JP4284913B2 - Ink jet head, manufacturing method thereof, and ink jet recording apparatus - Google Patents

Ink jet head, manufacturing method thereof, and ink jet recording apparatus Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットヘッドおよびその製造方法ならびにインクジェット式記録装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
インクジェット式記録装置のインクジェットヘッドは、インク液を収容する圧力室を持つ圧力室部品と、この圧力室からインク滴を吐出させるためのアクチュエータ部である強誘電体素子とを備えている。強誘電体素子には、強誘電体膜と、この強誘電体膜に電圧を印加して収縮及び伸張させる個別電極及び共通電極とを備えており、強誘電体膜の圧電効果により圧力室の容積を変化させてインク滴をノズル孔から吐出させるように構成されている。
【0003】
そして、多数のノズル孔から吐出されるインク滴の吐出特性を安定化させるには、強誘電体素子の変位特性、共振特性のバラツキを抑制する必要がある。
【0004】
ここで、特開2000−301715号公報には、ヘッド本体部とアクチュエータ部とが接着されてなるインクジェットにおいて、振動板の変位部に接合材が付着することを防止する技術が開示されている。その構成は、振動板のヘッド本体部側の面に振動板の変位部を圧力室に晒す窓部が設けられた中間層を形成し、中間層と本体部との区画壁とを電着層からなる接合材により接着したもので、中間層は銅より形成され、接合材のはみ出し部が振動板の変位部に付着しないよう、その厚みは5μmに設定されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した技術によれば、中間層を新たに設ける必要があるので、製造時の工数が増加し、生産性の低下や製造コストの増大を招く。
【0006】
また、このような中間層を設けずに、直接振動板と圧力室の区画壁を接合する場合には、塗布された接合材が圧力室を構成する区画壁の接着面より少なくなってその端面が接着されなかったり、端面まで接着されたりする。すると、変位特性や共振特性がばらついてインク吐出効率が悪化し、信頼性の高いインクジェットヘッドを得ることができない。
【0007】
そこで、本発明は、インク吐出効率の優れたインクジェットヘッドに関する技術を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本発明のインクジェットヘッドは、圧力室を形成する複数の区画壁と、圧力室を覆うようにして接合材を介して区画壁上に固定された振動板と、振動板の上に形成された強誘電体膜と、強誘電体膜の上に形成され、圧力室の容積を変化させる方向に強誘電体膜を変位させる個別電極とを有し、接合材のヤング率を1.0×E+8〜1.0×E+10N/m 2 にすると共に、圧力室内において、接合材を、振動板の平面に沿って、強誘電体膜の形成範囲の内側まではみ出すように構成したものである。
【0009】
これにより、複数の強誘電体素子の相互間における変位特性や共振特性が均一化されてインク吐出効率の優れたインクジェットヘッドを得ることが可能になる。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項1に記載の発明は、圧力室を形成する複数の区画壁と、圧力室を覆うようにして接合材を介して区画壁上に固定された振動板と、振動板の上に形成された強誘電体膜と、強誘電体膜の上に形成され、圧力室の容積を変化させる方向に強誘電体膜を変位させる個別電極とを有し、接合材のヤング率を1.0×E+8〜1.0×E+10N/m 2 にすると共に、圧力室内において、接合材を、振動板の平面に沿って、強誘電体膜の形成範囲の内側まではみ出すように構成したインクジェットヘッドであり、複数の強誘電体素子の相互間における変位特性や共振特性が均一化されてインク吐出効率の優れたインクジェットヘッドを得ることが可能になるという作用を有する。
【0011】
本発明の請求項2に記載の発明は、請求項1記載の発明において、接合材における振動板の平面に沿った方向へのはみ出し幅が5μm以上であるインクジェットヘッドであり、複数の強誘電体素子の相互間における変位特性や共振特性が均一化されてインク吐出効率の優れたインクジェットヘッドを得ることが可能になるという作用を有する。
【0013】
本発明の請求項3に記載の発明は、請求項1〜2の何れか一項に記載の発明において、接合材はアクリル樹脂またはエポキシ樹脂であるインクジェットヘッドであり、これらの樹脂材料を用いることにより、振動板の変位量のばらつきを比較的小さくすることができるので、複数の強誘電体素子の相互間における変位特性や共振特性が均一化されてインク吐出効率の優れたインクジェットヘッドを得ることが可能になるという作用を有する。
【0014】
本発明の請求項4に記載の発明は、請求項1〜3の何れか一項に記載の発明において、振動板が電極を兼ねているインクジェットヘッドであり、複数の強誘電体素子の相互間における変位特性や共振特性が均一化されてインク吐出効率の優れたインクジェットヘッドを得ることが可能になるという作用を有する。
【0015】
本発明の請求項5に記載の発明は、請求項1〜4の何れか一項に記載のインクジェットヘッドを備えたインクジェット式記録装置であり、安定したインク吐出により高画質の印字を行うことが可能になるという作用を有する。
【0018】
本発明の請求項6に記載の発明は、圧力室を形成する複数の区画壁に、圧力室を覆うようにして接合材を介して振動板を接着し、区画壁と振動板とを相互に圧接する方向の押圧力を付加して、圧力室内において、接合材を、振動板の平面に沿って、強誘電体膜の形成範囲の内側まではみ出すようにしたインクジェットヘッドの製造方法であって、接合材を、区画壁または、区画壁に対応する位置の振動板に塗布する際に個々の圧力室に対応した塗布領域の端部に、端部以外の領域よりも隆起した状態で接合材を塗布するインクジェットヘッドの製造方法であり、確実な接合材のはみ出しと、ヘッドの接合・固定を行うことができるので、複数の強誘電体素子の相互間における変位特性や共振特性が均一化されてインク吐出効率の優れたインクジェットヘッドを得ることが可能になるという作用を有する。
【0019】
以下、本発明の実施の形態について、図1から図10を用いて説明する。なお、これらの図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。
【0020】
図1は本発明の一実施の形態である強誘電体素子が用いられたインクジェット式記録装置の全体概略構成を示す斜視図、図2は図1のインクジェット式記録装置におけるインクジェットヘッドの全体構成を示す断面図、図3は図2の要部を示す斜視図、図4は図2のインクジェットヘッドを示す断面図、図5は接合材のはみ出し幅と強誘電体素子の変位量との関係を示すグラフ、図6は接合材のヤング率が1.0×E+7N/m2で振動板兼共通電極の平面に沿った方向へのはみ出し幅が+10μmのときの共振特性と、接合材のヤング率が1.0×E+8N/m2で振動板兼共通電極の平面に沿った方向へのはみ出し幅が+10μmのときの共振特性とを示すグラフ、図7は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドの製造方法を連続的に示す断面図、図8は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドの製造過程における接合材の塗布形状を示す断面図、図9は図8における接合材の隆起部分の寸法の一例を示す説明図、図10は本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドの製造過程における接合材の塗布形状を示す断面図である。
【0021】
図1に示すインクジェット式記録装置40は、強誘電体素子の圧電効果を利用して記録を行う本発明のインクジェットヘッド41を備え、このインクジェットヘッド41から吐出したインク滴を紙等の記録媒体42に着弾させて、記録媒体42に記録を行うものである。インクジェットヘッド41は、主走査方向Xに配置したキャリッジ軸43に設けられたキャリッジ44に搭載されていて、キャリッジ44がキャリッジ軸43に沿って往復動するのに応じて、主走査方向Xに往復動する。さらに、インクジェット式記録装置40は、記録媒体42をインクジェットヘッド41の幅方向(すなわち、主走査方向X)と略垂直方向の副走査方向Yに移動させる複数個のローラ(移動手段)45を備える。
【0022】
図2は本発明の実施の形態のインクジェットヘッド41の全体構成を示し、図3はその要部の構成を示す。図2および図3において、Aは圧力室部品であって、圧力室用開口部1が形成される。Bは圧力室用開口部1の上端開口面を覆うように配置されるアクチュエータ部、Cは圧力室用開口部1の下端開口面を覆うように配置されるインク液流路部品である。圧力室部品Aの圧力室用開口部1は、その上下に位置するアクチュエータ部Bおよびインク液流路部品Cにより区画されて圧力室2となる。アクチュエータ部Bには、圧力室2の上方に位置する個別電極(第2の電極)3が配置されている。これ等圧力室2および個別電極3は、図2から判るように、千鳥状に多数配列されている。インク液流路部品Cには、インク液供給方向に並ぶ圧力室2間で共用する共通液室5と、この共通液室5を圧力室2に連通する供給口6と、圧力室2内のインク液が流出するインク流路7とが形成される。Dはノズル板であって、インク流路7に連通するノズル孔8が形成されている。また、図2において、EはICチップであって、ボンディングワイヤーBWを介して多数の個別電極3に対して電圧を供給する。
【0023】
次に、アクチュエータ部Bの構成を図4に基づいて説明する。
【0024】
図4では、直交方向に並ぶ圧力室2を持つ圧力室部品Aが参照的に描かれている。
【0025】
このアクチュエータ部は、圧力室2を形成する複数の区画壁2a、圧力室2を覆うようにして区画壁2a上に固定された振動板兼共通電極(振動板あるいは第1の電極)11、振動板兼共通電極11上に形成された強誘電体膜10、強誘電体膜10上に形成された個別電極(第2の電極)3とを有している。そして、個別電極3と振動板兼共通電極11とは、圧力室2の容積を変化させる方向に強誘電体膜10を相互に協働して変位させる。
【0026】
振動板兼共通電極11は、たとえばアクリル樹脂またはエポキシ樹脂からなる接合材14を介して区画壁2aに固定されており、図示するように、この接合材14は圧力室2内にはみ出している。そして、接合材14のはみ出し幅は、振動板兼共通電極11の平面に沿った方向へ5μm以上となっている。また、ヤング率が1.0×E+8〜1.0×E+10N/m2となっている。
【0027】
ここで、接合材14のはみ出し幅と強誘電体素子の変位量との関係を図5に示す。
【0028】
図5に示すように、ヤング率の小さな接合材を用いた場合で、且つはみ出し幅が5μm以上であれば、変位量が安定しているのが分かる。そして、接合材のヤング率が大きくなればなるほど変位の変動が大きくなり、またはみ出し幅が5μm以下、特にはみ出し幅が−(マイナス)になると、変位の変動が大きくなる。よって、図5から、接合材14の振動板兼共通電極11の平面に沿った方向へのはみ出し幅が5μm以上で、接合材14のヤング率が1.0×E+10N/m2以下のときに強誘電体素子の変位が安定することが読み取れる。
【0029】
図6に、接合材のヤング率が1.0×E+7N/m2で振動板兼共通電極の平面に沿った方向へのはみ出し幅が+10μmのときの共振特性(図6(a))と、接合材のヤング率が1.0×E+8N/m2で振動板兼共通電極の平面に沿った方向へのはみ出し幅が+10μmのときの共振特性(図6(b))とを示す。
【0030】
図6(a)に示す場合つまり接合材のヤング率が小さい場合には共振がばらつき、図6(b)に示す場合つまり接合材のヤング率が大きい場合には共振がばらつかないことが分かる。したがって、共振特性の点からは、接合材のヤング率は1.0×E+8N/m2以上であることが望ましいことが読み取れる。
【0031】
以上説明した図5および図6から、本実施の形態では、前述したように、接合材14のはみ出し幅が、振動板兼共通電極11の平面に沿った方向へ5μm以上で、そのヤング率が1.0×E+8〜1.0×E+10N/m2となっているものである。
【0032】
なお、本実施の形態では第1の電極と振動板とを一体とした構造(振動板が第1の電極を兼ねている)となっているが、両者は別々に形成されていても良い。その場合には、区画壁2aの上に振動板を固定し、その上に第1の電極が形成されていれば良い。
【0033】
本実施の形態において、個別電極3は例えばPt(白金)で、強誘電体膜10は例えばチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)で、振動板兼共通電極11は例えばCu(銅)で、それぞれ形成されている。また、個別電極3は例えば厚さ0.2μmに、強誘電体膜10は例えば厚さ3μmに、振動板兼共通電極11は例えば厚さ5.5μmに、各々成膜されている。
【0034】
また、個別電極3、強誘電体膜10、振動板兼共通電極11などの形成方法は、公知の各種の膜形成法、例えばスクリーン印刷の如き厚膜法やディッピング等の塗布法、スパッタリング法、CVD法、真空蒸着法、ゾルゲル法、メッキ等の薄膜形成法等が適宜採用され得るが、それらに何等限定されるものではない。
【0035】
なお、本実施の形態に示す、振動板兼共通電極11、強誘電体膜10、個別電極3のそれぞれの膜間には、例えばそれぞれの膜の接合を良くするなどの目的で、これら以外の層を介在させても構わない。
【0036】
ここで、以上説明した構成を有するインクジェットヘッドの製造方法について図7を用いて説明する。
【0037】
図7において、先ず、例えばMgO基板15上に個別電極3をエピタキシャル成長により成膜し(図7(a))、個別電極3上にペロブスカイト構造の強誘電体膜10を成膜し(図7(b))、強誘電体膜10上に振動板兼共通電極11を成膜する(図7(c))。なお、振動板を第1の電極とは別に設ける場合には、さらに第1の電極上に振動板を成膜する。
【0038】
その後、振動板兼共通電極11を接合材14がはみ出すようにして区画壁2aに固定し(図7(d))、例えばリン酸を用いたウエットエッチングによりMgO基板15を除去する(図7(e))。最後に、個別電極3および強誘電体膜10を所定の形状にパターニングすると(図7(f))、図4に示したインクジェットヘッドが得られる。
【0039】
ここで、接合材14は、図8に示すように、その塗布端部が隆起した状態となるように電着技術で区画壁2aに塗布すれば(図8(a))、振動板兼共通電極11と区画壁2aとを接合した際に接合材14の隆起部分が圧力室内にはみ出すようになるので(図8(b))、接合材14のはみ出しを容易に形成することができる。なお、接合材14は、たとえば印加電圧8.5V、電圧印加時間60SEC、なじみ時間20SECの形成条件の下、図9に示すように、全体の塗布厚を3μm、隆起部分の隆起量を1μm、隆起幅を30μm程度とすることができる。但し、このように塗布端部が隆起した接合材14は振動板兼共通電極11側に塗布することも可能である。
【0040】
そして、塗布端部が隆起するように接合材14を塗布(図8(a))したならば(図8(a))、図10に示すように、区画壁2aと振動板兼共通電極11とを相互に圧接する方向の押圧力たとえば7kg/cm2程度付加して接合材14を圧力室2内にはみ出させ、押圧力を付加したまま、接合材14の粘度が低下するとともにこの接合材14の硬化が発生しない温度(たとえば80℃)で60分〜120分程度にわたって加熱する第1の加熱処理を行う。この第1の加熱処理後には、常温でたとえば30分間冷却する。冷却後、押圧力を除去した状態で接合材が硬化する温度(たとえば180℃)で120分程度にわたって加熱する第2の加熱処理を行い、インクジェットヘッドを形成する。第2の加熱処理における昇温時間はたとえば240分、降温時間はたとえば60分とする。
【0041】
なお、第1の加熱処理後、冷却を行うことなく、第2の加熱処理を行ってもよい。
【0042】
以上説明したように、本実施の形態によれば、インクを吐出するすべての圧力室において接合材を振動板の少なくとも面内方向の圧力室内にはみ出させることにより複数の強誘電体素子の相互間における変位特性や共振特性が均一化されるので、インク吐出効率の優れたインクジェットヘッドを得ることが可能になる。
【0043】
そして、このようなインクジェットヘッドを備えたインクジェット式記録装置によれば、安定したインク吐出により高画質の印字を行うことが可能になる。
【0044】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、接合材を圧力室内にはみ出させることによって、複数の強誘電体素子の相互間における変位特性や共振特性が均一化されるので、インク吐出効率の優れたインクジェットヘッドを得ることが可能になるという有効な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態である強誘電体素子が用いられたインクジェット式記録装置の全体概略構成を示す斜視図
【図2】図1のインクジェット式記録装置におけるインクジェットヘッドの全体構成を示す断面図
【図3】図2の要部を示す斜視図
【図4】図2のインクジェットヘッドを示す断面図
【図5】接合材のはみ出し幅と強誘電体素子の変位量との関係を示すグラフ
【図6】接合材のヤング率が1.0×E+7N/m2で振動板兼共通電極の平面に沿った方向へのはみ出し幅が+10μmのときの共振特性と、接合材のヤング率が1.0×E+8N/m2で振動板兼共通電極の平面に沿った方向へのはみ出し幅が+10μmのときの共振特性とを示すグラフ
【図7】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドの製造方法を連続的に示す断面図
【図8】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドの製造過程における接合材の塗布形状を示す断面図
【図9】図8における接合材の隆起部分の寸法の一例を示す説明図
【図10】本発明の一実施の形態であるインクジェットヘッドの製造過程における接合材の塗布形状を示す断面図
【符号の説明】
2 圧力室
2a 区画壁
3 個別電極(第2の電極)
10 強誘電体膜
11 振動板兼共通電極(振動板、第1の電極)
14 接合材
41 インクジェットヘッド
40 インクジェット式記録装置
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an inkjet head, a manufacturing method thereof, and an inkjet recording apparatus.
[0002]
[Prior art]
An ink jet head of an ink jet recording apparatus includes a pressure chamber part having a pressure chamber for storing ink liquid, and a ferroelectric element that is an actuator unit for ejecting ink droplets from the pressure chamber. The ferroelectric element includes a ferroelectric film, and an individual electrode and a common electrode that apply a voltage to the ferroelectric film to contract and expand, and the pressure effect of the ferroelectric film is caused by the piezoelectric effect of the ferroelectric film. The ink droplets are ejected from the nozzle holes by changing the volume.
[0003]
In order to stabilize the ejection characteristics of ink droplets ejected from a large number of nozzle holes, it is necessary to suppress variations in the displacement characteristics and resonance characteristics of the ferroelectric elements.
[0004]
Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-301715 discloses a technique for preventing a bonding material from adhering to a displacement portion of a diaphragm in an ink jet in which a head main body portion and an actuator portion are bonded. The structure is such that an intermediate layer provided with a window portion that exposes the displacement portion of the vibration plate to the pressure chamber is formed on the surface of the vibration plate on the head main body side, and the partition wall between the intermediate layer and the main body portion is an electrodeposition layer. The intermediate layer is made of copper, and its thickness is set to 5 μm so that the protruding portion of the bonding material does not adhere to the displacement portion of the diaphragm.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to the above-described technique, since it is necessary to newly provide an intermediate layer, the number of man-hours at the time of manufacturing increases, leading to a decrease in productivity and an increase in manufacturing cost.
[0006]
Further, when the diaphragm and the partition wall of the pressure chamber are directly joined without providing such an intermediate layer, the applied bonding material is less than the adhesive surface of the partition wall constituting the pressure chamber, and the end surface thereof. May not be bonded or may be bonded to the end face. As a result, the displacement characteristics and the resonance characteristics vary, the ink ejection efficiency deteriorates, and a highly reliable ink jet head cannot be obtained.
[0007]
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is that it provides a technique related to an ink jet head having excellent ink ejection efficiency.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
To solve this problem, the ink-jet head of the present invention, a plurality of partition walls forming the pressure chamber, a diaphragm fixed on the partition wall by means of a bonding material so as to cover the pressure chambers, the vibration a ferroelectric film formed on the plate, strong is formed on the dielectric film, and an individual electrode for displacing the ferroelectric film in the direction of changing the volume of the pressure chamber, Young the bonding material The rate is set to 1.0 × E + 8 to 1.0 × E + 10 N / m 2 , and the bonding material is configured to protrude inside the formation range of the ferroelectric film along the plane of the diaphragm in the pressure chamber. It is a thing.
[0009]
As a result, it is possible to obtain an ink jet head excellent in ink ejection efficiency by uniformizing the displacement characteristics and resonance characteristics between a plurality of ferroelectric elements.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
According to a first aspect of the present invention includes a plurality of partition walls forming the pressure chamber, a diaphragm fixed on the partition wall by means of a bonding material so as to cover the pressure chambers, on the vibrating plate a ferroelectric film formed on the intensity is formed on the dielectric film, and an individual electrode for displacing the ferroelectric film in the direction of changing the volume of the pressure chamber, the Young's modulus of the bonding material 1 0.0 × E + 8 to 1.0 × E + 10 N / m 2 and an ink jet head configured so that the bonding material protrudes inside the formation range of the ferroelectric film along the plane of the diaphragm in the pressure chamber. Thus, the displacement characteristics and resonance characteristics between the plurality of ferroelectric elements are made uniform, and an ink jet head having excellent ink ejection efficiency can be obtained.
[0011]
The invention according to claim 2 of the present invention is the ink jet head according to claim 1, wherein the protruding width of the bonding material in the direction along the plane of the diaphragm is 5 μm or more, and a plurality of ferroelectric materials It has an effect that the displacement characteristic and the resonance characteristic between the elements are made uniform and an ink jet head having excellent ink ejection efficiency can be obtained.
[0013]
Invention of Claim 3 of this invention is an ink jet head whose joining material is an acrylic resin or an epoxy resin in the invention as described in any one of Claims 1-2 , and uses these resin materials. As a result, the variation in the amount of displacement of the diaphragm can be made relatively small, so that the displacement characteristics and resonance characteristics between the plurality of ferroelectric elements are made uniform, and an ink jet head having excellent ink ejection efficiency can be obtained. Has the effect of becoming possible.
[0014]
The invention according to claim 4 of the present invention is the ink jet head according to any one of claims 1 to 3 , wherein the diaphragm also serves as an electrode , and a plurality of ferroelectric elements are arranged between each other. The displacement characteristics and resonance characteristics of the ink jet are made uniform, and it is possible to obtain an ink jet head having excellent ink ejection efficiency.
[0015]
The invention according to claim 5 of the present invention is an ink jet recording apparatus including the ink jet head according to any one of claims 1 to 4 , and can perform high quality printing by stable ink ejection. It has the effect of becoming possible.
[0018]
According to a sixth aspect of the present invention, a diaphragm is bonded to a plurality of partition walls forming a pressure chamber via a bonding material so as to cover the pressure chamber, and the partition wall and the diaphragm are mutually attached. A method of manufacturing an ink-jet head by applying a pressing force in a pressure-contacting direction so that the bonding material protrudes inside the formation range of the ferroelectric film along the plane of the diaphragm in the pressure chamber , When the bonding material is applied to the partition wall or the diaphragm at a position corresponding to the partition wall , the bonding material is raised at the end of the application region corresponding to each pressure chamber in a state of being raised from the region other than the end. This is a method of manufacturing an ink-jet head that coats and can reliably protrude the bonding material and bond / fix the head, so that the displacement characteristics and resonance characteristics between multiple ferroelectric elements are made uniform. Ink with excellent ink ejection efficiency It has the effect that it is possible to obtain the jet head.
[0019]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. In these drawings, the same members are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[0020]
FIG. 1 is a perspective view showing an overall schematic configuration of an inkjet recording apparatus using a ferroelectric element according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows an overall configuration of an inkjet head in the inkjet recording apparatus of FIG. 3 is a perspective view showing the main part of FIG. 2, FIG. 4 is a cross-sectional view showing the ink jet head of FIG. 2, and FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the protruding width of the bonding material and the displacement amount of the ferroelectric element. FIG. 6 shows the resonance characteristics when the Young's modulus of the bonding material is 1.0 × E + 7 N / m 2 and the protruding width in the direction along the plane of the diaphragm / common electrode is +10 μm, and the Young's modulus of the bonding material. Is a graph showing resonance characteristics when the protrusion width in the direction along the plane of the diaphragm / common electrode is +10 μm with 1.0 × E + 8 N / m 2 , FIG. 7 is an inkjet according to one embodiment of the present invention Continuous head manufacturing method FIG. 8 is a cross-sectional view showing the shape of the bonding material applied in the manufacturing process of the inkjet head according to the embodiment of the present invention, and FIG. 9 shows an example of the dimensions of the raised portion of the bonding material in FIG. FIG. 10 is an explanatory view, and FIG. 10 is a cross-sectional view showing the application shape of the bonding material in the manufacturing process of the ink jet head according to the embodiment of the present invention.
[0021]
An ink jet recording apparatus 40 shown in FIG. 1 includes an ink jet head 41 of the present invention that performs recording using the piezoelectric effect of a ferroelectric element, and ink droplets ejected from the ink jet head 41 are recorded on a recording medium 42 such as paper. Is recorded on the recording medium 42. The inkjet head 41 is mounted on a carriage 44 provided on a carriage shaft 43 arranged in the main scanning direction X, and reciprocates in the main scanning direction X as the carriage 44 reciprocates along the carriage shaft 43. Move. Further, the ink jet recording apparatus 40 includes a plurality of rollers (moving means) 45 for moving the recording medium 42 in the sub scanning direction Y substantially perpendicular to the width direction of the ink jet head 41 (that is, the main scanning direction X). .
[0022]
FIG. 2 shows the overall configuration of the inkjet head 41 according to the embodiment of the present invention, and FIG. 3 shows the configuration of the main part thereof. 2 and 3, A is a pressure chamber component, and the pressure chamber opening 1 is formed. B is an actuator portion arranged to cover the upper end opening surface of the pressure chamber opening 1, and C is an ink liquid flow path component arranged to cover the lower end opening surface of the pressure chamber opening 1. The pressure chamber opening 1 of the pressure chamber part A is partitioned by an actuator part B and an ink liquid flow path part C positioned above and below to become a pressure chamber 2. In the actuator part B, an individual electrode (second electrode) 3 located above the pressure chamber 2 is arranged. These pressure chambers 2 and individual electrodes 3 are arranged in a staggered manner as can be seen from FIG. The ink liquid flow path component C includes a common liquid chamber 5 shared between the pressure chambers 2 arranged in the ink liquid supply direction, a supply port 6 that communicates the common liquid chamber 5 with the pressure chamber 2, An ink flow path 7 through which the ink liquid flows is formed. D is a nozzle plate, in which a nozzle hole 8 communicating with the ink flow path 7 is formed. In FIG. 2, E is an IC chip, which supplies a voltage to a large number of individual electrodes 3 via bonding wires BW.
[0023]
Next, the structure of the actuator part B is demonstrated based on FIG.
[0024]
In FIG. 4, the pressure chamber part A having the pressure chambers 2 arranged in the orthogonal direction is drawn for reference.
[0025]
The actuator section includes a plurality of partition walls 2a forming the pressure chamber 2, a diaphragm / common electrode (vibration plate or first electrode) 11 fixed on the partition wall 2a so as to cover the pressure chamber 2, vibrations A ferroelectric film 10 formed on the plate / common electrode 11 and an individual electrode (second electrode) 3 formed on the ferroelectric film 10 are provided. The individual electrode 3 and the diaphragm / common electrode 11 displace the ferroelectric film 10 in cooperation with each other in the direction in which the volume of the pressure chamber 2 is changed.
[0026]
The diaphragm / common electrode 11 is fixed to the partition wall 2a via a bonding material 14 made of, for example, an acrylic resin or an epoxy resin. The bonding material 14 protrudes into the pressure chamber 2 as shown in the figure. The protruding width of the bonding material 14 is 5 μm or more in the direction along the plane of the diaphragm / common electrode 11. The Young's modulus is 1.0 × E + 8 to 1.0 × E + 10 N / m 2 .
[0027]
Here, the relationship between the protrusion width of the bonding material 14 and the amount of displacement of the ferroelectric element is shown in FIG.
[0028]
As shown in FIG. 5, it can be seen that the amount of displacement is stable when a bonding material having a small Young's modulus is used and the protrusion width is 5 μm or more. Then, the greater the Young's modulus of the bonding material, the greater the variation in displacement, or the displacement variation increases when the protrusion width is 5 μm or less, particularly when the protrusion width is − (minus). Therefore, from FIG. 5, when the protruding width of the bonding material 14 in the direction along the plane of the diaphragm / common electrode 11 is 5 μm or more and the Young's modulus of the bonding material 14 is 1.0 × E + 10 N / m 2 or less. It can be seen that the displacement of the ferroelectric element is stable.
[0029]
FIG. 6 shows resonance characteristics (FIG. 6A) when the Young's modulus of the bonding material is 1.0 × E + 7 N / m 2 and the protrusion width in the direction along the plane of the diaphragm / common electrode is +10 μm. FIG. 6B shows resonance characteristics when the Young's modulus of the bonding material is 1.0 × E + 8 N / m 2 and the protrusion width in the direction along the plane of the diaphragm / common electrode is +10 μm.
[0030]
In the case shown in FIG. 6A, that is, when the Young's modulus of the bonding material is small, the resonance varies, and in the case shown in FIG. 6B, that is, when the Young's modulus of the bonding material is large, the resonance does not vary. . Therefore, it can be seen that the Young's modulus of the bonding material is desirably 1.0 × E + 8 N / m 2 or more from the viewpoint of resonance characteristics.
[0031]
5 and 6 described above, in the present embodiment, as described above, the protruding width of the bonding material 14 is 5 μm or more in the direction along the plane of the diaphragm / common electrode 11, and the Young's modulus is 1.0 × E + 8 to 1.0 × E + 10 N / m 2 .
[0032]
In the present embodiment, the first electrode and the diaphragm are integrated (the diaphragm also serves as the first electrode), but both may be formed separately. In that case, a diaphragm is fixed on the partition wall 2a, and the 1st electrode should just be formed on it.
[0033]
In the present embodiment, the individual electrode 3 is made of, for example, Pt (platinum), the ferroelectric film 10 is made of, for example, lead zirconate titanate (PZT), and the diaphragm / common electrode 11 is made of, for example, Cu (copper). Has been. The individual electrode 3 is formed to a thickness of 0.2 μm, for example, the ferroelectric film 10 is formed to a thickness of 3 μm, and the diaphragm / common electrode 11 is formed to a thickness of 5.5 μm, for example.
[0034]
In addition, the individual electrodes 3, the ferroelectric film 10, the diaphragm / common electrode 11 and the like can be formed by various known film forming methods, for example, a thick film method such as screen printing, a coating method such as dipping, a sputtering method, A CVD method, a vacuum deposition method, a sol-gel method, a thin film forming method such as plating, and the like can be appropriately employed, but are not limited thereto.
[0035]
In addition, between the films of the diaphragm / common electrode 11, the ferroelectric film 10, and the individual electrode 3 shown in the present embodiment, for the purpose of improving the bonding of each film, for example, other than these A layer may be interposed.
[0036]
Here, a manufacturing method of the ink jet head having the above-described configuration will be described with reference to FIG.
[0037]
7, first, for example, the individual electrode 3 is formed by epitaxial growth on the MgO substrate 15 (FIG. 7A), and the ferroelectric film 10 having a perovskite structure is formed on the individual electrode 3 (FIG. 7 ( b)), the diaphragm / common electrode 11 is formed on the ferroelectric film 10 (FIG. 7C). Note that when the diaphragm is provided separately from the first electrode, a diaphragm is further formed over the first electrode.
[0038]
Thereafter, the diaphragm / common electrode 11 is fixed to the partition wall 2a so that the bonding material 14 protrudes (FIG. 7D), and the MgO substrate 15 is removed by wet etching using, for example, phosphoric acid (FIG. 7D e)). Finally, when the individual electrode 3 and the ferroelectric film 10 are patterned into a predetermined shape (FIG. 7F), the ink jet head shown in FIG. 4 is obtained.
[0039]
Here, as shown in FIG. 8, if the bonding material 14 is applied to the partition wall 2a by the electrodeposition technique so that the application end portion thereof is raised (FIG. 8A), it is also used as a diaphragm. When the electrode 11 and the partition wall 2a are joined, the protruding portion of the joining material 14 protrudes into the pressure chamber (FIG. 8B), so that the joining material 14 can be easily formed. Note that the bonding material 14 has, for example, an application voltage of 8.5 V, a voltage application time of 60 SEC, and a conforming time of 20 SEC, as shown in FIG. The raised width can be about 30 μm. However, it is also possible to apply the bonding material 14 with the raised application end portion to the diaphragm / common electrode 11 side.
[0040]
Then, if the bonding material 14 is applied so that the application end portion is raised (FIG. 8A) (FIG. 8A), as shown in FIG. 10, the partition wall 2a and the diaphragm / common electrode 11 are formed. And a pressure in the direction in which they are pressed against each other, for example, about 7 kg / cm 2 is applied to cause the bonding material 14 to protrude into the pressure chamber 2, and the viscosity of the bonding material 14 decreases while the pressing force is applied, and this bonding material. The 1st heat processing which heats for about 60 minutes-120 minutes at the temperature (for example, 80 degreeC) in which hardening of 14 does not generate | occur | produce are performed. After the first heat treatment, cooling is performed at room temperature for 30 minutes, for example. After cooling, a second heat treatment is performed by heating for about 120 minutes at a temperature (for example, 180 ° C.) at which the bonding material is cured with the pressing force removed, thereby forming an ink jet head. The temperature rise time in the second heat treatment is, for example, 240 minutes, and the temperature drop time is, for example, 60 minutes.
[0041]
Note that after the first heat treatment, the second heat treatment may be performed without cooling.
[0042]
As described above, according to the present embodiment, the bonding material is protruded into the pressure chambers in at least the in-plane direction of the vibration plate in all the pressure chambers that eject ink, so that the plurality of ferroelectric elements can be connected to each other. Since the displacement characteristics and the resonance characteristics are made uniform, it is possible to obtain an ink jet head having excellent ink ejection efficiency.
[0043]
According to the ink jet recording apparatus provided with such an ink jet head, it is possible to perform high quality printing by stable ink ejection.
[0044]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by allowing the bonding material to protrude into the pressure chamber, the displacement characteristics and resonance characteristics between the plurality of ferroelectric elements are made uniform, so that the ink ejection efficiency is excellent. An effective effect that an ink jet head can be obtained is obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an overall schematic configuration of an ink jet recording apparatus using a ferroelectric element according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an overall configuration of an ink jet head in the ink jet recording apparatus of FIG. FIG. 3 is a perspective view showing the main part of FIG. 2. FIG. 4 is a sectional view showing the ink jet head of FIG. 2. FIG. 5 is a relationship between the protruding width of the bonding material and the displacement amount of the ferroelectric element. FIG. 6 is a graph showing resonance characteristics when the Young's modulus of the bonding material is 1.0 × E + 7 N / m 2 and the protrusion width in the direction along the plane of the diaphragm / common electrode is +10 μm, and the Young of the bonding material FIG. 7 is a graph showing resonance characteristics when the ratio is 1.0 × E + 8 N / m 2 and the protrusion width in the direction along the plane of the diaphragm / common electrode is +10 μm. Inkjet head manufacturing method FIG. 8 is a cross-sectional view showing a coating shape of the bonding material in the manufacturing process of the ink jet head according to the embodiment of the present invention. FIG. 9 is an example of a dimension of a protruding portion of the bonding material in FIG. FIG. 10 is a cross-sectional view showing a bonding material application shape in the manufacturing process of the inkjet head according to an embodiment of the present invention.
2 Pressure chamber 2a Partition wall 3 Individual electrode (second electrode)
10 Ferroelectric film 11 Diaphragm / common electrode (diaphragm, first electrode)
14 Bonding material 41 Inkjet head 40 Inkjet recording apparatus

Claims (6)

圧力室を形成する複数の区画壁と、
前記圧力室を覆うようにして接合材を介して前記区画壁上に固定された振動板と、
前記振動板の上に形成された強誘電体膜と、
前記強誘電体膜の上に形成され、前記圧力室の容積を変化させる方向に前記強誘電体膜を変位させる個別電極とを有し、
前記接合材のヤング率を1.0×E+8〜1.0×E+10N/m 2 にすると共に、
前記圧力室内において、前記接合材を、前記振動板の平面に沿って、前記強誘電体膜の形成範囲の内側まではみ出すように構成したことを特徴とするインクジェットヘッド。
A plurality of partition walls forming a pressure chamber;
A diaphragm fixed on the partition wall through a bonding material so as to cover the pressure chamber;
A ferroelectric film formed on the diaphragm ;
An individual electrode formed on the ferroelectric film and displacing the ferroelectric film in a direction to change the volume of the pressure chamber ;
The Young's modulus of the bonding material is 1.0 × E + 8 to 1.0 × E + 10 N / m 2 ,
An inkjet head characterized in that, in the pressure chamber, the bonding material protrudes along the plane of the diaphragm to the inside of the formation range of the ferroelectric film .
前記接合材における前記振動板の平面に沿った方向へのはみ出し幅が5μm以上であることを特徴とする請求項1記載のインクジェットヘッド。The inkjet head according to claim 1, wherein a protruding width of the bonding material in a direction along a plane of the diaphragm is 5 µm or more. 前記接合材はアクリル樹脂またはエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項1〜2の何れか一項に記載のインクジェットヘッド。The inkjet head according to claim 1 , wherein the bonding material is an acrylic resin or an epoxy resin. 前記振動板が電極を兼ねていることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載のインクジェットヘッド。The inkjet head according to claim 1 , wherein the diaphragm also serves as an electrode . 請求項1〜4の何れか一項に記載のインクジェットヘッドを備えたことを特徴とするインクジェット式記録装置。An ink jet recording apparatus comprising the ink jet head according to claim 1 . 圧力室を形成する複数の区画壁に、前記圧力室を覆うようにして接合材を介して振動板を接着し、
前記区画壁と前記振動板とを相互に圧接する方向の押圧力を付加して、前記圧力室内において、前記接合材を、前記振動板の平面に沿って、前記強誘電体膜の形成範囲の内側まではみ出すようにしたインクジェットヘッドの製造方法であって、
前記接合材を、前記区画壁または、前記区画壁に対応する位置の前記振動板に塗布する際に
個々の圧力室に対応した塗布領域の端部に、端部以外の領域よりも隆起した状態で、前記接合材を塗布すること特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
Adhering the diaphragm to the plurality of partition walls forming the pressure chamber via a bonding material so as to cover the pressure chamber,
A pressing force is applied in a direction in which the partition wall and the diaphragm are pressed against each other , and the bonding material is formed in the pressure chamber along the plane of the diaphragm in a range in which the ferroelectric film is formed. An inkjet head manufacturing method that protrudes to the inside ,
When the bonding material is applied to the partition wall or the diaphragm at a position corresponding to the partition wall ,
A method for manufacturing an ink jet head , comprising: applying the bonding material to an end portion of an application region corresponding to each pressure chamber in a state of being raised from a region other than the end portion .
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