JPH10109416A - インクジェット式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】 固定基板の加工性や小型化を損なうこと無
く、隣接する圧電振動子への振動の伝搬を阻止するこ
と。 【解決手段】 圧電材料と導電層が交互に積層され、縦
振動モードで作動する圧電振動子１１を、少なくと圧電
振動子１１の厚み以上の深さの溝３２を備えた支持基板
３０により固定する。インク滴を吐出させた圧電振動子
１１を支持している領域の変位が溝３２により隣接する
圧電振動子を支持している領域に伝搬するのを遮断す
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、インクジェット
記録ヘッドに用いる圧電振動子ユニットに関する。

【０００２】

【従来の技術】縦振動モードの圧電振動子を使用したイ
ンクジェット記録ヘッドは、特開平4-1052号公報に見ら
れるように、複数のノズルを穿設したノズルプレートの
背面に狭い間隙をおいて弾性板を配設し、さらに弾性板
の背面に各ノズルに対応するよう分割した縦振動モード
の圧電振動子を当接させて構成し、インク流路からのイ
ンクをノズルプレートと弾性板とで形成した圧力発生室
に導いた上、ここのインクを記録信号に応じて駆動させ
た圧電振動子により加圧してインク滴としてノズルから
飛翔させるようにしたものである。

【０００３】上述の縦振動モードを使用した圧電振動子
は、少なくとも１列のノズル開口の数と同数の圧電振動
子をノズル開口の配列ピッチと同一ピッチとなるように
その一端を固定基板に固定して圧電振動子ユニットに纏
めれており、その上でノズルプレート、スペーサ、及び
弾性板により構成された流路ユニットが取り付けられた
筒状のフレームに固定基板を介して接着剤等で固定され
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように圧電振動子
を固定基板を介してフレームに固定する関係上、インク
吐出時の反力を固定基板を介してフレームで受け止める
ことになり、同時に吐出するインク滴の数が異なると、
固定基板に作用する反力に相違が生じ、固定基板全体の
変位量や固定基板のたわみ量が変化し、これにより長手
方向の位置によりインク吐出能力が異なって印刷濃度に
変化をきたしたり、また隣接する他の圧電振動子の先端
を変位させてクロストークやインクミストを発生させる
という不都合がある。もとよりこのような問題を解消す
るためには固定基板の剛性を高めればよいが、固定基板
のサイズが大きくなったり、また剛性の高い材料は加工
性が低いため、製造コストが上昇するなどの新たな問題
を招くことになる。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、固定基
板の大型化や製造コストの上昇を招くことなく、隣接す
る他の圧電振動子にクロストークの原因となる振動の伝
搬を可及的に抑制することができるインクジェット式記
録装置に適した圧電振動子ユニットを提供することであ
る。本発明の他の目的は、上記圧電振動子ユニットの製
造方法を提案することである。

【０００５】

【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、圧電材料と導電層が交互に
積層され、縦振動モードで作動する圧電振動子を、その
非振動領域を固定部材に一定ピッチで配列固定してなる
圧電振動子ユニットにおいて、前記固定部材が隣接する
圧電振動子との間に少なくとも前記圧電振動子の厚み以
上の深さの溝を形成するようにした。

【０００６】

【作用】インク滴を吐出させた圧電振動子を支持してい
る領域の変位は、溝により、隣接する圧電振動子を支持
している領域への伝搬が遮断される。

【０００７】

【発明の実施の態様】そこで以下に図示した実施例につ
いて説明する。図１は本発明の圧電振動子ユニットを使
用した記録ヘッドの一実施例を示すものであって、図１
は本発明のインクジェット式記録ヘッドの一実施例を示
す斜視図であり、また図２は１本の圧電振動子の近傍の
断面構造を示す図であって、図中符号１はノズルプレー
トで、例えば１８０ＤＰＩ程度の所定のピッチによりノ
ズル開口２、２、２‥‥が穿設されている。

【０００８】３は、流路形成板で、ノズル開口２に連通
するように圧力発生室４と、これら圧力発生室４にイン
クを供給するためのリザーバ５、及びリザーバ５と各圧
力発生室４を接続するインク供給口６とを形成して構成
されている。

【０００９】７は弾性板で、流路形成板３の裏面側、つ
まり流路形成基板３を挟んでノズルプレート１と対向す
る面に固定されて圧力発生室４、リザーバ５を形成する
もので、圧力発生室４の中心線に対応する位置には圧力
発生室４の長手方向に延びる厚肉部８が、また厚肉部８
の周囲には弾性変形可能な薄肉部９を形成して構成され
ている。

【００１０】厚肉部８には、後述する圧電振動子ユニッ
ト１０を構成する各圧電振動子１１の先端１１ａが当接
されていて、圧電振動子１１の軸方向の変位を圧力発生
室４を覆う薄肉部９の可及的に広い面積に伝達できる剛
性を備えている。

【００１１】図中符号２０は、フレームで、高分子材料
の射出成形等により後述する圧電振動子ユニット１０が
収容可能な収容室２１を備えた筒状体として構成されて
いて、フレーム２０の一端には振動子ユニット１０を挿
入するための開口２２が、また他端には弾性板７、流路
形成板３、及びノズルプレート１を一体に積層すること
により構成された流路ユニット１５を固定する固定部２
３が形成されている。

【００１２】固定部２３には、その表面側が固定部２３
と同一面となるように圧電振動子１１ａの先端を露出さ
せる窓２４が形成されている。窓２４の圧電振動子１１
側には圧力発生室４に迫り出して弾性板３の厚肉部８の
近傍まで突出するオーバハング部２５が一体に形成され
ている。

【００１３】図３は本発明が特徴とする圧電振動子ユニ
ット１０の一実施例を示すものであって、図中符号１１
は、それぞれ圧電振動板を櫛歯状に切り分けて構成され
た前述の圧電振動子で、同一列のノズル開口２の配列ピ
ッチと同一のピッチに位置決めされ、その後端が支持基
板３０に接着剤により固定されている。これら圧電振動
子１１の両側にはフレーム２０に対して位置決め部材と
して機能するダミー振動子３１、３１が同じく支持基板
３０に固定されている。

【００１４】圧電振動子１１を束ねている部材、この実
施例では支持基板３０には、隣接する圧電振動子１１へ
の振動の伝搬を遮断する程度の深さを備えた溝３２、３
２が形成されている。

【００１５】このように構成された圧電振動子ユニット
１０は、固定部２３に流路ユニット１５が接着剤で固定
されたフレーム２０を、開口２２を上方とするようにセ
ットして、振動子１１の先端１１ａに接着剤を塗布して
開口２２から挿入される。

【００１６】挿入された圧電振動子ユニット１０は、固
定基板３３の両側がフレーム２０の開口の両側の壁に案
内され、また前述のダミー振動子３１がフレーム２０の
開口の側壁にガイドされて降下する。

【００１７】圧電振動子１１の先端１１ａが弾性板３の
厚肉部８に当接すると、圧電振動子１１の軸方向の位置
が決り、この段階で固定基板３３とフレーム２０の壁２
６との間に間隙が生じ、また固定基板３３の先端面３３
ａとオーバハング部２５の表面２５ａとの間にも若干の
一定の間隙が生じる。

【００１８】ついで壁２６に形成されている溝２７から
注射針等を用いて所定量の液状接着剤を注入すると、接
着剤は溝２７を伝ってオーバハング部２５の表面２５ａ
と固定基板３３ａとで形成された間隙に流れ込み毛細管
力により全面に拡散する。

【００１９】この状態で接着剤の固化を促進するのに適
した温度、例えば６０°Ｃに加熱する。接着剤が固化す
ると、圧電振動子ユニット１０の固定基板３３は、その
背面を接着剤層Ｐ１を介してフレーム２０の壁２６の全
面に固着され、また先端面が接着剤層Ｐ２を介してオー
バハング部２５に固定される。なお、図中符号１６はシ
ールド板を兼ねる固定枠を示す。

【００２０】このようにして構成された記録ヘッドの圧
電振動子１１に駆動信号を印加すると、圧電振動子１１
が収縮して圧力発生室４を膨張させ、インク供給口６を
介してリザーバ５のインクが圧力発生室４に流れ込む。

【００２１】所定時間の経過後に駆動信号の印加を停止
すると、圧電振動子１１が伸長して元の状態に戻り、こ
のとき弾性板７を介して圧力発生室４を圧縮させる。こ
れにより圧力発生室４のインクが加圧されてノズル開口
２からインク滴として吐出する。

【００２２】このとき、圧電振動子１１は弾性板７から
反力を受けて支持基板３０を弾性変形させる。支持基板
３０は、隣接する圧電振動子１１との間に溝３２が形成
されていて、圧電振動子１１の並び方向への変形の伝達
をこの溝３２により遮断するから、隣接する圧電振動子
１１を振動変位させることにはならない。＄また圧電振
動子ユニット１０を固定している固定基板３３がフレー
ム２０の壁２６の全面に固着されているため、固定基板
３３全体の変位に起因する振動変位は極めて小さく抑え
られる。

【００２３】図４（イ）、（ロ）、及び（ハ）は、それ
ぞれ１枚の固定基板に圧電振動子を１２８本固定して構
成された圧電振動子ユニットの支持基板３０の溝３２の
深さｄと、圧電振動子１１を１本のみ駆動した場合と、
ユニットの全ての圧電振動子１２８本を駆動した場合と
における両者間での相対変位量、相対周期変化量、及び
相対変位速度の伝達の具合との関係を、圧電振動子１１
の厚みｔp＝０．４８mm、快削性セラミックスからなる
支持基板３０の厚さ１．４５mmのものに例を採って示す
図である。

【００２４】この線図からも明らかなように溝３２の深
さｄが圧電振動子１１の厚みｔp以上となる段階から圧
電振動子を全数駆動した場合と１本を駆動した場合とに
おけるクロストークに関与する要因の内、特にクロスト
ークを大きく支配する相対周期変化量及び変位速度の伝
達割合の差が急激に小さくなることが判明した。

【００２５】このことから、少なくとも圧電振動子１１
を直接固定している部材、この実施例では支持基板３２
を、圧電振動子１１と同様の材料である快削性セラミッ
クスで構成した場合には、隣接する圧電振動子間に圧電
振動子１１の厚み以上の深さの溝を形成するのが望まし
い。

【００２６】図５は、上述した圧電駆動体の製造方法の
一実施例を示すものである。ペースト状の圧電材料と導
電層を交互に積層し、焼結して構成された圧電振動板４
０の一端に、切断加工が容易な快削性セラミック等から
なる支持基板４１を固定し（Ｉ）、この支持基板４０を
固定基板４２に接着剤で固定する（II）。

【００２７】圧電振動板４０の一側にワイヤソウ４３を
あてがい、圧電振動板４０に溝４４を形成しながら所定
のピッチで切分ける（III）。圧電振動板４０を切断し
た後引き続いて支持基板４１にまでワイヤソウ４３を進
入させ少なくとも圧電振動板４０の厚み以上の溝４５を
形成する（IV）。

【００２８】以下、形成すべき圧電振動子の幅に合わせ
てワイヤソウと圧電振動板４０との位置を相対的にずら
せながら繰り返えす。

【００２９】なお、上述の実施例においては圧電振動板
の一側を支持基板に固定し、支持基板を介して固定基板
に固定して支持基板にスリットを設けた場合について説
明したが、図６（イ）、（ロ）に示したように支持基板
を介することなく、圧電振動子をフレーム２０に固定す
るための固定基板３３に圧電振動板を固定し、これを歯
割りしつつ固定基板に溝を形成するようにしても同様の
作用を奏する。

【００３０】すなわち、少なくとも形成すべき溝３４の
深さ以上の段差部３５を一端に有する固定基板３６を用
意し、段差部３５に圧電振動板の一端を固定し、前述し
たように圧電振動板をノズル開口の配列ピッチに合せて
歯割りして圧電振動子１１を形成し、さらに段差部３５
に振動を伝達させない程度の深さの溝３４を形成すれば
よい。この実施例によれば支持基板の取付け作業を不要
として、製造工程の簡素化を図ることができる。

【００３１】また、図７（イ）、（ロ）に示したように
前述の段差部３５を設けること無く、圧電振動板の一端
だけを選択的に固定基板３８に接着剤により固定し、前
述したように圧電振動板をノズル開口の配列ピッチに合
せて歯割りして圧電振動子１１を形成し、さらに固定基
板３８に溝３９を形成するようにしてもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
圧電材料と導電層が交互に積層され、縦振動モードで作
動する圧電振動子を、その非振動領域を固定部材に一定
ピッチで配列固定してなる圧電振動子ユニットにおい
て、固定部材が隣接する圧電振動子との間に少なくとも
圧電振動子の厚み以上の深さの溝を形成したので、イン
ク滴を吐出させた圧電振動子を支持している領域の変位
を溝により隣接する圧電振動子を支持している領域に伝
搬するのを遮断することでき、固定基板の加工性や小型
化を犠牲にすることなく、高密度印刷用の記録ヘッドの
クロストークやサテライト等の不要インク滴の発生を可
及的に少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の圧電振動子ユニットが使用されるイ
ンクジェット式記録ヘッドの一実施例を示す組立斜視図
である。

【図２】 同上記録ヘッドにおける１つの圧力発生室近
傍における断面構造を示す図である。

【図３】 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側面図である。

【図４】 図（イ）乃至（ハ）は、それぞれ１２８本の
圧電振動子を固定してなる圧電振動子ユニットを用い、
１本、及び全数を駆動した場合における、支持する支持
部材に形成した溝の深さと、隣接する圧電振動子に伝搬
する相対変位量、相対周期変化量、及び相対変位速度と
の関係を示す線図である。

【図５】 同上圧電振動子の製造方法を示す図である。

【図６】 図（イ）、（ロ）は、それぞれ圧電振動子ユ
ニットの他の実施例を示す斜視図と側面図である。

【図７】 図（イ）、（ロ）は、それぞれ圧電振動子ユ
ニットの他の実施例を示す斜視図と側面図である。

【符号の説明】

２ ノズル開口 ４ 圧力発生室 ７ 弾性板 １０ 圧電振動子ユニット １１ 圧電振動子 １５ 流路ユニット ２０ フレーム ２６ 壁 ２７ 接着剤注入用の溝 ３０ 支持基板 ３２ 溝 ３３ 固定基板

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電材料と導電層が交互に積層され、縦
   振動モードで作動する圧電振動子を、その非振動領域を
   固定部材に一定ピッチで配列固定してなる圧電振動子ユ
   ニットにおいて、 前記固定部材が隣接する圧電振動子との間に少なくとも
   前記圧電振動子の厚み以上の深さの溝を有するインクジ
   ェット式記録ヘッド用圧電振動子ユニット。
2. 【請求項２】 前記固定部材が支持基板と固定基板とか
   らなり、前記圧電振動子が前記支持基板を介して前記固
   定基板に固定され、前記支持基板に前記溝が形成されて
   いる請求項１に記載のインクジェット式記録ヘッド用圧
   電振動子ユニット。
3. 【請求項３】 前記固定部材が高所部を備えた固定基板
   として構成され、前記高所部に前記圧電振動子が固定さ
   れ、かつ前記高所部に前記溝が形成されている請求項１
   に記載のインクジェット式記録ヘッド用圧電振動子ユニ
   ット。
4. 【請求項４】 前記固定部材がその背面を接着剤層を介
   してヘッドフレームに固定されるインクジェット式記録
   ヘッド用圧電振動子ユニット。
5. 【請求項５】圧電材料と導電層が交互に積層され、縦振
   動モードで作動する圧電振動板を、その一端部を固定部
   材に固定する工程と、 前記圧電振動板をノズル開口の配列ピッチに合わせて櫛
   歯状に切分ける工程と、 前記固定部材の前記圧電振動子が固定されている領域を
   前記圧電振動板と同一のピッチで、かつ圧電振動子の間
   に位置するように、少なくとも前記圧電振動板の厚さ以
   上の深さの溝を形成する工程と、 からなるインクジェット式記録ヘッド用圧電振動子ユニ
   ットの製造方法。