JPS63104845A - インクジェット記録ヘッドにおける圧電体とガラスの接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 この発明は圧電体とガラスの拡散接合方法に関する。

〔従来技術とその問題点〕

ＰｂＯ，ＺｒＯ２）’ｒｉｏ２などを原料とＬ　、　Ｐ
ｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）０３を基本式とする圧電セラミックは
、最近その応用が多岐にわたってきている。これに伴な
い、圧電セラミック単体だけではなく、他の部材と接着
もしくは接合した複合構造体として使用される例が多く
なりつつある。

現在圧電セラミックと金属、セラミック、ガラスおよび
プラスチックなどの接着もしくは接合方法としては以下
のものがある。

１）有機系接着剤を用いる方法。

（２）接合しようとする部材にＮｉメッキなどを施こし
、ハンダまたはろう材を用いて接合する方法。

（３）圧電セラミックとガラスの接合をガラスの軟化点
以上に加熱して両者を融着する方法。

上記の方法はそれぞれ特徴をもっているので。

それを活かした用途に適用されている。しかしながら圧
電セラミックを用いた超精密機構部品の接合方法として
は種々の問題点を有している。例えば、インクジェット
記録ヘッドには第１図に示す構成のものがある。第１図
の（５）は、インクジェット記録ヘッドの横断面図、同
図（Ｂ）はその縦断面図である。これらの図において、
１は圧電セラミックから成る一枚の平板状に成形された
圧電体プレートである。この圧電体プレー）１には第２
図に詳細に示すようにインクキャビティ用溝２およびこ
のインクキャビティ用溝２に連通するインク供給路用溝
３およびインクノズル用溝４が複数列形成されている。

インクキャビティ用溝２は、２つの深溝部５，６および
両派溝部５，６間に設けられた浅溝部７からなる。

さらに、第１図に訃いて８は圧電体プレート１のインク
キャビティ用溝２．インクノズル用溝４等が形成されて
いる面に接合されたガラスからなるカバープレートであ
る。しかして、圧電体プレート１とガラスカバープレー
ト８との間ではインクキャビティ用溝２からインクキャ
ビティハが。

インクノズル用溝４からインクノズル４Ａカ、イ／り供
給路用溝３かもインク供給路３Ａがそれぞれ形成される
。そして、インクキャビティ２人においては浅溝部７を
形成する圧電体膨出部９に電圧印加用電極１０が設けら
れ、その電極１０に対応する圧電体プレート１０下面に
電極１１が設けられている。。

しかして、このように構成されたインクジェット記録ヘ
ッドにおいて電極１０．１１間に電圧を印加すると１両
電極１０．１１間の圧電体が膨張して、インクキャビテ
ィ２Ａ内の体積を減少させ、その結果インクキャビティ
２人内のインクが当該インクキャビティ２人に連通する
インクノズ＃４Ａから液滴状に図示していない記録担体
上に噴射される。

インクジェット記録ヘッドにおいては第３図に詳細に示
すように、ノズル４Ａの大きさは４０μｍＸ４０μｍ、
ノズル４Ａ、４Ａの間隔Ｃはたとえば１朋に形成されて
いる。さらに圧電体プレートの厚さＬはＱ、５ｍｍ。

インクキャビティｎ、の幅Ｂｏは０．７關、浅溝部７つ
ｔシ圧電体膨出部９の幅Ｂｌは０．６龍そして深溝部５
，６の幅Ｂ２は５０μｍに形成されている。かかる微細
で精密な構成においては圧電体プレート１とガラスカバ
ープレート８の接合が重要な要素技術となる。例えは前
記（１）の有機系接着剤を用いる場合は、接着時の温度
が低温のため、圧電体プレート１とガラスカバープレー
ト８０線膨張係数（ロ）の差は問題にならないが、接着
剤がノズル４Ａに侵入してインクノズル詰まりが発生し
やすく、さらにインク中に含まれる溶剤によって接着剤
が侵食され、隣接するインクキャピテイ間でインクのク
ロストークを生じやすいなどの問題がある。また前記（
３）の融着で接合する場合は、この方法は一種の固相接
合であるためノズル４Ａの詰まりは発生しないが、処理
温度が一般的には６００°〜９００℃の範囲であるため
圧電体プレート１とガラスカバープレート８の線膨張係
数の整合性がないとそのいずれかにクラックが発生して
しまうという欠点がある。

〔発明の目的〕

この発明は、上記の点に鑑みてなされたものでありその
目的とするところは、精密な圧電セラミックス構成を可
能とするような圧電体セラミックスとガラスとの簡易で
信頼性の高い接合方法を提供する釦ある。

〔発明の要点〕

この発明は圧電体とガラスを拡散接合させる方法におい
て。

（イ）圧電体とガラスのうち少なくとも１つの表面を活
性化する工程。

（ロ）上記圧電体とガラスを重ね合わせて重合体を得る
工程。

（ハ）上記重合体を真空雰囲気中で加熱、加圧して重合
体を拡散接合させる工程。

を備えるのでその目的を達する。すなわち、圧電体とガ
ラスのうち少なくとも１つの表面を活性化し、低い温度
において拡散接合を行なわせるようｋしたものである。

〔発明の実施例〕

次に図面にもとづいてこの発明の詳細な説明する。圧電
セラミックス用の原料粉末として試薬チ＊　ＴｌＯ２８
，４重１ｔ％ｔ　Ｎｂ２Ｏ５１４，０重″ｉチ、　Ｎｉ
０４．０重量％。

バインダとしてポリビニタブチラール、可塑剤はフタル
酸ジオクチルとポリエチレングリコール。

分散剤としてトリオレイン、溶媒はトルエンとピリプロ
ビルアルコールを用い、ボールミルでよく分散混合して
スラリー化した。減圧脱泡したのちドクタブレード法で
ポリエステルフィルム上に約０．３朋の厚さに成膜し、
自然乾燥したあと、赤外線で乾燥してグリーンシートを
得た。次にこのグリーンシートを２枚背中合わせに重合
しホットプレスによシ積層してから所定のサイズにパン
チし。

１匡気炉で温度１２５０℃で２時間酸化雰囲気中で焼成
し厚さ０．５闘、巾３Ｑｇｍ、長さ５０龍の圧゛１体プ
レート１を得た。１この圧電体プレート１の一方の表面
を鏡面器まして面を出し１次に鏡面器ましたのと同じサ
イドから、ダイシングソー用いて第２図に示すようなイ
ンクキャビティ用溝２（インクキャビティ用深溝部５，
６とインクキャビティ用浅溝部７からなる）、インク供
給路用溝３およびインクノズル用溝４を穿設した。寸法
は第３図において前述したのと同様とした。電圧印加用
電極１０．１１はＡｔを蒸着させて形成した。ガラスカ
バープレート８としては厚さ１ｍｍ山中３Ｑｉ＋、長さ
５Ｑｍｍのガラス（パイレックスコード７７４０）を使
用した。ガラスも圧電体プレート１と同様鏡面器まを施
した。溝加工した前記圧電体プレート１と鏡面器ました
ガラスカバープレート８０両者を５分間アセトン中で超
音波洗滌したのち、アルゴンガス中で４５分間プラズマ
エツチング処理した。この処理で表面が清浄化され。

活性化される。鏡面器ました面を接合面として両者を重
ね合わせた。

次にこの重合体を約ｌＸｌ０−’　Ｔｏｒｒ以下の真空
中で温度３００℃、圧力３％の条件で６０分間処理し、
鉛の拡散によシ圧電体プレート１とガラスカバープレー
ト８の拡散接合を行なって第１図に示すようなマルチノ
ズル式インクジェット記録ヘッドを得た。

室温に冷却してから両者の厚さ方向をダイシンクソーで
切断し、研ましてから接合部を１００倍の光学顕微鏡で
観察した。接合部に空孔、クラックなどの欠陥はなく良
好であった。また圧電プレートｌのインク供給路３人お
よびインクノズル４ＡＫ対するガラスの詰ｔｂはなく、
さらにインクを注入してもインクのクロストークは皆無
であった。

このようにプラズマエツチング処理により良好な接合が
得られたのはプラズマエツチングによシガラスカバープ
レート８および圧電体プレート１の表面が清浄化され、
化学的に活性化して低い温度における接合が可能となっ
たためであシ、さらにそのためにガラスと圧電体の熱膨
張率の差によって接合面に発生する熱的な残留応力が少
なくなったことによる。

比較のため、プラズマエツチング処理を除き前記と同様
の条件で接合したものは、接合面で剥離を生じた。接合
表面の活性化の手段として上述の実施例ではプラズマエ
ツチングを例にとったがこれに限るものでなく、化学的
エツチング、機械的エツチングなどを用いても圧電体プ
レートとガラスを低温で接合することができる。また前
述の実施例では圧電体プレート１とガラスカバープレー
ト８０両方の面をエツチングしているがエツチングはそ
のいずれか一方の表面だけでも充分にその効果を発揮す
る。

エツチング後の接合条件すなわち真空度、加熱温度、印
加圧力などは接合する圧電体プレートとガラスの材質、
形状、エツチング程度によυ実験　、的に定まる。真空
度をより高真空度にし、加熱温度を高くし、ｉたは印加
圧力を大きくすると、当然ながら接合部の剥離強度々ど
けそれに応じて増大するが、インクジェット記録ヘッド
として使用する圧電体プレートとガラスの拡散接合にお
いては、加熱温度２５０℃ないし４００℃、印加圧力０
．５％ないしＸ）　％　を真空度ｌＸｌ０−’Ｔｏｒｒ
ないし１０ｘｌＯ−ｓ　Ｔｏｒｒ　ノ範囲で良好な接合
を得ることができる。ガラスとしてはソーダガラス、ホ
ーケイ酸ガラス、石英ガラスなどを使用することができ
る。またこの発明にかかわる方法は圧電体と金属との接
合においても有効に適用できるものである。

〔発明の効果〕

この発明によれば圧電体とガラスを拡散接合させる方法
において。

（イ）圧電体とガラスの少なくともいずれか１つの表面
を活性化する工程。

（ロ）上記圧電体とガラスを重ね合わせて重合体を得る
工程、 （ハ）上記重合体を真空雰囲気中で加熱、加圧して重合
体を拡散接合させる工程。

を備えるので、圧電体とガラスのうち少なくとも１つの
表面が活性化して前記圧電体とガラスが低い温度におい
て拡散接合することとなり、そのために圧電体とガラス
の熱膨張率の差によって接合面に発生する熱的な残留応
力が減少し、その結果簡易な方法で信頼性に富んだ圧電
体とガラスの接合を行なうことができ、マルチノズル式
インクジェット記録ヘッドのような圧電体を含む複合構
造の精密機構部品を容易に量産することが可能となった
。

【図面の簡単な説明】

第１図はマルチノズル式インクジェット記録ヘッドの構
成を示し、同図（５）はその横断面図、同図（Ｂ）はそ
の縦断面図、第２図は第１図の圧電体プレートを示し、
同図（５）はその平面図、同図串）はその横断面図、同
図（ｑはその縦断面図、第３図は第１図の部分拡大断面
図である。 １：圧電体プレート、８ニガラスカバープレート。 （Ａ） （Ｂ） 第１ｒ！Ｉ！Ｊ 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）圧電体とガラスとを拡散接合させる方法において （イ）圧電体とガラスの少なくともいずれか１つの表面
   を活性化する工程、 （ロ）上記圧電体とガラスを重ね合わせて重合体を得る
   工程。 （ハ）上記重合体を真空雰囲気中で加熱、加圧して重合
   体を拡散接合させる工程、 を備えることを特徴とする圧電体とガラスの接合方法。 ２）特許請求の範囲第１項記載の接合方法において、ガ
   ラスの圧電体と接合する面をプラズマエッチングを用い
   て活性化することを特徴とする圧電体とガラスの接合方
   法。