JP3642671B2 - インクジェットプリンタヘッド及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微細なノズル孔からインクを噴射させて印刷を行うインク噴射装置等に用いられる高精度かつ安価な軽量薄型のインクジェットプリンタヘッドおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から印刷装置等には凸版印刷法や凹版印刷法、あるいは静電気転写印刷法等によるものが適用されてきているが、前記凸版印刷法や凹版印刷法には印版が必要であり、少量多品種の用途にはコストが高くなるという欠点があり、他方、静電気転写印刷法には前述のような欠点はないものの、装置の外形容積や重量が大きく、その上、高電圧が必要であること等の欠点があった。
【０００３】
近年、マルチメディアの浸透に伴い、情報の印刷用インターフェースとしてインク噴射装置や熱転写装置を利用した各種印刷装置が開発され、これらの利用範囲が拡大している。
【０００４】
なかでもインク噴射装置は、圧電素子の歪み変形を利用した高画質、高速印字で設置場所を選ばない小型の印刷装置として特に注目されている。
【０００５】
かかるインク噴射装置に用いられるインクジェットプリンタヘッドは、一般的には、複数のノズル穴を有するインクノズル部と、インクを噴射させるために圧力を発生させるインク加圧室とから成る構造を有しており、圧電素子の歪み変形を利用して前記インク加圧室に圧力を発生させ、該インク加圧室に供給され充填されたインクを、前記ノズル孔から液滴として吐出させることにより印刷を行うものに利用するものである。
【０００６】
前記インクジェットプリンタヘッドには、高密度化と高精度化と共に小型化が要求されており、前記インク加圧室を構成する隔壁の幅は数十μｍのオーダーで作製することが求められている。
【０００７】
このようなインク加圧室を構成する隔壁の成形方法としては、インクノズル部材と空所が設けられたインクポンプ部材及び基板をそれぞれ積層することによりインク加圧室を形成する方法や、インクノズル部材にインクポンプ室を形成する部材を接着した後、ダイシングマシンで切削加工してインクポンプ室を削り出す方法、あるいは樹脂板を加熱して軟化させ、これに溝付きロールを押し付けて溝付き樹脂板を基板に積層一体化してインク加圧室を形成する方法等が提案されている（特開平６−４００３０号公報、特開平８−３３６９７８公報参照）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、個々に打ち抜き加工等により形成された前記各部材を積層してインク加圧室を形成する前記方法では、空所が設けられているインクポンプ部材を精度良く成形することが困難であることから、隔壁の変形による各空所の容量ばらつきをもたらし、結果的に画素の低下を招く他、画素密度の向上により各空所間の隔壁が薄くなることによる隔壁の破損等の歩留り低下を招き、また、隔壁の形状変形によりインク加圧室の容量ばらつきが発生し、インク吐出特性が均一でないという課題があった。
【０００９】
また、前記ダイシングマシンの切削加工法では、加工性及び加工寸法の精度の低下により各インク加圧室の寸法ばらつきが発生する他、切削時の隔壁のチッピングにより隔壁の破損が生じて加工歩留りが著しく悪く、また、ダイシング刃の熱歪みによりインク加圧室の深さにばらつきを生じてインク吐出特性が安定しないという課題があった。
【００１０】
さらに、樹脂板を加熱して溝を成形する方法では、基板全体を軟化させるために、下地基板と隔壁形成部に歪みの差が生じ、そのために基板に反りが発生してインク加圧室の容積に変動を生じ、インク吐出特性にばらつきを生じるという課題があった。
【００１１】
【発明の目的】
本発明は前記課題を解決するために成されたもので、その目的は、インク加圧室を構成する隔壁の欠けや形状不良の欠陥を低減させて製造歩留りを向上させ、生産性を高めると同時に、一回の工程で高精細な形状の隔壁を形成でき、繰り返し工程の必要がなく、しかも高価な隔壁材料をダイシングマシンによる切削加工法のように切削屑として除去することもなく、容積が均一で高精度なインク加圧室を多数有する、例えば１２００以上にも及ぶ連続したインク加圧室を有するインクジェットプリンタヘッド、及びそれを安価にかつ効率良く製造する方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は前記課題に鑑み鋭意検討した結果、インクを噴射させるためのノズル孔に対応するとともに、インク加圧室にインクを溜めておくための複数の空所を精度良く形成するために、隔壁成形用組成物を高精度に刻設された成形型で塑性変形させて隔壁成形体を成形し一体化することにより、極めて容易にかつ高精度の寸法を有する隔壁が得られ、容積の安定したインク加圧室を形成できて前記課題が解消できることを知見し、本発明に至った。
【００１３】
即ち、請求項１に係る発明は、基板の表面に隔壁成形用組成物を層状に被着させると共に成形型で塑性変形させて上記基板の表面に空所を形成する隔壁成形体を成形し、次に得られた隔壁成形体を前記基板と共に加熱して脱バインダ−処理を施すと共に焼成して一体化した隔壁を形成した後、該隔壁の最頂部に蓋体を接合してインク加圧室を形成し、該インク加圧室を構成する壁の少なくとも一部を、圧電素子により変形させて圧力を発生させることにより上記インク加圧室に充填されたインクをインク加圧室に連通するノズル孔より噴射させるようにしてインクジェットプリンタヘッドを構成したものである。
【００１４】
請求項２に係る発明は、基板の表面に圧電材料からなる隔壁成形用組成物を層状に被着させると共に成形型で塑性変形させて上記基板の表面に空所を形成する隔壁成形体を成形し、次に得られた隔壁成形体を前記基板と共に加熱して脱バインダ−処理を施すと共に焼成して一体化した隔壁を形成した後、該隔壁の最頂部に蓋体を接合してインク加圧室を形成し、該インク加圧室を構成する壁を直接変形させて圧力を発生させることにより上記インク加圧室に充填されたインクをインク加圧室に連通するノズル孔より噴射させるようにしてインクジェットプリンタヘッドを構成したものである。
【００１５】
請求項３に係る発明は、上記請求項１及び請求項２に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、インク加圧室を構成する基板又は蓋体にインク加圧室と連通するノズル孔を設けたことを特徴とするものである。
【００１６】
請求項４に係る発明は、上記請求項１乃至請求項３に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、インク加圧室の容量のばらつきが５％以内であることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項５に係る発明は、基板の表面に隔壁成形用組成物を層状に被着させると共に成形型で塑性変形させて上記基板の表面に空所を形成する隔壁成形体を成形し、次に得られた隔壁成形体を前記基板と共に加熱して脱バインダ−処理を施すと共に焼成して一体化した隔壁を形成した後、該隔壁の最頂部に蓋体を接合してインク加圧室を形成し、該インク加圧室を構成する蓋体又は基板に圧電素子を設けることによりインクジェットプリンタヘッドを製造したことを特徴とするものである。
【００１８】
請求項６に係る発明は、基板の表面に圧電材料からなる隔壁成形用組成物を層状に被着させると共に成形型で塑性変形させて上記基板の表面に空所を形成する隔壁成形体を成形し、次に得られた隔壁成形体を前記基板と共に加熱して脱バインダ−処理を施すと共に焼成して一体化した隔壁を形成した後、該隔壁の変形させる部分に電極を設け、しかるのち、隔壁の最頂部に蓋体を接合してインク加圧室を形成することによりインクジェットプリンタヘッドを製造したことを特徴とするものである。
【００１９】
請求項７に係る発明は、上記請求項５乃至６に記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法において、隔壁成形体で形成される空所を、隔壁形状に相当する複数の溝を刻設したロ−ル状成形型で隔壁成形用組成物を押圧して塑性変形させて成形したことを特徴とするものである。
【００２０】
【作用】
本発明のインクジェットプリンタヘッドの製造方法によれば、インク加圧室の空所を形成する隔壁は、成形型により隔壁成形用組成物を塑性変形して成形することにより得られた隔壁成形体を基板と焼成一体化することから、高精度で微細なピッチを有する隔壁を安価にかつ効率良く形成することができる。
【００２１】
さらに、隔壁成形型を複数の溝を刻設したロール形状とすることにより、層状に基板に被着した隔壁成形用組成物を押圧する圧力が均一となり、隔壁形状を再現性良く均一な状態で成形することができる。
【００２２】
また、前述のような製造方法を採用することにより、隔壁の蛇行等の変形や形状欠陥が低減され、各インク加圧室の容積が均一なインクジェットプリンタヘッドを、安価にかつ効率良く、製造歩留りを向上させて生産することができる。
【００２３】
その上、前記製造方法により得られたインクジェットプリンタヘッドを用いることにより、インク吐出特性が安定して印刷欠陥のなく、高画質、高速印刷が可能となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のインクジェットプリンタヘッド及びその製造方法について図面に基づき詳細に説明する。
【００２５】
図１〜３は、本発明のインクジェットプリンタヘッドの製造方法を示す工程図である。
【００２６】
まず、図１において、１はノズル孔２を有するインクノズル部材を成す基板３の表面に形成した隔壁１０と、隔壁１０の最頂部に接合された蓋体１１とから成るインク加圧室１２と、インク加圧室１２の壁の一部である蓋体１１に形成された圧電素子１３とを備えたインクジェットプリンタヘッドである。なお、圧電素子１３は圧電／電歪膜１４とその両面に被着された電極膜１５とから構成されている。
【００２７】
そして、このインクジェットプリンタヘッド１は、ノズル孔２を有するインクノズル部材を成す基板３の表面に、隔壁成形用組成物４を層状に被着形成した後、隔壁成形用組成物４に隔壁形状の凹部を刻設した平板状の成形型５を押圧して塑性変形させるか、あるいは隔壁形状に相当する複数の溝６を刻設したロール状成形型７を回転させながら押圧して塑性変形させて隔壁成形体８を成形し、ノズル孔２に対応した空所９を形成する。
【００２８】
次いで、隔壁成形体８を基板３と共に脱バインダー処理を施した後、焼成一体化して隔壁１０を形成し、隔壁１０の最頂部に蓋体１１を接合してインク加圧室１２を形成し、インク加圧室１２の壁の一部を成す蓋体１１に圧電素子１３を設けると共に、ノズル孔２をインク加圧室１２と連通させることにより画素が高密度でかつ高精度のインクジェットプリンタヘッド１を得ることができる。
【００２９】
次に、本発明の他のインクジェットプリンタヘッドについて説明する。
【００３０】
図２において、２１は基板２３の表面に形成した隔壁３０と、隔壁３０の最頂部に接合された蓋体３１とから成るインク加圧室３２であって、該インク加圧室３２を構成する基板２３と隔壁３０は圧電材料からなり、上記隔壁３０の両側面には駆動用の電極３４を、隔壁３０の最頂部と基板２３の裏面には分極用の電極３５をそれぞれ備えたインクジェットプリンタヘッドである。
【００３１】
そして、このインクジェットプリンタヘッド２１は、基板２３の表面に隔壁成形用組成物２４を層状に被着形成した後、隔壁成形用組成物２４に隔壁形状の凹部を刻設した平板状の成形型２５を押圧して塑性変形させるか、あるいは隔壁形状に相当する複数の溝２６を刻設したロール状成形型２７を回転させながら押圧して塑性変形させて隔壁成形体２８を成形し、空所２９を形成する。
【００３２】
次いで、隔壁成形体２８を基板２３と共に脱バインダー処理を施した後、焼成一体化して隔壁３０を形成し、該隔壁３０の最頂部と基板２３の裏面に分極用の電極３５をそれぞれ形成して隔壁３０を誘電分極させたあと、隔壁３０の両側面に駆動用の電極３４を形成し、しかるのち隔壁３０の最頂部に蓋体３１を接合してインク加圧室３２を形成することにより画素が高密度でかつ高精度のインクジェットプリンタヘッド２１を得ることができる。なお、このインクジェットプリンタヘッド２１には図示していないが、図２の紙面に対して垂直方向にインク加圧室３２と連通するノズル孔を備えたインクノズル部材が配置される構造となっている。
【００３３】
図３は本発明のさらに別のインクジェットプリンタヘッド４１を示したもので、図２の分極用の電極３５の形成位置が異なる以外は同様の構造をしたものである。このインクジェットプリンタヘッド４１は、まず、基板４３の表面に分極用の一方の電極５５を敷設する。次に、この基板４３上に上記電極５５を覆うように隔壁成形用組成物４４を層状に被着形成した後、隔壁成形用組成物４４に隔壁形状の凹部を刻設した平板状の成形型４５を押圧して塑性変形させるか、あるいは隔壁形状に相当する複数の溝４６を刻設したロール状成形型４７を回転させながら押圧して塑性変形させて隔壁成形体４８を成形し、空所４９を形成する。
【００３４】
次いで、隔壁成形体４８を基板４３と共に脱バインダー処理を施した後、焼成一体化して隔壁５０を形成し、該隔壁５０の最頂部に分極用の他方の電極５５を形成して隔壁５０を誘電分極させたあと、隔壁５０の両側面に駆動用の電極５４をそれぞれ形成し、しかるのち隔壁５０の最頂部に蓋体５１を接合してインク加圧室５２を形成することにより画素が高密度でかつ高精度のインクジェットプリンタヘッド４１を得ることができる。なお、このインクジェットプリンタヘッド４１においても、図３の紙面に対して垂直方向にインク加圧室５２と連通するノズル孔を有するインクノズル部材が配置される構造となっている。
【００３５】
また、図２，３に示すインクジェットプリンタヘッド２１，４１においては、分極用の電極３５，５５は予め隔壁３０，５０を誘電分極させておくことにより除くこともできる。さらに、駆動用の電極３４，５４は隔壁３０，５０の側面全体に形成したものでも側面の一部分にのみ形成したものでも構わず、また、基板２３，４３や蓋体３１，５１に各インク加圧室３２，５２に連通するノズル孔を設けて、インクを吐出させるようにしても良い。
【００３６】
本発明において、前記インク加圧室１２，３２，５２を構成する部材（基板３，２３，４３ 隔壁１０，３０，５０）としては、実質的に気密性を保持できる材料であれば何れでも良く、例えば、ガラス粉末やセラミック粉末、酸化鉛を含む混合物等を無機成分として焼成して使用することができ、該無機成分とバインダー、溶剤、各種添加物等の有機物との混合物を適宜、隔壁の成形条件に応じて調製して使用することができる他、金属やプラスチック等の材料でも適用可能である。
【００３７】
具体的には、例えば、ソーダライムガラスや低ソーダガラス、鉛アルカリケイ酸ガラス、ホウケイ酸塩ガラス等の各種ガラスや、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、炭化珪素等の各種セラミックス、あるいはアルミニウムや鉄、チタニウム、ニッケル、白金、ステンレス鋼等の各種金属及びこれらの合金が挙げられ、さらにフェノール樹脂やエポキシ樹脂、ポリカーボネート系の各種プラスチックを用いることもできるが、特に前記構成部材としては、高弾性率のジルコニアが好適である。
【００３８】
また、図２，３のように、インク加圧室３２，５２の構成部材のうちインク加圧室３２，５２の壁を構成する隔壁３０，５０を直接変形させる場合には、隔壁３０，５０自体を圧電材料で形成するか、あるいは隔壁３０，５０の表面に圧電材料をコーティングすれば良く、また、図１のように、インク加圧室１２の構成部材のうち蓋体１１に圧電素子１３を設ける場合には、圧電素子１３を構成する圧電／電歪膜１４を圧電材料により形成すれば良い。
【００３９】
かかる圧電作動部に用いる材料としては、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ系）やマンガンニオブ酸鉛（ＰＭＮ系）、ニッケルニオブ酸鉛（ＰＮＮ系）、マグネシウムニオブ酸鉛、アンチモン錫酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛をそれぞれ主成分とする各種材料、並びにこれらの複合材料を用いることができる。
【００４０】
さらに、これら圧電材料には、ランタン（Ｌａ）やバリウム（Ｂａ）、ニオブ（Ｎｂ）、亜鉛（Ｚｎ）、セリウム（Ｃｅ）、カドミウム（Ｃｄ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、リチウム（Ｌｉ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、ビスマス（Ｂｉ）等の酸化物やそれらの化合物を添加物として含有せしめた材料に所定の添加物を適宜、加えたものも好適に使用でき、しかもそれらの材料中、高弾性率を有する材料では前記インク加圧室１２，３２，５２の構成部材に適用することも可能である。
【００４１】
そして、前記圧電材料中、特にマグネシウムニオブ酸鉛とジルコン酸鉛及びチタン酸鉛とから成る成分を主成分とする材料が有利に用いられる。
【００４２】
なお、多成分系圧電材料では、マグネシウムニオブ酸鉛−ジルコン酸鉛−チタン酸鉛の３成分系の材料では、擬立方晶−正方晶−菱面体晶の相境付近の組成が好ましく、特にマグネシウムニオブ酸鉛が１５〜５０モル％、ジルコン酸鉛が１０〜４５モル％、チタン酸鉛が３０〜４０モル％の組成が好ましい。
【００４３】
また、高弾性部材に積層する場合には、厚膜成形方法で圧電層を成形する手法が推奨される。
【００４４】
一方、可塑性を有する隔壁成形用組成物４，２４，４４とは、最終的に層状の隔壁成型用組成物４，２４，４４が塑性変形性を有するようになれば良く、例えば、塑性変形性を有する組成物自体を印刷やその他の方法で形成することにより層状に被着形成させたり、あるいは溶剤で希釈した隔壁成形用組成物４，２４，４４を印刷やその他の方法で層状に形成した後、該隔壁成形用組成物４，２４，４４中に含まれる溶剤を揮散することにより、好適な塑性変形性を付与させることもできる。
【００４５】
前記塑性変形性を有するバインダーとしては、具体的には、ポリビニ−ルアルコ−ルやポリ酢酸ビニル、ブチラ−ル化ポリビニルアルコ−ル、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸エステル、ポリスチレン、セルロ−ス、メチル化セルロ−ス、硝化セルロ−ス等が挙げられ、これらは、いくつかのモノマ−の共重合体又は混合物でも良く、特に好ましいのは、ブチラ−ル化ポリビニルアルコ−ルやポリ酢酸ビニル、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸エステル等が挙げられる。
【００４６】
また、これら有機添加剤の添加量は、ガラス粉末又はセラミック粉体に対して５〜５０重量％が望ましい。
【００４７】
さらに、可塑剤としてフタル酸ジブチルやフタル酸ジオクチル、アジピン酸ジメチル、燐酸トリメチル等を適宜、添加して用いることもできる。
【００４８】
また、分散剤や流動性向上剤、濡れ性向上剤、レベリング剤、消泡剤等の印刷助剤を添加することもできる。
【００４９】
他方、揮散させることにより塑性変形性をもたらす溶剤としては、ヘキサンやオクタン、ノナン、デカン、エタノ−ル、メタノ−ル、イソプロピルアルコ−ル、ヘキサノ−ル、αテルピネオ−ル、酢酸エチル、酢酸ブチル、ベンゼン、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン等が挙げられる。
【００５０】
これら溶剤の添加量としては、ガラス粉体又はセラミック粉体に対して３０〜１００重量％が望ましい。
【００５１】
また、隔壁成形型５，７，２５，２７，４５，４７は、金属製や樹脂製、ゴム製等、及びそれらの複合材料のいずれでも用いることができる。
【００５２】
さらに、例えば、金属製の母材に表面だけ樹脂製あるいはゴム製で被覆した複合型の隔壁成形型５，７，２５，２７，４５，４７も用いることができ、かかる成形型５，７，２５，２７，４５，４７の表面には、離型性の向上等の改善のために、表面処理等を施しても何等問題無く、成形型の重量や熱変形歪みの大きさ、熱伝達率の点からはアルミニウムを主とする材料が好ましい。
【００５３】
また、圧電素子１３の電極１５や駆動用の電極３４、５４あるいは分極用の電極３５，５５を構成する電極材料としては、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｎ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）等の導体金属やこれらの合金、あるいは前記導体金属や合金に少量のガラス粉体やセラミック粉体を混合した材料、さらには酸化ルテニウム、酸化インジウム、酸化錫等の導電性酸化物を用いることができる。
【００５４】
そして、隔壁１０，３０，５０や基板３，２３，４３に電極を形成する方法としては、前記電極材料をペースト状にして一括押出塗布する方法や、前記金属材料をメッキにて被膜を形成する方法、及び導電性成分を含有する有機金属を塗布した後、還元して電極とすることもできる他、酸化インジウムや酸化スズ等を蒸着することも可能である。
【００５５】
かくして、得られた隔壁成形体８，２８，４８は、公知の脱バインダー処理工程及び焼成工程を経て前記基板３，２３，４３と一体化され、その後、得られた隔壁１０，３０，５０の最頂部に蓋体１１，３１，５１を封着してインク加圧室１２，３２，５２を形成することができるが、その接合には、低融点ガラスや有機接着剤等を用いることができる。なお、蓋体１１，３１，５１を構成する材質としては、金属、ガラス、シリコン、セラミックス、有機材料等様々な材料を用いることができ、好ましくは隔壁１０，３０，５０と同材料により形成することが好ましい。
【００５６】
なお、本発明のインクジェットプリンタヘッドでは、吐出するインクとして、顔料又は／及び染料と、水やアルコール等の水系の溶剤、あるいはヘキサンやトルエン等を主成分としたものを用いることができる。
【００５７】
【実施例】
次に、本発明のインクジェットプリンタヘッド及びその製造方法について、以下のようにして評価した。
【００５８】
なお、実施例、比較例とも成形サイズは一定とし、各々、製作試料数は２枚とした。
【００５９】
（実施例１）
まず、厚さ２ｍｍ、３０ｃｍ□の予めインク孔を穿設したソーダライムガラスから成る基板上に、厚膜印刷法によりＡｇを主成分とする電極ペーストを用いて幅５０μｍの電極をストライプ状に５００μｍの間隔で複数本、印刷した。
【００６０】
次に、前記電極付き基板上にＰＺＴとブチラール樹脂、溶媒、分散剤から成る隔壁成形用組成物をロールコーダーにて均一に塗布して乾燥し、厚さが３５±２μｍの層を被着した。
【００６１】
一方、５００μｍ間隔で開口部の幅が３０μｍ、底部の幅が２０μｍ、深さが１４０μｍの溝を複数本有するロール状成形型をアルミニウムで切削加工して準備した。
【００６２】
次いで、前記隔壁成形用組成物を層状に被着した基板を金属製の平面状の支持体上に設置し、前記ロール状の金属製隔壁成形型を基板に加圧圧着し、前記隔壁成形用組成物を塑性変形させて隔壁形状を付与して空所を形成した後、隔壁成形化を離型して基板上に複数の隔壁成形体を成形した。
【００６３】
その後、表面に隔壁成形体が成形された基板を所定温度に保持して脱バインダー処理した後、各材料主成分により焼成雰囲気を適宜変更し、５５０〜５８０℃の温度で１０分間焼成して隔壁と基板を一体化した評価用の試料を作製した。
【００６４】
かくして得られた評価用の試料は、製作したいずれも割れることなく焼成できており、基板の反りも３０ｃｍ当たり最大１２μｍと後述する比較例に比べて非常に小さいものであり、隔壁には欠け等の不良は全く認められなかった。
【００６５】
さらに、得られた評価用の試料に厚さ１ｍｍのソーダライムガラス基板を重ねて４５０℃の温度で３０分間加熱して隔壁の最頂部の端部に接合して評価用のインクジェットプリンタヘッドを作製し、該インクジェットプリンタヘッドのインク加圧室毎に水銀を圧入し、水銀の重量からインク加圧室の容量を測定したところ、３００個のインク加圧室の容量のばらつきは±４．３％と後述する比較例に比べて非常に小さいものであった。
【００６６】
（実施例２）
実施例１のソーダライムガラスから成る基板を、厚さ１ｍｍのジルコニア製基板に変更して、実施例１と同様にして評価用の試料を作製した後、厚さ０．５ｍｍのジルコニア製基板を加圧接合して評価用のインクジェットプリンタヘッドを作製した。
【００６７】
その結果、評価用の試料は、いずれも割れることなく焼成でき、基板の反りも３０ｃｍ当たり最大８μｍと極めて小さいものであり、隔壁の欠け等の不良は全く認められなかった。
【００６８】
また、前記同様にして評価用のインクジェットプリンタヘッドのインク加圧室の容量のばらつきを測定したところ、±３．２％と極めて小さいものであった。
【００６９】
（実施例３）
実施例１のロール状成形型の表面にテフロンコーティング処理を施した以外、他は実施例１と同様にして評価用の試料及びインクジェットプリンタヘッドを作製したが、いずれも割れもなく焼成でき、基板の反りも３０ｃｍ当たり最大９μｍであり、インク加圧室の容量のばらつきも±３．８％であった。
【００７０】
（比較例１）
厚さ２．５ｍｍのソーダライムガラス基板をダイシングソーにより５００μｍ間隔で、幅４７０μｍ、深さ１１０μｍの切削加工を行ったところ、得られた基板のうち、１枚の加工中に熱歪みにより破損し、基板の反りも３０ｃｍ当たり最大１４５μｍと極めて大であり、また、チッピングによる隔壁の欠けも１３カ所認められた。
【００７１】
さらに、得られた評価用の試料に、厚さ１ｍｍのガラス基板を実施例１と同様にして接合して評価用のインクジェットプリンタヘッドを作製したが、得られたインク加圧室の容量のばらつきを実施例１と同様に評価したところ、±１０．８％にも及ぶものであった。
【００７２】
次に、図３に示す本発明の他のインクジェットプリンタヘッド及びその製造方法について、以下のようにして評価した。
【００７３】
なお、実施例、比較例とも成形サイズは一定とし、各々、製作試料数は２枚とした。
【００７４】
（実施例４）
まず、厚さ２ｍｍ、３０ｃｍ□の予めインク孔を穿設したジルコニアセラミックスから成る基板上に、厚膜印刷法によりＰｔを主成分とする電極ペーストを用いて幅５０μｍの電極をストライプ状に２０μｍの間隔で複数本、印刷し焼き付けを行った。
【００７５】
次に、前記電極付き基板上にＰＺＴとブチラール樹脂、溶媒、分散剤から成る隔壁成形用組成物をロールコーダーにて均一に塗布して乾燥し、厚さが３５±２μｍの層を被着した。
【００７６】
一方、２０μｍ間隔で開口部の幅が９０μｍ、底部の幅が８５μｍ、深さが２５０μｍの溝を複数本有するロール状成形型をアルミニウムで切削加工して準備した。
【００７７】
次いで、前記隔壁成形用組成物を層状に被着した基板を金属製の平面状の支持体上に設置し、前記ロール状の金属製隔壁成形型を基板に加圧圧着し、前記隔壁成形用組成物を塑性変形させて隔壁形状を付与して空所を形成した後、隔壁成形化を離型して基板上に複数の隔壁成形体を成形した。
【００７８】
その後、表面に隔壁成形体が成形された基板を所定温度に保持して脱バインダー処理した後、各材料主成分により焼成雰囲気を適宜変更し、１１５０〜１２５０℃の温度で３０分間焼成して隔壁と基板を一体化した評価用の試料を作製した。
【００７９】
かくして得られた評価用の試料は、製作したいずれも割れることなく焼成できており、基板の反りも３０ｃｍ当たり最大６μｍと後述する比較例に比べて非常に小さいものであり、隔壁には欠け等の不良は全く認められなかった。
【００８０】
さらに、得られた評価用の試料の隔壁の最頂部にＰｔ電極を形成し、隔壁の分極を行った。しかるのち、隔壁の両側面に駆動用としてＰｔ電極をスパッタリング法にて形成し、隔壁の最頂部に蓋体として厚さ１ｍｍのソーダライムガラス基板を有機接着材で接着して評価用のインクジェットプリンタヘッドを作製し、該インクジェットプリンタヘッドのインク加圧室毎に水銀を圧入し、水銀の重量からインク加圧室の容量を測定したところ、３００個のインク加圧室の容量のばらつきは±６．４％と後述する比較例に比べて非常に小さいものであった。
【００８１】
（実施例５）
実施例４のジルコニアセラミックスから成る基板を、厚さ１ｍｍのＰＺＴから成る基板に変更して、実施例４と同様にして評価用の試料を作製したところ、割れることなく焼成できており、基板の反りも３０ｃｍあたり最大８μｍと後述する比較例に比べて非常に小さいものであり、隔壁には欠け等の不良は認められなかった。
【００８２】
また、得られた評価用の試料の隔壁の最頂部と基板の裏面に分極用のＰｔ電極をそれぞれ形成して隔壁の分極を行ったあと、隔壁の両側面に駆動用としてＰｔ電極をスパッタリング法にて形成し、隔壁の最頂部に蓋体として厚さ１ｍｍのソーダライムガラス基板を有機接着材で接着して評価用のインクジェットプリンタヘッドを作製し、該インクジェットプリンタヘッドのインク加圧室毎に水銀を圧入し、水銀の重量からインク加圧室の容量を測定したところ、３００個のインク加圧室の容量のばらつきは±８．６％と後述する比較例に比べて非常に小さいものであった。
【００８３】
（実施例６）
実施例４のロール状成形型の替わりに、アルミニウム平板により溝を形成し、インクジェットプリンタヘッドを作製した。この場合も同様に試料は割れることなく焼成でき、基板の反りも３０ｃｍあたり最大７μｍときわめて小さいものであり、隔壁の欠け等の不良は認められなかった。またインク加圧室の容量のばらつきを測定したところ、±７．０％と極めて小さいものであった。
【００８４】
（実施例７）
実施例５のロール状成形型の替わりに、アルミニウム平板により溝を形成し、インクジェットプリンタヘッドを作製した。この場合も同様に試料は割れることなく焼成でき、基板の反りも３０ｃｍあたり最大９μｍときわめて小さいものであり、隔壁の欠け等の不良は認められなかった。またインク加圧室の容量のばらつきを測定したところ、±９．０％と極めて小さいものであった。
【００８５】
（実施例８）
実施例４のロ−ル状成形型の表面にテフロンコ−ティング処理を施し、同様にしてインクジェットプリンタヘッドを作製し評価したところ、基板の反りが３０ｃｍあたり最大６μｍ、インク加圧室の容量ばらつきが３％となり、その結果は実施例４よりさらに優れていた。
【００８６】
（実施例９）
実施例５のロ−ル状成形型の表面にテフロンコ−ティング処理を施し、同様にしてインクジェットプリンタヘッドを作製し評価したところ、基板の反りが３０ｃｍあたり最大８μｍ、インク加圧室の容量ばらつきが４％となり、その結果は実施例５よりさらに優れていた。
【００８７】
（実施例１０）
実施例６のアルミニウム平板成形型の表面にテフロンコ−ティング処理を施し、同様にしてインクジェットプリンタヘッドを作製し評価したところ、基板の反りが３０ｃｍあたり最大７μｍ、インク加圧室の容量ばらつきが±６．４％となり、その結果は実施例６と同様であった。
【００８８】
（実施例１１）
実施例７のアルミニウム平板成形型の表面にテフロンコ−ティング処理を施し、同様にしてインクジェットプリンタヘッドを作製し評価したところ、基板の反りが３０ｃｍあたり最大８μｍ、インク加圧室の容量ばらつきは±８．６％となり、その結果は実施例７と同様であった。
【００８９】
（比較例２）
ＰＺＴ基板をダイシングソ−により溝幅７０μｍ、溝深さ２００μｍ、隔壁幅７０μｍの切削加工を行ったところ、加工中に隔壁が破損したり、基板の反りも３０ｃｍあたり８５μｍと大きく、チッピングによる欠けも多く発生した。
【００９０】
また、得られた基板を実施例４と同様にして評価用のインクジェットプリンタヘッドを製作し、インク加圧室の容量ばらつきを評価したところ±１５％にも及ぶものであった。しかも、比較例２の溝深さは一様でなく、インク加圧室の流路方向へ向かって漸次深さが浅くなる構造となるが、それに比べ、前述の実施例は溝全体が一定の深さとなり、駆動部となる隔壁の変形領域が広くとれることから、インクを吐出する点においては、より容量の大きい液滴を噴射でき、駆動エネルギ−が少なくて済むなどの利点が得られた。
【００９１】
なお、本実施例において、成形型の寸法（溝幅、ピッチ、溝深さ）は任意に設定することができるが、微細で高精度のヘッドを得るためには、溝幅は１５０μｍ以下、ピッチは５５０μｍ以下、溝深さは５００μｍ以下が良く、好適には溝幅は３５〜１２０μｍ、ピッチは３５０μｍ以下であることが好ましい。
【００９２】
【発明の効果】
本発明のインクジェットプリンタヘッド及びその製造方法によれば、インク加圧室を構成する隔壁の欠けや形状不良の欠陥が極めて少なくなって製造歩留りが向上し、生産性が高まり、一回の工程で高精細な形状の隔壁を成形でき、繰り返し工程の必要がなく、高精度で微細な間隔の隔壁を有する容積が均一なインク加圧室を備えた部材を安価にかつ効率良く製造することができ、また、溝部の深さが一定であることから、吐出能力の高い、より低エネルギ−の部材を効率よく製造することができ、該製造方法により得られたインクジェットプリンタヘッドは安定したインク吐出特性を有するものとなり、インク噴射装置に最適なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインクジェットプリンタヘッドの製造方法を示す一工程図である。
【図２】本発明の他のインクジェットプリンタヘッドの製造方法を示す工程図である。
【図３】本発明のさらに他のインクジェットプリンタヘッドの製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
１，２１，４１ ・・・インクジェットプリンタヘッド
２ ・・・ノズル孔
３，２３，４３ ・・・基板
４，２４，４４ ・・・隔壁成形用組成物
５，２５，４５ ・・・成形型
６，２６，４６ ・・・溝
７，２７，４７ ・・・ロール状成形型
８，２８，４８ ・・・隔壁成形体
９，２９，４９ ・・・空所
１０，３０，５０・・・隔壁
１１，３１，５１・・・蓋体
１２，３２，５２・・・インク加圧室
１３ ・・・圧電素子
１４ ・・・圧電／電歪膜
１５ ・・・電極
３４，５４ ・・・駆動用の電極
３５，５５ ・・・分極用の電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、微細なノズル孔からインクを噴射させて印刷を行うインク噴射装置等に用いられる高精度かつ安価な軽量薄型のインクジェットプリンタヘッドおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から印刷装置等には凸版印刷法や凹版印刷法、あるいは静電気転写印刷法等によるものが適用されてきているが、前記凸版印刷法や凹版印刷法には印版が必要であり、少量多品種の用途にはコストが高くなるという欠点があり、他方、静電気転写印刷法には前述のような欠点はないものの、装置の外形容積や重量が大きく、その上、高電圧が必要であること等の欠点があった。
【０００３】
近年、マルチメディアの浸透に伴い、情報の印刷用インターフェースとしてインク噴射装置や熱転写装置を利用した各種印刷装置が開発され、これらの利用範囲が拡大している。
【０００４】
なかでもインク噴射装置は、圧電素子の歪み変形を利用した高画質、高速印字で設置場所を選ばない小型の印刷装置として特に注目されている。
【０００５】
かかるインク噴射装置に用いられるインクジェットプリンタヘッドは、一般的には、複数のノズル穴を有するインクノズル部と、インクを噴射させるために圧力を発生させるインク加圧室とから成る構造を有しており、圧電素子の歪み変形を利用して前記インク加圧室に圧力を発生させ、該インク加圧室に供給され充填されたインクを、前記ノズル孔から液滴として吐出させることにより印刷を行うものに利用するものである。
【０００６】
前記インクジェットプリンタヘッドには、高密度化と高精度化と共に小型化が要求されており、前記インク加圧室を構成する隔壁の幅は数十μｍのオーダーで作製することが求められている。
【０００７】
このようなインク加圧室を構成する隔壁の成形方法としては、インクノズル部材と空所が設けられたインクポンプ部材及び基板をそれぞれ積層することによりインク加圧室を形成する方法や、インクノズル部材にインクポンプ室を形成する部材を接着した後、ダイシングマシンで切削加工してインクポンプ室を削り出す方法、あるいは樹脂板を加熱して軟化させ、これに溝付きロールを押し付けて溝付き樹脂板を基板に積層一体化してインク加圧室を形成する方法等が提案されている（特開平６−４００３０号公報、特開平８−３３６９７８公報参照）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、個々に打ち抜き加工等により形成された前記各部材を積層してインク加圧室を形成する前記方法では、空所が設けられているインクポンプ部材を精度良く成形することが困難であることから、隔壁の変形による各空所の容量ばらつきをもたらし、結果的に画素の低下を招く他、画素密度の向上により各空所間の隔壁が薄くなることによる隔壁の破損等の歩留り低下を招き、また、隔壁の形状変形によりインク加圧室の容量ばらつきが発生し、インク吐出特性が均一でないという課題があった。
【０００９】
また、前記ダイシングマシンの切削加工法では、加工性及び加工寸法の精度の低下により各インク加圧室の寸法ばらつきが発生する他、切削時の隔壁のチッピングにより隔壁の破損が生じて加工歩留りが著しく悪く、また、ダイシング刃の熱歪みによりインク加圧室の深さにばらつきを生じてインク吐出特性が安定しないという課題があった。
【００１０】
さらに、樹脂板を加熱して溝を成形する方法では、基板全体を軟化させるために、下地基板と隔壁形成部に歪みの差が生じ、そのために基板に反りが発生してインク加圧室の容積に変動を生じ、インク吐出特性にばらつきを生じるという課題があった。
【００１１】
【発明の目的】
本発明は前記課題を解決するために成されたもので、その目的は、インク加圧室を構成する隔壁の欠けや形状不良の欠陥を低減させて製造歩留りを向上させ、生産性を高めると同時に、一回の工程で高精細な形状の隔壁を形成でき、繰り返し工程の必要がなく、しかも高価な隔壁材料をダイシングマシンによる切削加工法のように切削屑として除去することもなく、容積が均一で高精度なインク加圧室を多数有する、例えば１２００以上にも及ぶ連続したインク加圧室を有するインクジェットプリンタヘッド、及びそれを安価にかつ効率良く製造する方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は前記課題に鑑み鋭意検討した結果、インクを噴射させるためのノズル孔に対応するとともに、インク加圧室にインクを溜めておくための複数の空所を精度良く形成するために、隔壁成形用組成物を高精度に刻設された成形型で塑性変形させて隔壁成形体を成形し一体化することにより、極めて容易にかつ高精度の寸法を有する隔壁が得られ、容積の安定したインク加圧室を形成できて前記課題が解消できることを知見し、本発明に至った。
【００１３】
即ち、請求項１に係る発明は、基板の表面に隔壁成形用組成物を層状に被着させると共に成形型で塑性変形させて上記基板の表面に空所を形成する隔壁成形体を成形し、次に得られた隔壁成形体を前記基板と共に加熱して脱バインダ−処理を施すと共に焼成して一体化した隔壁を形成した後、該隔壁の最頂部に蓋体を接合してインク加圧室を形成し、該インク加圧室を構成する壁の少なくとも一部を、圧電素子により変形させて圧力を発生させることにより上記インク加圧室に充填されたインクをインク加圧室に連通するノズル孔より噴射させるようにしてインクジェットプリンタヘッドを構成したものである。
【００１４】
請求項２に係る発明は、基板の表面に圧電材料からなる隔壁成形用組成物を層状に被着させると共に成形型で塑性変形させて上記基板の表面に空所を形成する隔壁成形体を成形し、次に得られた隔壁成形体を前記基板と共に加熱して脱バインダ−処理を施すと共に焼成して一体化した隔壁を形成した後、該隔壁の最頂部に蓋体を接合してインク加圧室を形成し、該インク加圧室を構成する壁を直接変形させて圧力を発生させることにより上記インク加圧室に充填されたインクをインク加圧室に連通するノズル孔より噴射させるようにしてインクジェットプリンタヘッドを構成したものである。
【００１５】
請求項３に係る発明は、上記請求項１及び請求項２に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、インク加圧室を構成する基板又は蓋体にインク加圧室と連通するノズル孔を設けたことを特徴とするものである。
【００１６】
請求項４に係る発明は、上記請求項１乃至請求項３に記載のインクジェットプリンタヘッドにおいて、インク加圧室の容量のばらつきが５％以内であることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項５に係る発明は、基板の表面に隔壁成形用組成物を層状に被着させると共に成形型で塑性変形させて上記基板の表面に空所を形成する隔壁成形体を成形し、次に得られた隔壁成形体を前記基板と共に加熱して脱バインダ−処理を施すと共に焼成して一体化した隔壁を形成した後、該隔壁の最頂部に蓋体を接合してインク加圧室を形成し、該インク加圧室を構成する蓋体又は基板に圧電素子を設けることによりインクジェットプリンタヘッドを製造したことを特徴とするものである。
【００１８】
請求項６に係る発明は、基板の表面に圧電材料からなる隔壁成形用組成物を層状に被着させると共に成形型で塑性変形させて上記基板の表面に空所を形成する隔壁成形体を成形し、次に得られた隔壁成形体を前記基板と共に加熱して脱バインダ−処理を施すと共に焼成して一体化した隔壁を形成した後、該隔壁の変形させる部分に電極を設け、しかるのち、隔壁の最頂部に蓋体を接合してインク加圧室を形成することによりインクジェットプリンタヘッドを製造したことを特徴とするものである。
【００１９】
請求項７に係る発明は、上記請求項５乃至６に記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法において、隔壁成形体で形成される空所を、隔壁形状に相当する複数の溝を刻設したロ−ル状成形型で隔壁成形用組成物を押圧して塑性変形させて成形したことを特徴とするものである。
【００２０】
【作用】
本発明のインクジェットプリンタヘッドの製造方法によれば、インク加圧室の空所を形成する隔壁は、成形型により隔壁成形用組成物を塑性変形して成形することにより得られた隔壁成形体を基板と焼成一体化することから、高精度で微細なピッチを有する隔壁を安価にかつ効率良く形成することができる。
【００２１】
さらに、隔壁成形型を複数の溝を刻設したロール形状とすることにより、層状に基板に被着した隔壁成形用組成物を押圧する圧力が均一となり、隔壁形状を再現性良く均一な状態で成形することができる。
【００２２】
また、前述のような製造方法を採用することにより、隔壁の蛇行等の変形や形状欠陥が低減され、各インク加圧室の容積が均一なインクジェットプリンタヘッドを、安価にかつ効率良く、製造歩留りを向上させて生産することができる。
【００２３】
その上、前記製造方法により得られたインクジェットプリンタヘッドを用いることにより、インク吐出特性が安定して印刷欠陥のなく、高画質、高速印刷が可能となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のインクジェットプリンタヘッド及びその製造方法について図面に基づき詳細に説明する。
【００２５】
図１〜３は、本発明のインクジェットプリンタヘッドの製造方法を示す工程図である。
【００２６】
まず、図１において、１はノズル孔２を有するインクノズル部材を成す基板３の表面に形成した隔壁１０と、隔壁１０の最頂部に接合された蓋体１１とから成るインク加圧室１２と、インク加圧室１２の壁の一部である蓋体１１に形成された圧電素子１３とを備えたインクジェットプリンタヘッドである。なお、圧電素子１３は圧電／電歪膜１４とその両面に被着された電極膜１５とから構成されている。
【００２７】
そして、このインクジェットプリンタヘッド１は、ノズル孔２を有するインクノズル部材を成す基板３の表面に、隔壁成形用組成物４を層状に被着形成した後、隔壁成形用組成物４に隔壁形状の凹部を刻設した平板状の成形型５を押圧して塑性変形させるか、あるいは隔壁形状に相当する複数の溝６を刻設したロール状成形型７を回転させながら押圧して塑性変形させて隔壁成形体８を成形し、ノズル孔２に対応した空所９を形成する。
【００２８】
次いで、隔壁成形体８を基板３と共に脱バインダー処理を施した後、焼成一体化して隔壁１０を形成し、隔壁１０の最頂部に蓋体１１を接合してインク加圧室１２を形成し、インク加圧室１２の壁の一部を成す蓋体１１に圧電素子１３を設けると共に、ノズル孔２をインク加圧室１２と連通させることにより画素が高密度でかつ高精度のインクジェットプリンタヘッド１を得ることができる。
【００２９】
次に、本発明の他のインクジェットプリンタヘッドについて説明する。
【００３０】
図２において、２１は基板２３の表面に形成した隔壁３０と、隔壁３０の最頂部に接合された蓋体３１とから成るインク加圧室３２であって、該インク加圧室３２を構成する基板２３と隔壁３０は圧電材料からなり、上記隔壁３０の両側面には駆動用の電極３４を、隔壁３０の最頂部と基板２３の裏面には分極用の電極３５をそれぞれ備えたインクジェットプリンタヘッドである。
【００３１】
そして、このインクジェットプリンタヘッド２１は、基板２３の表面に隔壁成形用組成物２４を層状に被着形成した後、隔壁成形用組成物２４に隔壁形状の凹部を刻設した平板状の成形型２５を押圧して塑性変形させるか、あるいは隔壁形状に相当する複数の溝２６を刻設したロール状成形型２７を回転させながら押圧して塑性変形させて隔壁成形体２８を成形し、空所２９を形成する。
【００３２】
次いで、隔壁成形体２８を基板２３と共に脱バインダー処理を施した後、焼成一体化して隔壁３０を形成し、該隔壁３０の最頂部と基板２３の裏面に分極用の電極３５をそれぞれ形成して隔壁３０を誘電分極させたあと、隔壁３０の両側面に駆動用の電極３４を形成し、しかるのち隔壁３０の最頂部に蓋体３１を接合してインク加圧室３２を形成することにより画素が高密度でかつ高精度のインクジェットプリンタヘッド２１を得ることができる。なお、このインクジェットプリンタヘッド２１には図示していないが、図２の紙面に対して垂直方向にインク加圧室３２と連通するノズル孔を備えたインクノズル部材が配置される構造となっている。
【００３３】
図３は本発明のさらに別のインクジェットプリンタヘッド４１を示したもので、図２の分極用の電極３５の形成位置が異なる以外は同様の構造をしたものである。このインクジェットプリンタヘッド４１は、まず、基板４３の表面に分極用の一方の電極５５を敷設する。次に、この基板４３上に上記電極５５を覆うように隔壁成形用組成物４４を層状に被着形成した後、隔壁成形用組成物４４に隔壁形状の凹部を刻設した平板状の成形型４５を押圧して塑性変形させるか、あるいは隔壁形状に相当する複数の溝４６を刻設したロール状成形型４７を回転させながら押圧して塑性変形させて隔壁成形体４８を成形し、空所４９を形成する。
【００３４】
次いで、隔壁成形体４８を基板４３と共に脱バインダー処理を施した後、焼成一体化して隔壁５０を形成し、該隔壁５０の最頂部に分極用の他方の電極５５を形成して隔壁５０を誘電分極させたあと、隔壁５０の両側面に駆動用の電極５４をそれぞれ形成し、しかるのち隔壁５０の最頂部に蓋体５１を接合してインク加圧室５２を形成することにより画素が高密度でかつ高精度のインクジェットプリンタヘッド４１を得ることができる。なお、このインクジェットプリンタヘッド４１においても、図３の紙面に対して垂直方向にインク加圧室５２と連通するノズル孔を有するインクノズル部材が配置される構造となっている。
【００３５】
また、図２，３に示すインクジェットプリンタヘッド２１，４１においては、分極用の電極３５，５５は予め隔壁３０，５０を誘電分極させておくことにより除くこともできる。さらに、駆動用の電極３４，５４は隔壁３０，５０の側面全体に形成したものでも側面の一部分にのみ形成したものでも構わず、また、基板２３，４３や蓋体３１，５１に各インク加圧室３２，５２に連通するノズル孔を設けて、インクを吐出させるようにしても良い。
【００３６】
本発明において、前記インク加圧室１２，３２，５２を構成する部材（基板３，２３，４３ 隔壁１０，３０，５０）としては、実質的に気密性を保持できる材料であれば何れでも良く、例えば、ガラス粉末やセラミック粉末、酸化鉛を含む混合物等を無機成分として焼成して使用することができ、該無機成分とバインダー、溶剤、各種添加物等の有機物との混合物を適宜、隔壁の成形条件に応じて調製して使用することができる他、金属やプラスチック等の材料でも適用可能である。
【００３７】
具体的には、例えば、ソーダライムガラスや低ソーダガラス、鉛アルカリケイ酸ガラス、ホウケイ酸塩ガラス等の各種ガラスや、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、炭化珪素等の各種セラミックス、あるいはアルミニウムや鉄、チタニウム、ニッケル、白金、ステンレス鋼等の各種金属及びこれらの合金が挙げられ、さらにフェノール樹脂やエポキシ樹脂、ポリカーボネート系の各種プラスチックを用いることもできるが、特に前記構成部材としては、高弾性率のジルコニアが好適である。
【００３８】
また、図２，３のように、インク加圧室３２，５２の構成部材のうちインク加圧室３２，５２の壁を構成する隔壁３０，５０を直接変形させる場合には、隔壁３０，５０自体を圧電材料で形成するか、あるいは隔壁３０，５０の表面に圧電材料をコーティングすれば良く、また、図１のように、インク加圧室１２の構成部材のうち蓋体１１に圧電素子１３を設ける場合には、圧電素子１３を構成する圧電／電歪膜１４を圧電材料により形成すれば良い。
【００３９】
かかる圧電作動部に用いる材料としては、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ系）やマンガンニオブ酸鉛（ＰＭＮ系）、ニッケルニオブ酸鉛（ＰＮＮ系）、マグネシウムニオブ酸鉛、アンチモン錫酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛をそれぞれ主成分とする各種材料、並びにこれらの複合材料を用いることができる。
【００４０】
さらに、これら圧電材料には、ランタン（Ｌａ）やバリウム（Ｂａ）、ニオブ（Ｎｂ）、亜鉛（Ｚｎ）、セリウム（Ｃｅ）、カドミウム（Ｃｄ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、リチウム（Ｌｉ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、ビスマス（Ｂｉ）等の酸化物やそれらの化合物を添加物として含有せしめた材料に所定の添加物を適宜、加えたものも好適に使用でき、しかもそれらの材料中、高弾性率を有する材料では前記インク加圧室１２，３２，５２の構成部材に適用することも可能である。
【００４１】
そして、前記圧電材料中、特にマグネシウムニオブ酸鉛とジルコン酸鉛及びチタン酸鉛とから成る成分を主成分とする材料が有利に用いられる。
【００４２】
なお、多成分系圧電材料では、マグネシウムニオブ酸鉛−ジルコン酸鉛−チタン酸鉛の３成分系の材料では、擬立方晶−正方晶−菱面体晶の相境付近の組成が好ましく、特にマグネシウムニオブ酸鉛が１５〜５０モル％、ジルコン酸鉛が１０〜４５モル％、チタン酸鉛が３０〜４０モル％の組成が好ましい。
【００４３】
また、高弾性部材に積層する場合には、厚膜成形方法で圧電層を成形する手法が推奨される。
【００４４】
一方、可塑性を有する隔壁成形用組成物４，２４，４４とは、最終的に層状の隔壁成型用組成物４，２４，４４が塑性変形性を有するようになれば良く、例えば、塑性変形性を有する組成物自体を印刷やその他の方法で形成することにより層状に被着形成させたり、あるいは溶剤で希釈した隔壁成形用組成物４，２４，４４を印刷やその他の方法で層状に形成した後、該隔壁成形用組成物４，２４，４４中に含まれる溶剤を揮散することにより、好適な塑性変形性を付与させることもできる。
【００４５】
前記塑性変形性を有するバインダーとしては、具体的には、ポリビニ−ルアルコ−ルやポリ酢酸ビニル、ブチラ−ル化ポリビニルアルコ−ル、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸エステル、ポリスチレン、セルロ−ス、メチル化セルロ−ス、硝化セルロ−ス等が挙げられ、これらは、いくつかのモノマ−の共重合体又は混合物でも良く、特に好ましいのは、ブチラ−ル化ポリビニルアルコ−ルやポリ酢酸ビニル、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸エステル等が挙げられる。
【００４６】
また、これら有機添加剤の添加量は、ガラス粉末又はセラミック粉体に対して５〜５０重量％が望ましい。
【００４７】
さらに、可塑剤としてフタル酸ジブチルやフタル酸ジオクチル、アジピン酸ジメチル、燐酸トリメチル等を適宜、添加して用いることもできる。
【００４８】
また、分散剤や流動性向上剤、濡れ性向上剤、レベリング剤、消泡剤等の印刷助剤を添加することもできる。
【００４９】
他方、揮散させることにより塑性変形性をもたらす溶剤としては、ヘキサンやオクタン、ノナン、デカン、エタノ−ル、メタノ−ル、イソプロピルアルコ−ル、ヘキサノ−ル、αテルピネオ−ル、酢酸エチル、酢酸ブチル、ベンゼン、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン等が挙げられる。
【００５０】
これら溶剤の添加量としては、ガラス粉体又はセラミック粉体に対して３０〜１００重量％が望ましい。
【００５１】
また、隔壁成形型５，７，２５，２７，４５，４７は、金属製や樹脂製、ゴム製等、及びそれらの複合材料のいずれでも用いることができる。
【００５２】
さらに、例えば、金属製の母材に表面だけ樹脂製あるいはゴム製で被覆した複合型の隔壁成形型５，７，２５，２７，４５，４７も用いることができ、かかる成形型５，７，２５，２７，４５，４７の表面には、離型性の向上等の改善のために、表面処理等を施しても何等問題無く、成形型の重量や熱変形歪みの大きさ、熱伝達率の点からはアルミニウムを主とする材料が好ましい。
【００５３】
また、圧電素子１３の電極１５や駆動用の電極３４、５４あるいは分極用の電極３５，５５を構成する電極材料としては、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｎ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）等の導体金属やこれらの合金、あるいは前記導体金属や合金に少量のガラス粉体やセラミック粉体を混合した材料、さらには酸化ルテニウム、酸化インジウム、酸化錫等の導電性酸化物を用いることができる。
【００５４】
そして、隔壁１０，３０，５０や基板３，２３，４３に電極を形成する方法としては、前記電極材料をペースト状にして一括押出塗布する方法や、前記金属材料をメッキにて被膜を形成する方法、及び導電性成分を含有する有機金属を塗布した後、還元して電極とすることもできる他、酸化インジウムや酸化スズ等を蒸着することも可能である。
【００５５】
かくして、得られた隔壁成形体８，２８，４８は、公知の脱バインダー処理工程及び焼成工程を経て前記基板３，２３，４３と一体化され、その後、得られた隔壁１０，３０，５０の最頂部に蓋体１１，３１，５１を封着してインク加圧室１２，３２，５２を形成することができるが、その接合には、低融点ガラスや有機接着剤等を用いることができる。なお、蓋体１１，３１，５１を構成する材質としては、金属、ガラス、シリコン、セラミックス、有機材料等様々な材料を用いることができ、好ましくは隔壁１０，３０，５０と同材料により形成することが好ましい。
【００５６】
なお、本発明のインクジェットプリンタヘッドでは、吐出するインクとして、顔料又は／及び染料と、水やアルコール等の水系の溶剤、あるいはヘキサンやトルエン等を主成分としたものを用いることができる。
【００５７】
【実施例】
次に、本発明のインクジェットプリンタヘッド及びその製造方法について、以下のようにして評価した。
【００５８】
なお、実施例、比較例とも成形サイズは一定とし、各々、製作試料数は２枚とした。
【００５９】
（実施例１）
まず、厚さ２ｍｍ、３０ｃｍ□の予めインク孔を穿設したソーダライムガラスから成る基板上に、厚膜印刷法によりＡｇを主成分とする電極ペーストを用いて幅５０μｍの電極をストライプ状に５００μｍの間隔で複数本、印刷した。
【００６０】
次に、前記電極付き基板上にＰＺＴとブチラール樹脂、溶媒、分散剤から成る隔壁成形用組成物をロールコーダーにて均一に塗布して乾燥し、厚さが３５±２μｍの層を被着した。
【００６１】
一方、５００μｍ間隔で開口部の幅が３０μｍ、底部の幅が２０μｍ、深さが１４０μｍの溝を複数本有するロール状成形型をアルミニウムで切削加工して準備した。
【００６２】
次いで、前記隔壁成形用組成物を層状に被着した基板を金属製の平面状の支持体上に設置し、前記ロール状の金属製隔壁成形型を基板に加圧圧着し、前記隔壁成形用組成物を塑性変形させて隔壁形状を付与して空所を形成した後、隔壁成形化を離型して基板上に複数の隔壁成形体を成形した。
【００６３】
その後、表面に隔壁成形体が成形された基板を所定温度に保持して脱バインダー処理した後、各材料主成分により焼成雰囲気を適宜変更し、５５０〜５８０℃の温度で１０分間焼成して隔壁と基板を一体化した評価用の試料を作製した。
【００６４】
かくして得られた評価用の試料は、製作したいずれも割れることなく焼成できており、基板の反りも３０ｃｍ当たり最大１２μｍと後述する比較例に比べて非常に小さいものであり、隔壁には欠け等の不良は全く認められなかった。
【００６５】
さらに、得られた評価用の試料に厚さ１ｍｍのソーダライムガラス基板を重ねて４５０℃の温度で３０分間加熱して隔壁の最頂部の端部に接合して評価用のインクジェットプリンタヘッドを作製し、該インクジェットプリンタヘッドのインク加圧室毎に水銀を圧入し、水銀の重量からインク加圧室の容量を測定したところ、３００個のインク加圧室の容量のばらつきは±４．３％と後述する比較例に比べて非常に小さいものであった。
【００６６】
（実施例２）
実施例１のソーダライムガラスから成る基板を、厚さ１ｍｍのジルコニア製基板に変更して、実施例１と同様にして評価用の試料を作製した後、厚さ０．５ｍｍのジルコニア製基板を加圧接合して評価用のインクジェットプリンタヘッドを作製した。
【００６７】
その結果、評価用の試料は、いずれも割れることなく焼成でき、基板の反りも３０ｃｍ当たり最大８μｍと極めて小さいものであり、隔壁の欠け等の不良は全く認められなかった。
【００６８】
また、前記同様にして評価用のインクジェットプリンタヘッドのインク加圧室の容量のばらつきを測定したところ、±３．２％と極めて小さいものであった。
【００６９】
（実施例３）
実施例１のロール状成形型の表面にテフロンコーティング処理を施した以外、他は実施例１と同様にして評価用の試料及びインクジェットプリンタヘッドを作製したが、いずれも割れもなく焼成でき、基板の反りも３０ｃｍ当たり最大９μｍであり、インク加圧室の容量のばらつきも±３．８％であった。
【００７０】
（比較例１）
厚さ２．５ｍｍのソーダライムガラス基板をダイシングソーにより５００μｍ間隔で、幅４７０μｍ、深さ１１０μｍの切削加工を行ったところ、得られた基板のうち、１枚の加工中に熱歪みにより破損し、基板の反りも３０ｃｍ当たり最大１４５μｍと極めて大であり、また、チッピングによる隔壁の欠けも１３カ所認められた。
【００７１】
さらに、得られた評価用の試料に、厚さ１ｍｍのガラス基板を実施例１と同様にして接合して評価用のインクジェットプリンタヘッドを作製したが、得られたインク加圧室の容量のばらつきを実施例１と同様に評価したところ、±１０．８％にも及ぶものであった。
【００７２】
次に、図３に示す本発明の他のインクジェットプリンタヘッド及びその製造方法について、以下のようにして評価した。
【００７３】
なお、実施例、比較例とも成形サイズは一定とし、各々、製作試料数は２枚とした。
【００７４】
（実施例４）
まず、厚さ２ｍｍ、３０ｃｍ□の予めインク孔を穿設したジルコニアセラミックスから成る基板上に、厚膜印刷法によりＰｔを主成分とする電極ペーストを用いて幅５０μｍの電極をストライプ状に２０μｍの間隔で複数本、印刷し焼き付けを行った。
【００７５】
次に、前記電極付き基板上にＰＺＴとブチラール樹脂、溶媒、分散剤から成る隔壁成形用組成物をロールコーダーにて均一に塗布して乾燥し、厚さが３５±２μｍの層を被着した。
【００７６】
一方、２０μｍ間隔で開口部の幅が９０μｍ、底部の幅が８５μｍ、深さが２５０μｍの溝を複数本有するロール状成形型をアルミニウムで切削加工して準備した。
【００７７】
次いで、前記隔壁成形用組成物を層状に被着した基板を金属製の平面状の支持体上に設置し、前記ロール状の金属製隔壁成形型を基板に加圧圧着し、前記隔壁成形用組成物を塑性変形させて隔壁形状を付与して空所を形成した後、隔壁成形化を離型して基板上に複数の隔壁成形体を成形した。
【００７８】
その後、表面に隔壁成形体が成形された基板を所定温度に保持して脱バインダー処理した後、各材料主成分により焼成雰囲気を適宜変更し、１１５０〜１２５０℃の温度で３０分間焼成して隔壁と基板を一体化した評価用の試料を作製した。
【００７９】
かくして得られた評価用の試料は、製作したいずれも割れることなく焼成できており、基板の反りも３０ｃｍ当たり最大６μｍと後述する比較例に比べて非常に小さいものであり、隔壁には欠け等の不良は全く認められなかった。
【００８０】
さらに、得られた評価用の試料の隔壁の最頂部にＰｔ電極を形成し、隔壁の分極を行った。しかるのち、隔壁の両側面に駆動用としてＰｔ電極をスパッタリング法にて形成し、隔壁の最頂部に蓋体として厚さ１ｍｍのソーダライムガラス基板を有機接着材で接着して評価用のインクジェットプリンタヘッドを作製し、該インクジェットプリンタヘッドのインク加圧室毎に水銀を圧入し、水銀の重量からインク加圧室の容量を測定したところ、３００個のインク加圧室の容量のばらつきは±６．４％と後述する比較例に比べて非常に小さいものであった。
【００８１】
（実施例５）
実施例４のジルコニアセラミックスから成る基板を、厚さ１ｍｍのＰＺＴから成る基板に変更して、実施例４と同様にして評価用の試料を作製したところ、割れることなく焼成できており、基板の反りも３０ｃｍあたり最大８μｍと後述する比較例に比べて非常に小さいものであり、隔壁には欠け等の不良は認められなかった。
【００８２】
また、得られた評価用の試料の隔壁の最頂部と基板の裏面に分極用のＰｔ電極をそれぞれ形成して隔壁の分極を行ったあと、隔壁の両側面に駆動用としてＰｔ電極をスパッタリング法にて形成し、隔壁の最頂部に蓋体として厚さ１ｍｍのソーダライムガラス基板を有機接着材で接着して評価用のインクジェットプリンタヘッドを作製し、該インクジェットプリンタヘッドのインク加圧室毎に水銀を圧入し、水銀の重量からインク加圧室の容量を測定したところ、３００個のインク加圧室の容量のばらつきは±８．６％と後述する比較例に比べて非常に小さいものであった。
【００８３】
（実施例６）
実施例４のロール状成形型の替わりに、アルミニウム平板により溝を形成し、インクジェットプリンタヘッドを作製した。この場合も同様に試料は割れることなく焼成でき、基板の反りも３０ｃｍあたり最大７μｍときわめて小さいものであり、隔壁の欠け等の不良は認められなかった。またインク加圧室の容量のばらつきを測定したところ、±７．０％と極めて小さいものであった。
【００８４】
（実施例７）
実施例５のロール状成形型の替わりに、アルミニウム平板により溝を形成し、インクジェットプリンタヘッドを作製した。この場合も同様に試料は割れることなく焼成でき、基板の反りも３０ｃｍあたり最大９μｍときわめて小さいものであり、隔壁の欠け等の不良は認められなかった。またインク加圧室の容量のばらつきを測定したところ、±９．０％と極めて小さいものであった。
【００８５】
（実施例８）
実施例４のロ−ル状成形型の表面にテフロンコ−ティング処理を施し、同様にしてインクジェットプリンタヘッドを作製し評価したところ、基板の反りが３０ｃｍあたり最大６μｍ、インク加圧室の容量ばらつきが３％となり、その結果は実施例４よりさらに優れていた。
【００８６】
（実施例９）
実施例５のロ−ル状成形型の表面にテフロンコ−ティング処理を施し、同様にしてインクジェットプリンタヘッドを作製し評価したところ、基板の反りが３０ｃｍあたり最大８μｍ、インク加圧室の容量ばらつきが４％となり、その結果は実施例５よりさらに優れていた。
【００８７】
（実施例１０）
実施例６のアルミニウム平板成形型の表面にテフロンコ−ティング処理を施し、同様にしてインクジェットプリンタヘッドを作製し評価したところ、基板の反りが３０ｃｍあたり最大７μｍ、インク加圧室の容量ばらつきが±６．４％となり、その結果は実施例６と同様であった。
【００８８】
（実施例１１）
実施例７のアルミニウム平板成形型の表面にテフロンコ−ティング処理を施し、同様にしてインクジェットプリンタヘッドを作製し評価したところ、基板の反りが３０ｃｍあたり最大８μｍ、インク加圧室の容量ばらつきは±８．６％となり、その結果は実施例７と同様であった。
【００８９】
（比較例２）
ＰＺＴ基板をダイシングソ−により溝幅７０μｍ、溝深さ２００μｍ、隔壁幅７０μｍの切削加工を行ったところ、加工中に隔壁が破損したり、基板の反りも３０ｃｍあたり８５μｍと大きく、チッピングによる欠けも多く発生した。
【００９０】
また、得られた基板を実施例４と同様にして評価用のインクジェットプリンタヘッドを製作し、インク加圧室の容量ばらつきを評価したところ±１５％にも及ぶものであった。しかも、比較例２の溝深さは一様でなく、インク加圧室の流路方向へ向かって漸次深さが浅くなる構造となるが、それに比べ、前述の実施例は溝全体が一定の深さとなり、駆動部となる隔壁の変形領域が広くとれることから、インクを吐出する点においては、より容量の大きい液滴を噴射でき、駆動エネルギ−が少なくて済むなどの利点が得られた。
【００９１】
なお、本実施例において、成形型の寸法（溝幅、ピッチ、溝深さ）は任意に設定することができるが、微細で高精度のヘッドを得るためには、溝幅は１５０μｍ以下、ピッチは５５０μｍ以下、溝深さは５００μｍ以下が良く、好適には溝幅は３５〜１２０μｍ、ピッチは３５０μｍ以下であることが好ましい。
【００９２】
【発明の効果】
本発明のインクジェットプリンタヘッド及びその製造方法によれば、インク加圧室を構成する隔壁の欠けや形状不良の欠陥が極めて少なくなって製造歩留りが向上し、生産性が高まり、一回の工程で高精細な形状の隔壁を成形でき、繰り返し工程の必要がなく、高精度で微細な間隔の隔壁を有する容積が均一なインク加圧室を備えた部材を安価にかつ効率良く製造することができ、また、溝部の深さが一定であることから、吐出能力の高い、より低エネルギ−の部材を効率よく製造することができ、該製造方法により得られたインクジェットプリンタヘッドは安定したインク吐出特性を有するものとなり、インク噴射装置に最適なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインクジェットプリンタヘッドの製造方法を示す一工程図である。
【図２】本発明の他のインクジェットプリンタヘッドの製造方法を示す工程図である。
【図３】本発明のさらに他のインクジェットプリンタヘッドの製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
１，２１，４１ ・・・インクジェットプリンタヘッド
２ ・・・ノズル孔
３，２３，４３ ・・・基板
４，２４，４４ ・・・隔壁成形用組成物
５，２５，４５ ・・・成形型
６，２６，４６ ・・・溝
７，２７，４７ ・・・ロール状成形型
８，２８，４８ ・・・隔壁成形体
９，２９，４９ ・・・空所
１０，３０，５０・・・隔壁
１１，３１，５１・・・蓋体
１２，３２，５２・・・インク加圧室
１３ ・・・圧電素子
１４ ・・・圧電／電歪膜
１５ ・・・電極
３４，５４ ・・・駆動用の電極
３５，５５ ・・・分極用の電極
Claims (7)
- 基板の表面に隔壁成形用組成物を層状に被着させると共に成形型で塑性変形させて上記基板の表面に空所を形成する隔壁成形体を成形し、次に得られた隔壁成形体を前記基板と共に加熱して脱バインダ−処理を施すと共に焼成して一体化した隔壁を形成した後、該隔壁の最頂部に蓋体を接合してインク加圧室を形成し、該インク加圧室を構成する壁の少なくとも一部を、圧電素子により変形させて圧力を発生させることにより上記インク加圧室に充填されたインクをインク加圧室に連通するノズル孔より噴射させるようにしたことを特徴とするインクジェットプリンタヘッド。
- 基板の表面に圧電材料からなる隔壁成形用組成物を層状に被着させると共に成形型で塑性変形させて上記基板の表面に空所を形成する隔壁成形体を成形し、次に得られた隔壁成形体を前記基板と共に加熱して脱バインダ−処理を施すと共に焼成して一体化した隔壁を形成した後、該隔壁の最頂部に蓋体を接合してインク加圧室を形成し、該インク加圧室を構成する壁を直接変形させて圧力を発生させることにより上記インク加圧室に充填されたインクをインク加圧室に連通するノズル孔より噴射させるようにしたことを特徴とするインクジェットプリンタヘッド。
- 上記インク加圧室を構成する基板又は蓋体にインク加圧室と連通するノズル孔を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインクジェットプリンタヘッド。
- 前記インク加圧室の容量のばらつきが５％以内であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のインクジェットプリンタヘッド。
- 基板の表面に隔壁成形用組成物を層状に被着させると共に成形型で塑性変形させて上記基板の表面に空所を形成する隔壁成形体を成形し、次に得られた隔壁成形体を前記基板と共に加熱して脱バインダ−処理を施すと共に焼成して一体化した隔壁を形成した後、該隔壁の最頂部に蓋体を接合してインク加圧室を形成し、該インク加圧室を構成する蓋体又は基板に圧電素子を設けた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。
- 基板の表面に圧電材料からなる隔壁成形用組成物を層状に被着させると共に成形型で塑性変形させて上記基板の表面に空所を形成する隔壁成形体を成形し、次に得られた隔壁成形体を前記基板と共に加熱して脱バインダ−処理を施すと共に焼成して一体化した隔壁を形成した後、該隔壁の変形させる部分に電極を設け、しかるのち、隔壁の最頂部に蓋体を接合してインク加圧室を形成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。
- 前記隔壁成形体で形成される空所を、隔壁形状に相当する複数の溝を刻設したロ−ル状成形型で隔壁成形用組成物を押圧して塑性変形させて成形することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
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