JP2006076180A - Inkjet printer head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、比較的に高粘度のインクを高速でかつ効率良く噴射できるインクジェットプリンタヘッドの構造に係り、とくに、酸、アルコール、アルカリなどの様々なインクの噴射を可能とするインクジェットプリンタヘッドの構造に関する。 The present invention relates to a structure of an ink jet printer head capable of ejecting a relatively high viscosity ink at high speed and efficiently, and in particular, a structure of an ink jet printer head capable of ejecting various inks such as acid, alcohol and alkali. About.
インクを噴射するタイプの印刷機、いわゆるインクジェットプリンタは様々な方式が提案されている。その一つとして、ノズル近傍に配置されたヒータを瞬時に加熱し、その加熱されたヒータ付近のインクを突沸させ、その圧力によってノズルからインク滴が飛ばされるような構造を有するバブルジェット(サーマル)方式があります。
また、それ以外には、圧電素子に電圧を加えるとその圧電素子が伸縮し、それに合わせて振動板が振動することによって、ノズルからインク滴が追い出されるという構造を有するピエゾ(圧電素子)方式などがある(例えば、特許文献1を参照)。
このピエゾ方式のインクジェットプリンタヘッドは、電圧を加えると伸縮するような圧電素子からなる振動板をインク噴射口に対して、対面もしくは側面に接合させてなる構成であり、振動板の振動をインクに伝えて、インク噴射口からインク滴を噴射させることができる。このようなタイプでは、圧電素子とインク噴射口が形成される基板とが接着剤により接合されているのが通常である。
Various types of ink jet printers, so-called ink jet printers, have been proposed. As one of these, a bubble jet (thermal) has a structure in which a heater disposed in the vicinity of a nozzle is instantaneously heated, ink in the vicinity of the heated heater is bumped, and ink droplets are ejected from the nozzle by the pressure. There is a method.
In addition, a piezoelectric (piezoelectric element) method has a structure in which when a voltage is applied to a piezoelectric element, the piezoelectric element expands and contracts, and the diaphragm vibrates accordingly, thereby ejecting ink droplets from the nozzle. (For example, refer to Patent Document 1).
This piezo-type ink jet printer head has a configuration in which a vibration plate made of a piezoelectric element that expands and contracts when a voltage is applied is joined to the ink ejection port on the opposite side or the side surface. Accordingly, ink droplets can be ejected from the ink ejection ports. In such a type, a piezoelectric element and a substrate on which ink ejection ports are formed are usually joined by an adhesive.
しかしながら、前記ピエゾ方式を採用した従来のインクジェットプリンタヘッドは、使用されるインク組成が制限されているという問題点がある。すなわち、圧電素子とインク噴射口が形成された基板とを接着する接着剤を溶解もしくは膨潤させないようなインクしか用いることができないという問題点である。
例えば、接着剤が溶解してしまうと、接着面の剥れが発生し、インク漏れが発生するため、インクへの圧力伝達が不十分になり、インクを噴射することができなくなくなる、あるいはインク内に接着剤の成分が混ざってしまい、インクが所望の色にならない等の不具合を引き起こしてしまう。したがって、インクジェットプリンタヘッドに用いるとしても使用範囲が限定され、汎用性に欠けてしまうのである。
そこで、本発明の主たる目的は、優れた耐蝕性を有し、長期信頼性に富んだインクジェットプリンタヘッドを提供することにある。
本発明の他の目的は、酸、アルコール、有機溶剤、アルカリ等の様々なタイプのインクの噴射に適合したインクジェットプリンタヘッドを提供することにある。
However, the conventional ink jet printer head employing the piezo method has a problem that the ink composition to be used is limited. That is, there is a problem that only ink that does not dissolve or swell the adhesive that adheres the piezoelectric element and the substrate on which the ink ejection port is formed can be used.
For example, if the adhesive dissolves, the adhesive surface peels off and ink leakage occurs, resulting in insufficient pressure transmission to the ink, making it impossible to eject ink, or ink Adhesive components are mixed therein, causing problems such as ink not having the desired color. Therefore, even if it is used for an ink jet printer head, the range of use is limited and lacks versatility.
Accordingly, a main object of the present invention is to provide an inkjet printer head having excellent corrosion resistance and high long-term reliability.
Another object of the present invention is to provide an ink jet printer head adapted to eject various types of ink such as acid, alcohol, organic solvent and alkali.
本発明者らは、上掲の目的を実現するために鋭意研究した結果、以下の内容を要旨構成とする本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、
圧電体からなる振動板の作用により、インクを噴射させるようにしてなるインクジェットプリンタヘッドにおいて、
インク流路形成用切溝とそれに連続するインク供給路形成用開口を有し、かつ、少なくとも表面に金属層を設けてなる板状のスペーサと、
前記スペーサのインク供給路形成用開口に連通する開口を有し、かつ少なくとも片面に前記スペーサのインク流路形成用切溝に対応する電極を設け、その電極を被覆する絶縁膜と、その絶縁膜上にさらに金属層を設けてなる圧電体からなる振動板と、
前記スペーサのインク流路形成用切溝に対応する位置に噴射孔を有し、かつ前記スペーサおよび振動板との接合部に金属層を設けてなるノズルプレートとからなり、
前記振動板とスペーサとを交互に積層して、インク流路およびインク供給路が形成された積層圧電体を形成すると共に、その積層圧電体のインク吐出側に前記ノズルプレートを配置し、前記振動板とスペーサとノズルプレートとを、それらの金属層を介して互いに接合させたことを特徴とするインクジェットプリンタヘッドである。
As a result of diligent research to achieve the above-mentioned object, the present inventors have completed the present invention having the following contents.
That is, the present invention
In an inkjet printer head configured to eject ink by the action of a diaphragm made of a piezoelectric body,
A plate-like spacer having a groove for forming an ink flow path and an opening for forming an ink supply path continuous therewith, and having a metal layer on at least the surface;
An insulating film that has an opening that communicates with the ink supply path forming opening of the spacer, and that is provided with an electrode corresponding to the groove for forming the ink flow path of the spacer on at least one surface, and the insulating film A diaphragm made of a piezoelectric body further provided with a metal layer;
A nozzle plate having an injection hole at a position corresponding to the ink flow path forming groove of the spacer and having a metal layer provided at a joint portion between the spacer and the vibration plate;
The vibration plate and the spacer are alternately laminated to form a laminated piezoelectric body in which an ink flow path and an ink supply path are formed, and the nozzle plate is disposed on the ink ejection side of the laminated piezoelectric body, and the vibration An ink jet printer head characterized in that a plate, a spacer, and a nozzle plate are joined to each other through their metal layers.
本発明において、前記振動板と交互に積層されるスペーサは、インク流路形成用切溝の壁部とインク供給路形成用開口の壁部を含む全表面に金属層を設けることができる。
本発明において、前記振動板と交互に積層されるスペーサは、主としてSiまたはSiO2からなる材料で構成することができる。
本発明において、積層された圧電体は、スペーサを振動板によって挟持させた構成とすることができる。
さらに、本発明において、前記振動板、スペーサ、ノズルプレートにそれぞれ形成される金属層は、同一の金属から形成され、特に、金または銅から形成することができる。
In the present invention, the spacer laminated alternately with the diaphragm can be provided with a metal layer on the entire surface including the wall portion of the ink channel forming groove and the wall portion of the ink supply channel forming opening.
In the present invention, the spacers alternately stacked with the diaphragm can be made of a material mainly made of Si or SiO 2 .
In the present invention, the laminated piezoelectric body can be configured such that a spacer is sandwiched between diaphragms.
Furthermore, in the present invention, the metal layers respectively formed on the diaphragm, the spacer, and the nozzle plate are formed from the same metal, and can be formed from gold or copper.
本発明のインクジェットプリンタヘッドによれば、振動板とスペーサとノズルプレートとを、接着剤を用いないで、金属接合により接合した構成としたので、優れた耐蝕性および長期信頼性を得ることができると共に、使用するインクの特性を考慮することなく、酸、アルコール、有機溶剤、アルカリ等の様々なタイプのインクの噴射に適合することができる。 According to the ink jet printer head of the present invention, since the diaphragm, the spacer, and the nozzle plate are joined by metal joining without using an adhesive, excellent corrosion resistance and long-term reliability can be obtained. At the same time, it can be adapted to the ejection of various types of inks such as acid, alcohol, organic solvent, and alkali without considering the characteristics of the ink used.
以下、本発明にかかるインクジェットプリンタヘッドの具体的な実施形態について、添付図面を参照して説明する。
本発明にかかるインクジェットプリンタヘッドの特徴は、圧電体からなる2つの振動板の間に板状のスペーサを介在させ、かつ振動板とスペーサとによって液体流路および液体供給路を画成し、振動板とスペーサとを互いに接合させたものを基本単位として、それらの複数単位を積層化して積層圧電体を形成し、その積層圧電体にさらに液体流路に連通する噴射孔を形成したノズルプレートを接合した形態とし、スペーサと、振動板と、ノズルプレートとの接合部分には、それぞれ金属層が被覆形成され、互いに金属接合により接合されている点にある。
Hereinafter, specific embodiments of an inkjet printer head according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
The ink jet printer head according to the present invention is characterized in that a plate-like spacer is interposed between two diaphragms made of a piezoelectric material, and a liquid channel and a liquid supply channel are defined by the diaphragm and the spacer. A unit obtained by joining spacers to each other as a basic unit, a plurality of these units are laminated to form a laminated piezoelectric body, and a nozzle plate having an injection hole communicating with the liquid flow path is further joined to the laminated piezoelectric body. In this configuration, the metal layer is formed on the joining portion of the spacer, the diaphragm, and the nozzle plate, and is joined to each other by metal joining.
前記構成によれば、外形加工性に優れ、電極位置形成の自由度が増大するので設計の自由度が増大し、さらに、インク等の液滴が酸もしくはアルカリを含有してなる場合でも、同様に、噴射することができる。
本発明において、振動板を形成する材料としては、PZT(Pb(Zr、Ti)O3)を主成分とする圧電セラミックから形成されることが望ましい。これらの圧電セラミックとしては、圧電定数、電気機械結合係数が大きく、キュリー点が高く、誘電率が低くく、誘電的・機械的な損失が小さい材料が好ましい。
According to the above configuration, the external formability is excellent, and the degree of freedom in forming the electrode position is increased, so that the degree of freedom in design is increased, and even when the ink droplets contain acid or alkali, the same applies. It can be sprayed.
In the present invention, the material for forming the diaphragm is preferably formed of a piezoelectric ceramic containing PZT (Pb (Zr, Ti) O 3 ) as a main component. As these piezoelectric ceramics, materials having a large piezoelectric constant and electromechanical coupling coefficient, a high Curie point, a low dielectric constant, and a small dielectric and mechanical loss are preferable.
前記Pb(Zr、Ti)O3セラミックを具体的に述べると、例えば、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3−PbZrO3−PbTiO3、Pb(Y1/3Nb1/3)O3−PbZrO3−PbTiO3、Pb(Mn1/3Nb1/3)O3−PbZrO3−PbTiO3、Pb(Co1/3Nb1/3)O3−PbZrO3−PbTiO3などが挙げられる。 The Pb (Zr, Ti) O 3 ceramic is specifically described, for example, Pb (Mg 1/3 Nb 2/3 ) O 3 —PbZrO 3 —PbTiO 3 , Pb (Y 1/3 Nb 1/3 ). O 3 —PbZrO 3 —PbTiO 3 , Pb (Mn 1/3 Nb 1/3 ) O 3 —PbZrO 3 —PbTiO 3 , Pb (Co 1/3 Nb 1/3 ) O 3 —PbZrO 3 —PbTiO 3 Can be mentioned.
これら以外にも、例えば、Sr(K0.25・Nb0.75)O3やSr(W0.25・Nb0.75)O3などの圧電材料をPZTに固溶させた組成が公知である。これらの圧電材料は、高キュリー点を有し、センサーなどの製品に用いられている。 Other than these, for example, a composition in which a piezoelectric material such as Sr (K 0.25 · Nb 0.75 ) O 3 or Sr (W 0.25 · Nb 0.75 ) O 3 is dissolved in PZT is known. These piezoelectric materials have a high Curie point and are used in products such as sensors.
図1に示すように、本発明にて用いられる圧電体10は、後述するように板状に成形され、同じく板状に成形されたスペーサ200の両方の表面に接した状態で、そのスペーサ200に設けたインク流路形成用切溝32を塞ぐように配置され、スペーサ200に互いに接合される。すなわち、スペーサ200のインク流路形成用切溝32の上壁および底壁と、各圧電体10の対向する表面とで囲まれた領域によってインク流路33が形成される。
As shown in FIG. 1, the
図2及び図3に示すように、前記各圧電体10の対向する表面には、インク流路32に沿った位置に電圧印加用の一方の電極14が設けられると共に、各圧電体の反対側の表面にも電圧印加用の他方の電極14が設けられる。
これらの電圧印加用電極14は、インク流路33の幅の概ね半分の幅を有してインク流路33に沿って配設されていることが好ましい。圧電体の変形効率が最もよいためである。
As shown in FIGS. 2 and 3, one
These
前記電圧印加用電極14は、図4に示すように、インク流路33に沿った電極14から延設された導体路18を介して圧電体10の任意の個所、例えば、圧電体の上端部に設けた取出電極(給電パッド)16に電気的に接続される。
As shown in FIG. 4, the
前記電極14への電圧印加により、圧電体が変形し、インク流路33の容積が変化する。このようなインク流路33の容積が小さくなった時に、そのインク流路内にあるインクが吐出され、流路容積が大きくなった時に、インクタンク(図示を省略)から新たなインクが供給されるようになっている。
なお、本発明における圧電体の駆動モードとしては、d33モード、d31モード、d15モードのいずれでも駆動することが可能である。即ち、これらのモードを用いることでインク等の液滴の噴射が阻害されたり、液滴の噴射速度やサイズ等のバラツキが生じることがないためである。また、これらのモードのうち、2つ以上のモードを混合させて用いることもできる。
By applying a voltage to the
As the driving mode of the piezoelectric body in the present invention, it is possible to drive d 33 mode, d 31 mode, either d 15 mode. That is, by using these modes, ejection of droplets such as ink is not hindered, and variations in droplet ejection speed and size do not occur. In addition, two or more modes among these modes can be mixed and used.
前記各圧電体10には、スペーサ200のインク供給路形成用開口34に連通する開口12を有しており、スペーサ200を挟持した状態で積層された際に、インク供給路を形成するようになっている。
さらに、前記各圧電体10には、前記電圧印加用電極14や、給電パッド16等の導体路18のうち、給電パッド16を除いた部分を被覆する絶縁保護膜20が設けられると共に、後述するようなスペーサ200やノズルプレート300との接合部に対応する部分には、接合用金属層22が設けられる。
Each
Further, each
前記絶縁保護膜20は、Si3N4、SiO2等の無機膜や、エポキシ系樹脂やPIなどの有機膜から形成され、スパッタリング、CVD、塗布等の方法で圧電体上に設けられる。
この絶縁保護膜20の厚さは、0.05〜5μm程度であることが好ましい。厚さが、0.05μm未満では、十分な絶縁性を確保できないからであり、一方、5μmを超えると、無機膜では膜応力が増大し、クラックが生じやすくなり、有機膜では、圧電体の変位が吸収され、インクに圧力が十分に伝達できないからである。
The insulating
The thickness of the insulating
本発明において、圧電体10からなる一対の振動板100によって挟持されるスペーサ200は、絶縁性樹脂、金属、セラミックス、無機材料等を用いて板状に形成されることが望ましい。
これらの材料は、単体で用いても、あるいは2種類以上の材料を複合化した複合体で用いてもよい。
前記絶縁性樹脂としては、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、感光性樹脂、さらにこれらの複合樹脂等が用いられる。
前記熱可塑性樹脂としては、例えば、ABS樹脂、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル等が用いられる。
In the present invention, the
These materials may be used alone or in a composite in which two or more kinds of materials are combined.
Examples of the insulating resin include thermoplastic resins, thermosetting resins, photosensitive resins, and composite resins thereof.
Examples of the thermoplastic resin include ABS resin, polyimide, polyamide, and polyester.
前記熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂等が用いられる。
また、前記金属としては、例えば、銅、ニッケル、亜鉛、アルミニウム、SUS、コバール、42アロイ、鉄、チタン、クロム等の単体、あるいはそれらの合金を用いることができる。
また、前記セラミックスとしては、例えば、ガラスセラミックや、アルミナ、ムライト、窒化アルミニウム、炭化珪素等を用いることができる。
さらに、前記無機材料としては、例えば、Siや、SiO2、炭素(カーバイト等を含む)等が用いることができる。
As said thermosetting resin, an epoxy resin, a phenol resin, a polyimide resin, an acrylic resin etc. are used, for example.
In addition, as the metal, for example, copper, nickel, zinc, aluminum, SUS, Kovar, 42 alloy, iron, titanium, chromium or the like, or an alloy thereof can be used.
As the ceramic, for example, glass ceramic, alumina, mullite, aluminum nitride, silicon carbide, or the like can be used.
Furthermore, as the inorganic material, for example, Si, SiO 2 , carbon (including carbide) can be used.
本発明におけるスペーサ200に用いる材料に要求される基本的な特性としては、少なくとも液体流路形成用切溝32や液体供給口形成用開口34が形成され得ること、平坦性に優れること、しかもその表層に金属層が形成され得ることである。
スペーサ200を形成するこれらの材料のうち、特に、SiまたはSiO2を用いることが好ましい。これらの材料は、基材の平坦度を保つことが容易であり、また、圧電体との熱膨張係数の差が小さいことから、変形などの不具合が生じないからである。更に、酸化被膜などの保護膜を容易に形成することができ、しかも、エッチング等による外形加工性にも優れるからである。
本発明におけるスペーサ200は、前述したような材料から形成されることによって、その両面に接合された2つの振動板100で発生した振動を、スペーサ200に形成された液体流路33内の液体に効果的に伝えることができる。
The basic characteristics required for the material used for the
Among these materials forming the
The
本発明においては、振動板100とスペーサ200との接合面には、金属層22、38がそれぞれ形成されると共に、振動板100およびスペーサ200とノズルプレート300との接合面にも、金属層が形成されている。
これらの金属層としては、金、銅、ニッケル、チタン、亜鉛、アルミニウム等の金属を、単層もしくは2層以上の複数層で形成したり、あるいは半田やロウ付け材(銀ロウ、金ロウ等)の合金で形成することが好ましい。
これらの金属は、比較的低温でも金属同士の接合を行うことができ、その密着性も優れているからである。
前記金属層を形成する方法としては、電解めっき、無電解めっき等の化学的な形成方法や、スパッタ、蒸着、CVD等の物理的な形成方法を用いることが望ましく、複数層の金属層を形成する場合には、それらを同一の形成方法で形成してもよいし、異なる形成方法で形成してもよい。
このような金属層は、スペーサ200だけでなく、圧電体10からなる振動板100およびノズルプレート300においても、同様に、それらの表面のうち、少なくとも互いに接合される表面に形成されている。
すなわち、圧電体10からなる振動板100、スペーサ200およびノズルプレート300の接合部に金属膜を被覆し、それらの接合部位を加熱および加圧することによって互いに金属接合させ、互いに密着させるように構成されている。
In the present invention, metal layers 22 and 38 are respectively formed on the joint surface between the
As these metal layers, metals such as gold, copper, nickel, titanium, zinc, and aluminum are formed as a single layer or a plurality of layers of two or more layers, or solder or brazing materials (silver brazing, gold brazing, etc.) ).
This is because these metals can be bonded to each other even at a relatively low temperature and have excellent adhesion.
As the method for forming the metal layer, it is desirable to use a chemical formation method such as electrolytic plating or electroless plating, or a physical formation method such as sputtering, vapor deposition, or CVD, and a plurality of metal layers are formed. If so, they may be formed by the same forming method or by different forming methods.
Such a metal layer is formed not only on the
That is, it is configured such that a joining portion of the
前記圧電体10からなる振動板100、スペーサ200およびノズルプレート300の接合面を被覆する金属膜は、同一金属により形成されることが好ましく、そのような金属としては、金または銅のいずれかを用いることが好ましい。
その理由は、それぞれの接合面での熱膨張係数が同じになるために、接合面付近での熱膨張などの応力を起因とする剥離や剥がれを阻止できるからである。
前記金属層の厚みとしては、0.01〜3μm程度が好ましい。その理由は、0.01μm未満では接合することができないことがあり、一方、3μmを越えると、金属接合する際、形成した金属膜内で破断、クラック等が発生しやすくなり、接合力が低下するためである。
The metal film that covers the bonding surfaces of the
The reason is that since the thermal expansion coefficients at the respective joint surfaces are the same, peeling and peeling caused by stress such as thermal expansion in the vicinity of the joint surfaces can be prevented.
The thickness of the metal layer is preferably about 0.01 to 3 μm. The reason is that if the thickness is less than 0.01 μm, bonding may not be possible. On the other hand, if the thickness exceeds 3 μm, breakage, cracks, etc. are likely to occur in the formed metal film, resulting in a decrease in bonding strength. It is to do.
また、接合する金属表面を予め洗浄することが望ましい。即ち、接合前の金属表面には、酸化膜や窒化膜などが形成されたり、油脂成分などが付着して汚染された状態になっていることがあり、これらの影響により、接合後の密着性が低下したりすることがある。そのために、事前に酸化膜や窒化膜などを取り除き、汚染物質を除去することが望ましい。
前記金属接合の条件としては、温度:50〜300℃、圧力:0.01〜100MPa、接合させる時間:0.5分以上、という条件のもとで接合することが好ましい。その理由は、50℃未満の温度では、金属膜が活性化されないために、強固な金属接合できないことがあるからであり、逆に300℃を越えると、金属膜の酸化が進み、接合強度を低下させてしまうからである。50〜300℃の間であれば、金属−金属間の接合を行うことができ、接合強度も安定させることができるからである。
In addition, it is desirable to previously wash the metal surfaces to be joined. That is, an oxide film, a nitride film, or the like may be formed on the metal surface before bonding, or may be contaminated with oil components or the like. May decrease. Therefore, it is desirable to remove the oxide film, the nitride film, etc. in advance to remove the contaminants.
It is preferable that the metal bonding is performed under the conditions of temperature: 50 to 300 ° C., pressure: 0.01 to 100 MPa, and bonding time: 0.5 minutes or more. The reason is that the metal film is not activated at a temperature lower than 50 ° C., so that strong metal bonding may not be possible. Conversely, if the temperature exceeds 300 ° C., the oxidation of the metal film proceeds and the bonding strength is increased. This is because it lowers. If it is between 50-300 degreeC, it is because joining between metals can be performed and joining strength can also be stabilized.
また、圧力が0.01MPa未満であると、金属接合をさせることができない。一方、100MPaを越えると、接合部位に形成された金属膜の破壊を引き起こし、金属接合の強度を低下させてしまうからである。
さらに、接合させる時間が0.5分未満では、時間が短すぎて均熱化が進まないため、安定した金属接合を行なうことができないからである。
Further, when the pressure is less than 0.01 MPa, metal bonding cannot be performed. On the other hand, if the pressure exceeds 100 MPa, the metal film formed at the bonding site is broken, and the strength of the metal bonding is lowered.
Furthermore, if the bonding time is less than 0.5 minutes, the time is too short and soaking does not proceed, so that stable metal bonding cannot be performed.
本発明においては、前述した温度や圧力よりも小さい温度、圧力条件によって仮接合をした後、本接合を行なってもよい。また、3層以上の振動板を積層させる場合には、それらを一括して積層した後、接合させるような一括積層でもよいし、個別に金属接合させたものをさらに積層させるような逐次積層でもよい。 In the present invention, the final bonding may be performed after temporary bonding is performed at a temperature and pressure conditions lower than the above-described temperature and pressure. In addition, when laminating three or more layers of diaphragms, they may be collectively laminated and then joined together, or may be sequentially laminated such that individual metal joints are further laminated. Good.
また、金−金の同一金属での金属接合においては、温度:50〜250℃、圧力:10〜100MPa、接合させる時間:1分以上、の条件下で行なうことが望ましく、積層方式は、一括積層方式でも逐次積層方式でもよい。 Moreover, in the metal joining with the same metal of gold-gold, it is desirable to carry out under the conditions of temperature: 50 to 250 ° C., pressure: 10 to 100 MPa, joining time: 1 minute or more. A lamination method or a sequential lamination method may be used.
また、銅−銅の同一金属による金属接合においては、温度:80〜150℃、圧力:0.01〜35MPa、接合させる時間:0.5分以上、の条件下で行なうことが望ましく、積層方式は、一括積層方式でも逐次積層方式でもよい。
ただし、銅−銅での金属接合を行なう場合には、その接合面の酸化膜(CuOなどの銅酸化物)を酸処理などで予め除去した後、接合させた方が密着強度が向上する。
Moreover, in the metal joining by the same metal of copper-copper, it is desirable to carry out under the conditions of temperature: 80 to 150 ° C., pressure: 0.01 to 35 MPa, and joining time: 0.5 minutes or more. The batch stacking method or the sequential stacking method may be used.
However, in the case of performing metal bonding with copper-copper, adhesion strength is improved when the oxide film (copper oxide such as CuO) on the bonding surface is removed in advance by acid treatment and then bonded.
本発明にかかるインクジェットにおいては、圧電体10からなる振動板100とスペーサ200とノズルプレート300とを、従来技術のように接着剤を用いることなく、互いに金属接合により一体化させたので、使用するインクの特性(酸、アルカリ、溶剤含有など)による制限を受けることが大幅に少なくなる。
すなわち、従来技術のように、振動板100の接合面に介在する接着剤を溶解させることはなく、また、インク内に接着剤などの成分が混ざることもないために、噴射されたインクなどの変質、変色などを引き起こすこともなくなる。
したがって、本発明にかかるインクジェットにおいては、酸、アルカリ、アルコールまたは溶剤をそれぞれ主成分とするような、様々なタイプのインクを用いることができる。
In the ink jet according to the present invention, the
That is, unlike the prior art, the adhesive intervening on the joint surface of the
Therefore, in the ink jet according to the present invention, it is possible to use various types of inks each having acid, alkali, alcohol or solvent as main components.
前記酸を主成分とするインクとしては、酢酸、酪酸、塩酸、硝酸などの酸溶液全般を主成分とするインクを用いることができる。
また、アルカリを主成分とするインクとしては、NaOH、KOHなどのアルカリ溶液全般を主成分とするインクを用いることができる。
また、アルコールを主成分とするインクとしては、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノールなどのアルコール類全般を主成分とするインクを用いることができる。
さらに、溶剤を主成分とするインクとしては、酢酸エステル類、グリコールエーテル類、ケトン類等溶剤全般を主成分とするインクを用いることができる。
前記溶剤の具体例としては、トルエン、キシレン、酢酸エチル、酢酸ブチル、ノルマルブロビルアセテート、アセトン、MEK(メチルエチルケトン)、スワゾール、ソルベッソ、エチセロ、ブチセロ、セロアセ、ヘキサン、アノン等を用いることができる。
このようなインクには、従来技術のように接着剤などが混ざらないため、本発明のインクジェットによれば、所望のタイプのインクを噴射させることができる。
以下、実施例に基づいて、本発明のインクジェットプリンタヘッドについて更に詳細に説明する。
As the ink having the acid as a main component, an ink having an acid solution as a main component such as acetic acid, butyric acid, hydrochloric acid, and nitric acid can be used.
Further, as the ink mainly composed of alkali, inks mainly composed of alkaline solutions such as NaOH and KOH can be used.
Further, as the ink mainly containing alcohol, inks mainly containing alcohols such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol, and butanol can be used.
Further, as the ink having a solvent as a main component, an ink having a solvent as a main component such as acetates, glycol ethers and ketones can be used.
Specific examples of the solvent include toluene, xylene, ethyl acetate, butyl acetate, normal brovir acetate, acetone, MEK (methyl ethyl ketone), swazole, sorbeso, eticello, buticello, celloace, hexane, and anone.
Since such an ink is not mixed with an adhesive or the like as in the prior art, the ink jet of the present invention can eject a desired type of ink.
Hereinafter, the ink jet printer head of the present invention will be described in more detail based on examples.
(A)圧電体の製造工程
圧電材料としての鉛ジルコニウム・チタネート(以下、「PZT」という)を、以下のような工程により製造した。
(1)原料配合
まず、PZT製造に用いる複数のセラミック材料のモル分率や添加物量を原料の重量比に換算し、秤量調合する。
Pb(Zr、Ti)O2を構成するPbO(またはPb3O2)、ZrO2、TiO2をそれぞれ粉末にし、さらに他の添加成分も粉末にして、それらの規定量を調合する。
これらの原料粉末の純度は、98%以上であることが好ましく、事前に原料として用いるものに含有されているの不純物の種類、粒径分布などは把握しておくことが好ましい。
(A) Manufacturing process of piezoelectric body Lead zirconium titanate (hereinafter referred to as “PZT”) as a piezoelectric material was manufactured by the following processes.
(1) Raw material blending First, the molar fractions and additive amounts of a plurality of ceramic materials used for PZT production are converted into the weight ratio of the raw materials and weighed and blended.
PbO (or Pb 3 O 2 ), ZrO 2 , and TiO 2 constituting Pb (Zr, Ti) O 2 are made into powder, and other additive components are also made into powder, and their prescribed amounts are prepared.
The purity of these raw material powders is preferably 98% or more, and it is preferable to know in advance the types of impurities contained in the raw material used, the particle size distribution, and the like.
(2)混合粉砕
ボールミルに前記(1)にて調合した原料と純水を加え、回転数:150〜650rpm、混合時間:12〜24時間の条件下で混合、粉砕した。
前記混合、粉砕工程は、調合した原料や純水が均一に混合され、粉砕されるように行なう。不均一であると、仮焼成時の反応性や最終製品における圧電特性に大きな影響を与えるからである。
(3)仮焼成
前記(2)で混合、粉砕された原料を、温度80〜150℃、時間30〜240分程度で乾燥させ、予め余分な水分を取り除いた後、温度800〜900℃、時間30〜60分程度で仮焼成を行なって、粉体の状態で予め固相反応させる。
(4)混合粉砕
ボールミルに前記(3)において仮焼成した原料と純水を加えて、回転数:150〜650rpm、混合時間:12〜36時間、の条件下で混合、粉砕した。
(2) Mixed pulverization The raw material and pure water prepared in (1) above were added to a ball mill, and mixed and pulverized under the conditions of a rotational speed of 150 to 650 rpm and a mixing time of 12 to 24 hours.
The mixing and pulverizing steps are performed so that the prepared raw materials and pure water are uniformly mixed and pulverized. This is because the non-uniformity has a great influence on the reactivity at the time of pre-baking and the piezoelectric characteristics in the final product.
(3) Temporary calcination The raw material mixed and pulverized in (2) above is dried at a temperature of 80 to 150 ° C. for about 30 to 240 minutes, and after removing excess moisture in advance, the temperature is 800 to 900 ° C. for an hour. Pre-baking is performed in about 30 to 60 minutes, and a solid phase reaction is performed in advance in a powder state.
(4) Mixed pulverization The raw material preliminarily calcined in (3) and pure water were added to a ball mill, and mixed and pulverized under the conditions of a rotational speed of 150 to 650 rpm and a mixing time of 12 to 36 hours.
(5)バインダー配合
前記(4)で得た混合物にバインダー(結合剤)を均一に加え、成形の前段階とした。
前記バインダーとしては、アクリル系バインダーや、PVA、PVB等を用いることができる。
前記バインダーの重量比は、0.5%以下にすることが好ましい。
重量比が0.5%を越えると、成形を容易にし、機械的な強度を得ることができるが、電気的特性や圧電性が低下するからである。また、酸化物の還元が促進されやすくなるからである。
(6)成形
粒径が0.05〜10μmの原料粉末を成形して、所定形状の成形体とした。
(7)焼成
前記(6)にて得た成形体を、温度:900〜1300℃、保持時間:
30分〜3時間、の条件下で焼成する。
(8)研磨、切断、表面仕上
焼成終えた圧電材料を所定の寸法にするために、研磨加工、切断加工、表面仕上加工などを行なう。
(5) Binder formulation A binder (binder) was uniformly added to the mixture obtained in the above (4) to obtain a pre-molding stage.
As the binder, an acrylic binder, PVA, PVB, or the like can be used.
The weight ratio of the binder is preferably 0.5% or less.
If the weight ratio exceeds 0.5%, molding can be facilitated and mechanical strength can be obtained, but electrical characteristics and piezoelectricity are deteriorated. Moreover, it is because the reduction | restoration of an oxide becomes easy to be accelerated | stimulated.
(6) Molding A raw material powder having a particle size of 0.05 to 10 μm was molded into a molded body having a predetermined shape.
(7) Firing The molded body obtained in (6) above has a temperature of 900 to 1300 ° C. and a holding time:
Calcination is performed for 30 minutes to 3 hours.
(8) Polishing, cutting, and surface finishing In order to obtain a predetermined size for the sintered piezoelectric material, polishing, cutting, and surface finishing are performed.
(9)電極焼付
分極処理や圧電体として使用するために電極を形成する工程である。その一例として、銀ペーストを圧電材料に塗布し、500〜800℃で焼き付ける方法がある。それ以外にも無電解メッキによる電極作成法、真空蒸着法、スパッタによって電極を形成してもよい。銀以外にも金、ニッケル、銅、チタン、亜鉛、アルミニウム等の金属を単層もしくは2層以上の複数層で形成することができる。
その電極の厚さは、0.1〜5μmにすることが望ましい。その理由は、厚さが0.1μm未満では、抵抗が高く、分極しにくいからであり、一方、厚さが5μmを超えると、不経済であるからである。
(10)分極処理
焼結されたままのPZTなどの圧電材料は、等方的であり圧電性をもたないので、これに圧電性を付与させるために、圧電材料のもつ抗電界以上の直流電界を印加して、自発分極の向きを揃え極性を与える分極処理を行う。
例えば、80〜150℃前後の絶縁油の中で、1〜5kv/分の直流電界を印加しつつ、数十分間保持しながら分極を施す。この分極工程を経ることにより、圧電材料が圧電性を有する圧電体となる。この実施例では、圧電体の分極方向は、電界方向に対して垂直な方向とする(シェアモード)。
(9) Electrode baking This is a step of forming an electrode for use as a polarization treatment or a piezoelectric body. As an example, there is a method in which a silver paste is applied to a piezoelectric material and baked at 500 to 800 ° C. In addition, the electrode may be formed by electroless plating, vacuum deposition, or sputtering. In addition to silver, metals such as gold, nickel, copper, titanium, zinc, and aluminum can be formed of a single layer or a plurality of layers of two or more layers.
The thickness of the electrode is desirably 0.1 to 5 μm. The reason is that if the thickness is less than 0.1 μm, the resistance is high and polarization is difficult, whereas if the thickness exceeds 5 μm, it is uneconomical.
(10) Polarization treatment Since a sintered piezoelectric material such as PZT is isotropic and does not have piezoelectricity, in order to impart piezoelectricity thereto, a direct current electric current exceeding the coercive electric field of the piezoelectric material is provided. A polarization process is performed by applying a field and aligning the direction of spontaneous polarization to give a polarity.
For example, in insulating oil at around 80 to 150 ° C., polarization is performed while applying a direct current electric field of 1 to 5 kv / min and holding for several tens of minutes. Through this polarization step, the piezoelectric material becomes a piezoelectric body having piezoelectricity. In this embodiment, the polarization direction of the piezoelectric body is a direction perpendicular to the electric field direction (share mode).
(B)振動板の製造工程
(1)板状体の加工
前記(A)で製造した圧電体材料としてのPZTを、厚さ80〜90μmの板状に加工し、さらに、その板状体を所定の大きさ、例えば、5mm×7mmに切断して圧電素子板10とした。
圧電素子板10をドリル等の加工具を用いて穴加工し、開口径が1mmのインク供給口12を形成する(図6(a)参照)。その後、圧電素子板10の表面を研磨して平滑化した。研磨の一例として、粗研磨(粒子名:GC#4000)、鏡面研磨(コロイダルシリカ)の2段階の研磨を行い、圧電素子板10の厚みが均一となるように平滑化した。それにより、圧電素子板10の厚みを70μm、その表面の平均粗度(Ra:JIS
B0601)を0.1μm以下にした。
(B) Diaphragm manufacturing process
(1) Processing of plate-like body PZT as the piezoelectric material manufactured in (A) is processed into a plate shape having a thickness of 80 to 90 μm, and the plate-like body is further processed to a predetermined size, for example, 5 mm. The
The
B0601) was made 0.1 μm or less.
(2)導体層形成
前記(1)の工程により作成された圧電素子板10の全面に、ドライフィルムレジスト層(旭化成エレクトロニクス(株)社製 製品名:SPG−152)を形成した。このレジスト層は、ドライフィルムを用いないで、レジスト液を塗布することによって形成してもよい。
前記圧電素子板10に電界を形成するための電圧印加電極14およびその電極を外部に接続するための給電パッド16を含む導体層パターン18が描画されたマスクを、該ドライフィルムレジスト層上に載置して、露光量:80mj/cm2で露光し、その後、ナトリウムなどが含有されたアルカリ水溶液で現像することによって、圧電素子板10上に、マスクパターンに相当するレジスト非形成部を有するレジスト層を形成した。
前記レジスト層のレジスト非形成部に、蒸着、スパッタ等の物理的な方法により、チタン層を形成し、更に、そのチタン層上に金層を形成することによって、2層構成の導電層パターン18を圧電素子板10の表面および裏面に形成した(図6(b)参照)。
前記導電層パターン18をスパッタにより形成する場合には、例えば、スパッタ装置(芝浦製作所社製、製品名:CFS−4ES−231)を用いて、真空度:5.0×10−4Pa、電力量:100W、スパッタ時間:18分の条件下でスパッタ処理を施し、厚みが0.03〜0.06μmのチタン層を形成する。
そして、そのチタン層上には、同じスパッタ装置を用いて、真空度:5.0×10−4Pa、電力量:200W、スパッタ時間5分の条件下で、厚みが0.05〜0.3μmの金層を形成して、チタン−タンタル−金の3層構成の導電層パターン18を形成する。
その後、10%水酸化ナトリウム水溶液を用いて、レジスト層およびレジスト層表面の金属層をリフトオフ法により剥離、除去させることによって、圧電素子板10の両面に、電圧印加電極14と給電パッド16とからなる導体層パターン18を形成した。
(2) Conductor layer formation A dry film resist layer (product name: SPG-152, manufactured by Asahi Kasei Electronics Co., Ltd.) was formed on the entire surface of the
A mask on which a
A
In the case of forming the
Then, on the titanium layer, using the same sputtering apparatus, the thickness is 0.05 to 0.00 under the conditions of vacuum degree: 5.0 × 10 −4 Pa, electric energy: 200 W, and sputtering time of 5 minutes. A 3 μm gold layer is formed to form a
Thereafter, using a 10% aqueous sodium hydroxide solution, the resist layer and the metal layer on the resist layer surface are peeled off and removed by a lift-off method, so that the
(3)絶縁保護膜形成
前記(2)の工程で形成した圧電素子板上に、給電パッド16に対応する部分を予めくり抜いてあるポリイミド樹脂からなる転写シートを、温度150〜250℃、圧力1.5Kg/cm2の条件で熱圧着させ、圧電素子板10上の導体層パターン18のうち給電パッド16だけを露出させた状態で絶縁保護層20を形成した(図6(c)参照)。
(4)接合用金属層形成
前記(3)で絶縁保護膜20を形成した圧電素子板10上に、給電パッド16に対応する部分を型取ったマスクを載置して、給電パッド16を被覆し、そのような被覆状態で接合用金属層22を形成した(図6(d)参照)。前記マスクは、圧電素子板10上に金属層22を形成した後に、取り除く。前記給電パッド16の被覆は、マスクを用いることなく、給電パッド16をレジスト層で被覆保護した状態で、金属層22を形成し、その後、レジスト層を化学的に取り除くことによって行なうこともできる。
前記金属層22は、例えば、圧電素子板10上に、給電パッド16に対応する部分を型取ったマスクを載置した状態で、スパッタ装置(芝浦製作所社製 製品名:CFS−4ES−231)を用いて、真空度:5.0×10−4Pa、電力量:100W、スパッタ時間:18分の条件下でスパッタ処理を施して、ポリイミド層上に、厚みが0.03〜0.06μmのチタン層を形成した。
同様に、そのチタン層上に、真空度:5.0×10−4Pa、電力量:200W、スパッタ時間:30分の条件下で、厚み:1.0μmの金層を形成し、その後、給電パッド16を被覆しているマスクを取り除いた。
これによって、給電パッド16以外の全面にチタン−金の2層構造の金属層22を形成した。
(3) Insulating protective film formation A transfer sheet made of a polyimide resin, in which a portion corresponding to the
(4) Formation of bonding metal layer On the
The
Similarly, a gold layer having a thickness of 1.0 μm was formed on the titanium layer under the conditions of vacuum degree: 5.0 × 10 −4 Pa, electric energy: 200 W, sputtering time: 30 minutes, The mask covering the
As a result, a
(C)スペーサの製造工程
(1)マスク層形成
まず、直径4インチ、厚さ70μmのシリコンウェハを用意する(図7(a)参照)。
前記シリコンウェハの片面全体に、ドライフィルムレジスト層(旭化成社製 製品名:SPG−152)を形成する。レジスト層は、ドライフィルムを用いないで、レジスト液を塗布することによって形成してもよい。
インク流路32、インク供給口34および給電パッド16を収容する部分36が描画されたマスクを、該ドライフィルムレジスト層上に載置して、露光量:80mj/cm2で露光し、その後、ナトリウムなどが含有されたアルカリ水溶液で現像することによって、板状シリコン30上にインク流路32、インク供給口34、給電パッド収容部36およびピースの外形に対応したレジスト非形成部を形成した。
(C) Spacer manufacturing process
(1) Mask layer formation First, a silicon wafer having a diameter of 4 inches and a thickness of 70 μm is prepared (see FIG. 7A).
A dry film resist layer (product name: SPG-152 manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd.) is formed on the entire surface of the silicon wafer. The resist layer may be formed by applying a resist solution without using a dry film.
A mask on which a
(2)板状シリコンのエッチング
前記(1)の工程で形成したレジスト層を有する板状シリコン30に、フッ素系ガス、ハロゲン系ガスによるドライエッチング処理を施した。
このドライエッチング処理は、例えば、ドライエッチング装置(東京エレクトロン社製)を用いて行ない、RFパワー:600W、ガス流量SF6/O2=130/10sccm、エッチング時間:40分の条件下で、マスク層のレジスト非形成部に向けて、フッ素系ガスなどのガスを照射することにより、板状シリコン30上にインク流路32、インク供給口34および給電パッド収容部36を形成した(図7(b)参照)。
また、ドライエッチングに代えて、硫酸系、塩酸系、HF系のエッチャントを用いて、ウェットエッチング処理を施してもよく、また、それらの複合工程によるエッチング処理を施してもよい。
エッチング終了後に、10%水酸化ナトリウム水溶液によってレジスト層を剥離、除去した。
(2) Etching of plate-like silicon The plate-
This dry etching process is performed using, for example, a dry etching apparatus (manufactured by Tokyo Electron Ltd.), under conditions of RF power: 600 W, gas flow rate SF 6 / O 2 = 130/10 sccm, etching time: 40 minutes. By irradiating a gas such as a fluorine-based gas toward the resist non-forming portion of the layer, the
Further, instead of dry etching, a wet etching process may be performed using a sulfuric acid-based, hydrochloric acid-based, or HF-based etchant, or an etching process based on a composite process thereof may be performed.
After the etching was completed, the resist layer was removed and removed with a 10% aqueous sodium hydroxide solution.
(3)接合用金属層形成
前記(2)の工程で得たシリコン基板上に、接合用金属層38を形成した(図7(c)参照)。
この接合用金属層38は、例えば、スパッタ装置(芝浦製作所社製、製品名:CFS−4ES−231)を用いて、真空度:5.0×10−4Pa、電力量:100W、スパッタ時間18分の条件下で、厚み:0.03〜0.06μmのチタン層を形成し、さらに、そのチタン層上に、同様のスパッタ装置を用いて、5.0×10−4Pa、電力量:200W、スパッタ時間30分の条件下で、厚み:1.0μmの金層を形成することによって、シリコン板の全面にチタン−金の2層構成の金属膜を被覆した。
(3) Formation of bonding metal layer A
The metal layer for bonding 38 is, for example, using a sputtering apparatus (manufactured by Shibaura Seisakusho, product name: CFS-4ES-231), with a degree of vacuum of 5.0 × 10 −4 Pa, an electric energy of 100 W, and a sputtering time. Under the condition of 18 minutes, a titanium layer having a thickness of 0.03 to 0.06 μm was formed, and on the titanium layer, 5.0 × 10 −4 Pa, electric energy using the same sputtering apparatus. : A gold layer having a thickness of 1.0 μm was formed under the conditions of 200 W and a sputtering time of 30 minutes to coat a titanium-gold two-layer metal film on the entire surface of the silicon plate.
(D)ノズルプレートの製造工程
(1)マスク層形成
まず、直径4インチ、厚さ70μmのシリコンウェハを準備する。
次に、前記シリコンウェハ50の片面の全体に、ドライフィルムレジスト(旭化成エレクトロニクス(株)社製、製品名:SPG−152)を貼付けてレジスト層を形成する。レジスト層は、ドライフィルムを用いることなく、レジスト液を塗布することによって形成してもよい。
次いで、直径が30〜50μmの開口を150μmピッチで描画したマスクを該ドライフィルムレジスト層上に載置して、露光量:80mj/cm2で露光し、その後、ナトリウムなどが含有されたアルカリ水溶液を用いて現像することによって、シリコン上に、マスクパターンに相当するレジスト非形成部を形成した。
(D) Manufacturing process of nozzle plate
(1) Mask layer formation First, a silicon wafer having a diameter of 4 inches and a thickness of 70 μm is prepared.
Next, a dry film resist (manufactured by Asahi Kasei Electronics Co., Ltd., product name: SPG-152) is attached to the entire surface of one side of the silicon wafer 50 to form a resist layer. The resist layer may be formed by applying a resist solution without using a dry film.
Next, a mask in which openings having a diameter of 30 to 50 μm are drawn at a pitch of 150 μm is placed on the dry film resist layer, exposed at an exposure amount of 80 mj / cm 2 , and then an alkaline aqueous solution containing sodium or the like. The resist non-formation part corresponding to a mask pattern was formed on the silicon | silicone by developing using.
(2)基材のエッチング
前記(1)の工程で形成したレジスト層を有する板状シリコン50に、フッ素系ガス、ハロゲン系ガスによるドライエッチング処理を施した。
前記エッチング処理は、例えば、ドライエッチング装置(東京エレクトロン社製)を用いて、RFパワー:600W、ガス流量:SF6/O2=130/10sccm、エッチング時間:40分の条件で、マスク層のレジスト非形成部に向けて、フッ素系ガスなどのガスを照射することにより、開口径が30〜50μmの孔がピッチ150μmで配列されてなる液滴噴射孔40を形成した(図8参照)。
また、ドライエッチング処理に代えて、硫酸系、塩酸系、HF系のエッチャント液を用いて、ウェットエッチング処理を施してもよい。それらの複合工程によるエッチング処理を施してもよい。
前記エッチング処理を施したシリコンに、剥離処理を行うことにより、板状シリコン上に形成されてマスク層を除去した。場合によっては、使用するインクの種類に応じて、シリコンの表面に、SiC、SiO2、DLCなどの無機膜や、シリコーン、テフロンなどの有機膜で親液、撥液処理を施してもよい。
(2) Etching of base material The plate-like silicon 50 having the resist layer formed in the step (1) was subjected to a dry etching process using a fluorine-based gas or a halogen-based gas.
The etching process is performed using, for example, a dry etching apparatus (manufactured by Tokyo Electron), RF power: 600 W, gas flow rate: SF 6 / O 2 = 130/10 sccm, etching time: 40 minutes. By irradiating a gas such as a fluorine-based gas toward the resist non-formation portion, droplet ejection holes 40 in which holes having an opening diameter of 30 to 50 μm are arranged at a pitch of 150 μm are formed (see FIG. 8).
Further, instead of the dry etching process, a wet etching process may be performed using a sulfuric acid-based, hydrochloric acid-based, or HF-based etchant solution. You may perform the etching process by those composite processes.
By performing a peeling process on the silicon subjected to the etching process, the mask layer formed on the plate-like silicon was removed. Depending on the type of ink used, the surface of silicon may be subjected to lyophilic or liquid repellent treatment with an inorganic film such as SiC, SiO 2 or DLC, or an organic film such as silicone or Teflon.
(E)積層工程
(1)振動板とスペーサの積層
前記(B)の(1)〜(4)の工程で作製された振動板100と、前記(C)の(1)〜(3)の工程で作製されたスペーサ200とを交互に積層させる。その際に、最外層は、圧電素子10からなる振動板100となるように積層させる(図4参照)。
その後、振動板100のインク供給口12とスペーサ200のインク供給口34とが合致するように位置合わせを行った後、圧力:10〜100MPa、温度:50〜250℃の条件下で熱圧着し、1分以上程度保持して一括積層させることによって、圧電素子10からなる複数の振動板100がスペーサ200を挟んで対向配置された形態の積層圧電体400を形成した(図5参照)。
(E) Lamination process (1) Lamination of diaphragm and
Thereafter, alignment is performed so that the
(2)ノズルプレート接合
前記(1)で製造した積層圧電体400に、前記(C)で製造したノズルプレート300を以下の(a)〜(c)の工程によって接合させた。
(a) まず、ノズルプレート300の接合面となるべき表面を研磨し、その接合面を平坦にした。その研磨方法としては、コロイダルシリカ、SiC、ダイアモンドなどの研磨剤を用いて行うことが望ましい。
この実施例では、ダイアモンド砥粒(ビューラー社製、製品名:メタダイヤモンドサスペンション)を用いて研磨を行い、その後、コロイダルシリカ(フジミインコーポレード社製、製品名:COMPOL)による仕上げ研磨を行った。
(b) 前記仕上げ研磨の後、ノズルプレート300の積層圧電体400との接合面以外をレジストなどによりマスキングし、さらに、スパッタ装置(芝浦製作所社製、製品名:CFS−4ES−231)を用いて、真空度:5.0×10−4Pa、電力量:100W、スパッタ時間:18分の条件下で、スパッタ処理を施して、厚み:0.03〜0.06μmのチタン層を形成し、そのチタン層上に、同様のスパッタ装置を用いて、真空度:5.0×10−4Pa、電力量:200W、スパッタ時間:30分の条件下で、厚み:1.0μmの金層を形成した。
それにより、ノズルプレート300の接合面全域にわたってチタン−金の2層構造の金属層(図示を省略)を被覆した。
(c) 前記(b)の工程で金属層が形成されたノズルプレート300の接合面を、振動板100とスペーサ200とを積層させた積層圧電体400に当接させ、位置合わせを行った後、圧力:10〜100MPa、温度:50〜250℃の条件で熱圧着し、1分以上程度保持することによって、ノズルプレート300を積層圧電体400に接合させてなるプリンタヘッド積層体を製造した。
(2) Nozzle plate bonding The
(a) First, the surface to be the bonding surface of the
In this example, polishing was performed using diamond abrasive grains (Buhler, product name: Meta Diamond Suspension), followed by finish polishing with colloidal silica (Fujimi Incorporated, product name: COMPOL). .
(b) After the finish polishing, the surface other than the joint surface of the
As a result, a metal layer (not shown) of a titanium-gold two-layer structure was coated over the entire joining surface of the
(c) After the bonding surface of the
スペーサを、樹脂材料(アクリル樹脂)にて形成した以外は、実施例1と同様にしてプリンタヘッドを製造した。 A printer head was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the spacer was formed of a resin material (acrylic resin).
スペーサを、セラミックス(窒化アルミニウム)にて形成した以外は、実施例1と同様にしてプリンタヘッドを製造した。 A printer head was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the spacer was formed of ceramics (aluminum nitride).
スペーサを、金属材料(SUS304)にて形成した以外は、実施例1と同様にしてプリンタヘッドを製造した。 A printer head was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the spacer was formed of a metal material (SUS304).
前記スペーサ、振動板およびノズルプレートの互いに接合される表面に形成される金属層が、銅−銅の2層構造からなること以外は、実施例1と同様にしてプリンタヘッドを製造した。 A printer head was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the metal layer formed on the surfaces of the spacer, the vibration plate, and the nozzle plate joined to each other had a copper-copper two-layer structure.
金/金接合ではなく、エポキシ系接着剤で振動板、スペーサ、ノズルプレートを接着させた以外は、実施例1と同様にしてプリンタヘッドを製造した。 A printer head was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the diaphragm, spacer, and nozzle plate were bonded with an epoxy adhesive instead of gold / gold bonding.
以上説明したような実施例1〜5および比較例1にしたがって製造したプリンタヘッドについて、以下のようなインク噴射試験を行なった。
(1)インク噴射試験
酸を主成分とするインク、溶剤を含んだインク、およびアルカリを主成分とするインクを用い、1周期:300μm、電圧印加時間:30μs、電圧VP−P:40Vの矩形パルスを使用して、噴射試験をそれぞれ実施した。それらの結果を、表1に示す。
なお、噴射速度が10%低下するまでの噴射回数を比較し、噴射回数の上限を20億回とした。
The printer heads manufactured according to Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 as described above were subjected to the following ink ejection test.
(1) using ink composed mainly of an ink jet test acid, ink containing solvent, and an ink mainly composed of alkali, 1 cycle: 300 [mu] m, the voltage application time: 30 .mu.s, voltage V P-P: a 40V Each injection test was performed using a rectangular pulse. The results are shown in Table 1.
The number of injections until the injection speed decreased by 10% was compared, and the upper limit of the number of injections was set to 2 billion.
以上の試験結果から、本発明にかかる実施例1〜5のいずれについても、比較例1に比べて、極めて優れた耐食性および長期信頼性を有していると共に、様々なタイプのインク噴射に適合していることがわかった。 From the above test results, each of Examples 1 to 5 according to the present invention has extremely excellent corrosion resistance and long-term reliability as compared with Comparative Example 1, and is suitable for various types of ink ejection. I found out.
以上説明したように、本発明は、優れた耐蝕性を有し、長期信頼性に富んだインクジェットプリンタヘッド、特に、酸、アルコール、有機溶剤、アルカリ等の様々なタイプのインクの噴射に適合したインクジェットプリンタヘッドを提供する。 As described above, the present invention has excellent corrosion resistance and long-term reliability, and is particularly suitable for ejecting various types of inks such as acids, alcohols, organic solvents, and alkalis. An inkjet printer head is provided.
10 圧電素子板
12 インク供給口
14 電圧印加電極
16 給電パッド
18 導体層パターン
20 絶縁保護層
22 接合用金属層
30 板状シリコン
32 インク流路形成用切溝
33 インク流路
34 インク供給口
36 給電パッド収容部
38 接合用金属層
40 板状シリコン
42 液滴噴射孔
100 振動板
200 スペーサ
300 ノズルプレート
400 積層圧電体
DESCRIPTION OF
Claims (6)
インク流路形成用切溝とそれに連続するインク供給路形成用開口を有し、かつ、少なくとも表面に金属層を設けてなる板状のスペーサと、
前記スペーサのインク供給路形成用開口に連通する開口を有し、かつ少なくとも片面に前記スペーサのインク流路形成用切溝に対応する電極を設け、その電極を被覆する絶縁膜と、その絶縁膜上にさらに金属層を設けてなる圧電体からなる振動板と、
前記スペーサのインク流路形成用切溝に対応する位置に噴射孔を有し、かつ前記スペーサおよび振動板との接合部に金属層を設けてなるノズルプレートとからなり、
前記振動板とスペーサとを交互に積層して、インク流路およびインク供給路が形成された積層圧電体を形成すると共に、その積層圧電体のインク吐出側に前記ノズルプレートを配置し、前記振動板とスペーサとノズルプレートとを、それらの金属層を介して互いに接合させたことを特徴とするインクジェットプリンタヘッド。 In an inkjet printer head configured to eject ink by the action of a diaphragm made of a piezoelectric body,
A plate-like spacer having a groove for forming an ink flow path and an opening for forming an ink supply path continuous therewith, and having a metal layer on at least the surface;
An insulating film that has an opening that communicates with the ink supply path forming opening of the spacer, and that is provided with an electrode corresponding to the groove for forming the ink flow path of the spacer on at least one surface, and the insulating film A diaphragm made of a piezoelectric body further provided with a metal layer;
A nozzle plate having an injection hole at a position corresponding to the ink flow path forming groove of the spacer and having a metal layer provided at a joint portion between the spacer and the vibration plate;
The vibration plate and the spacer are alternately laminated to form a laminated piezoelectric body in which an ink flow path and an ink supply path are formed, and the nozzle plate is disposed on the ink ejection side of the laminated piezoelectric body, and the vibration An ink jet printer head characterized in that a plate, a spacer, and a nozzle plate are bonded to each other through their metal layers.
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