JPH09156100A - インクジェット記録ヘッド用圧電振動子ユニット、及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 長尺の圧電振動子ユニットを構成する圧電振
動板の反りを無くすること。 【解決手段】 第１の電極層３と、他方の極となる第２
の電極層５とを圧電材料を挟んで交互に積層し、所定の
ピッチで歯割りしてなる複数の圧電振動子１６におい
て、支持板１５に対向する領域にも分極処理を施して部
分的な収縮に起因する反りを無くする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術の分野】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、特開平4-366643号公報や米国特許第5,453770号
明細書に示されたような縦振動モードの圧電振動子をイ
ンクジェット式記録ヘッドの駆動に使用すると、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】縦振動モードを利用したインクジェット記
録ヘッドは、図８に示したように複数のノズルを備えた
流路ユニットＡの背面に狭い間隙をおいて圧電振動子
Ｂ，Ｂ，Ｂ‥‥を配設してなる振動子ユニットＣをホル
ダＤの振動子ユニット挿入口Ｅから挿入して、インク流
路からのインクをノズルプレートと振動板とで形成した
圧力室に導いた上、このインクを記録信号に応じて駆動
させた圧電振動子Ｂ，Ｂ，Ｂ‥‥により加圧してインク
滴としてノズルより飛翔させるように構成されている。

【０００４】縦振動モードの圧電振動子Ｂは、駆動電圧
を可能な限り下げて駆動回路の簡素化を図るため、図９
に示したように圧電振動材料Ｆと電極材料Ｇ、Ｈとを、
一端で電極が重ならず、かつ電極材料Ｇ，Ｈの間の圧電
振動材料Ｆの厚みが１５乃至３０μｍと極めて薄くなる
ように、複数積層し、これを焼成して圧電振動板Ｋを構
成し（図９（イ））、その後に電極Ｇ，Ｈの間に７０ボ
ルト程度の直流電圧を印加して分極処理を行い（図９
（ロ））、これを１つの圧電振動子ユニットを構成する
のに適したサイズのものＮに分割し、これを（図９
（ハ））を中間物とする。

【０００５】そして図１０（イ）に示したように前端と
後端とに電極Ｇ，Ｈの各々に接続する外部電極Ｐ，Ｑを
形成し、電極Ｇ，Ｈがラップしていない領域、いわゆる
不活性領域Ｍを支持板Ｒに取付け、活性領域側の先端か
らダイシングソウやワイヤソウ等により、所定、例えば
１／１８０インチピッチの場合にはピッチ０．１４ミリ
メートルの幅で切断して圧電振動子Ｂ，Ｂ，Ｂに切分け
て圧電振動子にユニットに仕上げられている（図１０
（ロ））。

【０００６】このようにして構成される圧電振動板は、
一半が分極領域として、また他半が非分極領域として形
成されるため、分極領域が分極処理によりアトランダム
であった双極子モーメントが分極軸方向に整列するとと
もにわずかに収縮し、また非分極領域が元の状態のまま
であるから、収縮部分と非収縮部分とが同一材に存在す
ることになり、いわゆるバイメタル効果により反りが生
じて図１０（ロ）に示したように端部を結ぶ線と中央部
との間にギャップΔＳが生じている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】それでも、振動子ユニ
ットの圧電振動子の数が３０程度の場合には、圧電振動
板の長さが５乃至６ｍｍ程度と小さいため、中央部と端
部とのギャップ量が無視できる程度に小さくなるが、高
密度、高速印刷に対応するため、１列のノズル開口の数
が例えば１２８以上の記録ヘッドの圧電振動子ユニット
を構成する圧電振動板として用いた場合には、分極によ
り生じた５乃至１０μｍのギャップΔＳがそのまま圧電
振動子と圧力発生室の隔壁を構成している振動板Ｐのア
イランド部Ｑとの間のギャップとして残る。

【０００８】これら圧電振動子Ｒe、Ｒcは、図１１に示
したようにその先端に接着剤Ｔの層を形成してアイラン
ド部Ｑと接合されるが、端部の圧電振動子Ｒe、Ｒe‥‥
とアイランド部Ｑとは接着剤Ｔの層を介して接合できる
ものの、中央部の圧電振動子Ｒc，Ｒc‥‥では大きなギ
ャップが生じるため振動板Ｐに当接させることができな
い。

【０００９】もとより接着剤の厚みを大きくすることも
考えられるが、接着剤層が弾性部材として作用するた
め、圧電振動子の変位を圧力発生室の膨張、収縮のため
に伝達することが不可能となる。

【００１０】また、少なくとも振動板に当接する面を研
磨等により平坦化することも考えられるが、外部電極Ｐ
が研磨により消滅してしまうため、外部電極Ｐを再度形
成する必要があるが、電極形成には加熱が伴うため、せ
っかく行った分極が消滅してしまうという問題や、さら
には研磨の手間を要したり、破損を生じる等大きな問題
を伴うので、このような方法を採ることができない。

【００１１】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、分極処理に起因する
圧電振動板の反りを可及的に抑え、多数ノズルからイン
ク滴を吐出させることができる振動子ユニットを提供す
ることにある。また、本発明の他の目的は上述の圧電振
動子ユニットの製造方法を提案することである。

【００１２】

【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の電極
層と、他方の極となる第２の電極層とを圧電材料を挟ん
で交互に積層し、所定のピッチで歯割りしてなる複数の
圧電振動子を、その後端側を支持板に固定してなる圧電
振動子ユニットにおいて、前記支持板に対向する領域に
分極処理を施し、かつ駆動信号による圧電効果を生じな
い不活性領域として構成するようにした。

【００１３】

【作用】圧電振動板のほぼ全体に分極処理が施されてい
るため、部分分極に起因する反りが防止される。

【００１４】

【発明の実施の形態】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、少なくとも振
動子ユニットのサイズ（例えば、長さ２１ｍｍ、幅５．
５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ）となるように、圧電材料、例
えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）のペーストをマス
クを使用して基盤１に所定の厚さ、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））。

【００１５】ついで、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、及び少なくとも一方の側方２
ｂ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１乃至３μｍ塗布して駆動電極と
なる第１の電極層３（図２（イ））を積層する（図１
（ロ））。

【００１６】第１の電極層３は、図２（イ）に示したよ
うにその先端３ａが圧電材料層２の圧力発生室の振動板
と当接する側（先端側）との間、及び少なくとも側部の
一方の端部３ｃにそれぞれ圧電材料層２が露出する領域
２ａ、２ｂを有し、また後端３ｂが圧電材料層２から露
出するように形成されている。

【００１７】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））。

【００１８】ついで、活性層と不活性層との境界線近傍
に導電関係を遮断できる程度の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が空白部
４ａで分割された第２の電極層５、及びダミー電極層６
を形成する（図１（ニ））。

【００１９】第２の電極層５は、図２（ロ）に示したよ
うに少なくとも先端５ａが圧電材料層４から露出する程
度まで延長されおり、またダミー電極層６は、先端６ａ
が第２の電極層５の後端５ｂと空白部４ａを挟んで対向
し、また後端６ｂが圧電材料層４に埋めこまれ、さらに
少なくと一方の側方６ｃが圧電材料層４の側方から露出
するように形成されている。

【００２０】以下、このような圧電材料層及び電極層の
積層工程（イ）乃至（ニ）を必要な層数だけ繰返し、所
定の乾燥度となるまで自然乾燥させてから、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。

【００２１】圧電振動板１０の第１の電極層３は、その
後端３ｂが圧電材料層２、４から露出するものの、少な
くともダミー電極層６が露出している側面が圧電材料
２、４に産め込まれている。また第２の電極層５は先端
から露出し、ダミー電極６の側面６ｃが外部に露出して
いる。

【００２２】ついで、図３（ロ）に示したように圧電材
料の後端に露出している第１の電極層３の端部３ｂに接
続する外部電極１１、圧電材料の先端から露出している
第２の電極層５の先端５ａに接続する外部電極層１２を
形成するとともに、側方から露出しているダミー電極層
６の側部６ｃに接続する第３の外部電極１３を形成す
る。これら外部電極１１、１２、１３は、厚さ１μｍ程
度の金属の蒸着や、導電塗料を塗布して形成することが
できる。

【００２３】そして、第２の電極層５とダミー電極層６
とに接続する外部電極１２、１３を並列に接続し、第１
の電極層３に接続する外部電極１１との間に圧電材料層
２、４を分極させることができる程度の７５ボルト程度
の電圧を好ましくは加熱状態で１分間程度印加する。

【００２４】これにより、第１の電極層３と第２の電極
層６とが対向する活性領域、及び第１の電極層３とダミ
ー電極層６とが対向する不活性領域とが共に分極され
る。

【００２５】このように圧電振動板１０のほぼ全域が分
極されるため、分極処理後においても図３（ハ）に示し
たように反りの無い圧電振動板ができあがる。なお、必
要に応じてダミー電極層６との接続のために形成された
外部電極１３を研磨や切断等の操作により除去してもよ
い。

【００２６】このように構成された圧電振動板を、図５
（イ）、（ロ）に示したようにその不活性領域７を圧電
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１５に固定して活性領域、つまり第１の電極
層３と第２の電極層５とが対応する領域をダイシングソ
ウやワイヤソウにより所定のピッチで歯割りして圧電振
動子１６に分離することにより所望の圧電振動子ユニッ
トが完成する。なお、図中符号１７は、外部電極１２を
並列に接続するとともに補強を兼ねる導電部材を示す。

【００２７】なお、上述の実施例においては圧電振動板
を支持板１５に固定するようにしているが、圧力発生室
等を構成する流路ユニットＡを固定するホルダＤ（図
８）に直接固定しても同様の作用を奏することは明らか
である。

【００２８】また上述の実施例においては１つの圧電振
動子ユニットとなる圧電振動板を１枚ずつ形成するよう
にしているが、図６（イ）、（ロ）に示したように複数
枚分、この実施例では振動板４枚分の面積の圧電材料層
を形成し、その表面に図６（イ）に示したように第１の
電極層の４つのパターン２０を少なくとも先端部に形成
する空間の幅に相当する間隔２１を空けて一定ピッチで
形成し、これの表面に圧電材料層を形成した後、同図
（ロ）に示したように前述の第２の電極層２２、及びダ
ミー電極層２３を形成して焼成し、各パターンの境界を
切断線２４、２４としてダイシングソウ等により切分け
るようにしてもよい。さらには図中上下方向に複数枚分
のサイズとして焼成し、分極処理後に図９（ハ）に示し
たように分割してもよい。

【００２９】また、上述の実施例においては第１の電極
層３の後端３ｂを、また第２の電極層５の先端５ａを、
さらにはダミー電極層６の側端６ｃを圧電材料層から露
出させるようにして積層しているが、図７に示したよう
に圧電材料層に埋めこんだ状態で焼成を行って、焼成後
にこれら後端３ｂ、先端５ａ、側端部６ｃだけを露出さ
せることができ、かつ圧電振動子を形成するのに適した
サイズとなる線３０、３１、３２、３３に沿って切断す
るようにしてもよい。

【００３０】さらに、上述の実施例においては不活性領
域のほぼ全体を分極処理するようにしているが、不活性
領域については分極処理の有無による収縮の度合に起因
する反りを防止できる程度の最少領域だけを分極処理す
ればよいことは明らかである。

【００３１】

【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の電極層と、他方の極となる第
２の電極層とを圧電材料を挟んで交互に積層し、所定の
ピッチで歯割りしてなる複数の圧電振動子を、その後端
側を支持板に固定してなる圧電振動子ユニットにおい
て、支持板に対向する領域に分極処理を施し、かつ駆動
信号による圧電効果を生じない不活性領域として構成さ
れているので、圧電振動板のほぼ全体に分極処理が施さ
れていて分極にともなう部分的な収縮を無くして反りを
防止することができる。

【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を挟
んで交互に形成される第１の電極層、及び第２の電極層
とダミー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直
後の状態、外部電極が形成された状態、及び分極処理が
終了した状態の圧電振動板を示す図である。

【図４】図（イ）、（ロ）は、それぞれ圧電振動板の一
方の端面、及び中央部の電極層を示す図である。

【図５】図（イ）、（ロ）は、それぞれ本発明の圧電振
動子ユニットの一実施例を示す斜視図と断面図である。

【図６】図（イ）、（ロ）は、本発明の圧電振動板の製
造方法の他の実施例を、第１の電極層、及び第２の電極
層とダミー電極層の構造でもって示す図である。

【図７】本発明の他の実施例を示す図である。

【図８】縦振動モードの圧電振動子を用いたインクジェ
ット式記録ヘッドの一例を示す図である。

【図９】図（イ）乃至（ハ）は、それぞれ従来の圧電振
動子ユニットを構成する圧電振動板の焼成直後の状態、
分極処理後の状態、及び所定サイズに切分けた状態を示
す図である。

【図１０】図（イ）、（ロ）は、それぞれ圧電振動板か
ら圧電振動子ユニットを構成する従来の製造過程を示す
図である。

【図１１】従来の圧電振動子により多数ノズルの記録ヘ
ッドを構成した場合の圧電振動子と振動板との接続状態
を模式的に示す図である。

【符号の説明】

２、４ 圧電材料層 ３ 第１の電極層 ５ 第２の電極層 ６ ダミーの電極層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一方の極となる第１の電極層と、他方の
   極となる第２の電極層とを圧電材料を挟んで交互に積層
   し、所定のピッチで歯割りしてなる複数の圧電振動子
   を、その後端側を支持板に固定してなる圧電振動子ユニ
   ットにおいて、 前記支持板に対向する領域に分極処理を施し、かつ駆動
   信号による圧電効果を生じない不活性領域として構成し
   たインクジェット記録ヘッド用圧電振動子ユニット。
2. 【請求項２】 前記不活性領域に、前記一方の電極層と
   同平面に電気的に隔離されたダミーの電極層が形成され
   ている請求項１のインクジェット記録ヘッド用圧電振動
   子ユニット。
3. 【請求項３】 後端側が圧電材料層から露出し、また先
   端側、及び少なくとも一方の側方が圧電材料層に埋没す
   るサイズの第１の電極層と、先端側が圧電材料層から露
   出し、後端が活性領域内に位置する第２の電極層、及び
   先端が前記第２の電極層と一定の間隙空けて、また後端
   が前記圧電材料層の内部に埋没し、さらに少なくとも一
   側が圧電材料層から露出するダミー電極とを交互に備え
   た焼成物を得る工程と、 前記第１の電極層に後端、及び前記第２の電極層の先端
   で接続する外部電極層と、前記ダミー電極層と側方で接
   続する外部電極層を形成する工程と、 前記外部電極を介して前記第１の電極層と前記第２の電
   極層及びダミー電極層との間に分極電圧を印加して分極
   処理を行う工程と、 前記分極処理後の積層物を、前記ダミー電極に対向する
   領域で支持板に固定して所定のピッチで圧電振動子に切
   分ける工程、 とからなるインクジェット記録ヘッド用圧電振動子ユニ
   ットの製造方法。