JP2018154121A - 液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット、および液体を吐出する装置 - Google Patents
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Abstract
Description
[第1の実施形態]
<液体吐出ヘッドの構成>
図1は、液体吐出ヘッドの一実施形態を示す液体吐出ヘッド1の断面図である。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。また、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。
ところで、液体吐出ヘッド2を作製する工程において、圧力室10xを作製した時点で、図5に示すように、振動板20は圧力室10x側に凸となるように撓む(湾曲する)。つまり、電気機械変換素子30に電圧を印加していない状態で、振動板20は圧力室10x側に凸となるように撓む(湾曲する)。このため、振動板20は圧力室10x側に凸状に撓んだ状態で形成される。振動板20の撓み量によっては、振動板20の変位量に影響を与える。また、振動板20が撓むと、インクを吐出させる際に残留振動が発生する。残留振動を抑制するためには、所定の波形の生成が必要となるが、所定の波形の周波数を小さくする必要があり、高周波での吐出性能を確保することが困難となる。
次いで、液体吐出ヘッド2を構成する好適な材料等に関して説明する。基板10としては、シリコン単結晶基板を用いることが好ましく、通常100〜600μmの厚みを持つことが好ましい。面方位としては、(100)、(110)、(111)と3種あるが、半導体産業では一般的に(100)、(111)が広く使用されており、液体吐出ヘッド2でも主に(100)の面方位を持つ単結晶基板を使用することができる。
液体吐出ヘッド2においては、上述のように基板同士の接合時に接着剤の液体流路への流入を防止するため、圧力室10xの配列方向の端部側に溝を設けることが知られており、溝には、圧力室形成基板を他の基板と接合する際の余剰な接着剤を導入することが可能である。
X1≦X2、かつY1<Y2 ・・・(1)
以下、本発明に係る液体吐出ヘッドの他の実施形態について説明する。なお、上記実施形態と同様の点についての説明は適宜省略する。
図18は、液体吐出ヘッド2の他の実施形態(第3の実施形態)を示す図である。図18(a)は、ノズル板50が接合されていない状態での液体吐出ヘッド1の圧力室の配列方向での断面図、(b)はノズル板50側から見た平面図である。
図19は、液体吐出ヘッド2の他の実施形態(第4の実施形態)を示す断面図である。ここまで、基板10にノズル板50が直接接合される例について説明したが、基板10のノズル51側に接合される基板はノズル板50に限られるものではない。例えば、図19に示すように、圧力室10xとノズル51とを連通する連通管が設けられた基板である連通管基板90を基板10に接合し、連通管基板90をノズル板50に接合するものであってもよい。
本発明に係る液体吐出ヘッドを有する液体を吐出する装置の一例について図20及び図21を参照して説明する。図20は同装置の要部平面説明図、図21は同装置の要部側面説明図である。
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドを有する液体吐出ユニットの一例について図22を参照して説明する。図22は同ユニットの要部平面説明図である。
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130nm)、SiN(膜厚150nm)、SiO2(膜厚100nm)、Si(膜厚200nm)、SiO2(膜厚600nm)の膜を順に形成して振動板20を作製した。
絶縁保護膜40bとして、SiO2をプラズマCVD法により800nm成膜し、Si3N4をプラズマCVD法により600nm成膜し、ダミーチャネル4を4つ形成した以外は実施例1と同様に液体吐出ヘッド2を作製した。
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1200nm)、Si(膜厚400nm)、SiO2(膜厚200nm)、SiN(膜厚300nm)、SiO2(膜厚260nm)、SiN(300nm)、SiO2(膜厚200nm)、Si(400nm)、SiO2(膜厚1200nm)の膜を順に形成して振動板20を作製した。
図7に示すように基板10の裏面をエッチングして圧力室10xを作製し(ダミーチャネル非形成)、最端部の駆動チャネル3と溝11との距離を100μm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。
図18に示すように基板10の裏面をエッチングして圧力室10x、およびダミーチャネル4を4つ作製し、溝11部では基板10をハーフエッチングにより非貫通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。
絶縁保護膜40bとして、SiO2をプラズマCVD法により1200nm成膜し、Si3N4をプラズマCVD法により400nm成膜し、ダミーチャネル4を4つ形成した以外は実施例1と同様に液体吐出ヘッド2を作製した。
絶縁保護膜40bとして、SiO2をプラズマCVD法により1500nm成膜し、Si3N4をプラズマCVD法により100nm成膜し、基板10の裏面をエッチングして圧力室10xを作製し、溝11を形成しない以外は実施例1と同様に液体吐出ヘッド2を作製した。
図10に示すように基板10の裏面をエッチングして圧力室10xを作製し、溝11を形成しない以外は実施例1と同様に液体吐出ヘッド2を作製した。
実施例1〜6、比較例1〜2で作成した液体吐出ヘッド2について、ノズル接合性および液体の充填性の評価を行った。表1に評価結果、および各実施例、比較例の詳細を示す。
3 駆動チャネル
4 ダミーチャネル
10 基板
10x 圧力室
11 溝
12 ダミー圧力室
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
34 ダミー電気機械変換素子
40(40a,40b),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
80 接着剤
90 連通管基板
Claims (10)
- 液体を吐出する複数のノズルに連通する液体吐出用の圧力室が所定方向に複数並んで形成された圧力室形成基板と、
前記圧力室形成基板の前記ノズル側とは反対側に設けられ、その一部が前記圧力室の壁面を構成する振動板層と、
各圧力室に対応して前記振動板層上に設けられる電気機械変換素子と、を備え、
前記圧力室形成基板には、前記所定方向における前記圧力室の端部側に、ノズル側の面が開口された溝が形成され、
前記圧力室上の振動板層は、該圧力室側に撓んで形成されており、
前記溝上の振動板層は、該溝の開口側とは反対側に撓んで形成されており、
前記圧力室の振動板層の撓み度合は、前記溝の振動板層の撓み度合よりも大きいことを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 液体を吐出する複数のノズルに連通する液体吐出用の圧力室が所定方向に複数並んで形成された圧力室形成基板と、
前記圧力室形成基板の前記ノズル側とは反対側に設けられ、その一部が前記圧力室の壁面を構成する振動板層と、
各圧力室に対応して前記振動板層上に設けられる電気機械変換素子と、を備え、
前記圧力室形成基板には、前記所定方向における前記圧力室の端部側に、ノズル側の面が開口された溝が形成され、
前記溝上の振動板層は、該溝の開口側とは反対側に撓んで形成されており、
前記溝の振動板層の撓み度合を曲率半径Rで示したときに、曲率半径Rは5000μm以上であることを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 前記溝の振動板層および前記圧力室の振動板層の撓み度合を、前記所定方向で撓みが最大となる点と、該点から前記所定方向において両側に所定距離離れた2点と、の3点に基づいて求められる曲率半径Rで示し、
前記溝の振動板層の撓み量を曲率半径Ra、前記圧力室の振動板層の撓み量を曲率半径Rbとしたとき、Ra>Rbを満たすことを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記所定方向で撓みが最大となる点から、前記振動板層に撓みがないと仮定した場合の該振動板層の形成位置への垂線の大きさを撓み量として、
前記溝の振動板層の撓み量をa、前記圧力室の振動板層の撓み量をbとしたとき、a<bを満たすことを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記溝は、前記圧力室形成基板を貫通しない非貫通形状であることを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記圧力室形成基板には、前記所定方向において、前記圧力室と前記溝の間に液体の吐出に関与しないダミー圧力室が少なくとも1つ設けられていることを特徴とする請求項1から5までのいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
- 前記溝上の振動板層の上層に、配線層が形成されていることを特徴とする請求項1から6までのいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
- 前記圧力室形成基板の平面において、前記所定方向をX方向、これに直交する方向をY方向とし、前記溝のX方向の大きさをX1、Y方向の大きさをY1、前記圧力室のX方向の大きさをX2、Y方向の大きさをY2としたとき、次式(1)を満たしていることを特徴とする請求項1から7までのいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
X1≦X2、かつY1<Y2 ・・・(1) - 請求項1から8までのいずれかに記載の液体吐出ヘッドを備えることを特徴とする液体吐出ユニット。
- 請求項1から8までのいずれかに記載の液体吐出ヘッド、または、請求項9に記載の液体吐出ユニットを備えることを特徴とする液体を吐出する装置。
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