JP3645697B2 - Inkjet recording head - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インク室内のインクを吐出させて印字を行うインクジェット記録ヘッドとその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、プリンタ、複写機、ファクシミリ等の機能を有する記録装置には、画像情報を記録用紙に記録するための記録ヘッドを備えており、上記記録ヘッドとして、近年インクジェット式の記録ヘッドが使用されている。
【0003】
例えば、図3に示すインクジェット記録ヘッド31は、互いに対向する第1平板33と第2平板32との間にインク室35を構成する複数の隔壁34を備えてなり、上記第1平板33と隔壁34とは圧電性セラミックスにより一体的に形成されており、上記隔壁34の両側面に駆動電極36を備えたものがあった。そして、上記駆動電極36に通電して圧電性セラミックスからなる隔壁34を変位させることによりインク室35内の圧力を高め、該インク室35と連通するノズル38からインクを吐出させるようになっていた(特開平9−1794号公報参照)。
【0004】
また、上記隔壁34を圧電性セラミックスにより形成したものでは、その極性が次第に劣化してインクの吐出特性が低下することから、この極性の劣化を抑えるために分極用の電極を設けたものがあり、図3に示すインクジェット記録ヘッド31においては、第2平板32を金属板により形成するとともに、第1平板33の下面に金属板を接合し、これらを分極用の電極37,37’として機能させるようになっていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、インクジェット記録ヘッドは、製品がより小型化し、高密度化、高精度化が求められている。例えば、記録ヘッド31の隔壁34の幅は数十μmのオーダーで製作することが求められていた。
【0006】
しかしながら、図3に示すインクジェット記録ヘッド31の製造工程において、第1平板33に隔壁34を形成する場合、セラミックグリーンシートを金型で打ち抜くことによってインク室35を形成していたため、小さな第1平板33に隔壁34を高密度にかつ高精度に形成することは極めて難しいものであった。即ち、セラミックグリーンシートを金型で打ち抜く際にシート切れが生じたり、あるいは第2平板32を積層する際に位置ずれが生じる等の理由により、隔壁34を高密度でかつ高精度に製作することができなかった。
【0007】
また、このような小型で高密度に打ち抜くための金型を製作すること事態も難しく、さらには定期的な金型のメンテナンスも必要となるのでコストアップの要因となっていた。
【0008】
仮に、シート切れを生じることなく積層できたとしても、複数枚積層するシートの空孔部の位置ずれが発生し、その中を流れるインクの流れを阻害するといった問題もあり、セラミックグリーンシートを金型で打ち抜く方法では歩留りが悪かった。
【0009】
さらに、圧電性セラミックスは欠けや割れを生じ易いことから、取り扱い時に記録ヘッド31の第1平板33をぶつけたりすると、破損する恐れがあった。
【0010】
そこで、記録ヘッド31の第1平板33をアルミナなどの絶縁性セラミックスにより形成することも考えられるが、この場合、隔壁34と第1平板33とは別々に製作しておき、隔壁34の両側面に駆動電極36を、下面に分極用の電極37をそれぞれ形成したものを接着等により所定の間隔で第1平板33に接合していた。
【0011】
しかしながら、このような接着では、小さな第1平板33に隔壁34を高密度に精度良くに形成することはできなかった。しかも、隙間なく完全に接着されていないとインク漏れを生じるといった恐れもあった。
【0012】
また、図3に示すインクジェット記録ヘッド31のように、第1平板33に一体的に形成された隔壁34の両側面にそれぞれ駆動電極36を形成することは製造上難しく、さらには駆動電極36をインク室35外に設けられた駆動用回路と接続するためにインク室35内からインク室35外への引き出しも非常に難しいものであった。
【0013】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は上記課題に鑑み、互いに対向する第1平板と第2平板との間にインク室を構成する圧電性セラミックスからなる隔壁を複数配列するとともに、これら隔壁の両側面に駆動電極を備えてなり、上記駆動電極に通電して前記隔壁を変位させることによりインク室内を加圧し、該インク室に連通するノズルからインクを吐出するようになしたインクジェット記録ヘッドにおいて、上記第1平板がセラミックスから成り、その表面には前記隔壁に分極電圧を印加する隔壁分極用の一方電極を隔壁と第1平板の間に埋設するとともに隔壁外へ延接した状態で上記隔壁を焼結一体化するとともに、隔壁間に形成されるインク室の底に上記駆動電極と導通し、かつインク室内からインク室外へ導出せしめる導出用電極を設け、前記第2平板自体を隔壁分極用の他方電極とするか、あるいは隔壁の上面に隔壁分極用の他方電極を設けたものである。
【0014】
また、本発明は、複数の隔壁用凹部を刻設してなる成形型中に、圧電性セラミック粉末と溶媒及び有機性添加物から成る泥漿を充填する第1工程と、
予め帯状の電極を付設したセラミック製の第1平板を別途用意し、この第1平板を上記第1工程における成形型に押し当てた状態で上記泥漿を硬化させたあと一体的に焼成して、隔壁を備えた第1平板とを焼結一体化することにより隔壁と第1平板との間に上記帯状の電極を埋設した微細溝を有する第1平板を製作する第2工程と、
上記隔壁の少なくとも両側面に駆動電極をそれぞれ形成したあと、上記微細溝を塞ぐように第1平板に導電性を有する第2平板を接合するか、あるいは上記隔壁の少なくとも両側面に駆動電極をそれぞれ形成するとともに、隔壁の上面にも電極を形成したあと、上記微細溝を塞ぐように第2平板を接合する第3工程とから上記インクジェット記録ヘッドを製造したものである。
【0015】
さらに、本発明は、互いに対向する第1平板と第2平板との間にインク室を構成する圧電性セラミックスからなる隔壁を複数配列するとともに、これら隔壁の両側面に駆動電極を形成してなり、上記駆動電極に通電して前記隔壁を変位させることによりインク室を加圧し、該インク室に連通するノズルからインクを吐出するようになしたインクジェット記録ヘッドにおいて、上記隔壁を第1平板の表面にほぼ等間隔に接合一体化するとともに、これら隔壁間に形成されるインク室の底に上記駆動電極と導通し、かつインク室内からインク室外へ導出せしめる導出用電極を設けたものである。
【0016】
なお、本発明においては、隔壁をなす圧電性セラミックスとして、チタン酸ジルコン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛、ニッケルニオブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、チタン酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛のうち一種以上を主成分とするセラミックスを用いることができ、また、上記隔壁と焼結一体化あるいは接合一体化される第1平板又は第2平板としては、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、窒化珪素、窒化アルミニウム、炭化珪素のいずれかを主成分とするセラミックス、又はチタン酸ジルコン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛、ニッケルニオブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、チタン酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛のうち一種以上を主成分とするセラミックスを用いることができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
図1(a)は本発明のインクジェット記録ヘッドの一実施形態を示す分解斜視図であり、図1(b)は(a)のX−X線断面図である。
このインクジェット記録ヘッド1は、互いに対向する第1平板3と第2平板2との間にインク室5を構成する複数の隔壁4を配列してなり、該隔壁4は上下方向に分極させた圧電性セラミックスにより形成するとともに、上記第1平板3は絶縁性セラミックス又は圧電性セラミックスによりそれぞれ形成してある。なお、第2平板2は金属または導電性セラミックスなどの導電材料からなり、隔壁4をなす圧電性セラミックスに分極電圧を印加する分極用の電極7’としての機能を持たせてある。
【0018】
また、上記第1平板3には、前記分極用の電極7’と対をなすもう一方の分極用の電極7を第1平板3の長手方向に沿って等間隔に敷設してあり、各電極7を覆うように隔壁4が第1平板3に焼結一体化され、上記電極7を隔壁4と第1平板3との間に埋設してある。なお、上記分極用の電極7は隔壁4外へ延設されており、第1平板3の後部に配置された分極用回路12に接続されている。
【0019】
さらに、上記第1平板3の隔壁4間にはインク室5内からインク室5外へと延びる導出用電極8が敷設されており、インク室5の内壁面を構成する隔壁4の側面から第1平板3の表面には前記導出用電極8を覆うように導電膜18が被覆してあり、隔壁4の両側面にそれぞれ被覆された導電膜18を駆動電極6としてある。なお、インク室5外へ延設された導出用電極8は下側平板3の後部に配置された駆動用回路11に接続されている。
【0020】
そして、このインクジェット記録ヘッド1を駆動させるには、隔壁4の両側面に形成された駆動電極6にそれぞれ通電すると、隔壁4をなす圧電性セラミックスの分極方向と印加電界の方向とが直交することになるため、隔壁4は高さ方向に寸法変化を伴わずに左右に変位させることができる。その結果、インク室5内の圧力を高めることができ、上記インク室5にそれぞれ連通するノズル9からインクを吐出することができる。
【0021】
しかも、隔壁4をなす圧電性セラミックスの分極の極性が劣化し、インクの吐出特性が低下したとしても、分極用の電極7,7’間に一定の電圧を印加することで分極極性の劣化を回復させることができるため、長期間駆動させたとしても、安定したインクの吐出特性を得ることができる。
【0022】
また、本発明によれば、インク室5の内壁面に被覆した導電膜18を駆動電極6とし、該駆動電極6へは導出用電極8を介して通電するとともに、該導出用電極8及び分極用の一方電極7は第1平板3の同一平面上にそれぞれ形成してあるため、インク室5外への取り出しが容易で駆動用回路11及び分極用回路12への導通を簡単に行うことができるため、記録ヘッド1の構造を簡略化し、より一層小型化することができる。
【0023】
また、隔壁4と第1平板3とは焼結一体化されていることから、インクの漏れの心配がなく、また、充分な接合強度をもった記録ヘッド1を製作することできる。特に、第1平板3を絶縁性セラミックスにより形成した場合、取り扱い時にぶつけたりしたとしても欠けや割れを生じることが少なく、破損し難い記録ヘッド1とすることができる。
【0024】
このようなインクジェット記録ヘッド1の製造方法としては、まず、図2(a)のように、隔壁4の形状に合致した複数の隔壁用凹部15aを有する成形型15を用意し、この成形型15の隔壁用凹部15aに隔壁4をなす材料として、圧電性セラミック粉末と溶媒及び有機性添加物との泥漿16をそれぞれ充填する。
【0025】
一方、別途、絶縁性セラミックス又は圧電性セラミックスからなる第1平板3を用意し、この第1平板3に分極用の電極7と、駆動電極6に通電するための導出用電極8をスクリーン印刷法などによりそれぞれ所定の位置に敷設する。そして、予め電極7(導出用電極8を含む)を形成した第1平板3上に前記泥漿16の成形体17を接合したあと焼成することにより、隔壁4と第1平板3とが焼結一体化された微細溝を有する第1平板を製作する。
【0026】
具体的には、図2(b)のように、上記成形型15の各隔壁用凹部15aと第1平板3に予め形成した分極用の各電極7の位置をそれぞれ合わせた状態で、上記成形型15に充填した泥漿16の表面に第1平板3を押し当てて加圧接着し、泥漿16を反応硬化させるか又は乾燥固化させる。その後、図2(c)のように、成形型15を離型することによって、第1平板3上の各電極7が隔壁4をなす泥漿16の成形体17に覆われ、かつ上記成形体17が第1平板3上に接合一体化された接合体を形成し、しかるのち、この接合体に脱バインダー処理を施したあと焼成することにより、図2(d)のように、隔壁4と第1平板3とが焼結一体化され、かつ隔壁4と第1平板3との間に分極用の電極7が埋設されてなる微細溝を有する第1平板3を得ることができる。
【0027】
なお、この微細溝を有する第1平板3を製作する他の方法としては、成形型15を有機材料やシリコンゴムなどの樹脂により形成し、前記製造方法において、成形型15を離型することなく上記接合体とともに焼成しても良い。この場合、泥漿16からなる成形体17の形状を成形型15で保持したまま焼成することができるとともに、成形型15は焼成時に焼失してしまうことから、より一層精度の高い隔壁4を製作することができる。
【0028】
これらの方法によれば、簡単に隔壁4を形成できるため製造工程を極めて簡略化できる。また、隔壁4及び隔壁4間に形成される微細溝は成形型15の隔壁用凹部15aの形状がほぼそのまま転写されるため、隔壁用凹部15aの形状やピッチ幅を所定の精度に精密加工しておくことにより、高精度の隔壁4を高密度に第1平板3へ一体的に形成することができる。しかも、第1平板3には予め焼結したセラミックスを用いていることから、予め形成した電極7が焼成時に変形することがない。
【0029】
さらに、分極用の電極7と、駆動電極6に通電するための導出用電極8は、それぞれ第1平板3の同一平面上に形成することができるため、インク室5外への取り出しが容易であり、駆動用回路11や分極用回路12への導通を簡単に行うことができる。
【0030】
次に、図2(e)のように微細溝を有する第1平板3のうち、隔壁4の上面にのみ蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、メッキ法などの成膜手段によって導電膜19を被覆し、この導体膜19と第1平板3に予め形成した分極用の電極7との間に電圧を印加して隔壁4をなす圧電性セラミックスに分極処理を施したあと、上記導電膜19を除去し、次いで図2(f)のように隔壁4の上面を除く側面及び第1平板3の表面に蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、メッキ法などの成膜手段によって導電膜18を被覆し、この導電膜18を駆動電極6とする。
【0031】
この方法によれば、複数の隔壁4の両側面に駆動電極6を容易に形成することができるとともに、前述したように第1平板3に予め形成した導出用電極8が導体膜18により覆われているため、駆動電極6への通電を簡単に行うことができる。
【0032】
そして、図2(f)に示す微細溝を有する第1平板3に、微細溝を塞ぐように金属や導電性セラミックスからなる第2平板2を接合することにより、図1に示すインクジェット記録ヘッド1を製作することができる。
【0033】
なお、図1に示すインクジェット記録ヘッド1では、第2平板2を金属や導電性セラミックスにより形成し、隔壁4をなす圧電性セラミックスを分極するための電極7’としての機能を持たせた例を示したが、第2平板2を絶縁性を有するセラミックスやガラスにより形成するとともに、インク室5側に導電膜を設け、この導電膜を分極用の電極7としても良い。
【0034】
また、図1に示すインクジェット記録ヘッド1では、第2平板2に隔壁4をなす圧電性セラミックスに分極電圧を印加するための電極7’としての機能を持たせた例を示したが、例えば、図2(e)の工程において隔壁4の上面に形成した導電膜19を除去せずに残し、この導電膜19を分極用の電極7’としても良い。
【0035】
さらに、本発明のインクジェット記録ヘッド1は、主走査方向に往復移動するシリアルタイプの記録ヘッド、あるいは記録用紙の全幅又は一部をカバーする長さのラインタイプの記録ヘッドなど、記録ヘッドの形態に関係なく適用することができることは言うまでもない。
【0036】
ところで、隔壁4をなす圧電性セラミックスを構成する圧電性セラミック粉体としては、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、マグネシウムニオブ酸鉛(PMN)、ニッケルニオブ酸鉛(PNN)、マンガンニオブ酸鉛、チタン酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛などを用いることができる。
【0037】
なお、これら圧電性セラミック粉体の粒径は数十ミクロンからサブミクロンのものが好適に用いることができ、具体的には0.2〜10μm、好ましくは0.2〜5μmの範囲にあるものが良い。
【0038】
さらに、上記圧電性セラミック粉体に添加する有機性添加物としては、尿素樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂、エボナイト、ポリシロキ酸シリケート等が挙げられる。そして、これらの有機性添加物を反応硬化させる手段としては、加熱硬化、紫外線照射硬化、X線照射硬化等がある。なお、作業上、装置上の点からは加熱硬化が最適であり、とりわけポットライフの点からは不飽和ポリエステル樹脂が好適である。
【0039】
前記有機性添加物の含有量は、圧電性セラミック粉体と焼結助剤等との泥漿16の流動性及び成形性を維持するためには、粘性が高くならないようにする必要があり、一方、硬化時には十分な保形性を有していることが望ましい。このような点から、有機性添加物の含有量は、セラミック粉体100重量部に対して0.5重量部以上で、且つ硬化による成形体17の収縮という点からは35重量部以下がより望ましく、なかでも焼成時の収縮を考慮すると、1〜15重量部が最も好適である。
【0040】
また、前記泥漿16中に加えられる溶媒とは、前記有機性添加物を相溶するものであれば特に限定するものでなく、例えばトルエン、キシレン、ベンゼン、フタル酸エステル等の芳香族溶剤や、ヘキサノール、オクタノール、デカノール、オキシアルコール等の高級アルコール類、あるいは酢酸エステル、グリセライド等のエステル類を用いることができる。
【0041】
とりわけ、前記フタル酸エステル、オキシアルコール等は好適に使用でき、さらに、溶媒を緩やかに揮発させるために、前記溶媒を2種類以上併用することも可能である。
【0042】
また、前記溶媒の含有量は、成形体17の保形性を維持するために、圧電性セラミック粉体100重量部に対して0.1重量部以上必要であり、一方、セラミック粉体と有機性添加物の泥漿16の粘性を低くすることが望ましいことから35重量部以下が望ましく、乾燥時と焼成時の収縮を考慮すると1〜15重量部であることが最も望ましい。
【0043】
なお、本発明における成形型15は有機性添加物を硬化させる時に何ら支障無きものであれば良く、材質は特に限定されないが、例えば金属や樹脂、あるいはゴム等が使用でき、また、母型を作っておき、これからシリコンゴム等で複製型を複数個作製し使用する方法でも良い。必要ならば離型性向上や摩耗防止のために、表面被覆等の表面処理を行っても良い。さらに、有機材料で成形型15を作製した場合、成形型15を離型することなく泥漿16とともに同時に焼成することができる。
【0044】
また、前記泥漿16と第1平板3とを圧着する際の接着性向上のために、シランカップリング剤やチタネートカップリング剤、アルミネートカップリング剤等の各種カップリング剤を使用することができ、なかでも反応性が高いことからシランカップリング剤が好適である。
【0045】
さらに、泥漿16と第1平板3との圧着は、均一に圧力を加えるという点から静水圧の装置を用いるのが望ましく、加圧条件としては、成形型15を変形させない圧力範囲、例えばシリコンゴム製の成形型を用いた場合、約100g/cm2 程度の加圧条件で行えば良い。
【0046】
また、該泥漿16において、圧電性セラミック粉体の分散性の向上のために、例えば、ポリエチレングリコールエーテル、アルギルスルホン酸塩、ポリカルボン酸塩、アルキルアンモニウム塩等の界面活性剤を添加しても良く、その含有量としては分散性の向上及び熱分解性の点から、セラミックス、ガラス、シリコン等の粉体100重量部に対して0.05〜5重量部が望ましい。
【0047】
さらに、該泥漿16中のバインダーには硬化反応促進剤または重合開始剤等と称される硬化触媒を添加することができる。前記硬化触媒としては、有機過酸化物やアゾ化合物を使用することができ、例えば、ケトンパーオキサイド、ジアシルパーオキサイド、パーオキシケタール、パーオキシエステル、ハイドロパーオキサイド、パーオキシカーボネート、t−ブチルパーオキシー2ーエチルヘキサノエート、ビス(4ーtーブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネート、ジクミルパーオキサイド等の有機過酸化物や、アゾビス、イソブチロニトリル等のアゾ化合物が挙げられる。
【0048】
一方、第1平板3をなすセラミックスとしては、焼結された絶縁性セラミックスや圧電性セラミックスを用いることができる。
【0049】
例えば、絶縁性セラミックスとしては、アルミナ(Al2 O3 )やジルコニア(Zr O2 )などを主成分とする酸化物系セラミックや、窒化珪素(Si3 N4 )、窒化アルミニウム(ALN)、炭化珪素(SiC)などを主成分とする非酸化物系セラミックスを用いることがき、これらのセラミックスには各種焼結助剤を所望量添加していても良い。
【0050】
上記焼結助剤としては、アルミナに対しては、シリカ(SiO2 )、カルシア(CaO)、イットリア(Y2 O3 )及びマグネシア(MgO)等を、ジルコニアに対してはイットリア(Y2 O3 )や、セリウム(Ce)、ディスプロシウム(Dy)、イッテルビウム(Yb)等の希土類元素の酸化物を、また、窒化珪素に対してはイットリア(Y2 O3 )とアルミナ(Al2 O3 )等を、窒化アルミニウムに対しては周期律表第3a元素の酸化物(RE2 O3 )等を、炭化珪素に対してはホウ素(B)とカーボン(C)等を用いることができる。
【0051】
また、圧電性セラミックスとしては、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、マグネシウムニオブ酸鉛(PMN)、ニッケルニオブ酸鉛(PNN)、マンガンニオブ酸鉛、チタン酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛などを主成分とするセラミックスを用いることができる。
【0052】
さらに、駆動電極6、分極用の電極7,7’、及び導出用電極8を構成する材料としては、焼成温度に耐えられる導体であれば特に規制されず、例えば金属や合金、あるいはセラミックスやガラスと上記金属や合金からなる複合体であっても良い。特には、白金、パラジウム、ロジウム、銀−パラジウム、銀−白金、白金−パラジウム、金、銀、タングステン、モリブデン等のうち少なくとも一種を用いることが好ましい。
【0053】
(実施例)
以下に図1に示すインクジェット記録ヘッド1の具体的な実施例を説明する。
【0054】
まず、隔壁4をなす材料として、平均粒径が1μmであるチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)の粉体に、αーテルピネオールを30重量部、メチルセルロースを15重量部、分散剤を2重量部それぞれ加えて撹拌混合機で混合することによりスラリー状の泥漿16を作製し、この泥漿16を図2(a)のようにシリコンゴムからなる成形型15の隔壁用凹部15a中に充填した。
【0055】
一方、別途、第1平板3としてジルコニア基板を用意し、この第1平板3上に白金粉末を主成分とするペーストをスクリーン印刷機でもって所定位置に敷設し、分極用の電極7及び導出用電極8をなす配線パターンをそれぞれ形成した。そして、図2(b)のように上記成形型15の各隔壁用凹部15aと第1平板3に形成した電極7用の配線パターンの位置をそれぞれ合わせた状態で、上記成形型15に充填した泥漿16の表面に第1平板3を押し当てたあと、真空脱泡し、さらに100℃の温度で45分間保持して加熱硬化させた。そして、成形型15を離型し、図2(c)のように泥漿16からなる成形体17が接合された第1平板3を1000〜1300℃の温度で焼成することにより、図2(d)に示す微細溝を有する第1平板3を得た。
【0056】
次に、図2(e)のように、上記微細溝を有する第1平板3のうち、隔壁4の上面にのみスパッタリング法にて白金からなる導体膜19を被覆し、隔壁4をなすチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電性セラミックスに分極処理を施したあと、この導体膜19を除去し、次に図2(f)のように隔壁4の上面を除く側面及び第1平板3上にスパッタリング法にて白金からなる導体膜18を被覆し、この導体膜18を駆動電極6としたあと、この微細溝を有する第1平板3上に分極用の電極7’としての機能を有するステンレス製の第2平板2を接合することにより、図1に示すインクジェット記録ヘッド1を製作した。
【0057】
そして、このインクジェット記録ヘッド1を用いてインクの吐出テストを行ったところ、インクの吐出特性は良好であった。また、隔壁4をなす圧電性セラミックスの分極の極性の劣化によってインクの吐出特性が低下した場合には、分極用の電極7,7’間に一定の電圧を印加することで、インクの吐出特性を回復することができた。
【0058】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、互いに対向する第1平板と第2平板との間にインク室を構成する圧電性セラミックスからなる隔壁を複数配列するとともに、これら隔壁の両側面に駆動電極を備えてなり、上記駆動電極に通電して前記隔壁を変位させることによりインク室内を加圧し、該インク室に連通するノズルからインクを吐出するようになしたインクジェット記録ヘッドにおいて、上記第1平板がセラミックスから成り、その表面には前記隔壁に分極電圧を印加する隔壁分極用の一方電極を隔壁と第1平板の間に埋設するとともに隔壁外へ延接した状態で上記隔壁を焼結一体化するとともに、隔壁間に形成されるインク室の底に上記駆動電極と導通し、かつインク室内からインク室外へ導出せしめる導出用電極を設け、前記第2平板自体を隔壁分極用の他方電極とするか、あるいは隔壁の上面に隔壁分極用の他方電極を設けたことにより、駆動電極及び分極用の一方電極をインク室外へ容易に取り出すことができるため、駆動用回路及び分極用回路への導通を簡単に行うことができ、記録ヘッドをより一層小型化することができる。
【0059】
また、隔壁と第1平板とは焼結一体化されていることから、インクの漏れの心配がなく、また、充分な接合強度をもった記録ヘッドを製作することできる。特に、第1平板を絶縁性セラミックスにより形成した場合、取り扱い時にぶつけたりしたとしても欠けや割れを生じることが少なく、破損し難い記録ヘッドとすることができる。
【0060】
また、本発明によれば、複数の隔壁用凹部を刻設してなる成形型中に、圧電性セラミック粉末と溶媒及び有機性添加物から成る泥漿を充填する第1工程と、予め帯状の電極を付設したセラミック製の第1平板を別途用意し、この第1平板を上記成形型に押し当てた状態で上記泥漿を硬化させたあと一体的に焼成して、隔壁を備えた第1平板とを焼結一体化することにより隔壁と第1平板との間に上記帯状の電極を埋設した微細溝を有する第1平板を製作する第2工程と、上記隔壁の少なくとも両側面に駆動電極をそれぞれ形成したあと、上記微細溝を塞ぐように第1平板に導電性を有する第2平板を接合するか、あるいは上記隔壁の少なくとも両側面に駆動電極をそれぞれ形成するとともに、隔壁の上面にも電極を形成したあと、上記微細溝を塞ぐように第1平板に第2平板を接合する第3工程とから上記インクジェット記録ヘッドを製造したことにより、上記成形型の隔壁用凹部の形状がそのまま第1平板上に転写されるため、予め成形型を高密度、高精度に製作しておけば、簡単に高精度の隔壁を高密度に第1平板へ一体的に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明のインクジェット記録ッドの一実施形態を示す分解斜視図、(b)は(a)のX−X線断面図である。
【図2】(a)〜(f)は本発明のインクジェット記録ッドの製造工程をそれぞれ示す説明図である。
【図3】従来のインクジェット記録ッドを示す分解斜視図である。
【符号の説明】
1・・・インクジェット記録ヘッド 2・・・第2平板 3・・・第1平板
4・・・隔壁 5・・・インク室 6・・・駆動電極
7,7’・・・分極用の電極 8・・・導出用電極 9・・・ノズル
11・・・駆動用回路 12・・・分極用回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an inkjet recording head that performs printing by discharging ink in an ink chamber and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, recording apparatuses having functions such as printers, copiers, and facsimiles have been provided with a recording head for recording image information on recording paper. In recent years, ink jet recording heads have been used as the recording head. Yes.
[0003]
For example, the ink jet recording head 31 shown in FIG. 3 includes a plurality of
[0004]
In addition, in the case where the
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Incidentally, the ink jet recording head is required to have a smaller product, higher density and higher accuracy. For example, the width of the
[0006]
However, in the manufacturing process of the ink jet recording head 31 shown in FIG. 3, when the
[0007]
In addition, it is difficult to produce such a small mold for punching at a high density, and it is also necessary to perform regular mold maintenance, which causes a cost increase.
[0008]
Even if the sheets can be stacked without causing sheet breakage, there is a problem in that the holes of the stacked sheets are displaced and the flow of ink flowing therethrough is obstructed. Yield was poor when punched with a mold.
[0009]
Furthermore, since the piezoelectric ceramics are liable to be chipped or cracked, there is a risk of damage if the first
[0010]
Therefore, it is conceivable to form the first
[0011]
However, with such adhesion, the
[0012]
In addition, as in the ink jet recording head 31 shown in FIG. 3, it is difficult to manufacture the
[0013]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, in view of the above problems, the present invention arranges a plurality of partition walls made of piezoelectric ceramics constituting an ink chamber between a first flat plate and a second flat plate facing each other, and drive electrodes on both side surfaces of the partition walls. An ink jet recording head configured to pressurize the ink chamber by energizing the drive electrode to displace the partition wall and discharge ink from a nozzle communicating with the ink chamber; Made of ceramics, the surface is applied with polarization voltage to the partition Bulkhead One electrode for polarization Between the partition and the first plate Buried And extend outside the bulkhead In this state, the partition wall is sintered and integrated, A lead-out electrode is provided at the bottom of the ink chamber formed between the partition walls and is connected to the drive electrode and led out from the ink chamber to the outside of the ink chamber. The second flat plate itself Bulkhead Use the other electrode for polarization or on the upper surface of the partition wall Bulkhead The other electrode for polarization is provided.
[0014]
The present invention also includes a first step of filling a slurry made of a piezoelectric ceramic powder, a solvent, and an organic additive into a molding die formed with a plurality of recesses for partition walls,
A ceramic first flat plate provided with a band-shaped electrode in advance is prepared separately, and the slurry is cured after the first flat plate is pressed against the forming die in the first step, and then integrally fired. A second step of fabricating a first flat plate having a fine groove in which the strip-shaped electrode is embedded between the barrier rib and the first flat plate by sintering and integrating the first flat plate having the barrier rib;
After forming drive electrodes on at least both side surfaces of the partition wall, a conductive second plate is joined to the first plate so as to close the fine groove, or drive electrodes are respectively formed on at least both side surfaces of the partition wall. The inkjet recording head is manufactured from the third step of forming the electrode on the upper surface of the partition wall and then joining the second flat plate so as to close the fine groove.
[0015]
Further, according to the present invention, a plurality of partition walls made of piezoelectric ceramics constituting an ink chamber are arranged between a first flat plate and a second flat plate facing each other, and drive electrodes are formed on both side surfaces of these partition walls. In the ink jet recording head in which an ink chamber is pressurized by energizing the drive electrode to displace the partition, and ink is ejected from a nozzle communicating with the ink chamber, the partition is formed on the surface of the first flat plate. Are connected and integrated at substantially equal intervals, and a lead-out electrode is provided at the bottom of the ink chamber formed between the partition walls so as to conduct to the drive electrode and lead out from the ink chamber to the outside of the ink chamber.
[0016]
In the present invention, piezoelectric zirconate titanate, lead magnesium niobate, lead nickel niobate, lead manganate niobate, lead titanate, lead antimony stannate, lead zinc niobate are used as piezoelectric ceramics forming the partition walls. Among them, ceramics mainly composed of one or more of them can be used, and as the first flat plate or the second flat plate integrated with the partition wall by sintering or bonding, alumina, zirconia, magnesia, silicon nitride, nitride Ceramics based on either aluminum or silicon carbide, or lead zirconate titanate, lead magnesium niobate, lead nickel niobate, lead manganese niobate, lead titanate, lead antimony stannate, lead zinc niobate Among them, ceramics mainly composed of one or more types can be used.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1A is an exploded perspective view showing an embodiment of the ink jet recording head of the present invention, and FIG. 1B is a sectional view taken along line XX of FIG.
The ink
[0018]
The first
[0019]
Further, a lead-out
[0020]
In order to drive the ink
[0021]
In addition, even if the polarization polarity of the piezoelectric ceramic forming the
[0022]
Further, according to the present invention, the
[0023]
Further, since the
[0024]
As a method for manufacturing such an ink
[0025]
On the other hand, a first
[0026]
Specifically, as shown in FIG. 2B, the molding is performed in a state in which the positions of the partition wall recesses 15 a of the molding die 15 and the
[0027]
As another method for manufacturing the first
[0028]
According to these methods, since the
[0029]
Furthermore, since the
[0030]
Next, of the first
[0031]
According to this method, the
[0032]
Then, the second
[0033]
In the ink
[0034]
In the ink
[0035]
Furthermore, the
[0036]
By the way, as the piezoelectric ceramic powder constituting the piezoelectric ceramic forming the
[0037]
In addition, the particle diameter of these piezoelectric ceramic powders can be suitably used from several tens of microns to sub-microns, specifically in the range of 0.2 to 10 μm, preferably 0.2 to 5 μm. Is good.
[0038]
Furthermore, examples of the organic additive added to the piezoelectric ceramic powder include urea resin, melamine resin, phenol resin, epoxy resin, unsaturated polyester resin, alkyd resin, urethane resin, ebonite, and polysiloxysilicate silicate. . And as means for reaction curing these organic additives, there are heat curing, ultraviolet irradiation curing, X-ray irradiation curing and the like. In terms of work, heat curing is optimal from the viewpoint of the apparatus, and unsaturated polyester resin is particularly preferable from the viewpoint of pot life.
[0039]
In order to maintain the fluidity and formability of the
[0040]
The solvent added to the
[0041]
In particular, the phthalic acid ester, oxyalcohol and the like can be suitably used, and two or more kinds of the solvents can be used in combination in order to volatilize the solvent gently.
[0042]
Further, the content of the solvent is required to be 0.1 parts by weight or more with respect to 100 parts by weight of the piezoelectric ceramic powder in order to maintain the shape retaining property of the molded body 17. 35 parts by weight or less is desirable since it is desirable to reduce the viscosity of the additive 16 of the additive, and most preferably 1 to 15 parts by weight in consideration of shrinkage during drying and firing.
[0043]
The
[0044]
In addition, various coupling agents such as a silane coupling agent, a titanate coupling agent, and an aluminate coupling agent can be used to improve the adhesion when the
[0045]
Furthermore, it is desirable to use a hydrostatic pressure device for the pressure bonding of the
[0046]
Further, in the
[0047]
Further, a curing catalyst called a curing reaction accelerator or a polymerization initiator can be added to the binder in the
[0048]
On the other hand, as the ceramic forming the first
[0049]
For example, as an insulating ceramic, alumina (Al 2 O Three ) And zirconia (ZrO 2 ) And other oxide-based ceramics and silicon nitride (Si Three N Four ), Aluminum nitride (ALN), silicon carbide (SiC) and the like, non-oxide ceramics can be used, and various kinds of sintering aids may be added to these ceramics in desired amounts.
[0050]
As the sintering aid, silica (SiO 2) is used for alumina. 2 ), Calcia (CaO), Yttria (Y 2 O Three ) And magnesia (MgO), etc. for yttria (Y 2 O Three ), Oxides of rare earth elements such as cerium (Ce), dysprosium (Dy), ytterbium (Yb), and yttria (Y 2 O Three ) And alumina (Al 2 O Three Etc.) for aluminum nitride, oxides (RE) of element 3a of the periodic table 2 O Three ), Etc., boron (B) and carbon (C) can be used for silicon carbide.
[0051]
Piezoelectric ceramics include lead zirconate titanate (PZT), lead magnesium niobate (PMN), lead nickel niobate (PNN), lead manganese niobate, lead titanate, lead antimony stannate, zinc niobate Ceramics mainly composed of lead or the like can be used.
[0052]
Further, the material constituting the
[0053]
(Example)
A specific example of the ink
[0054]
First, as a material for forming the
[0055]
On the other hand, a zirconia substrate is separately prepared as the first
[0056]
Next, as shown in FIG. 2 (e), in the first
[0057]
When an ink ejection test was performed using the
[0058]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a plurality of partition walls made of piezoelectric ceramics constituting an ink chamber are arranged between the first flat plate and the second flat plate facing each other, and drive electrodes are provided on both side surfaces of these partition walls. In the ink jet recording head, the ink plate is pressurized by energizing the drive electrode and displacing the partition wall, and the ink is ejected from a nozzle communicating with the ink chamber. Is made of ceramics, and a polarization voltage is applied to the partition wall on the surface Bulkhead One electrode for polarization Between the partition and the first plate Buried And extend outside the bulkhead In this state, the partition wall is sintered and integrated, A lead-out electrode is provided at the bottom of the ink chamber formed between the partition walls and is connected to the drive electrode and led out from the ink chamber to the outside of the ink chamber. The second flat plate itself Bulkhead Use the other electrode for polarization or on the upper surface of the partition wall Bulkhead By providing the other electrode for polarization, the drive electrode and the one electrode for polarization can be easily taken out of the ink chamber, so that conduction to the drive circuit and the polarization circuit can be easily performed, and recording is performed. The head can be further reduced in size.
[0059]
Further, since the partition wall and the first flat plate are integrated with each other by sintering, there is no fear of ink leakage, and a recording head having sufficient bonding strength can be manufactured. In particular, when the first flat plate is formed of an insulating ceramic, even if the first flat plate is bumped at the time of handling, the recording head is less likely to be broken or cracked and is difficult to break.
[0060]
In addition, according to the present invention, a first step of filling a molding die formed with a plurality of recesses for partition walls with a slurry made of piezoelectric ceramic powder, a solvent and an organic additive, and a strip-shaped electrode in advance. A ceramic first flat plate provided with a first plate is separately prepared, and the slurry is hardened in a state where the first flat plate is pressed against the mold, and then integrally fired, A second step of fabricating a first flat plate having a fine groove in which the strip-shaped electrode is embedded between the barrier rib and the first flat plate, and driving electrodes on at least both sides of the barrier rib. After the formation, the second flat plate having conductivity is bonded to the first flat plate so as to close the fine groove, or the drive electrodes are formed on at least both side surfaces of the partition wall, and the electrodes are also formed on the upper surface of the partition wall. After forming, the fine groove Since the ink jet recording head is manufactured from the third step of joining the second flat plate to the first flat plate so as to be closed, the shape of the recess for the partition of the molding die is transferred as it is onto the first flat plate. If the mold is manufactured with high density and high accuracy, high-precision partition walls can be easily and integrally formed on the first flat plate with high density.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is an exploded perspective view showing an embodiment of an inkjet recording pad of the present invention, and FIG. 1B is a sectional view taken along line XX of FIG.
FIGS. 2A to 2F are explanatory views respectively showing manufacturing steps of the inkjet recording head of the present invention.
FIG. 3 is an exploded perspective view showing a conventional inkjet recording head.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
4 ...
7, 7 '... Polarizing
11 ... Drive
Claims (1)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP31250797A JP3645697B2 (en) | 1997-11-13 | 1997-11-13 | Inkjet recording head |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP31250797A JP3645697B2 (en) | 1997-11-13 | 1997-11-13 | Inkjet recording head |
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| JPH11138811A JPH11138811A (en) | 1999-05-25 |
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