(57)【要約】【課題】インクジェットプリンタヘッドにおける積層型の圧電アクチュエータ２が焼成により角部５０の反りが大きくならないようにして、キャビティユニットとの接合を容易にする。【解決手段】個別電極２４及びダミー電極２８が表面に形成された圧電シート２１となるグリーンシートと、コモン電極２５及びダミー電極２９ａが表面に形成された圧電シート２２となるグリーンシートと、接続端子２６、２７が表面に形成されたトップシート２３となるグリーンシートを平面視略矩形状に形成し、これらのシートを積層して焼成する前に、シートの４つの角部５０を平面視鈍角状または凸湾曲状に切り取り形成する。【選択図】　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個のノズル及びこの各ノズル毎の圧力室を列状に備えたキャビティユニットと、
一方の極となる第１の電極層と、他方の極となる第２の電極層とを圧電シートを挟んで交互に積層して前記各圧力室ごとに選択的に駆動可能な活性部が形成された圧電アクチュエータとを積層させてなるインクジェットプリンタヘッドにおいて、
前記圧電アクチュエータにおける各圧電シートを平面視略矩形状に形成し、その四つの角部を鈍角状または凸湾曲状に形成したことを特徴とするインクジェットプリンタヘッド。
【請求項２】
複数個のノズル及びこの各ノズル毎の圧力室を列状に備えたキャビティユニットと、前記各圧力室ごとに選択的に駆動可能な活性部を有し、インクを噴射させる圧電アクチェータとを積層させてなるインクジェットプリンタヘッドの製造方法において、
前記圧電アクチュエータにおける一方の極となる第１の電極層と、他方の極となる第２の電極層とを複数枚の圧電シートを挟んで交互に積層して形成し、
該積層された圧電シートを焼成するに先立って、当該圧電シートの四つの角部を鈍角状または凸湾曲状に切り取り形成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造方法。
【請求項３】
前記焼成後の圧電アクチュエータと前記キャビティユニットとを熱硬化型接着剤を介して接合したことを特徴とする請求項２に記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電式のインクジェットプリンタヘッドの構成及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
先行技術のオンディマンド型の積層型の圧電式インクジェットプリンタヘッドにおいては、複数個のノズル及びこの各ノズル毎に圧力室を列状に備えたキャビティユニットと、各圧力室毎に選択的に駆動可能な活性部が形成された圧電アクチュエータとを積層させたものが知られている（特許文献１参照）
また、他の構成のインクジェットプリンタヘッドにおいて、弾性板により一方の面が封止されて圧力発生室を形成する圧力発生室形成部材、圧力発生室へのインク供給路に流路抵抗を付与する流路制限孔を備えた流路制限板、流路制限孔を介して各圧力発生室に連通する共通のインク室を備えた共通のインク室形成板をそれぞれセラミックスのグリーンシートを順番に積層した後焼成し、接着剤層を介することなく一体に固定して流路形成部材を構成する。そして、前記弾性板の表面に圧電材料のグリーンシートを貼着し、これを焼成することにより圧電振動板を前記弾性板に作り付ける。これにより、流路形成部材の強度が大きく、圧電材料の焼成に伴う収縮に起因する反りが防止されるという技術が知られている（特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２４６７４４号公報
【特許文献２】
特開平８−１６９１１１号公報（第１頁〜第３頁）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前者の先行技術では、圧電アクチュエータを、複数枚のグリーンシートを積層した後、焼成して製作する。そして、その圧電アクチュエータをキャビティユニットの上面に接着層を介して重ね、押圧して接着する。しかし、平面視矩形状のグリーンシートを焼成するとき、図６（ａ）に示すように、その４つの角部が反ってしまい、図６（ｂ）に示すように、これをキャビティユニット１に重ねたとき、圧電アクチュエータ２と圧力室との間に隙間ができ、接着時の押圧力によってし破損しまったり、また、インクが漏れる問題があった。
【０００５】
後者の先行技術では、上記のように、流路形成部材全体の強度を上げることで、全体的な反りを防止しているが、複数枚のグリーンシートを積層した後、焼成して流路形成部材を形成し、さらに、その弾性板の表面に圧電材料のグリーンシートを貼着してから焼成することにより、前記流路形成部材に圧電振動板を作り付けるというように２回の焼成工程を採用するので、その焼成毎に、平面視略矩形状のセラミックスの板が収縮し、そのことが起因になってその板の４つの角部の反りの程度が大きくなるという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような問題を解消したインクジェットプリンタヘッド及びその製造方法を提供することを技術的課題とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この技術的課題を達成するため、請求項１に記載の発明のインクジェットプリンタヘッドは、複数個のノズル及びこの各ノズル毎の圧力室を列状に備えたキャビティユニットと、一方の極となる第１の電極層と、他方の極となる第２の電極層とを圧電シートを挟んで交互に積層して前記各圧力室ごとに選択的に駆動可能な活性部が形成された圧電アクチュエータとを積層させてなるインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記圧電アクチュエータにおける各圧電シートを平面視略矩形状に形成し、その四つの角部を鈍角状または凸湾曲状に形成したものである。
【０００８】
一方、請求項２に記載の発明は、複数個のノズル及びこの各ノズル毎の圧力室を列状に備えたキャビティユニットと、前記各圧力室ごとに選択的に駆動可能な活性部を有し、インクを噴射させる圧電アクチェータとを積層させてなるインクジェットプリンタヘッドの製造方法において、前記圧電アクチュエータにおける一方の極となる第１の電極層と、他方の極となる第２の電極層とを複数枚の圧電シートを挟んで交互に積層して形成し、該積層された圧電シートを焼成するに先立って、当該圧電シートの四つの角部を鈍角状または凸湾曲状に切り取り形成する方法を採用するものである。
【０００９】
そして、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法において、前記焼成後の圧電アクチュエータと前記キャビティユニットとを熱硬化型接着剤を介して接合したものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面について説明する。図１〜図４は、本発明の圧電式インクジェットプリンタヘッドを示す。これらの図において、キャビティユニット１に対して接合されるプレート型の圧電アクチュエータ２の上面には、外部機器との接続のために、フレキシブルフラットケーブル４０が重ね接合されているものであり、キャビティユニット１の下面側に開口されたノズル１０から下向きにインクが噴射するものとする。
【００１１】
実施の形態によるキャビティユニット７は、図１〜図３に示すように複数枚の構成要素のプレートが積層されたものである。すなわち、上層から、キャビティプレート３、ベースプレート４、２枚のマニホールドプレート６，７及びノズルプレート９の５枚の薄板を接着剤にて重ねて接合して積層した構造である。実施形態では、ノズルプレート９を除く各プレート３、４、６、７は４２％ニッケル合金鋼板製で、５０μｍ〜１５０μｍ程度の厚さである。他方、ノズルプレート９はポリイミド樹脂等の合成樹脂材からなるが、金属板製であっても良い。
【００１２】
これら各プレート３〜９には、電解エッチング、エキシマレーザ加工、プラズマエッチング加工等により、以下の各流路または室を構成する開口または凹部が形成されている。
【００１３】
即ち、ノズルプレート９には、微小径（実施形態では２５μｍ程度）のインク噴射用の複数のノズル１０が、当該ノズルプレート９における長辺方向に沿って一定間隔で２列の千鳥状に配列して穿設されている。
【００１４】
また、キャビティプレート３には、前記ノズル１０の配列に対応して、複数の圧力室１１が２列の千鳥状に配列して穿設されている。各圧力室１１の長手方向の先端部１１ａは、ベースプレート４及び２枚のマニホールドプレート６，７にそれぞれ千鳥状配列にて穿設されたインク流路としての貫通孔１２を介して対応するノズル１０に連通している。一方、前記各圧力室１１の他端１１ｂは、断面を縮小させた制限流路となっており、例えば、キャビティプレート３の板厚さ方向にハーフエッチングして形成されている。そして、前記各圧力室１１の他端１１ｂは、前記ベースプレート４における左右両側部位に穿設されたインク流路としての貫通孔１３を介して、前記マニホールドプレート６、７におけるマニホールド室６ａ，７ａに連通している。
【００１５】
そして、２枚のマニホールドプレート６、７には、共通インク室としての一対のマニホールド室６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂが、前記ノズル１０の列の両側に沿って延びるように穿設されている。その場合、上位置のマニホールドプレート６を板厚方向に貫通した開口６ａ（６ｂ）と、下位置のマニホールドプレート７の下面側で板厚の一部を残して上向き開放するように形成された凹部７ａ（７ｂ）とを上下に重ねて１つの各マニホールド室として形成されている。そして、各マニホールド室は２列の圧力室１１の各列に対応してそれぞれの列方向に長く形成されている（図２参照）。
【００１６】
前記２枚のマニホールドプレート６、７を重ねた状態で、その上側のベースプレート４の下面と上位置のマニホールドプレート６の上面とを接着することにより、各マニホールド室６ａ、７ａ（６ｂ、７ｂ）が密閉される構造になっている（図２及び図５参照）。
【００１７】
そして、前記キャビティプレート３及びベースプレート４には、その長手方向の一端部にそれぞれの板厚を貫通するように穿設された複数のインク供給孔１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂが設けられている。上位置のインク供給孔１５ａ（１５ｂ）と下位置のインク供給孔１６ａ（１６ｂ）とはそれぞれ上下に位置合わせして重ねられて１つのインク供給通路が形成され、その下位置のマニホールド室６ａ，６ｂに連通するよにうに設定されている。なお、前記キャビティプレート３の上面等には、前記インク供給孔１５ａ（１５ｂ）を覆うようにフィルタ１７を張設している（図２参照）。
【００１８】
これにより、図示しないインク供給源（インクタンク）からのインクがフィルタ１７部分を通過するとき、当該インク中の塵を除去し、前記インク供給孔１５ａ（１６ａ）と１５ｂ（１６ｂ）から左右両マニホールド室６ａ、６ｂ内に流入したインクは、前記各貫通孔１３を通って前記各圧力室１１内に分配されたのち、この各圧力室１１内から前記貫通孔１２を通って、当該圧力室１１に対応するノズル１０に至るという構成になっている（図２及び図３参照）。
【００１９】
一方、前記圧電アクチュエータ２は、特開２００１−１６２７９６号公報や特開２００１−２６０３４９号公報等に記載されたものと同様で、図４及び図５に示すように、圧電効果を有する圧電セラミックスからなる２種類の圧電シート２１、２２を交互に積層し、その最上面に１枚のトップシート（絶縁シート）２３を積層した構造である。一方の圧電シート２１の上面（広幅面）には、キャビティプレート３における各圧力室１１の個所毎に対応した細幅の個別電極２４が千鳥状の配列にて形成されている。各個別電極２４の一端部２４ａは、圧電アクチュエータ２の表裏両面と直交する左右側面に露出するように形成されている。
【００２０】
他方の圧電シート２２の上面（広幅面）には、複数個の圧力室１１に対して共通のコモン電極２５が形成されている。このコモン電極２５の一端部２５ａも圧電アクチュエータ２の表裏両面と直交する左右側面に露出するように形成されている。
【００２１】
圧電シート２１、２２は１枚ずつ交互に積層される。個別電極２４とコモン電極２５とで挟まれる圧電シート２１、２２の領域は、各圧力室１１ごとに対応した活性部となる。
【００２２】
各個別電極２４及びコモン電極２５は圧電アクチュエータ２の側面に沿って上下に延びるように形成された側面電極３２、３３（図５参照）を介して最上層の絶縁シート２３の上面に形成された接続端子２６、２７に電気的に接続されている。そして、この圧電アクチュエータ２における上側の表面には、前記フレキシブルフラットケーブル４０が重ね接合されることにより、このフレキシブルフラットケーブル４０における各種の配線パターン（図示せず）が、前記各接続端子２６、２７に電気的に接合される。
【００２３】
この圧電アクチュエータ２は平面視略矩形状であるが、その４つの角部は、図１又は図４に示すように、鈍角状に形成するか、丸みを帯びた凸湾曲状に形成されているものである。
【００２４】
次に前記圧電アクチュエータ２の製造方法について説明する。まず、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス粉末、バインダ、溶剤を混合して粘度１０，０００〜３０，０００ＣＰＳに調整した混合物を作り、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の樹脂フィルム上等に拡げて乾燥させたグリーンシートを形成する。このグリーンシートの厚さは略３０μｍ程度である。
【００２５】
そして、前記一方の圧電シート２１となるグリーンシートの表面に前記個別電極２４とダミー電極２８となる部分に導電性ペーストを印刷形成する。他方の圧電シート２２となるグリーンシートの表面に前記コモン電極２５とダミー電極２９となる部分に導電性ペーストを印刷形成する。同様に、トップシート（絶縁シート）２３となるグリーンシートの表面には、前記接続端子２６、２７となる部分に導電性ペースト（金属材料）を印刷形成する（図４参照）。なお、各グリーンシートの左右両側面には、前記個別電極２４の一端部２４ａ、ダミー電極２８及び接続端子２６に対応する個所に凹溝３０が、また、コモン電極２５の一端部２５ａ、ダミー電極２９及び接続端子２７に対応する個所に凹溝３１がそれぞれシートの厚さ方向に延びるように形成されている。
【００２６】
このように所定の個所に導電性ペースト（金属材料）を印刷形成する前段階または印刷後であって乾燥前に、図４に示すように、各シート２１〜２３の四つの角部を平面視で鈍角状に切り取った鈍角状角部５０に形成するのである。なお、この各角部５０は丸みを帯びた凸湾曲状角部に形成しても良い。
【００２７】
これらのグリーンシートを乾燥した後、圧電シート２１と２２となる前記グリーンシートを交互に積層し、その最上層にトップシート２３とのなグリーンシートを重ねた状態で、積層方向に加圧することで一体化する。このように一体化された積層物を焼成した後、前記凹溝３０、３１の個所には、積層方向に連通するように同じく導電性ペースト（金属材料）を印刷形成して側面電極３２、３３を形成して後焼成するのである。
【００２８】
なお、グリーンシートは、完成後の圧電アクチュエータ２の平面形状の複数個分の大きさとして、各圧電アクチュエータ２の圧電シートに対応する領域にそれぞれ電極パターンを印刷し、そのグリーンシートを積層して乾燥した後、複数の圧電アクチュエータ２を切り出すようにすることもできる。この場合、圧電アクチュエータ２を切り出した後、各角部を鈍角または凸湾曲状に切断する。
【００２９】
前述のように、平面視略矩形状のグリーンシートの焼成前に、予め、各角部を平面視鈍角状または凸湾曲状の角部５０に形成しておくと、積層し、焼成されたセラミックスのシート物（圧電アクチュエータ２）の角部５０に大きい反りが発生するのを防止できる。その結果、圧電アクチュエータ２の平坦度が確保できるから、後にキャビティユニット１の上面に熱硬化型接着剤を介して接合するときに、圧電アクチュエータ２とキャビティユニット１とを加圧しても、圧電アクチュエータ２の前記角部５０の近傍で応力集中によりシートにひび割れが発生したり、圧電アクチュエータ２とキャビティユニット１の圧力室１１側での接着不良により圧力室１１が密閉されない状態になる等の不良の発生を確実に防止できるのである。
【００３０】
前記のような構成のプレート型の圧電アクチュエータ２は、前記キャビティユニット１に対して当該圧電アクチュエータ２における各個別電極２４が前記キャビティユニット１における各圧力室１１の各々に対応するように積層固定される。また、この圧電アクチュエータ２における上側の表面には、前記フレキシブルフラットケーブル４０が重ね接合されることにより、このフレキシブルフラットケーブル４０における各種の配線パターン（図示せず）が、前記各接続端子２６、２７に電気的に接合される。
【００３１】
この構成において、前記圧電アクチュエータ２における各個別電極２４と、コモン電極２５との間は、電圧を選択的に印加することにより、圧電による積層方向の歪みが発生するという圧電素子の活性部に形成されている。この活性部に選択的に歪みを発生させることにより、所定の圧力室１１の内容積が縮小され、この圧力室１１内のインクがノズル１０から液滴状に噴射されて、所定の印字が実行される。
【００３２】
【発明の作用・効果】
以上に説明したように、請求項１に記載の発明のインクジェットプリンタヘッドは、複数個のノズル及びこの各ノズル毎の圧力室を列状に備えたキャビティユニットと、一方の極となる第１の電極層と、他方の極となる第２の電極層とを圧電シートを挟んで交互に積層して前記各圧力室ごとに選択的に駆動可能な活性部が形成された圧電アクチュエータとを積層させてなるインクジェットプリンタヘッドにおいて、前記圧電アクチュエータにおける各圧電シートを平面視略矩形状に形成し、その四つの角部を鈍角状または凸湾曲状に形成したものである。
【００３３】
従って、焼成時に反りが発生し易いシートの４つの角部を焼成前に予め鈍角状または凸湾曲状に形成することで、焼成した後に当該角部の反りが大きくならず、圧電アクチュエータの平坦度が保証できて、後に圧電アクチュエータとキャビティユニットとを積層接合するときに、角部に応力集中が発生しないから、圧電アクチュエータがひび割れを起こしたり、接合時に圧力室の密閉性が不完全になるという不具合を確実に防止でき、インクジェットプリンタヘッドの良品歩留りを向上できるという効果を奏する。
【００３４】
一方、請求項２に記載の発明は、複数個のノズル及びこの各ノズル毎の圧力室を列状に備えたキャビティユニットと、前記各圧力室ごとに選択的に駆動可能な活性部を有し、インクを噴射させる圧電アクチェータとを積層させてなるインクジェットプリンタヘッドの製造方法において、前記圧電アクチュエータにおける一方の極となる第１の電極層と、他方の極となる第２の電極層とを複数枚の圧電シートを挟んで交互に積層して形成し、該積層された圧電シートを焼成するに先立って、当該圧電シートの四つの角部を鈍角状または凸湾曲状に切り取り形成する方法を採用するものである。このような方法を採用することにより、シートの焼成による当該シートの角部の反り発生を未然に防止できるから、後に圧電アクチュエータとキャビティユニットとを積層接合するときに、角部に応力集中が発生しないから、圧電アクチュエータがひび割れを起こしたり、接合時に圧力室の密閉性が不完全になるという不具合を確実に防止できるという効果を奏する。
【００３５】
そして、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法において、前記焼成後の圧電アクチュエータと前記キャビティユニットとを熱硬化型接着剤を介して接合したものであるから、この接着剤による接合作業時に加圧しても、反りのない平坦な圧電アクチュエータと同じく平坦なキャビティユニットとの間に隙間が発生せず、圧力室の密閉性が確保できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるインクジェットプリンタヘッドの分解斜視図である。
【図２】キャビティユニットの分解斜視図である。
【図３】キャビティユニット各部品の部分拡大斜視図である。
【図４】圧電アクチュエータの各シートの部分拡大斜視図である。
【図５】インクジェットプリンタヘッドの拡大断面図である。
【図６】（ａ）は従来の圧電アクチュエータの問題点の反りを説明する斜視図、（ｂ）はその圧電アクチュエータをキャビティユニットに接合する状態を説明する側面図である。
【符号の説明】
１　　　　　キャビティユニット
２　　　　　圧電アクチュエータ
３　　　　　キャビティプレート
４　　　　　ベースプレート
６、７　　　マニホールドプレート
６ａ，６ｂ，７，ａ，７ｂ　　　マニホールド室
９　　　　　ノズルプレート
１０　　　　　ノズル
１１　　　　　圧力室
１２、１３　　貫通孔
１５ａ，１５ｂ、１６ａ，１６ｂ　　インク供給孔
２１、２２　　圧電シート
２３　　　　　トップシート
２４　　　　　個別電極
２５　　　　　コモン電極
２６、２７　　接続端子
２８、２９　　ダミー電極
４０　　　　　フレキシブルフラットケーブル
５０　　　　　角部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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