JP2014151623A - Piezoelectric actuator device, liquid droplet discharge head, ink cartridge, and image formation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電アクチュエータ装置、液滴吐出ヘッド、インクカートリッジ及び画像形成装置に関するものである。 The present invention relates to a piezoelectric actuator device, a droplet discharge head, an ink cartridge, and an image forming apparatus.
例えば、プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッター等の画像形成装置において用いられるインクジェット式画像形成装置の液滴吐出ヘッドが知られている。液滴吐出ヘッドは、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する加圧液室と、この加圧液室内のインクを加圧するエネルギー発生手段とを備えている。液滴吐出ヘッドは、エネルギー発生手段で発生したエネルギーで加圧液室内のインクを加圧することによってノズルからインク滴を吐出させる。 For example, a droplet discharge head of an ink jet image forming apparatus used in an image forming apparatus such as a printer, a facsimile machine, a copying apparatus, or a plotter is known. The droplet discharge head includes a nozzle that discharges ink droplets, a pressurized liquid chamber that communicates with the nozzle, and energy generation means that pressurizes ink in the pressurized liquid chamber. The droplet discharge head discharges ink droplets from the nozzles by pressurizing the ink in the pressurized liquid chamber with the energy generated by the energy generating means.
加圧液室は、インク流路、加圧室、圧力室、吐出室、液室などとも称される。エネルギー発生手段は、例えば、圧電素子などの電気機械変換素子を備えたもの、ヒータなどの電気熱変換素子を備えたもの、又は、インク流路の壁面を形成する振動板とその振動板に対向して配置された電極を備えたもの、などがある。 The pressurized liquid chamber is also referred to as an ink flow path, a pressurized chamber, a pressure chamber, a discharge chamber, a liquid chamber, and the like. The energy generating means is, for example, a device provided with an electromechanical conversion element such as a piezoelectric element, a device provided with an electrothermal conversion element such as a heater, or a diaphragm that forms the wall surface of the ink flow path and the diaphragm. And the like having electrodes arranged in the same manner.
ピエゾ式の液滴吐出ヘッドとして、圧電素子が軸方向に伸長及び収縮する縦振動型と、圧電素子の撓みを利用した横振動(ベンドモード)型が知られている。近年、後者の横振動型として、圧電素子が薄膜で形成された薄膜ピエゾアクチュエータが知られている。 As a piezo-type liquid droplet ejection head, there are known a longitudinal vibration type in which a piezoelectric element extends and contracts in an axial direction and a lateral vibration (bend mode) type using the bending of the piezoelectric element. In recent years, a thin film piezoelectric actuator in which a piezoelectric element is formed as a thin film is known as the latter lateral vibration type.
薄膜ピエゾアクチュエータは、基板上に形成された下部電極層と、その下部電極層の上に形成された圧電体層であるPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)層と、そのPZT層の上に形成された上部電極層とをもつ積層構成を備えている。また、PZT層を挟んで形成される下部電極層及び上部電極層の特性は、PZT層の圧電特性及び結晶性を確保するための材料特性面と、外部回路からの駆動信号を伝播する電気特性面の機能が求められる。上部電極層及び下部電極層は、それらの機能を満足させるために、通常、2層又は3層の積層構造で形成されている。 The thin film piezoelectric actuator is formed on a lower electrode layer formed on a substrate, a PZT (lead zirconate titanate) layer which is a piezoelectric layer formed on the lower electrode layer, and on the PZT layer. And a laminated structure having an upper electrode layer. The characteristics of the lower electrode layer and the upper electrode layer formed with the PZT layer interposed therebetween are the material characteristics for ensuring the piezoelectric characteristics and crystallinity of the PZT layer, and the electrical characteristics for propagating the drive signal from the external circuit. Surface function is required. In order to satisfy these functions, the upper electrode layer and the lower electrode layer are usually formed in a laminated structure of two layers or three layers.
複数の加圧液室に対して、加圧液室ごとにPZT層及び上部電極層が設けられることにより、各加圧液室に対応する圧電素子は個別に駆動される。上部電極層は、PZT層の単位駆動電圧当りの変位量を確保するために、加圧液室に対向する領域内に配置される。 By providing the PZT layer and the upper electrode layer for each of the pressurized liquid chambers with respect to the plurality of pressurized liquid chambers, the piezoelectric elements corresponding to the pressurized liquid chambers are individually driven. The upper electrode layer is disposed in a region facing the pressurized liquid chamber in order to secure a displacement amount per unit driving voltage of the PZT layer.
また、下部電極層、圧電素子及び上部電極層は絶縁膜で覆われる。その絶縁膜には、各電極へ電位を供給するための配線との接続部を形成するための接続孔が設けられる。接続孔内で電極と配線との接合部が形成される。 The lower electrode layer, the piezoelectric element, and the upper electrode layer are covered with an insulating film. The insulating film is provided with a connection hole for forming a connection portion with a wiring for supplying a potential to each electrode. A junction between the electrode and the wiring is formed in the connection hole.
図19は、液滴吐出ヘッドの構成例を説明するための概略図である。
図19に示すように、液滴吐出ヘッドは、サブフレーム基板400とアクチュエータ基板200とノズル基板300が接着剤によって接合された積層基板となっている。
FIG. 19 is a schematic diagram for explaining a configuration example of a droplet discharge head.
As shown in FIG. 19, the droplet discharge head is a laminated substrate in which a
サブフレーム基板400において、アクチュエータ基板200に対向する面に、アクチュエータ保護キャビティ401及びサブフレーム接合部402が形成されている。
In the
アクチュエータ基板200の一方の面に、下部電極層、圧電体層、上部電極層の積層構成からなる圧電素子201が形成されている。圧電素子201上には、基本構成として、層間絶縁膜204,214、外部駆動回路からの信号を伝達する配線205,206、配線205,206を保護するためのパッシベーション保護膜207が形成されている。アクチュエータ基板200の他方の面には、振動板203を介して、加圧液室202及び隔壁209が形成されている。
A
アクチュエータ基板200とサブフレーム基板400の接合に際し、隔壁209の上方に位置するパッシベーション保護膜207の上面と、サブフレーム基板400のサブフレーム接合部402の下面とが接着剤によって接合される。
When the
ノズル基板300は、周知のプレス加工やNi電鋳工法等によって形成されたノズル孔301を備えている。ノズル基板300は、アクチュエータ基板200の隔壁209の下面に接着剤によって接合される。
The
図20は、従来の液滴吐出ヘッドを説明するための概略的な平面図及び断面図である。図20において、断面図は平面図のZ−Z位置に対応している。図20の平面図において、層間絶縁膜204,214、パッシベーション保護膜207及びサブフレーム基板400の図示は省略されている。図20の断面図において、
FIG. 20 is a schematic plan view and cross-sectional view for explaining a conventional droplet discharge head. In FIG. 20, the cross-sectional view corresponds to the ZZ position in the plan view. In the plan view of FIG. 20, the
従来の液滴吐出ヘッドのアクチュエータ基板200において、加圧液室202に対向する領域内に圧電体層212及び上部電極層213が配置されている。下部電極層211、圧電体層212及び上部電極層213は層間絶縁膜214で覆われている。層間絶縁膜214上に層間絶縁膜204が形成されている。
In the
層間絶縁膜214上に、上部電極層213に電位を供給するための配線205と、下部電極層211に電位を供給するための配線206が形成されている。層間絶縁膜204,214には、配線205と上部電極層213とを電気的に接続するための接続孔と、配線206と下部電極層211とを電気的に接続するための接続孔が形成されている。
A
配線205と上部電極層213との上部電極層配線接続部215は圧電体層212上に配置されている。配線206と下部電極層211との下部電極層配線接続部216は振動板203を介して隔壁209の上に配置されている。なお、図20の断面図において、便宜上、下部電極層配線接続部216が図示されている。
The upper electrode layer
圧電素子201の単位駆動電圧当りの変位量確保のために、下部電極層211、圧電体層212、上部電極層213以外のものは、最小限のものしか配置しないような工夫が施されている。
In order to ensure the amount of displacement per unit drive voltage of the
また、引用文献1に、圧電体層の剥離及びクラックの発生等を防止して信頼性を向上させることができる液滴吐出ヘッドの発明が開示されている。その液滴吐出ヘッドは、加圧液室(圧力発生室)と隔壁(周壁)との境界部での圧電体層の破壊を防止することを目的としている。
Also,
引用文献1に開示された液滴吐出ヘッドは、加圧液室に対向する領域に、実質的な駆動部となる圧電体能動部と該圧電体能動部から連続する圧電体層を有するが実質的に駆動されない圧電体非能動部とを有している。圧電体非能動部は、圧電体層の直下の下部電極層が除去されることによって実現されている。
The liquid droplet ejection head disclosed in the cited
引用文献1では、圧電体能動部が駆動される際、圧電体非能動部によって加圧液室と隔壁との境界部での変位が抑制され、圧電体層の剥離及びクラックの発生等が防止されるとされている。さらに、引用文献1には、圧電体非能動部を加圧液室に対向する領域内から領域外まで延設し、該圧電体非能動部を介してリード電極が加圧液室と隔壁まで延設可能となることが開示されている。
In
しかし、図20に示された液滴吐出ヘッドにおいて、圧電体層212上に積層された上部電極層213は圧電体層212との膜界面の密着性が劣る。さらに、配線205と上部電極層213との上部電極層配線接続部215は、圧電体層212が変位(変形)する部分の上に配置されている。これにより、上部電極層配線接続部215に応力が集中し、上部電極層配線接続部215近傍で上部電極層213と圧電体層212との界面に剥離が生じ易い。したがって、従来の液滴吐出ヘッドは、上部電極層配線接続部215の信頼性の確保が困難であるという問題があった。
However, in the droplet discharge head shown in FIG. 20, the
このように、従来の液滴吐出ヘッドは、上部電極層に電位を供給するための上部電極層配線接続部の耐久性が低く、使用継続上の信頼性が低いという問題があった。 As described above, the conventional droplet discharge head has a problem that the durability of the upper electrode layer wiring connection portion for supplying a potential to the upper electrode layer is low, and the reliability in use is low.
また、引用文献1に開示された液滴吐出ヘッドにおいて、圧電体層の圧電体非能動部は下部電極層の除去領域、すなわち振動板の表面に形成されるので、圧電体層の結晶方位が揃わず制御できないという問題があった。例えば、振動板の表面がSiOである場合、振動板の上に圧電体層としてのPZT層を成膜すると、PZT層の結晶方位が揃わない。さらに、熱処理を加えると、PZT層と振動板との膜界面に剥離が発生する場合もある。また、圧電素子の単位駆動電圧当りの変位量を確保する点で、圧電体非能動部が阻害要因として働く。
Further, in the droplet discharge head disclosed in the cited
本発明は、圧電アクチュエータ装置において、上部電極層に電位を供給するための上部電極層配線接続部の耐久性を向上させることを目的とする。 An object of the present invention is to improve the durability of an upper electrode layer wiring connecting portion for supplying a potential to an upper electrode layer in a piezoelectric actuator device.
本発明にかかる圧電アクチュエータ装置は、ノズル孔と、該ノズル孔に連通する加圧液室を有する流路形成基板と、該加圧液室の一面を形成する振動板と、該振動板の上に順に積層された下部電極層、圧電体層、上部電極層をもつ圧電素子と、を備えた圧電アクチュエータ装置であって、上記圧電体層はすべての部分が上記下部電極層の上に配置されており、少なくとも上記上部電極層は、上記加圧液室に対向する領域から該領域の外の領域にまたがって配置されており、上記上部電極層に電位を供給するための上部電極層配線接続部は、上記加圧液室に対向する領域の外の位置に配置されていることを特徴とするものである。 A piezoelectric actuator device according to the present invention includes a nozzle hole, a flow path forming substrate having a pressurized liquid chamber communicating with the nozzle hole, a vibrating plate forming one surface of the pressurized liquid chamber, and an upper surface of the vibrating plate. A piezoelectric actuator device comprising a lower electrode layer, a piezoelectric layer, and a piezoelectric element having an upper electrode layer, which are stacked in order, wherein the piezoelectric layer is disposed on the lower electrode layer. And at least the upper electrode layer is arranged to extend from a region facing the pressurized liquid chamber to a region outside the region, and an upper electrode layer wiring connection for supplying a potential to the upper electrode layer. The portion is arranged at a position outside the region facing the pressurized liquid chamber.
本発明の圧電アクチュエータ装置は、上部電極層に電位を供給するための上部電極層配線接続部の耐久性を向上させることができる。 The piezoelectric actuator device of the present invention can improve the durability of the upper electrode layer wiring connecting portion for supplying a potential to the upper electrode layer.
本発明の圧電アクチュエータ装置において、上記圧電体層は、上記加圧液室に対向する領域内のみに配置されている例を挙げることができる。この態様によれば、上部電極層に電位を供給するための上部電極層配線接続部の下層に変形動作元の圧電体層が配置されずに上記上部電極層配線接続部が振動板を介して流路形成基板に固定された構成を実現できる。これにより、上記上部電極層配線接続部の変位(変形)が抑制され、上部電極層配線接続部の剥離に起因する不良が防止される。 In the piezoelectric actuator device of the present invention, an example in which the piezoelectric layer is disposed only in a region facing the pressurized liquid chamber can be given. According to this aspect, the upper electrode layer wiring connection portion is not disposed via the diaphragm without the deformation source piezoelectric layer being disposed below the upper electrode layer wiring connection portion for supplying a potential to the upper electrode layer. A configuration fixed to the flow path forming substrate can be realized. Thereby, the displacement (deformation) of the upper electrode layer wiring connection portion is suppressed, and defects due to peeling of the upper electrode layer wiring connection portion are prevented.
さらに、上記上部電極層配線接続部の下方において、上記上部電極層の直下に、上記圧電体層と同一材料で同時に形成され、かつ上記圧電体層とは間隔をもって配置されたダミー圧電体層が配置されているようにしてもよい。この態様によれば、上記上部電極層配線接続部が電気的に安定化し、電気的な不良が低減する。 Further, a dummy piezoelectric layer formed simultaneously with the same material as the piezoelectric layer and at a distance from the piezoelectric layer immediately below the upper electrode layer and below the upper electrode layer wiring connection portion. It may be arranged. According to this aspect, the upper electrode layer wiring connection portion is electrically stabilized, and electrical defects are reduced.
さらに、上記ダミー圧電体層の直下に、上記下部電極層と同一材料で同時に形成され、かつ上記下部電極層とは間隔をもって配置されたダミー下部電極層が配置されているようにしてもよい。この態様によれば、上記上部電極層配線接続部が電気的に安定化し、電気的な不良が低減するとともに、ダミー圧電体層の結晶方位を制御できる。 Furthermore, a dummy lower electrode layer that is formed of the same material as the lower electrode layer at the same time and is spaced apart from the lower electrode layer may be disposed immediately below the dummy piezoelectric layer. According to this aspect, the upper electrode layer wiring connection portion is electrically stabilized, electrical defects are reduced, and the crystal orientation of the dummy piezoelectric layer can be controlled.
また、上記圧電体層と上記ダミー圧電体層との間の空間に、上記上部電極層に形成される段差を低減するための緩衝層が埋め込まれているようにしてもよい。この態様によれば、上部電極層の導通不良が低減される。 Further, a buffer layer for reducing a step formed in the upper electrode layer may be embedded in a space between the piezoelectric layer and the dummy piezoelectric layer. According to this aspect, the conduction failure of the upper electrode layer is reduced.
また、上記上部電極層配線接続部の下方において、上記上部電極層の直下に、上記下部電極層と同一材料で同時に形成され、かつ上記下部電極層とは間隔をもって配置されたダミー下部電極層が配置されているようにしてもよい。この態様によれば、上記上部電極層配線接続部が電気的に安定化し、電気的な不良が低減する。 In addition, a dummy lower electrode layer formed simultaneously with the same material as the lower electrode layer and spaced apart from the lower electrode layer immediately below the upper electrode layer and below the upper electrode layer wiring connection portion. It may be arranged. According to this aspect, the upper electrode layer wiring connection portion is electrically stabilized, and electrical defects are reduced.
本発明にかかる液滴吐出ヘッドは、本発明の圧電アクチュエータ装置を備えたものである。本発明の液滴吐出ヘッドは、本発明の圧電アクチュエータ装置の効果により、圧電素子の単位駆動電圧当りの変位量を確保しつつ、上部電極層に電位を供給するための上部電極層配線接続部の耐久性を向上させることができる。 A droplet discharge head according to the present invention includes the piezoelectric actuator device of the present invention. The droplet discharge head of the present invention is an upper electrode layer wiring connection portion for supplying a potential to the upper electrode layer while ensuring a displacement amount per unit driving voltage of the piezoelectric element by the effect of the piezoelectric actuator device of the present invention. The durability of can be improved.
本発明にかかるインクカートリッジは、液滴を吐出する液滴吐出ヘッドと該液滴吐出ヘッドに液体を供給する液体タンクを一体化したインクカートリッジであって、上記液滴吐出ヘッドが本発明の液滴吐出ヘッドであることを特徴とする。本発明のインクカートリッジは、本発明の圧電アクチュエータ装置の効果により、液滴吐出ヘッドにおける圧電素子の単位駆動電圧当りの変位量を確保しつつ、上部電極層に電位を供給するための上部電極層配線接続部の耐久性を向上させることができる。 An ink cartridge according to the present invention is an ink cartridge in which a liquid droplet ejection head that ejects liquid droplets and a liquid tank that supplies liquid to the liquid droplet ejection head are integrated. It is a droplet discharge head. The ink cartridge of the present invention is an upper electrode layer for supplying a potential to the upper electrode layer while ensuring a displacement amount per unit driving voltage of the piezoelectric element in the droplet discharge head by the effect of the piezoelectric actuator device of the present invention. The durability of the wiring connection portion can be improved.
本発明にかかる画像形成装置は、液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドを備えた画像形成装置であって、上記液滴吐出ヘッドが本発明の液滴吐出ヘッドであることを特徴とする。本発明の画像形成装置は、本発明の圧電アクチュエータ装置の効果により、液滴吐出ヘッドにおける圧電素子の単位駆動電圧当りの変位量を確保しつつ、上部電極層に電位を供給するための上部電極層配線接続部の耐久性を向上させることができる。 An image forming apparatus according to the present invention is an image forming apparatus provided with a droplet discharge head for discharging droplets, wherein the droplet discharge head is the droplet discharge head of the present invention. According to the image forming apparatus of the present invention, due to the effect of the piezoelectric actuator device of the present invention, an upper electrode for supplying a potential to the upper electrode layer while ensuring a displacement amount per unit driving voltage of the piezoelectric element in the droplet discharge head. The durability of the layer wiring connection portion can be improved.
図1は、圧電アクチュエータ装置の一実施例を備えた液滴吐出ヘッドの実施例を説明するための概略的な平面図及び断面図である。図1において、断面図は平面図のA−A’位置に対応している。図1の平面図において、層間絶縁膜、パッシベーション保護膜及びサブフレーム基板の図示は省略されている。この実施例の分解斜視図は図19と同様である。 FIG. 1 is a schematic plan view and cross-sectional view for explaining an embodiment of a droplet discharge head provided with an embodiment of a piezoelectric actuator device. In FIG. 1, the cross-sectional view corresponds to the A-A ′ position in the plan view. In the plan view of FIG. 1, the interlayer insulating film, the passivation protective film, and the subframe substrate are not shown. An exploded perspective view of this embodiment is the same as FIG.
この実施例の液滴吐出ヘッドは、ノズル基板300、アクチュエータ基板200、サブフレーム基板400を備えている。ノズル基板300、アクチュエータ基板200、サブフレーム基板400はその順に積層されている。ノズル基板300とアクチュエータ基板200は例えば接着剤によって接合されている。アクチュエータ基板200とサブフレーム基板400は例えば接着剤によって接合されている。
The droplet discharge head of this embodiment includes a
ノズル基板300は、周知のプレス加工やNi電鋳工法等によって形成された複数のノズル孔301を備えている。
The
アクチュエータ基板200は、流路形成基板208、振動板203、圧電素子201、層間絶縁膜204,214、配線205,206及びパッシベーション保護膜207を備えている。
The
流路形成基板208は、例えばシリコン基板で形成されている。流路形成基板208は加圧液室202と隔壁209を備えている。加圧液室202は、ノズル孔301に連通する位置に、ノズル孔301ごとに形成されている。隔壁209は加圧液室202の形成領域を画定している。
The flow
流路形成基板208の上面(ノズル基板300が接合される面とは反対側の面)に振動板203が形成されている。振動板203は、加圧液室202を覆っており、加圧液室202の一面を形成している。
A
振動板203の上に圧電素子201が形成されている。圧電素子201は、下部電極層211、圧電体層212及び上部電極層213を備えている。下部電極層211、圧電体層212、上部電極層213は、その順に振動板203の上に積層されている。
A
下部電極層211は、加圧液室202に対向する領域から該領域の外の領域(隔壁209の上の領域)にまたがって配置されている。また、下部電極層211は、複数の加圧液室202に対向する領域にまたがって配置されている。ただし、下部電極層211は対応する加圧液室202ごとに設けられていてもよい。
The
圧電体層212は、対応する加圧液室202ごとに設けられている。圧電体層212は、すべての部分が下部電極層211の上に配置されている。また、圧電体層212は、加圧液室202に対向する領域から隔壁209の上の領域にまたがって配置されている。
The
上部電極層213は、対応する圧電体層212ごとに設けられている。圧電体層212は、加圧液室202に対向する領域から隔壁209の上の領域にまたがって、圧電体層212の上に配置されている。
The
振動板203上に、圧電素子201を覆っている層間絶縁膜214が形成されている。層間絶縁膜214は圧電素子201の保護膜として機能する。
層間絶縁膜214上に層間絶縁膜204が形成されている。
An interlayer insulating
An interlayer insulating
層間絶縁膜204上に、例えば金属材料からなる配線205,206が形成されている。配線205は上部電極層213に電位を供給するためのものである。配線206は下部電極層211に電位を供給するためのものである。
On the
層間絶縁膜204,214には、配線205と上部電極層213とを電気的に接続するための接続孔が形成されている。該接続孔に導電材料が埋め込まれており、配線205と上部電極層213とを電気的に接続するための上部電極層配線接続部215が形成されている。上部電極層配線接続部215は、加圧液室202に対向する領域の外の位置、すなわち隔壁209の上方に配置されている。上部電極層配線接続部215の下方において、上部電極層213と振動板203との間に、圧電体層212と下部電極層211が存在している。
Connection holes for electrically connecting the
また、層間絶縁膜204,214には、配線206と下部電極層211とを電気的に接続するための接続孔も形成されている。該接続孔に導電材料が埋め込まれており、配線206と下部電極層211とを電気的に接続するための下部電極層配線接続部216が形成されている。下部電極層配線接続部216は、加圧液室202に対向する領域の外の位置、すなわち隔壁209の上方に、配置されている。下部電極層配線接続部216は、圧電体層212の配置領域とは異なる位置に設けられている。なお、図1の断面図において、便宜上、下部電極層配線接続部216が図示されている。
In addition, connection holes for electrically connecting the
層間絶縁膜204上に、配線205,206を覆っているパッシベーション保護膜207が形成されている。
層間絶縁膜204及びパッシベーション保護膜207は、例えば加圧液室202に対向する領域に、開口を備えている。該開口は、圧電素子201の変位効率を高めるためのものである。このように、圧電素子201の単位駆動電圧当りの変位量確保のために、下部電極層211、圧電体層212、上部電極層213以外のものは、最小限のものしか配置しないような工夫が施されている。
A
The
サブフレーム基板400は、例えばシリコン基板で形成されている。サブフレーム基板400において、アクチュエータ基板200との接合面に、アクチュエータ保護キャビティ401及びサブフレーム接合部402が形成されている。これら以外にも、サブフレーム基板400には、外部からインクを供給するためのインク供給孔、外部への電気配線の取り回し用開口、アクチュエータ基板200とのアライメント用マーク等が形成されている。
The
この実施例の液滴吐出ヘッドでは、加圧液室202に対向する領域の外の領域(隔壁209の上の領域)にまで、下部電極層211、圧電体層212及び上部電極層213が延伸して配置されている。さらに、上部電極層213に電位を供給するための上部電極層配線接続部215は、加圧液室202に対向する領域の外の位置に配置されている。
In the droplet discharge head of this embodiment, the
したがって、上部電極層配線接続部215は、上部電極層213、圧電体層212、下部電極層211及び振動板203を介して、流路形成基板208の隔壁209に機械的に固定されている。すなわち、上部電極層配線接続部215は、圧電素子201の駆動変形の影響の無い領域に配置されている。これにより、上部電極層配線接続部215の変位が抑制され、上部電極層配線接続部215の近傍の剥れ不良が低減し、上部電極層配線接続部215の耐久性及び信頼性が向上される。
Therefore, the upper electrode layer
さらに、上部電極層配線接続部215が加圧液室202に対向する領域には配置されていないので、この実施例の液滴吐出ヘッドは、従来の液滴吐出ヘッドに比べて、加圧液室202に対向する領域に配置される物質を少なくすることができる。これにより、圧電素子201の単位駆動電圧当りの変位量確保のための阻害要因が低減される。
Further, since the upper electrode layer
さらに、圧電体層212のすべての部分が下部電極層211の上に配置されているので、圧電体層212の成膜時の結晶方位を制御することができる。これにより、圧電体層212の剥離が防止されている。
Furthermore, since all the parts of the
このように、この実施例の液滴吐出ヘッドは、使用継続上の信頼性向上を図ることができる。 As described above, the droplet discharge head of this embodiment can improve the reliability of continuous use.
図2、図3及び図4は、図1に示された液体吐出ヘッドの形成工程例を説明するための概略的な断面図である。図2、図3及び図4の断面は、図1の平面図のA−A’位置に対応している。図2、図3及び図4を参照して、この形成工程例を説明する。以下に説明する各工程のかっこ数字は図2、図3及び図4の中のかっこ数字に対応している。 2, 3, and 4 are schematic cross-sectional views for explaining an example of a process for forming the liquid discharge head shown in FIG. 1. 2, 3, and 4 correspond to the A-A ′ position in the plan view of FIG. 1. With reference to FIG. 2, FIG. 3 and FIG. The parentheses for each step described below correspond to the parentheses in FIGS. 2, 3, and 4.
(1)アクチュエータ基板200(図1を参照。)を形成すべく、流路形成基板208の上に振動板203を形成する。流路形成基板208は、例えば、面方位が<100>、厚みが625μm(マイクロメートル)のシリコンウェハである。振動板203は、例えば、熱酸化法及びCVD(化学気相成長)法によって、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ポリシリコン膜が所望の構成にて形成されたものである。
(1) The
(2)振動板203上に、圧電素子を形成するための下部電極層211、圧電体層212、上部電極層213をその順に形成する。下部電極層211は、例えば、スパッタ法によって形成された、Ti層、Pt層、SrRuO3層(SRO層)の積層膜である。圧電体層212は、例えば、ゾルゲル法によって所望の厚みで形成されたPZT層である。上部電極層213は、例えば、スパッタ法によって形成された、SRO層、Pt層の積層膜である。
(2) On the
(3)上部電極層213上に、写真製版技術によって、上部電極層213をパターニングするためのフォトレジストパターン501を形成する。
(3) A
(4)エッチング技術によって、フォトレジストパターン501をマスクにして上部電極層213をパターニングする。フォトレジストパターン501を除去する。
写真製版技術によって、圧電体層212をパターニングするためのフォトレジストパターンを形成する。エッチング技術によって、そのフォトレジストパターンをマスクにして圧電体層212をパターニングする。フォトレジストパターンを除去する。
(4) The
A photoresist pattern for patterning the
写真製版技術によって、下部電極層211をパターニングするためのフォトレジストパターンを形成する。エッチング技術によって、そのフォトレジストパターンをマスクにして下部電極層211をパターニングする。フォトレジストパターンを除去する。これにより、圧電素子201が形成される。
A photoresist pattern for patterning the
振動板203上に、圧電素子201を覆う層間絶縁膜214を形成する。層間絶縁膜214は、例えば、ALD(アトミックレイヤーデポジション)法によって形成されたAl2O3膜である。
An interlayer insulating
(5)層間絶縁膜214上に層間絶縁膜204を成膜する。層間絶縁膜204は、例えば、CVD法によって形成されたシリコン酸化膜である。層間絶縁膜204,214に、例えば写真製版技術及びエッチング技術により、外部回路の信号の伝播に使用される上部電極層配線接続部215及び下部電極層配線接続部216を形成するための接続孔を形成する。接続孔内及び層間絶縁膜204上に導電材料を形成する。その導電材料をパターニングして所望のパターンを有する配線205,206を形成する。
(5) An
層間絶縁膜204上及び配線205,206上に、配線205,206の絶縁保護膜としてパッシベーション保護膜207を形成する。パッシベーション保護膜207は、例えば、プラズマCVD法によって形成されたシリコン窒化膜(SiN膜)である。
A passivation
本実施形態では、圧電素子201の変位効率を高めるために、写真製版技術及びエッチング技術によって、加圧液室202に対向する領域のうち所望の領域のパッシベーション保護膜207及び層間絶縁膜204を除去して開口を形成する。また、写真製版技術及びエッチング技術によって、インク供給口となる領域のパッシベーション保護膜207、層間絶縁膜204,214及び振動板203を除去してインク供給口を形成する。
これにより、アクチュエータ基板200の形成が完了する。
In the present embodiment, in order to increase the displacement efficiency of the
Thereby, formation of the
(6)アクチュエータ基板200の上にサブフレーム基板400を配置する。サブフレーム基板400は、例えば、面方位が<100>、厚みが400μmのシリコンウェハである。サブフレーム基板400は、圧電素子201に対応する領域に形成された凹部からなるアクチュエータ保護キャビティ401と、アクチュエータ基板200に接合されるサブフレーム接合部402を備えている。また、アクチュエータ基板200には、駆動IC実装用の開口(図示なし)や、外部よりインクを供給するためのインク供給孔、位置合せ用のアライメントマークなどが形成されている。アクチュエータ基板200の各構成部は、例えば写真製版技術及びエッチング技術によって形成される。
(6) The
アクチュエータ基板200の上に配置されたサブフレーム基板400のサブフレーム接合部402の下面に接着剤502が塗布されている。接着剤502は、例えば、周知のフレキソ印刷技術によって、接合面の凸パターン部分(サブフレーム接合部402の下面)のみに塗布されている。接着剤502の厚みは、例えば3μmである。
An adhesive 502 is applied to the lower surface of the subframe
(7)ウエハ接合装置を用いて、アクチュエータ基板200とサブフレーム基板400とを接着剤502(図示は省略)を介して接合する。流路形成基板208に加圧液室202を形成するにあたって、流路形成基板208を所望の液室高さとするために、流路形成基板208に研磨加工を施す。写真製版技術により、流路形成基板208の裏面に、加圧液室を形成するためのレジストパターン503を形成する。
(7) Using the wafer bonding apparatus, the
(8)エッチング技術により、レジストパターン503をマスクにして流路形成基板208の一部分を除去して、加圧液室202及び隔壁209を形成する。加圧液室202はインク供給口(図2(5)を参照。)に連通される位置に形成される。レジストパターン503を除去する。
(8) A portion of the flow
(9)アクチュエータ基板200の裏面(流路形成基板208の下面)に、ノズル孔301が形成されたノズル基板300を例えば接着剤を用いて接合する。これにより、図1に示された液滴吐出ヘッドの形成が完了する。
(9) The
図5は、圧電アクチュエータ装置の他の実施例を備えた液滴吐出ヘッドの実施例を説明するための概略的な平面図及び断面図である。図5において、断面図は平面図のB−B’位置に対応している。図5の平面図において、層間絶縁膜、パッシベーション保護膜及びサブフレーム基板の図示は省略されている。この実施例の分解斜視図は図19と同様である。 FIG. 5 is a schematic plan view and a cross-sectional view for explaining an embodiment of a droplet discharge head provided with another embodiment of the piezoelectric actuator device. In FIG. 5, the cross-sectional view corresponds to the B-B ′ position in the plan view. In the plan view of FIG. 5, the interlayer insulating film, the passivation protective film, and the subframe substrate are not shown. An exploded perspective view of this embodiment is the same as FIG.
この実施例の液滴吐出ヘッドは、図1に示された液滴吐出ヘッドと比較して、層間絶縁膜217をさらに備えている。層間絶縁膜217は、下部電極層211と上部電極層213とを互いに電気的に絶縁するためのものである。
The droplet discharge head of this embodiment further includes an
圧電体層212は、加圧液室202に対向する領域内のみに配置されている。上部電極層213は、圧電体層212上及び層間絶縁膜217上に形成されている。上部電極層213は、圧電体層212上、すなわち加圧液室202に対向する領域から該領域の外の領域(隔壁209の上の領域)にまたがって配置されている。
The
この実施例の液滴吐出ヘッドでは、上部電極層配線接続部215の下層に変形動作元の圧電体層212が配置されずに上部電極層配線接続部215が層間絶縁膜217及び振動板203を介して流路形成基板208に固定された構成が実現されている。これにより、上部電極層配線接続部215の変位(変形)が抑制され、上部電極層配線接続部215の剥離に起因する不良が防止される。
In the droplet discharge head of this embodiment, the
さらに、圧電素子201において、圧電体層212の上には上部電極層配線接続部215が配置されていないので、圧電素子201の変位量の抑制が低減される。これにより、この実施例の液滴吐出ヘッドにおける圧電素子201の単位駆動電圧当りの変位量は、図1に示された液滴吐出ヘッドにおけるそれよりも向上する。
Furthermore, in the
図6及び図7は、図5に示された液体吐出ヘッドの形成工程例の一部分を説明するための概略的な断面図である。図6及び図7の断面は、図5の平面図のB−B’位置に対応している。図6及び図7を参照して、この形成工程例を説明する。以下に説明する各工程のかっこ数字は図6及び図7の中のかっこ数字に対応している。なお、この形成工程例の工程(1)〜(2)及び工程(5)〜(9)は、上記で説明した工程(1)〜(2)及び工程(5)〜(9)と同様なので説明を省略する。 6 and 7 are schematic cross-sectional views for explaining a part of an example of a process for forming the liquid discharge head shown in FIG. 6 and 7 correspond to the position B-B ′ in the plan view of FIG. 5. With reference to FIG.6 and FIG.7, this formation process example is demonstrated. The parentheses for each step described below correspond to the parentheses in FIGS. The steps (1) to (2) and the steps (5) to (9) in this example of the forming step are the same as the steps (1) to (2) and the steps (5) to (9) described above. Description is omitted.
(3−1−1)図2(1),(2)を参照して説明した上記工程(1),(2)と同様にして、流路形成基板208上に、振動板203、下部電極層211、圧電体層212を形成する。スパッタ法により、圧電体層212上に、上部電極層213(図5を参照。)の一部であるSRO層213aを形成する。SRO層213aの上に、写真製版技術によって、SRO層213aをパターニングするためのフォトレジストパターン504を形成する。
(3-1-1) The
(3−1−2)エッチング技術によって、フォトレジストパターン504をマスクにしてSRO層213aをパターニングする。フォトレジストパターン501を除去する。その後、図2(4)を参照して説明した上記工程(4)における圧電体層212及び下部電極層211のパターニング工程と同様にして、圧電体層212及び下部電極層211をパターニングする。SRO層213aは圧電体層212上に残存されている。
(3-1-2) The
(3−1−3)振動板203上に、下部電極層211、圧電体層212及びSRO層213aを覆う層間絶縁膜217を形成する。層間絶縁膜217は、例えば、ALD法によって形成されたAl2O3膜である。
(3-1-3) An
(3−1−4)写真製版技術により、SRO層213aの形成領域に対応する開口をもつフォトレジストパターン505を形成する。エッチング技術により、フォトレジストパターン505をマスクにして、SRO層213aの上の層間絶縁膜217を除去する。
(3-1-4) A
(3−1−5)フォトレジストパターン505を除去する。スパッタ法により、SRO層、Pt層を順次形成し、上部電極層213を形成する。写真製版技術及びエッチング技術により、上部電極層213を所望のパターンにパターニングして、配線の一部を担った上部電極層213を形成する。これにより、圧電素子201が形成される。
(3-1-5) The
(4−1)層間絶縁膜217上に、圧電素子201を覆う層間絶縁膜214を形成する。層間絶縁膜214は、例えば、ALD法によって形成されたAl2O3膜である。
(4-1) An
上記工程(4−1)の後、上記で図2、図3及び図4を参照して説明した工程(5)〜(9)に準じた工程を経て、図5に示された液滴吐出ヘッドの形成が完了する。 After the step (4-1), the droplet discharge shown in FIG. 5 is performed through steps according to the steps (5) to (9) described above with reference to FIGS. The formation of the head is completed.
図8は、圧電アクチュエータ装置のさらに他の実施例を備えた液滴吐出ヘッドの実施例を説明するための概略的な平面図及び断面図である。図8において、断面図は平面図のC−C’位置に対応している。図8の平面図において、層間絶縁膜、パッシベーション保護膜及びサブフレーム基板の図示は省略されている。この実施例の分解斜視図は図19と同様である。 FIG. 8 is a schematic plan view and cross-sectional view for explaining an embodiment of a droplet discharge head provided with still another embodiment of the piezoelectric actuator device. In FIG. 8, the cross-sectional view corresponds to the C-C ′ position in the plan view. In the plan view of FIG. 8, the interlayer insulating film, the passivation protective film, and the subframe substrate are not shown. An exploded perspective view of this embodiment is the same as FIG.
この実施例の液滴吐出ヘッドは、図5に示された液滴吐出ヘッドと比較して、ダミー下部電極層218とダミー圧電体層219とをさらに備えている。
The droplet discharge head of this embodiment further includes a dummy
ダミー圧電体層219は、上部電極層配線接続部215の下方において、上部電極層213の直下に、圧電体層212と同一材料で同時に形成され、かつ圧電体層212とは間隔をもって配置されたものである。
The
ダミー下部電極層218は、ダミー圧電体層219の直下に、下部電極層211と同一材料で同時に形成され、かつ下部電極層211とは間隔をもって配置されたものである。
The dummy
ダミー圧電体層219及びダミー下部電極層218は、上部電極層配線接続部215を形成するための接続孔を形成する際に該接続孔が上部電極層213を突き抜けても、上部電極層配線接続部215において電気的な接続不良を発生させないように機能する。これにより、この実施例の液滴吐出ヘッドは、図5に示された液滴吐出ヘッドの効果に加えて、上部電極層配線接続部215が電気的に安定化し、電気的な不良が低減する。
The
図9及び図10は、図8に示された液体吐出ヘッドの形成工程例の一部分を説明するための概略的な断面図である。図9及び図10の断面は、図8の平面図のC−C’位置に対応している。図9及び図10を参照して、この形成工程例を説明する。以下に説明する各工程のかっこ数字は図9及び図10の中のかっこ数字に対応している。なお、この形成工程例の工程(1)〜(2)及び工程(5)〜(9)は、上記で説明した工程(1)〜(2)及び工程(5)〜(9)と同様なので説明を省略する。 FIG. 9 and FIG. 10 are schematic cross-sectional views for explaining a part of the example of the process of forming the liquid discharge head shown in FIG. 9 and 10 correspond to the C-C 'position in the plan view of FIG. With reference to FIG.9 and FIG.10, this example of a formation process is demonstrated. The parentheses for each step described below correspond to the parentheses in FIGS. 9 and 10. The steps (1) to (2) and the steps (5) to (9) in this example of the forming step are the same as the steps (1) to (2) and the steps (5) to (9) described above. Description is omitted.
(3−2−1)図2(1),(2)を参照して説明した上記工程(1),(2)と同様にして、流路形成基板208上に、振動板203、下部電極層211、圧電体層212を形成する。スパッタ法により、圧電体層212上に、上部電極層213(図8を参照。)の一部であるSRO層213aを形成する。SRO層213aの上に、写真製版技術によって、SRO層213aをパターニングするためのフォトレジストパターン506を形成する。
(3-2-1) In the same manner as the above steps (1) and (2) described with reference to FIGS. 2 (1) and 2 (2), the
(3−2−2)エッチング技術によって、フォトレジストパターン506をマスクにしてSRO層213aをパターニングする。フォトレジストパターン506を除去する。その後、図2(4)を参照して説明した上記工程(4)における圧電体層212及び下部電極層211のパターニング工程と同様にして、圧電体層212及び下部電極層211をパターニングする。圧電体層212のパターンの形成と同時に、ダミー圧電体層219が形成される。下部電極層211のパターンの形成と同時に、ダミー下部電極層218が形成される。SRO層213aは圧電体層212上及びダミー圧電体層219上に残存されている。
(3-2-2) The
(3−2−3)振動板203上に、下部電極層211、圧電体層212、SRO層213a、ダミー下部電極層218及びダミー圧電体層219を覆う層間絶縁膜217を形成する。層間絶縁膜217は、例えば、ALD法によって形成されたAl2O3膜である。
(3-2-3) An
(3−2−4)写真製版技術により、圧電体層212上のSRO層213aの形成領域に対応する開口と、ダミー圧電体層219上のSRO層213aの形成領域に対応する開口とをもつフォトレジストパターン507を形成する。エッチング技術により、フォトレジストパターン507をマスクにして、SRO層213aの上の層間絶縁膜217を除去する。
(3-2-4) By the photoengraving technique, an opening corresponding to the formation region of the
(3−2−5)フォトレジストパターン507を除去する。スパッタ法により、SRO層、Pt層を順次形成し、上部電極層213を形成する。写真製版技術及びエッチング技術により、上部電極層213を所望のパターンにパターニングして、配線の一部を担った上部電極層213を形成する。上部電極層213は、圧電体層212上から層間絶縁膜217上を介してダミー圧電体層219上にまたがって配置されている。これにより、圧電素子201が形成される。
(3-2-5) The
(4−2)層間絶縁膜217上に、圧電素子201を覆う層間絶縁膜214を形成する。層間絶縁膜214は、例えば、ALD法によって形成されたAl2O3膜である。
(4-2) An
上記工程(4−1)の後、上記で図2、図3及び図4を参照して説明した工程(5)〜(9)に準じた工程を経て、図8に示された液滴吐出ヘッドの形成が完了する。 After the step (4-1), the droplet discharge shown in FIG. 8 is performed through steps according to the steps (5) to (9) described above with reference to FIGS. The formation of the head is completed.
図11は、圧電アクチュエータ装置のさらに他の実施例を備えた液滴吐出ヘッドの実施例を説明するための概略的な平面図及び断面図である。図11において、断面図は平面図のD−D’位置に対応している。図11の平面図において、層間絶縁膜、パッシベーション保護膜及びサブフレーム基板の図示は省略されている。この実施例の分解斜視図は図19と同様である。 FIG. 11 is a schematic plan view and cross-sectional view for explaining an embodiment of a droplet discharge head provided with still another embodiment of the piezoelectric actuator device. In FIG. 11, the cross-sectional view corresponds to the D-D ′ position in the plan view. In the plan view of FIG. 11, illustration of an interlayer insulating film, a passivation protective film, and a subframe substrate is omitted. An exploded perspective view of this embodiment is the same as FIG.
この実施例の液滴吐出ヘッドは、図8に示された液滴吐出ヘッドと比較して、ダミー圧電体層219を備えていない。上部電極層配線接続部215の下方において、上部電極層213の直下に、下部電極層211と同一材料で同時に形成され、かつ下部電極層211とは間隔をもって配置されたダミー下部電極層218が配置されている。
The droplet discharge head of this embodiment does not include the
ダミー下部電極層218は、上部電極層配線接続部215を形成するための接続孔を形成する際に該接続孔が上部電極層213を突き抜けても、上部電極層配線接続部215において電気的な接続不良を発生させないように機能する。これにより、この実施例の液滴吐出ヘッドは、図5に示された液滴吐出ヘッドの効果に加えて、上部電極層配線接続部215が電気的に安定化し、電気的な不良が低減する。
The dummy
図12及び図13は、図11に示された液体吐出ヘッドの形成工程例の一部分を説明するための概略的な断面図である。図12及び図13の断面は、図11の平面図のD−D’位置に対応している。図12及び図13を参照して、この形成工程例を説明する。以下に説明する各工程のかっこ数字は図12及び図13の中のかっこ数字に対応している。なお、この形成工程例の工程(1)〜(2)及び工程(5)〜(9)は、上記で説明した工程(1)〜(2)及び工程(5)〜(9)と同様なので説明を省略する。 12 and 13 are schematic cross-sectional views for explaining a part of a process example of forming the liquid discharge head shown in FIG. 12 and 13 correspond to the D-D ′ position in the plan view of FIG. 11. With reference to FIG.12 and FIG.13, this formation process example is demonstrated. The parentheses for each step described below correspond to the parentheses in FIGS. The steps (1) to (2) and the steps (5) to (9) in this example of the forming step are the same as the steps (1) to (2) and the steps (5) to (9) described above. Description is omitted.
(3−3−1)図2(1),(2)を参照して説明した上記工程(1),(2)と同様にして、流路形成基板208上に、振動板203、下部電極層211、圧電体層212を形成する。スパッタ法により、圧電体層212上に、上部電極層213(図11を参照。)の一部であるSRO層213aを形成する。SRO層213aの上に、写真製版技術によって、SRO層213aをパターニングするためのフォトレジストパターン508を形成する。フォトレジストパターン508は、ダミー下部電極層218の形成予定領域には形成されない。
(3-3-1) The
(3−3−2)エッチング技術によって、フォトレジストパターン508をマスクにしてSRO層213aをパターニングする。フォトレジストパターン508を除去する。その後、図2(4)を参照して説明した上記工程(4)における圧電体層212及び下部電極層211のパターニング工程と同様にして、圧電体層212及び下部電極層211をパターニングする。圧電体層212のパターンの形成の際に、ダミー下部電極層218の形成予定領域の圧電体層212は除去される。下部電極層211のパターンの形成と同時に、ダミー下部電極層218が形成される。SRO層213aは圧電体層212上に残存されている。
(3-3-2) The
(3−3−3)振動板203上に、下部電極層211、圧電体層212、SRO層213a及びダミー下部電極層218を覆う層間絶縁膜217を形成する。層間絶縁膜217は、例えば、ALD法によって形成されたAl2O3膜である。
(3-3-3) An
(3−3−4)写真製版技術により、圧電体層212上のSRO層213aの形成領域に対応する開口と、ダミー下部電極層218の形成領域に対応する開口とをもつフォトレジストパターン509を形成する。エッチング技術により、フォトレジストパターン509をマスクにして、SRO層213aの上の層間絶縁膜217及びダミー下部電極層218上の層間絶縁膜217を除去する。
(3-3-4) A
(3−3−5)フォトレジストパターン509を除去する。スパッタ法により、SRO層、Pt層を順次形成し、上部電極層213を形成する。写真製版技術及びエッチング技術により、上部電極層213を所望のパターンにパターニングして、配線の一部を担った上部電極層213を形成する。上部電極層213は、圧電体層212上から層間絶縁膜217上を介してダミー下部電極層218上にまたがって配置されている。これにより、圧電素子201が形成される。
(3-3-5) The
(4−3)層間絶縁膜217上に、圧電素子201を覆う層間絶縁膜214を形成する。層間絶縁膜214は、例えば、ALD法によって形成されたAl2O3膜である。
(4-3) An
上記工程(4−1)の後、上記で図2、図3及び図4を参照して説明した工程(5)〜(9)に準じた工程を経て、図11に示された液滴吐出ヘッドの形成が完了する。 After the step (4-1), the droplet discharge shown in FIG. 11 is performed through steps according to the steps (5) to (9) described with reference to FIGS. 2, 3 and 4 above. The formation of the head is completed.
図14は、圧電アクチュエータ装置のさらに他の実施例を備えた液滴吐出ヘッドの実施例を説明するための概略的な平面図及び断面図である。図14において、断面図は平面図のE−E’位置に対応している。図14の平面図において、層間絶縁膜、パッシベーション保護膜及びサブフレーム基板の図示は省略されている。この実施例の分解斜視図は図19と同様である。 FIG. 14 is a schematic plan view and cross-sectional view for explaining an embodiment of a droplet discharge head provided with still another embodiment of the piezoelectric actuator device. In FIG. 14, the cross-sectional view corresponds to the E-E ′ position in the plan view. In the plan view of FIG. 14, illustration of an interlayer insulating film, a passivation protective film, and a subframe substrate is omitted. An exploded perspective view of this embodiment is the same as FIG.
この実施例の液滴吐出ヘッドは、図8に示された液滴吐出ヘッドと比較して、上記圧電体層と上記ダミー圧電体層との間の空間に埋め込まれた緩衝層220をさらに備えている。緩衝層220は、加圧液室202に対向する領域と、該領域の外の領域との境界域にまたがって配置されている。
The droplet discharge head of this embodiment further includes a
この実施例の液滴吐出ヘッドでは、加圧液室202に対向する振動領域と、隔壁209に対向する固定領域に、緩衝層220が設けられていることにより、上部電極層213の振動変位が抑えられる。さらに、緩衝層220により、薄膜である上部電極層213に形成される段差が低減されるので、上部電極層213の導通不良となる確率が低減される。したがって、この実施例の液滴吐出ヘッドは、図8に示された液滴吐出ヘッドの効果に加えて、液滴吐出ヘッドの電気的信頼性をさらに向上させることができる。
In the droplet discharge head of this embodiment, the
図15及び図16は、図14に示された液体吐出ヘッドの形成工程例の一部分を説明するための概略的な断面図である。図15及び図16の断面は、図14の平面図のE−E’位置に対応している。図15及び図16を参照して、この形成工程例を説明する。以下に説明する各工程のかっこ数字は図15及び図16の中のかっこ数字に対応している。なお、この形成工程例の工程(1)〜(2)及び工程(5)〜(9)は、上記で説明した工程(1)〜(2)及び工程(5)〜(9)と同様なので説明を省略する。 FIG. 15 and FIG. 16 are schematic cross-sectional views for explaining a part of an example of the liquid discharge head forming process shown in FIG. 15 and 16 correspond to the E-E 'position in the plan view of FIG. With reference to FIGS. 15 and 16, an example of this forming process will be described. The parentheses for each step described below correspond to the parentheses in FIGS. 15 and 16. The steps (1) to (2) and the steps (5) to (9) in this example of the forming step are the same as the steps (1) to (2) and the steps (5) to (9) described above. Description is omitted.
(3−4−1)図9を参照して説明した上記工程(3−2−1)と同様にして、流路形成基板208上に、振動板203、下部電極層211、圧電体層212、SRO層213a及びフォトレジストパターン506を形成する。
(3-4-1) The
(3−2−2)図9を参照して説明した上記工程(3−2−2)と同様にして、SRO層213a、圧電体層212及び下部電極層211をパターニングする。SRO層213a、圧電体層212、ダミー圧電体層219、下部電極層211及びダミー下部電極層218の各パターンを形成する。
(3-2-2) The
(3−2−3)図9を参照して説明した上記工程(3−2−3)と同様にして、層間絶縁膜217を形成する。層間絶縁膜217上に緩衝層220を成膜する。写真製版技術及びエッチング技術により、又はエッチバック技術により、緩衝層220を所望の領域に残す。緩衝層220は、例えば、CVD法により形成される密度の低いシリコン酸化物である。ただし、緩衝層220の材料はこれに限定されない。
(3-2-3) The
(3−2−4)図10を参照して説明した上記工程(3−2−4)と同様にして、フォトレジストパターン507を形成する。フォトレジストパターン507は緩衝層220上にも形成される。エッチング技術により、フォトレジストパターン507をマスクにして、SRO層213aの上の層間絶縁膜217を除去する。
(3-2-4) A
(3−2−5)フォトレジストパターン507を除去する。スパッタ法により、SRO層、Pt層を順次形成し、上部電極層213を形成する。上部電極層213は緩衝層220上にも形成される。写真製版技術及びエッチング技術により、上部電極層213を所望のパターンにパターニングして、配線の一部を担った上部電極層213を形成する。上部電極層213は、圧電体層212上から層間絶縁膜217上及び緩衝層220上を介してダミー圧電体層219上にまたがって配置されている。これにより、圧電素子201が形成される。
(3-2-5) The
(4−2)層間絶縁膜217上に、圧電素子201を覆う層間絶縁膜214を形成する。層間絶縁膜214は、例えば、ALD法によって形成されたAl2O3膜である。
(4-2) An
上記工程(4−1)の後、上記で図2、図3及び図4を参照して説明した工程(5)〜(9)に準じた工程を経て、図14に示された液滴吐出ヘッドの形成が完了する。 After the step (4-1), the droplet discharge shown in FIG. 14 is performed through steps according to the steps (5) to (9) described above with reference to FIGS. 2, 3 and 4. The formation of the head is completed.
次に、画像形成装置の一実施例について図17及び図18を参照して説明する。
図17は同装置の全体構成を説明するための概略的な側面説明図である。図18は同装置の概略的な要部平面説明図である。
Next, an embodiment of the image forming apparatus will be described with reference to FIGS.
FIG. 17 is a schematic side view for explaining the overall configuration of the apparatus. FIG. 18 is a schematic plan view of an essential part of the apparatus.
この画像形成装置は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材であるガイドロッド101とガイドレール102とでキャリッジ103を主走査方向に摺動自在に保持している。キャリッジ103は、主走査モータ104でタイミングベルト105を介して矢示方向(主走査方向)に移動走査される。
In this image forming apparatus, a
このキャリッジ103には、例えば、4個の液滴吐出ヘッドからなる記録ヘッド107を複数のインク吐出口を主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。4個の液滴吐出ヘッドは、例えば、イエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(Bk)の各色のインク滴を吐出するものである。なお、記録ヘッド107を構成する液滴吐出ヘッドとしては、圧電素子などの圧電アクチュエータを用いたものを使用している。
For example, a
また、キャリッジ103には、記録ヘッド107に各色のインクを供給するための各色のサブタンク108を搭載している。このサブタンク108には図示しないインク供給チューブを介してメインタンク(インクカートリッジ)からインクが補充供給される。
The
この実施形態では、サブタンク108と記録ヘッド107で本発明に係る液滴吐出装置を構成しているが、記録ヘッド107を本発明に係る液滴吐出ヘッドで構成し、別途サブタンク108を設ける構成とすることもできる。あるいは、サブタンクを用いないでインクカートリッジを搭載する構成とすることもできる。
In this embodiment, the sub-tank 108 and the
一方、給紙カセット110などの用紙積載部(圧板)111上に積載した用紙112を給紙するための給紙部として、半月コロ(給紙ローラ)113及び分離パッド114を備えている。給紙ローラ113は、用紙積載部111から用紙112を1枚ずつ分離給送するためのものである。分離パッド114は、給紙ローラ113に対向して配置され、摩擦係数の大きな材質で形成されている。分離パッド114は給紙ローラ113側に付勢されている。
On the other hand, a half-moon roller (sheet feeding roller) 113 and a
そして、この給紙部から給紙された用紙112を記録ヘッド107の下方側で搬送するための搬送部として、搬送ベルト121と、カウンタローラ122と、搬送ガイド123と、押さえ部材124と、先端加圧コロ125とを備えている。搬送ベルト121は、用紙112を静電吸着して搬送するためのものである。カウンタローラ122は、給紙部からガイド115を介して送られる用紙112を搬送ベルト121との間で挟んで搬送するためのものである。搬送ガイド123は、略鉛直上方に送られる用紙112を略90°方向転換させて搬送ベルト121上に倣わせるためのものである。先端加圧コロ125は、押さえ部材124で搬送ベルト121側に付勢されている。また、搬送ベルト121表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ126を備えている。
As a conveyance unit for conveying the
ここで、搬送ベルト121は無端状ベルトである。搬送ベルト121は、搬送ローラ127とテンションローラ128との間に掛け渡されている。副走査モータ131からタイミングベルト132及びタイミングローラ133を介して搬送ローラ127が回転される。これにより、搬送ベルト121は、図18のベルト搬送方向(副走査方向)に周回するように構成されている。なお、搬送ベルト121の裏面側には記録ヘッド107による画像形成領域に対応してガイド部材129が配置されている。
Here, the
また、図11に示すように、搬送ローラ127の軸には、スリット円板134を取り付け、このスリット円板134のスリットを検知するセンサ135を設けて、これらのスリット円板134及びセンサ135によってエンコーダ136を構成している。
As shown in FIG. 11, a
帯電ローラ126は、搬送ベルト121の表層に接触し、搬送ベルト121の回動に従動して回転するように配置され、加圧力として軸の両端に各2.5Nをかけている。
The charging
また、キャリッジ103の前方側には、図17に示すように、スリットを形成したエンコーダスケール142が設けられている。キャリッジ103の前面側にはエンコーダスケール142のスリットを検出する透過型フォトセンサからなるエンコーダセンサ143が設けられている。エンコーダスケール142及びエンコーダセンサ143によって、キャリッジ103の主走査方向位置(ホーム位置に対する位置)を検知するためのエンコーダ144が構成されている。
Further, an
さらに、記録ヘッド107で記録された用紙112を排紙するための排紙部として、搬送ベルト121から用紙112を分離するための分離部と、排紙ローラ152及び排紙コロ153と、排紙される用紙112をストックする排紙トレイ154とが備えられている。
Further, as a paper discharge unit for discharging the
また、背部には両面給紙ユニット161が着脱自在に装着されている。両面給紙ユニット161は、搬送ベルト121の逆方向回転で戻される用紙112を取り込んで反転させて、再度、カウンタローラ122と搬送ベルト121との間に給紙する。
A double-sided
このように構成した画像形成装置においては、給紙部から用紙112が1枚ずつ分離給紙される。略鉛直上方に給紙された用紙112は、ガイド115で案内され、搬送ベルト121とカウンタローラ122との間に挟まれて搬送される。さらに、用紙112は、先端を搬送ガイド123で案内されて先端加圧コロ125で搬送ベルト121に押し付けられ、略90°搬送方向を転換される。
In the image forming apparatus configured as described above, the
このとき、帯電ローラ126に対して、図示しない制御回路によって高圧電源からプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返すように、つまり交番する電圧が印加される。これにより、搬送ベルト121が交番する帯電電圧パターン、すなわち、周回方向である副走査方向に、プラスとマイナスが所定の幅で帯状に交互に帯電されたものとなる。このプラス、マイナス交互に帯電した搬送ベルト121上に用紙112が給送されると、用紙112が搬送ベルト121に静電力で吸着され、搬送ベルト121の周回移動によって用紙112が副走査方向に搬送される。
At this time, an alternating voltage is applied to the charging
そこで、キャリッジ103を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド107を駆動することにより、停止している用紙112にインク滴を吐出して1行分を記録し、用紙112を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙112の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙112を排紙トレイ154に排紙する。
Therefore, by driving the
また、両面印刷の場合には、表面(最初に印刷する面)の記録が終了したときに、搬送ベルト121が逆回転される。これにより、記録済みの用紙112は、両面給紙ユニット161内に送り込まれる。用紙112は反転されて(裏面が印刷面となる状態にされて)、再度カウンタローラ122と搬送ベルト121との間に給紙される。タイミング制御が行われて、前述の記録動作と同様にして、用紙112は、搬送ベルト121上に搬送され、裏面に記録が行われた後、排紙トレイ154に排紙される。
In the case of duplex printing, the
なお、本発明にかかる画像形成装置は、プリンタ、ファクシミリ装置、複写装置、これらの複合機などにも適用することができる。また、本発明にかかる画像形成装置は、インク以外の液体、例えばDNA試料やレジスト、パターン材料などを吐出する液滴吐出ヘッドや液滴吐出装置、又はこれらを備えた画像形成装置にも適用することができる。 Note that the image forming apparatus according to the present invention can also be applied to a printer, a facsimile machine, a copying machine, a complex machine of these, and the like. The image forming apparatus according to the present invention is also applied to a liquid droplet discharge head or liquid droplet discharge apparatus that discharges a liquid other than ink, such as a DNA sample, a resist, or a pattern material, or an image forming apparatus that includes these. be able to.
以上、本発明の実施例を説明したが、上記実施例での数値、材料、配置、個数等は一例であり、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。 As mentioned above, although the Example of this invention was described, the numerical value, material, arrangement | positioning, number, etc. in the said Example are examples, This invention is not limited to these, It was described in the claim Various modifications are possible within the scope of the present invention.
上記の各実施例では各構成膜の材料や成膜方法の例などが示されたが、各構成膜は、各機能性能を有する膜であればよく、上記実施例に記載された材料や成膜方法に限定されるものではない。 In each of the above examples, the material of each constituent film and the example of the film forming method are shown. However, each constituent film may be a film having each functional performance, and the materials and constituents described in the above examples may be used. It is not limited to the membrane method.
201 圧電素子
202 加圧液室
203 振動板
208 流路形成基板
211 下部電極層
212 圧電体層
213 上部電極層
215 上部電極層配線接続部
218 ダミー下部電極層
219 ダミー圧電体層
220 緩衝層
301 ノズル孔
201
Claims (9)
前記圧電体層はすべての部分が前記下部電極層の上に配置されており、
少なくとも前記上部電極層は、前記加圧液室に対向する領域から該領域の外の領域にまたがって配置されており、
前記上部電極層に電位を供給するための上部電極層配線接続部は、前記加圧液室に対向する領域の外の位置に配置されていることを特徴とする圧電アクチュエータ装置。 A nozzle hole, a flow path forming substrate having a pressurized liquid chamber communicating with the nozzle hole, a diaphragm forming one surface of the pressurized liquid chamber, and a lower electrode layer sequentially laminated on the diaphragm; In a piezoelectric actuator device comprising a piezoelectric layer and a piezoelectric element having an upper electrode layer,
All of the piezoelectric layer is disposed on the lower electrode layer,
At least the upper electrode layer is disposed across a region outside the region from a region facing the pressurized liquid chamber,
The piezoelectric actuator device according to claim 1, wherein an upper electrode layer wiring connecting portion for supplying a potential to the upper electrode layer is disposed at a position outside a region facing the pressurized liquid chamber.
前記液滴吐出ヘッドが請求項7に記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とするインクカートリッジ。 In an ink cartridge in which a droplet discharge head for discharging droplets and a liquid tank for supplying liquid to the droplet discharge head are integrated,
An ink cartridge, wherein the droplet discharge head is the droplet discharge head according to claim 7.
前記液滴吐出ヘッドが請求項7に記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とする画像形成装置。 In an image forming apparatus provided with a droplet discharge head for discharging droplets,
An image forming apparatus, wherein the droplet discharge head is the droplet discharge head according to claim 7.
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