JP2016107476A - Ink jet head and ink jet printer - Google Patents

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三嘉 宮井
Mitsuyoshi Miyai
三嘉 宮井
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve piezoelectric adjustment with a simple structure and thereby easily reduce piezoelectric variations between different substrates or in one substrate in a structure including a substrate 22 supporting multiple piezoelectric elements 27.SOLUTION: An ink jet head includes: piezoelectric elements 27; and a substrate 22 supporting the piezoelectric elements 27. The substrate 22 includes a curved substrate 41 in which at least part thereof is deflected. The curved substrate 41 is deflected so that only one curve shape which protrudes or is recessed to the piezoelectric elements 27 arrangement side is formed on the entire substrate in one direction that the piezoelectric elements 27 are arranged.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、複数の圧電素子を支持基板で支持したインクジェットヘッドと、それを備えたインクジェットプリンタとに関するものである。   The present invention relates to an inkjet head in which a plurality of piezoelectric elements are supported by a support substrate, and an inkjet printer including the inkjet head.

従来から、駆動素子やセンサなどの電気機械変換素子として、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)などの圧電体が用いられている。また、近年、装置の小型化、高密度化、低コスト化などの要求に応えて、シリコン(Si)基板を用いたMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)素子が増加している。MEMS素子に圧電体を応用するには、圧電体を薄膜化することが望ましい。圧電体を薄膜化することで、成膜、フォトリソグラフィーなど半導体プロセス技術を用いた高精度な加工が可能となり、小型化、高密度化を実現できる。また、大面積のウェハに素子を一括加工できるため、コストを低減できる。さらに、機械電気の変換効率が向上し、駆動素子の特性や、センサの感度が向上する等の利点がある。   Conventionally, piezoelectric materials such as lead zirconate titanate (PZT) have been used as electromechanical conversion elements such as drive elements and sensors. In recent years, MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) elements using a silicon (Si) substrate are increasing in response to demands for downsizing, high density, and low cost of devices. In order to apply a piezoelectric body to a MEMS element, it is desirable to make the piezoelectric body thin. By reducing the thickness of the piezoelectric body, high-precision processing using semiconductor process technology such as film formation and photolithography can be performed, and miniaturization and high density can be realized. Further, since the elements can be collectively processed on a large-area wafer, the cost can be reduced. Furthermore, there is an advantage that the conversion efficiency of mechanical electricity is improved and the characteristics of the drive element and the sensitivity of the sensor are improved.

このようなMEMS素子を用いたデバイスの応用例として、インクジェットプリンタが知られている。インクジェットプリンタでは、液体インクを吐出する複数のチャネルを有するインクジェットヘッドを、用紙や布などの記録メディアに対して相対的に移動させながらインクの吐出を制御することで、二次元の画像が記録メディアに形成される。   As an application example of a device using such a MEMS element, an ink jet printer is known. In an inkjet printer, a two-dimensional image is recorded on a recording medium by controlling the ejection of ink while moving an inkjet head having a plurality of channels for ejecting liquid ink relative to the recording medium such as paper or cloth. Formed.

インクの吐出は、圧力式のアクチュエータ(圧電式、静電式、熱変形など)を利用したり、熱によって管内のインクに気泡を発生させることで行うことができる。中でも、圧電式のアクチュエータは、出力が大きい、変調が可能、応答性が高い、インクを選ばない、などの利点を有しており、近年よく利用されている。特に、高解像度(小液滴で良い)で小型、低コストのプリンタを実現するには、薄膜の圧電体を用いたインクジェットヘッドの利用が適している。   Ink can be ejected using a pressure actuator (piezoelectric, electrostatic, thermal deformation, etc.) or by generating bubbles in the ink in the tube by heat. Among them, the piezoelectric actuator has advantages such as high output, modulation, high responsiveness, and choice of ink, and has been frequently used in recent years. In particular, in order to realize a small-sized and low-cost printer with high resolution (small droplets may be used), it is suitable to use an inkjet head using a thin film piezoelectric body.

さらに近年、インクジェットプリンタには、より高速に高精細な画像を形成することが求められている。そのためには、液滴速度の高速化や、高粘度のインクの適用がインクジェットヘッドに求められる。これらを実現するためには、圧電薄膜(強誘電体薄膜)には高い圧電特性(圧電定数d31)が必要となる。 In recent years, inkjet printers are required to form high-definition images at higher speeds. For this purpose, the ink jet head is required to increase the droplet velocity and to apply high viscosity ink. In order to realize these, the piezoelectric thin film (ferroelectric thin film) needs to have high piezoelectric characteristics (piezoelectric constant d 31 ).

一方、PZTなどの圧電体をSiなどの基板上に成膜する方法としては、CVD(Chemical Vapor Deposition)法などの化学的成膜法、スパッタ法やイオンプレーティング法といった物理的な方法、ゾルゲル法などの液相での成長法が知られている。これらの製法により得られる薄膜の膜厚の上限は10μm程度である。それ以上の膜厚になると、クラックや膜剥がれが生じてしまい、所望の特性が得られない。   On the other hand, as a method of forming a piezoelectric material such as PZT on a substrate such as Si, a chemical film forming method such as a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, a physical method such as a sputtering method or an ion plating method, a sol gel The growth method in the liquid phase such as the method is known. The upper limit of the thickness of the thin film obtained by these manufacturing methods is about 10 μm. If the film thickness exceeds that, cracks and film peeling occur, and desired characteristics cannot be obtained.

成膜されたPZTは、結晶がペロブスカイト構造となるときに良好な圧電効果を発揮する。なお、ペロブスカイト構造とは、理想的には立方晶系の単位格子を有し、立方晶の各頂点に配置される金属A、体心に配置される金属B、立方晶の各面心に配置される酸素Oとから構成されるABO3型の結晶構造である。ペロブスカイト構造の結晶には、立方晶が歪んだ正方晶、斜方晶、菱面体晶等も含まれるものとする。 The deposited PZT exhibits a good piezoelectric effect when the crystal has a perovskite structure. The perovskite structure ideally has a cubic unit cell, and is arranged at each vertex of the cubic A, metal B arranged at the body center, and arranged at each face center of the cubic crystal. It is an ABO 3 type crystal structure composed of oxygen O. Crystals having a perovskite structure include tetragonal crystals, orthorhombic crystals, rhombohedral crystals and the like in which cubic crystals are distorted.

Si基板上の電極の上に成膜されたPZTの薄膜は、電極の結晶との格子定数の違いから、複数の結晶の集合体からなる多結晶となる。この多結晶は、製法にもよるが、粒径が数百nmの粒状の結晶(粒状結晶)が寄り集まって構成されたり、幅は数百nmで膜厚方向には1つの細長い結晶粒である柱状結晶が寄り集まって構成される。   The PZT thin film formed on the electrode on the Si substrate becomes a polycrystal composed of an aggregate of a plurality of crystals due to the difference in lattice constant from the crystal of the electrode. Depending on the production method, this polycrystal is composed of granular crystals (granular crystals) with a particle size of several hundreds of nanometers, or a width of several hundreds of nanometers and one elongated crystal grain in the film thickness direction. A certain columnar crystal is gathered together.

ところで、インクジェットヘッドの出力は、圧電素子の電圧×圧電性で決まるため、出力を大きくする(液滴速度を速くする、より高粘度のインクを射出する)には、圧電素子の駆動電圧を上げるか、圧電性を高くすることが必要となる。しかし、複数の結晶の集合体からなる多結晶膜の圧電体(圧電薄膜)は、上部電極と下部電極との間にリーク電流が生じやすく、耐電圧性が低いため、印加できる駆動電圧に制限がある。このため、出力を上げるには、圧電性を上げる必要がある。   By the way, since the output of the ink jet head is determined by the voltage of the piezoelectric element × piezoelectricity, the drive voltage of the piezoelectric element is increased in order to increase the output (increase the droplet velocity or eject a higher viscosity ink). Or it is necessary to increase the piezoelectricity. However, a polycrystalline film piezoelectric body (piezoelectric thin film) made up of a plurality of crystals tends to generate a leakage current between the upper electrode and the lower electrode, and has a low voltage resistance. There is. For this reason, in order to increase the output, it is necessary to increase the piezoelectricity.

圧電薄膜の圧電性を上げる方法としては、従来幾つか提案されている。例えば、成膜条件を最適化し、スパッタ膜の結晶性を上げることによって圧電性を上げる方法や、ニオブあるいはランタン等を添加したPZTをスパッタ形成することで、圧電性を上げる方法がある。しかし、これらの方法は、いずれも、プロセス条件がシビアで、成膜安定性が損なわれる傾向にある。   Several methods have been proposed for increasing the piezoelectricity of a piezoelectric thin film. For example, there are a method of increasing the piezoelectricity by optimizing the film formation conditions and increasing the crystallinity of the sputtered film, and a method of increasing the piezoelectricity by sputtering PZT added with niobium or lanthanum. However, any of these methods has severe process conditions and tends to deteriorate film formation stability.

一方、例えば特許文献1では、圧力室が形成された基板上に、振動板および圧電素子を形成した構成において、振動板の、圧力室に相対向する領域の圧電素子の幅方向両側に屈曲部を設けるようにしている。これにより、圧電素子を駆動して撓み変形させた際に、圧電素子の変位に対して振動板が抗する力を小さくして、圧電素子の変位量を大きくしている。   On the other hand, in Patent Document 1, for example, in a configuration in which a diaphragm and a piezoelectric element are formed on a substrate on which a pressure chamber is formed, bent portions are formed on both sides in the width direction of the piezoelectric element in a region opposite to the pressure chamber of the diaphragm. Is provided. Thus, when the piezoelectric element is driven to bend and deform, the force that the diaphragm resists against the displacement of the piezoelectric element is reduced, and the displacement amount of the piezoelectric element is increased.

特開2009−29012号公報(請求項1、段落〔0010〕、〔0011〕、〔0032〕、〔0033〕、図2等参照)JP 2009-29012 A (see claim 1, paragraphs [0010], [0011], [0032], [0033], FIG. 2, etc.)

ところが、特許文献1のように振動板に屈曲部を設ける場合、振動板を屈曲させるための加工が複雑であり(プロセス多)、高コストとなるばかりか、歩留りおよび信頼性が低下する。しかも、振動板を均一に加工するのは困難である。したがって、特許文献1の構成では、圧電素子の圧電性を容易に向上させることができない。   However, when the bending portion is provided on the diaphragm as in Patent Document 1, the processing for bending the diaphragm is complicated (many processes), resulting in high costs and a decrease in yield and reliability. Moreover, it is difficult to process the diaphragm uniformly. Therefore, the configuration of Patent Document 1 cannot easily improve the piezoelectricity of the piezoelectric element.

また、図22に示すように、同一のウェハ100に複数の圧電素子を一括して形成し、ウェア100の外周近傍の領域から、複数の圧電素子を支持する基板101を切り出し、ウェハ100の中心付近から、複数の圧電素子を支持する基板102を切り出した場合、一般的に、基板101では圧電性が相対的に高く、基板102では圧電性が相対的に低い傾向にある。これは、真空成膜で圧電薄膜を成膜する場合、ウェハ100の中心よりも外周側に近いほど、結晶が良好に成長しやすく、結晶性の面内ムラが生じているためと考えられる。この場合、1つのヘッドに基板101と基板102とを用いると、ヘッドの位置(基板101・102の位置)によって圧電性が異なるため、インクの吐出ムラが生じ、画質の良好な画像を記録媒体上に形成することができなくなる。また、ウェハ100から切り出される単一の基板103内で圧電性にムラ(バラツキ)が生じている場合は、その基板103においてインクの吐出ムラが生じる。   Further, as shown in FIG. 22, a plurality of piezoelectric elements are collectively formed on the same wafer 100, and a substrate 101 that supports the plurality of piezoelectric elements is cut out from a region near the outer periphery of the wear 100, and the wafer 100 is centered. When the substrate 102 supporting a plurality of piezoelectric elements is cut out from the vicinity, the substrate 101 generally has a relatively high piezoelectricity and the substrate 102 tends to have a relatively low piezoelectricity. This is considered to be because when the piezoelectric thin film is formed by vacuum film formation, the closer to the outer peripheral side than the center of the wafer 100, the easier the crystal grows and the in-plane unevenness of crystallinity occurs. In this case, if the substrate 101 and the substrate 102 are used for one head, the piezoelectricity varies depending on the position of the head (the positions of the substrates 101 and 102), so that ink ejection unevenness occurs and an image with good image quality is recorded. It cannot be formed on top. Further, in the case where unevenness (variation) in piezoelectricity occurs in a single substrate 103 cut out from the wafer 100, uneven ink ejection occurs in the substrate 103.

したがって、複数の圧電素子を支持する基板を備えたインクジェットヘッドでは、インクの吐出ムラを抑えるべく、圧電性の調整を簡単な構成で実現して、異なる基板間または同一基板内での圧電性のバラツキを容易に低減できるようにすることが望まれる。   Therefore, in an inkjet head having a substrate that supports a plurality of piezoelectric elements, the piezoelectricity can be adjusted with a simple configuration in order to suppress ink discharge unevenness, and the piezoelectricity between different substrates or within the same substrate can be reduced. It is desirable to make it possible to easily reduce variations.

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、複数の圧電素子を支持する基板を備えた構成において、圧電性の調整を簡単な構成で実現することができ、これによって、異なる基板間または同一基板内での圧電性のバラツキを容易に低減することができるインクジェットヘッドと、それを備えたインクジェットプリンタとを提供することにある。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to realize adjustment of piezoelectricity with a simple configuration in a configuration including a substrate that supports a plurality of piezoelectric elements. Accordingly, it is an object of the present invention to provide an ink jet head that can easily reduce piezoelectric variations between different substrates or within the same substrate, and an ink jet printer including the ink jet head.

本発明の一側面に係るインクジェットヘッドは、複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子を支持する支持基板とを備えたインクジェットヘッドであって、前記支持基板は、少なくとも一部が撓んだ湾曲基板を含み、前記湾曲基板は、前記複数の圧電素子が並んで配置される一方向の基板全体において、前記複数の圧電素子の配置側に凸または凹となる湾曲形状が1個のみ形成されるように撓んでいる。   An ink jet head according to an aspect of the present invention is an ink jet head including a plurality of piezoelectric elements and a support substrate that supports the plurality of piezoelectric elements, and the support substrate is bent at least partially. The curved substrate includes only one curved shape that is convex or concave on the arrangement side of the plurality of piezoelectric elements in the whole substrate in one direction in which the plurality of piezoelectric elements are arranged side by side. Is bent.

上記の構成によれば、湾曲基板において、複数の圧電素子側に凸となる湾曲形状(凸形状)が形成されていると、圧電素子を駆動したときに、圧電素子の水平方向の伸縮による垂直方向の変位(特に湾曲基板に対して圧電素子とは反対側への変位)がしにくくなる。このため、上記湾曲形状が形成された部分(例えば一方向における基板全体またはその一部)では、支持基板が平板状の場合に比べて、圧電素子の圧電性が低下する。一方、湾曲基板において、複数の圧電素子側に凹となる湾曲形状(凹形状)が形成されていると、圧電素子を駆動したときに、圧電素子の、湾曲基板に対して圧電素子とは反対側への変位がしやすくなる。このため、上記湾曲形状が形成された部分では、支持基板が平板状の場合に比べて、圧電素子の圧電性が向上する。また、複数の圧電素子が並ぶ一方向において、上記湾曲形状が1個のみ形成されるような湾曲基板は、例えば曲面部を有する保持板への基板の貼り付けや、保持板と基板とで線膨張係数を異ならせて温度変化を与えることによって、容易に得ることができる。   According to the above configuration, if the curved substrate has a curved shape (convex shape) that protrudes toward the plurality of piezoelectric elements, when the piezoelectric elements are driven, the piezoelectric elements are vertically expanded due to horizontal expansion and contraction. Directional displacement (particularly displacement to the opposite side of the piezoelectric element with respect to the curved substrate) is difficult to occur. For this reason, in the portion where the curved shape is formed (for example, the whole substrate in one direction or a part thereof), the piezoelectricity of the piezoelectric element is lower than when the support substrate is flat. On the other hand, when a curved shape (concave shape) that is concave on the side of a plurality of piezoelectric elements is formed on the curved substrate, when the piezoelectric element is driven, the piezoelectric element is opposite to the piezoelectric element with respect to the curved substrate. Displacement to the side is easy. For this reason, in the part in which the said curved shape was formed, the piezoelectricity of a piezoelectric element improves compared with the case where a support substrate is flat form. In addition, a curved substrate in which only one curved shape is formed in one direction in which a plurality of piezoelectric elements are arranged is, for example, the attachment of a substrate to a holding plate having a curved surface portion or a line between the holding plate and the substrate. It can be easily obtained by changing the expansion coefficient to give a temperature change.

したがって、複数の圧電素子を支持する支持基板として、少なくとも一部が撓んだ湾曲基板を用いるという簡単な構成で、湾曲基板の全体または一部において圧電性を調整することができる。その結果、異なる支持基板間または同一の支持基板(湾曲基板)内での圧電性のバラツキを容易に低減することができる。   Therefore, the piezoelectricity can be adjusted in the whole or a part of the curved substrate with a simple configuration in which a curved substrate in which at least a part is bent is used as the support substrate for supporting the plurality of piezoelectric elements. As a result, variations in piezoelectricity between different support substrates or within the same support substrate (curved substrate) can be easily reduced.

前記湾曲基板は、前記一方向の基板全体で1つの前記湾曲形状が形成されるように撓んでいてもよい。この場合、湾曲基板の基板全体で圧電性を調整して、異なる支持基板間での圧電性のバラツキを低減することができる。   The curved substrate may be bent so that one curved shape is formed on the entire substrate in the one direction. In this case, the piezoelectricity can be adjusted over the entire substrate of the curved substrate to reduce the variation in piezoelectricity between different support substrates.

前記湾曲基板は、前記一方向の一部において1つの前記湾曲形状が形成され、残りが平板状となるように撓んでいてもよい。この場合、湾曲基板の一部において、圧電素子の圧電性を調整して、同一の湾曲基板内での圧電性のバラツキを低減することができる。   The curved substrate may be bent so that one curved shape is formed in a part of the one direction and the rest is a flat plate shape. In this case, the piezoelectricity of the piezoelectric element can be adjusted in a part of the curved substrate to reduce the variation in piezoelectricity within the same curved substrate.

前記湾曲基板の前記湾曲形状の曲率半径は、絶対値で150mm以上1000mm以下であってもよい。曲率半径の絶対値が下限を下回ると、湾曲基板が湾曲しすぎて破損する(割れる)おそれがある。一方、曲率半径の絶対値が上限を上回ると、湾曲基板の湾曲度合いが小さすぎて、圧電性の調整幅が小さくなる(圧電性を大きく上げたり、下げたりすることができなくなる)。したがって、上記曲率半径を上記範囲とすることにより、湾曲基板の破損を回避しながら、圧電性のバラツキの低減効果を確実に得ることができる。   The curvature radius of the curved shape of the curved substrate may be 150 mm or greater and 1000 mm or less in absolute value. If the absolute value of the radius of curvature is below the lower limit, the curved substrate may be bent too much and be broken (cracked). On the other hand, if the absolute value of the radius of curvature exceeds the upper limit, the degree of curvature of the curved substrate is too small and the piezoelectric adjustment range becomes small (the piezoelectricity cannot be increased or decreased greatly). Therefore, by setting the radius of curvature within the above range, it is possible to reliably obtain an effect of reducing piezoelectric variation while avoiding damage to the curved substrate.

前記湾曲基板の前記湾曲形状は、前記複数の圧電素子の配置側に凹となる形状であってもよい。この場合は、上述したように、圧電素子の圧電性が向上するため、ヘッドの出力(インク吐出量)を上げることができる。   The curved shape of the curved substrate may be a concave shape on the arrangement side of the plurality of piezoelectric elements. In this case, as described above, the piezoelectricity of the piezoelectric element is improved, so that the output (ink discharge amount) of the head can be increased.

上記のインクジェットヘッドは、前記支持基板を複数備え、前記複数の支持基板間での前記圧電素子の圧電性のバラツキが所定の範囲内に収まるように、前記複数の支持基板に含まれる前記湾曲基板の前記湾曲形状の曲率が設定されていてもよい。ヘッドが複数の支持基板を備えた構成であっても、複数の支持基板間での圧電性のバラツキが低減されるため、ヘッドの出力を均一にすることができる。   The inkjet head includes a plurality of the support substrates, and the curved substrate included in the plurality of support substrates so that variations in piezoelectricity of the piezoelectric elements between the plurality of support substrates are within a predetermined range. The curvature of the curved shape may be set. Even if the head includes a plurality of support substrates, variations in piezoelectricity among the plurality of support substrates are reduced, so that the output of the head can be made uniform.

上記のインクジェットヘッドは、曲面部を有し、前記支持基板を保持する保持板をさらに備えており、前記湾曲基板は、前記支持基板の少なくとも一部を前記曲面部に沿って湾曲させることによって形成されていてもよい。曲面部を有する保持板を用いることにより、少なくとも一部が撓んだ湾曲基板を容易に実現することができる。   The ink jet head further includes a holding plate that has a curved portion and holds the support substrate, and the curved substrate is formed by bending at least a part of the support substrate along the curved portion. May be. By using a holding plate having a curved surface portion, a curved substrate having at least a part thereof can be easily realized.

前記保持板は、前記支持基板に対して前記複数の圧電素子側に位置し、前記複数の圧電素子の形成領域の外側で前記湾曲基板を保持していてもよい。この構成では、湾曲基板の複数の圧電素子が保持板(曲面部)と干渉することなく、湾曲基板を保持部にて保持することができる。   The holding plate may be positioned on the side of the plurality of piezoelectric elements with respect to the support substrate, and may hold the curved substrate outside a formation region of the plurality of piezoelectric elements. In this configuration, the curved substrate can be held by the holding portion without the plurality of piezoelectric elements of the curved substrate interfering with the holding plate (curved surface portion).

上記のインクジェットヘッドは、前記支持基板に対して前記複数の圧電素子とは反対側に位置して、前記支持基板を保持する保持板をさらに備え、前記保持板は、前記支持基板と線膨張係数の異なる材料で形成されていてもよい。保持板と支持基板とで線膨張係数が異なっているため、温度変化による保持板との収縮度合いの違いによって、少なくとも一部が撓んだ湾曲基板を容易に実現することができる。   The inkjet head further includes a holding plate that is located on the opposite side of the support substrate from the plurality of piezoelectric elements and holds the support substrate, and the holding plate has a linear expansion coefficient with the support substrate. May be made of different materials. Since the linear expansion coefficient is different between the holding plate and the support substrate, a curved substrate that is at least partially bent can be easily realized by the difference in the degree of contraction from the holding plate due to temperature change.

前記支持基板は、前記保持板を介して、インク吐出孔を有するノズル基板と貼り合わされていてもよい。支持基板(湾曲基板)とノズル基板とを、中間プレートを介して貼り合わせる構成において、中間プレートとして上記の保持板を用いることで、湾曲基板を実現することができる。   The support substrate may be bonded to a nozzle substrate having ink ejection holes via the holding plate. In the configuration in which the support substrate (curved substrate) and the nozzle substrate are bonded together via the intermediate plate, the curved substrate can be realized by using the holding plate as the intermediate plate.

上記のインクジェットヘッドは、前記支持基板に対して前記複数の圧電素子側に位置し、前記支持基板を保持する保持板をさらに備え、前記保持板は、前記支持基板と線膨張係数の異なる材料で形成されていてもよい。保持板と支持基板とで線膨張係数が異なっているため、温度変化による保持板との収縮度合いの違いによって、少なくとも一部が撓んだ湾曲基板を容易に実現することができる。   The inkjet head further includes a holding plate that is positioned on the side of the plurality of piezoelectric elements with respect to the support substrate and holds the support substrate, and the holding plate is made of a material having a linear expansion coefficient different from that of the support substrate. It may be formed. Since the linear expansion coefficient is different between the holding plate and the support substrate, a curved substrate that is at least partially bent can be easily realized by the difference in the degree of contraction from the holding plate due to temperature change.

前記支持基板は、前記複数の圧電素子の形成位置に対応して形成され、インクを収容する圧力室と、前記複数の圧電素子の駆動によって振動することにより、前記圧力室内のインクに圧力を付与する振動板とを有していてもよい。このように、圧電素子の駆動によって振動板を変位(振動)させて圧力室内のインクに圧力を付与する構成において、上述の効果を得ることができる。   The support substrate is formed corresponding to the formation positions of the plurality of piezoelectric elements, and applies pressure to the ink in the pressure chambers by vibrating by driving the plurality of piezoelectric elements and a pressure chamber containing the ink. You may have a diaphragm to do. As described above, in the configuration in which the pressure is applied to the ink in the pressure chamber by displacing (vibrating) the vibration plate by driving the piezoelectric element, the above-described effects can be obtained.

本発明の他の側面に係るインクジェットプリンタは、上述したインクジェットヘッドを備え、前記インクジェットヘッドから記録媒体に向けてインクを吐出させてもよい。上述したインクジェットヘッドの構成によれば、異なる支持基板間での圧電性のバラツキや、同一の湾曲基板内での圧電性のバラツキを容易に低減することができるので、ヘッドにおけるインクの吐出ムラを容易に抑えることができる。これにより、インクジェットプリンタにおいては、インクの吐出ムラに起因する画質の低下を容易に抑えることができる。   An ink jet printer according to another aspect of the present invention may include the above-described ink jet head and eject ink from the ink jet head toward a recording medium. According to the configuration of the ink jet head described above, it is possible to easily reduce piezoelectric variation between different support substrates and piezoelectric variation within the same curved substrate. It can be easily suppressed. Thereby, in the ink jet printer, it is possible to easily suppress the deterioration of the image quality due to the uneven ejection of ink.

支持基板として、少なくとも一部が撓んだ湾曲基板を用いるという簡単な構成で、圧電素子の圧電性を、湾曲基板の全体または一部について容易に調整することができる。その結果、異なる支持基板間または同一の湾曲基板内での圧電性のバラツキを容易に低減することができる。   The piezoelectricity of the piezoelectric element can be easily adjusted for the whole or a part of the curved substrate with a simple configuration in which a curved substrate having at least a part thereof is used as the support substrate. As a result, it is possible to easily reduce piezoelectric variation between different support substrates or within the same curved substrate.

本発明の実施の一形態に係るインクジェットプリンタの概略の構成を示す説明図である。1 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of an inkjet printer according to an embodiment of the present invention. FIG. 上記インクジェットプリンタが備えるインクジェットヘッドのアクチュエータの概略の構成を示す平面図、およびその平面図におけるA−A’線矢視断面図である。FIG. 2 is a plan view showing a schematic configuration of an actuator of an ink jet head provided in the ink jet printer, and a cross-sectional view taken along line A-A ′ in the plan view. 上記インクジェットヘッドの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the said inkjet head. 上記インクジェットヘッドの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the said inkjet head. 上記インクジェットヘッドに用いられる湾曲基板の一構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one structural example of the curved board | substrate used for the said inkjet head. 図5の湾曲基板を含む複数の基板を有するインクジェットヘッドの簡易的な断面図である。FIG. 6 is a simplified cross-sectional view of an inkjet head having a plurality of substrates including the curved substrate of FIG. 5. 上記湾曲基板の他の構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other structural example of the said curved board | substrate. 図7の湾曲基板を含む複数の基板を有するインクジェットヘッドの簡易的な断面図である。FIG. 8 is a simplified cross-sectional view of an inkjet head having a plurality of substrates including the curved substrate of FIG. 7. 上記湾曲基板の曲率半径と圧電性との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the curvature radius of the said curved substrate, and piezoelectricity. 上記湾曲基板のさらに他の構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the further another structural example of the said curved board | substrate. 上記湾曲基板のさらに他の構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the further another structural example of the said curved board | substrate. 複数の基板を保持する保持板の斜視図である。It is a perspective view of the holding plate holding a some board | substrate. 上記保持板の平面図である。It is a top view of the said holding plate. 上記保持板で上記複数の基板を保持した状態を示す平面図である。It is a top view which shows the state which hold | maintained the said several board | substrate with the said holding plate. 図14のB−B’線矢視断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view taken along line B-B ′ of FIG. 14. 図14のC−C’線矢視断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view taken along line C-C ′ in FIG. 14. 上記インクジェットヘッドの他の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other structure of the said inkjet head. 保持板との線膨張係数の違いによって基板が撓む様子の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of a mode that a board | substrate bends by the difference in a linear expansion coefficient with a holding plate. 保持板との線膨張係数の違いによって基板が撓む様子の他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other example of a mode that a board | substrate bends by the difference in a linear expansion coefficient with a holding plate. 保持板との線膨張係数の違いによって基板が撓む様子のさらに他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the further another example of a mode that a board | substrate bends by the difference in a linear expansion coefficient with a holding plate. 保持板との線膨張係数の違いによって基板が撓む様子のさらに他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the further another example of a mode that a board | substrate bends by the difference in a linear expansion coefficient with a holding plate. 同一のウェハから切り出される複数の基板の位置と圧電性との関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between the position of the some board | substrate cut out from the same wafer, and piezoelectricity.

本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本明細書において、数値範囲をA〜Bと表記した場合、その数値範囲に下限Aおよび上限Bの値は含まれるものとする。   An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the present specification, when the numerical range is expressed as A to B, the numerical value range includes the values of the lower limit A and the upper limit B.

〔インクジェットプリンタの構成〕
図1は、本実施形態のインクジェットプリンタ1の概略の構成を示す説明図である。インクジェットプリンタ1は、インクジェットヘッド部2において、インクジェットヘッド21が記録媒体の幅方向にライン状に設けられた、いわゆるラインヘッド方式のインクジェット記録装置である。
[Configuration of inkjet printer]
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of an inkjet printer 1 according to the present embodiment. The ink jet printer 1 is a so-called line head type ink jet recording apparatus in which an ink jet head 21 is provided in a line shape in the width direction of a recording medium in the ink jet head unit 2.

インクジェットプリンタ1は、上記のインクジェットヘッド部2と、繰り出しロール3と、巻き取りロール4と、2つのバックロール5・5と、中間タンク6と、送液ポンプ7と、貯留タンク8と、定着機構9とを備えている。   The ink jet printer 1 includes an ink jet head unit 2, a feed roll 3, a take-up roll 4, two back rolls 5 and 5, an intermediate tank 6, a liquid feed pump 7, a storage tank 8, and a fixing tank. And a mechanism 9.

インクジェットヘッド部2は、インクジェットヘッド21から記録媒体Pに向けてインクを吐出させ、画像データに基づく画像形成(描画)を行うものであり、一方のバックロール5の近傍に配置されている。なお、インクジェットヘッド21の詳細については後述する。   The ink jet head unit 2 ejects ink from the ink jet head 21 toward the recording medium P to perform image formation (drawing) based on image data, and is disposed in the vicinity of one back roll 5. Details of the inkjet head 21 will be described later.

繰り出しロール3、巻き取りロール4および各バックロール5は、軸回りに回転可能な円柱形状からなる部材である。繰り出しロール3は、周面に幾重にも亘って巻回された長尺状の記録媒体Pを、インクジェットヘッド部2との対向位置に向けて繰り出すロールである。この繰り出しロール3は、モータ等の図示しない駆動手段によって回転することで、記録媒体Pを図1のX方向へ繰り出して搬送する。   The feed roll 3, the take-up roll 4 and the back rolls 5 are members each having a cylindrical shape that can rotate about its axis. The feeding roll 3 is a roll that feeds the long recording medium P wound around the circumferential surface toward the position facing the inkjet head unit 2. The feeding roll 3 is rotated by driving means (not shown) such as a motor, thereby feeding the recording medium P in the X direction in FIG.

巻き取りロール4は、繰り出しロール3より繰り出されて、インクジェットヘッド部2によってインクが吐出された記録媒体Pを周面に巻き取る。   The take-up roll 4 is taken out from the take-out roll 3 and takes up the recording medium P on which the ink is ejected by the inkjet head unit 2 around the circumferential surface.

各バックロール5は、繰り出しロール3と巻き取りロール4との間に配設されている。記録媒体Pの搬送方向上流側に位置する一方のバックロール5は、繰り出しロール3によって繰り出された記録媒体Pを、周面の一部に巻き付けて支持しながら、インクジェットヘッド部2との対向位置に向けて搬送する。他方のバックロール5は、インクジェットヘッド部2との対向位置から巻き取りロール4に向けて、記録媒体Pを周面の一部に巻き付けて支持しながら搬送する。   Each back roll 5 is disposed between the feed roll 3 and the take-up roll 4. One back roll 5 located on the upstream side in the conveyance direction of the recording medium P is opposed to the inkjet head unit 2 while winding the recording medium P fed by the feeding roll 3 around and supporting the recording medium P. Transport toward The other back roll 5 conveys the recording medium P from a position facing the inkjet head unit 2 toward the take-up roll 4 while being wound around and supported by a part of the peripheral surface.

中間タンク6は、貯留タンク8より供給されるインクを一時的に貯留する。また、中間タンク6は、複数のインクチューブ10と接続され、各インクジェットヘッド21におけるインクの背圧を調整して、各インクジェットヘッド21にインクを供給する。   The intermediate tank 6 temporarily stores the ink supplied from the storage tank 8. The intermediate tank 6 is connected to a plurality of ink tubes 10, adjusts the back pressure of ink in each inkjet head 21, and supplies ink to each inkjet head 21.

送液ポンプ7は、貯留タンク8に貯留されたインクを中間タンク6に供給するものであり、供給管11の途中に配設されている。貯留タンク8に貯留されたインクは、送液ポンプ7によって汲み上げられ、供給管11を介して中間タンク6に供給される。   The liquid feed pump 7 supplies the ink stored in the storage tank 8 to the intermediate tank 6 and is disposed in the middle of the supply pipe 11. The ink stored in the storage tank 8 is pumped up by the liquid feed pump 7 and supplied to the intermediate tank 6 through the supply pipe 11.

定着機構9は、インクジェットヘッド部2によって記録媒体Pに吐出されたインクを当該記録媒体Pに定着させる。この定着機構9は、吐出されたインクを記録媒体Pに加熱定着するためのヒータや、吐出されたインクにUV(紫外線)を照射することによりインクを硬化させるためのUVランプ等で構成されている。   The fixing mechanism 9 fixes the ink ejected to the recording medium P by the inkjet head unit 2 on the recording medium P. The fixing mechanism 9 includes a heater for heat-fixing the discharged ink on the recording medium P, a UV lamp for curing the ink by irradiating the discharged ink with UV (ultraviolet light), and the like. Yes.

上記の構成において、繰り出しロール3から繰り出される記録媒体Pは、バックロール5により、インクジェットヘッド部2との対向位置に搬送され、インクジェットヘッド部2から記録媒体Pに対してインクが吐出される。その後、記録媒体Pに吐出されたインクは定着機構9によって定着され、インク定着後の記録媒体Pが巻き取りロール4によって巻き取られる。このようにラインヘッド方式のインクジェットプリンタ1では、インクジェットヘッド部2を静止させた状態で、記録媒体Pを搬送しながらインクが吐出され、記録媒体Pに画像が形成される。   In the above configuration, the recording medium P fed from the feeding roll 3 is transported to a position facing the inkjet head unit 2 by the back roll 5, and ink is ejected from the inkjet head unit 2 to the recording medium P. Thereafter, the ink ejected onto the recording medium P is fixed by the fixing mechanism 9, and the recording medium P after ink fixing is taken up by the take-up roll 4. As described above, in the line head type inkjet printer 1, ink is ejected while the recording medium P is conveyed while the inkjet head unit 2 is stationary, and an image is formed on the recording medium P.

なお、インクジェットプリンタ1は、シリアルヘッド方式で記録媒体に画像を形成する構成であってもよい。シリアルヘッド方式とは、記録媒体を搬送しながら、その搬送方向と直交する方向にインクジェットヘッドを移動させてインクを吐出し、画像を形成する方式である。   The ink jet printer 1 may be configured to form an image on a recording medium by a serial head method. The serial head method is a method of forming an image by ejecting ink by moving an inkjet head in a direction orthogonal to the transport direction while transporting a recording medium.

〔インクジェットヘッドの構成〕
次に、上記したインクジェットヘッド21の構成について説明する。図2は、インクジェットヘッド21のアクチュエータ21a(圧電アクチュエータ)の概略の構成を示す平面図と、その平面図におけるA−A’線矢視断面図とを併せて示したものである。また、図3は、図2のアクチュエータ21aにノズル基板31を接合してなるインクジェットヘッド21の構成を示す断面図である。
[Configuration of inkjet head]
Next, the configuration of the inkjet head 21 will be described. FIG. 2 is a plan view showing a schematic configuration of an actuator 21a (piezoelectric actuator) of the inkjet head 21 and a cross-sectional view taken along the line AA ′ in the plan view. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the inkjet head 21 in which the nozzle substrate 31 is joined to the actuator 21a of FIG.

インクジェットヘッド21は、複数の圧力室22a(開口部)を有する基板22上に、熱酸化膜23、下部電極24、圧電薄膜25、上部電極26をこの順で有している。   The inkjet head 21 has a thermal oxide film 23, a lower electrode 24, a piezoelectric thin film 25, and an upper electrode 26 in this order on a substrate 22 having a plurality of pressure chambers 22a (openings).

基板22は、厚さが例えば100〜300μm程度の単結晶Si(シリコン)単体からなる半導体基板またはSOI(Silicon on Insulator)基板で構成されている。この基板22は、例えば厚さが300〜750μm程度の基板を準備し、その基板上に後述のようにPZTの層を成膜した後、研磨処理等により100〜300μmの厚みにしたものである。なお、図2では、基板22をSOI基板で構成した場合を示している。SOI基板は、酸化膜を介して2枚のSi基板を接合したものである。基板22における圧力室22aの上壁(圧力室22aよりも圧電薄膜25の形成側に位置する壁)は、従動膜となる振動板22bを構成しており、圧電薄膜25の駆動(伸縮)に伴って変位(振動)し、圧力室22a内のインクに圧力を付与する。なお、基板22は、後述する複数の圧電素子27を支持する支持基板を構成している。また、基板22において、圧力室22aは、複数の圧電素子27の形成位置に対応して形成されている。   The substrate 22 is configured by a semiconductor substrate made of a single crystal Si (silicon) single-piece having a thickness of, for example, about 100 to 300 μm or an SOI (Silicon on Insulator) substrate. For example, a substrate having a thickness of about 300 to 750 μm is prepared, and a PZT layer is formed on the substrate 22 as described later, and then the substrate 22 is made to have a thickness of 100 to 300 μm by polishing or the like. . Note that FIG. 2 shows a case where the substrate 22 is configured by an SOI substrate. The SOI substrate is obtained by bonding two Si substrates through an oxide film. The upper wall of the pressure chamber 22a in the substrate 22 (the wall positioned on the side where the piezoelectric thin film 25 is formed with respect to the pressure chamber 22a) constitutes a vibration plate 22b serving as a driven film. Along with this displacement (vibration), pressure is applied to the ink in the pressure chamber 22a. The substrate 22 constitutes a support substrate that supports a plurality of piezoelectric elements 27 described later. In the substrate 22, the pressure chambers 22 a are formed corresponding to the positions where the plurality of piezoelectric elements 27 are formed.

熱酸化膜23は、例えば厚さが0.1μm程度のSiO2(酸化シリコン)からなり、基板22の保護および絶縁の目的で形成されている。 The thermal oxide film 23 is made of, for example, SiO 2 (silicon oxide) having a thickness of about 0.1 μm, and is formed for the purpose of protecting and insulating the substrate 22.

下部電極24は、複数の圧力室22aに共通して設けられるコモン電極であり、Ti(チタン)層とPt(白金)層とを積層して構成されている。Ti層は、熱酸化膜23とPt層との密着性を向上させるために形成されている。Ti層の厚さは例えば0.02μm程度であり、Pt層の厚さは例えば0.1μm程度である。   The lower electrode 24 is a common electrode provided in common to the plurality of pressure chambers 22a, and is configured by laminating a Ti (titanium) layer and a Pt (platinum) layer. The Ti layer is formed in order to improve the adhesion between the thermal oxide film 23 and the Pt layer. The thickness of the Ti layer is, for example, about 0.02 μm, and the thickness of the Pt layer is, for example, about 0.1 μm.

圧電薄膜25は、例えばPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)からなる強誘電体薄膜で構成されており、各圧力室22aに対応して設けられている。圧電薄膜25の膜厚は、例えば1μm以上10μm以下である。   The piezoelectric thin film 25 is composed of a ferroelectric thin film made of, for example, PZT (lead zirconate titanate), and is provided corresponding to each pressure chamber 22a. The film thickness of the piezoelectric thin film 25 is, for example, not less than 1 μm and not more than 10 μm.

上部電極26は、各圧力室22aに対応して設けられる個別電極であり、Ti層とPt層とを積層して構成されている。Ti層は、圧電薄膜25とPt層との密着性を向上させるために形成されている。Ti層の厚さは例えば0.02μm程度であり、Pt層の厚さは例えば0.1〜0.2μm程度である。上部電極26は、下部電極24との間で圧電薄膜25を膜厚方向から挟むように設けられている。なお、Pt層の代わりに、金(Au)からなる層を形成してもよい。   The upper electrode 26 is an individual electrode provided corresponding to each pressure chamber 22a, and is configured by laminating a Ti layer and a Pt layer. The Ti layer is formed in order to improve the adhesion between the piezoelectric thin film 25 and the Pt layer. The thickness of the Ti layer is about 0.02 μm, for example, and the thickness of the Pt layer is about 0.1 to 0.2 μm, for example. The upper electrode 26 is provided so as to sandwich the piezoelectric thin film 25 from the film thickness direction with the lower electrode 24. Note that a layer made of gold (Au) may be formed instead of the Pt layer.

下部電極24、圧電薄膜25および上部電極26は、圧力室22a内のインクを外部に吐出させるための薄膜の圧電素子27を構成している。この圧電素子27は、駆動回路28から下部電極24および上部電極26に印加される電圧(駆動信号)に基づいて駆動される。インクジェットヘッド21は、圧電素子27および圧力室22aを縦横に並べることにより形成される。なお、本実施形態において、圧電素子27とは、特に、下部電極24、圧電薄膜25および上部電極26において、各圧力室22aに対応して(各圧力室22aの上方に)位置する部分を指す。   The lower electrode 24, the piezoelectric thin film 25, and the upper electrode 26 constitute a thin film piezoelectric element 27 for discharging the ink in the pressure chamber 22a to the outside. The piezoelectric element 27 is driven based on a voltage (drive signal) applied from the drive circuit 28 to the lower electrode 24 and the upper electrode 26. The inkjet head 21 is formed by arranging the piezoelectric element 27 and the pressure chamber 22a vertically and horizontally. In the present embodiment, the piezoelectric element 27 particularly refers to a portion of the lower electrode 24, the piezoelectric thin film 25, and the upper electrode 26 that is positioned corresponding to each pressure chamber 22a (above each pressure chamber 22a). .

圧力室22aの振動板22bとは反対側には、ノズル基板31が接合されている。ノズル基板31には、圧力室22aに収容されるインクをインク滴として外部に吐出するためのインク吐出孔(ノズル孔)31aが形成されている。圧力室22aには、中間タンク6より供給されるインクが収容される。   A nozzle substrate 31 is bonded to the opposite side of the pressure chamber 22a from the diaphragm 22b. The nozzle substrate 31 is formed with an ink discharge hole (nozzle hole) 31a for discharging the ink stored in the pressure chamber 22a to the outside as ink droplets. Ink supplied from the intermediate tank 6 is stored in the pressure chamber 22a.

上記の構成において、駆動回路28から下部電極24および上部電極26に電圧を印加すると、圧電薄膜25が、下部電極24と上部電極26との電位差に応じて、厚さ方向に垂直な方向(基板22の面に平行な方向)に伸縮する。そして、圧電薄膜25と振動板22bとの長さの違いにより、振動板22bに曲率が生じ、振動板22bが厚さ方向に変位(湾曲、振動)する。   In the above configuration, when a voltage is applied from the drive circuit 28 to the lower electrode 24 and the upper electrode 26, the piezoelectric thin film 25 is in a direction perpendicular to the thickness direction (substrate) according to the potential difference between the lower electrode 24 and the upper electrode 26. (Direction parallel to the surface of 22). Then, due to the difference in length between the piezoelectric thin film 25 and the diaphragm 22b, a curvature is generated in the diaphragm 22b, and the diaphragm 22b is displaced (curved or vibrated) in the thickness direction.

したがって、圧力室22a内にインクを収容しておけば、上述した振動板22bの振動により、圧力室22a内のインクに圧力波が伝搬され、圧力室22a内のインクがインク吐出孔31aからインク滴として外部に吐出される。   Therefore, if ink is stored in the pressure chamber 22a, the pressure wave is propagated to the ink in the pressure chamber 22a due to the vibration of the vibration plate 22b described above, and the ink in the pressure chamber 22a is transferred from the ink discharge hole 31a to the ink. It is discharged to the outside as a drop.

〔インクジェットヘッドの製造方法〕
次に、本実施形態のインクジェットヘッド21の製造方法について以下に説明する。図4は、インクジェットヘッド21の製造工程を示す断面図である。なお、インクジェットヘッド21の製造においては、1つの基板22に複数の圧電素子27および圧力室22aが形成されるが、ここでは、1つの圧電素子27および圧力室22aを形成する場合を代表的に示している。
[Inkjet head manufacturing method]
Next, the manufacturing method of the inkjet head 21 of this embodiment is demonstrated below. FIG. 4 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the inkjet head 21. In the manufacture of the inkjet head 21, a plurality of piezoelectric elements 27 and pressure chambers 22a are formed on one substrate 22. Here, a case where one piezoelectric element 27 and pressure chambers 22a are formed is representatively shown. Show.

まず、1枚のウェハ形状の基板22を用意する。基板22としては、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)に多く利用されている結晶シリコン(Si)を用いることができ、ここでは、酸化膜22eを介して2枚のSi基板22c・22dが接合されたSOI構造のものを用いている。続いて、基板22を加熱炉に入れ、1500℃程度に所定時間保持して、Si基板22c・22dの表面にSiO2からなる熱酸化膜23a・23bをそれぞれ形成する。 First, a single wafer-shaped substrate 22 is prepared. As the substrate 22, crystalline silicon (Si) often used in MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) can be used. Here, two Si substrates 22 c and 22 d are bonded via an oxide film 22 e. An SOI structure is used. Subsequently, the substrate 22 is put into a heating furnace and held at about 1500 ° C. for a predetermined time, and thermal oxide films 23a and 23b made of SiO 2 are formed on the surfaces of the Si substrates 22c and 22d, respectively.

次に、一方の熱酸化膜23a上に、TiおよびPtの各層をスパッタ法で順に成膜し、下部電極24を形成する。続いて、下部電極24上に、PZTなどのペロブスカイト型構造を有する圧電薄膜25を成膜する。より具体的には、基板22を600℃程度に再加熱し、変位膜となるPZTの層25aをスパッタ法で成膜する。次に、層25aの上に感光性樹脂35をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、エッチングすることによって感光性樹脂35の不要な部分を除去し、形成する圧電薄膜25の形状を転写する。その後、感光性樹脂35をマスクとして、反応性イオンエッチング法を用いて層25aの形状を加工し、圧電薄膜25とする。   Next, Ti and Pt layers are sequentially formed on one thermal oxide film 23a by a sputtering method to form the lower electrode 24. Subsequently, a piezoelectric thin film 25 having a perovskite structure such as PZT is formed on the lower electrode 24. More specifically, the substrate 22 is reheated to about 600 ° C., and a PZT layer 25a serving as a displacement film is formed by sputtering. Next, a photosensitive resin 35 is applied onto the layer 25a by a spin coating method, and unnecessary portions of the photosensitive resin 35 are removed by exposure and etching through a mask, and the shape of the piezoelectric thin film 25 to be formed is changed. Transcript. Thereafter, using the photosensitive resin 35 as a mask, the shape of the layer 25 a is processed using a reactive ion etching method to form the piezoelectric thin film 25.

次に、圧電薄膜25を覆うように、下部電極24上に、TiおよびPtの各層をスパッタ法で順に成膜し、層26aを形成する。続いて、層26a上に感光性樹脂36をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、エッチングすることによって感光性樹脂36の不要な部分を除去し、形成する上部電極26の形状を転写する。その後、感光性樹脂36をマスクとして、反応性イオンエッチング法を用いて層26aの形状を加工し、上部電極26を形成する。   Next, Ti and Pt layers are sequentially formed on the lower electrode 24 by a sputtering method so as to cover the piezoelectric thin film 25, thereby forming a layer 26a. Subsequently, a photosensitive resin 36 is applied onto the layer 26a by a spin coating method, and unnecessary portions of the photosensitive resin 36 are removed by exposure and etching through a mask, and the shape of the upper electrode 26 to be formed is transferred. To do. Thereafter, using the photosensitive resin 36 as a mask, the shape of the layer 26a is processed using a reactive ion etching method to form the upper electrode 26.

次に、基板22の裏面(熱酸化膜23b側)に感光性樹脂37をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、エッチングすることによって、感光性樹脂37の不要な部分を除去し、形成しようとする圧力室22aの形状を転写する。そして、感光性樹脂37をマスクとして、反応性イオンエッチング法を用いて基板22の除去加工を行い、圧力室22aを形成してアクチュエータ21aとする。   Next, a photosensitive resin 37 is applied to the back surface (thermal oxide film 23b side) of the substrate 22 by a spin coat method, and unnecessary portions of the photosensitive resin 37 are removed by exposure and etching through a mask. The shape of the pressure chamber 22a to be formed is transferred. Then, using the photosensitive resin 37 as a mask, the substrate 22 is removed using a reactive ion etching method to form a pressure chamber 22a to be an actuator 21a.

その後、ウェハ形状の基板22から所定形状の大きさのものを切り出し(以下、切り出したものを基板22とする)、アクチュエータ21aの基板22と、インク吐出孔31aを有するノズル基板31とを、接着剤等を用いて接合する。これにより、インクジェットヘッド21が完成する。なお、インク吐出孔31aに対応する位置に貫通孔を有する中間ガラスを用い、熱酸化膜23bを除去して、基板22と中間ガラス、および中間ガラスとノズル基板31とをそれぞれ陽極接合するようにしてもよい。この場合は、接着剤を用いずに3者(基板22、中間ガラス、ノズル基板31)を接合することができる。   Thereafter, a wafer having a predetermined size is cut out from the wafer-shaped substrate 22 (hereinafter, the cut-out substrate is referred to as the substrate 22), and the substrate 22 of the actuator 21a and the nozzle substrate 31 having the ink discharge holes 31a are bonded. Joining using an agent or the like. Thereby, the inkjet head 21 is completed. The intermediate glass having a through hole at a position corresponding to the ink discharge hole 31a is used, the thermal oxide film 23b is removed, and the substrate 22 and the intermediate glass, and the intermediate glass and the nozzle substrate 31 are anodically bonded. May be. In this case, the three parties (substrate 22, intermediate glass, nozzle substrate 31) can be joined without using an adhesive.

〔基板について〕
次に、インクジェットヘッド21の基板22の詳細について説明する。図5は、基板22として用いられる湾曲基板41の一構成例を示す断面図である。本実施形態では、基板22として、少なくとも一部が撓んだ湾曲基板41を用い、この湾曲基板41によって、複数(例えば3つ)の圧電素子27が支持されている。なお、湾曲基板41を撓ませる方法については後述する。図5で示す白抜き矢印の長さは、湾曲基板41を用いた場合の各圧電素子27の厚さ方向の変位量に対応している(以降の図面でも同様とする)。
[About the board]
Next, details of the substrate 22 of the inkjet head 21 will be described. FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration example of the curved substrate 41 used as the substrate 22. In the present embodiment, a curved substrate 41 that is at least partially bent is used as the substrate 22, and a plurality of (for example, three) piezoelectric elements 27 are supported by the curved substrate 41. A method of bending the curved substrate 41 will be described later. The length of the white arrow shown in FIG. 5 corresponds to the amount of displacement in the thickness direction of each piezoelectric element 27 when the curved substrate 41 is used (the same applies to the subsequent drawings).

湾曲基板41は、複数の圧電素子27の配置側に凸となる湾曲形状(この場合は凸形状)が、複数の圧電素子27が並んで配置される一方向(図5で左右方向)の基板全体において、1個のみ形成されるように撓んでいる。特に、図5の構成では、湾曲基板41は、上記一方向の基板全体にわたって凸形状が1個のみ形成されるように撓んでいる。したがって、湾曲基板41の上記一方向においては、凸形状から凹形状に変化する変曲点は存在せず、湾曲基板41のどの位置でも(各圧電素子27を支持する位置でも、各圧電素子27の間の位置でも)凸形状となっている。なお、上記の一方向は、平面視で矩形の基板22の長辺方向に対応する。   The curved substrate 41 has a curved shape that protrudes toward the arrangement side of the plurality of piezoelectric elements 27 (in this case, a convex shape) in one direction in which the plurality of piezoelectric elements 27 are arranged side by side (left and right in FIG. 5). The whole is bent so that only one is formed. In particular, in the configuration of FIG. 5, the curved substrate 41 is bent so that only one convex shape is formed over the entire substrate in the one direction. Therefore, in the one direction of the curved substrate 41, there is no inflection point that changes from a convex shape to a concave shape, and each piezoelectric element 27 is located at any position on the curved substrate 41 (even at a position that supports each piezoelectric element 27). (Even at a position between) is convex. The one direction corresponds to the long side direction of the rectangular substrate 22 in plan view.

圧電素子27を電圧印加によって駆動すると、圧電素子27は、水平方向(厚さ方向に垂直な方向)の伸縮によって、垂直方向(特に湾曲基板41に対して圧電素子27とは反対側)に変位する。湾曲基板41が複数の圧電素子27側に凸形状である場合、湾曲基板41の初期の湾曲方向(圧電素子27側への突出方向)は、厚さ方向において圧電素子27が変位する方向(インク吐出方向)と逆であるため、圧電素子27は、厚さ方向に変位しにくくなる。このため、基板22が平板状の場合に比べて、圧電素子27の圧電性が低下する(駆動電圧を一定としたときの変位量が低下する)。   When the piezoelectric element 27 is driven by applying a voltage, the piezoelectric element 27 is displaced in the vertical direction (particularly on the side opposite to the piezoelectric element 27 with respect to the curved substrate 41) by expansion and contraction in the horizontal direction (direction perpendicular to the thickness direction). To do. When the curved substrate 41 is convex toward the plurality of piezoelectric elements 27, the initial bending direction of the curved substrate 41 (the protruding direction toward the piezoelectric element 27) is the direction in which the piezoelectric elements 27 are displaced in the thickness direction (ink). Therefore, the piezoelectric element 27 is less likely to be displaced in the thickness direction. For this reason, compared with the case where the board | substrate 22 is flat form, the piezoelectricity of the piezoelectric element 27 falls (the displacement amount when a drive voltage is made constant) falls.

1つのウェハに複数の圧電素子を一括形成する場合、ウェハ面内において、圧電素子の圧電性に面内分布が生じ、ウェハ外周側で圧電性が高く、ウェハ中心側で圧電性が低い傾向があることは前述の通りである。しかし、図6に示すように、ウェハから圧電性の相対的に高い基板51と、圧電性の相対的に低い基板52とを切り出してインクジェットヘッド21を構成する場合でも、平板状の基板52をそのまま用い、基板51を、複数の圧電素子27側に凸形状となるように湾曲させて湾曲基板41とすることにより、湾曲基板41における各圧電素子27の圧電性の低下によって、両基板51・52の圧電性を互いに近づけることができる。   When a plurality of piezoelectric elements are collectively formed on one wafer, in-plane distribution occurs in the piezoelectricity of the piezoelectric elements within the wafer surface, and the piezoelectricity tends to be high on the outer peripheral side of the wafer and low on the central side of the wafer. It is as described above. However, as shown in FIG. 6, even when the inkjet head 21 is configured by cutting out a relatively high piezoelectric substrate 51 and a relatively low piezoelectric substrate 52 from the wafer, the flat substrate 52 is By using the substrate 51 as it is and bending the substrate 51 so as to have a convex shape toward the plurality of piezoelectric elements 27 to form the curved substrate 41, the piezoelectricity of each piezoelectric element 27 in the curved substrate 41 is reduced. The piezoelectricity of 52 can be brought close to each other.

一方、図7は、湾曲基板41の他の構成例を示す断面図である。湾曲基板41は、複数の圧電素子27の配置側に凹となる湾曲形状(この場合は凹形状)が、複数の圧電素子27が並んで配置される一方向(図7で左右方向)において1個のみ形成されるように撓んでいてもよい。特に、図7の構成では、湾曲基板41は、上記一方向の基板全体にわたって凹形状が1個のみ形成されるように撓んでいる。したがって、湾曲基板41の上記一方向においては、凹形状から凸形状に変化する変曲点は存在せず、湾曲基板41のどの位置でも(各圧電素子27を支持する位置でも、各圧電素子27の間の位置でも)凹形状となっている。   On the other hand, FIG. 7 is a cross-sectional view showing another configuration example of the curved substrate 41. The curved substrate 41 has a curved shape that is concave on the arrangement side of the plurality of piezoelectric elements 27 (in this case, a concave shape) in one direction (left and right direction in FIG. 7) in which the plurality of piezoelectric elements 27 are arranged side by side. You may bend so that only an individual may be formed. In particular, in the configuration of FIG. 7, the curved substrate 41 is bent so that only one concave shape is formed over the entire substrate in the one direction. Therefore, in the one direction of the curved substrate 41, there is no inflection point that changes from a concave shape to a convex shape, and each piezoelectric element 27 is located at any position on the curved substrate 41 (even at a position that supports each piezoelectric element 27). (Even at a position between) is concave.

湾曲基板41が複数の圧電素子27側に凹形状である場合、湾曲基板41の初期の湾曲方向(圧電素子27とは反対側への突出方向)は、厚さ方向において圧電素子27が変位する方向と同じ方向であるため、圧電素子27は、電圧印加による駆動時に厚さ方向に変位しやすくなる。このため、基板22が平板状の場合に比べて、圧電素子27の圧電性が向上する(駆動電圧を一定としたときの変位量が増大する)。   When the curved substrate 41 has a concave shape on the side of the plurality of piezoelectric elements 27, the initial bending direction of the curved substrate 41 (the protruding direction to the side opposite to the piezoelectric element 27) is displaced in the thickness direction. Since the direction is the same as the direction, the piezoelectric element 27 is easily displaced in the thickness direction when driven by voltage application. For this reason, compared with the case where the board | substrate 22 is flat shape, the piezoelectricity of the piezoelectric element 27 improves (the displacement amount when a drive voltage is made constant increases).

したがって、図8に示すように、1つのウェハから圧電性の相対的に低い基板53と、圧電性の相対的に高い基板54とを切り出してインクジェットヘッド21を構成する場合でも、平板状の基板54をそのまま用い、基板53を、複数の圧電素子27側に凹形状となるように湾曲させて湾曲基板41とすることにより、湾曲基板41における圧電素子27の圧電性の向上によって、両基板53・54の圧電性を互いに近づけることができる。また、基板53を、複数の圧電素子27側に凹形状となるように湾曲させて圧電性を向上させ、基板54を、複数の圧電素子27側に凸形状となるように湾曲させて圧電性を低下させることにより、両基板53・54の圧電性を互いに近づけることもできる。   Therefore, as shown in FIG. 8, even when the inkjet head 21 is configured by cutting out a relatively low piezoelectric substrate 53 and a relatively high piezoelectric substrate 54 from one wafer, a flat substrate 54 is used as it is, and the substrates 53 are curved so as to have a concave shape toward the plurality of piezoelectric elements 27 to form the curved substrates 41, whereby the piezoelectric properties of the piezoelectric elements 27 in the curved substrates 41 are improved and the both substrates 53. -The piezoelectricity of 54 can be brought close to each other. Further, the substrate 53 is curved so as to be concave toward the plurality of piezoelectric elements 27 to improve the piezoelectricity, and the substrate 54 is curved so as to be convex toward the plurality of piezoelectric elements 27 to be piezoelectric. The piezoelectricity of both substrates 53 and 54 can be made closer to each other by lowering.

このように、複数の圧電素子27を支持する基板22として湾曲基板41を用いるという簡単な構成で、圧電素子27の圧電性を向上させたり、低下させたりすることができ、圧電素子27の出力(変位量)を所望の大きさに設定することができる。したがって、複数の基板22を用いてインクジェットヘッド21を構成する場合でも、少なくとも1つの基板22について圧電性を調整して、異なる基板22間での圧電性のバラツキを容易に低減することが可能となる。その結果、インクジェットヘッド21におけるインクの吐出ムラを容易に抑えることができ、インクジェットプリンタ1においては、インクの吐出ムラに起因する画質の低下を抑えた、良好な画像を記録媒体上に形成することができる。   Thus, with the simple configuration of using the curved substrate 41 as the substrate 22 that supports the plurality of piezoelectric elements 27, the piezoelectricity of the piezoelectric element 27 can be improved or decreased, and the output of the piezoelectric element 27 can be reduced. The (displacement amount) can be set to a desired size. Therefore, even when the inkjet head 21 is configured using a plurality of substrates 22, it is possible to adjust piezoelectricity for at least one substrate 22 and easily reduce variations in piezoelectricity between different substrates 22. Become. As a result, the ink discharge unevenness in the ink jet head 21 can be easily suppressed, and the ink jet printer 1 can form a good image on the recording medium while suppressing the deterioration of the image quality due to the ink discharge unevenness. Can do.

特に、図5および図7のように、湾曲基板41が、複数の圧電素子27の配置方向(上記一方向)の基板全体で1つの湾曲形状(凸形状または凹形状)が形成されるように撓んでいることにより、湾曲基板41の全体で圧電素子27の圧電性を低下または向上させて、異なる基板間での圧電性のバラツキを低減することができる。   In particular, as shown in FIGS. 5 and 7, the curved substrate 41 is formed so that one curved shape (convex shape or concave shape) is formed on the entire substrate in the arrangement direction of the plurality of piezoelectric elements 27 (the one direction). By bending, the piezoelectricity of the piezoelectric element 27 can be lowered or improved in the entire curved substrate 41, and variations in piezoelectricity between different substrates can be reduced.

また、図7のように、湾曲基板41の湾曲形状が、複数の圧電素子27の配置側に凹となる凹形状であることで、湾曲基板41における圧電素子27の圧電性が向上するため、この湾曲基板41を備えたインクジェットヘッド21では、出力(インク吐出量)を上げる方向に調整することができる。   Further, as shown in FIG. 7, since the curved shape of the curved substrate 41 is a concave shape that is concave on the arrangement side of the plurality of piezoelectric elements 27, the piezoelectricity of the piezoelectric elements 27 on the curved substrate 41 is improved. In the inkjet head 21 provided with the curved substrate 41, the output (ink discharge amount) can be adjusted to increase.

また、従来は、インクジェットヘッドに圧電素子を適用する場合、インクジェットヘッドの異なる基板間での圧電性のバラツキを許容範囲内に収めるため、1つの基板のサイズが制限されていた。これに対して、本実施形態のように、湾曲基板41を用いることにより、異なる基板間での圧電性のバラツキを低減することができるため、従来よりも基板サイズを大きくしてインクジェットヘッドを構成することもできる。   Conventionally, when a piezoelectric element is applied to an inkjet head, the size of one substrate is limited in order to keep the piezoelectric variation between different substrates of the inkjet head within an allowable range. On the other hand, since the variation in piezoelectricity between different substrates can be reduced by using the curved substrate 41 as in the present embodiment, the inkjet head is configured with a larger substrate size than before. You can also

〔湾曲基板の曲率半径と圧電性との関係について〕
図9は、湾曲基板41の曲率半径と圧電性との関係を示している。図9の横軸の曲率半径は、湾曲基板41が圧電素子27に対して凹形状となる場合を正としており、後述する保持板60(図12参照)の曲面部62に湾曲基板41が貼り付けられているときの曲面部62の曲率半径の値で示している。また、縦軸の圧電性は、湾曲していないフラットな基板に形成された圧電素子の駆動時(印加電圧は一定とする)における厚さ方向の変位量をレーザードップラー装置によって測定してこれを基準値とし、湾曲基板41に形成された圧電素子の変位量の上記基準値に対する相対値で示している。
[Relationship between radius of curvature and piezoelectricity of curved substrate]
FIG. 9 shows the relationship between the curvature radius of the curved substrate 41 and the piezoelectricity. The curvature radius of the horizontal axis in FIG. 9 is positive when the curved substrate 41 is concave with respect to the piezoelectric element 27, and the curved substrate 41 is attached to the curved surface portion 62 of the holding plate 60 (see FIG. 12) described later. This is indicated by the value of the radius of curvature of the curved surface portion 62 when attached. The piezoelectricity on the vertical axis is measured by measuring the amount of displacement in the thickness direction when a piezoelectric element formed on a flat substrate that is not curved (applied voltage is constant) using a laser Doppler device. The reference value is shown as a relative value of the displacement amount of the piezoelectric element formed on the curved substrate 41 with respect to the reference value.

同図に示すように、湾曲基板41の曲率半径が小さければ小さいほど、圧電性が向上することがわかるが、曲率半径が150mm未満であると、湾曲基板41が湾曲しすぎて破損する(割れる)おそれがある。一方、曲率半径が1000mmを超えると、湾曲基板41の湾曲度合いが小さすぎて、圧電性の調整幅が小さくなる(圧電性を大きく上げることができなくなる)。つまり、圧電性がほとんど1に近くなって、基板がフラットの場合とあまり変わらなくなり、圧電性を向上させる効果が小さくなる。   As shown in the figure, it can be seen that the smaller the radius of curvature of the curved substrate 41 is, the better the piezoelectricity is. However, if the radius of curvature is less than 150 mm, the curved substrate 41 is too curved and broken (breaks). ) On the other hand, if the radius of curvature exceeds 1000 mm, the degree of curvature of the curved substrate 41 is too small, and the piezoelectric adjustment range becomes small (the piezoelectricity cannot be increased greatly). That is, the piezoelectricity is almost close to 1, which is not much different from the case where the substrate is flat, and the effect of improving the piezoelectricity is reduced.

なお、湾曲基板41の曲率半径が負の値のとき、つまり、湾曲基板41が圧電素子27に対して凸形状となる場合は、曲率半径の絶対値が大きくなる方向が、圧電性を低下させる方向となるが、この場合でも上記と同様に考えることができる(曲率半径の絶対値が1000mmを超えると、湾曲基板41が平板状に近づくため、圧電性を大きく低下させることができなくなる)。   When the curvature radius of the curved substrate 41 is a negative value, that is, when the curved substrate 41 has a convex shape with respect to the piezoelectric element 27, the direction in which the absolute value of the curvature radius increases decreases the piezoelectricity. In this case, it can be considered in the same manner as above (when the absolute value of the radius of curvature exceeds 1000 mm, the curved substrate 41 approaches a flat plate shape, so that the piezoelectricity cannot be greatly reduced).

したがって、湾曲基板41の湾曲形状の曲率半径の絶対値を150mm以上1000mm以下とすることにより、湾曲基板41の破損を回避しながら、圧電性のバラツキの低減効果を確実に得ることができる。   Therefore, by setting the absolute value of the radius of curvature of the curved shape of the curved substrate 41 to 150 mm or more and 1000 mm or less, it is possible to reliably obtain an effect of reducing piezoelectric variation while avoiding damage to the curved substrate 41.

なお、図9より、湾曲基板41の湾曲形状の曲率半径を1000mmに設定すると、圧電性は約5%変動する。つまり、基板がフラットのときの圧電性を1として、湾曲形状が凹形状の場合、圧電性は1.05となり、凸形状の場合、圧電性は0.95となる。一方、湾曲形状の曲率半径を150mmに設定すると、圧電性は約20%変動する。つまり、湾曲形状が凹形状の場合、圧電性は1.20となり、凸形状の場合、圧電性は0.8となる。   From FIG. 9, when the curvature radius of the curved shape of the curved substrate 41 is set to 1000 mm, the piezoelectricity varies by about 5%. That is, when the substrate is flat, the piezoelectricity is 1, and when the curved shape is concave, the piezoelectricity is 1.05, and when the substrate is convex, the piezoelectricity is 0.95. On the other hand, when the curvature radius of the curved shape is set to 150 mm, the piezoelectricity fluctuates by about 20%. That is, when the curved shape is concave, the piezoelectricity is 1.20, and when the curved shape is convex, the piezoelectricity is 0.8.

また、インクジェットヘッド21が複数の基板22を有する場合、複数の基板22間での圧電素子27の圧電性のバラツキが所定の範囲内に収まるように、複数の基板22に含まれる湾曲基板41の湾曲形状の曲率(=1/曲率半径)が設定されていてもよい。上記所定の範囲としては、例えば、各基板22の圧電性の平均値に対して±10%の範囲を考えることができる。なお、複数の基板22は、全てが湾曲基板41であってもよいし、一部のみが湾曲基板41であってもよい(残りは平板状の基板であってもよい)。   Further, when the inkjet head 21 includes a plurality of substrates 22, the curved substrate 41 included in the plurality of substrates 22 is arranged so that the piezoelectric variation of the piezoelectric elements 27 between the plurality of substrates 22 is within a predetermined range. The curvature of the curved shape (= 1 / curvature radius) may be set. As the predetermined range, for example, a range of ± 10% with respect to the average value of piezoelectricity of each substrate 22 can be considered. Note that all of the plurality of substrates 22 may be the curved substrate 41, or only a part thereof may be the curved substrate 41 (the rest may be a flat substrate).

上記のように、湾曲基板41の曲率の設定によって、複数の基板22間での圧電性のバラツキが所定の範囲内に収まり、バラツキが低減されるため、インクジェットヘッド21の出力をヘッド全体にわたってほぼ均一にすることができる。   As described above, by setting the curvature of the curved substrate 41, the piezoelectric variation among the plurality of substrates 22 falls within a predetermined range, and the variation is reduced. It can be made uniform.

〔湾曲基板の他の構成〕
図10は、湾曲基板41のさらに他の構成例を示す断面図である。同図に示すように、湾曲基板41は、複数の圧電素子27が並んで配置される一方向の一部において、圧電素子27側に凸となる1個の湾曲形状(凸形状)が形成され、残りが平板状となるように撓んでいてもよい。なお、この場合、湾曲基板41において、湾曲部分における圧電素子27側の表面と、平板部分における圧電素子27側の表面とは、それぞれ曲面と平面とで構成されるが、上記平面は上記曲面の接平面で構成されて、上記曲面と連続する面となっている。
[Other configurations of curved substrate]
FIG. 10 is a cross-sectional view showing still another configuration example of the curved substrate 41. As shown in the figure, the curved substrate 41 is formed with one curved shape (convex shape) that protrudes toward the piezoelectric element 27 in a part of one direction in which the plurality of piezoelectric elements 27 are arranged side by side. The remaining portion may be bent so as to have a flat plate shape. In this case, in the curved substrate 41, the surface on the piezoelectric element 27 side in the curved portion and the surface on the piezoelectric element 27 side in the flat plate portion are each composed of a curved surface and a flat surface. It is composed of a tangential plane and is a surface that is continuous with the curved surface.

例えば、1つのウェハから基板22を切り出すときに、切り出すウェハの領域によっては、同じ基板22内で圧電性の面内分布が生じる場合がある。図10のように、一部の圧電素子27の圧電性が他の圧電素子27よりも相対的に高く、他の圧電素子27については圧電性がほぼ均一であるとした場合、湾曲基板41において、圧電性の相対的に高い部分のみを圧電素子27側に凸形状とし、他は平板状のままとすることで、湾曲基板41の一部の湾曲部分においてのみ、圧電素子27の圧電性を低下させて、同一の湾曲基板41内での圧電性のバラツキを低減することができる。   For example, when the substrate 22 is cut out from one wafer, a piezoelectric in-plane distribution may occur in the same substrate 22 depending on the region of the wafer to be cut out. As shown in FIG. 10, when the piezoelectricity of some of the piezoelectric elements 27 is relatively higher than that of the other piezoelectric elements 27 and the piezoelectricity of the other piezoelectric elements 27 is substantially uniform, Only the portion having relatively high piezoelectricity is convex toward the piezoelectric element 27 side, and the others are left flat so that the piezoelectricity of the piezoelectric element 27 can be increased only at a part of the curved portion of the curved substrate 41. It is possible to reduce the piezoelectric variation within the same curved substrate 41.

また、図11は、湾曲基板41のさらに他の構成例を示す断面図である。同図に示すように、湾曲基板41は、上記一方向の一部において、圧電素子27側に凹となる1個の湾曲形状(凹形状)が形成され、残りが平板状となるように撓んでいてもよい。同じ基板22内で、一部の圧電素子27のみ圧電性が他の圧電素子27よりも相対的に低く、他の圧電素子27については圧電性がほぼ均一である場合、上記のように湾曲基板41において、圧電性の相対的に低い部分のみを圧電素子27側に凹形状とすることで、その湾曲部分においてのみ、圧電素子27の圧電性を向上させて、同一の湾曲基板41内での圧電性のバラツキを低減することができる。   FIG. 11 is a cross-sectional view showing still another configuration example of the curved substrate 41. As shown in the figure, the curved substrate 41 is bent so that, in a part of the one direction, one curved shape (concave shape) is formed on the piezoelectric element 27 side, and the rest is a flat plate shape. It may be. When the piezoelectricity of only some of the piezoelectric elements 27 is relatively lower than that of the other piezoelectric elements 27 within the same substrate 22 and the piezoelectricity of the other piezoelectric elements 27 is substantially uniform, the curved substrate as described above. 41, by making only the relatively low piezoelectric portion concave on the piezoelectric element 27 side, the piezoelectricity of the piezoelectric element 27 is improved only in the curved portion, so that the inside of the same curved substrate 41 is improved. Piezoelectric variation can be reduced.

したがって、図10および図11の湾曲基板41を備えたインクジェットヘッド21およびインクジェットプリンタ1では、同一の湾曲基板41内での圧電性のバラツキによるインクの吐出ムラを抑えて、画質の低下を抑えることができる。   Therefore, in the inkjet head 21 and the inkjet printer 1 including the curved substrate 41 of FIGS. 10 and 11, ink discharge unevenness due to piezoelectric variation in the same curved substrate 41 is suppressed, and deterioration in image quality is suppressed. Can do.

〔湾曲基板を撓ませる方法について〕
次に、上述した湾曲基板41を撓ませる方法について説明する。湾曲基板41を撓ませる方法としては、(1)基板を保持板の曲面に貼り付けて撓ませる方法、(2)基板と保持板との線膨張係数の差を利用して基板を撓ませる方法、の2通りがある。以下、順に説明する。
[About the method of bending the curved substrate]
Next, a method for bending the above-described curved substrate 41 will be described. As a method of bending the curved substrate 41, (1) a method of attaching the substrate to the curved surface of the holding plate and bending the substrate, and (2) a method of bending the substrate using a difference in linear expansion coefficient between the substrate and the holding plate. There are two ways. Hereinafter, it demonstrates in order.

(基板を保持板の曲面に貼り付けて撓ませる方法)
図12は、複数の基板22を保持する保持板60の斜視図であり、図13は、保持板60の平面図である。保持板60は、略直方体形状の本体61を有している。本体61は、複数の基板22を保持すべく、剛性を有する材料で形成されていればよい。例えば、シリコン、ガラス、金属(例えばステンレス、アルミニウム)、樹脂などを材料として本体61を構成することができる。
(Method of attaching the substrate to the curved surface of the holding plate and bending it)
FIG. 12 is a perspective view of the holding plate 60 that holds the plurality of substrates 22, and FIG. 13 is a plan view of the holding plate 60. The holding plate 60 has a main body 61 having a substantially rectangular parallelepiped shape. The main body 61 may be formed of a material having rigidity so as to hold the plurality of substrates 22. For example, the main body 61 can be composed of silicon, glass, metal (for example, stainless steel, aluminum), resin, or the like.

本体61の表面には、曲面部62と、平面部63とが並べて設けられている。曲面部62には、複数の基板22のうちの1つが貼り付けられ、平面部63には、他の基板22が貼り付けられる。曲面部62の曲率または曲率半径は、保持部60の表面をブラスト加工することによって容易に調整することができる。保持板60(本体61)と基板22とは、例えば接着剤を用いて貼り付けられる。   A curved surface portion 62 and a flat surface portion 63 are provided side by side on the surface of the main body 61. One of the plurality of substrates 22 is attached to the curved surface portion 62, and another substrate 22 is attached to the flat surface portion 63. The curvature or radius of curvature of the curved surface portion 62 can be easily adjusted by blasting the surface of the holding portion 60. The holding plate 60 (main body 61) and the board | substrate 22 are affixed, for example using an adhesive agent.

なお、保持板60に基板22を貼り付ける場合、厳密には、保持板60と基板22との間に、図3で示した熱酸化膜23および下部電極24(各圧力室22aに対応して圧電素子27を構成する部分以外)が存在する。したがって、「基板22を保持板60に貼り付ける」とは、上記の熱酸化膜23および下部電極24を介して、基板22を保持板60に貼り付ける場合も含むものとする。   When the substrate 22 is attached to the holding plate 60, strictly speaking, between the holding plate 60 and the substrate 22, the thermal oxide film 23 and the lower electrode 24 (corresponding to each pressure chamber 22a) shown in FIG. Except for the portion constituting the piezoelectric element 27). Therefore, “attaching the substrate 22 to the holding plate 60” includes a case where the substrate 22 is attached to the holding plate 60 via the thermal oxide film 23 and the lower electrode 24.

また、本体61には、厚さ方向(平板部63に垂直な方向)に貫通する平面視で長方形状の開口部61aが形成されている。本実施形態では、本体61に開口部61aが2つ形成されているが、保持する基板22の数に対応して形成されていればよい。開口部61aの開口面積は、基板22で支持されている複数の圧電素子27の形成領域(各圧電素子27を包含する領域)よりも大きく、基板22の外形よりも小さい。これにより、図14に示すように、複数の圧電素子27の形成領域の外側で各基板22を本体61(曲面部62および平面部63)に貼り付けることができ、しかも、本体61の1つの開口部61a内に、1つの基板22で支持された複数の圧電素子27をまとめて位置させることができる。したがって、複数の圧電素子27と保持板60(本体61)とを干渉させることなく、複数の基板22を保持板60にて保持することができる。   The main body 61 is formed with a rectangular opening 61a in plan view that penetrates in the thickness direction (direction perpendicular to the flat plate portion 63). In the present embodiment, two openings 61 a are formed in the main body 61, but it is only necessary to be formed corresponding to the number of substrates 22 to be held. The opening area of the opening 61 a is larger than the formation area of the plurality of piezoelectric elements 27 supported by the substrate 22 (area including each piezoelectric element 27) and smaller than the outer shape of the substrate 22. As a result, as shown in FIG. 14, each substrate 22 can be attached to the main body 61 (the curved surface portion 62 and the flat surface portion 63) outside the region where the plurality of piezoelectric elements 27 are formed. A plurality of piezoelectric elements 27 supported by one substrate 22 can be positioned together in the opening 61a. Therefore, the plurality of substrates 22 can be held by the holding plate 60 without causing the plurality of piezoelectric elements 27 and the holding plate 60 (main body 61) to interfere with each other.

図15は、図14のB−B’線矢視断面図であり、図16は、図14のC−C’線矢視断面図である。複数の基板22を保持板60で保持する場合には、保持板60を基板22に対して複数の圧電素子27側に位置させ、接着剤等を用いて、保持板60の曲面部62および平面部63に各基板22を貼り付ける。曲面部62に基板22を貼り付けられることにより、基板22が曲面部62に沿って湾曲し、これによって基板全体が湾曲した湾曲基板41が得られる。一方、平面部63に貼り付けられる基板22は、平板状のままである。なお、1つの基板22を曲面部62と平面部63とにまたがって貼り付けることで、基板の一部のみを曲面部62に沿って湾曲させた湾曲基板41を得ることもできる。ただし、この場合は、湾曲基板41の複数の圧電素子27が本体61と干渉しないように、開口部61aの大きさを調整する必要がある。   15 is a cross-sectional view taken along line B-B ′ in FIG. 14, and FIG. 16 is a cross-sectional view taken along line C-C ′ in FIG. 14. When the plurality of substrates 22 are held by the holding plate 60, the holding plate 60 is positioned on the side of the plurality of piezoelectric elements 27 with respect to the substrate 22, and an adhesive or the like is used to form the curved surface portion 62 and the flat surface of the holding plate 60. Each substrate 22 is attached to the portion 63. By sticking the substrate 22 to the curved surface portion 62, the substrate 22 is curved along the curved surface portion 62, whereby the curved substrate 41 in which the entire substrate is curved is obtained. On the other hand, the board | substrate 22 affixed on the plane part 63 remains flat form. In addition, the curved substrate 41 in which only a part of the substrate is curved along the curved surface portion 62 can be obtained by pasting the single substrate 22 across the curved surface portion 62 and the flat surface portion 63. However, in this case, it is necessary to adjust the size of the opening 61 a so that the plurality of piezoelectric elements 27 of the curved substrate 41 do not interfere with the main body 61.

このように、湾曲基板41は、基板22の少なくとも一部を曲面部62に貼り付けて、曲面部62に沿って湾曲させることによって形成される。したがって、曲面部62を有する保持板60を用いることにより、少なくとも一部が撓んだ湾曲基板41を容易に実現することができる。また、保持板60は、基板22に対して複数の圧電素子27側に位置し、複数の圧電素子27の形成領域の外側で湾曲基板41を保持しているので、湾曲基板41の複数の圧電素子27が保持板60と干渉することはない。   Thus, the curved substrate 41 is formed by attaching at least a part of the substrate 22 to the curved surface portion 62 and curving it along the curved surface portion 62. Therefore, by using the holding plate 60 having the curved surface portion 62, it is possible to easily realize the curved substrate 41 that is at least partially bent. In addition, the holding plate 60 is positioned on the side of the plurality of piezoelectric elements 27 with respect to the substrate 22, and holds the curved substrate 41 outside the formation region of the plurality of piezoelectric elements 27. The element 27 does not interfere with the holding plate 60.

以上では、図15のように、曲面部62が基板22側に凸形状の保持板60を用いて、圧電素子27側に凹形状の湾曲基板41を得る例について説明したが、基板22側に凹形状の曲面部62を有する保持板60を用いてもよい。この場合は、曲面部62に基板22を貼り付けることで、圧電素子27側に凸形状の湾曲基板41を得ることができる。   As described above, as shown in FIG. 15, the example in which the curved substrate 62 has the convex curved holding plate 60 on the substrate 22 side and the concave curved substrate 41 on the piezoelectric element 27 side is obtained. A holding plate 60 having a concave curved surface portion 62 may be used. In this case, by sticking the substrate 22 to the curved surface portion 62, the convex curved substrate 41 can be obtained on the piezoelectric element 27 side.

なお、基板22に対して圧電素子27側には、各圧電素子27を駆動するための配線基板や、基板22の各圧力室22aに供給するインクを貯留する、各圧力室22aに共通のインク室(共通インク室)が設けられる場合がある。配線基板を設ける場合、基板22と配線基板との間に保持板60を位置させ、保持板60の開口部61aを介して配線基板と各圧電素子27とをバンプ等を用いて電気的に接続することで、各圧電素子27を駆動することができる。言い換えれば、保持板60を用いて湾曲基板41を形成する構成であっても、保持板60の上方に配線基板を設けて各圧電素子27を駆動することができる。したがって、保持板60が配線基板の設置の障害となることはない。また、共通インク室を設ける場合は、共通インク室を構成する筐体の一部に曲面部を設けてこれに基板22を貼り付けることで、湾曲基板41を得ることができる。つまり、この場合、上記筐体を保持板代わりに用いることができる。   In addition, on the piezoelectric element 27 side with respect to the substrate 22, a wiring substrate for driving each piezoelectric element 27 and ink common to each pressure chamber 22 a that stores ink supplied to each pressure chamber 22 a of the substrate 22 are stored. A chamber (common ink chamber) may be provided. When the wiring board is provided, the holding plate 60 is positioned between the board 22 and the wiring board, and the wiring board and each piezoelectric element 27 are electrically connected through the opening 61a of the holding plate 60 using bumps or the like. Thus, each piezoelectric element 27 can be driven. In other words, even if the curved substrate 41 is formed using the holding plate 60, each piezoelectric element 27 can be driven by providing a wiring substrate above the holding plate 60. Therefore, the holding plate 60 does not hinder the installation of the wiring board. In the case where the common ink chamber is provided, the curved substrate 41 can be obtained by providing a curved surface portion in a part of the casing constituting the common ink chamber and attaching the substrate 22 thereto. That is, in this case, the housing can be used instead of the holding plate.

ここで、湾曲基板41を保持部60で保持したインクジェットヘッド21では、シミュレーションを含む種々の考察の結果、以下のような圧電性向上の効果が得られることがわかった。なお、図3で示すインクジェットヘッド21を構成する各部材は、以下のように設定した。基板22において振動板22b以外の部分;Si(厚み200μm)、振動板22b;Si(厚み5μm)、下部電極24;Pt(厚み0.1μm)、圧電薄膜25;PZT(厚み5μm)、上部電極26;Au(厚み0.3μm)、である。圧電薄膜25は、下部電極24上にスパッタ法で成膜した。その結果、圧電薄膜25は、下部電極24から上側に伸びる柱状の結晶が集まった多結晶膜(粒径:数十nm〜1μm程度、結晶配向:<100>)であった。   Here, in the inkjet head 21 in which the curved substrate 41 is held by the holding unit 60, as a result of various considerations including simulation, it has been found that the following effects of improving piezoelectricity can be obtained. In addition, each member which comprises the inkjet head 21 shown in FIG. 3 was set as follows. Parts of the substrate 22 other than the diaphragm 22b; Si (thickness 200 μm), diaphragm 22b; Si (thickness 5 μm), lower electrode 24; Pt (thickness 0.1 μm), piezoelectric thin film 25; PZT (thickness 5 μm), upper electrode 26; Au (thickness 0.3 μm). The piezoelectric thin film 25 was formed on the lower electrode 24 by sputtering. As a result, the piezoelectric thin film 25 was a polycrystalline film (grain size: about several tens of nm to 1 μm, crystal orientation: <100>) in which columnar crystals extending upward from the lower electrode 24 gathered.

上記の基板22の圧電素子27側の面を、曲率半径270mmに加工した保持板60(材質;SUS)に、エポキシ樹脂からなる接着剤で貼り付け、インクジェットヘッド21を作製した(実施例1)。また、比較として、表面がフラットな保持板(材質;SUS)に基板22を貼り付けてインクジェットヘッドを作製した(比較例1)。そして、圧電素子の駆動時の厚さ方向の変位量をレーザードップラー装置によって測定し、これを圧電性として評価した。その結果、比較例1の構成での圧電性を基準(1.00)としたときに、実施例1の構成では、圧電性は1.13であった。つまり、保持板60を用い、圧電素子27側に凹形状となるように湾曲した湾曲基板41を形成することにより、圧電性が13%向上した。   The surface of the substrate 22 on the piezoelectric element 27 side was attached to a holding plate 60 (material: SUS) processed to have a radius of curvature of 270 mm with an adhesive made of an epoxy resin to produce an inkjet head 21 (Example 1). . For comparison, an inkjet head was manufactured by attaching the substrate 22 to a holding plate (material: SUS) having a flat surface (Comparative Example 1). And the displacement amount of the thickness direction at the time of the drive of a piezoelectric element was measured with the laser Doppler apparatus, and this was evaluated as piezoelectricity. As a result, when the piezoelectricity in the configuration of Comparative Example 1 was used as a reference (1.00), the piezoelectricity in the configuration of Example 1 was 1.13. That is, by using the holding plate 60 and forming the curved substrate 41 that is curved so as to have a concave shape on the piezoelectric element 27 side, the piezoelectricity is improved by 13%.

また、圧電性にムラがある基板22(左端部の圧電性が1で、右端部が0.9であり、圧電性が傾斜している基板)を、右端の一部を湾曲(最少曲率半径300mm)させた保持板60(材質はSUS)に貼り付けてインクジェットヘッド21を作製した(実施例2)。実施例2のように、部分的に湾曲した湾曲基板41を形成すると、0.9〜1.0であった基板内の圧電性が、0.95〜1.0に範囲となり、圧電性のムラを低減することができた。   Further, the substrate 22 with uneven piezoelectricity (the substrate with the left end piezoelectricity being 1 and the right end portion being 0.9 and the piezoelectricity being inclined) and the right end portion being curved (minimum radius of curvature). The inkjet head 21 was manufactured by affixing to the holding plate 60 (material is SUS) made 300 mm) (Example 2). When the partially curved curved substrate 41 is formed as in Example 2, the piezoelectricity in the substrate that was 0.9 to 1.0 is in the range of 0.95 to 1.0, and the piezoelectric property Unevenness could be reduced.

さらに、2枚の基板A・Bを用意し、これらの基板A・Bを1枚の保持板60に貼り付けてインクジェットヘッド21を作製した(実施例3)。貼り付け前は、一方の基板Aは、他方の基板Bよりも、圧電性が10%低い基板であった。また、保持板60において基板Aを貼り付ける部分(曲面部62)は、曲率半径300mmの加工を施し、基板Bを貼り付ける部分(平面部63)は、曲率なしのフラットな形状とした。実施例3の構成では、2枚の基板A・B間での圧電性のバラツキは10%を下回った。このように、複数の基板A・Bを用いても、圧電性のバラツキが低減されるため、大型のインクジェットヘッド21を作製することができ、サイズの大きな記録媒体上にインクを吐出する場合にも容易に対応することが可能となる。   Further, two substrates A and B were prepared, and these substrates A and B were attached to one holding plate 60 to produce an ink jet head 21 (Example 3). Before the pasting, one substrate A was a substrate having a piezoelectricity 10% lower than the other substrate B. In addition, the portion (curved surface portion 62) to which the substrate A is attached in the holding plate 60 is processed with a curvature radius of 300 mm, and the portion to which the substrate B is attached (planar portion 63) has a flat shape without curvature. In the configuration of Example 3, the piezoelectric variation between the two substrates A and B was less than 10%. In this way, even if a plurality of substrates A and B are used, since the variation in piezoelectricity is reduced, a large inkjet head 21 can be produced, and ink is ejected onto a large recording medium. Can be easily handled.

(基板と保持板との線膨張係数の差を利用して基板を撓ませる方法)
図17は、インクジェットヘッド21の他の構成を示す断面図である。インクジェットヘッド21の基板22は、基板22に対して圧電素子27とは反対側に位置する保持板70を介して、ノズル基板31と貼り合わされていてもよい。保持板70には、連通孔70aが形成されている。連通孔70aは、基板22に形成されている圧力室22aと、ノズル基板31のインク吐出孔31aとを連通するための孔である。
(Method of bending the board using the difference in linear expansion coefficient between the board and the holding plate)
FIG. 17 is a cross-sectional view showing another configuration of the inkjet head 21. The substrate 22 of the inkjet head 21 may be bonded to the nozzle substrate 31 via a holding plate 70 located on the opposite side of the substrate 22 from the piezoelectric element 27. A communication hole 70 a is formed in the holding plate 70. The communication hole 70 a is a hole for communicating the pressure chamber 22 a formed in the substrate 22 and the ink discharge hole 31 a of the nozzle substrate 31.

保持板70は、基板22と線膨張係数の異なる材料で形成されている。保持板70の材料としては、例えばシリコン、ガラス、金属(例えばステンレス、アルミニウム)、樹脂などから、基板22の材料とは異なる材料を選択することができる。ちなみに、それぞれの材料の線膨張係数は、シリコン:2.4×10-6/K、硬質ガラス:8.5×10-6/K、ステンレス鋼(SUS410):10.4×10-6/K、ステンレス鋼(SUS304):17.3×10-6/K、アルミニウム:2.3×10-6/K、炭素鋼:10.8×10-6/K、アクリル樹脂:4.5〜7×10-5/K、ABS樹脂:6〜13×10-5/Kである。 The holding plate 70 is made of a material having a linear expansion coefficient different from that of the substrate 22. As the material of the holding plate 70, a material different from the material of the substrate 22 can be selected from, for example, silicon, glass, metal (for example, stainless steel, aluminum), resin, and the like. By the way, the linear expansion coefficient of each material is silicon: 2.4 × 10 −6 / K, hard glass: 8.5 × 10 −6 / K, stainless steel (SUS410): 10.4 × 10 −6 / K K, stainless steel (SUS304): 17.3 × 10 −6 / K, aluminum: 2.3 × 10 −6 / K, carbon steel: 10.8 × 10 −6 / K, acrylic resin: 4.5 to 7 × 10 −5 / K, ABS resin: 6 to 13 × 10 −5 / K.

図18に示すように、基板22の線膨張係数よりも保持板70の線膨張係数のほうが大きい場合、基板22と保持板70とを高温で(陽極接合や接着剤で)貼り付け、その後、常温に戻すと、保持板70は基板22よりも収縮度合いが大きいため、基板22は圧電素子27側に凸となるように湾曲し、湾曲基板41となる。逆に、図19に示すように、基板22の線膨張係数よりも保持板70の線膨張係数のほうが小さい場合、基板22と保持板70とを高温で貼り付け、その後、常温に戻すと、基板22は保持板70よりも収縮度合いが大きいため、圧電素子27側に凹となるように湾曲し、湾曲基板41となる。   As shown in FIG. 18, when the linear expansion coefficient of the holding plate 70 is larger than the linear expansion coefficient of the substrate 22, the substrate 22 and the holding plate 70 are attached at a high temperature (with anodic bonding or an adhesive), and then When the temperature is returned to normal temperature, the holding plate 70 is more contracted than the substrate 22, so that the substrate 22 is curved so as to protrude toward the piezoelectric element 27, thereby forming the curved substrate 41. Conversely, as shown in FIG. 19, when the linear expansion coefficient of the holding plate 70 is smaller than the linear expansion coefficient of the substrate 22, the substrate 22 and the holding plate 70 are pasted at a high temperature, and then returned to room temperature. Since the contraction degree of the substrate 22 is larger than that of the holding plate 70, the substrate 22 is curved so as to be concave toward the piezoelectric element 27, thereby forming the curved substrate 41.

したがって、基板22および保持板70の材料(基板22および保持板70の線膨張係数の差)、厚み(基板22および保持板70の厚みの差)、貼り付け時の温度等を適切に調整することで、所望の撓みを持つ湾曲基板41を得ることができる。また、基板面内で貼り付け時の温度に傾斜をつけることで、湾曲基板41の撓み度合いを基板面内で変化(傾斜)させることもできる。さらに、基板面内で厚みの差を変化させることによっても、撓み度合いを基板面内で傾斜させることができる。   Accordingly, the material of the substrate 22 and the holding plate 70 (difference in the linear expansion coefficient between the substrate 22 and the holding plate 70), the thickness (difference in the thickness of the substrate 22 and the holding plate 70), the temperature at the time of attachment, and the like are appropriately adjusted. Thus, the curved substrate 41 having a desired deflection can be obtained. In addition, the degree of bending of the curved substrate 41 can be changed (inclined) within the substrate surface by inclining the temperature at the time of attachment within the substrate surface. Furthermore, the degree of bending can be tilted in the substrate plane also by changing the thickness difference in the substrate plane.

このように、基板22と線膨張係数の異なる材料で保持板70を構成することにより、温度変化を与えたときの基板22と保持板70との収縮度合いの違いによって、少なくとも一部が撓んだ湾曲基板41を得ることができる。   In this way, by configuring the holding plate 70 with a material having a linear expansion coefficient different from that of the substrate 22, at least a part of the substrate 22 is bent due to a difference in contraction between the substrate 22 and the holding plate 70 when a temperature change is applied. A curved substrate 41 can be obtained.

以上では、保持板70が基板22に対して圧電素子27とは反対側に位置する構成で、保持板70と基板22とで線膨張係数を異ならせて、湾曲基板41を得る手法について説明したが、保持板70が基板22に対して圧電素子27側に位置する構成でも、上記と同様に、保持板70と基板22とで線膨張係数を異ならせることにより、少なくとも一部が撓んだ湾曲基板41を得ることができる。   The method for obtaining the curved substrate 41 by changing the linear expansion coefficient between the holding plate 70 and the substrate 22 in the configuration in which the holding plate 70 is positioned on the opposite side of the piezoelectric element 27 with respect to the substrate 22 has been described above. However, even in the configuration in which the holding plate 70 is positioned on the piezoelectric element 27 side with respect to the substrate 22, at least a part of the holding plate 70 is bent by making the coefficient of linear expansion different between the holding plate 70 and the substrate 22. The curved substrate 41 can be obtained.

つまり、図20に示すように、基板22の線膨張係数よりも保持板70の線膨張係数のほうが大きい場合、基板22と保持板70とを高温で貼り付けて、その後、常温に戻すと、保持板70は基板22よりも収縮度合いが大きいため、基板22は圧電素子27側に凹となるように湾曲し、湾曲基板41となる。逆に、図21に示すように、基板22の線膨張係数よりも保持板70の線膨張係数のほうが小さい場合、基板22と保持板70とを高温で貼り付け、その後、常温に戻すと、基板22は保持板70よりも収縮度合いが大きいため、圧電素子27側に凸となるように湾曲し、湾曲基板41となる。   That is, as shown in FIG. 20, when the linear expansion coefficient of the holding plate 70 is larger than the linear expansion coefficient of the substrate 22, the substrate 22 and the holding plate 70 are pasted at a high temperature, and then returned to room temperature. Since the holding plate 70 is more contracted than the substrate 22, the substrate 22 is curved so as to be concave toward the piezoelectric element 27, thereby forming a curved substrate 41. Conversely, as shown in FIG. 21, when the linear expansion coefficient of the holding plate 70 is smaller than the linear expansion coefficient of the substrate 22, the substrate 22 and the holding plate 70 are attached at a high temperature, and then returned to room temperature. Since the substrate 22 contracts more than the holding plate 70, the substrate 22 is curved so as to protrude toward the piezoelectric element 27, thereby forming the curved substrate 41.

したがって、保持板70が基板22に対して圧電素子27側に位置する構成でも、保持板70と基板22とで線膨張係数を異ならせて温度変化を与えることにより、湾曲基板41を得ることができる。このような保持板70は、図12等で示した保持板60において、曲面部62を無くして表面を全て平面とした形状(外形は直方体形状)で構成することができる。   Therefore, even when the holding plate 70 is positioned on the piezoelectric element 27 side with respect to the substrate 22, the curved substrate 41 can be obtained by changing the linear expansion coefficient between the holding plate 70 and the substrate 22 to change the temperature. it can. Such a holding plate 70 can be configured in a shape (outer shape is a rectangular parallelepiped shape) in which the curved surface portion 62 is eliminated and the entire surface is flat in the holding plate 60 shown in FIG.

なお、各図面に示した構成(湾曲基板を含む)を適宜組み合わせてインクジェットヘッド21ひいてはインクジェットプリンタ1を構成することも可能である。   It should be noted that the inkjet head 21 and thus the inkjet printer 1 can be configured by appropriately combining the configurations shown in the drawings (including the curved substrate).

本発明のインクジェットヘッドは、インクジェットプリンタに利用可能である。   The ink jet head of the present invention can be used in an ink jet printer.

1 インクジェットプリンタ
21 インクジェットヘッド
22 基板(支持基板)
22a 圧力室
22b 振動板
27 圧電素子
31 ノズル基板
31a インク吐出孔
41 湾曲基板
60 保持板
62 曲面部
70 保持板
P 記録媒体
1 Inkjet printer 21 Inkjet head 22 Substrate (support substrate)
22a Pressure chamber 22b Vibration plate 27 Piezoelectric element 31 Nozzle substrate 31a Ink discharge hole 41 Curved substrate 60 Holding plate 62 Curved portion 70 Holding plate P Recording medium

Claims (13)

複数の圧電素子と、前記複数の圧電素子を支持する支持基板とを備えたインクジェットヘッドであって、
前記支持基板は、少なくとも一部が撓んだ湾曲基板を含み、
前記湾曲基板は、前記複数の圧電素子が並んで配置される一方向の基板全体において、前記複数の圧電素子の配置側に凸または凹となる湾曲形状が1個のみ形成されるように撓んでいることを特徴とするインクジェットヘッド。
An inkjet head comprising a plurality of piezoelectric elements and a support substrate that supports the plurality of piezoelectric elements,
The support substrate includes a curved substrate that is at least partially bent;
The curved substrate is bent so that only one curved shape that is convex or concave on the arrangement side of the plurality of piezoelectric elements is formed on the entire substrate in one direction where the plurality of piezoelectric elements are arranged side by side. An ink jet head characterized by comprising:
前記湾曲基板は、前記一方向の基板全体で1つの前記湾曲形状が形成されるように撓んでいることを特徴とする請求項1に記載のインクジェットヘッド。   The inkjet head according to claim 1, wherein the curved substrate is bent so that one curved shape is formed on the entire substrate in the one direction. 前記湾曲基板は、前記一方向の一部において1つの前記湾曲形状が形成され、残りが平板状となるように撓んでいることを特徴とする請求項1に記載のインクジェットヘッド。   2. The inkjet head according to claim 1, wherein the curved substrate is bent so that one curved shape is formed in a part of the one direction, and the rest is flat. 前記湾曲基板の前記湾曲形状の曲率半径は、絶対値で150mm以上1000mm以下であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のインクジェットヘッド。   The inkjet head according to any one of claims 1 to 3, wherein a radius of curvature of the curved shape of the curved substrate is 150 mm or more and 1000 mm or less in absolute value. 前記湾曲基板の前記湾曲形状は、前記複数の圧電素子の配置側に凹となる形状であることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のインクジェットヘッド。   5. The inkjet head according to claim 1, wherein the curved shape of the curved substrate is a shape that is concave on an arrangement side of the plurality of piezoelectric elements. 前記支持基板を複数備え、
前記複数の支持基板間での前記圧電素子の圧電性のバラツキが所定の範囲内に収まるように、前記複数の支持基板に含まれる前記湾曲基板の前記湾曲形状の曲率が設定されていることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
A plurality of the support substrates;
The curvature of the curved shape of the curved substrate included in the plurality of support substrates is set so that the piezoelectric variation of the piezoelectric elements between the plurality of support substrates is within a predetermined range. The inkjet head according to claim 1, wherein the inkjet head is characterized in that
曲面部を有し、前記支持基板を保持する保持板をさらに備えており、
前記湾曲基板は、前記支持基板の少なくとも一部を前記曲面部に沿って湾曲させることによって形成されていることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
A curved plate, further comprising a holding plate for holding the support substrate;
The inkjet head according to claim 1, wherein the curved substrate is formed by curving at least a part of the support substrate along the curved surface portion.
前記保持板は、前記支持基板に対して前記複数の圧電素子側に位置し、前記複数の圧電素子の形成領域の外側で前記湾曲基板を保持していることを特徴とする請求項7に記載のインクジェットヘッド。   The said holding | maintenance board is located in the said several piezoelectric element side with respect to the said support substrate, The said curved board | substrate is hold | maintained outside the formation area of the said several piezoelectric element. Inkjet head. 前記支持基板に対して前記複数の圧電素子とは反対側に位置して、前記支持基板を保持する保持板をさらに備え、
前記保持板は、前記支持基板と線膨張係数の異なる材料で形成されていることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
A holding plate for holding the support substrate, further on the opposite side of the plurality of piezoelectric elements with respect to the support substrate;
The inkjet head according to claim 1, wherein the holding plate is made of a material having a linear expansion coefficient different from that of the support substrate.
前記支持基板は、前記保持板を介して、インク吐出孔を有するノズル基板と貼り合わされていることを特徴とする請求項9に記載のインクジェットヘッド。   The inkjet head according to claim 9, wherein the support substrate is bonded to a nozzle substrate having an ink discharge hole via the holding plate. 前記支持基板に対して前記複数の圧電素子側に位置し、前記支持基板を保持する保持板をさらに備え、
前記保持板は、前記支持基板と線膨張係数の異なる材料で形成されていることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
A holding plate that is positioned on the side of the plurality of piezoelectric elements with respect to the support substrate and holds the support substrate;
The inkjet head according to claim 1, wherein the holding plate is made of a material having a linear expansion coefficient different from that of the support substrate.
前記支持基板は、
前記複数の圧電素子の形成位置に対応して形成され、インクを収容する圧力室と、
前記複数の圧電素子の駆動によって振動することにより、前記圧力室内のインクに圧力を付与する振動板とを有していることを特徴とする請求項1から11のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
The support substrate is
A pressure chamber formed corresponding to the formation position of the plurality of piezoelectric elements, and containing ink;
The inkjet head according to claim 1, further comprising a diaphragm that vibrates by driving the plurality of piezoelectric elements to apply pressure to the ink in the pressure chamber.
請求項1から12のいずれかに記載のインクジェットヘッドを備え、前記インクジェットヘッドから記録媒体に向けてインクを吐出させることを特徴とするインクジェットプリンタ。   An ink jet printer comprising the ink jet head according to claim 1, wherein ink is ejected from the ink jet head toward a recording medium.
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