JP2007281031A - アクチュエータ装置及び液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置 - Google Patents
アクチュエータ装置及び液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007281031A JP2007281031A JP2006102352A JP2006102352A JP2007281031A JP 2007281031 A JP2007281031 A JP 2007281031A JP 2006102352 A JP2006102352 A JP 2006102352A JP 2006102352 A JP2006102352 A JP 2006102352A JP 2007281031 A JP2007281031 A JP 2007281031A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric element
- diaphragm
- actuator device
- thickness
- film
- 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
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 27
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 30
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 14
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims description 9
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 3
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract description 14
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 abstract 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 60
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 4
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000018 DNA microarray Methods 0.000 description 1
- 208000016169 Fish-eye disease Diseases 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 239000002241 glass-ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N ytterbium Chemical compound [Yb] NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
- B41J2/14233—Structure of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/015—Ink jet characterised by the jet generation process
- B41J2/04—Ink jet characterised by the jet generation process generating single droplets or particles on demand
- B41J2/045—Ink jet characterised by the jet generation process generating single droplets or particles on demand by pressure, e.g. electromechanical transducers
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
- B41J2/14233—Structure of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm
- B41J2002/14241—Structure of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm having a cover around the piezoelectric thin film element
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2002/14419—Manifold
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2002/14491—Electrical connection
Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
【課題】圧電素子の変位量の低下を防止したアクチュエータ装置及び液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置を提供する。
【解決手段】基板１０上に設けられる酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる弾性膜５１を含む振動板５０と、振動板５０上に設けられる下電極６０、圧電体層７０及び上電極８０からなる圧電素子３００とを具備し、振動板５０が、圧電素子３００を変位させた状態で圧電素子３００に３００［ＭＰａ］以上５００［ＭＰａ］以下の引張り応力を与える応力を有するようにする。
【選択図】図３
【解決手段】基板１０上に設けられる酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる弾性膜５１を含む振動板５０と、振動板５０上に設けられる下電極６０、圧電体層７０及び上電極８０からなる圧電素子３００とを具備し、振動板５０が、圧電素子３００を変位させた状態で圧電素子３００に３００［ＭＰａ］以上５００［ＭＰａ］以下の引張り応力を与える応力を有するようにする。
【選択図】図３
Description
本発明は、基板上に設けられた振動板とこの振動板上に設けられる圧電素子とを具備するアクチュエータ装置及びこのアクチュエータ装置を用いた液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置に関する。
圧電素子の駆動により振動板を変位させるアクチュエータ装置は、例えば、液体を噴射する液体噴射ヘッド等に搭載される。液体噴射ヘッドとしては、例えば、ノズル開口と連通する圧力発生室が形成される流路形成基板上にアクチュエータ装置を設け、このアクチュエータ装置を駆動することでインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドが知られている。すなわち、インクジェット式記録ヘッドでは、圧力発生室の一部が振動板で構成され、圧電素子の駆動により振動板を変形させることで圧力発生室内にインクを加圧してノズル開口からインク滴を吐出させている。また、このインクジェット式記録ヘッドに搭載されるアクチュエータ装置としては、振動板の表面全体に亘って成膜技術により、例えば、薄膜ＰＺＴ等の圧電体層を均一に形成し、この圧電体層をリソグラフィ法により圧力発生室に対応する形状に切り分けて圧力発生室毎に独立するように圧電素子を形成したものがある（例えば、特許文献１参照）。
そして、このような薄膜からなる圧電素子を具備するアクチュエータ装置は、圧電素子を比較的高密度に配列することができるという利点があり、例えば、インクジェット式記録ヘッドに搭載することで、印刷品質を向上することができる。しかしながら、圧電素子の駆動回数が増えるに伴って、インク吐出特性が徐々に低下してしまうという問題がある。すなわち、圧電体層の残留分極に起因して圧電素子の変位量（振動板の変位量）が低下してしまうという問題がある。特に、初期段階では、この圧電素子の変位量の変化が大きい。
本発明は、このような事情に鑑み、圧電素子の変位量の低下を防止したアクチュエータ装置及び液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置を提供することを課題とする。
上記課題を解決する第１の態様は、基板上に設けられる酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる弾性膜を含む振動板と、該振動板上に設けられる下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備し、前記振動板が、前記圧電素子を変位させた状態で当該圧電素子に３００［ＭＰａ］以上５００［ＭＰａ］以下の引張り応力を与える応力を有することを特徴とするアクチュエータ装置にある。
かかる第１の態様では、圧電素子が、電圧印加によってたわみ変形した状態から、振動板から受ける引張り応力によって元の状態、すなわち実質的にたわみ変形がない状態に戻される。このため、圧電素子を繰り返し駆動しても、それに伴う圧電素子の変位量（振動板の変位量）の低下を防止することができる。
かかる第１の態様では、圧電素子が、電圧印加によってたわみ変形した状態から、振動板から受ける引張り応力によって元の状態、すなわち実質的にたわみ変形がない状態に戻される。このため、圧電素子を繰り返し駆動しても、それに伴う圧電素子の変位量（振動板の変位量）の低下を防止することができる。
本発明の第２の態様は、前記振動板が酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）からなる絶縁体膜をさらに含み当該振動板の厚さが１６００［ｎｍ］以下であり且つ前記弾性膜の厚さが前記絶縁体膜の厚さの３倍以上であることを特徴とする第１の態様のアクチュエータ装置にある。
かかる第２の態様では、振動板が確実に上記範囲内の応力を有するようになり、且つ振動板の厚さを比較的薄くしておくことで、圧電素子の高速駆動も可能となる。
かかる第２の態様では、振動板が確実に上記範囲内の応力を有するようになり、且つ振動板の厚さを比較的薄くしておくことで、圧電素子の高速駆動も可能となる。
本発明の第３の態様は、前記振動板の厚さが１３００［ｎｍ］〜１４００［ｎｍ］であることを特徴とする第２の態様のアクチュエータ装置にある。
かかる第３の態様では、圧電素子をより確実に高速駆動することができ、且つ振動板の応力も上記範囲内の値となる。
かかる第３の態様では、圧電素子をより確実に高速駆動することができ、且つ振動板の応力も上記範囲内の値となる。
本発明の第４の態様は、前記圧電素子上には、当該圧電素子を覆って設けられる無機絶縁材料からなる保護膜をさらに具備することを特徴とする第１〜３の何れかの態様のアクチュエータ装置にある。
かかる第４の態様では、保護膜によって圧電素子の水分に起因する破壊を防止できる。また、このような保護膜が形成された状態でも、圧電素子の変位量の低下を防止することができる。
かかる第４の態様では、保護膜によって圧電素子の水分に起因する破壊を防止できる。また、このような保護膜が形成された状態でも、圧電素子の変位量の低下を防止することができる。
本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様のアクチュエータ装置を、前記基板に形成された圧力発生室に当該圧力発生室内の液体をノズル開口から噴射させるための圧力を発生させる圧力発生手段として具備することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第５の態様では、常に良好な液滴の吐出特性が得られる液体噴射ヘッドを実現することができる。
かかる第５の態様では、常に良好な液滴の吐出特性が得られる液体噴射ヘッドを実現することができる。
本発明の第６の態様は、第５の態様の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる第６の態様では、信頼性及び耐久性に優れた液体噴射装置を実現することができる。
かかる第６の態様では、信頼性及び耐久性に優れた液体噴射装置を実現することができる。
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図であり、図２は、その平面図及びＡ−Ａ′断面図であり、図３は、Ｂ−Ｂ′断面におけるアクチュエータ装置部分の拡大断面図である。図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、複数の圧力発生室１２がその幅方向に並設されている。この流路形成基板１０の一方面側には、詳しくは後述するが弾性膜５１を含む振動板５０が形成されており、圧力発生室１２の一方の面はこの振動板５０（弾性膜５１）によって構成されている。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向外側の領域には連通部１３が形成され、連通部１３と各圧力発生室１２とがインク供給路１４を介して連通されている。なお、連通部１３は、後述する保護基板のリザーバ部と連通して各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバの一部を構成する。インク供給路１４は、圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されており、連通部１３から圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。
図１は、本発明の一実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図であり、図２は、その平面図及びＡ−Ａ′断面図であり、図３は、Ｂ−Ｂ′断面におけるアクチュエータ装置部分の拡大断面図である。図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、複数の圧力発生室１２がその幅方向に並設されている。この流路形成基板１０の一方面側には、詳しくは後述するが弾性膜５１を含む振動板５０が形成されており、圧力発生室１２の一方の面はこの振動板５０（弾性膜５１）によって構成されている。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向外側の領域には連通部１３が形成され、連通部１３と各圧力発生室１２とがインク供給路１４を介して連通されている。なお、連通部１３は、後述する保護基板のリザーバ部と連通して各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバの一部を構成する。インク供給路１４は、圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されており、連通部１３から圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。
また、流路形成基板１０の一方の面には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側の端部近傍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を介して固着されている。なお、ノズルプレート２０は、例えば、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、ステンレス鋼などからなる。
一方、このような流路形成基板１０のノズルプレート２０とは反対側の面には、弾性膜５１が形成されている。そして、この弾性膜５１上には絶縁体膜５２が形成され、これら弾性膜５１及び絶縁体膜５２によって振動板５０が構成されている。また、この振動板５０には、下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜８０とからなる圧電素子３００が形成されている。ここで、圧電素子３００は、下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜８０を含む部分をいう。一般的には、圧電素子３００の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層７０を圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。本実施形態では、下電極膜６０を圧電素子３００の共通電極とし、上電極膜８０を圧電素子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。なお、このような圧電素子３００と圧電素子３００の駆動により変位が生じる振動板とを合わせてアクチュエータ装置と称する。
ここで、アクチュエータ装置を構成する振動板５０は、上述したように、弾性膜５１と絶縁体膜５２とからなる。例えば、本実施形態では、振動板５０を構成する弾性膜５１は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなり、約１０００［ｎｍ］の厚さで形成されている。なお、この弾性膜５１は、流路形成基板１０を熱酸化することによって形成されている。一方、振動板５０を構成する絶縁体膜５２は、例えば、本実施形態では、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）からなり、約４００［ｎｍ］の厚さで形成されている。
そして、本発明に係る振動板５０は、圧電素子３００に電圧を印加して変位させた状態で、圧電素子３００に、３００［ＭＰａ］以上５００［ＭＰａ］以下の引張り応力を与える応力を有する。すなわち、電圧が印加された変位した状態で、圧電素子３００には振動板５０によって元の状態に戻ろうとする力が働く。これにより、圧電素子３００は、実質的に変位がない状態に戻るため、圧電素子を繰り返し駆動しても、それに伴う圧電素子の変位量（振動板の変位量）の低下を防止することができる。なお、振動板５０が圧電素子３００に与える応力が３００［ＭＰａ］よりも小さいと圧電素子３００の変位量の低下を確実に防止することができず、また５００［ＭＰａ］よりも大きいと流路形成基板１０に反りや割れが発生する虞がある。
また、このように振動板５０が上記範囲の応力を有するようにするためには、振動板５０の厚さを１６００［ｎｍ］以下とし且つ弾性膜５１の厚さを絶縁体膜５２の厚さの３倍以上であるようにすることが好ましい。特に、振動板５０の厚さを１３００［ｎｍ］〜１４００［ｎｍ］とするのが好ましい。これにより、振動板５０が確実に上記範囲内の応力を有するようになり、また振動板を１６００［ｎｍ］以下と比較的薄くしておくことで、圧電素子３００の高速駆動も可能となる。
このような振動板５０上に形成される各圧電素子３００は、各圧力発生室１２に対応してそれぞれ設けられており、各圧電素子３００は、図３に示すように、圧力発生室１２の幅よりも狭い幅で形成され、少なくとも圧力発生室１２の幅方向では、各圧力発生室１２に対応する領域内に位置するように形成されている。なお、本実施形態では、各圧力発生室１２は、幅Ｗ１が５５［μｍ］程度となるように形成されている。
圧電素子３００を構成する下電極膜６０は、例えば、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）等の金属材料からなり、本実施形態では、白金とイリジウムとを積層することによって約１５０［ｎｍ］の厚さで形成されている。圧電体層７０は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電性材料や、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で形成されている。例えば、本実施形態では、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を１１００［ｎｍ］程度の厚さに積層することによって圧電体層７０を形成している。また、上電極膜８０は、下電極膜６０と同様に、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）等の金属材料からなり、約５０［ｎｍ］の厚さで形成されている。なお、本実施形態では、上電極膜８０の材料として、イリジウム（Ｉｒ）を用いている。
また、圧電素子３００を構成する圧電体層７０及び上電極膜８０は、所定形状にパターニングされた下電極膜６０上に、例えば、スパッタリング法等により順次積層され、その後、同時にパターニングされる。そして、これら圧電体層７０及び上電極膜８０は、本実施形態では、上電極膜８０側から下電極膜６０側に向かって徐々に幅広となった略台形形状に形成されている。具体的には、図３に示すように、圧電体層７０及び上電極膜８０は、幅方向両側の傾斜面の底面に対する傾斜角度θ１が約３０［°］であり、圧電体層７０の上電極膜８０側の幅Ｗ２が約４０［μｍ］となるように形成されている。
なお、このような圧電素子３００の上電極膜８０には、リード電極９０が接続されており、このリード電極９０は上電極膜からインク供給路１４に対向する領域まで引き出されている（図２参照）。
なお、本実施形態では、このような圧電素子３００及びリード電極９０は、下電極膜６０の接続部６０ａ及びリード電極９０の接続部９０ａに対向する領域を除いて、無機絶縁材料からなる保護膜１００によって覆われている。この保護膜１００の材料としては、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）が好適に用いられる。この保護膜１００は、大気中の水分等に起因する圧電素子の破壊を防止するためのものであり、酸化アルミニウムは、水分透過率が極めて低いからである。また、保護膜１００の厚さは、１００［ｎｍ］程度の厚さとすることが好ましい。この厚さであれば、高湿度環境下での水分透過を十分に防ぐことができ且つ振動板５０の変位量の低下を防止することができるからである。
また、流路形成基板１０の圧電素子３００側の面には、圧電素子３００を保護するための空間である圧電素子保持部３１を有する保護基板３０が接着剤等によって接合されている。圧電素子３００は、この圧電素子保持部３１内に形成されているため、外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。さらに保護基板３０には、流路形成基板１０の連通部１３に対応する領域にリザーバ部３２が設けられている。このリザーバ部３２は、上述したように流路形成基板１０の連通部１３と連通されて各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１１０を構成している。また保護基板３０の圧電素子保持部３１とリザーバ部３２との間の領域には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する接続孔３３が設けられ、この接続孔３３内に上述した下電極膜６０の接続部６０ａ及びリード電極９０の接続部９０ａが露出されている。そして、これら下電極膜６０の接続部６０ａ及びリード電極９０の接続部９０ａに、保護基板３０上に実装された駆動ＩＣ１２０に一端が接続された接続配線１３０の他端が電気的に接続されている。
また、保護基板３０上には、剛性が低く可撓性を有する材料からなる封止膜４１と、金属等の硬質の材料からなる固定板４２とで構成されるコンプライアンス基板４０が接合されている。固定板４２のリザーバ１１０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、リザーバ１１０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。
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、図示しない外部インク供給手段からインクを取り込み、リザーバ１１０からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした後、駆動ＩＣ１２０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下電極膜６０と上電極膜８０との間に電圧を印加して圧電体層７０を撓み変形させることで、振動板５０（弾性膜５１及び絶縁体膜５２）を撓み変形させる。これにより、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインクが吐出する。
以上説明したように、本発明では、振動板５０が、圧電素子３００に電圧を印加して変位させた状態で、圧電素子３００に３００［ＭＰａ］以上５００［ＭＰａ］以下の引張り応力を与える応力を有するため、圧電素子３００の繰り返し駆動による変位量の低下を防止することができる。したがって、インク滴を常に安定して吐出することができ、印刷品質が長期に亘って良好に維持できる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、本実施形態に限定されるものではないことは言うまでもない。また、このようなインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図４は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略斜視図である。図４に示すように、インクジェット式記録ヘッドを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。そして、駆動モータ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、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂ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上を搬送されるようになっている。
また、上述した実施形態においては、本発明の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説明したが、液体噴射ヘッドの基本的構成は上述したものに限定されるものではない。本発明は、広く液体噴射ヘッドの全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射するものにも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）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。
さらに、本発明は、インクジェット式記録ヘッド等の液体噴射ヘッドに搭載されるアクチュエータ装置だけでなく、あらゆる装置に搭載されるアクチュエータ装置に適用することができるものである。
１０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 ２０ ノズルプレート、 ３０ 保護基板、 ４０ コンプライアンス基板、 ５０ 振動板、 ５１ 弾性膜、 ５２ 絶縁体膜、 ６０ 下電極膜、 ７０ 圧電体層、 ８０ 上電極膜、 １００ 保護膜、 ３００ 圧電素子
Claims (6)
- 基板上に設けられる酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる弾性膜を含む振動板と、該振動板上に設けられる下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備し、前記振動板が、前記圧電素子を変位させた状態で当該圧電素子に３００［ＭＰａ］以上５００［ＭＰａ］以下の引張り応力を与える応力を有することを特徴とするアクチュエータ装置。
- 前記振動板が酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）からなる絶縁体膜をさらに含み当該振動板の厚さが１６００［ｎｍ］以下であり且つ前記弾性膜の厚さが前記絶縁体膜の厚さの３倍以上であることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ装置。
- 前記振動板の厚さが１３００［ｎｍ］〜１４００［ｎｍ］であることを特徴とする請求項２に記載のアクチュエータ装置。
- 前記圧電素子上には、当該圧電素子を覆って設けられる無機絶縁材料からなる保護膜をさらに具備することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のアクチュエータ装置。
- 請求項１〜４の何れかに記載のアクチュエータ装置を、前記基板に形成された圧力発生室に当該圧力発生室内の液体をノズル開口から噴射させるための圧力を発生させる圧力発生手段として具備することを特徴とする液体噴射ヘッド。
- 請求項５に記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006102352A JP2007281031A (ja) | 2006-04-03 | 2006-04-03 | アクチュエータ装置及び液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置 |
| KR20070032188A KR20070099451A (ko) | 2006-04-03 | 2007-04-02 | 액추에이터 장치, 액체 분사 헤드 및 액체 분사 장치 |
| CN2007100916535A CN101049758B (zh) | 2006-04-03 | 2007-04-03 | 促动器装置及液体喷射头和液体喷射装置 |
| US11/730,644 US7740345B2 (en) | 2006-04-03 | 2007-04-03 | Actuator device, liquid-jet head and liquid-jet apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006102352A JP2007281031A (ja) | 2006-04-03 | 2006-04-03 | アクチュエータ装置及び液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2007281031A true JP2007281031A (ja) | 2007-10-25 |
Family
ID=38682205
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2006102352A Pending JP2007281031A (ja) | 2006-04-03 | 2006-04-03 | アクチュエータ装置及び液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7740345B2 (ja) |
| JP (1) | JP2007281031A (ja) |
| KR (1) | KR20070099451A (ja) |
| CN (1) | CN101049758B (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010149376A (ja) * | 2008-12-25 | 2010-07-08 | Seiko Epson Corp | 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 |
| JP2011018723A (ja) * | 2009-07-08 | 2011-01-27 | Seiko Epson Corp | 圧電素子およびその製造方法、圧電アクチュエーター、液体噴射ヘッド、並びに、液体噴射装置 |
| CN102145580A (zh) * | 2009-12-14 | 2011-08-10 | 富士胶片株式会社 | 流体喷射器的防潮 |
| US10596581B2 (en) | 2018-03-09 | 2020-03-24 | Ricoh Company, Ltd. | Actuator, liquid discharge head, liquid discharge device, and liquid discharge apparatus |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4811266B2 (ja) * | 2006-12-20 | 2011-11-09 | 富士ゼロックス株式会社 | 液滴吐出ヘッド、画像形成装置及び液滴吐出ヘッドの製造方法 |
| JP4844750B2 (ja) * | 2007-03-20 | 2011-12-28 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電素子、インクジェット式記録ヘッド、およびインクジェットプリンター |
| JP2009255531A (ja) * | 2008-03-28 | 2009-11-05 | Seiko Epson Corp | 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びにアクチュエータ |
| JP2011086903A (ja) * | 2009-09-15 | 2011-04-28 | Seiko Epson Corp | 液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び圧電素子 |
| JP5549798B2 (ja) * | 2009-09-18 | 2014-07-16 | セイコーエプソン株式会社 | 液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び圧電素子 |
| JP5376157B2 (ja) * | 2009-10-16 | 2013-12-25 | セイコーエプソン株式会社 | 液滴噴射ヘッド及び液滴噴射装置 |
| JP5552825B2 (ja) * | 2010-02-10 | 2014-07-16 | セイコーエプソン株式会社 | アクチュエータ、液滴噴射ヘッド及びその製造方法、並びに液滴噴射装置 |
| JP2012059770A (ja) * | 2010-09-06 | 2012-03-22 | Seiko Epson Corp | 圧電素子、液滴噴射ヘッドおよび液滴噴射装置ならびにそれらの製造方法 |
| US8746851B2 (en) * | 2010-10-16 | 2014-06-10 | Toshiba Tec Kabushiki Kaisha | Inkjet head and method of manufacturing the inkjet head |
| JP2017052254A (ja) * | 2015-09-11 | 2017-03-16 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電デバイス、液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び圧電デバイスの製造方法 |
| JP6948763B2 (ja) * | 2015-12-21 | 2021-10-13 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電素子応用デバイス |
| JP6701784B2 (ja) * | 2016-02-17 | 2020-05-27 | 株式会社リコー | 液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット及び液体を吐出する装置 |
| JP6776554B2 (ja) * | 2016-03-02 | 2020-10-28 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電デバイス、ｍｅｍｓデバイス、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 |
| IT201700019431A1 (it) * | 2017-02-21 | 2018-08-21 | St Microelectronics Srl | Dispositivo microfluidico mems di stampa ad attuazione piezoelettrica |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3695625B2 (ja) | 1998-09-21 | 2005-09-14 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電体素子およびその製造方法 |
| JP2003096101A (ja) | 2001-09-20 | 2003-04-03 | Toppan Printing Co Ltd | セルロース／デンプン誘導体とその製造方法並びに生分解性積層体 |
| US6906451B2 (en) * | 2002-01-08 | 2005-06-14 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Piezoelectric resonator, piezoelectric filter, duplexer, communication apparatus, and method for manufacturing piezoelectric resonator |
| US7381341B2 (en) * | 2002-07-04 | 2008-06-03 | Seiko Epson Corporation | Method of manufacturing liquid jet head |
| JP3555682B2 (ja) * | 2002-07-09 | 2004-08-18 | セイコーエプソン株式会社 | 液体吐出ヘッド |
| JP4058691B2 (ja) * | 2002-09-17 | 2008-03-12 | セイコーエプソン株式会社 | 液体吐出ヘッド及び液体吐出装置 |
| JP4380310B2 (ja) | 2003-12-08 | 2009-12-09 | セイコーエプソン株式会社 | アクチュエータ装置及び液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置 |
| US7411339B2 (en) | 2003-11-28 | 2008-08-12 | Seiko Epson Corporation | Manufacturing method of actuator device and liquid jet apparatus provided with actuator device formed by manufacturing method of the same |
| JP4371209B2 (ja) | 2003-11-13 | 2009-11-25 | セイコーエプソン株式会社 | 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びに液体噴射ヘッドの製造方法 |
| JP4734831B2 (ja) | 2004-02-13 | 2011-07-27 | セイコーエプソン株式会社 | アクチュエータ装置及び液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置 |
-
2006
- 2006-04-03 JP JP2006102352A patent/JP2007281031A/ja active Pending
-
2007
- 2007-04-02 KR KR20070032188A patent/KR20070099451A/ko not_active Application Discontinuation
- 2007-04-03 CN CN2007100916535A patent/CN101049758B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2007-04-03 US US11/730,644 patent/US7740345B2/en active Active
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010149376A (ja) * | 2008-12-25 | 2010-07-08 | Seiko Epson Corp | 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 |
| JP2011018723A (ja) * | 2009-07-08 | 2011-01-27 | Seiko Epson Corp | 圧電素子およびその製造方法、圧電アクチュエーター、液体噴射ヘッド、並びに、液体噴射装置 |
| CN102145580A (zh) * | 2009-12-14 | 2011-08-10 | 富士胶片株式会社 | 流体喷射器的防潮 |
| US10596581B2 (en) | 2018-03-09 | 2020-03-24 | Ricoh Company, Ltd. | Actuator, liquid discharge head, liquid discharge device, and liquid discharge apparatus |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20080012911A1 (en) | 2008-01-17 |
| KR20070099451A (ko) | 2007-10-09 |
| US7740345B2 (en) | 2010-06-22 |
| CN101049758B (zh) | 2010-05-26 |
| CN101049758A (zh) | 2007-10-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2007281031A (ja) | アクチュエータ装置及び液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置 | |
| JP5278654B2 (ja) | 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 | |
| JP5007823B2 (ja) | 液体噴射ヘッドの製造方法 | |
| JP4450238B2 (ja) | 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 | |
| JP5196184B2 (ja) | 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びにアクチュエーター | |
| JP2016058467A (ja) | 圧電素子、液体噴射ヘッド、及び、液体噴射装置 | |
| JP4730531B2 (ja) | 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 | |
| JP5168443B2 (ja) | 圧電素子、アクチュエータ装置、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 | |
| JP2007049025A (ja) | アクチュエータ装置及び液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置 | |
| US7641324B2 (en) | Liquid-jet head, method of manufacturing the same, and liquid-jet apparatus | |
| JP2010137485A (ja) | 液体噴射ヘッド、液体噴射装置及びアクチュエーター装置並びに液体噴射ヘッドの製造方法 | |
| JP5413598B2 (ja) | 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 | |
| JP2006198996A (ja) | 液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置 | |
| JP2007050551A (ja) | 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 | |
| JP2009051104A (ja) | 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 | |
| JP2007216474A (ja) | 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 | |
| JP2006248166A (ja) | 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 | |
| JP2009255528A (ja) | 液体噴射ヘッド、圧電素子及び液体噴射装置 | |
| JP4344929B2 (ja) | 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 | |
| JP2005178293A (ja) | 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 | |
| JP4930673B2 (ja) | 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 | |
| JP2007296659A (ja) | 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 | |
| JP2006231790A (ja) | 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 | |
| JP4553130B2 (ja) | 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 | |
| JP2007045017A (ja) | 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080430 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080630 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20090527 |