JP2005144774A - Method for manufacturing liquid discharge head - Google Patents
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Abstract
【課題】流路基板に陽極接合されるガラス振動板材料を予め加熱し、熱収縮させておくことで、振動板上に圧電素子を直接形成した場合の振動板の熱収縮によるトラブルを防ぐ。
【解決手段】ガラス振動板材料6aを予め例えば650℃まで加熱し、0.2%の予備収縮を起こさせたのち、流路基板1に陽極接合し、ガラス振動板材料6aを研磨薄片化して所定の厚さの振動板6を製作する。振動板6上に下電極9a、圧電層8となる圧電前駆体層8a、上電極9bを順次積層することで、圧電素子7を振動板6上に直接形成し、圧電材料の結晶化温度まで加熱して圧電層8の結晶化を行う。結晶化のための第2の加熱工程における振動板6の熱収縮を防ぐことで、流路基板1の変形や振動板6にクラックが発生する等のトラブルを回避する。
【選択図】図2A glass diaphragm material to be anodically bonded to a flow path substrate is preheated and thermally contracted to prevent troubles caused by thermal contraction of the diaphragm when a piezoelectric element is directly formed on the diaphragm.
A glass diaphragm material 6a is preheated to, for example, 650 ° C. to cause a pre-shrinkage of 0.2%, and then anodically bonded to a flow path substrate 1, and the glass diaphragm material 6a is polished into thin pieces. A diaphragm 6 having a predetermined thickness is manufactured. By sequentially laminating the lower electrode 9a, the piezoelectric precursor layer 8a to be the piezoelectric layer 8 and the upper electrode 9b on the vibration plate 6, the piezoelectric element 7 is directly formed on the vibration plate 6, and the crystallization temperature of the piezoelectric material is reached. The piezoelectric layer 8 is crystallized by heating. By preventing thermal contraction of the diaphragm 6 in the second heating step for crystallization, troubles such as deformation of the flow path substrate 1 and cracks in the diaphragm 6 are avoided.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、プリンタなどに用いられる液体吐出ヘッド、特に圧電素子を用いて液体吐出を行う液体吐出ヘッドの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a liquid discharge head used in a printer or the like, and more particularly to a method of manufacturing a liquid discharge head that discharges liquid using a piezoelectric element.
近年、高品位の印刷を行う記録装置としてインクジェットプリンタ等の液体吐出記録装置が普及している。このような液体吐出記録装置は、印刷用途のみならず捺染、工業用の薬液やパターン材料の塗布など極めて広い応用が期待されるものである。液体吐出記録装置に用いられる液体吐出ヘッドには、代表的なものとして圧電素子を用いた圧電式と、ヒータによる加熱を用いる熱式があり、いずれも高性能化の開発が進んでいる。 In recent years, liquid discharge recording apparatuses such as ink jet printers have become widespread as recording apparatuses that perform high-quality printing. Such a liquid discharge recording apparatus is expected to have a very wide application such as printing, industrial chemicals, and application of pattern materials as well as printing applications. As a typical liquid discharge head used in a liquid discharge recording apparatus, there are a piezoelectric type using a piezoelectric element and a thermal type using heating by a heater, both of which have been developed with high performance.
圧電式の液体吐出ヘッドとして優れた特性を有するものに、流路基板の圧力発生室に圧力を印加するための振動板として、陽極接合により流路基板に接合されたガラス振動板を用いたものがある(特許文献1参照)。これは図4に示すように、圧力発生室102、ノズル103、オリフィス104、液体供給室105等を形成したシリコンからなる流路基板101と、ガラス振動板の素材であるほう硅酸ガラス板とを陽極接合で接合一体化し、ほう硅酸ガラス板を所定の厚さまで薄くし振動板106を形成し、この振動板106の表面に圧電素子107の下電極である電極層109aを形成し、次いで、圧電素子板108の接着を行い、圧電素子板108を所定の厚さまで薄くし、さらに上電極である電極層109bを形成し、不要部の除去加工を行って液体吐出ヘッドE0 を製造している。
What has excellent characteristics as a piezoelectric liquid discharge head, and uses a glass diaphragm bonded to the flow path substrate by anodic bonding as a vibration plate for applying pressure to the pressure generation chamber of the flow path substrate (See Patent Document 1). As shown in FIG. 4, a
この方法によれば、厚さ0.1mm以下の振動板を量産レベルで実現し、高性能、小型軽量で量産性に優れた液体吐出ヘッドを提供できる。また、振動板の陽極接合は、液体吐出ヘッドのインク等液体に接する箇所に接着剤などの介在物なしに強固な直接接合を実現できるため、液体吐出ヘッドのインク等液体に対する安定性が高く好適である。 According to this method, a diaphragm having a thickness of 0.1 mm or less can be realized at a mass production level, and a liquid discharge head having high performance, small size and light weight and excellent mass productivity can be provided. Also, the anode anodic bonding of the vibration plate can realize a strong direct bonding without an inclusion such as an adhesive at the position of the liquid discharge head in contact with the liquid such as ink, so that the liquid discharge head is highly stable with respect to the liquid such as ink. It is.
陽極接合は、ガラスの加熱と電圧印加によって起きるガラス内のアルカリイオンの移動により発生する静電引力を利用した接合方法であり、このような接合の方法については特許文献2等に開示されている。
The anodic bonding is a bonding method using electrostatic attraction generated by movement of alkali ions in the glass caused by heating the glass and applying a voltage. Such a bonding method is disclosed in
なお、上記従来例においてはいずれもこの陽極接合は「静電接合」と表記されているが、このような接合の方法は陽極接合と称されるのが一般的であるため(例えば非特許文献1)、本明細書中でも以下陽極接合と表記する。
しかしながら、ガラス振動板として用いているガラス質材料は、例えば圧電素子の結晶化のために高温に加熱して室温まで冷却する加熱処理を必要とする場合、加熱工程中にガラスがより稠密な構造に安定化しようとして、加熱工程前の室温での体積に対して、加熱工程後の室温での体積が著しく減少するいわゆる熱収縮を起こすことがある(非特許文献2)。この熱収縮量は、ガラスの組成や製造工程、並びに加熱工程の温度条件等によって異なるが、加熱工程において歪点近傍の高温度に加熱を行った場合には、熱収縮率C=(L0 −L1 )/L0 (C:熱収縮率、L0 :加熱工程前室温でのガラス試料の寸法、L1 :加熱工程後室温でのガラス試料の寸法)は0.1%以上になる場合がある。これに対して、流路基板として用いるシリコンは加熱工程における熱収縮はほとんどない。 However, the vitreous material used as the glass diaphragm has a denser structure during the heating process, for example, when heat treatment is required to heat to high temperature and cool to room temperature for crystallization of the piezoelectric element. When trying to stabilize, the volume at room temperature after the heating process may be so-called thermal shrinkage that significantly decreases the volume at room temperature before the heating process (Non-patent Document 2). The amount of heat shrinkage varies depending on the glass composition, the manufacturing process, the temperature conditions of the heating process, and the like, but when the heating process is performed at a high temperature in the vicinity of the strain point, the thermal shrinkage ratio C = (L 0 -L 1 ) / L 0 (C: heat shrinkage ratio, L 0 : size of glass sample at room temperature before heating step, L 1 : size of glass sample at room temperature after heating step) is 0.1% or more. There is a case. On the other hand, silicon used as a flow path substrate hardly undergoes thermal shrinkage in the heating process.
このため、圧力発生室に圧力を印加するための振動板にガラス材料、圧力発生室を有する流路基板にシリコンをそれぞれ用いて、ガラス振動板を陽極接合により接合する液体吐出ヘッドにおいては、陽極接合後に加熱処理を行うと、ガラス振動板が熱収縮し、シリコンよりなる流路基板に対して相対的に極めて大きな圧縮応力を与えてしまう場合がある。特に近年、陽極接合工程後に圧電素子をガラス振動板上に直接堆積する構成が提案されているが、堆積された圧電層を結晶化させるために必要となる高温の加熱処理を行った場合には、ガラス振動板の熱収縮のために、流路基板の大きな変形やガラス振動板のクラック等が発生して、歩留まりを低下させる。このため、ガラス振動板上への圧電素子の直接形成は困難であった。 For this reason, in a liquid discharge head that uses a glass material for the diaphragm for applying pressure to the pressure generating chamber and silicon for the flow path substrate having the pressure generating chamber, respectively, When the heat treatment is performed after the bonding, the glass diaphragm is thermally contracted and a relatively large compressive stress may be applied to the flow path substrate made of silicon. In particular, in recent years, a configuration in which the piezoelectric element is directly deposited on the glass diaphragm after the anodic bonding process has been proposed. However, when a high-temperature heat treatment necessary to crystallize the deposited piezoelectric layer is performed. In addition, due to the heat shrinkage of the glass diaphragm, a large deformation of the flow path substrate, cracks in the glass diaphragm, and the like occur, thereby reducing the yield. For this reason, it is difficult to directly form a piezoelectric element on the glass diaphragm.
他方、特許文献1に開示されている従来例は、圧電素子板と振動板との間を接着剤を介在させて接合するものであるが、この構成では、圧電素子は実効的にガラスの振動板と接着剤の総和分を変形させる必要があり、効率の良い液体吐出ができなかった。とりわけ、記録密度向上のために液体吐出ヘッドのノズルを高密度で配置する場合は、圧電素子は微細化・薄膜化されるため、吐出効率に与える接着剤の介在による問題は深刻であった。
On the other hand, in the conventional example disclosed in
本発明は上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、ガラス振動板の熱収縮によるトラブルを効果的に回避して、ガラス振動板上に圧電素子を直接形成することを可能とし、ノズルを高密度で配した吐出効率の高い液体吐出ヘッドを歩留まりよく製造することのできる液体吐出ヘッドの製造方法を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above-mentioned unsolved problems of the prior art, and effectively avoids troubles caused by thermal contraction of the glass diaphragm and directly forms a piezoelectric element on the glass diaphragm. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a liquid discharge head capable of manufacturing a liquid discharge head having high discharge efficiency with high nozzle efficiency and high yield.
上記の目的を達成するため、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、ガラス振動板上の圧電素子によって圧力発生室内の液体を加圧し、ノズルから吐出する液体吐出ヘッドの製造方法であって、圧力発生室およびノズルを有する流路基板を準備する工程と、ガラス振動板材料を所定の温度に加熱する第1の加熱工程と、ガラス振動板材料を陽極接合によって流路基板に結合する結合工程と、ガラス振動板材料からなるガラス振動板上に電極層および圧電層を順次積層して圧電素子を形成する形成工程と、ガラス振動板上に積層中または積層後の圧電層を、結晶化のための温度に加熱する第2の加熱工程と、を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a method for manufacturing a liquid discharge head according to the present invention is a method for manufacturing a liquid discharge head in which a liquid in a pressure generating chamber is pressurized by a piezoelectric element on a glass diaphragm and discharged from a nozzle. A step of preparing a flow path substrate having a pressure generating chamber and a nozzle, a first heating step of heating the glass vibrating plate material to a predetermined temperature, and a bonding step of bonding the glass vibrating plate material to the flow path substrate by anodic bonding Forming a piezoelectric element by sequentially laminating an electrode layer and a piezoelectric layer on a glass diaphragm made of a glass diaphragm material, and crystallizing the piezoelectric layer during or after lamination on the glass diaphragm. And a second heating step for heating to a temperature for the purpose.
結合工程と形成工程との間に、ガラス振動板材料を研磨薄片化し所定の厚さのガラス振動板を形成する工程を有するとよい。 Between the bonding step and the forming step, it is preferable to have a step of polishing and laminating the glass diaphragm material to form a glass diaphragm having a predetermined thickness.
第2の加熱工程におけるガラス振動板の熱収縮率が0.01%以下になるように、第1の加熱工程の温度を設定するとよい。 The temperature of the first heating step may be set so that the thermal contraction rate of the glass diaphragm in the second heating step is 0.01% or less.
予めガラス振動板となる振動板材料を予め所定の温度に加熱することで熱収縮させておき、圧電層の結晶化のための加熱処理におけるガラス振動板の寸法変化を抑えることにより、ガラス振動板上に圧電層を積層する圧電素子の直接形成を可能にする。これによって、ノズルを高密度で配した吐出効率の高い液体吐出ヘッドを歩留まりよく製造することができる。 A glass diaphragm is prepared by heat-shrinking a diaphragm material to be a glass diaphragm in advance to a predetermined temperature and suppressing a dimensional change of the glass diaphragm in the heat treatment for crystallizing the piezoelectric layer. It enables direct formation of a piezoelectric element having a piezoelectric layer laminated thereon. As a result, a liquid discharge head having high discharge efficiency in which nozzles are arranged at high density can be manufactured with high yield.
予め第2の加熱工程におけるガラス振動板の熱収縮量を0.01%以下に抑えるように、予め熱収縮させるための第1の加熱工程の温度条件を定めることで、より一層歩留まりよく液体吐出ヘッドを製造することが可能である。 By preliminarily setting the temperature condition of the first heating step for heat shrinking so as to suppress the thermal shrinkage of the glass diaphragm in the second heating step to 0.01% or less, liquid discharge with higher yield is achieved. It is possible to manufacture a head.
このような液体吐出ヘッドを記録装置に搭載することで、ノズルを高密度で配した吐出効率の高い記録装置を安価に製造することができる。 By mounting such a liquid ejection head on a recording apparatus, a recording apparatus with high ejection efficiency in which nozzles are arranged at high density can be manufactured at low cost.
図1に示すように、流路基板1は、圧力発生室2とノズル3、オリフィス4、液体供給室5を有し、このように、ノズル3に連通する圧力発生室2を有する流路基板1に、ガラス振動板である振動板6が陽極接合され、振動板6上に圧電素子7が直接形成される。圧電素子7は、振動板6上に電極層である上下電極9a、9bおよび圧電層8を成膜・積層したものである。この液体吐出ヘッドE1 の製造工程は、少なくとも、予めガラスの振動板6を熱収縮させるための第1の加熱工程と、第1の加熱工程を経て陽極接合により圧力発生室2等を有する流路基板1に接合された振動板6上に上下電極9a、9bおよび圧電層8を順次成膜・積層する工程と、成膜中あるいは成膜後の圧電層8の結晶化を行う第2の加熱工程とを含む。
As shown in FIG. 1, the
そして、第2の加熱工程における振動板6の熱収縮率を0.01%またはそれ以下とするように、振動板6を充分に予備収縮させる第1の加熱工程の温度条件を設定する。第1の加熱工程によって充分に熱収縮させ、陽極接合により流路基板1に接合した振動板6上に上下電極9a、9bおよび圧電層8を成膜したのち、圧電層8の結晶化のために第2の加熱工程を行うものであるから、圧電層8を結晶化させる工程での振動板6の寸法変化は微小であり、流路基板1が著しく変形したり、振動板6にクラックが発生する等のトラブルはなく、従って、歩留まりよく液体吐出ヘッドを製造できる。
And the temperature conditions of the 1st heating process which fully contracts the
上記の方法で製造された液体吐出ヘッドを複数配置し、圧電素子に駆動信号を印加するための引き出し電極、圧電素子を駆動する駆動電圧印加回路、液体吐出ヘッドのノズル開口と被記録媒体とを所望の距離で対向させるための支持部材、入力された情報に応じて液体吐出ヘッドのノズル開口と被記録媒体との相対位置を変化させるための機構等を有する記録装置を製作する。 A plurality of liquid discharge heads manufactured by the above method are arranged, and a lead electrode for applying a drive signal to the piezoelectric element, a drive voltage applying circuit for driving the piezoelectric element, a nozzle opening of the liquid discharge head, and a recording medium A recording apparatus having a supporting member for making it face at a desired distance, a mechanism for changing the relative position between the nozzle opening of the liquid ejection head and the recording medium in accordance with input information, and the like are manufactured.
図1に示す液体吐出ヘッドE1 を、図2に示す工程によって製造する。図2の(a)に示すように長さL0 のガラス振動板材料6aを準備した。ガラス振動板材料6aとしては陽極接合用ガラスを用いた。このガラスは、陽極接合が可能であり、後工程の圧電素子7の直接形成工程における加熱温度よりも充分高い温度に軟化点を有するものから適宜選択される。本実施例では陽極接合用ガラスとして、HOYA社商標、SD2ガラスを用いた。他に好ましいものの例としては、結晶化ガラスである石塚硝子(株)製デビドロン「Hα−43」などがあげられる。ガラス振動板材料6aは、厚さ50μm、一辺が50.00mmの正方形のものを用いた。図2の(a)に示した長さL0 は、気温25℃の恒温室内において、レーザー測長機を用いてガラス振動板材料6aの一辺の長さを測定したもので、本実施例においては、L0 =50.00mmである。
The liquid discharge head E 1 shown in FIG. 1 is manufactured by the process shown in FIG. A
続いて図2の(b)に示すように、ガラス振動板材料6aを予備収縮させる第1の加熱工程を行った。第1の加熱工程は電気炉を用いて、大気雰囲気中において、最高加熱温度650℃、加熱時間5時間として行い、その後室温まで冷却した。図示した長さL1 は、第1の加熱工程後に気温25℃の恒温室内において、レーザー測長機を用いてガラス振動板材料6aの一辺の長さを測定したもので、本実施例においては、L1 =49.90mmであった。すなわち、第1の加熱工程において、ガラス振動板材料6aは一辺の長さにおいて0.2%の予備収縮をした。
Subsequently, as shown in FIG. 2 (b), a first heating step for preliminarily shrinking the
続いて図2の(c)に示すように、面方位(100)の両面研磨のシリコン単結晶基板1aの両面に、LP−CVD法により窒化シリコン膜を厚さ300nm成膜して第1、第2のマスク層10a、10bを形成した。 Subsequently, as shown in FIG. 2C, a silicon nitride film having a thickness of 300 nm is formed by LP-CVD on both surfaces of the double-side polished silicon single crystal substrate 1a with the plane orientation (100). Second mask layers 10a and 10b were formed.
続いて図2の(d)に示すように、フォトリソグラフィ技術とCF4 を含むガスによるドライエッチングにより加工して、第1のマスク層10aに第1のマスク開口10cを、第2のマスク層10bに第2のマスク開口10dを形成した。なお、マスク開口10c、10dの平面形状は、後工程の異方性エッチングにより所望の形状の圧力発生室2、オリフィス4、液体供給室5、ノズル3が複数個配列して得られるように決定した。
Subsequently, as shown in FIG. 2D, the
続いて図2の(e)に示すように、まずTMAH溶液を用いて、シリコン単結晶基板1aを第1のマスク開口10cより異方性エッチングして、圧力発生室2、ノズル3、オリフィス4を形成した。また、同様にして第2のマスク開口10dより異方性エッチングして、オリフィス4を介して圧力発生室2に連通する液体供給室5を形成した。
Subsequently, as shown in FIG. 2 (e), first, the silicon single crystal substrate 1a is anisotropically etched from the
続いて図2の(f)に示すように、第1、第2のマスク層10a、10bをエッチング除去し、シリコン表面を露出させ、流路基板1を作製した。
Subsequently, as shown in FIG. 2 (f), the first and second mask layers 10a and 10b were removed by etching to expose the silicon surface, whereby the
続いて図2の(g)に示すように、流路基板1に対して、第1の加熱工程を経たガラス振動板材料6aを陽極接合した。ガラス振動板材料6aは、流路基板1の圧力発生室2に対応する面に接合し、圧力発生室2、ノズル3、オリフィス4等よりなるエッチング溝を塞ぐようにした。本実施例の陽極接合工程は、流路基板1とガラス振動板材料6aの接合面を清浄化して重ね合せ、350℃に加熱し、ガラス振動板材料6aと流路基板1の間に、流路基板1側を陽極として200Vの電圧を印可し、さらに押し付けた。
Subsequently, as shown in FIG. 2G, the
続いて図2の(h)に示すように、流路基板1に接合したガラス振動板材料6aを研磨し、厚さ5μmまで薄片化して振動板6を形成した。この薄片化加工は、ラッピングマシンと研磨剤を用いた研磨により行い、凹凸やうねりを除去して平坦化した。また、研磨の際、研磨剤粒子径を段階的に微小なものにしていき、最終的にコロイダルシリカを用いて研磨面を鏡面仕上げした。
Subsequently, as shown in FIG. 2 (h), the
続いて図2の(i)に示すように、振動板6上に、下電極9a、圧電前駆体層8aを直接成膜・積層した。下電極9aは、Tiを20nm、Ptを150nm順次スパッタリング法で積層したものを用いた。圧電前駆体層8aとしては、厚さ3μmのPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)前駆体の薄膜を高周波スパッタ法により形成した。圧電前駆体層8aの成膜条件は、ターゲットとしてPbOを10%過剰添加したPZT焼結体、スパッタリングガスとしてArに10%のO2 を添加したものを用い、全圧2Pa、基体の温度200℃、高周波出力をターゲットに対して4W/cm2 印加した。このようにすることで、ターゲットの組成を反映した組成比でPb、Zr、Tiの金属成分と酸素を含有する圧電前駆体層8aが得られた。
Subsequently, as shown in FIG. 2I, the
続いて図2の(j)に示すように、第2の加熱工程を行い、圧電前駆体層8aの結晶化を行った。第2の加熱工程は電気炉を用いて、酸化雰囲気中において、最高加熱温度650℃、加熱時間5時間として行い、その後室温まで冷却した。このようにして圧電前駆体層8aを結晶化し、圧電層8を形成した。第2の加熱工程後の圧電層8は、X線回折法による評価により良好な結晶性を有するPZT薄膜であった。
Subsequently, as shown in FIG. 2J, a second heating step was performed to crystallize the
本実施例においては圧電前駆体層8aの形成後に第2の加熱工程を行って結晶化したが、図2の(i)に示した工程で、薄膜堆積と同時に加熱を行って結晶化してもよい。
In the present embodiment, the
続いて図2の(k)に示すように、上電極9bを成膜した。上電極9bの製法は下電極9aと同じとした。
Subsequently, an
続いて図2の(l)に示すように、上電極9b、圧電層8、下電極9aを順にフォトリソグラフィ技術とエッチングにより加工して、圧電素子7を作製した。圧電素子7は、振動板6上の各圧力発生室2に対応する位置に設けている。上電極9b、下電極9aのエッチングは、フォトレジストをマスクとしたArガスを用いたドライエッチングにより行った。また圧電層8のエッチングは、フォトレジストをマスクとし、フッ酸水溶液と硝酸水溶液を適宜混合したエッチング液によるウエットエッチングにより行った。
Subsequently, as shown in FIG. 2 (l), the
続いて図2の(m)に示すように、ノズル3の中間位置で振動板6と流路基板1を切断し、ノズル3を開口させた。切断加工にはダイシングソーを用いた。本工程では、切断用のブレードとして厚さ0.2mmのレジンボンドの#1500番ダイヤモンドブレードを用い、切断速度0.5mm/sec.でフルカットした。
Subsequently, as shown in FIG. 2 (m), the
以上の工程よりなる製造方法によって作製した液体吐出ヘッドは、圧電素子に対して適当な駆動電圧を印加することで、良好なインク等液体の吐出動作を行った。また、流路基板の変形、ガラス振動板のクラックの発生等も見られなかった。 The liquid discharge head manufactured by the manufacturing method comprising the above steps performed a good liquid discharge operation such as ink by applying an appropriate driving voltage to the piezoelectric element. Further, neither deformation of the flow path substrate nor generation of cracks in the glass diaphragm was observed.
このように本実施例の液体吐出ヘッドの製造方法によれば、ガラス振動板上に圧電素子の直接形成を行い、ノズルを高密度で配し吐出効率の高い液体吐出ヘッドを歩留まりよく製造することができた。 As described above, according to the manufacturing method of the liquid discharge head of the present embodiment, the piezoelectric elements are directly formed on the glass diaphragm, and the liquid discharge head with high discharge efficiency is manufactured by arranging the nozzles at high density with high yield. I was able to.
本実施例においては、第2の加熱工程における振動板の熱収縮率を0.01%以下とするようにガラス振動板材料を予備収縮させる第1の加熱工程の温度条件を求める工程と、該温度条件でガラス振動板材料を予備収縮させる第1の加熱工程と、第1の加熱工程を経たガラス振動板材料を陽極接合により圧力発生室に接合する工程と、振動板上に電極層と圧電層を直接形成する工程と、圧電層の結晶化を行う第2の加熱工程とを有するものである。本実施例における第1の加熱工程の温度条件を求める方法を図3に示す。 In this example, the step of determining the temperature condition of the first heating step of pre-shrinking the glass diaphragm material so that the thermal contraction rate of the diaphragm in the second heating step is 0.01% or less, A first heating step of pre-shrinking the glass diaphragm material under temperature conditions; a step of joining the glass diaphragm material that has undergone the first heating process to the pressure generating chamber by anodic bonding; and an electrode layer and a piezoelectric on the diaphragm A step of directly forming the layer and a second heating step of crystallizing the piezoelectric layer. A method for obtaining the temperature condition of the first heating step in this embodiment is shown in FIG.
まず、図3の(a)に示すように実施例1のガラス振動板材料6aと同じ材質、製造工程、熱履歴を有する熱収縮率測定試料16aを準備した。ガラス材料は製造時におけるばらつきが存在するため、同一の加熱工程を行った場合でも熱収縮率にばらつきが発生する場合があり、好ましくは、熱収縮率測定試料16aはガラス振動板材料6aと同一の板材より同一手法により同一の形状に切り出したものを用いる。すなわち熱収縮率測定試料16aは、実施例1で用いたガラス振動板材料6aと同様に、HOYA社商標、SD2ガラスを用い、厚さ50μm、一辺が50.00mmの正方形とし、複数個用意した。図示した長さL0 は、気温25℃の恒温室内において、レーザー測長機を用いて熱収縮率測定試料16aのそれぞれにおいて一辺の長さを測定したものである。
First, as shown in FIG. 3A, a heat
続いて図3の(b)に示すように、複数の熱収縮率測定試料16aに対して異なる温度条件にて第1の加熱工程試験を行い、加熱工程試験後の寸法L1 を測定した。本工程における温度条件は、室温から熱収縮率測定試料16aの歪点温度以下の範囲で行った。図示した長さL1 は、第1の加熱工程試験後に気温25℃の恒温室内において、レーザー測長機を用いて熱収縮率測定試料16aのぞれぞれの一辺の長さを測定したものである。
Subsequently, as shown in (b) of FIG. 3, performing a first heating process test at different temperature conditions for a plurality of thermal
続いて図3の(c)に示すように、異なる温度条件にて第1の加熱工程試験を行った複数の熱収縮率測定試料16aに対して、第2の加熱工程の条件での第2の加熱工程試験を行い、加熱工程試験後の寸法L2 を測定した。本実施例においては、第2の加熱工程は、圧電前駆体層を結晶化する温度であり、電気炉を用い、酸化雰囲気中において最高加熱温度650℃、加熱時間5時間として行いその後室温まで冷却するものとし、本工程における第2の加熱工程試験も全ての熱収縮率測定試料16aに対して同一の条件で行った。図示した長さL2 は、第2の加熱工程試験後に気温25℃の恒温室内において、レーザー測長機を用いて熱収縮率測定試料16aのぞれぞれの一辺の長さを測定したものである。
Subsequently, as shown in FIG. 3 (c), the second heat-
以上工程を経た熱収縮率測定試料16aのぞれぞれにおける寸法L1 ならびに寸法L2 から、第2の加熱工程における熱収縮率C2 を以下の式により求めた。
From the dimension L 1 and the dimension L 2 in each of the heat
C2 =(L1 −L2 )/L1
以上のデータより、第2の加熱工程における振動板の熱収縮率C2 を0.01%またはそれ以下とするような第1の加熱工程の温度条件を求めたところ、630〜670℃の範囲であった。
C 2 = (L 1 −L 2 ) / L 1
From the above data, when the temperature condition of the first heating step was determined such that the thermal contraction rate C 2 of the diaphragm in the second heating step was 0.01% or less, the range of 630 to 670 ° C. Met.
このように求めた温度条件で第1の加熱工程を行い、以下実施例1と同様にして液体吐出ヘッドを製造した。 The first heating step was performed under the temperature conditions thus obtained, and a liquid discharge head was manufactured in the same manner as in Example 1.
本実施例の製造方法により作製した液体吐出ヘッドは、圧電素子に対して適当な駆動電圧を印加することで、極めて良好なインク等液体の吐出動作を行った。また、流路基板の変形、ガラス振動板のクラックの発生も見られなかった。 The liquid discharge head manufactured by the manufacturing method of this example performed a very good liquid discharge operation such as ink by applying an appropriate driving voltage to the piezoelectric element. Further, neither deformation of the flow path substrate nor generation of cracks in the glass diaphragm was observed.
予め第2の加熱工程におけるガラス振動板の熱収縮率を一定範囲にするように予備収縮させる第1の加熱工程の条件を求めたうえで第1の加熱工程を行うことにより、より歩留まりよく液体吐出ヘッドを製造することが可能となった。 By obtaining the conditions of the first heating step for preliminarily shrinking so that the thermal contraction rate of the glass diaphragm in the second heating step is within a certain range, the first heating step is performed to obtain a liquid with higher yield. It became possible to manufacture a discharge head.
1 流路基板
2 圧力発生室
3 ノズル
4 オリフィス
5 液体供給室
6 振動板
7 圧電素子
8 圧電層
9a 下電極
9b 上電極
DESCRIPTION OF
Claims (3)
圧力発生室およびノズルを有する流路基板を準備する工程と、
ガラス振動板材料を所定の温度に加熱する第1の加熱工程と、
ガラス振動板材料を陽極接合によって流路基板に結合する結合工程と、
ガラス振動板材料からなるガラス振動板上に電極層および圧電層を順次積層して圧電素子を形成する形成工程と、
ガラス振動板上に積層中または積層後の圧電層を、結晶化のための温度に加熱する第2の加熱工程と、を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。 A method of manufacturing a liquid discharge head that pressurizes a liquid in a pressure generating chamber by a piezoelectric element on a glass diaphragm and discharges the liquid from a nozzle.
Preparing a flow path substrate having a pressure generating chamber and a nozzle;
A first heating step of heating the glass diaphragm material to a predetermined temperature;
A bonding step of bonding the glass diaphragm material to the flow path substrate by anodic bonding;
Forming a piezoelectric element by sequentially laminating an electrode layer and a piezoelectric layer on a glass diaphragm made of a glass diaphragm material;
And a second heating step of heating the piezoelectric layer during or after being laminated on the glass diaphragm to a temperature for crystallization.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2003383275A JP2005144774A (en) | 2003-11-13 | 2003-11-13 | Method for manufacturing liquid discharge head |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2003383275A JP2005144774A (en) | 2003-11-13 | 2003-11-13 | Method for manufacturing liquid discharge head |
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