JPH0924615A - インクジェット記録装置に用いる円筒状圧電体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来品に比べて微小な外径および内径を有す
る円筒状圧電体を高精度で、かつ容易に製造することが
できるようにして、グールド型のインクジェット記録装
置において高密度多ノズル化を可能とし、記録画像の解
像度や記録速度を上げる。 【解決手段】 インクジェット記録装置に用いる円筒状
圧電体の製造方法において、結合剤を溶かした溶剤中に
圧電材料の仮焼粉体を分散して成型用溶液を作製し、こ
の成型用溶液を円筒形状に形成可能な成形型に射出して
加熱乾燥し、これにより形成された円筒状の圧電体を上
記成形型から抜いて本焼き付けする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像信号に応じて
インク滴を噴射し、紙等の記録媒体に記録するインクジ
ェット記録装置に関し、より詳しくは、かかるインクジ
ェット記録装置に用いる円筒状圧電体の製造方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、プリンタなどの記録装置に用
いられるインクジェットの方式として、円筒状のインク
室の周囲に、同じく円筒状をした圧電体を配置し、この
圧電体に画像信号に応じて電圧を印加することにより径
方向に収縮変形させ、この変形に基づきインク室に充填
されたインクを加圧して、インク室の一端部に形成した
ノズルよりインクを噴射させるグールド型と呼ばれる方
式が知られている。このグールド型のインクジェット記
録装置は低電圧駆動が可能であり、各インク室間におけ
る連動変位が少なく、階調表現が可能であるとして有力
視されてきた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、グール
ド型のインクジェット記録装置に用いられる円筒状圧電
体は、これまでは円柱状の圧電体の中心部に機械加工に
より穿孔して円筒状に形成していたことから、その外径
は小さいものでも１ｍｍ程度ある。そのため、インク室
を高密度に配置して多ノズル化することができず、記録
画像の解像度や記録速度の向上を図ることが困難である
という問題があった。

【０００４】そこで、本発明は上記問題点を解決するた
めになされたもので、その目的はグールド型のインクジ
ェット記録装置において高密度多ノズル化を可能にする
ために、従来品に比べて微小な外径および内径を有する
円筒状圧電体を製造できる製造方法を提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、画像信号に応じて電圧が印加されることに
より収縮変形して、一端のノズルから内部のインクを噴
射するインクジェット記録装置に用いる円筒状圧電体の
製造方法において、結合剤を溶解させた溶剤中に、圧電
材料の仮焼粉体を分散して成型用溶液を作製し、この成
型用溶液を円筒形状に形成可能な成形型に射出して加熱
乾燥し、これにより形成された円筒状の圧電体を上記成
形型から抜いて本焼き付けすることを特徴とする。

【０００６】上記結合剤としては、水溶性と水膨潤性を
有する親水性結合剤（例えばＮａ−カルボキシメチルセ
ルロース、ポリビニルアルコールなど。）、水溶性と有
機溶剤溶解性を有する親水性結合剤（例えばヒドロキシ
プロピルセルロース、ポリエチレングリコールな
ど。）、あるいは有機溶剤溶解性を有する疎水性結合剤
（例えばエチルセルロース、ポリビニールアセテートな
ど。）であればすべて使用できる。また、上記溶剤は上
記結合剤の性質に応じて選択される。すなわち、親水性
結合剤を用いた場合には親水性の有機溶剤または水を、
また、疎水性結合剤を用いた場合には疎水性の有機溶剤
を上記溶剤として用いる。ただし、ここでの有機溶剤に
は特別なものを用いる必要はなく、例えば、トルエン、
アセトン、キシレン、プロパノール、アルコール等が使
用可能である。

【０００７】上記圧電材料の仮焼粉体には、代表的なも
のとしてジルコニウム酸鉛とチタン酸鉛との混合粉（Ｐ
ｂ（Ｚｒ_x Ｔｉ_x-1）Ｏ₃）を使用できるが、これに限定
されるものではない。また、その粒子の大きさは、５０
〜６００ＤＰＩ用の円筒状圧電体を製作するに当たって
は０．０１〜２０μｍ、好ましくは０．０１５〜１３μ
ｍの範囲が適当である。実際の製作に当たっての粒子の
大きさは、要求される解像度に応じたピッチで円筒状圧
電体を配置したときに、円筒状圧電体同士が互いに接触
することなく、かつ必要な強度を有して円筒状圧電体の
壁部が形成されるように適宜選択される。さらに、圧電
材料の仮焼粉体と、上記結合剤を溶解させた溶剤との混
合割合は重量比で、２：８から９：１の範囲、好ましく
は４：６から８：２の範囲が適当である。

【０００８】上記成型用溶液を成形型に射出して円筒状
の圧電体を形成する際の加熱乾燥温度とその時間は、上
記仮焼粉体と溶剤との混合比に応じて適宜設定される。
また、円筒状の圧電体を本焼き付けする際の焼成温度は
５００〜２０００℃の範囲が適当である。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して説明する。図１は、本実施形態にかかる
円筒状圧電体の製造方法に適用できる、円筒形状に形成
可能な成形型１の断面を示している。この成形型１は、
例えばステンレスからなり、円筒状圧電体の中空内部を
形成するためのワイヤー部２ａを有する抜き型２と、こ
のワイヤー部２ａの周囲に円筒状の空間領域３ａを形成
するとともに、この空間領域３ａに連通する注入口３ｂ
を有する円筒型３と、上記空間領域３ａの一端側を封止
する封止型４とを組み合わせて構成される。

【００１０】上記構成からなる成形型１を用いて、例え
ば外径２００μｍ、内径１００μｍ、長さ４ｍｍの１０
０ＤＰＩ用円筒状圧電体の製造を、図２に示す工程にし
たがって行う。まず結合剤としてのエチルセルロースを
有機溶剤であるトルエンに溶解させる。つぎに、このト
ルエン中に圧電材料ＰＺＴ（Ｐｂ(Ｚｒ₀.₄₈ Ｔｉ_0.52)
Ｏ₃）の仮焼粉体（粒子サイズ０．５μｍ）を投入し、
例えばボールミル等の混合機で均一に分散して半流動状
の成型用溶液を作製する。この際、ＰＺＴ仮焼粉体とエ
チルセルロースを溶解させたトルエンとの混合割合は、
重量比で７：３とする。この成型用溶液を上記注入口３
ｂから成型型１に射出し、１００℃で１時間加熱乾燥し
て成形する。

【００１１】そして、まず円筒型３から抜き型２を抜
き、ついで円筒状に形成された圧電体を円筒型３から抜
き取る。その後、成形された円筒状の圧電体を高温炉に
入れ、鉛雰囲気ガス中において１１００℃で２時間本焼
き付けて、円筒状圧電体を得る。このようにして製造さ
れた円筒状圧電体の表面に、メッキ法やスパッタリング
などによりＡｕ／Ｎｉ膜やＡｕ／（Ｎｉ，Ｃｒ）膜を付
着させ、電極層を形成する。この際、円筒状圧電体の両
端部をマスクするか、または、全面にメッキ膜やスパッ
タ膜を形成したのち、両端部を切断するなどして、円筒
状圧電体の内周面の電極層と、その外周面の電極層との
導通を遮断する。その後、円筒状圧電体に上記各電極層
を介して高電圧を印加し、公知の分極処理を施す。

【００１２】以上に説明した円筒状圧電体の製造方法に
よれば、小さいものでも外径が１ｍｍ程度あった従来品
に比べて微小な外径および内径を有する円筒状圧電体を
高精度で、かつ容易に製造することができる。

【００１３】なお、図３に示すように、上記抜き型２の
ワイヤー部２ａの先端にノズルと同一形状の突起２ｂを
形成しておけば、円筒状圧電体の一端にノズルを同時か
つ一体的に形成することができる。したがって、後述す
るノズルプレートを別体で設ける必要がなくなり、製造
工程の簡略化、ローコスト化を図ることができる。ま
た、上記成形型１により円筒状の圧電体を形成する際、
成形型１を図１に示すように組み合わせた状態で注入口
３ｂより成型用溶液を射出したが、抜き型２を抜いた状
態で円筒型３に成型用溶液を注入した後に抜き型２を挿
入するようにしてもよい。さらに、上記円筒状圧電体の
製造方法は一般のセラミックチューブ加工にも適用でき
るが、上記抜き型２のワイヤー部２ａを円筒状圧電体の
中空内部に挿入した状態で、このワイヤー部２ａを介し
て円筒状圧電体に高電圧を印加するようにすれば、上記
ワイヤー部２ａを分極処理用の電極として利用すること
もできる。したがって、上記製造方法は圧電体の製造に
特に適しており、製造工程の簡略化やローコスト化を図
れる効果がある。

【００１４】次に、図４、図５を参照して、上記方法に
より製造した円筒状圧電体１４を用いたインクジェット
記録装置１０の構成と、そのインク噴射動作について説
明する。上記インクジェット記録装置１０は、図４に示
すように、基板１１を備えており、その上部にインクマ
ニホールド１２が設けてある。このインクマニホールド
１２の内部には、インク供給室１２ａ用の矩形貫通孔１
２ｂと、この貫通孔１２ｂよりも一回り大きい断面を有
する上記円筒状圧電体１４固定用の矩形貫通孔１２ｃと
が連通して形成されている。

【００１５】上記円筒状圧電体１４の一端部にはオリフ
ィスプレート１３が固定されている。このオリフィスプ
レート１３には、複数のインク供給口１３ａが図３の紙
面の垂直方向に沿って所定ピッチで形成され、これら各
インク供給口１３ａに対応して複数の円筒状圧電体１４
がそれぞれ平行に配置されている。上記インク供給口１
３ａの形成ピッチに等しい複数の円筒状圧電体１４の配
置ピッチは、画素密度５０〜６００ＤＰＩに応じて５０
８〜４２．３μｍの範囲に設定され、本実施形態では１
００ＤＰＩに対応する２５４μｍに設定されている。

【００１６】一方、上記複数の円筒状圧電体１４の他端
部には、ノズル孔１５ａを有するノズルプレート１５が
それぞれ固定されている。ここで、上記ノズル孔１５ａ
は、その断面積がインク室１６側で大きく、外部に面し
た側で小さくなるようにテーパ状に形成されている。こ
れは、その形状によってインク室１６内部に気泡を吸引
しにくくする効果があることによる。また、ノズル孔１
５ａの周辺を撥インク性処理しておけば、インクの流れ
が円滑になりインク噴射安定性が向上する。

【００１７】上記オリフィスプレート１３を固定した複
数の円筒状圧電体１４の一端側が上記インクマニホール
ド１２の矩形貫通孔１２ｃに挿入され、上記矩形貫通孔
１２ｂとの境界部にオリフィスプレート１３を当接した
状態で固定されている。これにより、円筒状圧電体１４
の中空内部とインク供給室１２ａとがインク供給口１３
ａを介して連通し、各円筒状圧電体１４内部にノズル孔
１５ａを一端に有するインク室１６がそれぞれ形成され
ている。

【００１８】なお、上記ノズルプレート１５は、各イン
ク室１６間における連動変位を防止するため円筒状圧電
体１４ごとに設けるのが好ましいが、複数の円筒状圧電
体１４に連なって固定される一体部材として形成された
ものを用いれば、部品数の削減と組立の容易化によりロ
ーコスト化できる利点がある。

【００１９】図５は、図４における円筒状圧電体１４の
V−V線の拡大断面を示している。円筒状圧電体１４に
は、上述したように、その内周面の電極層である第１電
極１７が、また、その外周面の電極層である第２電極１
８がそれぞれ導通しないように形成されている。これら
の電極のうち第１電極１７はアースに接続され、他方の
第２電極１８は図示しないドライバーに接続されてい
る。これにより、ドライバーによって円筒状圧電体１４
に画像信号に応じて電圧が印加されるようになってい
る。また、少なくとも円筒状圧電体１４の第１電極１７
形成面には、インクが圧電体に浸透することによって低
抵抗化し、電圧を印加したときの変形量が低下するのを
防止するため、例えば、エポキシ樹脂をスピンコート法
で塗布して焼き付けるなどによりオーバコート膜１９が
形成されている。さらに、円筒状圧電体１４は、第２電
極１８から第１電極１７に向かう径方向に分極処理が施
されている。

【００２０】上記構成からなるインクジェット記録装置
１０のインク噴射動作は、以下のように行われる。イン
クは、図４に示すように、図示しないインク供給部から
インクマニホールド１２のインク供給室１２ａに供給さ
れ、インク供給口１３ａを介してインク室１６に充填さ
れる。ドライバーにより円筒状圧電体１４に、画像信号
に応じて図６（ａ）に示す正極性のパルス電圧を印加す
ると、その内部に第２電極１８から第１電極１７に向か
う径方向、すなわち、分極方向と平行に電界が形成さ
れ、円筒状圧電体１４はいわゆる径方向振動モードによ
り収縮変形する。

【００２１】上記パルス電圧が印加された円筒状圧電体
１４は瞬時に収縮変形してその内径が小さくなる。この
変形によってインク室１６の容積が減少してインクが加
圧される。これにより、加圧されたインクがノズル孔１
５ａから液滴状となって噴射され、図示しない記録紙上
に付着する。

【００２２】上記のようにしてインクを噴射したのち電
圧印加が解除されると、円筒状圧電体１４はその弾性に
基づき復元する。このとき、インク室１６の容積が増加
して内部に負圧を生じ、インクマニホールド１２および
インク供給口１３ａを介してインク室１６にインクが補
給され、次のインク噴射の準備ができる。

【００２３】ただし、上記インク補給時に、図６（ａ）
に示すパルス形状のように、電圧を瞬時にオフしてイン
ク室１６の容積を急激に増加させると、ノズル孔１５ａ
からインク室１６内に気泡が吸引され、次のパルス電圧
印加時に気泡が圧力を吸収してインク噴射を妨げる恐れ
がある。このため、図６（ｂ）に示すように、円筒状圧
電体１４が復元動作する際のパルス形状に傾斜をもた
せ、円筒状圧電体１４が気泡の吸引を生じない範囲で最
も速く戻るようにすれば、上記不都合を防止することが
できる。

【００２４】また、図６（ｃ）または（ｄ）に示すよう
に、主パルスに対して逆極性で小電圧の後パルスを印加
したパルス電圧を円筒状圧電体１４に印加すれば、主パ
ルスによりインクが噴射された後にノズル孔１５ａから
伸びるインク柱を、後パルスによってインク室１６の容
積を僅かに増加させることで、インク室１６内に強制的
に引き込むことができ、これによりサテライトノイズを
軽減できる。なお、図６（ｄ）に示すパルス形状におい
て主パルスの立ち下げ部を傾斜させてある理由は、上記
図６（ｂ）の場合と同様である。さらに、図６（ｅ）に
示すように、常に一定の低電圧を印加した状態で矩形状
のパルス電圧を印加すれば、インク噴射時に必要な電圧
を低く抑えることができ、ドライバーコストを安くでき
る。また、図６（ｆ）に示すように、１回分の画像信号
に応じたパルス電圧にＡＣ的な成分を付加すれば、イン
クの切れを良好にできる。

【００２５】上記のようなインク噴射動作が各インク室
１６ごとに独立して行われ、スキャンキャリッジ８の移
動によってノズル孔１５ａの数に相当するライン分の画
像が描かれ、この動作が記録紙の通紙方向への移動に同
期して繰り返されることで、画像信号に応じた画像が記
録紙上に記録される。

【００２６】なお、上記インクジェット記録装置１０で
は、円筒状圧電体１４に正極性のパルス電圧を印加した
ときにインクを噴射するようにしたが、図６（ｇ）また
は（ｈ）に示すように、図６（ａ）、（ｂ）に対して逆
極性のパルス電圧を円筒状圧電体１４に印加するように
してもよい。この場合、電圧オン時にインク室１６の容
積が増加してインクが補給され、電圧オフによる圧電部
材の復元時にインクが噴射される。ここで、図６（ｈ）
のパルス形状において立ち下げ部を傾斜させてある理由
は、上記図６（ｂ）の場合と同様である。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のインクジェット記録装置に用いる円筒状圧電体の製造
方法によれば、従来品に比べて微小な外径および内径を
有する円筒状圧電体を高精度で、かつ容易に製造するこ
とができる。その結果、グールド型のインクジェット記
録装置において高密度多ノズル化が可能になり、低電圧
駆動や階調表現が可能であるというグールド型本来の特
徴を維持しつつ記録画像の解像度や記録速度を上げるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本実施形態の円筒状圧電体の製造方法に適用
可能な成形型の断面図である。

【図２】 本実施形態の円筒状圧電体の製造工程を示す
図である。

【図３】 図１の成形型における抜き型のワイヤー部先
端に、ノズルと同一形状の突起を形成した変形例を示す
図である。

【図４】 本実施形態の製造方法によって製造した円筒
状圧電体を用いたインクジェット記録装置のインク室に
沿う方向の縦断面図である。

【図５】 図４における円筒状圧電体のV−V線拡大断面
図である。

【図６】 円筒状圧電体に印加するパルス電圧の波形を
示す図である。

【符号の説明】

１…成形型、１０…インクジェット記録装置、１４…円
筒状圧電体、１５ａ…ノズル孔（ノズル）、１６…イン
ク室。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 41/187 Ｈ０１Ｌ 41/22 Ａ 41/24

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像信号に応じて電圧が印加されること
   により収縮変形して、一端のノズルから内部のインクを
   噴射するインクジェット記録装置に用いる円筒状圧電体
   の製造方法において、 結合剤を溶解させた溶剤中に、圧電材料の仮焼粉体を分
   散して成型用溶液を作製し、この成型用溶液を円筒形状
   に形成可能な成形型に射出して加熱乾燥し、これにより
   形成された円筒状の圧電体を上記成形型から抜いて本焼
   き付けすることを特徴とするインクジェット記録装置に
   用いる円筒状圧電体の製造方法。