JP6221409B2 - Liquid ejection head, polarization treatment method for liquid ejection head, and liquid ejection apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、液室に貯留した液体を圧電素子の加圧によってノズルから液滴として吐出するようにした液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッドの分極処理方法及び液体吐出装置に関する。 The present invention relates to a liquid discharge head that discharges liquid stored in a liquid chamber as droplets from a nozzle by pressurization of a piezoelectric element, a polarization processing method for the liquid discharge head, and a liquid discharge apparatus.
従来から、インクジェット技術を用いた画像形成装置のように、液室に貯留した液体を圧電素子の加圧によってノズルから液滴として吐出するようにした液体吐出ヘッド及び液体吐出装置がある。 2. Description of the Related Art Conventionally, there are liquid discharge heads and liquid discharge apparatuses that discharge liquid stored in a liquid chamber as droplets from nozzles by pressurization of piezoelectric elements, as in image forming apparatuses using inkjet technology.
このような液体吐出装置としては、基本的な構造として、液体を貯留した複数の液室と、各液室と連通して液滴を吐出するノズルと、液体を加圧する圧電素子などの電気−機械変換素子、ヒータなどの電気熱変換素子、又はインク流路の壁面を形成する振動板とこれに対向する電極、等のエネルギー発生手段と、を備え、このエネルギー発生手段で発生したエネルギーで液室内の液体を加圧することによってノズルから液滴を吐出させている。 As such a liquid ejecting apparatus, as a basic structure, a plurality of liquid chambers storing liquid, nozzles that eject liquid droplets in communication with each liquid chamber, and piezoelectric elements that pressurize the liquid are used. An energy generating means such as a mechanical conversion element, an electrothermal conversion element such as a heater, or a diaphragm that forms the wall surface of the ink flow path and an electrode facing the diaphragm, and a liquid with the energy generated by the energy generation means Liquid droplets are ejected from the nozzles by pressurizing the liquid in the room.
また、インクジェット技術を用いた画像形成装置における記録ヘッドには、エネルギー発生手段として圧電素子である圧電アクチュエータを用い、軸方向に伸長・収縮する縦振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、たわみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、の2種類が実用化されている。 In addition, the recording head in the image forming apparatus using the ink jet technology uses a piezoelectric actuator that is a piezoelectric element as an energy generating means, and uses a piezoelectric actuator in a longitudinal vibration mode that extends and contracts in the axial direction. Two types, one using a mode piezoelectric actuator, have been put into practical use.
たわみ振動モードのアクチュエータを使用したものとしては、例えば、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法により液室に対応する形状に切り分けて各液室に独立するように圧電素子を形成したものが知られている(例えば、特許文献1参照)。 As an example of using an actuator in a flexural vibration mode, for example, a uniform piezoelectric material layer is formed over the entire surface of the diaphragm by a film forming technique, and this piezoelectric material layer has a shape corresponding to a liquid chamber by a lithography method. A piezoelectric element is known that is divided into two liquid chambers and is independent of each liquid chamber (see, for example, Patent Document 1).
また、たわみ振動モードのアクチュエータに使用される圧電素子は、例えば、共通電極である下電極と、下電極の上層に形成したPZT膜(圧電体層)と、PZT膜の上層に形成した個別電極である上電極と、上電極の上層に層間絶縁膜を形成して下電極と上電極との絶縁を図るとともに、この層間絶縁膜に開口されたコンタクトホールを介して上電極と電気的に接続した配線を有する構造が知られている(例えば、特許文献2参照)。 In addition, the piezoelectric element used for the actuator in the flexural vibration mode includes, for example, a lower electrode that is a common electrode, a PZT film (piezoelectric layer) formed on the upper layer of the lower electrode, and an individual electrode formed on the upper layer of the PZT film. The upper electrode and the upper electrode are formed with an interlayer insulating film on the upper layer to insulate the lower electrode from the upper electrode, and electrically connected to the upper electrode through a contact hole opened in the interlayer insulating film A structure having such a wiring is known (see, for example, Patent Document 2).
しかしながら、下電極には、主に鉛(Pt)をベースにした金属電極を用いたものがほとんどであり、PZT膜の疲労特性に対する保証が懸念されている。これは、一般的にPZTに含まれるPb拡散による特性劣化が疲労特性の要因と考えられており、例えば、酸化物電極を用いることで疲労特性を改善している(例えば、特許文献3参照)。 However, most of the lower electrodes use metal electrodes mainly based on lead (Pt), and there is concern about the guarantee of the fatigue characteristics of the PZT film. In general, it is considered that characteristic deterioration due to Pb diffusion contained in PZT is a factor of fatigue characteristics. For example, fatigue characteristics are improved by using an oxide electrode (see, for example, Patent Document 3). .
一般に、PZTは、電圧印加直前においては圧電体結晶の分極の向きがランダムな状態となっており、電圧印加を繰り返すことによって圧電体結晶の分極の向きが揃ったドメインの集合体となることが知られている。このため、電圧印加を行う前から分極の向きを揃えるのが望ましいとされている。 In general, PZT is in a state where the polarization direction of the piezoelectric crystal is random immediately before the voltage is applied, and may be an aggregate of domains in which the polarization direction of the piezoelectric crystal is aligned by repeating the voltage application. Are known. For this reason, it is desirable to align the direction of polarization before voltage application.
そこで、圧電素子に対して駆動パルス電圧を超える高電圧を印加したり、電極と電荷供給手段との間に電圧を印加してコロナ放電を生じさせることにより電荷を供給して圧電体内に電界を発生させるなど、所定駆動電圧に対して変位量を安定化させるさまざまな技術が考えられている(例えば、特許文献4参照)。 Therefore, a high voltage exceeding the drive pulse voltage is applied to the piezoelectric element, or a voltage is applied between the electrode and the charge supply means to generate a corona discharge, thereby supplying electric charge to generate an electric field in the piezoelectric body. Various techniques for stabilizing the amount of displacement with respect to a predetermined drive voltage, such as generation, have been considered (see, for example, Patent Document 4).
しかしながら、例えば、特許文献4に記載の方式にように、コロナ放電により処理する場合、圧電膜が形成された後にコロナ放電処理を実施しているため、例えば、層間膜形成や引出配線形成といったその後の工程における熱履歴等によって脱分極してしまう虞があった。具体的には、コロナ放電処理後に300℃を超える熱履歴を与えると、コロナ放電処理前の状態に戻ってしまうという問題が生じていた。 However, for example, in the case of processing by corona discharge as in the method described in Patent Document 4, since the corona discharge processing is performed after the piezoelectric film is formed, for example, subsequent formation such as interlayer film formation or lead wiring formation is performed. There was a risk of depolarization due to the thermal history or the like in this step. Specifically, when a thermal history exceeding 300 ° C. is given after the corona discharge treatment, there has been a problem of returning to the state before the corona discharge treatment.
これにより、液滴の吐出特性を良好に保持することが困難となってしまい、安定した液滴の吐出を行うことができず、しかも、圧電素子を高密度に配列することが困難となってしまうという問題が生じていた。 As a result, it becomes difficult to maintain good droplet discharge characteristics, and stable droplet discharge cannot be performed, and it is difficult to arrange piezoelectric elements at high density. The problem that it ends up has arisen.
そこで、本願発明者は、コロナ放電やグロー放電によって発生した電荷を注入することにより分極処理を実施する工程は、層間膜形成や引出配線形成といった工程よりも後工程で処理することが好ましいという考えに至った。 Therefore, the inventor of the present application considers that the step of performing the polarization process by injecting the electric charge generated by the corona discharge or the glow discharge is preferably performed in a later process than the process of forming the interlayer film or the lead wiring. It came to.
ここで、コロナ放電等の電荷注入による分極処理を実施するに際して、同一列の電極の端部である駆動チャネル個別電極部には電荷が集中するため、分極処理の過剰進行による列内特性にばらつきが発生し易く、しかも、過剰電荷の注入による上下電極間での絶縁破壊が発生し易いことが新たに判明した。 Here, when performing polarization processing by charge injection such as corona discharge, charge concentrates on the drive channel individual electrode portion, which is the end of the electrode in the same column, and therefore, in-column characteristics vary due to excessive progress of polarization processing. It has been newly found that dielectric breakdown is likely to occur between the upper and lower electrodes due to excessive charge injection.
本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、個別電極の端部のパッドに対して均一な電荷量を注入することができ、これにより液滴の吐出特性を良好に保持することができるとともに、安定した液滴の吐出特性を確保することができ、しかも、圧電素子を高密度に配列することができる液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッドの分極処理方法及び液体吐出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described conventional problems, and can inject a uniform amount of charge into the pad at the end of each individual electrode. A liquid discharge head capable of maintaining good discharge, ensuring stable discharge characteristics of liquid droplets, and capable of arranging piezoelectric elements at high density, a polarization processing method for the liquid discharge head, and liquid discharge An object is to provide an apparatus.
本発明に係る液体吐出ヘッドは、上記目的達成のため、液体を貯留した液室と、前記液室と連通して液体を吐出する複数のノズルと、前記液室に貯留した液体を加圧して前記ノズルから液体を吐出させるアクチュエータとしての圧電素子を形成しているアクチュエータ基板と、を備え、前記アクチュエータ基板は、前記圧電素子の個別電極を列状に形成しているとともに、前記個別電極の端部に配置した電極パッドの近傍に同一列内で相互に短絡された短絡電極が形成されており、同一列内の相互に短絡された前記短絡電極が前記アクチュエータ基板の液室形成面に対して、1E7〜1E10[Ω]の抵抗となっているよう構成する。 In order to achieve the above object, a liquid discharge head according to the present invention pressurizes a liquid chamber that stores liquid, a plurality of nozzles that communicate with the liquid chamber and discharges liquid, and a liquid stored in the liquid chamber. An actuator substrate that forms a piezoelectric element as an actuator that discharges liquid from the nozzle, and the actuator substrate has individual electrodes of the piezoelectric element formed in a row and ends of the individual electrodes Short-circuit electrodes that are mutually short-circuited in the same row are formed in the vicinity of the electrode pads arranged in the section, and the short-circuit electrodes that are short-circuited to each other in the same row are formed with respect to the liquid chamber forming surface of the actuator substrate 1E7 to 1E10 [Ω] resistance .
本発明によれば、個別電極の端部のパッドに対して均一な電荷量を注入することができ、これにより液滴の吐出特性を良好に保持することができるとともに、安定した液滴の吐出特性を確保することができ、しかも、圧電素子を高密度に配列することができる液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッドの分極処理方法及び液体吐出装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to inject a uniform amount of charge into the pad at the end of the individual electrode, thereby maintaining good droplet discharge characteristics and stable droplet discharge. It is possible to provide a liquid discharge head, a liquid discharge head polarization processing method, and a liquid discharge apparatus that can secure characteristics and can arrange piezoelectric elements at high density.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(画像形成装置1の構成)
まず、図1及び図2に基づいて本発明に係る液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッドの分極処理方法及び液体吐出装置を搭載した画像形成装置1の一例の構成を説明する。
(Configuration of image forming apparatus 1)
First, the configuration of an example of an
画像形成装置1は、記録材Pを積載部2に積載した状態で収納する給紙カセット3と、積載部2から最上位の記録材Pを1枚ずつ分離して給送する半月コロ状の給紙ローラ4と、給紙ローラ4に対向する摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド5と、を有する。
The
給紙ローラ4は、最上位の記録材Pの表面に接触し、図1において時計回り方向に回転することで記録材Pを下流側(図1において左側)へと給紙する。分離パッド5は、給紙ローラ4に向けて付勢されており、最上位よりも下位の記録材Pが重なって下流側へと給紙されないように最上位の記録材Pとそれ以外の記録材Pとを分離する。
The paper feed roller 4 contacts the surface of the uppermost recording material P, and feeds the recording material P downstream (left side in FIG. 1) by rotating clockwise in FIG. The
画像形成装置1は、記録紙Pの搬送方向上流側から、規制ガイド6、先端検知センサ7、搬送ベルト8、カウンタローラ9、搬送ガイド10、上流側加圧コロ11及び下流側加圧コロ12、押圧部材13、排紙ローラ14及び排紙コロ15、を搬送順に配置している。
The
規制ガイド6は、給紙ローラ4で給紙された記録材Pの搬送方向を図1において下方から上方に向けて規制する。 The regulation guide 6 regulates the conveyance direction of the recording material P fed by the paper feed roller 4 from the lower side to the upper side in FIG.
先端検知センサ7は、記録材Pの先端及び後端を検出し、その検出信号をレジスト機能、印字開始タイミング、次の記録紙Pの給紙タイミング、等のトリガー信号として利用する。
The leading
搬送ベルト8は、搬送ローラ16とテンションローラ17との間に掛け渡されて図1において時計回り方向に回動移動する無端状のベルト部材である。搬送ベルト8の表面は、帯電ローラ18によって帯電され、記録材Pを静電吸着して搬送する。搬送ベルト8は、副走査モータ19の駆動によってタイミングベルト20、タイミングローラ21、駆動軸22を介して搬送ローラ16が回転することで、副走査方向に回動移動するようになっている。搬送ベルト8の上面側の内面には画像形成領域に対応して下敷き部材23を配置している。
The
なお、帯電ローラ18は、搬送ベルト8の表層に接触し、搬送ベルト8の回動に従動して回転するように配置され、加圧力として駆動軸22の両端に各2.5Nをかけている。
The charging roller 18 is disposed so as to come into contact with the surface layer of the
カウンタローラ9は、記録材Pを搬送ベルト8の上流端側で挟んでニップ搬送する。
The
搬送ガイド10は、記録材Pの搬送方向を、上向きから横向きに約90°方向転換させて搬送ベルト8に倣わせるようになっている。
The
上流側加圧コロ11及び下流側加圧コロ12は、押圧部材13によって搬送ベルト8の上面側に付勢され、記録材Pを搬送ベルト8の上面側で挟んでニップ搬送する。
The upstream pressure roller 11 and the
排紙ローラ14と排紙コロ15とは、例えば、排紙ローラ14を駆動ローラとし、排紙コロ15を従動ローラとしている。排紙ローラ14及び排紙コロ15は、記録材Pを搬送ベルト8の下流端から引き継いでニップ搬送して排紙する排紙トレイ24に排紙するようになっている。排紙ローラ14及び排紙コロ15は、両面印刷の際に、搬送ベルト8の回動移動方向と共に片面印刷後の記録材Pを排紙方向とは逆方向にスイッチバックさせて両面給紙ユニット25に搬送する。
The
この両面給紙ユニット25は、搬送ベルト8の逆方向回転でスイッチバックした記録材Pを取り込んで表裏を反転させ、再び先端検知センサ7の上流側に給紙する。
The double-sided
画像形成装置1は、印字部として、キャリッジ31と、キャリッジ31を主走査方向に移動走査可能に保持するガイドロッド32及びガイドレール33と、主走査モータ34と、駆動プーリ35と従動プーリ36とに架け渡したタイミングベルト37と、を有する。
The
キャリッジ31は、例えば、ブラック(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の各色のインクの液滴を吐出する液体吐出ヘッド38K,38C,38M,38Yを主走査方向に沿う方向に配置した記録ヘッド38を有する。キャリッジ31は、記録ヘッド38に各色のインクを供給するための各色のサブタンク39を搭載している。このサブタンク39には各色用のインク供給チューブ40を介して図示しないメインタンクからインクが補充供給される。
For example, the
液体吐出ヘッド38K,38C,38M,38Yは、液滴吐出方向を下方に向けてキャリッジ31に装着している。なお、ここでは独立した液体吐出ヘッド38K,38C,38M,38Yを用いているが、各色のインクの液滴を吐出する複数のノズル列を有する1又は複数の印字ヘッドを用いる構成とすることもできる。また、色の数及び配列順序はこれに限るものではない。
The liquid discharge heads 38K, 38C, 38M, and 38Y are mounted on the
主走査モータ34は、駆動プーリ35と従動プーリ36とに架け渡したタイミングベルト37を主走査方向に沿って往復移動させてキャリッジ31を主走査方向に移動走査する。
The
一方、キャリッジ31の走査方向の一方側の非印字領域には、キャリッジ31のホームポジション位置であって、記録ヘッド38のノズルの状態を維持及び回復するための維持回復機構41を配置している。
On the other hand, in the non-printing area on one side of the
維持回復機構41は、記録ヘッド38の各ノズル面をキャピングするための各キャップ42と、ノズル面をワイピングするためのブレード部材であるワイパーブレード43と、空吐出受44と、を有する。この空吐出受44は、増粘したインクを排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受けるようになっている。
The maintenance /
次に、このような構成の画像形成装置1における全体の作用を説明する。画像形成装置1は、積載部2から最上位の記録材Pが1枚ずつ分離給紙され、先端検知センサ7で検知される。記録材Pは、規制ガイド6によって略鉛直上方に向けて搬送方向が規制され、搬送ベルト8とカウンタローラ9との間に挟まれて搬送され、さらに搬送ガイド10で案内されつつ略90°に搬送方向が転換される。そして、記録材Pは、上流側加圧コロ11及び下流側加圧コロ12によって搬送ベルト8の上面側に押し付けられ記録ヘッド38の下方に搬送される。
Next, the overall operation of the
このとき、帯電ローラ18には、図示しない制御回路によってACバイアス供給部からプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返すように交番する電圧が印加される。これにより、搬送ベルト8が交番する帯電電圧パターン、すなわち、周回方向である副走査方向に、プラスとマイナスが所定の幅で帯状に交互に帯電される。
At this time, an alternating voltage is applied to the charging roller 18 so that a positive output and a negative output are alternately repeated from an AC bias supply unit by a control circuit (not shown). Thereby, plus and minus are alternately charged in a band shape with a predetermined width in the charging voltage pattern in which the
記録材Pは、このプラス、マイナス交互に帯電した搬送ベルト8に静電力で吸着され、搬送ベルト8の周回移動によって副走査方向に搬送される。
The recording material P is adsorbed by the electrostatic force on the positively and negatively charged conveying
そこで、キャリッジ31を主走査方向に沿って往路及び復路方向に移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド38を駆動することにより、停止している記録材Pにインクの液滴を吐出して1行分を記録し、記録材Pを所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は記録材Pの後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、記録材Pを排紙トレイ24に排紙する。
Therefore, by driving the
また、両面印刷の場合には、最初に印刷した表面の記録が終了したときに、排紙ローラ14と搬送ベルト8とを逆回転させることで、記録済みの記録材Pをスイッチバックさせて両面給紙ユニット25に送り込む。さらに、その記録材Pを表裏反転させて再び先端検知センサ7よりも上流側に給紙し、タイミング制御を行って、前述したのと同様に搬送ベルト8に搬送して裏面に記録を行った後、排紙トレイ24に排紙する。
In the case of double-sided printing, when recording of the first printed surface is completed, the recording roller P and the
また、印字(記録)待機中には、キャリッジ31はホームポジションである維持回復機構41に移動されて、キャップ42で記録ヘッド38のノズル面がキャッピングされて、ノズルを湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、キャップ42で記録ヘッド38をキャッピングした状態でノズルからインクを吸引し、増粘したインクや気泡を排出する回復動作を行う。この回復動作によって記録ヘッド38のノズル面に付着したインクはワイパーブレード43でワイピングを行って清掃除去する。また、記録開始前、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出する空吐出動作を行う。これによって、記録ヘッド38の安定した吐出性能を維持することができる。
During printing (recording) standby, the
次に、記録ヘッド38の各液体吐出ヘッド38K,38C,38M,38Yの基本的な構成を説明する。なお、以下の説明においては、各液体吐出ヘッド38K,38C,38M,38Yは、同一の構成のものを用いているため、説明の便宜上、記録ヘッド38の構成として説明する。
Next, the basic configuration of each
記録ヘッド38は、図3に示すように、液体50を貯留した液室51を有する基板52と、液室51と連通して液体50を液滴50Aとして吐出するノズル53を形成したノズル基板54と、液室51の上方を覆う振動板55と、圧電素子56と、を有する。基板52には、シリコン基板等が用いられている。
As shown in FIG. 3, the
圧電素子56は、液室51に貯留した液体50を加圧してノズル53から液滴50Aを吐出させるアクチュエータ、すなわち、エネルギー発生手段としての電気−機械変換素子を用いている。圧電素子56は、振動板55側の下層から順に、下部電極である第1の電極56Aと、電気−機械変換膜としての圧電膜56Bと、上部電極である第2の電極56Cと、の3層構造となっている。
The
さらに、図4及び図5に示すように、圧電素子56の上層は、第1の絶縁保護膜57に覆われている。第1の絶縁保護膜57には、コンタクトホール57a,57bが形成されており、第1の絶縁保護膜57の上層及びコンタクトホール57a,57bに入り込むように第3の電極58及び第4の電極59が設けられている。そして、この第3の電極58及び第4の電極59を含む第1の絶縁保護膜57の上層には第2の絶縁保護膜60が設けられている。なお、図5においては、第1の絶縁保護膜57及び第2の絶縁保護膜60の図示は省略している。
Further, as shown in FIGS. 4 and 5, the upper layer of the
第3の電極58はコンタクトホール57aにより第1の電極56Aと導通され、第4の電極59はコンタクトホール57bにより第2の電極56Cと導通されている。このとき、第1の電極56Aと第3の電極58とを共通電極、第2の電極56Cと第4の電極59とを個別電極として、第2の絶縁保護膜60の一部に開口されたコンタクトホール60aに共通電極用パッド61と個別電極用パッド62とが設けられている。
The
ここまで作製された圧電素子56に対して、コロナ放電もしくはグロー放電を行い、発生した電荷について各電極用パッド61,62を介して注入することにより、分極処理を実施している。
The
図6に示すように、コロナワイヤ63を用いて、コロナ放電させるときには、大気中の分子をイオン化させることで、陽イオンを発生し、圧電素子56の各電極用パッド61,62を介して陽イオンが流れ込むことで、電荷を圧電素子56に蓄積している。
As shown in FIG. 6, when corona discharge is performed using the
ここで、図7に示すように、個別電極数がA個(図5及び図7では1個)、共通電極数がB個(図5及び図7では2個)あったとする。なお、ここでは、個別電極と共通電極の面積が同じと仮定する。 Here, as shown in FIG. 7, it is assumed that the number of individual electrodes is A (1 in FIGS. 5 and 7) and the number of common electrodes is B (2 in FIGS. 5 and 7). Here, it is assumed that the areas of the individual electrode and the common electrode are the same.
ここで、図8に示すように、仮に電荷Qが発生した場合に、1つの圧電素子56に対してどの位の電荷が蓄積されると分極処理が行われるのかを検討する。例えば、上部電極側には電荷Qが発生するのに対して、下部電極側にはQ(B/A)だけの電荷が発生し、上部電極と下部電極との電荷差によって内部電位差が生じて、分極処理が行われていると考えている。
Here, as shown in FIG. 8, if charge Q is generated, how much charge is accumulated in one
共通電極は基板52の裏面に対して所定の抵抗値を持っており、本実施の形態においては、1E7[Ω]程度となっている。したがって、分極処理時の電荷は、ほぼGNDに流れてしまい、個別電極にチャージされた電荷により電位差が発生して分極処理されているものと考えられる。
The common electrode has a predetermined resistance value with respect to the back surface of the
ここで、分極処理の状態については、P−Eヒステリシスループから判断している。例えば、図9に示すように、±150kV/cmの電界強度かけてヒステリシスループを測定し、最初の0kV/cm時の分極をPini、+150kV/cmの電圧印加後0kV/cmまで戻したときの0kV/cm時の分極をPrとする。このときに、Pr−Piniの値を分極量差として定義し、この分極量差から分極状態の良し悪しを判断する。 Here, the state of the polarization process is determined from the PE hysteresis loop. For example, as shown in FIG. 9, when a hysteresis loop is measured with an electric field strength of ± 150 kV / cm and the polarization at the first 0 kV / cm is returned to 0 kV / cm after applying a voltage of Pini, +150 kV / cm The polarization at 0 kV / cm is Pr. At this time, the value of Pr−Pini is defined as a difference in polarization amount, and whether the polarization state is good or bad is determined from the difference in polarization amount.
ここで、分極量差Pr−Piniは、10μC/cm2以下となっていることが好ましく、5μC/cm2以下となっていることがさらに好ましい。すなわち、この値に満たない場合は、PZTのアクチュエータとしての圧電素子56の連続駆動後の変位劣化については十分な特性が得られないからである。
Here, the polarization amount difference Pr-Pini is preferably has a 10 [mu] C / cm 2 or less, further preferably has a 5 [mu] C / cm 2 or less. That is, if this value is not satisfied, sufficient characteristics cannot be obtained for displacement deterioration after continuous driving of the
以下に、本発明の各構成の材料、工法について具体的に説明する。 Below, the material of each structure of this invention and a construction method are demonstrated concretely.
〔基板〕
基板52としては、シリコン単結晶基板を用いることが好ましく、通常100[μm]以上600[μm]以下の範囲の厚みを持つことが好ましい。結晶の立方格子における面方位としては、(100)、(110)、(111)と3種あるが、半導体産業では一般的に(100)、(111)が広く使用されている。したがって、本実施の形態においては、主に(100)の面方位を持つ単結晶基板を主に使用した。また、図3に示すような液室51を作製していく場合、エッチングを利用してシリコン単結晶基板を加工する。
〔substrate〕
As the
この場合のエッチング方法としては、異方性エッチングを用いることが一般的である。異方性エッチングとは結晶構造の面方位に対してエッチング速度が異なる性質を利用したものである。例えば、水酸化カリウム(KOH)等のアルカリ溶液に浸漬させた異方性エッチングでは、(100)面に比べて(111)面は約1/400程度のエッチング速度となる。 As an etching method in this case, it is common to use anisotropic etching. Anisotropic etching utilizes the property that the etching rate differs with respect to the plane orientation of the crystal structure. For example, in anisotropic etching immersed in an alkaline solution such as potassium hydroxide (KOH), the (111) plane has an etching rate of about 1/400 compared to the (100) plane.
したがって、面方位(100)では、約54°の傾斜を持つ構造体が作製できるのに対して、面方位(110)では深い溝を作製することができるため、より剛性を保ちつつ、配列密度を高くすることができることが分かっている。本実施の形態としては(110)の面方位を持った単結晶基板を使用することも可能である。この場合、マスク材である二酸化ケイ素(SiO2)もエッチングされてしまうため、この点も留意して利用することが好ましい。 Therefore, a structure having an inclination of about 54 ° can be produced in the plane orientation (100), whereas a deep groove can be produced in the plane orientation (110), so that the arrangement density can be maintained while maintaining rigidity. It is known that can be raised. In this embodiment, it is possible to use a single crystal substrate having a (110) plane orientation. In this case, silicon dioxide (SiO 2 ), which is a mask material, is also etched, so it is preferable to use this point with attention.
〔振動板55〕
振動板55は、圧電素子56によって発生した力を受けて変形し、液室51のインクなどの液体50の液滴50Aをノズル53から吐出させる。そのため、振動板55としては所定の強度を有したものであることが好ましい。
[Vibration plate 55]
The
材料としては、シリコン(Si)、SiO2、窒化ケイ素(Si3N4)などを、例えば、CVD法により作製したものが挙げられる。さらに、図3に示すような下部電極である第1の電極56Aび圧電膜56Bの線膨張係数に近い材料を選択することが好ましい。特に、圧電膜56Bとしては、一般的に材料としてPZTが使用される場合が多い。
Examples of the material include silicon (Si), SiO 2 , silicon nitride (Si 3 N 4 ), and the like produced by, for example, a CVD method. Furthermore, it is preferable to select a material close to the linear expansion coefficient of the
したがって、振動板55の材料は、PZTの線膨張係数8×10−6(1/K)に近い5×10−6(1/K)以上10×10−6(1/K)以下の範囲の線膨張係数を有した材料が好ましい。さらには、7×10−6(1/K)以上9×10−6(1/K)以下の範囲の線膨張係数を有した材料がより好ましい。
Therefore, the material of the
具体的な材料としては、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化オスミウム、酸化レニウム、酸化ロジウム、酸化パラジウム及びそれらの化合物等が適用される。これらの材料を、例えば、スパッタ法又はゾルゲル(Sol−gel)法を用いてスピンコーターにて作製することができる。膜厚としては0.1[μm]以上10[μm]以下の範囲が好ましく、0.5[μm]以上3[μm]以下の範囲がさらに好ましい。この範囲より小さいと、図3に示すような液室51の加工が難しくなる。また、上記範囲より大きいと振動板55が変形し難くなり、インク滴などの液滴50Aをノズル53から吐出することが不安定になる。
Specific examples of the material include aluminum oxide, zirconium oxide, iridium oxide, ruthenium oxide, tantalum oxide, hafnium oxide, osmium oxide, rhenium oxide, rhodium oxide, palladium oxide, and compounds thereof. These materials can be manufactured by a spin coater using, for example, a sputtering method or a sol-gel method. The film thickness is preferably in the range of 0.1 [μm] to 10 [μm], and more preferably in the range of 0.5 [μm] to 3 [μm]. If it is smaller than this range, it becomes difficult to process the
[第1の電極56A]
第1の電極56Aとしては、金属又は金属と酸化物とからなっていることが好ましい。ここで、どちらの材料も振動板55と第1の電極56Aを構成する金属膜との間に密着層を入れて剥がれ等を抑制するように工夫している。以下に、密着層を含めて金属電極膜及び酸化物電極膜の詳細について記載する。
[
The
[密着層65]
密着層は、例えば、チタン(Ti)をスパッタ成膜後、成膜したチタン膜をRTA(Rapid Thermal Annealing)装置を用いて熱酸化して酸化チタン膜にする。熱酸化の条件は、例えば、650[℃]以上800[℃]以下の範囲の温度、1[分]以上30[分]以下の範囲の処理時間、及びO2雰囲気である。
[Adhesion layer 65]
For example, after forming titanium (Ti) by sputtering, the adhesion layer is thermally oxidized using a RTA (Rapid Thermal Annealing) apparatus to form a titanium oxide film. The thermal oxidation conditions are, for example, a temperature in the range of 650 [° C.] to 800 [° C.], a treatment time in the range of 1 [min] to 30 [min], and an
酸化チタン膜を作成するには、反応性スパッタを用いてもよいが、チタン膜の高温による熱酸化法が望ましい。反応性スパッタによる密着層の作製では、基板52を高温で加熱する必要があるため、特別なスパッタチャンバ構成を必要とする。さらに、一般の炉による酸化よりも、RTA装置による酸化の方が酸化チタン膜の結晶性が良好になる。なぜならば、通常の加熱炉による酸化では、酸化し易いチタン膜は低温においていくつもの結晶構造を作るため、一旦、それを壊す必要が生じるためである。したがって、昇温速度の速いRTAによる酸化の方が良好な結晶を形成するために有利になる。
Reactive sputtering may be used to form the titanium oxide film, but a thermal oxidation method at a high temperature of the titanium film is desirable. The production of the adhesion layer by reactive sputtering requires a special sputtering chamber configuration because the
また、チタン以外の材料としては、タンタル(Ta)、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)等の材料を用いることもできる。密着層の膜厚としては、10[nm]以上50[nm」以下の範囲が好ましく、15[nm]以上30[nm]以下の範囲がさらに好ましい。この範囲以下の場合においては、密着性に懸念があり、また、この範囲以上になってくると、その密着層の上で作製する電極膜の結晶の質に影響がでてくるためである。 Moreover, as materials other than titanium, materials such as tantalum (Ta), iridium (Ir), and ruthenium (Ru) can be used. The thickness of the adhesion layer is preferably in the range of 10 [nm] to 50 [nm], and more preferably in the range of 15 [nm] to 30 [nm]. If the thickness is less than this range, there is a concern about the adhesion, and if it exceeds this range, the quality of the crystal of the electrode film produced on the adhesion layer is affected.
〔金属電極膜〕
金属電極膜の金属材料としては、高い耐熱性と低い反応性とを有する白金(Pt)が用いられているが、鉛(Pb)に対しては十分なバリア性を持つとはいえない場合もあり、イリジウムや白金−ロジウム(Rh)などの白金族元素や、これらの合金膜でもよい。また、白金を使用する場合には下地(特に、SiO2)との密着性が悪いために、前述の密着層を先に積層することが好ましい。
[Metal electrode film]
Platinum (Pt), which has high heat resistance and low reactivity, is used as the metal material for the metal electrode film, but it may not be said that it has sufficient barrier properties against lead (Pb). Yes, a platinum group element such as iridium or platinum-rhodium (Rh), or an alloy film thereof may be used. The base in the case of use of platinum (in particular, SiO 2) due to poor adhesion to a, it is preferable to laminate the previously adhesion layer described above.
作製方法としては、スパッタ法や真空蒸着等の真空成膜が一般的である。膜厚としては、80[nm]以上200[nm]以下の範囲が好ましく、100[nm]以上150[nm]以下の範囲がより好ましい。この範囲より薄い場合においては、第1の電極56Aとして十分な電流を供給することができなくなり、液滴50Aをノズル53から吐出する際に不具合が発生する虞があるからである。さらに、この範囲より厚い場合においては、白金族元素の高価な材料を使用することから、材料コストが高騰する。
As a manufacturing method, vacuum film formation such as sputtering or vacuum deposition is generally used. The film thickness is preferably in the range of 80 [nm] to 200 [nm], and more preferably in the range of 100 [nm] to 150 [nm]. If the thickness is smaller than this range, a sufficient current cannot be supplied as the
また、白金を材料とした場合においては、膜厚を厚くするほど表面粗さが大きくなり、その上層に作製する第1の酸化物電極膜57やPZTに対して表面粗さや結晶配向性に影響を及ぼし易くなってしまう。これに伴い、液滴50Aをノズル53から吐出するのに十分なアクチュエータとしての変位量を確保することが困難となるといった不具合が発生する虞がある。
Further, in the case of using platinum as a material, the surface roughness increases as the film thickness is increased, and the surface roughness and crystal orientation are affected with respect to the first
〔酸化物電極膜〕
酸化物電極膜の材料としては、SrRuO3(以下、適宜「SRO」と略す。)を用いることが好ましい。SrRuO3以外にも、Srx(A)(1−x)Ruy(1−y)、A=Ba、Ca、B=Co、Ni、x、y=0〜0.5で記述されるような材料でもよい。酸化物電極膜は、例えば、スパッタ法等の成膜方法により作製することができる。スパッタ条件によってSrRuO3の薄膜の膜質が変わる。したがって、特に結晶配向性を重視し、第1の電極55のPt(111)にならってSrRuO3の膜についても(111)配向させるためには、成膜温度については500[℃]以上での基板加熱を行い、成膜することが好ましい。例えば、SRO成膜条件については、室温成膜の後、RTA処理にて結晶化温度(650℃)で熱酸化している。この場合、SRO膜としては、十分結晶化され、電極としての比抵抗としても十分な値が得られるが、膜の結晶配向性としては、(110)が優先配向し易くなり、その上に成膜したPZTについても(110)が配向し易くなる。
[Oxide electrode film]
As a material for the oxide electrode film, SrRuO 3 (hereinafter, abbreviated as “SRO” as appropriate) is preferably used. In addition to SrRuO 3 , Srx (A) (1-x) Ruy (1-y), A = Ba, Ca, B = Co, Ni, x, y = 0 to 0.5 But you can. The oxide electrode film can be produced by a film formation method such as sputtering. The film quality of the SrRuO 3 thin film varies depending on the sputtering conditions. Therefore, in order to place the SrRuO 3 film in the (111) orientation in accordance with the Pt (111) of the
Pt(111)上に作製したSROの結晶性については、PtとSROとで格子定数が近いため、通常のX線のθ−2θ測定では、SRO(111)とPt(111)との2θ位置が重なってしまい判別が難しい。Ptについては消滅則の関係からPsi=35°だけ傾けた2θが約32°付近の位置には回折線が打ち消し合い、回折強度が見られない。そのため、Psi方向を約35°傾けて、2θが約32°付近のピーク強度で判断することで、SROが(111)に優先配向しているかを確認することができる。 As for the crystallinity of SRO produced on Pt (111), since the lattice constants of Pt and SRO are close to each other, the 2θ positions of SRO (111) and Pt (111) are measured in the normal X-ray θ-2θ measurement. Are difficult to distinguish. With respect to Pt, diffraction lines cancel each other at a position where 2θ inclined by Psi = 35 ° is about 32 ° due to the disappearance rule, and no diffraction intensity is observed. Therefore, it is possible to confirm whether the SRO is preferentially oriented to (111) by inclining the Psi direction by about 35 ° and judging from the peak intensity where 2θ is about 32 °.
図10は、このような酸化物電極膜を構成するSROの結晶性について、2θ=32°に固定し、Psiを振って測定したX線のθ−2θ測定データを示すグラフである。Psi=0°ではSRO(110)ではほとんど回折強度が見られず、Psi=35°付近において、回折強度が見られることから本成膜条件にて作製したものについては、SROが(111)配向していることが確認できた。また、上述記載の室温成膜+RTA処理により作製されたSROについては、Psi=0°のときにSRO(110)の回折強度が見られる。 FIG. 10 is a graph showing X-ray θ-2θ measurement data obtained by measuring the crystallinity of SRO constituting such an oxide electrode film while fixing 2θ = 32 ° and shaking Psi. When Psi = 0 °, almost no diffraction intensity is observed with SRO (110), but near Psi = 35 °, diffraction intensity is observed. I was able to confirm. In addition, regarding the SRO produced by the room temperature film formation + RTA process described above, the diffraction intensity of SRO (110) is observed when Psi = 0 °.
また、圧電素子56をアクチュエータとして連続動作したときに、駆動させた後の変位量が、初期変位に比べてどのくらい劣化したかを見積もったところ、PZTの配向性が非常に影響しており、(110)では変位劣化抑制において不十分である。
Further, when the amount of displacement after being driven when the
さらに、SRO膜の表面粗さを見たときに、成膜温度に影響し、室温から300℃では表面粗さが非常に小さく2[nm]以下になる。粗さについてはAFMにより測定される表面粗さ(平均粗さ)を指標としている。 Further, when the surface roughness of the SRO film is observed, the film formation temperature is affected, and the surface roughness is very small from room temperature to 300 ° C. and becomes 2 [nm] or less. As for the roughness, the surface roughness (average roughness) measured by AFM is used as an index.
この表面粗さとしては、非常にフラットになってはいるが結晶性が十分でなく、その後成膜したPZTのアクチュエータとしての初期変位や連続駆動後の変位劣化については十分な特性が得られない。表面粗さとしては、4[nm]以上15[nm]の範囲になっていることが好ましく、6[nm]以上10[nm]以下の範囲がさらに好ましい。この範囲を超えると、その後成膜したPZTの絶縁耐圧が非常に悪く、リークし易くなるからである。したがって、上述に示すような、結晶性や表面粗さを得るためには、成膜温度としては500[℃]以上700[℃]、好ましくは520[℃]以上600[℃]の範囲で成膜を実施している。 Although the surface roughness is very flat, the crystallinity is not sufficient, and sufficient characteristics cannot be obtained with respect to initial displacement as a PZT actuator formed thereafter and displacement deterioration after continuous driving. . The surface roughness is preferably in the range of 4 [nm] to 15 [nm], and more preferably in the range of 6 [nm] to 10 [nm]. If this range is exceeded, the dielectric breakdown voltage of the PZT film formed thereafter is very poor and leaks easily. Therefore, in order to obtain crystallinity and surface roughness as described above, the film forming temperature is 500 [° C.] or higher and 700 [° C.], preferably 520 [° C.] or higher and 600 [° C.]. Implement the membrane.
成膜後のストロンチウム(Sr)とルテニウムとの組成比については、Sr/Ruが0.82以上1.22以下であることが好ましい。この範囲から外れると比抵抗が大きくなり、電極として十分な導電性が得られなくなる。また、SRO膜の膜厚としては、40[nm]以上150[nm]以下の範囲が好ましく、50[nm]以上80[nm]以下の範囲がさらに好ましい。この膜厚範囲よりも薄いと初期変位や連続駆動後の変位劣化については十分な特性が得られず、圧電膜(PZT膜)のオーバーエッチングを抑制するためのストップエッチング層としての機能も得られ難くなるからである。また、この膜厚範囲を超えると、その後に成膜した圧電膜(PZT膜)の絶縁耐圧が非常に悪く、リークし易くなる。 Regarding the composition ratio between strontium (Sr) and ruthenium after film formation, Sr / Ru is preferably 0.82 or more and 1.22 or less. If it is out of this range, the specific resistance increases, and sufficient conductivity as an electrode cannot be obtained. The thickness of the SRO film is preferably in the range of 40 [nm] to 150 [nm], and more preferably in the range of 50 [nm] to 80 [nm]. If the thickness is smaller than this range, sufficient characteristics cannot be obtained for initial displacement and displacement deterioration after continuous driving, and a function as a stop etching layer for suppressing over-etching of the piezoelectric film (PZT film) can also be obtained. Because it becomes difficult. If the thickness is exceeded, the dielectric strength of the piezoelectric film (PZT film) formed thereafter is very poor and leaks easily.
また、比抵抗としては、5×10−3[Ω・cm]以下になっていることが好ましく、さらに1×10−3[Ω・cm]以下になっていることがさらに好ましい。この範囲よりも大きくなると、第1の電極56Aと第3の電極58との界面で接触抵抗が十分得られず、第1の電極56Aとして十分な電流を供給することができなくなり、液滴50Aをノズル53から吐出する際に不具合が発生する虞があるからである。
Further, the specific resistance is preferably 5 × 10 −3 [Ω · cm] or less, and more preferably 1 × 10 −3 [Ω · cm] or less. If it is larger than this range, a sufficient contact resistance cannot be obtained at the interface between the
〔圧電膜(電気−機械変換膜)56B〕
圧電膜56Bの材料としては、PZTを主に使用した。PZTとはジルコン酸鉛(PbTiO3)とチタン酸(PbTiO3)との固溶体で、その比率により特性が異なる。一般的に優れた圧電特性を示す組成はPbZrO3とPbTiO3との比率が53:47の割合であり、化学式で示すとPb(Zr0.53,Ti0.47)O3、一般的にはPZT(53/47)と示される。
[Piezoelectric film (electro-mechanical conversion film) 56B]
PZT was mainly used as the material for the
PZT以外の複合酸化物としては、チタン酸バリウム(BaTiO3)などが挙げられる。この場合、バリウム源としてバリウムアルコキシド、チタン源としてチタンアルコキシドの化合物を出発材料とし、共通溶媒に溶解させることでチタン酸バリウム前駆体溶液を作製することも可能である。これら材料は一般式ABO3で記述され、
A=Pb、Ba、Sr
B=Ti、Zr、Sn、Ni、Zn、Mg、Nb
を主成分とする複合酸化物が該当する。
Examples of complex oxides other than PZT include barium titanate (BaTiO 3 ). In this case, it is also possible to prepare a barium titanate precursor solution by using a barium alkoxide as a barium source and a compound of titanium alkoxide as a titanium source as starting materials and dissolving them in a common solvent. These materials are described by the general formula ABO 3
A = Pb, Ba, Sr
B = Ti, Zr, Sn, Ni, Zn, Mg, Nb
This corresponds to a composite oxide containing as a main component.
その具体的な記述として(Pb1−x,Ba)(Zr,Ti)O3、(Pb1−x,Sr)(Zr,Ti)O3、これはAサイトのPbを一部BaやSrで置換した場合である。このような置換は2価の元素であれば可能であり、その効果は熱処理中の鉛の蒸発による特性劣化を低減させる作用を示す。 Specifically, (Pb1-x, Ba) (Zr, Ti) O 3 , (Pb1-x, Sr) (Zr, Ti) O 3 , which partially replaces Pb of the A site with Ba or Sr. This is the case. Such substitution is possible with a divalent element, and the effect thereof has an effect of reducing characteristic deterioration due to evaporation of lead during heat treatment.
圧電膜56Bの作製方法としては、スパッタ法もしくは、ゾルゲル法を用いてスピンコーターにて作製することができる。その場合は、パターニング化が必要となるので、フォトリソエッチング等により所望のパターンを得る。PZTをゾルゲル法により作製した場合、出発材料に酢酸鉛、ジルコニウムアルコキシド、チタンアルコキシド等の化合物を出発材料にし、共通溶媒としてメトキシエタノールに溶解させ均一溶液を得ることで、PZT前駆体溶液が作製できる。金属アルコキシド化合物は大気中の水分により容易に加水分解してしまうので、前駆体溶液に安定剤としてアセチルアセトン、酢酸、ジエタノールアミンなどの安定化剤を適量、添加してもよい。
The
基板52の全面に圧電膜56Bを得る場合、スピンコートなどの溶液塗布法により塗膜を形成し、溶媒乾燥、熱分解、結晶化の各々の熱処理を施すことで得られる。塗膜から結晶化膜への変態には体積収縮が伴うので、クラックフリーな膜を得るには一度の工程で100[nm]以下の膜厚が得られるように前駆体濃度の調整が必要になる。
When the
圧電膜56Bの膜厚としては0.5[μm]以上5[μm]以下の範囲が好ましく、1[μm]以上2[μm]以下の範囲がより好ましい。この範囲より小さいと十分な変形(変位)を発生することができなくなり、この範囲より大きいと何層も積層させていくため、工程数が多くなりプロセス時間が長くなるからである。
The film thickness of the
また、圧電膜56Bの比誘電率としては、600以上2000以下の範囲になっていることが好ましく、さらに1200以上1600以下の範囲になっていることが好ましい。このとき、この範囲よりも小さいときには十分な変形(変位)特性が得られなかったり、この範囲より大きくなると、分極処理が十分行われず、連続駆動後の変位劣化については十分な特性が得られないといった不具合が発生する虞があるからである。
The relative dielectric constant of the
〔第2の電極56C〕
第2の電極56Cとしては、金属もしくは酸化物と金属からなっていることが好ましい。以下に酸化物電極膜及び金属電極膜の詳細について記載する。
[
The
〔酸化物電極膜〕
酸化物電極膜の材料等については、第1の電極56Aで使用した酸化物電極膜について記載したものと同様なものを用いることができる。酸化物電極膜(SRO膜)の膜厚としては、20[nm]以上80[nm]以下の範囲が好ましく、40[nm]以上60[nm]以下の範囲がさらに好ましい。この膜厚範囲よりも薄いと初期変形(変位)や変形(変位)の劣化特性については十分な特性が得られなくなるからである。また、この範囲を超えると、その後に成膜した圧電膜(PZT膜)の絶縁耐圧が非常に悪く、リークし易くなる。
[Oxide electrode film]
As the material or the like of the oxide electrode film, the same materials as those described for the oxide electrode film used in the
〔金属電極膜〕
金属電極膜の材料等については、第1の電極56Aで使用した金属電極膜について記載したものと同様なものを用いることができる。膜厚としては、30[nm]以上200[nm]以下の範囲が好ましく、50[nm]以上120[nm]以下の範囲がさらに好ましい。この範囲より薄い場合においては、第2の電極56Cとして十分な電流を供給することができなくなり、液滴50Aをノズル53から吐出する際に不具合が発生する虞があるからである。また、この範囲より厚い場合においては、白金族元素の高価な材料を使用することから、材料コストが高騰する。
[Metal electrode film]
As the material for the metal electrode film, the same materials as those described for the metal electrode film used in the
また、白金を材料とした場合に膜厚を厚くしていったときに表面粗さが大きくなり、第1の絶縁保護膜57を介して配線などを作製する際に、膜剥がれ等のプロセス不具合が発生し易くなる。
Further, when platinum is used as a material, the surface roughness increases when the film thickness is increased, and a process failure such as film peeling occurs when a wiring or the like is manufactured through the first insulating
〔第1の絶縁保護膜57〕
第1の絶縁保護膜57は、成膜・エッチングの工程による圧電素子56へのダメージを防ぐとともに、大気中の水分が透過しづらい材料を選定する必要がある。このため、第1の絶縁保護膜57の材料としては緻密な無機材料とする必要がある。また、第1の絶縁保護膜57として有機材料を用いる場合は、十分な保護性能を得るために膜厚を厚くする必要があるために適さない。
[First insulating protective film 57]
For the first insulating
第1の絶縁保護膜57を厚い膜とした場合、振動板55の振動を著しく阻害してしまうため、吐出性能の低い液体吐出ヘッド38K,38C,38M,38Yの記録ヘッド38になってしまう。薄膜で高い保護性能を得るには、酸化物,窒化物,炭化膜を用いるのが好ましいが、第1の絶縁保護膜57の下地となる電極材料、圧電体材料及び振動板材料との密着性が高い材料を選定する必要がある。
If the first insulating
また、第1の絶縁保護膜57の成膜法も、圧電素子56を損傷しない成膜方法を選定する必要がある。すなわち、反応性ガスをプラズマ化して基板上に堆積するプラズマCVD法やプラズマをターゲット材に衝突させて飛ばすことで成膜するスパッタリング法は好ましくない。
In addition, it is necessary to select a film formation method that does not damage the
第1の絶縁保護膜57の好ましい成膜方法としては、蒸着法、ALD法などが例示できるが、使用できる材料の選択肢が広いALD法が好ましい。好ましい材料としては、Al2O3,ZrO2,Y2O3,Ta2O3,TiO2などのセラミクス材料に用いられる酸化膜が例として挙げられる。特にALD法を用いることで、膜密度の非常に高い薄膜を作製し、プロセス中でのダメージを抑制することができる。
Examples of a preferable film formation method for the first insulating
第1の絶縁保護膜57の膜厚は、圧電素子56の保護性能を確保できる十分な薄膜とする必要があると同時に、振動板55の変形(変位)を阻害しないように可能な限り薄くする必要がある。第1の絶縁保護膜57の膜厚は、20[nm]以上100[nm]以下の範囲が好ましい。100[nm]より厚い場合は、振動板55の変形(変位)量が低下するため、吐出効率の低い液体吐出ヘッド38K,38C,38M,38Yの記録ヘッド38となるからである。また、20[nm]より薄い場合は、圧電素子56の保護層としての機能が不足してしまうため、圧電素子56の性能が前述の通り低下してしまう。
The film thickness of the first insulating
この際、第1の絶縁保護膜57を2層にする構成も考えられる。この場合は、2層目の絶縁保護膜を厚くするため、振動板55の振動を著しく阻害しないように第2の電極56C付近において2層目の絶縁保護膜を開口するような構成も挙げられる。
At this time, a configuration in which the first insulating
この場合、2層目の絶縁保護膜としては、任意の酸化物,窒化物,炭化物またはこれらの複合化合物を用いることができ、また、半導体デバイスで一般的に用いられるSiO2を用いることもできる。 In this case, as the second insulating protective film, any oxide, nitride, carbide or a composite compound thereof can be used, and SiO 2 generally used in semiconductor devices can also be used. .
2層の第1の絶縁保護膜57の成膜は任意の手法を用いることができ、例えば、CVD法、スパッタリング法等が例示できる。電極形成部等のパターン形成部の段差被覆を考慮すると等方的に成膜できるCVD法を用いることが好ましい。2層目の絶縁保護膜の膜厚は、第1の電極56Aと第3の電極58との間に印加される電圧で絶縁破壊されない膜厚とする必要がある。すなわち第1の絶縁保護膜57に印加される電界強度を、絶縁破壊しない範囲に設定する必要がある。さらに、第1の絶縁保護膜57の下地の表面性やコンタクトホール57a,57bを形成すること等を考慮すると、第1の絶縁保護膜57の膜厚は200[nm]以上必要であり、さらに好ましくは500[nm]以上である。
Arbitrary methods can be used for forming the two-layer first insulating
〔第3の電極58と第4の電極59、及び各電極用パッド61,62〕
第3の電極58と第4の電極59、及び各電極用パッド61,62の材料は、銀(Ag)合金、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、金(Au)、Pt、Irのいずれかからなる金属電極材料であることが好ましい。これらの電極の作製方法としては、スパッタ法、スピンコート法を用いて作製し、その後フォトリソエッチング等により所望のパターンを得る。
[
The material of the
これらの膜厚としては、0.1[μm]以上20[μm]以下の範囲が好ましく、0.2[μm]以上10[μm]以下の範囲がさらに好ましい。この範囲より小さいと抵抗が大きくなり電極に十分な電流を流すことができなくなり、液滴50Aのノズル53からの吐出が不安定になるからである。また、この範囲より大きいとプロセス時間が長くなる。
The film thickness is preferably in the range of 0.1 [μm] to 20 [μm], and more preferably in the range of 0.2 [μm] to 10 [μm]. If the thickness is smaller than this range, the resistance increases, and it becomes impossible to flow a sufficient current to the electrode, and the ejection of the
また、例えば、10[μm]×10[μm]で形成した場合のコンタクトホール57a,57bの接触抵抗としては、第1の電極56Aに対して10[Ω]以下、第2の電極56Cに対して1[Ω]以下とするのが好ましい。さらに好ましくは、第1の電極56Aに対して5[Ω]以下、第2の電極56Cに対して0.5[Ω]以下である。この範囲を超えると十分な電流を供給することができなくなり、液滴50Aをノズル53から吐出する際に不具合が発生する虞があるからである。
Further, for example, the contact resistance of the
〔第2の絶縁保護膜60〕
第2の絶縁保護膜60としての機能は、共通電極用の第3の電極58や個別電極用の第4の電極59の保護層としての機能を有するパシベーション層である。図4及び図5に示したように、第2の電極56Cの引き出し部分となるコンタクトホール60aと図示しない第1の電極56Aの引き出し部分とを除き、第2の電極56C及び第1の電極56Aを被覆する。これにより、電極材料に安価なAlもしくはAlを主成分とする合金材料を用いることができる。その結果、低コストかつ信頼性の高い記録ヘッド38とすることができる。
[Second insulating protective film 60]
The function as the second insulating
第2の絶縁保護膜60の材料としては、任意の無機材料や有機材料を使用することができるが、透湿性の低い材料とする必要がある。無機材料としては、酸化物、窒化物、炭化物等が例示でき、有機材料としてはポリイミド、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等が例示できる。
As the material of the second insulating
ただし、有機材料の場合には厚膜とすることが必要となるため、パターニングに適さない。そのため、薄膜で配線保護機能を発揮できる無機材料とすることが好ましい。特に、Al配線上にSi3N4を用いることが、半導体デバイスで実績のある技術であるため好ましい。また、膜厚は200[nm]以上とすることが好ましく、さらに好ましくは500[nm]以上である。膜厚が薄い場合は十分なパシベーション機能を発揮できないため、配線材料の腐食による断線が発生し、インクジェットの信頼性を低下させてしまうからである。 However, an organic material is not suitable for patterning because it needs to be a thick film. Therefore, it is preferable to use an inorganic material that can exhibit a wiring protection function with a thin film. In particular, it is preferable to use Si 3 N 4 on the Al wiring because it is a proven technology for semiconductor devices. The film thickness is preferably 200 [nm] or more, and more preferably 500 [nm] or more. This is because, when the film thickness is thin, a sufficient passivation function cannot be exhibited, and thus disconnection due to corrosion of the wiring material occurs, thereby reducing the reliability of the ink jet.
また、圧電素子56とその周囲の振動板55に開口部をもつ構造が好ましい。これは、前述の第1の絶縁保護膜57の個別液室に対応した領域を薄くしていることと同様の理由である。これにより、高効率かつ高信頼性の記録ヘッド38とすることが可能になる。各絶縁保護膜57,60で圧電素子56が保護されているため、第2の絶縁保護膜60のコンタクトホール60aを形成する場合には、フォトリソグラフィー法とドライエッチングを用いることができる。また、各電極用パッド61,62の面積については、50×50[μm2]以上になっていることが好ましく、さらに100×300[μm2]以上になっていることが好ましい。この値に満たない場合は、十分な分極処理ができなくなり、連続駆動後の変形(変位)劣化については十分な特性が得られないといった不具合が発生する虞があるからである。
Further, a structure having openings in the
次に、本実施形態のより具体的な実施例について説明する。 Next, a more specific example of the present embodiment will be described.
<実施例1>
まず、前述の図4及び図5に基づいて、実施例1について説明する。
本実施例1では、基板52としての6インチのシリコンウェハに熱酸化膜(膜厚1[μm])を形成し、第1の電極56Aを形成した。
<Example 1>
First, Example 1 is demonstrated based on above-mentioned FIG.4 and FIG.5.
In Example 1, a thermal oxide film (film thickness: 1 [μm]) was formed on a 6-inch silicon wafer as the
まず、第1の電極56Aの密着膜として、チタン膜(膜厚30[nm])をスパッタ装置にて成膜した後、RTAを用いて750[℃]にて熱酸化した。引き続き、金属膜として白金膜(膜厚100[nm])、酸化物膜としてSrRuO膜(膜厚60[nm])をスパッタ成膜した。スパッタ成膜時の基板加熱温度については550[℃]にて成膜を実施した。
First, as an adhesion film for the
次に、基板52の上層に圧電膜55を形成した。まず、Pb:Zr:Ti=114:53:47に調整された溶液を準備し、スピンコート法により膜を成膜した。
Next, a
具体的な前駆体塗布液の合成については、出発材料に酢酸鉛三水和物、イソプロポキシドチタン、イソプロポキシドジルコニウムを用いた。酢酸鉛の結晶水はメトキシエタノールに溶解後、脱水した。化学両論組成に対し鉛量を過剰にしてある。これは熱処理中のいわゆる鉛抜けによる結晶性低下を防ぐためである。そして、イソプロポキシドチタン、イソプロポキシドジルコニウムをメトキシエタノールに溶解し、アルコール交換反応、エステル化反応を進め、先記の酢酸鉛を溶解したメトキシエタノール溶液と混合することでPZT前駆体溶液を合成した。 For the synthesis of a specific precursor coating solution, lead acetate trihydrate, isopropoxide titanium and isopropoxide zirconium were used as starting materials. Crystal water of lead acetate was dissolved in methoxyethanol and then dehydrated. The lead amount is excessive with respect to the stoichiometric composition. This is to prevent crystallinity deterioration due to so-called lead loss during heat treatment. Then, isopropoxide titanium and isopropoxide zirconium are dissolved in methoxyethanol, the alcohol exchange reaction and the esterification reaction are advanced, and the PZT precursor solution is synthesized by mixing with the methoxyethanol solution in which the lead acetate is dissolved. did.
このPZT前駆体溶液のPZT濃度は0.5モル/リットルとした。このPZT前駆体溶液を用いて、スピンコートにより成膜し、その成膜後、120[℃]での乾燥と500[℃]での熱分解とを行った。3層目の熱分解処理後に、結晶化熱処理(温度750[℃])をRTA(急速熱処理)にて行った。このときPZTの膜厚は240[nm]であった。この工程を合計8回(24層)実施し、約2[μm]のPZT膜厚を得た。 The PZT concentration of this PZT precursor solution was 0.5 mol / liter. Using this PZT precursor solution, a film was formed by spin coating, and after the film formation, drying at 120 [° C.] and thermal decomposition at 500 [° C.] were performed. After thermal decomposition treatment of the third layer, crystallization heat treatment (temperature 750 [° C.]) was performed by RTA (rapid heat treatment). At this time, the film thickness of PZT was 240 [nm]. This process was performed a total of 8 times (24 layers) to obtain a PZT film thickness of about 2 [μm].
次に、第2の電極56Cを形成した。まず、第2の電極56Cの酸化物膜として、SrRuO膜(膜厚40[nm])、金属膜としてPt膜(膜厚125[nm])をスパッタ成膜した。その後、東京応化社製のフォトレジスト(TSMR8800)を用いてスピンコート法で成膜し、通常のフォトリソグラフィー法でレジストパターンを形成した後、サムコ社製のICPエッチング装置を用いて、図4に示すようなパターンを作製した。
Next, the
次に、第1の絶縁保護膜57として、ALD工法を用いてAl2O3膜を50[nm]成膜した。このとき、Alの原材料としてはTMA(シグマアルドリッチ社)、Oの原材料としてはオゾンジェネレーターによって発生させたO3を用い、AlとOとを交互に積層させることで成膜を進めた。その後、図3及び図4に示すように、エッチングによりコンタクトホール部57a,57bを形成した。
Next, as the first insulating
その後、第3の電極58と第4の電極59及び各電極用パッド61,62として、Alをスパッタ成膜し、エッチングによりパターニング形成した。
Thereafter, Al was sputtered as the
そして、第2の絶縁保護膜60として、Si3N4をプラズマCVDにより500[nm]成膜し、圧電素子56を作製した。このとき、6インチシリコンウェハ内の30[mm]×10[mm]四方のエリアを25個配置した。
Then, as the second insulating
本実施の形態では、第2の絶縁保護膜60が形成された後の基板25と圧電素子56を含む各種電極を有する複合積層基板全体で構成されるアクチュエータ基板70に対して、圧電素子駆動用IC(図示せず)を実装する構成としている。
In the present embodiment, the piezoelectric element driving is performed on the
この圧電素子駆動用ICをアクチュエータ基板70に直接実装することにより、実装スペースを小さくすることができるため、6インチシリコンウェハからのアクチュエータ基板70の取れ数を拡大することができ、低コスト化が可能となる。
Since the mounting space can be reduced by directly mounting the piezoelectric element driving IC on the
従来では、このアクチュエータ基板70に対してコロナ放電による分極処理を実施するにあたり、アクチュエータ基板70の端部の個別電極用パッド62の周辺は、第2の絶縁保護膜60又は他の絶縁膜で覆われている。このため、圧電素子56の駆動チャネルを構成する個別電極である第2の電極56Cの端部、すなわち、個別電極用パッド62に電界が集中してしまう。これにより、個別電極用パッド62の電位差が高くなって上下電極間で絶縁破壊が発生したり、局部的に分極処理が進みすぎたりするとの不具合が発生していた。
Conventionally, when performing polarization processing by corona discharge on the
これに対し、本実施例1のアクチュエータ基板70では、図11に示すような構成としている。すなわち、圧電素子駆動用ICの端子(共に図示せず)を接続する個別電極である第2の電極56Cの端部の個別電極用パッド62の近傍に、同一列内の相互に短絡された短絡電極としてVcom配線71を一体に形成している。
On the other hand, the
また、アクチュエータ基板70には、個別電極である第2の電極56Cの同一列上にダミー電極72を形成している。ダミー電極72は、Com配線73と結線している。
On the
Com配線73は圧電素子56の共通電極である第1の電極56Aと結線されている配線である。このCom配線73はアクチュエータ基板70に振動板55を介して形成されており、液室形成面に対して1E7〜1E10[Ω]の抵抗を有している。これにより、個別電極用パッド62への電荷集中を抑制し、液滴吐出部(駆動チャネル)の圧電素子56での絶縁破壊を防止することができる。
The
Vcom配線71には、アクチュエータ基板70の液室形成面に対して1E7〜1E10[Ω]の抵抗を持たせている。この短絡されたVcom配線71は、個別電極用パッド62の周辺部に形成していればその効果を発揮することができる。この際、Vcom配線71は、個別電極用パッド62と同一列で個別電極用パッド62の2倍のピッチ以下、すなわち、個別電極用パッド62の2倍を超えない位置に形成していることが望ましい。
The
ここで、短絡されたVcom配線71を個別電極用パッド62の2倍を超える位置に形成すると、個別電極用パッド62への電荷集中が発生し、短絡されたVcom配線71を形成した効果が薄れてしまう。
Here, if the shorted
このような構成において、アクチュエータ基板70に対してコロナ放電による分極処理を実施するにあたり、図12に示すように、アクチュエータ基板70をセットするステージ74はGND75に結線している。コロナ放電によってVcom配線71に降り注ぐ電荷は、1E7〜1E10[Ω]の抵抗76を介して所定の時定数でGND75へリークする。これにより、個別電極用パッド62への電界集中を防ぐことができる。なお、この抵抗76は、実駆動上において1E7[Ω]以上あれば所定の電圧波形を印加できる。一方、抵抗76の高抵抗側を1E10[Ω]以上とすると、注入された電荷がGND75へリークしなくなるため、同電位となる電極の電位が高くなり、コロナ放電の電荷が個別電極用パッド62に集中してしまうことから、上述したような仕様としている。
In such a configuration, when performing polarization processing by corona discharge on the
本実施例1においては、同一列内の相互に短絡された短絡電極をVcom配線71で形成している。このVcom配線71とは、圧電素子56を駆動するための駆動波形を圧電素子駆動用ICへ供給する配線である。また、Vcom配線71には、パッド開口部を設けることで短絡電極パッド77を形成している。このように、同一列内の相互に短絡された短絡電極をVcom配線71で形成することにより、アクチュエータ基板70を有効活用することができる。しかも、Vcom配線71を低抵抗にできることと相まって、圧電素子56のチップサイズを小さくすることができ、アクチュエータ特性面及びコスト面で大きな効果が得られる。
In the first embodiment, the shorted electrodes short-circuited in the same column are formed by the
なお、圧電素子56の駆動チャネルを構成する個別電極である第2の電極56C及びダミー電極72には、図示を略すバンプを形成している。バンプとしては金バンプであることが望ましく、更には金スタッドバンプとすることでコストダウンが図れる。また、金スタッドバンプとしたのは、アクチュエータ基板70の面積に対して、バンプ形成面積が小さにメッキ工法による金メッキバンプでは工程、材料の損失コストが大きくなるためである。
Note that bumps (not shown) are formed on the
また、コロナ帯電等による分極処理前に個別電極である第2の電極56Cにバンプを形成する効果について説明する。圧電素子駆動用ICの高密度実装化に伴い、個別電極である第2の電極56Cの面積が非常に小さくなる。
In addition, the effect of forming bumps on the
これに対して、コロナ帯電等による分極処理では、個別電極である第2の電極56Cと共通電極である第1の電極56Aとに所定の電荷を注入する必要がある。そこで、個別電極である第2の電極56Cにバンプ形成することで第2の電極56Cの表面積を大きくすることができ、安定した分極処理を実施することができるようになる。
On the other hand, in the polarization process by corona charging or the like, it is necessary to inject a predetermined charge into the
上記構成の効果を比較するため、表1に示すように、3構成での分極処理実験を行った。本実験に用いたコロナ放電による帯電処理装置の構成はスコロトロン方式を採用し、φ50[μm]のタングステンのコロナワイヤに対して9[kV]の電圧を印加し、グリッド電極に対して2.5[kV]の電圧を印加し、30秒間処理を行った。評価項目は、
(1)コロナ放電の分極処理による圧電素子56の上下電極間の絶縁破壊発生の有無
(2)分極量差(Pr−Pini)
である。
In order to compare the effects of the above-described configurations, as shown in Table 1, polarization treatment experiments with three configurations were performed. The structure of the charging apparatus using corona discharge used in this experiment employs a scorotron method, a voltage of 9 [kV] is applied to a corona wire of φ50 [μm], and 2.5 to the grid electrode. A voltage of [kV] was applied and the treatment was performed for 30 seconds. Evaluation items are
(1) Presence or absence of dielectric breakdown between the upper and lower electrodes of the
It is.
このように、個別電極用パッド62の同一列上に個別電極用パッド62と同一ピッチで連続して短絡電極としてVcom配線71を形成している。分極処理工程において、このVcom配線71に形成した短絡電極パッド77にチャージされた電荷は、所定の抵抗76に制御された状態でGND75へとリークする。このため、個別電極用パッド62を所定の電位に保持することができ、個別電極用パッド62に電界が集中することを防止できる。
In this way, the
この分極処理により、圧電素子56の分極量―電界特性における正負の抗電界が0(V)中心に対してマイナス側にシフトする特性を有することとなり、実駆動における分極特性変化を小さくすることができる。
By this polarization processing, the positive and negative coercive electric field in the polarization amount-electric field characteristic of the
<実施例2>
近年、印刷速度の向上等を狙いとして、多ノズル化が求められており、それに伴ってヘッドの長尺化が進んでいる。
<Example 2>
In recent years, with the aim of improving the printing speed and the like, the increase in the number of nozzles has been demanded, and accordingly, the length of the head has been increasing.
この多ノズル化及びヘッド長尺化を実現するためには圧電素子駆動用ICを同一列上に実装することが必要である。したがって、圧電素子駆動用ICの実装精度及び実装エリア確保のためには、圧電素子駆動用ICのつなぎ部の個別電極である第2の電極56Cの間は距離が離れることとなる。このため、この不連続部となるつなぎ部の個別電極である第2の電極56Cにはコロナ帯電等による分極処理時に電荷が集中するため、絶縁破壊が発生し易いことがわかっている。
In order to realize this increase in the number of nozzles and the length of the head, it is necessary to mount the piezoelectric element driving ICs on the same row. Therefore, in order to secure the mounting accuracy and mounting area of the piezoelectric element driving IC, the distance between the
図11に示した本構成においても、個々の圧電素子駆動用ICが接続されている駆動チャネル間の個別電極である第2の電極56Cの近傍、具体的には同一線上に同一列内の相互に短絡されたVcom配線71を形成している。この同電位となる電極がウェハ上に面付けされた圧電素子56のチップ間で結線されており、アクチュエータ基板70の液室形成面に対して1E10[Ω]以上の抵抗を持っている構成としている。
Also in the present configuration shown in FIG. 11, in the vicinity of the
そこで、この同一列内の相互に短絡されたVcom配線71に対して、GND75に対して1E10[Ω]以下の抵抗76で結線した状態でコロナ放電による分極処理を実施することで、端部の個別電極用パッド62への電荷集中を防止できる。なお、分極処理後はチップ分割等で短絡部を切断する。
Therefore, the
<実施例3>
図13に示すように、同一列内の相互に短絡されたVcom配線71とCom配線73とは同電位としている。
<Example 3>
As shown in FIG. 13, the
このCom配線73は、アクチュエータ基板70に振動板55を介して形成されており、液室形成面に対して1E7〜1E10[Ω]の抵抗を有している。そして、Vcom配線71を、このCom配線73と同電位とすることでコロナ放電による分極処理時に注入された電荷をGND75へリークすることで、端部の個別電極用パッド62に電荷集中することを防ぐことができる。
The
具体的には、同一列内の相互に短絡された短絡電極をVcom配線71で形成し、分極処理時はCom配線73と短絡線78で結線して短絡させておき、分極処理後に短絡線78を切断することで上記と同様の効果を得ることができる。
Specifically, mutually short-circuited short-circuit electrodes in the same column are formed by the
なお、Vcom配線71とCom配線73との双方の短絡状態を分離する方法としては、上記に限定されるものではない。例えば、同一基板であるウェハ上に面付け配置された状態では短絡しており、ダイシング工程等により分割処理するときにチップ分割面等において配線をカットできる構成を採用することにより、コストアップ無に実現できる。
Note that the method for separating the short-circuited states of both the
また、Vcom配線71とCom配線73とを隣接して形成し、切断時はレーザ加工により短絡部を切断することで配線設計の自由度を高められ、チップの小型化が可能となり、面付け数の増加とともにアクチュエータチップのコストダウンが可能となる。
Further, the
このように、本実施の形態では、同一列内の相互に短絡された短絡電極であるVcom配線71に対して、コロナ放電によって発生した電荷を注入することにより、分極処理を実施する工程を、層間膜形成や引出配線形成等の工程よりも後工程で処理する。
As described above, in the present embodiment, the step of performing the polarization process by injecting the electric charge generated by the corona discharge into the
具体的には、300℃を超える熱履歴プロセスを経た後に、同一列内の相互に短絡されたVcom配線71に対して、コロナ放電によって発生した電荷を注入することにより分極処理を実施している。 Specifically, after a thermal history process exceeding 300 ° C., polarization processing is performed by injecting electric charges generated by corona discharge into the Vcom wirings 71 short-circuited in the same column. .
この際、ウェハレベルで一括して処理できるように、個別電極用パッド62を介して、コロナ放電によって発生させた電荷を注入することにより分極処理を実施する。このため、駆動パルス電圧に対する変位量変化の圧電素子56を製造することができ、インク液等の液体50の液滴50Aをノズル53から良好に吐出することができる。さらに、安定した液滴50Aをノズル53から吐出させることができ、しかも、圧電素子56を高密度に配列することができる。
At this time, the polarization process is performed by injecting charges generated by corona discharge through the
このように画像形成装置1においては、本発明に係る液体吐出ヘッド38K,38C,38M,38Yで構成した記録ヘッド38を備える。これにより、小型化、低コスト化を図るとともに液体吐出ヘッド38K,38C,38M,38Yのサイズが同等で吐出可能なノズル53の数を増やせることから、更なる高速印刷も可能となる。
As described above, the
また、本実施の形態に係る液体吐出ヘッド38K,38C,38M,38Yは、端部の個別電極用パッド62に対して均一な電荷量を注入することができる。これにより液滴50Aのノズル53からの吐出特性を良好に保持することができるとともに、安定した液滴50Aの吐出特性を確保することができ、しかも、圧電素子56を高密度に配列することができる。
Further, the liquid discharge heads 38K, 38C, 38M, and 38Y according to the present embodiment can inject a uniform charge amount into the
以上のように、液体吐出ヘッド38K,38C,38M,38Yは、液体50を貯留した液室51と、液室51と連通して液体50を吐出する複数のノズル53と、液室51に貯留した液体50を加圧してノズル53から液滴50Aを吐出させるアクチュエータとしての圧電素子56を形成しているアクチュエータ基板70と、を備え、アクチュエータ基板70は、圧電素子56の個別電極を列状に形成しているとともに、個別電極である第2の電極56Cの端部に配置した個別電極用パッド62の近傍に同一列内で相互に短絡された短絡電極としてVcom配線71を形成するようにしたので、個別電極である第2の電極56Cの端部の個別電極用パッド62に対して均一な電荷量を注入することができ、これにより液滴50Aの吐出特性を良好に保持することができるとともに、安定した液滴の吐出特性を確保することができ、しかも、圧電素子を高密度に配列することができる。
As described above, the liquid discharge heads 38 </ b> K, 38 </ b> C, 38 </ b> M, and 38 </ b> Y are stored in the
以上説明したように、本発明に係る画像形成装置は、個別電極である第2の電極の端部の個別電極用パッドに対して均一な電荷量を注入することができ、これにより液滴の吐出特性を良好に保持することができるとともに、安定した液滴の吐出特性を確保することができ、しかも、圧電素子を高密度に配列することができるという効果を有し、インクジェット技術を用いた画像形成装置全般にも有用である。 As described above, the image forming apparatus according to the present invention can inject a uniform charge amount into the individual electrode pad at the end of the second electrode, which is an individual electrode. The discharge characteristics can be maintained well, the stable discharge characteristics of the droplets can be secured, and the piezoelectric elements can be arranged at high density. It is also useful for general image forming apparatuses.
1 画像形成装置
38K 液体吐出ヘッド
38C 液体吐出ヘッド
38M 液体吐出ヘッド
38Y 液体吐出ヘッド
38 記録ヘッド
50 液体
50A 液滴
53 ノズル
56 圧電素子
56A 第1の電極(共通電極)
56C 第2の電極(個別電極)
58 第3の電極(共通電極)
59 第4の電極(個別電極)
62 個別電極用パッド
70 アクチュエータ基板
77 短絡電極パッド
DESCRIPTION OF
56C Second electrode (individual electrode)
58 Third electrode (common electrode)
59 Fourth electrode (individual electrode)
62
Claims (9)
前記液室と連通して液体を吐出する複数のノズルと、
前記液室に貯留した液体を加圧して前記ノズルから液体を吐出させるアクチュエータとしての圧電素子を形成しているアクチュエータ基板と、
を備え、
前記アクチュエータ基板は、前記圧電素子の個別電極を列状に形成しているとともに、前記個別電極の端部に配置した個別電極用電極パッドの近傍に同一列内で相互に短絡された短絡電極が形成されており、
同一列内の相互に短絡された前記短絡電極が前記アクチュエータ基板の液室形成面に対して、1E7〜1E10[Ω]の抵抗となっていることを特徴とする液体吐出ヘッド。 A liquid chamber storing liquid;
A plurality of nozzles communicating with the liquid chamber and discharging liquid;
An actuator substrate forming a piezoelectric element as an actuator for pressurizing the liquid stored in the liquid chamber and discharging the liquid from the nozzle;
With
The actuator substrate has individual electrodes of the piezoelectric elements formed in a row, and short-circuit electrodes short-circuited to each other in the same row in the vicinity of the electrode pads for individual electrodes arranged at the end portions of the individual electrodes. Formed ,
The liquid discharge head according to claim 1, wherein the short-circuited electrodes short-circuited in the same row have a resistance of 1E7 to 1E10 [Ω] with respect to the liquid chamber forming surface of the actuator substrate .
前記液室と連通して液体を吐出する複数のノズルと、A plurality of nozzles communicating with the liquid chamber and discharging liquid;
前記液室に貯留した液体を加圧して前記ノズルから液体を吐出させるアクチュエータとしての圧電素子を形成しているアクチュエータ基板と、An actuator substrate forming a piezoelectric element as an actuator for pressurizing the liquid stored in the liquid chamber and discharging the liquid from the nozzle;
を備え、With
前記アクチュエータ基板は、前記圧電素子の個別電極を列状に形成しているとともに、前記個別電極の端部に配置した個別電極用電極パッドの近傍に同一列内で相互に短絡された短絡電極が形成されており、The actuator substrate has individual electrodes of the piezoelectric elements formed in a row, and short-circuit electrodes short-circuited to each other in the same row in the vicinity of the electrode pads for individual electrodes arranged at the end portions of the individual electrodes. Formed,
同一列内の相互に短絡された前記短絡電極がVcom配線の一部であることを特徴とする液体吐出ヘッド。The liquid discharge head according to claim 1, wherein the short-circuited electrodes short-circuited in the same row are part of the Vcom wiring.
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