JP5382323B2 - Liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、液体を噴射する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関し、特にインクを吐出するインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置に関する。 The present invention relates to a liquid ejecting head and a liquid ejecting apparatus that eject liquid, and more particularly, to an ink jet recording head and an ink jet recording apparatus that eject ink.
液体噴射ヘッドの代表例としては、例えば、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を下電極と上電極とを有する圧電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッド等がある。 As a typical example of a liquid ejecting head, for example, a part of a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for ejecting ink droplets is constituted by a diaphragm, and the diaphragm is deformed by a piezoelectric element having a lower electrode and an upper electrode. For example, there is an ink jet recording head that pressurizes ink in a pressure generating chamber and ejects ink droplets from nozzle openings.
また、インクジェット式記録ヘッドに搭載される圧電素子としては、例えば、振動板の表面全体に亘って成膜技術により均一な圧電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィー法により圧力発生室に対応する形状に切り分けて圧力発生室毎に独立するように圧電素子を形成したものがある(特許文献1参照)。 In addition, as a piezoelectric element mounted on the ink jet recording head, for example, a uniform piezoelectric material layer is formed over the entire surface of the diaphragm by a film forming technique, and this piezoelectric material layer is formed into a pressure generating chamber by a lithography method. There is one in which a piezoelectric element is formed so as to be separated into a corresponding shape and independent for each pressure generation chamber (see Patent Document 1).
近年、液体噴射ヘッドの小型化に伴い、圧電素子は、さらに変位特性が高いものが求められている。 In recent years, with the miniaturization of liquid ejecting heads, piezoelectric elements having higher displacement characteristics are required.
また、特許文献1に記載のような圧電素子では、大気中の水分に起因する破壊が問題となっている。具体的には、圧電体層の側面などに水分が付着することで、上電極とこの上電極と非常に近い距離にある下電極とが導通して短絡してしまう。また、下電極が圧電体層に覆われていても、水分が圧電体層内に浸透して下電極と上電極との導通を誘発してしまうことがある。このような問題を解決するために、圧電素子を構成する部材とは異なる部材からなる保護膜等により圧電体層を覆うことで短絡を防止することが考えられるが、圧電素子の変位特性が低下してしまう。 In addition, in the piezoelectric element as described in Patent Document 1, destruction due to moisture in the atmosphere is a problem. Specifically, when moisture adheres to the side surface of the piezoelectric layer, the upper electrode and the lower electrode located at a very close distance to the upper electrode are brought into conduction and short-circuited. Even when the lower electrode is covered with the piezoelectric layer, moisture may penetrate into the piezoelectric layer and induce conduction between the lower electrode and the upper electrode. In order to solve such a problem, it is conceivable to prevent a short circuit by covering the piezoelectric layer with a protective film made of a member different from the member constituting the piezoelectric element, but the displacement characteristic of the piezoelectric element is deteriorated. Resulting in.
このような問題はインクジェット式記録ヘッドだけではなく、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。 Such a problem exists not only in the ink jet recording head but also in a liquid ejecting head that ejects liquid other than ink.
なお、圧電材料のグリーンシートを圧力発生室の形状に合わせて貼付したり、あるいは印刷によって圧電材料を塗布し、これを焼成するという比較的簡単な工程で振動板に圧電素子を作り付けたアクチュエーター装置が開示されている(特許文献2参照)。特許文献2では、圧電体層を2層構造として、圧電素子の変形量を増加させているが、薄膜形成方法にそのまま適用できるようなものではない。
In addition, an actuator device in which a piezoelectric element is formed on a diaphragm by a relatively simple process of applying a piezoelectric material green sheet in accordance with the shape of the pressure generating chamber, or applying a piezoelectric material by printing and firing it. Is disclosed (see Patent Document 2). In
本発明はこのような事情に鑑み、圧電素子の破壊を抑制し、変位特性に優れた液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供することを課題とする。 In view of such circumstances, it is an object of the present invention to provide a liquid ejecting head and a liquid ejecting apparatus that suppress destruction of a piezoelectric element and have excellent displacement characteristics.
上記課題を解決する本発明の第1の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板と、前記流路形成基板の上方に設けられた圧電素子とを備え、圧電素子の変形によってノズル開口から液体を吐出する液体噴射ヘッドにおいて、前記圧電素子は、前記流路形成基板から第1共通電極、第1圧電体層、個別電極、第2圧電体層、及び第2共通電極が順に積層されてなり、前記圧力発生室の並設方向において、前記第1圧電体層及び前記個別電極は、前記圧力発生室に対応するように設けられており、前記圧電素子の実質的な駆動部である圧電体能動部において、前記第1圧電体層の上面と前記圧力発生室の並設方向における側面とが、前記個別電極及び第2圧電体層で覆われ、前記第2圧電体層は、前記第2共通電極で覆われ、前記第1共通電極及び前記第2共通電極は、前記圧力発生室の並設方向に亘って連続的に設けられ、前記第1共通電極と前記第2共通電極は、前記圧力発生室を並設方向に区画する隔壁の上方で接続されていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第1の態様では、圧電体層が、第1圧電体層及び第2圧電体層の二層で構成されていることにより、変位特性が向上する。また、第2共通電極は、圧力発生室の並設方向に亘って連続的に設けられていることにより、変位特性を低下させることなく、圧電体層(第1圧電体層及び第2圧電体層)を保護することができ、大気中の水分に起因する圧電素子の破壊を抑制することができる。さらに、第1共通電極と第2共通電極は、圧力発生室を並設方向に区画する隔壁の上方で接続されていることにより、クロストークを抑制することができ、液体の吐出特性に優れたものとなる。
According to a first aspect of the present invention for solving the above problem, a flow path forming substrate provided with a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for ejecting a liquid, and a piezoelectric element provided above the flow path forming substrate; In the liquid ejecting head that discharges liquid from the nozzle opening by deformation of the piezoelectric element, the piezoelectric element includes a first common electrode, a first piezoelectric layer, an individual electrode, and a second piezoelectric layer from the flow path forming substrate. And the second common electrode are sequentially laminated, and in the juxtaposition direction of the pressure generation chambers, the first piezoelectric layer and the individual electrodes are provided so as to correspond to the pressure generation chambers, In the piezoelectric active part that is a substantial driving part of the piezoelectric element, the upper surface of the first piezoelectric layer and the side surface in the direction in which the pressure generating chambers are arranged are covered with the individual electrodes and the second piezoelectric layer. The second piezoelectric layer is formed of the first piezoelectric layer. Covered with a common electrode, the first common electrode and the second common electrode are continuously provided across the juxtaposed direction of the pressure generating chambers, and the first common electrode and the second common electrode are In the liquid ejecting head, the pressure generating chambers are connected above partition walls that divide the pressure generating chambers in the juxtaposed direction.
In the first aspect, the piezoelectric layer is composed of two layers of the first piezoelectric layer and the second piezoelectric layer, so that the displacement characteristics are improved. Further, since the second common electrode is continuously provided in the direction in which the pressure generating chambers are arranged side by side, the piezoelectric layers (the first piezoelectric layer and the second piezoelectric body) are not degraded without deteriorating the displacement characteristics. Layer) can be protected, and destruction of the piezoelectric element due to moisture in the atmosphere can be suppressed. Furthermore, since the first common electrode and the second common electrode are connected above the partition walls that divide the pressure generating chambers in the juxtaposed direction, crosstalk can be suppressed and the liquid discharge characteristics are excellent. It will be a thing.
また、前記第1圧電体層及び前記第2圧電体層の厚さは、いずれも1μm以下であるのが好ましい。薄膜プロセスにより圧電体層を形成することで、圧電素子の変位特性がさらに向上したものとなる。 Moreover, it is preferable that the thickness of each of the first piezoelectric layer and the second piezoelectric layer is 1 μm or less. By forming the piezoelectric layer by a thin film process, the displacement characteristics of the piezoelectric element are further improved.
さらに本発明の他の態様は、上記態様の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる態様では、信頼性を向上した液体噴射装置を実現できる。
According to still another aspect of the invention, there is provided a liquid ejecting apparatus including the liquid ejecting head according to the above aspect.
In this aspect, a liquid ejecting apparatus with improved reliability can be realized.
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
(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の概略構成を示す分解斜視図であり、図2は、インクジェット式記録ヘッドの断面図であり、図3は、図2の要部を拡大した断面図である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of an ink jet recording head which is an example of a liquid jet head according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the ink jet recording head. These are sectional drawings which expanded the principal part of FIG.
図示するように、流路形成基板10は、本実施形態では面方位(110)のシリコン単結晶基板からなり、その一方の面には酸化膜からなる弾性膜50が形成されている。
As shown in the figure, the flow
流路形成基板10には、複数の圧力発生室12がその幅方向に並設されている。また、流路形成基板10の圧力発生室12の長手方向外側の領域には連通部13が形成され、連通部13と各圧力発生室12とが、各圧力発生室12毎に設けられたインク供給路14及び連通路15を介して連通されている。連通部13は、後述する保護基板のリザーバー部31と連通して各圧力発生室12の共通のインク室となるリザーバーの一部を構成する。インク供給路14は、圧力発生室12よりも狭い幅で形成されており、連通部13から圧力発生室12に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。なお、本実施形態では、流路の幅を片側から絞ることでインク供給路14を形成したが、流路の幅を両側から絞ることでインク供給路を形成してもよい。また、流路の幅を絞るのではなく、厚さ方向から絞ることでインク供給路を形成してもよい。さらに、各連通路15は、圧力発生室12の幅方向両側の隔壁11を連通部13側に延設してインク供給路14と連通部13との間の空間を区画することで形成されている。すなわち、流路形成基板10には、圧力発生室12の幅方向の断面積より小さい断面積を有するインク供給路14と、このインク供給路14に連通すると共にインク供給路14の幅方向の断面積よりも小さい断面積を有する連通路15とからなる個別流路が複数の隔壁11により区画されて設けられている。
A plurality of
また、流路形成基板10の開口面側には、各圧力発生室12のインク供給路14とは反対側の端部近傍に連通するノズル開口21が穿設されたノズルプレート20が、接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。なお、ノズルプレート20は、例えばガラスセラミックス、シリコン単結晶基板又はステンレス鋼などからなる。
Further, on the opening surface side of the flow
一方、このような流路形成基板10の開口面とは反対側には、上述したように、弾性膜50が形成され、この弾性膜50上には、絶縁体膜55が形成されている。
On the other hand, the
そして、この絶縁体膜55上には、第1共通電極60、第1圧電体層65、個別電極70、第2圧電体層75、及び第2共通電極80が、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子300を構成している。言い換えれば、各圧電素子300は、積層された第1圧電体層65と第2圧電体層75とで構成される圧電体層と、複数の圧電素子300に共通する第1共通電極60及び第2共通電極80と、各圧電素子300毎に設けられた個別電極70とで構成されている。
On the
ここで、電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分、すなわち、圧電素子300の実質的な駆動部を圧電体能動部320という。本実施形態では、第1共通電極60、個別電極70、及び第2共通電極80により圧電体層が挟まれた領域が圧電体能動部320となる。また、ここでは、圧電素子300を所定の基板上に設け、当該圧電素子300を駆動させる装置をアクチュエーター装置と称する。言い換えれば、圧電素子300と当該圧電素子300の駆動により変位が生じる振動板とを合わせてアクチュエーター装置と称する。なお、本実施形態では、弾性膜50、絶縁体膜55及び第1共通電極60が振動板として作用するが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、弾性膜50及び絶縁体膜55を設けずに、第1共通電極60のみが振動板として作用するようにしてもよい。
Here, a portion where piezoelectric distortion occurs due to application of a voltage to the electrode, that is, a substantial drive portion of the
図2及び図3を用いて、圧電素子300を構成する各層について説明する。
Each layer which comprises the
第1共通電極60は、圧力発生室12の並設方向に亘って連続的に設けられている。そして、第1共通電極60は、圧力発生室12の長手方向一端部(インク供給路14とは反対側)は、圧力発生室12の外側まで延設され、他端部は、圧力発生室12よりも内側に設けられている。
The first
第1共通電極60上には、第1圧電体層65、個別電極70が順に積層されており、それぞれ圧力発生室12の短手方向(圧力発生室12の並設方向)は、圧力発生室12に対応するように設けられている。そして、第1圧電体層65は、上面が個別電極70に覆われ、側面が後述する第2圧電体層75で覆われている。
A first
また、本実施形態では、第1圧電体層65及び個別電極70は、個別電極70側の幅が狭くなり且つその側面は傾斜面となっている。
In the present embodiment, the first
なお、本実施形態では、第1圧電体層65及び個別電極70の圧力発生室12の長手方向一端部は、圧力発生室12よりも内側に設けられ、他端部(インク供給路14側)は、圧力発生室12の外側、すなわち、インク供給路14まで延設されている。
In the present embodiment, the longitudinal ends of the
個別電極70上には、第2圧電体層75が設けられている。この第2圧電体層75は、第1圧電体層65及び個別電極70を覆うように、すなわち、個別電極70の上面及び側面並びに第1圧電体層65の側面を覆うように設けられている。そして、第2圧電体層75は、短手方向では圧力発生室12に対応するように設けられている。また、本実施形態では、第2圧電体層75は、個別電極70及び第1圧電体層65の圧力発生室12の長手方向一端部を覆っている。これにより、個別電極70及び第1圧電体層65が保護されて圧電素子300の応力等による破壊を抑制することができる。
A second
また、第2共通電極80は、圧電体能動部320となる領域、すなわち、圧電体能動部320を構成する第2圧電体層75を覆うと共に圧力発生室12の並設方向に亘って連続的に設けられている。このように、第2共通電極80が、圧電体能動部320を構成する第2圧電体層75(及び第1圧電体層65)を覆っていることにより、大気中の水分に起因する圧電素子300の破壊を抑制することができる。すなわち、本実施形態では、圧電体能動部320に保護膜を設けることなく、大気中の水分に起因する圧電素子300の破壊を抑制することができる。従来のように圧電体能動部320に保護膜を設けると変位特性が低下してしまうが、本実施形態では、変位特性を低下させることなく、大気中の水分に起因する圧電素子300の破壊を抑制することができる。
In addition, the second
また、本実施形態では、圧電素子300の圧力発生室12の長手方向他端部(インク供給路14側)にも保護膜を設けることなく、大気中の水分に起因する圧電素子300の破壊を抑制することができる。言い換えれば、図2に示すように、個別電極70、第1圧電体層65及び第2圧電体層75のインク供給路14側端部は、第2共通電極80に覆われていないが、保護膜を設ける必要がない。第2圧電体層75の圧力発生室12の長手方向他端部が第2共通電極80の端部よりもインク供給路14側へ延設されていることにより、第2共通電極80と、個別電極70との距離が離れており、大気中の水分により導通してしまう虞がないためである。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、第2共通電極80は、圧力発生室12の長手方向一端部は、第1圧電体層65及び第2圧電体層75を覆うように延設されている。そして、第1共通電極60と第2共通電極80は、圧力発生室12を並設方向に区画する隔壁11の上方で接続されている。これにより、各圧電素子300に電圧を均一に印加することができ、各圧力発生室12間で発生するクロストークを抑制することができる。したがって、本発明のインクジェット式記録ヘッドは、液体の吐出特性に優れたものとなる。また、第1共通電極60と第2共通電極80とが、複数箇所で接続され、接触面積が確保されることで、列方向中央の圧電素子300の電圧降下が抑制され、各圧電体層への電圧印加のばらつきが低減する。
In the present embodiment, the second
ここで、圧電素子300は、圧電体層が第1圧電体層65及び第2圧電体層75の二層で構成されている。これにより、変位特性が向上したものとなる。第1圧電体層65及び第2圧電体層75は、電気機械変換作用を示す圧電材料からなるものであり、圧電材料の中でもペロブスカイト構造の強誘電体材料からなるのが好ましい。第1圧電体層65及び第2圧電体層75は、ペロブスカイト構造の結晶膜を用いるのが好ましく、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の強誘電体材料や、これに酸化ニオブ、酸化ニッケル又は酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したもの等が好適である。なお、第1圧電体層65及び第2圧電体層75は、詳しくは後述するが、ゾル−ゲル法、MOD法等によって形成されたものである。薄膜プロセスにより圧電体層を形成することで、変位効率が高くなり、変位特性がさらに向上したものとなる。また、液体噴射ヘッドを小型化することができる。
Here, in the
第1圧電体層65及び第2圧電体層75の厚さについては、製造工程でクラックが発生しない程度に厚さを抑え、且つ十分な変位特性を呈する程度とする。例えば、それぞれが0.2〜1μmとするのが好ましい。第1圧電体層65及び第2圧電体層75は、同じ厚さとしてもよいが、第1圧電体層の厚さを、第2圧電体層の厚さよりも薄くしてもよい。本実施形態では、第1圧電体層65を0.5μm、第2圧電体層75を1.0μmとした。
The thicknesses of the first
本実施形態では、第1共通電極60、個別電極70、及び第2共通電極80は、いずれも白金及びイリジウムからなるものとした。第1共通電極60、個別電極70、及び第2共通電極80の材料は、特にこれに限定されず、白金又はイリジウムだけであってもよく、またその他の金属材料を用いるようにしてもよく、それぞれ異なる組成のものを用いてもよい。
In the present embodiment, the first
本実施形態では、圧電体能動部320の圧力発生室12の長手方向両端部は、圧力発生室12の長手方向両端部よりも内側の領域になるように形成されているので、圧力発生室12の端部への応力集中が緩和される。また、変位特性を低下させる虞がない。
In the present embodiment, both end portions in the longitudinal direction of the
また、このような各圧電素子300の個別電極70には、インク供給路14側の端部近傍から引き出され、絶縁体膜55上にまで延設される、例えば、金(Au)等からなるリード電極90が接続されている。
In addition, the
このような圧電素子300が形成された流路形成基板10上、すなわち、第2共通電極80、絶縁体膜55及びリード電極90上には、リザーバー100の少なくとも一部を構成するリザーバー部31を有する保護基板30が接着剤35を介して接合されている。このリザーバー部31は、本実施形態では、保護基板30を厚さ方向に貫通して圧力発生室12の幅方向に亘って形成されており、上述のように流路形成基板10の連通部13と連通されて各圧力発生室12の共通のインク室となるリザーバー100を構成している。また、流路形成基板10の連通部13を圧力発生室12毎に複数に分割して、リザーバー部31のみをリザーバーとしてもよい。さらに、例えば、流路形成基板10に圧力発生室12のみを設け、流路形成基板10と保護基板30との間に介在する部材(例えば、弾性膜50、絶縁体膜55等)にリザーバーと各圧力発生室12とを連通するインク供給路14を設けるようにしてもよい。
On the flow
また、保護基板30の圧電素子300に対向する領域には、圧電素子300の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電素子保持部32が設けられている。圧電素子保持部32は、圧電素子300の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、当該空間は密封されていても、密封されていなくてもよい。
A piezoelectric
このような保護基板30としては、流路形成基板10の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板10と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
As such a
また、保護基板30には、保護基板30を厚さ方向に貫通する貫通孔33が設けられている。そして、各圧電素子300から引き出されたリード電極90の端部近傍は、貫通孔33内に露出するように設けられている。
The
また、保護基板30上には、並設された圧電素子300を駆動するための駆動回路120が固定されている。この駆動回路120としては、例えば、回路基板や半導体集積回路(IC)等を用いることができる。そして、駆動回路120とリード電極90とは、ボンディングワイヤー等の導電性ワイヤーからなる接続配線121を介して電気的に接続されている。
A
また、このような保護基板30上には、封止膜41及び固定板42とからなるコンプライアンス基板40が接合されている。ここで、封止膜41は、剛性が低く可撓性を有する材料からなり、この封止膜41によってリザーバー部31の一方面が封止されている。また、固定板42は、比較的硬質の材料で形成されている。この固定板42のリザーバー100に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部43となっているため、リザーバー100の一方面は可撓性を有する封止膜41のみで封止されている。
In addition, a
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、図示しない外部インク供給手段からインクを取り込み、リザーバー100からノズル開口21に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路120からの記録信号に従い、圧力発生室12に対応するそれぞれの駆動電極と、第1共通電極60及び第2共通電極80とのそれぞれの間に同時に電圧を印加し、圧電素子300及び振動板をたわみ変形させることにより、各圧力発生室12内の圧力が高まりノズル開口21からインクが吐出する。
In such an ink jet recording head of this embodiment, after taking ink from an external ink supply means (not shown) and filling the interior from the
以下、このようなインクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図4〜図9を参照して説明する。 Hereinafter, a method for manufacturing such an ink jet recording head will be described with reference to FIGS.
まず、図4(a)に示すように、流路形成基板10が複数一体的に形成されるシリコンウェハーである流路形成基板用ウェハー110の表面に弾性膜50を構成する二酸化シリコン(SiO2)からなる二酸化シリコン膜51を形成する。次いで、図4(b)に示すように、弾性膜50(二酸化シリコン膜51)上に、例えば、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜55を形成する。
First, as shown in FIG. 4A, silicon dioxide (SiO 2) constituting an
次いで、図4(c)に示すように、例えば、白金(Pt)とイリジウム(Ir)とを絶縁体膜55上に積層することにより第1共通電極60を形成した後、この第1共通電極60を所定形状にパターニングする。具体的には、第1共通電極60の長手方向の一端部が、圧力発生室12の長手方向端部よりも外側まで延設するようにし、他端部は、圧力発生室12よりも内側となるようにする(図2参照)。なお、第1共通電極60は、例えば、スパッタリング法やPVD法(物理蒸着法)などにより形成し、第1共通電極60上にフォトリソグラフィー法により所定形状に形成したレジストを介してイオンミリング等のドライエッチングによりパターニングする。
Next, as shown in FIG. 4C, for example, after the first
次に、図4(d)に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等からなる第1圧電体層65と、白金及びイリジウムからなる個別電極70とを順に形成する。
Next, as shown in FIG. 4D, for example, a first
なお、圧電素子300を構成する第1圧電体層65の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の強誘電性圧電性材料や、これにニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイットリウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等が用いられる。その組成は、圧電素子300の特性、用途等を考慮して適宜選択すればよい。また、第1圧電体層65の形成方法は、特に限定されないが、例えば、本実施形態では、金属有機物を溶媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる第1圧電体層65を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて第1圧電体層65を形成した。なお、第1圧電体層65の形成方法は、ゾル−ゲル法に限定されず、例えば、MOD法、スパッタリング法、レーザーアブレーション法などの薄膜形成方法を利用して第1圧電体層65を形成するようにしてもよい。実際には、第1圧電体層65は、上述したゾル−ゲル法により厚さの薄い圧電体膜を形成する工程を複数回繰り返し行って、複数層の圧電体膜からなる第1圧電体層65を形成する。
The material of the first
次に、図5(a)に示すように、第1圧電体層65及び個別電極70を同時に所定形状にパターニングする。具体的には、第1圧電体層65及び個別電極70は、隔壁11に対応する部分を長手方向に亘って除去して、第1共通電極60を露出させる。これにより、圧力発生室12の短手方向は、圧力発生室12に対応する領域に設ける。なお、圧力発生室12の長手方向一端部は、圧力発生室12よりも内側に設けるようにして、他端部は、インク供給路14側に対応する領域まで延設させる(図2参照)。
Next, as shown in FIG. 5A, the first
このように、第1圧電体層65上に個別電極70を形成した後に、第1圧電体層65(及び個別電極70)を所定形状にパターニングすることにより、第1圧電体層65の上面がプロセスダメージを受ける虞がない。すなわち、パターニングによる第1圧電体層65の劣化が抑制され、圧電素子300の変位特性がさらに向上する。
As described above, after the
次に、図5(b)に示すように、個別電極70上に第2圧電体層75を形成し、所定形状にパターニングする。具体的には、第2圧電体層75は、隔壁11に対応する部分を長手方向に亘って除去して、第1共通電極60を露出させる。これにより、第2圧電体層75は、圧力発生室12の短手方向では、圧力発生室12に対応する領域に設けるようにする。なお、第2圧電体層75は、圧力発生室12の長手方向一端部が、個別電極70及び第1圧電体層65よりも延設して、これらを覆うようにする。また、圧力発生室12の長手方向他端部は、インク供給路14側へ延設し且つ個別電極70よりも短くなるようにする。なお、第2圧電体層75を形成する際には、第1圧電体層65と同様の方法により形成すればよい。
Next, as shown in FIG. 5B, a second
次いで、図5(c)に示すように、流路形成基板用ウェハー110の全面に亘って第2共通電極80を形成し、所定形状にパターニングする。具体的には、第2共通電極80は、圧力発生室12の並設方向に亘って連続的に設け、且つ圧力発生室12の長手方向端部よりも外側まで延設するようにする(図2参照)。
Next, as shown in FIG. 5C, the second
そして、図示しないが、流路形成基板用ウェハー110の全面に亘って、例えば、金(Au)等からなるリード電極90を形成後、例えば、レジスト等からなるマスクパターンを介して各圧電素子300毎にパターニングする。
Then, although not shown, after forming the
次いで、流路形成基板用ウェハー110の圧電素子300側に、シリコンウェハーであり複数の保護基板30となる保護基板用ウェハーを接着剤35によって接合する。なお、保護基板30には、リザーバー部31、圧電素子保持部32等が予め形成されている。また、保護基板30は、例えば、400μm程度の厚さを有するシリコン単結晶基板からなり、保護基板30を接合することで流路形成基板10の剛性は著しく向上することになる。その後、流路形成基板用ウェハー110を所定の厚さにする。
Next, a protective substrate wafer, which is a silicon wafer and becomes a plurality of
次いで、流路形成基板用ウェハー110にマスク膜を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、流路形成基板用ウェハー110をマスク膜を介してKOH等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング(ウェットエッチング)することにより、圧電素子300に対応する圧力発生室12、連通部13、インク供給路14及び連通路15等を形成する。
Next, a mask film is newly formed on the flow path forming
その後は、保護基板用ウェハー上に駆動回路120を実装すると共に、駆動回路120とリード電極90とを接続配線121によって接続する(図2参照)。そして、流路形成基板用ウェハー110の圧力発生室12が開口する面側のマスク膜を除去し、流路形成基板用ウェハー110及び保護基板用ウェハーの外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。そして、流路形成基板用ウェハー110の保護基板用ウェハーとは反対側の面にノズル開口21が穿設されたノズルプレート20を接合すると共に、保護基板用ウェハーにコンプライアンス基板40を接合し、これら流路形成基板用ウェハー110等を、図1に示すような一つのチップサイズの流路形成基板10等に分割することによって上述した構造のインクジェット式記録ヘッドが製造される。
Thereafter, the
また、これらのインクジェット式記録ヘッド1は、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図6は、そのインクジェット式記録装置の概略構成を示す斜視図である。 Further, these ink jet recording heads 1 constitute a part of a recording head unit having an ink flow path communicating with an ink cartridge or the like, and are mounted on an ink jet recording apparatus. FIG. 6 is a perspective view showing a schematic configuration of the ink jet recording apparatus.
図6に示すように、本実施形態の液体噴射装置であるインクジェット式記録装置は、例えば、ブラック(B)、シアン(C)、マゼンダ(M)、イエロー(Y)等の複数の異なる色のインクが貯留される貯留室を有するインクカートリッジ(液体貯留手段)2が装着されたインクジェット式記録ヘッド1(以下、記録ヘッド)を具備する。記録ヘッド1はキャリッジ3に搭載されており、記録ヘッド1が搭載されたキャリッジ3は、装置本体4に取り付けられたキャリッジ軸5に軸方向移動自在に設けられている。そして、駆動モーター6の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト7を介してキャリッジ3に伝達されることで、キャリッジ3はキャリッジ軸5に沿って移動される。一方、装置本体4にはキャリッジ軸5に沿ってプラテン8が設けられており、図示しない給紙装置等により給紙された紙等の被記録媒体Sがプラテン8上を搬送されるようになっている。
As shown in FIG. 6, the ink jet recording apparatus which is the liquid ejecting apparatus of the present embodiment has a plurality of different colors such as black (B), cyan (C), magenta (M), and yellow (Y). An ink jet recording head 1 (hereinafter referred to as a recording head) equipped with an ink cartridge (liquid storing means) 2 having a storage chamber for storing ink is provided. The recording head 1 is mounted on a carriage 3, and the carriage 3 on which the recording head 1 is mounted is provided on a
(他の実施形態)
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。
(Other embodiments)
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment.
実施形態1では、第1圧電体層65及び個別電極70を同時にパターニングしたが、勿論、別々にパターニングして異なる形状としてもよい。例えば、個別電極70のみをインク供給路14側へ延設して、リード電極90に接続するようにしてもよい。また、図7に示すように、第1圧電体層65及び第2圧電体層75の圧力発生室12の長手方向一端部(インク供給路14とは反対側)を延設させて、第1圧電体層65と第2圧電体層75とを接触させ、これらの端面を第2共通電極80で覆うようにしてもよい。
In the first embodiment, the first
また、上述した実施形態では、第1共通電極60及び第2共通電極80は、隔壁11の上方で長手方向に亘って接続するようにしたがこれに限定されるものではない。例えば、圧電体層は隔壁11の上方に間欠的に複数箇所開口するようにし、第1共通電極60及び第2共通電極80が、隔壁11の上方で間欠的に複数箇所が接続するようにしてもよい。
In the above-described embodiment, the first
さらに、圧電素子300の圧力発生室12に対応する領域以外の部分には、耐湿性を有する絶縁材料からなる保護膜を形成してもよい。なお、保護膜としては、酸化シリコン(SiOx)、酸化タンタル(TaOx)、酸化アルミニウム(AlOx)等の無機絶縁材料を用いるのが好ましく、特に、無機アモルファス材料である酸化アルミニウム(AlOx)、例えば、アルミナ(Al2O3)を用いるのが好ましい。
Further, a protective film made of an insulating material having moisture resistance may be formed in a portion other than the region corresponding to the
また、上述した実施形態では、流路形成基板10としてシリコン単結晶基板を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、SOI基板、ガラス基板、MgO基板等においても本発明は有効である。また、振動板の最下層に二酸化シリコンからなる弾性膜50を設けるようにしたが、振動板の構成は、特にこれに限定されるものではない。
In the above-described embodiment, the silicon single crystal substrate is exemplified as the flow
また、上述したインクジェット式記録装置では、インクジェット式記録ヘッド1がキャリッジ3に搭載されて主走査方向に移動するものを例示したが、特にこれに限定されず、例えば、インクジェット式記録ヘッド1が固定されて、紙等の被記録媒体Sを副走査方向に移動させるだけで印刷を行う、所謂ライン式記録装置にも本発明を適用することができる。 In the above-described ink jet recording apparatus, the ink jet recording head 1 is mounted on the carriage 3 and moves in the main scanning direction. However, the present invention is not particularly limited thereto. For example, the ink jet recording head 1 is fixed. Thus, the present invention can also be applied to a so-called line type recording apparatus that performs printing only by moving the recording medium S such as paper in the sub-scanning direction.
なお、上述の実施形態では、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを挙げて説明したが、本発明は広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ELディスプレー、FED(電界放出ディスプレー)等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオchip製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。 In the above-described embodiment, the ink jet recording head has been described as an example of the liquid ejecting head. However, the present invention is widely applied to all liquid ejecting heads, and the liquid ejecting ejects liquids other than ink. Of course, it can also be applied to the head. Other liquid ejecting heads include, for example, various recording heads used in image recording apparatuses such as printers, color material ejecting heads used in the manufacture of color filters such as liquid crystal displays, organic EL displays, and FEDs (field emission displays). Examples thereof include an electrode material ejection head used for electrode formation, a bioorganic matter ejection head used for biochip production, and the like.
また、本発明は、インクジェット式記録ヘッドに代表される液体噴射ヘッドに搭載される圧電素子に限られず、他の装置に搭載される圧電素子にも適用することができる。 The present invention is not limited to a piezoelectric element mounted on a liquid jet head typified by an ink jet recording head, and can also be applied to a piezoelectric element mounted on another apparatus.
10 流路形成基板、 12 圧力発生室、 13 連通部、 14 インク供給路、 15 連通路、 20 ノズルプレート、 21 ノズル開口、 30 保護基板、 31 リザーバー部、 40 コンプライアンス基板、 50 弾性膜、 55 絶縁体膜、 60 第1共通電極、 65 第1圧電体層、70 個別電極、 75 第2圧電体層、 80 第2共通電極、 90 リード電極、 100 リザーバー、 110 流路形成基板用ウェハー、 120 駆動回路、 121 接続配線、 300 圧電素子
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記圧電素子は、前記流路形成基板から第1共通電極、第1圧電体層、個別電極、第2圧電体層、及び第2共通電極が順に積層されてなり、
前記圧力発生室の並設方向において、前記第1圧電体層及び前記個別電極は、前記圧力発生室に対応するように設けられており、
前記圧電素子の実質的な駆動部である圧電体能動部において、前記第1圧電体層の上面と前記圧力発生室の並設方向における側面とが、前記個別電極及び第2圧電体層で覆われ、
前記第2圧電体層は、前記第2共通電極で覆われ、
前記第1共通電極及び前記第2共通電極は、前記圧力発生室の並設方向に亘って連続的に設けられ、
前記第1共通電極と前記第2共通電極は、前記圧力発生室を並設方向に区画する隔壁の上方で接続されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。 A flow path forming substrate provided with a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening for ejecting liquid, and a piezoelectric element provided above the flow path forming substrate, and discharging liquid from the nozzle opening by deformation of the piezoelectric element In the liquid jet head
The piezoelectric element is formed by sequentially laminating a first common electrode, a first piezoelectric layer, an individual electrode, a second piezoelectric layer, and a second common electrode from the flow path forming substrate,
In the juxtaposition direction of the pressure generation chambers, the first piezoelectric layer and the individual electrodes are provided so as to correspond to the pressure generation chambers,
In the piezoelectric active part that is a substantial driving part of the piezoelectric element, the upper surface of the first piezoelectric layer and the side surface in the direction in which the pressure generating chambers are arranged are covered with the individual electrode and the second piezoelectric layer. I,
The second piezoelectric layer is covered with the second common electrode,
The first common electrode and the second common electrode are continuously provided across the juxtaposed direction of the pressure generating chambers,
The liquid ejecting head, wherein the first common electrode and the second common electrode are connected above a partition that divides the pressure generating chamber in a juxtaposed direction.
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