JP3381678B2

JP3381678B2 - インクジェット記録ヘッド及びその製造方法

Info

Publication number: JP3381678B2
Application number: JP26909499A
Authority: JP
Inventors: 孝太田
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1999-09-22
Filing date: 1999-09-22
Publication date: 2003-03-04
Anticipated expiration: 2019-09-22
Also published as: JP2001088300A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット記
録ヘッド及びその製造方法に関し、特に、プリンタ、フ
ァクシミリ、複写機等に用いられるインクジェット記録
方式のヘッド及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種のインクジェット記録ヘッ
ドは、例えば特開平９−１７４８３７号公報に示されて
いる。この従来のインクジェット記録ヘッドは、図２１
に示すように、固定板７１は、圧電素子７２と不動圧電
素子７３とを交互に、列状に配設し、不動圧電素子７３
は、流路形成部材上の振動板７４に固定され、圧電素子
７２の駆動による振動板７４の変形を防いでいた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のような構成の従
来例においては、圧電素子７２が駆動されると固定板７
１は駆動した圧電素子７２の反作用を受け、固定板７１
は圧力室７５から遠ざかる方向に力を受ける。固定板７
１は隣接及びその両隣等の不動圧電素子７３によって所
定の間隔で各圧力室７５の側壁７６に固定されている
が、固定板７１に加わる力によって不動圧電素子７３は
弾性コンプライアンスに応じて伸張する。したがって、
固定板７１及びそれに固定されている圧電素子７２は圧
力室７５から遠ざかる方向に移動し、近隣の圧力室７５
は減圧する方向の力を受ける。このように、圧電素子７
２を駆動すると、その近隣の圧電素子７２の圧力室７５
に、駆動した圧電素子７２の圧力室７５と反対方向の圧
力変化が生じるクロストークと呼ばれる現象が生じる。
また、隣接する複数の圧力室７５を同時に駆動すると
き、圧電素子数により駆動された圧力室７５のノズルか
ら吐出されるインク滴の滴速及び滴径が変動し、同時に
駆動する圧電素子数が多い程、その駆動によりノズルか
ら吐出されるインク滴の滴速及び滴径が小さくなる。イ
ンクジェット記録ヘッドは走査されながらインク滴を吐
出するので、上記のような滴速の変化によりインク滴の
着弾位置ずれが生じる。この滴径の変化や着弾位置のず
れから印字濃度むら等を引き起こし、印字品質が劣化す
るという問題がある。

【０００４】本発明の目的は、小型で製造が容易な構成
でクロストークを低減し、印字品質が優れたインクジェ
ット記録ヘッドを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
記録ヘッドは、１方の面に有する開口部が変形容易な振
動板により覆われ室内にインクを供給する供給口と室内
のインクを吐出するノズルとをそれぞれ有する複数の圧
力室と、１対の外部電極をそれぞれ備え前記１対の外部
電極間に印加される電圧に基づいて前記振動板を変形さ
せて各圧力室を駆動する複数の駆動柱と、前記複数の圧
力室の前記各開口部の周囲部分に対してそれぞれ固定す
る固定部とを有するインクジェット記録ヘッドにおい
て、前記固定部は、分極状態にありかつ電気的に開放で
ある圧電素子である固定柱を含んでいる。

【０００６】本発明のインクジェット記録ヘッドは、固
定柱は分極状態にありかつ電気的に開放であるため、駆
動柱を駆動するとその反作用で固定柱に力が作用する
が、固定柱には圧電効果により反電界が生じ、その反電
界の作用で自らの変形が阻止される。いいかえれば、固
定柱の剛性が上がる。したがって、クロストークが減少
し、周囲の駆動柱の駆動によってノズルから吐出される
インク滴の滴速及び滴径が変化することを防止できる。
また、固定柱の剛性が上がり、駆動した駆動柱の他端の
移動が減少するので、駆動柱の変位はその駆動柱が接続
された圧力室へ効率良く伝達される。

【０００７】また、本発明のインクジェット記録ヘッド
の製造方法は、電極が表面に形成された圧電材料シート
を積層して１対の側面間の中央部分の所定の幅で前記圧
電材料シート１層を隔てて電極が重なりその両側で圧電
セラミックス２層を隔てて電極が重なる圧電材料シート
の積層部を有する積層圧電材料を形成するステップと、
前記積層圧電材料に溝を形成して、前記圧電材料シー
トの積層部を内部に有し各圧力室の振動板で覆われた開
口部上で振動板と接合される駆動柱と、各圧力室の前記
開口部の周囲部分で振動板と接合される複数の固定柱
と、前記各駆動柱の前記伸縮の方向の他方の端部と当該
圧力室の周囲部分に接続される少なくとも１つの固定柱
とが接合されるベース部とを形成するステップと、各駆
動柱毎に内部の複数の電極が交互に接続される１対の駆
動電極を形成するステップと、電圧の印加により前記固
定柱及びベース部を分極させる少なくとも１対の分極電
極を形成するステップと、対応する外部電極間に電圧を
印加して前記駆動柱及び固定柱及びベース部を分極させ
るステップとを有している。

【０００８】本発明のインクジェット記録ヘッドの製造
方法は、積層圧電材料に溝を形成して、各圧力室の振動
板で覆われた開口部上で振動板と接合される駆動柱と、
各圧力室の前記開口部の周囲部分で振動板と接合される
複数の固定柱と、前記各駆動柱の前記伸縮の方向の他方
の端部と当該圧力室の周囲部分に接続される少なくとも
１つの固定柱とが接合されるベース部とを形成し、電圧
の印加により固定柱又はベース部を分極させる少なくと
も１対の分極電極を形成し、対応する外部電極間に電圧
を印加して固定柱を分極させるステップとを有するの
で、駆動柱の駆動の反作用で力が加わった固定柱又はベ
ース部に圧電効果により反電界が生じ、その反電界の作
用で自らの変形が阻止され剛性が上がり、したがって、
クロストークが減少し、周囲の駆動柱の駆動によってノ
ズルから吐出されるインク滴の滴速及び滴径が変化する
ことを防止できるインクジェット記録ヘッドを容易に製
造できる。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は本発明のインクジェット記
録ヘッドの第一の実施形態の構成を説明するための説明
図である。なお、図１は、図の左右に続く同一の構成を
省略してインクジェット記録ヘッドの一部を示してい
る。また、図１においてインクジェット記録ヘッドの圧
電素子ブロック１とインク流路ユニット２とは上下に分
離して示しているが、実際には以下に詳述する位置関係
に位置合わせされて接合されている。また、インク流路
ユニット２内部の説明のためインク流路ユニット２の振
動板３を一部破断して示している。

【００１０】本発明のインクジェット記録ヘッドは、イ
ンク流路ユニット２に、インク滴を吐出するノズル４
と、各ノズル４にそれぞれ連通し列状に設けられた圧力
室５と、各圧力室５にインクを供給する供給口６と、イ
ンクタンク（図示せず）に連接され供給口６を介して各
圧力室５に連接し、インクを供給するインクプール７
と、インク流路ユニット２のノズル４が設けられた面と
反対側の面を覆い、可撓性を有する材料で作成された
板、例えばステンレスの板である振動板３を備えてい
る。

【００１１】また、圧電素子ブロック１は、圧力室５に
それぞれ対応し圧力を発生させる圧電素子である駆動柱
８と、駆動柱と同様の圧電素子であるが駆動されず、圧
電素子ブロック１をインク流路ユニット２に固定するた
めの固定部材として作用する固定柱９とがベース部１０
で一体化されて構成されている。駆動柱８と固定柱９と
は１列をなして交互にベース部１０から突設配置されて
いる。

【００１２】駆動柱８と交互に設けられた固定柱９は、
図２に示すように、振動板３を間に挟んで駆動柱８に対
応する各圧力室５の側壁１１に対して接合されている。
また、駆動柱８は、対応する各圧力室５の側壁間の中央
部において振動板３と夫々接合される。各駆動柱及び固
定柱は、主に圧電材料、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛
系セラミックスからなっている。また、それぞれの内部
には、接合される振動板３とほぼ平行で所定の間隔で配
設された平面状の複数の内部電極１２ａ，１２ｂ，１２
ｃ，１２ｄを備えている。

【００１３】各圧電素子及び固定柱は、図３に示すよう
に、列の方向と直角の方向で、これらの内部電極ともほ
ぼ直角な互いに対向する１対の側面１３ａ，１３ｂをも
っている。内部電極１２ａ，１２ｃは、隣接する内部電
極１２ｂ、１２ｄの端面が露出する側面１３ｂとは異な
る側の側面１３ａに端面が露出するように配設されてい
る。駆動柱８及び固定柱９には、各々、対向する１対の
側面１３ａ、１３ｂ上に１対の外部電極１４，１５が設
けられ、各外部電極は、それぞれ対応する駆動柱８及び
固定柱９の内部に設けられた内部電極と１つおきに接続
されている。各外部電極１４，１５は、ベース部１０の
駆動柱８及びび固定柱９の設けられた側と反対側の面で
ある上面１６にまで延設されている。

【００１４】固定部材として作用する非駆動の圧電素子
である固定柱９は、駆動柱８と同様にこの外部電極１
４，１５を用いて、対応する１対の電極間に分極用電圧
を所定時間加えることにより分極処理を施してある。

【００１５】圧電素子に分極処理を施した固定柱９にお
いては、応力が加えられると圧電効果により、分極方向
に応じて、応力による自らの変形を阻止しようとする反
電界が生じる。したがって、電界方向に対向する２つの
電極があるとその電極間には電位差が発生する。しかし
本発明においては各電極は電気的に開放状態となってい
るので、電位差が維持される。したがって、その反電界
は、維持され応力による自らの変形を阻止しようとす
る。すなわち、応力に対するひずみを低減する。

【００１６】以下、分極によりひずみが低減される効果
について、圧電材料において応力および電界とひずみお
よび電気変位との関係を示す圧電基本式を用いて具体的
に説明する。

【００１７】ひずみをＳ、応力をＴ、電界による影響を
含まない、すなわち分極していないか、あるいは分極し
ているが電極をショートしている場合の弾性コンプライ
アンスをｓ、電界をＥ、圧電歪定数をｄ、電荷量を面積
で割ったものを示す電気変位をＤ、誘電定数εとする
と、圧電基本式からＳ＝ｓ×Ｔ＋ｄ×ＥＤ＝ｄ×Ｔ＋ε×Ｅとなる。ここで、本発明では電極を開放状態とすること
により、電気変位Ｄ＝０であるので、上記２式から電界
Ｅを消去すると、分極し電気的に開放状態での弾性コン
プライアンスｓ’はｓ’＝Ｓ／Ｔ＝ｓ−ｄ²／ε となる。例えば、ジルコン酸チタン酸鉛系セラミックス
の材料において、電界による影響を含まない弾性コンプ
ライアンスｓ＝１８．１×１０^-12（ｍ²／Ｎ）、圧電歪
定数ｄ＝６３５×１０^-12（ｍ／Ｖ）、誘電定数ε＝４
８．２×１０^-9（Ｆ／ｍ）、である場合、分極し電気的
に開放状態での弾性コンプライアンスｓ’は、９．７３
×１０^-12（ｍ²／Ｎ）となる。すなわち、分極していな
いか、あるいは分極しているが電極をショートしている
場合の弾性コンプライアンスの０．５４倍となり、剛性
は１．９４倍になる。

【００１８】したがって、本発明の構成により、駆動し
た駆動柱８の変位は固定柱９で押え込まれ、ベース部１
０および非駆動の駆動柱を伝わって非駆動の圧力室に伝
達されにくくなり、クロストークが大幅に減少する。

【００１９】駆動した駆動柱８の変位はベース部１０を
介して一体化された近くの駆動柱が駆動されても効率よ
く圧力室５へ伝達されることになる。その結果、駆動電
圧を下げることができ、駆動回路のコストを下げること
ができる。

【００２０】次に本実施形態の製造方法について説明す
る。

【００２１】圧電材料シート１７の上面に一方の側面１
３ａに端面が露出し、その反対側の側面には端面が露出
しないように内部電極１２ａを形成し、その上に圧電材
料シート１７を載せ、その上面に下の圧電材料シート１
７の内部電極と反対側の側面に端面が露出し、その反対
側の側面１３ａには端面が露出しないように内部電極１
２ｂを形成するという工程を繰り返し、図４に示すよう
に、積層された圧電材料シートの対向する２つの側面に
交互に端面が露出した圧電材料シート１７の積層体を形
成する。

【００２２】次に、その圧電材料シート１７の積層体の
上に図５に示すように、ベース部１０となる圧電材料の
ブロック１８をのせ、これらを焼成する。

【００２３】次に、図６に示すように、スクリーン印刷
によって銀合金を積層圧電材料の両側面およびブロック
１８の上面に印刷し、焼成する。これによって、一方の
側面に端面が露出する複数の内部電極とそれぞれ接続
し、上面まで延設された複数の外部電極１４、１５を形
成する。また、各外部電極１４は、内部電極と接続して
いる積層圧電材料の側面と反対側の側面上のほぼ対向す
る位置に、それぞれ対応する外部電極１５を有してい
る。

【００２４】次に、図７に示すように隣接する外部電極
１４の間に、内部電極の形成された圧電材料シートを積
層した部分を分離するように溝１９を形成して、インク
流路ユニット２の各圧力室上において振動板３と接合す
るための駆動柱８と、側壁上において振動板と接合する
ための固定柱９とを形成する。

【００２５】次に、駆動柱８が圧力室５上に位置し、固
定柱９が側壁１１上に位置するように、積層圧電材料を
インク流路ユニット２に位置合わせしてこれらを接着す
る。

【００２６】次に、図８に示すように外部電極１４，１
５にプローブ２０を接触させ、対応する外部電極間に分
極電圧印加回路２１により所定の電圧を所定の時間印加
して積層圧電材料の駆動柱８及び固定柱９を十分分極さ
せる。

【００２７】溝加工前に分極処理を行うと、溝加工時に
熱が発生して分極状態が弱くなるので、このように溝加
工を行った後、分極処理を行うことが望ましい。

【００２８】また、積層圧電材料とインク流路ユニット
２との接着工程において加熱する場合には、このように
接着を行った後、分極処理を行うことが望ましい。

【００２９】そして、駆動信号を駆動柱８に印加するた
めのＦＰＣを圧電素子ブロック１に接合する。ＦＰＣに
は、駆動柱８の外部電極１４，１５に対応した位置に電
極パッドが設けられ、ベース部１０の上面１６に固定さ
れたＦＰＣと圧電素子ブロック１とのそれぞれ対応する
電極同士がボンディングにより接続される。しかし、Ｆ
ＰＣには、固定柱９の外部電極１４，１５に対応した位
置に電極パッドが設けられておらず、固定柱９の外部電
極１４，１５は、駆動回路とは接続されなく電気的には
開放状態となる。

【００３０】次に、本発明の第２の実施形態について説
明する。

【００３１】図９は、本発明の第２の実施形態の構成を
示す斜視図である。

【００３２】本実施形態においては、ベース部１０を分
極するために、上面１６の外部電極１４、１５を除いた
領域にベース部分極用外部電極２２を設けている点で第
１の実施形態と異なる。また、溝１９より上面側に１つ
の固定柱９の一対の外部電極１４、１５のうちの片方の
外部電極１４と接続されたベース部分極用内部電極２３
が設けられるものとしてもよい。ベース部分極用外部電
極２２は、図９に示すように、上面１６の複数の外部電
極１４、１５を除いた領域を覆うように、かつ、外部電
極１４、１５とは接続されないように形成されている。
また、ベース部分極用内部電極２３は、図１０に破線で
示すベース部分極用外部電極２２とほぼ同一の形状であ
るが、圧電素子ブロックの側面１３ａ上の外部電極のう
ち、固定柱９の少なくとも１つに対応する外部電極２４
の形成される部分に端面が露出して、その外部電極２４
と接続されている。

【００３３】本実施形態の分極処理においては、まず、
駆動柱８及び固定柱９の外部電極１４，２４と、対応す
る外部電極１５との間に第１の実施形態と同様に所定の
電圧を所定の時間印加した後、ベース部分極用外部電極
２２と、ベース部分極用内部電極２３に接続された外部
電極２４との間に電圧を印加してベース部を分極させ
る。この場合、ベース部分極用外部電極２２とベース部
分極用内部電極２３との間隔が駆動柱８及び固定柱９の
内部電極の間隔より広い場合、その間隔に応じて、所定
の電界強度が得られるように、高い電圧を印加する。

【００３４】次に、本発明の第３の実施形態について説
明する。図１１は、本実施形態の構成を示す斜視図であ
り、本実施形態においては、図１１に示すように複数の
圧電素子３０が分離されてインク流路ユニット２に固定
されている。各圧電素子３０は、各圧力室５にそれぞれ
対応して１つずつ設けられており、各圧力室５に対応す
る圧電素子同士は分離している。また、図１２に示すよ
うに、駆動柱３１は圧力室５の部分で振動板３と接続
し、圧力室５の両側において振動板３が圧力室５を構成
する基板部材に固定されている部分で、固定柱３２、３
３は振動板３に固定される。すなわち、本実施形態にお
いては、圧力室間に固定柱を設ける代わりに、圧力室の
列と直角方向の両側に各駆動柱とともにベース部に接合
された固定柱を設けている。

【００３５】圧電素子３０は駆動柱３１と、その両側に
設けられた固定柱３２、３３とこれらを一体に接合する
ベース部３４とから構成される。圧電素子３０には図１
３に示すように駆動柱３１に一定間隔で平行に設けられ
た複数の内部電極１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄは、
駆動柱３１の両側で固定柱３２、３３とを分離している
切り込み部３５、３６内面に交互に露出している。ま
た、各固定柱３２、３３には、駆動柱３１の内部電極と
同一面の内部電極が少なくとも１つづつ設けられ、切り
込み部側及びその反対側の面に端面が露出している。切
り込み部３５、３６内面のほぼ全体にメッキもしくはス
パッタリングにて中間電極３７、３８が形成され、それ
ぞれ各切り込み部に露出する内部電極を接続している。
また、固定柱３２、３３の駆動柱と反対側の面には、各
固定柱の内部電極に接続された外部電極３９、４０が形
成される。各外部電極３９、４０は、圧電素子３０の振
動板３に接合される側と反対側のベース部３４上面にま
で延設されている。したがって、外部電極３９、４０に
電圧を印加した場合、固定柱３２、３３の内部電極及び
中間電極３７、３８を介して駆動柱３１の内部電極に電
圧が印加される。

【００３６】また、圧電素子３０には、ベース部３４上
面の外部電極を除いた領域にベース部分極用外部電極４
１が形成されている。また、切り込み部３５、３６より
上面側に一対の外部電極３９、４０のうちの片方の外部
電極３９と接続されたベース部分極用内部電極４２が設
けられている。

【００３７】次に本発明のインクジェット記録ヘッドの
製造方法について説明する。

【００３８】図１３に示すように、上面に電極４４が形
成された圧電材料シート４５を重ねて積層圧電材料４３
を作成する。各圧電材料シートの電極４４は、１対の側
面間の中央部分の所定の幅で電極が交互に重なり、側面
付近では圧電材料シート２層を隔てて電極が１つおきに
重なるように形成される。また、積層された圧電材料シ
ートの上に、一方の側面に端面が露出し、反対側の側面
に端面が露出しないように、最大限広く形成された電極
４６が形成された圧電材料シート４７を積層する。その
上に、電極を形成していない圧電材料のブロック４８を
載せる。これらを焼結して一体化する。

【００３９】次に、図１４に示すように上面に電極４４
が形成された圧電材料シート４５を重ねた積層部分にお
いて、圧電材料シート２層を隔てて内部電極が１つおき
に重なる部分に、ダイシング・ソーもしくはワイヤ・ソ
ーにてそれぞれ切り込み部３５、３６を設ける。切り込
み部３５、３６は、中央部分の所定の幅で内部電極が交
互に重なった活性領域の部分４９から、幅方向に所定の
距離を隔てて設けられ、ブロックの長さ全体に一様の深
さで形成する。ここで、切り込み深さは、上述の最上の
電極４６に達しない深さで、形成される。

【００４０】次に、図１５に示すように、中間電極３
７、３８を切り込み部３５、３６内面に、また、外部電
極３９、４０を積層圧電材料４３の両側面に、また、ベ
ース部分極用外部電極４１を上面の外部電極３９、４０
を除いた領域にメッキ、スパッタリング、またはスクリ
ーン印刷にて形成し、インク流路ユニット２に接着す
る。このとき、外部電極及び内部電極を形成しない部分
に、レジストなどのマスキング部材を形成してマスキン
グしておき、電極成膜後にこのマスキング部材を剥離す
る。

【００４１】そして、圧力室５の、列と直角方向の中央
部が、切り込み部３５、３６の中間部に合うように、か
つ、各圧力室５の列方向の中央部が、各外部電極３９、
４０の位置に合うように積層圧電材料４３を位置合わせ
してインク流路ユニット２の振動板３に接着する。接着
後、積層圧電材料４３を切断分離して圧電素子３０を形
成する。

【００４２】また分極処理においては、第２の実施形態
と同様に、積層圧電材料４３の切断分離後に、まず外部
電極３９、４０間に所定の電圧を所定の時間印加した
後、各積層圧電材料のベース部分極用外部電極４１と、
ベース部分極用内部電極４２に接続された外部電極３９
との間に電圧を印加してベース部３４を分極させる。こ
の場合、ベース部分極用外部電極４１とベース部分極用
内部電極４２との間隔は、駆動柱３１の内部電極の間隔
より広い場合、ベース部分極用外部電極４１とベース部
分極用内部電極４２との間隔に応じて、所定の電界強度
が得られるように、高い電圧を印加する。なお、本実施
形態で使用する分極電圧印加回路は、第１の実施形態で
使用する分極電圧印加回路１７に対して、分離された各
圧電素子のベース部分極用外部電極４１に接触するプロ
ーブをさらに備えており、ベース部分極用外部電極４１
と、外部電極３９との間に電圧を印加してベース部３４
を分極させる。

【００４３】なお、本実施形態において、以上の説明で
は圧電素子３０には、ベース部３４上面の外部電極を除
いた領域にベース部分極用外部電極４１が形成され、ま
た、切り込み部３５、３６より上面側に一対の外部電極
３９、４０のうちの片方の外部電極３９と接続されたベ
ース部分極用内部電極４２が設けられているものとして
説明したが、ベース部分極用内部電極４２を設けず、ベ
ース部分極用外部電極４１はベース部３４上面の外部電
極を除いた領域に駆動柱３１に一定間隔で平行に設けら
れた複数の内部電極の最上の内部電極と同様のパターン
を設けたものとしてもかまわない。この場合には、積層
された圧電材料シートの上に、電極４６が形成された圧
電材料シート４７を積層する必要がなく、電極を形成し
ていない圧電材料のブロック４８を載せる。したがっ
て、製造工程が少なくなり、製造が容易になる。

【００４４】また、固定柱の内部には、複数の内部電極
によって中間電極３７、３８と外部電極３９，４０が接
続されているが、少なくとも１つの内部電極によって接
続されていればよい。

【００４５】次に、本発明の第４の実施形態について説
明する。図１６は、本実施形態の構成を示す斜視図であ
る。本実施形態においては、圧電素子５０の固定柱５
１、５２の内部には内部電極を設けない。また、駆動用
外部電極５３、５４をベース部５５の上面に設け、ベー
ス部５５内に切り込み部３５または切り込み部３６とベ
ース部５５上面とに端面が露出する２つの内部電極５
６、５７を設ける。また、圧電素子５０の両側面には固
定柱５１、５２の分極用の固定柱分極用外部電極５８、
５９を設けている点で第３の実施の形態と異なる。ま
た、本実施形態では切り込み部３５、３６より上面側に
内部電極を設けない。

【００４６】図１６に示すように、第３の実施形態と同
様に、複数の圧電素子５０が分離されてインク流路ユニ
ット２に固定されている。各圧電素子５０は、各圧力室
５にそれぞれ対応して１つずつ設けられており、各圧力
室５に対応する圧電素子同士は分離している。ベース部
５５上面の外部電極５３、５４を除いた領域にベース部
分極用外部電極６０が形成されている。

【００４７】図１７は、本実施形態の圧力室の列と直角
方向の断面図である。本実施形態では、第３の実施形態
と同様に、圧力室の列と直角の方向に駆動柱３１とベー
ス部５５により接合された固定柱５１、５２を設け、駆
動柱３１は圧力室５の部分で振動板３と接続し、固定柱
５１、５２は、圧力室５の列と直角方向両側において圧
力室５を構成する基板部材６２の部分で振動板３に固定
される。また、各圧力室５を駆動する圧電素子５０は分
離されている。すなわち、本実施形態は、第３の実施形
態と同様に、圧力室間に固定柱を設ける代わりに、圧力
室の列と直角方向の両側に各駆動柱３１とともにベース
部５５に接合された固定柱５１、５２を設けている。

【００４８】圧電素子５０には図１７に示すように第３
の実施形態と同様、駆動柱３１に一定間隔で平行に設け
られた複数の内部電極１２ａ、１２ｂは、駆動柱３１の
両側で固定柱５１、５２とを分離している切り込み部３
５、３６内面に交互に露出している。また、本実施形態
においては、ベース部５５内に２つの内部電極５６、５
７が設けられ、内部電極５６、５７は、切り込み部３５
または切り込み部３６とベース部５５上面とに端面が露
出している。切り込み部３５、３６内面のほぼ全体にメ
ッキもしくはスパッタリングにて中間電極３７、３８が
形成され、それぞれ各切り込み部に露出する内部電極を
接続している。

【００４９】また、本実施形態においては、駆動柱３１
及び固定柱５１、５２を一体的に接合するベース部５５
の駆動柱３１及び固定柱５１、５２と反対側の上面のみ
に、各内部電極５６、５７と接続した駆動用外部電極５
３、５４が形成される。外部電極５３、５４に電圧を印
加すると、ベース部５５の内部電極５６、５７及び中間
電極３７、３８を介して駆動柱３１の内部電極１２ａ、
１２ｂに電圧が印加される。

【００５０】また、圧電素子５０には、ベース部５５上
面の駆動用外部電極５３、５４間の領域にベース部分極
用外部電極が６０が形成されている。本実施形態におい
てはは、駆動部３１に設けられた内部電極の最上の電極
６１と、ベース部分極用外部電極６０との間に電圧が印
加されることにより、ベース部５５のこれらの電極の間
の部分を分極させることができる。

【００５１】さらに圧電素子５０の各側面に固定柱分極
用外部電極５８、５９を設けている。これらは、切り込
み部内面に形成された中間電極３７、３８及びこれと接
続された内部電極５６、５７と対向している。したがっ
て、内部電極５６、５７と接続している駆動用外部電極
５３、５４と固定柱分極用外部電極５８、５９との間に
電圧を印加することにより、固定柱５１、５２全体及び
ベース部５５の両側部に電界を発生させることができ、
分極させることができる。

【００５２】次に本実施形態のインクジェット記録ヘッ
ドの製造方法について説明する。

【００５３】図１８に示すように積層圧電材料６３は、
上面に電極６４が形成された圧電材料シート６５を重ね
て圧電セラミックスの積層体を作成する。各圧電材料シ
ートの電極６４は、１対の側面間の中央部分の所定の幅
で電極が重なり、また１層ごとに側面方向に交互にずれ
た範囲で電極６４を形成してあり、かつ、側面付近には
電極６４を形成していない。

【００５４】また、積層された圧電材料シートの上に、
電極６４の重なり幅より広く交互にずれた最大幅より狭
い幅の圧電材料のブロック６６の両側面全面に、内部電
極６７、６８を形成し、その両側から圧電材料のブロッ
ク６９ではさんだものをのせる。これらを焼結して一体
化する。

【００５５】次に、図１９に示すように積層圧電材料６
３の圧電材料シート６５の積層部分において、ダイシン
グ・ソーもしくはワイヤ・ソーにてそれぞれ切り込み部
３５、３６を設ける。第３の実施形態と同様に、切り込
み部３５、３６は、中央部分の所定の幅で電極６４が重
なった活性領域の部分４９から、幅方向に所定の距離を
隔てて設けられ、ブロックの長さ全体に一様の深さで形
成する。本実施形態では、切り込み深さは、電極６７、
６８の端面が切り込み部内面に露出するように、また、
ブロックの下面から圧電材料シートの積層部分の電極６
４の最上のものを超えた深さで、形成される。

【００５６】次に、図２０に示すように、中間電極３
７、３８を切り込み部３５、３６内面に、また、外部電
極５３、５４を内部電極５６、５７にそれぞれ接続する
ように所定間隔で積層圧電材料５６の上面に、また、ベ
ース部分極用外部電極６０を上面の外部電極５３、５４
の間に、また、固定柱分極用外部電極５８、５９を積層
圧電材料６３の各側面に、メッキ、スパッタリング、ま
たはスクリーン印刷にて形成し、インク流路ユニット２
に接着する。このとき、外部電極及び内部電極を形成し
ない部分に、レジストなどのマスキング部材を形成して
マスキングしておき、電極成膜後にこのマスキング部材
を剥離する。

【００５７】そして、圧力室５の、列と直角方向の中央
部が、切り込み部３５、３６の中間部に合うように、か
つ、各圧力室５の列方向の中央部が、各外部電極５３、
５４の位置に合うように積層圧電材料６３を位置合わせ
してインク流路ユニット２の振動板３に接着する。接着
後、積層圧電材料６３を切断分離して圧電素子３０を形
成する。

【００５８】また分極処理においては、第３の実施形態
と同様に、積層圧電材料５６の切断分離後に、まず、外
部電極５３、５４間に所定の電圧を所定の時間印加した
後、各圧電素子５０のベース部分極用外部電極６０と、
駆動柱３１の内部電極のうちベース部分極用外部電極６
０に最も近い最上の内部電極６１に接続された外部電極
５３との間に電圧を印加してベース部５５の中央部分を
分極させる。この場合、ベース部分極用外部電極６０と
最上の内部電極６１との間隔は、駆動柱３１の内部電極
の間隔より広い場合、その間隔に応じて、所定の電界強
度が得られるように、高い電圧を印加する。

【００５９】さらに、本実施形態においては、各圧電素
子５０の外部電極５３，５４と、固定柱分極用外部電極
５８、５９との間に電圧を印加することにより、固定柱
５１、５２全体及びベース部５５の両側部を分極させ
る。この場合、外部電極５３，５４と固定柱分極用外部
電極５８、５９との間隔が駆動柱３１の内部電極の間隔
より広い場合、その間隔に応じて、所定の電界強度が得
られるように、高い電圧を印加する。

【００６０】なお、本実施形態においては、ベース部分
極用外部電極６０を形成するものとして説明したが、こ
れを設けず、ベース部を分極しないものとしてもかまわ
ない。あるいは、ベース部分極用外部電極６０を形成し
て固定柱分極用外部電極５８、５９を形成しないものと
してもよい。これ等の場合、第４の実施形態と比較して
剛性は劣るが、製造工程が少なくなり、製造は容易にな
る。

【００６１】以上、第１から第４の実施形態に基づいて
説明したが、本発明はこれらの実施形態の構成に限定さ
れるものではなく、この明細書に記載された構成につい
て種々の変形を加えたものも含む。

【００６２】例えば、上記実施形態では駆動柱及び固定
柱内部に設けられた内部電極の方向は振動板に対して平
行なものとしているが、振動板に対して垂直方向であっ
てもかまわない。

【００６３】また、上記実施形態では固定柱及びベース
部を分極させる１対の電極間には内部電極が設けられて
いないが、駆動柱内部と同様に交互に一方の電極に接続
される内部電極を設けてもかまわない。

【００６４】また、第１、第２の実施形態では、駆動柱
及び固定柱が単一のベース部に全て接合されているが、
複数のベース部に分割されていてもかまわない。また、
第３、第４の実施形態においては、各圧力室毎に圧電素
子が分離しているが、複数の圧力室に対応する圧電素子
がベース部で複数連接されていてもかまわない。

【００６５】

【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、固定柱は分極状態にありかつ
電気的に開放であるため、駆動柱を駆動するとその反作
用で固定柱に力が作用するが、固定柱には圧電効果によ
り反電界が生じ、その反電界の作用で自らの変形が阻止
され固定柱の剛性が上がる。したがって、クロストーク
が減少し、周囲の駆動柱の駆動によってノズルから吐出
されるインク滴の滴速及び滴径が変化することを防止で
きる。また、固定柱の剛性が上がり、駆動した駆動柱の
他端の移動が減少するので、駆動柱の変位はその駆動柱
が固定された圧力室へ効率良く伝達される。したがっ
て、小型でかつ製造が容易であり、印字品質が優れ、ま
た、圧力室内インクへの圧力伝達効率が改善され、低電
力化・低コスト化が可能なインクジェット記録ヘッドが
得られる。

【００６６】また、本発明のインクジェット記録ヘッド
の製造方法によれば、積層圧電材料に溝を形成して、各
圧力室の振動板で覆われた開口部上で振動板と接合され
る駆動柱と、各圧力室の前記開口部の周囲部分で振動板
と接合される複数の固定柱と、前記各駆動柱の前記伸縮
の方向の他方の端部と当該圧力室の周囲部分に接続され
る少なくとも１つの固定柱とが接合されるベース部とを
形成し、電圧の印加により固定柱又はベース部を分極さ
せる少なくとも１対の分極電極を形成し、対応する外部
電極間に電圧を印加して固定柱を分極させるステップと
を有するので、駆動柱の駆動の反作用で力が加わった固
定柱又はベース部に圧電効果により反電界が生じ、その
反電界の作用で自らの変形が阻止され剛性が上がり、し
たがって、クロストークが減少し、周囲の駆動柱の駆動
によってノズルから吐出されるインク滴の滴速及び滴径
が変化することを防止できるインクジェット記録ヘッド
を容易に製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の構成を示す斜視図で
ある。

【図２】図１の圧力室の列方向の断面図である。

【図３】図１の駆動柱及び固定柱の圧力室の列と直角方
向の断面図である。

【図４】図１の製造方法を説明するための斜視図であ
る。

【図５】図１の製造方法を説明するための斜視図であ
る。

【図６】図１の製造方法を説明するための斜視図であ
る。

【図７】図１の製造方法を説明するための斜視図であ
る。

【図８】図１の製造方法を説明するための斜視図であ
る。

【図９】本発明の第２の実施形態の構成を示す斜視図で
ある。

【図１０】図９のベース部分極用内部電極の外形を示す
断面図である。

【図１１】本発明の第３の実施形態の構成を示す斜視図
である。

【図１２】図１１の圧電素子の圧力室の列と直角方向の
断面図である。

【図１３】図１１の製造方法を説明するための斜視図で
ある。

【図１４】図１１の製造方法を説明するための斜視図で
ある。

【図１５】図１１の製造方法を説明するための斜視図で
ある。

【図１６】本発明の第４の実施形態の構成を示す斜視図
である。

【図１７】図１６の圧電素子の圧力室の列と直角方向の
断面図である。

【図１８】図１６の製造方法を説明するための斜視図で
ある。

【図１９】図１６の製造方法を説明するための斜視図で
ある。

【図２０】図１６の製造方法を説明するための斜視図で
ある。

【図２１】従来のインクジェット記録ヘッドの構成を示
す断面図である。

【符号の説明】

１圧電素子ブロック２インク流路ユニット３振動板４ノズル５圧力室６供給口７インクプール８，３１駆動柱９，３２，３３，５１，５２固定柱１０，３４，５５ベース部１１側壁１２ａ，ｂ，ｃ，ｄ，５６，５７内部電極１３ａ、ｂ側面１４，１５，２４，３９，４０，５３，５４外部電極１６上面１７，４５，４７，６５圧電材料シート１８，４８，６６，６９圧電材料ブロック１９溝２０プローブ２１分極電圧印加回路２２，４１，６０ベース部分極用外部電極２３，４２ベース部分極用内部電極３０，５０圧電素子３５，３６切り込み部３７，３８中間電極４３，６３積層圧電材料４４，４６，６４，６７，６８電極４９活性領域５８，５９固定柱分極用外部電極６１最上内部電極６２基板材料

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平11−138800（ＪＰ，Ａ) 特開平11−138797（ＪＰ，Ａ) 特開平９−174837（ＪＰ，Ａ) 特開平７−137255（ＪＰ，Ａ) 特開平５−318727（ＪＰ，Ａ) 特開平５−96739（ＪＰ，Ａ) 特開平３−10846（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/045 B41J 2/055 B41J 2/16

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】１方の面に有する開口部が変形容易な振
動板により覆われ室内にインクを供給する供給口と室内
のインクを吐出するノズルとをそれぞれ有する複数の圧
力室と、１対の外部電極をそれぞれ備え前記１対の外部
電極間に印加される電圧に基づいて伸縮し前記伸縮の方
向の一方の端部で前記振動板を変形させて各圧力室を駆
動する複数の駆動柱と、前記複数の圧力室の前記開口部
の周囲部分に対して接続される複数の固定柱と、前記各
駆動柱の前記伸縮の方向の他方の端部と当該圧力室の周
囲部分に接続される少なくとも１つの固定柱とが接合さ
れるベース部とを有するインクジェット記録ヘッドにお
いて、前記複数の固定柱及び前記ベース部の少なくとも
１つは、分極状態にありかつ電気的に開放である圧電素
子であることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項２】１方の面に有する開口部が変形容易な振
動板により覆われ室内にインクを供給する供給口と室内
のインクを吐出するノズルとをそれぞれ有する複数の圧
力室と、１対の外部電極をそれぞれ備え前記１対の外部
電極間に印加される電圧に基づいて伸縮し前記伸縮の方
向の一方の端部で前記振動板を変形させて各圧力室を駆
動する複数の駆動柱と、分極状態にありかつ電気的に開
放である圧電素子であって前記圧力室間部分に対して接
続される複数の固定柱と、前記複数の固定柱と前記複数
の駆動柱の前記伸縮方向の他方の端部とが接合される単
一のベース部とを有することを特徴とするインクジェッ
ト記録ヘッド。
【請求項３】前記ベース部は、分極状態にありかつ電
気的に開放である圧電素子であることを特徴とする請求
項２に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項４】前記駆動柱及び前記固定柱は、所定間隔
で平行に配置された内部電極を有し、前記ベース部は、
前記ベース部分極用内部電極と対向する表面を有し、前
記駆動柱及び固定柱の内部電極と平行なベース部分極用
内部電極と、前記ベース部分極用内部電極と対向する表
面に形成されたベース部分極用外部電極とを有すること
を特徴とする請求項３に記載のインクジェット記録ヘッ
ド。
【請求項５】１方の面に有する開口部が変形容易な振
動板により覆われ室内にインクを供給する供給口と室内
のインクを吐出するノズルとをそれぞれ有する複数の圧
力室と、１対の外部電極をそれぞれ備え前記１対の外部
電極間に印加される電圧に基づいて伸縮し前記伸縮の方
向の一方の端部で前記振動板を変形させて各圧力室を駆
動する複数の駆動柱と、前記複数の駆動柱の前記伸縮の
方向の他方の端部を前記複数の圧力室の前記開口部の周
囲部分に対してそれぞれ固定する複数の固定部とを有す
るインクジェット記録ヘッドにおいて、各固定部は、隣
接する前記圧力室の方向と略直角方向両側において前記
各圧力室の前記開口部の周囲部分に対して接続される複
数の固定柱と、分極状態にありかつ電気的に開放である
圧電素子であって前記複数の固定柱と前記各駆動柱の前
記伸縮方向の他方の端部とが接合されるベース部とを有
することを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項６】前記各固定柱は分極状態にありかつ電気
的に開放である圧電素子であることを特徴とする請求項
５に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項７】前記各固定柱は、前記駆動柱と固定柱を
分離する切り込み部内面及び前記各固定柱の前記切り込
み部内面に対向する側面に前記各固定柱の分極用の電極
を有することを特徴とする請求項６に記載のインクジェ
ット記録ヘッド。
【請求項８】前記駆動柱は、所定間隔で平行に配置さ
れた内部電極を有し、前記ベース部は、前記ベース部分
極用内部電極と対向する表面を有し、前記駆動柱及び固
定柱の内部電極と平行なベース部分極用内部電極と、前
記ベース部分極用内部電極と対向する表面に形成された
ベース部分極用外部電極とを有することを特徴とする請
求項５または６に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項９】電極が表面に形成された圧電材料シートを
積層して１対の側面間の中央部分の所定の幅で前記圧電
材料シート１層を隔てて電極が重なりその両側で圧電セ
ラミックス２層を隔てて電極が重なる圧電材料シートの
積層部を有する積層圧電材料を形成するステップと、前
記積層圧電材料に溝を形成して、前記圧電材料シートの
積層部を内部に有し各圧力室の振動板で覆われた開口部
上で振動板と接合される駆動柱と、各圧力室の前記開口
部の周囲部分で振動板と接合される複数の固定柱と、前
記各駆動柱の前記伸縮の方向の他方の端部と当該圧力室
の周囲部分に接続される少なくとも１つの固定柱とが接
合されるベース部とを形成するステップと、各駆動柱毎
に内部の複数の電極が交互に接続される１対の駆動電極
を形成するステップと、電圧の印加により前記固定柱及
びベース部を分極させる少なくとも１対の分極電極を形
成するステップと対応する外部電極間に電圧を印加して
前記駆動柱及び固定柱及びベース部を分極させるステッ
プとを有することを特徴とするインクジェット記録ヘッ
ドの製造方法。
【請求項１０】電極が表面に形成された圧電材料シート
を積層して１対の側面間の中央部分の所定の幅で前記圧
電材料シート１層を隔てて電極が重なりその両側で圧電
セラミックス２層を隔てて電極が重なるとともに前記電
極の端面は必ずどちらか一方の側面に露出する圧電材料
シートの積層体を形成する第１のステップと、前記圧電
材料シートの積層体の上に圧電材料のブロックをのせ、
これらを焼成して積層圧電材料を形成する第２のステッ
プと、前記両側面上の各圧力室及び各圧力室間に相当す
る位置において端面が露出した前記電極に接続された複
数組の外部電極を形成する第３のステップと、圧電材料
シートを積層した部分を分離するように隣接する外部電
極間に溝を形成して、各圧力室上で振動板と接合する駆
動柱と、各圧力室間で振動板と接合する固定柱とを形成
する第４のステップと、駆動柱が圧力室上に位置し、固
定柱が圧力室間に位置するように、位置合わせして前記
駆動柱及び前記固定柱を前記振動板に接合する第５のス
テップと、前記複数組の外部電極にプローブを接触さ
せ、対応する外部電極間に電圧を印加して前記駆動柱及
び固定柱を分極させる第６のステップとを有するインク
ジェット記録ヘッドの製造方法において、前記第１のステップは、前記第４のステップで形成され
る溝より上まで電極を形成した圧電材料シートを積層し
てベース部分極用内部電極を形成するステップをさらに
有し、前記第３のステップは、前記圧電材料のブロック
の上面にベース部分極用外部電極を設けるステップをさ
らに有し、前記第６のステップは、ベース部分極用外部
電極とベース部分極用内部電極との間にその間隔に応じ
た電圧を印加して当該電極間の圧電材料を分極させるス
テップをさらに有することを特徴とするインクジェット
記録ヘッドの製造方法。
【請求項１１】電極が表面に形成された圧電材料シート
を積層して１対の側面間の中央部分の所定の幅で前記圧
電材料シート１層を隔てて電極が重なりその両側で圧電
材料シート２層を隔てて電極が重なるとともに前記電極
の端面は必ずどちらか一方の側面に露出する圧電材料シ
ートの積層体を形成するステップと、前記圧電材料シー
トの積層体の上に圧電材料のブロックをのせ、これらを
焼成して積層圧電材料を形成するステップと、前記電極
の最上の電極に達しない深さで前記圧電材料シート１層
を隔てて電極が重なる両側にそれぞれ切り込み部を設け
側面間方向において駆動柱となる部分と固定柱となる部
分を分離するステップと、前記切り込み部の内面に電極
を形成するとともに前記両側面上の各圧力室に相当する
位置において端面が露出した前記電極に接続された複数
組の外部電極を形成するステップと、前記圧電材料のブ
ロックの上面に電極を形成するステップと、前記切り込
み部の中間部であって外部電極の各組の中間部が各圧力
室上に位置し切り込み部の外側が圧力室の両側に位置す
るように位置合わせして前記積層圧電材料を前記振動板
に接合するステップと、積層圧電材料を切断分離して各
圧力室に対応する駆動柱及び固定柱をもつ圧電素子を形
成するステップと、前記複数組の外部電極にプローブを
接触させ、対応する外部電極間に電圧を印加して前記駆
動柱を分極させるステップと、前記圧電材料のブロック
上面の電極と前記最上の電極間にその間隔に応じた電圧
を印加して当該電極間の圧電材料を分極させるステップ
を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッドの
製造方法。
【請求項１２】表面に電極が形成された圧電材料シート
を積層して、１対の側面間の中央部分の所定の幅で圧電
セラミックス１層を隔てて電極が重なり、その両側で圧
電セラミックス２層を隔てて電極が１つおきに重なる圧
電材料シートの積層体を形成するステップと、その上に
ほぼ前記所定の幅をもち両側面に電極が形成され上面に
その端面が露出した圧電材料のブロックを載せその両側
に圧電材料のブロックをのせこれらを焼結して積層圧電
材料を形成するステップと、前記圧電材料ブロックの両
側面の電極に達する深さで前記圧電材料シート１層を隔
てて電極が重なる両側にそれぞれ切り込み部を設け側面
間方向において駆動柱となる部分と固定柱となる部分を
分離するステップと、前記切り込み部の内面に電極を形
成するとともに前記圧電材料ブロックの上面の各圧力室
に相当する位置において端面が露出した前記電極に接続
された複数組の外部電極を形成するステップと、複数組
の外部電極の間に電極を形成するステップと、前記切り
込み部の中間部であって外部電極の各組の中間部が各圧
力室上に位置し切り込み部の外側が圧力室の両側に位置
するように位置合わせして前記積層圧電材料を前記振動
板に接合するステップと、積層圧電材料を切断分離して
各圧力室に対応する駆動柱及び固定柱をもつ圧電素子を
形成するステップと、前記複数組の外部電極にプローブ
を接触させ、対応する外部電極間に電圧を印加して前記
駆動柱を分極させるステップと、複数組の外部電極の間
に形成された電極と前記最上の電極間にその間隔に応じ
た電圧を印加して当該電極間の圧電材料を分極させるス
テップを有することを特徴とするインクジェット記録ヘ
ッドの製造方法。