(57)【要約】【課題】  ピエゾインクジェットヘッドにおいて、吐出方法、ヘッド構造を見直すことにより圧電材料の加工、組立てを低減、簡略化し、簡便にインクジェットヘッドを作成する。また、耐久性の高いインクジェットヘッドを作成する。【解決手段】  ピエゾインクジェットヘッドにおいて、インク室隔壁部材料に圧電材料を用い、インク吐出方向に伸縮する構造とする。また、オリフィス部材にも隔壁部材料と同一且つ連続な圧電材料を用いる。インク室，ノズル穴などは切削加工などにより形成する。さらに、駆動用電極を用いてメッキすることにより、オリフィス面に高い撥水性を付与できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的アクチュエート手段を用いたインクジェットヘッドにおいて、インク室側壁が圧電物質からなり側壁部圧電物質のノズル側及びインク供給路側の両端に電極を有し、電界をかけることにより吐出方向に伸縮することによりインク室の体積変化を生じ、液滴を吐出するインクジェットヘッド。
【請求項２】
側壁とオリフィス部材が一体の圧電物質からなることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
オリフィス部材オリフィス面に電極を有し電極上にメッキにより撥水膜を形成することを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインクジェットヘッド、特に電気的アクチュエート手段を用いたインクジェットヘッドに関するものである。このようなインクジェットヘッドの典型としてピエゾジェットヘッドがある。また、ピエゾジェットヘッドを搭載したパルス滴付着装置に関するものである。典型例として、「ドロップ−オン−ディマンド」インクジェットプリンターと呼ばれているものがある。
【背景技術】
【０００２】
インクを吐出させて記録を得るインクジェットヘッドとしては、ヒーターを用いてインクを瞬時に気化させることにより液滴を飛翔させるバブルジェット（登録商標）ヘッド、圧電素子を用いてインクを飛翔させるピエゾジェットヘッドが知られている。中でもピエゾジェットヘッドは、インク室を形成する部材に信号により変形する圧電素子を設け、変形時に生じる圧力によりインクを液滴として飛翔させるもの、インク溜部内にノズルに対向させて圧電素子を設置し、この圧電素子の伸縮もしくは変形によりノズル領域に動圧を生じさせてインク滴を飛翔させるもの、圧電素子による振動波をノズル部に伝播させることによりインク滴を飛翔させるものなどが知られている。インク室を形成する容器に信号により変形する圧電素子を設け、変形時に生じる圧力によりインクを液滴として飛翔させるものとしては、特公平６−６３７５に示されているようにインク室側壁部分が剪断モードの流路に横向きな変形をなすことによるものが知られている。また、インク溜部内にノズルに対抗させて圧電素子を設置し、圧電素子の変形によりノズル領域に動圧を生じさせてインク滴を飛翔させるものとしては、特公平７−３３０８９に示されているように剪断形トランスデューサを備えた圧力室を有するインク噴射システムが知られている。振動波によりインク滴を飛翔させるものとしては、特開平５−５０８、特開２０００−２１８７８７が知られている。
【０００３】
さらに、インク液滴を形成させる上で重要となるオリフィス面を精度良く形成させるためにオリフィスプレートをインクジェットヘッドブロック前面に形成し、安定的なインク液滴を形成する方法が知られている。
【特許文献１】特公平６−６３７５号公報
【特許文献２】特公平７−３３０８９号公報
【特許文献３】特開平５−５０８号公報
【特許文献４】特開２０００−２１８７８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のインク室を形成する容器に信号により変形する圧電素子を設け、変形時に生じる圧力によりインクを液滴として飛翔させるものはヘッド構造が複雑であるために、ヘッド部材となる圧電材料の加工，組立てが難しいという問題があった。また、ヘッドの構造上、オリフィス部材をヘッド部材と一体で形成することは困難であるため、ヘッドコストを安くするのが難しいという問題があった。
【０００５】
さらには、圧電素子の伸縮もしくは変形によりノズル領域に動圧を生じさせてインク滴を飛翔させるものでは、圧電素子の形成とインク室の形成することとは別に行なわなくてはならないため、インク室の形成、圧電素子の加工，組立てが難しい，組立て時の精度が高いため簡便に組立てを行なうことが難しいという問題があった。
【０００６】
また、インクとなる媒体の特性によっては、オリフィス部材をヘッド部材に接合させた後、吐出を繰返し行なう上で強度，耐久性において十分ではないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題は下記の本発明によって解決された。
（１）電気的アクチュエート手段を用いたインクジェットヘッドにおいて、インク室側壁が圧電物質からなり側壁部圧電物質のノズル側及びインク供給路側の両端に電極を有し、電界をかけることにより吐出方向に伸縮することによりインク室の体積変化を生じ、液滴を吐出するインクジェットヘッド。
（２）電気的アクチュエート手段を用いたインクジェットヘッドにおいて、側壁とオリフィス部材が一体の圧電物質からなることを特徴とするインク室側壁が圧電物質からなり側壁部圧電物質のノズル側及びインク供給路側の両端に電極を有し、電界をかけることにより吐出方向に伸縮することによりインク室の体積変化を生じ、液滴を吐出するインクジェットヘッド。
（３）電気的アクチュエート手段を用いたインクジェットヘッドにおいて、側壁とオリフィス部材が一体の圧電物質からなり、オリフィス部材オリフィス面に電極を有し電極上にメッキにより撥水膜を形成することを特徴とする側壁とオリフィス部材が一体の圧電物質からなるインクジェットヘッド。
【発明の効果】
【０００８】
以上説明したように、本発明によればピエゾインクジェットヘッドを簡便に組立て作成することができる。また、ヘッドを一体化させることにより、耐久性のあるピエゾインクジェットヘッドを作成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明のインクジェットヘッドでは、インク室側壁が圧電物質からなる。インク室側壁部が圧電物質からなり、圧電側壁部のノズル側端部及びインク供給路側端部の両端に圧電側壁部駆動のための電極を有する。圧電側壁部へ電界をかけることにより圧電側壁部が吐出方向に伸縮することによりインク室の体積変化が生じる。インク室の体積変化としては、予め圧電側壁部を伸ばしておき、電界方向を変化させることにより圧電側壁部を縮ませることにより液滴を吐出するのが適当である。電界付与の為の電圧としては、インク室に充填されているインクの特性により変化させることが好ましい。また、電圧を変化させる時間についてもインクの特性により変化させることが好ましい。例えば、高粘性のインク液滴を吐出させる場合には、電圧変化を大きくするだけではなく電圧変化時間を短くする必要がある。
【００１０】
具体例として図１にインクジェットヘッドの構成図を示した。インク室側壁部が圧電体からなり、上端および下端に圧電体駆動のための電極が形成されている。電界の付与により圧電体が伸長しインク室の体積が増加する。電界を反転させることにより圧電体が縮小し、インク室の体積が減少することによりノズルより液滴が吐出する。１は圧電体であり、チタン酸バリウムやジルコン酸鉛からなる焼結体である。圧電体は高電界で分極処理を施されている。分極処理により電極に電圧を印加することにより電化を保持し、図面両矢印方向に伸縮する性質を有する。圧電体１の伸縮方向の厚さは特に制約を受けるものではないが、インク液滴を吐出させるためには１〜１０ｍｍの厚みを有することが好適である。２は電極であり、圧電体を伸縮させるための電圧を印加するのに用いる。電極２は圧電体をヘッド部材に加工した後に形成するものであっても、予め電極を形成したものを圧電体と共にヘッド部材に加工するものであっても良い。電極材料，ヘッドサイズに応じて変更することが可能であるが、通常の形成においては圧電体を分極処理することを考慮して予め電極を形成したものを圧電体と共にヘッド部材に加工する。電極材料としてはＡｕ，Ａｇ，Ｃｕなど導電性が高い材料であれば良く、特に制約されるものではない。また、電極の形成方法としては、ペースト塗布，蒸着などのさまざまな方法があるが、特に制約されるものではない。３はインク室で、インク供給路からインクが補充，充填されており、インク室のインクが圧電体の変位によりインク室の体積が変化することによりインク液滴として吐出される。４はノズル口であり、ノズル口よりインク液滴が吐出される。ノズル口の大きさは所望とするインク液適量に応じて大きさを調整すれば良く、インク液滴の吐出には５〜１００μmφの大きさであり尚且つ、円形状を有することが好ましい。５はオリフィス部材であり、ノズル口が形成されておりヘッド部材と接合されることによりインクジェットヘッドとしての形態を成す。オリフィス部材の厚さとしては３０〜１００μｍであることが好ましい。ノズルより吐出されるインク液滴量を増加させる方法としては、ノズル径を大きくした上で、インク室側壁部の変位量を変更しなくてはならない。インク室側壁部変位量を変更する方法としては、圧電材料である側壁部に印加する電圧を大きくする方法とインク室の側壁部を構成する圧電材料に積層構造を有する圧電体を用いる方法がある。圧電材料を積層構造にした構造図を図２に示した。特にインク室体積の変化量を大きくする場合には積層構造を採用することが簡易的で望ましい。圧電体を伸縮させるための電極が圧電材料中に交互に形成され、電極をインク室側壁部の両側に取り出すことにより電圧を印加することが可能となる。積層構造を有する圧電材料を形成する方法としてはさまざまな方法があるが、圧電材料と電極材料のシートを積層させたものを焼結体として得る方法が適当である。シート積層時に予め電極位置を調整することにより交互に電極を取り出すことが可能である。
【００１１】
従来のインクジェットヘッドのオリフィス部材はヘッド部材とは別に構成され、オリフィス部材とヘッド部材の貼付けにより一体化されるが、本発明のインクジェットヘッドでは同一部材からの単一構造として構成することも可能である。同一の圧電材料からオリフィス部材およびヘッド部材を形成した例を図３に示した。オリフィス部材をヘッド部材と同一の圧電部材より一体となるように圧電部材を形成することによりできる。圧電部材の形成方法としては、圧電体を焼結させる前の材料を予め所望の形状に加工しておくことにより形状制御する、焼結体である圧電体を切削加工方法により所望の形状に加工することにより形状制御することも可能である。また、双方の方法を併用することにより微細な形状制御を行なうことも可能である。オリフィス部材としての厚みはノズル口形成，インク液滴吐出に差し支えない状態であれば特に制約されるものではないが、インク液滴吐出性を考慮した場合、０．１〜２ｍｍ程度であることが好ましい。圧電体の電極としてはインク室両側の側壁部よりそれぞれ電極を取り出すほかに、オリフィス部材前面に圧電体駆動のための一方の電極を形成する。一方の電極取り出しがオリフィス部材と一体化でき、インク室側壁部駆動のための電極を共通にする事が可能となり、ヘッドの組立てを簡易化することが可能となる。インク室側壁部駆動はインク供給路側の電極へと個々に電圧を印加し、それらを変化させることによりインク液滴吐出の制御を行なう。
【００１２】
圧電部材より形成したオリフィス部材前面の電極を用いて、撥水性，耐久性の高いオリフィス面を形成することが可能である。オリフィス面の形成方法としては、オリフィス部材上に形成された電極を用いて電解メッキ処理を行なう方法が好適である。電解メッキ処理により形成される材料としてはフッ素系樹脂材料とニッケルなどの金属材料の共析メッキが好適である。オリフィス面への撥水性，耐久性処理の処理層の厚みは処理材料により異なるが、１０〜２０００μｍである。これによりオリフィス面の特性が安定し、インク液滴吐出が安定する。
【００１３】
このようにして形成されたインクジェットヘッドは、安価で簡易的であり、また、インク特性による制約が少ないインクジェットヘッドである。
【００１４】
以下実施例をもって本発明を更に詳細に説明する。
【実施例１】
【００１５】
インクジェットヘッド隔壁部の圧電材料としてチタン酸バリウムを用いた。チタン酸バリウム焼結体を分極方向に厚さ５ｍｍとなるように切断した。厚さ５ｍｍのシート状の圧電材料を幅２ｍｍ、長さ１０ｍｍとなるように切断した。電極にはあらかじめスパッタ成膜により形成された金を用いた。切断形成された圧電材料ブロックをインク室の幅が１ｍｍとなるように平行に並べた後、インク流路が形成されるようにあらかじめ流路を加工成形したステンレスブロックに接着した。接着に際して、圧電材料駆動用の電極に電圧が印加できるように回路を形成し、通電できるように配置した。並列した圧電材料の両端も同様にしてステンレスブロックを接着した。接着後、圧電材料駆動用のもう一方の電極に回路を接続した。インク室側壁部の圧電材料およびステンレスブロックにインク室を形成するための接着剤を塗布し、オリフィス部材を接着、インクジェットヘッドを作成した。オリフィス部材の接着時に、ノズル口がインク室中央部に位置するように調整し貼付けを行なった。また、オリフィス部材にはヘッド部材側接着面にプラズマ表面加工処理を施したポリイミドシートを用いた。
【００１６】
このようにして、ピエゾインクジェットヘッドを作成した。インク流路部にインクを充填し、圧電材料にパルス電圧を印加したところ、インク液滴を吐出することができた。
【実施例２】
【００１７】
インクジェットヘッド隔壁部の圧電材料として、チタン酸バリウム積層焼結体を用いた。積層方向の厚さが５ｍｍ、電極取り出し方向の幅が３ｍｍ、長さ１０ｍｍ、１０層構造からなるチタン酸バリウム積層焼結体を用いた。圧電材料として、積層方向に対して分極するように電界をかけながら加熱を行ない、分極処理を行なった。インク室形成は実施例１と同様にステンレス部材の接着により行なった。電極取り出しは、インク室内部側の電極についてはオリフィス部材側から取り出し、反対側についてはインク流路形成側より行なった。それぞれを駆動用回路に接続した後、実施例１と同様にしてオリフィス部材を接着した。
【００１８】
このようにして、圧電材料が積層構造圧電焼結体からなるピエゾインクジェットヘッドを作成した。インク流路部にインクを充填し、圧電材料にパルス電圧を印加したところ、インク液滴を吐出することができた。
【実施例３】
【００１９】
インクジェットヘッド隔壁部の圧電材料として実施例１と同様にチタン酸バリウムを用意した。チタン酸バリウム焼結体を分極方向に厚さ１０ｍｍ、幅１５ｍｍ、長さ３０．５ｍｍとなるように切断加工した。厚さ１０ｍｍのチタン酸バリウム焼結体の両側に、分極方向に電界がかけられるようスパッタ法により金を成膜した。成膜された金電極上から幅方向の溝が形成されるように切削加工を行なった。溝は深さ８ｍｍ、溝幅が１．５ｍｍとなるように加工し、長さ方向に対して隣接した溝の間隔が４ｍｍとなるようにした。形成された溝の中心部を厚さが０．５ｍｍになるまで加工した。更に、ＦＩＢ加工法により溝中心部に直径２０μmφのノズル穴を形成した。金電極に駆動用回路接続の加工を行なった後に、ノズル穴を形成した側の金電極上に撥水性の膜を電解メッキにより形成した。撥水性の膜として、ニッケル−テフロン（登録商標）の共析メッキ膜を電解メッキにより形成した。圧電体駆動のための電極を回路に接続した後に、インク室およびインク流路形成のためのステンレス部材を接着した。
【００２０】
このようにして、ピエゾインクジェットヘッドを作成した。インク流路部にインクを充填し、圧電材料にパルス電圧を印加したところ、インク液滴を吐出することができた。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係るインクジェットヘッドを示す模式図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係るインクジェットヘッドを示す模式図である。
【図３】本発明の更に他の実施形態に係るインクジェットヘッドを示す模式図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  圧電材料
２  電極
３  インク室
４  ノズル穴
５  オリフィス部材
【図１】
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【図２】
2008119845.tif 000004
【図３】
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