(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の極をなし、かつ先端側では露出し、後端側では圧電材料に埋没する第１の内部電極と、他方の極をなし、かつ先端側では前記圧電材料に埋没し、後端側では露出する第２の内部電極とを前記圧電材料とともに積層して構成された圧電材料板を有し、
前記圧電材料板の表面側の切り口が裏面側の切り口よりも後端側に位置する斜面となるスリットを前記圧電材料板の先端側から形成して圧電振動子に歯割され、前記第１の内部電極の後端側が前記斜面に揃っており、
前記圧電材料板は、その前記裏面側を、前記第２の内部電極が存在する領域の、前記スリットよりも後端側の領域で固定基板に固定されているインクジェット式記録ヘッド駆動用圧電振動子ユニット。
【請求項２】
一方の極をなし、かつ先端側では露出し、後端側では圧電材料に埋没し、かつ厚み方向に順次前記後端側の位置が変化する第１の内部電極と、他方の極をなし、かつ先端側では前記圧電材料に埋没し、後端側では露出する第２の内部電極とを前記圧電材料のグリーンシートとともに積層して積層物を形成する工程と、
前記積層物を焼成して圧電材料板を形成する工程と、
前記圧電材料板の先端側で第１の内部電極に導通するとともに前記圧電材料板の表面及び裏面に形成される第１の外部電極と、前記圧電材料板の後端側で導通するとともに前記圧電材料板の表面及び裏面に形成される第２の外部電極とを形成する工程と、
前記第２の外部電極の前記圧電材料板の裏面側の領域を固定基板に固定する工程と、
前記圧電材料板の表面側の切り口が前記固定基板側の切り口よりも後端側で、かつ前記圧電材料板の表面側に位置する斜面となるスリットを、前記第１の内部電極の端部に合わせて前記圧電材料板の自由端側から形成して圧電振動子に歯割りする工程と、
からなるインクジェット式記録ヘッド駆動用圧電振動子ユニットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、インクジェット式記録ヘッドの圧力発生室を膨張、収縮させるのに適した圧電振動子ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
縦振動モードの圧電振動子を使用したインクジェット式記録ヘッドは、圧力発生室、インク供給口、リザーバを備えた流路形成基板と、圧電振動子ユニットとの２つの部材を有し、圧電振動子ユニットを構成している各圧電振動子により圧力発生室を膨張、収縮させるものである。
この圧電振動子ユニットは、圧電振動子の一端を固定基板に固定して一定のピッチで圧電振動子を配列して構成する関係上、固定領域に振動変位を生じないように内部電極を不形成とした不活性領域が設けられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、振動に関与しない不活性領域をも高価な圧電材料に構成しているため、コストの上昇を招くという問題がある。
このような問題を解消するため、振動領域だけを構成する圧電振動子の一端に安価な材料で構成した固定領域分を接着剤等で接合する方法も提案されているが、工数が増加してコストが上昇するという問題がある。
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは突き合わせ接合等を必要とすることなく、変位効率を高めて圧電材料を有効利用することができるインクジェット式記録ヘッド駆動用圧電振動子ユニットを提供することである。
【０００４】
本発明の他の目的は上記圧電振動子ユニットの製造方法を提案することである。
【０００５】
【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、一方の極をなし、かつ先端側では露出し、後端側では圧電材料に埋没する第１の内部電極と、他方の極をなし、かつ先端側では前記圧電材料に埋没し、後端側では露出する第２の内部電極とを前記圧電材料とともに積層して構成された圧電材料板を有し、前記圧電材料板の表面側の切り口が裏面側の切り口よりも後端側に位置する斜面となるスリットを前記圧電材料板の先端側から形成して圧電振動子に歯割され、前記第１の内部電極の後端側が前記斜面に揃っており、前記圧電材料板は、その前記裏面側を、前記第２の内部電極が存在する領域の、前記スリットよりも後端側の領域で固定基板に固定されている。
【０００６】
【作用】
固定基板側への変位の伝達を可及的に防止しつつ、後端側の外部電極を可及的に電気抵抗が小さな共通電極として使用することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
そこで以下に図示した実施例について説明する。
図１は本発明の圧電振動子ユニットを使用した記録ヘッドを、また図２は圧電振動子ユニットの一実施例を示すものであって、図中符号１は本発明が特徴とする圧電振動子ユニットで、圧電振動子２、２、２…は、それぞれ先端と後端にのみ露出し、活性領域となる領域でラップし、さらに基板側では不活性領域を形成するように一方の極をなす内部電極３と、他方の極をなす内部電極４とが圧電材料５内に積層されている。
【０００８】
一方の極をなす内部電極３は、流路ユニット１８側の端面３ａが先端側に露出し、また他端３ｂが後述するスリットの端面６ａに平行となるように形成されている。
他方の極をなす内部電極４は、流路ユニット側の端面４ａが圧電材料５に埋没し、また他端が後端面に露出するように形成されている。
【０００９】
スリット６の端面６ａは、固定基板７に対向する面の側を圧電振動子２の先端側とし、また圧電振動子２の表面側を固定基板７の後端面７ａとするように斜めで、かつ固定基板７に対向する領域に形成されている。
【００１０】
このようにスリットを形成することにより、他方の極をなす内部電極４を、スリット６の存在に関りなく、全ての圧電振動子２の間で導通状態を形成することができ、また圧電振動子の後端を連続部として残すことができる。
【００１１】
圧電振動子は、また固定基板７に対向する領域から、自由端側の領域から先端面を経由して表面側に外部電極８が、また固定基板７に固定された面から後端側を経由して外部電極８と対向する領域まで共通電極９が、導電材料の蒸着やスパッタリングにより形成され、フレキシブルケーブル１０に接続されている。なお、図中符号１１は、圧電振動子２と同様の構造を持つダミーの圧電振動子を示す。
【００１２】
圧電振動ユニット１は、圧力発生室１２、インク供給口１３、及びリザ−バ１４を形成する前述の流路ユニット１８が固定されたヘッドホルダ１５に固定基板７を介して、圧電振動子２の先端を流路ユニット１８を形成している弾性板１６に当接させて固定してインクジェット式記録ヘッドに組み込まれている。なお、図中符号１７はノズル開口を示す。
【００１３】
このように構成された圧電振動子ユニット１の各圧電振動子２は、フレキシブルケーブル１０を介して駆動信号の供給を受けると、軸方向に伸長、収縮して圧力発生室１２を膨張、収縮させる。圧力発生室１２の膨張によりリザーバ１４のインクがインク供給口１３を経由して圧力発生室１２に流れ込み、所定時間後に圧縮されてノズル開口１７からインク滴として吐出される。
【００１４】
ところで、本発明の圧電振動子２は、図３に示したように、従来、非振動領域として構成されていた領域が部分的にではあるが振動変位が可能であるため、同一駆動電圧に対する変位量が大きなり、圧力発生室１２を効果的に加圧することができる。また、自由端側の長さＬが一定であるため、圧電振動子２自体の固有振動周波数に変化がなく、流路ユニット等の振動特性との間にミスマッチングを招くことなく、インク滴の吐出効率を向上することが可能となる。
【００１５】
次に圧電振動子ユニットの製造方法を、図４乃至図６に基づいて説明する。
表面が平坦な定盤２０に、複数枚分のサイズを有し、かつ各層厚みに予め成形された圧電材料のグリーンシート２１を載置する（図４（I））。
【００１６】
これの表面に、自由領域となる側の端部（図中、上端）２１ａから固定基板７の端面までの長さＬ１を幅とする一方の内部電極３のパターンを備えたマスクを使用して導電材料の層２２を形成し（図４（II））、その表面に前述と同サイズの圧電材料のグリーンシート２１を重ねる（図４（III））。
【００１７】
固定領域となる端部（図中、下端）２１ｂから自由領域の端部２１ａから、若干内側までの距離Ｌ２を非形成領域とするように内部電極４のパターンを備えたマスクを使用して導電材料の層２３を形成し（図４（IV））、その表面に圧電材料のグリーンシート２１を重ねる（図５（I））。
【００１８】
自由領域の端部２１ａからスリット６の端面６ａの斜面に一致する長さＬ３を幅として、前述の導電層２２よりも固定領域側にまで拡幅された導電材料の層２２’を形成し（図５（II））、その表面に前述と同サイズの圧電材料のグリーンシート２１を重ねる（図５（III））。
【００１９】
自由端側に若干の幅Ｌ２の非形成領域を形成するように固定領域の端部２１ｂから前述の導電層２３と同一の導電層２３’を形成する（図５（ＶI））。
【００２０】
以下、このように一方の内部電極３となる導電パターン２２、２２’…の幅を層毎に徐々に固定領域の端部２１ｂ側に拡大しながら、他方の極の内部電極となる導電層２３、２３’と、グリーンシート２１とを所定層数積層し、グリーンシートを乾燥させてから焼成する。
【００２１】
これにより、複数枚分の圧電振動板が完成するから、表面にフレキシブルケーブル１０との接続用の電極となる外部電極２４、２５をスパッタリングや蒸着により形成し、これら電極２４、２５に電圧を印加して所定の分極処理を行った後、圧電振動子ユニットに相当するサイズの圧電振動板２６に切分ける。
【００２２】
圧電材料板２６を固定基板２７に位置決めして（図６（I））接着剤で固定し（図６（II））、少なくとも先端側で外部電極２４により導通された導電層２２、２２’と、この外部電極層２４とを共に分離できる程度の位置まで、先端からワイヤソウ等の切断手段２８により、上端側が固定基板２７に対向する領域まで、また下端が固定基板２７の先端側の上面の角２７ａに達し、終端面が斜面となるスリット２９を形成して歯割りする。
【００２３】
このように自由端側の外部電極層２４を分離し、また固定領域の外部電極２５を連続させた状態でスリット２９を形成することにより、外部電極２４をセレクト電極に、また外部電極２５を可及的に電気抵抗が小さな共通電極として使用することができる。
【００２４】
なお、上述の実施例においては、先端側に露出する電極３の後端３ｂをスリットの端面６ａの斜面に合わせて形成しているが、図７に示したようにスリットの端面６ａの斜面よりも先端側に一定の間隔Δｇを空けて、同一面に位置し、かつ固定領域の端部に露出する電極３’を形成してもよい。
【００２５】
この実施例によれば、圧電振動子２の固定領域にもダミーの内部電極３’が配置されるため、振動領域とほぼ同一の積層構造となって全体が均一化するから、焼成前後の大きな温度変化に対しても反りを抑えることができる。
【００２６】
図８は、本発明の他の実施例を示すものであって、圧電振動子２、２、２…は、それぞれ一方の側面と他方の側面にのみ露出し、活性領域となる領域でラップし、さらに基板側では不活性領域を形成するように一方の極をなす内部電極３０と、他方の極をなす内部電極３１とが圧電材料５内に積層されている。
【００２７】
一方の極をなす内部電極３０は、固定基板７に対向する側とは反対側の面に一端が露出し、他端が圧電材料５に埋没され、かつ固定基板７の領域に配置される内部電極３０’は、固定基板７側の端面３０’ａがスリット６の端面の斜面６ａに一致するように固定端側程短く形成されている。また他方の極を内部電極３１は、固定基板７の側の面に一端が露出し、他端が圧電材料５に埋没されている。
【００２８】
内部電極３０は圧電振動子の側面に形成されたセグメント電極３２に、また内部電極３１は、圧電振動子の側面に形成された共通電極３３によりフレキシブルケーブル１０に接続されている。
【００２９】
この実施例においても固定領域の内部電極３０’が他方の内部電極３１とともに圧電材料５に圧電効果を生じさせて圧電振動子全体の変位量を増大させるのに寄与する。
【００３０】
なお、上述の実施例においては内部電極３０’の端面をスリット６の斜面６ａに一致させるように形成しているが、図９（イ）に示したように斜面６ａに対して一定の間隔Δｇを空けて、同一面上に固定基板側の領域にまでダミーの内部電極３０”を形成してもよい。
【００３１】
この実施例によれば、圧電振動子の内部電極がほぼ均一に配置されるから、全体の熱膨張率を均一化できて温度変化等による反りを防止することができる。
【００３２】
なお、上述の実施例においては圧電振動子の非振動領域の側面だけを固定基板７に支持させているが、図９（ロ）に示したように圧電振動子の後端面に当接する突起３４を設けると、確実な支持力を得ることができる。
【００３３】
さらには自由端側の先端と電極までの圧電材料５の厚みｄを電極形成領域の厚みよりも大きくしておくと、比較的欠け易い先端面に欠け３５が生じた場合にでも内部電極を依然として圧電材料５に埋没させておくことができて、外部電極３２、３３による短絡を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧電振動子ユニットを使用したインクジェット式記録ヘッドの一実施例を示す断面図である。
【図２】図（イ）、（ロ）は、それぞれ同上圧電振動子ユニットの一実施例の表裏の構造を示す斜視図である。
【図３】同上圧電振動子の動作領域を示す説明図である。
【図４】図（I）乃至（IV）は、それぞれ本発明の圧電振動子ユニットの製造工程のうち、圧電材料と導電材料との積層工程を示す図である。
【図５】図（I）乃至（IV）は、それぞれ本発明の圧電振動子ユニットの製造工程のうち、圧電材料と導電材料との積層工程を示す図である。
【図６】図（I）乃至（III）は、それぞれ本発明の圧電振動子ユニットの製造工程のうち、歯割りの工程を示す図である。
【図７】本発明の他の実施例を示す断面図である。
【図８】本発明の圧電振動子ユニットを使用したインクジェット式記録ヘッドの一実施例を示す断面図である。
【図９】図（イ）、（ロ）は、それぞれ本発明の他の実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
１  圧電振動ユニット
２  圧電振動子
３、４  内部電極
５  圧電材料
６  スリット
６ａ  スリットの端面
７  固定基板
８  セグメント電極
９  共通電極
１０  フレキシブケーブル
１１  流路ユニット
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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