JP2022057159A - Liquid jet head and liquid jet device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置に関する。 The present invention relates to a liquid injection head and a liquid injection device.
圧力室の壁面を構成する振動板を圧電素子により振動させることで、当該圧力室に充填されたインク等の液体をノズルから噴射する技術が従来から提案されている。例えば特許文献1には、振動板を備える液体噴射ヘッドが開示される。当該振動板は、二酸化ケイ素で形成された弾性膜と、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜とを含む。
Conventionally, there has been proposed a technique of injecting a liquid such as ink filled in the pressure chamber from a nozzle by vibrating the diaphragm constituting the wall surface of the pressure chamber with a piezoelectric element. For example,
酸化ジルコニウムは結晶構造を有する。このため、絶縁体膜に応力が加わると、酸化ジルコニウムの結晶粒界にマイクロクラックが生じるおそれがある。そして、当該マイクロクラックが大きくなり、振動板にクラックが生じるおそれがあった。この結果、吐出性能が低下するおそれがあった。 Zirconium oxide has a crystal structure. Therefore, when stress is applied to the insulator film, microcracks may occur at the grain boundaries of zirconium oxide. Then, the microcracks became large, and there was a possibility that cracks would occur in the diaphragm. As a result, the ejection performance may deteriorate.
以上の課題を解決するために、本発明の好適な態様に係る液体噴射ヘッドは、液体を噴射するノズルを有するノズルプレートと、前記ノズルに連通する圧力室を形成する壁面を有する圧力室基板と、前記圧力室基板に対して前記ノズルプレートの反対に配置される振動板と、前記振動板から順に、第1電極、圧電体層および第2電極を有する圧電素子と、前記振動板上および前記壁面の一部上に配置される保護膜と、を有し、前記振動板の厚さの90%は、第1層と第2層とを積層した第1の非晶質層、または、第2の非晶質層と金属層とを積層した積層、または、第3の非晶質層とダイヤモンドライクカーボン、グラフェンおよびカーボンナノチューブのいずれかを含むカーボン層とを積層した積層である。 In order to solve the above problems, the liquid injection head according to a preferred embodiment of the present invention includes a nozzle plate having a nozzle for injecting liquid and a pressure chamber substrate having a wall surface forming a pressure chamber communicating with the nozzle. A vibrating plate arranged opposite to the nozzle plate with respect to the pressure chamber substrate, a piezoelectric element having a first electrode, a piezoelectric layer, and a second electrode in this order from the vibrating plate, and on the vibrating plate and above. It has a protective film arranged on a part of the wall surface, and 90% of the thickness of the diaphragm is a first amorphous layer in which a first layer and a second layer are laminated, or a first. It is a laminate in which the amorphous layer 2 and the metal layer are laminated, or a laminate in which the third amorphous layer and a carbon layer containing any one of diamond-like carbon, graphene and carbon nanotubes are laminated.
本発明の好適な態様に係る液体噴射装置は、前述の噴射ヘッドを搭載する。 The liquid injection device according to a preferred embodiment of the present invention is equipped with the above-mentioned injection head.
1.第1実施形態
1-1.液体噴射装置100の全体構成
図1は、第1実施形態に係る液体噴射装置100を例示する構成図である。なお、以下では、説明の便宜上、互いに直交するX軸、Y軸およびZ軸を適宜用いて説明する。また、本明細書において「要素Aの上部に要素Bが配置される」という表現は、要素Aと要素Bとが直接的に接触する構成に限定されない。要素Aと要素Bとが直接的に接触していない構成も、「要素Aの上部に要素Bが配置される」という概念に包含される。
1. 1. First Embodiment 1-1. Overall Configuration of
第1実施形態の液体噴射装置100は、液体の例示であるインクを媒体12に噴射するインクジェット方式の印刷装置である。媒体12は、典型的には印刷用紙であるが、樹脂フィルムまたは布帛等の任意の材質の印刷対象が媒体12として利用される。図1に示すように、液体噴射装置100には、インクを貯留する液体容器14が設置される。例えば液体噴射装置100に着脱可能なカートリッジ、可撓性のフィルムで形成された袋状のインクパック、または、インクを補充可能なインクタンクが、液体容器14として利用される。
The
図1に示すように、液体噴射装置100は、制御ユニット20と搬送機構22と移動機構24と液体噴射ヘッド26とを具備する。制御ユニット20は、例えばCPU(Central Processing Unit)またはFPGA(Field Programmable Gate Array)等の1または複数の処理回路と半導体メモリー等の1または複数の記憶回路とを含み、液体噴射装置100の各要素を統括的に制御する。搬送機構22は、制御ユニット20による制御のもとで媒体12をY軸に沿って搬送する。
As shown in FIG. 1, the
移動機構24は、制御ユニット20による制御のもとで液体噴射ヘッド26をX軸に沿って往復させる。第1実施形態の移動機構24は、液体噴射ヘッド26を収容する略箱型の搬送体242と、搬送体242が固定された搬送ベルト244とを具備する。なお、複数の液体噴射ヘッド26を搬送体242に搭載した構成、または、液体容器14を液体噴射ヘッド26とともに搬送体242に搭載した構成も採用され得る。
The
液体噴射ヘッド26は、液体容器14から供給されるインクを制御ユニット20による制御のもとで複数のノズルから媒体12に噴射する。搬送機構22による媒体12の搬送と搬送体242の反復的な往復とに並行して各液体噴射ヘッド26が媒体12にインクを噴射することで、媒体12の表面に画像が形成される。
The
1-2.液体噴射ヘッド26の全体構成
図2は、液体噴射ヘッド26の分解斜視図である。図3は、図2おけるa-a線の断面図である。図3に図示された断面は、X-Z平面に平行な断面である。Z軸は、液体噴射ヘッド26によるインクの噴射方向に沿う軸線である。また、X軸に沿う一方向をX1方向と表記し、X1方向とは反対の方向をX2方向と表記する。同様に、Y軸に沿う一方向をY1方向と表記し、Y1方向とは反対の方向をY2方向と表記する。Z軸に沿う一方向をZ1方向と表記し、Z1方向とは反対の方向をZ2方向と表記する。また、以下では、Z1方向またはZ2方向に見ることを「平面視」とする。
1-2. Overall Configuration of
図2に示すように、液体噴射ヘッド26は、Y軸に沿って配列された複数のノズルNを具備する。第1実施形態の複数のノズルNは、X軸に沿って相互に間隔をあけて並設された第1列Laと第2列Lbとに区分される。第1列Laおよび第2列Lbの各々は、Y軸に沿って直線状に配列された複数のノズルNの集合である。図3に示す液体噴射ヘッド26は、第1列Laの各ノズルNに関連する要素と第2列Lbの各ノズルNに関連する要素とが略面対称に配置された構造である。そこで、以下の説明では、第1列Laに対応する要素を重点的に説明し、第2列Lbに対応する要素の説明は適宜に割愛する。
As shown in FIG. 2, the
図2および図3に示すように、液体噴射ヘッド26は、流路構造体30と複数の圧電素子34と封止体35と筐体部36と配線基板51とを具備する。流路構造体30は、複数のノズルNの各々にインクを供給するための流路が内部に形成された構造体である。流路構造体30は、流路基板31と圧力室基板32と振動板33とノズルプレート41と吸振体42とで構成される。流路構造体30を構成する各部材は、Y軸に沿った長尺な板状部材である。流路基板31に対してZ2方向に圧力室基板32と筐体部36とが設置される。他方、流路基板31に対してZ1方向にノズルプレート41および吸振体42が設置される。各部材は、例えば接着剤により固定される。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
ノズルプレート41は、インクを噴射する複数のノズルNを有する板状部材である。複数のノズルNの各々は、インクを噴射する一般的には円形状の貫通孔であるが円形では無い貫通孔であってもインクの噴射は可能である。例えばフォトリソグラフィおよびエッチング等の半導体製造技術を利用してシリコン(Si)の単結晶基板を加工することで、ノズルプレート41が製造される。ただし、ノズルプレート41の製造には公知の材料や製法が任意に採用され得る。
The
流路基板31には、空間Raと複数の供給流路312と複数の連通流路314と中継液室316とが形成される。空間Raは、Y軸に沿う長尺状に形成された開口である。供給流路312および連通流路314の各々は、ノズルN毎に形成された貫通孔である。中継液室316は、複数のノズルNにわたりY軸に沿う長尺状に形成された空間であり、空間Raと複数の供給流路312とを相互に連通させる。複数の連通流路314の各々は、当該連通流路314に対応する1個のノズルNに平面視で重なる。
The
圧力室基板32には、インクが配置される空間である複数の圧力室C1が形成される。複数の圧力室C1は、複数のノズルNに対して1対1で配置される。圧力室基板32は、各ノズルNに対応する圧力室C1を形成する壁面320を有する。圧力室C1は、平面視でX軸に沿う長尺状の空間である。複数の圧力室C1はY軸に沿って配列される。流路基板31および圧力室基板32は、前述のノズルプレート41と同様に、例えば半導体製造技術を利用してシリコンの単結晶基板を加工することで製造される。ただし、流路基板31および圧力室基板32の製造には公知の材料や製法が任意に採用され得る。また、図3では図示しないが、圧力室基板32の壁面320には、保護膜43が配置される。保護膜43については図5を参照しつつ後で詳述する。
A plurality of pressure chambers C1 which are spaces in which ink is arranged are formed on the
振動板33は、圧力室基板32に対してノズルプレート41の反対に配置される。振動板33は、圧力室基板32に積層され、圧力室基板32における流路基板31とは反対の表面に接触する。振動板33は、平面視でY軸に沿う長尺な矩形状に形成された板状部材である。振動板33は、弾性的に変形可能である。振動板33の厚さ方向は、Z軸に沿った方向と平行である。図3に示すように、圧力室C1は、流路基板31と振動板33との間に位置する空間である。図2および図3に示すように、圧力室C1は、連通流路314および供給流路312に連通する。したがって、圧力室C1は、連通流路314を介してノズルNに連通し、かつ、供給流路312と中継液室316とを介して空間Raに連通する。なお、図2では説明のし易さのため圧力室基板32と振動板33を別基板のように図示しているが、実際には1つのシリコン基板に積層されたものである。
The
振動板33のうち圧力室C1とは反対には、圧力室C1毎に圧電素子34が形成される。圧電素子34は、平面視でX軸に沿う長尺状の受動素子である。圧電素子34は、駆動信号が印加されることで駆動する駆動素子でもある。圧電素子34については後で詳述する。
A
筐体部36は、複数の圧力室C1に供給されるインクを貯留するためのケースであり、例えば樹脂材料の射出成形で形成される。筐体部36には空間Rbと供給口361とが形成される。供給口361は、液体容器14からインクが供給される管路であり、空間Rbに連通する。筐体部36の空間Rbと流路基板31の空間Raとは相互に連通する。空間Raと空間Rbとで構成される空間は、複数の圧力室C1に供給されるインクを貯留する液体貯留室Rとして機能する。液体容器14から供給されて供給口361を通過したインクが液体貯留室Rに貯留される。液体貯留室Rに貯留されたインクは、中継液室316から各供給流路312に分岐して複数の圧力室C1に並列に供給および充填される。吸振体42は、液体貯留室Rの壁面を構成する可撓性のフィルムであり、液体貯留室R内のインクの圧力変動を吸収する。
The
封止体35は、複数の圧電素子34を保護するとともに圧力室基板32および振動板33の機械的な強度を補強する構造体である。封止体35は、振動板33の表面に例えば接着剤で固定される。封止体35のうち振動板33との対向面に形成された凹部の内側に複数の圧電素子34が収容される。また、振動板33の表面には配線基板51が接合される。配線基板51は、制御ユニット20と液体噴射ヘッド26とを電気的に接続するための複数の配線が形成された実装部品である。例えばFPC(Flexible Printed Circuit)やFFC(Flexible Flat Cable)等の可撓性の配線基板51が好適に採用される。圧電素子34を駆動するための駆動信号および基準電圧が配線基板51から各圧電素子34に供給される。
The sealing
1-3.圧電素子34
図4は、圧電素子34およびその近傍の平面図である。図5は、図4におけるb-b線の断面図である。なお、図4では、第2電極342に便宜的にドットが付されている。
1-3.
FIG. 4 is a plan view of the
図4および図5に示すように、圧電素子34は、概略的には、振動板33から順に、第1電極341と圧電体層343と第2電極342とを有する。Z軸は、第1電極341と圧電体層343と第2電極342とが積層される方向に沿った軸に相当する。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
図5に示すように、第1電極341は、振動板33に対してZ2方向に配置される。第1電極341は、圧電素子34毎に相互に離間して形成された個別電極である。第1電極341は、X軸に沿う長尺状をなす。複数の第1電極341は、相互に間隔をあけてY軸に沿って配列される。第1電極341は、例えばアルミニウム(Al)、白金(Pt)またはイリジウム(Ir)等の導電材料で形成される。図4に示すように、第1電極341には第1配線37が電気的に接続される。第1配線37は、図3に示す配線基板51に搭載された図示しない駆動回路から駆動信号が供給されるリード配線であり、第1電極341に駆動信号を供給する。第1配線37は、第1電極341よりも低抵抗な導電材料で形成される。例えば、第1配線37は、ニクロム(NiCr)で形成された導電膜の表面に金(Au)の導電膜を積層した構造の導電パターンである。
As shown in FIG. 5, the
図5に示すように、圧電体層343は、第1電極341に対してZ2方向に配置される。図4に示すように、圧電体層343は、複数の圧電素子34にわたりY軸に沿って連続する帯状の誘電膜である。圧電体層343は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti)O3)等の公知の圧電材料で形成される。圧電体層343のうち相互に隣り合う各圧力室C1の間隙に対応する領域には、X軸に沿う切欠Gが形成される。切欠Gは、圧電体層343を貫通する開口である。切欠Gが形成されることで、各圧電素子34は圧力室C1毎に個別に変形し、圧電素子34の相互間における振動の伝播が抑制される。なお、圧電体層343の厚さ方向の一部を除去した有底孔を切欠Gとして形成してもよい。
As shown in FIG. 5, the
図5に示すように、第2電極342は、圧電体層343に対してZ2方向に配置される。図4および図5に示すように、第2電極342は、複数の圧電素子34にわたり連続するようにY軸に沿って延在する帯状の共通電極である。第2電極342には所定の基準電圧が印加される。基準電圧は一定の電圧であり、例えば接地電圧よりも高い電圧に設定される。第2電極342に印加される基準電圧と第1電極341に供給される駆動信号との差分に相当する電圧が圧電体層343に印加される。なお、第2電極342には、接地電圧が印加されてもよい。また、第2電極342は、例えばアルミニウム(Al)、白金(Pt)またはイリジウム(Ir)等の低抵抗な導電材料で形成される。
As shown in FIG. 5, the
図4に示すように、第2電極342に対してZ2方向には、第2電極342に電気的に接続される第2配線38が配置される。第2配線38には、図3に示す配線基板51を介して図示しない基準電圧が供給される。図4に示すように、第2配線38は、Y軸に沿って延在する帯状の第1導電層381と、Y軸に沿って延在する帯状の第2導電層382とを有する。第1導電層381および第2導電層382は、X軸に沿って所定の間隔をあけて並ぶ。かかる第1導電層381および第2導電層382が設けられることで、第2電極342における基準電圧の電圧降下が抑制される。また、第1導電層381および第2導電層382は、振動板33の振動を抑制するための錘としても機能する。第2配線38は、第2電極342よりも低抵抗な導電材料で形成される。例えば、第2配線38は、ニクロム(NiCr)で形成された導電膜の表面に金(Au)の導電膜を積層した構造の導電パターンである。
As shown in FIG. 4, a
かかる圧電素子34では、第1電極341と第2電極342との間に電圧が印加されることで圧電体層343が変形する。この変形により、圧電素子34は、振動板33を撓み変形させる。そして、振動板33が振動することにより圧力室C1の圧力が変化し、圧力室C1内のインクが図3に示すノズルNから噴射される。
In such a
また、本実施形態では、第1電極341と圧電体層343との間には、シード層44が配置される。また、シード層44は、振動板33に接触する部分を有する。シード層44は、圧電体層343の種結晶となる結晶構造などが含まれることにより圧電体層343の結晶の配向性を制御するための配向制御層である。シード層44が設けられることで、圧電体層343の配向特性を向上させることができる。よって、圧電素子34の変位力を高めることができる。よって、液体噴射ヘッド26の吐出性能を高めることができる。
Further, in the present embodiment, the
なお、図示の例では、シード層44は、第1電極341と圧電体層343との間に配置されるが、例えば振動板33と第1電極341との間に配置されてもよい。ただし、第1電極341と圧電体層343との間にシード層44が配置されることで、圧電体層343の配向特性を最も向上させることができる。
In the illustrated example, the
シード層44の材料は、配向制御層としての機能を有すればいかなる材料でもよいが、好ましくは、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)、ニッケル酸ランタン(LaNiO3)、チタン(Ti)または酸化チタン(TiO2)のいずれかである。これらの材料を用いることで、他の材料を用いる場合に比べ、圧電体層343の配向特性を向上させることができる。
The material of the
1-4.保護膜43
図5に示すように、保護膜43は、振動板33および圧力室基板32の壁面320に接触する。特に、保護膜43は、振動板33の一部および圧力室基板32の壁面320の一部を覆う。保護膜43は、圧力室基板32および振動板33とインクとが接触しないよう、圧力室基板32および振動板33を保護する。
1-4.
As shown in FIG. 5, the
保護膜43は、例えば、樹脂層、または振動板33の厚さの1/10以下の無機絶縁層である。かかる保護膜43を設けることで、圧力室基板32および振動板33が圧力室C1内のインクによって侵食されるのを防ぐことができる。
The
当該無機絶縁層は、絶縁性を有する無機材料で構成される。無機絶縁層の材料としては、例えば、酸化シリコン(SiOx)、酸化ジルコニウム(ZrOx)、酸化タンタル(TaOx)または酸化アルミニウム(AlOx)が挙げられる。また、保護膜43が無機絶縁層である場合、当該無機絶縁層の厚さは、振動板33の厚さの1/10を超えてもよいが、1/10以下であることで、振動板33が所望の変形を行わないことが抑制される。
The inorganic insulating layer is made of an inorganic material having an insulating property. Examples of the material of the inorganic insulating layer include silicon oxide (SiOx), zirconium oxide (ZrOx), tantalum pentoxide (TaOx), and aluminum oxide (AlOx). When the
保護膜43の厚みは、特に限定されないが、例えば1nm以上100nm未満であることが好ましい。保護膜43は、振動板33が有する各層よりも薄い。
The thickness of the
1-5.振動板33
図5示すように、振動板33は、圧力室基板32とともに圧力室C1を形成する。また、振動板33は、平面視で複数の圧力室C1にそれぞれ対応する振動領域Vを有する。振動領域Vは、振動板33において平面視で圧力室C1に重なる領域であり、圧電素子34の駆動により振動する領域である。
1-5.
As shown in FIG. 5, the
振動板33の厚みDの90%以上は、2種以上の層を積層した第1の非晶質層330である。すなわち、振動板33は、主として、2種以上の層を積層した第1の非晶質層330で構成される。図5に示す例では、振動板33は、非晶質である第1層331と非晶質である第2層332とを積層した第1の非晶質層330で構成される。第1層331は、圧力室基板32に接触する。第2層332は、第1層331と第1電極341との間に配置され、これらに接触する。
90% or more of the thickness D of the
振動板33の厚みDの90%以上が2種以上の層を積層した第1の非晶質層330であるため、結晶構造を有する層がほぼ存在しない。または、結晶構造を有する層が極めて少ない。このため、従来のように結晶構造の結晶粒界に生じるマイクロクラックを起点とする振動板33のクラックの発生を抑制することができる。よって、振動板33の破損が生じ難い。この結果、吐出性能の低下が抑制された信頼性の高い液体噴射ヘッド26を提供することができる。さらに、クラックの発生を経時的に抑制することができるので、液体噴射ヘッド26の寿命の長期化を図ることができる。
Since 90% or more of the thickness D of the
なお、振動板33の厚みDのうちの10%未満は、第1層331と第2層332とを積層した積層以外の層であってもよい。振動板33の厚みDのうちの10%未満は、非晶質な層でなくても、マイクロクラックを起点とする振動板33の破損を抑制する効果が発揮される。
In addition, less than 10% of the thickness D of the
図6は、従来の振動板33xにおけるクラックC0を説明するための図である。図6に示す従来の振動板33xは、例えば非晶質であるSiO2層331xと、結晶構造を有するZrO2層332xとを含む。例えば、圧電素子34の駆動により振動板33xに応力が加わると、酸化ジルコニウムの結晶粒界にマイクロクラックMCが生じるおそれがある。そして、マイクロクラックMCが大きくなり、ZrO2層332xにクラックC0が発生するおそれがある。さらには、当該クラックC0がSiO2層331xにまで侵入するおそれがある。この結果、振動板33の厚さ方向に知った破損が生じるおそれがある。これに対し、本実施形態の振動板33は第1の非晶質層330で構成されるため、マイクロクラックMCが発生し難い。よって、振動板33の破損が生じ難い。
FIG. 6 is a diagram for explaining the crack C0 in the
また、前述のように、振動板33は、第1層331および第2層332の2種類の非晶質な層を有する。よって、1種類の非晶質な層のみを有する場合に比べ、例えば各非晶質な層の材料のヤング率を調整することで、必要な変形量を確保しつつ、クラックが生じ難い振動板33を形成し易い。例えば、振動板33が単結晶シリコンで構成される場合に比べ、厚みを調整し易く、よって必要な変形量を確保しつつクラックが生じ難い振動板33を形成し易い。
Further, as described above, the
なお、振動板33は、3種以上の層で構成された非晶質な層でもよい。よって、振動板33は、第1層331および第2層332に加え、他の材料を含む層を有してもよい。
The
第1層331の材料は、酸化ケイ素(SiO2)である。よって、振動板33は酸化ケイ素を含む層を有する。酸化ケイ素を用いることで、熱酸化、スパッタリングおよびCVD等で最も容易に所定の厚みを有する第1層331を形成することができる。なお、第1層331は、単層であってもよいし、複数の層を有してもよい。
The material of the
第2層332の材料は、窒化ケイ素(Si3N4)、酸窒化ケイ素(SiON)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭化ケイ素(SiC)、炭化タングステン(WC)、窒化アルミニウム(AlN)、酸化ベリリウム(BeO)、炭化ホウ素(B4C)もしくは酸化マグネシウム(MgO)いずれか、またはこれらの複数の組み合わせである。これらの材料は、900°以下で非晶質な材料である。液体噴射ヘッド26の製造では、酸化膜が大きく成長したりして単結晶シリコン基板の特性などが変わらないように900°未満の温度でアニール等の処理が行われる。
The material of the
これらの材料は、酸化ケイ素よりヤング率が高い。このため、これらの材料を用いることで、振動板33の剛性が上がり振動板33の振動周期の短周期化を図り易い。よって、短周期での吐出性能の向上を図ることができる。なお、例えば、酸化ケイ素を材料とする第1層331のみで振動板33が構成される場合、第1層331および第2層332で振動板33が構成される場合に比べ、ヤング率が低くなる。ヤング率が低い柔らかい振動板33では高周波数の変位に追随し難い。よって、高周波数の液滴噴射が困難である。
These materials have a higher Young's modulus than silicon oxide. Therefore, by using these materials, the rigidity of the
また、第2層332は、例えば、スパッタリングおよびCVD等で形成される。また、第2層332は、単層であってもよいし、複数の層を有してもよい。例えば、第2層332は、Si3N4、SiON、Al2O3、SiC、WC、AlN、BeO、B4CもしくはMgOいずれかで構成される層の積層であってもよい。
Further, the
第2層332の材料のヤング率は、特に限定されないが、好ましくは第1層331のヤング率よりも大きく、具体的には好ましくは150GPa以上であり、より好ましくは200GPa以上960GPa以下である。当該ヤング率が150GPa以上であると、振動板33は高周波数の変位に関して追従し易くなる。よって、必要な変形量を確保しつつクラックが生じ難い振動板33を実現し易い。
The Young's modulus of the material of the
また、第2層332の材料がSiONである場合、酸素と窒素との組成比を調整することで、ヤング率を調整することができる。窒素の組成比を増加させることでヤング率を高くすることができ、酸素の組成比を増加させることでヤング率を低くすることができる。このため、SiONを用いる場合、酸素と窒素の組成比を調整することで、所望のヤング率の第2層332を形成し易い。
When the material of the
また、第2層332の厚みD2は、第1層331の厚みD1よりも大きい。このため、厚みD2が厚みD1以下である場合に比べ、高周波数の変位に関して追従し易い振動板33を実現し易い。よって、高周波駆動に適した液体噴射ヘッド26を提供することができる。なお、厚みD2は、厚みD1未満でもよいし、厚みD1と等しくてもよい。
Further, the thickness D2 of the
第1層331の厚みD1は、特に限定されないが、例えば50nm以上1000nm以下である。第2層332の厚みD2は、特に限定されないが、例えば100nm以上2000nm以下である。
The thickness D1 of the
2.第2実施形態
第2実施形態を説明する。なお、以下の各例示において機能が第1実施形態と同様である要素については、第1実施形態の説明で使用した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。
2. 2. Second Embodiment The second embodiment will be described. In each of the following examples, for the elements having the same functions as those of the first embodiment, the reference numerals used in the description of the first embodiment will be diverted and detailed description of each will be omitted as appropriate.
図7は、第2実施形態における振動板33Aの一部を示す断面図であり、第1実施形態の図5に対応する。本実施形態では、第1実施形態の振動板33の代わりに、振動板33Aが用いられる。以下では、振動板33Aについて、第1実施形態の振動板33と異なる事項を説明し、同様の事項の説明は適宜省略する。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a part of the
振動板33Aの厚みDの90%以上は、第2の非晶質層333と金属層334とを積層した積層である。すなわち、振動板33は、主として、第2の非晶質層333と金属層334とを積層した積層で構成される。図7に示す例では、振動板33Aは、第2の非晶質層333と金属層334とを積層した積層で構成される。金属層334は、圧力室基板32に接触する。第2の非晶質層333は、金属層334と第1電極341との間に配置され、これらに接触する。
90% or more of the thickness D of the
振動板33Aの厚みDの90%以上が第2の非晶質層333と金属層334とを積層した積層である。つまり、従来の酸化ジルコニウムで構成される層の代わりに、金属層334を用いている。このため、従来のように酸化ジルコニウムで構成される層の結晶粒界にマイクロクラックが生じることによる振動板33Aのクラックの発生を抑制することができる。よって、振動板33Aの破損が生じ難い。この結果、吐出性能の低下が抑制された信頼性の高い液体噴射ヘッド26を提供することができる。さらに、クラックの発生を経時的に抑制することができるので、液体噴射ヘッド26の寿命の長期化を図ることができる。
90% or more of the thickness D of the
また、金属層334が設けられていることで、金属層334が設けられていない場合に比べ、振動板33Aの靭性を高めることができる。このため、破損し難い振動板33Aを提供することができる。
Further, since the
なお、振動板33Aの厚みDのうちの10%未満は、第2の非晶質層333と金属層334とを積層した積層以外の層であってもよい。振動板33Aの厚みDのうちの10%未満は、当該積層でなくても、マイクロクラックを起点とする振動板33Aの破損を抑制する効果が発揮される。
In addition, less than 10% of the thickness D of the
金属層334の材料は、例えば、チタン(Ti)、窒化チタン(TiN)、ニッケル(Ni)、鉛(Pd)、白金(Pt)、イリジウム(Ir)、銅(Au)、アルミニウム(Al)、ルテニウム(Ru)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化チタンアルミニウム(AlTiN)、ステンレス、軟鋼、炭素鋼、マルエージ鋼、高張力鋼またはアルミニウム合金のいずれかである。これらの材料は、例えばSiO2およびAl2O3に比べて、靭性が高い。このため、金属層334がこれらの材料を含むことで、振動板33Aの靭性を高めることができるので、振動板33の破損を抑制することができる。
The material of the
第2の非晶質層333の材料は、Si3N4、SiON、Al2O3、SiC、WC、AlN、BeO、B4CもしくはMgOいずれか、またはこれらの複数の組み合わせである。これらの材料は、例えば酸化ケイ素よりヤング率が高い。このため、これら材料を用いることで、振動周期の短周期化を図り易い。よって、短周期での吐出性能の向上を図ることができる。
The material of the second
第2の非晶質層333の材料のヤング率は、特に限定されないが、好ましくは150GPa以上であり、より好ましくは200GPa以上960GPa以下である。当該ヤング率が上記下限値以上であると、高周波数の変位に関して追従し易い。よって、必要な変形量を確保しつつクラックが生じ難い振動板33Aを実現し易い。
The Young's modulus of the material of the second
また、第2の非晶質層333の材料がSiONである場合、酸素と窒素の組成比を調整することで、所望のヤング率の第2の非晶質層333を形成することができる。
When the material of the second
第2の非晶質層333の厚みD3は、特に限定されないが、例えば50nm以上1000nm以下である。金属層334の厚みD4は、特に限定されないが、例えば50nm以上500nm以下である。
The thickness D3 of the second
3.第3実施形態
第3実施形態を説明する。なお、以下の各例示において機能が第1実施形態と同様である要素については、第1実施形態の説明で使用した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。
3. 3. Third Embodiment The third embodiment will be described. In each of the following examples, for the elements having the same functions as those of the first embodiment, the reference numerals used in the description of the first embodiment will be diverted and detailed description of each will be omitted as appropriate.
図8は、第3実施形態における振動板33Bの一部を示す断面図であり、第1実施形態の図5に対応する。本実施形態では、第1実施形態の振動板33の代わりに、振動板33Bが用いられる。以下では、振動板33Bについて、第1実施形態の振動板33と異なる事項を説明し、同様の事項の説明は適宜省略する。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a part of the
振動板33Bの厚みDの90%以上は、第2の非晶質層333Bと金属層334とを積層した積層である。すなわち、振動板33Bは、主として、第2の非晶質層333Bと金属層334とを積層した積層で構成される。図8に示す例では、振動板33Bは、第2の非晶質層333Bと金属層334とを積層した積層で構成される。金属層334は、第2実施形態の金属層334と同じである。
90% or more of the thickness D of the
第2の非晶質層333Bは、第3層3331と第4層3332とを有する。第3層3331と第4層3332との間に金属層334が配置される。第3層3331、金属層334および第4層3332は、この順に圧力室基板32から積層される。また、第4層3332は、圧力室基板32に接触する。第3層3331は、金属層334と第1電極341との間に配置され、これらに接触する。
The second
前述のように、振動板33Bの厚みDの90%以上が第2の非晶質層333Bと金属層334とを積層した積層であるため、結晶粒界にマイクロクラックが生じることによる振動板33Bのクラックの発生を抑制することができる。よって、振動板33Bの破損が生じ難い。この結果、吐出性能の低下が抑制された信頼性の高い液体噴射ヘッド26を提供することができる。さらに、クラックの発生を経時的に抑制することができるので、液体噴射ヘッド26の寿命の長期化を図ることができる。
As described above, since 90% or more of the thickness D of the
また、金属層334が設けられていることで、金属層334が設けられていない場合に比べ、振動板33Bの靭性を高めることができる。このため、破損し難い振動板33Bを提供することができる。
Further, since the
なお、振動板33Bの厚みDのうちの10%未満は、第2の非晶質層333Bと金属層334とを積層した積層以外の層であってもよい。振動板33Bの厚みDのうちの10%未満は、当該積層でなくても、マイクロクラックを起点とする振動板33Bの破損を抑制する効果が発揮される。
In addition, less than 10% of the thickness D of the
また、前述のように、金属層334は、第3層3331と第4層3332との間に配置される。このため、金属層334が非晶質な層で挟まれていない場合に比べ、金属層334の酸化を抑制することができる。
Further, as described above, the
第3層3331の材料は、Si3N4、SiON、Al2O3、SiC、WC、AlN、BeO、B4CもしくはMgOいずれか、またはこれらの複数の組み合わせである。これらの材料は、例えば酸化ケイ素よりヤング率が高い。このため、これら材料を用いることで、振動周期の短周期化を図り易い。よって、短周期での吐出性能の向上を図ることができる。 The material of the third layer 3331 is either Si 3N 4 , SiON, Al 2 O 3 , SiC, WC, AlN, BeO, B 4 C or MgO, or a combination thereof. These materials have a higher Young's modulus than, for example, silicon oxide. Therefore, by using these materials, it is easy to shorten the vibration cycle. Therefore, it is possible to improve the ejection performance in a short cycle.
第3層3331の材料のヤング率は、特に限定されないが、好ましくは150GPa以上であり、より好ましくは200GPa以上960GPa以下である。当該ヤング率が上記下限値以上であると、高周波数の変位に関して追従し易い。よって、必要な変形量を確保しつつクラックが生じ難い振動板33Bを実現し易い。
The Young's modulus of the material of the third layer 3331 is not particularly limited, but is preferably 150 GPa or more, and more preferably 200 GPa or more and 960 GPa or less. When the Young's modulus is equal to or higher than the above lower limit value, it is easy to follow the displacement at a high frequency. Therefore, it is easy to realize the
また、第3層3331の材料がSiONである場合、酸素と窒素の組成比を調整することで、所望のヤング率の第3層3331を形成することができる。なお、第3層3331は、単層であってもよいし、複数の層を有してもよい。 When the material of the third layer 3331 is SiON, the third layer 3331 having a desired Young's modulus can be formed by adjusting the composition ratio of oxygen and nitrogen. The third layer 3331 may be a single layer or may have a plurality of layers.
第4層3332の材料は、酸化ケイ素である。よって、振動板33Bは酸化ケイ素を含む層を有する。酸化ケイ素を用いることで、熱酸化、スパッタリングおよびCVD等で最も容易に所定の厚みを有する第4層3332を形成することができる。なお、第4層3332は、単層であってもよいし、複数の層を有してもよい。
The material of the
第3層3331の厚みD31は、第4層3332の厚みD32よりも大きい。このため、厚みD31が厚みD32以下である場合に比べ、高周波数の変位に関して追従し易い振動板33Bを実現し易い。よって、高周波駆動に適した液体噴射ヘッド26を提供することができる。なお、厚みD31は、厚みD32未満でもよいし、厚みD32と等しくてもよい。また、金属層334の厚みD4は、厚みD31および厚みD32のそれぞれと等しくても異なっていてもよい。
The thickness D31 of the third layer 3331 is larger than the thickness D32 of the
第3層3331の厚みD31は、特に限定されないが、例えば50nm以上1000nm以下である。第4層3332の厚みD32は、特に限定されないが、例えば50nm以上500nm以下である。
The thickness D31 of the third layer 3331 is not particularly limited, but is, for example, 50 nm or more and 1000 nm or less. The thickness D32 of the
4.第4実施形態
第4実施形態を説明する。なお、以下の各例示において機能が第1実施形態と同様である要素については、第1実施形態の説明で使用した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。
4. Fourth Embodiment The fourth embodiment will be described. In each of the following examples, for the elements having the same functions as those of the first embodiment, the reference numerals used in the description of the first embodiment will be diverted and detailed description of each will be omitted as appropriate.
図9は、第4実施形態における振動板33Cの一部を示す断面図であり、第1実施形態の図5に対応する。本実施形態では、第1実施形態の振動板33の代わりに、振動板33Cが用いられる。以下では、振動板33Cについて、第1実施形態の振動板33と異なる事項を説明し、同様の事項の説明は適宜省略する。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a part of the
振動板33Cの厚みDの90%以上は、第3の非晶質層335とカーボン層336とを積層した積層である。すなわち、振動板33は、主として、第3の非晶質層335とカーボン層336とを積層した積層で構成される。図7に示す例では、振動板33Aは、第3の非晶質層335とカーボン層336とを積層した積層で構成される。カーボン層336は、圧力室基板32に接触する。第3の非晶質層335は、カーボン層336と第1電極341との間に配置され、これらに接触する。
90% or more of the thickness D of the
振動板33Cの厚みDの90%以上が第3の非晶質層335とカーボン層336とを積層した積層である。つまり、従来の酸化ジルコニウムで構成される層の代わりに、カーボン層336を用いている。このため、従来のように酸化ジルコニウムで構成される層の結晶粒界にマイクロクラックが生じることによる振動板33Cのクラックの発生を抑制することができる。よって、振動板33Cの破損が生じ難い。この結果、吐出性能の低下が抑制された信頼性の高い液体噴射ヘッド26を提供することができる。さらに、クラックの発生を経時的に抑制することができるので、液体噴射ヘッド26の寿命の長期化を図ることができる。
90% or more of the thickness D of the
なお、振動板33Cの厚みDのうちの10%未満は、第3の非晶質層335とカーボン層336とを積層した積層以外の層であってもよい。振動板33Cの厚みDのうちの10%未満は、当該積層でなくても、マイクロクラックを起点とする振動板33Cの破損を抑制する効果が発揮される。
In addition, less than 10% of the thickness D of the
また、カーボン層336が設けられていることで、カーボン層336が設けられていない場合に比べ、振動板33Cの靭性を高めることができる。このため、破損し難い振動板33Cを提供することができる。カーボン層336の材料は、ダイヤモンドライクカーボン、グラフェンおよびカーボンナノチューブのいずれかである。
Further, since the
第3の非晶質層335の材料は、Si3N4、SiON、Al2O3、SiC、WC、AlN、BeO、B4CもしくはMgOいずれか、またはこれらの複数の組み合わせである。これらの材料は、例えば酸化ケイ素よりヤング率が高い。このため、これら材料を用いることで、振動周期の短周期化を図り易い。よって、短周期での吐出性能の向上を図ることができる。
The material of the third
第3の非晶質層335の材料のヤング率は、特に限定されないが、好ましくは150GPa以上であり、より好ましくは200GPa以上960GPa以下である。当該ヤング率が上記下限値以上であると、高周波数の変位に関して追従し易い。よって、必要な変形量を確保しつつクラックが生じ難い振動板33Cを実現し易い。
The Young's modulus of the material of the third
また、第3の非晶質層335の材料がSiONである場合、酸素と窒素の組成比を調整することで、所望のヤング率の第3の非晶質層335を形成することができる。
When the material of the third
第3の非晶質層335の厚みD5は、カーボン層336の厚みD6よりも大きくてもよいし、厚みD6と等しくてもよいし、金属層334の厚みD6よりも小さくてもよい。
The thickness D5 of the third
第3の非晶質層335の厚みD5は、特に限定されないが、例えば50nm以上1000nm以下である。カーボン層336の厚みD6は、特に限定されないが、例えば50nm以上1000nm以下である。
The thickness D5 of the third
また、図9に示すように、振動板33Cと第1電極341との間には、酸素バリア膜45が配置される。酸素バリア膜45は、カーボン層336の酸化を防ぐために用いられる。酸化雰囲気で熱処理を行う際、カーボン層336の成分が酸化されて二酸化炭素(CO2)となり気化するおそれがある。このため、酸素バリア膜45を設けることで、カーボン層336の酸化を防ぐことができる。
Further, as shown in FIG. 9, an
酸素バリア膜45の材料は、例えば、Al2O3またはAlTiNが挙げられる。なお、酸素バリア膜45は、例えば、第3の非晶質層335とカーボン層336との間、または圧電体層343に対してZ2方向に配置されてもよい。
Examples of the material of the
5.第5実施形態
第5実施形態を説明する。なお、以下の各例示において機能が第1実施形態と同様である要素については、第1実施形態の説明で使用した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。
5. Fifth Embodiment The fifth embodiment will be described. In each of the following examples, for the elements having the same functions as those of the first embodiment, the reference numerals used in the description of the first embodiment will be diverted and detailed description of each will be omitted as appropriate.
図10は、第5実施形態における振動板33Dの一部を示す断面図であり、第1実施形態の図5に対応する。本実施形態では、第1実施形態の振動板33の代わりに、振動板33Dが用いられる。以下では、振動板33Dについて、第1実施形態の振動板33と異なる事項を説明し、同様の事項の説明は適宜省略する。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a part of the
振動板33Dの厚みDの90%以上は、第3の非晶質層335Dとカーボン層336とを積層した積層である。すなわち、振動板33Dは、主として、第3の非晶質層335Dとカーボン層336とを積層した積層で構成される。図10に示す例では、振動板33Dは、第3の非晶質層335Dとカーボン層336とを積層した積層で構成される。カーボン層336は、第3実施形態のカーボン層336と同じである。
90% or more of the thickness D of the
第3の非晶質層335Dは、第5層3351と第6層3352とを有する。第5層3351と第6層3352の間にカーボン層336が配置される。第5層3351、カーボン層336および第6層3352は、この順に圧力室基板32から積層される。また、第6層3352は、圧力室基板32に接触する。第5層3351は、カーボン層336と第1電極341との間に配置され、これらに接触する。
The third
前述のように、振動板33Dの厚みDの90%以上が第3の非晶質層335Dとカーボン層336とを積層した積層である。このため、結晶粒界にマイクロクラックが生じることによる振動板33Dのクラックの発生を抑制することができる。よって、振動板33Dの破損が生じ難い。この結果、吐出性能の低下が抑制された信頼性の高い液体噴射ヘッド26を提供することができる。さらに、クラックの発生を経時的に抑制することができるので、液体噴射ヘッド26の寿命の長期化を図ることができる。
As described above, 90% or more of the thickness D of the
なお、振動板33Dの厚みDのうちの10%未満は、第3の非晶質層335Dとカーボン層336とを積層した積層以外の層であってもよい。振動板33Dの厚みDのうちの10%未満は、当該積層でなくても、マイクロクラックを起点とする振動板33Dの破損を抑制する効果が発揮される。
In addition, less than 10% of the thickness D of the
また、カーボン層336が設けられていることで、カーボン層336が設けられていない場合に比べ、振動板33Dの靭性を高めることができる。このため、破損し難い振動板33Dを提供することができる。
Further, since the
第5層3351の材料は、Si3N4、SiON、Al2O3、SiC、WC、AlN、BeO、B4CもしくはMgOいずれか、またはこれらの複数の組み合わせである。これらの材料は、例えば酸化ケイ素よりヤング率が高い。このため、これら材料を用いることで、振動周期の短周期化を図り易い。よって、短周期での吐出性能の向上を図ることができる。 The material of the fifth layer 3351 is either Si 3N 4 , SiON, Al 2 O 3 , SiC, WC, AlN, BeO, B 4 C or MgO, or a combination thereof. These materials have a higher Young's modulus than, for example, silicon oxide. Therefore, by using these materials, it is easy to shorten the vibration cycle. Therefore, it is possible to improve the ejection performance in a short cycle.
第5層3351の材料のヤング率は、特に限定されないが、好ましくは150GPa以上であり、より好ましくは200GPa以上960GPa以下である。当該ヤング率が150GPa以上であると、高周波数の変位に関して追従し易い。よって、必要な変形量を確保しつつクラックが生じ難い振動板33Dを実現し易い。
The Young's modulus of the material of the fifth layer 3351 is not particularly limited, but is preferably 150 GPa or more, and more preferably 200 GPa or more and 960 GPa or less. When the Young's modulus is 150 GPa or more, it is easy to follow the displacement at a high frequency. Therefore, it is easy to realize the
また、第5層3351の材料がSiONである場合、酸素と窒素の組成比を調整することで、所望のヤング率の第5層3351を形成することができる。なお、第5層3351は、単層であってもよいし、複数の層を有してもよい。 When the material of the fifth layer 3351 is SiON, the fifth layer 3351 having a desired Young's modulus can be formed by adjusting the composition ratio of oxygen and nitrogen. The fifth layer 3351 may be a single layer or may have a plurality of layers.
第6層3352の材料は、酸化ケイ素である。よって、振動板33Dは酸化ケイ素を含む層を有する。酸化ケイ素を用いることで、熱酸化、スパッタリングおよびCVD等で最も容易に所定の厚みを有する第5層3351を形成することができる。なお、第6層3352は、単層であってもよいし、複数の層を有してもよい。
The material of the
第5層3351の厚みD51は、第6層3352のD52の厚みよりも大きい。このため、厚みD51が厚みD52以下である場合に比べ、高周波数の変位に関して追従し易い振動板33Dを実現し易い。よって、高周波駆動に適した液体噴射ヘッド26を提供することができる。なお、厚みD51は、厚みD52未満でもよいし、厚みD52と等しくてもよい。また、金属層334の厚みD4は、厚みD51および厚みD52のそれぞれと等しくても異なっていてもよい。
The thickness D51 of the fifth layer 3351 is larger than the thickness of D52 of the
第5層3351の厚みD51は、特に限定されないが、例えば50nm以上500nm以下である。第6層3352のD52の厚みは、特に限定されないが、例えば50nm以上500nm以下である。
The thickness D51 of the fifth layer 3351 is not particularly limited, but is, for example, 50 nm or more and 500 nm or less. The thickness of D52 of the
また、図示はしないが、例えば、振動板33Dと第1電極341との間に、第3実施形態の酸素バリア膜45が配置されてもよい。
Further, although not shown, for example, the
2.変形例
以上に例示した実施形態は多様に変形され得る。前述の実施形態に適用され得る具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された2以上の態様は、相互に矛盾しない範囲で適宜に併合され得る。なお、第1実施形態に関する以下の変形例は、矛盾しない範囲で第2~第5実施形態のそれぞれにも適用され得る。
2. 2. Modifications The embodiments illustrated above can be variously modified. Specific embodiments that may be applied to the above-described embodiments are illustrated below. Two or more embodiments arbitrarily selected from the following examples can be appropriately merged to the extent that they do not contradict each other. The following modifications relating to the first embodiment can be applied to each of the second to fifth embodiments within a consistent range.
第1実施形態では、圧電素子34の第1電極341を個別電極として第2電極342を共通電極としたが、第1電極341を共通電極として第2電極342を個別電極としてもよい。また、第1電極341および第2電極342の双方を個別電極としてもよい。
In the first embodiment, the
図11は、変形例の圧電素子34Eを示す図である。図11に示す圧電素子34Eは、概略的には、振動板33から順に、第1電極341Eと圧電体層343と第2電極342Eとを有する。第1電極341Eは、複数の圧電素子34にわたり連続するようにY軸に沿って延在する帯状の共通電極である。第2電極342Eは、圧電素子34毎に相互に離間して形成された個別電極である。また、第2電極342E上には、圧電体層343の水素還元による劣化を防止するための水素バリア膜46が配置される。
FIG. 11 is a diagram showing a modified example
なお、第1実施形態のように、圧電素子34の第2電極342が共通電極であることで、第2電極342が水素バリア膜として機能する。このため、図11に示す水素バリア膜46を省略することができる。
Since the
第1実施形態における振動板33は、第1層331と第2層332とが圧力室基板32から順に積層されるが、第2層332と第1層331とが圧力室基板32から順に積層されてもよい。よって、第2層332が圧力室基板32に接触してもよい。
In the
第1実施形態では、液体噴射ヘッド26を搭載した搬送体242を往復させるシリアル方式の液体噴射装置100を例示したが、複数のノズルNが媒体12の全幅にわたり分布するライン方式の液体噴射装置にも本発明を適用することが可能である。
In the first embodiment, the serial type
第1実施形態で例示した液体噴射装置100は、印刷に専用される機器のほか、ファクシミリ装置やコピー機等の各種の機器に採用され得る。もっとも、本発明の液体噴射装置の用途は印刷に限定されない。例えば、色材の溶液を噴射する液体噴射装置は、液晶表示パネル等の表示装置のカラーフィルターを形成する製造装置として利用される。また、導電材料の溶液を噴射する液体噴射装置は、配線基板の配線や電極を形成する製造装置として利用される。また、生体に関する有機物の溶液を噴射する液体噴射装置は、例えばバイオチップを製造する製造装置として利用される。
The
12…媒体、14…液体容器、20…制御ユニット、22…搬送機構、24…移動機構、26…液体噴射ヘッド、30…流路構造体、31…流路基板、32…圧力室基板、33…振動板、34…圧電素子、35…封止体、36…筐体部、37…第1配線、38…第2配線、41…ノズルプレート、42…吸振体、43…保護膜、44…シード層、45…酸素バリア膜、51…配線基板、100…液体噴射装置、242…搬送体、244…搬送ベルト、312…供給流路、314…連通流路、316…中継液室、320…壁面、330…第1の非晶質層、331…第1層、331x…SiO2層、332…第2層、332x…ZrO2層、333…第2の非晶質層、334…金属層、335…第3の非晶質層、336…カーボン層、341…第1電極、342…第2電極、343…圧電体層、361…供給口、381…第1導電層、382…第2導電層、3331…第3層、3332…第4層、3351…第5層、3352…第6層、C0…クラック、C1…圧力室、D…厚み、D1…厚み、D2…厚み、D3…厚み、D4…厚み、D5…厚み、D6…厚み、G…切欠、La…第1列、Lb…第2列、MC…マイクロクラック、N…ノズル、R…液体貯留室、Ra…空間、Rb…空間、V…振動領域。 12 ... medium, 14 ... liquid container, 20 ... control unit, 22 ... transfer mechanism, 24 ... moving mechanism, 26 ... liquid injection head, 30 ... flow path structure, 31 ... flow path substrate, 32 ... pressure chamber substrate, 33 ... Vibrating plate, 34 ... piezoelectric element, 35 ... encapsulant, 36 ... housing, 37 ... first wiring, 38 ... second wiring, 41 ... nozzle plate, 42 ... vibration absorber, 43 ... protective film, 44 ... Seed layer, 45 ... oxygen barrier film, 51 ... wiring board, 100 ... liquid injection device, 242 ... carrier, 244 ... transport belt, 312 ... supply flow path, 314 ... communication flow path, 316 ... relay liquid chamber, 320 ... Wall surface, 330 ... 1st amorphous layer, 331 ... 1st layer, 331x ... SiO2 layer, 332 ... 2nd layer, 332x ... ZrO 2 layer, 333 ... 2nd amorphous layer, 334 ... Metal layer, 335 ... third amorphous layer, 336 ... carbon layer, 341 ... first electrode, 342 ... second electrode, 343 ... piezoelectric layer, 361 ... supply port, 381 ... first conductive layer, 382 ... second conductive Layer, 3331 ... 3rd layer, 3332 ... 4th layer, 3351 ... 5th layer, 3352 ... 6th layer, C0 ... crack, C1 ... pressure chamber, D ... thickness, D1 ... thickness, D2 ... thickness, D3 ... thickness , D4 ... Thickness, D5 ... Thickness, D6 ... Thickness, G ... Notch, La ... 1st row, Lb ... 2nd row, MC ... Microcrack, N ... Nozzle, R ... Liquid storage chamber, Ra ... Space, Rb ... Space, V ... Vibration area.
Claims (12)
前記ノズルに連通する圧力室を形成する壁面を有する圧力室基板と、
前記圧力室基板に対して前記ノズルプレートの反対に配置される振動板と、
前記振動板から順に、第1電極、圧電体層および第2電極を有する圧電素子と、
前記振動板および前記壁面の一部に接触する保護膜と、を有し、
前記振動板の厚さの90%は、第1層と第2層とを積層した第1の非晶質層、
または、第2の非晶質層と金属層とを積層した積層、
または、第3の非晶質層とダイヤモンドライクカーボン、グラフェンおよびカーボンナノチューブのいずれかを含むカーボン層とを積層した積層、
であることを特徴とする液体噴射ヘッド。 A nozzle plate with a nozzle that injects liquid,
A pressure chamber substrate having a wall surface forming a pressure chamber communicating with the nozzle,
A diaphragm arranged opposite to the nozzle plate with respect to the pressure chamber substrate,
In order from the diaphragm, a piezoelectric element having a first electrode, a piezoelectric layer, and a second electrode,
It has a diaphragm and a protective film that comes into contact with a part of the wall surface.
90% of the thickness of the diaphragm is a first amorphous layer in which a first layer and a second layer are laminated.
Alternatively, a laminate in which a second amorphous layer and a metal layer are laminated,
Alternatively, a laminate in which a third amorphous layer and a carbon layer containing any of diamond-like carbon, graphene and carbon nanotubes are laminated.
A liquid injection head characterized by being.
前記金属層は、前記第3層と前記第4層との間に配置されることを特徴とする、請求項1から8のいずれか1項に記載の液体噴射ヘッド。 The second amorphous layer has a third layer and a fourth layer, and has a third layer and a fourth layer.
The liquid injection head according to any one of claims 1 to 8, wherein the metal layer is arranged between the third layer and the fourth layer.
前記第3層の材料のヤング率は、150GPa以上であり、
前記第3層の厚みは、前記第4層の厚みよりも大きいことを特徴とする、請求項9に記載の液体噴射ヘッド。 The material of the fourth layer is silicon oxide.
The Young's modulus of the material of the third layer is 150 GPa or more, and the Young's modulus is 150 GPa or more.
The liquid injection head according to claim 9, wherein the thickness of the third layer is larger than the thickness of the fourth layer.
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