KR100309405B1

KR100309405B1 - 잉크제트헤드

Info

Publication number: KR100309405B1
Application number: KR1019980710073A
Authority: KR
Inventors: 이사쿠 간노; 사토루 후지이; 료이치 다카야마; 다케시 가마다
Original assignee: 모리시타 요이찌; 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
Priority date: 1997-04-14
Filing date: 1998-04-14
Publication date: 2001-12-12
Also published as: KR20000016488A; EP0930165A4; US6347862B1; EP0930165B1; DE69818793D1; WO1998046429A1; EP0930165A1; DE69818793T2; JPH10286953A; JP3666177B2

Abstract

잉크제트 기록장치에 사용되는 고밀도로 형성된 배출구를 갖는 잉크제트 헤드로서, 잉크배출구와 상기 잉크배출구에 접속된 압력실과, Pb, Ti 및 Zr을 지닌 압전막과 이 압전막의 양측에 설치된 전극 등을 포함하여 이루어지고, 압력실의 일부에 설치된 압전진동부 등을 가지며, 압전막을 각기 퍼로브 스카이트 구조를 가지도록 하였으며, 또한 서로 접하도록 형성된 제1층과 제2층을 포함하고, 제1층을 Zr을 포함하지 않는 층, 또는 Zr의 함유량이 상기 제2층의 함유량에 비교하여 적은 층으로 한다.

Description

잉크제트 헤드{INK-JET HEAD}

근년에 와서 개인용 컴퓨터 등의 인쇄장치로서 잉크제트 기록장치를 사용한 프린터가 좋은 인쇄성능, 간단한 취급, 및 저비용 등의 이유로 널리 보급되고 있다. 이 잉크제트 기록장치에는 열에너지에 의하여 잉크 속에 기포를 발생시켜, 그 기포에 의한 압력파(pressure wave)에 따라 잉크 방울(ink droplets)을 배출시키는 것, 정전력(static electric power)에 의하여 잉크 방울을 흡입하고 배출시키는 것, 압전소자(piezoelectric element)와 같은 진동자에 의한 압력파를 이용한 것 등, 여러 가지 방식이 있다.

일반적으로 압전소자를 사용한 것은, 예컨대 잉크 공급실과 연결되어 통하는 압력실과 이 압력실과 연결되어 통하는 잉크배출구 등을 포함하며, 압력실에는 압전소자가 접합된 진동판이 설치된 구성으로 되어 있다. 이와 같은 구성에서는, 압전소자에 소정의 전압을 인가하여 압전소자를 신축시킴에 의해 자체가 휘는 진동을 일으켜서, 압력실 내의 잉크를 압축하여, 잉크배출구로부터 잉크 방울을 배출시킨다. 현재 컬러 잉크제트 기록장치가 보급되고 있으며, 인쇄성능의 향상, 특히 고해상도 및 고속인쇄가 요구되고 있다. 이 때문에 잉크헤드를 미세화한 다중노즐헤드(multi-nozzle head) 구조를 사용하여 고해상도 및 고속인쇄를 실현하는 일이 시도되고 있다. 잉크헤드를 미세화하기 위해서는 잉크를 배출시키는 압전소자를 소형화하는 것이 필수적이다.

그러나, 이 압전소자의 압전막은 PbO, ZrO₂및 TiO₂의 분말을 시트(sheet) 형상으로 성형가공(成型加工)한 다음, 소성(燒成)하여 형성하는 방법이 채용되어 왔던 까닭에, 압전막을 예컨대 20㎛ 이하로 얇게 형성하는 것이 곤란하였다. 이 때문에, 압전막을 미세하게 가공하는 것과, 압전소자를 소형화하는 것이 곤란하였다. 또, 이와 같이 분말을 소성함에 의해 형성된 압전막은, 그 두께가 얇게 됨에 따라 결정입계(結晶粒界)(grain boundary)의 영향을 무시할 수 없게 되어, 양호한 압전 특성을 얻을 수 없다. 그 결과, 분말을 소성함에 의해 형성된 압전막이 15㎛ 이하로 되면, 잉크를 배출시키기 위한 충분한 압전 특성을 얻을 수 없는 문제점이 있다. 이 때문에, 충분한 잉크의 배출에 필요한 특성을 지닌 소형의 잉크 헤드를 이제까지 실현할 수 없었다.

잉크제트 기록장치에 사용되는 잉크제트 헤드(ink-jet head)에 관한 것이다.

도 1A는 본 발명에 따른 제1 실시형태의 잉크제트 헤드의 구성을 나타낸 사시도이며, 도 1B는 도 1A의 A-A'선에 대한 단면도.

도 2는 제1 실시형태의 잉크제트 헤드에서의 압전진동부를 확대하여 도시한 부분 단면도.

도 3은 제1 실시형태의 잉크제트 헤드에서의 압전막(5)을 확대하여 도시한 부분 단면도.

도 4는 제1 실시형태의 잉크제트 헤드의 제조방법에서, MgO기판(10) 위에 압전진동부를 형성한 경우의 단면도.

도 5A는 제1 실시형태의 잉크제트 헤드에서의 제조방법의 일례에 대한 주요공정을 도시한 공정도이며, 도 5B는 도 5A와는 다른 예를 도시한 공정도.

도 6은 제1 실시형태의 잉크제트 헤드의 정면도.

도 7은 제1 실시형태의 잉크제트 헤드의 일례에서, 인가전압에 대한 진동판의 굴곡량(bending amount)을 도시한 그래프.

도 8은 제1 실시형태의 잉크제트 헤드의 다른 예에서, 인가전압에 대한 진동판의 굴곡량을 도시한 그래프.

도 9는 본 발명에 따른 제2 실시형태의 잉크제트 헤드의 제조방법에서, 실리콘기판(15) 위에 압전진동부를 형성한 경우의 단면도.

도 10은 제2 실시형태의 잉크제트 헤드의 제조방법의 주요한 공정을 도시한 공정도.

도 11은 본 발명에 따른 제3 실시형태의 제조방법에 의하여 제작되는 잉크제트 헤드의 특징을 도시한 부분 단면도.

도 12는 제3 실시형태의 잉크제트 헤드의 제조방법의 주요한 공정을 도시한 공정도.

도 13A는 본 발명에 따른 제4 실시형태의 잉크제트 헤드의 구성을 나타낸 사시도이며, 도 13B는 도 13A의 C-C'선에 대한 단면도.

도 14는 도 13A의 D-D'선에 대한 단면도.

도 15는 제4 실시형태의 변형예의 압전진동부의 구성을 도시한 부분 단면도.

도 16은 제4 실시형태에서의 바람직한 접합구조를 도시한 부분 단면도.

도 17은 제4 실시형태에서의 다른 바람직한 접합구조를 도시한 부분 단면도.

도 18은 본 발명에 따른 제5 실시형태의 잉크제트 헤드의 구성을 도시한 부분 단면도.

도 19는 본 발명에 따른 제6 실시형태의 잉크제트 헤드의 구성을 도시한 사시도.

본 발명은 막의 두께가 얇아도 커다란 압전특성을 갖는 박막재료를 개발하여, 압전소자를 구성하는 압전체나 진동판 등을 박막화함으로써 반도체 처리에서 보통 사용되고 있는 미세 가공을 가능하게 하여, 고밀도로 형성된 배출구를 가지는 잉크제트 헤드를 실현하는 구성과, 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 막의 두께가 얇아도 큰 압전특성을 지닌 박막재료를 개발하여, 압전소자를 구성하는 압전체나 진동판 등을 박막화함으로써, 반도체 처리에서 보통 사용되고 있는 미세 가공을 가능하게 하여, 고밀도로 형성된 배출구를 지닌 잉크제트헤드를 실현하는 구성 및 그 제조방법을 제공한다.

즉, 본 발명에 따른 제1 잉크제트 헤드는 잉크배출구와 상기 잉크배출구에 접속된 압력실 등을 포함하는 본체부와, Pb, Ti 및 Zr을 포함하는 압전막(壓電膜)과 이 압전막의 양측에 설치된 전극 등을 가지며, 상기 압력실의 일부에 설치된 압전진동부 등을 포함하여, 상기 압전진동부를 굽힘진동(flexural vibration) 시켜서 잉크배출구로부터 잉크를 배출시키는 잉크제트 헤드로서,

상기 압전막이 Sr 또는 Ba를 포함하는 퍼로브 스카이트(perovskite) 구조를 가진 제1층과, 이 제1층에 접하도록 형성된 Pb, Ti 및 Zr을 가진 퍼로브 스카이트 구조의 제2층을 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.

이와 같이, Sr 또는 Ba를 포함하는 퍼로브 스카이트 구조를 가지는 제1층과, 상기 제1층에 접하도록 제2층을 포함하여 구성함에 의해, Zr을 포함하고 있는 제2층을 품질이 좋고 엷으며, 또한 큰 압전상수를 갖도록 형성할 수 있다. 이에 따라서, 본 발명의 제1 잉크제트헤드는 극히 소형이고 경량으로 할 수 있다.

또, 본 발명에 따른 제2 잉크제트 헤드는 잉크배출구와 상기 잉크배출구에 접속된 압력실 등을 가지는 본체부와, Pb, Ti 및 Zr을 지닌 압전막과 이 압전막의 양측에 설치된 전극 등을 가지며, 상기 압력실의 일부에 설치된 압전진동부를 포함하여, 상기 압전진동부를 굽힘진동시켜서 잉크배출구에서 잉크를 배출시키는 잉크제트 헤드로서,

상기 압전막이 Sr 또는 Ba를 함유하는 퍼로브 스카이트 구조를 갖는 제1층과, 이 제1층에 접하도록 형성된 Pb, Ti 및 Zr을 갖는 퍼로브 스카이트 구조의 제2층 등을 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.

이와 같이, Sr 또는 Ba를 함유한 퍼로브 스카이트 구조를 지닌 제1층과 상기 제1층에 접하도록 제2층 등을 포함하여 구성함에 의해, Zr을 포함하는 제2층을 양질이고 얇으며, 또한 커다란 압전상수를 갖도록 형성할 수 있다. 이에 따라서, 본 발명의 제1 잉크제트 헤드는 극히 작고 소형으로 할 수 있다.

또, 본 발명에 따른 제2 잉크제트 헤드는 잉크배출구와 상기 잉크배출구에 접속된 압력실 등을 가지는 본체부와, Pb, Ti 및 Zr을 지닌 압전막과 이 압전막의 양측에 설치된 전극을 가지며, 상기 압력실의 일부에 설치된 압전진동부 등을 포함하고, 상기 압전진동부를 굽힘진동시켜서 잉크배출구로부터 잉크를 배출시키는 잉크제트 헤드로서,

상기 압전막은 각기 퍼로브 스카이트 구조를 갖고 또한 서로 접하도록 형성된 제1층과 제2층을 포함하고 있고, 상기 제1층의 Zr의 함유량은 상기 제2층의 Zr의 함유량에 비해 적은 것을 특징으로 한다.

이와 같이, 상기 압전막을 서로 접하도록 형성된 제1층과 제2층을 포함하여 구성함에 의해, Zr을 비교적 많이 포함한 제2층을 양질이고 얇으며, 또한 큰 압전상수를 갖도록 형성할 수 있다. 이에 따라서, 본 발명의 제2 잉크제트 헤드는 극히 소형이고 경량으로 할 수 있다.

또, 본 발명에 따른 제3 잉크제트 헤드는 잉크배출구와 상기 잉크배출구에접속된 압력실을 가지는 본체부와, Pb, Ti 및 Zr을 지닌 압전막과 이 압전막의 양측에 설치된 전극 등을 가지며, 상기 압력실의 일부에 설치된 압전진동부 등을 포함하고, 상기 압전진동부를 굽힘진동시켜서 잉크배출구로부터 잉크를 배출시키는 잉크제트 헤드로서,

상기 압전막은 각기 퍼로브 스카이트 구조를 갖고 또한 서로 접하도록 형성된, Zr을 갖고 있지 않는 제1층과 Zr을 갖는 제2층 등을 포함하여 된 것을 특징으로 한다. 이에 따라서, 제2 잉크제트 헤드에 비교하여 더욱 양질이고 압전상수가 큰 제2층을 형성할 수 있다.

또, 본 발명에 따른 제2 및 제3 잉크제트 헤드에서는 제1층을 용이하게 또한 저온에서 형성하기 위하여, 상기 제1층이 La를 포함하고 있는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 제1∼제3 잉크제트 헤드에서는 상기 압전막의 압전상수를 더욱 크게 하기 위하여, 제2층에서 Zr/Ti비가, 30/70 이상 70/30 이하로 설정하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명에 따른 제1∼제3 잉크제트 헤드에서, 상기 압전막은 단결정(單結晶)인 것이 더욱 바람직하다.

이에 따라서, 압전막을 구성하는 재료의 고유 압전상수를 효과적으로 이용할 수 있다.

또, 본 발명에 따른 제1∼제3 잉크제트 헤드에서, 상기 압전막은 10㎛ 이하의 두께로 형성되는 것이 바람직하며, 이에 따라서 상기 압전막의 형상을 미세하게 가공할 수 있다.

또, 본 발명에 따른 제1∼제3 잉크제트 헤드에서, 상기 압전막은 1㎛ 이상, 3㎛ 이하의 두께로 형성되는 것이 더욱 바람직하며, 이에 따라서 상기 압전막을 미세하게 가공할 수 있음과 동시에, 충분한 잉크 배출력 및 충분한 압전막의 신뢰성을 얻을 수 있다. 이 경우, 상기 제1층은 50nm 이상, 100nm 이하의 두께로 형성되는 것이 바람직하며, 이에 따라서 양질의 제2층을 형성할 수 있으며, 상기 압전막 전체의 압전상수를 저하시키는 일도 없다.

또, 본 발명에 따른 제1∼제3 잉크제트 헤드에서, 상기 압전진동부는 진동판을 포함함으로써, 상기 압전진동부를 용이하게 굽힘진동시킬 수 있다. 이 경우, 상기 진동판이 Ni, Cr, Al 및 그 산화물, Si, Si 산화물 고분자 유기물로 된 집단으로부터 선택된 적어도 하나의 재료로 되는 것이 바람직하다.

또, 본 발명에 따른 제1∼제3 잉크제트 헤드에서는, 상기 압전진동부에 있어서, 상기 전극 사이에 상기 압전막과 중간전극층을 통해 대향하는 상기 압전막과는 별도의 압전막을 더 설치하고, 이 2개의 압전막에 의하여 굽힘진동을 시켜도 좋다. 이와 같이 2개의 압전막으로 굽힘진동을 시키면 진동판을 사용하는 경우에 비하여 보다 큰 진폭을 얻을 수 있다.

또, 본 발명에 따른 제1 및 제3 잉크제트 헤드에서는 상기 압전막의 제2층이 Nb 및 Sn을 포함하는 반강유전성(反强誘電性)을 지닌 압전체라도 좋다.

또한, 본 발명에 따른 제1∼제3 잉크제트 헤드에서는 상기 제1층을 Zr 농도가 두께방향으로 연속적으로 증가하도록 분포된 층으로 하고, 또한 제1층의 Zr 농도가 높은 한쪽 면에서 상기 제2층과 접하도록 구성하여도 좋다.

또, 본 발명에 따른 제1∼제3 잉크제트 헤드에서는 상기 압전막의 양측에 형성된 전극층이 Pt 또는 Au로 형성되는 것이 바람직하다. 이에 따라서, 예컨대 에칭(etching)을 이용하여 압전막을 미세 가공하는 경우에, 에칭액(etchant)에 의하여 전극에 손상을 주지 않도록 할 수 있다.

또, 본 발명에 따른 제1∼제3 잉크제트 헤드에서는 상기 본체부가 여러 개의 잉크배출구와 각 잉크배출구에 각기 대응하여 설치된 여러 개의 압력실을 갖고 있어서, 상기 압전막의 양측에 설치된 전극 중에서 적어도 한편의 전극을 상기 압력실에 대응하도록 분리하여 설치함에 의해, 각 압력실에 대응한 압전진동부를 가지는 잉크제트 헤드를 구성할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하여, 여러 개의 잉크배출구가 극히 고밀도로 형성된 잉크제트 헤드를 제작할 수 있다. 이 경우, 상기 압전막을 상기 압전실에 대응하도록 분리하여 설치하고, 상기 한편의 전극을 상기 분리시킨 각 압전막 위에 형성하도록 하여도, 마찬가지로 배출구가 고밀도로 형성된 잉크제트 헤드를 제작할 수 있다. 이와 같이, 압전막을 각 압력실에 대응하도록 분리하여 형성하는 경우, 각 압전막의 폭을 상기 압력실의 폭보다 작게 하는 것이 바람직하다. 또, 압전막을 분리하여 형성하는 경우, 상기 분리된 압전막의 사이에, 상기 압전막의 신축을 저해하지 않는 강성이 낮은 수지를 충전하여도 좋다. 이에 따라서, 헤드의 신뢰성을 높일 수 있다.

또, 본 발명에 따른 제1∼제3 잉크제트 헤드에서, 상기 압전진동부는 그 주변부가, 탄성을 지니며 막 두께가 3㎛ 이하인 수지층을 통해 상기 압력실의 주변부와 접합하도록 하여도 좋고, 이에 따라서 접합할 때에 압전진동부에 변형이 가해지는 것을 방지할 수 있어, 제조할 때의 수율을 높일 수 있으며, 또한 신뢰성을 높일 수 있다.

상기 압전진동부는 그 주변부가 세라믹, 금속 또는 수지로 된 받침대를 통해, 상기 압력실의 주변부와 접합되는 것이 바람직하며, 이에 따라서 접합부를 상기 압전진동부로부터 분리할 수 있으므로, 상기 압전진동부를 안정하게 진동시킬 수 있다.

또, 본 발명에 따른 잉크제트 헤드의 제조방법은 잉크배출구와 상기 잉크배출구에 접속되고, 또한 일부에 개구부가 형성된 압력실을 가지는 본체부와, 상기 개구부를 가로막도록 설치된 압전진동부 등을 포함하는 잉크제트 헤드의 제조방법으로서,

기판 위에 Pb 및 Ti를 함유하는 퍼로브 스카이트 구조를 가지는 제1층을 형성하고, 제1층 위에 Zr과 Pb 및 Ti 등을 함유하는 퍼로브 스카이트 구조를 가지는 제2층을 형성하여, 상기 제1층과 상기 제2층을 포함하는 압전막을 형성하는 공정 등을 포함하여, 상기 기판 위에 상기 압전막을 가지는 압전진동부를 형성하는 제1공정과,

상기 본체부의 상기 개구부의 주변부와 상기 압전진동부의 주변부를 대향시켜서 접합하는 제2공정과,

상기 접합 후에 상기 기판을 제거하는 제3공정 등을 포함하며,

상기 제1공정에서는, 상기 제1층이 Zr을 함유하지 않도록 또는 상기 제2층에 비해 Zr의 양이 적어지도록 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 제조방법에 의하여, Zr이 비교적 많이 함유되어 있는 제2층을 양질이고 얇으며, 또한 커다란 압전상수를 갖도록 형성할 수 있다. 이에 따라서, 본 발명의 제조방법에 의하면, 극히 소형이고 경량인 잉크제트 헤드를 제조할 수 있다.

본 발명에 따른 제조방법에서는 상기 제1층 및 상기 제2층을 정밀도가 좋고 또한 양질로 형성하기 위하여, 스퍼터링(spattering)법 또는 CVD법에 의하여 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 제조방법에서는 상기 기판으로서 MgO기판을 사용함에 의해, 단결정의 제1층 및 제2층을 형성할 수 있다. 또, 이 경우 상기 제3공정에서 상기 기판을 인산을 사용한 에칭에 의하여 제거할 수 있다.

본 발명에 따른 제조방법에서는 상기 기판으로서 실리콘기판 또는 유리기판을 사용할 수도 있으며, 이에 따라 MgO기판을 사용하는 경우에 비해 염가로 제조할 수 있다. 이 경우 상기 제3공정에서는 상기 기판을 불산계 용액 또는 수산화칼륨 용액을 사용하여 에칭으로 제거할 수 있다.

다음으로, 본 발명에 따른 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

(제1 실시형태)

본 발명에 따른 제1 실시형태의 잉크제트 헤드(100)는, 종래에 곤란하였던 스퍼터링(sputtering) 등의 이른바 박막형성 방법을 이용하여 형성된, 얇고 커다란 압전 상수(piezoelectric constant)를 가지는 압전막(piezoelectric film)을 사용하여 구성되어 있고, 종래의 잉크제트헤드에 비해 극히 소형이며, 또한 잉크배출구의 간격을 좁게 형성할 수 있다는 특징을 갖는다.

도 1A는 본 발명에 따른 제1 실시형태의 잉크제트 헤드(100)의 사시도이며, 도 1B는, 도 1A의 A-A'선에 대한 단면도이다.

상기 잉크제트 헤드(100)는 도 1A 및 도 1B에 도시한 바와 같이, 여러 개의 배출구(2)와, 각 배출구(2)에 대응하여 설치된 압력실(1)과, 압력실(1)에 각각 설치된 압전소자(3) 등을 포함하여 다음과 같이 구성된다.

잉크제트 헤드(100)에서는, 배출구(2)가 본체부(50)의 측면에 일정한 간격으로 형성되어 있고, 압력실(1)은 배출구(2)에 각각 대응하도록 본체부(50)에 나란히 형성되어 있다. 그리고 각 배출구(2)와 해당 압력실(1)은 본체부(50)에 형성된 잉크 통로(2a)를 통해 접속되어 있다. 또, 본체부(50)의 상면에는 각 압력실(1)에 대응하여 개구부(51)가 각각 형성되어 있고, 또한 본체부(50)의 상면에는 개구부(51)를 가로막도록 진동판(4)이 형성되어 있고, 진동판(4) 위에 있는 각 압력실(1)에 대응하여 각각의 개구부(51) 위에 위치하도록 압전소자(3)가 설치되어 있다.

또, 압전소자(3)는 도 2에 도시한 바와 같이, 각기 0.1㎛의 두께를 가진 백금으로 된 전극(6) 및 (7)과 전극(6, 7) 사이에 형성된 3㎛ 두께의 압전막(5)으로 되어, 진동판(4)에 설치되어 있다. 여기서, 진동판(4)은 진동부분의 두께가 2㎛인 SiO₂층으로 되어 있다. 이상과 같이, 압전소자(3)와 압전판(4)에 의하여 압전진동부(30)가 형성된다.

압전막(5)의 재료로서, 납, 티타늄(titanium), 지르코늄(zirconium)으로 구성된 산화물인 퍼로브 스카이트(perovskite)형 PZT 박막재료를 사용함으로써, 저전압에서도 양호하게 진동시킬 수 있다. 본 명세서에서 간단히 PZT라 할 때는 Pb, Zr 및 Ti를 함유하는 일반식 Pb(Zr_xTi_1-x)O₃으로 나타낼 수 있는 압전재료를 말하는 것으로 한다. 이 PZT박막의 조성은 Pb(Zr_0.53Ti_0.47)O₃의 경우에 최대의 압전성을 나타낸다는 것은 소결체(sintered body)에서는 명백하게 되어 있다. 그러나, 이러한 조성의 박막을 직접 전극 위에 형성하는 것은 용이하지 않다.

따라서, 제1 실시형태에서는 도 3에 도시한 바와 같이, 압전막(5)을 2층으로 구성하고, 제1층(8)으로서 Zr을 함유하고 있지 않는 PbTiO₃, 또는 PbTiO₃에 란탈(Lanthanum)을 첨가한 PLT를 형성하고, 제2층(9)으로서 Pb(Zr_0.53Ti_0.47)O₃의 조성층을 형성함에 의해, 양호한 압전특성을 갖는 고품질 압전박막(압전막(5))을 형성하였다. 즉, 본 발명은 제1층으로 Zr을 함유하고 있지 않는 PbTiO₃, 또는 PbTiO₃에 란탄을 첨가한 PLT를 형성하고, 제2층으로서 Pb(Zr_0.53Ti_0.47)O₃의 조성층을 형성함에 의해, 양호한 압전특성을 지닌 고품질 압전박막을 형성할 수 있음을 발견하고 완성시켰다.

이하, 2층으로 된 압전막(5)에 대하여 더욱 상세히 설명한다.

상술한 바와 같이 PZT는 양호한 압전특성을 가지며, 또한 Zr/Ti의 비율이 약 50/50으로 되면 극히 높은 압전계수를 갖고 있음이 공지되어 있다. 그러나, PZT는 스퍼터링(sputtering) 방법이나 CVD법 등의 박막형성방법을 이용하여 양호한 막을 형성하는 것이 곤란하여, Ti에 대한 Zr의 비율이 커질수록 그 경향은 현저하다. 본원의 연구에 의하면, 그 원인은 박막형성과정에서 Zr의 산화물이 기판표면에 흡착하여, 그 후의 막의 성장을 저해하기 때문이라는 것이 밝혀졌다. 또, 그 경향은 Pt전극에 PZT막을 성장시키려고 했을 경우에 더욱 현저하다는 것도 밝혀졌다. 그러나, PbTiO₃, 또는 PbTiO₃에 La를 10 mol%정도 첨가하여 결정화 온도를 저하시킨 (Pb, La)TiO₃(이하, 간단히 PLT이라 한다)에, 박막형성방법을 이용하여 PZT를 성장시키면, Zr 산화물을 석출시키지 않고 양호한 PZT막을 형성할 수 있다. 또, PbTiO₃및 PLT는 PZT와 동일한 퍼로브 스카이트 구조를 가지며, 박막형성방법을 이용하여 Pt 전극에도 비교적 용이하게 형성할 수 있는 막이다. 상기 제1층으로서의 기본적인 조건은 퍼로브 스카이트형 구조를 하고 있음이 필요하고, PbTiO₃, PLT 이외에도 SrTiO₃, BaTiO₃및 SrRuO₃등도 효과가 있음이 본원의 연구에 의하여 실증되고 있다. 또, 상기 제1층은 PZT와 마찬가지로 RF스퍼터링 장치를 사용하여 형성할 수 있어서, 다원표적(multi-element target)을 장착할 수 있는 스퍼터링 장치를 사용함에 의해, 제1층(8)과 제2층(9)의 형성을 일련의 공정으로 진행할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 이와 같은 다층구조로 하지 않고, Zn을 포함하지 않는 PbTiO₃에서 Pb(Zr_0.5Ti_0.5)O₃부근의 조성으로 연속적으로 변화시킨 조성(組成)경사(gradient composition)를 가지는 제1층을 사용하여, 압전막(5)을 구성하여도 같은 효과를 얻을 수 있다.

이하, 제1 실시형태의 잉크제트 헤드의 제조방법에 대하여 도 5A를 참조하면서 설명한다.

본 제조방법에서는 먼저 2cm 정방형(square)의 (100)면을 상면으로 가지는 단결정 MgO 기판(10)의 상면에, 단결정의 Pt전극막을 배향시켜서 0.1㎛의 두께로 형성한다(도 5A의 단계 S1).

다음으로, Pt전극막을 각 압력실에 대응하도록 드라이 에칭(dry etching)(진공 상태에서 아르곤 이온을 이용)을 사용하여 패터닝(patterning)하여 개개의전극(11)으로 분리한다(도 5A의 단계 S2 및 도 4).

다음으로, PbTiO₃으로 된 초기층(제1층)을 약 0.01㎛의 두께로 형성한다(도 5A의 단계 S3).

그리고, 초기층 위에 PZT 박막을 스퍼터링에 의하여 약 3㎛의 두께로 형성한다(도 5A의 단계 S4).

상기 단계 S3, S4에서 기판온도는 500∼600℃의 온도로 설정하여 막을 성장시킨다.

이와 같이, 본 제조방법에서는 PZT 박막을 형성하기 전에 PbTiO₃으로 된 초기층을 형성하였으므로, 조성의 치우침(non-uniformity)이 적은 결정성에 뛰어난 c축으로 배향된 단결정의 PZT 박막을 형성할 수 있다. 또한, PZT는 c축 방향으로 가장 높은 압전계수를 갖고 있다.

다음으로, PZT 박막(초기층을 포함함)을 강산성 용액(strong acidic solution)을 사용한 에칭에 의하여 패터닝하여, 각 압력실에 대응하도록 개개의 압전막(12)으로 분리한다(도 5A의 단계 S5 및 도 4).

다음으로, 각 압전막(12) 위에 공통전극(13)을 형성한다(도 5A의 단계 S6 및 도 4). 공통전극은 도 4에 도시한 바와 같이, 각 압전막(12)마다 개별의 전극으로 하여도 좋고, 여러 개의 압전막(12)에 걸쳐서 연속한 전극으로 하여도 좋다.

다음으로, 공통전극(13) 위에 SiO₂를 2㎛의 두께로 형성함에 의해, 진동판(4)을 형성한다(도 5A의 단계 S7). 도 4에서는 도시하고 있지 않으나, 진동판(4)을 형성하기 전에, 압전막(12)의 양측에 수지를 넣어 진동판(4)을 형성하는 표면을 평탄하게 하여 진동판(4)을 형성한다.

MgO 기판 위에 상술한 각 층을 형성한 다음, 미리 압력실 잉크 통로가 형성된 스테인리스로 된 본체부를 접착제를 사용하여 접합한다. 이에 따라서, 압력실과 잉크 통로가 진동판 위에 형성된다(도 5A의 단계 S8). 여기서 사용하는 접착제는 압전진동을 흡수하지 않는 비교적 높은 경도를 가지는 것이 바람직하다.

다음으로 MgO기판을 최종적으로 산성용액에 의하여 제거한다(도 5A의 단계 S9). MgO기판(10)은 이 산성용액으로서 인산용액을 사용함으로써 압전막에 손상을 주는 일이 없이 안정하여 용해할 수 있다.

또한, 예컨대 10㎛ 크기의 배출구를 일정한 간격으로 형성한 부재를 본체부의 측면에 부착하여 제1 실시형태의 잉크제트 헤드가 제작된다.

또한, 도 5A를 참조하여 설명한 제조방법에서는, 압전막 및 개별전극(11)이 공통전극(13)을 형성하기 전에 패터닝되었으나, 본 발명은 이에 한정하지 않고, 도 5B에 도시한 바와 같이 공통전극(13)을 형성하여 MgO기판(10)을 에칭한 다음에, 압전막 및 Pt개별전극을 패터닝하도록 해도 좋다.

상기 설명한 제조방법에 의하면 압전특성이 좋은 얇은 압전막을 형성할 수 있으며, 얇은 압전막을 반도체의 제조에 사용되는 미세 가공 기술을 응용함으로써, 극히 작은 압력실에 대응할 수 있는 압전소자를 형성할 수 있으므로, 높은 밀도로 배출구가 형성된 잉크제트 헤드를 제작할 수 있다.

예컨대 150dpi의 밀도의 노즐헤드(nozzle head)를 제작하려면, 통상 압력실의 폭이 100㎛이고 인접하는 압력실간의 격벽이 66㎛ 정도로 설정되지만, PZT 박막의 막두께를 5㎛ 이하로 하면 PZT 박막을 50㎛ 이하의 폭으로 가공할 수 있기 때문에, 압전막의 형상을 100㎛ 폭의 압력실에 대응하는 크기로 가공할 수 있다. 20㎛ 이상의 두께의 종래의 압전막에서는 50㎛ 폭의 압전막으로 가공하는 것은 곤란하다. 본 제1 실시형태에서, 압전막을 20㎛ 이하의 폭으로 가공하는 것도 가능하기 때문에, 압전막의 가공할 수 있는 형상을 기본으로 고려하면, 500dpi 또는 그 이상의 밀도를 갖는 노즐헤드를 제작하는 것도 가능하다. 도 6은 상기의 방법으로 제작한 배출구(노즐)가 200dpi의 밀도로 형성된 노즐헤드를 정면에서 본 도면이다.

또한, 압력실의 폭을 좁게 할 수 있으므로, 압력실의 공진주파수를 높게 할 수 있으며, 그 만큼 높은 주파수로 구동할 수 있는 이점도 있다. 또, 이러한 높은 주파수로 구동할 수 있다는 것은 인가전압에 대한 응답을 빠르게 할 수 있음을 의미하며, 잉크배출량의 면밀한 제어가 가능하다는 것을 의미하고, 이에 따라서 계조(color gradation)를 향상시킬 수 있다. 또한, 압력실의 폭을 100㎛(즉, 150dpi)라 하면 공진주파수는 약 1MHz이다.

또한, 잉크의 배출성능은 보통 굴곡량(bending amount)(Y)과 발생압력(P)의 적(product)으로 나타내며, 이 값은 압전막의 막의 두께를 t, 압전상수를 d₃₁, 전압을 V라 하면 다음 식(1)으로 나타낼 수 있으므로, 막의 두께가 얇으면 인가전압을 낮게 할 수 있는 이점도 있다.

Y·P = k·d₃₁ ²·V²/t ……… 식(1)

이상의 방법에 따라서, Zr/Ti비가 50/50의 PZT 박막을 각 압력실(1)에 대응하여 폭 10㎛, 길이 1mm의 크기로 패터닝한 시료를 사용하여, 인가전압과 진동판(4)의 최대 굴곡량의 관계를 측정하였다. 그 결과를 도 7에 나타내었다. 도 7에서 인가전압을 증가하면 진동판이 구부러지는 것을 나타내고 있으며, 30V의 전압에 대하여 진동판이 약 2㎛의 변위를 발생시킬 수 있음을 알 수 있다. 이러한 양호한 압전특성을 이용하여, 잉크배출 능력이 높은 잉크제트 헤드를 제작할 수 있음을 확인할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 제1 실시형태의 잉크제트 헤드는 Zr을 함유하지 않은 퍼로브 스카이트형의 제1층과, Zr을 함유하는 PZT로 된 제2층 등에 의하여 구성된, 압전특성이 뛰어난 얇은 압전막을 가공함에 의해 압전막(5)을 형성한다. 따라서, 압전특성이 뛰어난 미세한 압전막(5)을 형성할 수 있으므로, 종래예의 잉크제트 헤드에 비교하여 극히 소형이며, 또한 고밀도를 형성된 잉크의 배출구를 가지는 잉크제트 헤드를 제공할 수 있다.

이상의 설명에서는, 적당히 구체적인 재료 및 숫자를 들어서 설명하였으나, 본 발명은 상술한 숫자로 한정되는 것은 아니다.

압전막에서의 제1층(초기층)에 대하여 설명하면, 상술한 바와 같이 이 제1층(8)은 결정성이 양호한 제2층(9)을 형성하기 위한 층이며, 압전성을 가진 막으로서의 기능은 전적으로 제2층(9)이 담당하고 있다. 따라서, 제1층(8)의 막의 두께는 양호한 제2층을 형성한다고 하는 기능을 다하는 한, 압전막(5)의 전체로서의 압전특성을 저하시키지 않도록 얇으면 얇을수록 좋다. 본원에서는, 막의 두께 조절성이 좋은 스퍼터링 장치를 사용하였을 경우, 제1층(8)이 5nm 이하였어도, 그 기능을 충분히 발휘할 수 있음을 확인하였다. 그러나, Pt전극을 균일한 코팅과 제조공정에서의 관리 등을 고려하면, 50nm∼100nm의 범위로 설정하는 것이 바람직하다. 상기 범위로 설정하면, 압전막(5) 전체의 압전특성을 실질적으로 저하되지 않도록 할 수 있고, 또한 양질의 제2층을 형성하는 효과를 충분히 수행할 수 있으며, 또한 압전막(5)을 형성하는 공정에서의 공정관리 부담을 감소시킬 수 있다. 또한, 제1 실시형태에서는 막의 두께 0.1㎛의 PbTiO₃층을 제1층(8)으로, 막의 두께 2.9㎛의 Pb(Zr_0.53Ti_0.47)O₃의 조성을 갖춘 PZT층을 제2층(9)으로 함에 의해, 저전압에서도 충분한 잉크배출 능력을 갖춘 잉크제트 헤드를 제작할 수 있음이 확인되었다.

또, 본 발명에서는, PZT로 구성되는 제2층(9)의 막의 두께가 특별히 한정되는 것은 아니지만, 박막형성방법을 사용하여 형성하는 경우에 막의 두께가 두꺼워지면 막의 형성시간이 길어지므로, 10㎛ 이하로 설정하는 것이 바람직하다. 또, 압전막(5)은 막을 형성하고 나서, 각 압력실로 각기 대응하는 일정한 형상으로 패터닝되지만, 배출구(2)의 간격을 더욱 더 좁게 할 필요가 앞으로 발생할 것이라는 점을 고려하면, 그에 대응한 정밀도가 좋은 패터닝을 하기 위해서는 압전기(5)의 막의 두께는 5㎛ 이하로 설정하는 것이 더욱 바람직하다. 또, 압전막(5)의 막의 두께는 막의 강도나 발생될 수 있는 변형력을 고려하면, 0.5㎛ 이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 본원의 연구에 의하면, 압전막(5)의 막의 두께를 1∼3㎛의 범위로 설정하는 것이 가장 바람직하며, 이 범위로 설정함에 따라 잉크가 안정되고 또한 막의 신뢰성을 일정 이상으로 유지할 수 있음이 확인되었다.

제1 실시형태에서, 본체부(50)는 스테인리스(SUS)를 사용하여 형성하였으나, 본 발명은 이에 한정하지 않고, 감광성 유기 고분자재료, 감광성 유리 및 실리콘 등에 의하여 구성하여도 좋다.

또, 진동판(4)은 스퍼터링법 등의 박막공정을 이용함에 의해 미세 가공이 용이하게 된다. 그 재료로서, 제1 실시형태에서는 산화실리콘(SiO₂)을 사용하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 니켈, 크롬, 알루미나 등의 금속을 사용할 수도 있다. 이들 금속도 스퍼터링법 진공증착 및 도금법에 의하여 용이하게 형성할 수 있으며, SiO₂와 마찬가지로 양호한 진동특성을 얻을 수 있다. 또, 진동판(4)에 알루미늄을 사용하여도 SiO₂와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있으며, 스퍼터링법에 의하여 용이하게 형성할 수 있다. 이 밖에, 진동판(4)으로서 폴리이미드(polyimide) 계열의 수지를 사용할 수도 있으며, 이 폴리이미드 계열의 수지는 스핀-코팅(spin-coating)법에 의하여 용이하게 형성할 수 있으며 그 미세 가공도 용이하고, 잉크제트 기록장치의 진동판으로서 적합한 재료다.

이상의 각 재료를 사용하여 진동판(4)을 형성하여도 진동 중에 균열이 발생하는 등의 열화는 없고, 잉크를 배출하기에 충분한 진동을 발생할 수 있다. 또, 진동판(4)의 재료로서 상기 각 금속의 산화물을 사용하여도 마찬가지의 진동 특성을 얻을 수 있다. 또한, 진동판(4)으로서는 감광성 폴리이미드를 사용함으로써 소자의 제조를 용이하게 할 수 있다.

이상과 같은 구성에서, 압력실(1)에 면하는 진동판(4)을 두께가 2㎛의 SiO₂층으로 하고, 압전막(5)의 제2층(9)으로서 Pb(Zr_0,5Ti_0.5)O₃의 조성식으로 나타내는 두께 3㎛의 PZT박막을 사용하고, 두께 0.1㎛의 백금으로 된 전극 6 및 7을 사용하였을 경우, 50V 이하의 전압에서도 양호한 굽힘진동(flexural vibration)을 발생시킬 수 있다. 그러나, 본 발명에서는 진동판(4)의 두께가 상술한 2㎛로 한정되는 것은 아니고, 압전막(5)의 압전 특성과 두께, 진동판(4)을 구성하는 재료의 고유 진동 특성 등을 고려하여 적당히 설정할 수 있다.

또, 본 발명에서는 MgO기판(10) 위의 전극(11)으로서, 백금, 금 또는 루테늄 산화물(ruthenium oxide)을 사용함으로써, 퍼로브 스카이트 구조를 갖춘 납 계열 유전체층(lead-based dielectric layer)으로 된 압전막(5, 12)을 결정성이 뛰어나게 형성할 수 있다. 상기한 어느 재료로 된 전극 위에 형성된 압전막(5, 12)을 사용하여도, 특성 불균형이 적은 여러 개의 압전막(5, 12)을 형성할 수 있어서, 소자 사이의 잉크배출 능력의 불균형을 작게 할 수 있다.

또, PZT 박막의 미세 가공에서는 불산(hydrofluoric acid)이나 질산(mitric acid) 등 강산성의 용액을 사용하여 실시하지만, 전극으로서 백금, 금 또는 류테늄 산화물을 사용함으로써 전극재료가 부식하는 것을 방지하여, 소자를 안정하게 형성할 수 있다.

또, 압전막(5, 12)을 구성하는 제2층의 압전재료로서 사용한 PZT는, 양호한 압전특성을 갖춘, Zr/Ti비가 30/70∼70/30의 범위 내에 있는 PZT층을 사용하는 것이 바람직하다. 또, 본 발명에서, 제2층으로서 사용할 수 있는 압전재료로서는, 상술한 PZT 외에 예컨대 Pb_0.99Nb_0.02[(Zr_0.6Sn_0.4)_1-yTi_y]_0.98O₃(0.060≤y≤0.065) 등의 조성을 갖는, Pb, Ti, Zr 이외의 원소를 함유하는 압전 재료를 사용할 수 있다. 또한, Pb_0.99Nb_0.02[(Zr_0.6Sn_0.4)_1-yTi_y]_0.98O₃(0.060≤y≤0.065)은, 반강유전체 (antiferroelectrics) 재료지만 문제는 없다. 이 경우에 대하여, 인가전압과 진동판(4)의 최대 변위와의 관계를 도 8에 나타내었다. 이 경우, 15V의 전압에서, 반강유전체로부터 강유전체로의 위상 전이(phase change)가 일어나기 때문에 불연속한 변위 특성을 나타내고 있고, 20V에서 약 0.8㎛의 변위가 발생하였다. 20V 이상의 어떤 전압을 인가하였을 경우 대략 일정한 변위를 발생시킬 수 있어, 잉크 배출량의 불균형을 작게 할 수 있었다. 또한, Pb_0.99Nb_0.02[(Zr_0.6Sn_0.4)_1-yTi_y]_0.98O₃(0.060≤y≤0.065)의 조성을 가지는 반유전체 박막에서는, 다결정질의 박막이라도 안정한 잉크배출 능력을 지닌 압전소자로 할 수 있다.

또, 제1 실시형태에서는 제1층(8)으로서 Zr을 함유하고 있지 않는 PbTiO₃또는 PbTiO₃에 란타늄을 첨가한 PLT를 형성하고, 제2층(9)으로서 Pb(Zr_0.53Ti_0.47)O₃의 조성층을 형성한 예를 가장 바람직한 예로서 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 압전막(5, 12)을 구성하는 제1층(초기층)의 압전재료로서는, x＜0.3으로 설정된 Pb(Zr_xTi_1-x)O₃으로 된 PZT층 또는 그 층에 La를 더 함유하는 층을 사용하고, 제2층으로서는 0.7≥x≥0.3으로 설정된 Pb(Zr_xTi_1-x)O₃으로 된 PZT층을사용하여 형성하여도, 결정성이 양호하며 또한 압전 상수가 비교적 큰 제2층을 형성할 수 있다. 또한, 이 경우 제1층으로서는 x＜0.2로 설정된 Pb(Zr_xTi_1-x)O₃으로 된 PZT층 또는 그 층에 La를 더 함유하는 층을 사용하는 것이 바람직하다.

(제2 실시형태)

도 9, 도 10은 본 발명에 따른 제2 실시형태의 잉크제트 헤드의 제조방법을 설명하는 도면이다. 이 제2 실시형태의 제조방법은 제1 실시형태로 설명한 제조방법에서 MgO기판 대신에 Si기판을 사용한 것 외에는 제1 실시형태와 대략 같다.

본 제조방법에서는 먼저 도 9, 10에 도시한 바와 같이, 실리콘기판(15) 위에 개별전극(11)으로 된 Pt층을 형성하고, 그 개별전극(11) 위에 압전재료로서 납 계열 유전체층으로 된 압전막(12)을 스퍼터링법에 의하여 형성하였다. 여기서, 납 계열 유전체층으로 된 압전막(12)은 제1 실시형태와 마찬가지로 Zr을 포함하지 않는 납 계열 유전체로 된 제1층을 형성한 다음, Zr을 포함하는 PZT로 된 제2층을 형성함에 의해 형성된다. 이상과 같이 구성된 압전막(12)은 다결정체이지만, 제1층으로서 Zr을 포함하지 않는 납 계열 유전체로 된 제1층을 형성한 다음, Zr을 포함하는 PZT로 된 제2층을 형성하므로, 극히 양호한 압전 특성을 가지는 제2층을 형성할 수 있다. 이 압전막(12)으로서 PZT 계열의 다결정층을 3㎛ 형성함에 의해, 양호한 압전성을 얻을 수 있다. 압전막(12)의 형성법으로서는, 상술한 스퍼터링법 대신에 MOCVD 또는 졸겔(sol-gel) 용액을 사용한 스핀 코팅에 의해서도 양호한 결정성을 가지는 압전성 박막을 형성할 수 있다. 다음으로, 상기 압전막(12) 위에공통전극(13)이 되는 Pt층을 형성한다. 다음으로, 졸겔 용액을 사용한 스핀 코팅법을 사용하였을 경우, 먼저 제1층이 되는 Zr을 함유하지 않은 졸겔 용액을 피복하고, 그 위에 제2층으로 되는 Zr을 함유한 졸겔 용액을 일정한 두께로 피복한 다음, 소성함에 의하여 압전막(12)을 형성한다. 이상과 같이 함으로써, 스퍼터링법과 마찬가지로 다결정층인 압전막(12)을 형성할 수 있다.

상기 공통전극(13) 위에 SiO₂로 된 재료로 진동판(4)을 스퍼터링법으로 형성한다. 다음으로, 진동판(4) 위에, 감광성 수지로 형성한 압력실(1)을 가지는 본체부를 설치한 다음, 최후에 실리콘기판(15)을 불산계 용액(hydrofluoric acid solution), 또는 수산화칼륨 용액(potassium hydroxides solution)을 사용한 에칭에 의해 제거한다. 본체부에서 압력실(1)은, 감광성 유리 또는 감광성 수지 등에 의하여 각 배출구에 대응하도록 분할하여 형성되어 있다. 도 10에서, 개별전극(11)은 압전막(12)의 형성 전에 패터닝하고 있으나, 실리콘 기판(15)을 에칭한 다음에 패터닝하도록 해도 좋다. 또 압전막(12)은 도 10에서, 공통전극(13)을 형성하기 전에 패터닝하였으나, 실리콘기판(15)을 에칭 제거한 다음에, 각 압력실(1)로 분할된 형상이 되도록 패터닝하여도 좋다. 본 실시형태에서 나타낸 제조방법에 의하면, MgO기판(10)보다 염가이고, 큰 면적을 가진 단결정 기판으로, 입수하기 쉬운 실리콘기판(15)을 사용할 수 있어서, 잉크 제트용 압전 소자를 한 번에 다수 형성할 수 있으며, 또한 압전 특성이 양호한 박막재료를 형성할 수 있다. 또, 이제까지 확립되어온 실리콘의 미세 가공 기술을 응용하여, 대단히 정밀도가 뛰어난 미세 가공으로 만들어내는 다중 소자화(multi-element)도 용이하게 된다. 상기 방법으로 제작한 잉크제트의 헤드는, 도 6과 같은 구성이 가능하여, 노즐이 200dpi의 밀도로 되었다. 또한, 고밀도의 노즐을 가지는 잉크제트 헤드를 제작하는 것도 가능하다.

이러한 구성의 잉크제트 헤드의 제조에서는, 실리콘기판(15)을 사용하는 것 외에, 유리기판을 사용하여도 동일한 다중 소자 구성의 잉크제트 헤드를 제작할 수 있다. 이러한 경우, 불산계 용액을 사용하여 유리기판을 에칭함에 의해, 도 6과 같은 구성을 갖는 다중 소자화한 잉크제트 헤드를 형성할 수 있다.

상기 개별전극(11)으로서 백금 이외에, 루테늄(Ru) 산화물을 사용함에 의해 퍼로브 스카이트 구조를 가진 압전막(12)을 결정성이 좋게 형성할 수 있다. 이 때문에, 압전막으로서 양호한 특성을 가질 수 있어, 다중 소자화한 경우라도 잉크배출 능력에서 소자간의 불균형이 작은 잉크제트 헤드를 작성할 수 있다. 또 압전재료로 사용하는 압전막(12)으로서는 Zr/Ti비가 30/70∼70/30 범위 내에 있는 PZT층이라면 더욱 양호한 압전 특성을 가지며, 잉크배출 능력이 뛰어난 잉크제트 헤드로 할 수 있다. 또, 압전막(12)으로서 Pb_0.99Nb_0.02[(Zr_0.6Sn_0.4)_1-yTi_y]_0.98O₃(0.060≤y≤0.065)의 조성을 갖는 반강유전체의 박막을 사용하였을 경우, 전압 인가에 대하여 안정한 응답을 얻을 수 있어서, 잉크 배출량의 불균형을 작게 할 수 있다.

또한, 진동판(4)의 재료로서, 산화실리콘(SiO₂) 외에 니켈, 알루미늄 등의 금속도 스퍼터링, 진공증착 및 도금법에 의해 용이하게 형성할 수 있어, SiO₂와 마찬가지로 양호한 진동 특성을 얻을 수 있다. 또 알루미나 등의 산화물이라도 SiO₂와 같은 효과를 얻을 수 있어, 스퍼터링법에 의하여 용이하게 형성할 수 있다. 이 밖에, 폴리이미드계의 수지 등의 고분자 유기물은 스핀 코팅법에 의하여 용이하게 형성할 수 있으며, 또 그 가공도 용이하며, 잉크제트 헤드의 진동판으로서 적합한 재료다.

(제3 실시형태)

도 11, 도 12는 본 발명에 따른 제3 실시형태의 잉크제트 헤드의 제조방법을 설명하는 도면이다.

본 제조방법에서는 먼저 도 11, 도 12에 도시한 바와 같이, 실리콘기판(15)위에 막 두께 2㎛의 SiO₂로 된 진동판(4)을 스퍼터링법 또는 실리콘기판 열산화에 의해 형성한다. 또한 그 위에 공통전극(13)으로 된 Pt층을 형성한다. 공통전극(13) 위에 납 계열 유전체로 된 압전막(12)을 rf 스퍼터링법으로 형성한다. 여기서 압전막(12)은 제1 실시형태와 마찬가지로 Zr을 함유하지 않는 납 계열 유전체로 된 제1층을 형성한 다음, Zr을 함유한 PZT로 된 제2층을 형성함에 의해 이루어진다. 이상과 같이 구성된 압전막(12)은 다결정체이지만, 제1층으로서 Zr을 함유하지 않은 납 계열 유전체로 된 제1층을 형성한 다음, Zr을 함유하는 PZT로 된 제2층을 형성하므로, 극히 양호한 압전특성을 갖는 제2층을 형성할 수 있다. 압전막(12)으로서는 두께가 3㎛의 PZT계의 다결정층을 형성함에 의해 뛰어난 압전 특성을 얻을 수 있었다. 압전막(12)의 형성법으로서 MOCVD 또는 졸겔 용액을 사용한 스핀 코팅에서도,양호한 결정성을 지닌 압전성 박막을 형성할 수 있다. 다음으로, 상기 압전막(12) 위에 개별전극(11)으로 되는 Pt층을 형성한다.

이 개별전극(11)은 이온 에칭에 의하여 미세 가공하고, 각 압력실(1)에 대응하는 분리된 형상이 되도록 한다. 한편, 진동판(4)이 절연물질일 경우, 개별전극(11)을 진동판(4) 위에 형성하여, 공통전극(13)을 압전막(12) 위에 형성하여도 좋다.

다음으로, 실리콘기판(15)을 불산계 용액, 또는 수산화칼륨 용액에서 부분적으로 에칭 제거하여, 실리콘기판(15)의 일부를 압력실(1)의 구조 부재로서 사용한다. 압전막(12)은 공통전극(13)을 형성하기 전에, 각 압력실(1)에 대응하여 분할된 형상이 되도록 패터닝한다. 이 방법에서는 압전소자를 형성하는 기판의 일부를 사용하여 압력실(1)을 형성하므로, 공정을 간략화할 수 있고, 또한 실리콘의 미세 가공 기술을 사용함에 의해 미세한 소자화도 가능하게 된다. 상기한 방법으로 제작한 잉크제트의 헤드는, 도 6과 같은 구성이 가능하여, 노즐을 200dpi 이상의 밀도로 형성할 수 있다.

이러한 구성의 잉크제트 헤드의 제조에서, 실리콘기판(15)을 사용하는 것 외에, 더욱 염가의 유리기판을 사용하여도 같은 다중 소자 구성의 잉크제트 헤드를 제작할 수 있다. 이 경우, 불산계 용액을 사용하여 유리기판(13)을 에칭함에 의해 도 6과 같은 구성을 가지는 다중 소자화한 잉크제트 헤드를 형성할 수 있다.

상기한 개별전극(11)으로서 백금 이외에 루테늄 산화물을 사용함에 의해, 퍼로브 스카이트 구조를 갖는 압전막(12)을 결정성이 좋게 형성할 수 있다. 이 때문에 압전막으로서 양호한 특성을 가질 수 있어서, 다중 소자화하였을 경우에도 잉크배출 능력에서 소자간의 변화가 작은 잉크제트 헤드를 제작할 수 있다. 또 압전재료로 사용하는 압전막(12)으로서 Zr/Ti비가 30/70∼70/30 범위 내에 있는 PZT층을 사용할 경우, 더욱 양호한 압전특성을 가져서 잉크배출 능력이 뛰어난 잉크제트 헤드로 실현할 수 있다.

또한, 압전막(12)으로서 Pb_0.99Nb_0.02[(Zr_0.6Sn_0.4)_1-yTi_y]_0.98O₃(0.060≤y≤0.065)의 조성을 가지는 반강유전체의 박막을 사용하였을 경우, 전압 인가에 대하여 안정한 응답을 얻을 수 있어서, 잉크 배출량의 변화를 작게 할 수 있다. 또, Pb_0.99Nb_0.02[(Zr_0.6Sn_0.4)_1-yTi_y]_0.98O₃(0.060≤y≤0.065)의 조성을 가지는 반강유전체 박막에서는, 다결정질의 박막이라도 안정한 잉크배출 능력을 갖는 압전소자를 실현할 수 있다.

또한, 진동판(4)의 재료로서 산화실리콘(SiO₂) 외에 니켈, 알루미늄 등의 금속도 스퍼터링, 진공증착 및 도금법에 의하여 용이하게 형성할 수 있어, SiO₂와 마찬가지로 양호한 진동특성을 얻을 수 있다. 또, 알루미나라도 SiO₂와 같은 효과를 얻을 수 있어, 스퍼터링법에 의하여 용이하게 형성할 수 있다. 이 밖에 폴리이미드계의 수지는 스핀 코팅법에 의하여 용이하게 형성할 수 있으며, 또 그 가공도 용이하여 잉크제트 헤드의 진동판으로서 적합한 재료이다.

(제4 실시형태)

도 13A는 본 발명에 따른 제4 실시형태의 잉크제트 헤드(200)의 사시도이며, 도 13B는 도 13A의 C-C'선에 대한 단면도이다. 또, 도 14는 도 13A의 D-D'선에 대한 단면도이다.

상기 잉크제트 헤드(200)는 여러 개의 배출구(202)와, 각 배출구(202)에 대응하여 설치된 압력실(201) 등이 형성된 본체부(250)와, 본체부(250)의 상면에 설치된 진동판(204)과, 진동판(204) 위에 설치된 압전소자(203) 등을 포함하여 다음과 같이 구성된다.

본체부(250)에서, 배출구(202)는 본체부(250)의 하면에 소정의 간격으로 형성되어 있고, 압력실(201)은 배출구(202)에 각기 대응하도록 본체부(250)에 나란히 형성되어 있다. 그리고, 각 배출구(202)와 대응하는 압력실(201)은 본체부(250)에 형성된 잉크 통로(202a)를 통해서 접속되어 있다. 본체부(250)는 수지, 유리, 스테인리스, 세라믹 및 실리콘 등 강성이 뛰어난 소재(highly rigid material)를 사용하여 구성되어 있다.

압전소자(203)는 도 14에 도시한 바와 같이, 진동판(204) 위에 형성된 공통전극(208)과, 공통전극(208) 위에서 각 압력실(201)에 대응하여 일정한 간격으로 형성된 압전체(205)와, 각 압전체(205) 위에 각기 설치된 개별전극(209) 등을 포함하여, 인접하는 압전체(5) 사이에 폴리이미드 수지로 된 충전재를 넣어 구성되어 있다. 여기서, 압전체(205)는 제1 실시형태와 마찬가지로, Zr을 함유하고 있지 않는 PbTiO₃, 또는 PbTiO₃에 란탄을 첨가한 PLT로 제1층(8)을 형성하고, 3㎛의 두께의Pb(Zr_0.53Ti_0.47)O₃의 조성층을 제2층(9)으로 형성한다. 이에 따라서, 제1 실시형태와 마찬가지로, 양호한 압전 특성을 가지는 압전체(205)가 형성된다.

진동판(204)은 스퍼터링법을 사용하여 형성한 2㎛ 두께의 알루미나층으로 되어 있고, 공통전극(208) 및 개별전극(209)은 어느 것이나 0.1㎛의 Pt층으로 구성된다. 진동판(204)의 소재로서는 알루미나 외에 Ni, Cr, Ti Al, Zr을 사용할 수 있어서, 어느 재료를 사용하여도 압전체(205) 및 전극재료와의 밀착성과 진동특성이 뛰어나다. 또, 본 발명에서는 Ni, Cr, Ti, Al, Zr의 산화물, 나아가서 실리콘 산화물 및 수지재료를 사용할 수 있다. 또 진동판(204)의 두께는 양호한 잉크배출 성능을 얻기 위해서는 압전체(205)와 동등한 또는 그 이하의 두께를 가지는 것이 바람직하다.

압전체(205)는 대응하는 압력실의 폭보다 압전체(205)의 폭이 좁아지도록 형성하는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 분리되어 있지 않는 하나의 압전막을 사용하여, 개별전극(209)을 각 압력실(201)에 대응시켜서 형성함에 의해, 이 압전체층 중에서 각 압력실에 대응하는 부분만을 진동시키도록 하여, 잉크를 배출시켜도 좋다.

또, 인접하는 압전체(205) 사이에 삽입되는 충전재(210)는, 상술한 폴리이미드 수지로 한정되는 것은 아니며, 비교적 강성이 낮은 재료라면 사용할 수 있다. 이와 같이 충전재로서, 비교적 강성이 낮은 재료를 사용함에 의해, 압전체(205)의 가로방향의 신축을 방해하지 않고 압전체를 진동시킬 수 있으므로, 진동특성을 열화시키는 문제점이 없다.

예컨대, 압력실(201)의 폭을 70㎛라 하고, 압전체(205)의 폭을 압력실(201)의 폭보다 약간 좁아지도록 형성하였을 경우, 10V의 전압을 인가함에 따라, 최대 50nm 변화시킬 수 있다.

이상과 같이 제4 실시형태에서는, 제1 실시형태와 마찬가지로 압전체(205)를 제1층과 제2층의 2중 구조로 하여, 스퍼터링 등의 박막형성 방법을 이용하여 제작하므로, 극히 치밀하고 결정성이 좋은 압전체(205)를 형성할 수 있어서, 비교적 간단한 구성으로 양호한 진동특성을 얻을 수 있다. 이것은 압전체(205)로서 결정성이 좋은 압전막을 형성할 수 있으므로, 통상의 소결체(sintered body)에서는 절연파괴(dielectrically bloken down)를 일으키는 높은 전압을 인가하여 압전 소자를 구동할 수 있게 된다. 또, 제1 실시형태와 마찬가지로, 압전체(205)를 극히 얇게 할 수 있으므로, 미세화가 용이하고, 200dpi의 노즐밀도를 갖는 헤드를 용이하게 제작할 수 있다.

압전체(205)의 형성방법은 상술한 스핀 코팅법 외에, CVD법 등의 다른 박막형성 방법을 사용하여도 좋다.

또, 이 압전체(205)의 두께가 10㎛ 이상으로 되면, 미세 가공이 곤란하게 되므로, 압전체(205)의 두께는 10㎛ 이하로 설정하는 것이 바람직하다.

제4 실시형태에서, 이 압전체(205)는 제1 실시형태 또는 제2 실시형태와 마찬가지로, MgO기판 또는 Si기판을 사용하여 형성한 것이 사용된다.

즉, 기판으로서 (100)면이 표면에 나타낼 수 있도록 쪼개지는(cleavaged) 단결정 MgO기판을 사용하여, MgO기판의 (100)면에 Zr을 함유하지 않는 초기층을 형성한 다음, 그 초기층 위에 일반식 (Pb_1-xLa_x)(Zr_1-yTi_y)O₃으로 나타내는 압전체를 형성함에 의해, c축에 배향한 압전체를 형성할 수 있다. 이와 같이, 일반식 Pb(Zr_1-yTi_y)O₃으로 나타내는 압전체에 La를 첨가함에 의해, 결정화 온도를 떨어뜨릴 수 있으며, 박막압 전체의 압전성을 향상시킬 수 있다. 또한, 이와 같이 형성된 단결정의 (Pb_1-xLa_x)(Zr_1-yTi_y)O₃은, 동일한 조성의 다결정체에 비해 1.5배의 압전 상수를 얻을 수 있다.

또, 압전체(205)를 형성하는 방법으로서는, 스퍼터링법 또는 CVD법을 사용함으로써, 결정성이 좋은 단결정 막이 1시간에 1㎛ 이상의 빠른 퇴적속도(deposition rate)로 형성할 수 있다. 나아가서, 전극재료로서 백금 또는 루테늄 산화물을 사용함에 의해, 양호한 경계면 특성을 유지하면서 압전막을 성장시킬 수 있다. 또, 백금 또는 루테늄 산화물을 전극으로서 사용하였을 경우, 기판 재료로서 MgO 이외에 미세 가공이 용이한 실리콘 또는 유리, 그렇지 않으면 강성이 높은 스테인리스 재료를 사용하는 것도 가능하므로, 헤드 제작 비용을 낮출 수 있다.

또, 일반식 (Pb_1-xLa_x)(Zr_1-yTi_y)O₃으로 나타내는 압전막을, 백금 또는 루테늄 산화물의 전극 위에 형성하는 경우, 전극과 접하는 부분의 조성으로, 특히 y를 0.7 이상으로 설정(Zr의 비율을 작게 한다)함에 의해, 전극 상에 Zr 산화물 등의 불순물층의 석출(析出)을 억제할 수 있으며, 양호한 결정성을 가지는 압전체(205)를 형성할 수 있다. 따라서, 전극의 바로 위에 상술한 Zr이 적은 초기층을 형성하고, 그 초기층 위에 y가 0.7 이하로 설정된 커다란 압전상수를 가진 압전막을 수 ㎛ 형성함에 의해, 높은 압전상수를 갖는 압전체(205)를 결정성이 좋게 형성할 수 있다.

또, 본 발명의 잉크제트 헤드에서는, 상술한 바와 같이 얇은 압전체 및 진동판을 사용하여 구성되므로, 압력실이 형성된 본체부와 진동판과의 접착에 유의할 필요가 있다. 즉, 본체부의 격벽과 진동판을 접착제로 접합하는 경우, 접착제의 경화에 의한 수축에 의하여 얇은 압전체(205)에 커다란 스트레스(stress)가 가해져서, 균열(clack)이 발생한다거나 박리(peel)하는 경우가 있다. 또, 균열이나 박리로까지 이르지 않을 경우라도, 안정한 진동을 방해할 수 있다.

그래서, 본 제4 실시형태에서는 도 16에 도시한 바와 같이, 막의 두께가 2㎛정도인 강성이 낮은 수지층(212)을 통해 본체부의 격벽(207)과 진동판(204)을 접합하는 것이 바람직하다. 이 수지층(212)은 예컨대 폴리이미드로 되어, 스핀 코팅법 등을 사용하여 형성할 수 있다. 도 16에서, (213)의 부호를 붙여서 나타낸 것은 접착제이다.

이상과 같이 폴리이미드로 된 수지층(212)을 설치함에 의해, 접착제(213)의 수축에 따라 압전체(205)에 스트레스가 가해지는 것을 방지할 수 있어서, 압전체(205)를 안정하여 진동시킬 수 있음과 동시에 파손 등을 방지할 수 있다. 또, 이 폴리이미드 수지에 의해 잉크가 진동판에 직접 접하는 일이 없게 되어, 수명을 향상시킬 수 있다. 수지층(212)의 두께는, 3㎛ 이하로 하는 것이 바람직하며, 3㎛ 이상의 두께로 하면 진동판의 진동을 수지층이 흡수하여 잉크의 배출성능이 상당히 열화된다.

또한, 잉크의 배출성능을 효과적으로 발휘시키며 또한 잉크의 배출량과 배출속도의 변화를 억제하기 위하여, 수지층(212) 및 접착제(213)의 양과 두께를 정밀하게 관리할 필요가 있다. 도 17은 압전진동부(압전소자와 진동판으로 된)(230)에 서의 격벽과 접착되는 부분에 7㎛ 두께에 알루미나층(214)을 형성한 것이다. 이 알루미나층(214)은 압전진동부(230) 위에 7㎛ 두께의 막을 형성한 다음, 격벽에 대한 부분을 남기고, 산(acidic solution)에 의한 습식에칭(wet etching)에 의해 형성된다. 이와 같이, 알루미나층(214)을 통하여 격벽(207)과 압전진동부(230)를 접합함으로써, 압전진동부(230) 중에서 압력실(201) 위에 위치하는 부분에만 한정되게 진동시킬 수 있으며, 잉크 배출량 등의 변화를 감소시킬 수 있다. 본 발명에서는 알루미나층(214) 대신에 각종 금속산화물로 된 세라믹, 에폭시 수지 등의 강성이 뛰어난 수지 또는 Cr 등을 사용하여도 좋다. 즉, 압전진동부(230)와의 밀착성이 좋고, 미세 가공이 가능한 재료를 사용할 수 있다.

이상의 압전진동부에서는 압전체(205)를 1층으로 구성하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 도 15에 도시한 바와 같이 압전체(205a) 및 압전체(205b)의 2층으로 구성하여도 좋다. 이 경우, 개별 전극(209)을 압전체(205a) 위에 형성된 전극(209a)과 압전체(205b) 아래에 형성된 전극(209b)으로 분할하여 형성하고, 압전체(205a)와 압전체(205b)의 사이에 공통의 접지전극인 중간전극(211)을 형성한다. 이와 같이, 압전체(205)를 2층의 압전체(205a, 205b)로 구성함에 의해, 1층으로 구성하였을 경우보다 2배의 변위를 얻을 수 있다. 여기서, 압전체(205a, 205b)는 각기 초기층(제1층)과 제2층으로 되어 있다. 또, 이와 같은 구성으로 하면 압전체(205a, 205b)에 의하여 굽힘진동을 하므로, 이론적으로는 압전체와 공동으로 진동을 발생하는 진동판(204)이 불필요하게 되어, 잉크로부터 압전체를 보호하기 위한, 예컨대 1㎛ 정도의 수지층을 형성하는 것만으로 충분하다. 다시 말하면, 도 15에 나타낸 구성에서는 진동판을 포함하지 않고, 2층의 압전체(205a, 205b)를 형성함으로써, 압전진동부를 구성한다.

(제5 실시형태)

도 18은 본 발명에 따른 제5 실시형태의 잉크제트 헤드의 구성을 나타낸 부분 단면도이며, 이 제5 실시형태의 잉크제트 헤드는 다음과 같은 순서에 따라서 제작된다.

먼저, 단결정의 실리콘기판 위에 공통전극(208)으로 되는 Pt층을 형성하고, 그 공통전극(208) 위에 제1 실시형태와 마찬가지로, 각 압력실로 대응하는 막의 두께 3㎛의 압전체(205) 및 개별전극(209)을 형성한다. 그리고, 개별전극(209) 위에 진동판(204a)으로 될 막 두께 2㎛의 알루미나층을 형성한다. 인접하는 압전체(205) 사이는 폴리이미드 수지로 된 매입용 수지(埋翔用樹脂)(210)가 삽입되어 있다. 다음으로, 실리콘기판을 약 0.1mm의 두께로 연마하고, 연마된 실리콘기판을 각 압력실을 분리하는 격벽에 대응하는 부분(실리콘 받침대(15))에 남도록, 예컨대 KOH 수용액 등의 알칼리용액에 의하여 에칭한다. 그리고, 스테인리스, 수지 또는 유리로 된 압력실이 형성된 본체부의 격벽과 실리콘 받침대(15)를 대향되게 집착하여, 도 18에 나타낸 제5 실시형태의 잉크제트 헤드가 제작된다. 본 제5 실시형태에서, 압력실(201)의 폭은 예컨대 70㎛로 설정된다.

이상과 같이 제5 실시형태의 잉크제트 헤드에서는, 실리콘기판을 미세 가공함에 의해, 그 일부를 사용하여 압력실을 형성하여, 본체부의 접착부를 압전체로부터 떨어지도록 구성하였으므로, 접착부의 영향에 의한 진동특성의 열화를 실질적으로 없앨 수 있다. 따라서, 제5 실시형태의 잉크제트 헤드에서는 잉크의 배출성능의 변화를 극히 작게 할 수 있다. 또, 본 실시형태에서는, 압전체(205)를 형성할 때에, (Pb_0.95La_0.05)TiO₃으로 된 초기층을 형성하는 경우, Pt로 된 공통전극(208) 위에 500℃의 낮은 기판온도에서 결정성이 좋은 초기층을 형성할 수 있음이 확인되었다. 이와 같이, 낮은 온도에서 초기층을 형성할 수 있다는 것은 실용상 극히 유익하다.

또, 제5 실시형태에서는 기판으로서 실리콘기판 대신에 석영유리를 사용할 수 있으며, 이 석영유리를 사용하면, 기판의 미세 가공에서 불산에 의한 에칭을 사용할 수 있으므로, 더욱 싼 값으로 헤드를 제작할 수 있다. 또, 기판으로서 (100)면으로 배향시킨 MgO기판을 사용함에 의해, 제1 실시형태에서 설명한 바와 같이, Pt전극 위에 초기층을 통해 c축에 배향한 Pb(Zr_0.53Ti_0.47)O₃으로 된 압전체(205)를 형성할 수 있으므로, 같은 조성의 다결정 박막으로 된 압전체에 비해 약 1.5배의 압전상수를 얻을 수 있다. 또, MgO기판을 사용하였을 경우에도, 마찬가지로 기판을 약 0.1mm의 두께로 연마 또는 에칭한 다음, 도 18에 도시한 바와 같이 가공하여, 그 부분을 본체부의 격벽과 접합할 수 있다.

(제6 실시형태)

도 19는 제6 실시형태의 잉크제트 헤드의 구성을 나타낸 사시도이다. 이 제6 실시형태의 잉크제트 헤드는 4개의 스테인리스판(351, 352, 353, 354)을 적층하여 구성한 본체부(350)와, 본체부(350)에 형성된 압력실(301)을 가로막도록 설치된 압전진동부(압전소자(303) 및 진동판(304)으로 됨)로 된다. 그 위에, 본체부(350)에 서, 잉크배출구(302)는 도 19에 도시한 바와 같이 스테인레스판(354)의 하면에 폭 방향으로 평행하게 형성되어 있고, 격벽(도시하지 않음)으로 분리된 잉크챔버(301)는 각 잉크배출구(302)에 대응하여 각각 설치되어 있다. 압전소자(303)는 공통전극(도시하지 않음), 압전막(305) 및 개별전극(309)으로 되어 있고, 개별전극(309)이 각 압력실(301)의 바로 위에 각각 형성되어서, 각 압력실(301)에 대응하는 개별의 압전소자가 구성된다. 여기서 압전막(305)은 제1∼제5 실시형태와 동일하게 구성된다.

이상의 제6 실시형태에서는 스테인레스판(351∼354)을 사용하여 본체부(350)를 형성하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 유리판을 적층하여 본체부를 구성하여도 좋다. 또, 도 19에 나타낸 구조의 본체부를 수지를 사용하여 형성하여도 좋다.

이상, 상세하게 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 스퍼터링법 및 CVD법 등의 박막형성방법을 이용하여, 종래예에 비교하여 얇고 큰 압전상수를 갖는 압전막을 형성할 수 있으므로, 압전막의 미세 가공이 가능하게 되어, 고밀도로 잉크배출구가 형성되고, 또한 고속응답이 가능한 잉크제트 기록장치용의 소형의 헤드를 제공할 수 있다. 따라서, 이러한 소형이고 고밀도로 배출구가 형성된 잉크제트 헤드를 사용함에 따라, 고해상도로 고속 인쇄가 가능한 잉크제트 기록장치를 실현할 수 있다.

Claims

잉크배출구와 상기 잉크배출구에 접속된 압력실을 가지는 본체부와,

Pb, Ti 및 Zr을 가지는 압전막과 상기 압전막의 양측에 설치된 전극을 가지며, 상기 압력실의 일부에 설치된 압전진동부를 포함하고,

상기 압전진동부를 굽힘진동시켜서 잉크배출구로부터 잉크를 배출시키는 잉크제트 헤드에 있어서,

상기 압전막은 Sr 또는 Ba를 함유한 퍼로브 스카이트 구조를 가지는 제1층과, 상기 제1층에 접하도록 형성된 Pb, Ti 및 Zr을 가진 퍼로브 스카이트 구조의 제2층을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 잉크제트 헤드.
잉크배출구와 상기 잉크배출구에 접속된 압력실을 가지는 본체부와,

Pb, Ti 및 Zr을 가지는 압전막과 상기 압전막의 양측에 설치된 전극을 가지며, 상기 압력실의 일부에 설치된 압전진동부를 포함하고,

상기 압전진동부를 굽힘진동시켜서 상기 잉크배출구로부터 잉크를 배출시키는 잉크제트 헤드에 있어서,

상기 압전막은 각각 퍼로브 스카이트 구조를 가지며 또한 서로 접하도록 형성된 제1층과 제2층을 포함하며,

상기 제1층의 Zr 함유량은 상기 제2층의 Zr 함유량에 비해 적은 것을 특징으로 하는 잉크제트 헤드.
잉크배출구와 상기 잉크배출구에 접속된 압력실을 가지는 본체부와,

Pb, Ti 및 Zr을 가지는 압전막과 상기 압전막의 양측에 설치된 전극을 가지며, 상기 압력실의 일부에 설치된 압전진동부를 포함하고,

상기 압전진동부를 굽힘진동시켜서 상기 잉크배출구로부터 잉크를 배출시키는 잉크제트 헤드에 있어서,

상기 압전막은 각각 퍼로브 스카이트 구조를 가지며 또한 서로 접하도록 형성된, Zr을 함유하지 않는 제1층과 Zr을 함유하는 제2층을 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크제트 헤드.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1층은 La를 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 잉크제트 헤드.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2층은 Zr/Ti비가 30/70 이상, 70/30 이하로 설정되는 것을 특징으로 하는 잉크제트 헤드.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압전막은 단결정인 것을 특징으로 하는 잉크제트 헤드.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압전막은 10㎛ 이하의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크제트 헤드.
제7항에 있어서, 상기 제1층은 50nm 이상, 100nm 이하의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크제트 헤드.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압전진동부는 진동판을 더 포함하며, 상기 압전진동부는 굽힘진동을 하는 것을 특징으로 하는 잉크제트 헤드.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압전진동부에는 상기 전극 사이에, 상기 압전막과 중간전극층을 통해 대향하는, 상기 압전막과는 별도의 압전막이 더 설치되며, 상기 압전진동부는 상기 2개의 압전막에 의하여 굽힘진동을 하는 것을 특징으로 하는 잉크제트 헤드.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압전막의 제2층은 Nb 및 Sn을 함유하며, 반강유전성을 가지는 것을 특징으로 하는 잉크제트 헤드.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1층에서는 Zr 농도가 두께방향으로 연속적으로 증가하도록 분포되어 있으며, 상기 제2층은 Zr 농도가 높은 상기 제1층의 한쪽 면과 접하고 있는 것을 특징으로 하는 잉크제트 헤드.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압전막의 양측에 설치된 전극층은 Pt 또는 Au로 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크제트 헤드.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 본체부는 다수의 잉크배출구와 각 잉크배출구에 각각 대응하여 설치된 다수의 압력실을 가지며, 상기 압전막의 양측에 설치된 전극 중에서 적어도 한쪽 전극을 상기 압력에 대응하도록 분리하여 설치함에 의해, 각 압력실에 대응하는 압전진동부를 구성하는 것을 특징으로 하는 잉크제트 헤드.
제14항에 있어서, 상기 압전막은 상기 압력실에 대응하도록 분리하여 설치되고, 상기 한편의 전극은 상기 분리된 각 압전막 위에 형성되는 것을 특징으로 하는 잉크제트 헤드.
제14항에 있어서, 상기의 분리된 압전막 사이에 상기 압전막의 신축을 방해하지 않는 강성이 낮은 수지를 충전하는 것을 특징으로 하는 잉크제트 헤드.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압전진동부의 주변부는, 탄성을 가지며 막의 두께가 3㎛ 이하인 수지층을 통해, 상기 압력실의 주변부와 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크제트 헤드.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압전진동부의 주변부는, 세라믹, 금속 또는 수지로 된 받침대를 통해, 상기 압력실의 주변부와 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 잉크제트 헤드.
잉크배출구와 상기 잉크배출구에 접속되고 또한 일부에 개구부가 형성된 압력실을 가지는 본체부와,

상기 개구부를 가로막도록 설치된 압전진동부를 포함하는 잉크제트 헤드의 제조방법에 있어서,

기판 위에 Pb 및 Ti를 함유하는 퍼로브 스카이트 구조를 가진 제1층을 형성하고, 제1층 위에 Zr, Pb 및 Ti를 함유하는 퍼로브 스카이트 구조를 가진 제2층을 형성함에 의해, 상기 제1층과 제2층을 포함하는 압전막을 형성하는 공정을 포함하여, 상기 기판 위에 압전막을 갖는 압전진동부를 형성하는 제1공정과,

상기 본체부의 개구부의 주변부와 압전진동부의 주변부를 대향시켜서 접합하는 제2공정과,

상기 접합 후에 상기 기판을 제거하는 제3공정을 포함하며,

상기 제1공정에서는, 상기 제1층이 Zr을 함유하지 않도록, 또는 상기 제2층과 비교하여 Zr의 양이 적게 함유하도록 형성하는 것을 특징으로 하는 잉크제트 헤드의 제조방법.
제19항에 있어서, 상기 제1층 및 상기 제2층은 스퍼터링에 의하여 형성되는것을 특징으로 하는 잉크제트 헤드의 제조방법.
제19항에 있어서, 상기 기판으로서 MgO기판을 사용하고, 상기 제3공정에서 상기 기판을 인산을 사용한 에칭에 의하여 제거하는 것을 특징으로 하는 잉크제트 헤드의 제조방법.
제19항에 있어서, 상기 기판으로서 실리콘기판 또는 유리기판을 사용하는 것을 특징으로 하는 잉크제트 헤드의 제조방법.
제22항에 있어서, 상기 제3공정에서 상기 기판을 불산계 용액 또는 수산화칼륨 용액을 사용하는 에칭에 의해 제거하는 것을 특징으로 하는 잉크제트 헤드의 제조방법.