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.
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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SiO2(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)、Al2O3(酸化アルミニウム)、HfO2(酸化ハフニウム)、ZrO2(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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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(PbTiO3:チタン酸鉛)、PMNT(Pb(Mg1/3Nb2/3)O3−PbTiO3)、PZNT(Pb(Zn1/3Nb2/3)O3−PbTiO3)、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
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
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
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
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
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
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
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
絶縁膜105は、例えば、SiO2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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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SiO2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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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SiO2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
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
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
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
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
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
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
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SiO2膜を成膜する。当該SiO2膜は、例えば熱酸化膜法によって成膜される。なお、SiO2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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
次に、振動板104を形成するSiO2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、SiO2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SiO2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
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
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
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
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
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
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
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
上記エッチングに用いられるSF6ガスは、振動板104のSiO2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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
By adjusting the specifications of the
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
Claims (5)
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:
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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