JPH08258273A

JPH08258273A - インク噴射装置の製造方法

Info

Publication number: JPH08258273A
Application number: JP6033695A
Authority: JP
Inventors: Yumiko Ohashi; 弓子大橋
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1995-03-20
Filing date: 1995-03-20
Publication date: 1996-10-08

Abstract

(57)【要約】【目的】駆動電圧が小さく、小型化が可能で、各アク
チュエータ部の位置決めを不要とすること。【構成】まず、複数の円筒２１が所定間隔導電性基板
１１上に立ち並ぶニッケル製の原盤１０を作製する。次
に、原盤１０の円筒２１上にチタン製の導電層３ａを形
成する。次に導電層３ａ上から円筒２１に圧電セラミッ
クス層２ａをチタン酸ジルコン酸鉛ゾルゲル液を用いて
作製する。続いて圧電セラミックス層２ａ上にチタン製
の導電層３、圧電セラミックス層２ｂと積層していく。
次に、積層された複数の円筒部を樹脂によって一体化
し、ニッケルからなる原盤１０を塩化第二鉄溶液により
ウェットエッチングして溶出させる。すると、円筒２１
に対応する部分が中空部となり、インク室が形成される
と共に、導電層及び圧電セラミックス層からなるアクチ
ュエータ部が作製される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インク供給源からイン
クが供給される複数のインク室と、電極に電圧が印加さ
れることによって前記インク室内の容積を変化させてイ
ンクを噴射させるアクチュエータ部とを有するインク噴
射装置の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、インクジェットプリンタ等に利用
されるオンデマンド方式の印字ヘッドとして電気−熱変
換素子である発熱素子を利用した、いわゆるサーマルジ
ェット方式印字ヘッドや、電気−機械変換素子である圧
電素子を利用したピエゾ方式印字ヘッドが実用化されて
いる。圧電素子を利用した印字ヘッドは、発熱素子を利
用した印字ヘッドに比べて、熱の発生を伴わないことか
ら被噴射物としての液体の制限が少なく、また印字ヘッ
ドの耐久性に優れる等の利点を有している。

【０００３】圧電素子の形態は様々有るが、例えば、特
開昭５５−７１５７２号公報に開示されているようにイ
ンク室を円管型で形成するインクジェットヘッドが提案
されていおり、以下にその概略構成を説明する。

【０００４】図２１及び２２に示すように、マルチノズ
ルタイプのインクジェットヘッドは、筺体３０１と、多
数の円筒状の電歪振動子３０２と、ノズルプレート３０
３と、プリント電極板３０４とから構成されている。

【０００５】筺体３０１は、複数の貫通孔３０７が設け
られた筺体基板３０１ａにケース板３０１ｂを接合した
ものであり、これらによって構成される空間がマニホー
ルド３１３である。このマニホールド３１３にはパイプ
３０５を介して図示しないインク供給源からインクが供
給される。筺体基板３０１ａには、プリント電極板３０
４が接合されており、プリント電極板３０４には、貫通
孔３０７に対応した位置に位置決め孔３１２が複数形成
されている。

【０００６】各電歪振動子３０２の一端は、それぞれの
位置決め孔３１２に嵌合されると共に、筺体基板３０１
ａに接合されており、電歪振動子３０２内の空間は貫通
孔３０７を介してマニホールド３１３に連通している。
また電歪振動子３０２の他端には、ノズル３２６が形成
されたノズルプレート３０３が接合されている。

【０００７】それら電歪振動子３０２の内側表面からそ
の両端部及び外側表面にわたって電極３０８が形成さ
れ、電歪振動子３０２の外側表面に電極３０９が形成さ
れている。電極３０８の全表面にわたって撥水性のテフ
ロン被膜３１０が形成されている。各電歪振動子３０２
の電極３０８は共通アース線３１１に接続され、電極３
０９は、それぞれプリント基板３０４の分割電極３０６
の各々に接続されている。

【０００８】前記円筒状の電歪振動子３０２の作製には
通常、型焼結が用いられる。

【０００９】そして、噴射するノズル３２６に対応する
電歪振動子３０２の電極３０９に駆動電圧を印加するこ
とによって、電歪振動子３０２を変形させて前記ノズル
３２６からインクを噴射する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
単層の円管状の電歪振動子２の作製には、型焼結法が用
いられているので、電歪振動子２の変形する厚みを薄く
することは難しく、その厚さは３０から４０μｍが限界
である。そして、噴射のために必要な前記駆動電圧は、
電歪振動子２の厚みに比例して大きくなるので、従来の
製法で作製された電歪振動子２では、噴射のための駆動
電圧が大きかった。このように駆動電圧が大きいと、プ
リント基板４の分割電極６と電歪振動子２との電気的接
続点を、他の電気的接続点との距離を大きくしなければ
ならない。このため、インクジェットヘッドの小型化が
困難であるといった問題があった。また、駆動電圧が大
きいと、回路が高価となるといった問題があった。

【００１１】また、複数の電歪振動子２が個々に別体で
作製されるので、各電歪振動子２の位置決めが困難で非
常に手間がかかっていた。

【００１２】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、駆動電圧が小さく、小型化が可
能で、各アクチュエータ部の位置決めが不要であるイン
ク噴射装置の製造方法を提示することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の請求項１では、インク供給源からインクが供
給される複数のインク室と、電極に電圧が印加されるこ
とによって前記インク室内の容積を変化させてインクを
噴射させるアクチュエータ部とを有するインク噴射装置
の製造方法において、複数の筒状部を有する原盤を作製
する第一工程と、前記原盤の少なくとも筒状部を、圧電
セラミックスのゾルゲル液に付着させて圧電セラミック
ス層を形成する第二工程と、前記圧電セラミックス層の
複数の筒状部を一体化する第三工程と、前記原盤を溶融
して、前記原盤の筒状部に対応する部分を中空部とし
て、前記インク室を形成すると共に、前記圧電セラミッ
クス層を含む複数の前記アクチュエータ部を作製する第
四工程とからなることを特徴とする。

【００１４】請求項２では、インク噴射装置が、前記各
インク室に連通し、インク供給源からインクが供給され
るマニホールドを有し、前記第一工程で、複数の筒状部
と、それら筒状部を支持する支持部を有する原盤を作製
し、前記第二工程で、圧電セラミックス層を前記原盤の
筒状部及び支持部に形成し、前記第四工程で、前記原盤
を溶融して、前記原盤の筒状部及び支持部に対応する部
分を中空部として、前記インク室及び前記マニホールド
を形成すると共に、前記圧電セラミックス層を含む複数
の前記アクチュエータ部を作製することを特徴とする。

【００１５】請求項３では、前記第一工程と前記第二工
程の間において、前記原盤の少なくとも筒状部に導電層
を形成し、前記第二工程と前記第三工程との間におい
て、前記圧電セラミックス層上に導電層を形成し、前記
第四工程で前記原盤を溶融して、前記原盤の筒状部に対
応する部分を中空部として、前記インク室を形成すると
共に、前記導電層及び前記圧電セラミックス層からなる
前記アクチュエータ部を作製することを特徴とする。

【００１６】請求項４では、前記圧電セラミックス層及
び前記導電層を複数積層させる工程を有することを特徴
とする。

【００１７】請求項５では、前記第一工程と前記第二工
程との間において形成された前記導電層は、前記一体化
されたアクチュエータ部の外面の一部に露出され、前記
第二工程と前記第三工程との間において形成された導電
層は、前記一体化されたアクチュエータ部の外面の前記
一部と異なる他の一部に露出され、前記一部もしくは前
記他の一部に全てのアクチュエータ部の導電層を接続す
る共通電極が形成され、前記他の一部もしくは前記一部
に駆動電極が各アクチュエータ部に対応して形成される
ことを特徴とする。

【００１８】請求項６では、前記一体化されたアクチュ
エータ部の外面の前記一部は、前記一体化されたアクチ
ュエータ部の一端面であり、前記一体化されたアクチュ
エータ部の外面の前記他の一部は、前記一体化されたア
クチュエータ部の他端面であることを特徴とする。

【００１９】請求項７では、前記第三工程で前記圧電セ
ラミックス層の複数の筒状部を一体化する材料は、ロッ
クウエル硬度がＭ−６０〜Ｍ−１３０であることを特徴
とする。

【００２０】請求項８では、前記原盤の一部にインクが
噴射されるノズルに対応する部分が形成され、前記ノズ
ルが前記アクチュエータ部に一体に形成されることを特
徴とする。

【００２１】請求項９では、前記原盤の前記ノズルに対
応する部分が形状は、前記筒状部と異なる形状であるこ
とを特徴とする。

【００２２】

【作用】上記の構成を有する本発明のインク噴射装置の
製造方法では、第一工程で、複数の筒状部を有する原盤
が作製され、第二工程で、前記原盤の少なくとも筒状部
に圧電セラミックスのゾルゲル液が付着されて圧電セラ
ミックス層が形成され、第三工程で、前記圧電セラミッ
クス層の複数の筒状部が一体化され、第四工程で、前記
原盤が溶融される。これにより、前記原盤の筒状部に対
応する部分が中空部とされて、前記インク室が形成され
ると共に、前記圧電セラミックス層を含む複数の前記ア
クチュエータ部が作製される。そして、前記アクチュエ
ータ部の前記電極に電圧が印加されることによって、多
層の前記圧電セラミックスが前記インク室に向かって変
形し、前記インク室の容積が変化されてインクが噴射さ
れる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明を具体化した第一実施例を図面
を参照して詳細に説明する。図１は、インクジェットヘ
ッドの構造斜視図である。インクジェットヘッド４０
は、アクチュエータ部材３０とマニホールド部材１７と
フレキシブルプリント基板４１とから構成されている。
アクチュータ部材３０は、中空の円筒状の複数のアクチ
ュエータ部４と、複数のアクチュエータ部４を保持する
樹脂製の保持部５とからなる。保持部５には、例えば、
ロックウエル硬度がＭ−８５のエポキシ樹脂が用いられ
る。保持部５に用いられる樹脂は、ロックウエル硬度が
Ｍ−６０〜Ｍ−１３０のものであれば、各アクチュエー
タ部４からの噴射を良好に行なうことができる。

【００２４】図２に示すように、アクチュエータ部４は
導電層３と圧電セラミックス層２とが交互に複数積層さ
れたものである。第一実施例では、導電層３が４層積層
され、圧電セラミックス層２が３層積層されている。中
空の円筒状の圧電セラミックス層２ａの内面に導電層３
ａが形成され、外面に導電層３ｂが形成され、その導電
層３ｂの外側に圧電セラミックス層２ｂが形成され、圧
電セラミックス層２ｂの外面に導電層３ｃが形成され、
その導電層３ｃの外側に圧電セラミックス層２ｃが形成
され、圧電セラミックス層２ｃの外面に導電層３ｄが形
成されている。導電層３ａ、３ｃは端面３０ａ側に露出
し、且つ端面３０ｂ側に露出していない。また、導電層
３ｂ、３ｄは端面３０ｂ側に露出し、且つ端面３０ａ側
に露出していない。

【００２５】このため、導電層３ａ、３ｃはアクチュー
タ部材３０の端面３０ａに形成された金属電極６１に接
続され、導電層３ｂ、３ｄは端面３０ｂに形成された金
属電極６２に接続されている。金属電極６１は全てのア
クチュエータ部４の導電層３ａ、３ｃを共通に接続し、
各金属電極６２は溝９によって分離されているので、各
金属電極６２は各アクチュエータ部４に対応して形成さ
れ、各アクチュエータ部４の導電層３ｂ、３ｄに接続し
ている。

【００２６】図４に示すように、圧電セラミックス層２
ａは、導電層３ｂから導電層３ａへの方向である矢印Ａ
方向に分極されており、圧電セラミックス層２ｂは導電
層３ｂから導電層３ｃへの方向である矢印Ｂ方向に分極
されおり、圧電セラミックス層２ｃは導電層３ｄから導
電層３ｃへの方向である矢印Ｃ方向に分極されている。

【００２７】そして、図２に示すように、筒状のアクチ
ュエータ部４の中空部はインクが充填されるインク室１
となり、アクチュエータ部材３０の対向する端面３０
ａ、３０ｂに開口している。端面３０ａ側の開口部は、
インクが噴射されるノズル６である。

【００２８】図１に示すように、マニホールド部材１７
には、全てのインク室１に連通するマニホールド２２と
図示しないインクタンクに連通されるインク供給口２３
とが形成されており、マニホールド２２の開口側がアク
チュエータ部材３０の端面３０ｂに接着される。マニホ
ールド２２は全てのアクチュエータ部４の開口部を被覆
する大きさである。

【００２９】フレキシブルプリント基板４１は、アクチ
ュエータ部材３０の面３０ｃ（図１では上面）に接着さ
れる。尚、面３０ｃと反対側の面であってもよい。その
フレキシブルプリント基板４１には、接点電極４３、４
４が形成されており、接点電極４４は金属電極６１に対
応して配置され、接点電極４３は各金属電極６２に対応
して配置されている。各接点電極４３は各パターン４２
に接続され、接点電極４４は各パターン４５に接続され
ている。

【００３０】それぞれのパターン４２、４５は、図３に
示すように、ＬＳＩチップ５１に接続されており、クロ
ックライン５２、データライン５３、電圧ライン５４及
びアースライン５５もＬＳＩチップ５１に接続されてい
る。ＬＳＩチップ５１は、クロックライン５２から供給
された連続するクロックパルスに基づいて、データライ
ン５３上に現れるデータから、どのノズル６からインク
滴の噴射を行うべきかを判断し、駆動するインク室１に
対応する金属電極６２に導通するパターン４２に電圧ラ
イン５４の電圧Ｖを印加する。また、駆動するインク室
１以外の金属電極６２に導通するパターン４２及び金属
電極６１に導通するパターン４５をアースライン５５に
接続する。

【００３１】次にインクジェットヘッド４０の駆動に付
いて説明する。ＬＳＩチップ５１が図５に示すインク室
１ａからインクを噴射すると判断すると、ＬＳＩチップ
５１は、インク室１ａの金属電極６２に電気的に接続さ
れたパターン４２に電圧ライン５４を接続し、他のイン
ク室１の金属電極６２に電気的に接続されたパターン４
２及び全てのインク室１の金属電極６１に電気的に接続
されたパターン４５をアースライン５５に接続する。す
ると、インク室１ａのアクチュエータ部４の圧電セラミ
ックス層２ａには導電層３ｂから導電層３ａへの方向の
電界が発生し、圧電セラミックス層２ｂには導電層３ｂ
から導電層３ｃへの方向の電界が発生し、圧電セラミッ
ク層２ｃには導電層３ｄから導電層３ｃへの方向の電界
が発生する。つまり、インク室１ａの圧電セラミックス
層２ａ、２ｂ、２ｃには、それぞれの分極方向Ａ、Ｂ、
Ｃと同一方向の電界が発生する。

【００３２】すると、インク室１ａのアクチュエータ部
４の圧電セラミックス層２ａ、２ｂ、２ｃは、分極方向
Ａ、Ｂ、Ｃと電界方向とが同一方向であるので、図５の
ように、圧電セラミックス層２ａ、２ｂ、２ｃがインク
室１ａ内方向に膨張し、インク室１ａの容積を減少させ
る。これによりインク室１ａ内のインクに圧力が加わっ
てノズル６からインクが噴射される。その後、インク室
１ａの金属電極６２をアースライン５５に接続して、イ
ンク室１ａの容積を前記減少状態から自然状態（図４に
示す状態）へと増加させてインク室１ａ内にマニホール
ド２２からインクを供給させる。

【００３３】尚、圧電セラミックス層２ａ、２ｂ、２ｃ
の分極方向と発生する電界方向とを逆方向として、イン
ク室１ａの容積を増加させてインクを供給し、次に駆動
電圧の印加を停止しインク室１ａの容積を自然状態に減
少してインク室１ａからインク滴を噴射してもよい。

【００３４】このように、本実施例のインクジェットヘ
ッド４０では、圧電セラミックス層２が複数積層されて
いるので、アクチュエータ部４の剛性が高い。このた
め、インク室１ａからインクを噴射させるための駆動電
圧値を低くすることができる。従って、フレキシブルプ
リント基板４２の接点電極４３、４５に接続される金属
電極６２間の距離を従来より短くすることができる。よ
ってインクジェットヘッド４０の小型化が可能で、ノズ
ル集積度を向上することができる。また、駆動回路のコ
ストが低減する。

【００３５】また、全てのアクチュエータ部４が樹脂製
の保持部５によって一体化されているので、各アクチュ
エータ部４の位置決めを行なう必要が無い。

【００３６】また、ＬＳＩチップ５１に接続するフレキ
シブルプリント基板４１と金属電極６１、６２との接続
をアクチュエータ部材３０の上面３０ｃで行なっている
ので、その接続が容易である。

【００３７】また、アクチュエータ部４の端面３０ａ側
の開口がノズル６となっているので、従来のようなノズ
ルが形成されたノズルプレートを必要とせず、そのため
の装置、工程が必要なく、製造コストを低減することが
できる。

【００３８】また、インク室１の内面に露出した導電層
３ａは、常に接地されているので、インクと導電層３ａ
とを絶縁するための絶縁層を設ける必要がなく、そのた
めの装置、工程が必要なく製造コストを低減することが
できる。

【００３９】尚、請求項の電源回路は、ＬＳＩチップ５
１、クロックライン５２、データライン５３、電圧ライ
ン５４及びアースライン５５等から構成される。請求項
の第一電極は導電層３ａ、３ｃからなり、第二電極は導
電層３ｂ、３ｄからなる。請求項の共通電極は金属電極
６１であり、駆動電極は金属電極６２である。

【００４０】続いて、インクジェットヘッド４０の製造
方法に付いて説明する。まず図６に示すように、所定の
寸法の複数の円筒２１が所定間隔でニッケル製の導電性
基板１１上に立ち並ぶ原盤１０を作製する。前記円筒２
１がインク室１に対応している。例えば円筒２１の数は
６２本、円筒直径は４０μｍ、高さは１ｍｍ、ピッチは
３００μｍで一列に並んでいる。尚、図６では、円筒２
１を３本のみ示す。

【００４１】この原盤１０の作製にはマイクロマシンで
よく用いられるリガプロセスを利用する。具体的には、
図７に示すように、まずニッケル製の導電性基板１１の
上に１ｍｍ以上のエックス線用レジスト１２を形成す
る。このエックス線用レジスト１２は、感度や解像度の
良いポジ型レジストを複数回塗布して所定の厚みにす
る、或いはやや解像度が落ちるがフィルム状のレジスト
を熱圧着する等の方法により形成する。

【００４２】続いて、マスク１３を前記ポジレジスト１
２の形成された導電性基板１１にコンタクトさせる。図
７では分かりやすいようにマスク１３と導電性基板１１
とを離して示す。ただしエックス線露光ではレジスト１
２とマスク１３との密着性はさほど要求されない。また
マスク１３は、エックス線を透過しない非透過部１３ａ
とエックス線を透過する所定のパターン１３ｂとからな
り、パターン１３ｂは、直径４０μｍの円形で、一列に
６２個配置されている（図では３個のみ示す）。そし
て、図７中上からシンクロトロン放射光（エックス線）
１４をマスク１３に照射する。レジスト１２のパターン
１３ｂに対応する部分（図中斜線で示した部分）のみ
が、シンクロトロン放射光１４に照射される。

【００４３】次に、アルカリ系の現像液にて現像を行う
と、エックス線１４が照射された部分のレジスト１２が
現像液に溶けて除去される。即ちレジスト１２の膜厚が
高さである直径４０μｍの円筒孔が形成される。このよ
うに、高さ１ｍｍ以上もある高アスペクト比のレジスト
１２に円筒孔が形成できるのはシンクロトロンエックス
線露光を用いたからである。この円筒孔を形成したレジ
スト１２を型として、導電性基板１１上のレジスト１２
の円筒孔に対応する部分に、例えばニッケルを電解メッ
キにより約１ｍｍ程析出させる。そしてレジスト１２を
有機溶剤等で除去すると、図６に示すような、ニッケル
で形成された複数の円筒２１が導電性基板１１上に立ち
並ぶ原盤１０が作製される。

【００４４】続いてアクチュエータ部材３０の作製につ
いて説明する。まず原盤１０の円筒２１上にチタン製の
１μｍの導電層３ａを形成する。これは以下のように形
成する。図８（ａ）に示すように、円筒２１の基端部及
び導電性基板１１に対応する部分に遮蔽板３２をセット
し、２方向（矢印１５、１６）からの蒸着により、図９
（ａ）に示すように円筒２１上に導電層３ａを形成す
る。蒸着は周知の方法なので詳細な説明は省くが、蒸着
源から、飛来する原子、分子を堆積させる方法であり、
直進性があるため、その方向に遮蔽をすることで比較的
簡単に成膜エリアを限定できる。

【００４５】次に導電層３ａ上から円筒２１に圧電セラ
ミックス層２ａを作製する。具体的には、まず導電層３
ａ付き原盤１０を４％のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺ
Ｔ）ゾルゲル液（高純度化学社製）の浴に浸す（この工
程をディップ工程という）。尚、少なくとも円筒２１全
体をゾルゲル液に浸す。次に、毎分２ｍｍの速度で引き
上げる。そして、クリーンな雰囲気で１５０℃、１０分
間仮焼する。このような工程を経ると、膜厚０．３μｍ
程度の圧電セラミックス層しか形成できないので、約１
５μｍになるまで前記ディップ工程、引き上げ工程、仮
焼き工程を繰り返す。すると、図９（ｂ）に示すように
原盤１０に圧電セラミックス層２ａが形成される。また
ゾルゲル液は空気中の水分等に反応するため、浴全体を
閉鎖する必要がある。

【００４６】次に図９（ｃ）に示すように、圧電セラミ
ックス層２ａ上にチタン製の１μｍの導電層３ｂを形成
する。これは以下のように形成する。図８（ｂ）に示す
ように、円筒２１の先端部及び導電性基板１１に対応す
る部分に遮蔽板３１、３２をセットし、２方向（矢印１
５、１６）からの蒸着により、導電層３ｂを形成する。

【００４７】次に図９（ｄ）に示すように圧電セラミッ
クス層２ｂを圧電セラミックス層２ａと同様の方法で作
製する。続いて圧電セラミックス層２ｂ上にチタン製の
１μｍの導電層３ｃを導電層３ａと同様にして作製し、
さらに圧電セラミックス層２ｃを圧電セラミックス層２
ａと同様にして作製し、次に、圧電セラミックス層２ｃ
上にチタン製の１μｍの導電層３ｄを導電層３ｂと同様
にして作製する。

【００４８】このように導電層３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ
及び圧電セラミックス層２ａ、２ｂ、２ｃが作製された
原盤１０を、約６００℃で３０分ほど本焼成をして、圧
電特性の優れた圧電セラミックス層２とする。

【００４９】このようにして積層円筒を有するＰＺＴ構
造体３３（図１０）が作製される。エポキシ系等の樹脂
で複数の積層円筒を覆って、ＰＺＴ構造体３３をブロッ
ク状にする（図１１）。前記樹脂が保持部５となる。そ
して、円筒２１の先端部側のＸ−Ｘ線で切断し、円筒２
１の基端部側のＹ−Ｙ線で切断する。Ｘ−Ｘ線切断面に
は導電層３ａ、３ｃが露出し、Ｙ−Ｙ線切断面には導電
層３ｂ、３ｄが露出する。

【００５０】次に、ニッケルからなる原盤１０を塩化第
二鉄溶液によりウェットエッチングして溶出させる。す
ると、円筒２１に対応する部分が中空となる。そして図
１２に示すように、まず導電層３ａ、３ｃが露出した端
面全体にクロム、ニッケルの二層膜を矢印１８の方向か
ら蒸着により形成する。続いて導電層３ｂ、３ｄが露出
した端面全体に、クロム、ニッケルの二層膜を矢印１９
の方向からの蒸着により形成する。この時インク室１の
内部で導電層３ａ及び３ａ露出側に形成したクロム、ニ
ッケルの二層膜と、続いて、３ｂ露出側に形成するクロ
ム、ニッケルの二層膜とが短絡しないように、インク室
１よりわずかに大きく、導電層３ｂ間距離（図１２で
は、上の導電層３ｂと下の導電層３ｂとの間の距離）よ
りもわずかに小さい遮蔽板１３５を図１２に示す位置関
係に設置して、矢印１９の方向から蒸着を行い、導電層
３ｂ露出側に形成する二層膜がインク室１に入り込まな
いようにする。その後、導電層３ｂ、３ｄが露出した端
面側の前記二層膜をダイヤモンドブレードを用いて機械
的に分断して、図１に示す溝９を形成する。この分断さ
れた二層膜が金属電極６２であり、導電層３ａ、３ｃが
露出した端面側の前記二層膜が金属電極６１である。

【００５１】そして、金属電極６１を接地し、且つ全て
の金属電極６２に高電圧を印加する。即ち、全ての導電
層３ａ、３ｃを接地し、且つ全ての導電層３ｂ、３ｄに
高電圧を印加して、圧電セラミックス層２ａ、２ｂ、２
ｃを矢印Ａ、Ｂ、Ｃ方向に分極する。

【００５２】このようにして作製されたアクチュエータ
部３０に、上述したように端面３０ｂにマニホールド部
材１７が接合され、上面３０ｃにフレキシブルプリント
基板４１が接合されてインクジェットヘッド４０が作製
される。

【００５３】以上説明したようなインクジェットヘッド
４０の製造方法では、アクチュエータ部４の積層された
圧電セラミックス層２をゾルゲル液によって形成してい
るので、圧電セラミックス層２の厚さを薄く形成するこ
とができる。このため、インク室１ａからインクを噴射
させるための駆動電圧値を非常に低くすることができ
る。１５μｍの圧電セラミックス層２が３層のものはわ
ずか数ボルトでよい。従って、フレキシブルプリント基
板４１の接点電極４３に接続される金属電極６２間の距
離を従来より短くすることができる。よってインクジェ
ットヘッド４０の小型化が可能で、ノズル集積度を向上
することができる。また、駆動回路のコストが低減す
る。

【００５４】また、インク室１の内面は、非常になめら
かな原盤１０上に形成された導電層３ａであるので、イ
ンク室１の内面は非常になめらかでエアーのたまる部分
が無く、安定噴射が可能となる。

【００５５】また、ノズル６とインク室１とを同時に形
成することができるので、従来のようなノズルが形成さ
れたノズルプレートを必要とせず、そのための装置、工
程が必要なく、製造コストを低減することができる。

【００５６】また、全てのアクチュエータ部４が樹脂製
の保持部５によって一体化されて製造されるので、各ア
クチュエータ部４の位置決めを行なう必要が無い。

【００５７】また、ＬＳＩチップ５１に接続するフレキ
シブルプリント基板４１と金属電極６１、６２との接続
をアクチュエータ部材３０の上面３０ｃで行なっている
ので、その接続が容易である。

【００５８】さらに、このインクジェットヘッドの製造
方法では、リソグラフィー技術により原盤１０から作製
しているので、原盤１０の作製時に使用されるマスク１
３のパターン１３ｂのデザインによってインク室１の配
置、形状が決まる。マスク１３は通常電子ビームで自由
自在に描画して造られるので、インク室配置の自由度が
非常に高い。製造工程を見ても、原盤１０作製のための
リガ技術は半導体技術の延長であり、量産にたけてい
る。またメッキ、蒸着ともにすでに安定した技術であり
歩留まりも高い。なおゾルゲル液による圧電セラミック
ス層２の形成は、大量生産が可能である。さらには、圧
電セラミックス層２を所定の厚み形成することができ
る。

【００５９】前記第一実施例では、アクチュエータ部材
３０とマニホールド部材１７とが別体であったが、一体
としてもよい。その例を第二実施例として図面を参照し
て以下に説明する。図１２は、インクジェットヘッドの
構造斜視図である。インクジェットヘッド１４０は、ア
クチュエータ部材１３０と蓋部材１１７とフレキシブル
プリント基板１４１とから構成されている。アクチュー
タ部材１３０は、中空の円筒状の複数のアクチュエータ
部１０４と、複数のアクチュエータ部１０４を保持する
樹脂製の保持部１０５と、各筒状のアクチュエータ部１
０４の中空部に連通したマニホールド１２２からなる。

【００６０】図１４に示すように、アクチュエータ部１
０４は導電層１０３と圧電セラミックス層１０２とが交
互に複数積層されたものである。第二実施例では、導電
層１０３が４層積層され、圧電セラミックス層１０２が
３層積層されている。アクチュエータ部１０４には、複
数の円柱状の第一中空部と、各第一中空部に連通する第
二中空部とが形成されている。

【００６１】第一、第二中空部に対応した部分の圧電セ
ラミックス層１０２ａの内面に導電層１０３ａが形成さ
れ、第一中空部に対応する外面に導電層１０３ｂが形成
され、その導電層１０３ｂの外側から圧電セラミックス
層１０２ｂが第一、第二中空部に対応する部分に形成さ
れ、圧電セラミックス層１０２ｂの外面の第一、第二中
空部に対応する部分に導電層１０３ｃが形成され、その
導電層１０３ｃの外側から圧電セラミックス層１０２ｃ
が第一、第二中空部に対応する部分に形成され、圧電セ
ラミックス層１０２ｃの外面の第一中空部に対応する部
分に導電層１０３ｄが形成されている。導電層１０３
ａ、１０３ｃは端面１３０ｂ側に露出し、且つ端面１３
０ａ側に露出していない。また、導電層１０３ｂ、１０
３ｄは端面１３０ａ側に露出し、且つ端面１３０ｂ側に
露出していない。

【００６２】このため、導電層１０３ａ、１０３ｃはア
クチュータ部材１３０の端面１３０ｂに形成された金属
電極１６２に接続され、導電層１０３ｂ、１０３ｄは端
面１３０ａに形成された金属電極１６１に接続されてい
る。金属電極１６２は全てのアクチュエータ部１０４の
導電層１０３ａ、１０３ｃを共通に接続し、各金属電極
１６１は溝１０９によって分離されているので、各金属
電極１６２は各アクチュエータ部１０４に対応して形成
され、各アクチュエータ部１０４の導電層１０３ｂ、１
０３ｄに接続している。

【００６３】圧電セラミックス層１０２ａ、１０２ｂ、
１０２ｃの分極方向は、図４に示す第一実施例の圧電セ
ラミックス層２ａ、２ｂ、２ｃの分極方向Ａ、Ｂ、Ｃと
同一方向である。即ち圧電セラミックス層１０２ａは導
電層１０３ｂから導電層１０３ａへの方向に分極されて
おり、圧電セラミックス層１０２ｂは導電層１０３ｂか
ら導電層１０３ｃへの方向に分極されおり、圧電セラミ
ックス層１０２ｃは導電層１０３ｄから導電層１０３ｃ
への方向に分極されている。

【００６４】そして、アクチュエータ部１０４の前記第
一中空部はインクが充填されるインク室１となり、アク
チュエータ部材１３０の対向する端面１３０ａに開口し
ている。端面１３０ａ側の開口部は、インクが噴射され
るノズル１０６である。またアクチュエータ部１０４の
第二中空部はマニホールド１２２となる。

【００６５】図１３に示すように、蓋部材１１７がアク
チュエータ部材１３０の端面１３０ｂに接着されてマニ
ホールド１２２が被覆される。蓋部材１１７には、図示
しないインクタンクに連通されるインク供給口１２３が
形成されており、マニホールド１２２に前記インクタン
クからインク供給口１２３を介してインクが供給され
る。

【００６６】フレキシブルプリント基板１４１は、アク
チュエータ部材１３０の面１３０ｃ（図１３では上面）
に接着される。そのフレキシブルプリント基板１４１に
は、接点電極１４３、１４４が形成されており、各接点
電極１４４は各金属電極１６１に対応して配置され、接
点電極１４３は金属電極１６２に対応して配置されてい
る。各接点電極１４１は各パターン１４２に接続され、
接点電極１４３はパターン１４５に接続されている。

【００６７】それぞれのパターン１４２、１４５は、図
１５に示すように、ＬＳＩチップ１５１に接続されてお
り、クロックライン１５２、データライン１５３、電圧
ライン１５４及びアースライン１５５もＬＳＩチップ１
５１に接続されている。ＬＳＩチップ１５１は、クロッ
クライン１５２から供給された連続するクロックパルス
に基づいて、データライン１５３上に現れるデータか
ら、どのノズル１０６からインク滴の噴射を行うべきか
を判断し、駆動するインク室１０１に対応する金属電極
１３１に導通するパターン１４２に電圧ライン１５４の
電圧Ｖを印加する。また、駆動するインク室１０１以外
の金属電極１６１に導通するパターン１４２及び金属電
極１６２に導通するパターン１４５をアースライン１５
５に接続する。

【００６８】このインクジェットヘッド１４０の駆動
は、第一実施例と同様に、インク室１に対応する部分の
圧電セラミックス層１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃが変
形して行なわれる（図４、５参照）。

【００６９】続いて、インクジェットヘッド１４０の製
造方法に付いて説明する。まず第一実施例と同様にし
て、図６に示す複数の円筒２１が導電性基板１１上に立
ち並ぶ原盤１０を作製する。

【００７０】続いて原盤１０の円筒２１及び導電性基板
１１上にチタン製の１μｍの導電層１０３ａを形成す
る。これは以下のように形成する。図１６（ａ）に示す
ように、円筒２１の先端部に対応する部分に遮蔽板１３
２をセットし、２方向（矢印１５、１６）からの蒸着に
より、図１７（ａ）に示すように、先端を除く円筒２１
及び導電性基板１１上に導電層１０３ａを形成する。

【００７１】次に導電層１０３ａ上から円筒２１及び導
電性基板１１に圧電セラミックス層１０２ａを、図１７
（ｂ）のように第一実施例と同様な方法で作製する。

【００７２】次に図１７（ｃ）に示すように圧電セラミ
ックス層１０２ａ上の円筒２１部分にチタン製の１μｍ
の導電層１０３ｂを形成する。これは以下のように形成
する。図１６（ｂ）に示すように、円筒２１の基端部及
び導電性基板１１に対応する部分に遮蔽板１３２をセッ
トし、２方向（矢印１５、１６）からの蒸着により、導
電層１０３ｂを形成する。

【００７３】次に図１７（ｄ）に示すように圧電セラミ
ックス層１０２ｂを圧電セラミックス層１０２ａと同様
に作製する。続いて圧電セラミックス層１０２ｂ上にチ
タン製の１μｍの導電層１０３ｃを導電層１０３ａと同
様に作製し、さらに圧電セラミックス層１０２ｃを圧電
セラミックス層１０２ａと同様に作製し、次に、圧電セ
ラミックス層１０２ｃ上にチタン製の１μｍの導電層１
０３ｄを導電層１０３ｂと同様に作製する。

【００７４】このように導電層１０３ａ、１０３ｂ、１
０３ｃ、１０３ｄ及び圧電セラミックス層１０２ａ、１
０２ｂ、１０２ｃが作製された原盤１０を、約６００℃
で３０分ほど本焼成をして、圧電特性の優れた圧電セラ
ミックス層１０２とする。

【００７５】このようにして積層円筒を有するＰＺＴ構
造体１３３（図１８）ができる。エポキシ系等の樹脂で
複数の積層円筒を覆って、ＰＺＴ構造体１３３をブロッ
ク状にする（図１９）。前記樹脂が保持部１０５とな
る。そして、円筒２１の先端部側のＸ−Ｘ線で切断し、
導電性基板１１側のＺ−Ｚ線で切断する。Ｘ−Ｘ線切断
面には導電層１０３ｂ、１０３ｄが露出し、Ｚ−Ｚ線切
断面には導電層１０３ａ、１０３ｃが露出している。

【００７６】次に、ニッケルからなる原盤１０を塩化第
二鉄溶液によりウェットエッチングして溶出させる。す
ると、円筒２１及び導電性基板１１に対応する部分が中
空となる。そして図２０に示すように、まず導電層１０
３ａ、１０３ｃが露出した端面全体にクロム、ニッケル
の二層膜を矢印１９の方向から蒸着により形成する。続
いて導電層１０３ｂ、１０３ｄが露出した端面全体に、
クロム、ニッケルの二層膜を矢印１８の方向から蒸着に
より形成する。この時インク室１の内部で導電層１０３
ａ及び１０３ａ露出側に形成したクロム、ニッケルの二
層膜と、導電層１０３ｂ露出側に形成するクロム、ニッ
ケルの二層膜とが短絡しないように、インク室１よりわ
ずかに大きく、導電層１０３ｂ間距離（図２０では、上
の導電層１０３ｂと下の導電層１０３ｂとの間の距離）
よりもわずかに小さい遮蔽板１３６を図２０に示す位置
関係に設置して、矢印１８の方向から蒸着を行い、導電
層１０３ｂ露出側に形成する二層膜がインク室１に入り
込まないようにする。その後、導電層１０３ｂ、１０３
ｄが露出した端面側の前記二層膜をダイヤモンドブレー
ドを用いて機械的に分断して、図１３に示す溝１０９を
形成する。この分断された二層膜が金属電極１６１であ
り、導電層１０３ａ、１０３ｃが露出した端面側の前記
二層膜が金属電極１６２である。

【００７７】そして、金属電極１６２を接地し、且つ全
ての金属電極１６１に高電圧を印加する。即ち、全ての
導電層１０３ａ、１０３ｃを接地し、且つ全ての導電層
１０３ｂ、１０３ｄに高電圧を印加して、圧電セラミッ
クス層１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃを分極する。

【００７８】このようにして作製されたアクチュエータ
部１３０に、上述したように端面１３０ｂに蓋部材１１
７を接合し、上面１３０ｃにフレキシブルプリント基板
１４１を接合してインクジェットヘッド１４０が作製さ
れる。

【００７９】以上説明した第二実施例のインクジェット
ヘッド１４０の製造方法においても、第一実施例と同様
の効果を奏し、さらに、マニホールド１２２とインク室
１０１とが同時に形成されるので、マニホールド１２２
とインク室１０１との間で接着部分か無い。このため、
マニホールド１２２とインク室１０１との位置決めが容
易であり、マニホールド１２２とインク室１０１との間
でインク漏れが起こることがない。

【００８０】尚、前記第一、第二実施例では、アクチュ
エータ部４、１０４の形状が円筒状であったが、円でな
くて多角形の筒状であってもよい。

【００８１】また、前記第一、第二実施例では、インク
室１、１０１の開口端がノズル６、１０６であったが、
複数のノズルが形成されたノズルプレートを開口端に接
合してもよい。更に、複数のインク室、例えば２つのイ
ンク室に１つのノズルが連通するようなノズルプレート
であってもよい。

【００８２】更に、前記第一、第二実施例では、インク
室１、１０１の形状が円柱状であったが、ノズルとなる
部分に形状を漏斗状としたり、テーパ状としたりしても
よい。

【００８３】また、前記第一、第二実施例では、導電層
３を形成するときに２方向（矢印１５、１６）からの蒸
着であったが、３方向以上の蒸着であってもよし、１方
向からの蒸着で原盤の裏返すことによって所定の位置に
導電層を形成してもよい。

【００８４】更に、前記第一、第二実施例では、圧電セ
ラミックス層２が３層積層されていたが、圧電セラミッ
クス層２の積層数はいくつであってもよい。

【００８５】更に、前記第一、第二実施例では、原盤１
０はニッケルで形成されていたが、クロムでもよい。

【００８６】また、前記第一、第二実施例では、全ての
インク室１、１０１に共通の金属電極６１、１６２を接
地し、各インク室１、１０１に対応する金属電極６２、
１６１に電圧を印加するか接地するかを選択することに
よってインクを噴射するか否かを選択していたが、ＬＳ
Ｉチップの構造を変えて、金属電極６１、１６２に電圧
を印加して、金属電極６２、１６１を接地するか高イン
ピーダンス状態にするかの選択によってインクを噴射す
るか否かを選択してもよい。

【００８７】また、前記第二実施例では、アクチュエー
タ部材１３０とインク供給口１２３を有する蓋部材１１
７とを別体に設けていたが、アクチュエータ部材にイン
ク供給口を一体に設けることもできる。このようにすれ
ば、蓋部材１１７が必要なく、コストが低減する。

【００８８】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明のインク噴射装置の製造方法によれば、第二工程
で、前記原盤の少なくとも筒状部に圧電セラミックスの
ゾルゲル液によって圧電セラミックス層が形成されるの
で、圧電セラミックス層を非常に薄く形成することがで
きる。このため、インク室からインクを噴射させるため
の駆動電圧値を低くすることができる。従って、電極の
電源回路に接続する部分間の距離を従来より短くするこ
とができる。よってインク噴射装置の小型化が可能で、
ノズル集積度を向上することができる。また、駆動回路
のコストが低減する。

【００８９】また、第三工程で、前記圧電セラミックス
層の複数の筒状部が一体化され、第四工程で前記原盤が
溶融さて、前記原盤の筒状部に対応する部分が中空部と
されて、前記インク室が形成されると共に、前記圧電セ
ラミックス層を含む複数の前記アクチュエータ部が作製
されるので、インク室を有する複数のアクチュエータ部
が一体となって作製される。このため、複数のアクチュ
エータ部の個々の位置決めが不要であり、製造が容易で
ある。

【００９０】また、原盤を所望の形状に形成すれば、イ
ンクが流れ流路をインクが流れ易い形状にすることがで
きるので、エアーをトラップすることの無いインク噴射
装置を容易に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例のインクジェットヘッドを
示す斜視図である。

【図２】前記第一実施例のアクチュエータ部材の断面図
である。

【図３】前記第一実施例の制御部を示すブロック図であ
る。

【図４】前記第一実施例のインクジェットヘッドの断面
図である。

【図５】前記第一実施例のインクジェットヘッドの動作
を示す説明図である。

【図６】前記第一実施例のアクチュエータ部材を作製す
るための原盤を示す斜視図である。

【図７】前記第の実施例の原盤を作製する工程を示す説
明図である。

【図８】前記第一実施例のアクチュエータ部材の導電層
を形成する工程を示す説明図である。

【図９】前記第一実施例のアクチュエータ部材の導電層
及び圧電セラミックス層が積層されていく工程を示す説
明図である。

【図１０】前記第一実施例のＰＺＴ構造体を示す断面図
である。

【図１１】前記第一実施例のアクチュエータ部材の製造
工程を示す説明図である。

【図１２】前記第一実施例のアクチュエータ部材の端面
に金属電極を形成する工程を示す説明図である。

【図１３】本発明の第二実施例のインクジェットヘッド
を示す斜視図である。

【図１４】前記第二実施例のアクチュエータ部材の断面
図である。

【図１５】前記第二実施例の制御部を示すブロック図で
ある。

【図１６】前記第二実施例のアクチュエータ部材の導電
層を形成する工程を示す説明図である。

【図１７】前記第二実施例のアクチュエータ部材の導電
層及び圧電セラミックス層が積層されていく工程を示す
説明図である。

【図１８】前記第二実施例のＰＺＴ構造体を示す断面図
である。

【図１９】前記第二実施例のアクチュエータ部材の製造
工程を示す説明図である。

【図２０】前記第二実施例のアクチュエータ部材の端面
に金属電極を形成する工程を示す説明図である。

【図２１】従来例のインクジェットヘッドを示す斜視図
である。

【図２２】従来例のインクジェットヘッドを示す断面図
である。

【符号の説明】

１，１０１インク室２，１０２圧電セラミックス層３，１０３導電層４，１０４アクチュエータ部５，１０５保持部６，１０６ノズル１０原盤１１導電性基板１７マニホールド部材２１円筒２２，１２２マニホールド３３，１３３ＰＺＴ構造体４０，１４０インクジェットヘッド４１，１４１フレキシブルプリント基板４３，１４３接点電極４４，１４４接点電極６１，１６１金属電極６２，１６２金属電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インク供給源からインクが供給される複
数のインク室と、電極に電圧が印加されることによって
前記インク室内の容積を変化させてインクを噴射させる
アクチュエータ部とを有するインク噴射装置の製造方法
において、複数の筒状部を有する原盤を作製する第一工程と、前記原盤の少なくとも筒状部を、圧電セラミックスのゾ
ルゲル液に付着させて圧電セラミックス層を形成する第
二工程と、前記圧電セラミックス層の複数の筒状部を一体化する第
三工程と、前記原盤を溶融して、前記原盤の筒状部に対応する部分
を中空部として、前記インク室を形成すると共に、前記
圧電セラミックス層を含む複数の前記アクチュエータ部
を作製する第四工程とからなることを特徴とするインク
噴射装置の製造方法。
【請求項２】インク噴射装置が、前記各インク室に連
通し、インク供給源からインクが供給されるマニホール
ドを有し、前記第一工程で、複数の筒状部と、それら筒
状部を支持する支持部を有する原盤を作製し、前記第二
工程で、圧電セラミックス層を前記原盤の筒状部及び支
持部に形成し、前記第四工程で、前記原盤を溶融して、
前記原盤の筒状部及び支持部に対応する部分を中空部と
して、前記インク室及び前記マニホールドを形成すると
共に、前記圧電セラミックス層を含む複数の前記アクチ
ュエータ部を作製することを特徴とする請求項１記載の
インク噴射装置の製造方法。
【請求項３】前記第一工程と前記第二工程の間におい
て、前記原盤の少なくとも筒状部に導電層を形成し、前
記第二工程と前記第三工程との間において、前記圧電セ
ラミックス層上に導電層を形成し、前記第四工程で前記
原盤を溶融して、前記原盤の筒状部に対応する部分を中
空部として、前記インク室を形成すると共に、前記導電
層及び前記圧電セラミックス層からなる前記アクチュエ
ータ部を作製することを特徴とする請求項１または２記
載のインク噴射装置の製造方法。
【請求項４】前記圧電セラミックス層及び前記導電層
を複数積層させる工程を有することを特徴とする請求項
３記載のインク噴射装置の製造方法。
【請求項５】前記第一工程と前記第二工程との間にお
いて形成された前記導電層は、前記一体化されたアクチ
ュエータ部の外面の一部に露出され、前記第二工程と前
記第三工程との間において形成された導電層は、前記一
体化されたアクチュエータ部の外面の前記一部と異なる
他の一部に露出され、前記一部もしくは前記他の一部に
全てのアクチュエータ部の導電層を接続する共通電極が
形成され、前記他の一部もしくは前記一部に駆動電極が
各アクチュエータ部に対応して形成されることを特徴と
する請求項３記載のインク噴射装置の製造方法。
【請求項６】前記一体化されたアクチュエータ部の外
面の前記一部は、前記一体化されたアクチュエータ部の
一端面であり、前記一体化されたアクチュエータ部の外
面の前記他の一部は、前記一体化されたアクチュエータ
部の他端面であることを特徴とする請求項５記載のイン
ク噴射装置の製造方法。
【請求項７】前記第三工程で前記圧電セラミックス層
の複数の筒状部を一体化する材料は、ロックウエル硬度
がＭ−６０〜Ｍ−１３０であることを特徴とする請求項
１記載のインク噴射装置の製造方法。
【請求項８】前記原盤の一部にインクが噴射されるノ
ズルに対応する部分が形成され、前記ノズルが前記アク
チュエータ部に一体に形成されることを特徴とする請求
項１記載のインク噴射装置の製造方法。
【請求項９】前記原盤の前記ノズルに対応する部分が
形状は、前記筒状部と異なる形状であることを特徴とす
る請求項８記載のインク噴射装置の製造方法。