JP2007296817A - Liquid discharge head - Google Patents

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康行 齋藤
Atsumichi Ishikura
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid discharge head with a piezoelectric driving portion having improved durability by preventing current concentration in the end portion of a piezoelectric body. <P>SOLUTION: The piezoelectric driving portion 20 constituted by laminating a cylindrical lower electrode 21, a piezoelectric layer 22, and an upper electrode 24 is provided on an outer peripheral face of a cylindrical base material 10 having a flowing path 12 for compressing an ink and discharging outlet 11. A mixed layer 23 comprising a mixed material formed by mixing a piezoelectric material and an insulating material is provided on both ends of the cylindrical piezoelectric layer 22 comprising a piezoelectric material to prevent the electric concentration by making the resistance of the mixed layer larger than that of the piezoelectric layer 22. The films of the piezoelectric layer 22 and the mixed layer 23 are formed using a gas deposition method. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、液体吐出方式の記録装置等に用いる液体吐出ヘッドに関するものである。   The present invention relates to a liquid discharge head used in a liquid discharge type recording apparatus or the like.

インクジェットプリンタ等の液体吐出方式の記録装置は、材料を直接基材に描画できるため、材料利用効率や環境への負荷において、他のデバイス形成手段と比較して非常に有利な技術である。   A liquid discharge type recording apparatus such as an ink jet printer is a technique that is very advantageous compared to other device forming means in terms of material utilization efficiency and environmental load because a material can be drawn directly on a substrate.

液体吐出方式には、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)等を用いた圧電素子と金属板、セラミックスとの積層で構成される圧力発生器に電圧を印加し、圧力を発生させて液体を吐出させる方式がある。また、電気熱変換素子を用いるものも知られている。   In the liquid discharge method, a voltage is applied to a pressure generator composed of a laminate of a piezoelectric element using PZT (lead zirconate titanate), a metal plate, and ceramics to generate pressure and discharge the liquid. There is a method. Moreover, what uses an electrothermal conversion element is also known.

前者の方式では、タンクから吐出口までの途中に直径0.1〜1mm程度の細長い円筒形の圧電体を設け、この部分を加圧ポンプとして機能させることで液滴を吐出させる方式が知られている。これは、グールド型インクジェットヘッドと呼ばれるものであり、特許文献1および特許文献2に開示されたように、円筒形状の圧電体の内面と外面に電極が形成され、駆動電圧を印加するリード線が接続されている。円筒形状の圧電体の内面電極は、この圧電素子を貫通する中空パイプと接着により固着されている。中空パイプは、円筒形状の圧電体との電気的接触を避けるため、ガラス等絶縁材料で構成され、中空パイプの一端にはインクタンク等からインクを供給するためのインクチューブが接続され、他端にはインク滴を吐出するための吐出口が形成されている。また、特許文献3に開示されているカイザー型、特許文献4に開示されている圧電セラミックスを利用したせん断モード型が広く知られている。   In the former method, there is known a method in which an elongated cylindrical piezoelectric body having a diameter of about 0.1 to 1 mm is provided in the middle from the tank to the discharge port, and this portion functions as a pressurizing pump to discharge droplets. ing. This is called a Gould-type ink jet head, and as disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2, electrodes are formed on the inner surface and outer surface of a cylindrical piezoelectric body, and a lead wire for applying a driving voltage is provided. It is connected. The inner electrode of the cylindrical piezoelectric body is fixed to a hollow pipe that penetrates the piezoelectric element by adhesion. The hollow pipe is made of an insulating material such as glass in order to avoid electrical contact with the cylindrical piezoelectric body. An ink tube for supplying ink from an ink tank or the like is connected to one end of the hollow pipe and the other end Are formed with ejection openings for ejecting ink droplets. Further, a Kaiser type disclosed in Patent Document 3 and a shear mode type using a piezoelectric ceramic disclosed in Patent Document 4 are widely known.

これらの圧電体を用いた液体吐出ヘッドで重要な信頼性の項目として、圧電体の抵抗がある。圧電体の抵抗が低いと、電極間に電流が流れて発熱や発煙現象が生じる。この現象は、圧電体の電極間でマイグレーションが発生し、導通状態となり、電流を流すことでジュール熱が発生するためである。   An important reliability item in the liquid discharge head using these piezoelectric bodies is the resistance of the piezoelectric bodies. When the resistance of the piezoelectric body is low, current flows between the electrodes, and heat generation and smoke generation occur. This phenomenon is because migration occurs between the electrodes of the piezoelectric body, the conductive state is established, and Joule heat is generated by passing a current.

すなわち、圧電体の膜厚分布や膜密度等により圧電体の一部で抵抗が低下することにより、前述の諸現象が生じると考えられている。
特開平7−317660号公報 特開平8−336967号公報 特公昭53−12138号公報 特開昭63−247051号公報
That is, it is considered that the above-mentioned various phenomena occur when the resistance decreases in part of the piezoelectric body due to the film thickness distribution and film density of the piezoelectric body.
JP 7-317660 A JP-A-8-336967 Japanese Patent Publication No.53-12138 Japanese Patent Laid-Open No. 63-247051

従来の液体吐出ヘッドの圧電体形成方法としてスパッタ法、スクリーン印刷法、ガスデポジション法等により基材上に圧電層を形成する方法があるが、これらの方法では圧電層の膜厚を均一化させることが困難であった。特に圧電層の膜厚を厚くした場合は、膜厚均一化が困難になり圧電層の端部において膜厚が薄くなってしまうことがあった。その結果、圧電層の端部において電流集中が起こり、圧電層が発熱や発煙現象を生じ、さらには破損してしまうことがあった。また、液体吐出ヘッドは電圧を印加し、圧電層の変位の繰り返しによりインク等液体を吐出させるが、変位の繰り返しにより電極層が破損してしまうことがあった。   As a conventional method for forming a piezoelectric body of a liquid discharge head, there is a method of forming a piezoelectric layer on a substrate by a sputtering method, a screen printing method, a gas deposition method or the like. In these methods, the thickness of the piezoelectric layer is made uniform. It was difficult to make. In particular, when the thickness of the piezoelectric layer is increased, it is difficult to make the thickness uniform, and the thickness may be reduced at the end of the piezoelectric layer. As a result, current concentration occurs at the end of the piezoelectric layer, and the piezoelectric layer may generate heat or smoke, and may be damaged. In addition, the liquid ejection head applies a voltage and ejects a liquid such as ink by repeated displacement of the piezoelectric layer, but the electrode layer may be damaged by repeated displacement.

本発明は上記の従来技術の課題を解決するためになされたもので、電圧印加時の電流集中による圧電体の破損等を招くおそれのない液体吐出ヘッドを提供することを目的とするものである。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is that it provides a liquid discharge head that does not cause damage to the piezoelectric body due to current concentration during voltage application. .

本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出するための吐出口に連通する流路に対応して、一対の電極と前記一対の電極にはさまれた圧電体とを有する圧電駆動部を備えた液体吐出ヘッドにおいて、前記圧電体が、圧電材料および絶縁材料が混合された混合材料からなる側縁部と、前記側縁部以外の、圧電材料からなる本体部と、を有することを特徴とする。   The liquid discharge head of the present invention includes a piezoelectric drive unit having a pair of electrodes and a piezoelectric body sandwiched between the pair of electrodes, corresponding to a flow path communicating with a discharge port for discharging a liquid. In the liquid discharge head, the piezoelectric body includes a side edge portion made of a mixed material in which a piezoelectric material and an insulating material are mixed, and a main body portion made of a piezoelectric material other than the side edge portion. .

下電極と上電極の間に挟まれる圧電体の端縁部を構成する圧電材料と絶縁材料の混合層の製造方法としては、ガスデポジション法を利用することが好ましい。混合層の形成方法としてガスデポジション法を用いる場合は、ガスデポジション法により、圧電材料を発生させるエアロゾル化室とは別のエアロゾル化室で絶縁材料をエアロゾル化させ、圧電層の端部において基材へ向けて噴射する。これによって、圧電材料と絶縁材料の混合層が容易に形成できる。さらに、下電極と上電極の間に挟まれる圧電層や圧電材料と絶縁材料の混合層の製造方法としては、オフセット印刷法や、スクリーン印刷法も適用できる。   As a manufacturing method of the mixed layer of the piezoelectric material and the insulating material constituting the edge portion of the piezoelectric body sandwiched between the lower electrode and the upper electrode, it is preferable to use a gas deposition method. When using the gas deposition method as the method for forming the mixed layer, the gas deposition method is used to aerosolize the insulating material in an aerosol chamber separate from the aerosol chamber that generates the piezoelectric material, and at the end of the piezoelectric layer. Spray toward the substrate. Thereby, a mixed layer of a piezoelectric material and an insulating material can be easily formed. Furthermore, as a manufacturing method of the piezoelectric layer sandwiched between the lower electrode and the upper electrode or the mixed layer of the piezoelectric material and the insulating material, an offset printing method or a screen printing method can be applied.

絶縁材料としては、圧電材料の特性向上のために行う分極処理等から高温に耐えられる材料を用いる。特に、絶縁材料として金属酸化物を用いることが好ましい。   As the insulating material, a material that can withstand high temperatures due to polarization treatment or the like performed for improving the characteristics of the piezoelectric material is used. In particular, it is preferable to use a metal oxide as the insulating material.

圧電体の側縁部を、圧電材料と絶縁材料の混合材料によって形成することで、膜厚が薄くなりやすい側縁部の抵抗を大きくしておく。圧電体の膜厚が不均一で、特に端部が薄くなっていたとしても、絶縁材料を含む側縁部の抵抗が大きいために電流集中が起こらなくなる。また、圧電駆動部の端部において抵抗が増大することで、電圧印加時の変位が少なくなり、電極の破損を減らすことができる。   By forming the side edge portion of the piezoelectric body from a mixed material of a piezoelectric material and an insulating material, the resistance of the side edge portion where the film thickness tends to be thin is increased. Even if the thickness of the piezoelectric body is non-uniform and the end portion is particularly thin, current concentration does not occur because the resistance of the side edge portion including the insulating material is large. Further, since the resistance is increased at the end of the piezoelectric drive unit, the displacement at the time of voltage application is reduced, and the breakage of the electrode can be reduced.

発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。   The best mode for carrying out the invention will be described with reference to the drawings.

図1に示すように、ガラス製の円筒基材10の周囲に圧電駆動部20を有し、圧電駆動部20は、それぞれ円筒状の下電極21、圧電体の本体部を構成する圧電層22、前記圧電体の側縁部を構成する混合層23、上電極24を備えている。円筒基材10は、一端に吐出口11を有し、円筒基材10の内部空間は、インク等液体を加圧する圧力発生室である流路12を構成している。なお、流路12を形成する基材は円筒基材に限らず、いかなる形状でもよい。   As shown in FIG. 1, a piezoelectric drive unit 20 is provided around a glass cylindrical base material 10, and the piezoelectric drive unit 20 includes a cylindrical lower electrode 21 and a piezoelectric layer 22 constituting a piezoelectric body. , A mixed layer 23 and an upper electrode 24 constituting the side edge of the piezoelectric body. The cylindrical base material 10 has a discharge port 11 at one end, and the internal space of the cylindrical base material 10 constitutes a flow path 12 that is a pressure generation chamber for pressurizing a liquid such as ink. In addition, the base material which forms the flow path 12 is not limited to a cylindrical base material, and may have any shape.

また、図2に示すように、円筒基材10の先端に、吐出口11に開口するテーパー形状部13を有する構成でもよい。   Moreover, as shown in FIG. 2, the structure which has the taper-shaped part 13 opened to the discharge outlet 11 at the front-end | tip of the cylindrical base material 10 may be sufficient.

下電極21の形成には、アーク加熱式のガスデポジション法、スパッタ法、蒸着法等いかなる成膜方法を用いてもよい。   For forming the lower electrode 21, any film forming method such as an arc heating type gas deposition method, a sputtering method, or a vapor deposition method may be used.

下電極21の構成は、最下層にTi、その上にPtを形成する場合が多いが、これらの材料に限定されることはなく、膜厚も限定されるものではない。圧電層22および混合層23は、エアロゾルを用いたガスデポジション法を用いて形成する(図3参照)。圧電層22の原料粉末には、平均一次粒径が0.1〜0.5μmのPZT粒子等の圧電材料を用いて、容器内の粉末をエアロゾル化させ上部に浮遊した粒子をノズルを通して下電極21上に噴射する。混合層23の原料粉末には、平均一次粒径が0.1〜0.2μmの絶縁材料を用い、容器内の粉末をエアロゾル化し上部に浮遊した粒子を差圧によりノズルを通して圧電層22の端部へ向けて噴射する。圧電層22の原料粉末、混合層23の原料粉末の粒径は、膜形成可能である粒径であればよく、これらに限定されるものではない。   The structure of the lower electrode 21 is often formed with Ti as the lowermost layer and Pt thereon, but is not limited to these materials, and the film thickness is not limited. The piezoelectric layer 22 and the mixed layer 23 are formed by a gas deposition method using aerosol (see FIG. 3). For the raw material powder of the piezoelectric layer 22, a piezoelectric material such as PZT particles having an average primary particle size of 0.1 to 0.5 μm is used, the powder in the container is aerosolized, and the particles suspended above the lower electrode through the nozzle 21 is sprayed on. As the raw material powder of the mixed layer 23, an insulating material having an average primary particle size of 0.1 to 0.2 μm is used. It injects toward the part. The particle size of the raw material powder of the piezoelectric layer 22 and the raw material powder of the mixed layer 23 may be any particle size that allows film formation, and is not limited thereto.

圧電層22および混合層23の形成方法として、ガスデポジション法が好ましいが、スクリーン印刷法やオフセット印刷法であってもよい。また、圧電材料として代表的なものとしてPZTがあり、絶縁材料としてBaTiO3 、BaTiZrO3 、SrTiO3 、SrCO3 、ZnO、BaO、Al3 、TiO2 、SiO2 等がある。このように、高温に耐えられる材料や誘電率の高い材料が好ましいが、上記の材料に限定されるものではない。 As a method of forming the piezoelectric layer 22 and the mixed layer 23, a gas deposition method is preferable, but a screen printing method or an offset printing method may be used. A typical piezoelectric material is PZT, and insulating materials include BaTiO 3 , BaTiZrO 3 , SrTiO 3 , SrCO 3 , ZnO, BaO, Al 2 O 3 , TiO 2 , and SiO 2 . Thus, materials that can withstand high temperatures and materials with high dielectric constants are preferable, but are not limited to the above materials.

次に、上電極24としてTi、Ptを下電極21と同様にアーク加熱式のガスデポジション法で形成する。上電極24も下電極21と同様にアーク加熱式のガスデポジション法、スパッタ法、蒸着法等いずれの成膜方法を用いてもよい。構成も下電極21と同様に、最下層にTi、その上にPtを形成する場合が多いが、これらの材料に限定されることはなく、膜厚も限定されるものではない。   Next, Ti and Pt are formed as the upper electrode 24 by the arc heating gas deposition method in the same manner as the lower electrode 21. Similarly to the lower electrode 21, the upper electrode 24 may use any film forming method such as an arc heating gas deposition method, a sputtering method, and a vapor deposition method. As in the case of the lower electrode 21, Ti is often formed on the lowermost layer and Pt is formed thereon, but the structure is not limited to these materials, and the film thickness is not limited.

次に、ガスデポジション法について説明する。   Next, the gas deposition method will be described.

ガスデポジション法は、図4に示すように、粒径数nm〜数十nmの超微粒子、または数十nm〜数μmの微粒子をノズル100からワークW上に吹き付けて成膜する技術である。ガスデポジション法は、超微粒子を生成する超微粒子生成室101、または図5に示すように、既存の微粒子を供給するエアロゾル化室111を有し、膜形成室102、搬送管103等で構成される。   As shown in FIG. 4, the gas deposition method is a technique for forming a film by spraying ultrafine particles having a particle diameter of several nm to several tens of nm or fine particles of several tens of nm to several μm onto the workpiece W from the nozzle 100. . The gas deposition method includes an ultrafine particle generation chamber 101 for generating ultrafine particles, or an aerosolization chamber 111 for supplying existing fine particles, as shown in FIG. 5, and includes a film formation chamber 102, a transfer tube 103, and the like. Is done.

超微粒子生成室101において、配管104から供給される不活性ガス雰囲気中で、アーク電極105によるアーク、または抵抗加熱、高周波誘導加熱、レーザー等で蒸発材料106を加熱し、蒸発させて不活性ガスと衝突、冷却させ、金属超微粒子を生成する。もしくは、エアロゾル化室111に不活性ガスや空気などの各種ガスを導入し、振動や撹拌等により微粒子を流動化させエアロゾル化する。   In the ultrafine particle generation chamber 101, in the inert gas atmosphere supplied from the pipe 104, the evaporation material 106 is heated by an arc by the arc electrode 105, resistance heating, high-frequency induction heating, laser, or the like, and evaporated to generate an inert gas. Collide with and cool to produce ultrafine metal particles. Alternatively, various gases such as an inert gas or air are introduced into the aerosolization chamber 111, and the fine particles are fluidized by vibration, stirring, or the like to be aerosolized.

次に、超微粒子生成室101またはエアロゾル化室111と膜形成室102の圧力差により、搬送管103を介して膜形成室102に導き、搬送管103に接続されたノズル100から噴射させることによりワークW上に直接パターンを形成する。このとき、ワークWを矢印で示すようスキャンすることで任意のパターンを描画できる。   Next, the ultrafine particle generation chamber 101 or the aerosolization chamber 111 and the film formation chamber 102 are guided to the film formation chamber 102 through the transfer pipe 103 by the pressure difference between them, and sprayed from the nozzle 100 connected to the transfer pipe 103. A pattern is formed directly on the workpiece W. At this time, an arbitrary pattern can be drawn by scanning the workpiece W as indicated by an arrow.

特に、エアロゾルを用いたガスデポジション法は、エアロゾルデポジションと呼ばれたりもしている。   In particular, the gas deposition method using aerosol is sometimes called aerosol deposition.

図1に示すような内径600μm、外径700μmの強化ガラス製の円筒基材上に下電極、圧電体、上電極を形成した。下電極はアーク加熱式のガスデポジション法で形成した。膜構成は、最下層にTi:50nm、その上にPt:700nmを形成した。このとき、ノズルの下部に円筒基材を設置し、回転治具により回転させながら成膜した。ノズルは、300μm×15mmの開口部を持つスリット型のノズルを用いた。また、基材は無加熱で成膜した。   A lower electrode, a piezoelectric body, and an upper electrode were formed on a cylindrical substrate made of tempered glass having an inner diameter of 600 μm and an outer diameter of 700 μm as shown in FIG. The lower electrode was formed by an arc heating gas deposition method. As for the film structure, Ti: 50 nm was formed on the lowermost layer, and Pt: 700 nm was formed thereon. At this time, a cylindrical substrate was placed under the nozzle, and film formation was performed while rotating with a rotating jig. As the nozzle, a slit type nozzle having an opening of 300 μm × 15 mm was used. The substrate was formed without heating.

成膜時の条件は以下のとおりである。
・超微粒子生成室圧力:70KPa
・膜形成室圧力:1KPa
・使用ガス:He
・ガス流量:7L/min
・基材回転速度:6rpm
・アークパワー:35A、18〜28V
・ノズル開口径:300μm×15mm
The conditions at the time of film formation are as follows.
・ Ultrafine particle generation chamber pressure: 70KPa
-Film formation chamber pressure: 1 KPa
-Gas used: He
・ Gas flow rate: 7L / min
・ Substrate rotation speed: 6 rpm
・ Arc power: 35A, 18-28V
・ Nozzle opening diameter: 300μm × 15mm

次に、図5に示す装置を用いてエアロゾルによるガスデポジション法でPZT膜(圧電層)および混合層を形成した。PZT膜の原料粉末には、平均一次粒径が0.1〜0.5μmのPZT−LQ(商標名:堺化学製)を用いた。加熱したエアロゾル化室に原材料を投入して撹拌流動化させ、エアロゾル化し上部に浮遊した粒子を差圧により膜形成室に導きノズルから下電極上に噴射した。混合層の原料粉末には、平均一次粒径が0.1〜0.2μmのSrTiOを用いた。エアロゾル化室に原材料を投入して粉末を撹拌流動化させ、エアロゾル化し上部に浮遊した粒子を差圧により膜形成室に導きノズルから圧電層端部へ向けて噴射した。 Next, a PZT film (piezoelectric layer) and a mixed layer were formed by an aerosol gas deposition method using the apparatus shown in FIG. PZT-LQ (trade name: manufactured by Sakai Chemical Co., Ltd.) having an average primary particle size of 0.1 to 0.5 μm was used as the raw material powder for the PZT film. The raw material was put into a heated aerosolization chamber to be stirred and fluidized, and the particles which were aerosolized and floated on the upper part were guided to the film formation chamber by a differential pressure and jetted from the nozzle onto the lower electrode. SrTiO 3 having an average primary particle size of 0.1 to 0.2 μm was used as the raw material powder for the mixed layer. The raw materials were charged into the aerosolization chamber, the powder was stirred and fluidized, and the particles that were aerosolized and floated on the upper part were guided to the film formation chamber by a differential pressure and jetted from the nozzle toward the end of the piezoelectric layer.

下電極作製と同様に、円筒基材を回転させ、電極上にPZT膜を長さ10mm、厚さ10μm、PZT膜の側面に混合層を長さ2mm、厚さ10μm形成した。   Similar to the production of the lower electrode, the cylindrical substrate was rotated to form a PZT film having a length of 10 mm and a thickness of 10 μm on the electrode, and a mixed layer having a length of 2 mm and a thickness of 10 μm on the side surface of the PZT film.

PZT膜成膜時の条件は以下の通りである。
・エアロゾル化室圧力:40KPa
・膜形成室圧力:1KPa
・使用ガス:乾燥空気
・基材回転速度:6rpm
・ノズル開口径:300μm×10mm
The conditions for forming the PZT film are as follows.
・ Aerosolization chamber pressure: 40 KPa
-Film formation chamber pressure: 1 KPa
-Gas used: Dry air-Substrate rotation speed: 6 rpm
・ Nozzle opening diameter: 300μm × 10mm

混合層成膜時の条件は以下の通りである。
・エアロゾル化室圧力:40KPa
・膜形成室圧力:1KPa
・使用ガス:乾燥空気
・基材回転速度:6rpm
・ノズル開口径:300μm×2mm
The conditions for forming the mixed layer are as follows.
・ Aerosolization chamber pressure: 40 KPa
-Film formation chamber pressure: 1 KPa
-Gas used: Dry air-Substrate rotation speed: 6 rpm
・ Nozzle opening diameter: 300μm × 2mm

次に、上電極を下電極と同様にアーク加熱式のガスデポジション法で形成した。上電極形成に用いたノズルは300μm×10mmで、成膜した部分の長さは、10mm、膜厚は500nmである。その他の成膜条件は下電極を形成した時と同様であるが、ノズル径が異なるため、膜形成室の圧力が若干異なっている。   Next, the upper electrode was formed by an arc heating type gas deposition method in the same manner as the lower electrode. The nozzle used for forming the upper electrode is 300 μm × 10 mm, the length of the deposited part is 10 mm, and the film thickness is 500 nm. The other film formation conditions are the same as when the lower electrode is formed, but the pressure in the film formation chamber is slightly different because the nozzle diameter is different.

このようにして円筒基材に上下電極とPZT膜および混合層を形成し、大気雰囲気で600℃、1時間の焼成を行った。その後、下電極、上電極それぞれにリード線を取り付け、120℃大気雰囲気で100V、2時間電圧を印加し、PZT膜に分極処理した。   In this manner, the upper and lower electrodes, the PZT film, and the mixed layer were formed on the cylindrical base material, and baked at 600 ° C. for 1 hour in an air atmosphere. Thereafter, lead wires were attached to the lower electrode and the upper electrode, respectively, and a voltage of 100 V for 2 hours was applied in an air atmosphere at 120 ° C. to polarize the PZT film.

こうして得られた上下電極、圧電層および混合層を備えた液体吐出ヘッドに電圧を印加して、液体吐出ヘッドの耐久性を調べた。液体吐出ヘッドに1×1010回電圧を印加してもヘッドが破壊されることがなかった。 A voltage was applied to the liquid discharge head provided with the upper and lower electrodes, the piezoelectric layer, and the mixed layer thus obtained, and the durability of the liquid discharge head was examined. Even when a voltage of 1 × 10 10 times was applied to the liquid discharge head, the head was not destroyed.

図2に示す構成で、内径600μm、外径700μm、先端部内径30μm、先端部外径100μmの先端にテーパー形状部を有する強化ガラス製の円筒基材に下電極、圧電体、上電極を形成した。   In the configuration shown in FIG. 2, a lower electrode, a piezoelectric body, and an upper electrode are formed on a cylindrical substrate made of tempered glass having an inner diameter of 600 μm, an outer diameter of 700 μm, a tip inner diameter of 30 μm, and a tip outer diameter of 100 μm and a tapered portion at the tip. did.

下電極はスパッタ法を用いた。膜構成は、最下層にTi:50nm、その上にPt:200nmを形成した。成膜範囲は、テーパー形状部の先端位置からインク供給側に15mmとし、回転治具に取り付けた15mmの開口部を有するメタルマスクを用い、円筒基材を回転させながら成膜を行った。   A sputtering method was used for the lower electrode. As for the film structure, Ti: 50 nm was formed on the lowermost layer, and Pt: 200 nm was formed thereon. The film formation range was 15 mm from the tip position of the tapered portion to the ink supply side, and a film was formed while rotating the cylindrical substrate using a metal mask having a 15 mm opening attached to a rotating jig.

次に、実施例1と同様にエアロゾルを用いたガスデポジション法でPZT膜(圧電層)および混合層を形成した。PZT膜の原料粉末には、平均一次粒径が0.1〜0.5μmのPZT−LQ(商標名:堺化学製)を用いて、容器内の粉末を撹拌流動化させ、エアロゾル化し上部に浮遊した粒子を差圧により膜形成室に導きノズルから下電極上に噴射した。混合層の原料粉末には、平均一次粒径が0.1〜0.2μmのBaTiO3 を用い、容器内の粉末を撹拌流動化させ、エアロゾル化し上部に浮遊した粒子を差圧により膜形成室に導きノズルを圧電層端部へ向けて噴射した。 Next, as in Example 1, a PZT film (piezoelectric layer) and a mixed layer were formed by a gas deposition method using aerosol. PZT-LQ (trade name: manufactured by Sakai Chemical Co., Ltd.) having an average primary particle size of 0.1 to 0.5 μm is used as a raw material powder for the PZT film, and the powder in the container is agitated and fluidized to form an aerosol. The suspended particles were guided to the film formation chamber by a differential pressure and sprayed from the nozzle onto the lower electrode. The raw material powder of the mixed layer is BaTiO 3 having an average primary particle size of 0.1 to 0.2 μm. The powder in the container is agitated and fluidized, and the aerosolized particles are formed into a film formation chamber by a differential pressure. The nozzle was jetted toward the end of the piezoelectric layer.

下電極作製と同様に、電極の形成された基材を回転させ、電極上にPZT膜を長さ10mm、厚さ10μm、PZT膜の側面に混合層を長さ2mm、厚さ10μm形成した。   Similarly to the production of the lower electrode, the substrate on which the electrode was formed was rotated to form a PZT film having a length of 10 mm and a thickness of 10 μm on the electrode, and a mixed layer on the side surface of the PZT film having a length of 2 mm and a thickness of 10 μm.

PZT膜成膜時の条件は以下の通りである。
・エアロゾル化室圧力:40KPa
・膜形成室圧力:1KPa
・使用ガス:乾燥空気
・基材回転速度:6rpm
・ノズル開口径:300μm×10mm
The conditions for forming the PZT film are as follows.
・ Aerosolization chamber pressure: 40 KPa
-Film formation chamber pressure: 1 KPa
-Gas used: Dry air-Substrate rotation speed: 6 rpm
・ Nozzle opening diameter: 300μm × 10mm

混合層成膜時の条件は以下の通りである。
・エアロゾル化室圧力:40KPa
・膜形成室圧力:1KPa
・使用ガス:乾燥空気
・基材回転速度:6rpm
・ノズル開口径:300μm×2mm
The conditions for forming the mixed layer are as follows.
・ Aerosolization chamber pressure: 40 KPa
-Film formation chamber pressure: 1 KPa
-Gas used: Dry air-Substrate rotation speed: 6 rpm
・ Nozzle opening diameter: 300μm × 2mm

次に、上電極を下電極と同様にスパッタで形成した。成膜方法は、下電極と概ね同様であるが、開口部は円筒基材の長さ方向に12mmとしている。   Next, the upper electrode was formed by sputtering in the same manner as the lower electrode. The film forming method is substantially the same as that of the lower electrode, but the opening is 12 mm in the length direction of the cylindrical base material.

このようにして円筒基材に上下電極とPZT膜および混合層を形成し、大気雰囲気で600℃、1時間の焼成を行った。その後、下電極、上電極それぞれにリード線を取り付け、120℃大気雰囲気で100V、2時間電圧を印加し、PZT膜に分極処理を行った。   In this manner, the upper and lower electrodes, the PZT film, and the mixed layer were formed on the cylindrical base material, and baked at 600 ° C. for 1 hour in an air atmosphere. Thereafter, lead wires were attached to the lower electrode and the upper electrode, respectively, and a voltage of 100 V for 2 hours was applied in an air atmosphere at 120 ° C. to polarize the PZT film.

こうして得られた電極と圧電層と混合層を備えた液体吐出ヘッドに電圧を印加し、液体吐出ヘッドの耐久性を調べた。液体吐出ヘッドに1×1010回電圧を印加してもヘッドが破壊されることがなかった。 A voltage was applied to the liquid discharge head provided with the electrode, piezoelectric layer, and mixed layer thus obtained, and the durability of the liquid discharge head was examined. Even when a voltage of 1 × 10 10 times was applied to the liquid discharge head, the head was not destroyed.

実施例1による液体吐出ヘッドの主要部を示す模式断面図である。3 is a schematic cross-sectional view illustrating a main part of the liquid ejection head according to Embodiment 1. FIG. 実施例2による液体吐出ヘッドの主要部を示す模式断面図である。6 is a schematic cross-sectional view illustrating a main part of a liquid discharge head according to Embodiment 2. FIG. ガスデポジション法による圧電層と混合層の成膜工程を説明する図である。It is a figure explaining the film-forming process of the piezoelectric layer and mixed layer by a gas deposition method. アーク式のガスデポジション装置を示す図である。It is a figure which shows an arc type gas deposition apparatus. エアロゾル式のガスデポジション装置を示す図である。It is a figure which shows an aerosol-type gas deposition apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

10 円筒基材
11 吐出口
12 流路
20 圧電駆動部
21 下電極
22 圧電層
23 混合層
24 上電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Cylindrical base material 11 Discharge port 12 Flow path 20 Piezoelectric drive part 21 Lower electrode 22 Piezoelectric layer 23 Mixed layer 24 Upper electrode

Claims (4)

液体を吐出するための吐出口に連通する流路に対応して、一対の電極と前記一対の電極にはさまれた圧電体とを有する圧電駆動部を備えた液体吐出ヘッドにおいて、前記圧電体が、圧電材料および絶縁材料が混合された混合材料からなる側縁部と、前記側縁部以外の、圧電材料からなる本体部と、を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。   In the liquid discharge head provided with a piezoelectric drive unit having a pair of electrodes and a piezoelectric body sandwiched between the pair of electrodes corresponding to the flow path communicating with the discharge port for discharging the liquid, the piezoelectric body A liquid discharge head, comprising: a side edge portion made of a mixed material in which a piezoelectric material and an insulating material are mixed; and a main body portion made of a piezoelectric material other than the side edge portion. 前記混合材料が、圧電材料と金属酸化物からなることを特徴とする請求項1記載の液体吐出ヘッド。   The liquid discharge head according to claim 1, wherein the mixed material includes a piezoelectric material and a metal oxide. 前記混合材料が、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)と、BaTiO3 、BaTiZrO3 、SrTiO3 、SrCO3 、ZnO、BaO、Al2 3 、TiO2 、SiO2 のうちの少なくとも1つを原料とすることを特徴とする請求項1記載の液体吐出ヘッド。 The mixed material is made of PZT (lead zirconate titanate) and at least one of BaTiO 3 , BaTiZrO 3 , SrTiO 3 , SrCO 3 , ZnO, BaO, Al 2 O 3 , TiO 2 and SiO 2 as raw materials. The liquid discharge head according to claim 1, wherein: 前記側縁部が、ガスデポジション法によって形成されたことを特徴とする請求項1ないし3いずれか1項記載の液体吐出ヘッド。   The liquid discharge head according to claim 1, wherein the side edge portion is formed by a gas deposition method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102271921A (en) * 2009-02-17 2011-12-07 小滴喷射有限公司 Discharge head and discharge device
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