JPH11334087A

JPH11334087A - インクジェットヘッドの製造方法

Info

Publication number: JPH11334087A
Application number: JP14621698A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Satake; 健一佐武; Masakatsu Hayashi; 政克林; Koichi Baba; 弘一馬場; Keisuke Sumita; 圭介住田; Junko Hatta; 順子八田; Seiji Tsuji; 辻　　清治; Masatake Hayashi; 昌毅林; Masayuki Fujishima; 正之藤島; Koji Kuramasu; 浩二倉増
Original assignee: Mita Industrial Co Ltd
Current assignee: Kyocera Mita Industrial Co Ltd
Priority date: 1998-05-27
Filing date: 1998-05-27
Publication date: 1999-12-07

Abstract

(57)【要約】【課題】金属製の振動板の、複数の加圧室に対応した
領域がいずれも歪みのない均一な形状を有するために、
各加圧室上の圧電膜の撓み変形特性、ひいては各ノズル
からのインクの吐出性能が均一かつ良好で、良好な画像
を形成できるインクジェットヘッドを製造しうる、新規
な製造方法を提供する。【解決手段】振動板２と、基板１のうち少なくとも振
動板２と接する部分（溝板１ａ）とを先に接合、一体化
したのち、振動板２上に、圧電膜３を含む圧電素子を形
成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェットプ
リンタ用のインクジェットヘッドの、新規な製造方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】いわゆるオンデマンド方式のインクジェ
ットプリンタにおいてインク滴の吐出に用いられるイン
クジェットヘッドは通常、１つの基板上に、複数の、イ
ンク滴吐出のためのノズルと、各ノズルにインクを供給
するための、圧電素子を備えた加圧室とを設けることで
構成される。

【０００３】具体的には、たとえば図３に示すように複
数の加圧室９１ａが配列された基板９１の、各加圧室９
１ａの直上に、少なくともその上面が導電性とされた振
動板９２を介して、各加圧室９１ａごとに独立した圧電
膜９３と上部電極９４とをこの順に積層するとともに、
上記基板９１の下面側に、各加圧室９１ａに対応する複
数のノズル９５ａが形成されたノズル板９５を積層する
ことにより、インクジェットヘッド９が構成される。

【０００４】かかるインクジェットヘッド９において
は、振動板９２の、導電性とされた上面を下部電極とし
て、この下部電極と、複数あるうちの任意の上部電極９
４との間に、印刷のデータに応じて電界を印加すると、
両電極間の圧電膜９３が撓んで、振動板９２を介して直
下の加圧室９１ａが加圧される。

【０００５】そしてこの加圧により、当該加圧室９１ａ
中にあらかじめ充てんされているインクの所定量が、連
通されたノズル９５ａからインク滴として吐出され、こ
の繰り返しによって印刷が行われる。

【０００６】上記のインクジェットヘッドおいては従
来、たとえばジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）などの、
圧電材料の焼結体を薄板状に研磨したチップを、振動板
９２上の、各加圧室９１ａの直上の位置に接着して圧電
膜９３を形成していた。

【０００７】しかし近時、インクジェットプリンタの高
速化に対応して、１つの基板９１上に形成するノズル９
５ａおよび加圧室９１ａの数が増加する傾向にあり、上
記のようにチップを１枚ずつ接着していたのでは、かか
る増加傾向に十分に対応できなくなりつつあった。

【０００８】そこでこれに対応するために、たとえば上
記圧電材料の粉末をペースト化したものを、スクリーン
印刷などの方法によって、振動板９２上の、各加圧室９
１ａの直上の位置に印刷したのち、およそ１０００〜１
２００℃の温度で焼結して圧電膜９３を形成する方法が
一般化しつつある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の方法
を採用するためには、とくに振動板９２として、上記の
ような高温での焼成に耐え、しかも圧電膜９３の撓みに
対応して十分に変形して加圧室９１ａを加圧するため
に、セラミックス製の、ごく薄い板材が必要であり、そ
れがノズル９５ａおよび加圧室９１ａの数を増加させる
上での妨げとなっていた。

【００１０】すなわち１つのインクジェットヘッド９上
に形成するノズル９５ａおよび加圧室９１ａの数を増加
させるためには、基板９１、および振動板９２を、これ
までよりも大面積化する必要がある。

【００１１】しかし、上記両者のうちとくに、上述した
ようにごく薄いセラミックス製の板材にて形成される振
動板９２は、大面積化すればするほどその製造が容易で
なく、製造の歩留りが低くなる上、取り扱いも決して容
易でなく、基板９１上に形成するまでの過程で割れたり
欠けたりしやすいために、その大面積化には自ずと限界
があり、それが前記のようにノズル９５ａおよび加圧室
９１ａの数を増加させる上での妨げとなっていたのであ
る。

【００１２】そこで発明者らは、・圧電材料のもとになる各金属を含有する有機金属化
合物から形成したゾルペーストを、スクリーン印刷など
の方法によって振動板上に塗布、乾燥し、有機物を除去
するために仮焼成したのち、およそ４００〜９００℃の
温度で焼成して、いわゆるゾル−ゲル法、またはＭＯＤ
法（有機金属化合物の熱分解法）により圧電膜を形成す
る、あるいは・振動板上に、反応性スパッタリング法、反応性真空
蒸着法、反応性イオンプレーティング法などの気相成長
法によって圧電膜を形成する、などの方法によって、こ
れまでよりも低温で、振動板上に圧電膜を形成すること
を検討した。

【００１３】かかる方法によれば振動板を、セラミック
スよりも割れにくいために大面積化、薄肉化が容易な金
属材料にて形成でき、振動板の大面積化の制限がなくな
るので、ノズルおよび加圧室の数を増加するための、イ
ンクジェットヘッドのさらなる大面積化が期待される。

【００１４】ところが発明者らが実際に、金属製の振動
板上に、前述したゾル−ゲル法によって圧電膜を形成し
てインクジェットヘッドを試作したところ、振動板自体
に不均一な反りや歪みが生じて、基板と均一に接着する
ことができず、基板から浮いた部分や加圧室上部の振動
板がへこんだ形状となって、それにともなって各加圧室
上の圧電膜の撓み変形特性、ひいては各ノズルからのイ
ンクの吐出性能に問題を生じるおそれのあることが明ら
かとなった。

【００１５】かかる問題はとくに、インクの吐出性能を
向上すべく、厚み２０μｍ以下という薄い振動板を使用
した際に顕著に発生していた。

【００１６】本発明の目的は、金属製の振動板の、複数
の加圧室に対応した領域がいずれも歪みのない均一な形
状を有するために、各加圧室上の圧電膜の撓み変形特
性、ひいては各ノズルからのインクの吐出性能が均一か
つ良好で、良好な画像を形成できるインクジェットヘッ
ドを製造しうる、新規な製造方法を提供することにあ
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、発明者らはまず、従来のインクジェットヘッドの製
造方法において、振動板の、複数の加圧室に対応した領
域に不均一な変形が発生する原因について種々、検討を
行った。

【００１８】その結果、前記のように薄い振動板上に先
に、圧電膜を含む圧電素子を形成した後、かかる振動板
を基板に接合、一体化する従来の工程自体が、変形の原
因であることが判明した。

【００１９】すなわち基板に接合、一体化する前の振動
板上に、前述したゾル−ゲル法や気相成長法などによっ
て、圧電膜を含む圧電素子を形成すると、膜形成時の熱
衝撃や、あるいは振動板と、形成された圧電膜との熱膨
張率の違いなどが原因となって残留歪みが発生して、振
動板に大きな反りや歪みが生じる。そこで、かかる振動
板を矯正しつつ、基板上に接合、一体化するのである
が、単なる矯正では残留歪みを根本的に解消できない
上、この工程においても、振動板には機械的あるいは熱
的な衝撃が加わるために、製造されたインクジェットヘ
ッドは、振動板の、複数の加圧室に対応した領域に、不
均一な変形が発生していたのである。

【００２０】そこで発明者らは、あらかじめ、基板のう
ち少なくとも振動板と接する部分と、振動板とを接合、
一体化して、薄い振動板を補強した状態で、振動板上に
圧電素子を形成することを検討した結果、本発明を完成
するに至った。

【００２１】すなわち本発明のインクジェットヘッドの
製造方法は、複数の加圧室が配列された基板上に、金属
製の振動板を介して、圧電膜を含む圧電素子が形成され
たインクジェットヘッドを製造するに際し、あらかじめ
振動板と、基板のうち少なくとも振動板と接する部分と
を接合、一体化したのち、振動板上に圧電素子を形成す
ることを特徴とするものである。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下に本発明のインクジェットヘ
ッドの製造方法を、その実施の形態の一例を示す図面を
参照しつつ説明する。

【００２３】この例において製造されるインクジェット
ヘッドＨは、図３(a)(b)および図４に示すように、複数
の加圧室１１が配列された基板１上に、当該基板１上の
全ての加圧室１１を覆う大きさに連続形成された、少な
くともその上面が下部電極として機能するように導電性
とされた、金属製の薄板状の振動板２を介して、同じく
基板１上の全ての加圧室１１を覆う大きさに連続形成さ
れた圧電膜３と、各加圧室１１ごとに分離形成された上
部電極４とをこの順に積層するとともに、上記基板１の
下面側に、各加圧室１１に対応する複数のノズル５１が
形成されたノズル板５を積層したものである。

【００２４】また上記のうち複数の加圧室１１は、イン
クジェットヘッドＨの外観を示す図４において規則的に
配列された、複数の矩形状の上部電極４の下に、同様に
規則的に配列されている。なお図では、上部電極４と、
その下の加圧室１１とを、８列×１０桁の合計８０か所
に形成されているように、数を省略して記載している
が、実際のインクジェットヘッドＨにおいては、上部電
極４とその下の加圧室１１とは、たとえば１８列×５７
桁の合計１０２６か所など、もっと数多く形成される。

【００２５】また、上記各加圧室１１は、上部電極４よ
りも少し大きい矩形状に形成されており、その長手方向
の一端側が、前記ノズル５１と、インクの流路１３によ
って接続されているとともに、他端側が、基板１の上面
に設けたインクの供給口１３から各加圧室１１にインク
を供給するための共通流路１２と、インクの流路１４に
よって接続されている。

【００２６】基板１に、上述した加圧室１１や共通流路
１２などを形成するには、その寸法精度等を考慮して、
いわゆるフォトリソグラフ法を利用したエッチングなど
が採用される。

【００２７】具体的には、上記加圧室１１や共通流路１
２などが、図にみるように複雑に交差した形状に形成さ
れるため、フォトリソグラフ法を利用したエッチングな
どによって各部となる孔を形成した複数枚（図では３
枚）の薄板１ａ〜１ｃを、所定の順序で積層、一体化し
て、全体としての基板１を構成するのが好ましい。

【００２８】基板１に形成する加圧室１１や共通流路１
２などの寸法、形状、あるいは基板１の厚みなどは、イ
ンクジェットヘッドＨの仕様にあわせて適宜、変更すれ
ばよい。

【００２９】かかるインクジェットヘッドＨを製造する
には、まず図１(a)(b)に示すように、基板１のうち、振
動板２と接する最上部であって、基板１の組み立て後に
加圧室１１となる通孔１１′が形成された薄板１ａ上に
振動板２を重ね合わせた後、接合、一体化する。

【００３０】上記のうち薄板１ａとしては、前述した熱
衝撃時などにおいて、振動板２や圧電膜３に影響を及ぼ
さないために、当該振動板２を構成する金属材料や、あ
るいは圧電膜３を構成する圧電材料と熱膨張率の近い材
料にて形成されたものが、好適に使用される。

【００３１】かかる材料としては、種々のセラミックス
材料や、あるいは以下に述べる、振動板２を構成するの
と同様の、各種の金属材料などが好適に使用される。と
くに薄板１ａと振動板２とを接合、一体化する工程の容
易さなどを考慮すると、薄板１ａは、振動板２と同じ金
属材料にて形成するのが好ましい。

【００３２】振動板２は、前述したように金属材料にて
形成される。

【００３３】金属材料の種類は限定されないが、圧電膜
３を、とくに前記のようにゾル−ゲル法によって形成す
る場合は、焼成によって振動板２上に形成された圧電膜
３、および振動板２自体に、焼成時、および焼成後の冷
却時に、熱膨張率の違いに基づいて大きな残留歪みが生
じて、圧電膜３の撓み変形の効率が著しく低下したり、
あるいは撓み変形の量にばらつきが生じたりしやすい。
圧電膜３となる圧電材料の薄膜の蒸着工程で、振動板２
の表面が、熱や、あるいは励起したプラズマイオンなど
に曝される気相成長法においても同様である。

【００３４】そこで、かかる残留歪みの問題を防止すべ
く、振動板２を構成する金属材料としては、圧電膜３を
構成する圧電材料と熱膨張率の近い材料を使用するのが
好ましい。

【００３５】たとえば前記ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺ
Ｔ）などの圧電材料と熱膨張率の近い、振動板２を構成
する金属材料としては、モリブデン、タングステン、タ
ンタル、チタン、白金、鉄、ニッケルなどの単体金属
や、あるいはＩＮＣＯ(International Nickel Company)
社のNi−Cr−Fe系合金「インコネル(Inconel) 」シリー
ズのうちインコネル６００（Ni：７２％以上、Cr：１４
〜１７％、Fe：６〜１０％）、インコネル６２５（Ni：
５８％以上、Cr：２０〜２３％、Fe：５％以上、Ｍｏ：
８〜１０％）などの合金があげられる。

【００３６】なお圧電膜３が、前述したゾル−ゲル法に
よって形成される場合は、振動板２が、その上に形成さ
れたゾルペーストの層とともに、前記のようにおよそ４
００〜９００℃の温度で焼成されるので、振動板２を構
成する金属材料としては、上記例示の各種単体金属、合
金の中でもとくに、かかる焼成温度に耐えうる耐熱性を
有するものが好ましい。

【００３７】耐熱性のない金属材料は、上記の焼成によ
って酸化劣化して、たとえば脆くかつ割れやすくなった
り、硬くなって圧電膜３の撓み変形の効率を低下させた
りする他、反りなどの形状劣化を生じるおそれもあるか
らである。

【００３８】上記ゾル−ゲル法による圧電膜３の形成工
程、とくに焼成工程に耐えうる耐熱性を有する金属材料
としては、前記例示の中でもとくにチタン、白金および
ニッケルなどがあげられる。

【００３９】ただし圧電膜３が、前述した気相成長法に
て形成される場合は、その加熱温度がおよそ３００℃以
下程度であるので、振動板２を構成する金属材料として
は、上記３種の金属材料だけでなく、その他の金属材料
がいずれも、好適に使用できる。

【００４０】振動板２の厚みはとくに限定されない。

【００４１】圧電膜３の撓み変形の効率を低下させない
ことを考慮すると、振動板２の厚みは薄ければ薄いほど
好ましく、たとえば金属加工上の限界である、厚みおよ
そ２μｍ程度の、延伸加工された金属板などを使用する
ことも、理論的には可能である。

【００４２】しかし、振動板２の厚みがあまりに薄すぎ
ると、とくにインクジェットヘッドＨが大面積化すれば
するほど、薄板１ａ上に貼りつけるまでの過程での取り
扱いが容易でなく、またとくに前述したゾル−ゲル法な
どによって、振動板２の上に圧電膜３を形成する工程
や、さらにその上に上部電極４を形成する工程などにお
いて破損しやすくなって、製造の歩留りが低下するおそ
れがある。

【００４３】よって、かかる問題点を考慮すると、振動
板２の厚みはおよそ１０〜２００μｍ程度であるのが好
ましく、また上記取扱性などと、前述した圧電膜３の撓
み変形の効率を低下させないこととの兼ね合いを考慮す
ると、上記の範囲内でもとくに、前述したように２０μ
ｍ程度であるのがさらに好ましい。

【００４４】振動板２は、図の例の場合、下部電極を兼
ねるために、前述したように少なくともその表面が導電
性とされている必要がある。振動板２は金属材料にて形
成されるため、基本的に全て導電性を有しているが、圧
電膜３に印加される電界が微弱であることや、インクジ
ェットヘッドＨを長期間使用した際に導電性が低下して
動作不良を生じたりしないこと、などを考慮すると、圧
電膜３を形成する前の振動板２の表面に、下部電極とし
て機能する導電性の薄膜を形成しておくのが好ましい。

【００４５】かかる導電性の薄膜としては、たとえば金
や白金などの気相成長膜、湿式めっき膜、スクリーン印
刷により形成した膜などが好ましく、とくに白金の薄膜
が、前記のように振動板２を構成する金属材料や、ある
いは圧電膜３を構成する圧電材料と熱膨張率が近く、た
とえばゾル−ゲル法による圧電膜３の形成時などに、当
該圧電膜３や振動板２に影響せず、またそれ自身も、こ
れら圧電膜３や振動板２からの影響を受けないために、
最も好適に採用される。

【００４６】薄板１ａと振動板２とを接合、一体化する
方法としては種々考えられるが、この両者がともに金属
材料、とくに同じ金属材料にて形成される場合は、両者
を、たとえば真空中、あるいは不活性ガス中で、およそ
１０〜４０ｋｇｆ／ｃｍ²程度の圧力で圧接しつつ、た
とえば金属材料がチタンの場合は９００〜１０００℃程
度に加熱して１〜１０時間程度、保持する、いわゆる拡
散接合法が好適に採用される。また上記拡散接合法を
実施する際には、たとえば接合する薄板１ａと振動板２
とがともに、上記のようにチタン製である場合には、ニ
ッケルやクロムなどのロウ材を、両者の間に介在させて
もよい。

【００４７】上記拡散接合法においては、上記の加熱
後、徐冷することによって、薄板１ａ上に、歪みのない
振動板２が接合、一体化された積層体を得ることができ
る。

【００４８】なお振動板２の表面を導電性とするため
の、前述した、下部電極として機能する導電性の薄膜
は、上記の接合後、以下で述べる圧電膜３の形成工程に
先立って、振動板２の表面に形成してもよい。

【００４９】つぎに、図１(c) に示すように、薄板１ａ
上に接合、一体化された振動板２上に、前述したよう
に、・圧電材料のもとになる各金属を含有する有機金属化
合物から形成したゾルペーストを、スクリーン印刷など
の方法によって振動板２上に塗布、乾燥し、有機物を除
去するために仮焼成したのち、およそ４００〜９００℃
の温度で焼成して、いわゆるゾル−ゲル法、またはＭＯ
Ｄ法（有機金属化合物の熱分解法）によって、あるいは・振動板２上に、反応性スパッタリング法、反応性蒸
着法などの気相成長法によって圧電膜３を形成する。ま
た場合によっては、従来同様に、圧電材料の焼結体を薄
板状に研磨したチップを貼りつけて圧電膜３を形成して
もよい。

【００５０】かかる圧電膜３は、この例の場合、前記の
ように基板１上の全ての加圧室１１を覆う大きさに連続
形成される。

【００５１】このように圧電膜３を、基板１上の全ての
加圧室１１を覆う大きさに連続形成した場合には、加圧
室１１の数や密度、配置などに関係なしに圧電膜３を形
成できるので、作業性が向上して、インクジェットヘッ
ドＨのさらなる多ノズル化、高密度化および微細化が可
能になるという利点がある。

【００５２】ただし圧電膜３は、２か所以上の加圧室１
１を覆う複数の部分に分離形成してもよく、各加圧室１
１ごとに１か所ずつ完全に分離形成してもよい。

【００５３】ゾル−ゲル法によって圧電膜３を形成する
際に、当該圧電膜３を、上記のように分離形成するに
は、スクリーン印刷などの印刷方法を採用すればよい。
また気相成長法によって圧電膜３を形成する際には、振
動板２の、圧電膜３を形成しない部分をマスクすればよ
い。さらに、圧電材料の焼結体を薄板状に研磨したチッ
プを貼りつけて圧電膜３を形成する場合には、いうまで
もなく、所定の大きさに分離形成された複数枚のチップ
を、所定の位置に順次、貼りつければよい。

【００５４】圧電膜３の厚みはとくに限定されないが、
とくに上記のように、２か所以上の、好ましくは基板１
上の全ての加圧室１１を覆う大きさに圧電膜３を連続形
成する場合は、当該圧電膜３の、１か所の加圧室１１に
対応した領域での撓みが、その周囲の加圧室１１に対応
した領域での圧電膜３の撓み変形特性に影響を及ぼす、
いわゆるクロストークが発生するのを防止することを考
慮して、圧電膜３の厚みは３０μｍ以下であるのが好ま
しく、とくに１〜５μｍ程度であるのがさらに好まし
い。

【００５５】圧電膜３を構成する圧電材料としては、前
述したＰＺＴを主要成分とするＰＺＴ系の材料の他、た
とえばマグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ）、ニッケルニ
オブ酸鉛（ＰＮＮ）、亜鉛ニオブ酸鉛、マンガンニオブ
酸鉛、アンチモン鈴酸鉛、チタン酸鉛、チタン酸バリウ
ムなどを主要成分とする材料があげられる。また、これ
らの成分の２種以上を含む複合材料も使用できる。ま
た、上記ＰＺＴ系の圧電材料としてはＰＺＴそのものの
他、ＰＺＴにランタン、バリウム、ニオブ、亜鉛、ニッ
ケル、マンガンなどの酸化物の１種または２種以上を添
加したもの、たとえばＰＬＺＴなどがあげられる。

【００５６】つぎに、図２(a) に示すように、圧電膜３
の上に、上部電極４を、この例の場合は各加圧室１１ご
とに分離形成する。

【００５７】圧電膜３上に上部電極４を形成するには、
たとえば金、銀、白金、銅などの導電性微粉末を含有す
る導電性ペーストを、前記スクリーン印刷などの印刷法
によって、圧電膜３上の所定の位置に印刷したのち、さ
らに必要に応じて焼き付ける方法や、あるいはマスクを
用いた気相成長法や湿式めっき法などが採用される。

【００５８】かかる、各加圧室１１ごとに分離形成され
た上部電極４は、インクジェットヘッドＨの面方向にお
いて、対応する加圧室１１よりも少し小さく形成される
のが好ましい。

【００５９】このように構成した場合には、上部電極４
によって規定される、圧電膜３の、電界の印加によって
撓みを生じる領域が、基板１の構造、とくに加圧室１１
を囲む周囲の部分からの影響を受けないので、上記領域
における圧電膜３の撓み変形特性が良好になるという利
点がある。

【００６０】上部電極４の厚みはとくに限定されない
が、圧電膜３の撓みを阻害せず、しかも圧電膜３に十分
な電界を印加するためには、およそ０．２〜４μｍ程度
であるのが好ましく、とくに０．２〜０．３μｍ程度で
あるのがさらに好ましい。

【００６１】上部電極４は、従来公知の種々の方法によ
って配線することができるが、やはり圧電膜３の撓み変
形特性などを考慮すると、たとえば金属製のスプリング
や、表面が導体化処理されたゴム製の微小球などの、導
電性でかつ弾性の部材を利用して、弾性的に配線するの
が好ましい。また、上部電極４の一部を、加圧室１１の
領域外に延長して、そこに配線のための接点を設けても
よい。

【００６２】つぎに図２(b) に示すように、薄板１ａ
の、上記振動板２、圧電膜３および上部電極４が形成さ
れた側と反対側、すなわち薄板１ａの下面側に、基板１
を構成する他の部分、すなわち(a) 基板１の組み立て後
に加圧室１１とノズル５１とを接続する流路１３の一部
となる通孔１３′と、加圧室１１と共通流路１２とを接
続する流路１４となる通好１４′とが形成された薄板１
ｂ、(b) 基板１の組み立て後に共通流路１２ととなる通
孔１２′と、加圧室１１とノズル５１とを接続する流路
１３の一部となる通孔１３″とが形成された薄板１ｃ、
および(c) 複数のノズル５１を備えたノズル板５をこの
順に、接着するなどして積層、一体化すると、前述した
ように同図ならびに図３、４に示す構造を有するインク
ジェットヘッドＨが完成する。

【００６３】上記薄板１ｂ、１ｃおよびノズル板５とし
ては、金属あるいはセラミックスからなる種々の板体が
使用できる。

【００６４】これらの板材は、この例では、上記のよう
に振動板２が接合、一体化され、圧電膜３および上部電
極４が形成された後の薄板１ａと積層、一体化されるた
め、振動板２などのように熱膨張率その他を考慮して材
料を選択する必要がなく、それよりもむしろ、インクジ
ェットプリンタの画質に直接に影響するノズル５１、お
よびそこへインクを供給する各部の位置精度などを考慮
して、できるだけ加工しやすく、しかもインクによって
腐食にくい材料を選択するのが好ましい。かかる材料と
しては、たとえば前述した１８−８ステンレス鋼などが
あげられる。なお後述するように、上記各板材のうちの
いずれかを、薄板１ａとともに先に振動板２と接合、一
体化する場合は、熱衝撃による膨張、収縮を考慮して、
かかる板材を、薄板１ａと同じ材料にて形成するのが好
ましい。

【００６５】上記各板材のうちノズル板５に形成される
ノズル５１の寸法や配列などは、やはりインクジェット
ヘッドの仕様にあわせて適宜、変更すればよく、たとえ
ば印字ドット数が６００〜７２０ｄｐｉ程度のインクジ
ェットプリンタ用の場合には、ノズル５１の直径が３０
〜７０μｍ程度、間隔が０．０７〜１．３ｍｍ程度に形
成される。ノズル板５にノズル５１を形成するには、そ
の寸法精度等を考慮して、いわゆるフォトリソグラフ法
を利用したエッチングなどが採用される。

【００６６】なおこの例では、以上で説明したように基
板１を構成する薄板１ａ〜１ｃのうち最上部の薄板１ａ
のみを、圧電膜３などの形成に先立って振動板２と接
合、一体化していたが、基板１を構成する全ての薄板１
ａ〜１ｃと、振動板２とを接合、一体化したのち、振動
板２上に、圧電膜３など形成してもよい。

【００６７】また、基板１を構成する薄板１ａ〜１ｃの
うち上側の2枚の薄板１ａ、１ｂと、振動板２とを接
合、一体化したのち、振動板２上に、圧電膜３などを形
成し、その後で、残りの薄板１ｃと、ノズル板５とを接
着してもよい。

【００６８】また場合によっては、ノズル板５と、基板
１を構成する全ての薄板１ａ〜１ｃと、振動板２とを接
合、一体化したのち、振動板２上に、圧電膜３など形成
することも可能である。

【００６９】圧電膜３など形成する際に振動板２を補強
するという観点からすると、接合、一体化される板材の
数が多く、その厚みが厚いほどよいと考えられる。

【００７０】しかし、前述した拡散接合法などによる高
温での接合、一体化では、各板材の膨張、収縮率の違い
に起因する各部の位置精度の狂いが発生しやすいため
に、その防止を考慮すると、同時に接合、一体化する板
材の数は少ないほどよく、図の例の工程のように、まず
最小限の薄板１ａと振動板２とを接合、一体化して振動
板２を補強したのち、当該振動板２上に圧電膜３など形
成し、その後で、残りの薄板１ｂ、１ｃとノズル板５と
を、高温の加熱を必要としない接着により積層してやる
のがよい。

【００７１】なお基板１を構成する薄板は３枚には限ら
れず、２枚であっても、あるいは４枚以上であってもよ
い。また基板１は、１枚の板材であってもよい。また図
の例では、前記のように上部電極４を、各加圧室１１ご
とに分離形成しているが、振動板２の表面に形成される
下部電極を、各加圧室１１ごとに分離形成して、上部電
極４は、全ての加圧室１１を覆う大きさに連続形成して
もよい。

【００７２】また上下両電極をともに、各加圧室１１ご
とに分離形成してもよい。

【００７３】なお後２者の場合には、各下部電極間を絶
縁するために、振動板２と下部電極との間に絶縁層を形
成すればよい。

【００７４】また図の例では、圧電膜３を、基板１上の
全ての加圧室１１を覆う大きさに連続形成していたが、
前述したように、少なくとも２か所以上の加圧室１１を
覆う大きさに分離形成してもよい。この場合でも、各加
圧室１１ごとに独立した圧電膜を形成する場合に比べれ
ば、作業性はよい。また作業性はよくないが、各加圧室
１１ごとに独立した圧電膜を形成してもよい。

【００７５】要するに、基板の少なくとも一部と振動板
とを先に接合、一体化したのち、振動板上に圧電素子を
形成する工程を採用するのであれば、形成されるインク
ジェットヘッドの構成はとくに限定されないのである。

【００７６】

【実施例】以下に本発明を、実施例、比較例に基づいて
説明する。

【００７７】実施例１〈薄板１ａと振動板２の接合、一体化〉縦２ｍｍ、横
０．５ｍｍの矩形状でかつ深さ２００μｍの加圧室１１
が１８列×５７桁の計１０２６か所、配列された、それ
自体の寸法が縦８０ｍｍ、横９０ｍｍである基板１のう
ち、最上部の、加圧室１１となる通孔１１′が形成され
た、厚み２００μｍのチタン製の薄板１ａと、厚み２０
μｍのチタン製で、かつその表面に下部電極となる白金
製の薄膜が形成された振動板２とを、ロウ材としてのニ
ッケルペーストを挟んだ状態で積層し、真空中で、２０
ｋｇｆ／ｃｍ²の圧接力で圧接しつつ９００℃に加熱し
て１０時間、保持して、拡散接合法により接合、一体化
した。

【００７８】〈ゾル−ゲル法用のゾルペーストの作製〉
下記の溶液１〜３を個別に作製し、混合して溶液４を調
製した。

【００７９】（溶液１）Ｔｉ（Ｏ−ｎＢｕ）₄ アセチルアセトン２−メトキシエタノール（溶液２）Ｚｒ（Ｏ−ｎＢｕ）₄ アセチルアセトン２−メトキシエタノール（溶液３）酢酸鉛・３水和物モノエタノールアミン２−メトキシエタノールなお上記各成分の、溶液４における含有量は下記の通り
であった。

【００８０】（成分）（重量部）Ｔｉ（Ｏ−ｎＢｕ）₄ １２Ｚｒ（Ｏ−ｎＢｕ）₄ １５酢酸鉛・３水和物３１アセチルアセトン５２−メトキシエタノール２９モノエタノールアミン５ついで、１００重量部の溶液４に、増粘剤としてのエチ
ルセルロース２５重量部を混合してゾルペーストを作製
した。

【００８１】〈インクジェットヘッドの製造〉先の基板
と振動板の接合、一体化で作製した、基板と振動板の積
層体のうち振動板の、白金製の薄膜が形成された表面
に、スクリーン印刷法によって、上記のゾルペースト
を、基板上の全ての加圧室を覆う大きさに印刷し、乾燥
したのち仮焼成した。この工程を１０回、繰り返したの
ち、６００℃で１０時間、焼成して厚み４μｍの圧電膜
３を形成した。

【００８２】つぎにこの圧電膜３上に、スクリーン印刷
法によって、金の微粉末を含有する導電性ペーストを印
刷したのち焼き付けて、厚み０．３μｍの金製の上部電
極４を、各加圧室１１ごとに分離形成した。なお上部電
極４の、インクジェットヘッドＨの面方向の寸法は、対
応する加圧室１１よりも少し小さい、縦２ｍｍ、横０．
４ｍｍとした。

【００８３】そしてこの積層体のうち薄板１ａの下面側
に、基板１を構成する残りの薄板１ｂ（厚み５０μ
ｍ）、および薄板１ｃ（厚み１００μｍ）と、直径３０
μｍのノズル５１が、加圧室１１のピッチに合わせて計
１０２６か所、配列されたノズル板５とをこの順に、そ
れぞれ接着剤によって接着、固定して、インクジェット
ヘッドを製造した。

【００８４】比較例１他の板材などと接合、一体化していないフリーの振動板
２の、白金製の薄膜が形成された表面に、圧電膜３と上
部電極４とを積層し、ついでこの積層体を薄板１ａ〜１
ｃ、およびノズル板５と所定の順序で積層し、接着剤に
よって接着、固定したこと以外は実施例１と同様にし
て、インクジェットヘッドを製造した。

【００８５】上記実施例、比較例のインクジェットヘッ
ドの、下部電極と上部電極との間に２５Ｖの直流電界を
印加して、圧電膜の、両電極間に挟まれた部分を撓ませ
た。そして加圧室の中心位置における、圧電膜の垂直方
向の撓み量を、各加圧室ごとに、レーザードップラーメ
ータを用いて測定して、実施例、比較例ごとの撓み量の
最大値と最小値とを求めるとともに、その差ΔＡを求め
て、撓み量のばらつきを評価した。

【００８６】結果を表１に示す。

【００８７】

【表１】上記表の結果より、基板と振動板とを先に接合、一体化
したのち、振動板上に圧電素子を形成した実施例１のイ
ンクジェットヘッドは、基板と接合、一体化する前の振
動板上に圧電素子を形成した比較例１に比べて撓み量が
大きく、かつ撓み量のばらつきが小さいことから、圧電
膜の撓み変形特性にすぐれたものであることが確認され
た。

【００８８】

【発明の効果】以上、詳述したように本発明によれば、
金属製の振動板の、複数の加圧室に対応した領域がいず
れも歪みのない均一な形状を有するために、各加圧室上
の圧電膜の撓み変形特性、ひいては各ノズルからのイン
クの吐出性能が均一かつ良好で、良好な画像を形成でき
るインクジェットヘッドを製造しうる、新規な製造方法
を提供できるという特有の作用効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】同図(a)〜(c)はぞれぞれ、本発明のインクジェ
ットヘッドの製造方法の、実施の形態の一例における各
工程を示す拡大断面図である。

【図２】同図(a)(b)はそれぞれ、本発明のインクジェッ
トヘッドの製造方法の、実施の形態の一例における、図
１の続きの工程を示す拡大断面図である。

【図３】同図(a)は、図１〜２の製造方法によって製造
されたインクジェットヘッドの断面図、同図(b)は、図
(a)と直交する方向の断面図である。

【図４】上記例で製造されたインクジェットヘッドの、
全体を示す斜視図である。

【図５】従来のインクジェットヘッドの拡大断面図であ
る。

【符号の説明】

Ｈインクジェットヘッド１基板１１加圧室２振動板３圧電膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者住田圭介大阪府大阪市中央区玉造１丁目２番28号三田工業株式会社内 (72)発明者八田順子大阪府大阪市中央区玉造１丁目２番28号三田工業株式会社内 (72)発明者辻清治大阪府大阪市中央区玉造１丁目２番28号三田工業株式会社内 (72)発明者林昌毅大阪府大阪市中央区玉造１丁目２番28号三田工業株式会社内 (72)発明者藤島正之大阪府大阪市中央区玉造１丁目２番28号三田工業株式会社内 (72)発明者倉増浩二大阪府大阪市中央区玉造１丁目２番28号三田工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の加圧室が配列された基板上に、金属
製の振動板を介して、圧電膜を含む圧電素子が形成され
たインクジェットヘッドを製造する方法であって、あら
かじめ振動板と、基板のうち少なくとも振動板と接する
部分とを接合、一体化したのち、振動板上に圧電素子を
形成することを特徴とするインクジェットヘッドの製造
方法。
【請求項２】基板のうち、振動板と接合、一体化される
部分が金属製であって、その上に振動板を圧接しつつ加
熱する拡散接合法によって、両者が接合、一体化される
請求項１記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項３】振動板の厚みが２０μｍ以下である請求項
１記載のインクジェットヘッドの製造方法。