JPH09239977A - インクジェット記録ヘッド用圧電振動子ユニット、及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 長尺の圧電振動子ユニットを構成する圧電振
動板の反りを無くすること。 【解決手段】 圧電振動子ユニットの分極処理を、圧電
振動板（１）と支持板（４）を接着した後に行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧力発生室の一方
の面を振動板で形成し、この振動板に縦振動型圧電振動
子を取り付け、圧電振動子を収縮、膨張させることによ
り圧力発生室を膨張、収縮してインク滴を発生させるイ
ンクジェット式記録ヘッドに適した圧電振動子ユニット
およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧電振動子は、他の機械式アクチュエー
タに比較して小型、軽量でしかも高速応答が可能なた
め、いろいろの分野で駆動素子として使用されている。

【０００３】例えば、特開平4-366643号公報や米国特許
第5,453770号明細書に示されたような縦振動モードの圧
電振動子をインクジェット式記録ヘッドの駆動に使用す
ると、圧電振動子と振動板との当接面積を極めて小さく
できるため、１８０ＤＰＩ以上の解像度を実現できる。

【０００４】縦振動モードを利用したインクジェット記
録ヘッドは、図６に示したように複数のノズルを備えた
流路ユニットＡの背面に狭い間隙をおいて圧電振動子
Ｂ，Ｂ，Ｂ‥‥を配設してなる振動子ユニットＣをホル
ダＤの振動子ユニット挿入口Ｅから挿入して、インク流
路からのインクをノズルプレートと振動板とで形成した
圧力室に導いた上、このインクを記録信号に応じて駆動
させた圧電振動子Ｂ，Ｂ，Ｂ‥‥により加圧してインク
滴としてノズルより飛翔させるように構成されている。

【０００５】縦振動モードの圧電振動子Ｂは、駆動電圧
を可能な限り下げて駆動回路の簡素化を図るため、図７
に示したように圧電振動材料Ｆと電極材料Ｇ、Ｈとを、
一端で電極が重ならず、かつ電極材料Ｇ，Ｈの間の圧電
振動材料Ｆの厚みが１５乃至３０μｍと極めて薄くなる
ように、複数積層し、これを焼成して圧電振動板Ｋを構
成し（図７（イ））、その後に電極Ｇ，Ｈの間に７０ボ
ルト程度の直流電圧を印加して分極処理を行い（図７
（ロ））、これを１つの圧電振動子ユニットを構成する
のに適したサイズのものＮに分割し、これを（図７
（ハ））を中間物とする。

【０００６】そして図８（イ）に示したように前端と後
端とに電極Ｇ，Ｈの各々に接続する外部電極Ｐ，Ｑを形
成し、電極Ｇ，Ｈがラップしていない領域、いわゆる不
活性領域Ｍを支持板Ｒに取付け、活性領域側の先端から
ダイシングソウやワイヤソウ等により、所定、例えば１
／１８０インチピッチの場合にはピッチ０．１４ミリメ
ートルの幅で切断して圧電振動子Ｂ，Ｂ，Ｂに切分けて
圧電振動子にユニットに仕上げられている（図８
（ロ））。

【０００７】このようにして構成される圧電振動板は、
一半が分極領域として、また他半が非分極領域として形
成されるため、分極領域が分極処理によりアトランダム
であった双極子モーメントが分極軸方向に整列するとと
もにわずかに収縮し、また非分極領域が元の状態のまま
であるから、収縮部分と非収縮部分とが同一材に存在す
ることになり、いわゆるバイメタル効果により反りが生
じて図７（ロ）に示したように端部を結ぶ線と中央部と
の間にギャップΔＳが生じている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】それでも、振動子ユニ
ットの圧電振動子の数が３０程度の場合には、圧電振動
板の幅が５乃至６ｍｍ程度と小さいため、中央部と端部
とのギャップ量が無視できる程度に小さくなるが、高密
度、高速印刷に対応するため、１列のノズル開口の数が
例えば１２８以上の記録ヘッドの圧電振動子ユニットを
構成する圧電振動板として用いた場合には、分極により
生じた５乃至１０μｍのギャップΔＳがそのまま圧電振
動子と圧力発生室の隔壁を構成している振動板Ｐのアイ
ランド部Ｑとの間のギャップとして残る。

【０００９】これら圧電振動子Ｒe、Ｒcは、図９に示し
たようにその先端に接着剤Ｔの層を形成してアイランド
部Ｑと接合されるが、端部の圧電振動子Ｒe、Ｒe‥‥と
アイランド部Ｑとは接着剤Ｔの層を介して接合できるも
のの、中央部の圧電振動子Ｒc，Ｒc‥‥では大きなギャ
ップが生じるため振動板Ｐに当接させることができな
い。

【００１０】もとより接着剤の厚みを大きくすることも
考えられるが、接着剤層が弾性部材として作用するた
め、圧電振動子の変位を圧力発生室の膨張、収縮のため
に伝達することが不可能となる。

【００１１】また、少なくとも振動板に当接する面を研
磨等により平坦化することも考えられるが、外部電極Ｐ
が研磨により消滅してしまうため、外部電極Ｐを再度形
成する必要があるが、電極形成には加熱が伴うため、せ
っかく行った分極が消滅してしまうという問題や、さら
には研磨の手間を要したり、破損を生じる等大きな問題
を伴うので、このような方法を採ることができない。

【００１２】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、分極処理に起因する
圧電振動板の反りを可及的に抑え、多数ノズルからイン
ク滴を吐出させることができる振動子ユニットを提供す
ることにある。

【００１３】また、本発明の他の目的は上述の圧電振動
子ユニットの製造方法を提案することである。

【００１４】

【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、一方の極となる第１の電極
層と他方の極となる第２の電極層とを圧電材料を挟んで
交互に積層してなる圧電振動板を、所定にピッチで歯割
りしてなる複数の圧電振動子を、その後端側を支持板に
固定してなる圧電振動子ユニットにおいて、すくなくと
も前記圧電振動板の分極処理を前記圧電振動板と前記支
持板との接着の後に行うようにした。

【００１５】

【発明の実施の形態】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。

【００１６】図１は、圧電振動子ユニットの製造方法の
一実施例を示すものであって、１は圧電材料と電極材料
を交互に複数積層してなる従来と同様の製造方法で作ら
れた圧電振動板であるが、従来例と違い分極処理をして
いないものである。圧電振動板１の不活性領域となる領
域２をその一方の面に電極層３を形成した支持板４と接
着し振動板ユニットを形成してある（図１（イ））。こ
の際の接着は圧電振動板１の外部電極の一方であるセグ
メント電極６と支持板４上に形成されている電極層３と
が導通状態となるように行ってある。

【００１７】こうして形成された振動板ユニットを、そ
の活性領域５側の先端からダイシングソウやワイヤソウ
等により、所定のピッチ、実施例では１／１８０インチ
ピッチ０．１４ミリメートルの幅で支持板４上の電極層
３をも分離する様に切断して圧電振動子８ａ、８ｂ、８
ｂ、８ｂ、‥‥、８ａに切分ける。切り分けられた圧電
振動子の両端にあたる圧電振動子８ａ、８ａはダミー振
動子とよばれ、圧電振動子ユニットをインクジェットヘ
ッドの圧力室の隔壁を構成する振動板のアイランド部分
との接着時において、両者の相対位置精度を確保する為
の基準となる圧電振動子であり、その他の圧電振動子８
ｂ、８ｂ、８ｂ‥‥と違い圧力室を伸縮させる為の圧電
振動子ではない。実施例ではダイシングソウによりダミ
ー振動子２本を含め１３０本の圧電振動子を形成した。
圧電振動子の先端部の全幅（＝ダミー振動子両側面の距
離）は約２０ｍｍである。その後、共通電極板９を圧電
振動子のコモン電極７ａ、７ｂ、７ｂ、７ｂ、‥‥、７
ａと、きり分けられた電極層３の両端にあたる両端電極
３ａ、３ａとが導通状態となるように接着する。そし
て、同様に電極層３をきり分けたことにより形成された
電極３ｂ、３ｂ、３ｂ‥‥と前述の両端電極３ａ、３ａ
との間に７０ボルト程度の直流電圧を印加して分極処理
を行うことにより、駆動信号により伸縮する圧電振動子
ユニットに仕上げられている（図１（ロ））。

【００１８】このような方法で圧電振動子ユニットを作
った場合、図２に示すように分極処理により圧電振動子
８、８、８は活性領域のアトランダムであった双極子モ
ーメントが分極軸方向に整列するとともにわずかに収縮
し、８ｂ、８ｂ、８ｂに示すようになるのではあるが、
各圧電振動子８、８、８は一定量１０で一様に収縮する
ため、従来例のように中央部の収縮がより大きいため発
生する接着不良は発生しえない。

【００１９】前記の実施例では１８０ＤＰＩで１２８本
の圧電振動子を持つ圧電振動子ユニットについて説明を
したが、圧電振動子のピッチによらず効果があることは
明白である。また従来の方法では先端に発生するギャッ
プの大きさは圧電振動板の幅に比例し大きくなる為、後
の接着工程を正常におこなえるのは５ｍｍ程度以下の幅
の圧電振動子ユニットまでであったが、本実施例の方法
では前述のようにすべての圧電振動子が分極処理におい
ても同様の収縮をするため、実施例に示した１２８本、
２０ｍｍ幅以上の大きさの圧電振動子ユニットでも同様
の効果を得られるため、２０ｍｍ以外（大きくても小さ
くても）のあらゆる幅を持った圧電振動子ユニットの製
造が可能である。

【００２０】また、上記実施例では共通電極板９を接着
した後に分極処理をしたが、その場合、両端になる圧電
振動子８ａ，８ａ（ダミー振動子）のセグメント電極６
ａ、６ａとコモン電極７ａ、７ａが共通電極板９により
導通状態となっているために両端のダミー振動子８ａ，
８ａは前記の分極処理では分極されないことになる。し
たがって分極されたことにより収縮した圧電振動子８
ｂ、８ｂ、８ｂ‥‥にくらべその先端面が図２の１０で
示した量だけ突出することになる。この先端面の差は図
３に示す様に圧電振動子ユニット先端と圧力発生室１
４、１４、１４‥‥の隔壁を構成している振動板１２の
アイランド部１１、１１、１１‥‥との接着時にギャッ
プを形成することになるが従来法で問題となったギャッ
プに比べれば小さなもので、従来方法で通常に用いられ
る数ミクロン厚の接着層１３、１３、１３、１３‥‥で
問題なく接着できるものである。

【００２１】また、このギャップが問題となる場合は上
記の実施例で共通電極板９を接着する前に圧電振動板の
コモン電極７ａ、７ｂ、７ｂ、‥‥、７ｂ、７ａと電極
層３ａ，３ｂ、３ｂ、‥‥、３ｂ、３ａとの間に直流電
圧を印加して分極処理をすることで、両端の圧電振動子
も分極する事ができ、前記の僅かなギャップの発生も解
消できる。

【００２２】さらに他の実施例として図１（イ）の圧電
板ユニットの状態で圧電材料のコモン電極７とセグメン
ト電極６、あるいはコモン電極７と支持板上の電極層３
との間に直流電圧を印加し、分極処理をした後にダイシ
ング等により圧電振動子に切りわけ、共通電極板９の接
着をして圧電振動子ユニットを形成したものでも、第１
の実施例ほど大きな効果は得られないものの、従来方法
に比べて先端部のギャップの量を減少することができ、
第１の実施例のような２０ｍｍ程度の幅を持つ圧電振動
子ユニットを製造することが可能である。

【００２３】従来方法との違いは、支持板への接着が圧
電材料を分極してから接着するか、した後に接着するか
の違いである。接着前に分極処理をしてある従来例では
図５のごとく不活性領域１６が活性領域１７の収縮によ
り発生する内部応力で弾性変形したままの形で支持板１
８に接着されてしまう。支持板１８は圧電振動子ユニッ
トの変位特性を良好とする目的で一般に０．５及至１．
５ｍｍ程度のセラミック基板またはセラミクス基板に剛
性アップの目的でステンレス板を接着したものが使われ
る。この時点では支持板１８には応力が加わっていない
ので、支持板１８は変形していない。その後ダイシング
等により圧電振動子に切り分けられることにより、不活
性領域に加わる内部応力が減少してもとの状態に戻ろう
とすると、それに応じて不活性領域１６に接着されてい
る支持板１８が変形することになる。したがって、不活
性領域１６に支持板１８からの応力が逆方向に発生する
ため、分極処理時に発生した収縮による圧電振動子ユニ
ット先端部のギャップは、あまり減少することなく、ほ
ぼそのままの形で残ってしまう。これに対して、分極前
に接着した場合図４（イ）のように分極により発生した
不活性領域１９の弾性変形に加え、今度は不活性領域１
９の変形により発生する支持板２１への応力のため、支
持板２１も不活性領域１９と同じ方向に変形することに
なる。この場合は圧電振動子に切り分けられる事によ
り、不活性領域への応力が減少するのに応じて支持板２
１に加わっていた応力も減少するので、図４（ロ）のご
とく支持板２１と共に不活性領域の変形が減少するの
で、従来方法に比べ、分極処理により発生する圧電板ユ
ニット先端部のギャップを小さくする事ができる。この
場合支持板の材質により最終的に圧電振動子の先端に残
るギャップの量に違いがあり、剛性の小さいものでは本
実施例で要求される程度までギャップを小さくすること
ができないが、本実施例では支持板として前述した一般
的に圧電振動子ユニットの支持板に用いられるセラミッ
ク基板を用いることで振動板アイランド部と圧電振動子
ユニット先端との接着が可能な数ミクロン程度のギャッ
プに抑えることができた。

【００２４】

【発明の効果】以上、説明したように本発明において
は、一方の極となる第１の電極層と他方の極となる第２
の電極層とを圧電材料を挟んで交互に積層してなる圧電
振動板を、所定にピッチで歯割りしてなる複数の圧電振
動子を、その後端側を支持板に固定してなる圧電振動子
ユニットにおいて、すくなくとも前記圧電振動板の分極
処理を前記圧電振動板と前記支持板との接着の後におこ
なうことにより、分極処理時に発生する圧電振動子ユニ
ット先端部の反りを防止、または減少することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（イ）、（ロ）は、それぞれ本発明による圧電
振動子ユニットの製造方法の一実施例を示す図である。

【図２】本発明の実施例の圧電振動子ユニットの先端部
が分極処理により収縮する状態を模式的に示す図であ
る。

【図３】本発明の圧電振動子ユニットにより多数ノズル
の記録ヘッドを構成した場合の圧電振動子ユニット先端
と振動板との接続状態を模式的に示す図である。

【図４】（イ）、（ロ）は、それぞれ本発明による圧電
振動子ユニットの製造方法の他の実施例を示す図であ
る。

【図５】従来の圧電振動子ユニットを構成する圧電振動
板と支持板との接着状態を示す図である。

【図６】縦振動モードの圧電振動子を用いたインクジェ
ット式記録ヘッドの一例を示す図である。

【図７】（イ）乃至（ハ）は、それぞれ従来の圧電振動
子ユニットを構成する圧電振動板の焼成直後の状態、分
極処理後の状態、及び所定サイズに切分けた状態を示す
図である。

【図８】（イ）、（ロ）は、それぞれ圧電振動板から圧
電振動子ユニットを構成する従来の製造過程を示す図で
ある。

【図９】従来の圧電振動子により多数ノズルの記録ヘッ
ドを構成した場合の圧電振動子と振動板との接続状態を
模式的に示す図である。

【符号の説明】

１ 圧電振動板 ２ 不活性領域 ３ 電極層 ４ 支持板 ５ 活性領域 ６ セグメント電極 ７ コモン電極 ８ 圧電振動子 ９ 共通電極板

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一方の極となる第１の電極層と他方の極
   となる第２の電極層とを圧電材料を挟んで交互に積層し
   てなる圧電振動板を、所定ピッチで歯割りしてなる複数
   の圧電振動子を、その後端側を支持板に固定してなる圧
   電振動子ユニットにおいて、 前記圧電振動板と前記支持板とを接着した後に前記圧電
   振動板を分極処理し、その後所定ピッチで歯割りされて
   いることを特徴とするインクジェット記録ヘッド用圧電
   振動子ユニット。
2. 【請求項２】 前記支持板がセラミック基板であること
   を特徴とする請求項１記載のインクジェット記録ヘッド
   用圧電振動子ユニット。
3. 【請求項３】 一方の極となる第１の電極層と他方の極
   となる第２の電極層とを圧電材料を挟んで交互に積層し
   てなる圧電振動板を、所定ピッチで歯割りしてなる複数
   の圧電振動子を、その後端側を支持板に固定してなる圧
   電振動子ユニットの製造方法において、 前記圧電振動板と前記支持板とを接着した後に所定ピッ
   チで歯割りし圧電振動子を形成した後、前記圧電振動子
   を分極処理するされていることを特徴とするインクジェ
   ット記録ヘッド用圧電振動子ユニット。
4. 【請求項４】 前記圧電振動子の分極処理時に前記圧電
   振動子ユニットの両端のダミー振動子も分極されている
   ことを特徴とする請求項３記載のインクジェット記録ヘ
   ッド用圧電振動子ユニット。
5. 【請求項５】 前記圧電振動板の幅が５ｍｍ以上である
   ことを特徴とする請求項１または３記載のインクジェッ
   ト記録ヘッド用圧電振動子ユニット。
6. 【請求項６】 一方の極となる第１の電極層と他方の極
   となる第２の電極層とを圧電材料を挟んで交互に積層し
   てなる圧電振動板を、所定ピッチで歯割りしてなる複数
   の圧電振動子を、その後端側を支持板に固定してなる圧
   電振動子ユニットの製造方法において、 前記圧電振動板と前記支持板とを接着した後に前記圧電
   振動板を分極処理し、その後所定ピッチで歯割りするこ
   とを特徴とするインクジェット記録ヘッド用圧電振動子
   ユニットの製造方法。
7. 【請求項７】 前記支持板がセラミック基板であること
   を特徴とする請求項６記載のインクジェット記録ヘッド
   用圧電振動子ユニットの製造方法。
8. 【請求項８】 一方の極となる第１の電極層と他方の極
   となる第２の電極層とを圧電材料を挟んで交互に積層し
   てなる圧電振動板を、所定ピッチで歯割りしてなる複数
   の圧電振動子を、その後端側を支持板に固定してなる圧
   電振動子ユニットの製造方法において、 前記圧電振動板と前記支持板とを接着した後に所定ピッ
   チで歯割りして圧電振動子を形成した後、前記圧電振動
   子を分極処理することを特徴とするインクジェット記録
   ヘッド用圧電振動子ユニットの製造方法。
9. 【請求項９】 前記圧電振動子の分極処理時に前記圧電
   振動子ユニットの両端のダミー振動子も分極することを
   特徴とする請求項８記載のインクジェット記録ヘッド用
   圧電振動子ユニットの製造方法。
10. 【請求項１０】 前記圧電振動板の幅が５ｍｍ以上であ
    ることを特徴とする請求項６または８記載のインクジェ
    ット記録ヘッド用圧電振動子ユニットの製造方法。