JP5012257B2 - Inkjet head - Google Patents

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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Description

本発明はインクジェットヘッドに関し、詳しくは、それぞれ複数の溝と複数の隔壁を形成し、各溝内に電極を形成した2枚のアクチュエータプレートを、隔壁同士を位置合わせして接合することによって形成されるインクジェットヘッドに関する。   The present invention relates to an ink jet head, and more specifically, formed by forming a plurality of grooves and a plurality of partition walls, and aligning and bonding two actuator plates each having an electrode formed in each groove. The present invention relates to an inkjet head.

特許文献1には、図10に示すように、分極処理された圧電材料に複数の溝101と複数の隔壁102とを並設し、各隔壁102の側面から天頂部102aに亘って電極103を形成し、且つ、該天頂部102aにおいて隣接する電極103同士は電気的に離間しているアクチュエータプレート100と、同様に分極処理された圧電材料に、上記溝101に対応する複数の溝201と、上記隔壁102に対応する複数の隔壁202とを並設し、各隔壁202の側面から天頂部202aに亘って電極203を形成し、且つ、該天頂部202aにおいて隣接する電極203同士は電気的に離間しているアクチュエータプレート200とを、互いの隔壁102と隔壁202とを位置合わせし、隔壁102の天頂部102aに設けられた電極103の端部103aと隔壁202の天頂部202aに設けられた電極203の端部203aとが電気的に接続するように接合することにより、溝101と溝201からなるインク液室300を形成したインクジェットヘッドが記載されている。   In Patent Document 1, as shown in FIG. 10, a plurality of grooves 101 and a plurality of partition walls 102 are juxtaposed in a piezoelectric material subjected to polarization treatment, and an electrode 103 is formed from the side surface of each partition wall 102 to the zenith portion 102a. The actuator plate 100 formed and the electrodes 103 adjacent to each other at the zenith portion 102a are electrically separated from each other, and a plurality of grooves 201 corresponding to the grooves 101 are formed on a similarly polarized piezoelectric material, A plurality of partition walls 202 corresponding to the partition walls 102 are juxtaposed, electrodes 203 are formed from the side surfaces of the partition walls 202 to the zenith portion 202a, and the adjacent electrodes 203 in the zenith portion 202a are electrically connected to each other. The separated actuator plate 200 is aligned with the partition wall 102 and the partition wall 202, and the electrode 103 provided on the zenith portion 102 a of the partition wall 102 is arranged. The ink jet head in which the ink chamber 300 formed of the groove 101 and the groove 201 is formed by joining the portion 103a and the end portion 203a of the electrode 203 provided at the zenith portion 202a of the partition wall 202 so as to be electrically connected. Are listed.

このインクジェットヘッドは、隔壁102、202同士が接合されることによってインク液室300の左右に配置される両駆動壁(隔壁102、202)とその側面の駆動電極(電極103、203)とを構成するため、各駆動電極に駆動電圧を印加すると、駆動壁全体をくの字状にせん断変形させてインク液室300内のインクに高い圧力を付与することができ、低い駆動電圧で十分なインク吐出速度を得ることができる利点を有している。   This ink jet head comprises both drive walls (partition walls 102 and 202) disposed on the left and right sides of the ink liquid chamber 300 and drive electrodes (electrodes 103 and 203) on the side surfaces thereof by joining the partition walls 102 and 202 together. Therefore, when a driving voltage is applied to each driving electrode, the entire driving wall can be shear-deformed in a U-shape so that a high pressure can be applied to the ink in the ink liquid chamber 300, and sufficient ink can be obtained with a low driving voltage. It has the advantage that the discharge speed can be obtained.

また、電極103、203は、それぞれ隔壁102、202の天頂部102a、202aに亘って形成されているので、隔壁102、202同士の接合時、電極103、203の天頂部102a、202aに位置する端部103a、203aを利用して、電極103、203同士の電気的接続を確保することができる。
特開平8−276580号公報 特開平3−150348号公報
Further, since the electrodes 103 and 203 are formed over the zenith portions 102a and 202a of the partition walls 102 and 202, respectively, the electrodes 103 and 203 are located at the zenith portions 102a and 202a of the electrodes 103 and 203 when the partition walls 102 and 202 are joined to each other. The electrical connection between the electrodes 103 and 203 can be ensured using the ends 103a and 203a.
JP-A-8-276580 JP-A-3-150348

このようなインクジェットヘッドの場合、天頂部102a、202aに設けられた電極103、203の端部103a、203a間の離間距離L1は、隔壁102、202の幅L2よりも短くなる。このため、電極103、203の端部103a、203a付近における駆動壁の静電容量が大きくなり、各電極103、203に駆動電圧を印加した際の駆動壁の変形速度が低下し、所期のインク吐出速度が得られなくなる問題があった。   In the case of such an ink jet head, the separation distance L1 between the end portions 103a and 203a of the electrodes 103 and 203 provided on the zenith portions 102a and 202a is shorter than the width L2 of the partition walls 102 and 202. For this reason, the capacitance of the drive wall in the vicinity of the end portions 103a and 203a of the electrodes 103 and 203 is increased, and the deformation speed of the drive wall when the drive voltage is applied to each of the electrodes 103 and 203 is reduced. There was a problem that the ink discharge speed could not be obtained.

また、所期のインク吐出速度を得るには、駆動電圧を更に上げる必要があるため、それだけ電力消費が大きくなる問題があった。   In addition, in order to obtain the desired ink discharge speed, it is necessary to further increase the drive voltage, and there is a problem that the power consumption increases accordingly.

更に、電極103、203相互の電気的接続の信頼性を上げるため、電極103、203の端部103a、203aの面積を増大させると、離間距離L1は更に短くなるため、静電容量は更に大きくなってしまう。   Furthermore, if the area of the end portions 103a and 203a of the electrodes 103 and 203 is increased in order to increase the reliability of the electrical connection between the electrodes 103 and 203, the separation distance L1 is further shortened, so that the capacitance is further increased. turn into.

従って、アクチュエータプレート相互間での電極の電気的接続の信頼性を確保すると同時に、駆動壁の静電容量を低下させることは困難であった。   Therefore, it has been difficult to ensure the reliability of the electrical connection of the electrodes between the actuator plates and at the same time reduce the capacitance of the drive wall.

そこで、本発明は、アクチュエータプレート相互間での電極の電気的接続の信頼性を確保できると共に、駆動壁の静電容量を低下させることのできるインクジェットヘッドを提供することを課題とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide an ink jet head that can ensure the reliability of electrical connection of electrodes between actuator plates and can reduce the capacitance of a drive wall.

本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。   Other problems of the present invention will become apparent from the following description.

上記課題は、以下の各発明によって解決される。   The above problems are solved by the following inventions.

請求項1記載の発明は、複数の第1の溝と複数の第1の隔壁とが並設され、少なくとも前記第1の隔壁の一部が圧電材料で構成されると共に、前記複数の第1の隔壁の側面から天頂部に亘って第1の電極が形成され、且つ、該天頂部において隣接する前記第1の電極の端部同士は電気的に離間している第1のアクチュエータプレートと、前記第1の溝に対応する複数の第2の溝と前記第1の隔壁に対応する複数の第2の隔壁とが並設され、少なくとも前記第2の隔壁の一部が圧電材料で構成されると共に、前記複数の第2の隔壁には、側面から天頂部に亘って第2の電極が形成され、且つ、該天頂部において隣接する前記第2の電極の端部同士は電気的に離間している第2のアクチュエータプレートとを有し、前記第1のアクチュエータプレートの前記第1の隔壁と前記第2のアクチュエータプレートの前記第2の隔壁とを位置合わせし、前記第1の隔壁の天頂部に設けられた前記第1の電極の端部と前記第2の隔壁の天頂部に設けられた前記第2の電極の端部とが電気的に接続するように接合してなるインクジェットヘッドにおいて、前記第1のアクチュエータプレートにおける前記第1の隔壁の天頂部及び前記第2のアクチュエータプレートにおける前記第2の隔壁の天頂部に、それぞれ第1の隔壁及び第2の隔壁に使用される圧電材料の比誘電率よりも小さい比誘電率を有するSiO 又はAl からなる被覆層が設けられ、該被覆層の上面に、前記第1の電極の端部及び第2の電極の端部がそれぞれ設けられていることを特徴とするインクジェットヘッドである。 According to the first aspect of the present invention, a plurality of first grooves and a plurality of first partition walls are juxtaposed, and at least a part of the first partition walls is made of a piezoelectric material, and the plurality of first grooves A first actuator plate in which a first electrode is formed from a side surface of the partition wall to the zenith portion, and ends of the first electrodes adjacent to each other at the zenith portion are electrically separated from each other; A plurality of second grooves corresponding to the first groove and a plurality of second partitions corresponding to the first partition are arranged in parallel, and at least a part of the second partition is made of a piezoelectric material. In addition, a second electrode is formed on the plurality of second partition walls from the side surface to the zenith portion, and ends of the second electrodes adjacent to each other at the zenith portion are electrically separated from each other. A second actuator plate, and the first actuator plate The first partition of the first partition and the second partition of the second actuator plate are aligned, and the end of the first electrode provided at the zenith of the first partition and the second In the inkjet head formed so as to be electrically connected to the end portion of the second electrode provided at the zenith portion of the partition wall, the zenith portion of the first partition wall in the first actuator plate; SiO 2 or Al 2 having a relative permittivity smaller than that of the piezoelectric material used for the first partition and the second partition, respectively, at the top of the second partition in the second actuator plate. The inkjet head is provided with a coating layer made of O 3 , and an end portion of the first electrode and an end portion of the second electrode are provided on the upper surface of the coating layer.

請求項2記載の発明は、前記被覆層の厚さは、100Å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である。   The invention according to claim 2 is the ink jet head according to claim 1, wherein the coating layer has a thickness of 100 mm or more.

請求項3記載の発明は、前記被覆層の比誘電率が20以下であることを特徴とする請求項1又は2記載のインクジェットヘッドである。   The invention according to claim 3 is the ink jet head according to claim 1 or 2, wherein the coating layer has a relative dielectric constant of 20 or less.

請求項記載の発明は、前記第1の隔壁と前記第2の隔壁の高さが等しいことを特徴とする請求項1、2又は3記載のインクジェットヘッドである。 A fourth aspect of the invention is the ink jet head according to the first , second, or third aspect, wherein the first partition and the second partition have the same height.

請求項記載の発明は、前記第1のアクチュエータプレートと前記第2のアクチュエータプレートとは、導電性粒子を含有する接着剤によって接合されていることを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載のインクジェットヘッドである。 Invention of claim 5, wherein the first actuator plate and the second actuator plate, claim 1-4, characterized in that it is joined by an adhesive containing conductive particles It is an inkjet head as described in above.

本発明によれば、アクチュエータプレート相互間での電極の電気的接続の信頼性を確保できると共に、駆動壁の静電容量を低下させることのできるインクジェットヘッドを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while ensuring the reliability of the electrical connection of the electrode between actuator plates, the inkjet head which can reduce the electrostatic capacitance of a drive wall can be provided.

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明に係るインクジェットヘッドのヘッドチップ構造を示す部分断面図、図2は隔壁の接合部分の部分拡大断面図である。   FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a head chip structure of an ink jet head according to the present invention, and FIG. 2 is a partial enlarged cross-sectional view of a joining portion of partition walls.

図1において、1はヘッドチップ、10、20はそれぞれアクチュエータプレートである。   In FIG. 1, 1 is a head chip, 10 and 20 are actuator plates, respectively.

アクチュエータプレート10、20はそれぞれ圧電材料によって形成されている。圧電材料としては、電界を印加することにより変形を生じる公知の圧電材料を用いることができるが、中でもチタン酸ジルコン酸鉛(商品名PZT)が、充填密度が大きく、圧電定数が大きく、加工性が良いので好ましい。PZTは、焼成後、温度を下げると急に結晶構造が変化して、原子がズレ、片側がプラス、反対側がマイナスという双極子の形の細かい結晶の集まりになる。こうした自発分極は方向がランダムで、極性を互いに打ち消し合っているので、更に分極処理が必要となる。図中の矢印は分極方向を示している。分極処理は、PZTの薄板を電極で挟み、シリコン油中に漬けて、10〜35kv/cm程度の高電界を掛けて行う。   The actuator plates 10 and 20 are each made of a piezoelectric material. As the piezoelectric material, a known piezoelectric material that deforms when an electric field is applied can be used. Among them, lead zirconate titanate (trade name: PZT) has a large packing density, a large piezoelectric constant, and a workability. Is preferable. After firing, PZT suddenly changes its crystal structure when the temperature is lowered, and becomes a collection of fine crystals in the form of dipoles in which atoms are displaced, one side is positive, and the other side is negative. Such spontaneous polarization is random in direction and cancels the polarities of each other, so further polarization processing is required. The arrow in the figure indicates the polarization direction. The polarization treatment is performed by sandwiching a PZT thin plate between electrodes and immersing it in silicon oil and applying a high electric field of about 10 to 35 kv / cm.

一方のアクチュエータプレート10(第1のアクチュエータプレート)は、複数の溝11(第1の溝)及びこれら溝11を隔てる複数の隔壁12(第1の隔壁)を有している。各溝11と各隔壁12とは互いに平行に並設されている。   One actuator plate 10 (first actuator plate) has a plurality of grooves 11 (first grooves) and a plurality of partition walls 12 (first partition walls) separating the grooves 11. Each groove 11 and each partition 12 are arranged in parallel with each other.

隔壁12の天頂部12aには、隔壁12に使用されている圧電材料の比誘電率よりも小さい比誘電率を有する絶縁材料からなる被覆層13がそれぞれ設けられている。   The zenith part 12a of the partition wall 12 is provided with a coating layer 13 made of an insulating material having a relative dielectric constant smaller than that of the piezoelectric material used for the partition wall 12, respectively.

また、溝11の内面、すなわち、隔壁12の側面と各溝11の底面には駆動電圧印加用の電極14(第1の電極)がそれぞれ密着形成されている。これら電極14は、更に隔壁12の側面から連続して隔壁12の天頂部12aに設けられた被覆層13の上面に亘って形成されているが、被覆層13の上面において隣接している電極14の端部14a、14a同士は電気的に離間している。   Further, an electrode 14 (first electrode) for applying a driving voltage is formed in close contact with the inner surface of the groove 11, that is, the side surface of the partition wall 12 and the bottom surface of each groove 11. These electrodes 14 are further formed over the upper surface of the coating layer 13 provided on the top 12 a of the partition wall 12 continuously from the side surface of the partition wall 12, but adjacent electrodes 14 on the upper surface of the coating layer 13. The end portions 14a, 14a are electrically separated from each other.

他方のアクチュエータプレート20(第2のアクチュエータプレート)は、複数の溝21(第2の溝)及びこれら溝21を隔てる複数の隔壁22(第2の隔壁)を有している。各溝21と各隔壁22とは互いに平行に並設されている。   The other actuator plate 20 (second actuator plate) has a plurality of grooves 21 (second grooves) and a plurality of partition walls 22 (second partition walls) separating the grooves 21. Each groove 21 and each partition wall 22 are arranged in parallel with each other.

隔壁22の天頂部22aには、隔壁22に使用されている圧電材料の比誘電率よりも小さい比誘電率を有する絶縁材料からなる被覆層23がそれぞれ設けられている。   The zenith part 22a of the partition wall 22 is provided with a coating layer 23 made of an insulating material having a relative dielectric constant smaller than that of the piezoelectric material used for the partition wall 22, respectively.

溝21の内面、すなわち、隔壁22の側面と溝21の底面には駆動電圧印加用の電極24(第2の電極)がそれぞれ密着形成されている。これら電極24は、更に隔壁22の側面から連続して隔壁22の天頂部22aに設けられた被覆層23の上面に亘って形成されているが、被覆層24の上面において隣接している電極24の端部24a、24a同士は電気的に離間している。   On the inner surface of the groove 21, that is, on the side surface of the partition wall 22 and the bottom surface of the groove 21, an electrode 24 (second electrode) for applying a drive voltage is formed in close contact with each other. These electrodes 24 are further formed over the upper surface of the coating layer 23 provided on the zenith portion 22a of the partition wall 22 from the side surface of the partition wall 22, but are adjacent to each other on the upper surface of the coating layer 24. The end portions 24a, 24a are electrically separated from each other.

これらアクチュエータプレート10、20は、隔壁12、22同士が位置合わせされ、電極14、24の端部14a、24a同士が電気的に接続するように重ね合わされ、接着剤によって接合されている。接合された隔壁12、22によって駆動壁が構成され、接合された電極14、24によって駆動電極が構成され、二つの駆動壁に挟まれた溝11、21によって形成される空間がインク液室30となる。   The actuator plates 10 and 20 are aligned so that the partition walls 12 and 22 are aligned, and are overlapped so that the end portions 14a and 24a of the electrodes 14 and 24 are electrically connected to each other, and are joined by an adhesive. The drive walls are constituted by the joined partition walls 12 and 22, the drive electrodes are constituted by the joined electrodes 14 and 24, and the space formed by the grooves 11 and 21 sandwiched between the two drive walls is the ink liquid chamber 30. It becomes.

アクチュエータプレート10の隔壁12の高さh1とアクチュエータプレート20の隔壁22の高さh2とは等しいことが好ましく、また、アクチュエータプレート10の被覆層13の厚さとアクチュエータプレート20の被覆層23の厚さとは等しいことが好ましい。隔壁12、22の変位量が同じになり、駆動効率を良好にすることができると共に、アクチュエータプレート10と20とに同一構造のアクチュエータプレートを用いることができるため、アクチュエータプレートは1種類でよく、製造コストも低くて済む。   The height h1 of the partition wall 12 of the actuator plate 10 is preferably equal to the height h2 of the partition wall 22 of the actuator plate 20, and the thickness of the coating layer 13 of the actuator plate 10 and the thickness of the coating layer 23 of the actuator plate 20 are the same. Are preferably equal. Since the displacement amounts of the partition walls 12 and 22 are the same, the driving efficiency can be improved, and the actuator plates having the same structure can be used for the actuator plates 10 and 20, so that only one type of actuator plate can be used. Manufacturing costs are low.

なお、この隔壁12、22の高さh1、h2は、被覆層13、23を含む高さである。   The heights h1 and h2 of the partition walls 12 and 22 are heights including the covering layers 13 and 23.

このようなヘッドチップ1を有するインクジェットヘッドの製造方法の一例を図3〜図6に示す。   An example of the manufacturing method of the inkjet head which has such a head chip 1 is shown in FIGS.

まず、分極処理された圧電材料基板40を用意し、その表面に、絶縁材料によって被覆層41をスパッタリング法等によって形成する(図3(a))。   First, a polarization-treated piezoelectric material substrate 40 is prepared, and a coating layer 41 is formed on its surface by a sputtering method or the like with an insulating material (FIG. 3A).

次いで、被覆層41の表面に、隔壁の天頂部に相当する部位に、それぞれ細幅状のドライフィルム42を平行にパターニング形成する(図3(b))。このドライフィルム42のパターニング形成は、公知の露光、現像工程を経て行うことができる。各ドライフィルム42の幅によって、図2に示されるように、例えば被覆層13の上面において隣接する電極14、14の端部14a、14a相互間の離間距離Lが決まる。   Next, a narrow dry film 42 is formed on the surface of the coating layer 41 in a pattern corresponding to the top of the partition wall in parallel (FIG. 3B). The patterning of the dry film 42 can be performed through known exposure and development processes. Depending on the width of each dry film 42, as shown in FIG. 2, for example, the distance L between the end portions 14 a and 14 a of the adjacent electrodes 14 and 14 on the upper surface of the coating layer 13 is determined.

ドライフィルム42をパターニング形成した後、隣接するドライフィルム42、42の間をダイシングブレード等の回転研削具を用いて、被覆層41の表面から圧電材料基板40の中途部に至る深さで研削することにより、複数の溝43を平行に形成する。溝43は圧電材料基板40の一方端部から他方端部にかけて同一深さで研削することにより、ストレート状に形成する。これにより削り残された圧電材料基板40の部分が隔壁44となり、溝43の研削深さによってその高さが決まる(図3(c))。この隔壁44がアクチュエータプレートの隔壁となる。   After the dry film 42 is formed by patterning, the gap between the adjacent dry films 42 and 42 is ground at a depth from the surface of the coating layer 41 to the middle part of the piezoelectric material substrate 40 using a rotary grinding tool such as a dicing blade. Thus, the plurality of grooves 43 are formed in parallel. The groove 43 is formed in a straight shape by grinding at the same depth from one end to the other end of the piezoelectric material substrate 40. As a result, the portion of the piezoelectric material substrate 40 left uncut becomes the partition wall 44, and its height is determined by the grinding depth of the groove 43 (FIG. 3C). This partition 44 becomes a partition of the actuator plate.

溝43を形成した後、各溝43の内面及び各隔壁44の上面の被覆層41上面全体に電極となる金属被膜45を形成する(図3(d))。   After the grooves 43 are formed, a metal film 45 serving as an electrode is formed on the entire inner surface of each groove 43 and the upper surface of the coating layer 41 on the upper surface of each partition wall 44 (FIG. 3D).

この電極を形成するための金属としては、電気特性、耐食性、加工性の観点から、金、アルミニウム、ニッケル、クロム、タンタル、チタニウム等が好ましい。電極を形成するための金属被膜45は、このような金属を用いて、蒸着法、スパッタリング法、めっき法等によって形成することができる。中でもピンホールのない電極を形成することができる点でめっき法によるものが好ましい。めっき法としては無電解めっきが好ましい。また、厚みは特に限定されないが、一般には0.5〜5μmとすることができる。   The metal for forming this electrode is preferably gold, aluminum, nickel, chromium, tantalum, titanium or the like from the viewpoints of electrical characteristics, corrosion resistance, and workability. The metal film 45 for forming the electrode can be formed by using such a metal by vapor deposition, sputtering, plating, or the like. Of these, the plating method is preferable in that an electrode having no pinhole can be formed. As the plating method, electroless plating is preferable. Moreover, although thickness is not specifically limited, Generally it can be 0.5-5 micrometers.

金属被膜45を形成した後、ドライフィルム42を除去することによって、被覆層41の上面に形成された金属被膜45の一部をドライフィルム42と共に除去し、被覆層41の上面において隣接する金属被膜45同士を離間させる(図3(e))。この金属被膜45がそれぞれアクチュエータプレートの電極となる。   After the metal film 45 is formed, the dry film 42 is removed, so that a part of the metal film 45 formed on the upper surface of the coating layer 41 is removed together with the dry film 42, and the adjacent metal film on the upper surface of the coating layer 41 is removed. 45 are separated from each other (FIG. 3E). Each of the metal coatings 45 becomes an electrode of the actuator plate.

このようにして同一構造の2枚の溝付き基板40A、40Bを作成した後、一方の基板40Aの上方に他方の基板40Bを引っ繰り返し、各基板40A、40Bの隔壁44、44同士を位置合わせし、それらの天頂部に設けられている金属被膜45の端部同士が電気的に接続するように重ね合わせて、接着剤によって接合する(図4)。他方の基板40Bを引っ繰り返して重ね合わせることで、各基板40A、40Bの分極方向は反対方向となる。   After the two grooved substrates 40A and 40B having the same structure are formed in this way, the other substrate 40B is repeated above one substrate 40A, and the partitions 44 and 44 of each substrate 40A and 40B are aligned with each other. Then, the end portions of the metal coating 45 provided on the zenith portions are overlapped so as to be electrically connected to each other and joined by an adhesive (FIG. 4). By repeatedly overlapping the other substrate 40B, the polarization directions of the substrates 40A and 40B are opposite to each other.

接着剤としては、金属被膜45の電気的接続の信頼性を良好にするため、導電性粒子を含有する接着剤を用いることが好ましい。   As the adhesive, in order to improve the reliability of electrical connection of the metal coating 45, it is preferable to use an adhesive containing conductive particles.

この基板40A、40Bの接合によって形成される溝43、43の内部がインク液室となる。   The inside of the grooves 43 and 43 formed by joining the substrates 40A and 40B is an ink liquid chamber.

基板40A、40Bを接合した後、各溝43の長さ方向と直交する方向に沿う複数の切断線C1、C2…に沿ってフルカットすることにより、複数のヘッドチップ1、1…を作成する(図5)。これによって、図1に示される構造のヘッドチップ1が得られる。このヘッドチップ1は、各インク液室30のインク出口とインク入口とがヘッドチップ1の前面と後面に対向するように配置され、インク入口からインク出口にかけてストレート状のインク液室30となるいわゆるハーモニカ型のヘッドチップとなる。   After joining the substrates 40A, 40B, a plurality of head chips 1, 1,... Are created by full cutting along a plurality of cutting lines C1, C2,... Along the direction orthogonal to the length direction of each groove 43. (FIG. 5). Thereby, the head chip 1 having the structure shown in FIG. 1 is obtained. The head chip 1 is arranged so that the ink outlet and the ink inlet of each ink liquid chamber 30 are opposed to the front and rear surfaces of the head chip 1, and becomes a straight ink liquid chamber 30 from the ink inlet to the ink outlet. It becomes a harmonica type head chip.

この後、得られたヘッドチップ1の前面に、各インク液室30に連通するノズル2aが形成されたノズルプレート2を接合すると共に、ヘッドチップ1の後面に、各インク液室30に共通にインクを供給するインク供給室を形成するためのインクマニホールド3を接合することによってインクジェットヘッドを作成する(図6)。   Thereafter, the nozzle plate 2 on which the nozzles 2 a communicating with the respective ink liquid chambers 30 are joined to the front surface of the obtained head chip 1 and the rear surface of the head chip 1 is common to the respective ink liquid chambers 30. An ink jet head is formed by joining ink manifolds 3 for forming ink supply chambers for supplying ink (FIG. 6).

かかるインクジェットヘッドによれば、隔壁12、22の天頂部12a、22aに、隔壁12、22の圧電材料の比誘電率よりも小さい比誘電率を有する被覆層13、23を有しているため、この被覆層13、23の上面に電極14、24の端部14a、24aが設けられていても、隔壁12、22の天頂部12a、22a側の静電容量を小さくできる。従って、駆動エネルギーのロスを低減でき、駆動壁の変位速度が低下する問題は解消する。   According to the inkjet head, since the top portions 12a and 22a of the partition walls 12 and 22 have the coating layers 13 and 23 having a relative dielectric constant smaller than that of the piezoelectric material of the partition walls 12 and 22, Even if the end portions 14a and 24a of the electrodes 14 and 24 are provided on the upper surfaces of the covering layers 13 and 23, the capacitance on the zenith portions 12a and 22a side of the partition walls 12 and 22 can be reduced. Therefore, the loss of drive energy can be reduced, and the problem that the displacement speed of the drive wall decreases is solved.

これにより、従来と同じ駆動電圧を印加した場合、駆動壁の変位速度を大きくでき、インク吐出速度を向上させることができる。   Thereby, when the same drive voltage as the conventional one is applied, the displacement speed of the drive wall can be increased, and the ink discharge speed can be improved.

また、隔壁12、22の天頂部12a、22a側の静電容量が小さいため、電極14、24の端部14a、24a間の離間距離Lを更に短くすることもできる。その結果、これら電極14、24の端部14a、24aの面積を大きくでき、それだけ電気的接続の信頼性をより向上させることができるようになる。   In addition, since the capacitance on the zenith portions 12a and 22a side of the partition walls 12 and 22 is small, the separation distance L between the end portions 14a and 24a of the electrodes 14 and 24 can be further shortened. As a result, the areas of the end portions 14a and 24a of the electrodes 14 and 24 can be increased, and the reliability of electrical connection can be further improved accordingly.

被覆層13、23を構成する絶縁材料としては、隔壁12、22に使用される圧電材料の比誘電率よりも小さい比誘電率を有する絶縁材料であればよいが、駆動電圧による駆動エネルギーを駆動壁の変位に無駄なく変換させることができる点で、比誘電率が20以下であるものが好ましい。   The insulating material constituting the covering layers 13 and 23 may be an insulating material having a relative dielectric constant smaller than that of the piezoelectric material used for the partition walls 12 and 22, but driving energy by driving voltage is driven. It is preferable that the relative permittivity is 20 or less because it can be converted into wall displacement without waste.

具体的な絶縁材料としては、SiO、Si、Alを挙げることができる。これらは比誘電率が低く、且つ電極14、24との密着性も良好であるために、本発明において好適に使用できる。 Specific examples of the insulating material include SiO 2 , Si 3 N 4 , and Al 2 O 3 . Since these have a low relative dielectric constant and good adhesion to the electrodes 14 and 24, they can be suitably used in the present invention.

被覆層13、23の厚さは、100Å以上とすることが、電極離間距離Lが短くなっても静電容量の増加がなく、本発明の目的を好適に達成することができるために好ましい。   The thickness of the covering layers 13 and 23 is preferably 100 mm or more because there is no increase in capacitance even when the electrode separation distance L is short, and the object of the present invention can be suitably achieved.

被覆層13、23の厚さの上限値は、隔壁12、22の高さとの関係によって適宜決めることができるが、図1に示される隔壁12、22の高さh1、h2の1/50以下とすることが好ましい。この隔壁12、22の高さh1、h2は、被覆層13、23を含めた高さである。被覆層13、23の厚さが、各隔壁12、22の高さh1、h2の1/50を超えるようになると、駆動エネルギーのロスを低減する効果は一定以上に向上しなくなり、また、駆動壁全体に占める被覆層13、23の割合が多くなって、駆動壁の変位自体に影響が出てくるおそれがある。   Although the upper limit value of the thickness of the coating layers 13 and 23 can be determined as appropriate depending on the relationship with the height of the partition walls 12 and 22, it is 1/50 or less of the heights h1 and h2 of the partition walls 12 and 22 shown in FIG. It is preferable that The heights h1 and h2 of the partition walls 12 and 22 are the heights including the covering layers 13 and 23. When the thickness of the covering layers 13 and 23 exceeds 1/50 of the heights h1 and h2 of the partition walls 12 and 22, the effect of reducing the loss of driving energy is not improved beyond a certain level. The ratio of the covering layers 13 and 23 occupying the entire wall increases, which may affect the displacement of the drive wall itself.

被覆層13、23は、隔壁12、22の天頂部12a、22aの全面に被覆形成するものに限らず、隔壁12、22の天頂部12a、22aの一部に設けられていてもよい。この場合は、図7に示すように、各被覆層13、23を、隔壁12、22の天頂部12a、22aにおいて電極14、24の端部14a、24aの下面に対応する部位に少なくとも設けることが好ましい。   The covering layers 13 and 23 are not limited to being formed on the entire surfaces of the zenith portions 12a and 22a of the partition walls 12 and 22, but may be provided on a part of the zenith portions 12a and 22a of the partition walls 12 and 22. In this case, as shown in FIG. 7, the covering layers 13 and 23 are provided at least at portions corresponding to the lower surfaces of the end portions 14 a and 24 a of the electrodes 14 and 24 in the zenith portions 12 a and 22 a of the partition walls 12 and 22. Is preferred.

以上の説明では、ヘッドチップ1はいわゆるハーモニカ型のものを例示したが、これに限定されず、例えば図8に示すように、各アクチュエータプレート10、20の一方端部から他方端部の手前までに亘ってダイシングブレード等の回転研削具を用いて溝を研削したいわゆるチョッパートラバース型のヘッドチップ1としてもよい。この場合、一方のアクチュエータプレート20の各溝の底面を貫通するようにインク供給穴4を形成し、インクマニホールド3から各インク液室30にインクを供給することができる。   In the above description, the head chip 1 is exemplified as a so-called harmonica type, but is not limited to this. For example, as shown in FIG. 8, from one end of each actuator plate 10, 20 to the front of the other end. A so-called chopper traverse type head chip 1 may be used in which grooves are ground using a rotary grinding tool such as a dicing blade. In this case, the ink supply hole 4 can be formed so as to penetrate the bottom surface of each groove of one actuator plate 20, and ink can be supplied from the ink manifold 3 to each ink liquid chamber 30.

また、各アクチュエータプレート10、20は、全体を分極処理された圧電材料基板によって形成したが、分極された圧電材料は少なくとも隔壁12、22の一部にあればよい。   The actuator plates 10 and 20 are all formed of a piezoelectric material substrate that is polarized. However, the polarized piezoelectric material may be at least part of the partition walls 12 and 22.

以下、本発明の効果を実施例によって例証する。   Hereinafter, the effect of the present invention will be illustrated by examples.

分極処理された厚さ720μmのPZT基板(比誘電率=3000)の表面に、SiO(比誘電率=4)をスパッタリング法により被覆形成して、厚さ1μmの被覆層を形成し、その被覆層の表面に、隔壁の天頂部に相当する部位に、それぞれ細幅状のドライフィルムを、電極離間距離が表1に示されるように調整されるように平行にパターニング形成した基板を作製した後、その表面から、ダイシングブレードを用いて、基板の一方端部から他方端部に沿って、幅85μm、深さ310μmの256本の溝と、各溝間に幅56μmの隔壁とを平行に並設した。 A surface of a polarized 720 μm thick PZT substrate (relative permittivity = 3000) is coated with SiO 2 (relative permittivity = 4) by sputtering to form a cover layer having a thickness of 1 μm. On the surface of the coating layer, a substrate was prepared by forming a narrow dry film in a portion corresponding to the top of the partition wall and patterning them in parallel so that the electrode separation distance was adjusted as shown in Table 1. Thereafter, from the surface, using a dicing blade, 256 grooves having a width of 85 μm and a depth of 310 μm and a partition wall having a width of 56 μm are paralleled from one end to the other end of the substrate. It was installed side by side.

その後、各溝の内面とドライフィルムの上面に亘ってアルミニウムからなる厚さ2μmの電極を無電解めっきによって形成し、ドライフィルムを除去することにより、隣接する電極間を隔壁の上面において離間させた。   After that, an electrode having a thickness of 2 μm made of aluminum was formed by electroless plating over the inner surface of each groove and the upper surface of the dry film, and the dry film was removed to separate the adjacent electrodes on the upper surface of the partition wall. .

同様に形成した基板を、隔壁同士を位置合わせし、各電極同士が電気的に接続するように、導電粒子を含有する接着剤(エポキシテクノロジー社製「エポテック353ND」)を用いて接合した後、溝の長さ方向に直交する方向に沿ってフルカットして、インク液室の長さが2.5mmとなるハーモニカ型のヘッドチップNo.1〜4を作製した。   After the substrates formed in the same manner were aligned with the partition walls and joined with an adhesive containing conductive particles (Epotech 353ND manufactured by Epoxy Technology Co., Ltd.) so that the electrodes were electrically connected to each other, A harmonica type head chip No. 1 is cut in a full cut along a direction perpendicular to the length direction of the groove and the length of the ink chamber becomes 2.5 mm. 1-4 were produced.

一方、被覆層を設けなかった以外は上記実施例と同様に、電極離間距離が表1に示されるように調整された基板を作製し、同様にハーモニカ型のヘッドチップNo.5〜8を作製した。   On the other hand, a substrate with the electrode separation distance adjusted as shown in Table 1 was prepared in the same manner as in the above example except that the coating layer was not provided. 5-8 were produced.

各ヘッドチップの隔壁の静電容量を、LCRメータ(HIOKI社製「3522 LCR HiTESTER」)を用いて測定した。測定結果は、隔壁の上面まで電極が形成されないヘッドチップ(No.1、No.5)の静電容量(400pF)を100としたときの静電容量の変化の割合(%)で示した。   The capacitance of the partition walls of each head chip was measured using an LCR meter (“3522 LCR HiTESTER” manufactured by HIOKI). The measurement results are shown as a ratio (%) of change in capacitance when the capacitance (400 pF) of the head chip (No. 1, No. 5) on which no electrode is formed up to the upper surface of the partition is 100.

その結果を表1及び図9に示す。   The results are shown in Table 1 and FIG.

Figure 0005012257
Figure 0005012257

被覆層がない場合は、電極離間距離が狭くなるのに比例して静電容量が増大していくのに対し、被覆層を設けたことにより、電極離間距離を狭くしても静電容量は増加せず、本発明の効果が実証された。   In the absence of a coating layer, the capacitance increases in proportion to the electrode separation distance becoming narrower, whereas by providing the coating layer, the capacitance is reduced even if the electrode separation distance is reduced. The effect of the present invention was demonstrated without increasing.

本発明に係るインクジェットヘッドのヘッドチップ構造を示す部分断面図1 is a partial cross-sectional view showing a head chip structure of an inkjet head according to the present invention. 隔壁の接合部分を示す部分拡大断面図Partial enlarged sectional view showing the junction of the partition walls (a)〜(e)はインクジェットヘッドの製造方法の一例を示す図(A)-(e) is a figure which shows an example of the manufacturing method of an inkjet head インクジェットヘッドの製造方法の一例を示す図A figure showing an example of a manufacturing method of an inkjet head インクジェットヘッドの製造方法の一例を示す図A figure showing an example of a manufacturing method of an inkjet head インクジェットヘッドの製造方法の一例を示す図A figure showing an example of a manufacturing method of an inkjet head 被覆層の他の態様を示す部分拡大断面図Partial expanded sectional view which shows the other aspect of a coating layer インクジェットヘッドの他の態様を示す断面図Sectional drawing which shows the other aspect of an inkjet head 電極間距離と静電容量との関係を示すグラフGraph showing the relationship between electrode distance and capacitance 従来のインクジェットヘッドのヘッドチップ構造を示す部分断面図Partial sectional view showing a head chip structure of a conventional inkjet head

符号の説明Explanation of symbols

1:ヘッドチップ
10、20:アクチュエータプレート
11、21:溝
12、22:隔壁
12a、22a:天頂部
13、23:被覆層
14、24:電極
14a、24a:電極の端部
30:インク液室
1: Head chip 10, 20: Actuator plate 11, 21: Groove 12, 22: Partition 12a, 22a: Zenith part 13, 23: Cover layer 14, 24: Electrode 14a, 24a: End part of electrode 30: Ink liquid chamber

Claims (5)

複数の第1の溝と複数の第1の隔壁とが並設され、少なくとも前記第1の隔壁の一部が圧電材料で構成されると共に、前記複数の第1の隔壁の側面から天頂部に亘って第1の電極が形成され、且つ、該天頂部において隣接する前記第1の電極の端部同士は電気的に離間している第1のアクチュエータプレートと、前記第1の溝に対応する複数の第2の溝と前記第1の隔壁に対応する複数の第2の隔壁とが並設され、少なくとも前記第2の隔壁の一部が圧電材料で構成されると共に、前記複数の第2の隔壁には、側面から天頂部に亘って第2の電極が形成され、且つ、該天頂部において隣接する前記第2の電極の端部同士は電気的に離間している第2のアクチュエータプレートとを有し、前記第1のアクチュエータプレートの前記第1の隔壁と前記第2のアクチュエータプレートの前記第2の隔壁とを位置合わせし、前記第1の隔壁の天頂部に設けられた前記第1の電極の端部と前記第2の隔壁の天頂部に設けられた前記第2の電極の端部とが電気的に接続するように接合してなるインクジェットヘッドにおいて、
前記第1のアクチュエータプレートにおける前記第1の隔壁の天頂部及び前記第2のアクチュエータプレートにおける前記第2の隔壁の天頂部に、それぞれ第1の隔壁及び第2の隔壁に使用される圧電材料の比誘電率よりも小さい比誘電率を有するSiO 又はAl からなる被覆層が設けられ、該被覆層の上面に、前記第1の電極の端部及び第2の電極の端部がそれぞれ設けられていることを特徴とするインクジェットヘッド。
A plurality of first grooves and a plurality of first partition walls are juxtaposed, at least a part of the first partition wall is made of a piezoelectric material, and from the side surface of the plurality of first partition walls to the zenith portion A first electrode is formed over the first electrode plate, and the ends of the first electrodes adjacent to each other at the zenith portion correspond to the first groove and the first groove. A plurality of second grooves and a plurality of second partition walls corresponding to the first partition walls are arranged side by side, and at least a part of the second partition walls is made of a piezoelectric material, and the plurality of second partition walls. A second actuator plate in which a second electrode is formed on the partition wall from the side surface to the zenith portion, and ends of the second electrodes adjacent to each other at the zenith portion are electrically separated from each other And the first partition wall of the first actuator plate; The second partition of the second actuator plate is aligned with the second partition, and is provided at the end of the first electrode provided at the top of the first partition and at the top of the second partition. In the inkjet head formed by joining so as to be electrically connected to the end of the second electrode,
Piezoelectric materials used for the first partition and the second partition, respectively, at the zenith of the first partition in the first actuator plate and the zenith of the second partition in the second actuator plate, respectively. A coating layer made of SiO 2 or Al 2 O 3 having a relative dielectric constant smaller than the relative dielectric constant is provided, and the end portions of the first electrode and the second electrode are formed on the upper surface of the coating layer. An ink jet head, wherein each is provided.
前記被覆層の厚さは、100Å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 the coating layer has a thickness of 100 mm or more. 前記被覆層の比誘電率が20以下であることを特徴とする請求項1又は2記載のインクジェットヘッド。   The inkjet head according to claim 1, wherein the coating layer has a relative dielectric constant of 20 or less. 前記第1の隔壁と前記第2の隔壁の高さが等しいことを特徴とする請求項1、2又は3記載のインクジェットヘッド。 The inkjet head according to claim 1 , wherein the first partition and the second partition have the same height. 前記第1のアクチュエータプレートと前記第2のアクチュエータプレートとは、導電性粒子を含有する接着剤によって接合されていることを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載のインクジェットヘッド。 Wherein the first actuator plate and the second actuator plate, the ink-jet head according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it is joined by an adhesive containing conductive particles.
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