JPH04275154A - パルス滴付着装置用圧電アクチュエータ素子およびその製造方法 - Google Patents
パルス滴付着装置用圧電アクチュエータ素子およびその製造方法Info
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- JPH04275154A JPH04275154A JP3036137A JP3613791A JPH04275154A JP H04275154 A JPH04275154 A JP H04275154A JP 3036137 A JP3036137 A JP 3036137A JP 3613791 A JP3613791 A JP 3613791A JP H04275154 A JPH04275154 A JP H04275154A
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Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、パルス滴付着装置用圧
電アクチュエータ素子の製造方法に関し、より具体的に
は圧電素子のせん断変形を利用したパルス滴インクジェ
ットプリンタヘッド用圧電アクチュエータ素子の製造方
法に関するものである。
電アクチュエータ素子の製造方法に関し、より具体的に
は圧電素子のせん断変形を利用したパルス滴インクジェ
ットプリンタヘッド用圧電アクチュエータ素子の製造方
法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、圧電素子のせん断変形を利用した
パルス滴インクジェットプリンタヘッド用圧電アクチュ
エータ素子の構成及びその製造方法について特開昭６３
ー２４７０５１号公報に記載されている。該パルス滴付
着装置及び圧電アクチュエータ素子の構成例を図６に示
す。このパルス滴付着装置は多数のインク噴射孔４１を
有する液滴噴射ノズルプレート４２と、該ノズルプレー
ト４２が接続された多数のインク溝４３（圧力チャンバ
ー）と側壁面４４に駆動用電極が形成された圧電材料か
らなる、せん断変形圧電アクチュエータ４５と、インク
補充のための給液機構（図示せず）から構成されている
。
パルス滴インクジェットプリンタヘッド用圧電アクチュ
エータ素子の構成及びその製造方法について特開昭６３
ー２４７０５１号公報に記載されている。該パルス滴付
着装置及び圧電アクチュエータ素子の構成例を図６に示
す。このパルス滴付着装置は多数のインク噴射孔４１を
有する液滴噴射ノズルプレート４２と、該ノズルプレー
ト４２が接続された多数のインク溝４３（圧力チャンバ
ー）と側壁面４４に駆動用電極が形成された圧電材料か
らなる、せん断変形圧電アクチュエータ４５と、インク
補充のための給液機構（図示せず）から構成されている
。
【０００３】上記パルス滴付着装置は駆動電極に電界を
印加すると圧電材料がせん断変形を起こしインク溝４３
の容積変化を引き起こす。その結果としてインク溝４３
中の液圧が変化しノズルプレート４１の噴射孔からイン
クが噴射される。複数個のインク溝４３を有する圧電ア
クチュエータ素子の製造方法としては、基板上に接合さ
れた圧電材料の板または圧電材料の板そのものにダイア
モンドカッターブレードや、レーザ等を用いてインク溝
を形成するという方法が提示されていた。この様な圧電
アクチュエータ素子をインクッジェットプリンタヘッド
のアクチュエータとして応用する場合、インク噴射ノズ
ルの集積度を向上させるためにはインク溝を高精度に多
数個形成する必要があった。また圧電材料のせん断変形
を有効に利用するには圧電材料の壁の幅寸法に対して高
さ寸法を大きくする必要があった。（言い換えれば深い
インク溝を形成する必要があった。）
印加すると圧電材料がせん断変形を起こしインク溝４３
の容積変化を引き起こす。その結果としてインク溝４３
中の液圧が変化しノズルプレート４１の噴射孔からイン
クが噴射される。複数個のインク溝４３を有する圧電ア
クチュエータ素子の製造方法としては、基板上に接合さ
れた圧電材料の板または圧電材料の板そのものにダイア
モンドカッターブレードや、レーザ等を用いてインク溝
を形成するという方法が提示されていた。この様な圧電
アクチュエータ素子をインクッジェットプリンタヘッド
のアクチュエータとして応用する場合、インク噴射ノズ
ルの集積度を向上させるためにはインク溝を高精度に多
数個形成する必要があった。また圧電材料のせん断変形
を有効に利用するには圧電材料の壁の幅寸法に対して高
さ寸法を大きくする必要があった。（言い換えれば深い
インク溝を形成する必要があった。）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記で
示したダイアモンドカッターブレードや、レーザ等を用
いてインク溝を形成するという方法では、圧電材料のせ
ん断変形に有効な深いインク溝を加工する場合、製造方
法として極めて能率が低く、また加工による歩留りが悪
い上、寸法・ピッチ精度的にも要求を満足することは困
難であった。
示したダイアモンドカッターブレードや、レーザ等を用
いてインク溝を形成するという方法では、圧電材料のせ
ん断変形に有効な深いインク溝を加工する場合、製造方
法として極めて能率が低く、また加工による歩留りが悪
い上、寸法・ピッチ精度的にも要求を満足することは困
難であった。
【０００５】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、インク溝の集積度が高く圧電材
料のせん断変形を有効利用できる圧電材料の壁形状を有
するインクジェットプリンタヘッド用圧電アクチュエー
タ素子を安価に製造する方法を提示することを目的とす
る。
になされたものであり、インク溝の集積度が高く圧電材
料のせん断変形を有効利用できる圧電材料の壁形状を有
するインクジェットプリンタヘッド用圧電アクチュエー
タ素子を安価に製造する方法を提示することを目的とす
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の製造方法は、複数のインク溝と圧電材料と該
圧電材料に電界を印加するための駆動電極とからなるパ
ルス滴付着装置用圧電アクチュエータ素子の製造方法に
於て、樹脂材料と圧電材料が主な成分である複合材料を
用いて、射出成形して多数のインク溝を有する圧電アク
チュエータ素子を形成する工程と、前記圧電アクチュエ
ータ素子を分極する工程とからなることを特徴とする。
に本発明の製造方法は、複数のインク溝と圧電材料と該
圧電材料に電界を印加するための駆動電極とからなるパ
ルス滴付着装置用圧電アクチュエータ素子の製造方法に
於て、樹脂材料と圧電材料が主な成分である複合材料を
用いて、射出成形して多数のインク溝を有する圧電アク
チュエータ素子を形成する工程と、前記圧電アクチュエ
ータ素子を分極する工程とからなることを特徴とする。
【０００７】
【作用】本発明の製造方法では、圧電アクチュエータ素
子形成材料として成形性に優れた樹脂材料と圧電定数の
大きな圧電材料によって構成される複合圧電材料を用い
ることによって、実用レベルの圧電特性を有し、かつ成
形性に優れた圧電材料を圧電アクチュエータ素子用材料
として使用することができる。該成形性に優れた樹脂材
料の成形性を有効に利用した高精度射出成形法が応用で
きるので複数のインク溝を寸法・ピッチ精度良く機械加
工、レーザ加工等の加工手段を用いる事なくインク溝を
形成することができる。また射出成形法を用いることに
より大幅な製造時間短縮が計れる。
子形成材料として成形性に優れた樹脂材料と圧電定数の
大きな圧電材料によって構成される複合圧電材料を用い
ることによって、実用レベルの圧電特性を有し、かつ成
形性に優れた圧電材料を圧電アクチュエータ素子用材料
として使用することができる。該成形性に優れた樹脂材
料の成形性を有効に利用した高精度射出成形法が応用で
きるので複数のインク溝を寸法・ピッチ精度良く機械加
工、レーザ加工等の加工手段を用いる事なくインク溝を
形成することができる。また射出成形法を用いることに
より大幅な製造時間短縮が計れる。
【０００８】
【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面を
参照して説明する。
参照して説明する。
【０００９】本実施例では複合圧電材料の樹脂材料とし
て成形性、耐熱性、強度に着目してエンジニアリングプ
ラスチックであるポリカーボネートを選んだ。必要に応
じてポリアセタール、ナイロン等の他のエンジニアリン
グプラスチック材料を選んでも差し支えない。圧電材料
としては圧電定数ｄ１５が大きく、低電界強度で分極が
可能な圧電セラミックス材料（Ｔｏｋｉｎ製Ｎ−１０）
を選んだ。圧電セラミックスの焼結体を粉砕機を用いて
粉砕し平均粒径６μｍ程度の粉末とした。該圧電セラミ
ックス粉末７０ｖｏｌ％とポリカーボネート、可塑剤、
滑剤の合計３０ｖｏｌ％を乾式混合した後、加圧ニーダ
ーを用いて加熱混練しペレタイザーを用いてペレット化
した。
て成形性、耐熱性、強度に着目してエンジニアリングプ
ラスチックであるポリカーボネートを選んだ。必要に応
じてポリアセタール、ナイロン等の他のエンジニアリン
グプラスチック材料を選んでも差し支えない。圧電材料
としては圧電定数ｄ１５が大きく、低電界強度で分極が
可能な圧電セラミックス材料（Ｔｏｋｉｎ製Ｎ−１０）
を選んだ。圧電セラミックスの焼結体を粉砕機を用いて
粉砕し平均粒径６μｍ程度の粉末とした。該圧電セラミ
ックス粉末７０ｖｏｌ％とポリカーボネート、可塑剤、
滑剤の合計３０ｖｏｌ％を乾式混合した後、加圧ニーダ
ーを用いて加熱混練しペレタイザーを用いてペレット化
した。
【００１０】上記のペレット化した複合圧電材料を用い
て射出成形を行った。図１にインラインスクリュー式射
出成形機の概略を示す。該射出成形機は加熱用ヒータ１
２、スクリュー１３、シリンダ１４、油圧モータ１５、
油圧シリンダ１６により構成されており、ホッパー１７
より供給されたペレット化した複合圧電材料２はノズル
１１に供給される間に溶融する。溶融した複合圧電材料
はスクリュー１３が回転しながら移動する際、設定され
た射出圧力によってノズル１１から射出成形型１ａ、１
ｂによって形成されたキャビティ内に射出される。図２
に射出成形型１ａ、１ｂによって形成されたキャビティ
内で成形されたインクジェットプリンタヘッド用圧電ア
クチュエータ素子３を示す。図３に射出成形型１ａ、１
ｂによって形成されたキャビティ内で成形されたインク
ジェットプリンタヘッド用圧電アクチュエータ素子３を
射出成形型１ａ、１ｂから離型した状態を示す。成形さ
れたインクジェットプリンタヘッド用圧電アクチュエー
タ素子３は多数個の平行に並んだ複合圧電材料の壁を有
し、該平行な壁の間に形成された多数個の平行に並んだ
インク溝（インク流路、圧力チャンバー）を有している
。
て射出成形を行った。図１にインラインスクリュー式射
出成形機の概略を示す。該射出成形機は加熱用ヒータ１
２、スクリュー１３、シリンダ１４、油圧モータ１５、
油圧シリンダ１６により構成されており、ホッパー１７
より供給されたペレット化した複合圧電材料２はノズル
１１に供給される間に溶融する。溶融した複合圧電材料
はスクリュー１３が回転しながら移動する際、設定され
た射出圧力によってノズル１１から射出成形型１ａ、１
ｂによって形成されたキャビティ内に射出される。図２
に射出成形型１ａ、１ｂによって形成されたキャビティ
内で成形されたインクジェットプリンタヘッド用圧電ア
クチュエータ素子３を示す。図３に射出成形型１ａ、１
ｂによって形成されたキャビティ内で成形されたインク
ジェットプリンタヘッド用圧電アクチュエータ素子３を
射出成形型１ａ、１ｂから離型した状態を示す。成形さ
れたインクジェットプリンタヘッド用圧電アクチュエー
タ素子３は多数個の平行に並んだ複合圧電材料の壁を有
し、該平行な壁の間に形成された多数個の平行に並んだ
インク溝（インク流路、圧力チャンバー）を有している
。
【００１１】図４に圧電アクチュエータ素子３を分極す
る工程を示す。成形された圧電アクチュエータ素子３は
分極用治具２１ａ、２１ｂに設置され直流電界が印加さ
れる。
る工程を示す。成形された圧電アクチュエータ素子３は
分極用治具２１ａ、２１ｂに設置され直流電界が印加さ
れる。
【００１２】図４のような電界が印加されると圧電アク
チュエータ素子３の分極方向４は厚み方向となる。
チュエータ素子３の分極方向４は厚み方向となる。
【００１３】図５は駆動電極及び保護膜が形成されたイ
ンクジェットプリンタヘッド用圧電アクチュエータ素子
を示す。分極処理された圧電アクチュエータ素子３の多
数個の平行に並んだ複合圧電材料の壁５の側面にスパッ
タ法にてニッケルの駆動電極７を形成する。その後、複
合圧電材料の壁５の側面及びインク溝６の底面にアルミ
ナ８（ヤング率が大きく、耐食性に富んだ他のセラミッ
クスでもよい）の保護膜を形成する。
ンクジェットプリンタヘッド用圧電アクチュエータ素子
を示す。分極処理された圧電アクチュエータ素子３の多
数個の平行に並んだ複合圧電材料の壁５の側面にスパッ
タ法にてニッケルの駆動電極７を形成する。その後、複
合圧電材料の壁５の側面及びインク溝６の底面にアルミ
ナ８（ヤング率が大きく、耐食性に富んだ他のセラミッ
クスでもよい）の保護膜を形成する。
【００１４】こうして得られた本実施例の複合圧電材料
により形成されたインクジェットプリンタヘッド用圧電
アクチュエータ素子は、１６×１６×１ｍｍの外形寸法
の中に幅０．２ｍｍ高さ０．５ｍｍ長さ１６ｍｍの平行
に並んだ４９個の複合圧電材料の壁と隣合う複合圧電材
料の壁で形成される幅０．１ｍｍ深さ０．５ｍｍ長さ１
６ｍｍの平行に並んだ４８個のインク溝を有している。 複合圧電材料の壁の側面に形成された駆動電極に電界を
印加すると、印加電界の方向と分極方向が直交している
ため複合圧電材料の壁はせん断変形を起こす。この変形
によりインク溝の容積変化が起こりインク溝中のインク
の液圧が変化する。インク溝は一種の圧力チャンバーと
して動作しインクの噴射が起こる。
により形成されたインクジェットプリンタヘッド用圧電
アクチュエータ素子は、１６×１６×１ｍｍの外形寸法
の中に幅０．２ｍｍ高さ０．５ｍｍ長さ１６ｍｍの平行
に並んだ４９個の複合圧電材料の壁と隣合う複合圧電材
料の壁で形成される幅０．１ｍｍ深さ０．５ｍｍ長さ１
６ｍｍの平行に並んだ４８個のインク溝を有している。 複合圧電材料の壁の側面に形成された駆動電極に電界を
印加すると、印加電界の方向と分極方向が直交している
ため複合圧電材料の壁はせん断変形を起こす。この変形
によりインク溝の容積変化が起こりインク溝中のインク
の液圧が変化する。インク溝は一種の圧力チャンバーと
して動作しインクの噴射が起こる。
【００１５】圧電材料として樹脂と圧電セラミックスの
複合圧電材料を用いると、圧電材料の壁のコンプライア
ンスが高くなり用いるインクのコンプライアンスとのマ
ッチングが低下する可能性がある。この問題点を解消す
る方法として本実施例では複合圧電材料の壁の側面に駆
動電極として複合圧電材料よりヤング率の高いニッケル
を使用し、さらに保護膜としてヤング率の高いアルミナ
セラミックス層を設けて見かけ上、複合圧電材料の壁の
コンプライアンスを低くした。複合圧電材料を用いたと
きのもう一つの問題点は用いる樹脂材料のインクに対す
る耐食性の問題である。エンジニアリングプラスチック
は、ある程度耐食性に優れていると言うもののインクジ
ェットプリンタヘッド用圧電アクチュエータ素子として
応用した場合駆動による素子の発熱がある。こういった
条件下ではエンジニアリングプラスチックの耐食性に対
し不安が残る。そこで複合圧電材料の壁の側面だけでは
なくインク溝の底面にもアルミナセラミックスの保護膜
を設け対処した。
複合圧電材料を用いると、圧電材料の壁のコンプライア
ンスが高くなり用いるインクのコンプライアンスとのマ
ッチングが低下する可能性がある。この問題点を解消す
る方法として本実施例では複合圧電材料の壁の側面に駆
動電極として複合圧電材料よりヤング率の高いニッケル
を使用し、さらに保護膜としてヤング率の高いアルミナ
セラミックス層を設けて見かけ上、複合圧電材料の壁の
コンプライアンスを低くした。複合圧電材料を用いたと
きのもう一つの問題点は用いる樹脂材料のインクに対す
る耐食性の問題である。エンジニアリングプラスチック
は、ある程度耐食性に優れていると言うもののインクジ
ェットプリンタヘッド用圧電アクチュエータ素子として
応用した場合駆動による素子の発熱がある。こういった
条件下ではエンジニアリングプラスチックの耐食性に対
し不安が残る。そこで複合圧電材料の壁の側面だけでは
なくインク溝の底面にもアルミナセラミックスの保護膜
を設け対処した。
【００１６】本発明の製造工程の他の応用例を以下に説
明する。上記実施例の圧電アクチュエータ素子は樹脂材
料及び圧電セラミックス材料にて構成されているが、該
圧電アクチュエータ素子を圧電セラミックス焼結体にて
構成することも本発明の製造工程を応用すれば簡単に実
施できる。その方法は上記実施例と同様に成形性に優れ
た樹脂材料と圧電セラミックス粉末の複合材料を成形用
原料として用い、高精度射出成形法により複数個のイン
ク溝が形成された射出成形体を得る。その後射出成形体
中の樹脂成分のみを熱処理によって脱脂し、得られた脱
脂体を原料として用いた圧電セラミックス粉末材料の焼
結条件にて焼結する。このような製造工程を用いること
で圧電セラミックス焼結体で構成された複数個のインク
溝を有するインクジェットプリンタヘッド用圧電アクチ
ュエータ素子を製造することが出来る。
明する。上記実施例の圧電アクチュエータ素子は樹脂材
料及び圧電セラミックス材料にて構成されているが、該
圧電アクチュエータ素子を圧電セラミックス焼結体にて
構成することも本発明の製造工程を応用すれば簡単に実
施できる。その方法は上記実施例と同様に成形性に優れ
た樹脂材料と圧電セラミックス粉末の複合材料を成形用
原料として用い、高精度射出成形法により複数個のイン
ク溝が形成された射出成形体を得る。その後射出成形体
中の樹脂成分のみを熱処理によって脱脂し、得られた脱
脂体を原料として用いた圧電セラミックス粉末材料の焼
結条件にて焼結する。このような製造工程を用いること
で圧電セラミックス焼結体で構成された複数個のインク
溝を有するインクジェットプリンタヘッド用圧電アクチ
ュエータ素子を製造することが出来る。
【００１７】他の応用例としては圧電アクチュエータ素
子をポリフッ化ビニリデンやフッ化ビニリデンと三フッ
化エチレンの共重合体等に代表される高分子圧電材料を
用いて製造する方法である。この例に於いても上記実施
例の製造工程が応用でき、圧電高分子材料で構成された
複数個のインク溝を有するインクジェットプリンタヘッ
ド用圧電アクチュエータ素子を製造することが出来る。
子をポリフッ化ビニリデンやフッ化ビニリデンと三フッ
化エチレンの共重合体等に代表される高分子圧電材料を
用いて製造する方法である。この例に於いても上記実施
例の製造工程が応用でき、圧電高分子材料で構成された
複数個のインク溝を有するインクジェットプリンタヘッ
ド用圧電アクチュエータ素子を製造することが出来る。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したことから明かなように、複
数のインク溝を有する形状のパルス滴付着装置用圧電ア
クチュエータ素子を本発明の製造工程すなわち成形性に
優れた樹脂材料と圧電材料が主な成分である複合材料を
用い、前記樹脂材料の成形性を利用した高精度成形法（
高精度射出成形法等）にて製造することで機械加工やレ
ーザ加工による溝加工を施すことなく安価に複数のイン
ク溝が高精度にかつ高集積度にて形成されたパルス滴付
着装置用圧電アクチュエータ素子が大量生産できる。
数のインク溝を有する形状のパルス滴付着装置用圧電ア
クチュエータ素子を本発明の製造工程すなわち成形性に
優れた樹脂材料と圧電材料が主な成分である複合材料を
用い、前記樹脂材料の成形性を利用した高精度成形法（
高精度射出成形法等）にて製造することで機械加工やレ
ーザ加工による溝加工を施すことなく安価に複数のイン
ク溝が高精度にかつ高集積度にて形成されたパルス滴付
着装置用圧電アクチュエータ素子が大量生産できる。
【図１】本実施例の射出成形工程を示す図である。
【図２】本実施例の射出成形工程を示す図である。
【図３】本実施例の射出成形工程を示す図である。
【図４】本実施例の分極工程を示す図である。
【図５】本実施例の駆動電極及び保護膜形成工程を示す
図である。
図である。
【図６】パルス滴付着装置及び圧電アクチュエータ素子
の構成図である。
の構成図である。
２ 複合材料
３ 圧電アクチュエータ素子
６ インク溝
７ 駆動電極
Claims (1)
- 【請求項１】 複数のインク溝と圧電材料と該圧電材
料に電界を印加するための駆動電極とからなるパルス滴
付着装置用圧電アクチュエータ素子の製造方法に於て、
樹脂材料と圧電材料が主な成分である複合材料を用いて
、射出成形して多数のインク溝を有する圧電アクチュエ
ータ素子を形成する工程と、前記圧電アクチュエータ素
子を分極する工程とからなることを特徴とするパルス滴
付着装置用圧電アクチュエータ素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3613791A JP2913862B2 (ja) | 1991-03-01 | 1991-03-01 | パルス滴付着装置用圧電アクチュエータ素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3613791A JP2913862B2 (ja) | 1991-03-01 | 1991-03-01 | パルス滴付着装置用圧電アクチュエータ素子およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04275154A true JPH04275154A (ja) | 1992-09-30 |
| JP2913862B2 JP2913862B2 (ja) | 1999-06-28 |
Family
ID=12461403
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3613791A Expired - Lifetime JP2913862B2 (ja) | 1991-03-01 | 1991-03-01 | パルス滴付着装置用圧電アクチュエータ素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2913862B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5650810A (en) * | 1992-12-03 | 1997-07-22 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Ink jet print head having a manifold wall portion and method of producing the same by injection molding |
| EP0803918B2 (en) † | 1996-04-11 | 2010-10-20 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric vibrator unit, ink jet recording head using the piezoelectric vibrator unit and method of manufacturing the same |
-
1991
- 1991-03-01 JP JP3613791A patent/JP2913862B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5650810A (en) * | 1992-12-03 | 1997-07-22 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Ink jet print head having a manifold wall portion and method of producing the same by injection molding |
| EP0803918B2 (en) † | 1996-04-11 | 2010-10-20 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric vibrator unit, ink jet recording head using the piezoelectric vibrator unit and method of manufacturing the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2913862B2 (ja) | 1999-06-28 |
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