东工大与柯尼卡美能达试制出无铅类喷墨头

2008-07-24 14:01:45来源: 日经BP

     【日经BP社报道】东京工业大学研究生院理工学研究专业的鹤见敬章教授率领的研究小组与柯尼卡美能达集团下属的业务公司柯尼卡美能达IJ(东京都日野市),采用不含铅的新型压电材料“KNN”(钾、钠及铌元素符号的第一个字母)试制出了喷墨头,并成功喷出油墨微粒子。此次试制的喷墨头为采用剪力式(Share Mode:不是通过压电元件的伸缩变形,而是通过切断变形来喷射油墨的方式)驱动压电元件的新型产品。

  目前,采用压电材料制成的喷墨头大多采用PZT〔锆钛酸铅=Pb(Zr Ti)O3〕钙钛矿晶体结构的陶瓷。最近,欧洲执行的RoHS指令(在电气电子部件及设备中限制使用特定有害物质)将铅列为了限制对象,但是,由于目前还没有找到PZT压电元件的替代材料,因此PZT的使用获得了例外许可。鹤见的研究小组通过对PZT的替代材料进行探索,成功改进了剪力式压电效果与PZT的特性比较接近的、基于(K·Na)NbO3的“KNN”钙钛矿晶体结构陶瓷。

  鹤见的研究小组改进了用以产生压电效果的分极处理较为困难的(K·Na)NbO3烧结方法等。改进的重点是在(K·Na)NbO3基中添加了BiFe03(铋、铁、氧)。制作在NbO3基中添加了BiFe03(K·Na)的原料,并经过施以一定加热的试烧,在冷等静压成形(CIP)之后,以1135~1160℃的温度正式烧结。“以往需要在熔点以下烧结,一旦超过熔点,钾和钠就容易熔解蒸发。适于烧结的温度范围较小,因此需要对温度进行精密控制”(鹤见)。需要在该温度范围内进行精密烧结,才能制作出相对密度超过96%的高密度陶瓷。

  而此次研究小组通过分析判断,制成的烧结物为钙钛矿晶体结构的正方晶。添加BiFe03后,使晶体构造内氧原子所占位置上没有氧原子的缺陷——氧空穴大幅减少,而且分极处理时的电阻增大,绝缘性提高,从而容易进行分极处理。添加了BiFe03的(K·Na)NbO3基,准确来说,还含有少量Li(锂)、Ta(钽)以及Sb(锑)等。烧结物显示出压电特性x=0.4、压电常量d31=430pC/N的出色性质,因此研究小组预测,切断变形处理的剪力式喷墨头的压电效果已达到可充分驱动喷墨的水平。

  柯尼卡美能达IJ是2005年1月从该集团负责基础研发的业务公司柯尼卡美能达科技中心(东京都日野市)派生出来的、具有发展前景的新业务公司。柯尼卡美能达IJ采用鹤见的研究小组开发出的无铅类压电材料,试制出了利用切断反作用力引起的变形产生压电效果的Wall Vent驱动方式喷墨头。对其施加约2倍于PZT材料的电压时,可连续喷出油墨。因此该公司表示,采用(K·Na)NbO3基的无铅类压电材料,有望实现喷墨打印机用喷墨头的实用化。

  该公司已在欧洲等海外市场上巩固了产业用喷墨打印机主要厂商的地位,今后将力争以无铅类压电元件为卖点,进一步扩大市场份额。(记者:丸山 正明)

关键字:试制  无铅  喷墨

编辑:孙树宾 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/MEMS/2008/0724/article_194.html
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