(57)【要約】【課題】機械的強度を維持しつつ、液の吐出に必要な駆動電圧を低減することができるインクジェットヘッドを得る。【解決手段】インクジェットヘッド１１は、板状になった圧電体１２と、圧電体１２が接着される基板１３と、圧電体１２の基板１３に接着された第１の面１２Ａとは反対側の第２の面１２Ｂから、圧電体１２の厚さの範囲内の深さで溝状に形成される圧力室１４と、圧電体１２の第２の面１２Ｂを覆う天板１７と、圧力室１４に連通するように形成されるとともに、液滴を吐出することが可能なノズル２７を有するノズルプレート１８と、を具備する。圧電体１２は、圧力室１４の周囲に配置されるとともに、圧力室１４の圧力を制御するための駆動部となるように分極処理がなされた第１の圧電セラミックス層２１と、基板１３に隣接する位置に配置される未分極の第２の圧電セラミックス層２２と、を有する。【選択図】図１
2009119788.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状になった圧電体と、
前記圧電体が接着される基板と、
前記圧電体の前記基板に接着された第１の面とは反対側の第２の面から、前記圧電体の厚さの範囲内の深さで溝状に形成される圧力室と、
前記圧電体の第２の面を覆う天板と、
前記圧力室に連通するように形成されるとともに、液滴を吐出することが可能なノズルを有するノズルプレートと、
を具備し、
前記圧電体は、
前記圧力室の周囲に配置されるとともに、前記圧力室の圧力を制御するための駆動部となるように分極処理がなされた第１の圧電セラミックス層と、
前記基板に隣接する位置に配置される未分極の第２の圧電セラミックス層と、
を有することを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記第１の圧電セラミックス層は、分極方向が逆向きになった２つの圧電部材を接着して形成されることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記圧電体と前記基板とは、互いに線膨張係数が異なることを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記第１の圧電セラミックス層と、前記第２の圧電セラミックス層とは、同一の線膨張係数を有することを特徴とする請求項３に記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記第１の圧電セラミックス層は、前記天板に隣接する第１の圧電部材と、前記第２の圧電セラミックス層に隣接する第２の圧電部材と、を有し、
前記圧力室を形成する溝の溝底は、前記第２の圧電部材の途中に形成されることを特徴とする請求項４に記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
前記圧力室は、複数のもので構成されるとともに、
前記圧電体は、隣接する２つの前記圧力室の間を仕切る側壁を含み、
前記側壁は、前記２つの圧力室の圧力を個別に制御するための駆動素子を兼ねていることを特徴とする請求項５に記載のインクジェットヘッド。
【請求項７】
予め分極処理がなされた第１の圧電部材と第２の圧電部材との間に熱硬化性の接着剤を介在させることにより、互いに分極方向が逆向きになるように接着された第１の圧電セラミックス層を形成し、この第１の圧電セラミックス層とは独立に設けられる未分極の第２の圧電セラミックス層と前記第１の圧電セラミックス層との間に熱硬化性の接着剤を介在させてこれらを接合した１つの圧電体を形成し、この圧電体とは独立に設けられる基板と前記圧電体との間に熱硬化性の接着剤を介在させてこれらを接合した構造物を形成し、この構造物に加熱処理を行って前記各接着剤を硬化させ、前記構造物を常温に戻した後、前記第１のセラミックス層に溝状の圧力室を形成することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項８】
前記圧電体と前記基板とは、互いに線膨張係数が異なることを特徴とする請求項７に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項９】
前記第１の圧電セラミックス層と、前記第２の圧電セラミックス層とは、同一の線膨張係数を有することを特徴とする請求項８に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１０】
前記圧力室を形成する溝の溝底は、前記第２の圧電部材の途中に形成されることを特徴とする請求項９に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１１】
前記圧力室は、複数のもので構成されるとともに、
前記圧電体は、隣接する２つの前記圧力室の間を仕切る側壁を含み、
前記側壁は、前記２つの圧力室の圧力を個別に制御するための駆動素子を兼ねていることを特徴とする請求項１０に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オンデマンド型のインクジェットヘッドおよびインクジェットヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、側壁の根元での電場の干渉を防いで、側壁の撓み量を確保するようにしたインクジェットヘッドが開示されている。このインクジェットヘッドは、基板と、基板上に接着された圧電部材と、圧電部材に形成された複数の溝と、溝の内面に形成された電極と、溝の開口面を覆う天板と、溝の長手方向先端部の連通するオリフィスを有するオリフィスプレートと、を備えている。
【０００３】
溝は、ブロック状の圧電部材に対してダイヤモンドホイール等によって研削加工を行って、所定の間隔をもって複数形成される。このとき、溝は、その底部の厚さが８０μｍ以下になるように形成される。これによって、隣接する溝を仕切る側壁の根元において、電場の干渉を抑制して、側壁の歪み量が十分に確保されるようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平８−３００６４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来のインクジェットヘッドでは、ダイヤモンドホイールの送り量を調整して、溝の底部の厚さを調整するようにしているが、実際の加工精度との関係上、溝部の厚みを厳密に管理することは難しい。このため、溝の深さが深くなってしまった場合には、溝の底部が基板に達することになり、側壁の剛性が低下して圧力室の圧力が低下してしまうおそれがある。また、溝の深さが浅くなってしまった場合には、電場の干渉を生ずるのみならず、側壁の剛性が向上するため、側壁を動かすためにより大きな電力が必要となり、駆動電圧が上昇してしまうおそれがあった。
【０００５】
本発明の目的は、機械的強度を維持しつつ、液の吐出に必要な駆動電圧を低減することができるインクジェットヘッドを得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係るインクジェットヘッドは、板状になった圧電体と、前記圧電体が接着される基板と、前記圧電体の前記基板に接着された第１の面とは反対側の第２の面から、前記圧電体の厚さの範囲内の深さで溝状に形成される圧力室と、前記圧電体の第２の面を覆う天板と、前記圧力室に連通するように形成されるとともに、液滴を吐出することが可能なノズルを有するノズルプレートと、を具備し、前記圧電体は、前記圧力室の周囲に配置されるとともに、前記圧力室の圧力を制御するための駆動部となるように分極処理がなされた第１の圧電セラミックス層と、前記基板に隣接する位置に配置される未分極の第２の圧電セラミックス層と、を有する。
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明の一つの形態に係るインクジェットヘッドの製造方法は、予め分極処理がなされた第１の圧電部材と第２の圧電部材との間に熱硬化性の接着剤を介在させることにより、互いに分極方向が逆向きになるように接着された第１の圧電セラミックス層を形成し、この第１の圧電セラミックス層とは独立に設けられる未分極の第２の圧電セラミックス層と前記第１の圧電セラミックス層との間に熱硬化性の接着剤を介在させてこれらを接合した１つの圧電体を形成し、この圧電体とは独立に設けられる基板と前記圧電体との間に熱硬化性の接着剤を介在させてこれらを接合した構造物を形成し、この構造物に加熱処理を行って前記各接着剤を硬化させ、前記構造物を常温に戻した後、前記第１のセラミックス層に溝状の圧力室を形成する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、機械的強度を維持しつつ、液の吐出に必要な駆動電圧を低減することができるインクジェットヘッドを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら本発明の第１の実施形態について説明する。  
図１に示すように、インクジェットヘッド１１は、いわゆるシェアモードタイプのもので構成される。このインクジェットヘッド１１は、板状になった圧電体１２と、圧電体１２が接着される基板１３と、圧電体１２に溝状に形成される圧力室１４と、圧力室１４を間に挟んだ両側に形成される側壁１５と、圧力室１４の底部および側壁１５の表面に形成された電極１６と、圧力室１４の上面を覆う天板１７と、圧力室１４の１つの面を形成するノズルプレート１８と、図示しない駆動回路と、を有している。
【００１０】
基板１３は、例えば、セラミックス材料によって板状に形成されている。圧電体１２は、基板１３に接着された第１の面１２Ａと、第１の面１２Ａとは反対側の第２の面１２Ｂと、を有している。圧力室１４は、圧電体１２の第２の面１２Ｂから研削加工を行うことで、溝状に形成されている。圧力室１４は、圧電体１２の高さの範囲内の深さで形成されており、圧力室１４の底部は、後述する第２の圧電部材２５の途中に配置される。
【００１１】
圧電体１２は、圧力室１４の周囲に配置される第１の圧電セラミックス層２１と、基板１３に隣接する位置に配置される第２の圧電セラミックス層２２と、を有している。図２に示すように、第１の圧電セラミックス層２１と第２の圧電セラミックス層２２とは、例えば、熱硬化性の接着剤２３によって接着されている。同様に、第２の圧電セラミックス層２２と基板１３とは、例えば、熱硬化性の接着剤２３によって接着されている。基板１３と圧電体１２との間において、互いの線膨張係数は異なっている。なお、第１の圧電セラミックス層２１および第２の圧電セラミックス層２２の線膨張係数は同一である。
【００１２】
第１の圧電セラミックス層２１は、圧力室１４を加圧するための駆動部となるように分極処理がなされている。より具体的には、第１の圧電セラミックス層２１は、個別に分極処理を行った第１の圧電部材２４と第２の圧電部材２５とを接着して形成されている。第１および第２の圧電部材２４、２５は、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）でそれぞれ形成されている。第１の圧電部材２４と第２の圧電部材２５の分極方向は、図２に矢印で示すように、互いに対向する向きになっている。なお、本実施形態では、第１の圧電セラミックス層２１は、分極方向が異なる２つの圧電部材２４、２５を張り合わせて形成されているが、これに限定されるものではない。第１の圧電セラミックス層２１は、単一の圧電部材によって形成するようにしてもよい。
【００１３】
側壁１５は、第１の圧電部材２４と第２の圧電部材２５とによって形成されており、駆動電圧の印加によって横方向に振動し、圧力室１４内の液を加圧することができる。側壁１５は、隣接する２つの圧力室１４を仕切るのみならず、２つの圧力室１４の圧力を個別に制御するための駆動素子を兼ねている。第２の圧電セラミックス層２２は、分極処理がなされていない未分極の圧電セラミックスで形成されている。
【００１４】
天板１７は、圧電体１２の第２の面１２Ｂを覆うように圧電体１２に接着されている。天板１７は、板状に形成されている。天板１７は、その内面から窪んで形成された共通液室１７Ａを有している。共通液室１７Ａは、天板１７を圧電体１２に接着した状態において、各圧力室１４に連通される。天板１７は、さらに、共通液室１７Ａに連通する供給孔２６を有している。供給孔２６は、例えば図示しないタンクに連なる供給流路に接続される。供給孔２６を介して、インクジェットヘッド１１は、外部から液（インク）の供給を受けることができる。
【００１５】
ノズルプレート１８は、複数のノズル２７を有しており、各ノズル２７は、圧力室１４に連通するように形成されている。ノズルプレート１８は、例えばポリイミドによって方形板状に形成されている。各ノズル２７から、液滴を吐出することができる。電極１６は、圧力室１４の底部および側壁１５の表面に対して例えば無電解ニッケルメッキを施して形成されている。同様に、圧電体１２の第２の面１２Ｂに無電解ニッケルメッキを施して、電極１６に連なる配線２８が等間隔で形成される。インクジェットヘッド１１は、さらに、駆動回路を有し、駆動回路は、側壁１５に電圧を印加してノズル２７からの液滴の吐出を駆動する。
【００１６】
続いて、インクジェットヘッド１１がインクジェット記録装置に搭載された際の液滴の吐出動作について説明する。共通液室１７Ａおよび圧力室１４に液が満たされた状態で、インクジェット記録装置が印刷を開始する際には、インクジェット記録装置の制御部は、インクジェットヘッド１１に対して印字信号を駆動回路に出力する。印刷信号を受けた駆動回路は、パルス電圧を駆動素子である側壁１５に印加する。これにより、左右一対の側壁１５は、シェアモード変形を行って湾曲するように互いに離反する。そして、これらを初期位置に復帰させて圧力室１４の液の圧力を高くすることで、ノズル２７から液滴が勢い良く吐出される。
【００１７】
本実施形態のインクジェットヘッド１１は、以下の工程で製造される。まず、第１の圧電部材２４と第２の圧電部材２５との間に熱硬化性の接着剤２３を介在させ、第１の圧電セラミックス層２１を形成する。同時に、この第１の圧電セラミックス層２１と第２の圧電セラミックス層２２との間にも熱硬化性の接着剤２３を介在させて、これらを接合した１つの圧電体１２を構成する。さらに、この圧電体１２と基板１３との間に熱硬化性の接着剤２３を介在させて、圧電体１２と基板１３とが接合された構造物とする。この構造物に加熱処理を行って、接着剤２３を硬化させる。
【００１８】
この構造物を常温に戻した後、圧電体１２の第２の面１２Ｂ、すなわち、第１の圧電セラミックス層２１の上面に対して研削加工を行って溝状の圧力室１４を形成する。圧力室１４は、例えば、ＩＣウェハーの切断等に用いられているダイシングソーのダイヤモンドホイールによって形成される。圧力室１４は、圧電体１２上で、等間隔で複数形成される。この圧力室１４を形成する溝は、溝底が第１の圧電セラミックス層２１の第２の圧電部材２５の途中まで至るように形成される。
【００１９】
このように形成した圧力室１４の底面および側壁１５の表面に対して、無電解ニッケルメッキを施して、電極１６を形成する。最後に、圧力室１４の開口部を覆うように天板１７およびノズルプレート１８を接着し、インクジェットヘッド１１が完成する。
【００２０】
以上が、インクジェットヘッド１１の実施形態である。本実施形態によれば、インクジェットヘッド１１は、板状になった圧電体１２と、圧電体１２が接着される基板１３と、圧電体１２の基板１３に接着された第１の面１２Ａとは反対側の第２の面１２Ｂから、圧電体１２の厚さの範囲内の深さで溝状に形成される圧力室１４と、圧電体１２の第２の面１２Ｂを覆う天板１７と、圧力室１４に連通するように形成されるとともに、液滴を吐出することが可能なノズル２７を有するノズルプレート１８と、を具備し、圧電体１２は、圧力室１４の周囲に配置されるとともに、圧力室１４を加圧するための駆動部となるように分極処理がなされた第１の圧電セラミックス層２１と、基板１３に隣接する部位に配置される未分極の第２の圧電セラミックス層２２と、を有する。
【００２１】
線膨張係数の異なる２つの部材を例えば熱硬化性の接着剤で接着すると、温度が１℃変化する際の伸び量が異なるため、接着後に常温に戻すとこれらの間で反りが発生する。上記の構成によれば、実駆動に供する第１の圧電セラミックス層２１と、基板１３と、の間に未分極の第２の圧電セラミックス層２２が介在される。これにより、第１の圧電セラミックス層２１と基板１３との間に、緩衝材として作用する第２の圧電セラミックス層２２を配置することができ、第１の圧電セラミックス層２１と基板１３とを直接接着した場合に比して、発生する反りの量を低減することができる。また、主として反りは、第２の圧電セラミックス層２２と基板１３との間で発生するため、反りを生じている箇所から、第１の圧電セラミックス層２１を離して配置することができる。
【００２２】
また、圧力室１４の底部の厚さが厚くなると、電場の干渉を生じて側壁１５の歪み量が低下するため、液を吐出するための駆動電圧が上昇する。本実施形態によれば、第２の圧電セラミックス層２２を設けない場合に比して、圧力室１４の底部に残る第１の圧電セラミックス層２１の厚さを薄くすることができる。これによって、側壁１５において電場の干渉を生ずることを防いで、駆動電圧が上昇してしまうことを防止することができる。なお、第２の圧電セラミックス層２２は、分極処理がなされていないため、これを設ける分だけ厚みが増加したとしても、電場の干渉を生ずることはない。
【００２３】
さらに、第２の圧電セラミックス層２２を設けることによって、溝の深さを深く形成した場合であっても、インクジェットヘッド１１の機械的な強度を維持することができる。また、溝を形成する際に、何らかの理由で溝の底部が第２の圧電セラミックス層２２に至ってしまった場合であっても、第１の圧電セラミックス層２１は、第２の圧電セラミックス層２２によって安定的に支持されている。このため、側壁１５の強度が極端に低下して、圧力室１４の圧力が低下してしまうことを防止することができる。
【００２４】
この場合、インクジェットヘッドの製造方法は、予め分極処理がなされた第１の圧電部材２４と第２の圧電部材２５との間に熱硬化性の接着剤２３を介在させることにより、互いに分極方向が逆向きになるように接着された第１の圧電セラミックス層２１を形成し、この第１の圧電セラミックス層２１とは独立に設けられる未分極の第２の圧電セラミックス層２２と第１の圧電セラミックス層２１との間に熱硬化性の接着剤２３を介在させてこれらを接合した１つの圧電体１２を形成し、この圧電体１２とは独立に設けられる基板１３と圧電体１２との間に熱硬化性の接着剤２３を介在させてこれらを接合した構造物を形成し、この構造物に加熱処理を行って各接着剤２３を硬化させ、構造物を常温に戻した後、第１の圧電セラミックス層２１に溝状の圧力室１４を形成する。
【００２５】
この構成によれば、１回の加熱処理で構造物を形成できるため、製造工程を簡略化することができる。また、第１の圧電セラミックス層２１と基板１３との間に、緩衝材として作用する第２の圧電セラミックス層２２を配置することができ、第１の圧電セラミックス層２１と基板１３とを直接接着した場合に比して、発生する反りの量を低減することができる。
【００２６】
本発明は、前記実施の形態に限定されるものではない。このほか、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施形態に係るインクジェットヘッドの一部を切欠いて内部構造を示す斜視図。
【図２】図１に示すインクジェットヘッドの縦方向に沿った断面図。
【符号の説明】
【００２８】
１１…インクジェットヘッド、１２…圧電体、１２Ａ…第１の面、１２Ｂ…第２の面、１３…基板、１４…圧力室、１７…天板、１７Ａ…共通液室、１８…ノズルプレート、２１…第１の圧電セラミックス層、２２…第２の圧電セラミックス層、２４…第１の圧電部材、２５…第２の圧電部材、２７…ノズル
【図１】
2009119788.tif 000003
【図２】
2009119788.tif 000004