JP4193836B2 - Manufacturing method of ink ejecting apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、インク噴射の駆動源に圧電体膜を用いたインク噴射装置の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a manufacturing method of the ink jet equipment using a piezoelectric film as a drive source of the ink jet.
今日、これまでのインパクト方式の印字装置にとってかわり、その市場を大きく拡大しつつあるノンインパクト方式の印字装置のなかで、原理が最も単純で、かつ多階調化やカラー化が容易であるものとして、インクジェット方式の印字装置が挙げられる。なかでも印字に使用するインク液滴のみを噴射するドロップ・オン・デマンド型が、噴射効率の良さ、ランニングコストの安さなどから急速に普及している。 Today, instead of conventional impact printing devices, the non-impact printing devices that are expanding the market greatly have the simplest principle and are easy to achieve multi-gradation and colorization. As an example, an ink jet printing apparatus may be used. Among them, a drop-on-demand type that ejects only ink droplets used for printing is rapidly spreading due to its good ejection efficiency and low running cost.
ドロップ・オン・デマンド型のインクジェット方式の印字装置として、インク吐出のための圧力発生源として、圧電セラミックスを利用した圧電式インク噴射装置がある。 As a drop-on-demand ink jet printing apparatus, there is a piezoelectric ink ejecting apparatus using piezoelectric ceramics as a pressure generation source for ejecting ink.
従来の圧電インク噴射装置の一例を、図10を参照して簡単に説明する。このインク噴射装置400は、基板410に複数のインク噴射チャンネル430を有し、該噴射チャンネル430を覆うように振動板420を有している。振動板420に被着形成するように共通電極450が形成され、各噴射チャンネル430上に及ぶように圧電体素子440が配置され、この圧電体素子440上に駆動電極452が配置されている。このインク噴射装置400では、前記駆動電極452と前記共通電極450とを介して圧電体素子440に電圧を印加し、該圧電体素子440を変位させることにより、噴射チャンネル430内のインクに圧力を与え、該噴射チャンネル430に連通する図示しないノズルからインクを噴射する。
An example of a conventional piezoelectric ink ejecting apparatus will be briefly described with reference to FIG. The
また、特公平6−61936号公報には、複数の噴射チャンネルを相互に隔てる隔壁が、分極方向が相互に逆の2つの圧電セラミックスで構成され、該隔壁の両側面に電極層が形成されたインク噴射装置が開示されている。両側の電極層間に電圧を印加すると、2つの圧電セラミックスが相互に逆にせん断変形、つまり隔壁がく字状に屈曲して噴射チャンネル内のインクに圧力を与える。 In Japanese Patent Publication No. 6-61936, a partition wall that separates a plurality of injection channels is composed of two piezoelectric ceramics having opposite polarization directions, and electrode layers are formed on both side surfaces of the partition wall. An ink ejecting apparatus is disclosed. When a voltage is applied between the electrode layers on both sides, the two piezoelectric ceramics are subjected to shear deformation opposite to each other, that is, the partition wall is bent into a square shape, thereby applying pressure to the ink in the ejection channel.
また、特開平7−299904号公報には、複数の噴射チャンネル間の隔壁に、圧電セラミックスと電極層を複数積層したインク噴射装置が開示されている。
圧電セラミックスが隔壁の厚さが増大する方向に伸長することで、噴射チャンネル内のインクに圧力を与える。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-299904 discloses an ink ejecting apparatus in which a plurality of piezoelectric ceramics and electrode layers are laminated on a partition between a plurality of ejecting channels.
The piezoelectric ceramic extends in the direction in which the partition wall thickness increases, thereby applying pressure to the ink in the ejection channel.
従来、この種のインク噴射装置400では、電源装置のコストを低下するという目的で、低電圧で駆動できるような装置が望まれている。このためには、図10の構成では、前記圧電体素子440の厚みを薄くしたり、面積を増加させることが考えられるが、例えば厚みを薄くするために、前記圧電体素子440をバルク焼結体を加工するのではなく、スパッタ法や、ゾルゲル法、電析法、水熱合成法等の種々の薄膜形成により作製する試みが為されているが、いずれの場合も得られた圧電体膜は、バルクの焼結体から加工した圧電体素子に比べて、十分な圧電特性が得られないという問題がある。また、前記圧電体素子440の面積を増加することは、前記複数の噴射チャンネル430を高密度で並べたいという、近年、インク噴射装置400に求められるニーズに逆行してしまうという問題もある。
Conventionally, in this type of
特公平6−61936号公報に開示されたものでも、2つの圧電セラミックスを隔壁の高さ方向に積層するために、圧電セラミックスの厚みを薄くすることができない。2つの圧電材料を重ねた状態で複数の噴射チャンネルを溝状に切削加工し、チャンネル間に隔壁を残す製造方法も知られているが、この場合も、セラミックスの隔壁を薄く残して加工することは困難である。 Even the one disclosed in Japanese Examined Patent Publication No. 6-61936 cannot stack the piezoelectric ceramics because the two piezoelectric ceramics are stacked in the height direction of the partition walls. A manufacturing method is also known in which a plurality of injection channels are cut into a groove shape with two piezoelectric materials stacked, and a partition wall is left between the channels. In this case, too, the ceramic partition wall is left thin and processed. It is difficult.
また特開平7−299904号公報に開示されたものでは、圧電セラミックスの厚さ方向の伸長量だでインクに圧力を与えるので、圧電セラミックスの厚さが所定量以上大きくなければ所望の圧力が得られない。この構成でも、複数の噴射チャンネルを高密度で並べたいというニーズに逆行してしまう本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、十分な圧電特性のない圧電体膜を用いながら、噴射チャンネルの配列密度を低下させることなく、低電圧で駆動可能なインク噴射装置を提供することを目的とする。 In addition, in the one disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-299904, the pressure is applied to the ink by the amount of expansion in the thickness direction of the piezoelectric ceramic, so that the desired pressure can be obtained unless the thickness of the piezoelectric ceramic is larger than a predetermined amount. I can't. Even in this configuration, the present invention, which goes against the need to arrange a plurality of injection channels at a high density, was made in order to solve the above-mentioned problems, and a piezoelectric film having no sufficient piezoelectric characteristics was formed. An object of the present invention is to provide an ink ejecting apparatus that can be driven at a low voltage without reducing the arrangement density of the ejecting channels.
請求項1のインク噴射装置の製造方法は、チャンネル基板の一側に、相互に間隔を置いて突出した複数の振動板を形成するとともに、その振動板の側面間に噴射チャンネルを含む複数のチャンネルを溝状に形成する工程と、前記各振動板の側面を含む前記チャンネル基板に、電圧を印加することにより前記複数の振動板の配列方向と直交する方向に伸縮する圧電体膜を被着形成する工程と、該圧電体膜上に、該圧電体膜に電圧を印加するための電極膜を被着形成する工程とからなるようにすることで、噴射チャンネルを高密度に配列しかつ振動板の面積を十分に確保したインク噴射装置を容易に製造することを可能にする。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing an ink ejecting apparatus, comprising: forming a plurality of diaphragms protruding at a distance from each other on one side of a channel substrate; And forming a piezoelectric film that expands and contracts in a direction perpendicular to the arrangement direction of the plurality of diaphragms by applying a voltage to the channel substrate including the side surface of each diaphragm. And a step of depositing and forming an electrode film for applying a voltage to the piezoelectric film on the piezoelectric film, thereby arranging the ejection channels at a high density and making the diaphragm It is possible to easily manufacture an ink ejecting apparatus having a sufficient area.
請求項2のインク噴射装置の製造方法では上記製造方法において、前記圧電体膜を形成する工程の前に、前記各振動板の側面を含む前記チャンネル基板に、導電性の電極膜を被着形成する工程さらに有し、該電極膜上に前記圧電体膜を被着形成することで、任意の材料でチャンネル基板に振動板を形成して、該振動板に電極膜、圧電体膜、電極膜を容易に形成することを可能にする。 3. The method of manufacturing an ink ejecting apparatus according to claim 2 , wherein a conductive electrode film is formed on the channel substrate including a side surface of each diaphragm before the step of forming the piezoelectric film. A step of forming a diaphragm on the channel substrate with an arbitrary material by depositing the piezoelectric film on the electrode film, and the electrode film, the piezoelectric film, and the electrode film on the diaphragm Can be easily formed.
請求項3のインク噴射装置の製造方法では上記製造方法において、前記圧電体膜を挟む前記両電極膜の少なくとも一方を、前記噴射チャンネルごとに独立させる工程をさらに有することで、電極膜を複数のチャンネルにわたって形成してそれを噴射チャンネルごとに独立させ、各噴射チャンネルを個別に駆動することを可能にする。 4. The method of manufacturing an ink ejecting apparatus according to claim 3 , further comprising the step of making at least one of the two electrode films sandwiching the piezoelectric film independent for each of the ejecting channels in the manufacturing method. Forming over channels makes it independent for each injection channel, allowing each injection channel to be driven individually.
請求項4のインク噴射装置の製造方法では上記製造方法において、前記圧電体膜および電極膜は、前記噴射チャンネルを挟む1対の振動板に、前記噴射チャンネルに対して対称に形成することで、噴射チャンネルの両側で効率的にインクに圧力を与える噴射装置を製造することを可能にする。 The method of manufacturing an ink ejection device according to claim 4 , wherein the piezoelectric film and the electrode film are formed symmetrically with respect to the ejection channel on a pair of diaphragms sandwiching the ejection channel. It makes it possible to produce an ejection device that efficiently applies pressure to the ink on both sides of the ejection channel.
請求項5のインク噴射装置の製造方法では上記製造方法において、前記圧電体膜は、前記振動板の両側面に該振動板に対して対称に分極されて1対備え、前記電極膜は、該1対の電極体膜を含む前記チャンネル基板に被着形成し、前記振動板の両側面の前記電極膜は相互に独立させることで、各振動板を両側面で伸長、収縮させ効率よく湾曲させることができるものを、容易に製造することを可能にする。 6. The method of manufacturing an ink ejecting apparatus according to claim 5 , wherein in the manufacturing method, the piezoelectric film is provided on the both side surfaces of the diaphragm so as to be symmetrically polarized with respect to the diaphragm, and the electrode film includes the electrode film. The channel substrate including a pair of electrode body films is deposited and formed, and the electrode films on both side surfaces of the diaphragm are made independent from each other, whereby each diaphragm is extended and contracted on both side surfaces to bend efficiently. What can be made easy to manufacture.
請求項6のインク噴射装置の製造方法は、チャンネル基板の一側に、複数のチャンネルを溝状に形成する工程と、前記各チャンネルの内側面を含む前記チャンネル基板に、電圧を印加することにより前記複数のチャンネルの配列方向と直交する方向に伸縮する圧電体膜を被着形成する工程と、該圧電体膜上に、該圧電体膜に電圧を印加するための電極膜を被着形成する工程と、前記チャンネル間の前記チャンネル基板に溝を加工し、前記電極膜膜を前記チャンネルごとに独立させるとともに、前記チャンネルの両側に前記チャンネルごとに独立した、前記圧電体膜および電極膜膜をもつ振動板を形成する工程とからなることで、チャンネル間に空間を設けて隣接するチャンネルを相互に干渉することなく同時に駆動することを可能にし、しかもチャンネルを高密度に配列しかつ振動板の面積を十分に確保したインク噴射装置を容易に製造することを可能にする。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing the ink ejecting apparatus, comprising: forming a plurality of channels in a groove shape on one side of the channel substrate; and applying a voltage to the channel substrate including the inner surface of each channel. A step of depositing and forming a piezoelectric film that expands and contracts in a direction perpendicular to the arrangement direction of the plurality of channels, and an electrode film for applying a voltage to the piezoelectric film are deposited on the piezoelectric film. Forming a groove in the channel substrate between the channels, making the electrode film independent for each channel, and providing the piezoelectric film and electrode film independent for each channel on both sides of the channel. The process of forming a diaphragm with a space between the channels to allow the adjacent channels to be driven simultaneously without interfering with each other. Channels arranged at a high density and makes it possible to easily manufacture the ink jet apparatus that ensures sufficient area of the diaphragm.
上述したように、本発明によれば、複数の振動板を間隔をおいて突出し、それらの間にチャンネルを形成したチャンネル基板に、圧電体膜、電極膜を被着することで、上記のように、振動板の面積を十分に確保しかつ噴射チャンネルを高密度に配列できるインク噴射装置を、容易に製造することができる。
As described above, according to the present invention , a piezoelectric film and an electrode film are attached to a channel substrate in which a plurality of diaphragms are projected at intervals and a channel is formed between them. In addition, it is possible to easily manufacture an ink ejecting apparatus capable of sufficiently securing the area of the diaphragm and arranging the ejection channels with high density.
以下、本発明を具体化した第1の実施の形態について図1〜4を参照して説明する。 Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1に示すように、インク噴射装置100は、チャンネル基板110と、カバープレート114で構成されている。その基板110は、絶縁材料からなり、上側面には、紙面厚さ方向に延びる複数のインク噴射チャンネル130が、側壁を兼ねる振動板120を隔てて相互に平行に配置されている。噴射チャンネル130の内面、すなわちその底面と振動板120の側面に沿ってU字状をなす面には導電性の金属化層からなる駆動電極膜152が形成されている。、隣接する噴射チャンネル130内の各駆動電極膜152は、側壁120の上部端面において相互に分離され、電気的に独立した状態にある。さらにその駆動電極膜152の表面には、チタン酸ジルコン酸鉛系(PZT)のセラミックス材料からなる圧電体膜140が形成されている。圧電体膜140は、少なくとも振動板120の側面に形成されていればよいが、後述するように製造の容易さから、振動板120の上部端面、噴射チャンネル130の底面も経由し、すべての噴射チャンネル130内の該圧電体膜140はつながって形成されている。そして、その圧電体膜140の表面の全面にわたって導電性の金属化層からなる共通電極膜150が形成されている。そして、全ての噴射チャンネル130を跨いでカバープレート114が振動板120の上部端面に、圧電体膜140および共通電極膜150を介して接着剤等により固着されている。接着剤は、接着状態において固体のもの、柔軟性のあるもののいずれでもよい。また、圧電体膜140は、振動板120の側面において駆動電極膜152から共通電極膜150に向かう方向(矢印P)に分極されている。
As shown in FIG. 1, the
図3に示すように、基板110とカバープレート114の前端面には、各噴射チャンネル130に連通する複数のノズル116を有するノズル板115が固着され、後端面には、全噴射チャンネル130にインクを供給する図示しないマニホールドが固着されている。また基板110の前端面110aから下側面110bにわたって、各駆動電極膜152に電気的に接続された複数の接続端子153が形成され、また基板110の後端面110cから下側面110bにわたって、全駆動電極膜150に電気的に接続された接続端子151が形成されている。接続端子151,153は、それらに対応する導電線を有するフレキシブルな配線部材160を介して図示しない制御回路に接続される。
As shown in FIG. 3, a
続いて、インク噴射装置100の動作を図2を参照して説明する。噴射したい噴射チャンネル例えば噴射チャンネル130bに対応する駆動電極膜152bに制御回路から電圧を印加し、かつ隣接する噴射チャンネルに対応する駆動電極膜152a、cおよび共通電極膜150を接地すると、噴射チャンネル130b内に形成されている圧電体膜140内に前記分極方向(矢印P)と一致する方向、すなわち駆動電極膜152bから共通電極膜150に向かう方向(矢印E)に電界が発生する。これにより、噴射チャンネル130bの内面の1対の圧電体膜140は、分極方向と直交する方向(図において上下方向)に収縮し、収縮しない振動板120b,120cを噴射チャンネル130bの容積を増加する方向に湾曲変形させる。このとき噴射チャンネル130b内の圧力が減少する。この状態を、このとき生じた圧力波の噴射チャンネル130内での片道伝播時間Tだけ維持する。すると、その間図示しないインク供給部からインクが供給される。
Next, the operation of the
なお、上記片道伝播時間Tは噴射チャンネル130内の圧力波が、噴射チャンネル130の長手方向に伝播するのに必要な時間であり、噴射チャンネル130の長さLとこの噴射チャンネル130内部のインク中での音速aによりT=L/aと決まる。
The one-way propagation time T is a time required for the pressure wave in the
圧力波の伝播理論によると、上記の電圧の印加からほぼT時間がたつと噴射チャンネル130内の圧力が逆転し、正の圧力に転じるが、このタイミングに合わせて駆動電極膜152bに印加されている電圧を0(V)に戻す。
According to the pressure wave propagation theory, the pressure in the
すると、振動板120b,120cが変形前の状態に戻り、インクに圧力が加えられる。そのとき、前記正に転じた圧力と、振動板120b,120cが変形前の状態に戻ることにより発生した圧力とが加え合わされ、比較的高い圧力が噴射チャンネル130bに連通するノズル116付近の部分に生じて、インク液滴がそのノズル116から噴射される。
Then, the
本実施例では振動板120が隣接する噴射チャンネル130に共有されているため、隣接する噴射チャンネル130を同時に噴射することができないので、噴射するタイミングをずらす必要がある。なお、全チャンネルの1つおきを噴射チャンネルとし、噴射チャンネルの両側をインクを収容しない非噴射チャンネルとしてもよい。
In this embodiment, since the
次に、本実施の形態に係るインク噴射装置100の製造方法について図4を参照して説明する。
Next, a method for manufacturing the
図4(a)に示すように、噴射チャンネル130および振動板120を有する基板110の形成方法としては、ダイヤモンドブレードやレーザーによる研削加工、エッチング法、またはプレス成形や射出成形などを用いることができる。そして噴射チャンネル130の内面を含む基板110の表面に対して、メッキ法、蒸着法、スパッタ法などの手法により、導電性の金属化層からなる駆動電極膜152を形成する。このあと、振動板120の上部端面の駆動電極膜152を表面研削するなどして除去し、各噴射チャンネル130内の駆動電極膜152を電気的に相互に独立させる。
As shown in FIG. 4A, as a method for forming the
続いて図4(b)に示すように駆動電極膜152の表面に、チタン酸ジルコン酸鉛系(PZT)のセラミックス材料からなる圧電体膜140をゾルゲル法、電析出法等の手法で形成する。このときその圧電体膜140は、前記振動板120の上部端面も経由し、全ての噴射チャンネル130内の該圧電体膜140が連続して形成される。その後、該圧電体膜140の結晶性を高めるための高温処理を行う。続いて図4(c)に示すように前記圧電体膜140の表面の全面にわたって導電性の金属化層からなる共通電極膜150をメッキ法、蒸着法、スパッタ法などの手法により形成する。
Next, as shown in FIG. 4B, a
図3の接続端子151,153のうち、駆動電極膜152に接続した接続端子153は、駆動電極膜152と同時に同じ手法によって形成することができる。
Of the
駆動電極膜152に対応した個々の接続端子153に分割するのは、隣接する接続端子間に予めマスク処理をして上記のようにメッキする方法をとるか、全接続端子を連続した状態でメッキ等により形成し、レーザー光を照射する等して隣接する接続端子間の部分をアブレーションにより除去する方法をとることができる。また、共通駆動電極膜150に接続した接続端子151は、共通駆動電極膜150と同時に同じ手法によって形成することができるが、このとき、接続端子153の上にマスク処理して接続端子151を形成する導電材が付着しないようにする。接続端子151は、共通駆動電極膜150と基板110の後端面110cを経て、あるいは基板110の前端面110aの左右両端部分を経て、または基板110の左右両側面を経て接続することができる。
Dividing into
共通電極膜150を接地し、駆動電極膜152に電圧を印加することで、圧電体膜140は、前記のように駆動電極膜152から共通電極膜150に向かう方向(矢印P)に分極することができる。そして、図1に示すように全ての噴射チャンネル130を跨いでカバープレート114を振動板120の上部端面に固着し、基板110とカバープレート114の前端面および後端面に、ノズル板115、マニホールドを固着して、インク噴射装置100が完成する。
By grounding the
以上詳述したように、本実施例のインク噴射装置100では、振動板120が、図10に示した従来のインク噴射装置400のように噴射チャンネルの配列方向に延びているのではなく、噴射チャンネル130の配列方向に対し直交する方向に延びているため、振動板120の面積を増加させた場合でも、噴射チャンネルの高密度配列が可能になる。つまり、十分な圧電特性のない圧電体膜を用いながら、振動板の面積を増加することで、噴射に必要な圧力を得ることができ、かつ高解像度の記録をするインク噴射装置を製作することができる。また、振動板120の配列方向と直交する方向の圧電体膜140の伸縮を利用して、振動板120を湾曲変形させるため、前記特開平7−299904号公報のように圧電体の伸縮量そのものが噴射チャンネルの容積の変化量になるものに比べ、効率的に振動板を変形させ、大きな容積の変化を得ることができる。しかも、1つの噴射チャンネル130に対して2枚の振動板120,120が配置されているので、従来のように1枚の振動板のみが配置されていた場合に比べて同じ変位量を得るのに1/2の電圧でよく、これらの相乗効果により効率よくインクを噴射できる。
As described above in detail, in the
また、噴射チャンネル130内でインクに対して露出している共通電極膜150を接地しているため、インクに対して電気的な腐食が生じない。電圧を印加する駆動電極膜はインクに対して露出していないため、電気的な腐食がなく、駆動電極膜に対する特別な保護膜が不要となりインク噴射装置100の製造コストを低減することができる。
Further, since the
図5は、上記実施の形態を改良した第2の実施の形態を示す。インクを噴射する噴射チャンネル131の両側に隣接するチャンネルは、インクを収容しない非噴射チャンネル132,132とする。噴射チャンネル131と非噴射チャンネル132,132との間の側壁121a,121bの両側には、2つの電極膜155と156,157と158間に挟まれた圧電体膜141b〜141eが形成されている。ただし、噴射チャンネル131内の2つの電極膜155,156は、隣接する噴射チャンネル132,132内の電極膜とは連続しておらず、また、非噴射チャンネル132,132内の電極膜157,158は、同非噴射チャンネル132内の他の側面の電極膜とも連続していない。
FIG. 5 shows a second embodiment obtained by improving the above embodiment. The channels adjacent to both sides of the ejection channel 131 that ejects ink are
圧電体膜141b〜141eは、それぞれ側壁121a,121bの内側に向かう方向Pに分極されている。この分極方向は、後述する電界Eの方向が異なれば、逆になる。
The piezoelectric films 141b to 141e are polarized in the direction P toward the inside of the
いま、噴射チャンネル131からインクを噴射する場合、噴射チャンネル131内の圧電体膜141c,141dに対して内側の電極膜156と、非噴射チャンネル132側の圧電体膜141b,141eに対して外側の電極膜157とに電圧を印加し、圧電体膜141c,141dに対して外側の電極膜156と圧電体膜141b,141eに対して内側の電極膜158とを接地する。すると、側壁121a,121bにおいて、噴射チャンネル131内の圧電体膜141c,141dに対しては分極方向Pと同方向の電界Eが発生し、該圧電体膜141c,141dは分極方向Pと直交する方向に収縮する。一方、非噴射チャンネル132側の圧電体膜141b,141eに対しては分極方向Pと反対方向の電界Eが発生し、該圧電体膜141b,141eは分極方向Pと直交する方向に伸長する。つまり、側壁121a,121bは、その両側において発生した収縮、伸長により、効率よく湾曲変形することになる。
When the ink is ejected from the ejection channel 131, the
この場合、噴射チャンネル131の振動板を挟んで隣に非噴射チャンネル132があるから、振動板の変形が他の噴射チャンネル131に影響することがなく、隣接する噴射チャンネル131を同時に駆動でき高速で印字することができる。
In this case, since there is a
つづいて、本発明を具体化した第3の実施例の形態について図6〜8を参照して説明する。 Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図6に示すように、インク噴射装置200は、前記実施の形態と同様に基板210と、カバープレート214で構成されている。その基板210は、酸化チタンを主成分とする絶縁材料からなり、前記実施の形態と同様に噴射チャンネル230、振動板220が形成されている。噴射チャンネル230の内表面にはチタン酸ジルコン酸鉛系(PZT)のセラミックス材料からなる圧電体膜240が形成されている。そして、その圧電体膜240の噴射チャンネル230内側表面に導電性の金属化層からなる駆動電極膜252が形成されている。同一噴射チャンネル230内で対向する駆動電極膜電極膜252,252間、および振動板220を挟んで隣接する駆動電極膜252,252間は全て電気的に絶縁、つまり相互に独立されている。
As shown in FIG. 6, the
そして、全ての噴射チャンネル230を跨いでカバープレート214が振動板220の上部端面に固着されている。また、圧電体膜240は、駆動電極膜252から振動板220に向かう方向(矢印P)に分極されている。
The
ここで、噴射チャンネル230は、前記実施の形態と同様に一端でノズルに連通し、他端でマニホールドに連通している。また前記駆動電極膜252は制御回路に電気的に接続されている。
Here, the
続いて、インク噴射装置200の動作を図7を参照して説明する。噴射したい噴射チャンネル例えば噴射チャンネル230b内の駆動電極膜252c,252dに制御回路が電圧を印加し、かつ隣接する噴射チャンネル230a,230c内の駆動電極膜252b、252eを制御回路が接地することによって、該噴射チャンネル230b内から、隣接する噴射チャンネル230a,252c内に向かう方向、すなわち駆動電極膜152cから駆動電極膜152b、および駆動電極膜152dから駆動電極膜152eに向かう方向(矢印E)に電界が発生し、噴射チャンネル230b内の圧電体膜240には分極方向と一致する電圧が印加されるので、該圧電体膜240は前記実施の形態と同様に面方向に縮み、隣接する噴射チャンネル230a,252c内の圧電体膜240には分極方向と逆方向の電圧が印加されるので、該圧電体膜240は面方向に延びるため、振動板220b,252cとともに噴射チャンネル230の容積を増加する方向に湾曲変形する。以降前記実施の形態と同様に、T時間後振動板が復帰すると、インク液滴がノズルから噴射される。
Next, the operation of the
本実施の形態でも、振動板220が隣接する噴射チャンネル230に共有されているため、隣接する噴射チャンネル230を同時に噴射することができないので、噴射するタイミングをずらす必要がある。なお、全チャンネルの1つおきを噴射チャンネルとし、噴射チャンネルの両側をインクを収容しない非噴射チャンネルとしてもよい。
Also in this embodiment, since the
次に、本実施の形態に係るインク噴射装置200の製造方法について図8を参照して説明する。図8(a)に示すように、基板210には、前記実施の形態と同様に、噴射チャンネル230、振動板220が形成される。そして基板210を鉛、ジルコニウム成分を含むアルカリ溶液中に浸漬し、水熱反応法により該基板表面に対して、チタン酸ジルコン酸鉛系(PZT)のセラミックス材料の種結晶を析出させ、さらに結晶を成長させ、圧電体膜240を形成する。このときその圧電体膜240は、前記振動板220の上部端面も経由し、全ての噴射チャンネル130内の該圧電体膜240が連続して形成される。ここで、上記手法にて酸化チタンを主成分とする基板210上に作製した圧電体膜240は分極処理を施さなくても、振動板220に向かう方向(矢印P)に分極されているという特徴がある。これらのことは、特開平8−133735号公報でも説明されている。続いて図8(b)に示すように前記圧電体膜240の噴射チャンネル230内側表面の全面にわたって導電性の金属化層からなる駆動電極膜252を前記実施の形態と同様の手法により形成する。
Next, a manufacturing method of the
そして、図6に示すように、振動板220上部端面の圧電体膜240および金属化層を表面研削するなどして除去し隣接する噴射チャンネル230内の駆動電極膜252間を電気的に分離して絶縁し、かつ噴射チャンネル230内で対向する駆動電極膜252間は、噴射チャンネル230の底のダイヤモンドブレードやレーザー光などの切削加工により除去して分離することで電気的に絶縁する。駆動電極膜252の表面には、絶縁材料からなる図示しない保護膜がCVD法などの手法により形成される。そして全ての噴射チャンネル230を跨いでカバープレート214が振動板220の上部端面に固着される。
Then, as shown in FIG. 6, the
以上詳述したように、本実施例のインク噴射装置200では、前記実施の形態と同様に、振動板240の面積を増加させ、かつ噴射チャンネルを高密度に配列することが可能である。また、低電圧で効率のよくインクを噴射できる。さらに、水熱合成法にて振動板の両側面に形成した圧電体膜はもともと、互いに逆方向の分極を有し、駆動時に振動板表面の駆動電極膜に電圧を与えると、片面の圧電体膜は縮み、別の面の圧電体膜は延びる変形をするため、より効率のよい変形ができる。
As described above in detail, in the
なお、基板20は、全体が酸化チタンでなくても、絶縁材料の表面に酸化チタン膜を有するものであってもよい。 In addition, the board | substrate 20 may have a titanium oxide film on the surface of an insulating material even if the whole is not a titanium oxide.
続いて本発明を具体化した第4の実施例の形態について図9〜11を参照して説明する。 Next, the form of the fourth embodiment embodying the present invention will be described with reference to FIGS.
図9に示すように、インク噴射装置300は、前記実施の形態と同様に基板310と、カバープレート314で構成されている。基板310は、絶縁材料からなり、該基板310には、紙面厚さ方向に延びる噴射チャンネル330と非噴射チャンネル332が、側壁を兼ねる振動板320で隔てて複数配置されている。
As shown in FIG. 9, the
噴射チャンネル330の内の前記基板310表面には導電性の金属化層からなる駆動電極膜352が形成されている。隣接する噴射チャンネル330内の各駆動電極膜352間は電気的に分離され絶縁された状態にある。さらにその駆動電極膜352の表面には、チタン酸ジルコン酸鉛系(PZT)のセラミックス材料からなる圧電体膜340が形成されている。そして、その圧電体膜340の噴射チャンネル330内側表面に導電性の金属化層からなる共通電極膜350が形成されている。そして、全ての噴射チャンネル330には個別のカバープレート314が振動板320の上部端面に、圧電体膜340および共通電極膜350を介して固着されている。また、圧電体膜340は、駆動電極膜352から前記共通電極膜350に向かう方向(矢印P)に分極されている。
A driving
ここで、噴射チャンネル330は、前記実施の形態と同様に、一端でノズルに連通し、他端でマニホールドに連通している。また共通電極膜350および駆動電極膜352は制御回路に電気的に接続されている。
Here, the
続いて、インク噴射装置300の動作を図10を参照して説明する。噴射したい噴射チャンネル例えば噴射チャンネル330bに対応する駆動電極膜352bに制御回路が電圧を印加し、かつ共通電極膜350を制御回路が接地することによって、噴射チャンネル330b内に形成されている圧電体膜340内に分極方向(矢印P)と一致する方向、すなわち駆動電極膜352bから共通電極膜350に向かう方向(矢印E)に電界が発生し、圧電体膜340が分極方向と直交する方向に収縮する。その結果、振動板320b,320cが噴射チャンネル330の容積を増加する方向に変形する。以降前記実施の形態と同様に、T時間後振動板が復帰すると、インク液滴がノズルから噴射される。
Next, the operation of the
次に、本実施例に係るインク噴射装置300の製造方法について図11を参照して説明する。
Next, a method for manufacturing the
図11(a)に示すように、基板310には、噴射チャンネル330が、振動板320となる部分の壁を残して形成される。その噴射チャンネル330の形成方法としては、前記実施の形態と同様の方法が使われる。そして該基板310表面に対して、前記実施の形態と同様の手法により、導電性の金属化層からなる駆動電極膜352を形成する。このあと、振動板320となる部分の壁の上部端面を表面研削するなどして、隣接する噴射チャンネル330内の駆動電極膜352間を分離し電気的に絶縁する。続いて図11(b)に示すように駆動電極膜352の表面に、チタン酸ジルコン酸鉛系(PZT)のセラミックス材料からなる圧電体膜340を形成する。このときその圧電体膜340は、前記振動板320の上部端面も経由し、全ての噴射チャンネル330内の該圧電体膜340が連続して形成されている。その後、該圧電体膜340の結晶性を高めるための高温処理を行う。続いて図11(c)に示すように圧電体膜340の噴射チャンネル330内側表面の全面にわたって導電性の金属化層からなる共通電極膜350を形成する。共通電極膜350を接地し、駆動電極膜352に電圧を印加することで、前記圧電体膜340は、前記駆動電極膜352から前記共通電極膜350に向かう方向(矢印P)に分極される。
As shown in FIG. 11A, the
そして、全ての噴射チャンネル330を跨いでカバープレート314を振動板320の上部端面に固着した後に、図9に示すように隣接する噴射チャンネル330間の中央にカバープレート314を通して基板310に達する溝をダイヤモンドブレード等の切削加工により形成する。該溝が非噴射チャンネル332となり、非噴射チャンネル332と噴射チャンネル330との間の部分に振動板320が形成される。
Then, after fixing the
以上詳述したように、本実施例のインク噴射装置300では、前記実施の形態と同様に、振動板320の面積を増加させ、かつ噴射チャンネルを高密度に配列することが可能である。また、低電圧で効率のよくインクを噴射できる。さらに、噴射チャンネル330内でインクに対して露出している共通電極膜350をグランド電極膜としているため、駆動電極膜に対する特別な保護膜が不要となりインク噴射装置300の製造コストを低減している。また、噴射チャンネル330と非噴射チャンネル332とが振動板320を挟んで交互に形成されているため、隣接する噴射チャンネルを同時に駆動でき高速で印字することができる。
As described above in detail, in the
なお、前記第1,2,4の実施の形態において、圧電体膜を挟む両電極膜のうち振動板側の電極をチタンを含む導電材で構成することにより、第3の実施の形態と同様に、水熱反応法により分極された圧電体膜を形成することができる。さらに、基板をチタンを含む導電材で構成することにより、基板を共通電極として使用し、電極膜を1つ省略することができる。この場合、圧電体膜上に形成する電極膜をチャンネル毎に独立させる必要がある。 In the first, second, and fourth embodiments, the diaphragm-side electrode of both electrode films sandwiching the piezoelectric film is made of a conductive material containing titanium, so that it is the same as the third embodiment. In addition, a polarized piezoelectric film can be formed by a hydrothermal reaction method. Furthermore, when the substrate is made of a conductive material containing titanium, the substrate can be used as a common electrode and one electrode film can be omitted. In this case, the electrode film formed on the piezoelectric film needs to be independent for each channel.
100、200、300 インク噴射装置
110、210、310 基板
120、220、320 振動板
130、230、330 噴射チャンネル
140、240、340 圧電体膜
132、332 非噴射チャンネル
100, 200, 300
Claims (6)
A step of forming a plurality of channels in a groove shape on one side of the channel substrate, and applying a voltage to the channel substrate including the inner surface of each channel in a direction orthogonal to the arrangement direction of the plurality of channels A step of depositing and forming a piezoelectric film that expands and contracts; a step of depositing and forming an electrode film for applying a voltage to the piezoelectric film on the piezoelectric film; and a groove in the channel substrate between the channels And forming the diaphragm having the piezoelectric film and the electrode film, which are independent for each channel on both sides of the channel, and the electrode film is made independent for each channel. A method of manufacturing an ink ejecting apparatus.
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