JPH11254674A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低コストで安定したヘッド特性のヘッドを得
られない。 【解決手段】 基板部材２１と、基板部材２１に設けた
加圧液室２２の高さを決める加圧液室部材２３と、加圧
液室部材２３に設けられ、電圧を印加する電気機械変換
材料からなる駆動層２６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２７とを積層したアクチュエー
タ手段２５と、加圧液室２２にインクを供給する共通イ
ンク流路３４及び流体抵抗部３５と、加圧液室２２から
ノズル３０にインクを供給するノズル連通流路３６と、
ノズル３０を形成したノズル形成部材３１とを備えた。

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、基板部材と、この基板
部材に設けた前記加圧液室の高さを決める加圧液室部材
と、この加圧液室部材に設けられ、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た前記アクチュ
エータ手段と、前記加圧液室にインクを供給する共通イ
ンク流路及び流体抵抗部と、前記加圧液室からノズルに
インクを供給するノズル連通流路と、前記ノズルを形成
したノズル形成部材とを備えている構成とした。

【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、前記共通イ
ンク流路、流体抵抗部及びノズル連通流路を前記加圧液
室部材に設けている構成とした。

【００１１】請求項３のインクジェットヘッドは、上記
請求項１のインクジェットヘッドにおいて、前記共通イ
ンク流路、流体抵抗部及びノズル連通流路を前記基板部
材に設けている構成とした。

【００１２】請求項４のインクジェットヘッドは、上記
請求項１乃至３のいずれかのインクジェットヘッドにお
いて、前記ノズル形成部材を前記基板部材と加圧液室部
材の積層端面に設けている構成とした。

【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３のいずれかのインクジェットヘッドにお
いて、前記ノズル形成部材を前記基板部材に設けている
構成とした。

【００１４】請求項６のインクジェットヘッドは、複数
のノズル列を有するマルチノズルインクジェットヘッド
において、基板部材と、この基板部材の両面に設けた加
圧液室の高さを決める２つの加圧液室部材と、各加圧液
室部材に設けられ、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た前記アクチュエータ手段と、
前記加圧液室に連通するノズルを形成したノズル形成部
材とを備えている構成とした。

【００１５】請求項７のインクジェットヘッドは、複数
のノズル列を有するマルチノズルインクジェットヘッド
において、基板部材と、この基板部材の片面に設けた加
圧液室の高さを決める加圧液室部材と、この加圧液室部
材に設けられ、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た前記アクチュエータ手段と、前記
加圧液室に連通するノズルを形成したノズル形成部材と
を備えた２つのユニットを有し、各ユニットの基板部材
同士を接合している構成とした。

【００１６】請求項８のインクジェットヘッドは、複数
のノズル列を有するマルチノズルインクジェットヘッド
において、基板部材と、この基板部材の片面に設けた加
圧液室の高さを決める加圧液室部材と、この加圧液室部
材に設けられ、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た前記アクチュエータ手段と、前記
加圧液室に連通するノズルを形成したノズル形成部材と
を備えた複数のユニットを有し、各ユニットを同方向に
積み重ねている構成とした。

【００１７】請求項９のインクジェットヘッドは、上記
請求項６乃至８のいずれかのインクジェットヘッドにお
いて、複数のノズル列が千鳥状に配置されている構成と
した。

【００１８】

【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は本発明に係るインクジ
ェットヘッドの基本構成を説明する模式的断面図であ
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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】次に、図２は本発明に係るインクジェット
ヘッドの基本構成の他の例を説明する模式的断面図であ
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図１の基本構成と同様で
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。

【００３２】そこで、上述した各基本構成における複数
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、図１の構成の場合には、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１
２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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】また、図２の構成の場合には、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１
５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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】次に、図５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図１の基本構成と同様で
ある。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。）。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】このインクジェットヘッドにおいては、ア
クチュエータ手段２５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２８と外部電極２９との間に
ドライバＩＣ３９から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２６のみであり、下側の非
駆動層２７は電極２８，２９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２６に電界が印加されると、駆動層２６に面方向
での縮みの変形が発生するので、非駆動層２７との干渉
でアクチュエータ手段２５（圧電素子）としてはユニモ
ルフ変位が発生する。

【００４７】すなわち、非駆動層２７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２５
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２５に加圧液室２２側へ凸の変
形が発生するので、加圧液室２２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２２にノズル
連通流路３６を介して連通するノズル３０からインク滴
が吐出されることになる。このとき、加圧液室２２から
共通インク流路３４，３３へ通じる流体抵抗部３５方向
へもインクの流れが発生するが、流体抵抗部３５によっ
て共通インク流路３４，３３側へのインクの流れを低減
し、インク吐出効率の低下を防いでいる。

【００４８】その後、インク滴吐出の終了に伴い、加圧
液室２２内のインク圧力が低減し、インクの流れの慣性
と駆動パルスの放電過程によって加圧液室２２内に負圧
が発生してインク充填行程へ移行する。このとき、イン
クカートリッジから供給されたインクは共通インク流路
３３に流入し、共通インク流路３３から共通インク流路
３４及び流体抵抗部３５を経て加圧液室２２内に充填さ
れる。そして、ノズル３０の出口付近のインクメニスカ
ス面の振動が減衰し、表面張力によってノズル３０の出
口付近に戻されて（リフィル）安定状態に至れば、次の
インク滴吐出動作に移行する。

【００４９】このように、基板部材と、この基板部材に
設けた加圧液室の高さを決める加圧液室部材と、この加
圧液室部材に設けられ、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たアクチュエータ手段と、
加圧液室にインクを供給する共通インク流路及び流体抵
抗部と、加圧液室からノズルにインクを供給するノズル
連通流路と、ノズルを形成したノズル形成部材とを備え
ることによって、安定してヘッド特性を有する高集積の
マルチノズルヘッドを低コストで製作することができ、
高速、高画質の画像を形成できる。

【００５０】次に、図９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。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】このように、加圧液室にインクを供給する
共通インク流路及び流体抵抗部と、加圧液室からノズル
にインクを供給するノズル連通流路を加圧液室部材に設
けることによって、精度を必要とするインク流路部すべ
てを特定の部材に設けることができ、使用する部材、製
造方法を限定し、その他の部材は低コストが可能な部
材、製造方法を選択することが可能になり、低コスト、
高精度、高信頼性のマルチノズルヘッドを実現すること
ができる。

【００５４】また、ノズル形成部材を基板部材と加圧液
室部材の積層端面に設けることによって、ドット印写密
度の高いヘッドを簡単な構成で実現することができ、特
に、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ等のカラーインクを使用するために
複数個のヘッドを並べても小型のヘッド構成になり、記
録装置自体の幅を小さくすることができる。

【００５５】次に、図１１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。

【００５６】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。

【００５７】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。

【００５８】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。

【００５９】このように、加圧液室にインクを供給する
共通インク流路及び流体抵抗部と、加圧液室からノズル
にインクを供給するノズル連通流路を基板部材に設ける
ことによって、精度を必要とするインク流路部すべてを
特定の部材に設けることができ、使用する部材、製造方
法を限定し、その他の部材は低コストが可能な部材、製
造方法を選択することが可能になり、低コスト、高精
度、高信頼性のマルチノズルヘッドを実現することがで
きる。

【００６０】また、ノズル形成部材を基板部材に設ける
ことによって、安定したヘッド特性を有する高集積マル
チノズルヘッドを低コストで実現することができ、特
に、ヘッドの重要部品であるノズル形成部材の組み付け
が容易になり、組み付け後の信頼性も向上する。

【００６１】次に、図１３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１実施形
態と同様である。

【００６２】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１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２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。

【００６３】このように、基板部材と、この基板部材の
両面に設けた加圧液室の高さを決める２つの加圧液室部
材と、各加圧液室部材に設けられ、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たアクチュエー
タ手段と、加圧液室に連通するノズルを形成したノズル
形成部材とを備えることによって、安定したヘッド特性
を有する高集積のマルチノズルヘッドを低コストで得る
ことができる。

【００６４】次に、図１４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斜視図である。このインクジ
ェットヘッドは、上述した第１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２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。

【００６５】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１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。

【００６６】このように、基板部材と、この基板部材の
片面に設けた加圧液室の高さを決める加圧液室部材と、
この加圧液室部材に設けられ、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たアクチュエータ手
段と、加圧液室に連通するノズルを形成したノズル形成
部材とを備えた複数のユニットを有し、各ユニットを同
方向に積み重ねて構成することによって、容易に印写ド
ット密度の高いヘッド特性の安定した高集積マルチノズ
ルヘッドを実現することができる。なお、この実施形態
では２層に積層しているが、３層以上を積層することも
できる。

【００６７】次に、図１５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、上述した第１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２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。

【００６８】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１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。

【００６９】このように、基板部材と、この基板部材の
片面に設けた加圧液室の高さを決める加圧液室部材と、
この加圧液室部材に設けられ、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たアクチュエータ手
段と、加圧液室に連通するノズルを形成したノズル形成
部材とを備えた２つのユニットを有し、各ユニットの基
板部材同士を接合して構成することによって、容易に印
写ドット密度の高いヘッド特性の安定した高集積マルチ
ノズルヘッドを実現することができる。なお、この基板
同士を接合したものをユニットとして第５実施形態のよ
うに複数個積み重ねることもできる。

【００７０】なお、これらの第４乃至第６実施形態のよ
うに各ノズル列のノズルを千鳥状に配置することによっ
て印写ドット密度を高くすることができる。

【００７１】

【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、基板部材と、この基板部材に
設けた加圧液室の高さを決める加圧液室部材と、この加
圧液室部材に設けられ、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たアクチュエータ手段と、
加圧液室にインクを供給する共通インク流路及び流体抵
抗部と、加圧液室からノズルにインクを供給するノズル
連通流路と、ノズルを形成したノズル形成部材とを備え
たので、安定したヘッド特性が得られる高集積マルチノ
ズルインクジェットヘッドを低コストで製作することが
できる。

【００７２】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、共
通インク流路、流体抵抗部及びノズル連通流路を加圧液
室部材に設けているので、精度を必要とするインク流路
を形成しない部材として低コストの部材、製造方法を選
定することができ、安定したヘッド特性が得られる高集
積マルチノズルインクジェットヘッドを低コストで製作
することができる。

【００７３】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のインクジェットヘッドにおいて、共
通インク流路、流体抵抗部及びノズル連通流路を基板部
材に設けているので、精度を必要とするインク流路を形
成しない部材として低コストの部材、製造方法を選定す
ることができ、安定したヘッド特性が得られる高集積マ
ルチノズルインクジェットヘッドを低コストで製作する
ことができる。

【００７４】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乃至３のいずれかのインクジェットヘ
ッドにおいて、ノズル形成部材を基板部材と加圧液室部
材の積層端面に設けているので、印写ドット密度の高い
ヘッドを簡単な構成で得ることができる。

【００７５】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３のいずれかのインクジェットヘ
ッドにおいて、ノズル形成部材を基板部材に設けている
ので、ノズル形成部材の組み付けが容易になり、信頼性
も向上する。

【００７６】請求項６のインクジェットヘッドによれ
ば、複数のノズル列を有するマルチノズルインクジェッ
トヘッドにおいて、基板部材と、この基板部材の両面に
設けた加圧液室の高さを決める２つの加圧液室部材と、
各加圧液室部材に設けられ、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たアクチュエータ手段
と、加圧液室に連通するノズルを形成したノズル形成部
材とを備えているので、安定したヘッド特性を有する高
集積のマルチノズルヘッドを低コストで得ることができ
る。

【００７７】請求項７のインクジェットヘッドによれ
ば、複数のノズル列を有するマルチノズルインクジェッ
トヘッドにおいて、基板部材と、この基板部材の片面に
設けた加圧液室の高さを決める加圧液室部材と、この加
圧液室部材に設けられ、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たアクチュエータ手段と、
加圧液室に連通するノズルを形成したノズル形成部材と
を備えた２つのユニットを有し、各ユニットの基板部材
同士を接合している構成としたので、安定したヘッド特
性を有する高集積のマルチノズルヘッドを低コストで得
ることができる。

【００７８】請求項８のインクジェットヘッドによれ
ば、複数のノズル列を有するマルチノズルインクジェッ
トヘッドにおいて、基板部材と、この基板部材の片面に
設けた加圧液室の高さを決める加圧液室部材と、この加
圧液室部材に設けられ、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たアクチュエータ手段と、
加圧液室に連通するノズルを形成したノズル形成部材と
を備えた複数のユニットを有し、各ユニットを同方向に
積み重ねている構成としたので、安定したヘッド特性を
有する高集積のマルチノズルヘッドを低コストで得るこ
とができる。

【００７９】請求項９のインクジェットヘッドによれ
ば、上記請求項６乃至８のいずれかのインクジェットヘ
ッドにおいて、複数のノズル列が千鳥状に配置されてい
る構成としたので、印写ドット密度を高くすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るインクジェットヘッドの基本構成
を示す模式的断面図

【図２】本発明の係るインクジェットヘッドの基本構成
の他の例を示す模式的断面図

【図３】図１の基本構成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】図２の基本構成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１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２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１２】図１１のＤ−Ｄ線に沿う断面平面図

【図１３】本発明の第４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５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６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 (9)

【特許請求の範囲】
1. 【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、基板部材と、この基板部材に設けた前記加圧液室
   の高さを決める加圧液室部材と、この加圧液室部材に設
   けられ、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
   層とを積層した前記アクチュエータ手段と、前記加圧液
   室にインクを供給する共通インク流路及び流体抵抗部
   と、前記加圧液室からノズルにインクを供給するノズル
   連通流路と、前記ノズルを形成したノズル形成部材とを
   備えたことを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 【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、前記共通インク流路、流体抵抗部及びノズル
   連通流路を前記加圧液室部材に設けたことを特徴とする
   インクジェットヘッド。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のインクジェットヘッド
   において、前記共通インク流路、流体抵抗部及びノズル
   連通流路を前記基板部材に設けたことを特徴とするイン
   クジェットヘッド。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかに記載のイン
   クジェットヘッドにおいて、前記ノズル形成部材を前記
   基板部材と加圧液室部材の積層端面に設けたことを特徴
   とするインクジェットヘッド。
5. 【請求項５】 請求項１乃至３のいずれかに記載のイン
   クジェットヘッドにおいて、前記ノズル形成部材を前記
   基板部材に設けたことを特徴とするインクジェットヘッ
   ド。
6. 【請求項６】 複数のノズル列を有するマルチノズルイ
   ンクジェットヘッドにおいて、基板部材と、この基板部
   材の両面に設けた加圧液室の高さを決める２つの加圧液
   室部材と、各加圧液室部材に設けられ、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た前記アク
   チュエータ手段と、前記加圧液室に連通するノズルを形
   成したノズル形成部材とを備えたことを特徴とするイン
   クジェットヘッド。
7. 【請求項７】 複数のノズル列を有するマルチノズルイ
   ンクジェットヘッドにおいて、基板部材と、この基板部
   材の片面に設けた加圧液室の高さを決める加圧液室部材
   と、この加圧液室部材に設けられ、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た前記アクチュ
   エータ手段と、前記加圧液室に連通するノズルを形成し
   たノズル形成部材とを備えた２つのユニットを有し、各
   ユニットの基板部材同士を接合したことを特徴とするイ
   ンクジェットヘッド。
8. 【請求項８】 複数のノズル列を有するマルチノズルイ
   ンクジェットヘッドにおいて、基板部材と、この基板部
   材の片面に設けた加圧液室の高さを決める加圧液室部材
   と、この加圧液室部材に設けられ、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た前記アクチュ
   エータ手段と、前記加圧液室に連通するノズルを形成し
   たノズル形成部材とを備えた複数のユニットを有し、各
   ユニットを同方向に積み重ねたことを特徴とするインク
   ジェットヘッド。
9. 【請求項９】 請求項６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、複数のノズル列が千鳥状に
   配置されていることを特徴とするインクジェットヘッ
   ド。