JP3575120B2 - Printer device and method of manufacturing the same - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電素子と振動板とのバイモルフ効果により圧力室に満たされる吐出媒体を吐出ノズルより吐出させて記録媒体に画像を印画するプリンタ装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、いわゆるオンデマンド型インクジェットプリンタは、記録信号に応じてインク液滴をノズルより吐出して、紙やフィルムなどの記録媒体に記録するプリンタであり、小型化、低コスト化が可能なため近年急速に普及しつつある。
【０００３】
一方、近年、特にオフィスにおいて、デスクトップパブリッシングと呼ばれるコンピュータを用いた文書作成が盛んに行われるようになり、最近では文字や図形だけではなく写真等のカラーの自然画像を文字や図形とともに出力するという要求が増加してきている。このように、高品位な自然画像をプリントするためには、中間調の再現が重要である。
【０００４】
このオンデマンド型インクジェットプリンタにおいて、インク液滴を吐出するためには、例えばピエゾ素子を用いる方法や発熱素子を用いる方法が一般的である。ピエゾ素子を用いる方法というのは、ピエゾ素子の変形によりインクに圧力を与えノズルより吐出させる方法である。一方、発熱素子を用いる方法というのは、発熱素子によりインクを加熱沸騰させて発生する泡の圧力でインクを吐出させる方法である。
【０００５】
また、中間調を再現するためには、ピエゾ素子または発熱素子に与える電圧やパルス幅を変化させ、吐出する液滴サイズを制御することで印字ドットの径を可変として諧調を表現するものや、ドット径は変化させずに１画素を、例えば４×４のドットよりなるマトリクスで構成し、このマトリクス単位でいわゆるディザ法を用いて諧調表現を行うものがある。
【０００６】
ところで、ピエゾ素子の変形によりインクに圧力を与えノズルより吐出させる方法には、何層にも積層された圧電素子を直線的に変位させ振動板を押す方法と、振動板に貼り合わされた単板あるいは２層に積層された圧電素子に電圧を与えることにより振動板を湾曲させる方法がある。
【０００７】
図６４及び図６５には、単板型の圧電素子を用いたプリンタ装置におけるプリントヘッドを示す。このプリントヘッドは、例えば感光性ガラス等からなる基台１０１と、この基台１０１に取り付けられる振動板１０２と、この振動板１０２上に設けられる圧電素子１０３と、吐出ノズル１０４が形成されたオリフィスプレート１０５とからなる。
【０００８】
基台１０１には、図６４に示すように、インクを導入するためのインク導入孔１０６と、該インクを収容する圧力室１０７とが形成されている。振動板１０２は、これらインク導入孔１０６と圧力室１０７を覆うようにして、基台１０１に取り付けられている。圧電素子１０３は、図６５に示すように、厚み方向の上下面にそれぞれ電極１０８，１０９を有し、圧力室１０７と対応した位置の振動板１０２上に接着剤等によって接合されている。オリフィスプレート１０５は、基台１０１の振動板１０２が設けられる面とは反対側の面に設けられている。このオリフィスプレート１０５に設けられた吐出ノズル１０４は、圧力室１０７と連通するようになっている。
【０００９】
このプリントヘッドでは、圧電素子１０３に電圧が印加されると、バイモルフ効果によって当該圧電素子１０３が変形し、その変位が振動板１０２を介して圧力室１０７に伝達される。すると、この圧電素子１０３の変位によって、圧力室１０７の体積が減少し、該圧力室１０７内に満たされていたインクが吐出ノズル１０４より吐出される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のように、振動板に貼り合わされた単板あるいは２層に積層された圧電素子に電圧を与えることにより振動板を湾曲させる方法では、切断された圧電素子を振動板上に貼り合わせるに際して、微細ピッチを達成するのが困難であるという問題がある。また、振動板上にペースト状の圧電素子を印刷等の手段により配置し、配置後に焼成する場合には、振動板の耐熱性のために焼成温度を１０００℃以上にすることが困難であり、圧電材料の特性を十分に発揮することができないという欠点がある。さらに、振動板に圧電素子を貼り合わせた後に切断を行う方法においては、振動板を傷つけることなく、圧電素子のみを切断することが困難であるとともに、絶えず一定な深さで切断をすることは工具の摩耗および工作機械の位置精度を踏まえると容易でない。
【００１１】
この一方、何層にも積層された圧電素子を直線的に変位させ振動板を押す方法では、圧電素子自体、高価なものとなり、コストの面で不利である。
【００１２】
本発明は、上述の問題点に鑑みて提案されたものであり、単板あるいは２層に積層された圧電素子を用いる安価なプリンタ装置を提供すると共に、プロセスの安定化および圧電材料特性の発揮、さらには微細ピッチに対応したプリンタ装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、振動板を単層ではなく２層以上の積層構造とし、そのうちの１層を本来の振動板として機能させると共に、圧電素子を切断する際に機械加工により本来の振動板として機能させる振動板までは切断せず、その一歩手前の切断部分に残った他の振動板をエッチング等により除去することで、本来有する圧電材料の特性の発揮、微細ピッチの実現がなされることを見い出した。
【００１４】
すなわち、本発明におけるプリンタ装置は、吐出ノズルを有してなるオリフィスプレートと、この吐出ノズルに連通し、該吐出ノズルに対応して設けられた圧力室を有してなる基台と、この基台に取り付けられる振動板と、この振動板を介して圧力室に対応して配置される圧電素子とを備える。そして、このプリンタ装置では、振動板を少なくとも２層以上とし、１層の振動板は圧力室を全て覆うようにし、残りの層の振動板は圧電素子をマスクとして除去されて当該圧電素子と略同一幅とされる。
【００１５】
このプリンタ装置を製造するには、２層以上よりなる振動板上に圧電素子を接合した後、最下層の振動板までには至らないように、圧電素子を切断する。次いで、切断されて残った圧電素子をマスクとして、切断部分に残された最下層の振動板以外の振動板を除去する。続いて、圧電素子に対応して設けられた圧力室を有してなる基台を、振動板に接合した後、圧力室に連通し、この圧力室と対応して設けられた吐出ノズルを有してなるオリフィスプレートを、基台に接合する。
【００１６】
また、本発明におけるプリンタ装置は、吐出ノズルを有してなるオリフィスプレートと、このオリフィスプレートに取り付けられた振動板と、この振動板を介して吐出ノズルに対応して配置される圧電素子とを備える。そして、このプリンタ装置では、振動板を少なくとも３層以上とし、オリフィスプレートと接する側の最下層の振動板は吐出ノズルに連通する圧力室を有し、該最下層の振動板上に設けられる振動板は圧力室を全て覆うようにされ、残りの層の振動板は圧電素子をマスクとして除去されて当該圧電素子と略同一幅とされる。
【００１７】
このプリンタ装置を製造するには、３層以上よりなる振動板上に圧電素子を接合した後、圧力室を覆う振動板までには至らないように、圧電素子を切断する。次いで、切断されて残った圧電素子をマスクとして、切断部分に残された最下層と圧力室を覆う振動板以外の振動板を除去する。続いて、最下層の振動板に圧電素子に対応して圧力室を形成した後、圧力室に連通し、この圧力室と対応して設けられた吐出ノズルを有してなるオリフィスプレートを、最下層の振動板に接合する。
【００１８】
また、本発明におけるプリンタ装置は、剛性を有する基台と、この基台に取り付けられた振動板と、この振動板を介して圧力室に対応して配置される圧電素子とを備える。そして、このプリンタ装置では、振動板を少なくとも３層以上とし、基台と接する側の最下層の振動板は吐出ノズルとこの吐出ノズルに連通する圧力室を有し、該最下層の振動板上に設けられる振動板は圧力室を全て覆うようにされ、残りの層の振動板は圧電素子をマスクとして除去されて当該圧電素子と略同一幅とされる。
【００１９】
このプリンタ装置を製造するには、３層以上よりなる振動板上に圧電素子を接合した後、圧力室を覆う振動板までには至らないように、圧電素子を切断する。次いで、切断されて残った圧電素子をマスクとして、切断部分に残された最下層と圧力室を覆う振動板以外の振動板を除去する。続いて、最下層の振動板に圧電素子に対応して圧力室を形成すると共に、この圧力室に連通する吐出ノズルを形成した後、この圧力室を覆うようにして剛性を有する基台を接合する。
【００２０】
本発明に係るプリンタ装置においては、振動板を２層以上とし、そのうちの１層を圧力室を全て覆うようにし、残りの層の振動板を圧電素子をマスクとして除去して、当該圧電素子と同一幅としているので、変位力を発生する領域に対して、負荷として働く領域は少なくなり、少ない電圧の印加により大きな変位が得られる。
【００２１】
また、２層以上よりなる振動板上に接合された圧電素子を、最下層の振動板までには至らないように切断する。このように、本来振動板として機能させる最下層の振動板を傷つけることなく、ラフに圧電素子の切断が行える。そして、切断されて残った最下層以外の振動板を除去することで、振動板の板厚のばらつきが無くなる。
【００２２】
これにより、作製プロセスの安定化、圧電材料の特性の発揮、微細ピッチに対応したプリンタ装置が得られる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用したプリンタ装置及びその製造方法の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２４】
実施の形態１
図１及び図２に、本発明に係るプリンタ装置におけるプリントヘッド部分の縦断面図と横断面図を示す。
【００２５】
このプリントヘッドは、複数の吐出ノズル１を有してなるオリフィスプレート２と、この吐出ノズル１に連通し、該吐出ノズル１に対応して設けられた圧力室３を有してなる基台４と、この基台４に取り付けられる振動板５，６と、この振動板５，６を介して圧力室３に対応して配置される圧電素子７とを備えてなる。
【００２６】
オリフィスプレート２は、図１及び図２に示すように、インクを吐出する吐出ノズル１を複数有した基板として形成され、基台４の振動板５が設けられる面とは反対側の面に取り付けられている。このオリフィスプレート２に設けられる吐出ノズル１は、基台４に形成された各圧力室３にそれぞれ相対向して設けられると共に、それぞれの圧力室３に連通するようになっている。吐出ノズル１の出口形状は、インクの表面張力により球形になろうとするので、丸形または長方形のどちらでもよい。この例では、図３に示すように、吐出ノズル１の出口形状を円形としている。
【００２７】
基台４には、図１及び図２に示すように、インクを吐出ノズル１へと導くための流路が形成されている。かかる流路は、図３に示すように、圧電素子７と相対向する位置に平面長方形をなすインク収容部である圧力室３と、この圧力室３に連通するインク供給路８とからなる。圧力室３には、インク供給路８を通ってインクタンクよりインクが導入されるようになっている。
【００２８】
振動板５，６は、図１及び図２に示すように、２つの振動板が重ね合わされた２層構造とされている。一方の振動板５は、基台４に設けられた全ての圧力室３を覆うようにして、該基台４のオリフィスプレート２が設けられる面とは反対側の面に設けられている。他方の振動板６は、後述の製造プロセスで示すように、圧電素子７をマスクとして除去されることにより、当該圧電素子７と略同一幅とされている。
【００２９】
圧電素子７は、焼成されたセラミックの上下面に電極を形成したバイモルフ素子からなり、電圧の印加による変形で圧力室３内の圧力を可変し、吐出媒体であるインクを吐出ノズル１より吐出させる役目をするものである。この圧電素子７は、図３に示すように、平面長方形として形成され、振動板６に対して接着層９を介して接合されている。
【００３０】
このように構成されたプリントヘッドにおけるインクの吐出動作は、次の通りである。図４に示す初期状態から図５に示すように、圧電素子７に電圧を与えると、該圧電素子７と積層された振動板５，６とのバイモルフ効果により、これら圧電素子７と振動板５，６が湾曲する。このため、圧電素子７に対応した圧力室３に圧力が加わり、該圧力室３に満たされていたインク１０が吐出ノズル１より吐出することとなる。
【００３１】
このプリントヘッドでは、バイモルフ効果は、積層された２層の振動板５，６と圧電素子７によって発生される。そして、圧力室３の圧力を高めるために必要な変位を得るにあたる負荷としては、当該圧力室３を覆って設けられる最下層の振動板５のみとなっている。図示すると、図４（ａ）に示すように、図中Ｃで示す部分が変位力を発生し、同図中Ｄで示す部分が負荷として働く。
【００３２】
したがって、従来のインクジェットヘッドの構成において変位強度を弱くするために広く設けられていた圧力室３の幅Ｂを、圧電素子７の幅Ａに比較して狭くすることができる。その結果、このプリントヘッドにおいては、圧力室３の大きさを小さくすることが可能となり、当該圧力室３の配置密度を高めることができ、最終的に圧力室３に連通する吐出ノズル１の間隔を小さくすることができることとなる。
【００３３】
また、このプリントヘッドでは、接着層９の厚さ誤差は負荷に影響しないという利点がある。図４（ａ）中、圧電素子７の厚みをｔ（ｐｉｅｚｏ） 、接着層９の厚みをｔ（ａｄｈ） 、上層の振動板６の厚みをｔ１ 、下層の振動板５の厚みをｔ２ としたときに、負荷の影響の度合いは、Δｔ（ａｄｈ） ／（ｔ（ｐｉｅｚｏ） ＋ｔ（ａｄｈ） ＋ｔ１ ）で表せる。つまり、接着剤の厚さの誤差は、ほぼ１乗でしか影響しない。
【００３４】
以上ように構成されたプリントヘッドを製造するには、次のようなプロセスに従って行う。
【００３５】
先ず、図６に示すように、２層構造を有する振動板５，６と圧電素子７を準備する。２層よりなる振動板５，６としては、上層の振動板６を溶解する溶液に対して、下層の振動板５がエッチングされない材料を選択する。また、下層の振動板５は、ピット（微小な穴）が存在し難い材料を選択する。さらに、上層及び下層の振動板５，６は、共に導電性であることが望ましい。
【００３６】
より具体的には、上層の振動板６を板厚２０μｍ以上の銅を主成分とする金属箔とし、下層の振動板５を板厚１５μｍ以下のニッケルを主成分とする。また、これら振動板５，６の積層方法としては、これらが強固に接合していればよく、上層の振動板６に下層の振動板５をメッキにより形成する方法、あるいは下層の振動板５に上層の振動板６をメッキにより形成する方法、さらには上層の振動板６と下層の振動板５を接合する方法、より具体的には真空雰囲気中において荷重を加えることにより接合する方法等が存在する。
【００３７】
一方、圧電素子７は、焼成したセラミックの上下面にそれぞれ電極を形成したものである。図６には、電極を省略して示してある。この圧電素子７の厚みとしては、板厚が２００μｍ以下とすることが望ましい。なお、この例では、圧電素子７は単層のものについて説明を行うが、積層された圧電素子であっても構わない。
【００３８】
また、下層の振動板５には、メッキにより形成された材料よりも圧延により形成された材料の方が後のピットが存在する可能性が少ないので、圧延により形成された材料を用いることが望ましい。さらには、振動板５，６を構成する全ての材料が圧延箔により形成されていることがより望ましい。
【００３９】
次に、図７に示すように、積層された振動板５，６のうち上層の振動板６に接着剤１１を塗布する。あるいは、圧電素子７の表面、さらには圧電素子７と振動板６の両側に接着剤１１を塗布してもよい。接着剤１１は、後の圧電素子５，６の切断プロセスにおいて、剥離することがないように耐え得る強度を有していれば良い。さらにこの接着剤１１は、導電性を有していることが望ましい。より具体的には、エポキシ接着剤に、金属などの導電性粒子を混合したものでよい。
【００４０】
続いて、図８に示すように、振動板５，６と圧電素子７をより強固に接着できるように、および接着剤１１の厚さを薄くして接着ができるように、圧電素子７側より圧力Ｐを加えてプレスを行う。なお、この例では、プレスを加えているが、プレスを行わなくても接着剤１１の厚さが安定し、さらに強固に圧電素子７と振動板５，６とが固定される方法を用いた場合には、プレス工程は必要でない。
【００４１】
またここで、接着剤１１の塗布を安定させるために、上層の振動板６の上にさらに下地層を設けてもよい。例えば、酸化シリコンなどを数１０ｎｍ設けることにより、塗布時に接着剤中に含まれる可能性のある泡を減らすことも有効である。
【００４２】
次に、図９に示すように、接着剤１１としてエポキシ系を用いた場合においては、接着剤の熱硬化を行う。
【００４３】
次いで、図１０に示すように、振動板５，６上に固定された圧電素子７を回転ブレードによるダイシングにより切断する。ここで、切断を行うピッチは、圧電素子７が吐出ノズルに連通する圧力室の大きさに対応した大きさとなるように切断加工を行うこととする。この圧電素子７の切断工程において、切断手段は、ダイシングの代わりにダイヤモンド粒子を含む砥石加工とすることが可能である。
【００４４】
切断を行うに際しては、圧電素子７は完全に切断し、刃物の底が下層の振動板５までには至らないようにする。つまり、下層の振動板５の直前で切断を止める。下層の振動板５の直前というのは、例えば上層の振動板６を５〜１０μｍ残す程度とする。
【００４５】
次に、図１１に示すように、振動板５，６に接合した圧電素子７を、上層の振動板６のみを溶解あるいはエッチングし、下層の振動板５および圧電素子７は溶解あるいはエッチングしない溶液に浸す。すると、切断されて残った圧電素子７をマスクとして、切断部分に残された下層の振動板５以外の振動板６が除去される。この結果、切断部分に残された上層の振動板６が除去され、底面には下層の振動板５が露出することになる。
【００４６】
ここで、上層の振動板６として銅を主成分とする材料を用い、下層の振動板５として、ニッケルを主成分とした材料を用いた場合においては、５〜４０％の塩化第２鉄水溶液に数分あるいは数１０秒浸すことにより、図１１に示すごとく、切断されることにより残された圧電素子７をマスクとしてエッチングを行うことができる。このようにすることで、ダイシングによる振動板の板厚誤差を無くすことができ、厚み精度の高い振動板を得ることができる。
【００４７】
次に、図１２に示すように、先の工程で得られた圧電素子７と振動板５，６の接合体を、圧力室３とインク供給路が形成された基台であるインク流路形成部材１２に接合する。接合するに際しては、圧電素子７に相対向する位置に、圧力室３が対応するようにする。そしてさらに、圧力室３に連通し、この圧力室３と対応して設けられた吐出ノズル１を有してなるオリフィスプレート（図示は省略する）を圧力室３と対応する位置に取り付ける。これにより、図１及び図２に示すプリントヘッドが完成する。
【００４８】
このようなプロセスを経て製造されたプリントヘッドにおいては、バイモルフ効果は、上下の振動板５，６と圧電素子７によって発生されることとなっており、圧力室３の圧力を高めるために必要な変位を得るにあたる負荷としては下層の振動板５のみとすることができる。
【００４９】
さらに、このバイモルフ効果により振動板５，６を変形させる場合において、負荷として働くものは、下層の振動板５の断面２次モーメントであり、振動板の厚さの３乗に比例する負荷となる。ここで、上記したプロセスにおいては、図１１に示した如く溶解あるいはエッチングにより、この断面２次モーメントを規定することとなる。したがって、多数存在する吐出ノズル１に対して、対応して存在する圧力室３に対して、均一な圧力を発生させることができることとなる。
【００５０】
ここで例えば、上記プロセスにおいて、圧電素子７をマスクとした溶解あるいはエッチングによる除去を行わず切断工程が終了したのみで、振動板を構成した場合においては、切断時における刃物の摩耗、および切断機の性能に起因する刃物の高さ精度により、振動板の厚さが決定されることとなる。仮に、その精度が例えば１μｍ以下であったとしても、振動板の板厚の目標値が１０μｍの場合には、該振動板の厚さが１０％程度にばらついてしまうこととなり、結果的に断面２次モーメントは厚さの３乗に比例するので、３０％程度のばらつきを有してしまうこととなる。つまり３０％のばらつきが振動板の負荷として存在する場合には、結果的にプリンタ装置を構成した場合において、インクの吐出量が著しくばらついてしまうこととなる。
【００５１】
しかしながら、上記プロセスを採用することにより、インク吐出時の振動板を変位させる場合の負荷となる振動板５の厚さを薄く、さらに安定に製造することができる。したがって、このプロセスによって製造されたプリントヘッドにおいては、圧力室３の大きさを小さくすることが可能となり、当該圧力室３の配置密度を高めることができ、結果的に圧力室３に連通する吐出ノズル１の間隔を小さくすることができることとなる。
【００５２】
さらに、振動板５，６として導電性を有する材料を用いることにより、圧電素子７に電圧を与える場合において、この振動板５，６を共通電極とすることが可能となる。すなわち、共通電極の端子を設ける場所の節約と端子数の省略に効果を発揮することができる。またさらに、導電性の接着剤１１を用いることにより、結果的に圧電素子７の表面に直接電界を与えることができることとなるので、接着剤１１の厚さに応じた量の電圧を低くすることができる。
【００５３】
以上が、図１及び図２に示したプリントヘッドの製造方法であるが、この他、次のように製造することもできる。
【００５４】
先ず、図１３に示すように、２層構造を有する振動板５，６と圧電素子７を準備する。２層よりなる振動板５，６としては、上層の振動板６を溶解する溶液に対して、下層の振動板５がエッチングされない材料を選択する。また、下層の振動板５は、ピット（微小な穴）が存在しにくい材料を選択する。さらに、下層及び上層の振動板５，６は、共に導電性であることが望ましい。
【００５５】
より具体的には、上層の振動板６を板厚２０μｍ以上の銅を主成分とする金属箔とし、下層の振動板５を板厚１５μｍ以下のニッケルを主成分とする。また、これら振動板５，６の積層方法としては、これらが強固に接合していればよく、上層の振動板６に下層の振動板５をメッキにより形成する方法、あるいは下層の振動板５に上層の振動板６をメッキにより形成する方法、さらには上層の振動板６と下層の振動板５を接合する方法、より具体的には真空雰囲気中において荷重を加えることにより接合する方法等が存在する。
【００５６】
また、圧電素子７は、焼成したセラミックの上下面にそれぞれ電極を形成したものである。図１３には、電極を省略して示してある。この圧電素子７の厚みとしては、板厚が２００μｍ以下とすることが望ましい。なお、この例では、圧電素子７は単層のものについて説明を行うが、積層された圧電素子であっても構わない。また、下層の振動板５には、メッキにより形成された材料よりも圧延により形成された材料の方が後のピットが存在する可能性が少ないので、圧延により形成された材料を用いることが望ましい。さらには、振動板５，６を構成する全ての材料が圧延箔により形成されていることがより望ましい。
【００５７】
次に、図１４に示すように、積層された振動板５，６のうち上層の振動板６にガリウムを成分とする液体金属接着剤１３を塗布する。あるいは、圧電素子７の表面、さらには圧電素子７と振動板６の両側に液体金属接着剤１３を塗布してもよい。この液体金属接着剤１３は、ガリウム−インジウム−錫を有する３元以上の成分を有し、室温近傍あるいは１００℃以下の温度において液体となり、さらに上層の振動板６に対して、拡散反応を生じ合金化がなされるものである。あるいは、この液体金属接着剤１３は、ガリウム−インジウム−亜鉛を有する３元以上の成分を有し、室温近傍あるいは１００℃以下の温度において液体となり、さらに上層の振動板６に対して、拡散反応を生じ合金化がなされるものである。
【００５８】
続いて、図１５に示すように、振動板５，６と圧電素子７をより強固に接着できるように、および液体金属接着剤１３の厚さを薄くして接着できるように、プレスあるいはローラー処理を行う。
【００５９】
なお、この例においては、プレスあるいはローラー処理を行い、液体金属接着剤１３の厚さを５μｍ以下とした。さらに、強固に圧電素子７と振動板５，６とが固定される方法を用いた場合には、プレス工程あるいはローラー工程は必要でない。
【００６０】
またここで、液体金属接着剤１３の塗布を安定させるために、上層の振動板６の上にさらに下地層を設けてもよい。例えば、酸化シリコンなどを数１０ｎｍ設けることにより、塗布時に接着剤中に含まれる可能性のある泡を減らすことも有効である。
【００６１】
次に、図１６に示すように、液体金属接着剤１３の拡散合金化反応を終了させるまで室温あるいは２００℃以下の温度にて保持する。なおここで、上層の振動板６として銅を主成分とする金属を用いた場合においては、拡散合金化反応により、融点が３００℃以上の銅とガリウムの合金が徐々に生成される。さらに保持時間を十分に設けた場合においては、液体金属が完全に固体金属中に拡散し、全てが高融点の合金となり、圧電素子と振動板が強固に接合される。
【００６２】
例えばガリウム−インジウム−錫（Ｇａ：４０〜９５％、Ｉｎ：０〜４０％、Ｓｎ：０〜３０％）の液体金属およびガリウム−インジウム−亜鉛（Ｇａ：４０〜９５％、Ｉｎ：０〜４０％、Ｚｎ：０〜１０％）の液体金属を用いた場合においては、振動板５の表面より約１５μｍ以下の領域においては合金層１４が生成される。
【００６３】
次いで、図１７に示すように、振動板５，６上に固定された圧電素子７を回転ブレードによるダイシングにより切断する。ここで、切断を行うピッチは、吐出ノズルに連通する圧力室の大きさに対応した圧電素子７の大きさとなるように切断加工を行うこととする。この圧電素子７の切断工程において、切断手段は、ダイシングの代わりにダイヤモンド粒子を含む砥石加工とすることが可能である。
【００６４】
切断を行うに際しては、圧電素子７は完全に切断し、刃物の底が下層の振動板５までには至らないようにする。つまり、下層の振動板５の直前で切断を止める。下層の振動板５の直前というのは、例えば上層の振動板６を５〜１０μｍ残す程度とする。
【００６５】
次に、図１８に示すように、振動板５，６に接合した圧電素子７を、上層の振動板６のみを溶解あるいはエッチングし、下層の振動板５および圧電素子７は溶解あるいはエッチングしない溶液に浸す。すると、切断されて残った圧電素子７をマスクとして、切断部分に残された下層の振動板５以外の振動板６が除去される。この結果、切断部分に残された上層の振動板６が除去され、底面には下層の振動板５が露出することになる。
【００６６】
ここで、上層の振動板６として銅を主成分とする材料を用い、下層の振動板５として、ニッケルを主成分とした材料を用いた場合においては、５〜４０％の塩化第２鉄水溶液に数分あるいは数１０秒浸すことにより、図１８に示すごとく、切断されることにより残された圧電素子７をマスクとしてエッチングを行うことができる。このようにすることで、ダイシングによる振動板の板厚誤差を無くすことができ、厚み精度の高い振動板を得ることができる。
【００６７】
次に、図１９に示すように、先の工程で得られた圧電素子７と振動板５，６の接合体を、圧力室３とインク供給路が形成された基台であるインク流路形成部材１２に接合する。接合するに際しては、圧電素子７に相対向する位置に、圧力室３が対応するようにする。そしてさらに、圧力室３に連通し、この圧力室３と対応して設けられた吐出ノズル１を有してなるオリフィスプレート（図示は省略する）を圧力室３と対応する位置に取り付ける。これにより、図１及び図２に示すプリントヘッドが完成する。
【００６８】
このようにして製造されたプリントヘッドにおいては、先の方法で製造されたものと同一の効果が得られることはもちろんのこと、次のような点において有利である。すなわち、液体金属接着剤１３として強固な合金層１４が存在するので、エポキシ等の樹脂系の接着剤１１を用いた場合に比較して、より高いバイモルフ効果が得られることとなる。さらに、合金層１４は、樹脂系の接着剤１１と比較して、変位を吸収し難いので、より高く得られたバイモルフ効果を有効に圧力室３に伝達することができる。すなわち、樹脂系の接着剤１１を用いた場合に比較して、圧電素子７に与える電圧を低くしても、インクを吐出することができることとなる。
【００６９】
さらに、この場合には、接着層として加熱処理を必要とすることなく室温状態を保った状態を継続するのみであっても、強固な合金層１４を形成することができるので、圧電素子７を形成する材料との熱膨張率が大きく異なる振動板の材料を選択したとしても、振動板５，６あるいは圧電素子７にそり等を発生させることがない。つまり、圧電素子７あるいは振動板５，６の材料を選定する場合において、その自由度を高める効果が得られることとなる。
【００７０】
実施の形態２
このプリントヘッドは、図２０及び図２１に示すように、振動板を３層構造とし、その振動板のうちオリフィスプレート２に接する側の最下層の振動板１５に圧力室３を設けたものであり、その他の構成は図１ないし図３に示すプリントヘッドと同じである。ここでは、先の例のプリントヘッドと同じ部材には同一の符号を付し、異なる部材には別の符号を付するものとし、同一部分の説明は省略する。
【００７１】
このプリントヘッドでは、圧力室３を形成する部分が振動板１５とされているが、この振動板１５は本来の振動板としての機能をするのではなく、あくまでバイモルフ効果として機能するのは、最下層の振動板１５を除いた振動板５，６と圧電素子７である。したがって、このプリントヘッドにおけるインクの吐出動作は、図２２及び図２３に示すように、やはり先の例のものと同じであり、その説明は省略する。
【００７２】
このように、この例におけるプリントヘッドでは、圧力室３を形成する部分が振動板１５からなる他は、全て先の例のプリントヘッドと同じでるため、図１ないし図３に示すプリントヘッドと同一の効果が得られる。
【００７３】
次に、このプリントヘッドの製造方法を示す。
【００７４】
先ず、図２４に示すように、３層構造を有する振動板６，５，１５と圧電素子７を準備する。なお以下、便宜上３層の振動板６，５，１５を、上から順に上層の振動板６、下層の振動板５、最下層の振動板１５と言う。
【００７５】
ここで、３層よりなる振動板６，５，１５としては、上層の振動板６を溶解する溶液に対して下層の振動板５がエッチングされない材料を選択する。また、下層の振動板５は、ピット（微小な穴）が存在し難い材料を選択する。さらに、最下層の振動板１５を溶解する溶液に対して、下層の振動板５がエッチングされない材料を選択する。またさらに、上層及び下層の振動板５，６は、共に導電性であることが望ましい。
【００７６】
より具体的には、上層の振動板６を板厚２０μｍ以上の銅を主成分とする金属箔とし、下層の振動板５を板厚１５μｍ以下のニッケルを主成分とする金属箔とし、最下層の振動板１５を銅を主成分とする板厚５０μｍ以上の金属箔とする。これら３層の振動板６，５，１５の積層方法としては、これらが強固に接合していればよく、下層の振動板５に上層の振動板６および最下層の振動板１５をメッキにより形成する方法、あるいは最下層の振動板１５に下層の振動板５をメッキにより形成し、さらに上層の振動板６をメッキにより形成する方法、さらには、上層、下層、最下層の振動板６，５，１５を接合する方法、より具体的には真空雰囲気中において荷重を加えることにより接合する方法等が存在する。
【００７７】
一方、圧電素子７は、焼成したセラミックの上下面にそれぞれ電極を形成したものである。図２４には、電極を省略して示してある。この圧電素子７の厚みとしては、板厚が４００μｍ以下とすることが望ましい。なお、この例では、圧電素子７は単層のものについて説明を行うが、積層された圧電素子であっても構わない。
【００７８】
また、下層の振動板５には、メッキにより形成された材料よりも圧延により形成された材料の方が後のピットが存在する可能性が少ないので、圧延により形成された材料を用いることが望ましい。さらには、振動板５，６，１５を構成する全ての材料が圧延箔により形成されていることがより望ましい。
【００７９】
次に、図２５に示すように、積層された振動板５，６，１５のうち上層の振動板６に接着剤１１を塗布する。あるいは、圧電素子７の表面、さらには圧電素子７と振動板６の両側に接着剤１１を塗布してもよい。接着剤１１は、後の圧電素子５，６の切断プロセスにおいて、剥離することがないように耐え得る強度を有していれば良い。さらにこの接着剤１１は、導電性を有していることが望ましい。より具体的には、エポキシ接着剤に、金属などの導電性粒子を混合したものでよい。
【００８０】
続いて、図２６に示すように、振動板５，６，１５と圧電素子７をより強固に接着できるように、および接着剤１１の厚さを薄くして接着ができるように、圧電素子７側より圧力Ｐを加えてプレスを行う。なお、この例では、プレスを加えているが、プレスを行わなくても接着剤１１の厚さが安定し、さらに強固に圧電素子７と振動板５，６とが固定される方法を用いた場合には、プレス工程は必要でない。
【００８１】
またここで、接着剤１１の塗布を安定させるために、上層の振動板６の上にさらに下地層を設けてもよい。例えば、酸化シリコンなどを数１０ｎｍ設けることにより、塗布時に接着剤中に含まれる可能性のある泡を減らすことも有効である。
【００８２】
次に、図２７に示すように、接着剤１１としてエポキシ系を用いた場合においては、接着剤の熱硬化を行う。
【００８３】
次いで、図２８に示すように、振動板５，６，１５上に固定された圧電素子７を回転ブレードによるダイシングにより切断する。ここで、切断を行うピッチは、吐出ノズルに連通する圧力室の大きさに対応した圧電素子７の大きさとなるように切断加工を行うこととする。この圧電素子７の切断工程において、切断手段は、ダイシングの代わりにダイヤモンド粒子を含む砥石加工とすることが可能である。
【００８４】
切断を行うに際しては、圧電素子７は完全に切断し、刃物の底が下層の振動板５までには至らないようにする。つまり、下層の振動板５の直前で切断を止める。下層の振動板５の直前というのは、例えば上層の振動板６を５〜１０μｍ残す程度とする。
【００８５】
次に、図２９に示すように、振動板５，６，１５に接合した圧電素子７を、上層の振動板６のみを溶解あるいはエッチングし、下層の振動板５および圧電素子７は溶解あるいはエッチングしない溶液に浸す。すると、切断されて残った圧電素子７をマスクとして、切断部分に残された下層の振動板５及び最下層の振動板１５以外の振動板６が除去される。この結果、切断部分に残された上層の振動板６が除去され、底面には下層の振動板５が露出することになる。
【００８６】
ここで、上層の振動板６として銅を主成分とする材料を用い、下層の振動板５として、ニッケルを主成分とした材料を用いた場合においては、５〜４０％の塩化第２鉄水溶液に数分あるいは数１０秒浸すことにより、図２９に示すごとく、切断されることにより残された圧電素子７をマスクとしてエッチングを行うことができる。このようにすることで、ダイシングによる振動板の板厚誤差を無くすことができ、厚み精度の高い振動板を得ることができる。
【００８７】
次に、図３０に示すように、最下層の振動板１５上にドライフィルムあるいは液状レジスト等の感光性材料を設け、圧電素子７の位置にインクの圧力室３が対応するように、該圧力室３の形状およびインク流路のパターニングを行う。そして、パターニングを行った感光性材料をマスク材料として、圧力室３をエッチングにより形成した後、該マスク材を除去する。
【００８８】
ここで、マスク材料としては、例えばプリント配線板の作製時に用いる感光性のドライフィルムが使用可能であり、さらにエッチング溶液は塩化第２鉄等が使用できる。マスク材の形成方法としては、スクリーン印刷法を用いてもよい。また、この最下層の振動板１５のエッチング工程において使用するエッチング液が上層の振動板６あるいは圧電素子７をエッチングする可能性が存在する場合には、これら上層の振動板６あるいは圧電素子７を保護する必要がある。
【００８９】
また、この例に示すごとく、上層の振動板６と最下層の振動板１５とが同一の材料である場合には、図２９と図３０に示す工程を同一工程としてもよい。すなわち、図２８に示すダイシング工程の後に、最下層の振動板１５にレジストによるマスク材を形成し、エッチング溶液に浸すことも可能である。
【００９０】
また、この例においては、最下層の振動板１５として金属材料である銅を用いた例を示したが、この振動板１５を形成する材料は金属材料である必要はなく、例えばポリイミド等の有機材料であっても構わない。
【００９１】
次に、図３１に示すように、圧電素子７と振動板５，６，１５の接合体を、吐出ノズル１を有するオリフィスプレート２に接合する。接合するに際しては、圧電素子７に相対向する位置に、圧力室３と吐出ノズル１が対応するように配置固定する。これにより、図２０及び図２１に示すプリントヘッドが完成する。
【００９２】
このようなプロセスを経て製造されたプリントヘッドは、やはり先の例のプリントヘッドと同一の効果が得られる。ここでは、重複記載となるため、その効果については省略し、このプリントヘッド特有の効果のみ述べる。
【００９３】
すなわち、このプリントヘッドでは、インクの圧力室３をもエッチングあるいは溶解により形成することができるので、圧力室３と圧電素子７との位置合わせ精度を格段に向上させることができる。そして、このプリントヘッドにおいて、振動板を変形させる場合、負荷として働く振動板の断面２次モーメントの値のみでなく、振動板の変形がなされる長さまでも安定に形成することができることとなる。
【００９４】
以上が、図２０及び図２１に示したプリントヘッドの製造方法であるが、この他、次のように製造することもできる。
【００９５】
先ず、図３２に示すように、３層構造を有する振動板６，５，１５と圧電素子７を準備する。ここで、３層よりなる振動板６，５，１５としては、上層の振動板６を溶解する溶液に対して下層の振動板５がエッチングされない材料を選択する。また、下層の振動板５は、ピット（微小な穴）が存在し難い材料を選択する。さらに、最下層の振動板１５を溶解する溶液に対して、下層の振動板５がエッチングされない材料を選択する。またさらに、上層及び下層の振動板５，６は、共に導電性であることが望ましく。
【００９６】
より具体的には、上層の振動板６を板厚２０μｍ以上の銅を主成分とする金属箔とし、下層の振動板５を板厚１５μｍ以下のニッケルを主成分とする金属箔とし、最下層の振動板１５を銅を主成分とする板厚５０μｍ以上の金属箔とする。これら３層の振動板６，５，１５の積層方法としては、これらが強固に接合していればよく、下層の振動板５に上層の振動板６および最下層の振動板１５をメッキにより形成する方法、あるいは最下層の振動板１５に下層の振動板５をメッキにより形成し、さらに上層の振動板６をメッキにより形成する方法、さらには上層、下層、最下層の振動板６，５，１５を接合する方法、より具体的には真空雰囲気中において荷重を加えることにより接合する方法等が存在する。
【００９７】
一方、圧電素子７は、焼成したセラミックの上下面にそれぞれ電極を形成したものである。図３２には、電極を省略して示してある。この圧電素子７の厚みとしては、板厚が４００μｍ以下とすることが望ましい。なお、この例では、圧電素子７は単層のものについて説明を行うが、積層された圧電素子であっても構わない。
【００９８】
また、下層の振動板５には、メッキにより形成された材料よりも圧延により形成された材料の方が後のピットが存在する可能性が少ないので、圧延により形成された材料を用いることが望ましい。さらには、振動板５，６，１５を構成する全ての材料が圧延箔により形成されていることがより望ましい。
【００９９】
次に、図３３に示すように、積層された振動板５，６，１５のうち上層の振動板６にガリウムを成分とする液体金属接着剤１３を塗布する。あるいは、圧電素子７の表面、さらには圧電素子７と振動板６の両側に液体金属接着剤１３を塗布してもよい。この液体金属接着剤１３は、ガリウム−インジウム−錫を有する３元以上の成分を有し、室温近傍あるいは１００℃以下の温度において液体となり、さらに上層の振動板６に対して、拡散反応を生じ合金化がなされるものである。あるいは、この液体金属接着剤１３は、ガリウム−インジウム−亜鉛を有する３元以上の成分を有し、室温近傍あるいは１００℃以下の温度において液体となり、さらに上層の振動板６に対して、拡散反応を生じ合金化がなされるものである。
【０１００】
続いて、図３４に示すように、振動板５，６，１５と圧電素子７をより強固に接着できるように、および液体金属接着剤１３の厚さを薄くして接着できるように、プレスあるいはローラー処理を行う。
【０１０１】
なお、この例においては、プレスあるいはローラー処理を行い、液体金属接着剤１３の厚さを５μｍ以下とした。さらに、強固に圧電素子７と振動板５，６，１５とが固定される方法を用いた場合には、プレス工程あるいはローラー工程は必要でない。
【０１０２】
またここで、液体金属接着剤１３の塗布を安定させるために、上層の振動板６の上にさらに下地層を設けてもよい。例えば、酸化シリコンなどを数１０ｎｍ設けることにより、塗布時に接着剤中に含まれる可能性のある泡を減らすことも有効である。
【０１０３】
次に、図３５に示すように、液体金属接着剤１３の拡散合金化反応を終了させるまで室温あるいは２００℃以下の温度にて保持する。なおここで、上層の振動板６として銅を主成分とする金属を用いた場合においては、拡散合金化反応により、融点が３００℃以上の銅とガリウムの合金が徐々に生成される。さらに保持時間を十分に設けた場合においては、液体金属が完全に固体金属中に拡散し、全てが高融点の合金となり、圧電素子と振動板が強固に接合される。
【０１０４】
例えばガリウム−インジウム−錫（Ｇａ：４０〜９５％、Ｉｎ：０〜４０％、Ｓｎ：０〜３０％）の液体金属およびガリウム−インジウム−亜鉛（Ｇａ：４０〜９５％、Ｉｎ：０〜４０％、Ｚｎ：０〜１０％）の液体金属を用いた場合においては、振動板５の表面より約１５μｍ以下の領域においては合金層１４が生成される。
【０１０５】
次いで、図３６に示すように、振動板５，６，１５上に固定された圧電素子７を回転ブレードによるダイシングにより切断する。ここで、切断を行うピッチは、吐出ノズルに連通する圧力室の大きさに対応した圧電素子７の大きさとなるように切断加工を行うこととする。この圧電素子７の切断工程において、切断手段は、ダイシングの代わりにダイヤモンド粒子を含む砥石加工とすることが可能である。
【０１０６】
切断を行うに際しては、圧電素子７は完全に切断し、刃物の底が下層の振動板５までには至らないようにする。つまり、下層の振動板５の直前で切断を止める。下層の振動板５の直前というのは、例えば上層の振動板６を５〜１０μｍ残す程度とする。
【０１０７】
次に、図３７に示すように、振動板５，６，１５に接合した圧電素子７を、上層の振動板６のみを溶解あるいはエッチングし、下層の振動板５、最下層の振動板１５および圧電素子７は溶解あるいはエッチングしない溶液に浸す。すると、切断されて残った圧電素子７をマスクとして、切断部分に残された下層の振動板５及び最下層の振動板１５以外の振動板６が除去される。この結果、切断部分に残された上層の振動板６が除去され、底面には下層の振動板５が露出することになる。
【０１０８】
ここで、上層の振動板６として銅を主成分とする材料を用い、下層の振動板５として、ニッケルを主成分とした材料を用いた場合においては、５〜４０％の塩化第２鉄水溶液に数分あるいは数１０秒浸すことにより、図３７に示すごとく、切断されることにより残された圧電素子７をマスクとしてエッチングを行うことができる。このようにすることで、ダイシングによる振動板の板厚誤差を無くすことができ、厚み精度の高い振動板を得ることができる。
【０１０９】
次に、図３８に示すように、最下層の振動板１５上にドライフィルムあるいは液状レジスト等の感光性材料を設け、圧電素子７の位置にインクの圧力室３が対応するように、該圧力室３の形状およびインク流路のパターニングを行う。そして、パターニングを行った感光性材料をマスク材として、圧力室３をエッチングにより形成した後、該マスク材を除去する。
【０１１０】
ここで、マスク材料としては、例えばプリント配線板の作製時に用いる感光性のドライフィルムが使用可能であり、さらにエッチング溶液は塩化第２鉄等が使用できる。マスク材の形成方法としては、スクリーン印刷法を用いてもよい。また、この最下層の振動板１５のエッチング工程において使用するエッチング液が上層の振動板６あるいは圧電素子７をエッチングする可能性が存在する場合には、これら上層の振動板６あるいは圧電素子７を保護する必要がある。
【０１１１】
また、この例に示すごとく、上層の振動板６と最下層の振動板１５とが同一の材料である場合には、図３７と図３８に示す工程を同一工程としてもよい。すなわち、図３６に示すダイシング工程の後に、最下層の振動板１５にレジストによるマスク材を形成し、エッチング溶液に浸すことも可能である。
【０１１２】
また、この例においては、最下層の振動板１５として金属材料である銅を用いた例を示したが、この振動板１５を形成する材料は金属材料である必要はなく、例えばポリイミド等の有機材料であっても構わない。
【０１１３】
次に、図３９に示すように、圧電素子７と振動板５，６，１５の接合体を、吐出ノズル１を有するオリフィスプレート２に接合する。接合するに際しては、圧電素子７に相対向する位置に、圧力室３と吐出ノズル１が対応するように配置固定する。これにより、図２０及び図２１に示すプリントヘッドが完成する。
【０１１４】
このようにして製造されたプリントヘッドにおいては、先の方法で製造されたものと同一の効果が得られることはもちろんのこと、次のような点において有利である。すなわち、液体金属接着剤１３として強固な合金層１４が存在するので、エポキシ等の樹脂系の接着剤１１を用いた場合に比較して、より高いバイモルフ効果が得られることとなる。さらに、合金層１４は、樹脂系の接着剤１１と比較して、変位を吸収し難いので、より高く得られたバイモルフ効果を有効に圧力室３に伝達することができる。すなわち、樹脂系の接着剤１１を用いた場合に比較して、圧電素子７に与える電圧を低くしても、インクを吐出することができることとなる。
【０１１５】
さらに、この場合には、接着層として加熱処理を必要とすることなく室温状態を保った状態を継続するのみであっても、強固な合金層１４を形成することができるので、圧電素子７を形成する材料との熱膨張率が大きく異なる振動板の材料を選択したとしても、振動板５，６，１５あるいは圧電素子７にそり等を発生させることがない。つまり、圧電素子７あるいは振動板５，６，１５の材料を選定する場合において、その自由度を高める効果が得られることとなる。
【０１１６】
実施の形態３
このプリントヘッドは、図４０及び図４１に示すように、振動板を３層構造とし、その振動板のうち最下層の振動板１５に圧力室３のみならずインク供給路８と吐出ノズル１を形成したものである。このプリントヘッドでは、オリフィスプレートの代わりに、剛性を有する基台１６を最下層の振動板１５に取り付けた構成とされている。ここでは、基本的な構成は、図２０及び図２１のプリントヘッドと同じであるため、このプリントヘッドと同じ部材には同一の符号を付し、異なる部材には別の符号を付するものとし、同一部分の説明は省略する。
【０１１７】
このプリントヘッドでは、オリフィスプレートを備えるのではなく、最下層の振動板１５に、圧力室３と連通する吐出ノズル１を形成したものである。すなわち、図４１及び図４２に示すように、圧力室３とインク供給路８が形成された最下層の振動板１５に、これら圧力室３とインク供給路８に連通して吐出ノズル１が形成されている。かかる吐出ノズル１は、圧電素子７の変位方向とは直交する方向に形成されている。
【０１１８】
そして、このプリントヘッドにおけるインクの吐出動作は、基本的には先の実施の形態２のプリントヘッドと同じであるため、その説明は省略する。但し、このプリントヘッドでは、図４３の吐出待機状態から図４４の吐出状態となったときに、インク１０が圧電素子７の変位方向に対して直交する方向に吐出する。
【０１１９】
このように、この例におけるプリントヘッドでは、基本的には先の実施の形態２のプリントヘッドと同じであるから、図２０及び図２１に示すプリントヘッドと同一の効果が得られる。
【０１２０】
次に、このプリントヘッドの製造方法を示す。
【０１２１】
先ず、図４５に示すように、３層構造を有する振動板６，５，１５と圧電素子７を準備する。ここで、３層よりなる振動板６，５，１５としては、上層の振動板６を溶解する溶液に対して下層の振動板５がエッチングされない材料を選択する。また、下層の振動板５は、ピット（微小な穴）が存在し難い材料を選択する。さらに、最下層の振動板１５を溶解する溶液に対して、下層の振動板５がエッチングされない材料を選択する。またさらに、上層及び下層の振動板５，６は、共に導電性であることが望ましい。
【０１２２】
より具体的には、上層の振動板６を板厚２０μｍ以上の銅を主成分とする金属箔とし、下層の振動板５を板厚１５μｍ以下のニッケルを主成分とする金属箔とし、最下層の振動板１５を銅を主成分とする板厚２０μｍ以上の金属箔とする。これら３層の振動板６，５，１５の積層方法としては、これらが強固に接合していればよく、下層の振動板５に上層の振動板６および最下層の振動板１５をメッキにより形成する方法、あるいは最下層の振動板１５に下層の振動板５をメッキにより形成し、さらに上層の振動板６をメッキにより形成する方法、さらには上層、下層、最下層の振動板６，５，１５を接合する方法、より具体的には真空雰囲気中において荷重を加えることにより接合する方法等が存在する。
【０１２３】
一方、圧電素子７は、焼成したセラミックの上下面にそれぞれ電極を形成したものである。図４５には、電極を省略して示してある。この圧電素子７の厚みとしては、板厚が４００μｍ以下とすることが望ましい。なお、この例では、圧電素子７は単層のものについて説明を行うが、積層された圧電素子であっても構わない。
【０１２４】
また、下層の振動板５には、メッキにより形成された材料よりも圧延により形成された材料の方が後のピットが存在する可能性が少ないので、圧延により形成された材料を用いることが望ましい。さらには、振動板５，６，１５を構成する全ての材料が圧延箔により形成されていることがより望ましい。
【０１２５】
次に、図４６に示すように、積層された振動板５，６，１５のうち上層の振動板６に接着剤１１を塗布する。あるいは、圧電素子７の表面、さらには圧電素子７と振動板６の両側に接着剤１１を塗布してもよい。接着剤１１は、後の圧電素子５，６の切断プロセスにおいて、剥離することがないように耐え得る強度を有していれば良い。さらにこの接着剤１１は、導電性を有していることが望ましい。より具体的には、エポキシ接着剤に、金属などの導電性粒子を混合したものでよい。
【０１２６】
続いて、図４７に示すように、振動板５，６，１５と圧電素子７をより強固に接着できるように、および接着剤１１の厚さを薄くして接着ができるように、圧電素子７側より圧力Ｐを加えてプレスを行う。なお、この例では、プレスを加えているが、プレスを行わなくても接着剤１１の厚さが安定し、さらに強固に圧電素子７と振動板５，６とが固定される方法を用いた場合には、プレス工程は必要でない。
【０１２７】
またここで、接着剤１１の塗布を安定させるために、上層の振動板６の上にさらに下地層を設けてもよい。例えば、酸化シリコンなどを数１０ｎｍ設けることにより、塗布時に接着剤中に含まれる可能性のある泡を減らすことも有効である。
【０１２８】
次に、図４８に示すように、接着剤１１としてエポキシ系を用いた場合においては、接着剤の熱硬化を行う。
【０１２９】
次いで、図４９に示すように、振動板５，６，１５上に固定された圧電素子７を回転ブレードによるダイシングにより切断する。ここで、切断を行うピッチは、吐出ノズルに連通する圧力室の大きさに対応した圧電素子７の大きさとなるように切断加工を行うこととする。この圧電素子７の切断工程において、切断手段は、ダイシングの代わりにダイヤモンド粒子を含む砥石加工とすることが可能である。
【０１３０】
切断を行うに際しては、圧電素子７は完全に切断し、刃物の底が下層の振動板５までには至らないようにする。つまり、下層の振動板５の直前で切断を止める。下層の振動板５の直前というのは、例えば上層の振動板６を５〜１０μｍ残す程度とする。
【０１３１】
次に、図５０に示すように、振動板５，６，１５に接合した圧電素子７を、上層の振動板６のみを溶解あるいはエッチングし、下層の振動板５および圧電素子７は溶解あるいはエッチングしない溶液に浸す。すると、切断されて残った圧電素子７をマスクとして、切断部分に残された下層の振動板５及び最下層の振動板１５以外の振動板６が除去される。この結果、切断部分に残された上層の振動板６が除去され、底面には下層の振動板５が露出することになる。
【０１３２】
ここで、上層の振動板６として銅を主成分とする材料を用い、下層の振動板５として、ニッケルを主成分とした材料を用いた場合においては、５〜４０％の塩化第２鉄水溶液に数分あるいは数１０秒浸すことにより、図５０に示すごとく、切断されることにより残された圧電素子７をマスクとしてエッチングを行うことができる。このようにすることで、ダイシングによる振動板の板厚誤差を無くすことができ、厚み精度の高い振動板を得ることができる。
【０１３３】
次に、図５１に示すように、最下層の振動板１５上にドライフィルムあるいは液状レジスト等の感光性材料を設け、圧電素子７の位置にインクの圧力室３が対応するように、該圧力室３の形状およびインク流路８、さらには吐出ノズル１のパターニングを行う。そして、パターニングを行った感光性材料をマスク材料として、圧力室３をエッチングにより形成した後、該マスク材を除去する。
【０１３４】
ここで、マスク材料としては、例えばプリント配線板の作製時に用いる感光性のドライフィルムが使用可能であり、さらにエッチング溶液は塩化第２鉄等が使用できる。マスク材の形成方法としては、スクリーン印刷法を用いてもよい。また、この最下層の振動板１５のエッチング工程において使用するエッチング液が上層の振動板６あるいは圧電素子７をエッチングする可能性が存在する場合には、これら上層の振動板６あるいは圧電素子７を保護する必要がある。
【０１３５】
また、この例に示すごとく、上層の振動板６と最下層の振動板１５とが同一の材料である場合には、図５０と図５１に示す工程を同一工程としてもよい。すなわち、図４９に示すダイシング工程の後に、最下層の振動板１５にレジストによるマスク材を形成し、エッチング溶液に浸すことも可能である。
【０１３６】
また、この例においては、最下層の振動板１５として金属材料である銅を用いた例を示したが、この振動板１５を形成する材料は金属材料である必要はなく、例えばポリイミド等の有機材料であっても構わない。
【０１３７】
次に、図５２に示すように、先の工程で得られた圧電素子７と振動板５，６，１５の接合体を、剛性を有する基台１６に接合する。これにより、図４０及び図４１に示すプリントヘッドが完成する。
【０１３８】
このようなプロセスを経て製造されたプリントヘッドは、やはり先の例のプリントヘッドと同一の効果が得られる。ここでは、重複記載となるため、その効果については省略し、このプリントヘッド特有の効果のみ述べる。
【０１３９】
すなわち、このプリントヘッドでは、圧力室３、インク供給路８、吐出ノズル１を同一工程でエッチングあるいは溶解により形成するので、圧力室３と圧電素子７との位置合わせ精度が格段に向上するだけでなく、圧力室３と吐出ノズル１の位置関係が精度よくでる。そして、このプリントヘッドにおいて、振動板を変形させる場合、負荷として働く振動板の断面２次モーメントの値のみでなく、振動板の変形がなされる長さまでも安定に形成することができることとなる。
【０１４０】
以上が、図４０及び図４１に示したプリントヘッドの製造方法であるが、この他、次のように製造することもできる。
【０１４１】
先ず、図５３に示すように、３層構造を有する振動板６，５，１５と圧電素子７を準備する。ここで、３層よりなる振動板６，５，１５としては、上層の振動板６を溶解する溶液に対して下層の振動板５がエッチングされない材料を選択する。また、下層の振動板５は、ピット（微小な穴）が存在し難い材料を選択する。さらに、最下層の振動板１５を溶解する溶液に対して、下層の振動板５がエッチングされない材料を選択する。またさらに、上層及び下層の振動板５，６は、共に導電性であることが望ましく。
【０１４２】
より具体的には、上層の振動板６を板厚２０μｍ以上の銅を主成分とする金属箔とし、下層の振動板５を板厚１５μｍ以下のニッケルを主成分とする金属箔とし、最下層の振動板１５を銅を主成分とする板厚３０μｍ以上の金属箔とする。これら３層の振動板６，５，１５の積層方法としては、これらが強固に接合していればよく、下層の振動板５に上層の振動板６および最下層の振動板１５をメッキにより形成する方法、あるいは最下層の振動板１５に下層の振動板５をメッキにより形成し、さらに上層の振動板６をメッキにより形成する方法、さらには上層、下層、最下層の振動板６，５，１５を接合する方法、より具体的には真空雰囲気中において荷重を加えることにより接合する方法等が存在する。
【０１４３】
一方、圧電素子７は、焼成したセラミックの上下面にそれぞれ電極を形成したものである。図５３には、電極を省略して示してある。この圧電素子７の厚みとしては、板厚が４００μｍ以下とすることが望ましい。なお、この例では、圧電素子７は単層のものについて説明を行うが、積層された圧電素子であっても構わない。
【０１４４】
また、下層の振動板５には、メッキにより形成された材料よりも圧延により形成された材料の方が後のピットが存在する可能性が少ないので、圧延により形成された材料を用いることが望ましい。さらには、振動板５，６，１５を構成する全ての材料が圧延箔により形成されていることがより望ましい。
【０１４５】
次に、図５４に示すように、積層された振動板５，６，１５のうち上層の振動板６にガリウムを成分とする液体金属接着剤１３を塗布する。あるいは、圧電素子７の表面、さらには圧電素子７と振動板６の両側に液体金属接着剤１３を塗布してもよい。この液体金属接着剤１３は、ガリウム−インジウム−錫を有する３元以上の成分を有し、室温近傍あるいは１００℃以下の温度において液体となり、さらに上層の振動板６に対して、拡散反応を生じ合金化がなされるものである。あるいは、この液体金属接着剤１３は、ガリウム−インジウム−亜鉛を有する３元以上の成分を有し、室温近傍あるいは１００℃以下の温度において液体となり、さらに上層の振動板６に対して、拡散反応を生じ合金化がなされるものである。
【０１４６】
続いて、図５５に示すように、振動板５，６，１５と圧電素子７をより強固に接着できるように、および液体金属接着剤１３の厚さを薄くして接着できるように、プレスあるいはローラー処理を行う。
【０１４７】
なお、この例においては、プレスあるいはローラー処理を行い、液体金属接着剤１３の厚さを５μｍ以下とした。さらに、強固に圧電素子７と振動板５，６，１５とが固定される方法を用いた場合には、プレス工程あるいはローラー工程は必要でない。
【０１４８】
またここで、液体金属接着剤１３の塗布を安定させるために、上層の振動板６の上にさらに下地層を設けてもよい。例えば、酸化シリコンなどを数１０ｎｍ設けることにより、塗布時に接着剤中に含まれる可能性のある泡を減らすことも有効である。
【０１４９】
次に、図５６に示すように、液体金属接着剤１３の拡散合金化反応を終了させるまで室温あるいは２００℃以下の温度にて保持する。なおここで、上層の振動板６として銅を主成分とする金属を用いた場合においては、拡散合金化反応により、融点が３００℃以上の銅とガリウムの合金が徐々に生成される。さらに保持時間を十分に設けた場合においては、液体金属が完全に固体金属中に拡散し、全てが高融点の合金となり、圧電素子と振動板が強固に接合される。
【０１５０】
例えばガリウム−インジウム−錫（Ｇａ：４０〜９５％、Ｉｎ：０〜４０％、Ｓｎ：０〜３０％）の液体金属およびガリウム−インジウム−亜鉛（Ｇａ：４０〜９５％、Ｉｎ：０〜４０％、Ｚｎ：０〜１０％）の液体金属を用いた場合においては、振動板５の表面より約１５μｍ以下の領域においては合金層１４が生成される。
【０１５１】
次いで、図５７に示すように、振動板５，６，１５上に固定された圧電素子７を回転ブレードによるダイシングにより切断する。ここで、切断を行うピッチは、吐出ノズルに連通する圧力室の大きさに対応した圧電素子７の大きさとなるように切断加工を行うこととする。この圧電素子７の切断工程において、切断手段は、ダイシングの代わりにダイヤモンド粒子を含む砥石加工とすることが可能である。
【０１５２】
切断を行うに際しては、圧電素子７は完全に切断し、刃物の底が下層の振動板５までには至らないようにする。つまり、下層の振動板５の直前で切断を止める。下層の振動板５の直前というのは、例えば上層の振動板６を５〜１０μｍ残す程度とする。
【０１５３】
次に、図５８に示すように、振動板５，６，１５に接合した圧電素子７を、上層の振動板６のみを溶解あるいはエッチングし、下層の振動板５、最下層の振動板１５および圧電素子７は溶解あるいはエッチングしない溶液に浸す。すると、切断されて残った圧電素子７をマスクとして、切断部分に残された下層の振動板５及び最下層の振動板１５以外の振動板６が除去される。この結果、切断部分に残された上層の振動板６が除去され、底面には下層の振動板５が露出することになる。
【０１５４】
ここで、上層の振動板６として銅を主成分とする材料を用い、下層の振動板５として、ニッケルを主成分とした材料を用いた場合においては、５〜４０％の塩化第２鉄水溶液に数分あるいは数１０秒浸すことにより、図３７に示すごとく、切断されることにより残された圧電素子７をマスクとしてエッチングを行うことができる。このようにすることで、ダイシングによる振動板の板厚誤差を無くすことができ、厚み精度の高い振動板を得ることができる。
【０１５５】
次に、図５９に示すように、最下層の振動板１５上にドライフィルムあるいは液状レジスト等の感光性材料を設け、圧電素子７の位置にインクの圧力室３が対応するように、該圧力室３の形状およびインク流路８、さらには吐出ノズル１のパターニングを行う。そして、パターニングを行った感光性材料をマスク材料として、圧力室３をエッチングにより形成した後、マスク材を除去する。
【０１５６】
ここで、マスク材料としては、例えばプリント配線板の作製時に用いる感光性のドライフィルムが使用可能であり、さらにエッチング溶液は塩化第２鉄等が使用できる。マスク材の形成方法としては、スクリーン印刷法を用いてもよい。また、この最下層の振動板１５のエッチング工程において使用するエッチング液が上層の振動板６あるいは圧電素子７をエッチングする可能性が存在する場合には、これら上層の振動板６あるいは圧電素子７を保護する必要がある。
【０１５７】
また、この例に示すごとく、上層の振動板６と最下層の振動板１５とが同一の材料である場合には、図５８と図５９に示す工程を同一工程としてもよい。すなわち、図５７に示すダイシング工程の後に、最下層の振動板１５にレジストによるマスク材を形成し、エッチング溶液に浸すことも可能である。
【０１５８】
また、この例においては、最下層の振動板１５として金属材料である銅を用いた例を示したが、この振動板１５を形成する材料は金属材料である必要はなく、例えばポリイミド等の有機材料であっても構わない。
【０１５９】
次に、図６０に示すように、先の工程で得られた圧電素子７と振動板５，６，１５の接合体を、剛性を有する基台１６に接合する。これにより、図４０及び図４１に示すプリントヘッドが完成する。
【０１６０】
このようにして製造されたプリントヘッドにおいては、先の方法で製造されたものと同一の効果が得られることはもちろんのこと、次のような点において有利である。すなわち、液体金属接着剤１３として強固な合金層１４が存在するので、エポキシ等の樹脂系の接着剤１１を用いた場合に比較して、より高いバイモルフ効果が得られることとなる。さらに、合金層１４は、樹脂系の接着剤１１と比較して、変位を吸収し難いので、より高く得られたバイモルフ効果を有効に圧力室３に伝達することができる。すなわち、樹脂系の接着剤１１を用いた場合に比較して、圧電素子７に与える電圧を低くしても、インクを吐出することができることとなる。
【０１６１】
さらに、この場合には、接着層として加熱処理を必要とすることなく室温状態を保った状態を継続するのみであっても、強固な合金層１４を形成することができるので、圧電素子７を形成する材料との熱膨張率が大きく異なる振動板の材料を選択したとしても、振動板５，６，１５あるいは圧電素子７にそり等を発生させることがない。つまり、圧電素子７あるいは振動板５，６，１５の材料を選定する場合において、その自由度を高める効果が得られることとなる。
【０１６２】
実施の形態４
ここでは、上述したプリントヘッドを実際に搭載したプリンタ装置について説明する。
【０１６３】
プリントヘッドは、例えば図６１に示すようなシリアル型のプリンタ装置に搭載される。被印刷物としてのプリント紙１７は、ドラム軸方向に平行に設けられた紙圧着ローラ１８により、ドラム１９に圧着保持されている。そのドラム１９の外周近傍には、送りネジ２０がドラム軸方向に平行に設けられている。そして、この送りネジ２０には、プリントヘッド２１が保持されている。かかるプリントヘッド２１は、送りネジ２０の回転によってドラム１９の軸方向に移動するようになされている。
【０１６４】
一方、ドラム１９は、プーリ２２、ベルト２３、プーリ２４を介してモータ２５により回転駆動される。さらに、送りネジ２０及びモータ２５の回転とプリントヘッド２１の駆動は、駆動制御部２６により印画データ及び制御信号２７に基づいて駆動制御される。
【０１６５】
上記の構成においては、プリントヘッド２１が移動して１行分の印字を行うと、ドラム１９を１行分だけ回転させて次の印字を行う。プリントヘッド１９が移動し印画する場合は、一方向の場合と往復方向の場合とがある。
【０１６６】
図６２は、ライン型の構成例である。この場合は、図６１に示すシリアル型のプリントヘッド２１及び送りネジ２０の代わりに多数のヘッドがライン状に配置されたラインヘッド２８が軸方向に固定して設けられている。この構成では、ラインヘッド２８で１行分の印字が同時に行われ、印字が完了するとドラム１９を１行分だけ回転させて次の行の印字を行う。この場合、全ラインを一括して印字したり、複数ブロックに分割したり、１行おきに交互に印字する方法も考えられる。
【０１６７】
図６３には、印字及び制御系のブロック図を示す。印字データなどの信号２９は、信号処理制御回路３０に入力され、この信号処理制御回路３０において印字順番に揃えられて、ドライバ３１を介してヘッド３２に送られる。印字順番は、ヘッド３２や印字部の構成で異なり、また印字データの入力順番との関係もあり、必要に応じてラインバッファメモリや１画面メモリなどのメモリ３３に一旦記録してから取り出す。ヘッド３２には、諧調信号や吐出信号を入力する。
【０１６８】
なお、マルチヘッドでノズル数が非常に多い場合には、ヘッド３２にＩＣを搭載して、当該ヘッド３２に接続する配線数を減らすようにする。また、信号処理制御回路３０には、補正回路３４が接続されており、γ補正、カラーの場合の色補正、各ヘッドのばらつき補正などを行う。
【０１６９】
補正回路３４には、予め決められた補正データをＲＯＭマップ形式で格納しておき、外部条件、例えばノズル番号、温度、入力信号などに応じて取り出すようにするのが一般的である。信号処理制御回路３０は、ＣＰＵやＤＳＰ構成としてソフトウエアで処理することが一般的であり、処理された信号は各種制御部３５に送られる。
【０１７０】
各種制御部３５では、ドラム１９及び送りネジ２０を回転駆動するモータの駆動、同期、ヘッド２１，２８のクリーニング、プリント紙１７の供給、排出などの制御を行う。また、信号には、印字データ以外の操作部信号や外部制御信号が含まれることは言うまでもない。
【０１７１】
【発明の効果】
以上の説明からもわかるように、本発明によれば、バイモルフ効果を用いてインクを吐出する際に圧力室の圧力を高めるために必要な変位を得るにあたり、負荷として存在する振動板の薄板部分を、エッチングあるいは溶解により形成し、さらに薄板部分の板厚を規定することができるため、断面２次モーメントを規定することができ、多数存在するノズルに対応して存在する圧力室に対して、均一な圧力を発生させることができる。
【０１７２】
すなわち、従来の薄板部分の形成をダイシングのみにより行う従来工程と比較して、薄板部分の板厚制御の精度を高めることができ、結果的に高精度のダイシング装置を用いることなく、高精度の板厚管理を行うことができる。つまり、本発明により、インク吐出時の振動板を変位させる場合の負荷となる振動板の厚さを薄く、さらに安定に製造することが可能となるので、圧力室の大きさを小さくすることができ、当該圧力室の配置密度を高めることができることとなり、結果的に圧力室に連通するノズルの間隔を小さくすることができる。したがって、本発明のプリンタ装置では、安価な単板あるいは２層に積層された圧電素子を用いて、微細ピッチのノズル配置を実現することができる。
【０１７３】
また、本発明によれば、焼成された圧電素子を用いることができるので、圧電材料の特性を十分に発揮することができる。さらに、振動板として３層以上の材料よりなる振動板を用いることにより、インクの圧力室さらには吐出ノズルをもエッチングあるいは溶解工程により形成することができるので、圧力室さらには吐出ノズルと圧電素子との位置合わせ精度を格段に向上させることができ、結果的に振動板を変形させる場合において、負荷として働く振動板の断面２次モーメントの値のみでなく、振動板の変形がなされる長さまでも安定に形成することができ、さらに吐出ノズルも位置合わせ精度よく形成することができる。
【０１７４】
また、接着層として液体金属を用いた場合においては、接着層に強固な合金が存在するので、高いバイモルフ効果が得られ、しかも合金層は樹脂系の接着剤と比較して変位を吸収しにくいので、より高く得られたバイモルフ効果を有効に圧力室に伝達することができる。すなわち接着剤として樹脂系の接着剤を用いた場合に比較して、圧電素子に与える電圧を低くしても、インクを吐出することができる。
【０１７５】
さらに、加熱処理を必要とすることなく室温状態を保った状態を継続するのみであっても強固な合金層を形成することができるので、圧電素子を形成する材料との熱膨張率が大きく異なる振動板の材料を選択したとしても、振動板あるいは圧電素子にそり等を発生させることがない。つまり、圧電素子あるいは振動板の材料を選定する場合において、その自由度を高める効果が得られることとなる。
【０１７６】
そしてさらに、振動板として導電性の材質を用いることにより、この振動板を共通電極とすることができ、当該共通電極の端子を設ける場所の節約と端子数の省略を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】振動板を２層構造としたプリントヘッドの横断面図である。
【図２】振動板を２層構造としたプリントヘッドの縦断面図である。
【図３】振動板を２層構造としたプリントヘッドの透視図である。
【図４】振動板を２層構造としたプリントヘッドのインク吐出待機状態を示す断面図である。
【図５】振動板を２層構造としたプリントヘッドのインク吐出状態を示す断面図である。
【図６】振動板を２層構造としたプリントヘッドの製造方法を示すもので、振動板に圧電素子を接合する前の状態を示す断面図である。
【図７】振動板を２層構造としたプリントヘッドの製造方法を示すもので、振動板に接着剤を塗布した状態を示す断面図である。
【図８】振動板を２層構造としたプリントヘッドの製造方法を示すもので、振動板に圧電素子を接着した状態を示す断面図である。
【図９】振動板を２層構造としたプリントヘッドの製造方法を示すもので、接着剤を熱硬化した状態を示す断面図である。
【図１０】振動板を２層構造としたプリントヘッドの製造方法を示すもので、圧電素子をダイシングした状態を示す断面図である。
【図１１】振動板を２層構造としたプリントヘッドの製造方法を示すもので、エッチングにより振動板の厚みを規定した状態を示す断面図である。
【図１２】振動板を２層構造としたプリントヘッドの製造方法を示すもので、インク流路形成部材を接合した状態を示す断面図である。
【図１３】振動板を２層構造としたプリントヘッドの他の製造方法を示すもので、振動板に圧電素子を接合する前の状態を示す断面図である。
【図１４】振動板を２層構造としたプリントヘッドの他の製造方法を示すもので、振動板に液体金属接着剤を塗布した状態を示す断面図である。
【図１５】振動板を２層構造としたプリントヘッドの他の製造方法を示すもので、振動板に圧電素子を接着した状態を示す断面図である。
【図１６】振動板を２層構造としたプリントヘッドの他の製造方法を示すもので、液体金属接着剤の拡散合金化反応が終了した状態を示す断面図である。
【図１７】振動板を２層構造としたプリントヘッドの他の製造方法を示すもので、圧電素子をダイシングした状態を示す断面図である。
【図１８】振動板を２層構造としたプリントヘッドの他の製造方法を示すもので、エッチングにより振動板の厚みを規定した状態を示す断面図である。
【図１９】振動板を２層構造としたプリントヘッドの他の製造方法を示すもので、インク流路形成部材を接合した状態を示す断面図である。
【図２０】振動板を３層構造としたプリントヘッドの横断面図である。
【図２１】振動板を３層構造としたプリントヘッドの縦断面図である。
【図２２】振動板を３層構造としたプリントヘッドのインク吐出待機状態を示す断面図である。
【図２３】振動板を３層構造としたプリントヘッドのインク吐出状態を示す断面図である。
【図２４】振動板を３層構造としたプリントヘッドの製造方法を示すもので、振動板に圧電素子を接合する前の状態を示す断面図である。
【図２５】振動板を３層構造としたプリントヘッドの製造方法を示すもので、振動板に接着剤を塗布した状態を示す断面図である。
【図２６】振動板を３層構造としたプリントヘッドの製造方法を示すもので、振動板に圧電素子を接着した状態を示す断面図である。
【図２７】振動板を３層構造としたプリントヘッドの製造方法を示すもので、接着剤を熱硬化した状態を示す断面図である。
【図２８】振動板を３層構造としたプリントヘッドの製造方法を示すもので、圧電素子をダイシングした状態を示す断面図である。
【図２９】振動板を３層構造としたプリントヘッドの製造方法を示すもので、エッチングにより振動板の厚みを規定した状態を示す断面図である。
【図３０】振動板を３層構造としたプリントヘッドの製造方法を示すもので、最下層の振動板に圧力室を形成した状態を示す断面図である。
【図３１】振動板を３層構造としたプリントヘッドの製造方法を示すもので、オリフィスプレートを接合した状態を示す断面図である。
【図３２】振動板を３層構造としたプリントヘッドの他の製造方法を示すもので、振動板に圧電素子を接合する前の状態を示す断面図である。
【図３３】振動板を３層構造としたプリントヘッドの他の製造方法を示すもので、振動板に液体金属接着剤を塗布した状態を示す断面図である。
【図３４】振動板を３層構造としたプリントヘッドの他の製造方法を示すもので、振動板に圧電素子を接着した状態を示す断面図である。
【図３５】振動板を３層構造としたプリントヘッドの他の製造方法を示すもので、液体金属接着剤の拡散合金化反応が終了した状態を示す断面図である。
【図３６】振動板を３層構造としたプリントヘッドの他の製造方法を示すもので、圧電素子をダイシングした状態を示す断面図である。
【図３７】振動板を３層構造としたプリントヘッドの他の製造方法を示すもので、エッチングにより振動板の厚みを規定した状態を示す断面図である。
【図３８】振動板を３層構造としたプリントヘッドの他の製造方法を示すもので、最下層の振動板に圧力室を形成した状態を示す断面図である。
【図３９】振動板を３層構造としたプリントヘッドの製造方法を示すもので、オリフィスプレートを接合した状態を示す断面図である。
【図４０】振動板を３層構造とし、最下層の振動板に吐出ノズルを形成したプリントヘッドの横断面図である。
【図４１】振動板を３層構造とし、最下層の振動板に吐出ノズルを形成したプリントヘッドの縦断面図である。
【図４２】振動板を３層構造とし、最下層の振動板に吐出ノズルを形成したプリントヘッドの透視図である。
【図４３】振動板を３層構造とし、最下層の振動板に吐出ノズルを形成したプリントヘッドのインク吐出待機状態を示す断面図である。
【図４４】振動板を３層構造とし、最下層の振動板に吐出ノズルを形成したプリントヘッドのインク吐出状態を示す断面図である。
【図４５】振動板を３層構造とし、最下層の振動板に吐出ノズルを形成したプリントヘッドの製造方法を示すもので、振動板に圧電素子を接合する前の状態を示す断面図である。
【図４６】振動板を３層構造とし、最下層の振動板に吐出ノズルを形成したプリントヘッドの製造方法を示すもので、振動板に接着剤を塗布した状態を示す断面図である。
【図４７】振動板を３層構造とし、最下層の振動板に吐出ノズルを形成したプリントヘッドの製造方法を示すもので、振動板に圧電素子を接着した状態を示す断面図である。
【図４８】振動板を３層構造とし、最下層の振動板に吐出ノズルを形成したプリントヘッドの製造方法を示すもので、接着剤を熱硬化した状態を示す断面図である。
【図４９】振動板を３層構造とし、最下層の振動板に吐出ノズルを形成したプリントヘッドの製造方法を示すもので、圧電素子をダイシングした状態を示す断面図である。
【図５０】振動板を３層構造とし、最下層の振動板に吐出ノズルを形成したプリントヘッドの製造方法を示すもので、エッチングにより振動板の厚みを規定した状態を示す断面図である。
【図５１】振動板を３層構造とし、最下層の振動板に吐出ノズルを形成したプリントヘッドの製造方法を示すもので、最下層の振動板に圧力室を形成した状態を示す断面図である。
【図５２】振動板を３層構造とし、最下層の振動板に吐出ノズルを形成したプリントヘッドの製造方法を示すもので、剛性を有する基台を接合した状態を示す断面図である。
【図５３】振動板を３層構造とし、最下層の振動板に吐出ノズルを形成したプリントヘッドの他の製造方法を示すもので、振動板に圧電素子を接合する前の状態を示す断面図である。
【図５４】振動板を３層構造とし、最下層の振動板に吐出ノズルを形成したプリントヘッドの他の製造方法を示すもので、振動板に液体金属接着剤を塗布した状態を示す断面図である。
【図５５】振動板を３層構造とし、最下層の振動板に吐出ノズルを形成したプリントヘッドの他の製造方法を示すもので、振動板に圧電素子を接着した状態を示す断面図である。
【図５６】振動板を３層構造とし、最下層の振動板に吐出ノズルを形成したプリントヘッドの他の製造方法を示すもので、液体金属接着剤の拡散合金化反応が終了した状態を示す断面図である。
【図５７】振動板を３層構造とし、最下層の振動板に吐出ノズルを形成したプリントヘッドの他の製造方法を示すもので、圧電素子をダイシングした状態を示す断面図である。
【図５８】振動板を３層構造とし、最下層の振動板に吐出ノズルを形成したプリントヘッドの他の製造方法を示すもので、エッチングにより振動板の厚みを規定した状態を示す断面図である。
【図５９】振動板を３層構造とし、最下層の振動板に吐出ノズルを形成したプリントヘッドの他の製造方法を示すもので、最下層の振動板に圧力室を形成した状態を示す断面図である。
【図６０】振動板を３層構造とし、最下層の振動板に吐出ノズルを形成したプリントヘッドの製造方法を示すもので、剛性を有する基台を接合した状態を示す断面図である。
【図６１】シリアル型プリンタ装置の概略構成図である。
【図６２】ライン型プリンタ装置の概略構成図である。
【図６３】制御系のブロック図である。
【図６４】従来のプリントヘッドの縦断面図である。
【図６５】従来のプリントヘッドの横断面図である。
【符号の説明】
１ 吐出ノズル
３ 圧力室
５，６，１５ 振動板
７ 圧電素子
１１ 接着剤
１３ 液体金属接着剤
１４ 合金層[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a printer apparatus that prints an image on a recording medium by discharging a discharge medium filled in a pressure chamber from a discharge nozzle by a bimorph effect between a piezoelectric element and a vibration plate, and a method of manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a so-called on-demand type ink jet printer is a printer that discharges ink droplets from nozzles according to a recording signal and records the recording on a recording medium such as paper or film. It is spreading rapidly.
[0003]
On the other hand, in recent years, especially in offices, document creation using a computer called desktop publishing has been actively performed, and recently, not only characters and figures but also color natural images such as photographs are output together with characters and figures. The demand is increasing. As described above, in order to print a high-quality natural image, reproduction of a halftone is important.
[0004]
In this on-demand type ink jet printer, in order to discharge ink droplets, for example, a method using a piezo element or a method using a heating element is generally used. The method using a piezo element is a method in which pressure is applied to ink by deformation of the piezo element and the ink is ejected from a nozzle. On the other hand, the method using a heating element is a method in which ink is heated and boiled by the heating element to discharge ink at a pressure of bubbles generated.
[0005]
Also, in order to reproduce halftones, by changing the voltage or pulse width applied to the piezo element or the heating element and controlling the size of the ejected droplet, the diameter of the print dot is made variable to express gradation, There is a type in which one pixel is constituted by a matrix composed of, for example, 4 × 4 dots without changing the dot diameter, and gradation expression is performed using a so-called dither method in units of the matrix.
[0006]
By the way, the method of applying pressure to the ink by the deformation of the piezo element and discharging the ink from the nozzle includes a method of linearly displacing the piezoelectric elements stacked in multiple layers and pressing the vibration plate, and a single plate bonded to the vibration plate Alternatively, there is a method in which a diaphragm is bent by applying a voltage to a piezoelectric element laminated in two layers.
[0007]
FIGS. 64 and 65 show a print head in a printer device using a single-plate type piezoelectric element. The print head includes a base 101 made of, for example, photosensitive glass, a vibration plate 102 attached to the base 101, a piezoelectric element 103 provided on the vibration plate 102, and an orifice formed with a discharge nozzle 104. And a plate 105.
[0008]
As shown in FIG. 64, an ink introduction hole 106 for introducing ink and a pressure chamber 107 for accommodating the ink are formed in the base 101. The vibration plate 102 is attached to the base 101 so as to cover the ink introduction holes 106 and the pressure chambers 107. As shown in FIG. 65, the piezoelectric element 103 has electrodes 108 and 109 on the upper and lower surfaces in the thickness direction, respectively, and is joined to the vibration plate 102 at a position corresponding to the pressure chamber 107 by an adhesive or the like. The orifice plate 105 is provided on the surface of the base 101 opposite to the surface on which the diaphragm 102 is provided. The discharge nozzle 104 provided on the orifice plate 105 communicates with the pressure chamber 107.
[0009]
In this print head, when a voltage is applied to the piezoelectric element 103, the piezoelectric element 103 is deformed by the bimorph effect, and the displacement is transmitted to the pressure chamber 107 via the diaphragm 102. Then, due to the displacement of the piezoelectric element 103, the volume of the pressure chamber 107 is reduced, and the ink filled in the pressure chamber 107 is discharged from the discharge nozzle 104.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, as described above, in the method in which the diaphragm is bent by applying a voltage to the piezoelectric element laminated on the single plate or the two layers laminated on the diaphragm, the cut piezoelectric element is laminated on the diaphragm. In this case, there is a problem that it is difficult to achieve a fine pitch. Further, when the paste-like piezoelectric element is arranged on the diaphragm by means of printing or the like and is fired after the arrangement, it is difficult to set the firing temperature to 1000 ° C. or higher due to heat resistance of the diaphragm, There is a disadvantage that the characteristics of the piezoelectric material cannot be sufficiently exhibited. Furthermore, in the method of cutting after bonding the piezoelectric element to the diaphragm, it is difficult to cut only the piezoelectric element without damaging the diaphragm, and it is not possible to cut at a constant depth constantly. It is not easy considering the wear of the tool and the positional accuracy of the machine tool.
[0011]
On the other hand, the method of linearly displacing the piezoelectric elements stacked in any number of layers and pressing the diaphragm causes the piezoelectric elements themselves to be expensive and disadvantageous in terms of cost.
[0012]
The present invention has been proposed in view of the above-described problems, and provides an inexpensive printer using a single-plate or two-layered piezoelectric element, as well as stabilizing the process and exhibiting piezoelectric material characteristics. It is still another object of the present invention to provide a method of manufacturing a printer device corresponding to a fine pitch.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The inventors of the present invention have conducted intensive studies to solve the above-described problems. As a result, the diaphragm has a laminated structure of two or more layers instead of a single layer, and one of the layers functions as the original diaphragm and the piezoelectric element is cut. When cutting, the diaphragm that functions as the original diaphragm by machining is not cut, and the other diaphragm remaining in the cut portion one step before that is removed by etching etc., so that the characteristics of the inherent piezoelectric material It has been found that it is possible to realize the performance and the fine pitch.
[0014]
That is, a printer device according to the present invention includes an orifice plate having a discharge nozzle, a base having a pressure chamber communicating with the discharge nozzle and provided in correspondence with the discharge nozzle, A vibration plate is provided on the table, and a piezoelectric element is arranged via the vibration plate so as to correspond to the pressure chamber. In this printer device, the diaphragm has at least two or more layers, one layer of the diaphragm covers all the pressure chambers, and the remaining layers of the diaphragm are removed using the piezoelectric element as a mask and substantially the same as the piezoelectric element. They have the same width.
[0015]
To manufacture this printer, a piezoelectric element is bonded on a diaphragm having two or more layers, and then the piezoelectric element is cut so as not to reach the lowermost diaphragm. Next, using the remaining piezoelectric element as a mask, the diaphragm other than the lowermost diaphragm remaining in the cut portion is removed. Subsequently, after a base having a pressure chamber provided corresponding to the piezoelectric element is joined to the diaphragm, the base is connected to the pressure chamber, and a discharge nozzle provided corresponding to the pressure chamber is provided. The orifice plate thus formed is joined to the base.
[0016]
Further, the printer device according to the present invention includes an orifice plate having a discharge nozzle, a vibration plate attached to the orifice plate, and a piezoelectric element disposed corresponding to the discharge nozzle via the vibration plate. Prepare. In this printer device, the diaphragm has at least three layers, and the lowermost diaphragm in contact with the orifice plate has a pressure chamber communicating with the discharge nozzle, and the vibration provided on the lowermost diaphragm is provided. The plate covers all of the pressure chambers, and the diaphragm of the remaining layer is removed using the piezoelectric element as a mask to have a width substantially equal to that of the piezoelectric element.
[0017]
To manufacture this printer device, a piezoelectric element is bonded on a diaphragm having three or more layers, and then the piezoelectric element is cut so as not to reach the diaphragm covering the pressure chamber. Next, using the remaining piezoelectric element as a mask, the diaphragm other than the diaphragm that covers the lowermost layer and the pressure chamber remaining in the cut portion is removed. Subsequently, after forming a pressure chamber corresponding to the piezoelectric element on the lowermost diaphragm, the orifice plate communicating with the pressure chamber and having a discharge nozzle provided in correspondence with the pressure chamber is moved to the uppermost position. Join to the lower diaphragm.
[0018]
Further, a printer device according to the present invention includes a rigid base, a diaphragm attached to the base, and a piezoelectric element arranged corresponding to a pressure chamber via the diaphragm. In this printer apparatus, the diaphragm has at least three layers, and the lowermost diaphragm in contact with the base has a discharge nozzle and a pressure chamber communicating with the discharge nozzle. Is provided so as to cover all the pressure chambers, and the diaphragms of the remaining layers are removed using the piezoelectric element as a mask to have substantially the same width as the piezoelectric element.
[0019]
To manufacture this printer device, a piezoelectric element is bonded on a diaphragm having three or more layers, and then the piezoelectric element is cut so as not to reach the diaphragm covering the pressure chamber. Next, using the remaining piezoelectric element as a mask, the diaphragm other than the diaphragm that covers the lowermost layer and the pressure chamber remaining in the cut portion is removed. Subsequently, a pressure chamber corresponding to the piezoelectric element is formed in the lowermost vibration plate, and a discharge nozzle communicating with the pressure chamber is formed. Then, a rigid base is joined so as to cover the pressure chamber. I do.
[0020]
In the printer device according to the present invention, the diaphragm has two or more layers, one of which covers the entire pressure chamber, and the diaphragm of the remaining layer is removed using the piezoelectric element as a mask. Since the width is the same, the area acting as a load is smaller than the area generating a displacement force, and a large displacement can be obtained by applying a small voltage.
[0021]
In addition, the piezoelectric element bonded on the diaphragm having two or more layers is cut so as not to reach the lowermost diaphragm. In this manner, the piezoelectric element can be roughly cut without damaging the lowermost diaphragm that originally functions as a diaphragm. Then, by removing the diaphragm other than the lowermost layer remaining after being cut, the variation in the thickness of the diaphragm is eliminated.
[0022]
As a result, it is possible to obtain a printer device that stabilizes the manufacturing process, exhibits the characteristics of the piezoelectric material, and supports fine pitches.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a printer device and a method of manufacturing the same to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.
[0024]
Embodiment 1
1 and 2 show a longitudinal sectional view and a transverse sectional view of a print head portion in a printer device according to the present invention.
[0025]
The print head includes a base 4 having an orifice plate 2 having a plurality of discharge nozzles 1 and a pressure chamber 3 communicating with the discharge nozzles 1 and provided in correspondence with the discharge nozzles 1. And vibrating plates 5 and 6 attached to the base 4, and a piezoelectric element 7 disposed corresponding to the pressure chamber 3 via the vibrating plates 5 and 6.
[0026]
As shown in FIGS. 1 and 2, the orifice plate 2 is formed as a substrate having a plurality of discharge nozzles 1 for discharging ink, and is attached to a surface of the base 4 opposite to the surface on which the vibration plate 5 is provided. Have been. The discharge nozzles 1 provided on the orifice plate 2 are provided to face the respective pressure chambers 3 formed on the base 4, and communicate with the respective pressure chambers 3. The outlet shape of the discharge nozzle 1 may be either a round shape or a rectangular shape because the outlet shape tends to be spherical due to the surface tension of the ink. In this example, as shown in FIG. 3, the outlet shape of the discharge nozzle 1 is circular.
[0027]
As shown in FIGS. 1 and 2, a flow path for guiding ink to the discharge nozzle 1 is formed in the base 4. As shown in FIG. 3, the flow path includes a pressure chamber 3, which is a flat rectangular ink storage section, at a position facing the piezoelectric element 7, and an ink supply path 8 communicating with the pressure chamber 3. Ink is introduced from the ink tank into the pressure chamber 3 through the ink supply path 8.
[0028]
As shown in FIGS. 1 and 2, the diaphragms 5 and 6 have a two-layer structure in which two diaphragms are overlapped. The one diaphragm 5 is provided on the surface of the base 4 opposite to the surface on which the orifice plate 2 is provided so as to cover all the pressure chambers 3 provided on the base 4. The other diaphragm 6 has substantially the same width as the piezoelectric element 7 by being removed using the piezoelectric element 7 as a mask, as shown in a manufacturing process described later.
[0029]
The piezoelectric element 7 is composed of a bimorph element in which electrodes are formed on the upper and lower surfaces of a fired ceramic, changes the pressure in the pressure chamber 3 by deformation by applying a voltage, and causes the discharge nozzle 1 to discharge ink as a discharge medium. It plays a role. As shown in FIG. 3, the piezoelectric element 7 is formed in a flat rectangular shape, and is joined to the vibration plate 6 via an adhesive layer 9.
[0030]
The operation of discharging ink in the print head thus configured is as follows. When a voltage is applied to the piezoelectric element 7 as shown in FIG. 5 from the initial state shown in FIG. 4, the piezoelectric element 7 and the vibrating plate 5 , 6 are curved. Therefore, pressure is applied to the pressure chamber 3 corresponding to the piezoelectric element 7, and the ink 10 filled in the pressure chamber 3 is discharged from the discharge nozzle 1.
[0031]
In this print head, the bimorph effect is generated by the laminated two-layer vibration plates 5 and 6 and the piezoelectric element 7. The load required to obtain the displacement required to increase the pressure in the pressure chamber 3 is only the lowermost diaphragm 5 provided to cover the pressure chamber 3. 4A, a portion indicated by C in FIG. 4A generates a displacement force, and a portion indicated by D in FIG. 4A acts as a load.
[0032]
Therefore, the width B of the pressure chamber 3 that is widely provided for reducing the displacement strength in the configuration of the conventional inkjet head can be made smaller than the width A of the piezoelectric element 7. As a result, in this print head, the size of the pressure chamber 3 can be reduced, and the arrangement density of the pressure chamber 3 can be increased, and finally the interval between the discharge nozzles 1 communicating with the pressure chamber 3 can be increased. Can be reduced.
[0033]
Further, this print head has an advantage that a thickness error of the adhesive layer 9 does not affect the load. In FIG. 4A, the thickness of the piezoelectric element 7 is t (piezo), the thickness of the adhesive layer 9 is t (adh), and the thickness of the upper diaphragm 6 is t (piezo).1  , The thickness of the lower diaphragm 5 is t2  , The degree of the effect of the load is Δt (adh) / (t (piezo) + t (adh) + t1  ). That is, the error in the thickness of the adhesive has an effect only to the first power.
[0034]
The manufacture of the print head configured as described above is performed according to the following process.
[0035]
First, as shown in FIG. 6, vibration plates 5 and 6 having a two-layer structure and a piezoelectric element 7 are prepared. As the diaphragms 5 and 6 composed of two layers, a material that does not etch the lower diaphragm 5 in a solution that dissolves the upper diaphragm 6 is selected. For the lower diaphragm 5, a material in which pits (micro holes) are unlikely to exist is selected. Furthermore, it is desirable that both the upper and lower diaphragms 5, 6 are conductive.
[0036]
More specifically, upper vibration plate 6 is made of a metal foil having a thickness of 20 μm or more and mainly composed of copper, and lower vibration plate 5 is mainly made of nickel and having a thickness of 15 μm or less. The diaphragms 5 and 6 may be laminated as long as they are firmly joined together. For example, the lower diaphragm 5 may be formed on the upper diaphragm 6 by plating, or the lower diaphragm 5 may be laminated. There is a method of forming the upper diaphragm 6 by plating, a method of joining the upper diaphragm 6 and the lower diaphragm 5, more specifically, a method of joining by applying a load in a vacuum atmosphere. I do.
[0037]
On the other hand, the piezoelectric element 7 has electrodes formed on the upper and lower surfaces of the fired ceramic. In FIG. 6, the electrodes are omitted. The thickness of the piezoelectric element 7 is desirably 200 μm or less. In this example, a single-layer piezoelectric element 7 will be described, but a stacked piezoelectric element may be used.
[0038]
For the lower diaphragm 5, it is preferable to use a material formed by rolling, since a material formed by rolling is less likely to have pits after it than a material formed by plating. . Further, it is more preferable that all the materials constituting the diaphragms 5 and 6 are formed of rolled foil.
[0039]
Next, as shown in FIG. 7, the adhesive 11 is applied to the upper one of the laminated diaphragms 5 and 6. Alternatively, the adhesive 11 may be applied to the surface of the piezoelectric element 7 and further to both sides of the piezoelectric element 7 and the vibration plate 6. The adhesive 11 only needs to have a strength that can withstand the subsequent cutting process of the piezoelectric elements 5 and 6 so as not to peel off. Further, it is desirable that the adhesive 11 has conductivity. More specifically, a material obtained by mixing conductive particles such as a metal with an epoxy adhesive may be used.
[0040]
Then, as shown in FIG. 8, the vibration plates 5 and 6 and the piezoelectric element 7 are more firmly bonded together, and the thickness of the adhesive 11 is reduced so that the bonding can be performed. Pressing is performed by applying a pressure P. In this example, although a press is added, a method is used in which the thickness of the adhesive 11 is stabilized without pressing, and the piezoelectric element 7 and the vibration plates 5 and 6 are more firmly fixed. In that case, no pressing step is necessary.
[0041]
Here, in order to stabilize the application of the adhesive 11, a base layer may be further provided on the upper diaphragm 6. For example, by providing several tens of nm of silicon oxide or the like, it is effective to reduce bubbles which may be included in the adhesive at the time of application.
[0042]
Next, as shown in FIG. 9, when an epoxy-based material is used as the adhesive 11, the adhesive is thermally cured.
[0043]
Next, as shown in FIG. 10, the piezoelectric element 7 fixed on the vibration plates 5 and 6 is cut by dicing with a rotating blade. Here, it is assumed that the cutting process is performed such that the cutting pitch is set to a size corresponding to the size of the pressure chamber in which the piezoelectric element 7 communicates with the discharge nozzle. In the step of cutting the piezoelectric element 7, the cutting means may be a grindstone containing diamond particles instead of dicing.
[0044]
When cutting, the piezoelectric element 7 is completely cut so that the bottom of the blade does not reach the lower diaphragm 5. That is, the cutting is stopped immediately before the lower diaphragm 5. Immediately before the lower diaphragm 5 is, for example, about 5 to 10 μm of the upper diaphragm 6 left.
[0045]
Next, as shown in FIG. 11, the piezoelectric element 7 bonded to the vibration plates 5 and 6 is dissolved or etched only in the upper vibration plate 6, and the lower vibration plate 5 and the piezoelectric element 7 are not dissolved or etched. Soak in Then, using the remaining piezoelectric element 7 as a mask, the vibrating plates 6 other than the lower vibrating plate 5 remaining in the cut portion are removed. As a result, the upper diaphragm 6 remaining in the cut portion is removed, and the lower diaphragm 5 is exposed on the bottom surface.
[0046]
Here, when a material mainly containing copper is used for the upper diaphragm 6 and a material mainly containing nickel is used for the lower diaphragm 5, a 5 to 40% ferric chloride aqueous solution is used. 11 for several minutes or several tens of seconds, etching can be performed using the piezoelectric element 7 left as a mask, as shown in FIG. By doing so, the thickness error of the diaphragm due to dicing can be eliminated, and a diaphragm with high thickness accuracy can be obtained.
[0047]
Next, as shown in FIG. 12, the joined body of the piezoelectric element 7 and the vibrating plates 5 and 6 obtained in the previous step is connected to an ink flow path forming a base on which the pressure chamber 3 and the ink supply path are formed. It is joined to the member 12. At the time of joining, the pressure chamber 3 is made to correspond to a position facing the piezoelectric element 7. Further, an orifice plate (not shown) communicating with the pressure chamber 3 and having the discharge nozzle 1 provided corresponding to the pressure chamber 3 is attached to a position corresponding to the pressure chamber 3. Thus, the print head shown in FIGS. 1 and 2 is completed.
[0048]
In a print head manufactured through such a process, the bimorph effect is to be generated by the upper and lower diaphragms 5 and 6 and the piezoelectric element 7, and is necessary to increase the pressure in the pressure chamber 3. The load for obtaining the displacement may be only the lower diaphragm 5.
[0049]
Further, when the diaphragms 5 and 6 are deformed by the bimorph effect, what acts as a load is a second moment of area of the lower-layer diaphragm 5, which is a load proportional to the cube of the thickness of the diaphragm. . Here, in the above-described process, this second moment of area is defined by melting or etching as shown in FIG. Therefore, a uniform pressure can be generated in the pressure chambers 3 corresponding to the plurality of discharge nozzles 1.
[0050]
Here, for example, in the above-described process, only the cutting step is completed without dissolving or removing by etching using the piezoelectric element 7 as a mask. The thickness of the diaphragm is determined by the height accuracy of the blade resulting from the performance of the blade. Even if the accuracy is, for example, 1 μm or less, if the target value of the diaphragm thickness is 10 μm, the thickness of the diaphragm will vary to about 10%, and as a result, Since the secondary moment is proportional to the cube of the thickness, it has a variation of about 30%. In other words, if a variation of 30% exists as a load on the diaphragm, the amount of ink ejected will vary significantly when the printer is configured as a result.
[0051]
However, by adopting the above process, the thickness of the vibration plate 5 serving as a load when the vibration plate is displaced at the time of ink ejection can be made thinner and can be manufactured more stably. Therefore, in the print head manufactured by this process, the size of the pressure chamber 3 can be reduced, and the arrangement density of the pressure chamber 3 can be increased, and as a result, the ejection communicating with the pressure chamber 3 can be performed. The distance between the nozzles 1 can be reduced.
[0052]
Further, by using a material having conductivity as the vibration plates 5 and 6, when applying a voltage to the piezoelectric element 7, the vibration plates 5 and 6 can be used as a common electrode. That is, it is possible to reduce the number of terminals and the number of terminals required for providing the terminals of the common electrode. Furthermore, by using the conductive adhesive 11, an electric field can be directly applied to the surface of the piezoelectric element 7 as a result. Therefore, the voltage corresponding to the thickness of the adhesive 11 should be reduced. Can be.
[0053]
The method of manufacturing the print head shown in FIGS. 1 and 2 has been described above. In addition, the print head can be manufactured as follows.
[0054]
First, as shown in FIG. 13, vibration plates 5 and 6 having a two-layer structure and a piezoelectric element 7 are prepared. As the diaphragms 5 and 6 composed of two layers, a material that does not etch the lower diaphragm 5 in a solution that dissolves the upper diaphragm 6 is selected. For the lower diaphragm 5, a material in which pits (micro holes) are unlikely to exist is selected. Further, it is desirable that both the lower and upper diaphragms 5, 6 are conductive.
[0055]
More specifically, upper vibration plate 6 is made of a metal foil having a thickness of 20 μm or more and mainly composed of copper, and lower vibration plate 5 is mainly made of nickel and having a thickness of 15 μm or less. The diaphragms 5 and 6 may be laminated as long as they are firmly joined together. For example, the lower diaphragm 5 may be formed on the upper diaphragm 6 by plating, or the lower diaphragm 5 may be laminated. There is a method of forming the upper diaphragm 6 by plating, a method of joining the upper diaphragm 6 and the lower diaphragm 5, more specifically, a method of joining by applying a load in a vacuum atmosphere. I do.
[0056]
The piezoelectric element 7 has electrodes formed on the upper and lower surfaces of the fired ceramic. In FIG. 13, the electrodes are omitted. The thickness of the piezoelectric element 7 is desirably 200 μm or less. In this example, a single-layer piezoelectric element 7 will be described, but a stacked piezoelectric element may be used. For the lower diaphragm 5, it is desirable to use a material formed by rolling, because a material formed by rolling is less likely to have pits after it than a material formed by plating. . Further, it is more preferable that all the materials constituting the diaphragms 5 and 6 are formed of rolled foil.
[0057]
Next, as shown in FIG. 14, a liquid metal adhesive 13 containing gallium as a component is applied to the upper one of the laminated diaphragms 5 and 6. Alternatively, the liquid metal adhesive 13 may be applied to the surface of the piezoelectric element 7, or to both sides of the piezoelectric element 7 and the vibration plate 6. The liquid metal adhesive 13 has a ternary or more component containing gallium-indium-tin, becomes liquid at a temperature near room temperature or 100 ° C. or less, and further causes a diffusion reaction with respect to the upper diaphragm 6. Alloying is performed. Alternatively, the liquid metal adhesive 13 has a ternary or more component containing gallium-indium-zinc, becomes liquid at a temperature near room temperature or at a temperature of 100 ° C. or less, and further diffuses into the upper diaphragm 6. And alloying is performed.
[0058]
Subsequently, as shown in FIG. 15, press or roller treatment is performed so that the diaphragms 5 and 6 and the piezoelectric element 7 can be more firmly bonded and the liquid metal adhesive 13 can be thinned and bonded. I do.
[0059]
Note that, in this example, the thickness of the liquid metal adhesive 13 was reduced to 5 μm or less by performing a press or roller treatment. Further, when a method in which the piezoelectric element 7 and the vibration plates 5 and 6 are firmly fixed is used, a pressing step or a roller step is not required.
[0060]
Here, in order to stabilize the application of the liquid metal adhesive 13, a base layer may be further provided on the upper diaphragm 6. For example, by providing several tens of nm of silicon oxide or the like, it is effective to reduce bubbles which may be included in the adhesive at the time of application.
[0061]
Next, as shown in FIG. 16, the liquid metal adhesive 13 is kept at room temperature or at a temperature of 200 ° C. or lower until the diffusion alloying reaction is completed. Here, when a metal mainly composed of copper is used for the upper diaphragm 6, an alloy of copper and gallium having a melting point of 300 ° C. or more is gradually generated by a diffusion alloying reaction. Further, when the holding time is sufficiently provided, the liquid metal is completely diffused into the solid metal, and all of the liquid metal becomes an alloy having a high melting point, and the piezoelectric element and the vibration plate are firmly joined.
[0062]
For example, liquid metal of gallium-indium-tin (Ga: 40 to 95%, In: 0 to 40%, Sn: 0 to 30%) and gallium-indium-zinc (Ga: 40 to 95%, In: 0 to 40) %, Zn: 0 to 10%), the alloy layer 14 is generated in a region of about 15 μm or less from the surface of the diaphragm 5.
[0063]
Next, as shown in FIG. 17, the piezoelectric element 7 fixed on the vibration plates 5 and 6 is cut by dicing with a rotating blade. Here, the cutting process is performed such that the size of the piezoelectric element 7 corresponds to the size of the pressure chamber communicating with the discharge nozzle. In the step of cutting the piezoelectric element 7, the cutting means may be a grindstone containing diamond particles instead of dicing.
[0064]
When cutting, the piezoelectric element 7 is completely cut so that the bottom of the blade does not reach the lower diaphragm 5. That is, the cutting is stopped immediately before the lower diaphragm 5. Immediately before the lower diaphragm 5 is, for example, about 5 to 10 μm of the upper diaphragm 6 left.
[0065]
Next, as shown in FIG. 18, the piezoelectric element 7 bonded to the vibration plates 5 and 6 is dissolved or etched only in the upper vibration plate 6, and the lower vibration plate 5 and the piezoelectric element 7 are not dissolved or etched. Soak in Then, using the remaining piezoelectric element 7 as a mask, the vibrating plates 6 other than the lower vibrating plate 5 remaining in the cut portion are removed. As a result, the upper diaphragm 6 remaining in the cut portion is removed, and the lower diaphragm 5 is exposed on the bottom surface.
[0066]
Here, when a material mainly containing copper is used for the upper diaphragm 6 and a material mainly containing nickel is used for the lower diaphragm 5, a 5 to 40% ferric chloride aqueous solution is used. By immersing the piezoelectric element 7 for several minutes or several tens of seconds, the etching can be performed using the piezoelectric element 7 left as a mask as shown in FIG. By doing so, the thickness error of the diaphragm due to dicing can be eliminated, and a diaphragm with high thickness accuracy can be obtained.
[0067]
Next, as shown in FIG. 19, the joined body of the piezoelectric element 7 and the vibrating plates 5 and 6 obtained in the previous step is replaced with an ink flow path forming a base on which the pressure chamber 3 and the ink supply path are formed. It is joined to the member 12. At the time of joining, the pressure chamber 3 is made to correspond to a position facing the piezoelectric element 7. Further, an orifice plate (not shown) communicating with the pressure chamber 3 and having the discharge nozzle 1 provided corresponding to the pressure chamber 3 is attached to a position corresponding to the pressure chamber 3. Thus, the print head shown in FIGS. 1 and 2 is completed.
[0068]
The print head manufactured in this way has the same advantages as those manufactured by the above method, and is advantageous in the following points. That is, since the strong alloy layer 14 exists as the liquid metal adhesive 13, a higher bimorph effect can be obtained as compared with the case where the resin-based adhesive 11 such as epoxy is used. Furthermore, the alloy layer 14 is less likely to absorb displacement than the resin-based adhesive 11, so that a higher bimorph effect can be effectively transmitted to the pressure chamber 3. That is, as compared with the case where the resin-based adhesive 11 is used, ink can be ejected even when the voltage applied to the piezoelectric element 7 is reduced.
[0069]
Further, in this case, the strong alloy layer 14 can be formed only by maintaining the state at room temperature without the need for heat treatment as the adhesive layer. Even if a material for the diaphragm having a coefficient of thermal expansion greatly different from that of the material to be formed is selected, no warp or the like is generated on the diaphragms 5, 6 or the piezoelectric element 7. That is, when selecting the material of the piezoelectric element 7 or the diaphragms 5 and 6, the effect of increasing the degree of freedom can be obtained.
[0070]
Embodiment 2
In this print head, as shown in FIGS. 20 and 21, the diaphragm has a three-layer structure, and a pressure chamber 3 is provided in a lowermost diaphragm 15 on the side in contact with the orifice plate 2 among the diaphragms. The other configuration is the same as that of the print head shown in FIGS. Here, the same members as those of the print head of the previous example are denoted by the same reference numerals, and different members are denoted by different reference numerals, and description of the same portions is omitted.
[0071]
In this print head, the portion forming the pressure chamber 3 is a diaphragm 15. However, the diaphragm 15 does not function as the original diaphragm but functions only as a bimorph effect. The vibration plates 5 and 6 and the piezoelectric element 7 excluding the lower vibration plate 15 are included. Therefore, as shown in FIGS. 22 and 23, the ink ejection operation of this print head is also the same as that of the previous example, and a description thereof will be omitted.
[0072]
As described above, in the print head in this example, since the part that forms the pressure chamber 3 is formed of the diaphragm 15, the print head is the same as the print head of the previous example, and thus is the same as the print head shown in FIGS. The effect of is obtained.
[0073]
Next, a method for manufacturing the print head will be described.
[0074]
First, as shown in FIG. 24, vibration plates 6, 5, 15 and a piezoelectric element 7 having a three-layer structure are prepared. Hereinafter, for convenience, the three-layer diaphragms 6, 5, and 15 are referred to as an upper-layer diaphragm 6, a lower-layer diaphragm 5, and a lowermost-layer diaphragm 15 in order from the top.
[0075]
Here, as the diaphragms 6, 5, and 15 having three layers, a material that does not etch the lower diaphragm 5 with a solution that dissolves the upper diaphragm 6 is selected. For the lower diaphragm 5, a material in which pits (micro holes) are unlikely to exist is selected. Further, a material that does not etch the lower diaphragm 5 is selected for a solution that dissolves the lowermost diaphragm 15. Furthermore, it is desirable that both the upper and lower diaphragms 5, 6 are electrically conductive.
[0076]
More specifically, the upper diaphragm 6 is made of a metal foil mainly composed of copper having a thickness of 20 μm or more, and the lower diaphragm 5 is made of a metal foil mainly composed of nickel having a thickness of 15 μm or less. The diaphragm 15 is made of a metal foil containing copper as a main component and having a thickness of 50 μm or more. As a method of laminating these three layers of diaphragms 6, 5, and 15, it is only necessary that they are firmly joined. The lower diaphragm 5 is formed with the upper diaphragm 6 and the lowermost diaphragm 15 by plating. Or a method in which the lower diaphragm 5 is formed on the lowermost diaphragm 15 by plating, and a further upper diaphragm 6 is formed by plating. Further, the upper, lower and lowermost diaphragms 6 and 5 are formed. , 15 and more specifically, by applying a load in a vacuum atmosphere.
[0077]
On the other hand, the piezoelectric element 7 has electrodes formed on the upper and lower surfaces of the fired ceramic. In FIG. 24, the electrodes are omitted. The thickness of the piezoelectric element 7 is desirably 400 μm or less. In this example, a single-layer piezoelectric element 7 will be described, but a stacked piezoelectric element may be used.
[0078]
For the lower diaphragm 5, it is preferable to use a material formed by rolling, since a material formed by rolling is less likely to have pits after it than a material formed by plating. . Further, it is more preferable that all the materials constituting the diaphragms 5, 6, 15 are formed of rolled foil.
[0079]
Next, as shown in FIG. 25, the adhesive 11 is applied to the upper diaphragm 6 among the laminated diaphragms 5, 6, and 15. Alternatively, the adhesive 11 may be applied to the surface of the piezoelectric element 7 and further to both sides of the piezoelectric element 7 and the vibration plate 6. The adhesive 11 only needs to have a strength that can withstand the subsequent cutting process of the piezoelectric elements 5 and 6 so as not to peel off. Further, it is desirable that the adhesive 11 has conductivity. More specifically, a material obtained by mixing conductive particles such as a metal with an epoxy adhesive may be used.
[0080]
Then, as shown in FIG. 26, the piezoelectric elements 7 are bonded so that the diaphragms 5, 6, 15 and the piezoelectric element 7 can be more firmly bonded and the adhesive 11 can be thinned and bonded. Pressing is performed by applying pressure P from the side. In this example, although a press is added, a method is used in which the thickness of the adhesive 11 is stabilized without pressing, and the piezoelectric element 7 and the vibration plates 5 and 6 are more firmly fixed. In that case, no pressing step is necessary.
[0081]
Here, in order to stabilize the application of the adhesive 11, a base layer may be further provided on the upper diaphragm 6. For example, by providing several tens of nm of silicon oxide or the like, it is effective to reduce bubbles which may be included in the adhesive at the time of application.
[0082]
Next, as shown in FIG. 27, when an epoxy-based material is used as the adhesive 11, the adhesive is thermally cured.
[0083]
Next, as shown in FIG. 28, the piezoelectric element 7 fixed on the vibration plates 5, 6, and 15 is cut by dicing with a rotating blade. Here, the cutting process is performed such that the size of the piezoelectric element 7 corresponds to the size of the pressure chamber communicating with the discharge nozzle. In the step of cutting the piezoelectric element 7, the cutting means may be a grindstone containing diamond particles instead of dicing.
[0084]
When cutting, the piezoelectric element 7 is completely cut so that the bottom of the blade does not reach the lower diaphragm 5. That is, the cutting is stopped immediately before the lower diaphragm 5. Immediately before the lower diaphragm 5 is, for example, about 5 to 10 μm of the upper diaphragm 6 left.
[0085]
Next, as shown in FIG. 29, the piezoelectric element 7 bonded to the vibration plates 5, 6, 15 is melted or etched only in the upper vibration plate 6, and the lower vibration plate 5 and the piezoelectric element 7 are melted or etched. Not soak in solution. Then, using the remaining piezoelectric element 7 as a mask, the diaphragms 6 other than the lower diaphragm 5 and the lowermost diaphragm 15 remaining in the cut portion are removed. As a result, the upper diaphragm 6 remaining in the cut portion is removed, and the lower diaphragm 5 is exposed on the bottom surface.
[0086]
Here, when a material mainly containing copper is used for the upper diaphragm 6 and a material mainly containing nickel is used for the lower diaphragm 5, a 5 to 40% ferric chloride aqueous solution is used. By immersing the piezoelectric element 7 for several minutes or tens of seconds, the etching can be performed using the piezoelectric element 7 left as a mask as shown in FIG. By doing so, the thickness error of the diaphragm due to dicing can be eliminated, and a diaphragm with high thickness accuracy can be obtained.
[0087]
Next, as shown in FIG. 30, a photosensitive material such as a dry film or a liquid resist is provided on the lowermost diaphragm 15, and the pressure is adjusted such that the ink pressure chamber 3 corresponds to the position of the piezoelectric element 7. The shape of the chamber 3 and the patterning of the ink flow path are performed. Then, after the pressure chamber 3 is formed by etching using the patterned photosensitive material as a mask material, the mask material is removed.
[0088]
Here, as the mask material, for example, a photosensitive dry film used at the time of manufacturing a printed wiring board can be used, and as an etching solution, ferric chloride or the like can be used. As a method for forming the mask material, a screen printing method may be used. If there is a possibility that the etchant used in the etching process of the lowermost diaphragm 15 may etch the upper diaphragm 6 or the piezoelectric element 7, the upper diaphragm 6 or the piezoelectric element 7 is removed. Need to protect.
[0089]
Also, as shown in this example, when the upper diaphragm 6 and the lowermost diaphragm 15 are made of the same material, the steps shown in FIGS. 29 and 30 may be the same. That is, after the dicing step shown in FIG. 28, a mask material made of a resist can be formed on the lowermost diaphragm 15 and immersed in an etching solution.
[0090]
Further, in this example, an example in which copper as a metal material is used as the lowermost diaphragm 15 has been described. However, the material forming the diaphragm 15 does not need to be a metal material. It may be a material.
[0091]
Next, as shown in FIG. 31, the joined body of the piezoelectric element 7 and the vibration plates 5, 6, 15 is joined to the orifice plate 2 having the discharge nozzle 1. At the time of joining, the pressure chamber 3 and the discharge nozzle 1 are arranged and fixed at a position facing the piezoelectric element 7 so as to correspond to each other. Thus, the print head shown in FIGS. 20 and 21 is completed.
[0092]
The print head manufactured through such a process can obtain the same effect as the print head of the previous example. Here, since the description is duplicated, its effect is omitted, and only the effect peculiar to this print head will be described.
[0093]
That is, in this print head, the pressure chamber 3 of the ink can also be formed by etching or dissolving, so that the positioning accuracy between the pressure chamber 3 and the piezoelectric element 7 can be remarkably improved. In this print head, when the diaphragm is deformed, not only the value of the second moment of area of the diaphragm acting as a load but also the length of the diaphragm that is deformed can be formed stably.
[0094]
The method of manufacturing the print head shown in FIGS. 20 and 21 has been described above. In addition, the print head can be manufactured as follows.
[0095]
First, as shown in FIG. 32, vibration plates 6, 5, 15 and a piezoelectric element 7 having a three-layer structure are prepared. Here, as the diaphragms 6, 5, and 15 having three layers, a material that does not etch the lower diaphragm 5 with a solution that dissolves the upper diaphragm 6 is selected. For the lower diaphragm 5, a material in which pits (micro holes) are unlikely to exist is selected. Further, a material that does not etch the lower diaphragm 5 is selected for a solution that dissolves the lowermost diaphragm 15. Furthermore, it is desirable that both the upper and lower diaphragms 5, 6 are electrically conductive.
[0096]
More specifically, the upper diaphragm 6 is made of a metal foil mainly composed of copper having a thickness of 20 μm or more, and the lower diaphragm 5 is made of a metal foil mainly composed of nickel having a thickness of 15 μm or less. The diaphragm 15 is made of a metal foil containing copper as a main component and having a thickness of 50 μm or more. As a method of laminating these three layers of diaphragms 6, 5, and 15, it is only necessary that they are firmly joined. The lower diaphragm 5 is formed with the upper diaphragm 6 and the lowermost diaphragm 15 by plating. Or a method in which the lower diaphragm 5 is formed on the lowermost diaphragm 15 by plating, and a further upper diaphragm 6 is formed by plating. Further, the upper, lower, and lowermost diaphragms 6, 5, For example, there is a method of joining the members 15 by joining them by applying a load in a vacuum atmosphere.
[0097]
On the other hand, the piezoelectric element 7 has electrodes formed on the upper and lower surfaces of the fired ceramic. In FIG. 32, the electrodes are omitted. The thickness of the piezoelectric element 7 is desirably 400 μm or less. In this example, a single-layer piezoelectric element 7 will be described, but a stacked piezoelectric element may be used.
[0098]
For the lower diaphragm 5, it is preferable to use a material formed by rolling, since a material formed by rolling is less likely to have pits after it than a material formed by plating. . Further, it is more preferable that all the materials constituting the diaphragms 5, 6, 15 are formed of rolled foil.
[0099]
Next, as shown in FIG. 33, the liquid metal adhesive 13 containing gallium as a component is applied to the upper one of the laminated diaphragms 5, 6, and 15. Alternatively, the liquid metal adhesive 13 may be applied to the surface of the piezoelectric element 7, or to both sides of the piezoelectric element 7 and the vibration plate 6. The liquid metal adhesive 13 has a ternary or more component containing gallium-indium-tin, becomes liquid at a temperature near room temperature or 100 ° C. or less, and further causes a diffusion reaction with respect to the upper diaphragm 6. Alloying is performed. Alternatively, the liquid metal adhesive 13 has a ternary or more component containing gallium-indium-zinc, becomes liquid at a temperature near room temperature or at a temperature of 100 ° C. or less, and further diffuses into the upper diaphragm 6. And alloying is performed.
[0100]
Subsequently, as shown in FIG. 34, pressing or pressing is performed so that the diaphragms 5, 6, 15 and the piezoelectric element 7 can be more firmly bonded and the liquid metal adhesive 13 can be bonded with a reduced thickness. Perform roller treatment.
[0101]
Note that, in this example, the thickness of the liquid metal adhesive 13 was reduced to 5 μm or less by performing a press or roller treatment. Further, when a method in which the piezoelectric element 7 and the vibration plates 5, 6, 15 are firmly fixed is used, a pressing step or a roller step is not required.
[0102]
Here, in order to stabilize the application of the liquid metal adhesive 13, a base layer may be further provided on the upper diaphragm 6. For example, by providing several tens of nm of silicon oxide or the like, it is effective to reduce bubbles which may be included in the adhesive at the time of application.
[0103]
Next, as shown in FIG. 35, the liquid metal adhesive 13 is kept at room temperature or at a temperature of 200 ° C. or lower until the diffusion alloying reaction is completed. Here, when a metal mainly composed of copper is used for the upper diaphragm 6, an alloy of copper and gallium having a melting point of 300 ° C. or more is gradually generated by a diffusion alloying reaction. Further, when the holding time is sufficiently provided, the liquid metal is completely diffused into the solid metal, and all of the liquid metal becomes an alloy having a high melting point, and the piezoelectric element and the vibration plate are firmly joined.
[0104]
For example, liquid metal of gallium-indium-tin (Ga: 40 to 95%, In: 0 to 40%, Sn: 0 to 30%) and gallium-indium-zinc (Ga: 40 to 95%, In: 0 to 40) %, Zn: 0 to 10%), the alloy layer 14 is generated in a region of about 15 μm or less from the surface of the diaphragm 5.
[0105]
Next, as shown in FIG. 36, the piezoelectric element 7 fixed on the vibration plates 5, 6, and 15 is cut by dicing with a rotating blade. Here, the cutting process is performed such that the size of the piezoelectric element 7 corresponds to the size of the pressure chamber communicating with the discharge nozzle. In the step of cutting the piezoelectric element 7, the cutting means may be a grindstone containing diamond particles instead of dicing.
[0106]
When cutting, the piezoelectric element 7 is completely cut so that the bottom of the blade does not reach the lower diaphragm 5. That is, the cutting is stopped immediately before the lower diaphragm 5. Immediately before the lower diaphragm 5 is, for example, about 5 to 10 μm of the upper diaphragm 6 left.
[0107]
Next, as shown in FIG. 37, the piezoelectric element 7 bonded to the vibration plates 5, 6, and 15 is melted or etched only in the upper vibration plate 6, and the lower vibration plate 5, the lowermost vibration plate 15, The piezoelectric element 7 is immersed in a solution that does not dissolve or etch. Then, using the remaining piezoelectric element 7 as a mask, the diaphragms 6 other than the lower diaphragm 5 and the lowermost diaphragm 15 remaining in the cut portion are removed. As a result, the upper diaphragm 6 remaining in the cut portion is removed, and the lower diaphragm 5 is exposed on the bottom surface.
[0108]
Here, when a material mainly containing copper is used for the upper diaphragm 6 and a material mainly containing nickel is used for the lower diaphragm 5, a 5 to 40% ferric chloride aqueous solution is used. By immersing the piezoelectric element 7 for several minutes or several tens of seconds, the etching can be performed using the piezoelectric element 7 left as a mask as shown in FIG. By doing so, the thickness error of the diaphragm due to dicing can be eliminated, and a diaphragm with high thickness accuracy can be obtained.
[0109]
Next, as shown in FIG. 38, a photosensitive material such as a dry film or a liquid resist is provided on the lowermost diaphragm 15, and the pressure is adjusted so that the ink pressure chamber 3 corresponds to the position of the piezoelectric element 7. The shape of the chamber 3 and the patterning of the ink flow path are performed. Then, after the pressure chamber 3 is formed by etching using the patterned photosensitive material as a mask material, the mask material is removed.
[0110]
Here, as the mask material, for example, a photosensitive dry film used at the time of manufacturing a printed wiring board can be used, and as an etching solution, ferric chloride or the like can be used. As a method for forming the mask material, a screen printing method may be used. If there is a possibility that the etchant used in the etching process of the lowermost diaphragm 15 may etch the upper diaphragm 6 or the piezoelectric element 7, the upper diaphragm 6 or the piezoelectric element 7 is removed. Need to protect.
[0111]
Also, as shown in this example, when the upper diaphragm 6 and the lowermost diaphragm 15 are made of the same material, the steps shown in FIGS. 37 and 38 may be the same. That is, after the dicing step shown in FIG. 36, a mask material made of a resist can be formed on the lowermost diaphragm 15 and immersed in an etching solution.
[0112]
Further, in this example, an example in which copper as a metal material is used as the lowermost diaphragm 15 has been described. However, the material forming the diaphragm 15 does not need to be a metal material. It may be a material.
[0113]
Next, as shown in FIG. 39, the joined body of the piezoelectric element 7 and the vibration plates 5, 6, 15 is joined to the orifice plate 2 having the discharge nozzle 1. At the time of joining, the pressure chamber 3 and the discharge nozzle 1 are arranged and fixed at a position facing the piezoelectric element 7 so as to correspond to each other. Thus, the print head shown in FIGS. 20 and 21 is completed.
[0114]
The print head manufactured in this way has the same advantages as those manufactured by the above method, and is advantageous in the following points. That is, since the strong alloy layer 14 exists as the liquid metal adhesive 13, a higher bimorph effect can be obtained as compared with the case where the resin-based adhesive 11 such as epoxy is used. Furthermore, the alloy layer 14 is less likely to absorb displacement than the resin-based adhesive 11, so that a higher bimorph effect can be effectively transmitted to the pressure chamber 3. That is, as compared with the case where the resin-based adhesive 11 is used, ink can be ejected even when the voltage applied to the piezoelectric element 7 is reduced.
[0115]
Further, in this case, the strong alloy layer 14 can be formed only by maintaining the state at room temperature without the need for heat treatment as the adhesive layer. Even if a material for the diaphragm having a significantly different coefficient of thermal expansion from the material to be formed is selected, no warp or the like is generated on the diaphragms 5, 6, 15 or the piezoelectric element 7. That is, in selecting the material of the piezoelectric element 7 or the diaphragms 5, 6, and 15, an effect of increasing the degree of freedom can be obtained.
[0116]
Embodiment 3
In this print head, as shown in FIGS. 40 and 41, the diaphragm has a three-layer structure, and the lowermost diaphragm 15 of the diaphragms includes not only the pressure chamber 3 but also the ink supply path 8 and the discharge nozzle 1. It is formed. In this print head, a rigid base 16 is attached to the lowermost diaphragm 15 instead of the orifice plate. Here, since the basic configuration is the same as that of the print head of FIGS. 20 and 21, the same members as those of the print head are denoted by the same reference numerals, and different members are denoted by different reference numerals. The description of the same parts will be omitted.
[0117]
In this print head, the orifice plate is not provided, but the discharge nozzle 1 communicating with the pressure chamber 3 is formed on the lowermost diaphragm 15. That is, as shown in FIGS. 41 and 42, the discharge nozzle 1 is formed on the lowermost diaphragm 15 in which the pressure chamber 3 and the ink supply path 8 are formed so as to communicate with the pressure chamber 3 and the ink supply path 8. Have been. The discharge nozzle 1 is formed in a direction orthogonal to the direction in which the piezoelectric element 7 is displaced.
[0118]
The operation of ejecting ink in the print head is basically the same as that of the print head of the second embodiment, and a description thereof will be omitted. However, in this print head, the ink 10 is ejected in a direction orthogonal to the displacement direction of the piezoelectric element 7 when the ejection state shown in FIG. 43 is changed to the ejection state shown in FIG.
[0119]
As described above, since the print head in this example is basically the same as the print head of the second embodiment, the same effects as those of the print heads shown in FIGS. 20 and 21 can be obtained.
[0120]
Next, a method for manufacturing the print head will be described.
[0121]
First, as shown in FIG. 45, diaphragms 6, 5, 15 and a piezoelectric element 7 having a three-layer structure are prepared. Here, as the diaphragms 6, 5, and 15 having three layers, a material that does not etch the lower diaphragm 5 with a solution that dissolves the upper diaphragm 6 is selected. For the lower diaphragm 5, a material in which pits (micro holes) are unlikely to exist is selected. Further, a material that does not etch the lower diaphragm 5 is selected for a solution that dissolves the lowermost diaphragm 15. Furthermore, it is desirable that both the upper and lower diaphragms 5, 6 are electrically conductive.
[0122]
More specifically, the upper diaphragm 6 is made of a metal foil mainly composed of copper having a thickness of 20 μm or more, and the lower diaphragm 5 is made of a metal foil mainly composed of nickel having a thickness of 15 μm or less. The diaphragm 15 is made of a metal foil containing copper as a main component and having a thickness of 20 μm or more. As a method of laminating these three layers of diaphragms 6, 5, and 15, it is only necessary that they are firmly joined. The lower diaphragm 5 is formed with the upper diaphragm 6 and the lowermost diaphragm 15 by plating. Or a method in which the lower diaphragm 5 is formed on the lowermost diaphragm 15 by plating, and a further upper diaphragm 6 is formed by plating. Further, the upper, lower, and lowermost diaphragms 6, 5, For example, there is a method of joining the members 15 by joining them by applying a load in a vacuum atmosphere.
[0123]
On the other hand, the piezoelectric element 7 has electrodes formed on the upper and lower surfaces of the fired ceramic. In FIG. 45, the electrodes are omitted. The thickness of the piezoelectric element 7 is desirably 400 μm or less. In this example, a single-layer piezoelectric element 7 will be described, but a stacked piezoelectric element may be used.
[0124]
For the lower diaphragm 5, it is preferable to use a material formed by rolling, since a material formed by rolling is less likely to have pits after it than a material formed by plating. . Further, it is more preferable that all the materials constituting the diaphragms 5, 6, 15 are formed of rolled foil.
[0125]
Next, as shown in FIG. 46, the adhesive 11 is applied to the upper diaphragm 6 among the laminated diaphragms 5, 6, and 15. Alternatively, the adhesive 11 may be applied to the surface of the piezoelectric element 7 and further to both sides of the piezoelectric element 7 and the vibration plate 6. The adhesive 11 only needs to have a strength that can withstand the subsequent cutting process of the piezoelectric elements 5 and 6 so as not to peel off. Further, it is desirable that the adhesive 11 has conductivity. More specifically, a material obtained by mixing conductive particles such as a metal with an epoxy adhesive may be used.
[0126]
Subsequently, as shown in FIG. 47, the piezoelectric elements 7 are bonded so that the diaphragms 5, 6, 15 and the piezoelectric element 7 can be more firmly bonded and the adhesive 11 can be thinned and bonded. Pressing is performed by applying pressure P from the side. In this example, although a press is added, a method is used in which the thickness of the adhesive 11 is stabilized without pressing, and the piezoelectric element 7 and the vibration plates 5 and 6 are more firmly fixed. In that case, no pressing step is necessary.
[0127]
Here, in order to stabilize the application of the adhesive 11, a base layer may be further provided on the upper diaphragm 6. For example, by providing several tens of nm of silicon oxide or the like, it is effective to reduce bubbles which may be included in the adhesive at the time of application.
[0128]
Next, as shown in FIG. 48, when an epoxy-based material is used as the adhesive 11, the adhesive is thermally cured.
[0129]
Next, as shown in FIG. 49, the piezoelectric element 7 fixed on the vibration plates 5, 6, 15 is cut by dicing with a rotating blade. Here, the cutting process is performed such that the size of the piezoelectric element 7 corresponds to the size of the pressure chamber communicating with the discharge nozzle. In the step of cutting the piezoelectric element 7, the cutting means may be a grindstone containing diamond particles instead of dicing.
[0130]
When cutting, the piezoelectric element 7 is completely cut so that the bottom of the blade does not reach the lower diaphragm 5. That is, the cutting is stopped immediately before the lower diaphragm 5. Immediately before the lower diaphragm 5 is, for example, about 5 to 10 μm of the upper diaphragm 6 left.
[0131]
Next, as shown in FIG. 50, the piezoelectric element 7 joined to the vibration plates 5, 6, 15 is melted or etched only in the upper vibration plate 6, and the lower vibration plate 5 and the piezoelectric element 7 are melted or etched. Not soak in solution. Then, using the remaining piezoelectric element 7 as a mask, the diaphragms 6 other than the lower diaphragm 5 and the lowermost diaphragm 15 remaining in the cut portion are removed. As a result, the upper diaphragm 6 remaining in the cut portion is removed, and the lower diaphragm 5 is exposed on the bottom surface.
[0132]
Here, when a material mainly containing copper is used for the upper diaphragm 6 and a material mainly containing nickel is used for the lower diaphragm 5, a 5 to 40% ferric chloride aqueous solution is used. By immersing the piezoelectric element 7 for several minutes or several tens of seconds, the etching can be performed using the piezoelectric element 7 left as a mask as shown in FIG. By doing so, the thickness error of the diaphragm due to dicing can be eliminated, and a diaphragm with high thickness accuracy can be obtained.
[0133]
Next, as shown in FIG. 51, a photosensitive material such as a dry film or a liquid resist is provided on the lowermost diaphragm 15, and the pressure is adjusted such that the ink pressure chamber 3 corresponds to the position of the piezoelectric element 7. The shape of the chamber 3, the ink flow path 8, and the patterning of the discharge nozzle 1 are performed. Then, after the pressure chamber 3 is formed by etching using the patterned photosensitive material as a mask material, the mask material is removed.
[0134]
Here, as the mask material, for example, a photosensitive dry film used at the time of manufacturing a printed wiring board can be used, and as an etching solution, ferric chloride or the like can be used. As a method for forming the mask material, a screen printing method may be used. If there is a possibility that the etchant used in the etching process of the lowermost diaphragm 15 may etch the upper diaphragm 6 or the piezoelectric element 7, the upper diaphragm 6 or the piezoelectric element 7 is removed. Need to protect.
[0135]
In addition, as shown in this example, when the upper diaphragm 6 and the lowermost diaphragm 15 are made of the same material, the steps shown in FIGS. 50 and 51 may be the same. That is, after the dicing step shown in FIG. 49, a mask material made of a resist can be formed on the lowermost diaphragm 15 and immersed in an etching solution.
[0136]
Further, in this example, an example in which copper as a metal material is used as the lowermost diaphragm 15 has been described. However, the material forming the diaphragm 15 does not need to be a metal material. It may be a material.
[0137]
Next, as shown in FIG. 52, the joined body of the piezoelectric element 7 and the vibration plates 5, 6, and 15 obtained in the previous step is joined to a rigid base 16. Thus, the print head shown in FIGS. 40 and 41 is completed.
[0138]
The print head manufactured through such a process can obtain the same effect as the print head of the previous example. Here, since the description is duplicated, its effect is omitted, and only the effect peculiar to this print head will be described.
[0139]
That is, in this print head, since the pressure chamber 3, the ink supply path 8, and the discharge nozzle 1 are formed by etching or melting in the same process, the positioning accuracy between the pressure chamber 3 and the piezoelectric element 7 is significantly improved only. In addition, the positional relationship between the pressure chamber 3 and the discharge nozzle 1 can be accurately determined. In this print head, when the diaphragm is deformed, not only the value of the second moment of area of the diaphragm acting as a load but also the length of the diaphragm that is deformed can be formed stably.
[0140]
The above is the method of manufacturing the print head shown in FIGS. 40 and 41. In addition, the print head can be manufactured as follows.
[0141]
First, as shown in FIG. 53, diaphragms 6, 5, 15 and a piezoelectric element 7 having a three-layer structure are prepared. Here, as the diaphragms 6, 5, and 15 having three layers, a material that does not etch the lower diaphragm 5 with a solution that dissolves the upper diaphragm 6 is selected. For the lower diaphragm 5, a material in which pits (micro holes) are unlikely to exist is selected. Further, a material that does not etch the lower diaphragm 5 is selected for a solution that dissolves the lowermost diaphragm 15. Furthermore, it is desirable that both the upper and lower diaphragms 5, 6 are electrically conductive.
[0142]
More specifically, the upper diaphragm 6 is made of a metal foil mainly composed of copper having a thickness of 20 μm or more, and the lower diaphragm 5 is made of a metal foil mainly composed of nickel having a thickness of 15 μm or less. The diaphragm 15 is made of a metal foil mainly composed of copper and having a thickness of 30 μm or more. As a method of laminating these three layers of diaphragms 6, 5, and 15, it is only necessary that they are firmly joined. The lower diaphragm 5 is formed with the upper diaphragm 6 and the lowermost diaphragm 15 by plating. Or a method in which the lower diaphragm 5 is formed on the lowermost diaphragm 15 by plating, and a further upper diaphragm 6 is formed by plating. Further, the upper, lower, and lowermost diaphragms 6, 5, For example, there is a method of joining the members 15 by joining them by applying a load in a vacuum atmosphere.
[0143]
On the other hand, the piezoelectric element 7 has electrodes formed on the upper and lower surfaces of the fired ceramic. In FIG. 53, the electrodes are omitted. The thickness of the piezoelectric element 7 is desirably 400 μm or less. In this example, a single-layer piezoelectric element 7 will be described, but a stacked piezoelectric element may be used.
[0144]
For the lower diaphragm 5, it is preferable to use a material formed by rolling, since a material formed by rolling is less likely to have pits after it than a material formed by plating. . Further, it is more preferable that all the materials constituting the diaphragms 5, 6, 15 are formed of rolled foil.
[0145]
Next, as shown in FIG. 54, the liquid metal adhesive 13 containing gallium as a component is applied to the upper one of the laminated diaphragms 5, 6, and 15. Alternatively, the liquid metal adhesive 13 may be applied to the surface of the piezoelectric element 7, or to both sides of the piezoelectric element 7 and the vibration plate 6. The liquid metal adhesive 13 has a ternary or more component containing gallium-indium-tin, becomes liquid at a temperature near room temperature or 100 ° C. or less, and further causes a diffusion reaction with respect to the upper diaphragm 6. Alloying is performed. Alternatively, the liquid metal adhesive 13 has a ternary or more component containing gallium-indium-zinc, becomes liquid at a temperature near room temperature or at a temperature of 100 ° C. or less, and further diffuses into the upper diaphragm 6. And alloying is performed.
[0146]
Subsequently, as shown in FIG. 55, the pressing or the pressing is performed so that the diaphragms 5, 6, 15 and the piezoelectric element 7 can be more firmly bonded and the liquid metal adhesive 13 can be bonded with a reduced thickness. Perform roller treatment.
[0147]
Note that, in this example, the thickness of the liquid metal adhesive 13 was reduced to 5 μm or less by performing a press or roller treatment. Further, when a method in which the piezoelectric element 7 and the vibration plates 5, 6, 15 are firmly fixed is used, a pressing step or a roller step is not required.
[0148]
Here, in order to stabilize the application of the liquid metal adhesive 13, a base layer may be further provided on the upper diaphragm 6. For example, by providing several tens of nm of silicon oxide or the like, it is effective to reduce bubbles which may be included in the adhesive at the time of application.
[0149]
Next, as shown in FIG. 56, the liquid metal adhesive 13 is kept at room temperature or at a temperature of 200 ° C. or less until the diffusion alloying reaction is completed. Here, when a metal mainly composed of copper is used for the upper diaphragm 6, an alloy of copper and gallium having a melting point of 300 ° C. or more is gradually generated by a diffusion alloying reaction. Further, when the holding time is sufficiently provided, the liquid metal is completely diffused into the solid metal, and all of the liquid metal becomes an alloy having a high melting point, and the piezoelectric element and the vibration plate are firmly joined.
[0150]
For example, liquid metal of gallium-indium-tin (Ga: 40 to 95%, In: 0 to 40%, Sn: 0 to 30%) and gallium-indium-zinc (Ga: 40 to 95%, In: 0 to 40) %, Zn: 0 to 10%), the alloy layer 14 is generated in a region of about 15 μm or less from the surface of the diaphragm 5.
[0151]
Next, as shown in FIG. 57, the piezoelectric element 7 fixed on the vibration plates 5, 6, 15 is cut by dicing with a rotating blade. Here, the cutting process is performed such that the size of the piezoelectric element 7 corresponds to the size of the pressure chamber communicating with the discharge nozzle. In the step of cutting the piezoelectric element 7, the cutting means may be a grindstone containing diamond particles instead of dicing.
[0152]
When cutting, the piezoelectric element 7 is completely cut so that the bottom of the blade does not reach the lower diaphragm 5. That is, the cutting is stopped immediately before the lower diaphragm 5. Immediately before the lower diaphragm 5 is, for example, about 5 to 10 μm of the upper diaphragm 6 left.
[0153]
Next, as shown in FIG. 58, the piezoelectric element 7 bonded to the vibration plates 5, 6, 15 is melted or etched only in the upper vibration plate 6, and the lower vibration plate 5, the lowermost vibration plate 15, The piezoelectric element 7 is immersed in a solution that does not dissolve or etch. Then, using the remaining piezoelectric element 7 as a mask, the diaphragms 6 other than the lower diaphragm 5 and the lowermost diaphragm 15 remaining in the cut portion are removed. As a result, the upper diaphragm 6 remaining in the cut portion is removed, and the lower diaphragm 5 is exposed on the bottom surface.
[0154]
Here, when a material mainly containing copper is used for the upper diaphragm 6 and a material mainly containing nickel is used for the lower diaphragm 5, a 5 to 40% ferric chloride aqueous solution is used. By immersing the piezoelectric element 7 for several minutes or several tens of seconds, the etching can be performed using the piezoelectric element 7 left as a mask as shown in FIG. By doing so, the thickness error of the diaphragm due to dicing can be eliminated, and a diaphragm with high thickness accuracy can be obtained.
[0155]
Next, as shown in FIG. 59, a photosensitive material such as a dry film or a liquid resist is provided on the lowermost diaphragm 15 and the pressure is adjusted so that the ink pressure chamber 3 corresponds to the position of the piezoelectric element 7. The shape of the chamber 3, the ink flow path 8, and the patterning of the discharge nozzle 1 are performed. Then, after the pressure chamber 3 is formed by etching using the patterned photosensitive material as a mask material, the mask material is removed.
[0156]
Here, as the mask material, for example, a photosensitive dry film used at the time of manufacturing a printed wiring board can be used, and as an etching solution, ferric chloride or the like can be used. As a method for forming the mask material, a screen printing method may be used. If there is a possibility that the etchant used in the etching process of the lowermost diaphragm 15 may etch the upper diaphragm 6 or the piezoelectric element 7, the upper diaphragm 6 or the piezoelectric element 7 is removed. Need to protect.
[0157]
As shown in this example, when the upper diaphragm 6 and the lowermost diaphragm 15 are made of the same material, the steps shown in FIGS. 58 and 59 may be the same. That is, after the dicing step shown in FIG. 57, a mask material made of a resist can be formed on the lowermost diaphragm 15 and dipped in an etching solution.
[0158]
Further, in this example, an example in which copper as a metal material is used as the lowermost diaphragm 15 has been described. However, the material forming the diaphragm 15 does not need to be a metal material. It may be a material.
[0159]
Next, as shown in FIG. 60, the joined body of the piezoelectric element 7 and the vibration plates 5, 6, 15 obtained in the previous step is joined to a rigid base 16. Thus, the print head shown in FIGS. 40 and 41 is completed.
[0160]
The print head manufactured in this way has the same advantages as those manufactured by the above method, and is advantageous in the following points. That is, since the strong alloy layer 14 exists as the liquid metal adhesive 13, a higher bimorph effect can be obtained as compared with the case where the resin-based adhesive 11 such as epoxy is used. Furthermore, the alloy layer 14 is less likely to absorb displacement than the resin-based adhesive 11, so that a higher bimorph effect can be effectively transmitted to the pressure chamber 3. That is, as compared with the case where the resin-based adhesive 11 is used, ink can be ejected even when the voltage applied to the piezoelectric element 7 is reduced.
[0161]
Further, in this case, the strong alloy layer 14 can be formed only by maintaining the state at room temperature without the need for heat treatment as the adhesive layer. Even if a material for the diaphragm having a significantly different coefficient of thermal expansion from the material to be formed is selected, no warp or the like is generated on the diaphragms 5, 6, 15 or the piezoelectric element 7. That is, in selecting the material of the piezoelectric element 7 or the diaphragms 5, 6, and 15, an effect of increasing the degree of freedom can be obtained.
[0162]
Embodiment 4
Here, a printer device in which the above-described print head is actually mounted will be described.
[0163]
The print head is mounted on, for example, a serial type printer device as shown in FIG. A printing paper 17 as a printing material is pressed and held on a drum 19 by a paper pressing roller 18 provided in parallel with the drum axis direction. In the vicinity of the outer periphery of the drum 19, a feed screw 20 is provided in parallel with the drum axis direction. The print head 21 is held by the feed screw 20. The print head 21 is moved in the axial direction of the drum 19 by the rotation of the feed screw 20.
[0164]
On the other hand, the drum 19 is rotationally driven by a motor 25 via a pulley 22, a belt 23, and a pulley 24. Further, the rotation of the feed screw 20 and the motor 25 and the drive of the print head 21 are drive-controlled by the drive control unit 26 based on the print data and the control signal 27.
[0165]
In the above configuration, when the print head 21 moves and performs printing for one line, the drum 19 is rotated by one line to perform the next printing. When the print head 19 moves and prints, the print head 19 moves in one direction or in a reciprocating direction.
[0166]
FIG. 62 is a configuration example of a line type. In this case, instead of the serial print head 21 and the feed screw 20 shown in FIG. 61, a line head 28 in which a number of heads are arranged in a line is fixedly provided in the axial direction. In this configuration, printing for one line is performed simultaneously by the line head 28, and when printing is completed, the drum 19 is rotated by one line to print the next line. In this case, a method of printing all lines at once, dividing the data into a plurality of blocks, and alternately printing every other line can be considered.
[0167]
FIG. 63 shows a block diagram of a printing and control system. A signal 29 such as print data is input to a signal processing control circuit 30. The signal 29 is arranged in a printing order in the signal processing control circuit 30 and sent to a head 32 via a driver 31. The printing order differs depending on the configuration of the head 32 and the printing unit, and also has a relationship with the printing data input order. If necessary, the printing order is temporarily recorded in a memory 33 such as a line buffer memory or a one-screen memory and then taken out. To the head 32, a gradation signal and an ejection signal are input.
[0168]
When the number of nozzles is very large in the multi-head, an IC is mounted on the head 32 to reduce the number of wires connected to the head 32. A correction circuit 34 is connected to the signal processing control circuit 30, and performs γ correction, color correction in the case of color, and variation correction of each head.
[0169]
In general, predetermined correction data is stored in the correction circuit 34 in a ROM map format, and is taken out according to external conditions such as a nozzle number, a temperature, and an input signal. The signal processing control circuit 30 generally performs processing by software as a CPU or DSP configuration, and the processed signal is sent to various control units 35.
[0170]
The various control units 35 control the driving and synchronization of the motor for rotating the drum 19 and the feed screw 20, the cleaning of the heads 21 and 28, the supply and discharge of the print paper 17, and the like. Needless to say, the signals include operation unit signals and external control signals other than print data.
[0171]
【The invention's effect】
As can be seen from the above description, according to the present invention, in obtaining the displacement necessary to increase the pressure of the pressure chamber when ejecting ink using the bimorph effect, the thin plate portion of the diaphragm existing as a load Can be formed by etching or dissolving, and furthermore, the thickness of the thin plate portion can be defined, so that the second moment of area can be defined, and for the pressure chambers corresponding to a large number of nozzles, A uniform pressure can be generated.
[0172]
In other words, compared to the conventional process in which the conventional thin plate portion is formed only by dicing, the accuracy of controlling the thickness of the thin plate portion can be increased, and as a result, high precision can be achieved without using a high precision dicing apparatus. Sheet thickness management can be performed. In other words, according to the present invention, the thickness of the diaphragm serving as a load when the diaphragm is displaced at the time of ink ejection can be reduced, and the diaphragm can be manufactured more stably. Therefore, the size of the pressure chamber can be reduced. As a result, the arrangement density of the pressure chamber can be increased, and as a result, the interval between nozzles communicating with the pressure chamber can be reduced. Therefore, in the printer device of the present invention, a fine pitch nozzle arrangement can be realized by using an inexpensive single plate or a piezoelectric element laminated in two layers.
[0173]
Further, according to the present invention, since the fired piezoelectric element can be used, the characteristics of the piezoelectric material can be sufficiently exhibited. Further, by using a diaphragm made of a material having three or more layers as the diaphragm, the pressure chamber of the ink and the discharge nozzle can also be formed by the etching or dissolving process. When the diaphragm is deformed as a result, not only the value of the second moment of area of the diaphragm acting as a load but also the length at which the diaphragm is deformed can be greatly improved. However, they can be formed stably, and the discharge nozzles can also be formed with high positioning accuracy.
[0174]
When a liquid metal is used as the adhesive layer, a strong alloy is present in the adhesive layer, so that a high bimorph effect is obtained, and the alloy layer is less likely to absorb displacement as compared with a resin-based adhesive. Therefore, the higher obtained bimorph effect can be effectively transmitted to the pressure chamber. That is, as compared with the case where a resin-based adhesive is used as the adhesive, ink can be ejected even when the voltage applied to the piezoelectric element is reduced.
[0175]
Furthermore, since a strong alloy layer can be formed only by maintaining a room temperature state without the need for heat treatment, the coefficient of thermal expansion is significantly different from the material forming the piezoelectric element. Even if the material of the diaphragm is selected, no warp or the like is generated on the diaphragm or the piezoelectric element. That is, in selecting the material of the piezoelectric element or the diaphragm, an effect of increasing the degree of freedom can be obtained.
[0176]
Further, by using a conductive material as the diaphragm, the diaphragm can be used as a common electrode, and the place where the terminals of the common electrode are provided can be saved and the number of terminals can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a print head having a two-layer structure of a diaphragm.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a print head having a two-layer structure of a diaphragm.
FIG. 3 is a perspective view of a print head in which a diaphragm has a two-layer structure.
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a print head having a two-layer structure of a diaphragm in an ink discharge standby state.
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating an ink discharge state of a print head having a two-layer structure of a diaphragm.
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a print head having a two-layer structure of a diaphragm, before a piezoelectric element is joined to the diaphragm.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing a print head having a two-layer structure of a diaphragm, showing a state in which an adhesive is applied to the diaphragm.
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a print head having a two-layer structure of a vibration plate, showing a state where a piezoelectric element is bonded to the vibration plate.
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a print head having a diaphragm having a two-layer structure, in which an adhesive is thermally cured.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing a print head having a two-layer structure of a diaphragm, showing a state where a piezoelectric element is diced.
FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a print head having a two-layer structure of a diaphragm, in which the thickness of the diaphragm is defined by etching.
FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a print head having a diaphragm having a two-layer structure, in which an ink flow path forming member is joined.
FIG. 13 is a cross-sectional view showing another method of manufacturing a print head having a two-layer structure of a diaphragm, before a piezoelectric element is joined to the diaphragm.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing another method for manufacturing a print head having a diaphragm having a two-layer structure, in which a liquid metal adhesive is applied to the diaphragm.
FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating another method of manufacturing a print head having a two-layer structure of a diaphragm, in which a piezoelectric element is bonded to the diaphragm.
FIG. 16 is a cross-sectional view showing another method of manufacturing a print head having a two-layer structure of a diaphragm, showing a state where a diffusion alloying reaction of a liquid metal adhesive has been completed.
FIG. 17 is a cross-sectional view illustrating another method of manufacturing a print head having a two-layer structure of a diaphragm, in which a piezoelectric element is diced.
FIG. 18 is a cross-sectional view illustrating another method of manufacturing a print head having a diaphragm having a two-layer structure, in which a thickness of the diaphragm is defined by etching.
FIG. 19 is a cross-sectional view illustrating another method of manufacturing a print head having a two-layer structure of a vibration plate, and illustrating a state where ink flow path forming members are joined.
FIG. 20 is a cross-sectional view of a print head having a three-layer structure of a diaphragm.
FIG. 21 is a longitudinal sectional view of a print head in which a diaphragm has a three-layer structure.
FIG. 22 is a cross-sectional view illustrating a print head having a three-layer structure of a vibration plate in an ink discharge standby state.
FIG. 23 is a cross-sectional view illustrating an ink discharge state of a print head having a three-layer diaphragm.
FIG. 24 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a print head having a three-layer structure of a vibration plate, and showing a state before a piezoelectric element is bonded to the vibration plate.
FIG. 25 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a print head having a diaphragm having a three-layer structure, in which an adhesive is applied to the diaphragm.
FIG. 26 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing a print head having a diaphragm having a three-layer structure, in which a piezoelectric element is bonded to the diaphragm.
FIG. 27 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a print head having a three-layer structure of the diaphragm, showing a state in which an adhesive is thermally cured.
FIG. 28 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing a print head having a three-layer structure of a vibration plate, showing a state where a piezoelectric element is diced.
FIG. 29 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a print head having a three-layer structure of the diaphragm, in which the thickness of the diaphragm is defined by etching.
FIG. 30 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a print head having a three-layer structure of a diaphragm, in which pressure chambers are formed in the lowermost diaphragm.
FIG. 31 is a cross-sectional view illustrating a state in which an orifice plate is joined, illustrating a method for manufacturing a print head having a diaphragm having a three-layer structure.
FIG. 32 is a cross-sectional view illustrating another method of manufacturing a print head having a three-layer structure of a diaphragm, before a piezoelectric element is joined to the diaphragm.
FIG. 33 is a cross-sectional view illustrating another method of manufacturing a print head having a diaphragm having a three-layer structure, in which a liquid metal adhesive is applied to the diaphragm.
FIG. 34 is a cross-sectional view illustrating another method of manufacturing a print head having a three-layer structure of a diaphragm, in which a piezoelectric element is bonded to the diaphragm.
FIG. 35 is a cross-sectional view showing another method of manufacturing a print head having a three-layer structure of the diaphragm, showing a state where a diffusion alloying reaction of the liquid metal adhesive has been completed.
FIG. 36 is a cross-sectional view illustrating another method for manufacturing a print head having a three-layer structure of the diaphragm, and illustrating a state where the piezoelectric element is diced.
FIG. 37 is a cross-sectional view illustrating another method of manufacturing a print head having a diaphragm having a three-layer structure, in which a thickness of the diaphragm is regulated by etching.
FIG. 38 is a cross-sectional view illustrating another method of manufacturing a print head having a three-layer structure of a diaphragm, in which pressure chambers are formed in the lowermost diaphragm.
FIG. 39 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a print head having a diaphragm having a three-layer structure, in which an orifice plate is joined;
FIG. 40 is a cross-sectional view of a print head in which a diaphragm has a three-layer structure and discharge nozzles are formed on the lowermost diaphragm.
FIG. 41 is a longitudinal sectional view of a print head in which a diaphragm has a three-layer structure and discharge nozzles are formed on the lowermost diaphragm.
FIG. 42 is a perspective view of a print head in which a diaphragm has a three-layer structure and discharge nozzles are formed on the lowermost diaphragm.
FIG. 43 is a cross-sectional view showing a print head in which a diaphragm has a three-layer structure and discharge nozzles are formed on the lowermost diaphragm, in an ink discharge standby state.
FIG. 44 is a cross-sectional view showing an ink discharge state of a print head in which a diaphragm has a three-layer structure and discharge nozzles are formed on the lowermost diaphragm.
FIG. 45 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing a print head in which a diaphragm has a three-layer structure and discharge nozzles are formed on the lowermost diaphragm, and before a piezoelectric element is joined to the diaphragm. .
FIG. 46 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a print head in which a diaphragm has a three-layer structure and discharge nozzles are formed in the lowermost diaphragm, and illustrates a state in which an adhesive is applied to the diaphragm.
FIG. 47 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a print head in which a diaphragm has a three-layer structure and a discharge nozzle is formed on the lowermost diaphragm, and illustrates a state where a piezoelectric element is bonded to the diaphragm.
FIG. 48 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a print head in which a diaphragm has a three-layer structure and discharge nozzles are formed on the lowermost diaphragm, and illustrates a state in which an adhesive is thermally cured.
FIG. 49 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a print head in which a diaphragm has a three-layer structure and discharge nozzles are formed on the lowermost diaphragm, and illustrates a state where a piezoelectric element is diced.
FIG. 50 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a print head in which a diaphragm has a three-layer structure and discharge nozzles are formed on the lowermost diaphragm, and shows a state in which the thickness of the diaphragm is regulated by etching.
FIG. 51 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a print head in which a diaphragm has a three-layer structure and discharge nozzles are formed in the lowermost diaphragm, and a pressure chamber is formed in the lowermost diaphragm. is there.
FIG. 52 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a print head in which a diaphragm has a three-layer structure and discharge nozzles are formed on the lowermost diaphragm, and illustrates a state where a rigid base is joined.
FIG. 53 is a cross-sectional view showing another method of manufacturing a print head in which a diaphragm has a three-layer structure and discharge nozzles are formed on the lowermost diaphragm, and before a piezoelectric element is joined to the diaphragm. It is.
FIG. 54 is a cross-sectional view showing another method of manufacturing a print head in which a diaphragm has a three-layer structure and a discharge nozzle is formed on the lowermost diaphragm, and a liquid metal adhesive is applied to the diaphragm. It is.
FIG. 55 is a cross-sectional view showing another method of manufacturing a print head in which a diaphragm has a three-layer structure and discharge nozzles are formed on the lowermost diaphragm, and a piezoelectric element is bonded to the diaphragm. .
FIG. 56 shows another method of manufacturing a print head in which a diaphragm has a three-layer structure and discharge nozzles are formed in the lowermost diaphragm, showing a state in which a diffusion alloying reaction of a liquid metal adhesive has been completed. It is sectional drawing.
FIG. 57 is a cross-sectional view illustrating another method of manufacturing a print head in which a diaphragm has a three-layer structure and discharge nozzles are formed on the lowermost diaphragm, and illustrates a state where a piezoelectric element is diced.
FIG. 58 is a cross-sectional view showing another method of manufacturing a print head in which a diaphragm has a three-layer structure and a discharge nozzle is formed on the lowermost diaphragm, and the thickness of the diaphragm is regulated by etching. is there.
FIG. 59 shows another method of manufacturing a print head in which a diaphragm has a three-layer structure and discharge nozzles are formed in the lowermost diaphragm, and shows a state in which pressure chambers are formed in the lowermost diaphragm. FIG.
FIG. 60 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing a print head in which a diaphragm has a three-layer structure and discharge nozzles are formed on the lowermost diaphragm, and shows a state in which a rigid base is joined.
FIG. 61 is a schematic configuration diagram of a serial type printer device.
FIG. 62 is a schematic configuration diagram of a line-type printer device.
FIG. 63 is a block diagram of a control system.
FIG. 64 is a longitudinal sectional view of a conventional print head.
FIG. 65 is a cross-sectional view of a conventional print head.
[Explanation of symbols]
1 Discharge nozzle
3 pressure chamber
5,6,15 diaphragm
7 Piezoelectric element
11 Adhesive
13 Liquid metal adhesive
14 Alloy layer

Claims (48)

吐出ノズルを有してなるオリフィスプレートと、
この吐出ノズルに連通し、該吐出ノズルに対応して設けられた圧力室を有してなる基台と、
この基台に取り付けられる振動板と、
この振動板を介して圧力室に対応して配置される圧電素子とを備え、
振動板が少なくとも２層以上からなり、１層の振動板は圧力室を全て覆うようにされ、残りの層の振動板は圧電素子をマスクとして除去されて当該圧電素子と略同一幅とされていることを特徴とするプリンタ装置。An orifice plate having a discharge nozzle,
A base communicating with the discharge nozzle and having a pressure chamber provided corresponding to the discharge nozzle;
A diaphragm attached to the base,
A piezoelectric element disposed corresponding to the pressure chamber via the diaphragm,
The diaphragm has at least two layers, one layer of the diaphragm covers all the pressure chambers, and the remaining layers of the diaphragm are removed by using the piezoelectric element as a mask to have substantially the same width as the piezoelectric element. A printer device. ２層以上よりなる振動板のうち、１層以上を金属材料としたことを特徴とする請求項１記載のプリンタ装置。2. The printer device according to claim 1, wherein one or more layers of the diaphragm having two or more layers are made of a metal material. ２層以上よりなる振動板のうち、除去される振動板を、銅を主成分とする金属材料とすることを特徴とする請求項１記載のプリンタ装置。2. The printer device according to claim 1, wherein the diaphragm to be removed among the diaphragms having two or more layers is made of a metal material containing copper as a main component. ２層以上よりなる振動板のうち、圧力室を全て覆うようにされる振動板を、ニッケルを主成分とする金属材料とすることを特徴とする請求項１記載のプリンタ装置。2. The printer device according to claim 1, wherein, of the diaphragm having two or more layers, a diaphragm that covers the entire pressure chamber is made of a metal material containing nickel as a main component. ２層以上よりなる振動板を、それぞれ別個に圧延された素材を真空中における接合により形成した材料とすることを特徴とする請求項１記載のプリンタ装置。2. The printer device according to claim 1, wherein the diaphragm having two or more layers is a material formed by bonding separately rolled materials in a vacuum. ２層以上よりなる振動板と圧電素子との界面に、導電性の接着剤が配置されていることを特徴とする請求項１記載のプリンタ装置。2. The printer device according to claim 1, wherein a conductive adhesive is disposed at an interface between the diaphragm having two or more layers and the piezoelectric element. ２層以上よりなる振動板と圧電素子との界面に、ガリウム、インジウム、錫を主成分とする金属と、振動板を構成する金属との合金が配置されていることを特徴とする請求項１記載のプリンタ装置。2. An alloy of a metal mainly composed of gallium, indium, and tin and a metal constituting the diaphragm at an interface between the diaphragm having two or more layers and the piezoelectric element. The printer device as described in the above. ２層以上よりなる振動板と圧電素子との界面に、ガリウム、インジウム、亜鉛を主成分とした金属と、振動板を構成する金属との合金が配置されていることを特徴とする請求項１記載のプリンタ装置。2. An alloy of a metal containing gallium, indium, and zinc as a main component and a metal constituting the diaphragm is disposed at an interface between the diaphragm having two or more layers and the piezoelectric element. The printer device as described in the above. ２層以上よりなる振動板上に圧電素子を接合する工程と、
最下層の振動板までには至らないように、圧電素子を切断する工程と、
切断されて残った圧電素子をマスクとして、切断部分に残された最下層の振動板以外の振動板を除去する工程と、
圧電素子に対応して設けられた圧力室を有してなる基台を、振動板に接合する工程と、
圧力室に連通し、この圧力室と対応して設けられた吐出ノズルを有してなるオリフィスプレートを、基台に接合する工程とからなることを特徴とするプリンタ装置の製造方法。Bonding a piezoelectric element on a diaphragm comprising at least two layers;
A step of cutting the piezoelectric element so as not to reach the lowermost diaphragm,
Using the remaining piezoelectric element as a mask as a mask, removing a diaphragm other than the lowermost diaphragm remaining in the cut portion,
Joining a base having a pressure chamber provided corresponding to the piezoelectric element to the diaphragm,
Joining an orifice plate, which communicates with the pressure chamber and has a discharge nozzle provided corresponding to the pressure chamber, to a base. ２層以上よりなる振動板のうち、１層以上を金属材料としたことを特徴とする請求項９記載のプリンタ装置の製造方法。10. The method according to claim 9, wherein one or more layers of the diaphragm having two or more layers are made of a metal material. ２層以上よりなる振動板のうち、除去される振動板を、銅を主成分とする金属材料とすることを特徴とする請求項９記載のプリンタ装置の製造方法。The method for manufacturing a printer device according to claim 9, wherein the diaphragm to be removed among the diaphragms having two or more layers is made of a metal material containing copper as a main component. ２層以上よりなる振動板のうち、最下層の振動板を、ニッケルを主成分とする金属材料とすることを特徴とする請求項９記載のプリンタ装置の製造方法。The method according to claim 9, wherein the lowermost diaphragm of the diaphragm having two or more layers is made of a metal material containing nickel as a main component. ２層以上よりなる振動板を、それぞれ別個に圧延された素材を真空中における接合により形成した材料とすることを特徴とする請求項９記載のプリンタ装置の製造方法。10. The method for manufacturing a printer device according to claim 9, wherein the diaphragm having two or more layers is a material formed by joining separately rolled materials in a vacuum. ２層以上よりなる振動板上に圧電素子を接合する手段として、導電性の接着剤を用いることを特徴とする請求項９記載のプリンタ装置の製造方法。The method for manufacturing a printer device according to claim 9, wherein a conductive adhesive is used as means for bonding the piezoelectric element to the diaphragm having two or more layers. ２層以上よりなる振動板上に圧電素子を接合する手段として、ガリウム、インジウム、錫を主成分とした液体金属を、振動板と圧電素子との界面に塗布し、該振動板を構成する物質および圧電素子の表面を形成する物質と液体金属との拡散合金化反応を用いたことを特徴とする請求項９記載のプリンタ装置の製造方法。As a means for bonding a piezoelectric element on a diaphragm having two or more layers, a liquid metal containing gallium, indium, and tin as a main component is applied to an interface between the diaphragm and the piezoelectric element to form a substance constituting the diaphragm. 10. The method according to claim 9, wherein a diffusion alloying reaction between a substance forming the surface of the piezoelectric element and the liquid metal is used. ２層以上よりなる振動板上に圧電素子を接合する手段として、ガリウム、インジウム、亜鉛を主成分とした液体金属を、振動板と圧電素子との界面に塗布し、該振動板を構成する物質および圧電素子の表面を形成する物質と液体金属との拡散合金化反応を用いたことを特徴とする請求項９記載のプリンタ装置の製造方法。As a means for joining a piezoelectric element to a diaphragm having two or more layers, a liquid metal containing gallium, indium, and zinc as a main component is applied to an interface between the diaphragm and the piezoelectric element to form a substance constituting the diaphragm. 10. The method according to claim 9, wherein a diffusion alloying reaction between a substance forming the surface of the piezoelectric element and the liquid metal is used. 吐出ノズルを有してなるオリフィスプレートと、
このオリフィスプレートに取り付けられた振動板と、
この振動板を介して吐出ノズルに対応して配置される圧電素子とを備え、
振動板が少なくとも３層以上からなり、オリフィスプレートと接する側の最下層の振動板は吐出ノズルに連通する圧力室を有し、該最下層の振動板上に設けられる振動板は圧力室を全て覆うようにされ、残りの層の振動板は圧電素子をマスクとして除去されて当該圧電素子と略同一幅とされていることを特徴とするプリンタ装置。An orifice plate having a discharge nozzle,
A diaphragm attached to the orifice plate,
A piezoelectric element arranged corresponding to the discharge nozzle via the diaphragm,
The diaphragm is composed of at least three or more layers, and the lowermost diaphragm on the side in contact with the orifice plate has a pressure chamber communicating with the discharge nozzle, and the diaphragm provided on the lowermost diaphragm includes all the pressure chambers. A printer apparatus, wherein the vibration plate of the remaining layer is removed by using the piezoelectric element as a mask so as to have substantially the same width as the piezoelectric element. ３層以上よりなる振動板のうち、１層以上を金属材料としたことを特徴とする請求項１７記載のプリンタ装置。18. The printer device according to claim 17, wherein one or more layers of the diaphragm having three or more layers are made of a metal material. ３層以上よりなる振動板のうち、除去される振動板を、銅を主成分とする金属材料とすることを特徴とする請求項１７記載のプリンタ装置。18. The printer device according to claim 17, wherein the diaphragm to be removed among the diaphragms having three or more layers is made of a metal material containing copper as a main component. ３層以上よりなる振動板のうち、圧力室を全て覆うようにされる振動板を、ニッケルを主成分とする金属材料とすることを特徴とする請求項１７記載のプリンタ装置。18. The printer device according to claim 17, wherein among the diaphragms having three or more layers, the diaphragm that covers the entire pressure chamber is made of a metal material containing nickel as a main component. ３層以上よりなる振動板を、それぞれ別個に圧延された素材を真空中における接合により形成した材料とすることを特徴とする請求項１７記載のプリンタ装置。18. The printer device according to claim 17, wherein the diaphragm having three or more layers is made of a material obtained by bonding separately rolled materials in a vacuum. ３層以上よりなる振動板と圧電素子との界面に、導電性の接着剤が配置されていることを特徴とする請求項１７記載のプリンタ装置。18. The printer device according to claim 17, wherein a conductive adhesive is disposed at an interface between the diaphragm having three or more layers and the piezoelectric element. ３層以上よりなる振動板と圧電素子との界面に、ガリウム、インジウム、錫を主成分とする金属と、振動板を構成する金属との合金が配置されていることを特徴とする請求項１７記載のプリンタ装置。18. An alloy of a metal mainly composed of gallium, indium, and tin and a metal constituting the diaphragm at an interface between the diaphragm having three or more layers and the piezoelectric element. The printer device as described in the above. ３層以上よりなる振動板と圧電素子との界面に、ガリウム、インジウム、亜鉛を主成分とした金属と、振動板を構成する金属との合金が配置されていることを特徴とする請求項１７記載のプリンタ装置。18. An alloy of a metal mainly composed of gallium, indium, and zinc and a metal constituting the diaphragm at an interface between the diaphragm having three or more layers and the piezoelectric element. The printer device as described in the above. ３層以上よりなる振動板上に圧電素子を接合する工程と、
圧力室を覆う振動板までには至らないように、圧電素子を切断する工程と、
切断されて残った圧電素子をマスクとして、切断部分に残された最下層と圧力室を覆う振動板以外の振動板を除去する工程と、
最下層の振動板に圧電素子に対応して圧力室を形成する工程と、
圧力室に連通し、この圧力室と対応して設けられた吐出ノズルを有してなるオリフィスプレートを、最下層の振動板に接合する工程とからなることを特徴とするプリンタ装置の製造方法。Bonding a piezoelectric element on a diaphragm having at least three layers;
Cutting the piezoelectric element so as not to reach the diaphragm covering the pressure chamber;
Using the piezoelectric element remaining as a mask as a mask, removing a diaphragm other than the diaphragm that covers the lowermost layer and the pressure chamber left in the cut portion,
Forming pressure chambers corresponding to the piezoelectric elements on the lowermost diaphragm,
Joining an orifice plate having a discharge nozzle provided in correspondence with the pressure chamber to the lowermost diaphragm to communicate with the pressure chamber. ３層以上よりなる振動板のうち、１層以上を金属材料としたことを特徴とする請求項２５記載のプリンタ装置の製造方法。26. The method according to claim 25, wherein one or more layers of the diaphragm having three or more layers are made of a metal material. ３層以上よりなる振動板のうち、除去される振動板を、銅を主成分とする金属材料とすることを特徴とする請求項２５記載のプリンタ装置のの製造方法。26. The method for manufacturing a printer device according to claim 25, wherein the diaphragm to be removed among the diaphragms having three or more layers is made of a metal material containing copper as a main component. ３層以上よりなる振動板のうち、圧力室を全て覆うようにされる振動板を、ニッケルを主成分とする金属材料とすることを特徴とする請求項２５記載のプリンタ装置の製造方法。26. The method of manufacturing a printer device according to claim 25, wherein, among the diaphragms having three or more layers, a diaphragm that covers all of the pressure chambers is made of a metal material containing nickel as a main component. ３層以上よりなる振動板を、それぞれ別個に圧延された素材を真空中における接合により形成した材料とすることを特徴とする請求項２５記載のプリンタ装置の製造方法。26. The method for manufacturing a printer device according to claim 25, wherein the diaphragm having three or more layers is a material formed by joining separately rolled materials in a vacuum. ３層以上よりなる振動板と圧電素子を接合する手段として、導電性の接着剤を用いることを特徴とする請求項２５記載のプリンタ装置の製造方法。26. The method for manufacturing a printer device according to claim 25, wherein a conductive adhesive is used as means for bonding the piezoelectric element with the diaphragm having three or more layers. ３層以上よりなる振動板と圧電素子を接合する手段として、ガリウム、インジウム、錫を主成分とした液体金属を、振動板と圧電素子との界面に塗布し、該振動板を構成する物質および圧電素子の表面を形成する物質と液体金属との拡散合金化反応を用いたことを特徴とする請求項２５記載のプリンタ装置の製造方法。As a means for joining the piezoelectric element with a vibration plate having three or more layers, a liquid metal containing gallium, indium, and tin as main components is applied to an interface between the vibration plate and the piezoelectric element, and a substance constituting the vibration plate and 26. The method according to claim 25, wherein a diffusion alloying reaction between a substance forming the surface of the piezoelectric element and the liquid metal is used. ３層以上よりなる振動板と圧電素子を接合する手段として、ガリウム、インジウム、亜鉛を主成分とした液体金属を、振動板と圧電素子との界面に塗布し、該振動板を構成する物質および圧電素子の表面を形成する物質と液体金属との拡散合金化反応を用いたことを特徴とする請求項２５記載のプリンタ装置の製造方法。As a means for joining the piezoelectric element with a vibration plate having three or more layers, a liquid metal containing gallium, indium, and zinc as a main component is applied to an interface between the vibration plate and the piezoelectric element, and a substance constituting the vibration plate and 26. The method according to claim 25, wherein a diffusion alloying reaction between a substance forming the surface of the piezoelectric element and the liquid metal is used. 剛性を有する基台と、
この基台に取り付けられた振動板と、
この振動板を介して圧力室に対応して配置される圧電素子とを備え、
振動板が少なくとも３層以上からなり、基台と接する側の最下層の振動板は吐出ノズルとこの吐出ノズルに連通する圧力室を有し、該最下層の振動板上に設けられる振動板は圧力室を全て覆うようにされ、残りの層の振動板は圧電素子をマスクとして除去されて当該圧電素子と略同一幅とされていることを特徴とするプリンタ装置。A rigid base,
A diaphragm attached to this base,
A piezoelectric element disposed corresponding to the pressure chamber via the diaphragm,
The diaphragm has at least three layers, the lowermost diaphragm in contact with the base has a discharge nozzle and a pressure chamber communicating with the discharge nozzle, and the diaphragm provided on the lowermost diaphragm is A printer device, wherein the pressure chamber is entirely covered, and the diaphragm of the remaining layer is removed by using the piezoelectric element as a mask to have substantially the same width as the piezoelectric element. ３層以上よりなる振動板のうち、１層以上を金属材料としたことを特徴とする請求項３３記載のプリンタ装置。34. The printer device according to claim 33, wherein at least one layer of the diaphragm having three or more layers is made of a metal material. ３層以上よりなる振動板のうち、除去される振動板を、銅を主成分とする金属材料とすることを特徴とする請求項３３記載のプリンタ装置。34. The printer device according to claim 33, wherein the diaphragm to be removed among the diaphragms having three or more layers is made of a metal material containing copper as a main component. ３層以上よりなる振動板のうち、圧力室を全て覆うようにされる振動板を、ニッケルを主成分とする金属材料とすることを特徴とする請求項３３記載のプリンタ装置。34. The printer device according to claim 33, wherein among the diaphragms having three or more layers, the diaphragm that covers the entire pressure chamber is made of a metal material containing nickel as a main component. ３層以上よりなる振動板を、それぞれ別個に圧延された素材を真空中における接合により形成した材料とすることを特徴とする請求項３３記載のプリンタ装置。34. The printer device according to claim 33, wherein the diaphragm having three or more layers is a material formed by bonding separately rolled materials in a vacuum. ３層以上よりなる振動板と圧電素子との界面に、導電性の接着剤が配置されていることを特徴とする請求項３３記載のプリンタ装置。34. The printer device according to claim 33, wherein a conductive adhesive is disposed at an interface between the diaphragm having three or more layers and the piezoelectric element. ３層以上よりなる振動板と圧電素子との界面に、ガリウム、インジウム、錫を主成分とする金属と、振動板を構成する金属との合金が配置されていることを特徴とする請求項３３記載のプリンタ装置。34. An alloy of a metal mainly composed of gallium, indium, and tin and a metal constituting the diaphragm at an interface between the diaphragm having three or more layers and the piezoelectric element. The printer device as described in the above. ３層以上よりなる振動板と圧電素子との界面に、ガリウム、インジウム、亜鉛を主成分とした金属と、振動板を構成する金属との合金が配置されていることを特徴とする請求項３３記載のプリンタ装置。34. An alloy of a metal containing gallium, indium, and zinc as a main component and a metal constituting the diaphragm is disposed at an interface between the diaphragm having three or more layers and the piezoelectric element. The printer device as described in the above. ３層以上よりなる振動板上に圧電素子を接合する工程と、
圧力室を覆う振動板までには至らないように、圧電素子を切断する工程と、
切断されて残った圧電素子をマスクとして、切断部分に残された最下層と圧力室を覆う振動板以外の振動板を除去する工程と、
最下層の振動板に圧電素子に対応して圧力室を形成すると共に、この圧力室に連通する吐出ノズルを形成する工程と、
この圧力室を覆うようにして剛性を有する基台を接合する工程とからなるプリンタ装置の製造方法。Bonding a piezoelectric element on a diaphragm having at least three layers;
Cutting the piezoelectric element so as not to reach the diaphragm covering the pressure chamber;
Using the piezoelectric element remaining as a mask as a mask, removing a diaphragm other than the diaphragm that covers the lowermost layer and the pressure chamber left in the cut portion,
Forming a pressure chamber corresponding to the piezoelectric element in the lowermost diaphragm, and forming a discharge nozzle communicating with the pressure chamber;
Joining a rigid base so as to cover the pressure chamber. ３層以上よりなる振動板のうち、１層以上を金属材料としたことを特徴とする請求項４１記載のプリンタ装置の製造方法。The method according to claim 41, wherein one or more layers of the diaphragm having three or more layers are made of a metal material. ３層以上よりなる振動板のうち、除去される振動板を、銅を主成分とする金属材料とすることを特徴とする請求項４１記載のプリンタ装置の製造方法。42. The method according to claim 41, wherein the diaphragm to be removed among the diaphragms having three or more layers is made of a metal material containing copper as a main component. ３層以上よりなる振動板のうち、圧力室を全て覆うようにされる振動板を、ニッケルを主成分とする金属材料とすることを特徴とする請求項４１記載のプリンタ装置の製造方法。42. The method of manufacturing a printer device according to claim 41, wherein among the diaphragms having three or more layers, the diaphragm that covers the entire pressure chamber is made of a metal material containing nickel as a main component. ３層以上よりなる振動板を、それぞれ別個に圧延された素材を真空中における接合により形成した材料とすることを特徴とする請求項４１記載のプリンタ装置の製造方法。42. The method for manufacturing a printer device according to claim 41, wherein the diaphragm having three or more layers is a material formed by bonding separately rolled materials in a vacuum. ３層以上よりなる振動板と圧電素子を接合する手段として、導電性の接着剤を用いることを特徴とする請求項４１記載のプリンタ装置の製造方法。42. The method according to claim 41, wherein a conductive adhesive is used as means for bonding the piezoelectric element with the diaphragm having three or more layers. ３層以上よりなる振動板と圧電素子を接合する手段として、ガリウム、インジウム、錫を主成分とした液体金属を、振動板と圧電素子との界面に塗布し、該振動板を構成する物質および圧電素子の表面を形成する物質と液体金属との拡散合金化反応を用いたことを特徴とする請求項４１記載のプリンタ装置の製造方法。As a means for joining the piezoelectric element with a vibration plate having three or more layers, a liquid metal containing gallium, indium, and tin as main components is applied to an interface between the vibration plate and the piezoelectric element, and a substance constituting the vibration plate and 42. The method according to claim 41, wherein a diffusion alloying reaction between a substance forming the surface of the piezoelectric element and the liquid metal is used. ３層以上よりなる振動板と圧電素子を接合する手段として、ガリウム、インジウム、亜鉛を主成分とした液体金属を、振動板と圧電素子との界面に塗布し、該振動板を構成する物質および圧電素子の表面を形成する物質と液体金属との拡散合金化反応を用いたことを特徴とする請求項４１記載のプリンタ装置の製造方法。As a means for joining the piezoelectric element with a vibration plate having three or more layers, a liquid metal containing gallium, indium, and zinc as a main component is applied to an interface between the vibration plate and the piezoelectric element, and a substance constituting the vibration plate and 42. The method according to claim 41, wherein a diffusion alloying reaction between a substance forming the surface of the piezoelectric element and the liquid metal is used.
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