JP3622484B2 - 圧電アクチュエータ及びこれを用いたインクジェットヘッド - Google Patents
圧電アクチュエータ及びこれを用いたインクジェットヘッド Download PDFInfo
- Publication number
- JP3622484B2 JP3622484B2 JP6486598A JP6486598A JP3622484B2 JP 3622484 B2 JP3622484 B2 JP 3622484B2 JP 6486598 A JP6486598 A JP 6486598A JP 6486598 A JP6486598 A JP 6486598A JP 3622484 B2 JP3622484 B2 JP 3622484B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric material
- ink
- plate
- piezoelectric actuator
- actuator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電アクチュエータとこの圧電アクチュエータを用いたインクジェットヘッドに関し、高分解能化、低コスト化をはかった圧電アクチュエータ及びこれを用いたインクジェットヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図９（ａ）、（ｂ）は従来より用いられているインクジェットヘッドの一例を示すもので（ａ）は組立図、（ｂ）図は（ａ）図の分解斜視図である。図に示すインクジェットヘッドでは、オリフィス吐出孔１１を有するオリフィス板１と、圧力室２１，共通インク室２２及びインク供給口２３を有するベース板２と、圧力室２１の形状に対応して形成された貫通孔１２及び連通流路３１が形成された流路板３と、振動板４と、ＰＺＴ等の圧電材からなる小片５と、絶縁シート６４上に電極６１，６２及びこれら電極を結ぶリード線６３が形成されたフレキシブルプリント基板（以下、単にＦＰＣという）６が接着剤等で接着されて（ａ）図の斜視図で示すように積層されている。
【０００３】
上記各部材のうち、オリフィス板１，流路板３，振動板４は例えば数十から２００μｍ程度の厚さのステンレス板を適宜使い分けて金属エッチング、金属プレス等により形成される。また、オリフィス吐出孔１１の径は３０〜１００μｍ程度であるが、ここではオリフイス板１をエッチングして形成する際に同時に形成している。
【０００４】
圧電材からなる小片５への給電用配線は、通常ワイヤ、フレキシブル印刷配線板（ＦＰＣ）等をボンディング、ハンダ付けすることにより行う。ここでは、 ＦＰＣ６上に形成された端子６２を小片５に形成された表面電極５２にハンダ付け（図９（ａ）参照）している。なお、振動板４は図示せぬ別経路の配線により接地電位となるようにされている。
【０００５】
そして、各部材を図９（ａ）のように積層した後、インク供給口２３からインクを入れ共通インク室２２から流路３１，圧力室２１を経てオリフィス吐出孔に至るまでをインクで満たした後、圧電材５に電圧パルスを印加してインクを吐出させる。
以下吐出動作について図１０（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。これらの図において図（ａ）は組立て断面図、図（ｂ）はパルス印加により振動板４が歪んだ状態を示している。
【０００６】
図１０（ａ）において、圧電材５の電極５１，５２にはインク吐出が指令されるタイミング毎に、図示せぬ駆動回路から駆動電圧パルスがＦＰＣ６の端子６１，６２を介して印加される（印加電圧は例えば５０Ｖ，１００μ／秒程度）。
その結果、圧電材５内には図の上下方向に電界が発生し、これと直交した平面方向に収縮方向の歪み（応力）が発生する。
【０００７】
圧電材５は振動板４に接合されてユニモルフ型のアクチュエータを構成しており、この応力は図（ｂ）のような太鼓状の変位を生じさせる。発生した太鼓状変位は圧力室２１内の圧力を上昇させ、オリフィス板１のオリフィス吐出孔１１よりインクを吐出させる。
【０００８】
目的とするインク量が吐出した後、圧電材５への電圧印加が終了しアクチュエータの変位が元に戻って圧力室内２１の圧力も一度負圧に転じた後大気圧に戻る。このとき図示せぬインクタンクから、インク供給口２３，共通インク室２２，連通流路３１を経由して圧力室２１へインクが補給される。
【０００９】
なお、このようなユニモルフ型のアクチュエータを構成する場合、圧電材と流路板の弾性係数及び厚さは次式に示す関係に選定することが駆動効率の上から望ましい。
Ｅ１（ｔ１）２＝Ｅ２（ｔ２）２ …▲１▼
ここで、 Ｅ１，Ｅ２は圧電材，振動板の弾性係数
ｔ１，ｔ２は圧電材，振動板の厚み
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで上述の従来例においては、圧電材５の小片を振動板４に接着することでアクチュエータを構成しているため、
▲１▼ 圧電材５の振動板４への接着
▲２▼ 各圧電材５への電気配線６３
を必要とする。
そして、このような構成のインクジェットヘッドでは記録分解能及び記録速度を向上させるための手段としてインクジェット吐出部（アクチュエータ、圧力室、オリフィス吐出孔の一対）を狭いピッチで多数形成することが要求される。
しかしながら、例えば数十〜数百μｍのピッチで数百の吐出口をならべて形成しようとすると、以下のような問題があった。
【００１１】
吐出部を狭ピッチで形成するには、圧電材自体の寸法を小さくする必要があり、また、同時にヘッド駆動電圧を小さくするため圧電材の厚みを数十〜２００μｍ程度と薄く製作する必要がある。しかし圧電材（ ＰＺＴ等）は粉体を焼成したセラミックスで形成された非常に脆い材質であり、そのような材質で微小片を作製することは、加工法，取り扱い上困難である。また、 加工できたとしてもコスト，精度的に問題がある。
【００１２】
また、脆く微少な圧電材片は接着時の取り扱いや加圧等で破壊しやすく、力をかけずにハンドリングし振動板に対して精密に位置決めすることが難しい（位置合わせが不十分だと、吐出効率が低下する）。また、圧電材は有極性部品であるため接着に際してその上下面を識別する必要があるが、微小片では識別が困難である。更に接着に際し接着剤が圧電材の周辺から漏れ出すのでこれを除去するのは難しい。
【００１３】
以上のような困難な接着作業を一つのヘッドに対して数百と行うのは製造コストの点で問題がある。
また、圧電材への給電の方法としては、半田付けまたは配線材の融着（または単なる押し付け）によっているが、例えばＦＰＣのような配線材を用いる場合、微少なピッチで配線パターンや端子部を設けねばならず製造が困難である。
【００１４】
配線パターンと圧電材を接続するには半田コテ等の配線ツールを用いるが、半田コテが圧電材の大きさより大きく半田が圧電材から漏れ出たり配線材が圧電材と導電体である振動板の両者に接触する等して、駆動側と接地側が短絡するという不具合が生じ易くなる。
【００１５】
また、圧電材は一旦キュリー点（通常１５０〜３５０℃程度）以上の温度に昇温されると、その圧電性が消滅し記録ヘッドがインク吐出不能状態になる（圧電材への配線として半田付けを使用する場合大きな圧電材を振動板に接合した後に半田付けするものでは圧電材から熱容量の大きな振動板へ熱伝導するので圧電材への熱的影響はないか、若しくは一部の特性が損なわれるにとどまるが、小さな圧電材では瞬時に全体に熱が行き渡り圧電材全体の圧電性が損なわれる）。
【００１６】
このような問題を解決する手段として、振動板の上に圧電材の平板を接着後、ダイシング・ソウ等で、圧電材を小さな片に切り離していく製造方法が実用化されているが、この方法においても以下のような問題がある。
１）脆い圧電材の切削加工は寸法の下限値に限度がある。
２）振動板に傷をつけないで、薄い圧電材のみを切削することは困難である。
３）加工法の制限から、切り取られる形は直線的な形状に限られる。
４）一つ一つ機械加工を行うため長い工作時間を要し、コストが高くなる。
５）上述した配線時の問題は何ら解決されない。
【００１７】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、圧電材を用いたインクジェットヘッドを狭ピッチ化するに際して発生する種々の問題点を本質的に解決した圧電アクチュエータ及びこれを用いたインクジェットを実現することを目的としている。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために本発明は、
１．板状圧電材の所定個所に少なくとも一つの電圧印加部材を設け、その板状圧電材の所定個所を選択的に駆動するように構成した圧電アクチュエータであって、該アクチュエータを構成する電圧印加部材は、前記板状圧電材の表面に導電性を有する膜により形成すると共にこの導電性膜により構成される振動膜として機能する部分とリード線として機能する部分のうち振動膜として機能する部分の膜厚を厚く形成したことを特徴とする圧電アクチュエータ。
２．振動膜として機能する部分を複数個形成し、それぞれの振動膜の厚さを異なる厚さに形成したことを特徴とする請求項１記載の圧電アクチュエータ。
３．電圧印加部材が形成された部分以外の表面にこの電圧印加部材とは電気的に絶縁された補強膜を形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電アクチュエータ。
４．電圧印加部材が形成された板状圧電材の裏面に前記板状圧電材の補強膜を形成したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
５．インクタンクから流路を介して圧力室にインクが供給され、所要時に圧力印加手段により前記圧力室に圧力が印加されてオリフィス吐出孔よりインクの粒子を噴射するインクジェットヘッドにおいて、前記圧力印加手段として請求項１乃至３のいずれかに記載の圧電アクチュエータを用いたことを特徴とするインクジェットヘッド。
６．インクタンクから流路を介して圧力室にインクが供給され、所要時に圧力印加手段により前記圧力室に圧力が印加されてオリフィス吐出孔よりインクの粒子を噴射するインクジェットヘッドにおいて、前記圧力印加手段として請求項４に記載の圧電アクチュエータを用い、前記板状圧電材の裏面に形成された補強膜に前記インクが供給される流路若しくは圧力室の少なくとも一方を形成したことを特徴とするインクジェットヘッド。
７．圧電アクチュエータとオリフィス吐出孔が形成されたオリフィス板を両面接着テープで固定したことを特徴とする請求項６記載のインクジェットヘッド。
を構成したものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。
図１（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態の一例を示すアクチュエータ及びこれを用いたインクジェットヘッドであり、（ａ）は組み立て完成図、（ｂ）図は（ａ）図の分解斜視図である。図１（ａ）、（ｂ）に示すインクジェットヘッドにおいて、オリフィス板１と、ベース板２と、流路板３は従来のものと同様であり、アクチュエータ部分のみが異なっている。
【００２１】
本発明では平板状圧電材７の表面の所定の個所に複数（図では４個）の振動膜（電圧印加部材）８２、リード線８３及び電極端子８１をフォトリソグラフィとエッチングの技術により一体として形成する。
【００２２】
ここで、アクチュエータを構成する平板状圧電材（以下、単に圧電材という）７に電圧印加部材（以下、単に振動膜という）８２を形成する過程について図２（ａ） 〜（ｇ）の製作工程例を用いて説明する。
図２（ａ）において、圧電材７の表面に銀電極７ａを印刷する。
【００２３】
図２（ ｂ ）において、図（ａ）で形成した印刷銀電極７ａ上にスピンコート等の方法により均一にレジスト７ ｂを塗布する。
図２（ ｃ ）において、レジスト７ ｂを塗布した圧電材７上に電極端子８１，振動膜８２，リード線８３の部分以外を覆うフォトマスク７ｃを用いてレジスト７ ｂに選択的に光を照射する。
【００２４】
図２（ｄ ）において、光が照射されないレジスト部分（非露光部）を現像液により除去する。
図２（ｅ）において、銀用エッチング液（例えば熱濃硫酸や硝酸）を用いてレジストで覆われていない部分の銀電極を除去する。
【００２５】
図２（ｆ）において、レジストを溶剤により除去する。
図２（ｇ）において、エッチングで残った銀パターンに通電して銀パターン上に適当な厚みとなるように電気メッキ（例えばニッケルメッキ）を施す。
【００２６】
上述の過程により圧電材７の表面に振動膜８２を精密に形成したユニモルフ型アクチュエータを実現することができる。なおこの場合、圧電材７と振動板８２の厚さおよび弾性係数は前述の▲１▼式をほぼ満足するように選定することが望ましい。
また、電極の形成方法としては上記実施例に限ることなく、例えばドライプレーティング，無電解メッキ等を含む公知の製膜技術，パターン形成技術を適宜組み合せて使用することで形成可能である。
【００２７】
次に図３を用いてインク吐出の過程を説明する。（なお、図中の符合は図１に示す符合と同一部品である）。（ａ）図は圧力室２１内にインクを満たした状態の断面図である。
【００２８】
図３（ａ）において、振動させる部分の振動膜８２のいずれか（ここでは８２ａとする）にインク吐出が指令されるタイミング毎に、図示せぬ駆動回路から振動膜８２上の端子８１ａを経由して駆動電圧パルスが印加される。なお、裏面電極７１は図では省略するが接地されているものとする。
その結果、（ｂ）図に示すように振動膜８２ａ直下の圧電材７内に図の上下方向に電界が発生し、これと直交した平面内に拡張方向の歪みが発生する。
【００２９】
振動板８２ａは圧電材７に接合されているため、その部分にほぼ振動膜８２の大きさのユニモルフ型のアクチュエータが構成されており、このアクチュエータにより発生した歪みにより圧電材７が部分的に太鼓状に変位する。この変位は圧力室２１内の圧力を上昇させ、オリフィス板１のオリフィス吐出孔１１よりインクを吐出させる。
【００３０】
目的とするインク量が吐出した後、圧電材７への電圧印加が終了しアクチュエータの変位が元に戻って圧力室内２１の圧力も一度負圧に転じた後大気圧に戻る。このとき図示せぬインクタンクから、インク供給口２３，共通インク室２２，連通流路３１を経由して圧力室２１へインクが補給される。
【００３１】
上記において、図３（ｃ）で示すように圧電材の振動膜直下以外の周辺部にも電界が発生するので歪みが生じるが、
１）電界方向が圧電材７の電気軸とずれていること。
２）圧電材７の厚みが薄い場合、その影響が及ぶ範囲が僅かであること。
３） ユニモルフ構造となっていない部分の歪みは大きな太鼓状変位を発生しないこと。
【００３２】
４）周辺部の下面はベース部材の上面の平面部が接合されていて変形が抑制されること。
等から無視することができ、ほぼ従来例と同様の変形を得ることができる。
なお、このアクチュエータでは圧電材の歪み方向が拡張方向となっているが、これは圧電材７の極性を逆にしたり、印加する電圧の極性を逆にすることにより実現することができる。
【００３３】
次にその他の実施例について説明する。
図２に示すアクチュエータを用いたインクジェットヘッドでは、リード線８３と流路板の流路３１が重なっている。そのため、この部分にも歪みが発生する。
その結果、図４に示すように一点鎖線（理想的な変形）のようであることが望ましいアクチュエータの変位が実線（実際の変形）のような変位となり、
【００３４】
１）基本振動モードの太鼓状振動の端点の状態や端点間の長さが変わり、固有振動数が低下して減衰率が上がる。
２）変形が単なる太鼓状ではなく高次の形を含むことから、振動変位に高周波数成分が重畳される。
という影響が現れ、記録ヘッドの記録特性、特にサテライトドットの発生状況や吐出効率を悪化させることになる。
【００３５】
インクジェット記録方式における階調表現の方法として、記録させるドット径を変化させる方法がある。そして、ドット径を変える一手段として同一ヘッド内において、部分的に圧電材、または振動膜の厚みを変えることで各吐出口毎のインク滴量を変化させて記録ドット径を変化させる方法が知られている。
【００３６】
しかしながら、図２に示す製造方法では板状圧電材や振動板の厚みがすべて同一になるため、前記階調表現方法を適用することができない。
従ってここでは、振動板の厚みを変えたアクチュエータを実現する。
【００３７】
図５は振動膜８２とリード線８３，電極端子８１の膜厚を変えるための製作工程を示しており、図２に示す工程（ｆ）に引き続いて行う。
図５（ａ）において、図２（ｆ）で形成した銀パターン上にスピンコート等の方法により均一にレジスト７ ｂを塗布する。
【００３８】
図５（ ｂ ）において、レジスト７ ｂを塗布した圧電材７上に振動膜８２の上部に相当する部分以外を露出させ，フォトマスク７ｃを用いてレジスト７ ｂに光を照射する。
図５（ ｃ ）において、光が照射されないレジスト部分（非露光部）を現像液により除去する。
【００３９】
図５（ｄ ）において、レジストが除去された振動膜の部分の銀パターンに通電して銀パターン上に適当な厚みに電気メッキ（例えばニッケルメッキ）を施す。
図５（ｅ）において、レジストを溶剤により除去する。
上記の製作工程によれば、振動板８２の部分のみを厚く他の部分を薄く形成できるので図４に示す弊害を少なくしたユニモルフ型アクチュエータを実現することができる。なおこの場合、圧電材７と振動板８２の厚さおよび弾性係数は前述の▲１▼式を満足するように選定することが望ましい。
また、電極の形成方法としては上記実施例に限ることなく、例えばドライプレーティング，無電解メッキ等を含む公知の製膜技術，パターン形成技術を適宜組み合せて使用することで形成可能である。
【００４０】
なお、図５に示す製作工程を踏まえて４つの振動膜を選択的にフォトマスクで覆い、電気メッキの厚さを制御することにより、膜厚の異なる振動膜を形成することができ、前述の階調表現方法を適用することができる。
【００４１】
更にその他の実施例に付いて説明する。
圧電材は、脆い材料であり薄く、かつ大きな平面形状の部品は割れやすく、部品そのものの取り扱いに慎重さが要求されると共に、ベース板２への接合作業も熟練を要する。また、圧電材７と流路板３が別部品であることから、アクチュエータ部の振動膜８２とその周辺支持部の相対的な位置精度が高くない。この両者の位置関係に差があると、吐出効率が大幅に落ち、記録特性を損なうこととなる。
従ってここでは、圧電材７に補強を施すとともに位置精度が高く部品点数の削減を図ったアクチュエータを実現する。
【００４２】
図６（a）〜（k）はこのようなアクチュエータの製作工程の一例を示す図である。工程に従って説明する図６（a）において、厚さ０．１ｍｍ程度の圧電材７の表，裏面に銀電極７aを印刷する。
【００４３】
図６（ ｂ ）において、図（ａ）で形成した印刷銀電極７ａ上にスピンコート等の方法により均一にレジスト７ ｂを塗布する。
図６（ ｃ ）において、レジスト７ ｂを塗布した圧電材７上に電極端子８１，振動膜８２，リード線８３の部分の周囲の僅かな部分（例えば０．２ｍｍ程度の幅）を覆って露光する。
【００４４】
図６（ｄ ）において、光が照射されないレジスト部分（０．２ｍｍ程度の非露光部）を現像液により除去する。
図６（ｅ）において、銀用エッチング液（例えば熱濃硫酸や硝酸）を用いてレジストで覆われていない部分（０．２ｍｍ程度の非露光部）の銀電極を除去する。
【００４５】
図６（ｆ）において、レジストを溶剤により除去する。
図６（ｇ）において、表面に再びレジストを塗布する
図６（ｈ）において、振動膜８２，リード線８３，電極端子８１及び図６（ｅ）において銀電極を除去した部分以外を覆うフォトマスクを用いて露光する。
【００４６】
図６（ｉ）において、現像リンスを行って振動膜８２，リード線８３，電極端子８１の部分の銀電極を露出させる。
図６（ｊ）において、銀パターンに通電して銀パターン上に適当な厚みに電気メッキ（例えばニッケルメッキ）を施す。
【００４７】
図６（ｋ）において、表面のレジストを除去する。
上記の製作方法によれば、振動膜８２，リード線８３，電極端子８１の部分と同時にこれらとは電気的には絶縁した状態で保護膜を電気メッキにより形成したので圧電材７に補強を施すとともに位置精度が高く部品点数の削減を図ったユニモルフ型アクチュエータを実現することができる。
なおこの場合も、圧電材７と振動板８２の厚さおよび弾性係数は前述の▲１▼式を満足するように選定することが望ましい。
また、電極の形成方法としては上記実施例に限ることなく、例えばドライプレーティング，無電解メッキ等を含む公知の製膜技術，パターン形成技術を適宜組み合せて使用することで形成可能である。
【００４８】
次に圧電材７の裏面に保護膜を形成すると共に図１に示すベース板２及び流路板３を不要としたインクジェットヘッドの製作工程の一例について図７，図８を用いて説明する。
図７（ａ）において、圧電材７の表面には先に説明した方法により振動膜，リード線，電極端子が形成されている（図示省略）ものとし、裏面には銀電極７ａが印刷されている。
【００４９】
図７（ ｂ ）において、図（ａ）で形成した印刷銀電極７ａ上にスピンコート等の方法により均一にレジスト７ ｂを塗布する。
図７（ ｃ ）において、レジスト７ ｂを塗布した圧電材７上に、表面の振動膜８２に対応する位置７１ａの部分と、図１に示す流路３１に相当する３１ａの部分、インク供給口２３ａ及び共通インク室２２に相当する２２ａの部分以外の部分をフォトマスク７ｃで覆って露光する。
【００５０】
図７（ｄ ）において、光が照射されない非露光部のレジストを現像液により除去する。
図７（ｅ）において、露出した銀パターンに通電してこの上に電気メッキ（例えば厚さ０．１ｍｍ以上にニッケルメッキ）７ｅを施すことにより、図１に示す流路３１に相当する３１ ｂの部分、インク供給口に相当する２３ ｂ及び共通インク室２２に相当する２２ｂの部分を形成することができる。
図７（ｆ）において、レジストを溶剤により剥離する。
【００５１】
次に、図８を用いて圧電材７の裏面に保護膜を形成すると共に図１に示すベース板２及び流路板３を不要としたインクジェットヘッドの他の製作工程について説明する。
図８（ａ）において、圧電材７の表面には先に説明した方法により振動膜，リード線，電極端子が形成されている（図示省略）ものとし、裏面には銀電極７ａが印刷されている。
【００５２】
図８（ ｂ ）において、図８（ａ）で形成した印刷銀電極７ａ上に通電してこの上に電気メッキ（例えば厚さ０．１ｍｍ以上にニッケルメッキ）７ｅを施す。
図８（ ｃ ）において、スピンコート等の方法により均一にレジスト７ ｂを塗布する。
【００５３】
図８（ｄ ）において、レジスト７ ｂを塗布した圧電材７上に、表面の振動膜に対応する位置７１ａの部分と、図１に示す流路３１に相当する３１ａの部分、インク供給口２３及び共通インク室２２に相当する２２ａ，２３ａの部分以外の部分をフォトマスク７ｃで覆って露光する。
図８（ｅ）において、光が照射されない非露光部のレジストを現像液により除去する。
【００５４】
図８（ｆ）において、エッチングによりレジストで覆われていない２２ａ，３１ａ，７１ａの部分のニッケルメッキを除去する。
図８（ｇ）において、レジスト７ｂを溶剤により除去する。従って、圧電材７の裏面に２２ａ，３１ａ，７１ａの部分のみ電気メッキが除去された状態となり、図１に示す流路３１に相当する３１ ｂの部分、インク供給口２３に相当する２３ ｂ及び共通インク室２２に相当する２２ｂの部分を形成することができる。
圧電材の裏面にベース板及び流路板を作り込む際は表面と裏面の位置合わせを半導体製造技術を用いた正確な位置合わせが可能である。
【００５５】
上記図７，８に示す工程で製作したユニモルフ型アクチュエータによれば、圧電材７の裏面に保護膜を形成すると共に図１に示すベース板２及び流路板３を不要としたインクジェットヘッドを実現することができる。
【００５６】
なお、上記図１に示す圧電材７と流路板３，流路板３とベース板２，ベース板２とオリフイス板１の接着の少なくとも１個所、及び図７，８に示すアクチュエータとオリフィス板１の接着に関して両面接着剤を用いれば、通常の接着材を用いる場合に比較して接着剤がインク流路やオリフィス吐出孔に入り込んで閉塞させることがなく、歩留まりを向上させることができる。
【００５７】
なお、本発明の以上の説明は、説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。したがって本発明はその本質から逸脱せずに多くの変更、変形をなし得ることは当業者に明らかである。特許請求の範囲の欄の記載により定義される本発明の範囲は、その範囲内の変更、変形を包含するものとする。
【００５８】
本発明のアクチュエータはユニモルフ構造の振動子を圧電体上に複数形成する一般的な構成として使用可能であり、例えば、単一圧電体上に複数のユニモルフを作って、複数の音階を持つブザーを形成することも可能である。
また、本実施例ではインク滴が振動部と対向したヘッド面から吐出する「サイドシュータ型」のインクジェットヘッドについて説明しているが、インク滴が振動板と直交するヘッド側面から射出する「エッジシュータ型」のヘッドにも適用可能である。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の請求項１に記載の圧電アクチュエータによれば、
板状圧電材の所定個所に少なくとも一つの電圧印加部材を設け、その板状圧電材の所定個所を選択的に駆動するように構成した圧電アクチュエータであって、該アクチュエータを構成する電圧印加部材は、前記板状圧電材の表面に導電性を有する膜により形成すると共にこの導電性膜により構成される振動膜として機能する部分とリード線として機能する部分のうち振動膜として機能する部分の膜厚を厚く形成したので、インクジェットヘッドとしてこのアクチュエータを用いた場合、配線部の歪みの影響によって生じる振動変位に高周波数成分が重畳する現象を少なくすることができる。
その結果、記録ヘッドの記録特性、特にサテライトドットの発生状況や吐出効率を悪化させることがない。
請求項２に記載の圧電アクチュエータによれば、
振動膜として機能する部分を複数個形成し、それぞれの振動膜の厚さを異なる厚さに形成したので、インクジェットヘッドとしてこのアクチュエータを用いた場合、出力の異なるインクジェットヘッドを得ることができる。
請求項３，４に記載の圧電アクチュエータによれば、
電圧印加部材が形成された部分以外の表面及び裏面にこの電圧印加部材とは電気的に絶縁された補強膜を形成したので、圧電アクチュエータの割れや欠けが減少し信頼性が向上する。
請求項５に記載のインクジェットヘッドによれば、
インクタンクから流路を介して圧力室にインクが供給され、所要時に圧力印加手段により前記圧力室に圧力が印加されてオリフィス吐出孔よりインクの粒子を噴射するインクジェットヘッドにおいて、前記圧力印加手段として請求項１乃至３のいずれかに記載の圧電アクチュエータを用い、また、請求項６に記載のインクジェットヘッドように板状圧電材の裏面に形成された補強膜に前記インクが供給される流路若しくは圧力室の少なくとも一方を形成したので、部品点数が少なく安価なインクジェットヘッドを実現することができる。
請求項７に記載のインクジェットヘッドによれば、
圧電アクチュエータとオリフィス吐出孔が形成されたオリフィス板を両面接着テープで固定したので、製作の容易なインクジェットヘッドを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示すアクチュエータ及びこれを用いたインクジェットヘッドの斜視図（ａ）及び分解斜視図（ｂ）である。
【図２】本発明の実施の形態の一例を示すアクチュエータの形成過程を示す斜視図である。
【図３】本発明のインクジェットヘッドのインク吐出状態を示す断面図である。
【図４】本発明のアクチュエータをインクジェットヘッドに適用した場合の動作状態を示す断面図である。
【図５】本発明のアクチュエータの他の製作実施例を示す工程図である。
【図６】表面に保護膜を形成する本発明のアクチュエータの製作実施例を示す工程図である。
【図７】裏面に保護膜及び流路板とベース板を作り込む本発明のアクチュエータの製作実施例を示す工程図である。
【図８】裏面に保護膜及び流路板とベース板を作り込む本発明のアクチュエータの他の製作実施例を示す工程図である。
【図９】従来のインクジェットヘッドの斜視図（ａ）及び分解斜視図（ｂ）である。
【図１０】従来のインクジェットヘッドのインク吐出状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１ オリフィス板
２ ベース板
３ 流路板
４ 振動板
５ 小片（圧電材）
６ 給電板（フレキシブル印刷配線板 …ＦＰＣ）
７ 圧電材（平板状圧電材）
１１ オリフィス孔
１２ 貫通孔
２１ 圧力室
２２ 共通インク室
２３ インク供給口
３１ 流路
８１ 電極端子
８２ 振動膜（電圧印加部材）
８３ リード線
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電アクチュエータとこの圧電アクチュエータを用いたインクジェットヘッドに関し、高分解能化、低コスト化をはかった圧電アクチュエータ及びこれを用いたインクジェットヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図９（ａ）、（ｂ）は従来より用いられているインクジェットヘッドの一例を示すもので（ａ）は組立図、（ｂ）図は（ａ）図の分解斜視図である。図に示すインクジェットヘッドでは、オリフィス吐出孔１１を有するオリフィス板１と、圧力室２１，共通インク室２２及びインク供給口２３を有するベース板２と、圧力室２１の形状に対応して形成された貫通孔１２及び連通流路３１が形成された流路板３と、振動板４と、ＰＺＴ等の圧電材からなる小片５と、絶縁シート６４上に電極６１，６２及びこれら電極を結ぶリード線６３が形成されたフレキシブルプリント基板（以下、単にＦＰＣという）６が接着剤等で接着されて（ａ）図の斜視図で示すように積層されている。
【０００３】
上記各部材のうち、オリフィス板１，流路板３，振動板４は例えば数十から２００μｍ程度の厚さのステンレス板を適宜使い分けて金属エッチング、金属プレス等により形成される。また、オリフィス吐出孔１１の径は３０〜１００μｍ程度であるが、ここではオリフイス板１をエッチングして形成する際に同時に形成している。
【０００４】
圧電材からなる小片５への給電用配線は、通常ワイヤ、フレキシブル印刷配線板（ＦＰＣ）等をボンディング、ハンダ付けすることにより行う。ここでは、 ＦＰＣ６上に形成された端子６２を小片５に形成された表面電極５２にハンダ付け（図９（ａ）参照）している。なお、振動板４は図示せぬ別経路の配線により接地電位となるようにされている。
【０００５】
そして、各部材を図９（ａ）のように積層した後、インク供給口２３からインクを入れ共通インク室２２から流路３１，圧力室２１を経てオリフィス吐出孔に至るまでをインクで満たした後、圧電材５に電圧パルスを印加してインクを吐出させる。
以下吐出動作について図１０（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。これらの図において図（ａ）は組立て断面図、図（ｂ）はパルス印加により振動板４が歪んだ状態を示している。
【０００６】
図１０（ａ）において、圧電材５の電極５１，５２にはインク吐出が指令されるタイミング毎に、図示せぬ駆動回路から駆動電圧パルスがＦＰＣ６の端子６１，６２を介して印加される（印加電圧は例えば５０Ｖ，１００μ／秒程度）。
その結果、圧電材５内には図の上下方向に電界が発生し、これと直交した平面方向に収縮方向の歪み（応力）が発生する。
【０００７】
圧電材５は振動板４に接合されてユニモルフ型のアクチュエータを構成しており、この応力は図（ｂ）のような太鼓状の変位を生じさせる。発生した太鼓状変位は圧力室２１内の圧力を上昇させ、オリフィス板１のオリフィス吐出孔１１よりインクを吐出させる。
【０００８】
目的とするインク量が吐出した後、圧電材５への電圧印加が終了しアクチュエータの変位が元に戻って圧力室内２１の圧力も一度負圧に転じた後大気圧に戻る。このとき図示せぬインクタンクから、インク供給口２３，共通インク室２２，連通流路３１を経由して圧力室２１へインクが補給される。
【０００９】
なお、このようなユニモルフ型のアクチュエータを構成する場合、圧電材と流路板の弾性係数及び厚さは次式に示す関係に選定することが駆動効率の上から望ましい。
Ｅ１（ｔ１）２＝Ｅ２（ｔ２）２ …▲１▼
ここで、 Ｅ１，Ｅ２は圧電材，振動板の弾性係数
ｔ１，ｔ２は圧電材，振動板の厚み
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで上述の従来例においては、圧電材５の小片を振動板４に接着することでアクチュエータを構成しているため、
▲１▼ 圧電材５の振動板４への接着
▲２▼ 各圧電材５への電気配線６３
を必要とする。
そして、このような構成のインクジェットヘッドでは記録分解能及び記録速度を向上させるための手段としてインクジェット吐出部（アクチュエータ、圧力室、オリフィス吐出孔の一対）を狭いピッチで多数形成することが要求される。
しかしながら、例えば数十〜数百μｍのピッチで数百の吐出口をならべて形成しようとすると、以下のような問題があった。
【００１１】
吐出部を狭ピッチで形成するには、圧電材自体の寸法を小さくする必要があり、また、同時にヘッド駆動電圧を小さくするため圧電材の厚みを数十〜２００μｍ程度と薄く製作する必要がある。しかし圧電材（ ＰＺＴ等）は粉体を焼成したセラミックスで形成された非常に脆い材質であり、そのような材質で微小片を作製することは、加工法，取り扱い上困難である。また、 加工できたとしてもコスト，精度的に問題がある。
【００１２】
また、脆く微少な圧電材片は接着時の取り扱いや加圧等で破壊しやすく、力をかけずにハンドリングし振動板に対して精密に位置決めすることが難しい（位置合わせが不十分だと、吐出効率が低下する）。また、圧電材は有極性部品であるため接着に際してその上下面を識別する必要があるが、微小片では識別が困難である。更に接着に際し接着剤が圧電材の周辺から漏れ出すのでこれを除去するのは難しい。
【００１３】
以上のような困難な接着作業を一つのヘッドに対して数百と行うのは製造コストの点で問題がある。
また、圧電材への給電の方法としては、半田付けまたは配線材の融着（または単なる押し付け）によっているが、例えばＦＰＣのような配線材を用いる場合、微少なピッチで配線パターンや端子部を設けねばならず製造が困難である。
【００１４】
配線パターンと圧電材を接続するには半田コテ等の配線ツールを用いるが、半田コテが圧電材の大きさより大きく半田が圧電材から漏れ出たり配線材が圧電材と導電体である振動板の両者に接触する等して、駆動側と接地側が短絡するという不具合が生じ易くなる。
【００１５】
また、圧電材は一旦キュリー点（通常１５０〜３５０℃程度）以上の温度に昇温されると、その圧電性が消滅し記録ヘッドがインク吐出不能状態になる（圧電材への配線として半田付けを使用する場合大きな圧電材を振動板に接合した後に半田付けするものでは圧電材から熱容量の大きな振動板へ熱伝導するので圧電材への熱的影響はないか、若しくは一部の特性が損なわれるにとどまるが、小さな圧電材では瞬時に全体に熱が行き渡り圧電材全体の圧電性が損なわれる）。
【００１６】
このような問題を解決する手段として、振動板の上に圧電材の平板を接着後、ダイシング・ソウ等で、圧電材を小さな片に切り離していく製造方法が実用化されているが、この方法においても以下のような問題がある。
１）脆い圧電材の切削加工は寸法の下限値に限度がある。
２）振動板に傷をつけないで、薄い圧電材のみを切削することは困難である。
３）加工法の制限から、切り取られる形は直線的な形状に限られる。
４）一つ一つ機械加工を行うため長い工作時間を要し、コストが高くなる。
５）上述した配線時の問題は何ら解決されない。
【００１７】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、圧電材を用いたインクジェットヘッドを狭ピッチ化するに際して発生する種々の問題点を本質的に解決した圧電アクチュエータ及びこれを用いたインクジェットを実現することを目的としている。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために本発明は、
１．板状圧電材の所定個所に少なくとも一つの電圧印加部材を設け、その板状圧電材の所定個所を選択的に駆動するように構成した圧電アクチュエータであって、該アクチュエータを構成する電圧印加部材は、前記板状圧電材の表面に導電性を有する膜により形成すると共にこの導電性膜により構成される振動膜として機能する部分とリード線として機能する部分のうち振動膜として機能する部分の膜厚を厚く形成したことを特徴とする圧電アクチュエータ。
２．振動膜として機能する部分を複数個形成し、それぞれの振動膜の厚さを異なる厚さに形成したことを特徴とする請求項１記載の圧電アクチュエータ。
３．電圧印加部材が形成された部分以外の表面にこの電圧印加部材とは電気的に絶縁された補強膜を形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電アクチュエータ。
４．電圧印加部材が形成された板状圧電材の裏面に前記板状圧電材の補強膜を形成したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
５．インクタンクから流路を介して圧力室にインクが供給され、所要時に圧力印加手段により前記圧力室に圧力が印加されてオリフィス吐出孔よりインクの粒子を噴射するインクジェットヘッドにおいて、前記圧力印加手段として請求項１乃至３のいずれかに記載の圧電アクチュエータを用いたことを特徴とするインクジェットヘッド。
６．インクタンクから流路を介して圧力室にインクが供給され、所要時に圧力印加手段により前記圧力室に圧力が印加されてオリフィス吐出孔よりインクの粒子を噴射するインクジェットヘッドにおいて、前記圧力印加手段として請求項４に記載の圧電アクチュエータを用い、前記板状圧電材の裏面に形成された補強膜に前記インクが供給される流路若しくは圧力室の少なくとも一方を形成したことを特徴とするインクジェットヘッド。
７．圧電アクチュエータとオリフィス吐出孔が形成されたオリフィス板を両面接着テープで固定したことを特徴とする請求項６記載のインクジェットヘッド。
を構成したものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。
図１（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態の一例を示すアクチュエータ及びこれを用いたインクジェットヘッドであり、（ａ）は組み立て完成図、（ｂ）図は（ａ）図の分解斜視図である。図１（ａ）、（ｂ）に示すインクジェットヘッドにおいて、オリフィス板１と、ベース板２と、流路板３は従来のものと同様であり、アクチュエータ部分のみが異なっている。
【００２１】
本発明では平板状圧電材７の表面の所定の個所に複数（図では４個）の振動膜（電圧印加部材）８２、リード線８３及び電極端子８１をフォトリソグラフィとエッチングの技術により一体として形成する。
【００２２】
ここで、アクチュエータを構成する平板状圧電材（以下、単に圧電材という）７に電圧印加部材（以下、単に振動膜という）８２を形成する過程について図２（ａ） 〜（ｇ）の製作工程例を用いて説明する。
図２（ａ）において、圧電材７の表面に銀電極７ａを印刷する。
【００２３】
図２（ ｂ ）において、図（ａ）で形成した印刷銀電極７ａ上にスピンコート等の方法により均一にレジスト７ ｂを塗布する。
図２（ ｃ ）において、レジスト７ ｂを塗布した圧電材７上に電極端子８１，振動膜８２，リード線８３の部分以外を覆うフォトマスク７ｃを用いてレジスト７ ｂに選択的に光を照射する。
【００２４】
図２（ｄ ）において、光が照射されないレジスト部分（非露光部）を現像液により除去する。
図２（ｅ）において、銀用エッチング液（例えば熱濃硫酸や硝酸）を用いてレジストで覆われていない部分の銀電極を除去する。
【００２５】
図２（ｆ）において、レジストを溶剤により除去する。
図２（ｇ）において、エッチングで残った銀パターンに通電して銀パターン上に適当な厚みとなるように電気メッキ（例えばニッケルメッキ）を施す。
【００２６】
上述の過程により圧電材７の表面に振動膜８２を精密に形成したユニモルフ型アクチュエータを実現することができる。なおこの場合、圧電材７と振動板８２の厚さおよび弾性係数は前述の▲１▼式をほぼ満足するように選定することが望ましい。
また、電極の形成方法としては上記実施例に限ることなく、例えばドライプレーティング，無電解メッキ等を含む公知の製膜技術，パターン形成技術を適宜組み合せて使用することで形成可能である。
【００２７】
次に図３を用いてインク吐出の過程を説明する。（なお、図中の符合は図１に示す符合と同一部品である）。（ａ）図は圧力室２１内にインクを満たした状態の断面図である。
【００２８】
図３（ａ）において、振動させる部分の振動膜８２のいずれか（ここでは８２ａとする）にインク吐出が指令されるタイミング毎に、図示せぬ駆動回路から振動膜８２上の端子８１ａを経由して駆動電圧パルスが印加される。なお、裏面電極７１は図では省略するが接地されているものとする。
その結果、（ｂ）図に示すように振動膜８２ａ直下の圧電材７内に図の上下方向に電界が発生し、これと直交した平面内に拡張方向の歪みが発生する。
【００２９】
振動板８２ａは圧電材７に接合されているため、その部分にほぼ振動膜８２の大きさのユニモルフ型のアクチュエータが構成されており、このアクチュエータにより発生した歪みにより圧電材７が部分的に太鼓状に変位する。この変位は圧力室２１内の圧力を上昇させ、オリフィス板１のオリフィス吐出孔１１よりインクを吐出させる。
【００３０】
目的とするインク量が吐出した後、圧電材７への電圧印加が終了しアクチュエータの変位が元に戻って圧力室内２１の圧力も一度負圧に転じた後大気圧に戻る。このとき図示せぬインクタンクから、インク供給口２３，共通インク室２２，連通流路３１を経由して圧力室２１へインクが補給される。
【００３１】
上記において、図３（ｃ）で示すように圧電材の振動膜直下以外の周辺部にも電界が発生するので歪みが生じるが、
１）電界方向が圧電材７の電気軸とずれていること。
２）圧電材７の厚みが薄い場合、その影響が及ぶ範囲が僅かであること。
３） ユニモルフ構造となっていない部分の歪みは大きな太鼓状変位を発生しないこと。
【００３２】
４）周辺部の下面はベース部材の上面の平面部が接合されていて変形が抑制されること。
等から無視することができ、ほぼ従来例と同様の変形を得ることができる。
なお、このアクチュエータでは圧電材の歪み方向が拡張方向となっているが、これは圧電材７の極性を逆にしたり、印加する電圧の極性を逆にすることにより実現することができる。
【００３３】
次にその他の実施例について説明する。
図２に示すアクチュエータを用いたインクジェットヘッドでは、リード線８３と流路板の流路３１が重なっている。そのため、この部分にも歪みが発生する。
その結果、図４に示すように一点鎖線（理想的な変形）のようであることが望ましいアクチュエータの変位が実線（実際の変形）のような変位となり、
【００３４】
１）基本振動モードの太鼓状振動の端点の状態や端点間の長さが変わり、固有振動数が低下して減衰率が上がる。
２）変形が単なる太鼓状ではなく高次の形を含むことから、振動変位に高周波数成分が重畳される。
という影響が現れ、記録ヘッドの記録特性、特にサテライトドットの発生状況や吐出効率を悪化させることになる。
【００３５】
インクジェット記録方式における階調表現の方法として、記録させるドット径を変化させる方法がある。そして、ドット径を変える一手段として同一ヘッド内において、部分的に圧電材、または振動膜の厚みを変えることで各吐出口毎のインク滴量を変化させて記録ドット径を変化させる方法が知られている。
【００３６】
しかしながら、図２に示す製造方法では板状圧電材や振動板の厚みがすべて同一になるため、前記階調表現方法を適用することができない。
従ってここでは、振動板の厚みを変えたアクチュエータを実現する。
【００３７】
図５は振動膜８２とリード線８３，電極端子８１の膜厚を変えるための製作工程を示しており、図２に示す工程（ｆ）に引き続いて行う。
図５（ａ）において、図２（ｆ）で形成した銀パターン上にスピンコート等の方法により均一にレジスト７ ｂを塗布する。
【００３８】
図５（ ｂ ）において、レジスト７ ｂを塗布した圧電材７上に振動膜８２の上部に相当する部分以外を露出させ，フォトマスク７ｃを用いてレジスト７ ｂに光を照射する。
図５（ ｃ ）において、光が照射されないレジスト部分（非露光部）を現像液により除去する。
【００３９】
図５（ｄ ）において、レジストが除去された振動膜の部分の銀パターンに通電して銀パターン上に適当な厚みに電気メッキ（例えばニッケルメッキ）を施す。
図５（ｅ）において、レジストを溶剤により除去する。
上記の製作工程によれば、振動板８２の部分のみを厚く他の部分を薄く形成できるので図４に示す弊害を少なくしたユニモルフ型アクチュエータを実現することができる。なおこの場合、圧電材７と振動板８２の厚さおよび弾性係数は前述の▲１▼式を満足するように選定することが望ましい。
また、電極の形成方法としては上記実施例に限ることなく、例えばドライプレーティング，無電解メッキ等を含む公知の製膜技術，パターン形成技術を適宜組み合せて使用することで形成可能である。
【００４０】
なお、図５に示す製作工程を踏まえて４つの振動膜を選択的にフォトマスクで覆い、電気メッキの厚さを制御することにより、膜厚の異なる振動膜を形成することができ、前述の階調表現方法を適用することができる。
【００４１】
更にその他の実施例に付いて説明する。
圧電材は、脆い材料であり薄く、かつ大きな平面形状の部品は割れやすく、部品そのものの取り扱いに慎重さが要求されると共に、ベース板２への接合作業も熟練を要する。また、圧電材７と流路板３が別部品であることから、アクチュエータ部の振動膜８２とその周辺支持部の相対的な位置精度が高くない。この両者の位置関係に差があると、吐出効率が大幅に落ち、記録特性を損なうこととなる。
従ってここでは、圧電材７に補強を施すとともに位置精度が高く部品点数の削減を図ったアクチュエータを実現する。
【００４２】
図６（a）〜（k）はこのようなアクチュエータの製作工程の一例を示す図である。工程に従って説明する図６（a）において、厚さ０．１ｍｍ程度の圧電材７の表，裏面に銀電極７aを印刷する。
【００４３】
図６（ ｂ ）において、図（ａ）で形成した印刷銀電極７ａ上にスピンコート等の方法により均一にレジスト７ ｂを塗布する。
図６（ ｃ ）において、レジスト７ ｂを塗布した圧電材７上に電極端子８１，振動膜８２，リード線８３の部分の周囲の僅かな部分（例えば０．２ｍｍ程度の幅）を覆って露光する。
【００４４】
図６（ｄ ）において、光が照射されないレジスト部分（０．２ｍｍ程度の非露光部）を現像液により除去する。
図６（ｅ）において、銀用エッチング液（例えば熱濃硫酸や硝酸）を用いてレジストで覆われていない部分（０．２ｍｍ程度の非露光部）の銀電極を除去する。
【００４５】
図６（ｆ）において、レジストを溶剤により除去する。
図６（ｇ）において、表面に再びレジストを塗布する
図６（ｈ）において、振動膜８２，リード線８３，電極端子８１及び図６（ｅ）において銀電極を除去した部分以外を覆うフォトマスクを用いて露光する。
【００４６】
図６（ｉ）において、現像リンスを行って振動膜８２，リード線８３，電極端子８１の部分の銀電極を露出させる。
図６（ｊ）において、銀パターンに通電して銀パターン上に適当な厚みに電気メッキ（例えばニッケルメッキ）を施す。
【００４７】
図６（ｋ）において、表面のレジストを除去する。
上記の製作方法によれば、振動膜８２，リード線８３，電極端子８１の部分と同時にこれらとは電気的には絶縁した状態で保護膜を電気メッキにより形成したので圧電材７に補強を施すとともに位置精度が高く部品点数の削減を図ったユニモルフ型アクチュエータを実現することができる。
なおこの場合も、圧電材７と振動板８２の厚さおよび弾性係数は前述の▲１▼式を満足するように選定することが望ましい。
また、電極の形成方法としては上記実施例に限ることなく、例えばドライプレーティング，無電解メッキ等を含む公知の製膜技術，パターン形成技術を適宜組み合せて使用することで形成可能である。
【００４８】
次に圧電材７の裏面に保護膜を形成すると共に図１に示すベース板２及び流路板３を不要としたインクジェットヘッドの製作工程の一例について図７，図８を用いて説明する。
図７（ａ）において、圧電材７の表面には先に説明した方法により振動膜，リード線，電極端子が形成されている（図示省略）ものとし、裏面には銀電極７ａが印刷されている。
【００４９】
図７（ ｂ ）において、図（ａ）で形成した印刷銀電極７ａ上にスピンコート等の方法により均一にレジスト７ ｂを塗布する。
図７（ ｃ ）において、レジスト７ ｂを塗布した圧電材７上に、表面の振動膜８２に対応する位置７１ａの部分と、図１に示す流路３１に相当する３１ａの部分、インク供給口２３ａ及び共通インク室２２に相当する２２ａの部分以外の部分をフォトマスク７ｃで覆って露光する。
【００５０】
図７（ｄ ）において、光が照射されない非露光部のレジストを現像液により除去する。
図７（ｅ）において、露出した銀パターンに通電してこの上に電気メッキ（例えば厚さ０．１ｍｍ以上にニッケルメッキ）７ｅを施すことにより、図１に示す流路３１に相当する３１ ｂの部分、インク供給口に相当する２３ ｂ及び共通インク室２２に相当する２２ｂの部分を形成することができる。
図７（ｆ）において、レジストを溶剤により剥離する。
【００５１】
次に、図８を用いて圧電材７の裏面に保護膜を形成すると共に図１に示すベース板２及び流路板３を不要としたインクジェットヘッドの他の製作工程について説明する。
図８（ａ）において、圧電材７の表面には先に説明した方法により振動膜，リード線，電極端子が形成されている（図示省略）ものとし、裏面には銀電極７ａが印刷されている。
【００５２】
図８（ ｂ ）において、図８（ａ）で形成した印刷銀電極７ａ上に通電してこの上に電気メッキ（例えば厚さ０．１ｍｍ以上にニッケルメッキ）７ｅを施す。
図８（ ｃ ）において、スピンコート等の方法により均一にレジスト７ ｂを塗布する。
【００５３】
図８（ｄ ）において、レジスト７ ｂを塗布した圧電材７上に、表面の振動膜に対応する位置７１ａの部分と、図１に示す流路３１に相当する３１ａの部分、インク供給口２３及び共通インク室２２に相当する２２ａ，２３ａの部分以外の部分をフォトマスク７ｃで覆って露光する。
図８（ｅ）において、光が照射されない非露光部のレジストを現像液により除去する。
【００５４】
図８（ｆ）において、エッチングによりレジストで覆われていない２２ａ，３１ａ，７１ａの部分のニッケルメッキを除去する。
図８（ｇ）において、レジスト７ｂを溶剤により除去する。従って、圧電材７の裏面に２２ａ，３１ａ，７１ａの部分のみ電気メッキが除去された状態となり、図１に示す流路３１に相当する３１ ｂの部分、インク供給口２３に相当する２３ ｂ及び共通インク室２２に相当する２２ｂの部分を形成することができる。
圧電材の裏面にベース板及び流路板を作り込む際は表面と裏面の位置合わせを半導体製造技術を用いた正確な位置合わせが可能である。
【００５５】
上記図７，８に示す工程で製作したユニモルフ型アクチュエータによれば、圧電材７の裏面に保護膜を形成すると共に図１に示すベース板２及び流路板３を不要としたインクジェットヘッドを実現することができる。
【００５６】
なお、上記図１に示す圧電材７と流路板３，流路板３とベース板２，ベース板２とオリフイス板１の接着の少なくとも１個所、及び図７，８に示すアクチュエータとオリフィス板１の接着に関して両面接着剤を用いれば、通常の接着材を用いる場合に比較して接着剤がインク流路やオリフィス吐出孔に入り込んで閉塞させることがなく、歩留まりを向上させることができる。
【００５７】
なお、本発明の以上の説明は、説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。したがって本発明はその本質から逸脱せずに多くの変更、変形をなし得ることは当業者に明らかである。特許請求の範囲の欄の記載により定義される本発明の範囲は、その範囲内の変更、変形を包含するものとする。
【００５８】
本発明のアクチュエータはユニモルフ構造の振動子を圧電体上に複数形成する一般的な構成として使用可能であり、例えば、単一圧電体上に複数のユニモルフを作って、複数の音階を持つブザーを形成することも可能である。
また、本実施例ではインク滴が振動部と対向したヘッド面から吐出する「サイドシュータ型」のインクジェットヘッドについて説明しているが、インク滴が振動板と直交するヘッド側面から射出する「エッジシュータ型」のヘッドにも適用可能である。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の請求項１に記載の圧電アクチュエータによれば、
板状圧電材の所定個所に少なくとも一つの電圧印加部材を設け、その板状圧電材の所定個所を選択的に駆動するように構成した圧電アクチュエータであって、該アクチュエータを構成する電圧印加部材は、前記板状圧電材の表面に導電性を有する膜により形成すると共にこの導電性膜により構成される振動膜として機能する部分とリード線として機能する部分のうち振動膜として機能する部分の膜厚を厚く形成したので、インクジェットヘッドとしてこのアクチュエータを用いた場合、配線部の歪みの影響によって生じる振動変位に高周波数成分が重畳する現象を少なくすることができる。
その結果、記録ヘッドの記録特性、特にサテライトドットの発生状況や吐出効率を悪化させることがない。
請求項２に記載の圧電アクチュエータによれば、
振動膜として機能する部分を複数個形成し、それぞれの振動膜の厚さを異なる厚さに形成したので、インクジェットヘッドとしてこのアクチュエータを用いた場合、出力の異なるインクジェットヘッドを得ることができる。
請求項３，４に記載の圧電アクチュエータによれば、
電圧印加部材が形成された部分以外の表面及び裏面にこの電圧印加部材とは電気的に絶縁された補強膜を形成したので、圧電アクチュエータの割れや欠けが減少し信頼性が向上する。
請求項５に記載のインクジェットヘッドによれば、
インクタンクから流路を介して圧力室にインクが供給され、所要時に圧力印加手段により前記圧力室に圧力が印加されてオリフィス吐出孔よりインクの粒子を噴射するインクジェットヘッドにおいて、前記圧力印加手段として請求項１乃至３のいずれかに記載の圧電アクチュエータを用い、また、請求項６に記載のインクジェットヘッドように板状圧電材の裏面に形成された補強膜に前記インクが供給される流路若しくは圧力室の少なくとも一方を形成したので、部品点数が少なく安価なインクジェットヘッドを実現することができる。
請求項７に記載のインクジェットヘッドによれば、
圧電アクチュエータとオリフィス吐出孔が形成されたオリフィス板を両面接着テープで固定したので、製作の容易なインクジェットヘッドを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示すアクチュエータ及びこれを用いたインクジェットヘッドの斜視図（ａ）及び分解斜視図（ｂ）である。
【図２】本発明の実施の形態の一例を示すアクチュエータの形成過程を示す斜視図である。
【図３】本発明のインクジェットヘッドのインク吐出状態を示す断面図である。
【図４】本発明のアクチュエータをインクジェットヘッドに適用した場合の動作状態を示す断面図である。
【図５】本発明のアクチュエータの他の製作実施例を示す工程図である。
【図６】表面に保護膜を形成する本発明のアクチュエータの製作実施例を示す工程図である。
【図７】裏面に保護膜及び流路板とベース板を作り込む本発明のアクチュエータの製作実施例を示す工程図である。
【図８】裏面に保護膜及び流路板とベース板を作り込む本発明のアクチュエータの他の製作実施例を示す工程図である。
【図９】従来のインクジェットヘッドの斜視図（ａ）及び分解斜視図（ｂ）である。
【図１０】従来のインクジェットヘッドのインク吐出状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１ オリフィス板
２ ベース板
３ 流路板
４ 振動板
５ 小片（圧電材）
６ 給電板（フレキシブル印刷配線板 …ＦＰＣ）
７ 圧電材（平板状圧電材）
１１ オリフィス孔
１２ 貫通孔
２１ 圧力室
２２ 共通インク室
２３ インク供給口
３１ 流路
８１ 電極端子
８２ 振動膜（電圧印加部材）
８３ リード線
Claims (7)
- 板状圧電材の所定個所に少なくとも一つの電圧印加部材を設け、その板状圧電材の所定個所を選択的に駆動するように構成した圧電アクチュエータであって、該アクチュエータを構成する電圧印加部材は、前記板状圧電材の表面に導電性を有する膜により形成すると共にこの導電性膜により構成される振動膜として機能する部分とリード線として機能する部分のうち振動膜として機能する部分の膜厚を厚く形成したことを特徴とする圧電アクチュエータ。
- 振動膜として機能する部分を複数個形成し、それぞれの振動膜の厚さを異なる厚さに形成したことを特徴とする請求項１記載の圧電アクチュエータ。
- 電圧印加部材が形成された部分以外の表面にこの電圧印加部材とは電気的に絶縁された補強膜を形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電アクチュエータ。
- 電圧印加部材が形成された板状圧電材の裏面に前記板状圧電材の補強膜を形成したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
- インクタンクから流路を介して圧力室にインクが供給され、所要時に圧力印加手段により前記圧力室に圧力が印加されてオリフィス吐出孔よりインクの粒子を噴射するインクジェットヘッドにおいて、前記圧力印加手段として請求項１乃至３のいずれかに記載の圧電アクチュエータを用いたことを特徴とするインクジェットヘッド。
- インクタンクから流路を介して圧力室にインクが供給され、所要時に圧力印加手段により前記圧力室に圧力が印加されてオリフィス吐出孔よりインクの粒子を噴射するインクジェットヘッドにおいて、前記圧力印加手段として請求項４に記載の圧電アクチュエータを用い、前記板状圧電材の裏面に形成された補強膜に前記インクが供給される流路若しくは圧力室の少なくとも一方を形成したことを特徴とするインクジェットヘッド。
- 圧電アクチュエータとオリフィス吐出孔が形成されたオリフィス板を両面接着テープで固定したことを特徴とする請求項６記載のインクジェットヘッド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6486598A JP3622484B2 (ja) | 1998-03-16 | 1998-03-16 | 圧電アクチュエータ及びこれを用いたインクジェットヘッド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6486598A JP3622484B2 (ja) | 1998-03-16 | 1998-03-16 | 圧電アクチュエータ及びこれを用いたインクジェットヘッド |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11254680A JPH11254680A (ja) | 1999-09-21 |
| JP3622484B2 true JP3622484B2 (ja) | 2005-02-23 |
Family
ID=13270492
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6486598A Expired - Fee Related JP3622484B2 (ja) | 1998-03-16 | 1998-03-16 | 圧電アクチュエータ及びこれを用いたインクジェットヘッド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3622484B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5381186B2 (ja) * | 2009-03-12 | 2014-01-08 | 株式会社リコー | 液体吐出ヘッド、画像形成装置及び液体吐出ヘッドの製造方法 |
| US8197031B2 (en) * | 2009-05-22 | 2012-06-12 | Xerox Corporation | Fluid dispensing subassembly with polymer layer |
| JP7389961B2 (ja) * | 2019-07-26 | 2023-12-01 | 株式会社リコー | 液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット、及び、液体を吐出する装置 |
-
1998
- 1998-03-16 JP JP6486598A patent/JP3622484B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11254680A (ja) | 1999-09-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6530653B2 (en) | Ultrasonic bonding of ink-jet print head components | |
| WO1999000252A1 (en) | Piezoelectric vibrator unit, method for manufacturing the same, and ink-jet recording head | |
| JP3622484B2 (ja) | 圧電アクチュエータ及びこれを用いたインクジェットヘッド | |
| JP3330757B2 (ja) | インクジェットヘッド及びその製造方法 | |
| JPH09300609A (ja) | インクジェットヘッド | |
| JP2003019805A (ja) | インクジェットヘッド及びその製造方法 | |
| JP3758255B2 (ja) | インクジェットヘッド | |
| JPH09272206A (ja) | 圧電振動子配列体 | |
| JP3134305B2 (ja) | インクジェットヘッド | |
| JP3595129B2 (ja) | インクジェットヘッド | |
| JP3298755B2 (ja) | インクジェットヘッドの製造方法 | |
| JP2004237626A (ja) | インクジェットヘッド及びその製造方法 | |
| US20060050109A1 (en) | Low bonding temperature and pressure ultrasonic bonding process for making a microfluid device | |
| JPH09226118A (ja) | インクジェットヘッド | |
| JP3201004B2 (ja) | インクジェットヘッド | |
| JP2001054946A (ja) | インクジェットヘッド | |
| JP3520427B2 (ja) | 積層型インクジェット式記録ヘッド | |
| JP3179328B2 (ja) | インクジェットヘッド | |
| JPH10278263A (ja) | インクジェット記録ヘッド | |
| JP3171219B2 (ja) | インクジェット記録ヘッド | |
| JP4192298B2 (ja) | インクジェットヘッドの製造方法 | |
| JP3149532B2 (ja) | インクジェットヘッド | |
| JP4284739B2 (ja) | 圧電型インクジェットプリンタ用圧電ヘッド装置及びその製造方法 | |
| JP2004148597A (ja) | インクジェットヘッドおよびその製造方法 | |
| JPS6124193B2 (ja) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Effective date: 20040223 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040302 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040416 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Effective date: 20041102 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20041115 |
|
| R150 | Certificate of patent (=grant) or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071203 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 4 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081203 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |