JP2002187281A

JP2002187281A - 圧電セラミックスを用いた貼付構造体及びその製造方法並びにインクジェット記録ヘッド

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Publication number: JP2002187281A
Application number: JP2000385445A
Authority: JP
Inventors: Taiji Tateyama; 泰治立山
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-12-19
Filing date: 2000-12-19
Publication date: 2002-07-02
Anticipated expiration: 2020-12-19
Also published as: JP4936589B2

Abstract

(57)【要約】【課題】少なくとも２つの部材を熱硬化性接着剤からな
る接着層を介して貼り付けてなり、少なくとも一方の部
材が圧電セラミックスからなる、アクチュエータ、ダイ
ヤフラム、ブザー等に用いられる貼付構造体において、
熱硬化性接着剤の加熱硬化時における接着層中への気泡
の巻き込みを防ぎ、接着強度の低下を防止する。【解決手段】少なくとも２つの板状体２，３を接着層４
を介して貼り付けてなり、少なくとも板状体２が圧電セ
ラミックスからなる貼付構造体１において、圧電セラミ
ックスからなる板状体２の接着面２ａを構成する結晶５
の表面に複数の微小突起６を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アクチュエータ、
ダイヤフラム、ブザー等の如く、少なくとも２つの部材
を接着層を介して貼り付けてなり、少なくとも一方の部
材が圧電セラミックスからなる貼付構造体とこれを用い
たインクジェット記録ヘッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、アクチュエータ、ダイヤフラム、
ブザーなどには、圧電セラミック板と、この圧電セラミ
ック板を補強あるいは固定するための補助板とを熱硬化
性接着剤からなる接着層を介して貼り付けた貼付構造体
が用いられている。

【０００３】このような貼付構造体を製造するには、ア
ルミナ、ジルコニア、フォルステライト等の絶縁性セラ
ミックスや圧電セラミックス、あるいは樹脂や金属から
なる補助板の接着面に、スキージ法、スクリーン印刷
法、オフセット印刷法、デイスペンサー等の方法にてペ
ースト状の熱硬化性接着剤を塗布した後、圧電セラミッ
ク板を重ね、加圧しながら接着剤を加熱硬化させるよう
になっていた。

【０００４】また、近年のマルチメディアの浸透ととも
に、各種情報を記録媒体に記録するものとして、インク
ジェット方式の記録装置が急速に拡がりつつあり、この
記録装置に搭載されるインクジェット記録ヘッドのアク
チュエータとして、前記貼付構造体が用いられている。

【０００５】図７に、従来のインクジェット記録ヘッド
４０の一例を示す。

【０００６】このインクジェット記録ヘッド４０（以
下、単にヘッド４０という）は、絶縁セラミック板３０
と、予め分極処理した２枚の圧電セラミック板をそれぞ
れ熱硬化性接着剤からなる接着層を介して貼り付け、ダ
イヤモンドホイールを用いて圧電セラミック板側に、一
端が閉じられ、深さが絶縁セラミック板３０の表面にま
で達する複数の溝を並設することにより、各溝をインク
の流路３３とするとともに、各溝を仕切る壁を隔壁３２
とした流路部材３１を製作し、次いで上記各隔壁３２の
側面及び流路３３の底面に金属膜を被着して駆動用電極
３４を形成した後、各隔壁３２の頂面に、各流路３３と
連通するインク供給孔３５を備えた天板３６を、流路部
材３１の開放端に、各流路３３と連通するインク吐出孔
３７を備えたノズル板３８をそれぞれ熱硬化性接着剤か
らなる接着層を介して貼り付けることにより製作したも
のがあった。なお、３９は駆動用電極３４と駆動用回路
（不図示）とを接続するための流路部材３１に形成され
た配線である。また、４１，４２は、隔壁３２を構成す
る２つの圧電セラミックスからなる壁部材で、それぞれ
矢印の方向に分極処理してあり、これらの圧電セラミッ
クスにはチタン酸ジルコン酸鉛を主成分としたものが主
に用いられていた。

【０００７】そして、このヘッド４０を用いて記録媒体
（不図示）へ印刷するには、まず、インクを不図示のイ
ンクタンクからインク供給孔３５を介して各流路３３へ
導入するとともに、駆動用電極３４に通電して隔壁３２
の各壁部材４１，４２をそれぞれ形成する圧電セラミッ
クスを剪断モード変形させて隔壁３２を屈曲変位させる
ことにより、流路３３内のインクを加圧し、インク吐出
孔３７よりインク滴を吐出させることができ、駆動用電
極３４に逆電圧を印加し、上記隔壁３２を逆方向に屈曲
変位させて流路３３内を減圧することにより、インク供
給孔３５よりインクを流路３３内に導くようになってい
た。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述した貼
付構造体を形成する圧電セラミック板と補助板とを貼り
付けるにあたり、圧電セラミック板及び補助板の接着面
には平面研削加工を施して平滑かつ平坦に仕上げた後、
例えば、補助板の接着面にペースト状の熱硬化性接着剤
を塗布し、次いで圧電セラミック板を重ねた後、加圧し
ながら接着剤を加熱硬化させるのであるが、この時、圧
電セラミック板の接着面における熱硬化性接着剤の広が
りが悪く、接着剤を接着面全体に広げていく際に気泡が
巻き込まれ、加熱硬化後において、接着層中に気泡が残
存し、この気泡の介在によって圧電セラミック板の接着
面や補助板の接着面との間に未接着部分ができるため、
圧電セラミック板と補助板との接着強度が小さいといっ
た課題があった。

【０００９】そして、この接着強度の低下は、小型化さ
れたアクチュエータやダイヤフラム等に用いた場合に剥
離を招き、信頼性の点で大きな問題となっていた。

【００１０】また、図７に示すインクジェット記録ヘッ
ド４０においても、絶縁セラミック板３０と圧電セラミ
ック板や圧電セラミック板同士を熱硬化性接着剤からな
る接着層を介して貼り付けると、接着層中に多数の気泡
が残存して接着強度が低いため、この後に行うダイヤモ
ンドブレードを用いた溝加工時に、隔壁３２を構成する
壁部材４１，４２間の接着層や、隔壁３２と絶縁セラミ
ック板３０との間の接着層が剥離し、さらに酷いときに
は隔壁３２が脱落するといった課題があった。また、隔
壁３２の脱落がなかったとしても、インクジェット記録
ヘッド４０を作製し、駆動用電極３４に通電して隔壁３
２を屈曲変位させると、この時作用する応力によって接
着層の剥離が発生し、長期信頼性に劣るものであった。
また、このような課題は、天板３６と隔壁３２との間の
接着層及びノズル板３８と隔壁３２との間の接着層にお
いても同様にあった。

【００１１】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上記課
題に鑑み、少なくとも２つの部材を接着層を介して貼り
付けてなり、少なくとも一方の部材が圧電セラミックス
からなる貼付構造体において、上記圧電セラミックスか
らなる部材の接着面を構成する結晶表面に複数の微小突
起を設けたことを特徴とする。

【００１２】なお、上記接着面上を顕微鏡にて測定した
時、１０^-6〜１０^-5ｍｍ²の測定領域において、測定領
域に見られる結晶表面上の微小突起が占める占有面積率
は５〜４０％の範囲にあることが好ましい。

【００１３】また、上記圧電セラミックスを用いた貼付
構造体を製造するにあたり、上記圧電セラミックスから
なる一方の部材の表面に研削加工及び／又は研磨加工を
施して接着面を形成した後、この接着面にプラズマ洗浄
又はオゾン洗浄を施して接着面を構成する結晶表面に微
小突起を形成し、次いで、上記他方の部材の接着面との
間に接着剤を介在させて上記接着剤を硬化させることに
より圧電セラミックスからなる一方の部材と他方の部材
とを接着するようにしたことを特徴とする。

【００１４】さらに、本発明は、駆動用電極を側面に備
えた圧電セラミックスからなる隔壁を複数個並設し、こ
れら各隔壁間をインクの流路とするとともに、上記流路
の上部、下部、端部を覆う部材のうち、少なくとも一つ
の部材と上記隔壁とを接着層を介して貼り付けてなるイ
ンクジェット記録ヘッドにおいて、上記圧電セラミック
スからなる隔壁の接着面を構成する結晶表面に複数の微
小突起を設けたことを特徴とする。

【００１５】また、上記隔壁を２つ以上の圧電セラミッ
クスからなる壁部材を接着層を介して貼り付けたもので
ある場合、互いに貼り付ける少なくとも一方の壁部材の
接着面を構成する結晶表面に複数の微小突起を設けたこ
とを特徴とする。

【００１６】なお、上記隔壁の接着面又は上記隔壁を構
成する壁部材の接着面を顕微鏡にて測定した時、１０^-6
〜１０^-5ｍｍ²の測定領域において、測定領域に見られ
る結晶表面上の微小突起が占める占有面積率は５〜４０
％の範囲にあることが好ましい。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。

【００１８】図１は、本発明に係る圧電セラミックスを
用いた貼付構造体の一例を示す一部を破断した斜視図で
ある。

【００１９】この貼付構造体１は、圧電セラミックスか
らなる板状体２と、他の板状体３とを熱硬化性接着剤か
らなる接着層４を介して貼り付けたもので、例えば、こ
の貼付構造体１をブザーとして利用するには、他の板状
体３を、アルミナ、ジルコニア、フォルステライト、窒
化珪素、圧電セラミックス等のセラミックス、あるいは
金属や樹脂により形成し、接着層４を導電性を有する熱
硬化性接着剤により形成するとともに、圧電セラミック
スからなる板状体２に厚み方向の分極処理を施し、板状
体２の接着面２ａと反対側の表面に、銀、金、白金、ニ
ッケル、銅、アルミニウム、スズ等の金属あるいはこれ
らの合金を、蒸着法やメッキ法あるいはイオンプレーテ
ィング法やスパッタリング法等の膜形成手段にて被着し
て電極を形成すれば良く、接着層４と電極との間に電圧
を印加すれば、板状体２の厚み方向に撓み振動を発生さ
せ、ブザーとして機能させることができる。

【００２０】そして、本発明の貼付構造体１は、圧電セ
ラミックスからなる板状体２の接着面２ａを構成する結
晶表面に、多数の微小突起を有することを特徴とする。

【００２１】即ち、貼付構造体１を構成する２枚の板状
体２，３の接着面２ａには、接着層４の厚みを高精度に
制御するために平面研削加工を施す必要があるのである
が、研削加工によって形成した接着面２ａを拡大する
と、図３に示すように、平滑な表面を有する結晶粒子か
ら構成されており、このような平滑な表面を有する結晶
からなる接着面２ａにペースト状の熱硬化性接着剤を塗
布し、加圧しながら加熱硬化させると、粘度が比較的低
い接着剤を用いたとしても接着剤の広がりが悪く、硬化
させた接着層４中には多数の気泡が残存して接着強度が
低下することを知見し、本件発明者は種々研究を重ねた
ところ、図２に示すように、接着面２ａを構成する結晶
５の表面に多数の微小突起６を設けることにより、接着
剤の広がりが良くなって気泡の巻き込みを防ぎ、接着層
４中に残存する気泡の量を低減できることを見出し、本
発明に至った。

【００２２】このように接着面２ａを構成する結晶５の
表面に微小突起６を設けることにより、接着剤の広がり
が良くなる理由としては明らかではないが、図４に示す
固体と液体との関係から説明できるものと思われる。

【００２３】図４中、θは液体の接触角、γ_Lは液体の
表面エネルギー、γ_Sは固体の表面エネルギー、γ_SLは
固体と液体との界面における界面エネルギーであり、一
般的にこれら液体の接触角（θ）、液体の表面エネルギ
ー（γ_L）、固体の表面エネルギー（γ_S）、固体と液体
との界面における界面エネルギー（γ_SL）には数１の関
係が成り立つことが知られている。（数１） γ_S＝γ_SL＋γ_L・ｃｏｓθ そして、液体としての接着剤の広がりを良くするには濡
れ性を高めれば良く、液体の接触角（θ）が小さい程、
濡れ性を高めることができるのであるが、液体の接触角
（θ）を小さくするには、数１より判るように、固体の
表面エネルギー（γ_S）を大きくするか、また、界面エ
ネルギー（γ_SL）及び液体の表面エネルギー（γ_L）を
小さくすれば良いことになる。

【００２４】そして、本発明によれば、接着面２ａに存
在する結晶５の表面に微小突起６を設けて接着面２ａの
表面積を大きくし、固体としての板状体２の表面エネル
ギー（γ_S）を大きくすることができることから、液体
としての接着剤の接触角（θ）を小さくし、結晶表面に
微小突起を持たない従来の接着面と比較して接着剤の濡
れ性を高めることができるものと思われる。

【００２５】ただし、このような効果を奏するには、接
着面２ａを顕微鏡にて上方から部分的に拡大して測定し
た時に、１０^-6〜１０^-5ｍｍ²の測定領域に見られる結
晶５の表面にある微小突起６が占める占有面積率は５〜
４０％とすることが好ましく、さらにこのような微小突
起６が接着面２ａの全体にわたって一様に分布している
ことが好ましい。

【００２６】なぜなら、上記測定領域に見られる結晶５
の表面にある微小突起６の占有面積率が５％未満である
と、結晶５の表面に存在する微小突起６の占める割合が
少ないため、接着面２ａの表面エネルギーを高める効果
が小さく、熱硬化性接着剤の広がりを良くすることがで
きないからであり、逆に、上記測定領域に見られる結晶
５の表面にある微小突起６の占有面積率が４０％を超え
ると、接着剤の濡れ性は良いものの、微小突起６付近に
て気泡を補足し易くなり、気泡を巻き込み易くなるとい
った不都合があるからである。なお、望ましくは、１０
^-6〜１０^-5ｍｍ ²の測定領域に見られる結晶５の表面に
見られる微小突起６の占有面積率は５〜２０％とするこ
とが良く、さらに微小突起６の大きさとしては、０．０
１〜０．１μｍ、好ましくは０．０１〜０．０７μｍの
範囲にあるものが良い。

【００２７】なお、本発明において、１０^-6〜１０^-5ｍ
ｍ²の測定領域に見られる結晶５の表面にある微小突起
６が占める占有面積率とは、１０^-6〜１０^-5ｍｍ²の測
定領域の面積に対し、その測定領域に見られる結晶５の
表面にある各微小突起６の合計面積が占める面積比率の
ことであり、この測定にあたっては、接着面２ａを、５
万〜１０万の倍率で撮影したＳＥＭ写真を画像解析装置
（Ｎｉｒｅｋｏ製ＬＵＺＥＸ−ＦＳ）にて分析し、色濃
淡で示される測定領域内の結晶５と微小突起６の各面積
を求めることにより算出すれば良い。

【００２８】また、圧電セラミックスからなる板状体２
の接着面２ａに塗布する熱硬化性接着剤の広がりをさら
に高めるには、接着面２ａに気孔や脱粒等の凹部を設け
ることが良く、接着面２ａを顕微鏡にて部分的に拡大し
て測定した時に、その測定領域に存在する凹部の占有面
積率を５０％以上とすることにより、接着面２ａを構成
する結晶５の表面に微小突起６を設けたこととの相乗効
果によって接着面２ａにおける熱硬化性接着剤の広がり
をさらに良くし、接着層４中に気泡が介在することを防
止することができる。

【００２９】なお、ここで、測定領域に存在する凹部の
占有面積率とは、圧電セラミックスからなる板状体２の
接着面２ａを顕微鏡にて上方から見た時、その測定領域
の面積に対し、測定領域に見られる気孔や脱粒等の凹部
の合計面積が占める面積比率のことであり、この測定に
あたっては、接着面２ａを、３千の倍率で撮影したＳＥ
Ｍ写真を画像解析装置（Ｎｉｒｅｋｏ製ＬＵＺＥＸ−Ｆ
Ｓ）にて分析し、色濃淡で示される測定領域内の結晶と
凹部の各面積を求めることにより算出すれば良い。

【００３０】ところで、板状体２を形成する圧電セラミ
ックスとしては、特に限定するものではないが、アクチ
ュエータ、ダイヤフラム、ブザー等の振動源として用い
る場合、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ系）、マグネシ
ウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ系）、ニッケルニオブ酸鉛（Ｐ
ＮＮ系）、あるいはこれらを主成分とする圧電セラミッ
クスを用いることが好ましい。

【００３１】また、圧電セラミックスからなる板状体２
に貼り付ける他の板状体３としては、目的や用途にあわ
せて、金属、樹脂、セラミックス等の材料の中から適宜
選択して用いれば良く、例えば、金属としては、スズ、
アルミニウム、銅、ニッケル、チタン、鉄、モリブデ
ン、あるいはこれらを含有した合金、さらにはステンレ
ス等を用いることができ、また、セラミックスとして
は、アルミナ、ジルコニア、フォルステライト、窒化珪
素を主成分とする絶縁性セラミックスや、チタン酸ジル
コン酸鉛（ＰＺＴ系）、マグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭ
Ｎ系）ニッケルニオブ酸鉛（ＰＮＮ系）、あるいはこれ
らを主成分とする圧電セラミックスを用いることができ
る。なお、高い接着強度が要求されるような場合には板
状体２を形成する圧電セラミックスとの熱膨張差ができ
るだけ近似した材料を用いることが好ましい。

【００３２】さらに、接着層４を形成する熱硬化性接着
剤としては、エポキシ系接着剤、ポリイミド系接着剤、
フェノール系接着剤等の一般的な熱硬化性接着剤を用い
ることができ、中でも高い接着強度が得られるエポキシ
系接着剤が好適である。

【００３３】次に、図１に示す貼付構造体の製造方法に
ついて説明する。

【００３４】まず、焼結された圧電セラミックスからな
る板状体２を用意し、接着面２ａとなる板状体２の表面
に、遊離砥粒として粒径が５〜１０μｍの炭化珪素粒子
を用いた両面ラップ盤によるラップ加工を施すか、ある
いは粒径が５〜１０μｍのダイヤモンド砥粒を固着した
ダイヤモンドホイールを用いた平面研削盤による平面研
削加工を施して接着面２ａを形成する。

【００３５】次いで、板状体２の接着面２ａに存在する
ゴミや水分等を除去するとともに、接着面２ａを構成す
る結晶５の表面に微小突起６を形成するため、プラズマ
洗浄又はオゾン洗浄を施す。

【００３６】一般的にプラズマ洗浄やオゾン洗浄は、接
着面２ａに付着するゴミや水分等を除去することを主眼
において施されるのであるが、ある条件にてプラズマ洗
浄又はオゾン洗浄することにより接着面２ａを構成する
結晶５の表面に微小突起６を形成することができること
を見出したのである。

【００３７】微小突起６を形成することができるメカニ
ズムについては不明であるが、ＳＥＭ／ＥＤＳ（エネル
ギー分散型Ｘ線分析）、その他の組成分析の結果、接着
面２ａを構成する結晶と同一組成を有するものであるが
判っている。

【００３８】例えば、プラズマ洗浄にて微小突起６を形
成する場合、プラズマ化ガスの種類（酸素、窒素、アル
ゴンや、酸素＋不活性ガスの混合ガス等）、ガス流量、
ガス圧力、放電方法（周波数、出力等）、プラズマ処理
時間等を調整することにより形成することができるが、
特にプラズマ出力を比較的高く設定することで、圧電セ
ラミックスからなる板状体２の接着面２ａに付着するゴ
ミや水分等を除去することができるだけでなく、接着面
２ａを構成する圧電セラミックスの結晶表面に多数の微
小突起６をほぼ均等に分布させることができ、具体的に
は、酸素プラズマ洗浄の場合、ガス圧力：５Ｐａ〜１５
Ｐａ、周波数：１３．５６ＭＨｚ、出力：５００Ｗ〜２
ｋＷ、処理時間：１ｍｉｎ〜２０ｍｉｎの条件にて行う
ことにより、接着面２ａを構成する圧電セラミックスの
結晶表面に、大きさが０．１μｍ以下の微小突起６をほ
ぼ均等に分布させることができ、１０^-6〜１０^-5ｍｍ²
の測定領域に見られる結晶５の表面に存在する微小突起
６の占有面積率を５〜４０％とすることができる。

【００３９】次に、本発明に係る圧電セラミックスを用
いた貼付構造体の応用例であるインクジェット記録ヘッ
ドについて図５及び図６を用いて説明する。

【００４０】このインクジェット記録ヘッド１０は、絶
縁セラミック板２０上に、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺ
Ｔ系）、マグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ系）、ニッケ
ルニオブ酸鉛（ＰＮＮ系）、あるいはこれらを主成分と
する圧電セラミックスからなる複数の隔壁１２を並設し
てなり、各隔壁１２間をインクの流路１３とするととも
に、各流路１３の一端が閉じられた流路部材１１と、各
隔壁１２の頂面に熱硬化性接着剤にて接合され、各流路
１３と連通するインク供給孔１５を備えた天板１６と、
流路部材１１の開放端側に熱硬化性接着剤にて接合さ
れ、各流路１３と連通するインク吐出孔１７を備えたノ
ズル板１８と、上記各隔壁１２の側面及び流路１３の底
面に、その長手方向に沿って形成された、白金、金、パ
ラジウム、ロジウム、ニッケル、アルミニウム等の金
属、あるいは白金−金、パラジウム−銀、白金−パラジ
ウム等を主体とする合金からなる駆動用電極１４とから
なるもので、各隔壁１２は分極方向を矢印の方向に異な
らせた２つの圧電セラミックスからなる壁部材２１，２
２を熱硬化性接着剤により接合することにより形成して
ある。なお、１９は駆動用電極１４と駆動用回路（不図
示）とを接続するための流路部材１１に形成された配線
である。また、図示していないが、駆動用電極１４はイ
ンクに接触し腐食され易いため、駆動用電極１４をポリ
パラキシリレン等の樹脂膜や窒化珪素膜からなる保護膜
により被覆してある。

【００４１】そして、このヘッド１０を用いて記録媒体
（不図示）へ印刷するには、まず、インクを不図示のイ
ンクタンクからインク供給孔１５を介して各流路１３へ
導入するとともに、図６（ａ）に示すように、流路１３
ｂ内に形成された駆動用電極１４ｂに負の電圧を、両隣
の各流路１３ａ，１３ｃ内にそれぞれ形成された駆動用
電極１４ａ，１４ｃに各々正の電圧を印加すると、流路
１３ｂを仕切る隔壁１２ａ，１２ｂを形成する圧電セラ
ミックスが剪断モード変形を起こし、隔壁１２ａ，１２
ｂが流路１３ｂ側に略「く」字状に屈曲変位するため、
流路１３ｂ内のインクを加圧し、インク吐出孔１７より
インク滴を吐出させることができ、また、図６（ｂ）に
示すように、駆動用電極１４ｂと駆動用電極１４ａ，１
４ｃに印加する電圧の極性を反転させると、隔壁１２
ａ，１２ｂは各流路１３ａ，１３ｃ側にそれぞれ屈曲変
位するため、流路１３ｂ内が減圧され、インク供給孔１
５よりインクを供給することができ、これらの動作を繰
り返すことでインク滴を適宜吐出することができるよう
になっている。

【００４２】そして、上記流路部材１１は、絶縁セラミ
ック板２０と、予め分極処理した２枚の圧電セラミック
板をそれぞれ熱硬化性接着剤からなる接着層を介して貼
り付け、ダイヤモンドホイールを用いて圧電セラミック
板側に一端が閉じられ、深さが絶縁セラミック板２０の
表面にまで達する複数の溝を並設することにより製作す
るのであるが、絶縁セラミック板２０及び隔壁２１，２
２を形成する２枚の圧電セラミック板を貼りつけるにあ
たり、少なくとも圧電セラミック板の接着面を構成する
結晶の表面に複数の微小突起を設けるとともに、上記接
着面を部分的に拡大して測定した時に、１０^-6〜１０^-5
ｍｍ²の測定領域における微小突起の占有面積率を５〜
４０％としてある。

【００４３】その為、絶縁セラミック板２０と圧電セラ
ミック板との間、及び２枚の圧電セラミック板との間に
それぞれ塗布したペースト状の熱硬化性接着剤をそれぞ
れ加圧しながら加熱硬化させるにあたり、各接着剤を速
やかに各接着面間全体に行き渡らせることができるた
め、硬化後の接着層中に残存する気泡の量を低減するこ
とができ、接着強度を大幅に向上させることができる。

【００４４】その結果、この後に行うダイヤモンドホイ
ールを用いた溝加工において、例えば、溝幅７５μｍ、
溝高さ３００μｍ、溝ピッチ１４１μｍといった微小な
溝を形成しても、研削加工時に作用する応力によって隔
壁１２を形成する壁部材２１，２２間の接着層や隔壁１
２と絶縁セラミック板２０との間の接着層が剥離するこ
とを防止できるとともに、前述したように、隔壁１２を
屈曲変位させたとしてもその時に作用する応力によって
隔壁１２を形成する壁部材２１，２２間の接着層や隔壁
１２と絶縁セラミック板２０との間の接着層が剥離する
ことがない。特に、図５に示すインクジェット記録ヘッ
ド１０では、隔壁１２を、分極方向を異ならせた２つの
圧電セラミックスからなる壁部材２１，２２を接着する
ことにより形成してあることから、駆動用電極１４に通
電すれば、隔壁１２を構成する２つの壁部材２１，２２
をそれぞれ剪断モード変形させることができるため、隔
壁１２が圧電セラミックスにより一体的に形成されたも
のと比較して大きく変位させることができるため、大き
な加圧力が得られ、以てインク滴の吐出速度を高めるこ
とができる。

【００４５】また、圧電セラミックスからなる隔壁１２
の他の接着面をなす頂面や端面も、各接着面を構成する
結晶表面に複数の微小突起を設けるとともに、接着面を
部分的に拡大して測定した時に、１０^-6〜１０^-5ｍｍ²
の測定領域における微小突起の占有面積率を５〜４０％
とすることにより、隔壁１２の頂面と天板１６との間に
塗布したペースト状の熱硬化性接着剤、及び隔壁１２の
端面とノズル板１８との間に塗布したペースト状の熱硬
化性接着剤をそれぞれ加圧しながら加熱硬化させるにあ
たり、接着剤を速やかに接着面全体に行き渡らせること
ができるため、硬化した接着層中に残存する気泡の量を
低減でき、天板１６やノズル板１８の剥離を防止し、信
頼性の高いヘッド１０を提供することができる。

【００４６】以上、本発明の実施形態について説明した
が、本発明は、図１に示す貼付構造体１や図５に示すイ
ンクジェット記録ヘッド１０に限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば、改良や変
更できることはいう迄もない。

【００４７】

【実施例】（実施例１）ここで、圧電セラミックスから
なる板状体と他の板状体とを熱硬化性接着剤からなる接
着層を介して貼り付けた貼付構造体において、圧電セラ
ミックスからなる板状体の接着面を構成する結晶の表面
に微小突起を設けた本発明品と、微小突起を備えていな
い従来品を用意し、貼付構造体の接着層中に残存する気
泡の割合について調べる実験を行った。

【００４８】具体的には、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺ
Ｔ）を主成分とする圧電セラミックスからなり、その板
厚が０．７ｍｍの板状体を用意し、この板状体の上下面
に銀の電極膜をそれぞれ被着し、電極膜間に通電して板
厚方向に分極処理を施した後、上下の電極膜を取り除
き、粒径５μｍの炭化珪素砥粒を用いてラップ加工を行
うことにより、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１〜０．３
μｍ、平面度が５〜１０μｍの平滑な接着面を形成し、
この接着面をアセトンにて洗浄した。

【００４９】このうち、数個の板状体の接着面にはプラ
ズマ洗浄を施し、接着面を構成する結晶表面に複数の微
小突起を形成したものと、微小突起のないものを準備
し、結晶表面に微小突起を有するものにあってはその占
有面積率を異ならせた。

【００５０】なお、プラズマ洗浄の条件としては、プラ
ズマ化ガスとして酸素ガスを用い、ガス圧力を９０〜１
４０Ｎ・ｍ^-2とし、周波数１３．５６ＭＨｚ、２００Ｗ
〜６００Ｗの範囲で異ならせた印加電圧を約５分間通電
するようにした。

【００５１】次に、板状体の接着面にエポキシ系接着剤
（商品名；ＥＰＯＴＥＫ３５３−ＮＤ）を転写法にて塗
布し、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電セ
ラミックス、ジルコニアセラミックス、モリブデンから
なる他の板状体を貼り合わせ、真空チャンバー内にて、
８ＫＰａの減圧下で、加圧しながら１００〜１５０℃の
温度で熱処理することによって、エポキシ系接着剤を硬
化させ、試料としての貼付構造体を製作し、得られた各
貼付構造体の接着層中に残存する気泡が占める割合につ
いて測定した。

【００５２】なお、接着層中に残存する気泡が占める割
合は、１００ＭＨｚの超音波プローブを持つ超音波顕微
鏡（日立建機製ＨＳＡＭ）を用い、下側に位置する板状
体と接着層との界面に焦点を合わせて超音波を照射する
と、接着層中に気泡が有る時、反射波が減衰されるた
め、所定時間内における反射強度の大きさを濃淡で表示
し、画像解析装置にて測定領域内に存在する気泡（黒く
なった部分）が占める割合を占有面積率として求めた。

【００５３】また、他方の板状体の接着面はいずれも算
術平均粗さ（Ｒａ）で０．１〜０．３μｍ、平面度が５
〜１０μｍの平滑面とし、他方の板状体が圧電セラミッ
クスからなるものにあっては、接着面を構成する結晶の
表面には微小突起を形成していないものを用いた。

【００５４】それぞれの結果は表１に示す通りである。

【００５５】

【表１】

【００５６】この結果、表１より判るように、試料Ａ，
Ｂのように、圧電セラミックスからなる板状体の接着面
を構成する結晶表面に微小突起を持たない従来品は、接
着剤の加熱硬化時における広がりが悪く、硬化後の接着
層中に多くの気泡が残存していた。

【００５７】これに対し、試料Ｃ〜Ｔのように、圧電セ
ラミックスからなる板状体の接着面を構成する結晶表面
に複数の微小突起を設けた本発明品は、接着剤の加熱硬
化時における広がりを向上させることができ、硬化後の
接着層中に残存する気泡の占有面積率を大幅に低減する
ことができ、優れていた。

【００５８】特に、試料Ｃ〜Ｋ，Ｏ〜Ｑのように、微小
突起の平均粒径が０．１μｍ以下で、微小突起の占有面
積率が５〜４０％の範囲にあるものは、接着剤の加熱硬
化時における広がりが非常に良く、硬化後の接着層中に
残存する気泡の占有面積率を１％以下にまで低減するこ
とができ、その結果、接着強度を大幅に向上させること
ができた。（実施例２）次に、表１の試料Ａ、Ｂを用いて図７に示
す従来のインクジェット記録ヘッド４０を製作するとと
もに、表１の試料Ｆ、Ｋを用いて図４に示す本発明のイ
ンクジェット記録ヘッド１０を製作し、剥離の発生状況
とそれによるインク吐出性能について調べる実験を行っ
た。

【００５９】具体的には、各試料に用いた２枚の板状体
とアルミナセラミックスからなる絶縁セラミック板２０
とをそれぞれエポキシ接着剤を介して接着し、圧電セラ
ミック板側の表面に、粒径が５μｍのダイヤモンド砥粒
を固着したダイヤモンドホイールを用い、加工速度５ｍ
ｍ／ｓｅｃの条件にて３０００本の溝を研削加工するこ
とにより、各溝をインクの流路１３，３３とするととも
に、各溝を仕切る壁を隔壁１２，３２とした流路部材１
１，３１を作製した。なお、各流路１３，３３の深さは
３００μｍ、各流路１３，３３の幅は７５μｍ、ピッチ
は１４１μｍとなるようにした。

【００６０】そして、溝加工を施した後、隔壁１２，３
２を構成する壁部材２１，２２，４１，４２間の剥離の
有無、及び隔壁１２，３２とアルミナセラミックスから
なる絶縁セラミックスからなる絶縁セラミック板２０と
の間の剥離の有無をそれぞれ双眼顕微鏡にて観察し、隔
壁１２，３２の全本数に対する剥離が発生した隔壁１
２，３２の本数を隔壁剥離率として算出した。

【００６１】しかる後、各流路部材１１，３１の必要箇
所にマスキングを施したあと、隔壁１２，３２の側面及
び流路１３，３３の底面にその長手方向に沿って駆動用
電極１４，３４を形成するとともに、各駆動用電極１
４，３４と連通する配線１９，３９を流路１３，３３の
終端から流路部材１１，３１の後端まで形成した。な
お、駆動用電極１４，３４や配線１９，３９は、アルミ
ニウムをスパッタリング法にて被着することにより形成
した。

【００６２】その後、各隔壁１２，３２の頂面に、イン
クを導入するためのインク供給孔１５，３５を備えたア
ルミナセラミックスからなる天板１６，３６を、流路部
材１１，３１の開放端側に、インク吐出孔１７，３７を
備えたポリイミド樹脂からなるノズル板１８，３８をそ
れぞれ熱硬化性のエポキシ接着剤にて接着することによ
りインクジェット記録ヘッド１０，４０を作製した。

【００６３】そして、得られた各インクジェット記録ヘ
ッド１０，４０の駆動用電極１４，３４に３０Ｖの電圧
を印加して隔壁１２，３２を８ｋＨｚの周波数で変位さ
せることにより、１０億回のインク滴を吐出させる試験
を行った後、全インク吐出孔１７，３７の数に対するイ
ンク滴の吐出ができなくなったインク吐出孔１７，３７
の数をインク滴吐出不良率として算出した。それぞれの
結果は表２に示す通りである。

【００６４】

【表２】

【００６５】この結果、表２より判るように、試料Ｎｏ
１，２に示す従来のインクジェット記録ヘッド４０は、
隔壁３２を形成する各隔部材４１，４２の接着面を構成
する結晶表面に微小突起を備えていないために接着強度
が低く、壁部材４１，４２間、隔壁３２と絶縁セラミッ
ク板３０との間に多くの剥離が見られ、隔壁剥離率が
０．０１％を越えていた。その為、これらの試料１，２
は、１０億回のインク滴吐出後のインク滴吐出不良率が
０．００５％以上と悪く、インクジェット記録ヘッドの
長期信頼性が劣る結果となった。

【００６６】これに対し、試料Ｎｏ３，４に示す本発明
のインクジェット記録ヘッド１０は、隔壁１２を形成す
る各隔部材２１，２２の接着面を構成する結晶表面に多
数の微小突起を設けてあるために接着強度が高く、壁部
材２１，２２間、隔壁１２と絶縁セラミック板２０との
間には殆ど剥離が見られず、隔壁剥離率を０．０１％以
下に抑えることができ、長期信頼性に優れたインクジェ
ット記録ヘッド１０とできることが判る。

【００６７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、少なく
とも２つの部材を接着層を介して貼り付けてなり、少な
くとも一方の部材が圧電セラミックスからなる貼付構造
体において、上記圧電セラミックスからなる部材の接着
面を構成する結晶表面に複数の微小突起を設けたことか
ら、圧電セラミックスからなる一方の部材の接着面にお
けるペースト状の接着剤の広がりを良くし、接着剤硬化
後の接着層中に気泡が残存するのを低減し、接合強度を
向上させることができ、特に上記接着面上を顕微鏡にて
測定した時、１０^-6〜１０^-5ｍｍ²の測定領域におい
て、測定領域に見られる結晶表面上の微小突起が占める
占有面積率を５〜４０％とすることにより、接着層中に
残存する気泡量を大幅に低減し、より強固な接合強度を
得ることができる。

【００６８】また、本発明によれば、上記圧電セラミッ
クスを用いた貼付構造体を製造するにあたり、圧電セラ
ミックスからなる一方の部材の表面に研削加工及び／又
は研磨加工を施して接着面を形成した後、この接着面に
プラズマ洗浄又はオゾン洗浄を施して接着面を構成する
結晶表面に微小突起を形成するようにしたことから、微
小突起の形成を接着面に付着するゴミや水分等を除去す
るのと同時にかつ容易に行うことができ、このような接
着面と他方の部材の接着面との間に接着剤を介在させて
硬化させることにより、ペースト状の接着剤を滑らかに
広げることができ、各部材の接着面間における接合強度
を高めることができる。

【００６９】さらに、本発明は、駆動用電極を側面に備
えた圧電セラミックスからなる隔壁を複数個並設し、こ
れら各隔壁間をインクの流路とするとともに、上記流路
の上部、下部、端部を覆う部材のうち、少なくとも一つ
の部材と上記隔壁とを接着層を介して貼り付けてなるイ
ンクジェット記録ヘッドにおいて、上記圧電セラミック
スからなる隔壁の接着面を構成する結晶表面に複数の微
小突起を設けたことから、ヘッドの製作時や駆動中にお
いて圧電セラミックスからなる隔壁と他の部材とが剥離
することを防止することができるため、信頼性の高いヘ
ッドを提供することができる。

【００７０】また、上記隔壁を２つ以上の圧電セラミッ
クスからなる壁部材を接着層を介して貼り付けたもので
ある場合、互いに貼り付ける少なくとも一方の壁部材の
接着面を構成する結晶表面に複数の微小突起を設けたこ
とにより、隔壁が１つの圧電セラミックスにより形成さ
れたもの比較してインク滴の吐出速度を高めることがで
き、特に上記隔壁の接着面又は上記隔壁を構成する壁部
材の接着面を顕微鏡にて測定した時、１０^-6〜１０^-5ｍ
ｍ²の測定領域において、測定領域に見られる結晶表面
上の微小突起が占める占有面積率を５〜４０％とするこ
とにより、より一層信頼性の高いヘッドを提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る貼付構造体を示す一部を破断した
斜視図である。

【図２】本発明の接着面の状態を示すＳＥＭ写真であ
る。

【図３】従来の接着面の状態を示すＳＥＭ写真である。

【図４】液体と固体との関係を示す模式図である。

【図５】本発明に係る貼付構造体の応用例であるインク
ジェット記録ヘッドを示す一部を破断した斜視図であ
る。

【図６】（ａ）（ｂ）は図５に示すインクジェット記録
ヘッドの駆動原理を説明するための部分断面図である。

【図７】従来のインクジェット記録ヘッドを示す一部を
破断した斜視図である。

【符号の説明】

１：貼付構造体２：圧電セラミックスからなる板状体
２ａ：接着面３：他の板状体４：接着層１０，４０：インクジェット記録ヘッド１１，３１：
流路部材１２，３２：隔壁１３，３３：加圧室１４，３４：
駆動用電極１５，３５：インク供給孔１６，３６：天板１７，
３７：インク吐出孔１８，３８：ノズル板１９，３９：配線２０，３
０：絶縁セラミック板２１，２２，４１，４２：壁部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも２つの部材を接着層を介して貼
り付けてなり、少なくとも一方の部材が圧電セラミック
スからなる貼付構造体において、上記圧電セラミックス
からなる部材の接着面を構成する結晶表面に複数の微小
突起を有することを特徴とする圧電セラミックスを用い
た貼付構造体。
【請求項２】上記接着面における１０^-6〜１０^-5ｍｍ²
の測定領域において、該測定領域に見られる結晶表面上
の微小突起が占める占有面積率が５〜４０％の範囲にあ
ることを特徴とする請求項１に記載の圧電セラミックス
を用いた貼付構造体。
【請求項３】少なくとも２つの部材を接着層を介して貼
り付けてなり、少なくとも一方の部材が圧電セラミック
スからなる貼付構造体の製造方法において、上記圧電セ
ラミックスからなる一方の部材の表面に研削加工及び／
又は研磨加工を施して接着面を形成した後、該接着面に
プラズマ洗浄又はオゾン洗浄を施して上記接着面を構成
する結晶表面に微小突起を形成し、次いで、上記他方の
部材の接着面との間に接着剤を介在させて上記接着剤を
硬化させることにより圧電セラミックスからなる一方の
部材と他方の部材とを接着することを特徴とする圧電セ
ラミックスを用いた貼付構造体の製造方法。
【請求項４】駆動用電極を側面に備えた圧電セラミック
スからなる隔壁を複数個並設し、これら各隔壁間をイン
クの流路とするとともに、上記流路の上部、下部、端部
を覆う部材のうち、少なくとも一つの部材と上記隔壁と
を接着層を介して貼り付けてなるインクジェット記録ヘ
ッドにおいて、上記圧電セラミックスからなる隔壁の接
着面を構成する結晶表面に複数の微小突起を設けたこと
を特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項５】上記隔壁は、２つ以上の圧電セラミックス
からなる壁部材を接着層を介して貼り付けたものであっ
て、互いに貼り付ける少なくとも一方の壁部材の接着面
を構成する結晶表面に複数の微小突起を設けたことを特
徴とする請求項４に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項６】上記隔壁の接着面又は上記隔壁を構成する
壁部材の接着面における１０^-6〜１０^-5ｍｍ²の測定領
域において、該測定領域に見られる結晶表面上の微小突
起が占める占有面積率を５〜４０％としたことを特徴と
する請求項４又は請求項５のいずれかに記載のインクジ
ェット記録ヘッド。