JPH10202865A - インクジェット記録ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インクジェット記録ヘッドにおいて、インク
滴吐出用アクチュエータである圧電部材へのインク浸透
を防止する。 【解決手段】 本発明にかかるインクジェット記録ヘッ
ド１０は、インクを収容するインクキャビティ２６と、
このインクキャビティ２６に対向して配置され、電圧印
加時の変形に基づきインクキャビティ２６内のインクを
加圧する圧電部材４２と、この圧電部材４２のインクキ
ャビティ対向部を覆うセラミック製の保護部材４０と、
上記圧電部材４２のインク加圧方向（矢印Ａ方向）に沿
った側面とこれに対向する壁部材４４，４６との間に少
なくとも上記圧電部材４２の側面を覆うように充填され
た充填材６２とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像信号に応じて
インク滴を吐出し、このインク滴を記録紙等の記録媒体
に付着させて画像を記録するインクジェット記録ヘッド
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、インクジェット方式の記録装
置において、インク滴を吐出させるためのアクチュエー
タに圧電部材を用いたインクジェットヘッドが知られて
いる。この種のインクジェットヘッドの一例として、米
国特許第５，２７０，７４０号に図１０に示すヘッド１
００が開示されている。このヘッド１００は流路プレー
ト１０２を備えている。流路プレート１０２には互いに
平行に延びる複数の溝状インクキャビティ１０４と、各
インクキャビティ１０４にそれぞれ連通し、インク滴吐
出口となるノズル１０６が形成されている。

【０００３】上記流路プレート１０２のインクキャビテ
ィ形成面には、圧電プレート１０８が固定されている。
この圧電プレート１０８には各インクキャビティ１０４
に沿って延びる二つの長溝１１０がそれぞれ形成されて
おり、これらの長溝１１０の間に残された部分が、イン
クキャビティ１０４に対向するアクチュエータ部１１２
となっている。また、隣接するアクチュータ部１１２の
間には、上記溝１１０に挟まれた壁部１１６が形成され
ており、その先端面が各インクキャビティ１０４間を仕
切る仕切壁１１４に固定されている。そして、上記各長
溝１１０には充填材１１８が充填されている。

【０００４】上記構成からなるインクジェットヘッド１
００では、画像信号に応じてアクチュエータ部１１２に
電圧を印加すると、アクチュエータ部１１２が矢印Ａ方
向に瞬時に変形する。この変形によってインクキャビテ
ィ１０４に収容されたインクが加圧され、ノズル１０６
からインク滴となって吐出するようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記アクチュエータ部
１１２への駆動電圧は、通常、インクキャビティ１０４
に臨む先端面１２０に設けた金属電極層と、この電極と
対をなす電極であってアクチュエータ部１１２の下部ま
たは圧電プレート１０８の底部に設けた金属電極層との
間に印加される。

【０００６】しかし、アクチュエータ部１１２の上部は
インクと直に接触しているため、使用するインクによっ
ては時間の経過とともに金属電極層が腐食し、電圧印加
不良を生じるという問題がある。また、上記金属電極層
はめっき等の手法により薄く形成され、多数の微小孔を
有しているので、この金属電極層を通ってインクが浸入
し、アクチュエータ部１１２がインクと接触する恐れが
あった。上記アクチュエータ部１１２を構成する圧電材
料は多結晶構造を有しており、その粒界が高周期の電圧
印加により伸縮変形することで粒子間にごく僅かな隙間
ができる。この隙間に金属電極層の微小孔から染み込ん
だインクが浸透することによりアクチュエータ部１１２
が低抵抗化し、これにより実効駆動電圧がかからなくな
って変形量が低下するという問題もあった。また、イン
クが導電性を有する場合には、アクチュエータ部１１２
へのインク浸透によって電極間がショートすることもあ
った。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明のインク
ジェット記録ヘッドは、これらの問題を解消すべくなさ
れたもので、インクを収容するインクキャビティと、こ
のインクキャビティに対向して配置され、電圧印加時の
変形に基づきインクキャビティ内のインクを加圧する圧
電部材と、この圧電部材のインクキャビティ対向部を覆
うセラミック製の保護部材と、上記圧電部材のインク加
圧方向に沿う側面とこれに対向する壁部材との間に少な
くとも上記圧電部材の側面を覆うように設けられた充填
材とを備えたものである。

【０００８】上記保護部材は、未分極の圧電性材料で形
成するのが好ましい。

【０００９】

【発明の作用および効果】本発明のインクジェット記録
ヘッドでは、圧電部材のインクキャビティ対向部がセラ
ミック製の保護部材で覆われている。この保護部材は圧
電部材のように伸縮変形しないので、それを構成する粒
子間に隙間ができずインクの染み込みは起こらない。ま
た、圧電部材の側面は充填材で覆われているので、その
側面から圧電部材にインクが浸透することもない。した
がって、本発明によれば、インクによる金属電極層の腐
食を防止できるとともに、圧電部材へのインクの浸透を
防止でき、低抵抗化による変形量の低下や電極間のショ
ートといった問題を解消できる。

【００１０】また、上記保護部材を未分極の圧電性材料
で形成すれば、圧電部材と同じ材料を使用することが可
能となり、例えば、焼結前の圧電性材料よりなるグリー
ンシートを用いて圧電部材を作製するグリーンシート法
等により圧電部材となる第１の圧電材料層の上に保護部
材となる第２の圧電材料層を材料変更することなく積層
できる。さらに、積層された第１，第２の圧電材料層を
一体焼成した後にダイシングソーで溝加工して各圧電部
材に分割する際にも、各層が同一材料であるがゆえにダ
イシングソーの設定条件を変えることなく所定深さの溝
を加工することができる。このように、圧電部材と保護
部材とを同じ材料とすることで製造および加工が容易に
なる。

【００１１】

【発明の実施の形態】

（第１の実施形態）以下、添付図面を参照して本発明の
第１の実施形態について説明する。図１から図３は、第
１の実施形態のインクジェット記録ヘッド１０を示す。
このヘッド１０は、天板１６、振動板２０、および基板
２２を一体的に組み合わせて構成されている。

【００１２】天板１６は、金属、合成樹脂、またはセラ
ミック等からなり、一体成型、電鋳、あるいはフォトリ
ソグラフィ等により天板の形成と同時に、あるいは天板
形成後に加工を施すなどの方法により、その裏面が微細
加工され、その中央線３４に関して対称に複数の溝状凹
部が形成されている。この天板１６の凹部形成面には振
動板２０が各凹部を覆って接着されている。この振動板
２０で覆われた各凹部の内部にそれぞれ、インク２４を
収容するインクキャビティ２６と、補給用インクを収容
するインク供給室３０と、各インクキャビティ２６をイ
ンク供給室３０に連通させるインクインレット３２とが
形成されている。

【００１３】インクキャビティ２６は、中央線３４と直
交する方向に平行に延びる長溝状であって、中央線３４
に沿う方向に配列されている。また、天板１６にはエキ
シマレーザ加工等の方法により複数のノズル２８が形成
されている。ノズル２８は中央線３４に沿う直線上に等
ピッチで形成され、各インクキャビティ２６の中央線３
４側の端部近傍にそれぞれ連通している。インク供給室
３０は、インクキャビティ２６を挟んで中央線３４の反
対側に形成され、図示しないインクタンクに接続されて
いる。

【００１４】振動板２０は圧電板１４とこの圧電板１４
の天板１６側に積層された保護板１２とで構成され、両
部材１２，１４は共に周知の圧電セラミック材料（例え
ば、ジルコン酸チタン酸鉛）からなっている。圧電板１
４の上面と下面にはそれぞれ共通電極、個別電極として
機能する金属電極層（図示せず）が設けてあり、上記保
護板１２がその上面の共通電極を覆っている。これら保
護板１２および圧電板１４は一体焼成された後に基板２
２に固定され、図２，３に示すように、ダイシング加工
により縦方向溝５８と横方向溝６０を格子状に形成して
分断し、各インクキャビティ２６に対向して配置され、
インクキャビティ２６対向部が保護部材４０で覆われた
圧電部材４２と、隣接する圧電部材４２の間に位置する
仕切壁（壁部材）４４と、これらを囲む周囲壁（壁部
材）４６とに分離されている。

【００１５】各圧電部材４２は、高温下で共通電極と個
別電極との間に高電圧を印加して分極処理されている
が、保護部材４０には電圧が印加されないため未分極状
態にある。各圧電部材４２の共通電極はアースに接続さ
れ、個別電極は画像信号制御回路（図示せず）に接続さ
れている。この画像信号制御回路から駆動電圧が印加さ
れると、各圧電部材４２はインクキャビティ２６に向か
う方向（矢印Ａ方向）に瞬時に変形し、保護部材４０を
介してインクキャビティ２６内のインクを加圧するよう
になっている。

【００１６】なお、圧電部材４２を覆う保護部材４０の
厚さは約１０〜５００μｍの範囲とするのが好ましい。
１０μｍより薄いとインクキャビティ２６からインクが
染み込む危険性があり、５００μｍ以上では圧電部材４
２の変形を阻害してインク吐出効率が低下するためであ
る。また、保護部材４０の厚さは約１０〜１５０μｍの
範囲が特に好ましく、この範囲であればインク耐浸性に
優れ、圧電部材４２の変形を阻害することもない。

【００１７】上記インク加圧方向（矢印Ａ方向）に沿う
圧電部材４２の側面とこれに対向する仕切壁（壁部材）
４４および周囲壁（壁部材）４６との間、すなわち上記
縦，横方向溝５８，６０には、充填材６２が保護部材４
０の面位置まで充填され、圧電部材４２の側面が充填材
６２によって覆われている。充填材６２には、例えば接
着剤が好適に用いられるが、これに限定されるものでは
ない。充填材として好ましい接着剤は、ウレタン系、エ
ポキシ系、塩化ビニリデン、シリコーン系、アクリレー
ト系、グラフト化シリコーン系等の接着剤が挙げられ
る。具体的には、クレハロンラテックスシリーズ（呉羽
化学社製）、タケラックＸＡ−３２００（武田薬品工業
社製）、エイブルボンドシリーズ（ＡＢＬＥＳＴＩＫ社
製）、プレーンセットＡＥ−４０（味の素社製）、シリ
コーン接着剤（東レ・ダウコーニングシリコーン社
製）、塩化ビニリデン接着剤ＤＸ−３０５、アロニック
スＵＶ−３６３０、サイマックＵＳシリーズ（東亜合成
社製）、ＵＶエポキシ接着剤（長瀬チバガイギー社製）
等を用いることができる。また、その充填方法としては
溝加工後に振動板２０の上部に充填材を塗布してブレー
ド等で押し込む方法や、ヘッド１０の組立後にヘッド側
部から充填材を注入して毛管現象により各溝５８，６０
に充填する等の方法がある。

【００１８】上記構成からなるインクジェット記録ヘッ
ド１０では、インクタンクからインク供給室３０に供給
されたインクがインクインレット３２を介して各インク
キャビティ２６に収容されている。この状態で、圧電部
材４２の上下の電極間に像信号制御回路から駆動電圧が
印加されると圧電部材４２が瞬時に変形し、保護部材４
０を介してインクキャビティ２６内のインクを加圧す
る。これにより、加圧されたインクがノズル２８からイ
ンク滴となって吐出し、このインク滴が記録媒体に付着
して画像が形成される。

【００１９】このように本実施形態のインクジェット記
録ヘッド１０では、圧電部材４２のインクキャビティ対
向部がセラミック製の保護部材４０で覆われている。保
護部材４０は分極処理されておらず電圧も印加されない
ため、圧電部材４２への電圧印加時にも変形することは
ない。したがって、保護部材４０を構成する粒子間に微
小隙間ができることもなく、直に接触するインクが内部
に浸透することがない。また、圧電部材４２の側面は充
填材６２で覆われているので、この側面からインクが浸
透することもない。よって、圧電部材４２へのインク浸
透を防止でき、電極の腐食、低抵抗化による変形量の低
下、電極間のショート等の問題を解消できる。

【００２０】また、上記保護部材４０を圧電部材４２と
同じ圧電セラミック材料で形成してあるので積層する際
に材料変更する必要がなく、さらには、ダイシングソー
で溝加工して各圧電部材４２を分割形成する際にも、積
層されている保護板１２が同一材料であるがゆえにダイ
シングソーの設定条件を変えることなく一度に所定深さ
の溝５８，６０を加工することができる。このように、
圧電部材４２と保護部材４０とを同じ材料とすることで
製造および加工が容易になる。

【００２１】（第２の実施形態）次に、第２の実施形態
のインクジェット記録ヘッド７０について説明するが、
特記する事項以外は上記第１の実施形態と共通するため
説明を省略する。

【００２２】本実施形態のインクジェット記録ヘッド７
０は、図４に示すように、インクキャビティ２６となる
複数の溝を形成した天板１６を備えている。各インクキ
ャビティ２６には、保護部材４０で覆われた圧電部材４
２が対向している。各インクキャビティ２６にそれぞれ
連通するインクインレット３２が天板１６の上部に形成
され、これらを覆ってインクサブタンク７２が固定して
ある。これにより、インクサブタンク７２内のインクが
インクインレット３２を介して各インクキャビティ２６
に収容される。

【００２３】ノズル２８は天板１６の側壁部７４に形成
され、この側壁部７４と圧電部材４２のインク加圧方向
（矢印Ａ方向）に沿う前側面７６との間にも充填材６２
が充填されている。圧電部材４２の後端部７８は天板１
６の後壁部８０よりもさらに後方に突出しており、その
突出部上面の図示しない金属電極層（この場合、個別電
極として機能する）がフレキシブル配線８２によって画
像信号制御回路に接続されている。一方、圧電部材４２
の下部は、インクキャビティ２６に対応する領域が導電
性接着層８４で、それ以外の後部領域が非導電性接着層
８６で基板２２に固定されている。各圧電部材４２の下
面の金属電極層（この場合、共通電極として機能する）
は、上記導電性接着層８４および基板２２上の溝８８に
充填された導電性接着剤を介してアースに接続されてい
る。これにより、画像信号制御回路から圧電部材４２に
電圧が印加されると、インクキャビティ２６に対向する
領域だけが変形し、保護部材４０を介してインクキャビ
ティ２６内のインクを加圧するようになっている。

【００２４】図５は図４におけるV−V線断面の部分拡大
図である。図５に示すように、本実施形態ではインクキ
ャビティ２６を仕切る仕切壁９０が隣接する圧電部材４
２間に延びており、その先端面が基板２２に接着固定さ
れている。また、圧電部材４２のインク加圧方向（矢印
Ａ方向）に沿う側面と仕切壁９０との間には充填材６２
がそれぞれ充填されている。

【００２５】上記構成からなるインクジェット記録ヘッ
ド７０においても、保護部材４０および充填材６２によ
って圧電部材４２へのインク浸透が防止されるので、第
１の実施形態と同様の効果を得ることができる。一方、
上記インクジェット記録ヘッド７０では、第１の実施形
態とは異なり圧電部材４２間に位置する仕切壁４４（図
３参照）が存在しないので、圧電部材４２を分割形成す
る際の溝加工が容易となり、圧電部材４２を高密度に配
置する上で有利となる。また、本実施形態においては、
圧電部材４２の前面部７６と、ノズル２８の設けられた
天板１６の側壁部７４との間に充填材６２の充填される
溝（切り離し部）を設けているので、圧電部材４２の変
位の影響で上記側壁部７４が連動変形し、インク飛翔方
向が変動するのを防止することができる。

【００２６】なお、本実施形態では圧電部材４２に単層
のものを用いたが、図６に示すように、個別電極となる
内部電極層９２を挟んで圧電層９４，９６を積層した積
層型圧電部材９８を用いてもよい。この場合には、図７
に示すように、圧電部材９８の後端部において圧電層９
４を圧電層９６より長く形成して内部電極層９２を露出
させ、この露出部から内部電極層９２を画像信号制御回
路に接続する。一方、圧電層９４の下部および圧電層９
６の上部の各電極層はそれぞれアースに接続する。

【００２７】また、圧電部材４２へのインク浸透を防止
するには、充填材６２が少なくとも圧電部材４２の側面
を覆っていればよいので、図８に示すように、充填材６
２との間に僅かに隙間があくようにしてもよい。このよ
うに充填材６２を設けるには、図９（ａ）〜（ｅ）に示
す手順で加工と組み立てを行う。まず、基板２２上に圧
電板１４と保護板１２の接合体を固定し、１回目の溝加
工を施して保護部材４０で覆われた圧電部材４２を分割
形成する。その後、圧電部材４２の間に充填材の原材料
であるコンパウンド３６を充填し、乾燥または焼成によ
りコンパウンド３６を固める。コンパウンド３６が固ま
った後、２回目の溝加工を施すことにより充填材６２が
形成される。このときの溝３８の幅は、上記天板１６の
仕切壁９０よりも僅かに広く形成する。そして、その溝
３８に充填材６２との間に隙間があくようにして上記仕
切壁９０をはめ込み、その先端面を接着または一体焼成
により基板２２に固定する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施形態のインクジェット記録ヘッド
の記録媒体対向面を部分的に示す正面図である。

【図２】 図１におけるII−II線部分断面図である。

【図３】 図２におけるIII−III線部分断面図である。

【図４】 第２の実施形態のインクジェット記録ヘッド
の断面図である。

【図５】 図４のV−V線断面における部分拡大図であ
る。

【図６】 積層型圧電部材を用いた変形例を示す図であ
る。

【図７】 積層型圧電部材の電極層の接続方法を示す図
である。

【図８】 充填材と仕切壁との間に微小隙間をあけた別
の変形例を示す図である。

【図９】 図８に示す変形例の加工と組み立ての手順を
示す図である。

【図１０】 従来のインクジェット記録ヘッドの一例を
示す部分断面図である。

【符号の説明】

１０…インクジェット記録ヘッド、２６…インクキャビ
ティ、４０…保護部材、４２…圧電部材、４４…仕切壁
（壁部材）、４６…周囲壁（壁部材）、６２…充填材。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクを収容するインクキャビティと、
   このインクキャビティに対向して配置され、電圧印加時
   の変形に基づきインクキャビティ内のインクを加圧する
   圧電部材と、この圧電部材のインクキャビティ対向部を
   覆うセラミック製の保護部材と、上記圧電部材のインク
   加圧方向に沿った側面とこれに対向する壁部材との間に
   少なくとも上記圧電部材の側面を覆うように設けられた
   充填材とを備えたインクジェット記録ヘッド。
2. 【請求項２】 上記保護部材を未分極の圧電性材料で形
   成したことを特徴とする請求項１に記載のインクジェッ
   ト記録ヘッド。