JPH05124188A - インクジエツトヘツド及びその製造方法 - Google Patents

インクジエツトヘツド及びその製造方法

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JPH05124188A
JPH05124188A JP28875991A JP28875991A JPH05124188A JP H05124188 A JPH05124188 A JP H05124188A JP 28875991 A JP28875991 A JP 28875991A JP 28875991 A JP28875991 A JP 28875991A JP H05124188 A JPH05124188 A JP H05124188A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】圧電変換器の電気絶縁抵抗劣化がなく、長期に
耐久性のある吐出を可能にし、水系インク、ソルベント
インク、ホットメルトインクのあらゆるインクを安定し
て吐出させることができるようにする。 【構成】積層型圧電変換器10の表面10aと空孔10
bに電気絶縁性の酸化物層13が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、記録インクを飛翔さ
せ、文字・画像を形成するインクジェット記録装置のイ
ンクジェットヘッドおよびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】インクジェット記録は、直接記録である
ためプロセスが簡単である、無騒音である、カラー化が
容易である、高速記録が可能である、普通紙が使用でき
るため低ランニングコストである、微小インク滴を吐出
させるため高解像度の記録が可能である等の優れた特徴
を有しており、将来が注目されている。
【0003】従来、特公昭60−8953号公報等に開
示されているインクジェットヘッドは、圧電変換器がノ
ズル形成部材と概ね直交する方向に変位するごとく振動
し、また各ノズル間の流路が、短い距離で通じているこ
とにより、飛翔したインク滴の安定性が良く、インク中
に気泡、塵埃等の異物が混入した場合でも、これらの影
響を受けることなく正常に動作を維持できるという特徴
を有する。
【0004】しかし、インクジェットヘッドにおいて
は、印字スピード・印字品質の面からインク滴の吐出効
率や飛翔力が大きいことが望ましいが、前記構造のイン
クジェットヘッドでは、圧電変換器の単位長さ当りの伸
縮量や単位電圧当りの伸縮量が十分でなく、発生力も小
さい。従って、印字に要求される飛翔力を得るために
は、圧電変換器の梁を長くしたり、高い電圧の印加が必
要となり、駆動回路や電気絶縁対策が複雑化するという
問題があった。
【0005】この様な問題を解決するため、特公昭63
−125343号公報等に開示されている様に、内部電
極と圧電体とが交互に積み重なり、一体化した積層型圧
電変換器を用いた、インクジェットヘッドが提案されて
いる。積層型圧電変換器は、積層数を調整することで、
圧電変換器の機械的強度を落とさず、内部電極と内部電
極との層間距離を、可及的に小さくできる。圧電体の薄
層化は、電界強度を上げる効果があるため、駆動電圧の
大幅な低電圧化が可能になる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の積層圧電変換器を用いたインクジェットヘッド
では、積層型圧電変換器自身が、インクに直接接してい
たり、遮断されている場合もインクとの遮断が不十分で
あるために、用いる電気絶縁性のあるインクに限定され
てしまう。従って、電気絶縁性を優先するために、記録
インクを限定することにより、高印字品質・速乾性を十
分満足させることができないという課題を有していた。
【0007】特に、積層型圧電変換器の内部電極材料に
は、銀や銀−パラジウムを主成分とする金属が使用され
ており、エレクトロマイグレーション現象による沿面放
電、貫層放電などの故障が発生しやすく、圧電変換器が
インクに接する、接しないに係わらず、電極付近での湿
度の存在や温度、内部電極間距離の高密度化に伴って、
前記現象が助長されるという課題を有していた。
【0008】又、積層型の圧電変換器は、有機成分を多
量に含んだセラミックス粉末と金属ペーストとを焼結し
て製造されるため、焼結後、有機成分が抜け、微細な貫
通孔を含む有孔質となる(この孔を空孔という)。その
ため、前記現象は圧電変換器の表面のみならず、内部に
おいても発生する可能性を有している。
【0009】そこで、本発明の目的は、これらの課題を
解決してあらゆるインクを安定に飛翔させ、高速・高精
細な印刷、高信頼性を達成することのできるインクジェ
ットヘッド及びその製造方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
ヘッドは、複数のノズル開口を有するノズルプレート
と、このノズルプレートの背後に配置された独立に駆動
可能な積層型圧電変換器とを有し、ノズルプレートと積
層型圧電変換器との間の記録インクを吐出させるインク
ジェットヘッドにおいて、積層型圧電変換器の表面と空
孔に電気絶縁性の酸化物層が形成されていることを特徴
とする。
【0011】又、本発明のインクジェットヘッドの製造
方法は、複数のノズル開口を有するノズルプレートと、
このノズルプレートの背後に配置された独立に駆動可能
な積層型圧電変換器とを有し、ノズルプレートと積層型
圧電変換器との間の記録インクを吐出させるインクジェ
ットヘッドの製造方法において、積層型圧電変換器の表
面と空孔に酸化物微粒子が分散したゾルを塗布すること
により、電気絶縁性の酸化物層を形成することを特徴と
する。
【0012】
【作用】本発明によれば、圧電変換器表面と空孔に電気
絶縁性の酸化物層が形成されるため、圧電変換器の電気
絶縁性が向上し、絶縁破壊が抑制される。更に、酸化物
層による耐水・耐湿性及び耐熱性の向上、積層圧電変換
器の残留振動を速く集束させるために振動特性の安定性
を向上させることもできる。
【0013】
【実施例】図1は、本発明に於けるインクジェットヘッ
ドの要部の斜視断面図である。圧電変換器10は、圧電
性セラミックスなどの圧電体11と導電材12a、12
b(以下、内部電極12a、12bと称す。)とを、そ
れぞれ交互に積み重ねた多層構造である。更に、圧電変
換器10には、導電材14a、14b(以下、外部電極
14a、14bと称す。)が形成されており、外部電極
14aは内部電極12aと、外部電極14bは内部電極
12bと、それぞれ電気的導通がなされている。図3に
示すように圧電変換器10の表面10aと空孔10bに
は、後述する方法によって電気絶縁性の酸化物層13が
形成されている。又、圧電変換器10は、ベース部材1
5上に接合されている。
【0014】かかる構成において、動作電気信号が、圧
電変換器10に入力されると図2に示す電界が印加され
た圧電変換器10は、ノズルプレート16と直交する方
向に収縮する。この電界を解除すると、圧電変換器10
の弾性的な復元力により、ノズルプレート16との間の
インク17に圧力が加えられ、ノズル開口18からイン
ク滴が吐出する。
【0015】以下に製造方法について述べる。
【0016】基本的には、圧電変換器表面に分散質とし
てアルミニウム、チタン、ジルコニウム等の金属酸化物
やケイ素などの非金属酸化物、あるいはそれらの複合化
合物を有機溶媒を主分散溶媒としたオルガノゾルを塗布
した後、溶媒を蒸発・乾燥させることにより、圧電変換
器表面と空孔に電気絶縁性の酸化物層を形成する。(実
施例1) 実施例1として圧電変換器10の表面と空孔にSiO2
−ZrO2=重量比65:35)がエタノールを主成分
とする分散媒に分散した固形分20%、粘度7cP(セ
ンチポイズ)、平均粒径0.01μmのゾルを用いた。
【0017】先ず、圧力容器内に圧電変換器10と上記
ゾルとを別々に設置する。徐徐に圧力容器内を減圧して
行き、平衡圧状態で、圧電変換器10をゾル内に浸漬す
る。そして、圧力容器内に空気を入れて、大気圧を利用
して圧電変換器10の表面と、空孔を封孔し、被覆と充
填をする。
【0018】塗布方法には他に、圧電変換器10を上記
ゾルに浸漬した後に減圧処理してもよいし、圧力操作を
せずに大気圧中のみで浸漬する方法、スピンコート、デ
ィッピングでも良い。
【0019】次にゾルの脱溶剤処理をする。圧電変換器
を80℃で加熱し、充填したゾルの溶剤を揮発させる。
これによって、圧電変換器10の表面には、SiO2
ZrO2層が形成される。
【0020】上記浸漬操作と加熱乾燥操作を交互に繰返
すと、ピンホールなどの塗膜欠陥がなくなり、圧電変換
器10のガス遮断性が更に向上し、所望の膜厚(0.1
μm〜数百μm)を得ることができる。
【0021】本実施例により、上記操作を3回繰り返し
て0.6μmのSiO2−ZrO2層で圧電変換器の表面
を絶縁化し、製造したヘッドを用い、水系染料インクを
吐出させた結果、500万ライン(10億ドット相当)
以上の安定したインク吐出が可能であった。
【0022】(実施例2)実施例2として圧電変換器1
0の表面と空孔に、アルミナ微粒子がイソプロパノール
を主成分とする分散媒に分散した固形分10%、粘度5
cP(センチポイズ)、平均粒径0.05μmのアルミ
ナゾルを用いた。
【0023】先ず、圧力操作をせずに大気圧中のみで浸
漬し、圧電変換器を80℃で加熱し、溶剤を揮発させ、
圧電変換器表面にアルミナ層を形成した。
【0024】上記操作を2回繰り返して0.5μmのア
ルミナ層で厚電変換器の表面を絶縁化し、製造したヘッ
ドを用い、常時110℃で加熱されたホットメルトイン
クを吐出させた結果、500万ライン(10億ドット相
当)以上の安定したインク吐出が可能であった。
【0025】(実施例3)実施例3として圧電変換器1
0の表面と空孔に、SiO2−ZrO2−Na2O微粒子
がエタノールを主成分とする分散媒に分散した固形分5
%、粘度10c(センチポイズ)、平均粒径0.02μ
mのゾルを用いた。
【0026】先ず、前述のゾルをディッピングにより圧
電変換器の表面に塗布し、120℃で加熱し、溶剤を揮
発させ、厚電変換器表面にSiO2−ZrO2−Na2
層を形成した。
【0027】上記操作を4回繰り返して0.8μmのS
iO2−ZrO2−Na2O層で厚電変換器の表面を絶縁
化し、製造したヘッドを用い、高沸点・低揮発性の脂肪
族炭化水素(商品名アイソパーL、エクソン社製)に顔
料を分散させたソルベントインクを吐出させた結果、5
00万ライン(10億ドット相当)以上の安定したイン
ク吐出が可能であった。
【0028】
【発明の効果】本発明によれば、複数のノズル開口を有
するノズルプレートと、このノズルプレートの背後に配
置された独立に駆動可能な積層型圧電変換器とを有し、
ノズルプレートと積層型圧電変換器との間の記録インク
を吐出させるインクジェットヘッドにおいて、積層型圧
電変換器の表面と空孔に電気絶縁性の酸化物層が形成さ
れていることにより、圧電変換器を水分やゴミなどの異
物の混入や汚染、外乱などから完璧に遮断できるという
効果を有する。
【0029】又、圧電変換器の電気絶縁抵抗劣化がな
く、長期に耐久性のある吐出を可能にするという効果も
有する。
【0030】又、水系インク、ソルベントインク、ホッ
トメルトインクのあらゆるインクを安定して吐出させる
ことができるため高印字品質、高精細なインクジェット
ヘッドを提供できるという効果も有する。
【0031】更に、耐熱性に優れた圧電変換器を提供す
るという効果も有する。
【0032】更に、圧電変換器の残留応力を速く集束さ
せることができるため振動特性の安定性を飛躍的に向上
させる効果も有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるインクジェットヘッドの要部の断
面斜視図である。
【図2】本発明のインクジェットヘッドの断面図であ
る。
【図3】積層型圧電変換器部分拡大断面図である。
【符号の説明】
10・・・・・・・圧電変換器 10a・・・・・・圧電変換器の表面 10b・・・・・・圧電変換器の空孔 11・・・・・・・圧電体 12a・・・・・・内部電極 12b・・・・・・内部電極 13・・・・・・・酸化物層 14・・・・・・・ベース部材 15a・・・・・・外部電極 15b・・・・・・外部電極 16・・・・・・・ノズルプレート 17・・・・・・・インク 18・・・・ノズル開口
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 41/24 9274−4M H01L 41/22 A

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数のノズル開口を有するノズルプレー
    トと、このノズルプレートの背後に配置された独立に駆
    動可能な積層型圧電変換器とを有し、ノズルプレートと
    積層型圧電変換器との間の記録インクを吐出させるイン
    クジェットヘッドにおいて、積層型圧電変換器の表面と
    空孔に電気絶縁性の酸化物層が形成されていることを特
    徴とするインクジェットヘッド。
  2. 【請求項2】 複数のノズル開口を有するノズルプレー
    トと、このノズルプレートの背後に配置された独立に駆
    動可能な積層型圧電変換器とを有し、ノズルプレートと
    積層型圧電変換器との間の記録インクを吐出させるイン
    クジェットヘッドの製造方法において、積層型圧電変換
    器の表面と空孔に酸化物微粒子が分散したゾルを塗布す
    ることにより、電気絶縁性の酸化物層を形成することを
    特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
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