(57)【要約】【課題】圧電素子の集積度を高めて一斉に駆動させた場合にも、粒路部材の変形を抑制して、インク吐出孔の射出方向の逸れおよびインク滴の着弾位置のずれを防止できる印刷ヘッドおよびそれを用いた電子機器を提供する。【解決手段】開口部３ａを揃えて積層された複数の金属板３ｂにより構成され、インク吐出孔１３およびインク加圧室１５を具備してなる流路部材３と圧電アクチュエータ１とが積層されてなるインクジェットヘッドであって、前記流路部材３の少なくとも側面に補強部２１を設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を揃えて積層された複数の金属板により構成され、インク吐出孔およびインク加圧室を具備してなる流路部材と、圧電アクチュエータとが積層されてなるインクジェットヘッドであって、前記流路部材の少なくとも側面に補強部を設けたことを特徴とする印刷ヘッド。
【請求項２】
補強部が金属板に連続した延出部により形成され、流路部材の側面に合せるように折り曲げられていることを特徴とする請求項１に記載の印刷ヘッド。
【請求項３】
延出部を有する金属板が流路部材の最下層に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の印刷ヘッド。
【請求項４】
流路部材の厚みが１５００μｍ以下、金属板の厚みが３００μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか記載の印刷ヘッド。
【請求項５】
圧電アクチュエータの厚みが２００μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか記載の印刷ヘッド。
【請求項６】
圧電アクチュエータが、電圧印加により圧電振動する振動素子と電圧印加しても圧電振動しない振動板とを焼結により一体化して構成したものであることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか記載の印刷ヘッド。
【請求項７】
請求項１乃至６のうちいずれか記載の印刷ヘッドを備えたことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、印刷ヘッドおよび電子機器に関し、より詳しくは、例えば、加速度センサ、ノッキングセンサ、ＡＥセンサ等の圧電センサ、燃料噴射用インクジェクター、インクジェットプリンタ用印刷ヘッド、圧電共振子、発振器、超音波モーター、超音波振動子、フィルタ等に適する圧電アクチュエータと、特に、圧電アクチュエータの広がり振動、伸び振動、厚み縦振動を利用した印刷ヘッドとそれを用いたプリンタ等の電子機器に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来より、圧電セラミックスを利用して、例えば、圧電アクチュエータ、フィルタ、圧電共振子（発信子を含む）、超音波振動子、超音波モーター、圧電センサ等が製品化されている。
【０００３】
これらの中で、圧電アクチュエータは、電気信号に対する応答速度が１０−６秒台と非常に高速であるため、半導体製造装置のＸＹステージの位置決め用圧電アクチュエータや、インクジェットプリンタの印刷ヘッドとして応用されている。
【０００４】
図３は、インクジェット方式を利用した印刷ヘッドを示す断面図である。同図に示すように、このような印刷ヘッドは、複数の変位素子１１９を有する圧電アクチュエータ１０１が流路部１０３材上に設けられ構成されている。
【０００５】
流路部材１０３は、インク吐出孔１１３とインク加圧室１１５とが一対となり隔壁１１７を介して複数形成され、これら一対のインク吐出孔１１３およびインク加圧室１１５と、圧電アクチュエータ１０１の最表面に形成された表面電極１０９とは位置を揃えて構成されている。尚、このような流路部材１０３は、開口部１０３ａを有する複数の金属板１０３ｂを用いて、その開口部１０３ａを厚み方向に揃えるように積層して形成される（例えば、特許文献１）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−３４３２１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の印刷ヘッドの構造では、変位素子１１９の集積度を高めて一斉に駆動させた場合に、流路部材１０３が変形し、インク吐出孔１１３の射出方向がそれて、インク滴の着弾位置がずれるという問題があった。
【０００８】
従って、本発明は、圧電素子の集積度を高めて一斉に駆動させた場合にも、流路部材の変形を抑制して、インク吐出孔の射出方向のそれおよびインク滴の着弾位置のずれを防止できる印刷ヘッドおよびそれを用いた電子機器を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記のような課題について鋭意検討した結果、印刷ヘッドを構成する流路部材の少なくとも側面に補強部を設けることにより、圧電素子の集積度を高めて一斉に駆動させた場合にも、粒路部材の変形を抑制して、インク吐出孔の射出方向の逸れおよびインク滴の着弾位置のずれを防止できるという目的を達成できることを見いだした。
【００１０】
即ち、本発明の圧電アクチュエータは、開口部を揃えて積層された複数の金属板により構成され、インク吐出孔およびインク加圧室を具備してなる流路部材と圧電アクチュエータとが積層されてなるインクジェットヘッドであって、前記流路部材の少なくとも側面に補強部を設けたことを特徴とする。
【００１１】
ここで、上記圧電アクチュエータでは、補強部が金属板に連続した延出部により形成され、流路部材の側面に合せるように折り曲げられていること、その延出部を有する金属板が流路部材の最下層に配置されていること、さらに、流路部材の厚みが１５００μｍ以下、金属板の厚みが３００μｍ以下であることが望ましい。また、このような圧電アクチュエータは、電圧印加により圧電振動する振動素子と電圧印加しても圧電振動しない振動板とを焼結により一体化して構成したものであることが望ましい。そして、本発明にかかる電子機器は上記の印刷ヘッドを備えたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の圧電アクチュエータについて詳細に説明する。図１は本発明の圧電アクチュエータを示す部分断面斜視図である。
【００１３】
本発明に係る印刷ヘッドは、上層側に圧電駆動に供する圧電アクチュエータ１と、下層側にインクを吐出するため流路部材３とから構成されている。
【００１４】
本発明の圧電アクチュエータ１は、積層された複数の圧電セラミック層５と、これら圧電セラミック層５の間に配置された少なくとも１層の共通電極７と、最上層の前記圧電セラミック層５の表面に複数配列された表面電極９により構成されており、電圧印加により圧電振動する圧電素子１ａと電圧印加しても圧電振動しない振動板１ｂとを焼結により一体化して構成したものであることが望ましい。
【００１５】
流路部材３は、開口部３ａを揃えて積層された複数の金属板３ｂにより構成され、インク吐出孔１３とインク加圧室１５とが一対となり隔壁１７を介して複数形成され、これら一対のインク吐出孔１３およびインク加圧室１５と、圧電アクチュエータ１の最表面に形成された表面電極９とは位置を揃えて形成され変位素子１９が構成されている。
【００１６】
ここで本発明の印刷ヘッドでは、流路部材３の少なくとも側面に補強部２１を設けたことが重要である。図２は、本発明の他の構造を示すものであるが、その補強部２１が金属板３ｂに連続した延出部２３により形成され、流路部材３の側面に合せるように折り曲げられていることが好ましく（図２（ａ））、特に、延出部２３を有する金属板が流路部材３の最下層に配置されていることが好ましい（図２（ｂ））。
【００１７】
そして、本発明では、流路部材３の厚みが１５００μｍ以下、特に、１０００μｍ以下であること、流路部材３を構成する金属板３ｂの厚みが３００μｍ以下、特に、５０〜２００の範囲が好ましい。また、圧電アクチュエータ１の厚みが２００μｍ以下、特に、１００μｍ以下であることが望ましく、このような印刷ヘッドでは、圧電アクチュエータ１に、外部から駆動電圧が供給され、共通電極７と表面電極９との間に電圧を印加して、この表面電極９直下の圧電セラミック層５を変位させることにより、インク加圧室１５内のインクを加圧して、流路部材３の底面に開口したインク吐出口１３よりインク滴を吐出する。そして、上記のような機構を有する印刷ヘッドはプリンタなどの電子機器に好適に用いることができる。
【００１８】
本発明の圧電アクチュエータ１を構成する圧電セラミック層５としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ系）、マグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ系）、ニッケルニオブ酸鉛（ＰＮＮ系）、またはこれらの少なくとも１種を主成分とする圧電セラミックスが好適に用いられる。なお、圧電セラミック層５は厚み方向に互いに相対する方向に分極してある。圧電セラミック層５の厚みは、８〜３０μｍ、好ましくは１０〜２０μｍであるのがよい。
【００１９】
共通電極７は、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ａｕ、Ｎｉの単独もしくは２種以上の組み合わせ、好適にはＡｇ−Ｐｄ系合金によって形成されることが望ましく、この圧電セラミック層５と共通電極７とは同時焼成される。共通電極７の厚みは、０．５〜５μｍ、好ましくは１〜３μｍであるのがよい。
【００２０】
表面電極９は、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ａｕ系材料、Ｎｉの単独もしくは２種以上の組み合わせ、好適にはＡｕ系材料によって形成されることが望ましい。
【００２１】
流路部材３を構成する材質は、機械的強度、インクに対する耐食性を高めるという理由から、金属、好ましくは、Ｆｅ−Ｃｒ系、Ｆｅ−Ｎｉ系、ＷＣ−ＴｉＣ系の群から選ばれる少なくとも１種の金属、より好ましくは、Ｆｅ−Ｃｒ系の金属であることがよい。これらの金属板同士、並びに、流路部材３と圧電アクチュエータ１とは、種々の熱硬化性樹脂を含む接着剤、特にエポキシ系接着剤が好ましい。
【００２２】
次に、圧電アクチュエータ１の製造方法について説明する。まず、前記した圧電セラミックスの粉末を用いて圧電体シートを必要枚数形成した後、この圧電体シートにスクリーン印刷を用いて圧電体シートの略全面に共通電極パターンを形成する。ついで、共通電極パターンが形成された圧電体シートに対して、共通電極パターンを狭持するように、圧電体シートを積層して積層体を形成する。
【００２３】
次に、この積層体を所定の形状に切断した後、９００〜１１００℃程度で焼成して圧電アクチュエータ本体を形成する。
【００２４】
最後に、この圧電アクチュエータ本体の表面に導電ペーストを印刷して、所定の駆動部パターンおよびランド部パターンを形成して、６００〜８００℃程度で焼成する。これにより圧電アクチュエータ１を得ることができる。
【００２５】
一方、流路部材３は厚さ３０〜１００μｍの金属板を所定枚数積層して形成する。ここで、流路部材３に形成されるインク加圧室１５、インク吐出孔１３等は各金属板３ｂをエッチングや金型による打ち抜きを施して形成する。
【００２６】
次に、このようにして作製した流路部材３のインク加圧室と上記圧電アクチュエータ上に形成した表面電極との位置を揃えて、圧電アクチュエータ１と流路部材３とを接合する。さらに、この圧電アクチュエータ１の表面電極９上にはドライブ回路からの駆動電圧信号を伝送するための配線基板（図示なし）を設ける。
【００２７】
このようにして構成した印刷ヘッドでは、流路部材３に補強部２１を設けていることから、印刷ヘッドの主要部である圧電アクチュエータ１や配線基板の配置に支障なく流路部材３の剛性を向上させることが可能となり、これにより変位素子１９の集積度を高めて一斉に駆動させた場合にも、粒路部材３の変形を抑制でき、これによりインク吐出孔１３の射出方向のそれおよびインク滴の着弾位置のずれを防止できる。
【００２８】
【実施例】
まず、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とするセラミック粉末を用いて厚み２５μｍの圧電体シートを作製した。次に、得られた圧電体シートを５０ｍｍ×５０ｍｍに裁断して２枚１組に分類した後、２枚１組のうち１枚のグリーンシートの略全面に、Ａｇ−Ｐｄを７：３の割合で含む金属ペーストを印刷し、共通電極パターンを形成した。
【００２９】
そして、上記金属ペーストを印刷した面に、他の１枚のグリーンシートを重ね合わせた後、６０℃、５Ｍｐａの条件で熱圧着して圧電体シートの積層体を形成した。次に、この積層体を大気中で脱脂した後、同雰囲気中にて１０００℃で２時間焼成した。この後、圧電セラミック層の最表面に、所定のパターンを有するスクリーンを用いてＡｕを含有する金属ペーストを印刷し、ピーク温度６００℃の連続炉を通過させて厚み約５μｍの表面電極を形成した。
【００３０】
次に、打ち抜き加工によってインク加圧室を形成した厚み１００μｍの金属板と、このインク加圧室に連通するインク流路およびインク吐出孔をエッチングや金型プレスを用いた打ち抜き加工によって形成した厚み１００μｍ及び４０μｍのステンレスからなる金属板を接着剤にて貼り合わせることにより流路部材を形成した。このとき金属板のうちの１枚を、金属板の延出部となるように長辺方向の両縁に沿って折り曲げたものを積層した。ここで、流路部材の厚み方向の略中央の位置に補強部となる延出部を設けたもの（層間の延出部）、流路部材の厚み方向の最下層のインク吐出孔を形成する金属板の位置に補強部となる延出部を設けたもの（最下層の延出部）を作製した。流路部材の厚みは１０００μｍとした。変位素子は２８２μｍの間隔で９０個を２列直列に並べたものを作製した。外形は１５ｍｍ×３０ｍｍとした。また、同材質の角柱状の補強部を流路部材の側面に接着したものも作製した。
【００３１】
次に、上記圧電アクチュエータの表面電極と流路部材のインク加圧室との位置を揃えて接着剤により接着した。しかる後、この表面電極のランド部に配線基板の端子を合せてハンダ付けし、圧電アクチュエータ上に配線基板を接続した。さらに、この配線基板をドライブ回路に接続することにより本発明の印刷ヘッドを得た。本発明の印刷ヘッドの評価は試験印刷時の着弾精度により評価し、着弾精度は設計値からのずれ量を平均で求めた。試験印刷での同時駆動点数は４０、８０％とした。比較例として、流路部材の側面に補強部を有しない以外は同形態の試料を作製した。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
作製した本発明の印刷ヘッドにおいて、流路部材の側面に補強部を設けた試料Ｎｏ．２〜４では、いずれも着弾精度が２３％以下であった。特に、補強部として、金属板の延出部を最下層に設けた試料Ｎｏ．４では、駆動点数４０％での着弾精度が１５％、駆動点数８０％での着弾精度が１７％であった。
【００３４】
一方、補強部を設けなかった試料Ｎｏ．１では、着弾精度が２５％以上であった。
【００３５】
【発明の効果】
以上、詳述したように、本発明の印刷ヘッドでは、印刷ヘッドを構成する流路部材の少なくとも側面に補強部を設けることにより、圧電素子の集積度を高めて一斉に駆動させた場合にも、粒路部材の変形を抑制して、インク吐出孔の射出方向のそれおよびインク滴の着弾位置のずれを防止できる。こうして、本発明の印刷ヘッドはプリンタなどの電子機器に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の圧電アクチュエータを示す部分断面斜視図である。
【図２】図２（ａ）は補強部が金属板の延出部により形成され流路部材の側面の金属板の層間に合せるように折り曲げられている形態のもの、（ｂ）は延出部を有する金属板が圧電アクチュエータから最も離れた位置に配置されている形態のものを示す概略断面図である。
【図３】図３は、従来の流路部材に補強部を設けない印刷ヘッドを示す部分断面斜視図である。
【符号の説明】
１、１０１・・・・・・・・・圧電アクチュエータ
１ａ・・・・・・・・・・・・振動素子
１ｂ・・・・・・・・・・・・振動板
３、１０３・・・・・・・・・流路部材
３ａ、１０３ａ・・・・・・・開口部
３ｂ、１０３ｂ・・・・・・・金属板
２１・・・・・・・・・・・・補強部
２３・・・・・・・・・・・・延出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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