JPH03142248A - Manufacture of ink-jet printing head - Google Patents
Manufacture of ink-jet printing headInfo
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Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は圧電素子によりインクの充満した圧力室に圧力
を加え、その圧力により射出口からインク滴を記録紙に
射出するインクジェット印字ヘッドの製造方法に関する
。Detailed Description of the Invention [Industrial Application Field] The present invention applies pressure to a pressure chamber filled with ink using a piezoelectric element, and uses the pressure to eject ink droplets from an ejection port onto recording paper. Regarding the method.
[従来技術]
この種のインクジェット印字ヘッドでは、圧電素子の振
動を金属振動板に伝達するため圧電素子と金属板とを接
合する必要がある。この接合面は圧電素子に電圧信号を
印加する電極面を兼ねることが好ましく、はんだ接合が
多く用いられる。特開昭58−12766号公報には、
金属薄膜が蒸着された圧電素子とはんだメツキが施され
た金属板とを積層した構造のインクジェット印字ヘッド
が開示されている。[Prior Art] In this type of inkjet print head, it is necessary to bond the piezoelectric element and the metal plate in order to transmit the vibration of the piezoelectric element to the metal diaphragm. This bonding surface preferably also serves as an electrode surface for applying a voltage signal to the piezoelectric element, and solder bonding is often used. In JP-A-58-12766,
An inkjet print head is disclosed that has a structure in which a piezoelectric element on which a metal thin film is vapor-deposited and a metal plate on which solder plating is laminated.
従来のこの種のはんだ接合方法は、第2図に示す様に、
圧電素子1の金属蒸着薄膜3と金属振動板2のはんだ層
41とを接合面とし、接合面にフラックスを塗布して両
者を密着し、金属振動板2の下方からヒータで加熱して
はんだ層41を溶融させ、接合する方法であった。This type of conventional soldering method, as shown in Figure 2,
The metal vapor-deposited thin film 3 of the piezoelectric element 1 and the solder layer 41 of the metal diaphragm 2 are used as bonding surfaces, and flux is applied to the bonding surfaces to bond them together, and the metal diaphragm 2 is heated from below with a heater to form a solder layer. 41 was melted and joined.
接合面にフラックスを塗布するのは次の理由による。圧
電素子1のキュリー点は315℃〜340℃と比較的低
いため、はんだ層41には上記キユリー点以下の温度で
溶融する低融点の共晶はんだ合金を用いる必要がある。The reason for applying flux to the joint surfaces is as follows. Since the Curie point of the piezoelectric element 1 is relatively low at 315° C. to 340° C., it is necessary to use a low melting point eutectic solder alloy for the solder layer 41 that melts at a temperature below the Curie point.
低融点はんだを接合面全体に行き渡らせ、はんだ層41
をできるだけ薄くし、かつ、ボイド(空隙)42を生じ
ないようにするためには、はんだの濡れ性を向上させる
フラックスの使用が不可欠と考えられたからである。The low melting point solder is spread over the entire joint surface to form a solder layer 41.
This is because it was considered essential to use a flux that improves the wettability of solder in order to make it as thin as possible and to prevent voids 42 from forming.
[発明が解決しようとする課題]
しかしながら、フラックスを使用すると接合後のフラッ
クスの除去が問題になる。[Problems to be Solved by the Invention] However, when flux is used, removal of the flux after bonding becomes a problem.
はんだ接合後には接合面の周辺に溢れたフラックスが固
着し、微細なインク通路を埋めてしまう。After soldering, the flux that overflows around the joint surface sticks and fills the minute ink passages.
また、フラックスには、例えば塩化アンモニウム、塩化
亜鉛、フッ化水素酸等の無機系塩類・酸類といった腐食
性のものが多く含有されているため、フラックスが残っ
てしまうと接合部に腐食が起こり、接合強度を損ってし
まう。Additionally, flux contains many corrosive substances such as inorganic salts and acids such as ammonium chloride, zinc chloride, and hydrofluoric acid, so if flux remains, corrosion will occur in the joints. This will reduce the bonding strength.
このフラックスを除去するため、はんだ接合された部品
を加熱し溶剤で洗い流すという工程を何度も繰り返す必
要があった。To remove this flux, it was necessary to repeat the process of heating the soldered parts and washing them away with solvent many times.
また、フラックスを用いても低融点はんだが接合面の全
面に薄く均一に行き渡らないこともあり、圧電素子1と
金属振動板2との密着性に対する信頼度が必ずしも十分
とはいえないという問題点があった。In addition, even when flux is used, the low melting point solder may not be spread thinly and uniformly over the entire bonding surface, so there is a problem that the reliability of the adhesion between the piezoelectric element 1 and the metal diaphragm 2 is not necessarily sufficient. was there.
本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので
あり、その目的とするところは、接合後の除去処置が面
倒なフラックスを用いることなく、圧電素子と金属板と
の信頼性の高い金属ろう材による接合を可能とするイン
クジェット印字ヘッドの製造方法を提供することにある
。The present invention has been made to solve the above problems, and its purpose is to provide a highly reliable bond between a piezoelectric element and a metal plate without using flux, which is troublesome to remove after bonding. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an inkjet print head that enables bonding using a metal brazing material.
[課題を解決するための手段]
上記の目的を達成するため、本発明では、金属板と圧電
素子とを接合した構造を有するインクジェット印字ヘッ
ドの製造方法において、金属薄膜が蒸着された圧電素子
と金属板との間にろう材層を介在させて積層密着し、そ
の積層物に熱及び超音波振動を加えることにより前記ろ
う材層を溶融し金属板と圧電素子とを接合するようにし
たことを特徴とするインクジェット印字ヘッドの製造方
法が提供される。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention provides a method for manufacturing an inkjet print head having a structure in which a metal plate and a piezoelectric element are bonded. The piezoelectric element is bonded to the metal plate by interposing a brazing metal layer between the piezoelectric element and the metal plate, and applying heat and ultrasonic vibration to the laminate to melt the brazing metal layer. A method of manufacturing an inkjet print head is provided.
[作用]
上記の方法によれば、ろう材層を有する積層物に超音波
振動を加えることにより、金属板へのキャビテーション
作用によって金属板表面の酸化皮膜を物理的に破壊する
ため、ろう材は金属板表面に均一に拡散する。また、同
時に超音波振動によって、ろう材中の気泡が脱泡されろ
う材中にボイドが生じることを防ぐ。[Effect] According to the above method, by applying ultrasonic vibration to a laminate having a brazing material layer, the oxide film on the surface of the metal plate is physically destroyed by cavitation action on the metal plate, so that the brazing material is Diffuses uniformly on the metal plate surface. Furthermore, at the same time, the ultrasonic vibrations remove bubbles in the brazing material, thereby preventing voids from forming in the brazing material.
[実施例]
以下、本発明を具体化した一実施例を図面を参照して説
明する。[Example] Hereinafter, an example embodying the present invention will be described with reference to the drawings.
第1図はインクジェット印字ヘッドの圧電素子積層物及
び接合装置を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a piezoelectric element laminate and a bonding device of an inkjet print head.
予め分極処理が施されたセラミック系の圧電素子11の
表面には、スパッタリングにより金属蒸着膜13が形成
されている。蒸着する金属にはクロム、ニッケル、スズ
などが用いられる。一方、金属振動板12の圧電素子1
1との接合面には、Pb−Sn−Zn−Sb合金から成
るろう材層14が形成されている。上記合金は、通常の
はんだにZn及びsbを加えて4元系合金としたもので
、本実施例では、旭硝子社製の商品名セラソルザを用い
た。このセラソルザは、濡れ性が良いという特性を有し
ており、フラックスを用いずに使用することができるも
のである。A metal vapor deposition film 13 is formed by sputtering on the surface of the ceramic piezoelectric element 11 which has been subjected to polarization treatment in advance. The metals used for vapor deposition include chromium, nickel, and tin. On the other hand, the piezoelectric element 1 of the metal diaphragm 12
A brazing material layer 14 made of a Pb-Sn-Zn-Sb alloy is formed on the joint surface with 1. The above alloy is a quaternary alloy made by adding Zn and sb to ordinary solder, and in this example, Cerasolza, a trade name manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., was used. This Cerasolzer has good wettability and can be used without using flux.
これら圧電素子11.金属蒸着膜13.ろう材層14.
及び金属振動板12から構成される圧電素子積層物10
を接合する接合方法について説明する。超音波振動発生
装置付ホットプレート15には、ヒータ15aが設けら
れるとともに超音波振動発生部16が接続されており、
該発生部16は超音波振動発振器17に接続されている
。このホットプレート15上に積層物10を設置させ、
さらにその上に加圧装置18を載置する。この加圧装置
18は、分極された圧電素子11を破壊しない程度の圧
力が加えられるように設定されている。また、ホットプ
レート15の加熱温度は、圧電素子のキュリー点315
℃〜340℃より低く、Pb−5n−Zn−8b合金(
セラソルザ)の溶融温度170℃〜240℃(4元素の
成分比により異なる)よりも高い温度に設定されている
。These piezoelectric elements 11. Metal vapor deposition film 13. Brazing material layer 14.
and a piezoelectric element laminate 10 composed of a metal diaphragm 12
The joining method for joining will be explained. The hot plate 15 with an ultrasonic vibration generator is provided with a heater 15a and is connected to an ultrasonic vibration generator 16.
The generator 16 is connected to an ultrasonic vibration oscillator 17. The laminate 10 is placed on this hot plate 15,
Furthermore, a pressurizing device 18 is placed on top of it. This pressurizing device 18 is set to apply a pressure that does not destroy the polarized piezoelectric element 11. Further, the heating temperature of the hot plate 15 is set to 315, the Curie point of the piezoelectric element.
℃ ~ lower than 340℃, Pb-5n-Zn-8b alloy (
The temperature is set higher than the melting temperature of 170° C. to 240° C. (varies depending on the component ratio of the four elements) of Cerasolza).
次に、本実施例における作用を説明する。上記の超音波
振動発生装置付ホットプレート15上に、ろう材層14
を予め介在させた圧電素子積層物10を設置し、さらに
その上に加圧装置18を載置する。すると、積層物10
にホットプレート15からの熱が伝わり、ろう材層14
は加熱溶融される。他方、金属振動板12及び金属蒸着
膜13の接合面には、ホットプレート15からの超音波
振動が与えられ、接合面表面の酸化皮膜が物理的に破壊
される現象が生じる。溶融されたろう材pb−Sn−Z
n−8b合金はその特性である濡れ性の良さ、接合面の
酸化皮膜が破壊され除去されたこと、及び超音波振動が
ろう材にも伝わり拡散作用が生じることという3つの要
因により、接合面全体に充分に拡散し、かつ冷却後強力
な接合力を呈するよう接合面内部の金属分子間に作用す
る。Next, the operation of this embodiment will be explained. A brazing metal layer 14 is placed on the hot plate 15 with the ultrasonic vibration generator.
A piezoelectric element laminate 10 with a laminate 10 interposed in advance is installed, and a pressurizing device 18 is placed on top of the piezoelectric element laminate 10. Then, the laminate 10
The heat from the hot plate 15 is transferred to the brazing material layer 14.
is heated and melted. On the other hand, the ultrasonic vibration from the hot plate 15 is applied to the joint surface of the metal diaphragm 12 and the metal vapor deposited film 13, causing a phenomenon in which the oxide film on the surface of the joint surface is physically destroyed. Melted brazing filler metal pb-Sn-Z
N-8B alloy has three factors: its good wettability, the oxide film on the joint surface is destroyed and removed, and the ultrasonic vibration is transmitted to the brazing material, causing a diffusion effect. It diffuses sufficiently throughout the entire body and acts between metal molecules inside the bonding surface so as to exhibit strong bonding force after cooling.
また、ろう材層14内に発生しがちな気泡は、ろう材層
14に伝達される超音波振動の脱泡作用により、接合部
外部へ除去されるのでボイドも生じない。従って、フラ
ックスを用いることなく圧電素子11と金属振動板12
とを強力に接合することができる。In addition, air bubbles that tend to occur in the brazing material layer 14 are removed to the outside of the joint by the defoaming effect of the ultrasonic vibrations transmitted to the brazing material layer 14, so that no voids occur. Therefore, the piezoelectric element 11 and the metal diaphragm 12 can be connected without using flux.
and can be strongly bonded.
[発明の効果]
以上詳述したことから明らかなように、本発明によれば
、フラックスを用いることなく圧電素子と金属板との信
頼性の高い金属ろう材による接合が可能となる。[Effects of the Invention] As is clear from the detailed description above, according to the present invention, a piezoelectric element and a metal plate can be joined with a highly reliable metal brazing material without using flux.
第1図は本発明のインクジェット印字ヘッドの圧電素子
積層物及び接合装置を示す断面図、第2図は従来のはん
だ接合方法を示す断面図である。
図中、10は圧電素子積層物、11は圧電素子、12は
金属振動板、13は金属蒸着膜、14はろう材層、15
は超音波振動発生装置付ホットプレート、15aはヒー
タ、16は超音波振動発生部、17は超音波発振器であ
る。FIG. 1 is a sectional view showing a piezoelectric element laminate and a bonding device for an inkjet print head according to the present invention, and FIG. 2 is a sectional view showing a conventional solder bonding method. In the figure, 10 is a piezoelectric element laminate, 11 is a piezoelectric element, 12 is a metal diaphragm, 13 is a metal vapor deposition film, 14 is a brazing material layer, 15
15a is a heater, 16 is an ultrasonic vibration generator, and 17 is an ultrasonic oscillator.
Claims (1)
ジェット印字ヘッドの製造方法において、金属薄膜が蒸
着された圧電素子と金属板との間にろう材層を介在させ
て積層密着し、 その積層物に熱及び超音波振動を加えることにより前記
ろう材層を溶融し、金属板と圧電素子とを接合するよう
にしたことを特徴とするインクジェット印字ヘッドの製
造方法。 2、前記ろう材層はPb−Sn−Zn−Sb合金から成
る請求項1記載のインクジェット印字ヘッドの製造方法
。[Claims] 1. In a method for manufacturing an inkjet print head having a structure in which a metal plate and a piezoelectric element are bonded, a brazing material layer is interposed between the piezoelectric element on which a metal thin film is deposited and the metal plate. A method for manufacturing an inkjet print head, characterized in that the metal plate and the piezoelectric element are bonded by laminating the metal plate in close contact with each other, and melting the brazing material layer by applying heat and ultrasonic vibration to the laminate. 2. The method of manufacturing an inkjet print head according to claim 1, wherein the brazing material layer is made of a Pb-Sn-Zn-Sb alloy.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28151589A JPH03142248A (en) | 1989-10-27 | 1989-10-27 | Manufacture of ink-jet printing head |
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JP28151589A JPH03142248A (en) | 1989-10-27 | 1989-10-27 | Manufacture of ink-jet printing head |
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JPH03142248A true JPH03142248A (en) | 1991-06-18 |
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JP28151589A Pending JPH03142248A (en) | 1989-10-27 | 1989-10-27 | Manufacture of ink-jet printing head |
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JP (1) | JPH03142248A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7141917B2 (en) * | 1999-08-27 | 2006-11-28 | Product Systems Incorporated | Indium or tin bonded acoustic transducer systems |
WO2010046980A1 (en) * | 2008-10-23 | 2010-04-29 | 東芝ストレージデバイス株式会社 | Carriage assembly, method of producing the same, and information storing device |
-
1989
- 1989-10-27 JP JP28151589A patent/JPH03142248A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US7141917B2 (en) * | 1999-08-27 | 2006-11-28 | Product Systems Incorporated | Indium or tin bonded acoustic transducer systems |
WO2010046980A1 (en) * | 2008-10-23 | 2010-04-29 | 東芝ストレージデバイス株式会社 | Carriage assembly, method of producing the same, and information storing device |
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