JP2008296417A - Liquid droplet ejecting head, its manufacturing method, and liquid droplet ejector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液滴吐出ヘッド及びその製造方法、液滴吐出装置に関するものである。 The present invention relates to a droplet discharge head, a manufacturing method thereof, and a droplet discharge apparatus.
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)を用いることが提案されている。この液滴吐出法としては、例えば半導体デバイスにおいて配線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がある。 It has been proposed to use a droplet discharge method (inkjet method) when forming an image or manufacturing a microdevice. As this droplet discharge method, for example, there is a method in which a functional liquid containing a wiring material in a semiconductor device is formed into droplets and discharged from a droplet discharge head to form a desired wiring pattern on a substrate.
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(圧力発生室)と、該キャビティの側壁面を形成する隔壁と、該キャビティの天面を形成する弾性膜と、該弾性膜上に形成された圧電素子とを備えている。そして、圧電素子を駆動することにより、弾性膜を変位させてノズルからインク滴を吐出するようになっている。上記圧電素子は、下部電極と上部電極と、これら1対の電極間にチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の強誘電性材料からなる圧電体膜を挟持した構造を有したものである。 Such a droplet discharge head includes a nozzle that discharges ink droplets, a cavity (pressure generation chamber) that communicates with the nozzle, a partition that forms a side wall surface of the cavity, and an elastic film that forms a top surface of the cavity. And a piezoelectric element formed on the elastic film. By driving the piezoelectric element, the elastic film is displaced and ink droplets are ejected from the nozzles. The piezoelectric element has a structure in which a piezoelectric film made of a ferroelectric material such as lead zirconate titanate (PZT) is sandwiched between a pair of electrodes, a lower electrode and an upper electrode.
圧電体膜上に上部電極を形成した圧電体能動部を駆動すると、圧電体能動部の端部において特にクラックが発生しやすく、圧電体能動部に致命的なダメージを引き起こす虞がある。ここで、圧電体能動部とは、両電極への電圧の印加により圧電歪が生じる部分のことである。上記したことから、上部電極の周囲に、上部電極とは電気的に独立したフローティング電極を形成し、変位が生じる部分と変位が全く生じない部分とを直接隣接させないことで上部電極のクラックの発生を防止したり(特許文献1参照)、圧電体能動部の端部とキャビティの周壁との間にクリアランスを持たせて、振動時に圧電体能動部の端部にクラックが発生することを抑えたり(特許文献2参照)、流路形成基板と弾性膜との間に流路形成層を設け、キャビティの開口部を流路形成層の開口部で規定することにより弾性膜の破壊を防止したりする(特許文献3参照)ものが提案されている。
上記特許文献1〜3によれば、駆動時における圧電体能動部のダメージを従来に比べて抑制することが可能となった。しかしながら、上記文献に記載の液滴吐出ヘッドには、以下に述べる改善すべき課題がある。
上記構成の場合、流路形成基板上に形成された弾性膜が、圧電体能動部の繰り返し振動によってクラック等が発生してしまうことがあった。つまり、弾性膜は、振動によってキャビティに対応する領域(可動部)が変形することから、キャビティの隔壁によって固定される領域(固定部)との境界で応力集中が生じやすくなっている。そのため、上記可動部と固定部との境界において弾性膜にクラック等が発生し、これが振動信頼性や変位量に影響を与えて印字不良を引き起こす虞があった。
そのため、弾性膜のキャビティ隔壁近傍の応力集中を緩和することにより、クラックの発生を抑える技術が望まれている。
According to Patent Documents 1 to 3 described above, it is possible to suppress damage to the piezoelectric active portion during driving as compared with the related art. However, the droplet discharge head described in the above document has the following problems to be improved.
In the case of the above configuration, the elastic film formed on the flow path forming substrate may be cracked due to repeated vibration of the piezoelectric active part. That is, since the elastic film deforms the region (movable part) corresponding to the cavity by vibration, stress concentration is likely to occur at the boundary with the region (fixed part) fixed by the partition wall of the cavity. For this reason, a crack or the like is generated in the elastic film at the boundary between the movable part and the fixed part, and this may affect the vibration reliability and the displacement amount and cause a printing defect.
Therefore, there is a demand for a technique for suppressing the occurrence of cracks by relaxing the stress concentration in the vicinity of the cavity partition wall of the elastic film.
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、圧電素子に不具合が発生するのを防止して、安定した変位特性を確保することが可能な液滴吐出ヘッド及びその製造方法、液滴吐出装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and is a droplet discharge head capable of preventing a failure in a piezoelectric element and ensuring stable displacement characteristics, and its It is an object to provide a manufacturing method and a droplet discharge device.
本発明の液滴吐出ヘッドは、上記課題を解決するために、液体を吐出するノズル開口に連通し、かつ隔壁に囲まれてなる圧力発生室を有する流路形成部と、圧力発生室及び隔壁に当接して形成された弾性膜と、該弾性膜上に設けられた下部電極、圧電体膜、上部電極からなる圧電素子と、を具備する液滴吐出ヘッドであって、弾性膜は、圧力発生室に当接する領域において圧力発生室側に凸形状とされ、かつ該凸形状は側面が斜面とされていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a droplet discharge head according to the present invention includes a flow path forming portion having a pressure generation chamber that is in communication with a nozzle opening for discharging a liquid and surrounded by a partition, and the pressure generation chamber and the partition A droplet discharge head comprising: an elastic film formed in contact with the piezoelectric film; and a piezoelectric element including a lower electrode, a piezoelectric film, and an upper electrode provided on the elastic film, wherein the elastic film has a pressure A convex shape is formed on the pressure generating chamber side in a region in contact with the generating chamber, and the convex surface has a sloped side surface.
本実施形態の液滴吐出ヘッドによれば、圧力発生室に当接する領域圧力発生室側に凸形状とされ、かつ該凸形状は側面が斜面とされている弾性膜を設けることで、弾性膜の、圧電素子によって振動する領域と、隔壁によって固定される領域との境目(近傍部)に掛かる応力を緩和することができる。
このように、弾性膜の圧力発生室に対応する領域よりも隔壁に対応する領域の膜厚が薄くなるように形成することで、弾性膜がその機械的強度を維持しつつ撓み易くなる。また、前記近傍部におけるヤング率が減少し、弾性膜の変位量が増加することから、駆動時に、弾性膜にクラック等が生じることを抑えることが可能となるとともに、弾性膜の変位量増加に伴いインクの吐出量を高めることができる。
したがって、弾性膜のクラック等に起因する印字不良を改善することができ、液滴吐出ヘッドの信頼性を向上させることができる。また、圧電素子の振動信頼性や変位量を向上することができるとともにそれらを長期的に維持することが可能となる。
According to the droplet discharge head of the present embodiment, the elastic film is formed by providing an elastic film having a convex shape on the side of the pressure generation chamber that is in contact with the pressure generation chamber, and the convex shape having a sloped side surface. The stress applied to the boundary (near part) between the region vibrating by the piezoelectric element and the region fixed by the partition wall can be relaxed.
Thus, by forming the film thickness of the region corresponding to the partition wall to be thinner than the region corresponding to the pressure generating chamber of the elastic film, the elastic film is easily bent while maintaining its mechanical strength. Further, since the Young's modulus in the vicinity decreases and the amount of displacement of the elastic film increases, it becomes possible to suppress the occurrence of cracks in the elastic film during driving, and to increase the amount of displacement of the elastic film. Accordingly, the amount of ink discharged can be increased.
Accordingly, it is possible to improve printing defects caused by cracks in the elastic film and improve the reliability of the droplet discharge head. In addition, it is possible to improve the vibration reliability and displacement of the piezoelectric element and to maintain them for a long period of time.
また、流路形成部はシリコン基板に形成され、弾性膜は、該シリコン基板の表面を熱酸化処理することによって形成された酸化シリコン膜を有することが好ましい。
このような構成によれば、優れた振動特性を有する弾性膜とすることができる。
The flow path forming portion is preferably formed on a silicon substrate, and the elastic film preferably has a silicon oxide film formed by thermally oxidizing the surface of the silicon substrate.
According to such a configuration, an elastic film having excellent vibration characteristics can be obtained.
本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法は、液体を吐出するノズル開口に連通し、かつ隔壁に囲まれてなる圧力発生室を有する流路形成部と、圧力発生室及び隔壁に当接して形成された弾性膜と、該弾性膜上に設けられた下部電極、圧電体膜、上部電極からなる圧電素子と、を具備する液滴吐出ヘッドの製造方法であって、基板に流路形成部を形成する流路形成部形成工程と、基板に、弾性膜を形成する弾性膜形成工程と、弾性膜上に前記圧電素子を形成する圧電素子形成工程と、を有することを特徴とする。 The method for manufacturing a droplet discharge head according to the present invention includes a flow path forming portion having a pressure generation chamber that is in communication with a nozzle opening for discharging a liquid and surrounded by a partition, and is formed in contact with the pressure generation chamber and the partition. And a piezoelectric element including a lower electrode, a piezoelectric film, and an upper electrode provided on the elastic film, wherein the flow path forming portion is provided on the substrate. It has a flow path forming part forming step to be formed, an elastic film forming step of forming an elastic film on the substrate, and a piezoelectric element forming step of forming the piezoelectric element on the elastic film.
本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法によれば、圧力発生室に対応する領域よりも圧力発生室の隔壁に対応する領域の方が薄く、且つ圧力発生室に対応する領域と圧力発生室の隔壁に対応する領域との境界部分が斜面になっている弾性膜を形成することで、弾性膜の、圧電素子によって振動する領域と、隔壁によって固定される領域との境目に掛かる応力を緩和することができる。
このように、弾性膜の圧力発生室に対応する領域よりも圧力発生室の隔壁に対応する領域の方が薄く、且つその境界部分が傾斜面となるように形成することで、弾性膜がその機械的強度を維持しつつ撓み易くなる。また、同時に、境界部分におけるヤング率が減少し、弾性膜の変位量が増加することから、駆動時に、弾性膜にクラック等が生じることを抑えることが可能となるとともに、弾性膜の変位量増加に伴いインクの吐出量を高めることができる。
したがって、弾性膜のクラック等に起因する印字不良を改善することができ、液滴吐出ヘッドの信頼性を向上させることができる。また、圧電素子の振動信頼性や変位量を向上することができるとともにそれらを長期的に維持することが可能となる。
According to the manufacturing method of the droplet discharge head of the present invention, the region corresponding to the partition wall of the pressure generation chamber is thinner than the region corresponding to the pressure generation chamber, and the region corresponding to the pressure generation chamber and the pressure generation chamber By forming an elastic film whose boundary part with the region corresponding to the partition wall is an inclined surface, the stress applied to the boundary between the region vibrating by the piezoelectric element and the region fixed by the partition wall is relieved. be able to.
As described above, the elastic film is formed so that the region corresponding to the partition wall of the pressure generation chamber is thinner than the region corresponding to the pressure generation chamber of the elastic film and the boundary portion is an inclined surface. It becomes easy to bend, maintaining mechanical strength. At the same time, the Young's modulus at the boundary portion decreases and the amount of displacement of the elastic film increases, so that it is possible to suppress the occurrence of cracks in the elastic film during driving, and the amount of displacement of the elastic film increases. As a result, the ink discharge amount can be increased.
Accordingly, it is possible to improve printing defects caused by cracks in the elastic film and improve the reliability of the droplet discharge head. In addition, it is possible to improve the vibration reliability and displacement of the piezoelectric element and to maintain them for a long period of time.
また、基板がシリコンからなり、弾性膜形成工程は、基板の圧力発生室と反対の表面において圧力発生室の隔壁に対応する領域に窒化シリコン膜を形成する工程と、窒化シリコン膜をマスクとして熱酸化処理を行い、圧力発生室に対応する領域に第1の酸化膜を形成する工程と、窒化シリコン膜および第1の酸化膜を除去する工程と、窒化シリコン膜および第1の酸化膜を除去した基板の表面を熱酸化処理し、第2の酸化膜を形成する工程と、第2の酸化膜の表面を平坦化する工程と、を備えていることが好ましい。 Further, the substrate is made of silicon, and the elastic film forming step includes a step of forming a silicon nitride film in a region corresponding to the partition of the pressure generation chamber on the surface opposite to the pressure generation chamber of the substrate, and a thermal process using the silicon nitride film as a mask. Performing an oxidation process to form a first oxide film in a region corresponding to the pressure generating chamber; removing the silicon nitride film and the first oxide film; removing the silicon nitride film and the first oxide film; It is preferable to include a step of thermally oxidizing the surface of the substrate thus formed to form a second oxide film and a step of flattening the surface of the second oxide film.
このような製造方法によれば、シリコンからなる基板上に、圧力発生室の隔壁に対応する領域と、圧力発生室に対応する領域とで膜厚の異なる弾性膜を、確実且つ容易に形成することができる。また、近傍部を、所望とする斜面にすることができる。 According to such a manufacturing method, on the substrate made of silicon, the elastic film having different film thicknesses in the region corresponding to the partition of the pressure generation chamber and the region corresponding to the pressure generation chamber is reliably and easily formed. be able to. Moreover, the vicinity part can be made into the desired slope.
本発明の電子機器は、先に記載の液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴とする。
上述したように信頼性に優れた液滴吐出ヘッドを備えているので、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。
An electronic apparatus according to the present invention includes the droplet discharge head described above.
As described above, since the liquid droplet ejection head having excellent reliability is provided, the liquid droplet ejection apparatus itself has good ejection performance, high performance and high reliability.
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each drawing used for the following description, the scale of each member is appropriately changed to make each member a recognizable size.
(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、液滴吐出ヘッドにおける圧電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10は液滴吐出ヘッドである。この液滴吐出ヘッド10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素子14とを備えて構成されたものである。なお、この液滴吐出ヘッド10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 is an enlarged view showing a configuration of a piezoelectric element in the droplet discharge head. FIG. Note that FIG. 1 is shown upside down from a normally used state.
In these drawings,
すなわち、この液滴吐出ヘッド10は、図1に示すようにノズルプレート11と、インク室基板12と、弾性膜13と、該弾性膜13に接合された圧電素子14とを備え、これらが基体15に収納されて構成されている。基体15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15にインク室基板12が固定、支持されている。
That is, the
そして、図1、図2に示すように、インク室基板12をパターニングすることで形成された隔壁12A、ノズルプレート11、及び弾性膜13により、複数のキャビティ(圧力発生室)12a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12bと、該リザーバ12bから各キャビティ12aにインクをそれぞれ供給するインク供給口12c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 (pressure generating chambers) 12a and ink cartridges are formed by
ノズルプレート11は、例えばステンレス製の圧延プレート等で構成されており、インク滴を吐出するための多数のノズル11aが一列に形成されている。ノズル11a間のピッチは、印刷精度に応じて適宜設定可能である。
The
また、上記インク室基板12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。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、リザーバ12bおよび各キャビティ12a等の流路形成部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
また、上記各キャビティ12aは、図1に示したように各ノズル11aに対応して配設されたもので、弾性膜13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ノズル11aからインク滴を吐出するようになっている。
Each
インク室基板12の平均厚さ、すなわちキャビティ12a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12a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
ここで、図2に示すように、インク室基板12のキャビティ12a、リザーバ12bおよびインク供給口12cの内壁表面には、耐インク性を有する材料、例えば、酸化タンタル(TaOx)からなる保護膜16が、約50nmの厚さで設けられている。なお、ここで言う耐インク性とは、アルカリ性のインクに対する耐エッチング性のことである。また、本実施形態では、インク室基板12のキャビティ12a等が開口する側の表面、すなわち、ノズルプレート11が接合される接合面にも保護膜16が設けられている。勿論、このような領域には、インクが実質的に接触しないため、保護膜16は設けられていなくてもよい。
Here, as shown in FIG. 2, on the inner wall surfaces of the
弾性膜13は、少なくとも一方の面に熱酸化膜層と金属酸化物層とが積層された構成となっている。具体的には、弾性膜13は、二酸化シリコン(SiO2)からなる弾性層13aと、該弾性層13a上に設けられ、酸化ジルコニウム(ZrO2)からなる金属酸化物層13bとが積層されてなるものである。
The
本実施形態の弾性膜13は、領域によって膜厚が異なっている。具体的には、図4(a)に示すように、弾性層13aのキャビティ12a側に凹部が形成されており、これによって弾性層13aのキャビティ12a側は、キャビティ12aの隔壁12Aに対応して接する領域130Aの膜厚が、キャビティ12aに対応して該キャビティ12aの天面を形成する領域130Bの膜厚に対して、相対的に薄くなっている。また、領域130Bにおける領域130Aの近傍部130Cは、領域130A側に行くに従って膜厚が漸次薄くなる傾斜分布を有しており、図4(a)に示すような、なだらかな斜面20になっている。ここで、斜面20は、平面だけでなく曲面によって形成されるものでもよい。そして図4(b)に示すように、斜面20は領域130Bの周縁部に形成される。弾性層13aの各領域130A,130Bの膜厚は、キャビティ12aの大きさ等を考慮して各々適宜設定され、本実施形態では、領域130Aの膜厚が0.5μm、領域130Bの中央部における膜厚が1.0μmである。
このような弾性膜13は、インク室基板12のノズルプレート11とは反対側の面に配設され、表面上に複数の圧電素子14が備えられている。
The
Such an
なお、図2では、弾性膜13の膜厚が均一となっているがこれは簡略して示したもので、実際には上述したように領域によって膜厚が異なっている。また、上記した金属酸化物層13bは、酸化チタン(TiO2)から構成してもよい。
In FIG. 2, the
さらに、弾性膜13の所定位置には、図1に示したように弾性膜13の厚さ方向に貫通する連通孔13cが形成されている。そして、このような連通孔13cにより、後述するインクカートリッジ631(図8参照)からリザーバ12bへのインクの供給がなされるようになっている。
Further, at a predetermined position of the
各圧電素子14は、図2に示すように、各々が各キャビティ12aのほぼ中央部に対応して配設されている。これら各圧電素子14は、後述する圧電素子駆動回路に電気的に接続され、圧電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、各圧電素子14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、弾性膜13は、圧電素子14の振動(撓み)によって振動し(撓み)、キャビティ12a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。
As shown in FIG. 2, each
以下に、圧電素子14について詳しく説明する。
図3に示すように、上記圧電素子14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)からなる圧電体膜5が挟持された構造を有している。一般的には、圧電素子14のいずれか一方の電極を共通電極とし、他方の電極および圧電体膜5を各キャビティ12a毎にパターニングして構成される。本実施形態では、下部電極4を圧電素子14の共通電極とし、上部電極6を圧電素子14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。いずれの場合においても、各キャビティ12a毎に、下部電極4、圧電体膜5および上部電極6からなる積層体14aが形成されている。
Hereinafter, the
As shown in FIG. 3, the
下部電極4は、Pt層とIr層とが順に積層されて構成されたもので、その膜厚が、約0.2μmとなっている。また、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約0.1μmの膜厚に形成されている。
The
下部電極4は、酸化ジルコニウム(ZrO2)から構成されたもので、キャビティ12aの長手方向の両端部近傍においてパターニングされ、キャビティ12aの並設方向に沿って連続的に設けられている。
The
圧電体膜5は、結晶性を有する強誘電膜から構成され、各キャビティ12a毎に独立して下部電極4上に設けられている。圧電体膜5は、その側端面51aが弾性膜13に対して所定の角度で傾斜する傾斜面となっており、側断面視において、所謂テーパ形状をなすものとなっている。
The
上部電極6は、圧電体膜5と同様に各キャビティ12a毎に独立して設けられる。本実施形態の上部電極6は、その側端面61aが圧電体膜5の側端面51a(傾斜面)に連続する傾斜面となっており、圧電体膜5と同時にパターン形成されている。すなわち、上記圧電体膜5同様、側断面視においてテーパ形状をなすものとなっている。
Similar to the
本実施形態においては、下部電極4の表面に対する圧電体膜5の側端面51aおよび上部電極6の側端面61aの傾斜角度θが約10°以上50°以下の範囲、より好ましくは、40°以下となるように形成され、ここでは側端面51a,61aの傾斜角度θが30°となるように形成されている。
In the present embodiment, the inclination angle θ of the
そして、弾性膜13上には、上部電極6、圧電体膜5、および下部電極4の露出面を覆う絶縁性水素バリア膜17が設けられている。本実施形態では、絶縁性水素バリア膜17を、例えば、酸化アルミニウム(アルミナ:AlOx)を用いて形成し、その膜厚を0.2μmとする。
An insulating
絶縁性水素バリア膜17は、水素(H2)、水(H2O)等の還元性物質による圧電体膜5の劣化を防止するものであって、これにより、キャパシタの電気的特性が変動するのを抑止でき、高品位な液滴吐出ヘッド10が得られることになる。
The insulating
そして、各上部電極6には、上記絶縁性水素バリア膜17に設けられた貫通孔17aを介して、例えば、金(Au)等からなり、弾性膜13上まで延設されたリード電極18がそれぞれ接続されている。このようにして圧電素子14が構成されている。
Each
(液滴吐出)
続いて、このような構成からなる液滴吐出ヘッド10からインク滴を吐出する場合について説明する。
上記液滴吐出ヘッド10は、不図示の圧電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、図1に示す圧電素子14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、圧電体膜5に変形が生じない。このため、弾性膜13にも変形が生じず、キャビティ12aには容積変化が生じない。したがって、この状態にあるときはノズル11aからインク滴は吐出されない。
(Droplet discharge)
Next, a case where ink droplets are ejected from the
The
一方、圧電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、圧電素子14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、圧電体膜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、弾性膜13が例えば500nm程度撓み、キャビティ12aの容積変化が生じる。このとき、キャビティ12a内の圧力が瞬間的に高まり、ノズル11aからインク滴を吐出できる。
On the other hand, in a state where a predetermined ejection signal is input via the piezoelectric element driving circuit, that is, in a state where a constant voltage (for example, about 30 V) is applied between the
すなわち、電圧を印加すると、圧電体膜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、圧電体膜5に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、この応力によって弾性膜13をそらせ、撓ませることになる。キャビティ12aの短軸方向での圧電体膜5の変位量(絶対値)が大きければ大きいほど、弾性膜13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
このようにして1回のインクの吐出が終了すると、圧電素子駆動回路は、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、圧電素子14は元の形状に戻り、キャビティ12a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(図8参照)からノズル11a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11a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12bを経てキャビティ12aへ供給される。上記液滴吐出ヘッド10によれば、圧電素子14と弾性膜13との間の密着性が高く剥離し難いため、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素子14に対して、圧電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 driving circuit stops applying the voltage between the
In this way, arbitrary (desired) characters and figures are printed by sequentially inputting ejection signals to the
本実施形態では、圧電素子14の駆動によって、領域130Bの近傍部130Cにおける斜面20が面方向に伸長し、領域130B全体をキャビティ12a内に凸に変形させてインクを吐出するようになっている。すなわち、弾性膜13は、キャビティ12aの隔壁Aによって固定される領域130Aと、圧電素子14の振動によって変形する領域130Bとの境界部分に応力集中が生じやすいが、上述したような本実施形態の構成とすることで、上記境界部分、すなわち近傍部130Cにおけるヤング率が減少することになり、領域130Bの変形量が向上して所望とするインクの吐出量が得られることになる。
In the present embodiment, when the
(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10を製造する工程について図面を参照して説明する。図5〜図7は、液滴吐出ヘッドの製造工程を説明する工程図である。
まず、インク室基板12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、この基板2上に弾性膜13を形成する。弾性膜13は、上述したように二酸化シリコンからなる弾性層13aと、酸化ジルコニウム(ZrO2)からなる金属酸化物層13bとが積層されて構成されたものである。そのため、まず基板2上に、当該基板2を熱酸化処理することで上記弾性層13aとして機能する二酸化シリコン(SiO2)層を形成し、該二酸化シリコン層上に金属酸化物層13bとして酸化ジルコニウム(ZrO2)層を形成する。このようにして基板2と一体に弾性膜13を形成する。
(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
First, the base material to be the
以下に、弾性膜13の形成方法について詳述する。
(LOCOS酸化)
まず、所望とする形状の弾性膜13を得るべく基板2にLOCOS法を用いた熱酸化処理を施す。
図5(a)に示すように、基板2上にCVD法あるいはスパッタ法等によりSiN膜31を成膜した後、図5(b)に示すように、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、上記キャビティ12aの隔壁12Aに対応する領域以外、すなわちキャビティ12aに対応する領域120BのSiN膜31を除去し、キャビティ12aの隔壁12Aに対応する領域120Aを覆うマスクM1をパターン形成する。
Below, the formation method of the
(LOCOS oxidation)
First, in order to obtain the
As shown in FIG. 5A, after the
次に、図5(c)に示すように、上記マスクM1を酸化防止膜として基板2を熱酸化することによって、キャビティ12aに対応する領域120Bに第1の酸化膜32を形成する。このとき、熱酸化処理の温度および時間を調整して第1の酸化膜32を所定の厚さに形成する。その後、図5(d)に示すように、基板2上の第1の酸化膜32およびマスクM1をエッチングにより除去する。すると、隔壁12Aに対応する領域120Aに凸部33が出現し、基板2の表面が凹凸形状となる。また、LOCOS酸化を行うことによって、凸部33の側壁がなだらかな斜面となり、領域120Aと領域120Bとを緩やかな曲線によって繋ぐ形状にすることができる。
Next, as shown in FIG. 5C, the
(弾性膜の形成)
次に、図5(e)に示すように、第1の酸化膜32およびマスクM1を除去した基板2を熱酸化処理することによって、その表面全体に第2の酸化膜34を形成する。第2の酸化膜34は、基板2の表面形状に沿って形成され、凸部33の外形を反映したものとなっている。
(Formation of elastic film)
Next, as shown in FIG. 5E, the
続いて、図5(f)に示すように凹凸形状の第2の酸化膜34の表面をCMPまたはエッチバックによって平坦化した後、図6(a)に示すように基板2上に二酸化シリコンからなる上記弾性層13aを形成する。弾性層13aは、基板2に形成された凸部33により、キャビティ12aの隔壁12Aに対応する領域130Aと、キャビティ12aに対応する領域130Bとでその厚さが相対的に異なっている。また、領域130Bにおける領域130Aの近傍部130Cは、なだらかな傾斜面20となっている。
Subsequently, as shown in FIG. 5 (f), the surface of the
弾性層13aは、領域130Aの膜厚が領域130Bの膜厚に対して20%以上70%以下の膜厚となっていることが好ましく、本実施形態では、領域130Aの膜厚が0.5μm、領域130Bの膜厚が1.0μmとなっている。ここで、領域130Aの膜厚が領域130Bの膜厚に対して20%未満であった場合、弾性膜13としての機械的強度が低くなり、駆動時に振動の反復作用が良好に得られなくなってしまう。また、領域130Aの膜厚が領域130Bの膜厚に対して70%を越えると、領域130Aと領域130Bとの境界部分におけるクラックの発生防止効果が低くなってしまう。そのため、弾性膜13の領域130Aの膜厚を、領域130Bの膜厚に対して20%以上70%以下の膜厚とすることにより、クラック等の発生を抑えて、弾性疲労による耐久性の低下を防止することができる。
In the
次に、第2の酸化膜34上にCVD法あるいはスパッタ法等によりジルコニア(Zr)からなる金属膜を成膜する。そして、金属膜を熱酸化することによって、当該金属膜を酸化ジルコニウム(ZrO2)に変換して金属酸化物層13bを形成する。
このようにして、基板2上に弾性層13aおよび金属酸化物層13bを形成し、基板2と一体とされた弾性膜13を得る。
Next, a metal film made of zirconia (Zr) is formed on the
In this way, the
続いて、弾性膜13における基板2側とは反対側の面、すなわち金属酸化物層13bの表面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(H2)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弾性膜13にプラズマ処理を行う。
Subsequently, the surface of the
次に、弾性膜13上に圧電素子14を形成する。
まず、図6(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弾性膜13(金属酸化物層13b)の処理面55a上に、スパッタ法等の公知の方法によって下部電極4を形成する。なお、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、処理面55a上にPt層4a、Ir層4bを順に積層する。
Next, the
First, as shown in FIG. 6B, the
下部電極4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、処理面55aが大気に曝されるのを防止できるので、処理面55aの汚染や酸化、不純物の付着等によってPt層4aとの密着性が低下するのを防止できる。
The step of forming the
図6(c)に示すように、下部電極4上にチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)からなる圧電体膜5の前駆層5Aを成膜する。ここで、本実施形態では、金属有機物を溶媒(分散性)に溶解・分散してなるゾルを塗布乾燥しゲル化して前駆層5Aを形成し、さらにこの前駆層5Aを脱脂して有機成分を離脱させた後、焼成して結晶化させることで各圧電体膜5を得ている。なお、下部電極4と圧電体膜5との密着層としてTiを設けるようにしてもよい。また、圧電体膜5の製造方法は、上述したゾルゲル法に限定されず、例えば、MOD(Metal-Organic Decomposition)法等を用いてもよい。
As shown in FIG. 6C, a
なお、圧電体膜5の材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛等の強誘電性材料の他、これにニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマスまた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。
The
続いて、圧電体膜5の前駆層5A上に上部電極6の前駆層6Aを、上記前駆層5A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。
Subsequently, the
As the
このように、下部電極4上に圧電体膜5の前駆層5Aおよび上部電極6の前駆層6Aを形成した後、図6(d)に示すように、前駆層5Aと前駆層6Aとを同時にパターニングし、圧電体膜5及び上部電極6を形成する。このとき、パターニングによって形成される圧電体膜5の側端面51aと上部電極6の側端面61aとの下部電極4に対する傾斜角度θが、約10°〜50°の範囲、本実施形態では、約30°となるようにパターニングする。
Thus, after forming the
具体的には、前駆層6A上に設けられた所定の開口パターンを有するレジストをマスクM2としてパターニングを行うが、このとき、マスクM2の端面の前駆層6Aに対する角度θ1が、約30°の角度となっている。そして、マスクM2を用いて前駆層5A及び前駆層6Aをエッチングすると、これら前駆層5A及び前駆層6AとともにマスクM2がエッチングされて上部電極6の側端面61aが傾斜面となり、前駆層5Aの表面がエッチングされることで、圧電体膜5の側端面51aが上部電極6の側端面61aに連続する傾斜面となる。このように、圧電体膜5の側端面51a及び上部電極6の側端面61aは、互いに同じ角度で傾斜することになる。
以上の工程により、弾性膜13上に圧電素子14を構成する積層体14aが形成される。
Specifically, patterning is performed using a resist having a predetermined opening pattern provided on the
Through the above steps, the
なお、このような圧電体膜5、上部電極6の形成にあたっては、例えば、イオンミリング法を用いて上記側端面51a、61aを形成することもできる。
In forming the
その後、図6(e)に示すように、下部電極4、圧電体膜5、上部電極6からなる積層体14aを覆うようにして、酸化アルミニウム(AlOx)を用いてスパッタ法等により絶縁性水素バリア膜17を成膜した後、図7(a)に示すように、この絶縁性水素バリア膜17を各積層体14a毎にパターニングすることによって、下層に位置する上部電極6を露出させる貫通孔17aを形成する。そして、各貫通孔17aを埋めるようにして、金(Au)からなる金属層(図示略)を基板2の全面に亘って形成した後、この金属層を各積層体14a毎にパターニングすることによってリード電極18を形成する。このようにして、各キャビティ12aに対向する領域内に圧電素子14を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 6E, the insulating hydrogen is formed by sputtering using aluminum oxide (AlOx) so as to cover the
圧電素子14を形成した後は、図7(b)に示すように、インク室基板12となる母材となる基板2をマスクM3を用いてパターニングし、図7(c)に示すように、圧電素子14に対応する位置にそれぞれキャビティ12aとなる凹部22Aを、また、所定位置にリザーバ12bおよびインク供給口12cとなる凹部(不図示)をそれぞれ形成することによって隔壁12Aが形成される。なお、本実施形態では、このインク室基板12を構成する基板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12を形成することができる。
After the
具体的には、基板2の弾性膜13とは反対側の表面に、キャビティ12a、リザーバ12bおよびインク供給口12cを形成すべき位置に合せてマスクM3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。
このとき、LOCOS酸化で形成した凸部33の中心が隔壁12Aの中心となるように上記マスクM3を形成する。
Specifically, a mask M3 is formed on the surface of the
At this time, the mask M3 is formed so that the center of the
このようにして基板2を、その厚さ方向に弾性膜13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12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隔壁12A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。
Thus, the
次いで、複数のノズル11aが形成されたノズルプレート11を、各ノズル11aが各キャビティ12aとなる凹部22A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12a、リザーバ12bおよび複数のインク供給口12cが形成される。なお、ノズルプレート11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12を基体15に取り付け、これにより液滴吐出ヘッド10が製造される。
Next, the
Thereafter, the
以上説明したように、本発明では、インク室基板12上に設けられる弾性膜13の膜厚が、キャビティ12aに対応する領域130Bよりもキャビティ12aの隔壁12Aに対応する領域130Aの方が薄く、且つ上記領域130Aと領域130Bとの境界(近傍部130C)が斜面20となっているので、圧電素子14によって振動する領域130Bと、隔壁12Aによって固定される領域130Aとの境目(境界部130C)に掛かる応力を効果的に緩和することができる。このように、弾性膜13が、領域130Bから領域130Aにかけて膜厚が漸次薄くなる傾斜分布を有することにより、弾性膜13がその機械的強度を維持しつつ撓み易くなる。これにより、駆動時に、弾性膜13にクラック等が生じることを抑えることが可能となり、弾性疲労による耐久性の低下を抑制することができる。同時に、弾性膜13の近傍部130Cにおけるヤング率が減少するため、圧電素子14の変位が増加し、インクの吐出量を高めることができる。このように、圧電素子14の振動信頼性や変位量を向上することができるとともにそれらを長期的に維持することができる。
以上により、弾性膜13のクラック等に起因する印字不良を改善することができ、液滴吐出ヘッド10の信頼性を向上させることができる。
As described above, in the present invention, the thickness of the
As described above, it is possible to improve printing defects due to cracks in the
また、上記したような所望形状の弾性膜13を得るべく、基板2に対してLOCOS法による熱酸化処理を施すことによってその表面を凹凸形状とした。LOCOS法を用いることにより、基板2のキャビティ12aに対応する領域120Bとキャビティ12aの隔壁12Aに対応する領域120Aとの境目に、段差のない、なだらかな斜面を形成することができる。この斜面は、弾性膜13の近傍部130Cにおける斜面20の形状を反映するものである。なお、基板2の加工は、イオンミリングやエッチングによっても可能であるが、段差のないなだらかな斜面20を好適に得るには、LOCOS法を用いることが好ましい。
In addition, in order to obtain the
また、本発明では、絶縁性水素バリア膜17によって水素や水による圧電体膜5の劣化を防止しているので、圧電素子14としての長期的な信頼性が確保されたものとなっている。
In the present invention, since the insulating
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもなく、上記各実施形態を組み合わせても良い。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 The preferred embodiments according to the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings. However, it goes without saying that the present invention is not limited to such examples, and the above embodiments may be combined. It is obvious for those skilled in the art that various changes or modifications can be conceived within the scope of the technical idea described in the claims. It is understood that it belongs to.
上記実施形態では基板2と一体に弾性膜13を形成したが、例えば、別途用意した弾性膜13を基板2に貼り合わせてもよい。この場合、上記実施形態と同様に、基板2の裏面(二酸化シリコン層が形成されていない面)側から弾性膜13を露出させるようにエッチングし、キャビティ12aやリザーバ12bを形成し、弾性膜13を基板2と一体に形成することができる。
In the above embodiment, the
(液滴吐出装置)
次に、液滴吐出ヘッド10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勿論、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 apparatus including the
図8は、インクジェットプリンタの概略構成図であり、図8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8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. 8 is a schematic configuration diagram of the ink jet printer.
The
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。
The
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。
Inside the apparatus
制御部660の制御により、給紙装置650は、記録用紙Pを1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
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。
The
ヘッドユニット630は、その下部に、多数のノズル11aを備える液滴吐出ヘッド10と、この液滴吐出ヘッド10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10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。
In the lower part of the
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10が設けられることになる。
Note that full-color printing can be performed by using an
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10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
The
When the
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
The
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、圧電素子(振動源)14を駆動してインクの吐出タイミングを制御する圧電素子駆動回路、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
Although not shown in the figure, the
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素子14、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
The
このようなインクジェットプリンタ60にあっては、上述したように弾性膜13と圧電素子14との密着性が高く、信頼性の高い液滴吐出ヘッド10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
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.
10…液滴吐出ヘッド、11a…ノズル、12a…キャビティ(圧力発生室)、12…インク室基板(流路形成部)、13…弾性膜、4…下部電極、5…圧電体膜、6…上部電極、14…圧電素子、51a…側端面、61a…側端面、17…絶縁性水素バリア膜、60…インクジェットプリンタ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記圧力発生室及び前記隔壁に当接して形成された弾性膜と、
該弾性膜上に設けられた下部電極、圧電体膜、上部電極からなる圧電素子と、
を具備する液滴吐出ヘッドであって、
前記弾性膜は、前記圧力発生室に当接する領域において前記圧力発生室側に凸形状とされ、かつ該凸形状は側面が斜面とされていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。 A flow path forming portion having a pressure generating chamber that is in communication with a nozzle opening for discharging liquid and surrounded by a partition;
An elastic film formed in contact with the pressure generating chamber and the partition;
A piezoelectric element comprising a lower electrode, a piezoelectric film, and an upper electrode provided on the elastic film;
A droplet discharge head comprising:
The droplet discharge head according to claim 1, wherein the elastic film has a convex shape toward the pressure generation chamber in a region in contact with the pressure generation chamber, and the convex shape has an inclined side surface.
前記弾性膜は、該シリコン基板の表面を熱酸化処理することによって形成された酸化シリコン膜を有することを特徴とする請求項1記載の液滴吐出ヘッド。 The flow path forming part is formed on a silicon substrate,
2. The droplet discharge head according to claim 1, wherein the elastic film has a silicon oxide film formed by thermally oxidizing the surface of the silicon substrate.
前記圧力発生室及び前記隔壁に当接して形成された弾性膜と、
該弾性膜上に設けられた下部電極、圧電体膜、上部電極からなる圧電素子と、
を具備する液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
基板に前記流路形成部を形成する流路形成部形成工程と、
前記基板に、前記弾性膜を形成する弾性膜形成工程と、
前記弾性膜上に前記圧電素子を形成する圧電素子形成工程と、を有することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。 A flow path forming portion having a pressure generating chamber that is in communication with a nozzle opening for discharging liquid and surrounded by a partition;
An elastic film formed in contact with the pressure generating chamber and the partition;
A piezoelectric element comprising a lower electrode, a piezoelectric film, and an upper electrode provided on the elastic film;
A method of manufacturing a droplet discharge head comprising:
A flow path forming part forming step of forming the flow path forming part on a substrate;
An elastic film forming step of forming the elastic film on the substrate;
And a piezoelectric element forming step of forming the piezoelectric element on the elastic film.
前記弾性膜形成工程は、
前記基板の前記圧力発生室と反対の表面において前記圧力発生室の隔壁に対応する領域に窒化シリコン膜を形成する工程と、
前記窒化シリコン膜をマスクとして熱酸化処理を行い第1の酸化膜を形成する工程と、
前記窒化シリコン膜及び前記第1の酸化膜を除去する工程と、
前記基板の表面を熱酸化処理し、第2の酸化膜を形成する工程と、
前記第2の酸化膜の表面を平坦化する工程と、を備えていることを特徴とする請求項3記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。 The substrate is made of silicon;
The elastic film forming step includes
Forming a silicon nitride film in a region corresponding to the partition wall of the pressure generation chamber on the surface of the substrate opposite to the pressure generation chamber;
Forming a first oxide film by performing a thermal oxidation process using the silicon nitride film as a mask;
Removing the silicon nitride film and the first oxide film;
Thermally oxidizing the surface of the substrate to form a second oxide film;
The method of manufacturing a droplet discharge head according to claim 3, further comprising a step of planarizing a surface of the second oxide film.
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2007
- 2007-05-30 JP JP2007143013A patent/JP2008296417A/en not_active Withdrawn
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