JP3253599B2 - インクジェットヘッドの製造方法 - Google Patents
インクジェットヘッドの製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】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。
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。
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られた振動板を振動
させて、圧力室内のインクに吐出圧力を与えるようにし
ている。
出させるには、圧力室に面して設けられた振動板を振動
させて、圧力室内のインクに吐出圧力を与えるようにし
ている。
【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
設けられている。そのような圧電素子は、従来は、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。
あり、圧力室の位置に対応して振動板の表面に密着して
設けられている。そのような圧電素子は、従来は、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】
【発明が解決しようとする課題】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
に密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。
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
に密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形成しなければならず、それに伴っ
て厚さも薄くする必要がある。
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形成しなければならず、それに伴っ
て厚さも薄くする必要がある。
【０００７】しかし、圧電素子をあまり小さく、薄く形
成すると（例えば、大きさでは１×１mm以下、厚さでは
０．１mm以下）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、それがヘッド小型化のネックになっていた。
成すると（例えば、大きさでは１×１mm以下、厚さでは
０．１mm以下）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、それがヘッド小型化のネックになっていた。
【０００８】そこで本発明は、製造コストを大幅に削減
することができ、しかも高精度で小型化が可能なインク
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。
することができ、しかも高精度で小型化が可能なインク
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。
【０００９】
【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、圧電
体層を焼成する温度に耐える耐熱性を有する材料からな
る基板に、インクに吐出圧力を加えるための圧力室とそ
れに連なるインク流路とを上記基板の表面から凹んだ形
状に形成し、上記圧力室の背面壁の外面に圧電材料を含
有する圧電体ペーストを印刷してから加熱、焼成して圧
電体層を形成した後、外方に開口するノズル孔が貫通形
成された蓋部材を、上記圧力室とインク流路の表面側を
塞ぐ状態に上記基板に接合したことを特徴とする。
め、本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、圧電
体層を焼成する温度に耐える耐熱性を有する材料からな
る基板に、インクに吐出圧力を加えるための圧力室とそ
れに連なるインク流路とを上記基板の表面から凹んだ形
状に形成し、上記圧力室の背面壁の外面に圧電材料を含
有する圧電体ペーストを印刷してから加熱、焼成して圧
電体層を形成した後、外方に開口するノズル孔が貫通形
成された蓋部材を、上記圧力室とインク流路の表面側を
塞ぐ状態に上記基板に接合したことを特徴とする。
【００１０】なお、上記蓋部材が感光性ガラス材であっ
てもよく、上記圧力室が上記基板に複数形成され、その
各圧力室の位置に対応して上記ノズル孔が上記蓋部材に
形成されていてもよい。
てもよく、上記圧力室が上記基板に複数形成され、その
各圧力室の位置に対応して上記ノズル孔が上記蓋部材に
形成されていてもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】図面を参照して実施例を説明す
る。図１ないし図１１に示されるインクジェットヘッド
の製造方法においては、まず、図２に示されるように、
例えば厚さ０．５mmのシリコン単結晶ウェハ１（基板）
に、エッチングによって圧力室２とインク流路３とを各
々表面から凹んだ状態に所定の深さに形成する。
る。図１ないし図１１に示されるインクジェットヘッド
の製造方法においては、まず、図２に示されるように、
例えば厚さ０．５mmのシリコン単結晶ウェハ１（基板）
に、エッチングによって圧力室２とインク流路３とを各
々表面から凹んだ状態に所定の深さに形成する。
【００１２】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。
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。
【００１３】次に、図５に示されるように、シリコン単
結晶ウェハ１を、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に研削する。これによ
って、圧力室２の背面壁の部分が、所定厚さ（例えば
０．０２〜０．０２５mm）の振動板５に形成される。
結晶ウェハ１を、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に研削する。これによ
って、圧力室２の背面壁の部分が、所定厚さ（例えば
０．０２〜０．０２５mm）の振動板５に形成される。
【００１４】次に、図６に示されるように、外方に開口
するノズル孔６がエッチング等によって貫通形成された
シリコン単結晶ウェハからなるノズル板７（蓋部材）
を、圧力室２とインク流路３の表面側を塞ぐようにシリ
コン単結晶ウェハ１に接合する。
するノズル孔６がエッチング等によって貫通形成された
シリコン単結晶ウェハからなるノズル板７（蓋部材）
を、圧力室２とインク流路３の表面側を塞ぐようにシリ
コン単結晶ウェハ１に接合する。
【００１５】この接合は、接合面を完全に密着させて真
空中で例えば１１００℃で３０分間加熱することによっ
て接合面が一体化する、いわゆる直接接合によって行う
ことができる。
空中で例えば１１００℃で３０分間加熱することによっ
て接合面が一体化する、いわゆる直接接合によって行う
ことができる。
【００１６】ノズル孔６と圧力室２の位置関係は図７に
示されるとおりであり、各圧力室２の端部近くにノズル
孔６が位置するように、シリコン単結晶ウェハ１とノズ
ル板７とが組み合わせられる。
示されるとおりであり、各圧力室２の端部近くにノズル
孔６が位置するように、シリコン単結晶ウェハ１とノズ
ル板７とが組み合わせられる。
【００１７】次に、図８に示されるように、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、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て粘
度を例えば２０００ｃＰに調整した導電ペーストを、例
えばスクリーン印刷法によって厚さ５μｍに印刷し、乾
燥後、電気炉で例えば１０００℃の高温で２時間加熱し
て、下部電極層８を焼成する。
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、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て粘
度を例えば２０００ｃＰに調整した導電ペーストを、例
えばスクリーン印刷法によって厚さ５μｍに印刷し、乾
燥後、電気炉で例えば１０００℃の高温で２時間加熱し
て、下部電極層８を焼成する。
【００１８】シリコン単結晶ウェハ１は１２００℃程度
の高温までは溶解されず、歪みも発生しないので、上記
のような焼成時の熱処理に対しては充分に耐えることが
できる。
の高温までは溶解されず、歪みも発生しないので、上記
のような焼成時の熱処理に対しては充分に耐えることが
できる。
【００１９】次に、その下部電極層８の表面に、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を、スクリーン印刷によって
厚さ３０μｍで印刷する。
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を、スクリーン印刷によって
厚さ３０μｍで印刷する。
【００２０】なお、スクリーン印刷で圧電体層９を形成
する場合、その厚さは５〜１００μｍの範囲が適してお
り、電極層８，１０としては、１〜１０μｍの厚さで形
成することができる。電極層８，１０及び圧電体層９を
焼成する温度は、使用する材料により変わるが、４００
〜１５００℃の範囲が使用される。
する場合、その厚さは５〜１００μｍの範囲が適してお
り、電極層８，１０としては、１〜１０μｍの厚さで形
成することができる。電極層８，１０及び圧電体層９を
焼成する温度は、使用する材料により変わるが、４００
〜１５００℃の範囲が使用される。
【００２１】なお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−ＰＴ、又はＰＮＮ−ＰＴＰＺな
どの材料を用いることもできる。
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−ＰＴ、又はＰＮＮ−ＰＴＰＺな
どの材料を用いることもできる。
【００２２】スクリーン印刷は、図９に略示されるよう
に、印刷パターンが形成されたスクリーン２１をシリコ
ン単結晶ウェハ１の表面に配置して、その上に導電ペー
スト又は圧電体ペースト２２を塗り、スキージ２３を押
さえ付けながら移動させることによって行われる。
に、印刷パターンが形成されたスクリーン２１をシリコ
ン単結晶ウェハ１の表面に配置して、その上に導電ペー
スト又は圧電体ペースト２２を塗り、スキージ２３を押
さえ付けながら移動させることによって行われる。
【００２３】このとき、圧電体ペースト２２の印刷は、
圧力室２と位置及び大きさを合わせて行う。そして、印
刷された圧電体ペースト２２が乾燥したら、電気炉で例
えば１０００℃の高温で２時間加熱し、圧電体ペースト
２２から有機溶媒などを焼散させる。
圧力室２と位置及び大きさを合わせて行う。そして、印
刷された圧電体ペースト２２が乾燥したら、電気炉で例
えば１０００℃の高温で２時間加熱し、圧電体ペースト
２２から有機溶媒などを焼散させる。
【００２４】これによって、図１０及び図１１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
きさを合わせて圧電体層９が焼成される。このようにし
て圧電体層９が焼成されたら、最後に、図１２に示され
るように、圧電体層９の表面に上部電極層１０を厚さ３
μｍで印刷、焼成する。上部電極層１０の材質及び焼成
条件等は下部電極層８と同じでよい。
るように、振動板５の表面に、各圧力室２と位置及び大
きさを合わせて圧電体層９が焼成される。このようにし
て圧電体層９が焼成されたら、最後に、図１２に示され
るように、圧電体層９の表面に上部電極層１０を厚さ３
μｍで印刷、焼成する。上部電極層１０の材質及び焼成
条件等は下部電極層８と同じでよい。
【００２５】このようにして、振動板５の表面に、電極
層８及び圧電体層９を直接印刷によって形成することに
より、製造性にすぐれ、厚み、寸法、形状も所望のイン
クジェットヘッドを高い信頼性で形成することができ
る。
層８及び圧電体層９を直接印刷によって形成することに
より、製造性にすぐれ、厚み、寸法、形状も所望のイン
クジェットヘッドを高い信頼性で形成することができ
る。
【００２６】このようにして振動板５の表面に圧電体層
９及び上下電極層８，１０が形成されたら、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。
９及び上下電極層８，１０が形成されたら、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。
【００２７】このようにして形成されたインクジェット
ヘッドにおいては、インクをインク流路３から圧力室２
内に満たして、上下両電極８，１０間に電圧を印加する
ことによって圧電体層９が変形し、それによって振動板
５が振動して圧力室２内のインクに吐出圧力が加わり、
圧力室２内のインクがノズル孔６からインク滴となって
吐出して記録が行われる。
ヘッドにおいては、インクをインク流路３から圧力室２
内に満たして、上下両電極８，１０間に電圧を印加する
ことによって圧電体層９が変形し、それによって振動板
５が振動して圧力室２内のインクに吐出圧力が加わり、
圧力室２内のインクがノズル孔６からインク滴となって
吐出して記録が行われる。
【００２８】なお、印刷の版の厚みを制御することによ
って、圧電体層９の厚みを２〜２００μｍの範囲で自由
に形成できる。したがって、圧電体層９の厚みを振動板
５の厚みに対して最も好ましい厚さにして、粒子化効率
が高く、低い駆動電圧で粒子をノズルから噴射すること
ができる。
って、圧電体層９の厚みを２〜２００μｍの範囲で自由
に形成できる。したがって、圧電体層９の厚みを振動板
５の厚みに対して最も好ましい厚さにして、粒子化効率
が高く、低い駆動電圧で粒子をノズルから噴射すること
ができる。
【００２９】また、振動板５と電極層８、電極層８と圧
電体層９が印刷、焼成により直接接合されるので、従来
のような接着層が無く、粒子化の効率をさらに高くする
ことができる。
電体層９が印刷、焼成により直接接合されるので、従来
のような接着層が無く、粒子化の効率をさらに高くする
ことができる。
【００３０】図１２及び図１３は、本発明のインクジェ
ットヘッドの製造方法の工程を示しており、ノズル板７
（蓋部材）として感光性ガラスを用い、また、下部電極
層８は、白金をスパッタリングで蒸着して形成したもの
であり、その他の工程は、図１〜図１１に示した前述の
製造方法と同じである。
ットヘッドの製造方法の工程を示しており、ノズル板７
（蓋部材）として感光性ガラスを用い、また、下部電極
層８は、白金をスパッタリングで蒸着して形成したもの
であり、その他の工程は、図１〜図１１に示した前述の
製造方法と同じである。
【００３１】この場合、感光性ガラスは、圧電体層９の
焼成温度に耐えられないので、図１２に示されるよう
に、シリコン単結晶ウェハ１（基板）に対してノズル板
７を取り付ける前に圧電体層９及び上部電極層１０の印
刷と焼成を行い、その後で、図１３に示されるように、
ノズル板７をシリコン単結晶ウェハ１の表面に接着して
圧力室２とインク流路３の表面側を塞ぐ。
焼成温度に耐えられないので、図１２に示されるよう
に、シリコン単結晶ウェハ１（基板）に対してノズル板
７を取り付ける前に圧電体層９及び上部電極層１０の印
刷と焼成を行い、その後で、図１３に示されるように、
ノズル板７をシリコン単結晶ウェハ１の表面に接着して
圧力室２とインク流路３の表面側を塞ぐ。
【００３２】なお、本発明は上記の各実施例に限定され
るものではなく、例えばノズル板７としては感光性ガラ
スに限らず感光性樹脂やモールド樹脂等も用いることが
でき、印刷については、スクリーン印刷以外の、凸版や
凹版その他どのような印刷方法を用いてもよい。
るものではなく、例えばノズル板７としては感光性ガラ
スに限らず感光性樹脂やモールド樹脂等も用いることが
でき、印刷については、スクリーン印刷以外の、凸版や
凹版その他どのような印刷方法を用いてもよい。
【００３３】
【発明の効果】本発明によれば、基板に形成された圧力
室の背面壁の外面に圧電体層が印刷、焼成によって形成
されるので、組み立て工数が削減されて大幅なコストダ
ウンが達成される。しかも圧電体層を印刷技術における
限界まで小さく薄く高密度に形成することが可能なの
で、インクジェットヘッドを格段に小型化することがで
きる。
室の背面壁の外面に圧電体層が印刷、焼成によって形成
されるので、組み立て工数が削減されて大幅なコストダ
ウンが達成される。しかも圧電体層を印刷技術における
限界まで小さく薄く高密度に形成することが可能なの
で、インクジェットヘッドを格段に小型化することがで
きる。
【００３４】さらに、本発明においては、圧電体層を焼
成した後で、ノズル孔が形成された蓋部材を圧力室とイ
ンク流路の表面側を塞ぐ状態に基板に接合したので、蓋
部材及び接着剤として耐熱性のないものや熱膨張率の大
きなもの等でも使用することができ、全体形状の変形が
なく均質で高精度のヘッドを低コストの素材を選択して
製造することができる。
成した後で、ノズル孔が形成された蓋部材を圧力室とイ
ンク流路の表面側を塞ぐ状態に基板に接合したので、蓋
部材及び接着剤として耐熱性のないものや熱膨張率の大
きなもの等でも使用することができ、全体形状の変形が
なく均質で高精度のヘッドを低コストの素材を選択して
製造することができる。
【図１】インクジェットヘッドの製造工程を示す正面部
分断面図である。
分断面図である。
【図２】インクジェットヘッドの製造工程を示す正面部
分断面図である。
分断面図である。
【図３】インクジェットヘッドの製造工程を示す全体平
面図である。
面図である。
【図４】インクジェットヘッドの製造工程を示す平面断
面図である。
面図である。
【図５】インクジェットヘッドの製造工程を示す正面部
分断面図である。
分断面図である。
【図６】インクジェットヘッドの製造工程を示す正面部
分断面図である。
分断面図である。
【図７】インクジェットヘッドの製造工程を示す平面図
である。
である。
【図８】インクジェットヘッドの製造工程を示す正面部
分断面図である。
分断面図である。
【図９】インクジェットヘッドの製造工程を示す側面略
示図である。
示図である。
【図１０】インクジェットヘッドの製造工程を示す平面
図である。
図である。
【図１１】インクジェットヘッドの製造工程を示す正面
部分断面図である。
部分断面図である。
【図１２】本発明の実施例の製造工程を示す正面部分断
面図である。
面図である。
【図１３】本発明の実施例の製造工程を示す正面部分断
面図である。
面図である。
１ シリコン単結晶ウェハ（基板） ２ 圧力室 ３ インク流路 ５ 振動板（背面壁） ６ ノズル孔 ７ ノズル板（蓋体） ９ 圧電体層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塚田 峰春 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１ 番１号 富士通株式会社内 (72)発明者 肥田 勝春 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１ 番１号 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−211058（ＪＰ，Ａ) 国際公開92／9111（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B41J 2/16 B41J 2/045
Claims (3)
- 【請求項１】圧電体層を焼成する温度に耐える耐熱性を
有する材料からなる基板に、インクに吐出圧力を加える
ための圧力室とそれに連なるインク流路とをエッチング
加工により上記基板の表面から凹んだ形状に形成し、次
いで上記圧力室の背面壁の外面に圧電材料を含有する圧
電体ペーストを印刷してから加熱、焼成して圧電体層を
形成した後、外方に開口するノズル孔が貫通形成された
蓋部材を、上記圧力室とインク流路の表面側を塞ぐ状態
に上記基板に接合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。 - 【請求項２】上記蓋部材が感光性ガラス材である請求項
１記載のインクジェットヘッドの製造方法。 - 【請求項３】上記圧力室が上記基板に複数形成され、そ
の各圧力室の位置に対応して上記ノズル孔が上記蓋部材
に形成されている請求項１又は２記載のインクジェット
ヘッドの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9485299A JP3253599B2 (ja) | 1999-04-01 | 1999-04-01 | インクジェットヘッドの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9485299A JP3253599B2 (ja) | 1999-04-01 | 1999-04-01 | インクジェットヘッドの製造方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29993A Division JP2948429B2 (ja) | 1993-01-05 | 1993-01-05 | インクジェットヘッドの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11314373A JPH11314373A (ja) | 1999-11-16 |
| JP3253599B2 true JP3253599B2 (ja) | 2002-02-04 |
Family
ID=14121571
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9485299A Expired - Fee Related JP3253599B2 (ja) | 1999-04-01 | 1999-04-01 | インクジェットヘッドの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3253599B2 (ja) |
-
1999
- 1999-04-01 JP JP9485299A patent/JP3253599B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11314373A (ja) | 1999-11-16 |
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