JPH0550607A - インクジエツトプリンタヘツドの製作方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 凹部が連設された本体プレートに圧電性部材
と非圧電性部材とが交互に設けられた駆動プレートを接
合して一対の圧電性部材を凹部上に各々位置させるイン
クジェットプリンタヘッドにおいて、生産性向上や小型
軽量化が容易な製作方法を実現する。 【構成】 櫛歯状の圧電性部材３０の突出部２９を相違
する方向に分極し、この分極の完了後に突出部２９間に
非圧電性部材２１，２２を充填し、この充填後に圧電性
部材３０の末端部を切除して駆動プレート１９を形成
し、圧力室上に位置する一対の圧電性部材２０の通電方
向を同一にして電極２３，２４や配線の数量を低減でき
るようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、オンデマンド方式のイ
ンクジェットプリンタヘッドの製作方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】現在、静粛で高密度印刷が可能なインク
ジェットプリンタヘッドとして、オリフィスからインク
滴を吐出させて印刷用紙に定着させるインクジェットプ
リンタヘッドなどが実用化されている。

【０００３】例えば、オンデマンド方式のインクジェッ
トプリンタヘッドでは、アレイ状に連設されたオリフィ
スの各々に連通した圧力室内に少なくとも表面が変位自
在な圧力発生手段を設けた構造などとなっている。そし
て、このようなインクジェットプリンタヘッドでは、印
刷画像に対応した駆動電力で圧力発生手段を振動させて
圧力室内のインクをオリフィスからインク滴として吐出
させるようになっている。

【０００４】そして、現在では上述のようなインクジェ
ットプリンタヘッドの圧力発生手段として予め分極した
圧電性部材を使用することが提案されている。この圧電
性部材１とは、図３に例示するように、予め設定した分
極方向と直角に電界を印加すると、この通電方向には伸
縮することなく分極方向のみに変形するような部材であ
り、このような横滑り変形をシェアモード変形と呼称し
ている。図示した圧電性部材１は両端部に電極２を設け
て左端を固定した場合を例示しているが、例えば、この
ような圧電性部材１の下縁部を固定すると左右方向のみ
に横滑り変形を生じさせることも可能である。なお、こ
のような圧電性部材１は、分極方向や通電方向を反転さ
せると変形方向も反転するようになっている。

【０００５】そして、このような圧電性部材を利用した
インクジェットプリンタヘッドが、USP4584590、USP482
5227などに開示されているが、これらの明細書に開示さ
れたインクジェットプリンタヘッドは、いずれも圧電性
部材に縦振動モードや横振動モードなどの不要な変形が
生じるためにクロストークが発生するなどの課題を有し
ている。

【０００６】そこで、このような課題を解決した装置と
して特開平3-49957号公報に開示されたインクジェット
プリンタヘッドを図４及び図５に基づいて説明する。こ
のインクジェットプリンタヘッド３は、図４に例示する
ように、非圧電性部材であるサーミスタからなる電極４
と圧電性部材である圧電性セラミック５とが交互に形成
された薄板状の駆動プレート６と、オリフィスやインク
供給路(共に図示せず)が各々連通した複数の凹部がアレ
イ状に連設された厚板状の本体プレート７とを各々形成
し、これらのプレート６，７を接着剤８で一体に接合し
て一対の前記圧電性セラミック５で凹部を遮蔽すること
で圧力室９を形成した構造となっている。

【０００７】ここで、このようなインクジェットプリン
タヘッド３の駆動プレート６の製作方法を図５に基づい
て説明する。まず、圧電性セラミック５を形成するチタ
ン酸ジルコン酸鉛系のセラミック材料１０と電極４を形
成するチタン酸バリウム系のセラミック材料１１とをド
クターブレード法などで各々シート状に成形し、同図
(ａ)に例示するように、これを交互に積層して加熱圧着
させた後に所定寸法に切削等して一体焼成する。このよ
うにすることで、圧電性セラミック５と電極４とが交互
に積層されたセラミック塊１２が得られるので、同図
(ｂ)に例示するように、これを積層方向と直角に切断す
ることで駆動プレート６と同形状のセラミック板１３が
形成される。ここで、このセラミック板１３は、この段
階では圧電性セラミック５の分極方向がランダムなの
で、同図(ｃ)に例示するように、このセラミック板１３
の切断面に平板電極１４，１５を装着し、圧電性セラミ
ック５のキュリー温度より低く電極４のキュリー温度よ
り高い温度領域内で通電を行なう。このようにすること
で、この温度領域内ではサーミスタ材料からなる電極４
は絶縁体で圧電性セラミック５は導電性を有するので、
この圧電性セラミック５のみが良好に分極された駆動プ
レート６を得ることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記公報に開示された
インクジェットプリンタヘッド３では、駆動プレート６
内の圧電性部材５の分極方向が同一なので、これは圧力
室９上に位置する一対の圧電性部材５の通電方向を相違
させる必要がある。このため、このインクジェットプリ
ンタヘッド３では、電極４や配線の数量の低減が困難で
小型軽量化や生産性向上が阻害されている。

【０００９】また、このインクジェットプリンタヘッド
３では、駆動プレート６の非圧電性部材である電極４
は、圧電性セラミック５の分極を実現するためにサーミ
スタ材料である必要があり、その材料の選択性が低いと
共に本体プレート７との接合方法も接着などに限定され
がちである。

【００１０】さらに、このインクジェットプリンタヘッ
ド３では、本体プレート７との接合を良好にするために
駆動プレート６の電極４を100(μm)程度に分厚く成形す
る必要があるが、このような厚さの電極４をスパッタリ
ングや蒸着等の薄膜技術で形成することは困難である。

【００１１】本発明は、生産性が良好で小型軽量化も可
能なインクジェットプリンタヘッドの製作方法を得るも
のである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】オリフィスとインク供給
路とが各々連通した複数の凹部がアレイ状に連設された
本体プレートを設け、予め分極された圧電性部材と非圧
電性部材とが交互に設けられた平板状の駆動プレートを
設け、この駆動プレートと本体プレートとの接合で一対
の圧電性部材を凹部上に各々位置させて圧力室を形成
し、インク供給路から供給されて圧力室内に保持された
インクを印加電力に従って変形する圧電性部材で加圧し
てオリフィスから吐出するようにしたインクジェットプ
リンタヘッドにおいて、平板状の一つの末端部から多数
の四角柱状の突出部が平行に連設された櫛歯状の圧電性
部材を形成し、この圧電性部材の突出部間の対向面に分
極電極を形成し、間隙を介して離接する分極電極に同一
極性の電荷を印加して突出部を連設方向で交互に相違す
る方向に分極し、この分極の完了後に分極電極を圧電性
部材から除去し、この分極電極が除去された突出部間の
間隙に非圧電性部材を充填し、この充填後に圧電性部材
の末端部を切除して駆動プレートを形成するようにし
た。

【００１３】

【作用】圧力室上に位置する一対の圧電性部材の分極方
向を相違させて通電方向を同一にすることができるの
で、圧電性部材に接続する電極や配線の数量を低減する
ことができ、圧電性部材の分極に関与しない非圧電性部
材は材料の選択性や本体プレートとの接合方法の自由度
が良好である。

【００１４】

【実施例】本発明の実施例を図１及び図２に基づいて説
明する。まず、本実施例の製作方法になるインクジェッ
トプリンタヘッド１６の構造を図２に基づいて説明す
る。このインクジェットプリンタヘッド１６では、オリ
フィス１７とインク供給路(図示せず)とが各々連通した
複数の凹部がアレイ状に連設された厚板状の本体プレー
ト１８と、薄板状の駆動プレート１９とを一体に接合し
た構造となっている。ここで、この駆動プレート１９
は、連設方向で相対向する方向に分極された一対の圧電
性部材２０の中央部と両端部とに非圧電性部材２１，２
２を設け、その表面には一対の前記圧電性部材２０毎に
薄膜状の個別電極２３を設けると共に、裏面には薄膜状
の共通電極２４を一様に設けた構造となっている。そし
て、このインクジェットプリンタヘッド１６では、一対
の前記圧電性部材２０の両端部の前記非圧電性部材２２
下の位置で、前記駆動プレート１９が前記共通電極２４
を介して前記本体プレート１８に接着されることで圧力
室２５が形成されている。

【００１５】なお、このような構造のインクジェットプ
リンタヘッド１６では、その圧電性部材２０は図中の表
裏面の方向では本体プレート１８に固定することなく封
止する必要があるが、これは弾性を有する接着剤やフィ
ルム等で実現可能である。

【００１６】このような構成において、このインクジェ
ットプリンタヘッド１６では、インク供給路から供給さ
れるインク２６が圧力室２５内に保持された状態で所定
の電極２３，２４間に通電が行なわれると、図示するよ
うに、圧力室２５上の一対の圧電性部材２０がシェアモ
ード変形を生じてオリフィス１７からインク２６が吐出
される。

【００１７】なお、このインクジェットプリンタヘッド
１６では、駆動プレート１９内の圧電性部材２０は図中
水平となる連設方向で交互に相違する方向に分極されて
いるので、一対の圧電性部材２０には同一の上下方向に
通電を行なうことになる。そこで、このインクジェット
プリンタヘッド１６では、全ての圧電性部材２０に導通
した一個の共通電極２４と、一対の圧電性部材２０に設
けた個別電極２３とで配線を実現することができ、その
電極２３，２４や配線の数量が極めて少ないので、小型
軽量化や生産性向上に寄与することができる。なお、こ
のような構造のインクジェットプリンタヘッド１６で
は、例えば、共通電極２４に一個の定電圧電源を接続し
て個別電極２３を各対毎にスイッチング素子を介して接
地するような配線を行なうことになる。

【００１８】また、このインクジェットプリンタヘッド
１６では、駆動される圧電性部材２０にはシェアモード
変形のみが生じるので、クロストークの発生が防止され
ている。

【００１９】さらに、このインクジェットプリンタヘッ
ド１６では、駆動プレート１９内の非圧電性部材２１，
２２としては、ポリアセタールやポリエチレンテレフタ
レート等のように圧電性部材２０との低温熱融着が容易
な樹脂材が利用可能である。なお、このような非圧電性
部材２１，２２を圧電性部材２０に接着する場合の接着
剤としては、エポキシ系熱硬化型の接着剤や光硬化型の
接着剤が利用される。

【００２０】そして、このインクジェットプリンタヘッ
ド１６では、各電極２３，２４や非圧電性部材２１，２
２をサーミスタで製作することを要しないので、その材
料の選択性や製作方法の自由度が極めて良好である。特
に、各電極２３，２４は平板状の駆動プレート１９の表
裏面に形成するだけなので、スパッタリングや蒸着等の
薄膜技術で簡易に形成することができ、その生産性が極
めて良好である。

【００２１】また、このインクジェットプリンタヘッド
１６では、駆動効率を良好に確保するために圧電性部材
２０は連設方向に細長く形成しているが、その細長い表
裏面に各電極２３，２４が形成されているので、この各
電極２３，２４と圧電性部材２０との導電面積が大きい
と共に圧電性部材２０の短手方向に通電が行なわれ、圧
電性部材２０の電極抵抗を低減して消費電力を軽減する
ことが可能である。

【００２２】ここで、上述のように各圧電性部材２０の
分極方向が交互に相違する駆動プレート１９の製作方法
の一例を図１に基づいて説明する。まず、同図(ａ)に例
示するように、圧電性部材のブロックをスライス加工す
るなどした平板状の基材にダイシング加工で凹溝２７を
連設することなどで、一つの末端部２８から多数の四角
柱状の突出部２９が平行に連設された櫛歯状の圧電性部
材３０を形成する。つぎに、同図(ｂ)に例示するよう
に、この櫛歯状の突出部２９の対向面に無電解メッキや
スパッタリング等で分極電極３１を設けて交互に相違す
る方向に分極を行なう。そして、同図(ｃ)に例示するよ
うに、このような分極の完了後に研磨加工等で分極電極
３１を除去し、同図(ｄ)に例示するように、突出部２９
間に非圧電性部材２１，２２を充填して平板状に成形す
る。そして、同図(ｅ)に例示するように、この成形後に
圧電性部材３０の表裏面に無電解メッキやスパッタリン
グ等で個別電極２３と共通電極２４を形成し、同図(ｆ)
に例示するように、この形成後に末端部２８を切除す
る。このようにすることで、分極方向が相違する突出部
２９で圧電性部材２０が形成されて各電極２３，２４が
表裏面に形成された平板状の駆動プレート１９の製作が
完了する。

【００２３】

【発明の効果】オリフィスとインク供給路とが各々連通
した複数の凹部がアレイ状に連設された本体プレートを
設け、予め分極された圧電性部材と非圧電性部材とが交
互に設けられた平板状の駆動プレートを設け、この駆動
プレートと本体プレートとの接合で一対の圧電性部材を
凹部上に各々位置させて圧力室を形成し、インク供給路
から供給されて圧力室内に保持されたインクを印加電力
に従って変形する圧電性部材で加圧してオリフィスから
吐出するようにしたインクジェットプリンタヘッドにお
いて、一つの末端部から多数の四角柱状の突出部が平行
に連設された櫛歯状の圧電性部材を形成し、この圧電性
部材の突出部間の対向面に分極電極を形成し、間隙を介
して離接する分極電極に同一極性の電荷を印加して突出
部を連設方向で交互に相違する方向に分極し、この分極
の完了後に分極電極を圧電性部材から除去し、この分極
電極が除去された突出部間の間隙に非圧電性部材を充填
し、この充填後に圧電性部材の末端部を切除して駆動プ
レートを形成するようにしたことにより、圧力室上に位
置する一対の圧電性部材の分極方向を相違させて通電方
向を同一にすることで電極や配線の数量を低減すること
ができ、圧電性部材の分極に関与しない非圧電性部材は
材料の選択性や本体プレートとの接合方法の自由度が良
好なので、生産性が良好で小型軽量化も可能なインクジ
ェットプリンタヘッドの製作方法を得ることができる等
の効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す工程図である。

【図２】インクジェットプリンタヘッドを示す縦断正面
図である。

【図３】圧電性部材の作動原理を示す模式図である。

【図４】従来例を示す縦断正面図である。

【図５】駆動プレートの製作方法を示す工程図である。

【符号の説明】

１６ インクジェットプリンタヘッド １７ オリフィス １８ 本体プレート １９ 駆動プレート ２０ 圧電性部材 ２１ 電極 ２２ 非圧電性部材 ２３ 圧力室 ２３ インク

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 オリフィスとインク供給路とが各々連通
   した複数の凹部がアレイ状に連設された本体プレートを
   設け、予め分極された圧電性部材と非圧電性部材とが交
   互に設けられた平板状の駆動プレートを設け、この駆動
   プレートと前記本体プレートとの接合で一対の前記圧電
   性部材を前記凹部上に各々位置させて圧力室を形成し、
   前記インク供給路から供給されて前記圧力室内に保持さ
   れたインクを印加電力に従って変形する前記圧電性部材
   で加圧して前記オリフィスから吐出するようにしたイン
   クジェットプリンタヘッドにおいて、一つの末端部から
   多数の四角柱状の突出部が平行に連設された櫛歯状の圧
   電性部材を形成し、この圧電性部材の突出部間の対向面
   に分極電極を形成し、間隙を介して離接する前記分極電
   極に同一極性の電荷を印加して前記突出部を連設方向で
   交互に相違する方向に分極し、この分極の完了後に前記
   分極電極を前記圧電性部材から除去し、この分極電極が
   除去された前記突出部間の間隙に非圧電性部材を充填
   し、この充填後に前記圧電性部材の末端部を切除して前
   記駆動プレートを形成するようにしたことを特徴とする
   インクジェットプリンタヘッドの製作方法。