JP6638371B2 - Liquid discharge head, liquid discharge unit, device for discharging liquid - Google Patents

Liquid discharge head, liquid discharge unit, device for discharging liquid Download PDF

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Description

本発明は、液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット、液体を吐出する装置に関する。   The present invention relates to a liquid discharge head, a liquid discharge unit, and a device that discharges liquid.

プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像記録装置或いは画像形成装置として使用される液体吐出ヘッドに関して、インク滴を吐出するノズルと、ノズルが連通する圧力室と、圧力室内のインクを加圧する圧電素子等の電気機械変換素子とを有するものが知られている。又、液体吐出ヘッドには、縦振動モードのアクチュエータを使用したものと、たわみ振動モードのアクチュエータを使用したものと2種類が実用化されている。   2. Description of the Related Art For a liquid ejection head used as an image recording apparatus or an image forming apparatus such as a printer, a facsimile, a copying apparatus, etc., a nozzle for ejecting ink droplets, a pressure chamber communicating with the nozzle, and a piezoelectric element for pressurizing ink in the pressure chamber Are known. Two types of liquid ejection heads have been put into practical use, one using a longitudinal vibration mode actuator and the other using a flexural vibration mode actuator.

液体吐出ヘッドの一例としては、吐出口に連通する個別液室と、個別液室に対応して設けられた振動板と、液体を吐出する圧力を発生する圧電体素子とを有し、個別液室内の液体を吐出口から吐出するものを挙げることができる。この液体吐出ヘッドでは、個別液室の断面形状において、個別液室の側壁は振動板側から離れる方向に向かって側壁の傾きが漸減するような曲率を持っている(例えば、特許文献1参照)。   An example of a liquid ejection head includes an individual liquid chamber communicating with an ejection port, a vibration plate provided corresponding to the individual liquid chamber, and a piezoelectric element that generates a pressure for ejecting the liquid. One that discharges liquid in a room from a discharge port can be given. In this liquid discharge head, in the cross-sectional shape of the individual liquid chamber, the side wall of the individual liquid chamber has a curvature such that the inclination of the side wall gradually decreases in a direction away from the diaphragm side (for example, see Patent Document 1). .

しかしながら、上記の液体吐出ヘッドでは、圧力室が複数個配列された場合の、圧力室の配列方向での振動板の膜厚等の特異的なばらつきについては考慮されていない。そのため、圧力室が複数個配列された場合には、夫々の圧力室に設けられた電気機械変換素子の変位量のばらつきを抑制することができず、安定したインク吐出特性を得ることは困難であった。   However, in the above-described liquid discharge head, when a plurality of pressure chambers are arranged, a specific variation in the film thickness of the diaphragm in the arrangement direction of the pressure chambers is not considered. Therefore, when a plurality of pressure chambers are arranged, it is not possible to suppress the variation in the amount of displacement of the electromechanical transducer provided in each pressure chamber, and it is difficult to obtain stable ink ejection characteristics. there were.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、圧力室が複数個配列された液体吐出ヘッドにおいて、夫々の圧力室に設けられた電気機械変換素子の変位量のばらつきを抑制することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to suppress variations in the displacement of electromechanical transducers provided in each pressure chamber in a liquid ejection head in which a plurality of pressure chambers are arranged. And

本液体吐出ヘッドは、液体を吐出するノズルと、前記ノズルが連通する圧力室と、前記圧力室内の液体を昇圧させる吐出駆動手段と、を備えた構造体が複数個配列され、夫々の前記構造体において、前記吐出駆動手段は、前記圧力室の壁の一部を構成する振動板と、前記振動板上に形成された電気機械変換素子と、を含み、前記構造体の配列方向における夫々の前記圧力室の長さをLとしたときに、前記Lが前記配列方向に傾きを有し、前記配列方向での前記振動板の膜厚の傾きをΔds、前記配列方向での前記Lの傾きをΔLとしたときに、Δds×ΔL>0であることを要件とする。 The present liquid discharge head is provided with a plurality of structures each including a nozzle for discharging liquid, a pressure chamber communicating with the nozzle, and a discharge driving unit for increasing the pressure of the liquid in the pressure chamber, and each of the structures includes In the body, the discharge driving unit includes a diaphragm constituting a part of a wall of the pressure chamber, and an electromechanical transducer formed on the diaphragm, and each of the discharge driving means in the arrangement direction of the structure. When the length of the pressure chamber is L, the L has an inclination in the arrangement direction, the inclination of the thickness of the diaphragm in the arrangement direction is Δds, and the inclination of the L in the arrangement direction is Δds. Is ΔL, it is required that Δds × ΔL> 0 .

開示の技術によれば、圧力室が複数個配列された液体吐出ヘッドにおいて、夫々の圧力室に設けられた電気機械変換素子の変位量のばらつきを抑制することができる。   According to the disclosed technology, in a liquid ejection head in which a plurality of pressure chambers are arranged, it is possible to suppress variations in the amount of displacement of electromechanical transducers provided in each of the pressure chambers.

第1の実施の形態に係る液体吐出ヘッドを例示する断面図(その1)である。FIG. 2 is a cross-sectional view (part 1) illustrating the liquid ejection head according to the first embodiment. 第1の実施の形態に係る液体吐出ヘッドの製造工程を例示する断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the liquid ejection head according to the first embodiment. 第1の実施の形態に係る液体吐出ヘッドを例示する断面図(その2)である。FIG. 3 is a cross-sectional view (part 2) illustrating the liquid ejection head according to the first embodiment. ウェハ内のチップの列内の変位量について説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a displacement amount in a row of chips in a wafer. 振動板膜厚、液室幅、及び電気機械変換膜の変位特性の分布を例示する図(その1)である。FIG. 3 is a diagram (part 1) illustrating distribution of a diaphragm thickness, a liquid chamber width, and a displacement characteristic of an electromechanical conversion film. 振動板膜厚、液室幅、及び電気機械変換膜の変位特性の分布を例示する図(その2)である。FIG. 11 is a diagram (part 2) illustrating distributions of the diaphragm thickness, the liquid chamber width, and the displacement characteristics of the electromechanical conversion film. 振動板膜厚、液室幅、及び電気機械変換膜の変位特性の分布を例示する図(その3)である。FIG. 10 is a diagram (part 3) illustrating distributions of the diaphragm thickness, the liquid chamber width, and the displacement characteristics of the electromechanical conversion film. 振動板膜厚、液室幅、及び電気機械変換膜の変位特性の分布を例示する図(その4)である。FIG. 11 is a diagram (part 4) illustrating the distribution of the diaphragm thickness, the liquid chamber width, and the displacement characteristics of the electromechanical conversion film. 第1の実施の形態に係る液体吐出ヘッドの配線等を例示する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating wiring and the like of the liquid ejection head according to the first embodiment. 分極処理装置の概略構成を例示する図である。It is a figure which illustrates the schematic structure of a polarization processing apparatus. コロナ放電について説明する図である。It is a figure explaining corona discharge. P−Eヒステリシスループについて例示する図である。It is a figure which illustrates about a PE hysteresis loop. 第2の実施の形態に係る液体を吐出する装置の一例の要部平面説明図である。It is a principal part plane explanatory view of an example of the device which discharges the liquid concerning a 2nd embodiment. 第2の実施の形態に係る液体を吐出する装置の一例の要部側面説明図である。It is principal part side explanatory drawing of an example of the apparatus which discharges the liquid which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施の形態に係る液体吐出ユニットの他の例の要部平面説明図である。FIG. 14 is an explanatory plan view of a main part of another example of the liquid ejection unit according to the second embodiment. 第2の実施の形態に係る液体吐出ユニットの更に他の例の正面説明図である。FIG. 13 is an explanatory front view of still another example of the liquid ejection unit according to the second embodiment.

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。   Hereinafter, embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted.

〈第1の実施の形態〉
図1は、第1の実施の形態に係る液体吐出ヘッドを例示する断面図である。図1を参照するに、液体吐出ヘッド1は、基板10と、振動板20と、電気機械変換素子30と、絶縁保護膜40とを有する。電気機械変換素子30は、下部電極31と、電気機械変換膜32と、上部電極33とを有する。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a liquid ejection head according to the first embodiment. Referring to FIG. 1, the liquid ejection head 1 includes a substrate 10, a vibration plate 20, an electromechanical transducer 30, and an insulating protective film 40. The electromechanical conversion element 30 has a lower electrode 31, an electromechanical conversion film 32, and an upper electrode 33.

液体吐出ヘッド1において、基板10上に振動板20が形成され、振動板20上に電気機械変換素子30の下部電極31が形成されている。下部電極31の所定領域に電気機械変換膜32が形成され、更に電気機械変換膜32上に上部電極33が形成されている。絶縁保護膜40は、電気機械変換素子30を被覆している。絶縁保護膜40は、下部電極31及び上部電極33を選択的に露出する開口部を備えており、開口部を介して、下部電極31及び上部電極33から配線を引き回すことができる。   In the liquid ejection head 1, the vibration plate 20 is formed on the substrate 10, and the lower electrode 31 of the electromechanical transducer 30 is formed on the vibration plate 20. An electromechanical conversion film 32 is formed in a predetermined region of the lower electrode 31, and an upper electrode 33 is formed on the electromechanical conversion film 32. The insulating protective film 40 covers the electromechanical transducer 30. The insulating protective film 40 has an opening for selectively exposing the lower electrode 31 and the upper electrode 33, and wiring can be routed from the lower electrode 31 and the upper electrode 33 through the opening.

基板10の下部には、インク滴を吐出するノズル51を備えたノズル板50が接合されている。ノズル板50、基板10、及び振動板20により、ノズル51に連通する圧力室10x(インク流路、加圧液室、加圧室、吐出室、液室等と称される場合もある)が形成されている。振動板20は、インク流路の壁面の一部を形成している。言い換えれば、圧力室10xは、基板10(側面を構成)、ノズル板50(下面を構成)、振動板20(上面を構成)で区画されて、ノズル51と連通している。   A nozzle plate 50 having nozzles 51 for ejecting ink droplets is joined to a lower portion of the substrate 10. A pressure chamber 10x (also referred to as an ink flow path, a pressurized liquid chamber, a pressurized chamber, a discharge chamber, a liquid chamber, or the like) communicating with the nozzle 51 is formed by the nozzle plate 50, the substrate 10, and the vibration plate 20. Is formed. The vibration plate 20 forms a part of the wall surface of the ink flow path. In other words, the pressure chamber 10x is partitioned by the substrate 10 (constituting the side surface), the nozzle plate 50 (constituting the lower surface), and the diaphragm 20 (constituting the upper surface), and communicates with the nozzle 51.

液体吐出ヘッド1を作製するには、まず、図2に示すように、基板10上に、振動板20、下部電極31、電気機械変換膜32、上部電極33を順次積層する。その後、下部電極31、電気機械変換膜32及び上部電極33を所望の形状にエッチングし、絶縁保護膜40で被覆する。そして、絶縁保護膜40に、下部電極31及び上部電極33を選択的に露出する開口部を形成する。その後、基板10を下方からエッチングして圧力室10xを作製する。次いで、基板10の下面にノズル51を有するノズル板50を接合し、液体吐出ヘッド1が完成する。   To manufacture the liquid discharge head 1, first, as shown in FIG. 2, a vibration plate 20, a lower electrode 31, an electromechanical conversion film 32, and an upper electrode 33 are sequentially stacked on a substrate 10. After that, the lower electrode 31, the electromechanical conversion film 32, and the upper electrode 33 are etched into a desired shape, and covered with an insulating protective film 40. Then, an opening for selectively exposing the lower electrode 31 and the upper electrode 33 is formed in the insulating protective film 40. Thereafter, the pressure chamber 10x is formed by etching the substrate 10 from below. Next, the nozzle plate 50 having the nozzles 51 is joined to the lower surface of the substrate 10 to complete the liquid ejection head 1.

なお、図1では、1つの液体吐出ヘッド1のみを示したが、実際には、図3に示すように、液体吐出ヘッド1が所定方向に複数配列された液体吐出ヘッド2が作製される。   Although FIG. 1 shows only one liquid ejection head 1, a liquid ejection head 2 in which a plurality of liquid ejection heads 1 are arranged in a predetermined direction is actually manufactured as shown in FIG.

液体吐出ヘッド2は、液体を吐出するノズル51と、ノズル51が連通する圧力室10xと、圧力室10x内の液体を昇圧させる吐出駆動手段35と、を備えた構造体が複数個配列された構造である。ここで、吐出駆動手段35は、圧力室10xの壁の一部を構成する振動板20と、電気機械変換膜32を備えた電気機械変換素子30とを含む構成とすることができる。吐出駆動手段35は圧力室10x内の液体を昇圧させる。   The liquid ejection head 2 includes a plurality of structures each including a nozzle 51 for ejecting the liquid, a pressure chamber 10x communicating with the nozzle 51, and an ejection driving unit 35 for increasing the pressure of the liquid in the pressure chamber 10x. Structure. Here, the ejection driving unit 35 can be configured to include the vibration plate 20 forming a part of the wall of the pressure chamber 10x and the electromechanical conversion element 30 including the electromechanical conversion film 32. The ejection driving unit 35 pressurizes the liquid in the pressure chamber 10x.

なお、図1及び図3に示すLは、上記構造体の配列方向(以下、前記配列方向とする)における夫々の圧力室10xの長さを示している。夫々の圧力室10xの長さLは、後述のように、適宜調整することができる。例えば、夫々の圧力室10xの長さLは、前記配列方向に傾きを有するように調整することができる。なお、圧力室10xの長さLを液室幅と称する場合がある。   In addition, L shown in FIGS. 1 and 3 indicates the length of each pressure chamber 10x in the arrangement direction of the structures (hereinafter, referred to as the arrangement direction). The length L of each pressure chamber 10x can be appropriately adjusted as described later. For example, the length L of each pressure chamber 10x can be adjusted so as to have an inclination in the arrangement direction. The length L of the pressure chamber 10x may be referred to as a liquid chamber width.

次に、電気機械変換素子30の変位量について説明する。図4は、ウェハ内のチップの列内の変位量について説明する図である。図4(a)は、ウェハWの平面図であり、ウェハWの外周側にチップC1及びC4が配され、ウェハWの中心側にチップC2及びC3が配されている。チップC1〜C4内には、夫々複数の電気機械変換素子30が配列されている。なお、O.F.はオリエンテーションフラット(Orientation Flat)である。図4(b)は、チップC1〜C4において、電気機械変換素子30の配列方向(チップC1からチップC4に至る方向)における、電気機械変換素子30の変位量の変化を示したものである。   Next, the displacement of the electromechanical transducer 30 will be described. FIG. 4 is a diagram for explaining a displacement amount in a row of chips in a wafer. FIG. 4A is a plan view of the wafer W. Chips C1 and C4 are arranged on the outer peripheral side of the wafer W, and chips C2 and C3 are arranged on the central side of the wafer W. A plurality of electromechanical transducers 30 are arranged in each of the chips C1 to C4. In addition, O. F. Is Orientation Flat. FIG. 4B shows a change in the displacement of the electromechanical transducer 30 in the array direction of the electromechanical transducers 30 (the direction from the chip C1 to the chip C4) in the chips C1 to C4.

ウェハ面内での膜厚や膜質等のばらつきに関しては、各プロセス条件の最適化等で改善を図ることはできるが、例えば膜厚等のばらつきを見たときに、中心値に対して±5%程度のばらつきは発生してしまい、ばらつきをほぼ0に抑えることは不可能である。   Variations in film thickness, film quality, and the like within the wafer surface can be improved by optimizing each process condition and the like. % Variation occurs, and it is impossible to suppress the variation to almost zero.

インク吐出量やインク吐出時の吐出速度に影響する電気機械変換素子30の特性の一つとして、変位特性(変位量)というものがある。例えば、図4(b)に示すように、チップC1〜C4において、外周にかけて変位量が小さくなる傾向が見られる。つまり、ウェハWの外周側にあるチップC1やC4は、ウェハWの中心側にあるチップC2やC3よりも変位量が小さくなる傾向が見られる。   One of the characteristics of the electromechanical transducer 30 that affects the ink ejection amount and the ejection speed at the time of ink ejection is a displacement characteristic (displacement amount). For example, as shown in FIG. 4B, in the chips C1 to C4, there is a tendency that the displacement amount decreases toward the outer periphery. That is, the chips C1 and C4 on the outer peripheral side of the wafer W tend to have a smaller displacement than the chips C2 and C3 on the central side of the wafer W.

変位特性自体は、電気機械変換膜32を構成する圧電材料の圧電歪や圧力室10xの寸法や各層の膜厚も影響しており、ウェハ面内での膜厚や膜質等の中心から外周にかけてのばらつきが図4(b)のような結果を発生させていると考えられる。特にプロセス上発生要因として高いのが、図1等に示した振動板20と電気機械変換膜32の膜厚の寄与である。   The displacement characteristics themselves are affected by the piezoelectric strain of the piezoelectric material constituting the electromechanical conversion film 32, the size of the pressure chamber 10x, and the thickness of each layer, and from the center to the outer periphery of the thickness and film quality in the wafer surface. Is considered to have caused the result as shown in FIG. In particular, a factor that is high in the process is the contribution of the thickness of the diaphragm 20 and the electromechanical conversion film 32 shown in FIG.

このように、インク吐出時のばらつきの中でもランダムなばらつきではなく、図4(b)に例示したような電気機械変換素子30の列内や列間の中で傾きを有するような特異的な圧電性能のばらつきが発生する場合にも注目する必要がある。このような特異的なばらつきは、インク吐出量やインク吐出時の吐出速度にも大きく影響し、実際に紙面等に印字されたときの品質として明確に不良として認識できるからである。   As described above, the variation in the ink ejection is not a random variation, but a specific piezoelectric having an inclination in a row or between rows of the electromechanical transducers 30 as illustrated in FIG. 4B. It is also necessary to pay attention to performance variations. Such a specific variation greatly affects the ink discharge amount and the discharge speed at the time of ink discharge, and can be clearly recognized as defective when printed on paper or the like.

なお、液体吐出ヘッド2を組立てる時に、ウェハ中心にあるチップのみを選択することで、吐出性能が大きくばらつく不良ヘッドの流出は押さえることもできるが、この方法は好ましくない。ウェハ外周にあるチップの良品率を考えた場合、外周にある電気機械変換素子30の数だけ不良となるため、トータルプロセスを考えたときに大きなコストアップ要因となるからである。   When the liquid ejection head 2 is assembled, by selecting only the chip located at the center of the wafer, it is possible to suppress the outflow of a defective head having a large variation in ejection performance. However, this method is not preferable. This is because, when considering the non-defective rate of the chips on the outer periphery of the wafer, the number of the electromechanical transducers 30 on the outer periphery is defective, which is a significant cost increase factor when considering the total process.

又、ウェハ外周にあるチップから作製した液体吐出ヘッド2に関して、例えば吐出時の電圧波形等の調整によりインク吐出量やインク吐出時の吐出速度ばらつきを補正することもできるが、この方法も好ましくない。ウェハ中心にあるチップから作製されたばらつきの小さい液体吐出ヘッド2が混在するため、液体吐出ヘッド2を複数備えた液体吐出装置の中で複数の波形を準備する必要が生じ、液体吐出装置の大きなコストアップ要因となるからである。   In addition, with respect to the liquid discharge head 2 manufactured from chips on the outer periphery of the wafer, it is possible to correct the ink discharge amount and the discharge speed fluctuation at the time of ink discharge by adjusting, for example, the voltage waveform at the time of discharge. However, this method is also not preferable. . Since the liquid ejection heads 2 with small variations manufactured from the chip located at the center of the wafer are mixed, it is necessary to prepare a plurality of waveforms in a liquid ejection device having a plurality of liquid ejection heads 2. This is because it causes a cost increase.

このように、インク吐出量やインク吐出時の吐出速度ばらつき等を抑制するには、電気機械変換膜32の圧電性能のばらつきが小さいことが好ましい。しかし、電気機械変換素子30間のランダムなばらつき以外に、液体吐出ヘッド2内に配列された複数個の電気機械変換素子30の列間や列内で傾きを持つような特異的な圧電性能ばらつきが存在し、このような特異的な圧電性能ばらつきも抑制しなければならない。   As described above, in order to suppress the variation in the ink ejection amount and the ejection speed at the time of ink ejection, it is preferable that the variation in the piezoelectric performance of the electromechanical conversion film 32 is small. However, in addition to the random variation between the electromechanical transducers 30, there is a specific piezoelectric performance variation such that the plurality of electromechanical transducers 30 arranged in the liquid ejection head 2 have a slope between or within rows. Therefore, it is necessary to suppress such specific variation in piezoelectric performance.

例えば、寄与の高いもの同士に安定してばらつきが発生しているのであれば、その項目同士を相殺するようなやり方で変位ばらつきを抑制する手段が考えられる。   For example, if there is a stable variation among those with a high contribution, a means for suppressing the variation in displacement by canceling the items can be considered.

ところが変位量ばらつきに対する寄与が小さいものが複数存在したり、安定したばらつきを生じているわけではない場合(例えば、あるウェハ処理では中心から外周にかけての膜厚分布が厚くなる傾向があったり薄くなる傾向があったりと一定のばらつきがあるわけではない場合)等では、比較的処理工程が後にあり、かつ変位ばらつきに対する寄与が高いパラメータで制御することが好ましい。   However, when there are a plurality of components that make a small contribution to the variation in the displacement amount, or when stable variations do not occur (for example, in a certain wafer processing, the film thickness distribution from the center to the outer periphery tends to become thicker or thinner). In a case where there is a tendency or a certain variation is not always present), it is preferable that the control is performed using a parameter that has a relatively later processing step and has a high contribution to the variation in displacement.

本実施の形態においては、図1や図3に記載しているような圧力室10xの長さLは、非常に変位ばらつきに対する寄与が大きく、かつ処理工程としては後にあるため、前工程での全てのばらつきを把握できていれば、圧力室10xの作製時に意図的にばらつきを発生させることで、変位量ばらつきを抑制することが可能になる。   In the present embodiment, the length L of the pressure chamber 10x as described in FIGS. 1 and 3 greatly contributes to the variation in displacement, and is provided later as a processing step. If all the variations can be grasped, it is possible to suppress the variations in the displacement amount by intentionally generating the variations when the pressure chamber 10x is manufactured.

例えば6インチウェハ上に単層で振動板を作製したときのウェハのO.F部から反O.F部にかけての膜厚分布が、外周チップに位置するところでは膜厚が厚くなる傾向があったとする。この結果に基づいて、エッチングにより圧力室を作製する際に、マスク設計により図1及び図3に示すような圧力室10xの長さLについて、6インチウェハ上の寸法分布を、中心から外周のO.F部や反O.F部にかけて長さLを長くするように調整することにより、振動板がばらついた分で発生する変位ばらつきの影響を抑制することが可能になる。   For example, when a single-layer diaphragm is formed on a 6-inch wafer, the O.D. From part F, anti-O. It is assumed that the film thickness distribution toward the portion F tends to be thicker at a position located at the outer peripheral chip. Based on this result, when the pressure chamber is manufactured by etching, the dimension distribution on the 6-inch wafer for the length L of the pressure chamber 10x as shown in FIGS. O. F part and anti-O. By adjusting the length L so as to extend to the F portion, it is possible to suppress the influence of the variation in displacement generated due to the variation of the diaphragm.

図5〜図8は、振動板膜厚、液室幅、及び電気機械変換膜の変位特性の分布を例示する図であり、6インチウェハ上での振動板と電気機械変換膜の膜厚分布と変位特性分布を反O.F部からO.F部にかけて示している。なお、Woutは、ウェハの外周部に位置するチップであることを示している。   5 to 8 are diagrams illustrating the distribution of the diaphragm thickness, the liquid chamber width, and the displacement characteristics of the electromechanical conversion film, and the thickness distribution of the diaphragm and the electromechanical conversion film on a 6-inch wafer. And the displacement characteristic distribution From part F to O. The portion F is shown. Note that Wout indicates that the chip is located on the outer peripheral portion of the wafer.

図5では、振動板の膜厚が中心から外周にかけて厚くなり、長さL(=液室幅)のばらつきがほぼないときに、変位特性も外周部で傾きを持ったばらつきが発生していることが分かる。   In FIG. 5, when the thickness of the diaphragm increases from the center to the outer periphery, and there is almost no variation in the length L (= liquid chamber width), the displacement characteristic also has a variation with a slope at the outer periphery. You can see that.

図6に示すように、振動板の膜厚が中心から外周にかけて厚くなっているのに対して、液室幅の寸法ばらつきを中心から外周にかけて広くすることで、外周部での変位傾きを抑制することができる。   As shown in FIG. 6, while the thickness of the diaphragm increases from the center to the outer periphery, the dimensional variation of the liquid chamber width is increased from the center to the outer periphery, thereby suppressing the displacement inclination at the outer periphery. can do.

ここで、振動板の膜厚(振動板が複数の層から形成されている場合は総膜厚)をds、前記配列方向での振動板の平均膜厚をAve_ds、前記配列方向での振動板の膜厚の傾きをΔds、前記配列方向での圧力室の長さLの傾きをΔLとする。   Here, the thickness of the diaphragm (total thickness when the diaphragm is formed of a plurality of layers) is ds, the average thickness of the diaphragm in the arrangement direction is Ave_ds, and the diaphragm in the arrangement direction is Is Δds, and the inclination of the length L of the pressure chamber in the arrangement direction is ΔL.

膜厚の傾きとは、チップ内の前記配列方向における振動板の膜厚の変化や液室幅の寸法変化(長さLの変化)をグラフ化したときに、グラフ上の任意の点での傾き(接線の傾き)である。   The gradient of the film thickness is defined as a graph of a change in the film thickness of the diaphragm and a dimensional change in the width of the liquid chamber (a change in the length L) in the arrangement direction in the chip. Slope (tangent slope).

なお、図6に示すように、ウェハの外周部に位置するチップ(Woutの部分)では、両側のWoutではΔdsの傾きの方向は異なるが、各Wout内の各点での傾きは略一定となる傾向にある。この場合には、各Wout内において、Δdsは、グラフ上のどの点でも略一定の値(一方向の傾き)となる。ΔLについても同様である。   As shown in FIG. 6, in the chip (Wout portion) located on the outer peripheral portion of the wafer, the direction of the inclination of Δds is different in both Wouts, but the inclination at each point in each Wout is substantially constant. Tend to be. In this case, within each Wout, Δds is a substantially constant value (one-way gradient) at any point on the graph. The same applies to ΔL.

前記配列方向での電気機械変換素子の変位量のばらつきを抑制するためには、Δds/Ave_dsが±5%以内に収まっていることが好ましい。又、前記配列方向における前記圧力室の長さLの平均をAve_Lとしたときに、ΔL/Ave_Lが±2.5%以内に収まっていることが好ましい。この範囲から外れると、振動板の膜厚のばらつきをキャンセルするように液室幅の寸法のばらつきを制御することが難しくなるからである。   In order to suppress the variation in the displacement amount of the electromechanical transducer in the arrangement direction, it is preferable that Δds / Ave_ds be within ± 5%. Further, when the average of the length L of the pressure chambers in the arrangement direction is Ave_L, it is preferable that ΔL / Ave_L be within ± 2.5%. If the thickness is outside this range, it becomes difficult to control the variation in the dimension of the liquid chamber width so as to cancel the variation in the film thickness of the diaphragm.

高周波での吐出性能を確保するためには、振動板、電気機械変換膜、絶縁保護膜の剛性を高める必要があり、高ヤング率化や厚膜化をする必要が出てくる。例えば、振動板が単層から形成されたときのヤング率、又は振動板が複数の層から形成されたときの等価ヤング率の平均が75GPa以上であることが好ましい。又、振動板が複数の層から形成された場合、前記配列方向での、複数の層のうち最もヤング率の大きい層の平均ヤング率が150GPa以上であることが好ましい。又、前記配列方向での、電気機械変換膜のヤング率が80GPa以上あることが好ましい。   In order to ensure high-frequency discharge performance, it is necessary to increase the rigidity of the diaphragm, the electromechanical conversion film, and the insulating protective film, and it is necessary to increase the Young's modulus and increase the film thickness. For example, the Young's modulus when the diaphragm is formed from a single layer, or the average of equivalent Young's modulus when the diaphragm is formed from a plurality of layers is preferably 75 GPa or more. When the diaphragm is formed from a plurality of layers, it is preferable that the layer having the highest Young's modulus among the plurality of layers in the arrangement direction has an average Young's modulus of 150 GPa or more. Further, the Young's modulus of the electromechanical conversion film in the arrangement direction is preferably 80 GPa or more.

特に、振動板20は、応力設計も考慮し、シリコン酸化膜(SiO)、シリコン窒化膜(SiN)、ポリシリコン(Poly−Si)等を材料として含む複数の層から形成することが好ましい。又、振動板20の膜厚は1μm以上3μm以下で作製されることが好ましい。これにより、高周波での吐出性能を確保することができる。 In particular, the diaphragm 20 is preferably formed of a plurality of layers including a silicon oxide film (SiO 2 ), a silicon nitride film (SiN), polysilicon (Poly-Si), or the like, in consideration of stress design. Further, it is preferable that the diaphragm 20 is formed to have a thickness of 1 μm or more and 3 μm or less. This makes it possible to ensure high-frequency ejection performance.

振動板が複数の層から形成される場合においては、その中でも高い剛性(前記配列方向での平均ヤング率が150GPa以上)を有する膜自体がばらつくと、変位特性のばらつきにも大きく影響してくる。例えば、図7は、振動板として75GPa以上の剛性を確保するために、振動板を構成する複数の層の一部である高い剛性の膜の膜厚が中心から外周にかけて厚くなり、液室幅のばらつきがほぼない場合の例を示している。図7の場合、変位特性も外周部で傾きを持ったばらつきが発生していることが分かる。   In the case where the diaphragm is formed of a plurality of layers, if the film itself having high rigidity (the average Young's modulus in the arrangement direction is 150 GPa or more) among the layers varies, this greatly affects the variation in displacement characteristics. . For example, FIG. 7 shows that in order to secure a rigidity of 75 GPa or more as a diaphragm, the thickness of a highly rigid film that is a part of a plurality of layers constituting the diaphragm increases from the center to the outer periphery, and the liquid chamber width increases. The example in the case where there is almost no variation is shown. In the case of FIG. 7, it can be seen that the displacement characteristic also has a variation having a slope at the outer peripheral portion.

図8に示すように、高い剛性の膜(剛性の高い振動板層)の膜厚が中心から外周にかけて厚くなっているのに対して、液室幅の寸法ばらつきを中心から外周にかけて広くすることで、外周部での変位傾きを抑制することができる。   As shown in FIG. 8, while the thickness of the high-rigidity film (high-rigidity diaphragm layer) increases from the center to the outer periphery, the dimensional variation of the liquid chamber width is increased from the center to the outer periphery. Thus, the displacement inclination at the outer peripheral portion can be suppressed.

このとき、複数の層のうち最もヤング率の大きい層において、前記配列方向での平均膜厚をAve_ds_max、前記配列方向での膜厚の傾きをΔds_maxとしたときに、Δds_max/Ave_ds_maxが±5%以内に収まっていることが好ましい。この範囲から外れると、振動板の膜厚のばらつきをキャンセルするように液室幅の寸法のばらつきを制御することが難しくなるからである。   At this time, in the layer having the largest Young's modulus among the plurality of layers, when the average thickness in the arrangement direction is Ave_ds_max and the inclination of the film thickness in the arrangement direction is Δds_max, Δds_max / Ave_ds_max is ± 5%. It is preferable that it is within the range. If the thickness is outside this range, it becomes difficult to control the variation in the dimension of the liquid chamber width so as to cancel the variation in the film thickness of the diaphragm.

このように、振動板(複数の層で構成される場合は、剛性の高い層)がウェハ中心から外周にかけて膜厚が厚くなる場合は、その後にエッチングにより圧力室を作製する際の圧力室の長さL(液室幅)をウェハ中心から外周にかけて長くする。これにより、振動板の膜厚分布を圧力室の長さLの分布により相殺することが可能となり、夫々の電気機械変換素子の変位量のばらつきを抑制することができる。   As described above, when the thickness of the diaphragm (a layer having high rigidity in the case of a plurality of layers) increases from the center to the outer periphery of the wafer, the pressure chamber when the pressure chamber is manufactured by etching after that. The length L (liquid chamber width) is increased from the center of the wafer to the outer periphery. This makes it possible to offset the film thickness distribution of the diaphragm by the distribution of the length L of the pressure chamber, thereby suppressing the variation in the amount of displacement of each electromechanical transducer.

この際、チップ内の前記配列方向での膜厚傾きについての関係が、Δds×ΔL>0 又はΔds_max×ΔL>0を満たすことで、±8%以内に変位ばらつきを抑制することができる。   At this time, when the relationship regarding the film thickness gradient in the arrangement direction in the chip satisfies Δds × ΔL> 0 or Δds_max × ΔL> 0, displacement variation can be suppressed within ± 8%.

以下、液体吐出ヘッド2を構成する好適な材料等に関して、更に詳しく説明する。基板10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100〜600μmの厚みを持つことが好ましい。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)が広く使用されており、液体吐出ヘッド2でも主に(100)の面方位を持つ単結晶基板を使用することができる。   Hereinafter, suitable materials for forming the liquid ejection head 2 will be described in more detail. As the substrate 10, a silicon single crystal substrate is preferably used, and usually preferably has a thickness of 100 to 600 μm. There are three types of plane orientations, (100), (110), and (111). In the semiconductor industry, generally, (100) and (111) are widely used. A single crystal substrate having a (100) plane orientation can be used.

又、圧力室10x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していくが、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好ましい。なお、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。   Further, when manufacturing the pressure chamber 10x, the silicon single crystal substrate is processed by using etching. In this case, it is preferable to use anisotropic etching. Note that the anisotropic etching utilizes a property that an etching rate is different from a plane orientation of a crystal structure.

例えば、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。従って、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)では深い溝を掘ることができる。そのため、より剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるため、液体吐出ヘッド2でも(110)の面方位を持つ単結晶基板を使用してもよい。但し、この場合、マスク材であるSiOもエッチングされる点に留意が必要である。 For example, in anisotropic etching immersed in an alkaline solution such as KOH, the (111) plane has an etching rate of about 1/400 compared to the (100) plane. Therefore, a structure having an inclination of about 54 ° can be manufactured in the plane orientation (100), while a deep groove can be dug in the plane orientation (110). Therefore, since the arrangement density can be increased while maintaining the rigidity, the liquid discharge head 2 may use a single crystal substrate having the (110) plane orientation. However, in this case, it should be noted that SiO 2 as the mask material is also etched.

本実施の形態では、振動板の膜厚分布の状態によっては、ウェハ外周部の圧力室の長さLを長くしたり短くしたりするが、これついてはエッチングを実施するときのレジストマスクでの長さの調整(マスク設計の段階からウェハ外周部の長さを任意に長くしたり短くしたりする)により対応することができる。   In the present embodiment, the length L of the pressure chamber at the outer peripheral portion of the wafer is lengthened or shortened depending on the state of the film thickness distribution of the diaphragm. The adjustment can be made by adjusting the length (arbitrarily increasing or decreasing the length of the wafer outer peripheral portion from the mask design stage).

又、圧力室10xの長さLの平均であるAve_Lは50μm以上70μm以下が好ましく、55μm以上65μm以下が更に好ましい。この値より大きくなると、残留振動が大きくなり高周波での吐出性能確保が難しくなり、この値より小さくなると、電気機械変換素子の変位量が低下し、十分な吐出電圧が確保できなくなる。   Ave_L, which is the average of the length L of the pressure chamber 10x, is preferably 50 μm or more and 70 μm or less, and more preferably 55 μm or more and 65 μm or less. If the value is larger than this value, the residual vibration becomes large, and it becomes difficult to secure the discharge performance at a high frequency. If the value is smaller than this value, the displacement of the electromechanical transducer decreases, and it becomes impossible to secure a sufficient discharge voltage.

振動板20は、電気機械変換膜32によって発生した力を受けて変形変位し、圧力室10x内のインク滴を吐出させる。そのため、振動板20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。具体的には、Si、SiO、Si等をCVD法等により作製したものが挙げられる。 The vibration plate 20 is deformed and displaced by receiving the force generated by the electromechanical conversion film 32, and ejects ink droplets in the pressure chamber 10x. Therefore, it is preferable that the diaphragm 20 has a predetermined strength. Specifically, a material prepared from Si, SiO 2 , Si 3 N 4, or the like by a CVD method or the like can be given.

振動板20の剛性を確保するために、剛性の高い膜を含めて複数の積層膜で構成することができる。つまり、高周波での吐出性能を確保するためには振動板20のヤング率を75GPa以上とすることが好ましいが、1層だけで高い剛性膜を実現しようとした場合、膜が厚くなると剥がれ等の課題が生じるため、若干剛性の低い膜を間に入れて調整することができる。   In order to secure the rigidity of the diaphragm 20, the diaphragm 20 can be composed of a plurality of laminated films including a film having high rigidity. In other words, in order to ensure high-frequency discharge performance, it is preferable that the Young's modulus of the diaphragm 20 be 75 GPa or more. Since a problem occurs, the adjustment can be performed with a film having a slightly low rigidity interposed therebetween.

更に、振動板20の材料としては、下部電極31、電気機械変換膜32の線膨張係数に近い材料を選択することが好ましい。   Further, as the material of the diaphragm 20, it is preferable to select a material having a linear expansion coefficient close to that of the lower electrode 31 and the electromechanical conversion film 32.

特に、電気機械変換膜32としてPZTを使用する場合には、振動板20の材料として、PZTの線膨張係数8×10−6(1/K)に近い5×10−6(1/K)〜10×10−6(1/K)程度の線膨張係数を有した材料を選択することが好ましい。7×10−6(1/K)〜9×10−6(1/K)程度の線膨張係数を有した材料を選択することが更に好ましい。 In particular, when using PZT as an electromechanical conversion film 32, as the material of the diaphragm 20, 5 × 10 -6 close to the linear expansion coefficient of PZT 8 × 10 -6 (1 / K) (1 / K) It is preferable to select a material having a linear expansion coefficient of about 〜1010 × 10 −6 (1 / K). It is further preferable to select a material having a linear expansion coefficient of about 7 × 10 −6 (1 / K) to 9 × 10 −6 (1 / K).

振動板20の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を挙げられる。これらは、スパッタ法若しくは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。   Specific examples of the material of the diaphragm 20 include aluminum oxide, zirconium oxide, iridium oxide, ruthenium oxide, tantalum oxide, hafnium oxide, osmium, rhenium oxide, rhodium oxide, palladium oxide, and compounds thereof. These can be produced by a spin coater using a sputtering method or a Sol-gel method.

振動板20の膜厚としては1〜3μmが好ましく、1.5〜2.5μmが更に好ましい。この範囲より小さいと圧力室10xの加工が難しくなり、この範囲より大きいと変形変位し難くなり、インク滴の吐出が不安定になる。   The thickness of the diaphragm 20 is preferably 1 to 3 μm, more preferably 1.5 to 2.5 μm. If it is smaller than this range, it becomes difficult to process the pressure chamber 10x, and if it is larger than this range, it becomes difficult to deform and displace, and the ejection of ink droplets becomes unstable.

下部電極31及び上部電極33としては、金属材料として高い耐熱性と低い反応性を有する白金を用いることができる。但し、白金は、鉛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、その場合には、イリジウムや白金−ロジウム等の白金族元素や、これらの合金膜を用いることができる。   As the lower electrode 31 and the upper electrode 33, platinum having high heat resistance and low reactivity can be used as a metal material. However, platinum may not be said to have sufficient barrier properties against lead, and in that case, a platinum group element such as iridium or platinum-rhodium, or an alloy film of these can be used. .

なお、下部電極31及び上部電極33として白金を使用する場合には、下地となる振動板20(特にSiO)との密着性が悪いため、Ti、TiO、Ta、Ta、Ta等の密着層を介して積層することが好ましい。下部電極31及び上部電極33の作製方法としては、スパッタ法や真空蒸着等の真空成膜を用いることができる。下部電極31及び上部電極33の膜厚としては、0.05〜1μmが好ましく、0.1〜0.5μmが更に好ましい。 When platinum is used for the lower electrode 31 and the upper electrode 33, Ti, TiO 2 , Ta, Ta 2 O 5 , and Ta are used because of poor adhesion to the diaphragm 20 (especially, SiO 2 ) as a base. it is preferable to laminate via an adhesive layer, such as 3 N 5. As a method for forming the lower electrode 31 and the upper electrode 33, a vacuum film formation such as a sputtering method or a vacuum deposition can be used. The thickness of the lower electrode 31 and the upper electrode 33 is preferably 0.05 to 1 μm, more preferably 0.1 to 0.5 μm.

更に、下部電極31及び上部電極33において、金属材料と電気機械変換膜32との間に、SrRuOやLaNiOを材料とする酸化物電極膜を形成してもよい。なお、下部電極31と電気機械変換膜32との間の酸化物電極膜に関しては、その上に作製する電気機械変換膜32(例えばPZT膜)の配向制御にも影響するため、配向優先させたい方位によって選択される材料が異なる。 Furthermore, in the lower electrode 31 and the upper electrode 33, an oxide electrode film made of SrRuO 3 or LaNiO 3 may be formed between the metal material and the electromechanical conversion film 32. Note that the oxide electrode film between the lower electrode 31 and the electromechanical conversion film 32 affects the orientation control of the electromechanical conversion film 32 (for example, a PZT film) formed thereon. The material selected depends on the orientation.

液体吐出ヘッド2において、電気機械変換膜32としてPZTを用い、PZT(100)に優先配向させる場合には、下部電極31として、LaNiO、TiO、PbTiO等のシード層を金属材料上に作製し、その後PZT膜を形成すると好ましい。 In the liquid ejection head 2, when PZT is used as the electromechanical conversion film 32 and PZT (100) is preferentially oriented, a seed layer of LaNiO 3 , TiO 2 , PbTiO 3 or the like is formed on the metal material as the lower electrode 31. It is preferable that the PZT film is formed and then a PZT film is formed.

又、上部電極33と電気機械変換膜32との間の酸化物電極膜としてはSRO膜を用いることができ、SRO膜の膜厚としては、20nm〜80nmが好ましく、30nm〜50nmが更に好ましい。この膜厚範囲よりも薄いと初期変位や変位劣化特性については十分な特性が得られない。この範囲を超えると、PZTの絶縁耐圧が非常に悪く、リークしやすくなる。   Further, an SRO film can be used as an oxide electrode film between the upper electrode 33 and the electromechanical conversion film 32, and the thickness of the SRO film is preferably 20 nm to 80 nm, more preferably 30 nm to 50 nm. If the thickness is smaller than this range, sufficient initial displacement and displacement deterioration characteristics cannot be obtained. If it exceeds this range, the dielectric breakdown voltage of PZT is very poor, and leakage tends to occur.

電気機械変換膜32としては、好適にはチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)を用いることができる。なお、PZTとはジルコン酸鉛(PbZrO)とチタン酸鉛(PbTiO)の固溶体であり、PbZrOとPbTiOの比率によって、PZTの特性が異なる。例えば、PbZrOとPbTiOの比率が53:47の割合で、化学式で示すとPb(Zr0.53、Ti0.47)O、一般にはPZT(53/47)と示されるPZT等を使用することができる。 As the electromechanical conversion film 32, lead zirconate titanate (PZT) can be preferably used. PZT is a solid solution of lead zirconate (PbZrO 3 ) and lead titanate (PbTiO 3 ), and the characteristics of PZT differ depending on the ratio between PbZrO 3 and PbTiO 3 . For example, the ratio of PbZrO 3 to PbTiO 3 is 53:47, and Pb (Zr 0.53 , Ti 0.47 ) O 3 in chemical formula, PZT generally represented as PZT (53/47), etc. Can be used.

電気機械変換膜32の作製方法としては、スパッタ法若しくは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。その場合は、パターニングが必要となるので、フォトリソエッチング等により所望のパターンを得ることができる。   The electromechanical conversion film 32 can be formed by a spin coater using a sputtering method or a Sol-gel method. In that case, since patterning is required, a desired pattern can be obtained by photolithography etching or the like.

PZTをSol−gel法により作製する場合には、まず、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化合物を用いる。そして、共通溶媒であるメトキシエタノールに溶解させ均一溶液を得ことで、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、PZT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等を適量、添加してもよい。   When producing PZT by the Sol-gel method, first, a lead acetate, a zirconium alkoxide, or a titanium alkoxide compound is used as a starting material. Then, a PZT precursor solution can be prepared by dissolving in methoxyethanol, which is a common solvent, to obtain a uniform solution. Since the metal alkoxide compound is easily hydrolyzed by atmospheric moisture, an appropriate amount of acetylacetone, acetic acid, diethanolamine or the like may be added as a stabilizer to the PZT precursor solution.

下部電極31の全面にPZT膜を形成する場合、スピンコート等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100nm以下の膜厚が得られるようにPZT前駆体の濃度の調整が必要になる。   When a PZT film is formed on the entire surface of the lower electrode 31, it is obtained by forming a coating film by a solution coating method such as spin coating and performing each of heat treatments of solvent drying, thermal decomposition, and crystallization. Since the transformation from a coating film to a crystallized film involves volume shrinkage, it is necessary to adjust the concentration of the PZT precursor so as to obtain a film thickness of 100 nm or less in a single step in order to obtain a crack-free film. .

電気機械変換膜32の膜厚としては1μm以上3μm以下が好ましく、1.5μm以上2.5μm以下が更に好ましい。この範囲より小さいと圧力室10xの加工が難しくなり、この範囲より大きいと変形変位し難くなり、インク滴の吐出が不安定になる。   The thickness of the electromechanical conversion film 32 is preferably 1 μm or more and 3 μm or less, and more preferably 1.5 μm or more and 2.5 μm or less. If it is smaller than this range, it becomes difficult to process the pressure chamber 10x, and if it is larger than this range, it becomes difficult to deform and displace, and the ejection of ink droplets becomes unstable.

なお、電気機械変換膜32としてPZTを用いPZT(100)面を優先配向とする場合、Zr/Tiの組成比率については、組成比率Ti/(Zr+Ti)が0.45以上0.55以下が好ましく、0.48以上0.52以下が更に好ましい。   When PZT is used as the electromechanical conversion film 32 and the PZT (100) plane is preferentially oriented, the composition ratio of Zr / Ti is preferably such that the composition ratio Ti / (Zr + Ti) is 0.45 or more and 0.55 or less. , 0.48 or more and 0.52 or less.

結晶配向については、ρ(hkl)=I(hkl)/ΣI(hkl)によって表される。ここで、ρ(hkl)は(hkl)面方位の配向度、I(hkl)は任意の配向のピーク強度、ΣI(hkl)は各ピーク強度の総和である。X線回折法のθ−2θ測定で得られる各ピーク強度の総和を1としたときの各々の配向のピーク強度の比率に基づいて算出される(100)配向の配向度は、0.75以上であることが好ましく、0.85以上であることが更に好ましい。これ以下になるときには、圧電歪が十分得られず、電気機械変換素子の変位量を十分確保できなくなる。   The crystal orientation is represented by ρ (hkl) = I (hkl) / ΣI (hkl). Here, ρ (hkl) is the degree of orientation in the (hkl) plane orientation, I (hkl) is the peak intensity of an arbitrary orientation, and ΔI (hkl) is the sum of the respective peak intensities. The degree of orientation of the (100) orientation, which is calculated based on the ratio of the peak intensity of each orientation when the sum of the peak intensities obtained in the θ-2θ measurement of the X-ray diffraction method is 1, is 0.75 or more. Is preferable, and it is more preferable that it is 0.85 or more. If it is less than this, sufficient piezoelectric strain cannot be obtained, and the displacement of the electromechanical transducer cannot be sufficiently secured.

電気機械変換膜32として、PZT以外のABO型ペロブスカイト型結晶質膜を用いてもよい。PZT以外のABO型ペロブスカイト型結晶質膜としては、例えば、チタン酸バリウム等の非鉛複合酸化物膜を用いても構わない。この場合は、バリウムアルコキシド、チタンアルコキシド化合物を出発材料にし、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が可能である。 As the electromechanical conversion film 32, an ABO 3 type perovskite type crystalline film other than PZT may be used. As the ABO 3 type perovskite type crystalline film other than PZT, for example, a lead-free composite oxide film such as barium titanate may be used. In this case, a barium titanate precursor solution can be prepared by using a barium alkoxide or a titanium alkoxide compound as a starting material and dissolving it in a common solvent.

これら材料は一般式ABO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。その具体的な記述として(Pb1−x、Ba)(Zr、Ti)O、(Pb1−x、Sr)(Zr、Ti)O、と表され、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。 These materials are described by the general formula ABO 3, A = Pb, Ba , Sr B = Ti, Zr, Sn, Ni, Zn, Mg, composite oxide corresponds mainly composed of Nb. As specific description (Pb1-x, Ba) ( Zr, Ti) O 3, (Pb1-x, Sr) (Zr, Ti) O 3, expressed as which part of Pb of the A site Ba And Sr. Such substitution is possible if it is a divalent element, and its effect is to reduce the characteristic deterioration due to evaporation of lead during heat treatment.

ここで、配線等を含めた液体吐出ヘッドの構成について説明する。図9は、第1の実施の形態に係る液体吐出ヘッドの配線等を例示する図であり、図9(a)は断面図、図9(b)は平面図である。なお、図9(b)において、絶縁保護膜40及び70の図示は省略されている。   Here, the configuration of the liquid ejection head including the wiring and the like will be described. FIGS. 9A and 9B are diagrams illustrating wirings and the like of the liquid ejection head according to the first embodiment. FIG. 9A is a cross-sectional view, and FIG. 9B is a plan view. In FIG. 9B, illustration of the insulating protective films 40 and 70 is omitted.

図9を参照するに、絶縁保護膜40上には複数の配線60が設けられ、更に配線60上に絶縁保護膜70が設けられている。絶縁保護膜40は複数の開口部40xを備えており、開口部40x内には下部電極31又は上部電極33の表面が露出している。配線60は、開口部40xを充填して上部電極33と接続されている(図9(b)のコンタクトホールHの部分)配線と、開口部40xを充填して下部電極31と接続されている配線とを含んでいる。   Referring to FIG. 9, a plurality of wirings 60 are provided on the insulating protection film 40, and an insulating protection film 70 is further provided on the wiring 60. The insulating protective film 40 has a plurality of openings 40x, and the surface of the lower electrode 31 or the upper electrode 33 is exposed in the openings 40x. The wiring 60 fills the opening 40x and is connected to the upper electrode 33 (the portion of the contact hole H in FIG. 9B), and the wiring 60 fills the opening 40x and is connected to the lower electrode 31. And wiring.

絶縁保護膜70は複数の開口部70xを備えており、夫々の開口部70x内には夫々の配線60の表面が露出している。夫々の開口部70x内に露出する夫々の配線60は、電極パッド61、62、及び63となる。ここで、電極パッド61は共通電極パッドであり、配線60を介して各電気機械変換素子30に共通の下部電極31と接続されている。又、電極パッド62及び63は個別電極パッドであり、配線60を介して電気機械変換素子30毎に独立した上部電極33と接続されている。   The insulating protective film 70 has a plurality of openings 70x, and the surface of each wiring 60 is exposed in each opening 70x. The respective wires 60 exposed in the respective openings 70x become the electrode pads 61, 62, and 63. Here, the electrode pad 61 is a common electrode pad, and is connected to the lower electrode 31 common to each of the electromechanical transducers 30 via the wiring 60. The electrode pads 62 and 63 are individual electrode pads, and are connected to the upper electrode 33 independent for each electromechanical transducer 30 via the wiring 60.

次に、分極処理装置について説明する。図10は、分極処理装置の概略構成を例示する図である。分極処理装置500は、コロナ電極510とグリッド電極520とを備えており、コロナ電極510、グリッド電極520は夫々コロナ電極用電源511、グリッド電極用電源521に接続されている。サンプルをセットするステージ530には温調機能が付加されており、最大350℃程度までの温度をかけながら分極処理を行うことができる。ステージ530にはアース540が設置されており、これが付加していない場合には分極処理ができない。   Next, the polarization processing device will be described. FIG. 10 is a diagram illustrating a schematic configuration of a polarization processing apparatus. The polarization processing device 500 includes a corona electrode 510 and a grid electrode 520, and the corona electrode 510 and the grid electrode 520 are connected to a corona electrode power supply 511 and a grid electrode power supply 521, respectively. A temperature control function is added to the stage 530 for setting a sample, and a polarization process can be performed while applying a temperature of up to about 350 ° C. The stage 530 is provided with an earth 540, and when this is not added, the polarization process cannot be performed.

グリッド電極520には、例えばメッシュ加工が施されており、コロナ電極510に高い電圧を印加したときに、コロナ放電により発生するイオンや電荷等が効率よく下のステージ530に降り注き、電気機械変換膜32に注入されるように工夫されている。コロナ電極510やグリッド電極520に印加される電圧の大きさや、サンプルと各電極間の距離を調整することにより、コロナ放電の強弱をつけることが可能である。   The grid electrode 520 is, for example, subjected to mesh processing, and when a high voltage is applied to the corona electrode 510, ions and charges generated by corona discharge efficiently pour down to the lower stage 530, and the electric machine It is designed to be injected into the conversion film 32. By adjusting the magnitude of the voltage applied to the corona electrode 510 or the grid electrode 520 or the distance between the sample and each electrode, the intensity of the corona discharge can be increased.

図11に示すように、コロナワイヤ600を用いてコロナ放電させる場合、大気中の分子610をイオン化させ、陽イオン620を発生させる。そして、発生した陽イオン620が、電気機械変換素子30のパッド部を介して流れ込むことで、電荷を電気機械変換素子30に注入することができる。   As shown in FIG. 11, when corona discharge is performed using the corona wire 600, molecules 610 in the atmosphere are ionized to generate cations 620. Then, the generated cations 620 flow through the pad portions of the electromechanical transducer 30 to charge the electromechanical transducer 30.

この場合、上部電極と下部電極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られる。この際、分極処理に必要な電荷量Qについては特に限定されるものではないが、電気機械変換素子30に1.0×10−8C以上の電荷量が蓄積されることが好ましく、4.0×10−8C以上の電荷量が蓄積されることが更に好ましい。この値に満たない場合は、分極処理が十分できず、PZTの圧電アクチュエータとして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。 In this case, it is considered that an internal potential difference occurs due to a charge difference between the upper electrode and the lower electrode, and the polarization process is performed. At this time, the charge amount Q required for the polarization process is not particularly limited, but it is preferable that a charge amount of 1.0 × 10 −8 C or more is accumulated in the electromechanical conversion element 30. More preferably, a charge amount of 0 × 10 −8 C or more is accumulated. When the value is less than this value, the polarization processing cannot be performed sufficiently, and sufficient characteristics of displacement deterioration after continuous driving as a PZT piezoelectric actuator cannot be obtained.

ここで、分極処理の状態については、電気機械変換素子30のP−Eヒステリシスループから判断することができる。分極処理の判断の方法について図12を用いて説明する。図12(a)は分極処理前のP−Eヒステリシスループを例示し、図12(b)は分極処理後のP−Eヒステリシスループを例示している。   Here, the state of the polarization processing can be determined from the PE hysteresis loop of the electromechanical transducer 30. A method for determining the polarization process will be described with reference to FIG. FIG. 12A illustrates the PE hysteresis loop before the polarization processing, and FIG. 12B illustrates the PE hysteresis loop after the polarization processing.

具体的には、まず、図12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する。そして、最初の0kv/cm時の分極をPind、+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としたときに、Pr−Pindの値を分極率として定義し、この分極率から分極状態の良し悪しを判断することができる。   Specifically, first, as shown in FIG. 12, the hysteresis loop is measured with an electric field strength of ± 150 kv / cm. When the initial polarization at 0 kv / cm is Pind, and when the polarization at 0 kv / cm when the voltage is returned to 0 kv / cm after application of a voltage of +150 kv / cm is Pr, the value of Pr-Pind is the polarization rate. By defining the polarizability, it is possible to judge whether the polarization state is good or bad.

分極率Pr−Pindは、10μC/cm以下であることが好ましく、5μC/cm以下であることが更に好ましい。分極率Pr−Pindがこの値より大きい場合には、PZTの圧電アクチュエータとして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。 Polarizability Pr-Pind is preferably at 10 [mu] C / cm 2 or less, still more preferably 5 [mu] C / cm 2 or less. If the polarizability Pr-Pind is larger than this value, sufficient characteristics regarding displacement deterioration after continuous driving as a PZT piezoelectric actuator cannot be obtained.

なお、図11においてコロナ電極510及びグリッド電極520の電圧や、ステージ530とコロナ電極510及びグリッド電極520との間の距離等を調整することにより、所望の分極率Pr−Pindを得ることができる。但し、所望の分極率Pr−Pindを得ようとした場合には、電気機械変換膜32に対して高い電界を発生させることが好ましい。   In FIG. 11, a desired polarizability Pr-Pind can be obtained by adjusting the voltage of the corona electrode 510 and the grid electrode 520, the distance between the stage 530 and the corona electrode 510 and the grid electrode 520, and the like. . However, when trying to obtain a desired polarizability Pr-Pind, it is preferable to generate a high electric field with respect to the electromechanical conversion film 32.

〈第2の実施の形態〉
第2の実施の形態では、応用例として、液体吐出ヘッド2(図3参照)を備えた液体を吐出する装置を例示する。
<Second embodiment>
In the second embodiment, as an application example, an apparatus for discharging a liquid including the liquid discharge head 2 (see FIG. 3) will be described.

まず、第2の実施の形態に係る液体を吐出する装置の一例について図13及び図14を参照して説明する。図13は同装置の要部平面説明図、図14は同装置の要部側面説明図である。   First, an example of an apparatus for discharging liquid according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 13 is an explanatory plan view of a main part of the apparatus, and FIG. 14 is an explanatory side view of an essential part of the apparatus.

この装置は、シリアル型装置であり、主走査移動機構493によって、キャリッジ403は主走査方向に往復移動する。主走査移動機構493は、ガイド部材401、主走査モータ405、タイミングベルト408等を含む。ガイド部材401は、左右の側板491A、491Bに架け渡されてキャリッジ403を移動可能に保持している。そして、主走査モータ405によって、駆動プーリ406と従動プーリ407間に架け渡したタイミングベルト408を介して、キャリッジ403は主走査方向に往復移動される。   This device is a serial type device, and the carriage 403 reciprocates in the main scanning direction by the main scanning moving mechanism 493. The main scanning movement mechanism 493 includes a guide member 401, a main scanning motor 405, a timing belt 408, and the like. The guide member 401 is bridged between the left and right side plates 491A and 491B, and movably holds the carriage 403. The carriage 403 is reciprocated in the main scanning direction by the main scanning motor 405 via a timing belt 408 spanned between the driving pulley 406 and the driven pulley 407.

このキャリッジ403には、第1の実施の形態に係る液体吐出ヘッド2及びヘッドタンク441を一体にした液体吐出ユニット440を搭載している。液体吐出ユニット440の液体吐出ヘッド2は、例えば、イエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(K)の各色の液体を吐出する。又、液体吐出ヘッド2は、複数のノズル51からなるノズル列を主走査方向と直交する副走査方向に配置し、吐出方向を下方に向けて装着している。   On the carriage 403, a liquid discharge unit 440 in which the liquid discharge head 2 and the head tank 441 according to the first embodiment are integrated is mounted. The liquid discharge head 2 of the liquid discharge unit 440 discharges, for example, liquid of each color of yellow (Y), cyan (C), magenta (M), and black (K). The liquid ejection head 2 has a nozzle row composed of a plurality of nozzles 51 arranged in a sub-scanning direction orthogonal to the main scanning direction, and is mounted with the ejection direction facing downward.

液体吐出ヘッド2の外部に貯留されている液体を液体吐出ヘッド2に供給するための供給機構494により、ヘッドタンク441には、液体カートリッジ450に貯留されている液体が供給される。   The liquid stored in the liquid cartridge 450 is supplied to the head tank 441 by the supply mechanism 494 for supplying the liquid stored outside the liquid discharge head 2 to the liquid discharge head 2.

供給機構494は、液体カートリッジ450を装着する充填部であるカートリッジホルダ451、チューブ456、送液ポンプを含む送液ユニット452等で構成される。液体カートリッジ450はカートリッジホルダ451に着脱可能に装着される。ヘッドタンク441には、チューブ456を介して送液ユニット452によって、液体カートリッジ450から液体が送液される。   The supply mechanism 494 includes a cartridge holder 451, which is a filling section for mounting the liquid cartridge 450, a tube 456, a liquid sending unit 452 including a liquid sending pump, and the like. The liquid cartridge 450 is detachably mounted on the cartridge holder 451. The liquid is sent from the liquid cartridge 450 to the head tank 441 by the liquid sending unit 452 via the tube 456.

この装置は、用紙410を搬送するための搬送機構495を備えている。搬送機構495は、搬送手段である搬送ベルト412、搬送ベルト412を駆動するための副走査モータ416を含む。   This apparatus includes a transport mechanism 495 for transporting the sheet 410. The transport mechanism 495 includes a transport belt 412 as transport means, and a sub-scanning motor 416 for driving the transport belt 412.

搬送ベルト412は用紙410を吸着して液体吐出ヘッド2に対向する位置で搬送する。この搬送ベルト412は、無端状ベルトであり、搬送ローラ413と、テンションローラ414との間に掛け渡されている。吸着は静電吸着、或いは、エアー吸引等で行うことができる。   The transport belt 412 attracts the paper 410 and transports it at a position facing the liquid discharge head 2. The transport belt 412 is an endless belt, and is stretched between a transport roller 413 and a tension roller 414. Suction can be performed by electrostatic suction or air suction.

そして、搬送ベルト412は、副走査モータ416によってタイミングベルト417及びタイミングプーリ418を介して搬送ローラ413が回転駆動されることによって、副走査方向に周回移動する。   The transport belt 412 is rotated in the sub-scanning direction by rotating the transport roller 413 via the timing belt 417 and the timing pulley 418 by the sub-scanning motor 416.

更に、キャリッジ403の主走査方向の一方側には搬送ベルト412の側方に液体吐出ヘッド2の維持回復を行う維持回復機構420が配置されている。   Further, on one side of the carriage 403 in the main scanning direction, a maintenance / recovery mechanism 420 for maintaining and recovering the liquid ejection head 2 is disposed on the side of the transport belt 412.

維持回復機構420は、例えば液体吐出ヘッド2のノズル面(ノズル51が形成された面)をキャッピングするキャップ部材421、ノズル面を払拭するワイパ部材422等で構成されている。   The maintenance and recovery mechanism 420 includes, for example, a cap member 421 for capping the nozzle surface (the surface on which the nozzles 51 are formed) of the liquid ejection head 2 and a wiper member 422 for wiping the nozzle surface.

主走査移動機構493、供給機構494、維持回復機構420、搬送機構495は、側板491A,491B、背板491Cを含む筐体に取り付けられている。   The main scanning movement mechanism 493, the supply mechanism 494, the maintenance and recovery mechanism 420, and the transport mechanism 495 are attached to a housing including side plates 491A and 491B and a back plate 491C.

このように構成したこの装置においては、用紙410が搬送ベルト412上に給紙されて吸着され、搬送ベルト412の周回移動によって用紙410が副走査方向に搬送される。   In this apparatus configured as described above, the paper 410 is fed onto the transport belt 412 and is adsorbed, and the paper 410 is transported in the sub-scanning direction by the orbital movement of the transport belt 412.

そこで、キャリッジ403を主走査方向に移動させながら画像信号に応じて液体吐出ヘッド2を駆動することにより、停止している用紙410に液体を吐出して画像を形成する。   Therefore, by driving the liquid discharge head 2 according to the image signal while moving the carriage 403 in the main scanning direction, the liquid is discharged onto the stopped paper 410 to form an image.

このように、この装置では、第1の実施の形態に係る液体吐出ヘッドを備えているので、高画質画像を安定して形成することができる。   As described above, since the apparatus includes the liquid ejection head according to the first embodiment, a high-quality image can be stably formed.

次に、第2の実施の形態に係る液体吐出ユニットの他の例について図15を参照して説明する。図15は同ユニットの要部平面説明図である。   Next, another example of the liquid ejection unit according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 15 is an explanatory plan view of a main part of the unit.

この液体吐出ユニットは、前記液体を吐出する装置を構成している部材のうち、側板491A、491B及び背板491Cで構成される筐体部分と、主走査移動機構493と、キャリッジ403と、液体吐出ヘッド2で構成されている。   The liquid discharge unit includes a housing portion including side plates 491A and 491B and a back plate 491C, a main scanning moving mechanism 493, a carriage 403, It is composed of a discharge head 2.

なお、この液体吐出ユニットの例えば側板491Bに、前述した維持回復機構420、及び供給機構494の少なくとも何れかを更に取り付けた液体吐出ユニットを構成することもできる。   It should be noted that a liquid ejection unit in which at least one of the above-described maintenance and recovery mechanism 420 and the supply mechanism 494 is further attached to, for example, the side plate 491B of the liquid ejection unit may be configured.

次に、第2の実施の形態に係る液体吐出ユニットの更に他の例について図16を参照して説明する。図16は同ユニットの正面説明図である。   Next, still another example of the liquid ejection unit according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 16 is an explanatory front view of the unit.

この液体吐出ユニットは、流路部品444が取付けられた液体吐出ヘッド2と、流路部品444に接続されたチューブ456で構成されている。   This liquid discharge unit includes the liquid discharge head 2 to which the flow path component 444 is attached, and a tube 456 connected to the flow path component 444.

なお、流路部品444はカバー442の内部に配置されている。流路部品444に代えてヘッドタンク441を含むこともできる。又、流路部品444の上部には液体吐出ヘッド2と電気的接続を行うコネクタ443が設けられている。   The flow channel component 444 is disposed inside the cover 442. A head tank 441 may be included instead of the flow path component 444. A connector 443 for making an electrical connection with the liquid ejection head 2 is provided above the flow path component 444.

本願において、「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッド又は液体吐出ユニットを備え、液体吐出ヘッドを駆動させて、液体を吐出させる装置である。液体を吐出する装置には、液体が付着可能なものに対して液体を吐出することが可能な装置だけでなく、液体を気中や液中に向けて吐出する装置も含まれる。   In the present application, a “device that discharges liquid” is a device that includes a liquid discharge head or a liquid discharge unit and drives the liquid discharge head to discharge liquid. The device that discharges a liquid includes not only a device that can discharge a liquid to which a liquid can be attached, but also a device that discharges a liquid into the air or into the liquid.

この「液体を吐出する装置」は、液体が付着可能なものの給送、搬送、排紙に係わる手段、その他、前処理装置、後処理装置等も含むことができる。   The “device that discharges liquid” may include means for feeding, transporting, and discharging paper to which liquid can be attached, as well as a pre-processing device and a post-processing device.

例えば、「液体を吐出する装置」として、インクを吐出させて用紙に画像を形成する装置である画像形成装置、立体造形物(三次元造形物)を造形するために、粉体を層状に形成した粉体層に造形液を吐出させる立体造形装置(三次元造形装置)がある。   For example, as a "device for ejecting liquid", an image forming apparatus that ejects ink to form an image on paper, and a powder is formed in layers to form a three-dimensional object (three-dimensional object) There is a three-dimensional modeling device (three-dimensional modeling device) that discharges a modeling liquid to the formed powder layer.

又、「液体を吐出する装置」は、吐出された液体によって文字、図形等の有意な画像が可視化されるものに限定されるものではない。例えば、それ自体意味を持たないパターン等を形成するもの、三次元像を造形するものも含まれる。
上記「液体が付着可能なもの」とは、液体が少なくとも一時的に付着可能なものであって、付着して固着するもの、付着して浸透するもの等を意味する。具体例としては、用紙、記録紙、記録用紙、フィルム、布等の被記録媒体、電子基板、圧電素子等の電子部品、粉体層(粉末層)、臓器モデル、検査用セル等の媒体であり、特に限定しない限り、液体が付着するすべてのものが含まれる。
Further, the "device for discharging liquid" is not limited to a device in which a significant image such as a character or a figure is visualized by the discharged liquid. For example, those that form a pattern or the like that has no meaning in itself, and those that form a three-dimensional image are also included.
The above-mentioned "thing to which a liquid can be attached" means a thing to which a liquid can be attached at least temporarily, such as a thing which adheres and adheres, a thing which adheres and penetrates, and the like. Specific examples include recording media such as paper, recording paper, recording paper, film, and cloth; electronic components such as electronic substrates and piezoelectric elements; powder layers (powder layers); organ models; and media such as inspection cells. Yes, unless otherwise specified, includes everything to which a liquid adheres.

上記「液体が付着可能なもの」の材質は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等液体が一時的でも付着可能であればよい。   The material to which the above-mentioned "liquid can be attached" may be paper, thread, fiber, cloth, leather, metal, plastic, glass, wood, ceramics or any other liquid that can be attached even temporarily.

又、「液体」は、インク、処理液、DNA試料、レジスト、パターン材料、結着剤、造形液、又は、アミノ酸、たんぱく質、カルシウムを含む溶液及び分散液等も含まれる。   The “liquid” also includes inks, processing liquids, DNA samples, resists, pattern materials, binders, modeling liquids, or solutions and dispersions containing amino acids, proteins, and calcium.

又、「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッドと液体が付着可能なものとが相対的に移動する装置があるが、これに限定するものではない。具体例としては、液体吐出ヘッドを移動させるシリアル型装置、液体吐出ヘッドを移動させないライン型装置等が含まれる。   In addition, the "device for discharging liquid" includes a device in which a liquid discharge head and a device to which liquid can adhere are relatively moved, but are not limited thereto. Specific examples include a serial device that moves the liquid ejection head, a line device that does not move the liquid ejection head, and the like.

又、「液体を吐出する装置」としては他にも、用紙の表面を改質する等の目的で用紙の表面に処理液を塗布するために処理液を用紙に吐出する処理液塗布装置、原材料を溶液中に分散した組成液をノズルを介して噴射させて原材料の微粒子を造粒する噴射造粒装置等がある。   Other examples of the "device for discharging liquid" include a processing liquid coating device for discharging a processing liquid onto a sheet in order to apply the processing liquid to the surface of the paper for the purpose of modifying the surface of the paper, and a raw material. There is an injection granulation apparatus or the like that granulates fine particles of a raw material by spraying a composition liquid in which a composition is dispersed in a solution through a nozzle.

「液体吐出ユニット」とは、液体吐出ヘッドに機能部品、機構が一体化したものであり、液体の吐出に関連する部品の集合体である。例えば、「液体吐出ユニット」は、ヘッドタンク、キャリッジ、供給機構、維持回復機構、主走査移動機構の構成の少なくとも一つを液体吐出ヘッドと組み合わせたもの等が含まれる。   The “liquid discharge unit” is a unit in which functional components and mechanisms are integrated with a liquid discharge head, and is an assembly of components related to liquid discharge. For example, the “liquid ejection unit” includes a unit in which at least one of the configurations of a head tank, a carriage, a supply mechanism, a maintenance and recovery mechanism, and a main scanning movement mechanism is combined with a liquid ejection head.

ここで、一体化とは、例えば、液体吐出ヘッドと機能部品、機構が、締結、接着、係合等で互いに固定されているもの、一方が他方に対して移動可能に保持されているものを含む。又、液体吐出ヘッドと、機能部品、機構が互いに着脱可能に構成されていても良い。   Here, the term “integration” means, for example, one in which the liquid ejection head and the functional component or mechanism are fixed to each other by fastening, bonding, engagement, or the like, or one in which one is movably held with respect to the other. Including. Further, the liquid ejection head, the functional component, and the mechanism may be configured to be detachable from each other.

例えば、液体吐出ユニットとして、図14で示した液体吐出ユニット440のように、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。又、チューブ等で互いに接続されて、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。ここで、これらの液体吐出ユニットのヘッドタンクと液体吐出ヘッドとの間にフィルタを含むユニットを追加することもできる。   For example, as a liquid discharge unit, there is a liquid discharge unit in which a liquid discharge head and a head tank are integrated as in a liquid discharge unit 440 shown in FIG. In some cases, the liquid ejection head and the head tank are integrated with each other by a tube or the like. Here, a unit including a filter can be added between the head tank and the liquid discharge head of these liquid discharge units.

又、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとキャリッジが一体化されているものがある。   There is a liquid discharge unit in which a liquid discharge head and a carriage are integrated.

又、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドを走査移動機構の一部を構成するガイド部材に移動可能に保持させて、液体吐出ヘッドと走査移動機構が一体化されているものがある。又、図15で示したように、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとキャリッジと主走査移動機構が一体化されているものがある。   Further, as a liquid discharge unit, there is a liquid discharge head in which a liquid discharge head is movably held by a guide member constituting a part of a scanning moving mechanism, and the liquid discharging head and the scanning moving mechanism are integrated. As shown in FIG. 15, there is a liquid discharge unit in which a liquid discharge head, a carriage, and a main scanning moving mechanism are integrated.

又、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドが取り付けられたキャリッジに、維持回復機構の一部であるキャップ部材を固定させて、液体吐出ヘッドとキャリッジと維持回復機構が一体化されているものがある。   Further, as a liquid discharge unit, there is a liquid discharge unit in which a cap member which is a part of a maintenance / recovery mechanism is fixed to a carriage to which a liquid discharge head is attached, and the liquid discharge head, the carriage, and the maintenance / recovery mechanism are integrated. .

又、液体吐出ユニットとして、図16で示したように、ヘッドタンク若しくは流路部品が取付けられた液体吐出ヘッドにチューブが接続されて、液体吐出ヘッドと供給機構が一体化されているものがある。   Further, as shown in FIG. 16, there is a liquid discharge unit in which a tube is connected to a liquid discharge head to which a head tank or a flow path component is attached, and a liquid discharge head and a supply mechanism are integrated. .

主走査移動機構は、ガイド部材単体も含むものとする。又、供給機構は、チューブ単体、装填部単体も含むものする。   The main scanning movement mechanism includes a guide member alone. The supply mechanism also includes a tube unit and a loading unit alone.

又、「液体吐出ヘッド」は、使用する圧力発生手段が限定されるものではない。例えば、上記実施形態で説明したような圧電アクチュエータ(積層型圧電素子を使用するものでもよい。)以外にも、発熱抵抗体等の電気熱変換素子を用いるサーマルアクチュエータ、振動板と対向電極からなる静電アクチュエータ等を使用するものでもよい。   Further, the "liquid ejection head" is not limited to a pressure generating means to be used. For example, in addition to the piezoelectric actuator described in the above embodiment (a laminated piezoelectric element may be used), a thermal actuator using an electrothermal conversion element such as a heating resistor, a diaphragm and a counter electrode are provided. An actuator using an electrostatic actuator or the like may be used.

又、本願の用語における、画像形成、記録、印字、印写、印刷、造形等は何れも同義語とする。   Further, image forming, recording, printing, printing, printing, modeling, and the like in the terms of the present application are all synonymous.

[実施例1]
基板10として6インチのシリコンウェハを準備し、基板10にSiO(膜厚600nm)、Si(膜厚200nm)、SiO(膜厚100nm)、SiN(膜厚150nm)、SiO(膜厚130nm)、SiN(150nm)、SiO(膜厚100nm)、Si(200nm)、SiO(膜厚600nm)の膜を順に形成して振動板20を作製した。
[Example 1]
A 6-inch silicon wafer is prepared as the substrate 10, and SiO 2 (thickness: 600 nm), Si (thickness: 200 nm), SiO 2 (thickness: 100 nm), SiN (thickness: 150 nm), SiO 2 (thickness: The diaphragm 20 was formed by sequentially forming films of SiN (150 nm), SiN (150 nm), SiO 2 (film thickness 100 nm), Si (200 nm), and SiO 2 (film thickness 600 nm).

このとき、各層の単層での剛性と膜厚からトータル厚みでの等価ヤング率を計算した。更に、単層で最も高い剛性が得られているSiNの膜厚分布と、トータル厚みとしての膜厚分布の測定を行った。   At this time, the equivalent Young's modulus at the total thickness was calculated from the rigidity and the film thickness of each layer as a single layer. Further, the film thickness distribution of SiN, which has the highest rigidity in a single layer, and the film thickness distribution as a total thickness were measured.

その後、振動板20上に密着層としてチタン膜(膜厚20nm)を成膜温度350℃でスパッタ装置にて成膜した後、RTA(急速熱処理)を用いて750℃にて熱酸化した。更に、密着層上に白金膜(膜厚160nm)を成膜温度300℃でスパッタ装置にて成膜し、下部電極31を作製した。   Thereafter, a titanium film (thickness: 20 nm) was formed as a close contact layer on the vibration plate 20 at a film formation temperature of 350 ° C. by a sputtering apparatus, and then thermally oxidized at 750 ° C. using RTA (rapid heat treatment). Further, a platinum film (160 nm in thickness) was formed on the adhesion layer by a sputtering device at a film formation temperature of 300 ° C. to produce a lower electrode 31.

次に、下部電極31上に下地層となるPbTiO層としてPb:Ti=1:1に調整された溶液と、電気機械変換膜32としてPb:Zr:Ti=115:49:51に調整された溶液とを準備し、スピンコート法により膜を成膜した。 Next, a solution in which Pb: Ti = 1: 1 is adjusted as a PbTiO 3 layer serving as a base layer on the lower electrode 31 and a solution in which Pb: Zr: Ti is adjusted to 115: 49: 51 as the electromechanical conversion film 32. Was prepared, and a film was formed by spin coating.

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。   For the synthesis of a specific precursor coating solution, lead acetate trihydrate, isopropoxide titanium, and isopropoxide zirconium were used as starting materials. The water of crystallization of lead acetate was dissolved in methoxyethanol and then dehydrated. The lead content is excessive relative to the stoichiometric composition. This is to prevent a decrease in crystallinity due to so-called lead loss during the heat treatment.

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。このPZT濃度は0.5モル/リットルにした。PTの溶液に関してもPZT同様に作製し、これらの液を用いて、最初にPT層をスピンコートにより成膜し、成膜後、120℃乾燥を実施し、その後PZTの液をスピンコートにより成膜し、120℃乾燥→400℃熱分解を行った。   Titanium isopropoxide and zirconium isopropoxide were dissolved in methoxyethanol, an alcohol exchange reaction and an esterification reaction were advanced, and a PZT precursor solution was synthesized by mixing with the methoxyethanol solution in which lead acetate was dissolved. This PZT concentration was 0.5 mol / liter. A solution of PT is also prepared in the same manner as PZT. Using these solutions, a PT layer is first formed by spin coating, and after film formation, dried at 120 ° C., and then the PZT solution is formed by spin coating. The film was dried at 120 ° C. and then thermally decomposed at 400 ° C.

3層目の熱分解処理後に、結晶化熱処理(温度730℃)をRTAにて行った。このときPZTの膜厚は240nmであった。この工程を計8回(24層)実施し、電気機械変換膜32として約2μmのPZT膜を得た。   After the thermal decomposition treatment of the third layer, a crystallization heat treatment (at a temperature of 730 ° C.) was performed by RTA. At this time, the film thickness of PZT was 240 nm. This process was performed eight times (24 layers) in total, and a PZT film of about 2 μm was obtained as the electromechanical conversion film 32.

次に、上部電極33を構成する酸化物電極膜として、SrRuO膜(膜厚40nm)、金属膜として白金膜(膜厚125nm)をスパッタ法で成膜した。その後、東京応化社製フォトレジスト(TSMR8800)をスピンコート法で成膜し、通常のフォトリソグラフィーでレジストパターンを形成した後、ICPエッチング装置(サムコ製)を用いて図9に示すようなパターンを作製した。これにより、振動板20上に電気機械変換素子30が作製された。 Next, an SrRuO 3 film (film thickness: 40 nm) was formed as an oxide electrode film constituting the upper electrode 33, and a platinum film (film thickness: 125 nm) was formed as a metal film by sputtering. Thereafter, a photoresist (TSMR8800) manufactured by Tokyo Ohkasha Co., Ltd. is formed by a spin coating method, a resist pattern is formed by ordinary photolithography, and a pattern as shown in FIG. 9 is formed using an ICP etching apparatus (manufactured by Samco). Produced. As a result, the electromechanical transducer 30 was formed on the diaphragm 20.

次に、電気機械変換素子30上に、絶縁保護膜40として、ALD工法を用いてAl膜を50nm成膜した。このとき原材料としてAlについては、TMA(シグマアルドリッチ社)、Oについてはオゾンジェネレーターによって発生させたOを交互に積層させることで、成膜を進めた。 Next, an Al 2 O 3 film having a thickness of 50 nm was formed on the electromechanical transducer 30 as the insulating protective film 40 by using the ALD method. For Al as a raw material At this time, TMA (Sigma-Aldrich), by laminating the O 3 which is generated by the ozone generator alternately for O, and advances the film formation.

その後、図9に示すように、エッチングによりコンタクトホールHを形成した。その後、Alをスパッタ法で成膜し、エッチングによりパターニングして配線60を形成し、絶縁保護膜70としてSiをプラズマCVD法により500nm成膜した。そして、絶縁保護膜70に開口部70xを設けて配線60の一部を露出させ、電極パッド61、62及び63とした。なお、電極パッド61は共通電極パッドであり、電極パッド62及び63は個別電極パッドであり、個別電極間パッド間の距離は80μmとした。 Thereafter, as shown in FIG. 9, a contact hole H was formed by etching. After that, Al was formed by a sputtering method, patterned by etching to form a wiring 60, and Si 3 N 4 was formed as an insulating protective film 70 to a thickness of 500 nm by a plasma CVD method. Then, an opening 70x was provided in the insulating protective film 70 to expose a part of the wiring 60 to form electrode pads 61, 62 and 63. The electrode pad 61 was a common electrode pad, the electrode pads 62 and 63 were individual electrode pads, and the distance between the individual electrode pads was 80 μm.

その後、分極処理装置500を用い、コロナ帯電処理により分極処理を行った。コロナ帯電処理にはφ50μmのタングステンのワイヤーを用いている。分極処理条件としては、処理温度80℃、コロナ電極510の電圧9kV、グリッド電極520の電圧2.5kV、処理時間30s、コロナ電極510−グリッド電極520間の距離4mm、グリッド電極520−ステージ530間の距離4mmにて行った。   Thereafter, the polarization treatment was performed by a corona charging treatment using the polarization treatment device 500. For the corona charging treatment, a tungsten wire of φ50 μm is used. The polarization processing conditions include a processing temperature of 80 ° C., a voltage of 9 kV for the corona electrode 510, a voltage of 2.5 kV for the grid electrode 520, a processing time of 30 s, a distance of 4 mm between the corona electrode 510 and the grid electrode 520, and a distance between the grid electrode 520 and the stage 530. At a distance of 4 mm.

その後、基板10の裏面をエッチングして圧力室10xを形成し、液体吐出ヘッド2とした。このときに、レジストパターン作製時に使うマスクについてウェハ外周部を任意に長さを調整(長さLの中心値=60μm)することで、表1に記載する範囲にΔL等の調整を行った。但し、基板10の下部には、ノズル51を備えたノズル板50は接合されていなく、液体吐出ヘッド2は半完成状態である。   Then, the pressure chamber 10x was formed by etching the back surface of the substrate 10 to obtain the liquid discharge head 2. At this time, by adjusting the length of the outer periphery of the wafer arbitrarily (the central value of the length L = 60 μm) for the mask used for forming the resist pattern, ΔL and the like were adjusted in the range shown in Table 1. However, the nozzle plate 50 having the nozzles 51 is not joined to the lower portion of the substrate 10, and the liquid discharge head 2 is in a semi-finished state.

[実施例2]
基板10として6インチのシリコンウェハを準備し、基板10にSiO(膜厚600nm)、Si(膜厚200nm)、SiO(膜厚95nm)、SiN(膜厚160nm)、SiO(膜厚120nm)、SiN(160nm)、SiO(膜厚95nm)、Si(200nm)、SiO(膜厚600nm)の膜を順に形成して振動板20を作製した。それ以外は実施例1と同様にして、液体吐出ヘッド2(半完成状態)を作製した。
[Example 2]
A 6-inch silicon wafer is prepared as the substrate 10, and SiO 2 (thickness: 600 nm), Si (thickness: 200 nm), SiO 2 (thickness: 95 nm), SiN (thickness: 160 nm), and SiO 2 (thickness: The diaphragm 20 was manufactured by sequentially forming films of 120 nm), SiN (160 nm), SiO 2 (95 nm in thickness), Si (200 nm), and SiO 2 (600 nm in thickness). Other than that, the liquid ejection head 2 (semi-finished state) was produced in the same manner as in Example 1.

[実施例3]
基板10として6インチのシリコンウェハを準備し、基板10にSiO(膜厚600nm)、Si(膜厚360nm)、SiO(膜厚100nm)、SiO(膜厚130nm)、SiO(膜厚100nm)、Si(360nm)、SiO(膜厚600nm)の膜を順に形成して振動板20を作製した。それ以外は実施例1と同様にして、液体吐出ヘッド2(半完成状態)を作製した。
[Example 3]
A 6-inch silicon wafer is prepared as the substrate 10, and SiO 2 (thickness: 600 nm), Si (thickness: 360 nm), SiO 2 (thickness: 100 nm), SiO 2 (thickness: 130 nm), and SiO 2 (film) The diaphragm 20 was formed by sequentially forming a film of thickness 100 nm), Si (360 nm), and SiO 2 (film thickness 600 nm). Other than that, the liquid ejection head 2 (semi-finished state) was produced in the same manner as in Example 1.

[実施例4]
基板10として6インチのシリコンウェハを準備し、基板10にSiO(膜厚2900nm)を形成し、SiO単層で振動板20を作製した。それ以外は実施例1と同様にして、液体吐出ヘッド2(半完成状態)を作製した。
[Example 4]
A 6-inch silicon wafer was prepared as the substrate 10, SiO 2 (film thickness 2900 nm) was formed on the substrate 10, and the diaphragm 20 was made of a single layer of SiO 2 . Other than that, the liquid ejection head 2 (semi-finished state) was produced in the same manner as in Example 1.

[実施例5]
基板10として6インチのシリコンウェハを準備し、基板10にSiO(膜厚600nm)、Si(膜厚200nm)、SiO(膜厚90nm)、SiN(膜厚170nm)、SiO(膜厚110nm)、SiN(170nm)、SiO(膜厚90nm)、Si(200nm)、SiO(膜厚600nm)の膜を順に形成して振動板20を作製した。それ以外は実施例1と同様にして、液体吐出ヘッド2(半完成状態)を作製した。
[Example 5]
A 6-inch silicon wafer is prepared as the substrate 10, and SiO 2 (thickness: 600 nm), Si (thickness: 200 nm), SiO 2 (thickness: 90 nm), SiN (thickness: 170 nm), and SiO 2 (thickness: The diaphragm 20 was formed by sequentially forming films of 110 nm), SiN (170 nm), SiO 2 (film thickness 90 nm), Si (200 nm), and SiO 2 (film thickness 600 nm). Other than that, the liquid ejection head 2 (semi-finished state) was produced in the same manner as in Example 1.

[比較例1]
基板10として6インチのシリコンウェハを準備し、基板10にSiO(膜厚600nm)、Si(膜厚200nm)、SiO(膜厚85nm)、SiN(膜厚180nm)、SiO(膜厚100nm)、SiN(180nm)、SiO(膜厚85nm)、Si(200nm)、SiO(膜厚600nm)の膜を順に形成して振動板20を作製した。それ以外は実施例1と同様にして、液体吐出ヘッド2(半完成状態)を作製した。
[Comparative Example 1]
A 6-inch silicon wafer is prepared as the substrate 10, and SiO 2 (thickness: 600 nm), Si (thickness: 200 nm), SiO 2 (thickness: 85 nm), SiN (thickness: 180 nm), and SiO 2 (thickness: The diaphragm 20 was manufactured by sequentially forming films of 100 nm), SiN (180 nm), SiO 2 (85 nm in thickness), Si (200 nm), and SiO 2 (600 nm in thickness). Other than that, the liquid ejection head 2 (semi-finished state) was produced in the same manner as in Example 1.

[実施例1〜5、比較例1の検討]
実施例1〜5及び比較例1で作製した各液体吐出ヘッド2の電気機械変換素子30について、図4に示したC1の位置(ウェハWの外周側)に相当するチップを用いて、振動板20の膜厚分布と圧力室10xの長さLを確認した。その後、電気機械変換素子30について、電気特性及び変位特性(圧電定数)の評価を行った。
[Examination of Examples 1 to 5 and Comparative Example 1]
With respect to the electromechanical transducer 30 of each of the liquid ejection heads 2 manufactured in Examples 1 to 5 and Comparative Example 1, a diaphragm was used by using a chip corresponding to the position C1 (the outer peripheral side of the wafer W) shown in FIG. 20 and the length L of the pressure chamber 10x were confirmed. Thereafter, the electrical characteristics and the displacement characteristics (piezoelectric constant) of the electromechanical transducer 30 were evaluated.

変位特性については、図3に示すように基板10の裏面側から掘加工を行って圧力室10xを形成し、評価を実施した。具体的には、電界印加(150kV/cm)による変形量を、レーザードップラー振動計で計測し、シミュレーションによる合わせ込みから算出し、膜厚分布同様変位分布についても確認を行った。評価結果を表1に示す。   As for the displacement characteristics, as shown in FIG. 3, a pressure chamber 10x was formed by excavating from the back surface side of the substrate 10, and evaluation was performed. Specifically, the amount of deformation due to the application of an electric field (150 kV / cm) was measured with a laser Doppler vibrometer, calculated from the adjustment by simulation, and the displacement distribution as well as the film thickness distribution was confirmed. Table 1 shows the evaluation results.

Figure 0006638371
なお、表1において、最上欄は各項目の好ましい範囲を示しており、最終的には、Δδ/δ_Aveを±8%以内に収めることが目標となる。ここで、δは電気機械変換膜32に150kv/cmの電界強度かけて評価を行ったときの電気機械変換素子30の変位特性(変位量)であり、Δδは電気機械変換素子30の変位特性δの前記配列方向の傾き(最大値と最小値との差)、δ_Aveは変位特性δの平均値である。
Figure 0006638371
In Table 1, the uppermost column shows a preferable range of each item, and finally, the goal is to keep Δδ / δ_Ave within ± 8%. Here, δ is a displacement characteristic (displacement amount) of the electromechanical conversion element 30 when the evaluation is performed by applying an electric field strength of 150 kv / cm to the electromechanical conversion film 32, and Δδ is a displacement characteristic of the electromechanical conversion element 30. The inclination of δ in the arrangement direction (difference between the maximum value and the minimum value) and δ_Ave are the average values of the displacement characteristics δ.

表1から分かるように、実施例1〜5については、Δδ/δ_Aveが目標とする±8%以内に収まっているが、比較例1についてはΔδ/δ_Aveが約±15%となり、目標とする±8%を大きく超えていた。つまり、振動板の膜厚分布に対する圧力室の長さLの寸法分布を適切に調整することにより、Δδ/δ_Aveを目標とする±8%以内に収められることが確認された。   As can be seen from Table 1, for Examples 1 to 5, Δδ / δ_Ave is within the target ± 8%, but for Comparative Example 1, Δδ / δ_Ave is about ± 15%, which is the target. It greatly exceeded ± 8%. That is, it was confirmed that Δδ / δ_Ave could be kept within the target ± 8% by appropriately adjusting the size distribution of the length L of the pressure chamber with respect to the film thickness distribution of the diaphragm.

以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。   As described above, the preferred embodiments and the like have been described in detail. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments and the like, and various modifications may be made to the above-described embodiments and the like without departing from the scope described in the claims. Variations and substitutions can be made.

例えば、上記の実施の形態では、上部電極を個別電極、下部電極を共通電極とした場合について説明したが、本発明はこれに限られない。すなわち、上部電極を共通電極、下部電極を個別電極とした構成においても同様の効果を得られる。   For example, in the above embodiment, the case where the upper electrode is an individual electrode and the lower electrode is a common electrode has been described, but the present invention is not limited to this. That is, the same effect can be obtained in a configuration in which the upper electrode is a common electrode and the lower electrode is an individual electrode.

1、2 液体吐出ヘッド
10 基板
10x 圧力室
20 振動板
30 電気機械変換素子
31 下部電極
32 電気機械変換膜
33 上部電極
35 吐出駆動手段
40、70 絶縁保護膜
40x、70x 開口部
50 ノズル板
51 ノズル
60 配線
61、62、63 電極パッド
401 ガイド部材
403 キャリッジ
405 主走査モータ
406 駆動プーリ
407 従動プーリ
408 タイミングベルト
410 用紙
412 搬送ベルト
413 搬送ローラ
414 テンションローラ
416 副走査モータ
417 タイミングベルト
418 タイミングプーリ
420 維持回復機構
421 キャップ部材
422 ワイパ部材
440 液体吐出ユニット
441 ヘッドタンク
442 カバー
443 コネクタ
444 流路部品
450 液体カートリッジ
451 カートリッジホルダ
452 送液ユニット
456 チューブ
491A、491B 側板
491C 背板
493 主走査移動機構
494 供給機構
495 搬送機構
1, 2 Liquid discharge head 10 Substrate 10x Pressure chamber 20 Vibration plate 30 Electromechanical conversion element 31 Lower electrode 32 Electromechanical conversion film 33 Upper electrode 35 Discharge driving means 40, 70 Insulation protection film 40x, 70x Opening 50 Nozzle plate 51 Nozzle 60 Wiring 61, 62, 63 Electrode pad 401 Guide member 403 Carriage 405 Main scanning motor 406 Driving pulley 407 Followed pulley 408 Timing belt 410 Paper 412 Conveying belt 413 Conveying roller 414 Tension roller 416 Sub scanning motor 417 Timing belt 418 Timing pulley 420 Maintaining Recovery mechanism 421 Cap member 422 Wiper member 440 Liquid discharge unit 441 Head tank 442 Cover 443 Connector 444 Flow path component 450 Liquid cartridge 451 Cartridge holder 452 liquid-feeding unit 456 tubes 491A, 491B plate 491C backplate 493 main scan movement mechanism 494 supplying mechanism 495 transporting mechanism

特開2008−155472号公報JP 2008-155472 A

Claims (7)

液体を吐出するノズルと、前記ノズルが連通する圧力室と、前記圧力室内の液体を昇圧させる吐出駆動手段と、を備えた構造体が複数個配列され、
夫々の前記構造体において、前記吐出駆動手段は、前記圧力室の壁の一部を構成する振動板と、前記振動板上に形成された電気機械変換素子と、を含み、
前記構造体の配列方向における夫々の前記圧力室の長さをLとしたときに、前記Lが前記配列方向に傾きを有し
前記配列方向での前記振動板の膜厚の傾きをΔds、前記配列方向での前記Lの傾きをΔLとしたときに、Δds×ΔL>0であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
A plurality of structures each including a nozzle for discharging a liquid, a pressure chamber communicating with the nozzle, and a discharge driving unit for increasing the pressure of the liquid in the pressure chamber, are arranged,
In each of the structures, the discharge driving unit includes a diaphragm constituting a part of a wall of the pressure chamber, and an electromechanical transducer formed on the diaphragm,
When the length of each of the pressure chambers in the arrangement direction of the structure is L, the L has an inclination in the arrangement direction ,
A liquid ejection head , wherein Δds × ΔL> 0, where Δds is the inclination of the film thickness of the diaphragm in the arrangement direction and ΔL is the inclination of L in the arrangement direction .
液体を吐出するノズルと、前記ノズルが連通する圧力室と、前記圧力室内の液体を昇圧させる吐出駆動手段と、を備えた構造体が複数個配列され、
夫々の前記構造体において、前記吐出駆動手段は、前記圧力室の壁の一部を構成する振動板と、前記振動板上に形成された電気機械変換素子と、を含み、
前記構造体の配列方向における夫々の前記圧力室の長さをLとしたときに、前記Lが前記配列方向に傾きを有し
前記振動板は複数の層から形成され、
前記配列方向での、前記複数の層のうち最もヤング率の大きい層の膜厚の傾きをΔds_maxとしたときに、Δds_max×ΔLが>0であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
A plurality of structures each including a nozzle for discharging a liquid, a pressure chamber communicating with the nozzle, and a discharge driving unit for increasing the pressure of the liquid in the pressure chamber, are arranged,
In each of the structures, the discharge driving unit includes a diaphragm constituting a part of a wall of the pressure chamber, and an electromechanical transducer formed on the diaphragm,
When the length of each of the pressure chambers in the arrangement direction of the structure is L, the L has an inclination in the arrangement direction ,
The diaphragm is formed from a plurality of layers,
A liquid ejection head , wherein Δds_max × ΔL is> 0, where Δds_max is a thickness gradient of a layer having the largest Young's modulus among the plurality of layers in the arrangement direction .
前記振動板はSiO、SiN、Poly−Siからなる層を含む複数の層から形成され、
前記振動板の膜厚が1μm以上3μm以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の液体吐出ヘッド。
The diaphragm is formed of a plurality of layers including a layer made of SiO 2 , SiN, and Poly-Si,
Liquid discharge head according to claim 1 or 2, wherein the thickness of the diaphragm is 1μm or more 3μm or less.
前記電気機械変換素子を構成する電気機械変換膜に150kv/cmの電界強度かけて前記電気機械変換素子の変位特性δの評価を行ったときに、
前記電気機械変換素子の変位特性δの前記配列方向の傾きをΔδ、前記変位特性δの平均値をδ_Aveとしたときに、Δδ/δ_Aveが±8%以内であることを特徴とする請求項1乃至の何れか一項に記載の液体吐出ヘッド。
When the displacement characteristic δ of the electromechanical conversion element was evaluated by applying an electric field strength of 150 kv / cm to the electromechanical conversion film constituting the electromechanical conversion element,
2. The method according to claim 1, wherein Δδ / δ_Ave is within ± 8%, where Δδ is the inclination of the displacement characteristic δ of the electromechanical transducer in the arrangement direction and δ_Ave is the average value of the displacement characteristics δ. The liquid discharge head according to any one of claims 3 to 3 .
請求項1乃至の何れか一項に記載の液体吐出ヘッドを備えていることを特徴とする液体吐出ユニット。 A liquid discharge unit, characterized in that it comprises a liquid discharge head according to any one of claims 1 to 4. 前記液体吐出ヘッドに供給する液体を貯留するヘッドタンク、前記液体吐出ヘッドを搭載するキャリッジ、前記液体吐出ヘッドに液体を供給する供給機構、前記液体吐出ヘッドの維持回復を行う維持回復機構、前記液体吐出ヘッドを主走査方向に移動させる主走査移動機構の少なくとも何れか一つと前記液体吐出ヘッドとを一体化したことを特徴とする請求項に記載の液体吐出ユニット。 A head tank for storing liquid to be supplied to the liquid discharge head, a carriage on which the liquid discharge head is mounted, a supply mechanism for supplying liquid to the liquid discharge head, a maintenance and recovery mechanism for maintaining and recovering the liquid discharge head, and the liquid The liquid ejection unit according to claim 5 , wherein at least one of a main scanning movement mechanism for moving the ejection head in the main scanning direction and the liquid ejection head are integrated. 請求項1乃至の何れか一項に記載の液体吐出ヘッド、又は、請求項若しくはに記載の液体吐出ユニットを備えていることを特徴とする液体を吐出する装置。 Claims 1 to 4 any one liquid discharge head according to the, or an apparatus for discharging a liquid, characterized in that it comprises a liquid discharge unit according to claim 5 or 6.
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