JP4321618B2 - 液体噴射ヘッド及びその製造方法 - Google Patents
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Description
かかる態様では、チタン酸ジルコン酸鉛からなり(100)面に優先配向している菱面体晶系構造又は単斜晶系構造の圧電体層が33%≦2Pr/2Pm≦46%を満たすので、実使用時の圧電素子の変位量の変動が確実に抑えられ、安定したインク吐出特性を有する液体噴射ヘッドを提供することができる。
かかる態様では、チタン酸ジルコン酸鉛からなり(100)面に優先配向している菱面体晶系構造又は単斜晶系構造の圧電体層を、33%≦2Pr/2Pm≦46%となるようにエージング工程を行うことにより、実使用時の圧電素子の変位量の変動が確実に抑えられ安定したインク吐出特性を有する液体噴射ヘッドを製造することができる。
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッド1の概略構成を示す分解斜視図であり、図2(a)は、インクジェット式記録ヘッド1の要部平面図であり、図2(b)は、図2(a)のA−A′断面図である。
図7は、本発明の実施形態2に係る製造方法によって製造される液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの断面図である。図7に示すように、本実施形態に係るインクジェット式記録ヘッド1Aは、実施形態1のインクジェット式記録ヘッド1に、圧電素子300を覆うように耐湿性を有する絶縁材料からなる保護膜200を設けたものであり、圧電体層70は実施形態1と同様に、33%≦2Pr/2Pm≦46%を満たすものである。なお、図2(b)と同じ部材には同じ符号を付してあり、また、実施形態1と重複する説明は省略する。
実施形態2に基づき、インクジェット式記録ヘッドを8個作製した。具体的には、弾性膜(SiO2)の厚さを2μm、絶縁体膜(ZrO2)の厚さを0.4μmとし、イリジウムからなり厚さ0.2μmの下電極膜、チタン酸ジルコン酸鉛からなり厚さ1.2μmの圧電体層、及び白金からなり厚さ0.05μmの上電極膜を有する圧電素子を具備し、圧力発生室の長手方向の幅を表1の値としたインクジェット式記録ヘッドを、アルミナからなり厚さ100nmの保護膜を圧電素子を覆うように設けた状態で圧力発生室形成前にエージング工程を行って、作製した。なお、エージング工程で圧電体層や振動板にクラックが発生することもなかった。
エージング工程を行わなかった以外は上記実施例と同様にして、インクジェット式記録ヘッドを9個作製した。各インクジェット式記録ヘッドは、(100)面に優先配向している菱面体晶系構造の圧電体層を有していた。また、各インクジェット式記録ヘッドの圧電素子にDC35Vを印加して残留分極Pr及び飽和分極Pmを求めた結果を表1に示す。表1に示すように、圧電体層の2Pr/2Pmは33%未満であった。これらのインクジェット式記録ヘッドをそれぞれ比較例1〜9とした。
実施例及び比較例のインクジェット式記録ヘッドに所定の駆動パルスを190億回連続的に印加する耐久試験を行って、印加前後の圧電素子の変位低下率を求めた。結果を表1及び図10に示す。なお、耐久試験で圧電素子に印加した駆動パルスは、電圧50V、周波数100kHzのsin波形であり、変位測定時に印加した駆動パルスは、電圧30V、周波数800Hzの台形波形である。
以上、本発明の実施形態について説明したが、勿論、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、成膜及びリソグラフィプロセスを応用して製造される薄膜型のインクジェット式記録ヘッドを例にしたが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、グリーンシートを貼付する等の方法により形成される厚膜型のインクジェット式記録ヘッドにも本発明を採用することができる。
Claims (9)
- 液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、該流路
形成基板の一方面側に設けられた下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備
する液体噴射ヘッドであって、
前記圧電体層は、チタン酸ジルコン酸鉛からなり(100)面に優先配向している菱面
体晶系構造又は単斜晶系構造であり、飽和分極Pm及び残留分極Prが33%≦2Pr/
2Pm≦46%を満たすことを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 前記圧電体層は厚さが1〜5μmの薄膜であることを特徴とする請求項1に記載の液体
噴射ヘッド。 - 液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、該流路
形成基板の一方面側に設けられた下電極、チタン酸ジルコン酸鉛からなる圧電体層及び上
電極からなる圧電素子とを具備する液体噴射ヘッドの製造方法であって、
前記流路形成基板上に(100)面に優先配向し菱面体晶系構造又は単斜晶系構造であ
る前記圧電体層を有する前記圧電素子を形成する圧電素子形成工程と、該圧電素子形成工
程により形成した前記圧電素子に駆動信号を入力し当該圧電素子を駆動して前記圧電体層
の飽和分極Pm及び残留分極Prが33%≦2Pr/2Pm≦46%となるようにするエ
ージング工程と、前記流路形成基板に前記圧力発生室を形成する圧力発生室形成工程とを
有することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。 - 前記エージング工程は、前記圧電素子の変位を実使用時よりも拘束する拘束部材を前記
圧電素子に設けた拘束状態で行うことを特徴とする請求項3に記載の液体噴射ヘッドの製
造方法。 - 前記圧力発生室形成工程の前に前記エージング工程を行うと共に、当該エージング工程
では、前記流路形成基板が前記拘束部材となることを特徴とする請求項4に記載の液体噴
射ヘッドの製造方法。 - 前記圧電素子形成工程の後に前記圧電素子を覆うように保護膜を設ける保護膜形成工程
を有し、前記エージング工程では、前記保護膜が前記拘束部材となることを特徴とする請
求項4又は5に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。 - 前記エージング工程の後に、前記保護膜の前記上電極に相対向する領域に凹部を形成す
る保護膜凹部形成工程を有することを特徴とする請求項6に記載の液体噴射ヘッドの製造
方法。 - 前記エージング工程では、前記圧電素子に実使用時よりも低い駆動電圧となる駆動信号
を入力することを特徴とする請求項4〜7の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方
法。 - 前記残留分極Pmが38.0〜49.6uC/cm2であることを特徴とする請求項1に記載の液体噴射ヘッド
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