JPH06171096A

JPH06171096A - インク噴射装置の製造方法及びインク噴射装置

Info

Publication number: JPH06171096A
Application number: JP32427692A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Muto; 満武藤
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1992-12-03
Filing date: 1992-12-03
Publication date: 1994-06-21

Abstract

(57)【要約】【目的】ノズルが形成される位置の精度を良く、且つ
ノズル内面の面粗さ及び形状を良好にし、印字品質を良
くすること。【構成】インク流路１２を構成する溝８とノズル３０
とが射出成形によって、一体に形成される。従って、イ
ンク流路１２を構成する溝８とノズル３０との相対的な
位置合わせが必要なく、位置精度が良好である。溝８及
びノズル３０の内面には、マイクロクラックが発生する
ことがなく、内面の表面粗さが向上する。また、溝８と
ノズル３０の周囲とが曲面で連通されているので、イン
ク噴出時によるインクの流れが均一となる。このため、
ノズル３０から空気が入っても、インク適の噴射と共に
空気が排出され、インク滴の噴出を妨げることなく、良
好にインク滴が噴出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電圧が印加されて変形
する駆動部を含む圧電セラミックス部材と、その駆動部
の変形によりインク滴が噴出されるノズルとを備えたイ
ンク噴射装置の製造方法及びインク噴射装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のインク噴射装置として
は、例えば特開平２−１５０３５５号公報に記載されて
いるものがある。以下、その概略構成を図８を参照して
第一の従来例を説明する。

【０００３】図８に示すように、インクジェットプリン
タヘッド１は、圧電セラミックスプレート２とカバープ
レート３とノズルプレート３１と基板４１とから構成さ
れている。

【０００４】その圧電セラミックスプレート２には、薄
い円板状のダイヤモンドブレード等を用いた切削加工に
より、複数の溝８が形成されている。また、その溝８の
側面となる側壁１１は矢印５の方向に分極されている。
それらの溝８は同じ深さであり、かつ平行である。それ
ら溝８の深さは圧電セラミックスプレート２の一端面１
５に近づくにつれて徐々に浅くなっており、一端面１５
付近には浅溝１６が形成されている。そして、溝８の内
面には、その両側面の上半分に金属電極１３がスパッタ
リング等によって形成されている。また、浅溝１６の内
面には、その側面及び底面に金属電極９がスパッタリン
グ等によって形成されている。これにより、溝８の両側
面に形成された金属電極１３は浅溝１６に形成された金
属電極９によって連結されている。

【０００５】次に、カバープレート３は、セラミックス
材料または樹脂材料等から形成されている。そして、カ
バープレート３には、研削または切削加工等によって、
インク導入口２１及びマニホールド２２が形成されてい
る。そして、圧電セラミックスプレート２の溝８加工側
の面とカバープレート３のマニホールド２２加工側の面
とがエポキシ系接着剤等によって接着される。従って、
インクジェットプリンタヘッド１には、溝８の上面が覆
われて横方向に互いに間隔を有する複数のインク流路が
構成される。そして、全てのインク流路内には、インク
が充填される。

【０００６】圧電セラミックスプレート２及びカバープ
レート３の端面に、各インク流路１２の位置に対応した
位置にノズル３２が設けられたノズルプレート３１が接
着されている。このノズルプレート３１は、ポリアルキ
レン（例えばエチレン）、テレフタレート、ポリイミ
ド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリエ
ーテルスルホン、ポリカーボネイト、酢酸セルロース等
のプラスチックによって形成されている。

【０００７】そして、圧電セラミックスプレート２の溝
８の加工側に対して反対側の面には、基板４１が、エポ
キシ系接着剤等によって接着されている。その基板４１
には各インク流路の位置に対応した位置に導電層のパタ
ーン４２が形成されている。その導電層のパターン４２
と浅溝１６の底面の金属電極９とは、ワイヤボンディン
グによって導線４３で接続されている。

【０００８】しかしながら、この様な構成のインク噴射
装置では、圧電セラミックスプレート２及びカバープレ
ート３の端面に、ノズル３２が形成されたノズルプレー
ト３１が接着されている。このため、ノズルプレート３
１に形成されるノズル３２の位置と、圧電セラミックス
プレート２及びカバープレート３の端面に接着されるノ
ズルプレート３１の位置とによって前記各インク流路に
対応する各ノズル３２の位置が決まるので、各インク流
路に対応する各ノズル３２の位置精度が悪いといった問
題があった。また、ノズルプレート３１が接着されると
きに余剰接着剤がノズル３２の内面に流入して、インク
噴出時のインクの直進性が乱れたり、ノズル３２の目詰
まりが発生するといった問題があった。

【０００９】この問題を解決するために、本願出願人
は、特願平３−１２３７６５号を提案している。以下、
図面を参照して第二の従来例の概略構成を説明する。
尚、上述したインク噴射装置と同一の部材については、
同一の符号を付し、説明を省略する。

【００１０】図９に示すように、インクジェットプリン
タヘッド１は、圧電セラミックスプレート２とカバープ
レート３と基板４１（図８参照）とから構成されてい
る。

【００１１】その圧電セラミックスプレート２には、前
記インク流路の一部である溝８が切削加工によって形成
されている。また、圧電セラミックスプレート２には、
該溝８に連続して溝８の断面積よりも小さな断面積の小
溝７が切削加工によって形成されている。

【００１２】そして、その溝８の側面となる側壁１１は
矢印５の方向に分極されている。圧電セラミックスプレ
ート２の一端面１５（図８参照）付近には浅溝１６（図
８参照）が形成されている。そして、溝８の内面には、
その両側面の上半分に金属電極１３がスパッタリング等
によって形成されている。また、浅溝１６の内面には、
その側面及び底面に金属電極９（図８参照）がスパッタ
リング等によって形成されている。これにより、溝８の
両側面に形成された金属電極１３は浅溝１６に形成され
た金属電極９によって連結されている。

【００１３】そして、圧電セラミックスプレート２の溝
８加工側の面とカバープレート３とがエポキシ系接着剤
等によって接着される。従って、インクジェットプリン
タヘッド１には、溝８の上面が覆われて横方向に互いに
間隔を有する複数のインク流路が構成される。また、小
溝７の上面が覆われて複数のノズルが構成される。

【００１４】そして、圧電セラミックスプレート２には
基板４１が接着されている。その基板４１には導電層の
パターン４２が形成されている。その導電層のパターン
４２と浅溝１６の底面の金属電極９とは、ワイヤボンデ
ィングによって導線４３で接続されている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た特願平３−１２３７６５号のインク噴射装置では、圧
電セラミックスプレート２にノズルを構成する小溝７が
切削加工によって形成されている。このため、図１０に
示すように、切削面である小溝７の底面及び側面９０に
はマイクロクラック９１が発生することがある。また、
小溝の底面及び側面９０には破線で示す圧電セラミック
ス粒子９４の脱落が発生し、表面粗さが悪くなる。従っ
て、インク滴が噴出される時に、ノズルを通るインク流
れが乱れて、インク滴の飛翔方向が影響を受けたり、イ
ンク飛沫が発生しやすくなり、印字品質が悪くなるとい
った問題があった。

【００１６】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、ノズルが形成される位置の精度
及びノズル内面の面粗さ及び形状が良好で印字品質の良
いインク噴射装置の製造方法及びインク噴射装置を提供
することを目的とするものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の請求項１のインク噴射装置の製造方法では、
電圧が印加されて変形する駆動部を含む圧電セラミック
ス部材と、その駆動部の変形によりインク滴が噴出され
るノズルとを射出成形法により一体に形成する。

【００１８】この目的を達成するために本発明の請求項
２のインク噴射装置では、電圧が印加されて変形する駆
動部を含む圧電セラミックス部材と、前記圧電セラミッ
クス部材に形成され、インク滴が噴出されるノズルとを
備え、前記圧電セラミックス部材と前記ノズルとが射出
成形法により一体に形成されている。

【００１９】また、前記インク噴射装置の前記圧電セラ
ミックス部材はインクが充填されるインク流路を有し、
そのインク流路は前記駆動部に形成されると共に前記ノ
ズルと連通され、そのノズル周囲の連通面が傾斜面また
は曲面である。

【００２０】

【作用】上記の構成を有する本発明の請求項１のインク
噴射装置の製造方法によれば、電圧が印加されて変形す
る駆動部を含む圧電セラミックス部材と、その駆動部の
変形によりインク滴が噴出されるノズルとを射出成形法
により一体に形成する。従って、インク流路とノズルと
の相対的な位置の精度が良く、ノズル内面の面粗さ及び
形状が良好で、印字品質が良い。

【００２１】また、請求項２のインク噴射装置によれ
ば、電圧が印加されて変形する駆動部を含む圧電セラミ
ックス部材と、その圧電セラミックス部材に形成され、
インク滴が噴出されるノズルとが射出成形法により一体
に形成されている。従って、インク流路とノズルとの相
対的な位置の精度が良く、ノズル内面の面粗さ及び形状
が良好で、印字品質が良い。

【００２２】更に、前記インク噴射装置の前記圧電セラ
ミックス部材はインクが充填されるインク流路を有し、
そのインク流路は前記駆動部に形成されると共に前記ノ
ズルと連通され、そのノズル周囲の連通面が傾斜面また
は曲面である。従って、ノズルから空気が入ってもイン
ク滴の噴出と共に空気が排出される。

【００２３】

【実施例】以下、本発明を図面を参照して説明する。な
お都合上、従来例と同一部位、及び均等部位には同一符
合をつけ、その説明を省略する。

【００２４】まず、仮焼処理された圧電セラミックス粉
末と熱可塑性樹脂、ワックス、可塑剤などのバインダ類
とが混練される。

【００２５】熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポ
リプロピレン、ポリスチレン、エチレン−酢酸ビニル共
重合体、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸エステル、ポ
リメタクリル酸、ポリメタクリル酸エステルなどが使用
可能である。

【００２６】ワックスとしては、みつろう、カルナバワ
ックス、木ろう、パラフィンワックス、マイクロクリス
タリンワックスなどの天然ワックスやポリエチレングリ
コール、モンタンワックス誘導体、パラフィンワックス
誘導体、マイクロクリスタリンワックス誘導体などの合
成ワックスが使用可能である。

【００２７】可塑剤としては、ジエチルフタレート、ジ
ブチルフタレート、ジオクチルフタレート、脂肪酸エス
テル類などが使用可能である。

【００２８】また、上記バインダの他にステアリン酸な
どの滑剤が添加されてもよい。

【００２９】なお、圧電セラミックス粉末とバインダ類
の添加量との比は通常、５０：５０〜６０：４０容量％
である。

【００３０】本実施例では、８５０℃で仮焼処理した前
記圧電セラミックス粉末であるチタン酸ジルコン酸鉛粉
末を９０重量％、前記熱可塑性樹脂であるポリメタクリ
ル酸エステル５重量％、前記ワックスであるパラフィン
ワックス２重量％及びマイクロクリスタリンワックス２
重量％、前記可塑剤であるジオクチルフタレート１重量
％が秤量され、それらが加圧ニーダにより２時間混練さ
れる。

【００３１】圧電セラミックス粉末とバインダ類との混
練方法は、特に制約はなく、バンバリーミキサーなどに
より混練してもよい。

【００３２】混練した後、混練物がペレタイザーにより
ペレットにされ、そのペレットが射出成形用原料とな
る。

【００３３】また、上記の混練物を必ずしもペレタイザ
ーによりペレットにする必要はなく、粉砕機により造粒
するだけでもよい。

【００３４】次に、射出成形用原料が射出成形機に投入
されて、７００ｋｇｆ／ｃｍ²の射出圧力で圧電セラミ
ックス成形体が成形される。

【００３５】図１に示すように、その圧電セラミックス
成形体には、溝８、側壁１１及びノズル３０が形成され
ている。この圧電セラミックス成形体は金型の形状が転
写され、溝８の幅は１００μｍ、溝８の深さは６００μ
ｍ、ノズル３０の径は５０μｍである。

【００３６】なお、射出成形機には通常の樹脂用射出成
形機、或はセラミックス、金属用の耐摩耗性を向上させ
た射出成形機が使用される。

【００３７】そして、圧電セラミックス成形体は、脱脂
炉に入れられて圧電セラミックス成形体内に含まれる熱
可塑性樹脂及びその他の有機材料を除去するための脱脂
処理が行われる。この際、脱脂炉内には、アルゴン、窒
素などの不活性ガスや水素などの還元性ガス、或は酸
素、空気などの支燃性ガスが入れられており、脱脂炉内
は常圧または加圧状態である。また、脱脂炉内は減圧状
態であってもよい。

【００３８】本実施例では、室温〜１２０℃は５０℃／
時、１２０〜１６０℃は１０℃／時、１６０〜２００℃
は４℃／時、２００〜３５０℃は５℃／時、３５０〜４
５０℃は１０℃／時、４５０〜５００℃は５０℃／時で
脱脂炉内が順次昇温される。

【００３９】尚、脱脂炉内は、略２〜１００℃／時で室
温から５００〜６００℃の任意の温度に昇温されれば、
上述したように昇温されなくてもよい。

【００４０】その後、炉冷されて圧電セラミックス脱脂
体が形成される。この際、エアーコンプレッサにより圧
縮空気が脱脂炉のガス導入口から導入される。そして、
この圧縮空気は、圧電セラミックス成形体内から除去さ
れた熱可塑性樹脂及びその他の有機材料と共に脱脂炉の
ガス排出口から排出される。

【００４１】次いで、熱可塑性樹脂及びその他の有機材
料が除去された圧電セラミックス脱脂体が大気焼結炉に
入れられて焼結処理される。

【００４２】本実施例では、大気焼結炉内は、室温から
１２００℃までを１５０℃／時で昇温され、１２００℃
で２時間保持された後、７００℃まで３００℃／時で降
温される。その後、炉冷されて圧電セラミックス焼結体
である圧電セラミックスプレート２（図１）が形成され
る。この圧電セラミックス焼結体の溝８の幅は焼結収縮
により８５μｍ程度になり、溝８の深さは５００μｍ程
度になる。また、ノズル３０の径も同様に４３μｍ程度
になる。

【００４３】尚、大気焼結炉内は、室温から９００〜１
４００℃の任意の温度まで昇温され、その昇温された温
度で０〜２時間程度、保持されれば、上述したように昇
温されなくてもよい。

【００４４】そして、このように形成された圧電セラミ
ックスプレート２が矢印５の方向に分極処理される。圧
電セラミックスプレート２の一端面１５（図８参照）付
近には浅溝１６（図８参照）が形成されている。そし
て、溝８の内面には、その両側面の上半分に金属電極１
３（図８参照）がスパッタリング等によって形成されて
いる。また、浅溝１６の内面には、その側面及び底面に
金属電極９（図８参照）がスパッタリング等によって形
成されている。これにより、溝８の両側面に形成された
金属電極１３は浅溝１６に形成された金属電極９によっ
て連結されている。

【００４５】そして、圧電セラミックスプレート２の溝
８加工側の面とチタン酸ジルコン酸鉛製のカバープレー
ト３とがエポキシ系接着剤等によって接着される。従っ
て、インクジェットプリンタヘッド１には、溝８の上面
が覆われて横方向に互いに間隔を有する複数のインク流
路１２（図３参照）が構成される。

【００４６】そして、圧電セラミックスプレート２には
基板４１（図８参照）が接着されている。その基板４１
には導電層のパターン４２が形成されている。その導電
層のパターン４２と浅溝１６の底面の金属電極９とは、
ワイヤボンディングによって導線４３で接続されてい
る。

【００４７】次に、制御部のブロック図を示す図５によ
って、制御部の構成を説明する。基板４１に形成された
導電層のパターン４２は各々個々にＬＳＩチップ５１に
接続されている。また、クロックライン５２、データラ
イン５３、電圧ライン５４及びアースライン５５もＬＳ
Ｉチップ５１に接続されている。ＬＳＩチップ５１は、
クロックライン５２から供給される連続したクロックパ
ルスに基づいて、データライン５３上に現れるデータに
応じて、どのノズル３２からインク液滴の噴射を行うべ
きかを判断する。そして、駆動するインク流路１２内の
金属電極１３に導通する導電層のパターン４２に、電圧
ライン５４の電圧Ｖを印加する。また、駆動するインク
流路１２以外の金属電極１３に導通する導電層のパター
ン４２にはアースライン５５の電圧０Ｖを印加する。

【００４８】次に、図３，図４によって、インクジェッ
トプリンタヘッド１の動作を説明する。

【００４９】ＬＳＩチップ５１が、所要のデータに従っ
て、インクジェットプリンタヘッド１のインク流路１２
ｂからインクの噴出を行なうと判断する。すると、金属
電極１３ｅと１３ｆとに正の駆動電圧Ｖが印加され、金
属電極１３ｄと１３ｇとが接地される。図４に示すよう
に、側壁１１ｂには矢印１４ｂの方向の駆動電界が発生
し、側壁１１ｃには矢印１４ｃの方向の駆動電界が発生
する。すると、駆動電界方向１４ｂ及び１４ｃは分極方
向４とが直交しているため、側壁１１ｂ及び１１ｃは、
圧電厚みすべり効果により、この場合、インク流路１２
ｂの内部方向に急速に変形する。この変形によってイン
ク流路１２ｂの容積が減少してインク圧力が急速に増大
し、圧力波が発生して、インク流路１２ｂに連通するノ
ズル３０（図１）からインク液が噴射される。また、駆
動電圧Ｖの印加が停止されると、側壁１１ｂ及び１１ｃ
が変形前の位置（図３参照）に徐々に戻るためインク流
路１２ｂ内のインク圧力が徐々に低下する。すると、イ
ンク供給口２１（図８）からマニホールド２２（図８）
を通してインク流路１２ｂ内にインクが供給される。

【００５０】次に、図６によって、インクジェットプリ
ンタの構成を説明する。上述したインクジェットプリン
タヘッド１とインク容器６１とは、インクジェットプリ
ンタヘッド１のインク導入口２１（図８）とインク容器
６１の内部が連通するように接合されている。インク容
器６１の内部のインクが消耗した場合には、このインク
容器６１をキャリッジ６２から取り外し、新しいものと
交換する。キャリッジ６２はスライダ６３上を往復移動
し、インクジェットプリンタヘッド１はプラテン６４に
保持された記録紙６６上に印字記録する。また、記録紙
６６は紙送りローラ６５ａ及び６５ｂによってキャリッ
ジ６２の移動方向と直交方向に移動される。これによっ
て、インクジェットプリンタヘッド１は記録紙６６の全
面に印字記録することができる。

【００５１】このような、インクジェットプリンタで
は、インク液滴を噴出する際に小さなインクの飛沫を生
じ、この一部がインクジェットプリンタヘッド１のイン
ク噴出面に付着する。これを放置しておくとインク噴出
面に徐々にインクが溜り、インク液滴の噴射が不可能と
なる。このため、印字終了後適度な期間または、インク
ジェットプリンタ使用終了時に、キャリッジ６２は左端
の非印字領域に移動する。この時、その非印字領域に固
定された支持部材６９に設けられ、樹脂製もしくは木綿
等の繊維で形成れたワイパー部材６８に、インク噴出面
が係合しながら左に移動する。この摺動動作により、イ
ンク噴出面に付着したインク飛沫がワイパー部材６８に
取り除かれる。ワイパー部材６８に多量のインクが付着
した場合には、ワイパー部材６８を新しいものに交換す
る。

【００５２】尚、ワイパー部材６８を移動する移動手段
を設けて、非印字領域に移動されたインクジェットヘッ
ド１のノズルプレート３１の表面に、ワイパー部材６８
を移動させて摺動させてもよい。

【００５３】以上の説明したように、溝８とノズル３０
とが射出成形によって、一体に形成されているので、ノ
ズル３０内への接着剤の流入がなく、ノズルの目詰まり
が防止され、且つインク流路１２を構成する溝８とノズ
ル３０との相対的な位置合わせが必要なく、位置精度が
良好である。さらに、溝８及びノズル３０の内面には、
マイクロクラック９１（図１０参照）が発生することが
なく、内面の表面粗さが向上する。このため、インク滴
が噴出される時に、ノズルを通るインク流れの乱れが発
生しなくなって、インク滴の飛翔が良好になったり、イ
ンク飛沫の発生が防止されたりする。従って、印字品質
が良好になる。

【００５４】更に、図２に示すように、溝８とノズル３
０の周囲とが曲面で連通されているので、インク噴出時
によるインクの流れが均一、且つスムースとなる。この
ため、ノズル３０から空気が入っても、インク適の噴射
と共に空気が排出される。従って、インク流路１２内に
空気が混入してインク滴の噴出を妨げることなく、良好
にインク滴が噴出される。

【００５５】そして、射出成形法によりノズル３０が形
成されるので、溝８に対するノズル３０の形成される位
置はどの位置でも簡単に形成さることができる。

【００５６】なお、本発明は以上詳述した実施例に限定
されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲の変更
は可能である。

【００５７】本実施例では、溝８とノズル３０の周囲と
が曲面で連通されてたが、図７に示すように、溝８とノ
ズル３０の周囲とが傾斜面で連通されていても同様の効
果を奏する。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明によれば、電圧が印加されて変形する駆動部を含む
圧電セラミックス部材と、その駆動部の変形によりイン
ク滴が噴出されるノズルとを射出成形法により一体に形
成するので、ノズルが形成される位置の精度が良く、且
つノズル内面の面粗さ及び形状が良好で、印字品質が良
い。さらに、圧電セラミックス部材の駆動部に形成され
たインク流路とノズル周囲との連通面が傾斜面または曲
面にて構成すれば、ノズルから空気が入ってもインク滴
の噴出と共に空気が排出され、混入した空気がインク滴
の噴出を妨げることなく、良好にインク滴が噴出され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のインクジェットプリンタヘ
ッドの概略構成図である。

【図２】前記実施例のインクジェットプリンタヘッドの
Ｂ−Ｂ断面図である。

【図３】前記実施例のインクジェットプリンタヘッドの
Ａ−Ａ断面図である。

【図４】前記実施例のインクジェットプリンタヘッドの
作動状態を示す説明図である。

【図５】前記実施例のインクジェットプリンタヘッドの
制御部を示す説明図である。

【図６】前記実施例のインクジェットプリンタヘッドを
備えたインクジェットプリンタの概略構成を示す斜視図
である。

【図７】本発明の変形例のインクジェットプリンタヘッ
ドの断面図である。

【図８】本発明の第一の従来例のインクジェットプリン
タヘッドの構成を示す斜視図である。

【図９】本発明の第二の従来例のインクジェットプリン
タヘッドの構成を示す斜視図である。

【図１０】前記第二の従来例の圧電セラミックスプレー
トの側壁の断面を一部拡大して示す説明図である。

【符号の説明】

２圧電セラミックスプレート８溝１１側壁３０ノズル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電圧が印加されて変形する駆動部を含む
圧電セラミックス部材と、その駆動部の変形によりイン
ク滴が噴出されるノズルとを備えたインク噴射装置にお
いて、前記圧電セラミックス部材と前記ノズルとを射出成形法
により一体に形成することを特徴とするインク噴射装置
の製造方法。
【請求項２】電圧が印加されて変形する駆動部を含む
圧電セラミックス部材と前記圧電セラミックス部材に形
成され、インク滴が噴出されるノズルと、を備え、前記
圧電セラミックス部材と前記ノズルとが射出成形法によ
り一体に形成されたことを特徴とするインク噴射装置。
【請求項３】前記圧電セラミックス部材はインクが充
填されるインク流路を有し、そのインク流路は前記駆動
部に形成されると共に前記ノズルと連通され、そのノズ
ル周囲の連通面が傾斜面または曲面であることを特徴と
する請求項２記載のインク噴射装置。