JPH081934A - インクジェット記録ヘッド用振動板、その製造方法、及び圧電振動子ユニットの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】分極処理時の沿面放電を防止すること。 【構成】一方の極となる第１電極１２と、第２電極１１
とを圧電材料１３を挟んで交互に積層してなる圧電振動
板において、第１電極１２と第２電極１１との一方を周
面から一定距離、内側に後退させる。活性領域の電極１
１、１２の一方が各端面で圧電材料で囲まれ、圧電材料
の表面を介しての沿面放電が無くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，圧力発生室の一方の面
を振動板で形成し、この振動板に縦振動型圧電振動子を
取り付け、圧電振動子を収縮、膨張させることにより圧
力発生室を膨張、収縮してインク滴を発生させるインク
ジェット式記録ヘッドに適した積層型圧電振動板、その
製造方法、及び圧電振動子ユニットの製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】圧電振動子は、他の機械式アクチュエー
タに比較して小型、軽量でしかも高速応答が可能なた
め、いろいろの分野で駆動素子として使用されている。
例えば、ノズル開口が形成されたノズルプレートと、圧
力発生室やインク供給口、リザーバを区画するスペー
サ、機械的に変形されて圧力発生室を膨張収縮させる振
動板とからなるインクジェット式記録ヘッドにも使用さ
れている。このようなインクジェット式記録ヘッドの駆
動に、電極と圧電振動材料を積層して構成された縦振動
モードの圧電振動子を使用すると、圧電振動子と振動板
との当接面積を極めて小さくできるため、１８０ＤＰＩ
以上の解像度を実現できる。

【０００３】このような振動子は、通常、圧電材料と電
極材料とを交互に積層して乾燥後に焼成し、分極処理を
行った後、一端を支持板に固定してピッチ０．１４ミリ
メートルで切断してユニットに構成されている。

【０００４】ところで、このような振動子をインクジェ
ット記録ヘッドの駆動素子として組み込む場合には、そ
の作動電圧を可及的に小さく、しかも変位量を大きくす
る必要がとなるため、電極間の厚みが１５乃至２０μｍ
と極めて薄くなるように構成されている。このような薄
型のものになると、環境の湿度や、また積層時に端部に
おける電極間距離のばらつきなどにより、分極処理時に
印加される比較的高い電圧７０乃至８０ボルトにより、
圧電材料の側端面を介して簡単に沿面放電を起こしてし
まうという問題がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】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、分極処理時の比較的高い電圧に対して十分な沿面
放電絶縁耐力を備えたインクジェット記録ヘッドに適し
た圧電振動板を提供することである。また本発明の他の
目的は、前記圧電振動板の製造方法を提案することであ
る。さらにインクジェット式記録ヘッドに適した圧電振
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、一方の極となる第１電極
と、他方の極となる第２電極とを圧電材料を挟んで交互
に積層してなる圧電振動板において、第１電極と第２電
極との一方を圧電材料の周面から一定距離、内側に後退
させるようにした。

【０００７】

【作用】活性領域の電極の端面が圧電材料に包まれてい
るため、圧電材料の表面を介しての放電がなくなる。

【０００８】

【実施例】そこで以下に本発明の詳細を図示した実施例
に基づいて説明する。図１は、圧電振動板の製造方法の
一実施例を示すものであって、振動子ユニットの母材の
複数個分、好ましくは少なくとも３個分以上のサイズと
なるように、圧電材料、例えばジルコニア（ＰＺＴ）の
ペーストを基盤１にマスクを使用して所定の厚さ、例え
ば１５ミクロンに塗布して、いわゆるグリンシートと呼
ばれる圧電材料層２を形成する（図１（イ））。

【０００９】ついで、切分けられた時、インクジェット
記録ヘッドの振動板に当接する先端２ａ側の一定幅だけ
を遮蔽するマスクにより導電ペーストを圧電材料層２の
表面に３μｍ塗布して選択電極となる第１の電極層３
（図２（イ））を積層する（図１（ロ））。

【００１０】第１の電極層３の表面、及び電極層３から
露出している第１の圧電材料層２にも重なるようにマス
クを使用して前述と同様に圧電材料のペーストを塗布
し、第２の圧電材料層４を形成する（図１（ハ））。

【００１１】ついで、活性層と不活性層との境界線近
傍、及び圧電材料層の側端２ｂ、２ｃから内側へ一定幅
分だけ遮蔽するマスクを使用して、活性領域と不活性領
域との境に空白部５ｄを有する２つに分割された第２の
電極層５ａ、５ｂ（図２（ロ））を形成する（図１
（ニ））。

【００１２】以下、このような工程（イ）乃至（ハ）を
必要な層数となるまで繰返す。

【００１３】これにより、端部の厚みが、中央部にほぼ
一致する平坦な平面を備えた積層体ができあがる。これ
を所定の乾燥度となるまで自然乾燥させて、温度１２０
０°Ｃ程度で焼成すると、図３（イ）に示したような圧
電振動板１０ができあがる。

【００１４】図３は、このようにして形成された圧電振
動板１０を示すものであって、各端面１０ａ、１０ｂ、
１０ｃ、１０ｄにおいて一方の電極が露出するだけで、
他方の電極はそれぞれ圧電材料１３に埋め込まれてい
る。

【００１５】すなわち圧電振動子に切り出された場合に
インクジェット記録ヘッドの振動板に当接する先端面１
０ａには駆動電極となる電極１１、１１、１１‥‥が、
また側端面１０ｂ、１０ｃには共通電極となる電極１
２、１２、１２‥‥が露出しているだけである。そして
後端面１０ｄには共通電極となる電極１２、及び駆動電
極となる電極１１と同一の平面に形成された電極層５ｂ
により構成されている電極１９がともに露出するが、こ
の電極１９は、活性領域と不活性領域との境に積層され
ている圧電材料により電気的に分離されたいわゆるダミ
ー電極であるため、電気的には電極１２、１２、１２‥
‥だけが露出しているのと変わりがない。

【００１６】この圧電振動板１０にインクジェットプリ
ンタの振動板と当接する端面１０ａ、及び活性領域の表
及び裏の両面に、各面が連続する第１の外部電極１５
を、また後端面１０ｄと不活性領域の表面とに連続する
第２の外部電極１６を蒸着や、導電塗料により形成する
（図３（ロ））。

【００１７】このようにして各外部電極１５、１６が形
成された段階で、各外部電極１５、１６に、圧電材料１
３を分極させるのに適した電圧、例えば７５ボルトの直
流電圧を、１分間印加して分極処理を行う。

【００１８】この分極処理の過程においては、上述した
ように各端面では一方の電極が、圧電材料１３の層の中
に埋もれているため、端部１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１
０ｄにおいては電極１１、１１、１１‥‥と電極１２、
１２、１２‥‥とが、圧電材料１３の表面を介して導通
することがなく、分極処理中に沿面放電を起こすような
ことはない。

【００１９】分極処理が終了した段階で、圧電振動子ユ
ニットを構成するのに適したサイズの圧電振動板２０に
切分ける（図３（ハ））。

【００２０】このようにユニットを構成するのに適した
サイズに切分けられた圧電振動板２０、２０、２０‥‥
は、図４（イ）に示したように圧電材料やセラミック、
ガラス等の快削性材料により構成された支持板２１に、
その一端が固定される。この支持板２１の表面には導電
材料により予め導電層２２が形成されていて、圧電振動
板２０の一方の外部電極１６と電気的に接続されるよう
になっている。

【００２１】ついで、圧電振動板２０をダイシングソウ
やワイヤソウなどにより、インクジェット記録ヘッドの
圧電振動子として適したサイズとなるように所定のピッ
チで切断する。その同一の工程で支持板２１の電極層２
２にスリット２５、２５、２５‥‥を形成して、電極１
１、１１、１１‥‥の外部接続端子２６、２６、２６‥
‥を構成する。

【００２２】この圧電振動子２４、２４、２４の形成に
伴って分離されてしまった他方の外部電極１６を接続部
材２８により並列に電気接続するとともに、圧電振動子
２４、２４、２４‥‥の補強を兼ねてその両側を支持板
２１の両側に切分けられている電極層２７、２７に導電
的に接着固定する。これによりインクジェットプリンタ
に適した圧電振動子ユニット３０が完成する。

【００２３】そして、図５に示したように一端に、ノズ
ルプレート、スペーサ部材、及び振動板により圧力発生
室、これに連通するノズル開口、及び共通のインク室を
形成する流路構成部材３１が固定されている基台３２の
振動子ユニット収容孔３３に、この圧電振動子ユニット
３０を挿入することにより、各圧電振動子２４、２４、
２４‥‥が流路構成部材３１の各圧力発生室に対向する
振動板に領域に当接して、インクジェット記録ヘッドが
組み上がる。

【００２４】図６は、本発明の他の実施例を、圧電振動
板となる圧電材料内に形成する電極のパターンにより示
すものであって、同図（イ）は一方の電極の第１パター
ンを、また同図（ロ）は、それぞれ図６（イ）に適した
他方の電極の第２パターンを示すもので、第１パターン
は、振動板に当接する先端側２ａ、及び両側端２ｂ、２
ｃから一定の距離まで延び、また側端２ｂ，２ｃの後端
２ｄ側で一部４０ａが側端２ｂ、２ｃに及ぶ電極層４０
で形成されている。

【００２５】圧電材料層を介して第１パターンに対向さ
せて形成される第２パターンは、活性領域全体、つまり
前端２ａ、及び側端２ｂ、２ｃにまで及ぶ電極層４１
ａ、及び前述の側端まで延びた電極層４０ａに対向する
領域と、不活性層の境界近傍を除外した領域全体の電極
層４１ｂの、電気的に２つに分離したもので形成されて
いる。

【００２６】このようなパターンの組み合わせによれ
ば、分極処理時の圧電振動板、つまりユニットに適した
サイズに切分ける前の状態では、分極処理用の電圧が印
加される活性領域の前端２ａと、側端２ｂ、２ｃから一
定距離、一方の電極層４０が圧電材料内に埋め込まれて
いるため、沿面放電が防止される。

【００２７】なお、上述の実施例においては、複数の圧
電振動板を一列に配置したものに例を採って説明した
が、複数列のものを焼成し、これを短冊状に切り出して
製作することもできる。

【００２８】すなわち、図７（イ）、（ロ）に示したよ
うに１列から複数個の圧電振動子ユニットを形成できる
サイズの領域の複数列分の面積を備えた圧電材料層５０
の表面に第１の電極５１、５１、５１‥‥（同図
（イ））を所定の間隔５２、つまり切りだした時の切り
しろと圧電振動板の端面から後退させるべき長さを見込
んだピッチで形成する。

【００２９】これの表面に所定厚さで形成された圧電層
５０の表面には、第１の電極５１、５１、５１‥‥の配
列ピッチに対してダミー電極となる距離Δｄだけずらせ
て、やはり第１の電極５１、５１、５１‥‥と同一の幅
を備え、かつ圧電材料層５０に対して側部を内側に後退
させべき距離ΔＬだけ短い第２の電極５３、５３、５３
‥‥が間隙５２と同一の間隙５４をもって形成されてい
る。

【００３０】このように第１の電極５１、及び第２の電
極５３とを圧電層５０を介して所定数積層すると、図８
（イ）に示したような断面構造の圧電振動板が構成でき
る。

【００３１】ついで、第１の電極５１の端部を切断線Ｃ
とするようにして切分けると、図８（ロ）に示したよう
に第１の電極５１、５１、５１‥‥の間隙５２により前
端が、また第２の電極がΔＬだけ小さく構成された分だ
け側面がそれぞれ一方の電極が圧電層５０の中に後退す
ることになり、分極時の沿面放電を防止するのに寄与す
ることになる。

【００３２】図９（イ）、（ロ）は、それぞれやはり多
数個取りのための第１、第２の電極の他の実施例を示す
ものであって、図中符号６１は、第１の電極で、２つ分
の電極を切り出し線Ｃ１を対称線とするよう形成され、
これら電極を前端面において圧電材料層６０内に後退さ
せるべき距離Δｄの２倍の間隔を明けて圧電材料層６０
に形成される。

【００３３】他方、第２の電極６３は、前述の間隙６２
の中心に位置する第２の切り出し線Ｃ２を対称線とする
ように側部を内側に後退させるべき距離ΔＬだけ短く形
成されている。そしてダミー電極６４は、第２の電極６
３に対して所定の間隙６５を設けた第１の切り出し線Ｃ
１に対称となるように形成されている。

【００３４】このような構成を採ることにより図１０
（イ）に示したように第１の電極６１の中心、及び第２
の電極６３の中心を通る切り出し線Ｃ１、Ｃ２に沿って
切り出すことにより、図１０（ロ）に示したようにやは
り前述と同様に各側面において一方の電極が圧電材料層
６０に一定距離だけ後退した圧電振動板が取り出せるこ
とになる。

【００３５】なお、第２の電極を圧電材料層の中に後退
させることにより生じる両側の幅ΔＬの両側の部分は、
後で切り落としたり、また位置合わせのためのダミー振
動子として使用することもできる。

【００３６】

【発明の効果】以上，説明したように本発明において
は、一方の極となる第１電極と、他方の極となる第２電
極とを圧電材料を挟んで交互に積層してなる圧電振動板
において、第１電極と第２電極との一方を圧電材料の周
面から一定距離、内側に後退させたので、活性領域の電
極の端面を圧電材料で囲んで圧電材料の表面を介しての
導通を無くして沿面放電が防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図（イ）乃至（ニ）は、それぞれ本発明による
圧電振動板の製造方法の一実施例を示す図である。

【図２】図（イ）、（ロ）は、それぞれ圧電材料層に形
成される各電極層のパターンを示す図である。

【図３】図（イ）乃至（ハ）は、それぞれ焼成された圧
電振動板を用いて圧電振動子ユニットを構成するの適し
たサイズの振動板に成形する工程を示す図である。

【図４】図（イ）、（ロ）は、それぞれ圧電振動板を圧
電振動子ユニットに構成する工程を示す図である。

【図５】同上圧電振動子ユニットが組み込まれたインク
ジェット記録ヘッドの一実施例を示す斜視図である。

【図６】図（イ）（ロ）は、それぞれ本発明の他の実施
例を示す電極パターンの図である。

【図７】図（イ）、（ロ）は、それぞれ本発明の他の実
施例を電極のパターンで示す図である。

【図８】図（イ）、（ロ）は、それぞれ同上電極のパタ
ーンを用いて構成された圧電振動板の断面構造、及び切
り出し線Ｃに沿って切りだした状態を示す図である。

【図９】図（イ）、（ロ）は、それぞれ本発明の他の実
施例を電極のパターンで示す図である。

【図１０】図（イ）、（ロ）は、それぞれ同上電極のパ
ターンを用いて構成された圧電振動板の断面構造、及び
切り出し線Ｃ１、Ｃ２に沿って切りだした状態を示す図
である。

【符号の説明】

２ 圧電材料層 ３ 電極層 ４ 圧電材料層 ５ａ 電極層 ５ｂ ダミー電極 １０ 圧電振動板 １１ 電極 １２ 電極 １３ ダミー電極 １５、１６ 外部電極 ２１ 支持板 ２４ 圧電振動子 ３０ 圧電振動子ユニット

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成６年７月２９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項３

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項４

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項５

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００４

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００４】ところで、このような振動子をインクジェ
ット記録ヘッドの駆動素子として組み込む場合には、そ
の作動電圧を可及的に小さく、しかも変位量を大きくす
る必要があるため、電極間の厚みが１５乃至２０μｍと
極めて薄くなるように構成されている。このような薄型
のものになると、環境の湿度や、また積層時に端部にお
ける電極間距離のばらつきなどにより、分極処理時に印
加される比較的高い電圧７０乃至８０ボルトにより、圧
電材料の側端面を介して簡単に沿面放電を起こしてしま
うという問題がある。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】

【実施例】そこで以下に本発明の詳細を図示した実施例
に基づいて説明する。図１は、圧電振動板の製造方法の
一実施例を示すものであって、振動子ユニットの母材の
複数個分、好ましくは少なくとも３個分以上のサイズと
なるように、圧電材料、例えばジルコニア（ＰＺＴ）の
ペーストを基盤１にマスクを使用して所定の厚さ、例え
ば１５ミクロンに塗布して、いわゆるグリーンシートと
呼ばれる圧電材料層２を形成する（図１（イ））。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２０】このようにユニットを構成するのに適した
サイズに切分けられた圧電振動板２０、２０、２０‥‥
は、図４（イ）に示したように圧電材料やセラミック、
ガラス等の快削性材料により構成された支持板２１に、
その一端が固定される。この支持板２１の表面には導電
材料により予め導電層２２が形成されていて、圧電振動
板２０の一方の外部電極１５と電気的に接続されるよう
になっている。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２３】そして、図５に示したように一端に、ノズ
ルプレート、スペーサ部材、及び振動板により圧力発生
室、これに連通するノズル開口、及び共通のインク室を
形成する流路構成部材３１が固定されている基台３２の
振動子ユニット収容孔３３に、この圧電振動子ユニット
３０を挿入することにより、各圧電振動子２４、２４、
２４‥‥が流路構成部材３１の各圧力発生室に対向する
振動板の領域に当接して、インクジェット記録ヘッドが
組み上がる。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一方の極となる第１電極と、他方の極と
   なる第２電極とを圧電材料を挟んで交互に積層してなる
   圧電振動板において、第１電極と第２電極との一方を圧
   電材料の周面から一定距離、内側に後退させてなるイン
   クジェット記録ヘッド用振動板。
2. 【請求項２】 前記第１電極を圧電振動板の一側面か
   ら、また前記第２電極を前記側面を挟む側面から一定距
   離、内側に後退させてなる請求項１の積層型圧電振動子
   用振動板。
3. 【請求項３】 少なくとも前記第１電極が、圧電振動板
   の隣接する３つの側面から一定距離、内側に後退し、ま
   た第２電極が第１電極が後退されている領域では圧電振
   動板の側面から露出するとともに、第１電極が側面から
   露出している領域では側面から一定距離後退している請
   求項１の圧電振動板。
4. 【請求項４】 同一平面に一方の極となる第１電極を間
   隙を設けながら複数同一ピッチで形成する工程と、他方
   の極となる第２電極をその側面が圧電材料の周面から一
   定距離、内側に後退後退させて同一平面に間隙を設けな
   がら複数同一ピッチで形成する工程とを圧電材料層を挟
   んで交互にくり返し、前記間隙の近傍で各電極の長手方
   向に切分けて複数ユニット分の圧電振動板を形成する圧
   電振動板の製造方法。
5. 【請求項５】 一方の極となる第１電極と、他方の極と
   なる第２電極とを、第１電極と第２電極との一方が周面
   から一定距離、内側に後退するように圧電材料を挟んで
   交互に積層して圧電振動板を形成する工程と、 前記第１電極と第２電極とに電圧を印加して前記圧電材
   料を分極処理する工程と、 前記圧電振動板を複数に分割して、各分割された圧電振
   動板を所定のピッチで切分ける工程とからなる圧電振動
   子ユニットの製造方法。