JP2014159115A - Liquid jet head and liquid jet device - Google Patents
Liquid jet head and liquid jet device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014159115A JP2014159115A JP2013030437A JP2013030437A JP2014159115A JP 2014159115 A JP2014159115 A JP 2014159115A JP 2013030437 A JP2013030437 A JP 2013030437A JP 2013030437 A JP2013030437 A JP 2013030437A JP 2014159115 A JP2014159115 A JP 2014159115A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- layer
- piezoelectric
- piezoelectric layer
- diaphragm
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
Description
本発明は、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関し、特に液体としてインクを噴射するインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置に関する。 The present invention relates to a liquid ejecting head and a liquid ejecting apparatus, and more particularly to an ink jet recording head and an ink jet recording apparatus that eject ink as a liquid.
従来、圧電素子を変形させて圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせることで、圧力発生室に連通するノズルから液滴を噴射する液体噴射ヘッドが知られている。その代表例としては、液滴としてインク滴を噴射するインクジェット式記録ヘッドがある。 2. Description of the Related Art Conventionally, a liquid ejecting head that ejects liquid droplets from a nozzle that communicates with a pressure generating chamber by deforming a piezoelectric element to cause pressure fluctuation in the liquid in the pressure generating chamber is known. A typical example is an ink jet recording head that ejects ink droplets as droplets.
インクジェット式記録ヘッドは、例えば、ノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板の一方面側に圧電素子を備え、この圧電素子の駆動によって振動板を変形させて圧力発生室に圧力変化を生じさせることで、ノズルからインク滴を噴射させる。 The ink jet recording head includes, for example, a piezoelectric element on one surface side of a flow path forming substrate provided with a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening, and the diaphragm is deformed by driving the piezoelectric element so as to enter the pressure generating chamber. By causing a pressure change, an ink droplet is ejected from the nozzle.
このような圧電素子は、振動板上に設けられた第1電極、圧電体層及び第2電極で構成されている(例えば、特許文献1参照)。第1電極は、複数の圧電素子ごとに独立した個別電極を構成し、第2電極は、複数の圧電素子に共通した共通電極を構成している。 Such a piezoelectric element includes a first electrode, a piezoelectric layer, and a second electrode provided on the diaphragm (see, for example, Patent Document 1). The first electrode constitutes an independent individual electrode for each of the plurality of piezoelectric elements, and the second electrode constitutes a common electrode common to the plurality of piezoelectric elements.
しかしながら、第2電極は各圧電体層に密着して形成されており、圧電素子の変形が拘束されている。このように圧電素子の変形が拘束されることにより、振動板の変位量が低下し、インクの吐出特性も低下するおそれがある。 However, the second electrode is formed in close contact with each piezoelectric layer, and deformation of the piezoelectric element is restricted. As the deformation of the piezoelectric element is constrained in this way, the amount of displacement of the diaphragm is lowered, and there is a possibility that the ink ejection characteristics are also lowered.
なお、このような問題はインクジェット式記録ヘッドだけではなく、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。 Such a problem exists not only in an ink jet recording head but also in a liquid ejecting head that ejects liquid other than ink.
本発明はこのような事情に鑑み、高い液体吐出特性を有する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供することを目的とする。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is that it provides a liquid ejecting head and a liquid ejecting apparatus having high liquid ejection characteristics.
上記課題を解決する本発明の態様は、液体を吐出するノズル開口に連通する複数の圧力発生室を備える流路形成基板と、該流路形成基板上に設けられた振動板と、該振動板上に設けられた第1電極、該第1電極上に設けられた圧電体層、及び該圧電体層上に設けられた第2電極を有する圧電素子とを備え、前記第1電極が前記圧電素子ごとに独立する個別電極を構成し、前記第2電極が複数の前記圧電素子に共通する共通電極を構成し、前記第2電極は、前記圧電素子ごとに個別に形成された前記圧電体層の側面との間に空間部を形成することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる態様では、圧電素子は、第2電極と圧電体層との間に空間部が形成されている。すなわち、第2電極が圧電体層に接合される部分は、圧電素子の能動部を構成するために必要な圧電体層の上面に限定されている。このため、第2電極が圧電素子の変形を阻害する拘束力は、第2電極が圧電体層の全面に密着する従来構成の圧電素子と比較して低減されている。
よって、空間部を有する圧電素子は、従来構成の圧電素子に比較して圧電素子の変位量が向上したものとなり、変位量が向上した当該圧電素子を備えることにより、液体噴射ヘッドの液体の吐出特性を向上させることができる。
An aspect of the present invention that solves the above problems includes a flow path forming substrate including a plurality of pressure generation chambers that communicate with a nozzle opening that discharges a liquid, a vibration plate provided on the flow path formation substrate, and the vibration plate A piezoelectric element having a first electrode provided on the piezoelectric element, a piezoelectric layer provided on the first electrode, and a second electrode provided on the piezoelectric layer, wherein the first electrode is the piezoelectric element. The individual electrode that is independent for each element, the second electrode is a common electrode common to the plurality of piezoelectric elements, and the second electrode is the piezoelectric layer formed individually for each piezoelectric element The liquid ejecting head is characterized in that a space is formed between the side surfaces of the liquid ejecting head.
In such an aspect, the piezoelectric element has a space formed between the second electrode and the piezoelectric layer. That is, the portion where the second electrode is bonded to the piezoelectric layer is limited to the upper surface of the piezoelectric layer necessary for constituting the active portion of the piezoelectric element. For this reason, the restraining force that the second electrode inhibits the deformation of the piezoelectric element is reduced as compared with the piezoelectric element having the conventional configuration in which the second electrode is in close contact with the entire surface of the piezoelectric layer.
Therefore, the piezoelectric element having the space portion has an improved displacement amount of the piezoelectric element as compared with the piezoelectric element of the conventional configuration, and by providing the piezoelectric element with the improved displacement amount, the liquid ejecting head discharges the liquid. Characteristics can be improved.
ここで、前記第2電極は、前記圧電体層上に形成された第1層、及び該第1層上に形成された第2層を備え、前記第1層は、前記圧電素子ごとに、前記圧電体層上から側方に突出するとともに前記圧電体層の側面との間に前記空間部を形成して前記振動板に接触し、前記第2層は、前記圧電素子ごとに形成された前記第1層上に共通して形成されていることが好ましい。これによれば、空間部が潰れてしまうことを防止することができる。 Here, the second electrode includes a first layer formed on the piezoelectric layer and a second layer formed on the first layer, and the first layer is provided for each of the piezoelectric elements. Projecting laterally from above the piezoelectric layer and forming the space between the piezoelectric layer and the side surface of the piezoelectric layer to contact the diaphragm, and the second layer is formed for each piezoelectric element It is preferable that the first layer is formed in common. According to this, it is possible to prevent the space portion from being crushed.
また、前記振動板は、前記圧力発生室の幅方向端部に対向する腕部を有し、前記第2電極は、前記圧電体層の側面、及び前記腕部との間に前記空間部を形成することが好ましい。これによれば、振動板の圧力発生室に対向する領域の変位が第2電極により阻害されることを防止することができる。これにより、振動板の変位がより一層向上し、液体噴射ヘッドの吐出特性がさらに向上する。 The diaphragm includes an arm portion facing an end portion in the width direction of the pressure generation chamber, and the second electrode includes the space portion between a side surface of the piezoelectric layer and the arm portion. It is preferable to form. According to this, it is possible to prevent the displacement of the region facing the pressure generation chamber of the diaphragm from being inhibited by the second electrode. Thereby, the displacement of the diaphragm is further improved, and the ejection characteristics of the liquid jet head are further improved.
さらに、本発明の他の態様は、上記態様に記載する液体噴射ヘッドを備える液体噴射装置にある。
かかる態様では、高い液体吐出特性を有する液体噴射装置が提供される。
Furthermore, another aspect of the invention resides in a liquid ejecting apparatus including the liquid ejecting head described in the above aspect.
In this aspect, a liquid ejecting apparatus having high liquid ejection characteristics is provided.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
〈実施形態1〉
図1は、本発明の実施形態1に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの斜視図であり、図2は、インクジェット式記録ヘッドの平面図及び断面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<Embodiment 1>
FIG. 1 is a perspective view of an ink jet recording head that is an example of a liquid jet head according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a plan view and a cross-sectional view of the ink jet recording head.
図示するように、本実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドIは、流路形成基板10を備えている。流路形成基板10には、複数の隔壁11によって区画された圧力発生室12が形成されている。圧力発生室12は、インクを吐出する複数のノズル開口21が並設される方向に沿って並設されている。以降、この方向を圧力発生室12の並設方向、又は第1の方向Xと称する。また、流路形成基板10平面内において、第1の方向Xに直交する方向を第2の方向Yとする。さらに、第1の方向X及び第2の方向Yに直交する方向を第3の方向Zとする。図には、第1の方向Xに並設された圧力発生室12の列は1列分示されているが、圧力発生室12の列を第2の方向Yに複数並設してもよい。
As shown in the figure, the ink jet recording head I according to this embodiment includes a flow
流路形成基板10の圧力発生室12の第2の方向Yの一端部側には、インク供給路13と連通路14とが複数の隔壁11によって区画されている。連通路14の外側(第2の方向Yにおいて圧力発生室12とは反対側)には、各圧力発生室12の共通のインク室(液体室)となるマニホールド100の一部を構成する連通部15が形成されている。すなわち、流路形成基板10には、圧力発生室12、インク供給路13、連通路14及び連通部15からなる液体流路が設けられている。
An
流路形成基板10の一方面側、すなわち圧力発生室12等の液体流路が開口する面には、各圧力発生室12に連通するノズル開口21が穿設されたノズルプレート20が、接着剤や熱溶着フィルム等によって接合されている。すなわち、ノズルプレート20には、第1の方向Xにノズル開口21が並設されている。
On one side of the flow
流路形成基板10の他方面側には、振動板50が形成されている。本実施形態に係る振動板50は、流路形成基板10上に形成された弾性膜51と、弾性膜51上に形成された絶縁体膜52とで構成されている。また、流路形成基板10の一部を薄く加工して振動板の弾性膜として使うことも可能である。なお、圧力発生室12等の液体流路は、流路形成基板10を一方面から異方性エッチングすることにより形成されており、圧力発生室12等の液体流路の他方面は、振動板50(弾性膜51)で構成されている。
A
絶縁体膜52上には、第1電極60と、圧電体層70と、第2電極80とで構成される圧電素子300が形成されている。この流路形成基板10に設けられた圧電素子300は、本実施形態ではアクチュエーター装置として機能する。
On the
以下、アクチュエーター装置を構成する圧電素子300について詳細に説明する。図3(a)は、本発明の実施形態1に係る圧電素子の要部を拡大した断面図であり、図3(b)は、図3(a)のB−B’線断面図である。
Hereinafter, the
図3に示すように、圧電素子300を構成する第1電極60は圧力発生室12毎に切り分けられ、圧電素子300毎に独立する個別電極を構成する。そして第1電極60は、圧力発生室12の第1の方向Xにおいては、圧力発生室12の幅よりも狭い幅で形成されている。すなわち圧力発生室12の第1の方向Xにおいて、第1電極60の端部は、圧力発生室12に対向する領域の内側に位置している。圧力発生室12の第2の方向Yでは、第1電極60の両端部は、それぞれ圧力発生室12の外側まで延設されている。なお、第1電極60の材料は、金属材料であれば特に限定されないが、例えば、Ti、Pt、Ta、Ir、Sr、In、Sn、Au、Al、Fe、Cr、Ni、Cuなどの金属や、これらの材料の1種のみ、又はこれらの2種以上を混合又は積層したものを第1電極60としてもよい。
As shown in FIG. 3, the
圧電体層70は、第2の方向Yが所定の幅となるように第1の方向Xに亘って連続して設けられている。圧電体層70の第2の方向Yの幅は、圧力発生室12の第2の方向Yの長さよりも広い。このため、圧力発生室12の第2の方向Yでは、圧電体層70は圧力発生室12の外側まで設けられている。
The
また、圧電体層70には、各隔壁11に対向する凹部71が形成されている。圧電体層70は、第1の方向Xに沿って各圧力発生室12に亘り連続的に形成され、各隔壁11に対向する一部が除去されて凹部71が形成されている。この凹部71により、振動板50の圧力発生室12の幅方向端部に対向する部分(振動板50の腕部54)の剛性が抑えられるため、圧電素子300を良好に変位させることができる。
In addition, the
圧力発生室12の第2の方向Yの一端部側(本実施形態では、インク供給路13側)における圧電体層70の端部は、第1電極60の端部よりも外側に位置している。すなわち、第1電極60の端部は圧電体層70によって覆われている。圧力発生室12の第2の方向Yの他端側における圧電体層70の端部は、第1電極60の端部よりも内側(圧力発生室12側)に位置している。
The end portion of the
なお、圧電体層70の外側まで延設された第1電極60には、例えば、金(Au)等からなるリード電極90(図1,図2参照)が接続されている。図示は省略するが、このリード電極90は、駆動回路等に繋がる接続配線が接続される端子部を構成する。
Note that a lead electrode 90 (see FIGS. 1 and 2) made of, for example, gold (Au) or the like is connected to the
圧電体層70としては、第1電極60上に形成される電気機械変換作用を示す強誘電性セラミックス材料からなるペロブスカイト構造の結晶膜(ペロブスカイト型結晶)が挙げられる。圧電体層70の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の強誘電性圧電材料や、これに酸化ニオブ、酸化ニッケル又は酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したもの等を用いることができる。具体的には、チタン酸鉛(PbTiO3)、チタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti)O3)、ジルコニウム酸鉛(PbZrO3)、チタン酸鉛ランタン((Pb,La),TiO3)、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン((Pb,La)(Zr,Ti)O3)又は、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛(Pb(Zr,Ti)(Mg,Nb)O3)等を用いることができる。本実施形態では、圧電体層70として、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)を用いた。
Examples of the
また、圧電体層70の材料としては、鉛を含む鉛系の圧電材料に限定されず、鉛を含まない非鉛系の圧電材料を用いることもできる。非鉛系の圧電材料としては、例えば、鉄酸ビスマス((BiFeO3)、略「BFO」)、チタン酸バリウム((BaTiO3)、略「BT」)、ニオブ酸カリウムナトリウム((K,Na)(NbO3)、略「KNN」)、ニオブ酸カリウムナトリウムリチウム((K,Na,Li)(NbO3))、ニオブ酸タンタル酸カリウムナトリウムリチウム((K,Na,Li)(Nb,Ta)O3)、チタン酸ビスマスカリウム((Bi1/2K1/2)TiO3、略「BKT」)、チタン酸ビスマスナトリウム((Bi1/2Na1/2)TiO3、略「BNT」)、マンガン酸ビスマス(BiMnO3、略「BM」)、ビスマス、カリウム、チタン及び鉄を含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物(x[(BixK1−x)TiO3]−(1−x)[BiFeO3]、略「BKT−BF」)、ビスマス、鉄、バリウム及びチタンを含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物((1−x)[BiFeO3]−x[BaTiO3]、略「BFO−BT」)や、これにマンガン、コバルト、クロムなどの金属を添加したもの((1−x)[Bi(Fe1−yMy)O3]−x[BaTiO3](Mは、Mn、CoまたはCr))等が挙げられる。
The material of the
第2電極80は、圧力発生室12の第1の方向Xにおいて、圧電体層70上に連続して設けられ、複数の圧電素子300に共通する共通電極を構成する。第2電極80の材料は、金属材料であれば特に限定されず、例えば、第1電極60と同様の材料を用いることができる。
The
圧力発生室12の第2の方向Yの一端側における第2電極80の端部は、圧電体層70の端部よりも外側に位置している。つまり圧電体層70の端部は第2電極80によって覆われている。また、圧力発生室12の第2の方向Yの他端側における第2電極80の端部は、圧電体層70の端部よりも内側(圧力発生室12側)に位置している。
The end portion of the
このような構成の圧電素子300は、第1電極60と第2電極80との間に電圧を印加することで変位が生じる。すなわち両電極の間に電圧を印加することで、第1電極60と第2電極80とで挟まれている圧電体層70に圧電歪みが生じる。両電極に電圧を印加した際に、圧電体層70に圧電歪みが生じる部分を能動部320と称する。これに対して、圧電体層70に圧電歪みが生じない部分を非能動部と称する。また、圧電体層70に圧電歪みが生じる能動部320において、圧力発生室12に対向する部分を可撓部と称し、圧力発生室12の外側の部分を非可撓部と称する。
The
本実施形態では、第1電極60、圧電体層70及び第2電極80の全てが圧力発生室12の第2の方向Yにおいて圧力発生室12の外側まで連続的に設けられている。すなわち能動部320が圧力発生室12の外側まで連続的に設けられている。このため、能動部320のうち圧電素子300の圧力発生室12に対向する部分が可撓部となり、圧力発生室12の外側の部分が非可撓部となっている。
In the present embodiment, all of the
ここで、図3及び図4を用いて、第2電極80及び第2電極80により形成される空間部301について詳細に説明する。図4は、圧電素子の要部を拡大した断面図である。
Here, the
第2電極80は、圧電体層70の側面との間に空間部301を形成している。すなわち、第2電極80は、能動部320を構成する圧電体層70の上面から、圧電体層70の側面には密着せずに凹部71の底として現れる振動板50(隔壁11に対向する領域)上に亘り形成されている。
A
このように、第2電極80が圧電体層70の側面に密着せずに圧電体層70と振動板50上に形成されることで、第2電極80と圧電体層70との間に空間部301が形成されている。
As described above, the
また、本実施形態に係る第2電極80は、圧電体層70上に形成された第1層81、及び第1層81上に形成された第2層82を備える。第1層81及び第2層82は、それぞれが上述した第2電極80に適用できる電極材料から形成されている。第1層81及び第2層82の電極材料は、同一でも異なっていてもよい。
The
第1層81は、圧電体層70の上面から側方(第1の方向X)に突出し、その先端が振動板50に接触している。すなわち、第1層81は、第1の方向Xにおいては、隣接する他の圧電素子300には連続しておらず、圧電素子300ごとに独立して形成されている。
The
第2層82は、圧電素子300ごとに形成された第1層81上に共通して形成され、また、凹部71に現れた振動板50を覆うように形成されている。すなわち、第2層82は、第1の方向Xにおいて、各圧電素子300に連続して形成されている。
The
上述した構成の圧電素子300は、第2電極80と圧電体層70との間に空間部301を有している。すなわち、第2電極80は、圧電体層70の全面に密着していない。
The
このように第2電極80が圧電体層70に接合される部分は、能動部320を構成するために必要な圧電体層70の上面に限定されている。このため、第2電極80が圧電素子300の変形を阻害する拘束力は、第2電極80が圧電体層70の全面に密着する従来構成の圧電素子と比較して低減されている。
Thus, the portion where the
よって、空間部301を有する圧電素子300は、従来構成の圧電素子に比較して圧電素子300の変位量が向上したものとなる。このように変位量が向上した圧電素子300を備えることにより、インクジェット式記録ヘッドIのインクの吐出特性を向上させることができる。
Therefore, the
なお、圧電体層70の上面にのみ第2電極80を設け、圧電体層70の側面に第2電極80を設けない構成、すなわち第2電極80と圧電体層70の側面との間に空間部301を設けない構成とすることも考えられる。
Note that the
この構成の場合では、第2電極80による拘束力を低減できるものの、第2電極80の面積が小さくなる分、電気抵抗が増大してしまう。本実施形態に係る圧電素子300は、そのように電気抵抗を増大させずに、第2電極80による拘束力を低減することができる。
In the case of this configuration, although the restraining force by the
また、本実施形態に係る圧電素子300は、第2電極80が第1層81及び第2層82で構成されている。第1層81の空間部301を形成する部分は、上に凸となったアーチ状になっている。一方、第1層81の振動板50に接触した先端部は、外側への移動が第2層82により規制されている。すなわち、第1層81がアーチ状に維持されるので、第2電極80により形成された空間部301が潰れてしまうことを防止することができる。
In the
さらに、第2電極80が振動板50に接触する部位は、振動板50の隔壁11に対向する領域となっている。すなわち、振動板50の腕部54には接触しておらず、第2電極80(第1層81)、圧電体層70の側面及び腕部54とで空間部301が形成されている。これにより、腕部54を含む振動板50の変位が第2電極80により阻害されることを防止でき、振動板50の変位をより一層向上させることができる。
Further, the portion where the
図1及び図2に示すように、圧電素子300が形成された流路形成基板10上には、圧電素子300を保護する保護基板30が接着剤35によって接合されている。保護基板30には、圧電素子300を収容する空間を画成する凹部である圧電素子保持部31が設けられている。また保護基板30には、マニホールド100の一部を構成するマニホールド部32が設けられている。マニホールド部32は、保護基板30を厚さ方向に貫通して圧力発生室12の幅方向に亘って形成されており、上述のように流路形成基板10の連通部15と連通している。また保護基板30には、保護基板30を厚さ方向に貫通する貫通孔33が設けられている。各圧電素子300の第1電極60に接続されたリード電極90は、この貫通孔33内に露出している。各圧電素子300の第1電極60に接続されたリード電極90には、図示しない駆動回路に接続される接続配線の一端がこの貫通孔33内で接続されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, a
保護基板30上には、封止膜41及び固定板42とからなるコンプライアンス基板40が接合されている。封止膜41は、剛性が低く可撓性を有する材料からなり、この封止膜41によってマニホールド部32の一方面が封止されている。また、固定板42は、金属等の硬質の材料で形成される。この固定板42のマニホールド100に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部43となっているため、マニホールド100の一方面は可撓性を有する封止膜41のみで封止されている。
On the
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドIでは、図示しない外部インク供給手段と接続したインク導入口からインクを取り込み、マニホールド100からノズル開口21に至るまで液体流路の内部をインクで満たした後、駆動回路からの記録信号に従い、圧力発生室12に対応するそれぞれの第1電極60と第2電極80との間に電圧を印加する。これにより圧電素子300と共に振動板50がたわみ変形して各圧力発生室12内の圧力が高まり、各ノズル開口21からインク滴が噴射される。
In such an ink jet recording head I of this embodiment, ink is taken in from an ink inlet connected to an external ink supply means (not shown), and the interior of the liquid flow path is filled with ink from the manifold 100 to the
ここで、本実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの製造方法について説明する。図5〜図8は、インクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す第1の方向Xの断面図である。 Here, a method for manufacturing the ink jet recording head according to the present embodiment will be described. 5 to 8 are cross-sectional views in the first direction X showing the method of manufacturing the ink jet recording head.
まず、図5(a)に示すように、シリコンウェハーである流路形成基板用ウェハー110の表面に弾性膜51を形成する。本実施形態では、流路形成基板用ウェハー110を熱酸化することによって二酸化シリコンからなる弾性膜51を形成した。もちろん、弾性膜51の形成方法は熱酸化に限定されず、スパッタリング法やCVD法等によって形成してもよい。
First, as shown in FIG. 5A, an
次いで、図5(b)に示すように、弾性膜51上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜52を形成する。絶縁体膜52は、ジルコニウムをスパッタリング法等により形成後、加熱することで熱酸化して形成してもよく、酸化ジルコニウムを反応性スパッタリング法により形成するようにしてもよい。この弾性膜51及び絶縁体膜52によって振動板50が形成される。
Next, as shown in FIG. 5B, an
次いで、図5(c)に示すように、絶縁体膜52上の全面に第1電極60を形成する。この第1電極60の材料は特に限定されないが、圧電体層70としてチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)を用いる場合には、酸化鉛の拡散による導電性の変化が少ない材料であることが望ましい。このため、第1電極60の材料としては白金、イリジウム等が好適に用いられる。また、第1電極60は、例えば、スパッタリング法やPVD法(物理蒸着法)や無電界めっき法などにより形成することができる。
Next, as shown in FIG. 5C, the
次いで、図6(a)に示すように、第1電極60をパターニングする。パターニングは、例えば、イオンミリング等のドライエッチングにより行うことができる。
Next, as shown in FIG. 6A, the
また、特に図示しないが、第1電極60上にチタン(Ti)からなる結晶種層を形成してもよい。第1電極60の上に結晶種層を設けることにより、第1電極60上に結晶種層を介して圧電体層70を形成する際に、圧電体層70の優先配向方位を(100)に制御することができ、電気機械変換素子として好適な圧電体層70を得ることができる。結晶種層としては、チタン(Ti)、酸化チタン(TiO2)を用いてもよく、また、チタン及びチタン酸化物以外の材料、例えば、ランタンニッケル酸化物等を用いることもできる。
Although not particularly shown, a crystal seed layer made of titanium (Ti) may be formed on the
次に、本実施形態では、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)からなる圧電体層70を形成する。ここで、本実施形態では、金属錯体を溶媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体層70を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて圧電体層70を形成している。なお、圧電体層70の製造方法は、ゾル−ゲル法に限定されず、例えば、MOD(Metal-Organic Decomposition)法やスパッタリング法又はレーザーアブレーション法等のPVD(Physical Vapor Deposition)法等を用いてもよい。すなわち、圧電体層70は液相法、気相法の何れで形成してもよい。
Next, in this embodiment, the
圧電体層70の具体的な形成手順としては、まず、図6(b)に示すように、第1電極及び絶縁体膜52上にPZT前駆体膜である圧電体前駆体膜73を成膜する。すなわち、第1電極60が形成された流路形成基板用ウェハー110上に金属錯体を含むゾル(溶液)を塗布する(塗布工程)。ゾルの塗布方法は特に限定されず、例えば、スピンコート装置を用いたスピンコート法やスリットコータを用いたスリットコート法等が挙げられる。次いで、この圧電体前駆体膜73を所定温度に加熱して一定時間乾燥させる(乾燥工程)。例えば、本実施形態では、圧電体前駆体膜73を170〜180℃で8〜30分間保持することで乾燥することができる。
As a specific procedure for forming the
次に、乾燥した圧電体前駆体膜73を所定温度に加熱して一定時間保持することによって脱脂する(脱脂工程)。例えば、本実施形態では、圧電体前駆体膜73を300〜400℃程度の温度に加熱して約10〜30分保持することで脱脂した。なお、ここでいう脱脂とは、圧電体前駆体膜73に含まれる有機成分を、例えば、NO2、CO2、H2O等として離脱させることである。
Next, the dried
次に、圧電体前駆体膜73を所定温度に加熱して一定時間保持することによって結晶化させ、圧電体膜74を形成する(焼成工程)。この焼成工程では、圧電体前駆体膜73を700℃以上に加熱するのが好ましい。なお、焼成工程では、昇温レートを50℃/sec以上とするのが好ましい。これにより優れた特性の圧電体膜74を得ることができる。
Next, the
図6(c)に示すように、上述した塗布工程、乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程からなる圧電体膜形成工程を複数回繰り返すことにより複数層の圧電体膜74からなる圧電体層70を形成する。圧電体膜74は、一層ごと形成してもよいし、塗布工程、乾燥工程、脱脂工程を繰り返して複数層の圧電体前駆体膜73を形成し、それらにまとめて焼成工程を行うことで複数の圧電体膜74を形成してもよい。
As shown in FIG. 6C, the
なお、このような乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程で用いられる加熱装置としては、例えば、ホットプレートや、赤外線ランプの照射により加熱するRTP(Rapid Thermal Processing)装置などを用いることができる。 In addition, as a heating apparatus used in such a drying process, a degreasing process, and a baking process, for example, a hot plate, an RTP (Rapid Thermal Processing) apparatus that heats by irradiation with an infrared lamp, or the like can be used.
次に、特に図示しないが、圧電体層70の全面に第2電極80を構成する第1層81を形成する。第1層81の形成は、第1電極60と同様に形成することができる。
Next, although not particularly shown, a
次に、フォトリソグラフィー法により、圧電体層70の各圧電素子300が形成される領域ごとに、第1層81上にレジスト膜78を形成する。
Next, a resist
詳細には、まず、第1層81の全面にレジスト膜78を形成し、凹部71(図1〜図4参照)が形成される領域に第1層81が露出するように開口部79を形成する。そして、ドライエッチングにより、開口部79に露出した第1層81をエッチングし、圧電体層70を露出させる。
Specifically, first, a resist
次に、図7(a)に示すように、ウェットエッチングにより、圧電体層70を各圧力発生室12に対向する領域にパターニングする。ウェットエッチングは、公知の方法を用いることができる。例えば、BHF20%溶液、硝酸及び塩酸の混合液を用いることができる。他にも、BHF20%溶液のみでウェットエッチングを行い、残渣物を硝酸で除去する二段階の工程を用いることができる。
Next, as shown in FIG. 7A, the
圧電体層70のウェットエッチングは、レジスト膜78の開口部79を基点として、圧電体層70の厚さ方向(第3の方向Z)に進行するとともに、幅方向(第1の方向X)にも進行する(サイドエッチング)。これにより、圧電体層70は、略台形状にパターニングされる。このとき、第1層81は、レジスト膜78とは反対面側が露出する。すなわち、第1層81は、一方面の全体がレジスト膜78に接触し、他方面は一部が圧電体層70の上面に接触した状態となる。
The wet etching of the
なお、圧電体層70のパターニングは、ウェットエッチングに限定されず、ドライエッチングにより行ってもよい。
The patterning of the
次に、図7(b)に示すように、レジスト膜78を除去する。これにより、第1層81の第1の方向Xにおける両端部分の拘束が解かれ、振動板50に接触する。第1層81は上に凸となるアーチ状となり、圧電体層70の側面との間に空間部301が形成される。なお、特に図示しないが、このようなアーチ状の第1層81は、凹部71内の第2の方向Yにおいても同様に形成される。
Next, as shown in FIG. 7B, the resist
次に、図7(c)に示すように、第1層81及び振動板50上に第2層82を形成することで第2電極80を形成する。第2層82は、第1電極60と同様に形成することができる。
Next, as shown in FIG. 7C, the
このようにして、各圧電体層70に共通した第2電極80が形成され、空間部301を有する複数の圧電素子300が形成される。
In this way, the
次に、リード電極90を形成する。特に図示しないが、流路形成基板用ウェハー110の全面に亘って、例えば、金(Au)等からなるリード電極90を形成後、例えば、レジスト等からなるマスクパターン(図示なし)を介して圧電素子300ごとにパターニングすることで形成される。
Next, the
次に、図8(a)に示すように、流路形成基板用ウェハー110の圧電素子300側に、シリコンウェハーであり複数の保護基板30となる保護基板用ウェハー130を接着剤35(図2(b)参照)を介して接合した後、流路形成基板用ウェハー110を所定の厚みに薄くする。
Next, as shown in FIG. 8A, a
次いで、図8(b)に示すように、流路形成基板用ウェハー110にマスク膜53を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、図8(c)に示すように、流路形成基板用ウェハー110をマスク膜53を介してKOH等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング(ウェットエッチング)することにより、圧電素子300に対応する圧力発生室12、インク供給路13、連通路14及び連通部15等を形成する。
Next, as shown in FIG. 8B, a
その後は、流路形成基板用ウェハー110及び保護基板用ウェハー130の外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。そして、流路形成基板用ウェハー110の保護基板用ウェハー130とは反対側の面にノズル開口21が穿設されたノズルプレート20を接合すると共に、保護基板用ウェハー130にコンプライアンス基板40を接合し、流路形成基板用ウェハー110等を図1に示すような一つのチップサイズの流路形成基板10等に分割することによって、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドとする。
Thereafter, unnecessary portions of the outer peripheral edge portions of the flow path forming
〈実施形態2〉
インクジェット式記録ヘッドIの製造方法のうち、圧電体層70をパターニングし、第2電極80(第1層81)を形成する工程について他の態様を説明する。
<Embodiment 2>
In the method for manufacturing the ink jet recording head I, another aspect of the step of patterning the
図9は、本実施形態に係る圧電素子の第1の方向Xの断面図である。なお、実施形態1と同一のものには同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 FIG. 9 is a cross-sectional view in the first direction X of the piezoelectric element according to the present embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same thing as Embodiment 1, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
まず、振動板50上に第1電極60を形成し、圧電体層70を形成する(図5〜図6(b)参照)。
First, the
次に、図9(a)に示すように、圧電体層70をパターニングする。このパターニングは、ドライエッチング又はウェットエッチングにより行う。
Next, as shown in FIG. 9A, the
次に、図9(b)に示すように、各圧電体層70の間の凹部71を犠牲層72で充填し、第2電極80を構成する第1層81及びレジスト膜78を形成する。
Next, as shown in FIG. 9B, the
詳細には、エッチング可能な材料からなる犠牲層72を凹部71に形成し、犠牲層72が圧電体層70と略面一となるようにする。次に、圧電体層70の上面及び犠牲層72の上面に、第2電極80を構成する第1層81を全面に形成する。そして、実施形態1と同様に、第1層81上にレジスト膜78を形成し、凹部71に対向する領域に開口部79を形成する。また、開口部79に現れた第1層81を除去して犠牲層72を露出させる。
Specifically, a
次に、図9(c)に示すように、ウェットエッチング等により、犠牲層72を除去する。これにより、略台形状にパターニングされた圧電体層70が現れるとともに、第1層81のレジスト膜78とは反対面側が露出する。すなわち、第1層81は、一方面の全体がレジスト膜78に接触し、他方面は一部が圧電体層70の上面に接触した状態となる。
Next, as shown in FIG. 9C, the
特に図示しないが、レジスト膜78を除去することで、第1層81が振動板50側に屈曲し、その第1層81上に第2層82を形成することで第2電極80が形成される(図7(b)〜(c)と同様である。)。
Although not shown in particular, by removing the resist
このように、始めに圧電体層70のパターニングを行い、その後に、犠牲層72の形成・除去を行うことによっても、第1層81と圧電体層70との間に空間部301を形成することができる。
As described above, the
〈他の実施形態〉
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の基本的な構成は上述したものに限定されるものではない。
<Other embodiments>
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, the basic composition of this invention is not limited to what was mentioned above.
第2電極80は、圧電体層70の側面全体には密着せずに空間部301を形成していたが、このような態様に限定されない。例えば、第2電極80が圧電体層70の側面の一部に密着され、残りの部分には密着しないことで空間部を形成してもよい。
The
また、第2電極80は、第1層81及び第2層82から構成されるものに限定されない。例えば、第2層82を形成せずに第1層81だけを形成して第2電極80としてもよい。この場合、図3に示したように、圧力発生室12や隔壁11に対向する領域では、第2電極80は連続しない。しかしながら、インク供給路13と連通路14に対向する領域やリード電極90の近傍の領域では第2電極80は連続しているので(図1〜図2参照)、共通電極としての機能を確保することができる。
Further, the
また、インクジェット式記録ヘッドIは、例えば、図10に示すように、インクジェット式記録装置IIに搭載される。インクジェット式記録装置IIは、装置本体4を備え、装置本体4にキャリッジ軸5が取り付けられている。キャリッジ軸5には、キャリッジ3が軸方向移動可能に設けられている。キャリッジ3には、インク供給手段を構成するカートリッジ2が着脱可能に設けられるとともに、インクジェット式記録ヘッドIが取り付けられている。
The ink jet recording head I is mounted on an ink jet recording apparatus II, for example, as shown in FIG. The ink jet recording apparatus II includes an apparatus main body 4, and a
そして、駆動モーター6の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト7を介してキャリッジ3に伝達されることで、インクジェット式記録ヘッドIを搭載したキャリッジ3はキャリッジ軸5に沿って移動される。一方、装置本体4にはキャリッジ軸5に沿ってプラテン8が設けられており、図示しない給紙ローラーなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートSがプラテン8に巻き掛けられて搬送されるようになっている。
Then, the driving force of the driving
本発明では、上述のようにインクジェット式記録ヘッドIは、インクの吐出特性に優れたものであるので、印刷品質を向上したインクジェット式記録装置IIを実現することができる。 In the present invention, as described above, since the ink jet recording head I is excellent in ink ejection characteristics, an ink jet recording apparatus II with improved print quality can be realized.
なお、上述した例では、インクジェット式記録装置IIとして、インクジェット式記録ヘッドIがキャリッジ3に搭載されて主走査方向に移動するものを例示したが、その構成は特に限定されるものではない。インクジェット式記録装置IIは、例えば、インクジェット式記録ヘッドIを固定し、紙等の記録シートSを副走査方向に移動させることで印刷を行う、いわゆるライン式の記録装置であってもよい。 In the above-described example, the ink jet recording apparatus II has been exemplified in which the ink jet recording head I is mounted on the carriage 3 and moves in the main scanning direction, but the configuration is not particularly limited. The ink jet recording apparatus II may be, for example, a so-called line recording apparatus that performs printing by fixing the ink jet recording head I and moving a recording sheet S such as paper in the sub-scanning direction.
また、上述の実施形態では、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを挙げて本発明を説明したが、本発明は広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものである。液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッドの他、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ELディスプレイ、FED(電界放出ディスプレイ)等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオchip製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。 In the above-described embodiment, the present invention has been described by taking an ink jet recording head as an example of a liquid ejecting head. However, the present invention is widely intended for all liquid ejecting heads. Examples of the liquid ejecting head include various recording heads used in image recording apparatuses such as printers, color material ejecting heads used for manufacturing color filters such as liquid crystal displays, organic EL displays, and FEDs (field emission displays). Examples thereof include an electrode material ejection head used for electrode formation, a bioorganic matter ejection head used for biochip production, and the like.
さらに本発明は、このような液体噴射ヘッド(インクジェット式記録ヘッド)だけでなく、あらゆる装置に搭載されるアクチュエーター装置に適用することができる。本発明のアクチュエーター装置は、例えば、各種センサー類等にも適用することができる。 Furthermore, the present invention can be applied not only to such a liquid jet head (inkjet recording head) but also to an actuator device mounted on any device. The actuator device of the present invention can be applied to various sensors, for example.
I インクジェット式記録ヘッド(液体噴射ヘッド)、 II インクジェット式記録装置(液体噴射装置)、 10 流路形成基板、 12 圧力発生室、 20 ノズルプレート、 21 ノズル開口、 50 振動板、 54 腕部、 60 第1電極、 70 圧電体層、 71 凹部、 73 圧電体前駆体膜、 74 圧電体膜、 80 第2電極、 81 第1層、 82 第2層、 300 圧電素子、 301 空間部、 320 能動部 I ink jet recording head (liquid ejecting head), II ink jet recording apparatus (liquid ejecting apparatus), 10 flow path forming substrate, 12 pressure generating chamber, 20 nozzle plate, 21 nozzle opening, 50 vibration plate, 54 arm part, 60 First electrode, 70 piezoelectric layer, 71 concave portion, 73 piezoelectric precursor film, 74 piezoelectric film, 80 second electrode, 81 first layer, 82 second layer, 300 piezoelectric element, 301 space portion, 320 active portion
Claims (4)
該流路形成基板上に設けられた振動板と、
該振動板上に設けられた第1電極、該第1電極上に設けられた圧電体層、及び該圧電体層上に設けられた第2電極を有する圧電素子とを備え、
前記第1電極が前記圧電素子ごとに独立する個別電極を構成し、
前記第2電極が複数の前記圧電素子に共通する共通電極を構成し、
前記第2電極は、前記圧電素子ごとに個別に形成された前記圧電体層の側面との間に空間部を形成する
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。 A flow path forming substrate comprising a plurality of pressure generating chambers communicating with nozzle openings for discharging liquid;
A diaphragm provided on the flow path forming substrate;
A first electrode provided on the diaphragm, a piezoelectric layer provided on the first electrode, and a piezoelectric element having a second electrode provided on the piezoelectric layer,
The first electrode constitutes an individual electrode independent for each piezoelectric element;
The second electrode constitutes a common electrode common to the plurality of piezoelectric elements;
The liquid ejecting head, wherein the second electrode forms a space portion with a side surface of the piezoelectric layer formed individually for each of the piezoelectric elements.
前記第2電極は、前記圧電体層上に形成された第1層、及び該第1層上に形成された第2層を備え、
前記第1層は、前記圧電素子ごとに、前記圧電体層上から側方に突出するとともに前記圧電体層の側面との間に前記空間部を形成して前記振動板に接触し、
前記第2層は、前記圧電素子ごとに形成された前記第1層上に共通して形成されている
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。 The liquid ejecting head according to claim 1,
The second electrode includes a first layer formed on the piezoelectric layer, and a second layer formed on the first layer,
For each of the piezoelectric elements, the first layer protrudes laterally from above the piezoelectric layer and forms a space between the piezoelectric layer and a side surface of the piezoelectric layer, and contacts the diaphragm.
The liquid ejecting head, wherein the second layer is formed in common on the first layer formed for each of the piezoelectric elements.
前記振動板は、前記圧力発生室の幅方向端部に対向する腕部を有し、
前記第2電極は、前記圧電体層の側面、及び前記腕部との間に前記空間部を形成する
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。 The liquid ejecting head according to claim 1 or 2,
The diaphragm has an arm portion facing an end in the width direction of the pressure generating chamber,
The liquid ejecting head, wherein the second electrode forms the space portion between a side surface of the piezoelectric layer and the arm portion.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013030437A JP2014159115A (en) | 2013-02-19 | 2013-02-19 | Liquid jet head and liquid jet device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013030437A JP2014159115A (en) | 2013-02-19 | 2013-02-19 | Liquid jet head and liquid jet device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014159115A true JP2014159115A (en) | 2014-09-04 |
Family
ID=51611231
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013030437A Pending JP2014159115A (en) | 2013-02-19 | 2013-02-19 | Liquid jet head and liquid jet device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2014159115A (en) |
-
2013
- 2013-02-19 JP JP2013030437A patent/JP2014159115A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6123992B2 (en) | Liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, piezoelectric element, and manufacturing method thereof | |
JP6060672B2 (en) | Liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, piezoelectric element, and manufacturing method thereof | |
JP6168281B2 (en) | Liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, and method of manufacturing liquid ejecting head | |
JP6226121B2 (en) | Liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, and actuator device | |
JP6094143B2 (en) | Liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, and piezoelectric element | |
JP6064677B2 (en) | Piezoelectric element, liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, and ultrasonic sensor | |
JP6593590B2 (en) | Piezoelectric element, liquid jet head, and piezoelectric device | |
JP2014184643A (en) | Liquid jet head manufacturing method, piezoelectric element manufacturing method, piezoelectric film patterning method, and ultrasonic transducer manufacturing method | |
EP3347203B1 (en) | Piezoelectric device, liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, and manufacturing method of piezoelectric device | |
JP5741799B2 (en) | Liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, and piezoelectric element | |
JP5858209B2 (en) | Method for manufacturing piezoelectric element and method for manufacturing liquid jet head | |
JP2016060164A (en) | Piezoelectric element, liquid injection head, liquid injection device and manufacturing method of piezoelectric element | |
JP6074130B2 (en) | Piezoelectric element manufacturing method, piezoelectric element, liquid jet head, and liquid jet apparatus | |
JP2010120270A (en) | Liquid injection head, liquid injection device, actuator device, and method of manufacturing the liquid injection head | |
JP5754198B2 (en) | Liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, and piezoelectric actuator | |
JP6801495B2 (en) | Liquid injection head and liquid injection device | |
JP2014117925A (en) | Liquid jet head, liquid jet device, piezoelectric element, and manufacturing method thereof | |
JP2014159115A (en) | Liquid jet head and liquid jet device | |
JP6083190B2 (en) | Liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, and actuator device | |
JP6206666B2 (en) | Liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus | |
JP2016147422A (en) | Liquid jet head, manufacturing method of the same, and liquid jet device | |
JP2014154733A (en) | Manufacturing method of piezoelectric element and manufacturing method of liquid jet head | |
JP2014184644A (en) | Liquid jet head manufacturing method and piezoelectric element manufacturing method | |
JP2015085649A (en) | Liquid ejection head and liquid ejection device | |
JP2014083815A (en) | Liquid jet head, liquid jet device, and actuator device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20150422 |