JP3036558B2 - インクジェットヘッド及びその製造方法 - Google Patents
インクジェットヘッド及びその製造方法Info
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Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、記録インクを飛翔
させ、文字・画像を形成するインクジェット記録装置の
インクジェットヘッドに関する。
させ、文字・画像を形成するインクジェット記録装置の
インクジェットヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】ノズル開口に連通する圧力発生室を加圧
してノズル開口からインク滴を吐出させる圧力変換器
は、特公昭63−125343号公報等にも見られるように、内
部電極と圧電材料とを交互に積層して構成されており、
各層の圧電材料を薄くすることで低い駆動電圧でインク
滴を吐出させることができる。の大幅な引き下げが可能
低電圧化が可能になる。
してノズル開口からインク滴を吐出させる圧力変換器
は、特公昭63−125343号公報等にも見られるように、内
部電極と圧電材料とを交互に積層して構成されており、
各層の圧電材料を薄くすることで低い駆動電圧でインク
滴を吐出させることができる。の大幅な引き下げが可能
低電圧化が可能になる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】積層型の圧電変換器
は、有機成分からなるバインダとセラミックス粉末と、
銀や銀−パラジウムを主成分とする金属ぺーストとを積
層し、これを焼結して製造されている。このため、内部
電極が銀を含むため、エレクトロマイグレーション現象
により沿面放電よる故障が発生しやすい。この現象は、
圧電変換器がインクに直接接触か否かに係わらず、内部
電極付近の湿気や、温度、さらには圧電材料の薄層化に
より助長される。そればかりでなく、焼結によりバイン
ダが揮散して形成された微細な貫通孔（この孔を空孔と
いう）を内在させることになり、内部において貫層放電
が発生する虞がある。このような不都合を防止するた
め、特開平4-368852号公報にみられるように、圧電振動
子全体に耐湿性材料で被覆することも示唆されている
が、耐湿性材料等について何ら具体的な提案がなされて
いない。
は、有機成分からなるバインダとセラミックス粉末と、
銀や銀−パラジウムを主成分とする金属ぺーストとを積
層し、これを焼結して製造されている。このため、内部
電極が銀を含むため、エレクトロマイグレーション現象
により沿面放電よる故障が発生しやすい。この現象は、
圧電変換器がインクに直接接触か否かに係わらず、内部
電極付近の湿気や、温度、さらには圧電材料の薄層化に
より助長される。そればかりでなく、焼結によりバイン
ダが揮散して形成された微細な貫通孔（この孔を空孔と
いう）を内在させることになり、内部において貫層放電
が発生する虞がある。このような不都合を防止するた
め、特開平4-368852号公報にみられるように、圧電振動
子全体に耐湿性材料で被覆することも示唆されている
が、耐湿性材料等について何ら具体的な提案がなされて
いない。
【０００４】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たものであって、その目的とするところは、圧電変換器
の表面での沿面放電、及び内部での貫層放電を可及的に
防止して高い信頼性で印刷することができるインクジェ
ットヘッドを提供することである。
たものであって、その目的とするところは、圧電変換器
の表面での沿面放電、及び内部での貫層放電を可及的に
防止して高い信頼性で印刷することができるインクジェ
ットヘッドを提供することである。
【０００５】本発明の他の目的は、上記インクジェット
ヘッドの製造方法を提案することである。
ヘッドの製造方法を提案することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】このような問題を解消す
るため本発明においては、ノズル開口を有するノズル形
成部材と、該ノズル形成部材の背後に配置された圧電変
換器とを有し、前記圧電変換器によりインクを加圧して
前記ノズル開口からインクを吐出させるインクジェット
ヘッドにおいて、前記圧電変換器が、その表面に電気絶
縁性を有する酸化物の層を備え、また前記圧電変換器の
空孔に前記電気絶縁性を有する酸化物を充填するように
した。
るため本発明においては、ノズル開口を有するノズル形
成部材と、該ノズル形成部材の背後に配置された圧電変
換器とを有し、前記圧電変換器によりインクを加圧して
前記ノズル開口からインクを吐出させるインクジェット
ヘッドにおいて、前記圧電変換器が、その表面に電気絶
縁性を有する酸化物の層を備え、また前記圧電変換器の
空孔に前記電気絶縁性を有する酸化物を充填するように
した。
【０００７】
【作用】本発明のインクジェットヘッドによれば、焼成
により発生した空孔には酸化物が充填されており、また
表面は酸化物により被覆されているため、圧電変換器が
高い気密封止性を持ち、電気絶縁破壊が抑制され、振動
特性の長期安定性が向上する。また、酸化物の高い耐熱
性により加熱処理が可能となり、塗布剤に含まれる水分
等を完全に排除することができ、高い絶縁性を確保する
ことができる。
により発生した空孔には酸化物が充填されており、また
表面は酸化物により被覆されているため、圧電変換器が
高い気密封止性を持ち、電気絶縁破壊が抑制され、振動
特性の長期安定性が向上する。また、酸化物の高い耐熱
性により加熱処理が可能となり、塗布剤に含まれる水分
等を完全に排除することができ、高い絶縁性を確保する
ことができる。
【０００８】
【実施例】そこで以下に本発明の詳細を図示した実施例
に基づいて説明する。図１は、本発明のインクジェット
ヘッドの一実施例を示すものであって、圧電変換器１０
は、圧電性セラミックスなどの圧電体１１と導電材１２
ａ、１２ｂ（以下、内部電極１２ａ、１２ｂと称す。）
とを、それぞれ交互に積み重ねた多層構造体として構成
されている。内部電極１２ａは、外部電極１４ａと、ま
た内部電極１２ｂは外部電極１４ｂとそれぞれ電気的導
通がなされ、ベース部材１５の表面に接合されている。
に基づいて説明する。図１は、本発明のインクジェット
ヘッドの一実施例を示すものであって、圧電変換器１０
は、圧電性セラミックスなどの圧電体１１と導電材１２
ａ、１２ｂ（以下、内部電極１２ａ、１２ｂと称す。）
とを、それぞれ交互に積み重ねた多層構造体として構成
されている。内部電極１２ａは、外部電極１４ａと、ま
た内部電極１２ｂは外部電極１４ｂとそれぞれ電気的導
通がなされ、ベース部材１５の表面に接合されている。
【０００９】このように構成された圧電変換器１０は、
図２に示したように表面１０ａに電気絶縁性の酸化物層
１３の層１３ａが形成され、また表面近傍に存在する空
孔１０ｂには電気絶縁性の酸化物１３ｂが充填されてい
る。
図２に示したように表面１０ａに電気絶縁性の酸化物層
１３の層１３ａが形成され、また表面近傍に存在する空
孔１０ｂには電気絶縁性の酸化物１３ｂが充填されてい
る。
【００１０】このように構成された圧電変換器１０は、
図３に示したようにノズル開口１８を備えたノズルプレ
ート１６の背面側に存在するインク１７を加圧するよう
に配置され、この状態で外部電極１４ａと外部電極１４
ｂとに駆動信号が印加されると、内部電極１２ａと内部
電極１２ｂとの間に存在する圧電体１１に電界が作用し
て伸縮する。これにより、ノズルプレート１６との間の
インク１７が加圧されてノズル開口１８からインク滴が
吐出する。
図３に示したようにノズル開口１８を備えたノズルプレ
ート１６の背面側に存在するインク１７を加圧するよう
に配置され、この状態で外部電極１４ａと外部電極１４
ｂとに駆動信号が印加されると、内部電極１２ａと内部
電極１２ｂとの間に存在する圧電体１１に電界が作用し
て伸縮する。これにより、ノズルプレート１６との間の
インク１７が加圧されてノズル開口１８からインク滴が
吐出する。
【００１１】このように電界が印加された際にも、空孔
に酸化物が充填され、また表面には酸化物の層が存在す
るため、圧電変換器１０を構成する圧電体１１や内部電
極１２ａ、１２ｂが外気と確実に遮断され、絶縁破壊等
の電気的障害が確実に防止される。
に酸化物が充填され、また表面には酸化物の層が存在す
るため、圧電変換器１０を構成する圧電体１１や内部電
極１２ａ、１２ｂが外気と確実に遮断され、絶縁破壊等
の電気的障害が確実に防止される。
【００１２】次に、上述の圧電変換器の製造方法につい
て説明する。アルミニウム、チタン、ジルコニウム等の
金属酸化物やケイ素などの非金属酸化物、あるいはそれ
らの複合化合物を、有機溶媒を主分散溶媒としてオルガ
ノゾルを調製し、このオルガノゾルを圧電変換器に塗布
しする。これにより圧電変換器の表面には層が、また表
面近傍の空孔に浸透する。その後、８０°Ｃ程度の温度
により加熱して有機溶媒や、水分を揮散させて、表面に
高い電気絶縁性を有する酸化物の層を、また空孔に高い
電気絶縁性を有する酸化物を充填する。
て説明する。アルミニウム、チタン、ジルコニウム等の
金属酸化物やケイ素などの非金属酸化物、あるいはそれ
らの複合化合物を、有機溶媒を主分散溶媒としてオルガ
ノゾルを調製し、このオルガノゾルを圧電変換器に塗布
しする。これにより圧電変換器の表面には層が、また表
面近傍の空孔に浸透する。その後、８０°Ｃ程度の温度
により加熱して有機溶媒や、水分を揮散させて、表面に
高い電気絶縁性を有する酸化物の層を、また空孔に高い
電気絶縁性を有する酸化物を充填する。
【００１３】（実施例１） 平均粒径が０．０１μｍであるＳｉＯ2とＺｒＯ2とを重
量比６５：３５でエタノールを主成分とする分散媒に分
散し、固形分２０％、粘度７ｃＰ（センチポイズ）のゾ
ルを調製する。
量比６５：３５でエタノールを主成分とする分散媒に分
散し、固形分２０％、粘度７ｃＰ（センチポイズ）のゾ
ルを調製する。
【００１４】先ず、圧力容器内に圧電変換器１０と上記
ゾルを収容した容器とを別々に設置し、圧力容器を減圧
してから圧電変換器１０をゾルに浸漬する。ついで、圧
力容器内に空気を入れて、大気圧を利用して空孔にゾル
を注入する。
ゾルを収容した容器とを別々に設置し、圧力容器を減圧
してから圧電変換器１０をゾルに浸漬する。ついで、圧
力容器内に空気を入れて、大気圧を利用して空孔にゾル
を注入する。
【００１５】圧力変換器１０をゾルから引き上げて圧電
変換器を８０℃で加熱し、ゾルの溶剤を揮発させると、
圧電変換器１０の表面には、ＳｉＯ2−ＺｒＯ2層が形成
され、また空孔にＳｉＯ2−ＺｒＯ2が充填された圧力変
換器が完成する。
変換器を８０℃で加熱し、ゾルの溶剤を揮発させると、
圧電変換器１０の表面には、ＳｉＯ2−ＺｒＯ2層が形成
され、また空孔にＳｉＯ2−ＺｒＯ2が充填された圧力変
換器が完成する。
【００１６】上記浸漬操作と加熱乾燥操作を交互に繰返
すと、例えば０．１μｍ乃至数百μｍ程度のＳｉＯ2−
ＺｒＯ2層を形成でき、これによりピンホールなどの塗
膜欠陥が無いガス遮断の優れた圧電変換器を得ることが
できる。
すと、例えば０．１μｍ乃至数百μｍ程度のＳｉＯ2−
ＺｒＯ2層を形成でき、これによりピンホールなどの塗
膜欠陥が無いガス遮断の優れた圧電変換器を得ることが
できる。
【００１７】すなわち、上記操作をそれぞれ３回繰り返
して膜厚０．６μｍのＳｉＯ2−ＺｒＯ2層を形成した圧
電変換器により水系染料インクを用いて耐久試験を実施
したところ、５００万ライン（１０億ドット相当）以上
安定してインク滴を吐出させることができた。
して膜厚０．６μｍのＳｉＯ2−ＺｒＯ2層を形成した圧
電変換器により水系染料インクを用いて耐久試験を実施
したところ、５００万ライン（１０億ドット相当）以上
安定してインク滴を吐出させることができた。
【００１８】なお、塗布方法としては、圧電変換器１０
を上記ゾルに浸漬した後に減圧処理してもよいし、圧力
操作をせずに大気圧中のみで浸漬する方法、スピンコー
ト、ディッピングでも良い。
を上記ゾルに浸漬した後に減圧処理してもよいし、圧力
操作をせずに大気圧中のみで浸漬する方法、スピンコー
ト、ディッピングでも良い。
【００１９】（実施例２） 平均粒径が０．０５μｍであるアルミナ微粒子でイソプ
ロパノールを主成分とする分散媒に分散し、固形分１０
％、粘度５ｃＰのゾルを調製する。
ロパノールを主成分とする分散媒に分散し、固形分１０
％、粘度５ｃＰのゾルを調製する。
【００２０】圧電変換器を上記ゾルに大気圧状態で所定
時間浸漬した後、引き上げて圧電変換器を８０℃で加熱
し、溶剤を揮散させるという工程を２回繰り返して圧電
変換器の表面に膜厚０．５μｍのアルミナ層を形成す
る。
時間浸漬した後、引き上げて圧電変換器を８０℃で加熱
し、溶剤を揮散させるという工程を２回繰り返して圧電
変換器の表面に膜厚０．５μｍのアルミナ層を形成す
る。
【００２１】この圧電変換器により温度１１０℃のホッ
トメルトインクを用いて、５００万ライン（１０億ドッ
ト相当）以上を安定に印刷することができた。
トメルトインクを用いて、５００万ライン（１０億ドッ
ト相当）以上を安定に印刷することができた。
【００２２】（実施例３） 平均粒径が０．０２μｍであるＳｉＯ2−ＺｒＯ2−Ｎａ
2Ｏ微粒子をエタノールを主成分とする分散媒に分散
し、固形分５％、粘度１０ｃＰのゾルを調製する。
2Ｏ微粒子をエタノールを主成分とする分散媒に分散
し、固形分５％、粘度１０ｃＰのゾルを調製する。
【００２３】先ず、上述のゾルをディッピングにより圧
電変換器の表面に塗布し、ついで温度１２０℃で加熱し
て溶剤を揮発させるという工程を４回繰り返し、圧電変
換器の表面に膜厚０．８μｍのＳｉＯ2−ＺｒＯ2−Ｎａ
2Ｏ層を形成する。
電変換器の表面に塗布し、ついで温度１２０℃で加熱し
て溶剤を揮発させるという工程を４回繰り返し、圧電変
換器の表面に膜厚０．８μｍのＳｉＯ2−ＺｒＯ2−Ｎａ
2Ｏ層を形成する。
【００２４】この変換器により、高沸点・低揮発性の脂
肪族炭化水素（商品名アイソパーＬ、エクソン社製）に
顔料を分散させたソルベントインクを用いて５００万ラ
イン（１０億ドット相当）以上を安定に印刷することが
できた。
肪族炭化水素（商品名アイソパーＬ、エクソン社製）に
顔料を分散させたソルベントインクを用いて５００万ラ
イン（１０億ドット相当）以上を安定に印刷することが
できた。
【００２５】
【発明の効果】以上、説明したように本発明において
は、インクを加圧する圧電変換器の表面に電気絶縁性を
有する酸化物の層を備え、また圧電変換器の空孔に電気
絶縁性を有する酸化物が充填されているので、圧電変換
器を水分やゴミ等の異物の混入や汚染、外乱などから遮
断して電気絶縁抵抗の低下を防止することができ、種種
のインクを安定に吐出させることができる信頼性の高い
インクジェットヘッドを実現することができる。
は、インクを加圧する圧電変換器の表面に電気絶縁性を
有する酸化物の層を備え、また圧電変換器の空孔に電気
絶縁性を有する酸化物が充填されているので、圧電変換
器を水分やゴミ等の異物の混入や汚染、外乱などから遮
断して電気絶縁抵抗の低下を防止することができ、種種
のインクを安定に吐出させることができる信頼性の高い
インクジェットヘッドを実現することができる。
【図１】本発明のインクジェットヘッドに使用する圧電
振動子の一実施例を示す斜視図である。
振動子の一実施例を示す斜視図である。
【図２】同上圧電変換器の断面を拡大して示す図であ
る。
る。
【図３】同上圧電振動子を使用したインクジェットヘッ
ドの一例を示す断面図である。
ドの一例を示す断面図である。
１０ 圧電変換器 １０ａ 圧電変換器の表面 １０ｂ 圧電変換器の空孔 １１ 圧電体 １２ａ 内部電極 １２ｂ 内部電極 １３ 酸化物層 １４ ベース部材 １５ａ 外部電極 １５ｂ 外部電極 １６ ノズルプレート １７ インク １８ ノズル開口
Claims (3)
- 【請求項１】 ノズル開口を有するノズル形成部材と、
該ノズル形成部材の背後に配置された圧電変換器とを有
し、前記圧電変換器によりインクを加圧して前記ノズル
開口からインクを吐出させるインクジェットヘッドにお
いて、 前記圧電変換器が、その表面に電気絶縁性を有する酸化
物の層を備え、また前記圧電変換器の空孔に前記電気絶
縁性を有する酸化物を充填して構成されているインクジ
ェットヘッド。 - 【請求項２】 圧電変換器の変位によりインクを加圧し
てノズル形成部材のノズル開口からインク滴を吐出させ
るインクジェットヘッドの製造方法において、 前記圧電変換器に、 電気絶縁性を有する酸化物の粒子を
溶媒に分散させたゾルを付着させて含浸させる第１工程
と、前記ゾルの溶媒を揮散させる第２工程と、を備えた
インクジェットヘッドの製造方法。 - 【請求項３】 第１工程、第２工程を複数回繰返す請求
項２に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28875991A JP3036558B2 (ja) | 1991-11-05 | 1991-11-05 | インクジェットヘッド及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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