JPH0760974A - インク噴射装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧電セラミックス部材を射出成形した場合
に、圧電セラミックスの駆動部に相当する部分が破損し
ないこと。 【構成】 昇華性物質９６を金型内の所定の位置に設置
して、圧電セラミックス部材となる材料をゲート８１か
ら射出成形し、圧電セラミックス部材成形体にインサー
ト成形し、型板９２と型板８３を開き、イジェクトピン
８４を矢印８５の方向に移動させ、圧電セラミックス部
材成形体と昇華性物質９６を共に離型した後、圧電セラ
ミックス部材成形体から昇華性物質９６を昇華除去す
る。したがって、微細な形状の圧電セラミックスが破損
しない。

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
する駆動部と、その駆動部の変形によりインクに対して
圧力が加えられる複数のインク流路とを備えた圧電セラ
ミックス部材を有するインク噴射装置の製造方法に関す
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４を参照して
従来例を説明する。

【０００３】図４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。そして、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１５
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１
２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】そして、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
には各インク流路に対応した位置に導電層のパターン４
２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】この様な構成のインク噴射装置では、第１
に、圧電セラミックスプレート２を切削加工するため、
圧電セラミックスにマイクロクラックを生じさせヘッド
寿命を低下させたり、セラミックスの表面粗さを悪化さ
せ電極形成の弊害を生じさせるといった問題があった。
また第２に、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が接着されているため、ノズルプレート３１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、
及びノズルプレート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４−３２４２７５号及び特願平４−３２４２７６
号を提案している。特願平４−３２４２７５号は、圧電
セラミックス部材を射出成形により形成することによ
り、上記第１の問題を解決しようとするものである。特
願平４−３２４２７６号は、圧電セラミックス部材とノ
ズルとを射出成形法により一体に形成することにより、
上記第２の問題を解決しようとするものである。しかし
ながら、このような構成のインク噴射装置では、インク
導入口２１及びマニホールド２２がカバープレート３に
形成されているので、カバープレート３の形状が複雑に
なって、切削加工における制御が複雑になって製造に時
間がかかり、大量生産性が悪いという問題があった。

【００１０】そこで、本願出願人は特願平５−７６５４
号を提案している。特願平５−７６５４号では、インク
導入口２１とマニホールド２２の少なくとも一方と圧電
セラミックスプレートとを射出成形により一体に形成す
るものである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
願平４−３２４２７５号、特願平４−３２４２７６号、
及び特願平５−７６５４号に示すような方法によると、
図５に示すように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を射出成形により形成するが、
この種のインク噴射装置の前記駆動部は非常に微細であ
るため、射出成形材料をゲート８１から導入し、射出成
形した後、型板８２と型板８３を開き、イジェクトピン
８４を矢印８５の方向に移動し圧電セラミックス部材成
形体を型板８２から離型する際に、前記圧電セラミック
ス部材成形体の駆動部に相当する部分が金型内に残り、
前記圧電セラミックス部材成形体が破損するという問題
があった。

【００１２】また、前記特願平４−３２４２７６号に示
すような方法によると、前記駆動部のみならず、ノズル
部も破損するという問題があった。

【００１３】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、圧電セラミックスを射出成形に
より作製した場合に、その圧電セラミックス部材成形体
が破損しないインク噴射装置の製造方法を提供すること
を目的とするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のインク噴射装置の製造方法では、圧電セラミ
ックス部材となる材料を金型内に射出成形する際に、昇
華性物質を前記金型内の所定の位置に設置して圧電セラ
ミックス部材成形体にインサート成形し、その成形体を
前記金型から離型したのち、前記圧電セラミックス部材
成形体から前記昇華性物質を昇華除去することを特徴と
する。

【００１５】

【作用】上記の構成を有する本発明のインク噴射装置の
製造方法によれば、圧電セラミックス部材成形体にイン
サート成形された昇華性物質は、圧電セラミックス部材
成形体から昇華により除去されるので、前記圧電セラミ
ックス部材成形体を破損させない。

【００１６】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例であるイ
ンクジェットプリンタヘッドの製造方法を図面を参照し
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。

【００１７】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
とを混練する。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】また、上記バインダの他にステアリン酸な
どの滑剤を添加してもよい。

【００２２】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。

【００２３】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
％を秤量し、それらを加圧ニーダにより２時間混練す
る。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】次に、射出温度（約１４０℃）よりも昇華
点の高い昇華性物質をダイアモンドブレードによる切断
加工などにより溝８、側壁１１（図４）に相当する形状
を形成する。昇華性物質としては、ナフタレン、クレゾ
ール、アミノフェノール、サッカリン、サリチル酸、ア
ントラキノン等が使用可能である。また、強度を補う目
的でこれらの昇華性物質に高分子樹脂材料を少量混合さ
せたものも使用可能である。溝８の幅は１００μｍ、溝
８の深さは６００μｍとした。

【００２８】そして、図１に示すように、溝８、側壁１
１に相当する形状が形成された昇華性物質９６を金型内
に設置する。

【００２９】次に、射出成形用原料を射出成形機に投入
させて、ゲート８１から７００ｋｇｆ／ｃｍ²の射出圧
力で充填し、圧電セラミックス成形体をインサート成形
する。このとき、昇華性物質９６は、射出温度より昇華
点が高いため、射出成形時には昇華しない。

【００３０】そして、型板９２と型板８３を開き、イジ
ェクトピン８４を矢印８５の方向に移動させ、昇華性物
質９６と圧電セラミックス成形体とを共に金型から離型
する。このとき、微細な形状の溝８、側壁１１に相当す
る部分には離型抵抗が作用しないので、破損しない。

【００３１】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。

【００３２】そして、圧電セラミックス成形体及び昇華
性物質９６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などの有機材料及び昇華
性物質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。

【００３３】本実施例における脱脂処理の温度は、室温
〜１２０℃は５０℃／時、１２０〜１６０℃は１０℃／
時、１６０〜２００℃は４℃／時、２００〜３５０℃は
５℃／時、３５０〜４５０℃は１０℃／時、４５０〜５
００℃は５０℃／時で脱脂炉内が順次昇温される。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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８
５μｍ程度になり、溝８の深さは５００μｍ程度にな
る。

【００３８】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。

【００３９】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を分極処理した後、図４に示すような
金属電極１３、金属電極９を従来例と同様に設け、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とを接着し複数のインク流路１２を構成させ、こ
の接合体の端面にノズルプレート３１を接着し、基板４
１の導電層のパターン４２と金属電極９とを接続させる
ことにより、従来例と同様の構成のインクジェットプリ
ンタヘッドを製造することが可能である。

【００４０】以上説明したように、本実施例の製造方法
によれば、圧電セラミックスプレートにおける微細な形
状の側壁１１の型に昇華性物質を用い、射出成形後その
型を昇華により除去するため、離型時に圧電セラミック
スプレートを破損させることがない。

【００４１】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。

【００４２】例えば、本実施例では、圧電セラミックス
プレート２には駆動部である側壁１１のみが形成されて
いたが、図２に示すように、ノズル３０を一体で形成す
る際には、昇華性物質をインク流路８及びノズル３０と
対応する形状にて形成した後に上記実施例と同様にイン
サート成形すればよい。このようにすれば、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、印字品質が良いインク噴射装置を容易
に製造できる。

【００４３】さらに、図３に示すように圧電セラミック
スプレート２に、インク導入口２１とマニホールド２２
とを一体で形成する際には、昇華性物質をインク流路
８、インク導入口２１及びマニホールド２２と対応する
形状にて形成した後インサート成形すればよい。このよ
うにすれば、カバープレートの形状が単純になり、大量
生産性に優れる。尚、この場合、インク導入口２１のみ
を圧電セラミックスプレート２と一体成形し、マニホー
ルド２２はカバープレート３側に設ける、またはマニホ
ールド２２のみを圧電セラミックスプレート２と一体成
形し、インク導入口２１はカバープレート３側に設ける
といった変更も可能である。

【００４４】また、昇華性物質については、上記実施例
にて例示したもの以外でも、射出温度より昇華点が高
く、射出成形の型としてある程度の強度を有するもので
あれば、どのようなものであっても利用可能である。

【００４５】

【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を、圧電セラミックス部材となる
材料を金型内に射出成形する際に、昇華性物質を金型内
の所定の位置に設置して圧電セラミックス部材成形体に
インサート成形し、その成形体を金型から離型したの
ち、圧電セラミックス部材成形体から昇華性物質を昇華
除去するので、微細な形状の駆動部を破損させることが
ない。また、圧電セラミックス部材にノズルを一体に形
成することも可能であるため、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、印字品質が良いインク噴射装置を容易に製造でき
る。また、圧電セラミックス部材にインク導入口とマニ
ホールドとの少なくとも一方を一体に形成することも可
能であるため、カバープレートの形状が単純になり、大
量生産性に優れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における圧電セラミックスプ
レート射出成形金型の構成を示す断面図である。

【図２】本発明の他の実施例のインクジェットプリンタ
ヘッドの斜視図である。

【図３】本発明の他の実施例のインクジェットプリンタ
ヘッドの斜視図である。

【図４】本発明及び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５】従来例の圧電セラミックスプレート射出成形金
型の構成を示す断面図である。

【符号の説明】

２ 圧電セラミックスプレート ８ 溝 １１ 側壁 ２１ インク導入口 ２２ マニホールド ３２ ノズル ８３ 型板 ９２ 型板 ９６ 昇華性物質

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電圧が印加されて変形する駆動部と、そ
   の駆動部の変形によりインクに対して圧力が加えられる
   複数のインク流路とを備えた圧電セラミックス部材を有
   するインク噴射装置の製造方法において、 前記圧電セラミックス部材となる材料を金型内に射出成
   形する際に、昇華性物質を前記金型内の所定の位置に設
   置して圧電セラミックス部材成形体にインサート成形
   し、その成形体を前記金型から離型したのち、前記圧電
   セラミックス部材成形体から前記昇華性物質を昇華除去
   することを特徴とするインク噴射装置の製造方法。
2. 【請求項２】 前記昇華性部材は、前記複数のインク流
   路にそれぞれ対応する位置に設置されたことを特徴とす
   る請求項１記載のインク噴射装置の製造方法。
3. 【請求項３】 前記圧電セラミックス部材が、インク供
   給源からインクを導入するインク導入口と、前記インク
   導入口に連通され、前記導入されたインクを前記複数の
   インク流路に充填するマニホールドとを備え、前記イン
   ク導入口と前記マニホールドの少なくとも一方と、前記
   圧電セラミックス部材とを射出成形により一体に形成す
   ることを特徴とする請求項１記載のインク噴射装置の製
   造方法。
4. 【請求項４】 前記圧電セラミックス部材が、前記駆動
   部の変形によりインク滴が噴射されるノズルを備え、そ
   のノズルと前記圧電セラミックス部材とを射出成形によ
   り一体に形成することを特徴とする請求項１記載のイン
   ク噴射装置の製造方法。