JPH1170654A

JPH1170654A - インクジェット式記録ヘッド

Info

Publication number: JPH1170654A
Application number: JP16742498A
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: JP3728932B2

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と対応した圧電振動体１５を形成し、振動板１
３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２６が形成されており、その一部が圧力発生室１２
の領域に延在して形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インク滴を吐出す
ることにより文字や画像を形成するインクジェット記録
装置に用いられるインクジェット式記録ヘッドに係わ
り、振動板の表面に撓み振動モードの圧電振動体を取り
付けてなるインクジェット式記録ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ノズルプレート、圧力発生室
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５−５０４
７４０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】さらに、他の問題として、圧電振動体の厚
さを薄くするにつれて、圧電振動体が圧力発生室より外
側にまで形成されていた場合、圧力発生室の境界におい
て圧電振動体に加わる応力が集中してしまい圧電振動体
にクラックが発生してしまうという問題を有していた。

【０００６】そこで、本発明は、高密度、多ノズルであ
っても安定したインク飛行状態を得、かつ、信頼性の高
いインクジェエト式記録ヘッドを提供することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、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
を形成する導電部材からなる振動板と、該振動板上の前
記圧力発生室と対向する位置に前記圧力発生室の長辺方
向及び短辺方向において小さく形成された圧電振動体
と、該圧電振動体の一部とオーバーラップするよう形成
された電気絶縁層と、前記圧電振動体上から前記電気絶
縁層上まで形成された電極層とを備えたことを特徴とす
る。

【０００８】また、前記圧電振動体の一部は、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ことを特
徴とする。

【０００９】また、前記電気絶縁層の一部は、前記圧電
振動体上にオーバーラップして形成されていることを特
徴とする。

【００１０】また、前記電気絶縁層の厚さは前記圧電振
動体の厚さと略同一であることを特徴とする。

【００１１】また、前記電気絶縁層上には密着層が形成
されていることを特徴とする。

【００１２】また、前記密着層は、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、
あるいは少なくともそれらの一成分を含む材質により形
成されていることを特徴とする。

【００１３】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。

【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】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。

【００１６】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。

【００１７】

【作用】全面が導電部材である振動板を用いることによ
り、共通電極のインピーダンスを可及的に小さくするこ
とができ、高密度、多ノズルの積層型インクジェット式
記録ヘッドにおいても、駆動波形の鈍りを防ぐことが可
能となり、インク飛行状態を安定させることができる。
また、圧力発生室の内側の領域にのみ圧電振動体を形成
したので、境界領域で応力が集中することなく、高い信
頼性を有するインクジェット式記録ヘッドが可能とな
る。

【００１８】

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

【００１９】図１は、本発明による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。

【００２０】符号６１は、インクジェット記録ヘッドの
アクチュエータ部であり、少なくとも、スペーサ１０、
振動板１３、圧電振動体１４，１５により構成されてい
る。

【００２１】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。

【００２２】振動板１３は、スペーサ１０の一方の面を
封止するように構成されている。振動板１３は導電性を
有し、かつ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４μ
ｍ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、ＦＣＲｅｐｏｒｔＶｏ
ｌ８Ｎｏ．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（ＳｉＣ）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。

【００２３】圧電振動体１４，１５は、振動板１３表面
の、前記圧力発生室に対向する位置に形成されている。
本発明においては、振動板１３上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
により振動板に接着したり、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。

【００２４】次に、符号６０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。

【００２５】蓋板１６は、アクチュエータ部５１のスペ
ーサ１０の他方の面に貼着される。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。

【００２６】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を形成して構成されている。

【００２７】ノズルプレート３は、所定のピッチでノズ
ル開口１、２を形成され、ノズル連通口４、５及び２
０、２１を介して圧力発生室１１、１２に連通されてい
る。

【００２８】これらのノズルプレート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はアクチュエータ部５１接合されと
インクジェット式記録ヘッドとして纏められている。

【００２９】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
も圧力発生室１１、１２よりも短く形成されている。そ
のため、圧電振動体は圧力発生室の境界部における応力
集中を受けることがないため、圧電振動体のクラック等
が発生しない高信頼性のインクジェット式記録ヘッドが
可能となる。

【００３０】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２３が形成されて
いる。

【００３１】振動板１３の圧力発生室１１、１２が形成
されている領域以外の領域には、ジルコニア（Ｚｒ
Ｏ₂）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が形成されており、さらに圧力発生室１
１、１２の領域の一部にも延在して形成されている（図
２符号２６、２７）。圧力発生室１１、１２の領域に形
成された電気絶縁層２６、２７は、圧電振動体１４、１
５の幅と略同一の幅に形成されている。また、電気絶縁
層２４、２５、２６、２７は圧電振動体１４、１５の厚
みと略同一に形成されている。

【００３２】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２８、２９が
形成されている。密着層としては、他の圧電振動体との
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２８、２９にオーバーラップするように延在
して圧電振動体１４、１５と対応するように形成されい
る。密着層２８、２９の幅は圧電振動体１４、１５幅と
同等程度の幅に形成されている。

【００３３】密着層２８、２９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２８、２９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２８、２９に到達するまで延在しており、一部が
密着層２８、２９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２８、２９を
介して密着して形成されているため、圧電振動体１４、
１５の振動によっても、個別電極２３は確実に密着層２
８、２９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。

【００３４】密着層２８、２９上の一部にオーバーラッ
プするように端子電極３０、３１が形成されている。端
子電極３０、３１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。

【００３５】圧力発生室１１、１２の一部に延在してい
る電気絶縁層２６、２７は、圧電振動体１４、１５と略
同一の幅、同一の厚みで形成されているため、圧力発生
室１１、１２における振動板１３と圧電振動体１４、１
５の振動形状が滑らかになり、圧電振動体のクラック等
の発生をさらに抑えることができる。

【００３６】圧電振動体１４、１５の配列方向の外側の
領域では、電気絶縁層上に共通端子電極３３、３４が振
動板１３と接触するように形成されている。共通端子電
極３３、３４は端子電極３０、３１と同様に例えば厚さ
１０μｍ程度の銀により形成されている。そして、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。共通端子電極３３、３４と端子電極
３０、３１に駆動信号を印加することにより、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
圧を印加され、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。

【００３７】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、かつ加及的に厚く形成
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１４０μｍ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。

【００３８】なお、上述の実施例においては、電気絶縁
層を一部覆うように圧電振動体を形成したが、図4に示
すように、圧電振動体５０の一部を覆うように電気絶縁
層５１を形成してもよい。この実施例の場合には、個別
電極５２は圧電振動体上から電気絶縁層５１に連続する
ように形成する。そして、その一部を覆うように端子電
極５３が形成され、図示していない駆動信号制御回路
と、図示していないフレキシブルケーブルを介して半田
付け等の接合手段で接続されている。

【００３９】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場合、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場合、いわゆ
るエッヂエジェクトタイプにおいても全く同様の作用を
奏する。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のインクジ
ェット記録ヘッドによれば、導電部材からなる振動板を
有し、振動板を共通電極として駆動信号を印加すること
により、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。

【００４１】また、圧力発生室の一部に電気絶縁層を延
在させ、圧電振動体を圧力発生室よりも小さく形成する
ことにより、圧電振動体のクラック等の発生しない高信
頼性の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部近傍の詳細を
示す断面図である。

【図４】本発明の他の実施例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圧力発生室内に延在して形成した電気絶縁
層２８、２９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導電部材からなる振動板
と、該振動板上の前記圧力発生室と対向する位置に前記
圧力発生室の長辺方向及び短辺方向において小さく形成
された圧電振動体と、該圧電振動体の一部とオーバーラ
ップするよう形成された電気絶縁層と、前記圧電振動体
上から前記電気絶縁層上まで形成された電極層とを備え
た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】前記圧電振動体の一部は、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３】前記電気絶縁層の一部は、前記圧電振動
体上に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４】前記電気絶縁層の厚さは前記圧電振動体
の厚さと略同一であ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】前記電気絶縁層上には密着層が形成され
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６】前記密着層は、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、ある
いは少なくともそれらの一成分を含む材質により形成さ
れていることを特徴とする請求項５記載のインクジェッ
ト式記録ヘッド。
【請求項７】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８】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９】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１０】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。