JPH10272775A - インクジェット記録ヘッド用圧電部材及びその形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インクジェット記録ヘッド用圧電部材におい
て、圧電板に正規の電界と異なる方向の電界が発生する
のを防止する。 【解決手段】 圧電板（４５）の一方の対向面に設けて
ある導電層（５０）を共通電極（４７）及び共通引き出
し電極（５２）と個別引き出し電極（５３）に分断し、
かつ、その底部が圧電板（４５）内部に位置するように
切込溝（６０）を設ける。共通電極（４７）と、圧電板
（４５）の他方の面に形成された導電層からなる個別電
極（４８）とに挟まれる部分の圧電板（４５）を分極処
理して活性領域とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像信号に応じて
インク滴を吐出し、これを記録紙等の記録媒体に付着さ
せて画像を記録するインクジェット記録ヘッドにおい
て、インクの加圧源として使用されるインクジェット記
録ヘッド用圧電部材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７は従来のインクジェット記録ヘッド
の一例を示している。このインクジェット記録ヘッドで
は、ノズル１を設けたノズルプレート２とキャビティ形
成部材３によりインクキャビティ４、インクレット５及
びインク供給室６が形成されている。また、キャビティ
形成部材３の下面を覆う隔壁７と基板８との間には、各
インクキャビティ４と対向するように単層型の圧電部材
１０が固定されている。基板８の上面に設けられた導電
層１１は、切り溝１２により分断されており、分断され
た導電層１１の一方が上記圧電部材１０の共通電極１５
及び共通引き出し電極１６を構成し、他方が個別引き出
し線１７を構成している。この個別引き出し線１７は、
圧電板１３の一側面に形成された個別導電層１８を介し
て圧電板１３上面の個別電極１９に接続されている。ま
た、上記共通引き出し電極１６はアースに接続され、個
別引き出し電極１７は図示しない画像信号制御回路に接
続されている。

【０００３】画像信号制御回路から個別電極１９に電圧
が印加されると、個別電極１９と共通電極１５が圧電板
１３を挟んで対向する分極された領域（活性領域２１）
では、共通電極１５から個別電極１９に向かう電界Ｅ１
が発生し、圧電板１３が厚み方向に瞬時に伸張して隔壁
７を押し上げる。その結果、インクキャビティ内のイン
クが加圧され、ノズル１からインク滴となって吐出され
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】個別電極１９に電圧を
印加した時、上記正規の電界Ｅ１の他、共通電極１５の
先端部から切り溝１２を回り込んで活性領域２１の外側
の領域（非活性領域２２）にある個別引き出し電極２０
の先端部へ向かう電界Ｅ２が発生する。この電界Ｅ２に
よって圧電板１３はその長手方向に変形する。また、共
通電極１５から個別電極１９の非活性領域２３に位置す
る部分へ向かう斜め方向の電界Ｅ３が発生し、この電界
Ｅ３により圧電板１３が斜め方向に変形する。

【０００５】圧電部材１０に上記電界Ｅ１を生じさせる
電圧以外の電圧が作用しない場合であっても、電界Ｅ１
と直交する方向には圧電部材１０を縮める力が作用し、
圧電部材１０は、この力によるひずみは考慮したうえ設
計されている。しかし、上記のように圧電板１３に正規
の電界Ｅ１と異なる方向の電界Ｅ２，Ｅ３が発生する
と、圧電板１３にその本来の変形方向である厚み方向と
異なる方向に変形しようとする力が作用する。その結
果、圧電板１３の上記切り溝１２と対向する部分にクラ
ックが生じたり、共通電極１５や個別電極１９が破断す
るおそれがある。また、上記電界Ｅ２，Ｅ３による変形
の分だけ圧電板１３の厚み方向の変位量に損失が生じ、
圧電板１３の変位量を正確に制御することが困難とな
る。

【０００６】一方、仮に非活性領域２２には圧電板１３
を設けないようにすれば、上記活性領域２１の圧電板１
３が正規の電界Ｅ１の方向と異なる方向に変形するとい
う問題は生じない。しかし、隔壁７を支持するものが存
在しないと、活性領域２１の隔壁７が変位すると非活性
領域２２の隔壁７も変位し、インク吐出量を正確に制御
することができない。従って、非活性領域２２にも圧電
板１３を設けておく必要がある。また、この部分にある
電極を利用することにより個別電極に対する配線を容易
に設けることができる。

【０００７】本発明は、かかる従来の問題に鑑み、電極
の配線構造を複雑にすることなく、上記圧電部材の圧電
板に正規の電界と異なる方向の電界が発生するのを防止
することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】従って、本発明は、相対
向する面を有する圧電板を備え、該対向面にそれぞれ第
１の電極と第２の電極とを設けてなり、該電極に電圧を
印加すると圧電部材が電極の対向方向に変形し、該変形
によりインクを加圧して吐出させるインクジェット記録
ヘッド用圧電部材であって、上記圧電板の一方の対向面
に設けてある第１の電極を第１の電極部分と第２の電極
部分とに分断し、かつ、その底部が圧電板内部に位置す
るように切り込んだ溝を設けると共に、上記第１又は第
２の電極部分と、これらと対向して圧電板の他方の対向
面に設けてある第２の電極とで挟まれる部分の圧電板を
分極処理していることを特徴とするインクジェット記録
ヘッド用圧電部材を提供するものである。

【０００９】また、本発明は、相対向する第１の面と第
２の面を有する圧電板を用意し、上記第１の面を第１の
電極層で被覆した後、上記第１の面に、第１の電極層を
第３の電極層と第４の電極層とに分断し、かつ、その底
部が圧電板の内部に位置するように切り込んだ溝を形成
する一方、上記圧電板の第２の面を第２の電極層で被覆
し、該第２の電極層と上記第３又は第４の電極層に電圧
を印加し、これらの電極層に挟まれた部分の圧電板を分
極処理して活性領域を形成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部材の形成方法を提供するも
のである。

【００１０】具体的には、上記形成方法は、平坦な表面
を有する基板を用意し、該基板の表面を導電層で被覆
し、該導電層を第１の電極部分と第２の電極部分に分断
する直線状の第１の溝を形成する一方、相対向する第１
の面と第２の面とを有する圧電板を用意し、該圧電板の
第１の面に第２の面へ向けて切り込んだ直線状の第２の
溝を形成し、該圧電板の第２の溝と上記基板の第１の溝
が対向するように圧電板の第１の面を基板の表面に固定
し、上記基板と反対側に位置する圧電板の第２の面と、
上記第１又は第２の電極部分側の圧電板の端面とを電極
層で被覆した後、上記圧電板を上記第１及び第２の溝と
直交する方向に延在する複数の圧電部材に分断し、上記
第１又は第２の電極層と、これと対向する圧電板の第２
の面に設けてある電極層とにより挟まれる部分の圧電板
を分極処理して活性領域を形成する。

【００１１】あるいは、平坦な表面を有する基板を用意
し、該基板の表面を導電層で被覆し、該導電層を第１の
電極部分と第２の電極部分に分断する直線状の第１の溝
を形成する一方、相対向する第１の面と第２の面とを有
する圧電板を用意し、該圧電板の第１の面を基板の表面
に固定し、上記基板と反対側に位置する圧電板の第２の
面と第１又は第２の電極層側の圧電板の端面とを電極層
で被覆し、該圧電板の第１の面に設けた電極層を第３の
電極層と第４の電極層とに分断し、かつ、その底部が圧
電板の内部に位置するように切り込んだ直線状の第２の
溝を形成した後、上記圧電板を上記第１及び第２の溝と
直交する方向に延在する複数の圧電部材に分断し、上記
第１又は第２の電極層と、これと対向する圧電板の第３
又は第４の電極層とに挟まれた部分の圧電板を分極処理
して活性領域を形成してもよい。

【００１２】

【発明の効果】本発明に係るインクジェット記録ヘッド
用圧電部材では、圧電板の一方に設けた第１の電極を分
断し、かつ、その圧電板内部まで切り込んだ溝を備える
ため、圧電板の活性領域と非活性領域が電気的に確実に
分離される。すなちわ、この溝を設けたことにより、活
性領域内の電極から非活性領域にある電極に向かう電界
の発生が防止される。よって、本発明の圧電部材では圧
電板を正規の変形方向と異なる方向に変形させる力が大
幅に低減され、その結果、圧電板のクラックの発生や、
電極の破断が防止される。また、圧電板の厚み方向の変
位量の損失が低減されるため、インクに対する加圧力の
制御精度が向上する。

【００１３】また、上記のように切込溝により圧電板の
活性領域と非活性領域とが電気的に分離されているた
め、非活性領域の圧電板に電極を自由に配線することが
でき、電極の配線構造が簡単である。

【００１４】

【発明の実施形態】以下、添付図面を参照して本発明の
実施の形態について説明する。図１から図３は本発明の
一実施形態であるインクジェット記録ヘッド２４を示し
ている。このヘッド２４は、大径インク滴吐出用ヘッド
部（以下、「大径ヘッド部」という。）２５と小径イン
ク滴吐出用ヘッド部（以下、「小径ヘッド部」とい
う。）２６とからなり、ノズルプレート２７、キャビテ
ィ形成部材２８、隔壁２９、圧電部材３０および基板３
２を組み合わせて一体的に構成されている。

【００１５】ノズルプレート２７は、金属または合成樹
脂等の薄板からなり、大径ヘッド部２５と小径ヘッド部
２６にはエキシマレーザ加工等により、それぞれ後述す
るインクキャビティ４０と連通する複数のノズル３４，
３５が設けられている。大径ヘッド部２５と小径ヘッド
部２６は、大径ヘッド部２５のノズル３４が小径ヘッド
部２６のノズル３５よりも吐出口径が大径である点以外
は、同一構成を有し、中央線３７に関して対称に構成さ
れている。

【００１６】ノズルプレート２７の下部には、上下に貫
通する複数の長溝が形成されたキャビティ形成部材２８
が固定され、その下部には隔壁２９が固定されている。
ノズルプレート２７と隔壁２９により上下を覆われたキ
ャビティ形成部材２８の長溝の内部には、それぞれイン
クを収容する複数のインクキャビティ４０、補給用イン
クを収容するインク供給室４１及びこれらを連通させる
インクインレット４２が形成されている。

【００１７】隔壁２９とセラミック、金属、または合成
樹脂等の平板からなる基板３２の間には、上記インクキ
ャビティ４０と対向する位置に圧電部材３０が固定され
ている。なお、図３に示すように、各圧電部材３０間に
は支持部４３を設けてあり、これらは溝４４により隔て
てある。上記圧電部材３０は単層型であり、周知の圧電
材料からなる圧電板４５の上面と下面にそれぞれ共通電
極４７、個別電極４８を構成する導電層が形成されてい
る。圧電板４５の下面、すなわち基板３２の上面に設け
られた導電層５０は不連続部を構成する２本の切り溝５
１，５１により分断されている。これら２本の切り溝５
１，５１により挟まれた部分の導電層５０が共通電極４
７及び共通引き出し電極５２を構成している。また、こ
れら切り溝５１，５１の外側の部分の導電層５０が個別
引き出し電極５３を構成している。一方、圧電板４５の
上面に形成された導電層は個別電極４８を構成してお
り、この個別電極４８は圧電板４５の一側面に設けられ
た個別導電層５４を介して個別引き出し電極５３に接続
されている。

【００１８】各圧電部材３０の共通電極４７は共通引き
出し電極５２を介してアースに接続され、個別電極４８
は個別導電層５４及び個別引き出し電極５３を介して図
示しない画像信号制御回路に接続されている。また、共
通電極４７と個別電極４８とにより圧電板４５が挟まれ
ている領域では、高温下でこれらの電極間に高電圧を印
加することによって圧電板４５を分極処理し、活性領域
５６を形成している。一方、この活性領域５６外の非活
性領域５７では圧電板４５は分極処理されていない。

【００１９】圧電板４５の下面には、上記切り溝５１と
対向する位置、すなわち上記活性領域５６と非活性領域
５７の境界位置に、その底部が圧電板４５の内部に位置
するように切り込んだ直線状の切込溝６０が設けられて
いる。この切込溝６０は断面形状が矩形状であり、図４
に示すように、その幅ｔ１は切り溝５１の幅ｔ２よりも
大きく設定されている。切込溝６０の幅ｔ１及び深さｄ
は圧電板４５の厚さ等に応じて適宜設定されるが、幅ｔ
１が１００μｍ〜１０００μｍ程度、深さｄが５０μｍ
〜５００μｍ程度であることが好ましい。

【００２０】上記画像信号制御回路から各圧電部材３０
の個別電極４８に電圧が印加されると、上記活性領域５
６では、共通電極４７から個別電極４８に向かう電界Ｅ
１が発生し、圧電板４５が厚み方向に瞬時に伸張して隔
壁２９を押し上げる。これにより、インクキャビティ４
０内のインクが加圧され、ノズル３４，３５からインク
滴となって吐出される。

【００２１】上記のように圧電板４５の切り溝５１と対
向する位置に切込溝６０が設けられており、この切込溝
６０内には圧電板４５よりも誘電率の低い空気が存在す
る。そのため、電圧印加時に共通電極４７の先端部から
切り溝５１を回り込んで非活性領域５７にある個別引き
出し電極５３の先端部へ向かう電界や、共通電極４７か
ら非活性領域５７の個別電極４８へ向かう斜め方向の電
界（図６参照）の発生が防止される。その結果、圧電板
４５を厚み方向と異なる方向に変形させる力が大幅に低
減され、上記圧電板４５におけるクラックの発生や、共
通電極４７及び個別電極４８の破断が防止される。ま
た、圧電板４５の厚み方向の変位量の損失が低減される
ため、この圧電板４５の厚み方向の変位量を正確に制御
することができ、ノズル３４，３５から吐出されるイン
キ量を高精度で制御することが可能となる。

【００２２】さらに、非活性領域５７の圧電板４５によ
り隔壁４０を支持することができると共に、この部分に
電極を配線することにより電極の配線構造が簡単にな
る。

【００２３】次に、上記圧電部材３０の製造方法につい
て説明する。なお、図５（Ａ）〜（Ｄ）は、図１から図
３のインクジェット記録ヘッド２４の小径ヘッド部２６
の一部のみを示している。また、これらの図において、
斜線部は金属膜等からなる導電層を形成した部分を示し
ている。まず、図５（Ａ）に示すように、基板３２の上
面全体に導電層５０を形成した後、ケガキ等の方法によ
り基板３２をわずかに削り込む切り溝５１を横断形成し
て導電層５０を分断する。次に、図５（Ｂ）に示すよう
に、予めその下面に所定寸法の切込溝６０を設けた圧電
材料からなる板材（圧電プレート６２）を導電性接着剤
により基板３２上面に固定する。この際、上記基板３２
に設けられた切り溝５１に切込溝６０が対向するように
位置決めする。次に、図５（Ｃ）で示すように、基板３
２に固定された圧電プレート６２の上面及び一側面に導
電層６３を形成する。その後、図５（Ｄ）で示すよう
に、ダイシングソー６５により上記切り溝５１と直交す
る方向に互いに平行な複数の溝４４を形成し、圧電プレ
ート１１１を複数の圧電部材３０及び支持部４３に分割
する（図３参照）。また、この溝４４を基板３２を削り
込むように形成することにより共通電極４７、共通引き
出し出極５２及び個別引き出し電極５３を形成する。そ
の後、上記図２に示す活性領域５６の圧電板４５を分極
処理する。

【００２４】このように本実施形態では、非活性領域５
７の圧電板４５は切込溝６０により活性領域５６の圧電
板４５と電気的に分離されているため、圧電板４５上面
に設けられた個別電極４８に電気を供給するための電極
配線（個別引き出し電極５３及び個別導電層５４）を簡
単に形成することができる。

【００２５】図６に示す第２実施形態では、圧電板４５
の上面側に切込溝６０を設けて圧電板４５の上面側の導
電層６６を分断し、分断された導電層６６のうち活性領
域５６に位置する部分を共通電極６７としている。この
場合、基板３２上面に形成された導電層５０も切り溝５
１，５１により分断する。切り溝５１，５１に挟まれた
部分は、共通引き出し電極６８を構成し、圧電板４５の
側面に設けた共通導電層６９を介して上記共通電極６７
と接続される。また、導電層５０の切り溝５１，５１の
外側に位置する部分が個別電極７０及び個別引き出し線
７１を構成する。なお、この図６の圧電部材３０の形成
方法は、図５に示した第１実施形態の場合と同様である
が、基板３２の上面及び一端面に導電層を形成した後
に、切込溝６０を形成する点が異なる

【００２６】本発明は、上記実施形態に限定されず種々
の変形が可能である。まず、圧電部材は単層型に限定さ
れず、導線性金属層を交互に挟むように複数の薄膜圧電
シートを積層して形成した積層型であってもよい。ただ
し、積層型を使用する場合、すべての導電性金属層を切
込溝により分断しようとすると、圧電板を切込溝により
切断することになる。そのため、積層型の場合には、何
層かの導電性金属層を断線せずに残す必要があり、上記
活性領域と非活性領域を分離する効果は単層型のほうが
高い。また、上記実施形態のインクジェト記録ヘッド
は、上記のようにノズルの吐出口径を異ならせた大径ヘ
ッド部２５と小径ヘッド部２６を備えているが、本発明
は吐出口径が同一のノズルを備えるインクジェト記録ヘ
ッドにも適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態に係る圧電部材を備えるイ
ンクジェット記録ヘッドをノズルプレート側から見た部
分正面図である。

【図２】 図１におけるII−II線断面図である。

【図３】 図２におけるIII−III線断面図である。

【図４】 図２の要部拡大図である。

【図５】 （Ａ）〜（Ｄ）は圧電部材及び引き出し電極
の形成方法を説明するための斜視図である。

【図６】 本発明の第２実施形態を示す断面図である。

【図７】 従来のインクジェット記録ヘッドを示す断面
図である。

【符号の説明】

３０…圧電部材 ３２…基板 ４０…インクキャビティ
４５…圧電板 ４７，６７…共通電極 ４８，７０…個別電極 ５１…
切り溝 ５２，６８…共通引き出し電極 ５３，７１…個別引き
出し電極 ５４…個別導電層 ６０…切込溝 ６９…共通導電層

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相対向する面を有する圧電板を備え、該
   対向面にそれぞれ第１の電極と第２の電極とを設けてな
   り、該電極に電圧を印加すると圧電部材が電極の対向方
   向に変形し、該変形によりインクを加圧して吐出させる
   インクジェット記録ヘッド用圧電部材であって、 上記圧電板の一方の対向面に設けてある第１の電極を第
   １の電極部分と第２の電極部分とに分断し、かつ、その
   底部が圧電板内部に位置するように切り込んだ溝を設け
   ると共に、 上記第１又は第２の電極部分と、これらと対向して圧電
   板の他方の対向面に設けてある第２の電極とで挟まれる
   部分の圧電板を分極処理し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部材。
2. 【請求項２】 相対向する第１の面と第２の面を有する
   圧電板を用意し、 上記第１の面を第１の電極層で被覆した後、 上記第１の面に、第１の電極層を第３の電極層と第４の
   電極層とに分断し、かつ、その底部が圧電板の内部に位
   置するように切り込んだ溝を形成する一方、 上記圧電板の第２の面を第２の電極層で被覆し、 該第２の電極層と上記第３又は第４の電極層に電圧を印
   加し、これらの電極層に挟まれた部分の圧電板を分極処
   理して活性領域を形成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部材の形成方法。
3. 【請求項３】 平坦な表面を有する基板を用意し、 該基板の表面を導電層で被覆し、 該導電層を第１の電極部分と第２の電極部分に分断する
   直線状の第１の溝を形成する一方、 相対向する第１の面と第２の面とを有する圧電板を用意
   し、 該圧電板の第１の面に第２の面へ向けて切り込んだ直線
   状の第２の溝を形成し、 該圧電板の第２の溝と上記基板の第１の溝が対向するよ
   うに圧電板の第１の面を基板の表面に固定し、 上記基板と反対側に位置する圧電板の第２の面と、上記
   第１又は第２の電極部分側の圧電板の端面とを電極層で
   被覆した後、 上記圧電板を上記第１及び第２の溝と直交する方向に延
   在する複数の圧電部材に分断し、 上記第１又は第２の電極層と、これと対向する圧電板の
   第２の面に設けてある電極層とにより挟まれる部分の圧
   電板を分極処理して活性領域を形成していることを特徴
   とするインクジェット記録ヘッド用圧電部材の形成方
   法。
4. 【請求項４】 平坦な表面を有する基板を用意し、 該基板の表面を導電層で被覆し、 該導電層を第１の電極部分と第２の電極部分に分断する
   直線状の第１の溝を形成する一方、 相対向する第１の面と第２の面とを有する圧電板を用意
   し、 該圧電板の第１の面を基板の表面に固定し、 上記基板と反対側に位置する圧電板の第２の面と第１又
   は第２の電極層側の圧電板の端面とを電極層で被覆し、 該圧電板の第１の面に設けた電極層を第３の電極層と第
   ４の電極層とに分断し、かつ、その底部が圧電板の内部
   に位置するように切り込んだ直線状の第２の溝を形成し
   た後、 上記圧電板を上記第１及び第２の溝と直交する方向に延
   在する複数の圧電部材に分断し、 上記第１又は第２の電極層と、これと対向する圧電板の
   第３又は第４の電極層とに挟まれた部分の圧電板を分極
   処理して活性領域を形成し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部材の形成方法。