JPH0596739A - インクジエツトプリントヘツドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 新規なインクジェットプリントヘッドにおい
て、シリアルヘッドは勿論のこと、ラインヘッドでも加
工後に分極処理を行うことができる製造方法を提供する
ことである。 【構成】 ＰＺＴ（圧電材）５０に個別インク路１１を
アレイ状に形成し、このアレイ状列を５つＰＺＴ５０に
設け、各アレイ状列の個別インク路ごとに電極１３を設
けた後に、電極（１、５、９、１３、１７）に正極性の
電圧を、電極（２、６、１０、１４、１８）に負極性の
電圧を印加し、各組の電極に係る隔壁１２をアレイ方向
に分極し、次に電極（２、６、１０、１４）に正極性の
電圧を、電極（３、７、１１、１５）に負極性の電圧を
印加し、各組の電極に係る隔壁１２をアレイ方向に分極
し、このような電圧印加を、少なくとも全ての隔壁１２
が分極されるまで繰り返す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プリンタ、ワープロ、
ファクシミリ、プロッタ等の電子機器に搭載される新規
なインクジェットプリントヘッドの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】プリンタ、ワープロ等の各種電子機器に
搭載されるインクジェットプリントヘッドにカイザー方
式がある。カイザー方式のプリントヘッドは、一般には
ヘッド基台に形成した共通インク路から分岐する個別イ
ンク路を覆うようにヘッド基台に振動板を取付け、振動
板上における個別インク路の対応位置にそれぞれ電歪素
子を配置したものである。このプリントヘッドでは、電
歪素子に電界を加えて電歪素子を変位させ、この変位に
伴って振動板を動かすことによりインクを個別インク路
の先端口から押し出すものである。又、印字を高密度化
するために、ヘッドをその走査方向に対して傾斜させる
ことも行われている。

【０００３】しかしながら、上記のようなカイザー方式
に代表される電歪素子を利用する通常のインクジェット
プリントヘッドでは、これまで以上に印字ドットを高密
度化すると共に印字を高品質化するのは機構的に至難で
あり、より高密度を実現しようとすると生産性が悪くな
り、コスト高になる。又、印字品質を高めるためには高
密度化の他に高粘度のインクを使用することも求められ
るのであるが、それにはインク路（特に個別インク路）
を可及的に短くしてインクの流体摩擦を小さくしなけれ
ば、インクを飛ばすことができない。しかし、前記プリ
ントヘッドでは、インク路をこれ以上短縮するのは困難
であるため、高粘度のインクを使用するのは無理であ
る。

【０００４】これらの問題点を解決するために、本出願
人は、図２に示すような印字機構を取り入れた新規なイ
ンクジェットプリントヘッドを先に出願した。このプリ
ントヘッドでは、圧電材からなる分極体１の内部に、そ
の一端から他端に貫通する複数（図面では９つ）の湾曲
状の個別インク路１１を一定間隔を置いてアレイ状に形
成し、個別インク路１１ごとに、個別インク路１１を構
成する全ての壁に電極１３を設けてある。

【０００５】このような構造のプリントヘッドでは、個
別インク路１１間の隔壁１２がアレイ方向（矢印方向）
に分極しており、この分極状態で、例えば、個別インク
路１１ｂの電極１３ｂに正電圧を、両隣の個別インク路
１１ａ、１１ｃの電極１３ａ、１３ｃに負電圧を印加す
ると、隔壁１２ａ、１２ｂは分極の正負電荷と電圧の正
負極性との関係から、それぞれ図中に点線で示すように
変形する。即ち、隔壁１２ａは湾曲度合が更に増すよう
に変位し、隔壁１２ｂは湾曲度合が小さくなるように変
位する。このため、結果的に両隔壁１２ａ、１２ｂによ
って個別インク路１１ｂのインク容積が減り、この個別
インク路１１ｂのインクが押されて、個別インク路１１
ｂの先端口（オリフィス）からインクが噴出されるので
ある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記プリン
トヘッドでは、分極体１がアレイ方向に分極しているこ
とが重要であるが、一般に圧電材からなる分極体の分極
処理は、通常、１００〜１５０℃の温度で、２〜３ＫＶ
／ｍｍの電圧を２０〜６０分印加して行われる。上記プ
リントヘッドの場合も、例えばシリアルヘッドであっ
て、その幅が５ｍｍであれば、２ＫＶ／ｍｍ×５ｍｍ＝
１０ＫＶの電圧を印加すれば、分極処理を一応行うこと
ができる。しかし、ラインヘッドの場合、その幅が２２
０ｍｍとすると、２ＫＶ／ｍｍ×２２０ｍｍ＝４４０Ｋ
Ｖとなり、この高電圧を印加することは、表層電流の処
理、分極装置の高圧化対応等が必要になり、実用には不
向きである。

【０００７】又、分極処理済の分極体に個別インク路や
電極の形成等の加工を施してもよいのであるが、この場
合は、レーザ加工等による熱で分極が消失してしまう恐
れがある。特に、長尺のラインヘッドでは、加工前に圧
電材を分極化しておくのが困難であるため、加工後に分
極処理をする必要があるが、前記高電圧印加による問題
に直面する。

【０００８】従って、本発明の目的は、上記新規なイン
クジェットプリントヘッドにおいて、シリアルヘッドは
勿論のこと、ラインヘッドでも加工後に分極処理を行う
ことができる製造方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明のインクジェットプリントヘッドの製造方法
は、前述のプリントヘッドの製造方法であって、次の分
極処理工程を有することを特徴とする。即ち、任意の電
極と、この電極に隣接する電極とを一組の電極とし、こ
の一組の電極に係る個別インク路間の壁が所定方向に分
極するように、一方の電極に正極性の電圧を、他方の電
極に負極性の電圧を印加して、両電極に係る壁をアレイ
方向に分極し、一組の電極に隣接する少なくとも１つの
電極には電圧を印加せず、電圧を印加しない電極を隔て
た別の一組の電極にも同様に正極性と負極性の電圧を印
加して、両電極に係る壁をアレイ方向に分極し、このよ
うな電圧印加をアレイ状に並ぶ全ての電極に対して行
い、次に、電圧を印加する一組の電極をそれぞれ１つず
つ隣接の電極にずらして、同様に全ての組の電極に正極
性と負極性の電圧を印加して、各組の電極に係る壁をア
レイ方向に分極し、少なくとも個別インク路間の全ての
壁をアレイ方向に分極するまで、前記電圧印加を繰り返
す。

【００１０】この製造方法によれば、圧電材に個別イン
ク路を形成し、電極をパターンニングする等の加工を施
した後に、個別インク路間に形成された各隔壁ごとに分
極処理を行い、しかも全ての電極に電圧を一度に印加す
るのではなく、互いに隣接する２つの電極を一組の電極
とし、この一組の電極を、電圧を印加しない少なくとも
１つの電極を置いて設定するので、相当低電圧の印加で
も分極化することができる。このため、特に多数の個別
インク路をアレイ状に配列したラインヘッドの製造が可
能になる。更に、分極処理を加工後に行うため、分極が
消失するようなことはなく、レーザによる熱加工等が可
能になり、加工の選択自由度が大きくなる。

【００１１】なお、本発明の製造方法は、圧電材の分極
処理工程に特徴があり、それ以外の、圧電材に個別イン
ク路を形成したり、電極をパターンニングしたりする等
の加工方法は、電歪素子を使用した通常のプリントヘッ
ドで用いられる方法でよい。例えば、圧電材に個別イン
ク路を形成する加工方法には、エキシマレーザ加工、Ｋ
ＯＨ等の水溶液中でのレーザ加工、型による加工、超音
波加工がある。又、分極体を構成する圧電材としては、
既知のものを使用すればよく、例えばＰＺＴからなるシ
ート状のものを使用する。

【００１２】

【実施例】以下、本発明のインクジェットプリントヘッ
ドの製造方法を実施例に基づいて説明する。前述したよ
うに、本発明に係るプリントヘッドは、多数の曲状の個
別インク路間に形成された曲状の隔壁をアレイ方向に変
位させ、個別インク路のインク容積を増減して、個別イ
ンク路のインクを押し出す新しい印字機構を取り入れた
ものである。その全体構成は、図１に示すように、分極
体１と、分極体１の背端面に取付けた裏蓋２と、分極体
１の前端面に取付けたオリフィスプレート３とを備え
る。

【００１３】図２において、分極体１はＰＺＴからな
り、その内部には、一端（背端面）から他端（前端面）
に貫通する多数（この実施例では９つ）の湾曲状の個別
インク路１１が一定間隔を置いてアレイ状に形成されて
いる。この個別インク路１１は、図中の右方向（アレイ
方向）に湾曲し、図１から分かるようにインクの流れ方
向とアレイ方向とに垂直な方向（図１では上下方向）の
寸法（例えば１．２ｍｍ）がインクの流れ方向（図１で
は左右方向）の寸法（例えば１．０ｍｍ）よりも大き
く、所謂縦長を呈するものである。なお、個別インク路
１１の幅は、例えば１ｍｍである。この個別インク路１
１によって、個別インク路間には隔壁１２が形成され、
当然ながら隔壁１２も個別インク路１１と同様に同方向
に湾曲する。個別インク路１１と隔壁１２は横断面及び
縦断面ともほぼ細長い長方形を呈する。又、各隔壁１２
は図２に示す矢印方向に分極している。

【００１４】更に、個別インク路１１のインクの流れ方
向とアレイ方向とに垂直な方向（図２では上下方向）に
延びる個別インク路の壁（左右の壁）と、アレイ方向に
延びる個別インク路の壁（上下の壁）とに沿って、電極
１３が設けられている。即ち、個別インク路１１を構成
する全ての壁に電極１３が設けられ、電極１３は個別イ
ンク路１１ごとに延在し、分極体１の背面側に図２に示
すようなパターンで導かれている。なお、個別インク路
１１の壁に設けた電極１３上には、この電極１３を保護
する保護膜（図示せず）が施されているが、電極１３が
個別インク路１１ごとに設けられ、電極１３に電圧を印
加しても個別インク路１１のインクに電位差が生じない
ので、敢えて保護膜で電極１３を覆う必要はない。

【００１５】図１において、裏蓋２は分極体１の個別イ
ンク路１１に連通する共通インク路２１を有する。又、
オリフィスプレート３は分極体１の個別インク路１１に
対応する数（９つ）のオリフィス３１を有する（図３参
照）。従ってインクは、共通インク路２１を経て、個別
インク路１１に分流し、オリフィス３１から噴出され
る。

【００１６】このように構成したプリントヘッドの作用
について詳述する。分極体１を背面側から見た図２にお
いて、各隔壁１２が矢印方向に分極している状態で、個
別インク路１１の各電極１３に図示のような極性の電圧
を印加する。この極性の電圧印加により、例えば隔壁１
２ａは、個別インク路１１ａ側においては分極の負電荷
と電極１３ａの電圧の負極性との関係から、個別インク
路１１ｂ側においては分極の正電荷と電極１３ｂの電圧
の正極性との関係から、図中の上下方向に縮む。又、隔
壁１２ｂは、個別インク路１１ｂ側においては分極の負
電荷と電極１３ｂの電圧の正極性との関係から、個別イ
ンク路１１ｃ側においては分極の正電荷と電極１３ｃの
電圧の負極性との関係から、上下方向に伸びる。隔壁１
２ａ、１２ｂがそれぞれ伸縮すると、隔壁１２ａは当初
の湾曲状態から更に湾曲し、隔壁１２ｂは湾曲状態を打
ち消すように直立状になる（それぞれ図中の点線部分参
照）。これにより、実質的に隔壁１２ａ、１２ｂの上下
方向の変位がアレイ方向の変位に変換されたことにな
り、そのアレイ方向の変位量も上下方向の変位量に比べ
て格段に増加している。隔壁１２ａ、１２ｂの変形によ
り、両隔壁の間に位置する個別インク路１１ｂのインク
容積が減少し、個別インク路１１ｂのインクが押され、
オリフィスプレート３の対応オリフィス３１からインク
が噴出される。

【００１７】但し、隔壁１２ａ、１２ｂが変形すると、
上記したように個別インク路１１ｂのインク容積は減る
が、個別インク路１１ａ、１１ｃのそれは増えるので、
個別インク路１１ａ、１１ｃにはインクが充足される。
隔壁１２ａ、１２ｂが十分に変位した後、印加電圧を遮
断するか、若しくは印加電圧の極性を反転すると、電圧
遮断の場合には、隔壁１２ａ、１２ｂが元の湾曲状態に
戻る。電圧極性反転の場合には、隔壁１２ａ、１２ｂに
は上記の作用とは逆の作用が生ずる。即ち、隔壁１２ａ
は、個別インク路１１ａ側における分極の負電荷と電圧
の正極性とにより、及び個別インク路１１ｂ側における
分極の正電荷と電圧の負極性とにより、上下方向に伸長
し、湾曲度合が小さくなるように変位する。逆に、隔壁
１２ｂは、個別インク路１１ｂ側における分極の負電荷
と電圧の負極性とにより、及び個別インク路１１ｃ側に
おける分極の正電荷と電圧の正極性とにより、上下方向
に縮小し、湾曲度合が大きくなるように変位する。いず
れの場合も、個別インク路１１ｂのインク容積が増加に
転ずるので、この個別インク路１１ｂにインクが新たに
補充される。

【００１８】なお、上述の作用例では、個別インク路１
１ｂのインク容積を減少させてインクを押し出す態様で
あるが、隔壁１２ａ、１２ｂの反動を利用してインクを
噴出するようにしても構わない。即ち、最初に隔壁１２
ａを図の左方向に、隔壁１２ｂを右方向にそれぞれ変位
させて、個別インク路１１ｂのインク容積を増やす。次
に隔壁１２ａを右方向に、隔壁１２ｂを左方向に変位さ
せて、インク容積を減少に転化させれば、個別インク路
１１ｂのインクが押し出される。

【００１９】次に、上記プリントヘッドの製造方法につ
いて図４〜図７を参照して述べる。圧電材に個別インク
路や電極を形成する加工から圧電材を分極体にする分極
処理までの一連の工程は、図６に示すように、通常は複
数（本実施例では５つ）のプリントヘッドが一度に得ら
れるように、シート状の圧電材で行う。以下の説明で
は、１つのプリントヘッドを取り上げる。まず図４に示
すように、分極処理をしていないＰＺＴ１の内部に、そ
の背端面から前端面に貫通する多数（９つ）の湾曲状の
個別インク路１１を、前記加工法のうち任意の加工法に
よって一定間隔を置いてアレイ状に形成する。勿論、こ
の個別インク路１１は図１に示す如く縦長を呈するもの
であり、個別インク路１１間には隔壁１２が形成され
る。

【００２０】次いで、図５において、個別インク路１１
ごとに、個別インク路１１を構成する全ての壁に沿っ
て、スパッタリング等により図示の如く電極層を設け、
エッチングやリフトオフ法でパターン分離を行う。本実
施例では、更に電極１３を保護する保護膜（図示せず）
を電極１３上に形成する。次の分極処理工程では、個別
インク路１１間に形成された隔壁１２を同一方向に一度
に分極することは不可能であるため、図６に示すように
分極処理を施す。なお、図６では分極処理の説明上、個
別インク路１１の数を多くしてある。電圧印加の処理手
順は図７の表に示す通りである。まず、最左側の電極
（１）と、この電極（１）の隣の電極（２）とを一組の
電極とし、この一組の電極から右隣の２つの電極（３、
４）を隔てた２つの電極（５、６）を別の組の電極とす
る。同様に、電極（９、１０）、（１３、１４）、（１
７、１８）をそれぞれ組の電極とする。そして、各組の
左側の電極（１、５、９、１３、１７）に正極性の電圧
を、右側の電極（２、６、１０、１４、１８）に負極性
の電圧を印加する。この電圧印加により、各プリントヘ
ッドの電極１３は縦列につながっているため、各プリン
トヘッドにおいて各組の電極に係る隔壁１２がアレイ方
向に分極する。勿論、これら以外の電極には電圧を印加
しない。この電圧印加が図７の表に示すＡ段階である。

【００２１】なお、印加電圧は、隔壁の厚さを０．１ｍ
ｍとすると、２ＫＶ／ｍｍ×０．１ｍｍ＝２００Ｖとな
り、かなりの低電圧でも隔壁を容易に分極することがで
きる。又、この例では２つの電極を隔てて電圧を印加す
るため、全ての電極に一度に電圧を印加する場合に比べ
て、隔壁に逆電界が加わって順電界の強度が低下し、分
極方向が逆向きになったり、一旦分極した隔壁の分極が
消失したりすることが起こらない。

【００２２】図７に示すＢ段階では、電圧を印加する一
組の電極をそれぞれ１つずつ右隣の電極にずらして、同
様に全ての組の電極に電圧を印加する。つまり、電極
（２、３）、（６、７）、（１０、１１）、（１４、１
５）を新たな組の電極とし、各組の左側の電極に正極性
の電圧を、右側の電極に負極性の電圧を印加する。これ
により、各組の電極に係る隔壁１２がアレイ方向に分極
する。そして、Ｃ段階でも、図７に示す通りに一組の電
極を１つずつ右隣の電極にずらして、電圧印加を同様に
行い、Ｄ段階で全ての隔壁１２がアレイ方向に分極する
ことになる。

【００２３】分極処理はＤ段階で一応終了するが、この
実施例では更にもう一度電圧印加処理（Ｅ〜Ｈ段階）を
繰り返す。Ｅ〜Ｈ段階の電圧印加処理は、Ａ〜Ｄ段階と
全く同じである。再度分極処理を実行することで、隔壁
１２の分極が一層強くなる。分極処理工程が終了した
後、図６に示すように、シート状のＰＺＴ５０を点線部
分で切り離し、各分極体１に分離する。そして、共通イ
ンク路２１を有する裏蓋２と、オリフィス３１を有する
オリフィスプレート３を、それぞれ分極体１の背端面と
前端面に取付ければ、プリントヘッドが完成する。

【００２４】本発明の製造方法は、上記実施例に限定さ
れることはなく、種々の変更が可能である。例えば、電
圧印加は２つの電極を隔てて行う必要はなく、１つ又は
３つおき、或いはそれ以外でも構わない。又、個別イン
ク路１１の形状は曲状であれば特定されないが、その変
更例を図８に示す。この個別インク路１１’はその上下
方向のほぼ中央から右方向に屈曲し、隔壁１２’も当然
屈曲する。この場合も、上記実施例と同様に電極（図面
では省略してある）に電圧を印加することで、個別イン
ク路１１’の両側の隔壁１２’を上下方向に伸縮させ、
この伸縮による隔壁１２’のアレイ方向の変位を利用し
て、両隔壁１２’の間に在る個別インク路１１’のイン
クを押し出すことができる。勿論、分極処理も同様に行
えばよい。

【００２５】

【発明の効果】本発明のインクジェットプリントヘッド
の製造方法は、圧電材からなる分極体の内部に、その一
端から他端まで貫通する多数の曲状の個別インク路を一
定間隔を置いてアレイ状に形成し、個別インク路ごと
に、少なくともインクの流れ方向とアレイ方向とに垂直
な方向に延びる個別インク路の壁に電極を設けたインク
ジェットプリントヘッドにおいて、その分極体の分極処
理工程が以上説明したように構成されるので、下記の効
果を有する。 （１）シリアルヘッドは勿論のこと、ラインヘッドでも
加工後に、個別インク路間の隔壁を分極処理することが
できる。従って、特に長尺のラインヘッドを製作するこ
とが可能である。 （２）圧電材に個別インク路や電極等を形成する加工を
施した後に、分極処理を行うので、分極処理済の分極体
を用いて加工する時に起こり得る分極消失が発生しな
い。このため、レーザを用いた熱加工も可能になるだけ
でなく、ＫＯＨ等の水溶液中でのレーザ化学加工の自由
度も大きくなるなど、適用可能な加工方法が多くなる。 （３）図６に示すように、シート状の圧電材から一度に
多数のプリントヘッドを製造することができるので、量
産化に適している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造方法に係るプリントヘッドの側断
面図である。

【図２】図１に示すプリントヘッドにおける分極体の背
面図である。

【図３】図１に示すプリントヘッドにおけるオリフィス
プレートの正面図である。

【図４】図１に示すプリントヘッドの製造例を説明する
ための第１の工程図である。

【図５】図１に示すプリントヘッドの製造例を説明する
ための第２の工程図である。

【図６】図５に示す圧電材の分極処理工程を説明するた
めの工程図である。

【図７】図６に示す分極処理工程において、分極処理の
手順を説明するための図である。

【図８】個別インク路の変更例を示す分極体の背面図で
ある。

【符号の説明】

１ 分極体 ２ 裏蓋 ３ オリフィスプレート １１ 個別インク路 １２ 隔壁 １３ 電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧電材からなる分極体の内部に、その一端
   から他端まで貫通する多数の曲状の個別インク路を一定
   間隔を置いてアレイ状に形成し、個別インク路ごとに、
   少なくともインクの流れ方向とアレイ方向とに垂直な方
   向に延びる個別インク路の壁に電極を設けたインクジェ
   ットプリントヘッドの製造方法であって、 任意の電極と、この電極に隣接する電極とを一組の電極
   とし、この一組の電極に係る個別インク路間の壁が所定
   方向に分極するように、一方の電極に正極性の電圧を、
   他方の電極に負極性の電圧を印加して、両電極に係る壁
   をアレイ方向に分極し、 一組の電極に隣接する少なくとも１つの電極には電圧を
   印加せず、 電圧を印加しない電極を隔てた別の一組の電極にも同様
   に正極性と負極性の電圧を印加して、両電極に係る壁を
   アレイ方向に分極し、 このような電圧印加をアレイ状に並ぶ全ての電極に対し
   て行い、 次に、電圧を印加する一組の電極をそれぞれ１つずつ隣
   接の電極にずらして、同様に全ての組の電極に正極性と
   負極性の電圧を印加して、各組の電極に係る壁をアレイ
   方向に分極し、 少なくとも個別インク路間の全ての壁をアレイ方向に分
   極するまで、前記電圧印加を繰り返す分極処理工程を有
   することを特徴とするインクジェットプリントヘッドの
   製造方法。