【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクを噴出して印刷するインクジェットプリンタに用いられるインクジェットプリンタヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マルチメディアの発達とともに、情報の記録装置としてのプリンタ、とりわけインクジェットプリンタはパーソナルコンピュータの普及とともに急速に利用範囲が拡大している。
【０００３】
インクジェットプリンタに用いるインクジェットプリンタヘッド（以下、ヘッドという）としては、図５に示すようなジルコン酸チタン酸鉛等を主成分とする圧電セラミックスからなる複数の隔壁２３を等間隔で並設してなり、上記隔壁２３間を加圧室２４としてなる加圧部材２２と、上記隔壁２３上に接合され、各加圧室２４を塞ぐ天板２５とからなり、上記加圧室２４の一方端側には各加圧室２４と連通するインク噴出孔２７を有するノズル板２８を具備するとともに、上記各隔壁２３の上部側両側面にはその長手方向に沿って電極２６をそれぞれ備え、各隔壁２３を挟んで形成された電極２６間に通電することで、圧電セラミックスの剪断モード変形を利用して隔壁２３を屈曲変位させ、加圧室２４内の圧力を変化させることで加圧室２４内のインクをインク噴出孔２７より吐出させるようにした剪断モード型のものがあった（特開平９−１６４６７２号公報、特開平７ー１０１０５６等参照）。なお、２９は加圧室２４の他方端側にインクを導くためのインク供給孔である。
【０００４】
また、このようなヘッド２１を製造するには、まず、加圧部材２２を形成するために、ジルコン酸チタン酸鉛等を主成分とする圧電セラミック体を用意し、ダイシングソーによる切削加工やブラスト加工によって複数個の加圧室２４を形成するとともに、加圧室２４を構成する両側の壁を隔壁２３となし、この隔壁２３の上部側両側面の長手方向に沿ってそれぞれ電極２６を形成したあと、加圧室２４を塞ぐように隔壁２３の頂部にインク供給孔２９を有する天板２５を接合するとともに、加圧室２４の一方端側を塞ぐようにインク噴出孔２７を有するノズル板２８を接合することによって形成されていた（特開平６−４００３０号、８−３３６９７８号公報等参照）。
【０００５】
なお、加圧部材２２を形成する他の方法として、セラミックスやシリコン、あるいは圧電セラミックスからなる基板を用意し、この基板上に隔壁２３をなすジルコン酸チタン酸鉛等を主成分とする圧電セラミックスのペーストをスクリーン印刷によって積層し、しかるのち、焼成することで基板と隔壁２３とが接合一体化された加圧部材２２を形成するようにしたものもあった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、インクジェットプリンタヘッド２１には高精細化、高密度化が要求され、ヘッド２１を構成する加圧部材２１の隔壁２３の厚み及び隔壁２３間の間隔をそれぞれ数十μｍ程度にまで狭くすることが求められている。
【０００７】
ところが、電極２６が形成された隔壁２３は、一種のコンデンサーとしての作用を有することから、隔壁２３の厚みが薄くなると、静電容量が大きくなるため、大きな駆動電圧を加えないと隔壁２３を所定の大きさに屈曲変位させることができず、その結果、消費電力が大きくなるといった課題があった。
【０００８】
しかも、大きな駆動電圧を加えると、ヘッド２１の発熱温度が高くなるため、加圧室２４内に導入されたインクの粘度等に悪影響を及ぼし、インクの吐出速度にバラツキが発生するために、印字や画質が劣化するという課題もあった。 さらに、隔壁２３を形成する圧電セラミックスは機械的強度がそれほど高くないために、前述したような切削加工やブラスト加工、あるいはスクリーン印刷によって加圧部材２１を形成する際や、ヘッド２１の製造工程中における加圧部材２２の取り扱い時、さらにはヘッド２１の駆動時において、隔壁２３の破損、脱落、チッピングを生じることがあり、製造歩留りが悪く、また、ヘッド２１としての信頼性も低いものであった。
【０００９】
【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、平行に整列した圧電セラミックスからなる複数の隔壁を有し、これら隔壁間を加圧室としてなる加圧部材と、上記隔壁の頂部に接合され、加圧室を塞ぐ天板とからなり、上記隔壁の少なくとも上部側両側面の長手方向に沿って電極を有するインクジェットプリンタヘッドにおいて、上記隔壁を構成する圧電セラミックス中にジルコニア繊維を含有させることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、上記隔壁を構成する圧電セラミックス中におけるジルコニア繊維の占有率が、加圧室の底面側より天板側の方が少なくなるようにしたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、上記隔壁を縦断面視した時の隔壁全体におけるジルコニア繊維の占有率を３０％以下としたことを特徴とする。
【００１２】
なお、上記隔壁において、天板側とは、隔壁の高さの半分より天板側の部分を言い、加圧室の底面側とは、隔壁の高さの半分より加圧室の底面側の部分のことを言う。
【００１３】
【作用】
本発明によれば、加圧部材の隔壁を形成する圧電セラミックス中に、比誘電率が上記圧電セラミックスより低く、かつ圧電セラミックスとの反応が少ないジルコニア繊維を含有させるようにしたことから、隔壁の静電容量を小さくすることができるため、加圧室が高密度化されたヘッドにおいて、消費電力を低減することができるとともに、ヘッドの発熱を抑えることができ、さらには圧電セラミックスと比較して機械的強度の大きいジルコニア繊維を分散させてあることから、隔壁の機械的強度を高め、ヘッドの製造工程中や駆動時における隔壁の破損、脱粒、チッピングを防止することができる。
【００１４】
また、隔壁は、電極が形成された天板側をなす圧電セラミックス中におけるジルコニア繊維の占有率を、加圧室の底面側より少なくすることにより、隔壁の変位特性の劣化を防ぎ、インクの吐出特性の低下を防止することができる。
【００１５】
特に、上記隔壁を縦断面視した時に、隔壁全体におけるジルコニア繊維の占有率を３０％以下とすることによって、インクの吐出に必要な隔壁の変位量を保ちつつ、静電容量を小さくできるので、消費電極を大幅に抑えることができるとともに、それに伴うヘッドの発熱も抑制できることから、優れた印字特性を安定して提供することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１７】
図１は本発明のインクジェットプリンタヘッド１の一例を示す一部を破断した斜視図である。
【００１８】
このインクジェットプリンタヘッド１（以下、ヘッドという）は、複数の隔壁３を等間隔で並設してなり、上記隔壁３間を加圧室４としてなる加圧部材２と、上記隔壁３上に接合され、各加圧室４を閉じる天板５とからなり、上記加圧室４の一方端側には各加圧室４と連通するインク噴出孔７を有するノズル板８を備えるとともに、上記各隔壁３の上部側両側面にはその長手方向に沿って電極６をそれぞれ形成してある。なお、９は加圧室４の他方端側にインクを導くためのインク供給孔である。
【００１９】
また、上記加圧部材２は、ジルコニア繊維を含有した圧電セラミックス１２により形成してあり、隔壁３を形成する圧電セラミックス中におけるジルコニア繊維の占有率は、加圧室４の底面側より天板５側の方が少なくなるようにしてある。
【００２０】
そして、このヘッド１を駆動させるには、図２（ａ）に示すように、隔壁３の両壁面に形成された電極６間に通電し、一つの加圧室４を拡げるように隔壁３をそれぞれ屈曲変位させることによってインク供給孔９からインクを加圧室４内に導き、次に、図２（ｂ）に示すように、各隔壁３の両側面に形成された電極６間への通電を止めると、屈曲変位していた隔壁３は弾性回復して元の状態に戻るため、加圧室４内を加圧し、インク噴出孔７よりインクを吐出することができる。かくして、これらの動作を繰り返すことによって、記録媒体（不図示）上に印字することができる。
【００２１】
そして、本発明によれば、図２（ａ）（ｂ）に示すように、隔壁３を形成する圧電セラミックス１２中に、比誘電率が上記圧電セラミックスより低くかつ圧電セラミックスとの反応の少ないジルコニア繊維１３を含有させてあることから、隔壁３の厚みを数十μｍと薄肉としても静電容量を小さくすることができる。その為、隔壁３の変位量を低下させることなく、消費電力を低減することができるとともに、大きな駆動電圧を加える必要がないことから、ヘッド１自体の発熱を抑えることができ、インクが加熱されることによる吐出特性の劣化を生じることがない。
【００２２】
また、ジルコニア繊維１３は圧電セラミックス１２より機械的強度が大きく、しかもその形態が繊維状であることから、圧電セラミックス中において様々な方向に絡み合った状態で分散させることができるため、隔壁３の機械的強度を高めることができ、ヘッド１の製造工程中やヘッド１の駆動時における隔壁３の破損、脱粒、チッピングを防止することがきる。
【００２３】
ただし、隔壁３において、電極６が形成された天板５側をなす圧電セラミックス１２中におけるジルコニア繊維１３の占有率が大きくなり過ぎると、圧電セラミックス１２の圧電特性を劣化させることになるのであるが、本発明では、ジルコニア繊維１３の占有率が加圧室４の底面側より天板５側の方が少なくなるように構成してあることから、隔壁２の天板５側における圧電特性を大きく劣化させることがない。その結果、電極６間に通電すれば、隔壁３を大きく屈曲変位させることができる。
【００２４】
このような効果を奏するにあたっては、隔壁３を縦断面視した時に、隔壁３全体におけるジルコニア繊維１３の占有率が３０％以下の範囲にあるものが良く、好ましくは５〜１０重量％の範囲にあるものが良い。
【００２５】
即ち、ジルコニア繊維の占有率が３０％より多くなると、隔壁３の強度が高くなり過ぎるために大きな変位量が得られなくなるとともに、ヘッド１の製作工程中おける隔壁３の破損、脱粒、チッピング等が生じ易くなるからである。
【００２６】
かくして、ジルコニア繊維１３の占有率を３０％以下とすることでインクの吐出に必要な隔壁３の変位量を保ちつつ、静電容量を小さくできるので、消費電力を低減することができるとともに、ヘッド１の発熱を抑制できることからインクの吐出特性を劣化することがなく、優れた印字特性を安定して得ることができる。
【００２７】
なお、ここで、ジルコニア繊維１３の占有率とは、隔壁３を縦断面視した時の隔壁３の全面積に対し、断面に現れるジルコニア繊維１３が占める面積比率のことである。
【００２８】
ところで、上記隔壁３を有する加圧部材２を形成する圧電セラミックスとしては、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ系）を主成分とする圧電セラミックス、マグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ系）を主成分とする圧電セラミックス、ニッケルニオブ酸鉛を主成分とする圧電セラミックス、アンチモンスズ酸鉛を主成分とする圧電セラミックス、チタン酸鉛を主成分とする圧電セラミックス、チタン酸バリウムを主成分とする圧電セラミックス、さらにはこれら主成分を複合した圧電セラミックスを用いることができ、好ましくはマグネシウムニオブ酸鉛とジルコン酸鉛とチタン酸鉛を主成分とする圧電セラミックスもしくはニッケルニオブ酸鉛とマグネシウムニオブ酸鉛とジルコン酸鉛とチタン酸鉛を主成分とする圧電セラミックスにより形成することが良い。
【００２９】
また、隔壁３の両側面に形成する電極６の材質としては、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属や、Ｐｔ−Ａｕ、Ｐｂ−Ａｇ、Ｐｔ−Ｐｂ等を主体とする合金を用いることができる。
【００３０】
次に、このインクジェットプリンタヘッド１の製造方法を説明する。
【００３１】
図３に示す方法は、まず、図３（ａ) に示すような凹部を有する成形型１１を用意し、この成形型１１の凹部中に、隔壁３をなす前記圧電セラミック粒子１４とジルコニア繊維１３、及び有機性バインダー並びに分散剤からなる混合物１０を充填する。この時、圧電セラミック粒子１４は、ジルコニア繊維１３と比較して比重が大きいために徐々に沈降を始め、最終的には圧電セラミック粒子１４とジルコニア繊維１３は分離されることになる。その為、この沈降途中の段階にある混合物１０を反応硬化もしくは乾燥固化させることにより、成形型１１の凹部開口側におけるジルコニア繊維１３の割合が成形型１１の凹部底面側に比べて多い板状成形体を形成し、しかるのち、成形型１１を離型した板状成形体を焼成して図３（ｂ）に示す板状焼結体１５を形成する。
【００３２】
次に、この板状焼結体１５に対して矢印の方向に分極処理を施したあと、ジルコニア繊維１３の割合が少ない方の面に、ダイシングソーによる切削加工やブラスト加工によって複数の溝を並設し、該溝を加圧室４とするとともに、加圧室４を形成する壁を隔壁３としてなる図３（ｃ）に示す加圧部材２を形成する。
【００３３】
このようにして製作された加圧部材２は、隔壁３を形成する圧電セラミックス中におけるジルコニア繊維１３の占有率が、加圧室４の底面側よりも天板５側が少なくなるようにすることができる。
【００３４】
また、隔壁３を形成する圧電セラミックス中にはジルコニア繊維１３を含有させてあることから、切削加工時やブラスト加工時における隔壁３の破損、脱粒、チッピングを大幅に抑えることができるため、歩留りを高めることができる。
【００３５】
次に、図３（ｄ）に示すように、蒸着、スパッタ、メッキ等によって隔壁３の上部側両壁面の長手方向に沿って前述した金属材料からなる電極６を形成する。
しかるのち、セラミックス、ガラス、シリコン等の絶縁材料からなるインク供給孔９を備えた天板５を、加圧室４を塞ぐように隔壁３の頂部に接着剤やガラスにて接合するとともに、加圧室４の一方端側を塞ぐようにセラミックス、ガラス、シリコンからなるインク噴出孔７を有するノズル板８を接着剤やガラスにて接合することにより、図１に示すインクジェットプリンタヘッド１を得ることができる。
【００３６】
また、インクジェットプリンタヘッド１を製作する他の方法としては、図４（ａ）に示すように、凹部底面に隔壁３を形成するための溝を備えてなる成形型１５を用意し、この成形型１５の凹部内に、隔壁３をなす圧電セラミック粒子１４とジルコニア繊維１３、及び有機性バインダー並びに分散剤からなる混合物１０を充填し、圧電セラミック粒子１４とジルコニア繊維１３との分離途中の段階で混合物１０を反応硬化させるかあるいは乾燥固化させたあと成形型１６を離型し、しかるのち、焼成することによって、図４（ｂ）に示すような隔壁３が一体的に形成された加圧部材２を形成する。
【００３７】
しかるのち、この加圧部材２に対して矢印の方向に分極処理を施したあと、図４（ｃ）に示すように、加圧部材２の隔壁３の両壁面に電極６を形成し、さらに天板５とノズル板８をそれぞれ接合することによって、図１に示すインクジェットプリンタヘッド１を得ることもできる。
【００３８】
なお、本発明のインクジェットプリンタヘッド１を製造するにあたり、図３，４に示す方法だけに限定されるものではなく、加圧部材２の隔壁３を縦断面視した時に、隔壁３を形成する圧電セラミックス１２中にジルコニア繊維１３を含有するとともに、上記ジルコニア繊維１３の占有率が隔壁３の下部側より上部側の方が少なければ、どのような製法を用いて製作したものでも構わない。
【００３９】
さらに、本発明のインクジェットプリンタヘッド１は図１に示すものだけに限定されるものではなく、例えば、インク噴出孔７を加圧部材２の加圧室４底面に備えたものや天板５に備えたものでも良く、また、隔壁３の両壁面に形成する電極６も、隔壁３の上部側だけでなく、隔壁３の両壁面全面に電極６をそれぞれ備えたものであっも良いというように、本発明の範囲を逸脱しない範囲で形成されたものであれば良い。
【００４０】
【実施例】
ここで、隔壁３を形成する圧電セラミックス１２中にジルコニア繊維１３を含有させた加圧部材２と、隔壁２３を形成する圧電セラミックス１２中にジルコニア繊維１３を含有させていない加圧部材２２をそれぞれ形成し、この時の隔壁３，２３の破損状況について確認するとともに、これらの加圧部材２，２２に備える隔壁３，２３の両壁面にそれぞれ電極６，２６を形成し、隔壁３，２３の静電容量と、隔壁３，２３を駆動させた時の変位量について調べる実験を行った。
【００４１】
まず、隔壁３を形成する圧電セラミックス１２中にジルコニア繊維１３を含有させた加圧部材２を形成するにあたっては、シリコンからなる凹部を有する成形型１１を用意し、この成形型１１の凹部内に、ジルコン酸チタン酸鉛からなる圧電セラミック粒子１４、直径が１０μｍでかつアスペクト比１０程度のジルコニア繊維１３、アクリル系のバインダー、リン酸エステル系の分散剤からなる混合物１０を充填し、真空脱泡を行った後、真空中１００℃にて硬化させた。この時、真空脱泡の保持時間を変化させることで、圧電セラミック粒子１４の沈降状態を異ならせた板状成形体を作製した。
【００４２】
次に、得られた板状成形体に対してバインダー処理を施したあと、１２００℃の温度にて焼成することにより、ジルコニア繊維１３の占有率が異なる板状焼結体１５を製作した。
【００４３】
なお、このようにして製作された板状焼結体１５はいずれもジルコニア繊維１３の占有率が順次増加する構造を有していた。
【００４４】
一方、隔壁２３を形成する圧電セラミックス１２中にジルコニア繊維１３を含有していない加圧部材２２を形成するにあたっては、混合物１０にジルコニア繊維を添加しない以外は同様の条件にて圧電セラミックスからなる板状成形体を得た。
【００４５】
そして、これらの板状成形体１５に対して分極処理を施したあと、ダイシングソーを用いて幅１００μｍ、深さ５００μｍ、ピッチ２００μｍで溝加工を施した加圧部材２，２２を形成し、１万本の溝を加工した時に発生する隔壁３，２３の破損率を測定した。
【００４６】
この結果、表１に示す通り、圧電セラミックス１２中にジルコニア繊維１３を含有した隔壁３を有する加圧部材２は、切削加工時における隔壁３の破損を抑えられることが判る。ただし、ジルコニア繊維１３を含有したものであっても、隔壁３を縦断面視した時に、隔壁３全体におけるジルコニア繊維１３の占有率が３０％を越えると、切削加工時における隔壁３の破損が増加した。
【００４７】
次に、これらの加圧部材２，２２に備える隔壁３，２３の上部側両側面の長手方向に沿って２５０μｍ幅のＡｕ膜をスパッタリングにて被覆して電極６，２６を形成し、隔壁３，２３の静電容量をインピーダンスアナライザーを用いて１ＫＨｚの周波数にて測定するとともに、電極６，２６に通電して隔壁３，２３を駆動させたときの変位量をレーザードップラー振動計を用いて測定を行った。
【００４８】
結果は表１にそれぞれ示す通りである。
【００４９】
【表１】
【００５０】
この結果、試料Ａに示す、隔壁２３を形成する圧電セラミックス１２中にジルコニア繊維１３を含有していない加圧部材２２は、切削加工時における隔壁３の破損が多く、また、静電容量も０．８ｎＦと最も大きいものであった。この結果、この加圧部材２２を用いてインクジェットプリンタヘッド２１を形成すると、消費電力が多くまたヘッド２１の発熱が大きくなることが判る。
【００５１】
これに対し、試料Ｂ〜Ｇに示す、隔壁３を形成する圧電セラミックス１２中にジルコニア繊維１３を含有する加圧部材２は、切削加工時における隔壁３の破損を抑えることができるとともに、隔壁３の静電容量を下げることができた。この結果、この加圧部材２を用いてインクジェットプリンタヘッド１を形成すれば、ヘッド１の信頼性を高めることができるとともに、製造歩留りを向上させることができ、さらに隔壁３の静電容量を小さくできるので、消費電力を抑えることができるとともに、それに伴うヘッドの発熱も抑制できることが判る。
【００５２】
特に、試料Ｂ〜Ｆに示すように、隔壁３を縦断面視した時に、ジルコニア繊維１３の占有率が３０％以下となるようにすることで、切削加工時における隔壁３の破損を大幅に抑えることができ、ヘッドの製造歩留りをより一層向上させることができ、さらに試料Ｃ〜Ｆに示すように、ジルコニア繊維１３の占有率を５〜３０％とすれば、隔壁３の静電容量を０．７ｎＦ以下にまで下げることができるため、インクの吐出に必要な隔壁の変位量を保ちつつ、消費電力をより一層低減することができることが判る。
【００５３】
従って、隔壁３を縦断面視した時に、隔壁３を形成する圧電セラミックス中における好ましいジルコニア繊維１３の占有率は５〜３０％が良いことが判る。
【００５４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、平行に整列した圧電セラミックスからなる複数の隔壁を有し、これら隔壁間を加圧室としてなる加圧部材と、上記隔壁の頂部に接合され、加圧室を塞ぐ天板とからなり、上記隔壁の少なくとも上部側両側面の長手方向に沿って電極を有するインクジェットプリンタヘッドにおいて、上記隔壁を構成する圧電セラミックス中にジルコニア繊維を含有させるとともに、上記ジルコニア繊維の占有率が加圧室の底面側より天板側の方が少なくなるようにしたことによって、加圧室が高密度化されたヘッドにおいて、インクの吐出に必要な隔壁の変位量を保ちつつ、静電容量を小さくできるので、消費電極を大幅に抑えることができるとともに、それに伴うヘッドの発熱も抑制できることから、優れた印字特性を安定して提供することが可能となる。
【００５５】
また、隔壁の機械的強度を高めることができるため、ヘッドの製造工程中や駆動中における隔壁の破損、脱粒、チッピングを防ぐことができ、製造歩留りを向上させることができるとともに、ヘッドの信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るインクジェットプリンタヘッドの一例を示す一部を破断した斜視図である。
【図２】（ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明に係るインクジェットプリンタヘッドの駆動原理を説明するための断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ本発明に係るインクジェットプリンタヘッドの製造工程を示す説明図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明に係るインクジェットプリンタヘッドの他の製造工程を示す説明図である。
【図５】従来のインクジェットプリンタヘッドの一例示す一部を破断した斜視図である。
【符号の説明】
１，２１：インクジェットプリンタヘッド ２，２２：加圧部材
３，２３：隔壁 ４，２４：加圧室 ５，２５：天板 ６，２６：電極
７，２７：インク噴出孔 ８，２８：ノズル板 ９，２９：インク供給孔
１０：混合物 １１，１５：成形型 １２：圧電セラミックス
１３：ジルコニア繊維 １４：圧電セラミック粒子 １５：板状焼結体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ink jet printer head used in an ink jet printer that prints by ejecting ink.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the development of multimedia, printers as information recording apparatuses, in particular, ink jet printers, have rapidly expanded the range of use with the spread of personal computers.
[0003]
As an ink jet printer head (hereinafter referred to as a head) used in an ink jet printer, a plurality of partition walls 23 made of piezoelectric ceramics mainly composed of lead zirconate titanate as shown in FIG. 5 are arranged in parallel at equal intervals. The pressurizing member 22 is a pressurizing chamber 24 between the partition walls 23, and the top plate 25 is joined to the partition wall 23 and closes the pressurizing chambers 24. Includes a nozzle plate 28 having ink ejection holes 27 communicating with the pressurizing chambers 24, and electrodes 26 are provided on both side surfaces of the upper side of each partition wall 23 along the longitudinal direction thereof. By energizing between the electrodes 26 formed so as to be sandwiched, the partition wall 23 is bent and displaced using the shear mode deformation of the piezoelectric ceramic, and the pressure in the pressurizing chamber 24 is changed to change the pressure chamber. The ink in the 4 was something shear mode type which is adapted to eject from the ink ejection hole 27 (JP-A 9-164672, JP-A No. 7-2 101056 etc. see). Reference numeral 29 denotes an ink supply hole for guiding ink to the other end side of the pressurizing chamber 24.
[0004]
In order to manufacture such a head 21, first, a piezoelectric ceramic body mainly composed of lead zirconate titanate or the like is prepared to form the pressure member 22, and cutting or blasting with a dicing saw is performed. A plurality of pressurizing chambers 24 are formed by processing, and walls on both sides constituting the pressurizing chamber 24 are formed as partition walls 23, and electrodes 26 are formed along the longitudinal directions of both upper side surfaces of the partition walls 23. Then, a top plate 25 having an ink supply hole 29 is joined to the top of the partition wall 23 so as to close the pressurizing chamber 24, and a nozzle plate 28 having an ink ejection hole 27 so as to close one end side of the pressurizing chamber 24. (See JP-A-6-40030 and 8-336978).
[0005]
As another method for forming the pressure member 22, a substrate made of ceramics, silicon, or piezoelectric ceramics is prepared, and piezoelectric ceramics mainly composed of lead zirconate titanate that forms the partition wall 23 on the substrate. In some cases, the paste is laminated by screen printing, and then fired to form the pressure member 22 in which the substrate and the partition wall 23 are joined and integrated.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Incidentally, in recent years, the inkjet printer head 21 has been required to have high definition and high density, and the thickness of the partition wall 23 of the pressure member 21 constituting the head 21 and the interval between the partition walls 23 are each narrowed to about several tens of μm. It is requested to do.
[0007]
However, since the partition wall 23 on which the electrode 26 is formed functions as a kind of capacitor, the capacitance increases as the partition wall 23 becomes thinner. Therefore, there is a problem that the power consumption becomes large.
[0008]
In addition, when a large driving voltage is applied, the heat generation temperature of the head 21 is increased, which adversely affects the viscosity of the ink introduced into the pressurizing chamber 24 and causes variations in the ink ejection speed. There was also a problem that image quality deteriorated. Further, since the piezoelectric ceramic forming the partition wall 23 is not so high in mechanical strength, when the pressing member 21 is formed by cutting, blasting, or screen printing as described above, or during the manufacturing process of the head 21. When the pressure member 22 is handled, and when the head 21 is driven, the partition wall 23 may be broken, dropped, or chipped, resulting in poor production yield and low reliability as the head 21. It was.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
Accordingly, in view of the above problems, the present invention has a plurality of partition walls made of piezoelectric ceramics aligned in parallel, and a pressure member that serves as a pressure chamber between the partition walls and a top portion of the partition wall are joined to each other. In the ink jet printer head having an electrode along the longitudinal direction of at least both upper side surfaces of the partition wall, the piezoelectric ceramic constituting the partition wall contains zirconia fibers.
[0010]
Further, the present invention is characterized in that the occupation ratio of zirconia fibers in the piezoelectric ceramic constituting the partition is smaller on the top plate side than on the bottom surface side of the pressurizing chamber.
[0011]
Further, the present invention is characterized in that the occupation ratio of the zirconia fibers in the entire partition when the partition is viewed in a longitudinal section is 30% or less.
[0012]
In the above partition, the top plate side means a portion on the top plate side from half the height of the partition wall, and the bottom surface side of the pressurizing chamber is the bottom surface side of the pressurizing chamber from half the height of the partition wall. Say the part.
[0013]
[Action]
According to the present invention, the piezoelectric ceramic forming the partition wall of the pressure member contains zirconia fibers having a relative dielectric constant lower than that of the piezoelectric ceramic and less reactive with the piezoelectric ceramic. Since the electrostatic capacity can be reduced, the power consumption can be reduced and the head heat generation can be suppressed in a head with a high-pressure chamber, compared to piezoelectric ceramics. Since the zirconia fibers having high mechanical strength are dispersed, the mechanical strength of the partition walls can be increased, and the damage, degranulation, and chipping of the partition walls can be prevented during the head manufacturing process and during driving.
[0014]
In addition, the partition wall prevents the deterioration of the displacement characteristics of the partition wall by reducing the occupation ratio of the zirconia fibers in the piezoelectric ceramic on the top plate side on which the electrodes are formed, from the bottom surface side of the pressurizing chamber, and discharges ink. It is possible to prevent deterioration of characteristics.
[0015]
In particular, when the partition wall is viewed in a longitudinal section, by making the zirconia fiber occupation ratio in the entire partition wall 30% or less, it is possible to reduce the capacitance while maintaining the displacement amount of the partition wall necessary for ink ejection. Since the consumption electrodes can be significantly suppressed and the heat generation of the head associated therewith can also be suppressed, it is possible to stably provide excellent printing characteristics.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
[0017]
FIG. 1 is a partially broken perspective view showing an example of an ink jet printer head 1 of the present invention.
[0018]
The ink jet printer head 1 (hereinafter referred to as a head) has a plurality of partition walls 3 arranged in parallel at equal intervals, and a pressure member 2 that serves as a pressure chamber 4 between the partition walls 3 is joined to the partition wall 3. And a top plate 5 that closes each pressurizing chamber 4, and includes a nozzle plate 8 having an ink ejection hole 7 communicating with each pressurizing chamber 4 on one end side of the pressurizing chamber 4. Electrodes 6 are formed on both side surfaces of the upper side of the partition wall 3 along the longitudinal direction thereof. Reference numeral 9 denotes an ink supply hole for guiding ink to the other end side of the pressurizing chamber 4.
[0019]
The pressurizing member 2 is formed of piezoelectric ceramics 12 containing zirconia fibers, and the occupancy ratio of the zirconia fibers in the piezoelectric ceramics forming the partition walls 3 is the top plate 5 from the bottom side of the pressurizing chamber 4. The side is less.
[0020]
In order to drive the head 1, as shown in FIG. 2 (a), electricity is applied between the electrodes 6 formed on both wall surfaces of the partition 3, and the partition 3 is expanded so as to expand one pressurizing chamber 4. Ink is introduced into the pressurizing chamber 4 from the ink supply hole 9 by bending and displacing each. Next, as shown in FIG. 2B, energization between the electrodes 6 formed on both side surfaces of each partition wall 3 is performed. When the stop is stopped, the bent partition 3 is elastically recovered and returns to its original state, so that the inside of the pressurizing chamber 4 can be pressurized and ink can be ejected from the ink ejection holes 7. Thus, it is possible to print on a recording medium (not shown) by repeating these operations.
[0021]
According to the present invention, as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), in the piezoelectric ceramic 12 forming the partition wall 3, the relative dielectric constant is lower than that of the piezoelectric ceramic and the reaction with the piezoelectric ceramic is small. Since the fibers 13 are contained, the capacitance can be reduced even if the partition walls 3 are as thin as several tens of μm. Therefore, power consumption can be reduced without reducing the amount of displacement of the partition wall 3, and it is not necessary to apply a large driving voltage. Therefore, heat generation of the head 1 itself can be suppressed, and the ink is heated. This does not cause deterioration of the discharge characteristics.
[0022]
Further, since the zirconia fiber 13 has a mechanical strength greater than that of the piezoelectric ceramic 12 and has a fibrous form, the zirconia fiber 13 can be dispersed in an entangled state in various directions in the piezoelectric ceramic. It is possible to increase the mechanical strength, and it is possible to prevent the partition wall 3 from being damaged, shattered, and chipped during the manufacturing process of the head 1 and when the head 1 is driven.
[0023]
However, if the occupancy rate of the zirconia fibers 13 in the piezoelectric ceramic 12 on the top plate 5 side where the electrode 6 is formed in the partition wall 3 becomes too large, the piezoelectric characteristics of the piezoelectric ceramic 12 are deteriorated. In the present invention, since the occupation ratio of the zirconia fibers 13 is configured to be smaller on the top plate 5 side than on the bottom surface side of the pressurizing chamber 4, the piezoelectric characteristics on the top plate 5 side of the partition wall 2 are greatly increased. There is no deterioration. As a result, if electricity is applied between the electrodes 6, the partition wall 3 can be largely bent and displaced.
[0024]
In producing such an effect, when the partition wall 3 is viewed in a longitudinal section, the occupation ratio of the zirconia fibers 13 in the entire partition wall 3 is preferably in the range of 30% or less, and preferably in the range of 5 to 10% by weight. Something is good.
[0025]
That is, when the occupation ratio of the zirconia fiber is more than 30%, the strength of the partition wall 3 becomes too high, so that a large amount of displacement cannot be obtained, and breakage of the partition wall 3 during the manufacturing process of the head 1, graining, chipping, etc. This is because it tends to occur.
[0026]
Thus, by setting the occupation ratio of the zirconia fibers 13 to 30% or less, the capacitance can be reduced while maintaining the displacement amount of the partition wall 3 necessary for ink ejection, so that the power consumption can be reduced and the head can be reduced. Since the heat generation of No. 1 can be suppressed, the ink ejection characteristics are not deteriorated, and excellent printing characteristics can be stably obtained.
[0027]
Here, the occupation ratio of the zirconia fibers 13 is an area ratio occupied by the zirconia fibers 13 appearing in the section with respect to the total area of the partition walls 3 when the partition walls 3 are viewed in a longitudinal section.
[0028]
By the way, as the piezoelectric ceramic for forming the pressure member 2 having the partition wall 3, the piezoelectric ceramic mainly composed of lead zirconate titanate (PZT type) and the piezoelectric composed mainly of lead magnesium niobate (PMN type). Ceramics, piezoelectric ceramics based on lead nickel niobate, piezoelectric ceramics based on lead antimony stannate, piezoelectric ceramics based on lead titanate, piezoelectric ceramics based on barium titanate, and Piezoelectric ceramics composed of these main components can be used, preferably piezoelectric ceramics mainly composed of lead magnesium niobate, lead zirconate and lead titanate, or lead nickel niobate, lead magnesium niobate and lead zirconate Formed with piezoelectric ceramics mainly composed of lead titanate It is good.
[0029]
The material of the electrode 6 formed on both side surfaces of the partition wall 3 is a metal such as platinum (Pt), gold (Au), palladium (Pd), rhodium (Rh), nickel (Ni), aluminum (Al), or the like. An alloy mainly composed of Pt—Au, Pb—Ag, Pt—Pb, or the like can be used.
[0030]
Next, a method for manufacturing the ink jet printer head 1 will be described.
[0031]
In the method shown in FIG. 3, first, a mold 11 having a recess as shown in FIG. 3A is prepared, and the piezoelectric ceramic particles 14 and zirconia fibers 13 forming the partition 3 are formed in the recess of the mold 11. And a mixture 10 composed of an organic binder and a dispersant. At this time, since the piezoelectric ceramic particles 14 have a larger specific gravity than the zirconia fibers 13, the piezoelectric ceramic particles 14 gradually begin to settle, and finally the piezoelectric ceramic particles 14 and the zirconia fibers 13 are separated. Therefore, the mixture 10 in the middle of sedimentation is reaction-cured or dried and solidified so that the ratio of the zirconia fibers 13 on the recess opening side of the mold 11 is larger than that on the bottom surface side of the recess of the mold 11. After that, the plate-like molded body from which the mold 11 has been released is fired to form a plate-like sintered body 15 shown in FIG.
[0032]
Next, after polarizing the plate-like sintered body 15 in the direction of the arrow, a plurality of grooves are arranged in parallel on the surface having the smaller proportion of the zirconia fibers 13 by cutting or blasting with a dicing saw. The pressurizing member 2 shown in FIG. 3C is formed, in which the groove is used as the pressurizing chamber 4 and the walls forming the pressurizing chamber 4 serve as the partition walls 3.
[0033]
In the pressure member 2 manufactured in this way, the occupation ratio of the zirconia fibers 13 in the piezoelectric ceramic forming the partition wall 3 is such that the top plate 5 side is smaller than the bottom surface side of the pressure chamber 4. it can.
[0034]
Further, since the piezoelectric ceramic forming the partition wall 3 contains the zirconia fiber 13, damage, degranulation, and chipping of the partition wall 3 during cutting and blasting can be greatly suppressed, so that the yield can be increased. Can be increased.
[0035]
Next, as shown in FIG. 3D, the electrodes 6 made of the above-described metal material are formed along the longitudinal direction of the upper wall surfaces of the partition wall 3 by vapor deposition, sputtering, plating, or the like.
After that, the top plate 5 provided with the ink supply holes 9 made of an insulating material such as ceramics, glass, silicon or the like is joined to the top of the partition wall 3 with an adhesive or glass so as to close the pressurizing chamber 4, and added. The ink jet printer head 1 shown in FIG. 1 is obtained by bonding a nozzle plate 8 having an ink ejection hole 7 made of ceramics, glass and silicon so as to close one end side of the pressure chamber 4 with an adhesive or glass. Can do.
[0036]
As another method for manufacturing the ink jet printer head 1, as shown in FIG. 4A, a forming die 15 having a groove for forming the partition wall 3 on the bottom surface of the recess is prepared. 15 is filled with piezoelectric ceramic particles 14 and zirconia fibers 13 forming the partition walls 3 and a mixture 10 composed of an organic binder and a dispersant, and the mixture is in the middle of separation of the piezoelectric ceramic particles 14 and the zirconia fibers 13. After the 10 is reactively cured or dried and solidified, the molding die 16 is released, and then fired, whereby the pressure member 2 in which the partition walls 3 as shown in FIG. Form.
[0037]
Thereafter, after the polarization member 2 is polarized in the direction of the arrow, electrodes 6 are formed on both wall surfaces of the partition wall 3 of the pressure member 2 as shown in FIG. The ink jet printer head 1 shown in FIG. 1 can also be obtained by joining the top plate 5 and the nozzle plate 8 respectively.
[0038]
In manufacturing the inkjet printer head 1 of the present invention, the method is not limited to the method shown in FIGS. 3 and 4, and the piezoelectric material forming the partition 3 when the partition 3 of the pressure member 2 is viewed in a longitudinal section. As long as the zirconia fiber 13 is contained in the ceramic 12 and the occupancy of the zirconia fiber 13 is smaller on the upper side than on the lower side of the partition wall 3, any manufacturing method may be used.
[0039]
Further, the ink jet printer head 1 of the present invention is not limited to the one shown in FIG. 1. For example, the ink jet hole 7 is provided on the bottom surface of the pressurizing chamber 4 of the pressurizing member 2 or the top plate 5. The electrodes 6 formed on both wall surfaces of the partition wall 3 may be provided not only on the upper side of the partition wall 3 but also on the entire wall surfaces of the partition wall 3. Any material may be used as long as it does not depart from the scope of the present invention.
[0040]
【Example】
Here, the pressure member 2 containing the zirconia fiber 13 in the piezoelectric ceramic 12 forming the partition wall 3 and the pressure member 22 not containing the zirconia fiber 13 in the piezoelectric ceramic 12 forming the partition wall 23 are respectively shown. In addition to confirming the breakage of the partition walls 3 and 23 at this time, electrodes 6 and 26 are respectively formed on both wall surfaces of the partition walls 3 and 23 included in the pressure members 2 and 22, An experiment was conducted to examine the capacitance and the amount of displacement when the partition walls 3 and 23 were driven.
[0041]
First, in forming the pressure member 2 containing the zirconia fiber 13 in the piezoelectric ceramic 12 forming the partition wall 3, a mold 11 having a recess made of silicon is prepared, and the recess 11 of the mold 11 Filled with piezoelectric ceramic particles 14 composed of lead zirconate titanate, zirconia fiber 13 having a diameter of 10 μm and an aspect ratio of about 10, mixture 10 composed of an acrylic binder and a phosphate ester dispersant, and vacuum defoaming And then cured at 100 ° C. in vacuum. At this time, a plate-like molded body having different sedimentation states of the piezoelectric ceramic particles 14 was produced by changing the vacuum defoaming holding time.
[0042]
Next, the obtained plate-like molded body was subjected to a binder treatment, and then fired at a temperature of 1200 ° C., thereby producing plate-like sintered bodies 15 having different occupancy ratios of zirconia fibers 13.
[0043]
In addition, all the plate-shaped sintered bodies 15 thus manufactured had a structure in which the occupation ratio of the zirconia fibers 13 increased sequentially.
[0044]
On the other hand, in forming the pressure member 22 not containing the zirconia fiber 13 in the piezoelectric ceramic 12 forming the partition wall 23, a plate made of piezoelectric ceramic under the same conditions except that the zirconia fiber is not added to the mixture 10. A shaped molded body was obtained.
[0045]
And after performing polarization processing with respect to these plate-shaped molded objects 15, the pressurization members 2 and 22 which gave the groove process by width 100micrometer, depth 500micrometer, and pitch 200micrometer are formed using a dicing saw, 1 The breakage rate of the partition walls 3 and 23 generated when 10,000 grooves were processed was measured.
[0046]
As a result, as shown in Table 1, it can be seen that the pressure member 2 having the partition wall 3 containing the zirconia fiber 13 in the piezoelectric ceramic 12 can suppress the breakage of the partition wall 3 during the cutting process. However, even if the zirconia fiber 13 is contained, when the partition wall 3 is viewed in a longitudinal section, if the occupation ratio of the zirconia fiber 13 in the entire partition wall 3 exceeds 30%, the damage of the partition wall 3 during the cutting process increases. did.
[0047]
Next, an Au film having a width of 250 μm is coated by sputtering along the longitudinal direction of the upper side surfaces of the partition walls 3, 23 provided in these pressure members 2, 22 to form electrodes 6, 26. , 23 is measured at a frequency of 1 KHz using an impedance analyzer, and the displacement when the partition walls 3, 23 are driven by energizing the electrodes 6, 26 is measured using a laser Doppler vibrometer. Went.
[0048]
The results are as shown in Table 1, respectively.
[0049]
[Table 1]
[0050]
As a result, the pressure member 22 that does not contain the zirconia fiber 13 in the piezoelectric ceramic 12 that forms the partition wall 23 shown in the sample A is often damaged by the partition wall 3 during the cutting process, and the capacitance is also zero. .8 nF and the largest. As a result, when the ink jet printer head 21 is formed using the pressure member 22, it can be seen that the power consumption is large and the heat generation of the head 21 is increased.
[0051]
On the other hand, the pressure member 2 containing the zirconia fiber 13 in the piezoelectric ceramic 12 that forms the partition wall 3 shown in the samples B to G can suppress breakage of the partition wall 3 during the cutting process, and the partition wall 3. Was able to lower the electrostatic capacity. As a result, if the ink jet printer head 1 is formed using the pressure member 2, the reliability of the head 1 can be increased, the manufacturing yield can be improved, and the capacitance of the partition walls 3 can be reduced. As a result, it can be seen that power consumption can be suppressed, and heat generation of the head associated therewith can also be suppressed.
[0052]
In particular, as shown in Samples B to F, when the partition wall 3 is viewed in a longitudinal section, the occupation ratio of the zirconia fibers 13 is set to 30% or less, thereby significantly preventing the partition wall 3 from being damaged during cutting. The production yield of the head can be further improved, and as shown in Samples C to F, if the occupation ratio of the zirconia fibers 13 is 5 to 30%, the capacitance of the partition walls 3 is reduced to 0. It can be seen that the power consumption can be further reduced while maintaining the amount of displacement of the partition walls necessary for ink ejection, since it can be lowered to 0.7 nF or less.
[0053]
Therefore, when the partition wall 3 is viewed in a longitudinal section, it can be seen that a preferable occupation ratio of the zirconia fiber 13 in the piezoelectric ceramic forming the partition wall 3 is 5 to 30%.
[0054]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a plurality of partition walls made of piezoelectric ceramics arranged in parallel are provided, and a pressure member that serves as a pressure chamber between the partition walls is joined to the top of the partition wall, An inkjet printer head comprising electrodes along the longitudinal direction of at least the upper side surfaces of the partition wall, the piezoelectric ceramic constituting the partition wall containing zirconia fiber, and the zirconia fiber The occupying ratio of the pressure chamber is smaller on the top plate side than on the bottom surface side of the pressurizing chamber, thereby maintaining the amount of partition wall displacement necessary for ink ejection in the head having a high pressure chamber. Since the electrostatic capacity can be reduced, the number of electrodes consumed can be greatly reduced, and the heat generated by the head can be suppressed. It is possible to provide Te.
[0055]
In addition, since the mechanical strength of the partition walls can be increased, the partition walls can be prevented from being damaged, shattered and chipped during the head manufacturing process and during driving, so that the manufacturing yield can be improved and the head reliability can be improved. Can be increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing an example of an ink jet printer head according to the present invention.
FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views for explaining the driving principle of the ink jet printer head according to the present invention.
FIGS. 3A to 3D are explanatory views showing manufacturing steps of the ink jet printer head according to the present invention.
FIGS. 4A to 4C are explanatory views showing another manufacturing process of the ink jet printer head according to the present invention.
FIG. 5 is a partially cutaway perspective view showing an example of a conventional inkjet printer head.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2: Inkjet printer head 2, 22: Pressurizing member 3, 23: Partition wall 4, 24: Pressurizing chamber 5, 25: Top plate 6, 26: Electrode 7, 27: Ink ejection hole 8, 28: Nozzle plate 9, 29: ink supply hole 10: mixture 11, 15: mold 12: piezoelectric ceramic 13: zirconia fiber 14: piezoelectric ceramic particle 15: plate-like sintered body
