(57)【要約】【課題】圧電セラミックス基板は、その材質により研削加工性が異なり、加工する材料および加工する溝の長さに応じてダイヤモンドホイールの送り速度を最適な加工速度に変えなければ、ダイヤモンドホイールの研削刃の目詰まりなどにより、隔壁が破損するという問題があった【解決手段】圧電セラミックス基板に、ダイシングソーによって複数の並列した溝を研削加工して、上記溝間を隔壁となした液体流路部材であって、前記圧電セラミックス基板のポアソン比σを０．３０以上とするとともに、前記隔壁の研削加工面である側面をＸ線回折にて測定したときの正方晶２００面における回折のピーク強度Ａと正方晶００２面における回折のピーク強度Ｂの比（Ｂ／Ａ）を０．８以下とする。【選択図】図１
2004202974.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電セラミックスからなる複数の隔壁を所定の間隔を隔てて並設し該隔壁間を液体の流路として形成した流路部材と、前記各隔壁の両側面に通電により前記隔壁を屈曲変位させ、前記各流路内の液体を搬送する駆動用電極とを有した液体流路部材において、前記隔壁の両側面をＸ線回折にて測定したときの正方晶２００面における回折のピーク強度Ａと正方晶００２面における回折のピーク強度Ｂの比（Ｂ／Ａ）を０．８以下としたことを特徴とする液体流路部材。
【請求項２】
圧電セラミックスのポアソン比を０．３０以上とすることを特徴とする請求項１記載の液体流路部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電セラミックス基板の流路部材に関するもので、特に、液体を搬送するための圧電ポンプや、文字や画像の印刷に用いるインクジェット記録へッドに用いられる液体流路部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、近年、パーソナルコンピューターの普及やマルチメディアの発達に伴って、情報を記録媒体に出力する画像形成装置として、インクジェット記録装置の利用が急速に拡大している。
【０００３】
インクジェット記録装置に搭載されるインクジェット記録へッド(以下、へッドと称す)としては、インクが充填される流路内に微細なヒータを設け、このヒータによりインクを加熱、沸騰させ、流路内に生ずる気泡によって流路内のインクを加圧し、インク吐出孔よりインク滴を吐出させるサーマルジェット方式と、インクが充填される流路を形成する隔壁を圧電素子によって屈曲変位させ、機械的に流路内のインクを加圧し、インク吐出孔よりインク滴を吐出させる圧電方式が一般的であるが、これらのうち圧電方式は、耐久性及び応答性に優れるとともに、直接インクを加熱しないため、インクの種類が限定されないといった利点がある。
【０００４】
このような圧電方式のへッドとしては、図４に示すように、平行に列設した複数の隔壁１を有し、これら隔壁１間をインクの流路２としてなるチタン酸ジルコン酸鉛等を主成分とする圧電セラミックス製の液体流路部材３と、各隔壁１の頂部に接合され、各流路２にインクを供給するためのインク供給孔６を備えた天板５と、上記液体流路部材３の―方端側に接合され、各流路２と連通するインク吐出孔７を備えたノズル板８とからなり、上記隔壁１の両側面上半分には、その長手方向に沿って駆動用電極４をそれぞれ形成したものがあった(特許文献１)。なお、上記液体流路部材３の他方端側は閉じられた構造になっており、液体流路部材３を構成する圧電セラミックスは図中矢印の方向に分極処理されている。また、９は駆動用電極４と不図示の外部回路とを接続し、外部回路からの信号を駆動用電極４へ通電するための引出線である。
【０００５】
そして、このへッド４０を用いて記録媒体に印刷するには、隔壁１の両側面に形成された駆動用電極４間に通電すると、隔壁１が圧電セラミックスの剪断モード変形を利用して略く字状に屈曲変位するため、各流路２内のインクを加圧し、インク吐出孔７よりインク滴を吐出するようになっていた。
【０００６】
また、このへッド４０を製造するには、予め厚み方向に分極処理したチタン酸ジルコン酸鉛等を主成分とする圧電セラミックス基板に、例えばダイシングソーと呼ばれるダイヤモンド砥粒を固着した回転する研削刃（以下ダイヤモンドホイールと称す）を有した装置によって複数の溝を等間隔に並設し、各溝をインクの流路２とするとともに、流路２を仕切る壁を隔壁１とした液体流路部材３を製作し、次いで隔壁１の両側面に蒸着法やスパッタリング法などの膜形成手段により駆動用電極４を被着したあと、隔壁１の頂部にインク供給孔６を有する天板５を接着剤にて接合するとともに、液体流路部材３の開放端部に、予め穿孔されたインク吐出孔７を有するノズル板８を接着剤にて接合することによって製造されていた。
【０００７】
さらに、このようなヘッド４０の特性を効率よく引き出すための方法として、特許文献２に示すような、隔壁１の側面をＸ線回折にて測定した時の正方晶２００面における回折のピーク強度Ａと正方晶００２面における回折のピーク強度比Ｂとの比（Ｂ／Ａ）を１．５以下と規制したヘッドについての開示がなされている。
【特許文献１】特開平７−１０１０５６号公報
【特許文献２】特開平１２−３４３６９１号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、インクジェット記録ヘッドの高精度化、高密度化に伴って、ヘッド４０を構成する液体流路部材３の隔壁１の幅や隔壁１のピッチが極めて小さくなっているのである。これはインクジェット記録ヘッドに限らず他の流路部材を用いた場合もいえる。
【０００８】
この場合に、複数列の隔壁１と流路２を形成するために、ダイシングソーにて研削加工を施すが、１ヘッドあたりの加工時間を短くするためにダイヤモンドホイールの送り速度を大きくすると、各流路２の開放端部において、ダイヤモンドホイールに固着したダイヤモンド砥粒の摩耗や、研削屑によるダイヤモンドホイールの目詰まり量が多くなり、研削能力が著しく低下するために、ダイヤモンドホイールが研削面に作用する応力が増加して、隔壁１が破損するという問題があった。したがって、高精度化、高密度化が要求されるヘッド４０において、隔壁１が破損しないようにするために、ダイシングソー等による流路２の研削加工時にダイヤモンドホイールの送り速度は小さくしなければならず、１ヘッドあたりの加工時間が極めて長くなり、加工コストが高くなるという問題があった。
【０００９】
そして、前記隔壁１を破損しないダイヤモンドホイールの送り速度に関する研削加工性については、特許文献２では着目しておらず、圧電セラミックスを研削加工すると加工による結晶の歪みが大きくなり、加工した面をＸ線回折にて測定したときの正方晶２００面における回折のピーク強度Ａと正方晶００２面における回折のピーク強度比Ｂとの比（Ｂ／Ａ）の値が０．８を超えた場合、前記の研削加工性が悪くなり、ダイヤモンドホイールの送り速度は小さくしなければならず、１ヘッドあたりの加工時間が極めて長くなり、加工コストが高くなるという問題があった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は圧電セラミックスからなる複数の隔壁を所定の間隔を隔てて並設し該隔壁間を液体の流路として形成した流路部材と、前記各隔壁の両側面に通電により前記隔壁を屈曲変位させ、前記各流路内の液体を搬送する駆動用電極とを有した液体流路部材において、前記隔壁の両側面をＸ線回折にて測定したときの正方晶２００面における回折のピーク強度Ａと正方晶００２面における回折のピーク強度Ｂの比（Ｂ／Ａ）を０．８以下としたことを特徴とする。
【００１１】
そして、圧電セラミックスのポアソン比を０．３０以上とすることを特徴とする。
【作用】
本発明によれば、前記隔壁の研削加工面である側面のＸ線回折にて測定したときの正方晶２００面における回折のピーク強度Ａと正方晶００２面における回折のピーク強度Ｂの比（Ｂ／Ａ）を０．８以下とすることによって、隔壁１を形成する結晶粒子のみが粒界から脱落して凹部開口部を形成しやすいので、ダイヤモンドホイールから隔壁１に受ける応力を小さくすることができ、ダイヤモンドホイールの送り速度を大きくしても、前記開放端部において隔壁１が破損せず、短時間でヘッド１０を構成する液体流路部材３製造することができる。
【００１２】
また、本発明は前記圧電セラミックス基板のポアソン比σを０．３０とすることによって、ダイヤモンドホイールから隔壁１にかかる応力をさらに小さくすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、液体流路部材をインクジェット記録ヘッドに適用する場合について説明する。
【００１４】
図１は本発明の液体流路部材を用いたインクジェット記録へッドの一例を示す斜視図である。なお、図４と同じ部位を示す符号は同符号で示す。
【００１５】
このインクジェット記録へッド１０は、圧電セラミックスからなる複数の隔壁１を所定の間隔を隔てて並設し該隔壁１間を液体の流路２として形成した流路部材と、前記各隔壁１の両側面に通電により前記隔壁１を屈曲変位させ、前記各流路２内の液体を搬送する駆動用電極４とを有した液体流路部材３に、前記流路２にインクを導く為のインク供給孔６を備えた天板５と液体流路部材３の一方端側に接合され、各流路２と連通するインク吐出孔７を備えたノズル板８とから形成してある。
【００１６】
なお、各隔壁１は、両側面の駆動用電極４間にそれぞれ通電した時、剪断モード変形によって略く字状に屈曲変位させるため、図中矢印の方向に分極処理してある。
【００１７】
また、液体流路部材３の他方端側は閉じた構造となっており、隔壁１に形成された駆動用電極４は流路２を越えて液体流路部材３の後方に延設された配線９を介して駆動用回路(不図示)と電気的に接続されるようになっている。
【００１８】
このヘッド１０を製造するには、まず、液体流路部材３を製作するために圧電セラミックス基板を用意する。圧電セラミックス基板としては、チタン酸ジルコン酸鉛(ＰＺＴ系)を主成分とする圧電セラミックス、マグネシウムニオブ酸鉛(ＰＭＮ系)を主成分とする圧電セラミックス、ニッケルニオブ酸鉛(ＰＮＮ系)を主成分とする圧電セラミックス、さらにはこれら主成分を複合した圧電セラミックス等を用いることができる。
【００１９】
そして、この圧電セラミックス基板の厚み方向に分極処理を施したあと、前記ダイシングソーの研削刃であるダイヤモンドホイールによって、一端が閉じられた複数の溝を等間隔に並設し、これらがインクの流路２の溝となり、各流路２を仕切る壁を隔壁１とした液体流路部材３が製作できる。
【００２０】
次いで、上記隔壁１の両側面に蒸着法やスパッタリング法などの膜形成手段により駆動用電極４を被着したあと、隔壁１の頂部にインク供給孔６を有する天板５を接着剤にて接合するとともに、液体流路部材３の開放端部に、予め穿孔されたインク吐出孔７を有するノズル板８を接着剤にて接合することによって製造することができる。
【００２１】
本発明は、前記圧電セラミックス基板に形成した隔壁１の研削加工面である側面をＸ線回折にて測定したときの正方晶２００面における回折のピーク強度Ａと正方晶００２面における回折のピーク強度Ｂの比（Ｂ／Ａ）（以下、単にピーク強度比Ｂ／Ａという）を０．８以下とすることで、隔壁１の破損を防止できるとともに、隔壁１の研削加工時にダイヤモンドホイールの送り速度を大きくすることができ、簡易に液体流路部材３を製造することができる。
【００２２】
すなわち、本発明者は、上記圧電セラミックスからなる液体流路部材３の製造にあたり、本来、圧電セラミックスを焼成したときのままの面（非加工面）では、ピーク強度比Ｂ／Ａは、各々の圧電セラミックス間で大差は見られないが、圧電セラミックスの研削加工後の面では加工による結晶の歪みが生じ、前記隔壁１を破損しないダイヤモンドホイールの送り速度に関する研削加工性については、研削加工性の悪い圧電セラミックスほど、加工による結晶の歪みが大きくなり、加工した面をＸ線回折にて測定したときのピーク強度比Ｂ／Ａが大きくなっていることを知見したのである。
【００２３】
このことは、研削加工性の悪い圧電セラミックス基板の場合、ダイヤモンドホイールに固着したダイヤモンド砥粒の摩耗や、研削屑によるダイヤモンドホイールの目詰まり量が多くなり、研削能力が著しく低下するために、ダイヤモンドホイールが圧電セラミックス基板の研削面に作用する応力が増加して、加工による結晶の歪みが大きくなることが要因と思われ、逆に、ピーク強度比Ｂ／Ａを小さくなるようにすれば、ダイヤモンドホイールの送り速度を大きくしても、隔壁１の破損がない研削加工が可能であることを示している。
【００２４】
即ち、隔壁１を形成するための研削加工時に、ダイヤモンドホイールの送り速度を、例えば、量産性の点から、５ｍｍ／ｓｅｃ以上とするためには、上記隔壁１の研削加工面である側面をＸ線回折にて測定したときのピーク強度比Ｂ／Ａを０．８以下とし、さらに量産性を向上させて、大きな送り速度で加工するためには、この値を小さくすれば良いことになる。
【００２５】
このピーク強度比Ｂ／Ａを０．８以下とする方法を調べるため、本発明者らは、上記隔壁１の研削加工面である側面のピーク強度比Ｂ／Ａが０．８を超える場合の加工面をＳＥＭ（電子顕微鏡）により２０００倍の写真を撮影し、７５×１００ｍｍの範囲を観察したところ、隔壁１を形成する結晶粒子のうちの比較的大きな粒子が脱落して形成された脱粒部の凹部開口部の占有面積率が全体の面積に対し４０％未満となっており、逆に、隔壁１の研削加工面である側面のピーク強度比Ｂ／Ａが０．８以下であれば、占有面積率が４０％以上となっていることを見いだした。これは、占有面積率が４０％未満となる圧電セラミックを使用すると、圧電セラミックスとダイヤモンドホイールとの接触面積が大きくなり、粒子が粒界から脱落しにくいためにダイヤモンドホイールが隔壁１から受ける応力が大きくなり、ダイヤモンドホイールに固着したダイヤモンド砥粒の摩耗量や、研削屑によるダイヤモンドホイールの目詰まり量が多くなり、研削能力が著しく低下し、隔壁１が破損しやすくなっているからであると考えられる。
【００２６】
ここで、上述のような占有面積率を４０％以上とするためには、圧電セラミックスの粒界部分に含まれるガラス成分の量を調節すればよく、例えば、圧電セラミックスの原料組成中に含まれるガラス成分量を減らすと占有面積率は大きくなり、あるいは原料の粉砕中に含まれるアルミナ等の不純物量を減らすことでも占有面積率を大きくできる。
【００２７】
即ち、圧電セラミックスの粒界部分に含まれるガラス成分量を少ない方へ調節すれば、粒界での結晶の結合強度が小さくなり、結晶粒子が脱粒するときに、結晶粒子自体が破壊されて脱粒する粒内破壊による脱粒が減少し、結晶粒子全体が脱粒する粒界破壊による脱粒が増加し、これにより占有面積率を大きくすることができる。
【００２８】
また、上述のガラス成分の調節の他、圧電セラミックスの平均結晶粒子の大きさによっても粒界の結合強度は若干の調節ができ、圧電セラミックスの結晶粒子が大きくなると粒界の結合強度は低下して粒界破壊を起こしやすくなるので、概ね１〜７μｍの大きさとすればよい。
【００２９】
そして、さらに、本発明によれば、液体流路部材３の製作にあたって、本発明者らの鋭意検討の結果、圧電セラミックス基板のポアソン比σを０．３０以上とすることによって、圧電セラミックスの多結晶粒子体はダイヤモンドホイールによる応力に追随した方向に変形しやすいので、結果的に圧電セラミックス基板とダイヤモンドホイールの研削面との間に作用する応力が低減されることも知見した。なお、ポアソン比σは、例えば超音波パルス法にて測定される。
【００３０】
従って、圧電セラミックス基板のポアソン比σを０．３０以上とすることにより、前述のダイシングソーで用いられるダイヤモンドホイールによって、ピッチが極めて小さい複数の溝を等間隔に並設する場合に、その隔壁１の破損が無く、短時間で製作することが可能であり加工性が向上できるものである。
【００３１】
即ち、ダイヤモンドホイール等による研削加工時に隔壁１の破損が無く短時間で製作するためには、圧電セラミックス基板とダイヤモンドホイールの研削面との間に作用する応力を小さくすることが必要である。
【００３２】
そして、このポアソン比σの値を調整するには、例えばチタン酸ジルコン酸鉛からなる圧電セラミックスであれば、その構成元素であるＺｒとＴｉのモル量比、すなわち、Ｚｒ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）がＭＰＢ（モルホトロピック相境界）領域の近傍にあるようにすることで調整できる。
【００３３】
このようなＭＰＢ領域を見つけるためには、例えばＸ線回折により得られた格子定数から、チタン酸ジルコン酸鉛の主な結晶形である正方晶及び菱面体晶の混合範囲を測定することで判る。
【００３４】
したがって、本発明によれば、前記隔壁の研削加工面である側面のピーク強度比Ｂ／Ａを０．８以下とすることによって、隔壁１を形成する結晶粒子のみが粒界から脱落した凹部開口部が形成しやすいので、ダイヤモンドホイールから隔壁１に受ける応力を小さくすることができ、ダイヤモンドホイールの送り速度を大きくしても、前記開放端部において隔壁１が破損せず、短時間でヘッド１０を構成する液体流路部材３製造することができる。
【００３５】
また、これに加えて圧電セラミックス基板のポアソン比σを０．３０とすることによって、ダイヤモンドホイールから隔壁１にかかる応力をさらに小さくすることができる。
【００３６】
ところで、図１に示すへッド１０では、液体流路部材３全体を圧電セラミックスで形成した例を示したが、隔壁１のみが圧電セラミックスにより形成されたものであっても良く、また、図２に示すヘッドのように、図１におけるノズル板８を、インク吐出孔７を持たない蓋板１８とし、天板１５にインク吐出孔１７を、液体流路部材１３に各流路１２と連通するインク供給孔１６を設けたものや、図３に示すヘッドのように、互いに分極方向を異ならせた圧電セラミック板を張り合わせた状態でダイシングソーにて複数の溝を等間隔に並設することにより、溝を流路２２、溝２２を仕切る壁を隔壁２１とした液体流路部材２３を用いたものでも良く、本発明の範囲を逸脱しない範囲であれば、改良や変更を加えることができることは言うまでもない。
【００３７】
さらに本発明は、前記インクジェット記録ヘッドに限らず、本発明の液体流路部材を用いた、例えば、圧電マイクロポンプなど種々の液体を搬送する装置にも適用できる。
【００３８】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とし、副成分として粒界部分に含まれガラス成分となるアルミナの量を任意に調節し、研削加工時に隔壁１を形成する結晶粒子が脱落して形成された脱粒部の凹部開口部の占有面積率がそれぞれ異なるようにし、且つポアソン比を表１のようにした試料１〜１３の圧電セラミックス基板を準備した。
【００３９】
そして、上記圧電セラミックス基板を予め厚み方向に分極処理したあと、隔壁１の幅６６μｍ、隔壁１の高さ３５０μｍ、隔壁１のピッチが１４１μｍとなるようにダイシングソーにて、加工する流路２の累計長さを最大５０ｍとなるように複数の溝を研削加工し、溝をインクの流路２、溝を仕切る壁を隔壁１とした液体流路部材３を製作した。
【００４０】
なお、溝加工にあたっては、＃１２００（砥粒の粒径６〜１２μｍ）番手のダイヤモンド砥粒を固着したダイヤモンドホイールを用い、回転数２５０００ｒｐｍで行い、隔壁１が破損しない最大のダイヤモンドホイールの送り速度を求めた。
【００４１】
そして、各加工条件における隔壁１の研削加工面である側面のピーク強度比Ｂ／Ａを算出した。
【００４２】
なお、ピーク強度比Ｂ／Ａの測定にあたっては、理学製のＲＩＮＴ１４００Ｖ型のＸ線回折を用い、Ｘ線源をＣｕ、Ｘ線源の管電圧を５０ｋＶ、管電流を２００ｍＡとして２軸の縦型ゴニオメータにてステップ幅を０．０２゜とし、回折角度４０゜〜５０゜の範囲に現れる正方晶２００面における回折のピ−ク強度Ａと正方晶００２面における回折のピーク強度Ｂを測定して算出した。
【００４３】
また、隔壁１の破損の有無については、隔壁１の破損場所を目視および実体顕微鏡（×４０倍）にて観察して行った。
【００４４】
さらに、隔壁１を形成する結晶粒子が脱落して形成された脱粒部の凹部開口部の占有面積率は、ＳＥＭ（電子顕微鏡）により写真を撮影し、凹部開口部の面積を計算して百分率で示した。
【００４５】
結果は表１に示す通りである。また表中の*印は本発明の範囲外である。
【００４６】
【表１】
2004202974.tif 000003
【００４７】
この表１からは、本発明のように、圧電セラミックス基板のピーク強度比Ｂ／Ａを０．８以下としたものがダイヤモンドホイール（研削刃）の送り速度を大きくすることができ好適であることがわかり、液体流路部材３を作製するにおいて、効率の点から必要な最低限のダイヤモンドホイール（研削刃）の送り速度である１．５ｍｍ／ｓｅｃ以上を得ることが判る。
【００４８】
特にポアソン比が０．３０以上でピーク強度比Ｂ／Ａが０．８以下のものについて、ダイヤモンドホイールの送り速度で５ｍｍ／ｓｅｃ以上を得ることができた。
【００４９】
これにより、本発明のピーク強度比を０．８以下とすることによって、隔壁１が倒れることなく、ダイヤモンドホイールの送り速度を大きくできること、さらには、ポアソン比を０．３０以上とするとより有効であることが実証された。
【００５０】
なお、ポアソン比σが大きくなるにつれて、また、ピーク強度比Ｂ／Ａが小さくなるとともに、送り速度は急激に改善されることがわかった。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、隔壁の研削加工面である側面のＸ線回折にて測定したときの正方晶２００面における回折のピーク強度Ａと正方晶００２面における回折のピーク強度Ｂの比（Ｂ／Ａ）を０．８以下とすることによって、隔壁を形成する結晶粒子のみが粒界から脱落した凹部開口部が形成しやすいので、ダイヤモンドホイールから隔壁に受ける応力を小さくすることができ、ダイヤモンドホイールの送り速度を大きくしても、隔壁が破損せず、短時間で液体流路部材を製造することができる。
【００５２】
また、圧電セラミックス基板のポアソン比σを０．３０とすることによって、ダイヤモンドホイールから隔壁にかかる応力をさらに小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液体流路部材を有したインクジェット記録へッドの一例を示す一部を破断した斜視図である。
【図２】本発明の液体流路部材を有したインクジェット記録へッドの他の例を示す一部を破断した斜視図である。
【図３】本発明の液体流路部材を有したインクジェット記録へッドのさらに他の例を示す―部を破断した斜視図である。
【図４】従来の液体流路部材を有したインクジェット記録ヘッドを示す一部を破断した斜視図である。
【符号の説明】
１，１１，２１：隔壁
２，１２，２２：流路
３，１３，２３：液体流路部材
４，１４：駆動用電極
５，１５：天板
６，１６：インク供給孔
７，１７：インク吐出孔
８，１８：ノズル板
９  ：配線
１０，２０，３０，４０：インクジェット記録へッド
【図１】
2004202974.tif 000004
【図２】
2004202974.tif 000005
【図３】
2004202974.tif 000006
【図４】
2004202974.tif 000007