JPH05286132A - Ink jet print head and production thereof - Google Patents
Ink jet print head and production thereofInfo
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- JPH05286132A JPH05286132A JP9626992A JP9626992A JPH05286132A JP H05286132 A JPH05286132 A JP H05286132A JP 9626992 A JP9626992 A JP 9626992A JP 9626992 A JP9626992 A JP 9626992A JP H05286132 A JPH05286132 A JP H05286132A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、インク吐出の駆動源に
圧電素子を使用するインクジェットプリントヘッドの製
造方法及びインクジェットプリントヘッドに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink jet print head manufacturing method and an ink jet print head using a piezoelectric element as a driving source for ink ejection.
【０００２】[0002]
【従来の技術】インク吐出の駆動源である電気−機械変
換素子として圧電素子を使用した圧電型インクジェット
プリントヘッドがある。このプリントヘッドは一般に
は、多数の個別インク路を形成したヘッド基台と、全て
の個別インク路を覆うようにヘッド基台に取付けた振動
板と、個別インク路上に相当する振動板上の部分に貼付
した圧電素子とで構成される。そして、圧電素子に電界
を加えて圧電素子を変位させることにより、個別インク
路内のインクを個別インク路の先端口（ノズル）から押
し出す。2. Description of the Related Art There is a piezoelectric type ink jet print head using a piezoelectric element as an electro-mechanical conversion element which is a driving source for ink ejection. This print head is generally a head base on which a large number of individual ink paths are formed, a diaphragm attached to the head base so as to cover all individual ink paths, and a portion on the diaphragm corresponding to the individual ink paths. And a piezoelectric element attached to. Then, by applying an electric field to the piezoelectric element to displace the piezoelectric element, the ink in the individual ink path is pushed out from the tip end port (nozzle) of the individual ink path.
【０００３】ヘッド基台の個別インク路と圧電素子との
位置関係をもう少し詳しくみてみる。例えば図６に示す
ヘッド基台１０においては、その一端から他端に等間隔
で延びる個別インク路１１が形成され、個別インク路１
１は、供給路１２、圧力室１３及びノズル１４で構成さ
れ、このような個別インク路１１の各圧力室１３上に圧
電素子２０が位置する。勿論、図６には便宜上示してい
ないが、ヘッド基台１０上には振動板が取付けられ、こ
の振動板上に圧電素子２０が貼付されている。The positional relationship between the individual ink paths on the head base and the piezoelectric elements will be examined in more detail. For example, in the head base 10 shown in FIG. 6, individual ink passages 11 extending from one end to the other end at equal intervals are formed.
1 includes a supply passage 12, a pressure chamber 13 and a nozzle 14, and the piezoelectric element 20 is located on each pressure chamber 13 of the individual ink passage 11. Of course, although not shown in FIG. 6 for convenience, a vibration plate is attached on the head base 10, and the piezoelectric element 20 is attached on the vibration plate.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の圧電型インクジェットプリントヘッドの製
造には、次の問題点〜がある。 ：市販されている圧電素子の厚みは最小１５０μｍ程
度までであり、圧電素子の駆動電圧を低くするのに、こ
れ以上薄い圧電素子を用いることができない。 ：圧電素子の作製時に圧電素子を個別インク路の圧力
室サイズに切断するが、その際にチッピング等の不具合
が生ずるため、切断が容易でない。 ：圧電素子のハンドリングが難しく、各圧力室に対応
する振動板上の位置に圧電素子を一枚一枚接着剤で貼り
付けて加圧する作業に時間が掛かり、量産性に欠ける。 ：貼付した圧電素子を加圧する時に、全ての圧電素子
に対して均一な加圧制御を行うのが難しく、貼付後に圧
電素子の密着強度にバラツキが生ずる。甚だしい場合、
実駆動中に圧電素子が剥がれることもある。 ：例えば図７に示すように、ヘッド基台３０に形成す
る個別インク路３１のノズル３２を集結させたような高
密度プリントヘッドでは、圧電素子４０を実装するのが
困難である。However, there are the following problems in the manufacture of the conventional piezoelectric ink jet print head as described above. : The commercially available piezoelectric element has a minimum thickness of about 150 μm, and it is impossible to use a thinner piezoelectric element to lower the driving voltage of the piezoelectric element. : When the piezoelectric element is manufactured, the piezoelectric element is cut into the size of the pressure chamber of the individual ink passage, but at that time, a problem such as chipping occurs, and thus the cutting is not easy. : It is difficult to handle the piezoelectric element, and it takes time to attach each piezoelectric element to the position corresponding to each pressure chamber on the vibrating plate with an adhesive and pressurize the piezoelectric element, resulting in lack of mass productivity. : It is difficult to uniformly control the pressure applied to all the piezoelectric elements when pressing the applied piezoelectric elements, and the adhesion strength of the piezoelectric elements varies after the attachment. In extreme cases,
The piezoelectric element may peel off during actual driving. For example, as shown in FIG. 7, it is difficult to mount the piezoelectric element 40 in a high-density print head in which the nozzles 32 of the individual ink passages 31 formed on the head base 30 are gathered.
【０００５】従って、本発明の目的は、上記問題点〜
に鑑み、圧電素子の切断・貼付工程を省き、高密度・
高精度で圧電素子を実装することができると共に、非常
に薄い圧電素子を形成することができるインクジェット
プリントヘッドの製造方法、並びにインクジェットプリ
ントヘッドを提供することにある。Therefore, the object of the present invention is to solve the above problems.
In consideration of this, omitting the process of cutting and attaching the piezoelectric element,
It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing an inkjet print head that can mount a piezoelectric element with high accuracy and can form a very thin piezoelectric element, and an inkjet print head.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明のインクジェットプリントヘッドの製造方法
は、多数の個別インク路を有するヘッド基台に取付けた
振動板上の、個別インク路上に位置する部分に、圧電素
子材からなる圧電ペーストを印刷し、この圧電ペースト
を焼結した後にそれぞれ分極させることにより圧電素子
を形成することを特徴とする。In order to achieve the above-mentioned object, a method of manufacturing an ink jet print head according to the present invention is provided on a vibration plate attached to a head base having a large number of individual ink passages. A piezoelectric element is formed by printing a piezoelectric paste made of a piezoelectric element material on the positioned portion, sintering the piezoelectric paste, and then polarizing the piezoelectric paste.
【０００７】又、本発明のインクジェットプリントヘッ
ドは、ヘッド基台に、その一端から他端に延びる多数の
個別インク路を一定間隔を置いて形成し、全ての個別イ
ンク路を覆うようにヘッド基台に振動板を取付け、個別
インク路上に位置する振動板上の部分に、圧電素子材か
らなる圧電ペーストを印刷した後に焼結・分極させて圧
電素子を形成したことを特徴とする。In the ink jet print head of the present invention, a large number of individual ink paths extending from one end to the other end of the head base are formed at regular intervals, and the head base is covered so as to cover all the individual ink paths. It is characterized in that a vibration plate is attached to a table, and a piezoelectric paste made of a piezoelectric element material is printed on a portion of the vibration plate located on an individual ink path, and then sintered and polarized to form a piezoelectric element.
【０００８】本発明の製造方法によれば、圧電素子材
（ＰＺＴ等）をペースト化し、これを例えばスクリーン
印刷によって所望のパターンで振動板上に印刷するた
め、圧電素子の切断・貼付工程は不要になるだけでな
く、１０〜４０μｍ程度の非常に薄い圧電素子を形成す
ることができる。但し、本発明の製造方法においては、
圧電ペーストをスクリーン印刷できるように、圧電ペー
ストの粘度を適度に調節すると共に、高チキソトロピー
化しておくことが好ましい。又、圧電ペーストの印刷後
に行う焼結は約１０００℃前後の温度で行うため、耐熱
性に優れた振動板（及び電極）を選定するのがよい。特
に振動板としては、組成によって熱膨張係数を調節で
き、ガラスの陽極接合が可能なガラスセラミック等が適
当である。According to the manufacturing method of the present invention, the piezoelectric element material (PZT or the like) is made into a paste, and this is printed on the vibration plate in a desired pattern by, for example, screen printing, so that the step of cutting and attaching the piezoelectric element is unnecessary. In addition to the above, a very thin piezoelectric element having a thickness of about 10 to 40 μm can be formed. However, in the manufacturing method of the present invention,
It is preferable that the viscosity of the piezoelectric paste is appropriately adjusted and the thixotropy is increased so that the piezoelectric paste can be screen-printed. Further, since the sintering performed after printing the piezoelectric paste is performed at a temperature of about 1000 ° C., it is preferable to select a vibration plate (and an electrode) having excellent heat resistance. Particularly, as the vibrating plate, a glass ceramic or the like, whose thermal expansion coefficient can be adjusted depending on the composition and which enables anodic bonding of glass, is suitable.
【０００９】[0009]
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
図１は本発明の製造方法によって作製したインクジェッ
トプリントヘッドの一部省略要部断面図である。このプ
リントヘッドは、基本的には図６に示した従来の構造と
変わらず、複数の個別インク路２を有するヘッド基台１
と、ヘッド基台１上に取付けられた振動板３と、個別イ
ンク路２に対応する振動板３上の位置に形成された圧電
素子４とを備える。但し、圧電素子４は実際には振動板
３上に設けられた共通電極５上に形成され、圧電素子４
上には個別電極６が設けられている。EXAMPLES The present invention will be described below based on examples.
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of an essential part of an inkjet printhead manufactured by the manufacturing method of the present invention. This print head is basically the same as the conventional structure shown in FIG. 6, and has a head base 1 having a plurality of individual ink passages 2.
And a vibration plate 3 mounted on the head base 1, and a piezoelectric element 4 formed at a position on the vibration plate 3 corresponding to the individual ink passage 2. However, the piezoelectric element 4 is actually formed on the common electrode 5 provided on the vibration plate 3, and
An individual electrode 6 is provided on the top.
【００１０】個別インク路２は、図６に示すような形状
であり、ヘッド基台１の後端から前端に向かって供給
路、圧力室及びノズルを有する。振動板３は全ての個別
インク路２を密封するようにヘッド基台１に接合され、
圧電素子４は個別インク路２の圧力室に対応する位置に
ある。かかるプリントヘッドでは、共通電極５と個別電
極６に電圧を印加することで、両電極５、６で挟持され
た圧電素子４に電界が加わり、圧電素子４が変位する。
この変位によって振動板３の対応部分が変形し、個別イ
ンク路２のインク容積が増減し、インク容積が減少に転
じた個別インク路２のインクがノズルから吐出される。The individual ink passage 2 has a shape as shown in FIG. 6, and has a supply passage, a pressure chamber and a nozzle from the rear end to the front end of the head base 1. The vibration plate 3 is joined to the head base 1 so as to seal all the individual ink passages 2,
The piezoelectric element 4 is located at a position corresponding to the pressure chamber of the individual ink passage 2. In such a print head, by applying a voltage to the common electrode 5 and the individual electrode 6, an electric field is applied to the piezoelectric element 4 sandwiched between the electrodes 5 and 6, and the piezoelectric element 4 is displaced.
Due to this displacement, the corresponding portion of the vibrating plate 3 is deformed, the ink volume of the individual ink passage 2 is increased or decreased, and the ink of the individual ink passage 2 whose ink volume has decreased is ejected from the nozzle.
【００１１】次に、上記プリントヘッドの製造方法を図
２〜図５を参照して述べる。まず、図２において、ヘッ
ド基台１に複数の個別インク路２を等間隔で形成する。
個別インク路２の形状は前述したとおりである。このヘ
ッド基台１上に、ガラスセラミック等からなる高耐熱性
の振動板３を陽極接合等で接合する。次いで、振動板３
上に例えば白金をスクリーン印刷することにより、共通
電極５を形成する（図３参照）。Next, a method of manufacturing the above print head will be described with reference to FIGS. First, in FIG. 2, a plurality of individual ink paths 2 are formed on the head base 1 at equal intervals.
The shape of the individual ink passage 2 is as described above. A highly heat resistant diaphragm 3 made of glass ceramic or the like is bonded onto the head base 1 by anodic bonding or the like. Then, the diaphragm 3
The common electrode 5 is formed by screen-printing platinum, for example (see FIG. 3).
【００１２】一方、圧電素子材としてはＰＺＴを用い、
このＰＺＴを８００〜９００℃で一旦仮焼成し、焼成後
のＰＺＴを微粉化する。そして、微粉末を有機溶剤に入
れ、これにバインダーとしてのエチルセルロース等と界
面活性剤及び可塑剤を加え、分散・混練して圧電ペース
トを作製する。勿論、圧電ペーストは、以後のスクリー
ン印刷を行い易いように粘度を適度に調節すると共に、
高チキソトロピー化しておくことが望ましい。On the other hand, PZT is used as the piezoelectric element material,
This PZT is temporarily calcined at 800 to 900 ° C., and the calcined PZT is pulverized. Then, the fine powder is put in an organic solvent, and ethyl cellulose as a binder, a surfactant and a plasticizer are added thereto, dispersed and kneaded to produce a piezoelectric paste. Of course, the piezoelectric paste has an appropriate viscosity adjusted to facilitate subsequent screen printing, and
High thixotropy is desirable.
【００１３】得られた圧電ペーストを、個別インク路２
の圧力室に対応する振動板３上の部分にスクリーンにて
所定パターンで印刷する。なお、スクリーン印刷による
ＰＺＴの膜厚は、１０〜４０μｍ程度と市販されている
ＰＺＴの膜厚に比べて非常に薄いので、圧電ペーストの
出発原料をＰｂに富む組成にするか、以後の焼成時にＰ
ｂの蒸気圧を上げることが重要である。こうすること
で、ＰｂＯの蒸発損失量が少なくなり、圧電素子が容易
にペロブスカイト構造になる。その後、印刷した圧電ペ
ーストを、１０００℃前後のピーク温度での約０．５時
間の焼成を含み、合計で１６時間程度焼成し、焼結した
圧電ペーストをそれぞれ圧電素子４とする（図４参
照）。The obtained piezoelectric paste is applied to the individual ink path 2
A predetermined pattern is printed on the screen on the portion of the vibration plate 3 corresponding to the pressure chamber. The film thickness of PZT by screen printing is about 10 to 40 μm, which is very thin compared to the film thickness of commercially available PZT. P
It is important to increase the vapor pressure of b. By doing so, the amount of evaporation loss of PbO is reduced, and the piezoelectric element easily has a perovskite structure. Thereafter, the printed piezoelectric paste is fired at a peak temperature of about 1000 ° C. for about 0.5 hours, and is fired for about 16 hours in total, and the fired piezoelectric pastes are referred to as piezoelectric elements 4 (see FIG. 4). ).
【００１４】続いて、図５に示すように、各圧電素子４
上に例えば白金からなる個別電極６をスクリーン印刷や
スパッタ等によって形成する。この後、共通電極５と個
別電極６に電圧を印加し、各圧電素子４を所定方向（上
下方向）に分極させる。ここで参考までに、市販されて
いる厚さ１５０μｍのＰＺＴ圧電素子、及び本発明の製
造方法で得られる厚さ２０μｍのＰＺＴ圧電素子の印加
電圧と歪量（変位量）とを比較してみる。圧電素子のサ
イズは、共に縦×横＝１．８×１．８ｍｍであり、ヤン
グ率は共に６．５３×１０3 ｋｇｆ／ｍｍ2 である。
又、振動板はガラスセラミックからなり、その厚さは
０．２ｍｍで、ヤング率は８×１０3ｋｇｆ／ｍｍ2 で
ある。そして、圧電定数を３．８１×１０-7ｍｍ／Ｖと
し、電界強度をＶ／ｔとする。Subsequently, as shown in FIG. 5, each piezoelectric element 4
An individual electrode 6 made of platinum, for example, is formed on the upper surface by screen printing, sputtering, or the like. Then, a voltage is applied to the common electrode 5 and the individual electrode 6 to polarize each piezoelectric element 4 in a predetermined direction (vertical direction). Here, for reference, the applied voltage and strain amount (displacement amount) of a commercially available PZT piezoelectric element having a thickness of 150 μm and a PZT piezoelectric element having a thickness of 20 μm obtained by the manufacturing method of the present invention will be compared. . The piezoelectric elements each have a size of length × width = 1.8 × 1.8 mm, and Young's modulus is 6.53 × 10 3 kgf / mm 2 .
The vibrating plate is made of glass ceramic and has a thickness of 0.2 mm and a Young's modulus of 8 × 10 3 kgf / mm 2 . The piezoelectric constant is 3.81 × 10 −7 mm / V, and the electric field strength is V / t.
【００１５】これらの条件を踏まえると共に、圧電素子
を両持梁とみなし、既知の両持梁の歪量の公式（特に示
さず）に上記値を代入して歪量を計算する。その結果、
本発明及び従来ともに０．１μｍの歪量を得るのに、本
発明では２５Ｖの電圧を印加すればよいが、従来では９
０Ｖを必要とすることが分かる。従って、本発明の製法
によれば、圧電素子を薄膜にできることに伴って印加電
圧を低くすることができ、省エネルギーが実現される。Based on these conditions, the piezoelectric element is regarded as a doubly supported beam, and the strain value is calculated by substituting the above value into a known strain amount formula (not shown) of the doubly supported beam. as a result,
In the present invention and the prior art, in order to obtain a strain amount of 0.1 μm, a voltage of 25 V may be applied in the present invention.
It turns out that 0V is required. Therefore, according to the manufacturing method of the present invention, the applied voltage can be lowered as the piezoelectric element can be formed as a thin film, and energy saving can be realized.
【００１６】なお、上記実施例に示す個別インク路の形
状はほんの一例に過ぎず、これ以外の形状であってもよ
いことは言うまでもない。又、圧電ペーストを印刷する
構成であるため、図７に示すような高密度のプリントヘ
ッドであっても、振動板上の所定位置に圧電素子を実装
することは容易である。It is needless to say that the shape of the individual ink passage shown in the above embodiment is merely an example, and other shapes may be used. Further, since the piezoelectric paste is printed, it is easy to mount the piezoelectric element at a predetermined position on the diaphragm even with a high-density print head as shown in FIG.
【００１７】[0017]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の製造方法
（及びインクジェットプリントヘッド）は、圧電素子材
からなる圧電ペーストの印刷・焼結・分極により圧電素
子を形成するため、下記の効果を奏する。 （１）圧電素子の切断・貼付工程が不要であり、生産性
が向上する。 （２）従来の精精１５０μｍ程度の厚さに比べて、１０
〜４０μｍと非常に薄い圧電素子を形成することができ
るので、圧電素子の駆動電圧を下げることができ、省エ
ネルギー化が達成される。 （３）相当高密度なプリントヘッドでも、圧電素子を振
動板上に高精度で実装することができる。As described above, the manufacturing method (and the ink jet print head) of the present invention forms the piezoelectric element by printing, sintering and polarization of the piezoelectric paste made of the piezoelectric element material. Play. (1) The step of cutting and sticking the piezoelectric element is unnecessary, and the productivity is improved. (2) 10 compared with the conventional thickness of about 150 μm
Since it is possible to form a very thin piezoelectric element having a thickness of ˜40 μm, the driving voltage of the piezoelectric element can be lowered and energy saving can be achieved. (3) The piezoelectric element can be mounted on the vibrating plate with high accuracy even with a print head having a considerably high density.
【図１】本発明のインクジェットプリントヘッドの一部
省略要部断面図である。FIG. 1 is a partial cross-sectional view of an essential part of an inkjet printhead of the present invention.
【図２】本発明の製造方法における第１の工程図であ
る。FIG. 2 is a first process diagram in the manufacturing method of the present invention.
【図３】本発明の製造方法における第２の工程図であ
る。FIG. 3 is a second process diagram in the manufacturing method of the present invention.
【図４】本発明の製造方法における第３の工程図であ
る。FIG. 4 is a third process chart in the manufacturing method of the present invention.
【図５】本発明の製造方法における第４の工程図であ
る。FIG. 5 is a fourth process chart in the manufacturing method of the present invention.
【図６】従来例に係る圧電型インクジェットプリントヘ
ッドの一部省略平面図である。FIG. 6 is a partially omitted plan view of a piezoelectric inkjet printhead according to a conventional example.
【図７】高密度インクジェットプリントヘッドの平面図
である。FIG. 7 is a plan view of a high density inkjet printhead.
１ ヘッド基台 ２ 個別インク路 ３ 振動板 ４ 圧電素子 ５ 共通電極 ６ 個別電極 1 Head Base 2 Individual Ink Path 3 Vibration Plate 4 Piezoelectric Element 5 Common Electrode 6 Individual Electrode
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 41/24 Ｈ０５Ｋ 3/12 Ａ 7511−4Ｅ 9274−4Ｍ Ｈ０１Ｌ 41/22 Ｚ ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI Technical display location H01L 41/24 H05K 3/12 A 7511-4E 9274-4M H01L 41/22 Z
Claims (2)
取付けた振動板上の、個別インク路上に位置する部分
に、圧電素子材からなる圧電ペーストを印刷し、この圧
電ペーストを焼結した後にそれぞれ分極させることによ
り圧電素子を形成することを特徴とするインクジェット
プリントヘッドの製造方法。1. A piezoelectric paste made of a piezoelectric element material is printed on a portion of the vibrating plate mounted on a head base having a large number of individual ink passages and located on the individual ink passages, and the piezoelectric paste is sintered. A method for manufacturing an ink jet print head, characterized in that a piezoelectric element is formed by subsequently polarizing the piezoelectric element.
多数の個別インク路を一定間隔を置いて形成し、全ての
個別インク路を覆うようにヘッド基台に振動板を取付
け、個別インク路上に位置する振動板上の部分に、圧電
素子材からなる圧電ペーストを印刷した後に焼結・分極
させて圧電素子を形成したことを特徴とするインクジェ
ットプリントヘッド。2. A head base is formed with a large number of individual ink passages extending from one end to the other at regular intervals, and a vibration plate is attached to the head base so as to cover all the individual ink passages. An ink jet print head comprising a piezoelectric element formed by printing a piezoelectric paste made of a piezoelectric element material on a portion of the vibration plate located on the ink path and then sintering and polarizing the paste.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9626992A JPH05286132A (en) | 1992-04-16 | 1992-04-16 | Ink jet print head and production thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9626992A JPH05286132A (en) | 1992-04-16 | 1992-04-16 | Ink jet print head and production thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05286132A true JPH05286132A (en) | 1993-11-02 |
Family
ID=14160437
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9626992A Pending JPH05286132A (en) | 1992-04-16 | 1992-04-16 | Ink jet print head and production thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
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