JP6930461B2 - Liquid discharge head, liquid discharge unit and device that discharges liquid - Google Patents

Liquid discharge head, liquid discharge unit and device that discharges liquid Download PDF

Info

Publication number
JP6930461B2
JP6930461B2 JP2018039750A JP2018039750A JP6930461B2 JP 6930461 B2 JP6930461 B2 JP 6930461B2 JP 2018039750 A JP2018039750 A JP 2018039750A JP 2018039750 A JP2018039750 A JP 2018039750A JP 6930461 B2 JP6930461 B2 JP 6930461B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
insulating film
liquid
upper electrode
discharge head
liquid discharge
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018039750A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2019151074A (en
Inventor
裕介 野々山
裕介 野々山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP2018039750A priority Critical patent/JP6930461B2/en
Publication of JP2019151074A publication Critical patent/JP2019151074A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6930461B2 publication Critical patent/JP6930461B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Description

本発明は、液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット及び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 for discharging a liquid.

従来から、液室(個別液室、加圧液室などとも称する)に圧力変動を発生させ、液室に形成された微小ノズルから液体を噴射させるインクジェットヘッド及びインクジェットヘッドを搭載する記録装置が知られている。 Conventionally, a recording device equipped with an inkjet head and an inkjet head that generate pressure fluctuations in a liquid chamber (also referred to as an individual liquid chamber, a pressurized liquid chamber, etc.) and eject a liquid from a minute nozzle formed in the liquid chamber has been known. Has been done.

インクジェットヘッドの個別液室に圧力変動を発生する方式として、個別液室内にヒータを設置し、液体を気化させて圧力変動を利用する方式や、個別液室に対応させてアクチュエータを設置する方式が知られている。アクチュエータを用いる手法は、アクチュエータの種類により圧電素子方式や静電方式などがある。 As a method of generating pressure fluctuation in the individual liquid chamber of the inkjet head, there are a method of installing a heater in the individual liquid chamber and vaporizing the liquid to utilize the pressure fluctuation, and a method of installing an actuator corresponding to the individual liquid chamber. Are known. Methods using an actuator include a piezoelectric element method and an electrostatic method depending on the type of actuator.

これらのうち、圧電素子方式において、圧電体の特性ばらつきや、アクチュエータの一部を構成する振動部の寸法に起因したばらつきにより、同一ヘッド中のノズル間で吐出特性がばらついてしまう問題がある。 Among these, in the piezoelectric element method, there is a problem that the ejection characteristics vary among nozzles in the same head due to variations in the characteristics of the piezoelectric body and variations due to the dimensions of the vibrating portion constituting a part of the actuator.

このような吐出特性のばらつきは、変位特性δとアクチュエータの長さLを乗じたδ×L=ΔW(排除体積と称する)がノズル間で異なることにより生じる。例えばヘッド内のノズル端部で変位特性δが大きくなることにより、ノズル端部側の排除体積ΔWが大きくなり、ヘッドの内のノズル端部で吐出特性の一つである吐出速度が大きくなってしまう。例えば図3(d)に示すように、ノズル端部側で吐出速度が大きくなる。 Such variation in discharge characteristics occurs because δ × L = ΔW (referred to as exclusion volume) obtained by multiplying the displacement characteristics δ by the length L of the actuator differs between the nozzles. For example, when the displacement characteristic δ becomes large at the nozzle end in the head, the exclusion volume ΔW on the nozzle end side becomes large, and the discharge speed, which is one of the discharge characteristics, becomes large at the nozzle end in the head. It ends up. For example, as shown in FIG. 3D, the ejection speed increases on the nozzle end side.

このような問題に対して、吐出特性を均一化することを目的として、例えば特許文献1〜3の提案がなされている。
特許文献1では圧電体能動部の駆動面積を調整しており、特許文献2ではノズル列内の端部領域の吐出非均一領域において、端部内側領域の均一領域よりも圧力チャンバの面積を大きくしている。特許文献1や2において、予め測定された変位特性δのばらつきに応じて個別液室の寸法を変更して変位特性δを均一にすることが開示されている。また、特許文献2においては、変位特性δが大きいノズルのアクチュエータ電極を短くすることで、結果的に排除体積ΔWを均一にしている。
特許文献3では開口径の異なるノズルを設けており、変位特性δのばらつきに起因する排除体積ΔWのばらつきに応じてノズルの大きさを変えて吐出速度を一定にしている。
To solve such a problem, for example, Patent Documents 1 to 3 have been proposed for the purpose of making the discharge characteristics uniform.
In Patent Document 1, the driving area of the piezoelectric material active portion is adjusted, and in Patent Document 2, the area of the pressure chamber is made larger in the discharge non-uniform region of the end region in the nozzle row than in the uniform region of the end inner region. doing. Patent Documents 1 and 2 disclose that the dimensions of the individual liquid chambers are changed according to the variation in the displacement characteristic δ measured in advance to make the displacement characteristic δ uniform. Further, in Patent Document 2, by shortening the actuator electrode of the nozzle having a large displacement characteristic δ, the exclusion volume ΔW is made uniform as a result.
In Patent Document 3, nozzles having different opening diameters are provided, and the size of the nozzle is changed according to the variation in the exclusion volume ΔW due to the variation in the displacement characteristic δ to keep the discharge speed constant.

上記のように従来では、排除体積ΔWを均一にしたり、個別液室やノズルの開口径を変えたりすることによりノズル間の吐出速度のばらつきを抑えていた。しかし、このような手法により吐出速度のばらつきを抑えようとすると、振動板コンプライアンスがノズル間でばらついてしまい、個別液室の共振周期がノズル間でばらついてしまう。個別液室の共振周期がノズル間でずれると、例えば駆動波形を変更した場合に吐出速度がばらついてしまい、均一な吐出特性を得ることが難しくなる。また、ウエハ単位で吐出速度がばらつく場合、ヘッド内のノズル端部で変位特性δが大きくなるとは限らず、上記の手法を用いたとしてもヘッド内での吐出速度のばらつきを抑えることは難しい。この場合、例えばウエハ間でばらつきを抑えるなどの工夫が必要になる。 As described above, conventionally, the variation in the discharge speed between the nozzles has been suppressed by making the exclusion volume ΔW uniform or changing the individual liquid chambers and the opening diameters of the nozzles. However, if an attempt is made to suppress the variation in the discharge rate by such a method, the diaphragm compliance varies between the nozzles, and the resonance period of the individual liquid chambers varies between the nozzles. If the resonance period of the individual liquid chambers deviates between the nozzles, the discharge speed will vary when the drive waveform is changed, for example, and it will be difficult to obtain uniform discharge characteristics. Further, when the ejection speed varies from wafer to wafer, the displacement characteristic δ does not always increase at the nozzle end in the head, and even if the above method is used, it is difficult to suppress the variation in the ejection speed in the head. In this case, for example, it is necessary to take measures such as suppressing variation among wafers.

本発明は、上記諸問題を鑑み、個別液室の共振周期及び吐出速度のばらつきを抑え、高品質な画像が得られる液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。 In view of the above problems, it is an object of the present invention to provide a liquid discharge head capable of obtaining a high-quality image by suppressing variations in the resonance period and discharge speed of individual liquid chambers.

上記課題を解決するために、本発明の液体吐出ヘッドは、複数のノズルが設けられたノズル基板と、前記ノズルに各々連通し、前記ノズル基板の面方向に長手と短手を有する個別液室と、前記個別液室の少なくとも一部を形成する振動板と、前記振動板上に形成された下部電極、前記下部電極上に形成された圧電体及び前記圧電体上に形成された上部電極を有する圧電素子と、前記振動板上に形成された絶縁膜と、を有し、前記個別液室、前記圧電体及び前記上部電極を吐出単位とすると、該吐出単位は前記個別液室の短手方向に配列し、前記ノズル基板の面と垂直な方向から見たときに、前記個別液室と重なる部分における前記上部電極の面積と前記絶縁膜の面積が、前記吐出単位間で異なるものが少なくとも1つ存在するとともに、前記吐出単位間で負の相関を有することを特徴とする。 In order to solve the above problems, the liquid discharge head of the present invention has a nozzle substrate provided with a plurality of nozzles and an individual liquid chamber that communicates with the nozzles and has a length and a short side in the surface direction of the nozzle substrate. A vibrating plate forming at least a part of the individual liquid chamber, a lower electrode formed on the vibrating plate, a piezoelectric body formed on the lower electrode, and an upper electrode formed on the piezoelectric body. When a piezoelectric element having a piezoelectric element and an insulating film formed on the vibrating plate are provided, and the individual liquid chamber, the piezoelectric body, and the upper electrode are used as discharge units, the discharge unit is the short side of the individual liquid chamber. When arranged in the direction and viewed from the direction perpendicular to the surface of the nozzle substrate, at least the area of the upper electrode and the area of the insulating film in the portion overlapping the individual liquid chambers differ between the discharge units. It is characterized in that there is one and there is a negative correlation between the discharge units.

本発明によれば、個別液室の共振周期及び吐出速度のばらつきを抑え、高品質な画像が得られる液体吐出ヘッドを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a liquid discharge head capable of obtaining a high-quality image by suppressing variations in the resonance period and discharge speed of individual liquid chambers.

本発明の液体吐出ヘッドの一例における短手方向の断面図である。It is sectional drawing in the lateral direction in the example of the liquid discharge head of this invention. 本発明の液体吐出ヘッドの一例における長手方向の断面図である。It is sectional drawing in the longitudinal direction in an example of the liquid discharge head of this invention. 参考例1の液体吐出ヘッドにおける平面模式図である。It is a plan view of the liquid discharge head of Reference Example 1. FIG. 参考例1の液体吐出ヘッドにおける各種特性のプロット図(a)〜(d)である。It is a plot figure (a)-(d) of various characteristics in the liquid discharge head of Reference Example 1. 液体吐出ヘッドにおける吐出速度分布の一例を示す図(a)及びアクチュエータウエハにおける吐出速度分布の一例を示す図(b)である。It is a figure (a) which shows an example of a discharge speed distribution in a liquid discharge head, and is a figure (b) which shows an example of a discharge speed distribution in an actuator wafer. 参考例2の液体吐出ヘッドにおける平面模式図である。It is a plan view of the liquid discharge head of Reference Example 2. FIG. 参考例2の液体吐出ヘッドにおける各種特性のプロット図(a)〜(d)である。It is a plot figure (a)-(d) of various characteristics in the liquid discharge head of Reference Example 2. 駆動波形及びメニスカス振動の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a drive waveform and a meniscus vibration. 本発明の液体吐出ヘッドの一例における平面模式図である。It is a plane schematic diagram in an example of the liquid discharge head of this invention. 本発明の液体吐出ヘッドの一例における各種特性のプロット図(a)〜(d)である。It is a plot figure (a)-(d) of various characteristics in an example of a liquid discharge head of this invention. 本発明の液体吐出ヘッドの一例における長手方向断面図(a)及び拡大断面図(b)である。It is a longitudinal sectional view (a) and an enlarged sectional view (b) in an example of the liquid discharge head of this invention. 本発明の液体吐出ヘッドの一例における他の長手方向断面図(a)並びに拡大断面図(b)及び(c)である。Other longitudinal sectional views (a) and enlarged sectional views (b) and (c) of an example of the liquid discharge head of the present invention. 本発明の液体吐出ヘッドの一例における上部電極及び第一絶縁膜の関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between the upper electrode and the first insulating film in an example of a liquid discharge head of this invention. 液体吐出ヘッドにおける吐出速度分布の他の例を示す図である。It is a figure which shows another example of the discharge speed distribution in a liquid discharge head. 本発明の液体吐出ヘッドの他の例における平面模式図(a)及び(b)である。It is a plane schematic diagram (a) and (b) in another example of the liquid discharge head of this invention. 本発明の液体吐出ヘッドの他の例における長手方向の断面図である。It is sectional drawing in the longitudinal direction in another example of the liquid discharge head of this invention. 本発明の液体吐出ヘッドの他の例における上部電極及び第二絶縁膜の関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between the upper electrode and the second insulating film in another example of the liquid discharge head of this invention. 本発明の液体吐出ヘッドの他の例における長手方向の断面図である。It is sectional drawing in the longitudinal direction in another example of the liquid discharge head of this invention. 本発明の液体吐出ヘッドの他の例における平面模式図である。It is a plane schematic diagram in another example of the liquid discharge head of this invention. 本発明の液体吐出ヘッドの他の例における長手方向の断面図である。It is sectional drawing in the longitudinal direction in another example of the liquid discharge head of this invention. 本発明の液体吐出ヘッドの他の例における平面模式図である。It is a plane schematic diagram in another example of the liquid discharge head of this invention. 本発明の液体吐出ヘッドの他の例における長手方向の断面図である。It is sectional drawing in the longitudinal direction in another example of the liquid discharge head of this invention. 本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の一例を説明するための長手方向の断面図(a)〜(g)である。It is sectional drawing (a)-(g) in the longitudinal direction for demonstrating an example of the manufacturing method of the liquid discharge head of this invention. 本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の一例を説明するための長手方向の断面図(a)〜(g)である。It is sectional drawing (a)-(g) in the longitudinal direction for demonstrating an example of the manufacturing method of the liquid discharge head of this invention. 本発明に係る液体を吐出する装置の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the apparatus which discharges a liquid which concerns on this invention. 本発明に係る液体を吐出する装置の他の例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows another example of the apparatus which discharges a liquid which concerns on this invention. 本発明に係る液体吐出ユニットの一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the liquid discharge unit which concerns on this invention. 本発明に係る液体吐出ユニットの他の例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows another example of the liquid discharge unit which concerns on this invention.

以下、本発明に係る液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット及び液体を吐出する装置について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。 Hereinafter, the liquid discharge head, the liquid discharge unit, and the device for discharging the liquid according to the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments shown below, and can be modified within the range conceivable by those skilled in the art, such as other embodiments, additions, modifications, and deletions. However, as long as the action and effect of the present invention are exhibited, it is included in the scope of the present invention.

(液体吐出ヘッド)
本発明の液体吐出ヘッドは、複数のノズルが設けられたノズル基板と、前記ノズルに各々連通し、前記ノズル基板の面方向に長手と短手を有する個別液室と、前記個別液室の少なくとも一部を形成する振動板と、前記振動板上に形成された下部電極、前記下部電極上に形成された圧電体及び前記圧電体上に形成された上部電極を有する圧電素子と、前記振動板上に形成された絶縁膜と、を有し、前記個別液室、前記圧電体及び前記上部電極を吐出単位とすると、該吐出単位は前記個別液室の短手方向に配列し、前記ノズル基板の面と垂直な方向から見たときに、前記個別液室と重なる部分における前記上部電極の面積と前記絶縁膜の面積が、前記吐出単位間で異なるものが少なくとも1つ存在するとともに、前記吐出単位間で負の相関を有することを特徴とする。
(Liquid discharge head)
The liquid discharge head of the present invention includes a nozzle substrate provided with a plurality of nozzles, an individual liquid chamber that communicates with the nozzles and has a length and a short side in the plane direction of the nozzle substrate, and at least the individual liquid chambers. A piezoelectric element having a vibrating plate forming a part thereof, a lower electrode formed on the vibrating plate, a piezoelectric body formed on the lower electrode, and an upper electrode formed on the piezoelectric body, and the vibrating plate. When the individual liquid chamber, the piezoelectric body, and the upper electrode are used as discharge units, the discharge units are arranged in the lateral direction of the individual liquid chambers, and the nozzle substrate is provided. The area of the upper electrode and the area of the insulating film in the portion overlapping the individual liquid chambers are different between the discharge units at least one when viewed from the direction perpendicular to the plane of the discharge unit, and the discharge It is characterized by having a negative correlation between units.

本発明の液体吐出ヘッドは、インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置に好適に用いられる。応用分野としては、例えば液体レジストを液滴として吐出するインクジェットヘッド、DNAの試料を液滴として吐出するインクジェットヘッドなどが挙げられる。 The liquid discharge head of the present invention is suitably used for an inkjet head and an inkjet recording device. Examples of application fields include an inkjet head that ejects a liquid resist as a droplet, an inkjet head that ejects a DNA sample as a droplet, and the like.

<第1の実施形態>
<<基本構成>>
本発明に係る液体吐出ヘッドの一実施形態について説明する。ここではまず本実施形態の液体吐出ヘッドの基本構成について説明する。本実施形態に係る液体吐出ヘッドを図1、図2に示す。図1は個別液室110の短手方向の断面図であり、図2は個別液室110の長手方向の断面図である。
<First Embodiment>
<< Basic configuration >>
An embodiment of the liquid discharge head according to the present invention will be described. Here, first, the basic configuration of the liquid discharge head of the present embodiment will be described. The liquid discharge head according to this embodiment is shown in FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a cross-sectional view of the individual liquid chamber 110 in the lateral direction, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the individual liquid chamber 110 in the longitudinal direction.

なお、個別液室110はノズル基板300の面方向に長手と短手を有しており、以下、単に長手方向、短手方向と表記した場合には、それぞれ個別液室110の長手方向、短手方向を意味するものである。また、本実施形態の圧電体103及び上部電極104においても基板の面方向に長手と短手を有しており、圧電体103及び上部電極104の長手方向、短手方向は、個別液室110の長手方向、短手方向とそれぞれ一致する。 The individual liquid chamber 110 has a longitudinal direction and a short side in the surface direction of the nozzle substrate 300, and hereinafter, when simply referred to as a longitudinal direction and a short side direction, the individual liquid chamber 110 has a longitudinal direction and a short side, respectively. It means the direction of the hand. Further, the piezoelectric body 103 and the upper electrode 104 of the present embodiment also have a longitudinal direction and a short side in the surface direction of the substrate, and the longitudinal direction and the lateral side of the piezoelectric body 103 and the upper electrode 104 are individual liquid chambers 110. It coincides with the longitudinal direction and the lateral direction of.

本実施形態の液体吐出ヘッド1は、保持基板200と、圧電素子105が形成された液室基板100と、ノズル301が設けられたノズル基板300とが接合して構成されている。保持基板200は液室基板100の圧電素子105が形成されている面と接合し、ノズル基板300は液室基板100の圧電素子105が形成されている面と反対側の面で接合している。 The liquid discharge head 1 of the present embodiment is configured by joining the holding substrate 200, the liquid chamber substrate 100 on which the piezoelectric element 105 is formed, and the nozzle substrate 300 provided with the nozzle 301. The holding substrate 200 is joined to the surface of the liquid chamber substrate 100 on which the piezoelectric element 105 is formed, and the nozzle substrate 300 is joined to the surface of the liquid chamber substrate 100 opposite to the surface on which the piezoelectric element 105 is formed. ..

ノズル301から吐出される液体(例えばインク)は、インクタンクからインク流路201を通り、共通液室120へ供給される。次いで、共通液室120から流体抵抗部111を介して個別液室110に供給される。 The liquid (for example, ink) discharged from the nozzle 301 is supplied from the ink tank to the common liquid chamber 120 through the ink flow path 201. Next, it is supplied from the common liquid chamber 120 to the individual liquid chamber 110 via the fluid resistance portion 111.

個別液室110は、ノズル301に対応する位置に設けられて液体に圧力を加え、ノズル301から液体を吐出させるものである。個別液室110は液室隔壁109により仕切られており、個別液室110の上部には振動板101が形成され、振動板101上には下部電極102、圧電体103、上部電極104が積層された圧電素子105が形成される。圧電素子105を駆動することで生じる圧力により個別液室110に連通するノズル301から液体が吐出される。 The individual liquid chamber 110 is provided at a position corresponding to the nozzle 301, applies pressure to the liquid, and discharges the liquid from the nozzle 301. The individual liquid chamber 110 is partitioned by a liquid chamber partition wall 109, a diaphragm 101 is formed on the upper portion of the individual liquid chamber 110, and a lower electrode 102, a piezoelectric body 103, and an upper electrode 104 are laminated on the diaphragm 101. The piezoelectric element 105 is formed. The liquid is discharged from the nozzle 301 communicating with the individual liquid chamber 110 due to the pressure generated by driving the piezoelectric element 105.

なお、本実施形態では下部電極102を共通電極、上部電極104を個別電極としているが、これに限られず、下部電極102を個別電極、上部電極104を共通電極としてもよい。 In the present embodiment, the lower electrode 102 is a common electrode and the upper electrode 104 is an individual electrode, but the present invention is not limited to this, and the lower electrode 102 may be an individual electrode and the upper electrode 104 may be a common electrode.

液室基板100の材料としては、所望の加工性、物性から種々選択可能であるが、例えば、300dpi(約85μmピッチ)以上ではフォトリソグラフィ法を用いることができるシリコン基板を用いることが好ましい。 The material of the liquid chamber substrate 100 can be variously selected from desired processability and physical properties. For example, it is preferable to use a silicon substrate that can use a photolithography method at 300 dpi (about 85 μm pitch) or more.

個別液室110の加工は、例えば、ウェットエッチング法、ドライエッチング法等を用いることができる。これにより、振動板101の個別液室110側を二酸化シリコン膜等として、エッチングストップ層とできるため、液室の高さを高精度に制御することができる。 For the processing of the individual liquid chamber 110, for example, a wet etching method, a dry etching method, or the like can be used. As a result, the individual liquid chamber 110 side of the diaphragm 101 can be used as an etching stop layer by using a silicon dioxide film or the like, so that the height of the liquid chamber can be controlled with high accuracy.

振動板101としては、例えば、シリコンや窒化物、酸化物、炭化物等の剛性の高い材料を用いることが好ましい。また、これらの材料の積層構造としてもよい。
下部電極102としては、例えば、Pt、Ti、LaNiO(ニッケル酸ランタン)、SrRuO(ストロンチウムルテニウムオキサイド)等を用いることができる。
圧電体103としては、例えば、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)を用いることができる。
上部電極104としては、例えば、Pt、LaNiO、SrRuO等を用いることができる。また、上部電極104の厚みとしては、特に制限されるものではなく、適宜変更することが可能である。
As the diaphragm 101, for example, it is preferable to use a highly rigid material such as silicon, nitride, oxide, or carbide. Further, a laminated structure of these materials may be used.
As the lower electrode 102, for example, Pt, Ti, LaNiO 3 (lantern nickate), SrRuO 3 (strontium ruthenium oxide) and the like can be used.
As the piezoelectric body 103, for example, PZT (lead zirconate titanate) can be used.
As the upper electrode 104, for example, Pt, LaNiO 3 , SrRuO 3, or the like can be used. Further, the thickness of the upper electrode 104 is not particularly limited and can be appropriately changed.

ノズル基板300には、液体を吐出するノズル301が複数列(例えば4列)配置されている。
ノズル基板300の材料としては、所望の剛性や加工性に応じて種々選択可能である。例えば、SUS、ニッケル等の金属又は合金や、シリコン、セラミックス等の無機材料、ポリイミド等の樹脂材料等を用いることができる。
A plurality of rows (for example, four rows) of nozzles 301 for discharging liquid are arranged on the nozzle substrate 300.
The material of the nozzle substrate 300 can be variously selected according to the desired rigidity and workability. For example, metals or alloys such as SUS and nickel, inorganic materials such as silicon and ceramics, resin materials such as polyimide, and the like can be used.

ノズル301の加工方法は、ノズル基板300の材料特性や要求される精度、加工性から最適な方法を選択すればよく、例えば、電鋳めっき法、エッチング法、プレス加工法、レーザ加工法、フォトリソグラフィ法等を用いることができる。また、ノズル301の開口径、ノズル配列数、配列密度等についても、要求される仕様に合わせて所望の組み合わせを設定することができる。 As the processing method of the nozzle 301, the optimum method may be selected from the material characteristics of the nozzle substrate 300, the required accuracy, and the workability. For example, an electroforming plating method, an etching method, a press processing method, a laser processing method, and a photo. A lithography method or the like can be used. Further, the opening diameter of the nozzle 301, the number of nozzle arrangements, the arrangement density, and the like can also be set to a desired combination according to the required specifications.

保持基板200はノズル基板300とは反対側で液室基板100と接合され、これにより液室基板100の剛性を確保することができる。保持基板200の材料としては、特に制限されるものではないが、液室基板100の反りを防止するために熱膨張係数の近い材料を選定することが好ましい。例えば、ガラス、シリコンやSiO、ZrO、Al等のセラミクス材料を用いることが好ましい。 The holding substrate 200 is joined to the liquid chamber substrate 100 on the side opposite to the nozzle substrate 300, whereby the rigidity of the liquid chamber substrate 100 can be ensured. The material of the holding substrate 200 is not particularly limited, but it is preferable to select a material having a coefficient of thermal expansion close to that of the liquid chamber substrate 100 in order to prevent warpage. For example, it is preferable to use glass, silicon, or a ceramic material such as SiO 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3.

本実施形態では、圧電素子105に導通する配線層が設けられており、本実施形態の配線層としては、圧電素子105の下部電極102に接続する下部電極配線112と、圧電素子105の上部電極104に接続する上部電極配線113が図示されている。なお、配線層と表記した場合には、特に断りのない限り、下部電極配線112と上部電極配線113を区別せずに説明するものである。 In the present embodiment, a wiring layer conductive to the piezoelectric element 105 is provided, and the wiring layer of the present embodiment includes a lower electrode wiring 112 connected to the lower electrode 102 of the piezoelectric element 105 and an upper electrode of the piezoelectric element 105. The upper electrode wiring 113 connected to 104 is shown. In addition, when it is described as a wiring layer, the lower electrode wiring 112 and the upper electrode wiring 113 will be described without distinction unless otherwise specified.

本実施形態では、下部電極102と下部電極配線112、上部電極104と上部電極配線113のそれぞれの間には、第一絶縁膜106(層間絶縁膜とも称することがある)が形成されている。図示されるように、少なくとも配線層と圧電素子105との間に第一絶縁膜106が形成されている。また、第一絶縁膜106は一部にコンタクトホールとしての開口部を設けており、配線層は下部電極コンタクトホール122、上部電極コンタクトホール123を介して圧電素子105と電気的に接続されている。 In the present embodiment, a first insulating film 106 (sometimes also referred to as an interlayer insulating film) is formed between the lower electrode 102 and the lower electrode wiring 112, and between the upper electrode 104 and the upper electrode wiring 113, respectively. As shown, the first insulating film 106 is formed at least between the wiring layer and the piezoelectric element 105. Further, the first insulating film 106 is partially provided with an opening as a contact hole, and the wiring layer is electrically connected to the piezoelectric element 105 via the lower electrode contact hole 122 and the upper electrode contact hole 123. ..

本実施形態では、下部電極配線112及び上部電極配線113は、第一絶縁膜106が形成される側とは反対側に第二絶縁膜107(パッシベーション膜とも称することがある)が形成されている。図示されるように、少なくとも配線層上に第二絶縁膜107が形成されている。 In the present embodiment, the lower electrode wiring 112 and the upper electrode wiring 113 have a second insulating film 107 (also referred to as a passivation film) formed on the side opposite to the side on which the first insulating film 106 is formed. .. As shown, the second insulating film 107 is formed at least on the wiring layer.

第一絶縁膜106と第二絶縁膜107は振動板101の変位を妨げないように形成することが好ましい。そのため、平面視で圧電素子105が形成される領域では、コンタクトホール周辺以外の場所には形成しないことが好ましい。例えば図2に示されるように、平面視で圧電素子105が形成される領域では、第一絶縁膜106は配線層との間と、下部電極コンタクトホール122及び上部電極コンタクトホール123の周辺に形成されている。また、第二絶縁膜107は配線層上と、下部電極コンタクトホール122及び上部電極コンタクトホール123の周辺に形成されている。 The first insulating film 106 and the second insulating film 107 are preferably formed so as not to interfere with the displacement of the diaphragm 101. Therefore, in the region where the piezoelectric element 105 is formed in a plan view, it is preferable not to form the piezoelectric element 105 in a place other than the vicinity of the contact hole. For example, as shown in FIG. 2, in the region where the piezoelectric element 105 is formed in a plan view, the first insulating film 106 is formed between the wiring layer and around the lower electrode contact hole 122 and the upper electrode contact hole 123. Has been done. Further, the second insulating film 107 is formed on the wiring layer and around the lower electrode contact hole 122 and the upper electrode contact hole 123.

また、上部電極配線113は駆動IC160と接続されており、駆動IC160は駆動電圧制御部から供給された電圧を、印字パターンをもとに圧電素子105に選択的に供給して、圧電素子105を制御する。 Further, the upper electrode wiring 113 is connected to the drive IC 160, and the drive IC 160 selectively supplies the voltage supplied from the drive voltage control unit to the piezoelectric element 105 based on the print pattern to provide the piezoelectric element 105. Control.

<<参考例の説明>>
ここで、本実施形態の詳細を説明するために参考例1、2を挙げて説明する。
参考例1に係る液体吐出ヘッドについて図3を用いて説明する。図3Aは参考例1に係る液体吐出ヘッドの平面模式図であり、図3Bは同ヘッドのノズル1〜6における各種特性をプロットしたものである。
<< Explanation of reference example >>
Here, reference examples 1 and 2 will be given to explain the details of the present embodiment.
The liquid discharge head according to Reference Example 1 will be described with reference to FIG. FIG. 3A is a schematic plan view of the liquid discharge head according to Reference Example 1, and FIG. 3B is a plot of various characteristics of the nozzles 1 to 6 of the head.

図3Aでは、説明のための要部が図示されており、液室基板100上に形成されていた圧電体103、上部電極104、上部電極配線113、第一絶縁膜106が図示されている。一方、個別液室110、流体抵抗部111、インク流路201は破線で示されている。 In FIG. 3A, a main part for explanation is shown, and the piezoelectric body 103, the upper electrode 104, the upper electrode wiring 113, and the first insulating film 106 formed on the liquid chamber substrate 100 are shown. On the other hand, the individual liquid chamber 110, the fluid resistance portion 111, and the ink flow path 201 are indicated by broken lines.

図3Aには、6つのノズルが図示されており、番号1のノズルが端部側、番号6のノズルが中央側に位置している。また、個別液室110、圧電体103及び上部電極104を吐出単位とし、該吐出単位は個別液室110の短手方向に配列している。なお、ノズルを吐出単位として説明する箇所がある。 In FIG. 3A, six nozzles are shown, the nozzle number 1 is located on the end side, and the nozzle number 6 is located on the center side. Further, the individual liquid chamber 110, the piezoelectric body 103, and the upper electrode 104 are used as discharge units, and the discharge units are arranged in the lateral direction of the individual liquid chamber 110. In addition, there is a part where the nozzle is described as a discharge unit.

背景技術で述べたように、従来より、圧電素子方式において、圧電体の特性ばらつきや、アクチュエータの一部を構成する振動部の寸法に起因したばらつきにより、同一ヘッド中のノズル間で吐出特性がばらついてしまう問題がある。 As described in the background technology, conventionally, in the piezoelectric element method, the ejection characteristics are different between the nozzles in the same head due to the variation in the characteristics of the piezoelectric body and the variation due to the dimensions of the vibrating part constituting a part of the actuator. There is a problem of variation.

このような吐出特性のばらつきは、変位特性δとアクチュエータの長さLを乗じたδ×L=ΔW(排除体積と称する)がノズル間で異なることにより生じる。ここで、アクチュエータの長さLとあるのは、図2、図3Aに示されるように、個別液室110の長手方向における上部電極104の長さである。また、変位特性δは図1、図2に示されるように、圧電素子105を駆動させた場合における振動板101の最大変位量である。なお、以下、変位特性δを単に変位δと表記することがある。 Such variation in discharge characteristics occurs because δ × L = ΔW (referred to as exclusion volume) obtained by multiplying the displacement characteristics δ by the length L of the actuator differs between the nozzles. Here, the length L of the actuator is the length of the upper electrode 104 in the longitudinal direction of the individual liquid chamber 110, as shown in FIGS. 2 and 3A. Further, the displacement characteristic δ is the maximum displacement amount of the diaphragm 101 when the piezoelectric element 105 is driven, as shown in FIGS. 1 and 2. Hereinafter, the displacement characteristic δ may be simply referred to as the displacement δ.

図3B(a)に示すように、参考例1に係る液体吐出ヘッドにおいては、端部のノズル1の変位δを100%としたとき、ノズル6に向かって変位δが小さくなっている。このようなヘッドでは、図3B(b)、図3B(d)に示すように、排除体積ΔWが端部側から中央側に向かって小さくなり、吐出特性の一つである吐出速度が小さくなる。 As shown in FIG. 3B (a), in the liquid discharge head according to Reference Example 1, when the displacement δ of the nozzle 1 at the end is 100%, the displacement δ becomes smaller toward the nozzle 6. In such a head, as shown in FIGS. 3B (b) and 3B (d), the exclusion volume ΔW becomes smaller from the end side to the center side, and the discharge speed, which is one of the discharge characteristics, becomes smaller. ..

図4(a)に液体吐出ヘッドにおける吐出速度分布の一例を示す。図4(a)は例えば、参考例1のヘッドがノズル1〜320を有するとした場合における吐出速度の分布の例を示したものである。図示されるように、ノズル端部で吐出速度が大きくなっており、ヘッド内ではノズル間で吐出速度がばらついている。このような吐出速度のばらつきを解決するために、従来から種々の技術が提案されている。 FIG. 4A shows an example of the discharge speed distribution in the liquid discharge head. FIG. 4A shows an example of the distribution of the discharge speed when the head of Reference Example 1 has nozzles 1 to 320, for example. As shown in the figure, the ejection speed is high at the end of the nozzle, and the ejection speed varies between the nozzles in the head. Various techniques have been conventionally proposed in order to solve such variations in discharge rate.

しかしながら、下記の参考例2で説明するように、吐出速度の調整は可能であるとしても個別液室の剛性コンプライアンスがばらついてしまうために、液室の共振周期がばらつき、均一な吐出特性を得ることは難しい。 However, as described in Reference Example 2 below, even if the discharge rate can be adjusted, the rigidity compliance of the individual liquid chambers varies, so that the resonance period of the liquid chambers varies and uniform discharge characteristics are obtained. It's difficult.

また、アクチュエータウエハにおける吐出速度分布の一例を図4(b)に示す。図示されるように、アクチュエータウエハ単位で吐出速度がばらついている場合がある。このようなアクチュエータウエハからヘッドを作製すると、例えば図中Aにあたるヘッドでは図4(a)のような吐出速度の分布にならず、吐出速度の分布は傾きを有することになる。この場合、従来から提案されている技術では対応することが難しく、例えばウエハ間でばらつきを抑える等の対応が必要になる。 Further, an example of the discharge speed distribution in the actuator wafer is shown in FIG. 4 (b). As shown in the figure, the ejection speed may vary for each actuator wafer. When the head is manufactured from such an actuator wafer, for example, the head corresponding to A in the drawing does not have the discharge speed distribution as shown in FIG. 4A, and the discharge speed distribution has an inclination. In this case, it is difficult to deal with it by the conventionally proposed technique, and it is necessary to take measures such as suppressing variation among wafers, for example.

次に、他の参考例である参考例2について図5、図6を用いて説明する。参考例2に係る液体吐出ヘッドの平面図を図5Aに示す。図5Aは図3Aと同様の平面図であり、図5Bは同ヘッドにおけるノズル1〜6の各種特性を図3Bと同様にプロットしたものである。 Next, Reference Example 2, which is another reference example, will be described with reference to FIGS. 5 and 6. A plan view of the liquid discharge head according to Reference Example 2 is shown in FIG. 5A. FIG. 5A is a plan view similar to that of FIG. 3A, and FIG. 5B is a plot of various characteristics of nozzles 1 to 6 in the head in the same manner as in FIG. 3B.

参考例2では、上部電極104の長さをノズル間で変更している。ここでは、長手方向について上部電極104の長さを変更している。図5Aのように上部電極104の長さをノズル間で変えると、図5B(b)、図5B(d)に示すように排除体積ΔWは一定になり、吐出速度を一定にすることができる。しかしながら、図5B(c)に示すように振動板コンプライアンスが均一ではなくなる。 In Reference Example 2, the length of the upper electrode 104 is changed between the nozzles. Here, the length of the upper electrode 104 is changed in the longitudinal direction. When the length of the upper electrode 104 is changed between the nozzles as shown in FIG. 5A, the exclusion volume ΔW becomes constant as shown in FIGS. 5B (b) and 5B (d), and the discharge rate can be made constant. .. However, as shown in FIG. 5B (c), the diaphragm compliance is not uniform.

ここで、駆動波形とメニスカスの振動状態の一例を図6に示す。図6の上段の波形は圧電素子を駆動させるための駆動波形であり、図6の下段の波形はメニスカス周波数である。 Here, FIG. 6 shows an example of the driving waveform and the vibration state of the meniscus. The upper waveform in FIG. 6 is a drive waveform for driving the piezoelectric element, and the lower waveform in FIG. 6 is a meniscus frequency.

図6の下段における(A)及び(B)の実線の波形は、上部電極104の長さを一定にしたとき、すなわち参考例1におけるノズル1及び6のメニスカス周波数である。これについて、本参考例2のようにノズル1の上部電極104の長さを小さくすると、実線の波形(A)は破線の波形(C)のようになり、共振周期がずれてしまう。この状態では、駆動波形を変更したときに例えば単純な押し出し波形では吐出速度は一定になるが、共振周期がずれているためマルチパスによる駆動で吐出速度にばらつきが発生してしまう。 The waveforms of the solid lines (A) and (B) in the lower part of FIG. 6 are the meniscus frequencies of the nozzles 1 and 6 in Reference Example 1 when the length of the upper electrode 104 is constant. Regarding this, if the length of the upper electrode 104 of the nozzle 1 is reduced as in Reference Example 2, the solid line waveform (A) becomes a broken line waveform (C), and the resonance period shifts. In this state, when the drive waveform is changed, for example, in a simple extrusion waveform, the discharge speed becomes constant, but since the resonance period is deviated, the discharge speed varies due to the drive by multipath.

<<本実施形態の詳細>>
次に、本実施形態の詳細について図7〜図10を用いて説明する。
本実施形態の液体吐出ヘッドの平面図を図7Aに示す。図7Aはノズル基板の面と垂直な方向から見たときの平面図を模式的に説明するものであり、図3A、図5Aと同様の平面図である。ここでは上記参考例と同様に説明のための要部が図示されており、液室基板100上に形成されていた圧電体103、上部電極104、上部電極配線113、第一絶縁膜106が図示されている。一方、個別液室110、流体抵抗部111、インク流路201は破線で示されている。
<< Details of this embodiment >>
Next, the details of this embodiment will be described with reference to FIGS. 7 to 10.
A plan view of the liquid discharge head of the present embodiment is shown in FIG. 7A. FIG. 7A schematically describes a plan view when viewed from a direction perpendicular to the surface of the nozzle substrate, and is the same plan view as in FIGS. 3A and 5A. Here, as in the above reference example, the main parts for explanation are shown, and the piezoelectric body 103, the upper electrode 104, the upper electrode wiring 113, and the first insulating film 106 formed on the liquid chamber substrate 100 are shown. Has been done. On the other hand, the individual liquid chamber 110, the fluid resistance portion 111, and the ink flow path 201 are indicated by broken lines.

なお、本実施形態においても、個別液室110はノズル基板300の面方向に長手と短手を有しており、以下、単に長手方向、短手方向と表記した場合には、それぞれ個別液室110の長手方向、短手方向を意味する。また、本実施形態の圧電体103及び上部電極104も同様に基板の面方向に長手と短手を有しており、圧電体103及び上部電極104の長手方向、短手方向は、個別液室110の長手方向、短手方向とそれぞれ一致する。 In addition, also in this embodiment, the individual liquid chamber 110 has a longitudinal direction and a short side in the surface direction of the nozzle substrate 300, and hereinafter, when simply referred to as a longitudinal direction and a short side direction, the individual liquid chambers are respectively. It means the longitudinal direction and the lateral direction of 110. Further, the piezoelectric body 103 and the upper electrode 104 of the present embodiment also have a longitudinal direction and a short side in the surface direction of the substrate, and the longitudinal direction and the lateral side of the piezoelectric body 103 and the upper electrode 104 are individual liquid chambers. It coincides with the longitudinal direction and the lateral direction of 110, respectively.

また、「上部電極の面積」、「絶縁膜の面積」と表記した場合は、ノズル基板の面と垂直な方向から見たときに、個別液室110と重なる部分における上部電極104の面積、絶縁膜の面積を意味するものである。本実施形態では、第一絶縁膜106の面積が「絶縁膜の面積」に該当する。 Further, when the terms "area of the upper electrode" and "area of the insulating film" are expressed, the area of the upper electrode 104 and the insulation in the portion overlapping with the individual liquid chamber 110 when viewed from the direction perpendicular to the surface of the nozzle substrate. It means the area of the film. In the present embodiment, the area of the first insulating film 106 corresponds to the "area of the insulating film".

また、個別液室110、圧電体103及び上部電極104を吐出単位とし、該吐出単位は個別液室110の短手方向に配列している。なお、ノズルを吐出単位として説明する箇所がある。 Further, the individual liquid chamber 110, the piezoelectric body 103, and the upper electrode 104 are used as discharge units, and the discharge units are arranged in the lateral direction of the individual liquid chamber 110. In addition, there is a part where the nozzle is described as a discharge unit.

参考例2における図5Aでは、上部電極104の面積(長手方向の長さ)をノズル間で変更していたが、第一絶縁膜106の面積はノズル間で一定であった。
これに対し、本実施形態では、上部電極104の面積をノズル間で変更することに加え、第一絶縁膜106の面積についてもノズル間で変更している。図示されるように、ノズル1では上部電極104が他のノズルに比べて、長手方向の長さが短く形成されており、上部電極104が短くなった領域における圧電体103上に第一絶縁膜106が延設して形成されている。
In FIG. 5A in Reference Example 2, the area (length in the longitudinal direction) of the upper electrode 104 was changed between the nozzles, but the area of the first insulating film 106 was constant between the nozzles.
On the other hand, in the present embodiment, in addition to changing the area of the upper electrode 104 between the nozzles, the area of the first insulating film 106 is also changed between the nozzles. As shown in the figure, in the nozzle 1, the upper electrode 104 is formed to have a shorter length in the longitudinal direction than the other nozzles, and the first insulating film is formed on the piezoelectric body 103 in the region where the upper electrode 104 is shortened. 106 is extended and formed.

本実施形態における個別液室110の長手方向の断面図を図8に示す。図8A(a)は図7Aにおけるノズル6の断面図に相当し、図8A(b)は図8A(a)の拡大図である。また、図8B(a)は図7Aにおけるノズル3の断面図に相当し、図8B(b)はノズル2の長手方向断面の拡大図、図8B(c)はノズル1の長手方向断面の拡大図である。 FIG. 8 shows a cross-sectional view of the individual liquid chamber 110 in the longitudinal direction in the present embodiment. 8A (a) corresponds to a cross-sectional view of the nozzle 6 in FIG. 7A, and FIG. 8A (b) is an enlarged view of FIG. 8A (a). 8B (a) corresponds to a cross-sectional view of the nozzle 3 in FIG. 7A, FIG. 8B (b) is an enlarged view of a longitudinal cross section of the nozzle 2, and FIG. 8B (c) is an enlarged view of a longitudinal cross section of the nozzle 1. It is a figure.

図示されるように、上部電極104の長さが短くなった吐出単位において、第一絶縁膜106が延設されている。このように、上部電極104の面積と第一絶縁膜106の面積は、一方が大きくなれば他方は小さくなる関係を有しており、吐出単位間で負の相関を有している。 As shown in the figure, the first insulating film 106 is extended in the discharge unit in which the length of the upper electrode 104 is shortened. As described above, the area of the upper electrode 104 and the area of the first insulating film 106 have a relationship that the larger one becomes smaller, and the other becomes smaller, and there is a negative correlation between the discharge units.

上部電極の面積を小さくすることで振動板の剛性が緩和されるが、この吐出単位において絶縁膜の面積を大きくすることで振動板の剛性が硬く戻されることとなる。これにより、振動板のコンプライアンスの変動を抑えることができる。このため、個別液室の共振周期を変更することなく、吐出速度のばらつきを補正することができる。また、個別液室の共振周期を変えることなくアクチュエータの排除体積をヘッド内で調整可能となる。 The rigidity of the diaphragm is relaxed by reducing the area of the upper electrode, but the rigidity of the diaphragm is returned to be rigid by increasing the area of the insulating film in this discharge unit. As a result, fluctuations in the compliance of the diaphragm can be suppressed. Therefore, it is possible to correct the variation in the discharge speed without changing the resonance period of the individual liquid chambers. Further, the exclusion volume of the actuator can be adjusted in the head without changing the resonance period of the individual liquid chambers.

本実施形態における各種特性をプロットしたものを図7Bに示す。図7B(a)に示されるような変位δに分布がある場合においても、上述のように構成することで、図7B(b)、図7B(c)に示すように排除体積ΔWと振動板コンプライアンスのばらつきを抑えることができ、ノズル間で均一にすることができる。 A plot of various characteristics in this embodiment is shown in FIG. 7B. Even when there is a distribution in the displacement δ as shown in FIG. 7B (a), by configuring as described above, as shown in FIGS. 7B (b) and 7B (c), the exclusion volume ΔW and the diaphragm Displacement of compliance can be suppressed, and it can be made uniform among nozzles.

従って、本実施形態によれば、排除体積ΔWのばらつきが抑えられていることにより、図7B(d)に示すように吐出速度のばらつきを抑えることができ、かつ、振動板コンプライアンスのばらつきを抑えることができる。これにより、共振周期のばらつきを抑えることができ、良好な吐出特性が得られ、高品質な画像を得ることができる。 Therefore, according to the present embodiment, since the variation in the exclusion volume ΔW is suppressed, the variation in the discharge rate can be suppressed as shown in FIG. 7B (d), and the variation in the diaphragm compliance is suppressed. be able to. As a result, the variation in the resonance period can be suppressed, good ejection characteristics can be obtained, and a high-quality image can be obtained.

なお、図8における断面図では圧電体103上に形成された上部電極104と第一絶縁膜106が互いに離間している吐出単位について図示されているが、これに限られるものではなく、例えばノズル4のように、上部電極104と第一絶縁膜106が互いに接していてもよい。更に、上部電極104と第一絶縁膜106が互いに重なりあっていてもよく、例えば上部電極104上に第一絶縁膜106が形成される部分があってもよい。 In the cross-sectional view of FIG. 8, the discharge unit in which the upper electrode 104 and the first insulating film 106 formed on the piezoelectric body 103 are separated from each other is shown, but the present invention is not limited to this, and for example, a nozzle. As in 4, the upper electrode 104 and the first insulating film 106 may be in contact with each other. Further, the upper electrode 104 and the first insulating film 106 may overlap each other, and for example, there may be a portion where the first insulating film 106 is formed on the upper electrode 104.

同一ヘッド内において、排除体積ΔWを揃えるために上部電極104の長さを最大にする場所から最小にする場所の領域を排除体積ΔWとコンプライアンスの調整領域と称する。本実施形態では図7Aに符号(A)として示されている。この調整領域内において第一絶縁膜106の長さを調整し、排除体積ΔWとコンプライアンスを同時に調整している。 Within the same head, a region from a location where the length of the upper electrode 104 is maximized to a location where the length is minimized in order to align the exclusion volume ΔW is referred to as an exclusion volume ΔW and a compliance adjustment region. In this embodiment, it is shown as reference numeral (A) in FIG. 7A. The length of the first insulating film 106 is adjusted in this adjustment region, and the exclusion volume ΔW and compliance are adjusted at the same time.

ここで、本実施形態の上部電極104及び第一絶縁膜106の具体例を図9に示す。図9は調整領域における上部電極104と第一絶縁膜106の長手方向の長さをプロットしたものであり、図9におけるノズル番号は図7Aのノズル番号に対応している。 Here, a specific example of the upper electrode 104 and the first insulating film 106 of the present embodiment is shown in FIG. FIG. 9 is a plot of the lengths of the upper electrode 104 and the first insulating film 106 in the longitudinal direction in the adjustment region, and the nozzle numbers in FIG. 9 correspond to the nozzle numbers in FIG. 7A.

この例では、上部電極104として厚みが0.125μmのPtと、第一絶縁膜106として厚みが0.8μmのSiOを用いている。図示されるように、上部電極104の面積(ここでは長さ)と第一絶縁膜106の面積(長さ)の変動が負の相関を有しており、このような長さ配分とすることで振動板のコンプライアンスを吐出単位間で一定にすることができる。これにより、共振周期を変えることなく吐出特性のばらつきを抑制することができる。 In this example, Pt having a thickness of 0.125 μm is used as the upper electrode 104, and SiO 2 having a thickness of 0.8 μm is used as the first insulating film 106. As shown in the figure, the fluctuation of the area (length in this case) of the upper electrode 104 and the area (length) of the first insulating film 106 has a negative correlation, and such a length distribution is used. The compliance of the diaphragm can be made constant between the discharge units. As a result, it is possible to suppress variations in discharge characteristics without changing the resonance period.

調整領域の取り方は、特に制限されるものではなく、適宜変更することが可能である。本実施形態では、短手方向に対して100μmとしているが、これに限られるものではなく、適宜変更することが可能である。 The method of taking the adjustment area is not particularly limited and can be changed as appropriate. In the present embodiment, it is set to 100 μm in the lateral direction, but the present invention is not limited to this, and it can be changed as appropriate.

第一絶縁膜106の材料としては、適宜変更することが可能であり、例えば、SiO、SiN等が挙げられる。
また、第一絶縁膜106の厚みとしては、特に制限されるものではなく、適宜変更することが可能である。
The material of the first insulating film 106 can be changed as appropriate, and examples thereof include SiO 2 , SiN, and the like.
The thickness of the first insulating film 106 is not particularly limited and can be appropriately changed.

なお、本実施形態では、上部電極104の面積と負の相関を有する絶縁膜として第一絶縁膜106である場合の例を示しているが、これに限られるものではなく、適宜変更することが可能である。後述するように、第二絶縁膜107の面積が上部電極104の面積と負の相関を有する構成であってもよいし、第一絶縁膜106及び第二絶縁膜107の面積が上部電極の面積と負の相関を有していてもよい。 In the present embodiment, an example in which the first insulating film 106 is used as the insulating film having a negative correlation with the area of the upper electrode 104 is shown, but the present invention is not limited to this, and may be changed as appropriate. It is possible. As will be described later, the area of the second insulating film 107 may have a negative correlation with the area of the upper electrode 104, or the areas of the first insulating film 106 and the second insulating film 107 may be the area of the upper electrode. May have a negative correlation with.

また、本実施形態では、ノズル基板300の面と垂直な方向から見たときに、個別液室110の短手方向端部における上部電極104の面積が最も小さくなっている。そのため、第一絶縁膜106の面積は、短手方向端部の吐出単位において最も大きくなっている。 Further, in the present embodiment, the area of the upper electrode 104 at the lateral end of the individual liquid chamber 110 is the smallest when viewed from the direction perpendicular to the surface of the nozzle substrate 300. Therefore, the area of the first insulating film 106 is the largest in the discharge unit at the end in the lateral direction.

なお、本発明においては、これに限られるものではない。例えば図4(b)に示されるように、アクチュエータウエハ単位で吐出速度がばらついている場合、図中Aにあたるヘッドでは図4(a)のような吐出速度の分布にならず、吐出速度の分布は傾きを有することになる。 The present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 4 (b), when the discharge speed varies for each actuator wafer, the head corresponding to A in the figure does not have the discharge speed distribution as shown in FIG. 4 (a), and the discharge speed distribution does not occur. Will have an inclination.

この場合、端部のノズル1における上部電極の面積を最も大きくし、他方の端部のノズル320に向かうにつれて連続的に上部電極の面積を大きくしていくことが好ましい。そして、ノズル1における絶縁膜の面積を最も小さくし、ノズル320に向かうにつれて連続的に絶縁膜の面積を小さくする。これにより、振動板コンプライアンスを均一にし、共振周期のばらつきを抑えることができる。このため、ウエハ間のばらつきを抑えるための工夫を別途設けることなく、ヘッド内で調整することが可能である。 In this case, it is preferable to maximize the area of the upper electrode in the nozzle 1 at the end and continuously increase the area of the upper electrode toward the nozzle 320 at the other end. Then, the area of the insulating film in the nozzle 1 is minimized, and the area of the insulating film is continuously reduced toward the nozzle 320. As a result, the diaphragm compliance can be made uniform and the variation in the resonance period can be suppressed. Therefore, it is possible to make adjustments in the head without separately providing a device for suppressing variations between wafers.

また、図4(b)におけるB、C、Dにあたるヘッド等においても上部電極の面積と絶縁膜の面積が負の相関を有し、振動板コンプライアンスを均一にするように調整することで、共振周期のばらつきを抑え、吐出速度を均一にすることができる。 Also, in the heads and the like corresponding to B, C, and D in FIG. 4B, the area of the upper electrode and the area of the insulating film have a negative correlation, and resonance is achieved by adjusting the diaphragm compliance to be uniform. It is possible to suppress the variation of the cycle and make the discharge speed uniform.

本実施形態において、上部電極104の面積は、個別液室110の長手方向の長さが吐出単位間で異なることにより第一絶縁膜106の面積と負の相関を有している。このように、上部電極104の長手方向の長さを調整することにより、高い分解能で駆動面積を調整することができる。 In the present embodiment, the area of the upper electrode 104 has a negative correlation with the area of the first insulating film 106 because the length of the individual liquid chamber 110 in the longitudinal direction differs between the discharge units. By adjusting the length of the upper electrode 104 in the longitudinal direction in this way, the drive area can be adjusted with high resolution.

また、本実施形態では、第一絶縁膜106は、個別液室110の長手方向の長さが吐出単位間で異なることにより、上部電極104の面積と負の相関を有する。このように、第一絶縁膜106の長手方向の長さを調整することにより、駆動部に影響を与えることなく個別液室の共振周期を調整することができる。 Further, in the present embodiment, the first insulating film 106 has a negative correlation with the area of the upper electrode 104 because the length of the individual liquid chamber 110 in the longitudinal direction differs between the discharge units. By adjusting the length of the first insulating film 106 in the longitudinal direction in this way, the resonance period of the individual liquid chambers can be adjusted without affecting the driving unit.

なお、本実施形態ではノズル1〜6間のすべてで、上部電極104の面積及び第一絶縁膜106の面積を異ならせているが、本発明はこれに限られるものではない。
本発明では、ノズル基板300の面と垂直な方向から見たときに、個別液室110と重なる部分における上部電極104の面積と絶縁膜の面積が、吐出単位間で異なるものが少なくとも1つ存在していればよい。そのため、異なる吐出単位の数は適宜変更することができる。
In the present embodiment, the area of the upper electrode 104 and the area of the first insulating film 106 are different in all of the nozzles 1 to 6, but the present invention is not limited to this.
In the present invention, there is at least one in which the area of the upper electrode 104 and the area of the insulating film in the portion overlapping the individual liquid chamber 110 differ between the discharge units when viewed from the direction perpendicular to the surface of the nozzle substrate 300. You just have to do it. Therefore, the number of different discharge units can be changed as appropriate.

また、本実施形態では、上部電極104は個別液室110の長手方向の一方側において、長さが吐出単位間で異なることにより、絶縁膜の面積と負の相関を有する。図7Aに示されるように、上部電極104の長手方向の長さは、上部電極コンタクトホール123とは反対側で調整されている。すなわち、図示される調整領域は、上部電極コンタクトホール123とは反対側に位置している。この場合、電極面積の調整が容易となる。 Further, in the present embodiment, the upper electrode 104 has a negative correlation with the area of the insulating film because the length differs between the discharge units on one side in the longitudinal direction of the individual liquid chamber 110. As shown in FIG. 7A, the longitudinal length of the upper electrode 104 is adjusted on the side opposite to the upper electrode contact hole 123. That is, the illustrated adjustment region is located on the opposite side of the upper electrode contact hole 123. In this case, the electrode area can be easily adjusted.

<第2の実施形態>
次に、本発明に係るその他の実施形態について説明する。上記実施形態と共通の事項については説明を省略する。
本実施形態では、隣接する複数の吐出単位を吐出単位群とすると、ノズル基板300の面と垂直な方向から見たときに、個別液室110と重なる部分における上部電極104の面積と絶縁膜の面積が、それぞれ吐出単位群内で同じであり、かつ、吐出単位群間で異なるものが少なくとも1つ存在するとともに、吐出単位群間で負の相関を有している。
<Second embodiment>
Next, other embodiments according to the present invention will be described. Descriptions of matters common to the above embodiments will be omitted.
In the present embodiment, assuming that a plurality of adjacent discharge units are a discharge unit group, the area of the upper electrode 104 and the insulating film in the portion overlapping the individual liquid chamber 110 when viewed from the direction perpendicular to the surface of the nozzle substrate 300. The area is the same within the discharge unit group, there is at least one difference between the discharge unit groups, and there is a negative correlation between the discharge unit groups.

本実施形態に係る液体吐出ヘッドについて図10、図11を用いて説明する。図10は、ノズル間の吐出速度の分布を示す図である。例えば液体吐出ヘッドのノズルが1〜320まである場合において、ノズル1〜20、ノズル21〜300、ノズル301〜320の吐出単位群をそれぞれA群、C群、B群とする。A群とB群がヘッドの端部側に位置しており、C群が中央側に位置している。A群、B群、C群内では、それぞれ吐出単位間の吐出特性(吐出速度)はほぼ均一である。図10に示されるように、A群とB群の吐出速度はほぼ同じであり、C群に対して吐出速度が大きくなっている。このため、ヘッド内では吐出速度がばらつき、参考例と同様の不具合が生じる。 The liquid discharge head according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 10 and 11. FIG. 10 is a diagram showing the distribution of the discharge speed between the nozzles. For example, when the number of nozzles of the liquid discharge head is 1 to 320, the discharge unit groups of the nozzles 1 to 20, the nozzles 21 to 300, and the nozzles 301 to 320 are group A, group C, and group B, respectively. Group A and group B are located on the end side of the head, and group C is located on the center side. Within the A group, the B group, and the C group, the discharge characteristics (discharge speed) between the discharge units are substantially uniform. As shown in FIG. 10, the discharge speeds of the A group and the B group are almost the same, and the discharge speed is higher than that of the C group. Therefore, the discharge speed varies in the head, and the same problem as in the reference example occurs.

本実施形態に係る液体吐出ヘッドの平面図を図11に示す。図11(a)はA群及びB群の平面図であり、図11(b)はC群の平面図である。図示されるように、A群、B群、C群内では、吐出単位間で上部電極104の面積が一定となっており、第一絶縁膜106の面積が一定となっている。なお、図11(a)に示されるように、A群とB群では、上部電極104の面積が同じであり、第一絶縁膜106の面積が同じである。一方、A群(又はB群)とC群を比較すると、上部電極104の面積と第一絶縁膜106の面積が異なっている。 A plan view of the liquid discharge head according to the present embodiment is shown in FIG. FIG. 11A is a plan view of groups A and B, and FIG. 11B is a plan view of group C. As shown in the figure, in the groups A, B, and C, the area of the upper electrode 104 is constant among the discharge units, and the area of the first insulating film 106 is constant. As shown in FIG. 11A, the area of the upper electrode 104 is the same in the group A and the group B, and the area of the first insulating film 106 is the same. On the other hand, when the area A (or group B) and the group C are compared, the area of the upper electrode 104 and the area of the first insulating film 106 are different.

本実施形態の例では、A群(B群)における上部電極104はC群における上部電極104よりも長手方向に短く形成されており、A群(B群)における第一絶縁膜106はC群における第一絶縁膜106よりも長手方向に長く形成されている。 In the example of this embodiment, the upper electrode 104 in the group A (group B) is formed shorter in the longitudinal direction than the upper electrode 104 in the group C, and the first insulating film 106 in the group A (group B) is the group C. It is formed longer in the longitudinal direction than the first insulating film 106 in the above.

このように吐出単位群間で上部電極104の面積と第一絶縁膜106の面積に負の相関を持たせてもよい。これにより、A群、B群、C群の吐出単位群間で吐出特性と共振周期を揃えることができ、高品質な画像が得られる液体吐出ヘッドを得ることができる。 In this way, the area of the upper electrode 104 and the area of the first insulating film 106 may have a negative correlation between the discharge unit groups. As a result, the discharge characteristics and the resonance period can be made uniform among the discharge unit groups of the A group, the B group, and the C group, and a liquid discharge head capable of obtaining a high quality image can be obtained.

本実施形態では、吐出単位群において、異なるものが1つある構成となっているが、本発明はこれに限られず、異なる吐出単位群が複数あってもよい。 In the present embodiment, there is one different discharge unit group, but the present invention is not limited to this, and there may be a plurality of different discharge unit groups.

なお、上記実施形態と同様に、上部電極104の面積と負の相関を有する絶縁膜は第一絶縁膜106に限られるものではなく、第二絶縁膜107であってもよいし、第一絶縁膜106及び第二絶縁膜107であってもよい。 As in the above embodiment, the insulating film having a negative correlation with the area of the upper electrode 104 is not limited to the first insulating film 106, but may be the second insulating film 107 or the first insulating film. The film 106 and the second insulating film 107 may be used.

<第3の実施形態>
次に、本発明に係るその他の実施形態について説明する。上記実施形態と共通の事項については説明を省略する。本実施形態では、上部電極104の面積と負の相関を有する絶縁膜は第二絶縁膜107である。基本構成は第1の実施形態と同じであり、上部電極104と負の相関を有する絶縁膜が、第一絶縁膜106ではなく第二絶縁膜107にした点で相違する。
<Third embodiment>
Next, other embodiments according to the present invention will be described. Descriptions of matters common to the above embodiments will be omitted. In the present embodiment, the insulating film having a negative correlation with the area of the upper electrode 104 is the second insulating film 107. The basic configuration is the same as that of the first embodiment, except that the insulating film having a negative correlation with the upper electrode 104 is the second insulating film 107 instead of the first insulating film 106.

本実施形態に係る液体吐出ヘッドの長手方向の断面図を図12に示す。なお、図12は図8Bと同様の断面図である。
図示されるように、本実施形態では、第二絶縁膜107が圧電体103上に延設されており、第二絶縁膜107は吐出単位間で上部電極104の面積と負の相関を有している。
FIG. 12 shows a cross-sectional view of the liquid discharge head according to the present embodiment in the longitudinal direction. Note that FIG. 12 is a cross-sectional view similar to that of FIG. 8B.
As shown in the figure, in the present embodiment, the second insulating film 107 is extended on the piezoelectric body 103, and the second insulating film 107 has a negative correlation with the area of the upper electrode 104 between the ejection units. ing.

ここで、本実施形態の上部電極104及び第二絶縁膜107の具体例を図13に示す。図13は図9と同様に調整領域における上部電極104と第二絶縁膜107の長手方向の長さをプロットしたものであり、図13におけるノズル番号は図7Aのノズル番号に対応している。 Here, a specific example of the upper electrode 104 and the second insulating film 107 of the present embodiment is shown in FIG. FIG. 13 is a plot of the lengths of the upper electrode 104 and the second insulating film 107 in the longitudinal direction in the adjustment region as in FIG. 9, and the nozzle numbers in FIG. 13 correspond to the nozzle numbers in FIG. 7A.

この例では、上部電極104として厚みが0.125μmのPtと、第二絶縁膜107として厚みが0.2μmのSiNを用いている。図示されるように、上部電極104の面積(ここでは長さ)と第二絶縁膜107の面積(長さ)の変動が負の相関を有し、このような長さ配分とすることで振動板のコンプライアンスを吐出単位間で一定にしている。これにより吐出特性のばらつきを抑制することができる。 In this example, Pt having a thickness of 0.125 μm is used as the upper electrode 104, and SiN having a thickness of 0.2 μm is used as the second insulating film 107. As shown in the figure, the fluctuation of the area (length in this case) of the upper electrode 104 and the area (length) of the second insulating film 107 has a negative correlation, and vibration is caused by such a length distribution. The plate compliance is kept constant between discharge units. As a result, variations in discharge characteristics can be suppressed.

第二絶縁膜107の材料としては、適宜変更することが可能であり、例えば、SiO、SiN等が挙げられる。
また、第二絶縁膜107の厚みとしては、特に制限されるものではなく、適宜変更することが可能である。
The material of the second insulating film 107 can be changed as appropriate, and examples thereof include SiO 2 , SiN, and the like.
The thickness of the second insulating film 107 is not particularly limited and can be appropriately changed.

液体吐出ヘッドは基本的に第二絶縁膜107を有しているため、他の製造工程を追加することなく、通常の半導体プロセスにおけるエッチング工程で第二絶縁膜107を作製することができる。このため、本実施形態のように第二絶縁膜107を調整する場合には、マスク図面を変更するだけでよいため、追加コストを抑えることができる。 Since the liquid discharge head basically has the second insulating film 107, the second insulating film 107 can be manufactured by an etching process in a normal semiconductor process without adding another manufacturing process. Therefore, when adjusting the second insulating film 107 as in the present embodiment, it is only necessary to change the mask drawing, so that additional cost can be suppressed.

<第4の実施形態>
次に、本発明に係るその他の実施形態について説明する。上記実施形態と共通の事項については説明を省略する。
本実施形態では、上部電極104の面積と負の相関を有する絶縁膜が複数の膜からなるものである。絶縁膜を複数の層にすることにより、個別液室110の共振周期の調整がより行いやすくなるため、各層の膜厚と剛性の設計自由度を向上させることができ、より確実に吐出速度を均一にすることができる。
<Fourth Embodiment>
Next, other embodiments according to the present invention will be described. Descriptions of matters common to the above embodiments will be omitted.
In the present embodiment, the insulating film having a negative correlation with the area of the upper electrode 104 is composed of a plurality of films. By forming the insulating film into a plurality of layers, it becomes easier to adjust the resonance period of the individual liquid chamber 110, so that the degree of freedom in designing the film thickness and rigidity of each layer can be improved, and the discharge rate can be more reliably increased. Can be uniform.

また、本実施形態では、特に上部電極104の面積と負の相関を有する絶縁膜は、第一絶縁膜106及び第二絶縁膜107であることが好ましい。この場合の液体吐出ヘッドの長手方向の断面図を図14に示す。なお、図14は図8Bと同様の断面図である。 Further, in the present embodiment, the insulating films having a negative correlation with the area of the upper electrode 104 are preferably the first insulating film 106 and the second insulating film 107. A cross-sectional view of the liquid discharge head in the longitudinal direction in this case is shown in FIG. Note that FIG. 14 is a cross-sectional view similar to that of FIG. 8B.

図示されるように、本実施形態では、第一絶縁膜106及び第二絶縁膜107が圧電体103上に延設されており、第一絶縁膜106及び第二絶縁膜107は吐出単位間で上部電極104の面積と負の相関を有している。 As shown in the present embodiment, the first insulating film 106 and the second insulating film 107 are extended on the piezoelectric body 103, and the first insulating film 106 and the second insulating film 107 are between discharge units. It has a negative correlation with the area of the upper electrode 104.

上部電極104の面積と負の相関を有する絶縁膜が第一絶縁膜106及び第二絶縁膜107であることにより、上述した絶縁膜が複数の層である場合の利点をする。また、基本的に液体吐出ヘッドは第一絶縁膜106及び第二絶縁膜107を有しているため、本実施形態の構成とする場合、マスク図面を変更するだけでよく、製造に係る追加コストを抑えることができる。 Since the insulating films having a negative correlation with the area of the upper electrode 104 are the first insulating film 106 and the second insulating film 107, there is an advantage when the above-mentioned insulating film has a plurality of layers. Further, since the liquid discharge head basically has the first insulating film 106 and the second insulating film 107, in the case of the configuration of the present embodiment, it is only necessary to change the mask drawing, and the additional cost related to manufacturing is required. Can be suppressed.

<第5の実施形態>
次に、本発明に係るその他の実施形態について説明する。上記実施形態と共通の事項については説明を省略する。
本実施形態において、絶縁膜は空隙148を有することにより、上部電極104の面積と負の相関を有する。本実施形態に係る液体吐出ヘッドについて図15を用いて説明する。図15Aは本実施形態の液体吐出ヘッドの平面図であり、図15Bは長手方向の断面図であり、図15Aにおけるノズル4の長手方向の断面図に相当する。図示されるように、第一絶縁膜106に空隙148が形成されており、空隙148の面積を調整することにより上部電極104の面積と負の相関を有している。
<Fifth Embodiment>
Next, other embodiments according to the present invention will be described. Descriptions of matters common to the above embodiments will be omitted.
In the present embodiment, the insulating film has a void 148, which has a negative correlation with the area of the upper electrode 104. The liquid discharge head according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 15A is a plan view of the liquid discharge head of the present embodiment, FIG. 15B is a sectional view in the longitudinal direction, and corresponds to a sectional view in the longitudinal direction of the nozzle 4 in FIG. 15A. As shown in the figure, a void 148 is formed in the first insulating film 106, and by adjusting the area of the void 148, it has a negative correlation with the area of the upper electrode 104.

なお、図15Aに示される例では、ノズル2〜6において、第一絶縁膜106が上部電極104上にも形成されているが、これに限られるものではなく、上部電極104上に第一絶縁膜106が形成されていなくてもよい。 In the example shown in FIG. 15A, in the nozzles 2 to 6, the first insulating film 106 is also formed on the upper electrode 104, but the present invention is not limited to this, and the first insulating film 106 is formed on the upper electrode 104. The film 106 may not be formed.

また、上記実施形態と同様に、上部電極104の面積と負の相関を有する絶縁膜は第一絶縁膜106に限られるものではなく、第二絶縁膜107であってもよいし、第一絶縁膜106及び第二絶縁膜107であってもよい。 Further, as in the above embodiment, the insulating film having a negative correlation with the area of the upper electrode 104 is not limited to the first insulating film 106, but may be the second insulating film 107 or the first insulating film. The film 106 and the second insulating film 107 may be used.

<第6の実施形態>
次に、本発明に係るその他の実施形態について説明する。上記実施形態と共通の事項については説明を省略する。
本実施形態では、絶縁膜が圧電体103上に形成されている吐出単位が少なくとも1つ存在し、該吐出単位において、個別液室110の長手方向における圧電体103の端部には絶縁膜が形成されていない。
<Sixth Embodiment>
Next, other embodiments according to the present invention will be described. Descriptions of matters common to the above embodiments will be omitted.
In the present embodiment, there is at least one discharge unit in which the insulating film is formed on the piezoelectric body 103, and in the discharge unit, the insulating film is provided at the end of the piezoelectric body 103 in the longitudinal direction of the individual liquid chamber 110. Not formed.

本実施形態に係る液体吐出ヘッドについて図16を用いて説明する。図16Aは本実施形態の液体吐出ヘッドの平面図であり、図16Bは長手方向の断面図であり、図16Aにおけるノズル2の長手方向の断面図に相当する。
図示されるように、長手方向における圧電体103の端部には絶縁膜が形成されていない。これは平面図及び断面図において絶縁膜非形成部138として図示されている。
The liquid discharge head according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 16A is a plan view of the liquid discharge head of the present embodiment, FIG. 16B is a sectional view in the longitudinal direction, and corresponds to a sectional view of the nozzle 2 in the longitudinal direction in FIG. 16A.
As shown, no insulating film is formed at the end of the piezoelectric body 103 in the longitudinal direction. This is shown as an insulating film non-forming portion 138 in the plan view and the cross-sectional view.

本実施形態では、個別液室110の長手方向における圧電体103のエッジには絶縁膜を被覆せず、コンプライアンス調整用の絶縁膜を個別液室110の外側を被覆している絶縁膜から分断している。圧電体103のエッジを覆うと固定された絶縁膜によって変位が抑制されることとなるが、本実施形態では圧電体のエッジには絶縁膜を被覆しないため、変位の抑制を防止することができる。これにより、吐出特性の低下を防止することができる。 In the present embodiment, the edge of the piezoelectric body 103 in the longitudinal direction of the individual liquid chamber 110 is not coated with an insulating film, and the insulating film for compliance adjustment is separated from the insulating film covering the outside of the individual liquid chamber 110. ing. When the edge of the piezoelectric body 103 is covered, the displacement is suppressed by the fixed insulating film. However, in the present embodiment, since the edge of the piezoelectric body is not covered with the insulating film, the displacement can be prevented from being suppressed. .. This makes it possible to prevent deterioration of the discharge characteristics.

<その他の実施形態>
上記実施形態では、上部電極104の長手方向の長さを調整することで、上部電極の面積と絶縁膜の面積とが負の相関を有している。本発明においては、短手方向の長さを調整して上部電極及び絶縁膜の面積に負の相関を持たせてもよい。すなわち、上部電極104及び絶縁膜の短手方向の長さが吐出単位間で異なるものが少なくとも1つあり、上部電極の面積と絶縁膜の面積とが負の相関を有する。上部電極の短手方向の長さが短くなった吐出単位では絶縁膜の短手方向の長さが長くなり、上部電極の短手方向の長さが長くなった吐出単位では絶縁膜の短手方向の長さが短くなるという負の相関を有する。本実施形態においても、個別液室の共振周期及び吐出速度のばらつきを抑え、高品質な画像を得ることができる。
<Other Embodiments>
In the above embodiment, the area of the upper electrode and the area of the insulating film have a negative correlation by adjusting the length of the upper electrode 104 in the longitudinal direction. In the present invention, the length in the lateral direction may be adjusted to have a negative correlation with the areas of the upper electrode and the insulating film. That is, at least one of the lengths of the upper electrode 104 and the insulating film in the lateral direction differs between the discharge units, and the area of the upper electrode and the area of the insulating film have a negative correlation. In the discharge unit where the length of the upper electrode in the short direction is short, the length of the insulating film in the short direction is long, and in the discharge unit where the length of the upper electrode is long in the short direction, the short side of the insulating film is used. It has a negative correlation that the length in the direction becomes shorter. Also in this embodiment, it is possible to suppress variations in the resonance period and the discharge speed of the individual liquid chambers and obtain a high-quality image.

<液体吐出ヘッドの製造方法の一実施形態>
次に、上記第1の実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造方法の一例を図17、図18により説明する。図17及び図18は液体吐出ヘッドにおける個別液室の長手方向の断面図である。
<One Embodiment of the manufacturing method of the liquid discharge head>
Next, an example of the method for manufacturing the liquid discharge head according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 17 and 18. 17 and 18 are cross-sectional views of the individual liquid chambers of the liquid discharge head in the longitudinal direction.

[図17(a)、図17(b)]
液室基板100a上における振動板101を設ける以外の箇所に、マスクとしてのシリコン窒化膜をパターニングする。また、ポリシリコンとシリコン熱酸化膜形成手段(例えば、プラズマCVD法、パイロ酸化法等)によりポリシリコンとSiOの多層積層膜である振動板101を液室基板100a上に形成する。
[Fig. 17 (a), Fig. 17 (b)]
A silicon nitride film as a mask is patterned on a portion of the liquid chamber substrate 100a other than the portion where the diaphragm 101 is provided. Further, a vibrator plate 101, which is a multilayer laminated film of polysilicon and SiO 2 , is formed on the liquid chamber substrate 100a by means for forming a polysilicon and silicon thermal oxide film (for example, plasma CVD method, pyrooxidation method, etc.).

[図17(c)]
次に、薄膜形成手段(例えば、ゾルゲル法、スパッタ法等)により、例えばPt、Ti、LaNiO(ニッケル酸ランタン)、SrRuO(ストロンチウムルテニウムオキサイド)からなる下部電極102、例えばPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)からなる圧電体103の層、例えばPt、LaNiO、SrRuOからなる上部電極104の層を順次形成する。
[Fig. 17 (c)]
Next, by a thin film forming means (for example, a sol-gel method, a sputtering method, etc.), a lower electrode 102 composed of, for example, Pt, Ti, LaNiO 3 (lantern nickel acid), SrRuO 3 (strontium ruthenium oxide), for example, PZT (lead zirconate titanate). A layer of the piezoelectric body 103 made of lead acid), for example, a layer of the upper electrode 104 made of Pt, LaNiO 3 , and SrRuO 3 is sequentially formed.

[図17(d)]
次に、フォトリソグラフィ法により上部電極104、圧電体103、下部電極102を順次パターニングし、圧電素子105を形成する。
[Fig. 17 (d)]
Next, the upper electrode 104, the piezoelectric body 103, and the lower electrode 102 are sequentially patterned by a photolithography method to form the piezoelectric element 105.

第1の実施形態では、上部電極104の面積と第一絶縁膜106の面積が負の相関を有し、ノズル間で振動板コンプライアンスが均一となるようにノズルごとの上部電極104の面積を調整している。上部電極104の寸法は、通常の半導体プロセスのエッチング工程で調整することが可能であり、ノズル間で上部電極104の寸法を変更する場合にはマスク図面を変更するだけでよい。そのため、本構成にするための追加コストを抑えることができる。 In the first embodiment, the area of the upper electrode 104 and the area of the first insulating film 106 have a negative correlation, and the area of the upper electrode 104 for each nozzle is adjusted so that the diaphragm compliance is uniform among the nozzles. doing. The dimensions of the upper electrode 104 can be adjusted in the etching process of a normal semiconductor process, and when changing the dimensions of the upper electrode 104 between nozzles, it is only necessary to change the mask drawing. Therefore, the additional cost for adopting this configuration can be suppressed.

[図17(e)]
次に、配線形成のための第一絶縁膜106(例えばSiO)を振動の妨げにならない領域に成膜する。この工程は本実施形態の特徴であり、振動板の弾性コンプライアンスが一定となるように上述のようにノズルごとの被覆面積を決めて成膜される。
[Fig. 17 (e)]
Next, a first insulating film 106 (for example, SiO 2 ) for forming wiring is formed in a region that does not interfere with vibration. This step is a feature of the present embodiment, and the film is formed by determining the covering area for each nozzle as described above so that the elastic compliance of the diaphragm is constant.

第1の実施形態では、第一絶縁膜106の面積が上部電極104の面積と負の相関を有し、ノズル間で振動板コンプライアンスが均一となるようにノズルごとの第一絶縁膜106の面積を調整している。液体吐出ヘッドは基本的に第一絶縁膜106を有しているため、他の製造工程を追加する必要はなく、通常の半導体プロセスのエッチング工程で第一絶縁膜106を作製することができる。このため、本実施形態のように第一絶縁膜106の面積を調整する場合には、マスク図面を変更するだけでよいため、追加コストを抑えることができる。 In the first embodiment, the area of the first insulating film 106 has a negative correlation with the area of the upper electrode 104, and the area of the first insulating film 106 for each nozzle so that the diaphragm compliance is uniform among the nozzles. Is being adjusted. Since the liquid discharge head basically has the first insulating film 106, it is not necessary to add another manufacturing process, and the first insulating film 106 can be manufactured by an etching process of a normal semiconductor process. Therefore, when adjusting the area of the first insulating film 106 as in the present embodiment, it is only necessary to change the mask drawing, so that additional cost can be suppressed.

[図17(f)]
次に、例えばアルミニウムからなる下部電極配線112及び上部電極配線113を所望の箇所に形成する。
[Fig. 17 (f)]
Next, for example, the lower electrode wiring 112 and the upper electrode wiring 113 made of aluminum are formed at desired positions.

[図17(g)]
振動変位の妨げにならないように上部電極104上を避けて圧電素子105の端部と下部電極102に、例えば、SiO又はSiNからなる第二絶縁膜107を形成する。この工程も図17(e)の工程と同様に本実施形態の特徴である。このようにして液室基板100bが得られる。
[Fig. 17 (g)]
A second insulating film 107 made of, for example, SiO 2 or SiN is formed on the end of the piezoelectric element 105 and the lower electrode 102 so as not to interfere with the vibration displacement. This step is also a feature of the present embodiment as in the step of FIG. 17 (e). In this way, the liquid chamber substrate 100b is obtained.

なお、上記第3の実施形態では、第二絶縁膜107の面積が上部電極104の面積と負の相関を有し、ノズル間で振動板コンプライアンスが均一となるようにノズルごとの第二絶縁膜107の面積を調整している。液体吐出ヘッドは基本的に第二絶縁膜107を有しているため、他の製造工程を追加する必要はなく、通常の半導体プロセスのエッチング工程で第二絶縁膜107を作製することができる。このため、第3の実施形態のように第二絶縁膜107の面積を調整する場合には、マスク図面を変更するだけでよく、追加コストを抑えることができる。 In the third embodiment, the area of the second insulating film 107 has a negative correlation with the area of the upper electrode 104, and the second insulating film for each nozzle so that the diaphragm compliance is uniform among the nozzles. The area of 107 is adjusted. Since the liquid discharge head basically has the second insulating film 107, it is not necessary to add another manufacturing process, and the second insulating film 107 can be manufactured by the etching process of a normal semiconductor process. Therefore, when adjusting the area of the second insulating film 107 as in the third embodiment, it is only necessary to change the mask drawing, and the additional cost can be suppressed.

[図18(a)]
別途、次の手順で用いる保持基板200を作製する。シリコン基板にリソエッチ法にて、圧電素子105の駆動領域となる凹部、インク流路201、駆動IC160の配置領域を形成する。
[Fig. 18 (a)]
Separately, the holding substrate 200 used in the following procedure is produced. A recess, an ink flow path 201, and an arrangement region of the drive IC 160, which are drive regions of the piezoelectric element 105, are formed on the silicon substrate by the litho-etch method.

[図18(b)]
保持基板200に接着剤を塗布し、液室基板100bの圧電素子105が形成されている面に接合する。
[Fig. 18 (b)]
An adhesive is applied to the holding substrate 200 and joined to the surface of the liquid chamber substrate 100b on which the piezoelectric element 105 is formed.

[図18(c)]
液室基板100bの圧電素子105が形成されている面とは反対側の面を所望の厚さまで研磨する。
[Fig. 18 (c)]
The surface of the liquid chamber substrate 100b opposite to the surface on which the piezoelectric element 105 is formed is polished to a desired thickness.

[図18(d)]
液室基板100bの圧電素子105が形成されている面とは反対側の面をICPドライエッチングによりエッチングし、個別液室110、流体抵抗部111、インク流路201を形成する。
[Fig. 18 (d)]
The surface of the liquid chamber substrate 100b opposite to the surface on which the piezoelectric element 105 is formed is etched by ICP dry etching to form the individual liquid chamber 110, the fluid resistance portion 111, and the ink flow path 201.

[図18(e)]
液室基板100bの振動板101に、ICPドライエッチングにより振動板フィルタ115を形成する。
[Fig. 18 (e)]
A diaphragm filter 115 is formed on the diaphragm 101 of the liquid chamber substrate 100b by ICP dry etching.

[図18(f)]
液室基板100bにおける保持基板200との接合面側に設けた電極パッド133に別途製作した駆動IC160をフリップチップ接合により実装し、封止材161を流し込み絶縁する。
また、ダイシングにより、液室基板100をウエハ形状から所望の個片化した形状にする。
[Fig. 18 (f)]
A separately manufactured drive IC 160 is mounted on the electrode pad 133 provided on the joint surface side with the holding substrate 200 in the liquid chamber substrate 100b by flip-chip bonding, and the sealing material 161 is poured into the liquid chamber substrate 100b for insulation.
Further, by dicing, the liquid chamber substrate 100 is changed from the wafer shape to a desired individualized shape.

[図18(g)]
別途SUSのプレス加工、研磨によるノズル301を形成したノズル基板300を接合する。
[Fig. 18 (g)]
Separately, the nozzle substrate 300 on which the nozzle 301 is formed by press working and polishing of SUS is joined.

以上説明した工程により、本実施形態の液体吐出ヘッドを作製することができる。 The liquid discharge head of the present embodiment can be manufactured by the steps described above.

(液体吐出ユニット、液体を吐出する装置)
次に、本発明に係る液体を吐出する装置の一例について図19及び図20を参照して説明する。図19は同装置の要部平面説明図、図20は同装置の要部側面説明図である。
(Liquid discharge unit, device that discharges liquid)
Next, an example of the device for discharging the liquid according to the present invention will be described with reference to FIGS. 19 and 20. FIG. 19 is an explanatory plan view of a main part of the device, and FIG. 20 is an explanatory side view of the main part of the device.

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 is reciprocated 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 over the left and right side plates 491A and 491B to movably hold the carriage 403. Then, the carriage 403 is reciprocated in the main scanning direction by the main scanning motor 405 via the timing belt 408 bridged between the drive pulley 406 and the driven pulley 407.

このキャリッジ403には、本発明に係る液体吐出ヘッド404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404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。また、液体吐出ヘッド404は、複数のノズル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。 The carriage 403 is equipped with a liquid discharge unit 440 in which the liquid discharge head 404 and the head tank 441 according to the present invention are integrated. The liquid discharge head 404 of the liquid discharge unit 440 discharges liquids of, for example, yellow (Y), cyan (C), magenta (M), and black (K). Further, the liquid discharge head 404 is mounted by arranging a nozzle array composed of a plurality of nozzles in the sub-scanning direction orthogonal to the main scanning direction and directing the discharge direction downward.

液体吐出ヘッド404の外部に貯留されている液体を液体吐出ヘッド404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 404 to the liquid discharge head 404.

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 portion for mounting the liquid cartridge 450, a tube 456, a liquid feeding unit 452 including a liquid feeding pump, and the like. The liquid cartridge 450 is detachably attached to the cartridge holder 451. Liquid is sent from the liquid cartridge 450 to the head tank 441 by the liquid feeding 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 device includes a transport mechanism 495 for transporting the paper 410. The transport mechanism 495 includes a transport belt 412, which is a 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404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、あるいは、エアー吸引など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 404. The transport belt 412 is an endless belt, and is hung between the transport roller 413 and the tension roller 414. Adsorption can be performed by electrostatic adsorption, air suction, or the like.

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。 Then, the transport belt 412 orbits in the sub-scanning direction by rotationally driving the transport roller 413 via the timing belt 417 and the timing pulley 418 by the sub-scanning motor 416.

さらに、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404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 / recovering the liquid discharge head 404 is arranged 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404のノズル面(ノズルが形成された面)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などで構成されている。 The maintenance / recovery mechanism 420 is composed of, for example, a cap member 421 that caps the nozzle surface (the surface on which the nozzle is formed) of the liquid discharge head 404, a wiper member 422 that wipes the nozzle surface, and the like.

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 / recovery mechanism 420, and the transport mechanism 495 are attached to a housing including the side plates 491A and 491B and the 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 device configured in this way, the paper 410 is fed onto the transport belt 412 and sucked, 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404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 404 in response to the image signal while moving the carriage 403 in the main scanning direction, the liquid is discharged to the stopped paper 410 to form an image.

このように、この装置では、本発明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 this device includes the liquid discharge head according to the present invention, it is possible to stably form a high-quality image.

次に、本発明に係る液体吐出ユニットの他の例について図21を参照して説明する。図21は同ユニットの要部平面説明図である。 Next, another example of the liquid discharge unit according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 21 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404で構成されている。 This liquid discharge unit includes a housing portion composed of side plates 491A, 491B and a back plate 491C, a main scanning movement mechanism 493, a carriage 403, and a liquid among the members constituting the device for discharging the liquid. It is composed of a discharge head 404.

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の少なくともいず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。 A liquid discharge unit may be configured in which at least one of the above-mentioned maintenance / recovery mechanism 420 and the supply mechanism 494 is further attached to, for example, the side plate 491B of the liquid discharge unit.

次に、本発明に係る液体吐出ユニットの更に他の例について図22を参照して説明する。図22は同ユニットの正面説明図である。 Next, still another example of the liquid discharge unit according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 22 is a front explanatory 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404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 a liquid discharge head 404 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。また、流路部品444の上部には液体吐出ヘッド404と電気的接続を行うコネクタ443が設けられている。 The flow path component 444 is arranged inside the cover 442. A head tank 441 may be included instead of the flow path component 444. Further, a connector 443 that electrically connects to the liquid discharge head 404 is provided on the upper part of 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, the "device for discharging a liquid" is a device provided with a liquid discharge head or a liquid discharge unit and driving the liquid discharge head to discharge the liquid. The device for discharging the liquid includes not only a device capable of discharging the liquid to a device to which the liquid can adhere, but also a device for discharging the liquid toward the air or 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、後処理装置なども含むことができる。 The "device for discharging the liquid" can also include means for feeding, transporting, and discharging paper to which the liquid can adhere, as well as a pretreatment device, a posttreatment device, and the like.

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 that ejects a liquid", an image forming apparatus that ejects ink to form an image on paper, and a three-dimensional object (three-dimensional object) are formed in layers in order to form a three-dimensional object. There is a three-dimensional modeling device (three-dimensional modeling device) that discharges the modeling liquid into the powder layer.

また、「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。 Further, the "device for discharging a liquid" is not limited to a device in which a significant image such as characters and figures is visualized by the discharged liquid. For example, those that form patterns that have no meaning in themselves and those that form a three-dimensional image are also included.

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などを意味する。具体例としては、用紙、記録紙、記録用紙、フィルム、布などの被記録媒体、電子基板、圧電素子などの電子部品、粉体層(粉末層)、臓器モデル、検査用セルなどの媒体であり、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。 The above-mentioned "material to which a liquid can adhere" means a material to which a liquid can adhere at least temporarily, such as one that adheres and adheres, and one that adheres and permeates. Specific examples include paper, recording paper, recording paper, film, recording media such as cloth, electronic substrates, electronic components such as piezoelectric elements, powder layers (powder layers), organ models, and media such as inspection cells. Yes, including anything to which the liquid adheres, unless otherwise specified.

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、壁紙や床材などの建材、衣料用のテキスタイルなど液体が一時的でも付着可能であればよい。 The above "materials to which liquid can adhere" are temporary liquids such as paper, threads, fibers, fabrics, leather, metals, plastics, glass, wood, ceramics, building materials such as wallpaper and flooring, and textiles for clothing. However, it is sufficient if it can be attached.

また、「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なども含まれる。 The "liquid" also includes inks, treatment liquids, DNA samples, resists, pattern materials, binders, modeling liquids, or solutions and dispersions containing amino acids, proteins, and calcium.

また、「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などが含まれる。 Further, the "device for discharging the liquid" includes, but is not limited to, a device in which the liquid discharge head and the device to which the liquid can adhere move relatively. Specific examples include a serial type device that moves the liquid discharge head, a line type device that does not move the liquid discharge head, and the like.

また、「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など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などがある。 In addition, as a "device for ejecting liquid", a treatment liquid coating device for ejecting a treatment liquid to the paper in order to apply the treatment liquid to the surface of the paper for the purpose of modifying the surface of the paper, raw materials. There is an injection granulator that granulates fine particles of raw materials by injecting a composition liquid in which the above-mentioned material 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などが含まれる。 The "liquid discharge unit" is a liquid discharge head integrated with functional parts and a mechanism, and is an assembly of parts related to liquid discharge. For example, the "liquid discharge unit" includes a combination of at least one of a head tank, a carriage, a supply mechanism, a maintenance / recovery mechanism, and a main scanning movement mechanism with a liquid discharge 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、係合など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。また、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, "integration" means, for example, a liquid discharge head and a functional component, a mechanism in which the mechanism is fixed to each other by fastening, adhesion, engagement, etc., or one in which one is movably held with respect to the other. include. Further, the liquid discharge head, the functional parts, and the mechanism may be detachably attached to each other.

例えば、液体吐出ユニットとして、図20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。また、チューブなど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 head and a head tank integrated, such as the liquid discharge unit 440 shown in FIG. Further, there is a case in which the liquid discharge head and the head tank are integrated by being connected to each other by a tube or the like. Here, a unit including a filter can be added between the head tank of these liquid discharge units and the liquid discharge head.

また、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。 Further, as a liquid discharge unit, there is a liquid discharge head and a carriage integrated.

また、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。また、図21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 the liquid discharge head and the scanning movement mechanism are integrated by holding the liquid discharge head movably by a guide member forming a part of the scanning movement mechanism. Further, as shown in FIG. 21, there is a liquid discharge unit in which a liquid discharge head, a carriage, and a main scanning movement mechanism are integrated.

また、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 carriage to which a liquid discharge head is attached, in which a cap member which is a part of the maintenance / recovery mechanism is fixed, and the liquid discharge head, the carriage, and the maintenance / recovery mechanism are integrated. ..

また、液体吐出ユニットとして、図22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 a liquid discharge unit, as shown in FIG. 22, a tube is connected to a liquid discharge head to which a head tank or a flow path component is attached, and the 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。また、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 shall also include a single guide member. Further, the supply mechanism includes a single tube and a single loading unit.

また、「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、発熱抵抗体など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などを使用するものでもよい。 Further, the pressure generating means used for the "liquid discharge head" is not limited. For example, in addition to the piezoelectric actuator (which may use a laminated piezoelectric element) as described in the above embodiment, it is composed of a thermal actuator using an electric heat conversion element such as a heat generating resistor, a vibrating plate, and a counter electrode. An electrostatic actuator or the like may be used.

また、本願の用語における、画像形成、記録、印字、印写、印刷、造形等はいずれも同義語とする。 In addition, image formation, recording, printing, printing, printing, modeling, etc. in the terms of the present application are all synonymous.

100 液室基板
101 振動板
102 下部電極
103 圧電体
104 上部電極
105 圧電素子
106 第一絶縁膜
107 第二絶縁膜
108 保持基板隔壁
109 液室隔壁
110 個別液室
111 流体抵抗部
112 下部電極配線
113 上部電極配線
120 共通液室
122 下部電極コンタクトホール
123 上部電極コンタクトホール
130 絶縁膜
133 電極パッド
138 絶縁膜非形成部
148 空隙
160 駆動IC
161 封止材
170 アクチュエータウエハ
200 保持基板
201 インク流路
300 ノズル基板
301 ノズル
401 ガイド部材
403 キャリッジ
404 液体吐出ヘッド
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
100 Liquid chamber substrate 101 Vibrating plate 102 Lower electrode 103 piezoelectric body 104 Upper electrode 105 piezoelectric element 106 First insulating film 107 Second insulating film 108 Holding substrate partition 109 Liquid chamber partition 110 Individual liquid chamber 111 Fluid resistance part 112 Lower electrode wiring 113 Upper electrode wiring 120 Common liquid chamber 122 Lower electrode contact hole 123 Upper electrode contact hole 130 Insulating film 133 Electrode pad 138 Insulating film non-forming part 148 Void 160 Drive IC
161 Encapsulant 170 Actuator Wafer 200 Holding board 201 Ink flow path 300 Nozzle board 301 Nozzle 401 Guide member 403 Carriage 404 Liquid discharge head 405 Main scanning motor 406 Drive pulley 407 Driven pulley 408 Timing belt 410 Paper 412 Conveyance belt 413 Conveyor roller 414 Tension roller 416 Sub-scanning motor 417 Timing belt 418 Timing pulley 420 Maintenance / recovery mechanism 421 Cap member 422 Wiper member 440 Liquid discharge unit 441 Head tank 442 Cover 443 Connector 444 Flow path parts 450 Liquid cartridge 451 Cartridge holder 452 Liquid transfer unit 451 A , 491B Side plate 491C Back plate 493 Main scanning movement mechanism 494 Supply mechanism 495 Transport mechanism

特開2006−224609号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-224609 特許第5194309号公報Japanese Patent No. 5194309 特開2008−221766号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-221766

Claims (15)

複数のノズルが設けられたノズル基板と、
前記ノズルに各々連通し、前記ノズル基板の面方向に長手と短手を有する個別液室と、
前記個別液室の少なくとも一部を形成する振動板と、
前記振動板上に形成された下部電極、前記下部電極上に形成された圧電体及び前記圧電体上に形成された上部電極を有する圧電素子と、
前記振動板上に形成された絶縁膜と、を有し、
前記個別液室、前記圧電体及び前記上部電極を吐出単位とすると、該吐出単位は前記個別液室の短手方向に配列し、
前記ノズル基板の面と垂直な方向から見たときに、前記個別液室と重なる部分における前記上部電極の面積と前記絶縁膜の面積が、前記吐出単位間で異なるものが少なくとも1つ存在するとともに、前記吐出単位間で負の相関を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
A nozzle board with multiple nozzles and
An individual liquid chamber that communicates with the nozzle and has a length and a short side in the surface direction of the nozzle substrate.
A diaphragm forming at least a part of the individual liquid chamber and
A lower electrode formed on the diaphragm, a piezoelectric element formed on the lower electrode, and a piezoelectric element having an upper electrode formed on the piezoelectric body.
It has an insulating film formed on the diaphragm and
Assuming that the individual liquid chamber, the piezoelectric body, and the upper electrode are discharge units, the discharge units are arranged in the lateral direction of the individual liquid chamber.
When viewed from a direction perpendicular to the surface of the nozzle substrate, there is at least one in which the area of the upper electrode and the area of the insulating film in the portion overlapping the individual liquid chambers differ between the discharge units. , A liquid discharge head characterized by having a negative correlation between the discharge units.
前記吐出単位間で前記振動板のコンプライアンスが揃うように前記吐出単位間で負の相関を有することを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッド。 The liquid discharge head according to claim 1, wherein the liquid discharge head has a negative correlation between the discharge units so that the compliance of the diaphragm is aligned between the discharge units. 隣接する複数の前記吐出単位を吐出単位群とすると、前記ノズル基板の面と垂直な方向から見たときに、前記個別液室と重なる部分における前記上部電極の面積と前記絶縁膜の面積が、それぞれ前記吐出単位群内で同じであり、かつ、前記吐出単位群間で異なるものが少なくとも1つ存在するとともに、前記吐出単位群間で負の相関を有す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。 When a plurality of adjacent discharge units are designated as a discharge unit group, the area of the upper electrode and the area of the insulating film in the portion overlapping the individual liquid chambers when viewed from a direction perpendicular to the surface of the nozzle substrate Claim 1 or 2 is characterized in that each of them is the same in the discharge unit group, there is at least one different among the discharge unit groups, and there is a negative correlation between the discharge unit groups. The liquid discharge head described in. 前記ノズル基板の面と垂直な方向から見たときに、前記個別液室の短手方向端部における前記上部電極の面積が最も小さいことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。 The invention according to any one of claims 1 to 3, wherein the area of the upper electrode at the lateral end of the individual liquid chamber is the smallest when viewed from a direction perpendicular to the surface of the nozzle substrate. Liquid discharge head. 前記圧電素子と導通する配線層と、
前記配線層と前記圧電素子との間に形成される第一絶縁膜と、を有し、
前記上部電極の面積と負の相関を有する絶縁膜は前記第一絶縁膜であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
A wiring layer that conducts with the piezoelectric element,
It has a first insulating film formed between the wiring layer and the piezoelectric element.
The liquid discharge head according to any one of claims 1 to 4, wherein the insulating film having a negative correlation with the area of the upper electrode is the first insulating film.
前記圧電素子と導通する配線層と、
前記配線層上に形成される第二絶縁膜と、を有し、
前記上部電極の面積と負の相関を有する絶縁膜は前記第二絶縁膜であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
A wiring layer that conducts with the piezoelectric element,
It has a second insulating film formed on the wiring layer, and has.
The liquid discharge head according to any one of claims 1 to 4, wherein the insulating film having a negative correlation with the area of the upper electrode is the second insulating film.
前記圧電素子と導通する配線層と、
前記配線層と前記圧電素子との間に形成される第一絶縁膜と、
前記配線層上に形成される第二絶縁膜と、を有し、
前記上部電極の面積と負の相関を有する絶縁膜は、前記第一絶縁膜及び前記第二絶縁膜であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
A wiring layer that conducts with the piezoelectric element,
A first insulating film formed between the wiring layer and the piezoelectric element,
It has a second insulating film formed on the wiring layer, and has.
The liquid discharge head according to any one of claims 1 to 4, wherein the insulating film having a negative correlation with the area of the upper electrode is the first insulating film and the second insulating film.
前記上部電極は、前記個別液室の長手方向の長さが前記吐出単位間で異なることにより、前記絶縁膜の面積と負の相関を有することを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。 The upper electrode according to any one of claims 1 to 7, wherein the upper electrode has a negative correlation with the area of the insulating film because the length of the individual liquid chamber in the longitudinal direction differs between the discharge units. The liquid discharge head described. 前記絶縁膜は、前記個別液室の長手方向の長さが前記吐出単位間で異なることにより、前記上部電極の面積と負の相関を有することを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。 The insulating film has a negative correlation with the area of the upper electrode because the length of the individual liquid chambers in the longitudinal direction differs between the discharge units, according to any one of claims 1 to 8. The liquid discharge head described. 前記絶縁膜は、空隙を有することにより、前記上部電極の面積と負の相関を有することを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。 The liquid discharge head according to any one of claims 1 to 9, wherein the insulating film has a negative correlation with the area of the upper electrode by having a gap. 前記上部電極は、前記個別液室の長手方向の一方側において、長さが前記吐出単位間で異なることにより、前記絶縁膜の面積と負の相関を有することを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。 Claims 1 to 10 are characterized in that the upper electrode has a negative correlation with the area of the insulating film because the length differs between the discharge units on one side in the longitudinal direction of the individual liquid chamber. The liquid discharge head according to any one of. 前記絶縁膜が前記圧電体上に形成されている前記吐出単位が少なくとも1つ存在し、該吐出単位において、前記個別液室の長手方向における前記圧電体の端部には前記絶縁膜が形成されていないことを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。 There is at least one discharge unit in which the insulating film is formed on the piezoelectric body, and in the discharge unit, the insulating film is formed at the end of the piezoelectric body in the longitudinal direction of the individual liquid chamber. The liquid discharge head according to any one of claims 1 to 11, wherein the liquid discharge head is not provided. 請求項1〜12のいずれか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 comprising the liquid discharge head according to any one of claims 1 to 12. 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いず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13に記載の液体吐出ユニット。 A head tank that stores the liquid to be supplied to the liquid discharge head, a carriage on which the liquid discharge head is mounted, a supply mechanism that supplies the liquid to the liquid discharge head, a maintenance / recovery mechanism that maintains and recovers the liquid discharge head, and the liquid. The liquid discharge unit according to claim 13, wherein at least one of the main scanning moving mechanisms for moving the discharge head in the main scanning direction is integrated with the liquid discharge head. 請求項1〜12のいずれかに記載の液体吐出ヘッド、又は、請求項13若しくは14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。 A device for discharging a liquid, which comprises the liquid discharge head according to any one of claims 1 to 12 or the liquid discharge unit according to claim 13 or 14.
JP2018039750A 2018-03-06 2018-03-06 Liquid discharge head, liquid discharge unit and device that discharges liquid Active JP6930461B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018039750A JP6930461B2 (en) 2018-03-06 2018-03-06 Liquid discharge head, liquid discharge unit and device that discharges liquid

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018039750A JP6930461B2 (en) 2018-03-06 2018-03-06 Liquid discharge head, liquid discharge unit and device that discharges liquid

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019151074A JP2019151074A (en) 2019-09-12
JP6930461B2 true JP6930461B2 (en) 2021-09-01

Family

ID=67947820

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018039750A Active JP6930461B2 (en) 2018-03-06 2018-03-06 Liquid discharge head, liquid discharge unit and device that discharges liquid

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6930461B2 (en)

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002001945A (en) * 2000-06-20 2002-01-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd Ink jet head and ink jet printing device
JP3885808B2 (en) * 2003-06-30 2007-02-28 ブラザー工業株式会社 Inkjet head
JP5101966B2 (en) * 2006-09-29 2012-12-19 富士フイルム株式会社 Liquid discharge head and manufacturing method thereof
US8006356B2 (en) * 2006-12-07 2011-08-30 Xerox Corporation Method of forming an array of drop generators
JP2010082939A (en) * 2008-09-30 2010-04-15 Fujifilm Corp Method for manufacturing liquid jet head
JP2014193549A (en) * 2013-03-28 2014-10-09 Seiko Epson Corp Channel unit, liquid jet head and liquid jet apparatus
JP6620542B2 (en) * 2015-03-11 2019-12-18 株式会社リコー Liquid discharge head, liquid discharge unit, and apparatus for discharging liquid
JP2017100413A (en) * 2015-12-04 2017-06-08 株式会社リコー Discharge drive device, liquid discharge head, liquid discharge unit, and liquid discharge device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019151074A (en) 2019-09-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6497474B2 (en) Electrostatic actuator, method of producing electrostatic actuator, micropump, recording head, ink jet recording apparatus, ink cartridge, and method of producing recording head
JP7059611B2 (en) Liquid discharge head, liquid discharge unit and device for discharging liquid
US9707756B2 (en) Inkjet head and inkjet recording apparatus
JP2016168832A (en) Liquid discharge head, liquid discharge unit, and liquid discharge device
JP6025052B2 (en) Droplet discharge head and image forming apparatus
JP5929264B2 (en) Droplet discharge head, ink cartridge, and image forming apparatus
JP2017213713A (en) Liquid discharge head, manufacturing method of the liquid discharge head, liquid discharge unit, and liquid discharge device
JP2015016648A (en) Droplet ejection head, and image forming apparatus
JP6930461B2 (en) Liquid discharge head, liquid discharge unit and device that discharges liquid
JP2011189641A (en) Liquid discharge head and image forming apparatus
JP6238132B2 (en) Droplet discharge head and image forming apparatus
JP6124108B2 (en) Droplet discharge head and image forming apparatus
JP5728934B2 (en) Head recovery device and image forming apparatus
JP2015058583A (en) Droplet discharge head and image formation device
JP6164517B2 (en) Droplet discharge head, droplet discharge apparatus, and image forming apparatus
US12076992B2 (en) Liquid discharge head, liquid discharge device, and liquid discharge apparatus
CN114193928B (en) Liquid ejecting head, liquid ejecting unit, and apparatus for ejecting liquid
JP5896275B2 (en) Droplet discharge head and image forming apparatus
JP7010062B2 (en) Liquid discharge head, liquid discharge unit and device for discharging liquid
JP6954174B2 (en) Liquid discharge head, liquid discharge unit and device that discharges liquid
JP2021115853A (en) Liquid discharge head, liquid discharge device, manufacturing method for liquid discharge head
JP6164516B2 (en) Droplet discharge head, droplet discharge apparatus, and image forming apparatus
JP6701784B2 (en) Liquid ejection head, liquid ejection unit, and device for ejecting liquid
JP2021112907A (en) Method for manufacturing liquid discharge head and method for manufacturing liquid discharge device
JP6241713B2 (en) Droplet discharge head and image forming apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20201118

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210713

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210726

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6930461

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151