【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧電駆動式インクジェットヘッドの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、ワードプロセッサ、コンピュータ等の記録用として、インクジェットプリンタが、高速印字・低騒音という特徴により、多く使われるようになってきている。
【０００３】
インクジェットプリンタに使用するインクジェットヘッドとしては、インク流路を区画する隔壁に電極を形成し、この電極に記録書き込み信号に応じたパルス電圧を印加することで、隔壁（ヘッド駆動部）を変形させてインク流路内のインクを加圧し、ノズルからインク液滴を記録媒体上に吐出させるオンデマンド型の圧電駆動式インクジェットヘッドがある。
【０００４】
圧電駆動式インクジェットヘッドにおいては、駆動用の電極がインク流路内に設けられる構造が一般的であり、水性インクを使用する場合には、インク中の腐食性成分から電極を保護するために、電極に絶縁被膜を施す必要がある。絶縁被膜の被膜材料としては、例えばＳｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２等の無機材料や、ポリパラキシリレン、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂等の有機材料が検討されてきた。
【０００５】
一方、圧電駆動式インクジェットヘッドの製造方法において、電極の絶縁被膜の形成プロセスについても多くの提案がなされているが、それらは以下の二つに大別される。
【０００６】
（１）インク流路の一部などが形成された基板上の電極を絶縁膜で被覆した後、カバープレートと張り合わせる方法。
【０００７】
（２）前記基板とバープレートとを貼り合わせた後に、絶縁被膜を形成する方法。
【０００８】
（１）の方法として、スピンコート法、ディッピング法、スプレーコート法等が挙げられ、特にスピンコート法は、製造コストが低く、生産性が高いため、種々の検討がなされてきた（例えば、特許文献１参照。）。
【０００９】
こうした方法では、インク流路を形成する溝のような微細な三次元形状にも膜形成が容易であるが、本来、絶縁被膜を必要としない箇所である、基板とカバープレートとの接合部等にも絶縁性樹脂膜が形成されてしまう。このため、接合面の接着強度の低下や、表面凹凸による接着不良が発生する場合がある。また、接合後の基板切断等により被膜の剥離・損傷や、切断バリが発生するという問題もある。
【００１０】
一方、（２）の方法では、例えば、溶液塗布型の絶縁材料の場合、ヘッド組み上げ後のインクチャンネルのような微細な３次元形状において、チャンネルコーナー部に溶液が溜まりやすく、逆にエッジ部は薄くなりやすくなるので、均一な塗布が困難である。また、ポリパラキシリレンやＳｉ３Ｎ４のような蒸着成膜方式の絶縁材料の場合、部材の形状に関係なく、比較的均一な膜の形成が可能であるが、高価な真空装置や特殊な蒸着装置が必要であり、また、膜の材料が非常に限定され、所望の特性が得られないことが多い。
【００１１】
【特許文献１】
特開平５−２８４７０４号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の電極絶縁膜の形成方法は、いずれも何らかの問題がある。
【００１３】
本発明はそのような実情に鑑みてなされたもので、圧電性セラミックス基板の溝内（インク流路内）に設けられた電極膜を保護する絶縁性樹脂膜を、溝内面に均一に形成することが可能なインクジェットヘッドの製造方法の提供を目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、インク流路の一部を形成する溝が形成されているとともに、前記溝内面に形成された電極膜及びその電極膜への電圧印加にて駆動されるヘッド駆動部を有する圧電性セラミックス基板と、前記圧電性セラミックス基板への装着により前記溝を閉鎖してインク流路を形成するカバープレートと、インク流路に対応する位置にノズル孔が形成されたノズルプレートを備えたインクジェットヘッドの製造方法であって、回転体（例えば水平回転板）に、前記溝が形成された圧電性セラミックス基板を、その溝形成面が回転体の回転中心に向くように取り付ける工程と、前記圧電性セラミックス基板の溝形成面に絶縁性樹脂溶液を塗布する工程と、前記回転体を回転させ、この回転により発生する遠心力によって、前記溝内の電極膜を絶縁性樹脂溶液にて被覆する工程と、その被覆した絶縁性樹脂溶液の樹脂が乾燥・硬化した後に、前記圧電性セラミックス基板とカバープレートとを接着する工程を含むことを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、圧電性セラミックス基板にインク流路の一部を形成する溝を設け、この溝の内面に電極膜を形成し、次いで電極膜を絶縁性樹脂膜で被覆した後、圧電性セラミックス基板にカバープレートを装着してインクジェットヘッドを組み上げる製造プロセスにおいて、電極膜を被覆する絶縁性樹脂膜の形成を、遠心力を利用して行っているので、圧電性セラミックス基板の溝内部にまで絶縁性樹脂溶液を回り込ませることができ、電極膜を被覆する絶縁性樹脂膜を溝内面に均一に形成することができる。
【００１６】
本発明の製造方法において、前記遠心力による絶縁性樹脂溶液の被覆を行った後に、回転体（例えば水平回転板）に前記圧電性セラミックス基板を、その溝形成面の裏面側が回転体の回転中心に向くように取り付けた状態で、回転体を回転させ、この回転により発生する遠心力によって、余剰な絶縁性樹脂溶液を除去するようにしてもよい。また、前記遠心力による絶縁性樹脂溶液の被覆を行った後に、水平回転板上に前記圧電性セラミックス基板を、前記溝の長手方向が水平回転板の回転の半径方向に沿うように載置した状態で、水平回転板を回転させ、この回転により発生する遠心力によって、余剰な絶縁性樹脂溶液を除去するようにしてもよい。このように、余分な絶縁性樹脂溶液を遠心力で除去することで、電極膜を被覆する絶縁性樹脂膜の均一性を更に高めることができる。
【００１７】
本発明の製造方法において、電極膜の被覆に用いる絶縁性樹脂溶液は、粘度が常温において１００〜１０００ｍＰａ・ｓであることが好ましい。また、圧電性セラミックス基板の回転体への設置位置が回転中心から１００〜５００ｍｍの位置であり、さらに、回転体の回転数が１０００〜１００００ｒｐｍであることが好ましい。このような範囲で処理を行うと、溝内の電極膜を被覆する絶縁性樹脂膜をより均一に形成することができる。
【００１８】
本発明の製造方法において、圧電性セラミックス基板へのカバープレートの装着により形成されるインク流路を、蒸着絶縁膜にて被覆することが好ましい。このように圧電性セラミックス基板とカバープレートの接合面を蒸着絶縁膜にて被覆することで、電極膜をより確実に絶縁できる。
【００１９】
蒸着絶縁膜としては、ポリパラキシリレン類からなる膜が好ましい。ポリパラキシリレン類は、膜の均一性に優れている上、成膜プロセスが常温であり、しかも成膜装置が簡単であるという利点がある。
【００２０】
本発明の製造方法は、圧電性セラミックス基板が分極済み圧電体からなり、ヘッド駆動部の剪断変形によりインクを吐出する剪断変形型のインクジェットヘッドを製造するのに適している。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１及び図２はそれぞれ本発明の製造方法を適用するインクジェットヘッドの要部構造を模式的に示す断面図及び斜視図である。
【００２３】
この例のインクジェットヘッドは、ＰＺＴ基板１、カバープレート８及びノズルプレート９を備えている。
【００２４】
ＰＺＴ基板１には、インク流路７の一部を形成する複数の溝（チャンネル溝）２・・２が設けられており、その各溝２間に隔壁４が形成されている。隔壁４は高さ方向において分極されている。ＰＺＴ基板１の各溝２内面（隔壁４の側面）には電極膜３が形成されており、この電極膜３を形成した部分の隔壁４がヘッド駆動部となっている。電極膜３は絶縁性樹脂膜５で被覆されている。
【００２５】
カバープレート８は、溝２・・２の上部開口を閉鎖してインク流路７を形成するもので、ＰＺＴ基板１の上部に接着剤１１にて接着されている。インク流路７の内面には蒸着絶縁膜６が形成されている。また、インク流路７には、図示しないインク導入路を通じて水性インクが供給される。
【００２６】
ノズルプレート９は、ＰＺＴ基板１及びカバープレート８の前面側に取り付けられている。ノズルプレート９には、インク流路７に対応する位置にノズル孔１０が設けられている。
【００２７】
以上の構造のインクジェットヘッドにおいて、電極膜３に、信号線（図示せず）を介して記録書き込み信号に応じたパルス電圧が印加され、このパルス電圧の印加により、隔壁４（ヘッド駆動部）が変形してインク流路７内のインクが加圧され、ノズルプレート９のノズル孔１０からインク液滴が吐出することにより、記録媒体上に画像を形成することができる。
【００２８】
次に、以上の構造のインクジェットヘッドの製造方法を図１〜図５を参照しながら各工程ごとに説明する。
【００２９】
［溝形成工程］
予め分極済みであるＰＺＴ圧電板からなるＰＺＴ基板１を、ダイヤモンドブレードカッターにて切削加工して、インク流路７の一部を形成する複数の溝２・・２を形成する。溝２の代表的な寸法は、幅８０μｍ、深さ３００μｍ、長さ３ｍｍであり、溝２の間隔は９０μｍである。
【００３０】
［電極膜の形成工程］
ＰＺＴ基板１の溝２内面を覆うように、金属導電材からなる電極膜３を形成する。このような電極膜３を形成した後、ＰＺＴ基板１の上面を研磨・除去することにより、溝２内部に電極膜３を残す。
【００３１】
なお、電極膜３の金属導電材としては、Ｃｕ、Ａｕ等が使用される。また、電極膜３の形成方法としては、スパッタリング法、イオンプレーティング法またはＥＢ蒸着法等が挙げられるが、成膜の均一性と生産性に優れるスパッタリング法を用いることが好ましい。
【００３２】
［絶縁性樹脂膜の被覆工程］
まず、絶縁性樹脂膜の被覆に用いる遠心力塗布装置を、図３を参照しながら説明する。
【００３３】
図３の遠心力塗布装置は周知のスピナーであり、回転モーター２１と、水平回転板２３と、回転モーター２１の回転力を水平回転板１３に伝達する連結棒２２と、絶縁性樹脂溶液を吐出するディスペンサー２５などを備えている。回転板１３の周縁部には、ＰＺＴ基板１を垂直に保持するための保持治具２４が回転対称となる位置（４箇所）に設けられている。
【００３４】
そして、本実施形態では、図３の遠心力塗布装置を使用して、以下の手順にて絶縁性樹脂膜の被覆を行う。
【００３５】
（１）まずは、前記電極膜３を形成した後のＰＺＴ基板１を、水平回転板２３の保持治具２４に、溝形成面１Ａを水平回転板２３の回転中心に向けた状態で、かつ溝２の長手方向が水平方向に沿うように設置する。なお、ＰＺＴ基板１は、溝２の長手方向が鉛直方向に沿うように設置してもよい。
【００３６】
（２）ディスペンサー２５により、各ＰＺＴ基板１の溝形成面１Ａに所定量の絶縁性樹脂溶液を塗布する。絶縁性樹脂は、所望の物性、電気特性、価格等により適宜に選択するが、シリコーン、エポキシ、ポリアミド、ポリアミドイミド等を用いることが好ましい。より具体的には、エポテック３７７（エポキシ、エポキシテクノロジー製）、ハイマルＨＬ−１２００（ポリアミド、日立化成製）等が挙げられる。絶縁性樹脂溶液の塗布は、ディスペンサー２５に替えてスプレー等を用いてもよい。
【００３７】
絶縁性樹脂溶液の粘度は、常温において１００〜１０００ｍＰａ・ｓであることが好ましい。粘度が１００ｍＰａ・ｓよりも小さい場合には、溶液の流動性が高すぎるために、溝２内部に十分な量の溶液が留まらずに流れ出てしまい、十分な膜厚を確保できなくなる。また、粘度が１０００ｍＰａ・ｓよりも大きい場合には、強い遠心力をかけても溝２内部に溶液が入り難くて膜形成が困難となる。なお、絶縁性樹脂溶液の粘度は、溶液中の固形分濃度、ポリマーの分子構造や分子量・溶媒の粘度等によって決定される。
【００３８】
（３）水平回転板２３を回転させ、この回転にて発生する遠心力により、ＰＺＴ基板１の溝２内に絶縁性樹脂溶液を均一に塗布する。ここで、ＰＺＴ基板１の設置位置は、水平回転板１の回転中心からの距離が１００〜５００ｍｍであり、回転数は１０００〜１００００ｒｐｍとする。
【００３９】
ＰＺＴ基板１の回転中心に対する距離や水平回転板２３の回転数が小さすぎる場合には、十分な遠心力が得られず、溝２内部に十分な量の絶縁性樹脂溶液を送り込むことができない。逆に、前記した距離や回転数が大きすぎる場合には、ＰＺＴ基板１や保持治具２４への負荷が大きくなってしまい、破損・損傷・劣化の原因となる。
【００４０】
ここで、絶縁性樹脂膜５のより具体的な数値な例を挙げると、ＰＺＴ基板１に前記した寸法の溝２を加工し、その溝２内面に１μｍ厚のＣｕ製の電極膜３を形成した場合、ハイマルＨＬ−１２００を、水平回転板２３の回転中心からの距離２００ｍｍ、回転数１０００ｒｐｍで塗布することにより、溝２内に厚さ１．５〜２．１μｍの絶縁性樹脂膜５を形成することができる。
【００４１】
なお、以上のような遠心力により樹脂を塗布する方法においては、溝２底部の膜厚がＰＺＴ基板１の他の部分に比べて厚くなりやすいという問題がある。また、絶縁性樹脂溶液の塗布量が多い場合や、溝２が深く、アスペクト比が大きい場合に、液溜まりが生じやすいという問題があり、余剰な絶縁性樹脂溶液を除去する必要がある。
【００４２】
そこで、本発明においては、図４に示すように、前記遠心力による樹脂の塗布処理を行った後、水平回転板２３の保持治具２４にＰＺＴ基板１を、溝形成面１Ａが水平回転板２３の遠心力が作用する向きに向くような状態、すなわち先の処理とは逆向きで、溝形成面１Ａの裏面側１Ｂが水平回転板２３の回転中心に向くような状態で設置する。次に、先の処理と同様に水平回転板２３を回転させ、この回転にて発生する遠心力により、溝２底部に溜まった絶縁性樹脂溶液を溝２上部まで引き伸ばすとともに、溝２の上部や接合面の余剰な絶縁性樹脂溶液を吹き飛ばして除去する。このような処理により、更に膜厚均一性に優れた絶縁性樹脂膜（湿潤被膜）が形成される。
【００４３】
この処理において、ＰＺＴ基板１の設置位置は、水平回転板２３の回転中心からの距離が１００〜５００ｍｍであり、回転数は１０００〜１００００ｒｐｍであることが好ましいが、一般には先の溶液塗布工程よりも弱い遠心力で十分な効果が得られる。
【００４４】
なお、以上の除去処理において、図３のスピナーにおいて、保持治具の向きのみを変更した装置を使用してもよいし、別の装置にＰＺＴ基板１を設置して処理を行なってもよい。
【００４５】
また、図５に示すように、水平回転板３３の上面３３ＡにＰＺＴ基板１を、溝形成面１Ａを上に向けた状態で、かつ溝２の長手方向が回転の半径方向（ラジアル方向）に沿うように載置した状態で、水平回転板２３を回転させ、この回転にて発生する遠心力により、溝２底部に溜まった絶縁性樹脂溶液を溝２上部まで引き伸ばすとともに、溝２の上部や接合面の余剰な絶縁性樹脂溶液を吹き飛ばして除去するようにしてもよい。この場合にも、十分な効果が得られるように回転数等は適宜決定すればよい。
【００４６】
そして、以上の絶縁性樹脂膜５を形成した後のＰＺＴ基板１を、オーブンにて加熱することにより、絶縁性樹脂膜（湿潤被膜）５を乾燥・硬化被膜化する。
【００４７】
［カバープレートの取付工程］
以上の絶縁性樹脂膜５の被覆処理が完了した後、ＰＺＴ基板１にカバープレート８を接着する。具体的には、カバープレート８の裏面に接着剤１１を塗布した上で、ＰＺＴ基板１上に圧接して両者を一体化することにより、内部に複数のインク流路７を有するインクジェットヘッドとして組み上げる。なお、接着剤１１の具体例としては、エイブルスティック３４２−３７（エイブルボンド製 エポキシ系接着剤）等が挙げられる。
【００４８】
［蒸着絶縁膜の形成］
まず、前記したＰＺＴ基板１とカバープレート８との接着により形成されたインク流路７を、蒸着絶縁膜６により被覆することが好ましい。これは、ＰＺＴ基板１とカバープレート８との接合に使用される接着剤１１が、必ずしもインク耐性が十分ではないためであり、従って、この工程での処理は、ＰＺＴ基板１とカバープレート８との接合面を絶縁膜により被覆する目的で実施される。
【００４９】
インクジェットヘッドのチャンネル溝のような微細な三次元形状に成膜するには蒸着法が有効であり、本実施形態では、蒸着法に使用する材料として、均一性に優れ、成膜時に加熱を必要としないポリパラキシリレンを用いる。
【００５０】
ポリパラキシリレンの具体的な例としては、下記の構造式［Ｉ］（パリレンＣ：商標）、及び、構造式［ＩＩ］（パリレンＮ：商標）で示されるものを挙げることができる。
【００５１】
【化１】
ポリパラキシリレン膜の成膜は、原料のパラキシリレン二量体を気化・熱分解させ、発生した安定なパラキシリレンジラジカルが圧電体（ＰＺＴ等）基板上において吸着・重合の同時反応をするという製法にて行う。
【００５２】
ポリパラキシリレン膜つまり蒸着絶縁膜６の膜厚は１〜５μｍであることが好ましく、成膜条件や原料の投入量の調整により制御可能である。蒸着絶縁膜６の膜厚が１μｍ未満であると、電極膜３や絶縁性樹脂膜５による凹凸を完全に被覆することができず、５μｍを超えると、膜自体の剛性により隔壁４（ヘッド駆動部）の変形が抑制されてしまい、インク吐出に支障をきたす。
【００５３】
［ノズルプレートの取付］
以上の電着絶縁膜５と蒸着絶縁膜６を形成したＰＺＴ基板１（カバープレート８貼着済）の前面に、図２に示すように、ノズル孔１０を有するノズルプレート９を貼り付けてインクジェットヘッドとして完成させる。
【００５４】
ノズルプレート９の材質としては、ポリイミドシート等が挙げられる。また、ノズル孔１０は、エキシマレーザー、ＹＡＧレーザー等により加工され、その直径は１０〜３０μｍ程度である。さらに、ノズルプレート９の貼り付け処理は、ノズルプレート９にエポキシ系接着剤等を塗布した後、ノズルプレート９のノズル孔１０を、ＰＺＴ基板１側のインク流路７に位置合わせした状態で、ノズルプレート９をＰＺＴ基板１及びカバープレート８の前面に圧接する、という要領で行う。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、圧電性セラミックス基板の溝内に設けた電極膜を被覆するにあたり、水平回転板等の回転体に圧電性セラミックス基板を、その溝形成面が回転体の回転中心に向くように取り付けた状態で、圧電性セラミックス基板の溝形成面に絶縁性樹脂溶液を塗布し、次に回転体を回転させ、この回転により発生する遠心力によって、圧電性セラミックス基板の溝内部まで絶縁性樹脂溶液を回り込ませて電極膜を被覆するようにしているので、均一性に優れた絶縁膜を形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法を適用するインクジェットヘッドの要部構造を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の製造方法を適用するインクジェットヘッドの要部構造を模式的に示す斜視図である。
【図３】本発明の製造方法の実施形態で用いる遠心力塗布装置の構成を模式的に示す斜視図である。
【図４】本発明の製造方法の実施形態で用いる遠心力除去装置の構成を模式的に示す斜視図である。
【図５】本発明の製造方法の実施形態で用いる他の遠心力除去装置の構成を模式的に示す斜視図である。
【符号の説明】
１ ＰＺＴ基板（圧電性セラミックス基板）
１Ａ 溝形成面
１Ｂ 溝形成面の裏面側
２ 溝（チャンネル溝）
３ 電極膜
４ 隔壁（ヘッド駆動部）
５ 絶縁性樹脂膜
６ 蒸着絶縁膜（ポリパラキシリレン）
７ インク流路
８ カバープレート
９ ノズルプレート
１０ ノズル孔
１１ 接着剤
２１ 回転モーター
２２ 連結棒
２３ 水平回転板
２４ 基板保持治具
２５ ディスペンサー
３３ 水平回転板
３３Ａ 水平回転板の上面[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a piezoelectric drive type ink jet head.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, ink jet printers have been widely used for recording in word processors, computers, and the like due to their features of high-speed printing and low noise.
[0003]
As an ink jet head used in an ink jet printer, an electrode is formed on a partition that divides an ink flow path, and a pulse voltage according to a recording / writing signal is applied to this electrode to deform the partition (head driving unit). There is an on-demand type piezoelectric drive type ink jet head which pressurizes ink in an ink flow path and discharges ink droplets from a nozzle onto a recording medium.
[0004]
In a piezoelectric drive type ink jet head, a structure in which a drive electrode is provided in an ink flow path is generally used.When using an aqueous ink, in order to protect the electrode from corrosive components in the ink, It is necessary to apply an insulating coating to the electrodes. As the coating material of the insulating coating, for example, inorganic materials such as Si 3 N 4 and SiO 2 and organic materials such as polyparaxylylene, polyimide resin, and acrylic resin have been studied.
[0005]
On the other hand, in a method of manufacturing a piezoelectric drive type ink jet head, many proposals have been made on a process of forming an insulating film of an electrode, but these are roughly classified into the following two.
[0006]
(1) A method in which an electrode on a substrate on which a part of an ink flow path is formed is covered with an insulating film and then bonded to a cover plate.
[0007]
(2) A method of forming an insulating film after bonding the substrate and the bar plate.
[0008]
Examples of the method (1) include a spin coating method, a dipping method, and a spray coating method. In particular, the spin coating method has been studied variously because the production cost is low and the productivity is high. Reference 1).
[0009]
According to such a method, it is easy to form a film even in a fine three-dimensional shape such as a groove that forms an ink flow path, but it is originally a portion that does not require an insulating film, such as a joint portion between a substrate and a cover plate. Also, an insulating resin film is formed. For this reason, there is a case where the bonding strength of the bonding surface is reduced or the bonding failure due to the surface unevenness occurs. In addition, there is also a problem that peeling and damage of the coating and cutting burrs are generated by cutting the substrate after the bonding.
[0010]
On the other hand, in the method (2), for example, in the case of a solution coating type insulating material, in a fine three-dimensional shape such as an ink channel after assembling the head, the solution easily accumulates at the channel corners, and conversely, the edge portions Since it becomes thin easily, uniform application is difficult. In the case of an insulating material of a vapor deposition method such as polyparaxylylene or Si 3 N 4 , a relatively uniform film can be formed irrespective of the shape of the member. In addition, a special vapor deposition device is required, and the material of the film is very limited, so that desired characteristics cannot be obtained in many cases.
[0011]
[Patent Document 1]
JP-A-5-284704
[Problems to be solved by the invention]
As described above, any of the conventional methods for forming an electrode insulating film has some problems.
[0013]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an insulating resin film for protecting an electrode film provided in a groove (in an ink flow path) of a piezoelectric ceramic substrate is uniformly formed on the inner surface of the groove. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing an ink jet head capable of performing the above.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, there is provided a piezoelectric device having a groove which forms a part of an ink flow path, an electrode film formed on an inner surface of the groove, and a head drive unit driven by applying a voltage to the electrode film. An inkjet head including a ceramic substrate, a cover plate for forming an ink flow path by closing the groove by being mounted on the piezoelectric ceramic substrate, and a nozzle plate having a nozzle hole formed at a position corresponding to the ink flow path Mounting the piezoelectric ceramic substrate having the grooves formed thereon on a rotating body (for example, a horizontal rotating plate) such that the groove forming surface faces the rotation center of the rotating body; A step of applying an insulating resin solution to the groove forming surface of the ceramic substrate, and rotating the rotating body, and centrifugal force generated by the rotation insulates the electrode film in the groove. A step of coating a resin solution, after the resin in the coated insulating resin solution is dried and cured, characterized in that it comprises a step of bonding said piezoelectric ceramic substrate and the cover plate.
[0015]
According to the present invention, a groove that forms a part of an ink flow path is provided in a piezoelectric ceramic substrate, an electrode film is formed on an inner surface of the groove, and then the electrode film is coated with an insulating resin film. In the manufacturing process of assembling the inkjet head by attaching the cover plate to the ceramic substrate, the insulating resin film that covers the electrode film is formed using centrifugal force. The insulating resin solution can flow around, and the insulating resin film covering the electrode film can be formed uniformly on the inner surface of the groove.
[0016]
In the manufacturing method of the present invention, after coating the insulating resin solution by the centrifugal force, the piezoelectric ceramic substrate is placed on a rotating body (for example, a horizontal rotating plate), and the back surface side of the groove forming surface is the rotation center of the rotating body. Alternatively, the rotating body may be rotated in a state where it is oriented so as to face, and the surplus insulating resin solution may be removed by centrifugal force generated by this rotation. After coating the insulating resin solution by the centrifugal force, the piezoelectric ceramic substrate was placed on a horizontal rotating plate such that the longitudinal direction of the groove was along the radial direction of the rotation of the horizontal rotating plate. In this state, the horizontal rotating plate may be rotated, and the surplus insulating resin solution may be removed by centrifugal force generated by the rotation. As described above, by removing the excess insulating resin solution by centrifugal force, the uniformity of the insulating resin film covering the electrode film can be further improved.
[0017]
In the production method of the present invention, the insulating resin solution used for coating the electrode film preferably has a viscosity of 100 to 1000 mPa · s at room temperature. Further, it is preferable that the piezoelectric ceramic substrate is installed on the rotating body at a position of 100 to 500 mm from the center of rotation, and that the rotating speed of the rotating body is 1,000 to 10,000 rpm. By performing the treatment in such a range, the insulating resin film covering the electrode film in the groove can be formed more uniformly.
[0018]
In the manufacturing method of the present invention, it is preferable that the ink flow path formed by attaching the cover plate to the piezoelectric ceramic substrate is covered with a vapor-deposited insulating film. By covering the bonding surface between the piezoelectric ceramic substrate and the cover plate with the deposited insulating film in this manner, the electrode film can be more reliably insulated.
[0019]
As the deposition insulating film, a film made of polyparaxylylenes is preferable. Polyparaxylylenes have the advantages of excellent film uniformity, a film forming process at room temperature, and a simple film forming apparatus.
[0020]
The manufacturing method of the present invention is suitable for manufacturing a shear deformation type ink jet head in which a piezoelectric ceramic substrate is made of a polarized piezoelectric material and discharges ink by shear deformation of a head driving unit.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0022]
1 and 2 are a cross-sectional view and a perspective view, respectively, schematically showing the main structure of an inkjet head to which the manufacturing method of the present invention is applied.
[0023]
The inkjet head of this example includes a PZT substrate 1, a cover plate 8, and a nozzle plate 9.
[0024]
The PZT substrate 1 is provided with a plurality of grooves (channel grooves) 2 forming a part of an ink flow path 7, and a partition 4 is formed between the grooves 2. The partition 4 is polarized in the height direction. An electrode film 3 is formed on the inner surface of each groove 2 (side surface of the partition wall 4) of the PZT substrate 1, and the partition wall 4 where the electrode film 3 is formed serves as a head driving unit. The electrode film 3 is covered with an insulating resin film 5.
[0025]
The cover plate 8 forms the ink flow path 7 by closing the upper openings of the grooves 2... And is adhered to the upper part of the PZT substrate 1 with an adhesive 11. An evaporation insulating film 6 is formed on the inner surface of the ink flow path 7. Aqueous ink is supplied to the ink flow path 7 through an ink introduction path (not shown).
[0026]
The nozzle plate 9 is mounted on the front side of the PZT substrate 1 and the cover plate 8. The nozzle plate 9 is provided with a nozzle hole 10 at a position corresponding to the ink flow path 7.
[0027]
In the inkjet head having the above structure, a pulse voltage corresponding to a recording / writing signal is applied to the electrode film 3 via a signal line (not shown), and the partition wall 4 (head driving unit) is applied by applying the pulse voltage. The ink in the ink flow path 7 is deformed and pressurized, and an ink droplet is ejected from the nozzle hole 10 of the nozzle plate 9, whereby an image can be formed on the recording medium.
[0028]
Next, a method of manufacturing the ink jet head having the above structure will be described for each step with reference to FIGS.
[0029]
[Groove forming step]
A plurality of grooves 2 forming a part of the ink flow path 7 are formed by cutting a PZT substrate 1 made of a PZT piezoelectric plate which has been polarized in advance by a diamond blade cutter. Typical dimensions of the groove 2 are 80 μm in width, 300 μm in depth, and 3 mm in length, and the interval between the grooves 2 is 90 μm.
[0030]
[Step of forming electrode film]
An electrode film 3 made of a metal conductive material is formed so as to cover the inner surface of the groove 2 of the PZT substrate 1. After forming such an electrode film 3, the upper surface of the PZT substrate 1 is polished and removed to leave the electrode film 3 inside the groove 2.
[0031]
Note that Cu, Au, or the like is used as the metal conductive material of the electrode film 3. Examples of the method for forming the electrode film 3 include a sputtering method, an ion plating method, and an EB vapor deposition method. However, it is preferable to use a sputtering method which is excellent in uniformity of film formation and productivity.
[0032]
[Coating process of insulating resin film]
First, a centrifugal force application device used for coating the insulating resin film will be described with reference to FIG.
[0033]
The centrifugal application device shown in FIG. 3 is a well-known spinner, and includes a rotating motor 21, a horizontal rotating plate 23, a connecting rod 22 for transmitting the rotating force of the rotating motor 21 to the horizontal rotating plate 13, and an insulating resin solution. The dispenser 25 is provided. A holding jig 24 for vertically holding the PZT substrate 1 is provided on the periphery of the rotating plate 13 at four rotationally symmetric positions (four places).
[0034]
Then, in this embodiment, the insulating resin film is coated by the following procedure using the centrifugal force application device of FIG.
[0035]
(1) First, the PZT substrate 1 on which the electrode film 3 has been formed is placed on a holding jig 24 of a horizontal rotating plate 23 with the groove forming surface 1A facing the center of rotation of the horizontal rotating plate 23, and 2 is installed so that the longitudinal direction is along the horizontal direction. In addition, the PZT substrate 1 may be installed so that the longitudinal direction of the groove 2 is along the vertical direction.
[0036]
(2) A predetermined amount of an insulating resin solution is applied to the groove forming surface 1A of each PZT substrate 1 by the dispenser 25. The insulating resin is appropriately selected depending on desired physical properties, electrical characteristics, price, and the like, but it is preferable to use silicone, epoxy, polyamide, polyamideimide, or the like. More specifically, Epotech 377 (Epoxy, manufactured by Epoxy Technology), Hymar HL-1200 (polyamide, manufactured by Hitachi Chemical) and the like can be mentioned. The application of the insulating resin solution may use a spray or the like instead of the dispenser 25.
[0037]
The viscosity of the insulating resin solution is preferably 100 to 1000 mPa · s at room temperature. If the viscosity is less than 100 mPa · s, the fluidity of the solution is too high, so that a sufficient amount of the solution does not stay in the groove 2 and flows out, and a sufficient film thickness cannot be secured. If the viscosity is more than 1000 mPa · s, it is difficult for the solution to enter the groove 2 even when a strong centrifugal force is applied, and it becomes difficult to form a film. The viscosity of the insulating resin solution is determined by the solid concentration in the solution, the molecular structure of the polymer, the molecular weight, the viscosity of the solvent, and the like.
[0038]
(3) The horizontal rotating plate 23 is rotated, and the insulating resin solution is uniformly applied in the groove 2 of the PZT substrate 1 by the centrifugal force generated by the rotation. Here, the installation position of the PZT substrate 1 is 100 to 500 mm from the center of rotation of the horizontal rotating plate 1 and the rotation speed is 1000 to 10000 rpm.
[0039]
If the distance from the rotation center of the PZT substrate 1 or the number of rotations of the horizontal rotating plate 23 is too small, sufficient centrifugal force cannot be obtained, and a sufficient amount of the insulating resin solution cannot be fed into the groove 2. Conversely, if the distance and the number of rotations are too large, the load on the PZT substrate 1 and the holding jig 24 will increase, causing breakage, damage, and deterioration.
[0040]
Here, as a more specific numerical example of the insulating resin film 5, a groove 2 having the above-described dimensions is formed in the PZT substrate 1, and a 1 μm-thick Cu electrode film 3 is formed on the inner surface of the groove 2. In this case, the insulating resin film 5 having a thickness of 1.5 to 2.1 μm is formed in the groove 2 by applying Himal HL-1200 at a distance of 200 mm from the rotation center of the horizontal rotating plate 23 and at a rotation speed of 1000 rpm. Can be formed.
[0041]
In the method of applying the resin by the centrifugal force as described above, there is a problem that the thickness of the bottom of the groove 2 tends to be thicker than other portions of the PZT substrate 1. In addition, when the amount of the insulating resin solution applied is large, or when the groove 2 is deep and the aspect ratio is large, there is a problem that a liquid pool is likely to occur, and it is necessary to remove excess insulating resin solution.
[0042]
Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 4, after the resin coating process is performed by the centrifugal force, the PZT substrate 1 is placed on the holding jig 24 of the horizontal rotating plate 23, and the groove forming surface 1A is 23 is installed in a state where it faces the direction in which the centrifugal force acts, that is, in a direction opposite to the previous processing, and the back side 1B of the groove forming surface 1A faces the rotation center of the horizontal rotating plate 23. Next, as in the previous process, the horizontal rotating plate 23 is rotated, and the centrifugal force generated by this rotation causes the insulating resin solution accumulated at the bottom of the groove 2 to be stretched to the upper part of the groove 2, and at the same time, Excessive insulating resin solution on the joint surface is blown off and removed. By such a process, an insulating resin film (wet film) having even more uniform film thickness is formed.
[0043]
In this process, the PZT substrate 1 is installed at a distance of 100 to 500 mm from the center of rotation of the horizontal rotating plate 23 and preferably at a rotation speed of 1000 to 10000 rpm. Even with a weak centrifugal force, a sufficient effect can be obtained.
[0044]
In the above removal process, a device in which only the orientation of the holding jig is changed in the spinner of FIG. 3 may be used, or the process may be performed by installing the PZT substrate 1 in another device.
[0045]
As shown in FIG. 5, the PZT substrate 1 is placed on the upper surface 33A of the horizontal rotating plate 33 with the groove forming surface 1A facing upward, and the longitudinal direction of the groove 2 is set in the radial direction of rotation (radial direction). The horizontal rotating plate 23 is rotated in a state of being placed along the groove 2, and the centrifugal force generated by this rotation causes the insulating resin solution accumulated at the bottom of the groove 2 to be stretched to the upper part of the groove 2, and the upper part of the groove 2 The surplus insulating resin solution on the bonding surface may be blown off and removed. Also in this case, the number of revolutions and the like may be appropriately determined so as to obtain a sufficient effect.
[0046]
Then, the PZT substrate 1 on which the insulating resin film 5 is formed is heated in an oven, so that the insulating resin film (wet film) 5 is dried and cured.
[0047]
[Cover plate mounting process]
After the completion of the covering process of the insulating resin film 5, the cover plate 8 is bonded to the PZT substrate 1. Specifically, the adhesive 11 is applied to the back surface of the cover plate 8, and then the two are integrated by being pressed against the PZT substrate 1 to assemble an inkjet head having a plurality of ink flow paths 7 inside. . In addition, as a specific example of the adhesive agent 11, Able Stick 342-37 (Epable adhesive manufactured by Able Bond) and the like are listed.
[0048]
[Formation of vapor deposited insulating film]
First, it is preferable that the ink flow path 7 formed by bonding the PZT substrate 1 and the cover plate 8 is covered with the vapor deposition insulating film 6. This is because the adhesive 11 used for joining the PZT substrate 1 and the cover plate 8 does not always have sufficient ink resistance. This is performed for the purpose of covering the bonding surface with an insulating film.
[0049]
An evaporation method is effective for forming a film into a fine three-dimensional shape such as a channel groove of an inkjet head. In this embodiment, the material used for the evaporation method has excellent uniformity and requires heating during film formation. Using polyparaxylylene.
[0050]
Specific examples of polyparaxylylene include those represented by the following structural formulas [I] (Parylene C: trademark) and Structural formula [II] (Parylene N: trademark).
[0051]
Embedded image
In forming a polyparaxylylene film, the raw material paraxylylene dimer is vaporized and thermally decomposed, and the generated stable paraxylylene diradical reacts simultaneously with adsorption and polymerization on a piezoelectric (such as PZT) substrate. Performed by the manufacturing method.
[0052]
The thickness of the polyparaxylylene film, that is, the thickness of the vapor-deposited insulating film 6 is preferably 1 to 5 μm, and can be controlled by adjusting the film forming conditions and the input amount of the raw materials. If the thickness of the vapor-deposited insulating film 6 is less than 1 μm, it is not possible to completely cover the irregularities due to the electrode film 3 and the insulating resin film 5. The deformation of the portion is suppressed, which hinders ink ejection.
[0053]
[Installation of nozzle plate]
As shown in FIG. 2, a nozzle plate 9 having nozzle holes 10 is attached to the front surface of the PZT substrate 1 (on which the cover plate 8 has been attached) on which the electrodeposited insulating film 5 and the vapor-deposited insulating film 6 have been formed. Complete as a head.
[0054]
Examples of the material of the nozzle plate 9 include a polyimide sheet and the like. The nozzle hole 10 is processed by an excimer laser, a YAG laser, or the like, and has a diameter of about 10 to 30 μm. Further, the nozzle plate 9 is attached by applying an epoxy-based adhesive or the like to the nozzle plate 9 and then aligning the nozzle holes 10 of the nozzle plate 9 with the ink channels 7 on the PZT substrate 1 side. The nozzle plate 9 is pressed against the front surfaces of the PZT substrate 1 and the cover plate 8.
[0055]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when covering the electrode film provided in the groove of the piezoelectric ceramic substrate, the piezoelectric ceramic substrate is provided on a rotating body such as a horizontal rotating plate, and the groove forming surface is provided on the rotating body. Applying an insulating resin solution to the groove forming surface of the piezoelectric ceramic substrate with the piezoelectric ceramic substrate facing the center of rotation, and then rotating the rotating body, the centrifugal force generated by this rotation causes the piezoelectric ceramic substrate to rotate. Since the insulating resin solution is wrapped around the inside of the groove to cover the electrode film, it is possible to form an insulating film with excellent uniformity.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically illustrating a main structure of an inkjet head to which a manufacturing method of the present invention is applied.
FIG. 2 is a perspective view schematically showing a main structure of an inkjet head to which the manufacturing method of the present invention is applied.
FIG. 3 is a perspective view schematically showing a configuration of a centrifugal force application device used in an embodiment of the production method of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view schematically showing a configuration of a centrifugal force removing device used in the embodiment of the manufacturing method of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view schematically showing the configuration of another centrifugal force removing device used in the embodiment of the manufacturing method of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 PZT substrate (piezoelectric ceramic substrate)
1A Groove forming surface 1B Back side of groove forming surface 2 grooves (channel grooves)
3 electrode film 4 partition (head drive unit)
5 Insulating resin film 6 Evaporated insulating film (polyparaxylylene)
7 Ink flow path 8 Cover plate 9 Nozzle plate 10 Nozzle hole 11 Adhesive 21 Rotary motor 22 Connecting rod 23 Horizontal rotating plate 24 Substrate holding jig 25 Dispenser 33 Horizontal rotating plate 33A Top surface of horizontal rotating plate
