JP2001026108A

JP2001026108A - インクジェットヘッド及びその製造方法

Info

Publication number: JP2001026108A
Application number: JP20111099A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Makita; 秀行牧田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1999-07-15
Filing date: 1999-07-15
Publication date: 2001-01-30

Abstract

(57)【要約】【課題】位置決め時に冶具等によって稜線部分の欠け
などが生じる。【解決手段】分割加工する前の積層型圧電素子６０の
両端部に位置決め用ダミー部６０ａを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はインクジェットヘッド及
びその製造方法に関し、特に積層型圧電素子を用いるイ
ンクジェットヘッド及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プ
ロッタ等の画像形成装置（画像記録装置）として用いる
インクジェット記録装置において、インク滴を吐出する
複数のノズルと、各ノズルが連通するインク液室と、各
インク液室内のインクを加圧してノズルからインク滴を
吐出させるためのエネルギーを発生する圧電素子等の電
気機械変換素子とを備えたピエゾアクチュエータ方式の
インクジェットヘッドを搭載し、ヘッドの圧電素子を印
字データに応じて駆動することで所要のノズルからイン
ク滴を吐出させて用紙に画像を記録するインクジェット
記録装置がある。

【０００３】そして、このピエゾアクチュエータ方式の
インクジェットヘッドとして、積層型圧電素子を用いる
ものがある。一般的な積層型圧電素子は、例えば特開平
８−３３２７２５号公報等に記載されているように、圧
電材料とプラス側内部電極及びグランド側内部電極とを
交互に積層し、プラス側内部電極は一方の端面に引出し
て端面電極（外部電極）に接続し、グランド（ＧＮＤ）
側内部電極は他方の端面に引出して端面電極（外部電
極）に接続する。

【０００４】そして、このような積層型圧電素子を用い
てマルチノズルのインクジェットヘッドを製作するに
は、基板上に積層型圧電素子を位置決め接合した後ダイ
シングソーなどのスリット加工装置で所定のピッチでス
リット加工を施して積層型圧電素子を複数の圧電素子に
分割する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したように基板上
に積層型圧電素子を位置決めして接合するためには、積
層型圧電素子を位置決め冶具などで把持して基板上に位
置決めしなければならない。このとき、位置決め冶具に
より積層型圧電素子の稜線部を引っ掛けるなどして、稜
線部が欠けることがある。

【０００６】このように分割前の積層型圧電素子の稜線
部が欠けると、その部分のチャンネルの内部電極と外部
電極の接続が一部断たれて変位量が低下し、所望のイン
ク滴を吐出できなくなるという課題が生じる。

【０００７】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、ヘッド製作工程上で生じる圧電素子の欠損によ
るインク滴吐出への影響をなくすることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明に係るインクジェットヘッドは、分割加工す
る前の積層型圧電素子の両端部には位置決め用ダミー部
が設けられている構成とした。

【０００９】ここで、積層型圧電素子の位置決め用ダミ
ー部には外部電極及び／又は内部電極を設けないことが
好ましい。また、積層型圧電素子の位置決め用ダミー部
の長さは０．３〜２ｍｍの範囲内にすることが好まし
い。

【００１０】また、積層型圧電素子の位置決め用ダミー
部は複数の圧電素子への分割加工で除去することができ
る。

【００１１】本発明に係るインクジェットヘッドの製造
方法は、分割する前の積層型圧電素子の両端部に設けた
位置決め用ダミー部を把持して基板との位置決めをする
構成としたものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て添付図面を参照して説明する。図１は本発明を適用し
たインクジェットヘッドの一例を示す分解斜視図、図２
は同ヘッドの列間方向の要部拡大断面図、図３は同ヘッ
ドのチャンネル間方向の要部拡大断面図である。

【００１３】このインクジェットヘッドは、駆動ユニッ
ト１と、液室ユニット２と、ヘッドカバー３とを備えて
いる。駆動ユニット１は、チタン酸バリウム系セラミッ
クからなる基板１１上に、複数の圧電素子１２を列状に
２列配置して接合し、これら２列の各圧電素子１２の周
囲を取り囲む樹脂、セラミック等からなるフレーム部材
１３を接着剤によって接合している。複数の圧電素子１
２は、インクを液滴化して飛翔させるための駆動パルス
が与えられる圧電素子と、駆動パルスが与えられずに単
に液室ユニット２を基板１１に固定する液室支柱部材と
なる圧電素子とを交互に構成する。

【００１４】ここで、圧電素子１２としては１０層以上
の積層型圧電素子を用いている。この積層型圧電素子
は、図２に示すように、厚さ１０〜５０μｍ／１層のチ
タン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）２０と、厚さ数μｍ／１
層の銀・パラジューム（ＡgＰd）からなる内部電極２１
とを交互に積層したものである。

【００１５】各圧電素子１２の内部電極２１は１層おき
にＡgＰdからなる左右の端面電極２２，２３（２つの圧
電素子列の対向する面側を端面電極２２とし、対向しな
い面側を端面電極２３とする。）に接続している。一
方、基板１１上には、図１に示すようにＮi・Ａu蒸着、
Ａuメッキ、ＡgＰtペースト印刷、ＡgＰdペースト印刷
等によって共通電極２４及び個別電極２５の各パターン
を設けている。

【００１６】そして、各列の各圧電素子１２の対向する
端面電極２２を導電性接着剤２６を介して共通電極２４
に接続し、他方、各列の各圧電素子１２の対向しない端
面電極２３を同じく導電性接着剤２６を介してそれぞれ
個別電極２５に接続している。これにより、圧電素子１
２に駆動電圧を与えることによって、積層方向に電界が
発生して、積層方向の伸びの変位（ｄ３３方向の変位）
が生起される。なお、共通電極２４は、図２にも示すよ
うに、フレーム部材１３に設けた穴１３ａ内に導電性接
着剤２６を充填することで各圧電素子に接続されたパタ
ーンの導通を取っている。

【００１７】一方、液室ユニット２は、金属材料、樹脂
等からなる振動板３１と、ドライフィルムレジスト（Ｄ
ＦＲ）からなる感光性樹脂層で形成した２層構造の液室
隔壁部材３２と、金属材料からなるノズルプレート３３
とを順次を積層し、熱融着して形成している。これらの
各部材によって、圧電素子１２に対応するダイアフラム
部３４と、各ダイアフラム部３４を介して加圧される加
圧液室３５と、この加圧液室３５の両側に位置して加圧
液室３５に供給するインクを導入する共通液室３６，３
６と、加圧液室３５と共通液室３６，３６とを連通する
インク供給路３７，３７と、加圧液室３５に連通するノ
ズル３８を形成し、これを１つのチャンネルとして、こ
のチャンネルを複数個２列設けている。

【００１８】振動板３１は、金属材料、例えば電鋳工法
によるＮiメッキ膜で形成したもので、駆動部１７に対
応する前記ダイアフラム部３４と、非駆動部１８に接合
する梁４１及びフレーム部材１３に接合するベース４２
とを形成している。ダイアフラム部３４は、駆動部１７
に接合する島状凸部４３と、この凸部４３の周囲に形成
した厚み３〜１０μｍ程度の最薄膜部分（ダイアフラム
領域）４４とからなる。

【００１９】液室隔壁部材３２は、振動板３１側に予め
ドライフィルムレジストをラミネートして所要のマスク
を用いて露光し、現像して所定の液室パターンを形成し
た第１感光性樹脂層４５と、ノズルプレート３３側に予
めドライフィルムレジストをラミネートして所要のマス
クを用いて露光し、現像して所定の液室パターンを形成
した第２感光性樹脂層４６とを熱圧着で接合してなる。

【００２０】ノズルプレート３３は金属材料、例えば電
鋳工法によるＮiメッキ膜等で形成したもので、インク
滴を飛翔させるための微細な吐出口であるノズル３８を
多数を形成している。このノズル３８の内部形状（内側
形状）は、ホーン形状（略円柱形状又は略円錘台形状で
もよい。）に形成している。また、このノズル３８の径
はインク滴出口側の直径で約２０〜３５μｍである。

【００２１】このノズルプレート３３のインク吐出面
（ノズル表面側）は、図１に示すように撥水性の表面処
理を施した撥水処理層４７としている。例えば、ＰＴＦ
Ｅ−Ｎi共析メッキやフッ素樹脂の電着塗装、蒸発性の
あるフッ素樹脂（例えばフッ化ピッチなど）を蒸着コー
トしたもの、シリコン系樹脂・フッ素系樹脂の溶剤塗布
後の焼き付け等、インク物性に応じて選定した撥水処理
膜を設けて、インクの滴形状、飛翔特性を安定化し、高
品位の画像品質を得られるようにしている。

【００２２】なお、駆動ユニット１の基板１１と圧電素
子１２及びフレーム部材１３とは接着剤４９で接合して
組付け、また、液室ユニット２も駆動ユニット１とは別
個に加工、組立を行なった後、液室ユニット２の振動板
３１と駆動ユニット１の圧電素子１２及びフレーム部材
１３とを接着剤５０で接合してインクジェットヘッドと
している。

【００２３】そして、基板１１をヘッド支持部材である
スペーサ部材（ヘッドホルダ）５１上に支持して保持
し、このスペーサ部材５１内に配設したヘッド駆動用Ｉ
Ｃ等を有するＰＣＢ５２と駆動ユニット１の各圧電素子
１２（駆動部となる圧電素子）に接続した各電極２４，
２５とをＦＰＣケーブル５３，５３を介して接続してい
る。

【００２４】また、ノズルカバー３は、ノズルプレート
３３の周縁部及びヘッド側面を覆う箱状に形成した金属
材料からなり、ノズルプレート３３の撥水処理層４７に
対応して開口部を形成し、ノズルプレート３３の周縁部
に接着剤にて接合している。さらに、このインクジェッ
トヘッドには、図示しないインクカートリッジからのイ
ンクを液室に供給するため、スペーサ部材５１、基板１
１、フレーム部材１３及び振動板３１にそれぞれインク
供給穴５４〜５７を設けている。

【００２５】このように構成したインクジェットヘッド
においては、記録信号に応じて圧電素子１２に駆動波形
（１０〜５０Ｖのパルス電圧）を印加することによっ
て、圧電素子１２に積層方向の変位が生起し、振動板３
１のダイアフラム部３４を介して加圧液室３５が加圧さ
れて圧力が上昇し、ノズル３８からインク滴が吐出され
る。このとき、加圧液室３５から共通液室３６へ通じる
インク供給路３７，３７方向へもインクの流れが発生す
るが、インク供給路３７，３７の断面積を狭小にするこ
とで流体抵抗部として機能させて共通液室３６，３６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。

【００２６】その後、インク滴吐出の終了に伴い、加圧
液室３５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３４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
クタンクから供給されたインクは共通液室３６，３６に
流入し、共通液室３６，３６からインク供給路３７，３
７を経て加圧液室３５内に充填される。そして、ノズル
３８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３８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。

【００２７】次に、このインクジェットヘッドにおける
複数の圧電素子１２の製作工程について図４以降をも参
照して説明する。先ず、このインクジェットヘッドに用
いている複数の圧電素子１２はスリット加工によって積
層型圧電素子を複数個に分割したものであり、スリット
加工前は、図４乃至図６に示すように、厚さ１０〜５０
μｍ／１層のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電
材料６１と厚さ数μｍ／１層の銀・パラジューム（Ａg
Ｐd）等の内部電極となる電極材料（これを「内部電
極」と表記する。）６２，６３とを交互に積層したシー
ト状ないしはプレート状の積層型圧電素子６０として構
成されており、この積層型圧電素子６０にはスリット加
工後に端面電極２２，２３となる端面電極６４，６５を
形成している。

【００２８】ここで、この積層型圧電素子６０の両端部
には位置決め用ダミー部６０ａを設けている。すなわ
ち、図７に示すように、複数の圧電素子１２を形成する
ために必要な積層型圧電素子の長さをＬ１としたとき、
積層型圧電素子６０の長さをＬ２（Ｌ２＞Ｌ１）とする
ことにより、両端部を位置決め用ダミー部６０ａとして
いる。

【００２９】そして、この積層型圧電素子６０から複数
の圧電素子１２を製作するには、図８に示すように、電
極パターン６６，６７が形成された基板１１上に積層型
圧電素子６０、６０を位置決めして接合した後、図９に
示すようにダイシングソーなどのスリット加工装置のブ
レード６９によってスリット溝１１ａを形成すること
で、複数の圧電素子１２に分割する。

【００３０】このように積層型圧電素子６０を基板１１
上に位置決めして接合するときに、ダミー部６０を位置
決め冶具で把持して基板１１上に位置決めすることによ
り、ダミー部６０の稜線部分が欠けてもインク滴噴射に
影響が及ばない。

【００３１】この場合、ダミー部６０ａは長手方向で
０．３〜２ｍｍの範囲内にすることが好ましい。ダミー
部６０ａの長さが０．３ｍｍより短いと、位置決め冶具
などで把持したときに生じ得る稜線部分の欠損が圧電素
子１２に及ぶことを阻止できず、２ｍｍより長くなると
ヘッドが大型化する。

【００３２】また、図９及び図１０に示すように積層型
圧電素子６０の端部からスリット加工を施すことによっ
て、積層型圧電素子６０のダミー部６０ａをスリット加
工で切削して除去する。これにより、ノズル配列方向に
並んだ複数の圧電素子１２の内の両側に位置する圧電素
子１２もノズル配列方向両端面がスリット加工された状
態になる。

【００３３】なお、積層型圧電素子６０の両端部にダミ
ー部６０ａは上述したように除去しないで、そのままダ
ミー部６０を含む圧電素子１２は非駆動部として基板１
１上に残すこともできる。

【００３４】次に、積層型圧電素子６０の他の例につい
て図１１および図１２を参照して説明する。本実施形態
の積層型圧電素子６０では、内部電極６２，６３及び外
部電極６４，６５を形成していない。このようにするこ
とで、稜線部分などに欠損が生じても内部電極６２，６
３が露出することがなく電気的なショートなどが生じな
い。なお、内部電極６２，６３及び外部電極６４，６５
のいずれかをなくしてもよい。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るイン
クジェットヘッドは、分割加工する前の積層型圧電素子
の両端部には位置決め用ダミー部が設けられているの
で、基板上に位置決めするときに冶具等で稜線部分など
が欠けてもインク滴噴射特性に影響が及ばない。

【００３６】ここで、積層型圧電素子の位置決め用ダミ
ー部には外部電極及び／又は内部電極を設けないこと
で、欠けが生じた場合でも電気的なショートを防止する
ことができる。また、積層型圧電素子の位置決め用ダミ
ー部の長さは０．３〜２ｍｍの範囲内にすることで、作
業性の向上とヘッドの小型化を図れる。

【００３７】また、積層型圧電素子の位置決め用ダミー
部は複数の圧電素子への分割加工で除去することで、欠
けが生じた場合でも除去することができる。

【００３８】本発明に係るインクジェットヘッドによれ
ば、両端部に位置決め用ダミー部が設けられた積層型圧
電素子のダミー部を把持して位置決めするので、位置決
めするときに冶具等で稜線部分などが欠けてもインク滴
噴射特性に影響が及ばないインクジェットヘッドを得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したインクジェットヘッドの一例
を示す分解斜視図

【図２】同ヘッドの列間方向の要部拡大断面図

【図３】同ヘッドのチャンネル間方向の要部拡大断面図

【図４】積層型圧電素子の一例を示す斜視図

【図５】同積層型圧電素子の内部電極のパターンの説明
図

【図６】同積層型圧電素子の長手方向端面の説明図

【図７】同積層型圧電素子の平面説明図

【図８】同積層型圧電素子から複数の圧電素子を製作す
る工程を説明する説明図

【図９】同じく積層型圧電素子に対するスリット加工を
説明する説明図

【図１０】同じくスリット加工を説明する説明図

【図１１】積層型圧電素子の他の例を説明する斜視説明
図

【図１２】同積層型圧電素子の内部電極のパターンの説
明図

【符号の説明】

１…駆動ユニット、２…液室ユニット、１１…基板、１
２…圧電素子、２０…圧電材料、２１…内部電極、２
２，２３，６４，６５…端面電極、６０…積層型圧電素
子、６１…圧電材料、６２，６３…内部電極（電極材
料）、６０ａ…ダミー部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に接合した積層型圧電素子をスリ
ット加工で複数の圧電素子に分割したインクジェットヘ
ッドにおいて、前記積層型圧電素子の両端部には位置決
め用ダミー部が設けら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、前記積層型圧電素子の位置決め用ダミー部に
は外部電極及び／又は内部電極がないことを特徴とする
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、前記積層型圧電素子の位置決め用ダミ
ー部の長さが０．３〜２ｍｍの範囲内であることを特徴
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、前記積層型圧電素子の位置
決め用ダミー部は前記複数の圧電素子への分割加工で除
去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５】基板上に接合した積層型圧電素子を複数
の圧電素子に分割するインクジェットヘッドの製造方法
において、前記積層型圧電素子の両端部に設けた位置決
め用ダミー部を把持して前記基板との位置決めをするこ
とを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。