JPH09277531A

JPH09277531A - インクジェットヘッド

Info

Publication number: JPH09277531A
Application number: JP9696496A
Authority: JP
Inventors: Masanori Horiie; 正紀堀家; Yoichiro Miyaguchi; 耀一郎宮口
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1996-04-18
Filing date: 1996-04-18
Publication date: 1997-10-28

Abstract

(57)【要約】【課題】高集積化が困難であった。【解決手段】加圧室５の高さ方向を決める液室プレー
ト１と、複層構造のバイモルフ型圧電素子３とを備え、
圧電素子３で加圧室５の１つの壁面を構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェットヘ
ッドに関し、特に電気機械変換素子をアクチュエータ素
子に用いるインクジェットヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録装置は、記録時の振
動、騒音が殆どなく、カラー化が容易なことから、コン
ピュータ等のデジタル処理装置のデータを出力するプリ
ンタの他、ファクシミリやコピー等にも用いられるよう
になっている。このようなインクジェット記録装置に用
いるインクジェットヘッドは、高密度、高品質記録に対
応するために高集積化、高精度化が要求されている。

【０００３】インクジェットヘッドとしては、ヘッド構
成部材の積層の端面側よりインク滴を吐出するエッジシ
ュータ方式のものと、ノズル形成部材に円形のノズルを
形成するサイドシュータ方式のものとに大別することが
できる。

【０００４】前者のエッジシューター方式のインクジェ
ットヘッドとしては、特開平４−１５２１４４号公報
に記載されているように、基板上にレジストパターンを
形成し、金属メッキによりノズル、液室、インク供給
路、インク供給室を形成したものがある。

【０００５】後者のサイドシューター方式のインクジェ
ットヘッドとしては、特開昭６３−２５２７４９号公
報及び特公平２−２３３５１号公報に記載されている
ように、基板上にオリフィス、加圧室、インク供給路、
共通インク流路のすべてを形成したもの、特開平６−
２３４２１８号公報に記載されているように、ノズルを
形成したノズルプレート、液室を形成するスペーサ部
材、インク供給路を形成するインク供給部材を積層した
ものがある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
のようなエッジシュータ方式のインクジェットヘッドに
あっては、オリフィス（ノズル）端面、つまり、インク
吐出口のエッジ部等の加工が難しく、噴射特性、特に噴
射方向の高精度化が困難であり、特にマルチノズルイン
クジェットヘッドに適用したときに各ノズルの噴射特性
のばらつきが大きくなる。

【０００７】他方、サイドシュータ方式のインクジェッ
トヘッドのうち、上記、のようなノズルを形成する
部材に液室を形成するようにしたものにあっては、ノズ
ル、液室、インク供給路等を高精度に仕上げることが困
難であり、特にマルチノズルインクジェットヘッドに適
用したときに各ノズルの噴射特性のばらつきが大きくな
る。さらに、上記のようなノズルプレート、液室を形
成するスペーサ部材、インク供給路を形成するインク供
給部材を積層したものにあっては、部品点数が多くな
り、工程が複雑になる。

【０００８】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、高集積化を向上することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項１のインクジェットヘッドは、加圧室内のイ
ンクを加圧してインク吐出口からインク滴を吐出するイ
ンクジェットヘッドにおいて、前記加圧室の高さ方向を
決める液室形成部材と、前記加圧室の１つの壁面を構成
する複層構造のバイモルフ型電気機械変換素子とを備え
た。

【００１０】請求項２のインクジェットヘッドは、上記
請求項１のインクジェットヘッドにおいて、前記液室形
成部材をセラミック部材又はシリコン基板で形成した構
成とした。

【００１１】請求項３のインクジェットヘッドは、加圧
室内のインクを加圧してインク吐出口からインク滴を吐
出するインクジェットヘッドにおいて、前記加圧室の高
さ方向を決めると共に、前記加圧室の１つの壁面を形成
する変形可能なダイアフラム部を有する液室形成部材
と、前記ダイアフラム部に設けた複層構造の電気機械変
換素子とを備えた。

【００１２】請求項４のインクジェットヘッドは、上記
請求項３のインクジェットヘッドにおいて、前記液室形
成部材が前記加圧室の高さを決める部材とダイアフラム
部を形成する部材とを一体化してなり、この液室形成部
材をセラミック部材又はシリコン基板で形成した構成と
した。

【００１３】請求項５のインクジェットヘッドは、上記
請求項１乃至４のいずれかのインクジェットヘッドにお
いて、前記電気機械変換素子の電圧印加用電極のいずれ
か一方又は両方の極性の電極の領域を前記加圧室領域に
対応して配置し、電圧印加時の変形領域を前記電圧印加
用電極で規定した構成とした。

【００１４】請求項６のインクジェットヘッドは、上記
請求項１乃至５のいずれかのインクジェットヘッドにお
いて、前記電気機械変換素子を形成するグリーンシート
よりも焼成温度が高い焼成済みセラミック基材上に、前
記グリーンシートを積層し、更に前記グリーンシートよ
りも焼成温度が高い焼成済みセラミック部材又はシリコ
ン基板からなる前記液室形成部材を積層して、前記グリ
ーンシートを焼成して前記電気機械変換素子を焼成した
後、前記セラミック基板を取り除いた構成とした。

【００１５】請求項７のインクジェットヘッドは、上記
請求項６のインクジェットヘッドにおいて、前記電気機
械変換素子を形成するグリーンシートと焼成済みセラミ
ック基材との間に剥離用部材を介在させて焼成した構成
とした。

【００１６】請求項８のインクジェットヘッドは、上記
請求項１乃至７のいずれかのインクジェットヘッドにお
いて、前記インク吐出口を形成する吐出口形成部材に前
記共通インク流路から各加圧室へインクを供給するイン
ク供給路をなす凹部を形成し、この吐出口形成部材を前
記液室形成部材に接合した構成とした。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して説明する。図１は本発明の第１実施例に
係るインクジェットヘッドの外観斜視図、図２は図１の
Ａ−Ａ線に沿う要部拡大断面図、図３は図１のＢ−Ｂ線
に沿う断面図、図４は図１のノズルプレートの斜視図で
ある。

【００１８】このインクジェットヘッドは、１又は複数
の共通インク流路及び複数の加圧室を形成する液室形成
部材である液室プレート１と、加圧室に臨むノズル（オ
リフィス）、共通インク流路と加圧室とを連通するイン
ク供給路を形成する吐出口形成部材であるノズルプレー
ト２と、液室プレート１の各加圧室に対応して接合又は
液室プレート１と一体焼成したアクチュエータ素子であ
る複数の圧電素子３とを備えている。

【００１９】液室プレート１は、図２及び図３に示すよ
うに、複数の各加圧室５をなす複数の穴部１ａと、これ
ら複数の各加圧室５と隔壁部６で隔てられ、各加圧室５
にインクを供給するための共通インク流路７を形成する
凹部１ｂとを有し、加圧室５の高さ方向の寸法を決める
部材である。

【００２０】ここで、液室プレート１の材質としては、
樹脂、セラミックス、金属等を用いることができる。樹
脂材としては、ポリフェニレンサルファイド、ポリエー
テルサルフォン、ポリイミド等のエンジニアリングプラ
スチック系の樹脂、或いは、これらの樹脂にチタン、ア
ルミナ、ガラスフィラー等の粒子材を混入し、熱膨張係
数を低減した樹脂を用いるのが好ましい。また、セラミ
ックス材料としては、アルミナ、チタニア系セラミック
ス、窒化珪素、窒化アルミ、ジルコニア等の材料を用い
ることもできる。

【００２１】そして、この液室プレート１の上面に設け
た圧電素子３で加圧室５の上壁面を構成している。この
圧電素子３は、圧電素子層３ａと圧電素子３ｂからなる
２層構造のバイモルフ型圧電素子であり、圧電素子層３
ａの上面及び圧電素子層３ｂの下面にはそれぞれ共通電
極１０，１１を設け、圧電素子層３ａと圧電素子層３ｂ
との間に個別電極１２を設けている。これらの共通電極
１０，１１と個別電極１２とは加圧室５の領域に対応し
て配置している。

【００２２】一方、液室プレート１の外面には、図１に
示すように、各列のすべての圧電素子３の共通電極１
０，１１に導電性接着剤１３を介して接続する共通電極
パターン１４を形成すると共に、圧電素子３の個別電極
１２に個別的に同じく導電性接着剤１５を介して接続す
る個別電極パターン１６とを形成している。この圧電素
子３に接続した共通電極パターン１２にはＧＮＤを接続
し又は数１０Ｖの電圧を印加し、個別電極パターン１４
には選択的に数１０Ｖの電圧を印加する。更に、液室プ
レート１の共通インク流路７にインク供給穴９を介して
外部からインクを供給するためのインク供給パイプ１７
を取付けている。

【００２３】ノズルプレート２には、図２乃至図４に示
すように、加圧室５に臨むノズル（インク吐出口）２０
及びこのノズル２０の導入口２０ａを形成すると共に、
液室プレート１の隔壁部６に対応して、共通インク流路
７から加圧室５にインクを供給するインク供給路２１を
なす細溝状の凹部２ａを形成している。

【００２４】このノズルプレート２に形成した凹部２ａ
は、幅（長さ）Ｌの細溝状をなす流体抵抗部２２と、こ
の流体抵抗部２２に連通して共通インク流路７側に充分
広く開口した開口部であるインク流入口２３と、流体抵
抗部２２に連通して加圧室５側に充分広く開口した開口
部であるインク流出口２４とを有するインク供給路２１
を形成している。また、液室プレート１の隔壁部６は、
これらのインク流入口２３及びインク流出口２４の一部
に臨む幅に形成している。

【００２５】以上のように構成したインクジェットヘッ
ドの作用について説明する。先ず、２層構造のバイモル
フ型圧電素子３の上下面の電極を共通電極１０，１１と
し、内層電極を個別電極１２として電圧を印加した場
合、電界の向きは上下の圧電素子層３ａ，３ｂで互いに
逆向きになる。一方、圧電素子３の焼成後の分極は、導
電性接着剤１３，１６で導通する前に上下同じ向きに行
なうことによって、電圧印加時に上下の圧電素子層３
ａ，３ｂで互いに逆の変形を示すことになる。

【００２６】ここで、分極時の電界印加方向と加圧動作
時の電界印加方向が一致しているのが上（外側）の圧電
素子層３ａで、一致していないのが下（加圧室５側）の
圧電素子層３ｂであるとすると、圧電素子層３ａは図２
の矢示方向に収縮し、圧電素子層３ｂは同図の矢示方向
に伸長するので、圧電素子３は同図に破線で示すように
加圧室５の方向に変形して、加圧室５内のインクを加圧
し、それによって、ノズル２０からインク滴が吐出され
る。

【００２７】このとき、圧電素子３で加圧室５の１つの
壁面を直接構成し、ダイアフラム部を設けていないの
で、ダイアフラム部を変形させる応力を必要としないた
め変位効率が非常に良くなる。また、各ノズルに対応す
る各ダイアフラム部の厚みのバラツキがインクの吐出特
性のバラツキに直接影響を与えるが、ダイアフラム部を
必要としないためにインク吐出特性の安定、低コスト化
の面でも有利である。

【００２８】なお、圧電素子と使用するインクとの接液
性が問題になるときには、圧電素子を焼成した後、Ａ
ｕ、Ｐｔ等のスパッタによる薄膜、或いはＣＶＤによる
樹脂材の化学蒸着、例えばパリレン樹脂のＣＶＤ等がパ
ッシベーション層として有効であり、変形時の応力が問
題にならないものを選択して用いれば十分に対応するこ
とができる。

【００２９】このように、加圧室の高さ方向を決める液
室形成部材と、加圧室の１つの壁面を構成する複層構造
のバイモルフ型電気機械変換素子とを備えることによっ
て、吐出効率の高いヘッドが可能であり、加圧面積を小
さくすることができて、高集積化を向上することができ
る。

【００３０】また、圧電素子３の電極１０，１１，１２
は加圧室５の領域に対応して配置しているので、圧電素
子３に電圧を印加したときの圧電素子３の変形領域は電
極１０〜１２の領域によって規定されることになる。圧
電素子の形状サイズ決定は少なくとも１０μｍの厚膜印
刷であるのに対して、電極は数μｍ以下の薄膜工法で形
成可能であるので、電極形状で圧電素子の変形領域を規
定する（決定する）構成にすることで、変形領域の精度
が得られやすく、インク吐出特性のバラツキを低減する
ことができる。なお、共通電極１０，１１と個別電極１
２の少なくともいずれか一方を加圧室５の領域に対応さ
せることで、圧電素子３の変形領域を規定することがで
きる。

【００３１】ここで、ノズルプレート２のインク供給路
１８について説明する。圧電素子３にパルス状の電圧を
印加することで前述したように加圧室５方向への変形が
発生し、加圧室５内のインクをパルス状に加圧してノズ
ル２０からインク滴を吐出させるが、このときにインク
供給路２１側にもパルス状のインクの流れが発生する。

【００３２】したがって、このインク供給路２１がパル
ス状のインクの流れに対して、流体抵抗が小さい場合に
は共通インク流路７側への逆流が多くなって吐出効率が
低下し、流体抵抗が大きい場合にはインク滴吐出後の加
圧室５へのインクの充填効率が低下することになる。つ
まり、圧電素子３による電圧印加変形によるインク滴吐
出後、電圧オフで圧電素子３が元の形状に復帰すること
で加圧室５内が一時的に負圧になって共通インク流路７
から加圧室５へのインク充填が行われるが、充填効率が
低い場合、吐出の繰り返し周波数が高くなると、充分な
充填が行われないうちに次の吐出動作に入ってしまい、
ノズル２０からの１回当りのインク吐出量が減少して画
像濃度が低下することになる。

【００３３】例えば、円管流路の流体抵抗Ｒは、一般
に、Ｒ＝１２８μＬ／πｄ⁴で表わされる。ここで、μ
は流体抵抗の粘度、Ｌは管路の長さ、ｄは管路の直径で
ある。円管路でなく、断面がａ×ｂの長方形の場合、前
記円管路の場合の式中のｄが、ｄ＝２ａｂ／（ａ＋ｂ）
に置き変わることになる。つまり、管路の流体抵抗は、
管路の長さと流体の粘度に比例し、断面積の２乗に反比
例する。

【００３４】そこで、前記の吐出特性を満足させるため
には、ノズル２０の流体抵抗Ｒｏとインク供給路２１の
流体抵抗Ｒｉとの関係を、約Ｒｉ＝２Ｒｏ〜０．２Ｒｏ
の範囲に設定する。この範囲は、実際には液室形状、そ
の液室に対するＲｉ、Ｒｏの取付け位置、材質等によっ
て左右されるので、実験等によって最適な関係を選択す
る。

【００３５】この実施例において、インク流入口２３及
びインク流出口２４は深さ方向に対して幅方向の寸法が
大きく、これらのインク流入口２３及びインク流出口２
４の流体抵抗は小さくなり、実質的にインク供給路２１
の流体抵抗は幅方向が狭くなっている図６の幅Ｌの部分
である流体抵抗部２２で決まることなる。このことは、
インク供給路２１の流体抵抗がすべてノズルプレート２
側の形状で決定されることになり、液室プレート１とノ
ズルプレート２との接合位置等が多少ずれても、インク
供給路２１の流体抵抗には影響が及ばないことになる。

【００３６】これらの液室プレート１とノズルプレート
２とは図２に示すように接合剤２５で位置合せをして接
合している。この液室プレート１とノズルプレート２と
の接合は材料に応じて各種の方法を選択することがで
き、接合剤２５を用いなければならないものではない。

【００３７】例えば、ノズルプレート２をポリフェニレ
ンサルファイド、ポリエーテルサルフォン、ポリサルフ
ォン、ポリイミド等の樹脂で形成する場合、ノズルプレ
ート２の形成方法としては、射出成型にてプレートと同
時にインク供給路２１を形成し、エキシマレーザー加工
にてマスクを用いてノズル２０を孔加工することができ
る。エキシマレーザーによる加工は、液室側から吐出側
へ加工することで適度のテーパー形状となってインク吐
出には問題のない形状が得られる。また、成型は単に数
１０〜数１００μｍの薄板の成型と、その薄板に部分的
にインク供給路２１を作るという単純な形状であるの
で、高精度化を容易に図ることができる。

【００３８】このようにノズルプレート２を樹脂で形成
した場合に、液室プレート１も同様な樹脂成型によると
きには、ＭＥＫ等溶剤で接合するのが好ましい。このよ
うにすれば、接着剤の流れ込み等がなく、接合後は溶剤
が蒸発し、相互に溶融した接号となって母材と同じ強度
が得られ、信頼性が向上する。

【００３９】また、ノズルプレート２をニッケル（Ｎ
ｉ）電鋳、ＳＵＳのエッチング等、金属材料で形成し、
液室プレート１を樹脂成型で形成した場合には、スクリ
ーン印刷による接着剤塗布接合ができる。接着剤として
は、エポキシ樹脂系、フェノール樹脂系、ウレタン樹脂
系、シリコーン樹脂系等、一般の接着剤を用いることが
できる。また、その他、感光性樹脂フィルムを使用した
接合も可能である。例えば、ノズルプレート２の内側に
３０μｍインクカートリッジの感光性樹脂フィルムをラ
ミネートし、ノズル２０及びインク供給路２１に対応し
たフォトマスクを使用して、露光、現像後、液室プレー
ト１を位置決めして加熱、加圧接合を行えばよい。

【００４０】さらに、ノズルプレート２をニッケル（Ｎ
ｉ）電鋳、ＳＵＳのエッチング等、金属材料で形成し、
液室プレート１をセラミックで形成した場合には、上述
したスクリーン印刷による接着剤塗布接合もできるが、
その他、次のような接合も可能である。すなわち、ガラ
スフリットとＮｉ、白金等の金属粒子を混ぜてスラリー
状とした後、ノズルプレート２又は液室プレート１の少
なくともいずれかスクリーン印刷をして接合し、４００
〜８００℃で加熱するサーメット法を用いることができ
る。

【００４１】また、ノズルプレート２と液室プレート１
の両接合面にＮｉ、クロム、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｌ等の金属
を真空蒸着、スパッタ、ＣＶＤ等の方法で付けて熱融着
し、或いは高周波加熱等で拡散接合する。更に、別の方
法として、アルゴンガスを用いてＮｉ、スズ等を液室プ
レート１であるセラミック表面に吹きつけた後、両者を
位置出しして圧接熱融着、或いは拡散接合するメタル溶
射法によることもできる。

【００４２】このように、加圧室及び共通インク流路を
形成する液室形成部材と、ノズル及び共通インク流路か
ら各加圧室へインクを供給するインク供給路を形成する
ノズル形成部材とを接合することで、インクジェットヘ
ッド構成において微細形状で精度が要求されるノズル及
びインク供給路を一体的に形成することができ、その工
法で精度を最優先した工程条件を選択して製造すること
が可能になり、マルチノズルの噴射特性のバラツキが低
減して高密度記録の画像品質が向上し、一層の高集積化
を図ることができる。それと共に、部品点数も少なくな
って小型、低コスト化を図ることできる。

【００４３】また、この実施例のように、インク供給路
の両側に開口部を有することによって、インク供給路の
流体抵抗が、流体抵抗部の幅Ｌとその断面積で決定され
る、つまり、ノズルプレートの部品精度のみで決定され
るため、吐出特性のバラツキが一層小さくなる。また、
流体抵抗部２２に対してインク流入口２３及びインク流
出口２４の深さを深くすることで、インク供給路２１へ
の流入、流出を容易にし、組立精度に対する流体抵抗の
バラツキを更に小さくすることも可能である。

【００４４】次に、液室プレート１としてセラミック部
材を用いた場合のインクジェットヘッドの製造過程につ
いて図５をも参照して説明する。電気機械変換素子であ
る圧電素子を形成するグリーンシートよりも焼成温度が
高い材料で焼成済みのセラミック基材、例えばアルミ
ナ、ジルコニア、窒化珪素、窒化アルミナ、炭化珪素等
のセラミック基材２６上に、圧電素子３を形成するグリ
ーンシート２７を電極１１，１２，１０を介在させなが
ら積層し、更にグリーンシート２７よりも焼成温度が高
いセラミック部材からなる焼成済みの加圧室５の高さ方
向を決める液室プレート１を積層した後、グリーンシー
ト２７の焼成温度で焼成して圧電素子３を形成する。そ
の後、セラミック基材２６を取り除くことで、圧電素子
３と液室プレート１とを一体化した部材を得る。

【００４５】この場合、液室プレート１に用いるセラミ
ック部材としては、コスト及び比較的焼成温度が低いこ
とから量産性を考慮して、アルミナ、ジルコニアが有利
である。圧電素子の焼成温度は一般に１１００℃〜１３
００℃であり、アルミナの焼成温度は１５００℃〜１６
００℃、ジルコニアの焼成温度は１５００℃〜１６００
℃が一般的な焼成温度である。

【００４６】なお、この図５に示す例ではグリーンシー
ト２７で複数の圧電素子３を連続形成して、各加圧室５
に対応して電極１０〜１２を分離独立させている構成と
している。図３に示したように複数の圧電素子３を分離
独立させる場合には、グリーンシート２７を積層した
後、切断分割し、その後焼成することによってそれぞれ
独立した圧電素子３を得ることができる。

【００４７】また、焼成済みセラミック基材２６とグリ
ーンシート２７との間に剥離用部材を介在させて焼成す
ることで、グリーンシート２７からセラミック基材２６
を容易に剥離することができる。剥離用部材は、例え
ば、セラミック基材と同じ材質、アルミナ、ジルコニア
から微粒子の粉末をセラミック基材２６表面にコートし
て設けることができる。

【００４８】次に、液室プレート１としてシリコン基板
を用いた場合のインクジェットヘッドの製造過程につい
て図６を参照して説明する。シリコン基板は異方性エッ
チングをすることによって加圧室の大きさ、形状を簡単
に制御することができて、圧電素子の形状に応じた加圧
形状を容易に形成することができる。

【００４９】この場合には、例えば、図６（ａ）に示す
ようにＳｉ結晶（１００）のシリコン基板３１を用い
て、このシリコン基板３１の表面にＳiＯ₂膜３２を膜厚
０．５〜２μｍの範囲内で焼成した後、圧電素子３に対
応する部分にエッチングにより除去して加圧室５となる
凹部３３を形成する。

【００５０】一方、同図（ｂ）に示すように、上述した
セラミック部材を用いる場合と同様に、電気機械変換素
子である圧電素子を形成するグリーンシートよりも焼成
温度が高い材料で焼成済みのセラミック基材２６上に、
圧電素子３を形成するグリーンシート２７を電極１１，
１２，１０を介在させながら１０〜１００μｍの厚さで
パターン化して積層し、更にグリーンシート２７よりも
焼成温度が高い上記シリコン基板からなる焼成済みの加
圧室５の高さ方向を決める液室プレート１を、前記Ｓi
Ｏ₂膜３２を電極１０側にして積層した後、グリーンシ
ート２７の焼成温度で焼成して圧電素子３を形成する。
その後、セラミック基材２６を取り除くことで、圧電素
子３と液室プレート１とを一体化した部材を得る。

【００５１】このように、シリコン基板からなる液室プ
レート１と電極１０との間にＳiＯ₂膜３２を介在させる
ことによってショートを防止することができると共に、
加圧室５のインクが圧電素子３に直接接触することがな
く、接液性の問題も解消される。また、ＳiＯ2膜を介在
させることによって、圧電素子材料（グリーンシート）
とシリコン基板との直接反応や熱応力を緩和することが
できる。

【００５２】なお、ここでは、シリコン基板３１に加圧
室５を形成する凹部３３を形成した後圧電素子３を形成
するようにしているが、表面にＳiＯ₂膜を形成したシリ
コン基板と圧電素子材料をパターン化したものを一体で
焼成した後、シリコン基板の圧電素子３の領域に対応す
る部分をエッチングにより除去して加圧室５を形成する
凹部を形成するようにすることもできる。

【００５３】このように、圧電素子の両側に圧電素子材
料よりも焼成温度の高い耐熱性のあつセラミック部材や
シリコン基板を設けてパターン化した圧電素子を一体焼
成することで、インクジェットヘッドの低コスト化を図
ることができる。

【００５４】次に、図７は本発明の第２実施例を示すイ
ンクジェットヘッドの要部拡大断面図である。このイン
クジェットヘッドの液室プレート４１は、複数の各加圧
室５をなす複数の凹部４１ａを形成することで加圧室５
に対応するダイアフラム部４２を形成し、また複数の各
加圧室５と隔壁部６で隔てられ、各加圧室５にインクを
供給するための共通インク流路７を形成する凹部４１ｂ
とを有し、加圧室５の高さ方向の寸法を決めると共にダ
イアフラム部を構成する部材である。

【００５５】圧電素子４３は第１圧電素子４３Ａと第２
圧電素子４３Ｂとの２層構造をなし、上下の電極４５，
４６を共通電極、内部の電極４６を個別電極とし、分極
時の電界印加方向と加圧動作時の電界印加方向を第１，
第２圧電素子４３Ａ，４３Ｂで一致させている。この圧
電素子４３は電圧印加で第１，第２圧電素子４３Ａ，４
３Ｂが収縮する方向になるようにしている。なお、その
他の上記第１実施例と同様であるので説明を省略する。

【００５６】このインクジェットヘッドにおいては、上
述したように圧電素子４３の第１，第２圧電素子４３
Ａ，４３Ｂの分極時の電界印加方向と加圧動作時の電界
印加方向が一致して、電圧印加で第１，第２圧電素子４
３Ａ，４３Ｂが収縮するので、液室プレート４１のダイ
アフラム部４２を加圧室５側へ変形させて加圧室５内の
インクを加圧し、それによって、ノズル２０からインク
滴が吐出される。この２層構造の圧電素子４３は、１層
の場合に比べて同じ電圧を印加しても約２倍の応力を発
生することができ、大きな変位が得られるため、高集積
化でダイアフラム部４２の面積が小さくなっても必要な
インク吐出量を得ることができる。

【００５７】また、ダイアフラム部４２を設けることに
よって、圧電素子のインクに対する接液性の問題がなく
なり、信頼性の高いインクジェットヘッドを得ることが
できる。

【００５８】このように、加圧室の高さ方向を決めると
共に、加圧室の１つの壁面を形成する変形可能なダイア
フラム部を有する液室形成部材と、ダイアフラム部に設
けた複層構造の電気機械変換素子とを備えることによっ
て、小型で高集積化が可能で、しかも信頼性の高いイン
クジェットヘッドを得ることができる。

【００５９】このインクジェットヘッドの製造工法につ
いては、上記第１実施例と同様にセラミック部材やシリ
コン基板を用いた工法を採用することができる。例え
ば、セラミック部材を用いる場合には、図８に示すよう
に、電気機械変換素子である圧電素子を形成するグリー
ンシートよりも焼成温度が高い材料で焼成済みのセラミ
ック基材、例えばアルミナ、ジルコニア、窒化珪素、窒
化アルミナ、炭化珪素等のセラミック基材４６上に、圧
電素子４３を形成するグリーンシート４７を電極１１，
１２，１０を介在させながら積層し、更にグリーンシー
ト４７と焼成温度が同じセラミック部材からなるダイア
フラム部４２用のグリーンシート（焼成後の厚みで５〜
３０μｍ）４８を積層する。

【００６１】次いで、グリーンシート４８上に、グリー
ンシート４７よりも焼成温度が高いセラミック部材から
なる焼成済みの加圧室５の高さ方向を決める液室プレー
ト部材４９（液室プレート１と同様のもの）を積層した
後、グリーンシート４７，４８の焼成温度で焼成して圧
電素子３を形成すると共にダイアフラム部４２を液室プ
レート部材４９に一体化して液室プレート４１を形成す
る。その後、セラミック基材４６を取り除くことで、圧
電素子４３と液室プレート４１とを一体化した部材を得
る。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１のインク
ジェットヘッドによれば、加圧室内のインクを加圧して
インク吐出口からインク滴を吐出するインクジェットヘ
ッドにおいて、加圧室の高さ方向を決める液室形成部材
と、加圧室の１つの壁面を構成する複層構造のバイモル
フ型電気機械変換素子とを備えたので、吐出効率の高い
ヘッドが可能であり、加圧面積を小さくすることができ
て、高集積化を向上することができる。

【００６３】請求項２のインクジェットヘッドによれ
ば、上記請求項１のインクジェットヘッドにおいて、液
室形成部材をセラミック部材又はシリコン基板で形成し
た構成としたので、液室形成部材と電気機械変換素子を
一体焼成することができて、特性のバラツキが非常に小
さい小型、低コスト、高集積ヘッドを得ることができ
る。

【００６４】請求項３のインクジェットヘッドによれ
ば、加圧室内のインクを加圧してインク吐出口からイン
ク滴を吐出するインクジェットヘッドにおいて、加圧室
の高さ方向を決めると共に、加圧室の１つの壁面を形成
する変形可能なダイアフラム部を有する液室形成部材
と、ダイアフラム部に設けた複層構造の電気機械変換素
子とを備えたので、小型で高集積化が可能で、しかも信
頼性の高いインクジェットヘッドを得ることができる。

【００６５】請求項４のインクジェットヘッドによれ
ば、上記請求項３のインクジェットヘッドにおいて、液
室形成部材が加圧室の高さを決める部材とダイアフラム
部を形成する部材とを一体化してなり、この液室形成部
材をセラミック部材又はシリコン基板で形成した構成と
したので、液室形成部材と電気機械変換素子を一体焼成
することができて、特性のバラツキが非常に小さい小
型、低コスト、高集積ヘッドを得ることができる。

【００６６】請求項５のインクジェットヘッドによれ
ば、上記請求項１乃至４のいずれかのインクジェットヘ
ッドにおいて、電気機械変換素子の電圧印加用電極のい
ずれか一方又は両方の極性の電極の領域を前記加圧室領
域に対応して配置し、電圧印加時の変形領域を電圧印加
用電極で規定した構成としたので、変位領域を高精度に
規定することができて、特性のバラツキを一層低減する
ことができる。

【００６７】請求項６のインクジェットヘッドによれ
ば、上記請求項１乃至５のいずれかのインクジェットヘ
ッドにおいて、電気機械変換素子を形成するグリーンシ
ートよりも焼成温度が高い焼成済みセラミック基材上
に、前記グリーンシートを積層し、更に前記グリーンシ
ートよりも焼成温度が高い焼成済みセラミック部材又は
シリコン基板からなる液室形成部材を積層して、前記グ
リーンシートを焼成して電気機械変換素子を焼成した
後、前記セラミック基板を取り除いた構成としたので、
低コストでインクジェットヘッドを得ることができる。

【００６８】請求項７のインクジェットヘッドは、上記
請求項６のインクジェットヘッドにおいて、電気機械変
換素子を形成するグリーンシートと焼成済みセラミック
基材との間に剥離用部材を介在させて焼成した構成とし
たので、セラミック基材と電気機械変換素子の剥離を容
易に行なうことができる。

【００６９】請求項８のインクジェットヘッドによれ
ば、上記請求項１乃至７のいずれかのインクジェットヘ
ッドにおいて、インク吐出口を形成する吐出口形成部材
に共通インク流路から各加圧室へインクを供給するイン
ク供給路をなす凹部を形成し、この吐出口形成部材を液
室形成部材に接合した構成としたので、部品点数の少な
い、小型、低コストのインクジェットヘッドを得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係るインクジェットヘッ
ドの斜視図

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う要部断面図

【図３】図１のＢ−Ｂ線に沿う要部断面図

【図４】図１のノズルプレートの斜視図

【図５】液室プレートにセラミック部材を用いた図１の
インクジェットヘッドの製造工法を説明する説明図

【図６】液室プレートにシリコン基板を用いた図１のイ
ンクジェットヘッドの製造工法を説明する説明図

【図７】本発明の第２実施例に係るインクジェットヘッ
ドの要部断面図

【図８】液室プレートにセラミック部材を用いた図７の
インクジェットヘッドの製造工法を説明する説明図

【符号の説明】

１，４１…液室プレート、２…ノズルプレート、３，４
３…圧電素子、５…加圧室、６…隔壁部、７…共通イン
ク流路、９…インク供給孔、１０，１１…共通電極、１
２…個別電極、２０…ノズル（インク吐出口）、２１…
インク供給路、４２…ダイアフラム部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加圧室内のインクを加圧してインク吐出
口からインク滴を吐出するインクジェットヘッドにおい
て、前記加圧室の高さ方向を決める液室形成部材と、前
記加圧室の１つの壁面を構成する複層構造のバイモルフ
型電気機械変換素子とを備えたことを特徴とするインク
ジェットヘッド。
【請求項２】請求項１に記載のインクジェットヘッド
において、前記液室形成部材をセラミック部材又はシリ
コン基板で形成したことを特徴とするインクジェットヘ
ッド。
【請求項３】加圧室内のインクを加圧してインク吐出
口からインク滴を吐出するインクジェットヘッドにおい
て、前記加圧室の高さ方向を決めると共に、前記加圧室
の１つの壁面を形成する変形可能なダイアフラム部を有
する液室形成部材と、前記ダイアフラム部に設けた複層
構造の電気機械変換素子とを備えたことを特徴とするイ
ンクジェットヘッド。
【請求項４】請求項３に記載のインクジェットヘッド
において、前記液室形成部材が前記加圧室の高さを決め
る部材とダイアフラム部を形成する部材とを一体化して
なり、この液室形成部材をセラミック部材又はシリコン
基板で形成したことを特徴とするインクジェットヘッ
ド。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれかに記載のイン
クジェットヘッドにおいて、前記電気機械変換素子の電
圧印加用電極のいずれか一方又は両方の極性の電極の領
域を前記加圧室領域に対応して配置し、電圧印加時の変
形領域を前記電圧印加用電極で規定したことを特徴とす
るインクジェットヘッド。
【請求項６】請求項１乃至５のいずれかに記載のイン
クジェットヘッドにおいて、前記電気機械変換素子を形
成するグリーンシートよりも焼成温度が高い焼成済みセ
ラミック基材上に、前記グリーンシートを積層し、更に
前記グリーンシートよりも焼成温度が高い焼成済みセラ
ミック部材又はシリコン基板からなる前記液室形成部材
を積層して、前記グリーンシートを焼成して前記電気機
械変換素子を焼成した後、前記セラミック基板を取り除
いたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項７】請求項６に記載のインクジェットヘッド
において、前記電気機械変換素子を形成するグリーンシ
ートと焼成済みセラミック基材との間に剥離用部材を介
在させて焼成したことを特徴とするインクジェットヘッ
ド。
【請求項８】請求項１乃至７のいずれかに記載のイン
クジェットヘッドにおいて、前記インク吐出口を形成す
る吐出口形成部材に前記共通インク流路から各加圧室へ
インクを供給するインク供給路をなす凹部を形成し、こ
の吐出口形成部材を前記液室形成部材に接合したことを
特徴とするインクジェットヘッド。