JP6025622B2 - Ink jet head, ink jet recording apparatus, and method of manufacturing ink jet head - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、インクジェットヘッド、インクジェット記録装置、およびインクジェットヘッドの製造方法に関する。   Embodiments described herein relate generally to an inkjet head, an inkjet recording apparatus, and an inkjet head manufacturing method.

いわゆるオンデマンド型インクジェット記録方式は、画像信号に従ってノズルからインク滴を吐出し、記録紙上にインク滴による画像を形成するものである。オンデマンド型インクジェット記録方式は、発熱素子型と圧電素子型とを含む。   The so-called on-demand ink jet recording method is a method in which ink droplets are ejected from nozzles in accordance with image signals to form an image with ink droplets on recording paper. The on-demand ink jet recording system includes a heating element type and a piezoelectric element type.

発熱素子型では、インクの流路にある発熱体が、インク中に気泡を発生させる。気泡によって押されたインク滴が、ノズルから吐出される。一方、圧電素子型では、圧電素子(ピエゾ素子)が変形することで、インク室に収容されたインクに圧力変化を生じさせる。これにより、加圧されたインク滴が、ノズルから吐出される。   In the heating element type, a heating element in the ink flow path generates bubbles in the ink. Ink droplets pushed by the bubbles are ejected from the nozzles. On the other hand, in the piezoelectric element type, the piezoelectric element (piezo element) is deformed to cause a pressure change in the ink stored in the ink chamber. Thereby, the pressurized ink droplet is ejected from the nozzle.

圧電素子型の一例としてのインクジェットヘッドは、インクを加圧する駆動素子(圧電素子、アクチュエータ)を有する。当該駆動素子は、例えば、圧電体膜と、前記圧電体膜の両面に形成された金属電極膜と、を有する。   An inkjet head as an example of a piezoelectric element type has a drive element (piezoelectric element, actuator) that pressurizes ink. The drive element includes, for example, a piezoelectric film and metal electrode films formed on both surfaces of the piezoelectric film.

上記インクジェットヘッドは、インクを収容する圧力室を有する。圧力室の一方の端部に、上記駆動素子が取り付けられた振動板がある。圧力室の他方の端部に、ノズルを有するノズルプレートがある。   The ink jet head has a pressure chamber for containing ink. There is a diaphragm to which the drive element is attached at one end of the pressure chamber. There is a nozzle plate with nozzles at the other end of the pressure chamber.

二つの前記電極膜に駆動波形(電圧)が印加されると、当該電極膜を介して分極の方向と同方向の電界が圧電体膜に印加される。これにより、駆動素子は電界方向と直交する方向に伸縮する。この伸縮を利用して振動板が変形する。振動板が変形することで圧力室内のインクに圧力変化が発生し、ノズルからインク滴が吐出される。   When a drive waveform (voltage) is applied to the two electrode films, an electric field in the same direction as the polarization direction is applied to the piezoelectric film through the electrode films. Thereby, the drive element expands and contracts in a direction orthogonal to the electric field direction. The diaphragm is deformed using this expansion and contraction. When the diaphragm is deformed, a pressure change occurs in the ink in the pressure chamber, and an ink droplet is ejected from the nozzle.

特許第4844717号公報Japanese Patent No. 4844717

例えば膜で駆動素子を覆うことで、駆動素子がインクや空気中の水分による腐食、劣化、および性能低下から保護される。しかしながら、このような膜が駆動素子に接すると、駆動素子の変形が妨げられる。   For example, by covering the drive element with a film, the drive element is protected from corrosion, deterioration, and performance degradation due to ink or moisture in the air. However, when such a film contacts the drive element, deformation of the drive element is hindered.

本発明が解決しようとする課題は、駆動効率の低下を抑制できるインクジェットヘッド、インクジェット記録装置、およびインクジェットヘッドの製造方法を提供することにある。   The problem to be solved by the present invention is to provide an ink jet head, an ink jet recording apparatus, and a method for manufacturing the ink jet head that can suppress a decrease in driving efficiency.

一つの実施の形態に係るインクジェットヘッドは、基材と、振動板と、ノズルと、駆動素子と、絶縁膜と、絶縁性の保護膜とを備える。前記基材は、インクを収容する圧力室を有する。前記振動板は、前記圧力室を塞ぐ第1の面と、前記第1の面の反対側にある第2の面と、を有する。前記ノズルは、前記振動板の前記第1の面と第2の面を貫通する。前記駆動素子は、前記振動板の前記第2の面にあって、電圧が印加されたときに前記振動板を変形させることで前記圧力室の容積を変化させる。前記絶縁膜は、前記振動板の前記第2の面と、前記駆動素子と、を覆う。前記保護膜は、前記絶縁膜の上にあるとともに、前記駆動素子の上にある前記絶縁膜の一部と対応する部分に空間部分である凹部を有する。
An ink jet head according to one embodiment includes a base material, a diaphragm, a nozzle, a drive element, an insulating film, and an insulating protective film. The substrate has a pressure chamber for containing ink. The diaphragm has a first surface that closes the pressure chamber, and a second surface that is on the opposite side of the first surface. The nozzle passes through the first surface and the second surface of the diaphragm. The drive element is on the second surface of the diaphragm, and changes the volume of the pressure chamber by deforming the diaphragm when a voltage is applied. The insulating film covers the second surface of the diaphragm and the driving element. The protective film is provided on the insulating film and has a concave portion that is a space portion in a portion corresponding to a part of the insulating film on the driving element.

第1の実施の形態に係るインクジェットプリンタを示す断面図。1 is a cross-sectional view illustrating an ink jet printer according to a first embodiment. 第1の実施形態の画像形成装置を示す斜視図。1 is a perspective view illustrating an image forming apparatus according to a first embodiment. 第1の実施形態のインクジェットヘッドを示す平面図。FIG. 2 is a plan view showing the ink jet head of the first embodiment. 第1の実施形態のインクジェットヘッドの一部を示す断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a part of the ink jet head according to the first embodiment. 第1の実施形態の絶縁膜が形成されたインクジェットヘッドを示す断面図。1 is a cross-sectional view illustrating an ink jet head on which an insulating film according to a first embodiment is formed. 第1の実施形態の共通電極の配線部が形成されたインクジェットヘッドを示す断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an inkjet head in which a wiring portion of a common electrode according to the first embodiment is formed. 第1の実施形態の保護膜が形成されたインクジェットヘッドを示す断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating the inkjet head on which the protective film according to the first embodiment is formed. 第1の実施形態のノズルおよび開口部が形成されたインクジェットヘッドを示す断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating the inkjet head in which the nozzle and the opening according to the first embodiment are formed. 第2の実施の形態に係るインクジェットヘッドの一部を示す断面図。Sectional drawing which shows a part of inkjet head which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施の形態に係るインクジェットヘッドの一部を示す断面図。Sectional drawing which shows a part of inkjet head which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施形態のインクジェットヘッドの変形例を示す断面図。Sectional drawing which shows the modification of the inkjet head of 3rd Embodiment.

以下に、第1の実施の形態について、図1から図8を参照して説明する。なお、複数の表現が可能な各要素に、一つ以上の他の表現の例を付すことがある。しかし、これは、他の表現が付されていない要素について異なる表現がされることを否定するものではないし、例示されていない他の表現がされることを制限するものでもない。また、各図面は実施形態を概略的に示すものであり、図面に示される各要素の寸法は、実施形態の説明と異なることがある。   The first embodiment will be described below with reference to FIGS. 1 to 8. Note that one or more examples of other expressions may be attached to each element capable of a plurality of expressions. However, this does not deny that a different expression is given for an element to which no other expression is attached, and does not restrict other expressions not illustrated. Each drawing schematically shows an embodiment, and the size of each element shown in the drawing may differ from the explanation of the embodiment.

図1は、第1の実施の形態に係るインクジェットプリンタ1を示す断面図である。インクジェットプリンタ1は、インクジェット記録装置の一例である。なお、インクジェット記録装置はこれに限らず、複写機のような他の装置であっても良い。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing an ink jet printer 1 according to the first embodiment. The ink jet printer 1 is an example of an ink jet recording apparatus. The ink jet recording apparatus is not limited to this, and may be another apparatus such as a copying machine.

図1に示すように、インクジェットプリンタ1は、例えば、記録媒体である記録紙Pを搬送しながら画像形成等の各種処理を行う。インクジェットプリンタ1は、筐体10と、給紙カセット11と、排紙トレイ12と、保持ローラ(ドラム)13と、搬送装置14と、保持装置15と、画像形成装置16と、除電剥離装置17と、反転装置18と、クリーニング装置19とを備える。   As shown in FIG. 1, the inkjet printer 1 performs various processes such as image formation while conveying a recording paper P that is a recording medium, for example. The ink jet printer 1 includes a housing 10, a paper feed cassette 11, a paper discharge tray 12, a holding roller (drum) 13, a conveying device 14, a holding device 15, an image forming device 16, and a static elimination device 17. And a reversing device 18 and a cleaning device 19.

給紙カセット11は、複数の記録紙Pを収容して、筐体10内に配置される。排紙トレイ12は、筐体10の上部にある。インクジェットプリンタ1によって画像形成がされた記録紙Pは、排紙トレイ12に排出される。   The paper feed cassette 11 accommodates a plurality of recording papers P and is disposed in the housing 10. The paper discharge tray 12 is at the top of the housing 10. The recording paper P on which an image is formed by the ink jet printer 1 is discharged to the paper discharge tray 12.

搬送装置14は、記録紙Pが搬送される経路に沿って配置された複数のガイドおよび複数の搬送ローラを有する。当該搬送ローラは、モータに駆動されて回転することで、記録紙Pを給紙カセット11から排紙トレイ12まで搬送する。   The transport device 14 has a plurality of guides and a plurality of transport rollers arranged along a path along which the recording paper P is transported. The transport roller is driven by a motor and rotates to transport the recording paper P from the paper feed cassette 11 to the paper discharge tray 12.

保持ローラ13は、導体によって形成された円筒状のフレームと、当該フレームの表面に形成された薄い絶縁層とを有する。前記フレームは接地(グランド接続)される。保持ローラ13は、その表面上に記録紙Pを保持した状態で回転することにより、記録紙Pを搬送する。   The holding roller 13 has a cylindrical frame formed of a conductor and a thin insulating layer formed on the surface of the frame. The frame is grounded (ground connection). The holding roller 13 conveys the recording paper P by rotating while holding the recording paper P on the surface thereof.

保持装置15は、搬送装置14によって給紙カセット11から搬出された記録紙Pを、保持ローラ13の表面(外周面)に吸着させて保持させる。保持装置15は、記録紙Pを保持ローラ13に対して押圧した後、帯電による静電気力で記録紙Pを保持ローラ13に吸着させる。   The holding device 15 holds the recording paper P carried out of the paper feed cassette 11 by the transport device 14 by adsorbing it on the surface (outer peripheral surface) of the holding roller 13. The holding device 15 presses the recording paper P against the holding roller 13 and then attracts the recording paper P to the holding roller 13 by electrostatic force due to charging.

画像形成装置16は、保持装置15によって保持ローラ13の外面に保持された記録紙Pに、画像を形成する。画像形成装置16は、保持ローラ13の表面に面する複数のインクジェットヘッド21を有する。複数のインクジェットヘッド21は、例えば、シアン、マゼンダ、イエロー、ブラックの四色のインクを、それぞれ記録紙Pに吐出することで、画像を形成する。   The image forming apparatus 16 forms an image on the recording paper P held on the outer surface of the holding roller 13 by the holding device 15. The image forming apparatus 16 includes a plurality of inkjet heads 21 that face the surface of the holding roller 13. The plurality of inkjet heads 21 form images by ejecting, for example, four colors of ink of cyan, magenta, yellow, and black onto the recording paper P, respectively.

除電剥離装置17は、画像が形成された記録紙Pを、除電することで、保持ローラ13から剥離する。除電剥離装置17は、電荷を供給して記録紙Pを除電し、記録紙Pと保持ローラ13との間に爪を挿入する。これにより、記録紙Pは保持ローラ13から剥離される。保持ローラ13から剥離された記録紙Pは、搬送装置14によって、排紙トレイ12または反転装置18に搬送される。   The neutralization peeling device 17 peels the recording paper P on which the image is formed from the holding roller 13 by neutralizing the recording paper P. The neutralization peeling device 17 supplies electric charges to neutralize the recording paper P, and inserts a claw between the recording paper P and the holding roller 13. As a result, the recording paper P is peeled off from the holding roller 13. The recording paper P peeled off from the holding roller 13 is transported by the transport device 14 to the paper discharge tray 12 or the reversing device 18.

クリーニング装置19は、保持ローラ13を清浄する。クリーニング装置19は、保持ローラ13の回転方向において除電剥離装置17よりも下流にある。クリーニング装置19は、回転する保持ローラ13の表面にクリーニング部材19aを当接させ、回転する保持ローラ13の表面を洗浄する。   The cleaning device 19 cleans the holding roller 13. The cleaning device 19 is downstream of the static elimination device 17 in the rotation direction of the holding roller 13. The cleaning device 19 brings the cleaning member 19 a into contact with the surface of the rotating holding roller 13 and cleans the surface of the rotating holding roller 13.

反転装置18は、保持ローラ13から剥離された記録紙Pの表裏面を反転させ、当該記録紙Pを再び保持ローラ13の表面上に供給する。反転装置18は、例えば記録紙Pを前後方向逆にスイッチバックさせる所定の反転経路に沿って記録紙Pを搬送することにより、記録紙Pを反転させる。   The reversing device 18 reverses the front and back surfaces of the recording paper P peeled from the holding roller 13 and supplies the recording paper P onto the front surface of the holding roller 13 again. The reversing device 18 reverses the recording paper P by, for example, conveying the recording paper P along a predetermined reversing path for switching back the recording paper P in the front-rear direction.

図2は、画像形成装置16に含まれる一つのインクジェットヘッド21を分解して示す斜視図である。図3は、インクジェットヘッド21を示す平面図である。図4は、図3のF4−F4線に沿ってインクジェットヘッド21の一部を示す断面図である。なお、図2よび図3は、説明のために、本来は隠れる種々の要素を実線で示す。   FIG. 2 is an exploded perspective view showing one inkjet head 21 included in the image forming apparatus 16. FIG. 3 is a plan view showing the inkjet head 21. 4 is a cross-sectional view showing a part of the inkjet head 21 along the line F4-F4 of FIG. 2 and 3 show various elements which are originally hidden for the sake of explanation by solid lines.

図2に示すように、インクジェットプリンタ1は、複数のインクジェットヘッド21に接続される複数のインクタンク23および複数の制御部24を備える。インクジェットヘッド21は、対応する色のインクを収容するインクタンク23に接続される。   As shown in FIG. 2, the ink jet printer 1 includes a plurality of ink tanks 23 connected to a plurality of ink jet heads 21 and a plurality of control units 24. The inkjet head 21 is connected to an ink tank 23 that stores ink of a corresponding color.

インクジェットヘッド21は、保持ローラ13に保持された記録紙Pに、インク滴を吐出することで文字や画像を形成する。インクジェットヘッド21は、ノズルプレート100と、圧力室構造体200と、セパレートプレート300と、インク流路構造体400とを備える。圧力室構造体200は、基材の一例である。   The inkjet head 21 forms characters and images by ejecting ink droplets onto the recording paper P held by the holding roller 13. The inkjet head 21 includes a nozzle plate 100, a pressure chamber structure 200, a separate plate 300, and an ink flow path structure 400. The pressure chamber structure 200 is an example of a base material.

ノズルプレート100は、矩形の板状に形成される。ノズルプレート100は、圧力室構造体200の上に、一体構造として形成される。ノズルプレート100は、複数のノズル(オリフィス、インク吐出孔)101と、複数の駆動素子(圧電素子、アクチュエータ)102と、を有する。   The nozzle plate 100 is formed in a rectangular plate shape. The nozzle plate 100 is formed as an integral structure on the pressure chamber structure 200. The nozzle plate 100 includes a plurality of nozzles (orifices and ink ejection holes) 101 and a plurality of driving elements (piezoelectric elements and actuators) 102.

複数のノズル101は、円形の孔である。ノズル101の直径は、例えば20μmである。ノズル101は、ノズルプレート100の長手方向に沿って二列に並んでいる。一方の列のノズル101と、他方の列のノズル101とは、ノズルプレート100の長手方向において交互に配置される。すなわち、複数のノズル101は、千鳥状(互い違い)に配置される。これにより、複数の駆動素子102がより高密度に配置される。   The plurality of nozzles 101 are circular holes. The diameter of the nozzle 101 is 20 μm, for example. The nozzles 101 are arranged in two rows along the longitudinal direction of the nozzle plate 100. The nozzles 101 in one row and the nozzles 101 in the other row are alternately arranged in the longitudinal direction of the nozzle plate 100. That is, the plurality of nozzles 101 are arranged in a staggered manner (alternately). Thereby, the plurality of drive elements 102 are arranged with higher density.

ノズルプレート100の長手方向において、隣接するノズル101の中心間距離は、例えば、340μmである。ノズルプレート100の短手方向において、ノズル101の二つの列の間の距離は、例えば、240μmである。   In the longitudinal direction of the nozzle plate 100, the distance between the centers of adjacent nozzles 101 is, for example, 340 μm. In the short direction of the nozzle plate 100, the distance between the two rows of the nozzles 101 is, for example, 240 μm.

複数の駆動素子102は、複数のノズル101に対応して配置される。言い換えると、駆動素子102は、対応するノズル101と同一軸上に位置する。駆動素子102は、円環状に形成され、対応するノズル101を囲む。駆動素子102はこれに限らず、例えば、一部が開放された円環状(C字状)であっても良い。   The plurality of drive elements 102 are arranged corresponding to the plurality of nozzles 101. In other words, the drive element 102 is located on the same axis as the corresponding nozzle 101. The drive element 102 is formed in an annular shape and surrounds the corresponding nozzle 101. The drive element 102 is not limited to this, and may be, for example, an annular shape (C-shape) with a part opened.

圧力室構造体200は、シリコンウエハによって、矩形の板状に形成される。なお、圧力室構造体200はこれに限らず、例えば、炭化シリコン(SiC)やゲルマニウム基板のような他の半導体であっても良い。また、基材はこれに限らず、セラミックス、ガラス、石英、樹脂、または金属のような他の材料によって形成されても良い。利用されるセラミックスは、例えば、アルミナセラミックス、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、またはチタン酸バリウムのような窒化物、炭化物、または酸化物である。利用される樹脂は、例えば、ABS(アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン)、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、またはポリエーテルサルフォンのようなプラスチック材である。利用される金属は、例えばアルミまたはチタンである。圧力室構造体200の厚さは、例えば725μmである。圧力室構造体200の厚さは、例えば、100〜775μmの範囲にある。   The pressure chamber structure 200 is formed in a rectangular plate shape using a silicon wafer. The pressure chamber structure 200 is not limited to this, and may be another semiconductor such as silicon carbide (SiC) or a germanium substrate. The substrate is not limited to this, and may be formed of other materials such as ceramics, glass, quartz, resin, or metal. The ceramics used are, for example, alumina ceramics, zirconia, silicon carbide, silicon nitride or nitrides, carbides or oxides such as barium titanate. The resin used is, for example, a plastic material such as ABS (acrylonitrile butadiene styrene), polyacetal, polyamide, polycarbonate, or polyethersulfone. The metal used is, for example, aluminum or titanium. The thickness of the pressure chamber structure 200 is, for example, 725 μm. The thickness of the pressure chamber structure 200 is, for example, in the range of 100 to 775 μm.

図4に示すように、圧力室構造体200は、第1の面200aと、第2の面200bと、複数の圧力室(インク室)201を有する。第1および第2の面200a,200bは、平坦化される。第2の面200bは、第1の面200aの反対側に位置する。ノズルプレート100は、第1の面200aに固着する。   As shown in FIG. 4, the pressure chamber structure 200 includes a first surface 200 a, a second surface 200 b, and a plurality of pressure chambers (ink chambers) 201. The first and second surfaces 200a and 200b are flattened. The second surface 200b is located on the opposite side of the first surface 200a. The nozzle plate 100 is fixed to the first surface 200a.

複数の圧力室201は円形の孔である。圧力室201の直径は、例えば、190μmである。なお、圧力室201の形状はこれに限らない。圧力室201は、圧力室構造体200をその厚さ方向に貫通し、第1および第2の面200a,200bにそれぞれ開口する。第1の面200aに開口する複数の圧力室201は、ノズルプレート100によって塞がれる。   The plurality of pressure chambers 201 are circular holes. The diameter of the pressure chamber 201 is, for example, 190 μm. The shape of the pressure chamber 201 is not limited to this. The pressure chamber 201 penetrates the pressure chamber structure 200 in the thickness direction and opens in the first and second surfaces 200a and 200b, respectively. The plurality of pressure chambers 201 that open to the first surface 200 a are closed by the nozzle plate 100.

複数の圧力室201は、複数のノズル101に対応して配置される。言い換えると、圧力室201は、対応するノズル101と同一軸上に位置する。このため、圧力室201に、対応するノズル101が連通する。圧力室201は、ノズル101を介してインクジェットヘッド21の外部につながる。   The plurality of pressure chambers 201 are arranged corresponding to the plurality of nozzles 101. In other words, the pressure chamber 201 is located on the same axis as the corresponding nozzle 101. For this reason, the corresponding nozzle 101 communicates with the pressure chamber 201. The pressure chamber 201 is connected to the outside of the inkjet head 21 via the nozzle 101.

セパレートプレート300は、例えばステンレスによって矩形の板状に形成される。セパレートプレート300の厚さは、例えば200μmである。セパレートプレート300は、圧力室構造体200の第2の面200bに、例えばエポキシ系接着剤によって接着される。このため、第2の面200bに開口する圧力室201は、セパレートプレート300によって塞がれる。   The separate plate 300 is formed in a rectangular plate shape with, for example, stainless steel. The thickness of the separate plate 300 is, for example, 200 μm. The separate plate 300 is bonded to the second surface 200b of the pressure chamber structure 200 with, for example, an epoxy adhesive. For this reason, the pressure chamber 201 opened to the second surface 200 b is closed by the separate plate 300.

セパレートプレート300は、複数のインク絞り301を有する。インク絞り301は、円形の孔である。インク絞り301の直径は、例えば50μmである。インク絞り301の直径は、圧力室201の直径の1/4以下である。   The separate plate 300 has a plurality of ink stops 301. The ink diaphragm 301 is a circular hole. The diameter of the ink diaphragm 301 is, for example, 50 μm. The diameter of the ink restrictor 301 is ¼ or less of the diameter of the pressure chamber 201.

インク絞り301は、複数の圧力室201に対応して配置される。言い換えると、インク絞り301は、対応する圧力室201と同一軸上に位置する。このため、圧力室201に、対応するインク絞り301が開口する。   The ink restrictor 301 is disposed corresponding to the plurality of pressure chambers 201. In other words, the ink restrictor 301 is located on the same axis as the corresponding pressure chamber 201. For this reason, the corresponding ink diaphragm 301 opens in the pressure chamber 201.

インク流路構造体400は、例えばステンレスによって矩形の板状に形成される。インク流路構造体400の厚さは、例えば4mmである。なお、インク流路構造体400および上記セパレートプレート300の材料は、ステンレスに限らない。例えば、セラミックスまたは樹脂のような他の材料によって形成されても良い。使用されるセラミックスは、例えば、アルミナセラミックス、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素のような窒化物、炭化物、または酸化物である。使用される樹脂は、例えば、ABS、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、またはポリエーテルサルフォンのようなプラスチック材である。セパレートプレート300およびインク流路構造体400の材料は、インクを吐出するための圧力の発生に影響が生じないように、ノズルプレート100との膨張係数の差を考慮して選択される。   The ink flow path structure 400 is formed in a rectangular plate shape using, for example, stainless steel. The thickness of the ink flow path structure 400 is, for example, 4 mm. The material of the ink flow path structure 400 and the separate plate 300 is not limited to stainless steel. For example, you may form with other materials like ceramics or resin. The ceramics used are, for example, alumina ceramics, zirconia, silicon carbide, nitrides such as silicon nitride, carbides or oxides. The resin used is, for example, a plastic material such as ABS, polyacetal, polyamide, polycarbonate, or polyethersulfone. The materials of the separate plate 300 and the ink flow path structure 400 are selected in consideration of the difference in expansion coefficient from the nozzle plate 100 so as not to affect the generation of pressure for ejecting ink.

インク流路構造体400は、例えばエポキシ系接着剤によって、セパレートプレート300に接着される。セパレートプレート300は、圧力室構造体200とインク流路構造体400とに挟まれる。図2に示すように、インク流路構造体400は、インク流路401と、インク供給口402と、インク排出口403とを有する。   The ink flow path structure 400 is bonded to the separate plate 300 by, for example, an epoxy adhesive. The separate plate 300 is sandwiched between the pressure chamber structure 200 and the ink flow path structure 400. As shown in FIG. 2, the ink flow path structure 400 includes an ink flow path 401, an ink supply port 402, and an ink discharge port 403.

インク流路401は、セパレートプレート300に接着されるインク流路構造体400の表面に形成された溝である。インク流路401の深さは、例えば2mmである。インク流路401は、複数のインク絞り301を囲む。言い換えると、複数のインク絞り301は、インク流路401に開口する。   The ink flow path 401 is a groove formed on the surface of the ink flow path structure 400 that is bonded to the separate plate 300. The depth of the ink flow path 401 is 2 mm, for example. The ink flow path 401 surrounds the plurality of ink restrictors 301. In other words, the plurality of ink restrictors 301 are open to the ink flow path 401.

インク供給口402は、インク流路401の一方の端部に開口する。インク供給口402は、例えばチューブを介してインクタンク23に接続される。インクタンク23は、インク流路401を介して複数の圧力室201に接続される。   The ink supply port 402 opens at one end of the ink flow path 401. The ink supply port 402 is connected to the ink tank 23 through, for example, a tube. The ink tank 23 is connected to the plurality of pressure chambers 201 via the ink flow path 401.

インクタンク23のインクは、インク供給口402を通って、インク流路401に流入する。インク流路401に供給されたインクは、複数のインク絞り301を通って、複数の圧力室201に供給される。インク絞り301は、複数の圧力室201へそれぞれ流入するインクの流路抵抗をほぼ同程度にする。圧力室201に充填されたインクは、圧力室201に開口するノズル101内にも流入する。インクジェットプリンタ1は、インクの圧力を適切な負圧に保つことで、インクをノズル101内に留める。インクは、ノズル101内にメニスカスを生じさせるとともに、ノズル101から漏れ出さないように維持される。   The ink in the ink tank 23 flows into the ink flow path 401 through the ink supply port 402. The ink supplied to the ink flow path 401 is supplied to the plurality of pressure chambers 201 through the plurality of ink restrictors 301. The ink restrictor 301 makes the flow path resistance of the ink flowing into the plurality of pressure chambers 201 approximately the same. The ink filled in the pressure chamber 201 also flows into the nozzle 101 that opens in the pressure chamber 201. The ink jet printer 1 keeps the ink in the nozzle 101 by keeping the ink pressure at an appropriate negative pressure. The ink causes a meniscus in the nozzle 101 and is maintained so as not to leak from the nozzle 101.

インク排出口403は、インク流路401の他方の端部に開口する。インク排出口403は、例えばチューブを介してインクタンク23に接続される。圧力室201に流入しなかったインク流路401のインクは、インク排出口403を通って、インクタンク23に排出される。このように、インクタンク23とインク流路401との間で、インクが循環する。インクが循環することで、インクジェットヘッド21と、インクとの温度が一定に保たれ、例えば熱によるインクの変質が抑制される。   The ink discharge port 403 opens at the other end of the ink flow path 401. The ink discharge port 403 is connected to the ink tank 23 through, for example, a tube. The ink in the ink flow path 401 that has not flowed into the pressure chamber 201 is discharged to the ink tank 23 through the ink discharge port 403. In this way, ink circulates between the ink tank 23 and the ink flow path 401. As the ink circulates, the temperature of the inkjet head 21 and the ink is kept constant, and, for example, the quality of the ink due to heat is suppressed.

次に、ノズルプレート100について詳しく説明する。図4に示すように、ノズルプレート100は、上述のノズル101および駆動素子102と、振動板104と、絶縁膜105と、複数の配線電極106と、共有電極107と、保護膜108と、撥インク膜109とを有する。絶縁膜105および保護膜108は、絶縁部の一例である。   Next, the nozzle plate 100 will be described in detail. As shown in FIG. 4, the nozzle plate 100 includes the nozzle 101 and the driving element 102, the diaphragm 104, the insulating film 105, the plurality of wiring electrodes 106, the shared electrode 107, the protective film 108, and the repellent film. And an ink film 109. The insulating film 105 and the protective film 108 are an example of an insulating part.

振動板104は、例えば、圧力室構造体200の第1の面200aに成膜されたSiO(二酸化ケイ素)によって、矩形の板状に形成される。言い換えると、振動板104は、シリコンウエハである圧力室構造体200の酸化膜である。振動板104は、単結晶Si(ケイ素)、Al(酸化アルミニウム)、HfO(酸化ハフニウム)、ZrO(酸化ジルコニウム)、またはDLC(Diamond Like Carbon)のような他の材料によって形成されても良い。振動板104の厚さは、例えば4μmである。振動板104の厚さは、概ね1〜50μmの範囲にある。 The diaphragm 104 is formed in a rectangular plate shape by, for example, SiO 2 (silicon dioxide) formed on the first surface 200a of the pressure chamber structure 200. In other words, the diaphragm 104 is an oxide film of the pressure chamber structure 200 that is a silicon wafer. The diaphragm 104 is formed of other materials such as single crystal Si (silicon), Al 2 O 3 (aluminum oxide), HfO 2 (hafnium oxide), ZrO 2 (zirconium oxide), or DLC (Diamond Like Carbon). May be. The thickness of the diaphragm 104 is, for example, 4 μm. The thickness of the diaphragm 104 is generally in the range of 1 to 50 μm.

振動板104は、第1の面104aと、第2の面104bとを有する。第1の面104aは、圧力室構造体200に固着し、複数の圧力室201を塞ぐ。第2の面104bは、第1の面104aの反対側に位置する。   The diaphragm 104 has a first surface 104a and a second surface 104b. The first surface 104 a is fixed to the pressure chamber structure 200 and closes the plurality of pressure chambers 201. The second surface 104b is located on the opposite side of the first surface 104a.

複数の配線電極106は、振動板104の第2の面104bに形成される。図3および図4に示すように、複数の配線電極106は、端子部106aと、配線部106bと、電極部106cとをそれぞれ有する。複数の配線電極106の端子部106aは、振動板104の短手方向の一方の端部に位置し、振動板104の長手方向に沿って並ぶ。各端子部106aの間の距離は、170μmである。   The plurality of wiring electrodes 106 are formed on the second surface 104 b of the diaphragm 104. As shown in FIGS. 3 and 4, each of the plurality of wiring electrodes 106 includes a terminal portion 106a, a wiring portion 106b, and an electrode portion 106c. The terminal portions 106 a of the plurality of wiring electrodes 106 are located at one end in the short direction of the diaphragm 104 and are arranged along the longitudinal direction of the diaphragm 104. The distance between each terminal part 106a is 170 micrometers.

共有電極107は、二つの端子部107aと、複数の配線部107bと、複数の電極部107cとを有する。配線部107bは、引出配線の一例である。二つの端子部107aは、振動板104の短手方向の一方の端部に位置し、振動板104の長手方向の両端部に配置される。複数の配線電極106の端子部106aは、共有電極107の二つの端子部107aの間に並ぶ。   The shared electrode 107 includes two terminal portions 107a, a plurality of wiring portions 107b, and a plurality of electrode portions 107c. The wiring portion 107b is an example of a lead wiring. The two terminal portions 107 a are located at one end of the diaphragm 104 in the short direction and are disposed at both ends of the diaphragm 104 in the longitudinal direction. The terminal portions 106 a of the plurality of wiring electrodes 106 are arranged between the two terminal portions 107 a of the shared electrode 107.

複数の配線電極106は、例えば、Pt(白金)およびAl(アルミニウム)の薄膜である。共有電極107の端子部107aおよび配線部107bは、例えば、Ti(チタン)およびAlの薄膜である。共有電極107の電極部107cは、Ptの薄膜である。なお、複数の配線電極106および共有電極107は、Ni(ニッケル)、Cu(銅)、Al(アルミニウム)、Ag(銀)、Ti(チタン)、W(タングステン)、Mo(モリブデン)、Au(金)のような他の材料によって形成されても良い。   The plurality of wiring electrodes 106 are, for example, thin films of Pt (platinum) and Al (aluminum). The terminal portion 107a and the wiring portion 107b of the shared electrode 107 are, for example, Ti (titanium) and Al thin films. The electrode part 107c of the shared electrode 107 is a thin film of Pt. Note that the plurality of wiring electrodes 106 and the common electrode 107 include Ni (nickel), Cu (copper), Al (aluminum), Ag (silver), Ti (titanium), W (tungsten), Mo (molybdenum), Au ( It may be formed of other materials such as gold.

複数の配線電極106および共有電極107の厚さは、例えば0.5μmである。複数の配線電極106および共有電極107の膜厚は、概ね0.01〜1μmの範囲にある。複数の配線電極106および共有電極107の配線部106b,107bの幅は、例えば80μmである。   The thickness of the plurality of wiring electrodes 106 and the shared electrode 107 is, for example, 0.5 μm. The film thicknesses of the plurality of wiring electrodes 106 and the common electrode 107 are generally in the range of 0.01 to 1 μm. The width of the wiring portions 106b and 107b of the plurality of wiring electrodes 106 and the shared electrode 107 is, for example, 80 μm.

図4に示すように、駆動素子102は、振動板104の第2の面104bにある。駆動素子102は、対応するノズル101からインク滴を吐出させるための圧力を、対応する圧力室201のインクに発生させる。   As shown in FIG. 4, the drive element 102 is on the second surface 104 b of the diaphragm 104. The drive element 102 generates a pressure for ejecting ink droplets from the corresponding nozzle 101 in the ink in the corresponding pressure chamber 201.

複数の駆動素子102は、配線電極106の電極部106cと、共有電極107の電極部107cと、圧電体膜111とをそれぞれ有する。配線電極106の電極部106cは、第1の電極の一例であり、下部電極とも称される。共有電極107の電極部107cは、第2の電極の一例であり、上部電極とも称される。圧電体膜111は、圧電体の一例である。   The plurality of drive elements 102 each include an electrode portion 106 c of the wiring electrode 106, an electrode portion 107 c of the shared electrode 107, and a piezoelectric film 111. The electrode portion 106c of the wiring electrode 106 is an example of a first electrode and is also referred to as a lower electrode. The electrode portion 107c of the shared electrode 107 is an example of a second electrode and is also referred to as an upper electrode. The piezoelectric film 111 is an example of a piezoelectric body.

配線電極106の電極部106cは、振動板104の第2の面104bにある。電極部106cは、ノズル101を囲む円環状に形成される。電極部106cは、ノズル101と同一軸上に位置する。電極部106cの外径は、例えば133μmである。電極部106cの内径は、例えば30μmである。このため、電極部106cは、ノズル101から離間する。   The electrode portion 106 c of the wiring electrode 106 is on the second surface 104 b of the diaphragm 104. The electrode part 106 c is formed in an annular shape surrounding the nozzle 101. The electrode part 106 c is located on the same axis as the nozzle 101. The outer diameter of the electrode portion 106c is, for example, 133 μm. The inner diameter of the electrode part 106c is, for example, 30 μm. For this reason, the electrode part 106 c is separated from the nozzle 101.

配線電極106の配線部106bは、振動板104の第2の面104bに形成される。図3に示すように、配線部106bは、対応する駆動素子102の電極部106cと端子部106aとを接続する。複数の配線部106bは、ノズルプレート100の短手方向に沿って平行に延びる。幾つかの配線部106bは、並んだ駆動素子102の間を通過する。   The wiring part 106 b of the wiring electrode 106 is formed on the second surface 104 b of the diaphragm 104. As shown in FIG. 3, the wiring part 106 b connects the electrode part 106 c and the terminal part 106 a of the corresponding driving element 102. The plurality of wiring portions 106 b extend in parallel along the short direction of the nozzle plate 100. Some wiring parts 106b pass between the drive elements 102 arranged side by side.

図4に示すように、圧電体膜111は、ノズル101を囲むとともに、配線電極106の電極部106cと大よそ同じ大きさの円環状に形成される。圧電体膜111は、配線電極106の電極部106cよりも僅かに小さく形成されるが、電極部106cより大きくても良い。圧電体膜111は、ノズル101と同一軸上に位置する。圧電体膜111は、配線電極106の電極部106cを覆う。   As shown in FIG. 4, the piezoelectric film 111 surrounds the nozzle 101 and is formed in an annular shape having approximately the same size as the electrode portion 106 c of the wiring electrode 106. The piezoelectric film 111 is formed slightly smaller than the electrode portion 106c of the wiring electrode 106, but may be larger than the electrode portion 106c. The piezoelectric film 111 is located on the same axis as the nozzle 101. The piezoelectric film 111 covers the electrode portion 106 c of the wiring electrode 106.

圧電体膜111は、圧電性材料であるチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)の膜である。なお、圧電体膜111はこれに限らず、例えば、PTO(PbTiO:チタン酸鉛)、PMNT(Pb(Mg1/3Nb2/3)O−PbTiO)、PZNT(Pb(Zn1/3Nb2/3)O−PbTiO)、ZnO、およびAlNのような種々の圧電性材料によって形成されても良い。 The piezoelectric film 111 is a film of lead zirconate titanate (PZT) which is a piezoelectric material. The piezoelectric film 111 is not limited to this, and for example, PTO (PbTiO 3 : lead titanate), PMNT (Pb (Mg 1/3 Nb 2/3 ) O 3 -PbTiO 3 ), PZNT (Pb (Zn 1 )) / 3 Nb 2/3) O 3 -PbTiO 3), ZnO, and it may be formed by a variety of piezoelectric material such as AlN.

圧電体膜111の厚さは、例えば2μmである。圧電体膜の厚さは、例えば、圧電特性および絶縁破壊電圧によって決定される。圧電体膜の厚さは、概ね0.1μmから5μmの範囲にある。   The thickness of the piezoelectric film 111 is, for example, 2 μm. The thickness of the piezoelectric film is determined by, for example, piezoelectric characteristics and dielectric breakdown voltage. The thickness of the piezoelectric film is generally in the range of 0.1 μm to 5 μm.

圧電体膜111は、その厚み方向に分極を発生させる。当該分極の方向と同方向の電界が圧電体膜111に印加すると、圧電体膜111は、当該電界の方向と直交する方向に伸縮する。言い換えると、圧電体膜111は、膜厚に対して直交する方向(面内方向)に収縮または伸長する。   The piezoelectric film 111 generates polarization in the thickness direction. When an electric field in the same direction as the polarization direction is applied to the piezoelectric film 111, the piezoelectric film 111 expands and contracts in a direction orthogonal to the direction of the electric field. In other words, the piezoelectric film 111 contracts or expands in a direction (in-plane direction) orthogonal to the film thickness.

なお、圧電体膜111としてPZTのような強誘電体を使用した場合は、分極方向と反対の電界を加えることにより分極反転を生じる。したがって、実質的に分極方向と同じ方向にのみ電界を印加することが可能であり、電界を加えることにより圧電体膜111は膜厚方向に伸長し、膜厚に対して直交する方向(面内方向)に収縮する。   When a ferroelectric material such as PZT is used as the piezoelectric film 111, polarization inversion occurs by applying an electric field opposite to the polarization direction. Therefore, it is possible to apply an electric field substantially only in the same direction as the polarization direction. By applying the electric field, the piezoelectric film 111 extends in the film thickness direction and is orthogonal to the film thickness (in-plane Direction).

共有電極107の電極部107cは、ノズル101を囲むとともに、配線電極106の電極部106cおよび圧電体膜111と大よそ同じ大きさの円環状に形成される。共有電極107の電極部107cは、圧電体膜111よりも僅かに小さく形成されるが、圧電体膜111より大きくても良い。電極部107cは、ノズル101と同一軸上に位置する。電極部107cは、圧電体膜111を覆う。言い換えると、電極部107cは、圧電体膜111の吐出側(インクジェットヘッド21の外に向く側)に設けられる。   The electrode portion 107 c of the shared electrode 107 surrounds the nozzle 101 and is formed in an annular shape having approximately the same size as the electrode portion 106 c of the wiring electrode 106 and the piezoelectric film 111. The electrode portion 107 c of the shared electrode 107 is formed slightly smaller than the piezoelectric film 111, but may be larger than the piezoelectric film 111. The electrode part 107 c is located on the same axis as the nozzle 101. The electrode part 107 c covers the piezoelectric film 111. In other words, the electrode part 107 c is provided on the ejection side (side facing the ink jet head 21) of the piezoelectric film 111.

圧電体膜111は、配線電極106の電極部106cと、共有電極107の電極部107cとの間に介在する。言い換えると、圧電体膜111に、配線電極106および共有電極107の電極部106c,107cが重なる。圧電体膜111は、二つの電極部106c,107cの間を絶縁する。共有電極107の電極部107cは、圧電体膜111を介して配線電極106の電極部106cに対向する。   The piezoelectric film 111 is interposed between the electrode portion 106 c of the wiring electrode 106 and the electrode portion 107 c of the shared electrode 107. In other words, the electrode portions 106 c and 107 c of the wiring electrode 106 and the shared electrode 107 overlap the piezoelectric film 111. The piezoelectric film 111 insulates between the two electrode portions 106c and 107c. The electrode portion 107 c of the shared electrode 107 faces the electrode portion 106 c of the wiring electrode 106 with the piezoelectric film 111 interposed therebetween.

共有電極107の電極部107cは、駆動素子102の外面102aを形成する。外面102aは、振動板104の反対側を向く駆動素子102の一面である。言い換えると、外面102aは、駆動素子102の吐出側に向く。外面102aは、振動板104の第2の面104bと略平行な面である。   The electrode part 107 c of the shared electrode 107 forms the outer surface 102 a of the drive element 102. The outer surface 102 a is one surface of the driving element 102 facing the opposite side of the diaphragm 104. In other words, the outer surface 102 a faces the ejection side of the drive element 102. The outer surface 102 a is a surface that is substantially parallel to the second surface 104 b of the diaphragm 104.

絶縁膜105は、振動板104の第2の面104bと、駆動素子102の表面と、配線電極106の配線部106bと、を覆う。絶縁膜105は、複数の配線電極106の端子部106aを露出させる複数の孔を有する。   The insulating film 105 covers the second surface 104 b of the vibration plate 104, the surface of the driving element 102, and the wiring part 106 b of the wiring electrode 106. The insulating film 105 has a plurality of holes that expose the terminal portions 106 a of the plurality of wiring electrodes 106.

絶縁膜105は、例えば、SiOによって形成される。絶縁膜105は、例えば、SiN(窒化ケイ素)のような他の材料によって形成されても良い。絶縁膜105は、振動板104の第2の面104bと、駆動素子102の表面と、配線電極106の配線部106bと、の上において、おおよそ均一な厚さを有する。絶縁膜105の厚さは1μmである。絶縁膜105の厚さは、大よそ0.1μmから5μmの範囲にある。なお、絶縁膜105の厚さは、部分的に異なっても良い。 Insulating film 105 is formed by, for example, SiO 2. The insulating film 105 may be formed of other materials such as SiN (silicon nitride), for example. The insulating film 105 has a substantially uniform thickness on the second surface 104 b of the vibration plate 104, the surface of the drive element 102, and the wiring portion 106 b of the wiring electrode 106. The thickness of the insulating film 105 is 1 μm. The thickness of the insulating film 105 is approximately in the range of 0.1 μm to 5 μm. Note that the thickness of the insulating film 105 may be partially different.

絶縁膜105は、複数のコンタクト部113を有する。コンタクト部113は、対応する駆動素子102の外面102aの上にある絶縁膜105の一部に設けられた孔である。コンタクト部113は、例えば、直径20μmの円形に形成される。コンタクト部113は、共有電極107の電極部107cの一部を露出させる。コンタクト部113は、円環状の電極部107cの内周と外周との間の中央よりも、電極部107cの外周に近く配置される。   The insulating film 105 has a plurality of contact portions 113. The contact portion 113 is a hole provided in a part of the insulating film 105 on the outer surface 102 a of the corresponding driving element 102. The contact portion 113 is formed in a circular shape with a diameter of 20 μm, for example. The contact part 113 exposes a part of the electrode part 107 c of the shared electrode 107. The contact portion 113 is disposed closer to the outer periphery of the electrode portion 107c than the center between the inner periphery and the outer periphery of the annular electrode portion 107c.

共有電極107の二つの端子部107aと、複数の配線部107bとは、絶縁膜105の表面105aにある。言い換えると、共有電極107の端子部107aおよび配線部107bは、絶縁膜105の上にある。絶縁膜105の表面105aは、振動板104の反対方向に向く。   The two terminal portions 107 a and the plurality of wiring portions 107 b of the shared electrode 107 are on the surface 105 a of the insulating film 105. In other words, the terminal portion 107 a and the wiring portion 107 b of the shared electrode 107 are on the insulating film 105. The surface 105 a of the insulating film 105 faces in the opposite direction of the diaphragm 104.

図3に示すように、共有電極107の複数の配線部107bは、対応する駆動素子102の電極部107cと、二つの端子部107aとから、それぞれ延びる。複数の配線部107bは、ノズルプレート100の短手方向に沿って平行に延びる。   As shown in FIG. 3, the plurality of wiring portions 107b of the shared electrode 107 extend from the electrode portion 107c of the corresponding driving element 102 and the two terminal portions 107a, respectively. The plurality of wiring portions 107 b extend in parallel along the short direction of the nozzle plate 100.

複数の配線部107bは、ノズルプレート100の短手方向の他方の端部において合体し、ノズルプレート100の長手方向に沿って延びる部分を形成する。このため、二つの端子部107aと、複数の電極部107cとは、複数の配線部107bによって接続される。   The plurality of wiring portions 107 b are combined at the other end portion in the short side direction of the nozzle plate 100 to form a portion extending along the longitudinal direction of the nozzle plate 100. For this reason, the two terminal portions 107a and the plurality of electrode portions 107c are connected by the plurality of wiring portions 107b.

図4に示すように、共有電極107の配線部107bは、駆動素子102を覆う絶縁膜105の表面105aを通る。配線部107bの一方の端部は、コンタクト部113を通って、共有電極107の電極部107cに接続される。言い換えると、コンタクト部113は、配線部107bを電極部107cに接続するために、絶縁膜105が部分的に除去された部分である。   As shown in FIG. 4, the wiring portion 107 b of the shared electrode 107 passes through the surface 105 a of the insulating film 105 that covers the driving element 102. One end of the wiring portion 107 b is connected to the electrode portion 107 c of the shared electrode 107 through the contact portion 113. In other words, the contact portion 113 is a portion where the insulating film 105 is partially removed in order to connect the wiring portion 107b to the electrode portion 107c.

絶縁膜105は、共有電極107の配線部107bと、配線電極106の電極部106cとの間を隔てる。絶縁膜105は、配線電極106と共有電極107とが電気的に接続することを防ぐ。   The insulating film 105 separates the wiring portion 107 b of the shared electrode 107 and the electrode portion 106 c of the wiring electrode 106. The insulating film 105 prevents the wiring electrode 106 and the shared electrode 107 from being electrically connected.

保護膜108は、振動板104の第2の面104b上にある。保護膜108は、例えば、東レ株式会社のフォトニース(登録商標)のような感光性ポリイミドによって形成される。すなわち、保護膜108は、絶縁膜105と異なるとともに、絶縁性を有する材料によって形成される。保護膜108はこれに限らず、樹脂またはセラミックスのような、他の絶縁性の材料によって形成されても良い。利用される樹脂は、例えば、他の種類のポリイミド、ABS、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエーテルサルフォンのようなプラスチック材である。利用されるセラミックスは、例えば、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、チタン酸バリウムなどの窒化物、または酸化物である。また、保護膜108は、駆動素子102および共有電極107との絶縁性を有するならば、金属材料によって形成されても良い。当該金属材料は、例えば、アルミ、SUS、またはチタンである。   The protective film 108 is on the second surface 104 b of the diaphragm 104. The protective film 108 is formed of, for example, a photosensitive polyimide such as Photo Nice (registered trademark) manufactured by Toray Industries, Inc. That is, the protective film 108 is different from the insulating film 105 and is formed of an insulating material. The protective film 108 is not limited to this, and may be formed of other insulating materials such as resin or ceramics. Resins used are plastic materials such as other types of polyimide, ABS, polyacetal, polyamide, polycarbonate, and polyethersulfone. The ceramics used are, for example, nitrides such as zirconia, silicon carbide, silicon nitride, barium titanate, or oxides. Further, the protective film 108 may be formed of a metal material as long as it has an insulating property with respect to the driving element 102 and the shared electrode 107. The metal material is, for example, aluminum, SUS, or titanium.

保護膜108の材料は、耐熱性、絶縁性、熱膨張係数、平滑性、インクに対する濡れ性を考慮して選択される。当該材料の絶縁性は、インクジェットプリンタ1が導電率の高いインクを使用する場合、駆動素子102が駆動する際のインクの変質度合いに影響し得る。   The material of the protective film 108 is selected in consideration of heat resistance, insulation, thermal expansion coefficient, smoothness, and ink wettability. When the ink jet printer 1 uses ink having high conductivity, the insulating property of the material can affect the degree of ink deterioration when the drive element 102 is driven.

保護膜108は、振動板104の第2の面104bと、絶縁膜105の表面105aと、共有電極107の配線部107bとを覆う。言い換えると、保護膜108は、絶縁膜105の上から駆動素子102および配線電極106の配線部106bを覆う。保護膜108は、例えばインクや空気中の水分から、駆動素子102、配線電極106、および共有電極107を保護する。保護膜108は、配線電極106および共有電極107の複数の端子部106a,107aをそれぞれ露出させる複数の孔を有する。   The protective film 108 covers the second surface 104 b of the diaphragm 104, the surface 105 a of the insulating film 105, and the wiring portion 107 b of the shared electrode 107. In other words, the protective film 108 covers the driving element 102 and the wiring part 106 b of the wiring electrode 106 from above the insulating film 105. The protective film 108 protects the driving element 102, the wiring electrode 106, and the shared electrode 107 from, for example, ink or moisture in the air. The protective film 108 has a plurality of holes exposing the plurality of terminal portions 106 a and 107 a of the wiring electrode 106 and the common electrode 107.

保護膜108の材料は、振動板104の材料とヤング率が異なる。振動板104を形成するSiOのヤング率は、80.6GPaである。一方、保護膜108を形成するポリイミドのヤング率は、4GPaである。すなわち、保護膜108のヤング率は振動板104のヤング率よりも小さい。 The material of the protective film 108 differs from the material of the diaphragm 104 in Young's modulus. The Young's modulus of SiO 2 forming the diaphragm 104 is 80.6 GPa. On the other hand, the Young's modulus of the polyimide forming the protective film 108 is 4 GPa. That is, the Young's modulus of the protective film 108 is smaller than the Young's modulus of the diaphragm 104.

保護膜108の表面108aは、大よそ平滑に形成されるが、微小な凹凸を有する。例えば、駆動素子102が設けられた部分において、保護膜108の表面108aは、他の部分に比べて隆起する。保護膜108の表面108aは、振動板104に固着した面の反対側に位置する。   The surface 108a of the protective film 108 is formed to be roughly smooth, but has minute irregularities. For example, in the portion where the driving element 102 is provided, the surface 108a of the protective film 108 is raised as compared with other portions. The surface 108 a of the protective film 108 is located on the opposite side of the surface fixed to the diaphragm 104.

駆動素子102、配線電極106、および共有電極107がある部分以外の保護膜108の厚さは、約4μmである。保護膜108の膜厚は、概ね1〜50μmの範囲にある。この保護膜108の厚さは、振動板104の第2の面104bから、保護膜108の表面108aまでの距離である。駆動素子102上に形成された保護膜108の厚さは、約2.5μmである。この保護膜108の厚さは、駆動素子102の上にある絶縁膜105の表面105aから、保護膜108の表面108aまでの距離である。   The thickness of the protective film 108 other than the portion where the driving element 102, the wiring electrode 106, and the shared electrode 107 are present is about 4 μm. The thickness of the protective film 108 is approximately in the range of 1 to 50 μm. The thickness of the protective film 108 is the distance from the second surface 104 b of the diaphragm 104 to the surface 108 a of the protective film 108. The thickness of the protective film 108 formed on the driving element 102 is about 2.5 μm. The thickness of the protective film 108 is a distance from the surface 105 a of the insulating film 105 on the driving element 102 to the surface 108 a of the protective film 108.

保護膜108は、複数の開口部(除去部、凹部)115を有する。開口部115は、対応する駆動素子102の上に設けられる。開口部115は、駆動素子102よりも小さい円環状に形成された孔である。言い換えると、開口部115の内周の直径は、駆動素子102の内周の直径よりも大きい。開口部115の外周の直径は、駆動素子102の外周の直径よりも小さい。なお、開口部115はこれに限らず、例えば、ノズル101を軸として回転対称に配置された複数の孔であっても良い。   The protective film 108 has a plurality of openings (removal portions, recesses) 115. The opening 115 is provided on the corresponding driving element 102. The opening 115 is a hole formed in an annular shape smaller than the driving element 102. In other words, the inner peripheral diameter of the opening 115 is larger than the inner peripheral diameter of the drive element 102. The diameter of the outer periphery of the opening 115 is smaller than the diameter of the outer periphery of the drive element 102. The opening 115 is not limited to this, and may be, for example, a plurality of holes arranged rotationally symmetrically with the nozzle 101 as an axis.

開口部115は、対応するノズル101を囲む。開口部115は、対応するノズル101と同一軸上に配置される。言い換えると、開口部115は、ノズル101の中心軸を軸とした回転対称形状に形成される。   The opening 115 surrounds the corresponding nozzle 101. The opening 115 is arranged on the same axis as the corresponding nozzle 101. In other words, the opening 115 is formed in a rotationally symmetric shape with the central axis of the nozzle 101 as an axis.

開口部115は、駆動素子102の上にある絶縁膜105の一部を露出させる。言い換えると、駆動素子102の外面102aの上にある絶縁膜105は、開口部115によって部分的に露出される。   The opening 115 exposes a part of the insulating film 105 on the driving element 102. In other words, the insulating film 105 on the outer surface 102 a of the driving element 102 is partially exposed by the opening 115.

保護膜108は、駆動素子102の外面102aの内周近傍の端部と外周近傍の端部とを、絶縁膜105の上から覆う。保護膜108は、コンタクト部113も覆う。さらに、保護膜108は、駆動素子102の外面102aの上にある絶縁膜105を通る共有電極107の配線部107bも覆う。   The protective film 108 covers the end portion near the inner periphery and the end portion near the outer periphery of the outer surface 102 a of the drive element 102 from above the insulating film 105. The protective film 108 also covers the contact portion 113. Further, the protective film 108 also covers the wiring portion 107 b of the shared electrode 107 that passes through the insulating film 105 on the outer surface 102 a of the driving element 102.

開口部115があるため、駆動素子102の上において、絶縁膜105が駆動素子102を覆うとともに保護膜108が存在しない部分が生じる。言い換えると、駆動素子102の上において、絶縁膜105および保護膜108が形成する絶縁性の部分(絶縁部)に、他の部分よりも薄い部分(薄肉部)が形成される。さらに別の表現をすれば、駆動素子102は、絶縁膜105および保護膜108に覆われる部分と、絶縁膜105に覆われる部分とを有する。なお、上記絶縁部は、接する部材との絶縁性を有すれば良く、絶縁性の材料によって形成されたものに限らない。   Since the opening 115 is provided, a portion of the driving element 102 where the insulating film 105 covers the driving element 102 and the protective film 108 does not exist is generated. In other words, a thin portion (thin portion) is formed on the driving element 102 in an insulating portion (insulating portion) formed by the insulating film 105 and the protective film 108. In other words, the driving element 102 includes a portion covered with the insulating film 105 and the protective film 108 and a portion covered with the insulating film 105. In addition, the said insulation part should just have insulation with the member to contact | connect, and is not restricted to what was formed with the insulating material.

撥インク膜109は、保護膜108と、開口部115によって露出された絶縁膜105の一部とを覆う。撥インク膜109は、開口部115の内周面も覆う。撥インク膜109は、例えば、旭硝子株式会社のサイトップ(登録商標)のような、撥液性を有するシリコーン系撥液材料またはフッ素含有系有機材料によって形成される。なお、撥インク膜109は、他の材料によって形成されても良い。   The ink repellent film 109 covers the protective film 108 and a part of the insulating film 105 exposed by the opening 115. The ink repellent film 109 also covers the inner peripheral surface of the opening 115. The ink repellent film 109 is formed of a silicone-based liquid repellent material or a fluorine-containing organic material having liquid repellency, such as Cytop (registered trademark) of Asahi Glass Co., Ltd. The ink repellent film 109 may be formed of other materials.

撥インク膜109は、配線電極106の端子部106aと、共有電極107の端子部107aとの周辺において、保護膜108を覆わずに露出させる。撥インク膜109の表面109aは、ノズルプレート100の表面を形成する。撥インク膜109の表面109aは、保護膜108に固着した面の反対側に位置する。   The ink repellent film 109 is exposed without covering the protective film 108 around the terminal portion 106 a of the wiring electrode 106 and the terminal portion 107 a of the shared electrode 107. The surface 109 a of the ink repellent film 109 forms the surface of the nozzle plate 100. The surface 109 a of the ink repellent film 109 is located on the opposite side of the surface fixed to the protective film 108.

駆動素子102、共有電極107、および配線電極106がある部分以外の撥インク膜109の厚さは、例えば1μmである。撥インク膜109の厚さは、例えば、0.01〜10μmの範囲にある。駆動素子102が設けられた部分における撥インク膜109の厚さは、他の部分よりも薄い。なお、撥インク膜109の厚さは一定でも良い。   The thickness of the ink repellent film 109 other than the portion where the drive element 102, the shared electrode 107, and the wiring electrode 106 are present is, for example, 1 μm. The thickness of the ink repellent film 109 is, for example, in the range of 0.01 to 10 μm. The thickness of the ink repellent film 109 in the portion where the driving element 102 is provided is thinner than the other portions. The thickness of the ink repellent film 109 may be constant.

ノズル101が吐出したインク滴がノズル101近傍に付着すると、インク吐出の安定性が低下する可能性がある。撥インク膜109は、インク滴がノズルプレート100の表面に付着することを抑制する。   If the ink droplets ejected by the nozzle 101 adhere to the vicinity of the nozzle 101, there is a possibility that the stability of ink ejection is lowered. The ink repellent film 109 suppresses ink droplets from adhering to the surface of the nozzle plate 100.

ノズル101は、振動板104と、保護膜108と、撥インク膜109とを貫通する。言い換えると、ノズル101は、振動板104と、保護膜108と、撥インク膜109とに形成される。振動板104および保護膜108が親インク性(親液性)を有するため、圧力室201に収容されたインクのメニスカスは、ノズル101内に保たれる。保護膜108の一部は、ノズル101と、駆動素子102の内周面との間に介在する。   The nozzle 101 passes through the vibration plate 104, the protective film 108, and the ink repellent film 109. In other words, the nozzle 101 is formed on the vibration plate 104, the protective film 108, and the ink repellent film 109. Since the vibration plate 104 and the protective film 108 have ink affinity (liquid affinity), the meniscus of the ink stored in the pressure chamber 201 is kept in the nozzle 101. A part of the protective film 108 is interposed between the nozzle 101 and the inner peripheral surface of the driving element 102.

図2に示すように、配線電極106の端子部106aに、例えばフレキシブルケーブルを介して、制御部24が接続される。制御部24は、例えば、インクジェットヘッド21を制御するICや、インクジェットプリンタ1を制御するマイクロコンピュータである。一方、共有電極107の端子部107aは、例えば、GND(グランド接地=0V)に接続される。   As illustrated in FIG. 2, the control unit 24 is connected to the terminal unit 106 a of the wiring electrode 106 via, for example, a flexible cable. The control unit 24 is, for example, an IC that controls the inkjet head 21 or a microcomputer that controls the inkjet printer 1. On the other hand, the terminal portion 107a of the shared electrode 107 is connected to, for example, GND (ground ground = 0V).

制御部24は、複数の配線電極106に、対応する駆動素子102を駆動するための信号を伝送させる。配線電極106は、複数の駆動素子102を独立して動作させるための個別電極として用いられる。   The control unit 24 transmits a signal for driving the corresponding driving element 102 to the plurality of wiring electrodes 106. The wiring electrode 106 is used as an individual electrode for operating the plurality of driving elements 102 independently.

上記のインクジェットヘッド21は、例えば次のように印字(画像形成)を行う。ユーザの操作によって、制御部24に印字指示信号が入力される。制御部24は、当該印字指示に基づいて、複数の駆動素子102に信号を印加する。言い換えると、制御部24は、配線電極106の電極部106cに、駆動電圧を印加する。   The inkjet head 21 performs printing (image formation) as follows, for example. A print instruction signal is input to the control unit 24 by a user operation. The control unit 24 applies signals to the plurality of drive elements 102 based on the print instruction. In other words, the control unit 24 applies a driving voltage to the electrode part 106 c of the wiring electrode 106.

配線電極106の電極部106cに信号が印加されると、配線電極106の電極部106cと、共有電極107の電極部107cとの間に電位差が生じる。これにより、圧電体膜111に分極方向と同方向の電界が印加され、駆動素子102が電界方向と直交する方向に伸縮する。   When a signal is applied to the electrode portion 106 c of the wiring electrode 106, a potential difference is generated between the electrode portion 106 c of the wiring electrode 106 and the electrode portion 107 c of the common electrode 107. As a result, an electric field in the same direction as the polarization direction is applied to the piezoelectric film 111, and the drive element 102 expands and contracts in a direction orthogonal to the electric field direction.

このようなノズルプレート100において、駆動素子102が電界方向と直交する方向に伸びた場合、振動板104は、圧力室201の容積を縮小させるように湾曲する。反対に、駆動素子102が電界方向と直交する方向に縮んだ場合、振動板104は、圧力室201の容積を拡大させるように湾曲する。この際、絶縁膜105および保護膜108は、当該湾曲を阻害する。   In such a nozzle plate 100, when the drive element 102 extends in a direction orthogonal to the electric field direction, the diaphragm 104 bends so as to reduce the volume of the pressure chamber 201. On the contrary, when the driving element 102 is contracted in a direction orthogonal to the electric field direction, the diaphragm 104 is curved so as to increase the volume of the pressure chamber 201. At this time, the insulating film 105 and the protective film 108 inhibit the bending.

詳しく説明すると、図4に示すように、駆動素子102は、振動板104と、絶縁膜105および保護膜108と、に挟まれる。このため、駆動素子102が電界方向と直交する方向に伸びた場合、振動板104に、圧力室201側に対して凹形状に変形する力がかかる。言い換えると、振動板104は、圧力室201の容積を増大させる方向に湾曲しようとする。反対に、絶縁膜105および保護膜108に、圧力室201側に対して凸形状に変形する力がかかる。言い換えると、絶縁膜105および保護膜108は、圧力室201の容積を減少させる方向に湾曲しようとする。   More specifically, as shown in FIG. 4, the drive element 102 is sandwiched between the diaphragm 104, the insulating film 105, and the protective film 108. For this reason, when the driving element 102 extends in a direction orthogonal to the electric field direction, a force is applied to the diaphragm 104 to deform into a concave shape with respect to the pressure chamber 201 side. In other words, the diaphragm 104 tends to bend in a direction that increases the volume of the pressure chamber 201. On the other hand, the insulating film 105 and the protective film 108 are subjected to a force that deforms into a convex shape with respect to the pressure chamber 201 side. In other words, the insulating film 105 and the protective film 108 tend to bend in a direction that reduces the volume of the pressure chamber 201.

一方、駆動素子102が電界方向と直交する方向に縮んだ場合、振動板104に、圧力室201側に対して凸形状に変形する力がかかる。言い換えると、振動板104は、圧力室201の容積を減少させる方向に湾曲しようとする。また、絶縁膜105および保護膜108に、圧力室201側に対して凹形状に変形する力がかかる。言い換えると、絶縁膜105および保護膜108は、圧力室201の容積を増大させる方向に湾曲しようとする。   On the other hand, when the driving element 102 is contracted in a direction orthogonal to the electric field direction, a force is applied to the diaphragm 104 so as to deform into a convex shape with respect to the pressure chamber 201 side. In other words, the diaphragm 104 tends to bend in a direction that reduces the volume of the pressure chamber 201. In addition, the insulating film 105 and the protective film 108 are subjected to a force that deforms into a concave shape with respect to the pressure chamber 201 side. In other words, the insulating film 105 and the protective film 108 tend to bend in a direction that increases the volume of the pressure chamber 201.

上述のように、振動板104と、絶縁膜105および保護膜108とは、互いに反対方向に湾曲しようとする。すなわち、絶縁膜105および保護膜108が形成する絶縁部は、駆動素子102による振動板104の変形を阻害する力(膜応力)を生じさせる。   As described above, the diaphragm 104, the insulating film 105, and the protective film 108 tend to bend in opposite directions. That is, the insulating portion formed by the insulating film 105 and the protective film 108 generates a force (film stress) that hinders the deformation of the diaphragm 104 by the driving element 102.

部材の変形量は、ヤング率および当該部材の厚さに影響される。保護膜108を形成するポリイミドは、振動板104を形成するSiOよりヤング率が小さい。このため、保護膜108の方が、振動板104よりも、同じ力に対する変形量が大きい。さらに、絶縁膜105は、振動板104よりも薄い。このため、絶縁膜105の方が、振動板104よりも、同じ力に対する変形量が大きい。 The amount of deformation of the member is affected by the Young's modulus and the thickness of the member. The polyimide forming the protective film 108 has a Young's modulus smaller than that of SiO 2 forming the diaphragm 104. For this reason, the protective film 108 has a larger deformation amount for the same force than the diaphragm 104. Furthermore, the insulating film 105 is thinner than the diaphragm 104. For this reason, the amount of deformation of the insulating film 105 with respect to the same force is larger than that of the diaphragm 104.

さらに、開口部115が設けられることにより、駆動素子102の上において、保護膜108が存在しない薄肉部が形成される。このため、絶縁膜105および保護膜108によって生じる膜応力は小さくなる。   Furthermore, by providing the opening 115, a thin portion where the protective film 108 does not exist is formed on the driving element 102. For this reason, the film stress generated by the insulating film 105 and the protective film 108 is reduced.

絶縁膜105および保護膜108が生じさせる膜応力が小さくなることで、駆動素子102が電界方向と直交する方向に伸びた場合、振動板104は、圧力室201の容積を縮小させるように湾曲できる。反対に、駆動素子102が電界方向と直交する方向に縮んだ場合、振動板104は、圧力室201の容積を拡張させるように湾曲できる。   When the driving element 102 extends in a direction perpendicular to the electric field direction by reducing the film stress generated by the insulating film 105 and the protective film 108, the vibration plate 104 can be bent so as to reduce the volume of the pressure chamber 201. . On the contrary, when the driving element 102 is contracted in a direction orthogonal to the electric field direction, the diaphragm 104 can be bent so as to expand the volume of the pressure chamber 201.

以上のように、駆動素子102は、ベンディングモード(屈曲振動)で動作する。駆動素子102は、電圧が印加されたときに、振動板104を変形させることで、圧力室201の容積を変化させる。   As described above, the drive element 102 operates in the bending mode (bending vibration). The drive element 102 changes the volume of the pressure chamber 201 by deforming the diaphragm 104 when a voltage is applied.

まず、駆動素子102は、振動板104を変形させることで圧力室201の容積を増大させる。これにより、圧力室201に収容されたインクに負圧が生じ、インク流路401から圧力室201にインクが流入する。   First, the drive element 102 increases the volume of the pressure chamber 201 by deforming the diaphragm 104. As a result, a negative pressure is generated in the ink stored in the pressure chamber 201, and the ink flows from the ink flow path 401 into the pressure chamber 201.

次に、駆動素子102は、振動板104を変形させることで圧力室201の容積を減少させる。これにより、圧力室201のインクが加圧される。当該インクにかかる正の圧力は、インク絞り301によって、インク流路401に逃げず、圧力室201に閉じ込められる。これにより、加圧されたインクがノズル101から吐出される。   Next, the drive element 102 reduces the volume of the pressure chamber 201 by deforming the diaphragm 104. Thereby, the ink in the pressure chamber 201 is pressurized. The positive pressure applied to the ink is confined in the pressure chamber 201 by the ink restrictor 301 without escape to the ink flow path 401. Thereby, the pressurized ink is ejected from the nozzle 101.

振動板104と保護膜108とのヤング率の差が大きいほど、インク吐出が可能となる電圧がより低くなり、インクジェットヘッド21が効率良くインクを吐出できる。さらに、絶縁膜105および保護膜108が形成する絶縁部と、振動板104との厚さの差が大きいほど、インク吐出が可能となる電圧がより低くなり、インクジェットヘッド21が効率良くインクを吐出できる。   The greater the difference in Young's modulus between the diaphragm 104 and the protective film 108, the lower the voltage at which ink can be ejected, and the ink jet head 21 can eject ink efficiently. Furthermore, the greater the difference in thickness between the insulating portion formed by the insulating film 105 and the protective film 108 and the diaphragm 104, the lower the voltage at which ink can be ejected, and the inkjet head 21 ejects ink efficiently. it can.

次に、インクジェットヘッド21の製造方法の一例について説明する。まず、圧力室201が形成される前の圧力室構造体200(シリコンウエハ)の第1の面200aの全域に、振動板104としてのSiO膜を成膜する。当該SiO膜は、例えば熱酸化膜法によって成膜される。なお、SiO膜はCVD法のような他の方法によって成膜されても良い。 Next, an example of a method for manufacturing the inkjet head 21 will be described. First, an SiO 2 film as the diaphragm 104 is formed over the entire first surface 200a of the pressure chamber structure 200 (silicon wafer) before the pressure chamber 201 is formed. The SiO 2 film is formed by, for example, a thermal oxide film method. Note that the SiO 2 film may be formed by other methods such as a CVD method.

圧力室構造体200を形成するシリコンウエハは、大きな一枚の円板である。当該シリコンウエハから、後で複数の圧力室構造体200が切り取られる。なお、これに限らず、一枚の矩形のシリコンウエハから、一つの圧力室構造体200を形成しても良い。   The silicon wafer forming the pressure chamber structure 200 is a single large disk. A plurality of pressure chamber structures 200 are later cut from the silicon wafer. However, the present invention is not limited to this, and one pressure chamber structure 200 may be formed from one rectangular silicon wafer.

前記シリコンウエハは、インクジェットヘッド21の製造過程において、繰り返し加熱および薄膜の成膜がなされる。このため、前記シリコンウエハは、耐熱性を有し、SEMI(Semiconductor Equipment and Materials International)規格に準じ、且つ鏡面研磨によって平滑化されたものである。   The silicon wafer is repeatedly heated and a thin film is formed in the manufacturing process of the inkjet head 21. For this reason, the silicon wafer has heat resistance, conforms to SEMI (Semiconductor Equipment and Materials International) standard, and is smoothed by mirror polishing.

次に、振動板104の第2の面104bに、配線電極106を形成する金属膜を成膜する。まず、スパッタリング法を用いてTiの膜とPtの膜とを順番に成膜する。Ptの膜厚は例えば0.45μm、Ti膜厚は例えば0.05μmである。なお、当該金属膜は、蒸着および鍍金のような他の製法によって形成されても良い。   Next, a metal film for forming the wiring electrode 106 is formed on the second surface 104 b of the vibration plate 104. First, a Ti film and a Pt film are sequentially formed by sputtering. The film thickness of Pt is, for example, 0.45 μm, and the film thickness of Ti is, for example, 0.05 μm. The metal film may be formed by other manufacturing methods such as vapor deposition and plating.

次に、配線電極106を形成する金属膜の上に、圧電体膜111を形成する。圧電体膜111は、例えばRFマグネトロンスパッタリング法により成膜される。このとき、前記シリコンウエハの温度は、例えば350℃にされる。圧電体膜111は、成膜後、圧電体膜111に圧電性を付与するために、650℃で3時間熱処理される。これにより、圧電体膜111は、良好な結晶性が得るとともに、良好な圧電性能を得る。圧電体膜111は、例えば、CVD(化学的気相成長法)、ゾルゲル法、AD法(エアロゾルデポジション法)、水熱合成法のような他の製法によって形成されても良い。   Next, the piezoelectric film 111 is formed on the metal film that forms the wiring electrode 106. The piezoelectric film 111 is formed by, for example, an RF magnetron sputtering method. At this time, the temperature of the silicon wafer is set to 350 ° C., for example. After the film formation, the piezoelectric film 111 is heat treated at 650 ° C. for 3 hours in order to impart piezoelectricity to the piezoelectric film 111. Thereby, the piezoelectric film 111 has good crystallinity and good piezoelectric performance. The piezoelectric film 111 may be formed by other manufacturing methods such as CVD (chemical vapor deposition), sol-gel method, AD method (aerosol deposition method), and hydrothermal synthesis method.

次に、圧電体膜111の上に、共有電極107の電極部107cを形成するPtの金属膜を成膜する。当該金属膜は、例えばスパッタリング法によって成膜される。当該金属膜は、真空蒸着および鍍金のような他の製法によって形成されても良い。   Next, a Pt metal film for forming the electrode portion 107 c of the shared electrode 107 is formed on the piezoelectric film 111. The metal film is formed by, for example, a sputtering method. The metal film may be formed by other manufacturing methods such as vacuum deposition and plating.

次に、上記金属膜および圧電体膜111をエッチングすることで、共有電極107の電極部107cと、圧電体膜111とをパターニングする。パターニングは、前記金属膜の上にエッチングマスクを作り、当該エッチングマスク以外の前記金属膜および圧電体膜111をエッチングによって除去することで行う。前記金属膜および圧電体膜111は、一時にパターニングされる。なお、前記金属膜および圧電体膜111は、個別にパターニングされても良い。エッチングマスクは、感光性レジストの塗布、プリベーク、所望のパターンが形成されたマスクを用いた露光、現像、およびポストベークによって形成される。   Next, the electrode part 107c of the shared electrode 107 and the piezoelectric film 111 are patterned by etching the metal film and the piezoelectric film 111. The patterning is performed by creating an etching mask on the metal film and removing the metal film and the piezoelectric film 111 other than the etching mask by etching. The metal film and the piezoelectric film 111 are patterned at a time. The metal film and the piezoelectric film 111 may be individually patterned. The etching mask is formed by application of a photosensitive resist, pre-baking, exposure using a mask on which a desired pattern is formed, development, and post-baking.

次に、パターニングによって、配線電極106を形成する。パターニングは、圧電体膜111および共有電極107の電極部107cと、圧電体膜111の下の前記金属膜(Pt/Ti)との上にエッチングマスクを作り、当該エッチングマスク以外の前記金属膜をエッチングによって除去することで行う。エッチングマスクは、感光性レジストの塗布、プリベーク、所望のパターンが形成されたマスクを用いた露光、現像、およびポストベークによって形成される。   Next, the wiring electrode 106 is formed by patterning. In the patterning, an etching mask is formed on the piezoelectric film 111 and the electrode portion 107c of the shared electrode 107 and the metal film (Pt / Ti) under the piezoelectric film 111, and the metal film other than the etching mask is formed on the metal film. It is performed by removing by etching. The etching mask is formed by application of a photosensitive resist, pre-baking, exposure using a mask on which a desired pattern is formed, development, and post-baking.

配線電極106および共有電極107の電極部106c,107cと圧電体膜111との中心にノズル101が形成される。このため、電極部106c,107cおよび圧電体膜111の中心と同心円の、金属膜および圧電体膜111がない部分が形成される。このように、駆動素子102が振動板104の第2の面104bに形成される。パターニングによって、配線電極106の端子部106a、配線部106b、および駆動素子102以外では、振動板104が露出する。   The nozzle 101 is formed at the center between the electrode portions 106 c and 107 c of the wiring electrode 106 and the common electrode 107 and the piezoelectric film 111. Therefore, a portion of the electrodes 106 c and 107 c and the center of the piezoelectric film 111 that is concentric with the metal film and the piezoelectric film 111 is formed. Thus, the drive element 102 is formed on the second surface 104b of the diaphragm 104. By the patterning, the diaphragm 104 is exposed except for the terminal portion 106a, the wiring portion 106b, and the driving element 102 of the wiring electrode 106.

図5は、絶縁膜105が形成された製造工程中のインクジェットヘッド21を示す断面図である。図5に示すように、振動板104の第2の面104bと、配線電極106の配線部106bと、駆動素子102との上に、絶縁膜105を形成する。絶縁膜105は、良好な絶縁性を低温成膜にて実現できるCVD法によって形成される。絶縁膜105はこれに限らず、スパッタリング法、または蒸着のような他の方法によって形成されても良い。   FIG. 5 is a cross-sectional view showing the inkjet head 21 in the manufacturing process in which the insulating film 105 is formed. As shown in FIG. 5, an insulating film 105 is formed on the second surface 104 b of the diaphragm 104, the wiring portion 106 b of the wiring electrode 106, and the driving element 102. The insulating film 105 is formed by a CVD method that can realize good insulating properties at low temperature. The insulating film 105 is not limited to this, and may be formed by other methods such as sputtering or evaporation.

絶縁膜105は、成膜後にパターニングされる。ノズル101を形成するため、駆動素子102の中心と同心円の絶縁膜105がない部分が形成される。同時に、コンタクト部113が形成される。当該絶縁膜105が無い部分の直径は、例えば25μmである。パターニングは、エッチングマスク以外の絶縁膜105をエッチングによって除去することで行う。エッチングマスクは、感光性レジストの塗布、プリベーク、所望のパターンが形成されたマスクを用いた露光、現像、定着、およびポストベークによって形成される。   The insulating film 105 is patterned after film formation. In order to form the nozzle 101, a portion without the insulating film 105 concentric with the center of the driving element 102 is formed. At the same time, the contact portion 113 is formed. The diameter of the portion without the insulating film 105 is, for example, 25 μm. The patterning is performed by removing the insulating film 105 other than the etching mask by etching. The etching mask is formed by application of a photosensitive resist, pre-baking, exposure using a mask on which a desired pattern is formed, development, fixing, and post-baking.

図6は、共有電極107の配線部107bが形成された製造工程中のインクジェットヘッド21を示す断面図である。絶縁膜105の上に、共有電極107の端子部107aおよび配線部107bを形成する金属膜を成膜する。当該金属膜は、例えばスパッタリング法によって成膜されるTi(チタン)/Al(アルミニウム)薄膜である。Tiの膜厚は、例えば0.1μm、Alの膜厚は、例えば0.4μmである。当該金属膜は、真空蒸着および鍍金のような他の製法によって形成されても良い。当該金属膜は、コンタクト部113を通って共有電極107の電極部107cに接続される。   FIG. 6 is a cross-sectional view showing the inkjet head 21 in the manufacturing process in which the wiring portion 107b of the shared electrode 107 is formed. On the insulating film 105, a metal film for forming the terminal portion 107a and the wiring portion 107b of the shared electrode 107 is formed. The metal film is, for example, a Ti (titanium) / Al (aluminum) thin film formed by a sputtering method. The film thickness of Ti is, for example, 0.1 μm, and the film thickness of Al is, for example, 0.4 μm. The metal film may be formed by other manufacturing methods such as vacuum deposition and plating. The metal film is connected to the electrode portion 107 c of the shared electrode 107 through the contact portion 113.

図6に示すように、上記金属膜をパターニングすることで、共有電極107の端子部107aおよび配線部107bを形成する。パターニングは、前記金属膜上にエッチングマスクを作り、当該エッチングマスク以外の前記金属膜をエッチングによって除去することで行う。エッチングマスクは、感光性レジストの塗布、プリベーク、所望のパターンが形成されたマスクを用いた露光、現像、およびポストベークによって形成される。   As shown in FIG. 6, the metal film is patterned to form the terminal portion 107a and the wiring portion 107b of the shared electrode 107. The patterning is performed by creating an etching mask on the metal film and removing the metal film other than the etching mask by etching. The etching mask is formed by application of a photosensitive resist, pre-baking, exposure using a mask on which a desired pattern is formed, development, and post-baking.

次に、振動板104を形成するSiO膜をパターニングし、ノズル101の一部を形成する。パターニングは、SiO膜上にエッチングマスクを作り、エッチングマスク以外のSiO膜をエッチングによって除去することで行う。エッチングマスクは、振動板104の上への感光性レジストの塗布、プリベーク、所望のパターンが形成されたマスクを用いた露光、現像、およびポストベークによって形成される。 Next, the SiO 2 film that forms the vibration plate 104 is patterned to form part of the nozzle 101. Patterning is made an etching mask on the SiO 2 film performs SiO 2 film other than the etching mask by removing by etching. The etching mask is formed by application of a photosensitive resist on the vibration plate 104, pre-baking, exposure using a mask on which a desired pattern is formed, development, and post-baking.

図7は、保護膜108が形成された製造工程中のインクジェットヘッド21を示す断面図である。振動板104、絶縁膜105、および共有電極107の端子部107aおよび配線部107bの上に、保護膜108をスピンコーティング法(スピンコート)によって形成する。すなわち、絶縁膜105を覆う保護膜108を形成する。まず、ポリイミド前駆体を含有した溶液で振動板104の第2の面104bおよび絶縁膜105を覆う。次に、前記シリコンウエハが回転させられ、溶液表面が平滑にされる。ベークによって熱重合と溶剤除去を行うことで、保護膜108が形成される。   FIG. 7 is a cross-sectional view showing the inkjet head 21 in the manufacturing process in which the protective film 108 is formed. A protective film 108 is formed on the diaphragm 104, the insulating film 105, and the terminal portion 107a and the wiring portion 107b of the common electrode 107 by a spin coating method (spin coating). That is, the protective film 108 that covers the insulating film 105 is formed. First, the second surface 104b of the diaphragm 104 and the insulating film 105 are covered with a solution containing a polyimide precursor. Next, the silicon wafer is rotated to smooth the solution surface. The protective film 108 is formed by performing thermal polymerization and solvent removal by baking.

保護膜108の形成方法は、スピンコーティングに限らない。保護膜108は、CVD、真空蒸着、または鍍金のような他の方法によって形成されても良い。   The method for forming the protective film 108 is not limited to spin coating. The protective film 108 may be formed by other methods such as CVD, vacuum deposition, or plating.

図8は、ノズル101および開口部115が形成された製造工程中のインクジェットヘッド21を示す断面図である。保護膜108をパターニングすることによって、ノズル101および開口部115を形成するとともに、配線電極106の端子部106aと、共有電極107の端子部107aとを露出させる。パターニングは、保護膜108の材料に応じた手順で行われる。   FIG. 8 is a cross-sectional view showing the inkjet head 21 in the manufacturing process in which the nozzle 101 and the opening 115 are formed. By patterning the protective film 108, the nozzle 101 and the opening 115 are formed, and the terminal portion 106a of the wiring electrode 106 and the terminal portion 107a of the common electrode 107 are exposed. The patterning is performed by a procedure corresponding to the material of the protective film 108.

保護膜108が、例えば、東レ株式会社のセミコファイン(登録商標)のような非感光性ポリイミドによって形成される場合について説明する。まず、ポリイミド前駆体を含有した溶液をスピンコーティング法によって成膜し、ベークによって熱重合と溶剤除去を行って焼成成形する。その後、非感光性ポリイミド膜上にエッチングマスクを作り、エッチングマスク以外のポリイミド膜をエッチングによって除去することで、パターニングがなされる。エッチングマスクは、非感光性ポリイミド膜上への感光性レジストの塗布、プリベーク、所望のパターンが形成されたマスクを用いた露光、現像、およびポストベークによって形成される。   The case where the protective film 108 is formed of non-photosensitive polyimide such as Semico Fine (registered trademark) manufactured by Toray Industries, Inc. will be described. First, a solution containing a polyimide precursor is formed into a film by a spin coating method, subjected to thermal polymerization and solvent removal by baking, and then fired and molded. Thereafter, an etching mask is formed on the non-photosensitive polyimide film, and the polyimide film other than the etching mask is removed by etching to perform patterning. The etching mask is formed by application of a photosensitive resist on the non-photosensitive polyimide film, pre-baking, exposure using a mask on which a desired pattern is formed, development, and post-baking.

保護膜108が、例えば、東レ株式会社のフォトニース(登録商標)のような感光性ポリイミドによって形成される場合について説明する。まず、溶液をスピンコーティング法によって成膜した後、プリベークを行う。その後、マスクを用いた露光と、現像工程とを経てパターニングが行われる。ポジ型感光性ポリイミドの場合、上記マスクは、ノズル101、開口部115、配線電極106の端子部106a、および共有電極107の端子部107aに対応する部分が開口する(光が透過する)。ネガ型感光性ポリイミドの場合、上記マスクは、ノズル101、開口部115、配線電極106の端子部106a、および共有電極107の端子部107aに対応する部分が遮光される。その後、ポストベークが行われ、保護膜108が焼成成形される。   The case where the protective film 108 is formed of, for example, photosensitive polyimide such as Photo Nice (registered trademark) manufactured by Toray Industries, Inc. will be described. First, the solution is deposited by spin coating and then pre-baked. Thereafter, patterning is performed through exposure using a mask and a development process. In the case of positive photosensitive polyimide, the mask has openings corresponding to the nozzle 101, the opening 115, the terminal portion 106a of the wiring electrode 106, and the terminal portion 107a of the common electrode 107 (light is transmitted). In the case of negative photosensitive polyimide, the mask shields light from portions corresponding to the nozzle 101, the opening 115, the terminal portion 106 a of the wiring electrode 106, and the terminal portion 107 a of the common electrode 107. Thereafter, post-baking is performed, and the protective film 108 is fired.

次に、保護膜108の上にカバーテープを貼り付ける。カバーテープは、例えば、シリコンウエハの化学機械研磨(Chemical Mecanical Polishing:CMP)用の裏面保護テープである。カバーテープが貼り付けられた圧力室構造体200を上下反転し、圧力室構造体200に複数の圧力室201を形成する。圧力室201は、パターニングによって形成される。   Next, a cover tape is attached on the protective film 108. The cover tape is, for example, a back surface protective tape for chemical mechanical polishing (CMP) of a silicon wafer. The pressure chamber structure 200 to which the cover tape is attached is turned upside down to form a plurality of pressure chambers 201 in the pressure chamber structure 200. The pressure chamber 201 is formed by patterning.

例えば、シリコンウエハである圧力室構造体200上にエッチングマスクを作り、シリコン基板専用のDeep−RIEと呼ばれる垂直深堀ドライエッチングを行う(例えば、国際公開第2003/030239号参照)。これにより、前記シリコンウエハのエッチングマスクがされていない部分が除去され、圧力室201が形成される。エッチングマスクは、感光性レジストの塗布、プリベーク、所望のパターンが形成されたマスクを用いた露光、現像、およびポストベークによって形成される。   For example, an etching mask is formed on the pressure chamber structure 200 that is a silicon wafer, and vertical deep dry etching called Deep-RIE dedicated to a silicon substrate is performed (for example, see International Publication No. 2003/030239). Thereby, the portion of the silicon wafer that is not etched is removed, and the pressure chamber 201 is formed. The etching mask is formed by application of a photosensitive resist, pre-baking, exposure using a mask on which a desired pattern is formed, development, and post-baking.

上記エッチングに用いられるSF6ガスは、振動板104のSiOや保護膜108のポリイミドに対してはエッチング作用を及ぼさない。そのため、圧力室201を形成する前記シリコンウエハのドライエッチングの進行は、振動板104で止まる。言い換えると、振動板104は、上記エッチングのストップ層として機能する。 The SF6 gas used for the etching does not exert an etching action on the SiO 2 of the diaphragm 104 and the polyimide of the protective film 108. Therefore, the progress of dry etching of the silicon wafer that forms the pressure chamber 201 stops at the vibration plate 104. In other words, the diaphragm 104 functions as a stop layer for the etching.

なお、上述のエッチングは、薬液を用いるウェットエッチング法、プラズマを用いるドライエッチング法のような、種々の方法を用いて良い。さらに、材料によってエッチング方法やエッチング条件を変えて良い。各感光性レジスト膜によるエッチング加工が終了した後、残った感光性レジスト膜は溶解液によって除去される。   Note that for the above-described etching, various methods such as a wet etching method using a chemical solution and a dry etching method using plasma may be used. Further, the etching method and etching conditions may be changed depending on the material. After the etching process using each photosensitive resist film is completed, the remaining photosensitive resist film is removed with a solution.

以上のように、振動板104上に駆動素子102およびノズル101を形成する工程から、圧力室構造体200に圧力室201を形成する工程までが、成膜技術、フォトリソグラフィエッチング技術、およびスピンコーティング法によって行われる。このため、ノズル101、駆動素子102、および圧力室201が、一つのシリコンウエハに精密かつ簡便に形成される。   As described above, from the process of forming the drive element 102 and the nozzle 101 on the diaphragm 104 to the process of forming the pressure chamber 201 in the pressure chamber structure 200, the film formation technique, the photolithography etching technique, and the spin coating are performed. Done by law. For this reason, the nozzle 101, the drive element 102, and the pressure chamber 201 are precisely and easily formed on one silicon wafer.

次に、圧力室構造体200に、セパレートプレート300およびインク流路構造体400を接着する。すなわち、インク流路構造体400が接着されたセパレートプレート300を、エポキシ系接着剤で圧力室構造体200に接着する。   Next, the separate plate 300 and the ink flow path structure 400 are bonded to the pressure chamber structure 200. That is, the separate plate 300 to which the ink flow path structure 400 is bonded is bonded to the pressure chamber structure 200 with an epoxy adhesive.

次に、配線電極106の端子部106aと、共有電極107の端子部107aとを覆うように、カバーテープを保護膜108の一部に貼り付ける。当該カバーテープは樹脂によって形成され、保護膜108から容易に脱着可能である。前記カバーテープは、配線電極106の端子部106aおよび共有電極107の端子部107aに、ゴミや撥インク膜109が付着することを防止する。   Next, a cover tape is attached to a part of the protective film 108 so as to cover the terminal portion 106 a of the wiring electrode 106 and the terminal portion 107 a of the common electrode 107. The cover tape is made of resin and can be easily detached from the protective film 108. The cover tape prevents dust and ink repellent film 109 from adhering to the terminal portion 106 a of the wiring electrode 106 and the terminal portion 107 a of the common electrode 107.

次に、保護膜108上に撥インク膜109を形成する。撥インク膜109は、保護膜108上に液状の撥インク膜材料をスピンコーティングすることによって成膜される。この際、インク供給口402より陽圧空気を注入する。これにより、インク流路401と繋がったノズル101から陽圧空気が排出される。この状態で、液体の撥インク膜材料を塗布すると、ノズル101の内周面に撥インク膜材料が付着することが抑制される。撥インク膜109が形成された後、前記カバーテープを保護膜108から剥がす。   Next, an ink repellent film 109 is formed on the protective film 108. The ink repellent film 109 is formed by spin coating a liquid ink repellent film material on the protective film 108. At this time, positive pressure air is injected from the ink supply port 402. Accordingly, positive pressure air is discharged from the nozzle 101 connected to the ink flow path 401. When a liquid ink repellent film material is applied in this state, the ink repellent film material is suppressed from adhering to the inner peripheral surface of the nozzle 101. After the ink repellent film 109 is formed, the cover tape is peeled off from the protective film 108.

次に、前記シリコンウエハを分割して、複数のインクジェットヘッド21を形成する。インクジェットヘッド21は、インクジェットプリンタ1の内部に搭載される。配線電極106の端子部106aに、例えばフレキシブルケーブルを介して制御部24が接続される。さらに、インク流路構造体400のインク供給口402およびインク排出口403が、例えばチューブを介してインクタンク23に接続される。   Next, the silicon wafer is divided to form a plurality of inkjet heads 21. The inkjet head 21 is mounted inside the inkjet printer 1. The control unit 24 is connected to the terminal unit 106a of the wiring electrode 106 via, for example, a flexible cable. Furthermore, the ink supply port 402 and the ink discharge port 403 of the ink flow path structure 400 are connected to the ink tank 23 through, for example, a tube.

上記のように、本実施形態では、圧力室構造体200の上にノズルプレート100を作成する。しかし、ノズルプレート100を圧力室構造体200の上に作成する代わりに、圧力室構造体200の一部を、振動板104としても良い。例えば、圧力室構造体200の一方の面に駆動素子102を形成し、他方の面側から圧力室201に相当する穴を形成する。当該穴は、圧力室構造体200を貫通しない。圧力室構造体200の一方の面側には薄い層が残り、この部分が振動板104として動作する。   As described above, in this embodiment, the nozzle plate 100 is formed on the pressure chamber structure 200. However, instead of creating the nozzle plate 100 on the pressure chamber structure 200, a part of the pressure chamber structure 200 may be used as the diaphragm 104. For example, the drive element 102 is formed on one surface of the pressure chamber structure 200, and a hole corresponding to the pressure chamber 201 is formed from the other surface side. The hole does not penetrate the pressure chamber structure 200. A thin layer remains on one surface side of the pressure chamber structure 200, and this portion operates as the diaphragm 104.

第1の実施形態のインクジェットプリンタ1によれば、開口部115が設けられることによって、駆動素子102の上において、保護膜108が存在しない部分が形成される。このため、駆動素子102による振動板104の変形を阻害する、保護膜108の膜応力が低減する。言い換えると、駆動素子102の上の絶縁膜105および保護膜108が形成する絶縁部に、薄肉部が設けられる。このため、駆動素子102による振動板104の変形を阻害する、当該絶縁部の膜応力が低減する。したがって、駆動素子102が少ない力で振動板104を変形させることができ、インクジェットヘッド21の駆動効率の低下を抑制できる。   According to the inkjet printer 1 of the first embodiment, by providing the opening 115, a portion where the protective film 108 does not exist is formed on the drive element 102. For this reason, the film stress of the protective film 108 which inhibits the deformation of the diaphragm 104 by the drive element 102 is reduced. In other words, a thin portion is provided in the insulating portion formed by the insulating film 105 and the protective film 108 on the driving element 102. For this reason, the film stress of the said insulation part which inhibits the deformation | transformation of the diaphragm 104 by the drive element 102 reduces. Therefore, the diaphragm 104 can be deformed with a small force of the drive element 102, and a decrease in the drive efficiency of the inkjet head 21 can be suppressed.

駆動素子102は絶縁膜105によって覆われる。これにより、開口部115が設けられても、駆動素子102がインクや空気中の水分のような外部要因によって、腐食、劣化、および性能低下することが抑制される。   The driving element 102 is covered with an insulating film 105. Thereby, even if the opening 115 is provided, the driving element 102 is suppressed from being corroded, deteriorated, and deteriorated in performance due to external factors such as ink and moisture in the air.

保護膜108は、共有電極107の配線部107bを覆うことで、配線部107bが例えば開口部115によって露出されることが防がれる。これにより、外部要因によって配線部107bが腐食、劣化、および性能低下することが抑制される。   The protective film 108 covers the wiring portion 107 b of the shared electrode 107, thereby preventing the wiring portion 107 b from being exposed through, for example, the opening 115. Thereby, it is suppressed that the wiring part 107b is corroded, deteriorated, and deteriorated in performance due to an external factor.

次に、図9を参照して、第2の実施の形態について説明する。なお、以下に開示する複数の実施形態において、第1の実施形態のインクジェットプリンタ1と同様の機能を有する構成部分には同一の参照符号を付す。さらに、当該構成部分については、その説明を一部または全て省略することがある。   Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. Note that, in a plurality of embodiments disclosed below, the same reference numerals are given to components having the same functions as those of the inkjet printer 1 of the first embodiment. Further, the description of the components may be partially or entirely omitted.

図9は、第2の実施の形態に係るインクジェットヘッド21の一部を示す断面図である。第2の実施形態では、保護膜108は開口部115の代わりに、薄肉部121を有する。   FIG. 9 is a cross-sectional view showing a part of the inkjet head 21 according to the second embodiment. In the second embodiment, the protective film 108 has a thin portion 121 instead of the opening 115.

薄肉部121は、駆動素子102の上において、他の部分よりも薄い保護膜108の一部である。すなわち、駆動素子102の上において、薄肉部121の厚さは、例えば1μmであり、他の部分の厚さは、上述のように2.5μmである。薄肉部121は、保護膜108の表面108aに窪みを形成する。   The thin portion 121 is a part of the protective film 108 thinner than other portions on the driving element 102. That is, on the drive element 102, the thickness of the thin portion 121 is, for example, 1 μm, and the thickness of the other portions is 2.5 μm as described above. The thin portion 121 forms a recess in the surface 108 a of the protective film 108.

薄肉部121は、ノズル101と同一軸上に設けられ、ノズル101を囲む円環状に形成される。なお、薄肉部121の形状はこれに限らない。薄肉部121の内径は、駆動素子102の内径よりも小さくても良い。薄肉部121の外径は、駆動素子102の外径よりも大きくても良い。   The thin portion 121 is provided on the same axis as the nozzle 101 and is formed in an annular shape surrounding the nozzle 101. In addition, the shape of the thin part 121 is not restricted to this. The inner diameter of the thin portion 121 may be smaller than the inner diameter of the drive element 102. The outer diameter of the thin portion 121 may be larger than the outer diameter of the drive element 102.

薄肉部121は、例えばハーフトーン露光を用いたエッチング(ハーフエッチング)によって形成される。このため、薄肉部121は、ノズル101と同時に形成される。   The thin portion 121 is formed by etching using halftone exposure (half etching), for example. For this reason, the thin portion 121 is formed simultaneously with the nozzle 101.

第2の実施形態のインクジェットヘッド21によれば、薄肉部121が設けられることによって、駆動素子102による振動板104の変形を阻害する、保護膜108の膜応力が低減する。したがって、駆動素子102が少ない力で振動板104を変形させることができ、インクジェットヘッド21の駆動効率の低下を抑制できる。   According to the inkjet head 21 of the second embodiment, by providing the thin portion 121, the film stress of the protective film 108 that inhibits the deformation of the diaphragm 104 by the drive element 102 is reduced. Therefore, the diaphragm 104 can be deformed with a small force of the drive element 102, and a decrease in the drive efficiency of the inkjet head 21 can be suppressed.

なお、第2の実施形態のように薄肉部121を設ける場合、絶縁膜105がなくても良い。この場合、配線電極106と共有電極107とは、例えば圧電体膜111によって隔てられ、短絡を防止される。   Note that when the thin portion 121 is provided as in the second embodiment, the insulating film 105 may not be provided. In this case, the wiring electrode 106 and the shared electrode 107 are separated by, for example, the piezoelectric film 111 to prevent a short circuit.

次に、図10および図11を参照して、第3の実施の形態について説明する。図10は、第3の実施の形態に係るインクジェットヘッド21の一部を示す断面図である。図10に示すように、第3の実施形態のインクジェットヘッド21において、ノズル101と振動板104とは、圧力室構造体200において互いに反対側に配置される。   Next, a third embodiment will be described with reference to FIGS. 10 and 11. FIG. 10 is a cross-sectional view showing a part of the inkjet head 21 according to the third embodiment. As shown in FIG. 10, in the inkjet head 21 according to the third embodiment, the nozzle 101 and the diaphragm 104 are arranged on opposite sides of the pressure chamber structure 200.

圧力室構造体200の第1の面200aに、振動板104の第1の面104aが固着する。振動板104の第2の面104bの上に、駆動素子102と、絶縁膜105と、配線電極106と、共有電極107と、保護膜108とが設けられる。保護膜108は、第1の実施形態と同様に、開口部115を有する。   The first surface 104 a of the diaphragm 104 is fixed to the first surface 200 a of the pressure chamber structure 200. On the second surface 104 b of the vibration plate 104, the driving element 102, the insulating film 105, the wiring electrode 106, the common electrode 107, and the protective film 108 are provided. The protective film 108 has an opening 115 as in the first embodiment.

圧力室構造体200の第2の面200bに、ノズルプレート500が固着する。すなわち、ノズルプレート500は、振動板104に対向する。ノズルプレート500は、例えばポリイミドによって矩形の板状に形成される。なお、ノズルプレート500の材料はこれに限らない。   The nozzle plate 500 is fixed to the second surface 200 b of the pressure chamber structure 200. That is, the nozzle plate 500 faces the vibration plate 104. The nozzle plate 500 is formed in a rectangular plate shape with polyimide, for example. The material of the nozzle plate 500 is not limited to this.

ノズルプレート500は、複数のノズル101を有する。ノズル101は、対応する圧力室201に連通する。ノズル101は、対応する圧力室201と同一軸上に配置される。   The nozzle plate 500 has a plurality of nozzles 101. The nozzle 101 communicates with the corresponding pressure chamber 201. The nozzle 101 is disposed on the same axis as the corresponding pressure chamber 201.

図11は、第3の実施形態のインクジェットヘッド21の変形例を示す断面図である。図11に示すように、ノズル101は、駆動素子102に対向する領域の外に配置されても良い。   FIG. 11 is a cross-sectional view showing a modification of the ink jet head 21 of the third embodiment. As shown in FIG. 11, the nozzle 101 may be disposed outside the region facing the drive element 102.

第3の実施形態のインクジェットヘッド21においても、開口部115が設けられることによって、駆動素子102による振動板104の変形を阻害する、保護膜108の膜応力が低減する。したがって、駆動素子102が少ない力で振動板104を変形させることができ、インクジェットヘッド21の駆動効率の低下を抑制できる。   Also in the inkjet head 21 of the third embodiment, by providing the opening 115, the film stress of the protective film 108 that inhibits the deformation of the diaphragm 104 by the drive element 102 is reduced. Therefore, the diaphragm 104 can be deformed with a small force of the drive element 102, and a decrease in the drive efficiency of the inkjet head 21 can be suppressed.

以上述べた少なくとも一つのインクジェットヘッドによれば、保護膜が、駆動素子の上にある絶縁膜の一部を露出させる開口部を有する。これにより、保護膜の膜応力を低減でき、インクジェットヘッドの駆動効率を向上できる。   According to at least one inkjet head described above, the protective film has an opening that exposes a part of the insulating film on the driving element. Thereby, the film stress of a protective film can be reduced and the drive efficiency of an inkjet head can be improved.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

例えば、インクジェットヘッド21は、セパレートプレート300を有さずとも良い。
インクジェットヘッド21の仕様、圧力室201の直径や深さなどを調整することで、セパレートプレート300を有しないインクジェットヘッド21も、インク吐出が可能である。このようなインクジェットヘッド21においては、圧力室構造体200、セパレートプレート300、およびインク流路構造体400の接着剤貼り合わせの精度は、約0.2mmである。このため、当該貼り合わせは、さらに容易且つ短時間に行われる。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[1]インクを収容する圧力室を有する基材と、前記圧力室を塞ぐ第1の面と、前記第1の面の反対側にある第2の面と、を有する振動板と、前記振動板の前記第2の面にあって、電圧が印加されたときに前記振動板を変形させることで前記圧力室の容積を変化させる駆動素子と、前記振動板の前記第2の面と、前記駆動素子と、を覆う絶縁膜と、前記絶縁膜の上にあるとともに、前記駆動素子の上にある前記絶縁膜の一部を露出させる開口部を有する絶縁性の保護膜と、を具備することを特徴とするインクジェットヘッド。
[2]前記絶縁膜の上にある引出配線をさらに具備し、前記駆動素子は、前記振動板の前記第2の面にある第1の電極と、前記第1の電極に対向するとともに前記引出配線に接続された第2の電極と、前記第1の電極と前記第2の電極との間に介在する圧電体と、を有し、前記絶縁膜は、前記第2の電極の一部を露出させ、前記第2の電極に接続される前記引出配線が通るコンタクト部を有し、前記保護膜は、前記引出配線を覆う、ことを特徴とする[1]に記載のインクジェットヘッド。
[3]前記保護膜と前記絶縁膜とは、異なる材料によって形成されることを特徴とする[1]または[2]に記載のインクジェットヘッド。
[4][1]ないし[3]のいずれか一つに記載のインクジェットヘッドと、前記圧力室に接続されるとともにインクを収容するインクタンクと、前記駆動素子に電圧を印加する制御部と、を具備することを特徴とするインクジェット記録装置。
[5]基材の一つの面に振動板を形成し、前記基材の反対方向に向く前記振動板の一つの面に、電圧が印加されたときに前記振動板を変形させる駆動素子を形成し、前記振動板の前記一つの面と、前記駆動素子と、を覆う絶縁膜を形成し、前記絶縁膜を覆う保護膜を形成し、前記保護膜に、前記駆動素子の上にある前記絶縁膜の一部を露出させる開口部を、エッチングによって形成する、ことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
[6]インクを収容する圧力室を有する基材と、前記圧力室を塞ぐ振動板と、前記振動板上にあって電圧が印加されたときに前記振動板を変形させることで前記圧力室の容積を変化させる駆動素子と、前記振動板および前記駆動素子を覆うとともに前記駆動素子の上において他の部分よりも薄い薄肉部を有する絶縁部と、前記振動板および前記保護膜の少なくとも一方にあって前記圧力室に連通するノズルと、を有するノズルプレートと、を具備することを特徴とするインクジェットヘッド。
For example, the inkjet head 21 may not have the separate plate 300.
By adjusting the specifications of the ink jet head 21 and the diameter and depth of the pressure chamber 201, the ink jet head 21 that does not have the separation plate 300 can also eject ink. In such an ink jet head 21, the accuracy of adhesive bonding of the pressure chamber structure 200, the separate plate 300, and the ink flow path structure 400 is about 0.2 mm. For this reason, the bonding is performed more easily and in a short time.
Hereinafter, the invention described in the scope of claims of the present application will be appended.
[1] A diaphragm having a base material having a pressure chamber for containing ink, a first surface closing the pressure chamber, and a second surface opposite to the first surface, and the vibration A drive element on the second surface of the plate that changes the volume of the pressure chamber by deforming the diaphragm when a voltage is applied; the second surface of the diaphragm; An insulating film that covers the driving element; and an insulating protective film that is on the insulating film and has an opening that exposes a part of the insulating film on the driving element. An inkjet head characterized by the above.
[2] A lead wire on the insulating film is further provided, and the driving element is opposed to the first electrode on the second surface of the diaphragm and the first electrode, and the lead is provided. A second electrode connected to the wiring; and a piezoelectric body interposed between the first electrode and the second electrode; and the insulating film includes a part of the second electrode. The inkjet head according to [1], wherein the inkjet head has a contact portion through which the lead wire connected to the second electrode is exposed, and the protective film covers the lead wire.
[3] The inkjet head according to [1] or [2], wherein the protective film and the insulating film are formed of different materials.
[4] The inkjet head according to any one of [1] to [3], an ink tank that is connected to the pressure chamber and contains ink, and a control unit that applies a voltage to the drive element; An ink jet recording apparatus comprising:
[5] A diaphragm is formed on one surface of the base material, and a driving element is formed on one surface of the diaphragm facing in the opposite direction of the base material to deform the diaphragm when a voltage is applied. And forming an insulating film covering the one surface of the diaphragm and the driving element, forming a protective film covering the insulating film, and forming the insulating film on the driving element on the protective film A method for manufacturing an ink jet head, wherein an opening for exposing a part of a film is formed by etching.
[6] A base material having a pressure chamber for containing ink, a diaphragm for closing the pressure chamber, and the diaphragm on the diaphragm when the voltage is applied to deform the diaphragm. At least one of a drive element that changes volume, an insulating portion that covers the diaphragm and the drive element and has a thinner portion on the drive element than the other portions, and the diaphragm and the protective film. A nozzle plate having a nozzle communicating with the pressure chamber.

1…インクジェットプリンタ、21…インクジェットヘッド、23…インクタンク、24…制御部、100,500…ノズルプレート、101…ノズル、102…駆動素子、104…振動板、104a…第1の面、104b…第2の面、105…絶縁膜、106…配線電極、106c…電極部、107…共有電極、107b…配線部、107c…電極部、108…保護膜、111…圧電体膜、113…コンタクト部、115…開口部、121…薄肉部、200…圧力室構造体、201…圧力室。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Inkjet printer, 21 ... Inkjet head, 23 ... Ink tank, 24 ... Control part, 100, 500 ... Nozzle plate, 101 ... Nozzle, 102 ... Drive element, 104 ... Diaphragm, 104a ... First surface, 104b ... Second surface, 105 ... insulating film, 106 ... wiring electrode, 106c ... electrode part, 107 ... shared electrode, 107b ... wiring part, 107c ... electrode part, 108 ... protective film, 111 ... piezoelectric film, 113 ... contact part 115 ... Opening part, 121 ... Thin wall part, 200 ... Pressure chamber structure, 201 ... Pressure chamber.

Claims (5)

インクを収容する圧力室を有する基材と、
前記圧力室を塞ぐ第1の面と、前記第1の面の反対側にある第2の面と、を有する振動板と、
前記振動板の前記第1の面と第2の面を貫通するノズルと、
前記振動板の前記第2の面にあって、電圧が印加されたときに前記振動板を変形させることで前記圧力室の容積を変化させる駆動素子と、
前記振動板の前記第2の面と、前記駆動素子と、を覆う絶縁膜と、
前記絶縁膜の上にあるとともに、前記駆動素子の上にある前記絶縁膜の一部と対応する部分に空間部分である凹部を有する絶縁性の保護膜と、
を具備することを特徴とするインクジェットヘッド。
A substrate having a pressure chamber for containing ink;
A diaphragm having a first surface that closes the pressure chamber, and a second surface opposite to the first surface;
A nozzle penetrating the first surface and the second surface of the diaphragm;
A driving element that is on the second surface of the diaphragm and changes the volume of the pressure chamber by deforming the diaphragm when a voltage is applied;
An insulating film covering the second surface of the diaphragm and the drive element;
An insulating protective film having a concave portion which is a space portion in a portion corresponding to a part of the insulating film on the driving element and on the driving element;
An ink jet head comprising:
前記絶縁膜の上にある引出配線をさらに具備し、
前記駆動素子は、前記振動板の前記第2の面にある第1の電極と、前記第1の電極に対向するとともに前記引出配線に接続された第2の電極と、前記第1の電極と前記第2の電極との間に介在する圧電体と、を有し、
前記絶縁膜は、前記第2の電極の一部を露出させ、前記第2の電極に接続される前記引出配線が通るコンタクト部を有し、
前記保護膜は、前記引出配線を覆う、
ことを特徴とする請求項1に記載のインクジェットヘッド。
Further comprising a lead wiring on the insulating film;
The drive element includes: a first electrode on the second surface of the diaphragm; a second electrode facing the first electrode and connected to the lead wiring; and the first electrode A piezoelectric body interposed between the second electrodes,
The insulating film has a contact portion that exposes a part of the second electrode and through which the extraction wiring connected to the second electrode passes.
The protective film covers the lead-out wiring;
The inkjet head according to claim 1.
前記保護膜と前記絶縁膜とは、異なる材料によって形成されることを特徴とする請求項1または2に記載のインクジェットヘッド。   The inkjet head according to claim 1, wherein the protective film and the insulating film are formed of different materials. 請求項1ないし3のいずれか一つに記載のインクジェットヘッドと、
前記圧力室に接続されるとともにインクを収容するインクタンクと、
前記駆動素子に電圧を印加する制御部と、
を具備することを特徴とするインクジェット記録装置。
An inkjet head according to any one of claims 1 to 3,
An ink tank connected to the pressure chamber and containing ink;
A controller for applying a voltage to the drive element;
An ink jet recording apparatus comprising:
基材の一つの面に振動板を形成し、
前記基材の反対方向に向く前記振動板の一つの面に、電圧が印加されたときに前記振動板を変形させる駆動素子を形成し、
前記振動板を貫通するノズルを形成し、
前記振動板の前記一つの面と、前記駆動素子と、を覆う絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜を覆う保護膜を形成し、
前記保護膜に、前記駆動素子の上にある前記絶縁膜の一部と対応する部分に空間部分である凹部を、エッチングによって形成する、
ことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
A diaphragm is formed on one side of the substrate,
On one surface of the diaphragm facing in the opposite direction of the substrate, a drive element is formed that deforms the diaphragm when a voltage is applied,
Forming a nozzle penetrating the diaphragm;
Forming an insulating film covering the one surface of the diaphragm and the drive element;
Forming a protective film covering the insulating film;
A recess that is a space portion is formed by etching in a portion corresponding to a part of the insulating film on the driving element in the protective film.
A method of manufacturing an ink-jet head.
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JP6089061B2 (en) * 2015-04-24 2017-03-01 株式会社東芝 Inkjet recording head and inkjet recording apparatus
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4844717B2 (en) * 2005-12-27 2011-12-28 セイコーエプソン株式会社 Method for manufacturing liquid jet head
JP5851677B2 (en) * 2009-08-12 2016-02-03 ローム株式会社 Inkjet printer head
JP5768393B2 (en) * 2011-02-10 2015-08-26 株式会社リコー Ink jet head and image forming apparatus
JP5708098B2 (en) * 2011-03-18 2015-04-30 株式会社リコー Liquid ejection head, liquid ejection apparatus, and image forming apparatus

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