JPH05278216A - 電界アシスト型圧電方式インクジェットプリンターヘッド - Google Patents
電界アシスト型圧電方式インクジェットプリンターヘッドInfo
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- JPH05278216A JPH05278216A JP11213892A JP11213892A JPH05278216A JP H05278216 A JPH05278216 A JP H05278216A JP 11213892 A JP11213892 A JP 11213892A JP 11213892 A JP11213892 A JP 11213892A JP H05278216 A JPH05278216 A JP H05278216A
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- ink
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、マルチノズルを電気−圧力変換素
子で独立駆動できる高解像度の電界アシスト型圧電方式
によるインクジェットプリンターヘッドの提供を目的と
する。 【構成】 電気−圧力変換素子で独立駆動できるマルチ
ノズルを有する電界アシスト型圧電方式インクジェット
プリンターヘッドにおいて、電気−圧力変換素子が基板
に設けた溝の溝面上に膜状に形成されたものであり、か
つインク室が該素子の上部の溝部で形成されていること
を特徴とするインクジェットプリンターヘッド。
子で独立駆動できる高解像度の電界アシスト型圧電方式
によるインクジェットプリンターヘッドの提供を目的と
する。 【構成】 電気−圧力変換素子で独立駆動できるマルチ
ノズルを有する電界アシスト型圧電方式インクジェット
プリンターヘッドにおいて、電気−圧力変換素子が基板
に設けた溝の溝面上に膜状に形成されたものであり、か
つインク室が該素子の上部の溝部で形成されていること
を特徴とするインクジェットプリンターヘッド。
Description
【０００１】
【技術分野】本発明は、電界アシスト型圧電方式インク
ジェットプリンターヘッドの技術分野に関する。
ジェットプリンターヘッドの技術分野に関する。
【０００２】
【従来技術】圧電体（ピエゾ）の電気ひずみを利用して
インクの充填されたインク室に圧力波を起し、ノズルよ
りインクを吹き出させるピエゾ型インクジェットプリン
ターヘッドが提案されている。圧電体を用いるヘッド
は、小型で中間色調が可能なカラー化対応が比較的容易
であるなどの利点が注目されているが、レーザープリン
ターに比べると解像度は及ばず、３００ｄｐｉが限界で
ある。また低電圧駆動化のため、現状ではグリーンシー
ト法により作製したピエゾと電極を交互に積層した積層
型ピエゾを使用しているが積層型はコスト的には有利で
ない。一方、静電力を利用してノズル先端に生じたイン
クメニスカスを吸引して印字する静電型インクジェット
プリンターヘッドも開発されている。この方式はピエゾ
型に比べて非常に小さなインク滴の形成が可能でかつマ
ルチノズル化が容易である反面、駆動電圧が高い（バイ
アス電圧：２ｋＶ程度、駆動電圧６００Ｖ以上）などの
問題点を有している。さらに、静電型インクジェットの
インク液量の制御を目的として、静電力でインクを飛ば
す際にインクにかかる圧力をピエゾにより調節する方式
が提案され（特公昭４８−８５６７５）、さらにマルチ
ノズルヘッドも提案された（特公昭６０−５９８７
１）。このマルチノズルヘッドはピエゾが１ビット毎に
対応しておらず、圧力波は全ノズルに同時に与えられる
ため、制御上高解像度化に限界がある。本発明者等は、
上記の問題を解決しうる、すなわち低電圧駆動、低コス
ト、かつ微細加工が容易で高集積化が可能なインクジェ
ットヘッドを得ることを目的とし、マルチノズルをピエ
ゾで独立駆動できる電界アシスト型圧電方式によるイン
クジェットプリンターヘッドを提案している。この方式
によれば４００ｄｐｉの高解像度を実現させるインクジ
ェットプリンタヘッドが可能となる。しかし、現在プリ
ンターに要求される特性として、ドキュメントの出力、
イメージの出力の２者がある。ドキュメントの出力はｄ
ｐｉに代表される解像度が性能値として評価され、現状
では４００ｄｐｉで十分である。しかし、イメージの出
力に於いては、ｄｐｉよりはむしろ階調性が画像品質を
支配する。ｄｐｉと階調の関係はシンプルで、４００ｄ
ｐｉでｎ階調ならば、２００ｄｐｉにして２×ｎ階調が
得られる。この様な見地からインクジェットプリンター
ヘッドは、更に高解像性が要求される。本件特許出願前
に提出した電界アシスト型圧電方式によるインクジェッ
トプリンターヘッド（この様な方式を提案した）はそれ
自身、工業的価値の高い発明であるが、この構造では高
解像度化において以下の理由から制約を受ける。インク
室の形成（作製プロセス）に於いて、ピラー（柱）形
成、インクキャビテイ成形の限界、支持板接合マージ
ン、ダイシングによる切削加工マージン等が４００ｄｐ
ｉ以上になると極端に制約され、歩留まりの低下、ひい
てはコスト高になってしまう。
インクの充填されたインク室に圧力波を起し、ノズルよ
りインクを吹き出させるピエゾ型インクジェットプリン
ターヘッドが提案されている。圧電体を用いるヘッド
は、小型で中間色調が可能なカラー化対応が比較的容易
であるなどの利点が注目されているが、レーザープリン
ターに比べると解像度は及ばず、３００ｄｐｉが限界で
ある。また低電圧駆動化のため、現状ではグリーンシー
ト法により作製したピエゾと電極を交互に積層した積層
型ピエゾを使用しているが積層型はコスト的には有利で
ない。一方、静電力を利用してノズル先端に生じたイン
クメニスカスを吸引して印字する静電型インクジェット
プリンターヘッドも開発されている。この方式はピエゾ
型に比べて非常に小さなインク滴の形成が可能でかつマ
ルチノズル化が容易である反面、駆動電圧が高い（バイ
アス電圧：２ｋＶ程度、駆動電圧６００Ｖ以上）などの
問題点を有している。さらに、静電型インクジェットの
インク液量の制御を目的として、静電力でインクを飛ば
す際にインクにかかる圧力をピエゾにより調節する方式
が提案され（特公昭４８−８５６７５）、さらにマルチ
ノズルヘッドも提案された（特公昭６０−５９８７
１）。このマルチノズルヘッドはピエゾが１ビット毎に
対応しておらず、圧力波は全ノズルに同時に与えられる
ため、制御上高解像度化に限界がある。本発明者等は、
上記の問題を解決しうる、すなわち低電圧駆動、低コス
ト、かつ微細加工が容易で高集積化が可能なインクジェ
ットヘッドを得ることを目的とし、マルチノズルをピエ
ゾで独立駆動できる電界アシスト型圧電方式によるイン
クジェットプリンターヘッドを提案している。この方式
によれば４００ｄｐｉの高解像度を実現させるインクジ
ェットプリンタヘッドが可能となる。しかし、現在プリ
ンターに要求される特性として、ドキュメントの出力、
イメージの出力の２者がある。ドキュメントの出力はｄ
ｐｉに代表される解像度が性能値として評価され、現状
では４００ｄｐｉで十分である。しかし、イメージの出
力に於いては、ｄｐｉよりはむしろ階調性が画像品質を
支配する。ｄｐｉと階調の関係はシンプルで、４００ｄ
ｐｉでｎ階調ならば、２００ｄｐｉにして２×ｎ階調が
得られる。この様な見地からインクジェットプリンター
ヘッドは、更に高解像性が要求される。本件特許出願前
に提出した電界アシスト型圧電方式によるインクジェッ
トプリンターヘッド（この様な方式を提案した）はそれ
自身、工業的価値の高い発明であるが、この構造では高
解像度化において以下の理由から制約を受ける。インク
室の形成（作製プロセス）に於いて、ピラー（柱）形
成、インクキャビテイ成形の限界、支持板接合マージ
ン、ダイシングによる切削加工マージン等が４００ｄｐ
ｉ以上になると極端に制約され、歩留まりの低下、ひい
てはコスト高になってしまう。
【０００３】
【目的】本発明は、前記のような従来技術の問題点を解
消し、マルチノズルを電気−圧力変換素子で独立駆動で
きる高解像度の電界アシスト型圧電方式によるインクジ
ェットプリンターヘッドの提供を目的とする。
消し、マルチノズルを電気−圧力変換素子で独立駆動で
きる高解像度の電界アシスト型圧電方式によるインクジ
ェットプリンターヘッドの提供を目的とする。
【０００４】
【構成】本発明は、電界アシスト型圧電方式によるイン
クジェットプリンターヘッドにおいてマルチノズルを電
気−圧力変換素子で独立駆動できるヘッドに関するもの
である。電界アシスト型圧電方式とは、電気−圧力変換
素子の圧力と静電気引力の併用によりインクを飛ばす方
式である。すなわち、電気−圧力変換素子の体積変化に
よりノズル表面にインクメニスカスを形成し、このメニ
スカス状のインクを帯電させて外部電極間に生じる静電
気力で引き出して記録する方式である。本発明ではさら
に、電気−圧力変換素子をパターン化して各ビットを形
成していることを特徴とする。電界アシスト型圧電方式
ではインクを飛ばすのに必要な電気−圧力変換素子の変
位量が従来の圧電型インクジェットに比べて小さくてす
むため、電気−圧力変換素子を積層せずに使用できる。
これにより従来困難であった電気−圧力変換素子の微細
加工が容易になり高解像度化が可能であり、また低コス
ト化も期待できる。さらに、独立駆動可能な電気−圧力
変換素子と静電力を併用して印字するため、従来の静電
型インクジェットに比べて電界も小さくてすみ、低電圧
駆動が可能である。
クジェットプリンターヘッドにおいてマルチノズルを電
気−圧力変換素子で独立駆動できるヘッドに関するもの
である。電界アシスト型圧電方式とは、電気−圧力変換
素子の圧力と静電気引力の併用によりインクを飛ばす方
式である。すなわち、電気−圧力変換素子の体積変化に
よりノズル表面にインクメニスカスを形成し、このメニ
スカス状のインクを帯電させて外部電極間に生じる静電
気力で引き出して記録する方式である。本発明ではさら
に、電気−圧力変換素子をパターン化して各ビットを形
成していることを特徴とする。電界アシスト型圧電方式
ではインクを飛ばすのに必要な電気−圧力変換素子の変
位量が従来の圧電型インクジェットに比べて小さくてす
むため、電気−圧力変換素子を積層せずに使用できる。
これにより従来困難であった電気−圧力変換素子の微細
加工が容易になり高解像度化が可能であり、また低コス
ト化も期待できる。さらに、独立駆動可能な電気−圧力
変換素子と静電力を併用して印字するため、従来の静電
型インクジェットに比べて電界も小さくてすみ、低電圧
駆動が可能である。
【０００５】本発明は、このようなマルチノズルを電気
−圧力変換素子で独立駆動できる電界アシスト型圧電方
式インクジェットプリンターヘッドにおいて、前記素子
が基板に設けた溝面上に膜状に設けられ、かつその上部
の溝部をインク室としたことを特徴とする。
−圧力変換素子で独立駆動できる電界アシスト型圧電方
式インクジェットプリンターヘッドにおいて、前記素子
が基板に設けた溝面上に膜状に設けられ、かつその上部
の溝部をインク室としたことを特徴とする。
【０００６】本発明のインクジェットヘッドの構成を図
１、図２および図３に基づいて説明する。ただし、これ
ら図面は、本発明のインクジェットヘッドの基本構成を
模式的に示したものにすぎず、本発明のインクジェット
ヘッドが、これらのものに限定されるものではない。イ
ンクジェットヘッドは、基板６に設けた溝の面上に下部
電極５、電気−圧力変換素子膜４および上部電極３の順
に積層して形成した膜状の素子、該素子の上部の溝部で
形成したインク室２およびふた１を有するものである。
１、図２および図３に基づいて説明する。ただし、これ
ら図面は、本発明のインクジェットヘッドの基本構成を
模式的に示したものにすぎず、本発明のインクジェット
ヘッドが、これらのものに限定されるものではない。イ
ンクジェットヘッドは、基板６に設けた溝の面上に下部
電極５、電気−圧力変換素子膜４および上部電極３の順
に積層して形成した膜状の素子、該素子の上部の溝部で
形成したインク室２およびふた１を有するものである。
【０００７】該ヘッドは、例えば以下のような手順で作
成される。 （１）基板に溝をあける。基板材料は特に規定はないが
安価で加工しやすく、熱安定性に優れたセラミック基板
が望ましい。溝加工はダイシングにより切削形成した。
又、更にウエットエッチングを行なうと角がとれた形状
が得られる。基板に設ける溝の形状としては、任意のも
のが採用できるが、一つのビットの電気−圧力変換素子
が連続で、かつその断面形状が円または楕円の一部をな
すように製膜されているものが好ましい。このような形
状を採用することにより、印字するのに必要な、電極と
垂直方向の電気−圧力変換素子膜の体積変化（ｄ33）を
有効に利用することができる。 （２）溝面上に下部電極膜５を形成する。形成方法は、
塗布−焼き付け法、無電界メッキ法や蒸着、スパッタ法
などが用いられる。 （３）下部電極膜５上に、電気−圧力変換素子膜４を製
膜する。該膜は、圧電定数の大きい材料、組成を選び、
集積度と駆動電圧を考慮に入れて設計する必要があり、
その膜厚は２０μｍ以下が好ましい。本発明における電
気−圧力変換素子とは、電気エネルギーを圧力波に変換
する素子、材料で圧電体などが挙げられる。圧電体とし
てチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスが挙げられる。
チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスとはその主成分が
ＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3からなる複合酸化物で優れた
圧電性が報告されている。この強誘電体はペロブスカイ
ト形の結晶構造を有し、強誘電体層である正方晶と菱面
晶間の相境界となる組成付近において大きな電気機械結
合定数が得られ、圧電体として機能する。正方晶と菱面
晶間の相境界は、ＰｂＺｒＯ3／ＰｂＴｉＯ3＝５３／４
７の組成であり、本発明で用いられる圧電体の組成もこ
の付近が選択される。すなわち、Ｐｂ（Ｚｒｙ，Ｔｉ
Ｚ）Ｏ3（ｚ＝１−ｙ）と記述すると０．４≦ｚ≦０．
６、好ましくは０．４３≦ｚ≦０．５１が良い。さら
に、ＰＺＴにＬａを添加したＰＬＺＴは透光性セラミッ
クスとして知られているが圧電性も高く、本発明のアク
チュエーターとして良好である。Ｌａの添加量は、Ｐｂ
ｍＬａｘ（Ｚｒｙ、Ｔｉｚ）ｎＯ3（ｍ＝１−ｘ、ｎ＝
１−ｘ／４）と記述すると０．０４≦ｘ≦０．１、０．
５≦ｙ≦０．７、０．３≦ｚ≦０．５が好ましい。圧電
体の緒特性を向上させるため他元素を添加しても良い。
例えば、抗電界を小さく抵抗率を大きくするには、Ｎｂ
2Ｏ5、Ｔａ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3、ＷＯ
3などを添加すると良いが電気的品質係数、機械的品質
係数は小さくなる。一方、Ｆｅ2Ｏ3、Ｃｒ2Ｏ3、ＭｎＯ
3等の添加は電気的品質係数、機械的品質係数を大きく
するが、逆に抗電界が大きくなり分極が困難となる。ま
た、ＣａＴｉＯ3、ＳｒＴｉＯ3、ＢａＴｉＯ3、ＰｂＳ
ｎＯ3、ＰｂＨｆＯ3などの添加により誘電性や圧電性が
向上する。これらの添加物は何種類か同時に使用しても
良い。前記のような圧電体の製膜は各種の製膜法が考え
られが、その中でも数μｍの膜厚を低コストで、かつ大
面積に製膜できるＳｏｌ−Ｇｅｌ法が好適である。Ｓｏ
ｌ−Ｇｅｌ法とは、一般には金属アルコキシド等の金属
有機化合物を溶液系で加水分解、重縮合させて金属−酸
素−金属結合を成長させ、最終的に焼結することにより
完成させる無機酸化物の作製方法である。Ｓｏｌ−Ｇｅ
ｌ法の特徴は比較的低い焼成温度で均一な膜が得られる
ことである。さらに溶液から製膜するため基板との密着
性に優れる。具体的には基板上に金属有機化合物を含む
溶液を塗布し、乾燥したあと焼結を行う。用いられる金
属有機化合物としては、無機酸化物を構成する金属のメ
トキシド、エトキシド、プロポキシド、ブトキシド等の
アルコキシドやアセテート化合物等があげられる。硝酸
塩、しゅう酸塩、過塩素酸塩等の無機塩でも良い。これ
ら化合物から無機酸化物を作製するには加水分解および
重縮合反応を進める必要があるため塗布溶液中には水の
添加が必要となる。添加量は系により異なるが多すぎる
と反応が速く進むため得られる膜質が不均一となり易
く、また反応速度の制御が難しい。水の添加量が少なす
ぎても反応のコントロールが難しく、適量がある。一般
的には加水分解される結合数に対して等量モルから５倍
等量モルが好ましい。さらに、加水分解の加速触媒や金
属原子に配位するキレート剤を添加して反応速度及び、
反応形態の制御ができる。加速触媒としては一般の酸お
よび塩基が用いられる。酸触媒は綿状重合体を作りやす
く、塩基性触媒は三次元重合体を作りやすいといわれて
いるが、溶液全体の濃度やｐＨとの兼ね合いで一概には
いえない。また、キレート剤としては、アセチルアセト
ン、エチルアセトアセテート、ジエチルマロネート等が
あげられる。溶媒としては、上記材料が沈殿しないも
の、すなわち相溶性に優れたものが望ましい。溶液濃度
は塗布方法にもよるが、スピンコート法の場合溶液粘度
が数ｃｐ〜十数ｃｐとなるように調整すると良い。コー
ティングした膜は焼結することにより有機物の脱離及び
結晶化が促進される。焼結温度は材料により異なるが、
通常の金属酸化物粉末の焼成にかかる温度より低温で作
製できる。デバイス構成によっては高温で反応または組
成変化、構造変化するものが多いため、本方法を用いる
ことにより使用可能な範囲がひろがる。 （４）圧電体４の上に、下部電極５の作成方法と同様な
方法で上部電極３を形成し、（５）最後にふた１を接合
してインク室２を形成し、マルチノズルヘッドを作製す
ることができる。また、前記（４）工程で得たインク室
が形成された基板を対向して組合せて、ふたを使用する
ことなくマルチノズルヘッドを作成してもよい。特に図
３に示すように、一つのマルチノズルヘッドのインク室
とインク室との間に、別のマルチノズルヘッドのインク
室がくるように、すなわち２つのマルチノズルの各イン
ク室が互い違いに配列するように組合せることにより、
ノズルが高集積化され、従来実現が困難であった６００
ｄｐｉの高解像度が可能となる。
成される。 （１）基板に溝をあける。基板材料は特に規定はないが
安価で加工しやすく、熱安定性に優れたセラミック基板
が望ましい。溝加工はダイシングにより切削形成した。
又、更にウエットエッチングを行なうと角がとれた形状
が得られる。基板に設ける溝の形状としては、任意のも
のが採用できるが、一つのビットの電気−圧力変換素子
が連続で、かつその断面形状が円または楕円の一部をな
すように製膜されているものが好ましい。このような形
状を採用することにより、印字するのに必要な、電極と
垂直方向の電気−圧力変換素子膜の体積変化（ｄ33）を
有効に利用することができる。 （２）溝面上に下部電極膜５を形成する。形成方法は、
塗布−焼き付け法、無電界メッキ法や蒸着、スパッタ法
などが用いられる。 （３）下部電極膜５上に、電気−圧力変換素子膜４を製
膜する。該膜は、圧電定数の大きい材料、組成を選び、
集積度と駆動電圧を考慮に入れて設計する必要があり、
その膜厚は２０μｍ以下が好ましい。本発明における電
気−圧力変換素子とは、電気エネルギーを圧力波に変換
する素子、材料で圧電体などが挙げられる。圧電体とし
てチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスが挙げられる。
チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスとはその主成分が
ＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3からなる複合酸化物で優れた
圧電性が報告されている。この強誘電体はペロブスカイ
ト形の結晶構造を有し、強誘電体層である正方晶と菱面
晶間の相境界となる組成付近において大きな電気機械結
合定数が得られ、圧電体として機能する。正方晶と菱面
晶間の相境界は、ＰｂＺｒＯ3／ＰｂＴｉＯ3＝５３／４
７の組成であり、本発明で用いられる圧電体の組成もこ
の付近が選択される。すなわち、Ｐｂ（Ｚｒｙ，Ｔｉ
Ｚ）Ｏ3（ｚ＝１−ｙ）と記述すると０．４≦ｚ≦０．
６、好ましくは０．４３≦ｚ≦０．５１が良い。さら
に、ＰＺＴにＬａを添加したＰＬＺＴは透光性セラミッ
クスとして知られているが圧電性も高く、本発明のアク
チュエーターとして良好である。Ｌａの添加量は、Ｐｂ
ｍＬａｘ（Ｚｒｙ、Ｔｉｚ）ｎＯ3（ｍ＝１−ｘ、ｎ＝
１−ｘ／４）と記述すると０．０４≦ｘ≦０．１、０．
５≦ｙ≦０．７、０．３≦ｚ≦０．５が好ましい。圧電
体の緒特性を向上させるため他元素を添加しても良い。
例えば、抗電界を小さく抵抗率を大きくするには、Ｎｂ
2Ｏ5、Ｔａ2Ｏ5、Ｎｂ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3、ＷＯ
3などを添加すると良いが電気的品質係数、機械的品質
係数は小さくなる。一方、Ｆｅ2Ｏ3、Ｃｒ2Ｏ3、ＭｎＯ
3等の添加は電気的品質係数、機械的品質係数を大きく
するが、逆に抗電界が大きくなり分極が困難となる。ま
た、ＣａＴｉＯ3、ＳｒＴｉＯ3、ＢａＴｉＯ3、ＰｂＳ
ｎＯ3、ＰｂＨｆＯ3などの添加により誘電性や圧電性が
向上する。これらの添加物は何種類か同時に使用しても
良い。前記のような圧電体の製膜は各種の製膜法が考え
られが、その中でも数μｍの膜厚を低コストで、かつ大
面積に製膜できるＳｏｌ−Ｇｅｌ法が好適である。Ｓｏ
ｌ−Ｇｅｌ法とは、一般には金属アルコキシド等の金属
有機化合物を溶液系で加水分解、重縮合させて金属−酸
素−金属結合を成長させ、最終的に焼結することにより
完成させる無機酸化物の作製方法である。Ｓｏｌ−Ｇｅ
ｌ法の特徴は比較的低い焼成温度で均一な膜が得られる
ことである。さらに溶液から製膜するため基板との密着
性に優れる。具体的には基板上に金属有機化合物を含む
溶液を塗布し、乾燥したあと焼結を行う。用いられる金
属有機化合物としては、無機酸化物を構成する金属のメ
トキシド、エトキシド、プロポキシド、ブトキシド等の
アルコキシドやアセテート化合物等があげられる。硝酸
塩、しゅう酸塩、過塩素酸塩等の無機塩でも良い。これ
ら化合物から無機酸化物を作製するには加水分解および
重縮合反応を進める必要があるため塗布溶液中には水の
添加が必要となる。添加量は系により異なるが多すぎる
と反応が速く進むため得られる膜質が不均一となり易
く、また反応速度の制御が難しい。水の添加量が少なす
ぎても反応のコントロールが難しく、適量がある。一般
的には加水分解される結合数に対して等量モルから５倍
等量モルが好ましい。さらに、加水分解の加速触媒や金
属原子に配位するキレート剤を添加して反応速度及び、
反応形態の制御ができる。加速触媒としては一般の酸お
よび塩基が用いられる。酸触媒は綿状重合体を作りやす
く、塩基性触媒は三次元重合体を作りやすいといわれて
いるが、溶液全体の濃度やｐＨとの兼ね合いで一概には
いえない。また、キレート剤としては、アセチルアセト
ン、エチルアセトアセテート、ジエチルマロネート等が
あげられる。溶媒としては、上記材料が沈殿しないも
の、すなわち相溶性に優れたものが望ましい。溶液濃度
は塗布方法にもよるが、スピンコート法の場合溶液粘度
が数ｃｐ〜十数ｃｐとなるように調整すると良い。コー
ティングした膜は焼結することにより有機物の脱離及び
結晶化が促進される。焼結温度は材料により異なるが、
通常の金属酸化物粉末の焼成にかかる温度より低温で作
製できる。デバイス構成によっては高温で反応または組
成変化、構造変化するものが多いため、本方法を用いる
ことにより使用可能な範囲がひろがる。 （４）圧電体４の上に、下部電極５の作成方法と同様な
方法で上部電極３を形成し、（５）最後にふた１を接合
してインク室２を形成し、マルチノズルヘッドを作製す
ることができる。また、前記（４）工程で得たインク室
が形成された基板を対向して組合せて、ふたを使用する
ことなくマルチノズルヘッドを作成してもよい。特に図
３に示すように、一つのマルチノズルヘッドのインク室
とインク室との間に、別のマルチノズルヘッドのインク
室がくるように、すなわち２つのマルチノズルの各イン
ク室が互い違いに配列するように組合せることにより、
ノズルが高集積化され、従来実現が困難であった６００
ｄｐｉの高解像度が可能となる。
【０００８】実施例１ 図４に本発明により作製した電界アシスト型圧電方式に
よるインクジェットプリンターヘッドの全体図を、図５
に作製手順を示す。セラミック基板をダイシングで溝加
工した後、酸でエッチングして半円柱状の溝を作製し
た。ここに膜厚２μｍの白金電極を製膜し、さらにＳｏ
ｌ−Ｇｅｌ法により調整した塗布液から厚さ１５μｍの
ＰＺＴを製膜した。塗布液の組成は、酢酸鉛１モルに対
してチタニウムテトライソプロポキシドを０．４７モ
ル、ジルコニウムテトラプロポキシドを０．５３モルを
メトキシエタノールに溶解させ、水を各化合物に含まれ
ている−ＯＲ基と等量、触媒として硝酸を０．１ｍｏｌ
／ｌを添加したものを用いた。塗布膜は、塗布−乾燥
（１２０℃、１時間）−焼成（５００℃、１時間）を繰
り返し、最終的に７００℃で１時間焼結した。次に上部
電極として白金を製膜し、ヘッド上端部を研磨して柱の
上の白金を除去した。インク室の上部にふたを接合し、
インク吹き出し孔先端に疎水処理したノズルを接着して
３００ｄｐｉの高集積化ヘッドを作製した（図２）。 作製したヘッドにまずＰＺＴに電界Ｖ1＝２０Ｖを印加
して変位させインクキャビティーの中のインクを半滴分
流路より押出し、電界Ｖ3により帯電させた。次に対抗
する記録紙背面に設けた電極にＶ2＝２ｋＶを印加して
紙面上にインクを記録した。
よるインクジェットプリンターヘッドの全体図を、図５
に作製手順を示す。セラミック基板をダイシングで溝加
工した後、酸でエッチングして半円柱状の溝を作製し
た。ここに膜厚２μｍの白金電極を製膜し、さらにＳｏ
ｌ−Ｇｅｌ法により調整した塗布液から厚さ１５μｍの
ＰＺＴを製膜した。塗布液の組成は、酢酸鉛１モルに対
してチタニウムテトライソプロポキシドを０．４７モ
ル、ジルコニウムテトラプロポキシドを０．５３モルを
メトキシエタノールに溶解させ、水を各化合物に含まれ
ている−ＯＲ基と等量、触媒として硝酸を０．１ｍｏｌ
／ｌを添加したものを用いた。塗布膜は、塗布−乾燥
（１２０℃、１時間）−焼成（５００℃、１時間）を繰
り返し、最終的に７００℃で１時間焼結した。次に上部
電極として白金を製膜し、ヘッド上端部を研磨して柱の
上の白金を除去した。インク室の上部にふたを接合し、
インク吹き出し孔先端に疎水処理したノズルを接着して
３００ｄｐｉの高集積化ヘッドを作製した（図２）。 作製したヘッドにまずＰＺＴに電界Ｖ1＝２０Ｖを印加
して変位させインクキャビティーの中のインクを半滴分
流路より押出し、電界Ｖ3により帯電させた。次に対抗
する記録紙背面に設けた電極にＶ2＝２ｋＶを印加して
紙面上にインクを記録した。
【０００９】実施例２ 実施例１における圧電体を以下の組成の塗布液を用いて
作製した。酢酸鉛１モルに対して酢酸ランタン０．０７
５モル、チタニウムテトライソプロポキシドを０．３５
モル、ジルコニウムテトラプロポキシドを０．６５モ
ル、以下実施例１と同様にしてインクジェットヘッドを
作製した。ヘッドは３００ｄｐｉの高解像度化が可能と
なり、また、駆動はバイアス電圧Ｖ2＝２ｋＶ、駆動電
圧Ｖ1＝１７Ｖの低電圧化が可能となった。
作製した。酢酸鉛１モルに対して酢酸ランタン０．０７
５モル、チタニウムテトライソプロポキシドを０．３５
モル、ジルコニウムテトラプロポキシドを０．６５モ
ル、以下実施例１と同様にしてインクジェットヘッドを
作製した。ヘッドは３００ｄｐｉの高解像度化が可能と
なり、また、駆動はバイアス電圧Ｖ2＝２ｋＶ、駆動電
圧Ｖ1＝１７Ｖの低電圧化が可能となった。
【００１０】実施例３ 実施例１で作製したマルチノズルを２つ重ねて接合して
インクジェットヘッドを作製した（図３）。ヘッドは６
００ｄｐｉの高解像度化が可能となり、駆動はバイアス
電圧Ｖ2＝２ｋＶ、駆動電圧Ｖ1＝２０Ｖの低電圧化が可
能となった。
インクジェットヘッドを作製した（図３）。ヘッドは６
００ｄｐｉの高解像度化が可能となり、駆動はバイアス
電圧Ｖ2＝２ｋＶ、駆動電圧Ｖ1＝２０Ｖの低電圧化が可
能となった。
【００１１】
（１）基板に溝加工し、この溝をインク流路（溜め）と
することでピラー形成が不要となり工程の簡略化がで
き、また、インクキャビティ加工限界の制約を受けな
い。また、溝加工した基板に電気−圧力変換素子材料で
製膜、特にＳｏｌ−Ｇｅｌ法で大面積に数ミクロン厚で
製膜することによって圧電体素子を形成できるので、ダ
イシング加工による切削工程が不要になり、全体として
歩留まりが向上し、しかも高解像度化が可能となる。 （２）円状の溝加工により、圧電体変位ｄ33が効率良く
エネルギ−変換され、（１）の駆動電圧の１５％の低電
圧化が可能となった。 （３）２つのマルチヘッドを接合することにより、６０
０ｄｐｉという高解像度化が可能となった。
することでピラー形成が不要となり工程の簡略化がで
き、また、インクキャビティ加工限界の制約を受けな
い。また、溝加工した基板に電気−圧力変換素子材料で
製膜、特にＳｏｌ−Ｇｅｌ法で大面積に数ミクロン厚で
製膜することによって圧電体素子を形成できるので、ダ
イシング加工による切削工程が不要になり、全体として
歩留まりが向上し、しかも高解像度化が可能となる。 （２）円状の溝加工により、圧電体変位ｄ33が効率良く
エネルギ−変換され、（１）の駆動電圧の１５％の低電
圧化が可能となった。 （３）２つのマルチヘッドを接合することにより、６０
０ｄｐｉという高解像度化が可能となった。
【図１】本発明のインクジェットプリンターヘッドの基
本構成を模式的に示す図である。
本構成を模式的に示す図である。
【図２】圧電体の断面形状が円形の一部である本発明の
インクジェットプリンターヘッドの基本構成を模式的に
示す図である。
インクジェットプリンターヘッドの基本構成を模式的に
示す図である。
【図３】マルチノズル２列を、インク室が重ならないよ
うに接合して形成した本発明のインクジェットプリンタ
ーヘッドの基本構成を模式的に示す図である。
うに接合して形成した本発明のインクジェットプリンタ
ーヘッドの基本構成を模式的に示す図である。
【図４】実施例１のインクジェットプリンターヘッドの
全体を示す図である。
全体を示す図である。
【図５】実施例４のインクジェットプリンターヘッドの
作成手順を示す図である。 （ａ）基板ダイシング工程を示す図である。 （ｂ）基板エッチング工程を示す図である。 （ｃ）下部電極蒸着工程を示す図である。 （ｄ）圧電体製膜工程を示す図である。 （ｅ）上部電極蒸着工程を示す図である。 （ｆ）研磨およびふた接着工程を示す図である。
作成手順を示す図である。 （ａ）基板ダイシング工程を示す図である。 （ｂ）基板エッチング工程を示す図である。 （ｃ）下部電極蒸着工程を示す図である。 （ｄ）圧電体製膜工程を示す図である。 （ｅ）上部電極蒸着工程を示す図である。 （ｆ）研磨およびふた接着工程を示す図である。
１ ふた ２ インク室 ３ 上部電極 ４ 圧電体 ５ 下部電極 ６ 基板 ７ 接着剤 ８ インク滴 ９ 記録紙 １０ 電極 １１ インクキャビティー １２ インク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 駒井 博道 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内
Claims (6)
- 【請求項１】 電気−圧力変換素子で独立駆動できるマ
ルチノズルを有する電界アシスト型圧電方式インクジェ
ットプリンターヘッドにおいて、電気−圧力変換素子が
基板に設けた溝の溝面上に膜状に形成されたものであ
り、かつインク室が該素子の上部の溝部で形成されてい
ることを特徴とするインクジェットプリンターヘッド。 - 【請求項２】 前記電気−圧力変換素子が、Ｐｂ（Ｚｒ
ｙＴｉｚ）Ｏ3（ｚ＝１−ｙ、０．４≦ｚ≦０．６）で
表される組成のチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスを
主成分とする材料で構成されたものである請求項１記載
のインクジェットプリンターヘッド。 - 【請求項３】 前記電気−圧力変換素子が、ＰｂｍＬａ
ｘ（ＺｒｙＴｉｚ）ｎＯ3（ｍ＝１−ｘ、ｎ＝１−ｘ／
４、０．０４≦ｘ≦０．１、０．５≦ｙ≦０．７、０．
３≦ｚ≦０．５）で表わされる組成のＰＬＺＴを主成分
とする材料で構成されたものである請求項１記載のイン
クジェットプリンターヘッド。 - 【請求項４】 前記マルチノズルヘッドが、基板に設け
た溝の溝面上に膜状に形成された電気−圧力変換素子お
よび該素子の上部の溝部で形成されたインク室を有する
基板を、互いにそのインク室が重ならないように接合さ
せたものである請求項１、２または３記載のインクジェ
ットプリンターヘッド。 - 【請求項５】 前記電気−圧力変換素子が、連続でかつ
その断面形状が円または楕円の一部の形状である請求項
１、２、３または４記載のインクジェットプリンターヘ
ッド。 - 【請求項６】 前記電気−圧力変換素子が、Ｓｏｌ−Ｇ
ｅｌ法によって製膜されたものである請求項１、２、
３、４または５記載のインクジェットプリンターヘッ
ド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11213892A JPH05278216A (ja) | 1992-04-03 | 1992-04-03 | 電界アシスト型圧電方式インクジェットプリンターヘッド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11213892A JPH05278216A (ja) | 1992-04-03 | 1992-04-03 | 電界アシスト型圧電方式インクジェットプリンターヘッド |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05278216A true JPH05278216A (ja) | 1993-10-26 |
Family
ID=14579167
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11213892A Pending JPH05278216A (ja) | 1992-04-03 | 1992-04-03 | 電界アシスト型圧電方式インクジェットプリンターヘッド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05278216A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0803918B2 (en) † | 1996-04-11 | 2010-10-20 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric vibrator unit, ink jet recording head using the piezoelectric vibrator unit and method of manufacturing the same |
| JP2010267980A (ja) * | 2010-06-30 | 2010-11-25 | Kyocera Corp | 圧電アクチュエータ、液体吐出装置及び電子機器 |
-
1992
- 1992-04-03 JP JP11213892A patent/JPH05278216A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0803918B2 (en) † | 1996-04-11 | 2010-10-20 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric vibrator unit, ink jet recording head using the piezoelectric vibrator unit and method of manufacturing the same |
| JP2010267980A (ja) * | 2010-06-30 | 2010-11-25 | Kyocera Corp | 圧電アクチュエータ、液体吐出装置及び電子機器 |
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