JP3231159B2 - インクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、インク滴を吐出させ
て記録を行うためのインクジェットヘッドの製造方法に
関する。

【０００２】インクジェット記録方式は、構造が簡単で
カラー化がし易く、騒音も無いなどの特長があり、今後
の記録方式の主流として期待されている。

【０００３】

【従来の技術】インクジェットヘッドからインク滴を吐
出させるには、圧力室に面して設けた振動板を振動させ
て、圧力室内のインクに吐出圧力を与える必要がある。

【０００４】振動板を振動させるのは一般に圧電素子で
あり、圧力室の位置に対応して振動板の表面に密着して
設けられる。そのような圧電素子は、以前は、振動板と
は別に、独立して圧力室の大きさに対応する大きさに形
成された後、一つ一つ振動板の表面に接着されていた。

【０００５】しかし、インクジェットヘッドにはインク
吐出ノズルの数と同数の圧電素子を取り付ける必要があ
るので、圧電素子を一つ一つ振動板に接着するのは大変
手間がかかり、ヘッドの製造コストを押し上げてしま
う。

【０００６】また、ヘッドを小型化するためには圧力室
を高密度に配置しなければならないので、それに合わせ
て圧電素子を小さく、薄くする必要がある。しかし、圧
電素子をあまり小さく、薄く形成すると、組み立て時な
どに取り扱うのが困難になってしまうので、圧電素子を
あまり小さくすることができず、ヘッドの小型化をすす
めることができない。

【０００７】そこで、最近では、インクジェットヘッド
の小型化が可能で且つ製造コストを大幅に低減するため
に、振動板に圧電体ペーストを印刷して加熱、焼成し、
圧電素子を振動板上に直接形成する方法などが考えられ
ている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、そのような印
刷法によって振動板の表面に形成された圧電素子は、印
刷ムラに起因する凸凹が表面にあって、強い振動を起こ
させると凹み部分から破損してしまい、耐圧が低い。ま
た、一枚の振動板に多数の圧電素子が形成されるが、そ
れらの厚さや平面寸法などにばらつきが生じるので、各
圧電素子の特性もばらついてしまう欠点がある。

【０００９】そこで本発明は、印刷によって振動板に直
接形成される圧電素子の耐圧を高めると共に、多数の圧
電素子が均一な特性を有するようにすることができるイ
ンクジェットヘッドの製造方法を提供することを目的と
する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、図１
に示されるように、振動板５の表面に、インクに吐出圧
力を与えるための圧力室２の位置に対応して圧電材料を
含有する圧電体ペーストを印刷し、それを加熱、焼成す
ることによって圧電素子９を形成した後、その圧電素子
９を機械加工によって整形するようにしたことを特徴と
する。

【００１１】なお、上記振動板５の表面に複数の圧電素
子９…を形成した後、上記機械加工によって各圧電素子
９…の寸法を均一化するとよい。また、上記のようにし
て圧電素子９を作った後、さらにその上に圧電体ペース
トを印刷し、それを加熱、焼成することによって外層の
圧電素子１９を形成し、その外層の圧電素子１９の表面
を上記と同様に機械加工によって整形してもよい。

【００１２】

【作用】印刷によって振動板５の表面に形成された圧電
素子９を機械加工によって整形して、その表面の凸凹を
無くすことによって耐圧が向上し、外周の余分な部分を
削除することによって無駄な抵抗が減って、入力電圧に
対する変位量が増加する。

【００１３】そして、振動板５の表面に形成された複数
の圧電素子９…の寸法を整形によって均一化することに
より、各圧電素子９…の特性が均一化される。また、圧
電素子９，１９を多層に形成することによって、単位面
積あたりの出力特性が増大する。

【００１４】

【実施例】図面を参照して実施例を説明する。図２は、
本発明が適用されて製造されたインクジェットヘッドの
部分断面図であり、シリコン単結晶ウェハ１に、エッチ
ング加工によって圧力室２とインク流路３とが各々所定
の深さに形成されている。

【００１５】なお、図２は一つの圧力室２について図示
してあるが、図３に示されるように、一枚のシリコンウ
ェハ１は、多数のインクジェットヘッド４をまとめて形
成する大きさであり、その一つのインクジェットヘッド
４の一部分Ａを示す図４に示されるように、各インクジ
ェットヘッド４に多数の（例えば６４個の）圧力室２…
が配列されている。

【００１６】図２に戻って、シリコン単結晶ウェハ１
は、圧力室２が形成されているのと反対側の表面から例
えば厚さ０．１mmに研削されて、圧力室２の背側の部分
が、所定厚さ（例えば０．０２〜０．０２５mm）の振動
板５に形成されている。

【００１７】また、エッチング加工によってノズル孔６
が貫通形成されたシリコン単結晶ウェハからなるノズル
板７が、圧力室２の表面を塞ぐようにシリコン単結晶ウ
ェハ１に接合されている。

【００１８】シリコン単結晶ウェハ１の圧力室２と反対
側の表面、即ち振動板５の表面全面には、例えば銀及び
パラジウムの粉末とそれらを結合させるためのバインダ
と有機溶媒とを混合した導電ペーストが、例えばスクリ
ーン印刷法によって厚さ５μｍに印刷され、乾燥後、加
熱、焼成により下部電極層８が形成されている。

【００１９】下部電極層８の表面には、例えば酸化鉛と
酸化ジルコニウムと酸化チタンとからなる圧電微粉末
（ＰＺＴ）とそれら粉末どうしを結合させるためのバイ
ンダと有機溶媒とを混合して粘度を３０００ｃＰに調整
した圧電体ペーストが、スクリーン印刷によって圧力室
２と位置及び大きさを対応させて厚さ２０μｍで印刷さ
れ、乾燥の後、電気炉で例えば９５０℃の高温で２時間
の加熱、焼成により圧電素子９が形成されている。

【００２０】そして、圧電素子９の表面には、下部電極
層８と同材質の上部電極層１０が、厚さ３μｍで印刷、
焼成されている。ただし、本発明においては、この上部
電極層１０を付ける前に、圧電素子９が機械加工によっ
て整形されており、その整形工程については後述する。
このようにして、図５に示されるように、振動板５の表
面に、各圧力室２と位置及び大きさを合わせて、多数の
圧電素子９が配列されている。

【００２１】圧電素子９を形成するための圧電体ペース
トの材料としては、チタン酸バリュウム系セラミック
や、ペロブスカイト構造の化合物を加えたＰＭＮ−Ｐ
Ｔ、又はＰＮＮ−ＰＴＰＺなどの材料を用いることもで
きる。

【００２２】なお、このようにして、一枚のシリコン単
結晶ウェハ１をベースにして多数のインクジェットヘッ
ド４を形成した後、全体を図３に示される一つ毎のイン
クジェットヘッド４に分割切断する。

【００２３】図６は、前述のようにシリコン単結晶ウェ
ハ１に圧電素子９が印刷され、さらに加熱、焼成された
状態を示している。この状態では、圧電素子９の表面に
は凸凹があり、側面は台形状に拡がる斜面になってい
る。

【００２４】そこで、図７に示されるように、圧電素子
９の表面を、研磨機によって平滑に研磨する。これによ
って、上下電極層８，１０間の距離が一定になり、絶縁
破壊に対する耐圧が例えば２kV/mmから８kV/mmに向上す
る。

【００２５】また、総ての圧電素子９…を同時に研磨す
ることによって、全ての圧電素子９…の厚さが均一にな
る。その結果、各圧電素子９…の特性が均一化し、イン
クジェットヘッドから噴射されるインク粒子の径のばら
つきが小さくなる。

【００２６】また、図８に示されるように、圧電素子９
の側面をダイシングソーで研削して、振動板５の表面に
対して鉛直にする。これによって、圧電素子９として利
用されない無駄な部分による抵抗が減って、入力電圧に
対する変位量を大きくすることができる。なお、この図
８の工程は、上部電極層１０を形成した後に行ってもよ
い。

【００２７】図９は、本発明の第２の実施例の圧電素子
を示しており、振動板５の表面に、圧電素子９，１９を
２層に重ね合わせて形成したものである。８は下部電極
層、１０及び２０は上部電極層である。

【００２８】この２層の圧電素子９，１９を形成するに
は、まず下層の圧電素子９を前述の第１の実施例で説明
した工程により形成及び整形して、その表面に、図１０
に示されるように、上部電極層１０を印刷する。そし
て、さらに下層の圧電素子９と同じ圧電体ペーストを上
からスクリーン印刷して、加熱、焼成することによって
上層の圧電素子１９が形成される。

【００２９】そして、上層の圧電素子１９を下層と同様
に研磨、研削によって整形した後、その表面に上部電極
層２０を形成する。圧電素子はさらに３層以上に形成し
てもよく、そのように多層化することによって、入力電
圧に対する変位量を増大させることができる。

【００３０】

【発明の効果】本発明のインクジェットヘッドの製造方
法によれば、印刷後加熱、焼成された圧電素子を整形す
ることによって、圧電素子の耐圧が上昇し、また単位面
積あたりの特性が向上する。そして、複数の圧電素子の
寸法を整形によって均一化することによって、各圧電素
子の特性が均一化され、噴射されるインク粒子径のばら
つきがなくなって高印字品質を得ることができる。

【００３１】また、圧電素子を多層化すれば、単位面積
あたりの特性がさらに向上し、インクジェットヘッドを
より小型化することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造工程を示す正面断面図である。

【図２】第１の実施例により製造されたインクジェット
ヘッドの正面部分断面図である。

【図３】第１の実施例に用いられるシリコン単結晶ウェ
ハの平面図である。

【図４】第１の実施例により製造されたインクジェット
ヘッドの平面断面図である。

【図５】第１の実施例により製造されたインクジェット
ヘッドの平面断面図である。

【図６】第１の実施例の製造工程を示す部分正面断面図
である。

【図７】第１の実施例の製造工程を示す部分正面断面図
である。

【図８】第１の実施例の製造工程を示す部分正面断面図
である。

【図９】第２の実施例により製造された圧電素子の正面
断面図である。

【図１０】第２の実施例の製造工程を示す部分正面断面
図である。

【符号の説明】

２ 圧力室 ５ 振動板 ９ 圧電素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三宅 裕子 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 三田 剛 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−306259（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−29675（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−135377（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/16 B41J 2/045 B41J 2/055

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】振動板の表面に、インクに吐出圧力を与え
   るための圧力室の位置に対応して圧電材料を含有する圧
   電体ペーストを印刷し、それを加熱、焼成することによ
   って圧電素子を形成した後、その圧電素子の表面と側面
   を各々機械加工により削って整形するようにしたことを
   特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
2. 【請求項２】上記振動板の表面に複数の圧電素子が形成
   された後、上記機械加工によって各圧電素子の寸法が均
   一化される請求項１記載のインクジェットヘッドの製造
   方法。
3. 【請求項３】請求項１に記載された製造方法によって整
   形された圧電素子の上にさらに圧電体ペーストを重ねて
   印刷し、それを加熱、焼成することによって外層の圧電
   素子を形成した後、その外層の圧電素子を機械加工によ
   って整形するようにしたことを特徴とするインクジェッ
   トヘッドの製造方法。