JP3528623B2 - 圧電振動子ユニット及びそれを用いたインクジェット式記録ヘッド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はインクを吐出させる
のに好適な圧電振動子ユニット及びこの圧電振動子ユニ
ット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】この種のインクジェット式記録ヘッド
（以下、記録ヘッドという）は、例えば、圧力室やリザ
ーバを有する流路ユニットと、この流路ユニットの背面
側に配置され、圧力室の容積を変化させる圧電振動子ユ
ニットとを備えている。流路ユニットは、圧力室やリザ
ーバとなる通孔を開設した流路形成板と、この流路形成
板の正面側に接着され、多数のノズル開口を列状に開設
したノズルプレートと、流路形成板の背面側に接着さ
れ、ノズル開口に対応して設けた島部を有する弾性シー
ト等を備え、圧電振動子ユニットは、櫛歯状に形成され
た多数の圧電振動子（以下、振動子という）等を備え
る。そして、振動子の櫛歯状先端を流路ユニットの背面
側から弾性シートの島部にそれぞれ当接させるようにし
て圧電振動子ユニットを配置する。

【０００３】このような構成の記録ヘッドでインク滴を
吐出させる場合には、駆動パルスを印加することにより
振動子を伸縮させて弾性シートを変形させ、圧力室の容
積を変化させる。例えば、振動子を収縮させることによ
り圧力室を膨張させてリザーバのインクを圧力室に流入
させ、その後、振動子を伸長させて圧力室を収縮させ
る。この圧力室の収縮によりインク室内のインク圧力が
高まり、インク室内のインクがノズル開口から吐出され
る。

【０００４】この記録ヘッドで使用される振動子の一種
にｄ３１モードの振動子がある。このｄ３１モードの振
動子は、圧電体や内部電極を複数層積層させたものであ
り、この積層方向とは垂直な方向に変位する振動子であ
る。そして、この振動子は、高速で振動させることがで
きると共に、ドットの高密度化への対応が容易であると
いう特徴を有している。

【０００５】ところで、このｄ３１モードの振動子を用
いた記録ヘッドでは、振動子の静電容量が大きいため、
インクを吐出させ得る程度に振動子を伸縮させると、振
動子は必要以上に強い力を発生してしまう。換言すれ
ば、この振動子は、電気エネルギーを必要以上に消費し
ている。

【０００６】このため、振動子を駆動させる際に多くの
電流が必要となり、多ドットを同時に吐出させる際の駆
動パルスの歪みの原因となったり、振動子の過剰な発熱
の原因となったりする。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この点に鑑み、振動子
の変位量は変えずに静電容量を小さくして、電気エネル
ギーの消費を低く抑える試みがなされている。例えば、
内部電極及び圧電体の積層数を少なくしたり、振動子の
側面を凹状に切り欠いたりして振動子の静電容量を小さ
くしたものがある。

【０００８】しかしながら、内部電極及び圧電体の積層
数を少なくしたものでは、振動子先端面の面積、即ち、
振動子と弾性シートの島部との当接面積が狭くなり、島
部を局所的に押圧することになってしまう。このため、
島部が撓んでしまい振動子の変位を弾性シートに効率良
く伝達できず、インクを正確に吐出させ難くなるという
問題点があった。また、振動子を切り欠いたものでは、
振動子と島部との当接面積は比較的広くできるものの切
り欠かれて幅の狭くなった部分が先端頭部の端部を押圧
するため、曲げモーメントが発生してしまい、振動子の
変位を弾性シートの島部に効率良く伝達できず、インク
を正確に吐出させ難いという問題点があった。

【０００９】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、振動子の変位量を変えずに静電容量を小
さくできる圧電振動子ユニット、及び、振動子の変位を
弾性シートに効率良く伝達できる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。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために提案されたもので、請求項１に記載のもの
は、共通内部電極と個別内部電極とを圧電体を挟んで交
互に積層して構成した振動子を櫛歯状に列設し、当該振
動子の自由端部を残して固定板を接合し、振動子の自由
端部を圧電体の積層方向と直交する振動子長手方向に伸
縮可能とした圧電振動子ユニットにおいて、前記振動子
の自由端部に振動子列設方向に貫く中空構造となる開口
部を開設し、該開口部の先端から基端に対応した領域内
に前記共通内部電極と前記個別内部電極の重ね合わせ領
域が収まるように配置したことを特徴とする圧電振動子
ユニットである。

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【００１４】ここで、「開口部の基端」とは、開口部に
おける固定板側の端部のことを意味し、「開口部の先
端」とは同じく振動子先端側の端部のことを意味する。

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【００２３】

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【００２７】

【００２８】

【００２９】また、請求項１２に記載のものは、請求項
１から請求項１７の何れかに記載の圧電振動子ユニット
と、弾性シートとノズル開口を形成したノズルプレート
とにより区画された圧力室とを備えたインクジェット式
記録ヘッドであって、前記弾性シートを、弾性体膜とノ
ズル開口に対応して設けられた島部とから構成し、振動
子の先端を島部に当接させたことを特徴とするインクジ
ェット式記録ヘッドである。

【００３０】

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照して説明する。まず、インクジェット式記録ヘ
ッド１（以下、記録ヘッド１という）の全体構成につい
て説明する。図１は、本発明を適用した記録ヘッド１の
一例を示す図であり、要部を拡大して示した断面図であ
る。

【００３２】この記録ヘッド１は、ケース２、流路ユニ
ット３、圧電振動子ユニット４等によって構成してあ
る。なお、この記録ヘッド１の説明では、便宜上、図１
の上方に相当する先端側を前方側、図１の下側に相当す
る基端側を後方側ということにする。

【００３３】ケース２は、先端と後端が共に開放した収
容空部５を設けた合成樹脂製のブロック状部材であり、
その先端には流路ユニット３を接合し、収容空部５内に
は振動子群２１の櫛歯状先端を先端側開口に臨ませた状
態で圧電振動子ユニット４を収容し固定する。また、収
容空部５の側方には、基端側にてインクカートリッジに
連通しているインク供給管６を設ける。

【００３４】流路ユニット３は、流路形成板７を挟んで
ノズルプレート８と弾性シート９を両側に積層すること
により概略構成してある。

【００３５】ノズルプレート８は、ドット形成密度に対
応したピッチで多数（例えば、９６個）のノズル開口１
０…を列状に開設した薄い板状部材であり、例えば、ス
テンレス板によって構成してある。

【００３６】このノズルプレート８に積層される流路形
成板７には通孔を開設してある。この通孔は、インク供
給管６を通じて供給されたインクが流入するリザーバ１
１、ノズル開口１０からインクを吐出させるために必要
なインク圧力を発生させる圧力室１２、これらのリザー
バ１１と圧力室１２を連通するインク供給口１３，１３
を形成するための部材である。そして、本実施形態で
は、流路形成板７はシリコンウェハーをエッチング処理
することにより形成する。

【００３７】弾性シート９は、本実施形態では、ＰＰＳ
（ポリフェニレンサルファイト）等の高分子膜を弾性体
膜１４としてステンレス板１５上にラミネートした二重
構造である。そして、ステンレス板１５は、リザーバ１
１に対応する部分など不要部分をエッチング処理により
除去して、振動子群２１の駆動振動子２９の先端が背面
側から当接する島部１６（厚肉部）を形成し、この島部
１６の周囲を弾性体膜１４（薄肉部）だけにして弾性部
１７を構成する。この島部１６は、ノズル開口１０と同
様にドット形成密度に対応したピッチで多数設けてあ
り、ノズル配列方向に対応する幅が狭く、駆動振動子２
９の圧電体積層方向（後述）に対応する長さを長くした
ブロック状に形成してある。

【００３８】そして、ノズルプレート８を流路形成板７
の正面側に配置すると共に、弾性シート９を背面側に配
置し、ノズルプレート８と弾性シート９とで流路形成板
７を挟み、接着等により一体化すると流路ユニット３が
形成される。

【００３９】この流路ユニット３では、ノズルプレート
８と弾性シート９とにより圧力室１２やリザーバ１１が
区画される。そして、ノズル開口１０の背面側に圧力室
１２が位置し、この圧力室１２の背面側に弾性シート９
の弾性部１７が位置する。また、圧力室１２の側方にリ
ザーバ１１が位置し、このリザーバ１１と圧力室１２と
は、前後方向に２本並んで設けたインク供給口１３，１
３により連通される。さらに、リザーバ１１には、イン
ク供給管６を通じてインクカートリッジからのインクが
供給される。

【００４０】圧電振動子ユニット４は、振動子群２１と
固定板２２とにより概略構成してある。この振動子群２
１は、いわゆるｄ３１モードの駆動振動子２９を各ノズ
ル開口１０に対応させて櫛歯状に列設した櫛歯状振動子
群である。このｄ３１モードの駆動振動子２９は、駆動
パルスが印加されることにより圧電体及び内部電極の積
層方向とは垂直な方向である振動子長手方向、即ち、先
端方向或いは基端方向に伸縮（変位）する。そして、駆
動振動子２９、及びダミー振動子２８（図２参照）に
は、振動子列設方向に貫通した開口部２３を、隣り合う
振動子と向かい合う側の側面、即ち、隣り合う振動子側
の側面に開設し、これにより振動子の一部を中空構造と
してある。また、固定板２２は、櫛歯状振動子群２１に
おける一方の側面側の基端側部分に接着等によって固定
する。なお、この圧電振動子ユニット４については、後
で詳細に説明する。

【００４１】また、櫛歯状振動子群２１における他方の
側面には、配線の一種であるフレキシブルケーブル２４
を実装する。そして、各振動子２８，２９には、このフ
レキシブルケーブル２４を通じて駆動パルスが供給され
る。この駆動パルスにより、駆動振動子２９は先端或い
は後端側に伸縮し、弾性部１７を構成する島部１６及び
弾性体膜１４は前後方向に変形する。この弾性部１７の
前後方向の移動に伴って圧力室１２は、膨張或いは収縮
して容積を変化させる。

【００４２】ノズル開口１０からインク滴を吐出させる
場合には、所定の駆動振動子２９に選択的に駆動信号を
印加して、例えば、圧力室１２を一旦膨張させてから収
縮させる。このようにすると、圧力室１２の膨張に伴っ
てリザーバ１１内のインクが圧力室１２に流入し、圧力
室１２の収縮に伴って圧力室１２内のインクの圧力が高
まる。そして、ノズル開口１０から押し出されたインク
がインク滴として吐出される。

【００４３】次に、圧電振動子ユニット４について詳細
に説明する。ここで、図２は圧電振動子ユニット４の外
観斜視図である。図３は圧電振動子ユニット４を説明す
る図であり、（ａ）は図２におけるＡ−Ａ断面図、
（ｂ）は駆動振動子２９の自由端部２９ａの拡大断面
図、（ｃ）は開口部２３の先端部分の拡大断面図、
（ｄ）は開口部２３の基端部分の拡大断面図である。

【００４４】上記した振動子群２１は、図２に示すよう
に、振動子の列設方向（配列方向）における両端部に位
置するダミー振動子２８，２８と、これらのダミー振動
子２８，２８の間に配置された多数の駆動振動子２９…
とから構成してある。ここで、駆動振動子２９は、駆動
信号によって伸縮してインク吐出に寄与し得る振動子で
ある。一方、ダミー振動子２８は、インク吐出に寄与せ
ず、圧電振動子ユニット４をケース２の所定位置に位置
決めする際に使用したり、振動子群２１のケース２内に
おける位置を定める際に使用する振動子である。

【００４５】なお、本実施形態では、ダミー振動子２８
の幅を駆動振動子２９の幅よりも２〜３倍程度広く設定
してある。これにより、ダミー振動子２８の機械的強度
を高めて圧電振動子ユニット４の位置決め精度を向上さ
せることができる。また、このダミー振動子２８の基端
部に設けた共通電極配線部３０の面積を広く設けること
ができるので、フレキシブルケーブル２４との間の接続
信頼性を高めることができると共に、より多くの電流を
流すことができる。

【００４６】次に、振動子２８，２９の構造について説
明する。なお、駆動振動子２９とダミー振動子２８と
は、振動子の幅に差があるものの基本的に同じ構造であ
るため、ここでは、駆動振動子２９の構造について説明
し、ダミー振動子２８については説明を省略する。

【００４７】図３（ｂ）に示すように、駆動振動子２９
は、圧電体３１を挟んで共通内部電極３２と個別内部電
極３３とを交互に積層した積層体３４と、開口部２３を
形成するためのスペーサ３５とから構成してあり、２つ
の積層体３４，３４の間にスペーサ３５を介在させた状
態で積層し一体化して構成する。なお、この駆動振動子
２９は、後述するように積層体３４，３４とスペーサ３
５とを積層して一体化した板状の振動子板を櫛歯状に切
り分けることにより形成する。切り分けられた駆動振動
子２９は細長い角柱状に形成されており、図３（ａ）に
示すように、基端から振動子長手方向の約半分に亘る基
端部２９ｂは固定板２２に接合され、先端から振動子長
手方向の約半分に亘る自由端部２９ａは固定板２２の縁
から突出する方向に延出している。要するに、この駆動
振動子２９はいわゆる片持梁のような状態で固定板２２
に固定されている。

【００４８】なお、この駆動振動子２９の先端は弾性シ
ート９の島部１６に背面側から当接させてある。そし
て、この駆動振動子２９の自由端部２９ａは駆動信号が
印加されることにより伸縮可能な活性部として機能し、
基端部２９ｂは伸縮しない不活性部として機能する。

【００４９】この駆動振動子２９の先端が当接する島部
１６の形状に関し、本実施形態では、図３（ａ）に示す
ように、振動子列設方向側に相当する当接面の幅Ｗは、
駆動振動子２９の先端の幅と同じか僅かに広い程度と
し、長手方向の長さＬ１は島部１６が撓まない程度に駆
動振動子２９の先端面の長さＬ２（駆動振動子２９の圧
電体積層方向の厚みに相当）よりも長く設けて駆動振動
子２９から突出させてある。この構成により、駆動振動
子２９の変位を島部１６に効率良く伝達させることがで
きる。

【００５０】上記したスペーサ３５は、開口部２３を形
成するために積層体３４，３４同士の間に介在させた部
材であり、例えば、積層体３４の圧電体３１と同じ圧電
体や、酸化ジルコニウム等のセラミックなど、積層体３
４の線膨張率とほぼ等しい線膨張率の材料によって構成
する。これは、圧電振動子ユニット４を製造する際の焼
成工程にて、積層体３４とスペーサ３５の熱収縮度合い
をほぼ等しくするためである。これにより、焼成後の振
動子板における反りやクラックの発生を防ぐことができ
る。

【００５１】この駆動振動子２９における自由端部２９
ａには、図３（ｂ）に示すように、共通内部電極３２と
個別内部電極３３とが重なり合った重ね合わせ領域（オ
ーバーラップ部分）が振動子長手方向に沿って形成して
ある。この重ね合わせ領域は、共通内部電極３２と個別
内部電極３３との電位差に応じて積層体３４が歪み変形
する領域であり、この領域で積層体３４が歪み変形する
ことにより自由端部２９ａが収縮する。また、この自由
端部２９ａには、駆動振動子２９を振動子列設方向に貫
く開口部２３を開設してある。

【００５２】本実施形態では、図３（ｃ）に示すよう
に、この重ね合わせ領域の先端が、開口部２３の先端２
３ａよりも基端側に位置するように、２つの積層体３
４，３４の先端側の非作動部をブリッジ部３５ａによっ
て接合している。ここで、ブリッジ部３５ａは、スペー
サ３５の一部分であり、互いに離隔した平行に配置した
積層体同士を振動子の自由端部分で接合する部分であ
る。

【００５３】また、図３（ｄ）に示すように、重ね合わ
せ領域の基端が、開口部２３の基端２３ｂとほぼ同じか
やや先端側に位置するように設けてある。換言すれば、
重ね合わせ領域が、開口部２３の先端から基端の間に対
応した開口領域に収まるようにしてある。これは、積層
体３４を効率よく変形させるようにするためである。即
ち、積層体３４，３４が変形する領域までもスペーサ３
５で接合してしまうと、スペーサ３５が積層体３４，３
４の歪みを抑えてしまい駆動振動子２９を効率良く伸縮
させることが困難となってしまう。そして、本実施形態
のように、重ね合わせ領域が開口領域に収まるようにす
ると、積層体３４，３４の変形が抑えられることがな
く、駆動振動子２９を効率良く伸縮させることができ
る。

【００５４】次に、駆動振動子２９に設けられた電極に
ついて説明する。上記した個別内部電極３３は、銀パラ
ジウム合金等の電極材料を用いてあり、振動子先端まで
設けてある。そして、この振動子先端で個別外部電極３
６に電気的に接続される。この個別外部電極３６は、駆
動振動子２９に駆動パルスを印加するための電極であ
り、駆動振動子２９毎に電気的に絶縁されている。この
個別外部電極３６は、振動子先端面から、固定板２２の
接着面とは反対の櫛歯状振動子群２１の他方の側面に亘
って倒Ｌ字状に形成してあり、この他方の側面では、図
２にも示すように、駆動振動子２９の基端部２９ｂまで
形成してある。なお、この個別外部電極３６は、金、ニ
ッケル、クロム、銅などの電極材料を用いてあり、蒸着
やスパッタリング等によって形成する。

【００５５】上記した共通内部電極３２もまた銀パラジ
ウム合金等の電極材料により形成してあり、振動子基端
まで設けてある。そして、この振動子基端で共通外部電
極３７に電気的に接続してある。この共通外部電極３７
は、各駆動振動子２９の共通内部電極３２に電気的に接
続させた電極であり、固定板２２の接着面である櫛歯状
振動子群２１の一方の側面から櫛歯状振動子群２１の他
方の側面の基端部分に亘って一連に、略コ字状に回り込
ませて形成してある。なお、櫛歯状振動子群２１の他方
の側面の基端部分においては、図２に示すように、個別
外部電極３６との間に隙間を空けてあり、この共通外部
電極３７と個別外部電極３６とを電気的に絶縁させてあ
る。また、この共通外部電極３７についても、金、ニッ
ケル、クロム、銅などの電極材料を蒸着やスパッタリン
グ等の方法を用いて形成する。

【００５６】そして、櫛歯状振動子群２１の他方の側面
の基端部分は、フレキシブルケーブル２４を実装する配
線実装面としてある。この配線実装面では、図２に示す
ように、ダミー振動子２８，２８の共通外部電極３７，
３７を共通電極配線部３０，３０としてあり、駆動振動
子２９の基端部分を個別電極配線部３８…としてある。
従って、フレキシブルケーブル２４を櫛歯状振動子２１
の側面、即ち、固定板接合面とは反対側の他方の側面で
接続することができ、配線作業を容易に行わせることが
できる。さらに、共通電極配線部３０と個別電極配線部
３８とは、互いに重ならないように振動子長手方向にず
らして形成してある。従って、このフレキシブルケーブ
ル２４を配線する際において、溶けた半田によって共通
電極配線部３０と個別電極配線部３８とが短絡してしま
うのを確実に防止できる。

【００５７】以上のように構成した圧電振動子ユニット
４では、各振動子２８，２９の積層面（即ち、隣り合う
振動子２８，２９の対向した側面）に開口部２３を開設
することにより、各振動子２８，２９の一部を中空構造
に構成したので、駆動振動子２９の静電容量を少なくす
ることができる。これにより、駆動振動子２９に駆動パ
ルスを印加するための回路素子、例えば、トランジスタ
等に、電流容量が少ない安価な回路素子を使用すること
ができ、コストダウンが図れる。さらに、振動子自体の
発熱量を少なくすることができる。加えて、同時に駆動
するドット数の差に基づく電流量の差を小さくできるの
で、圧電振動子ユニット４に供給する駆動パルスを発生
する駆動パルス発生回路（駆動パルス発生手段）を設け
てインクジェット式記録装置を構成した場合には、多数
の駆動振動子２９…を同時駆動させた場合における駆動
パルスの歪みが少なくなる。従って、多ドットを同時に
記録した場合と数ドットを記録した場合とにおける画質
の差を、極めて少なくすることができる。

【００５８】また、駆動振動子２９の一部を中空構造と
したので、駆動振動子２９の外形形状はそのままで静電
容量を少なくすることができる。これにより、静電容量
を少なくしても駆動振動子２９の先端面の大きさを従来
と同程度或いはそれ以上にすることができるので、弾性
シート９の島部１６を全体的に均一に押圧することがで
きる。従って、駆動振動子２９の変位を弾性シート９に
効率良く伝達でき、インクを正確に吐出させることがで
きる。さらに、開口部２３を開設したことにより駆動振
動子２９の表面積が増えるので、駆動振動子２９が発生
した熱を効率良く放出させることができる。このため、
駆動振動子２９が過剰に加熱されることを防止でき、振
動子の動作を安定させることもできる。

【００５９】次に、上記した構成を有する圧電振動子ユ
ニット４の製造方法について、図４に基づいて説明す
る。圧電振動子ユニット４を作成するには、先ず、圧電
体３１、内部電極層３２、圧電体３１、内部電極層３
３、圧電体３１、内部電極層３２…というように積層し
て形成した大判の積層体３４と、大判のスペーサ３５と
から大判の振動子板を作成する。そして、この振動子板
から小判の振動子板を切り出し、この切り出した振動子
板を櫛歯状に歯割りする。なお、図４（ｅ）では、切り
出した後の振動子板（積層体３４，スペーサ３５）を示
してある。

【００６０】まず、大判の積層体３４の作成方法につい
て説明する。まず、図４（ａ）に示す大判の板状圧電体
３１を印刷機にセットする。次に、第１のマスクパター
ンを用いて板状圧電体３１の表面の各印刷領域４１…
に、図４（ｂ）に示すような個別内部電極３３となる電
極層を印刷する。この電極層は、各印刷領域４１の一方
の長辺から他方の長辺に向かって短辺の半分程度の位置
まで設けてある。なお、上記したように、この電極層及
び後述する共通内部電極３２となる電極層は、銀パラジ
ウム合金等の電極材料によって形成する。

【００６１】個別内部電極３３となる電極層を印刷した
ならば、この電極層の上に新たな板状圧電体３１を重
ね、セットする。板状圧電体３１をセットしたならば、
第２のマスクパターンを用い、セットした板状圧電体３
１の印刷領域４１に、図４（ｃ）に示すような共通内部
電極３２となる電極層を印刷する。この電極層は、印刷
領域４１の他方の長辺から短辺方向に沿って一方の長辺
の手前まで設けてある。共通内部電極３２となる電極層
を印刷したならば、この電極層の上に重ねて新たな板状
圧電体３１をセットし、このセットした板状圧電体３１
の印刷領域に個別内部電極３３となる電極層を印刷す
る。以後、同様な工程を繰り返して大判の積層体３４を
作成する。

【００６２】上記の手順で大判の積層体３４を作成した
ならば焼成を行う。この焼成工程では、大判の積層体３
４を２枚とスペーサ３５となる圧電体とを用意し、積層
体３４，３４でスペーサ３５となる圧電体を挟んだ状態
で積層して焼成し、一体化する。これにより、大判の振
動子板が作成される。ここで、スペーサ３５となる圧電
体とは、図４（ｄ）に示すように、開口部２３となる部
分、即ち、個別内部電極３３と共通内部電極３２との重
ね合わせ領域に対応させて通孔４２を開設した圧電体で
ある。なお、この通孔４２は、プレス加工等の任意の加
工方法によって開設する。ここで、スペーサ３５を積層
体３４の圧電体３１と同じ圧電体によって構成したこと
により、上記したように、焼成時における積層体３４と
スペーサ３５の収縮度合いがほぼ等しくなり、振動子板
における反りやクラックの発生を防げる。

【００６３】大判の振動子板を作成したならば、この大
判の振動子板を上記した印刷領域４１に沿って切断し、
小判の振動子板に切り分ける。この切り分けた小判の振
動子板は、表面をラップ処理するなどして整形する。そ
して、小判の振動子板の表面には、個別外部電極３６及
び共通外部電極３７を、蒸着やスパッタリング等によっ
て形成する。

【００６４】外部電極層を形成したならば、図４（ｅ）
に示すように、この小判の振動子板における一方の側面
に固定板２２を接着する。振動子板と固定板２２とを接
着したならば、ダイシングソー等を用いて、振動子板を
切断して各振動子２８，２９を櫛歯状に切り分ける。こ
の切り分け工程において、符号Ｂに示すように、基端部
２９ｂに切り残し部を残すようにして切り分ける。具体
的には、一方の側面側においては固定板取付部を残すよ
うに先端から基端側に向かい、尚且つ、他方の側面側に
おいては個別内部電極３３と電気的に接続した個別外部
電極３６が振動子２８，２９毎に電気的に絶縁されるよ
うに先端から基端まで一連に溝を形成し、該溝により各
振動子２８，２９を切り分ける。このようして、振動子
２８，２９を形成することにより、切り残し部分には共
通内部電極３２が振動子列設方向に延在する。そして、
この切り残し部分の共通内部電極３２により、共通外部
電極３７の電気抵抗値を低くすることができる。従っ
て、駆動パルスの損失を少なくすることができる。

【００６５】なお、この切り分け工程において、各振動
子２８，２９を切り残し部を残さずに完全に切り分ける
ようにしても良い。換言すれば、図４（ｅ）に符号Ｃで
示すように、固定板２２の接着面とは反対の振動子板の
他方の側面から固定板２２まで到達する溝により振動子
板を歯割りして振動子２８，２９を形成するようにして
もよい。このようにすると、隣り合う振動子同士の電気
的絶縁をより確実に行うことができる。そして、この場
合には、固定板２２に導電性を付与し、固定板２２によ
って各振動子２８，２９の共通外部電極３７同士を導通
させる。この導通は、例えば、固定板２２自体をステン
レス板等の導電性材料によって構成しても良いし、固定
板２２の表面に導電性層を形成するようにしてもよい。

【００６６】ところで、上記した第１実施形態では、各
振動子２８，２９毎に開口部２３を１つ開設すると共
に、個別内部電極３３と共通内部電極３２との重ね合わ
せ領域を開口部２３の開口領域に収めるようにしたもの
について説明したが、本発明はこの構成に限定されるも
のではない。以下、本発明の他の実施形態について説明
する。

【００６７】まず、図５を参照して第２実施形態につい
て説明する。この第２実施形態は、個別内部電極３３と
共通内部電極３２の重ね合わせ領域と、開口部２３の開
口領域とを揃えて略一致させた点に特徴がある。

【００６８】具体的に説明すると、開口部２３の先端側
では、開口部２３の先端２３ａの振動子長手方向の位置
（以下の説明において同様）と、重ね合わせ領域の先端
の位置とを略一致させてある。換言すれば、積層体３４
の先端部の非作動部分にスペーサ３５のブリッジ部３５
ａを設け、このブリッジ部３５ａにより積層体３４（３
４ａ，３４ｂ）同士を接合してある。また、開口部２３
の基端側では、重ね合わせ領域の基端の位置と固定板２
２の先端の位置と開口部２３の基端２３ｂの位置とを略
一致させてある。

【００６９】このように構成すると、積層体３４が歪み
変形し得る重ね合わせ領域と開口部２３が開設された開
口領域とが一致するので、スペーサ３５により積層体３
４の歪み変形が抑えられることがなく、積層体３４を効
率良く変形させることができる。さらに、固定板２２の
先端の位置と開口部２３の基端２３ｂの位置とを一致さ
せると共に、振動子先端側でも振動子長手方向の位置を
揃えてブリッジ部３５ａにより、積層体３４，３４同士
を接合しているため、固定板２２に直接接着されている
第１の積層体３４ａと、スペーサ３５を介して第１の積
層体３４ａと接合している第２の積層体３４ｂとに関
し、歪み得る部分の長さが両積層体３４ａ，３４ｂにお
いて同じ長さになる。即ち、開口領域（重ね合わせ領
域）と同じ長さになる。これにより、駆動振動子２９を
伸縮させた際における第１の積層体３４ａ側の固有振動
周期と、第２の積層体３４ｂ側の固有振動周期とが一致
する。従って、第１の積層体３４ａと第２の積層体３４
ｂとが同じ周期で振動するので、インクの吐出を一層安
定させることができる。

【００７０】次に、図６を参照して第３実施形態につい
て説明する。この第３実施形態では、開口部２３を、圧
電体３１の積層方向に沿って３つ開設している。このよ
うに圧電体３１の積層方向に沿って複数の開口部２３
ａ，２３ｂ，２３ｃを開設すると、圧電体積層方向に沿
って積層体３４と開口部２３とが交互に存在するので、
振動子２８，２９の圧電体積層方向の長さを一層長くす
ることができる。また、１つの開口部２３の積層方向の
長さを短くすることもできるので、振動子２８，２９の
強度を高めることもできる。さらに、複数の開口部２３
を設けたことにより、開口部２３の内周面を含めた振動
子２８，２９の表面積を増やすことができるので、駆動
振動子２９が発生する熱を一層効率良く放出することが
できる。

【００７１】なお、図６では、３つの開口部２３ａ，２
３ｂ，２３ｃを設けたものを例示したが、開口部２３の
数は適宜変えることができる。例えば、２つでも良い
し、４つでも良い。また、複数の開口部２３…を圧電体
３１の積層方向に沿って開設するには、スペーサ３５と
なる圧電体（通孔４２を開設した圧電体シート）を、積
層体３４の間に挟んで積層するだけでよいので、製造も
容易である。

【００７２】次に、図７を参照して第４実施形態につい
て説明する。この第４実施形態では、開口部２３（２３
ｄ，２３ｅ）を、振動子２８，２９の長手方向に沿って
２つ開設している。換言すれば、開口部２３の長手方向
の途中にブリッジ部３５ｂを設けている。この構成で
は、振動子板を切断して振動子２８，２９を櫛歯状に切
り分ける際に、このブリッジ部３５ｂが開口領域の積層
体３４の過剰な撓みを防ぐように作用する。従って、切
り分け時における振動子２８，２９の破損を効果的に防
止することができる。なお、図７では、２つの開口部２
３ｄ，２３ｅを設けたものを例示したが、この実施形態
においても開口部２３の数を適宜変えることができる。
また、各開口部２３の振動子長手方向の長さ（ブリッジ
部３５ｂの振動子長手方向の位置）は任意に設定するこ
とができる。

【００７３】次に、図８を参照して第５実施形態につい
て説明する。この第５実施形態では、スペーサ３５´に
内部電極を形成すると共に、共通内部電極３２，３２に
よって開口部２３を区画している。

【００７４】具体的に説明すると、スペーサ３５´にお
ける圧電体積層方向の略中間であって開口部２３よりも
先端側の非作動部分には、個別スペーサ電極４４を設け
てある。この個別スペーサ電極４４は、個別内部電極３
３と同様に銀パラジウム合金等の電極材料により形成し
てあり、振動子２８，２９の先端で個別外部電極３６に
導通させてある。同様に、開口部２３よりも基端側の部
分には、共通スペーサ電極４５を設けてある。この共通
スペーサ電極４５もまた銀パラジウム合金により形成し
てあり、振動子２８，２９の基端で共通外部電極３７に
導通させてある。

【００７５】このようなスペーサ３５´は、圧電体を積
層することにより作成することができる。即ち、開口部
２３となる通孔４２を開設した大判のスペーサ用圧電体
を印刷機にセットし、この圧電体の印刷領域４１に個別
スペーサ電極４４、共通スペーサ電極４５となる電極材
料を印刷して電極を形成する。電極層を形成したなら
ば、形成した電極層に重ねるようにして新たなスペーサ
用圧電体を積層してスペーサ３５´を作成する。そし
て、このスペーサ３５´を間に挟むようにして別途作成
した２枚の大判の積層体３４，３４を積層する。なお、
スペーサ３５´と接する側の積層体３４の表面には、共
通内部電極３２となる電極層を印刷しておく。積層体３
４，３４及びスペーサ３５´を積層したならば、これら
の積層体３４，３４及びスペーサ３５´を焼成によって
一体化し、大判の振動子板を作成する。そして、この振
動子板から小判の振動子板を切り出し、この切り出した
振動子板を櫛歯状に歯割りする。

【００７６】このようにして作成した櫛歯状振動子群２
１では、開口部２３を区画する部分に共通内部電極３
２，３２が露出した状態で形成されると共に、スペーサ
３５´にも内部電極４４，４５が形成されている。即
ち、このスペーサ３５´の部分においても積層体３４と
同様に、圧電体と内部電極とが交互に形成される。従っ
て、積層体３４の線膨張率とスペーサ３５´の線膨張率
とをより近づけることができ、焼成時に発生する振動子
板の反りや歪みをより効果的に防止することができる。

【００７７】なお、図８では、共通内部電極３２，３２
によって開口部２３を区画したものを例示したが、個別
内部電極３３，３３によって開口部２３を区画してもよ
い。また、スペーサ３５´に設ける内部電極４４，４５
は、一層に限定されるものではなく、複数層設けるよう
にしてもよい。

【００７８】次に、図９を参照して第６実施形態につい
て説明する。この第６実施形態では、スペーサ４７を、
導電性材料により構成すると共に共通外部電極３７或い
は個別外部電極３６の一方にのみ導通させている。本実
施形態では、スペーサ４７の先端に絶縁層４７ａを設け
てあり、スペーサ４７を共通外部電極３７にのみ電気的
に接続させてある。

【００７９】この構成では、スペーサ４７自体が共通内
部電極３２と同じ機能を発揮する。このため、積層体３
４に効率良く電界を与えることができ、振動子２８，２
９の変位効率を向上させることができる。なお、図９で
は、スペーサ４７を共通外部電極３７にのみ導通させた
ものを例示したが、スペーサ４７を個別外部電極３６に
のみ導通させるようにしてもよい。

【００８０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
次の効果を奏する。

【００８１】即ち、請求項１に記載の発明によれば、振
動子の自由端部に開設した開口部により振動子の一部を
中空構造にしたので、振動子の変位量を変えずに静電容
量を少なくすることができる。これにより、振動子に駆
動パルスを印加するための回路素子に、電流容量が少な
い安価な回路素子を使用することができ、コストダウン
が図れる。さらに、振動子自体の発熱量を少なくするこ
ともできる。また、同時に駆動するドット数の差に基づ
く電流量の差を小さくでき、多数の振動子を同時駆動さ
せた場合と、数本程度の少数の振動子を駆動させた場合
における駆動パルスの歪みを少なくすることができる

【００８２】また、振動子の一部を中空構造としたの
で、振動子の表面積を増やすことができる。このため、
振動子が発生した熱を効率良く放出させることができ
る。従って、振動子が過剰に加熱することをなくすこと
ができ、振動子の動作を安定させることもできる。

【００８３】さらに、共通内部電極と個別内部電極との
重ね合わせ領域を、開口部の開口領域にあわせて設けた
ので、開口部により分けられた積層体の撓み部分の長さ
を揃えることができる。従って、撓み部分の固有振動周
期を各振動子間で一致させることができる。このため、
振動子全体の伸縮動作をより一層安定させることができ
る。

【００８４】また、請求項５に記載の発明によれば、圧
電体の積層方向に沿って開口部を複数開設したので、振
動子の圧電体積層方向の厚みを厚くしながらも静電容量
を少なくすることができる。また、振動子の表面積を一
層増やすことができるので、より高い放熱効果を得るこ
とができ、振動子の一層の安定動作に寄与できる。

【００８５】また、請求項６に記載の発明によれば、振
動子の長手方向に沿って開口部を複数開設したので、開
口部同士の間に存在するブリッジ部が積層体同士を接合
する。このため、開口部を開設したことによる剛性不足
をブリッジ部で補うことができ、櫛歯状に切り分ける際
における振動子の破損を効果的に防止することができ
る。

【００８６】また、請求項７に記載の発明によれば、共
通内部電極と個別内部電極の少なくとも一方の内部電極
によって開口部を区画するようにしたので、この開口部
にも電界を発生し得る内部電極が存在する。従って、振
動子を効率良く伸縮させることができる。

【００８７】また、請求項８から請求項１０に記載の発
明によれば、積層体の線膨張率とスペーサの線膨張率と
の大差をなくすことができるので、焼成時に発生する振
動子板の反りや歪みをより効果的に防止することができ
る。

【００８８】また、請求項１１に記載の発明によれば、
スペーサを導電性材料により構成し、共通外部電極若し
くは個別外部電極の一方にのみ電気的に接続したので、
スペーサ自体が内部電極と同じ機能を発揮する。このた
め、圧電体に効率良く電界を与えることができ、振動子
の変位効率を向上させることができる。

【００８９】ところで、本願発明によれば、櫛歯状振動
子群の一方の側面側においては固定板取付部を残すよう
に先端から基端側に向かって設け、他方の側面側におい
ては個別内部電極と電気的に接続した個別外部電極が振
動子毎に電気的に絶縁されるように先端から基端まで一
連に設けた溝により、振動子板を歯割りして各振動子を
設けたので、溝によって切り残された部分には、共通内
部電極が振動子列設方向に延在する。そして、この切り
残し部分の共通内部電極により、共通内部電極の電気抵
抗値を低くすることができる。従って、駆動パルスの損
失を少なくすることができる。

【００９０】また、固定板の接着面とは反対側の振動子
板の他方の側面から固定板まで到達する溝により振動子
板を櫛歯状に歯割りして櫛歯状振動子を形成するように
したので、振動子同士の電気的絶縁をより確実に行うこ
とができる。

【００９１】さらに、櫛歯状振動子群の側面を、共通内
部電極及び個別内部電極に駆動パルスを供給する配線手
段を実装する配線実装面としたので、フレキシブルケー
ブルを櫛歯状振動子の当該側面のみで接続することがで
き、配線作業を容易に行わせることができる。

【００９２】また、請求項１２に記載の発明によれば、
振動子に開設した開口部により振動子を中空構造にして
あるので、振動子の外形形状を変えずに静電容量を少な
くすることができる。このため、振動子の圧電体積層方
向の厚みを厚くすることができ、弾性シートの島部を全
体的に押圧することができる。これに伴い、振動子の変
位を効率良く島部に伝達でき、圧力室の容積も効率よく
変化させることができる。従って、インク滴を効率良く
吐出させることができる。

【００９３】また、請求項１３に記載の発明によれば、
島部の両端部を振動子の先端よりも圧電体積層方向に突
出させたので、島部の変位を効率良く圧力室の容積変化
に変換できる。従って、インク滴を一層効率良く吐出さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る圧電振動子ユニット及びインクジ
ェット式記録ヘッドの要部を拡大して示した断面図であ
る。

【図２】圧電振動子ユニットの外観斜視図である。

【図３】駆動振動子の説明図であり、（ａ）は図２にお
けるＡ−Ａ断面図、（ｂ）は駆動振動子の自由端部の拡
大断面図、（ｃ）は開口部の先端部分の拡大断面図、
（ｄ）は開口部の基端部分の拡大断面図である。

【図４】圧電振動子ユニットを作成する工程を説明する
図であり、（ａ）は大判の板状圧電体を説明する図、
（ｂ）は板状圧電体の表面の印刷領域に印刷される個別
内部電極を説明する図、（ｃ）は印刷領域に印刷される
共通内部電極を説明する図、（ｄ）はスペーサとなる圧
電体を説明する図、（ｅ）は振動子の歯割りを説明する
図である。

【図５】第２実施形態の振動子を説明する図である。

【図６】第３実施形態の振動子を説明する図である。

【図７】第４実施形態の振動子を説明する図である。

【図８】第５実施形態の振動子を説明する図である。

【図９】第６実施形態の振動子を説明する図である。

【符号の説明】

１ 記録ヘッド ２ ケース ３ 流路ユニット ４ 圧電振動子ユニット ５ 収容空部 ６ インク供給管 ７ 流路形成板 ８ ノズルプレート ９ 弾性シート １０ ノズル開口 １１ リザーバ １２ 圧力室 １３ インク供給口 １４ 弾性体膜 １５ ステンレス板 １６ 島部 １７ 弾性部 ２１ 振動子群 ２２ 固定板 ２３ 開口部 ２４ フレキシブルケーブル ２８ ダミー振動子 ２９ 駆動振動子 ３０ 共通電極配線部 ３１ 圧電体 ３２ 共通内部電極 ３３ 個別内部電極 ３４ 積層体 ３５ スペーサ ３６ 個別外部電極 ３７ 共通外部電極 ３８ 個別電極配線部 ４１ 印刷領域 ４２ 通孔 ４４ 個別スペーサ電極 ４５ 共通スペーサ電極 ４７ スペーサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/045 B41J 2/055 B41J 2/16

Claims (13)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 共通内部電極と個別内部電極とを圧電体
   を挟んで交互に積層して構成した振動子を櫛歯状に列設
   し、当該振動子の自由端部を残して固定板を接合し、振
   動子の自由端部を圧電体の積層方向と直交する振動子長
   手方向に伸縮可能とした圧電振動子ユニットにおいて、 前記振動子の自由端部に振動子列設方向に貫く中空構造
   となる開口部を開設し、該開口部の先端から基端に対応
   した領域内に前記共通内部電極と前記個別内部電極の重
   ね合わせ領域が収まるように配置したことを特徴とする
   圧電振動子ユニット。
2. 【請求項２】 前記固定板を櫛歯状振動子群の一方の側
   面に接合したことを特徴とする請求項１に記載の圧電振
   動子ユニット。
3. 【請求項３】 前記振動子は、共通内部電極と個別内部
   電極とを圧電体を挟んで交互に積層した積層体を複数備
   え、 離隔した状態で平行に配置した積層体同士を接合するブ
   リッジ部を、振動子の先端部分の非作動部に設けたこと
   を特徴とする請求項１または２に記載の圧電振動子ユニ
   ット。
4. 【請求項４】 前記開口部の基端の位置と固定板の先端
   の位置とを揃えた状態で固定板を櫛歯状振動子群に接合
   したことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の
   圧電振動子ユニット。
5. 【請求項５】 前記開口部を、圧電体の積層方向に沿っ
   て複数開設したことを特徴とする請求項１から４の何れ
   かに記載の圧電振動子ユニット。
6. 【請求項６】 前記開口部を、振動子の長手方向に沿っ
   て複数開設したことを特徴とする請求項１から５の何れ
   かに記載の圧電振動子ユニット。
7. 【請求項７】 前記共通内部電極と個別内部電極の少な
   くとも一方の内部電極によって開口部を区画したことを
   特徴とする請求項１から６の何れかに記載の圧電振動子
   ユニット。
8. 【請求項８】 前記振動子は、共通内部電極と個別内部
   電極とを圧電体を挟んで交互に積層した複数の積層体
   と、前記開口部を形成するために積層体同士の間に介在
   させたスペーサとを備え、 当該スペーサに内部電極を形成したことを特徴とする請
   求項１から７の何れかに記載の圧電振動子ユニット。
9. 【請求項９】 前記振動子は、共通内部電極と個別内部
   電極とを圧電体を挟んで交互に積層した複数の積層体
   と、前記開口部を形成するために積層体同士の間に介在
   させたスペーサとを備え、 当該スペーサを、積層体の線膨張率とほぼ等しい線膨張
   率の材料によって構成したことを特徴とする請求項１か
   ら８の何れかに記載の圧電振動子ユニット。
10. 【請求項１０】 前記スペーサを、積層体を構成する圧
    電体と同じ圧電体により構成したことを特徴とする請求
    項９に記載の圧電振動子ユニット。
11. 【請求項１１】 前記振動子は、共通内部電極と個別内
    部電極とを圧電体を挟んで交互に積層した積層体と、前
    記開口部を形成するために積層体同士の間に介在させた
    スペーサとを備え、 当該スペーサを、導電性材料により構成し、尚且つ、共
    通内部電極と電気的に接続した共通外部電極若しくは個
    別内部電極と電気的に接続した個別外部電極の一方にの
    み電気的に接続したことを特徴とする請求項１から６及
    び請求項９の何れかに記載の圧電振動子ユニット。
12. 【請求項１２】 請求項１から１１の何れかに記載の圧
    電振動子ユニットと、 弾性シートとノズル開口を形成したノズルプレートとに
    より区画された圧力室とを備えたインクジェット式記録
    ヘッドであって、 前記弾性シートを、弾性体膜とノズル開口に対応して設
    けられた島部とから構成し、 振動子の先端を島部に当接させたことを特徴とするイン
    クジェット式記録ヘッド。
13. 【請求項１３】 前記島部の両端部を振動子の先端より
    も圧電体積層方向に突出させたことを特徴とする請求項
    １２に記載のインクジェット式記録ヘッド。