JPH081933A

JPH081933A - 圧電振動子配列体

Info

Publication number: JPH081933A
Application number: JP6160521A
Authority: JP
Inventors: Kohei Kitahara; 公平北原
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1994-06-20
Filing date: 1994-06-20
Publication date: 1996-01-09

Abstract

(57)【要約】【目的】圧電振動子を振動板に確実に接合するととも
に、共通電極の途切れを防止すること。【構成】板材５の表面に一定のピッチで列状に形成さ
れた駆動電極３０、３１と、板材５の表面に駆動電極３
０、３１と一定の間隙を持たせて駆動電極の配列方向に
延長して形成され、端部において外部接続可能な共通電
極引出用電極３２ａと、駆動電極３０、３１に裏面が接
し、かつ一端が共通電極引出用電極３２ａを覆い、かつ
この部分で連続するように形成された圧電振動子６ａ、
６ｂとで構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、弾性変形可能な板に複
数の圧電振動子を形成した圧電振動板配列体に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子デバイス等に組み込まれる配列体
は、できる限り小型で、しかも高い信頼性を備えること
が求められる。このような要求に応えるため、圧電振動
体を弾性変形可能な板材に配列したアクチュエータが様
々な分野で利用されている。例えば、インクジェット式
記録ヘッドに組み込まれる圧電振動子配列体は、インク
滴を吐出させる圧力発生室の一部を構成している振動板
をたわませ、これにより圧力発生室内のインクに圧力を
印加してノズル開口からインクを吐出させるように機能
する。ところで、このようなインクジェット式記録ヘッ
ドに組み込まれる配列体は、極めて微小な圧電振動子を
弾性変形可能な板材に列状に配置し、圧電振動板の表裏
に設けられた電極に印加された駆動信号によりたわみ振
動を生じるように構成されている。このように圧電振動
子のたわみ振動を利用する場合には、圧電振動子の表面
が振動板と十分に接合している必要があるため、特開平
5-267742号公報に示されたように、圧電振動板を取り付
ける基板の駆動電極領域に、導電性を備え、かつ圧電材
料の焼成時に十分な接合力を持つ材料で駆動電極形成す
るとともに、また圧電振動に直接寄与しない領域にも同
様の材料により共通電極の引出し用電極を形成し、これ
ら両者に跨るように圧電振動子を形成して、圧電振動子
と基板との接合力を高めることが提案されている。

【０００３】これによれば、板材と圧電振動子との接合
力を可及的に高めることが可能とはなるが、圧電振動子
のサイズがより小さくなると、圧電振動子と共通電極引
出用電極との接触面積にばらつきが生じて、図８に示し
たように圧電振動子の先端Ａが、引出用電極Ｂから浮き
上がって、基板との接合力が弱まったり、また上面に形
成されている共通電極Ｃと引出用電極Ｂとの接続点Ｄの
電極肉厚が薄くなる等、信頼性が低下するという問題を
抱えている。さらには、各圧電振動子が物理的に分離さ
れ相互間に段差部が存在するため、これら上面に形成さ
れる共通電極を蒸着やスパッタリング等の膜形成手段に
より造り付けようとすると、段差部により膜が分断され
る可能性があり、信頼性に欠けるという問題がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこれらの問題
に鑑みてなされたものであって、その目的とするところ
は、列状に配設される圧電振動子と板材との接合力を可
及的に高めるとともに、共通電極の分断を防止すること
ができる圧電振動子配列体を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような問題を解消す
るために本発明においては、少なくとも表面が電気絶縁
性を備えて弾性変形可能な板材と、該板材の表面に一定
のピッチで列状に形成された駆動電極と、前記板材の表
面に前記駆動電極と一定の間隙を持たせて前記駆動電極
の配列方向に延長して形成され、端部において外部接続
可能な共通電極引出用電極と、前記駆動電極に裏面が接
し、かつ一端が前記共通電極引出用電極を覆うように形
成された圧電振動子と、前記圧電振動子の表面に形成さ
れ、かつ前記共通電極引出用電極に接続する共通電極と
からなる圧電振動子配列体において、前記圧電振動子が
前記共通電極引出用電極の領域で連続するようにした。

【０００６】

【作用】列状に配列された圧電振動子の一端が共通電極
引出用電極上で固定されるとともに、ここで相互が連続
するため、圧電振動板の端面が確実に板材に固定され、
また共通電極が可及的に平坦な面に形成されて各圧電振
動子に対して導通を確保する。

【０００７】

【実施例】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。図１、図２は、それぞれは本発明
の圧電振動子配列体が使用されたインクジェット式記録
ヘッドの一実施例を示す分解斜視図と、断面図であっ
て、図中符号１、１、１は、それぞれ本発明の圧電振動
子配列体であり、また符号２は記録ヘッドを構成するス
ペーサ部材で、この実施例では両者は一体に固定されて
いる。

【０００８】圧電振動子配列体１は、図３に示したよう
に少なくとも表面が電気絶縁性を備えた振動板５、この
実施例で厚さ１０μｍのジルコニアの薄板の表面に形成
された駆動電極に対応して、圧電振動子６ａ、６ａ、６
ａ‥‥、６ｂ、６ｂ、６ｂ‥‥が一定のピッチで、この
実施例では２列に形成され、後述する共通電極引出用電
極に対応する中央領域６ｃで全てのものが連続するよう
に形成されている。一方、圧電振動子配列体１が固定さ
れるスペーサ部材２は、深さ１５０μｍ程度の圧力発生
室５０、５１を構成するの適した厚みを持つジルコニア
（ＺｒＯ₂）などのセラミックス板からなる基板に圧力
発生室５０、５１となる通孔３、３、３‥‥、及び４、
４、４‥‥をそれぞれ列状に穿設して構成されている。

【０００９】図中符号７は、スペーサ部材２の他面に一
体に貼着される蓋板で、この実施例では厚さ１５０μｍ
のジルコニアの薄板からなり、ノズル開口２１、２１、
２１‥‥、２２、２２、２２‥‥と圧力発生室５０、５
０、５０‥‥、５１、５１、５１‥‥とを接続する通孔
８、８、８‥‥、及び９、９、９‥‥と、後述するリザ
ーバ５３、５４を形成する通孔１０、１１と圧力発生室
５０、５０、５０、‥‥５１、５１、５１‥‥とを接続
する通孔１２、１２、１２‥‥、１３、１３、１３‥‥
を穿設して構成されている。

【００１０】１５は、インク供給流路構成板で、インク
流路を構成するに適した例えば１５０μｍのステンレス
鋼などの耐蝕性を備えた板材に、リザーバ５３、５４を
形成する略Ｖ字状に配列された通孔１０、１１と、圧力
発生室５０、５１とノズル開口２１、２１、２１‥‥、
２２、２２、２２‥‥とを結ぶ通孔１６、１７を穿設し
て構成されている。リザーバ５３、５４となる通孔１
０、１１は、蓋板７に設けられたインク供給口１８、１
８、１８‥‥と連通して、ここから通孔１２、１３を介
して各列の圧力発生室５０、５０、５０‥‥、５１、５
１、５１‥‥に印刷により消費されたインクを供給する
ことができる。

【００１１】２０は、ノズルプレートで、直径４０μｍ
のノズル開口２１、２１、２１‥‥、２２、２２、２２
‥‥を穿設するのに適した厚さ６０μｍのステンレス鋼
板からなり、各ノズル開口は２１、２１、２１‥‥、２
２、２２、２２‥‥、それぞれ蓋板７の通孔８、９、イ
ンク流路構成板１５の通孔１６、１７を介してに対向す
る圧力発生室５０、５０、５０‥‥、５１、５１、５１
‥‥に連通されている。

【００１２】これら各部材１、７、１５、２０は、それ
ぞれ積層されて、構成されている材料に適した接合方法
で接合されてインクジェット式記録ヘッドに纏められて
いる。

【００１３】図４は、振動子配列体１の振動板５の表面
に作り付けられた前述の圧電振動子６ａ、６ａ、６ａ‥
‥、６ｂ、６ｂ、６ｂ‥‥の表面構造の一実施例を示す
ものであって、図中符号３０、３０、３０‥‥は、一方
の列の被駆動体、この実施例では圧力発生室５０、５
０、５０‥‥に対向して形成された駆動電極であり、ま
た３１、３１、３１‥‥は、他の被駆動体である圧力発
生室５１、５１、５１‥‥に対向させて形成された駆動
電極で、それぞ共通電極引出用電極３２の中央領域３２
ａと一定の距離、すなわち中央領域３２ａと電気絶縁性
を確保でき、かつ後述する共通電極３３を膜形成方法で
作り付けたときに途切れが生じない程度、例えば１５０
ミクロン程度の間隙を持ち、また他端が振動板５の端部
近傍に位置して外部接続端子を兼ねるように矩形状に構
成されている。

【００１４】３２は、前述の共通電極引出電極で、駆動
電極３０、３０、３０‥‥、３１、３１、３１‥‥の中
間で、その配列方向に延長する中央領域３２ａと、これ
に直交する領域３２ｂとを有するように形成されてい
る。

【００１５】そしてこれら電極の内、圧電振動子６ａ、
６ａ、６ａ‥‥、６ｂ、６ｂ、６ｂ‥‥と接触する駆動
電極３０、３１、及び共通電極引出用電極の中央領域３
２ａは、振動板５と圧電振動子６とに対して共に強い接
合力を発揮するとともに、導電性を有する材料、例えば
白金や白金系合金などを蒸着したり、スパッタリングし
て構成されている。

【００１６】これら駆動電極３０、３０、３０‥‥、３
１、３１、３１‥‥の表面には、振動板５の側端から共
通電極引出用電極の中央領域３２ａの近傍まで、駆動電
極３０、３１の側端を覆い隠す幅を有し、また共通電極
引出用電極の中央領域３２ａの少なくとも中心線を一定
の幅で覆う中央領域６ｃを有する、全体として櫛歯状に
形成された圧電振動子６ａ、６ａ、６ａ‥‥、６ｂ、６
ｂ、６ｂ‥‥が造り付けられている（図中、クロスハッ
チングで示す領域）。

【００１７】３３は、共通電極で、圧電振動子６ａ、６
ａ、６ａ‥‥、６ｂ、６ｂ、６ｂ‥‥の側端６ｄ、６ｅ
よりも中央寄りの領域を全て覆うととも、少なくとも共
通電極引出用電極３２と重なるように導電材料の蒸着
や、スパッタリング等の膜形成手段により構成されてい
る。

【００１８】この実施例において、共通電極３３と選択
された１つの駆動電極３０に駆動信号を印加すると、こ
れに挟まれた圧電振動子６ａが長手方向を軸とするよう
に幅方向に湾曲する。この変形は被駆動体である圧力発
生室５０を収縮させてノズル開口２１からインク滴を吐
出させることになる。

【００１９】このとき、振動子６ａは、ノズル開口側が
共通電極引出用電極３２の中央領域３２ａで振動板５に
固定されているため、振動板５に十分な変位を起こさせ
ることができる。

【００２０】駆動信号の印加が解除されて圧電振動子６
ａが元の形状に復帰すると、圧力発生室５０の容積が膨
張して圧力発生室５０に陰圧が生じ、蓋板７の通孔１２
を通ってリザーバ１０から圧力発生室５０に、消費分に
相当するインクが補給される。以下、インク滴を発生さ
せるべき被駆動体である圧力発生室５０、５０、５０‥
‥、５１、５１、５１‥‥に対応する圧電振動子６ａ、
６ａ、６ａ‥‥、６ｂ、６ｂ、６ｂ‥‥の駆動電極３
０、３０、３０‥‥、３１、３１、３１‥‥が選択さ
れ、これと共通電極３３とに駆動信号が印加されて印刷
が実行される。

【００２１】各圧電振動子６ａ、６ａ、６ａ‥‥、及び
６ｂ、６ｂ、６ｂ‥‥は、一端を中央領域６ｃにより連
続する形成され、かつ共通電極引出用電極３２の中央領
域３２ａでこれと接触していて可及的に広い面積で端部
が振動板５に固定されているから、端部のめくれが生じ
にくく、しかも表面、側面を共通電極３３により被覆さ
れているから、環境中の湿気の侵入も防止されて、長期
間の使用においても劣化を来すことがない。

【００２２】さらには、インク吐出には直接寄与しない
ものの、ノズル開口近傍にも圧電振動子６の中央領域６
ｃが共通電極引出用電極の中央領域３２ｃを介して振動
板５に固着されているため、この部分が圧電振動子によ
り機械的に補強され、１つの振動子の変位が他の領域に
伝搬するのが防止され、インクジェット式記録ヘッドに
適用した場合にはクロストーク等、印字品質を低下させ
る要因を減じるのに寄与することになる。

【００２３】次に上述した記録ヘッドの製造方法を図５
に基づいて説明する。少なくとも表面が電気絶縁性を備
えた振動板５の表面に、被駆動体、例えば圧力発生室５
０、５１の位置に合わせて駆動電極となるパターン５
５、５５、５５‥‥、５６、５６、５６‥‥を、導電性
を備え、かつ振動板５と後述する圧電材料のグリーンシ
ートの焼成時に強い接合力を発揮する高い材料、例えば
白金や、白金系合金、銀、銀系合金の材料を用いて蒸着
やスパッタリング、スクリーン印刷等、導電パターン形
成技術を適用して形成する。

【００２４】同時にこれら駆動電極のパターン５５、５
６の形成に合わせて、これら駆動電極のパターン５５、
５６が対向する側の中央部に共通電極引出用電極の中央
領域３２ａとなるパターン５７ａ、及び外部接続用のパ
ターン５７ｂを、導電性を備え、かつ振動板５と後述す
る圧電材料のグリーンシートの焼成時に強い接合力を発
揮する高い材料、例えば白金や、白金系合金、銀、銀系
合金の材料を用いて蒸着やスパッタリング、スクリーン
印刷等、導電パターン形成技術を適用して形成する（図
５（イ））。

【００２５】これら電極のパターン５５、５６、５７
ａ、５７ｂが形成された段階で、これら駆動電極のパタ
ーン５５、５６の幅よりも若干大きめで、一方の駆動電
極のパターン５５の側端近傍から共通電極引出用電極の
パターン５７ａを覆うようにして他方の駆動電極のパタ
ーン５６の先端側近傍まで延び、ここから各パターン５
５、５６を個別に覆うように側端近傍にまで連続して延
びる圧電材料のパターン５８を、テンプレート等を用い
て厚膜印刷法により振動子に適したグリーンシートを形
成する（図５（ロ））。この圧電材料としては、例えば
ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）等が望ましい。

【００２６】この圧電材料の厚膜印刷に際しては、すく
なくとも共通電極引出用電極近傍においては連続する大
きな窓を介して圧電振動材料が塗布されるため、駆動電
極毎に対応する独立した窓を介して圧電振動材料を塗布
する従来の方法に比較して、圧電材料を駆動電極、及び
共通電極引出用電極のパターンに均一に付着させること
ができる。

【００２７】圧電材料が所定の乾燥度となった段階で、
圧電材料を焼成するのに適した温度、例えば１０００乃
至１２００°Ｃ程度で加熱する。焼成の過程においても
圧電材料のパターン５８は、共通電極引出用電極のパタ
ーン５７ａ上で連続しているため、従来起こりがちであ
った圧電材料のめくれが防止される。

【００２８】そして圧電材料の焼成が終了した段階で、
各圧電振動子の両端近傍、及び共通電極引出用電極のパ
ターン５７ａ、５７ｂを覆う導電パターン５９を、銅、
及びニッケルの層を順番に蒸着等の膜形成手段により形
成して、各圧電振動子に対する他方の電極を構成する
（図５（ハ））。もとより、駆動電極のパターン５５、
５６は、外部接続部となる側端以外の領域では圧電振動
子となるパターン５５、５６により覆われているから、
共通電極５９と短絡するようなことはない。

【００２９】これにより、図６に示したように２つの駆
動電極の導電パターン５５と５６に連続するように形成
された圧電振動子５８は、その中央部において共通電極
引出用電極５７ａ上で連続することになるから、共通電
極がすべての圧電振動子に対して可及的に小さな段差と
なり、したがってこれらの上に膜形成法により共通電極
５９を形成しても途切れが生じることがなく、確実な導
電性を確保できることになる。

【００３０】なお、上述の実施例においては、圧電振動
板を対称線を中心とするように複数列配置したものに例
を採って説明したが、１列のものに適用しても同様の作
用を奏することは明らかである。すなわち、図７に示し
たように、駆動電極５６の外部接続端側とは反対の側に
共通電極引出用電極７０を形成するとともに、この共通
電極引出用電極７０上で連続するように櫛歯状に圧電振
動子７１、７１、７１‥‥を形成することにより、これ
らの表面に形成される共通電極７２は、少なくとも共通
電極引出用電極７０の表面が平坦であるから、共通電極
形成の途切れが防止されることになる。

【００３１】なお、この実施例においてはインクジェッ
ト式記録ヘッドに例を採って説明したが、他の被駆動体
に適用しても同様の作用を奏することは明らかである。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
少なくとも表面が電気絶縁性を備えて弾性変形可能な板
材と、板材の表面に一定のピッチで列状に形成された駆
動電極と、板材の表面に駆動電極と一定の間隙を持たせ
て駆動電極の配列方向に延長して形成され、端部におい
て外部接続可能な共通電極引出用電極と、駆動電極に裏
面が接し、かつ一端が共通電極引出用電極を覆うように
形成された圧電振動子と、圧電振動子の表面に形成さ
れ、かつ共通電極引出用電極に接続する共通電極とから
なる圧電振動子配列体において、圧電振動子が共通電極
引出用電極の領域で連続するように形成したので、圧電
振動子表面に形成される共通電極がすべての圧電振動子
に対して同一の平面を有することになり、圧電振動子の
厚みに起因する段差による途切れを防止して確実な動作
を確保することができるばかりでなく、共通電極引出用
電極に可及的に広い面積で固定されることになり、めく
れの発生が防でき、さらにはこの部分が振動板の補強材
としても機能し、信頼性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の圧電振動子配列体の一適用例であるイ
ンクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図である。

【図２】本発明の圧電振動子配列体の一適用例であるイ
ンクジェット式記録ヘッドの断面図である。

【図３】本発明の圧電振動子配列体とスペーサとを分離
して示す分解斜視図である。

【図４】本発明の圧電振動子配列体の一実施例を示す上
面図である。

【図５】図（イ）、（ロ）、（ハ）は、それぞれ本発明
の圧電振動子配列体の製造工程を示す図である。

【図６】図（イ）、（ロ）、（ハ）は、それぞれ中央の
共通電極引出電極と圧電振動子と駆動電極の関係を示す
図であって、図（イ）は上面図、（ロ）はＡ−Ａ線で
の、また（ハ）はＢ−Ｂ線での断面図である。

【図７】本発明の他の実施例を示す上面図である。

【図８】従来の圧電振動子配列体の圧電振動子先端を拡
大して示す断面図である。

【符号の説明】

１圧電振動子配列体５板材６ａ、６ｂ圧電振動子３０、３１駆動電極３２ａ、３２ｂ共通電極引出用電極３３共通電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも表面が電気絶縁性を備えて弾
性変形可能な板材と、該板材の表面に一定のピッチで列
状に形成された駆動電極と、前記板材の表面に前記駆動
電極と一定の間隙を持たせて前記駆動電極の配列方向に
延長して形成され、端部において外部接続可能な共通電
極引出用電極と、前記駆動電極に裏面が接し、かつ一端
が前記共通電極引出用電極を覆うように形成された圧電
振動子と、前記圧電振動子の表面に形成され、かつ前記
共通電極引出用電極に接続する共通電極とからなる圧電
振動子配列体において、前記圧電振動子が前記共通電極引出用電極の領域で連続
していることを特徴とする圧電振動子配列体。
【請求項２】前記圧電振動子が前記共通電極引出用電
極に対してほぼ対象となるように複数列形成されている
請求項１の圧電振動板配列体。
【請求項３】前記振動板は、ジルコニアからなり、ま
た前記振動板の表面に形成される前記各電極は、白金、
白金系合金、銀、銀系合金から選択された材料で形成さ
れた請求項１の圧電振動板配列体。