JPH078578B2 - 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
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Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 この発明はインクジェット記録ヘッドにおける圧電体と
ガラスの拡散接合方法に関する。
ガラスの拡散接合方法に関する。
PbO,ZrO2,TiO2などを原料とし、Pb（Zr,Ti）O3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 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。
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 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。
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（Ａ）
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。この圧電体プレート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および両深溝部5,6
間に設けられた浅溝部７からなる。
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（Ａ）
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。この圧電体プレート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および両深溝部5,6
間に設けられた浅溝部７からなる。
さらに、第１図において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2Aが、インクノズル用溝４からインクノズル4A
が、インク供給路用溝３からインク供給路3Aがそれぞれ
形成される。そして、インクキャビティ2A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に対応する圧電体ブレーキ１の下
面に電極11が設けられている。
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2Aが、インクノズル用溝４からインクノズル4A
が、インク供給路用溝３からインク供給路3Aがそれぞれ
形成される。そして、インクキャビティ2A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に対応する圧電体ブレーキ１の下
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、両電極1
0,11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イ2A内のインク
が当該インクキャビティ2Aに連通するインクノズル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。
ッドにおいて電極10,11間に電圧を印加すると、両電極1
0,11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イ2A内のインク
が当該インクキャビティ2Aに連通するインクノズル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40μｍ×40μｍ、ノズル
4A,4Aの間隔Ｃはたとえば1mmに形成されている。さらに
圧電体プレートの厚さＬは0.5mm,インクキャビティ2Aの
幅B0は0.7mm,浅溝部７つまり圧電体膨出部９の幅B1は0.
6mm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の接合が重要な重要技術とな
る。例えば前記（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８の線膨張係数（α）の差は問題になら
ないが、接着剤がノズル4Aに進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ビティ間で
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。
すように、ノズル4Aの大きさは40μｍ×40μｍ、ノズル
4A,4Aの間隔Ｃはたとえば1mmに形成されている。さらに
圧電体プレートの厚さＬは0.5mm,インクキャビティ2Aの
幅B0は0.7mm,浅溝部７つまり圧電体膨出部９の幅B1は0.
6mm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の接合が重要な重要技術とな
る。例えば前記（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８の線膨張係数（α）の差は問題になら
ないが、接着剤がノズル4Aに進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ビティ間で
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。
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
能とするようなインクジェット記録ヘッドにおける圧電
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
法を提供するにある。
目的とするところは、精密な圧電セラミックス構成を可
能とするようなインクジェット記録ヘッドにおける圧電
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
法を提供するにある。
この発明はインクジェット記録ヘッドにおける圧電体と
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にしたものである。
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にしたものである。
次に図面にもとづいてこの発明の実施例を説明する。圧
電セラミックス用の原料粉末として試薬特級のPbO,Zr
O2,TiO2,Nb2O5,およびNiOを用い以下の配合組成とし
た。PbO70.0重量％,ZrO26,6重量％,TiO28.4重量％,Nb2O
514.0重量％,NiO4.0重量％。バインダとしてポリビニル
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
エンとイリプロピ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イルム上に約0.3mm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り積層してから所定の
サイズにパンチし、電気炉で温度1250℃で２時間酸化雰
囲気中で焼成し厚さ0.5mm,巾30mm,長さ50mmの圧電体プ
レート１を得た。この圧電体プレート１の一方の表面を
鏡面研まして面を出し、次に鏡面研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を突設した。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Ag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,巾30mm,長さ50mm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と同様鏡面研まを施した。溝加工した前記圧電体
プレート１と鏡面研ましたガラスカバープレート８の両
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分間プラズマエッチング処理した。この処理
で表面が清浄化され、活性化される。鏡面研ました面を
接合面として両者を重ね合わせた。
電セラミックス用の原料粉末として試薬特級のPbO,Zr
O2,TiO2,Nb2O5,およびNiOを用い以下の配合組成とし
た。PbO70.0重量％,ZrO26,6重量％,TiO28.4重量％,Nb2O
514.0重量％,NiO4.0重量％。バインダとしてポリビニル
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
エンとイリプロピ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イルム上に約0.3mm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り積層してから所定の
サイズにパンチし、電気炉で温度1250℃で２時間酸化雰
囲気中で焼成し厚さ0.5mm,巾30mm,長さ50mmの圧電体プ
レート１を得た。この圧電体プレート１の一方の表面を
鏡面研まして面を出し、次に鏡面研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を突設した。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Ag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,巾30mm,長さ50mm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と同様鏡面研まを施した。溝加工した前記圧電体
プレート１と鏡面研ましたガラスカバープレート８の両
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分間プラズマエッチング処理した。この処理
で表面が清浄化され、活性化される。鏡面研ました面を
接合面として両者を重ね合わせた。
次にこの重合体を約１×10-4Torr以下の真空中で温度30
0℃，圧力3kg/cm2の条件で60分間処理し、鉛の拡散によ
り圧電体プレート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１のインク供給路3Aおよびインクノズル4Aに対するガ
ラスの詰まりはなく、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。
0℃，圧力3kg/cm2の条件で60分間処理し、鉛の拡散によ
り圧電体プレート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１のインク供給路3Aおよびインクノズル4Aに対するガ
ラスの詰まりはなく、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ッ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ッチングによりガラスカバープ
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
たためであり、さらにそのためにガラスと圧電体の熱膨
脹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。
得られたのはプラズマエッチングによりガラスカバープ
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
たためであり、さらにそのためにガラスと圧電体の熱膨
脹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、プラズマエッ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
ッチングを例にとったがこれに限るものでなく、化学的
エッチング，機械的エッ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８の両方の面をエッチングしているがエッチングはそ
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。
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
ッチングを例にとったがこれに限るものでなく、化学的
エッチング，機械的エッ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８の両方の面をエッチングしているがエッチングはそ
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。
エッ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，エッチング程度により実験的に定まる。真空度を
より高真空度にし、加熱温度を高くし、または印加圧力
を大きくすると、当然ながら接合部の剥離強度などはそ
れに応じて増大するが、インクジエ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0.5kg/cm2な
いし10kg/cm2,真空度１×10-5Torrないし10×10-5Torr
の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。
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，エッチング程度により実験的に定まる。真空度を
より高真空度にし、加熱温度を高くし、または印加圧力
を大きくすると、当然ながら接合部の剥離強度などはそ
れに応じて増大するが、インクジエ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0.5kg/cm2な
いし10kg/cm2,真空度１×10-5Torrないし10×10-5Torr
の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。
この発明によればインクジェット記録ヘッドにおける圧
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
の熱膨脹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量産することが可能となった。
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
の熱膨脹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量産することが可能となった。
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（Ａ）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（Ａ）はその平面図、同図（Ｂ）はその横断面図、
同図（Ｃ）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:ガラスカバープレート。
成を示し、同図（Ａ）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（Ａ）はその平面図、同図（Ｂ）はその横断面図、
同図（Ｃ）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:ガラスカバープレート。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０４Ｂ 37/04
Claims (2)
- 【請求項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。 - 【請求項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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25122386A JPH078578B2 (ja) | 1986-10-22 | 1986-10-22 | 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 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25122386A JPH078578B2 (ja) | 1986-10-22 | 1986-10-22 | 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 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63104845A JPS63104845A (ja) | 1988-05-10 |
| JPH078578B2 true JPH078578B2 (ja) | 1995-02-01 |
Family
ID=17219535
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25122386A Expired - Lifetime JPH078578B2 (ja) | 1986-10-22 | 1986-10-22 | 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 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH078578B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100519964B1 (ko) | 2003-08-27 | 2005-10-13 | 삼성광주전자 주식회사 | 진공청소기용 악세사리 조립체 |
| US8053951B2 (en) * | 2008-11-04 | 2011-11-08 | Fujifilm Corporation | Thin film piezoelectric actuators |
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-
1986
- 1986-10-22 JP JP25122386A patent/JPH078578B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63104845A (ja) | 1988-05-10 |
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