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JP4867252B2 - LAMINATE MANUFACTURING METHOD AND INK JET HEAD MANUFACTURING METHOD - Google Patents
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JP4867252B2 - LAMINATE MANUFACTURING METHOD AND INK JET HEAD MANUFACTURING METHOD - Google Patents

LAMINATE MANUFACTURING METHOD AND INK JET HEAD MANUFACTURING METHOD Download PDF

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Description

本発明は、積層された複数枚の金属板を拡散接合により接合して積層体を製造する方法、及び、インクジェットヘッドの製造方法に関する。   The present invention relates to a method of manufacturing a laminate by joining a plurality of stacked metal plates by diffusion bonding, and a method of manufacturing an inkjet head.

従来から、積層された複数枚の金属板を加圧しながら加熱することにより、これら複数枚の金属板を接合する、金属拡散接合(以下、拡散接合という)は、種々の分野で一般的に用いられている。例えば、特許文献1には、内部にインク流路を有するインクジェットヘッドの流路ユニットは、積層された複数枚のプレートを拡散接合で接合することにより製造されることが開示されている。   Conventionally, metal diffusion bonding (hereinafter referred to as diffusion bonding), in which a plurality of laminated metal plates are heated while being pressed to join the plurality of metal plates, is generally used in various fields. It has been. For example, Patent Document 1 discloses that a flow path unit of an inkjet head having an ink flow path therein is manufactured by bonding a plurality of stacked plates by diffusion bonding.

特開2004−136462号公報(図1〜図5)JP 2004-136462 A (FIGS. 1 to 5)

ところで、インクジェットヘッドを製造している製造業者は、複数枚の金属板からなる金属板組を拡散接合して得られる積層体を多数個製造(大量生産)する必要がある。このような場合に、1組の金属板組ごとに1回1回拡散接合を行って積層体を1つずつ製造していると、製造効率が悪く、製造コストが高くなる。このため、金属板組を効率よく拡散接合により量産する技術が要求されている。   By the way, a manufacturer that manufactures an ink jet head needs to manufacture (mass production) a large number of laminates obtained by diffusion bonding a metal plate assembly including a plurality of metal plates. In such a case, if one laminated body is manufactured by performing diffusion bonding once for each set of metal plates, the manufacturing efficiency is low and the manufacturing cost is increased. For this reason, a technique for efficiently mass-producing metal plate assemblies by diffusion bonding is required.

本発明の目的は、異なる金属板組に属する2枚の金属板の間で拡散接合を生じさせることなく複数の金属板組の金属板を一括して拡散接合して、複数の積層体を一度に製造することが可能な積層体の製造方法、及び、インクジェットヘッドの製造方法を提供することである。   An object of the present invention is to manufacture a plurality of laminated bodies at a time by collectively diffusion-bonding metal plates of a plurality of metal plate sets without causing diffusion bonding between two metal plates belonging to different metal plate sets. It is providing the manufacturing method of the laminated body which can do, and the manufacturing method of an inkjet head.

課題を解決するための手段及び発明の効果Means for Solving the Problems and Effects of the Invention

本発明の第1の態様に従えば、複数枚の金属板の金属板組を拡散接合により接合して得られる積層体を複数製造する方法であって、各金属板組の前記複数の金属板のうち、前記積層体の所定の一表面を形成する金属板の表面に絶縁性セラミックス層を形成する第1工程と、複数の前記金属板組を、前記絶縁性セラミックス層を介して積層する第2工程と、積層された前記複数組の金属板組を加熱して、これら複数組の金属板組に属する複数枚の金属板を、拡散接合により同時に接合する第3工程とを備え、前記第3工程において、前記絶縁性セラミックス層を介して積層された、異なる金属板組にそれぞれ属する2枚の金属板の間で接合がなされる前に、加熱を終了する積層体の製造方法が提供される。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a method for producing a plurality of laminates obtained by joining a plurality of metal plate assemblies by diffusion bonding, wherein the plurality of metal plates of each metal plate assembly A first step of forming an insulating ceramic layer on a surface of a metal plate forming a predetermined surface of the laminate, and a plurality of the metal plate groups are stacked via the insulating ceramic layer. A second step and a third step of heating the plurality of stacked metal plate sets and simultaneously bonding a plurality of metal plates belonging to the plurality of metal plate sets by diffusion bonding , In 3 processes, the manufacturing method of the laminated body which complete | finishes a heating is performed before joining between the two metal plates which are each laminated | stacked through the said insulating ceramic layer and belong to a different metal plate group is provided.

複数の積層体を一度に製造するために、複数の金属板組をそのまま積層して拡散接合を行うと、異なる金属板組に夫々属する2枚の金属板の間においても接合が行われてしまう。そのため、異なる金属板組に夫々属する2枚の金属板の間に拡散接合を防止するためのプレート等を介在させて複数の金属板組を積層するなどの工夫が必要になる。この場合には、拡散接合防止用のプレートを別に準備しなくてはならず、また、このプレートを複数組の金属板組の間に介在させる工程が余計に必要となるため、製造コストが高くなってしまう。そこで、本発明の積層体の製造方法は、複数枚の金属板を有する金属板組を拡散接合して得られる積層体を、複数製造する際に用いられる方法である。本発明の方法では、各金属板組の金属板のうちの1枚の金属板の表面に絶縁性セラミックス層を形成し(第1工程)、絶縁性セラミックス層を介して複数組の金属板組を積層して(第2工程)、積層した複数組の金属板組に対して一括して拡散接合を行う(第3工程)。そのため、複数の積層体を一度に製造することができ、製造工程を短縮できる。また、セラミックス材料中の原子の拡散は、金属中の原子の拡散よりもはるかに遅いため、同じ金属板組に属する複数枚の金属板が接合されたときに、絶縁性セラミックス層と金属板との間ではそれらが接合されるほどには拡散が進行していない。従って、絶縁性セラミックス層を介して積層させることにより、異なる金属板組に夫々属する2枚の金属板の間における原子の拡散を抑制することができるため、拡散接合前に、複数組の金属板組の間に拡散接合防止用のプレート等を介在させる必要がない。すなわち、本発明の積層体の製造方法によれば、前記第3工程において、前記複数組の金属板組に属する複数の金属板を、前記絶縁性セラミックス層を介して積層された2枚の金属板の間を除いて拡散接合により同時に接合することができる。   In order to manufacture a plurality of laminated bodies at once, if a plurality of metal plate sets are laminated as they are and diffusion bonding is performed, bonding is also performed between two metal plates belonging to different metal plate sets. Therefore, it is necessary to devise such as stacking a plurality of metal plate sets by interposing a plate or the like for preventing diffusion bonding between two metal plates belonging to different metal plate sets. In this case, a plate for preventing diffusion bonding must be prepared separately, and an additional step of interposing this plate between a plurality of metal plate sets is necessary, resulting in high manufacturing costs. turn into. Therefore, the method for manufacturing a laminate of the present invention is a method used when manufacturing a plurality of laminates obtained by diffusion bonding a metal plate assembly having a plurality of metal plates. In the method of the present invention, an insulating ceramic layer is formed on the surface of one of the metal plates of each metal plate set (first step), and a plurality of sets of metal plate sets are interposed via the insulating ceramic layer. Are laminated (second step), and diffusion bonding is performed collectively on the plurality of laminated metal plate sets (third step). Therefore, a plurality of laminated bodies can be manufactured at a time, and the manufacturing process can be shortened. In addition, the diffusion of atoms in the ceramic material is much slower than the diffusion of atoms in the metal. Therefore, when multiple metal plates belonging to the same metal plate assembly are joined, the insulating ceramic layer and the metal plate Diffusion does not progress between them as much as they are joined. Therefore, by laminating through the insulating ceramic layer, it is possible to suppress the diffusion of atoms between two metal plates belonging to different metal plate sets, so that a plurality of sets of metal plate sets can be formed before diffusion bonding. There is no need to interpose a diffusion bonding prevention plate or the like between them. That is, according to the laminate manufacturing method of the present invention, in the third step, a plurality of metal plates belonging to the plurality of sets of metal plates are laminated with two metals laminated via the insulating ceramic layer. Bonding can be performed simultaneously by diffusion bonding except between the plates.

本願において、用語「絶縁性セラミックス」は絶縁性を有するセラミックスを意味し、絶縁性に加えて他の機能を有するセラミックス、例えば、「圧電性セラミックス」並びに「撥水性セラミックス」を含む。特に、表1及び表2に例示されるセラミックス材料が「絶縁性セラミックス」に含まれる。   In the present application, the term “insulating ceramics” means ceramics having insulating properties, and includes ceramics having other functions in addition to insulating properties, such as “piezoelectric ceramics” and “water-repellent ceramics”. In particular, the ceramic materials exemplified in Tables 1 and 2 are included in the “insulating ceramics”.

本発明の積層体の製造方法によれば、前記第1工程において、絶縁性セラミックス材料の粉体を前記積層体の所定の一表面に向けて噴射して堆積させるエアロゾルデポジション法により、前記絶縁性セラミックス層を形成してもよい。この場合には、絶縁性セラミックス層をより容易に形成することができる。   According to the method for manufacturing a laminate of the present invention, in the first step, the insulating ceramic material powder is sprayed toward the predetermined surface of the laminate and deposited by an aerosol deposition method. A functional ceramic layer may be formed. In this case, the insulating ceramic layer can be formed more easily.

本発明の積層体の製造方法によれば、前記積層体は、電子部品が実装される金属基板であり、前記絶縁性セラミックス層は、前記電子部品に接続される配線部と前記金属基板とを絶縁する絶縁性セラミックス層であってもよい。複数の金属板の積層体が、電子部品が実装される金属基板である場合には、前述の第1工程において拡散接合のために形成された絶縁性セラミックス層の表面に配線部を形成することにより、配線部と金属基板の間を絶縁性セラミックス層により絶縁することができる。   According to the laminate manufacturing method of the present invention, the laminate is a metal substrate on which an electronic component is mounted, and the insulating ceramic layer includes a wiring portion connected to the electronic component and the metal substrate. An insulating ceramic layer for insulation may be used. When the laminate of a plurality of metal plates is a metal substrate on which electronic components are mounted, a wiring portion is formed on the surface of the insulating ceramic layer formed for diffusion bonding in the first step described above. Thus, the insulating ceramic layer can insulate between the wiring portion and the metal substrate.

本発明の積層体の製造方法によれば、前記第2工程の前に、前記金属板組に属する前記複数枚の金属板の少なくとも1枚に、液体を流すための孔又は溝を形成してもよい。従って、電子部品で発生した熱が、絶縁性セラミックス層から金属板に伝わり、さらに、金属板に形成された孔又は溝を流れる液体に伝わる。そして、この液体により電子部品から離れた場所へ熱が移送されるため、熱を効率よく放散することができる。   According to the laminate manufacturing method of the present invention, before the second step, at least one of the plurality of metal plates belonging to the metal plate set is formed with a hole or groove for flowing a liquid. Also good. Therefore, the heat generated in the electronic component is transferred from the insulating ceramic layer to the metal plate, and further transferred to the liquid flowing through the holes or grooves formed in the metal plate. And since heat is transferred to the place away from the electronic component by this liquid, heat can be dissipated efficiently.

本発明の第2の態様に従えば、ノズルに連通する複数の圧力室を含むインク流路を形成する、複数の金属板の積層体を有する流路ユニットと、前記圧力室の容積を変化させる圧電アクチュエータとを備えたインクジェットヘッドを複数製造する方法であって、前記複数の金属板の積層体の最外層を構成する最外金属板に絶縁性セラミックス層を形成する絶縁性セラミックス層形成工程と、前記積層体を構成する複数枚の金属板の金属板組を、前記絶縁性セラミックス層を介して複数組積層する積層工程と、積層された前記複数組の金属板組を加熱して、これら複数組の金属板組に属する複数枚の前記金属板を、拡散接合により同時に接合する接合工程とを備え、前記接合工程において、前記絶縁性セラミックス層を介して積層された、異なる金属板組にそれぞれ属する2枚の金属板の間で接合がなされる前に、加熱を終了するインクジェットヘッドの製造方法が提供される。 According to the second aspect of the present invention, a flow path unit having a laminate of a plurality of metal plates that forms an ink flow path including a plurality of pressure chambers communicating with a nozzle, and a volume of the pressure chamber are changed. An insulating ceramic layer forming step of forming an insulating ceramic layer on an outermost metal plate constituting an outermost layer of a laminate of the plurality of metal plates, comprising: manufacturing a plurality of inkjet heads including piezoelectric actuators; A lamination step of laminating a plurality of metal plate sets of a plurality of metal plates constituting the laminated body through the insulating ceramic layer, and heating the plurality of metal plate groups laminated, a plurality of said metal plate belonging to a plurality of sets of metal plates set, and a bonding step of bonding simultaneously by diffusion bonding, in the bonding step, are stacked via the insulating ceramic layer, different Before joining of two metal plates belonging respectively to the genus plate assembly is made, the manufacturing method of the ink jet head to terminate the heating is provided.

このインクジェットヘッドの製造方法では、流路ユニットを構成する積層状の複数枚の金属板を有する金属板組において、最外層の金属板に絶縁性セラミックス層を形成し(絶縁性セラミックス層形成工程)、絶縁性セラミックス層を介して、複数組の金属板組を積層して(積層工程)、積層した複数組の金属板組に対して一括して拡散接合を行う(接合工程)。そのため、流路ユニットを有する積層体を複数個一度に製造することができ、製造工程を短縮できる。すなわち、本発明のインクジェットヘッドの製造方法によれば、前記接合工程において、複数の前記金属板を前記絶縁性セラミックス層を介して積層された前記金属板の間を除いて拡散接合により同時に接合することができる。このとき、絶縁性セラミックス層を介して積層された2枚の金属板は拡散接合されないため、拡散接合前に、複数組の金属板組の間に拡散接合防止用のプレート等を介在させる必要がない。   In this inkjet head manufacturing method, an insulating ceramic layer is formed on the outermost metal plate in a metal plate assembly having a plurality of stacked metal plates constituting a flow path unit (insulating ceramic layer forming step). Then, a plurality of sets of metal plates are stacked via an insulating ceramic layer (stacking step), and diffusion bonding is performed collectively on the plurality of sets of stacked metal plates (bonding step). Therefore, a plurality of laminated bodies having flow path units can be manufactured at a time, and the manufacturing process can be shortened. That is, according to the method for manufacturing an ink jet head of the present invention, in the joining step, a plurality of the metal plates can be joined simultaneously by diffusion joining except for the space between the metal plates laminated via the insulating ceramic layer. it can. At this time, since the two metal plates laminated via the insulating ceramic layer are not diffusion bonded, it is necessary to interpose a plate for preventing diffusion bonding between the plurality of metal plate sets before diffusion bonding. Absent.

本発明のインクジェットヘッド製造方法によれば、前記最外金属板が前記圧力室を覆う振動板であり、前記インクジェットヘッドは前記振動板の前記圧力室と反対側に配置される圧電層を有してもよい。この場合には、前記振動板の一方の面に形成される前記絶縁性セラミックス層を介して、前記振動板を含む金属板組を積層するため、拡散接合時に前記振動板も同時に接合することができ、製造工程を短縮できる。   According to the inkjet head manufacturing method of the present invention, the outermost metal plate is a diaphragm that covers the pressure chamber, and the inkjet head includes a piezoelectric layer disposed on the opposite side of the diaphragm to the pressure chamber. May be. In this case, since the metal plate assembly including the diaphragm is laminated via the insulating ceramic layer formed on one surface of the diaphragm, the diaphragm can be joined at the same time during diffusion bonding. The manufacturing process can be shortened.

本発明のインクジェットヘッドの製造方法によれば、前記絶縁性セラミックス層の前記圧力室と反対側の面において、前記複数の圧力室と夫々対向する位置に複数の個別電極を形成する個別電極形成工程と、前記絶縁性セラミックス層の前記個別電極が形成された面に前記圧電層を形成する圧電層形成工程と、前記圧電層の前記個別電極と反対側の面に共通電極を形成する共通電極形成工程とを備えてもよい。従って、前述の絶縁性セラミックス層形成工程において拡散接合のために形成された絶縁性セラミックス層の表面に個別電極を形成することにより、個別電極と金属製の振動板との間を絶縁性セラミックス層により絶縁することができる。   According to the inkjet head manufacturing method of the present invention, the individual electrode forming step of forming a plurality of individual electrodes on the surface of the insulating ceramic layer opposite to the pressure chambers at positions facing the plurality of pressure chambers. And forming a piezoelectric layer on the surface of the insulating ceramic layer on which the individual electrodes are formed, and forming a common electrode on the surface of the piezoelectric layer opposite to the individual electrodes. And a process. Therefore, by forming individual electrodes on the surface of the insulating ceramic layer formed for diffusion bonding in the above-described insulating ceramic layer forming step, the insulating ceramic layer is formed between the individual electrodes and the metal diaphragm. Can be insulated.

本発明のインクジェットヘッド製造方法によれば、前記最外金属板がノズルプレートであってもよい。前記ノズルプレートが金属製の場合、拡散接合時に前記ノズルプレートも同時に接合することができるため、製造工程を短縮できる。また、ノズルにインクが付着することを防止するために、撥水性ジルコニア等の撥水性セラミックス層をノズルプレートの表面に設ける場合は、この撥水性セラミックスを介して拡散接合が可能となる。   According to the inkjet head manufacturing method of the present invention, the outermost metal plate may be a nozzle plate. When the nozzle plate is made of metal, the nozzle plate can be bonded at the same time at the time of diffusion bonding, so that the manufacturing process can be shortened. In order to prevent ink from adhering to the nozzle, when a water-repellent ceramic layer such as water-repellent zirconia is provided on the surface of the nozzle plate, diffusion bonding can be performed through the water-repellent ceramic.

本発明のインクジェットヘッド製造方法によれば、前記最外金属板が、振動板及びノズルプレートを含んでもよい。この場合には、前記振動板と前記ノズルプレートの両方に絶縁性セラミックス層が形成されるため、複数の金属板組を積層する際に、各金属板組の向きに拘わらず本発明に従う拡散接合を実行することができるので、積層工程が一層簡単となる。   According to the inkjet head manufacturing method of the present invention, the outermost metal plate may include a vibration plate and a nozzle plate. In this case, since an insulating ceramic layer is formed on both the vibration plate and the nozzle plate, diffusion bonding according to the present invention is performed regardless of the orientation of each metal plate set when laminating a plurality of metal plate sets. Therefore, the lamination process is further simplified.

本発明のインクジェットヘッドの製造方法によれば、前記絶縁性セラミックス層が絶縁特性に優れるアルミナ又はジルコニアから形成されていてもよい。   According to the method for manufacturing an ink jet head of the present invention, the insulating ceramic layer may be formed of alumina or zirconia having excellent insulating characteristics.

本発明のインクジェットヘッドの製造方法によれば、前記圧電アクチュエータは圧電層を有し、前記絶縁性セラミックス層は前記圧電層であってもよい。この場合には、前記圧電層を介して複数の金属板組が積層されるため、圧電層は圧電アクチュエータの本来の機能のみならず、拡散接合時に複数の金属板組間の接合を防止する機能も有する。従って、インクジェットヘッドの製造工程を短縮することができる。特に、圧電層は通常、焼結及びアニール工程が必要であるが、本発明によれば接合工程において金属板組の加熱が行われるので、圧電層もまた焼結及びアニールされることになる。それゆえ、圧電層の焼結及びアニール工程を省略することができ、製造工程を短縮できるとともに省エネルギーとなる。   According to the method for manufacturing an inkjet head of the present invention, the piezoelectric actuator may have a piezoelectric layer, and the insulating ceramic layer may be the piezoelectric layer. In this case, since a plurality of metal plate sets are laminated via the piezoelectric layer, the piezoelectric layer not only functions as an original function of the piezoelectric actuator but also prevents the bonding between the plurality of metal plate sets during diffusion bonding. Also have. Accordingly, the manufacturing process of the ink jet head can be shortened. In particular, the piezoelectric layer usually requires a sintering and annealing process. However, according to the present invention, the metal plate assembly is heated in the joining process, so that the piezoelectric layer is also sintered and annealed. Therefore, the sintering and annealing processes of the piezoelectric layer can be omitted, the manufacturing process can be shortened and energy can be saved.

本発明のインクジェットヘッドの製造方法によれば、前記振動板が共通電極であってもよい。この場合には、共通電極を形成する工程を省くことができる。   According to the method of manufacturing an ink jet head of the present invention, the diaphragm may be a common electrode. In this case, the step of forming the common electrode can be omitted.

本発明のインクジェットヘッドの製造方法によれば、前記最外金属板が振動板を有し、前記接合工程に続いて、絶縁性セラミックス層がエアロゾルデポジション法、ゾルゲル法及びスパッタ法のいずれか一つの方法により前記振動板の一面に形成される工程を有してもよい。特に絶縁性セラミックス層が圧電層である場合には、圧電層の厚さに応じた最適な温度及び時間で圧電層のアニール工程を行うことができる。   According to the inkjet head manufacturing method of the present invention, the outermost metal plate has a diaphragm, and the insulating ceramic layer is one of an aerosol deposition method, a sol-gel method, and a sputtering method following the joining step. You may have the process formed in one surface of the said diaphragm by two methods. In particular, when the insulating ceramic layer is a piezoelectric layer, the piezoelectric layer can be annealed at an optimum temperature and time according to the thickness of the piezoelectric layer.

<第1実施形態>
本発明の第1実施形態について説明する。この第1実施形態は、インクを吐出するインクジェットヘッドを製造する場合に本発明を適用した一例である。
<First Embodiment>
A first embodiment of the present invention will be described. The first embodiment is an example in which the present invention is applied to the manufacture of an inkjet head that ejects ink.

まず、インクジェットヘッド1について図1〜図4を参照して説明する。尚、図1の上下方向を上下方向と定義して以下説明する。図1に示すように、インクジェットヘッド1は、内部にインク流路が形成された平面視矩形状の流路ユニット2と、この流路ユニット2の上面に積層された圧電アクチュエータ3とを備える。   First, the inkjet head 1 will be described with reference to FIGS. In the following description, the vertical direction in FIG. 1 is defined as the vertical direction. As shown in FIG. 1, the ink jet head 1 includes a rectangular flow path unit 2 having an ink flow path formed therein and a piezoelectric actuator 3 stacked on the upper surface of the flow path unit 2.

図2〜図4に示すように、流路ユニット2は、キャビティプレート10、ベースプレート11、マニホールドプレート12、及びノズルプレート13を備え、これら4枚のプレート10〜13が積層状態で接合される。このうち、キャビティプレート10、ベースプレート11及びマニホールドプレート12は略矩形の金属製(例えば、ステンレス鋼製)の板であり、これら3枚のプレート10〜12に、後述するマニホールド17や圧力室14等のインク流路を形成するための孔が設けられている。これらの孔は、プレート10〜12が金属製であることから、エッチングにより容易に形成することができる。また、ノズルプレート13は、例えば、ポリイミド等の高分子合成樹脂材料により形成され、マニホールドプレート12の下面に接着される。   As shown in FIGS. 2 to 4, the flow path unit 2 includes a cavity plate 10, a base plate 11, a manifold plate 12, and a nozzle plate 13, and these four plates 10 to 13 are joined in a stacked state. Among these, the cavity plate 10, the base plate 11, and the manifold plate 12 are substantially rectangular metal (for example, stainless steel) plates, and these three plates 10 to 12 include a manifold 17 and a pressure chamber 14 described later. Holes for forming the ink flow paths are provided. These holes can be easily formed by etching since the plates 10 to 12 are made of metal. The nozzle plate 13 is formed of, for example, a polymer synthetic resin material such as polyimide, and is bonded to the lower surface of the manifold plate 12.

図2に示すように、キャビティプレート(圧力室形成板)10には、平面に沿って配列された複数の圧力室14が形成されている。これら複数の圧力室14は、流路ユニット2の表面(後述する振動板30が接合されるキャビティプレート10の上面)において開口している。尚、図2には、複数の圧力室14のうちの一部(8つ)が示されている。各圧力室14は、平面視で略楕円形状に形成されており、その長軸方向がキャビティプレート10の長手方向に平行になるように配置されている。   As shown in FIG. 2, the cavity plate (pressure chamber forming plate) 10 has a plurality of pressure chambers 14 arranged along a plane. The plurality of pressure chambers 14 are open on the surface of the flow path unit 2 (the upper surface of the cavity plate 10 to which a diaphragm 30 described later is joined). FIG. 2 shows some (eight) of the plurality of pressure chambers 14. Each pressure chamber 14 is formed in a substantially elliptical shape in plan view, and is arranged so that the major axis direction thereof is parallel to the longitudinal direction of the cavity plate 10.

ベースプレート11の平面視で圧力室14の長軸方向両端部に重なる位置には、夫々連通孔15,16が形成されている。また、マニホールドプレート12には、その短手方向(図2の上下方向)に2列に延び、平面視で圧力室14の図2における右半分と重なるマニホールド17が形成されている。このマニホールド17には、キャビティプレート10に形成されたインク供給口18を介してインクタンク(図示省略)からインクが供給される。また、平面視で圧力室14の図2における左端部と重なる位置には、連通孔19も形成されている。さらに、ノズルプレート13には、平面視で複数の圧力室14の左端部に重なる位置に、複数のノズル20が夫々形成されている。ノズル20は、例えば、ポリイミド等の高分子合成樹脂の基板にエキシマレーザー加工を施すことにより形成される。   Communication holes 15 and 16 are formed at positions overlapping the both ends in the long axis direction of the pressure chamber 14 in plan view of the base plate 11, respectively. The manifold plate 12 is formed with a manifold 17 extending in two rows in the short direction (vertical direction in FIG. 2) and overlapping the right half of the pressure chamber 14 in FIG. Ink is supplied to the manifold 17 from an ink tank (not shown) through an ink supply port 18 formed in the cavity plate 10. A communication hole 19 is also formed at a position overlapping the left end of the pressure chamber 14 in FIG. Further, the nozzle plate 13 is formed with a plurality of nozzles 20 at positions overlapping the left end portions of the plurality of pressure chambers 14 in plan view. The nozzle 20 is formed, for example, by performing excimer laser processing on a polymer synthetic resin substrate such as polyimide.

そして、図3に示すように、マニホールド17は連通孔15を介して圧力室14に連通し、さらに、圧力室14は、連通孔16,19を介してノズル20に連通している。このように、流路ユニット2内には、マニホールド17から圧力室14を経てノズル20に至る個別インク流路が形成されている。   As shown in FIG. 3, the manifold 17 communicates with the pressure chamber 14 through the communication hole 15, and the pressure chamber 14 communicates with the nozzle 20 through the communication holes 16 and 19. As described above, an individual ink flow path from the manifold 17 to the nozzle 20 through the pressure chamber 14 is formed in the flow path unit 2.

次に、圧電アクチュエータ3について説明する。図1〜図4に示すように、圧電アクチュエータ3は、流路ユニット2の上面に複数の圧力室14を覆うように配置された振動板30と、この振動板30の上面に形成された絶縁性セラミックス層31と、この絶縁性セラミックス層31の上面の、複数の圧力室14に夫々対向する位置に形成された複数の個別電極32と、絶縁性セラミックス層31の上面に形成された圧電層33と、この圧電層33の上面に形成された共通電極34とを備えている。なお上述のように振動板30は圧力室14を覆っており、流路ユニット2の流路を画成していることから、振動板30は流路ユニット2の一部とみなしてもよい。   Next, the piezoelectric actuator 3 will be described. As shown in FIGS. 1 to 4, the piezoelectric actuator 3 includes a vibration plate 30 disposed on the upper surface of the flow path unit 2 so as to cover the plurality of pressure chambers 14, and an insulation formed on the upper surface of the vibration plate 30. A ceramic layer 31, a plurality of individual electrodes 32 formed on the top surface of the insulating ceramic layer 31 at positions facing the plurality of pressure chambers 14, and a piezoelectric layer formed on the top surface of the insulating ceramic layer 31. 33 and a common electrode 34 formed on the upper surface of the piezoelectric layer 33. As described above, since the diaphragm 30 covers the pressure chamber 14 and defines the flow path of the flow path unit 2, the vibration board 30 may be regarded as a part of the flow path unit 2.

振動板30は、平面視で略矩形状の金属製(例えば、ステンレス鋼製)の板であり、この振動板30は、複数の圧力室14を塞ぐようにキャビティプレート10の上面に積層された状態で接合されている。そして、この振動板30の表面には、アルミナ等の絶縁抵抗が高いセラミックス材料からなる絶縁性セラミックス層31が形成されている。この絶縁性セラミックス層31の形成に使用可能なセラミックス材料の一例とそれらの体積抵抗値を表1に示す。本発明における絶縁性セラミックス層の材料は表1に示された材料に限られないが、本発明のインクジェットヘッドの絶縁性セラミックス層に好適な材料としてアルミナやジルコニアが挙げられる。   The diaphragm 30 is a substantially rectangular metal plate (for example, stainless steel) in plan view, and the diaphragm 30 is laminated on the upper surface of the cavity plate 10 so as to close the plurality of pressure chambers 14. It is joined in a state. An insulating ceramic layer 31 made of a ceramic material having high insulation resistance such as alumina is formed on the surface of the diaphragm 30. Table 1 shows examples of ceramic materials that can be used to form the insulating ceramic layer 31 and their volume resistance values. The material of the insulating ceramic layer in the present invention is not limited to the materials shown in Table 1, but examples of suitable materials for the insulating ceramic layer of the inkjet head of the present invention include alumina and zirconia.

Figure 0004867252
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この絶縁性セラミックス層31は、後述するように、インクジェットヘッド1を構成する4枚のプレート(キャビティプレート10、ベースプレート11、マニホールドプレート12及び振動板30)を有する金属プレートの組を、複数組まとめて拡散接合するために形成されるものであるが、振動板30の上側に形成される次述の個別電極32及び配線部35と振動板30との間を、電気的に絶縁する役割をも有する。尚、絶縁性セラミックス層31を構成するセラミックス材料としては、弾性率が高いものを用いることが好ましく、その場合には、圧電アクチュエータ3の剛性が上がり応答性がより高くなる。   As will be described later, the insulating ceramic layer 31 includes a plurality of sets of metal plates each having four plates (cavity plate 10, base plate 11, manifold plate 12, and diaphragm 30) constituting the inkjet head 1. It is formed for diffusion bonding, and it also serves to electrically insulate the individual electrode 32 and the wiring portion 35 and the diaphragm 30 formed on the upper side of the diaphragm 30 from each other. Have. In addition, as a ceramic material which comprises the insulating ceramic layer 31, it is preferable to use a thing with a high elastic modulus, In that case, the rigidity of the piezoelectric actuator 3 increases and responsiveness becomes higher.

絶縁性セラミックス層31の表面には、圧力室14よりも一回り小さい楕円形の平面形状を有する複数の個別電極32が形成されている。個別電極32は、平面視で対応する圧力室14の中央部に重なる位置に形成されている。個別電極32は金などの導電性材料からなる。そして、個別電極32は、絶縁性セラミックス層31により、導電性を有する金属製の振動板30及び隣接する他の個別電極32と電気的に絶縁されている。   A plurality of individual electrodes 32 having an elliptical planar shape that is slightly smaller than the pressure chamber 14 are formed on the surface of the insulating ceramic layer 31. The individual electrode 32 is formed at a position overlapping the central portion of the corresponding pressure chamber 14 in plan view. The individual electrode 32 is made of a conductive material such as gold. The individual electrodes 32 are electrically insulated from the conductive metal diaphragm 30 and other adjacent individual electrodes 32 by the insulating ceramic layer 31.

絶縁性セラミックス層31の上面において、複数の個別電極32の一端部(図2における右端部)からは、夫々、個別電極32の長軸方向に平行に複数の配線部35が延びており、これら複数の配線部35の端部には夫々端子部36が形成されている。尚、配線部35も、前述の個別電極32と同様に、絶縁性セラミックス層31により振動板30及び隣接する他の配線部35と電気的に絶縁されている。そして、複数の個別電極32に夫々対応する複数の端子部36には、複数の個別電極32に対して選択的に駆動電圧を供給するドライバIC37の出力端子37aが半田等の導電性ろう材からなるバンプを介して接合され、ドライバIC37は絶縁性セラミックス層31の上面に配置されている。このように、複数の個別電極32とドライバIC37とを、個別電極32と同一平面上に形成された配線部35により、コストの高いフレキシブルプリント配線部板(Flexible Printed Circuit:FPC)等の配線部材を介さずに直接接続できるため、個別電極32とドライバIC37の電気的接続のコストを低減でき、また、この電気的接続の信頼性も高くなる。   On the upper surface of the insulating ceramic layer 31, a plurality of wiring portions 35 extend in parallel with the long axis direction of the individual electrode 32 from one end portion (the right end portion in FIG. 2) of the plurality of individual electrodes 32. A terminal portion 36 is formed at each end of the plurality of wiring portions 35. The wiring portion 35 is also electrically insulated from the diaphragm 30 and other adjacent wiring portions 35 by the insulating ceramic layer 31 as in the case of the individual electrode 32 described above. An output terminal 37a of a driver IC 37 that selectively supplies a drive voltage to the plurality of individual electrodes 32 is formed on a plurality of terminal portions 36 respectively corresponding to the plurality of individual electrodes 32 from a conductive brazing material such as solder. The driver IC 37 is disposed on the upper surface of the insulating ceramic layer 31. Thus, a wiring member such as a flexible printed circuit board (FPC) having a high cost is obtained by connecting the plurality of individual electrodes 32 and the driver IC 37 to the wiring section 35 formed on the same plane as the individual electrodes 32. Therefore, the cost of electrical connection between the individual electrode 32 and the driver IC 37 can be reduced, and the reliability of this electrical connection is increased.

さらに、絶縁性セラミックス層31上には、ドライバIC37の入力端子37bと接合される複数の接続端子40も形成されている。そして、これら複数の接続端子40とドライバIC37の入力端子37bとを半田等からなるバンプを介して夫々接合することにより、ドライバIC37とこのドライバIC37を制御する制御装置(図示省略)とを接続端子40を介して容易に接続することができる。   Furthermore, a plurality of connection terminals 40 that are joined to the input terminals 37 b of the driver IC 37 are also formed on the insulating ceramic layer 31. The plurality of connection terminals 40 and the input terminals 37b of the driver IC 37 are joined to each other via bumps made of solder or the like, so that the driver IC 37 and a control device (not shown) for controlling the driver IC 37 are connected to the connection terminals. 40 can be easily connected.

複数の個別電極32の表面には、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との固溶体であり強誘電体であるチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)を主成分とする圧電層33が形成されている。この圧電層33は、複数の個別電極32の表面全体を覆うように、複数の個別電極32の全てに亙る連続した1つの層として形成されている。さらに、この圧電層33の上面には、複数の個別電極32に共通の共通電極34が圧電層33の全面に形成されている。この共通電極34も、個別電極32と同様に金などの導電性材料からなる。図2に示すように、共通電極34からは、1本の配線部41が圧電層33の上面と絶縁性セラミックス層31の上面とに亙って延びており、この配線部41はドライバIC37の端子(図示せず)と電気的に接続されている。そして、共通電極34は、配線部41及びドライバIC37を介して接地されて、グランド電位に保持されている。   On the surface of the plurality of individual electrodes 32, a piezoelectric layer 33 mainly composed of lead zirconate titanate (PZT), which is a solid solution and is a ferroelectric substance, of lead titanate and lead zirconate is formed. The piezoelectric layer 33 is formed as one continuous layer over all of the plurality of individual electrodes 32 so as to cover the entire surface of the plurality of individual electrodes 32. Further, a common electrode 34 common to the plurality of individual electrodes 32 is formed on the entire surface of the piezoelectric layer 33 on the upper surface of the piezoelectric layer 33. The common electrode 34 is also made of a conductive material such as gold, like the individual electrode 32. As shown in FIG. 2, one wiring part 41 extends from the common electrode 34 over the upper surface of the piezoelectric layer 33 and the upper surface of the insulating ceramic layer 31, and this wiring part 41 is connected to the driver IC 37. It is electrically connected to a terminal (not shown). The common electrode 34 is grounded via the wiring portion 41 and the driver IC 37 and is held at the ground potential.

次に、インク吐出時における圧電アクチュエータ3の作用について説明する。複数の個別電極32に対して、ドライバIC37から配線部35を介して選択的に駆動電圧が供給されると、駆動電圧が供給された圧電層33下側の個別電極32とグランド電位に保持されている圧電層33上側の共通電極34の電位が異なった状態となり、両電極32,34の間に挟まれた圧電層33に上下方向の電界が生じる。すると、圧電層33のうち、駆動電圧が印加された個別電極32の直上の部分が、分極方向である上下方向と直交する水平方向に収縮する。ここで、圧電層33の下側の振動板30はキャビティプレート10に対して固定されているため、両電極32,34の間に挟まれた圧電層33の部分が圧力室14側に凸となるように変形し、この圧電層33の部分的な変形に伴い、振動板30の圧力室14を覆う部分も圧力室14側に凸となるように変形する。すると、圧力室14内の体積が減少するためにインクの圧力が上昇し、圧力室14に連通するノズル20からインクが吐出される。   Next, the operation of the piezoelectric actuator 3 during ink ejection will be described. When a driving voltage is selectively supplied from the driver IC 37 to the plurality of individual electrodes 32 via the wiring part 35, the individual electrodes 32 below the piezoelectric layer 33 to which the driving voltage is supplied are held at the ground potential. The potential of the common electrode 34 on the upper side of the piezoelectric layer 33 is different, and an electric field in the vertical direction is generated in the piezoelectric layer 33 sandwiched between the electrodes 32 and 34. Then, a portion of the piezoelectric layer 33 immediately above the individual electrode 32 to which the drive voltage is applied contracts in a horizontal direction orthogonal to the vertical direction that is the polarization direction. Here, since the lower vibration plate 30 of the piezoelectric layer 33 is fixed to the cavity plate 10, the portion of the piezoelectric layer 33 sandwiched between the electrodes 32 and 34 protrudes toward the pressure chamber 14. As the piezoelectric layer 33 is partially deformed, the portion of the diaphragm 30 that covers the pressure chamber 14 is also deformed so as to protrude toward the pressure chamber 14. Then, since the volume in the pressure chamber 14 decreases, the pressure of the ink increases, and ink is ejected from the nozzle 20 communicating with the pressure chamber 14.

次に、以上説明したインクジェットヘッド1の製造方法について説明する。図5に示すように、まず、振動板30の一方の面に絶縁性セラミックス層31を形成する(絶縁性セラミックス層形成工程)。ここで、絶縁性のセラミックス材料の粉体を振動板30の所定の一表面に向けて噴射して堆積させるエアロゾルデポジション法(AD法)を用いれば、絶縁性セラミックス層31を容易に形成することができる。その他、ゾル・ゲル法、あるいは、スパッタ法等により絶縁性セラミックス層31を形成してもよい。   Next, the manufacturing method of the inkjet head 1 demonstrated above is demonstrated. As shown in FIG. 5, first, an insulating ceramic layer 31 is formed on one surface of the diaphragm 30 (insulating ceramic layer forming step). Here, by using an aerosol deposition method (AD method) in which powder of an insulating ceramic material is sprayed and deposited toward a predetermined surface of the diaphragm 30, the insulating ceramic layer 31 is easily formed. be able to. In addition, the insulating ceramic layer 31 may be formed by a sol-gel method or a sputtering method.

次に、図6に示すように、予め、インク流路を形成するための孔が設けられた、流路ユニット2を構成するキャビティプレート10、ベースプレート11及びマニホールドプレート12と、振動板30とを、振動板30の絶縁性セラミックス層31が形成された面と反対側の面がキャビティプレート10の上面に当接するように積層する。さらに、これら4枚の金属プレートを有するプレート組50を、絶縁性セラミックス層31を介して複数組(例えば、3組)積層し、あるプレート組50に属する振動板30に形成された絶縁性セラミックス層31の表面に、別のプレート組50のマニホールドプレート12を積層する(積層工程)。   Next, as shown in FIG. 6, the cavity plate 10, the base plate 11, the manifold plate 12, and the vibration plate 30 that constitute the flow path unit 2 in which holes for forming the ink flow paths are provided in advance. Then, the vibration plate 30 is laminated so that the surface opposite to the surface on which the insulating ceramic layer 31 is formed is in contact with the upper surface of the cavity plate 10. Further, a plurality of sets (for example, three sets) of the plate sets 50 having these four metal plates are laminated via the insulating ceramic layer 31, and the insulating ceramics formed on the diaphragm 30 belonging to the plate set 50. The manifold plate 12 of another plate set 50 is laminated on the surface of the layer 31 (lamination process).

そして、このように積層された複数組のプレート組50を上下1対のプレート状の治具51で挟み込み、治具51を介して複数組のプレート組50を加圧しながら、1000℃程度に加熱して、複数組のプレート組50に夫々属する4枚のプレート(キャビティプレート10、ベースプレート11、マニホールドプレート12及び振動板30)を拡散接合により接合する(接合工程)。治具51の上下一対のプレートで挟み込むことにより均一に圧力をかけることができる領域は、接合ワークスペースと呼ばれ、通常は、幅、奥行き及び高さともに数十cm程度の大きさである。これに対して、インクジェットヘッドの流路ユニットの大きさは通常数十ミリ角程度であり、厚さも数ミリ程度である。したがって、治具51の接合ワークスペース内に、複数のプレート組又は複数のプレート組が組み込まれたモジュールを同時に平面上に並べ、さらにそれらを層状に重ねることができる。このようにして、大量のプレート組を同時に拡散接合することができる。このように、複数組のプレート組50が、プレート組50ごとに絶縁性セラミックス層31を介して積層された状態で拡散接合を行うが、このとき、セラミックス材料中の原子の拡散は、金属中の原子の拡散よりもはるかに遅いため、同じプレート組50に属する4枚のプレートが接合されたときに、絶縁性セラミックス層31と別のプレート組50のマニホールドプレート12との間には、それらが接合されるほどには拡散は進行していない。従って、同じプレート組50に属する4枚のプレートが接合された時に、治具51による加圧と加熱を直ちに終了させれば、異なるプレート組50に属し、絶縁性セラミックス層31を介して積層された2枚のプレート(振動板30とマニホールドプレート12)が接合されることがない。   Then, the plurality of plate sets 50 stacked in this way are sandwiched between a pair of upper and lower plate-shaped jigs 51, and heated to about 1000 ° C. while pressing the plurality of plate sets 50 through the jigs 51. Then, the four plates (the cavity plate 10, the base plate 11, the manifold plate 12, and the vibration plate 30) belonging to each of the plurality of plate sets 50 are joined by diffusion joining (joining process). An area where pressure can be uniformly applied by sandwiching the jig 51 between a pair of upper and lower plates is called a joining work space, and usually has a width, depth and height of about several tens of centimeters. On the other hand, the size of the flow path unit of the ink jet head is usually about several tens of millimeters square and the thickness is about several millimeters. Therefore, a plurality of plate sets or modules incorporating a plurality of plate sets can be arranged on a plane at the same time in the bonding work space of the jig 51, and these can be stacked in layers. In this way, a large number of plate sets can be diffusion-bonded at the same time. As described above, diffusion bonding is performed in a state in which a plurality of sets of plates 50 are stacked via the insulating ceramic layer 31 for each plate set 50. At this time, diffusion of atoms in the ceramic material is caused in the metal. Therefore, when four plates belonging to the same plate set 50 are joined, the insulating ceramic layer 31 and the manifold plate 12 of another plate set 50 are not connected to each other. Diffusion does not proceed to the extent that is bonded. Accordingly, when four plates belonging to the same plate set 50 are joined, if the pressurization and heating by the jig 51 are immediately terminated, they belong to different plate sets 50 and are laminated via the insulating ceramic layer 31. In addition, the two plates (the vibration plate 30 and the manifold plate 12) are not joined.

次に、前述の接合工程においてキャビティプレート10、ベースプレート11、マニホールドプレート12及び振動板30を接合して得られた複数の積層体の各々に対して、個別電極32、圧電層33及び共通電極34等を形成していく。即ち、図7に示すように、絶縁性セラミックス層31の表面に個別電極32、配線部35、端子部36及び接続端子40も形成する(個別電極形成工程)。このとき、例えば、絶縁性セラミックス層31の表面に導電性ペーストをスクリーン印刷することによりパターニングされた個別電極32、配線部35、端子部36及び接続端子40を一度に形成することができる。あるいは、メッキ法、スパッタ法又は蒸着法などにより、絶縁性セラミックス層31の全面に導電層を形成してから、レーザーやマスク、レジスト法等により導電層を部分的に除去して、個別電極32、配線部35、端子部36及び接続端子40をパターニングしてもよい。   Next, the individual electrode 32, the piezoelectric layer 33, and the common electrode 34 are respectively applied to each of the plurality of laminated bodies obtained by joining the cavity plate 10, the base plate 11, the manifold plate 12, and the vibration plate 30 in the joining step. And so on. That is, as shown in FIG. 7, the individual electrode 32, the wiring part 35, the terminal part 36, and the connection terminal 40 are also formed on the surface of the insulating ceramic layer 31 (individual electrode forming step). At this time, for example, the individual electrode 32, the wiring part 35, the terminal part 36, and the connection terminal 40 that are patterned by screen printing a conductive paste on the surface of the insulating ceramic layer 31 can be formed at a time. Alternatively, after forming a conductive layer on the entire surface of the insulating ceramic layer 31 by plating, sputtering, vapor deposition, or the like, the conductive layer is partially removed by a laser, mask, resist method, or the like, and the individual electrodes 32 are removed. The wiring part 35, the terminal part 36, and the connection terminal 40 may be patterned.

次に、図8に示すように、個別電極32の表面に圧電層33をエアロゾルデポジション法、ゾルゲル法、あるいは、スパッタ法等を用いて形成し(圧電層形成工程)、圧電層33のPZTの組織の結晶成長を促進するために600℃程度の熱処理を施す。さらに、図9に示すように、圧電層33の表面の全面に、スクリーン印刷、蒸着法、あるいは、スパッタ法等を用いて共通電極34及び配線部41(図2参照)を形成する(共通電極形成工程)。   Next, as shown in FIG. 8, the piezoelectric layer 33 is formed on the surface of the individual electrode 32 by using an aerosol deposition method, a sol-gel method, a sputtering method, or the like (piezoelectric layer forming step). In order to promote crystal growth of the structure, heat treatment at about 600 ° C. is performed. Furthermore, as shown in FIG. 9, the common electrode 34 and the wiring part 41 (see FIG. 2) are formed on the entire surface of the piezoelectric layer 33 by using screen printing, vapor deposition, sputtering, or the like (common electrode). Forming step).

そして、図10に示すように、絶縁性セラミックス層31上にドライバIC37を配置し、このドライバIC37の出力端子37aを配線部35の端子部36に接合するとともに、ドライバIC37の入力端子37bを接続端子40に接合する。最後に、図11に示すように、マニホールドプレート12の下面にノズルプレート13を接着する。   Then, as shown in FIG. 10, a driver IC 37 is arranged on the insulating ceramic layer 31, and the output terminal 37a of the driver IC 37 is joined to the terminal part 36 of the wiring part 35, and the input terminal 37b of the driver IC 37 is connected. Bonded to the terminal 40. Finally, as shown in FIG. 11, the nozzle plate 13 is bonded to the lower surface of the manifold plate 12.

尚、ノズルプレート13がポリイミド等の耐熱温度の低い高分子合成樹脂材料により形成されている場合には、前述のように、先に4枚の金属プレートを拡散接合により接合してから、ノズルプレート13をマニホールドプレート12に接合する必要があるが、ノズルプレート13がステンレス鋼等の金属材料で形成されている場合には、図6の接合工程において、ノズルプレート13も、キャビティプレート10、ベースプレート11、マニホールドプレート12及び振動板30と共に、拡散接合により接合することもできる。   In the case where the nozzle plate 13 is formed of a polymer synthetic resin material having a low heat resistance temperature such as polyimide, as described above, the four metal plates are first bonded by diffusion bonding, and then the nozzle plate 13 13 is required to be joined to the manifold plate 12, but when the nozzle plate 13 is formed of a metal material such as stainless steel, the nozzle plate 13 is also connected to the cavity plate 10 and the base plate 11 in the joining step of FIG. The manifold plate 12 and the diaphragm 30 can be joined together by diffusion joining.

以上説明したインクジェットヘッド1の製造方法によれば、次のような効果が得られる。振動板30に形成された絶縁性セラミックス層31を介して、キャビティプレート10、ベースプレート11、マニホールドプレート12及び振動板30の4枚の金属プレートからなるプレート組50を複数積層してから、これら複数組のプレート組50に対して一括して拡散接合を行うため、流路ユニットと振動板30からなる積層体を複数個一度に製造することができ、製造工程を短縮できる。また、このとき、異なる2つのプレート組50に夫々属するマニホールドプレート12と振動板30は絶縁性セラミックス層31を介して積層されているため、これら2枚のプレートが接合されるのを絶縁性セラミックス層31により防止でき、拡散接合前に、複数組のプレート組50の間に拡散接合防止用のプレート等を介在させる必要がない。   According to the method for manufacturing the inkjet head 1 described above, the following effects can be obtained. A plurality of plate sets 50 made of four metal plates, the cavity plate 10, the base plate 11, the manifold plate 12, and the vibration plate 30, are stacked via an insulating ceramic layer 31 formed on the vibration plate 30. Since diffusion bonding is performed collectively on the set of plates 50, a plurality of laminated bodies including the flow path unit and the diaphragm 30 can be manufactured at a time, and the manufacturing process can be shortened. At this time, since the manifold plate 12 and the diaphragm 30 belonging to the two different plate sets 50 are laminated via the insulating ceramic layer 31, the two plates are joined together by the insulating ceramic. It can be prevented by the layer 31, and it is not necessary to interpose a plate for preventing diffusion bonding between the plurality of plate sets 50 before diffusion bonding.

また、複数組のプレート組50を一括して拡散接合するために形成された絶縁性セラミックス層31の表面に、複数の個別電極32及び複数の配線部35が形成されているため、絶縁性セラミックス層31により、個別電極32及び配線部35を、導電性を有する振動板30や隣接する他の個別電極32及び配線部35と電気的に絶縁することができる。さらに、ドライバIC37を絶縁性セラミックス層31の表面に配置して、複数の個別電極32とドライバIC37とを、個別電極32と同一平面上に形成された配線部35により直接接続することができるため、FPC等の配線部材を省略して、インクジェットヘッド1の製造コストを低減することができる。   In addition, since the plurality of individual electrodes 32 and the plurality of wiring portions 35 are formed on the surface of the insulating ceramic layer 31 formed to collectively diffuse and bond the plurality of plate sets 50, the insulating ceramics The layer 31 can electrically insulate the individual electrode 32 and the wiring part 35 from the conductive diaphragm 30 and other adjacent individual electrode 32 and wiring part 35. Furthermore, since the driver IC 37 can be arranged on the surface of the insulating ceramic layer 31, the plurality of individual electrodes 32 and the driver IC 37 can be directly connected by the wiring portion 35 formed on the same plane as the individual electrodes 32. By omitting wiring members such as FPC, the manufacturing cost of the inkjet head 1 can be reduced.

<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態について、図19〜図21を参照して説明する。本実施形態ではマニホールドプレート12の下面に金属製のノズルプレート13aを設け、その一面に絶縁性セラミックス層としての撥水性セラミックス層13bを形成し、撥水性セラミックス層13bを介してプレート組を積層して拡散接合した。
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, a metal nozzle plate 13a is provided on the lower surface of the manifold plate 12, a water repellent ceramic layer 13b as an insulating ceramic layer is formed on one surface, and a plate set is laminated via the water repellent ceramic layer 13b. And diffusion bonding.

図19に示すように、貫通穴であるノズル20が形成された金属製のノズルプレート13aの下面(ノズルによるインク噴射側)にAD法を用いて撥水性ジルコニアの撥水性セラミックス層13bを形成する(絶縁性セラミックス層形成工程)。次に、図20に示すように、振動板30、キャビティプレート10、ベースプレート11、マニホールドプレート12及び下面に撥水性セラミックス層13bが形成されたノズルプレート13aの5枚の金属プレートを積層してプレート組50aを形成する。この際、撥水性セラミックス層13bがプレート組50aの最外面となるようにプレート組50aに組み込む。このような構造のプレート組50aを複数(ここでは3つ)用意し、それらを図20に示すように積層する。すなわち、複数組のプレート組50aを、最上部のプレート組50aのノズルプレート13の下面に形成された撥水性セラミックス層13bと、中央のプレート組50aの振動板30が当接するように積層する。また、中央のプレート組50aと最下部のプレート組50aも同様にして積層する(積層工程)。   As shown in FIG. 19, the water-repellent zirconia water-repellent ceramic layer 13b is formed on the lower surface (ink ejection side by the nozzle) of the metal nozzle plate 13a in which the nozzles 20 that are through holes are formed by using the AD method. (Insulating ceramic layer forming step). Next, as shown in FIG. 20, the vibration plate 30, the cavity plate 10, the base plate 11, the manifold plate 12, and the five metal plates of the nozzle plate 13 a having the water repellent ceramic layer 13 b formed on the lower surface are stacked. A set 50a is formed. At this time, the water repellent ceramic layer 13b is incorporated into the plate set 50a so as to be the outermost surface of the plate set 50a. A plurality (three in this case) of plate sets 50a having such a structure are prepared and stacked as shown in FIG. That is, the plurality of sets 50a are stacked so that the water repellent ceramic layer 13b formed on the lower surface of the nozzle plate 13 of the uppermost plate set 50a and the diaphragm 30 of the center plate set 50a abut. Further, the central plate set 50a and the lowermost plate set 50a are laminated in the same manner (lamination process).

上下一対のプレート上の治具51を介して、複数組のプレート組50aを同時に加圧しつつ、1000℃程度に加熱することによって各プレート組50aに属する5枚のプレート(振動板30、キャビティプレート10、ベースプレート11、マニホールドプレート12及びノズルプレート13a)を拡散接合により接合する(接合工程)。この際、これらのプレート組50aは、撥水性セラミックス層13bを挟んで積層されているので、各プレート組50a同士は接合されない。   Five plates (vibrating plate 30, cavity plate) belonging to each plate set 50a are heated by about 1000 ° C. while simultaneously pressing a plurality of plate sets 50a through a jig 51 on a pair of upper and lower plates. 10, the base plate 11, the manifold plate 12, and the nozzle plate 13a) are joined by diffusion joining (joining process). At this time, since these plate sets 50a are laminated with the water-repellent ceramic layer 13b interposed therebetween, the plate sets 50a are not joined to each other.

次に、図21に示すように、絶縁性のセラミックス材料の粉体を金属板の所定の一表面に向けて噴射して堆積させるエアロゾルデポジション法(AD法)を用いて、振動板30の上面に絶縁性セラミックス層31を形成する。   Next, as shown in FIG. 21, by using an aerosol deposition method (AD method) in which powder of an insulating ceramic material is sprayed and deposited on a predetermined surface of a metal plate, An insulating ceramic layer 31 is formed on the upper surface.

以後の工程、即ち、絶縁性セラミックス層31の表面に個別電極32、配線部35、端子部36及び接続端子40を形成する工程(個別電極形成工程)、個別電極32の表面に圧電層33をエアロゾルデポジション(AD)法、ゾルゲル法、あるいは、スパッタ法等を用いて形成する工程(圧電層形成工程)及び、圧電層33の表面の全面に、スクリーン印刷、蒸着法、あるいは、スパッタ法等を用いて共通電極34及び配線部41を形成する工程(共通電極形成工程)は、第1実施形態と同様である。さらに絶縁性セラミックス層31上にドライバIC37を配置し、第1実施形態と同様にしてドライバIC37の端子と接続端子を接合することによってインクジェットヘッド1が製造される。   Subsequent steps, that is, a step of forming the individual electrode 32, the wiring portion 35, the terminal portion 36 and the connection terminal 40 on the surface of the insulating ceramic layer 31 (individual electrode forming step), and the piezoelectric layer 33 on the surface of the individual electrode 32. Forming using aerosol deposition (AD) method, sol-gel method, sputtering method, etc. (piezoelectric layer forming step), screen printing, vapor deposition method, sputtering method, etc. on the entire surface of the piezoelectric layer 33 The step of forming the common electrode 34 and the wiring portion 41 using the same (common electrode forming step) is the same as in the first embodiment. Further, the driver IC 37 is disposed on the insulating ceramic layer 31, and the terminal of the driver IC 37 and the connection terminal are joined in the same manner as in the first embodiment, whereby the inkjet head 1 is manufactured.

本実施形態では、金属製のノズルプレート13aもプレート組50aに含まれているため、インクジェットヘッドを構成する金属部材を一度の接合工程によって接合することができるという利点がある。本実施形態のように、金属製のノズルプレート13aを使用する場合には、インクの付着を防ぐために表面を撥水加工することが望ましい。そこで、本実施形態ではノズルプレート13aの表面に撥水性ジルコニアの撥水性セラミックス層13bを形成し、それを介して本発明に従う拡散接合を実施することができた。ここで、撥水性セラミックス層13b及び絶縁性セラミックス層31はエアロゾル・デポジション法(AD法)以外の方法、例えばゾルゲル法、あるいは、スパッタ法等を用いて形成してもよい。また、本実施形態では接合工程の後に振動板30の上面に絶縁性セラミックス層31を形成したが、第1実施形態のように接合工程前に振動板30の上面に絶縁性セラミックス層31を形成してもよい。この場合には、プレート組50aは撥水性セラミックス層13b及び絶縁性セラミックス層31の2つのセラミックス層を有する。それゆえ、拡散接合の際には、互いに当接するプレート組50aの向きを考慮する必要はない。   In the present embodiment, since the metal nozzle plate 13a is also included in the plate set 50a, there is an advantage that the metal members constituting the inkjet head can be joined by a single joining process. When the metal nozzle plate 13a is used as in this embodiment, it is desirable that the surface be water-repellent to prevent ink adhesion. Therefore, in the present embodiment, the water-repellent zirconia water-repellent ceramic layer 13b is formed on the surface of the nozzle plate 13a, and the diffusion bonding according to the present invention can be performed through the layer. Here, the water-repellent ceramic layer 13b and the insulating ceramic layer 31 may be formed by a method other than the aerosol deposition method (AD method), for example, a sol-gel method or a sputtering method. In this embodiment, the insulating ceramic layer 31 is formed on the upper surface of the vibration plate 30 after the bonding step. However, the insulating ceramic layer 31 is formed on the upper surface of the vibration plate 30 before the bonding step as in the first embodiment. May be. In this case, the plate set 50 a has two ceramic layers, a water repellent ceramic layer 13 b and an insulating ceramic layer 31. Therefore, it is not necessary to consider the orientation of the plate sets 50a that are in contact with each other during diffusion bonding.

<第3実施形態>
本発明の第3実施形態について図22A〜Cを参照して説明する。本実施形態では、振動板上に絶縁セラミックス層を介さずに直接圧電層を形成する点を除いて、第2実施形態と同様にしてインクジェットヘッドを製造する。
<Third Embodiment>
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, an ink jet head is manufactured in the same manner as in the second embodiment, except that the piezoelectric layer is formed directly on the diaphragm without using an insulating ceramic layer.

第2実施形態と同様にして図20に示した接合工程までを実施した後、振動板30の上面に、エアロゾル・デポジション法(AD法)、ゾルゲル法又はスパッタ法を用いて、図22Aに示すようなチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)を主成分とする圧電セラミックスの層(圧電層)33aを形成する。次に、圧電層33aのPZTの組織の結晶成長を促進するために600℃程度の熱処理を施す。その後、図22Bに示すような圧電層33aの表面に個別電極32aを印刷法によって形成する(個別電極形成工程)。印刷法として、スクリーン印刷法、蒸着法、又はスパッタ法を用いることができる。   After performing the joining process shown in FIG. 20 in the same manner as in the second embodiment, the aerosol deposition method (AD method), sol-gel method, or sputtering method is used on the upper surface of the diaphragm 30 in FIG. 22A. A piezoelectric ceramic layer (piezoelectric layer) 33a mainly composed of lead zirconate titanate (PZT) as shown is formed. Next, a heat treatment at about 600 ° C. is performed in order to promote crystal growth of the PZT structure of the piezoelectric layer 33a. Thereafter, individual electrodes 32a are formed on the surface of the piezoelectric layer 33a as shown in FIG. 22B by a printing method (individual electrode formation step). As a printing method, a screen printing method, a vapor deposition method, or a sputtering method can be used.

次に、図22Cに示すように、TAB(Tape Automated Bonding)38を用いて圧電層33a上に形成された個別電極32aと図示しないドライバICの端子を接続して、インクジェットヘッドを製造する。TAB38とは、ポリイミド樹脂等の可撓性樹脂フィルム上にフォトエッチング技術等を用いて、IC素子が配置される位置に、IC素子との接続を行うインナーリードと外部との接続を行うアウターリードとを設けたテープキャリアのことであり、IC等の半導体集積回路の実装に広く用いられている。   Next, as shown in FIG. 22C, an individual head 32a formed on the piezoelectric layer 33a and a terminal of a driver IC (not shown) are connected using a TAB (Tape Automated Bonding) 38 to manufacture an ink jet head. TAB 38 is an outer lead that connects an inner lead that connects the IC element and an external lead at a position where the IC element is disposed on a flexible resin film such as polyimide resin using a photo-etching technique or the like. Is widely used for mounting semiconductor integrated circuits such as ICs.

本実施形態では、振動板30が共通電極を兼ねており、不図示のドライバIC及びTAB38を通して接地される。そのため、振動板30上に圧電層33aを形成する工程が共通電極形成工程を兼ねている。   In the present embodiment, the diaphragm 30 also serves as a common electrode, and is grounded through a driver IC and a TAB 38 (not shown). Therefore, the process of forming the piezoelectric layer 33a on the vibration plate 30 also serves as the common electrode forming process.

<第4実施形態>
本発明の第4実施形態について図23〜図25を参照して説明する。本実施形態では、絶縁性セラミックス層としての圧電層を介して金属板組を積層し、拡散接合を行う。
<Fourth embodiment>
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, a metal plate assembly is laminated through a piezoelectric layer as an insulating ceramic layer, and diffusion bonding is performed.

まず、エアロゾル・デポジション法(AD法)、ゾルゲル法又はスパッタ法を用いて、図23に示すように、振動板30の一方の面に圧電性セラミックスの圧電層33bを形成する(絶縁性セラミックス層形成工程)。次に、図24に示すように、インク流路を形成するための孔が設けられた流路ユニットを構成するキャビティプレート10、ベースプレート11及びマニホールドプレート12と、振動板30とを、振動板30の圧電層33bが形成された面と反対側の面がキャビティプレート10の上面に当接するように積層してプレート組50bを形成する。このような構造のプレート組50bを複数組(ここでは3組)用意し、図24に示すように積層する。すなわち、複数組のプレート組50bを、最上部のプレート組50bのマニホールドプレート12の下面と、中央のプレート組50bの振動板30の上面に形成された圧電層33bが当接するように積層する。また、中央のプレート組50bと最下部のプレート組50bも同様にして積層する。このようにして積層された複数組のプレート組50bを上下1対のプレート状の治具51で挟み込む(積層工程)。   First, as shown in FIG. 23, a piezoelectric layer 33b of piezoelectric ceramic is formed on one surface of the diaphragm 30 by using an aerosol deposition method (AD method), a sol-gel method, or a sputtering method (insulating ceramics). Layer forming step). Next, as shown in FIG. 24, the cavity plate 10, the base plate 11, the manifold plate 12, and the vibration plate 30 constituting the flow path unit provided with the holes for forming the ink flow paths are connected to the vibration plate 30. The plate set 50b is formed by stacking so that the surface opposite to the surface on which the piezoelectric layer 33b is formed is in contact with the upper surface of the cavity plate 10. Plural sets (three sets here) of plate sets 50b having such a structure are prepared and stacked as shown in FIG. That is, the plurality of sets of plate sets 50b are stacked so that the lower surface of the manifold plate 12 of the uppermost plate set 50b and the piezoelectric layer 33b formed on the upper surface of the vibration plate 30 of the center plate set 50b come into contact with each other. The central plate set 50b and the lowermost plate set 50b are laminated in the same manner. A plurality of sets of plates 50b stacked in this manner are sandwiched between a pair of upper and lower plate-shaped jigs 51 (stacking step).

治具51を介して複数組のプレート組50を加圧しながら、1000℃程度に加熱して、複数組のプレート組50に夫々属する4枚のプレート(キャビティプレート10、ベースプレート11、マニホールドプレート12及び振動板30)を拡散接合により接合する(接合工程)。拡散接合の間の加熱により、振動板30の上面に形成されている圧電層33bの焼結及びそれに続いてアニールが行われる。   While pressing the plurality of plate sets 50 through the jig 51, the plate sets 50 are heated to about 1000 ° C., and four plates (cavity plate 10, base plate 11, manifold plate 12, and The diaphragm 30) is joined by diffusion joining (joining process). By the heating during the diffusion bonding, the piezoelectric layer 33b formed on the upper surface of the vibration plate 30 is sintered and subsequently annealed.

次に、図25に示すように、圧電層33bの表面に個別電極32bをスクリーン印刷法、蒸着法、あるいは、スパッタ法により形成(個別電極形成工程)し、TAB38を用いて圧電層33b上に形成された個別電極32bと図示しないドライバICの端子を接続する。さらに、第1実施形態と同様にして、マニホールドプレート12の下面にノズルプレート13を接着する。   Next, as shown in FIG. 25, an individual electrode 32b is formed on the surface of the piezoelectric layer 33b by screen printing, vapor deposition, or sputtering (individual electrode forming step), and is formed on the piezoelectric layer 33b using TAB38. The formed individual electrode 32b and a terminal of a driver IC (not shown) are connected. Further, the nozzle plate 13 is bonded to the lower surface of the manifold plate 12 as in the first embodiment.

本実施形態においても、振動板30は共通電極を兼ねているため、振動板30の上面に圧電層33bを形成する工程が共通電極形成工程を兼ねている。また、圧電層33bは接合工程において、異なるプレート組間での拡散接合を防ぐ役割を果たしている。特に、この実施形態のプロセスでは、拡散接合時の熱を利用して、圧電層33bの形成に必要な焼結及びアニールの工程も行っているため、別途焼結及びアニールの工程をそれぞれ行う必要がない。そのため、プロセス全体の時間を短縮することができ、省エネルギーとなる。また、本実施形態では、最後にノズルプレート13をマニホールドプレート12の下面に接着したが、第2及び第3実施形態で示したように、金属製のノズルプレート13aを使用して、拡散接合でマニホールドプレート12の下面に接着してもよい。さらに、そのノズルプレート13aの表面に撥水性ジルコニア等の撥水性セラミックス層を形成してもよい。   Also in this embodiment, since the diaphragm 30 also serves as a common electrode, the process of forming the piezoelectric layer 33b on the upper surface of the diaphragm 30 also serves as the common electrode formation process. The piezoelectric layer 33b plays a role of preventing diffusion bonding between different plate sets in the bonding process. In particular, in the process of this embodiment, the sintering and annealing steps necessary for forming the piezoelectric layer 33b are also performed using heat at the time of diffusion bonding. Therefore, it is necessary to separately perform the sintering and annealing steps. There is no. As a result, the entire process time can be shortened, resulting in energy saving. In the present embodiment, the nozzle plate 13 is finally bonded to the lower surface of the manifold plate 12. However, as shown in the second and third embodiments, a metal nozzle plate 13a is used to perform diffusion bonding. It may be adhered to the lower surface of the manifold plate 12. Furthermore, a water-repellent ceramic layer such as water-repellent zirconia may be formed on the surface of the nozzle plate 13a.

次に、本発明の第5実施形態について図12〜図17を参照して説明する。この第5実施形態は、携帯電話やパーソナルコンピュータ等の電子機器に用いられる電子部品が搭載されるであろう金属基板を製造する場合に本発明を適用した一例である。図12〜図17に開示した構造は、本出願人により出願された日本特許出願である特願2004−220202号に開示された構造である。図2は、金属基板の上面を上から見た平面図である。図12〜図14に示すように、金属基板60(以下、単に基板60という)は、基材としての2枚の金属製のプレート61,62と、上側のプレート61の上面に形成された絶縁性セラミックス層63とを有する。   Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The fifth embodiment is an example in which the present invention is applied when manufacturing a metal substrate on which electronic components used in electronic devices such as mobile phones and personal computers will be mounted. The structure disclosed in FIGS. 12 to 17 is the structure disclosed in Japanese Patent Application No. 2004-220202, which is a Japanese patent application filed by the present applicant. FIG. 2 is a plan view of the top surface of the metal substrate as viewed from above. As shown in FIGS. 12 to 14, the metal substrate 60 (hereinafter simply referred to as the substrate 60) is composed of two metal plates 61 and 62 as a base material and insulation formed on the upper surface of the upper plate 61. And a ceramic layer 63.

2枚のプレート61,62は、熱伝導率の高い金属材料、例えば、ステンレス鋼、鉄、銅、ニッケル、あるいは、アルミニウム等により形成されている。また、上側のプレート61の上面には、絶縁抵抗の高いセラミックス材料により絶縁性セラミックス層63が形成されている。この絶縁性セラミックス層63は、後述するように、2枚のプレート61,62からなるプレート組80を、複数組まとめて拡散接合するために形成されるものであるが、その表面に実装される電子部品65に接続される配線部67と金属製のプレート61とを電気的に絶縁する役割も有する。さらに、IC65,66等の電子部品で発生した熱がプレート61に伝わりやすくするために、絶縁性セラミックス層63は、熱伝導率の高いセラミックス材料により形成される。表2に使用可能なセラミックス材料の一例を挙げるが、その中でも、熱伝導率が特に高い、アルミナ、シリカ、イットリア、窒化ケイ素、窒化アルミニウム等を用いることがより好ましい。この絶縁性セラミックス層63は、AD法を用いることにより容易に形成することができる。その他、ゾルゲル法、スパッタ法、あるいは、CVD(化学蒸着)法を用いることもできる。   The two plates 61 and 62 are made of a metal material having high thermal conductivity, such as stainless steel, iron, copper, nickel, or aluminum. An insulating ceramic layer 63 is formed on the upper surface of the upper plate 61 from a ceramic material having a high insulation resistance. As will be described later, the insulating ceramic layer 63 is formed for diffusion bonding of a plurality of plate sets 80 including two plates 61 and 62, and is mounted on the surface thereof. The wiring part 67 connected to the electronic component 65 also has a role of electrically insulating the metal plate 61. Furthermore, the insulating ceramic layer 63 is made of a ceramic material having a high thermal conductivity so that heat generated in the electronic components such as the ICs 65 and 66 is easily transmitted to the plate 61. Examples of the ceramic materials that can be used are listed in Table 2. Among them, it is more preferable to use alumina, silica, yttria, silicon nitride, aluminum nitride, or the like, which has a particularly high thermal conductivity. The insulating ceramic layer 63 can be easily formed by using the AD method. In addition, a sol-gel method, a sputtering method, or a CVD (chemical vapor deposition) method can also be used.

Figure 0004867252
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尚、電子部品の搭載基板として広く使用されているガラスエポキシ基板(ガラスクロスの表面に絶縁材料であるエポキシ樹脂を含浸させたもの)のエポキシ樹脂の熱伝導率は0.19(W/m・K)であるから、表2に記載のセラミックス材料の熱伝導率は、全てエポキシ樹脂よりもはるかに大きい。   Note that the thermal conductivity of the epoxy resin of a glass epoxy substrate (in which the surface of the glass cloth is impregnated with an epoxy resin as an insulating material) widely used as a mounting substrate for electronic components is 0.19 (W / m · K), the thermal conductivity of the ceramic materials described in Table 2 are all much higher than that of the epoxy resin.

絶縁性セラミックス層63の上面には、端子を介してIC65,66、抵抗(図示省略)、コンデンサ(図示省略)等の多数の電子部品が実装されている。さらに、図13に示すように、絶縁性セラミックス層63の上面には、IC65,66等の電子部品の端子(例えば、端子65a)と接合されて電子部品同士を接続する、複数の配線部67も形成されている。そして、配線部67は金属製のプレート61及び隣接する他の配線部67と絶縁性セラミックス層63により電気的に絶縁されており、回路の短絡が防止されている。   A large number of electronic components such as ICs 65 and 66, resistors (not shown), capacitors (not shown), and the like are mounted on the upper surface of the insulating ceramic layer 63 via terminals. Further, as shown in FIG. 13, a plurality of wiring portions 67 are joined to the upper surface of the insulating ceramic layer 63 to connect the electronic components to each other by joining the terminals (for example, the terminals 65 a) of the electronic components such as the ICs 65 and 66. Is also formed. The wiring part 67 is electrically insulated from the metal plate 61 and another adjacent wiring part 67 by the insulating ceramic layer 63, thereby preventing a short circuit.

前述したように、絶縁性セラミックス層63は、熱伝導率が高いセラミックス材料で形成されているため、図14の矢印で示すように、IC65で発生した熱の大部分は、端子65aを介して絶縁性セラミックス層63から金属製のプレート61に伝わり、このプレート61を介してIC65から離れた位置へ熱が伝わっていく。ここで、一般的に、セラミックス材料は金属材料よりも高価であり、また、セラミックス材料の熱伝導率は金属材料よりも小さい場合が多いことから、安価で且つ熱の放散効率が良好な基板とするために、セラミックス材料からなる絶縁性セラミックス層63の厚さは金属製のプレートと比較して十分薄いことが好ましい。尚、IC65と絶縁性セラミックス層63との接触面積を大きくして、IC65で発生した熱が絶縁性セラミックス層63により伝わりやすくするために、図14に示すように、IC65と絶縁性セラミックス層63との間に金属ペーストや金属フィルム等の高熱伝導性材料71が介装されていてもよい。   As described above, since the insulating ceramic layer 63 is formed of a ceramic material having a high thermal conductivity, most of the heat generated in the IC 65 passes through the terminals 65a as shown by arrows in FIG. The heat is transferred from the insulating ceramic layer 63 to the metal plate 61 and to a position away from the IC 65 via the plate 61. Here, generally, a ceramic material is more expensive than a metal material, and since the thermal conductivity of the ceramic material is often smaller than that of the metal material, the substrate is inexpensive and has good heat dissipation efficiency. Therefore, the thickness of the insulating ceramic layer 63 made of a ceramic material is preferably sufficiently thinner than that of a metal plate. In order to increase the contact area between the IC 65 and the insulating ceramic layer 63 so that the heat generated by the IC 65 is easily transmitted to the insulating ceramic layer 63, as shown in FIG. A high thermal conductivity material 71 such as a metal paste or a metal film may be interposed between the two.

さらに、図12〜図14に示すように、上側のプレート61の下面側に溝72が形成されており、この溝72が下側のプレート62により塞がれて、2枚のプレート61,62の内部に閉ループ状の流路70(液体流路)が形成されている。この流路70内には水Wが充填されており、この水Wは加圧機構68(例えばアクチュエータポンプ)により加圧されて閉ループ状の流路70を循環するようになっている。さらに、図12に示すように、この流路70は、多量の熱を発生するIC65,66が配置された領域と放熱器69が配置された領域とを通るように形成されている。流路70は2枚のプレート61,62の内部において断面矩形状に形成されており、流路70と絶縁性セラミックス層63との間には上側のプレート61の薄肉部61aが介在している。このように、流路70が形成された部分において、金属製のプレート61,62に比べて強度の小さいセラミックス材料からなる絶縁性セラミックス層63の下側に、強度の大きい金属材料層(薄肉部61a)が存在するため、流路70が形成された部分における基板60の強度低下が抑制されている。   Further, as shown in FIGS. 12 to 14, a groove 72 is formed on the lower surface side of the upper plate 61, and the groove 72 is closed by the lower plate 62, so that the two plates 61, 62 are formed. A closed-loop flow path 70 (liquid flow path) is formed in the interior. The flow path 70 is filled with water W, and the water W is pressurized by a pressurizing mechanism 68 (for example, an actuator pump) and circulates in the closed loop flow path 70. Furthermore, as shown in FIG. 12, the flow path 70 is formed so as to pass through a region where the ICs 65 and 66 generating a large amount of heat are disposed and a region where the radiator 69 is disposed. The flow path 70 is formed in a rectangular cross section inside the two plates 61 and 62, and the thin portion 61 a of the upper plate 61 is interposed between the flow path 70 and the insulating ceramic layer 63. . As described above, in the portion where the flow path 70 is formed, a high strength metal material layer (thin wall portion) is formed below the insulating ceramic layer 63 made of a ceramic material having a lower strength than the metal plates 61 and 62. 61a), the strength reduction of the substrate 60 in the portion where the flow path 70 is formed is suppressed.

そして、IC65,66で発生した熱は、熱伝導率の高い絶縁性セラミックス層63及び金属製のプレート61,62を介して流路70内の水Wに伝わり、水Wが加圧機構68により加圧されて流路70内を循環する間にプレート61,62を介して熱が外部に放散される。また、流路70の途中部であってIC65,66から離れた場所には放熱器69が設けられているため、この放熱器69から、水Wに伝達された熱が確実に外部へ放散される。   The heat generated in the ICs 65 and 66 is transferred to the water W in the flow path 70 through the insulating ceramic layer 63 having high thermal conductivity and the metal plates 61 and 62, and the water W is transferred by the pressurizing mechanism 68. While being pressurized and circulating in the flow path 70, heat is dissipated to the outside through the plates 61 and 62. Further, since a radiator 69 is provided in the middle of the flow path 70 and away from the ICs 65 and 66, the heat transmitted from the radiator 69 to the water W is reliably dissipated to the outside. The

次に、基板60の製造方法について説明する。図15に示すように、まず、プレート61の一方の面に絶縁性セラミックス層63を形成する(第1工程)。ここで、絶縁性のセラミックス材料の粉体をプレート61の所定の一表面に向けて噴射して堆積させるエアロゾルデポジション法(AD法)を用いれば、絶縁性セラミックス層63を容易に形成することができる。その他、ゾル・ゲル法、あるいは、スパッタ法等により絶縁性セラミックス層63を形成してもよい。   Next, a method for manufacturing the substrate 60 will be described. As shown in FIG. 15, first, an insulating ceramic layer 63 is formed on one surface of the plate 61 (first step). Here, if an aerosol deposition method (AD method) in which powder of an insulating ceramic material is sprayed and deposited toward a predetermined surface of the plate 61, the insulating ceramic layer 63 can be easily formed. Can do. In addition, the insulating ceramic layer 63 may be formed by a sol-gel method or a sputtering method.

次に、図16に示すように、プレート61の絶縁性セラミックス層63と反対側に、水Wを流すための溝72を形成する。この溝72は、例えば、金属製のプレート61にハーフエッチングを施すことにより容易に形成できる。   Next, as shown in FIG. 16, a groove 72 for flowing water W is formed on the side of the plate 61 opposite to the insulating ceramic layer 63. The groove 72 can be easily formed by, for example, half-etching the metal plate 61.

そして、図17に示すように、2枚のプレート61,62を積層し、さらに、これら2枚のプレート61,62からなるプレート組80を、絶縁性セラミックス層63を介して複数組(例えば、3組)積層し、あるプレート組80に属するプレート61に形成された絶縁性セラミックス層63の表面に、別のプレート組80のプレート62が積層された状態にする(第2工程)。   Then, as shown in FIG. 17, two plates 61 and 62 are laminated, and a plurality of sets (for example, a set of plates 80 made of these two plates 61 and 62 are interposed via an insulating ceramic layer 63 (for example, 3 sets) Stacking is performed so that the plate 62 of another plate set 80 is stacked on the surface of the insulating ceramic layer 63 formed on the plate 61 belonging to a certain plate set 80 (second step).

そして、このように積層された複数組のプレート組80を上下1対のプレート状の治具81で挟み込み、治具81を介して複数組のプレート組80を加圧しながら、1000℃程度に加熱して、複数組のプレート組80に属する2枚のプレート61,62を拡散接合により接合する(第3工程)。このように、複数組のプレート組80の間に絶縁性セラミックス層63が介在しているため、異なるプレート組80に属する2枚のプレート61,62が接合されることがない。そして、接合された複数組のプレート組80の各々に対して、絶縁性セラミックス層63の表面に複数の配線部67を形成し、さらに、これら配線部67に接続されるIC65,66等の電子部品を配置する。   The plurality of plate sets 80 stacked in this way are sandwiched between a pair of upper and lower plate-shaped jigs 81 and heated to about 1000 ° C. while pressing the plurality of plate sets 80 via the jigs 81. Then, the two plates 61 and 62 belonging to the plurality of sets of plates 80 are joined by diffusion joining (third step). Thus, since the insulating ceramic layer 63 is interposed between the plurality of plate sets 80, the two plates 61 and 62 belonging to different plate sets 80 are not joined. A plurality of wiring portions 67 are formed on the surface of the insulating ceramic layer 63 for each of the plurality of plate sets 80 that are joined, and further, an electronic device such as ICs 65 and 66 that are connected to these wiring portions 67. Arrange the parts.

以上説明した金属基板60の製造方法によれば、次のような効果が得られる。プレートに形成された絶縁性セラミックス層63を介して、2枚の金属プレート61,62からなるプレート組80を複数積層してから、これら複数組のプレート組80に対して一括して拡散接合を行うため、2枚のプレート61,62からなる積層体を複数個一度に製造することができ、製造工程を短縮できる。また、このとき、異なる2つのプレート組80に属する2枚のプレート61,62は絶縁性セラミックス層63を介して積層されているため、これら2枚のプレート61,62が拡散接合されるのを絶縁性セラミックス層63により防止できる。さらに、複数組のプレート組80を一括して拡散接合するために形成された絶縁性セラミックス層63の表面に配線部67を形成することにより、配線部67と基板60の間を絶縁性セラミックス層63により絶縁することができる。   According to the manufacturing method of the metal substrate 60 described above, the following effects can be obtained. A plurality of plate sets 80 made of two metal plates 61 and 62 are laminated through an insulating ceramic layer 63 formed on the plate, and then diffusion bonding is performed collectively on the plurality of plate sets 80. Therefore, a plurality of laminated bodies composed of the two plates 61 and 62 can be manufactured at a time, and the manufacturing process can be shortened. At this time, since the two plates 61 and 62 belonging to the two different plate sets 80 are laminated via the insulating ceramic layer 63, the two plates 61 and 62 are diffusion-bonded. This can be prevented by the insulating ceramic layer 63. Furthermore, the insulating ceramic layer is formed between the wiring portion 67 and the substrate 60 by forming the wiring portion 67 on the surface of the insulating ceramic layer 63 formed for diffusion bonding the plurality of sets of plates 80 together. 63 can be insulated.

尚、以上説明した第5実施形態の金属基板60の製造方法では、プレート61,62に溝72を形成することにより基板60内に水が流れる流路70を形成しているが、図18に示すように、上側のプレート61Aに貫通状の孔72Aを形成して、この孔72Aにより水Wが流れる流路を形成するようにしてもよい。この場合には、流路内の水Wが、絶縁性セラミックス層に直接接触しているため、IC65で発生した熱がさらに効率よく流体に伝達される。尚、この貫通孔72Aもプレート61Aにフルエッチングを施すことにより容易に形成することができる。   In the manufacturing method of the metal substrate 60 of the fifth embodiment described above, the flow path 70 through which water flows is formed in the substrate 60 by forming the grooves 72 in the plates 61 and 62, but FIG. As shown, a through hole 72A may be formed in the upper plate 61A, and a flow path through which water W flows may be formed by the hole 72A. In this case, since the water W in the flow path is in direct contact with the insulating ceramic layer, the heat generated by the IC 65 is more efficiently transferred to the fluid. The through hole 72A can also be easily formed by performing full etching on the plate 61A.

以上、本発明をインクジェットヘッド(第1実施形態〜第4実施形態)と金属基板(第5実施形態)に適用した形態について説明したが、本発明は、これら第1実施形態〜第5実施形態に限られるものではない。即ち、積層状の複数枚の金属プレートを拡散接合することにより得られる種々の形態の積層体に対して本発明を適用することが可能である。   As mentioned above, although the form which applied this invention to the inkjet head (1st Embodiment-4th Embodiment) and the metal substrate (5th Embodiment) was demonstrated, this invention is these 1st Embodiment-5th Embodiment. It is not limited to. That is, the present invention can be applied to various types of laminated bodies obtained by diffusion bonding of a plurality of laminated metal plates.

本発明の第1実施形態に係るインクジェットヘッドの斜視図である。1 is a perspective view of an inkjet head according to a first embodiment of the present invention. 図1におけるインクジェットヘッドの右半部の平面図である。It is a top view of the right half part of the inkjet head in FIG. 図2のIII-III線断面図である。It is the III-III sectional view taken on the line of FIG. 図2のIV-IV線断面図である。It is the IV-IV sectional view taken on the line of FIG. 絶縁セラミックス層形成工程を示す図である。It is a figure which shows an insulating ceramic layer formation process. 第1実施形態における積層工程及び接合工程を示す図である。It is a figure which shows the lamination process and joining process in 1st Embodiment. 個別電極形成工程を示す図である。It is a figure which shows an individual electrode formation process. 圧電層形成工程を示す図である。It is a figure which shows a piezoelectric layer formation process. 共通電極形成工程を示す図である。It is a figure which shows a common electrode formation process. ドライバICを絶縁性セラミックス層上に配置する工程を示す図である。It is a figure which shows the process of arrange | positioning driver IC on an insulating ceramic layer. ノズルプレートを接合する工程を示す図である。It is a figure which shows the process of joining a nozzle plate. 本発明の第2実施形態に係る金属基板の概略平面図である。It is a schematic plan view of the metal substrate which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 図12のIC周辺の拡大図である。FIG. 13 is an enlarged view around the IC of FIG. 12. 図13のXIV-XIV線断面図である。It is the XIV-XIV sectional view taken on the line of FIG. プレートに絶縁性セラミックス層を形成する工程(第1工程)を示す図である。It is a figure which shows the process (1st process) which forms an insulating ceramic layer in a plate. プレートに溝を形成する工程を示す図である。It is a figure which shows the process of forming a groove | channel in a plate. 複数組のプレート組を接合する工程(第2、第3工程)を示す図である。It is a figure which shows the process (2nd, 3rd process) which joins multiple sets of plate groups. 第25実施形態の変更形態に係る図14相当の断面図である。It is sectional drawing equivalent to FIG. 14 which concerns on the modification of 25th Embodiment. ノズルプレート13aに撥水性セラミックス層を形成する工程を示す図である。It is a figure which shows the process of forming a water repellent ceramic layer in the nozzle plate 13a. 第2実施形態における積層工程及び接合工程を示す図である。It is a figure which shows the lamination process and joining process in 2nd Embodiment. 第2実施形態において絶縁性セラミックス層31を形成する工程を示す図である。It is a figure which shows the process of forming the insulating ceramic layer 31 in 2nd Embodiment. 図22Aは振動板30に圧電セラミックス層33aを形成する工程を示す図であり、図22Bは圧電セラミックス層33aに個別電極32aを形成する工程を示す図であり、図22Cは個別電極32aとTAB38を接続する工程を示す図である。22A is a diagram illustrating a process of forming the piezoelectric ceramic layer 33a on the diaphragm 30, FIG. 22B is a diagram illustrating a process of forming the individual electrode 32a on the piezoelectric ceramic layer 33a, and FIG. 22C is a diagram illustrating the process of forming the individual electrode 32a and the TAB 38. It is a figure which shows the process of connecting. 振動板30に圧電セラミックス層33bを形成する工程を示す図である。6 is a diagram illustrating a process of forming a piezoelectric ceramic layer 33b on the vibration plate 30. FIG. 第4実施形態における積層工程及び接合工程を示す図である。It is a figure which shows the lamination process and joining process in 4th Embodiment. 第4実施形態において個別電極32bとTAB38を接続する工程を示す図である。It is a figure which shows the process of connecting the separate electrode 32b and TAB38 in 4th Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 インクジェットヘッド
2 流路ユニット
3 圧電アクチュエータ
10 キャビティプレート
11 ベースプレート
12 マニホールドプレート
13 ノズルプレート
14 圧力室
20 ノズル
30 振動板
31 絶縁性セラミックス層
32 個別電極
33 圧電層
34 共通電極
35 配線部
50 プレート組
60 金属基板
61,62 プレート
61A プレート
63 絶縁性セラミックス層
67 配線部
72 溝
72A 孔
80 プレート組
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inkjet head 2 Flow path unit 3 Piezoelectric actuator 10 Cavity plate 11 Base plate 12 Manifold plate 13 Nozzle plate 14 Pressure chamber 20 Nozzle 30 Diaphragm 31 Insulating ceramic layer 32 Individual electrode 33 Piezoelectric layer 34 Common electrode 35 Wiring part 50 Plate set 60 Metal substrates 61, 62 Plate 61A Plate 63 Insulating ceramic layer 67 Wiring part 72 Groove 72A Hole 80 Plate assembly

Claims (14)

複数の金属板の金属板組を拡散接合により接合して得られる積層体を複数製造する方法であって、
各金属板組の前記複数の金属板のうち、前記積層体の所定の一表面を形成する金属板の表面に絶縁性セラミックス層を形成する第1工程と、
複数の前記金属板組を、前記絶縁性セラミックス層を介して積層する第2工程と、
積層された前記複数組の金属板組を加熱して、これら複数組の金属板組に属する複数枚の金属板を拡散接合により同時に接合する第3工程と、を備え
前記第3工程において、前記絶縁性セラミックス層を介して積層された、異なる金属板組にそれぞれ属する2枚の金属板の間で接合がなされる前に、加熱を終了することを特徴とする積層体の製造方法。
A method of producing a plurality of laminates obtained by joining metal plate sets of a plurality of metal plates by diffusion bonding,
A first step of forming an insulating ceramic layer on a surface of a metal plate forming a predetermined surface of the laminate among the plurality of metal plates of each metal plate set;
A second step of laminating a plurality of the metal plate sets via the insulating ceramic layer;
A third step of heating the plurality of sets of laminated metal plates and simultaneously joining a plurality of metal plates belonging to the plurality of sets of metal plates by diffusion bonding ;
In the third step, the heating is terminated before joining between two metal plates belonging to different metal plate groups, which are laminated via the insulating ceramic layer, is finished . Production method.
前記第1工程において、絶縁性セラミックス材料の粉体を前記積層体の所定の一表面に向けて噴射して堆積させるエアロゾルデポジション法により、前記絶縁性セラミックス層を形成することを特徴とする請求項に記載の積層体の製造方法。 In the first step, the insulating ceramic layer is formed by an aerosol deposition method in which a powder of an insulating ceramic material is sprayed and deposited on a predetermined surface of the laminate. Item 2. A method for producing a laminate according to Item 1 . 前記積層体は、電子部品が実装される金属基板であり、
前記絶縁性セラミックス層は、前記電子部品に接続される配線部と前記金属基板とを絶縁する絶縁性セラミックス層であることを特徴とする請求項1又は2に記載の積層体の製造方法。
The laminate is a metal substrate on which electronic components are mounted,
It said insulating ceramic layer, method for producing a laminate according to claim 1 or 2, characterized in that said an insulating ceramic layer for insulating the wiring portion connected to the electronic component and the metal substrate.
前記第2工程の前に、前記金属板組に属する前記複数枚の金属板の少なくとも1枚に、液体を流すための孔又は溝を形成することを特徴とする請求項に記載の積層体の製造方法。 4. The laminate according to claim 3 , wherein a hole or a groove for flowing a liquid is formed in at least one of the plurality of metal plates belonging to the metal plate set before the second step. Manufacturing method. ノズルに連通する複数の圧力室を含むインク流路を形成する、複数の金属板の積層体を有する流路ユニットと、前記圧力室の容積を変化させる圧電アクチュエータとを備えたインクジェットヘッドを複数製造する方法であって、
前記複数の金属板の積層体の最外層を構成する最外金属板に絶縁性セラミックス層を形成する絶縁性セラミックス層形成工程と、
前記積層体を構成する複数枚の金属板の金属板組を、前記絶縁性セラミックス層を介して複数組積層する積層工程と、
積層された前記複数組の金属板組を加熱して、これら複数組の金属板組に属する複数枚の前記金属板を、拡散接合により同時に接合する接合工程と、を備え
前記接合工程において、前記絶縁性セラミックス層を介して積層された、異なる金属板組にそれぞれ属する2枚の金属板の間で接合がなされる前に、加熱を終了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。
Manufactures a plurality of inkjet heads including a flow path unit having a laminate of a plurality of metal plates that forms an ink flow path including a plurality of pressure chambers communicating with nozzles, and a piezoelectric actuator that changes the volume of the pressure chambers. A way to
An insulating ceramic layer forming step of forming an insulating ceramic layer on the outermost metal plate constituting the outermost layer of the laminate of the plurality of metal plates;
A laminating step of laminating a plurality of metal plate sets of a plurality of metal plates constituting the laminate through the insulating ceramic layer;
A step of heating the plurality of sets of metal plates stacked and joining a plurality of the metal plates belonging to the plurality of sets of metal plates at the same time by diffusion bonding ;
In the above-described joining step, heating is terminated before joining between two metal plates belonging to different metal plate groups laminated via the insulating ceramic layer, and the inkjet head is manufactured. Method.
前記最外金属板が前記圧力室を覆う振動板であり、前記インクジェットヘッドは前記振動板の前記圧力室と反対側に配置される圧電層を有する請求項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。 The method of manufacturing an ink jet head according to claim 5 , wherein the outermost metal plate is a vibration plate covering the pressure chamber, and the ink jet head has a piezoelectric layer disposed on a side of the vibration plate opposite to the pressure chamber. 前記絶縁性セラミックス層の前記圧力室と反対側の面において、前記複数の圧力室と夫々対向する位置に複数の個別電極を形成する個別電極形成工程と、
前記絶縁性セラミックス層の前記個別電極が形成された面に前記圧電層を形成する圧電層形成工程と、
前記圧電層の前記個別電極と反対側の面に共通電極を形成する共通電極形成工程と、
を備えたことを特徴とする請求項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
An individual electrode forming step of forming a plurality of individual electrodes at positions opposite to the plurality of pressure chambers on the surface of the insulating ceramic layer opposite to the pressure chamber;
A piezoelectric layer forming step of forming the piezoelectric layer on the surface of the insulating ceramic layer on which the individual electrodes are formed;
Forming a common electrode on the surface of the piezoelectric layer opposite to the individual electrode;
The method of manufacturing an ink jet head according to claim 6 , comprising:
前記最外金属板の一方がノズルプレートである請求項5〜7の何れかに記載のインクジェットヘッドの製造方法。 One of the said outermost metal plates is a nozzle plate, The manufacturing method of the inkjet head in any one of Claims 5-7 . 前記最外金属板が振動板及びノズルプレートである請求項5〜8の何れかに記載のインクジェットヘッドの製造方法。 The method of manufacturing an ink jet head according to claim 5, wherein the outermost metal plate is a vibration plate and a nozzle plate. 前記絶縁性セラミックス層がアルミナ又はジルコニアから形成されている請求項5〜9の何れかに記載のインクジェットヘッドの製造方法。 The method for manufacturing an ink jet head according to claim 5, wherein the insulating ceramic layer is made of alumina or zirconia. 前記圧電アクチュエータは圧電層を有し、前記絶縁性セラミックス層は前記圧電層である請求項に記載のインクジェットヘッド製造方法。 The inkjet head manufacturing method according to claim 5 , wherein the piezoelectric actuator has a piezoelectric layer, and the insulating ceramic layer is the piezoelectric layer. 前記絶縁性セラミックス層が圧電層であって、前記接合工程において前記圧電層が焼結及びアニールの少なくとも一方が行われる請求項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。 6. The method of manufacturing an ink jet head according to claim 5 , wherein the insulating ceramic layer is a piezoelectric layer, and the piezoelectric layer is subjected to at least one of sintering and annealing in the joining step. 前記振動板が共通電極である請求項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。 The method of manufacturing an ink jet head according to claim 6 , wherein the diaphragm is a common electrode. 前記最外金属板の他方が振動板であり、前記接合工程に続いて、絶縁性セラミックス層がエアロゾルデポジション法、ゾルゲル法及びスパッタ法のいずれか一つの方法により前記振動板の一面に形成される工程を有する請求項に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
The other of the outermost metal plates is a diaphragm, and following the joining step, an insulating ceramic layer is formed on one surface of the diaphragm by any one of an aerosol deposition method, a sol-gel method, and a sputtering method. The method for producing an ink jet head according to claim 8 , further comprising the step of:
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