JP4185379B2 - Image forming apparatus - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は多層エレクトレットアクチュエータを有する液滴吐出ヘッドを備える画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
インクジェットヘッドなどの液滴吐出ヘッド、マイクロポンプ、マイクロ光変調デバイス、光スイッチなどの光学デバイス、マイクロスイッチ(マイクロリレー)、マイクロ流量計、圧力センサ、マイクロモータなどの各種マイクロデバイスにおいては、マイクロアクチュエータが用いられる。
【0003】
例えば、プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の画像記録装置(画像形成装置)として用いるインクジェット記録装置に使用するインクジェットヘッドでは、インク流路内のインクを加圧するエネルギーを発生するアクチュエータ手段として振動板を変形させる圧電素子などの圧電型アクチュエータや静電型アクチュエータが用いられる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、機械的駆動を行うことができるアクチュエータとしては、上述したようなPZTを主体とする圧電型アクチュエータや静電力を用いる静電型アクチュエータがあるが、前者の圧電型アクチュエータは鉛を含むPZTが主体であり、また後者の静電型アクチュエータは発生できる駆動力がさほど大きくないという課題がある。
【0005】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、新規な多層エレクトレットアクチュエータを有する滴吐出特性に優れた画像形成装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係る画像形成装置は、
液滴を吐出する複数のノズルがそれぞれ連通する各圧力室の壁面を形成する振動板に、複数の無機エレクトレット層を層間に電極を介在させて設けた多層エレクトレットアクチュエータを有する液滴吐出ヘッドと、
前記多層エレクトレットアクチュエータの前記電極に対して駆動波形を印加する駆動手段と、を備え、
前記駆動手段は、前記複数のエレクトレット層の各々にそれぞれ異なる駆動波形を印加する
構成とした。
【0007】
ここで、前記多層エレクトレットアクチュエータの前記無機エレクトレット層は無機材料を配向分極、イオン分極、電子分極させたエレクトレット層であり、前記複数のエレクトレット層中にはエレクトレット配向、分極の極性が反転した層を含む構成とできる。
【0008】
また、前記多層エレクトレットアクチュエータ前記複数のエレクトレット層中には異種のエレクトレット層を含む構成とできる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
先ず、図1を参照して本発明に係る多層エレクトレットアクチュエータを含む本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドの第1実施形態について説明する。なお、同図は同ヘッドの要部断面説明図である。
【0013】
このインクジェットヘッドは、本発明に係る多層エレクトレットアクチュエータ1と、隔壁部材2と、ノズル部材3とを接合して、ノズル部材3に形成したインク滴を吐出させるためのノズル4に連通する圧力室5を形成している。
【0014】
そして、多層エレクトレットアクチュエータ1を駆動することによって圧力室5内のインクを加圧することによってノズル4からインク滴(液滴)6を吐出させることができる。
【0015】
ここで、多層エレクトレットアクチュエータ1は、圧力室5の壁面を形成する変形可能な部材である振動板11に無機エレクトレット層(無機材料エレクトレット)12、12を二層構造で積層し、振動板11をメタル系材料で形成することで電極部材を兼ねさせ、また無機エレクトレット層12、12間及び最上層の無機エレクトレット層12の表面に電極13を形成することで、無機エレクトレット層12、12の両面に電極(振動板)11,13、13を形成したものである。
【0016】
この実施形態では、無機エレクトレット層12及び電極13の幅を圧力室5の幅よりも狭く形成している。また、振動板11が電極を兼ねているが、振動板11自体は絶縁性部材で形成し、この振動板11上に電極を形成することもできる。
【0017】
それぞれの無機エレクトレット層12は無機材料を配向分極、イオン分極、電子分極させたものである。
【0018】
無機材料は陽イオン性、負イオン性の材料、または陽極性、負極性の分子団、或いは、電気陰性度の異なるイオン元素、または原子団を含ませて結晶化させて、電界を与え配向分極、イオン分極、電子分極させて無機エレクトレット層を構成する。この無機エレクトレット層の両面の電極間に矩形波、あるいは交番電圧を印加することで、全体としてモノモルフ振動或いはモノモルフ機械的駆動が生起する。
【0019】
このような無機エレクトレット層の製造工程の一例について図2及び図3を参照して説明する。
先ず、図2に示すように、例えば、コーデライトの2MgO・2Al23・5SiO2複合酸化物の微粉末(平均粒径0.5〜3μm)に微粉末(平均粒径0.5〜3μm)のLa23を0.5〜1wt%混合した材料22を、ベルト23上に供給してプレスローラ24で加圧、層厚規制をしながら厚み50μmのグリーンシート21を形成し、このグリーンシート21上にカバーシート25を供給して加圧ローラ26で加圧することで、図3(a)に示すようなグリーンシート部材を得る。
【0020】
そして、図3(b)に示すようにグリーンシート21に脱水処理を施し、同図(b)に示すように400〜500℃で一次焼成を行い、更に同図(d)に示すように、850〜1200℃で焼成させると、高剛性(8000〜15000kg/mm2)の結晶歪みの大きな材料31が得られる。この材料31は結晶性と非晶体の混合組成である。
【0021】
その後、同図(e)に示すように材料31の両面に金属電極32、33を付け、同図(f)に示すように大気中で、450℃雰囲気に置き、電極32、33間にDC300Vを印加させ、1時間保持した後、同(g)に示すようにDC300V電界印加のまま除冷させ室温になるまで放置する。これにより、同図(h)に示すように、配向、分極が生じて、結晶体部分は大きく歪みを保持したまま維持され、内部分極が大きい状態で無機エレクトレット化した無機エレクトレット層20が得られる。
【0022】
ここで、この無機エレクトレットを用いたデバイスの基本構成は、上述したように、例えば変形可能部材(以下、「振動板」ともいう。)を、導電材料、或いは絶縁材料の表面に電極材料をコーテイングしたもので形成して、この振動板を下電極32とし、この下電極33に上記無機材料のペーストやゾル・ゲルをスクリーン印刷、或いはメタルマスク印刷し、焼結条件で無機酸化物を形成する。そして、メタルマスク印刷時あるいは、乾式や湿式のエッチングで目的素子に分割した後又は前に、上電極33を金属ペーストの印刷で形成、焼結する。この下、上電極32、33に電圧印加と加熱を同時に行って、無機エレクトレット化する。
【0023】
このように、無機材料を配向分極、イオン分極、電子分極させたエレクトレット層を含むことで、無鉛の機械的強度の大きな新規なアクチュエータを得ることができる。
【0024】
ここで、無機材料には、強誘電体、誘電体、または固体電解質材料を含む、さらに、これらの粒子配向セラミックスを包含するものである。具体的な材料としては、ZrTiO4−SnO2TiO2、Fe23−NiO、Zn2TiO2、ZnNiTiO4、ZnFe24、KOAl−SiO、CaOAl、BaTiO、AlTiO、MgOAl等多くの分極性無機材料がある。
【0025】
また、遷移金属系の添加により、多価原子団によるイオン化、配向分極化が可能である。結晶構造としてはスピネル構造、ぺロブスカイト構造や焼結体の部分的に結晶化し、立方体、長方体、斜方体、菱面体等が存在する。
【0026】
焼結温度は材料の組み合わせと組成比や、原材料の出発材料、さらに材料の粒子依存性による。200℃〜1200℃程度であるが、通常は300℃〜600℃で良い結果が得られる。吸湿性や印加電圧による強電界による分極反転が起き機能劣化が発生するが、本例の雰囲気制御条件では、材料の脱水性、高酸化物状態であり、また表面電極金属膜保護により、信頼性、寿命は満足される。
【0027】
工程としては、これらの結晶の一部に歪みを形成させることが必要であるが、膜厚1μm〜300μm1μmで、300℃〜400℃の加熱温度で、印加電圧はDC50V〜500Vで十分である。
【0028】
また、粒子配向セラミックスとは焼結させたイオン性の異方性微粉末を一次焼結させ、さらに高温の加圧方向性を持たせ、二次加圧焼結結晶化させると、配向性セラミックスが得られ分極した状態になる。
【0029】
ここでも、この無機エレクトレットを用いたデバイスの基本構成は、例えば振動板を導電材料、或いは絶縁材料の表面に電極材料をコーテイングたもので形成して、これを下電極とし、この下電極に上記無機材料のペーストやゾル・ゲルをスクリーン印刷、或いはメタルマスク印刷し、焼結条件で無機酸化物を形成する。そして、メタルマスク印刷時あるいは、乾式や湿式のエッチングで目的素子に分割した後、次に、上電極を金属ペーストの印刷で形成、焼結する。この上下電極に電圧印加と加熱を同時に行って、無機エレクトレット化する。
【0030】
このように、無機材料が強誘電体、誘電体、又は固体電解質材料を含むことで、これらの材料は材料自体がダイポールモーメントを持ち分極配向性があるので、大きな変位量が得られる。
【0031】
また、無機材料に目的金属イオンをイオン打ち込み装置で選択的に打ち込み組成化することもできる。
【0032】
一般的には、有機材料では、コロナ放電によるものが多い。有機樹脂材料についてはフッソ樹脂系を始めナイロン(登録商標)11等、雑多のブレンド樹脂の表面に、電子打ち込みやイオン打ち込みにより結晶構造に欠陥発生を誘起させ、歪みを形成してイオン分極や電荷分極を行っている。
【0033】
これに対して、無機材料ではシリコンウエハの表面熱酸化膜SiO(結晶性酸化シリコン膜)に電子線を照射し、格子欠陥を発生させ、電荷トラップ層を形成して、エレクトレット層を作成することができる。しかしながら、無機材料では電子打ち込みによる結晶歪みは小さく、効果が殆ど無い。
【0034】
そこで、ここでは、減圧中で金属イオンを打ち込むようにしている。このようなエレクトレット層の製作工程について図4を参照して説明する。
先ず、同図(a)に示すような複合酸化物41に、同図(b)に示すようにB、Sb、P、Ti、Bi、W、Mnなどの加速イオンを打ち込むと、同図(c)に示すように複合酸化物41の表面から100〜3000Å程度までイオンが入るが、ここでは、金属は混在する状態でイオン化していない結晶歪みのみである。
【0035】
さらに、同図(d)に示すように、焼結拡散処理(加熱拡散処理)を行うことで、金属イオンは0.5〜10μmに達しイオン化する。これにより、結晶歪みとイオン効果の相効果が発揮できる。そして、同図(e)に示すように電極32,33を付してエレクトレット化を行ってエレクトレット層20を形成する。この場合、イオン分極と電荷分極、配向分極は大きいものが得られる。
【0036】
このように、無機材料に目的金属イオンが選択的に打ち込まれて組成化されている構成とすることで、結晶歪みの増大と導入多価イオンの組成化でイオン配向と分極が大きくなる。
【0037】
また、無機材料として、金属酸化物(TiO、NiO、Al、Fe、MnO、CoO3/CoO、Sn/SnO、ZnO等)やアルカリ土類元素化合酸化物(BaO、KO、CaO、MgO等)と強誘電体、誘電体、または固体電解質材料を含むZrTiO−SnOTiO、Fe−NiO、ZnTiO、さらにZnNiTiO、ZnFe、KOAl−SiO、CaOAl、BaTiO、AlTiO、MgOAl等などの分極性無機材料の混合組成としたものを用いることができる。
【0038】
特に、アルカリ土類元素の化合物は、その元素イオン団が陽イオンとして、他の無機材料が負イオンとして働き、その結晶性も大きく、イオン配向性が高い材料である。複合酸化物焼成時の酸化還元雰囲気制御で、イオン性の大きな材料が得られる。
【0039】
この形態の概念を図5に示している。同図の例はイオン団の陰性度による分極の例であり、配向、分極が容易に起こる。実際は、MgAlやKSiO、BaFe等の複合塩の物質が高温と電界で分極する。
【0040】
このように、無機材料が金属酸化物又はアルカリ土類金属酸化物を含む構成とすることで、イオン、電荷分極を大きくすることができる。
【0041】
さらに、ZrTiO−SnOTiO、Fe−NiO、ZnTiO、さらにZnNiTiO、ZnFe、KOAl−SiO、CaOAl、BaTiO、AlTiO、MgOAl等などの分極性無機材料と、非金属元素のSiO、B、P、Sb2O5、Bi2O3)の混合材料に、さらに遷移元素酸化物である(V、Cr、CuO、Y、Zr、Nb、Mo、PD、La等を混成させた複合酸化物を用いることができ、この遷移元素を含む複合酸化物の焼成状態と雰囲気により、原子価制御が容易である。これは結晶歪みの大きさを結果として制御することができる。
【0042】
この形態の概念図を図6に示している。無機誘電体、多価非金属元素、遷移元素の混合酸化物は、焼成雰囲気、特に、多価原子と遷移元素は第2イオン化電位も低いことから、容易にイオン化し、加熱と電界でイオン分極、配向分極が生じる。
【0043】
このように、無機材料が遷移金属酸化物を含む複合酸化物である構成とすることで、多価元素の持つ、結晶体の中で未結合イオンが保持でき、大きなイオン分極が得られる。
【0044】
次に、無機エレクトレット層における無機材料の成膜について説明する。
例えば、気相成長法を用いることができる。この場合には、プラズマCVD装置を用いて、例えば図7に示すように、無機材料の昇華性の高い有機金属、塩化物を減圧、加熱により下地電極を構成する基板51を保持したチャンバー内52に導入し、プラズマや酸化反応ガスと接触させ、気相成長させる。なお、同図中、53はノズル、54はアノード、55はカソード、56はモータ、57はヒータ、58は摺動接点である。また、平行平板電極型プラズマCVD装置の概略を図8に示している。
【0045】
また、蒸着法を用いることができる。この場合には、目的の無機材料や金属を加熱昇華させ、酸化性ガスをチャンバー内に導入し、蒸着法成膜で膜を形成する。
さらに、スパッタ法で金属材料はDC電源とスパッタガス(Ar,He,N2のどれかとさらにO添加)による放電スパッタで行ない、導電性が無い無機材料は高周波電源を用いて同様のスパッタガスでRFスパッタを行なうことができる。
【0046】
CVD装置やスパッタ装置は、薄膜形成に適しており、その膜成長10〜300Å/分程度である。また、基板加熱により結晶成長させながら成膜することが容易にできる。
【0047】
これらのいずれかの方法を用いて成膜するとき、目的に合わせて、1層或いは多層成膜し、成膜時に基板加熱と反応ガスを導入し、プラズマ反応による酸化物や、チッ化物を形成させ、結晶性や非晶性を制御する。
【0048】
この場合、形成される薄膜は平坦であるので、次に上電極を蒸着法やホトリソ法で形成し、加熱と電界により、無機エレクトレット層とする。
【0049】
また、薄膜で分極効果が大きいことからアクチエータとして、マルチ化で各素子化するとき、上電極の個別化のみで、素子分割せずとも各素子間の相互干渉は小さく、従来の分割工程は不要であり、微細分割が可能である。
【0050】
このように、無機材料を気相成長法又は蒸着法製膜で基板上に1層又は多層成膜し、成膜時に基板加熱と反応ガスを導入して、酸化物又はチッ化物を形成して結晶性又は非晶性を制御してエレクトレット層を形成することで、結晶性や非晶性を容易に制御することができる。
【0051】
次に、図9を参照して本発明に係る多層エレクトレットアクチュエータを含む本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドの第2実施形態について説明する。なお、同図は同ヘッドの要部断面説明図である。
この実施形態では、駆動電極となる電極13の幅(領域)を圧力室5の幅よりも小さくすることで、多層エレクトレットアクチュエータ1の駆動領域(部分)を電極13で制約している。すなわち、電極13を形成した領域が振動領域となる。
【0052】
このように構成した場合、相互干渉が小さくなるとともに、無機エレクトレット層12を各チャンネル毎に分割しないでも、各圧力室5に対応した独立の電極13を設けることによって容易にマルチ駆動素子を得ることができる。
【0053】
次に、図10を参照して本発明に係る多層エレクトレットアクチュエータを含む本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドの第3実施形態について説明する。なお、同図は同ヘッドの要部断面説明図である。
このインクジェットヘッドは、本発明に係る多層エレクトレットアクチュエータ61と、隔壁部材2と、ノズル部材3とを接合して、ノズル部材3に形成したインク滴を吐出させるためのノズル4に連通する圧力室5を形成している。
【0054】
そして、多層エレクトレットアクチュエータ61を駆動することによって圧力室5内のインクを加圧することによってノズル4からインク滴(液滴)6を吐出させることができる。
【0055】
ここで、多層エレクトレットアクチュエータ61は、圧力室5の壁面を形成する変形可能な部材である振動板11に無機エレクトレット層(無機材料エレクトレット)12をn層(n>2、ここではn=6層で例示している。)積層した構造で、振動板11をメタル系材料で形成することで電極部材を兼ねさせ、また無機エレクトレット層12、12間及び最上層の無機エレクトレット層12の表面に電極13を形成することで、無機エレクトレット層12、12の両面に電極(振動板)11、13、13を形成したものである。なお、その他の構成は前記第1実施形態と同様である。
【0056】
この実施形態の多層エレクトレットアクチュエータ61は、第1、第2実施形態の多層エレクトレットアクチュエータ1がバイモルフ的駆動を行うものに対し、積層数が多くなることで、剛性が高くなり、共振周波数が大きくなって、高周波駆動が可能で、大きな駆動力が得られる。
【0057】
この多層エレクトレットアクチュエータ61の製造工程は前記第1実施形態で説明したと同様である。つまり、第1実施形態で説明した工法で、同一の無機材料エレクトレット層を多層とするもので、製法は振動板上に一般的な無機材料のゾルゲルや一次焼成材料の薄膜スクリーン印刷法でパターン化し、焼成結晶化させる。また、公知である薄膜グリーンシートの積層と焼成結晶化や、CVD等、真空空間で結晶成長と積層をドライ法で作製することができる。
【0058】
特に、ドライ式の減圧蒸着法は、以下に示すパラメータがあり、無機エレクトレット材料製膜要因の選択と条件で結晶と非晶質の割合が制御できる。すなわち、サブストレイト加熱温度や、RF(高周波)プラズマにバイアスを印加させ、イオン種選択や基板へのイオン種打ち込みで接合と衝撃マイグレーションでの結晶化度の制御と剛性向上が相乗し、固有振動数も高く、高周波駆動が可能になる。これは、特に、高粘度インクやアクチエータの駆動変位量を大きくし、高周波駆動を必要とする場合有効である。
【0059】
次に、図11を参照して本発明に係る多層エレクトレットアクチュエータを含む本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドの第4実施形態について説明する。なお、同図は同ヘッドの要部断面説明図である。
【0060】
この実施形態は、上記第3実施形態において、第2実施形態と同様に電極13の幅(領域)を圧力室5の幅よりも小さくすることで、多層エレクトレットアクチュエータ61の駆動領域(部分)を電極13で制約している。すなわち、電極13を形成した領域が振動領域となる。これにより、前記第2、第3実施形態の作用効果が得られる。
【0061】
次に、図12を参照して本発明に係る多層エレクトレットアクチュエータの駆動装置を含む画像形成装置の実施形態について説明する。なお、同図は同ヘッドの要部断面説明図である。
この画像形成装置では、アクチュエータ部である多層エレクトレットアクチュエータ61の電極を兼ねる振動板11及び各電極13にデューティ、駆動電圧、パルス幅などの駆動パラメータを調整可能な駆動波形を印加する駆動手段71を備えている。
【0062】
すなわち、マルチノズルのインクジェットヘッドを構成した場合、各チャンネル毎の画素サイズが異なる場合は、インク噴射の液滴量を調整する必要がある。この場合、駆動波形(駆動パルス)のデューティ等を調整又は変化させることによってインク滴量を変化させることができる。
【0063】
そこで、アクチュエータ部に本発明に係る多層エレクトレットアクチュエータ61を用いることによって、制御範囲が大きくなり、各アクチエータ部の駆動電極に対する駆動パルスの極性の正負を必要に応じて変化させたり、駆動する層数を増減したり、あるいは、駆動波形のデューティを変化させたり、駆動電圧を変化させることによって、各アクチュエータ部の駆動変位を調整する。
【0064】
これにより、インク滴の大小を制御して画素ドットサイズを変化させることができるので、各チャンネル間での滴バラツキを低減し、あるいは、ドットサイズを変化させて階調を表現することができるようになる。
【0065】
例えば、図12において、3層の電極13について上層、中層、下層の電極13をそれぞれ電極EL1、電極EL2、電極EL3、振動板11を電極EL4として、各電極EL1、EL2、EL3、EL4に対する駆動波形として、例えば図13に示すようなパターン▲1▼〜▲6▼のように変化させた場合、図14に示すように多層エレクトレットアクチュエータ61の変位量は各パターン▲1▼〜▲6▼に応じて変化する。
【0066】
ここで、駆動波形の電位(絶対値)をVh、Vm、Vl(Vh>Vm>Vl)として、パターン▲1▼は各電極EL1=+Vh、EL2=+Vm、EL3=+Vl、EL4=0とした例、パターン▲2▼は各電極EL1=−Vh、EL2=−Vm、EL3=−Vl、EL4=0とした例、パターン▲3▼は各電極EL1=−Vm、EL2=−Vl、EL3=0、EL4=+Vlとした例、パターン▲4▼は各電極EL1=+Vl、EL2=0、EL3=+Vl、EL4=0とした例、パターン▲5▼は各電極EL1=0、EL2=+Vl、EL3=0、EL4=+Vlとした例、パターン▲6▼は各電極EL1=+Vh、EL2=+Vm、EL3=+Vl、EL4=0とし、かつ、パルス幅Pwをパターン▲1▼〜▲5▼に比べて2倍にした例である。
【0067】
これにより、パターン▲1▼はプル・プッシュ、同▲2▼はプッシュ、同▲3▼はプッシュ、同▲4▼はプル・プッシュ、同▲5▼はプッシュ、同▲6▼はプル・プッシュ、でそれぞれ駆動され、パターン▲1▼〜▲3▼では略同じ変位量を得られ、
【0068】
次に、図15を参照して本発明に係る多層エレクトレットアクチュエータを含む本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドの第5実施形態について説明する。なお、同図は同ヘッドの要部断面説明図である。
【0069】
この実施形態の多層エレクトレットアクチュエータ81は、振動板11上に異種無機材料の無機エレクトレット層15、16を積層形成し、また駆動領域は電極13の幅で規定するようにしている。
【0070】
この場合、このように異種無機材料エレクトレット層を2層とし、2層の異種材料の歪み率を変える、例えば、歪み量の大きい材料と歪み量の小さい材料を組み合わせることで、その変位量が大きく、目的とする変位量を調整することできる。また、剛性の異なる材料を2層にし、隣接チャンネル間の障壁層(隔壁部)側の歪み材料の剛性を小さくすることで、駆動変位の隣接チャンネルへの相互干渉を小さくすることができる。
【0071】
ここでは、隔壁部材2の無機エレクトレット層15として剛性の小さいものを、無機エレクトレット層16として剛性の大きなものを積層することにより、駆動時の振動が減衰して相互干渉が小さくなるようにしている。
【0072】
次に、図16を参照して本発明に係る多層エレクトレットアクチュエータを含む本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドの第6実施形態について説明する。なお、同図は同ヘッドの要部断面説明図である。
この実施形態では、多層エレクトレットアクチュエータ91を構成する無機エレクトレット層92〜95として、エレクトレット材料を異ならせたり、エレクトレット配向や分極の極性をすべて順方向でなく一部を逆方向にしている。ここでは、無機エレクトレット層92、95を順方向、無機エレクトレット層93、94を逆方向にしている。
【0073】
このように複層の無機エレクトレット層中にエレクトレット配向や分極の極性が異なる層を含ませることによって、駆動時のパルスパターンと整合させることでインク滴の制御を行うことができ、インク滴量の適正化を図れる。
【0074】
上述したような多層エレクトレットアクチュエータを用いたマルチノズルインクジェットヘッドの異なる例を図17及び図18に示している。図17は第1実施形態でマルチ化した例、図18は第2実施形態でマルチ化した例である。なお、インクに限らず、液体を吐出する液滴吐出ヘッドに適用することができる。
【0075】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る画像形成装置によれば、液滴を吐出する複数のノズルがそれぞれ連通する各圧力室の壁面を形成する振動板に、複数の無機エレクトレット層を層間に電極を介在させて設けた多層エレクトレットアクチュエータを有する液滴吐出ヘッドと、多層エレクトレットアクチュエータの電極に対して駆動波形を印加する駆動手段と、を有し、駆動手段は、複数のエレクトレット層の各々にそれぞれ異なる駆動波形を印加する構成としたので、新規な多層エレクトレットアクチュエータを有する滴吐出特性に優れた画像形成装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る多層エレクトレットアクチュエータを含む本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドの第1実施形態の要部断面説明図
【図2】同多層エレクトレットアクチュエータの無機エレクトレット層の製造工程の一例の説明に供する説明図
【図3】図2に続く工程を説明する断面説明図
【図4】同じく無機エレクトレット層の他の製造工程の説明に供する断面説明図
【図5】同じく他の無機エレクトレット層の説明に供する概念図
【図6】同じく更に他の無機エレクトレット層の説明に供する概念図
【図7】同じく無機エレクトレット層の更に他の製造工程の説明に供するCVD装置の概略説明図
【図8】同じくCVD装置の他の例の概略説明図
【図9】同じくインクジェットヘッドの第2実施形態の要部断面説明図
【図10】同じくインクジェットヘッドの第3実施形態の要部断面説明図
【図11】同じくインクジェットヘッドの第4実施形態の要部断面説明図
【図12】本発明に係る多層エレクトレットアクチュエータの駆動装置の実施形態の説明に供する説明図
【図13】多層エレクトレットアクチュエータの電極に対する駆動波形の異なる例を説明する説明図
【図14】図13の各パターンにおける変位量の説明に供する説明図
【図15】同じくインクジェットヘッドの第5実施形態の要部断面説明図
【図16】同じくインクジェットヘッドの第6実施形態の要部断面説明図
【図17】マルチノズルヘッドの一例を説明する説明図
【図18】マルチノズルヘッドの他の例を説明する説明図
【符号の説明】
1、61、81、91…多層エレクトレットアクチュエータ、2…隔壁部材、3…ノズル板、4…ノズル、11…振動板、12…無機エレクトレット層、15、16、92〜95、13…電極、
[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to an image forming apparatus including a droplet discharge head having a multilayer electret actuator.
[0002]
[Prior art]
Micro actuators in various micro devices such as inkjet heads and other liquid ejection heads, micro pumps, micro light modulation devices, optical devices such as optical switches, micro switches (micro relays), micro flow meters, pressure sensors, micro motors, etc. Is used.
[0003]
For example, in an inkjet head used in an inkjet recording apparatus used as an image recording apparatus (image forming apparatus) such as a printer, a facsimile, a copying apparatus, or a plotter, a diaphragm is used as an actuator unit that generates energy for pressurizing ink in the ink flow path. A piezoelectric actuator such as a piezoelectric element that deforms the electrode or an electrostatic actuator is used.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, as an actuator capable of performing mechanical drive, there are a piezoelectric actuator mainly composed of PZT as described above and an electrostatic actuator using an electrostatic force. The former piezoelectric actuator is made of PZT containing lead. The latter electrostatic actuator has a problem that the driving force that can be generated is not so large.
[0005]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an image forming apparatus having a novel multilayer electret actuator and excellent in droplet discharge characteristics .
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, an image forming apparatus according to the present invention provides:
A droplet discharge head having a multilayer electret actuator in which a plurality of inorganic electret layers are provided with electrodes interposed between layers on a diaphragm that forms the wall surface of each pressure chamber through which a plurality of nozzles that discharge droplets communicate with each other;
Driving means for applying a driving waveform to the electrodes of the multilayer electret actuator,
The drive means is configured to apply different drive waveforms to each of the plurality of electret layers.
[0007]
Here, the above inorganic electret layer of the multilayer electret actuator orientation polarization inorganic materials, ionic polarization, Ri electret layer der obtained by electronic polarization, layer electret orientation, the polarity of the polarization is reversed in the plurality of electret layers Can be configured.
[0008]
Further, the plurality of electret layers of the multilayer electret actuator can include different types of electret layers.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
First, a first embodiment of an ink jet head that is a droplet discharge head according to the present invention including a multilayer electret actuator according to the present invention will be described with reference to FIG. This figure is a cross-sectional explanatory view of the main part of the head.
[0013]
This inkjet head has a pressure chamber 5 that communicates with a nozzle 4 for ejecting ink droplets formed on the nozzle member 3 by joining the multilayer electret actuator 1, the partition member 2, and the nozzle member 3 according to the present invention. Is forming.
[0014]
Then, by driving the multilayer electret actuator 1 and pressurizing the ink in the pressure chamber 5, ink droplets (droplets) 6 can be ejected from the nozzles 4.
[0015]
Here, the multilayer electret actuator 1 is formed by laminating inorganic electret layers (inorganic material electrets) 12 and 12 in a two-layer structure on a diaphragm 11 that is a deformable member that forms the wall surface of the pressure chamber 5. By forming it with a metal-based material, it also serves as an electrode member, and by forming electrodes 13 between the inorganic electret layers 12 and 12 and on the surface of the uppermost inorganic electret layer 12, both sides of the inorganic electret layers 12 and 12 are formed. Electrodes (diaphragms) 11, 13, and 13 are formed.
[0016]
In this embodiment, the width of the inorganic electret layer 12 and the electrode 13 is narrower than the width of the pressure chamber 5. The diaphragm 11 also serves as an electrode. However, the diaphragm 11 itself can be formed of an insulating member, and the electrode can be formed on the diaphragm 11.
[0017]
Each inorganic electret layer 12 is formed by subjecting an inorganic material to orientation polarization, ion polarization, and electronic polarization.
[0018]
Inorganic materials are cationic, negative ionic materials, or anodic or negative molecular groups, or ionic elements or atomic groups with different electronegativity are crystallized to give an electric field and orientation polarization. The inorganic electret layer is formed by ion polarization and electron polarization. By applying a rectangular wave or an alternating voltage between the electrodes on both sides of the inorganic electret layer, monomorph vibration or monomorph mechanical drive occurs as a whole.
[0019]
An example of the manufacturing process of such an inorganic electret layer is demonstrated with reference to FIG.2 and FIG.3.
First, as shown in FIG. 2, for example, a fine powder (average particle size of 0.5 to 3 μm) of 2MgO · 2Al 2 O 3 · 5SiO 2 composite oxide of cordierite (average particle size of 0.5 to 3 μm) is used. 3 μm) of La 2 O 3 mixed with 0.5 to 1 wt% of the material 22 is supplied onto the belt 23 and pressed by the press roller 24 to form a green sheet 21 having a thickness of 50 μm while controlling the layer thickness. A cover sheet 25 is supplied onto the green sheet 21 and is pressed by the pressure roller 26 to obtain a green sheet member as shown in FIG.
[0020]
Then, as shown in FIG. 3 (b), the green sheet 21 is subjected to dehydration treatment, as shown in FIG. 3 (b), primary firing is performed at 400 to 500 ° C., and as shown in FIG. 3 (d), When fired at 850 to 1200 ° C., a material 31 having high rigidity (8000 to 15000 kg / mm 2 ) and large crystal distortion can be obtained. This material 31 has a mixed composition of crystalline and amorphous.
[0021]
Thereafter, metal electrodes 32 and 33 are attached to both surfaces of the material 31 as shown in FIG. 5E, and are placed in the atmosphere at 450 ° C. in the atmosphere as shown in FIG. After holding for 1 hour, as shown in (g), it is cooled while applying a DC 300 V electric field and allowed to stand until it reaches room temperature. As a result, as shown in FIG. 6H, orientation and polarization occur, the crystal part is maintained with a large strain, and an inorganic electret layer 20 that is converted into an inorganic electret with a large internal polarization is obtained. .
[0022]
Here, as described above, the basic structure of a device using this inorganic electret is, for example, a deformable member (hereinafter also referred to as “vibrating plate”), and an electrode material coated on the surface of a conductive material or an insulating material. The diaphragm is used as a lower electrode 32, and the inorganic electrode paste or sol-gel is screen printed or metal mask printed on the lower electrode 33 to form an inorganic oxide under sintering conditions. . Then, the upper electrode 33 is formed and sintered by printing a metal paste at the time of metal mask printing or after or before being divided into target elements by dry or wet etching. Under this, voltage application and heating are simultaneously performed on the upper electrodes 32 and 33 to form inorganic electrets.
[0023]
Thus, by including an electret layer obtained by orientation-polarizing, ion-polarizing, and electronically-polarizing an inorganic material, a lead-free novel actuator with high mechanical strength can be obtained.
[0024]
Here, the inorganic material includes a ferroelectric, a dielectric, or a solid electrolyte material, and further includes these particle oriented ceramics. Specific materials include ZrTiO 4 —SnO 2 TiO 2 , Fe 2 O 3 —NiO, Zn 2 TiO 2 , ZnNiTiO 4 , ZnFe 2 O 4 , K 2 OAl 2 O 3 —SiO 2 , CaOAl 2 O 3 , There are many polarizable inorganic materials such as BaTiO 3 , Al 2 O 3 TiO 2 , MgOAl 2 O 3 .
[0025]
Moreover, ionization and orientation polarization by a polyvalent atomic group are possible by adding a transition metal system. As a crystal structure, a spinel structure, a perovskite structure, or a sintered body is partially crystallized, and a cube, a cuboid, a rhomboid, a rhombohedron, and the like exist.
[0026]
The sintering temperature depends on the combination and composition ratio of the materials, the starting material of the raw material, and the particle dependency of the material. Although it is about 200 ° C. to 1200 ° C., good results are usually obtained at 300 ° C. to 600 ° C. Although polarization inversion occurs due to hygroscopicity or strong electric field due to applied voltage, functional deterioration occurs. Under the atmosphere control conditions in this example, the material is dehydrated and in a high oxide state, and the surface electrode metal film protection ensures reliability. The lifetime is satisfied.
[0027]
As a process, it is necessary to form a strain in a part of these crystals, but a film thickness of 1 μm to 300 μm 1 μm, a heating temperature of 300 ° C. to 400 ° C., and an applied voltage of DC 50 V to 500 V are sufficient.
[0028]
Particle oriented ceramic is obtained by first sintering sintered ionic anisotropic fine powder, then giving high-temperature pressure directionality, and secondary pressure sintering crystallization. And become polarized.
[0029]
Here again, the basic structure of the device using this inorganic electret is, for example, that a diaphragm is formed of a conductive material or an insulating material coated with an electrode material, and this is used as a lower electrode. An inorganic material paste or sol-gel is screen printed or metal mask printed, and an inorganic oxide is formed under sintering conditions. Then, after metal mask printing or after dividing into target elements by dry or wet etching, an upper electrode is formed and sintered by printing metal paste. Voltage application and heating are simultaneously performed on the upper and lower electrodes to form inorganic electrets.
[0030]
As described above, since the inorganic material includes a ferroelectric material, a dielectric material, or a solid electrolyte material, since the material itself has a dipole moment and has a polarization orientation, a large amount of displacement can be obtained.
[0031]
In addition, the target metal ions can be selectively implanted into the inorganic material with an ion implantation apparatus to form a composition.
[0032]
In general, many organic materials are caused by corona discharge. As for organic resin materials, defects are generated in the crystal structure by electron implantation or ion implantation on the surface of various blended resins such as fluorine resin, nylon (registered trademark) 11, etc. Polarization is performed.
[0033]
On the other hand, in the case of inorganic materials, the surface thermal oxide film SiO 2 (crystalline silicon oxide film) of the silicon wafer is irradiated with an electron beam, lattice defects are generated, a charge trap layer is formed, and an electret layer is formed. be able to. However, an inorganic material has little crystal distortion due to electron implantation and almost no effect.
[0034]
Therefore, here, metal ions are implanted under reduced pressure. The manufacturing process of such an electret layer is demonstrated with reference to FIG.
First, when accelerating ions such as B, Sb, P, Ti, Bi, W, and Mn are implanted into the composite oxide 41 as shown in FIG. As shown in c), ions enter from the surface of the composite oxide 41 to about 100 to 3000 kg, but here, only the crystal distortion that is not ionized in a mixed state of metal.
[0035]
Furthermore, as shown to the same figure (d), a metal ion reaches to 0.5-10 micrometers and ionizes by performing a sintering diffusion process (heating diffusion process). Thereby, the phase effect of crystal distortion and an ionic effect can be exhibited. And as shown to the figure (e), the electrodes 32 and 33 are attached and electret-ized and the electret layer 20 is formed. In this case, a large ion polarization, charge polarization, and orientation polarization can be obtained.
[0036]
In this way, by adopting a composition in which the target metal ions are selectively implanted into the inorganic material, the ion orientation and the polarization are increased by increasing the crystal distortion and composing the introduced multivalent ions.
[0037]
In addition, as an inorganic material, a metal oxide (TiO 2 , NiO, Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , MnO 2 , Co 2 O 3 / CoO, Sn 2 O 3 / SnO, ZnO, etc.) or an alkaline earth element compound ZrTiO 4 —SnO 2 TiO 2 , Fe 2 O 3 —NiO, Zn 2 TiO 2 , and ZnNiTiO containing oxides (BaO, K 2 O, CaO, MgO, etc.) and ferroelectric, dielectric, or solid electrolyte materials 4 , a mixed composition of polarizable inorganic materials such as ZnFe 2 O 4 , K 2 OAl 2 O 3 —SiO 2 , CaOAl 2 O 3 , BaTiO 3 , Al 2 O 3 TiO 2 , MgOAl 2 O 3, etc. Can be used.
[0038]
In particular, a compound of an alkaline earth element is a material whose element ion group functions as a cation, other inorganic materials function as negative ions, has high crystallinity, and high ion orientation. A highly ionic material can be obtained by controlling the redox atmosphere during firing of the composite oxide.
[0039]
The concept of this form is shown in FIG. The example in the figure is an example of polarization due to the negative degree of ion groups, and orientation and polarization easily occur. Actually, a composite salt material such as Mg 2 Al 2 O 4 , K 2 SiO 3 , or BaFe 2 O 4 is polarized at a high temperature and an electric field.
[0040]
In this manner, by setting the inorganic material to include a metal oxide or an alkaline earth metal oxide, ion and charge polarization can be increased.
[0041]
Furthermore, ZrTiO 4 —SnO 2 TiO 2 , Fe 2 O 3 —NiO, Zn 2 TiO 2 , ZnNiTiO 4 , ZnFe 2 O 4 , K 2 OAl 2 O 3 —SiO 2 , CaOAl 2 O 3 , BaTiO 3 , Al 2 O 3 TiO 2 , MgOAl 2 O 3 and other polar inorganic materials and non-metallic elements SiO 2 , B 2 O 3 , P 2 O 5 , Sb 2 O 5 , Bi 2 O 3 ) (V 2 O 5 , Cr 2 O 3 , CuO, Y 2 O 3 , Zr 2 O 3 , Nb 2 O 3 , Mo 2 O 3 , PD 2 O 3 , La 2 O 3, etc., hybridized Oxides can be used, and valence control is easy depending on the firing state and atmosphere of the composite oxide containing this transition element, which consequently controls the magnitude of crystal distortion. Can.
[0042]
A conceptual diagram of this form is shown in FIG. Mixed oxides of inorganic dielectrics, polyvalent non-metallic elements, and transition elements are easily baked, especially because polyvalent atoms and transition elements have a low second ionization potential. , Orientation polarization occurs.
[0043]
As described above, by adopting a structure in which the inorganic material is a composite oxide including a transition metal oxide, unbound ions can be held in the crystal of the polyvalent element, and a large ionic polarization can be obtained.
[0044]
Next, the film formation of the inorganic material in the inorganic electret layer will be described.
For example, a vapor deposition method can be used. In this case, as shown in FIG. 7, for example, as shown in FIG. 7, a plasma CVD apparatus is used. In a chamber 52 that holds a substrate 51 that constitutes a base electrode by decompressing and heating an organic metal or chloride with high sublimability of an inorganic material. And is brought into contact with plasma or an oxidation reaction gas to cause vapor phase growth. In the figure, 53 is a nozzle, 54 is an anode, 55 is a cathode, 56 is a motor, 57 is a heater, and 58 is a sliding contact. An outline of the parallel plate electrode type plasma CVD apparatus is shown in FIG.
[0045]
Alternatively, a vapor deposition method can be used. In this case, the target inorganic material or metal is heated and sublimated, an oxidizing gas is introduced into the chamber, and a film is formed by vapor deposition.
Further, in sputtering, the metal material is subjected to discharge sputtering with a DC power source and a sputtering gas (Ar, He, N2 and further O 2 added), and the non-conductive inorganic material is subjected to the same sputtering gas using a high frequency power source. RF sputtering can be performed.
[0046]
The CVD apparatus and the sputtering apparatus are suitable for forming a thin film, and the film growth is about 10 to 300 cm / min. In addition, the film can be easily formed while the crystal is grown by heating the substrate.
[0047]
When forming a film using any of these methods, a single layer or multiple layers are formed according to the purpose, and substrate heating and reaction gas are introduced at the time of film formation to form oxides or nitrides by plasma reaction. And control the crystallinity and amorphousness.
[0048]
In this case, since the thin film to be formed is flat, the upper electrode is then formed by a vapor deposition method or a photolithography method to form an inorganic electret layer by heating and an electric field.
[0049]
In addition, since the polarization effect is large due to the thin film, when the elements are made multi-layered as an actuator, the upper electrode is only individualized, and the mutual interference between the elements is small without dividing the elements, and the conventional dividing process is unnecessary. And fine division is possible.
[0050]
In this way, an inorganic material is deposited on a substrate by vapor deposition or vapor deposition, and the substrate is heated and a reaction gas is introduced at the time of film formation to form an oxide or nitride to form a crystal. By forming the electret layer by controlling the property or the amorphous property, the crystallinity or the amorphous property can be easily controlled.
[0051]
Next, a second embodiment of an ink jet head that is a droplet discharge head according to the present invention including a multilayer electret actuator according to the present invention will be described with reference to FIG. This figure is a cross-sectional explanatory view of the main part of the head.
In this embodiment, the drive region (part) of the multilayer electret actuator 1 is restricted by the electrode 13 by making the width (region) of the electrode 13 serving as the drive electrode smaller than the width of the pressure chamber 5. That is, the region where the electrode 13 is formed becomes a vibration region.
[0052]
When configured in this manner, mutual interference is reduced, and a multi-driving element can be easily obtained by providing independent electrodes 13 corresponding to each pressure chamber 5 without dividing the inorganic electret layer 12 into each channel. Can do.
[0053]
Next, a third embodiment of an ink jet head that is a liquid droplet ejection head according to the present invention including a multilayer electret actuator according to the present invention will be described with reference to FIG. This figure is a cross-sectional explanatory view of the main part of the head.
This ink jet head has a pressure chamber 5 communicating with a nozzle 4 for discharging ink droplets formed on the nozzle member 3 by joining the multilayer electret actuator 61 according to the present invention, the partition member 2 and the nozzle member 3. Is forming.
[0054]
Ink droplets (droplets) 6 can be ejected from the nozzles 4 by driving the multilayer electret actuator 61 to pressurize the ink in the pressure chamber 5.
[0055]
Here, the multi-layer electret actuator 61 includes an inorganic electret layer (inorganic material electret) 12 n layers (n> 2, n = 6 layers here) on the diaphragm 11 which is a deformable member forming the wall surface of the pressure chamber 5. In the laminated structure, the diaphragm 11 is made of a metal material so that it also serves as an electrode member, and an electrode is formed between the inorganic electret layers 12 and 12 and on the surface of the uppermost inorganic electret layer 12. By forming 13, electrodes (vibrating plates) 11, 13, 13 are formed on both surfaces of the inorganic electret layers 12, 12. Other configurations are the same as those in the first embodiment.
[0056]
The multilayer electret actuator 61 of this embodiment has a higher rigidity and a higher resonance frequency by increasing the number of layers compared to the multilayer electret actuator 1 of the first and second embodiments that performs bimorph drive. Thus, high frequency driving is possible and a large driving force can be obtained.
[0057]
The manufacturing process of the multilayer electret actuator 61 is the same as that described in the first embodiment. That is, in the method described in the first embodiment, the same inorganic material electret layer is made into a multilayer, and the manufacturing method is patterned on the diaphragm by a general inorganic material sol-gel or a primary firing material thin film screen printing method. And crystallization by firing. In addition, it is possible to produce a crystal growth and lamination in a vacuum space by a dry method such as lamination and firing crystallization of a known thin film green sheet or CVD.
[0058]
In particular, the dry vacuum deposition method has the following parameters, and the ratio of crystals and amorphous can be controlled by selecting and selecting the factors for forming the inorganic electret material. In other words, bias is applied to the substrate heating temperature and RF (radio frequency) plasma, and ion species selection and ion species implantation into the substrate synergize crystallinity control and rigidity improvement in bonding and impact migration, and natural vibration. The number is high, and high frequency driving becomes possible. This is particularly effective when the high-viscosity ink or actuator drive displacement is increased and high-frequency drive is required.
[0059]
Next, a fourth embodiment of an ink jet head that is a liquid droplet ejection head according to the present invention including a multilayer electret actuator according to the present invention will be described with reference to FIG. This figure is a cross-sectional explanatory view of the main part of the head.
[0060]
In the third embodiment, the driving region (part) of the multilayer electret actuator 61 is reduced in the third embodiment by making the width (region) of the electrode 13 smaller than the width of the pressure chamber 5 as in the second embodiment. It is restricted by the electrode 13. That is, the region where the electrode 13 is formed becomes a vibration region. Thereby, the operation and effect of the second and third embodiments can be obtained.
[0061]
Next, an embodiment of an image forming apparatus including a drive device for a multilayer electret actuator according to the present invention will be described with reference to FIG. This figure is a cross-sectional explanatory view of the main part of the head.
In this image forming apparatus, the vibration plate 11 that also serves as an electrode of the multilayer electret actuator 61 that is an actuator section and the driving unit 71 that applies a driving waveform capable of adjusting driving parameters such as duty, driving voltage, and pulse width to each electrode 13 are provided. I have.
[0062]
That is, when a multi-nozzle inkjet head is configured, if the pixel size for each channel is different, it is necessary to adjust the ink ejection droplet amount. In this case, the ink droplet amount can be changed by adjusting or changing the duty of the drive waveform (drive pulse).
[0063]
Therefore, by using the multilayer electret actuator 61 according to the present invention for the actuator section, the control range is increased, and the polarity of the drive pulse with respect to the drive electrode of each actuator section is changed as necessary, or the number of layers to be driven The drive displacement of each actuator unit is adjusted by increasing / decreasing the value, changing the duty of the drive waveform, or changing the drive voltage.
[0064]
As a result, the size of the ink droplets can be controlled to change the pixel dot size, so that variations in droplets between channels can be reduced, or gradation can be expressed by changing the dot size. become.
[0065]
For example, in FIG. 12, with respect to three layers of electrodes 13, the upper layer, the middle layer, and the lower layer electrode 13 are electrode EL1, EL2, EL3, and vibration plate 11 is electrode EL4, respectively, and driving for each electrode EL1, EL2, EL3, EL4 is performed. For example, when the waveform is changed as shown in patterns (1) to (6) as shown in FIG. 13, the displacement amount of the multilayer electret actuator 61 is changed to patterns (1) to (6) as shown in FIG. Will change accordingly.
[0066]
Here, assuming that the potential (absolute value) of the driving waveform is Vh, Vm, Vl (Vh>Vm> Vl), the pattern {circle around (1)} is set to each electrode EL1 = + Vh, EL2 = + Vm, EL3 = + Vl, EL4 = 0. Example, pattern (2) is an example in which each electrode EL1 = −Vh, EL2 = −Vm, EL3 = −Vl, EL4 = 0, and pattern (3) is each electrode EL1 = −Vm, EL2 = −Vl, EL3 = 0, EL4 = + Vl, pattern {circle over (4)} is each electrode EL1 = + Vl, EL2 = 0, EL3 = + Vl, EL4 = 0, pattern {circle over (5)} is each electrode EL1 = 0, EL2 = + Vl, An example in which EL3 = 0 and EL4 = + Vl, pattern {circle around (6)} is each electrode EL1 = + Vh, EL2 = + Vm, EL3 = + Vl, EL4 = 0, and the pulse width Pw is changed to patterns {circle around (1)} to {circle around (5)}. Compared to twice It is.
[0067]
As a result, pattern (1) is pull-push, (2) is push, (3) is push, (4) is pull-push, (5) is push, and (6) is pull-push. In the patterns (1) to (3), substantially the same amount of displacement can be obtained,
[0068]
Next, a fifth embodiment of an ink jet head which is a liquid droplet ejection head according to the present invention including a multilayer electret actuator according to the present invention will be described with reference to FIG. This figure is a cross-sectional explanatory view of the main part of the head.
[0069]
In the multilayer electret actuator 81 of this embodiment, inorganic electret layers 15 and 16 of different inorganic materials are laminated on the diaphragm 11, and the drive region is defined by the width of the electrode 13.
[0070]
In this case, the dissimilar inorganic material electret layers are formed in two layers, and the strain rate of the two different materials is changed. For example, a combination of a material having a large amount of strain and a material having a small amount of strain can increase the amount of displacement. The target displacement amount can be adjusted. Further, by making the material having different rigidity into two layers and reducing the rigidity of the strained material on the barrier layer (partition wall) side between the adjacent channels, the mutual interference of the drive displacement to the adjacent channels can be reduced.
[0071]
Here, the inorganic electret layer 15 of the partition wall member 2 is laminated with a low rigidity and the inorganic electret layer 16 is laminated with a high rigidity so that vibration during driving is attenuated and mutual interference is reduced. .
[0072]
Next, with reference to FIG. 16, a sixth embodiment of an ink jet head which is a droplet discharge head according to the present invention including a multilayer electret actuator according to the present invention will be described. This figure is a cross-sectional explanatory view of the main part of the head.
In this embodiment, as the inorganic electret layers 92 to 95 constituting the multilayer electret actuator 91, the electret materials are different, or the electret orientation and the polarity of polarization are not all forward but part are reverse. Here, the inorganic electret layers 92 and 95 are in the forward direction, and the inorganic electret layers 93 and 94 are in the reverse direction.
[0073]
By including layers with different electret orientation and polarization polarity in the multilayer inorganic electret layer in this way, ink droplets can be controlled by matching with the pulse pattern at the time of driving. It can be optimized.
[0074]
FIGS. 17 and 18 show different examples of the multi-nozzle inkjet head using the multilayer electret actuator as described above. FIG. 17 shows an example of multi-practice in the first embodiment, and FIG. 18 shows an example of multi-ply in the second embodiment. Note that the present invention can be applied not only to ink but also to a droplet discharge head that discharges liquid.
[0075]
【The invention's effect】
As described above, according to the image forming apparatus of the present invention , a plurality of inorganic electret layers are arranged between the electrodes on the diaphragm that forms the wall surface of each pressure chamber through which a plurality of nozzles that discharge droplets communicate. A droplet discharge head having a multi-layer electret actuator provided with a drive means, and a drive means for applying a drive waveform to the electrodes of the multi-layer electret actuator, and the drive means is provided for each of the plurality of electret layers. Since different driving waveforms are applied, an image forming apparatus having a novel multilayer electret actuator and excellent in droplet ejection characteristics can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional explanatory view of a principal part of a first embodiment of an ink jet head which is a droplet discharge head according to the present invention including a multilayer electret actuator according to the present invention. FIG. 2 is a process for manufacturing an inorganic electret layer of the multilayer electret actuator. FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining an example of the process. FIG. 3 is an explanatory sectional view for explaining the process following FIG. 2. FIG. 4 is an explanatory sectional view for explaining another manufacturing process of the inorganic electret layer. FIG. 6 is a conceptual diagram for explaining another inorganic electret layer. FIG. 7 is a schematic diagram of a CVD apparatus for explaining another manufacturing process of the inorganic electret layer. FIG. 8 is a schematic explanatory view of another example of the CVD apparatus. FIG. 9 is a cross-sectional view of a principal part of the second embodiment of the inkjet head. FIG. 10 is a cross-sectional explanatory view of the main part of the third embodiment of the inkjet head. FIG. 11 is a cross-sectional explanatory view of the main part of the fourth embodiment of the ink-jet head. FIG. 13 is an explanatory diagram for explaining an example of different driving waveforms for electrodes of a multilayer electret actuator. FIG. 14 is an explanatory diagram for explaining a displacement amount in each pattern of FIG. 15 is a cross-sectional explanatory view of the main part of the fifth embodiment of the inkjet head. FIG. 16 is an explanatory cross-sectional view of the main part of the sixth embodiment of the ink-jet head. 18] Explanatory drawing explaining another example of a multi-nozzle head [Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 61, 81, 91 ... Multi-layer electret actuator, 2 ... Partition member, 3 ... Nozzle plate, 4 ... Nozzle, 11 ... Vibration plate, 12 ... Inorganic electret layer, 15, 16, 92-95, 13 ... Electrode,

Claims (3)

液滴を吐出する複数のノズルがそれぞれ連通する各圧力室の壁面を形成する振動板に、複数の無機エレクトレット層を層間に電極を介在させて設けた多層エレクトレットアクチュエータを有する液滴吐出ヘッドと、
前記多層エレクトレットアクチュエータの前記電極に対して駆動波形を印加する駆動手段と、を備え、
前記駆動手段は、前記複数のエレクトレット層の各々にそれぞれ異なる駆動波形を印加する
ことを特徴とする画像形成装置。
A droplet discharge head having a multilayer electret actuator in which a plurality of inorganic electret layers are provided with electrodes interposed between layers on a diaphragm that forms the wall surface of each pressure chamber through which a plurality of nozzles that discharge droplets communicate with each other;
Driving means for applying a driving waveform to the electrodes of the multilayer electret actuator,
The image forming apparatus, wherein the driving unit applies different driving waveforms to each of the plurality of electret layers.
請求項1に記載の画像形成装置において、前記多層エレクトレットアクチュエータの前記無機エレクトレット層は無機材料を配向分極、イオン分極、電子分極させたエレクトレット層であり、前記複数のエレクトレット層中にはエレクトレット配向、分極の極性が反転した層を含むことを特徴とする画像形成装置。 The image forming apparatus according to claim 1, wherein the inorganic electret layer orientation polarization inorganic material of the multilayer electret actuator, ionic polarization, Electronically polarized electret layer der allowed, said in a plurality of electret layers electret orientation An image forming apparatus comprising a layer having a reversed polarity of polarization. 請求項1に記載の画像形成装置において、前記多層エレクトレットアクチュエータ前記複数のエレクトレット層中には異種のエレクトレット層を含むことを特徴とする画像形成装置。 The image forming apparatus according to claim 1, wherein the plurality of electret layers of the multilayer electret actuator include different kinds of electret layers.
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