JP2007237717A - Method for manufacturing liquid droplet ejecting head and liquid droplet ejector - Google Patents

Method for manufacturing liquid droplet ejecting head and liquid droplet ejector Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a droplet ejecting head capable of improving a yield by enhancing the adhesion between a diaphragm and a piezoelectric element, and to provide a droplet ejector. <P>SOLUTION: The method for manufacturing a droplet ejecting head comprises a diaphragm 55 which is formed a metal oxide layer 65 at least on one side of a surface, a lower electrode 4 arranged on the metal oxide layer 65 of the diaphragm 55, and a piezoelectric element 54 in which a piezoelectric layer 5 is pinched between the lower electrode 4 and a upper electrode 6. The surface of the metal oxide layer 65 is surface-treated for reduction and metalization. In addition, the lower electrode 4 is formed on the metal oxide layer 65 which is metalized by the surface treatment. Furthermore, the piezoelectric element 54 including the lower electrode 4 is formed. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、液滴吐出ヘッドの製造方法、及び液滴吐出装置に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a droplet discharge head and a droplet discharge device.

画像の形成やマイクロデバイスの製造に際して液滴吐出法(インクジェット法)が提案されている。この液滴吐出法は、半導体デバイスにおける配線を形成するための材料を含んだ機能液を液滴状にして液滴吐出ヘッドより吐出し、基体上に所望の配線パターンを形成する方法である。   A droplet discharge method (inkjet method) has been proposed for image formation and microdevice manufacturing. This droplet discharge method is a method of forming a desired wiring pattern on a substrate by discharging a functional liquid containing a material for forming wirings in a semiconductor device into droplets from a droplet discharge head.

このような液滴吐出ヘッドは、インク滴を吐出するノズルと、ノズルが連通するキャビティと該キャビティの壁面を形成する振動板と該振動板上に形成された圧電素子とを備えている。そして、前記圧電素子を駆動することにより、振動板を変位させてノズルからインク滴を吐出するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。上記圧電素子は、下側電極と上部電極と、該1対の電極間にチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の強誘電体材料からなる強誘電体薄膜を挟持した構造を有したものである。一般的に液滴吐出ヘッドの振動板は、二酸化シリコン(SiO)からなる弾性膜が、例えば酸化ジルコニウム(ZrO)等の金属酸化物により覆われることで構成されている。 Such a droplet discharge head includes a nozzle that discharges ink droplets, a cavity that communicates with the nozzle, a diaphragm that forms a wall surface of the cavity, and a piezoelectric element that is formed on the diaphragm. And what drives the said piezoelectric element and displaces a diaphragm and discharges an ink drop from a nozzle is known (for example, refer patent document 1). The piezoelectric element has a structure in which a ferroelectric thin film made of a ferroelectric material such as lead zirconate titanate (PZT) is sandwiched between the lower electrode and the upper electrode and the pair of electrodes. . In general, a diaphragm of a droplet discharge head is configured by covering an elastic film made of silicon dioxide (SiO 2 ) with a metal oxide such as zirconium oxide (ZrO 2 ).

ところで、前記圧電素子を構成する下部電極は前記金属酸化物との間でその密着性が低く、そのため振動板と圧電素子との界面で剥離が生じやすくなってしまう。そこで、前記圧電素子を構成する下側電極と振動板との間に密着層としてTiを設けることで振動板と圧電素子との密着性の向上を図っている。
特開2006−19592号公報
By the way, the lower electrode constituting the piezoelectric element has low adhesion with the metal oxide, and therefore, peeling easily occurs at the interface between the diaphragm and the piezoelectric element. In view of this, the adhesion between the diaphragm and the piezoelectric element is improved by providing Ti as an adhesion layer between the lower electrode constituting the piezoelectric element and the diaphragm.
JP 2006-19592 A

しかしながら、金属酸化物上にTiからなる密着層を介して圧電素子を形成した場合においても、界面製造工程中に金属酸化物と前記Ti層との界面で剥離が生じ、振動板から圧電素子が剥がれることで歩留まりを低下させたり、完成後の液滴吐出ヘッドの信頼性が得られないことから、振動板と圧電素子との間で十分な密着性が得られているとは言い難かった。   However, even when the piezoelectric element is formed on the metal oxide through the adhesion layer made of Ti, peeling occurs at the interface between the metal oxide and the Ti layer during the interface manufacturing process, and the piezoelectric element is removed from the diaphragm. It is difficult to say that sufficient adhesion is obtained between the diaphragm and the piezoelectric element because the yield is lowered by peeling and the reliability of the completed droplet discharge head cannot be obtained.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、振動板と圧電素子との密着性を高めることで歩留まりを向上できる、液滴吐出ヘッドの製造方法、及び液滴吐出装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a manufacturing method of a droplet discharge head and a droplet discharge device that can improve the yield by improving the adhesion between the diaphragm and the piezoelectric element. With the goal.

本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法は、少なくとも一方の面に金属酸化物層が形成されてなる振動板と、該振動板の前記金属酸化物層上に設けられた下部電極と該下部電極と上部電極との間に圧電体層が挟持されてなる圧電体素子と、を備える液滴吐出ヘッドの製造方法において、前記金属酸化物層の表面を還元して金属化させる表面処理を行う工程と、該表面処理によって金属化された前記金属酸化物層上に前記下部電極を形成する工程と、該下部電極を含む前記圧電体素子を形成する工程と、を備えたことを特徴とする。   The method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention includes a vibration plate in which a metal oxide layer is formed on at least one surface, a lower electrode provided on the metal oxide layer of the vibration plate, and the lower electrode. And a piezoelectric element in which a piezoelectric layer is sandwiched between an upper electrode and a top electrode, and a step of performing a surface treatment for reducing and metallizing the surface of the metal oxide layer in a method of manufacturing a droplet discharge head And a step of forming the lower electrode on the metal oxide layer metallized by the surface treatment, and a step of forming the piezoelectric element including the lower electrode.

本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法によれば、表面処理工程によって金属酸化物層の表面を還元して金属化した後、金属化された金属酸化物層上に下部電極を形成することで、下部電極と振動板との界面に金属酸化物が存在せず、金属同士が接触した状態となるため下部電極と振動板との密着性を向上させることができる。よって、前記下部電極と前記振動板との界面での接続信頼性が向上することで、圧電体素子を形成した後における製造工程で前記界面での剥がれが防止され、結果として液滴吐出ヘッドの歩留まりを向上できる。   According to the method for manufacturing a droplet discharge head of the present invention, after the surface of the metal oxide layer is reduced and metallized by a surface treatment process, a lower electrode is formed on the metallized metal oxide layer. Since no metal oxide exists at the interface between the lower electrode and the diaphragm and the metals are in contact with each other, the adhesion between the lower electrode and the diaphragm can be improved. Therefore, the connection reliability at the interface between the lower electrode and the diaphragm is improved, so that peeling at the interface is prevented in the manufacturing process after the piezoelectric element is formed. Yield can be improved.

また、上記液滴吐出ヘッドの製造方法においては、前記表面処理として、前記金属酸化物層の表面に少なくとも水素を含む処理ガス雰囲気の下でプラズマ処理を行うのが好ましい。
このようにすれば、金属酸化物層の表面が処理ガスに含まれる水素と化学反応することで酸素が還元され、前記金属酸化物層の表面を確実に金属化することができる。
In the method of manufacturing a droplet discharge head, it is preferable that plasma treatment is performed as a surface treatment under a treatment gas atmosphere containing at least hydrogen on the surface of the metal oxide layer.
In this case, the surface of the metal oxide layer chemically reacts with hydrogen contained in the processing gas, whereby oxygen is reduced, and the surface of the metal oxide layer can be reliably metallized.

また、上記液滴吐出ヘッドの製造方法においては、前記表面処理を行う工程と前記下部電極を形成する工程とを同一の処理室内で不活性雰囲気の下で連続的に行うのが好ましい。
このようにすれば、表面処理及び下部電極形成工程が同一の処理室内で不活性雰囲気中の下で連続的に処理されるので、金属酸化物層上に下部電極を形成するに際し、金属化された金属酸化物層の表面が大気に曝されることが防止できる。よって、金属化された表面への不純物の付着や、前記表面が汚染や酸化されることにより、下部電極と振動板との界面における密着性が低下するのが防止され、前記界面における接続信頼性をより向上させることができる。
In the method of manufacturing a droplet discharge head, it is preferable that the surface treatment step and the lower electrode formation step are continuously performed in an inert atmosphere in the same treatment chamber.
In this way, since the surface treatment and the lower electrode formation process are continuously performed in an inert atmosphere under an inert atmosphere, the metallization is performed when the lower electrode is formed on the metal oxide layer. The surface of the metal oxide layer can be prevented from being exposed to the atmosphere. Therefore, adhesion of impurities to the metallized surface and contamination and oxidation of the surface are prevented, thereby preventing a decrease in adhesion at the interface between the lower electrode and the diaphragm, and connection reliability at the interface Can be further improved.

また、上記液滴吐出ヘッドの製造方法においては、前記振動板がシリコン酸化物を主体として構成され、前記圧電体層がチタン酸ジルコン酸鉛から形成される場合、前記金属酸化物としてZrOを用いるのが好ましい。 In the method of manufacturing a droplet discharge head, when the diaphragm is mainly composed of silicon oxide and the piezoelectric layer is formed of lead zirconate titanate, ZrO 2 is used as the metal oxide. It is preferable to use it.

ここで、振動板がシリコン酸化物を主体として構成されていると、圧電体層を構成うるチタン酸ジルコン酸鉛に含まれる鉛が前記酸化シリコンに拡散すると鉛ガラスが生成されて、振動板が非常に脆くなって、機械的強度の低下を招くといった不具合が生じる。
そこで、本発明を採用すれば、チタン酸ジルコン酸鉛に含まれた鉛がZrO(金属酸化膜)中に吸収されるので、上述した鉛の拡散よる不具合を防止でき、液滴吐出ヘッドの信頼性がより高まる。
Here, when the diaphragm is composed mainly of silicon oxide, lead glass is generated when lead contained in lead zirconate titanate that can form the piezoelectric layer diffuses into the silicon oxide, and the diaphragm It becomes very brittle and causes a problem that the mechanical strength is reduced.
Therefore, if the present invention is adopted, lead contained in lead zirconate titanate is absorbed in ZrO 2 (metal oxide film), so that the above-described problems due to lead diffusion can be prevented, and the droplet discharge head More reliable.

本発明の液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドの製造方法により製造された液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴とする。   A droplet discharge apparatus according to the present invention includes a droplet discharge head manufactured by the above-described method for manufacturing a droplet discharge head.

本発明の液滴吐出装置によれば、上述したように振動板と圧電体素子との間の密着性が高い液滴吐出ヘッド50を備えているので、この液滴吐出装置自体も吐出性能が良好で高性能かつ信頼性の高いものとなる。   According to the droplet discharge device of the present invention, since the droplet discharge head 50 having high adhesion between the diaphragm and the piezoelectric element is provided as described above, the droplet discharge device itself has a discharge performance. Good, high performance and high reliability.

以下に、本発明の一実施形態について説明する。なお、以降の説明では図面を用いて各種の構造を例示するが、これらの図面に示される構造は特徴的な部分を分かり易く示すために実際の構造に対して寸法を異ならせて示す場合がある。
はじめに、本実施形態に係る液滴吐出ヘッドの製造方法に先んじて、この製造方法によって得られた、インクジェット式記録ヘッド(液滴吐出ヘッド)について説明する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described. In the following description, various structures are illustrated using drawings, but the structures shown in these drawings may be shown with different dimensions from the actual structures in order to show the characteristic parts in an easy-to-understand manner. is there.
First, an ink jet recording head (droplet discharge head) obtained by this manufacturing method will be described prior to the method of manufacturing a droplet discharge head according to the present embodiment.

(液滴吐出ヘッドの構成)
図1は、液滴吐出ヘッドの分解斜視図であり、図2は、液滴吐出ヘッドの概略構成を示す側断面図であり、図3は、前記液滴吐出ヘッドにおける圧電体素子の構成を示す拡大図である。なお、図1は、通常使用される状態とは上下逆に示したものである。これらの図において符号50は液滴吐出ヘッド(以下、ヘッドと記す)である。このヘッド50は、図1に示すようにヘッド本体とこれの上に設けられた圧電体素子54とを備えて構成されたものである。なお、このヘッド50は、いわゆるインクジェット式記録ヘッドとして用いられるもので、後述する液滴吐出装置の一実施形態であるインクジェットプリンタで使用されるものである。
(Configuration of droplet discharge head)
1 is an exploded perspective view of a droplet discharge head, FIG. 2 is a side sectional view showing a schematic configuration of the droplet discharge head, and FIG. 3 shows a configuration of a piezoelectric element in the droplet discharge head. It is an enlarged view shown. Note that FIG. 1 is shown upside down from a normally used state. In these drawings, reference numeral 50 denotes a droplet discharge head (hereinafter referred to as a head). As shown in FIG. 1, the head 50 includes a head main body and a piezoelectric element 54 provided on the head main body. The head 50 is used as a so-called ink jet recording head, and is used in an ink jet printer which is an embodiment of a droplet discharge device described later.

すなわち、このヘッド50は、図1に示すようにノズル板51と、インク室基板52と、振動板55と、該振動板55に接合された圧電体素子54とを備え、これらが基体56に収納されて構成されている。基体56は、例えば各種樹脂材料、各種金属材料等で形成されたもので、図1に示したようにこの基体56にインク室基板52が固定、支持されている。   That is, the head 50 includes a nozzle plate 51, an ink chamber substrate 52, a vibration plate 55, and a piezoelectric element 54 bonded to the vibration plate 55 as shown in FIG. It is housed and configured. The base 56 is formed of, for example, various resin materials, various metal materials, and the like, and the ink chamber substrate 52 is fixed and supported on the base 56 as shown in FIG.

図1、図2に示すように、前記インク室基板52をパターニングすることで形成された側壁(隔壁)522、ノズル板51、及び振動板55から、複数のキャビティ(インクキャビティ)521と、インクカートリッジ(図示せず)から供給されるインクを一時的に貯留するリザーバ523と、該リザーバ523から各キャビティ521にインクをそれぞれ供給する供給口524と、が区画形成されたものとなっている。   As shown in FIGS. 1 and 2, a plurality of cavities (ink cavities) 521 and ink are formed from side walls (partition walls) 522, nozzle plates 51, and vibration plates 55 formed by patterning the ink chamber substrate 52. A reservoir 523 that temporarily stores ink supplied from a cartridge (not shown) and a supply port 524 that supplies ink from the reservoir 523 to each cavity 521 are partitioned.

また、上記インク室基板52を構成する母材(基板)としては、後述するように面方位(110)のシリコン単結晶基板が用いられている。なお、このような面方位は容易かつ確実な異方性エッチングを可能とするので、前記リザーバ523及び各キャビティ521の加工性及び信頼性が高いものとなっている。   Further, as a base material (substrate) constituting the ink chamber substrate 52, a silicon single crystal substrate having a plane orientation (110) is used as will be described later. In addition, since such a plane orientation enables easy and reliable anisotropic etching, the workability and reliability of the reservoir 523 and each of the cavities 521 are high.

図3に示すように、上記圧電体素子54は、下部電極4と上部電極6との間にチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)からなる圧電体層5が挟持された構造を有している。
前記下部電極4は白金(Pt)とイリジウム(Ir)とが順に積層されて構成されたもので、前記上部電極6は導電性を有する材料、例えば白金(Pt)、イリジウム(Ir)、アルミニウム(Al)等を採用することができ、本実施形態ではイリジウムを用いている。
As shown in FIG. 3, the piezoelectric element 54 has a structure in which a piezoelectric layer 5 made of lead zirconate titanate (PZT) is sandwiched between a lower electrode 4 and an upper electrode 6.
The lower electrode 4 is formed by sequentially stacking platinum (Pt) and iridium (Ir), and the upper electrode 6 is made of a conductive material such as platinum (Pt), iridium (Ir), aluminum ( Al) or the like can be employed, and iridium is used in this embodiment.

前記振動板55は、少なくとも一方の面に金属酸化物層が形成された構成となっている。具体的に本実施形態では、前記振動板55は、厚さが約1.0μmの二酸化シリコン(SiO)からなる弾性膜45と、該弾性膜45上に設けられ、厚さが約0.4μmの酸化ジルコニウム(ZrO)からなる金属酸化物層65とが積層されてなるものである。この金属酸化物層65は絶縁体膜として機能するものである。 The diaphragm 55 has a configuration in which a metal oxide layer is formed on at least one surface. Specifically, in the present embodiment, the diaphragm 55 is provided on the elastic film 45 made of silicon dioxide (SiO 2 ) having a thickness of about 1.0 μm, and has a thickness of about 0.00 mm. A metal oxide layer 65 made of 4 μm zirconium oxide (ZrO 2 ) is laminated. The metal oxide layer 65 functions as an insulator film.

前記振動板55は、前記インク室基板52の一方の面に配設されている。また、前記振動板55上に圧電体素子54が複数設けられたものとなっている。ところで、前記振動板55の表面には後述する表面処理が施されていて、これにより前記振動板55と下部電極4との密着性が高められたものとなっている。上記表面処理としては、少なくとも水素を含む処理ガスを用いてプラズマ処理を前記振動板55の表面に施すことで、振動板55の表面にZr層を露出させている。   The diaphragm 55 is disposed on one surface of the ink chamber substrate 52. In addition, a plurality of piezoelectric elements 54 are provided on the diaphragm 55. By the way, the surface of the diaphragm 55 is subjected to a surface treatment which will be described later, whereby the adhesion between the diaphragm 55 and the lower electrode 4 is enhanced. As the surface treatment, a Zr layer is exposed on the surface of the diaphragm 55 by performing plasma treatment on the surface of the diaphragm 55 using a processing gas containing at least hydrogen.

このような表面処理が施された振動板55上に下部電極4が形成されたものとなっている。ここで、前記下部電極4は上述したようにPt層とIr層とが積層されたものとなっている。すなわち、前記下部電極4と振動板55との界面ではZrとPtとが積層された状態となっている。よって、前記界面には金属酸化物(ZrO)が存在せず、金属同士が積層されていることから振動板55と下部電極4との間で高い密着性を得ることができる。したがって、振動板55からの圧電体素子54の剥離が防止されることで、液滴吐出ヘッド50自体の信頼性も高いものと成っている。 The lower electrode 4 is formed on the diaphragm 55 subjected to such surface treatment. Here, the lower electrode 4 is formed by laminating a Pt layer and an Ir layer as described above. That is, Zr and Pt are laminated at the interface between the lower electrode 4 and the diaphragm 55. Therefore, no metal oxide (ZrO 2 ) is present at the interface, and the metals are laminated, so that high adhesion can be obtained between the diaphragm 55 and the lower electrode 4. Therefore, peeling of the piezoelectric element 54 from the vibration plate 55 is prevented, so that the reliability of the droplet discharge head 50 itself is high.

各圧電体素子54は、各々が各キャビティ521のほぼ中央部に対応して配設されたものとなっている。これら各圧電体素子54は、後述する圧電体素子駆動回路に電気的に接続され、圧電体素子駆動回路の信号に基づいて作動(振動、変形)するよう構成されている。すなわち、各圧電体素子54はそれぞれ振動源(ヘッドアクチュエーター)として機能するものとなっており、振動板55は、圧電体素子54の振動(撓み)によって振動し(撓み)、キャビティ521の内部圧力を瞬間的に高めるよう機能するものとなっている。   Each piezoelectric element 54 is disposed corresponding to a substantially central portion of each cavity 521. Each of the piezoelectric elements 54 is electrically connected to a piezoelectric element drive circuit described later, and is configured to operate (vibrate, deform) based on a signal from the piezoelectric element drive circuit. That is, each piezoelectric element 54 functions as a vibration source (head actuator), and the diaphragm 55 vibrates (deflects) due to the vibration (deflection) of the piezoelectric element 54, and the internal pressure of the cavity 521. It functions to raise the momentary.

また、この振動板55の所定位置には、図1に示したように振動板55の厚さ方向に貫通して連通孔531が形成されている。そして、このような連通孔531により、後述するインクカートリッジからリザーバ523へのインクの供給がなされるようになっている。   Further, a communication hole 531 is formed at a predetermined position of the diaphragm 55 so as to penetrate in the thickness direction of the diaphragm 55 as shown in FIG. The communication holes 531 supply ink from an ink cartridge described later to the reservoir 523.

前記ノズル板51は、例えばステンレス製の圧延プレート等で構成されたもので、インク滴を吐出するための多数のノズル511が一列に形成されたものである。これらノズル511間のピッチは、印刷精度に応じて適宜に設定されている。   The nozzle plate 51 is composed of, for example, a stainless steel rolling plate or the like, and has a large number of nozzles 511 for ejecting ink droplets formed in a line. The pitch between these nozzles 511 is appropriately set according to the printing accuracy.

また、上記各キャビティ521は、図1に示したように各ノズル511に対応して配設されたもので、振動板55の振動によってそれぞれ容積が可変となっており、この容積変化によって前記ノズル511からインク滴を吐出するようになっている。   The cavities 521 are disposed corresponding to the nozzles 511 as shown in FIG. 1, and the volumes of the cavities 521 are variable by the vibration of the diaphragm 55. Ink droplets are discharged from 511.

インク室基板52の平均厚さ、すなわちキャビティ521を含む厚さとしては、特に限定されないものの、10〜1000μm程度とするのが好ましく、100〜500μm程度とするのがより好ましい。また、キャビティ521の容積としては、特に限定されないものの、0.1〜100nL程度とするのが好ましく、0.1〜10nL程度とするのがより好ましい。   The average thickness of the ink chamber substrate 52, that is, the thickness including the cavity 521 is not particularly limited, but is preferably about 10 to 1000 μm, and more preferably about 100 to 500 μm. Further, the volume of the cavity 521 is not particularly limited, but is preferably about 0.1 to 100 nL, and more preferably about 0.1 to 10 nL.

続いて、このような構成からなるヘッド50からインク滴と吐出する場合について説明する。
上記ヘッド50は、圧電体素子駆動回路を介して所定の吐出信号が入力されていない状態、すなわち、圧電体素子54の下部電極4と上部電極6との間に電圧が印加されていない状態では圧電体層5に変形が生じない。このため、振動板55にも変形が生じず、キャビティ521には容積変化が生じない。したがって、ノズル511からインク滴は吐出されない。
Next, a case where ink droplets are ejected from the head 50 having such a configuration will be described.
The head 50 is in a state where a predetermined ejection signal is not input via the piezoelectric element driving circuit, that is, in a state where no voltage is applied between the lower electrode 4 and the upper electrode 6 of the piezoelectric element 54. Deformation does not occur in the piezoelectric layer 5. For this reason, the diaphragm 55 is not deformed, and the cavity 521 is not changed in volume. Accordingly, no ink droplet is ejected from the nozzle 511.

一方、圧電体素子駆動回路を介して所定の吐出信号が入力された状態、すなわち、圧電体素子54の下部電極4と上部電極6との間に一定電圧(例えば30V程度)が印加された状態では、圧電体層5においてその短軸方向に撓み変形が生じる。これにより、振動板55が例えば500nm程度撓み、キャビティ521の容積変化が生じる。このとき、キャビティ521内の圧力が瞬間的に高まり、ノズル511からインク滴を吐出できる。   On the other hand, a state in which a predetermined ejection signal is input through the piezoelectric element drive circuit, that is, a state in which a constant voltage (for example, about 30 V) is applied between the lower electrode 4 and the upper electrode 6 of the piezoelectric element 54. Then, the piezoelectric layer 5 is bent and deformed in the minor axis direction. Thereby, the diaphragm 55 bends, for example, about 500 nm, and the volume change of the cavity 521 occurs. At this time, the pressure in the cavity 521 increases instantaneously, and ink droplets can be ejected from the nozzle 511.

すなわち、電圧を印加すると、圧電体層5の結晶格子は面に対して垂直な方向に引き伸ばされるが、同時に面に平行な方向には圧縮される。この状態では、圧電体層5にとっては面内に引っ張り応力が働いていることになる。したがって、この応力によって振動板55をそらせ、撓ませることになる。キャビティ521の短軸方向での圧電体層5の変位量(絶対値)が大きければ大きいほど、振動板55の撓み量が大きくなり、より効率的にインク滴を吐出することが可能になる。ここで、効率的とは、より少ない電圧で同じ量のインク滴を飛ばすことができることを意味する。   That is, when a voltage is applied, the crystal lattice of the piezoelectric layer 5 is stretched in a direction perpendicular to the plane, but is simultaneously compressed in a direction parallel to the plane. In this state, a tensile stress is applied to the piezoelectric layer 5 in the plane. Therefore, the diaphragm 55 is deflected and bent by this stress. The larger the displacement amount (absolute value) of the piezoelectric layer 5 in the minor axis direction of the cavity 521, the larger the deflection amount of the vibration plate 55, and more efficiently eject ink droplets. Here, “efficient” means that the same amount of ink droplets can be ejected with a smaller voltage.

このようにして1回のインクの吐出が終了すると、圧電体素子駆動回路は、下部電極4と上部電極6との間への電圧の印加を停止する。これにより、圧電体素子54は元の形状に戻り、キャビティ521の容積が増大する。なお、このとき、インクには、後述するインクカートリッジ631からノズル511へ向かう圧力(正方向への圧力)が作用している。このため、空気がノズル511からインク室521へと入り込むことが防止され、インクの吐出量に見合った量のインクがインクカートリッジ631からリザーバ523を経てキャビティ521へ供給される。上記液滴吐出ヘッド50によれば、圧電体素子54と振動板55との間の密着性が高く剥離しずらいため、長期間に亘って上述したインクの吐出を行うことが可能となっている。
このように、インク滴の吐出を行わせたい位置の圧電体素子54に対して、圧電体素子駆動回路を介して吐出信号を順次入力することにより、任意の(所望の)文字や図形等を印刷することができる。
When the ejection of one ink is completed in this way, the piezoelectric element drive circuit stops applying the voltage between the lower electrode 4 and the upper electrode 6. As a result, the piezoelectric element 54 returns to its original shape, and the volume of the cavity 521 increases. At this time, the pressure (pressure in the positive direction) from the ink cartridge 631 described later toward the nozzle 511 is applied to the ink. For this reason, air is prevented from entering the ink chamber 521 from the nozzle 511, and an amount of ink corresponding to the ink discharge amount is supplied from the ink cartridge 631 to the cavity 521 through the reservoir 523. According to the droplet discharge head 50, since the adhesiveness between the piezoelectric element 54 and the diaphragm 55 is high and difficult to peel off, the above-described ink discharge can be performed over a long period of time. .
In this way, arbitrary (desired) characters, figures, and the like can be obtained by sequentially inputting ejection signals to the piezoelectric elements 54 at positions where ink droplets are to be ejected via the piezoelectric element drive circuit. Can be printed.

(液滴吐出ヘッドの製造方法)
続いて、本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法の一実施形態として、上記液滴吐出ヘッド50を製造する工程について図面を参照して説明する。
まず、インク室基板52となる母材、すなわち前述した(110)配向のシリコン単結晶基板(Si基板)からなる基板2を用意する。そして、図4(a)に示しすようにこの基板2上に振動板55を貼り合わせる。この振動板55は、上述したように二酸化シリコンからなる弾性膜45と、酸化ジルコニウムからなる金属酸化物層65とが積層されて構成されたものである。なお、基板2には、前記振動板55における前記弾性膜45側が貼り合わされたものとなっている。
(Method for manufacturing droplet discharge head)
Subsequently, as an embodiment of the method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention, a process for manufacturing the droplet discharge head 50 will be described with reference to the drawings.
First, the base material to be the ink chamber substrate 52, that is, the substrate 2 made of the above-described (110) -oriented silicon single crystal substrate (Si substrate) is prepared. Then, as shown in FIG. 4A, the diaphragm 55 is bonded onto the substrate 2. As described above, the diaphragm 55 is formed by laminating the elastic film 45 made of silicon dioxide and the metal oxide layer 65 made of zirconium oxide. In addition, the elastic film 45 side of the diaphragm 55 is bonded to the substrate 2.

続いて、前記振動板55における前記基板2に貼り合わされた面と反対側の面、すなわち前記金属酸化物層65に対して表面処理を行う。具体的に本実施形態では、上記表面処理として、水素(H)を添加したアルゴン(Ar)を処理ガスとして用いた雰囲気下で前記振動板55にプラズマ処理を行っている。 Subsequently, a surface treatment is performed on the surface of the diaphragm 55 opposite to the surface bonded to the substrate 2, that is, the metal oxide layer 65. Specifically, in the present embodiment, as the surface treatment, the diaphragm 55 is subjected to plasma treatment in an atmosphere using argon (Ar) added with hydrogen (H 2 ) as a treatment gas.

このとき、上記プラズマ処理の処理ガスである水素(H)により、ZrOから構成される金属酸化物層65に還元反応が生じ前記金属酸化物層(ZrO)55から酸素(O)が還元される。よって、上記プラズマ処理が施された処理面55aはZrOが金属化され、Zrが露出した状態となる。 At this time, the hydrogen (H 2) is a process gas of the plasma treatment, the metal oxide layer reduction reaction comprised the metal oxide layer 65 from the ZrO 2 occurs oxygen from the (ZrO 2) 55 (O 2 ) Is reduced. Therefore, the treated surface 55a subjected to the plasma treatment is in a state where ZrO 2 is metallized and Zr is exposed.

次に、前記振動板55上に圧電体素子54を形成する。
まず、図4(b)に示すように、上記プラズマ処理によって金属化された金属酸化物層65上に下部電極4を形成する。具体的には、このようなプラズマ処理を施した振動板55上に、スパッタ法等の公知の方法によって下部電極4の前駆層4Aを成膜する。なお、前記下部電極4はPt層4aとIr層4bとを積層して形成されるため、前記処理面55a上にはPt層4aが積層される。このとき、前記処理面55aには、Zr層65aが露出した状態となっているので、下部電極4と金属酸化物層65との界面では金属同士(ZrとPt)が積層された状態となっている。このように、界面に金属酸化物(ZrO)が存在することなく金属同士が積層されることで振動板55と下部電極4との間の密着性を高めることができる。
Next, the piezoelectric element 54 is formed on the diaphragm 55.
First, as shown in FIG. 4B, the lower electrode 4 is formed on the metal oxide layer 65 metallized by the plasma treatment. Specifically, the precursor layer 4A of the lower electrode 4 is formed on the diaphragm 55 subjected to such plasma treatment by a known method such as sputtering. Since the lower electrode 4 is formed by laminating the Pt layer 4a and the Ir layer 4b, the Pt layer 4a is laminated on the processing surface 55a. At this time, since the Zr layer 65a is exposed on the processing surface 55a, metals (Zr and Pt) are laminated at the interface between the lower electrode 4 and the metal oxide layer 65. ing. Thus, the adhesion between the diaphragm 55 and the lower electrode 4 can be improved by stacking metals without the presence of metal oxide (ZrO 2 ) at the interface.

下部電極4の前駆層4Aを成膜する工程は、上述したプラズマ処理(表面処理)を行ったチャンバ(処理室)内で不活性雰囲気の下で連続的に処理することが望ましい。このようにすれば、前記処理面55aが大気に曝されるのを防止できるので、前記処理面55aの汚染や酸化、不純物の付着等によってPt層との密着性が低下するのを防止できる。   The step of forming the precursor layer 4A of the lower electrode 4 is desirably performed continuously in an inert atmosphere in a chamber (processing chamber) in which the above-described plasma processing (surface processing) is performed. In this way, it is possible to prevent the processing surface 55a from being exposed to the atmosphere, and thus it is possible to prevent the adhesion with the Pt layer from being deteriorated due to contamination, oxidation, adhesion of impurities, or the like of the processing surface 55a.

以下、前記下部電極4を含む圧電体素子54を形成する工程について説明する。
図4(c)に示すように、前記下部電極4の前駆層4A上にチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)からなる圧電体層5の前駆層5Aを成膜する。ここで、本実施形態では、金属有機物を溶解した溶液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前駆層5Aを得る、いわゆるMOD(Metal-Organic Decomposition)法を用いて前駆層5Aを形成している。なお、下部電極4と圧電体層5との密着層としてTiを設けるようにしてもよい。また、圧電体層70の製造方法は、上述したMOD法に限定されず、例えば、ゾル−ゲル法等を用いてもよい。
Hereinafter, a process of forming the piezoelectric element 54 including the lower electrode 4 will be described.
As shown in FIG. 4C, a precursor layer 5A of a piezoelectric layer 5 made of lead zirconate titanate (PZT) is formed on the precursor layer 4A of the lower electrode 4. Here, in the present embodiment, a so-called MOD (Metal-Organic Decomposition) method for obtaining a precursor layer 5A made of a metal oxide by applying and drying a solution in which a metal organic substance is dissolved, and further baking it at a high temperature. 5A is used to form the precursor layer 5A. Note that Ti may be provided as an adhesion layer between the lower electrode 4 and the piezoelectric layer 5. Moreover, the manufacturing method of the piezoelectric layer 70 is not limited to the MOD method described above, and for example, a sol-gel method or the like may be used.

なお、圧電体層70の材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛等の強誘電性圧電性材料の他、これにニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイッテルビウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等を用いてもよい。   In addition, as a material of the piezoelectric layer 70, besides a ferroelectric piezoelectric material such as lead zirconate titanate, a relaxor ferroelectric material in which a metal such as niobium, nickel, magnesium, bismuth, or ytterbium is added thereto, or the like. It may be used.

続いて、前記圧電体層5の前駆層5A上に上部電極6の前駆層6Aを、上記下部電極4の前駆層4Aと同様にスパッタ法等の公知の方法によって成膜する。
この前駆層6Aとしては導電性を有する材料、例えば白金(Pt)、イリジウム(Ir)、アルミニウム(Al)等を採用できる。なお、アルミニウムが用いられる場合、電蝕対策のため、この上にイリジウム等が積層される。
以上の工程により、前記振動板55上に圧電体素子54を構成する積層体54aが形成される。
Subsequently, the precursor layer 6A of the upper electrode 6 is formed on the precursor layer 5A of the piezoelectric layer 5 by a known method such as a sputtering method in the same manner as the precursor layer 4A of the lower electrode 4.
As the precursor layer 6A, a conductive material such as platinum (Pt), iridium (Ir), aluminum (Al), or the like can be used. Note that when aluminum is used, iridium or the like is laminated thereon to prevent electric corrosion.
Through the above steps, a laminated body 54 a constituting the piezoelectric element 54 is formed on the diaphragm 55.

その後、形成される個々のキャビティ521に対応させるようにして前記積層体54aをパターニングすることで、図1に示したキャビティ521の数に対応した数の圧電体素子54が形成される。   Thereafter, the laminated body 54a is patterned so as to correspond to the individual cavities 521 to be formed, so that the number of piezoelectric elements 54 corresponding to the number of cavities 521 shown in FIG. 1 is formed.

次いで、インク室基板52となる母材となる基板2をパターニングし、前記圧電体素子54に対応する位置にそれぞれキャビティ521となる凹部を、また、所定位置にリザーバ523および供給口524となる凹部を形成する。なお、本実施形態では、このインク室基板52を構成する前記基板2として、例えば面方位(110)のシリコン単結晶からなるものを用いている。このような面方位(110)を有した基板2は異方性エッチングに適しているために、容易かつ確実にインク室基板52を形成することができる。   Next, the substrate 2 serving as a base material to be the ink chamber substrate 52 is patterned, and recesses to be the cavities 521 are formed at positions corresponding to the piezoelectric elements 54, and recesses to be the reservoir 523 and the supply port 524 at predetermined positions. Form. In this embodiment, the substrate 2 constituting the ink chamber substrate 52 is made of, for example, a silicon single crystal having a plane orientation (110). Since the substrate 2 having such a plane orientation (110) is suitable for anisotropic etching, the ink chamber substrate 52 can be formed easily and reliably.

具体的には、キャビティ521、リザーバ523および供給口524を形成すべき位置に合せてマスク層を形成し、例えば5重量%〜40重量%程度の水酸化カリウム、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド等の高濃度アルカリ水溶液によるウエットエッチングを行う。   Specifically, a mask layer is formed in accordance with the position where the cavity 521, the reservoir 523 and the supply port 524 are to be formed. For example, a high amount of potassium hydroxide, tetramethylammonium hydroxide, etc. Wet etching is performed with a concentrated aqueous alkali solution.

このようにして基板2を、その厚さ方向に振動板55が露出するまでエッチング除去することにより、インク室基板52を形成することができる。また、このときエッチングされずに残った部分が側壁522となる。なお、上記基板2をパターニングする方法としては、上述したウエットエッチングに限定されることはなく、例えば平行平板型反応性イオンエッチング、誘導結合型方式、エレクトロンサイクロトロン共鳴方式、ヘリコン波励起方式、マグネトロン方式、プラズマエッチング方式、イオンビームエッチング方式等のドライエッチングを採用することもできる。   In this way, the ink chamber substrate 52 can be formed by etching and removing the substrate 2 in the thickness direction until the vibration plate 55 is exposed. At this time, the portion left unetched becomes the side wall 522. The method for patterning the substrate 2 is not limited to the wet etching described above. For example, parallel plate type reactive ion etching, inductive coupling type, electron cyclotron resonance type, helicon wave excitation type, magnetron type Also, dry etching such as a plasma etching method or an ion beam etching method can be employed.

次いで、複数のノズル511が形成されたノズル板51を、各ノズル511が各キャビティ521となる凹部に対応するように位置合わせした状態で接合する。これにより、複数のキャビティ521、リザーバ523および複数の供給口524が形成される。なお、ノズル板51の接合については、例えば接着剤による接着法や、融着法等を用いることができる。
その後、インク室基板52を基体56に取り付け、これにより液滴吐出ヘッド50が製造される。
Next, the nozzle plate 51 on which the plurality of nozzles 511 are formed is joined in a state in which the nozzles 511 are aligned so as to correspond to the recesses that serve as the cavities 521. Thereby, a plurality of cavities 521, a reservoir 523, and a plurality of supply ports 524 are formed. For the bonding of the nozzle plate 51, for example, an adhesive method using an adhesive or a fusion method can be used.
Thereafter, the ink chamber substrate 52 is attached to the substrate 56, whereby the droplet discharge head 50 is manufactured.

上記実施形態では別途用意した振動板55を基板2に貼り合わせているが、例えば前記基板2と一体に振動板を形成するようにしてもよい。この場合、前記Si基板を熱酸化処理することで、上記弾性膜45として機能する二酸化シリコン(SiO)層を形成し、該二酸化シリコン層上に金属酸化物層として酸化ジルコニウム(ZrO)を形成する。そして、上記実施形態と同様に、前記基板2の裏面(前記二酸化シリコン層が形成されていない面)側から前記弾性膜45を露出させるようにエッチングし、キャビティ521やリザーバ523を形成し、振動板を基板2と一体に形成することができる。 In the above embodiment, the separately prepared diaphragm 55 is bonded to the substrate 2. However, for example, the diaphragm may be formed integrally with the substrate 2. In this case, the silicon substrate is thermally oxidized to form a silicon dioxide (SiO 2 ) layer functioning as the elastic film 45, and zirconium oxide (ZrO 2 ) is formed as a metal oxide layer on the silicon dioxide layer. Form. Then, similarly to the above embodiment, etching is performed so as to expose the elastic film 45 from the back surface (the surface on which the silicon dioxide layer is not formed) of the substrate 2, thereby forming a cavity 521 and a reservoir 523, and vibration. The plate can be formed integrally with the substrate 2.

このような液滴吐出ヘッド50の製造方法によれば、上述したように水素を含む処理ガス雰囲気下でZrOからなる金属酸化物層65にプラズマ処理を行うことで、表面を還元して金属化することによってZr層65aを露出させている。そして、Zr層65a上に下部電極4を構成するPt層を積層しているので、下部電極4と金属酸化物層65との界面では金属同士(PtとZr)が接触した状態となるため、高い密着性を得ることができる。よって、前記下部電極4と前記振動板55との接続信頼性が向上して、液滴吐出ヘッド50の製造工程中に前記界面で生じる剥離を防止でき、結果として歩留まりを向上することができる。 According to such a manufacturing method of the droplet discharge head 50, as described above, the plasma treatment is performed on the metal oxide layer 65 made of ZrO 2 in the atmosphere of the processing gas containing hydrogen, so that the surface is reduced and the metal is reduced. As a result, the Zr layer 65a is exposed. Since the Pt layer constituting the lower electrode 4 is laminated on the Zr layer 65a, the metals (Pt and Zr) are in contact with each other at the interface between the lower electrode 4 and the metal oxide layer 65. High adhesion can be obtained. Therefore, the connection reliability between the lower electrode 4 and the diaphragm 55 is improved, and peeling that occurs at the interface during the manufacturing process of the droplet discharge head 50 can be prevented, and as a result, the yield can be improved.

なお、上述した振動板55と下部電極4との密着性を高める方法は、少なくとも一方の面側が、例えばSiOやTiO等の金属酸化物から形成されてなる下地基板上にメッキ処理を行う場合にも応用することができる。
具体的には、メッキ処理の前処理として、上述した水素を添加したアルゴンを処理ガスとして用いて下地基板における前記金属酸化物層の表面にプラズマ処理を行う。このようなプラズマ処理により、前記金属酸化物層の表面を金属化させることができる。続いて、プラズマ処理が施された下地基板の表面にメッキ処理を行う。このようにすれば、プラズマ処理によって金属化された面にメッキが成膜されるので、下地基板とメッキ膜との密着性を向上させることができる。
In the above-described method for improving the adhesion between the diaphragm 55 and the lower electrode 4, at least one surface side is plated on a base substrate formed of a metal oxide such as SiO 2 or TiO 2. It can also be applied to cases.
Specifically, as a pretreatment for the plating treatment, plasma treatment is performed on the surface of the metal oxide layer in the base substrate using the above-described argon to which hydrogen is added as a treatment gas. By such plasma treatment, the surface of the metal oxide layer can be metallized. Subsequently, a plating process is performed on the surface of the base substrate on which the plasma process has been performed. In this way, plating is formed on the surface metallized by the plasma treatment, so that the adhesion between the base substrate and the plating film can be improved.

あるいは、金属材料からなる下地基板に上記プラズマ処理を行うことで、表面に形成されている金属酸化膜及び不純物を除去し、下地基板の表面に金属面を露出させる。続いて、プラズマ処理が施された下地基板の表面にメッキ処理を行う。このようにすれば、プラズマ処理によって表面に露出した金属材料上にメッキを成膜できるので、下地基板とメッキ膜との密着性を向上させることができる。   Alternatively, the above plasma treatment is performed on the base substrate made of a metal material, thereby removing the metal oxide film and impurities formed on the surface, and exposing the metal surface on the surface of the base substrate. Subsequently, a plating process is performed on the surface of the base substrate on which the plasma process has been performed. In this way, plating can be formed on the metal material exposed on the surface by the plasma treatment, so that the adhesion between the base substrate and the plating film can be improved.

(液滴吐出装置)
次に、前記液滴吐出ヘッド50を備えた液滴吐出装置の一実施形態としてのインクジェットプリンタについて説明する。なお、インクジェットプリンタとは、紙等に印刷するものはもちろん、工業的に用いられる液滴吐出装置も含めたものとする。
(Droplet discharge device)
Next, an ink jet printer as an embodiment of a droplet discharge device including the droplet discharge head 50 will be described. The ink jet printer includes not only those that print on paper or the like but also industrially used droplet discharge devices.

図5は、インクジェットプリンタの概略構成図であり、図5中符号60はインクジェットプリンタである。なお、以下の説明では、図5中の上側を「上部」、下側を「下部」と言う。
インクジェットプリンタ60は、装置本体620を備えたもので、上部後方に記録用紙Pを設置するトレイ621を有し、下部前方に記録用紙Pを排出する排出口622を有し、上部面に操作パネル670を有したものである。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the ink jet printer. Reference numeral 60 in FIG. 5 denotes an ink jet printer. In the following description, the upper side in FIG. 5 is referred to as “upper part” and the lower side is referred to as “lower part”.
The ink jet printer 60 includes an apparatus main body 620. The ink jet printer 60 has a tray 621 for placing the recording paper P on the upper rear side, a discharge port 622 for discharging the recording paper P on the lower front side, and an operation panel on the upper surface. 670.

操作パネル670は、例えば液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ、LEDランプ等で構成されたもので、エラーメッセージ等を表示する表示部(図示せず)と、各種スイッチ等で構成される操作部(図示せず)とを備えたものである。
装置本体620の内部には、主に、往復動するヘッドユニット630を備えた印刷装置640と、記録用紙Pを1枚ずつ印刷装置640に送り込む給紙装置650と、印刷装置640および給紙装置650を制御する制御部660とが設けられている。
The operation panel 670 is composed of, for example, a liquid crystal display, an organic EL display, an LED lamp, and the like. A display unit (not shown) for displaying an error message and the like, and an operation unit (not shown) including various switches and the like. Z)).
Inside the apparatus main body 620, there are mainly a printing apparatus 640 provided with a reciprocating head unit 630, a paper feeding apparatus 650 for feeding the recording paper P one by one to the printing apparatus 640, the printing apparatus 640 and the paper feeding apparatus. A control unit 660 for controlling the 650 is provided.

制御部660の制御により、給紙装置650は、記録用紙Pを一枚ずつ間欠送りするようになっている。間欠送りされる記録用紙Pは、ヘッドユニット630の下部近傍を通過する。このとき、ヘッドユニット630が記録用紙Pの送り方向とほぼ直交する方向に往復移動し、記録用紙Pへの印刷を行うようになっている。すなわち、ヘッドユニット630の往復動と、記録用紙Pの間欠送りとが、印刷における主走査および副走査となり、インクジェット方式の印刷が行なわれるようになっている。   Under the control of the control unit 660, the paper feeding device 650 intermittently feeds the recording paper P one by one. The recording paper P that is intermittently fed passes near the lower portion of the head unit 630. At this time, the head unit 630 reciprocates in a direction substantially perpendicular to the feeding direction of the recording paper P, and printing on the recording paper P is performed. That is, the reciprocation of the head unit 630 and the intermittent feeding of the recording paper P are the main scanning and the sub-scanning in printing, and ink jet printing is performed.

印刷装置640は、ヘッドユニット630と、ヘッドユニット630の駆動源となるキャリッジモータ641と、キャリッジモータ641の回転を受けて、ヘッドユニット630を往復動させる往復動機構642とを備えたものである。
ヘッドユニット630は、その下部に、多数のノズル511を備える前記液滴吐出ヘッド50と、この液滴吐出ヘッド50にインクを供給するインクカートリッジ631と、液滴吐出ヘッド50およびインクカートリッジ631を搭載したキャリッジ632とを有したものである。
The printing apparatus 640 includes a head unit 630, a carriage motor 641 serving as a drive source for the head unit 630, and a reciprocating mechanism 642 that reciprocates the head unit 630 in response to the rotation of the carriage motor 641. .
The head unit 630 includes the droplet discharge head 50 including a large number of nozzles 511, an ink cartridge 631 that supplies ink to the droplet discharge head 50, and the droplet discharge head 50 and the ink cartridge 631. A carriage 632.

なお、インクカートリッジ631として、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラック(黒)の4色のインクを充填したものを用いることにより、フルカラー印刷が可能となる。この場合、ヘッドユニット630には、各色にそれぞれ対応した液滴吐出ヘッド50が設けられることになる。   Note that full-color printing can be performed by using an ink cartridge 631 filled with ink of four colors of yellow, cyan, magenta, and black (black). In this case, the head unit 630 is provided with the droplet discharge heads 50 corresponding to the respective colors.

往復動機構642は、その両端がフレーム(図示せず)に支持されたキャリッジガイド軸643と、キャリッジガイド軸643と平行に延在するタイミングベルト644とを有したものである。
キャリッジ632は、キャリッジガイド軸643に往復動自在に支持されるとともに、タイミングベルト644の一部に固定されたものである。
キャリッジモータ641の作動により、プーリを介してタイミングベルト644を正逆走行させると、キャリッジガイド軸643に案内されて、ヘッドユニット630が往復動する。そして、この往復動の際に、液滴吐出ヘッド50から適宜インクが吐出され、記録用紙Pへの印刷が行われるようになっている。
The reciprocating mechanism 642 includes a carriage guide shaft 643 whose both ends are supported by a frame (not shown), and a timing belt 644 extending in parallel with the carriage guide shaft 643.
The carriage 632 is supported by the carriage guide shaft 643 so as to be able to reciprocate and is fixed to a part of the timing belt 644.
When the timing belt 644 travels forward and backward through a pulley by the operation of the carriage motor 641, the head unit 630 reciprocates while being guided by the carriage guide shaft 643. During this reciprocation, ink is appropriately discharged from the droplet discharge head 50 and printing on the recording paper P is performed.

給紙装置650は、その駆動源となる給紙モータ651と、給紙モータ651の作動により回転する給紙ローラ652とを有したものである。
給紙ローラ652は、記録用紙Pの送り経路(記録用紙P)を挟んで上下に対向する従動ローラ652aと、駆動ローラ652bとで構成されたものであり、駆動ローラ652bは、給紙モータ651に連結されたものである。このような構成によって給紙ローラ652は、トレイ621に設置した多数枚の記録用紙Pを、印刷装置640に向かって1枚ずつ送り込めるようになっている。なお、トレイ621に代えて、記録用紙Pを収容する給紙カセットを着脱自在に装着し得るような構成としてもよい。
The sheet feeding device 650 includes a sheet feeding motor 651 as a driving source and a sheet feeding roller 652 that rotates by the operation of the sheet feeding motor 651.
The paper feed roller 652 is composed of a driven roller 652a and a drive roller 652b that are vertically opposed to each other with a feeding path (recording paper P) of the recording paper P interposed therebetween. The drive roller 652b is a paper feed motor 651. It is connected to. With such a configuration, the paper feed roller 652 can feed a large number of recording sheets P installed on the tray 621 one by one toward the printing apparatus 640. Instead of the tray 621, a configuration in which a paper feed cassette that stores the recording paper P can be detachably mounted may be employed.

制御部660は、例えばパーソナルコンピュータやディジタルカメラ等のホストコンピュータから入力された印刷データに基づいて、印刷装置640や給紙装置650等を制御することにより印刷を行うものである。
この制御部660には、いずれも図示しないものの、主に各部を制御する制御プログラム等を記憶するメモリ、圧電体素子(振動源)54を駆動してインクの吐出タイミングを制御する圧電体素子駆動回路、印刷装置640(キャリッジモータ641)を駆動する駆動回路、給紙装置650(給紙モータ651)を駆動する駆動回路、およびホストコンピュータからの印刷データを入手する通信回路と、これらに電気的に接続され、各部での各種制御を行うCPUとが備えられている。
The control unit 660 performs printing by controlling the printing device 640, the paper feeding device 650, and the like based on print data input from a host computer such as a personal computer or a digital camera.
Although not shown in the figure, the control unit 660 mainly includes a memory that stores a control program for controlling each unit, a piezoelectric element drive that drives a piezoelectric element (vibration source) 54 to control ink ejection timing. A circuit for driving the print device 640 (carriage motor 641), a drive circuit for driving the paper feed device 650 (paper feed motor 651), a communication circuit for obtaining print data from the host computer, And a CPU that performs various controls in each unit.

また、CPUには、例えば、インクカートリッジ631のインク残量、ヘッドユニット630の位置、温度、湿度等の印刷環境等を検出可能な各種センサが、それぞれ電気的に接続されている。
制御部660は、通信回路を介して印刷データを入手してメモリに格納する。CPUは、この印刷データを処理し、この処理データおよび各種センサからの入力データに基づき、各駆動回路に駆動信号を出力する。この駆動信号により圧電体素子54、印刷装置640および給紙装置650は、それぞれ作動する。これにより、記録用紙Pに所望の印刷がなされる。
In addition, for example, various sensors that can detect the printing environment such as the remaining amount of ink in the ink cartridge 631, the position of the head unit 630, temperature, and humidity are electrically connected to the CPU.
The control unit 660 obtains print data via the communication circuit and stores it in the memory. The CPU processes the print data and outputs a drive signal to each drive circuit based on the process data and input data from various sensors. The piezoelectric element 54, the printing device 640, and the paper feeding device 650 are operated by this drive signal. Thus, desired printing is performed on the recording paper P.

このようなインクジェットプリンタ60にあっては、上述したように振動板55と圧電体素子54との密着性が高く、信頼性の高い液滴吐出ヘッド50を備えているので、このインクジェットプリンタ自体も吐出性能が良好な高性能かつ高信頼性なものとなる。
なお、本発明のインクジェットプリンタは、前述したように工業的に用いられる液滴吐出装置とすることもできる。その場合に吐出するインク(液状材料)としては、各種の機能性材料を溶媒や分散媒によって適当な粘度に調整し、使用する。
In such an ink jet printer 60, as described above, since the adhesiveness between the vibration plate 55 and the piezoelectric element 54 is high and the droplet discharge head 50 is provided with high reliability, the ink jet printer itself is also provided. High performance and high reliability with good discharge performance.
Note that the ink jet printer of the present invention can also be a droplet discharge device used industrially as described above. In this case, as the ink (liquid material) to be ejected, various functional materials are adjusted to an appropriate viscosity with a solvent or a dispersion medium and used.

液滴吐出ヘッドの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of a droplet discharge head. 液滴吐出ヘッドの概略構成を示す側断面図である。It is a sectional side view showing a schematic structure of a droplet discharge head. 液滴吐出ヘッドにおける圧電体素子の構成を示す拡大図である。It is an enlarged view showing a configuration of a piezoelectric element in a droplet discharge head. 液滴吐出ヘッドを製造する工程を説明する図である。It is a figure explaining the process of manufacturing a droplet discharge head. インクジェットプリンタの概略構成図である。It is a schematic block diagram of an inkjet printer.

符号の説明Explanation of symbols

4…下部電極、5…圧電体層、6…上部電極、50…液滴吐出ヘッド、54…圧電体素子、50…液滴吐出ヘッド、55…振動板、60…インクジェットプリンタ(液滴吐出装置)、65…金属酸化物層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 4 ... Lower electrode, 5 ... Piezoelectric layer, 6 ... Upper electrode, 50 ... Droplet discharge head, 54 ... Piezoelectric element, 50 ... Droplet discharge head, 55 ... Vibration plate, 60 ... Inkjet printer (droplet discharge device) ), 65 ... Metal oxide layer

Claims (5)

少なくとも一方の面に金属酸化物層が形成されてなる振動板と、該振動板の前記金属酸化物層上に設けられた下部電極と該下部電極と上部電極との間に圧電体層が挟持されてなる圧電体素子と、を備える液滴吐出ヘッドの製造方法において、
前記金属酸化物層の表面を還元して金属化させる表面処理を行う工程と、該表面処理によって金属化された前記金属酸化物層上に前記下部電極を形成する工程と、該下部電極を含む前記圧電体素子を形成する工程と、を備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
A diaphragm having a metal oxide layer formed on at least one surface thereof, a lower electrode provided on the metal oxide layer of the diaphragm, and a piezoelectric layer sandwiched between the lower electrode and the upper electrode In a manufacturing method of a droplet discharge head comprising:
A step of performing a surface treatment for reducing and metallizing the surface of the metal oxide layer, a step of forming the lower electrode on the metal oxide layer metallized by the surface treatment, and the lower electrode And a step of forming the piezoelectric element. A method of manufacturing a droplet discharge head, comprising:
前記表面処理として、前記金属酸化物層の表面に少なくとも水素を含む処理ガス雰囲気の下でプラズマ処理を行うことを特徴とする請求項1に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。   2. The method of manufacturing a droplet discharge head according to claim 1, wherein plasma treatment is performed as a surface treatment in a treatment gas atmosphere containing at least hydrogen on the surface of the metal oxide layer. 前記表面処理を行う工程と前記下部電極を形成する工程とを同一の処理室内で不活性雰囲気の下で連続的に行うことを特徴とする請求項1又は2に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。   3. The method of manufacturing a droplet discharge head according to claim 1, wherein the step of performing the surface treatment and the step of forming the lower electrode are continuously performed under an inert atmosphere in the same processing chamber. Method. 前記振動板がシリコン酸化物を主体として構成され、前記圧電体層がチタン酸ジルコン酸鉛から形成される場合、前記金属酸化物としてZrOを用いることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。 4. The method according to claim 1, wherein when the diaphragm is composed mainly of silicon oxide and the piezoelectric layer is formed of lead zirconate titanate, ZrO 2 is used as the metal oxide. A method for manufacturing a droplet discharge head according to claim 1. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法により製造された液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴とする液滴吐出装置。

A droplet discharge apparatus comprising the droplet discharge head manufactured by the method for manufacturing a droplet discharge head according to claim 1.

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