JP3666506B2 - Method for manufacturing ink jet recording apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、インクジェット記録装置の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing an ink jet recording apparatus.
近年、パソコンなどの印刷装置としてインクジェット記録装置を用いたプリンタが印字性能がよく取り扱いが簡単、低コストなどの理由から広く普及している。このインクジェット記録装置には、熱エネルギーによってインク中に気泡を発生させ、その気泡による圧力波によりインク滴を吐出させるもの、静電力によりインク滴を吸引吐出させるもの、圧電素子のような振動子による圧力波を利用したもの等、種々の方式がある。 In recent years, printers using an inkjet recording apparatus as a printing apparatus such as a personal computer are widely used for reasons such as good printing performance, easy handling, and low cost. In this ink jet recording apparatus, bubbles are generated in ink by heat energy, ink droplets are ejected by pressure waves caused by the bubbles, ink droplets are sucked and discharged by electrostatic force, and a vibrator such as a piezoelectric element is used. There are various methods such as those using pressure waves.
一般に、圧電素子を用いたものは、例えば、インク吐出口に連通したインク供給室と、そのインク供給室に連通した圧力室と、その圧力室に設けられ、圧電素子が接合された振動板等により構成されている。従来、インクの吐出方向と圧電素子の振動方向は同方向である。このような構成において、圧電素子に所定の電圧を印加すると、圧電素子が伸縮することによって、圧電素子と振動板が太鼓状の振動を起こして圧力室内のインクが圧縮され、それによりインク吐出口からインク液滴が吐出する。現在カラーのインクジェト記録装置が普及してきたが、その印字性能の向上、特に高解像度化および高速印字が求められている。そのためインクヘッドの微細化しマルチノズルヘッド構造を用いて高解像度および高速印字を実現する事が試みられている。インクヘッドの微細化には、インクを供給するための圧電素子の小型化が強く求められている。圧電素子の小型化のためには圧電体の厚みを薄くして、振動板を利用してたわみ振動を発生させインクを吐出させる方法が構成上可能である。しかし、電圧に対する圧電体自身の変位量は非常に小さく、そのため圧電素子を小型化すると圧電性の低下から十分な応力や振動が発生せずインクを吐出することができない。そこで、小型、マルチノズルヘッドを有した高解像度、高速プリンタを実現するためには薄い膜厚においても十分な圧電性を有する圧電薄膜材料を開発し、その製造方法を確立することが必要がある。 Generally, those using piezoelectric elements include, for example, an ink supply chamber that communicates with an ink discharge port, a pressure chamber that communicates with the ink supply chamber, a diaphragm provided in the pressure chamber, and a piezoelectric element joined thereto, etc. It is comprised by. Conventionally, the ink ejection direction and the vibration direction of the piezoelectric element are the same. In such a configuration, when a predetermined voltage is applied to the piezoelectric element, the piezoelectric element expands and contracts, causing the piezoelectric element and the diaphragm to vibrate in a drum shape, thereby compressing the ink in the pressure chamber, and thereby the ink discharge port. Ink droplets are ejected from. Currently, color ink jet recording apparatuses have become widespread, but improvement in printing performance, in particular, higher resolution and higher speed printing are required. For this reason, attempts have been made to realize high resolution and high-speed printing by miniaturizing the ink head and using a multi-nozzle head structure. For miniaturization of the ink head, miniaturization of a piezoelectric element for supplying ink is strongly demanded. In order to reduce the size of the piezoelectric element, it is possible to construct a method in which the thickness of the piezoelectric body is reduced, and flexural vibration is generated using a vibration plate to eject ink. However, the amount of displacement of the piezoelectric body itself with respect to the voltage is very small. Therefore, when the piezoelectric element is downsized, sufficient stress and vibration are not generated due to the decrease in piezoelectricity, and ink cannot be ejected. Therefore, in order to realize a high-resolution, high-speed printer having a small size, multi-nozzle head, it is necessary to develop a piezoelectric thin film material having sufficient piezoelectricity even in a thin film thickness and to establish a manufacturing method thereof. .
しかしながら、上述のように厚みの薄い圧電体を用いて、十分なインクの吐出に必要な特性を有する小型の圧電素子およびインクヘッドをこれまで実現することができなかった。特に、従来から用いてきた焼結体の圧電材料では、素子を切削等の機械的な加工により小型化してきたが、機械的加工では小型化に限界がある上、圧電特性の劣化を招き、小型化と高解像度を両立させる事は困難であった。 However, it has not been possible to realize a small piezoelectric element and ink head having characteristics necessary for sufficient ink ejection by using a thin piezoelectric body as described above. In particular, in the piezoelectric material of the sintered body that has been used conventionally, the element has been miniaturized by mechanical processing such as cutting, but there is a limit to miniaturization in mechanical processing, leading to deterioration of piezoelectric characteristics, It was difficult to achieve both miniaturization and high resolution.
本発明は、従来のこのようなインクジェット記録装置における圧電素子の課題を解決するもので、圧電素子を構成する圧電体や振動板等を薄膜化することで半導体プロセスで一般に用いられている微細加工が可能な形状とし、更に膜厚が薄くても大きな圧電特性を有する薄膜材料を開発し、ノズルの構造が2000dpiの多素子化を実現するその製造方法を提供する事を目的とするものである。 The present invention solves the problem of the piezoelectric element in such a conventional ink jet recording apparatus, and fine processing generally used in a semiconductor process by thinning a piezoelectric body or a diaphragm constituting the piezoelectric element. The object is to develop a thin film material having a large piezoelectric characteristic even when the film thickness is thin, and to provide a manufacturing method for realizing a multi-element nozzle structure of 2000 dpi. .
前記目的を達成するため、本発明にかかるインクジェット記録装置の製造方法は、MgO基板上に電極を形成し、その電極上に鉛を含有した酸化物誘電体である鉛系誘電体層を形成する。その鉛系誘電体層上に更に電極を形成し鉛系誘電体層の厚み方向に電圧を印加でいる構成とする。更にその電極上に金属、酸化物、もしくは高分子有機物からなる材料を振動板としてスパッタリング、真空蒸着、メッキもしくはスピンコート法により形成する。次に、前記MgO基板の全て、もしくは一部をエッチング除去、および振動板の上にインク液体を収容するための圧力室を樹脂もしくはガラスにより形成し、前記圧力室に圧力を印加するための圧力印加手段を作製することにより多素子化を実現したインクジェット記録装置の製造方法である。 In order to achieve the above object, an ink jet recording apparatus manufacturing method according to the present invention forms an electrode on an MgO substrate, and forms a lead-based dielectric layer that is an oxide dielectric containing lead on the electrode. . An electrode is further formed on the lead-based dielectric layer, and a voltage is applied in the thickness direction of the lead-based dielectric layer. Further, a material made of a metal, an oxide, or a polymer organic material is formed on the electrode as a vibration plate by sputtering, vacuum deposition, plating, or spin coating. Next, all or a part of the MgO substrate is removed by etching, and a pressure chamber for containing ink liquid is formed on the vibration plate with resin or glass, and pressure for applying pressure to the pressure chamber is formed. This is a method of manufacturing an ink jet recording apparatus that realizes multi-elements by producing an applying means.
更に、MgO基板上に形成する電極として白金もしくはルテニウム酸化物を用い、鉛系誘電体としては膜厚20μm以下のPZT系強誘電体をスパッタ法により形成し、かつZr/Ti比が30/70から70/30の範囲内の薄膜、もしくはPZT系強誘電体にニオブおよび錫を添加した反強誘電性の薄膜であり、また振動板としてはニッケル、アルミニウム、アルミナ、酸化シリコン、またはポリイミド系樹脂を用い、更にMgO基板のエッチング溶液として燐酸を用いた製造方法が好ましい。 Further, platinum or ruthenium oxide is used as an electrode formed on the MgO substrate, a PZT ferroelectric having a film thickness of 20 μm or less is formed as a lead dielectric by sputtering, and a Zr / Ti ratio is 30/70. To 70/30 or an antiferroelectric thin film in which niobium and tin are added to a PZT ferroelectric, and the diaphragm is nickel, aluminum, alumina, silicon oxide, or polyimide resin Further, a manufacturing method using phosphoric acid as an etching solution for the MgO substrate is preferable.
更に本発明にかかるインクジェット記録装置の製造方法として、シリコン、またはガラス基板上に電極を形成し、その電極上に鉛系誘電体から成る層を形成する。その鉛系誘電体層上に更に電極を形成し、その電極上に金属、酸化物、もしくは高分子有機物からなる材料を振動板としてスパッタリング、真空蒸着、メッキ、もしくはスピンコーティングにより形成する。次に、振動板の上にインク液体を収容するための圧力室を樹脂もしくはガラスにより形成、および前記シリコンもしくはガラス基板のすべて、もしくは一部を弗酸系溶液、もしくは水酸化カリウム溶液を用いてエッチングを行い除去することにより前記圧力室に圧力を印加するための圧力印加手段を作製することを特徴とするインクジェット記録装置の製造方法である。 Further, as a method of manufacturing the ink jet recording apparatus according to the present invention, an electrode is formed on a silicon or glass substrate, and a layer made of a lead-based dielectric is formed on the electrode. An electrode is further formed on the lead-based dielectric layer, and a material made of a metal, an oxide, or a polymer organic material is formed on the electrode as a vibration plate by sputtering, vacuum deposition, plating, or spin coating. Next, a pressure chamber for containing the ink liquid is formed on the vibration plate with resin or glass, and all or part of the silicon or glass substrate is formed with a hydrofluoric acid solution or a potassium hydroxide solution. A method of manufacturing an ink jet recording apparatus, comprising: producing pressure applying means for applying pressure to the pressure chamber by etching and removing.
また、本発明にかかるインクジェット記録装置の製造方法として、シリコン、またはガラス基板上に金属、酸化物、窒化物もしくは高分子有機物からなる材料を振動板として形成し、その上に電極を形成し、更にその電極上に鉛系誘電体を形成し、その鉛系誘電体層上に更に電極を形成する。更に前記シリコン、またはガラス基板の一部を弗酸系溶液、もしくは水酸化カリウム溶液を用いてエッチングを行い、前記シリコン、またはガラス基板を用いてインク液体を収容するための圧力室を形成することを特徴とするインクジェット記録装置の製造方法である。 In addition, as a method for manufacturing the ink jet recording apparatus according to the present invention, a material made of metal, oxide, nitride, or polymer organic substance is formed on a silicon or glass substrate as a diaphragm, and an electrode is formed thereon, Further, a lead-based dielectric is formed on the electrode, and an electrode is further formed on the lead-based dielectric layer. Further, a part of the silicon or glass substrate is etched using a hydrofluoric acid solution or a potassium hydroxide solution to form a pressure chamber for containing an ink liquid using the silicon or glass substrate. This is a method for manufacturing an ink jet recording apparatus.
更にシリコン、またはガラス基板上に形成する電極として白金もしくはルテニウム酸化物を用い、鉛系誘電体としては膜厚20μm以下のPZT系強誘電体をスパッタ法により形成し、かつZr/Ti比が30/70から70/30の範囲内のもの、もしくはPZT系強誘電体にニオブおよび錫を添加した反強誘電性の薄膜である製造方法が好ましい。 Furthermore, platinum or ruthenium oxide is used as an electrode formed on silicon or a glass substrate, a PZT ferroelectric having a film thickness of 20 μm or less is formed by sputtering as a lead dielectric, and the Zr / Ti ratio is 30. The production method is preferably an antiferroelectric thin film having a thickness in the range of / 70 to 70/30, or a PZT ferroelectric material with niobium and tin added.
以上説明したように本発明は、インクジェット記録装置の解像度を向上させるため、薄膜形成プロセスを用いてPZT等の鉛系誘電体層を高い圧電特性を維持したまま薄膜化し、それらを微細加工することにより低電圧でインク吐出能力の良いインクジェット記録装置用圧電素子を形成することができる。 As described above, in order to improve the resolution of the ink jet recording apparatus, the present invention uses a thin film formation process to reduce the thickness of a lead-based dielectric layer such as PZT while maintaining high piezoelectric characteristics, and finely process them. Accordingly, it is possible to form a piezoelectric element for an ink jet recording apparatus having a low voltage and good ink discharge capability.
以下に、本発明の実施の形態について図面をもちいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
図1(a)は、本発明にかかる第1の実施の形態のインクジェット記録装置におけるノズルヘッドを横から見た断面図、(b)はその概観図である。
(First embodiment)
FIG. 1A is a cross-sectional view of a nozzle head as viewed from the side in the ink jet recording apparatus according to the first embodiment of the present invention, and FIG.
図1において、本実施の形態のノズルヘッドは、インクを収容する圧力室1、インクを吐出する吐出口2、その吐出口2に連通し圧力室1に圧力を印加するための圧電素子3、及びその圧電素子3で振動する振動板4から構成されている。尚、図1は断面図であり、圧力室1は隔壁により分離された複数個が、この断面と垂直方向に並んだ構成になっており、吐出口2、圧電素子3も圧力室1と同数が同様に並んでいる。
In FIG. 1, a nozzle head according to the present embodiment includes a pressure chamber 1 that contains ink, a
圧力室1は、感光性有機高分子材料、感光性ガラスおよびシリコンなどにより構成されている。圧力室1の上部は振動板4により形成されている。振動板4はSiO2層により構成されている。振動板4の上には圧電素子3が形成され、この圧電素子3には、図示していないが上下に電極が配されている。
The pressure chamber 1 is composed of a photosensitive organic polymer material, photosensitive glass, silicon, and the like. The upper part of the pressure chamber 1 is formed by a
ここで、本実施の形態では、圧電素子3を形成する圧電体として鉛を含有したペロブスカイト型誘電体薄膜がその優れた圧電性から効果的であり、膜厚が20μm以下の厚みにおいても十分な圧電特性を有していた。また圧電体の厚みを20μm以下とする事により、圧電体を薄膜プロセスにより形成できる事に加え、また微細加工も行えることから圧電素子3の大きさも約10μm程度の幅でも加工できた。そのため図1(b)の様にノズルを約10μmの幅で1列に配置することが可能で、印字解像度を向上し、更に印字速度を向上させることができる。
Here, in the present embodiment, a perovskite type dielectric thin film containing lead is effective as a piezoelectric body forming the
図2は圧電素子3の構成を詳しく示した図である。圧力室1に面する振動板4として、振動部分の厚みが2μmのSiO2層、圧電体5としてPb(Zr0.5Ti0.5)O3の組成式で示される厚み3μmのPZT薄膜を用いた。圧電体5の上下には厚み0.1μmの白金から成る電極6および7が形成されている。圧電体5の厚みは薄いほど微細加工が容易となり、また駆動電圧も低くすることが可能で、シリコンの振動板4の厚みも2μmとたわみやすい厚みとしたことで50V以下の電圧においても良好なたわみ振動を発生させることができた。また、PZT薄膜の微細加工では弗酸や硝酸など強酸性の溶液を用いて行うが、電極6または7として白金もしくは金を用いることにより電極材料が腐食することを防止し、素子化を安定に行うことができた。この振動板4の材料としては、SiO2のほかにニッケル、クロム、アルミニウムなどの金属を蒸着、もしくはメッキにより形成したものでも振動中に亀裂が生じるなどの劣化はなく、インクを吐出するのに十分な振動を発生することができた。振動板4の材料としてこれらの金属の酸化物でも同様の振動特性を得ることができた。振動板4としてはポリイミドなどの有機高分子材料でも同様の振動効果を得ることが可能で、感光性ポリイミドを用いることにより素子化を容易に進めることができた。
FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the
圧電体5の材料として、鉛、チタン、ジルコニウムから構成された酸化物であるペロブスカイト型PZT薄膜材料を用いることにより、低電圧でも良好な振動を発生させることができた。またこのPZT薄膜の組成は、Pb(Zr0.53Ti0.47)O3の場合に最大の圧電性を示すとされているが、この組成の薄膜を直接基板上に形成することは容易ではない。そのため第1層としてZrの含有していないPbTiO3やPbTiO3にランタンを添加したPLTを形成し、第2層としてPb(Zr0.53Ti0.47)O3の組成の2層構造とした場合、高品質圧電薄膜を形成しやすく、更に良好な圧電特性を得ることができた。図3に多層構造圧電体の断面構造を示す。第1層として膜厚0.1μmのPbTiO3層8、第2層として膜厚2.9μmのPb(Zr0.53Ti0.47)O3の組成を有するPZT層9とした。この2層構造の圧電体5を用いることにより、低電圧においても十分なインク吐出能力を有するインクジェット記録装置を作ることができた。また、この様な多層構造とせずに、PbTiO3からPb(Zr0.5Ti0.5)O3付近の組成へと連続に組成傾斜をしている層から成る圧電体5でも同様の効果が得られた。
By using a perovskite PZT thin film material, which is an oxide composed of lead, titanium, and zirconium, as the material of the
(第2の実施の形態)
図4は、本発明の第2の実施の形態における圧電素子及び圧力室の製造方法を説明する図である。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a diagram for explaining a method of manufacturing a piezoelectric element and a pressure chamber according to the second embodiment of the present invention.
図4において、まず、MgO基板10の(100)面上に個別電極11となるPt層を形成し、その個別電極11の上に圧電材料として鉛系誘電体層12をrfスパッタリングにより形成した。この鉛系誘電体層12としては、膜厚3μmのPZT系のc軸方向に配向した単結晶層であればよい圧電性を得ることができた。鉛系誘電体層12の形成法としてrfスパッタ法を用いることにより、(100)MgO基板10上にc軸方向に配向した結晶性の良いPZT薄膜を形成することができた。またMgO基板10の表面にはPtの個別電極11があるが、その表面に直接PZTを堆積させず第1層としてZrの含有していないPbTiO3層を厚み約0.01μmと非常に薄く形成しておくことで、単結晶のPZT薄膜が形成することが可能となった。鉛系誘電体層12の形成方法としてrfスパッタ法の他、MOCVDもしくはゾルゲル溶液を用いたスピンコート法においても良好な結晶性を有する圧電性薄膜を形成することができた。次にその鉛系誘電体層12の上に共通電極13となるPt層を形成する。その共通電極13の上にSiO2からなる材料で振動板4をスパッタリング法により形成した。この振動板4は個別電極11と対応する鉛系強誘電体層12が振動し、この振動が振動板4により増幅される。この個別電極11の下の振動板の厚みが2μmの時、良好な振動特性が得られた。次に振動板4の上に圧力室1の構造体を感光性樹脂14などにより形成し、最後にMgO基板10を酸性溶液でエッチング除去する。個別電極11は鉛系誘電体層12の形成前、もしくはMgO基板10をエッチング除去した後にパターンニングする。鉛系誘電体層12は、共通電極13を形成する前にパターンニングする。もしくは共通電極13を形成し、MgO基板10をエッチング後に、各圧力室1に対応した分割された形状となるように強酸性溶液を用いてパターンニングした。本発明におけるインクヘッド形成法を図5に示す。(a)は個別電極11をはじめに電極パターンを形成する方法で、(b)は工程の終盤でMgO基板10をエッチング除去した後個別電極11のパターン形成を行う方法である。
In FIG. 4, first, a Pt layer to be the
本実施の形態に示した製造方法によれば圧電特性の良い薄膜材料を形成することができ、更に半導体の微細加工技術を応用し多素子化が可能となる。図6に上記の方法で製作したインクジェット記録装置のノズルヘッドを正面から見た図を示す。作製したヘッドは、ノズルが2000dpiの密度で形成されたヘッドである。 According to the manufacturing method shown in this embodiment mode, a thin film material having good piezoelectric characteristics can be formed, and further, a multi-element can be formed by applying a semiconductor microfabrication technique. FIG. 6 shows a front view of the nozzle head of the ink jet recording apparatus manufactured by the above method. The produced head is a head in which nozzles are formed at a density of 2000 dpi.
この構成のインクジェット記録装置の製造において、MgO基板10上の個別電極11として白金もしくはルテニウム酸化物を用いることにより、ペロブスカイト構造を有する鉛系誘電体層12を結晶性よく形成することができた。結晶性を改善することにより圧電特性を向上させることができ、多素子化した場合でもインク吐出能力の素子間のばらつきを少なくすることができた。また圧電材料として用いる鉛系誘電体層12としては、Zr/Ti比が30/70〜70/30の範囲内にあるPZT層であれば、更に良好な圧電特性を有しいた。Zr/Ti比が50/50のPZT薄膜を鉛系誘電体層12とし、各圧力室1に対応して幅10μm、長さ1mmの大きさにパターンニングしたものに対して、印加電圧と振動板4の最大たわみ量の関係を図7に示す。図より印加電圧を増加すると振動板がたわみ30Vの電圧に対して約2μmの変位を発生させることができた。この良好な圧電特性を利用して、インク吐出能力の高いインクジェット記録装置とすることができた。このほか、鉛系誘電体層12として Pb0.99Nb0.02[(Zr0.6Sn0.4)1-yTiy]0.98O3 (0.060≦y≦0.065)の組成を有する反強誘電体の薄膜を用いた場合について、印加電圧と振動板4の最大変位との関係を図8に示す。この場合、15Vの電圧で、反強誘電体から強誘電体への相転移が起こるため不連続な変位特性を示し、20Vで約0.8μmの変位が発生した。このことは、ある電圧以上を印加した場合ほぼ一定の変位を発生させることができ、インク吐出量のばらつきを少なくする事ができた。更にPb0.99Nb0.02[(Zr0.6Sn0.4)1-yTiy]0.98O3 (0.060≦y≦0.065)の組成を有する反強誘電体薄膜では、多結晶質の薄膜でも安定なインク吐出能力を有する圧電素子とすることができた。
In the manufacture of the ink jet recording apparatus having this configuration, the lead-based
更に振動板4はスパッタ法などの薄膜プロセスを用いることにより微細加工が容易となる。その材料として、酸化シリコンSiO2の他、ニッケル、アルミニウムなどの金属もスパッタ法、真空蒸着およびメッキ法により容易に形成することができ、SiO2と同様良好な振動特性を得ることができた。またアルミナでもSiO2と同様の効果を得ることができ、スパッタリング法により容易に形成できた。この他、ポリイミド系の樹脂はスピンコート法により容易に形成でき、またその微細加工も容易であり、インクジェット記録装置の振動板として適した材料であった。スパッタリングなどの薄膜プロセスによって得られた鉛系誘電体層12は、MgO基板10上に形成するが、最終的に酸性溶液により除去する。この酸性溶液として燐酸溶液を用いることでMgOを安定に溶解することができ、かつ圧電体にダメージを与えることなくインクジェット記録装置を作製することができた。
Further, the
(第3の実施の形態)
図9は、本発明の第3の実施の形態における圧電素子及び圧力室の製造方法を説明する図である。
(Third embodiment)
FIG. 9 is a diagram for explaining a method of manufacturing a piezoelectric element and a pressure chamber according to the third embodiment of the present invention.
図9において、まず、シリコン基板15上に個別電極11となるPt層を形成し、その個別電極11の上に圧電材料として鉛系誘電体層12をスパッタ法により形成した。この鉛系誘電体層12としては、厚みが3μmのPZT系の多結晶層であればよい圧電性を得ることができた。鉛系誘電体層12の形成法としてMOCVDもしくはゾルゲル溶液を用いたスピンコートにおいても良好な結晶性を有する圧電性薄膜を形成することができた。次にその鉛系誘電体層12の上に共通電極13となるPt層を形成する。その共通電極13の上にSiO2からなる材料で振動板4をスパッタ法により形成した。次に振動板4の上に圧力室1の構造体を感光性樹脂14により形成し、最後にシリコン基板15を弗酸系溶液、もしくは水酸化カリウム溶液でエッチング除去する。圧力室1は感光性ガラスもしくは感光性樹脂などにより分割形成され多素子化している。個別電極11は鉛系誘電体層12の形成前、もしくはシリコン基板15をエッチングした後にパターンニングする。また鉛系誘電体層12は、共通電極13を形成する前にパターンニングする。もしくはシリコン基板15をエッチング除去した後に、各圧力室1に分割した形状となるようにパターンニングした。本実施例の製造方法の一例を図10に示す。本実施の形態に示した製造方法によればMgO基板6より安価に、かつ大きな面積を有した単結晶基板が入手しやすいシリコン基板15を用いることができ、インクジェット用圧電素子を一度に多数形成することが可能で、更に圧電特性の良い薄膜材料を形成することができる。またこれまで確立されてきたシリコンの微細加工技術を応用し非常に高精度な微細加工から作り出される多素子化も容易となる。上記の方法で製作したインクジェトのヘッドは、図6と同様の構成が可能でノズルが2000dpiの密度まで形成できた。
In FIG. 9, first, a Pt layer to be the
この構成のインクジェット記録装置の製造において、シリコン基板15を用いる他、ガラス基板を用いても同様の多素子構成のインクジェット記録装置が作製できた。この場合弗酸系の溶液を用いてガラス基板をエッチングする事により、図5と同様の構成を有する多素子化したインクジェット記録装置を形成することができた。
In the manufacture of the ink jet recording apparatus having this configuration, an ink jet recording apparatus having the same multi-element configuration could be manufactured using a glass substrate in addition to using the
上の個別電極11として白金以外に、ルテニウム酸化物を用いることにより、ペロブスカイト構造を有する鉛系誘電体層12を結晶性よく形成することができた。このため圧電体として良好な特性を有することができ、多素子化した場合でもインク吐出能力の素子間のばらつきの少ないインクジェット記録装置が作成できた。また圧電材料として用いる鉛系誘電体層12としては、Zr/Ti比が30/70〜70/30の範囲内にあるPZT層であれば、更に良好な圧電特性を有し、インク吐出能力の高いインクジェット記録装置とすることができた。また、鉛系誘電体層12として Pb0.99Nb0.02[(Zr0.6Sn0.4)1-yTiy]0.98O3 (0.060≦y≦ 0.065)の組成を有する反強誘電体の薄膜を用いた場合、電圧印加に対して安定した応答が得ることができ、インク吐出量のばらつきを少なくする事ができた。
By using ruthenium oxide in addition to platinum as the
更に振動板4の材料として、酸化シリコンSiO2の他、ニッケル、アルミニウムなどの金属もスパッタリング、真空蒸着およびメッキ法により容易に形成することができ、SiO2と同様良好な振動特性を得ることができた。またアルミナ等の酸化物でもSiO2と同様の効果を得ることができ、スパッタリング法により容易に形成できた。この他、ポリイミド系の樹脂などの高分子有機物はスピンコート法により容易に形成でき、またその加工も容易であり、インクジェット記録装置の振動板として適した材料であった。
As a further material of the vibrating
(第4の実施の形態)
図11は、本発明の第4の実施の形態における圧電素子及び圧力室の製造方法を説明する図である。
(Fourth embodiment)
FIG. 11 is a diagram for explaining a method of manufacturing a piezoelectric element and a pressure chamber according to the fourth embodiment of the present invention.
図11において、まず、シリコン基板15上に膜厚2μmのSiO2からなる振動板4をスパッタ法を用いて形成する。更にその上に共通電極13となるPt層を形成する。個別電極13の上に圧電材料として鉛系誘電体層12をrfスパッタ法により形成した。この鉛系誘電体層12としては、厚みが3μmのPZT系の多結晶層であればよい圧電特性を得ることができた。鉛系誘電体層12の形成法としてMOCVDもしくはゾルゲル溶液を用いたスピンコートにおいても良好な結晶性を有する圧電性薄膜を形成することができた。次にその鉛系誘電体層12の上に個別電極11となるPt層を形成する。この個別電極11はイオンエッチングによって微細加工し、各圧力室1に対応した箇所に分離した形状となるようにした。なお、振動板4が絶縁物である場合、個別電極11を振動板4上に形成し、共通電極13を鉛系誘電体層4上に形成しても良い。次にシリコン基板15を弗酸系溶液、もしくは水酸化カリウム溶液で部分的にエッチング除去し、シリコン基板15の一部を圧力室1の構造部材として用いた。鉛系誘電体層12は、共通電極13を形成する前に、各圧力室1に対応し分割された形状となるようにパターンニングした。本実施の形態に示した製造方法の一例を図12に示す。この方法では圧力室1の形成を圧電素子を形成する基板の一部を用いて作製するため、工程が簡略化でき、かつシリコンの微細加工技術を用いることにより微細な素子化も可能になる。上記の方法で製作したインクジェトのヘッドは、図6と同様の構成が可能でノズルが2000dpiの密度まで形成できた。
In FIG. 11, first, a
この構成のインクジェット記録装置の製造において、シリコン基板15を用いる他、更に安価なガラス基板を用いても同様の多素子構成のインクジェット記録装置が作製できた。この場合弗酸系の溶液を用いてガラス基板13をエッチングする事により、図6と同様の構成を有する多素子化したインクジェット記録装置を形成することができた。
In the production of the ink jet recording apparatus having this configuration, an ink jet recording apparatus having the same multi-element configuration could be manufactured by using a
上の個別電極11として白金以外に、ルテニウム酸化物を用いることにより、ペロブスカイト構造を有する鉛系誘電体層12を結晶性よく形成することができた。このため圧電体として良好な特性を有することができ、多素子化した場合でもインク吐出能力の素子間のばらつきの少ないインクジェット記録装置が作成できた。また圧電材料として用いる鉛系誘電体層12としては、Zr/Ti比が30/70〜70/30の範囲内にあるPZT層であれば、更に良好な圧電特性を有し、インク吐出能力の高いインクジェット記録装置とすることができた。また、鉛系誘電体層12として Pb0.99Nb0.02[(Zr0.6Sn0.4)1-yTiy]0.98O3 (0.060≦y≦ 0.065)の組成を有する反強誘電体の薄膜を用いた場合、電圧印加に対して安定した応答が得ることができ、インク吐出量のばらつきを少なくする事ができた。また Pb0.99Nb0.02[(Zr0.6Sn0.4)1-yTiy]0.98O3 (0.060≦y≦0.065)の組成を有する反強誘電体薄膜では、多結晶質の薄膜でも安定なインク吐出能力を有する圧電素子とすることができた。
By using ruthenium oxide in addition to platinum as the
更に振動板4の材料として、酸化シリコンSiO2の他、ニッケル、アルミニウムなどの金属もスパッタリング、真空蒸着およびメッキ法により容易に形成することができ、SiO2と同様良好な振動特性を得ることができた。またアルミナでもSiO2と同様の効果を得ることができ、スパッタリング法により容易に形成できた。この他、ポリイミド系の樹脂はスピンコート法により容易に形成でき、またその加工も容易であり、インクジェット記録装置の振動板として適した材料であった。
As a further material of the vibrating
本発明は、インクジェット記録装置に有用である。 The present invention is useful for an ink jet recording apparatus.
1 圧力室
2 吐出口
3 圧電素子
4 振動板
5 鉛系誘電体層
6 共通電極
7 個別電極
8 PbTiO3
9 PZT
10 MgO基板
11 個別電極
12 鉛系誘電体層
13 共通電極
14 感光性樹脂
15 シリコン基板
1
9 PZT
10
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