JPH07101067A - インク噴射装置の駆動電極形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 短時間にて容易に、且つ低コストで駆動電極
を形成するインク噴射装置の駆動電極形成方法を提示す
ること。 【構成】 圧電セラミックス板１の溝２の開口部側か
ら、マスク１７の壁３を各溝２内に挿入する。そのマス
ク１７の壁３の高さは、溝２の半分の領域までの高さで
あり、幅は、溝２より５〜１０μｍ程度狭く、絶縁性の
材料で形成されている。その壁３の端部には直径１０〜
５０μｍのＮｉワイヤにＣｒをコーティングした導電性
ワイヤ４が接着されている。次に、その導電性ワイヤ４
に、放電衝撃大電流を流して、ワイヤ４を爆発させる
と、導電性ワイヤ４の爆発により作製された微粒子が５
００〜７００ｍ／ｓの高速度で飛散し、側壁８に付着し
て、駆動電極７が側壁８の下半分の領域に形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インク噴射装置の駆動
電極形成方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】プリンタヘッドに圧電式インクジェット
を利用したものが近年提案されている。これは、圧電ア
クチュエータの寸法変位によってインク室の容積を変化
させることにより、その容積減少時にインク室内のイン
クを噴射し、容積増大時にインク室内にインクを導入す
るようにしたものである。そして、このようなインク室
を多数互いに近接して配設し、所定の位置のインク室か
らインクを噴射させることにより、所望する文字や画像
を形成するのである。

【０００３】このようなインク噴射装置としては、特開
平２−１５０３５５号公報に記載されているものがあ
る。以下、アレイ１２の一部の断面図を示す図７によっ
て具体的に説明すると、複数の側壁８を有し、かつ矢印
２１の方向に分極処理を施した圧電セラミックス板１と
フタ９とを接合することで、横方向に互いに間隔を有す
る多数の平行なインク室１０が形成される。そのインク
室１０は長方形断面の長くて狭いものであり、側壁８は
インク室１０の全長にわたって伸びている。側壁８の表
面の下半分（あるいは上半分）の領域には、駆動電圧印
加用の駆動電極７が形成されている。インクが導電性材
料であるか、あるいは、信頼性、耐久性を向上させる場
合については駆動電極７の上に保護膜（図示しない）が
形成される。

【０００４】アレイ１２の各々のチャンネル１３は、イ
ンク室１０と、インク室１０の一端に連通する噴射口
（図示しない）と、インク室１０の他端に連通するイン
ク供給部（図示しない）と、インク室１０を形成する圧
電変形可能な側壁８とから構成される。

【０００５】アレイ１２には、図８に示されている電気
回路が設けられている。この電気回路において、駆動電
極７ａ〜７ｈがそれぞれＬＳＩチップ３１に接続され、
クロックライン３２、データライン３３、電圧ライン３
４およびアースライン３５もＬＳＩチップ３１に接続さ
れている。チャンネル１３ａ〜１３ｃは隣合わない第
１、第２のグループに分けられており、クロックライン
３２から供給された連続するクロックパルスによりＬＳ
Ｉチップ３１が、この第１、第２グループを続けて駆動
する。データライン３３上に現れる多ビット・ワード形
式のデータよりＬＳＩチップ３１が、各グループのどの
チャンネル１３ａ〜１３ｃを作動すべきかを決定し、選
ばれたグループのチャンネル１３のインク室１０の駆動
電極７に電圧ライン３４の電圧Ｖを印加する。この選ば
れたチャンネル１３の両側壁８が圧電効果による変形を
する。このとき作動されていない同一グループのチャン
ネル１３の駆動電極７と、他のグループに属する全ての
チャンネル１３の駆動電極７は接地される。

【０００６】図８は所定の印字データに従って、チャン
ネル１３ｂが選択された場合を示しており、インク室１
０ｂ内の駆動電極７ｄ，７ｅに電圧ライン３４の電圧Ｖ
が印加され、他の駆動電極７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｆ，７
ｇ，７ｈは接地される。すると、側壁８ｂ，８ｃの駆動
電極７を形成した部分には分極方向と直交する駆動電界
２２、２３が各々発生するので圧電厚みすべり効果の変
形により側壁８ｂ，８ｃが、くの字形にインク室１０ｂ
の外に向かって変形する。このインク室１０ｂの容積増
加に伴って図示しない前記インク供給部からインクが補
充される。また、電圧の印加が遮断され側壁８ｂ，８ｃ
が元の位置まで戻るとき、インク室１０ｂの容積が減少
してインク室１０ｂ内のインクが噴射口（図示しない）
を通って噴射される。尚、例えば他のチャンネル１３ｃ
が選択された場合には、側壁８ｃ，８ｄが変形させられ
てインク室１０ｃ内のインクが噴射される。

【０００７】従来、駆動電極７は、例えば特開平２−１
５０３５５号公報に開示されている方法により形成され
ている。この公報に記載された方法によれば、図９に示
すように、まず強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛
（ＰＺＴ）系のセラミックス材料にて分極方向に分極処
理を施し、ダイヤモンドカッティング円盤の回転または
レーザー等により互いに平行で等しい幅の複数の溝２を
切ることによりインク室１０（図７）を形成するための
圧電セラミックス板１を製造する。次に、側壁８に駆動
電極７を真空蒸着法により形成する。この時、前記圧電
セラミックス板１を、蒸発源１４に対して角度ψだけ傾
斜させることで、側壁８のシャドー効果より側壁８に開
口部側の必要な領域だけに駆動電極７となる導電性薄膜
を形成し、その後、側壁８の頭頂部１１の導電性薄膜を
除去して、駆動電極７が形成される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た公報に記載されているような従来のこの種のアレイ１
２の側壁８への駆動電極形成方法においては、側壁８の
シャドー効果を利用した真空蒸着を行うわけであるが、
その蒸発源１４から蒸発する金属粒子は、放射状に飛ぶ
ため、各側壁８に対して平行に金属粒子を蒸着には蒸発
源１４と駆動電極７を形成する側壁８との距離を大きく
とる必要があり、蒸発源１４から蒸発した金属粒子の一
部だけを利用して側壁８に蒸着するので、駆動電極７の
形成速度が遅いという問題があった。また、蒸着金属の
直進性を得るためには、高真空状態（１×１０^-5Ｔｏｒ
ｒ以上）での真空蒸着を行わなければならい。従って、
高真空状態を得るための高性能ポンプや高真空を保持す
る設備を必要とするための製造コストが増大するという
問題があった。

【０００９】本発明の目的は、上述した問題点を解決す
るためになされたものであり、短時間にて容易に駆動電
極を形成でき、且つ低コストで駆動電極を形成するイン
ク噴射装置の駆動電極形成方法を提示することにある。

【００１０】

【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では、少なくとも一部が圧電部であ
り、インク室の一部を構成する側壁と、前記側壁の前記
圧電部に形成された駆動電極とを有し、前記駆動電極へ
の電圧の印加によって前記側壁を変形させて前記インク
室からインクを噴射するインク噴射装置の駆動電極形成
方法において、導電性部材を前記インク室内に設置する
第一の工程と、前記導電性部材に放電衝撃大電流を流す
ことにより、前記導電性部材を爆発させて前記側壁の前
記圧電部に前記駆動電極を形成する第二の工程とからな
ることを特徴とする。

【００１１】請求項２では、前記導電性部材を、樹脂、
セラミックス等の絶縁材料からなるマスク上に設置し、
そのマスクが前記インク室に設置することを特徴とす
る。

【００１２】請求項３では、前記導電性部材には、前記
駆動電極の前記側壁への密着性を向上させる材料がコー
ティングされていることを特徴とする。

【００１３】

【作用】上記の構成を有する本発明のインク噴射装置の
駆動電極形成方法では、第一の工程で、導電性部材が前
記インク室内に設置され、第二の工程で、前記導電性部
材に放電衝撃大電流が流されて、前記導電性部材が爆発
されることにより作製された微粒子が高速で飛散して、
前記駆動電極が前記側壁の前記圧電部に形成される。

【００１４】

【実施例】以下、本発明を具体化した実施例を、図１〜
図４を参照して詳細に説明する。なお、上述した従来例
と同一部位、及び均等部位には同一符合をつけてその説
明を省略する。

【００１５】まず、図１に示すように、圧電セラミック
ス板１は、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐ
ＺＴ）系のセラミックス材料で形成され、矢印２１の方
向に分極処理を施した厚さ約１ｍｍの板であり、ダイヤ
モンドカッティング円盤の回転またはレーザー等により
平行な複数の溝２が形成されている。その溝２は例えば
幅９０μｍ、高さ４００μｍの長方形断面で紙面に対し
て垂直方向に約１０ｍｍの長さで延びている。また、溝
２のピッチは所望の印字解像度、例えば１７０μｍであ
る。次に、図４に示すように、後記の方法により側壁８
の下半分の領域に駆動電極７を形成する。そして、必要
に応じて駆動電極７の上から保護膜（図示しない）を作
製した後、圧電セラミックス板１の溝２の開口部側にフ
タ９が接着されて、横方向に互いに間隔を有する多数の
平行なインク室１０が形成される。

【００１６】以下、駆動電極７を側壁８の下半分の領域
に形成する例について説明する。

【００１７】まず、図１に示すように、圧電セラミック
ス板１の溝２の開口部側（側壁８の頭頂部１１（図３）
側）から、マスク１７の壁３を各溝２内に挿入する。そ
のマスク１７の壁３の高さは、溝２の半分の領域までの
高さであり、幅は、溝２より５〜１０μｍ程度狭く、絶
縁性の材料で形成されている。また、壁３のピッチは、
溝２と同じピッチである。

【００１８】このマスク１７の構成材料としては、テフ
ロン、ポリイミド等の樹脂あるいはアルミナ、ジルコニ
ア等のセラミックスを用いればよく、さらに、マスク１
７の壁３の端部には接着剤にて直径１０〜５０μｍの導
電性ワイヤ４が接着されている。その導電性ワイヤ４と
しては、図２に示すような、Ｃｒが１〜５μｍの厚みで
コーティングされたＮｉワイヤを用いる。Ｎｉは耐食性
に優れており、安価であるために、駆動電極７の材料と
して好適であるが、基材であるチタン酸ジルコン酸鉛
（ＰＺＴ）系のセラミックス材料との密着性が低く、耐
久性に劣る。そこで本実施例においては、Ｃｒ等の密着
性の良い材料をボンディング層として用いるために、Ｎ
ｉワイヤにＣｒをコーティングした。このＮｉワイヤに
Ｃｒをコーティングしたものとしては、図２（ａ）に示
すようなＮｉワイヤにＣｒをメッキしたものや、図２
（ｂ）に示しようなＮｉワイヤの周囲にＣｒの細いワイ
ヤを巻き付けたものなどがある。

【００１９】次に、ＣｒがコーティングされたＮｉワイ
ヤ４に、放電衝撃大電流を流して、ワイヤ４を爆発させ
る。すると、導電性ワイヤ４の爆発により微粒子が作製
され、微粒子が５００〜７００ｍ／ｓの高速度で飛散
し、側壁８及びマスク１７の壁３の端部に付着する。そ
して、この間の所用時間は１／１００００秒以下である
ために、大気中においても、酸化が生じにくく、良好な
薄膜を形成する。そして、マスク１７を圧電セラミック
ス板１から離脱する。図３に示すように、Ｎｉ薄膜５と
チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料
である圧電セラミックス板１との間にＣｒ薄膜層６が形
成され、密着性の優れた、耐食性の良好な駆動電極７が
側壁８の下半分の領域に形成される。

【００２０】このような放電衝撃大電流を流すことによ
り導電性ワイヤ４を爆発させる条件としては、導電性ワ
イヤ４の直径及び長さに依存するが、例えば、溝２の数
が５０の圧電セラミックス板１に直径３０μｍ、長さ１
５ｍｍのＣｒコーティングＮｉワイヤ４を用いて駆動電
極７を形成する場合、５ｋＶに充電された５０μＦのキ
ャパシターバンクを用いればよい。この場合約１μｍの
厚さの駆動電極７が形成される。

【００２１】しかしながら、さらに良好な特性を持つ薄
膜を形成する場合においても、数十Ｔｏｒｒ程度の低真
空中もしくはＡｒ等の不活性雰囲気にて作製すればよ
く、従来のような高真空を必要とはしない。

【００２２】次に図４に示すように、フタ９を圧電セラ
ミックス板１に接着することにより、インク室１０を作
製する。

【００２３】このように、本実施例では、マスク１７上
に接着した導電性ワイヤ４を溝２内で爆発させるので、
その爆発により作製された微粒子は高速度で飛散し、側
壁８に付着する。このため、側壁８の所定の位置に駆動
電極７を形成するめに、従来のように、側壁８の頭頂部
１１に付着した余分な薄膜を研削、ラッピング等によ
り、除去する必要がない。従って、インク室１０が除去
時に発生する導電性微粉末に汚染されることが無く、短
時間で駆動電極７を形成することができる。また、従来
のように、高真空中においての処理を必要としないの
で、そのための装置が不要となり製造コストが低減され
る。尚、マスク１７上に導電性ワイヤ４を接着せずに、
導電性ワイヤ４を溝２の底面に配置し、マスク１７によ
って、溝２の開口部を被覆しても、同様の効果が得られ
る。

【００２４】本発明をマスク１７を用いた実施例によっ
て説明したが、図５に示すように、溝２の中心部に導電
性ワイヤ４のみを設置し爆発させ、側壁８全体に導電性
薄膜を作製した後、図６に示すように、上半分の導電性
薄膜を除去して、側壁８の下半分に駆動電極７を形成し
ても良い。この場合、マスク１７を必要としないが、前
記上半分の導電性薄膜を除去しなければならない。

【００２５】また、本実施例では、導電性ワイヤ４とし
て、ＣｒがコーティングされたＮｉワイヤを用いたが、
Ｎｉワイヤでなく銅や銀等のワイヤでもよい。また、Ｃ
ｒがコーティングされていたが、Ｔｉ，Ｍｎ，Ｍｏ等を
コーティングしてもよい。

【００２６】更に、本実施例では、マスク１７の壁３の
端部に導電性ワイヤ４が接着されていたが、ワイヤ状の
ものを用いずに、導電性のパターンなどを壁３の端部に
接着して、放電衝撃大電流を流して、爆発させて駆動電
極を形成してもよい。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明のインク噴射装置の駆動電極形成方法によれば、第
一の工程で、導電性部材が前記インク室内に設置され、
第二の工程で、前記導電性部材に放電衝撃大電流が流さ
れて、前記導電性部材が爆発されることにより作製され
た微粒子が高速で飛散して、前記駆動電極が前記側壁の
前記圧電部に形成されるので、効率よく短時間に駆動電
極を形成することができる。また、従来のように、高真
空中においての処理を必要としないので、そのための設
備が不要となり製造コストを低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のインク噴射装置の駆動電極
形成を示す説明図である。

【図２】前記実施例の導電性ワイヤを示す断面図であ
る。

【図３】前記実施例のインク噴射装置の駆動電極を示す
断面図である。

【図４】前記実施例のインク噴射装置のアレイの一部を
示す断面図である。

【図５】本発明の他の実施例のインク噴射装置の駆動電
極形成を示す説明図である。

【図６】本発明の他の実施例のインク噴射装置の駆動電
極を示す断面図である。

【図７】従来技術のインク噴射装置のアレイの一部を示
す断面図である。

【図８】従来技術のインク噴射装置の動作を示す説明図
である。

【図９】従来のインク噴射装置の駆動電極形成工程を示
す説明図である。

【符号の説明】

１ 圧電セラミックス板 ２ 溝 ３ 壁 ４ 導電性ワイヤ ５ Ｎｉ薄膜 ６ Ｃｒ薄膜 ７ 駆動電極 ８ 側壁 １０ インク室 １２ アレイ １７ マスク ２１ 分極方向

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一部が圧電部であり、インク
   室の一部を構成する側壁と、前記側壁の前記圧電部に形
   成された駆動電極とを有し、前記駆動電極への電圧の印
   加によって前記側壁を変形させて前記インク室からイン
   クを噴射するインク噴射装置の駆動電極形成方法におい
   て、 導電性部材を前記インク室内に設置する第一の工程と、 前記導電性部材に放電衝撃大電流を流すことにより、前
   記導電性部材を爆発させて前記側壁の前記圧電部に前記
   駆動電極を形成する第二の工程とからなることを特徴と
   するインク噴射装置の駆動電極形成方法。
2. 【請求項２】 前記導電性部材を、樹脂、セラミックス
   等の絶縁材料からなるマスク上に設置し、そのマスクを
   前記インク室に設置することを特徴とする請求項１記載
   のインク噴射装置の駆動電極形成方法。
3. 【請求項３】 前記導電性部材には、前記駆動電極の前
   記側壁への密着性を向上させる材料がコーティングされ
   ていることを特徴とする請求項１記載のインク噴射装置
   の駆動電極形成方法。