JPH0781070A - Production of ink jet head - Google Patents

Production of ink jet head

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JPH0781070A
JPH0781070A JP22537793A JP22537793A JPH0781070A JP H0781070 A JPH0781070 A JP H0781070A JP 22537793 A JP22537793 A JP 22537793A JP 22537793 A JP22537793 A JP 22537793A JP H0781070 A JPH0781070 A JP H0781070A
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淳 児玉
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Hiroko Miyake
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

PURPOSE:To produce an ink jet head enhanced in capacity by eliminating the adhesive layer present between a vibration plate and a piezoelectric element. CONSTITUTION:In the production of an ink jet head having a passage plate 21, the vibration plate 25 composed of a Si-based material bonded to the passage plate 1 and an electromechanical conversion element having upper and lower electrodes 27, 28 provided to the upper and rear surfaces thereof and attached on the vibration plate 25, the lower electrode 28, the electromechanical conversion element 26 and the upper electrode 27 are formed by printing. The thickness of the lower electrode 28 is set to 0.5-20mum and the surface roughness thereof is set to the thickness thereof or thinner.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェットプリン
タに適用されるインクジェットヘッド、特にヘッドの部
材として加工性に優れるSiを選択したインクジェット
ヘッドの製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink jet head applied to an ink jet printer, and more particularly to a method of manufacturing an ink jet head in which Si having excellent workability is selected as a member of the head.

【0002】[0002]

【従来の技術】インクジェットプリンタは、印刷媒体に
非接触なヘッドからインクの微小粒子を直接印刷媒体に
吹きつけて記録を行う方式のもので、印刷媒体に対する
制限が少なく、カラー化が容易に実現できるという特徴
を持ち、さらに、高速記録,低騒音という特徴も持って
いる。
2. Description of the Related Art Ink jet printers are of a type in which fine particles of ink are directly blown onto a print medium from a head which is not in contact with the print medium for recording, and there are few restrictions on the print medium and colorization is easily realized. It has the feature of being capable of recording, and has the features of high-speed recording and low noise.

【0003】これまで実用化されている一般のインクジ
ェットプリンタの構造を図7に示す。図中、1はインク
ジェットヘッド、2はプラテン、3はインクタンクであ
る。インクジェットヘッド1は、ガイド4,5に案内さ
れて図の紙面と垂直方向に往復動するキャリア6上に搭
載されてプラテン2に対向し、プラテン2に沿ってキャ
リア6とともに移動する。インクジェットヘッド1への
インク供給は、該インクジェットヘッド1とインクチュ
ーブ7を介し連結されているインクタンク3より行われ
る。
FIG. 7 shows the structure of a general ink jet printer which has been put into practical use. In the figure, 1 is an inkjet head, 2 is a platen, and 3 is an ink tank. The inkjet head 1 is mounted on a carrier 6 which is guided by guides 4 and 5 and reciprocates in a direction perpendicular to the plane of the drawing, faces the platen 2, and moves along with the carrier 6 along the platen 2. Ink is supplied to the inkjet head 1 from an ink tank 3 which is connected to the inkjet head 1 via an ink tube 7.

【0004】インクジェットヘッド1の構造は図8の側
面図に示す通りで、インクジェットヘッド1は、流路板
8と、振動板9と、表面及び裏面に上部電極10及び下
部電極11を備えた圧電素子(電気機械変換素子)12
とで構成されている。
The structure of the ink jet head 1 is as shown in the side view of FIG. 8, and the ink jet head 1 is a piezoelectric device having a flow path plate 8, a vibration plate 9, and an upper electrode 10 and a lower electrode 11 on the front and back surfaces. Element (electromechanical conversion element) 12
It consists of and.

【0005】流路板8は、圧力室13と、該圧力室13
に連通してヘッド基板表面(図8の下面)に開口するノ
ズル14と、圧力室13に連通してインクチューブ7を
介しインクの供給を受けるインク供給路15とを備えて
いる。振動板9は、流路板8の裏面に接合されて圧力室
13及びインク供給路15を覆っている。圧電素子12
は、下部電極11を下側にして振動板9上の圧力室13
と対向する位置に接合されている。このインクジェット
ヘッド1の従来の製造方法は次の通りである。
The flow path plate 8 includes a pressure chamber 13 and the pressure chamber 13.
A nozzle 14 that communicates with the head substrate surface (the lower surface in FIG. 8) and that communicates with the pressure chamber 13, and an ink supply path 15 that receives ink through the ink tube 7. The vibration plate 9 is joined to the back surface of the flow path plate 8 to cover the pressure chamber 13 and the ink supply path 15. Piezoelectric element 12
Is the pressure chamber 13 on the vibration plate 9 with the lower electrode 11 facing downward.
It is joined to the position opposite to. The conventional manufacturing method of the inkjet head 1 is as follows.

【0006】流路板に圧力室等を形成する方法として
は、ステンレス,ガラス等の基板にエッチングで溝を彫
り作製する方法が用いられている。そして、このように
エッチングで形成された流路板8をステンレス等で形成
された振動板9と重ね、拡散接合等の手法によって接合
する。さらに、ノズル面をラップしてノズル面の平滑性
を確保する。
As a method of forming a pressure chamber or the like on the flow path plate, a method of engraving grooves by etching on a substrate such as stainless steel or glass is used. Then, the flow path plate 8 thus formed by etching is overlapped with the vibration plate 9 made of stainless steel or the like, and bonded by a method such as diffusion bonding. Furthermore, the nozzle surface is wrapped to ensure the smoothness of the nozzle surface.

【0007】次に、圧力室に圧力を発生する駆動部とし
て、振動板9の上面の圧力室13に対向する部分に圧電
素子12を接着剤で接合する。圧電素子12への電圧印
加のための信号線は、半田付けまたは電極圧着等の手法
により接続する。
Next, the piezoelectric element 12 is bonded to the portion of the upper surface of the vibrating plate 9 facing the pressure chamber 13 with an adhesive as a drive unit for generating pressure in the pressure chamber. The signal line for applying a voltage to the piezoelectric element 12 is connected by a technique such as soldering or electrode crimping.

【0008】このインクジェットヘッド1による印字は
次の手順で行われる。すなわち、印字に際しては、前述
したようにプラテンに沿って移動するインクジェットヘ
ッド1の所定の圧電素子12に所定時機に電圧を所定時
間印加する。これにより、圧電素子12が幅方向に収縮
し、その結果、振動板9が圧力室13側に撓む。
Printing by the ink jet head 1 is performed in the following procedure. That is, upon printing, a voltage is applied for a predetermined time to a predetermined piezoelectric element 12 of the inkjet head 1 that moves along the platen as described above. As a result, the piezoelectric element 12 contracts in the width direction, and as a result, the diaphragm 9 bends toward the pressure chamber 13.

【0009】この撓みによって、圧力室内部に圧力が発
生し、ノズル14から粒子が噴射される。この場合の粒
子の速度としては、通常3〜10m/sが必要で、その
ために必要な印加電圧は、40〜100Vである。
Due to this bending, pressure is generated inside the pressure chamber, and the particles are ejected from the nozzle 14. The particle velocity in this case is usually 3 to 10 m / s, and the applied voltage required therefor is 40 to 100V.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来
は、振動板上への圧電素子の取り付けを接着剤による接
着で行っていた。そのため、製造コストが高く、かつ圧
電素子と振動板の間に接着層が介在するため粒子化の効
率が低いという問題があった。また、従来の方法では、
取り扱いの問題から、圧電素子の厚みや寸法に制限があ
り、粒子化効率を上げるために必要な厚みや寸法を自由
に選択することができないという問題もあった。
As described above, conventionally, the piezoelectric element is mounted on the diaphragm by bonding with an adhesive. Therefore, there is a problem that the manufacturing cost is high and the efficiency of particle formation is low because the adhesive layer is interposed between the piezoelectric element and the vibration plate. Moreover, in the conventional method,
Due to handling problems, there are limitations on the thickness and dimensions of the piezoelectric element, and there is also the problem that the thickness and dimensions required to increase the particle formation efficiency cannot be freely selected.

【0011】さらに、従来の方法では、複数のノズルを
持つマルチノズルヘッドの場合、圧電素子の数が24〜
64個に及び、これらの圧電素子を1つずつ接着する必
要があるために、製造コスト及び歩留まりが悪く、かつ
各ノズル間の特性のばらつきが大きい等の問題があっ
た。
Furthermore, in the conventional method, in the case of a multi-nozzle head having a plurality of nozzles, the number of piezoelectric elements is 24 to 24.
Since 64 piezoelectric elements need to be bonded one by one, the manufacturing cost and yield are poor, and there are problems such as large variations in characteristics between nozzles.

【0012】本発明は、振動板と圧電素子の間に存在す
る接着層の影響による各種問題点を解決することのでき
るインクジェットヘッドの製造方法を提供することを目
的としている。
It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing an ink jet head which can solve various problems due to the influence of an adhesive layer existing between a vibration plate and a piezoelectric element.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、1つ以上のノズル,該ノズルが連絡す
る圧力室,及び該圧力室にインクを供給するインク通路
を有する流路板と、該流路板上に前記圧力室,前記イン
ク供給路を覆って接合されたSi系材料の振動板と、表
面及び裏面に上部電極及び下部電極を備え前記振動板に
該下部電極を介し取り付けられた電気機械変換素子と、
を有するインクジェットヘッドの製造方法において、前
記下部電極を厚さ0.5〜20μmのペースト状材料の
印刷により形成し、その後その上に形成される電気機械
変換素子,上部電極の内の電気機械変換素子を、ペース
ト状材料を印刷した後圧電効果を得るのに適した温度で
焼成することにより形成したことを特徴とする構成(第
1の構成)とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides a flow channel plate having one or more nozzles, a pressure chamber communicating with the nozzle, and an ink passage for supplying ink to the pressure chamber. And a vibration plate made of a Si-based material bonded on the flow path plate so as to cover the pressure chamber and the ink supply path, an upper electrode and a lower electrode on the front and back surfaces, and the lower electrode on the vibration plate. An attached electromechanical conversion element,
In the method of manufacturing an ink jet head having the above-mentioned, the lower electrode is formed by printing a paste-like material having a thickness of 0.5 to 20 μm, and then an electromechanical conversion element of the electromechanical conversion element and the upper electrode formed thereon is formed. A constitution (first constitution) is characterized in that the element is formed by printing a paste-like material and then firing it at a temperature suitable for obtaining a piezoelectric effect.

【0014】また、上記第1の構成のインクジェットヘ
ッドにおいて、下部電極の表面粗さが、該下部電極の厚
み以下であることを特徴とする構成(第2の構成)とす
る。
In the ink jet head having the first structure, the surface roughness of the lower electrode is equal to or less than the thickness of the lower electrode (second structure).

【0015】また、上記第1の構成または第2の構成の
インクジェットヘッドの製造方法において、下部電極
が、第1の下部電極を印刷,乾燥した後、第2の下部電
極を印刷,焼成することにより得られる2層の重ね合わ
せで形成されることを特徴とする構成(第3の構成)と
する。
In the method of manufacturing an ink jet head having the above-mentioned first structure or second structure, the lower electrode is printed and dried on the first lower electrode, and then the second lower electrode is printed and baked. It is configured to be formed by superimposing two layers obtained by (3rd configuration).

【0016】[0016]

【作用】Si系振動板上への電気機械変換素子の形成は
印刷により行うため、低コストで容易に形成できる。ま
た、厚み,寸法,形状も所望のものを高い信頼性で形成
することができ、振動板の厚さに適した厚みの圧電素子
層を実現できるので、粒子化効率が高く低駆動電圧のイ
ンクジェットヘッドを実現できる。さらに、振動板と電
極,電極と電気機械変換素子は印刷,焼成により直接接
合されて従来のような接着層がなくなるため、粒子化効
率は一層向上する。
Since the electromechanical conversion element is formed on the Si-based diaphragm by printing, it can be easily formed at low cost. Further, the desired thickness, size, and shape can be formed with high reliability, and a piezoelectric element layer having a thickness suitable for the thickness of the diaphragm can be realized. The head can be realized. Further, the vibrating plate and the electrode, and the electrode and the electromechanical conversion element are directly joined by printing and firing, and the conventional adhesive layer is eliminated.

【0017】下部電極が薄い場合、または下部電極の表
面粗さが粗い場合は、圧電素子層の中の酸化鉛の成分が
Siの振動板側へ移動し、Si表面で鉛ガラス化して圧
電素子の特性確保上問題となる。下部電極の表面粗さを
その厚み以下とすることにより、圧電素子の結晶性を確
保できた。また、下部電極の厚みを0.5〜20μmと
すると、駆動電圧を効果的に低減できる。
If the lower electrode is thin, or if the surface roughness of the lower electrode is rough, the lead oxide component in the piezoelectric element layer moves to the Si diaphragm side, and becomes a vitrified lead on the Si surface to form the piezoelectric element. Will be a problem in securing the characteristics. By setting the surface roughness of the lower electrode to be equal to or less than its thickness, the crystallinity of the piezoelectric element could be secured. Further, when the thickness of the lower electrode is 0.5 to 20 μm, the driving voltage can be effectively reduced.

【0018】[0018]

【実施例】以下、図1乃至図6に関連して本発明の実施
例を説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0019】具体的な実施例の説明に先立って、まず本
発明の概要を説明する。本発明では、下部電極を厚さ
0.5〜20μmのペースト状材料の印刷により形成
し、その後その上に形成される電気機械変換素子,上部
電極の内の電気機械変換素子を、ペースト状材料を印刷
した後圧電効果を得るのに適した温度で焼成することに
より形成する。
Prior to the description of specific embodiments, the outline of the present invention will be described first. In the present invention, the lower electrode is formed by printing a paste material having a thickness of 0.5 to 20 μm, and the electromechanical conversion element and the electromechanical conversion element of the upper electrode formed on the lower electrode are formed by the paste material. Is printed and then baked at a temperature suitable for obtaining a piezoelectric effect.

【0020】この印刷法としては、印刷に必要なバイン
ダを含む上記ペースト状材料を、スクリーン印刷で塗布
するか、あるいはディスペンサにより塗布する方法があ
る。他に凸版,凹版を利用する方法もある。図1は本発
明の印刷法の原理説明図で、スクリーン印刷により、振
動板101上に下部電極102,電気機械変換素子であ
る圧電素子103,及び上部電極104を形成する手順
を示している。
As this printing method, there is a method of applying the above-mentioned paste material containing a binder necessary for printing by screen printing or applying with a dispenser. Another method is to use letterpress and intaglio. FIG. 1 is an explanatory view of the principle of the printing method of the present invention, showing a procedure of forming a lower electrode 102, a piezoelectric element 103 which is an electromechanical conversion element, and an upper electrode 104 on a vibration plate 101 by screen printing.

【0021】図1(A)は振動板101上に下部電極1
02を形成した状態を、図1(B)はその上に圧電素子
103を形成した状態を、図1(C)はさらにその上に
上部電極104を形成した状態を、それぞれ示してい
る。また、図1(D)は、印刷版105,スキージ10
6を用いたペースト状材料塗布工程を示している。
FIG. 1A shows a lower electrode 1 on a vibrating plate 101.
02 shows a state in which the piezoelectric element 103 is formed thereon, and FIG. 1C shows a state in which the upper electrode 104 is further formed thereon. In addition, FIG. 1D shows the printing plate 105 and the squeegee 10.
6 shows a paste-like material application process using No. 6.

【0022】電極及び圧電素子層は、その後高温の加熱
により焼成されるが、これにより、圧電素子層は、内部
結晶の構造が圧電性を持つペロブスカイト構造となり、
また、振動板側の下部電極は、電極としての働きと、圧
電素子層と振動板を接合する働きを持たせることができ
る。
The electrode and the piezoelectric element layer are then fired by heating at a high temperature, whereby the piezoelectric element layer becomes a perovskite structure having a piezoelectric internal crystal structure,
Further, the lower electrode on the side of the vibration plate can have a function as an electrode and a function of joining the piezoelectric element layer and the vibration plate.

【0023】スクリーン印刷法では、圧電素子として必
要な形状に対応した印刷板105を作り、該印刷板10
5を振動板101上に重ねてペースト状材料を印刷,焼
成する。また、電極も同様の方法により、下部電極,上
部電極ともに形成することができる。圧電材料として
は、チタン酸バリューム系セラミック,PZT(ジルコ
ンチタン酸鉛)をはじめとして、この系にさらにペロブ
スカイト構造の化合物を加えたPMN−PT,PNN−
PTPZ等の材料も使用できる。電極の材料はAg,P
t等の金属材料が適している。
In the screen printing method, a printing plate 105 having a shape required as a piezoelectric element is formed, and the printing plate 10 is formed.
5 is overlaid on the vibration plate 101, and a paste-like material is printed and fired. Further, the electrodes can be formed by the same method for both the lower electrode and the upper electrode. Piezoelectric materials include PMN-PT, PNN-, which is a titanate value-based ceramic, PZT (lead zirconate titanate), and a compound having a perovskite structure added to this system.
Materials such as PTPZ can also be used. The electrode material is Ag, P
A metal material such as t is suitable.

【0024】このように、本方法では、振動板の上に電
極と圧電層を直接印刷により形成するため、製造性が優
れ、厚み,寸法,形状も所望のものを高い信頼性で形成
することができる。また、印刷板の厚みを制御すること
により形成する圧電素子層の厚みを2〜200μmの範
囲で自由に設定することができるので、振動板の厚さに
適した圧電素子層を得ることができる。従って、高い粒
子化効率で且つ低駆動電圧で粒子をノズルから噴射する
ことができる。
As described above, according to this method, since the electrodes and the piezoelectric layer are directly formed on the diaphragm, the manufacturability is excellent, and the desired thickness, size, and shape can be formed with high reliability. You can Moreover, since the thickness of the piezoelectric element layer formed by controlling the thickness of the printing plate can be freely set within the range of 2 to 200 μm, a piezoelectric element layer suitable for the thickness of the diaphragm can be obtained. . Therefore, particles can be ejected from the nozzle with high particle formation efficiency and low driving voltage.

【0025】また、振動板と電極,電極と圧電素子は印
刷,焼成により直接接合されるため、従来のような接着
層はなくなり、粒子化効率はより一層向上する。
Further, since the vibrating plate and the electrode and the electrode and the piezoelectric element are directly joined by printing and firing, the conventional adhesive layer is eliminated, and the particle formation efficiency is further improved.

【0026】スクリーン印刷により圧電素子を形成する
場合、良好に形成できる圧電層の厚さは、5〜100μ
mの範囲が最も適している。また、Siの振動板上に圧
電素子層を形成する場合、下部電極が薄いと、圧電素子
の結晶性が悪く所望の特性が得られないので下部電極の
厚み等を適切に設定する必要がある。
When the piezoelectric element is formed by screen printing, the thickness of the piezoelectric layer that can be favorably formed is 5 to 100 μm.
The range of m is most suitable. Further, when the piezoelectric element layer is formed on the Si vibration plate, if the lower electrode is thin, the crystallinity of the piezoelectric element is poor and desired characteristics cannot be obtained. Therefore, it is necessary to set the thickness of the lower electrode appropriately. .

【0027】次に本発明の各種実施例を説明する。Next, various embodiments of the present invention will be described.

【0028】図2乃至図4に第1の実施例を示す。2 to 4 show a first embodiment.

【0029】図2は本例のインクジェットヘッドの製造
工程説明図で、ヘッド完成状態を示す図2(C)に示す
ように、インクジェットヘッド20は、従来と同様に圧
力室22,ノズル23,インク供給路24を備えた流路
板21と、該流路板21上に圧力室22,ノズル23,
インク供給路24を覆って接合されたSiの振動板25
と、表面及び裏面に上部電極27及び下部電極28を備
え振動板25上の圧力室22と対向する位置に取り付け
られた圧電素子(電気機械変換素子)26とで構成され
ている。
FIG. 2 is an explanatory view of the manufacturing process of the ink jet head of this embodiment. As shown in FIG. 2 (C) showing the head completed state, the ink jet head 20 has a pressure chamber 22, nozzles 23 and inks as in the conventional case. A flow path plate 21 provided with a supply path 24, a pressure chamber 22, a nozzle 23, and
Si vibrating plate 25 bonded to cover the ink supply path 24
And a piezoelectric element (electromechanical conversion element) 26 provided with an upper electrode 27 and a lower electrode 28 on the front surface and the back surface and attached at a position facing the pressure chamber 22 on the vibration plate 25.

【0030】ノズル23の出口の大きさは、幅50μ
m,深さ30μmで、圧力室22の大きさは1×2mm
である。流路板21と振動板25の接合は接着剤により
行っている。振動板25上への下部電極28,圧電素子
26,上部電極27の形成は次の手順で行われる。
The size of the outlet of the nozzle 23 is 50 μm in width.
m, depth 30 μm, size of pressure chamber 22 is 1 × 2 mm
Is. The flow path plate 21 and the diaphragm 25 are joined by an adhesive. The lower electrode 28, the piezoelectric element 26, and the upper electrode 27 are formed on the vibrating plate 25 by the following procedure.

【0031】振動板25上に1×2mmの開口メッシュ
を持つ印刷板を重ね、Agを主成分とする電極材料を有
機樹脂バインダと有機溶媒に混合して粘度2000cP
に調整したペーストをスキージにより厚さ5μmで印刷
し、表面粗さPmax が小さくなるように常温で10分間
放置した。これにより、図2(A)に示すように下部電
極28が形成される。
A vibrating plate 25 is overlaid with a printing plate having an opening mesh of 1 × 2 mm, and an electrode material containing Ag as a main component is mixed with an organic resin binder and an organic solvent to have a viscosity of 2000 cP.
The paste prepared in step 1 was printed with a squeegee to a thickness of 5 μm and left at room temperature for 10 minutes to reduce the surface roughness P max . As a result, the lower electrode 28 is formed as shown in FIG.

【0032】さらに、その上に、同じ形状の印刷板を用
いて圧電材料を含むペーストを厚さ50μmで印刷し
て、図2(B)に示すように圧電素子26が形成され
る。圧電材料は、PZTを粉末化に有機樹脂バインダを
混合して粘度を3000cPに調整したものを用いた。
さらにこの上に、下部電極と同じ材料を3μm印刷して
乾燥,処理して図2(C)に示すインクジェットヘッド
20が形成される。図3はこれらの処理を示すブロック
図である。
Further, a paste containing a piezoelectric material is printed thereon with a thickness of 50 μm using a printing plate of the same shape to form a piezoelectric element 26 as shown in FIG. 2 (B). The piezoelectric material used was one in which PZT was powdered and mixed with an organic resin binder to adjust the viscosity to 3000 cP.
Further, the same material as the lower electrode is printed thereon by 3 μm, dried and processed to form the inkjet head 20 shown in FIG. 2C. FIG. 3 is a block diagram showing these processes.

【0033】このようにして試作されたヘッド全体を、
100℃の加熱炉で10分間加熱し、さらに1000℃
の加熱炉で1時間焼成して得られた圧電素子の結晶性を
XRDで評価した結果、97%のペロブスカイトが得ら
れた。図4にこの結果を従来と比較して示している。図
4(A)は従来法の場合を示し、図4(B)は本発明の
場合を示している。
The entire head manufactured in this way is
Heat in a heating furnace at 100 ° C for 10 minutes, then 1000 ° C
The crystallinity of the piezoelectric element obtained by firing for 1 hour in the above heating furnace was evaluated by XRD, and as a result, 97% of perovskite was obtained. FIG. 4 shows this result in comparison with the conventional one. FIG. 4 (A) shows the case of the conventional method, and FIG. 4 (B) shows the case of the present invention.

【0034】この試作ヘッドにインクを注入し、電極に
50Vの電圧を印加した結果、ノズルから7m/sの速
度でインクを安定に噴射することができた。比較のため
に、下部電極の厚さが0.4μmのものに同様の圧電素
子を形成したところ、結晶性は20%以下であり、特性
を得るために必要な駆動電圧は250V以上であった。
As a result of injecting ink into this prototype head and applying a voltage of 50 V to the electrodes, it was possible to stably eject the ink from the nozzle at a speed of 7 m / s. For comparison, when a similar piezoelectric element was formed with a lower electrode having a thickness of 0.4 μm, the crystallinity was 20% or less, and the driving voltage required to obtain the characteristics was 250V or more. .

【0035】図5に第2の実施例を示す。FIG. 5 shows a second embodiment.

【0036】本例では、図5に示すように、Si振動板
31の上に、下部電極材料のAg,Pd混合材料を、厚
さ4μmに印刷,乾燥して第1の下部電極32を形成
し、さらに厚さ4μmの第2の下部電極33を印刷,乾
燥により形成して下部電極を形成した。この下部電極上
にPNN−PTPZを20μmの厚さにスクリーン印刷
法で印刷して圧電素子(電気機械変換素子)34を形成
した。
In this example, as shown in FIG. 5, the first lower electrode 32 is formed on the Si vibration plate 31 by printing the Ag / Pd mixed material of the lower electrode material to a thickness of 4 μm and drying it. Then, a second lower electrode 33 having a thickness of 4 μm was formed by printing and drying to form a lower electrode. PNN-PTPZ was printed on the lower electrode to a thickness of 20 μm by a screen printing method to form a piezoelectric element (electromechanical conversion element) 34.

【0037】このヘッドを100℃で10分加熱し、さ
らに900℃で1時間焼成した。その後、圧電素子34
の表面にアルミニウムの上部電極35をスパッタ法によ
り形成した。このようにして構成された圧電素子の結晶
性をXRDで評価した結果、98%の結晶性が得られ
た。また、ヘッドの特性を調べたところ、60Vで粒子
速度7m/sが得られた。
This head was heated at 100 ° C. for 10 minutes and then baked at 900 ° C. for 1 hour. Then, the piezoelectric element 34
An upper electrode 35 of aluminum was formed on the surface of by using a sputtering method. As a result of evaluating the crystallinity of the piezoelectric element thus constituted by XRD, a crystallinity of 98% was obtained. When the characteristics of the head were examined, a particle velocity of 7 m / s was obtained at 60V.

【0038】図6に第3の実施例を示す。FIG. 6 shows a third embodiment.

【0039】図6は本例のインクジェットヘッドの構造
説明図で、図6(A)は圧電素子側から見た正面図、図
6(B)は側面図である。このインクジェットヘッド4
0は、複数のノズル41を持つノズル板42と、各ノズ
ル41に対する圧力室43,インク供給路(図示省略)
が形成された流路板44と、Si材料から成る振動板4
5と、を備え、振動板45上には、各圧力室43に対応
する圧電素子(電気機械変換素子)46が印刷によって
形成されている。
6A and 6B are structural explanatory views of the ink jet head of this example, FIG. 6A is a front view seen from the piezoelectric element side, and FIG. 6B is a side view. This inkjet head 4
Reference numeral 0 denotes a nozzle plate 42 having a plurality of nozzles 41, a pressure chamber 43 for each nozzle 41, and an ink supply path (not shown).
Flow path plate 44 in which the diaphragm is formed, and diaphragm 4 made of Si material
5, piezoelectric elements (electromechanical conversion elements) 46 corresponding to the pressure chambers 43 are formed on the vibration plate 45 by printing.

【0040】ノズル41の数は64で、これに対応する
圧力室43も同数配列されている。圧力室43の1個の
サイズは0.5×1.0mmである。圧電素子形成に際
しては、まず振動板45の上に、64個の圧力室全体に
対応するような開口メッシュを持つスクリーン印刷板を
用い、Ag,Pdを主成分とする電極材料を有機樹脂バ
インダと有機溶媒に混合し、粘度を2000cPに整調
したペーストを、スキージにより、厚さ5μmに印刷し
て下部電極47を形成した。
The number of nozzles 41 is 64, and the corresponding number of pressure chambers 43 are also arranged. The size of one of the pressure chambers 43 is 0.5 × 1.0 mm. In forming the piezoelectric element, first, a screen printing plate having an opening mesh corresponding to the entire 64 pressure chambers is used on the vibrating plate 45, and an electrode material containing Ag and Pd as a main component is combined with an organic resin binder. A paste adjusted to a viscosity of 2000 cP mixed with an organic solvent was printed with a squeegee to a thickness of 5 μm to form a lower electrode 47.

【0041】そして、表面粗さを放置,乾燥により1μ
m以下とし、さらにこの上に、各圧力室に対応する複数
の開口メッシュを持つ印刷板を用いて圧電素子層を厚さ
40μmで印刷する。さらに、各圧電素子層の上に下部
電極と同様の電極材料を厚さ3μmで印刷した。このよ
うに製作したヘッドを、100℃で10分加熱し、さら
に1000℃で2時間焼成した。この圧電素子の結晶性
を評価した結果、97%の結晶性が得られた。
Then, the surface roughness is left to stand and dried to 1 μm.
Then, the piezoelectric element layer is printed with a thickness of 40 μm using a printing plate having a plurality of opening meshes corresponding to the pressure chambers. Further, an electrode material similar to the lower electrode was printed on each piezoelectric element layer with a thickness of 3 μm. The head manufactured in this manner was heated at 100 ° C. for 10 minutes and then baked at 1000 ° C. for 2 hours. As a result of evaluating the crystallinity of this piezoelectric element, a crystallinity of 97% was obtained.

【0042】このヘッドにインクを注入し、それぞれの
電極に電圧パルスを印加した結果、駆動電圧40Vで各
ノズル41から平均7m/sの速度でインク粒子が噴射
された。各ノズルの粒子速度のばらつきは±10%以下
であった。
As a result of injecting ink into this head and applying a voltage pulse to each electrode, ink particles were ejected from each nozzle 41 at an average speed of 7 m / s at a drive voltage of 40V. The variation in particle velocity of each nozzle was ± 10% or less.

【0043】比較のために従来法により、サイズ0.5
×1mm,厚さ100μmの圧電素子を1つずつエポキ
シ系接着剤で接着してヘッドを製作し、ヘッドの特性を
調査した結果、駆動電圧150Vという高い電圧で全ノ
ズルの平均として粒子速度7m/sが得られた。また、
各ノズルの速度のばらつきは±30%以上であった。
For comparison, according to the conventional method, a size of 0.5 is used.
A head was manufactured by adhering piezoelectric elements each having a size of × 1 mm and a thickness of 100 μm one by one with an epoxy adhesive, and as a result of investigating the characteristics of the head, a high driving voltage of 150 V resulted in an average particle velocity of 7 m s was obtained. Also,
The variation in the speed of each nozzle was ± 30% or more.

【0044】また、下部電極の厚さを25μm以上とし
た場合は97%以上の結晶性が得られるが、圧電素子の
変位を振動板に伝えにくくなるために、粒子化効率が低
下し、必要駆動電圧が高くなるという問題があった。検
討の結果、下部電極の厚みは0.5〜20μmが適して
いることが分った。さらに、下部電極の表面粗さは下部
電極の厚み以下にすることが必要である。
Further, when the thickness of the lower electrode is 25 μm or more, 97% or more of crystallinity can be obtained, but since it becomes difficult to transmit the displacement of the piezoelectric element to the vibration plate, the efficiency of particle formation is lowered, which is necessary. There is a problem that the driving voltage becomes high. As a result of examination, it was found that the lower electrode thickness is preferably 0.5 to 20 μm. Further, the surface roughness of the lower electrode needs to be equal to or less than the thickness of the lower electrode.

【0045】[0045]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、S
i振動板の上に良好な圧電素子を容易に形成することが
できるため、製造性が優れた低コストのインクジェット
ヘッドを提供することができる。また、厚み,寸法,形
状も所望のものを高い信頼性で形成することができ、振
動板の厚さに適した厚みの圧電素子を形成できるので、
粒子化効率が高く駆動電圧の低いインクジェットヘッド
を実現できる。
As described above, according to the present invention, S
Since a good piezoelectric element can be easily formed on the i diaphragm, a low-cost inkjet head with excellent manufacturability can be provided. Further, the desired thickness, size, and shape can be formed with high reliability, and a piezoelectric element having a thickness suitable for the thickness of the diaphragm can be formed.
It is possible to realize an inkjet head having high particle formation efficiency and low driving voltage.

【0046】さらに、振動板と電極,電極と圧電素子は
印刷,焼成により直接接合されるため、従来のような接
着層がなく、さらに粒子化の効率が高いインクジェット
ヘッドを提供することができる。また、下部電極の厚み
を0.5〜20μmとすると駆動電圧を効果的に低減で
き、さらに下部電極の表面粗さをその厚み以下とする
と、圧電素子の結晶性確保上効果的である。
Further, since the vibrating plate and the electrode and the electrode and the piezoelectric element are directly joined by printing and firing, there can be provided an ink jet head which does not have an adhesive layer as in the prior art and which has a high particle formation efficiency. Further, when the thickness of the lower electrode is 0.5 to 20 μm, the driving voltage can be effectively reduced, and when the surface roughness of the lower electrode is equal to or less than that thickness, it is effective in securing the crystallinity of the piezoelectric element.

【0047】また、上記説明では、振動板の材料として
Siを用いた場合について述べたが、Si以外の材料で
圧電材料と接触することにより圧電材料中の成分が移動
するような材料であるガラス,SiO2 膜等についても
同様に効果があることは言及するまでもない。
In the above description, the case where Si is used as the material of the vibrating plate has been described, but a material other than Si that moves the components in the piezoelectric material by contact with the piezoelectric material, such as glass. , that there are equally effective also SiO 2 film or the like is not even mentioned.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の印刷法の原理説明図で、図1(A)は
下部電極形成状態を、図1(B)は圧電素子形成状態
を、図1(C)は上部電極形成状態を、図1(D)は印
刷要領を、それぞれ示している。
1A and 1B are explanatory views of the principle of the printing method of the present invention. FIG. 1A shows a lower electrode formation state, FIG. 1B shows a piezoelectric element formation state, and FIG. 1C shows an upper electrode formation state. 1D shows the printing procedure.

【図2】本発明の第1の実施例のインクジェットヘッド
の製造工程説明図で、図2(A)は下部電極形成状態
を、図2(B)は圧電素子の形成状態を、図2(C)は
ヘッド完成状態を、それぞれ示している。
2A and 2B are explanatory views of the manufacturing process of the inkjet head according to the first embodiment of the present invention, in which FIG. 2A shows a lower electrode formation state, FIG. 2B shows a piezoelectric element formation state, and FIG. C) shows the completed state of each head.

【図3】本発明の第1の実施例のインクジェットヘッド
の処理ブロック図である。
FIG. 3 is a processing block diagram of the inkjet head according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1の実施例の圧電素子の結晶性説明
図で、図4(A)は従来のものを、図4(B)は本発明
のものを、それぞれ示している。
4A and 4B are explanatory diagrams of crystallinity of the piezoelectric element according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4A shows the conventional one and FIG. 4B shows the present invention.

【図5】本発明の第2の実施例のインクジェットヘッド
の構造説明図である。
FIG. 5 is a structural explanatory view of an inkjet head according to a second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第3の実施例のインクジェットヘッド
の構造説明図で、図6(A)は正面図、図6(B)は側
面図である。
6A and 6B are structural explanatory views of an ink jet head of a third embodiment of the present invention, FIG. 6A is a front view and FIG. 6B is a side view.

【図7】インクジェットプリンタの構造概要を示す側面
図である。
FIG. 7 is a side view showing an outline of the structure of an inkjet printer.

【図8】図7のインクジェットヘッドの構造詳細を示す
側面図である。
8 is a side view showing the details of the structure of the inkjet head of FIG. 7. FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

20,40 インクジェットヘッド 21,44 流路板 22,43 圧力室 23,41 ノズル 24 インク供給路 25,45,101 振動板 26,34,46,103 圧電素子(電気機械変換
素子) 27,35,104 上部電極 28,47,102 下部電極 32 第1の下部電極 33 第2の下部電極
20, 40 Inkjet head 21, 44 Flow path plate 22, 43 Pressure chamber 23, 41 Nozzle 24 Ink supply path 25, 45, 101 Vibration plate 26, 34, 46, 103 Piezoelectric element (electromechanical conversion element) 27, 35, 104 upper electrode 28, 47, 102 lower electrode 32 first lower electrode 33 second lower electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北川 博紀 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 三宅 裕子 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Hiroki Kitagawa, 1015 Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa, Fujitsu Limited Fujitsu Limited (72) Yuko Miyake 1015, Kamedota, Nakahara-ku, Kawasaki, Kanagawa Prefecture, Fujitsu Limited

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 1個以上のノズル,該ノズルが連絡する
圧力室,及び該圧力室にインクを供給するインク供給路
を有する流路板と、 前記流路板上に前記圧力室,前記インク供給路を覆って
接合されたSi系材料の振動板と、 表面及び裏面に上部電極及び下部電極を備え、前記振動
板上に該下部電極を介し取り付けられた電気機械変換素
子と、を有するインクジェットヘッドの製造方法におい
て、 前記下部電極を厚さ0.5〜20μmのペースト状材料
の印刷により形成し、その後その上に形成される電気機
械変換素子,上部電極の内の電気機械変換素子を、ペー
スト状材料を印刷した後圧電効果を得るのに適した温度
で焼成することにより形成したことを特徴とするインク
ジェットヘッドの製造方法。
1. A flow channel plate having one or more nozzles, a pressure chamber communicating with the nozzle, and an ink supply path for supplying ink to the pressure chamber, and the pressure chamber and the ink on the flow channel plate. An ink jet having a vibration plate made of a Si-based material bonded to cover a supply path, and an electromechanical conversion element having an upper electrode and a lower electrode on a front surface and a back surface and attached on the vibration plate via the lower electrode. In the method of manufacturing a head, the lower electrode is formed by printing a paste-like material having a thickness of 0.5 to 20 μm, and an electromechanical conversion element formed on the lower electrode and an electromechanical conversion element of the upper electrode are A method for manufacturing an inkjet head, which is formed by printing a paste-like material and then firing it at a temperature suitable for obtaining a piezoelectric effect.
【請求項2】 下部電極の表面粗さが、該下部電極の厚
み以下であることを特徴とする請求項1記載のインクジ
ェットヘッドの製造方法。
2. The method for manufacturing an inkjet head according to claim 1, wherein the surface roughness of the lower electrode is not more than the thickness of the lower electrode.
【請求項3】 下部電極が、第1の下部電極を印刷,乾
燥した後、第2の下部電極を印刷,焼成することにより
得られる2層の重ね合わせで形成されることを特徴とす
る請求項1または請求項2記載のインクジェットヘッド
の製造方法。
3. The lower electrode is formed by superposing two layers obtained by printing and drying the first lower electrode and then printing and firing the second lower electrode. The method for manufacturing an inkjet head according to claim 1 or 2.
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