JPH1170653A

JPH1170653A - インクジェット式記録ヘッド

Info

Publication number: JPH1170653A
Application number: JP16742398A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Katakura; 孝浩片倉
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1997-06-17
Filing date: 1998-06-15
Publication date: 1999-03-16
Anticipated expiration: 2018-06-15
Also published as: JP3728931B2

Abstract

(57)【要約】【課題】インク飛行状態の安定した、高密度、多ノズ
ルインクジェット式記録ヘッドを構成すること。【解決手段】導電部材からなる振動板１３上に、圧力
発生室１２に対応する圧電振動体１５を形成し、また振
動板１３の圧力発生室１２が形成されていない領域には
電気絶縁層２５を形成し、この電気絶縁層２５上に圧電
振動体１５と圧電振動体上の電極をオーバーラップして
形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はノズルからインク滴
を吐出するインクジェット式記録ヘッドに係わり、撓み
振動モードの圧電振動体を用いたインクジェット式記録
ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ノズルプレート、圧力発生室形成
基板及び振動板を積層し、この振動板の表面に、撓み振
動モードの圧電振動体を取り付けた積層型インクジェッ
ト式記録ヘッドが知られている（例えば、特表平５−５
０４７４０号公報）。通常、この積層型インクジェット
式記録ヘッドを構成する部材の大部分は、セラミックか
ら形成されている。したがって、前記各部材をグリーン
シート（粘土状のシート）の状態で積層して焼成するこ
とにより、接着剤を使用することなく各部材を固定する
ことができる。この結果、それぞれの層を互いに接合す
るための工程が不要となり、製造工程の簡略化を図るこ
とができるという利点がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、記録ヘ
ッドの高密度、多ノズル化が加速的に進展するにつれ
て、圧電振動体に駆動信号を印加する電極、特に複数の
圧電振動体に跨って形成されている共通電極のインピー
ダンスが高くなり、駆動信号波形が鈍ってしまいインク
飛行状態が安定しないという問題が顕著になってきてい
る。電極の抵抗値は一般に電極材質の導電率、厚み、幅
に反比例し、長さに比例するが、従来のようにセラミッ
ク基板上に電極を部分的に形成し、その上に圧電振動体
を形成するような構成だと、その幅は複数の圧力発生室
から離れた位置に共通電極を形成せざるを得なく、共通
電極の幅を広くすることは、そのまま記録ヘッド長大化
を招いてしまうという問題を有していた。

【０００４】また、振動板の撓み量は、圧電振動体の剛
性と、振動板及び電極の剛性とのバランスによって最適
化されるが、電極の厚みを増していくと圧電振動体の剛
性とのバランスが取れなくなり、必要とする振動板の撓
み量が得られなくなるといった問題を有していた。同電
圧での振動板のたわみ量を増加させるには、圧電振動体
の厚みを薄くし、振動板の厚みをそれと比例して減少さ
せていく手段があるが、振動板の厚さを薄くしていくほ
ど、上述の問題は顕著になっていってしまう。

【０００５】そこで本発明は、高密度、多ノズルであっ
てもヘッドの長大化を招くことなく安定したインク飛行
状態を得ることができ、かつ、電極の配線が容易で信頼
性の高いインクジェット式記録ヘッドを提供することを
目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
式記録ヘッドは、ノズルと連通する圧力発生室と、この
圧力発生室に撓み振動を与える圧電振動体とを備え、こ
の圧電振動体の振動により前記圧力発生室のインクを前
記ノズルから吐出するインクジェット式記録ヘッドにお
いて、前記圧力発生室を形成する圧力発生室形成部材
と、前記圧力発生室の一壁面を形成する、表面に撓み振
動モードの圧電振動体が前記圧力発生室に対応して形成
された導電部材からなる振動板と、前記圧電振動体上に
形成された個別電極と、前記振動板の前記圧力発生室と
対向しない領域の少なくとも一部に形成された電気絶縁
層とを備え、前記圧電振動体は前記電気絶縁層上にオー
バーラップして形成されていると共に、前記個別電極は
前記電気絶縁層まで延在して形成されていることを特徴
とする。

【０００７】この構成によれば、振動板を導電部材によ
り形成したので、電極のインピーダンスを極めて小さく
することが可能となり、高密度、多ノズルインクジェッ
ト式記録ヘッドにおいても、駆動信号が鈍ることなく、
正確に圧電振動体に伝達することができ、安定したイン
ク飛行状態とすることができる。また、電気絶縁層上に
圧電振動体をオーバーラップさせ、さらに個別電極も圧
電振動体上に延在させることにより、信頼性の高い電極
配線を行うことができる。

【０００８】また、前記電気絶縁層上に密着層が形成さ
れていることを特徴とする。

【０００９】この構成によれば、電気絶縁層上に密着層
を介して圧電振動体が密着するので、インク吐出時の応
力による影響を低減し、個別電極の導通を確実に行うこ
とができる。

【００１０】また、前記密着層は、Ti、Pt、Cr、また
は、少なくともそれらの一成分を含む材質からなること
を特徴とする。

【００１１】この構成によれば、圧電振動体と電気絶縁
層の密着性に優れている。

【００１２】また、前記電気絶縁層上で、前記個別電極
と端子電極がオーバーラップして形成されていることを
特徴とする。

【００１３】この構成によれば、フレキシブルケーブル
などの電気配線との接続を容易に行うことが可能にな
り、また、個別電極と端子電極の材質を適宜選択するこ
とが可能である。

【００１４】また、前記圧力発生室形成部材の前記振動
板が形成された面と反対の面を、ノズル開口が形成され
たノズルプレート、共通インク室が形成されたリザーバ
ー形成基板、及び流路となる通孔が形成された蓋板から
なる流路形成部材を積層したことを特徴とする。

【００１５】この構成によれば、厚み方向に流路をレイ
アウトできるので、小型の記録ヘッドを提供できる。

【００１６】また、前記振動板を共通電極とし、この共
通電極は前記電気絶縁層上で、端子電極と導通している
ことを特徴とする。

【００１７】この構成によれば、フレキシブルケーブル
などの電気配線との接続を容易に行うことが可能にな
り、また、個別電極と端子電極の材質を適宜選択するこ
とが可能である。

【００１８】また、前記個別電極と接続する端子電極
と、前記共通電極と接続する端子電極が、列設されてい
ることを特徴とする。

【００１９】この構成によれば、個別電極と共通電極の
フレキシブルケーブルなどの電気配線殿接続を直線上で
行うことができるので、容易に配線することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】そこで、以下に示す本発明の詳細
を図示した実施例に基づいて説明する。

【００２１】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ものである。

【００２２】符号５１はインクジェット記録ヘッドを構
成するアクチュエーター部であり、少なくともスペーサ
ー１０、振動板１３、圧電振動体１４，１５から構成さ
れている。

【００２３】圧力発生室形成基板であるスペーサ１０
は、深さ１００μｍ程度の圧力発生室１１、１２を構成
するのに適した厚みを持つ基板、例えば単結晶シリコン
基板や、不錆鋼基板や、ジルコニア（ＺｒＯ₂）などの
セラミック板からなっている。

【００２４】振動板１３は、導電性の材料により構成さ
れ、スペーサ１０の一方の面を封止している。振動板１
３は、後述する圧電振動体１４、１５のたわみ変位によ
り弾性変形する材料、本発明においては、厚さ４μｍ程
度の薄板で構成されている。振動板の材料としては，例
えばチタン（Ｔｉ）プラチナ（Ｐｔ），ステンレス鋼な
どの金属や、あるいはＦＣＲｅｐｏｒｔＶｏｌ８Ｎ
ｏ．７（１９９０）他に発表されているような、硼化ジ
ルコニウム、炭化クロム（Ｃｒ₃Ｃ₂），硼化チタン、炭
化チタン（ＴｉＣ）、窒化チタン（ＴｉＮ）または、硼
化ジルコニウムと窒化硼素（ＢＮ）や炭化珪素（Ｓｉ
Ｃ）との複合材等からなる、導電性セラミック材料の薄
板で構成することも可能である。

【００２５】この振動板１３の表面には、圧電振動体１
４，１５が形成されている。本発明においては、振動板
１３に圧電体のグリーンシートを印刷，焼成して圧電体
を形成している。圧電振動体の形成方法としては、焼
成された圧電振動体を接着剤により振動板と接着した
り、チタン層を成長基板とする水熱法（水熱合成法）を
利用して形成したり、スパッタ法、ゾルゲル法により形
成することも可能である。

【００２６】次に、符号５０はインクジェット記録ヘッ
ドを構成する流路形成部材であり、蓋板１６、リザーバ
ー形成基板１７、ノズルプレート３を積層することによ
り形成されている。

【００２７】この蓋板１６は、スペーサ１０の他方の面
に貼着される部材で、この実施例では厚さ１００μｍの
ステンレス鋼基板からなり、ノズル開口１，２と圧力発
生室１１，１２とを接続するノズル連通口４，５と，リ
ザーバ６，７と圧力発生室１１，１２とを接続するイン
ク供給口８，９が穿設されている。

【００２８】また、リザーバ形成基板１７は、インク流
路を構成するに適した例えば２００μｍのズテンレス鋼
などの耐蝕性を備えた板材に，蓋板１６に設けられたイ
ンク導入口１８，１９に連通されて外部のインクタンク
からインクの供給を受けてインク供給口８，９から圧力
発生室１１，１２にインクを供給するリザーバ６，７
と，圧力発生室１１，１２とノズル開口１，２とを接続
するノズル連通口２０，２１が形成されている。

【００２９】また、ノズルプレート３は、所定のピッチ
でノズル開口１，２が形成され、ノズル連通口４，５及
び２０，２１を介して圧力発生室１１，１２に連通して
いる。

【００３０】これらノズルプレート３、リザーバー形成
基板１７、蓋板１６は、接着や熱圧着等各部材に適した
接合方法で接合されて流路形成部材５０を形成し、この
流路形成部材５０はアクチュエーター部５１と接合さ
れ、インクジェット式記録ヘッドとして纏められてい
る。

【００３１】図２及び図３は各々圧力発生部の詳細を示
す上面図及び断面図であり，圧電振動体１４，１５は圧
力発生室１１，１２に対応して形成されており、圧力発
生室１１，１２の配列方向の幅は、圧力発生室１１，１
２の幅よりも狭く、例えば圧力発生室１１，１２の幅の
０．７倍程度になるように形成されている。また、圧電
振動体１４，１５は圧力発生室１１，１２の長手方向に
跨るように形成されている。圧電振動体１４，１５の上
面には圧電振動体１４，１５よりも幅の狭い個別電極２
３が形成されている。

【００３２】振動板１３の圧力発生室１１，１２が形成
されている領域の外側の領域には、ジルコニア（ＺｒＯ
₂）やアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等のセラミック、あるいは
ポリイミドやエポキシ等の樹脂材料からなる電気絶縁層
２４，２５が形成されている。

【００３３】電気絶縁層２４，２５上には、縞状に形成
されているチタン（Ｔｉ）からなる密着層２６，２７が
形成されている。密着層としては、他にも圧電振動体と
の密着性に優れる材料、例えば、プラチナ（Ｐｔ）やク
ロム（Ｃｒ）あるいは少なくともそれらを含む合金や酸
化物、窒化物等の材料でもよい。圧電振動体１４，１５
は電気絶縁層２４，２５にオーバーラップするように延
在して形成されており、密着層２６，２７は圧電振動体
１４，１５と対応するように形成されいる。密着層２
６，２７の幅は圧電振動体１４，１５幅と同等かそれ以
上の幅に形成されている。

【００３４】密着層２６，２７が形成されているため，
圧電振動体１４，１５と電気絶縁層２４，２５とは，密
着層２６，２７を介して強固に密着して固定されてい
る。個別電極２３は，圧電振動体１４，１５の電気絶縁
層２４，２５とオーバーラップしている領域からさらに
密着層２６，２７に到達するまで延在しており，一部が
密着層２６，２７上に形成されている。圧電振動体１
４，１５は電気絶縁層２４，２５に密着層２６，２７を
介して密着して形成されているため，インク吐出時の圧
電振動体１４，１５の振動応力が加わっても、個別電極
２３は確実に密着層２６，２７に電気的に確実にかつ高
信頼性を確保することができる。

【００３５】また、密着層２６，２７上の一部にオーバ
ーラップするように端子電極２８，２９が形成されてい
る。端子電極２８，２９は例えば厚さ１０μｍ程度の銀
によりなっている。この端子電極２８，２９は，半田付
け等の方法により，図示していないフレキシブルケーブ
ルによって，駆動信号制御回路に接続されている。

【００３６】密着層２６，２７は、圧電振動体１４，１
５に対応する位置では、振動板１３と接触しないように
電気絶縁層２４，２５上で間隔を持って形成されている
が、圧電振動体の配列方向の外側の領域では，振動板１
３と接触するように形成されている。そして、共通端子
電極３０，３１が密着層上に形成されており、前述した
フレキシブルケーブルによって、駆動信号制御回路に接
続されている。

【００３７】端子電極２８，２９と共通端子電極２８，
２９は、同一線上に配置されており、かつ両者とも電気
絶縁層上に形成されているので、同一高さで形成されて
いるので、配線が容易で確実である。

【００３８】そして、導電部材で形成されている振動板
１３と個別電極２３との間に電圧を印加することによ
り、圧電振動体１４，１５と振動板１３とが振動し、圧
力発生室１０内の圧力が高まり、ノズル開口１，２から
インクがインク滴として吐出する。

【００３９】導電部材からなる振動板１３はスペーサ１
１のほぼ全域に形成されており、かつ振動に適する範囲
で可及的に厚く形成されているため、インピーダンスは
極めて小さくすることができ、高密度、例えば１４０μ
ｍピッチで圧力発生室が形成され、かつ多ノズル数、例
えば記録紙の幅と同等の幅を有するラインヘッドのよう
に、１０００ノズル以上のノズル数を有するインクジェ
ット式記録ヘッドにおいても、駆動波形が鈍ることな
く、安定したインク吐出を得ることができる。

【００４０】なお，上述の実施例においては，ノズル開
口をノズルプレートに平面状に配列し，圧電振動体のた
わみ方向にインクを吐出する、いわゆるフェースエジェ
クトタイプを例にとって説明したが，圧電振動体のたわ
み方向と垂直方向にインクを吐出する，いわゆるエッジ
イジェクトタイプにおいても全く同様の作用を奏する。
この場合、流路形成部材をなくし、圧力発生室形成部材
に溝状の流路を形成し、流路の一端にノズル開口を形成
するものであっても良い。

【００４１】

【発明の効果】以上、本発明のインクジェット記録ヘッ
ドによれば、高密度、多ノズルであっても記録ヘッドの
長大化を招くことなく安定したインク飛行状態を得るこ
とができ、かつ、電極の配線が容易で信頼性の高いイン
クジェット式記録ヘッドを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施のインクジェット式記録ヘッド
の構造を示す断面図である。

【図２】図１の記録ヘッドの圧力発生室近傍の詳細を示
す上面図である。

【図３】図１の記録ヘッドの電気絶縁層近傍の詳細を示
す断面図である。

【符号の説明】

１，２ノズル開口１０圧力発生室１３振動板１４，１５圧電振動体２３個別電極２４，２５電気絶縁層２６，２７密着層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ノズルと連通する圧力発生室と、この圧
力発生室に撓み振動を与える圧電振動体とを備え、この
圧電振動体の振動により前記圧力発生室のインクを前記
ノズルから吐出するインクジェット式記録ヘッドにおい
て、前記圧力発生室を形成する圧力発生室形成部材と、前記
圧力発生室の一壁面を形成する、表面に撓み振動モード
の圧電振動体が前記圧力発生室に対応して形成された導
電部材からなる振動板と、前記圧電振動体上に形成され
た個別電極と、前記振動板の前記圧力発生室と対向しな
い領域の少なくとも一部に形成された電気絶縁層とを備
え、前記圧電振動体は前記電気絶縁層上にオーバーラッ
プして形成されていると共に、前記個別電極は前記電気
絶縁層まで延在して形成されていることを特徴とするイ
ンクジェット式記録ヘッド。
【請求項２】前記電気絶縁層上に密着層が形成されて
いることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項３】前記密着層は、Ti、Pt、Cr、または、少
なくともそれらの一成分を含む材質からなることを特徴
とする請求項１記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項４】前記電気絶縁層上で、前記個別電極と端
子電極がオーバーラップして形成されていることを特徴
とする請求項１記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項５】前記圧力発生室形成部材の前記振動板が
形成された面と反対の面を、ノズル開口が形成されたノ
ズルプレート、共通インク室が形成されたリザーバー形
成基板、及び流路となる通孔が形成された蓋板からなる
流路形成部材を積層したことを特徴とする請求項１記載
のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項６】前記振動板を共通電極とし、この共通電
極は前記電気絶縁層上で、端子電極と導通していること
を特徴とする請求項１記載のインクジェット式記録ヘッ
ド。
【請求項７】前記個別電極と接続する端子電極と、前
記共通電極と接続する端子電極が、列設されていること
を特徴とする請求項１記載のインクジェット式記録ヘッ
ド。