端側を支持部１３２で支持して構成されて
いる。この構成によりラインヘッド１３の先端面１３ａ
に５１００個のインク噴出口２０３Ａが２０行×２５５
列のマトリクス状に配列されるようになっている。な
お、偶数行のインク噴出口２０３Ａ（各印字ヘッド１の
裏面側に形成されたインク噴出口２０３Ａ）は奇数行の
インク噴出口２０３Ａ（各印字ヘッド１の表面側に形成
されたインク噴出口２０３Ａ）に対して配列方向に１／
２ピッチだけ位置がずれている。

【００５５】支持部１３２は、上記電極基板１４，１
４′に設けられた圧電素子４の制御ラインを不図示の駆
動制御回路に接続するための接続部であるとともに、各
印字ヘッド１のインク溜２０１に不図示のインク供給部
からインクを補給するためのインク補給部となってい
る。

【００５６】図８は、ヘッド部１３１の要部断面図であ
る。ヘッド部１３１は、上記のように１０個の印字ヘッ
ド１を電極基板１４，１４′を介して高さ方向に重ね合
わせて構成されている。印字ヘッド１間に介在される電
極基板１４は、絶縁性の支持体１４１の両面に制御ライ
ン及び接続電極１５が形成されたＦＰＣ１４２を接着し
て構成され、最上段及び最下段の印字ヘッド１の外側面
に取り付けられる電極基板１４′は、絶縁性の支持体１
４１の一方面に制御ライン及び接続電極１５が形成され
たＦＰＣ１４２を接着して構成されている。

【００５７】なお、電極基板１４の支持体１４１は、略
１mmの厚さを有し、前述したようにインク噴出口２０３
Ａの行間ピッチが略１mmピッチとなるようにしている。

【００５８】電極基板１４，１４′は、印字ヘッド１の
平面形状と同一の形状を有し、各印字ヘッド１の上下面
に圧接させて取り付けられている。このとき、電極基板
１４，１４′のＦＰＣ１４２に形成された接続電極１５
が、対応する圧電素子４の上面に形成された電極６に圧
接され、これにより各圧電素子４が接続電極１５を介し
て制御ラインに接続されるようになっている。そして、
各圧電素子４は、ＦＰＣ１４２の制御ライン及び振動板
３（共通電極）並びに支持部１３２を介して上記駆動制
御回路に接続されるようになっている。

【００５９】上記構成において、駆動制御回路から圧電
素子４の電極６と振動板（チタン板）３間に駆動電圧が
印加されると、図９に示すように、下側のＰＺＴ４２に
は伸長方向（図９、Ａ方向）の電気歪が発生し、上側の
ＰＺＴ４１には収縮方向（図９、Ｂ方向）の電気歪が発
生する。このため圧電素子４全体としては両ＰＺＴ４
１，４２に生じる電気歪の合力が作用し、圧電素子４の
下面、すなわち、加圧室２０２の側壁には内側に突出さ
せる強い力が作用する。これにより振動板３が加圧室２
０２側に変形し、インクが加圧されてインク噴出口２０
３Ａから押し出される。

【００６０】上記のように圧電素子４は、バイモルフ型
であるので、下側のＰＺＴ４２のみからなる圧電素子に
比してインクへの加圧力が大きくなり、ドット印字部１
０１間のインク滴の噴出特性のバラツキを低減すること
ができる。

【００６１】図１０は、印字ヘッドの第２実施例の要部
断面図で、第１実施例の図４に相当する図である。

【００６２】第２実施例は、チタン板からなる振動板３
に代えて耐アルカリ性のガラス基板１６の表裏面にスパ
ッタリングや蒸着によりチタン薄膜１７が形成された振
動板３１を用いたものである。印字ヘッド１′は、第１
実施例と同一の方法により振動板３１のチタン薄膜１７
上の圧電素子４を形成すべき位置に互いに分極方向が逆
方向の２枚のＰＺＴ４１，４２が形成され、該ＰＺＴ４
１，４２が形成された振動板３１を基板２の表裏面に接
着剤で接合して組み立てられる。

【００６３】図１１は、印字ヘッドの第３実施例の要部
断面図で、第１実施例の図４に相当する図である。

【００６４】第３実施例は、第２実施例に係る印字ヘッ
ド１′の振動板３１を変形したものである。すなわち、
上記振動板３１は、ガラス基板１６の表面全面にチタン
薄膜１７を形成し、このチタン薄膜１７を各圧電素子４
の共通電極としていたが、第３実施例に係る印字ヘッド
１″の振動板３２は、ガラス基板１６の表裏面全面に共
通電極としてＩＴＯ薄膜１８を形成し、このＩＴＯ薄膜
１８上の圧電素子４を形成すべき位置にチタン薄膜１７
を形成したものである。

【００６５】印字ヘッド１″も第１実施例と同一の方法
により振動板３２のチタン薄膜１７上に互いに分極方向
が逆方向の２枚のＰＺＴ４１，４２が形成され、該ＰＺ
Ｔ４１，４２が形成された振動板３２を基板２の表裏面
に接着剤で接合して組み立てられる。

【００６６】上記第２及び第３実施例においても第１実
施例と同様に、圧電素子４の形成位置の精度が向上する
効果を有する。また、圧電素子４の振動板３１，３２へ
の取付強度が高く、かつ、素子間のバラツキも少なくな
るので、各ドット印字部１０１の加圧源の駆動効率及び
安定性を向上させることができる。更に振動板３１，３
２をガラス基板１６で構成しているので、圧電素子４の
駆動時における残留振動が迅速に減衰し、インク噴出口
２０３Ａから噴出されるインク滴のきれが向上する効果
もある。

【００６７】図１２は、圧電素子の上側電極を共通電極
とする第４実施例に係る印字ヘッドの部分平面図であ
る。図１３は、第４実施例に係る印字ヘッドの振動板の
一例を示す部分平面図、図１４は、第４実施例に係る印
字ヘッドに用いられる電極部材の第１実施例を示す平面
図である。

【００６８】上記第１〜第３実施例は、振動板側に各圧
電素子４の共通電極を設けていたが、第４実施例は、振
動板側に各圧電素子４の個別電極を設け、各圧電素子４
の上側電極６を共通電極としたものである。

【００６９】第４実施例は、各圧電素子４の上側電極６
に同一の駆動電圧が印加されるので、各圧電素子４の電
極６を連結することが可能になる。このため、例えば図
１３に示すように、複数の結晶析出部１９１（各圧電素
子４の電極６に相当）の一方端が連結部１９２で連結さ
れた串型の電極部材１９を用いることにより、水熱合成
法によるバイモルフ型圧電素子４の形成を簡単かつ高精
度に行なうことができる。

【００７０】図１２に示す印字ヘッド２０は、図１３に
示す振動板３３の圧電素子４の形成位置の上方に、図１
４に示す串型の圧電部材１９を平行に配置し、各結晶析
出部１９１と、対応するチタン薄膜１７（下側電極に相
当）との間に水熱合成法により２枚のＰＺＴ４１，４２
を析出させて圧電部材４を形成するようにしたものであ
る。

【００７１】振動板３３は、ガラス基板２′の圧電素子
４の形成位置にチタン薄膜１７からなる下側電極Ｄ１を
形成するとともに、該電極Ｄ１から基端部にライン電極
Ｄ２を形成して構成されている。一方、電極部材１９
は、上記電極Ｄ１と同一サイズを有する複数の結晶析出
部１９１の一方端が連結部１９２により、振動板３３の
同一ライン上に配列されている電極Ｄ１（１つ置きに配
列されている電極Ｄ１）の配列ピッチと同一ピッチで連
結されている。

【００７２】そして、振動板３３への圧電部材４の形成
は、以下の手順で行なわれる。まず、各結晶析出部１９
１がチタン薄膜１７に対向するように、２個の電極部材
１９が振動板３３の上方位置に位置決めされて所定の高
さに平行に支持される。２個の電極部材１９は、図１２
に示すように、前側のチタン薄膜１７の配列と後側のチ
タン薄膜１７の配列とにそれぞれ位置決めされて平行に
支持される。また、各電極部材１９は、前述したように
結晶析出部１９１とチタン薄膜１７間に複数個のガラス
ビーズ７を介在させて所定の高さに平行に支持される。

【００７３】次に、チタン薄膜１７と電極部材１９の結
晶析出部１９１とで挟まれた内側面を除いて振動板３３
及び電極部材１９にレジスト膜が形成された後、前述し
た水熱合成法により各チタン薄膜１７と結晶析出部１９
１間に分極方向が逆方向の２枚のＰＺＴ４１，４２の結
晶を析出させてバイモルフ型の圧電部材４が形成され
る。

【００７４】上記のように、複数のドット印字部１０１
の圧電素子４の下側電極として振動板３３の表面にチタ
ン薄膜１７を所定ピッチで配列形成する一方、上記圧電
素子４の上側電極に相当する複数の結晶析出部１９１を
上記所定ピッチで連結してなる電極部材１９を振動板３
３の所定位置の上方に配置し、結晶析出部１９１（上側
電極）と振動板３３のチタン薄膜１７(下側電極)間に水
熱合成法にＰＺＴ４１，４２を析出させるようにしてい
るので、電極部材１９の位置決めを行なうことにより各
圧電素子４の形成位置の位置決めを精度良く行なうこと
ができる。また、一度に複数のバイモルフ型圧電素子４
を形成することができるので、製造工数が低減される。

【００７５】なお、上記実施例では、電極部材１９の形
状を串型にしていたが、圧電素子４の上側電極６に相当
する複数の結晶析出部１９１が所定ピッチで連結されて
いるものであれば、電極部材１９は、串型のものに限定
されるものではなく、例えば図１５に示すように、上記
結晶析出部１９１の中間位置を互いに連結したものであ
ってもよい。また、上記実施例では、図１４に示す串型
の電極部材１９を２個用いていたが、図１６に示すよう
に、結晶析出部１９１を千鳥がけに連結した電極部材１
９′を用いてもよい。

【００７６】更に、上記実施例では位置規制部材として
耐アルカリ強化型のガラスビーズを使用していたが、こ
れに限らず、例えばポリサルフォン等の樹脂からなるビ
ーズ（粒径略０．０４mmφ）を使用してもよい。

【００７７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
一側壁が変形可能な振動板で構成された加圧室と上記振
動板を変形させて上記加圧室に連通するインク噴出口か
らインク滴を噴出させる圧電部材とを有する複数のドッ
ト印字部を備えたインクジェットプリンタ用印字ヘッド
において、上記圧電部材を、互いに分極方向が逆方向の
２枚のＰＺＴが積層され、各ＰＺＴがそれぞれチタンか
らなる上側電極と下側電極とに化学結合されてなるバイ
モルフ型圧電部材で構成したので、圧電部材の電気歪が
大きく、しかも均一になり、大きい加圧力が得られると
ともに、ドット印字部間の加圧力のバラツキが低減され
る。

【００７８】特に、振動板をチタン板で構成し、加圧室
の一側壁と圧電部材の下側電極とを兼用するようにした
ので、圧電部材の取付構造が簡単になる。また、圧電部
材と振動板間の結合力が大きく、安定しているので、ド
ット印字部間のインク噴出特性のバラツキが低減され
る。

【００７９】また、上記インクジェットプリンタ用印字
ヘッドの製造方法において、チタン板からなる振動板の
圧電部材取付位置の上方に、複数個の位置規制部材を介
してチタン板からなる電極を平行に支持し、水熱合成法
により上記電極と振動板間にＰＺＴの結晶を析出させ
て、分極方向が互いに逆方向の２枚のＰＺＴを積層形成
するようにしたので、バイモルフ型圧電部材を簡単かつ
高精度で振動板に設けることができる。

【００８０】また、上記インクジェットプリンタ用印字
ヘッドにおいて、上記振動板を、圧電部材取付位置にチ
タン薄膜が形成されたガラス基板で構成し、該チタン薄
膜上に化学結合させてバイモルフ型圧電部材を設けたの
で、結合力の大きいバイモルフ型圧電部材を簡単かつ高
精度に設けることができる。

【００８１】また、上記インクジェットプリンタ用印字
ヘッドの製造方法において、上記チタン薄膜と同一サイ
ズを有するチタン板からなる複数の電極を所定ピッチで
連結してなる電極部材を、上記電極を対応するチタン薄
膜に対向させて振動板の上方に、複数個の位置規制部材
を介して平行に支持し、水熱合成法により上記チタン薄
膜と電極間に分極方向が互いに逆方向の２枚のＰＺＴの
結晶を析出させてバイモルフ型圧電部材を形成するよう
にしたので、所定ピッチで配列された複数のバモルフ型
圧電部材を備えたインクジェットプリンタ用印字ヘッド
の当該バモルフ型圧電部材の振動板への取付が簡単かつ
迅速に行なうことができる。また、圧電部材の上側電極
を所定ピッチで連結してなる電極部材を用いているの
で、この電極部材の支持位置を決めることにより各圧電
部材の形成位置を簡単かつ高精度に決定することができ
る。

【００８２】また、上記位置規制部材としてガラスビー
ズ又は樹脂ビーズを用いたので、電極部材と振動板間に
ガラスビーズ又は樹脂ビーズを介在させるだけで簡単に
電極板を所定の高さに平行に支持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るインクジェットプリンタ用印字ヘ
ッドの第１実施例の部分平面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】図２の加圧部Ｋの拡大図である。

【図４】図１のＢ−Ｂ要部断面図である。

【図５】本発明に係る印字ヘッドの製造方法を示す図で
ある。

【図６】水熱合成法によりチタン板にＰＺＴを析出させ
る方法を示す図である。

【図７】ラインヘッドの斜視図である。

【図８】ヘッド部の要部断面図である。

【図９】圧電素子に電気歪が生じた状態を示す要部断面
図である。

【図１０】印字ヘッドの第２実施例の要部断面図であ
る。

【図１１】印字ヘッドの第３実施例の要部断面図であ
る。

【図１２】印字ヘッドの第４実施例の部分平面図であ
る。

【図１３】第４実施例に係る印字ヘッドの振動板の一例
を示す部分平面図である。

【図１４】第４実施例に係る印字ヘッドに用いられる電
極部材の第１実施例を示す部分平面図である。

【図１５】電極部材の第２実施例を示す部分平面図であ
る。

【図１６】電極部材の第３実施例を示す部分平面図であ
る。

【図１７】従来のカイザー方式による印字ヘッドの構造
を示す要部断面図である。

【符号の説明】

１，１′，１″，２０印字ヘッド１０１ドット印字部２，２′ 基板２０１インク溜２０２加圧室２０３インク噴出路２０３Ａインク噴出口２０４インク流路３，３１，３２，３３振動板４圧電素子４１，４２ＰＺＴ５感光性レジスト６電極７ガラスビーズ８接着剤９オートクレーブ１０水溶液１１シリコンオイル１２恒温槽１３ラインヘッド１３１ヘッド部１３２支持部１４，１４′ 電極基板１４１支持体１４２ＦＰＣ１５接続電極１６ガラス基板１７チタン薄膜１８ＩＴＯ薄膜１９，１９′ 電極部材１９１結晶析出部１９２連結部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者渡辺剛史大阪市中央区玉造１丁目２番28号三田工業株式会社内 (72)発明者堀節夫大阪市中央区玉造１丁目２番28号三田工業株式会社内 (72)発明者大場陽子神奈川県横浜市港北区師岡町321番地の２

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一側壁が変形可能な振動板で構成された
加圧室と上記振動板を変形させて上記加圧室に連通する
インク噴出口からインク滴を噴出させる圧電部材とを有
する複数のドット印字部を備えたインクジェットプリン
タ用印字ヘッドにおいて、上記圧電部材は、互いに分極
方向が逆方向の２枚のＰＺＴが積層され、各ＰＺＴがそ
れぞれチタンからなる上側電極と下側電極とに化学結合
されてなるバイモルフ型圧電部材であることを特徴とす
るインクジェットプリンタ用印字ヘッド。
【請求項２】請求項１記載のインクジェットプリンタ
用印字ヘッドにおいて、上記振動板はチタン板で構成さ
れ、上記圧電部材の下側電極を兼用していることを特徴
とするインクジェットプリンタ用印字ヘッド。
【請求項３】基板表面に各ドット印字部の加圧室に相
当する凹部が形成された基板の当該表面に、上記各加圧
室の対向位置に圧電部材が設けられた振動板を接合して
製造されるインクジェットプリンタ用印字ヘッドの製造
方法であって、上記振動板への圧電部材の配設工程は、
チタン板からなる振動板の圧電部材形成位置の上方に、
複数個の位置規制部材を介してチタン板からなる電極を
平行に支持する第１の工程と、上記振動板及び電極の、
両板が対向する内側面を除いてレジスト膜を形成する第
２の工程と、水熱合成法により上記電極と振動板間に分
極方向が互いに逆方向の２枚のＰＺＴの結晶を析出させ
る第３の工程とからなることを特徴とするインクジェッ
トプリンタ用印字ヘッドの製造方法。
【請求項４】請求項１記載のインクジェットプリンタ
用印字ヘッドにおいて、上記振動板は、ガラス基板から
なり、上記圧電部材の下側電極は、上記振動板の圧電部
材取付位置に形成されたチタン薄膜であることを特徴と
するインクジェットプリンタ用印字ヘッド。
【請求項５】基板表面に所定ピッチで配列された複数
の加圧室に相当する凹部が形成された基板の当該表面
に、上記各加圧室の対向位置に圧電部材が設けられた振
動板を接合して製造されるインクジェットプリンタ用印
字ヘッドの製造方法であって、上記振動板への圧電部材
の配設工程は、振動板の圧電部材形成位置にそれぞれチ
タン薄膜からなる下側電極を形成する第１の工程と、上
記下側電極と同一サイズを有するチタン板からなる複数
の上側電極を上記所定ピッチで連結してなる電極部材
を、上記上側電極を対応する下側電極に対向させて、複
数個の位置規制部材を介して上記振動板の上方に平行に
支持する第２の工程と、上記下側電極及び上側電極の対
向面を除いて上記振動板及び電極部材にレジスト膜を形
成する第３の工程と、水熱合成法により上記下側電極と
上側電極間に分極方向が互いに逆方向の２枚のＰＺＴの
結晶を析出させる第４の工程とからなることを特徴とす
るインクジェットプリンタ用印字ヘッドの製造方法。
【請求項６】請求項３又は５記載のインクジェットプ
リンタ用印字ヘッドの製造方法において、上記位置規制
部材は、ガラスビーズであることを特徴とするインクジ
ェットプリンタ用印字ヘッドの製造方法。
【請求項７】請求項３又は５記載のインクジェットプ
リンタ用印字ヘッドの製造方法において、上記位置規制
部材は、樹脂ビーズであることを特徴とするインクジェ
ットプリンタ用印字ヘッドの製造方法。