JP6975394B2 - Electromechanical conversion member, liquid discharge head, liquid discharge unit, and device that discharges liquid - Google Patents
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Description
本発明は、電気機械変換部材、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ものである。 The present invention relates to an electromechanical conversion member, a liquid discharge head, a liquid discharge unit, and a device for discharging a liquid.
この種の電気機械変換部材としては、基板上に設けられた複数の電気機械変換素子と対向する部分に凹部を備えた接着対象部材の該凹部の脚部のうち、少なくとも電気機械変換素子間に位置する脚部を、該基板上に接着剤で接着することにより、該接着対象部材が該基板上に接着されるものが知られている。 The electromechanical conversion member of this type includes at least between the electromechanical conversion elements among the legs of the recesses of the adhesive target member having recesses in the portions facing the plurality of electromechanical conversion elements provided on the substrate. It is known that the member to be bonded is adhered to the substrate by adhering the positioned leg portion to the substrate with an adhesive.
例えば、特許文献1には、インクジェット記録装置の液体吐出ヘッドの加圧液室を加圧するために、加圧液室の側面の一部を構成する振動板上に圧電素子が形成された圧電素子基板を用いる液体吐出ヘッドが開示されている。この液体吐出ヘッドは、圧電素子基板上の各圧電素子(電気機械変換素子)と対向する部分に凹部を備えた補強用の基板(接着対象部材)の凹部の脚部が、圧電素子基板上に接着剤で接着されている。 For example, Patent Document 1 describes a piezoelectric element in which a piezoelectric element is formed on a vibrating plate forming a part of a side surface of the pressurized liquid chamber in order to pressurize the pressurized liquid chamber of the liquid discharge head of an inkjet recording device. A liquid discharge head using a substrate is disclosed. In this liquid discharge head, the leg portion of the recess of the reinforcing substrate (adhesion target member) having the recess in the portion facing each piezoelectric element (electromechanical conversion element) on the piezoelectric element substrate is placed on the piezoelectric element substrate. It is glued with an adhesive.
一般に、複数の電気機械変換素子が設けられた基板上に補強用の基板などの接着対象部材が接着される電気機械変換部材においては、電気機械変換素子と対向する凹部の脚部と基板との間が適量の接着剤でムラ無く接着されていることが重要である。そのため、接着対象部材の脚部と基板との間の接着状態(接着剤のはみ出しの有無、接着剤不足箇所の有無など)を確認することが求められる。しかしながら、接着対象部材の凹部の脚部のうち、電気機械変換素子間に位置する脚部と基板との接着箇所については、接着対象部材によって外部から視認することができないため、当該接着箇所における接着状態の確認精度が悪いという課題があった。 Generally, in an electromechanical conversion member in which a member to be bonded such as a reinforcing substrate is bonded onto a substrate provided with a plurality of electromechanical conversion elements, the leg portion of the recess facing the electromechanical conversion element and the substrate are used. It is important that the spaces are evenly bonded with an appropriate amount of adhesive. Therefore, it is required to confirm the adhesive state between the leg portion of the member to be adhered and the substrate (whether or not the adhesive is squeezed out, whether or not there is an adhesive deficiency, etc.). However, among the legs of the recesses of the member to be bonded, the bonding points between the legs located between the electromechanical conversion elements and the substrate cannot be visually recognized from the outside by the member to be bonded. There was a problem that the accuracy of checking the state was poor.
上述した課題を解決するため、本発明は、基板上に設けられた複数の電気機械変換素子と対向する部分に凹部を備えた接着対象部材の該凹部の脚部のうち、少なくとも電気機械変換素子間に位置する脚部を、該基板上に接着剤で接着することにより、該接着対象部材が該基板上に接着される電気機械変換部材において、前記接着対象部材には、前記凹部の脚部とは別に、前記基板上に接着剤によって接着される接着状態確認用脚部を有し、前記接着状態確認用脚部は、前記接着対象部材における前記複数の電気機械変換素子の配列方向の両端外方に設けられる貫通孔の内部を仕切る隔壁であることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention presents at least the electromechanical conversion element among the legs of the recess of the adhesive target member having the recess in the portion facing the plurality of electromechanical conversion elements provided on the substrate. In an electromechanical conversion member in which a member to be bonded is adhered onto the substrate by adhering a leg portion located between them to the substrate with an adhesive, the leg portion of the recess is attached to the member to be bonded. Separately, the substrate has an adhesive state-confirming leg portion to be adhered by an adhesive, and the adhesive state-confirming leg portion has both ends in the arrangement direction of the plurality of electromechanical conversion elements in the adhesive target member. characterized in that it is a partition wall which partitions the interior of the provided that the through-hole outward.
本発明によれば、電気機械変換素子間に位置する接着対象部材の凹部の脚部と基板との接着箇所についての接着状態の確認精度を向上させ、接着対象部材が基板に適切に接着された信頼性の高い電気機械変換部材を実現できるという優れた効果が奏される。 According to the present invention, the accuracy of confirming the bonding state of the bonding portion between the leg portion of the recess of the bonding target member located between the electromechanical conversion elements and the substrate is improved, and the bonding target member is appropriately bonded to the substrate. The excellent effect of being able to realize a highly reliable electromechanical conversion member is achieved.
以下、本発明に係る電気機械変換部材を、液体を吐出する装置である画像形成装置としてのインクジェット記録装置の液体吐出ヘッドに適用した一実施形態について説明する。 Hereinafter, an embodiment in which the electromechanical conversion member according to the present invention is applied to a liquid discharge head of an inkjet recording device as an image forming device which is a device for discharging liquid will be described.
まず、液体吐出ヘッドの構成について説明する。
図1は、本実施形態の液体吐出ヘッドの内部構成を示す部分破断した斜視図である。
図2は、液体吐出ヘッドを構成するアクチュエータ基板の上面図である。
図3は、図2中A−A’における液体吐出ヘッドの断面図である。
図4は、図2中C−C’における液体吐出ヘッドの断面図である。
なお、図2では、説明のため、アクチュエータ基板上に接着される接着対象部材である保持基板200が取り除かれた状態になっている。
First, the configuration of the liquid discharge head will be described.
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing the internal configuration of the liquid discharge head of the present embodiment.
FIG. 2 is a top view of an actuator board constituting the liquid discharge head.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the liquid discharge head in AA'in FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view of the liquid discharge head in CC'in FIG.
In FIG. 2, for the sake of explanation, the
本実施形態の液体吐出ヘッドは、主に、アクチュエータ基板100と、保持基板200と、ノズル基板300とから構成されている。アクチュエータ基板100は、変位板としての振動板102の素子取付面(図中上面)上に、液体吐出エネルギーを発生させる電気機械変換素子としての圧電素子101を備えている。本実施形態における圧電素子101は、図3に示すように、下部電極である共通電極層101−1と上部電極である個別電極層101−2との間に圧電体層101−3が挟まれた構成となっている。ただし、図5に示すように、下部電極を個別電極層101−2とし、上部電極を共通電極層101−1とした圧電素子であってもよい。
The liquid discharge head of the present embodiment is mainly composed of an
また、アクチュエータ基板100は、振動板102の素子取付面とは反対側の面(図中下面)に隔壁部103を備えている。振動板102と隔壁部103とノズル基板300によって囲まれる空間が加圧液室104となる。また、アクチュエータ基板100により、流体抵抗部105及び共通液室106も形成される。
Further, the
保持基板200は、インクカートリッジからのインクを供給するインク供給口を備えており、アクチュエータ基板100に接着されることにより、共通インク流路202と、アクチュエータ基板100の振動板102が撓んで変位できる空間を形成する凹部203とを形成する。保持基板200は、シリコンエッチング、プラスチック成型品等により形成できる。
The
ノズル基板300は、個々の加圧液室104に対応した位置にノズル孔301が形成されている。ノズル基板300は、例えばSUSからなる板に対して、パンチ加工、エッチング、シリコンエッチング、ニッケル電気鋳造、樹脂レーザー加工などを施すことにより形成されたものを用いることができる。
In the
本実施形態の液体吐出ヘッドは、各加圧液室104内にインクを満たした状態で、制御部(不図示)の制御の下、駆動IC120から駆動電圧信号を各個別電極層101−2に印加する。この駆動電圧信号としては、発振回路により生成した20[V]のパルス電圧を用いることができる。このような電圧パルスを印加することにより、圧電体層101−3は、圧電効果により圧電体層101−3そのものが振動板102と平行方向に縮む。これにより、振動板102が加圧液室104側へ凸になるように撓む結果、加圧液室104内の圧力が急激に上昇し、加圧液室104に連通するノズル孔301からインクが吐出される。
In the liquid discharge head of the present embodiment, each pressurized
パルス電圧が印加された後は、縮んだ圧電体層101−3が元に戻り、これに伴って撓んだ振動板102も元の位置に戻る。このため、加圧液室104内が共通液室106内に比べて負圧となり、インクカートリッジからインク供給口を介して供給されているインクが共通インク流路202、共通液室106から流体抵抗部105を介して加圧液室104へ供給される。これを繰り返すことにより、インクの液滴を連続的に吐出でき、液体吐出ヘッドに対向して配置される記録材に画像を形成する。
After the pulse voltage is applied, the shrunken piezoelectric layer 101-3 returns to its original position, and the vibrating
次に、本実施形態における液体吐出ヘッドの製造方法について説明する。
図6〜図8は、本実施形態の液体吐出ヘッドの製造工程を説明するため、ノズル孔の並び方向に対して直交する断面を示す断面図である。
Next, a method of manufacturing the liquid discharge head according to the present embodiment will be described.
6 to 8 are cross-sectional views showing a cross section orthogonal to the arrangement direction of the nozzle holes in order to explain the manufacturing process of the liquid discharge head of the present embodiment.
アクチュエータ基板100の基材としては、シリコン単結晶基板を用いることが好ましく、通常100〜600μmの厚みを持つことが好ましい。面方位としては、(100)、(110)、(111)と3種類あるが、半導体産業では一般的に(100)、(111)が広く使用されており、本実施形態では、主に(100)の面方位を持つ単結晶基板を使用する。また、加圧液室104を作製する段階では、エッチングを利用してシリコン単結晶基板を加工していくが、この場合のエッチング方法としては、異方性エッチングを用いることが一般的である。異方性エッチングとは、結晶構造の面方位に対してエッチング速度が異なる性質を利用したものである。例えば、KOH等のアルカリ溶液に浸漬させる異方性エッチングでは、(100)面に比べて(111)面は約1/400程度のエッチング速度となる。従って、面方位(100)では約54°の傾斜を持つ構造体が作製できるのに対して、面方位(110)では深い溝をほることができ、より剛性を保ちつつ、配列密度を高くすることができる。そのため、(110)の面方位を持った単結晶基板を使用することも可能である。ただし、この場合、マスク材であるSiO2もエッチングされてしまうので、この点の留意が必要である。
As the substrate of the
はじめに、図6(a)に示すように、このシリコン単結晶基板上に振動板102となる膜を成膜する。振動板102は、圧電素子101によって発生した力を受けて変形を繰り返すため、これに耐えうる十分な強度を有したものであることが好ましい。材料としては、Si、SiO2、Si3N4をCVD法により作製したものが挙げられる。また、振動板102は、これに接合される個別電極層101−2や圧電体層101−3の線膨張係数に近い材料を選択することが好ましい。特に、本実施形態では、圧電体層101−3としてPZTが使用されることから、その線膨張係数である8×10-6[1/K]に近い線膨張係数として、5×10-6[1/K]〜10×10-6[1/K]の線膨張係数を有した材料が好ましく、さらには7×10-6[1/K]〜9×10-6[1/K]の線膨張係数を有した材料がより好ましい。具体的な材料としては、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化オスミウム、酸化レニウム、酸化ロジウム、酸化パラジウム及びそれらの化合物等であり、これらをスパッタ法もしくは、Sol−gel法を用いてスピンコーターにて作製することができる。膜厚としては、0.1〜10μmが好ましく、0.5〜3μmがさらに好ましい。この範囲より小さいと、加圧液室104の加工が難しくなり、この範囲より大きいと振動板102が変形変位しにくくなり、インク滴の吐出が不安定になりやすい。
First, as shown in FIG. 6A, a film to be a
次に、このようにして成膜した振動板102上には、共通電極層101−1が成膜される。共通電極層101−1は、金属膜単層もしくは金属膜と酸化物膜とからなる複数層であることが好ましく、いずれの場合でも、振動板102と金属膜との間に密着層を入れて剥がれ等を抑制することが好ましい。
Next, the common electrode layer 101-1 is formed on the
密着層としては、Tiをスパッタ成膜後、RTA(rapid thermal annealing)装置を用いて、650〜800℃、1〜30分、O2雰囲気でチタン膜を熱酸化し、チタン膜を酸化チタン膜にする。酸化チタン膜を作成するには反応性スパッタでもよいが、チタン膜の高温による熱酸化法が望ましい。反応性スパッタによる作製では、シリコン基板を高温で加熱する必要があるため、特別なスパッタチャンバ構成を必要とする。さらに、一般の炉による酸化よりも、RTA装置による酸化の方がチタン酸化膜の結晶性が良好になる。なぜなら、通常の加熱炉による酸化によれば、酸化しやすいチタン膜は、低温においてはいくつもの結晶構造を作るため、一旦、それを壊す必要が生じるためである。したがって、昇温速度の速いRTAによる酸化の方が良好な結晶を形成するために有利になる。またTi以外の材料としては、Ta、Ir、Ru等の材料でも好ましい。膜厚としては、10nm〜50nmが好ましく、15nm〜30nmがさらに好ましい。この範囲以下の場合においては、密着性に懸念があるのと、この範囲以上になってくるとその上で作製する電極膜の結晶の質に影響が出てくる。 The adhesion layer, after the sputtering of Ti, with a RTA (rapid thermal annealing) apparatus, 650 to 800 ° C., 1 to 30 minutes, and thermally oxidizing the titanium film in an O 2 atmosphere, the titanium oxide film and a titanium film To. Reactive sputter may be used to form the titanium oxide film, but a thermal oxidation method using a high temperature of the titanium film is preferable. Fabrication by reactive sputtering requires a special sputtering chamber configuration because the silicon substrate needs to be heated at a high temperature. Further, the crystallinity of the titanium oxide film is better in the oxidation by the RTA device than in the oxidation by a general furnace. This is because, according to the oxidation by a normal heating furnace, the titanium film, which is easily oxidized, forms a number of crystal structures at a low temperature, and it is necessary to break them once. Therefore, oxidation by RTA, which has a high rate of temperature rise, is advantageous for forming good crystals. Further, as the material other than Ti, materials such as Ta, Ir, and Ru are also preferable. The film thickness is preferably 10 nm to 50 nm, more preferably 15 nm to 30 nm. In the case of less than this range, there is a concern about the adhesion, and if it exceeds this range, the quality of the crystal of the electrode film formed on it will be affected.
また、共通電極層101−1を作成するときの金属膜としては、従来から高い耐熱性と低い反応性を有する白金が用いられているが、鉛に対しては十分なバリア性を持つとはいえない場合もあり、イリジウムや白金−ロジウムなどの白金族元素や、これらの合金膜を用いてもよい。また、白金を使用する場合には、下地(特にSiO2)との密着性が悪いため、上述した密着層を先に積層しておくことが好ましい。作製方法としては、スパッタ法や真空蒸着等の真空成膜が一般的である。膜厚としては、80〜200nmが好ましく、100〜150nmがさらに好ましい。この範囲より薄い場合においては、共通電極として十分な電流を供給することができなくなり、インク吐出をする際に不具合が発生する。また、この範囲より厚い場合には、白金族元素の高価な材料を使用する場合においては、コストアップとなる点、白金を材料とした場合においては膜厚を厚くしていったときに表面粗さが大きくなり、その上に作製する酸化物電極膜やPZTの表面粗さや結晶配向性に影響を及ぼして、インク吐出に十分な変位が得られない点が、不具合として発生する。 Further, as the metal film for forming the common electrode layer 101-1, platinum having high heat resistance and low reactivity has been conventionally used, but it is said that it has sufficient barrier property against lead. In some cases, platinum group elements such as iridium and platinum-rhodium, or alloy films thereof may be used. Further, when platinum is used , the adhesion to the substrate (particularly SiO 2 ) is poor, so it is preferable to laminate the above-mentioned adhesion layer first. As a manufacturing method, vacuum film formation such as a sputtering method or vacuum vapor deposition is generally used. The film thickness is preferably 80 to 200 nm, more preferably 100 to 150 nm. If it is thinner than this range, it will not be possible to supply a sufficient current as a common electrode, and problems will occur when ejecting ink. In addition, if it is thicker than this range, the cost will increase when an expensive material of platinum group element is used, and when platinum is used as a material, the surface roughness will be increased when the film thickness is increased. The problem is that the oxide electrode film or PZT produced on the oxide electrode film or PZT has a large surface roughness and crystal orientation, so that sufficient displacement cannot be obtained for ink ejection.
共通電極層101−1を作成するときの金属酸化膜としては、材料として、SrRuO3を用いることが好ましい。これ以外でも、SrxA(1−x)RuyB(1−y)で記述されるような材料も挙げられる(A=Ba,Ca、B=Co,Ni、x,y=0〜0.5)。成膜方法はスパッタ法を採用できる。スパッタ条件によってSrRuO3薄膜の膜質が変わるが、特に結晶配向性を重視し、金属膜で用いるPt(111)にならってSrRuO3膜についても(111)で配向させるために、成膜温度については500℃以上での基板加熱を行い、成膜することが好ましい。 The metal oxide film for creating the common electrode layer 1011, as a material, it is preferable to use SrRuO 3. Other than this, Sr x A (1-x ) Ru y materials as described in B (1-y) may also be mentioned (A = Ba, Ca, B = Co, Ni, x, y = 0~0 .5). A sputtering method can be adopted as the film forming method. The film quality of the SrRuO 3 thin film changes depending on the sputtering conditions, but since the crystal orientation is particularly important and the SrRuO 3 film is also oriented at (111) following the Pt (111) used for the metal film, the film formation temperature is It is preferable to heat the substrate at 500 ° C. or higher to form a film.
Pt(111)上に作製されるSrRuO3薄膜の結晶性については、PtとSrRuO3で格子定数が近いため、通常の2θ/θ測定では、SrRuO3(111)とPt(111)の2θ位置が重なってしまい、判別が難しい。Ptについては、消滅則の関係から、Psi方向を35°傾けた2θが約32°付近の位置には回折線が打ち消し合い、回折強度が見られない。そのため、Psi方向を約35°傾けて、2θが約32°付近のピーク強度で判断することで、SrRuO3が(111)に優先配向しているかを確認することができる。2θ=32°に固定してPsiを振ったとき、Psi=0°では、SrRuO3(110)ではほとんど回折強度が見られず、Psi=35°付近において、回折強度が見られることから、本実施形態の成膜条件にて作製したものについては、SrRuO3が(111)で配向していることが確認された。また、このように作製されたSrRuO3膜については、Psi=0°のときにSrRuO3(110)の回折強度が見られる。 Regarding the crystallinity of the SrRuO 3 thin film formed on Pt (111), since the lattice constants of Pt and SrRuO 3 are close, the 2θ positions of SrRuO 3 (111) and Pt (111) in normal 2θ / θ measurement. Are overlapped, making it difficult to distinguish. For Pt, due to the extinction rule, the diffraction lines cancel each other out at the position where 2θ tilted by 35 ° in the Psi direction is about 32 °, and the diffraction intensity is not seen. Therefore, by tilting the Psi direction by about 35 ° and determining that 2θ has a peak intensity in the vicinity of about 32 °, it is possible to confirm whether SrRuO 3 is preferentially oriented to (111). When Psi was shaken at 2θ = 32 ° , almost no diffraction intensity was observed in SrRuO 3 (110) at Psi = 0 °, and diffraction intensity was observed near Psi = 35 °. It was confirmed that SrRuO 3 was oriented at (111) in the one prepared under the film forming conditions of the embodiment. Further, in the SrRuO 3 film thus produced, the diffraction intensity of SrRuO 3 (110) can be seen when Psi = 0 °.
圧電素子101を連続変位させたときに、一定駆動後の変位量が、初期変位量に比べてどのくらい劣化したかを見積もったところ、PZTの配向性が非常に影響しており、(110)では変位劣化抑制において不十分である。さらに、SrRuO3膜の表面粗さを見たとき、成膜温度が影響し、室温から300℃では表面粗さが非常に小さく2nm以下になる。この場合、SrRuO3膜の表面粗さとしては非常にフラットにはなっているが、結晶性が十分でなく、その後成膜した圧電素子101の初期変位量や連続駆動後の変位量劣化については十分な特性が得られない。表面粗さとしては、4nm〜15nmになっていることが好ましく、6nm〜10nmがさらに好ましい。この範囲を超えると、その後成膜したPZTの絶縁耐圧が非常に悪く、リークしやすくなる。したがって、良好な結晶性や表面粗さを得るためには、成膜温度としては500℃〜700℃、好ましくは520℃〜600℃の範囲で成膜を実施するのがよい。なお、表面粗さは、原子間力顕微鏡(AFM)により測定される表面粗さ(平均粗さ)を指標としたものである。
When it was estimated how much the displacement amount after constant driving deteriorated compared to the initial displacement amount when the
SrRuO3膜の成膜後のSrとRuの組成比については、Sr/Ruが0.82以上1.22以下であることが好ましい。この範囲から外れると比抵抗が大きくなり、共通電極層101−1として十分な導電性が得られなくなる。また、SrRuO3膜の膜厚は、40nm〜150nmが好ましく、50nm〜80nmがさらに好ましい。この膜厚範囲よりも薄いと、初期変位量や連続駆動後の変位量劣化については十分な特性が得られない点、PZTのオーバーエッチングを抑制するためのストップエッチング層としての機能が得られにくくなる点で不具合が出る。一方、この膜厚範囲よりも厚いと、その後成膜したPZTの絶縁耐圧が非常に悪く、リークしやすくなる。また、SrRuO3膜の比抵抗としては、5×10−3Ω・cm以下になっていることが好ましく、1×10−3Ω・cm以下になっていることが更に好ましい。この範囲よりも大きくなると、共通電極層101−1として、これに接触する電極との界面で接触抵抗が大きくなり、共通電極層101−1として十分な電流を供給することができず、インク吐出をする際に不具合が発生する。 Regarding the composition ratio of Sr and Ru after the formation of the SrRuO 3 film, it is preferable that Sr / Ru is 0.82 or more and 1.22 or less. If it deviates from this range, the specific resistance becomes large, and sufficient conductivity cannot be obtained as the common electrode layer 101-1. The film thickness of the SrRuO 3 film is preferably 40 nm to 150 nm, more preferably 50 nm to 80 nm. If it is thinner than this film thickness range, sufficient characteristics cannot be obtained for the initial displacement amount and the displacement amount deterioration after continuous driving, and it is difficult to obtain the function as a stop etching layer for suppressing PZT overetching. There is a problem with this point. On the other hand, if it is thicker than this film thickness range, the dielectric strength of the PZT formed thereafter is very poor, and leakage is likely to occur. Further, the specific resistance of the SrRuO 3 film is preferably 5 × 10 -3 Ω · cm or less, and more preferably 1 × 10 -3 Ω · cm or less. If it becomes larger than this range, the contact resistance of the common electrode layer 101-1 at the interface with the electrode in contact with the common electrode layer 101-1 becomes large, and sufficient current cannot be supplied as the common electrode layer 101-1. There is a problem when doing this.
次に、図6(b)に示すように、共通電極層101−1上に圧電体層101−3を形成する。圧電体層101−3の材料として、本実施形態ではPZTを用いる。PZTとは、ジルコン酸鉛(PbZrO3)とチタン酸(PbTiO3)の固溶体で、その比率により特性が異なる。一般的に優れた圧電特性を示す組成はPbZrO3とPbTiO3の比率が53:47の割合で、化学式で示すとPb(Zr0.53,Ti0.47)O3と示される。PZT以外の複合酸化物としては、チタン酸バリウムなどが挙げられ、この場合はバリウムアルコキシド、チタンアルコキシド化合物を出発材料にし、共通溶媒に溶解させることでチタン酸バリウム前駆体溶液を作製することも可能である。これら材料は、一般式ABO3で記述され、A=Pb,Ba,Sr、B=Ti,Zr,Sn,Ni,Zn,Mg,Nbを主成分とする複合酸化物が該当し、その具体的な記述は、例えば、(Pb1−x,Ba)(Zr,Ti)O3、(Pb1−x,Sr)(Zr,Ti)O3となる。これらは、AサイトのPbを部分的にBaやSrで置換した場合を意味する。このような置換は、2価の元素であれば可能であり、その効果は熱処理中の鉛の蒸発による特性劣化を低減させる作用を示す。 Next, as shown in FIG. 6B, the piezoelectric layer 101-3 is formed on the common electrode layer 101-1. In this embodiment, PZT is used as the material of the piezoelectric layer 101-3. PZT is a solid solution of lead zirconate (PbZrO 3 ) and titanium acid (PbTIO 3 ), and its characteristics differ depending on the ratio. Generally, a composition exhibiting excellent piezoelectric properties is shown as Pb (Zr 0.53 , Ti 0.47 ) O 3 in a ratio of PbZrO 3 to PbTiO 3 in a ratio of 53:47, which is represented by a chemical formula. Examples of the composite oxide other than PZT include barium titanate. In this case, it is also possible to prepare a barium titanate precursor solution by using barium alkoxide or a titanium alkoxide compound as a starting material and dissolving it in a common solvent. Is. These materials are described by the general formula ABO 3 , and correspond to composite oxides containing A = Pb, Ba, Sr, B = Ti, Zr, Sn, Ni, Zn, Mg, and Nb as main components, and specific examples thereof. The description is, for example, (Pb 1-x , Ba) (Zr, Ti) O 3 and (Pb 1-x , Sr) (Zr, Ti) O 3 . These mean the case where Pb of the A site is partially replaced with Ba or Sr. Such substitution is possible if it is a divalent element, and its effect is to reduce the deterioration of characteristics due to evaporation of lead during heat treatment.
圧電体層101−3の作製方法としては、スパッタ法もしくはSol−gel法を用いて、スピンコーターにて作製することができる。その場合は、パターニング化が必要となるので、フォトリソエッチング等により所望のパターンを得る。PZTをSol−gel法により作製した場合、酢酸鉛、ジルコニウムアルコキシド、チタンアルコキシド化合物を出発材料にし、共通溶媒としてメトキシエタノールに溶解させて均一溶液を得ることで、PZT前駆体溶液が作製できる。金属アルコキシド化合物は、大気中の水分により容易に加水分解してしまうので、前駆体溶液に安定剤として、アセチルアセトン、酢酸、ジエタノールアミンなどの安定化剤を適量、添加しても良い。 As a method for producing the piezoelectric layer 101-3, a sputtering method or a Sol-gel method can be used to produce the piezoelectric layer 101-3 with a spin coater. In that case, patterning is required, so a desired pattern can be obtained by photolithography etching or the like. When PZT is prepared by the Sol-gel method, a PZT precursor solution can be prepared by using lead acetate, zirconium alkoxide, and a titanium alkoxide compound as starting materials and dissolving them in methoxyethanol as a common solvent to obtain a uniform solution. Since the metal alkoxide compound is easily hydrolyzed by the moisture in the atmosphere, an appropriate amount of a stabilizer such as acetylacetone, acetic acid, or diethanolamine may be added to the precursor solution as a stabilizer.
下地基板全面にPZT膜を得る場合、スピンコートなどの溶液塗布法により塗膜を形成し、溶媒乾燥、熱分解、結晶化の各々の熱処理を施すことで得られる。塗膜から結晶化膜への変態には体積収縮が伴うので、クラックフリーな膜を得るには一度の工程で100nm以下の膜厚が得られるように前駆体濃度の調整が必要になる。圧電体層101−3の層厚としては、0.5〜5μmが好ましく、さらに好ましくは1μm〜2μmとなる。この範囲より小さいと、十分な変位を発生することができなくなり、この範囲より大きいと、何層も積層させていくため、工程数が多くなりプロセス時間が長くなる。 When a PZT film is obtained on the entire surface of the underlying substrate, it is obtained by forming a coating film by a solution coating method such as spin coating and performing heat treatments of solvent drying, thermal decomposition, and crystallization. Since the transformation from the coating film to the crystallized film is accompanied by volume shrinkage, it is necessary to adjust the precursor concentration so that a film thickness of 100 nm or less can be obtained in one step in order to obtain a crack-free film. The layer thickness of the piezoelectric layer 101-3 is preferably 0.5 to 5 μm, more preferably 1 μm to 2 μm. If it is smaller than this range, sufficient displacement cannot be generated, and if it is larger than this range, many layers are laminated, so that the number of steps increases and the process time becomes long.
また、圧電体層101−3の比誘電率としては、600以上2000以下になっていることが好ましく、さらに1200以上1600以下になっていることが好ましい。この範囲よりも小さいと、十分な変位特性が得られにくく、またこの範囲より大きくなると、分極処理が十分行われず、連続駆動後の変位劣化により十分な特性が得られにくい。 The relative permittivity of the piezoelectric layer 101-3 is preferably 600 or more and 2000 or less, and more preferably 1200 or more and 1600 or less. If it is smaller than this range, it is difficult to obtain sufficient displacement characteristics, and if it is larger than this range, the polarization treatment is not sufficiently performed and it is difficult to obtain sufficient characteristics due to displacement deterioration after continuous driving.
圧電体層101−3を成膜した後は、次に、個別電極層101−2を成膜する。個別電極層101−2も、共通電極層101−1と同様、金属膜単層もしくは金属膜と酸化物膜とからなる複数層であることが好ましい。酸化物膜としては、共通電極層101−1で説明した酸化物膜を用いることができる。このとき、SrRuO3膜の膜厚としては、20nm〜80nmが好ましく、40nm〜60nmがさらに好ましい。また、金属膜も、共通電極層101−1で説明した金属膜を用いることができる。このとき、膜厚としては、30〜200nmが好ましく、50〜120nmがさらに好ましい。 After forming the piezoelectric layer 101-3, the individual electrode layer 101-2 is next formed. Like the common electrode layer 101-1, the individual electrode layer 101-2 is preferably a single metal film layer or a plurality of layers composed of a metal film and an oxide film. As the oxide film, the oxide film described in the common electrode layer 101-1 can be used. At this time, the film thickness of the SrRuO 3 film is preferably 20 nm to 80 nm, and more preferably 40 nm to 60 nm. Further, as the metal film, the metal film described in the common electrode layer 101-1 can be used. At this time, the film thickness is preferably 30 to 200 nm, more preferably 50 to 120 nm.
次に、図6(c)に示すように、共通電極層101−1及び圧電素子101と、後に形成する引き出し配線108との間を絶縁するために、層間絶縁膜110を成膜する。また、層間絶縁膜110は、成膜、エッチングの工程による圧電素子101へのダメージを防ぐとともに、大気中の水分が透過しづらい材料を選定する必要があるため、緻密な無機材料とする必要がある。有機材料では、十分な保護性能を得るために膜厚を厚くする必要があるため、適さない。層間絶縁膜110を厚い膜とした場合、振動板102の変形を阻害してしまうため、吐出性能の低いインクジェットヘッドなってしまうからである。
Next, as shown in FIG. 6C, an
層間絶縁膜110について、薄膜で高い保護性能を得るには、酸化物、窒化物、炭化物を用いるのが好ましいが、層間絶縁膜110の下地となる電極材料、圧電体材料、振動板材料との密着性が高い材料を選定することが必要になる。また、成膜法も、圧電素子101を損傷しない成膜方法を選定する必要がある。すなわち、反応性ガスをプラズマ化して基板上に堆積するプラズマCVD法や、プラズマをターゲット材に衝突させて飛ばすことで成膜するスパッタリング法は好ましくない。好ましい成膜方法としては、蒸着法、ALD法などが例示できるが、使用できる材料の選択肢が広いALD法が好ましい。好ましい材料としては、Al2O3、ZrO2、Y2O3、Ta2O3、TiO2などのセラミクス材料に用いられる酸化膜が例として挙げられる。特にALD法を用いることで、膜密度の非常に高い薄膜を作製し、プロセス中でのダメージを抑制することができる。
Oxides, nitrides, and carbides are preferably used for the
層間絶縁膜110の膜厚は、圧電素子101の保護性能を確保できる十分な薄膜とする必要があると同時に、振動板102の変形を阻害しないように可能な限り薄くする必要がある。そのため、層間絶縁膜110の膜厚の好ましい範囲は、20nm〜100nmである。100nmより厚い場合は、振動板102の変形量が低下するため、吐出効率の低いインクジェットヘッドとなる。一方、20nmより薄い場合は、圧電素子101の保護層としての機能が不足してしまうため、圧電素子101の性能が低下してしまう。
The film thickness of the
また、層間絶縁膜110を2層構成としてもよい。この場合は、図4に示すように、2層目の絶縁保護膜110bを厚くするとともに、振動板102の変形を阻害しないように、圧電素子101に重なる付近では2層目の絶縁保護膜を除去して1層目の絶縁保護膜110aのみとする構成としてもよい。このとき、2層目の絶縁保護膜110bとしては、任意の酸化物、窒化物、炭化物またはこれらの複合化合物を用いることができるが、半導体デバイスで一般的に用いられるSiO2を用いることができる。成膜は、任意の手法を用いることができ、CVD法、スパッタリング法が例示でき、段差被覆を考慮すると、等方的に成膜できるCVD法を用いることが好ましい。層間絶縁膜110の膜厚は、共通電極層101−1と個別電極層101−2の間に印加される電圧で絶縁破壊されない程度の膜厚とする必要がある。すなわち、絶縁保護膜に印加される電界強度を、絶縁破壊しない範囲に設定する必要がある。さらには、層間絶縁膜110の下地の表面性やピンホール等を考慮すると、層間絶縁膜110の膜厚は200nm以上であるのが好ましく、さらに好ましくは500nm以上である。
Further, the
層間絶縁膜110を成膜した後、個別電極層101−2と引き出し配線108とを接続するための接続孔111をリソエッチ法で形成する。また、共通電極層101−1を別の引き出し配線と接続する場合には、同様に接続孔を層間絶縁膜110に形成する。その後、図6(d)に示すように、引き出し配線108を形成する。
After forming the
引き出し配線108の材料としては、Ag合金、Cu、Al、Au、Pt、Irのいずれかからなる金属電極材料であることが好ましい。作製方法としては、スパッタ法、スピンコート法を用いて作製し、その後フォトリソエッチング等により所望のパターンを得る。引き出し配線108の膜厚は、0.1〜20μmが好ましく、0.2〜10μmがさらに好ましい。この範囲より小さいと、抵抗が大きくなって個別電極層101−2に十分な電流を流すことができなくなり、ヘッド吐出が不安定になる。また、この範囲より大きいと、プロセス時間が長くなる。また、接続孔111における個別電極層101−2との接触抵抗は、1Ω以下が好ましく、さらに好ましくは0.5Ω以下である。また、接続孔における共通電極層101−1との接触抵抗は、10Ω以下が好ましく、さらに好ましくは5Ω以下である。これらの範囲を超えると、十分な電流を供給することができなくなり、インク吐出をする際に不具合が発生する。
The material of the lead-out
また、引き出し配線108は、後述するように、保持基板200の接着領域内にも介在することになる。そのため、本実施形態では、保持基板200の接着領域における高さ均一性を確保するために、図4に示すように、圧電素子101を挟んで引き出し配線108とは反対側(共通インク流路202側)で保持基板200が接着される接着領域109においても、引き出し配線108側の接着領域と同一の層構成を残し、保持基板200の接着の信頼性を高めている。
Further, the lead-out
次に、図7(a)に示すように、引き出し配線108の保護層として機能するパッシベーション膜112を成膜する。このようなパッシベーション膜112を設けることで、引き出し配線108の材料として、安価なAlもしくはAlを主成分とする合金材料を用いることができる。その結果、低コストかつ信頼性の高いインクジェットヘッドとすることができる。パッシベーション膜112の材料としては、任意の無機材料、有機材料を使用することができるが、透湿性の低い材料とする必要がある。無機材料としては、酸化物、窒化物、炭化物等が例示でき、有機材料としては、ポリイミド、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等が例示できる。ただし、有機材料の場合には厚膜とすることが必要となるため、後述のパターニングには適さない。そのため、薄膜で配線保護機能を発揮できる点で、無機材料とすることが好ましい。特に、Alの引き出し配線108に対してSi3N4のパッシベーション膜112を用いることが、半導体デバイスで実績のある技術であり、好適である。また、パッシベーション膜112の膜厚は200nm以上とすることが好ましく、さらに好ましくは500nm以上である。膜厚が薄い場合は十分なパッシベーション機能を発揮できないため、引き出し配線108の腐食による断線が発生し、インクジェットの信頼性を低下させてしまう。
Next, as shown in FIG. 7A, a
また、パッシベーション膜112は、振動板102の変形を阻害しないように、圧電素子101及びその周囲に重なる部分を除去するのが好ましい。これにより、高効率かつ高信頼性のインクジェットヘッドとすることが可能になる。具体的には、図7(b)に示すように、フォトリソグラフィ法やドライエッチング法を用いて、駆動IC120に接続される個別電極パッド107となる引き出し配線108の端部と、圧電素子101の上面の一部と、共通インク流路202との箇所におけるパッシベーション膜112及び層間絶縁膜110を除去する。そして、図7(c)に示すように、リソエッチ法により、共通インク流路202と共通液室106とを連通させる箇所の振動板102を除去する。
Further, it is preferable that the
引き出し配線108の端部には、駆動IC120を接続するためのバンプ電極からなる個別電極パッド107を形成する。この個別電極パッド107の形成方法としては、電解めっき法、無電解メッキ法及びスタッドバンプ法などがある。個別電極パッド107の材料としては、Au、Ag、Cu、Ni、はんだなどがある。駆動IC120を個別電極パッド107に接続する方法としては、例えば、FPC(Flexible Printed Circuits)を用いたACF(Anisotropic Conductive Film)接合、ハンダ接合、ワイヤボンディング接合、駆動IC120の出力端子と直接接合するフリップチップ接合などを選択的に用いることができる。ただし、FPCを用いると、FPCの部品コストがかかるため、ワイヤボンディング接合やフリップチップ接合の方がコスト的に有利である。また、ワイヤボンディング接合は、フリップチップ接合と比較してタクトが遅いため、生産性が悪く、狭ピッチ化にも不利である。そのため、本実施形態においては、フリップチップ接合により駆動IC120を個別電極パッド107に接続し、駆動IC120をフリップチップ実装している。
At the end of the lead-out
次に、図8(a)に示すように、振動板変位領域113に対応した位置に凹部203を形成した保持基板200の脚部200aと、アクチュエータ基板100上の接着領域109とを、接着剤114で接着する。アクチュエータ基板100は、加圧液室104等の形成のために20〜100μm程度の厚みにすると、十分な剛性を確保することができないので、保持基板200を接着して剛性を確保している。そのため、保持基板200は、樹脂などの低剛性材料ではなく、シリコンなどの高剛性材料であるのが好ましい。また、アクチュエータ基板100の反りを防止するために、アクチュエータ基板100に対して熱膨張係数の近い材料を選定する必要がある。そのため、ガラス、シリコンやSiO2、ZrO2、Al2O3等のセラミクス材料とすることが好ましい。
Next, as shown in FIG. 8A, the
また、保持基板200の圧電素子101に対向する振動板変位領域113に対応した位置には、凹部203が形成されている。この凹部203により、圧電素子101が変形するための空間が確保される。保持基板200の各凹部203は、図9及び図10に示すように、1つの圧電素子101ごとに区画されている。これにより、板厚の薄いアクチュエータ基板100でも十分な剛性を確保することができるとともに、各圧電素子101を駆動した際に隣接する加圧液室104間の相互干渉を低減することが可能となる。また、図9及び図10に示すように、保持基板200の凹部203については、圧電素子101ごとに区画されるため、圧電素子101の高密度化のためには高度な加工精度が要求され、例えば300dpiの画像記録が可能な液体吐出ヘッドを実現する場合には、保持基板200の凹部203を区画する隔壁の幅T1は5〜20μmとするのが好ましい。
Further, a
次に、図8(b)に示すように、リソ法により、加圧液室104、共通液室106、流体抵抗部105以外の隔壁部103をレジストで被覆した後、アルカリ溶液(KOH溶液あるいはTMHA溶液)で異方性ウェットエッチングを行い、加圧液室104、共通液室106、流体抵抗部105を形成する。アルカリ溶液による異方エッチング以外にも、例えばICPエッチャーを用いたドライエッチングで、加圧液室104、共通液室106、流体抵抗部105を形成してもよい。その後、図8(c)に示すように、各加圧液室104に対応した位置にノズル孔301が開口したノズル基板300を接合する。
Next, as shown in FIG. 8B, the pressurized
なお、以上の説明は、液体吐出ヘッドの製造方法の一例であり、これに限られない。 The above description is an example of a method for manufacturing a liquid discharge head, and is not limited to this.
次に、保持基板200をアクチュエータ基板100に接着する接着領域の構成について説明する。
駆動IC120と引き出し配線108の端部に形成されている個別電極パッド107との接続部は、曲げや衝撃などの外力が加わると、駆動IC120と個別電極パッド107との接続が外れやすい。また、熱応力により、駆動IC120と個別電極パッド107との接続が外れるおそれもある。また、温度や湿度変化により、駆動IC120と個別電極パッド107との接続部に水分が付着して、接続部が腐食するおそれもある。そのため、駆動IC120と個別電極パッド107との接続部は、封止剤で封止、補強する必要がある。
Next, the configuration of the adhesive region for adhering the holding
The connection portion between the
本実施形態において、保持基板200には、図9に示すように、駆動IC120を収容するためのIC収容部201が形成されている。封止剤130は、図4に示すように、保持基板200のIC収容部201内に入れられ、駆動IC120と個別電極パッド107との接続部が封止剤130によって覆われて封止される。
In the present embodiment, as shown in FIG. 9, the holding
本実施形態においては、保持基板200に設けられた凹部203の脚部200aを、アクチュエータ基板100上の接着領域109に対し、適量の接着剤114でムラ無く接着させることが重要である。そのため、保持基板200の脚部200aとアクチュエータ基板100の接着領域109との間を接着する接着剤114に関し、接着剤114の過剰なはみ出しがあるか否か、接着剤114の不足箇所があるか否か等(接着状態)を確認することが求められる。この接着状態の適否は、例えば、接着箇所に介在する接着剤114のフィレット形状を見ることで判断することができる。しかしながら、保持基板200の脚部200aのうち、図10に示すような、圧電素子101間に位置する脚部200aとアクチュエータ基板100上の接着領域109との接着箇所については、保持基板200の存在により外部から視認することができない。
In the present embodiment, it is important that the
このように視認できない接着箇所における接着状態については、例えば、赤外顕微鏡(IR顕微鏡)を用いて保持基板200越しに当該接着箇所を観測するという方法が挙げられる。しかしながら、この方法では、IR顕微鏡で観測される画像が不鮮明で接着状態(接着剤114のフィレット形状等)を適切に確認できないことが多く、確認精度が悪いという問題がある。また、保持基板200等に赤外線を阻害する材料が使用されている場合には、当該接着箇所の接着状態を確認することすらできないといった問題も生じ得る。
As for the bonded state at the bonded portion that cannot be visually recognized, for example, a method of observing the bonded portion through the holding
また、例えば、保持基板200の脚部200aのうち外部から視認可能な脚部200aとアクチュエータ基板100上の接着領域109との接着箇所(例えば、図4に示すように、共通インク流路202を通じて視認可能な接着箇所)の接着状態(接着剤114のフィレット形状等)を確認することで、視認できない接着箇所(圧電素子101間に位置する脚部200aと接着領域109との接着箇所)についての接着状態を推認するという方法が挙げられる。しかしながら、このような視認可能な接着箇所と、視認できない接着箇所とでは、その構造が異なっているため、両者の接着箇所に対する接着剤114の付着量が異なるなど、接着状態の前提が異なる。そのため、視認可能な接着箇所の接着状態から、視認できない接着箇所の接着状態を推認するにあたっての推認精度が悪く、視認できない接着箇所の接着状態の確認精度が悪いという問題がある。
Further, for example, of the
そこで、本実施形態においては、図9及び図11に示すように、接着状態確認用脚部200bを保持基板200に設け、この接着状態確認用脚部200bをアクチュエータ基板100上に接着剤114によって接着している。この接着状態確認用脚部200bは、保持基板200に設けられる凹部203の脚部200aとは別に設けられるものであるため、その構造等が保持基板200の凹部203の脚部200aとしての機能に制限されることがない。そのため、接着状態確認用脚部200bとアクチュエータ基板100との接着箇所については、圧電素子101間に位置する脚部200aとアクチュエータ基板100との接着箇所と類似あるいは同等の条件により接着させたり、外部から視認しやすいように構成したりすることが可能である。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIGS. 9 and 11, the adhesive state
本実施形態では、図9及び図11に示すように、保持基板200に複数の貫通孔204を形成し、その貫通孔204を仕切る隔壁部分を接着状態確認用脚部200bとしている。これにより、接着状態確認用脚部200bとアクチュエータ基板100との接着箇所については、貫通孔204を通じて外部から視認できる。また、本実施形態では、接着状態確認用脚部200bが接着されるアクチュエータ基板100上の表面層は、圧電素子101間に位置する脚部200aが接着されるアクチュエータ基板100上の接着領域109の表面層と同じ層としている。これにより、接着状態確認用脚部200bとアクチュエータ基板100との接着箇所は、圧電素子101間に位置する脚部200aとアクチュエータ基板100との接着箇所と類似あるいは同等の条件によって、接着剤114により接着される。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 9 and 11, a plurality of through
その結果、本実施形態によれば、接着状態確認用脚部200bとアクチュエータ基板100との接着箇所の接着状態(接着剤114のフィレット形状等)を貫通孔204から視認することで、圧電素子101間に位置する脚部200aとアクチュエータ基板100との接着箇所の接着状態を高い確度で推認することができる。よって、視認できない接着箇所(圧電素子101間に位置する脚部200aとアクチュエータ基板100との接着箇所)の確認精度を向上させることができ、保持基板200がアクチュエータ基板100に適切に接着された信頼性の高い液体吐出ヘッドを実現することができる。
As a result, according to the present embodiment, the
特に、本実施形態では、図9に示すように、接着状態確認用脚部200bが圧電素子101の配列方向の両端外方にそれぞれ設けられている。これにより、圧電素子101の配列方向に沿って接着状態が変化するような場合(圧電素子101の配列方向に沿って接着剤量に偏りがある場合など)でも、その圧電素子101の配列方向にわたって、圧電素子101間に位置する脚部200aとアクチュエータ基板100との接着箇所の接着状態を高い確度で推認することが可能となる。
In particular, in the present embodiment, as shown in FIG. 9,
なお、本実施形態では、接着状態確認用脚部200bを圧電素子101の配列方向の両端外方にそれぞれ設けた例であるが、接着状態確認用脚部200bを設ける位置はこれに限られない。例えば、図12及び図13に示すように、接着状態確認用脚部を保持基板200の周縁領域(図示の例では保持基板200の四隅)に設けてもよい。この場合も、圧電素子101の配列方向にわたって、圧電素子101間に位置する脚部200aとアクチュエータ基板100との接着箇所の接着状態を高い確度で推認することが可能となる。また、圧電素子101の配列方向に直交する方向について接着状態が変化するような場合にも、圧電素子101間に位置する脚部200aとアクチュエータ基板100との接着箇所の接着状態を高い確度で推認することが可能となる。
In this embodiment, the adhesive
また、本実施形態では、図9に示すように、接着状態確認用脚部200bの幅T2を、圧電素子101間に位置する脚部200aの幅T1と略同じ寸法にしているので、接着状態確認用脚部200bとアクチュエータ基板100との接着箇所の条件が、圧電素子101間に位置する脚部200aとアクチュエータ基板100との接着箇所の条件に近いものとなっている。よって、接着状態確認用脚部200bとアクチュエータ基板100との接着箇所の接着状態から、圧電素子101間に位置する脚部200aとアクチュエータ基板100との接着箇所の接着状態をより高い確度で推認することができる。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 9, the width T2 of the
〔実施例1〕
以下、上述した実施形態のアクチュエータ基板100及び保持基板200からなる電気機械変換部材についての一実施例(以下、本実施例を「実施例1」という。)を説明する。
アクチュエータ基板100に関しては、6インチのシリコンウェハ上に、振動板102となる熱酸化膜(膜厚1μm)を形成した後、共通電極層101−1を形成する(図6(a))。共通電極層101−1の形成では、まず、密着層として、チタン膜(膜厚30nm)をスパッタ装置にて成膜した後にRTAを用いて750℃にて熱酸化し、引き続き、金属膜として白金膜(膜厚100nm)、酸化物膜としてSrRuO3膜(膜厚60nm)をスパッタ成膜した。スパッタ成膜時の基板加熱温度は550℃とした。
[Example 1]
Hereinafter, an embodiment of an electromechanical conversion member composed of the
Regarding the
次に、圧電体層101−3として、Pb:Zr:Ti=114:53:47に調整された溶液(PZT前駆体溶液)を準備し、スピンコート法により圧電体膜を成膜して形成した。具体的なPZT前駆体溶液は、出発材料に酢酸鉛三水和物、イソプロポキシドチタン、ノルマルプロポキシドジルコニウムを用いた。酢酸鉛の結晶水は、メトキシエタノールに溶解後に脱水した。化学量論組成に対して鉛量は過剰にしてある。これは、熱処理中のいわゆる鉛抜けによる結晶性低下を防ぐためである。イソプロポキシドチタン、ノルマルポキシドジルコニウムをメトキシエタノールに溶解し、アルコール交換反応、エステル化反応を進め、前記酢酸鉛を溶解したメトキシエタノール溶液と混合することで、PZT前駆体溶液を合成した。このPZT前駆体溶液のPZT濃度は、0.5モル/Lとした。このPZT前駆体溶液を用い、スピンコートにより成膜し、成膜後、120℃で乾燥した後、500℃で熱分解を行った。3層目の熱分解処理後、結晶化熱処理(温度750℃)をRTA(急速熱処理)にて行った。このときの膜厚は240nmであった。この工程を計8回(24層)実施し、最終的に、約2μmの圧電体層101−3を得た。 Next, as the piezoelectric layer 101-3, a solution adjusted to Pb: Zr: Ti = 114: 53: 47 (PZT precursor solution) was prepared, and a piezoelectric film was formed to form a film by a spin coating method. bottom. As a specific PZT precursor solution, lead acetate trihydrate, isopropoxide titanium, and normal propoxide zirconium were used as starting materials. The water of crystallization of lead acetate was dissolved in methoxyethanol and then dehydrated. The amount of lead is excessive with respect to the stoichiometric composition. This is to prevent a decrease in crystallinity due to so-called lead loss during heat treatment. A PZT precursor solution was synthesized by dissolving isopropoxide titanium and normal poxide zirconium in methoxyethanol, proceeding with an alcohol exchange reaction and an esterification reaction, and mixing with the methoxyethanol solution in which lead acetate was dissolved. The PZT concentration of this PZT precursor solution was 0.5 mol / L. Using this PZT precursor solution, a film was formed by spin coating, dried at 120 ° C., and then thermally decomposed at 500 ° C. After the thermal decomposition treatment of the third layer, crystallization heat treatment (temperature 750 ° C.) was performed by RTA (rapid heat treatment). The film thickness at this time was 240 nm. This step was carried out a total of 8 times (24 layers), and finally, a piezoelectric layer 101-3 having a thickness of about 2 μm was obtained.
次に、個別電極層101−2を形成する。個別電極層101−2の形成では、まず、酸化物膜としてSrRuO3膜(膜厚40nm)、金属膜としてPt膜(膜厚125nm)をスパッタ成膜した。その後、東京応化社製フォトレジスト(TSMR8800)をスピンコート法で成膜し、通常のフォトリソグラフィ法でレジストパターンを形成した後、ICPエッチング装置(サムコ社製)を用いてPt膜、酸化物膜をエッチングした後、セミツール社製のレジスト剥離装置にて、アミン系の剥離液を用いて30分レジスト剥離処理、およびキャノン社製のアッシャーにて3分のアッシング処理を行い、個別電極層101−2のパターニングを行った(図6(b))。 Next, the individual electrode layer 101-2 is formed. In the formation of the individual electrode layer 101-2, first, an SrRuO 3 film (thickness 40 nm) was formed as an oxide film, and a Pt film (thickness 125 nm) was sputtered as a metal film. After that, a photoresist (TSMR8800) manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd. was formed by a spin coating method, a resist pattern was formed by a normal photolithography method, and then a Pt film and an oxide film were formed using an ICP etching apparatus (manufactured by Samco Co., Ltd.). After etching, a resist stripping device manufactured by Semitool Co., Ltd. was used to perform resist stripping treatment for 30 minutes using an amine-based stripping solution, and an asher manufactured by Canon Co., Ltd. was used to perform ashing treatment for 3 minutes. The patterning of No. 2 was performed (FIG. 6 (b)).
また、同様にフォトリソグラフィ法でレジストパターンを形成した後、圧電体層101−3をエッチングし、レジスト剥離処理、アッシング処理を行い、圧電体層101−3をパターニングした(図6(b))。 Similarly, after forming a resist pattern by a photolithography method, the piezoelectric layer 101-3 was etched, resist peeling treatment and ashing treatment were performed, and the piezoelectric layer 101-3 was patterned (FIG. 6 (b)). ..
本実施例1においては、300個の圧電素子101からなる圧電素子列を2列セットで1チップとしており、図14に示すように、1つのシリコンウェハから64個のチップが作製される。
In the first embodiment, a row of piezoelectric elements consisting of 300
次に、フォトリソグラフィ法で、共通電極層101−1のパターンを形成した後(図6(b))、レジスト剥離処理、アッシング処理を行い、共通電極層101−1をパターニングした後、2層からなる層間絶縁膜110を形成する(図6(c))。層間絶縁膜110の形成では、まず、ALD工法を用いてAl2O3膜を50nmで成膜した後、CVD法を用いてSiO2膜を1μmで成膜した。層間絶縁膜110の成膜後、エッチングにより、個別電極層101−2と引き出し配線108とを接続するための接続孔111を形成した(図6(c))。
Next, after forming the pattern of the common electrode layer 101-1 by the photolithography method (FIG. 6B), resist peeling treatment and ashing treatment are performed to pattern the common electrode layer 101-1, and then the two layers are formed. An interlayer insulating
次に、引き出し配線108と共通電極用の配線並びに保持基板200の脚部200a,200bが接着される接着領域109,109’(凸部)として、Alをスパッタ成膜し、エッチングよりパターニングした(図6(d))。
Next, Al was sputter-deposited as the
次に、パッシベーション膜112を形成する(図7(a))。パッシベーション膜112の形成では、Si3N4をプラズマCVD法により500nmで成膜し、個別電極パッド107を形成する箇所等をエッチングした(図7(b))。次に、共通インク流路202となる振動板102の部分をドライエッチングにより除去した(図7(c))。その後、引き出し配線108や共通電極用の配線上に駆動IC等との接続のための個別電極パッド107等を、Auからなるスタッドバンプ121で形成し、図18に示すように、保持基板200が接着されるアクチュエータ基板100を形成した。
Next, the
次に、保持基板200の作成について説明する。
まず、Siウェハを厚さ400μmに研磨し、保持基板200のアクチュエータ基板100側に酸化膜を形成した。次に、凹部203、IC収容部201、共通インク流路202、接着状態確認用脚部200bを形成するための貫通孔204となる箇所の酸化膜を、フォトリソパターニングにより除去した。その後、パターニングされた酸化膜上にレジストを形成し、IC収容部201、共通インク流路202、貫通孔204などの保持基板200を貫通する貫通孔を形成するためのレジストをフォトリソパターニングした。そして、図9に示すように、ICPエッチングでIC収容部201、共通インク流路202、貫通孔204等の貫通孔を形成した。このとき、貫通孔204を仕切る隔壁部分の厚みすなわち接着状態確認用脚部200bの幅は、保持基板200の凹部203の脚部200aと同じく10μmにしている。
Next, the production of the holding
First, the Si wafer was polished to a thickness of 400 μm to form an oxide film on the
続いて、保持基板200のアクチュエータ基板100側のレジストのみを除去し、はじめにパターニングした酸化膜パターンをマスクとして、アクチュエータ基板100側をICPエッチングでハーフエッチングすることで、凹部203を形成した。最後に、全面の酸化膜を除去することで、IC収容部201、共通インク流路202、凹部203、貫通孔204が形成された保持基板200を形成した。本実施例1では、保持基板200の全体にわたる脚部200aの接着状態が把握しやすいように、圧電素子101の配列方向両端外側、及び、保持基板200の四隅に、それぞれ、複数の貫通孔204を形成し、接着状態確認用脚部200bを配置した。
Subsequently, only the resist on the
このようにして形成された保持基板200の接着面(脚部200aの面)にエポキシ系接着剤114をフレキソ印刷機により接着剤の膜圧が2.0μmとなるように塗布したものを、上述したアクチュエータ基板100上の接着領域に当てた後、その接着剤114を硬化させることで、保持基板200をアクチュエータ基板100に接着した。その後、駆動IC120をアクチュエータ基板100の個別電極パッド107上にフリップチップ実装し、IC収容部201と駆動IC120の隙間からIC収容部201内に封止剤130を注入し、硬化させた。
The adhesive surface (the surface of the
〔実施例2〕
次に、上述した実施形態のアクチュエータ基板100及び保持基板200からなる電気機械変換部材についての他の実施例(以下、本実施例を「実施例2」という。)を説明する。
本実施例2は、図15及び図16に示すように、保持基板200の接着状態確認用脚部200bが接着されるアクチュエータ基板100上の領域を、保持基板200の凹部203の脚部200aが接着されるアクチュエータ基板100上の接着領域109と同じ構造とした点を除き、前記実施例1と同様の電気機械変換部材を形成した。具体的には、保持基板200の凹部203の脚部200aは、層間絶縁膜110の上に形成される凸部(引き出し配線108と同じ配線層及びパッシベーション膜112によって形成される凸部)からなる接着領域109の上に接着される。本実施例2では、保持基板200の接着状態確認用脚部200bが接着されるアクチュエータ基板100上の領域も、同じ層構成の凸部109’となるように構成したものである。
[Example 2]
Next, another embodiment of the electromechanical conversion member composed of the
In the second embodiment, as shown in FIGS. 15 and 16, the
なお、このような凸部109’は、保持基板200の凹部203の脚部200aが接着される接着領域109と一緒の製造工程により形成できるので、製造工程数が増えることはない。
Since such a convex portion 109'can be formed by a manufacturing process together with the
〔比較例〕
また、後述する効果確認試験のため、比較例とする電気機械変換部材も形成した。
比較例では、保持基板200に接着状態確認用脚部200bを設けない点を除き、前記実施例1と同様の電気機械変換部材を形成した。
[Comparative example]
In addition, an electromechanical conversion member as a comparative example was also formed for the effect confirmation test described later.
In the comparative example, the electromechanical conversion member similar to that of the first embodiment was formed except that the holding
〔効果確認試験〕
まず、本実施例1及び2で形成した電機機械変換部材については、保持基板200の貫通孔204を通じて、接着状態確認用脚部200bとアクチュエータ基板100との接着箇所を光学顕微鏡により観測し、その接着箇所の接着剤114のフィレット形状を確認した。一方、比較例で形成した電機機械変換部材については、保持基板200の共通インク流路202から、凹部203の脚部200aとアクチュエータ基板100との接着箇所の接着剤114のフィレット形状を、光学顕微鏡により観測した。次に、本実施例1及び2並びに比較例で形成した電機機械変換部材に対し、図17に示すように保持基板200の脚部200a,200bを除く本体部分を除去し、圧電素子101間に位置する脚部200aを露出させて、その脚部200aとアクチュエータ基板100との接着箇所の接着剤114のフィレット形状を、光学顕微鏡により直接観測した。
[Effect confirmation test]
First, with respect to the electromechanical conversion member formed in Examples 1 and 2, the bonding portion between the bonding state
実施例1及び2の電機機械変換部材において、接着状態確認用脚部200bとアクチュエータ基板100との接着箇所のフィレット形状は、圧電素子101間に位置する脚部200aとアクチュエータ基板100との接着箇所の接着剤114のフィレット形状とほぼ等しく、両者に高い相関性があることが確認された。一方、比較例の電機機械変換部材において、共通インク流路202に面する凹部203の脚部200aとアクチュエータ基板100との接着箇所の接着剤114のフィレット形状は、圧電素子101間に位置する脚部200aとアクチュエータ基板100との接着箇所の接着剤114のフィレット形状と異なっており、両者は相関性が低いことが確認された。
In the electromechanical conversion members of Examples 1 and 2, the fillet shape of the bonding portion between the bonding state
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18及び図19を参照して説明する。図18は同装置の要部平面説明図、図19は同装置の要部側面説明図である。 Next, an example of the device for discharging the liquid according to the present invention will be described with reference to FIGS. 18 and 19. FIG. 18 is an explanatory plan view of a main part of the device, and FIG. 19 is an explanatory view of a side surface 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
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
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
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
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
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
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
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
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 /
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
このように構成したこの装置においては、用紙410が搬送ベルト412上に給紙されて吸着され、搬送ベルト412の周回移動によって用紙410が副走査方向に搬送される。
In this apparatus configured in this way, the
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
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20を参照して説明する。図20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. 20 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
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。
It should be noted that a liquid discharge unit may be configured in which at least one of the above-mentioned maintenance /
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21を参照して説明する。図21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. 21. FIG. 21 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
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
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 a liquid includes not only a device capable of discharging a liquid to a device to which the liquid can adhere, but also a device for discharging the liquid into the air or into the liquid.
この「液体を吐出する装置」は、液体が付着可能なものの給送、搬送、排紙に係わる手段、その他、前処理装置、後処理装置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 device that is a device 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.
前記「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 "thing to which a liquid can adhere" means a material to which a liquid can adhere at least temporarily, such as a material to which the liquid adheres and adheres, and a material to which the liquid adheres and permeates. Specific examples include paper, recording paper, recording paper, film, recorded 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, and includes everything to which the liquid adheres, unless otherwise specified.
前記「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 material of the "material to which liquid can adhere" is temporary liquid such as paper, thread, fiber, cloth, leather, metal, plastic, glass, wood, ceramics, building materials such as wallpaper and flooring, and textiles for clothing. But it is good 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 granulation device that granulates fine particles of raw materials by injecting a composition liquid 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 a collection of parts related to liquid discharge. For example, the "liquid discharge unit" includes a head tank, a carriage, a supply mechanism, a maintenance / recovery mechanism, a main scanning movement mechanism in which at least one of the configurations is combined with a liquid discharge head, and the like.
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, the term "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, bonding, engagement, etc., or one in which one is movably held with respect to the other. include. Further, the liquid discharge head, the functional component, and the mechanism may be configured to be detachable from each other.
例えば、液体吐出ユニットとして、図19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
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 unit in which a liquid discharge head and a carriage are 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20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, there is a liquid discharge unit in which the liquid discharge head and the scanning movement mechanism are integrated by holding the liquid discharge head movably by a guide member constituting a part of the scanning movement mechanism. Further, as shown in FIG. 20, 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21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. 21, a tube is connected to a head tank or a liquid discharge head to which 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 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、前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。 Further, in the terms of the present application, image formation, recording, printing, printing, printing, modeling, etc. are all synonymous.
以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
(態様A)
アクチュエータ基板100等の基板上に設けられた複数の圧電素子101等の電気機械変換素子と対向する部分に凹部203を備えた保持基板200等の接着対象部材の該凹部の脚部200aのうち、少なくとも電気機械変換素子間に位置する脚部200aを、該基板上に接着剤114で接着することにより、該接着対象部材が該基板上に接着される電気機械変換部材において、前記接着対象部材には、前記凹部203の脚部200aとは別に、前記基板上に接着剤114によって接着される接着状態確認用脚部200bが設けられていることを特徴とする。
電気機械変換素子間に位置する脚部と基板との接着箇所における接着状態の確認方法としては、例えば、赤外顕微鏡(IR顕微鏡)を用いて接着対象部材越しに当該接着箇所を観測するという方法がある。しかしながら、この方法では、IR顕微鏡で観測される画像が不鮮明で接着状態を適切に確認できず、確認精度が悪いという問題がある。また、接着対象部材等に赤外線を阻害する材料が使用されている場合には、接着状態の確認自体ができないといった問題も生じ得る。
また、例えば、接着対象部材の凹部の脚部のうち外部から視認可能な脚部と基板との接着箇所の接着状態を確認することで、電気機械変換素子間に位置する脚部と基板との接着箇所の接着状態を推認する方法もある。しかしながら、外部から視認可能な脚部と基板との接着箇所と、電気機械変換素子間に位置する脚部と基板との接着箇所とでは、構造が異なる場合がある。そのような場合、両者の接着箇所における接着剤の付着量が異なるなど、接着状態の前提が異なるため、電気機械変換素子間に位置する脚部と基板との接着箇所の接着状態についての確認精度(推認精度)が悪いという問題が生じる。
本態様によれば、接着状態確認用脚部を接着対象部材に設け、接着状態確認用脚部を基板上に接着剤によって接着してある。この接着状態確認用脚部は、接着対象部材の凹部の脚部とは別に設けられるものであるため、その構造等が接着対象部材の凹部の脚部としての機能に制限されることがない。そのため、接着状態確認用脚部と基板との接着箇所については、電気機械変換素子間に位置する脚部と基板との接着箇所と同等の条件により接着させたり、外部から視認しやすいように構成したりすることが可能である。よって、この接着状態確認用脚部と基板との接着箇所の接着状態を確認して、電気機械変換素子間に位置する脚部と基板との接着箇所の接着状態を高い確度で推認することが可能となる。その結果、電気機械変換素子間に位置する接着対象部材の凹部の脚部と基板との接着箇所についての接着状態の確認精度を向上させることができる。したがって、接着対象部材が基板に適切に接着された信頼性の高い電気機械変換部材を実現することができる。
The above description is an example, and the present invention exerts a peculiar effect in each of the following aspects.
(Aspect A)
Of the
As a method of confirming the bonding state at the bonding point between the leg portion located between the electromechanical conversion elements and the substrate, for example, a method of observing the bonding point through the bonding target member using an infrared microscope (IR microscope). There is. However, this method has a problem that the image observed by the IR microscope is unclear and the adhesive state cannot be properly confirmed, and the confirmation accuracy is poor. Further, when a material that inhibits infrared rays is used for the member to be bonded or the like, there may be a problem that the bonding state itself cannot be confirmed.
Further, for example, by confirming the bonding state of the bonding portion between the leg and the substrate which can be visually recognized from the outside among the legs of the recess of the member to be bonded, the leg and the substrate located between the electromechanical conversion elements can be bonded to each other. There is also a method of inferring the bonded state of the bonded portion. However, the structure may be different between the adhesive portion between the leg portion and the substrate that can be visually recognized from the outside and the adhesive portion between the leg portion and the substrate located between the electromechanical conversion elements. In such a case, the premise of the bonding state is different, such as the amount of adhesive adhering at the bonding points of the two is different. The problem of poor (estimation accuracy) arises.
According to this aspect, a leg for confirming the adhesive state is provided on the member to be adhered, and the leg for confirming the adhesive state is adhered to the substrate with an adhesive. Since the leg for confirming the bonding state is provided separately from the leg of the recess of the member to be bonded, its structure and the like are not limited to the function as the leg of the recess of the member to be bonded. Therefore, the bonding points between the legs for checking the bonding state and the substrate are bonded under the same conditions as the bonding points between the legs and the substrate located between the electromechanical conversion elements, or are configured so that they can be easily seen from the outside. It is possible to do it. Therefore, it is possible to confirm the adhesive state of the adhesive portion between the leg for checking the adhesive state and the substrate and infer the adhesive state of the adhesive portion between the leg and the substrate located between the electromechanical conversion elements with high accuracy. It will be possible. As a result, it is possible to improve the accuracy of confirming the bonding state of the bonding portion between the leg portion of the recess of the bonding target member located between the electromechanical conversion elements and the substrate. Therefore, it is possible to realize a highly reliable electromechanical conversion member in which the member to be bonded is appropriately bonded to the substrate.
(態様B)
前記態様Aにおいて、前記接着状態確認用脚部は、前記基板との接着箇所が前記接着対象部材の外部から視認可能に設けられていることを特徴とする。
これによれば、接着状態確認用脚部と基板との接着箇所の接着状態を直接的に観測することができる。
(Aspect B)
In the aspect A, the bonding state confirmation leg is characterized in that a bonding portion with the substrate is visibly provided from the outside of the bonding target member.
According to this, it is possible to directly observe the adhesive state of the adhesive portion between the adhesive state confirmation leg and the substrate.
(態様C)
前記態様A又はBにおいて、前記接着状態確認用脚部として、前記接着対象部材に形成された貫通孔204の内部を仕切る隔壁を用いることを特徴とする。
これによれば、接着状態確認用脚部を容易に形成することができる。しかも、貫通孔204を通じて、接着状態確認用脚部と基板との接着箇所の接着状態を直接的に観測することも可能である。
(Aspect C)
In the aspect A or B, the partition wall for partitioning the inside of the through
According to this, the leg portion for confirming the adhesive state can be easily formed. Moreover, it is also possible to directly observe the adhesion state of the adhesion portion between the adhesion state confirmation leg and the substrate through the through
(態様D)
前記態様A〜Cのいずれかの態様において、前記接着状態確認用脚部の幅T2は、前記接着対象部材における凹部の脚部の幅T1と略同一であることを特徴とする。
これによれば、接着状態確認用脚部と基板との接着箇所の接着状態と、電気機械変換素子間に位置する脚部と基板との接着箇所の接着状態との相関性を高めることができる。よって、電気機械変換素子間に位置する接着対象部材の凹部の脚部と基板との接着箇所についての接着状態の確認精度を向上させることができる。
(Aspect D)
In any of the embodiments A to C, the width T2 of the bonding state confirmation leg is substantially the same as the width T1 of the recessed leg in the bonding target member.
According to this, it is possible to enhance the correlation between the adhesive state of the adhesive portion between the leg for confirming the adhesive state and the substrate and the adhesive state of the adhesive portion between the leg and the substrate located between the electromechanical conversion elements. .. Therefore, it is possible to improve the accuracy of confirming the bonding state of the bonding portion between the leg portion of the recess of the bonding target member located between the electromechanical conversion elements and the substrate.
(態様E)
前記態様A〜Dのいずれかの態様において、前記接着状態確認用脚部は、前記複数の電気機械変換素子の配列方向の両端外方に設けられていることを特徴とする。
これによれば、電気機械変換素子の配列方向に沿って接着状態が変化するような場合(電気機械変換素子の配列方向に沿って接着剤量に偏りがある場合など)でも、その電気機械変換素子の配列方向にわたって、電気機械変換素子間に位置する脚部と基板との接着箇所の接着状態を高い確度で推認することが可能となる。
(Aspect E)
In any of the embodiments A to D, the adhesive state confirmation leg is provided on the outer sides of both ends in the arrangement direction of the plurality of electromechanical conversion elements.
According to this, even when the adhesive state changes along the arrangement direction of the electromechanical conversion element (for example, when the amount of adhesive is biased along the arrangement direction of the electromechanical conversion element), the electromechanical conversion is performed. It is possible to infer with high accuracy the adhesion state of the adhesion portion between the leg portion located between the electromechanical conversion elements and the substrate over the arrangement direction of the elements.
(態様F)
前記態様A〜Eのいずれかの態様において、前記接着状態確認用脚部は、前記接着対象部材の周縁領域に設けられていることを特徴とする。
これによれば、接着状態確認用脚部と基板との接着箇所の接着状態を観測しやすい。
(Aspect F)
In any of the embodiments A to E, the adhesive state confirmation leg is provided in the peripheral region of the adhesive target member.
According to this, it is easy to observe the adhesive state of the adhesive portion between the leg for confirming the adhesive state and the substrate.
(態様G)
前記態様A〜Fのいずれかの態様において、前記凹部203の脚部200aは、前記基板上に設けられた凸部109上に接着剤114で接着され、前記接着状態確認用脚部200bも、前記基板上に設けられた凸部109’上に接着剤114で接着されることを特徴とする。
これによれば、凹部203の脚部200aが基板上に設けられた凸部109上に接着剤114で接着されるような構成であっても、接着状態確認用脚部と基板との接着箇所の接着状態と、電気機械変換素子間に位置する脚部と基板との接着箇所の接着状態との相関性を高めることができる。よって、電気機械変換素子間に位置する接着対象部材の凹部の脚部と基板との接着箇所についての接着状態の確認精度を向上させることができる。
(Aspect G)
In any of the embodiments A to F, the
According to this, even if the
(態様H)
液体吐出ヘッドにおいて、前記態様A〜Gのいずれかの態様に係る電気機械変換部材の電気機械変換素子を変形させることによりインク等の液体を吐出させることを特徴とする。
接着対象部材が基板に適切に接着された信頼性の高い電気機械変換部材を用いた信頼性の高い液体吐出ヘッドを実現できる。
(Aspect H)
The liquid ejection head is characterized in that a liquid such as ink is ejected by deforming the electromechanical conversion element of the electromechanical conversion member according to any one of the embodiments A to G.
It is possible to realize a highly reliable liquid discharge head using a highly reliable electromechanical conversion member in which the member to be bonded is appropriately bonded to the substrate.
(態様I)
液体吐出ユニットにおいて、前記態様Hに係る液体吐出ヘッドを備えていることを特徴とする。
接着対象部材が基板に適切に接着された信頼性の高い電気機械変換部材を用いた信頼性の高い液体吐出ユニットを実現できる。
(Aspect I)
The liquid discharge unit is characterized by including the liquid discharge head according to the aspect H.
It is possible to realize a highly reliable liquid discharge unit using a highly reliable electromechanical conversion member in which the member to be bonded is appropriately bonded to the substrate.
(態様J)
前記態様Iにおいて、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うちの少なくとも1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。
接着対象部材が基板に適切に接着された信頼性の高い電気機械変換部材を用いた信頼性の高い液体吐出ユニットを実現できる。
(Aspect J)
In the aspect I, a head tank for storing the liquid to be supplied to the liquid discharge head, a carriage on which the liquid discharge head is mounted, a supply mechanism for supplying the liquid to the liquid discharge head, and maintenance for maintaining and recovering the liquid discharge head. It is characterized in that the recovery mechanism, at least one of the main scanning moving mechanisms for moving the liquid discharge head in the main scanning direction, and the liquid discharge head are integrated.
It is possible to realize a highly reliable liquid discharge unit using a highly reliable electromechanical conversion member in which the member to be bonded is appropriately bonded to the substrate.
(態様K)
インクジェット記録装置等の液体を吐出する装置において、前記態様Hに係る液体吐出ヘッド、又は、前記態様I若しくはJに係る液体吐出ユニットを備えていることを特徴とする。
接着対象部材が基板に適切に接着された信頼性の高い電気機械変換部材を用いた信頼性の高い液体を吐出する載置を実現できる。
(Aspect K)
A device for ejecting a liquid, such as an inkjet recording apparatus, is characterized by comprising a liquid ejection head according to the aspect H or a liquid ejection unit according to the aspect I or J.
It is possible to realize a placement in which a highly reliable liquid is discharged using a highly reliable electromechanical conversion member in which the member to be bonded is appropriately bonded to the substrate.
100 アクチュエータ基板
101 圧電素子
101−1 共通電極層
101−2 個別電極層
101−3 圧電体層
102 振動板
103 隔壁部
104 加圧液室
105 流体抵抗部
106 共通液室
107 個別電極パッド
108 配線
109 接着領域
110 層間絶縁膜
111 接続孔
112 パッシベーション膜
114 接着剤
130 封止剤
200a 脚部
200b 接着状態確認用脚部
200 保持基板
201 IC収容部
202 共通インク流路
203 凹部
204 貫通孔
300 ノズル基板
301 ノズル孔
403 キャリッジ
404 液体吐出ヘッド
440 液体吐出ユニット
441 ヘッドタンク
450 液体カートリッジ
100
Claims (10)
前記接着対象部材には、前記凹部の脚部とは別に、前記基板上に接着剤によって接着される接着状態確認用脚部を有し、
前記接着状態確認用脚部は、前記接着対象部材における前記複数の電気機械変換素子の配列方向の両端外方に設けられる貫通孔の内部を仕切る隔壁であることを特徴とする電気機械変換部材。 Of the legs of the recesses of the adhesive target member having recesses in the portions facing the plurality of electromechanical conversion elements provided on the substrate, at least the legs located between the electromechanical conversion elements are placed on the substrate. In the electromechanical conversion member in which the member to be adhered is adhered on the substrate by adhering with an adhesive.
The member to be adhered has, apart from the leg portion of the recess, a leg portion for confirming an adhesive state to be adhered on the substrate by an adhesive.
The bonding status confirmation legs, electromechanical converting member, characterized in that it is a partition wall for partitioning an interior of said plurality of array opposite ends outwardly provided that the through-hole of the electro-mechanical conversion element in the adherend member ..
前記接着状態確認用脚部は、前記接着対象部材の周縁領域に設けられていることを特徴とする電気機械変換部材。 In the electromechanical conversion member according to claim 1,
The electromechanical conversion member, characterized in that the bonding state confirmation leg is provided in a peripheral region of the bonding target member.
前記接着対象部材には、前記凹部の脚部とは別に、前記基板上に接着剤によって接着される接着状態確認用脚部を有し、
前記接着状態確認用脚部は、前記接着対象部材の周縁領域に設けられる貫通孔の内部を仕切る隔壁であることを特徴とする電気機械変換部材。 Of the legs of the recesses of the adhesive target member having recesses in the portions facing the plurality of electromechanical conversion elements provided on the substrate, at least the legs located between the electromechanical conversion elements are placed on the substrate. In the electromechanical conversion member in which the member to be adhered is adhered on the substrate by adhering with an adhesive.
The member to be adhered has, apart from the leg portion of the recess, a leg portion for confirming an adhesive state to be adhered on the substrate by an adhesive.
The bonding status confirmation legs, electromechanical converting member, characterized in that it is a partition wall which partitions the interior of the provided that the through hole in the peripheral region of the adherend member.
前記接着状態確認用脚部は、前記基板との接着箇所が前記接着対象部材の外部から視認可能に設けられていることを特徴とする電気機械変換部材。 In the electromechanical conversion member according to any one of claims 1 to 3.
The bonding state confirmation leg is an electromechanical conversion member characterized in that a bonding portion with the substrate is visibly provided from the outside of the bonding target member .
前記接着状態確認用脚部の幅は、前記接着対象部材における凹部の脚部の幅と略同一であることを特徴とする電気機械変換部材。 In electromechanical conversion member according to any one of the請Motomeko 1乃Itaru 4,
An electromechanical conversion member characterized in that the width of the leg portion for confirming the bonding state is substantially the same as the width of the leg portion of the recess in the member to be bonded.
前記凹部の脚部は、前記基板上に設けられた凸部上に接着剤で接着され、
前記接着状態確認用脚部も、前記基板上に設けられた凸部上に接着剤で接着されることを特徴とする電気機械変換部材。 In electromechanical conversion member according to any one of claims 1乃Itaru 5,
The legs of the concave portion are adhered to the convex portion provided on the substrate with an adhesive.
The electromechanical conversion member, wherein the leg portion for confirming the adhesive state is also adhered to the convex portion provided on the substrate with an adhesive.
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うちの少なくとも1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液体吐出ユニット。 In the liquid discharge unit according to claim 8,
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. A liquid discharge unit characterized in that at least one of the main scanning movement mechanisms for moving the discharge head in the main scanning direction is integrated with the liquid discharge head.
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