JPH11245406A

JPH11245406A - インクジェットヘッド

Info

Publication number: JPH11245406A
Application number: JP5027498A
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: 1998-03-03
Filing date: 1998-03-03
Publication date: 1999-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】低コストで安定したヘッド特性のインクジェ
ットヘッドを得られない。【解決手段】アクチュエータ手段５を構成する圧電素
子は駆動電圧を印加する駆動層６と駆動電圧を印加しな
い非駆動層７とをそれぞれ１層ずつ積層した２層構造と
し、駆動層６と非駆動層７との間には内層電極８を設
け、駆動層６の外側には外部電極９を設けた。

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手段
に用いるインクジェットヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】プリンタ、ファクシミリ、コピー機等の
画像形成装置として用いられるインクジェット記録装置
の記録ヘッドを構成するインクジェットヘッドとして、
加圧液室の壁面を構成するダイアフラム部を電気機械変
換材料を用いたアクチュエータ手段（エネルギー発生手
段）、例えば圧電素子で変形させて加圧液室内のインク
を加圧することによって、加圧液室に連通するノズル
（インク吐出口）からインク滴を吐出するようにしたも
のが知られている。

【０００３】このようなインクジェットヘッドとして、
例えば特開平８−１４２３２４号公報に記載されている
ように、基板上に複数の積層型圧電素子を複数列列状に
接合すると共に、圧電素子の周囲に位置するフレーム部
材を接合してなるアクチュエータユニットと、ダイアフ
ラム部を有する振動板上に、圧電素子でダイアフラム部
を介して加圧される加圧液室及びこの液室にインクを供
給する共通液室を形成する液室隔壁部材を積層し、更に
この液室隔壁部材上にノズルを形成したノズルプレート
を積層した液室ユニットとを接合したものがある。

【０００４】この場合、積層型圧電素子を複数の圧電素
子を形成する工法として、基板上に積層型圧電素子を接
合した被加工物に対し、ダイシングソーを用いて積層型
圧電素子にスリット加工を施すことで、複数の積層型圧
電素子に分割する方法が知られている（特開平３−７３
３４７号公報参照）

【０００５】また、例えば特開平５−２９６７５号公報
に記載されているように酸化ジルコニアからなるセラミ
ック材で加圧液室部材やダイアフラム部を一体的に焼成
して形成したもの、或いは特開平６−１４３５９０号公
報に記載されているようにシリコン基板に金属部材の薄
膜をスパッタ等によって形成した後キャビティーをエッ
チングにより形成し、圧電素子を接着接合したものなど
がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】先ず、積層型圧電素子
を用いるインクジェットヘッドにあっては、積層厚みが
例えば０．２ｍｍ以上になり、切断後の幅寸法よりも厚
さ（高さ）の方が大きくなることから、分割加工をする
ときに倒れが発生したり、圧電素子を接合する基板材質
の剛性等が要求されることなど、低コスト化が難しい。

【０００７】また、酸化ジルコニアからなるセラミック
材で加圧液室及びダイアフラム部を一体に焼成するもの
にあっては、薄いダイアフラム部の変形等が発生して安
定したヘッド特性が得られ難い。さらに、シリコン基板
に金属部材の薄膜をスパッタ等によって形成した後キャ
ビティーをエッチングにより形成するものにあっては、
ノズル数が多くなるとヘッド寸法が大きくなると共に、
一様なヘッド特性を得ることが困難になり、歩留りが低
下する。

【０００８】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、低コストで製作でき、安定したヘッド特性が得ら
れるインクジェットヘッドを提供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、電気機械変換
材料を用いたアクチュエータ手段の変位で加圧液室内の
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、前記アクチュエータ手
段は電圧を印加する電気機械変換材料からなる駆動層と
電圧を印加しない電気機械変換材料からなる非駆動層と
を積層してなる構成とした。

【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、前記アクチ
ュエータ手段は駆動層１層と非駆動層１層の２層構造で
ある構成とした。

【００１１】請求項３のインクジェットヘッドは、上記
請求項１又は２のインクジェットヘッドにおいて、前記
アクチュエータ手段の駆動層と非駆動層の厚さがほぼ同
じである構成とした。

【００１２】請求項４のインクジェットヘッドは、上記
請求項１又は２のインクジェットヘッドにおいて、前記
アクチュエータ手段の非駆動層の厚さが駆動層の厚さよ
りも薄い構成とした。

【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、前記アクチュエータ手段の駆動層と非駆動層とは
内層電極を挟んで一体焼成されている構成とした。

【００１４】請求項６のインクジェットヘッドは、上記
請求項５のインクジェットヘッドにおいて、前記アクチ
ュエータ手段の駆動層と非駆動層とは前記内層電極のな
い部分で一体化している構成とした。

【００１５】請求項７のインクジェットヘッドは、上記
請求項１乃至６のいずれかのインクジェットヘッドにお
いて、前記アクチュエータ手段の非駆動層を前記加圧液
室側に配置した構成とした。

【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、前記アクチュエータ手段の最も外側の駆動層の外
側電極は焼成後に形成されている構成とした。

【００１７】請求項９のインクジェットヘッドは、上記
請求項１乃至８のいずれかのインクジェットヘッドにお
いて、前記アクチュエータ手段の加圧液室側表面には耐
インク性を有するインクバリア層を設けた構成とした。

【００１８】請求項１０のインクジェットヘッドは、上
記請求項９のインクジェットヘッドにおいて、前記イン
クバリア層が樹脂材料からなる構成とした。

【００１９】請求項１１のインクジェットヘッドは、上
記請求項９又は１０のインクジェットヘッドにおいて、
前記インクバリア層が接着剤層からなる構成とした。

【００２０】請求項１２のインクジェットヘッドは、上
記請求項１乃至１１のいずれかのインクジェットヘッド
において、複数の加圧液室と、各加圧液室に連通する複
数のノズルと、各加圧液室に対応する複数の前記アクチ
ュエータ手段とを有し、この複数のアクチュエータ手段
は前記加圧液室の高さを決める加圧液室部材上に一体形
成した後各加圧液室に対応して分割加工されたものであ
る構成とした。

【００２１】請求項１３のインクジェットヘッドは、上
記請求項１乃至１１のいずれかのインクジェットヘッド
において、複数の加圧液室と、各加圧液室に連通する複
数のノズルと、各加圧液室に対応する複数の前記アクチ
ュエータ手段とを有し、この複数のアクチュエータ手段
は前記加圧液室の高さを決める加圧液室部材上に耐イン
ク性を有するインクバリア層を介して一体形成した後、
各加圧液室に対応して前記インクバリア層まで分割加工
されたものである構成とした。

【００２２】請求項１４のインクジェットヘッドは、上
記請求項１乃至１１のいずれかのインクジェットヘッド
において、複数の加圧液室と、各加圧液室に連通する複
数のノズルと、各加圧液室に対応する複数の前記アクチ
ュエータ手段とを有し、この複数のアクチュエータ手段
は前記加圧液室の高さを決める加圧液室部材上に耐イン
ク性を有するインクバリア層を介して一体形成した後、
各加圧液室に対応して途中まで分割加工されたものであ
る構成とした。

【００２３】

【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実施形態
に係るインクジェットヘッドの液室部の模式的断面図で
ある。このインクジェットヘッドは、基板部材１上に加
圧液室２の高さ及び形状を決める加圧液室部材３を接合
し、この加圧液室部材３上に耐インク性を有するインク
バリア層となるパッシベーション層４を介して２層構造
の電気機械変換材料からなる圧電素子（ＰＺＴ）を用い
たアクチュエータ手段５を各加圧液室２に対応して接合
配置している。

【００２４】ここで、基板部材１としては１〜２ｍｍ厚
さの樹脂部材、或いは０．０５〜１ｍｍ厚さの金属部材
を用いることが好ましく、金属部材としては特にＳＵＳ
材（例えばＳＵＳ３０４）を用いることが適している。
加圧液室部材３は複数の加圧液室２の高さ及び形状を決
められる部材であれば材質は特に限定されないが、金属
部材、特にＳＵＳ材が適している。金属部材を加圧液室
部材３に用いることで、例えば０．０５ｍｍ〜０．２ｍ
ｍ厚さの金属板に対してエッチング加工を施して加圧液
室２を形成することで、１００〜３００dpiの高集積度
で高精度の加圧液室を容易に形成することができる。な
お、各加圧液室２には同図では図示しないノズル（吐出
口）を連通させている。

【００２５】アクチュエータ手段５を構成する圧電素子
は駆動電圧を印加する層（駆動層）６と駆動電圧を印加
しない層（非駆動層）７とをそれぞれ１層ずつ積層した
２層構造とし、駆動層６と非駆動層７との間には内層電
極８を設け、駆動層６の外側には外部電極（外側電極）
９を設けている。この圧電素子は圧電素子材料間に例え
ばＡgＰdからなる内層電極８を挟んで一体焼成して形成
し、一体焼成後に外部電極９を印刷或いはスパッタ等の
薄膜処理によって形成している。そして、アクチュエー
タ手段５は圧電素子の非駆動層７側を加圧液室２側にし
て加圧液室部材３に接合している。

【００２６】また、アクチュエータ手段５を構成する圧
電素子の厚さとしては、１層の厚さを５〜５０μｍの厚
さ、特に５〜２０μｍにすることで変位効率を高くする
ことができる。そして、駆動層６の厚さと非駆動層７の
厚さとの関係については、両者をほぼ同じ厚さにする
か、或いは駆動層６の厚さよりも非駆動層７の厚さを薄
くすることが好ましい。実験によれば、１００〜２００
dpiの液室配列密度において、駆動層６の厚さを１０〜
２０μｍ、ダイアフラム層となる非駆動層６の厚さを５
〜１０μｍにしたときに高い変位効率が得られた。この
場合、１層の厚さを２０μｍ以上にするとき、駆動電圧
を低い値に維持するために１層を１０μｍ以下の厚みの
多層構造にすることもできる。

【００２７】さらに、このアクチュエータ手段５を構成
する圧電素子が加圧液室２内のインクに直接接触するこ
とを防止するため、非駆動層７と加圧液室部材３との間
にパッシベーション層４を介在させている。このパッシ
ベーション層４としては、２〜２０μｍの樹脂フィル
ム、特に透湿性の小さいアラミドフィルム等が適してい
る。この場合、アクチュエータ手段５を構成する圧電素
子を加圧液室部材３に接合するための接着層がパッシベ
ーション層４を兼ねる構成することもでき、このような
パッシベーションの目的を兼ねる接着層としては２〜１
０μｍの厚さのポリイミド接着層、エポキシ接着層が適
している。

【００２８】なお、各部の具体的な寸法については、こ
の例では、基板部材１の厚さａ＝１〜２ｍｍ、加圧液室
部材３の厚さｂ＝０．１〜０．２ｍｍ、加圧液室２の幅
（液室配列方向の幅）ｃ＝０．１５４ｍｍ、加圧液室
２，２間の隔壁部３ａの厚さｄ＝０．１ｍｍ、アクチュ
エータ手段５（パッシベーション層４を含む）の厚さｅ
＝０．０５〜０．１ｍｍ、アクチュエータ手段５の液室
配列方向の幅ｆ＝０．２１４としている。

【００２９】このように構成したインクジェットヘッド
においては、アクチュエータ手段５を構成している圧電
素子は２層構造をしているが、内層電極８と外部電極９
との間に駆動電圧を印加したときに実際に電界が印加さ
れるのは駆動層６のみであり、下側の非駆動層７は電極
８，９間への駆動電圧の印加による電界の印加それ自体
では変形を起こさない。そして、駆動層６に電界が印加
されると、駆動層６に面方向での縮みの変形が発生する
ので、非駆動層７との干渉でアクチュエータ手段５（圧
電素子）としてはユニモルフ変位が発生する。

【００３０】すなわち、非駆動層７はダイアフラムとし
て機能するだけであるので、アクチュエータ手段５を構
成する圧電素子に駆動電圧を印加することによって、ア
クチュエータ手段５に加圧液室２側へ凸の変形が発生す
るので、加圧液室２内のインクが加圧されることにな
る。したがって、この加圧液室２に連通するノズルから
インク滴が吐出されることになる。

【００３１】このように、電圧を印加する電気機械変換
材料からなる駆動層と電圧を印加しない電気機械変換材
料からなる非駆動層とを積層してなるアクチュエータ手
段を備えたので、電圧を印加しない非駆動層をダイアフ
ラムとして機能させることができ、両方の剛性のバラン
スが得られ易くなり、効率の良いアクチュエータを備え
たインクジェットヘッドを得ることができ、安定したイ
ンク滴吐出を行うことができる。

【００３２】この場合、アクチュエータ手段の駆動層と
非駆動層の厚さをほぼ同じにするか、或いは、非駆動層
の厚さを駆動層の厚さよりも薄くすることによって、ア
クチュエータとして機能する駆動層とダイアフラムとし
て機能する非駆動層の剛性がほぼ等しく、或いは非駆動
層（ダイアフラム層）側がやや小さくなり、電気機械変
換素子（アクチュエータ手段）による加圧液室内のイン
クに対する変位加圧の効率が最も良いマルチノズルヘッ
ドを実現することができる。

【００３３】また、アクチュエータ手段の駆動層と非駆
動層とは内層電極を挟んで一体焼成されている構成にす
ることで、ダイアフラム部とアクチュエータ素子部とが
一体的に形成されるので、十分な性能で接合され、ばら
つきのない安定した効率の高いインクジェットヘッドを
得ることができる。アクチュエータ手段の最も外側の駆
動層の外側電極は焼成後に形成することによって、圧電
素子材料の高温焼成による電極の劣化等がなく、外側電
極の形成方法の選択が自由になり、信頼性、低コスト化
を図ることができる。

【００３４】さらに、アクチュエータ手段の非駆動層を
加圧液室側に配置することによって、インクの浸透等に
対する信頼性が向上し、後述するようにＦＰＣ等の信号
印加手段との接合が容易になって、小型で低コストのイ
ンクジェットヘッドを実現することが可能になる。これ
に加えて、或いはこれに代えて、アクチュエータ手段の
加圧液室側表面には耐インク性を有するインクバリア層
を設けることによって、電気機械変換材料のインクへの
溶出やインクとの接液による電気機械変換材料の劣化を
確実に防止することができて、信頼性の高い高集積マル
チノズルヘッドを実現できる。

【００３５】この場合、インクバリア層を樹脂材料で形
成することによって、薄層フィルムの使用が可能にな
り、電気機械変換素子（アクチュエータ手段）の変位を
効率的に加圧液室に伝達することができ、低コストで高
信頼性の高いマルチノズルヘッドを実現できる。また、
インクバリア層を接着剤層で形成することによって、電
気機械変換素子（アクチュエータ手段）と加圧液室部材
の接合機能を兼ねることになり、低コスト、高信頼性の
高集積マルチノズルヘッドを得られる。

【００３６】次に、図２は本発明の第２実施形態に係る
インクジェットヘッドの液室部の模式的断面図である。
このインクジェットヘッドにおいては、複数のアクチュ
エータ手段５の非駆動層７を一体にして共通化し、この
１つの非駆動層７に対して各加圧液室２に対応して駆動
層６及び内層電極８をそれぞれ独立して設けている。な
お、その他の構成は上記第１実施形態と同様である。こ
のような構成にすることによって、複数のアクチュエー
タ手段５の形成を簡単に行うことができる。

【００３７】そこで、上述した第１実施形態及び第２実
施形態における複数のアクチュエータ手段の形成工程に
ついて説明する。先ず、第１実施形態の場合には、図３
（ａ）に示すように、駆動層１１及び非駆動層１２を内
層電極１３を挟んで一体焼成し、これに外側電極１４を
設けた１枚の圧電素子部材１５を形成し、この圧電素子
部材１５を非駆動層１２を加圧液室側にして加圧液室部
材３上にパッシベーション層４を介して接合する。な
お、内層電極１３は圧電素子部材１５の端面から上面に
引回して設けている。

【００３８】そして、同図（ｂ）に示すようにダイシン
グソー等のスリット加工装置を用いて圧電素子部材１５
にスリット溝１６を形成して分割し、このときパッシベ
ーション層４まで分割加工することで、同図（ｃ）に示
すように非駆動層１２まで分割された複数のアクチュエ
ータ手段５を形成することができる。

【００３９】このように、加圧液室の高さを決める加圧
液室部材に駆動層と非駆動層とを有する複層構造の圧電
素子部材をインクバリア層を介して（或いは直接）接合
した後各加圧液室に対応して圧電素子部材を分割加工し
て、インクバリア層まで分割することで複数のアクチュ
エータ手段を形成することによって、各チャンネル間の
相互干渉がない高集積のマルチノズルヘッドを安定し
て、低コストで製造することが可能になる。

【００４０】また、第２実施形態の場合には、図４
（ａ）に示すように、駆動層１１及び非駆動層１２を内
層電極１３を挟んで一体焼成し、これに外側電極１４を
設けた１枚の圧電素子部材１５を形成し、この圧電素子
部材１５を非駆動層１２を加圧液室側にして加圧液室部
材３上にパッシベーション層４を介して接合する。

【００４１】そして、同図（ｂ）に示すようにダイシン
グソー等のスリット加工装置を用いて圧電素子部材１５
にスリット溝１６を形成して分割し、このとき非駆動層
１２まで分割加工することで、同図（ｃ）に示すように
非駆動層層１２は分割されないで駆動層１１のみが分割
された複数のアクチュエータ手段５を形成することがで
きる。

【００４２】このように、加圧液室の高さを決める加圧
液室部材に駆動層と非駆動層とを有する複層構造の圧電
素子部材をインクバリア層を介して（或いは直接）接合
した後各加圧液室に対応して圧電素子を分割加工し、圧
電素子の途中（非駆動層）まで分割して複数のアクチュ
エータ手段を形成することによって、各チャンネル間の
相互干渉がなく、アクチュエータ手段と加圧液室部材の
接合の信頼性が高い、低コスト高集積のマルチノズルヘ
ッドを実現することが可能になる。

【００４３】次に、図５は本発明の第３実施形態に係る
インクジェットヘッドの模式的断面図、図６は同ヘッド
の図５のＡ−Ａ線に沿う断面平面図、図７は図６のＢ−
Ｂ線に沿う断面側面図、図８は同ヘッドの部分分解斜視
図である。このインクジェットヘッドは、基板部材２１
上に加圧液室２２の高さ及び形状を決める加圧液室部材
２３を接合し、この加圧液室部材２３上に耐インク性を
有するインクバリア層となるフィルム接合層２４を介し
て２層構造の電気機械変換材料からなる圧電素子（ＰＺ
Ｔ）を用いたアクチュエータ手段２５を各加圧液室２２
に対応して接合配置し、前面にノズル３０を形成したノ
ズル形成部材であるノズルプレート３１を接着接合して
いる。なお、基板部材２１、加圧液室部材２３等の材
質、寸法等については前述した第１実施形態と同様であ
る。

【００４４】ここで、基板部材２１には図示しないイン
クカートリッジからのインク供給路に通じる共通インク
流路３３を液室配列方向に形成している。また、加圧液
室部材２３には、加圧液室２２と、基板部材２１の共通
インク流路３３に連通する共通インク流路３４と、共通
インク流路３４から加圧液室２２にインクを供給する流
体抵抗部３５と、加圧液室２２からノズル３０に連通す
るノズル連通流路３６とを形成している。

【００４５】この加圧液室部材２３による流体抵抗部３
５は、アクチュエータ手段２５の変位によって加圧液室
２２のインクが加圧された時に共通インク流路３４側へ
インクが逆流してノズル３０からのインク吐出効率が低
下することを防止するために、断面積が小さなインク流
路を形成する。例えば、最も小さい断面積は４０×４０
μｍ程度の流路として形成している。

【００４６】また、加圧液室部材２３に設ける流体抵抗
部３５とノズル連通流路３６の流路深さを等しく、例え
ば４０〜６０μｍとすることで、１枚の加圧液室部材２
３をフォトリソを含む別々のエッチング工程で加圧液室
２２及び共通インク流路３４（これらは貫通穴であ
る。）とは別に形成することができる。

【００４７】さらに、加圧液室部材２３を積層構造とし
て、例えば加圧液室部材全体の厚さを１２０μｍとした
場合、４０μｍ厚さのＳＵＳ材に加圧液室及び共通イン
ク流路の一部を含む流体抵抗部３５及びノズル連通流路
３６を形成し、また８０μｍ厚さのＳＵＳ材に加圧液室
及び共通インク流路の残りの部分を形成して、これら２
枚のＳＵＳ材を接合して１つの加圧液室部材とすること
もできる。

【００４８】アクチュエータ手段２５となる圧電素子は
駆動部２６と非駆動部２７とを内層電極２８を挟んで一
体焼成し、駆動部２６の外面に外部電極２９を設けたも
のである。ここで内層電極２８は先端側（ノズル吐出
側）で駆動層２６の端面から上面（外部電極２９を形成
する面）に引き回した構成としている。また、内層電極
２８は液室長手方向では加圧液室２２の長手方向長さ相
当分だけ形成しているので、アクチュエータ手段５を構
成する圧電素子全体では一部で駆動層２６と非駆動層２
７とを直接一体化している（この部分では内層電極２８
が存在しないことで駆動層２６は実質的に非駆動部分と
なる。）。

【００４９】そして、各加圧液室２２に対応して圧電素
子を分割加工して複数のアクチュエータ手段２５を形成
した後、ＦＰＣ３８を内層電極２８及び外部電極２９に
導電接合して、上面の外部電極２９及び内層からの内層
電極２８と導通を可能にし、基板部材２１上に配設した
ドライバＩＣ３９に接続している。この導電接合は、半
田メッキパターンに加圧、加熱接合、或いは異方性導電
膜を介して加圧、加熱接合することで容易に可能であ
る。

【００５０】また、基板部材２１、加圧液室部材２３及
びアクチュエータ手段２５の接合は一般的な接合方法を
採用することができ、例えば、エポキシ等の接着剤を数
μｍの厚さに塗布して接合する。さらに、ノズルプレー
ト３１は、樹脂フィルムにエキシマレーザ加工でノズル
穴（穴径は例えば２０〜３５μｍ）を形成したもの、或
いは、Ｎｉ電鋳加工によって形成したものなどを用いる
ことができ、図８に示すように、加圧液室部材２３のノ
ズル連通流路３６に位置合わせして接着接合している。

【００５１】次に、図９は本発明の第４実施形態に係る
インクジェットヘッドの模式的断面図、図１０は同ヘッ
ドの図９のＣ−Ｃ線に沿う断面平面図である。このイン
クジェットヘッドも、基板部材２１上に加圧液室２２の
高さ及び形状を決める加圧液室部材２３を接合し、この
加圧液室部材２３上に耐インク性を有するインクバリア
層となるフィルム接合層２４を介して２層構造の電気機
械変換材料からなる圧電素子（ＰＺＴ）を用いたアクチ
ュエータ手段２５を各加圧液室２２に対応して接合配置
し、前面にノズル３０を形成したノズルプレート３１を
接着接合している。

【００５２】ここで、基板部材２１には図示しないイン
クカートリッジからのインク供給路に通じる共通インク
流路３３を液室配列方向に形成すると共に、共通インク
流路３３から加圧液室２２にインクを供給する流体抵抗
部３５と、加圧液室２２からノズル３０に連通するノズ
ル連通流路３６とを形成している。そして、加圧液室部
材２３には加圧液室２２のみを形成している。また、ノ
ズルプレート３１のノズル３０は、基板部材２１のノズ
ル連通流路３６に連通する位置に形成している。

【００５３】このように構成することで、基板部材２１
として１〜２ｍｍ厚さの樹脂部材を成型で加工して形成
する場合に、共通インク流路３３と流体抵抗部３５及び
ノズル連通流路３６を同時に形成することができて、非
常に低コストのヘッドを実現することができる。また、
加圧液室部材２３は加圧液室２２だけの単純な穴加工を
行えばよくなり、１枚のＳＵＳ材のエッチング加工で形
成できることなって大幅にコストを削減することができ
る。

【００５４】次に、図１１は本発明の第５実施形態に係
るインクジェットヘッドの模式的断面図、図１２は同ヘ
ッドの図１１のＤ−Ｄ線に沿う断面平面図である。この
インクジェットヘッドは、３層構造の基板部材４０上に
加圧液室２２の高さ及び形状を決める加圧液室部材２３
を接合し、この加圧液室部材２３上に耐インク性を有す
るインクバリア層となるフィルム接合層２４を介して２
層構造の電気機械変換材料からなる圧電素子（ＰＺＴ）
を用いたアクチュエータ手段２５を各加圧液室２２に対
応して接合配置し、基板部材４１の下面にノズル３０を
形成したノズルプレート３１を接着接合している。

【００５５】ここで、基板部材４０は第１層４１、第２
層４２及び第３層４３の基板部材を三層に積層して形成
したものであり、第１層４１と第３層４３とに挟まれた
第２層４２に、図示しないインクカートリッジからのイ
ンク供給路に通じる共通インク流路３３を液室配列方向
に形成し、第３層４３に共通インク流路３３から加圧液
室２２にインクを供給する円形の流体抵抗部３５を形成
し、更に、第３層４３、第２層４２及び第１層４１を貫
通して加圧液室２２からノズル３０に連通するノズル連
通流路３６を形成している。そして、加圧液室部材２３
には加圧液室２２のみを形成している。また、ノズルプ
レート３１のノズル３０は、基板部材２１のノズル連通
流路３６に連通する位置に形成している。

【００５６】基板部材４０としては例えばＳＵＳ材を積
層して形成することができ、この実施形態では第１層４
１として厚さ０．１ｍｍのＳＵＳ材を、第２層４２とし
て厚さ０．２５ｍｍのＳＵＳ材を、第３層４３として厚
さ０．０５ｍｍのＳＵＳ材を積層して形成している。

【００５７】このように構成することで、基板部材４１
に共通インク流路３３と流体抵抗部３５及びノズル連通
流路３６を形成することができて、非常に低コストのヘ
ッドを実現することができる。また、加圧液室部材２３
は加圧液室２２だけの単純な穴加工を行えばよくなり、
１枚のＳＵＳ材のエッチング加工で形成できることなっ
て大幅にコストを削減することができる。さらに、第１
層４１表面にノズルプレート３１を接合することができ
るので、組立が容易になる。

【００５８】次に、図１３は本発明の第６実施形態に係
るインクジェットヘッドの斜視図である。このインクジ
ェットヘッドは、１枚の基板部材２１の両面に加圧液室
部材２３，２３を接合し、各加圧液室部材２３，２３に
アクチュエータ手段２５を接合配置し、端面に各加圧液
室部材２３，２３に形成したノズル連通流路３６に対応
してノズル３０を形成したノズルプレート３１を接合し
たものである。なお、液室構成等は上述した第３実施形
態と同様である。

【００５９】この場合、一方の加圧液室部材２３のノズ
ル連通流路３６と他方の加圧液室部材２３のノズル連通
流路３６とは千鳥状になる位置に形成して、ノズルプレ
ート３１の各列のノズル３０を千鳥状に配列している。
これによって、第３実施形態に対して２倍の配列密度で
ノズルを配置することができる。例えば１列で１５０dp
Iの場合、この実施形態では３００dpiの密度を得ること
ができる。なお、このような構成は第４実施形態のイン
クジェットヘッドにも適用することができ、この場合に
は基板部材２１に千鳥状にノズル連通流路３６を形成す
る。

【００６０】次に、図１４は本発明の第７実施形態に係
るインクジェットヘッドの斜視図である。このインクジ
ェットヘッドは、上述した第３実施形態のインクジェッ
トヘッドと基本構成を同じにしたユニット５１，５１を
スペーサ部材５２を対して二層（三層以上にすることも
できる。）に積層し、ノズルプレート３１を積層端面に
接合したものである。なお、第４実施形態のインクジェ
ットヘッドと基本構成を同じにするユニットを積層する
こともできる。

【００６１】この場合、一方のユニット５１の加圧液室
部材２３のノズル連通流路３６と他方のユニット５１の
加圧液室部材２３のノズル連通流路３６とは千鳥状にな
る位置に形成して、ノズルプレート３１の各列のノズル
３０を千鳥状に配列している。これによって、第３実施
形態に対して２倍の配列密度でノズルを配置することが
できる。例えば１層で１５０dpIの場合、この実施形態
では３００dpiの密度を得ることができる。更に、例え
ば１層で１５０dpIの場合、４層構成にすれば６００dpi
の印字密度を得ることができる。このとき、各層（ユニ
ット）の液室、流路及びノズル位置は１／６００dpiだ
けずれた位置関係になる。

【００６２】次に、図１５は本発明の第８実施形態に係
るインクジェットヘッドの斜視図である。このインクジ
ェットヘッドは、上述した第３実施形態のインクジェッ
トヘッドと基本構成を同じにしたユニット５１，５１の
基板部材２１同士を接合し、ノズルプレート３１を積層
端面に接合したものである。なお、第４実施形態のイン
クジェットヘッドと基本構成を同じにするユニットを積
層することもできる。

【００６３】この場合、一方のユニット５１の加圧液室
部材２３のノズル連通流路３６と他方のユニット５１の
加圧液室部材２３のノズル連通流路３６とは千鳥状にな
る位置に形成して、ノズルプレート３１の各列のノズル
３０を千鳥状に配列している。これによって、第３実施
形態に対して２倍の配列密度でノズルを配置することが
できる。例えば１層で１５０dpIの場合、この実施形態
では３００dpiの密度を得ることができる。

【００６４】

【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、アクチュエータ手段は電圧を
印加する電気機械変換材料からなる駆動層と電圧を印加
しない電気機械変換材料からなる非駆動層とを積層して
なる構成としたので、非駆動層にダイアフラム機能を持
たせることができ、駆動層とダイアフラムとして機能す
る非駆動層の剛性のバランスが得られて、効率が良く、
安定したヘッド特性の得られるインクジェットヘッドを
低コストで製作できる。

【００６５】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、ア
クチュエータ手段は駆動層１層と非駆動層１層の２層構
造である構成としたので、効率が良く、安定したヘッド
特性の得られるインクジェットヘッドを低コストで製作
できる。

【００６６】請求項３のインクジェットヘッドによれ
ば、上記請求項１又は２のインクジェットヘッドにおい
て、アクチュエータ手段の駆動層と非駆動層の厚さがほ
ぼ同じである構成としたので、駆動層とダイアフラムと
して機能する非駆動層との剛性をほぼ等しくできて、ア
クチュエータ手段による加圧液室内のインクに対する変
位加圧の効率が最も良い安定したインクジェットヘッド
を実現できる。

【００６７】請求項４のインクジェットヘッドによれ
ば、上記請求項１又は２のインクジェットヘッドにおい
て、アクチュエータ手段の非駆動層の厚さが駆動層の厚
さよりも薄い構成としたので、ダイアフラムとして機能
する非駆動層の剛性を駆動層に対してやや小さくでき
て、アクチュエータ手段による加圧液室内のインクに対
する変位加圧の効率が最も良い安定したインクジェット
ヘッドを実現できる。。

【００６８】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、アクチュエータ手段の駆動層と非駆動層
とは内層電極を挟んで一体焼成されている構成としたの
で、特別な接合手段を用いること無く駆動層と非駆動層
とを十分な接合性能で接合することができ、ばらつきの
ない効率的なインクジェットヘッドを得ることができ
る。

【００６９】請求項６のインクジェットヘッドによれ
ば、上記請求項５のインクジェットヘッドにおいて、ア
クチュエータ手段の駆動層と非駆動層とは内層電極のな
い部分で一体化している構成としたので、特別な接合手
段を用いること無く駆動層と非駆動層とを十分な接合性
能で接合することができ、ばらつきのない効率的なイン
クジェットヘッドを得ることができる。

【００７０】請求項７のインクジェットヘッドによれ
ば、上記請求項１乃至６のいずれかのインクジェットヘ
ッドにおいて、アクチュエータ手段の非駆動層を加圧液
室側に配置した構成としたので、インクの浸透に対する
信頼性が向上し、信号伝達手段との接続が容易になって
小型化を図れる。

【００７１】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、アクチュエータ手段の最も外側の駆動層
の外側電極は焼成後に形成されている構成としたので、
外側電極の形成方法の自由度が高くなり、信頼性の向
上、低コスト化を図れる。

【００７２】請求項９のインクジェットヘッドによれ
ば、上記請求項１乃至８のいずれかのインクジェットヘ
ッドにおいて、アクチュエータ手段の加圧液室側表面に
は耐インク性を有するインクバリア層を設けた構成とし
たので、電気機械変換材料のインクの溶出やインクによ
る劣化を防止でき、信頼性を向上することができる。

【００７３】請求項１０のインクジェットヘッドによれ
ば、上記請求項９のインクジェットヘッドにおいて、イ
ンクバリア層が樹脂材料からなる構成としたので、アク
チュエータ手段の変位を効率的に加圧液室に伝達でき、
低コストで信頼性の高い高集積のヘッドを実現できる。

【００７４】請求項１１のインクジェットヘッドによれ
ば、上記請求項９又は１０のインクジェットヘッドにお
いて、インクバリア層が接着剤層からなる構成としたの
で、アクチュエータ手段と加圧液室部材の接合を行うこ
とができ、低コストで信頼性の高い高集積のヘッドを実
現できる。

【００７５】請求項１２のインクジェットヘッドによれ
ば、上記請求項１乃至１１のいずれかのインクジェット
ヘッドにおいて、複数の加圧液室と、各加圧液室に連通
する複数のノズルと、各加圧液室に対応する複数のアク
チュエータ手段とを有し、この複数のアクチュエータ手
段は加圧液室の高さを決める加圧液室部材上に一体形成
した後各加圧液室に対応して分割加工されたものである
構成としたので、各チャンネル間の吐出特性にばらつき
が少ない高精度高集積のマルチノズルヘッドを得られ
る。

【００７６】請求項１３のインクジェットヘッドによれ
ば、上記請求項１乃至１１のいずれかのインクジェット
ヘッドにおいて、複数の加圧液室と、各加圧液室に連通
する複数のノズルと、各加圧液室に対応する複数のアク
チュエータ手段とを有し、この複数のアクチュエータ手
段は加圧液室の高さを決める加圧液室部材上に耐インク
性を有するインクバリア層を介して一体形成した後、各
加圧液室に対応してインクバリア層まで分割加工された
ものである構成としたので、各チャンネル間の相互干渉
が少なく、吐出特性にばらつきが少ない高精度高集積の
マルチノズルヘッドを低コストで得られる。

【００７７】請求項１４のインクジェットヘッドによれ
ば、上記請求項１乃至１１のいずれかのインクジェット
ヘッドにおいて、複数の加圧液室と、各加圧液室に連通
する複数のノズルと、各加圧液室に対応する複数のアク
チュエータ手段とを有し、この複数のアクチュエータ手
段は加圧液室の高さを決める加圧液室部材上に耐インク
性を有するインクバリア層を介して一体形成した後、各
加圧液室に対応して途中まで分割加工されたものである
構成としたので、各チャンネル間の相互干渉が少なく、
吐出特性にばらつきが少なく、アクチュエータ手段と加
圧液室部材との接合信頼性が高い高精度高集積のマルチ
ノズルヘッドを低コストで得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係るインクジェットヘ
ッドの液室部の模式的断面図

【図２】本発明の第２実施形態に係るインクジェットヘ
ッドの液室部の模式的断面図

【図３】第１実施形態に係るインクジェットヘッドの製
造工程の説明に供する斜視説明図

【図４】第２実施形態に係るインクジェットヘッドの製
造工程の説明に供する斜視説明図

【図５】本発明の第３実施形態に係るインクジェットヘ
ッドの模式的断面図

【図６】図５のＡ−Ａ線に沿う断面平面図

【図７】図６のＢ−Ｂ線に沿う断面側面図

【図８】同ヘッドの部分分解斜視図

【図９】本発明の第４実施形態に係るインクジェットヘ
ッドの模式的断面図

【図１０】図９のＣ−Ｃ線に沿う断面平面図

【図１１】本発明の第５実施形態に係るインクジェット
ヘッドの模式的断面図

【図１２】図１１のＤ−Ｄ線に沿う断面平面図

【図１３】本発明の第６実施形態に係るインクジェット
ヘッドの斜視図

【図１４】本発明の第７実施形態に係るインクジェット
ヘッドの斜視図

【図１５】本発明の第８実施形態に係るインクジェット
ヘッドの斜視図

【符号の説明】

１…基板部材、２…加圧液室、３…加圧液室部材、４…
パッシベーション層、５…アクチュエータ手段、６…駆
動層、７…非駆動層、８…内層電極、９…外部電極、２
１…基板部材、２２…加圧液室、２３…加圧液室部材、
２４…フィルム接合層、２５…アクチュエータ手段、２
６…駆動層、２７…非駆動層、２８…内層電極、２９…
外部電極、３０…ノズル、３１…ノズルプレート、３３
…共通インク流路、３４…共通インク流路、３５…流体
抵抗部、３６…ノズル連通流路、３８…ＦＰＣ、３９…
ドライバＩＣ、４０…基板部材、４１…第１層、４２…
第２層、４３…第３層。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気機械変換材料を用いたアクチュエー
タ手段の変位で加圧液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、前記アクチュエータ手段は電圧を印加する電気機
械変換材料からなる駆動層と電圧を印加しない電気機械
変換材料からなる非駆動層とを積層してなることを特徴
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、前記アクチュエータ手段は駆動層１層と非駆
動層１層の２層構造であることを特徴とするインクジェ
ットヘッド。
【請求項３】請求項１又は２に記載のインクジェット
ヘッドにおいて、前記アクチュエータ手段の駆動層と非
駆動層の厚さがほぼ同じである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１又は２に記載のインクジェット
ヘッドにおいて、前記アクチュエータ手段の非駆動層の
厚さが駆動層の厚さよりも薄い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、前記アクチュエータ手段の
駆動層と非駆動層とは内層電極を挟んで一体焼成されて
いる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５に記載のインクジェットヘッド
において、前記アクチュエータ手段の駆動層と非駆動層
とは前記内層電極のない部分で一体化していることを特
徴とするインクジェットヘッド。
【請求項７】請求項１乃至６のいずれかに記載のイン
クジェットヘッドにおいて、前記アクチュエータ手段の
非駆動層を前記加圧液室側に配置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、前記アクチュエータ手段の
最も外側の駆動層の外側電極は焼成後に形成されている
ことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項９】請求項１乃至８のいずれかに記載のイン
クジェットヘッドにおいて、前記アクチュエータ手段の
加圧液室側表面には耐インク性を有するインクバリア層
を設けたことを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項１０】請求項９に記載のインクジェットヘッ
ドにおいて、前記インクバリア層が樹脂材料からなるこ
とを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項１１】請求項９又は１０に記載のインクジェ
ットヘッドにおいて、前記インクバリア層が接着剤層か
らなることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項１２】請求項１乃至１１のいずれかに記載の
インクジェットヘッドにおいて、複数の加圧液室と、各
加圧液室に連通する複数のノズルと、各加圧液室に対応
する複数の前記アクチュエータ手段とを有し、この複数
のアクチュエータ手段は前記加圧液室の高さを決める加
圧液室部材上に一体形成した後各加圧液室に対応して分
割加工されたものであることを特徴とするインクジェッ
トヘッド。
【請求項１３】請求項１乃至１１のいずれかに記載の
インクジェットヘッドにおいて、複数の加圧液室と、各
加圧液室に連通する複数のノズルと、各加圧液室に対応
する複数の前記アクチュエータ手段とを有し、この複数
のアクチュエータ手段は前記加圧液室の高さを決める加
圧液室部材上に耐インク性を有するインクバリア層を介
して一体形成した後、各加圧液室に対応して前記インク
バリア層まで分割加工されたものであることを特徴とす
るインクジェットヘッド。
【請求項１４】請求項１乃至１１のいずれかに記載の
インクジェットヘッドにおいて、複数の加圧液室と、各
加圧液室に連通する複数のノズルと、各加圧液室に対応
する複数の前記アクチュエータ手段とを有し、この複数
のアクチュエータ手段は前記加圧液室の高さを決める加
圧液室部材上に耐インク性を有するインクバリア層を介
して一体形成した後、各加圧液室に対応して途中まで分
割加工されたものであることを特徴とするインクジェッ
トヘッド。