インクジェットプリントヘッドの製造方法及びインクジェットプリントヘッド

【目的】ＰＺＴ素子の高密度・高精度実装、ＰＺＴ素子の薄膜化、ＰＺＴ膜の低温焼成を可能にする。
【構成】多数の個別インク路２を形成したヘッド基台１上に、ＩＴＯ電極（共通電極５）付きの振動板３を接合し、個別インク路２上に位置する共通電極５上の部分にＰＺＴオクチル酸塩混合物をスクリーン印刷してＰＺＴを成膜し、その後にＰＺＴ膜を焼成してＰＺＴ素子４とし、各ＰＺＴ素子４上に個別電極６を設け、次いで各ＰＺＴ素子４を分極させる。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、インク吐出の駆動源にＰＺＴからなる圧電素子を使用するインクジェットプリントヘッドの製造方法及びインクジェットプリントヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】インク吐出の駆動源である電気−機械変換素子としてＰＺＴからなるＰＺＴ素子（以下、ＰＺＴ素子という）を使用した圧電型インクジェットプリントヘッドがある。このプリントヘッドは一般には、多数の個別インク路を形成したヘッド基台と、全ての個別インク路を覆うようにヘッド基台に取付けた振動板と、個別インク路上に相当する振動板上の各部分に貼付したＰＺＴ素子とで構成される。そして、ＰＺＴ素子に電界を加えてＰＺＴ素子を変位させることにより、個別インク路内のインクを個別インク路の先端口（ノズル）から押し出す。
【０００３】ヘッド基台の個別インク路とＰＺＴ素子との位置関係をもう少し詳しくみてみる。例えば図５に示すヘッド基台１０においては、その一端から他端に等間隔で延びる個別インク路１１が形成され、個別インク路１１は、供給路１２、圧力室１３及びノズル１４で構成され、このような個別インク路１１の各圧力室１３上にＰＺＴ素子２０が位置する。勿論、図５には便宜上示していないが、ヘッド基台１０上には振動板が取付けられ、この振動板上にＰＺＴ素子２０が貼付されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記のような従来の圧電型インクジェットプリントヘッドの製造には、次の問題点■〜■がある。
■：市販されているＰＺＴ素子の厚みは最小１５０μｍ程度までであり、ＰＺＴ素子の駆動電圧を低くするのに、これ以上薄いＰＺＴ素子を用いることができない。
■：ＰＺＴ素子の作製時にＰＺＴ素子を個別インク路の圧力室サイズに切断するが、その際にチッピング等の不具合が生ずるため、切断が容易でない。
■：ＰＺＴ素子のハンドリングが難しく、各圧力室に対応する振動板上の位置にＰＺＴ素子を一枚一枚接着剤で貼り付けて加圧する作業に時間が掛かり、量産性に欠ける。
■：貼付したＰＺＴ素子を加圧する時に、全てのＰＺＴ素子に対して均一な加圧制御を行うのが難しく、貼付後にＰＺＴ素子の密着強度にバラツキが生ずる。甚だしい場合、実駆動中にＰＺＴ素子が剥がれることもある。
■：例えば図６に示すように、ヘッド基台３０に形成する個別インク路３１のノズル３２を集結させたような高密度プリントヘッドでは、ＰＺＴ素子４０を実装するのが困難である。
【０００５】これら問題点■〜■を解決するためにペースト化したＰＺＴを用い、このペーストを個別インク路上に位置する振動板上の部分にスクリーン印刷し、得られたＰＺＴ膜を焼成・分極させる手法も考えられている。しかし、焼成温度が１０００℃以上と高温であるため、それに耐え得る振動板（及び電極）の材料や振動板の厚さを選定するのが難しい。
【０００６】従って、本発明の目的は、上記問題点■〜■及びＰＺＴペーストを用いる場合の短所に鑑み、ＰＺＴ素子の切断・貼付工程を省き、高密度・高精度でＰＺＴ素子を実装することができると共に、非常に薄いＰＺＴ素子を形成することができ、しかもＰＺＴ膜を低温で焼成することが可能であるインクジェットプリントヘッドの製造方法、並びにインクジェットプリントヘッドを提供することにある。
【０００７】
【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、多数の個別インク路を有するヘッド基台に取付けた振動板上に、ＰＺＴオクチル酸塩混合物をスピンコートしてＰＺＴを成膜し、次いで個別インク路上に位置する振動板上の各部分にＰＺＴ膜が残るようなパターンでＰＺＴ膜をエッチングするか、若しくは個別インク路上に位置する振動板上の各部分にＰＺＴオクチル酸塩混合物をスクリーン印刷してＰＺＴを成膜し、その後にＰＺＴ膜を焼成し、更にＰＺＴ膜をそれぞれ分極させることにより振動板上にＰＺＴ素子を形成することを特徴とする。
【０００８】又、本発明のインクジェットプリントヘッドは、一端から他端に延びる多数の個別インク路を一定間隔を置いて形成したヘッド基台と、全ての個別インク路を覆うようにヘッド基台に取付けた振動板と、個別インク路上に位置する振動板上の部分に、ＰＺＴオクチル酸塩混合物の成膜・焼成・分極により形成したＰＺＴ素子とを備えることを特徴とする。
【０００９】本発明の製造方法によれば、スピンコート・エッチング又はスクリーン印刷によりＰＺＴオクチル酸塩混合物を振動板上に成膜するため、ＰＺＴ素子の切断・貼付工程は不要になるだけでなく、数μｍ程度の非常に薄いＰＺＴ素子を形成することができる。しかも、５００℃程度の焼成温度で原料（ＰＺＴオクチル酸塩混合物）が原子或いは分子レベルで混合されるため、ＰＺＴ膜を低温で焼成することが可能となり、振動板及び電極の材料や振動板の厚さの選定が容易になる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。図１は本発明の製造方法によって作製したインクジェットプリントヘッドの一部省略要部断面図である。このプリントヘッドは、基本的には図５に示した従来の構造と変わらず、複数の個別インク路２を有するヘッド基台１と、ヘッド基台１上に取付けられた振動板３と、個別インク路２に対応する振動板３上の位置に形成されたＰＺＴ素子４とを備える。但し、ＰＺＴ素子４は実際には振動板３上に設けられた共通電極５上に形成され、ＰＺＴ素子４上には個別電極６が設けられている。
【００１１】個別インク路２は、図５に示すような形状であり、ヘッド基台１の後端から前端に向かって供給路、圧力室及びノズルを有する。振動板３は全ての個別インク路２を密封するようにヘッド基台１に接合され、ＰＺＴ素子４は個別インク路２の圧力室に対応する位置にある。かかるプリントヘッドでは、共通電極５と個別電極６に電圧を印加することで、両電極５、６で挟持されたＰＺＴ素子４に電界が加わり、ＰＺＴ素子４が変位する。この変位によって振動板３の対応部分が変形し、個別インク路２のインク容積が増減し、インク容積が減少に転じた個別インク路２のインクがノズルから吐出される。
【００１２】次に、上記プリントヘッドの製造方法を図２R>２〜図４を参照して述べる。まず、図２において、ヘッド基台１に複数の個別インク路２を等間隔で形成する。個別インク路２の形状は前述したとおりである。このヘッド基台１上に、例えばＩＴＯ電極付きのガラス製振動板３を陽極接合等で接合する。このＩＴＯ電極が共通電極５となる。但し、共通電極５は、振動板３上に例えば白金をスクリーン印刷することにより形成してもよい。
【００１３】一方、ＰＺＴオクチル酸塩混合物としては、オクチル酸鉛（Ｐｂの含有量：４０％）、オクチル酸ジルコニル（Ｚｒの含有量：２２．５％）、オクチル酸チタン（Ｔｉの含有量：１２．２％）を、原子比Ｐｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１：０．５３：０．４７で混合し、これに溶剤とレジンを添加し、十分混練する。得られたＰＺＴオクチル酸塩混合物の液体を、個別インク路２の圧力室に対応する振動板３上の部分にスクリーンにて所定パターンで印刷し、ＰＺＴを成膜する。その後、１２０℃で３時間放置し、ＰＺＴ膜中の溶媒を蒸発させ、続いて５００℃で１５分程度焼成する。これにより焼結したＰＺＴ膜をＰＺＴ素子４とする（図３参照）。なお、１回のスクリーン印刷ではＰＺＴ膜厚が２〜３μｍまでであるため、厚膜にするにはスクリーン印刷・焼成の作業を繰り返す。
【００１４】次いで、図４に示すように、各ＰＺＴ素子４上に例えば白金からなる個別電極６をスクリーン印刷やスパッタ等によって形成する。この後、共通電極５と個別電極６に電圧を印加し、各ＰＺＴ素子４を所定方向（上下方向）に分極させる。ここで参考までに、市販されている厚さ１５０μｍのＰＺＴ素子、及び本発明の製造方法で得られる厚さ７μｍのＰＺＴ素子の印加電圧と歪量（変位量）とを比較してみる。ＰＺＴ素子のサイズは、共に縦（個別インク路の長手方向）×横（個別インク路の幅方向）＝８×０．８ｍｍであり、ヤング率は共に６．５３×１０³ｋｇｆ／ｍｍ²である。又、振動板の厚さは０．０５ｍｍで、ヤング率は８×１０³ｋｇｆ／ｍｍ²である。そして、ＰＺＴ素子の圧電定数を３．８１×１０^-7ｍｍ／Ｖとし、電界強度をＶ／ｔ（厚さ）とする。
【００１５】これらの条件を踏まえると共に、ＰＺＴ素子を両持梁とみなし、既知の両持梁の歪量の公式（特に示さず）に上記値を代入して歪量を計算する。その結果、本発明では１０Ｖの電圧を印加すると０．１１μｍの歪量が得られるのに対し、従来では１５０Ｖでも０．０４５μｍに過ぎないことが分かる。従って、本発明の製法によれば、ＰＺＴ素子をかなり薄膜にできることに伴って印加電圧を相当低くすることができ、省エネルギーが実現される。但し、本発明において、ＰＺＴ素子の歪発生力を強くするためには、ＰＺＴ素子のサイズは上記のように個別インク路の幅方向よりも長手方向を長くすることが好ましい。
【００１６】なお、上記実施例ではスクリーン印刷を用いた場合であるが、スピンコート・エッチングを用いてＰＺＴオクチル酸塩混合物からＰＺＴ素子を形成しても同等の作用効果が得られる。又、スクリーン印刷又はスピンコート・エッチングのいずれの場合も、ＰＺＴオクチル酸塩混合物を成膜する構成であるため、図６に示すような高密度のプリントヘッドであっても、振動板上の所定位置にＰＺＴ素子を実装することは容易である。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の製造方法（及びインクジェットプリントヘッド）は、スピンコート・エッチング又はスクリーン印刷によってＰＺＴオクチル酸塩混合物を成膜し、ＰＺＴ膜を焼成・分極させることによりＰＺＴ素子を形成するため、下記の効果を奏する。
（１）ＰＺＴ素子の切断・貼付工程が不要であり、生産性が向上する。
（２）従来の精精１５０μｍ程度の厚さに比べて、数μｍと非常に薄いＰＺＴ素子を形成することができるので、ＰＺＴ素子の駆動電圧を下げることができ、省エネルギー化が達成される。
（３）相当高密度なプリントヘッドでも、ＰＺＴ素子を振動板上に高精度で実装することができる。
（４）ＰＺＴ膜を５００℃程度の低温で焼成することが可能であり、振動板及び電極の材料、振動板の厚さの選定が容易になる。
（５）ＰＺＴ膜の焼成時に膜中のＰｂが蒸発する心配がないので、Ｐｂの損失を防ぐために焼成炉や蒸気配管等を特別仕様にする必要がない。
（６）焼成後のＰＺＴ膜の組成、組織を均一にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインクジェットプリントヘッドの一部省略要部断面図である。
【図２】本発明の製造方法における第１の工程図である。
【図３】本発明の製造方法における第２の工程図である。
【図４】本発明の製造方法における第３の工程図である。
【図５】従来例に係る圧電型インクジェットプリントヘッドの一部省略平面図である。
【図６】高密度インクジェットプリントヘッドの平面図である。
【符号の説明】
１ヘッド基台
２個別インク路
３振動板
４ＰＺＴ素子
５共通電極
６個別電極

【特許請求の範囲】
【請求項１】多数の個別インク路を有するヘッド基台に取付けた振動板上に、ＰＺＴオクチル酸塩混合物をスピンコートしてＰＺＴを成膜し、次いで個別インク路上に位置する振動板上の各部分にＰＺＴ膜が残るようなパターンでＰＺＴ膜をエッチングするか、若しくは個別インク路上に位置する振動板上の各部分にＰＺＴオクチル酸塩混合物をスクリーン印刷してＰＺＴを成膜し、その後にＰＺＴ膜を焼成し、更にＰＺＴ膜をそれぞれ分極させることにより振動板上にＰＺＴ素子を形成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。
【請求項２】一端から他端に延びる多数の個別インク路を一定間隔を置いて形成したヘッド基台と、全ての個別インク路を覆うようにヘッド基台に取付けた振動板と、個別インク路上に位置する振動板上の部分に、ＰＺＴオクチル酸塩混合物の成膜・焼成・分極により形成したＰＺＴ素子とを備えることを特徴とするインクジェットプリントヘッド。

【図１】