JPH10217487A - Formation of piezoelectric element in ink jet recording head - Google Patents
Formation of piezoelectric element in ink jet recording headInfo
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- JPH10217487A JPH10217487A JP9023390A JP2339097A JPH10217487A JP H10217487 A JPH10217487 A JP H10217487A JP 9023390 A JP9023390 A JP 9023390A JP 2339097 A JP2339097 A JP 2339097A JP H10217487 A JPH10217487 A JP H10217487A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、インクを液滴と
してノズルより噴射して印刷するインクジェット記録法
に用いられるインクジェット記録ヘッドにおける圧電素
子の形成方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a piezoelectric element in an ink jet recording head used in an ink jet recording method for printing by ejecting ink from a nozzle as ink droplets.
【０００２】[0002]
【従来の技術】インクジェット記録ヘッドを用いた印刷
装置は構成が簡単であるという利点から、小型軽量性が
要求される卓上プリンタやファックス等の分野に広く用
いられている。インクジェット記録ヘッドには幾つかの
方式が提案されている。その１つであるオンデマンド型
のインクジェット記録ヘッド（以下では記録ヘッドと略
称する）は、振動板に圧電素子を接着し、その圧電素子
に電圧パルスを印加することにより圧電素子を伸縮させ
振動板を振動させ、ノズルからインク滴を吐出させる方
式である。この記録ヘッドは、寿命が半永久的でありラ
ンニングコストが低い等の長所を有し、これから広く利
用されようとしている。2. Description of the Related Art A printing apparatus using an ink jet recording head is widely used in desktop printers, fax machines, and the like, which are required to be small and light because of the advantage of simple configuration. Several methods have been proposed for ink jet recording heads. One of these is an on-demand type ink jet recording head (hereinafter, simply referred to as a recording head), in which a piezoelectric element is adhered to a vibration plate, and a voltage pulse is applied to the piezoelectric element to expand and contract the piezoelectric element to thereby expand the vibration plate. Is vibrated to eject ink droplets from the nozzles. This recording head has advantages such as a semi-permanent lifetime and a low running cost, and is about to be widely used.
【０００３】この記録ヘッドは、一般的には、表面にイ
ンク供給路、流路抵抗調整部、インク加圧部、インク吐
出部などのインク流路を形成するための複数の連通した
溝が形成されている流路基板と、この流路基板に接合さ
れてインク流路を形成するシート状の振動板と、振動板
のインク加圧部に対応する位置の表面に接着された圧電
素子とで構成される。この圧電素子に電圧が印加される
と、圧電素子と振動板とがバイモルフ作用によってイン
ク加圧部内に向かって変形してインクを加圧し、インク
吐出部からインク滴が噴射される。In general, a plurality of communicating grooves for forming an ink flow path such as an ink supply path, a flow path resistance adjusting section, an ink pressurizing section, and an ink discharge section are formed on the surface of the recording head. A flow path substrate, a sheet-like vibration plate joined to the flow path substrate to form an ink flow path, and a piezoelectric element bonded to a surface of the vibration plate at a position corresponding to an ink pressurizing portion. Be composed. When a voltage is applied to the piezoelectric element, the piezoelectric element and the vibrating plate are deformed toward the inside of the ink pressurizing section by the bimorph action to pressurize the ink, and an ink droplet is ejected from the ink ejection section.
【０００４】図４はこのような従来の記録ヘッドの構造
を示し、（ａ）は流路基板の溝の形状を示す平面図、
（ｂ）は記録ヘッドのインク流路に沿った断面図であ
る。流路基板１の一方の表面には、インク吐出部として
のインクノズル11、インク加圧部としてのインク加圧室
13、インクノズル11とインク加圧室13をつなぐノズル流
路12、インク加圧室13へインクを供給するためのインク
供給路14及びインク流路の流路抵抗調整部としての絞り
流路15からなる複数のインク流路10と、共通のインク溜
め16とを形成するための溝が備えられている。このよう
な流路基板１と振動板２とは重ね合わせて接着され一体
化される。一体化された後で、個々のインク加圧室13に
対応する振動板２の表面に、あらかじめ所定の寸法に切
断されている電気機械変換素子としての圧電素子３が図
示されていない共通電極を介して熱硬化性の接着剤層４
によって接着され、記録ヘッドは形成される。FIG. 4 shows the structure of such a conventional recording head, and FIG. 4A is a plan view showing the shape of a groove in a flow path substrate.
FIG. 2B is a cross-sectional view along the ink flow path of the recording head. On one surface of the flow path substrate 1, an ink nozzle 11 as an ink ejection unit and an ink pressurizing chamber as an ink pressurizing unit are provided.
13, a nozzle flow path 12 connecting the ink nozzle 11 and the ink pressurizing chamber 13, an ink supply path 14 for supplying ink to the ink pressurizing chamber 13, and a throttle flow path 15 as a flow path resistance adjusting unit of the ink flow path. And a groove for forming a plurality of ink flow paths 10 and a common ink reservoir 16. Such a flow path substrate 1 and the vibration plate 2 are superposed and adhered and integrated. After being integrated, a common electrode (not shown) on which the piezoelectric element 3 as an electromechanical conversion element, which has been cut in advance to a predetermined size, is provided on the surface of the vibration plate 2 corresponding to each of the ink pressurizing chambers 13. Thermosetting adhesive layer 4
And the recording head is formed.
【０００５】なお、圧電素子３の両面には上部電極31及
び下部電極32が形成されており、共通電極を介して下部
電極32と上部電極31の間に駆動電圧パルスが印加される
ことにより、バイモルフ作用により振動板２が振動し、
インクがインクノズル11から噴射され、記録紙等の表面
に到達して付着し、印刷が実施される。[0005] An upper electrode 31 and a lower electrode 32 are formed on both surfaces of the piezoelectric element 3. A driving voltage pulse is applied between the lower electrode 32 and the upper electrode 31 via a common electrode, whereby a driving voltage pulse is applied. The diaphragm 2 vibrates due to the bimorph action,
Ink is ejected from the ink nozzles 11, reaches and adheres to the surface of a recording paper or the like, and printing is performed.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来技
術による記録ヘッドの製造方法においては、振動板２と
圧電素子３とは熱硬化性接着剤層４によって接着される
が、微小面積へ微量の接着剤を塗布量を制御して塗布す
ることは困難である。そのため、接着剤量が過剰の場合
には、上部電極31の上へ接着剤がせりあがることによっ
て上部電極31の導通不良を発生したり、接着剤層４が厚
くなることによって圧電素子３への印加電圧が低下した
りする。また、接着剤量が不足の場合には、圧電素子３
の接着面積が不足になり振動板２の変形が不足する等の
問題を生じ、歩留り低下の原因となっている。As described above, in the method of manufacturing a recording head according to the prior art, the vibration plate 2 and the piezoelectric element 3 are bonded by the thermosetting adhesive layer 4, It is difficult to apply a small amount of adhesive while controlling the amount of application. Therefore, when the amount of the adhesive is excessive, the adhesive may flow onto the upper electrode 31 to cause a conduction failure of the upper electrode 31, or the thicker adhesive layer 4 may cause the piezoelectric element 3 The applied voltage decreases. When the adhesive amount is insufficient, the piezoelectric element 3
And the deformation area of the diaphragm 2 becomes insufficient, which causes a decrease in yield.
【０００７】また、接着剤層４の厚さがばらつくことに
よって、インクの吐出特性をばらつかせる要因にもなっ
ている。非常に薄い接着剤層４で接着することが理想で
あるが、現実問題としてはそれは困難であり、制御でき
る厚さには限界があった。一方、このような接着剤を用
いることに伴って発生する諸問題を解消するために、ス
クリーン印刷を用いて下部電極と圧電素子を振動板上に
直接形成する方法が、この発明の発明者によって提案さ
れ、本願出願人により特願平8-246332号として出願され
ている。この方法は、振動板上に下部電極のための白金
ペーストをスクリーン印刷した後に焼成して下部電極を
形成し、その上に圧電素子原料のスラリーをスクリーン
印刷し、その印刷層の厚さを均一化しピンホールをなく
するためのレベリング処理をした後に焼成して振動板上
に下部電極と圧電素子とを直接形成している。レベリン
グ処理を必要とするのは、スクリーン印刷の工程におい
てスクリーンの影響により印刷されたスラリー中に気泡
を抱き込んで発生するピンホールやスクリーンの網目に
対応する凹凸による厚さの大きなばらつきを低減するた
めである。ピンホールの存在及び厚さのばらつきの大き
いことは、どちらも記録ヘッドのインク吐出特性を大き
くばらつかせる要因となる。一方、下部電極としての白
金層にはピンホールが存在しても問題ないし、厚さも３
〜５μmと薄く厚さのばらつきも２μm 以下となるの
で、下部電極をスクリーン印刷によって形成することに
問題はない。[0007] In addition, the variation in the thickness of the adhesive layer 4 causes the ink ejection characteristics to vary. It is ideal to bond with a very thin adhesive layer 4, but as a practical matter it is difficult and there is a limit to the controllable thickness. On the other hand, in order to solve various problems caused by using such an adhesive, a method of directly forming a lower electrode and a piezoelectric element on a diaphragm using screen printing has been proposed by the inventor of the present invention. It has been proposed and filed by the present applicant as Japanese Patent Application No. 8-246332. In this method, a platinum paste for a lower electrode is screen-printed on a vibration plate and then fired to form a lower electrode, and a slurry of a piezoelectric element material is screen-printed thereon, and the thickness of the printed layer is made uniform. The lower electrode and the piezoelectric element are directly formed on the vibration plate by performing a leveling process for eliminating a pinhole and then firing. The need for the leveling process reduces large variations in thickness due to pinholes generated by embracing bubbles in the printed slurry due to the effect of the screen in the screen printing process and irregularities corresponding to the screen mesh. That's why. Both the presence of pinholes and the large variations in thickness cause large variations in the ink ejection characteristics of the recording head. On the other hand, there is no problem even if pinholes exist in the platinum layer as the lower electrode, and the thickness is 3 mm.
Since the thickness is as small as 5 μm and the variation in thickness is 2 μm or less, there is no problem in forming the lower electrode by screen printing.
【０００８】この発明は、上記のような接着剤を用いる
ことに伴って発生する諸問題点を解消し、あるいはスク
リーン印刷法を用いた圧電素子の形成に伴うピンホール
の発生や厚さのばらつきの問題をレベリング処理のよう
な特殊な工程を採用することにより解決するのではな
く、歩留りが高くてコストが安く、駆動電圧が低いマル
チノズルの記録ヘッドを製造することができる記録ヘッ
ドの圧電素子形成方法を提供することを課題とする。The present invention solves the problems caused by the use of the above-mentioned adhesive, or produces pinholes and thickness variations due to the formation of a piezoelectric element using a screen printing method. Instead of solving the above problem by employing a special process such as leveling processing, a piezoelectric element of a recording head capable of manufacturing a multi-nozzle recording head with high yield, low cost, and low drive voltage It is an object to provide a forming method.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】この発明においては、イ
ンクを加圧するためのインク加圧室やインク加圧室で加
圧されたインクを吐出するためのインクノズルなどから
なる複数のインク流路を形成するための連通する溝を備
えた流路基板と、この流路基板に接合されてインク流路
を形成する振動板と、振動板の流路基板とは反対の面で
インク加圧室に対応する位置に備えられている圧電素子
とからなるインクジェット記録ヘッドにおける圧電素子
の形成方法であって、圧電素子の下部電極が形成された
セラミック製の振動板にドライフィルムを張り付け、こ
のドライフィルムのインク加圧室に対応する位置をフォ
トリソグラフィによって除去し、その除去された部分に
圧電素子原料のスラリーを充填し、ドライフィルムの除
去部に圧電素子原料のスラリーが充填された振動板を焼
成して振動板上に圧電素子を直接形成する。ドライフィ
ルムの除去部に圧電素子原料のスラリーを充填し、その
状態で焼成して圧電素子を振動板上に直接形成するか
ら、スラリーの量がドライフィルムの厚さで制御されて
全面に均一に充填される。したがって、形成される圧電
素子はその厚さが薄くてよく揃いしかもピンホールのな
いものとなる。更に、フォトリソグラフィによってドラ
イフィルムの除去部を形成するので圧電素子の小面積化
を容易に実施することができる。According to the present invention, a plurality of ink flow paths including an ink pressurizing chamber for pressurizing ink, an ink nozzle for discharging ink pressurized in the ink pressurizing chamber, and the like are provided. A flow path substrate having a communicating groove for forming an ink passage, a vibration plate joined to the flow path substrate to form an ink flow path, and an ink pressurizing chamber on a surface of the vibration plate opposite to the flow path substrate. A method for forming a piezoelectric element in an ink jet recording head comprising a piezoelectric element provided at a position corresponding to a piezoelectric element, wherein a dry film is attached to a ceramic diaphragm on which a lower electrode of the piezoelectric element is formed, The position corresponding to the ink pressurizing chamber is removed by photolithography, the removed portion is filled with the slurry of the piezoelectric element material, and the removed portion of the dry film is removed from the piezoelectric element. The piezoelectric element is directly formed on the slurry by firing the diaphragm filled diaphragm. The slurry for the raw material of the piezoelectric element is filled in the dry film removing section and fired in that state to directly form the piezoelectric element on the diaphragm, so that the amount of the slurry is controlled by the thickness of the dry film so that the entire surface is uniformly formed. Will be filled. Therefore, the formed piezoelectric element is thin and well-aligned, and has no pinhole. Furthermore, since the removed portion of the dry film is formed by photolithography, the area of the piezoelectric element can be easily reduced.
【００１０】また、インクを加圧するためのインク加圧
室やインク加圧室で加圧されたインクを吐出するための
インクノズルなどからなる複数のインク流路を形成する
ための連通する溝を備えた流路基板と、この流路基板に
接合されてインク流路を形成する振動板と、振動板の流
路基板とは反対の面でインク加圧室に対応する位置に備
えられている圧電素子とからなるインクジェット記録ヘ
ッドにおける圧電素子の形成方法であって、圧電素子の
下部電極が形成されたセラミック製の振動板のインク加
圧室に対応する位置に、スタンプ印刷法によって圧電素
子原料のスラリーを印刷し、圧電素子原料のスラリーを
印刷された振動板を焼成して振動板上に圧電素子を直接
形成する。In addition, a communicating groove for forming a plurality of ink flow paths including an ink pressurizing chamber for pressurizing the ink, an ink nozzle for discharging the ink pressurized in the ink pressurizing chamber, and the like is provided. A flow path substrate, a vibration plate joined to the flow path substrate to form an ink flow path, and a vibration plate provided at a position opposite to the flow path substrate and corresponding to the ink pressurizing chamber. A method for forming a piezoelectric element in an ink jet recording head comprising a piezoelectric element, wherein a piezoelectric element material is formed by stamp printing at a position corresponding to an ink pressurizing chamber of a ceramic diaphragm on which a lower electrode of the piezoelectric element is formed. Is printed, and the diaphragm on which the slurry of the piezoelectric element raw material is printed is fired to directly form the piezoelectric element on the diaphragm.
【００１１】この方法においても、スタンプ印刷される
圧電素子原料のスラリーの量は別途形成されるスラリー
充填のための型の精度で制御される。この型を高精度に
制作することは可能であるから、型からスタンプ印刷で
転写されるスラリーの厚さと量が十分に制御され、厚さ
が薄くてよく揃ったピンホールの少ない小面積の圧電素
子を形成することができる。Also in this method, the amount of the slurry of the piezoelectric element raw material to be stamp-printed is controlled with the precision of a separately formed mold for filling the slurry. Since it is possible to produce this mold with high precision, the thickness and amount of the slurry transferred from the mold by stamp printing are sufficiently controlled, and the thickness is small and well-aligned. An element can be formed.
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を実施例を
用いて説明する。 〔第１の実施例〕図１はこの発明による記録ヘッドの圧
電素子形成方法の第１の実施例の工程を示し、図２はこ
の実施例で作成された記録ヘッドの構造を示す。図２に
おいて、（ａ）は圧電素子側から見た平面図であり、
（ｂ）はインク流路に沿った断面図であり、従来技術の
場合と同じ機能の部分については同じ符号を付した。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described with reference to examples. [First Embodiment] FIG. 1 shows the steps of a first embodiment of the method for forming a piezoelectric element of a recording head according to the present invention, and FIG. 2 shows the structure of the recording head produced in this embodiment. In FIG. 2, (a) is a plan view seen from the piezoelectric element side,
(B) is a cross-sectional view along the ink flow path, and the portions having the same functions as those of the related art are denoted by the same reference numerals.
【００１３】まず、図１によって製造工程を説明する。
厚さ30μm のジルコニア板からなる振動板２の片面の各
インク加圧室13に対応する位置に、スクリーン印刷によ
り厚さ約５μm の電極用Ptペースト51を印刷する〔工程
（ａ）〕。このペースト51を120 ℃で乾燥した後、1100
℃で焼成して下部電極５を形成する〔工程（ｂ）〕。First, the manufacturing process will be described with reference to FIG.
A Pt paste 51 for an electrode having a thickness of about 5 μm is printed by screen printing at a position corresponding to each of the ink pressurizing chambers 13 on one surface of the vibration plate 2 made of a 30 μm-thick zirconia plate [step (a)]. After drying this paste 51 at 120 ° C, 1100
Then, the lower electrode 5 is formed by firing at a temperature of [° C.] (step (b)).
【００１４】次に、下部電極５が形成された振動板２の
下部電極５形成側の面に厚さ100 μm のドライフィルム
８を接着し〔工程（ｃ）〕、フォトリソグラフィによっ
てドライフィルム８の各インク加圧室13に対応する部分
を除去し、深さ100 μm の凹みを形成する〔工程
（ｄ）〕。この工程は除去する部分への紫外線の露光と
その部分のエッチングとで構成される。次いで、ドライ
フィルム８の除去部である凹みに圧電素子用スラリー33
を充填する〔工程（ｅ）〕。圧電素子用スラリーは、鉛
系圧電素子の仮焼粉を微粉砕した原料粉に、主バインダ
ーとしてのエチルセルロースと主溶剤としてのジエチレ
ングリコールモノエチルエーテルとその他の添加剤を加
え、よく混合して所望の粘度に調整したものである。圧
電素子用スラリー33の充填は、圧電素子用スラリー33を
振動板２全面に塗布し、スクレーパーでドライフィルム
８の表面をこすって余分なスラリーを削ぎ落として圧電
素子用スラリー33の厚さを凹みの厚さとし、120 ℃で乾
燥させる。乾燥することによってその厚さは70〜80％と
なる。続いて、ドライフィルム８の除去部に圧電素子用
スラリー33を充填した状態の振動板２を1150℃で焼成し
て、振動板２上の下部電極５の上に圧電素子３を形成す
る〔工程（ｆ）〕。この焼成の際に、ドライフィルム８
は400 から500 ℃の温度で分解・炭化して蒸発してなく
なる。また、焼成された圧電素子３の厚さは乾燥した圧
電素子用スラリー33の厚さの約40％に収縮する。この収
縮率は乾燥した圧電素子用スラリー33中のバインダの比
率を変えることによってある程度の幅で調整することが
できる。この圧電素子３の上面に上部電極６としての金
のスパッタ膜をスパッタ装置で形成する〔工程
（ｇ）〕。Next, a dry film 8 having a thickness of 100 μm is adhered to the surface of the diaphragm 2 on which the lower electrode 5 is formed on the side where the lower electrode 5 is formed [step (c)]. A portion corresponding to each ink pressurizing chamber 13 is removed to form a recess having a depth of 100 μm [step (d)]. This step consists of exposing a portion to be removed to ultraviolet rays and etching the portion. Next, the slurry 33 for the piezoelectric element is placed in the dent which is the portion where the dry film 8 is removed.
[Step (e)]. The slurry for the piezoelectric element is obtained by adding ethyl cellulose as the main binder, diethylene glycol monoethyl ether as the main solvent and other additives to the raw material powder obtained by finely pulverizing the calcined powder of the lead-based piezoelectric element, and mixing well to obtain the desired powder. It is adjusted to viscosity. To fill the piezoelectric element slurry 33, the piezoelectric element slurry 33 is applied to the entire surface of the vibration plate 2, and the surface of the dry film 8 is rubbed with a scraper to scrape off excess slurry to reduce the thickness of the piezoelectric element slurry 33. And dried at 120 ° C. By drying, its thickness becomes 70-80%. Subsequently, the vibration plate 2 in which the slurry 33 for the piezoelectric element is filled in the removed portion of the dry film 8 is fired at 1150 ° C. to form the piezoelectric element 3 on the lower electrode 5 on the vibration plate 2 [step (F)]. During this firing, the dry film 8
Decomposes and carbonizes at temperatures between 400 and 500 ° C and evaporates. The thickness of the fired piezoelectric element 3 shrinks to about 40% of the thickness of the dried piezoelectric element slurry 33. The contraction rate can be adjusted to a certain extent by changing the ratio of the binder in the dried piezoelectric element slurry 33. A gold sputtered film as the upper electrode 6 is formed on the upper surface of the piezoelectric element 3 by a sputtering device [step (g)].
【００１５】このようにして形成された圧電素子３付き
の振動板２と流路基板１とをシート接着剤７で接合して
インク流路を形成し、記録ヘッドは完成する〔工程
（ｈ）〕。ここで、このようにして形成された記録ヘッ
ドの構造を、図２を用いて説明し、従来技術の場合との
比較でその特徴を説明する。The vibration plate 2 with the piezoelectric element 3 thus formed and the flow path substrate 1 are joined with a sheet adhesive 7 to form an ink flow path, and the recording head is completed [step (h)]. ]. Here, the structure of the recording head thus formed will be described with reference to FIG. 2, and its features will be described in comparison with the case of the related art.
【００１６】この実施例による記録ヘッドにおいては、
振動板２上に形成した下部電極５は圧電素子３の領域よ
り１〜２mm延長して形成されており、この部分を個々の
圧電素子の信号電極の取り付け位置としてフレキシブル
プリント板が半田付けされる。この下部電極５の上に圧
電素子３が直接形成されており、圧電素子３上に上部電
極６が形成されている。この発明によると、圧電素子３
の厚さを従来技術のものに比べて薄くすることができる
ので、インク加圧室１3 の幅を狭くすることができ、そ
のため、個々のインク流路を直線状に形成することがで
き、従来技術に比べてインク流路の長さを非常に短くす
ることができ、従来技術におけるインク供給路14や長い
ノズル流路12はなくなっている。In the recording head according to this embodiment,
The lower electrode 5 formed on the vibration plate 2 is formed so as to extend by 1 to 2 mm from the area of the piezoelectric element 3, and this portion is used as a mounting position of a signal electrode of each piezoelectric element, and a flexible printed board is soldered. . The piezoelectric element 3 is directly formed on the lower electrode 5, and the upper electrode 6 is formed on the piezoelectric element 3. According to the present invention, the piezoelectric element 3
Can be made thinner than that of the prior art, so that the width of the ink pressurizing chamber 13 can be made narrower, so that individual ink flow paths can be formed linearly. The length of the ink flow path can be made very short as compared with the technique, and the ink supply path 14 and the long nozzle flow path 12 in the related art are eliminated.
【００１７】このような構造のこの発明による記録ヘッ
ドの下部電極５を個別電極とし上部電極６を共通電極と
して、両電極間に適正波形の駆動電圧を印加しインクの
吐出特性を評価した結果、駆動電圧が低く、ばらつきが
少ない優れたインク吐出特性を得ることができた。これ
は、圧電素子３の厚さが薄くてばらつきが少なく、しか
も接着剤層がないことによる効果である推定される。As a result of evaluating the ink ejection characteristics by applying a drive voltage having an appropriate waveform between the lower electrode 5 and the upper electrode 6 of the recording head according to the present invention having such a structure and using the lower electrode 5 as an individual electrode and the upper electrode 6 as a common electrode, Excellent ink ejection characteristics with low driving voltage and little variation could be obtained. This is presumed to be an effect due to the small thickness of the piezoelectric element 3 and small variation, and the absence of the adhesive layer.
【００１８】ここで、この発明の特徴をまとめると、ま
ず、第１の特徴は、既に製造工程で述べたように、振動
板２上の下部電極５の上に直接圧電素子３が形成されて
いることである。このため、従来技術の場合に存在する
接着剤層４がないので、それに伴う問題点が解消されて
いる。第２の特徴は、形成される圧電素子３の厚さが薄
くてばらつきが少なく、その上面が平坦で、その端部が
垂直であり、欠陥が少ないことである。これは、ドライ
フィルム８の除去部に形成された凹みにスラリーを流し
込み余分のスラリーをスクレーパーで削ぎ取ることによ
って、スクリーン印刷の場合に見られるメッシュ跡をも
つこともなく、焼成時のクラックやうねりの発生が大幅
に軽減されることによっている。また、形成される圧電
素子３の厚さは印刷乾燥後の圧電素子用スラリー33の厚
さの40％程度となるので、上記実施例においては30μm
程度となっている。従来技術による圧電素子は、厚さ10
0 μm 以下のものを歩留りよく実現することが相当に困
難であったことに比べて、この発明によれば50μm 以下
の薄い圧電素子を厚さのばらつき少なく得ることができ
ることである。このため、インク加圧室13の幅を狭くす
ることができるので、より多くのマルチノズル化が可能
となり、駆動電圧も低くなる。また、従来技術の場合の
ように、インクノズル11のピッチとインク加圧室13のピ
ッチが合わないためにインク流路を曲げることも必要で
はなくなり、図２に示すように個々のインク流路を直線
状に形成することができるので、各インク流路を平行に
することができ、個々のインク流路毎に流路抵抗を含め
て面倒な設計をすることもなくなり、パターンの設計が
非常に簡単となる。The first feature of the present invention is that the piezoelectric element 3 is formed directly on the lower electrode 5 on the diaphragm 2 as already described in the manufacturing process. It is that you are. For this reason, since there is no adhesive layer 4 which exists in the case of the prior art, the problem accompanying it is solved. The second feature is that the thickness of the formed piezoelectric element 3 is thin and has little variation, the upper surface thereof is flat, the end is vertical, and the number of defects is small. This is because the slurry is poured into the dent formed in the removed portion of the dry film 8 and the excess slurry is scraped off with a scraper. This is due to the fact that the occurrence of this is greatly reduced. In addition, the thickness of the piezoelectric element 3 to be formed is about 40% of the thickness of the piezoelectric element slurry 33 after printing and drying.
It has become about. Prior art piezoelectric elements have a thickness of 10
Compared with the fact that it is considerably difficult to realize a device having a thickness of 0 μm or less with a high yield, the present invention can provide a thin piezoelectric element having a thickness of 50 μm or less with a small variation in thickness. For this reason, since the width of the ink pressurizing chamber 13 can be reduced, the number of multi-nozzles can be increased, and the driving voltage can be reduced. Further, since the pitch of the ink nozzles 11 does not match the pitch of the ink pressurizing chamber 13 as in the case of the prior art, it is not necessary to bend the ink flow path, and as shown in FIG. Can be formed in a straight line, so that each ink flow path can be made parallel, eliminating troublesome design including flow path resistance for each ink flow path, and making the pattern design extremely difficult. It will be easy.
【００１９】第３の特徴は、圧電素子３を形成する部分
だけに圧電素子用スラリー33を充填して圧電素子３を形
成するので、従来技術のように研削加工で製作する場合
に比べて、圧電素子用原料の使用量が大幅に少なくな
り、原料コストが低減する。第４の特徴は、個々の圧電
素子を位置合わせして接着する従来の製造工程に比べ
て、製造工程が簡略化され、コストが低減する。The third feature is that the piezoelectric element 3 is formed by filling the piezoelectric element slurry 33 only in the portion where the piezoelectric element 3 is to be formed, so that the piezoelectric element 3 is manufactured by grinding as in the prior art. The amount of the raw material for the piezoelectric element is greatly reduced, and the raw material cost is reduced. A fourth feature is that the manufacturing process is simplified and the cost is reduced as compared with a conventional manufacturing process in which individual piezoelectric elements are aligned and bonded.
【００２０】〔第２の実施例〕図３はこの発明による記
録ヘッドの圧電素子形成方法の第２の実施例の工程の要
部を示しており、工程（ｂ）までと、工程（ｆ）から後
は第１の実施例と同じであるので省略している。第２の
実施例は、圧電素子用スラリー33、厳密にいうと、乾燥
した圧電素子用スラリー33を振動板２上の下部電極５の
上に形成する方法が第１の実施例と異なり、他の工程は
同じである。[Second Embodiment] FIG. 3 shows a main part of the steps of a second embodiment of the method for forming a piezoelectric element of a recording head according to the present invention, and includes steps (b) and (f). The subsequent steps are the same as those in the first embodiment, and are omitted. The second embodiment differs from the first embodiment in the method of forming the piezoelectric element slurry 33, more specifically, the dried piezoelectric element slurry 33 on the lower electrode 5 on the diaphragm 2. Are the same.
【００２１】この実施例における乾燥したスラリー33を
振動板２の下部電極５上に形成するまでの工程は次の通
りである。まず、個々のインク加圧室13に対応する位置
に所定の形状と所定の深さをもつ凹み、この実施例では
100 μm の深さの凹み、を形成されたステンレス製の金
属型300 を準備し、その型300 に乾燥した圧電素子用ス
ラリー33の抜けを良くするために離型剤を塗布し、圧電
素子用スラリー33を充填する〔工程（ｃ）〕。この充填
は第１の実施例におけるドライフィルム８の除去部の凹
みに圧電素子用スラリー33を充填するのと同じ方法で実
施される。次いで、ゴム製パッド400 に乾燥した圧電素
子用スラリー33を転写し〔工程（ｄ）〕、続いて、ゴム
製パッド400から乾燥した圧電素子用スラリー33を振動
板２上の下部電極５上へ転写する〔工程（ｅ）〕。圧電
素子用スラリー33を転写された振動板２を1150℃で焼成
して、振動板２の下部電極５の上に圧電素子３を形成
し、この振動板２と流路基板１を接合して記録ヘッドを
形成する。このようにして形成された記録ヘッドは第１
の実施例と同様に駆動電圧が低く、ばらつきの少ない優
れたインク吐出特性を示した。The steps up to the formation of the dried slurry 33 on the lower electrode 5 of the diaphragm 2 in this embodiment are as follows. First, a recess having a predetermined shape and a predetermined depth is provided at a position corresponding to each ink pressurizing chamber 13, and in this embodiment,
Prepare a metal mold 300 made of stainless steel having a recess with a depth of 100 μm, apply a mold release agent to the mold 300 to improve the removal of the dried slurry 33 for piezoelectric elements, The slurry 33 is filled [step (c)]. This filling is carried out by the same method as that of filling the piezoelectric element slurry 33 into the concave portion of the removed portion of the dry film 8 in the first embodiment. Next, the dried piezoelectric element slurry 33 is transferred to the rubber pad 400 [step (d)]. Subsequently, the dried piezoelectric element slurry 33 from the rubber pad 400 is transferred onto the lower electrode 5 on the diaphragm 2. Transfer (step (e)). The vibrating plate 2 to which the piezoelectric element slurry 33 has been transferred is fired at 1150 ° C. to form the piezoelectric element 3 on the lower electrode 5 of the vibrating plate 2, and the vibrating plate 2 and the flow path substrate 1 are joined. Form a recording head. The recording head thus formed is the first
As in the case of Example 1, the driving voltage was low, and excellent ink ejection characteristics with little variation were exhibited.
【００２２】この実施例による記録ヘッドも第１の実施
例と同様の特徴をもっている。なお、上記の実施例にお
いては、工程（ｂ）で電極用Ptペースト51を焼成して下
部電極５を形成しているが、この工程を省略して、圧電
素子用スラリー33の焼成時〔工程（ｆ）〕に同時に焼成
することもできる。The recording head according to this embodiment has the same features as those of the first embodiment. In the above embodiment, the lower electrode 5 is formed by firing the electrode Pt paste 51 in the step (b). However, this step is omitted, and the firing of the piezoelectric element slurry 33 is performed. (F)] can be simultaneously fired.
【００２３】[0023]
【発明の効果】この発明によれば、インクを加圧するた
めのインク加圧室やインク加圧室で加圧されたインクを
吐出するためのインクノズルなどからなる複数のインク
流路を形成するための連通する溝を備えた流路基板と、
この流路基板に接合されてインク流路を形成する振動板
と、振動板の流路基板とは反対の面でインク加圧室に対
応する位置に備えられている圧電素子とからなるインク
ジェット記録ヘッドにおける圧電素子の形成方法であっ
て、圧電素子の下部電極が形成されたセラミック製の振
動板にドライフィルムを張り付け、このドライフィルム
のインク加圧室に対応する位置をフォトリソグラフィに
よって除去し、その除去された部分に圧電素子原料のス
ラリーを充填し、ドライフィルムの除去部に圧電素子原
料のスラリーが充填された振動板を焼成して振動板上に
圧電素子を直接形成するので、スラリーの量がドライフ
ィルムの厚さで制御されて全面に均一に充填され、形成
される圧電素子はその厚さが薄くてよく揃いしかもピン
ホールのないものとなる。更に、フォトリソグラフィに
よってドライフィルムの除去部を形成するので圧電素子
の小面積化を容易に実施することができる。したがっ
て、この発明によるインクジェット記録ヘッドの圧電素
子形成方法を用いれば、歩留りが高くてコストが安く、
駆動電圧が低いマルチノズルのインクジェット記録ヘッ
ドを製造することができる。According to the present invention, a plurality of ink flow paths including an ink pressurizing chamber for pressurizing ink and ink nozzles for discharging ink pressurized in the ink pressurizing chamber are formed. A flow path substrate having a communicating groove for
Ink jet recording comprising a vibration plate joined to the flow path substrate to form an ink flow path, and a piezoelectric element provided at a position corresponding to the ink pressurizing chamber on a surface of the vibration plate opposite to the flow path substrate. A method of forming a piezoelectric element in a head, wherein a dry film is attached to a ceramic diaphragm on which a lower electrode of the piezoelectric element is formed, and a position of the dry film corresponding to an ink pressurizing chamber is removed by photolithography. The removed portion is filled with the slurry of the piezoelectric element raw material, and the portion where the dry film is removed is baked with the diaphragm filled with the slurry of the piezoelectric element raw material to directly form the piezoelectric element on the diaphragm. The amount is controlled by the thickness of the dry film and is uniformly filled over the entire surface, and the formed piezoelectric element is thin, well-aligned, and has no pinholes It made. Furthermore, since the removed portion of the dry film is formed by photolithography, the area of the piezoelectric element can be easily reduced. Therefore, by using the method for forming a piezoelectric element of an ink jet recording head according to the present invention, the yield is high and the cost is low,
A multi-nozzle inkjet recording head having a low driving voltage can be manufactured.
【００２４】また、インクを加圧するためのインク加圧
室やインク加圧室で加圧されたインクを吐出するための
インクノズルなどからなる複数のインク流路を形成する
ための連通する溝を備えた流路基板と、この流路基板に
接合されてインク流路を形成する振動板と、振動板の流
路基板とは反対の面でインク加圧室に対応する位置に備
えられている圧電素子とからなるインクジェット記録ヘ
ッドにおける圧電素子の形成方法であって、圧電素子の
下部電極が形成されたセラミック製の振動板のインク加
圧室に対応する位置に、スタンプ印刷法によって圧電素
子原料のスラリーを印刷し、圧電素子原料のスラリーを
印刷された振動板を焼成して振動板上に圧電素子を直接
形成するので、スタンプ印刷される圧電素子原料のスラ
リーの量は別途形成されるスラリー充填のための型の精
度で制御され、この型を高精度に制作することは可能で
あるから、型からスタンプ印刷で転写されるスラリーの
厚さと量が十分に制御され、厚さが薄くてよく揃ったピ
ンホールのない小面積の圧電素子を形成することができ
る。したがって、この第２の発明によるインクジェット
記録ヘッドの圧電素子形成方法を用いても、歩留りが高
くてコストが安く、駆動電圧が低いマルチノズルのイン
クジェット記録ヘッドを製造することができる。Further, a communicating groove for forming a plurality of ink flow paths including an ink pressurizing chamber for pressurizing the ink and an ink nozzle for discharging the ink pressurized in the ink pressurizing chamber is formed. A flow path substrate, a vibration plate joined to the flow path substrate to form an ink flow path, and a vibration plate provided at a position opposite to the flow path substrate and corresponding to the ink pressurizing chamber. A method for forming a piezoelectric element in an ink jet recording head comprising a piezoelectric element, wherein a piezoelectric element material is formed by stamp printing at a position corresponding to an ink pressurizing chamber of a ceramic diaphragm on which a lower electrode of the piezoelectric element is formed. Is printed, and the diaphragm on which the slurry of the piezoelectric element material is printed is fired to directly form the piezoelectric element on the diaphragm. The thickness of the slurry transferred from the mold by stamp printing is well controlled, and the thickness is controlled by the precision of the mold used for filling the slurry, and it is possible to produce this mold with high precision. However, a thin, well-aligned piezoelectric element having no pinholes and having a small area can be formed. Therefore, even when the method for forming a piezoelectric element of an ink jet recording head according to the second invention is used, a multi-nozzle ink jet recording head having a high yield, a low cost, and a low driving voltage can be manufactured.
【図１】この発明によるインクジェット記録ヘッドの圧
電素子形成方法の第１の実施例の工程を示す断面図FIG. 1 is a sectional view showing the steps of a first embodiment of a method for forming a piezoelectric element of an ink jet recording head according to the present invention.
【図２】この発明によるインクジェット記録ヘッドの圧
電素子形成方法で形成したインクジェット記録ヘッドの
構造を示し、（ａ）は圧電素子側から見た平面図、
（ｂ）はインク流路に沿った断面図FIG. 2 shows a structure of an ink jet recording head formed by a method for forming a piezoelectric element of an ink jet recording head according to the present invention, wherein FIG.
(B) is a cross-sectional view along the ink flow path.
【図３】この発明の第２の実施例の主要工程を示す断面
図FIG. 3 is a sectional view showing main steps of a second embodiment of the present invention.
【図４】従来のインクジェット記録ヘッドの構造を示
し、（ａ）は流路基板のインク流路のための溝のパター
ン図、（ｂ）はインク流路に沿った断面図4A and 4B show a structure of a conventional ink jet recording head, wherein FIG. 4A is a pattern diagram of a groove for an ink flow path of a flow path substrate, and FIG. 4B is a cross-sectional view along the ink flow path.
１ 流路基板 10 インク流路 11 インクノズル 12 ノズル流路 13 インク加圧室 14 インク供給路 15 絞り流路 16 インク溜め ２ 振動板 ３ 圧電素子 31 上部電極 32 下部電極 33 圧電素子用スラリー ４ 接着剤層 ５ 下部電極 51 電極用Ptベースト ６ 上部電極 ７ シート接着剤 ８ ドライフィルム 300 金属製型 400 ゴム製パッド Reference Signs List 1 flow path substrate 10 ink flow path 11 ink nozzle 12 nozzle flow path 13 ink pressurizing chamber 14 ink supply path 15 throttle flow path 16 ink reservoir 2 diaphragm 3 piezoelectric element 31 upper electrode 32 lower electrode 33 piezoelectric element slurry 4 bonding Agent layer 5 Lower electrode 51 Pt base for electrode 6 Upper electrode 7 Sheet adhesive 8 Dry film 300 Metal mold 400 Rubber pad
Claims (2)
ンク加圧室で加圧されたインクを吐出するためのインク
ノズルなどからなる複数のインク流路を形成するための
連通する溝を備えた流路基板と、この流路基板に接合さ
れてインク流路を形成する振動板と、振動板の流路基板
とは反対の面でインク加圧室に対応する位置に備えられ
ている圧電素子とからなるインクジェット記録ヘッドに
おける圧電素子の形成方法であって、 圧電素子の下部電極が形成されたセラミック製の振動板
にドライフィルムを張り付け、このドライフィルムのイ
ンク加圧室に対応する位置をフォトリソグラフィによっ
て除去し、その除去された部分に圧電素子原料のスラリ
ーを充填し、ドライフィルムの除去部に圧電素子原料の
スラリーが充填された振動板を焼成して振動板上に圧電
素子を直接形成することを特徴とするインクジェット記
録ヘッドの圧電素子形成方法。An ink pressurizing chamber for pressurizing ink, an ink nozzle for discharging ink pressurized in the ink pressurizing chamber, and the like, are provided with a communication groove for forming a plurality of ink flow paths. A flow path substrate, a vibration plate joined to the flow path substrate to form an ink flow path, and a vibration plate provided at a position opposite to the flow path substrate and corresponding to the ink pressurizing chamber. A method for forming a piezoelectric element in an ink jet recording head comprising a piezoelectric element, comprising: attaching a dry film to a ceramic diaphragm on which a lower electrode of the piezoelectric element is formed; Is removed by photolithography, the removed portion is filled with the slurry of the piezoelectric element material, and the removed portion of the dry film is fired with the diaphragm filled with the slurry of the piezoelectric element material Forming a piezoelectric element directly on the vibration plate by performing the method.
ンク加圧室で加圧されたインクを吐出するためのインク
ノズルなどからなる複数のインク流路を形成するための
連通する溝を備えた流路基板と、この流路基板に接合さ
れてインク流路を形成する振動板と、振動板の流路基板
とは反対の面でインク加圧室に対応する位置に備えられ
ている圧電素子とからなるインクジェット記録ヘッドに
おける圧電素子の形成方法であって、 圧電素子の下部電極が形成されたセラミック製の振動板
のインク加圧室に対応する位置に、スタンプ印刷法によ
って圧電素子原料のスラリーを印刷し、圧電素子原料の
スラリーを印刷された振動板を焼成して振動板上に圧電
素子を直接形成することを特徴とするインクジェット記
録ヘッドの圧電素子形成方法。2. A communicating groove for forming a plurality of ink flow paths comprising an ink pressurizing chamber for pressurizing ink, an ink nozzle for discharging ink pressurized in the ink pressurizing chamber, and the like. A flow path substrate, a vibration plate joined to the flow path substrate to form an ink flow path, and a vibration plate provided at a position opposite to the flow path substrate and corresponding to the ink pressurizing chamber. A method for forming a piezoelectric element in an ink jet recording head comprising a piezoelectric element, wherein a piezoelectric element material is formed by stamp printing at a position corresponding to an ink pressurizing chamber of a ceramic diaphragm on which a lower electrode of the piezoelectric element is formed. A method for forming a piezoelectric element in an ink jet recording head, comprising: printing the slurry of (1), firing the diaphragm on which the slurry of the piezoelectric element raw material is printed, and directly forming the piezoelectric element on the diaphragm.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9023390A JPH10217487A (en) | 1997-02-06 | 1997-02-06 | Formation of piezoelectric element in ink jet recording head |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9023390A JPH10217487A (en) | 1997-02-06 | 1997-02-06 | Formation of piezoelectric element in ink jet recording head |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10217487A true JPH10217487A (en) | 1998-08-18 |
Family
ID=12109195
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9023390A Pending JPH10217487A (en) | 1997-02-06 | 1997-02-06 | Formation of piezoelectric element in ink jet recording head |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10217487A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000060676A1 (en) * | 1999-04-06 | 2000-10-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Piezoelectric thin film device, inkjet recording head using the device and manufacturing methods of the device and the head |
| US6842166B2 (en) | 1999-01-29 | 2005-01-11 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric transducer and electrophoretic ink display apparatus using piezoelectric transducer |
| CN104015485A (en) * | 2014-04-24 | 2014-09-03 | 大连理工大学 | Liquid nozzle, manufacture method of liquid nozzle, and printing device |
-
1997
- 1997-02-06 JP JP9023390A patent/JPH10217487A/en active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US6842166B2 (en) | 1999-01-29 | 2005-01-11 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric transducer and electrophoretic ink display apparatus using piezoelectric transducer |
| US7173602B2 (en) | 1999-01-29 | 2007-02-06 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric transducer and electrophoretic ink display apparatus using piezoelectric transducer |
| WO2000060676A1 (en) * | 1999-04-06 | 2000-10-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Piezoelectric thin film device, inkjet recording head using the device and manufacturing methods of the device and the head |
| US6688731B1 (en) | 1999-04-06 | 2004-02-10 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Piezoelectric thin film element, ink jet recording head using such a piezoelectric thin film element, and their manufacture methods |
| CN104015485A (en) * | 2014-04-24 | 2014-09-03 | 大连理工大学 | Liquid nozzle, manufacture method of liquid nozzle, and printing device |
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