JPH0760962A - インクジェットヘッドとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 せん断駆動型のインクジェットヘッドを安価
かつ容易に製造可能にする。 【構成】 非圧電性の基板１の上面に圧電性板２を積層
し、圧電性板の上面から板厚方向に、圧電性板のおよそ
２倍の深さに溝部４が刻設してある。溝部の両内側面に
は電極層５が形成してある。圧電性板の上面には上蓋７
を積層し、溝部を塞いでインク流路とし、その先端部に
ノズルプレート１０を当接してある。その製造方法は、
基板１の上面に圧電性板２を接着剤３を介して積層し、
溝部４を刻設し、電極層を圧電性板の部分を越えた範囲
に形成する。次に圧電素子板板上に溝部を塞ぐように上
蓋７を積層した後、前端部にノズルプレート１０を取り
付ける。電極層に電圧印加すると、溝部の側壁の圧電性
板の部分のみ変形するため溝部の中央付近に最大変位点
が生じ、しかも電極形成に精度が要求されず製造が容易
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、せん断駆動型のインク
ジェットヘッド及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】インクジェットヘッドのタイプとして種
々のものが知られているが、その１つとしてせん断駆動
型のインクジェットヘッドがある（例えば特開平２−１
５０３５５号）。せん断駆動型のインクジェットヘッド
は、圧電性材からなる基板の上面に複数の平行なインク
流路用の溝部を刻設し、これらの各溝部の両内側面に溝
部の半分の深さまで電極層を形成し、その上面に上蓋を
積層し、両板の対向面にインク流路を構成している。積
層した両板のインク流路の先端部を有する一辺には、イ
ンク流路と対向可能な位置にノズルを有するノズルプレ
ートを当接してある。

【０００３】このような構成のインクジェットヘッドの
溝部の両内側に形成された電極層に電圧を印加すると、
溝部を作っている両側の壁部が、上部の部分にだけ圧電
効果による変形を生じ、溝の底部には圧電効果を及ぼさ
ないため、溝部の深さの中央部の変形量を最大として溝
部側に変形し、このような変形によって溝部の体積を小
さくし、インク流路内のインクにエネルギーを付与し、
インクをノズルから噴出させるようにしてある。

【０００４】また、溝部の両内側面に形成された電極層
への導電は、１つの流路が１電極となるように配線し、
その配線を上面に設けられたインク供給用のマニホール
ドの後部に引き込み、その先端部で駆動用ドライバのＩ
Ｃと接続するワイヤボンディングが行なわれる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、せん
断駆動型のインクジェットヘッドの構成は、圧電性の基
板に溝部を刻設するものであり、圧電性板の厚さも厚く
かつ面積も大きくなるので、高価な圧電性板の使用量が
多くなり、製造コストを高くする原因になっている。

【０００６】また、溝部の深さの半分の位置までしか圧
電効果による変形を生じさせないようにするためには、
電極層の形成領域を溝部の深さの半分の位置まで区画さ
れるように形成することが必要である。しかし、スパッ
タリングなどの成膜法によって極めて小さい間隔の溝部
の内側面にこのような電極層を形成することは、困難か
つ面倒であるため、製造コストを高くする原因にもなっ
ている。

【０００７】また、電極層への導電手段として、マニホ
ールドの後部へ引き込まれた配線にワイヤボンディング
が行われるが、ヘッドの高密度化によりボンディングピ
ッチも狭くなっているので、高度なボンディング技術が
要求され、それだけ製造コストを高くしている。

【０００８】そこで本発明の目的は、高価な圧電性板の
節減を図るとともに、このようなインクジェットヘッド
の製造を容易にすることにより製造コストの引き下げを
図ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のインクジェットヘッドは、非圧電性の基
板と、この基板の上面に積層してある圧電性板と、この
圧電性板の上面から基板にかけて板厚方向に、この圧電
性板の厚さの実質的に２倍の深さに、かつそれぞれ平行
に設けてある複数の溝部と、これらの各溝部の両内側面
にそれぞれ形成された電極層と、圧電性板の上面に積層
された上蓋とを備えている。

【００１０】また、基板と圧電性板との対接面に、各電
極層とそれぞれ対応する導電パターンが設けられてお
り、圧電性板は基板よりも小面積であって、基板は圧電
性板積層部と非積層部とに分かれており、非積層部上に
各導電パターンの端子部がそれぞれ設けられている。

【００１１】そしてこのインクジェットヘッドの製造方
法は、非圧電性の基板の上面に圧電性板を積層する工程
と、圧電性板から基板にかけて板厚方向に、圧電性板の
厚さの実質的に２倍の深さでそれぞれ平行な複数の溝部
を刻設する工程と、刻設された各溝部の両内側面に電極
層を設ける工程と、これらの溝部を塞ぐように圧電性板
の上に上蓋を積層する工程とを含んでいる。

【００１２】また他の手段におけるインクジェットヘッ
ドの製造方法は、非圧電性の基板の上面に所望の導電パ
ターンを形成する工程と、この基板の導電パターン形成
面に圧電性板を積層する工程と、積層された圧電性板か
ら基板にかけて板厚方向に、圧電性板の厚さの実質的に
２倍の深さでそれぞれ平行な複数の溝部を刻設し、この
時導電パターンの少なくとも一部を上記溝部内側面に露
出させる工程と、各溝部の内側面に、導電パターンの露
出部と接触する電極層を設ける工程と、両内側面に電極
層を有する溝部を塞ぐように圧電性板上に上蓋を積層す
る工程とを含んでいる。

【００１３】

【作用】非圧電性の基板上に圧電性板を積層し、溝部の
深さを圧電性板の厚さの２倍とし、溝部の内側面におけ
る圧電性板の部分だけ圧電変形可能にしてあるので、溝
部の深さの中央部が最大の変形位置となるインクジェッ
トヘッドを低コストで容易に製造可能になる。

【００１４】基板上に積層する圧電性板の大きさは、基
板の大きさよりも小面積であり、かつ厚さが溝部の深さ
の半分であるので、高価な圧電性板の使用量が少なくて
すむ。基板の上面に、溝部の内側面に形成してある電極
層と対応する導電パターンを設け、この導電パターンの
端子部を圧電性板が積層されていない部分に設けると、
ワイヤボンディングが容易になる。

【００１５】このような本発明のインクジェットヘッド
の製造に際しては、非圧電性の基板上に圧電性板を積層
してから溝部を刻設するので、圧電効果による変形に必
要な部分だけを高価な圧電性板とすることが可能にな
る。電極層を形成する位置が圧電性板の部分から非圧電
性の基板にまたがっても、圧電効果による変形は圧電性
板の部分にしか生じないようにできるので、インクジェ
ットヘッドの製造が容易である。

【００１６】基板上面に導電パターンを形成してから、
この導電パターンの形成面に圧電性板を積層し、圧電性
板の上面から板厚方向に、実質的に圧電性板の２倍の深
さに流路用の溝部を刻設すれば、導電パターンの切断部
が溝部の内側面に露出し、内側面に形成する電極層との
接続が容易となり、基板の露出部に設けられた導電パタ
ーンの端子部との導通が容易になる。

【００１７】

【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照して
説明する。図１に本発明に係るインクジェットヘッドの
完成体を示している。基板１の上面にこれより小面積の
圧電性板２が接着剤３を介して積層してある。圧電性板
２は、基板１の前部に積層してあり、この圧電性板積層
部１ａ以外の部分（後部）は非積層部１ｂであって外部
に露出しており、後述の導電パターンの端子部（図示
略）は、基板の非積層部１ｂの上面に露出している。

【００１８】圧電性板２の上面には、板厚方向に向けて
複数の流路用の溝部４がそれぞれ平行になるように刻設
してある。各溝部４の深さは、実質的に圧電性板２の厚
さの２倍の深さであり、溝部の内端部は、圧電性板積層
部１ａとの境界近傍に位置している。

【００１９】各溝部４の両内側面の圧電性板の部分に
は、クロムからなる電極層５が形成してあり、この電極
層は基板の上面に設けてある端子部（図示略）と電気的
に導通可能である。

【００２０】各溝部４の一端部が位置する圧電性板２の
上面には、矩形状のインク供給用のマニホールド６が設
けてある。マニホールド６には図示しないインク供給パ
イプが接続してあり、このパイプからマニホールド６内
のインク溜り（図示略）を介して連通している。

【００２１】圧電性板２の上面には、各溝部４の上部を
塞ぐように上蓋７が接着剤８を介して積層してある。上
蓋７の内端辺はマニホールド６の前面と一致しており、
各溝部４の上部を塞ぐことによりインク流路を構成して
いる。

【００２２】基板１と圧電性板２と上蓋７とによって構
成されるインク流路の先端開口部を有する辺には、ノズ
ルプレート１０が当接接合してある。ノズルプレート１
０には、各インク流路の開口部と対向する位置にノズル
１０ａが設けてあり、インク流路内に供給されたインク
を噴射可能である。

【００２３】次に動作について説明する。図２は、各電
極層５に無通電時における各溝部４の状態を示してい
る。例えば、左側から３番目のインク流路からインクを
噴射させようとする場合には、溝部４ａの両側面の電極
層５ａ及び電極層５ｃにプラスの電圧を印加するととも
に、隣の溝部４ｂの右側の電極層５ｂ及び隣の溝部４ｃ
の左側の電極層５ｄにマイナスの電圧を印加する。する
と図３に示すように、圧電効果により左側の突起部は右
側に変形し、右側の突起部は左側に変形するため、イン
ク流路の断面は小さくなる。このため、溝部４ａに供給
されているインクは加圧されて、ノズル１０ａ（図１参
照）から前方へ噴射して印字動作を行う。

【００２４】次に本実施例におけるインクジェットヘッ
ドの製造方法について説明する。初めに所定の形状に形
成されたガラス板からなる非圧電性の基板１の上面の前
半部にエポキシ樹脂製の接着剤３を介して圧電性板（Ｐ
ＺＴ）２を接合する（図４参照）。基板１の厚さは、強
度保持上１ｍｍ以上とし、圧電性板２の厚さは５０〜５
００μｍ（特に１５０〜２００μｍ）の範囲のものを選
定する。

【００２５】次にスライシングマシンを用いて、圧電性
板２上面から板厚方向にかけて平行で等間隔な溝部４を
刻設する。溝部４の深さは、実質的に圧電性板２の厚さ
の２倍になるように、すなわち、基板１にも圧電性板２
の厚さと同じ深さに切り込んだ深さとする。溝部４のピ
ッチは、圧電性板２の厚さに応じて５０〜１００μｍの
範囲が適当である（図５参照）。

【００２６】次にスパッタリング法によって圧電性板２
の表面にクロムの電極層５を形成する（図６参照）。電
極層５は上面から溝部４の半分以上の深さの位置まで、
すなわち圧電性板２の部分より深くまで形成されればよ
く、基板１の部分の形成状態には関係がないのでその形
成処理は容易である。実際に電極層５に電圧が印加され
た際に変形を生じるのは圧電性板２の部分のみであり、
非圧電性の基板１の部分は電圧印加の有無にかかわらず
変形はしないため、基板１の部分に電極層５が存在する
か否かは何等問題にならない。従って、電極層形成にあ
たっては、圧電素子板２の部分を覆いさえすればそれ以
上の精度は要求されないため、作業が極めて簡単にな
る。なおこの段階では、電極層５は、溝部４の両側の突
起を被覆した状態になっている。電極層の形成には、ス
パッタリングの他、真空蒸着法や気相メッキ法など他の
金属表面形成手段を用いてもよい。

【００２７】次に、圧電性板２の上面を研磨して上面に
形成してある電極層を除去し、溝部４の両側に形成され
た電極層５をそれぞれ独立したものにする（図７参
照）。

【００２８】次に上蓋７の下面にエポキシ樹脂の接着剤
８を塗布し、この接着剤を介して、上蓋を圧電性基板２
の上面に積層して溝部４を塞ぐ。上蓋７の一辺は、各溝
部４の先端が開口する一辺と一致し、その対向辺は、マ
ニホールド６の前面と一致している。各溝部４は、上蓋
の下面と溝部の底面および両側内側面に囲まれ、それぞ
れインク流路を構成する（図２参照）。

【００２９】次に圧電性板２の一端部に沿って、その上
面にインク供給用のマニホールド６を対接し、各溝部４
の内端部を覆い、マニホールドのインク供給孔と各溝部
とを連通させる（図１参照）。最後に各インク流路の開
口端と各ノズル１０ａとが対向するようにノズルプレー
ト１０を基板等の前端部に接合することによりインクジ
ェットヘッドができ上る。

【００３０】次に他の実施例について説明する。図８に
示すように、基板１１の上面に多数の導電パターン１２
が設けてあり、これらの導電パターン１２は、基板の右
側に位置する圧電性板積層部１１ａの部分は、２点鎖線
で示してある流路用の溝部１３と平行で、それよりも幅
広の接続部１２ａとなっている。基板１１の左側に位置
する非積層部１１ｂの導電パターンの部分は、接続部１
２ａから延長し、かつ幅を狭くして間隔を広くした延長
部１２ｂとなっている。延長部１２ｂの各先端部には、
ワイヤボンディングなどが行なわれる端子部１２ｃが設
けてある。

【００３１】図１４に示すように、基板の圧電性板積層
部１１ａ（図８参照）の上面には、接着剤１４を介して
圧電性板１５が積層してある。圧電性板１５の上面から
板厚方向に向けて、圧電性板の実質的に２倍の深さの溝
部１３が設けてある。

【００３２】各溝部１５の深さの中間位置の内側面に
は、切断された導電パターン１２の一部である露出部１
２ｄが露出した状態となっている。そして、各溝部１３
の内側面の上部から、これらの露出部１２ｄにかけて、
Ｃｒからなる電極層１６が形成してあり、導電パターン
１２とこれらの電極層とは電気的に接続されている（図
１２〜１４参照）。

【００３３】圧電性板１５の上面には、接着剤１７を介
して上蓋１８が積層してあり、溝部１３を塞いでインク
流路を構成している（図１４参照）。

【００３４】次に本実施例におけるインクジェットヘッ
ドの製造法について説明する。図９に示すように、初め
に非圧電性の基板１１の上面に導電パターン１２を形成
する。これらの各導電パターン１２には、溝部１３が設
けられる接続部１２ａを所定幅で平行に設けてあり、そ
の内端部から幅を狭くし、非積層部１１ｂ上でさらに後
方に延長し、かつ間隔を広げた延長部１２ｂを設け、そ
の後端部を端子部１２ｃとしてある（図８参照）。

【００３５】次に、導電パターン１２の周囲にエポキシ
樹脂からなる接着剤１４を介して、その上面に圧電性板
１５を積層する（図１０参照）。続いて各導電パターン
の接続部１２ａの溝部を設ける位置の中央部をスライシ
ングマシンで加工し、流路をなす溝部１３を刻設する。
溝部の幅や深さ及びピッチ等は上記実施例と同様である
（図１１参照）。溝部１３の刻設により導電パターン１
２の一部も溝部の形状に切断され、基板１１と圧電性板
１５との間に切断された露出部１２ｄが露出した状態に
なる。

【００３６】次に、圧電性板１５の上面にＣｒの電極層
１６をスパッタリングによって形成し（図１２参照）、
圧電性板１５の上面に形成された電極層を研磨して除去
する（図１３参照）。最後に接着剤１７を介して上蓋１
８を被せて溝部を塞げば、インク流路ができる（図１４
参照）。その後、図１と同様にノズルプレート（図示
略）を固着する。

【００３７】本実施例では、予め基板の上面に導電パタ
ーンを形成しておくことにより、ワイヤボンディング部
の間隔を容易に広く設けることができるので、ワイヤの
接続が容易となる利点がある。なお、非圧電性の基板と
しては、ガラス板の他、セラミック、フレキシブル配線
板などを採用してもよく、電極層もクロムの他にもニッ
ケルなどの金属も用いられる。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、圧電性板の厚さは実質
的に溝部の深さの半分の厚さでよく、大きさは、基板の
圧電性板積層部に相当する大きさにすればよく、高価な
圧電性板の使用量をきわめて少なくすることができるの
で、せん断駆動型インクジェットヘッドの製造コストの
節減に寄与する。

【００３９】また、非圧電性の基板の上面に圧電性板を
積層し、圧電性板の厚さの実質的に２倍の深さの溝部を
刻設してから、その両内側面に電極層を形成するため、
溝部の深さの半分の深さの部分で最大変形可能なインク
ジェットヘッドを容易に製造可能となる。また、基板の
上面に予め導電パターンを設けて、溝部の内側面に設け
られた電極層に導電可能にすれば、導電パターンの端子
部を介して溝部の内側面の電極層への導電が容易な構成
にすることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェットヘッドの一実施例を示
す一部切欠斜視図である。

【図２】同実施例の要部拡大断面図である。

【図３】同実施例のインク流路が変形した状態を示す拡
大断面図である。

【図４】本発明に係るインクジェットヘッド製造方法の
一実施例の第１工程を示す要部拡大断面図である。

【図５】同実施例の第２工程を示す要部拡大断面図であ
る。

【図６】同実施例の第３工程を示す要部拡大断面図であ
る。

【図７】同実施例の第４工程を示す要部拡大断面図であ
る。

【図８】インクジェットヘッドの他の実施例において、
基板上面に導電パターンを形成した状態を示す平面図で
ある。

【図９】インクジェットヘッド製造方法の他の実施例に
おける第１工程を示す要部拡大断面図である。

【図１０】同実施例の第２工程を示す要部拡大断面図で
ある。

【図１１】同実施例の第３工程を示す要部拡大断面図で
ある。

【図１２】同実施例の第４工程を示す要部拡大断面図で
ある。

【図１３】同実施例の第５工程を示す要部拡大断面図で
ある。

【図１４】図８に示すインクジェットヘッドの要部拡大
断面図である。

【符号の説明】

１，１１ 基板 ２，１５ 圧電性板 ４，１３ 溝部 ５，１６ 電極層 ７，１８ 上蓋 １１ａ 圧電性板積層部 １１ｂ 非積層部 １２ 導電パターン １２ｂ 端子部 １２ｄ 露出部

フロントページの続き (72)発明者 神田 泰成 東京都墨田区太平四丁目１番１号 株式会 社精工舎内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 非圧電性の基板と、 上記基板の上面に積層してある圧電性板と、 上記圧電性板の上面から上記基板にかけて板厚方向に、
   この圧電性板の厚さの実質的に２倍の深さにかつそれぞ
   れ平行に設けてある複数の溝部と、 上記各溝部の両内側面に形成された電極層と、 上記圧電性板の上面に積層された上蓋とを備えているこ
   とを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 【請求項２】 上記基板と上記圧電性板との対接面に、
   上記各電極層とそれぞれ対応する導電パターンが設けら
   れており、 上記圧電性板は上記基板よりも小面積であって、上記基
   板は上記圧電性板積層部と非積層部とに分かれており、
   上記非積層部上に上記各導電パターンの端子部がそれぞ
   れ設けられていることを特徴とする請求項１に記載のイ
   ンクジェットヘッド。
3. 【請求項３】 非圧電性の基板の上面に圧電性板を積層
   する工程と、 上記圧電性板から上記基板にかけて板厚方向に、上記圧
   電性板の厚さの実質的に２倍の深さでそれぞれ平行な複
   数の溝部を刻設する工程と、 上記各溝部の両内側面に電極層を設ける工程と、 上記溝部を塞ぐように上記圧電性板上に上蓋を積層する
   工程とを含むことを特徴とするインクジェットヘッドの
   製造方法。
4. 【請求項４】 非圧電性の基板の上面に所望の導電パタ
   ーンを形成する工程と、 上記基板の上記導電パターン形成面に圧電性板を積層す
   る工程と、 上記圧電性板から上記基板にかけて板厚方向に、上記圧
   電性板の厚さの実質的に２倍の深さでそれぞれ平行な複
   数の溝部を刻設し、この時上記導電パターンの少なくと
   も一部を上記溝部の内側面に露出させる工程と、 上記各溝部の内側面に、上記導電パターンの上記露出部
   と接触する電極層を設ける工程と、 上記溝部を塞ぐように上記圧電性板上に上蓋を積層する
   工程とを含むことを特徴とするインクジェットヘッドの
   製造方法。