JP3638473B2 - インクジェットプリンタヘッドの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電方式によるインクジェットプリンタヘッドの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
近年、情報化社会への移行とともに、情報機器に使われる機器の小型化、高精度化にはめざましい進歩が見られている。この様な中で、パーソナルコンピュータの需要も増加の一途をたどり、パーソナルコンピュータの記録メディアの一つであるプリンタの性能もより高密度、高精細が求められている。特に、従来のドット方式に代わって登場したインクジェット方式のプリンタは、静かで、高精細、高密度に印刷できるため、今日ではプリンタの主流を占めるに至っている。
【０００３】
ところで、インクジェット方式のプリンタに搭載されるインククジェットプリンタヘッド（以下、単にヘッドと言う）には、インクが充填される加圧室の隔壁を圧電材料により形成し、その隔壁を振動させることでインクに圧力を加え、インク滴を吐出する方法、インクが充填される加圧室内にヒータを設置し、このヒータの熱によりインク内に気泡を発生させてインク滴を吐出させたり、インクを沸騰させ、インクが膨張する圧力でインク滴を吐出する方法、インクが充填される加圧室内に電極を設け、静電気力でインクを吸引した時の力を利用してインク滴を吐出する方法等が提案されているが、これらの中でも圧電材料を用いた圧電方式のヘッドは、印刷速度が速く特に注目されているものの一つである。
【０００４】
図６に圧電方式のヘッドの一例を示すように、このヘッド３０は、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）等を主成分とする圧電セラミック体に、ブラスト加工やダイシングソーと呼ばれる回転刃による切削加工によって一端が閉じられた複数の微小溝３２を等間隔に並設し、微小溝３２を仕切る壁を隔壁３１とした流路部材３３の隔壁側面に駆動用電極３４を形成したあと、各隔壁３１の頂面に、接着剤（不図示）を介して、インク供給孔３５を備えたセラミックス、ガラス、シリコンからなる天板３６を接合し、流路部材３３の微小溝３２と天板３６とで構成される空間をインクの加圧室３９とし、さらに流路部材３３の開放端部にインク吐出孔３７を備えたセラミックス、ガラス、シリコン、樹脂からなるノズル板３８を接着剤（不示図）を介して接合することによって構成したものがあった。なお、隔壁３１は矢印の方向に分極処理されている。
【０００５】
そして、このヘッド３０を駆動させるには、隔壁３１の両側面に形成した駆動用電極３４間に通電して電界を発生させると、電界の方向に対して垂直に分極処理された圧電セラミックスの隔壁３１が、剪断モードによるすべり振動を起こし、水平方向にく字状に屈曲変位するため、加圧室３９内のインクを加圧し、インク吐出孔３７からインク滴を噴出して所定の文字や画像を印刷するようになっていた。
【０００６】
ところが、流路部材３３の微小溝３２を形成するにあたり、切削加工による方法では、圧電セラミック体の表面に、回転刃でもって溝を削り込む際の加工圧力によって隔壁３１に欠けが発生しやすく、また、圧電セラミック体を高精度に削るためには高価な回転刃を頻繁に交換しなければならないといった課題があった。
【０００７】
また、ブラスト加工による方法は、圧電セラミック体の隔壁３１となる部位にマスキングを施したあと、ガラスやセラミック等の粉体を圧縮空気とともに、ノズルから噴射させ、粉体との衝撃力によってマスキングしていない部位を削り取ることによって微小溝３２を形成するのであるが、この方法では、溝深さが深くなるにつれて粉体が奥まで届き難く、隔壁３１の断面形状が台形状となり、均一な厚みを持った隔壁３１を形成することができなかった。その為、この流路部材３３を用いてヘッド３０を形成すると、隔壁底面側の厚み幅が厚く、隔壁３１の変位が阻害されるため、所定の変位量が得られず、その結果、インク滴の吐出量や吐出速度が低下し、印刷性能を劣化させるといった課題があった。しかも、ブラスト加工による方法では、加工に時間がかかり量産性が低いといった不都合もあった。
【０００８】
一方、流路部材３３を形成する他の方法として、圧電セラミック粉末を含むスラリーを用意し、このスラリーをスクリ−ン印刷法にて順次積層することにより、複数の隔壁成形体が並設された平板を形成し、しかるのち隔壁成形体を焼成することで流路部材３３を形成することもできるが、このスクリ−ン印刷を用いた方法では、隔壁成形体を形成するにあたり、何層ものスラリーを積層しなければならず、所定の位置に正確に積層することができないため、隔壁の側面が凹凸面となり、厚み幅が均一な隔壁３１を形成することができなかった。しかも、液垂れ防止のためにスクリーン印刷する毎にスラリーの粘度を調整しなければならず、量産性が悪いといた不都合もあった。
【０００９】
これらの課題を解決するために、本件出願人は、成形型に列設された断面形状がコ字状をした凹部内に、セラミックス等の粉体と溶媒及び有機性添加物からなるバインダ−との混合物を充填し、セラミックス、ガラス、シリコン等からなる平板を当接させた状態で混合物を硬化させ、成形型を離型したあと焼成することにより、平板上に複数の隔壁３１を並設した微小溝３２を有する流路部材３３の製法を先に提案した（特開平１０−１８０９３９号公報参照）。
【００１０】
この製法によれば、成形型を精度良く作ることで、微細溝３２の溝幅が数十μｍといった微細な流路部材３３でも簡易に製作できるという利点があった。
【００１１】
しかしながら、特開平１０−１８０９３９号公報に開示した方法では、均一な厚み幅を持った隔壁３１を形成することができなかった。
【００１２】
即ち、従来の製法では、成形型の凹溝の断面形状がコ字状であるために、得られた隔壁成形体の断面形状は、成形型の凹溝の形状が転写された長方形に形成されており、この隔壁成形体を焼成すると、平板との接合部近傍では平板との摺動抵抗によって収縮が阻害されるため、焼成された隔壁３１の断面形状は台形状となり、厚み幅が均一な隔壁３１を形成することができなかった。
【００１３】
その為、この製法にて製作した流路部材３３を用いてヘッド３０を製作し、このヘッド３０を駆動させると、微小溝３２をブラスト加工によって形成した時と同様に、隔壁底面側の厚み幅が厚く、隔壁３１の変位が阻害されるため、所定の変位量が得られず、その結果、インク滴の吐出量や吐出速度が低下するといった課題があった。
【００１４】
【目的】
本発明の目的は、高精度、高密度でかつ均一な厚み幅を持った圧電セラミックスからなる隔壁を、欠け等の欠損なく容易に形成でき、インク滴の吐出量や吐出速度の劣化のないインクジェットプリンタヘッドの製造方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は前記課題に鑑み、インクジェットプリンタヘッドを製造する方法として、成形型に列設した断面形状が逆台形状をした複数の凹溝内に、有機ペーストを充填し、前記成形型中の有機ペーストに、セラミックスやガラス等からなる平板を当接させた状態で前記有機ペーストを硬化させ、その後成形型を離型して前記平板上に断面形状が台形状した有機物からなる複数の凸壁を並設し、次いで前記凸壁間に、圧電セラミック粉末と溶媒及び有機性添加物からなるバインダーとの混合物を充填、硬化させたのち、熱処理を加えて前記凸壁を焼失させ、断面形状が逆台形状をした複数の隔壁成形体が並設された平板を形成し、しかる後、前記熱処理より高い温度で焼成することにより、平板上に厚み幅が均一な圧電セラミックスからなる隔壁を並設してなる流路部材を形成し、その後、流路部材の隔壁側面に駆動用電極を形成するとともに、前記隔壁頂面に天板を接合し、天板、隔壁及び平板により構成される空間をインクの加圧室とすることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、インクジェットプリンタヘッドを製造する他の方法として、成形型に列設した断面形状が逆台形状をした複数の凹溝内に、圧電セラミック粉末と溶媒及び有機性添加物からなるバインダーとの混合物を充填し、前記成形型中の混合物に、有機物からなる薄板を当接させた状態で前記混合物を硬化させ、その後成形型を離型して前記薄板上に断面形状が台形状した複数の隔壁成形体を形成し、次いで前記隔壁成形体上に、前記混合物と同種の混合物を介してセラミックスやガラス等からなる平板を当接させ、該平板と隔壁成形体との間の混合物を硬化させたのち、熱処理を加えて前記薄板を焼失させ、断面形状が逆台形状をした複数の隔壁成形体が並設された平板を形成し、しかる後、前記熱処理より高い温度で焼成することにより、平板上に厚み幅が均一な圧電セラミックスからなる隔壁を並設してなる流路部材を形成し、その後、流路部材の隔壁側面に駆動用電極を形成するとともに、前記隔壁頂面に天板を接合し、天板、隔壁及び平板により構成される空間をインクの加圧室とすることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１８】
図１（ａ）〜（ｄ）は本発明に係るインクジェットプリンタヘッドの主要部をなす流路部材の製造方法を説明するための図で、まず、図１（ａ）に示すように、断面形状が逆台形状をした複数の凹溝４を列設した成形型３を用意し、この成形型３の各凹溝４に離型剤を塗布したあと、有機ペースト２を充填する。
【００１９】
一方、セラミックスやガラス等からなる平板１を別に用意し、この平板１を前記成形型３中の有機ペースト２に押し当てて加圧接着したあと、有機ペースト２を硬化させて平板１と接合する。そして、図１（ｂ）に示すように、成形型３を離型することにより、断面形状が台形状した有機物からなる複数の凸壁５が列設された平板１を形成する。
【００２０】
次に、図１（ｃ）に示すように、平板１と凸壁５とで構成される凹部６に、隔壁を成す材質として、圧電セラミック粉末と溶媒及び有機性添加物からなるバインダーとの混合物７を充填する。そして、この混合物７を反応硬化させるか又は乾燥して固化させる。その後、脱バインダー処理を施したあと、ゆっくりと熱を加えて熱処理を施すことで有機物からなる凸壁５を消失させ、図１（ｄ）に示すような、仮焼きされた断面形状が逆台形状の隔壁成形体８が複数個列設された平板１を形成する。
【００２１】
しかる後、熱処理温度より高い温度で焼成して隔壁成形体８を焼結させる。この時、隔壁成形体８を構成する圧電セラミックスは、焼結に伴って収縮するとともに、隔壁成形体８の閉塞端側（平板側）は、平板１と接触しているために圧電セラミック粒子のすべりが悪く、開放端側の収縮具合と比較して収縮し難いのであるが、本発明によれば、隔壁成形体８の開放端側と閉塞端側での収縮差を考慮して、隔壁成形体８の断面形状を予め逆台形状としてあることから、焼結後における隔壁９の厚み幅をほぼ均一にすることができ、図３に示すような、平板１上に厚み幅がほぼ均一な圧電セラミックスからなる複数の隔壁９が並され、隔壁９間を微小溝１１としてなる流路部材１０を形成することができる。
【００２２】
次に、本発明に係るインクジェットプリンタヘッドの主要部をなす流路部材の他の製造方法を図２（ａ）〜（ｄ）に説明する。
【００２３】
この方法によれば、まず、図２（ａ）に示すように、断面形状が逆台形状をした複数の凹溝４を列設した成形型３を用意し、この成形型３の各凹溝４に離型剤を塗布したあと、隔壁を成す材質として、圧電セラミック粉末と溶媒及び有機性添加物からなるバインダーとの混合物７を充填する。
【００２４】
一方、有機物からなる薄板１２を用意し、この薄板１２を前記成形型３中の混合物７に押し当てて加圧接着したあと、混合物７を反応硬化させるか又は乾燥して固化させる。
【００２５】
その後、図２（ｂ）に示すように、成形型３を離型することにより、断面形状が台形状した混合物７からなる複数の隔壁成形体８が列設された薄板１２を形成する。
【００２６】
次に、前記混合物７と同種の混合物７’、及びセラミックスやガラス等からなる平板１をそれぞれ用意し、図２（ｃ）に示すように、平板１を各隔壁成形体８の頂面に混合物７’を介して押しあてて加圧接着したあと、混合物７’を反応硬化させるか又は乾燥して固化させる。
【００２７】
その後、脱バインダー処理を施したあと、ゆっくりと熱を加えて熱処理を施すことで有機物からなる薄板１２を消失さ、図２（ｄ）に示すような、仮焼きされた断面形状が逆台形状の隔壁成形体８が複数個列設された平板１を形成する。
【００２８】
しかる後、熱処理温度より高い温度で焼成して隔壁成形体８を焼結すれば、隔壁成形体８の開放端側と閉塞端側との間には収縮差があるものの、隔壁成形体８の断面形状を予め逆台形状としてあることから、焼結後における隔壁９の厚み幅をほぼ均一にすることができ、図１（ａ）〜（ｄ）の製法と同様に、図３に示すような、平板１上に厚み幅がほぼ均一な圧電セラミックスからなる複数の隔壁９が並され、隔壁９間を微小溝１１としてなる流路部材１０を形成することができる。
【００２９】
このように、本発明の製造方法によれば、成形型３を用いることにより、隔壁９を簡単に形成でき、製造工程を極めて簡略化できる。しかも、焼成前の隔壁成形体８は、成形型３の凹溝４の形状や平板１と凸壁５とで構成される凹部６の形状が転写されるため、凹溝４の面粗さ、形状、ピッチ幅等を所定の精度に精密加工しておけば、所望の隔壁成形体８を容易に形成することができ、また、隔壁成形体８の開放端側と閉塞端側の収縮具合を予め考慮して凹溝４や凹部６の断面形状を逆台形状としておくことにより、厚み幅が均一な隔壁９を容易に形成することができる。その為、隔壁９の厚み幅や微小溝１１の溝幅が数１００μｍ、さらには数十μｍといった極めて微細な流路部材１０を製作することができる。その上、この方法によれば、隔壁９を精度良く形成できるため、切削加工やブラスト加工を施す必要がなく、隔壁９に欠け等の欠陥を発生させることもない。
【００３０】
ところで、隔壁９を形成するための圧電セラミック粉末としては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ系：ＰｂＺｒＯ3 −ＰｂＴｉＯ3 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）、マンガンニオブ酸鉛、チタン酸鉛などの一種以上と、Ｐｂ及びこれと固溶するＭｇ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｎｂ，Ｔｅ，Ｓｂの元素のうち少なくとも一種以上の酸化物を含む粉末を用いることができ、具体的にはチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ系）の場合、ＰＺＴ−Ｐｂ（ＮｉＮｂ）Ｏ3 −Ｐｂ（ＺｎＮｂ）Ｏ3 、ＰＺＴ−Ｐｂ（ＭｇＮｂ）Ｏ3 、ＰＺＴ−Ｐｂ（ＳｂＮｂ）Ｏ3 −Ｐｂ（ＺｎＮｂ）Ｏ3 等の粉末を用いることができる。
【００３１】
また、圧電セラミック粉末ととも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−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−ト等が挙げられ、その添加量としては、圧電セラミック粉末１００重量部に対し、０．５重量部〜３５重量部の範囲が良く、好ましくは１重量部〜１５重量部の範囲で添加することが良い。そして、これらの有機性添加物を反応硬化させるには、加熱硬化、紫外線照射硬化、Ｘ線照射硬化等により行えば良い。
【００３２】
さらに、圧電セラミック粉末及び有機性添加物とともに添加する溶媒としては、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はなく、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−ル、オクタノ−ル、デカノ−ル、オキシアルコ−ル等の高級アルコ−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、その添加量としては、圧電セラミック粉末１００重量部に対し、０．１重量部〜３５重量部の範囲が良く、好ましくは１重量部〜１５重量部の範囲で添加することが良い。
【００３３】
また、本発明における成形型３の材質は、有機性添加物を硬化させる時に何ら支障の無きものであれば良く、その材質を特に限定するものではないが、例えば、金属や熱硬化性樹脂、あるいはゴム等が使用でき、具体的にはアルミニウム、エポキシ樹脂、シリコンゴム等が好適である。
【００３４】
一方、流路部材１０の底面をなす平板１としては、隔壁９を形成する圧電セラミックスとの熱膨張差をできるだけ小さくする観点から、隔壁９と同一の圧電セラミックスあるいは隔壁９と同種の圧電セラミックスを用いることが好ましい。ただし、隔壁９を形成する圧電セラミックスとの熱膨張差が小さければ、ジルコニア等の絶縁性セラミックスやガラスを用いても差し支えない。なお、隔壁９と同種の圧電セラミックスとは、隔壁９を形成する圧電セラミックスと主成分が同じ圧電セラミックスのことを言う。
【００３５】
また、図１（ｃ）の凸壁５と平板１とで構成される凹部６の底面、あるいは図２（ｃ）の隔壁成形体８と混合物７’との間及び混合物７’と平板１との間にそれぞれ、シランカップリング剤、チタネ−トカップリング剤、アルミネ−トカップリング剤等の各種カップリング剤を用いても構わない。
【００３６】
さらに、図１（ａ）〜（ｃ）において、凸壁５を形成する有機物としては、尿素樹脂、メラミン樹脂、フェノ−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、ウレタン樹脂等を用いることができるが、熱処理時に分解して焼失させる必要があることから、混合物７に添加した有機性添加物と同じ分解温度あるいは有機性添加津よりも低い分解温度を有するものを選択して用いれば良い。なお、有機ペースト２とは前記有機物を含んだペーストのことを言う。
【００３７】
また、図２（ａ）〜（ｃ）において、薄板１２をなす有機物としては、熱処理時に、簡易に分解、焼失させる必要があり、例えば、ＰＥＴフィルムや、プラスチック板にＰＥＴフィルムを張り付けたものを用いることができる。
【００３８】
次に、図１又は図２の方法にて形成した流路部材１０の隔壁９に、剪断モードによるすべり振動を発生させるため、矢印方向に分極処理を施したあと、図４に示すように、流路部材１０に備える各隔壁９の両側面には、金、銀、パラジウム、銀−パラジウム、白金、ニッケル、銅、アルミニウム等の金属膜を、蒸着、無電解メッキ、印刷焼き付け等の膜形成手段にて被覆することにより駆動用電極１３を形成するとともに、各隔壁９の頂面には、各微小溝１１へインクを導入するためのインク供給孔１４を備えた、ガラス、シリコン、圧電セラミックス、絶縁性セラミックス、樹脂等からなる天板１５を接着剤やガラス等の接合材を介して接合し、平板１、隔壁９、及び天板１５で構成される空間をインクの加圧室１９とし、さらに流路部材１０の一方端側には、各加圧室１９と連通するインク吐出孔１６を備えた、ガラス、シリコン、圧電セラミックス、絶縁性セラミックス、樹脂等からなるノズル板１７を、流路部材１０の他方端側には、ガラス、シリコン、圧電セラミックス、絶縁性セラミックス、樹脂等からなる平板状の蓋板１８をそれぞれ接着剤やガラス等の接合材を介して接合することによりインクジェットプリンタヘッド２０（以下、単にヘッド２０と言う）を製造することができる。
【００３９】
そして、このヘッド２０を用いて記録媒体（不図示）へ印刷するには、まず、インクとして顔料タイプの油性インクや水性染料インクあるいは紫外線硬化インク等のインクをインク供給孔１４より各加圧室１９へ導入し、例えば駆動用電極１３ｂ，１３ｃ及び駆動電極１３ｈ，１３ｉにそれぞれ負極の電圧を、駆動電極１３ａ，１３ｄ，１３ｇ，１３ｊに正極の電圧を印加すると、図５（ａ）に示すように隔壁９ａ及び隔壁９ｂが加圧室１９ａ側へ屈曲変位するとともに、隔壁９ｄ，９ｅが加圧室１９ｄ側へ屈曲変位するため、加圧室１９ａ，１９ｄ内に充填されたインクを加圧して、インク吐出孔１６よりインク滴を吐出させることができる。次に各駆動用電極１３ａ〜１３ｄ，１３ｇ〜１３ｊへの通電を遮断すると、屈曲変位していた隔壁９ａ，９ｂ，９ｄ，９ｅが弾性作用によって元の形状に戻り、加圧室１９ａ，１９ｄ内が減圧される結果、インクの導入が開始されることになり、さらに前述した駆動用電極１３ａ〜１３ｄ，１３ｇ〜１３ｊへ極性を逆転して電圧を印加すると、図５（ｂ）に示すように隔壁９ａ，９ｂが加圧室１９ａに対して外側へ屈曲変位するとともに、隔壁９ｄ，９ｅが加圧室１９ｄに対して外側へ屈曲変位するため、加圧室１９ａ，１９ｄ内がさらに減圧されてインクが充填されることになる。そして、各駆動用電極１３ａ〜１３ｄ，１３ｇ〜１３ｊへの通電を遮断すると、屈曲変位していた隔壁９ａ，９ｂ，９ｄ，９ｅが弾性作用によって元の形状に戻り、次のインク滴の吐出段階に入るようになっており、これらの動作を順次繰り返すことでインク滴の吐出を連続的に行うことができるようになっている。
【００４０】
そして、このヘッド２０によれば、加圧室１９を成す微小溝１１をブラスト加工にて形成したものや、隔壁９をスリーン印刷によって積層して形成したものに比べて、隔壁９の厚み幅を均一にできるとともに、加圧室１９をなす微小溝１１を切削加工にて形成した場合のように、隔壁９に欠け等の欠陥がないため、駆動用電極１３に通電すれば、隔壁９全体を所定の変位量で屈曲変位させることができるため、インク滴の吐出量や吐出速度を向上させることができるともに、加圧室１９の溝幅を数十μｍと極めて微細に形成することができるため、高画質の画像を印刷することができる。
【００４１】
なお、本発明のヘッド２０は図４に示すものだけに限らず、本発明の範囲を逸脱しない範囲で改良や設計変更したものでも良いことは言うまでもない。
【００４２】
【実施例】
以下、本発明のインクジェットプリンタヘッドと従来のインクジェットプリンタヘッドを製作し、駆動特性について調べる実験を行った。
【００４３】
（本発明１）
隔壁を形成する圧電セラミック粉末として、平均粒子径が０．２〜５．０μｍのＰＺＴ−Ｐｂ（ＭｇＮｂ）Ｏ3 系の微粉末を用い、この圧電セラミック粉末１００重量部に対し、有機性添加物として不飽和ポリエステル樹脂を１５重量部、溶媒としてトルエンを１５重量部それそれ添加して混合物を製作した。
【００４４】
一方、断面形状が逆台形状（平行な二辺の短辺が１００μｍ、長辺が１１５μｍ、高さが３８０μｍ）をした複数の凹溝を列設してなるアルミニウム製の成形型を用意し、この成形型の凹溝に離型剤を塗布したあと、図１（ａ）のように、有機ペーストとしてエポキシ樹脂を流し込み、さらにＰＺＴ−Ｐｂ（ＭｇＮｂ）Ｏ3 からなる圧電セラミック製の平板を前記有機ペーストに押し当てて加圧接着し、有機ペーストを乾燥させて硬化させたあと、成形型を離型することにより、図１（ｂ）のような、エポキシ樹脂からなる複数の凸壁が並設された平板を製作した。
【００４５】
次に、図１（ｃ）のように、凸壁と平板により構成される凹部内に前記混合物を充填したあと、１００℃の温度で６０分程度、熱を加えて混合物を硬化させ、その後、緩やかに加熱温度を上げてエポキシ樹脂からなる凸壁を消失させることで、図１（ｄ）のような、断面形状が逆台形状をした複数の隔壁成形体を並設した平板を製作し、しかるのち、１３００℃の温度で２時間程度焼成することにより、隔壁成形体を焼結させ、平板上に圧電セラミックス（ＰＺＴ−Ｐｂ（ＭｇＮｂ）Ｏ3 ）からなる複数の隔壁を並設してなる流路部材を製作した。
【００４６】
得られた流路部材の隔壁の寸法を測定したところ、高さが３００μｍ、厚み幅が８０μｍの均一な厚み幅を有するものであった。
【００４７】
そこで、この流路部材を用い、各隔壁の高さ方向に分極処理を施したあと、隔壁側面にアルミニウムの駆動用電極をスパッタリング法にて被覆したあと、インク供給孔を有するアルミナセラミック製の天板をエポキシ系接着剤にて接合し、インクジェットプリンタヘッドの加圧室を構成した。
【００４８】
そして、駆動用電極に３０Ｖの電圧を通電して隔壁を屈曲変位させた時の変位量を、レーザー変位計にて測定したところ、３５ｎｍの変位が得られた。
【００４９】
（比較例）
ＰＺＴ−Ｐｂ（ＭｇＮｂ）Ｏ3 からなる圧電セラミック体に、ブラスト加工を施して微小溝を有する流路部材を形成した。
【００５０】
得られた流路部材の隔壁は断面形状が台形状をなし、その寸法を測定したところ、高さが３００μｍ、短辺の長さが７０μｍ、長辺の長さが８０μｍであった。
【００５１】
そこで、この流路部材を用い、各隔壁の高さ方向に分極処理を施したあと、隔壁側面にアルミニウムの駆動用電極をスパッタリング法にて被覆したあと、インク供給孔を有するアルミナセラミック製の天板をエポキシ系接着剤にて接合し、インクジェットプリンタヘッドの加圧室を構成した。
【００５２】
そして、駆動用電極に３０Ｖの電圧を通電して隔壁を屈曲変位させた時の変位量を、レーザー変位計にて測定したところ、２７ｎｍの変位であった。
【００５３】
これらの結果、本発明の製造方法により得られた流路部材を用いて形成したインクジェットプリンタヘッドは、従来の製造方法により得られた流路部材を用いて形成したヘッドに比べ、より高い変位量を得ることができ、インク滴の吐出量やインクの吐出速度を向上させることができた。その結果、所定の変位量を得るためのより高い電圧の印加が不要となり、消費電力の増大や変位に伴って発生する熱の増加によるインク滴の粘度変化がなく、インク滴の吐出バラツキのない、駆動特性に優れたインクジェットプリンタヘッドを得ることができることが判る。
【００５４】
（本発明２）
隔壁を形成する圧電セラミック粉末として、平均粒子径が０．２〜５．０μｍのＰＺＴ−Ｐｂ（ＭｇＮｂ）Ｏ3 系の微粉末を用い、この圧電セラミック粉末１００重量部に対し、有機性添加物として不飽和ポリエステル樹脂を１５重量部、溶媒としてトルエンを１５重量部それそれ添加して混合物を製作した。
【００５５】
一方、断面形状が逆台形状（平行な二辺の短辺が１００μｍ、長辺が１１５μｍ、高さが３８０μｍ）をした複数の凹溝を列設してなるアルミニウム製の成形型を用意し、この成形型の凹溝に離型剤を塗布したあと、図２（ａ）のように、前記混合物を流し込み、さらに予めシランカップリング剤を塗布したＰＥＴフィルムの薄板を押し当て、１００℃の温度で６０分程度、熱を加えて混合物を硬化させたあと、図２（ｂ）のような、成形型を離型し、断面形状が台形状をした複数の隔壁成形体を並設してなる薄板を作製した。
【００５６】
次に、図２（ｃ）に示すように、各隔壁成形体の頂面に、前記混合物と同一の混合物を介してＰＺＴ−Ｐｂ（ＭｇＮｂ）Ｏ3 からなる圧電セラミック製の平板を押し当てて加圧接着し、その後、緩やかに加熱温度を上げてＰＥＴフィルムの薄板を消失させることで、図１（ｄ）のような、断面形状が逆台形状をした複数の隔壁成形体を並設した平板を製作し、しかるのち、１３００℃の温度で２時間程度焼成することにより、隔壁成形体を焼結させ、平板上に圧電セラミックス（ＰＺＴ−Ｐｂ（ＭｇＮｂ）Ｏ3 ）からなる複数の隔壁を並設してなる流路部材を製作した。
【００５７】
そして、得られた流路部材の隔壁の寸法を測定したところ、本発明１と同様に、高さが３００μｍ、厚み幅が８０μｍの均一な厚み幅を有するものであり、実施例１と同様の結果が得られることが確認できた。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によれば、微小溝を有する流路部材を製造する方法として、成形型に列設した断面形状が逆台形状をした複数の凹溝内に、有機ペーストを充填し、前記成形型中の有機ペーストに、セラミックスやガラス等からなる平板を当接させた状態で前記有機ペーストを硬化させ、その後成形型を離型して前記平板上に断面形状が台形状した有機物からなる複数の凸壁を並設し、次いで前記凸壁間に、圧電セラミック粉末と溶媒及び有機性添加物からなるバインダーとの混合物を充填、硬化させたのち、熱処理を加えて前記凸壁を焼失させ、断面形状が逆台形状をした複数の隔壁成形体が並設された平板を形成し、しかる後、前記熱処理より高い温度で焼成するか、あるいは成形型に列設した断面形状が逆台形状をした複数の凹溝内に、圧電セラミック粉末と溶媒及び有機性添加物からなるバインダーとの混合物を充填し、前記成形型中の混合物に、有機物からなる薄板を当接させた状態で前記混合物を硬化させ、その後成形型を離型して前記薄板上に断面形状が台形状した複数の隔壁成形体を形成し、次いで前記隔壁成形体上に、前記混合物と同種の混合物を介してセラミックスやガラス等からなる平板を当接させ、該平板と隔壁成形体との間の混合物を硬化させたのち、熱処理を加えて前記薄板を焼失させ、断面形状が逆台形状をした複数の隔壁成形体が並設された平板を形成し、しかる後、前記熱処理より高い温度で焼成するようにしたことから、隔壁に欠け等の欠陥がなく、隔壁の厚み幅が均一でかつ隔壁の厚み幅や微小溝の溝幅が数十μｍといった微細な流路部材を容易に製作することができる。
【００５９】
さらに、本発明によれば、前記製造方法にて形成した流路部材の隔壁側面に駆動用電極を形成するとともに、前記隔壁頂面に天板を接合し、天板、隔壁及び平板により構成される空間をインクの加圧室としてインクジェットプリンタヘッドを製造するようにしたことから、駆動用電極へ印加する電圧値を高めることなく大きな変位量を得ることができ、インク滴の吐出量や吐出速度を向上させることができるとともに、高い電圧値の印加が不要であるため、消費電力を低減できるとともに、変位に伴って発生する熱の増加によるインク滴の粘度変化がなく、インク滴の吐出バラツキを生じることがない、というように駆動特性の優れたインクジェットプリンタヘッドを提供することがきる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は本発明に係るインクジェットプリンタヘッドの主要部をなす流路部材の製造方法を説明するための図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は本発明に係るインクジェットプリンタヘッドの主要部をなす流路部材の他の製造方法を説明するための図である。
【図３】図１又は図２の製造方法にて製作した流路部材を示す斜視図である。
【図４】図３の流路部材を用いた本発明のインクジェットプリンタヘッドを示す一部を破断した斜視図である。
【図５】（ａ）（ｂ）は本発明の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部分断面図である。
【図６】従来のインクジェットプリンタヘッドを示す一部を破断した斜視図である。
【符号の説明】
１：平板 ２：有機ペースト ３：成形型 ４：凹溝 ５：凸壁
６：平板と凸壁とで構成される凹部 ７，７’：混合物 ８：隔壁成形体
９：隔壁 １０：流路部材 １１：微小溝 １２：薄板 １３：駆動用電極
１４：インク供給孔 １５：天板 １６：インク吐出孔 １７：ノズル板
１８：蓋板 １９：加圧室 ２０：インクジェットプリンタヘッド
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電方式によるインクジェットプリンタヘッドの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
近年、情報化社会への移行とともに、情報機器に使われる機器の小型化、高精度化にはめざましい進歩が見られている。この様な中で、パーソナルコンピュータの需要も増加の一途をたどり、パーソナルコンピュータの記録メディアの一つであるプリンタの性能もより高密度、高精細が求められている。特に、従来のドット方式に代わって登場したインクジェット方式のプリンタは、静かで、高精細、高密度に印刷できるため、今日ではプリンタの主流を占めるに至っている。
【０００３】
ところで、インクジェット方式のプリンタに搭載されるインククジェットプリンタヘッド（以下、単にヘッドと言う）には、インクが充填される加圧室の隔壁を圧電材料により形成し、その隔壁を振動させることでインクに圧力を加え、インク滴を吐出する方法、インクが充填される加圧室内にヒータを設置し、このヒータの熱によりインク内に気泡を発生させてインク滴を吐出させたり、インクを沸騰させ、インクが膨張する圧力でインク滴を吐出する方法、インクが充填される加圧室内に電極を設け、静電気力でインクを吸引した時の力を利用してインク滴を吐出する方法等が提案されているが、これらの中でも圧電材料を用いた圧電方式のヘッドは、印刷速度が速く特に注目されているものの一つである。
【０００４】
図６に圧電方式のヘッドの一例を示すように、このヘッド３０は、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）等を主成分とする圧電セラミック体に、ブラスト加工やダイシングソーと呼ばれる回転刃による切削加工によって一端が閉じられた複数の微小溝３２を等間隔に並設し、微小溝３２を仕切る壁を隔壁３１とした流路部材３３の隔壁側面に駆動用電極３４を形成したあと、各隔壁３１の頂面に、接着剤（不図示）を介して、インク供給孔３５を備えたセラミックス、ガラス、シリコンからなる天板３６を接合し、流路部材３３の微小溝３２と天板３６とで構成される空間をインクの加圧室３９とし、さらに流路部材３３の開放端部にインク吐出孔３７を備えたセラミックス、ガラス、シリコン、樹脂からなるノズル板３８を接着剤（不示図）を介して接合することによって構成したものがあった。なお、隔壁３１は矢印の方向に分極処理されている。
【０００５】
そして、このヘッド３０を駆動させるには、隔壁３１の両側面に形成した駆動用電極３４間に通電して電界を発生させると、電界の方向に対して垂直に分極処理された圧電セラミックスの隔壁３１が、剪断モードによるすべり振動を起こし、水平方向にく字状に屈曲変位するため、加圧室３９内のインクを加圧し、インク吐出孔３７からインク滴を噴出して所定の文字や画像を印刷するようになっていた。
【０００６】
ところが、流路部材３３の微小溝３２を形成するにあたり、切削加工による方法では、圧電セラミック体の表面に、回転刃でもって溝を削り込む際の加工圧力によって隔壁３１に欠けが発生しやすく、また、圧電セラミック体を高精度に削るためには高価な回転刃を頻繁に交換しなければならないといった課題があった。
【０００７】
また、ブラスト加工による方法は、圧電セラミック体の隔壁３１となる部位にマスキングを施したあと、ガラスやセラミック等の粉体を圧縮空気とともに、ノズルから噴射させ、粉体との衝撃力によってマスキングしていない部位を削り取ることによって微小溝３２を形成するのであるが、この方法では、溝深さが深くなるにつれて粉体が奥まで届き難く、隔壁３１の断面形状が台形状となり、均一な厚みを持った隔壁３１を形成することができなかった。その為、この流路部材３３を用いてヘッド３０を形成すると、隔壁底面側の厚み幅が厚く、隔壁３１の変位が阻害されるため、所定の変位量が得られず、その結果、インク滴の吐出量や吐出速度が低下し、印刷性能を劣化させるといった課題があった。しかも、ブラスト加工による方法では、加工に時間がかかり量産性が低いといった不都合もあった。
【０００８】
一方、流路部材３３を形成する他の方法として、圧電セラミック粉末を含むスラリーを用意し、このスラリーをスクリ−ン印刷法にて順次積層することにより、複数の隔壁成形体が並設された平板を形成し、しかるのち隔壁成形体を焼成することで流路部材３３を形成することもできるが、このスクリ−ン印刷を用いた方法では、隔壁成形体を形成するにあたり、何層ものスラリーを積層しなければならず、所定の位置に正確に積層することができないため、隔壁の側面が凹凸面となり、厚み幅が均一な隔壁３１を形成することができなかった。しかも、液垂れ防止のためにスクリーン印刷する毎にスラリーの粘度を調整しなければならず、量産性が悪いといた不都合もあった。
【０００９】
これらの課題を解決するために、本件出願人は、成形型に列設された断面形状がコ字状をした凹部内に、セラミックス等の粉体と溶媒及び有機性添加物からなるバインダ−との混合物を充填し、セラミックス、ガラス、シリコン等からなる平板を当接させた状態で混合物を硬化させ、成形型を離型したあと焼成することにより、平板上に複数の隔壁３１を並設した微小溝３２を有する流路部材３３の製法を先に提案した（特開平１０−１８０９３９号公報参照）。
【００１０】
この製法によれば、成形型を精度良く作ることで、微細溝３２の溝幅が数十μｍといった微細な流路部材３３でも簡易に製作できるという利点があった。
【００１１】
しかしながら、特開平１０−１８０９３９号公報に開示した方法では、均一な厚み幅を持った隔壁３１を形成することができなかった。
【００１２】
即ち、従来の製法では、成形型の凹溝の断面形状がコ字状であるために、得られた隔壁成形体の断面形状は、成形型の凹溝の形状が転写された長方形に形成されており、この隔壁成形体を焼成すると、平板との接合部近傍では平板との摺動抵抗によって収縮が阻害されるため、焼成された隔壁３１の断面形状は台形状となり、厚み幅が均一な隔壁３１を形成することができなかった。
【００１３】
その為、この製法にて製作した流路部材３３を用いてヘッド３０を製作し、このヘッド３０を駆動させると、微小溝３２をブラスト加工によって形成した時と同様に、隔壁底面側の厚み幅が厚く、隔壁３１の変位が阻害されるため、所定の変位量が得られず、その結果、インク滴の吐出量や吐出速度が低下するといった課題があった。
【００１４】
【目的】
本発明の目的は、高精度、高密度でかつ均一な厚み幅を持った圧電セラミックスからなる隔壁を、欠け等の欠損なく容易に形成でき、インク滴の吐出量や吐出速度の劣化のないインクジェットプリンタヘッドの製造方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は前記課題に鑑み、インクジェットプリンタヘッドを製造する方法として、成形型に列設した断面形状が逆台形状をした複数の凹溝内に、有機ペーストを充填し、前記成形型中の有機ペーストに、セラミックスやガラス等からなる平板を当接させた状態で前記有機ペーストを硬化させ、その後成形型を離型して前記平板上に断面形状が台形状した有機物からなる複数の凸壁を並設し、次いで前記凸壁間に、圧電セラミック粉末と溶媒及び有機性添加物からなるバインダーとの混合物を充填、硬化させたのち、熱処理を加えて前記凸壁を焼失させ、断面形状が逆台形状をした複数の隔壁成形体が並設された平板を形成し、しかる後、前記熱処理より高い温度で焼成することにより、平板上に厚み幅が均一な圧電セラミックスからなる隔壁を並設してなる流路部材を形成し、その後、流路部材の隔壁側面に駆動用電極を形成するとともに、前記隔壁頂面に天板を接合し、天板、隔壁及び平板により構成される空間をインクの加圧室とすることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、インクジェットプリンタヘッドを製造する他の方法として、成形型に列設した断面形状が逆台形状をした複数の凹溝内に、圧電セラミック粉末と溶媒及び有機性添加物からなるバインダーとの混合物を充填し、前記成形型中の混合物に、有機物からなる薄板を当接させた状態で前記混合物を硬化させ、その後成形型を離型して前記薄板上に断面形状が台形状した複数の隔壁成形体を形成し、次いで前記隔壁成形体上に、前記混合物と同種の混合物を介してセラミックスやガラス等からなる平板を当接させ、該平板と隔壁成形体との間の混合物を硬化させたのち、熱処理を加えて前記薄板を焼失させ、断面形状が逆台形状をした複数の隔壁成形体が並設された平板を形成し、しかる後、前記熱処理より高い温度で焼成することにより、平板上に厚み幅が均一な圧電セラミックスからなる隔壁を並設してなる流路部材を形成し、その後、流路部材の隔壁側面に駆動用電極を形成するとともに、前記隔壁頂面に天板を接合し、天板、隔壁及び平板により構成される空間をインクの加圧室とすることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１８】
図１（ａ）〜（ｄ）は本発明に係るインクジェットプリンタヘッドの主要部をなす流路部材の製造方法を説明するための図で、まず、図１（ａ）に示すように、断面形状が逆台形状をした複数の凹溝４を列設した成形型３を用意し、この成形型３の各凹溝４に離型剤を塗布したあと、有機ペースト２を充填する。
【００１９】
一方、セラミックスやガラス等からなる平板１を別に用意し、この平板１を前記成形型３中の有機ペースト２に押し当てて加圧接着したあと、有機ペースト２を硬化させて平板１と接合する。そして、図１（ｂ）に示すように、成形型３を離型することにより、断面形状が台形状した有機物からなる複数の凸壁５が列設された平板１を形成する。
【００２０】
次に、図１（ｃ）に示すように、平板１と凸壁５とで構成される凹部６に、隔壁を成す材質として、圧電セラミック粉末と溶媒及び有機性添加物からなるバインダーとの混合物７を充填する。そして、この混合物７を反応硬化させるか又は乾燥して固化させる。その後、脱バインダー処理を施したあと、ゆっくりと熱を加えて熱処理を施すことで有機物からなる凸壁５を消失させ、図１（ｄ）に示すような、仮焼きされた断面形状が逆台形状の隔壁成形体８が複数個列設された平板１を形成する。
【００２１】
しかる後、熱処理温度より高い温度で焼成して隔壁成形体８を焼結させる。この時、隔壁成形体８を構成する圧電セラミックスは、焼結に伴って収縮するとともに、隔壁成形体８の閉塞端側（平板側）は、平板１と接触しているために圧電セラミック粒子のすべりが悪く、開放端側の収縮具合と比較して収縮し難いのであるが、本発明によれば、隔壁成形体８の開放端側と閉塞端側での収縮差を考慮して、隔壁成形体８の断面形状を予め逆台形状としてあることから、焼結後における隔壁９の厚み幅をほぼ均一にすることができ、図３に示すような、平板１上に厚み幅がほぼ均一な圧電セラミックスからなる複数の隔壁９が並され、隔壁９間を微小溝１１としてなる流路部材１０を形成することができる。
【００２２】
次に、本発明に係るインクジェットプリンタヘッドの主要部をなす流路部材の他の製造方法を図２（ａ）〜（ｄ）に説明する。
【００２３】
この方法によれば、まず、図２（ａ）に示すように、断面形状が逆台形状をした複数の凹溝４を列設した成形型３を用意し、この成形型３の各凹溝４に離型剤を塗布したあと、隔壁を成す材質として、圧電セラミック粉末と溶媒及び有機性添加物からなるバインダーとの混合物７を充填する。
【００２４】
一方、有機物からなる薄板１２を用意し、この薄板１２を前記成形型３中の混合物７に押し当てて加圧接着したあと、混合物７を反応硬化させるか又は乾燥して固化させる。
【００２５】
その後、図２（ｂ）に示すように、成形型３を離型することにより、断面形状が台形状した混合物７からなる複数の隔壁成形体８が列設された薄板１２を形成する。
【００２６】
次に、前記混合物７と同種の混合物７’、及びセラミックスやガラス等からなる平板１をそれぞれ用意し、図２（ｃ）に示すように、平板１を各隔壁成形体８の頂面に混合物７’を介して押しあてて加圧接着したあと、混合物７’を反応硬化させるか又は乾燥して固化させる。
【００２７】
その後、脱バインダー処理を施したあと、ゆっくりと熱を加えて熱処理を施すことで有機物からなる薄板１２を消失さ、図２（ｄ）に示すような、仮焼きされた断面形状が逆台形状の隔壁成形体８が複数個列設された平板１を形成する。
【００２８】
しかる後、熱処理温度より高い温度で焼成して隔壁成形体８を焼結すれば、隔壁成形体８の開放端側と閉塞端側との間には収縮差があるものの、隔壁成形体８の断面形状を予め逆台形状としてあることから、焼結後における隔壁９の厚み幅をほぼ均一にすることができ、図１（ａ）〜（ｄ）の製法と同様に、図３に示すような、平板１上に厚み幅がほぼ均一な圧電セラミックスからなる複数の隔壁９が並され、隔壁９間を微小溝１１としてなる流路部材１０を形成することができる。
【００２９】
このように、本発明の製造方法によれば、成形型３を用いることにより、隔壁９を簡単に形成でき、製造工程を極めて簡略化できる。しかも、焼成前の隔壁成形体８は、成形型３の凹溝４の形状や平板１と凸壁５とで構成される凹部６の形状が転写されるため、凹溝４の面粗さ、形状、ピッチ幅等を所定の精度に精密加工しておけば、所望の隔壁成形体８を容易に形成することができ、また、隔壁成形体８の開放端側と閉塞端側の収縮具合を予め考慮して凹溝４や凹部６の断面形状を逆台形状としておくことにより、厚み幅が均一な隔壁９を容易に形成することができる。その為、隔壁９の厚み幅や微小溝１１の溝幅が数１００μｍ、さらには数十μｍといった極めて微細な流路部材１０を製作することができる。その上、この方法によれば、隔壁９を精度良く形成できるため、切削加工やブラスト加工を施す必要がなく、隔壁９に欠け等の欠陥を発生させることもない。
【００３０】
ところで、隔壁９を形成するための圧電セラミック粉末としては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ系：ＰｂＺｒＯ3 −ＰｂＴｉＯ3 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）、マンガンニオブ酸鉛、チタン酸鉛などの一種以上と、Ｐｂ及びこれと固溶するＭｇ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｎｂ，Ｔｅ，Ｓｂの元素のうち少なくとも一種以上の酸化物を含む粉末を用いることができ、具体的にはチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ系）の場合、ＰＺＴ−Ｐｂ（ＮｉＮｂ）Ｏ3 −Ｐｂ（ＺｎＮｂ）Ｏ3 、ＰＺＴ−Ｐｂ（ＭｇＮｂ）Ｏ3 、ＰＺＴ−Ｐｂ（ＳｂＮｂ）Ｏ3 −Ｐｂ（ＺｎＮｂ）Ｏ3 等の粉末を用いることができる。
【００３１】
また、圧電セラミック粉末ととも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−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−ト等が挙げられ、その添加量としては、圧電セラミック粉末１００重量部に対し、０．５重量部〜３５重量部の範囲が良く、好ましくは１重量部〜１５重量部の範囲で添加することが良い。そして、これらの有機性添加物を反応硬化させるには、加熱硬化、紫外線照射硬化、Ｘ線照射硬化等により行えば良い。
【００３２】
さらに、圧電セラミック粉末及び有機性添加物とともに添加する溶媒としては、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はなく、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−ル、オクタノ−ル、デカノ−ル、オキシアルコ−ル等の高級アルコ−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、その添加量としては、圧電セラミック粉末１００重量部に対し、０．１重量部〜３５重量部の範囲が良く、好ましくは１重量部〜１５重量部の範囲で添加することが良い。
【００３３】
また、本発明における成形型３の材質は、有機性添加物を硬化させる時に何ら支障の無きものであれば良く、その材質を特に限定するものではないが、例えば、金属や熱硬化性樹脂、あるいはゴム等が使用でき、具体的にはアルミニウム、エポキシ樹脂、シリコンゴム等が好適である。
【００３４】
一方、流路部材１０の底面をなす平板１としては、隔壁９を形成する圧電セラミックスとの熱膨張差をできるだけ小さくする観点から、隔壁９と同一の圧電セラミックスあるいは隔壁９と同種の圧電セラミックスを用いることが好ましい。ただし、隔壁９を形成する圧電セラミックスとの熱膨張差が小さければ、ジルコニア等の絶縁性セラミックスやガラスを用いても差し支えない。なお、隔壁９と同種の圧電セラミックスとは、隔壁９を形成する圧電セラミックスと主成分が同じ圧電セラミックスのことを言う。
【００３５】
また、図１（ｃ）の凸壁５と平板１とで構成される凹部６の底面、あるいは図２（ｃ）の隔壁成形体８と混合物７’との間及び混合物７’と平板１との間にそれぞれ、シランカップリング剤、チタネ−トカップリング剤、アルミネ−トカップリング剤等の各種カップリング剤を用いても構わない。
【００３６】
さらに、図１（ａ）〜（ｃ）において、凸壁５を形成する有機物としては、尿素樹脂、メラミン樹脂、フェノ−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、ウレタン樹脂等を用いることができるが、熱処理時に分解して焼失させる必要があることから、混合物７に添加した有機性添加物と同じ分解温度あるいは有機性添加津よりも低い分解温度を有するものを選択して用いれば良い。なお、有機ペースト２とは前記有機物を含んだペーストのことを言う。
【００３７】
また、図２（ａ）〜（ｃ）において、薄板１２をなす有機物としては、熱処理時に、簡易に分解、焼失させる必要があり、例えば、ＰＥＴフィルムや、プラスチック板にＰＥＴフィルムを張り付けたものを用いることができる。
【００３８】
次に、図１又は図２の方法にて形成した流路部材１０の隔壁９に、剪断モードによるすべり振動を発生させるため、矢印方向に分極処理を施したあと、図４に示すように、流路部材１０に備える各隔壁９の両側面には、金、銀、パラジウム、銀−パラジウム、白金、ニッケル、銅、アルミニウム等の金属膜を、蒸着、無電解メッキ、印刷焼き付け等の膜形成手段にて被覆することにより駆動用電極１３を形成するとともに、各隔壁９の頂面には、各微小溝１１へインクを導入するためのインク供給孔１４を備えた、ガラス、シリコン、圧電セラミックス、絶縁性セラミックス、樹脂等からなる天板１５を接着剤やガラス等の接合材を介して接合し、平板１、隔壁９、及び天板１５で構成される空間をインクの加圧室１９とし、さらに流路部材１０の一方端側には、各加圧室１９と連通するインク吐出孔１６を備えた、ガラス、シリコン、圧電セラミックス、絶縁性セラミックス、樹脂等からなるノズル板１７を、流路部材１０の他方端側には、ガラス、シリコン、圧電セラミックス、絶縁性セラミックス、樹脂等からなる平板状の蓋板１８をそれぞれ接着剤やガラス等の接合材を介して接合することによりインクジェットプリンタヘッド２０（以下、単にヘッド２０と言う）を製造することができる。
【００３９】
そして、このヘッド２０を用いて記録媒体（不図示）へ印刷するには、まず、インクとして顔料タイプの油性インクや水性染料インクあるいは紫外線硬化インク等のインクをインク供給孔１４より各加圧室１９へ導入し、例えば駆動用電極１３ｂ，１３ｃ及び駆動電極１３ｈ，１３ｉにそれぞれ負極の電圧を、駆動電極１３ａ，１３ｄ，１３ｇ，１３ｊに正極の電圧を印加すると、図５（ａ）に示すように隔壁９ａ及び隔壁９ｂが加圧室１９ａ側へ屈曲変位するとともに、隔壁９ｄ，９ｅが加圧室１９ｄ側へ屈曲変位するため、加圧室１９ａ，１９ｄ内に充填されたインクを加圧して、インク吐出孔１６よりインク滴を吐出させることができる。次に各駆動用電極１３ａ〜１３ｄ，１３ｇ〜１３ｊへの通電を遮断すると、屈曲変位していた隔壁９ａ，９ｂ，９ｄ，９ｅが弾性作用によって元の形状に戻り、加圧室１９ａ，１９ｄ内が減圧される結果、インクの導入が開始されることになり、さらに前述した駆動用電極１３ａ〜１３ｄ，１３ｇ〜１３ｊへ極性を逆転して電圧を印加すると、図５（ｂ）に示すように隔壁９ａ，９ｂが加圧室１９ａに対して外側へ屈曲変位するとともに、隔壁９ｄ，９ｅが加圧室１９ｄに対して外側へ屈曲変位するため、加圧室１９ａ，１９ｄ内がさらに減圧されてインクが充填されることになる。そして、各駆動用電極１３ａ〜１３ｄ，１３ｇ〜１３ｊへの通電を遮断すると、屈曲変位していた隔壁９ａ，９ｂ，９ｄ，９ｅが弾性作用によって元の形状に戻り、次のインク滴の吐出段階に入るようになっており、これらの動作を順次繰り返すことでインク滴の吐出を連続的に行うことができるようになっている。
【００４０】
そして、このヘッド２０によれば、加圧室１９を成す微小溝１１をブラスト加工にて形成したものや、隔壁９をスリーン印刷によって積層して形成したものに比べて、隔壁９の厚み幅を均一にできるとともに、加圧室１９をなす微小溝１１を切削加工にて形成した場合のように、隔壁９に欠け等の欠陥がないため、駆動用電極１３に通電すれば、隔壁９全体を所定の変位量で屈曲変位させることができるため、インク滴の吐出量や吐出速度を向上させることができるともに、加圧室１９の溝幅を数十μｍと極めて微細に形成することができるため、高画質の画像を印刷することができる。
【００４１】
なお、本発明のヘッド２０は図４に示すものだけに限らず、本発明の範囲を逸脱しない範囲で改良や設計変更したものでも良いことは言うまでもない。
【００４２】
【実施例】
以下、本発明のインクジェットプリンタヘッドと従来のインクジェットプリンタヘッドを製作し、駆動特性について調べる実験を行った。
【００４３】
（本発明１）
隔壁を形成する圧電セラミック粉末として、平均粒子径が０．２〜５．０μｍのＰＺＴ−Ｐｂ（ＭｇＮｂ）Ｏ3 系の微粉末を用い、この圧電セラミック粉末１００重量部に対し、有機性添加物として不飽和ポリエステル樹脂を１５重量部、溶媒としてトルエンを１５重量部それそれ添加して混合物を製作した。
【００４４】
一方、断面形状が逆台形状（平行な二辺の短辺が１００μｍ、長辺が１１５μｍ、高さが３８０μｍ）をした複数の凹溝を列設してなるアルミニウム製の成形型を用意し、この成形型の凹溝に離型剤を塗布したあと、図１（ａ）のように、有機ペーストとしてエポキシ樹脂を流し込み、さらにＰＺＴ−Ｐｂ（ＭｇＮｂ）Ｏ3 からなる圧電セラミック製の平板を前記有機ペーストに押し当てて加圧接着し、有機ペーストを乾燥させて硬化させたあと、成形型を離型することにより、図１（ｂ）のような、エポキシ樹脂からなる複数の凸壁が並設された平板を製作した。
【００４５】
次に、図１（ｃ）のように、凸壁と平板により構成される凹部内に前記混合物を充填したあと、１００℃の温度で６０分程度、熱を加えて混合物を硬化させ、その後、緩やかに加熱温度を上げてエポキシ樹脂からなる凸壁を消失させることで、図１（ｄ）のような、断面形状が逆台形状をした複数の隔壁成形体を並設した平板を製作し、しかるのち、１３００℃の温度で２時間程度焼成することにより、隔壁成形体を焼結させ、平板上に圧電セラミックス（ＰＺＴ−Ｐｂ（ＭｇＮｂ）Ｏ3 ）からなる複数の隔壁を並設してなる流路部材を製作した。
【００４６】
得られた流路部材の隔壁の寸法を測定したところ、高さが３００μｍ、厚み幅が８０μｍの均一な厚み幅を有するものであった。
【００４７】
そこで、この流路部材を用い、各隔壁の高さ方向に分極処理を施したあと、隔壁側面にアルミニウムの駆動用電極をスパッタリング法にて被覆したあと、インク供給孔を有するアルミナセラミック製の天板をエポキシ系接着剤にて接合し、インクジェットプリンタヘッドの加圧室を構成した。
【００４８】
そして、駆動用電極に３０Ｖの電圧を通電して隔壁を屈曲変位させた時の変位量を、レーザー変位計にて測定したところ、３５ｎｍの変位が得られた。
【００４９】
（比較例）
ＰＺＴ−Ｐｂ（ＭｇＮｂ）Ｏ3 からなる圧電セラミック体に、ブラスト加工を施して微小溝を有する流路部材を形成した。
【００５０】
得られた流路部材の隔壁は断面形状が台形状をなし、その寸法を測定したところ、高さが３００μｍ、短辺の長さが７０μｍ、長辺の長さが８０μｍであった。
【００５１】
そこで、この流路部材を用い、各隔壁の高さ方向に分極処理を施したあと、隔壁側面にアルミニウムの駆動用電極をスパッタリング法にて被覆したあと、インク供給孔を有するアルミナセラミック製の天板をエポキシ系接着剤にて接合し、インクジェットプリンタヘッドの加圧室を構成した。
【００５２】
そして、駆動用電極に３０Ｖの電圧を通電して隔壁を屈曲変位させた時の変位量を、レーザー変位計にて測定したところ、２７ｎｍの変位であった。
【００５３】
これらの結果、本発明の製造方法により得られた流路部材を用いて形成したインクジェットプリンタヘッドは、従来の製造方法により得られた流路部材を用いて形成したヘッドに比べ、より高い変位量を得ることができ、インク滴の吐出量やインクの吐出速度を向上させることができた。その結果、所定の変位量を得るためのより高い電圧の印加が不要となり、消費電力の増大や変位に伴って発生する熱の増加によるインク滴の粘度変化がなく、インク滴の吐出バラツキのない、駆動特性に優れたインクジェットプリンタヘッドを得ることができることが判る。
【００５４】
（本発明２）
隔壁を形成する圧電セラミック粉末として、平均粒子径が０．２〜５．０μｍのＰＺＴ−Ｐｂ（ＭｇＮｂ）Ｏ3 系の微粉末を用い、この圧電セラミック粉末１００重量部に対し、有機性添加物として不飽和ポリエステル樹脂を１５重量部、溶媒としてトルエンを１５重量部それそれ添加して混合物を製作した。
【００５５】
一方、断面形状が逆台形状（平行な二辺の短辺が１００μｍ、長辺が１１５μｍ、高さが３８０μｍ）をした複数の凹溝を列設してなるアルミニウム製の成形型を用意し、この成形型の凹溝に離型剤を塗布したあと、図２（ａ）のように、前記混合物を流し込み、さらに予めシランカップリング剤を塗布したＰＥＴフィルムの薄板を押し当て、１００℃の温度で６０分程度、熱を加えて混合物を硬化させたあと、図２（ｂ）のような、成形型を離型し、断面形状が台形状をした複数の隔壁成形体を並設してなる薄板を作製した。
【００５６】
次に、図２（ｃ）に示すように、各隔壁成形体の頂面に、前記混合物と同一の混合物を介してＰＺＴ−Ｐｂ（ＭｇＮｂ）Ｏ3 からなる圧電セラミック製の平板を押し当てて加圧接着し、その後、緩やかに加熱温度を上げてＰＥＴフィルムの薄板を消失させることで、図１（ｄ）のような、断面形状が逆台形状をした複数の隔壁成形体を並設した平板を製作し、しかるのち、１３００℃の温度で２時間程度焼成することにより、隔壁成形体を焼結させ、平板上に圧電セラミックス（ＰＺＴ−Ｐｂ（ＭｇＮｂ）Ｏ3 ）からなる複数の隔壁を並設してなる流路部材を製作した。
【００５７】
そして、得られた流路部材の隔壁の寸法を測定したところ、本発明１と同様に、高さが３００μｍ、厚み幅が８０μｍの均一な厚み幅を有するものであり、実施例１と同様の結果が得られることが確認できた。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によれば、微小溝を有する流路部材を製造する方法として、成形型に列設した断面形状が逆台形状をした複数の凹溝内に、有機ペーストを充填し、前記成形型中の有機ペーストに、セラミックスやガラス等からなる平板を当接させた状態で前記有機ペーストを硬化させ、その後成形型を離型して前記平板上に断面形状が台形状した有機物からなる複数の凸壁を並設し、次いで前記凸壁間に、圧電セラミック粉末と溶媒及び有機性添加物からなるバインダーとの混合物を充填、硬化させたのち、熱処理を加えて前記凸壁を焼失させ、断面形状が逆台形状をした複数の隔壁成形体が並設された平板を形成し、しかる後、前記熱処理より高い温度で焼成するか、あるいは成形型に列設した断面形状が逆台形状をした複数の凹溝内に、圧電セラミック粉末と溶媒及び有機性添加物からなるバインダーとの混合物を充填し、前記成形型中の混合物に、有機物からなる薄板を当接させた状態で前記混合物を硬化させ、その後成形型を離型して前記薄板上に断面形状が台形状した複数の隔壁成形体を形成し、次いで前記隔壁成形体上に、前記混合物と同種の混合物を介してセラミックスやガラス等からなる平板を当接させ、該平板と隔壁成形体との間の混合物を硬化させたのち、熱処理を加えて前記薄板を焼失させ、断面形状が逆台形状をした複数の隔壁成形体が並設された平板を形成し、しかる後、前記熱処理より高い温度で焼成するようにしたことから、隔壁に欠け等の欠陥がなく、隔壁の厚み幅が均一でかつ隔壁の厚み幅や微小溝の溝幅が数十μｍといった微細な流路部材を容易に製作することができる。
【００５９】
さらに、本発明によれば、前記製造方法にて形成した流路部材の隔壁側面に駆動用電極を形成するとともに、前記隔壁頂面に天板を接合し、天板、隔壁及び平板により構成される空間をインクの加圧室としてインクジェットプリンタヘッドを製造するようにしたことから、駆動用電極へ印加する電圧値を高めることなく大きな変位量を得ることができ、インク滴の吐出量や吐出速度を向上させることができるとともに、高い電圧値の印加が不要であるため、消費電力を低減できるとともに、変位に伴って発生する熱の増加によるインク滴の粘度変化がなく、インク滴の吐出バラツキを生じることがない、というように駆動特性の優れたインクジェットプリンタヘッドを提供することがきる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は本発明に係るインクジェットプリンタヘッドの主要部をなす流路部材の製造方法を説明するための図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は本発明に係るインクジェットプリンタヘッドの主要部をなす流路部材の他の製造方法を説明するための図である。
【図３】図１又は図２の製造方法にて製作した流路部材を示す斜視図である。
【図４】図３の流路部材を用いた本発明のインクジェットプリンタヘッドを示す一部を破断した斜視図である。
【図５】（ａ）（ｂ）は本発明の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部分断面図である。
【図６】従来のインクジェットプリンタヘッドを示す一部を破断した斜視図である。
【符号の説明】
１：平板 ２：有機ペースト ３：成形型 ４：凹溝 ５：凸壁
６：平板と凸壁とで構成される凹部 ７，７’：混合物 ８：隔壁成形体
９：隔壁 １０：流路部材 １１：微小溝 １２：薄板 １３：駆動用電極
１４：インク供給孔 １５：天板 １６：インク吐出孔 １７：ノズル板
１８：蓋板 １９：加圧室 ２０：インクジェットプリンタヘッド
Claims (2)
- 成形型に列設した断面形状が逆台形状をした複数の凹溝内に、有機ペーストを充填し、前記成形型中の有機ペーストに、セラミックスやガラス等からなる平板を当接させた状態で前記有機ペーストを硬化させ、その後成形型を離型して、前記平板上に断面形状が台形状した有機物からなる複数の凸壁を列設し、次いで前記凸壁間に、圧電セラミック粉末と溶媒及び有機性添加物からなるバインダーとの混合物を充填、硬化させたのち、熱処理を加えて前記凸壁を焼失させ、断面形状が逆台形状をした複数の隔壁成形体が並設された平板を形成し、しかる後、前記熱処理より高い温度で焼成することにより、平板上に厚み幅が均一な圧電セラミックスからなる隔壁を並設してなる流路部材を形成し、その後、流路部材の隔壁側面に駆動用電極を形成するとともに、前記隔壁頂面に天板を接合し、天板、隔壁及び平板により構成される空間をインクの加圧室とすることを特徴とするインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
- 成形型に列設した断面形状が逆台形状をした複数の凹溝内に、圧電セラミック粉末と溶媒及び有機性添加物からなるバインダーとの混合物を充填し、前記成形型中の混合物に、有機物からなる薄板を当接させた状態で前記混合物を硬化させ、その後成形型を離型して前記薄板上に断面形状が台形状した複数の隔壁成形体を並設し、次いで前記隔壁成形体の頂面に、前記混合物と同種の混合物を介してセラミックスやガラス等からなる平板を当接させ、該平板と隔壁成形体との間の混合物を硬化させたのち、熱処理を加えて前記薄板を焼失させ、断面形状が逆台形状をした複数の隔壁成形体が並設された平板を形成し、しかる後、前記熱処理より高い温度で焼成することにより、平板上に厚み幅が均一な圧電セラミックスからなる隔壁を並設してなる流路部材を形成し、その後、流路部材の隔壁側面に駆動用電極を形成するとともに、前記隔壁頂面に天板を接合し、天板、隔壁及び平板により構成される空間をインクの加圧室とすることを特徴とするインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
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