JPH1086362A - Ink jet head and its manufacture - Google Patents

Ink jet head and its manufacture

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Publication number
JPH1086362A
JPH1086362A JP23945796A JP23945796A JPH1086362A JP H1086362 A JPH1086362 A JP H1086362A JP 23945796 A JP23945796 A JP 23945796A JP 23945796 A JP23945796 A JP 23945796A JP H1086362 A JPH1086362 A JP H1086362A
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JP
Japan
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diaphragm
substrate
flow path
ink
jet head
Prior art date
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Application number
JP23945796A
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Japanese (ja)
Inventor
Hidekazu Ota
英一 太田
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To use an inexpensive base, prevent a diaphragm from being deformed and broken, and enable a variety of materials to be used, by including a process of forming a diaphragm on a base by a vapor-phase synthetic process. SOLUTION: A base 3 is set on a lower electrode 2 in a plasma CVD device, and a hydrocarbon gas is used as feed gas to form a rigid carbon membrane on the base 3 by a vapor-phase synthetic process. This rigid carbon membrane is used as a diaphragm for ink jet. A phase state in the feed gas is not always necessary to be gas at normal temperatures under normal pressures, and a liquid or a solid may also be usable if it can be gasified through melting, evaporation, sublimation, etc., by heating or by pressure reduction. By this method, an inexpensive base made of, for example, Si, etc., can be used, and neither deformation nor breakage is caused to the diaphragm. Further, controllability in the thickness of the diaphragm is improved, and a variety of materials can be used.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェットヘ
ッド及びその製造方法、より詳細には、静電型あるいは
圧電型インクジェットヘッド、あるいは、静電型及び圧
電型の駆動原理を併用したインクジェットヘッドの振動
板およびその製造方法に関し、カラープリント等の高画
質印刷用のインクジッェトヘッド、さらには、マイクロ
ポンプや圧力センサー等の振動板に用いて好適な振動板
およびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink-jet head and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a vibration of an electrostatic or piezoelectric ink-jet head or an ink-jet head using both electrostatic and piezoelectric driving principles. The present invention relates to an ink jet head for high-quality printing such as color printing and a vibration plate suitable for use as a vibration plate such as a micropump or a pressure sensor and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、上市されているかあるいは開発途
中にあるインクジェット方式は、次の3方式に分類され
る。 (1)例えば、特公昭61−59911号公報に開示さ
れているような、発熱体素子を用いてインクを急激に加
熱し、気泡を発生させることにより、その圧力でインク
を飛翔させる方式。 (2)例えば、特公平2−51734号公報に開示され
ているような、駆動手段として圧電素子を使用しその発
生する力により薄い振動板を変位させインクを飛翔させ
る方式。 (3)例えば、特開平3−234537に示されている
ような、駆動手段として静電力を利用したアクチュエー
タを使用し、薄い振動板を変位させインクを飛翔させる
方式。
2. Description of the Related Art Ink jet systems currently on the market or under development are classified into the following three systems. (1) A method disclosed in Japanese Patent Publication No. 61-59911, for example, in which the ink is rapidly heated by using a heating element to generate bubbles, thereby causing the ink to fly at the pressure. (2) For example, as disclosed in Japanese Patent Publication No. 2-51734, a method in which a piezoelectric element is used as a driving means and a thin diaphragm is displaced by the generated force to cause ink to fly. (3) A method in which an actuator using electrostatic force is used as a driving means and a thin diaphragm is displaced to fly ink, as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-23437.

【0003】上記のうち(2),(3)は、薄い振動板
を変位させてインクを飛翔させる点においては共通であ
り、その構造中の共通部位として、薄い振動板及びそれ
に連なる圧力発生室を有している。両方式の印字特性
は、薄い振動板及びそれに連なる圧力発生室の加工寸法
精度や材料の機械的特性、例えば、ヤング率,曲げ強
度,強靱性等に大きく依存していることは言うまでもな
い。換言すれば、振動板及び圧力発生室の加工寸法精
度,材料の機械的特性を向上することができれば、イン
クジェットとしての性能を飛躍的に改善できることにな
る。
[0003] Of the above, (2) and (3) are common in that ink is ejected by displacing a thin diaphragm, and a thin diaphragm and a pressure generating chamber connected to the thin diaphragm are common parts in the structure. have. It goes without saying that the printing characteristics of both types greatly depend on the processing dimensional accuracy of the thin diaphragm and the pressure generating chamber connected thereto and the mechanical characteristics of the material, for example, Young's modulus, bending strength, toughness and the like. In other words, if the processing dimensional accuracy of the diaphragm and the pressure generating chamber and the mechanical properties of the material can be improved, the performance as an ink jet can be dramatically improved.

【0004】従来技術によるインクジェットヘッドにお
いて、振動板及び圧力発生室の製作方法及び材料,構成
は、以下に述べるように、例えば、特開平6−2342
18号公報に開示されているようなものと、例えば、特
開平6−71882号公報に開示されているようなもの
の2種類に大別される。
In the ink jet head according to the prior art, the manufacturing method, material and configuration of the diaphragm and the pressure generating chamber are described in, for example, JP-A-6-2342.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 18-181 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-71882, for example.

【0005】前記特開平6−234218号公報に開示
されたものは、振動板部材を形成するために適した厚み
のセラミックス材料のグリーンシートと圧力室に対応す
る通孔を設けたセラミックス材料のグリーンシートと、
共通のインク流路と前記圧力室とに連通する通孔を設け
たセラミックス材料のグリーンシートとを積層して一体
化して焼成して圧力発生基本ユニットを製作するという
もので、セラミックス材料としては、ジルコニアを使用
したものである。
Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-234218 discloses a ceramic green sheet having a thickness suitable for forming a diaphragm member and a ceramic green sheet having through holes corresponding to pressure chambers. Sheet and
A green sheet of a ceramic material provided with a through hole communicating with the common ink flow path and the pressure chamber is laminated and integrated and fired to produce a pressure generating basic unit. It uses zirconia.

【0006】前記特開平6−71882号公報に開示さ
れたものは、Si基板にアルカリ異方性エッチを施すこ
とにより、振動板及び液室,インク流路を形成するとい
うものである。
Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 6-71882 discloses that a diaphragm, a liquid chamber, and an ink flow path are formed by subjecting a Si substrate to alkali anisotropic etching.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記特開平6
−234218号公報に開示されたものは、振動板を含
めた圧力発生室基本ユニットをセラミックス材料のグリ
ーンシートを積層して一体化したものを焼成して製作す
るため、以下の点が問題となっていた。
However, Japanese Patent Application Laid-Open No.
Japanese Patent Application Laid-Open No.-234218 discloses that a pressure generating chamber basic unit including a diaphragm is manufactured by laminating and integrating green sheets of a ceramic material, and the following problems arise. I was

【0008】(1)グリーンシートから焼成する過程に
おいて、積層変化を起こすために、振動板等の寸法が変
化したり、あるいは、振動板に反りやたわみが発生して
所望の特性を示さなくなる。特に、振動板の厚さは20
ミクロン程度なので、薄いためにその厚さを制御するこ
とが難しく、時には割れることもある。
(1) In the process of firing from the green sheet, the dimensions of the diaphragm or the like change due to the lamination change, or the diaphragm is warped or bent so that desired characteristics are not exhibited. In particular, the thickness of the diaphragm is 20
Since it is on the order of microns, it is difficult to control its thickness because it is thin, and sometimes it breaks.

【0009】(2)基本的にはセラミックス材料の焼成
プロセスであるため、製作できる材料が限定されるの
で、特性の改善をすることが難しい。また、焼成プロセ
スでは、炭化物,ホウ化物,窒化物等の共有結合性の材
料は形成が難しい。
(2) Since it is basically a sintering process of a ceramic material, the materials that can be manufactured are limited, and it is difficult to improve the characteristics. In the firing process, it is difficult to form a covalent material such as a carbide, a boride, and a nitride.

【0010】(3)焼結プロセスに高温が必要なため、
基体を選択する必要がある。Si等の安価で加工しやす
い基体は使用しずらい。
(3) Since a high temperature is required for the sintering process,
It is necessary to select a substrate. Inexpensive and easy-to-process substrates such as Si are difficult to use.

【0011】また、前記特開平6−71882号公報に
開示されたものは、Si基板にアルカリ異方性エッチを
施すことにより、振動板及び液室,インク流路を形成す
るため、以下の点が問題となっていた。
Further, in the apparatus disclosed in JP-A-6-71882, a diaphragm, a liquid chamber, and an ink flow path are formed by subjecting a Si substrate to an alkali anisotropic etch. Was a problem.

【0012】(1)加工(エッチ)精度を高めるために
はエッチストップ層を設ける必要があり、工程が複雑に
なる。 (2)振動板が結晶Siに限られるため、物性値に限界
がある。 (3)圧電体の焼成プロセスには高温が必要であり、S
iの振動板が、例えば、反りやうねり等の変形を生じる
ことがある。
(1) In order to improve the processing (etch) accuracy, it is necessary to provide an etch stop layer, which complicates the process. (2) Since the diaphragm is limited to crystalline Si, there is a limit in physical properties. (3) The firing process of the piezoelectric body requires a high temperature,
The diaphragm i may be deformed, for example, warped or undulated.

【0013】また、前記特開平6−234218号公報
に開示されたセラミックス材料のグリーンシートから焼
成して振動板部材と圧力室に対応する通孔を設ける方法
では、焼成温度が1000℃以上と高く(ジルコニア振
動板の場合は、通常1250℃以上の温度が必要であ
る)、上述したような問題点があり、所望の構造体を歩
留まりよく製造することは難しかった。
In the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-234218, in which a ceramic sheet is fired from a green sheet to provide through holes corresponding to a diaphragm member and a pressure chamber, the firing temperature is as high as 1000 ° C. or more. (In the case of a zirconia diaphragm, a temperature of 1250 ° C. or higher is usually required.) However, there are the problems as described above, and it has been difficult to manufacture a desired structure with a high yield.

【0014】そこで、加工寸法精度に優れ、かつ、比較
的低温度で処理することにより、幅広い材料を使用する
ことができる振動板及び圧力室の製作プロセスに関して
鋭意研究を重ねた結果、気相合成法が最適な方法である
ことを突き止めた。より具体的には、RFスパッタ,マ
グネトロンスパッタ,プラズマCVD,ECRプラズマ
CVD,マイクロ波CVD,イオンプレーティング等の
比較的低温で、しかも、緻密な膜構造が得られる方法が
適していた。
[0014] Therefore, as a result of intensive research on the manufacturing process of a diaphragm and a pressure chamber, which can be used in a wide range of materials by being processed at a relatively low temperature, having excellent processing dimensional accuracy, the results of vapor phase synthesis have been shown. The method was found to be the optimal method. More specifically, a method of obtaining a dense film structure at a relatively low temperature, such as RF sputtering, magnetron sputtering, plasma CVD, ECR plasma CVD, microwave CVD, or ion plating, was suitable.

【0015】上述の方法によれば、合成しようとする物
質にもよるが、成膜温度は概ね室温〜900℃程度であ
り、焼結プロセスと比較して遥かに低い温度で後述する
各種材料が形成できるので、高温に耐える基体材料を選
ぶ必要がなく、安価な基体、例えば、Si等を使用する
ことができる。
According to the above-mentioned method, although it depends on the substance to be synthesized, the film forming temperature is generally from room temperature to about 900 ° C., and various materials described later are at a much lower temperature than the sintering process. Since it can be formed, there is no need to select a base material that can withstand high temperatures, and an inexpensive base such as Si can be used.

【0016】また、グリーンシートからの焼成法とは基
本的に異なり、形成過程において体積変化を伴わないた
めに、振動板の変形や破壊が起こることがない。さら
に、振動板の厚さは、堆積時間によって一義的に制御で
きるため、グリーンシートからの焼結法と比して制御性
が格段に向上する。
Further, unlike the firing method from a green sheet, since the volume does not change in the forming process, the diaphragm is not deformed or broken. Further, since the thickness of the diaphragm can be uniquely controlled by the deposition time, the controllability is significantly improved as compared with the sintering method from a green sheet.

【0017】これらに対して、通常の蒸着法,反応性蒸
着法等の成膜活性種の活性度が上記の方法に比較して低
い場合には、得られる膜の構造はポーラスなものであっ
て、インクの飛翔を繰り返し行っているうちに、振動板
が変形したり破壊してしまう。または、振動板の上に後
述するような圧電体素子を形成する場合、圧電定数を高
くするために、700℃以上でアニールする必要があ
り、この際、圧電体薄膜から鉛が振動板等に拡散してし
まい、圧電体素子の特性を劣化させたり、あるいは、膜
の剥離を誘発させる等の問題があった。
On the other hand, when the activity of the film-forming active species such as a normal vapor deposition method and a reactive vapor deposition method is lower than that of the above method, the structure of the obtained film is porous. As a result, the diaphragm is deformed or destroyed while repeatedly flying the ink. Alternatively, when a piezoelectric element as described later is formed on the vibration plate, it is necessary to anneal at 700 ° C. or higher in order to increase the piezoelectric constant. In this case, lead from the piezoelectric thin film is transferred to the vibration plate or the like. There is a problem that they are diffused, deteriorating the characteristics of the piezoelectric element, or causing peeling of the film.

【0018】本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなさ
れたもので、インクジェットヘッド及びその製造方法に
おいて、加工寸法精度に優れ、かつ、幅広い材料を使用
することができる振動板及び圧力室の製作プロセスを提
供すること、及び、機械的特性に優れた振動板材料を提
供すること、さらには、工程が簡便で製造コストの安い
製作プロセスを提供することを目的としてなされたもの
である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and is directed to a method of manufacturing a diaphragm and a pressure chamber which are excellent in processing dimensional accuracy and can use a wide range of materials in an ink jet head and a method of manufacturing the same. An object of the present invention is to provide a process and a diaphragm material having excellent mechanical properties, and to provide a manufacturing process with simple steps and low manufacturing costs.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、基体
上に気相合成法により振動板を形成する工程を含むこと
を特徴としたもので、安価な基体を使用することがで
き、また、振動板の変形や破壊を起こすことがなく、さ
らに、幅広い材料を使用することができるようにしたも
のである。
The invention of claim 1 is characterized in that it includes a step of forming a diaphragm on a substrate by a vapor phase synthesis method, so that an inexpensive substrate can be used. Further, the diaphragm is not deformed or broken, and a wider range of materials can be used.

【0020】請求項2の発明は、インク流路を形成する
基体と、該基体と一体的に形成され、かつ、前記インク
流路の一部を構成する振動板とからなり、該振動板が前
記基体上に気相合成法により形成されたインクジェット
ヘッドにおいて、前記振動板が、炭素を主要な構成元素
とする硬質炭素膜からなることを特徴としたもので、ヤ
ング率が大きく、かつ、化学的安定性に優れ、また、高
い強靭性も有するようにしたものである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a substrate forming an ink flow path, and a vibrating plate integrally formed with the base and constituting a part of the ink flow path. In the ink jet head formed on the substrate by a vapor phase synthesis method, the vibration plate is made of a hard carbon film containing carbon as a main constituent element, and has a large Young's modulus and a chemical property. It has excellent mechanical stability and high toughness.

【0021】請求項3の発明は、インク流路を形成する
基体と、該基体と一体的に形成され、かつ、前記インク
流路の一部を構成する振動板とからなり、該振動板が前
記基体上に気相合成法により形成されたインクジェット
ヘッドにおいて、前記振動板が、炭化物からなることを
特徴としたもので、ヤング率がより大きく、また、化学
的にも安定で、耐インク性も向上するようにしたもので
ある。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a substrate forming an ink flow path, and a vibrating plate integrally formed with the base and constituting a part of the ink flow path. In the ink jet head formed on the substrate by a vapor phase synthesis method, the diaphragm is made of a carbide, and has a higher Young's modulus, is chemically stable, and has a high ink resistance. Is also improved.

【0022】請求項4の発明は、インク流路を形成する
基体と、該基体と一体的に形成され、かつ、前記インク
流路の一部を構成する振動板とからなり、該振動板が前
記基体上に気相合成法により形成されたインクジェット
ヘッドにおいて、前記振動板が、窒化物からなることを
特徴としたもので、ヤング率がより大きく、また、化学
的にも安定で、耐インク性も向上するようにしたもので
ある。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a substrate forming an ink flow path, and a vibrating plate integrally formed with the base and constituting a part of the ink flow path. An ink jet head formed on the substrate by a vapor phase synthesis method, wherein the vibration plate is made of a nitride, and has a higher Young's modulus, is chemically stable, and has an ink resistance. It is also designed to improve the performance.

【0023】請求項5の発明は、インク流路を形成する
基体と、該基体と一体的に形成され、かつ、前記インク
流路の一部を構成する振動板とからなり、該振動板が前
記基体上に気相合成法により形成されたインクジェット
ヘッドにおいて、前記振動板が、少なくとも2種類の炭
化物の複合体からなることを特徴としたもので、2種類
の材料の有する特性を合わせ持つ単層ができるようにし
たもである。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a substrate forming an ink flow path, and a vibrating plate integrally formed with the base and constituting a part of the ink flow path. An ink jet head formed on the substrate by a vapor phase synthesis method, wherein the vibration plate is made of a composite of at least two kinds of carbides, and has a combination of characteristics of two kinds of materials. It is also a layer.

【0024】請求項6の発明は、インク流路を形成する
基体と、該基体と一体的に形成され、かつ、前記インク
流路の一部を構成する振動板とからなり、該振動板が前
記基体上に気相合成法により形成されたインクジェット
ヘッドにおいて、前記振動板が、少なくとも2種類の異
種材料の積層体からなることを特徴としたもので、2種
類の材料の有する特性を合わせ持つ単層ができるように
したもである。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a fuel cell system comprising: a base forming an ink flow path; and a diaphragm integrally formed with the base and constituting a part of the ink flow path. An ink jet head formed on the substrate by a vapor phase synthesis method, wherein the vibration plate is made of a laminate of at least two kinds of different materials, and has a property possessed by the two kinds of materials. This is to make a single layer.

【0025】請求項7の発明は、インク流路の一部を構
成する振動板と、該振動板を駆動するための電圧が印加
される電極とを積層して薄膜材料を形成する工程を含む
インクジェットヘッドの製造方法において、前記薄膜材
料を、前記振動板と前記電極とを、順次、連続的に気相
合成法により積層して形成することを特徴としたもの
で、振動板と電極膜との密着力が向上し、かつ、プロセ
スの途中で振動板が損傷することがないようにしたもの
である。
The invention according to claim 7 includes a step of forming a thin film material by laminating a diaphragm constituting a part of the ink flow path and an electrode to which a voltage for driving the diaphragm is applied. In the method for manufacturing an ink jet head, the thin film material is formed by sequentially and continuously laminating the vibration plate and the electrode by a vapor phase synthesis method. The adhesive strength of the diaphragm is improved, and the diaphragm is not damaged during the process.

【0026】請求項8の発明は、インク流路の一部を構
成し、かつ、非金属性元素を有する振動板と、該振動板
に対向して配設され、かつ、該振動板を駆動するための
電圧が印加される対向電極とを有するインクジェットヘ
ッドにおいて、前記振動板の有する非金属性元素の比率
が、前記対向電極に近づくにしたがって少なくなること
を特徴としたもので、層構成を簡略化することができる
ようにしたものである。
According to the invention of claim 8, a diaphragm which forms a part of the ink flow path and has a non-metallic element, and which is disposed to face the diaphragm and drives the diaphragm In the ink jet head having a counter electrode to which a voltage for applying is applied, the ratio of the non-metallic element of the diaphragm is reduced as approaching the counter electrode. This can be simplified.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】図1は、本発明によるインクジェ
ットヘッド製造方法の一実施例を説明するための要部構
成図で、図中、1は上部電極、2は下部電極、3は基
体、4はRF電源、5はDCバイアス電源、6はマグネ
ットである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a schematic diagram showing a main part of an embodiment of a method for manufacturing an ink jet head according to the present invention. In the drawing, reference numeral 1 denotes an upper electrode, 2 denotes a lower electrode, 3 denotes a substrate, 4 is an RF power source, 5 is a DC bias power source, and 6 is a magnet.

【0028】請求項1の発明の振動板の気相合成法に関
し、後述する硬質炭素膜を例にとってより具体的に説明
する。図1に示した実施例は、プラズマCVD装置で、
硬質炭素膜を形成するために、有機化合物ガス、特に、
炭化水素ガスを用いる。これら原料ガスにおける相状態
は、常温常圧において必ずしも気体である必要はなく、
加熱あるいは減圧によって溶融,蒸発,昇華等を経て気
化しうるものであれば液体でも固体でも使用可能であ
る。炭素源としては、C26,C38,C410等のパ
ラフィン系炭化水素,C24等のアセチレン系炭化水
素、あるいは、ジオレフィン系炭化水素、更には、芳香
族系炭化水素などすべての炭化水素を含むガスが使用す
ることができる。
The vapor phase synthesis method of the diaphragm according to the first aspect of the present invention will be described more specifically by taking a hard carbon film described later as an example. The embodiment shown in FIG. 1 is a plasma CVD apparatus,
To form a hard carbon film, an organic compound gas, in particular,
Use hydrocarbon gas. The phase state in these source gases does not necessarily need to be a gas at normal temperature and normal pressure,
Any liquid or solid can be used as long as it can be vaporized through melting, evaporation, sublimation, etc. by heating or decompression. As the carbon source, C 2 H 6, C 3 H 8, C 4 paraffinic hydrocarbons H 10, etc., acetylenic hydrocarbons such as C 2 H 4 or diolefinic hydrocarbons, furthermore, aromatic Gases containing all hydrocarbons, such as hydrocarbons, can be used.

【0029】さらに、炭化水素以外、例えば、アルコー
ル類,ケトン類,エーテル類,エステル類,CO,CO
2等少なくとも炭素原子を含む化合物であれば使用可能
である。また、膜中にSP3結合の炭素と同時に生成さ
れてくるSP2結合の炭素を選択的に除去するためには
水素を含むガスが用いられる。具体的には、H2,H2
等である。
Further, other than hydrocarbons, for example, alcohols, ketones, ethers, esters, CO, CO
Any compound containing at least a carbon atom such as 2 can be used. In addition, a gas containing hydrogen is used to selectively remove the carbon of the SP 2 bond generated simultaneously with the carbon of the SP 3 bond in the film. Specifically, H 2 , H 2 O
And so on.

【0030】請求項2の発明における原料ガスからの硬
質炭素膜の形成方法としては、成膜活性種が直流,低周
波,高周波、あるいは、マイクロ波等を用いたプラズマ
法により生成されるプラズマ状態を経て形成される方法
が好ましいが、大面積化,均一性向上,成膜温度の低温
化等の目的で磁場効果をも併用した方法、例えば、EC
RプラズマCVD法等が更に好ましい。
In the method for forming a hard carbon film from a raw material gas according to the second aspect of the present invention, a plasma state in which a film forming active species is generated by a plasma method using a direct current, a low frequency, a high frequency, or a microwave or the like. A method using a magnetic field effect for the purpose of enlarging the area, improving the uniformity, lowering the film formation temperature, and the like, such as EC
R plasma CVD or the like is more preferable.

【0031】その他にもイオンプレーティング,クラス
ターイオンビーム等により生成されるイオン状態を経て
形成しても良いし、ECRスパッタあるいはスパッタ等
により生成される中性粒子から形成しても良いし、更に
は、これらを組み合わせた方法で形成しても良い。
In addition, it may be formed through an ion state generated by ion plating, cluster ion beam, or the like, may be formed from neutral particles generated by ECR sputtering, sputtering, or the like. May be formed by a method combining these.

【0032】こうして製作される硬質炭素膜の成膜条件
の一例は、図1に示した実施例のプラズマCVDの場
合、概ね次の通りである。また、得られた膜の機械特性
は前述した通りである。
One example of the film forming conditions of the hard carbon film manufactured in this manner is as follows in the case of the plasma CVD of the embodiment shown in FIG. The mechanical properties of the obtained film are as described above.

【0033】RFパワー:0.1〜50W/cm2 圧力 :10-3〜10Pa 堆積温度 :室温〜900℃RF power: 0.1 to 50 W / cm 2 Pressure: 10 -3 to 10 Pa Deposition temperature: room temperature to 900 ° C.

【0034】こうして得られた硬質炭素膜は、炭素原子
を主要な構成元素とし、非晶質及び微結晶質の少なくと
も一方を含む膜状物質であった(ダイヤモンド状炭素
膜,i−C膜,アモルファスダイヤモンド膜とも呼ばれ
ている)。硬質炭素膜の一つの特徴は、気相成長で比較
的低温で合成できる点にある。
The hard carbon film thus obtained was a film material containing carbon atoms as a main constituent element and containing at least one of amorphous and microcrystalline (diamond-like carbon film, iC film, Also called an amorphous diamond film). One feature of the hard carbon film is that it can be synthesized at a relatively low temperature by vapor phase growth.

【0035】この特徴より、グリーンシートからの焼結
法と比較して、 (1)安価な基体(Si等)を使用することができる。 (2)振動板の変形や破壊が起こることがない。 (3)振動板厚の制御性が格段に向上する。 というような効果があることは言うまでもない。
Due to this feature, (1) an inexpensive substrate (such as Si) can be used as compared with the sintering method using green sheets. (2) No deformation or destruction of the diaphragm occurs. (3) The controllability of the diaphragm thickness is significantly improved. Needless to say, there is an effect like this.

【0036】さらに、硬質炭素膜の最大の特徴は、ヤン
グ率が3〜7×104Kg/mm2と大きく、かつ、化学的安
定性に優れ、また、ジルコニアのような大きなオーダの
粒界がないために強靱性が高いことにある。これらの特
性は、硬質炭素膜がインクジェット用の振動板として非
常に適していることを示している。
Further, the most characteristic features of the hard carbon film are that the Young's modulus is as large as 3 to 7 × 10 4 Kg / mm 2 , the chemical stability is excellent, and the grain boundaries of a large order such as zirconia are present. The high toughness is due to the lack of. These characteristics indicate that the hard carbon film is very suitable as a diaphragm for inkjet.

【0037】インクジェット用の振動板として用いる場
合、材料に求められる機械的特性としては、 (1)曲げ強さ(最大引っ張り応力に相当する) (2)ヤング率 (3)破壊靭性 が重要である。
When used as a diaphragm for ink jet, the mechanical properties required of the material include (1) bending strength (corresponding to the maximum tensile stress), (2) Young's modulus, and (3) fracture toughness. .

【0038】上記のうち、ヤング率は固体内の原子やイ
オン間距離を伸ばそうとする外力に抵抗する力を表し、
この意味ではヤング率は化学結合の強さを反映すると考
えられる。従って、共有結合性の高い化合物のヤング率
が高くなる傾向にある。
Of the above, the Young's modulus represents a force that resists an external force that attempts to extend the distance between atoms and ions in a solid.
In this sense, the Young's modulus is considered to reflect the strength of a chemical bond. Therefore, the Young's modulus of a compound having a high covalent bond tends to increase.

【0039】セラミックス中では、炭化物>窒化物=ホ
ウ化物>酸化物の順番になると考えられる。また、ヤン
グ率は破壊靭性(強靭性)及び振動板の変位等アクチュ
エータとしての特性を決定する因子であり、結局ヤング
率が大きいことが、振動板材料の選択をする上で重要な
一指針となる。
In ceramics, it is considered that the order is carbide> nitride = boride> oxide. The Young's modulus is a factor that determines the characteristics of the actuator, such as the fracture toughness (toughness) and the displacement of the diaphragm. A large Young's modulus is an important guideline in selecting the diaphragm material after all. Become.

【0040】上記の観点からすると、ジルコニアは物性
的には特に優れた材料であるとは言いがたい。この点に
注目して振動板として上記の諸材料を試みた結果、先に
述べた硬質炭素膜、及び、後述する炭化物,窒化物及び
これらの複合体あるいは積層体が、従来の材料よりも優
れた特性を示すことを見出した。次に、各材料及び構成
に関してより具体的に説明する。
From the above viewpoint, zirconia cannot be said to be a particularly excellent material in physical properties. Focusing on this point, the above materials were tried as a diaphragm, and as a result, the above-mentioned hard carbon film, and carbides, nitrides, and composites or laminates thereof described later were superior to conventional materials. It has been found that it exhibits the characteristics shown in FIG. Next, each material and configuration will be described more specifically.

【0041】図2は、代表的な炭化物,窒化物の特性を
示した図である。まず、炭化物に関して説明する。炭化
物として具体的には、SiC,TiC,ZrC,Hf
C,NbC,TaC,BC等があげられるが、特に、こ
れに限定されるものではなく、元素周期律表のIV,V,V
I族の炭化物であれば使用に供せられる。
FIG. 2 is a graph showing characteristics of typical carbides and nitrides. First, carbide will be described. Specific examples of the carbide include SiC, TiC, ZrC, and Hf.
Examples thereof include C, NbC, TaC, and BC, but are not particularly limited thereto, and include IV, V, and V in the periodic table of elements.
Any Group I carbide can be used.

【0042】これらの材料は、ヤング率がジルコニアよ
りも大きく、また、化学的にも安定であり、耐インク性
を考慮すると振動板としてより好適である。なお、曲げ
強さに関しては若干劣る程度であった。さらに、気相成
長で比較的低温で合成できるために、上記の硬質炭素膜
で述べたことと同様の効果があった。
These materials have a higher Young's modulus than zirconia, are chemically stable, and are more suitable as a diaphragm in consideration of ink resistance. The bending strength was slightly inferior. Furthermore, since the synthesis can be performed at a relatively low temperature by vapor phase growth, the same effect as described above for the hard carbon film is obtained.

【0043】次に、振動板材料に関する別の発明である
窒化物に関して説明をする。窒化物としては、AlN,
SiN,TiN,ZrN,HfN,NbN,TaN等が
あげられるが、これに限定されるものではなく、元素周
期律表のIV,V,VI族の窒化物であれば使用に供せられ
る。
Next, the nitride, which is another invention relating to the diaphragm material, will be described. As nitrides, AlN,
Examples include, but are not limited to, SiN, TiN, ZrN, HfN, NbN, TaN and the like, and any nitrides belonging to groups IV, V and VI of the periodic table of the elements can be used.

【0044】これらの材料は、ヤング率がジルコニアよ
りも大きく、また、化学的にも安定であり耐インク性を
考慮すると振動板としてより好適である。なお、曲げ強
さに関しては、同程度かやや劣る程度であった。さら
に、気相成長で比較的低温で合成できるために、上記の
硬質炭素膜で述べたことと同様の効果があった。
These materials have a higher Young's modulus than zirconia, are chemically stable, and are more suitable as a diaphragm in consideration of ink resistance. In addition, about bending strength, it was about the same or slightly inferior. Furthermore, since the synthesis can be performed at a relatively low temperature by vapor phase growth, the same effect as described above for the hard carbon film is obtained.

【0045】なお、上記にあげた化合物の合成には、R
Fスパッタ,マグネトロンスパッタ,プラズマCVD,
ECRプラズマCVD,マイクロ波CVD,イオンプレ
ーティング等の気相合成法を使用した。これらの成膜方
法は、成膜活性種の活性度を高くできるために、比較的
低温で化合物の合成が可能となる。
In the synthesis of the above compounds, R
F sputtering, magnetron sputtering, plasma CVD,
A gas phase synthesis method such as ECR plasma CVD, microwave CVD, or ion plating was used. In these film forming methods, the activity of the film forming active species can be increased, so that a compound can be synthesized at a relatively low temperature.

【0046】更に、振動板材料にもう一つの発明である
複合材料について説明する。上記にあげた化合物は、そ
れぞれ単体で振動板として使用してもその効果はあるも
のの、複合材料化することによって、2つ以上材料の特
性を合わせ持つさらに好適な材料を提供することができ
る。焼結法では、このような複合材料化を900℃以下
の低温で行うことはできない。
Further, a composite material which is another invention of the diaphragm material will be described. Each of the above-mentioned compounds has an effect even when used alone as a diaphragm, but by forming a composite material, it is possible to provide a more suitable material having the characteristics of two or more materials. In the sintering method, such a composite material cannot be formed at a low temperature of 900 ° C. or less.

【0047】複合体の一例として、Hf−Ti−Cにつ
いて説明する。上述のプラズマCVDを使用するため
に、まず、HfとTiの金属ヨウ化物を生成させ、これ
を反応チャンバーに導入し、次に、C410ガス等の炭
化水素ガスと混合後、プラズマ状態にて反応させた。H
f−Ti−Cの反応条件を以下に示す。
As an example of the composite, Hf—Ti—C will be described. In order to use the above-mentioned plasma CVD, first, a metal iodide of Hf and Ti is generated, introduced into a reaction chamber, and then mixed with a hydrocarbon gas such as C 4 H 10 gas, and then the plasma state is formed. Was reacted. H
The reaction conditions of f-Ti-C are shown below.

【0048】RFパワー :0.5〜50W/cm2 圧力 :10-2〜10Pa 堆積温度 :室温〜600℃ C410流量:0.05〜0.4ml/minRF power: 0.5 to 50 W / cm 2 Pressure: 10 -2 to 10 Pa Deposition temperature: room temperature to 600 ° C. C 4 H 10 flow rate: 0.05 to 0.4 ml / min

【0049】TiC単独では、ヤング率は3〜4.5×
10Kg/mm2、曲げ強度は30〜100Kg/mm2で、
機械的特性は良好なものの耐腐蝕性,耐酸化性があまり
強くない。これに比較してHf−Ti−C複合体(固溶
体)とすることにより、HfCの化学的な安定性を付与
することができる。
With TiC alone, the Young's modulus is 3 to 4.5 ×
10 4 Kg / mm 2, bending strength at 30~100Kg / mm 2,
Although its mechanical properties are good, its corrosion resistance and oxidation resistance are not so strong. Compared to this, the use of the Hf—Ti—C composite (solid solution) can impart chemical stability to HfC.

【0050】この点は、インクジェット用の振動板とし
ては重要な点であり、上述のようにすることにより、耐
インク性を向上することができる。また、HfI4ある
いはTiI4をそれぞれ単独でC410ガスと混合し、反
応させることにより、単独のHfCあるいはTiCが得
られることは言うまでもない。
This is an important point for a diaphragm for ink jet printing, and the ink resistance can be improved by the above-described method. Needless to say, HfI 4 or TiI 4 can be independently mixed with C 4 H 10 gas and reacted to obtain a single HfC or TiC.

【0051】図3は、本発明によるインクジェットヘッ
ドの他の実施例を説明するための図で、図中、10は振
動板、11は第1材料、12は第2材料、13はインク
室である。
FIG. 3 is a view for explaining another embodiment of the ink jet head according to the present invention. In the figure, reference numeral 10 denotes a vibration plate, 11 denotes a first material, 12 denotes a second material, and 13 denotes an ink chamber. is there.

【0052】図3に示した実施例は、インクと接する第
1材料11として耐インク性を有する材料を使用し、イ
ンクと接しない第2材料12として化学的安定性よりは
機械的特性、例えば、ヤング率や強度等を重視した材料
を設けたもので、これにより、単一材料では得ることが
できない良好な特性の振動板10を提供することができ
るようにしたものである。
In the embodiment shown in FIG. 3, a material having ink resistance is used as the first material 11 in contact with the ink, and the second material 12 not in contact with the ink has more mechanical properties than chemical stability, for example, In addition, a material which emphasizes Young's modulus, strength, and the like is provided, thereby providing a diaphragm 10 having good characteristics that cannot be obtained by a single material.

【0053】具体的には、第1材料11としてHfCを
用い、第2材料12としてTiCを用いて積層した。組
み合わせとしては上記に限定されるものではなく、第1
材料11としてTiN,第2材料12としてSiN、あ
るいは、第1材料11としてHfC,第2材料12とし
てSiN等の組み合わせが可能である。
More specifically, lamination was performed using HfC as the first material 11 and using TiC as the second material 12. The combination is not limited to the above, and the first
A combination of TiN as the material 11, SiN as the second material 12, or HfC as the first material 11 and SiN as the second material 12 is possible.

【0054】図4は、本発明が適用されるインクジェッ
トヘッドの一例を説明するための図で、図中、14はS
i基板、15は対向電極で、その他、図3と同じ作用を
する部分には、図3と同じ符号が付してある。
FIG. 4 is a diagram for explaining an example of an ink jet head to which the present invention is applied. In FIG.
The i-substrate 15 is a counter electrode, and the other parts having the same function as in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals as in FIG.

【0055】図5は、本発明によるインクジェットヘッ
ドの他の実施例を説明するための図で、図中、16は電
極層で、その他、図3あるいは図4と同じ作用をする部
分には、図3あるいは図4と同じ符号が付してある。
FIG. 5 is a view for explaining another embodiment of the ink-jet head according to the present invention. In the figure, reference numeral 16 denotes an electrode layer, and other portions having the same functions as those in FIG. 3 or FIG. The same reference numerals as in FIG. 3 or 4 are used.

【0056】図4に示した例は、対向電極15にパルス
電圧を印加することにより、これに対向して配置された
振動板10との間に静電気力による引力あるいは斥力が
働いて、振動板10が変形することにより、インクがノ
ズル孔から吐出するようにしたものである。基板として
はSi基板17を使用し、これを異方性エッチングする
ことにより、約20ミクロンの厚さの振動板10を形成
している。この際、Si基板17としては、低抵抗のも
のを使用して電位を印加できるようにしてある。
In the example shown in FIG. 4, when a pulse voltage is applied to the counter electrode 15, an attractive force or a repulsive force by an electrostatic force acts between the counter electrode 15 and the vibrating plate 10 disposed opposite to the pulse voltage. The ink is ejected from the nozzle holes by deforming the nozzle 10. As a substrate, a Si substrate 17 is used, and the diaphragm 10 having a thickness of about 20 microns is formed by anisotropic etching. At this time, a low-resistance Si substrate 17 is used to apply a potential.

【0057】図5に示した実施例は、振動板10として
前述の硬質炭素膜、及び、後述する炭化物,窒化物及び
これらの複合体あるいは積層体を用いたもので、振動板
10は抵抗が高いので、振動板10に接するように電極
層16を設けたものである。
The embodiment shown in FIG. 5 uses the above-mentioned hard carbon film as the diaphragm 10 and the later-described carbides, nitrides and composites or laminates thereof, and the diaphragm 10 has a resistance. Since it is high, the electrode layer 16 is provided so as to be in contact with the diaphragm 10.

【0058】図6は、本発明によるインクジェットヘッ
ドの他の実施例を説明するための図で、図中、17は振
動板膜、18はレジスト、19は電極膜、20は振動板
基板で、その他、図3乃至図5と同じ作用をする部分に
は、図3乃至図5と同じ符号が付してある。
FIG. 6 is a view for explaining another embodiment of the ink jet head according to the present invention. In the figure, reference numeral 17 denotes a diaphragm film, 18 denotes a resist, 19 denotes an electrode film, and 20 denotes a diaphragm substrate. In addition, the portions having the same functions as those in FIGS. 3 to 5 are denoted by the same reference numerals as those in FIGS. 3 to 5.

【0059】図6(A)に示した実施例は、振動板膜1
7を形成した(図6(A)I)後に基体であるSi基板
14をエッチングして振動板10を形成し(図6(A)
II)、その後に、電極膜19を堆積し(図6(A)II
I)、エッチングして振動板基板20を形成(図6
(A)IV)するようにしたものである。
In the embodiment shown in FIG. 6A, the diaphragm 1
7 (FIG. 6 (A) I) and then etching the Si substrate 14 as a base to form the diaphragm 10 (FIG. 6 (A)).
II) Then, an electrode film 19 is deposited (FIG. 6 (A) II).
1) Etching to form diaphragm substrate 20
(A) IV).

【0060】図6(B)に示した実施例は、Si基板1
4の上に振動板膜17と電極膜19とを連続的に積層
(図6(B)I)してから電極膜19をエッチングし
(図6(B)II)、その後に、Si基板14をエッチン
グして振動板基板20を製作する(図6(B)III)よ
うにしたものである。
The embodiment shown in FIG.
The diaphragm film 17 and the electrode film 19 are continuously laminated on the substrate 4 (FIG. 6B), and then the electrode film 19 is etched (FIG. 6B). Is etched to manufacture the diaphragm substrate 20 (III in FIG. 6B).

【0061】図6(A)に示した実施例では、振動板膜
17と電極膜19との界面に不純物層あるいは異物が入
り込んで両者の密着力が低下し、膜剥離が頻発したり、
電極膜19の堆積,エッチングのプロセスの途中で薄い
振動板10が損傷する等の問題点があったが、図6
(B)に示した実施例では、振動板膜17と電極膜19
との界面に不純物層あるいは異物が入り込む余地がなく
なり、かつ、プロセスの途中で振動板膜17が損傷する
ことも皆無となった。
In the embodiment shown in FIG. 6A, an impurity layer or a foreign substance enters the interface between the diaphragm film 17 and the electrode film 19, and the adhesion between the two is reduced.
Although there were problems such as damage to the thin diaphragm 10 during the process of depositing and etching the electrode film 19, FIG.
In the embodiment shown in (B), the diaphragm film 17 and the electrode film 19
There is no room for an impurity layer or foreign matter to enter the interface with the substrate, and the diaphragm film 17 is not damaged during the process.

【0062】図7は、本発明によるインクジェットヘッ
ドの他の実施例を説明するための図で、図7(A)は要
部構成図で、図7(B)は振動板膜17の厚さ方向に対
する非金属性元素の濃度分布を示すグラフで、図中、d
は振動板膜17の厚さで、その他、図3乃至図6と同じ
作用をする部分には、図3乃至図6と同じ符号が付して
ある。
FIGS. 7A and 7B are diagrams for explaining another embodiment of the ink jet head according to the present invention. FIG. 7A is a configuration diagram of a main part, and FIG. FIG. 5 is a graph showing the concentration distribution of the nonmetallic element with respect to the direction;
Denotes the thickness of the diaphragm film 17, and the other portions having the same functions as those in FIGS. 3 to 6 are denoted by the same reference numerals as those in FIGS.

【0063】図7に示した実施例は、振動板膜17を形
成するときに対向電極15側に近づくにしたがって、振
動板膜17の組成のうち、非金属性元素の比率が少なく
なるようにすることにより、図7(B)に示したよう
に、その領域の抵抗値を電極膜15並まで下げることが
できるようにしたものである。これにより、実質的に振
動板膜17に電極としての機能を兼ねさせることができ
るので、層構成を簡略化することができる。具体的に
は、TiC,TiNの場合、Tiと反応せしめるガスの
流量を対向電極15側に近づくにしたがって減少させれ
ばよい。
In the embodiment shown in FIG. 7, the ratio of the nonmetallic element in the composition of the diaphragm film 17 decreases as the position approaches the counter electrode 15 when the diaphragm film 17 is formed. By doing so, as shown in FIG. 7B, the resistance value of the region can be reduced to the same level as the electrode film 15. Thus, the diaphragm film 17 can substantially also function as an electrode, so that the layer configuration can be simplified. Specifically, in the case of TiC and TiN, the flow rate of the gas that reacts with Ti may be reduced as approaching the counter electrode 15 side.

【0064】[0064]

【実施例】【Example】

(実施例1)気相合成法で合成したSiNからなる振動
板について説明する。原料ガスとしては窒素,珪素のそ
れぞれを含む少なくとも2種類のガスを使用する。これ
らの原料における相状態は、常温常圧において必ずしも
気体である必要はなく、気化し得るものであれば液体で
も固体でも使用可能である。珪素源として、SiH4
Si26,Si38,SiCl3等を使用し、窒素源と
して、N2,NH3,N2Oピリジン等を使用する。
(Example 1) A diaphragm made of SiN synthesized by a vapor phase synthesis method will be described. As the source gas, at least two types of gases each containing nitrogen and silicon are used. The phase state of these raw materials does not necessarily need to be a gas at normal temperature and normal pressure, and any liquid or solid that can be vaporized can be used. SiH 4 ,
Si 2 H 6 , Si 3 H 8 , SiCl 3 or the like is used, and N 2 , NH 3 , N 2 O pyridine or the like is used as a nitrogen source.

【0065】これら原料ガスからのSiN膜の形成方法
としては、成膜活性種が直流,低周波,高周波、あるい
は、マイクロ波等を用いたプラズマ法により生成される
プラズマ状態を経て形成される方法が好ましいが、大面
積化,均一性の向上,成膜温度の低温化等の目的で磁場
効果をも併用した方法、例えば、ECRプラズマCVD
法等が更に好ましい。
As a method of forming a SiN film from these source gases, a method in which a film forming active species is formed through a plasma state generated by a plasma method using a direct current, a low frequency, a high frequency, or a microwave or the like. However, a method using a magnetic field effect for the purpose of increasing the area, improving the uniformity, lowering the film forming temperature, etc., for example, ECR plasma CVD
Method is more preferable.

【0066】その他にもイオンプレーティング,クラス
ターイオンビーム等により生成されるイオン状態を経て
形成しても良いし、ECRスパッタあるいはスパッタ等
により生成される中性粒子から形成しても良いし、更に
は、これらを組み合わせた方法で形成しても良い。本発
明においては、ECRプラズマCVDを使用し、次の条
件で堆積した。
In addition, it may be formed through an ion state generated by ion plating, cluster ion beam, or the like, may be formed from neutral particles generated by ECR sputtering, sputtering, or the like. May be formed by a method combining these. In the present invention, ECR plasma CVD was used and deposited under the following conditions.

【0067】印加磁界 :875G マイクロ波パワー:500〜2KW 堆積圧力 :0.005〜0.1Pa 堆積温度 :室温〜400℃Applied magnetic field: 875 G Microwave power: 500 to 2 KW Deposition pressure: 0.005 to 0.1 Pa Deposition temperature: Room temperature to 400 ° C.

【0068】上記の条件で得られたSiNの機械的特性
は、ヤング率2.5〜3.5×104Kg/mm2、曲げ強度
110〜140Kg/mm2であった。
[0068] Mechanical properties of the SiN obtained in the above conditions, the Young's modulus 2.5~3.5 × 10 4 Kg / mm 2 , was flexural strength 110~140Kg / mm 2.

【0069】上述のようなSiN膜を用いて図6(B)
に示した実施例に従って、静電型アクチュエータを製作
した。Si(100)表面にSiO2を2ミクロン付けたも
のを基体として、上記の気相法によって、この上にSi
Nを15ミクロン厚堆積した。次に、スパッタ法によ
り、その上に電極材料としてTiを0.5ミクロン形成
した。更に、振動板に対応した位置のSiO2をエッチ
ングして開口部を開け、その部分のSiのみをKOH水
溶液(44パーセント)をエッチングして、80℃にて
振動板の厚さまで異方性エッチした。
Using the SiN film as described above, FIG.
The electrostatic actuator was manufactured according to the example shown in FIG. By using a substrate obtained by attaching 2 μm of SiO 2 to the surface of Si (100), the above gas phase method was used to form
N was deposited 15 microns thick. Next, 0.5 μm of Ti was formed thereon as an electrode material by sputtering. Further, an opening is opened by etching SiO 2 at a position corresponding to the diaphragm, and only Si in that portion is etched with a KOH aqueous solution (44%), and anisotropically etched at 80 ° C. to the thickness of the diaphragm. did.

【0070】このとき、電極材料のTiは、KOHエッ
チングに対して耐蝕性があり、特に、レジスト等でカバ
ーする必要がないので、プロセス工程の簡略化には効果
的であった。
At this time, Ti as an electrode material has corrosion resistance against KOH etching and does not need to be particularly covered with a resist or the like, which is effective for simplifying the process steps.

【0071】上述のようにして製作された振動板基板と
電極基板とを接合して静電型アクチュエータとした。こ
のとき、振動板と下部電極とのギャップを0.5ミクロ
ンとした。振動板電極と下部電極との間に約30Vのパ
ルス電圧を印加した結果、インクジェットとして使用す
るために十分な変位が得られた。
The diaphragm substrate and the electrode substrate manufactured as described above were joined to form an electrostatic actuator. At this time, the gap between the diaphragm and the lower electrode was set to 0.5 μm. As a result of applying a pulse voltage of about 30 V between the diaphragm electrode and the lower electrode, a sufficient displacement for use as an ink jet was obtained.

【0072】(実施例2)硬質炭素膜を振動板として採
用した例を説明する。原料ガスとしてCH4:H2=1
0:1の混合ガスを使用した。合成方法として、高周波
プラズマCVD法を採用し、原料ガスの流量10sccmで
条件は以下の通りであった。
(Embodiment 2) An example in which a hard carbon film is used as a diaphragm will be described. CH 4 : H 2 = 1 as source gas
A gas mixture of 0: 1 was used. A high frequency plasma CVD method was employed as a synthesis method, and the conditions were as follows at a flow rate of the raw material gas of 10 sccm.

【0073】RFパワー:5W/cm2 圧力 :1Pa 堆積温度 :200℃RF power: 5 W / cm 2 Pressure: 1 Pa Deposition temperature: 200 ° C.

【0074】上記の条件で得られた硬質炭素膜の機械的
特性は、ヤング率3.4×104Kg/mm2、曲げ強度11
0Kg/mm2であった。
The mechanical properties of the hard carbon film obtained under the above conditions are as follows: Young's modulus 3.4 × 10 4 Kg / mm 2 , bending strength 11
It was 0 kg / mm 2 .

【0075】上述のような硬質炭素膜を用いて、図6
(B)に示した実施例に従って、静電型アクチュエータ
を製作した。Si(110)表面にSiO2を2ミクロン付
けたものを基体として、上記の気相法によって、この上
に硬質炭素膜を10ミクロン厚堆積した。次に、マグネ
トロンスパッタ法により、その上に電極材料としてPt
を0.3ミクロン形成した。更に、振動板に対応した位
置のSiO2をエッチャントして開口部を開け、その部
分のSiのみをKOH水溶液(30パーセント)をエッ
チングとして、80℃にて振動板の厚さまで異方性エッ
チした。
Using the hard carbon film as described above, FIG.
An electrostatic actuator was manufactured according to the example shown in FIG. A hard carbon film having a thickness of 10 μm was deposited on the Si (110) surface by using the above-mentioned substrate having SiO 2 attached to 2 μm as a substrate by the above-described vapor phase method. Next, Pt was formed thereon as an electrode material by magnetron sputtering.
Was formed to 0.3 microns. Further, an opening was opened by etching SiO 2 at a position corresponding to the diaphragm, and only Si in that portion was anisotropically etched at 80 ° C. to the thickness of the diaphragm at 80 ° C. by etching with a KOH aqueous solution (30%). .

【0076】このとき、電極材料のPtは、KOHエッ
チャントに対して耐蝕性があり、特に、レジスト等でカ
バーする必要がないので、プロセス工程の簡略化には効
果的であった。
At this time, Pt of the electrode material has corrosion resistance to the KOH etchant and does not need to be covered with a resist or the like in particular, which is effective in simplifying the process steps.

【0077】上述のように、製作された振動板基板と電
極基板とを接合して静電型アクチュエータとした。この
とき、振動板と下部電極とのギヤップを0.8ミクロン
とした。振動板電極と下部電極との間に約50Vのパル
ス電圧を印加した結果、インクジェットとして使用する
ために十分な変位が得られた。
As described above, the manufactured diaphragm substrate and electrode substrate were joined to form an electrostatic actuator. At this time, the gap between the diaphragm and the lower electrode was set to 0.8 μm. As a result of applying a pulse voltage of about 50 V between the diaphragm electrode and the lower electrode, a sufficient displacement for use as an ink jet was obtained.

【0078】(実施例3)炭素膜の積層体を振動板とし
て採用した例を説明する。まず、HfとTiの金属ヨウ
化物を生成させるために、Hf,Tiのそれぞれの多孔
質体にヨウ素を反応させて800℃にして金属ヨウ化物
のガス体とした。これを交互に反応チャンバーに導入さ
せ、C410ガスと反応させてHfCとTiCの積層体
を基体上に形成した。合成にはプラズマCVD法を使用
し、下記の反応条件で堆積した。
(Embodiment 3) An example in which a laminate of carbon films is used as a diaphragm will be described. First, in order to generate a metal iodide of Hf and Ti, iodine was reacted with each of the porous bodies of Hf and Ti, and the temperature was set to 800 ° C. to obtain a metal iodide gas. These were alternately introduced into a reaction chamber and reacted with a C 4 H 10 gas to form a laminate of HfC and TiC on a substrate. The plasma CVD method was used for the synthesis, and deposition was performed under the following reaction conditions.

【0079】RFパワー :20W/cm2 圧力 :2Pa 堆積温度 :600℃ C410流量:0.05〜0.4ml/mimRF power: 20 W / cm 2 Pressure: 2 Pa Deposition temperature: 600 ° C. Flow rate of C 4 H 10 : 0.05-0.4 ml / mim

【0080】先ず、振動板のインクと接する側の第1材
料としてHfCを3ミクロン堆積させ、次に、インクと
接しない側の第2材料としてTiCを7ミクロン堆積さ
せた。第2材料として、化学的安定性よりは機械的特
性、例えば、ヤング率,強度等を重視した材料を設け
た。HfCヤング率は、3.2×104Kg/mm2で、Ti
Cのヤング率は、4.0×104Kg/mm2であった。この
ような構成により、TiCの機械的特性とHfCの耐腐
蝕性,耐酸化性を合わせ持つ振動板を製作することがで
きた。
First, 3 μm of HfC was deposited as the first material on the side of the vibration plate which is in contact with the ink, and 7 μm of TiC was deposited as the second material on the side not in contact with the ink. As the second material, a material was used in which mechanical properties, such as Young's modulus and strength, were emphasized rather than chemical stability. The HfC Young's modulus is 3.2 × 10 4 Kg / mm 2 and Ti
The Young's modulus of C was 4.0 × 10 4 Kg / mm 2 . With such a configuration, a diaphragm having both the mechanical properties of TiC and the corrosion resistance and oxidation resistance of HfC could be manufactured.

【0081】[0081]

【発明の効果】【The invention's effect】

請求項1の発明に対応する効果;基体上に気相合成法に
より振動板を形成する工程を含むので、安価な基体、例
えば、Si等を使用することができ、振動板の変形や破
壊が起こることがない。また、振動板の厚さの制御性が
格段に向上するので、幅広い材料を使用することができ
る。
Effect corresponding to the first aspect of the present invention; a step of forming a diaphragm on a substrate by a vapor phase synthesis method is included, so that an inexpensive substrate such as Si can be used, and deformation and destruction of the diaphragm can be prevented. Never happen. Further, since the controllability of the thickness of the diaphragm is remarkably improved, a wide range of materials can be used.

【0082】請求項2の発明に対応する効果;インク流
路を形成する基体と、該基体と一体的に形成され、か
つ、前記インク流路の一部を構成する振動板とからな
り、該振動板が前記基体上に気相合成法により形成され
たインクジェットヘッドにおいて、前記振動板が、炭素
を主要な構成元素とする硬質炭素膜からなるので、ヤン
グ率が3〜7×104Kg/mm2と大きく、かつ、化学的安
定性に優れ、また、ジルコニアのような大きなオーダの
粒界がないため、強靱性が高い。
According to a second aspect of the present invention, there is provided an image forming apparatus comprising: a base forming an ink flow path; and a diaphragm integrally formed with the base and constituting a part of the ink flow path. In the ink jet head in which the vibration plate is formed on the base by the vapor phase synthesis method, the vibration plate is made of a hard carbon film containing carbon as a main constituent element, and therefore has a Young's modulus of 3 to 7 × 10 4 Kg /. It has high toughness because it is as large as 2 mm2, has excellent chemical stability, and has no large-order grain boundaries unlike zirconia.

【0083】請求項3の発明に対応する効果;インク流
路を形成する基体と、該基体と一体的に形成され、か
つ、前記インク流路の一部を構成する振動板とからな
り、該振動板が前記基体上に気相合成法により形成され
たインクジェットヘッドにおいて、前記振動板が、炭化
物からなるので、ヤング率がジルコニアよりもより大き
く、また、化学的にも安定であり、耐インク性も向上す
る。
According to the third aspect of the present invention, there is provided an image forming apparatus comprising: a base forming an ink flow path; and a diaphragm formed integrally with the base and forming a part of the ink flow path. In the ink jet head in which the vibration plate is formed on the substrate by a gas phase synthesis method, the vibration plate is made of carbide, so that the Young's modulus is larger than that of zirconia, and it is chemically stable, and the ink resistance is high. The performance is also improved.

【0084】請求項4の発明に対応する効果;インク流
路を形成する基体と、該基体と一体的に形成され、か
つ、前記インク流路の一部を構成する振動板とからな
り、該振動板が前記基体上に気相合成法により形成され
たインクジェットヘッドにおいて、前記振動板が、窒化
物からなるので、ヤング率がジルコニアよりも大きく、
また、化学的にも安定であり、耐インク性も向上する。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an image forming apparatus comprising: a base forming an ink flow path; and a diaphragm formed integrally with the base and constituting a part of the ink flow path. In the inkjet head in which the vibration plate is formed on the substrate by a gas phase synthesis method, the vibration plate is made of nitride, so that the Young's modulus is larger than that of zirconia,
Further, it is chemically stable, and the ink resistance is improved.

【0085】請求項5の発明に対応する効果;インク流
路を形成する基体と、該基体と一体的に形成され、か
つ、前記インク流路の一部を構成する振動板とからな
り、該振動板が前記基体上に気相合成法により形成され
たインクジェットヘッドにおいて、前記振動板が、少な
くとも2種類の炭化物の複合体からなるので、2種類の
材料の有する特性を合わせ持つ、例えば、機械的特性が
良好で、かつ、耐腐蝕性,耐酸化性も強い単層ができ
る。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an image forming apparatus comprising: a base forming an ink flow path; and a diaphragm formed integrally with the base and constituting a part of the ink flow path. In the ink jet head in which the vibration plate is formed on the substrate by a gas phase synthesis method, since the vibration plate is made of a composite of at least two kinds of carbides, it has the characteristics of two kinds of materials, for example, a machine. A single layer having good mechanical properties and strong corrosion and oxidation resistance can be obtained.

【0086】請求項6の発明に対応する効果;インク流
路を形成する基体と、該基体と一体的に形成され、か
つ、前記インク流路の一部を構成する振動板とからな
り、該振動板が前記基体上に気相合成法により形成され
たインクジェットヘッドにおいて、前記振動板が、少な
くとも2種類の異種材料の積層体からなるので、2種類
の材料の有する特性を合わせ持つ、例えば、機械的特性
が良好で、かつ、耐腐蝕性,耐酸化性も強い単層ができ
る。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an image forming apparatus comprising: a base forming an ink flow path; and a diaphragm integrally formed with the base and constituting a part of the ink flow path. In the ink jet head in which the vibration plate is formed on the base by a gas phase synthesis method, since the vibration plate is made of a laminate of at least two kinds of different materials, it has the characteristics of the two kinds of materials, for example, A single layer having good mechanical properties and strong corrosion and oxidation resistance can be obtained.

【0087】請求項7の発明に対応する効果;インク流
路の一部を構成する振動板と、該振動板を駆動するため
の電圧が印加される電極とを積層して薄膜材料を形成す
る工程を含むインクジェットヘッドの製造方法におい
て、前記薄膜材料を、前記振動板と前記電極とを、順
次、連続的に気相合成法により積層して形成するので、
振動板と電極膜との界面に不純物層あるいは異物が入り
込む余地がなくなり、密着力が向上し、かつ、プロセス
の途中で振動板が損傷することもない。
According to the seventh aspect of the present invention, a thin film material is formed by laminating a diaphragm constituting a part of the ink flow path and an electrode to which a voltage for driving the diaphragm is applied. In the method for manufacturing an ink jet head including a step, since the thin film material is formed by sequentially and continuously laminating the diaphragm and the electrode by a vapor phase synthesis method,
There is no room for an impurity layer or foreign matter to enter the interface between the diaphragm and the electrode film, the adhesion is improved, and the diaphragm is not damaged during the process.

【0088】請求項8の発明に対応する効果;インク流
路の一部を構成し、かつ、非金属性元素を有する振動板
と、該振動板に対向して配設され、かつ、該振動板を駆
動するための電圧が印加される対向電極とを有するイン
クジェットヘッドにおいて、前記振動板の有する非金属
性元素の比率が、前記対向電極に近づくにしたがって少
なくなるので、実質的に、振動板膜に電極としての機能
を兼ねさせることができ、層構成を簡略化することがで
きる。
An effect corresponding to the eighth aspect of the present invention: a vibrating plate which constitutes a part of the ink flow path and has a non-metallic element; In an ink jet head having a counter electrode to which a voltage for driving the plate is applied, the ratio of the non-metallic element of the vibration plate decreases as the distance to the counter electrode decreases. The film can also function as an electrode, and the layer configuration can be simplified.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明によるインクジェットヘッド製造方法
の一実施例を説明するための要部構成図である。
FIG. 1 is a main part configuration diagram for explaining one embodiment of an inkjet head manufacturing method according to the present invention.

【図2】 代表的な炭化物,窒化物の特性を示した図で
ある。
FIG. 2 is a diagram showing characteristics of typical carbides and nitrides.

【図3】 本発明によるインクジェットヘッドの他の実
施例を説明するための図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining another embodiment of the ink jet head according to the present invention.

【図4】 本発明が適用されるインクジェットヘッドの
一例を説明するための図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of an inkjet head to which the present invention is applied.

【図5】 本発明によるインクジェットヘッドの他の実
施例を説明するための図である。
FIG. 5 is a view for explaining another embodiment of the ink jet head according to the present invention.

【図6】 本発明によるインクジェットヘッドの他の実
施例を説明するための図である。
FIG. 6 is a view for explaining another embodiment of the ink jet head according to the present invention.

【図7】 本発明によるインクジェットヘッドの他の実
施例を説明するための図である。
FIG. 7 is a view for explaining another embodiment of the ink jet head according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…上部電極、2…下部電極、3…基体、4…RF電
源、5…DCバイアス電源、6…マグネット、10…振
動板、11…第1材料、12…第2材料、13…インク
室、14…Si基板、15…対向電極、16…電極層、
17…振動板膜、18…レジスト、19…電極膜、20
…振動板基板、d…振動板膜の厚さ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Upper electrode, 2 ... Lower electrode, 3 ... Base, 4 ... RF power supply, 5 ... DC bias power supply, 6 ... Magnet, 10 ... Vibration plate, 11 ... 1st material, 12 ... 2nd material, 13 ... Ink chamber , 14 ... Si substrate, 15 ... Counter electrode, 16 ... Electrode layer,
17: diaphragm film, 18: resist, 19: electrode film, 20
... diaphragm substrate, d ... thickness of diaphragm film.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基体上に気相合成法により振動板を形成
する工程を含むことを特徴とするインクジェットヘッド
の製造方法。
1. A method of manufacturing an ink jet head, comprising a step of forming a vibration plate on a substrate by a vapor phase synthesis method.
【請求項2】 インク流路を形成する基体と、該基体と
一体的に形成され、かつ、前記インク流路の一部を構成
する振動板とからなり、該振動板が前記基体上に気相合
成法により形成されたインクジェットヘッドにおいて、
前記振動板が、炭素を主要な構成元素とする硬質炭素膜
からなることを特徴とするインクジェットヘッド。
2. An ink flow path comprising: a substrate forming an ink flow path; and a vibration plate formed integrally with the substrate and constituting a part of the ink flow path. In an inkjet head formed by a phase synthesis method,
An ink jet head, wherein the diaphragm is made of a hard carbon film containing carbon as a main constituent element.
【請求項3】 インク流路を形成する基体と、該基体と
一体的に形成され、かつ、前記インク流路の一部を構成
する振動板とからなり、該振動板が前記基体上に気相合
成法により形成されたインクジェットヘッドにおいて、
前記振動板が、炭化物からなることを特徴とするインク
ジェットヘッド。
3. A substrate that forms an ink flow path, and a diaphragm that is formed integrally with the substrate and that constitutes a part of the ink flow path. In an inkjet head formed by a phase synthesis method,
An ink jet head, wherein the vibration plate is made of carbide.
【請求項4】 インク流路を形成する基体と、該基体と
一体的に形成され、かつ、前記インク流路の一部を構成
する振動板とからなり、該振動板が前記基体上に気相合
成法により形成されたインクジェットヘッドにおいて、
前記振動板が、窒化物からなることを特徴とするインク
ジェットヘッド。
4. A substrate that forms an ink flow path and a diaphragm that is formed integrally with the substrate and that constitutes a part of the ink flow path. In an inkjet head formed by a phase synthesis method,
An ink jet head, wherein the vibration plate is made of nitride.
【請求項5】 インク流路を形成する基体と、該基体と
一体的に形成され、かつ、前記インク流路の一部を構成
する振動板とからなり、該振動板が前記基体上に気相合
成法により形成されたインクジェットヘッドにおいて、
前記振動板が、少なくとも2種類の炭化物の複合体から
なることを特徴とするインクジェットヘッド。
5. A substrate that forms an ink flow path and a diaphragm that is formed integrally with the substrate and that constitutes a part of the ink flow path. In an inkjet head formed by a phase synthesis method,
An ink jet head, wherein the diaphragm is made of a composite of at least two kinds of carbides.
【請求項6】 インク流路を形成する基体と、該基体と
一体的に形成され、かつ、前記インク流路の一部を構成
する振動板とからなり、該振動板が前記基体上に気相合
成法により形成されたインクジェットヘッドにおいて、
前記振動板が、少なくとも2種類の異種材料の積層体か
らなることを特徴とするインクジェットヘッド。
6. A substrate that forms an ink flow path and a diaphragm that is formed integrally with the substrate and that constitutes a part of the ink flow path. In an inkjet head formed by a phase synthesis method,
An ink jet head, wherein the diaphragm is made of a laminate of at least two kinds of different materials.
【請求項7】 インク流路の一部を構成する振動板と、
該振動板を駆動するための電圧が印加される電極とを積
層して薄膜材料を形成する工程を含むインクジェットヘ
ッドの製造方法において、前記薄膜材料を、前記振動板
と前記電極とを、順次、連続的に気相合成法により積層
して形成することを特徴とするインクジェットヘッドの
製造方法。
7. A diaphragm constituting a part of an ink flow path,
In a method for manufacturing an ink jet head, comprising forming a thin film material by laminating an electrode to which a voltage for driving the vibration plate is applied, the thin film material, the vibration plate and the electrode, A method for manufacturing an ink-jet head, wherein the ink-jet head is formed by continuously laminating by a vapor phase synthesis method.
【請求項8】 インク流路の一部を構成し、かつ、非金
属性元素を有する振動板と、該振動板に対向して配設さ
れ、かつ、該振動板を駆動するための電圧が印加される
対向電極とを有するインクジェットヘッドにおいて、前
記振動板の有する非金属性元素の比率が、前記対向電極
に近づくにしたがって少なくなることを特徴とするイン
クジェットヘッド。
8. A vibrating plate which forms a part of an ink flow path and has a non-metallic element, and a voltage for driving the vibrating plate which is disposed opposite to the vibrating plate. An inkjet head having a counter electrode to be applied, wherein the ratio of the nonmetallic element of the diaphragm decreases as approaching the counter electrode.
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