JP2000127380A - Ink jet head - Google Patents

Ink jet head

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JP2000127380A
JP2000127380A JP29923398A JP29923398A JP2000127380A JP 2000127380 A JP2000127380 A JP 2000127380A JP 29923398 A JP29923398 A JP 29923398A JP 29923398 A JP29923398 A JP 29923398A JP 2000127380 A JP2000127380 A JP 2000127380A
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JP
Japan
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thin film
ink
piezoelectric element
cavity plate
metal thin
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JP29923398A
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Japanese (ja)
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Yasuhiro Kato
靖弘 加藤
Takeshi Asano
武志 浅野
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Brother Industries Ltd
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Brother Industries Ltd
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2202/00Embodiments of or processes related to ink-jet or thermal heads
    • B41J2202/01Embodiments of or processes related to ink-jet heads
    • B41J2202/10Finger type piezoelectric elements

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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ink jet head having invariable dimensional accuracy error or displacement characteristics of piezoelectric element and exhibiting a good ink ejection performance. SOLUTION: First, second, third and fourth sheet-like piezoelectric layers 21, 22, 23 and 24 are laminated while screen printing individual electrodes 25 and common electrodes 26 between respective layers and a first thin metal film 27 is formed on the uppermost layer while a second thin metal film 28 is formed on the lowermost layer thus constituting a piezoelectric element 20. The first thin metal film 27 has a thin chromium layer on the side being bonded to the first piezoelectric 21 and a thin gold layer is formed on the thin chromium layer. The second thin metal film 28 has a thin chromium layer on the side being bonded to the fourth piezoelectric 24 and a thin gold layer is formed on the thin chromium layer. The thin gold layer is bonded firmly to a cavity plate 10 made of a silicon material through eutectic reaction. First and second thin metal films 27, 28 are employed as electrodes for repolarization processing.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばインクジェ
ットプリンタ等に用いられるインクジェットヘッド装置
の技術分野に属する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention belongs to the technical field of an ink jet head device used for an ink jet printer or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば、インクジェットプリンタに用い
られるインクジェットプリンタヘッドは、複数のインク
圧力室とインクを貯留しておくインク溜とを有するキャ
ビティプレートと、正あるいは負に帯電される複数の電
極を備えたPZTからなる圧電素子と、キャビティプレ
ートのインク圧力室に連通したノズル孔を有するノズル
プレートとを備えている。そして、印字記録を行うとき
には、圧電素子に電界を加えて圧電素子を変位させ、イ
ンク圧力室内のインクに圧力波を生じさせてインク滴を
インク圧力室に連通するノズル孔から吐出させる。この
ようなインクジェットプリンタヘッドでは、印字品質の
点から、その吐出特性は均一であることが重要である。
2. Description of the Related Art For example, an ink jet printer head used in an ink jet printer includes a cavity plate having a plurality of ink pressure chambers and an ink reservoir for storing ink, and a plurality of positively or negatively charged electrodes. And a nozzle plate having a nozzle hole communicating with the ink pressure chamber of the cavity plate. When printing is performed, an electric field is applied to the piezoelectric element to displace the piezoelectric element, thereby generating a pressure wave in the ink in the ink pressure chamber and discharging the ink droplet from a nozzle hole communicating with the ink pressure chamber. In such an ink jet printer head, it is important from the point of print quality that the ejection characteristics are uniform.

【0003】前記インクジェットプリンタヘッドの構成
について更に説明を加えると、前記圧電素子は板状に形
成されており、インク圧力室は、キャビティプレートの
表面に複数のインク溝を形成した後、このキャビティプ
レートの表面に板状の圧電体と電極とからなる圧電素子
を接合し、この圧電素子によってインク溝を施蓋するこ
とにより形成される。圧電素子とキャビティプレートと
の接合には、低コストで簡便な方法として樹脂製接着剤
を用いた接合方法が好適に用いられる。この方法による
接合は、接着剤の流動性により被着面の粗さに影響され
にくいという利点がある。従って、キャビティプレート
や圧電素子等、インクジェットプリンタを構成する部材
の表面が粗い状態であっても、例えばエポキシ系接着剤
を用いれば、各部材を互いに接合することができる。即
ち、エポキシ系接着剤を部材の表面に塗布し、各部材を
所定の位置に互いに仮止めした後、100〜200℃程
度で約1時間の加熱を行い、接着剤を硬化させる。これ
により、各部材を接合することができ、インクジェット
プリンタヘッドを製造することができる。
To further explain the structure of the ink jet printer head, the piezoelectric element is formed in a plate shape, and the ink pressure chamber is formed with a plurality of ink grooves on the surface of the cavity plate. A piezoelectric element composed of a plate-shaped piezoelectric body and an electrode is joined to the surface of the substrate, and an ink groove is covered with the piezoelectric element. For joining the piezoelectric element and the cavity plate, a joining method using a resin adhesive is suitably used as a low-cost and simple method. Joining by this method has the advantage that it is less affected by the roughness of the adherend surface due to the fluidity of the adhesive. Therefore, even if the surface of the members constituting the ink jet printer, such as the cavity plate and the piezoelectric element, is rough, the members can be joined to each other by using, for example, an epoxy adhesive. That is, an epoxy-based adhesive is applied to the surface of the member, and each member is temporarily fixed to a predetermined position, and then heated at about 100 to 200 ° C. for about 1 hour to cure the adhesive. Thereby, each member can be joined, and an ink jet printer head can be manufactured.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、インク
ジェットプリンタヘッドを構成する各部材の接合に樹脂
製接着剤を用いているため、微細部分への接合を行うと
きに、接着剤層の厚さや量を正確に管理する必要があ
り、接着剤層の厚さや量の管理が難しいという問題があ
る。
However, since a resin adhesive is used for joining the members constituting the ink jet printer head, the thickness and amount of the adhesive layer are reduced when joining to a fine portion. There is a problem that it is necessary to control the thickness accurately and it is difficult to control the thickness and amount of the adhesive layer.

【0005】仮に、接着剤の量が不足すると寸法精度に
負の狂いが生じたり接着不良を生じ、逆に接着剤の量が
過剰であれば寸法精度に正の狂いが生じたり接着剤のは
み出しが生じる。例えば、接着剤の量が不足すると、接
着不良により、本来隔壁により分離独立しているはずの
キャビティプレートのインク圧力室間で、圧電素子によ
り生じたインクの圧力波のクロストークが生じ、不要な
部位の印字、即ち、印字不良を起こす場合がある。一
方、接着剤の量が過剰であれば、接着剤のはみ出しによ
り、インク流路の変形が生じ、流路抵抗の増大による不
均一な印字を招く場合がある。
[0005] If the amount of the adhesive is insufficient, the dimensional accuracy is negatively deviated or the bonding is poor. If the amount of the adhesive is excessive, the dimensional accuracy is deviated positively or the adhesive is protruded. Occurs. For example, if the amount of the adhesive is insufficient, poor adhesion causes crosstalk of the ink pressure wave generated by the piezoelectric element between the ink pressure chambers of the cavity plate, which should be separated and independent by the partition walls. In some cases, printing of a portion, that is, printing failure may occur. On the other hand, if the amount of the adhesive is excessive, the protrusion of the adhesive causes deformation of the ink flow path, which may cause uneven printing due to an increase in flow path resistance.

【0006】また、100℃前後の高温でインクを用い
る場合には、接着剤の種類によって接着剤が変質を起こ
す場合がある。例えば、キャビティプレートと圧電素子
の接合部において、接着剤の変質が起こると、接着剤の
機械的特性が変化し、電界印加時の圧電素子の変位特性
が変化する。そして、最悪の場合には、接着剤層の部分
的な破損によるノズルの詰まりが発生し、印字不良やイ
ンクジェットプリンタヘッドの歩留まり低下の原因とな
るという問題がある。
When the ink is used at a high temperature of about 100 ° C., the adhesive may be deteriorated depending on the kind of the adhesive. For example, if the quality of the adhesive changes at the joint between the cavity plate and the piezoelectric element, the mechanical properties of the adhesive change, and the displacement characteristics of the piezoelectric element when an electric field is applied change. In the worst case, there is a problem that nozzle clogging occurs due to partial breakage of the adhesive layer, resulting in poor printing and a reduction in the yield of the inkjet printer head.

【0007】また、前記圧電素子の変位特性は、分極処
理実行時からの時間の経過に伴って変化する。つまり、
分極処理は、圧電素子の分子構造を高温、高圧により強
制的に歪ませる処理であるために、時間の経過と共に分
子構造の歪みが解消し、圧電素子の変位特性が劣化して
いくという問題がある。
[0007] The displacement characteristics of the piezoelectric element change with the lapse of time since the polarization process was performed. That is,
Polarization treatment is a process in which the molecular structure of a piezoelectric element is forcibly distorted by high temperature and high pressure.Therefore, the distortion of the molecular structure is eliminated over time, and the displacement characteristics of the piezoelectric element deteriorate. is there.

【0008】本発明は、上述した問題に鑑みなされたも
のであり、接着剤の量の過不足による寸法精度誤差、あ
るいは接着剤の変質による圧電素子の変位特性の変化、
更には分極処理実行時からの経時変化に伴う圧電素子の
変位特性の劣化によるインク吐出性能の低下を確実に防
止することのできるインクジェットヘッド装置を提供す
ることを課題としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and has been made in consideration of the dimensional accuracy error due to an excessive amount or an insufficient amount of an adhesive, or the change in displacement characteristics of a piezoelectric element due to the deterioration of an adhesive.
It is another object of the present invention to provide an ink jet head device capable of reliably preventing a drop in ink ejection performance due to a deterioration in displacement characteristics of a piezoelectric element due to a temporal change from the time of performing a polarization process.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載のインク
ジェットヘッド装置は、前記課題を解決するために、キ
ャビティプレートに所定間隔で設けられたインク圧力室
にインクを貯留し、該インクに圧電素子により圧力変動
を与えてノズルから当該インクを吐出させるインクジェ
ットヘッド装置であって、前記圧電素子の両面に形成さ
れ、少なくとも金から成る表層膜を有する再分極処理用
の金属薄膜と、前記金属薄膜の金から成る表層膜と共晶
反応を用いて接合されたシリコン製のキャビティプレー
トとを備えたことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an ink jet head device, wherein ink is stored in an ink pressure chamber provided at a predetermined interval in a cavity plate, and the ink is stored in a piezoelectric device. An ink jet head device for ejecting the ink from a nozzle by applying pressure fluctuation by an element, wherein the metal thin film is formed on both surfaces of the piezoelectric element and has a surface layer made of at least gold, and the metal thin film for repolarization processing. And a silicon cavity plate joined by using a eutectic reaction to a surface layer film made of gold.

【0010】請求項1に記載のインクジェットヘッド装
置によれば、キャビティプレートと圧電素子は、圧電素
子の両面に形成された金属薄膜のうち、一方の金属薄膜
の金から成る表層膜とキャビティプレートのシリコン材
との共晶反応を用いて接合されるので、寸法精度の良い
接合が行われる。従って、インクジェットヘッド装置は
全体的に高精度に製造され、インクの吐出特性が向上す
る。また、接合不良を防止してインクジェットヘッド装
置の動作不良を防止する。例えば、接着剤の不足がない
ので、各インク圧力室をキャビティプレートの隔壁によ
り確実に分離でき、各インク圧力室は確実に独立に設け
られる。これにより、インク吐出時にインクの圧力波に
クロストークが生じる等の動作不良が防止される。ま
た、接着剤のはみ出しによるインク流路の変形が無く、
流路抵抗の増大による不均一な印字、インクの吐出方向
の変化、ノズル孔の詰まり等による動作不良が防止され
る。しかも、このような共晶反応による接合に用いた前
記金属薄膜は、再分極処理用の電極として用いられるの
で、インクジェットヘッド装置を分解することなく、容
易に再分割処理が実施され、上述のような製造初期にお
ける良好なインク吐出性能が長期間に亘って維持される
ことになる。
According to the ink jet head device of the first aspect, the cavity plate and the piezoelectric element are one of the metal thin film formed on both surfaces of the piezoelectric element and the surface layer made of gold and the cavity plate. Since bonding is performed using a eutectic reaction with a silicon material, bonding with high dimensional accuracy is performed. Therefore, the ink jet head device is manufactured with high accuracy as a whole, and the ink ejection characteristics are improved. In addition, the bonding failure is prevented, and the operation failure of the inkjet head device is prevented. For example, since there is no shortage of the adhesive, each ink pressure chamber can be reliably separated by the partition of the cavity plate, and each ink pressure chamber is reliably provided independently. This prevents malfunctions such as crosstalk in the pressure wave of the ink during ink ejection. Also, there is no deformation of the ink flow path due to the protrusion of the adhesive,
Non-uniform printing due to an increase in flow path resistance, a change in the ink ejection direction, and malfunctions due to clogging of nozzle holes are prevented. Moreover, since the metal thin film used for the bonding by such eutectic reaction is used as an electrode for repolarization processing, the subdivision processing can be easily performed without disassembling the ink jet head device, as described above. Good ink ejection performance in an early stage of production is maintained for a long period of time.

【0011】請求項2に記載のインクジェットヘッド装
置は、前記課題を解決するために、請求項1に記載のイ
ンクジェットヘッド装置において、前記再分極処理用の
金属薄膜は、前記圧電素子の両面に形成されたクロム製
薄膜上に金から成る表層膜が形成されていることを特徴
とする。
According to a second aspect of the present invention, in order to solve the above problem, in the inkjet head device according to the first aspect, the metal thin film for repolarization is formed on both surfaces of the piezoelectric element. A surface layer film made of gold is formed on the chromium thin film thus formed.

【0012】請求項2に記載のインクジェットヘッド装
置によれば、前記再分極処理用の金属薄膜は、前記金か
ら成る表層膜が前記圧電素子の両面に形成されたクロム
製薄膜上に形成されているので、クロム製薄膜と前記金
から成る表層膜の密着強度が向上し、結果として前記金
属薄膜は、前記圧電素子に強固に接合されることにな
る。従って、金属薄膜の前記金から成る表層膜とキャビ
ティプレートのシリコン材は共晶反応を用いた接合によ
り強固に接合されるので、前記圧電素子とキャビティプ
レートは強固に接合されることになる。
According to the ink jet head device of the present invention, the metal thin film for repolarization processing is formed by forming a surface layer film made of gold on a chromium thin film formed on both surfaces of the piezoelectric element. Therefore, the adhesion strength between the chromium thin film and the surface layer film made of gold is improved, and as a result, the metal thin film is firmly bonded to the piezoelectric element. Therefore, the surface layer film made of the metal thin film of gold and the silicon material of the cavity plate are firmly joined by joining using a eutectic reaction, so that the piezoelectric element and the cavity plate are firmly joined.

【0013】請求項3に記載のインクジェットヘッド装
置は、前記課題を解決するために、請求項2に記載のイ
ンクジェットヘッド装置において、前記クロム製薄膜と
前記金から成る表層膜との間に、ニッケル製薄膜が形成
されていることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided an ink jet head device according to the second aspect, wherein nickel is provided between the chromium thin film and the surface layer film made of gold. A thin film is formed.

【0014】請求項3に記載のインクジェットヘッド装
置によれば、前記クロム製薄膜と前記金属薄膜の金から
成る表層膜との間に、ニッケル製薄膜を形成したので、
クロム製薄膜とニッケル製薄膜との、より強固な接合、
及びニッケル製薄膜と金製薄膜との、より強固な接合に
より、圧電素子と金製薄膜は、より一層強固に接合され
ることになる。従って、金製薄膜とキャビティプレート
のシリコン材は共晶反応を用いた接合により強固に接合
されるので、前記圧電素子とキャビティプレートはより
一層強固に接合されることになる。
According to the third aspect of the present invention, the nickel thin film is formed between the chromium thin film and the surface layer made of gold of the metal thin film.
Stronger bonding between chromium thin film and nickel thin film,
Further, due to the stronger bonding between the nickel thin film and the gold thin film, the piezoelectric element and the gold thin film are more strongly bonded. Accordingly, the gold thin film and the silicon material of the cavity plate are firmly joined by joining using the eutectic reaction, so that the piezoelectric element and the cavity plate are more firmly joined.

【0015】請求項4に記載のインクジェットヘッド装
置は、前記課題を解決するために、請求項1乃至請求項
3の何れか一項に記載のインクジェットヘッド装置にお
いて、前記シリコン製のキャビティプレートとの接合に
用いられる前記金属薄膜と反対側の前記金属薄膜は、前
記圧電素子の駆動用電極を兼ねていることを特徴とす
る。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an inkjet head device according to any one of the first to third aspects, wherein the inkjet head device is provided with a silicon cavity plate. The metal thin film on the opposite side to the metal thin film used for bonding also serves as a driving electrode of the piezoelectric element.

【0016】請求項4に記載のインクジェットヘッド装
置によれば、前記シリコン製のキャビティプレートとの
接合には、圧電素子の両面に設けられた金属薄膜のうち
一方の金属薄膜の金から成る表層膜が用いられるが、こ
れとは反対側の他方の金属薄膜は、上述した再分極処理
時に電極として用いられるだけでなく、前記圧電素子の
駆動用電極として用いられる。従って、最外層の圧電体
に作用する電界が発生すると共に、この他方の金属薄膜
が拘束層として機能するため、最外層ではユニモルフモ
ードあるいはバイモルフモードによる変形が行れ、圧電
素子の変形量が増大する。
According to the ink jet head device of the present invention, the surface layer made of gold of one of the metal thin films provided on both surfaces of the piezoelectric element is bonded to the silicon cavity plate. The other metal thin film on the opposite side is used not only as an electrode during the above-described repolarization process but also as a driving electrode of the piezoelectric element. Accordingly, an electric field acting on the outermost piezoelectric body is generated, and the other metal thin film functions as a constraining layer, so that the outermost layer is deformed in the unimorph mode or the bimorph mode, and the amount of deformation of the piezoelectric element is increased. I do.

【0017】請求項5に記載のインクジェットヘッド装
置は、前記課題を解決するために、キャビティプレート
に所定間隔で設けられたインク圧力室にインクを貯留
し、該インクに圧電素子により圧力変動を与えてノズル
から当該インクを吐出させるインクジェットヘッド装置
であって、前記圧電素子の両面に形成され、少なくとも
アルミニウムから成る表層膜を有する再分極処理用の金
属薄膜と、前記金属薄膜のアルミニウムから成る表層膜
と陽極接合を用いて接合されたガラス製のキャビティプ
レートとを備えたことを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an ink jet head device for storing ink in an ink pressure chamber provided at a predetermined interval in a cavity plate, and applying a pressure fluctuation to the ink by a piezoelectric element. An ink jet head device for ejecting the ink from a nozzle, comprising: a metal thin film for repolarization processing formed on both surfaces of the piezoelectric element and having a surface film made of at least aluminum; and a surface film made of aluminum of the metal thin film. And a glass cavity plate joined using anodic bonding.

【0018】請求項5に記載のインクジェットヘッド装
置によれば、キャビティプレートと圧電素子は、圧電素
子の両面に形成された金属薄膜のうち、一方の金属薄膜
のアルミニウム製の表層膜とキャビティプレートのガラ
スとの陽極反応を用いて接合されるので、寸法精度の良
い接合が行われる。従って、インクジェットヘッド装置
は全体的に高精度に製造され、インクの吐出特性が向上
する。また、接合不良を防止してインクジェットヘッド
装置の動作不良を防止する。例えば、接着剤の不足がな
いので、各インク圧力室をキャビティプレートの隔壁に
より確実に分離でき、各インク圧力室は確実に独立に設
けられる。これにより、インク吐出時にインクの圧力波
にクロストークが生じる等の動作不良が防止される。ま
た、接着剤のはみ出しによるインク流路の変形が無く、
流路抵抗の増大による不均一な印字、インクの吐出方向
の変化、ノズル孔の詰まり等による動作不良が防止され
る。しかも、このような陽極反応による接合に用いた前
記金属薄膜は、再分極処理用の電極として用いられるの
で、インクジェットヘッド装置を分解することなく、容
易に再分割処理が実施され、上述のような製造初期にお
ける良好なインク吐出性能が長期間に亘って維持される
ことになる。
According to the ink jet head device of the fifth aspect, the cavity plate and the piezoelectric element are one of the metal thin films formed on both surfaces of the piezoelectric element and the surface layer made of aluminum and the one of the cavity plate. Since bonding is performed using anodic reaction with glass, bonding with high dimensional accuracy is performed. Therefore, the ink jet head device is manufactured with high accuracy as a whole, and the ink ejection characteristics are improved. In addition, the bonding failure is prevented, and the operation failure of the inkjet head device is prevented. For example, since there is no shortage of the adhesive, each ink pressure chamber can be reliably separated by the partition of the cavity plate, and each ink pressure chamber is reliably provided independently. This prevents malfunctions such as crosstalk in the pressure wave of the ink during ink ejection. Also, there is no deformation of the ink flow path due to the protrusion of the adhesive,
Non-uniform printing due to an increase in flow path resistance, a change in the ink ejection direction, and malfunctions due to clogging of nozzle holes are prevented. Moreover, since the metal thin film used for the bonding by such an anodic reaction is used as an electrode for repolarization, the subdivision processing can be easily performed without disassembling the inkjet head device, and Good ink ejection performance in the early stage of manufacturing is maintained for a long period of time.

【0019】請求項6に記載のインクジェットヘッド装
置は、前記課題を解決するために、請求項5に記載のイ
ンクジェットヘッド装置において、前記ガラス製のキャ
ビティプレートとの接合に用いられる前記金属薄膜と反
対側の前記金属薄膜は、前記圧電素子の駆動用電極を兼
ねていることを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an ink jet head device according to the fifth aspect, wherein the metal thin film is opposite to the metal thin film used for bonding to the glass cavity plate. The metal thin film on the side also serves as a driving electrode of the piezoelectric element.

【0020】請求項6に記載のインクジェットヘッド装
置によれば、前記ガラス製のキャビティプレートとの接
合には、圧電素子の両面に設けられた金属薄膜のうちア
ルミニウム製薄膜のうちの一方が用いられるが、これと
は反対側の他方のアルミニウム製薄膜は、上述した再分
極処理時に電極として用いられるだけでなく、前記圧電
素子の駆動用電極として用いられる。従って、最外層の
圧電体に作用する電界が発生すると共に、この他方の金
属薄膜が拘束層として機能するため、最外層ではユニモ
ルフモードあるいはバイモルフモードによる変形が行
れ、圧電素子の変形量が増大する。
According to the ink jet head device described above, one of the aluminum thin films among the metal thin films provided on both surfaces of the piezoelectric element is used for bonding to the glass cavity plate. However, the other aluminum thin film on the opposite side is used not only as an electrode during the above-described repolarization process but also as a driving electrode of the piezoelectric element. Accordingly, an electric field acting on the outermost piezoelectric body is generated, and the other metal thin film functions as a constraining layer, so that the outermost layer is deformed in the unimorph mode or the bimorph mode, and the amount of deformation of the piezoelectric element is increased. I do.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に従って説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0022】(第1の実施形態)まず、本発明の第1の
実施形態を図1乃至図5に基づいて説明する。なお、本
実施形態との比較のために図6に示す従来例についても
参照する。
(First Embodiment) First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. For comparison with the present embodiment, the conventional example shown in FIG. 6 is also referred to.

【0023】図1に示すインクジェットプリンタヘッド
1は、インクジェットプリンタに搭載されるものであ
る。ここで、インクジェットプリンタのうち、特に印字
記録手段である駆動部周辺について簡単に説明する。こ
の部分は、主に、印字記録用の用紙を搬送する回転可能
なプラテンと、このプラテンにギヤ機構を介して回転力
を与えるモーターと、更にこのプラテンに対向して設置
されるインクジェットプリンタヘッドにより構成され
る。インクジェットプリンタヘッドは、インク供給装置
と共にキャリッジ上に設置されている。このキャリッジ
は、前記プラテンの軸線と平行に設置された2本のガイ
ドロッドに沿って移動可能に支持されている。また、キ
ャリッジ壁部には、一対のプーリ間に掛け渡されたタイ
ミングベルトが固定され、一方のプーリに接続された別
のモーターの回転運動を伝達できるように構成されてい
る。このような構成により、モーターの回転力を受けて
プラテンが回転して印字記録用の用紙を所定の方向に決
まった速度で送ると共に、これに同期して、別のモータ
ーの回転力をタイミングベルトを介して受けたキャリッ
ジがガイドロッドに沿って移動する。この時、キャリッ
ジに設置されたインクジェットプリンタヘッドが、図3
に示す制御手段が出力する記録情報信号に基づいてイン
クを吐出するので、プラテンにより搬送された印字記録
用の用紙上に所定の画像等が形成されることになる。
The ink jet printer head 1 shown in FIG. 1 is mounted on an ink jet printer. Here, a brief description will be given of the vicinity of a driving unit, which is a print recording unit, of the inkjet printer. This part is mainly composed of a rotatable platen that conveys print recording paper, a motor that applies a rotational force to the platen via a gear mechanism, and an ink jet printer head that is installed facing the platen. Be composed. The ink jet printer head is installed on a carriage together with an ink supply device. This carriage is movably supported along two guide rods installed in parallel with the axis of the platen. A timing belt stretched between a pair of pulleys is fixed to the carriage wall, and is configured to be able to transmit the rotational motion of another motor connected to one of the pulleys. With such a configuration, the platen rotates in response to the rotational force of the motor to feed the print recording paper at a predetermined speed in a predetermined direction, and in synchronization with this, the rotational force of another motor is synchronized with the timing belt. The carriage received via moves along the guide rod. At this time, the ink jet printer head installed on the carriage
Since the ink is ejected based on the recording information signal output by the control means, a predetermined image or the like is formed on the print recording paper conveyed by the platen.

【0024】次に、本実施形態によるインクジェットプ
リンタヘッド1について説明する。本実施形態における
インクジェットヘッド装置としてのインクジェットプリ
ンタヘッド1は、図1の断面図に示すように、キャビテ
ィプレート10と、圧電素子20と、ヘッドヒータ30
と、ノズル部材40とを備えている。
Next, the ink jet printer head 1 according to the present embodiment will be described. An ink jet printer head 1 as an ink jet head device according to the present embodiment has a cavity plate 10, a piezoelectric element 20, a head heater 30 as shown in a sectional view of FIG.
And a nozzle member 40.

【0025】キャビティプレート10は、シリコン材に
より形成され、圧電素子20との接合面は平滑に加工し
てある。また、キャビティプレート10の圧電素子20
との接合面側には、インク溜11及びインク圧力室12
を形成するためのインク溝が形成されている。圧電素子
20をキャビティプレート10の接合面に接合してキャ
ビティプレート10を上側から施蓋することにより、図
1に示すように、キャビティプレート10の内部にイン
ク溜11及び複数のインク圧力室12が形成される。更
に、キャビティプレート10の先端部は、各インク圧力
室12に対応するように複数の貫通孔13が形成されて
いる。また、図1のX−X’線断面図である図2に示す
ように、各インク圧力室12は、隔壁14によってそれ
ぞれ独立した圧力室となるように分離されている。
The cavity plate 10 is formed of a silicon material, and has a smooth joining surface with the piezoelectric element 20. The piezoelectric element 20 of the cavity plate 10
The ink reservoir 11 and the ink pressure chamber 12
Are formed. By bonding the piezoelectric element 20 to the bonding surface of the cavity plate 10 and covering the cavity plate 10 from above, an ink reservoir 11 and a plurality of ink pressure chambers 12 are formed inside the cavity plate 10 as shown in FIG. It is formed. Further, a plurality of through holes 13 are formed at the tip of the cavity plate 10 so as to correspond to the respective ink pressure chambers 12. Further, as shown in FIG. 2 which is a cross-sectional view taken along the line XX ′ of FIG. 1, each ink pressure chamber 12 is separated by a partition wall 14 so as to be an independent pressure chamber.

【0026】圧電素子20は、図1に示すように、板状
に形成されている。また、図1には記載を省略している
が、圧電素子20は、図2に示すように、第1圧電体2
1、第2圧電体22、第3圧電体23、及び第4圧電体
24と、各圧電体間に挟持された複数の個別電極25
と、該個別電極25と交互に設けられた複数の共通電極
26と、これらの圧電体及び電極を上下から挟持するよ
うに設けられた第1金属薄膜27及び第2金属薄膜28
とから構成されている。第1圧電体21、第2圧電体2
2、第3圧電体23、及び第4圧電体24、並びに個別
電極25、並びに共通電極26はそれぞれシート状に形
成されており、圧電素子20はこれらを積層することに
より形成されている。第1圧電体21、第2圧電体2
2、第3圧電体23、及び第4圧電体24は、それぞれ
PZT(ジルコンチタン酸鉛(Pb(Zr,Ti)
3)等の圧電材料により形成されている。また、各圧
電体は、図2に示すように、積層方向に分極されてい
る。各個別電極25は、キャビティプレート10に形成
された各インク圧力室12に対応するようにそれぞれ配
置されており、インク圧力室12の細長い形状に対応し
て帯状に形成されている。また、各共通電極26は、キ
ャビティプレート10に形成された各隔壁14に対応す
るようにそれぞれ配置されており、隔壁14の細長い形
状に対応して帯状に形成されている。第1金属薄膜27
は、第1圧電体21との接合面にクロム(Cr)が形成
され、該クロム上に金(Au)が形成された積層薄膜で
ある。また、第2金属薄膜28は、第4圧電体24との
接合面にクロム(Cr)が形成され、該クロム上に金
(Au)が形成された積層薄膜である。
The piezoelectric element 20 is formed in a plate shape as shown in FIG. Although not shown in FIG. 1, the piezoelectric element 20 includes a first piezoelectric body 2 as shown in FIG.
1, a second piezoelectric body 22, a third piezoelectric body 23, a fourth piezoelectric body 24, and a plurality of individual electrodes 25 sandwiched between the piezoelectric bodies.
And a plurality of common electrodes 26 alternately provided with the individual electrodes 25, and a first metal thin film 27 and a second metal thin film 28 provided so as to sandwich these piezoelectric members and electrodes from above and below.
It is composed of 1st piezoelectric body 21, 2nd piezoelectric body 2
The second, third and fourth piezoelectric bodies 23 and 24, the individual electrodes 25, and the common electrode 26 are each formed in a sheet shape, and the piezoelectric element 20 is formed by stacking these. 1st piezoelectric body 21, 2nd piezoelectric body 2
Each of the second, third and fourth piezoelectric bodies 23 and 24 is made of PZT (lead zircon titanate (Pb (Zr, Ti)).
O 3 ) or the like. Further, as shown in FIG. 2, each piezoelectric body is polarized in the stacking direction. Each individual electrode 25 is arranged so as to correspond to each ink pressure chamber 12 formed in the cavity plate 10, and is formed in a band shape corresponding to the elongated shape of the ink pressure chamber 12. Each common electrode 26 is arranged so as to correspond to each partition 14 formed on the cavity plate 10, and is formed in a strip shape corresponding to the elongated shape of the partition 14. First metal thin film 27
Is a laminated thin film in which chromium (Cr) is formed on the bonding surface with the first piezoelectric body 21 and gold (Au) is formed on the chromium. The second metal thin film 28 is a laminated thin film in which chromium (Cr) is formed on the joint surface with the fourth piezoelectric body 24 and gold (Au) is formed on the chromium.

【0027】ヘッドヒータ30は、平板状に形成された
ヒータであり、キャビティプレート10の下面に面状に
接合されている。ヘッドヒータ30は、キャビティプレ
ート10の下面の全域に亘って設けられており、インク
溜11及びインク圧力室12内のインクを加熱すると共
に、後述する再分極処理の際に圧電素子20を加熱す
る。
The head heater 30 is a heater formed in a flat plate shape, and is joined to the lower surface of the cavity plate 10 in a planar manner. The head heater 30 is provided over the entire lower surface of the cavity plate 10 and heats the ink in the ink reservoir 11 and the ink pressure chamber 12 and also heats the piezoelectric element 20 at the time of repolarization processing described later. .

【0028】ノズル部材40は、シリコン材により形成
され、ノズル部材40には、ノズル室41及びノズル孔
42を形成するための凹溝が形成されている。また、ノ
ズル部材40のキャビティプレート10との接合面には
金からなる接合薄膜43が形成されている。更に、ノズ
ル部材40と圧電素子20との接合面には、圧電素子2
0の表面に形成された金と、該金の上に形成されたクロ
ムとからなる接合薄膜44が形成されている。このよう
な接合薄膜43,44を介して、ノズル部材40とキャ
ビティプレート10及び圧電素子20とを接合すること
により、ノズル部材40の内部に、複数のノズル室41
及び複数のノズル孔42が形成される。各ノズル室41
及び各ノズル孔42は、キャビティプレート10内に形
成されたインク圧力室12にそれぞれ対応している。各
インク圧力室12と各ノズル室41は、図1に示すよう
に、貫通孔13を介してそれぞれ接続されている。これ
により、インクジェットプリンタヘッド1内には、イン
ク溜11、インク圧力室12、貫通孔13、ノズル室4
1及びノズル孔42からなる一連のインク流路が形成さ
れる。
The nozzle member 40 is formed of a silicon material, and the nozzle member 40 has a concave groove for forming a nozzle chamber 41 and a nozzle hole 42. Further, a bonding thin film 43 made of gold is formed on a bonding surface of the nozzle member 40 with the cavity plate 10. Further, the piezoelectric element 2 is provided on the joint surface between the nozzle member 40 and the piezoelectric element 20.
A bonding thin film 44 made of gold formed on the surface of No. 0 and chromium formed on the gold is formed. By joining the nozzle member 40 with the cavity plate 10 and the piezoelectric element 20 via such joining thin films 43 and 44, a plurality of nozzle chambers 41 are provided inside the nozzle member 40.
And a plurality of nozzle holes 42 are formed. Each nozzle chamber 41
The nozzle holes 42 correspond to the ink pressure chambers 12 formed in the cavity plate 10, respectively. Each of the ink pressure chambers 12 and each of the nozzle chambers 41 are connected via the through-hole 13 as shown in FIG. As a result, the ink reservoir 11, the ink pressure chamber 12, the through hole 13, the nozzle chamber 4
A series of ink flow paths composed of 1 and the nozzle holes 42 are formed.

【0029】次に、以上のような本実施形態のインクジ
ェットプリンタヘッド1の駆動を制御する制御手段の一
例を図3に基づいて説明する。図3に示すように、本実
施形態の制御手段は、バス50を介して接続されたCP
U51、ROM52、RAM53、ヒータ制御部54、
駆動電圧発生部55、及び分極電圧発生部56を有して
いる。
Next, an example of the control means for controlling the driving of the ink jet printer head 1 of the present embodiment as described above will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3, the control means of the present embodiment includes a CP connected via a bus 50.
U51, ROM 52, RAM 53, heater control unit 54,
It has a drive voltage generator 55 and a polarization voltage generator 56.

【0030】ROM52には、印字データに基づいてイ
ンクジェットプリンタヘッド1を駆動し印字を行わせる
印字プログラムや、電源投入時、印字開始前、及び周期
的なメンテナンス時のうち少なくとも一つの機会に圧電
素子20を再分極させる再分極処理プログラム等の各種
の制御プログラムが格納されている。RAM53には、
再分極処理を実施する時期を設定するタイマー領域が形
成されると共に、印字データを格納する印字データ記憶
領域が形成される。また、ヒータ制御部54は、図1及
び図2のヘッドヒータ30に接続されており、ヘッドヒ
ータ30に設けたサーミスタ31(図1及び図2には図
示せず)から温度を検出することによって、ヘッドヒー
タ30を所定の温度に調整するようになっている。ま
た、駆動電圧発生部55は、図1及び図2に示す圧電素
子20の個別電極25及び共通電極26に接続されてお
り、印字動作時の駆動電圧を発生するようになってい
る。更に、分極電圧発生部56は、図2に示す第1金属
薄膜27及び第2金属薄膜28に接続されており、CP
U51から再分極処理を指示された時には、第1金属薄
膜27及び第2金属薄膜28に対して、圧電素子20を
再分極処理するための分極電圧を発生する。また、印字
動作時には、第1金属薄膜27に接地電位を、第2金属
薄膜28には個別電極25と同じ値のプラス電圧を印加
する。
The ROM 52 stores a printing program for driving the ink jet printer head 1 based on the printing data to perform printing, and a piezoelectric element at least at one of a power-on, a printing start, and a periodic maintenance. Various control programs such as a repolarization processing program for repolarizing 20 are stored. In the RAM 53,
A timer area for setting the timing of performing the repolarization process is formed, and a print data storage area for storing print data is formed. The heater control unit 54 is connected to the head heater 30 in FIGS. 1 and 2, and detects a temperature from a thermistor 31 (not shown in FIGS. 1 and 2) provided in the head heater 30. The head heater 30 is adjusted to a predetermined temperature. The drive voltage generator 55 is connected to the individual electrodes 25 and the common electrode 26 of the piezoelectric element 20 shown in FIGS. 1 and 2, and generates a drive voltage during a printing operation. Further, the polarization voltage generator 56 is connected to the first metal thin film 27 and the second metal thin film 28 shown in FIG.
When a repolarization process is instructed from U51, a polarization voltage for repolarizing the piezoelectric element 20 is generated for the first metal thin film 27 and the second metal thin film. In the printing operation, a ground potential is applied to the first metal thin film 27 and a positive voltage having the same value as that of the individual electrode 25 is applied to the second metal thin film 28.

【0031】ここで、インクジェットプリンタヘッド1
の印字時おける動作について説明する。印字記録を行う
ときには、前記インク供給装置からキャビティプレート
10に形成された各インク圧力室12にインクを供給す
る。そして、図3に示す制御手段の駆動電圧発生部55
から圧電素子20の共通電極26には接地電圧を、また
個別電極25にはプラス電圧を印加すると、第1圧電体
21、第2圧電体22、第3圧電体23、及び第4圧電
体24が、図4に示すようにインク圧力室12内に突出
するシェアモードの変形をすると共に、第1圧電体21
は第1金属薄膜27を拘束層としてユニモルフモードで
変形する。この変形により、インク圧力室12内に貯留
されたインクに圧力波が生じる。圧力波は、キャビティ
プレート10に形成された貫通孔13を介してノズル部
材40のノズル室41に伝えられる。これにより、イン
クがノズル孔42から吐出する。この場合、インクの吐
出は、インクジェットプリンタヘッド1のガイドロッド
上での移動速度や方向、あるいはプラテンによる印字記
録用の用紙の搬送速度と同期して行われるので、この用
紙上に制御手段の出力する情報信号に基づいた画像等が
形成されることになる。なお、前記シェアモードとは、
分極している圧電体に対してその分極方向に垂直な方向
に電圧を印加した時に当該圧電体に生じる変形のモード
であり、分極方向に平行な方向に圧電体が厚み滑りを起
こすことにより生じる変形のモードである。また、ユニ
モルフモードとは、面の一方に弾性体が固定された圧電
体の分極方向と同じ向き、あるいは逆の向きに電圧が印
加されると、圧電体が分極方向と直角方向に伸縮し、前
記弾性体がこの伸縮を拘束しようとするために生じる撓
み変形のモードである。
Here, the ink jet printer head 1
The operation at the time of printing will be described. When printing is performed, ink is supplied from the ink supply device to each of the ink pressure chambers 12 formed in the cavity plate 10. Then, the drive voltage generator 55 of the control means shown in FIG.
When a ground voltage is applied to the common electrode 26 of the piezoelectric element 20 and a positive voltage is applied to the individual electrode 25, the first piezoelectric body 21, the second piezoelectric body 22, the third piezoelectric body 23, and the fourth piezoelectric body 24 However, as shown in FIG. 4, the first piezoelectric member 21 deforms in the shear mode protruding into the ink pressure chamber 12.
Is deformed in a unimorph mode using the first metal thin film 27 as a constraining layer. Due to this deformation, a pressure wave is generated in the ink stored in the ink pressure chamber 12. The pressure wave is transmitted to the nozzle chamber 41 of the nozzle member 40 via the through hole 13 formed in the cavity plate 10. As a result, ink is ejected from the nozzle holes 42. In this case, the ink is ejected in synchronization with the moving speed and direction of the ink jet printer head 1 on the guide rod, or with the conveyance speed of the print recording paper by the platen. Thus, an image or the like based on the information signal is formed. The share mode is
This is a mode of deformation that occurs when a voltage is applied to a polarized piezoelectric body in a direction perpendicular to the direction of polarization, and occurs when the piezoelectric body undergoes a thickness slip in a direction parallel to the polarization direction. This is a deformation mode. In unimorph mode, when a voltage is applied in the same or opposite direction to the polarization direction of a piezoelectric body having an elastic body fixed to one of its surfaces, the piezoelectric body expands and contracts in a direction perpendicular to the polarization direction, This is a mode of bending deformation caused by the elastic body trying to restrain this expansion and contraction.

【0032】次に、本実施形態によるキャビティプレー
ト10と圧電素子20の接合構造、及びキャビティプレ
ート10と圧電素子20とノズル部材40の接合構造に
ついて説明する。キャビティプレート10は上述したよ
うにシリコン材により形成され、キャビティプレート1
0の圧電素子20との接合面は平滑に加工してある。更
に、第2金属薄膜28は圧電素子20の第4圧電体24
との接合側がクロムで形成され、高い密着強度で第4圧
電体24に接合されている。また、第2金属薄膜28を
構成するクロムと金は加熱圧着によって相互拡散し、互
いに強固に結合する。そして、この第2金属薄膜28の
金の薄膜と、キャビティプレート10のシリコン材も加
熱圧着によって相互拡散し、共晶反応によって互いに強
固に結合する。これにより、第2金属薄膜28の表面と
キャビティプレート10の接合面は密着した状態で強固
に接合されている。
Next, the joining structure of the cavity plate 10 and the piezoelectric element 20 and the joining structure of the cavity plate 10, the piezoelectric element 20, and the nozzle member 40 according to the present embodiment will be described. The cavity plate 10 is formed of a silicon material as described above,
The surface to be bonded to the zero piezoelectric element 20 is smoothed. Further, the second metal thin film 28 is formed on the fourth piezoelectric body 24 of the piezoelectric element 20.
Is formed of chromium, and is joined to the fourth piezoelectric body 24 with high adhesion strength. In addition, chromium and gold constituting the second metal thin film 28 are mutually diffused by heat compression and strongly bonded to each other. Then, the gold thin film of the second metal thin film 28 and the silicon material of the cavity plate 10 are mutually diffused by the heat and pressure bonding, and are strongly bonded to each other by the eutectic reaction. Thereby, the surface of the second metal thin film 28 and the bonding surface of the cavity plate 10 are firmly bonded in a state of being in close contact.

【0033】また同様に、ノズル部材40のシリコン材
と接合薄膜43の金とは、加熱圧着によって相互拡散
し、共晶反応によって互いに強固に結合する。更に、キ
ャビティプレート10のシリコン材と接合薄膜43の金
も加熱圧着によって相互拡散し、共晶反応によって互い
に強固に結合する。また、接合薄膜44のクロムは高い
密着強度で圧電素子20に結合し、接合薄膜44のクロ
ムと接合薄膜44の金も加熱圧着によって相互拡散し、
互いに強固に結合する。そして、接合薄膜の金は、ノズ
ル部材40のシリコン材と加熱圧着によって相互拡散
し、共晶反応によって互いに強固に結合する。
Similarly, the silicon material of the nozzle member 40 and the gold of the bonding thin film 43 are mutually diffused by heat and pressure, and are strongly bonded to each other by a eutectic reaction. Further, the silicon material of the cavity plate 10 and the gold of the bonding thin film 43 also interdiffuse by heat compression, and are strongly bonded to each other by a eutectic reaction. Further, the chromium of the bonding thin film 44 is bonded to the piezoelectric element 20 with a high adhesion strength, and the chromium of the bonding thin film 44 and the gold of the bonding thin film 44 are mutually diffused by heat compression,
Tightly bind to each other. Then, the gold of the bonding thin film mutually diffuses with the silicon material of the nozzle member 40 by heat compression, and is firmly bonded to each other by a eutectic reaction.

【0034】なお、各薄膜の膜厚は高精度に設定されて
いる。具体的には、膜厚は約0.1〜3μmの範囲内に
おける所定の値、例えば1μmに形成されている。但
し、各薄膜の膜厚を更に薄くまたは更に厚く調整するこ
とができる。次に、本実施形態によるインクジェットプ
リンタ1の製造方法について説明する。
The thickness of each thin film is set with high precision. Specifically, the film thickness is formed to a predetermined value within a range of about 0.1 to 3 μm, for example, 1 μm. However, the thickness of each thin film can be adjusted to be thinner or thicker. Next, the method for manufacturing the inkjet printer 1 according to the present embodiment will be described.

【0035】まず、圧電素子20の製造方法について説
明すると、シート状の第1圧電体21の表面全体に個別
電極25及び共通電極26をスクリーン印刷法により形
成し、これに第2圧電体22を積層する。以下、同様に
して第2圧電体22、第3圧電体23、及び第4圧電体
24を、個別電極25及び共通電極26を形成しながら
積層する。次に、このようにして形成された積層体を、
真空プレスして焼成する。続いて、これらの圧電体を第
4圧電体24から第1圧電体21に向かう積層方向に分
極させる。
First, a method of manufacturing the piezoelectric element 20 will be described. An individual electrode 25 and a common electrode 26 are formed on the entire surface of a sheet-like first piezoelectric body 21 by screen printing, and a second piezoelectric body 22 is formed thereon. Laminate. Hereinafter, similarly, the second piezoelectric body 22, the third piezoelectric body 23, and the fourth piezoelectric body 24 are laminated while forming the individual electrodes 25 and the common electrode 26. Next, the laminate thus formed is
Vacuum press and bake. Subsequently, these piezoelectric bodies are polarized in the stacking direction from the fourth piezoelectric body 24 to the first piezoelectric body 21.

【0036】次に、キャビティプレート10とノズル部
材40の製造方法について説明すると、キャビティプレ
ート10とノズル部材40は板状のシリコン材の表面を
ほぼ鏡面となるように研磨することにより形成される。
キャビティプレート10のインク溜11及びインク圧力
室12、並びにノズル部材40のノズル室41等を形成
するための凹溝は、それぞれの形状にパターニングされ
たレジストマスクをシリコン板に形成し、フッ酸やフッ
酸と硝酸の混合液等の酸類、あるいは水酸化セシウム、
水酸化カリウム、エチレンジアミン等を主成分とするア
ルカリ類を用いた化学エッチングを施すことにより形成
する。この場合、ドライプロセスであるイオンエッチン
グを用いて溝加工を行ってもよい。また、ショットブラ
スト等の方法で加工しても良い。
Next, a method of manufacturing the cavity plate 10 and the nozzle member 40 will be described. The cavity plate 10 and the nozzle member 40 are formed by polishing the surface of a plate-like silicon material so as to be substantially mirror-finished.
The concave grooves for forming the ink reservoir 11 and the ink pressure chamber 12 of the cavity plate 10, the nozzle chamber 41 of the nozzle member 40, and the like are formed by forming a resist mask patterned into the respective shapes on a silicon plate, using hydrofluoric acid or the like. Acids such as a mixture of hydrofluoric acid and nitric acid, or cesium hydroxide,
It is formed by performing chemical etching using an alkali mainly composed of potassium hydroxide, ethylenediamine, or the like. In this case, the groove processing may be performed using ion etching which is a dry process. Moreover, you may process by methods, such as a shot blast.

【0037】次に、キャビティプレート10と圧電素子
20との接合方法について説明する。 まず、圧電素子
20の第1圧電体21及び第4圧電体24の表面にエッ
チングを施して、表面を粗化する。エッチング液には、
フッ酸、ホウフッ酸、硝酸、塩酸、硫酸、リン酸、過塩
素酸等の酸類が好適に用いられる。これらを複数種類混
合したエッチング液を用いてもよい。
Next, a method of joining the cavity plate 10 and the piezoelectric element 20 will be described. First, the surfaces of the first piezoelectric body 21 and the fourth piezoelectric body 24 of the piezoelectric element 20 are etched to roughen the surfaces. In the etching solution,
Acids such as hydrofluoric acid, borofluoric acid, nitric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, and perchloric acid are preferably used. You may use the etching liquid which mixed these two or more types.

【0038】次に、エッチング粗化された第1圧電体2
1及び第4圧電体24の表面に、クロムをスパッタリン
グあるいは蒸着によって薄膜化し、クロム薄膜を形成す
る。そして、このクロム薄膜の表面を研磨加工して鏡面
化する。
Next, the first piezoelectric body 2 roughened by etching
Chromium is thinned on the surfaces of the first and fourth piezoelectric bodies 24 by sputtering or vapor deposition to form a chromium thin film. Then, the surface of the chromium thin film is polished and mirror-finished.

【0039】次に、鏡面化されたクロム薄膜上でスパッ
タリングまたは蒸着により金を薄膜化し、第1金属薄膜
27及び第2金属薄膜28を形成する。第1金属薄膜2
7、第2金属薄膜28、及び接合薄膜44の膜厚は例え
ば1μm程度である。下地のクロム薄膜が鏡面加工され
ているため、第1金属薄膜27及び第2金属薄膜28も
鏡面に形成される。
Next, on the mirror-finished chromium thin film, gold is thinned by sputtering or vapor deposition to form a first metal thin film 27 and a second metal thin film 28. First metal thin film 2
7, the thickness of the second metal thin film 28 and the thickness of the bonding thin film 44 are, for example, about 1 μm. Since the underlying chromium thin film is mirror-finished, the first metal thin film 27 and the second metal thin film 28 are also formed on the mirror surface.

【0040】次に、第1金属薄膜27及び第2金属薄膜
28が形成された圧電素子20と、シリコン材で形成さ
れたキャビティプレート10とを位置合わせしつつ配置
し、圧電素子20側の第2金属薄膜28の表面と、キャ
ビティプレート10の表面とを互いに当接させ、加熱圧
着する。シリコン・金二元系合金の共晶温度は約363
℃であるため、加熱圧着の温度を、その付近の温度40
0℃〜600℃に設定する。これにより、シリコンと金
が相互に拡散し、両者は強固に密着接合される。
Next, the piezoelectric element 20 on which the first metal thin film 27 and the second metal thin film 28 are formed and the cavity plate 10 made of a silicon material are arranged while being aligned with each other. The surface of the two-metal thin film 28 and the surface of the cavity plate 10 are brought into contact with each other, and heated and pressed. Eutectic temperature of silicon-gold binary alloy is about 363
° C, the temperature of the thermocompression bonding is reduced to a temperature around 40 ° C.
Set between 0 ° C and 600 ° C. As a result, silicon and gold diffuse into each other, and the two are firmly adhered to each other.

【0041】以上より、圧電素子20とキャビティプレ
ート10は第2金属薄膜28を介して寸法精度よく強固
に接合される。
As described above, the piezoelectric element 20 and the cavity plate 10 are firmly joined with the dimensional accuracy via the second metal thin film 28.

【0042】次に、ノズル部材40と圧電素子20及び
キャビティプレート10との接合方法について説明す
る。
Next, a method of joining the nozzle member 40 to the piezoelectric element 20 and the cavity plate 10 will be described.

【0043】まず、圧電素子20のノズル部材40との
接合面には、上述と同様の方法でクロムをスパッタリン
グまたは蒸着により薄膜化し、クロム薄膜を形成した
後、金をスパッタリングまたは蒸着により薄膜化して、
接合薄膜44を形成する。次に、キャビティプレート1
0のノズル部材40の接合面には接合薄膜44と等しい
膜厚となるように金をスパッタリングまたは蒸着により
薄膜化し、接合薄膜43を形成する。
First, on the bonding surface of the piezoelectric element 20 with the nozzle member 40, chromium is thinned by sputtering or vapor deposition in the same manner as described above to form a chromium thin film, and then gold is thinned by sputtering or vapor deposition. ,
A bonding thin film 44 is formed. Next, cavity plate 1
On the bonding surface of the nozzle member 40 of No. 0, gold is thinned by sputtering or vapor deposition so as to have the same thickness as the bonding thin film 44, and the bonding thin film 43 is formed.

【0044】そして、接合薄膜44及び接合薄膜43が
形成された圧電素子20及びキャビティプレート10
と、シリコン材で形成されたノズル部材40とを位置合
わせしつつ配置し、圧電素子20側の接合薄膜44の表
面及びキャビティプレート10側の接合薄膜43の表面
と、ノズル部材40の表面とを互いに当接させ、加熱圧
着する。シリコン・金二元系合金の共晶温度は約363
℃であるため、加熱圧着の温度を、その付近の温度40
0℃〜600℃に設定する。これにより、シリコンと金
が相互に拡散し、両者は強固に密着接合される。
The piezoelectric element 20 and the cavity plate 10 on which the bonding thin films 44 and 43 are formed
And the nozzle member 40 formed of a silicon material are arranged while being aligned, and the surface of the bonding thin film 44 on the piezoelectric element 20 side, the surface of the bonding thin film 43 on the cavity plate 10 side, and the surface of the nozzle member 40 are aligned. They are brought into contact with each other and are heat-pressed. Eutectic temperature of silicon-gold binary alloy is about 363
° C, the temperature of thermocompression bonding is set
Set between 0 ° C and 600 ° C. As a result, silicon and gold diffuse into each other, and the two are firmly adhered to each other.

【0045】以上より、圧電素子20及びキャビティプ
レート10とノズル部材40は、接合薄膜44及び接合
薄膜43を介して寸法精度よく強固に接合される。
As described above, the piezoelectric element 20, the cavity plate 10, and the nozzle member 40 are firmly joined with good dimensional accuracy via the joining thin films 44 and 43.

【0046】最後に、キャビティプレート10の下面
に、樹脂製接着剤等を用いて、ヘッドヒータ30を接着
し、インクジェットプリンタヘッド1が完成する。
Finally, the head heater 30 is bonded to the lower surface of the cavity plate 10 using a resin adhesive or the like, and the ink jet printer head 1 is completed.

【0047】以上のように圧電素子20とキャビティプ
レート10とノズル部材40との接合に用いた金属薄膜
及び接合薄膜のメッキ層の膜厚は、寸法精度よく設定す
ることができる。これにより、圧電素子20とキャビテ
ィプレート10の接合、並びに圧電素子20及びキャビ
ティプレート10とノズル部材40との接合をそれぞれ
寸法精度よく行うことができる。従って、インクジェッ
トプリンタヘッド1を全体的に高精度に製造することが
でき、インクジェットプリンタヘッド1のインクの吐出
特性を向上させることができる。また、接合不良を防止
でき、インクジェットプリンタヘッド1の動作不良を防
止できる。
As described above, the thickness of the metal thin film used for bonding the piezoelectric element 20, the cavity plate 10, and the nozzle member 40 and the thickness of the plating layer of the bonding thin film can be set with high dimensional accuracy. Thereby, the joining of the piezoelectric element 20 and the cavity plate 10 and the joining of the piezoelectric element 20 and the cavity plate 10 to the nozzle member 40 can be performed with high dimensional accuracy. Therefore, the inkjet printer head 1 can be manufactured with high accuracy as a whole, and the ink ejection characteristics of the inkjet printer head 1 can be improved. In addition, poor joining can be prevented, and malfunction of the inkjet printer head 1 can be prevented.

【0048】また、圧電素子20とキャビティプレート
10をクロム層で接合することにより、各インク圧力室
12を隔壁14により確実に分離でき、各インク圧力室
12を確実に独立させることができる。これにより、イ
ンク吐出時にインクの圧力波にクロストークが生じる等
の動作不良を防止できる。また、ノズル部材40の接触
不良によって、貫通孔13やノズル孔42等において、
インク流路に変形が生じ、流路抵抗の増大による不均一
な印字、インクの吐出方向の変化、ノズル孔42の詰ま
り等による動作不良を防止することができる。
Further, by joining the piezoelectric element 20 and the cavity plate 10 with a chromium layer, each ink pressure chamber 12 can be reliably separated by the partition wall 14, and each ink pressure chamber 12 can be reliably made independent. Thereby, it is possible to prevent malfunctions such as crosstalk occurring in the pressure wave of the ink at the time of ink ejection. In addition, due to poor contact of the nozzle member 40, the through-hole 13, the nozzle hole 42, etc.
Deformation of the ink flow path can prevent non-uniform printing due to an increase in flow path resistance, a change in ink ejection direction, and a malfunction due to clogging of the nozzle hole 42 and the like.

【0049】また、クロム層により、圧電素子20、キ
ャビティプレート10及びノズル部材40の接合を寸法
精度よく行うことができるため、キャビティプレート1
0及びノズル部材40の各サイズを大幅に減少させて
も、キャビティプレート10及びノズル部材のサイズを
減少させることができ、超小型のインクジェットプリン
タヘッド1を実現することができる。
The chrome layer enables the piezoelectric element 20, the cavity plate 10, and the nozzle member 40 to be joined with high dimensional accuracy.
Even if the sizes of the nozzles 0 and the nozzle members 40 are greatly reduced, the sizes of the cavity plate 10 and the nozzle members can be reduced, and the ultra-small inkjet printer head 1 can be realized.

【0050】更に、クロム層は、接着剤と比較して高温
環境下における耐久性に優れている。従って、例えば1
00℃以上の高温環境下においてインクジェットプリン
タヘッド1を使用しても、キャビティプレート10およ
びノズル部材40の接合状態は安定しており、強固な接
合力が維持され、変形を防止できる。これにより、ノズ
ル孔42から吐出されるインクの吐出特性等を高精度に
維持することができる。
Further, the chromium layer has excellent durability in a high-temperature environment as compared with the adhesive. Thus, for example, 1
Even when the inkjet printer head 1 is used in a high temperature environment of 00 ° C. or more, the bonding state of the cavity plate 10 and the nozzle member 40 is stable, a strong bonding force is maintained, and deformation can be prevented. Thus, the ejection characteristics and the like of the ink ejected from the nozzle holes 42 can be maintained with high accuracy.

【0051】以上のような本実施形態のインクジェット
プリンタヘッド1による極めて優れた効果は、図6に示
す従来のインクジェットプリンタヘッド1との比較を行
うことで、より一層明確になる。
The extremely excellent effect of the ink jet printer head 1 according to the present embodiment as described above becomes clearer by comparing with the conventional ink jet printer head 1 shown in FIG.

【0052】図6に示す従来のインクジェットプリンタ
ヘッド1は、圧電素子20とキャビティプレート10、
及び図示しないノズル部材を樹脂製の接着剤60を用い
て接合している。
A conventional ink jet printer head 1 shown in FIG.
Further, a nozzle member (not shown) is joined using an adhesive 60 made of resin.

【0053】従って、微細部分への接合を行う際の接着
剤層の厚さや量を正確に管理することが困難であり、仮
に、接着剤の量が不足すると寸法精度に負の狂いが生じ
たり接着不良を生じ、逆に接着剤の量が過剰であれば寸
法精度に正の狂いが生じたり接着剤のはみ出しが生じ
る。例えば、接着剤の量が不足すると、接着不良によ
り、本来隔壁により分離独立しているはずのキャビティ
プレートのインク圧力室間で、圧電素子により生じたイ
ンクの圧力波のクロストークが生じ、不要な部位の印
字、即ち、印字不良を起こす場合がある。一方、接着剤
の量が過剰であれば、接着剤のはみ出しにより、インク
流路の変形が生じ、流路抵抗の増大による不均一な印字
を招く場合がある。
Therefore, it is difficult to accurately control the thickness and amount of the adhesive layer when bonding to a fine portion. If the amount of the adhesive is insufficient, the dimensional accuracy may be negatively deviated. Adhesion failure occurs. Conversely, if the amount of the adhesive is excessive, a positive deviation in dimensional accuracy occurs or the adhesive protrudes. For example, if the amount of the adhesive is insufficient, poor adhesion causes crosstalk of the ink pressure wave generated by the piezoelectric element between the ink pressure chambers of the cavity plate, which should be separated and independent by the partition walls. In some cases, printing of a portion, that is, printing failure may occur. On the other hand, if the amount of the adhesive is excessive, the protrusion of the adhesive causes deformation of the ink flow path, which may cause uneven printing due to an increase in flow path resistance.

【0054】また、100℃前後の高温でインクを用い
る場合には、接着剤の種類によって接着剤が変質を起こ
す場合がある。例えば、キャビティプレートと圧電素子
の接合部において、接着剤の変質が起こると、接着剤の
機械的特性が変化し、電界印加時の圧電素子の変位特性
が変化する。そして、最悪の場合には、接着剤層の部分
的な破損によるノズルの詰まりが発生し、印字不良やイ
ンクジェットプリンタヘッドの歩留まり低下の原因とな
るという問題がある。
When the ink is used at a high temperature of about 100 ° C., the adhesive may deteriorate depending on the type of the adhesive. For example, if the quality of the adhesive changes at the joint between the cavity plate and the piezoelectric element, the mechanical properties of the adhesive change, and the displacement characteristics of the piezoelectric element when an electric field is applied change. In the worst case, there is a problem that nozzle clogging occurs due to partial breakage of the adhesive layer, resulting in poor printing and a reduction in the yield of the inkjet printer head.

【0055】これに対し、本実施形態のインクジェット
プリンタヘッド1は、従来のような印字不良がなく、良
好なインク吐出動作を行うことができる。
On the other hand, the ink jet printer head 1 of the present embodiment can perform a good ink discharge operation without a printing defect unlike the related art.

【0056】しかも、本実施形態のインクジェットプリ
ンタヘッド1は、上述のように共晶結合に用いた金属薄
膜を、再分極処理用の電極として用いているため、分極
処理実行時から長時間が経過した場合でも、圧電素子の
分子構造を歪ませた状態に維持することができ、圧電素
子の変位特性の劣化を確実に防止することができる。
Moreover, since the ink-jet printer head 1 of the present embodiment uses the metal thin film used for the eutectic bonding as the electrode for the repolarization process as described above, a long time has elapsed since the execution of the polarization process. Even in this case, the molecular structure of the piezoelectric element can be maintained in a distorted state, and deterioration of the displacement characteristics of the piezoelectric element can be reliably prevented.

【0057】これに対し従来のインクジェットプリンタ
ヘッドは、図6に示すように、最上層に外部共通電極6
1が設けられているだけなので、再分極処理を行うに
は、圧電素子20をキャビティプレート10から取り外
すという作業が必要になり、非常に困難である。
On the other hand, in the conventional ink jet printer head, as shown in FIG.
Since only 1 is provided, the operation of removing the piezoelectric element 20 from the cavity plate 10 is required to perform the repolarization process, which is very difficult.

【0058】しかしながら、本実施形態のインクジェッ
トプリンタヘッド1は、第1金属薄膜27と第2金属薄
膜28をそのまま再分極処理用の電極として用いている
ため、従来のような分解作業が不要であり、容易に再分
極処理を実行することができる。
However, in the ink jet printer head 1 of the present embodiment, since the first metal thin film 27 and the second metal thin film 28 are used as they are as the electrodes for the repolarization process, the conventional disassembling operation is unnecessary. The repolarization process can be easily performed.

【0059】以下、本実施形態における再分極処理を図
5のフローチャートに基づいて説明する。
Hereinafter, the repolarization processing in the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.

【0060】まず、インクジェットプリンタの電源が投
入されると(ステップS1)、インクジェットプリンタ
の初期設定の一つとして、現時点の時刻から所定時間の
経過に再分極処理を実施する時刻を示す設定時期データ
がタイマ領域に格納されると共に、CPU51からヒー
タ制御部54に対して分極温度データが送出されること
になる。そして、温度データが入力されたヒータ制御部
54は、圧電素子20の分極処理に用いた分極温度(例
えば130℃)以上にヘッドヒータ30を昇温させるこ
とによって、圧電素子20を加熱させる(ステップS
2)。
First, when the power of the ink jet printer is turned on (step S1), as one of the initial settings of the ink jet printer, set time data indicating the time at which the repolarization process is performed after a predetermined time has elapsed from the current time. Is stored in the timer area, and the polarization temperature data is sent from the CPU 51 to the heater control unit 54. Then, the heater control unit 54 to which the temperature data is input heats the piezoelectric element 20 by raising the temperature of the head heater 30 to a temperature equal to or higher than the polarization temperature (for example, 130 ° C.) used for the polarization processing of the piezoelectric element 20 (step S
2).

【0061】圧電素子20が分極温度に到達すると、C
PU51から分極電圧発生部56に対して再分極指示デ
ータが送出されることによって、分極処理に用いた分極
電圧(例えば80V)が分極電圧発生部56により発生
されることになる。具体的には、前記第1金属薄膜27
には接地電圧を印加し、第2金属薄膜28にはプラスの
分極電圧を印加する。これにより、圧電素子20が再分
極処理され、インクジェットプリンタの製造時における
変位特性に回復されることになる(ステップS4)。
When the piezoelectric element 20 reaches the polarization temperature, C
When the repolarization instruction data is transmitted from the PU 51 to the polarization voltage generation unit 56, the polarization voltage (for example, 80 V) used for the polarization processing is generated by the polarization voltage generation unit 56. Specifically, the first metal thin film 27
Is applied with a ground voltage, and a positive polarization voltage is applied to the second metal thin film 28. As a result, the piezoelectric element 20 is re-polarized, and the displacement characteristics at the time of manufacturing the ink jet printer are restored (step S4).

【0062】このようにして再分極処理が終了すると、
インクジェットプリンタが通常の状態で作動するよう
に、CPU51からヒータ制御部54に対して通常温度
データが送出され、ヘッドヒータ30がホットメルトイ
ンクの溶融温度よりも僅かに高い温度(例えば105
℃)となるように制御されることによって、ホットメル
トインクが溶融される。また、同時に、CPU51に内
蔵されたタイマーの時刻データと、RAM53に形成さ
れたタイマー領域の設定時刻データが比較され、所定期
間が経過したか否かが判定されることになる(ステップ
S4)。
When the repolarization process is completed as described above,
Normal temperature data is sent from the CPU 51 to the heater control unit 54 so that the inkjet printer operates in a normal state, and the head heater 30 is set to a temperature slightly higher than the melting temperature of the hot melt ink (for example, 105
C), the hot melt ink is melted. At the same time, the time data of the timer built in the CPU 51 is compared with the set time data of the timer area formed in the RAM 53, and it is determined whether a predetermined period has elapsed (step S4).

【0063】そして、時刻データが設定時期データ以上
となり、所定期間が経過したと判定された場合には(ス
テップS4;YES)、上述のステップS2から再実行
され、再分極処理が実施されることになる。一方、所定
期間が経過していないと判定された場合には(ステップ
S4;NO)、印字命令が図示しない情報処理装置から
図示しないインターフェースを介して入力されたか否か
が判定され(ステップS5)、印字命令が入力されてい
ないと判断された場合には(ステップS5;NO)、上
述のステップS4が再実行され、ステップS4とステッ
プS5とが繰り返して実行されて待機状態になる。
If it is determined that the time data has become equal to or greater than the set time data and the predetermined period has elapsed (step S4; YES), the process is re-executed from step S2, and the repolarization process is performed. become. On the other hand, if it is determined that the predetermined period has not elapsed (step S4; NO), it is determined whether a print command has been input from an information processing device (not shown) via an interface (not shown) (step S5). If it is determined that the print command has not been input (step S5; NO), the above-described step S4 is re-executed, and steps S4 and S5 are repeatedly executed to enter a standby state.

【0064】一方、印字命令が入力されたと判定された
場合には(ステップS5;YES)、上述のステップS
2及びステップS3の動作と同様に、初期設定(ステッ
プS6)及び再分極処理(ステップS7)が実施され、
圧電素子20はインクジェットプリンタ1の製造時にお
ける変位特性に回復された後、印字動作が実施されるこ
とになる。
On the other hand, if it is determined that a print command has been input (step S5; YES), the above-described step S5 is executed.
As in the operations of Step 2 and Step S3, initialization (Step S6) and repolarization processing (Step S7) are performed.
After the piezoelectric element 20 is restored to the displacement characteristics at the time of manufacturing the inkjet printer 1, a printing operation is performed.

【0065】以上のように、本実施形態によれば、印字
開始前、インクジェットプリンタの電源投入時、及び周
期的に再分極処理が実施されることによって、インクジ
ェットプリンタの経年使用後においても、インクを所望
の吐出量で吐出させて、画質を良好な状態に維持するこ
とが可能である。
As described above, according to the present embodiment, before starting printing, when the power of the ink jet printer is turned on, and by periodically performing the repolarization process, the ink can be used even after aging of the ink jet printer. Can be discharged at a desired discharge amount, and the image quality can be maintained in a good state.

【0066】なお、本実施形態では、印字開始前、イン
クジェットプリンタの電源投入時、及び周期的に再分極
処理が実施する例について説明したが、本発明はこれに
限定されるものではなく、前記の機会のうちの少なくと
も一つの機会に再分極処理を実施するようになっていれ
ば良い。
In this embodiment, an example has been described in which the repolarization process is performed before printing, when the power of the inkjet printer is turned on, and periodically, but the present invention is not limited to this. It is sufficient that the repolarization process is performed on at least one of the occasions.

【0067】また、本実施形態においては、再分極処理
を実行する時に、ヘッドヒータ30を分極温度以上に昇
温させるようになっているが、通常の使用状態におい
て、ヘッドヒータ30を分極温度以上に発熱させながら
ホットメルトインクを溶融させるようになっていても良
い。そして、この場合には、常時、圧電素子20を分極
温度に維持しておくことができるため、分極電圧発生部
56により分極電圧を圧電素子20に印加させるだけ
で、圧電素子20の再分極処理を実施できることにな
る。これにより、再分極処理に要していたヘッドヒータ
30の昇温時間を省略することができるため、再分極処
理を短時間で完了することができる。
In this embodiment, the head heater 30 is heated to a temperature higher than the polarization temperature when the repolarization process is performed. The hot melt ink may be melted while generating heat. In this case, since the piezoelectric element 20 can always be maintained at the polarization temperature, the polarization voltage is only applied to the piezoelectric element 20 by the polarization voltage generating unit 56, and the repolarization processing of the piezoelectric element 20 is performed. Can be implemented. Accordingly, the time required for the head heater 30 to be heated for the repolarization process can be omitted, so that the repolarization process can be completed in a short time.

【0068】また、本実施形態においては、初期分極に
使用された分極電圧及び分極温度により再分極すること
によって、初期分極時と同等の分極特性に回復させる場
合について説明したが、本発明はこれに限定されるもの
ではない。即ち、圧電素子20を環境温度以上で且つキ
ュリー温度未満に保温すると共に、圧電素子20に設け
られた第1金属薄膜27及び第2金属薄膜28に電圧を
印加することによって、圧電素子20を再分極させる構
成であれば良い。更に、本実施形態では、ホットメルト
インクにより印字を行うインクジェットプリンタヘッド
に本発明を適用た例について説明したが、本発明はこれ
に限定されるものではなく、圧電素子を用いて印字する
方式であれば、液状インクにより印字を行うインクジェ
ットプリンタヘッドにも適用できる。
Further, in the present embodiment, the case where the polarization characteristics are restored to the same as those at the time of the initial polarization by repolarizing with the polarization voltage and the polarization temperature used for the initial polarization has been described. However, the present invention is not limited to this. That is, while keeping the temperature of the piezoelectric element 20 equal to or higher than the ambient temperature and lower than the Curie temperature, the piezoelectric element 20 is reheated by applying a voltage to the first metal thin film 27 and the second metal thin film 28 provided on the piezoelectric element 20. Any configuration may be used as long as it is polarized. Furthermore, in the present embodiment, an example in which the present invention is applied to an inkjet printer head that performs printing with hot melt ink has been described, but the present invention is not limited to this, and a method of printing using a piezoelectric element is used. If so, the present invention can be applied to an ink jet printer head that performs printing with liquid ink.

【0069】以上それぞれ説明したように、本実施形態
によれば、圧電素子20とキャビティプレート10の接
合、並びに圧電素子20及びキャビティプレート10と
ノズル部材40との接合を、共晶反応を用いた接合方法
により接合したために、インクジェットプリンタヘッド
1の製造段階において、接合の寸法精度を極めて高精度
に保つことができ、また、インク流路の変形に起因する
流路抵抗の増大を確実に防止することができるので、良
好なインク吐出性能を発揮させることができる。しか
も、共晶反応による接合に用いた第1金属薄膜27と第
2金属薄膜28を、再分極処理用の電極としても兼用し
ているため、キャビティプレート10と圧電素子20と
を分解することなく、適宜のタイミングで再分極処理を
実施することができ、前記製造段階における良好なイン
ク吐出特性を長期に亘って維持することができる。
As described above, according to this embodiment, the eutectic reaction is used for joining the piezoelectric element 20 and the cavity plate 10 and joining the piezoelectric element 20 and the cavity plate 10 to the nozzle member 40. Since the joining is performed by the joining method, the dimensional accuracy of the joining can be kept extremely high in the manufacturing stage of the ink jet printer head 1, and the increase in the flow path resistance due to the deformation of the ink flow path is reliably prevented. Therefore, good ink ejection performance can be exhibited. In addition, since the first metal thin film 27 and the second metal thin film 28 used for the joining by the eutectic reaction are also used as electrodes for repolarization processing, the cavity plate 10 and the piezoelectric element 20 are not disassembled. The repolarization process can be performed at an appropriate timing, and good ink ejection characteristics in the manufacturing stage can be maintained for a long time.

【0070】なお、前記第1金属薄膜27と第2金属薄
膜28、及び接合薄膜44は、クロム薄膜層上に金薄膜
層を設けた構成としたが、本発明はこれに限定されるも
のではなく、クロム薄膜層上にニッケル薄膜層を設け、
更にニッケル薄膜層上に金薄膜を積層して金属薄膜を形
成するようにしても良い。
Although the first metal thin film 27, the second metal thin film 28, and the bonding thin film 44 have a structure in which a gold thin film layer is provided on a chromium thin film layer, the present invention is not limited to this. No, a nickel thin film layer is provided on a chromium thin film layer,
Further, a metal thin film may be formed by laminating a gold thin film on a nickel thin film layer.

【0071】また、スパッタリングや蒸着等の方法だけ
でなく、メッキ法によって金属薄膜を形成するようにし
ても良い。
Further, a metal thin film may be formed by a plating method as well as a method such as sputtering or vapor deposition.

【0072】また、再分極処理を定期的に行う場合に
は、一定時間毎だけでなく、一定回数駆動毎、あるいは
記録紙の一定枚数出力毎に再分極処理を実施するように
しても良い。
In the case where the repolarization process is performed periodically, the repolarization process may be performed not only at a fixed time but also at a certain number of drive times or at a certain number of recording paper outputs.

【0073】(第2の実施形態)次に、本発明の第2の
実施形態について説明する。なお、説明は第1の実施形
態と同様に図1及び図2を参照する。
(Second Embodiment) Next, a second embodiment of the present invention will be described. Note that the description refers to FIGS. 1 and 2 as in the first embodiment.

【0074】本実施形態においては、キャビティプレー
ト10を、アルミニウムに近い熱膨張係数を有するソー
ダガラスで形成し、圧電素子20の第1金属薄膜27及
び第2金属薄膜28としてアルミニウムを蒸着により形
成した。
In this embodiment, the cavity plate 10 is formed of soda glass having a thermal expansion coefficient close to that of aluminum, and aluminum is formed as the first metal thin film 27 and the second metal thin film 28 of the piezoelectric element 20 by vapor deposition. .

【0075】そして、このようなキャビティプレート1
0と圧電素子20を、接着剤を用いることなく、所謂、
陽極接合と呼ばれる静電気力を利用した接合方法により
接合したものである。
Then, such a cavity plate 1
0 and the piezoelectric element 20 without using an adhesive,
It is joined by a joining method utilizing electrostatic force called anodic joining.

【0076】このようなインクジェットプリンタヘッド
1を製造するには、まず、圧電素子20の第1圧電体2
1及び第4圧電体24の表面に、蒸着によりアルミニウ
ム層を形成する。そして、このアルミニウム層を、エッ
チングにより鏡面化し、面粗さ0.1μm程度に仕上げ
る。
To manufacture such an ink jet printer head 1, first, the first piezoelectric element 2 of the piezoelectric element 20 is formed.
An aluminum layer is formed on the surfaces of the first and fourth piezoelectric bodies 24 by vapor deposition. Then, this aluminum layer is mirror-finished by etching, and finished to a surface roughness of about 0.1 μm.

【0077】次に、ソーダガラスで形成したキャビティ
プレート10に、フォトエッチング技術を用いてインク
圧力室12及びインク溜11を形成するためのインク溝
を形成し、前記圧電素子20とこのキャビティプレート
10とを重ね合わせ、陽極接合用の電極間に挟み、全体
の温度が約400℃になるまで加熱した後、圧電素子2
0側の電極がプラス電位、キャビティプレート10側の
電極がマイナス電位になるようにして、両電極間に約1
000Vの電圧を印加する。電流は初期に殆どが流れて
数分後に減少し、陽極接合が完了する。
Next, ink grooves for forming the ink pressure chambers 12 and the ink reservoirs 11 are formed in the cavity plate 10 made of soda glass using a photo-etching technique, and the piezoelectric element 20 and the cavity plate 10 are formed. Are overlapped, sandwiched between electrodes for anodic bonding, and heated until the entire temperature reaches about 400 ° C.
The electrode on the 0 side has a positive potential and the electrode on the cavity plate 10 has a negative potential.
A voltage of 000 V is applied. The current mostly flows initially and decreases after a few minutes, completing the anodic bonding.

【0078】このような接合方法によっても、接着剤を
用いることなく、キャビティプレート10と圧電素子2
0とを強固に接合することができ、また、インクジェッ
トプリンタヘッド1の製造段階において、接合の寸法精
度を極めて高精度に保つことができ、かつ、インク流路
の変形に起因する流路抵抗の増大を確実に防止すること
ができるので、良好なインク吐出性能を発揮させること
ができる。しかも、共晶反応による接合に用いた第1金
属薄膜27と第2金属薄膜28を、再分極処理用の電極
としても兼用するので、キャビティプレート10と圧電
素子20とを分解することなく、適宜のタイミングで再
分極処理を実施することができ、前記製造段階における
良好なインク吐出特性を長期に亘って維持することがで
きる。
According to such a joining method, the cavity plate 10 and the piezoelectric element 2 can be used without using an adhesive.
0 can be firmly joined, and in the manufacturing stage of the inkjet printer head 1, the dimensional accuracy of the joining can be kept extremely high, and the flow path resistance caused by the deformation of the ink flow path can be reduced. Since the increase can be reliably prevented, good ink ejection performance can be exhibited. Moreover, since the first metal thin film 27 and the second metal thin film 28 used for the joining by the eutectic reaction are also used as electrodes for the repolarization process, the cavity plate 10 and the piezoelectric element 20 can be appropriately disassembled without being disassembled. The re-polarization process can be performed at the timing described above, and good ink ejection characteristics in the manufacturing stage can be maintained for a long time.

【0079】なお、圧電素子20に形成する金属薄膜に
は、上述したアルミニウム膜の他、鉄あるいは銅等の金
属を用いることができる。この場合には、鉄あるいは銅
等に近い熱膨張係数を有するソーダガラスによりキャビ
ティプレート10を形成すれば良い。
The metal thin film formed on the piezoelectric element 20 can be made of a metal such as iron or copper in addition to the aluminum film described above. In this case, the cavity plate 10 may be formed of soda glass having a thermal expansion coefficient close to that of iron or copper.

【0080】また、キャビティプレート10を硼硅酸ガ
ラスで形成した場合には、鉄、ニッケル硅低膨張合金
(例えばコバール、フアーニ)を用いることができる。
When the cavity plate 10 is made of borosilicate glass, a low-expansion alloy of iron and nickel-silicon (for example, Kovar or Fani) can be used.

【0081】なお、上述した各実施形態においては、圧
電素子をユニモルフモードとシェアモードの組み合わせ
で変形される例について説明したが本発明はこれに限定
されるものではなく、ユニモルフモードと伸縮モードを
組み合わせて変形させたり、あるいはバイモルフモード
と伸縮モードを組み合わせて変形させるように構成して
も良い。
In each of the embodiments described above, an example is described in which the piezoelectric element is deformed by a combination of the unimorph mode and the shear mode. However, the present invention is not limited to this. It may be configured to be deformed in combination, or to be deformed in combination of the bimorph mode and the expansion / contraction mode.

【0082】ここで、伸縮モードとは、分極している圧
電体に対してその分極方向に平行に電界を印加した時に
当該圧電体に生じる変形のモードであり、分極法宇に平
行な方向に圧電体自体が伸縮することにより生じる変形
のモードである。
Here, the expansion / contraction mode is a mode of deformation that occurs in a polarized piezoelectric material when an electric field is applied in parallel to the polarization direction of the piezoelectric material. This is a mode of deformation caused by expansion and contraction of the piezoelectric body itself.

【0083】また、バイモルフモードとは、厚さ方向の
同方向に分極された2層の圧電体のうち、一方の圧電体
に対して分極と反対方向に電界を印加すると共に、他方
の圧電体に対して分極と同方向に電界を印加した時、2
層の圧電体が撓み(分極方向と同方向に電界が印加され
た圧電体がその面方向に収縮するように変形すると共
に、分極方向と反対方向に電界が印加された圧電体がそ
の面方向に伸長するように変形することにより生じる撓
み)を起こすことにより生じる変形のモードである。
In the bimorph mode, an electric field is applied to one of the two piezoelectric layers polarized in the same direction in the thickness direction in the direction opposite to the polarization direction. When an electric field is applied to the
The piezoelectric body of the layer bends (the piezoelectric body to which the electric field is applied in the same direction as the polarization direction is deformed so as to contract in the plane direction, and the piezoelectric body to which the electric field is applied in the opposite direction to the polarization direction is in the plane direction). This is a mode of deformation caused by causing deformation caused by deformation such that it is elongated.

【0084】[0084]

【発明の効果】以上説明したように、請求項1に記載の
インクジェットヘッド装置によれば、圧電素子の両面に
形成され、少なくとも金から成る表層膜を有する再分極
処理用の金属薄膜と、前記金属薄膜と共晶反応を用いて
接合されたシリコン製のキャビティプレートとを備えた
ので、寸法精度の良い接合が行われ、インクジェットヘ
ッド装置を全体的に高精度に製造してインクの吐出特性
を向上させることができる。また、接合不良を防止して
インクジェットヘッド装置の動作不良を防止することが
できる。例えば、接着剤の不足がないので、各インク圧
力室をキャビティプレートの隔壁により確実に分離で
き、インク吐出時にインクの圧力波にクロストークが生
じる等の動作不良を防止することができる。また、接着
剤のはみ出しによるインク流路の変形が無く、流路抵抗
の増大による不均一な印字、インクの吐出方向の変化、
ノズル孔の詰まり等による動作不良を防止することがで
きる。しかも、このような共晶反応による接合に用いた
前記金属薄膜を、再分極処理用の電極として用いるの
で、インクジェットヘッド装置を分解することなく、容
易に再分割処理を実施することができ、上述のような製
造初期における良好なインク吐出性能を長期間に亘って
維持することができる。
As described above, according to the ink jet head device of the first aspect, the metal thin film for repolarization processing, which is formed on both surfaces of the piezoelectric element and has at least a surface layer made of gold, Since it has a silicon cavity plate bonded using a metal thin film and a eutectic reaction, bonding with good dimensional accuracy is performed, and the inkjet head device is manufactured with high accuracy overall to improve the ink ejection characteristics. Can be improved. In addition, it is possible to prevent defective bonding and prevent defective operation of the inkjet head device. For example, since there is no shortage of the adhesive, each ink pressure chamber can be reliably separated by the partition of the cavity plate, and malfunctions such as occurrence of crosstalk in ink pressure waves at the time of ink ejection can be prevented. Also, there is no deformation of the ink flow path due to the protrusion of the adhesive, non-uniform printing due to an increase in flow path resistance, a change in the ink ejection direction,
It is possible to prevent operation failure due to clogging of the nozzle hole. Moreover, since the metal thin film used for the bonding by such eutectic reaction is used as an electrode for repolarization processing, it is possible to easily perform the subdivision processing without disassembling the inkjet head device. Such good ink ejection performance in the initial stage of manufacturing can be maintained for a long period of time.

【0085】請求項2に記載のインクジェットヘッド装
置によれば、前記再分極処理用の金製薄膜を、前記圧電
素子の両面に形成されたクロム製薄膜上に金から成る表
層膜を積層して形成したので、クロム製薄膜と金から成
る表層膜の密着強度を向上させることができ、前記圧電
素子とキャビティプレートを強固に接合することができ
る。
According to the ink jet head device of the second aspect, the gold thin film for repolarization treatment is formed by laminating a gold surface layer film on a chromium thin film formed on both sides of the piezoelectric element. Since it is formed, the adhesion strength between the chromium thin film and the surface layer film made of gold can be improved, and the piezoelectric element and the cavity plate can be firmly joined.

【0086】請求項3に記載のインクジェットヘッド装
置によれば、前記クロム製薄膜と前記金から成る表層膜
との間に、ニッケル製薄膜層を形成したので、前記圧電
素子とキャビティプレートをより一層強固に接合するこ
とができる。
According to the third aspect of the present invention, since the nickel thin film layer is formed between the chromium thin film and the surface layer film made of gold, the piezoelectric element and the cavity plate are further increased. Can be firmly joined.

【0087】請求項4に記載のインクジェットヘッド装
置によれば、前記シリコン製のキャビティプレートとの
接合に用いられる前記金属薄膜と反対側の前記金属薄膜
を、前記圧電素子の駆動用電極として兼用するので、圧
電素子の最外層にてユニモルフモードあるいはバイモル
フモードによる変形を行わせることができ、圧電素子の
変形量を増大させることができる。
According to the fourth aspect of the present invention, the metal thin film on the opposite side to the metal thin film used for bonding to the silicon cavity plate is also used as a driving electrode of the piezoelectric element. Therefore, the outermost layer of the piezoelectric element can be deformed in the unimorph mode or the bimorph mode, and the amount of deformation of the piezoelectric element can be increased.

【0088】請求項5に記載のインクジェットヘッド装
置によれば、圧電素子の両面に形成され、少なくともア
ルミニウムから成る表層膜を有する再分極処理用の金属
薄膜と、前記金属薄膜のアルミニウムから成る表層膜に
陽極反応を用いて接合されたガラス製のキャビティプレ
ートとを備えたので、寸法精度の良い接合が行われ、イ
ンクジェットヘッド装置を全体的に高精度に製造してイ
ンクの吐出特性を向上させることができる。また、接合
不良を防止してインクジェットヘッド装置の動作不良を
防止することができる。例えば、接着剤の不足がないの
で、各インク圧力室をキャビティプレートの隔壁により
確実に分離でき、インク吐出時にインクの圧力波にクロ
ストークが生じる等の動作不良を防止することができ
る。また、接着剤のはみ出しによるインク流路の変形が
無く、流路抵抗の増大による不均一な印字、インクの吐
出方向の変化、ノズル孔の詰まり等による動作不良を防
止することができる。しかも、このような陽極反応によ
る接合に用いた前記アルミニウム製薄膜を、再分極処理
用の電極として用いるので、インクジェットヘッド装置
を分解することなく、容易に再分割処理を実施すること
ができ、上述のような製造初期における良好なインク吐
出性能を長期間に亘って維持することができる。
According to the ink jet head device of the fifth aspect, a metal thin film for repolarization treatment, which is formed on both surfaces of the piezoelectric element and has a surface layer made of at least aluminum, and a surface layer made of aluminum of the metal thin film Since it has a glass cavity plate bonded using an anodic reaction, it is possible to perform bonding with good dimensional accuracy and to manufacture the inkjet head device with high accuracy as a whole to improve the ink ejection characteristics. Can be. In addition, it is possible to prevent defective bonding and prevent defective operation of the inkjet head device. For example, since there is no shortage of the adhesive, each ink pressure chamber can be reliably separated by the partition of the cavity plate, and malfunctions such as occurrence of crosstalk in ink pressure waves at the time of ink ejection can be prevented. Further, there is no deformation of the ink flow path due to the protrusion of the adhesive, and it is possible to prevent non-uniform printing due to an increase in flow path resistance, a change in the ink ejection direction, and a malfunction due to a clogged nozzle hole. Moreover, since the aluminum thin film used for the bonding by the anodic reaction is used as an electrode for the repolarization process, the subdivision process can be easily performed without disassembling the inkjet head device. Such good ink ejection performance in the initial stage of manufacturing can be maintained for a long period of time.

【0089】請求項6に記載のインクジェットヘッド装
置によれば、前記ガラス製のキャビティプレートとの接
合に用いられる前記アルミニウムから成る表層膜を有す
る金属薄膜と、反対側の前記金属薄膜とを、前記圧電素
子の駆動用電極として兼用するので、圧電素子の最外層
にてユニモルフモードあるいはバイモルフモードによる
変形を行わせることができ、圧電素子の変形量を増大さ
せることができる。
According to the ink jet head device of the present invention, the metal thin film having the surface layer made of aluminum and used for bonding to the glass cavity plate, and the metal thin film on the opposite side are formed as follows. Since the piezoelectric element is also used as a driving electrode of the piezoelectric element, the outermost layer of the piezoelectric element can be deformed in the unimorph mode or the bimorph mode, and the amount of deformation of the piezoelectric element can be increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施形態によるインクジェット
プリンタヘッドを示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing an inkjet printer head according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1におけるX−X’線断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line X-X 'in FIG.

【図3】図1のインクジェットプリンタヘッドの駆動制
御に用いられる制御手段の構成示すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a control unit used for drive control of the inkjet printer head of FIG. 1;

【図4】図2のインクジェットプリンタヘッドの動作状
態を示す断面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing an operation state of the ink jet printer head of FIG. 2;

【図5】図1のインクジェットプリンタヘッドにおける
再分極処理のフローチャートである。
FIG. 5 is a flowchart of a repolarization process in the ink jet printer head of FIG. 1;

【図6】従来のインクジェットヘッドを示す断面図であ
る。
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a conventional inkjet head.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 インクジェットプリンタヘッド 10 キャビティプレート 11 インク溜 12 インク圧力室 20 圧電素子 21 第1圧電体 22 第2圧電体 23 第3圧電体 24 第4圧電体 25 個別電極 26 共通電極 27 第1金属薄膜 28 第2金属薄膜 30 ヘッドヒータ 40 ノズル部材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inkjet printer head 10 Cavity plate 11 Ink reservoir 12 Ink pressure chamber 20 Piezoelectric element 21 First piezoelectric body 22 Second piezoelectric body 23 Third piezoelectric body 24 Fourth piezoelectric body 25 Individual electrode 26 Common electrode 27 First metal thin film 28 2 Metal thin film 30 Head heater 40 Nozzle member

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 キャビティプレートに所定間隔で設けら
れたインク圧力室にインクを貯留し、該インクに圧電素
子により圧力変動を与えてノズルから当該インクを吐出
させるインクジェットヘッド装置であって、 前記圧電素子の両面に形成され、少なくとも金から成る
表層膜を有する再分極処理用の金属薄膜と、 前記金属薄膜の金から成る表層膜と共晶反応を用いて接
合されたシリコン製のキャビティプレートとを備えた、 ことを特徴とするインクジェットヘッド装置。
1. An ink-jet head device for storing ink in an ink pressure chamber provided at a predetermined interval in a cavity plate, and applying a pressure change to the ink by a piezoelectric element to discharge the ink from a nozzle, A metal thin film for repolarization treatment, which is formed on both surfaces of the element and has at least a surface layer made of gold, and a silicon cavity plate bonded to the surface layer made of gold of the metal thin film by using a eutectic reaction. An ink jet head device comprising:
【請求項2】 前記再分極処理用の金属薄膜は、前記圧
電素子の両面に形成されたクロム製薄膜上に金から成る
表層膜が形成されてい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装置。
2. The metal thin film for repolarization treatment according to claim 1, wherein a surface layer made of gold is formed on a chromium thin film formed on both surfaces of the piezoelectric element. Ink jet head device.
【請求項3】 前記クロム製薄膜と前記金から成る表層
膜との間に、ニッケル製薄膜が形成されていることを特
徴とする請求項2に記載のインクジェットヘッド装置。
3. The ink jet head device according to claim 2, wherein a nickel thin film is formed between the chromium thin film and the surface layer film made of gold.
【請求項4】 前記シリコン製のキャビティプレートと
の接合に用いられる前記金属薄膜と反対側の前記金属薄
膜は、前記圧電素子の駆動用電極を兼ねていることを特
徴とする請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載のイ
ンクジェットヘッド装置。
4. The method according to claim 1, wherein the metal thin film on the opposite side to the metal thin film used for bonding to the silicon cavity plate also serves as a driving electrode of the piezoelectric element. Item 4. The inkjet head device according to any one of items 3.
【請求項5】 キャビティプレートに所定間隔で設けら
れたインク圧力室にインクを貯留し、該インクに圧電素
子により圧力変動を与えてノズルから当該インクを吐出
させるインクジェットヘッド装置であって、 前記圧電素子の両面に形成され、少なくともアルミニウ
ムから成る表層膜を有する再分極処理用の金属薄膜と、 前記金属薄膜のアルミニウムから成る表層膜と陽極接合
を用いて接合されたガラス製のキャビティプレートとを
備えた、 ことを特徴とするインクジェットヘッド装置。
5. An ink jet head device for storing ink in an ink pressure chamber provided at a predetermined interval in a cavity plate, and applying a pressure change to the ink by a piezoelectric element to discharge the ink from a nozzle, A metal thin film for repolarization treatment, which is formed on both surfaces of the element and has a surface film made of at least aluminum, and a glass cavity plate bonded to the surface film made of aluminum of the metal thin film using anodic bonding. An ink jet head device characterized by the above.
【請求項6】 前記ガラス製のキャビティプレートとの
接合に用いられる前記金属薄膜と反対側の前記金属薄膜
は、前記圧電素子の駆動用電極を兼ねていることを特徴
とする請求項5に記載のインクジェットヘッド装置。
6. The device according to claim 5, wherein the metal thin film opposite to the metal thin film used for bonding to the glass cavity plate also serves as a driving electrode of the piezoelectric element. Inkjet head device.
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