JPS6222790B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はインクジエツト記録装置のヘツド等に
応用される液体噴射装置の製造方法に関する。

本発明の目的は噴射効率が高く、小型で安定し
て作動する液体噴射装置を得ることにある。

従来のインクジエツト記録装置に応用された液
体噴射装置は第１図に示す如きものである。即ち
噴射ヘツド１は圧力室２、流路３、ノズル４を有
し、圧力室２及び流路３にはインクを供給するた
めのインク供給管５が接続されている。インク供
給管５はさらにインク供給源６に連なつている。
圧力室２後面は振動板７及びそれに接合された電
気−機械変換素子８で構成されている。この構成
に於て電気−機械変換素子８に印字信号に応じた
電圧パルスを印加すると、振動板７は変形し圧力
室２の容積を急激に減少せしめるために内部イン
クの圧力が高まりノズル４よりインクの小滴が噴
射され、記録紙等に印字される。前記の電気−機
械変換素子としては従来性能上からPZT（チタン
酸ジルコン酸鉛）系の圧電磁器が使用されてい
た。この圧電磁器はPZTの粉末を圧紛成形した後
焼成し分極処理するという工程を経るためコスト
が高くまた100μｍ以下の厚みのものを得るのは
現状技術では極めて困難である。

さて前記液体噴射装置をより効率的に動作させ
るためには、圧力室の容積Ｖは小さい程よい。す
なわち容積Ｖの液体の圧力を△Ｐ高めるために必
要な容積の変化量を△Ｖとすると、 △Ｐ＝−Ｋ・△Ｖ／Ｖ（Ｋ：圧縮率） の関係式が成立する。従つてＶが小さいほど△Ｖ
は小さくてすむ。（たゞし△Ｖは少なくとも噴射
される液体の量よりは大きいことが必要であ
る。）このことはすなわち△Ｖの変化を起こさせ
る振動板に与えるエネルギーが小さくてすむこと
となる。また、△Ｐを一定としたとき、Ｖが小さ
いほど△Ｖが小さくてすむ。圧力室の体積変化分
△Ｖを小さくできるということは、振動板のたわ
み量が減つても良いということで、駆動電圧を下
げたり、あるいは圧力室の面積やPZTの面積を小
さくできることを意味する。一方圧力室の容積Ｖ
を小さくすればそれに伴つて振動板及びPZTも小
さくなるので噴射される液体の量よりも大きい△
Ｖを確保するためには振動板及びPZTの厚みが極
く薄いことを要する。ところで、Ｖを小さくする
にあたつては、圧力室の深さを小さくする場合
と、圧力室の面面積を小さくする場合がある。面
積を小さくすると、例えばマルチノズルのヘツド
を形成する場合、圧力室を高密度にヘツド部に形
成することが可能となる。また、高密度化が可能
となることにより、圧力室と噴射口までの距離が
短くなり、駆動エネルギーを小さくでき、また、
駆動周波数を上げることが可能となる。

これに対し、圧力室を浅くした場合には、圧力
室は圧力室としての機能の他に液体だまりからノ
ズルに至る流路の一部であるため、浅すぎると流
路抵抗が増加し、そのため駆動エネルギーが増加
する等の不都合を招き、浅くするには限界があ
る。

従つてＶを小さくするにはPZTを小さくしなく
てはならない。

PZTを小さくすると、PZTがたわみにくくな
り、たわませるには大きなエネルギーが必要とな
るため、それを回避するにはPZTを薄くしなくて
はならない。PZTを小さくしたのに対し、PZTが
薄くなることによつて剛性が減り、さらにPZTの
電界強度（PZTの上下の電極間に印加される電界
強度）が大きくなるため、印加エネルギーを大幅
に増加せずに充分たわませることが可能となる。

かくして小さくかつ薄い振動板及びPZTが得ら
れれば圧力室の容積を極小にすることができ、エ
ネルギー消費の少ない超小型の液体噴射装置が実
現できる。我々の計算によれば第１図に記した噴
射装置を例にとると直径２mm、厚み50μｍのPZT
を得ることができれば厚み50〜100μｍ程度の振
動板との組み合せで圧力室の直径Ｄは２mm、厚み
ｔは50μｍ（容積約0.16mm^３）程度でよいことに
なる。（従来のものは圧力室の直径は10mm、厚み
５〜10mm程度であり、PZTの厚みも１mm前後であ
る。）このように小さな噴射装置は、多数個を集
積して容易にマルチノズル噴射装置を作ることが
できる。しかしながら前述したように現状のPZT
系の圧電磁器では、50μｍというような厚みのも
のは得ることはできない。

本発明はこのような欠点を解決し、超小型で効
率の高い液体噴射装置を実現するものであり、以
下図面にもとづいて説明する。本発明の液体噴射
装置の製造方法は、一対の基板を重ね合わせて複
数の圧力室を形成し該圧力室の容積を急激に変化
させることによつて液体小滴をノズルから射出す
る液体噴射装置の製造方法において、少なくとも
前記圧力室に対応した個所の厚さを薄くした前記
基板上に電極を形成した後、該電極上にスパツ
タ、PZTの粉末にバインダーを添加してペースト
状とし印刷をする等の薄膜形成方法により、少な
くとも前記基板の前記圧力室に対応した個所に前
記圧力室を変化させる手段としてのPZTの薄膜を
形成するものである。第２図に示す実施例は圧力
室が小さい特長を生かしてマルチノズル液体噴射
装置としたものである。

第２図に於て１１はガラス等の基板で１２は圧
力室、１３は流路、１４はノズル、１５は液体だ
まりである。圧力室１２、流路１３、ノズル１
４、液体だまり１５は例えばエツチングにより作
ることができる。本例の圧力室の直径ｄは２mm、
深さは50μｍである。ノズルの巾は50μｍ、深さ
は圧力室と同じく50μｍである。本装置のサイズ
は20mm×15mm程度であり非常に小さい。このよう
にして作製した基板１１上に第３図に示すように
もう一枚の基板２１を重ねて適当な方法で接着
し、液体だまり１５に連通するように液体供給用
パイプ２２を接続する。基板２１は振動板を兼ね
ていて、少なくとも圧力室１２の上方に当る部分
の厚みは50〜100μｍ程度である。この基板２１
はガラス、ステンレス等で作ることができる。さ
て基板２１の圧力室１２の上方に当る部分には蒸
着等で共通電極２３を施こし、この上にマグネト
ロンスパツタ装置を用いてPZTの薄膜２４を50μ
ｍ厚みに形成する。この薄膜は分極操作を施こさ
なくても配向するので都合がよい。なおPZTの粉
末の粒度を極く小さくし、バインダーを多量に添
加してペースト状とすればスクリーン印刷等によ
つても50μｍ程度の薄膜を形成することができ
る。（但し、この場合には後で分極操作が必要で
ある。）薄膜２４の上には対向電極２５が蒸着等
により形成される。この構成で対向電極２５及び
共通電極２３に電圧を選択的に印加ることによつ
てノズルより選択的に液体を噴射することができ
る。

以上本発明の一実施例に付説明したが、液体噴
射装置の構造、形、製造法等は実施例に限定され
ない。即ち圧力室は従来例と比較対照のため円形
としたがこれは矩形であつてもよい。矩形とした
場合には面積効率が良いので装置全体をさらに小
さくすることができる。また一平面上に圧力室、
ノズル等を集積せずに第４図に示すようにパイプ
３１の１部を圧力室３２とし、PZT薄膜３３をパ
イプ３１の回りに形成すれば前例と同様の効果を
もつ液体噴射装置を作ることができる。この場合
も圧力室を小さくできるのでパイプ３１は極く細
いものでよいためパイプを多数集積してマルチノ
ズル噴射装置を実現できる。

本発明の液体噴射装置の製造方法によれば、小
さなPZTを高密度にヘツド上に形成することが可
能である。

本発明の製造方法によつてつくられた液体噴射
装置をインクジエツトプリンターに応用すれば超
小型のプリンターを構成でき極めて効果的であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の液体噴射装置の例を示す。第２
図および第３図は本発明になる液体噴射装置の例
を示す。第４図は本発明になる液体噴射装置の他
の例を示す。 １……噴射ヘツド、２……圧力室、３……流
路、４……ノズル、５……インク供給管、６……
インク供給源、７……振動板、８……電気−機械
変換素子、１１……基板、１２……圧力室、１３
……流路、１４……ノズル、１５……液体だま
り、２１……基板、２２……パイプ、２３……電
極、２４……PZT薄膜、２５……電極、３１……
パイプ、３２……圧力室、３３……PZT薄膜。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一対の基板を重ね合わせて複数の圧力室を形
   成し該圧力室の容積を急激に変化させることによ
   つて液体小滴をノズルから射出する液体噴射装置
   の製造方法において、少なくとも前記圧力室に対
   応した個所の厚さを薄くした前記基板上に電極を
   形成した後、該電極上にスパツタ、PZTの粉末に
   バインダーを添加してペースト状とし印刷をする
   等の薄膜形成方法により、少なくとも前記基板の
   前記圧力室に対応した個所に前記圧力室を変化さ
   せる手段としてのPZTの薄膜を形成することを特
   徴とする液体噴射装置の製造方法。