JP2016168832A - 液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット、液体を吐出する装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、第1の実施の形態に係る液体吐出ヘッドを例示する断面図である。図1を参照するに、液体吐出ヘッド1は、基板10と、振動板20と、電気機械変換素子30と、絶縁保護膜40とを有する。電気機械変換素子30は、下部電極31と、電気機械変換膜32と、上部電極33とを有する。
第2の実施の形態では、応用例として、液体吐出ヘッド2(図3参照)を備えた液体を吐出する装置を例示する。
上記「液体が付着可能なもの」とは、液体が少なくとも一時的に付着可能なものであって、付着して固着するもの、付着して浸透するもの等を意味する。具体例としては、用紙、記録紙、記録用紙、フィルム、布等の被記録媒体、電子基板、圧電素子等の電子部品、粉体層(粉末層)、臓器モデル、検査用セル等の媒体であり、特に限定しない限り、液体が付着するすべてのものが含まれる。
基板10として6インチのシリコンウェハを準備し、基板10にSiO2(膜厚600nm)、Si(膜厚200nm)、SiO2(膜厚100nm)、SiN(膜厚150nm)、SiO2(膜厚1300nm)、SiN(150nm)、SiO2(膜厚100nm)、Si(200nm)、SiO2(膜厚600nm)の膜を順に形成して振動板20を作製した。
下部電極31である白金膜の成膜温度を300℃、分極処理時のグリッド電圧を1.2kvとした以外は実施例1と同様に液体吐出ヘッド2を作製した。
下部電極31である白金膜の成膜温度を500℃、分極処理時のグリッド電圧を1.7kvとした以外は実施例1と同様に液体吐出ヘッド2を作製した。
密着層であるチタン膜の膜厚を50nm、下部電極31である白金膜の成膜温度を300℃、仮焼温度を350℃、分極処理時のグリッド電圧を0.9kvとした以外は実施例1と同様に液体吐出ヘッド2を作製した。
下部電極31を成膜後に、PbTiO3層の代わりに下地層となるTiO2層をスパッタ膜により5nm成膜し、下部電極31である白金膜の成膜温度を200℃、仮焼温度を250℃、分極処理時のグリッド電圧を0.75kvとした以外は実施例1と同様に液体吐出ヘッド2を作製した。
下部電極31を成膜後に、PbTiO3層の代わりに下地層となるTiO2層をスパッタ膜により5nm成膜し、下部電極31である白金膜の成膜温度を200℃、仮焼温度を250℃とした以外は実施例1と同様に液体吐出ヘッド2を作製した。
実施例1〜4及び比較例1で作製した各液体吐出ヘッド2の電気機械変換素子30について、図6に示したC3の位置に相当するチップを用いて、該当箇所でのXRD測定、電気特性、変位特性(圧電定数)、振動板の湾曲量の評価を行った。なお、変位特性の評価については、圧力室10x側から振動評価を実施した。具体的には、電界印加(150kV/cm)による変形量を、レーザードップラー振動計で計測し、シミュレーションによる合わせ込みから算出した。又、振動板20の湾曲量(曲率半径)については、白色光干渉型表面形状測定機を用いて計測した。
10 基板
10x 圧力室
15 保持基板
15x 凹部
20 振動板
30 電気機械変換素子
31 下部電極
32 電気機械変換膜
33 上部電極
40、70 絶縁保護膜
40x、70x 開口部
50 ノズル板
51 ノズル
60 配線
61、62、63 電極パッド
401 ガイド部材
403 キャリッジ
405 主走査モータ
406 駆動プーリ
407 従動プーリ
408 タイミングベルト
410 用紙
412 搬送ベルト
413 搬送ローラ
414 テンションローラ
416 副走査モータ
417 タイミングベルト
418 タイミングプーリ
420 維持回復機構
421 キャップ部材
422 ワイパ部材
440 液体吐出ユニット
441 ヘッドタンク
442 カバー
443 コネクタ
444 流路部品
450 液体カートリッジ
451 カートリッジホルダ
452 送液ユニット
456 チューブ
491A、491B 側板
491C 背板
493 主走査移動機構
494 供給機構
495 搬送機構
Claims (12)
- 液体を吐出するノズルと、前記ノズルが連通する圧力室と、前記圧力室内の液体を昇圧させる吐出駆動手段と、を備えた構造体が所定方向に複数配列され、
夫々の前記構造体において、前記吐出駆動手段は、前記圧力室の壁の一部を構成する振動板と、電気機械変換膜を備えた電気機械変換素子と、を含み、前記振動板が前記圧力室側に凸になるように湾曲しており、
前記圧力室毎の前記振動板の湾曲量を曲率半径Rとしたときに、前記所定方向の各々の端部に位置する前記圧力室から前記所定方向に対して20chまでの前記振動板の前記曲率半径Rの差が1500μm以下である液体吐出ヘッド。 - 前記電気機械変換膜に±150kv/cmの電界強度かけてヒステリシスループを測定し、最初の0kv/cm時の分極をPind、+150kv/cmの電圧印加後0kv/cmまで戻したときの0kv/cm時の分極をPrとしたときに、前記所定方向の各々の端部に位置する前記圧力室から前記所定方向に対して20chまでの分極率Pr−Pindの傾き差が4μC/cm2以下である請求項1記載の液体吐出ヘッド。
- 前記電気機械変換素子は、下部電極を含み、
前記下部電極と前記電気機械変換膜との間に、チタン酸鉛からなるシード層を備えている請求項1又は2記載の液体吐出ヘッド。 - 前記電気機械変換膜のX線回折のθ−2θ法による測定で得られた回折強度のピークのうち、(200)面に対応する回折強度のピークにおいて回折強度が最大となる位置(2θ)で、あおり角(χ)を振った測定により得られる回折強度のピークが、ピーク分離により3つのピークに分離することができ、
前記3つのピークの夫々において、回折強度が最大となる位置での回折強度を夫々peak1、peak2、peak3とし、前記3つのピークの半値幅を夫々σ1、σ2、σ3としたときに、peak1、peak2、peak3を夫々σ1、σ2、σ3の重みとしたσ1、σ2、σ3の加重平均FWHMstd(χ)(=(σ1×peak1+σ2×peak2+σ3×peak3)/(peak1+peak2+peak3))が12°以下である請求項1乃至3の何れか一項記載の液体吐出ヘッド。 - 前記圧力室がシリコン基板で構成され、
前記シリコン基板を保持する保持基板が接着層を介して前記シリコン基板と接合され、
前記シリコン基板と前記保持基板が接合された状態において、前記シリコン基板の曲率半径Rが4mm以下である請求項1乃至4の何れか一項記載の液体吐出ヘッド。 - 前記振動板がシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ポリシリコンを材料として含む複数の層から形成され、
前記振動板の膜厚が1μm以上3μm以下である請求項1乃至5の何れか一項記載の液体吐出ヘッド。 - 前記振動板のヤング率が75GPa以上95GPa以下である請求項1乃至6の何れか一項記載の液体吐出ヘッド。
- 前記圧力室の短手方向の長さが50μm以上70μm以下である請求項1乃至7の何れか一項記載の液体吐出ヘッド。
- 前記電気機械変換膜に150kv/cmの電界強度かけて変位特性の評価を行ったときに、
前記所定方向の各々の端部に位置する前記圧力室から前記所定方向に対して20chまでの前記電気機械変換膜の変位特性δの前記所定方向に対する傾き差をΔδ、前記変位特性δの平均値をδ_aveとしたときにΔδ/δ_aveが8%以下である請求項1乃至8の何れか一項記載の液体吐出ヘッド。 - 請求項1乃至9の何れか一項記載の液体吐出ヘッドを備えている液体吐出ユニット。
- 前記液体吐出ヘッドに供給する液体を貯留するヘッドタンク、前記液体吐出ヘッドを搭載するキャリッジ、前記液体吐出ヘッドに液体を供給する供給機構、前記液体吐出ヘッドの維持回復を行う維持回復機構、前記液体吐出ヘッドを主走査方向に移動させる主走査移動機構の少なくとも何れか一つと前記液体吐出ヘッドとを一体化した請求項10に記載の液体吐出ユニット。
- 請求項1乃至9の何れか一項記載の液体吐出ヘッド、又は、請求項10若しくは11記載の液体吐出ユニットを備えている液体を吐出する装置。
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