JPH10211705A - Electromechanical transducing element, production thereof, and ink jet head - Google Patents

Electromechanical transducing element, production thereof, and ink jet head

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JPH10211705A
JPH10211705A JP1654397A JP1654397A JPH10211705A JP H10211705 A JPH10211705 A JP H10211705A JP 1654397 A JP1654397 A JP 1654397A JP 1654397 A JP1654397 A JP 1654397A JP H10211705 A JPH10211705 A JP H10211705A
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JP
Japan
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electromechanical
electromechanical conversion
conversion element
granular
manufacturing
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JP1654397A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoichiro Miyaguchi
耀一郎 宮口
Masanori Horiie
正紀 堀家
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable low temp. baking by mixing a granular electromechanical transducing material preliminarily granulated so as to have a desired particle size with sol and gel-like metal alkoide. SOLUTION: An electromechanical transducing material is primarily baked to obtain single crystals of the granular electromechanical transducing material and, after the single crystals are ground, one kind of a metal alkoxide compd. is dispersed in a gelled solvent or a plurality of metal alkoxide compds. are mixed to be dispersed therein and a sol and gel mixture containing a granular piezoelectric material is dehydrated and dried and an org. binder is added to this mixture to adjust the viscosity thereof to adjust the mixture to proper viscosity. This mixture is molded into an objective shape by using a screen printing method or a green sheet method and this molded mixture is sintered at 300-900 deg.C (baked at low temp) to obtain an electromechanical transducing element.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は電気機械変換素子及
びその製造方法並びにインクジェットヘッドに関する。
The present invention relates to an electromechanical transducer, a method for manufacturing the same, and an ink jet head.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、電気信号を機械的変位に変換し、
或いは機械的変位を電気信号に変換する電気機械変換素
子は、インクジェットヘッドのアクチュエータ素子や、
モータ、コンデンサ、メモリ、マイクロホン、スピーカ
ー等の発音体、或いは加速度センサ、圧力センサ、振動
センサ、角速度センサ等の各種センサ、その他振動体、
発振体などの多くの用途に用いられている。なお、本明
細書において、機械的変位とは、変位、応力、振動等を
含む意味で用いる。
2. Description of the Related Art Conventionally, an electric signal is converted into a mechanical displacement,
Alternatively, an electromechanical transducer that converts mechanical displacement into an electric signal is an actuator element of an inkjet head,
Sound generators such as motors, capacitors, memories, microphones and speakers, or various sensors such as acceleration sensors, pressure sensors, vibration sensors, angular velocity sensors, and other vibration bodies,
It is used for many applications such as oscillators. In this specification, mechanical displacement is used to include displacement, stress, vibration, and the like.

【0003】このような電気機械変換素子を用いたイン
クジェットヘッドとしては、例えば、インク滴を吐出す
る複数の吐出口(ノズル)と、ノズルが連通するインク
液室と、インク液室の壁面の一部を変形させる圧電素子
等の電気機械変換素子を備え、この電気機械変換素子を
駆動させることでインク液室内容積を変化させてノズル
からインク滴を吐出させるもの(ピエゾアクチュエータ
方式)が知られている。
[0003] An ink jet head using such an electromechanical transducer includes, for example, a plurality of ejection ports (nozzles) for ejecting ink droplets, an ink liquid chamber to which the nozzles communicate, and one wall surface of the ink liquid chamber. An electromechanical transducer such as a piezoelectric element that deforms a portion is provided, and by driving the electromechanical transducer, the volume of the ink liquid chamber is changed to eject ink droplets from a nozzle (piezo actuator type). I have.

【0004】そして、このインクジェットヘッドを用い
るインクジェット記録装置としては、インクジェットヘ
ッドをキャリッジに搭載して、キャリッジを主走査方向
に走査しながら受像材を副走査方向に搬送して所要の記
録を行うシリアルスキャン型記録装置、或いは複数のノ
ズルを主走査方向に列設して例えばA4横幅相当の長さ
を有するライン型インクジェットヘッドを用いたライン
型記録装置がある。このインクジェット記録装置は、カ
ラー化が容易であることなどから、プリンタ、ファクシ
ミリ、複写機、プロッター等の各種記録装置として汎用
されている。
[0004] As an ink jet recording apparatus using this ink jet head, a serial recording is carried out in which the ink jet head is mounted on a carriage and the carriage is scanned in the main scanning direction and the image receiving material is conveyed in the sub scanning direction to perform required recording. There is a scanning type recording apparatus or a line type recording apparatus using a line type inkjet head having a plurality of nozzles arranged in a row in the main scanning direction and having a length corresponding to, for example, an A4 width. This ink jet recording apparatus is widely used as various recording apparatuses such as a printer, a facsimile, a copying machine, a plotter and the like because of easy colorization.

【0005】ところで、従来の電気機械変換素子として
は、例えば特開平5−29675号公報に記載されてい
るように、薄肉のセラミック基板とこのセラミック基板
上に設けた電極及び圧電/電歪層からなる圧電/電歪作
動部とを備え、この圧電/電歪作動部を膜形成法で形成
すると共に、セラミック基板を酸化イットリウム、酸化
イッテルビウム、酸化セリウム、酸化カルシウム及び酸
化マグネシウムからなる群より選んだ1つの化合物を含
有することで結晶相を安定化した酸化ジルコニウムを主
成分とする材料で形成したものが知られている。
As a conventional electromechanical transducer, a thin ceramic substrate, an electrode provided on the ceramic substrate, and a piezoelectric / electrostrictive layer are disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-29675. A piezoelectric / electrostrictive operating portion, wherein the piezoelectric / electrostrictive operating portion is formed by a film forming method, and the ceramic substrate is selected from the group consisting of yttrium oxide, ytterbium oxide, cerium oxide, calcium oxide and magnesium oxide. There is known a material formed of a material containing zirconium oxide as a main component, in which a crystal phase is stabilized by containing one compound.

【0006】また、このような電気機械変換素子を製造
するには、強誘電体粉末などの原料を秤量して混合、乾
燥した後、850℃〜950℃で一次焼成を行い、これ
を粉砕して乾燥し、バインダーを添加して混合し、コー
ルドプレスを行って所定の製品形状、例えばインクジェ
ットヘッド用圧電素子の形状に成形した後、強誘電体粉
末を単結晶に成長させるために必要な高温度(一般的に
は1100℃〜1450℃)で二次焼成を行うことによ
って、所定形状を有する電気機械変換素子を得るように
している。
In order to manufacture such an electromechanical transducer, a raw material such as a ferroelectric powder is weighed, mixed and dried, and then subjected to primary firing at 850 ° C. to 950 ° C., followed by pulverization. After drying and addition of a binder, mixing and cold pressing are performed to form a predetermined product shape, for example, the shape of a piezoelectric element for an ink jet head, and then the high-pressure necessary for growing the ferroelectric powder into a single crystal is obtained. By performing secondary firing at a temperature (generally 1100 ° C. to 1450 ° C.), an electromechanical transducer having a predetermined shape is obtained.

【0007】或いは、上記特開平5−29675号公報
に記載されているように、圧電/電歪材料のセラミック
粒子を主成分とするペーストやスラリーを用いて酸化シ
ルコニア基板上に膜形成し、これを900℃〜1400
℃で焼成する方法も知られている。なお、インクジェッ
トヘッドとしてマルチノズルヘッドを得る場合には、所
定形状に形成した圧電素子をダイシングソー等でスリッ
ト形成して分割する。
Alternatively, as described in JP-A-5-29675, a film is formed on a zirconia oxide substrate by using a paste or slurry mainly composed of ceramic particles of a piezoelectric / electrostrictive material. From 900 ° C to 1400
A method of firing at ℃ is also known. When a multi-nozzle head is obtained as an ink jet head, a piezoelectric element formed in a predetermined shape is divided by forming a slit using a dicing saw or the like.

【0008】このように高温焼成で電気機械変換素子を
形成することについては、この他、特開平5−2709
12号公報、特開平7−156384号公報、特開平4
−1052号公報、特開平6−218929号公報、特
開平6−206317号公報、特開平6−336012
号公報、特開平6−122197号公報などにも記載さ
れている。
The formation of the electromechanical transducer by firing at a high temperature as described above is disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 5-2709.
12, JP-A-7-156384, JP-A-7-156384
-1052, JP-A-6-218929, JP-A-6-206317, JP-A-6-336012
And JP-A-6-122197.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】このように従来の電気
機械変換素子にあっては、一次焼成粉体を850℃〜1
000℃で焼成し、これをバインダー等を用いて所望の
形状に成形した後、1300℃〜1450℃程度の高温
で二次焼成を行って強誘電体材料の結晶を成長させるた
め、強誘電体材料の結晶が小さく、しかも焼成温度が極
めて高くなり、コストの増大を招いている。
As described above, in the conventional electromechanical transducer, the primary fired powder is heated at 850 ° C. to 1 ° C.
Baked at 000 ° C., formed into a desired shape using a binder or the like, and then subjected to secondary calcination at a high temperature of about 1300 ° C. to 1450 ° C. to grow ferroelectric material crystals. The crystal size of the material is small and the firing temperature is extremely high, resulting in an increase in cost.

【0010】また、従来の電気機械変換素子は焼成温度
が高温であるために、例えばインクジェットヘッドを構
成するために基板上に電気機械変換素子を一体焼成で形
成する場合に、基板自体も高温焼成に耐え得る酸化ジル
コニアなどを使用しなければならず、コストが増大して
いる。そのため電気機械変換素子をアクチュエータ素子
(エネルギー発生手段)として使用するインクジェット
ヘッドを用いるインクジェット記録装置のコストが増加
している。さらに、ライン型インクジェットヘッドを製
造する場合には歩留りが悪く、低コストで、高速記録が
可能なインクジェット記録装置を得ることが困難であ
る。
In addition, since the conventional electromechanical transducer has a high firing temperature, for example, when the electromechanical transducer is integrally formed on a substrate to form an ink jet head, the substrate itself is also fired at a high temperature. Zirconia oxide or the like must be used, which can withstand the temperature, and the cost is increasing. Therefore, the cost of an inkjet recording apparatus using an inkjet head using an electromechanical transducer as an actuator element (energy generating means) is increasing. Furthermore, when manufacturing a line type ink jet head, it is difficult to obtain an ink jet recording apparatus which is low in yield, low in cost, and capable of high speed recording.

【0011】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、低温焼成を可能にすることで、電気機械変換素子
及び電気機械変換素子を用いるインクジェットヘッドの
コストを低減することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above points, and has as its object to reduce the cost of an electromechanical transducer and an inkjet head using the electromechanical transducer by enabling low-temperature firing. .

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項1の電気機械変換素子は、電気信号を機械的
変位に変換し、或いは機械的変位を電気信号に変換する
電気機械変換素子において、この電気機械変換素子は予
め所望の粒径に造粒形成した粒状電気機械変換材料をゾ
ルゲル状の金属アルコキシドに混入して焼成して構成と
した。
According to an aspect of the present invention, there is provided an electromechanical transducer for converting an electric signal into a mechanical displacement or converting a mechanical displacement into an electric signal. In this device, the electromechanical conversion device was formed by mixing a granulated electromechanical conversion material, which was previously granulated to a desired particle size, into a sol-gel-like metal alkoxide and firing it.

【0013】請求項2の電気機械変換素子は、電気信号
を機械的変位に変換し、或いは機械的変位を電気信号に
変換する電気機械変換素子において、この電気機械変換
素子は予め所望の粒径に造粒形成した粒状電気機械変換
材料を有機金属錯体に混入してゾルゲル状にして焼成し
てなる構成とした。
According to a second aspect of the present invention, there is provided an electromechanical transducer for converting an electric signal into a mechanical displacement or converting a mechanical displacement into an electric signal. The granulated electromechanical conversion material was mixed into an organometallic complex, sol-geled, and fired.

【0014】請求項3の電気機械変換素子は、上記請求
項1又は2の電気機械変換素子において、前記粒状電気
機械変換材料の粒径が0.1〜20μmである構成とし
た。
According to a third aspect of the present invention, in the electromechanical conversion element according to the first or second aspect, the granular electromechanical conversion material has a particle size of 0.1 to 20 μm.

【0015】請求項4の電気機械変換素子の製造方法
は、電気信号を機械的変位に変換し、或いは機械的変位
を電気信号に変換する電気機械変換素子の製造方法にお
いて、予め所望の粒径に造粒形成した粒状電気機械変換
材料をゾルゲル状の金属アルコキシドに混入分散した
後、これを900℃を越えない温度で焼成する構成とし
た。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an electromechanical transducer for converting an electric signal into a mechanical displacement or converting a mechanical displacement into an electric signal. After the granulated electromechanical conversion material was mixed and dispersed in a sol-gel-like metal alkoxide, this was fired at a temperature not exceeding 900 ° C.

【0016】請求項5の電気機械変換素子の製造方法
は、電気信号を機械的変位に変換し、或いは機械的変位
を電気信号に変換する電気機械変換素子の製造方法にお
いて、予め所望の粒径に造粒形成した粒状電気機械変換
材料を有機金属錯体に混入し、これをゾルゲル状にして
前記粒状電気機械変換材料の表面に薄膜を形成した後、
これを900℃を越えない温度で焼成する構成とした。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing an electromechanical transducer for converting an electric signal into a mechanical displacement or converting a mechanical displacement into an electric signal. After mixing the granulated electromechanical conversion material obtained by granulation into an organometallic complex, forming this into a sol-gel form and forming a thin film on the surface of the granulated electromechanical conversion material,
This was fired at a temperature not exceeding 900 ° C.

【0017】請求項6の電気機械変換素子の製造方法
は、上記請求項5の電気機械変換素子の製造方法におい
て、前記粒状電気機械変換材料表面に薄膜を形成した
後、余剰のゾルゲルを除去し、次いでこれを900℃を
越えない温度で焼成する構成とした。
According to a sixth aspect of the present invention, in the method for manufacturing an electromechanical conversion element according to the fifth aspect, after forming a thin film on the surface of the granular electromechanical conversion material, excess sol-gel is removed. Then, this was fired at a temperature not exceeding 900 ° C.

【0018】請求項7の電気機械変換素子の製造方法
は、上記請求項4乃至6のいずれかの電気機械変換素子
の製造方法において、前記粒状電気機械変換材料として
粒径が0.1〜20μmのものを用いる構成とした。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an electromechanical conversion element according to any one of the fourth to sixth aspects, wherein the granular electromechanical conversion material has a particle size of 0.1 to 20 μm. Was used.

【0019】請求項8の電気機械変換素子の製造方法
は、上記請求項4乃至7のいずれかの電気機械変換素子
の製造方法において、前記ゾルゲルを界面に有する前記
粒状電気機械変換材料をそのまま又はバインダーを添加
して目的とする形状にパターン化した後焼成する構成と
した。
The method of manufacturing an electromechanical transducer according to claim 8 is the method of manufacturing an electromechanical transducer according to any one of claims 4 to 7, wherein the granular electromechanical conversion material having the sol-gel at the interface is used as it is. A configuration was adopted in which a binder was added to form a pattern into a desired shape, followed by firing.

【0020】請求項9のインクジェットヘッドは、電気
機械変換素子の変位で加圧液室のインクを加圧して吐出
口からインク滴を吐出させるインクジェットヘッドにお
いて、前記加圧液室の壁面を形成しているダイアフラム
部を変形させて前記加圧液室を加圧するための前記電気
機械変換素子を前記請求項8の製造方法によって製造し
た構成とした。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided an ink jet head for pressurizing ink in a pressurized liquid chamber by displacement of an electromechanical transducer to discharge ink droplets from a discharge port. The electromechanical conversion element for deforming the diaphragm portion to pressurize the pressurized liquid chamber is manufactured by the manufacturing method of claim 8.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照して説明する。図1は本発明を適用した電気
機械変換素子の模式的断面図、図2は同電気機械変換素
子を基板上に配設した状態の模式的断面図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic sectional view of an electromechanical transducer to which the present invention is applied, and FIG. 2 is a schematic sectional view of a state where the electromechanical transducer is provided on a substrate.

【0022】この電気機械変換素子1は、予め所望の粒
径に造粒形成した粒状電気機械変換材料2をゾルゲル状
の金属アルコキシドに混入分散して、このゾルゲル状の
金属アルコキシドを粒子間薄膜粒境層3とし、所定の形
状に成形して焼成したものである。この場合、予め所望
の粒径に造粒形成した粒状電気機械変換材料2を有機金
属錯体に混入してph調整等してゾルゲル状にし、この
ゾルゲル状の有機金属錯体から粒状電気機械変換材料2
表面に形成される薄膜を薄膜粒境層3として所定形状に
成形して焼成し形成することもできる。
The electromechanical transducer 1 is obtained by mixing and dispersing a granular electromechanical transducer material 2 which has been granulated to a desired particle size in a sol-gel metal alkoxide, and dispersing the sol-gel metal alkoxide into an interparticle thin film. The boundary layer 3 is formed into a predetermined shape and fired. In this case, the granulated electromechanical conversion material 2 which has been granulated to a desired particle size in advance is mixed with the organometallic complex to adjust the pH and the like to form a sol-gel.
The thin film formed on the surface may be formed into a predetermined shape as the thin film grain boundary layer 3 and then fired.

【0023】この電気機械変換素子1は、図2に示すよ
うに基板4上に配設して上下両面に電極5,5を付設
し、電極5,5間に電圧を印加することによって収縮及
び伸張の変位を生起させることができる。
The electromechanical transducer 1 is arranged on a substrate 4 as shown in FIG. 2 and provided with electrodes 5 and 5 on both upper and lower surfaces, and contracts and shrinks by applying a voltage between the electrodes 5 and 5. An extension displacement can occur.

【0024】ここで、この電気機械変換素子1は粒状電
気機械変換材料2を予め所望の粒径に造粒形成している
ので、900℃を越えない温度(以下、これを「低温」
という。)で焼成することができる。低温焼成が可能で
あることによる本発明の効果をより少ない範囲で得るの
であれば、低温を越える温度、即ち、900℃を越える
温度、例えば従来のような1300℃程度で焼成するこ
ともできる。
Here, since the electromechanical conversion element 1 has the granulated electromechanical conversion material 2 granulated in advance to a desired particle size, the temperature does not exceed 900 ° C. (hereinafter, referred to as “low temperature”).
That. ). If the effects of the present invention due to the possibility of low-temperature firing can be obtained in a smaller range, the firing can be performed at a temperature higher than the lower temperature, that is, at a temperature higher than 900 ° C., for example, about 1300 ° C. as in the conventional case.

【0025】粒状電気機械変換材料2の粒径は、例えば
インクジェットヘッドのアクチュエータ素子として用い
る場合など所要の変位量を得る上では0.1μm〜20
μmが好ましい。
The particle size of the granular electromechanical conversion material 2 is 0.1 μm to 20 μm for obtaining a required displacement amount, for example, when used as an actuator element of an ink jet head.
μm is preferred.

【0026】また、粒状電気機械変換材料2を形成する
ための電気機械変換材料としては、強誘電体材料や反強
誘電体材料を用いることができる。強誘電体材料として
は、PbZrO3・PbTiO3(ジルコン酸チタン酸鉛)
(PZT)系、マグネシウムニオブ酸鉛(PMN)系、
ニッケルニオブ酸鉛(PNN)系、マンガンニオブ酸
鉛、アンチモンスズ酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛、チタン酸鉛
などの材料を挙げることができる。また、反強誘電体材
料としては、PbLaZrSnTiO3(PLZST)系又は
PbNbZrSnTiO3(PNZST)系の材料を挙げるこ
とができる。これらの反強誘電体材料は、強誘電体材料
に比べて約2倍の変位量が得られる。
As the electromechanical conversion material for forming the granular electromechanical conversion material 2, a ferroelectric material or an antiferroelectric material can be used. PbZrO 3 · PbTiO 3 (lead zirconate titanate) as a ferroelectric material
(PZT) system, lead magnesium niobate (PMN) system,
Examples include materials such as lead nickel niobate (PNN), lead manganese niobate, lead antimony stannate, lead zinc niobate, and lead titanate. Examples of the antiferroelectric material include PbLaZrSnTiO 3 (PLZST) -based and PbNbZrSnTiO 3 (PNZST) -based materials. These antiferroelectric materials can obtain about twice the amount of displacement as compared with ferroelectric materials.

【0027】粒界層3を形成するために用いる金属アル
コキシドとしては、Ti、Si、Al、Pb、Zr、Zn、S
n等のアルコキシド化合物の一種若しくは複数を混合し
たものを用いることができ、純水や塩酸系、アンモニア
系、有機酸系でゲルを形成することができる。また、粒
界層3を形成するために用いる有機金属錯体としては、
TEOS(テトラエチールオルソシリケイト)、TMO
S(テトラメチルオルソシリケイト)等を挙げることが
でき、金属アルコキシドも含まれる。
The metal alkoxide used to form the grain boundary layer 3 is Ti, Si, Al, Pb, Zr, Zn, S
One or a mixture of a plurality of alkoxide compounds such as n can be used, and a gel can be formed with pure water, hydrochloric acid, ammonia, or organic acid. The organometallic complex used to form the grain boundary layer 3 includes:
TEOS (tetraethyl orthosilicate), TMO
S (tetramethyl orthosilicate) and the like can be mentioned, and a metal alkoxide is also included.

【0028】なお、粒状電気機械変換材料2としては表
面を滑らかにしたものを用いることが好ましい。粒状電
気機械変換材料2の表面を滑らかにするには表面改質処
理を施す。例えば0.5〜20μmの粒状電気機械変換
材料を湿式(ボールミル、ZrO2)で錬成する。これに
よって、同系列のアモルファス状態の微粉粒が発生す
る。これは、アルコール系溶媒と酢酸や鉱酸(HCl,
HNO3)を微量添加することで粒状電気機械変換材料
表面の未結晶化の微粒子やボールミルによる粉砕粒子の
表面が活性化されることによる。これをゲル化、アモル
ファス化することで、これらの粉体を成形、スクリーン
印刷して低温焼成することが可能になる。
The granular electromechanical conversion material 2 preferably has a smooth surface. In order to smooth the surface of the granular electromechanical conversion material 2, a surface modification treatment is performed. For example, a granular electromechanical conversion material of 0.5 to 20 μm is refined by a wet method (ball mill, ZrO 2). Thereby, the same series of fine particles in the amorphous state are generated. This is because alcoholic solvents and acetic acid and mineral acids (HCl,
This is because the addition of a small amount of HNO 3 ) activates the surface of uncrystallized fine particles on the surface of the granular electromechanical conversion material or the surface of the particles pulverized by a ball mill. By gelling and amorphizing the powder, it becomes possible to form these powders, screen-print them, and fire them at a low temperature.

【0029】この電気機械変換素子1は低温焼成が可能
になることから、基板4は、酸化ジルコニム等の高温焼
成に耐え得る基板である必要はなく、例えばSi基板、
ガラス、石英板、アルミナ、ステアタイト等も基板とし
て使用することができる。また、インクジェットヘッド
のアクチュエータ素子として用いるような場合、焼成温
度が低いので圧電体(PZT)の焼結収縮率が小さく、
基板に対する内部応力が小さくなるので、例えば100
〜400dpiの密度で分割して位置精度の高いマルチ素
子群を得ることも容易になる。さらに、電極5の材料と
しても、1300℃程度の高温焼成時にはPt−Ru、P
e−Paなどの高価で高融点の材料が必要になるのに対し
て、Ag−Pd等の安価な材料を使用することができる。
Since the electromechanical transducer 1 can be fired at a low temperature, the substrate 4 does not need to be a substrate that can withstand high-temperature firing such as zirconium oxide.
Glass, quartz plate, alumina, steatite and the like can also be used as the substrate. Further, when the piezoelectric element (PZT) is used as an actuator element of an ink jet head, the firing temperature is low, so that the sintering shrinkage of the piezoelectric body (PZT) is small,
Since the internal stress on the substrate is reduced, for example, 100
It is also easy to obtain a multi-element group with high positional accuracy by dividing at a density of ~ 400 dpi. Further, as a material of the electrode 5, Pt-Ru, P
While an expensive and high melting point material such as e-Pa is required, an inexpensive material such as Ag-Pd can be used.

【0030】このように、予め所望の粒径に造粒した粒
状電気機械変換材料をゾルゲル状の金属アルコキシドに
混入して焼成することで電気機械変換素子を得ることに
よって、900℃を越えない焼成温度(低温焼成)で所
望の製品を得ることができ、耐熱性の低い基板や電極材
料を使用することができ、更にデバイス作成工程におけ
る温度管理も容易になり、素子のコストが廉価になるだ
けでなく、例えばこの素子を用いたインクジェットヘッ
ドやこのヘッドを備えたインクジェット記録装置のコス
トを下げることができ、更に50〜400dpiの密度の
マルチ素子ヘッドを容易に製作することができて、特に
ライン型インクジェットヘッドの製作を容易にしかも低
コストで行うことができる。
As described above, the electromechanical conversion element is obtained by mixing the granulated electromechanical conversion material previously granulated to a desired particle size into the sol-gel-like metal alkoxide, and firing the resultant. A desired product can be obtained at a temperature (low-temperature firing), a substrate and an electrode material having low heat resistance can be used, and temperature control in a device manufacturing process can be easily performed, and the cost of the element can be reduced. However, for example, it is possible to reduce the cost of an ink jet head using this element and an ink jet recording apparatus equipped with this head, and it is possible to easily manufacture a multi-element head having a density of 50 to 400 dpi. Ink-jet heads can be manufactured easily and at low cost.

【0031】また、予め所望の粒径に造粒した粒状電気
機械変換材料を有機金属錯体に混入してゾルゲル状にし
て焼成することで電気機械変換素子を得ることによって
も、900℃を越えない焼成温度(低温焼成)で所望の
製品を得ることができるので、上述した同様の作用効果
を得ることができる。
Also, the temperature does not exceed 900 ° C. by obtaining the electromechanical conversion element by mixing a granulated electromechanical conversion material previously granulated to a desired particle size into an organometallic complex, forming a sol-gel, and firing the mixture. Since a desired product can be obtained at the firing temperature (low-temperature firing), the same function and effect as described above can be obtained.

【0032】次に、本発明に係る電気機械変換素子の製
造方法について図3以降を参照して説明する。まず、金
属アルコキシドを用いる製造方法について説明すると、
図3に示すように、強誘電体材料、反強誘電体材料など
の電気機械変換材料(ここでは、圧電材料を用いる。)
の原料を秤量して、ボールミル或いは乳鉢混合によって
原料を混合し、乾燥した後、0.05〜05t/cm2
ソフトプレスを行って、1300〜1450℃で一次焼
成を行なう。この処理によって、2〜5μmの粒状圧電
材料の単結晶体が得られる。この粒径は一次焼成前のソ
フトプレスの程度に依存する。
Next, a method for manufacturing an electromechanical transducer according to the present invention will be described with reference to FIGS. First, a production method using a metal alkoxide will be described.
As shown in FIG. 3, an electromechanical conversion material such as a ferroelectric material and an antiferroelectric material (here, a piezoelectric material is used).
The raw materials are weighed, mixed with a ball mill or a mortar, dried, then soft-pressed at 0.05 to 05 t / cm 2 , and subjected to primary firing at 1300 to 1450 ° C. By this process, a single crystal of the granular piezoelectric material of 2 to 5 μm is obtained. This particle size depends on the degree of soft pressing before primary firing.

【0033】そして、焼成したものをボールミルでEt
OHを添加しながら粉砕し、この粉砕した粒状圧電材料
を、Ti、Si、Al、Pb、Zr、Zn、Sn等のアルコキ
シド化合物の一種若しくは複数を混合し、純水や塩酸
系、アンモニア系、有機酸系溶剤でゲル状にした溶媒中
に分散する。
Then, the fired product is subjected to Et in a ball mill.
The crushed granular piezoelectric material is mixed with one or more of alkoxide compounds such as Ti, Si, Al, Pb, Zr, Zn, and Sn, and purified water, hydrochloric acid, ammonia, Disperse in a solvent gelled with an organic acid solvent.

【0034】この粒状圧電材料を含むゾルゲル混合物を
脱水、乾燥し(この時点でスラリー状になる。)、PV
Aやスターチ、酢酸ビニル、ポリエチレングリコール、
パラフィン、ワックス等の有機バインダーを添加し、粘
度調整して適正粘度とし、スクリーン印刷やグリーンシ
ート工法を用いて目的とする形状に成形した後、300
〜900℃で焼結(低温焼成)させて圧電素子を得る。
The sol-gel mixture containing the granular piezoelectric material is dehydrated and dried (at this point, a slurry is formed), and the PV is formed.
A and starch, vinyl acetate, polyethylene glycol,
Add an organic binder such as paraffin, wax, etc., adjust the viscosity to an appropriate viscosity, and form it into the desired shape using screen printing or green sheet method.
The piezoelectric element is obtained by sintering (low temperature firing) at 900 ° C.

【0035】この場合、昇温中の脱水、有機材料の離脱
及び分解、さらにゲル成分元素の脱水、酸化、固着が始
まるまでは5℃/min以下の昇温速度が好ましい。昇温
速度が速すぎるとクラックが発生する度合いが大きくな
る。
In this case, a heating rate of 5 ° C./min or less is preferable until dehydration during heating, desorption and decomposition of the organic material, and further dehydration, oxidation and fixation of the gel component elements start. If the rate of temperature rise is too high, the degree of occurrence of cracks increases.

【0036】また、図4に示すように、ゲル化したもの
を真空脱水法などで乾燥固化させた後粉砕し、これを
0.5〜1t/cm2でプレス成形して目的とする形状に
成形し、900℃を越えない温度、好ましくは300℃
〜800℃で低温焼成して、圧電素子を得ることもでき
る。
Further, as shown in FIG. 4, the gelled product is dried and solidified by a vacuum dehydration method or the like, and then pulverized, and press-molded at 0.5 to 1 t / cm 2 to obtain a desired shape. Molded, at a temperature not exceeding 900 ° C, preferably 300 ° C
The piezoelectric element can also be obtained by firing at a low temperature of about 800 ° C.

【0037】このように低温で焼結することによって、
焼結による熱収縮、変形、歪みが従来の1300〜14
50℃焼結に比べて小さくなり、精度の高い形状を得る
ことができると共に、ダイシングソー等によってスリッ
ト加工を施して多数の圧電素子に分割する場合でもチッ
ピングの小さい加工を行なうことができるようになり、
歩留りも向上する。
By sintering at such a low temperature,
Heat shrinkage, deformation and distortion due to sintering
It is smaller than 50 ° C sintering, so that a highly accurate shape can be obtained, and even when slitting with a dicing saw or the like to divide into a large number of piezoelectric elements, processing with small chipping can be performed. Become
Yield also improves.

【0038】また、ゾルゲル工法と低温焼成とを組合わ
せることによって、従来不可能とされていた大面積、長
尺形状パターンなどを形成することが可能になる。すな
わち、従来は、1300〜1450℃で焼結した素子を
基板に接着接合するが、この場合、印刷法を用いても焼
結温度が1600〜1800℃の高価な安定化ジルコニ
ア基板を用いなければならない上、接着時の位置精度、
ジルコニア基板でも1300〜1400℃で圧電材料を
焼結する際に変形や歪が生じるために30mm×10mm以
上の面積のパターンを形成することは不可能であった。
これに対し、300〜900℃という低温で焼成するこ
とで圧電特性が得られるので、大面積、高精度パターン
を100〜400dpiという高密度で形成することが可
能になる。
Further, by combining the sol-gel method and the low-temperature baking, it is possible to form a large-area, long-shape pattern, etc., which has been impossible in the past. That is, conventionally, an element sintered at 1300 to 1450 ° C. is bonded and bonded to a substrate. In this case, even if a printing method is used, an expensive stabilized zirconia substrate having a sintering temperature of 1600 to 1800 ° C. must be used. Not only, but also the positional accuracy when bonding,
Even with a zirconia substrate, deformation or distortion occurs when sintering a piezoelectric material at 1300 to 1400 ° C., so that it was impossible to form a pattern having an area of 30 mm × 10 mm or more.
On the other hand, since the piezoelectric characteristics can be obtained by firing at a low temperature of 300 to 900 ° C., it is possible to form a large-area, high-precision pattern at a high density of 100 to 400 dpi.

【0039】次に、有機金属錯体を用いる製造方法につ
いて説明すると、図5に示すように、上述したと同様に
して、一次焼成で2〜5μmの粒状圧電材料の単結晶体
を得て、これをTEOS(テトラエチールオルソシリケ
イト)、TMOS(テトラメチルオルソシリケイト)、
金属アルコキシドやその混合物などの有機金属錯体を含
有した溶媒中に添加し分散させる。なお、溶媒として
は、カルボン酸、アルコール、グリコール、ケトンなど
の官能を持つ有機溶剤を用いている。
Next, a manufacturing method using an organometallic complex will be described. As shown in FIG. 5, in the same manner as described above, a single crystal of a granular piezoelectric material having a size of 2 to 5 μm is obtained by primary firing. To TEOS (tetraethylorthosilicate), TMOS (tetramethylorthosilicate),
It is added and dispersed in a solvent containing an organometallic complex such as a metal alkoxide or a mixture thereof. As the solvent, an organic solvent having a function such as carboxylic acid, alcohol, glycol, and ketone is used.

【0040】そして、純水や塩酸溶液(0.001〜
0.1モル%)、アンモニア液(0.01〜0.1モル
%)、有機酸(蟻酸)(0.001〜0.1モル%)等
で希釈加水分解することで、粒状圧電材料表面に有機金
属錯体からのゾルゲル状の膜が均一に形成される。
Then, pure water or hydrochloric acid solution (0.001 to
0.1 mol%), ammonia liquid (0.01-0.1 mol%), organic acid (formic acid) (0.001-0.1 mol%), etc. Thus, a sol-gel film is uniformly formed from the organometallic complex.

【0041】そこで、この粒状圧電材料を含むゾルゲル
混合物を脱水、乾燥し(この時点てスラリー状にな
る)、PVAやスターチ、酢酸ビニル、ポリエチレング
リコール、パラフィン、ワックス等の有機バインダーを
添加し、粘度調整して適正粘度とし、スクリーン印刷や
グリーンシート工法を用いて目的とする形状に成形した
後、300〜900℃で焼結(低温焼成)させて圧電素
子を得る。
Therefore, the sol-gel mixture containing the granular piezoelectric material is dehydrated and dried (at this point, a slurry is formed), and an organic binder such as PVA, starch, vinyl acetate, polyethylene glycol, paraffin, or wax is added, and the viscosity is increased. The piezoelectric element is adjusted by adjusting the viscosity to an appropriate value, forming the desired shape using screen printing or a green sheet method, and then sintering (low-temperature firing) at 300 to 900 ° C.

【0042】このように溶媒分散後ゲル化させるが、ゲ
ル化速度や脱水や有機材料の離脱時に気孔率が小さいと
クラックが生じ得るので、水酸化金属の気孔率向上と焼
結固着時の収縮率を小さくするため、Al−Si、Si−
Ti、Si−Mg−Ti等の混合成分を用いることが好まし
い。
As described above, gelation is performed after dispersing the solvent. If the gelation rate or the porosity is small at the time of dehydration or separation of the organic material, cracks may occur. Therefore, the porosity of the metal hydroxide is improved and the shrinkage during sintering is fixed. Al-Si, Si-
It is preferable to use a mixed component such as Ti or Si-Mg-Ti.

【0043】また、有機金属錯体の金属元素が圧電材料
の重量に対して過剰になるとヘヤークラック、亀裂が発
生し易くなり、収縮による変形、歪が大きくなるので、
有機金属錯体の金属元素は圧電材料の重量に対して8%
を越えない範囲であることが好ましい。
If the metal element of the organometallic complex is excessive with respect to the weight of the piezoelectric material, hair cracks and cracks are likely to occur, and deformation and strain due to shrinkage increase.
The metal element of the organometallic complex is 8% by weight of the piezoelectric material
Is preferably within a range not exceeding.

【0044】また、図6に示すように、上述したように
加水分解でゲル化して有機金属錯体による薄膜を粒状圧
電素子の表面に成膜した後、純水やpH調整した溶媒で
余剰ゲル(有機金属錯体ゲル)を洗浄分離して除去し、
粒状圧電材料の表面にのみゲル材の薄膜を残す処理を行
なうこともできる。余剰ゲルの除去は、沈殿法、ろ過
法、遠心分離法等によって行なうことができる。
As shown in FIG. 6, as described above, a thin film made of an organometallic complex is formed on the surface of the granular piezoelectric element by gelation by hydrolysis as described above, and then excess gel (pure water or pH adjusted solvent) is used. Organometallic complex gel) is removed by washing,
A process of leaving a thin film of the gel material only on the surface of the granular piezoelectric material can be performed. Excess gel can be removed by a precipitation method, a filtration method, a centrifugation method, or the like.

【0045】このように、粒状圧電材料を含むゾルゲル
状混合物から余剰の有機金属錯体ゲルを除去することに
よって粒界接合層となる薄膜が100〜2000オング
ストローム程度になる。これによって、圧電素子を駆動
するときに小さな駆動電圧で大きな変位量を得ることが
でき、また、焼結による変形、歪も殆どなくなり、高精
度の100〜400dpiパターンを容易に得ることがで
きる。
As described above, by removing the excess organometallic complex gel from the sol-gel mixture containing the granular piezoelectric material, the thin film serving as the grain boundary bonding layer becomes about 100 to 2,000 angstroms. As a result, a large displacement can be obtained with a small driving voltage when driving the piezoelectric element, deformation and distortion due to sintering are almost eliminated, and a highly accurate 100 to 400 dpi pattern can be easily obtained.

【0046】次に、本発明に係るインクジェットヘッド
について図7以降を参照して説明する。先ず、図7は本
発明に係るインクジェットヘッドの一例を示す外観斜視
図、図8は図7の要部拡大断面図、図9は同ヘッドのノ
ズルプレートの斜視図である。
Next, the ink jet head according to the present invention will be described with reference to FIG. First, FIG. 7 is an external perspective view showing an example of an ink jet head according to the present invention, FIG. 8 is an enlarged sectional view of a main part of FIG. 7, and FIG. 9 is a perspective view of a nozzle plate of the head.

【0047】このインクジェットヘッドは、1又は複数
の共通インク流路(共通液室)及び複数の加圧液室を形
成する液室プレート11、加圧液室に連通する吐出口
(ノズル、オリフィス)、共通インク流路と加圧液室と
を連通するインク供給路を形成するノズルプレート12
と、液室プレート11の各加圧液室に対応して設けた電
気機械変換素子からなる複数の圧電素子13とを備えて
いる。
This ink jet head has one or more common ink flow paths (common liquid chambers), a liquid chamber plate 11 for forming a plurality of pressurized liquid chambers, and discharge ports (nozzles and orifices) communicating with the pressurized liquid chambers. Nozzle plate 12 that forms an ink supply path that connects the common ink flow path and the pressurized liquid chamber
And a plurality of piezoelectric elements 13 composed of electromechanical transducers provided corresponding to each pressurized liquid chamber of the liquid chamber plate 11.

【0048】液室プレート11は、図8に示すように、
複数の各加圧液室15をなす複数の凹部11aと、これ
ら複数の各加圧液室15と隔壁部16で隔てられ、各加
圧液室15にインクを供給するための共通インク流路1
7を形成する凹部11bとを有している。加圧液室15
の上面隔壁は、材質によって異なるが、数μmから数1
0μmの薄板状で変形可能なダイアフラム部18とし
て、このダイアフラム部18の外面に圧電素子13を設
けている。また、共通インク流路17には外部からのイ
ンクが流入するためのインク供給穴19を形成してい
る。
The liquid chamber plate 11, as shown in FIG.
A plurality of recesses 11 a forming a plurality of pressurized liquid chambers 15, and a common ink flow path separated by the plurality of pressurized liquid chambers 15 and the partition 16 to supply ink to each pressurized liquid chamber 15. 1
7 are formed. Pressurized liquid chamber 15
The upper partition wall varies depending on the material.
A piezoelectric element 13 is provided on the outer surface of the diaphragm 18 as a deformable diaphragm 18 having a thickness of 0 μm. The common ink flow path 17 has an ink supply hole 19 through which ink from the outside flows.

【0049】この液室プレート11の外面には、図7に
示すように、各列のすべての圧電素子13の一方の電極
21に接続した共通電極パターン22を形成すると共
に、圧電素子13の他方の電極23に個別的に接続した
個別電極パターン24とを形成している。ここで、個別
電極パターン24と圧電素子13の他方の電極23と
は、ワイヤーボンディング、導電接着、またはFPC等
によって接続する。この圧電素子13に接続した共通電
極パターン22にはGNDを接続し又は数10Vの電圧
を印加し、個別電極パターン24には選択的に数10V
の電圧を印加する。更に、液室プレート11の共通イン
ク流路17にインク供給穴19を介して外部からインク
を供給するためのインク供給パイプ25を取付けてい
る。
On the outer surface of the liquid chamber plate 11, as shown in FIG. 7, a common electrode pattern 22 connected to one electrode 21 of all the piezoelectric elements 13 in each row is formed, and the other of the piezoelectric elements 13 is formed. And the individual electrode patterns 24 individually connected to the electrodes 23. Here, the individual electrode pattern 24 and the other electrode 23 of the piezoelectric element 13 are connected by wire bonding, conductive bonding, FPC, or the like. GND is connected to the common electrode pattern 22 connected to the piezoelectric element 13 or a voltage of several tens of volts is applied, and several tens of volts are selectively applied to the individual electrode pattern 24.
Is applied. Further, an ink supply pipe 25 for supplying ink from the outside through the ink supply hole 19 is attached to the common ink flow path 17 of the liquid chamber plate 11.

【0050】ノズルプレート12には、図8及び図9に
示すように、加圧液室15に臨む吐出口27及びこの吐
出口27の導入口27aを形成すると共に、液室プレー
ト11の隔壁部16に対応して、共通インク流路17か
ら加圧液室15にインクを供給するインク供給路28を
形成している。
As shown in FIGS. 8 and 9, a discharge port 27 facing the pressurized liquid chamber 15 and an introduction port 27a of the discharge port 27 are formed in the nozzle plate 12, and the partition wall of the liquid chamber plate 11 is formed. An ink supply path 28 for supplying ink from the common ink flow path 17 to the pressurized liquid chamber 15 is formed corresponding to the ink path 16.

【0051】ここで、ダイアフラム部18を含む液室プ
レート11は成型によって形成したセラミック部材を焼
成して形成し、その上に前述したように、予め所望の粒
径(0.1〜20μm)に造粒形成した粒状電気機械変
換材料(粒状圧電材料)をゾルゲル状の金属アルコキシ
ドに混入分散した後低温焼成し、或いは予め所望の粒径
(0.1〜20μm)に造粒形成した粒状電気機械変換
材料(粒状圧電材料)を有機金属錯体に混入し、これを
ゾルゲル状にして粒状電気機械変換材料の表面に薄膜を
形成した後低温焼成して、電気機械変換素子(圧電素子
13)を形成している。
Here, the liquid chamber plate 11 including the diaphragm portion 18 is formed by firing a ceramic member formed by molding, and as described above, a desired particle size (0.1 to 20 μm) is previously formed thereon. The granulated electromechanical conversion material (granular piezoelectric material) formed by granulation is mixed and dispersed in a sol-gel-like metal alkoxide and then calcined at a low temperature, or granulated electromechanically formed in advance to a desired particle size (0.1 to 20 μm). An electromechanical transducer (piezoelectric element 13) is formed by mixing a conversion material (particulate piezoelectric material) into an organometallic complex, forming this into a sol-gel form, forming a thin film on the surface of the particulate electromechanical transducer material, and firing at a low temperature. doing.

【0052】液室プレート11に用いるセラミック材料
としては、従前から用いられているアルミナ、ジルコニ
ア、窒化珪素、窒化アルミナ、炭化珪素などのセラミッ
クを挙げることができ、中でも比較的焼成温度が低いア
ルミナ、ジルコニアが量産性、コストの面では適してい
る。さらに、本発明の圧電素子13は上述したように予
め所定の粒径に成長させた強誘電体材料の微粒子単結晶
体に金属酸化物を添加し低温焼成する電気機械変換素子
を用いていることから、次のようなセラミック材料を使
用することもできる。
Examples of the ceramic material used for the liquid chamber plate 11 include ceramics such as alumina, zirconia, silicon nitride, alumina nitride, and silicon carbide which have been conventionally used. Zirconia is suitable in terms of mass productivity and cost. Further, as described above, the piezoelectric element 13 of the present invention uses an electromechanical conversion element in which a metal oxide is added to a fine single crystal of a ferroelectric material which has been grown to a predetermined particle size in advance and a low temperature firing is performed. Therefore, the following ceramic materials can be used.

【0053】すなわち、ガラスセラミック複合材料とし
て、SiO2(石英)+ホウケイ酸鉛系、SiO2(石英)
+アルミノマグネシウムホウケイ酸系、フォルステライ
ト+ホウケイ酸鉛系、アルミナ+ホウケイ酸鉛系、コー
ジェライト+ホウケイ酸鉛系、アルミナ+アルミノカル
シュウムホウケイ酸系、アルミナ、CaZrO3+ホウケ
イ酸鉛系、アルミナ+ホウケイ酸ガラス系、アルミナ+
ガラスなどを挙げることができる。
That is, as a glass ceramic composite material, SiO 2 (quartz) + lead borosilicate, SiO 2 (quartz)
+ Alumino magnesium borosilicate, forsterite + lead borosilicate, alumina + lead borosilicate, cordierite + lead borosilicate, alumina + alumino-calcium borosilicate, alumina, CaZrO 3 + lead borosilicate, alumina + Borosilicate glass, alumina +
Glass etc. can be mentioned.

【0054】また、結晶化ガラス系材料としては、コー
ジェライト・βスポージュメン系、コージェライト系Z
nO・MgO・Al23・SiO2などを挙げることができ
る。さらに、セラミック系材料としては、BnSn(BO
32、Al23・CaO・SiO、MgO・B23系、Ba
O・SiO2・Al23・CaO・B23系などを挙げるこ
とができる。
Examples of the crystallized glass-based material include cordierite / β spougemen and cordierite Z.
or the like can be mentioned nO · MgO · Al 2 O 3 · SiO 2. Further, as a ceramic material, BnSn (BO
3 ) 2 , Al 2 O 3 .CaO.SiO, MgO.B 2 O 3 , Ba
O.SiO 2 .Al 2 O 3 .CaO.B 2 O 3 type.

【0055】これらのコンポジットセラミック材料は、
焼成温度が700℃〜1000℃と低く、従前の100
0℃を越えるセラミック材料を使用する場合に比べて、
コスト、量産性が向上し、熱による変形・残留応力が低
減する。
These composite ceramic materials are:
The sintering temperature is as low as 700 ° C to 1000 ° C.
Compared to using ceramic materials over 0 ° C,
Cost and mass productivity are improved, and deformation and residual stress due to heat are reduced.

【0056】特に、上記の中でも、SiO2(石英)+ホ
ウケイ酸鉛系、SiO2(石英)+アルミノマグネシウム
ホウケイ酸系、コージェライト・βスポージュメン系、
コージェライト系ZnO・MgO・Al23・SiO2など
は、熱膨張係数が(2〜4)×10-6/℃であり、電気
機械変換素子の熱膨張係数の値に近いので、焼成時の変
形、反り、残留応力の低減の上でより効果的である。
In particular, among the above, SiO 2 (quartz) + lead borosilicate type, SiO 2 (quartz) + alumino magnesium borosilicate type, cordierite / β spougemen type,
The cordierite-based ZnO · MgO · Al 2 O 3 · SiO 2, the thermal expansion coefficient of (2~4) × 10 -6 / ℃ , so close to the value of the thermal expansion coefficient of the electromechanical transducer, firing It is more effective in reducing deformation, warpage, and residual stress.

【0057】さらに、これらのコンポジットセラミック
材料を使用した場合、Ag、Au、Pt、Cuの導体の同時
焼成が可能であり、電気機械変換素子への電極のパター
ン化が容易になる。これらの導体の中でも、Ag、Au、
Pt、AgPd、PtPdは900℃までは十分な耐熱性が
あり、表面パターン、多層化内層パターンが容易に形成
できる。
Further, when these composite ceramic materials are used, the conductors of Ag, Au, Pt, and Cu can be simultaneously fired, and the patterning of the electrodes on the electromechanical transducer becomes easy. Among these conductors, Ag, Au,
Pt, AgPd, and PtPd have sufficient heat resistance up to 900 ° C., and can easily form a surface pattern and a multilayered inner layer pattern.

【0058】なお、このインクジェットヘッドにおいて
は、圧電素子13にパルス状の電圧を印加することでダ
イアフラム部18とのユニモルフ構造によって厚み方向
が拡張し、面方向が収縮してダイアフラム部18の加圧
液室15方向への変形が発生し、加圧液室15内のイン
クをパルス状に加圧して吐出口27からインク滴を吐出
させる。
In this ink jet head, by applying a pulsed voltage to the piezoelectric element 13, the thickness direction is expanded by the unimorph structure with the diaphragm portion 18, the surface direction is contracted, and the pressure of the diaphragm portion 18 is increased. Deformation in the direction of the liquid chamber 15 occurs, and the ink in the pressurized liquid chamber 15 is pressurized in a pulsed manner to discharge ink droplets from the discharge port 27.

【0059】このように、このインクジェットヘッドに
おいては、加圧液室の壁面を形成しているダイアフラム
部をセラミック材で形成し、このダイアフラム部を変形
させて加圧液室を加圧するための電気機械変換素子とし
ての圧電素子を、予め所定の粒径に成長させた強誘電体
材料の微粒子単結晶体に金属酸化物を添加し焼成して形
成したので、電気機械変換素子をダイアフラム部上に一
体的に構成することができ、構成が簡単になり、小型、
低コスト化が可能になり、更に電気機械変換素子が低温
焼成可能であるため、焼成後の変形、残留応力が少な
く、高精度、高変位効率でダイアフラム部が薄型のアク
チュエータを構成でき、高集積ヘッドを得ることができ
る。
As described above, in this ink jet head, the diaphragm forming the wall surface of the pressurized liquid chamber is formed of the ceramic material, and the diaphragm is deformed to pressurize the pressurized liquid chamber. Since the piezoelectric element as a mechanical conversion element was formed by adding a metal oxide to a fine crystal single crystal of a ferroelectric material previously grown to a predetermined particle size and firing it, the electromechanical conversion element was formed on the diaphragm. It can be configured integrally, the configuration is simple, small,
Since the cost can be reduced and the electromechanical transducer can be fired at a low temperature, there is little deformation and residual stress after firing, and an actuator with high accuracy, high displacement efficiency and a thin diaphragm can be constructed, and high integration can be achieved. You can get a head.

【0060】そして、ダイアフラム部を含む加圧液室の
一部又は全体を成型で形成したセラミック部材を焼成
後、その上に電気機械変換素子を焼成して形成すること
によって、各種のセラミック材料を使用することがで
き、量産性に優れた低コストのヘッドを得ることができ
る。
Then, after firing a ceramic member formed by molding a part or the whole of the pressurized liquid chamber including the diaphragm, an electromechanical conversion element is fired thereon to form various ceramic materials. A low-cost head that can be used and has excellent mass productivity can be obtained.

【0061】特に、低温焼成可能なセラミック材料を使
用して、液室プレートを成型した後焼成し、加圧液室部
に対応した位置に電極及び電気機械変換素子を形成した
ヘッドは、いずれも従前よりも低温で焼成することがで
き、ダイアフラム部の精度の確保が容易になり、歩留り
の向上と低コスト化が可能になり、更にダイアフラム部
の厚さを薄くすることが可能になって変位効率がより向
上し、高いヘッド性能が得られる。
In particular, the head in which the liquid chamber plate is formed using a ceramic material which can be fired at a low temperature and then fired to form electrodes and electromechanical transducers at positions corresponding to the pressurized liquid chamber, It can be fired at a lower temperature than before, making it easier to secure the accuracy of the diaphragm, improving the yield and lowering the cost, and further reducing the thickness of the diaphragm to allow for displacement. Efficiency is further improved, and high head performance is obtained.

【0062】次に、本発明に係るインクジェットヘッド
の他の実施例について図10を参照して説明する。この
インクジェットヘッドは、少なくともダイアフラム部の
厚みを最小厚みとするシート状セラミック材料を重ねて
焼成したセラミック部材の上に電気機械変換素子を焼成
して形成したものである。
Next, another embodiment of the ink jet head according to the present invention will be described with reference to FIG. This ink jet head is formed by firing an electromechanical transducer on a ceramic member obtained by stacking and firing at least a sheet-like ceramic material having a minimum thickness of a diaphragm portion.

【0063】すなわち、上述した液室プレート11に相
当する液室形成部材31は、ダイアフラム部18の厚み
を有するセラミック材料からなるシート31Aと、この
シート31Aと共にインク供給穴19の形成する厚みを
有するシート31Bと、加圧液室15及び共通インク流
路17等の隔壁を形成するシート31C,31Dとを重
ねて焼成したセラミック部材で形成し、この液室形成部
材31のダイアフラム部18の上に電気機械変換素子と
しての圧電素子13を低温焼成で形成している。
That is, the liquid chamber forming member 31 corresponding to the above-described liquid chamber plate 11 has a sheet 31A made of a ceramic material having a thickness of the diaphragm portion 18 and a thickness that forms the ink supply holes 19 together with the sheet 31A. The sheet 31B and the sheets 31C and 31D forming the partition walls such as the pressurized liquid chamber 15 and the common ink flow path 17 are formed of a ceramic member which is laminated and fired, and is formed on the diaphragm 18 of the liquid chamber forming member 31. The piezoelectric element 13 as an electromechanical conversion element is formed by firing at a low temperature.

【0064】液室形成部材31に使用するセラミック材
料は前記実施例で説明したセラミック材料を用いること
ができる。また、ダイアフラム部18は寸法形状によっ
て異なるが5〜20μm程度の厚みで、セラミック板と
しては非常に薄い構造体であり、ヘッドの噴射特性、特
にインク滴吐出速度、インク滴質量のバラツキを一定範
囲内に抑えるためには厚みの精度が0.5〜2μm程度
であることが必要であり、上述したようにシートを重ね
て構成することで、このような薄い高精度の厚みを有す
るダイアフラム部18を得ることができる。
As the ceramic material used for the liquid chamber forming member 31, the ceramic material described in the above embodiment can be used. The diaphragm portion 18 has a thickness of about 5 to 20 μm although it varies depending on the size and shape, and is a very thin structure as a ceramic plate. The ejection characteristics of the head, particularly the variation of the ink droplet ejection speed and the ink droplet mass, are within a certain range. It is necessary that the accuracy of the thickness is about 0.5 to 2 μm in order to keep the thickness within this range. Can be obtained.

【0065】このように、少なくともダイアフラム部の
厚みを最小厚みとするシート状セラミック材料を重ねて
焼成したセラミック部材の上に低温焼成可能な電気機械
変換素子を焼成して形成することによって、各種のセラ
ミック材料を選定することができ、高精度の薄板ダイア
フラム部を得ることができて、高変位効率、高集積ヘッ
ドを得ることができる。
As described above, by firing and forming a low-temperature sinterable electromechanical conversion element on a ceramic member obtained by stacking and firing a sheet-like ceramic material having a minimum thickness of the diaphragm portion, various types of materials can be obtained. A ceramic material can be selected, a highly accurate thin plate diaphragm can be obtained, and a high displacement efficiency and a high integration head can be obtained.

【0066】また、この実施例において、シート31A
を金属材料から形成し、シート31B〜31Dを剛性材
料から形成して、接合することで液室形成部材とするこ
ともできる。ここで、使用する金属材料としては、高融
点金属材料である、モリブデンMo、ルテニュームRu、
チタンTi、タングステンW等が適している。この金属
材料と積層焼成したシート31B〜31Dのセラミック
材料の接合は、Auを介在させて接合する非共晶接合に
技術を適用することで容易に行うことができる。この場
合、すべてのシート31A〜31Dを接合した後、加圧
液室部に対応した電気機械変換素子を形成することもで
き、或いはシート31A上に電気機械変換素子を形成
後、シート31Aをシート31B〜31Dと接合するこ
ともできる。この接合は接着剤接合等で行うことがで
き、容易に加圧液室を形成できる。
In this embodiment, the sheet 31A
May be formed from a metal material, and the sheets 31B to 31D may be formed from a rigid material and joined to form a liquid chamber forming member. Here, the metal materials used are molybdenum Mo, ruthenium Ru, and high melting point metal materials.
Titanium Ti, tungsten W and the like are suitable. The joining of the metal material and the ceramic material of the laminated and fired sheets 31B to 31D can be easily performed by applying a technique to non-eutectic joining in which Au is interposed and joined. In this case, after all the sheets 31A to 31D are joined, an electromechanical transducer corresponding to the pressurized liquid chamber can be formed, or the sheet 31A can be formed after the electromechanical transducer is formed on the sheet 31A. 31B-31D can also be joined. This bonding can be performed by adhesive bonding or the like, and the pressurized liquid chamber can be easily formed.

【0067】次に、図11乃至図13を参照して本発明
に係るインクジェットヘッドの更に他の実施例について
説明する。図11はインクジェットヘッドの要部断面
図、図12は同ヘッドの液室を構成する一方の部材の断
面図、図13は同ヘッドの液室を構成する他方の部材の
断面図である。この実施例では、少なくともダイアフラ
ム部をエッチングで形成可能な部材で構成し、この部材
をエッチングしてダイアフラム部を形成した後電機機械
変換素子を焼成して形成し、あるいは、少なくともダイ
アフラム部をエッチングで形成可能な部材に電機機械変
換素子を焼成して形成した後、同部材をエッチングして
ダイアフラム部を形成する。
Next, another embodiment of the ink jet head according to the present invention will be described with reference to FIGS. 11 is a sectional view of a main part of the ink jet head, FIG. 12 is a sectional view of one member constituting a liquid chamber of the head, and FIG. 13 is a sectional view of another member constituting a liquid chamber of the head. In this embodiment, at least the diaphragm portion is formed of a member that can be formed by etching, and this member is etched to form the diaphragm portion, and then the electromechanical conversion element is formed by firing, or at least the diaphragm portion is etched. After forming the electromechanical conversion element on a formable member by firing, the member is etched to form a diaphragm portion.

【0068】すなわち、図12に示すように(100)
結晶のシリコン基板からなる部材41を、エッチング液
KOHを使用して、例えば40%、80〜90℃の条件
でエッチングする。このとき、上面及び下面のエッチン
グしない部分には予めSiO2膜を成膜しておき、これを
マスクにして、エッチングすることで凹部41aを形成
することで、ダイアフラム部18を形成する。この部材
41にはエッチング後、若しくはエッチング前に、前記
実施例と同様にして、部材41上に圧電素子13及び電
極21,23及び電極パターン22,24を形成する。
That is, as shown in FIG.
The member 41 made of a crystalline silicon substrate is etched using an etching solution KOH, for example, at 40% and 80 to 90 ° C. At this time, a SiO2 film is formed in advance on the upper and lower portions that are not etched, and the concave portion 41a is formed by etching using the SiO2 film as a mask, thereby forming the diaphragm portion 18. The piezoelectric element 13, the electrodes 21, 23, and the electrode patterns 22, 24 are formed on the member 41 after or before the etching in the same manner as in the above embodiment.

【0069】なお、部材41としては、シリコン基板に
代えて、ガラス部材又はエッチング可能なセラミック材
を用いることができる。例えば、SiO2(石英)+ホウ
ケイ酸鉛、SiO2+アルミノマグネシウムホウケイ酸
系、フォルステライト+ホウケイ酸鉛系、などを用いる
ことができる。エッチング液としては、HF、NH4
・HF、HNO3・H3PO4・HFなどを使用する。
As the member 41, a glass member or an etchable ceramic material can be used instead of the silicon substrate. For example, SiO 2 (quartz) + lead borosilicate, SiO 2 + aluminum magnesium borosilicate, forsterite + lead borosilicate, and the like can be used. HF, NH 4 F
· HF, or the like is used HNO 3 · H 3 PO 4 · HF.

【0070】また、部材41として例えば50〜500
μmの厚みのものを用いることができる。この部材をエ
ッチングしてダイアフラム部を形成することによって、
ダイアフラム部の厚さを5〜20μmに高精度に形成す
ることができる。
Further, as the member 41, for example, 50 to 500
One having a thickness of μm can be used. By etching this member to form a diaphragm,
The thickness of the diaphragm can be formed with a high precision of 5 to 20 μm.

【0071】一方、この部材41とノズルプレートとの
間に挿入して共通液室部容積を得るため、図13に示す
ように、部材41と同様に、シリコン基板、ガラス部
材、セラミック部材等からなる部材42にエッチングを
施して、加圧液室15を形成するための穴部42a、共
通インク流路17を形成するための穴部42b及びイン
ク供給穴19を形成するための溝部42cを形成する。
なお、この部材41は共通液室部を別途外部に設ける構
造などを採用する場合には必ずしも必要ではない。
On the other hand, in order to obtain a common liquid chamber volume by being inserted between the member 41 and the nozzle plate, as shown in FIG. 13, similarly to the member 41, a silicon substrate, a glass member, a ceramic member or the like is used. The member 42 is etched to form a hole 42a for forming the pressurized liquid chamber 15, a hole 42b for forming the common ink flow path 17, and a groove 42c for forming the ink supply hole 19. I do.
The member 41 is not always necessary when a structure in which a common liquid chamber is separately provided outside is employed.

【0072】そして、図12の部材41と図13の部材
42とを図11に示すように接合し、これにノズルプレ
ート12を接合する。この場合、部材41、42がいず
れもシリコン基板であれば、接着剤やドライフィルムレ
ジスト(DFR)などを用いて接合する。また、一方が
シリコン基板、他方がガラス基板であれば、陽極接合が
適している。陽極接合は、ガラス表面とシリコン基板と
の間に0.2〜0.3KV/mmの電界と300〜400
℃の熱によって接合するもので、平面性の良い部材相互
の接合には容易に適用することができる。
Then, the member 41 of FIG. 12 and the member 42 of FIG. 13 are joined as shown in FIG. 11, and the nozzle plate 12 is joined thereto. In this case, if the members 41 and 42 are both silicon substrates, they are joined using an adhesive or a dry film resist (DFR). If one is a silicon substrate and the other is a glass substrate, anodic bonding is suitable. The anodic bonding is performed by applying an electric field of 0.2 to 0.3 KV / mm between the glass surface and the silicon substrate and a 300 to 400 KV / mm.
It is joined by heat of ° C. and can be easily applied to joining members having good flatness.

【0073】このように、加圧液室の壁面を形成してい
るダイアフラム部をエッチングで形成可能な部材で形成
し、このダイアフラム部を変形させて加圧液室を加圧す
るための前記電気機械変換素子を、予め所定の粒径に成
長させた強誘電体材料の微粒子単結晶体に金属酸化物を
添加し焼成して形成することによって、高精度のダイア
フラム部を量産性良く形成することができて、小型、低
コスト化が可能になり、高精度、高変位効率でダイアフ
ラム部が薄型のアクチュエータを構成でき、高集積ヘッ
ドを得ることができる。
As described above, the diaphragm forming the wall surface of the pressurized liquid chamber is formed by a member that can be formed by etching, and the electric machine for deforming the diaphragm and pressurizing the pressurized liquid chamber is used. The conversion element is formed by adding a metal oxide to a fine crystal single crystal of a ferroelectric material which has been grown to a predetermined particle size in advance and firing the same, thereby forming a high-precision diaphragm portion with good mass productivity. As a result, the actuator can be reduced in size and cost, and an actuator with high accuracy, high displacement efficiency and a thin diaphragm can be formed, and a highly integrated head can be obtained.

【0074】次に、図14乃至図17を参照して本発明
に係るインクジェットヘッドの更にまた他の実施例につ
いて説明する。図14は同ヘッドの断面図、図15は同
ヘッドの液室を構成する一方の部材の断面図、図16は
図15の部材の平面図、図17は同ヘッドの液室を構成
する他方の部材の断面図、図18は図17のC−C線に
沿う断面図である。
Next, still another embodiment of the ink jet head according to the present invention will be described with reference to FIGS. 14 is a cross-sectional view of the head, FIG. 15 is a cross-sectional view of one member constituting the liquid chamber of the head, FIG. 16 is a plan view of the member of FIG. 15, and FIG. 18 is a cross-sectional view taken along line CC of FIG.

【0075】この実施例も、少なくともダイアフラム部
をエッチングで形成可能な部材で構成し、この部材をエ
ッチングしてダイアフラム部を形成した後電機機械変換
素子を焼成して形成し、あるいは、少なくともダイアフ
ラム部をエッチングで形成可能な部材に電機機械変換素
子を焼成して形成した後、同部材をエッチングしてダイ
アフラム部を形成するものである。
Also in this embodiment, at least the diaphragm portion is constituted by a member which can be formed by etching, the member is etched to form the diaphragm portion, and then the electromechanical conversion element is formed by firing, or at least the diaphragm portion is formed. Is formed by firing an electromechanical conversion element on a member that can be formed by etching, and then the diaphragm is formed by etching the same member.

【0076】このインクジェットヘッドは、ダイアフラ
ム部18に圧電素子13を形成した部材51とインク流
路形成部材52とを接合して、加圧液室15、共通イン
ク流路17、流体抵抗部を兼ねたインク供給路28及び
吐出口27を形成し、部材52の端面からインク滴を吐
出するエッジシュータ方式のヘッドである。
In this ink jet head, a member 51 in which the piezoelectric element 13 is formed on the diaphragm 18 and an ink flow path forming member 52 are joined to serve as the pressurized liquid chamber 15, the common ink flow path 17, and the fluid resistance section. This is an edge shooter type head which forms an ink supply path 28 and a discharge port 27 and discharges ink droplets from an end face of a member 52.

【0077】すなわち、図15及び図16に示すように
シリコン基板、ガラス基板、エッチング可能なセラミッ
ク材等からなる部材51をエッチングして凹部51aを
形成することで、ダイアフラム部18を形成する。この
部材51にはエッチング後、若しくはエッチング前に、
前記実施例と同様にして、部材51上に圧電素子13及
び電極21,23及び電極パターン22,24を形成す
る。
That is, as shown in FIGS. 15 and 16, the diaphragm portion 18 is formed by etching the member 51 made of a silicon substrate, a glass substrate, an etchable ceramic material or the like to form a concave portion 51a. After etching or before etching, this member 51
The piezoelectric element 13, the electrodes 21 and 23, and the electrode patterns 22 and 24 are formed on the member 51 in the same manner as in the above embodiment.

【0078】一方、図17及び図18に示すように(1
11)結晶のシリコン基板からなる部材52にエッチン
グを施して、加圧液室17となる凹部52a、共通イン
ク流路17となる凹部52b、インク供給路28となる
溝部52c及び吐出口27となる溝部52dをそれぞれ
形成する。この場合、共通液室部(凹部52b)の深さ
を100波200μm、加圧液室部(凹部52a)の深
さを50μm程度とした場合、エッチングマスクとエッ
チングの工程を2工程で行うことになる。
On the other hand, as shown in FIG. 17 and FIG.
11) A member 52 made of a crystalline silicon substrate is etched to form a concave portion 52a serving as a pressurized liquid chamber 17, a concave portion 52b serving as a common ink channel 17, a groove portion 52c serving as an ink supply passage 28, and a discharge port 27. The grooves 52d are respectively formed. In this case, when the depth of the common liquid chamber (concave section 52b) is 100 μm and the depth of the pressurized liquid chamber section (concave section 52a) is about 50 μm, the etching mask and the etching step are performed in two steps. become.

【0079】そして、このようにして形成した部材51
と部材52とを接合することによってインクジェットヘ
ッドを形成する。このように構成しても、上記実施例と
同様の作用効果を得ることができる。
The member 51 thus formed is
The inkjet head is formed by joining the and the member 52. Even with such a configuration, the same operation and effect as those of the above embodiment can be obtained.

【0080】次に、本発明に係るインクジェットヘッド
を備えたシリアルスキャン型インクジェット記録装置の
一例について図19及び図20を参照して説明する。図
19はインクジェット記録装置の概略平面図、図20は
同記録装置の概略側面図である。
Next, an example of a serial scan type ink jet recording apparatus provided with an ink jet head according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 19 is a schematic plan view of the ink jet recording apparatus, and FIG. 20 is a schematic side view of the recording apparatus.

【0081】このインクジェット記録装置は、左右の主
走査フレーム61,61間に設けたフロントガイド62
及びガイドシャフト63にキャリッジ4を摺動自在に搭
載し、このキャリッジ64の下面に本発明に係るインク
ジェットヘッドからなる記録ヘッド65を取付けると共
に、上面にインクカートリッジ66を着脱自在に備えて
いる。記録ヘッド65は、イエロー(Y)、マゼンタ
(M)、シアン(C)及びブラック(Kb)にインクを
それぞれ吐出する複数のインクジェットヘッドを主走査
方向に配列している。
This ink jet recording apparatus includes a front guide 62 provided between left and right main scanning frames 61,61.
The carriage 4 is slidably mounted on the guide shaft 63, a recording head 65 comprising an ink jet head according to the present invention is mounted on the lower surface of the carriage 64, and an ink cartridge 66 is detachably provided on the upper surface. The recording head 65 has a plurality of inkjet heads that respectively eject ink for yellow (Y), magenta (M), cyan (C), and black (Kb) arranged in the main scanning direction.

【0082】そして、左右の主走査フレーム61,61
間に設けた略L字型のステー67に主走査駆動モータ6
8を取付けて、この主走査駆動モータ68の回転軸に装
着したモータプーリ69とステー7に取付けたサイドプ
ーリ70との間にベルト71を張装し、図20に示すよ
うに前記キャリッジ64をこのベルト71にベルトクラ
ンプ72で固定して、主走査駆動モータ68を回転駆動
することでキャリッジ64を図19の矢示D方向(主走
査方向)に走査するようにしている。なお、サイドプー
リ70は主走査方向に微小移動可能に取付けてテンショ
ンスプリング73でベルト71にテンションをかけるよ
うにしている。
Then, the left and right main scanning frames 61, 61
A main scanning drive motor 6 is mounted on a substantially L-shaped stay 67 provided therebetween.
8, a belt 71 is stretched between a motor pulley 69 attached to the rotation shaft of the main scanning drive motor 68 and a side pulley 70 attached to the stay 7, and the carriage 64 is attached to the carriage 71 as shown in FIG. The main scanning drive motor 68 is rotationally driven by being fixed to the belt 71 by a belt clamp 72, so that the carriage 64 scans in the direction indicated by the arrow D in FIG. 19 (main scanning direction). The side pulley 70 is attached so as to be able to move slightly in the main scanning direction, and tension is applied to the belt 71 by a tension spring 73.

【0083】一方、左右の副走査フレーム75,75間
にプラテン76を回転自在に取付けて、図2に示すよう
にこのプラテン76の周面に押しつけられる搬送コロ7
7,78を配置すると共に、プラテン76の周面に沿っ
て用紙を案内するペーパパン79を配置している。そし
て、記録装置の前下方側にセットされる給紙トレイ81
の上昇バネ82で付勢した上昇トレイ83上に装填され
た記録媒体である用紙84を、給紙コロ85及び給紙ト
レイ81のコーナー爪86で1枚ずつ送り出して、給紙
ガイド87に沿ってプラテン86の周面に案内するよう
にしている。
On the other hand, a platen 76 is rotatably mounted between the left and right sub-scanning frames 75, 75, and the transport rollers 7 pressed against the peripheral surface of the platen 76 as shown in FIG.
7 and 78, and a paper pan 79 for guiding the paper along the peripheral surface of the platen 76. Then, a paper feed tray 81 set on the lower front side of the recording apparatus
The sheet 84 as the recording medium loaded on the ascending tray 83 urged by the ascending spring 82 is fed out one by one by the sheet feeding roller 85 and the corner claw 86 of the sheet feeding tray 81, and is fed along the sheet feeding guide 87. The guide is guided to the peripheral surface of the platen 86.

【0084】また、プラテン76の用紙出口付近にはキ
ャリッジ4に対向するように用紙ガイドであるペーパガ
イド88を配置し、このペーパガイド88の入口付近に
はプラテン76から送り出された用紙84を押さえる用
紙押さえ89を配設し、出口付近には用紙84を排紙ト
レイ90に排出させる排紙ローラ91及び拍車ローラ9
2を配設している。
A paper guide 88 serving as a paper guide is disposed near the paper exit of the platen 76 so as to face the carriage 4, and the paper 84 sent out from the platen 76 is pressed near the entrance of the paper guide 88. A paper press 89 is provided, and a paper discharge roller 91 and a spur roller 9 for discharging paper 84 to a paper discharge tray 90 are provided near the exit.
2 are arranged.

【0085】さらに、図19に示すように主走査フレー
ム61に取付けたサブフレーム93に副走査駆動モータ
94を取付け、この副走査駆動モータ94の回転軸にモ
ータギヤ95を取付け、このモータギヤ95にアイドラ
ギヤ96を噛み合わせ、このアイドラギヤ96と一体の
アイドラギヤ97をプラテン76の端部に取り付けたプ
ラテンギヤ98に噛み合わせて、副走査駆動モータ94
の回転をプラテン76に伝達すると共に、各種コロ及び
ローラにも伝達して、副走査駆動モータ94を回転する
ことによってプラテン76及び各種コロ及びローラが回
転して用紙84をペーパガイド88上で矢示E方向(副
走査方向)に搬送するようにしている。
Further, as shown in FIG. 19, a sub-scanning drive motor 94 is mounted on a sub-frame 93 mounted on the main scanning frame 61, a motor gear 95 is mounted on the rotation shaft of the sub-scanning drive motor 94, and an idler gear is mounted on the motor gear 95. 96, and an idler gear 97 integrated with the idler gear 96 is engaged with a platen gear 98 attached to an end of the platen 76, and a sub-scanning drive motor 94
Is transmitted to the platen 76 and also to various rollers and rollers, and by rotating the sub-scanning drive motor 94, the platen 76 and the various rollers and rollers rotate to move the paper 84 on the paper guide 88 on the paper guide 88. The sheet is conveyed in the direction E (sub-scanning direction).

【0086】このような構成によって、記録ヘッド65
(キャリッジ64)を主走査方向に移動走査させなが
ら、用紙84を副走査方向に搬送して、記録ヘッド65
のノズルからインク滴を噴射させることによって、用紙
84上に所要の画像を記録する。
With such a configuration, the recording head 65
While moving the (carriage 64) in the main scanning direction, the paper 84 is transported in the sub-scanning direction, and the recording head 65 is moved.
A required image is recorded on the paper 84 by ejecting ink droplets from the nozzles.

【0087】このように本発明に係るインクジェットヘ
ッドを備えることによって高密度、高速記録の可能なイ
ンクジェット記録装置を得ることができる。また、本発
明で用いている電気機械変換素子は低温焼成が可能であ
るため、ノズルをライン状に配列したライン型インクジ
ェットヘッドにも容易に適用できて、高集積密度のイン
クジェットヘッドを低コストで製作することができ、高
密度、高速記録可能な低コストのライン型インクジェッ
ト記録装置を得ることができる。
As described above, the provision of the ink jet head according to the present invention makes it possible to obtain an ink jet recording apparatus capable of high-density, high-speed recording. Further, since the electromechanical transducer used in the present invention can be fired at a low temperature, it can be easily applied to a line type ink jet head in which nozzles are arranged in a line, and a high integration density ink jet head can be manufactured at low cost. It is possible to obtain a low-cost line-type inkjet recording apparatus that can be manufactured and that can perform high-density and high-speed recording.

【0088】なお、本発明に係る電気機械変換素子は、
上記実施例で説明したインクジェットヘッドのアクチュ
エータ素子として用いることができるだけでなく、その
他、モータ、コンデンサ、メモリ、マイクロホン、スピ
ーカー等の発音体、或いは加速度センサ、圧力センサ、
振動センサ、角速度センサ等の各種センサ、その他振動
体、発振体などの多くの用途に用いることができる。ま
た、上述したインクジェットヘッドやインクジェット記
録装置の構成も上記実施例のものに限られるものではな
い。
Note that the electromechanical transducer according to the present invention comprises:
Not only can it be used as the actuator element of the ink jet head described in the above embodiments, but also other, a motor, a capacitor, a memory, a microphone, a sounding body such as a speaker, or an acceleration sensor, a pressure sensor,
It can be used for various applications such as various sensors such as a vibration sensor and an angular velocity sensor, as well as a vibrating body and an oscillating body. Further, the configurations of the above-described inkjet head and inkjet recording apparatus are not limited to those of the above-described embodiment.

【0089】[0089]

【発明の効果】以上説明したように、請求項1の電気機
械変換素子によれば、この電気機械変換素子は予め所望
の粒径に造粒形成した粒状電気機械変換材料をゾルゲル
状の金属アルコキシドに混入して焼成して構成としたの
で、900℃を越えない焼成温度(低温焼成)で所望の
素子を得ることができ、歪の少ない素子が得られ、耐熱
性の低い基板や電極材料を使用することができ、素子の
コストが廉価になるだけでなく、例えばこの素子を用い
たインクジェットヘッドやこのヘッドを備えたインクジ
ェット記録装置のコストを下げることができ、更に50
〜400dpiの密度のマルチ素子ヘッドを容易に製作す
ることができて、特にライン型インクジェットヘッドの
製作を容易にしかも低コストで行うことができるように
なる。
As described above, according to the electromechanical transducer of the first aspect, the electromechanical transducer is a sol-gel-like metal alkoxide formed of a granular electromechanical transducer formed in advance to a desired particle size. In this case, a desired element can be obtained at a firing temperature (low temperature firing) not exceeding 900 ° C., an element with less distortion can be obtained, and a substrate or electrode material having low heat resistance can be obtained. Not only can the device be used at low cost, but also the cost of, for example, an ink jet head using the device and an ink jet recording apparatus equipped with the head can be reduced.
A multi-element head having a density of about 400 dpi can be easily manufactured, and in particular, a line type ink jet head can be easily manufactured at low cost.

【0090】請求項2の電気機械変換素子によれば、こ
の電気機械変換素子は予め所望の粒径に造粒形成した粒
状電気機械変換材料を有機金属錯体に混入してゾルゲル
状にして焼成して構成したので、900℃を越えない焼
成温度(低温焼成)で所望の素子を得ることができ、歪
の少ない素子が得られ、耐熱性の低い基板や電極材料を
使用することができ、素子のコストが廉価になるだけで
なく、例えばこの素子を用いたインクジェットヘッドや
このヘッドを備えたインクジェット記録装置のコストを
下げることができ、更に50〜400dpiの密度のマル
チ素子ヘッドを容易に製作することができて、特にライ
ン型インクジェットヘッドの製作を容易にしかも低コス
トで行うことができるようになる。
According to the electromechanical transducer of the second aspect, the electromechanical transducer is prepared by mixing a granulated electromechanical transducer material, which has been granulated to a desired particle size, into an organometallic complex and firing it into a sol-gel form. Therefore, a desired element can be obtained at a firing temperature (low-temperature firing) not exceeding 900 ° C., an element with less distortion can be obtained, and a substrate or an electrode material having low heat resistance can be used. In addition to lowering the cost, it is possible to reduce the cost of, for example, an ink jet head using this element or an ink jet recording apparatus equipped with this head, and to easily manufacture a multi-element head having a density of 50 to 400 dpi. In particular, it is possible to easily and inexpensively manufacture a line type ink jet head.

【0091】請求項3の電気機械変換素子によれば、上
記請求項1又は2の電気機械変換素子において、粒状電
気機械変換材料の粒径が0.1〜20μmである構成と
したので、変位量の大きな素子が得られる。
According to the electromechanical transducer of the third aspect, since the electromechanical transducer of the first or second aspect is configured such that the particle size of the granular electromechanical transducer is 0.1 to 20 μm, A large amount of elements can be obtained.

【0092】請求項4の電気機械変換素子の製造方法に
よれば、予め所望の粒径に造粒形成した粒状電気機械変
換材料をゾルゲル状の金属アルコキシドに混入分散した
後、これを900℃を越えない温度で焼成する構成とし
たので、歪の少ない素子が得られ、耐熱性の低い基板や
電極材料を使用することができ、素子のコストが廉価に
なるだけでなく、例えばこの素子を用いたインクジェッ
トヘッドやこのヘッドを備えたインクジェット記録装置
のコストを下げることができ、更に50〜400dpiの
密度のマルチ素子ヘッドを容易に製作することができ
て、特にライン型インクジェットヘッドの製作を容易に
しかも低コストで行うことができるようになる。
According to the method of manufacturing an electromechanical transducer of claim 4, a particulate electromechanical transducer material granulated in advance to a desired particle size is mixed and dispersed in a sol-gel-like metal alkoxide and then heated to 900 ° C. Since the baking is performed at a temperature not exceeding, a device with less distortion can be obtained, a substrate and an electrode material having low heat resistance can be used, and not only can the cost of the device be reduced, but also, for example, the use of this device can be reduced. The cost of the ink jet head and the ink jet recording apparatus equipped with this head can be reduced, and a multi-element head having a density of 50 to 400 dpi can be easily manufactured. Moreover, it can be performed at low cost.

【0093】請求項5の電気機械変換素子の製造方法に
よれば、予め所望の粒径に造粒形成した粒状電気機械変
換材料を有機金属錯体に混入し、これをゾルゲル状にし
て前記粒状電気機械変換材料の表面に薄膜を形成した
後、これを900℃を越えない温度で焼成する構成とし
たので、結晶性電気機械変換材料の粒界に均一にゲル膜
が成膜されて低温焼成時の結合力が向上し、焼結度が高
く歪の少ない素子が得られ、耐熱性の低い基板や電極材
料を使用することができ、素子のコストが廉価になるだ
けでなく、例えばこの素子を用いたインクジェットヘッ
ドやこのヘッドを備えたインクジェット記録装置のコス
トを下げることができ、更に50〜400dpiの密度の
マルチ素子ヘッドを容易に製作することができて、特に
ライン型インクジェットヘッドの製作を容易にしかも低
コストで行うことができるようになる。
According to the method of manufacturing an electromechanical conversion element of the present invention, the electromechanical conversion material granulated in advance to a desired particle size is mixed into an organometallic complex, and the mixture is formed into a sol-gel form to form the electromechanical conversion element. Since a thin film is formed on the surface of the mechanical conversion material and then fired at a temperature not exceeding 900 ° C., a gel film is uniformly formed on the grain boundaries of the crystalline electromechanical conversion material, and the low temperature firing is performed. The bonding force of the element is improved, an element having a high degree of sintering and less distortion can be obtained, and a substrate or an electrode material having a low heat resistance can be used. This not only reduces the cost of the element but also reduces the cost of the element. The cost of the ink jet head used and the ink jet recording apparatus equipped with this head can be reduced, and a multi-element head having a density of 50 to 400 dpi can be easily manufactured. The fabrication of the head will be able to be performed in easily and cost.

【0094】請求項6の電気機械変換素子の製造方法に
よれば、上記請求項5の電気機械変換素子の製造方法に
おいて、前記粒状電気機械変換材料表面に薄膜を形成し
た後、余剰のゾルゲルを除去し、次いでこれを900℃
を越えない温度で焼成する構成としたので、粒状電気機
械変換素子の表面に100〜2000オングストローム
の粒界層を形成することができ、収縮変形、歪みを更に
小さくすることができると共に、駆動変位量の大きな低
電圧駆動が可能な素子を得ることができる。
According to the method of manufacturing an electromechanical transducer of claim 6, in the method of manufacturing an electromechanical transducer of claim 5, after forming a thin film on the surface of the granular electromechanical conversion material, excess sol-gel is removed. Removed and then brought to 900 ° C
, So that a grain boundary layer of 100 to 2,000 angstroms can be formed on the surface of the granular electromechanical transducer, so that shrinkage deformation and distortion can be further reduced, and drive displacement can be reduced. It is possible to obtain a large amount of an element which can be driven at a low voltage.

【0095】請求項7の電気機械変換素子の製造方法に
よれば、上記請求項4乃至6のいずれかの電気機械変換
素子の製造方法において、前記粒状電気機械変換材料と
して粒径が0.1〜20μmのものを用いる構成とした
ので、変位量の大きな素子が得られる。
According to the method of manufacturing an electromechanical transducer of claim 7, in the method of manufacturing an electromechanical transducer of any one of claims 4 to 6, the particle size of the granular electromechanical conversion material is 0.1. Since a structure having a thickness of about 20 μm is used, an element having a large displacement can be obtained.

【0096】請求項8の電気機械変換素子の製造方法に
よれば、上記請求項4乃至7のいずれかの電気機械変換
素子の製造方法において、前記ゾルゲルを界面に有する
前記粒状電気機械変換材料をそのまま又はバインダーを
添加して目的とする形状にパターン化した後焼成する構
成としたので、大面積、高精度パターンの素子アレイ群
を容易に形成することができる。
According to the method of manufacturing an electromechanical transducer of claim 8, in the method of manufacturing an electromechanical transducer of any of claims 4 to 7, the granular electromechanical conversion material having the sol-gel at an interface is used. Since the composition is fired after being patterned into a desired shape as it is or by adding a binder, an element array group having a large area and a high precision pattern can be easily formed.

【0097】請求項9のインクジェットヘッドによれ
ば、電気機械変換素子の変位で加圧液室のインクを加圧
して吐出口からインク滴を吐出させるインクジェットヘ
ッドにおいて、前記加圧液室の壁面を形成しているダイ
アフラム部を変形させて前記加圧液室を加圧するための
前記電気機械変換素子を前記請求項8の製造方法によっ
て製造した構成としたので、コストが廉価になる。
According to the ink jet head of the ninth aspect, in the ink jet head in which the ink in the pressurized liquid chamber is pressurized by the displacement of the electromechanical transducer to discharge the ink droplet from the discharge port, the wall surface of the pressurized liquid chamber is Since the electromechanical conversion element for deforming the formed diaphragm and pressurizing the pressurized liquid chamber is manufactured by the manufacturing method according to claim 8, the cost is reduced.

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

【図1】本発明に係る電気機械変換素子の模式的断面図FIG. 1 is a schematic sectional view of an electromechanical transducer according to the present invention.

【図2】同電気機械変換素子を基板上に配設した状態の
模式的断面図
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a state where the electromechanical transducer is arranged on a substrate.

【図3】本発明に係る金属アルコキシドを用いた電気機
械変換素子の製造方法の一例を示すフロー図
FIG. 3 is a flowchart showing an example of a method for manufacturing an electromechanical transducer using a metal alkoxide according to the present invention.

【図4】同じく金属アルコキシドを用いた電気機械変換
素子の製造方法の他の例示すフロー図
FIG. 4 is a flowchart showing another example of a method for manufacturing an electromechanical transducer using the same metal alkoxide.

【図5】本発明に係る有機金属錯体を用いた電気機械変
換素子の製造方法の一例を示すフロー図
FIG. 5 is a flowchart showing an example of a method for manufacturing an electromechanical transducer using the organometallic complex according to the present invention.

【図6】同じく金属アルコキシドを用いた電気機械変換
素子の製造方法の他の例示すフロー図
FIG. 6 is a flowchart showing another example of a method for manufacturing an electromechanical transducer using the same metal alkoxide.

【図7】本発明に係るインクジェットヘッドの一例を示
す外観斜視図
FIG. 7 is an external perspective view showing an example of an inkjet head according to the present invention.

【図8】図7の要部拡大断面図FIG. 8 is an enlarged sectional view of a main part of FIG. 7;

【図9】図8のノズルプレートの斜視図FIG. 9 is a perspective view of the nozzle plate of FIG. 8;

【図10】本発明に係るインクジェットヘッドの他の実
施例を示す要部拡大断面図
FIG. 10 is an enlarged sectional view of a main part showing another embodiment of the ink jet head according to the present invention.

【図11】本発明に係るインクジェットヘッドの更に他
の実施例を示す要部拡大断面図
FIG. 11 is an enlarged sectional view of a main part showing still another embodiment of the ink jet head according to the present invention.

【図12】同ヘッドの液室を構成する一方の部材の断面
FIG. 12 is a sectional view of one member constituting a liquid chamber of the head.

【図13】同ヘッドの液室を構成する他方の部材の断面
FIG. 13 is a sectional view of the other member constituting the liquid chamber of the head.

【図14】本発明に係るインクジェットヘッドの更にま
た他の実施例を示す要部拡大断面図
FIG. 14 is an enlarged sectional view of a main part showing still another embodiment of the ink jet head according to the present invention.

【図15】同ヘッドの液室を構成する一方の部材の断面
FIG. 15 is a sectional view of one member constituting a liquid chamber of the head.

【図16】図15の平面図FIG. 16 is a plan view of FIG.

【図17】同ヘッドの液室を構成する他方の部材の断面
FIG. 17 is a sectional view of the other member constituting the liquid chamber of the head.

【図18】図17のC−C線に沿う断面図18 is a sectional view taken along the line CC of FIG.

【図19】本発明に係るインクジェット記録装置の一例
を示す平面図
FIG. 19 is a plan view showing an example of an ink jet recording apparatus according to the present invention.

【図20】同記録装置の要部側面図FIG. 20 is a side view of a main part of the recording apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…電気機械変換素子、2…粒状電気機械変換材料、3
…粒界層、11…液室プレート、12…ノズルプレー
ト、13…圧電素子、15…加圧液室、17…共通液
室、18…ダイアフラム部、27…吐出口。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electromechanical conversion element, 2 ... Granular electromechanical conversion material, 3
... grain boundary layer, 11 ... liquid chamber plate, 12 ... nozzle plate, 13 ... piezoelectric element, 15 ... pressurized liquid chamber, 17 ... common liquid chamber, 18 ... diaphragm part, 27 ... discharge port.

フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 41/26 Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H01L 41/26

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電気信号を機械的変位に変換し、或いは
機械的変位を電気信号に変換する電気機械変換素子にお
いて、この電気機械変換素子は予め所望の粒径に造粒形
成した粒状電気機械変換材料をゾルゲル状の金属アルコ
キシドに混入して焼成してなることを特徴とする電気機
械変換素子。
1. An electromechanical transducer for converting an electric signal into a mechanical displacement or converting a mechanical displacement into an electric signal, wherein the electromechanical transducer is a granular electromechanical device which is granulated in advance to a desired particle size. An electromechanical conversion element characterized in that a conversion material is mixed with a sol-gel metal alkoxide and fired.
【請求項2】 電気信号を機械的変位に変換し、或いは
機械的変位を電気信号に変換する電気機械変換素子にお
いて、この電気機械変換素子は予め所望の粒径に造粒形
成した粒状電気機械変換材料を有機金属錯体に混入して
ゾルゲル状にして焼成してなることを特徴とする電気機
械変換素子。
2. An electromechanical conversion element for converting an electric signal into a mechanical displacement or converting a mechanical displacement into an electric signal. An electromechanical conversion element, wherein a conversion material is mixed with an organometallic complex to form a sol-gel and fired.
【請求項3】 請求項1又は2に記載の電気機械変換素
子において、前記粒状電気機械変換材料の粒径が0.1
〜20μmであることを特徴とする電気機械変換素子。
3. The electromechanical conversion element according to claim 1, wherein the particle size of the granular electromechanical conversion material is 0.1.
An electromechanical transducer having a thickness of from about 20 μm to about 20 μm.
【請求項4】 電気信号を機械的変位に変換し、或いは
機械的変位を電気信号に変換する電気機械変換素子の製
造方法において、予め所望の粒径に造粒形成した粒状電
気機械変換材料をゾルゲル状の金属アルコキシドに混入
分散した後、これを900℃を越えない温度で焼成する
ことを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。
4. A method of manufacturing an electromechanical conversion element for converting an electric signal into a mechanical displacement or converting a mechanical displacement into an electric signal, comprising the steps of: A method for producing an electromechanical conversion element, comprising mixing and dispersing a metal alkoxide in a sol-gel state, followed by firing at a temperature not exceeding 900 ° C.
【請求項5】 電気信号を機械的変位に変換し、或いは
機械的変位を電気信号に変換する電気機械変換素子の製
造方法において、予め所望の粒径に造粒形成した粒状電
気機械変換材料を有機金属錯体に混入し、これをゾルゲ
ル状にして前記粒状電気機械変換材料の表面に薄膜を形
成した後、これを900℃を越えない温度で焼成するこ
とを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。
5. A method for manufacturing an electromechanical conversion element for converting an electric signal into a mechanical displacement or converting a mechanical displacement into an electric signal, comprising the steps of: Manufacturing an electromechanical conversion element, which is mixed with an organometallic complex, converted into a sol-gel form, forms a thin film on the surface of the granular electromechanical conversion material, and is fired at a temperature not exceeding 900 ° C. Method.
【請求項6】 請求項5に記載の電気機械変換素子の製
造方法において、前記粒状電気機械変換材料表面に薄膜
を形成した後、余剰のゾルゲルを除去し、次いでこれを
900℃を越えない温度で焼成することを特徴とする電
気機械変換素子の製造方法。
6. A method for manufacturing an electromechanical transducer according to claim 5, wherein after forming a thin film on the surface of the granular electromechanical transducer material, excess sol-gel is removed, and then a temperature not exceeding 900 ° C. A method for manufacturing an electromechanical transducer, wherein the method is performed by firing.
【請求項7】 請求項4乃至6のいずれかに記載の電気
機械変換素子の製造方法において、前記粒状電気機械変
換材料として粒径が0.1〜20μmのものを用いるこ
とを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。
7. The method for manufacturing an electromechanical conversion element according to claim 4, wherein said granular electromechanical conversion material has a particle size of 0.1 to 20 μm. A method for manufacturing a mechanical conversion element.
【請求項8】 請求項4乃至7のいずれかに記載の電気
機械変換素子の製造方法において、前記ゾルゲルを界面
に有する前記粒状電気機械変換材料をそのまま又はバイ
ンダーを添加して目的とする形状にパターン化した後焼
成することを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。
8. The method for manufacturing an electromechanical conversion element according to claim 4, wherein the granular electromechanical conversion material having the sol-gel at the interface is used as it is or by adding a binder to a desired shape. A method for producing an electromechanical conversion element, comprising firing after patterning.
【請求項9】 電気機械変換素子の変位で加圧液室のイ
ンクを加圧して吐出口からインク滴を吐出させるインク
ジェットヘッドにおいて、前記加圧液室の壁面を形成し
ているダイアフラム部を変形させて前記加圧液室を加圧
するための前記電気機械変換素子を前記請求項9の製造
方法によって製造したことを特徴とするインクジェット
ヘッド。
9. In an ink jet head that pressurizes ink in a pressurized liquid chamber by displacement of an electromechanical transducer and discharges ink droplets from a discharge port, a diaphragm portion forming a wall surface of the pressurized liquid chamber is deformed. 10. An ink jet head, wherein the electromechanical transducer for pressurizing the pressurized liquid chamber is manufactured by the manufacturing method according to claim 9.
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